KR101683533B1 - 수소수 제조장치 - Google Patents

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Abstract

본 실시예에 따른 수소수 제조장치는 급수펌프와 연결되는 입수포트, 출수포트 및 퇴수포트를 포함하는 수소수 키트; 상기 수소수 키트는 급수 솔레노이드 밸브와, 제 1 체크밸브와, 수소수를 생성하는 전기분해유닛과, 일단은 상기 제 1 체크밸브와 연결되고, 타단은 상기 전기분해유닛과 연결되어 상기 전기분해유닛으로 물을 공급하는 제 1 유로와, 일단은 상기 전기분해유닛의 수소수 배출포트와 연결되고, 타단은 상기 출수포트와 연결되어 상기 전기분해유닛에서 생성된 수소수를 수소수 키트 바깥으로 이송하는 제 2 유로와, 입구는 상기 제 2 유로와 연결되어 생성된 수소수를 공급받고, 출구는 상기 제 1 유로와 연결되어 상기 전기분해유닛으로 수소수를 강제 이송하는 제 1 가압펌프 및 입구는 상기 제 2 유로의 상기 제 1 가압펌프 연결부의 하류 측에 연결되어 생성된 수소수를 공급받고, 출구는 상기 제 1 유로의 상기 제 1 가압펌프 연결부의 상류 측에 연결되어 상기 전기분해유닛으로 수소수를 강제 이송하는 제 2 가압펌프; 상기 출수포트와 연결되어 선택적으로 유로를 개폐하는 솔레노이드 밸브; 및 상기 솔레노이드 밸브와 연결되며, 출수되는 수소수의 유량을 제어하는 리듀서;를 포함할 수 있다.

Description

수소수 제조장치{Manufacturing apparatus of Hydrogen water}
본 실시예는 원수를 전기분해 하여, 수소의 함유량을 늘린 물을 생성하는 수소수 제조장치에 관한 것이다.
건강에 대한 관심이 높아지면서, 최근에는 수돗물을 직접 마시기 보다는 생수를 구매하여 마시거나, 원수를 필터링 하여 음용수를 생성하는 정수기를 사용하는 비율이 급격하게 증가하였다.
지금까지 정수기는 원수에 포함된 이물질 등을 제거하여, 사용자가 마실 수 있는 물로 정수하는 장치로 인식되어 왔으나, 최근에는 단순히 오염물질을 다양한 종류의 필터를 이용하여 여과하는 것에 그치지 않고, 이온수나 알칼리수 등과 같은 기능성 용수를 생성할 수 있는 정수기에 대한 관심이 증가하면서, 이에 대한 다양한 개발이 진행되고 있다.
특히 체내의 활성산소를 제거하기 위하여, 수소분자를 음용수에 포함시킬 경우, 이 수소분자가 활성산소와 체내에서 결합하여 활성산소에 의해 발생될 수 있는 질환의 발생 비율을 줄일 수 있다는 주장들이 제기된 바, 물에 수소분자를 포함시킬 수 있는 다양한 형태의 장치에 대한 연구들이 진행 중에 있다.
대한민국 등록특허 제10-1076631호(2011.10.19. 등록) 대한민국 등록특허 제10-1171302호(2012.07.31. 등록)
본 실시 예는 다양한 정수장치에 결합되어 물에 포함된 수소분자의 농도를 높일 수 있도록 유로 구조를 개선한 수소수 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
삭제
본 실시예에 따른 수소수 제조장치는, 급수원이 연결되는 입수포트; 상기 급수원으로부터 공급된 물을 전기분해하는 전기분해유닛; 상기 전기분해유닛을 통과한 물이 외부로 배출되는 출수포트; 상기 입수포트와 상기 전기분해유닛을 연결하는 제1유로; 상기 전기분해유닛과 상기 출수포트를 연결하는 제2유로; 상기 제1유로와 상기 제2유로를 연결하는 제4유로; 상기 제4유로와 병렬로 배치되며, 상기 제1유로와 상기 제2유로를 연결하는 제5유로; 상기 제4유로에 위치하며, 상기 제2유로를 유동하는 물의 적어도 일부를 상기 제1유로로 이송하는 제1가압펌프; 상기 제5유로에 위치하며, 상기 제2유로를 유동하는 물의 적어도 일부를 상기 제1유로로 이송하는 제2가압펌프; 및 상기 제2유로 상에 상기 제4유로 및 상기 제5유로 보다 하류측에 위치하는 리듀서를 포함하며, 상기 리듀서는 상기 리듀서로 유입되는 물의 유량 보다 상기 리듀서로부터 배출되는 물의 유량이 적어지도록 제어할 수 있다.
