KR100862923B1 - 수소산소 혼합가스 발생시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수소산소 혼합가스 발생시스템에 관한 것으로서, 물이 전해되어 구현된 전해액이 저장되는 전해액저장조(10); 다수의 - 전극(25)과 + 전극(26)으로 구성되는 것으로서, 전해액저장조(10)의 하부측과 연결되는 제1,2라인(21)(22) 및 발생된 수소산소 혼합가스를 전해액저장조(10)로 공급하기 위한 제3라인(23)을 포함하는 전극유니트(20); 전해액저장조(10) 내부에 설치되어, 전해액으로부터 수소산소 혼합가스를 분리하기 위한 혼합가스분리필터(50); 혼합가스분리필터(50)의 상부에 형성되어 그 혼합가스분리필터(50)에 의하여 분리된 수소산소 혼합가스를 포집하는 포집부(60); 포집부(60)로부터 유입되는 수소산소 혼합가스가 그 포집부(60)로 역류되는 것을 방지하기 위한 물이 저장되는 제1필터유니트(70); 및 포집부(60)와 제1필터유니트(70)를 연결하는 제1가스라인(75);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

수소산소 혼합가스 발생시스템{a hydrogen-oxygen generating system}
본 발명은 물로부터 수소산소 혼합가스를 발생시키는 수소산소 혼합가스 발생시스템에 관한 것이다.
수소산소 혼합가스 발생시스템은 물이 전기분해되어 얻어지는 생성물인 수소 및 산소를 생산하기 위한 장치로서, 양(+) 및 음(-) 전극이 설치된 전해액저장조 내에 소량의 전해물질이 첨가된 물을 공급하고 직류 전압을 인가함으로서 무공해 에너지원인 수소산소 혼합가스를 발생한다. 이때 발생되는 수소와 산소는 2 : 1의 몰비로 발생되며, - 전극 표면에 수소가 기포 형태로 생성되고, + 전극 표면에 산소가 기포 형태로 생성된다. 이렇게 생성된 수소와 산소는 혼합되어 혼합가스 형태가 되며 연소가 가능하다. 또한 수소산소 혼합가스는 연소시 오염물질의 생성하지 않아 친환경적인 에너지원으로서 새롭게 부각되고 있다.
그런데, - 전극과 + 전극에 인가되는 전기에너지에 비하여 생성되는 수소산소의 양이 적어서, 이에 따라 생성되는 수소산소 혼합가스에 프로판가스와 같은 보조연료를 혼합하여 연소시켜야 하였고, 이에 따라 경제성이 낮을 수 밖에 없었다.
또한 수소산소 혼합가스 내부에는 산소가 포함되어 있어 외부로부터 산소를 공급받지 않아도 연소가 된다. 따라서, 연소시 생성되는 연소불꽃은 언제든지 역화될 가능성이 공존하였다라는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 투입되는 전기에너지에 비하여 생성되는 수소산소 혼합가스의 양을 늘림으로써 경제성을 확보할 수 있음과 동시에, 프로판가스과 같은 보조연료 없이 연소가 가능한 수소산소 혼합가스 발생시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 연소불꽃이 역화될 가능성을 배제할 수 있어 안전성을 확보할 수 있는 수소산소 혼합가스 발생시스템을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 수소산소 혼합가스 발생시스템은, 물이 전해되어 구현된 전해액이 저장되는 전해액저장조(10); 다수의 - 전극(25)과 + 전극(26)으로 구성되는 것으로서, 상기 전해액저장조(10)의 하부측과 연결되는 제1,2라인(21)(22) 및 발생된 수소산소 혼합가스를 상기 전해액저장조(10)로 공급하기 위한 제3라인(23)을 포함하는 전극유니트(20); 상기 전해액저장조(10) 내부에 설치되어, 전해액으로부터 수소산소 혼합가스를 분리하기 위한 혼합가스분리필터(50); 상기 혼합가스분리필터(50)의 상부에 형성되어 그 혼합가스분리필터(50)에 의하여 분리된 수소산소 혼합가스를 포집하는 포집부(60); 상기 포집부(60)로부터 유입되는 수소산소 혼합가스가 그 포집부(60)로 역류되는 것을 방지 하기 위한 물이 저장되는 제1필터유니트(70); 및 상기 포집부(60)와 