KR100684685B1 - 수소 및 산소 혼합가스 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수소와 산소의 혼합가스를 생성하여 청정의 에너지원으로 사용할 수 있도록 하되, 이산화탄소 등과 같은 유해가스가 발생하지 않아 용접이나 철판의 절단작업에 사용하고, 전기분해 반응에 의해 발생할 수 있는 폭발사고를 미연에 방지할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 순환펌프와 연결되어 일정량의 전해액을 공급하며, 혼합가스와 오버된 전해액이 유입되게 상호 연결하고, 라디에이터부에 의해 냉각된 전해액이 유입되게 연결하며, 상부에 가스배출부를 형성하여 혼합가스를 압력탱크로 공급하고, 전해액을 이온화시키는 자화수부를 구비한 전해액 저장수단; 본체 외부에 형성된 메인스위치의 조작에 의해 제어수단과 순환펌프에 전원을 공급하고, 파워 버튼스위치의 조작에 의해 전기분해 반응을 일으키도록 전원을 공급하는 전원공급수단; 전해액을 냉각시킨 후, 전해액 저장수단으로 공급하는 라디에이터부; 상기 전해액 저장수단의 가스배출부와 연결되어 혼합가스를 저장하되, 내부의 압력을 감지하는 압력감지부를 구비한 압력탱크; 시료액을 저장하여 압력탱크에서 공급된 혼합가스와 혼합되어 중성불꽃이 유지되게 하여 토치를 통해 배출하되, 화염역화방지기를 구비한 시료액 저장수단; 각 장치를 제어하여 전기분해 반응에 의해 혼합가스가 발생되게 하되, 내부장치를 감지하여 전해액 저장탱크의 수위 및 온도, 압력탱크의 압력을 일정하게 유지되도록 제어하는 제어수단;으로 이루어져 물을 전기분해하여 수소와 산소의 혼합가스를 발생하는 수소 및 산소 혼합가스 발생장치에 있어서, 상기 전해액 저장수단으로부터 전해액을 공급받아 전기분해 반응을 통해 수소와 산소의 혼합가스를 발생시키도록 다수 개의 전극판을 수직으로 적층하여 각 전극판 일측은 양극으로, 타측은 음극으로 직렬로 연결하되, 상기 전극판 상호간에 공간 확보와 전해액의 누수 방지 및 절연을 위해 가스켓을 형성하고, 순환펌프와 연결되어 전해액 저장수단으로부터 전해액이 공급되는 전해액 주입구와 라디에이터부와 연결되어 전해액이 순환되게 배출되는 전해액 배출구와 라디에이터와 연결되어 전기분해 반응에 의해 수소와 산소의 혼합가스가 배출되는 가스배출구로 이루어지는 매니폴더를 형성하되, 상기 매니폴더는 연결용 전극단자판을 이용하여 전선으로 연결되어 전해액이 전극판의 중심부위와 밑부분에 형성된 전해액 관통공을 통해 중앙에서 좌우로 순환하면서 적층된 전극판에 의해 전기분해 반응이 일어나는 전해수단을 포함하는 수소 및 산소 혼합가스 발생장치에 관한 것이다.

