説明

水素酸素混合発生システム

【課題】水素酸素混合ガス発生システムにおいて、電気装置を用いない放熱が可能でかつ単純化された構造を有するシステムを提供する。
【解決手段】水が貯蔵されて水素酸素混合ガスが捕集される水貯蔵捕集槽10と、水を電気分解するための多数の電極21、22が内蔵され水が流入される流入口25と電気分解された水素酸素混合ガスが排出される流出口26が形成された電極ユニット20と、水貯蔵捕集槽10の下部側と電極ユニット20の流入口25が連結され水貯蔵捕集槽10から電極ユニット20に水を供給することと同時に放熱機能をする第1放熱供給管30と、及び水貯蔵捕集槽10の上部側と電極ユニット20の流出口26が連結され電極ユニット20から排出される水素酸素混合ガスと水の混合物を水貯蔵捕集槽10の上部側に供給することと同時に放熱機能をする第2放熱供給管40とを含むことを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は水から水素酸素混合ガスを発生させる水素酸素混合ガス発生システムに関するものである。
【背景技術】
【0002】
水素酸素混合ガス発生システムは水が電気分解されて得られる生成物である水素及び酸素を生産するための装置であって、正(+)及び負(−)電極が設けられた貯蔵槽内に少量の電解物質が添加された水を供給して直流電圧を印加することによって、無公害エネルギー源である水素酸素混合ガスを発生させる。この際、発生される水素と酸素は2:1のモル比で発生され、−電極表面に水素が気泡形態に生成され、+電極表面に酸素が気泡形態に生成される。このように生成された水素と酸素は混合されて混合ガス形態になり燃焼が可能となる。また水素酸素混合ガスは燃焼時、汚染物質が生成しないので環境にやさしいエネルギー源として新しく浮き彫りになっている。
【0003】
しかし、水を電気分解する過程において多くの熱が発生されるので、該熱を冷やすための放熱装置を採用しなければならないが、放熱装置を設けるための空間や放熱装置を稼働するための各種の電気装置ら、例えば冷却用ファンやポンプ等が必要したので、結局大きさが大きくなり全体的な構造が複雑であった。
【0004】
また水素酸素混合ガス内部には酸素が含まれていて外部から酸素を供給されなくても燃焼する。したがって、燃焼時、生成される燃焼火花は常に逆火される可能性が共存する問題点があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は前記のような問題点を解決するために創出されたものであって、空気を自然循環させる方式の吸熱放熱部を採用することによって、冷却用ファンやポンプ等の電気装置を使用せずに放熱が可能となり、また全体的な構造を単純化することができ、コンパクトに具現することができる混合ガス発生システムを提供することを目的とする。
【0006】
本発明の他の目的は、燃焼火花が逆火される可能性を排除することができるので安全性が確保できる水素酸素混合ガス発生システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記のような目的を果たすために本発明にかかる水素酸素混合ガス発生システムは、水が貯蔵されて水素酸素混合ガスが捕集される水貯蔵捕集槽10と、前記水を電気分解するための多数の電極21、22が内蔵され水が流入される流入口25と電気分解された水素酸素混合ガスが排出される流出口26が形成された電極ユニット20と、前記水貯蔵捕集槽10の下部側と前記電極ユニット20の流入口25が連結され,前記水貯蔵捕集槽10から前記電極ユニット20に水を供給することと同時に放熱機能をする第1放熱供給管30と、前記水貯蔵捕集槽10の上部側と前記電極ユニット20の流出口26が連結され,前記電極ユニット20から排出される水素酸素混合ガスと水の混合物を前記水貯蔵捕集槽10の上部側に供給することと同時に放熱機能をする第2放熱供給管40とを含み、前記第1放熱供給管30はコイル形象に巻回された放熱管部31と、前記放熱管部31に設けられるものであって、空気との接触面積をふやすための多数の放熱ピン形成部32とを含み、前記第2放熱供給管40は、コイル形象に巻回された放熱管部41と、前記放熱管部41に設けられるものであって、空気との接触面積をふやすための多数の放熱ピン形成部42を含み、前記第1放熱供給管30及び第2放熱供給管40の表面には放熱效率を高めるための熱伝導層が形成されるが、前記熱伝導層はナノメートルサイズの炭素ナノチューブとトールマリーン光触媒を単独または混合して塗布することによって具現されることを特徴とする。
