KR101409649B1 - 수소화장품 제조장치 - Google Patents

Abstract

수소화장품 제조장치가 개시된다. 이 수소화장품 제조장치는, 필터유닛으로부터 공급된 정수수를 전기분해하여 수소를 발생시키는 수소발생유닛과; 액상 또는 겔상의 화장품이 저장되는 화장품 저장조와; 수소화장품이 보관되며 수소화장품을 선택적으로 방출하는 수소화장품 보관부와; 상기 화장품 저장조로부터 상기 수소화장품 보관부로 상기 화장품이 이송되는 주 이송라인과; 상기 화장품 저장조로부터 추출된 화장품과 상기 수소발생유닛으로부터 공급된 수소를 상기 주 이송라인 상의 기액혼합유닛에서 혼합하여 상기 수소화장품 보관부로 보내는 수소화장품 제조부와; 상기 수소화장품 보관부로부터 상기 화장품 저장조로 수소화장품의 이송을 허용하여, 상기 주 이송라인과 함께 상기 수소화장품 제조부를 지나는 순환라인을 구성하는 회수 이송라인과; 상기 회수 이송라인에 설치된 순환 솔레노이드 밸브를 선택적으로 개방 제어하여 상기 순환라인을 가동함으로써, 상기 수소화장품 보관부에 보관되는 수소화장품 내 수소 농도를 조절하는 제어유닛을 포함한다.

Description

수소화장품 제조장치{SYSTEM FOR MANUFACTURING HYDROGEN COSMETIC}

본 발명은 수소를 함유한 수소화장품 제조장치에 관한 것으로서, 고농도의 수소가 함유된 수소화장품을 제조할 수 있고, 더 나아가, 수소화장품 내 수분의 클러스터를 작게 하여 흡수율을 높일 수 있으며, 특히, 수렴 화장수, 에멀젼 또는 크림 형태의 수소화장품을 제조하는데 적합한 수소화장품 제조장치에 관한 것이다.

피부 미용과 미백 그리고 주름 개선 등을 위한 많은 관련 제품의 연구와 개발이 이루어지고 있다. 특히, 활성산소로 인해 유발되는 생활습관병을 예방하고 아토피 치료나 노화방지 등을 위해 환원력이 뛰어난 수소를 활용하고자 여러 방면에서 제품 개발이 이루어지고 있다.

수소는 무색, 무취, 무맛으로 강력한 환원력을 보유하고 있는 원소이기에, 생활습관병 등 현대질병의 근원물질이라고 알려져 있는 체내의 활성산소를 제거하는 용도로 널리 활용되고 있다. 이러한 수소를 물에 용해시켜 고농도의 수소수를 제조하여 화장품 제조용 정제수로 사용하는 기술이 확산되고 있다.

수소수와 화장품 원료를 혼합하는 방법과 장치에 따라, 적용제품들 간에는 효용성 면에서 차별화가 이루어지며, 제품가격과 신뢰도에 있어서도 차이가 발생하게 된다.

수소의 환원력을 특장점으로 내세우는 다양한 종류의 화장품 상품들이 유통되고 있으나, 이들 상품들은 화장품 내 용존수소농도가 정확히 표기되어 있지 않는 것이 많아 신뢰성이 떨어지며, 가격 또한 매우 고가라는 단점이 있다.

한편, 산화환원전위(ORP)가 음의 전위에 위치하고 용존수소를 다량으로 함유한 수소환원수가 강력한 환원작용으로 암을 비롯한 여러 질병의 예방과 치료에 효과가 있다는 연구발표가 많아지면서 수소화장품과 같이 수소환원수를 적용한 제품들이 등장하고 있다. 이와 같은 수소환원수의 효과는 수소환원수 내에 포함된 활성수소가 생체의 신진대사 과정에서 발생하는 활성산소를 제거하기 때문이다. 활성수소는, 인체 내에서 유해한 활성산소와 결합하여 안전한 물로서 배출시키는 작용을 하므로, 세포의 산화를 방지하고 각종 난치병의 치료와 피부보호, 노화예방에 도움을 주는 것으로 알려져 있다.

이처럼, 수소환원수의 강력한 환원력을 제공하는 수소화장품이 출시되고 있지만, 그 효과가 극대화된 수소화장품의 제조를 위해서는, 수소화장품 내 용존수소의 농도를 높이는 특수한 장치를 부가하거나 또는 연속적으로 사용할 수 있도록, 설비를 대형화하는 것이 요구되고 있다. 따라서 당해 기술 분야에는 설비 대형화와 높은 제조원가의 문제점을 해결할 수 있는 화장품 제조장치의 필요성이 존재한다.

수소화장품 제조장치는, 수소가 함유된 화장품을 제조하기 위한 것으로서, 고농도 수소화장품의 제조를 위해서는, 고순도의 수소발생수단과, 발생된 수소를 유효성분의 화장품 조성물과 혼합하는 혼합수단과, 이들을 운용하기 위한 제어수단이 필요하다.