전기분해, 수소, 산소, 전해액, 전해조

Description

수소 및 산소 혼합가스 발생장치{Occurrence apparatus for hydrogen oxygen mixing gas}

도1은 본 발명에 적용되는 수소 및 산소 혼합가스 발생장치의 전체 구성을 도시한 계통도

도2는 본 발명에 적용되는 수소 및 산소 혼합가스 발생장치의 내부장치를 도시한 사시도

도3은 본 발명에 적용되는 수소 및 산소 혼합가스 발생장치의 내부장치를 도시한 평면도

도4는 본 발명에 적용되는 수소 및 산소 혼합가스 발생장치의 외부장치를 도시한 사시도

도5는 본 발명에 적용되는 전해조 챔버의 조립상태를 도시한 사시도

도6은 본 발명에 적용되는 전극판을 도시한 사시도
도7은 본 발명에 적용되는 전해조 챔버의 조립상태를 도시한 정면도

*도면의 주요부분에 대한 부호설명*

1. 혼합가스 발생장치 2. 순환펌프

3. 토치 10. 전해액 저장탱크

11. 자화수부 12. 수위감지부

13. 솔레노이드 밸브 14. 안전온도 감지부

15. 과열감지부 16. 안전밸브

17. 가스배출부 20. 전해조 챔버

21. 매니폴더 21a. 전해액 주입구
21b. 전해액 배출구 21c. 가스배출구
22. 전극판

22a. 전해액 관통공 22b. 가스배출공

22c. 고정공 23. 가스켓

24. 전원단자용 전극판 25. 연결용 전극단자판

26. 절연 플레이트 27. 고정 플레이트

28. 고정대 29. 고정볼트

30. 전원공급부 40. 라디에이터부

50. 본체 51. 메인 스위치

52. 파워 버튼 스위치 53. 경고등

54. 게이지 55. 가스조절부

56. 구동부 60. 압력탱크

61. 압력감지부 70. 시료액 저장탱크

71. 화염역류 방지기 80. 제어수단

본 발명은 수소 및 산소 혼합가스 발생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물을 전기분해하여 얻어진 수소와 산소의 혼합가스를 이용하여 청정의 에너지원으 로 사용할 수 있도록 하고, 전기분해 반응을 통해 발생하는 수소가스 및 과열로 인한 폭발의 위험을 방지하여 안전하게 혼합가스를 생성할 수 있도록 한 수소 및 산소 혼합가스 발생장치에 관한 것이다.

최근 들어 환경과의 조화를 외면한 채 무분별하게 자연을 개발한 결과, 자연환경이 심각하게 오염되고 있으며, 대기오염의 경우 동·식물의 생존에 있어 막대한 피해를 주어 생태계를 위협할 뿐만 아니라 인류의 건강까지도 심각하게 위협하고 있는 실정이며, 특히 대기오염으로 인한 피해, 즉 아황산가스의 경우는 산성비의 생성원인이 되고, 질소화합물의 대기배출은 각종 성인병과, 암, 불치병 등의 주된 원인이 되고 있지만 자동차 엔진의 배기가스나 일반 산업현장 등지에서 배출되는 상기 유해공기의 배출량은 해마다 증가하고 있는 추세이며, 환경 호르몬 등과 같이 인체에 유해한 물질의 함유로 인해 국민들의 건강을 심각하게 위협하고 있는 실정이다.

특히, 최근의 심각한 대기오염의 결과로 지구 온실화에 따른 피해가 극심한데, 이러한 지구 온실화의 주 요인은 과다한 가스 사용으로 연소할 때에 발생하는 이산화탄소, 과불화탄소(Perfluorocarbon, PFC), 수소화불화탄소(Hydroflurocarbon, HFC), 산화질소(Nitrogen Oxide0, 메탄(Methane), Sulphur Hexafluoride 등 6 가지가 주요 원인으로써, 이중에서 가스연소에 의해 발생하는 이산화탄소가 지구 온난화의 약 85%의 책임이 있다는 통계가 있다.

이러한 대기오염으로 인한 막대한 피해를 방지하기 위해 친환경적인 에너지원에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있는데, 특히 물을 전기분해하여 발생하는 수 소와 산소를 이용할 수 있도록 하는 장치에 대한 연구가 활발한 실정이다.

물을 전기분해하여 수소 및 산소의 혼합가스를 발생하는 장치는 물이 전기분해되어 얻어지는 생성물인 산소 및 수소를 생산하기 위한 장치로서, 양전극 및 음전극이 설치된 전해조 내에 소량의 전해물질이 첨가된 물을 공급하고, 직류전압을 인가하여 무공해 에너지원인 수소 및 산소 혼합가스를 발생시키게 되는데, 통상 최적의 비율인 수소 : 산소 = 2 : 1의 몰(mole)비율로 혼합된 수소 및 산소 혼합가스가 발생하게 된다.

이러한 물 전기분해에 의한 수소 및 산소의 발생장치를 이용하여 순전해조의 약 80%의 수소 및 산소의 혼합가스를 발생시키기 위해 필요한 전기가 Kwh당 0.28㎥의 최대 혼합가스 발생률이 필요하기 때문에 수소 및 산소 혼합가스 1㎥의 수소가스 발생은 0.778㎏ 정도로 예상되며, 난방과 관련하여 아세틸렌 가스와 비교해 볼 때, 약 58.5%의 효율이 높은 것으로 인정된다.