【0008】
本発明において、前記第1放熱供給管30または前記第2放熱供給管40に向ける放熱ファン33と、前記水貯蔵捕集槽10の温度を測定して該水貯蔵捕集槽10の温度が基準温度以上になった時、前記放熱ファン33を作動させる信号を発生する温度感知センサー34とをさらに含む。
【0009】
本発明において、外部から水を供給するメイン水供給管(S)と連結され、該水貯蔵捕集槽10に貯蔵された水が一定水位を維持させる水位維持部50と、前記水貯蔵捕集槽10から流入される水素酸素混合ガスが該水貯蔵捕集槽10に逆流されることを防止するための逆流防止フィルターユニット60と、及び前記逆流防止フィルターユニット60と連結され水素酸素混合ガスを噴射するノズル70とをさらに含む。
【0010】
本発明において、前記水貯蔵捕集槽10の内部に設けられ、前記水素酸素混合ガスを水から分離する混合ガス分離フィルター11と、前記混合ガス分離フィルター11の上部に形成され、該混合ガス分離フィルター11を経由した水素酸素混合ガスが捕集される捕集部12とをさらに含む。
【発明の効果】
【0011】
本発明にかかる水素酸素混合ガス発生システムによると、水が貯蔵され水素酸素混合ガスが捕集される水貯蔵捕集槽と、水貯蔵捕集槽を通じて水素酸素混合ガスを発生する電極ユニットと、水貯蔵捕集槽と電極ユニットを連結する第1、2の放熱供給管とを含むことによって、冷却用ファンやポンプ等の電気装置を使用せずに放熱が可能となり、また、全体的な構造を単純化することができるし、さらに全体的にコンパクトに具現することができる。
【0012】
また、逆流防止フィルターユニットを採用することによって燃焼火花が逆火されないようにすると同時に、高純度の混合ガスを生成することができ、さらに安全な水素酸素混合ガス発生システムを具現することができる作用、效果がある。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明にかかる水素酸素混合ガス発生システムの構成を説明するための図である。
【図2】図1の第1、2放熱供給管を説明するための図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
以下、本発明にかかる水素酸素混合ガス発生システムを添付の図面を参照して詳しく説明する。
【0015】
図1は本発明による水素酸素混合ガス発生システムの構成を説明するための図であり、図2は図1の第1、2放熱供給管を説明するための図である。
【0016】
示されたように、本発明による水素酸素混合ガス発生システムは、水が貯蔵され水素酸素混合ガスが捕集される水貯蔵捕集槽10と、水を電気分解するための多数の電極21、22が内蔵され、水が流入される流入口25と電気分解された水素酸素混合ガスが排出される流出口26が形成された電極ユニット20と、水貯蔵捕集槽10の下部側10aと電極ユニット20の流入口25が連結され水貯蔵捕集槽10から電極ユニット20に水を供給することと同時に放熱機能をする第1放熱供給管30と、水貯蔵捕集槽10の上部側10bと電極ユニット20の流出口26が連結され電極ユニット20から排出される水素酸素混合ガスと水の混合物を水貯蔵捕集槽10の上部側に供給することと同時に放熱機能をする第2放熱供給管40と、外部から水を供給するメイン水供給管(S)と連結され、該水貯蔵捕集槽10に貯蔵された水が一定水位を維持させる水位維持部50と、水貯蔵捕集槽10から流入される水素酸素混合ガスが該水貯蔵捕集槽10に逆流されることを防止するための逆流防止フィルターユニット60と、逆流防止フィルターユニット60と連結され水素酸素混合ガスを噴射するノズル70とを含むことを特徴とする。