제 1 실시예에 따른 수소수 제조장치는 입수포트, 출수포트 및 퇴수포트를 포함하는 수소수 키트; 상기 수소수 키트는 선택적으로 유로를 개폐하는 급수 솔레노이드 밸브; 상기 급수 솔레노이드 밸브를 통과하여 전기분해유닛으로 진입 한 물의 역류를 방지하는 제 1 체크밸브; 물을 전기분해하기 위한 양극전극, 음극전극, 고체 고분자 전해질막 및 보조전극으로 구성되는 전극모듈을 구비하며, 상기 전극모듈을 중심으로 복수 개의 챔버로 구분되어 수소수를 생성하는 전기분해유닛; 일단은 상기 제 1 체크밸브와 연결되고, 타단은 상기 전기분해유닛과 연결되어 상기 전기분해유닛으로 물을 공급하는 제 1 유로; 일단은 상기 전기분해유닛의 수소수 배출포트와 연결되고, 타단은 상기 출수포트와 연결되어 상기 전기분해유닛에서 생성된 수소수를 수소수 키트 바깥으로 이송하는 제 2 유로; 입구는 상기 제 2 유로와 연결되어 생성된 수소수를 공급받고, 출구는 상기 제 1 유로와 연결되어 상기 전기분해유닛으로 수소수를 강제 이송하는 제 1 가압펌프; 및 입구는 상기 제 2 유로의 상기 제 1 가압펌프 연결부의 하류 측에 연결되어 생성된 수소수를 공급받고, 출구는 상기 제 1 유로의 상기 제 1 가압펌프 연결부의 상류 측에 연결되어 상기 전기분해유닛으로 수소수를 강제 이송하는 제 2 가압펌프; 상기 출수포트와 연결되어 선택적으로 유로를 개폐하는 솔레노이드 밸브; 및 상기 솔레노이드 밸브와 연결되며, 출수되는 수소수의 유량을 제어하는 리듀서;를 포함할 수 있다.
이때, 입수된 물에 압력을 부가하는 급수펌프;를 더 포함하여, 상기 입수포트는 물 탱크에 저장된 물을 급수펌프로 공급 받고, 상기 리듀서의 출수측에는 제 2 체크밸브 및 고압스위치(HPS)가 연결되어 출수될 수 있다.
상기 퇴수포트는 상기 물탱크와 제 3 유로로 연결되어, 상기 전기분해유닛에서 생성된 살균수를 상기 물탱크에 저장할 수 있다.
제 2 실시예에 따른 수소수 제조장치는 수도배관과 직접 연결되는 입수포트, 출수포트 및 퇴수포트를 포함하는 수소수 키트; 상기 수소수 키트는 선택적으로 유로를 개폐하는 급수 솔레노이드 밸브; 물을 전기분해하기 위한 양극전극, 음극전극, 고체 고분자 전해질막 및 보조전극으로 구성되는 전극모듈을 구비하며, 상기 전극모듈을 중심으로 복수 개의 챔버로 구분되어 수소수를 생성하는 전기분해유닛; 일단은 상기 급수 솔레노이드밸브와 연결되고, 타단은 상기 전기분해유닛과 연결되어 상기 전기분해유닛으로 물을 공급하는 제 1 유로; 일단은 상기 전기분해유닛의 수소수 배출포트와 연결되고, 타단은 상기 출수포트와 연결되어 상기 전기분해유닛에서 생성된 수소수를 수소수 키트 바깥으로 이송하는 제 2 유로; 입구는 상기 제 2 유로와 연결되어 생성된 수소수를 공급받고, 출구는 상기 제 1 유로와 연결되어 상기 전기분해유닛으로 수소수를 강제 이송하는 제 1 가압펌프; 및 입구는 상기 제 2 유로의 상기 제 1 가압펌프 연결부의 하류 측에 연결되어 생성된 수소수를 공급받고, 출구는 상기 제 1 유로의 상기 제 1 가압펌프 연결부의 상류 측에 연결되어 상기 전기분해유닛으로 수소수를 강제 이송하는 제 2 가압펌프; 상기 출수포트와 연결되어 선택적으로 유로를 개폐하는 솔레노이드 밸브; 및 상기 솔레노이드 밸브와 연결되며, 출수되는 수소수의 유량을 제어하는 리듀서;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 퇴수포트를 통해 배출되는 살균수는 드레인 될 수 있다.