제1필터유니트(70)를 연결하는 제1가스라인(75);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제3라인(23)은 상기 제1,2라인(21)(22)의 상부측에 위치되고; 상기 제1,2라인(21)(22)과 상기 제3라인(23) 사이에는, 상기 제3라인(23)을 통하여 유입되는 수소산소 혼합가스가 상기 제1,2라인(21)(22)으로 유입되지 않도록 차단하는 혼합가스유입방지판(40);을 더 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1라인(21) 또는 제2라인(22)과 연결되어 상기 전해액저장조(10)와 전극유니트(20) 사이에서 전해액을 순환시키는 순환펌프(30)와; 상기 제1라인(21) 또는 제2라인(22)에 설치되어 상기 순환펌프(30)에 의하여 상기 전극유니트(20)로 압송되는 전해액의 입자를 잘게 쪼갬과 동시에 미세한 압력변동을 일으키는 나노입자형성부(35);를 더 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1필터유니트(70)는, 그 내부에 물이 저장되며 상기 제1가스라인(75)이 연결되는 물저장부(71)와, 상기 물저장부(71)의 상부에 설치되는 것으로서 촉매가 저장된 제1촉매저장부(72)와, 상기 물저장부(71)와 제1촉매저장부(72) 사이를 연결하는 제1벤튜리부(73)를 포함한다. 이때, 상기 물저장부(71)의 내부에 위치되는 제1가스라인(75)의 단부에 연결된 제1이물질제거필터(76)를 더 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1필터유니트(70)로부터 유입되는 수소산소 혼합가스의 순도를 향상시킴과 동시에 제1필터유니트(70)로 역류되는 것을 방지하기 위한 유기제가 저장된 제2필터유니트(80); 및 상기 제1필터유니트(70)와 연결되는 제2가 스라인(85);을 더 포함한다. 이때, 상기 제2필터유니트(80)는, 그 내부에 유기제가 저장되며 상기 제2가스라인(85)이 연결되는 유기제저장부(81)와, 상기 유기제저장부(81)의 상부에 설치되는 것으로서 촉매가 저장된 제2촉매저장부(82)와, 상기 유기제저장부(81)와 제2촉매저장부(82) 사이를 연결하는 제2벤튜리부(83)를 포함한다. 더 나아가, 상기 유기제저장부(81)의 내부에 위치되는 제2가스라인(85)의 단부에 연결된 제2이물질제거필터(86)를 더 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 -, + 전극(25)(26)의 표면은, 전기분해가 효율적으로 일어나고, 생성된 수소산소의 기포가 용이하게 탈락될 수 있도록 나노연마된다.
본 발명에 있어서, 상기 -, + 전극(25)(26)의 표면에는 토르마린 광촉매가 부착된다.
본 발명에 있어서, 상기 나노입자형성부(35)는. 상기 제1라인(21)에 설치되는 몸체(36)와, 상기 몸체(36) 내부에 설치되어 압송되는 전해액에 의하여 회전되도록 비스듬한 각도로 형성된 임펠러(37)와, 상기 임펠러(37)의 축을 지지하는 베어링(38)이나 부싱을 포함하고; 상기 임펠러(37)는 상기 전극유니트(20)로 갈수록 넓어지는 형태를 가진다.
본 발명에 있어서, 상기 혼합가스유입방지판(40)은, 구멍이 형성된 판재나 메쉬 형태의 판재에 토르마린 광촉매가 형성되어 구현된다.
본 발명에 있어서, 상기 혼합가스분리필터(50)는, 메쉬형태로 되어 있고, 광촉매가 형성되어 구현된다.
본 발명에 따른 수소산소 혼합가스 발생시스템에 따르면, 수소 및 산소 기포를 생성하는 - 전극들 및 + 전극들로 나노입자로 쪼개짐과 동시에 미세한 진동을 가지는 물을 공급함으로써, 전극들로부터 수소 및 산소 기포를 효과적으로 발생시킴과 동시에 발생된 기포를 효과적으로 탈락시킬 수 있다. 이에 따라 전해효율을 높일 수 있어 결과적으로 투입되는 전기에너지에 비하여 생성되는 수소산소 혼합가스의 양을 많게 할 수 있어 경제성을 확보할 수 있고, 따라서 보조 연료를 사용하지 않고 연소시킬 수 있다.