상기의 종래 수소 및 산소 발생장치는 직류전류가 전해실을 통해서 통과할 때 전해액은 수소와 산소로 분해되며, 수소 및 산소 혼합가스가 토치로 흘러나가 가스를 연소시키면 불꽃이 발생하게 되는데, 이 경우 수소와 산소의 비율이 일정하게 혼합된 중성불꽃을 조절하기가 어려워 이용상의 제한이 있으며, 가스불꽃을 소화시키기 위해 전원장치를 차단할 때에 불꽃이 발생장치의 내부로 스며들어가지 못하게 하는 안전장치가 없고, 혼합가스의 작동압력을 체크하고 자동적으로 이 압력을 유지시킬 수 있는 장치도 미흡하며, 또한 2 가지의 액체나 기체가 혼합되면 폭발성이 강한 혼합물 형태로 이루어져 폭발의 위험성이 있다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 종래 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 전해액을 전기분해하여 생성되는 수소와 산소의 혼합가스의 비율을 2:1로 일정하게 유지된 중성불꽃으로 조절하여 용접 및 철판의 절단 등의 작업에 사용할 수 있도록 하고, 전기분해 반응시, 일정 온도 및 과열 온도에 도달하게 되면 라디에이터를 제어하여 냉각시키거나 전원을 차단하여 모든 장치의 작동을 정지시켜 폭발의 위험을 방지하여 수소와 산소로 이루어진 혼합가스를 청정의 에너지원으로 안전하게 사용할 수 있도록 하는데 목적이 있다.
또한 본 발명은 전기분해에 사용되는 전해액을 증류수나 특수한 전해액을 사용하지 않고 일반 수돗물을 이용하여 전해조 챔버의 전극판 사이를 순환하면서 전극판에 흐르는 전류를 이용해 전기분해 반응을 통한 수소와 산소의 혼합가스를 발생시키도록 하고, 특히 상기 전해액은 전극판의 중심부위와 밑부위에 형성된 전해액 관통공을 통해 순환되도록 하여 별도의 전해조 외벽 탱크를 구비하지 않기 때문에 크기가 소형화되고, 제조비용이 적게 소요되어 경제성이 향상되게 하는데 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 순환펌프와 연결되어 일정량의 전해액을 공급하며, 혼합가스와 오버된 전해액이 유입되게 상호 연결하고, 라디에이터부에 의해 냉각된 전해액이 유입되게 연결하며, 상부에 가스배출부를 형성하여 혼합가스를 압력탱크로 공급하고, 전해액을 이온화시키는 자화수부를 구비한 전해액 저장수단; 본체 외부에 형성된 메인스위치의 조작에 의해 제어수단과 순환펌프에 전원을 공급하고, 파워 버튼스위치의 조작에 의해 전기분해 반응을 일으키도록 전원을 공급하는 전원공급수단; 전해액을 냉각시킨 후, 전해액 저장수단으로 공급하는 라디에이터부; 상기 전해액 저장수단의 가스배출부와 연결되어 혼합가스를 저장하되, 내부의 압력을 감지하는 압력감지부를 구비한 압력탱크; 시료액을 저장하여 압력탱크에서 공급된 혼합가스와 혼합되어 중성불꽃이 유지되게 하여 토치를 통해 배출하되, 화염역화방지기를 구비한 시료액 저장수단; 각 장치를 제어하여 전기분해 반응에 의해 혼합가스가 발생되게 하되, 내부장치를 감지하여 전해액 저장탱크의 수위 및 온도, 압력탱크의 압력을 일정하게 유지되도록 제어하는 제어수단;으로 이루어져 물을 전기분해하여 수소와 산소의 혼합가스를 발생하는 수소 및 산소 혼합가스 발생장치에 있어서, 상기 전해액 저장수단으로부터 전해액을 공급받아 전기분해 반응을 통해 수소와 산소의 혼합가스를 발생시키도록 다수 개의 전극판을 수직으로 적층하여 각 전극판 일측은 양극으로, 타측은 음극으로 직렬로 연결하되, 상기 전극판 상호간에 공간 확보와 전해액의 누수 방지 및 절연을 위해 가스켓을 형성하고, 순환펌프와 연결되어 전해액 저장수단으로부터 전해액이 공급되는 전해액 주입구와 라디에이터부와 연결되어 전해액이 순환되게 배출되는 전해액 배출구와 라디에이터와 연결되어 전기분해 반응에 의해 수소와 산소의 혼합가스가 배출되는 가스배출구로 이루어지는 매니폴더를 형성하되, 상기 매니폴더는 연결용 전극단자판을 이용하여 전선으로 연결되어 전해액이 전극판의 중심부위와 밑부분에 형성된 전해액 관통공을 통해 중앙에서 좌우로 순환하면서 적층된 전극판에 의해 전기분해 반응이 일어나는 전해수단을 포함하는 수소 및 산소 혼합가스 발생장치를 구현하고자 한 것이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 적용되는 수소 및 산소 혼합가스 발생장치에 대하여 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 적용되는 수소 및 산소 혼합가스 발생장치(1)의 전체 구성을 도시한 계통도이고, 도2는 본 발명에 적용되는 수소 및 산소 혼합가스 발생장치(1)의 내부장치를 도시한 사시도이고, 도3은 본 발명에 적용되는 수소 및 산소 혼합가스 발생장치(1)의 내부장치를 도시한 평면도이고, 도4는 본 발명에 적용되는 수소 및 산소 혼합가스 발생장치(1)의 외부장치를 도시한 사시도이고, 도5는 본 발명에 적용되는 전해조 챔버(20)의 조립상태를 도시한 사시도이고, 도6은 본 발명에 적용되는 전극판(22)을 도시한 사시도이고, 도7은 본 발명에 적용되는 전해조 챔버(20)의 조립상태를 도시한 정면도이다.

