(57)【要約】      （修正有）【課題】水から水素酸素混合ガスを効果的に発生させる水素ガス発生装置を提供する。【解決手段】金属材からなる管部材１０と、管部材１０内部に挿入される絶縁管２０と、絶縁管２０の内部に挿入されるものであって多数の孔が形成された多数の電極板３１及びその電極板３１と交互に設けられる所定の厚の環形離隔部材３２で構成される電極板ユニット３０と、管部材１０の前方に配置され、前方流入孔４１、及び前方排出孔４２が形成される前方カバー４０と、前方カバー４０と前記管部材１０との間を絶縁させるための前方絶縁部と、管部材１０の後方に配置され、後方流入孔５１及び後方排出孔５２が形成される後方カバー５０と、後方カバー５０と管部材１０の間を絶縁させるための後方絶縁部と、後方カバー４０、５０の間の管部材１０に嵌め込まれるものであって、多数の放熱ピン６２が形成された放熱部６０とを含む。【選択図】図２
2010111944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内径を有して金属材で具現された管部材と、
前記管部材内部に挿入される絶縁管と、
多数の孔が形成された多数の電極板及びその電極板と交互に設けられる所定の厚さの環形離隔部材で構成され、前記絶縁管の内部に挿入される電極板ユニットと、
前記管部材の前方に配置されるものであって、下部側に前方流入孔が形成され、上部側に形成された前方排出孔が形成される前方カバーと、
前記前方カバーと前記管部材との間を絶縁させるための前方絶縁部と、
前記管部材の後方に配置されるものであって、下部側に形成される後方流入孔及び上部側に形成された後方排出孔が形成される後方カバーと、
前記後方カバーと前記管部材の間を絶縁させるための後方絶縁部、及び
前記前方カバーと後方カバーとの間の前記管部材に嵌め込まれるものであって、多数の放熱ピンが形成された放熱部とを含むことを特徴とする水素酸素混合ガス発生装置。
【請求項２】
前記絶縁管と管部材との間に形成された第１の熱伝導層及び
前記放熱部と管部材との間に形成された第２の熱伝導層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装置。
【請求項３】
前記第１、２の熱伝導層は、ナノメートルサイズの炭素ナノチューブとトルマリン光触媒を単独あるい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請求項２に記載の水素酸素混合ガス発生装置。
【請求項４】
前記前方絶縁部は、前記前方カバーと前方フランジとの間に設けられる前方絶縁ガスケットと、前記前方カバー及び前記前方フランジに形成された締結孔に挿入される多数の前方絶縁締結管と、前記前方カバーの前方側と前記前方フランジの後方側に位置されボルト及びナットによって前方カバー及び、前記前方フランジ側に密着される前方絶縁リングとを含み、
前記後方絶縁部は、前記後方カバーと後方フランジの間に設置される後方絶縁ガスケットと、前記後方カバー及び前記後方フランジに形成された締結孔に挿入される多数の後方絶縁締結管と、前記後方カバーの前方側と前記後方フランジの後方側に位置されてボルト及びナットによって前記後方カバー及び、前記後方フランジ側に密着される後方絶縁リングとを含むことを特徴にする請求項１から３の何れか１項に記載の水素酸素混合ガス発生装置。
【請求項５】
前記放熱部は、前記前方カバーと後方カバーとの間の前記管部材に嵌めこまれる放熱管と、前記放熱管に離隔されるように配置される前記多数の放熱ピンで構成されることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の水素酸素混合ガス発生装置。
【請求項６】
前記多数の放熱ピンの表面に、ナノメートルサイズの炭素ナノチューブとトルマリン光触媒を単独または混合して塗布することを特徴とする請求項５に記載の水素酸素混合ガス発生装置。
【請求項７】
前記電極板は炭素ナノチューブ合金鋼からなることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の水素酸素混合ガス発生装置。
【請求項８】
前記電極板の表面は、電気分解が効率的に起きて、生成された水素酸素の気泡が容易に脱落され得るようにナノ研磨されたことを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の水素酸素混合ガス発生装置。
【請求項９】
前記電極板の表面は、トルマリン光触媒が附着されたことを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の水素酸素混合ガス発生装置。