더 나아가, 제1필터유니트 및 제2필터유니트를 채용함으로써, 연소불꽃이 역화되지 않도록 함과 동시에 고순도의 혼합가스를 생성할 수 있어 보다 안전한 수소산소 혼합가스 발생시스템을 구현할 수 있다라는 작용,효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 수소산소 혼합가스 발생시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 수소산소 혼합가스 발생시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1의 나노입자형성부를 발췌하여 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수소산소 혼합가스 발생시스템은, 물이 전해되어 구현된 전해액이 저장되는 전해액저장조(10)와; 다수의 - 전극(25)과 + 전극(26)으로 구성되는 것으로서, 전해액저장조(10)의 하부측과 연결되는 제1,2라인(21)(22) 및 발생된 수소산소 혼합가스를 상기 전해액저장조(10)로 공급하기 위한 제3라인(23)을 포함하는 전극유니트(20)와; 제1라인(21) 또는 제2라인(22)과 연 결되어 전해액저장조(10)와 전극유니트(20) 사이에서 전해액을 순환시키는 순환펌프(30)와; 전해액저장조(20) 내부에서 제1,2라인(21)(22)이 연결되는 부분과 제3라인(23)이 연결되는 부분 사이에 설치되는 것으로서, 제3라인(23)을 통하여 유입되는 수소산소 혼합가스가 제1,2라인(21)으로 유입되지 않도록 차단하는 혼합가스유입방지판(40)과; 전해액저장조(10) 내부에 설치되어, 전해액으로부터 수소산소 혼합가스를 분리하기 위한 혼합가스분리필터(50)와; 혼합가스분리필터(50)의 상부에 형성되어 그 혼합가스분리필터(50)에 의하여 분리된 수소산소 혼합가스를 포집하는 포집부(60)와; 포집부(60)로부터 유입되는 수소산소 혼합가스가 그 포집부(60)로 역류되는 것을 방지하기 위한 물이 저장되는 제1필터유니트(70)와; 포집부(60)와 제1필터유니트(70)를 연결하는 제1가스라인(75)과; 제1필터유니트(70)로부터 유입되는 수소산소 혼합가스의 순도를 향상시킴과 동시에 제1필터유니트(70)로 역류되는 것을 방지하기 위한 유기제가 저장된 제2필터유니트(80)와; 제1필터유니트(70)와 제2필터유니트(80)를 연결하는 제2가스라인(85)과; 제2필터유니트(80)에서 방출되는 수소산소 혼합가스가 연소될 때 연소불꽃이 그 제2필터유니트(80)로 역화되는 것을 방지하기 위한 역화방지부(90)와; 역화방지부(90)와 연결되어 수소산소 혼합가스를 분사하는 노즐(N);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
전해액저장조(10) 내부에는 전해액의 수위를 감지하는 수위감지부(14)가 설치된다. 수위감지부(14)는, 전해액저장조(10)에서 소모되는 전해액의 양을 측정하여 급수탱크(미도시)로부터 물이 전해액저장조(10)로 공급되도록 한다. 이러한 수위감지부(14)는 다양한 형태로 구현될 수 있는데, 예를 들면 부표 방식이나, 센서 방식등으로 구현될 수 있다. 이러한 수위감지부(14) 및 급수탱크는 당업계에서 사용되는 기술이기 때문에 상세한 설명은 생략한다.
그리고, 전해액저장조(10)의 하부측 또는 상부측에는 물을 충진하기 위한 밸브(V)가 설치된다.
전극유니트(20)는, 물을 전기분해하여 수소와 산소를 생산하기 위한 것으로서, 소정의 간격을 이루며 배치되는 다수의 - 전극(25)과 + 전극(26)을 포함한다. 이때 -, + 전극(25)(26)의 표면은, 전기분해가 효율적으로 일어나고, 생성된 수소산소의 기포가 용이하게 탈락될 수 있도록 나노연마되어 있다.
나노연마란, -, + 전극(25)(26)의 표면을 나노단위로 연마한 것을 의미한다. 이러한 나노연마를 통하여 -, + 전극(25)(26) 표면의 마찰력을 최소화할 수 있어 생성된 수소 및 산소기포가 매우 용이하게 탈락될 수 있다. 특히, 물질의 크기가 벌크 상태에서 나노 사이즈로 작아질 경우 기계적, 열적, 전기적, 자기적, 광학적 물성이 독특하게 변하는데, -, + 전극(25)(26) 표면을 나노연마하여 물성을 변화시킴으로써 물의 전기분해가 더욱 활발해지도록 하는 것이다.
한편, -, + 전극(25)(26)의 표면에는 토르마린 광촉매가 부착될 수 있다. 토르마린 광촉매는 토르마린을 수 마이크로에서 수 나노미터 단위의 분말로 분쇄한 후 약 1300℃ 의 온도에서 소성함으로써 구현된 후, -, + 전극(25)(26)에 접착제등을 이용하여 부착되는 것이다. 토르마린은 수정과 같은 결정구조를 가지는 육방정계에 속하는 광물로서, 마찰에 의하여 전기가 생기고 또한 음이온을 다량 발생하며, 또한 전기분해를 더욱 촉진시켜 수소 및 산소가 많이 생성되게 한다. 이러한 토르마린은 분말로 분쇄된 후 소성됨으로써, 전해액과의 접촉면적을 넓힐 수 있는 수많은 미세기공이 형성된 광촉매로 구현되고, 이러한 토르마린 광축매를 -, + 전극(25)(26)에 부착함으로써 전해액의 전기분해를 더욱 촉진시킬 수 있는 것이다.