제 3 실시예에 따른 수소수 제조장치는 생수통과 연결되는 입수포트, 출수포트 및 퇴수포트를 포함하는 수소수 키트; 상기 수소수 키트는 선택적으로 유로를 개폐하는 급수 솔레노이드 밸브; 상기 급수 솔레노이드 밸브의 작동에 연동하여 동작하는 급수펌프; 상기 급수 솔레노이드 밸브를 통과하여 전기분해유닛으로 진입 한 물의 역류를 방지하는 제 1 체크밸브; 물을 전기분해하기 위한 양극전극, 음극전극, 고체 고분자 전해질막 및 보조전극으로 구성되는 전극모듈을 구비하며, 상기 전극모듈을 중심으로 복수 개의 챔버로 구분되어 수소수를 생성하는 전기분해유닛; 일단은 상기 제 1 체크밸브와 연결되고, 타단은 상기 전기분해유닛과 연결되어 상기 전기분해유닛으로 물을 공급하는 제 1 유로; 일단은 상기 전기분해유닛의 수소수 배출포트와 연결되고, 타단은 상기 출수포트와 연결되어 상기 전기분해유닛에서 생성된 수소수를 수소수 키트 바깥으로 이송하는 제 2 유로; 입구는 상기 제 2 유로와 연결되어 생성된 수소수를 공급받고, 출구는 상기 제 1 유로와 연결되어 상기 전기분해유닛으로 수소수를 강제 이송하는 제 1 가압펌프; 및 입구는 상기 제 2 유로의 상기 제 1 가압펌프 연결부의 하류 측에 연결되어 생성된 수소수를 공급받고, 출구는 상기 제 1 유로의 상기 제 1 가압펌프 연결부의 상류 측에 연결되어 상기 전기분해유닛으로 수소수를 강제 이송하는 제 2 가압펌프; 상기 출수포트와 연결되어 선택적으로 유로를 개폐하는 솔레노이드 밸브; 및 상기 솔레노이드 밸브와 연결되며, 출수되는 수소수의 유량을 제어하는 리듀서;를 포함할 수 있다.
상기 퇴수포트는 상기 입수포트와 제 3 유로로 연결되어, 상기 전기분해유닛에서 생성된 살균수를 상기 입수포트로 전달할 수 있다.
제 4 실시예에 따른 수소수 제조장치는 수도배관과 제 1 카본필터의 개재 하에 직접 연결되며, 상기 제 1 카본필터 후단에 연결되는 입수포트, 출수포트 및 퇴수포트를 포함하는 수소수 키트; 상기 수소수 키트는 급수펌프; 상기 급수펌프의 작동에 연동하여 개폐 제어되는 급수 솔레노이드 밸브; 상기 급수 솔레노이드 밸브를 통과한 물의 전기분해유닛 진입 여부를 제어하는 제 1 체크밸브; 물을 전기분해하기 위한 양극전극, 음극전극, 고체 고분자 전해질막 및 보조전극으로 구성되는 전극모듈을 구비하며, 상기 전극모듈을 중심으로 복수 개의 챔버로 구분되어 수소수를 생성하는 전기분해유닛; 일단은 상기 제 1 체크밸브와 연결되고, 타단은 상기 전기분해유닛과 연결되어 상기 전기분해유닛으로 물을 공급하는 제 1 유로; 일단은 상기 전기분해유닛의 수소수 배출포트와 연결되고, 타단은 상기 출수포트와 연결되어 상기 전기분해유닛에서 생성된 수소수를 수소수 키트 바깥으로 이송하는 제 2 유로; 입구는 상기 제 2 유로와 연결되어 생성된 수소수를 공급받고, 출구는 상기 제 1 유로와 연결되어 상기 전기분해유닛으로 수소수를 강제 이송하는 제 1 가압펌프; 및 입구는 상기 제 2 유로의 상기 제 1 가압펌프 연결부의 하류 측에 연결되어 생성된 수소수를 공급받고, 출구는 상기 제 1 유로의 상기 제 1 가압펌프 연결부의 상류 측에 연결되어 상기 전기분해유닛으로 수소수를 강제 이송하는 제 2 가압펌프; 상기 출수포트와 연결되어 선택적으로 유로를 개폐하는 솔레노이드 밸브; 및 상기 솔레노이드 밸브와 연결되며, 출수되는 수소수의 유량을 제어하는 리듀서;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 리듀서의 출수측에는 제 2 체크밸브 및 고압스위치(HPS)가 연결되어 출수될 수 있다.
또한, 상기 퇴수포트는 제 2 카본필터와 연결되어, 오존이 제거된 물을 퇴수할 수 있다.
또한, 일단은 상기 제 1 카본필터와 입수포트를 연결하는 제 1 배관(D1)과 연결되고, 타단은 고압스위치에서 출수되는 출수배관과 연결되는 제 2 배관(D2); 및 상기 제 2 배관(D2)의 개폐를 제어하는 제 3 솔레노이드 밸브;를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 제 1 및 제 2 배관(D1)(D2)을 연결하는 제 1 연결관; 및 상기 제 2 배관(D2)과 상기 고압스위치와 연결되는 출수배관을 연결하는 제 2 연결관;을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 연결관은 T자형 연결관으로 마련될 수 있다.
또한, 상기 전기분해유닛은 음극실과 양극실을 포함하되, 상기 음극실과 양극실은 적어도 하나 이상의 미세구멍을 통해 연통되되, 상기 미세구멍은 0.1 내지 1mm 이내의 직경을 가질 수 있다.
수소수 키트에 입수, 출수 및 퇴수 포트를 각각 형성하여, 이들 포트들을 물 탱크, 직수, 또는 생수통 등을 사용하는 다양한 형태의 정수기에 연결할 수 있으므로, 제조사별로 다양한 형태로 제조되는 정수기의 구조와 상관 없이, 수소수기로의 개선이 가능하다.