【0017】
水貯蔵捕集槽10は、電極ユニット20に水を供給することと同時に、電極ユニット20から発生される水素酸素混合ガスを捕集する装置である。水貯蔵捕集槽10は全体的に筒状をしているし、耐圧にも耐えるように耐久性に優れた金属材質からなる。
【0018】
水貯蔵捕集槽10の内部には電極ユニット20において発生された水素酸素混合ガスを水から分離する混合ガス分離フィルター11が設けられ、混合ガス分離フィルター11の上部に混合ガス分離フィルター11を通過した水素酸素混合ガスが捕集される捕集部12が形成されることができる。
【0019】
この場合、混合ガス分離フィルター11は、細かいメッシュ網に光触媒、さらに望ましくは上述したトールマリーン光触媒が形成されて具現される。
【0020】
トルマリン光触媒はメッシュの網にコーティングされたり、メッシュの網を製造する時に含有されるようにする。混合ガス分離フィルター11は、上昇する水素酸素混合ガス内部の含まれた異物、すなわち電気分解の時−、+電極で発生される異物や、供給される水に含まれた異物をフィルタリングすることいよって、純粋な水素酸素混合ガスのみを捕集することができる。特に、混合ガス分離フィルター11に光触媒が形成されているので、異物は光触媒作用によってさらに效果的に除去される。
【0021】
さらに、水貯蔵捕集槽10の内部には浮標15が設けられる。浮標15は、後述する電極ユニット20において発生される水素酸素混合ガスが第2放熱供給管40を通じて水貯蔵捕集槽10の上部側10bに流入される時、該水素酸素混合ガスの流入圧力を増加させて水が第1放熱供給管30に容易に抜け出るようにする。
【0022】
すなわち、水貯蔵捕集槽10の上部側10bに流入される水素酸素混合ガスは浮標15の全体表面に圧力を印加し、これによって浮標15は貯蔵された水に圧力を印加することによって、結果的に下部側10aに水が強い圧力で抜け出るようにする。
【0023】
電極ユニット20は、水を電気分解し水素と酸素を生産するためのものであって、所定の間隔を成して配置される多数の−電極21と+電極22が全体的に密封された構造の管やボックス内部に位置されて具現され、両側端に水貯蔵捕集槽10から流入される水が流入される流入口25及び電気分解過程において発生された水素酸素混合ガスが排出される流出口26が形成されて具現される。この時、−、+電極21、22の表面は、電気分解が效率的に行い、生成された水素酸素の気泡が容易に脱落されることができるようにナノ研磨されている。
【0024】
ナノ研磨とは、−、+電極21、22の表面をナノ単位に研いたものを意味する。このようなナノ研磨を通じて−、+電極21、22表面の摩擦力を最小化することができるので、生成された水素及び酸素気泡が非常に容易に脱落され得る。
【0025】
特に、物質の大きさがバルク状態からナノサイズに小くなる場合、機械的、熱的、電気的、磁気的、光学的物性が独特に変わるが、−、+電極21、22表面をナノ研磨して物性を変化させることによって水の電気分解がさらに活発になるものである。
【0026】
一方、−、+電極21、22の表面には炭素ナノチューブ及び/またはトルマリン光触媒が附着され得る。この際、トルマリン光触媒はトルマリンを数マイクロから数ナノメートル単位の粉末に粉碎した後、約1300℃の温度で塑性することによって具現された後、−、+電極21、22に接着剤等を用いて附着される。トルマリンは水晶のような結晶構造を有する六方晶系に属する鉱物であって、摩擦によって電気が生じ、また陰イオンを多量発生し、また電気分解をさらに促進させて水素及び酸素を多く生成させる。このようなトルマリンは粉末に粉砕された後、塑性されることによって、電解液との接触面積を広げることができる幾多の微細気孔が形成された光触媒に具現され、このようなトルマリン光触媒を−、+電極21、22に附着することによって電解液の電気分解をさらに促進させることができる。
【0027】
さらに、−、+電極21、22は、トルマリン光触媒を板形に成形することによって具現されることもできることは勿論である。