도시된 바와 같이 본체(50) 외부의 메인 스위치(51)와 파워 버튼 스위치(52)의 조작에 의해 전원공급부(30)로부터 전원을 공급받은 제어수단(80)은 순환펌프 (2)를 작동하여 전해액 저장탱크(10)의 전해액이 전해조 챔버(20)와 라디에이터(40)를 경유하여 다시 전해액 저장탱크(10)로 순환되게 한 후, 상기 전해조 챔버(20)의 양 전원단자에 직류 전원을 공급하여 전기분해 반응을 발생시키고, 전기분해 반응을 통해 발생된 수소 및 산소 가스는 전해조 저장탱크(10)로 유입된 후, 압력탱크(60)를 거쳐 시료액 저장챔버(70)를 통해서 토치(3)로 수소 및 산소의 혼합가스가 배출되도록 구성하여 용접 또는 철판 절단에 사용할 수 있도록 한다.

상기 전해액 저장탱크(10)는 내·외압의 높은 강도에도 강하고, 물의 산화현상에도 강한 스테인레스강으로 이루어져 높은 압력에도 견딜 수 있도록 크로스 방향으로 브래킷을 설치해서 압력을 받는 단위면적이 최소화되게 형성하여 수산화칼륨(KOH) 2kg과 물 15리터의 혼합물로 이루어진 전해액을 일정량 저장하여 전해조 챔버(20)로 공급하는 것으로, 자화수부(11), 수위감지부(12), 솔레노이드 밸브(13), 안전온도 감지부(14), 과열감지부(15), 안전 밸브(16), 가스 배출부(17)를 형성하여 구성한다.

상기 자화수부(11)는 전해액에 자장을 가하여 이온화시켜 전해액이 공급되는 부위에 이끼의 발생을 방지하고, 스케일로 인한 녹과 부식을 억제하여 전해액의 전도율이 향상되게 하고, 상기 수위 감지부(12)는 전해액 저장탱크(10)의 수위를 감지하여 솔레노이드 밸브(13)를 통해 전해액을 공급받을 수 있도록 하고, 상기 솔레노이드 밸브(13)는 제어수단(80)의 제어를 받아 수위감지부(12)를 통해 저수위가 감지되면, 솔레노이드 밸브(13)가 열려서 전해액이 공급되고, 고수위가 감지되면 솔레노이드 밸브(13)가 닫혀서 전해액이 전해액 저장탱크(10)로 유입되는 것을 방 지하고, 상기 안전온도 감지부(14)는 전해액의 온도가 40℃가 되는 것을 감지하여 제어수단(80)으로 전송함으로써, 라디에이터부(40)를 작동하여 전해액 저장탱크(10)와 전해조 챔버(20)의 열을 냉각할 수 있도록 하고, 과열감지부(15)는 전해액의 온도가 60℃가 되는 것을 감지하여 제어수단(80)으로 전송함으로써, 과열방지를 위해 모든 작동을 정지시킬 수 있도록 하고, 상기 안전밸브(16)는 전해액 저장탱크(10)의 내부 압력이 과도하게 상승하게 될 경우 제어수단(80)의 인가를 받아 개방되어 내부의 압력을 안전한 상태로 조절할 수 있도록 하고, 상기 가스 배출부(17)는 전해조 챔버(20)에서 발생된 가스를 압력탱크(60)로 배출될 수 있도록 한다.

상기 전해조 챔버(20)는 전해액 저장탱크(10)로부터 전해액을 공급받아 전기분해 반응을 통해 수소와 산소의 혼합가스를 발생시키는 것인데, 적정수의 전극판(22)을 수직으로 적층하여 각 전극판(22)의 일측은 양극으로, 타측은 음극으로 직렬로 연결하여 전해조의 총 전압강하가 각 전극 사이의 전압강하의 합이 되게 하여 수소와 산소의 혼합가스의 발생량이 최대가 되게 한 것으로, 매니폴더(21), 전극판(22), 가스켓(23), 전원단자용 전극판(24), 연결용 전극단자판(25), 절연 플레이트(26), 고정 플레이트(27)를 형성하여 구성한다.