그리고, -, + 전극은. 토르마린 광촉매를 판형으로 성형함으로써 구현될 수도 있음은 물론이다.
상기한 -, + 전극은 전체적으로 밀봉된 구조인 박스 내부에 위치되는 것이다.
순환펌프(30)는, 제1라인(21) 또는 제2라인(22)에 설치되어 전해액저장조(10)와 전극유니트(20) 사이에서 전해액이 순환되도록 한다. 본 실시에에서 순환펌프(30)는 제1라인(21)에 설치되어, 전해액저장조(10)로부터 유입되는 전해액을 제1라인(21)을 통하여 전극유니트(20) 측으로 압송하는 것을 예로써 설명하고 있다.
한편, 제1라인(21) 또는 제2라인(22)에는 순환펌프(30)에 의하여 전극유니트(20)로 압송되는 전해액의 입자를 잘게 쪼갬과 동시에 미세한 압력변동을 일으키는 나노입자형성부(35)가 설치될 수 있다. 본 실시예에서는 제1라인(21)에 나노입자형성부(35)가 설치되어 있는 것으로 설명한다. 이를 위하여 나노입자형성부(35)는, 제1라인(21)에 설치되는 몸체(36)와, 몸체(36) 내부에 설치되어 압송되는 전해액에 의하여 회전되도록 비스듬한 각도로 형성된 임펠러(37)와, 임펠러(37)의 축을 지지하는 베어링(38)이나 부싱을 포함한다. 이때, 임펠러(37)는 전극유니트(20)로 갈수록 넓어지는 형태를 가진다. 이러한 구조에 의하여 순환펌프(30)에 의하여 압 송되는 전해액은 임펠러(37)를 회전시키고, 임펠러(37)는 통과되는 전해액을 미세하게 쪼갬과 동시에 수십만번 이상의 진동을 야기한다. 더 나아가, 임펠러(37)가 전극유니트(20) 측으로 갈수록 넓어지는 형태를 가지므로, 전해액이 임펠러(37)의 넓어지는 부분을 통과할 때 임펠러(37)는 물을 더욱 잘게 쪼개고 진동을 야기하는 것이다. 이와 같이 미세하게 쪼개지며 진동을 가지게 된 전해액이 전극유니트(20)로 유입된 후 - 전극(25)과 + 전극(26)에 의하여 보다 효율적으로 전기분해가 일어난다.
더 나아가, 상기한 나노입자형성부(35)에 의하여 진동이 인가된 전해액은 -, + 전극(25)(26)의 표면에 형성된 수소산소의 기포에 충격을 줌으로써, 기포를 효과적으로 탈락시킨다.
한편, 상기한 순환펌프(30)를 채용하지 않고도 본원의 수소산소 혼합가스 발생시스템이 작을 수도 있다. 즉, 전극유니트(20)로부터 발생된 수소 및 산소 기포가 전해액저장조(10)로 유입되면 그 전해액저장조(10) 내부의 압력이 높아지기 때문에, 전해액은 자연스럽게 제1,2라인(21)(22)을 통하여 순환되기 때문이다. 그러나 순환펌프(30)를 적용할 경우, 전해액을 강제로 순환시키기 때문에 전해효율을 높일 수 있다.
혼합가스유입방지판(40)은, 제3라인(23)을 통하여 유입되는 수소산소 기포가 제1,2라인(21)(22) 측으로 이동되지 못하도록 하는 것이다. 이를 위하여 혼합가스유입방지판(40)은, 구멍이 형성된 판재나 메쉬 형태의 판재로 되어 있다.
더 나아가, 혼합가스유입방지판(40)은 구멍이 형성된 판재나 메쉬 형태의 판 재에 토르마린 광촉매가 부착되어 구현될 수 있다. 토르마린 광촉매는 토르마린을 수 마이크로에서 수 나노미터 단위의 분말로 분쇄한 후 약 1300℃ 의 온도에서 소성함으로써 구현된 후, 판재에 접착제등을 이용하여 부착되는 것이다. 토르마린은 수정과 같은 결정구조를 가지는 육방정계에 속하는 광물로서, 주위 온도가 올라갈 경우 음이온을 다량 발생하여 전해액의 전기분해를 더욱 촉진시킨다. 이러한 토르마린은 분말로 분쇄된 후 소성됨으로써, 전해액과의 접촉면적을 넓힐 수 있는 수많은 미세기공이 형성된 광촉매로 구현되고, 이러한 토르마린 광축매를 혼합가스유입방지판을 이루는 판재에 부착함으로써 전해액의 전기분해를 더욱 촉진시킬 수 있는 것이다. 특히, 전기분해가 진행되는 동안에 물의 온도는 약 80~90 ℃ 까지 상승하고, 이에 따라 토르마린 광촉매는 더욱 많은 음이온을 발생하므로, 전기분해는 더더욱 촉진되는 것이다.