먼저, 수소환원수를 제조하기 위한 다양한 기술이 알려져 있는데, 이러한 기술 대부분은 전기분해를 통해 발생된 수소를 정수수 저장통에 유입시켜 물과 혼합하는 방식을 취한다. 또한, 서로 대향하는 양극판과 음극판 사이로 물을 통과시키며, 양극판과 음극판에 가해지는 전기로 물을 전기분해하여 이온수기 형식으로 실시간 출수하는 기술과, 물이 소재와 반응하여 생성된 수소와 혼합되며 출수되는 필터방식 등이 알려져 있다. 하지만 종래 수소환원수 제조 기술들은 발생하는 수소의 양이 너무 적거나 효과적인 기액 혼합기술의 미비로 고농도의 수소수를 제조하기가 어렵고, 전극판 사이로 지나는 물을 전기분해하는 기술은 물의 pH가 강알칼리로 변화하게 되므로 중성의 pH를 가지는 수소수를 제조하기에는 어려움이 있었다. 위와 같은 이유로 인해 종래 수소환원수 제조기술을 수소화장품 제조에 적용하는데 있어서는 많은 한계와 어려움이 있었다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 낮은 고농도의 수소가 함유된 적절한 pH의 수소화장품을 적은 생산비용으로 제조할 수 있는 간단한 구조의 수소화장품 제조장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 수소화장품 제조장치는, 필터유닛으로부터 공급된 정수수를 전기분해하여 수소를 발생시키는 수소발생유닛과; 액상 또는 겔상의 화장품이 저장되는 화장품 저장조와; 수소화장품이 보관되며 수소화장품을 선택적으로 방출하는 수소화장품 보관부와; 상기 화장품 저장조로부터 상기 수소화장품 보관부로 상기 화장품이 이송되는 주 이송라인과; 상기 화장품 저장조로부터 추출된 화장품과 상기 수소발생유닛으로부터 공급된 수소를 상기 주 이송라인 상의 기액혼합유닛에서 혼합하여 상기 수소화장품 보관부로 보내는 수소화장품 제조부와; 상기 수소화장품 보관부로부터 상기 화장품 저장조로 수소화장품의 이송을 허용하여, 상기 주 이송라인과 함께 상기 수소화장품 제조부를 지나는 순환라인을 구성하는 회수 이송라인과; 상기 회수 이송라인에 설치된 순환 솔레노이드 밸브를 선택적으로 개방 제어하여 상기 순환라인을 가동함으로써, 상기 수소화장품 보관부에 보관되는 수소화장품 내 수소 농도를 조절하는 제어유닛을 포함한다.

일 실시예에 따라, 상기 주 이송라인에는 상기 화장품 저장조 내 화장품을 추출 가압하여 상기 기액혼합유닛으로 보내는 부스터 펌프가 더 제공되고, 상기 기액혼합유닛은, 상기 수소발생유닛으로부터 공급되는 수소의 원활한 유입을 위해, 화장품의 유속을 증가시키고 압력을 낮추는 목 부분을 갖는 벤츄리 관을 포함한다.

일 실시예에 따라, 상기 수소화장품 제조부는 상기 기액혼합유닛을 거쳐 나온 수소화장품의 용존수소농도를 높이는 수소용해유닛을 상기 주 이송라인에 더 포함하며, 상기 수소용해유닛은 베르누이관의 구조를 갖는 복수의 용존관을 직렬 또는 병렬로 배치하여, 수소화장품의 용존수소농도를 높인다.

일 실시예에 따라, 상기 수소화장품 제조부는 자기회로의 자력에 의해 수호화장품 내 물의 클러스터를 더 작게 해주는 자기회로를 상기 주 이송라인에 더 포함한다.