또한, 2개 이상의 가압펌프를 이용하여 전기분해유닛에 수소수가 포함된 원수를 공급하므로, 수소수의 수소 농도를 일정 수준 이상으로 유지할 수 있다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 수소수 제조장치의 일 예를 개략적으로 도시한 도면,
도 2은 제 2 실시예에 따른 수소수 제조장치의 일 예를 개략적으로 도시한 도면,
도 3은 제 3 실시예에 따른 수소수 제조장치의 일 예를 개략적으로 도시한 도면, 그리고,
도 4는 제 4 실시예에 따른 수소수 제조장치의 일 예를 개략적으로 도시한 도면 이다.
이하, 본 실시예에 따른 수소수 제조장치를 도면을 참고하여 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
한편, 제 1 또는 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들이 상기 용어들에 의해 한정되지 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별시키는 목적으로만 사용된다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 수소수 제조장치의 일 예를 개략적으로 도시한 도면, 도 2은 제 2 실시예에 따른 수소수 제조장치의 일 예를 개략적으로 도시한 도면, 도 3은 제 3 실시예에 따른 수소수 제조장치의 일 예를 개략적으로 도시한 도면, 그리고, 도 4는 제 4 실시예에 따른 수소수 제조장치의 일 예를 개략적으로 도시한 도면 이다.
도 1에 도시된 제 1 실시예에 따른 수소수 제조장치는 물탱크(10), 솔레노이드 밸브(S2), 리듀서(30) 및 수소수 키트(100)를 포함할 수 있다.
물탱크(10)는 역삼투 방식으로 정수된 물을 저장할 수 있으며, 도시하지는 않았으나, 역삼투 방식의 정수 시스템은 별도로 마련될 수 있다. 물탱크(10)에 저장된 정수된 물은 급수펌프(P1)를 통해 일정 압력 이상으로 상기 수소수 키트(100)로 이송될 수 있다. 이송된 물은 수소수 키트(100)의 입수포트(110)로 유입되어 소정의 수소수 생성 사이클을 거쳐 출수포트(120)로 배출될 수 있다.
솔레노이드 밸브(S2)는 출수포트(120)와 연결되어, 미도시된 제어부의 제어 동작에 의해 선택적으로 유로를 개폐한다.
리듀서(30)는 솔레노이드 밸브(S2)의 후단에 연결되어, 리듀서(30)의 후단 유량을 전단의 유량보다 적게 형성될 수 있도록 하여, 출수유량을 일정하게 제어 할 수 있다.
한편, 물탱크 방식의 정수기의 경우 일반적으로 수동코크를 많이 사용하므로, 코크의 동작유무를 제어에 의해 압력을 전달할 수 있는 고압스위치(HPS)(40)가 더 설치될 수 있다. 이때, 리듀서(30)와 고압스위치(40) 사이에는 수소수 키트(100)의 내부에 설치되는 제 1 체크밸브(C1)와 대응되는 제 2 체크밸브(C2)가 더 설치될 수 있다.
수소수 키트(100)는 상기한 바와 같이, 입수포트(110), 출수포트(120) 및 퇴수포트(130)를 포함할 수 있다.
또한, 수소수 키트(100)의 내부에는 급수 및 출수 솔레노이드 밸브(S1)(S2), 제 1 체크밸브(C1), 전기분해유닛(101), 제 1 및 제 2 가압펌프(102)(103), 리듀서(30)가 설치될 수 있다.
급수 솔레노이드 밸브(S1)는 상기 입수포트(110)를 통해 유입된 물을 선택적으로 제 1 체크밸브(C1) 측으로 전달하며, 제 1 체크밸브(C1)는 전기분해유닛(101)과 제 1 유로(T1)로 연결되어, 밸브 동작에 의해 물을 공급 또는 차단할 수 있다.
전기분해유닛(101)은 물을 전기분해하기 위한 양극전극, 음극전극, 고체 고분자 전해질막 및 보조전극으로 구성되는 전극모듈을 구비하며, 상기 전극모듈을 중심으로 복수 개의 챔버로 구분되어 수소수를 생성할 수 있다. 상기 전기분해유닛(101)의 세부적인 구조는 본 출원인이 출원한 대한민국 등록특허 제10-564654호와, 대한민국 공개특허 제10-2014-0060738호(2014.05.21. 공개)와 같이 구성될 수 있다. 한편, 상기 전기분해유닛(101)의 출수측은 제 2 유로(T2)로 연결되어 출수포트(120)로 생성된 수소수를 수소수 키트(100)의 바깥쪽으로 배출할 수 있다.
전기분해유닛(101)은 양극실과 음극실이 고분자 막으로 분리되어 있으며, 음극실로 유입된 물은 1mm 이하의 복수 개의 미세구멍을 통해 양극실로 전달될 수 있다. 이러한 미세구멍을 통해 유입수가 음극실에서 양극실로 전달되기 때문에, 브라운 운동을 하는 수소 이온의 자유로운 왕래가 가능하게 되어, 수소 발생시 pH 값의 변화를 최소화할 수 있다. 또한, 양극수와 음극수가 완전 분리되기 때문에, 생성된 수소수의 pH 값이 변하는 현상을 최소화할 수 있다.