상기 매니폴더(21)는 물의 산화현상에 강해 부식이 잘 안되는 스테인레스로 성형하되, 내부의 구조는 전해조(20) 아래 부분부터 차례로 물이 고여지게 하는 형태로 이루어지고, 순환펌프(2)와 연결되어 전해액 저장탱크(10)로부터 전해액이 공급되는 전해액 주입구(21a)를 전해조 챔버(20)의 중앙 하단부위에 형성하고, 라디에이터부(40)와 연결되어 전해액이 순환되게 배출되는 전해액 배출구(21b)를 형성하고, 라디에이터부(40)와 연결되어 전기분해 반응에 의해 발생된 수소와 산소의 혼합가스가 배출되게 하는 가스배출구(21c)를 형성하여 라디에이터(40)와 전해액 저장탱크(10)를 통해 가스배출부(17)를 경유하여 압력탱크(60)로 혼합가스가 공급되도록 하고, 장시간 사용하지 않을 때, 전해액을 외부로 배출할 수 있도록 하기 위해 해당 부위에 각 니플을 형성하도록 구성한다.

상기 전극판(22)은 0.8㎜ 뚜께의 스테인레스강을 사용하되, 중심부위와 밑부위에 약 φ8㎜ 크기의 전해액 관통공(22a)을 형성하고, 윗부분에 약 φ10㎜ 크기의 가스 배출공(22b)을 형성하여 매니폴더(21)의 가스배출구(21c)를 통해 배출되게 하고, 외경의 4곳에 φ10㎜ 크기의 고정공(22c)을 형성하여 전극판(22) 및 가스켓(23)의 적층 및 고정 플레이트(27)상에 고정 설치되게 고정대(28)가 관통되게 하고, 상기 가스켓(23)은 전극판(22)과 전극판(22) 사이의 공간 확보와 전해액의 누수 방지 및 절연을 위해 사용하는 것으로, 전해액의 화학적 반응이 생기지 않고, 열에 강한 테프론 가스켓을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 전원단자용 전극판(24)은 전해조 챔버(20)의 양측에 설치되어 전원공급부(30)에서 공급되는 DC 전원을 연결하는 전극단자이고, 상기 연결용 전극단자판(25)은 전해조 챔버(20)의 매니폴더(21)를 기준으로 좌·우측의 전극판(22)의 전원을 연결하기 위한 전극판이고, 절연 플레이트(26)는 전원단자용 전극판(24)과 고정 플레이트(27) 사이에 설치되어 절연용으로 사용되며, 고정 플레이트(27)는 전극판(22)과 가스켓(23)을 적층한 후, 양측에서 고정 볼트(29)를 이용하여 고정시키도록 한다.

상기 전원공급부(30)는 전해조 챔버(20)의 전원단자용 전극판(24)에 형성된 양극 전원단자와 음극 전원단자에 DC전원을 공급하여 전기분해 반응이 원활하게 발생하도록 하는 것으로, 본 발명에 의한 장치에 입력되는 전원은 단상 3선 220V를 사용하고, 메인스위치(51)를 ON하는 경우 제어수단(80)과 순환펌프(1)에만 전원을 공급하여 전해액 저장탱크(10)에 저장된 전해액이 전해조 챔버(20)와 라디에이터부 (40)를 경유하여 다시 전해액 저장탱크(10)로 순환될 수 있도록 하고, 파워 버튼 스위치(52)를 ON하는 경우 전해조 챔버(20)에 전원을 공급하여 전기분해 반응이 발생하도록 한다.

상기 라디에이터부(40)는 수냉식 라디에이터로서, 작동으로 인해 발생하는 열을 냉각시켜 주는 것으로, 전해액 저장탱크(10) 내의 전해액의 온도가 40℃에 도달하면, 안전온도 감지부(14)에서 감지신호를 제어수단(80)으로 전송하여 라디에이터부(40)가 작동되게 함으로써, 내부 장치의 가열되는 것을 방지하도록 냉각시킨다.

상기 본체(50)는 본 발명에 의해 구성된 내부장치를 내장하여 전체적으로 지지할 수 있도록 하는 것으로, 상기 본체(50)의 전면상에 순환펌프(2)와 제어수단(80)에 전원을 공급하여 순환펌프(2)를 작동시키는 메인스위치(51)를 형성하고, 전해조 챔버(20)에 전원을 공급하여 전기분해 반응을 발생시키는 파워 버튼 스위치(52)를 형성하고, 전해액 저장탱크(10)의 수위감지부(12)와 과열감지부(15) 및 압력탱크(60)의 압력감지부(61)에 의한 신호가 발생하면, 램프가 점등되는 경고등(53)을 형성하고, 압력탱크(60)의 압력과 토치(3)의 압력을 확인하는 게이지(54)를 형성하고, 토치(3)에 배출되는 가스량을 조절하는 가스조절부(55), 본체 하단에는 이동이 용이하도록 구동부(56)를 형성하여 구성한다.