본 발명에 따른 수소화장품 제조장치는, 정제수와 화장품조성물을 혼합하여 만든 화장품을, 다음 공정에서 수소와 기액 혼합함으로써, 화장품의 성상과 효능을 변화시키지 않으면서도, 강력한 환원력을 갖는 수소가 풍부하게 함유된 수소화장품을 제조할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 수소화장품 제조장치는 실시간으로, 그리고, 연속적, 지속적으로 수소화장품을 제조할 수 있으며, 기액혼합유닛과 수소용해유닛을 포함하는 수소화장품 제조부를 통하여 최소한의 수소 투입을 효과적으로 활용하여 수소화장품을 높은 용존수소농도로 제조함으로써, 설비효율의 증대와 대량의 수소화장품 공급이 가능하다는 장점을 갖는다. 또한, 본 발명에 따른 수소화장품 제조장치는, 고농도 수소화장품을 제조함과 동시에, 제어유닛에 의해 수소화장품 보관부 내 수소화장품을 순환시켜, 용존수소농도를 조절하는 가동을 자동으로 수행할 수 있으므로, 보다 더 효율적으로 고농도의 수소화장품을 제조하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 수소화장품 제조장치는 고체고분자전해질막을 채용한 수소발생유닛(PEM-EC: Proton Exchange Membrane - Electrolysis Cell)을 채용함으로써, 보다 효율적으로 수소를 발생시켜 이를 기액혼합유닛(HDU: Hydrogen Dissolving Unit)에 공급하고, 기액혼합유닛은, 화장품의 유속을 증가시켜 화장품의 압력을 낮추고 이를 통해 수소의 유입을 원활하게 해주는 벤츄리 관 구조를 가짐으로써, 수소와 화장품의 효율적인 혼합이 가능하다. 또한 상기 수소화장품 제조장치는 수소의 용존농도를 더욱 높이기 위한 수소용해유닛을 더 구비하고, 수소화장품이 지나는 유로 상에 화장품 내부에 있는 물의 클러스터를 작게 만들기 위한 자기회로를 구비함으로써, 보다 더 품질 좋은 수소화장품을 제조하는 것이 가능하다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소화장품 제조장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 수소화장품 제조장치에 적용되는 PEM형식 수소발생유닛의 구조를 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 도 1에 도시된 수소화장품 제조장치에 적용되는 기액혼합유닛을 설명하기 위한 구성도이다.
도 4는 도 1에 도시된 수소화장품 제조장치에 적용되는 수소용해유닛을 설명하기 위한 구성도이다.
도 5는 도 1에 도시된 수소화장품 제조장치에 적용되는 자기회로를 설명하기 위한 구성도이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위해 과장되어 표현될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소화장품 제조장치를 설명하기 위한 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 수소화장품 제조장치에 적용되는 PEM형식 수소발생유닛의 구조를 설명하기 위한 구성도이고, 도 3은 도 1에 도시된 수소화장품 제조장치에 적용되는 기액혼합유닛을 설명하기 위한 구성도이고, 도 4는 도 1에 도시된 수소화장품 제조장치에 적용되는 수소용해유닛을 설명하기 위한 구성도이며, 도 5는 도 1에 도시된 수소화장품 제조장치에 적용되는 자기회로를 설명하기 위한 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소화장품 제조장치는 수소화장품의 주 이송라인(L1)을 포함한다. 또한, 상기 수소화장품 제조장치는 화장품 저장조(110), 부스터 펌프(120), 기액혼합유닛(300), 수소용해유닛(400), 자기회로(500) 및 수소화장품 보관부(600)를 포함한다. 화장품 저장조(110)에 저장된 액상 또는 겔상의 화장품은 부스터 펌프(1200의 가압력에 의해 기액혼합유닛(300), 수소용해유닛(400) 및 자기회로(500)를 거쳐 수소화장품 보관부(600)로 이송된다. 상기 수소화장품 보관부(600)는 포장유닛(700)과 연결되어 있으며, 상기 포장유닛(700)은 상기 수소화장품 보관부(600)로부터 방출되는 수소화장품을 포장용기에 포장하는 역할을 한다.

상기 기액혼합유닛(300), 상기 수소용해유닛(400) 및 상기 자기회로(500)는 상기 주 이송라인(L1)을 따라 차례로 설치되어, 이하 설명되는 수소발생유닛(200)으로부터 공급된 수소와 화장품 저장조(110)로부터 추출된 액상 또는 겔상의 화장품을 혼합하여 높은 용존수소농도로 수소화장품을 제조하는 수소화장품 제조부를 구성한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 수소화장품 제조부가 기액혼합유닛(300), 수소용해유닛(400) 및 자기회로(500)로 구성되지만, 기액혼합유닛(300)만으로 수소와 화장품의 충분한 혼합과 화장품 내 수소의 충분한 용해가 이루어진다면, 수소용해유닛 및 자기회로를 생략하는 것도 고려될 수 있다.

앞에서 간략히 언급한 바와 같이, 상기 수소화장품 제조장치는 필터유닛(100)에서 공급받은 정수수를 이용하여 수소를 발생시키는 수소발생유닛(200)을 포함한다. 상기 수소발생유닛(200)은 상기 기액혼합유닛(300)과 연결되어, 자체 내에서 발생한 수소를 상기 기액혼합유닛(300)으로 공급한다. 기액혼합유닛(300)은 수소발생유닛(200)으로부터 공급받은 수소와 화장품 저장조(110)로부터 추출, 이송된 액상 또는 겔상 화장품을 혼합하여 수소화장품을 만든다. 따라서, 기액혼합유닛(300)에서 만들어진 수소화장품은 수소용해유닛(400) 및 자기회로(500)를 거쳐 수소화장품 보관부(600)로 이송되고, 상기 포장유닛(700)에서는 수소가 포함되어 있는 수소화장품을 포장 용기에 포장하여 방출할 수 있다.

이때, 수소발생유닛(200)의 후단, 즉, 수소발생유닛(200)과 기액혼합유닛(300) 사이에는 수소 공급 솔레노이드밸브(290)가 제공되며, 이 수소 공급 솔레노이드밸브(290)의 온/오프 작동에 의해, 상기 수소발생유닛(200)에서 발생한 수소가 상기 기액혼합유닛(300)에 선택적으로 공급될 수 있다.

또한 상기 수소화장품 제조장치는 수소화장품 보관부(600)와 상기 화장품 저장조(110) 사이에 연결되어 상기 수소화장품 보관부(600)에 보관된 수소화장품을 화장품 저장조(110)로 회수하는 회수 이송라인(L2)을 포함한다. 상기 회수 이송라인(L2)에는 순환 솔레노이드밸브(800)가 설치되며, 이 순환 솔레노이드밸브(800)에 의해 수소화장품 보관부(600) 내 수소화장품이 화장품 저장조(110)에 선택적으로 회수될 수 있다.