한편, 미세구멍의 크기가 1mm를 넘을 경우, 음극의 수소 발생 효율이 급격히 떨어져 효율적인 수소 발생이 어려워질 수 있다. 따라서, 상기 미세구멍의 크기는 0.1mm 이상 1mm 이하의 크기로 형성되어 음극실에서 양극실로 물을 전달할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따르면, 상기 제 1 유로(T1)와 제 2 유로(T2)에 제 1 및 제 2 가압펌프(102)(103)가 설치되어, 수소수 생성 효율을 향상시킬 수 있다.
즉, 제 1 가압펌프(102)는 입구는 상기 제 2 유로(T2)와 연결되어 생성된 수소수를 공급받고, 출구는 상기 제 1 유로(T1)와 연결되어 상기 전기분해유닛(101)으로 수소수를 강제 이송할 수 있다.
또한, 제 2 가압펌프(103)는 입구는 상기 제 2 유로(T2)의 상기 제 1 가압펌프(102) 연결부의 하류 측에 연결되어 생성된 수소수를 공급받고, 출구는 상기 제 1 유로(T1)의 상기 제 1 가압펌프(102) 연결부의 상류 측에 연결되어 상기 전기분해유닛(101)으로 수소수를 강제 이송할 수 있다.
이와 같은 구성에 따르면, 급수 솔레노이드 밸브(S1)를 통해 순수한 RO수만이 유입되는 것이 아니라, 제 1 및 제 2 가압펌프(P1)(P2)를 통해 이미 전기분해유닛(101)에서 일정 농도 이상의 수소분자를 포함하는 수소수를 다시 전기분해유닛(101)으로 일정 압력 이상으로 공급하기 때문에, 물 속에 녹아 있는 수소분자의 농도를 손쉽게 일정 수준 이상으로 유지할 수 있다.
한편, 상기 퇴수포트(130)는 상기 물탱크(10)와 제 3 유로(T3)로 연결되어, 상기 전기분해유닛(101)에서 생성된 살균수를 상기 물탱크에 저장할 수 있다.
제 2 실시예에 따른 수소수 제조장치는 도 2에 도시된 바와 같이 UF 직수(11)와 직접 연결되어 수돗물을 직접 공급 받을 수 있다. 제 1 실시예와 차이는 수돗물의 경우에는 충분한 수압 형성이 가능하기 때문에 별도의 급수펌프를 필요로 하지 않는다. 수소수 제조장치의 구성은 제 1 실시예와 큰 차이는 없으며, 급수포트(1100), 출수포트(1200), 퇴수포트(1300)를 가지는 수소수 키트(1000)이며, 제 2 체크밸브(C2)와 고압스위치(40)는 생략 가능하다.
또한, 수소수 키트(1000)의 내부에는 급수 및 출수 솔레노이드 밸브(S1)(S2), 제 1 체크밸브(C1), 전기분해유닛(1001), 제 1 및 제 2 가압펌프(102)(103), 리듀서(30)가 설치될 수 있다
급수 솔레노이드 밸브(S1)는 상기 입수포트(1100)를 통해 유입된 물을 선택적으로 전달하며, 전기분해유닛(1001)과 제 1 유로(T1)로 연결되어, 밸브 동작에 의해 물을 공급 또는 차단할 수 있다.
전기분해유닛(1001)은 물을 전기분해하기 위한 양극전극, 음극전극, 고체 고분자 전해질막 및 보조전극으로 구성되는 전극모듈을 구비하며, 상기 전극모듈을 중심으로 복수 개의 챔버로 구분되어 수소수를 생성할 수 있다. 상기 전기분해유닛(1001)의 세부적인 구조는 본 출원인이 출원한 대한민국 등록특허 제10-564654호와, 대한민국 공개특허 제10-2014-0060738호(2014.05.21. 공개)와 같이 구성될 수 있다. 한편, 상기 전기분해유닛(1001)의 출수측은 제 2 유로(T2)로 연결되어 출수포트(1200)로 생성된 수소수를 수소수 키트(1000)의 바깥쪽으로 배출할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따르면, 상기 제 1 유로(T1)와 제 2 유로(T2)에 제 1 및 제 2 가압펌프(1002)(1003)가 설치되어, 수소수 생성 효율을 향상시킬 수 있다.
즉, 제 1 가압펌프(1002)는 입구는 상기 제 2 유로(T2)와 연결되어 생성된 수소수를 공급받고, 출구는 상기 제 1 유로(T1)와 연결되어 상기 전기분해유닛(1001)으로 수소수를 강제 이송할 수 있다.
또한, 제 2 가압펌프(1003)는 입구는 상기 제 2 유로(T2)의 상기 제 1 가압펌프(1002) 연결부의 하류 측에 연결되어 생성된 수소수를 공급받고, 출구는 상기 제 1 유로(T1)의 상기 제 1 가압펌프(1002) 연결부의 상류 측에 연결되어 상기 전기분해유닛(1001)으로 수소수를 강제 이송할 수 있다.