혼합가스분리필터(50)는, 전극유니트(20)에서 발생된 수소산소 혼합가스를 전해액으로부터 분리하여 포집부(60)에 순수한 수소산소 혼합가스만이 포집되게 하는 것이다. 이를 위하여 혼합가스분리필터(50)는 촘촘한 메쉬망에 광촉매, 더욱 바람직하게는 상술한 토르마린 광촉매가 형성되어 구현된다. 토르마린 광촉매는 메쉬망에 코팅되거나 메쉬망을 제조할 때 함유되게 한다. 혼합가스분리필터(50)는, 상승하는 수소산소 혼합가스 내부의 포함된 이물질, 즉 전기분해시 -, + 전극에서 발생되는 이물질이나, 공급되는 물에 포함된 이물질을 필터링함으로써, 순수한 수소산소 혼합가스만을 포집할 수 있게 하는 것이다. 특히, 혼합가스분리필터(50)에 광촉매가 형성되어 있으므로, 이물질은 광촉매작용에 의하여 보다 효과적으로 제거되 는 것이다.
포집부(60)는 혼합가스분리필터(50)의 상부에 형성된 공간으로서, 혼합가스분리필터(50)에 의하여 분리된 혼합가스가 포집된다.
제1필터유니트(70)는, 포집부(60)로부터 제1가스라인(75)을 통하여 유입되는 수소산소 혼합가스로부터 이물질을 제거하여 고순도의 혼합가스로 만들기 위한 것이며, 더 나아가 수소산소 혼합가스가 포집부(60)로 역류되는 것을 방지하기 위한 역화방지기능을 한다. 이를 위하여, 제1필터유니트(70)는, 그 내부에 물이 저장되며 제1가스라인(75)이 연결되는 물저장부(71)와, 물저장부(71)의 상부에 설치되는 것으로서 촉매가 저장된 제1촉매저장부(72)와, 물저장부(71)와 제1촉매저장부(72) 사이를 연결하는 제1벤튜리부(73)를 포함한다.
이때 물저장부(71)에 있어서 물의 상부측에는 물을 경유한 수소산소 혼합가스가 포집되는 제1서브포집부(71a)가 형성되어 있다.
제1촉매저장부(72)에는 촉매가 저장되는데, 이러한 촉매로서 토르마린 광촉매, 또는 백금촉매가 있다. 이러한 제1촉매저장부(72)는 화합물 형태로 이루어지는 이물질을 촉매작용에 의하여 제거하게 된다.
제1벤튜리부(73)는 그를 경유하는 수소 가스와 산소 가스를 고르게 혼합하기 위함과 동시에, 제1촉매저장부(72)로 이동된 혼합가스가 제1서브포집부(71a)로 역류되지 않도록 하기 위한 것이다. 이를 위하여 제1벤튜리부(73) 내부에는 미세한 유로가 한 개 또는 다수개 형성되어 있으며, 더욱 바람직하게 미세한 유로가 스크류 형태로 이루어진다. 제1벤튜리부(73)에 형성된 유로의 직경은 0.2mm ~ 10mm 사 이인 것이 바람직하다.
실질적으로, 물저장부(71)로 유입된 수소가스와 산소가스는 부분적으로 혼합되지 않은 상태이다. 그러나 이들 수소가스와 산소가스가 제1벤튜리부(73)의 유로를 경유하면서 자연스럽게 혼합된다.
한편, 물저장부(71)의 내부에는 물의 수위를 감지하는 수위감지부(74)가 설치된다. 수위감지부(74)는, 물저장부(71)에서 소모되는 물의 양을 측정하여 급수탱크(미도시)로부터 물이 물저장부(71)로 공급되도록 한다. 이러한 수위감지부(74)는 다양한 형태로 구현될 수 있는데, 예를 들면 부표 방식이나, 센서 방식등으로 구현될 수 있다. 이러한 수위감지부(74) 및 급수탱크는 당업계에서 사용되는 기술이기 때문에 상세한 설명은 생략한다.