상기 수소화장품 보관부(600)의 수소 화장품 방출이 차단된 상태에서, 상기 순환 솔레노이드 밸브(800)가 온(또는, 개방)되면, 회수 이송라인(L2)과 주 이송라인(L1)이 모두 활성화되어, 수소화장품이 순환하는 하나의 순환라인(L)이 형성된다. 이때, 수소 공급 솔레노이드밸브(290)가 온(또는, 개방)되면, 수소발생유닛(200)으로부터 순환라인(L)에 존재하는 기액혼합유닛(300)에 수소가 공급된다. 따라서, 수소발생유닛(200)으로부터 기액혼합유닛(300)으로 수소 공급이 유지된 상태로 수소화장품의 순환이 반복되면, 수소화장품 내 수소 농도는 증가하게 된다.

또한, 본 실시예에 따른 수소화장품 제조장치는, 적어도 수소 공급 솔레노이드 밸브(290) 및 순환 솔레노이드 밸브(800)을 제어하기 위한 제어유닛(900)을 포함하며, 제어유닛(900)에 의한 솔레노이드 밸브(290, 800)들의 선택적인 온/오프 제어를 통해, 원하는 농도의 수소화원수를 제조할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 수소화장품 제조장치는, 별도의 추가적인 수단 없이, 제어유닛(900)의 제어 하에 수행되는 수소발생유닛(200)을 통한 수소 발생 및 공급 및 순환라인(L)을 통한 수소화장품의 순환 반복만으로 원하는 수소 농도의 수소화장품을 제조할 수 있다. 상기 제어유닛(900)은, 기액혼합유닛(300)과 연결된 순환라인(L)의 선택적 가동을 제어함과 동시에, 수소발생유닛(200)을 제어한다. 더 나아가, 상기 제어유닛(900)은 필터유닛(100)의 동작을 제어할 수도 있다.

앞에서 언급한 바와 같이, 상기 수소발생유닛(200)은 필터유닛(100)에서 정수되어 공급되는 정수수를 전기분해하여 수소화장품 제조에 필요한 수소를 생성하는 것으로서, 고체 고분자 전해질을 채용한 PEM방식의 전기분해장치를 이용한다. 또한 상기 수소발생유닛(200)은, 수소화장품 제조 및 상기 순환라인(L)의 가동시에, 제어유닛(900)에 의해 선택적으로 가동되어, 수소 공급 솔레노이드 밸브(290)를 통해, 기액혼합유닛(300)으로 수소를 공급한다. 이때, 수소발생유닛(200)은 Ca, Mg 등의 이온성분이 제거된 정수수를 이용하여 수소를 발생시키는 것이 바람직하며, 따라서, 전술한 필터유닛(100)은 전술한 것과 같은 이온 성분을 제거하는 구조를 갖는 것이 바람직하다.

앞에서 설명한 바와 같이, 상기 부스터 펌프(120)는 화장품 저장조(110)에서 추출된 액상 또는 겔상의 화장품을 강한 압력으로 기액혼합유닛(300)에 공급하도록 구성된다. 화장품의 성상에 따라, 부스터 펌프(120)의 압력을 다르게 하는 것도 고려될 수 있다.

앞에서 언급한 바와 같이, 상기 기액혼합유닛(300)은 화장품 저장조(110)로부터 부스터 펌프(120)에 의해 공급되는 액상 또는 겔상 화장품과 상기 수소발생유닛(200)로부터 공급되는 수소를 혼합하여, 수소화장품을 생성한다. 이하 자세히 설명도는 바와 같이, 상기 기액혼합유닛(300)은, 단면이 좁은 통로를 구비한 벤츄리 관 구조를 채용하여, 유체흐름의 압력과 속도변화를 통해 효율적인 기액 혼합 기능을 수행한다. 부스터 펌프(120)에 의해 가압된 화장품이 좁아진 벤츄리 관의 목 부분에서 속도가 빨라져 내부의 압력이 강하하면, 압력차로 인해 수소가 흡입되어 혼합되면서 미세기포가 형성되고, 이후, 직경이 커지면서 압력이 회복되면, 더 작은 미세기포로 파괴되어 터지면서 기액 혼합이 효과적으로 이루어진다.

한편, 상기 수소용해유닛(400)은, 1차 생성된 수소화장품의 용존수소농도를 더욱 높이기 위한 것으로서, 베르누이관의 구조를 갖는 복수개의 직/병렬 유로를 포함하며, 유로의 좁아진 목 부분을 빠른 속도로 통과한 기포가 넓어진 부분에서는 증가된 압력에 의해 터져 캐비테이션(cavitation)을 일으키는데, 더 미세 기포로 파괴되는 과정에서, 기액 혼합이 이루어지고, 이러한 기액 혼합이 반복됨으로써, 더욱 고농도의 수소가 분산되어 용존된 수소화장품을 만들 수 있다.

한편, 상기 자기회로(500)는 액체가 강력한 자속에 대하여 수직방향으로 통과되게 하여, 자력의 영향으로 화장품 액체 내 물 분자구조를 구조화된 육각수로 이온 활성화시키는 역할을 한다. 상기 자기회로(500)를 이용한 이온 활성화는 화장품 내 물 성분을 체내 흡수가 용이한 상태로 변화시키며, 그와 동시에 기액 혼합 효율을 높일 수 있는 클러스터를 작은 분자구조로 변화시키는 작용을 한다. 영구자석을 이용한 자화수는 물 분자의 수소원자(+)와 산소원자(-) 간에 자력에 의한 진동이 일어나서 수소원자가 순간적으로 자기장 방향으로 회전을 일으키게 됨으로써 결합각이 바뀌며 육각구조수로 재배열하는 것을 이용한 것으로 물속에 녹아있는 수소이온과 미네랄이 전하를 띄게 되며, 이때 미네랄의 양에 따라 자화상태 변화의 차이가 존재하는 것으로 알려져 있다.