【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効果的に発生させることができる水素酸素混合ガス発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水素酸素混合ガス発生装置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（−）電極が設置された電解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する。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に汚染物質を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、−電極と＋電極に印加される電気エネルギーに比べ生成される水素酸素の量が少ないので、これによって生成される水素酸素混合ガスにプロパンガスのような補助燃料を混合して燃消させなければならなかったし、これによって経済性が低かった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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、投入される電気エネルギーに比べ生成される水素酸素混合ガスの量をふやすことで経済性を確保することができる水素酸素混合ガス発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記のような目的を果たすために本発明による水素酸素混合ガス発生装置は、
内径を有して金属材で具現された管部材１０と、
前記管部材１０内部に挿入される絶縁管２０と、
前記絶縁管２０の内部に挿入されるものであって多数の孔が形成された多数の電極板３１及びその電極板３１と交互に設けられる所定の厚の環形離隔部材３２で構成される電極板ユニット３０と、
前記管部材１０の前方に配置されるものであって、下部側に前方流入孔４１が形成され、上部側に形成された前方排出孔４２が形成される前方カバー４０と、
前記前方カバー４０と前記管部材１０との間を絶縁させるための前方絶縁部４５と、
前記管部材１０の後方に配置されるものであって、下部側に形成される後方流入孔５１及び上部側に形成された後方排出孔５２が形成される後方カバー５０と、
前記後方カバー５０と管部材１０の間を絶縁させるための後方絶縁部５５と、
前記後方カバー４０、５０の間の管部材１０に嵌め込まれるものであって、多数の放熱ピン６２が形成された放熱部６０とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明にかかる水素酸素混合ガス発生装置によると、絶縁管が挿入される管部材と、絶縁管内部に環形離隔部材で離隔されるように配置される多数のホールが形成された多数の電極板と、管部材の前、後方に配置されて電極が印加される前、後方カバーと、絶縁管に嵌め込まれる放熱部を含むことによって、投入される電気エネルギーに比べ生成される水素酸素の量が多くなることができ、これによってプロパンガスのような補助燃料を混合せずに燃消させることができるので経済性を確保できる。
【０００７】
また、気泡形態に生成される水素及び酸素が電極から容易に分離することができるので、結果的に電気分解が起きる電極の有効面積が高くなって電解効率を高めることができるという作用、効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明にかかる水素酸素混合ガス発生装置の斜視図である
【図２】図１の分解斜視図である
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ'線に沿った断面図である
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明にかかる水素酸素混合ガス発生装置を添付の図面を参照して詳しく説明する。
【００１０】
図１は本発明にかかる水素酸素混合ガス発生装置の斜視図であり、図２は図１の分解斜視図であり、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ'線に沿った断面図である。
【００１１】
示されたように、本発明にかかる水素酸素混合ガス発生装置は、内径を有して金属材で具現された管部材１０と、管部材１０内部に挿入される絶縁管２０と、絶縁管２０の内部に挿入されるものであって多数の孔が形成された多数の電極板３１及びその電極板３１と交互に設けられる所定の厚の環形離隔部材３２で構成される電極板ユニット３０と、管部材１０の前方に配置されるものであって、下部側に前方流入孔４１が形成され、上部側に形成された前方排出孔４２が形成される前方カバー４０と、前方カバー４０と管部材１０との間を絶縁させるための前方絶縁部４５と、管部材１０の後方に配置されるものであって、下部側に形成される後方流入孔５１及び上部側に形成された後方排出孔５２が形成される後方カバー５０と、後方カバー５０と管部材１０の間を絶縁させるために、後方カバー５０と管部材の間に後方絶縁部５５、後方カバー４０、５０の間の管部材１０に嵌め込まれるものであって、多数の放熱ピン６２が形成された放熱部６０とを含むことを特徴とする。