이와 같은 구성에 따르면, 입수포트(1100)를 통해 수돗물만이 유입되는 것이 아니라, 제 1 및 제 2 가압펌프(1002)(1003)를 통해 이미 전기분해유닛(1001)에서 일정 농도 이상의 수소분자를 포함하는 수소수를 다시 전기분해유닛(1001)으로 일정 압력 이상으로 공급하기 때문에, 물 속에 녹아 있는 수소분자의 농도를 손쉽게 일정 수준 이상으로 유지할 수 있다.
이때, 상기 퇴수포트(1300)를 통해 배출되는 살균수는 드레인 될 수 있다.
제 3 실시예에 따른 수소수 제조장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 생수통(12)이 수소수 키트(2000)의 입수포트(2100)로 연결되어, 출수포트(2200)로 출수가 이루어진다. 이는 제 2 실시예와 큰 차이는 없다.
다만, 수소수 키트(2000)의 내부 구성은 다소 변경될 수 있는데, 급수펌프(2120)의 전단에 체크밸브(2110)가 설치되고, 후단에 급수 솔레노이드 밸브(S1)가 배치되어, 전기분해유닛(2001)으로 생수통의 물을 공급할 수 있다. 그러나 이를 한정하는 것은 아니며, 체크밸브(2110)와 급수펌프(2120), 급수 솔레노이드 밸브(S1)의 배치는 설계에 따라 다양하게 가변 될 수 있다.
전기분해유닛(2001)은 물을 전기분해하기 위한 양극전극, 음극전극, 고체 고분자 전해질막 및 보조전극으로 구성되는 전극모듈을 구비하며, 상기 전극모듈을 중심으로 복수 개의 챔버로 구분되어 수소수를 생성할 수 있다. 상기 전기분해유닛(2001)의 세부적인 구조는 본 출원인이 출원한 대한민국 등록특허 제10-564654호와, 대한민국 공개특허 제10-2014-0060738호(2014.05.21. 공개)와 같이 구성될 수 있다. 한편, 상기 전기분해유닛(2001)의 출수측은 제 2 유로(T2)로 연결되어 솔레노이드 밸브(S2)와 리듀서(30)를 통해 출수포트(2200)로 생성된 수소수를 수소수 키트(2000)의 바깥쪽으로 배출할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따르면, 상기 제 1 유로(T1)와 제 2 유로(T2)에 제 1 및 제 2 가압펌프(2002)(2003)가 설치되어, 수소수 생성 효율을 향상시킬 수 있다.
즉, 제 1 가압펌프(2002)는 입구는 상기 제 2 유로(T2)와 연결되어 생성된 수소수를 공급받고, 출구는 상기 제 1 유로(T1)와 연결되어 상기 전기분해유닛(2001)으로 수소수를 강제 이송할 수 있다.
또한, 제 2 가압펌프(2003)는 입구는 상기 제 2 유로(T2)의 상기 제 1 가압펌프(2002) 연결부의 하류 측에 연결되어 생성된 수소수를 공급받고, 출구는 상기 제 1 유로(T1)의 상기 제 1 가압펌프(2002) 연결부의 상류 측에 연결되어 상기 전기분해유닛(2001)으로 수소수를 강제 이송할 수 있다.
이와 같은 구성에 따르면, 제 1 체크밸브(C1)를 통해 순수한 RO수만이 유입되는 것이 아니라, 제 1 및 제 2 가압펌프(2002)(2003)를 통해 이미 전기분해유닛(2001)에서 일정 농도 이상의 수소분자를 포함하는 수소수를 다시 전기분해유닛(2001)으로 일정 압력 이상으로 공급하기 때문에, 물 속에 녹아 있는 수소분자의 농도를 손쉽게 일정 수준 이상으로 유지할 수 있다.
상기 퇴수포트(2300)는 상기 입수포트(2100)와 제 3 유로(T3)로 연결되어, 상기 전기분해유닛(2001)에서 생성된 살균수를 상기 입수포트(2100)로 전달할 수 있다.
제 4 실시예에 따른 수소수 제조장치는 도 4에 도시된 바와 같이, 수도배관과 제 1 카본필터(F1)의 개재 하에 직접 연결되는 입수포트(3100)와, 출수포트(3200) 및 퇴수포트(3300)를 포함하는 수소수 키트(3000)가 마련되며, 앞서 설명한 제 1 실시예와 같이, 제 3 솔레노이드 밸브(S3), 제 2 체크밸브(C2) 및 고압스위치(40)를 포함할 수 있다.
또한, 수소수 키트(3000)의 내부에는 급수 및 출수 솔레노이드 밸브(S1)(S2), 제 1 체크밸브(C1), 전기분해유닛(3001), 제 1 및 제 2 가압펌프(3002)(3003), 리듀서(30)가 설치될 수 있다
급수 솔레노이드 밸브(S1)는 상기 입수포트(3100)를 통해 유입된 물을 선택적으로 전달하며, 전기분해유닛(3001)과 제 1 유로(T1)로 연결되어, 밸브 동작에 의해 물을 공급 또는 차단할 수 있다.