상기 순환 솔레노이드밸브(800)는. 상기 제어유닛(900)에 의해 선택적으로 개폐되는 것으로, 개방 작동시 주 이송라인(L1)과 연결되어 있는 회수 이송라인(L2)을 활성화시켜, 주 이송 라인(L1)과 회수 이송 라인(L2)을 포함하는 순환라인(L)을 가동시킨다. 수소발생유닛(200)과 연결되어 있는 기액혼합유닛(300)을 포함하는 순환라인(L)을 통해 수소화장품이 순환되는데, 이 순환라인(L)의 작동 시간(또는, 순환의 반복 회수)을 조절함으로써, 수소화장품 내 용존수소농도를 조절할 수 있다.

본 실시예에 따른 수소화장품 제조장치는, 용도에 따라 용존수소농도(DH)를 조절하여 제공할 수 있는데, 앞에서 언급한 바와 같이, 상기 순환라인(10)의 작동시간을 상기 제어유닛(900)을 통해 프로그램 설정으로 상기 용존수소농도를 조절 제어하는 것이 가능하다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 제어유닛(900)은 미리 입력되어 설정된 프로그램에 따라 제조 또는 순환라인(L)을 가동하는데, 이때, 수소화장품이 포장유닛(700)으로 이송되지 않고 대기시간이 길어지거나, 또는, 고농도의 용존수소농도가 필요할 경우, 상기 순환라인(L)의 가동시간과 가동주기가 설정되며, 이 가동시간가 가동주기에 따라, 상기 수소화장품 보관부(600)에 저류된 수조 저농도의 화장품이 추출되어, 개방 상태의 순환솔레노이드밸브(800)를 통해, 상기 화장품 저장조(110), 상기 기액혼합유닛(300), 수소용해유닛(400) 및 자기회로(500)를 거쳐 이송되어 다시 수소화장품 보관부(600) 내로 들어간다. 이와 같은 과정 또는 이 과정의 반복을 통해, 용존수소농도가 증가된 수소화장품을 제조하고, 이러한 과정을 반복하여 원하는 용존수소농도의 수소화장품을 만들어 이를 수소화장품 보관부(600)에 저장한다. 제어유닛(900)을 통해 추출신호가 검지되면, 수소화장품 보관부(600)가 개방되어 포장유닛(700) 측으로 고농도의 수소화장품이 배출된다.

상기 수소발생유닛(200). 기액혼합유닛(300), 수소용해유닛(400) 및 자기회로(500)의 작용이 반복적으로 이루어짐으로써, 더욱 더 고농도의 수소화장품을 제조할 수 있음은 물론이다. 따라서, 순환라인(L)의 가동주기와 가동시간을 조절함으로써 용도에 맞는 필요 농도의 수소화장품을 제공할 수 있게 된다.

여기에서, 수소화장품의 제조 및 상기 순환라인(L)을 구성하는데 요구되는 유로의 구성 및 부품들은 하나의 예시로 제시한 것이므로, 수소화장품 제조장치의 최적화를 위해, 유로구성의 일부 또는, 부품 등을 변경할 수 있다.

이하에서는 수소화장품 제조장치를 구성하는 중요 유닛들의 구성에 대해 보다 구체적으로 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 수소발생유닛(200)은 전기 분해조의 외부를 구성하는 마감플레이트(240) 안쪽에 양극과 음극으로 구성된 두 개의 전극(230, 230)과, 상기 두 개의 전극들(230, 230) 사이에 배치된 고체 고분자전해질막(210)을 포함한다. 또한 상기 수소발생유닛(200)은 고체 고분자전해질막(210)에 결합된 촉매판(220)을 더 포함할 수 있다. 상기 마감 플레이트(240)에는 정수수(또는 전해용수)가 유입되는 유입구(270)와, 상기 수소발생유닛(200) 내에서 분해되어 발생된 수소 및 산소가 각각 배출되는 수소출구(280) 및 산소출구(260)가 형성된다. 상기 수소출구(280)는 수소 공급 솔레노이드밸브(290; 도 1 참조)가 설치된 배관을 통해 기액혼합유닛(300; 도 1 참조)과 연결된다. 또한 마감 플레이트(240)는 상기 두 개의 전극(230, 230)이 인출되는 부분을 밀봉하기 위한 가스켓(250)을 포함한다.

수소발생유닛(200)은, 두 전극(230, 230) 사이의 거리를 최소화할 수 있는 밀착 구성에 의해 구현되어, 전해 효율을 크게 높일 수 있다. 이러한 고체 고분자전해질막(210)을 이용한 전기분해 방식은 약 0.2 ~ 4Kgf/ 정도의 압력으로 수소를 지속적으로 생성할 수 있으므로 기액 혼합을 위한 일정 압력을 제공할 수 있게 해준다.