【００１２】
この際、電気分解が進行される間に発生される熱が絶縁管２０を通じて管部材１０に効率的に伝導されることができるように、絶縁管２０と管部材１０の間には第１の熱伝導層７０が形成される。また、管部材１０に伝導された熱が放熱部６０に効率的に伝導されることができるように、放熱部６０と管部材１０の間に第２の熱伝導層８０が形成される。
【００１３】
管部材１０は、円型管形態や、四角管形態や、六角管、八角管形態等多様に具現することができるし、ステンレスや合金鋼のような金属材で具現される。本実施例で管部材１０は円型管形態を有し、両側に前、後方フランジ１０ａ、１０ｂを有するものであると説明する。このような管部材１０はボディーを成す。
【００１４】
絶縁管２０は、管部材１０の内側に密着されるものであって、絶縁管２０と電極板ユニット３０との間を絶縁させる。このような絶縁管２０は水が電気分解される過程においても物性が変わらない材質からなることが望ましいし、例えばテプロンゴムやアセタールやＰＰ、ＰＥ材質からなる。
【００１５】
電極板ユニット３０において、電極板３１は多数のホール、本実施例では上、下部側に離隔されるように形成された上部ホール３１ａ及び下部ホール３１ｂが形成された構造になっている。また環形離隔部材３２は電極板３１と同一直径を有する環形になっていて、多数の電極板３１らを相互接触させず離隔させる。本実施例において電極板３１と環形離隔部材３２の厚さは３ｍｍとする。
【００１６】
前記の電極板３１らは、上部ホール３１ａと下部ホール３１ｂが相互マッチされるように配置することによって、上部ホール３１ａと下部ホール３１ｂ各々がシリンダー形象の空間を成すようにする。
【００１７】
前記の電極板３１は電気分解が効果的に起きるように材質を選択する。このような材質の一例として、電極板３１は炭素ナノチューブ合金鋼からなるのが望ましい。炭素ナノチューブ合金鋼は、炭素ナノチューブを粉末にした後、ニッケル、トルマリンを粉末形態にした後、電極板形態に圧搾した後、塑性過程を経って作られる。この際、添加物として炭酸ナトリウム複合化合物が添加される得るし、塑性は約１３００℃の温度で進行される。
【００１８】
一方、電極板３１はステンレスのような金属で具現され得るし、電気分解が効率的に起きて、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る。このような電極板３１はステンレス、合金鋼等金属材質からなる。
【００１９】
ナノ研磨とは、電極板３１の表面をナノ単位で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板３１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ることができる。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、電極板３１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。
【００２０】
一方、電極板３１の表面にはトルマリン光触媒が附着することができる。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、電極板３１に接着剤等を用いて附着されるものである。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、水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板３１に附着することによって水の電気分解をさらに促進させることができる。
【００２１】
前方カバー４０は、管部材１０の前方に配置されて後述する前方絶縁部４５及びボルト（Ｂ）、ナット（Ｎ）によって前方フランジ１０ａと絶縁されるように結合される。前方カバー４０下部側の前方流入孔４１には水が流入され、上部側の前方排出孔４２には電気分解が進行された後、発生された水素酸素混合ガスが排出される。さらに、前方カバー４０には電源が印加される電源線が結合されることができるように端子４０ａが形成される。
【００２２】
後方カバー５０は、管部材１０の後方に配置されて後述する後方絶縁部５５及びボルト（Ｂ）、ナット（Ｎ）によって後方フランジ１０ｂと絶縁されるように結合される。後方カバー５０下部側の後、方流入孔５１には水が流入され、上部側の後方排出孔５２には電気分解が進行された後発生された水素酸素混合ガスが排出される。さらに、後方カバー５０には電源が印加される電源線が結合されることができるように端子５０ａが形成される。
【００２３】