또한 물저장부(71)의 내부에 위치되는 제1가스라인(75)의 단부에 연결된 제1이물질제거필터(76)가 설치될 수 있다. 제1이물질제거필터(76)는 제1가스라인(75)을 통하여 유입되는 수소산소 혼합가스 내부에 포함된 이물질을 제거한다.
상기한 제1필터유니트(70)의 구조에 의하여, 제1가스라인(75)을 통하여 유입되는 수소산소 혼합가스에 포함된 이물질은 제1이물질제거필터(76)에 의하여 제거된다. 이후 이물질이 제거된 혼합가스는 상승하여 제1서브포집부(71a)에 모아지고, 이에 따라 제1가스라인(75)으로 역화되지 않게 된다. 그리고, 제1서브포집부(71a)에 모아진 혼합가스는 이후 제1벤튜리부(73)를 경유하면서 더욱 고르게 혼합되고, 제1촉매저장부(72)를 통과하면서 화합물로 된 이물질이 제거되어, 고순도의 혼합가스가 된다.
제2필터유니트(80)는, 제1필터유니트(70)로부터 제2가스라인(85)을 통하여 유입되는 수소산소 혼합가스로부터 이물질을 다시한번 제거하여 고순도의 혼합가스로 만들기 위한 것이며, 더 나아가 수소산소 혼합가스가 제1필터유니트(70)로 역류되는 것을 방지하기 위한 역화방지기능을 한다. 이를 위하여, 제2필터유니트(80)는, 그 내부에 유기제가 저장되며 상기 제2가스라인(85)이 연결되는 유기제저장부(81)와, 유기제저장부(81)의 상부에 설치되는 것으로서 촉매가 저장된 제2촉매저장부(82)와, 유기제저장부(81)와 제2촉매저장부(82) 사이를 연결하는 제2벤튜리부(83)를 포함한다.
유기제저장부(81)에 있어서 유기제의 상부측에는 유기제를 경유한 수소산소 혼합가스가 포집되는 제2서브포집부(81a)가 형성되어 있다.
제2촉매저장부(82)에는 촉매가 저장되는데, 이러한 촉매로서 토르마린 광촉매, 또는 백금촉매가 있다. 이러한 제2촉매저장부(82)는 화합물 형태로 이루어지는 이물질을 촉매작용에 의하여 제거하게 된다.
제2벤튜리부(83)는 수소 가스와 산소 가스를 고르게 혼합하여 혼합가스를 형성하기 위함과 동시에, 제2촉매저장부(82)로 이동된 혼합가스가 제2서브포집부(81a)로 역류되지 않도록 하기 위한 것이다. 이를 위하여 제2벤튜리부(83) 내부에는 미세한 유로가 한 개 또는 다수개 형성되어 있으며, 더욱 바람직하게 미세한 유로가 스크류 형태로 이루어진다. 제2벤튜리부(83)에 형성된 유로의 직경은 0.2mm ~ 10mm 사이인 것이 바람직하다.
제1필터유니트(70)를 경유한 후 유기제저장부(81)로 유입된 수소가스와 산소 가스는 여전히 부분적으로 혼합되지 않을 수 있다. 그러나 이들 수소가스와 산소가스가 제2벤튜리부(83)의 유로를 경유하면서 더욱 고르게 혼합될 수 있는 것이다.
한편, 유기제저장부(81)의 내부에는 유기제의 수위를 감지하는 수위감지부(84)가 설치된다. 수위감지부(84)는, 유기제저장부(81)에서 소모되는 유기제의 양을 측정하여 유기제공급탱크(미도시)로부터 유기제가 유기제저장부(81)로 공급되도록 한다. 이러한 수위감지부(84)는 다양한 형태로 구현될 수 있는데, 예를 들면 부표 방식이나, 센서 방식등으로 구현될 수 있다. 이러한 수위감지부(84) 및 유기제공급탱크는 당업계에서 사용되는 기술이기 때문에 상세한 설명은 생략한다.
상기한 제2필터유니트(80)의 구조에 의하여, 제2가스라인(85)을 통하여 유입되는 수소산소 혼합가스에 포함된 이물질은 제2이물질제거필터(86)에 의하여 제거된다. 이후 이물질이 제거된 혼합가스는 상승하여 제2서브포집부(81a)에 모아지고, 이에 따라 제2가스라인(85)으로 역화되지 않게 된다. 그리고, 제2서브포집부(81a)에 모아진 혼합가스는 이후 제2벤튜리부(83)를 경유하면서 더욱 고르게 혼합되고, 제2촉매저장부(82)를 통과하면서 화합물로 된 이물질이 제거되어, 고순도의 혼합가스가 된다.