이러한 PEM형식의 수소발생유닛(200)은, 상기 전기분해조 내에서 두 전극들(230, 230)간 거리를 최소화한 밀착 구성이 구현되어 전해 효율을 높일 수 있으며, 이러한 고체고분자전해질 전기분해 방식은 통상 약 0.2~4Kgf/ 정도의 압력으로 수소를 지속적으로 생성할 수 있으므로, 기액 혼합을 위한 일정압력을 제공할 수 있게 해준다. 이러한 PEM형식의 전기분해조는 효율이 높고 높은 전류밀도에서의 작동과 빠른 응답성을 가지고 있으며 높은 수소발생압력을 제공함으로써 본 발명에서 제공하는 기액혼합유닛(300)의 효율을 증가시킨다. 이는, PEM형식의 전기분해 방식에서 얻을 수 있는 특징인 수소발생 압력을 활용하는 것이며 기체의 용해도는 압력에 비례한다는 헨리의 법칙에도 부합한다.

한편, 전술한 전기분해조가 복수개로 결합된 스택(Stack)을 구성하여 사용할 수도 있는데, 이는 상기 기액혼합유닛(300) 내부에서의 효과적인 기액 혼합에 필요한 대용량의 풍부한 수소와 압력을 제공함으로써 대용량의 수요에 대응할 수 있도록 해준다.

또한, 전기분해 시에 생성되는 수소와 더불어 동시에 생성되는 산소는 순수 산소 기체로서 공기 중에 방출하여 주변의 산소 농도를 높여주거나 또는 여타의 용도로 활용될 수 있을 것이다.

상기 기액혼합유닛(300)은, 화장품과 수소를 효과적으로 혼합하기 위한 것으로, 도 3에 도시된 것과 같이, 베르누이관의 구조를 가지도록 벤츄리관을 포함한다. 이는, 관로 중 좁아진 단면적(도3의 A)부분의 유로를 지날 때 유속은 빨라지면서 압력이 낮아지고 반대로 넓은 단면적에서는 유속이 늦어지면서 압력은 증가하는 베르누이의 원리를 이용한 것이다. 이때, 에너지 보존법칙의 결과로서 베르누이관의 내부 임의의 지점에서 일정 시간 동안 흐르는 유량이 동일함은 주지의 사실이다.

도 3을 참조하여 자세히 설명하면, 화장품과 수소의 효율적인 기액 혼합을 위한 기액혼합유닛(300)의 화장품유입구(310)로 액상 또는 겔상의 화장품이 유입되면 베르누이관의 목 부위 좁아진 부분, 즉 목 부분(A)에서는 화장품의 유속이 빨라지게 되고 압력은 낮아지므로 수소유입구(320)로 수소의 유입이 보다 쉽게 이루어져 기액 혼합이 이루어진다. 수소유입구(320)는 상기 목 부분(A)과 연결된다. 수소발생유닛(200)에서 발생된 수소 기체는 상기 수소유입구(320)를 통해 상기 목 부분(A)으로 유입된다.

베르누이관의 내부 좁아진 목 부분을 빠르게 흐르는 유속과 낮아진 압력으로 인해 수소발생유닛(200)에서 생성된 수소기체는 미세한 기포형태로 기액혼합유닛(300) 내부로 혼입되어 화장품과 최초 혼합이 이루어지고, 이어서 점차로 넓어지는 관 내부(330), 즉, 기액 혼합 구간의 넓어진 단면적으로 인해 유속이 늦어지면서 수소기포는 점차 가압이 이루어진다. 가압된 기체가 증가된 압력으로 인해 터질 때에는 더욱 미세한 마이크로 입자형태로 분산되므로 증가된 압력에 비례하여 화장품에 대한 수소 기체의 용해도는 더욱 높아지게 된다.

이는, 기체의 용해도는 압력에 비례 한다는 헨리의 법칙에도 부합하며 상기 기액혼합유닛(300)의 좁아진 단면적(도3의 A)에 따라 혼합효율의 차이가 존재함을 의미한다. 상기 좁아진 단면적 부분, 즉, 목 부분(A)은 0.5 ~ 5 밀리미터, 더 바람직하게는, 0.5~2.0 밀리미터로 구성하면, 기액 혼합효율을 더욱 높일 수 있다.

위와 같이, 상기 기액혼합유닛(300)은 효율을 높이기 위해 좁아진 단면적의 목 부분(A)을 갖는 구조를 포함하는데, 이와 같은 구조를 복수개로 하여 직렬로 구성하면 혼합효율을 더욱 높일 수가 있다. 또한, 대용량의 수소화장품이 필요할 경우에는, 복수의 기액혼합유닛(300)을 병렬로 설치함으로써, 자유로운 용량 증가가 가능하다.

도 4를 참조하여 자세히 설명하면, 상기 수소용해유닛(400) 내로 유입된 수소화장품은 병렬로 구비된 다수개의 용존관(410) 내부를 흐르게 되는데 이 때, 내부가 베르누이관의 구조로 형성된 용존관(410)을 지나면서 좁아진 목 부분(도 4의 B)에서 속도와 압력변화로 인해 수소화장품 내 수소 기체는 더욱 미세한 기포로 파괴되며 분산된다.