전기분해유닛(3001)은 물을 전기분해하기 위한 양극전극, 음극전극, 고체 고분자 전해질막 및 보조전극으로 구성되는 전극모듈을 구비하며, 상기 전극모듈을 중심으로 복수 개의 챔버로 구분되어 수소수를 생성할 수 있다. 상기 전기분해유닛(3001)의 세부적인 구조는 본 출원인이 출원한 대한민국 등록특허 제10-564654호와, 대한민국 공개특허 제10-2014-0060738호(2014.05.21. 공개)와 같이 구성될 수 있다. 한편, 상기 전기분해유닛(3001)의 출수측은 제 2 유로(T2)로 연결되어 솔레노이드 밸브(S2)와 리듀서(30)를 통해 출수포트(3200)로 생성된 수소수를 수소수 키트(3000)의 바깥쪽으로 배출할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따르면, 상기 제 1 유로(T1)와 제 2 유로(T2)에 제 1 및 제 2 가압펌프(3002)(3003)가 설치되어, 수소수 생성 효율을 향상시킬 수 있다.
즉, 제 1 가압펌프(3002)는 입구는 상기 제 2 유로(T2)와 연결되어 생성된 수소수를 공급받고, 출구는 상기 제 1 유로(T1)와 연결되어 상기 전기분해유닛(3001)으로 수소수를 강제 이송할 수 있다.
또한, 제 2 가압펌프(3003)는 입구는 상기 제 2 유로(T2)의 상기 제 1 가압펌프(3002) 연결부의 하류 측에 연결되어 생성된 수소수를 공급받고, 출구는 상기 제 1 유로(T1)의 상기 제 1 가압펌프(3002) 연결부의 상류 측에 연결되어 상기 전기분해유닛(3001)으로 수소수를 강제 이송할 수 있다.
이와 같은 구성에 따르면, 급수 솔레노이드 밸브(S1)를 통해 순수한 RO수만이 유입되는 것이 아니라, 제 1 및 제 2 가압펌프(3002)(3003)를 통해 이미 전기분해유닛(3001)에서 일정 농도 이상의 수소분자를 포함하는 수소수를 다시 전기분해유닛(3001)으로 일정 압력 이상으로 공급하기 때문에, 물 속에 녹아 있는 수소분자의 농도를 손쉽게 일정 수준 이상으로 유지할 수 있다.
그리고, 퇴수포트(3300)를 통해 배출되는 물에서 오존을 제거하기 위해 제 2 카본필터(F2)가 마련되어, 퇴수되는 물에서 오존을 추가로 제거할 수 있다.
또한, 일단은 상기 제 1 카본필터(F1)와 입수포트(3100)를 연결하는 제 1 배관(D1)과 연결되고, 타단은 고압스위치(40)에서 출수되는 출수배관(D3)과 연결되는 제 2 배관(D2)을 더 포함할 수 있는데, 상기 제 2 배관(D2)에는 상기 제 2 배관(D2)의 개폐를 제어하는 제 3 솔레노이드 밸브(S3);를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 제 1 및 제 2 배관(D1)(D2)을 연결하는 제 1 연결관(61)과 상기 제 2 배관(D2)과 상기 고압스위치(40)와 연결되는 출수배관(D3)을 연결하는 제 2 연결관(62);을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 연결관(61)(62)은 T자형 연결관으로 마련될 수 있다.
이상과 같은 본 실시예에 따르면, 다양하게 구성되는 수소수 키트에 입수, 출수 및 퇴수포트를 각각 형성하여, 이들 포트들을 물 탱크, 직수, 또는 생수통 등을 사용하는 다양한 형태의 정수기에 연결할 수 있으므로, 제조사별로 다양한 형태로 제조되는 정수기의 구조와 상관 없이, 수소수기로의 개선이 가능하다.
또한, 2개 이상의 가압펌프를 직렬 또는 병렬로 연결하여 전기분해유닛에 수소수가 포함된 원수를 공급하므로, 수소수의 수소 농도를 신속하게 일정 수준 이상으로 유지할 수 있다.
상기한 바와 같이 구성된 수소수 제조장치에 따라 형성된 수소수는 pH값이 7~8 사이로 형성되는 중성을 가진다. 또한, 물에 포함되는 수소분자가 1000ppb 이상 용존될 수 있으며, 짧은 시간에 많은 수소수가 만들어질 수 있다. 또한, 전기분해 중에 양극과 음극의 물이 섞이지 않기 때문에 음용할 수 없는 복합 산화수가 형성되지 않는다.
또한, 본 실시예에 따른 수소수 제조장치는 음극과 양극을 분리하되 완전히 분리를 하지 않고, 알칼리 이온수에 비해 전류밀도가 10배가량 높은 셀 구조방식으로 저전력으로 고농도의 수소를 발생시킬 수 있는 방식이다. 즉, 알칼리이온수기와 비교할 때, 전기분해 방식이라는 점에서는 일부 유사하지만, 전기분해에 필요한 셀 구조가 알칼리 이온수기에 비해 구조적으로 작고 저전력으로 작동 가능하다.