여기서, 유기제를 사용하는 이유는, 그 유기제를 통과하는 혼합가스의 점화가 용이해지도록 하기 위함과, 또한 유기제의 종류를 달리 함으로서 불꽃색깔을 다양하게 변화시킬 수 있기 때문이다. 즉, 수소산소 혼합가스가 용이하게 점화되도록 착화온도를 낮춤으로써 가스질을 고급화할 수 있는 것이다. 또한 첨가물을 첨가함으로써, 수소산소 혼합가스가 유출될 때 이를 확인하기 위한 냄새가 발생되도록 할 수 있다. 다시 설명하면, 유기제는 수소산소 혼합가스의 점화가 용이해지도록 착화온도를 낮추는 것이며, 이를 위하여 유기제는 착화온도가 낮은 것으로서 예를 들면 광범위하게 알려져 있는 알콜을 사용할 수 있다.
역화방지부(90)는, 제2필터유니트(80)로부터 방출되는 수소산소 혼합가스가 제2필터유니트(80)로 역류하는 것을 방지함으로써, 수소산소 혼합가스가 연소될 때 연소불꽃이 제2필터유니트(80)로 역화되는 것을 방지한다. 이러한 역화방지부(90)는 본원의 수소산소 혼합가스 발생시스템의 안전장치가 된다. 이러한 역화방지부(90)는 가스연소장치에서 일반적으로 사용되는 기술이기 때문에 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
한편, 역화방지부(90)와 노즐(N) 사이에는 역화를 최종적으로 방지하기 위한 체크밸브(95)가 설치될 수 있다. 체크밸브(95)는 역화방지부(90)로부터 노즐(N) 방향으로만 흐를 수 있도록 하며, 그 내부에는 노즐(N) 방향으로만 탄성력을 인가하는 스프링과, 그 스프링에 탄성바이어스되어 노즐(N) 방향의 입구를 선택적으로 개폐하는 볼로 이루어진다. 이러한 체크밸브(95)의 구조는 공지의 기술이므로 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
상기한 구조에 의하여, 전극유니트(20)로 직류 전기에너지가 인가됨에 따라 - 전극(25)들 및 + 전극(26)들 사이에서 전기분해가 일어나면서 수소 및 산소기포가 발생하고, 이들은 혼합되어 제3라인(23)을 통하여 전해액저장조(10) 내부로 유입된다. 이때 혼합가스유입방지판(40)은, 제3라인(23)을 통하여 유입되는 수소산소 기포가 제1라인(21) 측으로 이동되지 못하도록 한다.
이후, 수소산소 혼합가스는 혼합가스분리필터(50)를 경유한 후 포집부(60)에 모아진다. 이때 혼합가스분리필터(50)는 수소산소 혼합가스를 전해액으로부터 분리하여 포집부(60)에 순수한 수소산소 혼합가스만이 포집되게 한다.
이후, 포집부(60)에 포집된 수소산소 혼합가스는 제1가스라인(75) -> 제1필터유니트(70) -> 제2가스라인(85) -> 제2필터유니트(80)를 경유한 후, 역화방지부(90) -> 체크밸브(95) -> 노즐(N)을 통하여 연소가스로 사용하게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 수소산소 혼합가스 발생시스템의 구성을 설명하기 위한 도면,
도 2는 도 1의 나노입자형성부를 발췌하여 도시한 도면.