상기 용존관(410)은 좁아진 목 부분(도 4의 B)들이 직렬로 다수 개 연결되어 있으므로 수소 기포는 반복적으로 미세하게 파괴되면서 수소화장품의 용존수소농도를 높이게 된다. 한편, 좁아진 목 부분으로 인해 상기 용존관(410)으로 유입되는 화장품은 흐름에 저항을 받아 유량이 떨어지게 되므로 다수개의 용존관(410)들을 병렬 연결하여 구성함으로써 원활한 유량을 유지하며 용존 농도 향상을 이룰 수 있도록 구성하였다.

더불어, 상기 수소용해유닛(400)는 효율을 높이기 위해 좁아진 단면적의 목 부분을 갖도록 구성하였는데, 이와 같은 구조를 복수의 다단으로 직렬구성하면 혼합효율을 더욱 높일 수 있으며, 대용량의 수소화장품 제조장치가 필요할 경우에는 수소용해유닛(400)을 병렬로 추가 구비함으로써 자유로운 용량증가도 가능하다. 수소용해유닛(400) 내 복수의 유로를 지나면서 용존수소농도가 향상된 수소화장품은 자기회로(500)로 유입되어 자력에 의해 물의 클러스터가 작아지게 된다.

자기회로(500)는, 입구(510)와 출구(540)을 양단에 갖는 유로를 포함하며, 상기 유로 주변으로는 강력한 자력의 영구자석(520)이 서로 대향하도록 배치된 채 계철(530)과 연결되어 폐회로를 구성한다. 수소화장품은 상기 자기회로(500)의 안쪽에 한정된 유로를 통과하며, 이에 의해, 물의 클러스터가 더욱 작아지게 된다. 상기 자기회로(500)는, 강력한 영구자석(520)을 지근거리에서 대향시키고 자력의 외부누출을 방지하기 위해 계철(530)로 연결하여 폐회로를 구성함으로써, 항구적으로 자화수를 생성하도록 하였다. 자기회로(500)의 자력에 의해 물의 클러스터가 더욱 작아진 수소화장품은 수소화장품 보관부(600)로 흐른다.

한편, 상기 필터유닛(100)은 일반적인 물 필터링에 사용되는 필터 구조를 포함할 수 있으며, 액체에 포함된 부유성 이물질과 유기물, 염소, 녹, 냄새, 바이러스 등을 제거하기 위한 다단의 필터를 포함하고, 더욱 바람직하게는 역삼투압 방식의 필터를 포함한다. 더욱 바람직하게는 추가로 탈이온 기능을 가진 DI필터를 채용하여 Ca, Mu등 용존된 이온물질들을 최대한 제거한 초순수를 공급되도록 구성함으로써 상기 수소발생유닛(200) 내부의 전해용 전극에 생성될 수 있는 스케일을 최소화하고 전극사이에 위치한 고체 고분자 전해질 분리막 표면도 최적의 상태로 유지할 수 있도록 구성함이 바람직하다.

이제 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 수소화장품 제조장치의 작용에 대하여 설명한다.

먼저, 전기분해를 통해 수소를 생성하기 위해 상기 필터유닛(100)으로 유입된 원수가 정수되고 탈이온 기능을 하는 필터유닛(100) 내 DI필터를 거치면서 잔여 이온이 제거된 후 별도의 전해용 저수조(미도시)에 저류되고 상기 수소발생유닛(200)으로 공급된다.

상기 제어유닛(900)은, 수소화장품의 제조를 위해 대기상태가 되며, 이후 제조신호가 검지되면, 화장품 저장조(110) 내부의 화장품을 추출하여 부스터 펌프(120)를 통해 화장품을 가압하여 기액혼합유닛(300) 내로 공급한다.

한편, 수소발생유닛(200)도 제어유닛(900)으로부터 제조신호를 받음과 동시에 필터유닛(100)으로부터 공급된 정수수에 대하여 전기분해를 실시하여 수소공급 솔레노이드 밸브(290)를 통해 기액혼합유닛(300)에 수소를 공급한다.

이처럼, 상기 부스터 펌프(120)를 통해 압력이 부여된 액상 또는 겔상의 화장품과 상기 수소발생유닛(200)으로부터 공급된 수소는 상기 기액혼합유닛(300)에서 서로 혼합되며, 이에 의해, 수소화장품이 1차 제조된다. 상기의 과정을 거치며 제조된 수소화장품은 이어서 수소용해유닛(400)의 용존관(410)을 거치면서 다단의 속도변화와 압력변화에 의해 더욱 고농도의 수소화장품으로 제조된 뒤, 상기 자기회로(500)에서 물의 클러스터가 작아지게 됨으로써 고농도의 수소화장품으로 제조되고 이어서 상기 수소화장품 보관부(600)에 저류된다.

제조된 수소화장품은 제어유닛(900)의 신호에 의해 포장유닛(700)으로 이송되어 포장이 이루어진다.

한편, 용도에 따라 용존수소농도의 조절이 필요할 경우나, 상기 수소화장품 보관부(600)에 장시간 저류되어 용존수소농도가 낮아진 경우는 상기 순환라인(L)의 가동을 통해 재차 순환시킴으로써 수소발생유닛(200)과 연결된 기액혼합유닛(300)과, 수소용해유닛(400)과, 자기회로(500)를 통해 용존수소농도 향상을 조절할 수 있다.