【0028】
第1放熱供給管30は、水貯蔵捕集槽10の下部側10aと電極ユニット20の流入口25と連結されるコイル形象に巻回された放熱管部31と、放熱管部31に設けられるものであって、空気との接触面積をふやすための多数の放熱ピン形成部32を含む。
【0029】
このような第1放熱供給管30は水貯蔵捕集槽10から電極ユニット20に水を供給する管路役目をすることと同時に、水から熱を吸収した後、放熱させる。
【0030】
放熱ピン形成部32は放熱管部31に嵌め込まれ、該放熱管部31を経由する空気との接触面積をふやす。
【0031】
このような放熱ピン形成部32は多様な形態に具現することができるが、本実施例においては薄い帯形状の板金をスクリュー形態に捩って具現され、該板金に多数の凹凸32aを形成したものを使用している。
【0032】
第2放熱供給管40は、水貯蔵捕集槽10の上部側10bと電極ユニット20の流出口26と連結されるコイル形象に巻回された放熱管部41と、放熱管部41に設けられるものであって、空気との接触面積をふやすための多数の放熱ピン形成部42を含む。
【0033】
このような第2放熱供給管40は電極ユニット20において発生された水素酸素混合ガスを水と混合された形態で水貯蔵捕集槽10に供給する管路の役目をすることと同時に、水素酸素混合ガスと水から熱を吸収した後、放熱させる。
【0034】
放熱ピン形成部42は放熱管部41に嵌めこまれ、該放熱管部41を経由する空気との接触面積をふやす。
【0035】
このような放熱ピン形成部42は多様な形態に具現することができるが、本実施例においては薄い帯形状の板金をスクリュー形態に捩って具現され、該板金に多数の凹凸42aを形成したものを使用している。
【0036】
この時、第1放熱供給管30または第2放熱供給管40の表面には放熱效率を高めるための熱伝導層が形成され、熱伝導層はナノメートルサイズの炭素ナノチューブとトールマリーン光触媒を単独または混合して塗布するによって具現されることが望ましい。
【0037】
本実施例において熱伝導層は、ナノメートルサイズ、望ましくは10−60ナノメートルサイズの炭素ナノチューブとトールマリーン光触媒を単独または混合して塗布することによって具現される。
【0038】
一方、本願は第1放熱供給管30または第2放熱供給管40に向ける放熱ファン33と、水貯蔵捕集槽10の温度を測定し、該水貯蔵捕集槽10の温度が基準温度以上になった時、放熱ファン33を作動させる信号を発生する温度感知センサー34をさらに含むことができる。
【0039】
放熱ファン33は空気を第1放熱供給管30の放熱ピン形成部32や第2放熱供給管40の放熱ピン形成部42に送風することによって、空気との熱交換が容易に行うようにする。
【0040】
本実施例に説明する図面では放熱ファン33は第1放熱供給管30に向けるものと示しているがこれは例示に過ぎない。
【0041】
したがって放熱ファン33は第2放熱供給管40に向けることもできるのは勿論である。
【0042】
温度感知センサー34は水貯蔵捕集槽10の温度が基準温度以上に上昇する時や、または異常動作によって温度が過度に上昇する時これを検知し、放熱ファン33を作動させる信号を発生する。
【0043】
水位維持部50は、メイン水供給管(S)と連結され、該水貯蔵捕集槽10に貯蔵された水が一定水位を維持させるものであって、多様な方式に具現されることができる。本実施例において水位維持部50は、メイン水供給管(S)と連結されるソレノイドバルブ51と、水貯蔵捕集槽10の内部に設けられて貯蔵された水の水位を検知することによって、一定水位になるようにソレノイドバルブ51を開閉する信号を発生する水水位感知センサー52とを含む。
【0044】
しかし、水位維持部は、トイレの便器に適用される浮標方式に具現されることができることは勿論である。
【0045】
逆流防止フィルターユニット60は、捕集部12からガスライン65を通じて流入される水素酸素混合ガスから異物を除去して高純度の混合ガスにするためのものであり、さらに水素酸素混合ガスが捕集部12に逆流されることを防止するための逆化防止機能をする。