상기 압력탱크(60)는 높은 압력 및 산화현산에 강하도록 스테인레스강을 사용하되, 높은 압력에도 견딜 수 있도록 보강용 브래킷을 설치하며, 내부에 필터를 내장하여 형성하고, 전해액 저장탱크(10)의 가스배출부(17)를 통해 가스가 유입되 고, 압력탱크(60)의 가스가 시료액 저장챔버(70)로 배출되게 하는 니플을 형성하며, 압력탱크(60) 내부의 압력을 감지하는 압력감지부(61)를 형성하여 구성한다.

상기 시료액 저장챔버(70)는 용접을 하는 경우 불꽃의 온도를 낮추기 위해서 사용되는 시료액을 저장하는 것으로, 톨루엔 80%와 아세톤20%가 혼합된 시료액과 브라운 가스를 혼합하여 사용하면 불꽃온도가 일정 온도로 내려가게 되고, 상기 시료액 저장챔버(70)의 상단 니플을 사용하여 본체 외부에 형성하되, 불꽃이 호스를 통해 역으로 빨려 들어가는 것을 방지하는 화염역화 방지기(71)를 형성하여 구성한다.

상기 토치(3)는 시료액 저장챔버(70)를 통해 배출되는 수소 및 산소 혼합가스를 이용하여 연소될 때 용접하기 위해 사용할 수 있고, 철판을 절단할 때에는 산소가스만을 이용하여 사용할 수 있으며, 상기 순환펌프(2)는 제어수단(80)의 제어를 받아 전해액 저장탱크(10)의 전해액을 전해조 챔버(20)와 라디에이터부(40)를 경유하여 다시 전해액 저장탱크(10)로 순환시킬 수 있도록 한다.

상기 제어수단(80)은 PLC(programmable logic controller)회로를 사용하여 본 발명에 의한 장치의 각 구성장치를 제어하여 작동시키되, 메인스위치(51)의 조작에 의해 전원공급부(30)로부터 전원이 공급되면, 순환펌프(2)에 제어신호를 인가하여 전해액 저장탱크(10)의 전해액이 전해조 챔버(20)와 라디에이터부(40)를 경유하여 다시 전해액 저장탱크(10)로 순환되게 제어하고, 파워 버튼 스위치(52)의 조작에 의해 전원공급부(30)로부터 전원이 공급되면, 전해조 챔버(20)에서 전기분해 반응에 의해 발생되는 혼합가스가 압력탱크(60)와 시료액 저장챔버(70)를 통해 원 활하게 토치(3)로 배출되게 해당 장치를 제어하며, 전해액 저장탱크(10)의 전해액의 온도를 감지하여 일정 온도에 도달하게 되면, 라디에이터부(40)에 제어신호를 인가하여 냉각시키도록 하거나 안전밸브(16)를 개방하여 폭발의 위험을 방지하고, 압력탱크(60)의 압력을 감지하여 적정 압력이 유지되도록 제어하도록 한다.

이상과 같이 본 발명의 일실시례에 의해 구성된 수소 및 산소 혼합가스 발생장치(1)의 작용에 대하여 상세히 설명한다.

전해액 저장탱크(10)에 전해액을 1/2정도 주입하여 저장하되, 상기 전해액 저장탱크(10)는 순환펌프(2)와 연결되어 전해조 챔버(20)의 매니폴더(21)에 형성된 전해액 주입구(21a)로 일정량의 전해액을 공급할 수 있도록 하며, 라디에이터부(40)의 전해액이 순환되어 다시 유입될 수 있도록 연결하며, 전해조 챔버(20) 상부 공간에 생성된 혼합가스와 오버되는 전해액이 매니폴더(21)의 가스배출구(21c)를 통해 전해액 저장탱크(10) 상부로 유입되게 형성하고, 상부에 가스배출부(17)를 형성하여 혼합가스를 압력탱크(60)로 공급되게 하며, 자화수부(11)를 형성하여 전해액을 이온화시켜 전도율이 향상되게 하고, 안전온도 감지부(14), 과열감지부(15)를 구비하여 일정 온도에 도달하게 되면, 해당 신호값을 제어수단(80)으로 전송할 수 있도록 하며, 수위감지부(12)를 형성하여 솔레노이드 밸브(13)를 통해 일정량의 전해액이 유지되게 구성한다.