본 발명은, 효과적인 수소화장품 제조를 위해 수소발생 압력이 높은 PEM형 전기분해조를 채용하고, 벤츄리튜브 구조의 기액혼합유닛을 구비하여 혼합효율을 높였으며, 유체의 속도와 압력차를 이용하는 복수의 베르누이관 구조를 포함하여 수소용존을 극대화하였을 뿐 아니라, 물 입자를 미세하게 형성하는 자기회로를 포함함으로써 수소의 용해도와 흡수율을 높이는 동시에 순환라인의 가동시간과 주기 제어를 통해 용존수소농도를 조절할 수 있는 매우 효과적인 조건을 제공한다.

아래의 [표 1]은 본 발명에 따라 점도가 낮은 스킨형태의 수소화장품을 1차 제조하여 즉시 추출하는 경우와, 1차 제조된 스킨 수소화장품을 순환라인(L)의 가동에 의해 재차 순환시켜 용존수소농도를 높여 추출하는 경우를 실험한 결과표이다.

순환라인 가동시간(분)	보관부내 용존수소농도(DH)
1차 제조	527 (ppb)
5 분	736 (ppb)
10분	873 (ppb)
20분	896 (ppb)
30분	912 (ppb)

[장치구성: 역삼투압 필터방식, 보관부 용량: 10(), 가압펌프압력: 130(psi), 이송유량: 2.5(/min), 수소용존장치: 1조 사용, 용존수소측정: ENH-2000 일본]

상기 표 1의 결과로, 제조된 수소화장품을 즉시 추출한 경우보다 다시금 순환라인(L)을 가동하였을 때 얻어지는 용해도 상승 변화추이를 확인할 수 있으며 일정농도 이상에서는 순환라인 가동시간 증가에 비해 용해도 상승이 완만하게 증가하는 것을 확인할 수 있다.

본 발명에 따른 수소화장품 제조장치는, 용존수소농도를 높이기 위한 기액혼합유닛과 수소용해유닛을 구비하는 한편, 순환라인을 제어할 수 있는 제어유닛을 이용하여 용존수소농도 조절이 가능하도록 구성된다.

전술한 실시예는 본 발명의 구성을 바탕으로 가장 효율적으로 수소화장품을 제조할 수 있는 장치와 방법을 제시하고 있으며, 사용 목적 또는 적용 대상에 따라 용존수소농도 가감과 대용량 장치의 구성이 용이함을 잘 나타낸다.

이상에서는 본 발명이 선호되는 실시예에 의거하여 설명되었지만, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 아니하고 청구항에 기재된 범위 내에서 변형이나 변경 실시가 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부된 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

100: 필터유닛 110: 화장품 저장조
120: 부스터 펌프 200: 수소발생유닛
300: 기액혼합유닛 400: 수소용해유닛
500: 자기회로 600: 수소화장품 보관부
290: 수소 공급 솔레노이드 밸브 800: 순환 솔레노이드 밸브
900: 제어유닛

Claims (4)

1. 필터유닛으로부터 공급된 정수수를 전기분해하여 수소를 발생시키는 수소발생유닛;
   액상 또는 겔상의 화장품이 저장되는 화장품 저장조;
   수소화장품이 보관되며 수소화장품을 선택적으로 방출하는 수소화장품 보관부;
   상기 화장품 저장조로부터 상기 수소화장품 보관부로 상기 화장품이 이송되는 주 이송라인;
   상기 화장품 저장조로부터 추출된 화장품과 상기 수소발생유닛으로부터 공급된 수소를 상기 주 이송라인 상의 기액혼합유닛에서 혼합하여 상기 수소화장품 보관부로 보내는 수소화장품 제조부;
   상기 수소화장품 보관부로부터 상기 화장품 저장조로 수소화장품의 이송을 허용하여, 상기 주 이송라인과 함께 상기 수소화장품 제조부를 지나는 순환라인을 구성하는 회수 이송라인; 및
   상기 회수 이송라인에 설치된 순환 솔레노이드 밸브를 선택적으로 개방 제어하여 상기 순환라인을 가동함으로써, 상기 수소화장품 보관부에 보관되는 수소화장품 내 수소 농도를 조절하는 제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 수소화장품 제조장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 주 이송라인에는 상기 화장품 저장조 내 화장품을 추출 가압하여 상기 기액혼합유닛으로 보내는 부스터 펌프가 더 제공되고, 상기 기액혼합유닛은, 상기 수소발생유닛으로부터 공급되는 수소의 원활한 유입을 위해, 화장품의 유속을 증가시키고 압력을 낮추는 목 부분을 갖는 벤츄리 관을 포함하는 것을 특징으로 하는 수소화장품 제조장치.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 수소화장품 제조부는 상기 기액혼합유닛을 거쳐 나온 수소화장품의 용존수소농도를 높이는 수소용해유닛을 상기 주 이송라인에 더 포함하며, 상기 수소용해유닛은 베르누이관의 구조를 갖는 복수의 용존관을 직렬 또는 병렬로 배치하여, 수소화장품의 용존수소농도를 높이는 것을 특징으로 하는 수소화장품 제조장치.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 수소화장품 제조부는 자기회로의 자력에 의해 수호화장품 내 물의 클러스터를 더 작게 해주는 자기회로를 상기 주 이송라인에 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소화장품 제조장치.

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