【0046】
これのために、逆流防止フィルターユニット60は、該内部に水が貯蔵されるものであって、捕集部12と連結されるガスライン65と連結される水貯蔵部61と、水貯蔵部61の上部に設けられるものであって、触媒が貯蔵された触媒貯蔵部62と、水貯蔵部61と触媒貯蔵部62の間を連結するベンチュリ部63とを含む。
【0047】
この時、水貯蔵部61において水の上部側には水を経由した水素酸素混合ガスが捕集されるサブ捕集部61aが形成されている。
【0048】
触媒貯蔵部62には触媒が貯蔵されるが、このような触媒としてトールマリーン光触媒、または白金触媒がある。このような触媒貯蔵部62は化合物形態でなされる異物を触媒作用によって除去させる。
【0049】
ベンチュリ部63はそれを経由する水素ガスと酸素ガスを均一に混合するためと同時に、触媒貯蔵部62に移動された混合ガスがサブ捕集部61aに逆流されないようにするためのものである。これのためにベンチュリ部63の内部には微細な流路が一つまたは多数ヶ形成されているし、さらに望ましく微細な流路がスクリュー形態に成される。
【0050】
ベンチュリ部63に形成された流路の直径は0.2mm〜10mm間であるのが望ましい。
【0051】
実質的に、水貯蔵部61に流入された水素ガスと酸素ガスは部分的に混合されない状態である。しかし、これら水素ガスと酸素ガスがベンチュリ部63の流路を経由しながら自然に混合される。
【0052】
一方、水貯蔵部61の内部には水の水位を感知する水位感知部64が設けられる。水位感知部64は、水貯蔵部61において消耗される水の量を測定し給水タンク(図示せず)から水が水貯蔵部61に供給させる。
【0053】
このような水位感知部64は多様な形態に具現されることができるが、例えば浮標方式や、センサー方式等に具現されることができる。
【0054】
このような水位感知部64及び給水タンクは当業係において使用される技術であるので詳細な説明は略する。
【0055】
また水貯蔵部61の内部に位置されるガスライン65の端部に連結された異物除去フィルター66が設けられることができる。異物除去フィルター66はガスライン65を通じて流入される水素酸素混合ガス内部に含まれた異物を除去する。
【0056】
前記逆流防止フィルターユニット60の構造により、ガスライン65を通じて流入される水素酸素混合ガスに含まれた異物は、異物除去フィルター66によって除去される。以後、異物が除去された混合ガスは上昇しサブ捕集部61aに集められ、これによってガスライン65に逆化されなくなる。さらに、サブ捕集部61aに集められた混合ガスは以後、ベンチュリ部63を経由しながらさらに均一に混合され、触媒貯蔵部62を通過しながら化合物になった異物が除去され、高純度の混合ガスになる。
【0057】
次に、前記のような水素酸素混合ガス発生システムの動作を説明する。
【0058】
前記の構造によって、電極ユニット20に直流を印加すると、−電極21及び+電極22の間に電気分解が行いながら水素及び酸素気泡が発生し、これらの混合ガスは水とともに第2放熱供給管40を通じて水貯蔵捕集槽10内部の水の上部側に流入される。
【0059】
さらに、水貯蔵捕集槽10の内部圧力が高くなり、高くなった内部圧力は水が第1放熱供給管30に抜け出るようにする。
【0060】
すなわち、ポンプのような構成を採用せずに、水貯蔵捕集槽10に供給される水素酸素混合ガスの圧力によって、水は自然に第1放熱供給管30を通じて電極ユニット20に流入される。
【0061】
以後、水素酸素混合ガスは混合ガス分離フィルター11を経由した後、捕集部12に集められ、捕集部12に捕集された水素酸素混合ガスはガスライン65→逆流防止フィルターユニット60→ノズル70を通じて燃焼ガスとして使用される。
【0062】
一方、電極ユニット20において電気分解が進行されるにより多くの熱が発生されるが、この熱は第1、2放熱供給管30、40によって空気との接触を通じて放熱され、これによって水貯蔵捕集槽10の温度が上がることが防止される。
【0063】