상기 전해조 챔버(20)는 양측에 대칭되는 고정 플레이트(27)를 형성하고, 상기 고정 플레이트(27) 내측에 절연 플레이트(26)를 구비하여 양극 및 음극 전원단자용 전극판(24)을 형성한 후, 전극판(22)과 가스켓(23)을 수직상태로 일정 간격을 유지하여 적층되게 형성하는데, 중간부위에 전해액 주입구(21a), 전해액 배출구(21b) 및 가스배출구(21c)로 이루어진 매니폴더(21)를 형성하여 순환펌프(2), 라디에이터부(40) 및 전해액 저장탱크(10)와 연결되게 하고, 상기 매니폴더(21)의 좌·우측에 연결용 전극단자판(25)을 형성하여 전선으로 상호 연결되게 하며, 고정대(28)가 전극판(22)과 가스켓(23)에 형성된 고정공(22c)을 관통하여 고정 플레이트(27)에 적층된 상태로 결합이 되게 하며, 상기 고정 플레이트(27)는 고정볼트(29)에 의해 상호 결합되게 구성한다.

라디에이터부(40)는 전해조 챔버(20)의 매니폴더(21)에 형성된 전해액 배출구(21b)와 연결되어 전해액이 공급될 수 있도록 하며, 전해액 저장탱크(10)와 연결되어 순환펌프(1)에 의해 전해액이 반복 순환이 되게 구비하고, 압력탱크(60)는 전해액 저장탱크(10)의 상부에 형성된 가스배출부(17)와 연결되어 혼합가스가 공급되게 하되, 내부의 압력을 감지하는 압력감지부(61)를 구비하고, 상기 압력탱크(60) 내의 혼합가스는 시료액 저장챔버(70)에 저장된 시료액과 혼합되어 토치(3)를 통해 외부로 배출될 수 있도록 하여 용접이나 철판 절단시 연소하여 사용할 수 있도록 한다.

상기와 같이 본 발명에 의한 수소 및 산소 혼합가스 발생장치(1)가 구비되면, 전해액 저장탱크(10)에 일정량의 전해액을 주입하고, 메인스위치(51)를 ON으로 조작하여 전원공급부(30)로부터 제어수단(80)과 순환펌프(2)에 DC전원을 공급하면, 상기 순환펌프(2)의 작동에 의해 전해액 저장탱크(10) 내에 저장된 전해액이 전해조 챔버(20)의 중앙 하단부에 형성된 매니폴더(21)의 전해액 주입구(21a)로 유입되어 좌·우의 전극판(22) 하부로 흘러 들어서 다시 매니폴더(21)로 전해액이 일정량 모이게 되면 전해액 배출구(21b)를 통해 배출되는 전해액은 라이에이터부(40)를 경유하여 다시 전해액 저장탱크(10)로 유입되어 순환하게 된다.

파워 버튼 스위치(52)를 ON으로 조작하면, 전원공급부(30)로부터 모든 장치에 DC전원을 공급하게 되는데, 상기 전해조 챔버(20) 내에 있는 전해액이 순환되면서 수직으로 적층되어 형성된 전극판(22)에 전기가 흘러서 전극판(22) 사이의 하부에 순환하는 전해액이 전기분해 반응에 의해 수소 : 산소 = 2 : 1의 비율로 혼합가스가 발생하게 되고, 상기 혼합가스는 전극판(22)과 전극판(22) 사이의 공간에 모여서 전극판(22) 상부에 있는 가스 배출공(22b)을 통해 매니폴더(21)에 형성된 가스배출구(21c)를 경유하여 상부에서 순환펌프(2)의 압력에 의해 넘치는 물과 함께 라디에이터부(40)의 상부 배관을 통해 전해액 저장탱크(10)로 흘러 들어가게 된다.

상기 전해액 저장탱크(10)는 유입된 전해액을 다시 전해조 챔버(20)로 공급하고, 혼합가스는 가스배출부(17)를 통해 저장탱크(10)의 상부에서 압력탱크(60)로 유입되어 일정 압력을 유지한 후, 시료액 저장챔버(70)로 유입되어 시료액과 혼합된 상태로 토치(3)를 통해 혼합가스가 배출될 수 있도록 하는데, 배출되는 혼합가스가 연소될 때 용접 등에 사용할 수 있도록 하고, 철판을 절단할 때는 산소만 이용하여 사용하도록 한다.

상기 제어수단(80)은 전해액 저장탱크(10)의 수위감지부(12)를 통해 전송되는 신호를 수신하여 저수위가 감지되면, 솔레노이드 밸브(13)를 개방하여 전해액을 저장탱크(10) 내로 유입시켜 일정 수위를 유지할 수 있도록 하고, 안전온도 감지부(14)를 통해 전송되는 신호를 수신하여 전해액의 온도가 40℃에 도달하게 되면, 라디에이터부(40)를 작동하여 전해액 저장탱크(10)와 전해조 챔버(20)의 열을 냉각할 수 있도록 하고, 과열감지부(15)를 통해 전송되는 신호를 수신하여 전해액의 온도가 60℃에 도달하게 되면, 모든 장치의 작동을 정지시켜 과열로 인한 폭발의 위험 을 방지하도록 하고, 압력탱크(60)의 압력감지부(61)를 통해 전송되는 신호를 수신하여 압력탱크(60) 내의 압력을 일정하게 유지할 수 있도록 제어한다.