一方、前記の前方カバー４０及び後方カバー５０は、管部材１０の両側を密封すると同時に、＋及び−電源が印加される電極の役目をする。これのために、前方カバー４０及び後方カバー５０各々は金属材質からなった管部材１０と絶縁されなければならないが、前、後方絶縁部４５、５５が前方カバー４０及び後方カバー５０を管部材１０と絶縁させる役目をする。
【００２４】
前方絶縁部４５は、図２及び図３に示されたように、前方カバー４０と前方フランジ１０ａとの間に設けられる前方絶縁ガスケット４５ａと、前方カバー４０及び前方フランジ１０ａに形成された締結孔に挿入される多数の前方絶縁締結管４５ｂと、前方カバー４０の前方側と前方フランジ１０ａの後方側に位置されボルト（Ｂ）及びナット（Ｎ）によって前方カバー４０及び前方フランジ１０ａ側に密着される前方絶縁リング４５ｃとを含む。
【００２５】
後方絶縁部５５は、図２及び図３に示されたように、後方カバー５０と後方フランジ１０ｂとの間に設けられる後方絶縁ガスケット５５ａと、後方カバー５０及び後方フランジ１０ｂに形成された締結孔に挿入される多数の後方絶縁締結管５５ｂと、後方カバー５０の前方側と後方フランジ１０ｂの後方側に位置されてボルト（Ｂ）及びナット（Ｎ）によって後方カバー５０及び後方フランジ１０ｂ側に密着される後方絶縁リング５５ｃとを含む。
【００２６】
放熱部６０は、前、後方カバー４０、５０間の管部材１０に嵌めこまれる放熱管６１と、放熱管６１に離隔されるように配置される多数の放熱ピン６２で構成される。前記の放熱管６１及び放熱ピン６２は筒形状のアルミニウム管やステンレス管をＮＣマシンなどを用いて加工し形成したり、鋳物を用いて形成したり、耐熱性プラスチックまたはセラミックス等を成形することによって具現される。しかし放熱部６０を具現するにおいて、放熱管６１と放熱ピン６２を独立的に製作した後、相互結合させる方式によっても具現することができることは勿論である。さらに、放熱部６０の放熱効率を高めるために、放熱ピン６２の表面に、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ルマリン光触媒を単独または混合して塗布することができる。
【００２７】
第１の熱伝導層７０は、電気分解が進行される間に発生される熱が絶縁管２０を通じて管部材１０に効率的に伝導されることができるようにする。第２の熱伝導層８０は、管部材１０に伝導された熱が放熱部６０に効率的に伝導されることができるようにする。これのために第１、２の熱伝導層７０、８０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ルマリ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。
【００２８】
前記の構造によって、前方流入孔４１と後方流入孔５１に水が流入された状態において、前方カバー４０の端子４０ａと後方カバー５０の端子５０ａに２００Ｖ以上の直流高電圧を印加すると、環形離隔部材３２によって離隔された電極板３１の前後面に＋及び−電荷が集められ、電極板３１の間に電場が発生される。この際、電気分解が進行される電解空間は電場が形成された空間になるので、すべての電解空間の大きさは多数個の電極板３１の個数に比例して大きくなるので、電気分解が効率的に起き、結局水素及び酸素の発生量が多くなる。このように発生された水素酸素気泡は混合した後、上部ホール３１ｂら及び前、後方排出孔４２、５２を通じて外部に排出される。
【００２９】
本発明は図面に示された一実試例を参照に説明されたが、これは例示的なものに過ぎないし、本技術分野の通常の知識を有する者であれば、本発明から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。
【符号の説明】
【００３０】
１０…管部材                      １０ａ、１０ｂ…前、後方フランジ
２０…絶縁管                      ３０…電極板ユニット
３１…電極板                      ３２…環形離隔部材
４０…前方カバー                  ４１…前方流入孔
４２…前方排出孔                  ４５…前方絶縁部
４５ａ…前方絶縁ガスケット        ４５ｂ…前方絶縁締結管
４５ｃ…前方絶縁リング            ５０…後方カバー
５１…後方流入孔                  ５２…後方排出孔
５５…後方絶縁部                  ５５ａ…後方絶縁ガスケット
５５ｂ…後方絶縁締結管            ５５ｃ…後方絶縁リング
６０…放熱部                      ６１…放熱管
６２…放熱ピン                    ７０…第１の熱伝導層
８０…第２の熱伝導層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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