さらに、水貯蔵捕集槽10の温度が基準温度以上に上昇したり、または異常動作によって温度が過度に上昇すると、温度感知センサー34はこれを検知して放熱ファン33を作動させる信号を発生し、これによって急速な放熱が可能となる。
【0064】
本発明は図面に示された一実施例を参照に説明されたが、これは例示的なものに過ぎなく、本技術分野の通常の知識を有する者なら本発明により多様な変形及び均等な他の実試例が可能であることがわかるべきである。
【符号の説明】
【0065】
10…水貯蔵捕集槽 11…混合ガス分離フィルター
12…捕集部 15…浮標
20…電極ユニット 21、22…電極
25、26…流入口及び流出口 30…第1放熱供給管
31…放熱管部 32…放熱ピン形成部
32a…凹凸 33…放熱ファン
34…温度感知センサー 40…第2放熱供給管
41…放熱管部 42…放熱ピン形成部
42a…凹凸 50…水位維持部
51…ソレノイドバルブ 52…水水位感知センサー
60…逆流防止フィルターユニット 61…水貯蔵部
61a…サブ捕集部 62…触媒貯蔵部
63…ベンチュリ部 64…水位感知部
65…ガスライン 66…異物除去フィルター
70…ノズル

【特許請求の範囲】
【請求項1】
水が貯蔵されて水素酸素混合ガスが捕集される水貯蔵捕集槽と、
前記水を電気分解するための複数の電極が内蔵され水が流入される流入口と電気分解された水素酸素混合ガスが排出される流出口が形成された電極ユニットと、
前記水貯蔵捕集槽の下部側と前記電極ユニットの流入口が連結され,前記水貯蔵捕集槽から前記電極ユニットに水を供給することと同時に放熱機能をする第1放熱供給管と、
前記水貯蔵捕集槽の上部側と前記電極ユニットの前記流出口が連結され,前記電極ユニットから排出される水素酸素混合ガスと水の混合物を前記水貯蔵捕集槽の上部側に供給することと同時に放熱機能をする第2放熱供給管とを含み、
前記第1放熱供給管はコイル形象に巻回された放熱管部と、
前記放熱管部に設けられるものであって、空気との接触面積をふやすための複数の放熱ピン形成部とを含み、
前記第2放熱供給管は、コイル形象に巻回された放熱管部と、前記放熱管部に設けられるものであって、空気との接触面積をふやすための複数の放熱ピン形成部を含み、
前記第1放熱供給管及び前記第2放熱供給管の表面には放熱効率を高めるための熱伝導層が形成されるが、前記熱伝導層はナノメートルサイズの炭素ナノチューブとトールマリーン光触媒を単独または混合して塗布することによって具現されることを特徴とする水素酸素混合ガス発生システム。
【請求項2】
前記第1放熱供給管または前記第2放熱供給管に向ける放熱ファンと、
前記水貯蔵捕集槽の温度を測定して該水貯蔵捕集槽の温度が基準温度以上になった時、前記放熱ファンを作動させる信号を発生する温度感知センサーとをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の水素酸素混合ガス発生システム。
【請求項3】
外部から水を供給するメイン水供給管と連結され、該水貯蔵捕集槽に貯蔵された水が一定水位を維持させる水位維持部と、
前記水貯蔵捕集槽から流入される水素酸素混合ガスが該水貯蔵捕集槽に逆流されることを防止するための逆流防止フィルターユニットと、及び
前記逆流防止フィルターユニットと連結され水素酸素混合ガスを噴射するノズルとをさらに含むことを特徴とする請求項1または2に記載の水素酸素混合ガス発生システム。
【請求項4】
前記水貯蔵捕集槽の内部に設けられ、前記水素酸素混合ガスを水から分離する混合ガス分離フィルターと、
前記混合ガス分離フィルターの上部に形成され、該混合ガス分離フィルターを経由した水素酸素混合ガスが捕集される捕集部とをさらに含むことを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の水素酸素混合ガス発生システム。

【図1】
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【図2】
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