이상과 같이 본 발명은 물의 전기분해 반응을 통해 수소와 산소에서 얻어진 가스를 이용하는데, 이러한 혼합가스는 연소될 때 이산화탄소 등과 같은 유해가스는 발생하지 않으며, 수소와 산소분자로 간단히 물의 형태로 재결합되고, 전기 kWh당 약 0.28㎥의 가스가 발생하고, 1㎥의 수소와 산소의 혼합가스를 발생시키는데 소모되는 전기량은 3.57kWh으로, 용접시 유해가스가 발생하지 않아 용접한 표면이 깨끗하게 유지되고, 청정에너지원으로 사용할 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시례 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.

본 발명은 전해액을 전기분해하여 얻어진 수소와 산소의 혼합가스를 청정의 에너지원으로 사용함으로써, 연소될 때 이산화탄소 등과 같은 유해가스의 발생을 방지할 수 있도록 하고, 수소와 산소의 배합비율이 2:1로 이루어진 중성불꽃을 생성하여 용접시 표면에 끄으름이 적게 발생하고, 용접 표면이 깨끗하게 이루어져 작업능률을 향상시키고, 대기오염을 방지하는 효과가 있다.
또한 전기분해에 사용되는 전해액을 증류수나 특수한 전해액을 사용하지 않고 일반 수돗물을 이용하여 전해조 챔버의 전극판 사이를 순환하면서 전극판에 흐르는 전류를 이용해 전기분해 반응을 통한 수소와 산소의 혼합가스를 발생시키도록 하고, 특히 상기 전해액은 전극판의 중심부위와 밑부위에 형성된 전해액 관통공을 통해 순환되도록 하여 별도의 전해조 외벽 탱크를 구비하지 않기 때문에 크기가 소형화되고, 제조비용이 적게 소요되어 경제성이 향상되게 하는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 순환펌프와 연결되어 일정량의 전해액을 공급하며, 혼합가스와 오버된 전해액이 유입되게 상호 연결하고, 라디에이터부에 의해 냉각된 전해액이 유입되게 연결하며, 상부에 가스배출부를 형성하여 혼합가스를 압력탱크로 공급하고, 전해액을 이온화시키는 자화수부를 구비한 전해액 저장수단; 본체 외부에 형성된 메인스위치의 조작에 의해 제어수단과 순환펌프에 전원을 공급하고, 파워 버튼스위치의 조작에 의해 전기분해 반응을 일으키도록 전원을 공급하는 전원공급수단; 전해액을 냉각시킨 후, 전해액 저장수단으로 공급하는 라디에이터부; 상기 전해액 저장수단의 가스배출부와 연결되어 혼합가스를 저장하되, 내부의 압력을 감지하는 압력감지부를 구비한 압력탱크; 시료액을 저장하여 압력탱크에서 공급된 혼합가스와 혼합되어 중성불꽃이 유지되게 하여 토치를 통해 배출하되, 화염역화방지기를 구비한 시료액 저장수단; 각 장치를 제어하여 전기분해 반응에 의해 혼합가스가 발생되게 하되, 내부장치를 감지하여 전해액 저장탱크의 수위 및 온도, 압력탱크의 압력을 일정하게 유지되도록 제어하는 제어수단;으로 이루어져 물을 전기분해하여 수소와 산소의 혼합가스를 발생하는 수소 및 산소 혼합가스 발생장치에 있어서,

   상기 전해액 저장수단으로부터 전해액을 공급받아 전기분해 반응을 통해 수소와 산소의 혼합가스를 발생시키도록 다수 개의 전극판을 수직으로 적층하여 각 전극판 일측은 양극으로, 타측은 음극으로 직렬로 연결하되, 상기 전극판 상호간에 공간 확보와 전해액의 누수 방지 및 절연을 위해 가스켓을 형성하고, 순환펌프와 연결되어 전해액 저장수단으로부터 전해액이 공급되는 전해액 주입구; 라디에이터부와 연결되어 전해액이 순환되게 배출되는 전해액 배출구; 라디에이터부와 연결되어 전기분해 반응에 의해 수소와 산소의 혼합가스가 배출되는 가스배출구;로 이루어지는 매니폴더를 형성하되, 상기 매니폴더는 연결용 전극단자판을 이용하여 전선으로 연결되어 전해액이 전극판의 중심부위와 밑부분에 형성된 전해액 관통공을 통해 중앙에서 좌우로 순환하면서 적층된 전극판에 의해 전기분해 반응이 일어나는 전해수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 및 산소 혼합가스 발생장치.
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