또한, 음극과 양극을 완전히 분리하지 않고 셀 내부압력조절에 의해 양쪽 전극이 완전분리가 되지 않아, pH 값이 변화지 않고 고농도의 수소수를 얻을 수 있다.
본 실시예에 따른 수소수 제조장치는, 급수원이 연결되는 입수포트(110)와, 급수원으로부터 공급된 물을 전기분해하는 전기분해유닛(101)과, 전기분해유닛(101)을 통과한 물이 외부로 배출되는 출수포트(120)와, 입수포트(110)와 전기분해유닛(101)을 연결하는 제1유로(T1)와, 전기분해유닛(101)과 출수포트(120)를 연결하는 제2유로(T2)와, 제1유로(T1)와 제2유로(T2)를 연결하는 제4유로(T4)와, 제4유로(T4)와 병렬로 배치되며 제1유로(T1)와 제2유로(T2)를 연결하는 제5유로(T5)와, 제4유로(T4)에 위치하며 제2유로(T2)를 유동하는 물의 적어도 일부를 제1유로(T1)로 이송하는 제1가압펌프(102)와, 제5유로(T5)에 위치하며 제2유로(T2)를 유동하는 물의 적어도 일부를 제1유로(T1)로 이송하는 제2가압펌프(103)와, 제2유로(T2) 상에 제4유로(T4) 및 제5유로(T5) 보다 하류측에 위치하는 리듀서(30)를 포함할 수 있다. 이때, 리듀서(30)는 리듀서(30)로 유입되는 물의 유량 보다 리듀서(30)로부터 배출되는 물의 유량이 적어지도록 제어할 수 있다. 또한, 급수원은, 입수포트(110)에 물을 공급하는 구성으로 제1실시예에 따른 물 탱크(10), 제2실시예에 따른 UF 직수(11), 제3실시예에 따른 생수통(12), 및 제4실시예에 따른 수도배관을 포함할 수 있다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
10; 물탱크 30; 리듀서
40; 고압스위치(HPS) S1, S2; 제 1 및 제 2 솔레노이드 밸브
T1, T2, T3; 제 1 내지 제 3 유로 D1, D2; 제 1 및 제 2 배관
100, 1000, 2000, 3000; 수소수 키트
101, 1001, 2001, 3001; 전기분해유닛
102, 1002, 2002, 3002; 제 1 가압펌프
103, 1003, 2003, 3003; 제 2 가압펌프
110, 1100, 2100, 3100; 입수포트
120, 1200, 2200, 3200; 출수포트
130, 1300, 2300, 3300; 퇴수포트

Claims (13)

  1. 급수원이 연결되는 입수포트;
    상기 급수원으로부터 공급된 물을 전기분해하는 전기분해유닛;
    상기 전기분해유닛을 통과한 물이 외부로 배출되는 출수포트;
    상기 입수포트와 상기 전기분해유닛을 연결하는 제1유로;
    상기 전기분해유닛과 상기 출수포트를 연결하는 제2유로;
    상기 제1유로와 상기 제2유로를 연결하는 제4유로;
    상기 제4유로와 병렬로 배치되며, 상기 제1유로와 상기 제2유로를 연결하는 제5유로;
    상기 제4유로에 위치하며, 상기 제2유로를 유동하는 물의 적어도 일부를 상기 제1유로로 이송하는 제1가압펌프;
    상기 제5유로에 위치하며, 상기 제2유로를 유동하는 물의 적어도 일부를 상기 제1유로로 이송하는 제2가압펌프; 및
    상기 제2유로 상에 상기 제4유로 및 상기 제5유로 보다 하류측에 위치하는 리듀서를 포함하며,
    상기 리듀서는 상기 리듀서로 유입되는 물의 유량 보다 상기 리듀서로부터 배출되는 물의 유량이 적어지도록 제어하는 수소수 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기분해유닛과 상기 급수원을 연결하는 제3유로를 더 포함하며,
    상기 제3유로를 통해 상기 전기분해유닛에서 발생되는 살균수가 상기 급수원에 공급되는 수소수 제조장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 출수포트와 연결되어 물이 출수되는지 여부를 감지하는 고압스위치를 더 포함하는 수소수 제조장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 급수원은, 물 탱크, 수도 배관 및 생수통 중 어느 하나 이상을 포함하는 수소수 제조장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 급수원과 상기 입수포트를 연결하는 제1배관;
    상기 출수포트와 연결되며, 물을 외부로 배출하는 출수배관;
    상기 제1배관과 상기 출수배관을 연결하는 제2배관; 및
    상기 제1배관에 위치하는 제1카본필터를 포함하며,
    상기 제1카본필터는 상기 제1배관 상에서 상기 제2배관 보다 상류측에 위치하는 수소수 제조장치.
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