<도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 ... 전해액저장조 14 ... 수위감지부
20 ... 전극유니트 21,22 ... 제1,2라인
23 ... 제3라인 25, 26 ...-, + 전극
30 ... 순환펌프 35 ... 나노입자형성부
40 ... 혼합가스유입방지판 50 ... 혼합가스분리필터
60 ... 포집부 70 ... 제1필터유니트
71 ... 물저장부 71a ... 서브포집부
72 ... 제1촉매저장부 73 ... 제1벤튜리부
74 ... 수위감지부 75 ... 제1가스라인
76 ... 제1이물질제거필터 80 ... 제2필터유니트
81 ... 유기제저장부 81a ... 서브포집부
82 ... 제2촉매저장부 83 ... 제2벤튜리부
84 ... 수위감지부 85 ... 제2가스라인
86 ... 제2이물질제거필터 90 ... 역화방지부
95 ... 체크밸브 N ... 노즐
V ... 밸브

Claims (13)

  1. 물이 전해되어 구현된 전해액이 저장되는 전해액저장조(10);
    다수의 - 전극(25)과 + 전극(26)으로 구성되는 것으로서, 상기 전해액저장조(10)의 하부측과 연결되는 제1,2라인(21)(22) 및 발생된 수소산소 혼합가스를 상기 전해액저장조(10)로 공급하기 위한 제3라인(23)을 포함하는 전극유니트(20);
    상기 전해액저장조(10) 내부에 설치되어, 전해액으로부터 수소산소 혼합가스를 분리하기 위한 혼합가스분리필터(50);
    상기 혼합가스분리필터(50)의 상부에 형성되어 그 혼합가스분리필터(50)에 의하여 분리된 수소산소 혼합가스를 포집하는 포집부(60);
    상기 포집부(60)로부터 유입되는 수소산소 혼합가스가 그 포집부(60)로 역류되는 것을 방지하기 위한 물이 저장되는 제1필터유니트(70); 및
    상기 포집부(60)와 제1필터유니트(70)를 연결하는 제1가스라인(75);를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소산소 혼합가스 발생시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3라인(23)은 상기 제1,2라인(21)(22)의 상부측에 위치되고;
    상기 제1,2라인(21)(22)과 상기 제3라인(23) 사이에는, 상기 제3라인(23)을 통하여 유입되는 수소산소 혼합가스가 상기 제1,2라인(21)(22)으로 유입되지 않도록 차단하는 혼합가스유입방지판(40);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소산소 혼합가스 발생시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1라인(21) 또는 제2라인(22)과 연결되어 상기 전해액저장조(10)와 전극유니트(20) 사이에서 전해액을 순환시키는 순환펌프(30)와;
    상기 제1라인(21) 또는 제2라인(22)에 설치되어 상기 순환펌프(30)에 의하여 상기 전극유니트(20)로 압송되는 전해액의 입자를 잘게 쪼갬과 동시에 미세한 압력변동을 일으키는 나노입자형성부(35);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소산소 혼합가스 발생시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1필터유니트(70)는, 그 내부에 물이 저장되며 상기 제1가스라인(75)이 연결되는 물저장부(71)와, 상기 물저장부(71)의 상부에 설치되는 것으로서 촉매가 저장된 제1촉매저장부(72)와, 상기 물저장부(71)와 제1촉매저장부(72) 사이를 연결하는 제1벤튜리부(73)를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소산소 혼합가스 발생시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 물저장부(71)의 내부에 위치되는 제1가스라인(75)의 단부에 연결된 제1이물질제거필터(76)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소산소 혼합가스 발생시 스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1필터유니트(70)로부터 유입되는 수소산소 혼합가스의 순도를 향상시킴과 동시에 제1필터유니트(70)로 역류되는 것을 방지하기 위한 유기제가 저장된 제2필터유니트(80); 및
    상기 제1필터유니트(70)와 연결되는 제2가스라인(85);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소산소 혼합가스 발생시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2필터유니트(80)는, 그 내부에 유기제가 저장되며 상기 제2가스라인(85)이 연결되는 유기제저장부(81)와, 상기 유기제저장부(81)의 상부에 설치되는 것으로서 촉매가 저장된 제2촉매저장부(82)와, 상기 유기제저장부(81)와 제2촉매저장부(82) 사이를 연결하는 제2벤튜리부(83)를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소산소 혼합가스 발생시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유기제저장부(81)의 내부에 위치되는 제2가스라인(85)의 단부에 연결된 제2이물질제거필터(86)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소산소 혼합가스 발생시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 -, + 전극(25)(26)의 표면은, 전기분해가 효율적으로 일어나고, 생성된 수소산소의 기포가 용이하게 탈락될 수 있도록 나노연마된 것을 특징으로 하는 수소산소 혼합가스 발생시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 -, + 전극(25)(26)의 표면에는 토르마린 광촉매가 부착된 것을 특징으로 하는 수소산소 혼합가스 발생시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 나노입자형성부(35)는.
    상기 제1라인(21)에 설치되는 몸체(36)와, 상기 몸체(36) 내부에 설치되어 압송되는 전해액에 의하여 회전되도록 비스듬한 각도로 형성된 임펠러(37)와, 상기 임펠러(37)의 축을 지지하는 베어링(38)이나 부싱을 포함하고;
    상기 임펠러(37)는 상기 전극유니트(20)로 갈수록 넓어지는 형태를 가지는 것;을 특징으로 하는 수소산소 혼합가스 발생시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 혼합가스유입방지판(40)은, 구멍이 형성된 판재나 메쉬 형태의 판재에 토르마린 광촉매가 형성되어 구현된 것을 특징으로 하는 수소산소 혼합가스 발생시 스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 혼합가스분리필터(50)는, 메쉬형태로 되어 있고, 광촉매가 형성되어 구현된 것을 특징으로 하는 수소산소 혼합가스 발생시스템.
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