KR101744866B1

KR101744866B1 - 수소수공급장치

Info

Publication number: KR101744866B1
Application number: KR1020150047312A
Authority: KR
Inventors: 김광석
Original assignee: 김광석
Priority date: 2015-04-03
Filing date: 2015-04-03
Publication date: 2017-06-08
Also published as: KR20160118734A

Abstract

본 발명은 수소수공급장치에 관한 것으로서, 소정의 원수공급원에 연결된 입수배관과, 소정의 수소수소비원에 연결된 출수배관과, 상기 입수배관에 설치되어 상기 입수배관의 유로를 개폐하는 입수배관전자밸브와, 상기 입수배관을 통해 들어오는 원수에 수소를 용해시켜 수소수를 생성하고 생성된 수소수를 상기 출수배관을 통해 상기 수소수소비원으로 배출하는 수소수생성모듈을 갖는 수소수공급장치에 있어서, 상기 출수배관을 흐르는 수소수가 상기 수소수생성모듈을 향해 역류하는 것을 방지할 수 있도록 상기 출수배관에 설치된 출수배관체크밸브와; 상기 출수배관 중 상기 출수배관체크밸브와 상기 수소수생성모듈 사이구간을 전위출수배관이라고 하고 상기 출수배관체크밸브와 상기 수소수소비원 사이구간을 후위출수배관이라고 할 때 상기 후위출수배관에 설치되어 상기 출수배관체크밸브의 역류방지 동작에 의해 상기 수소수소비원에 수소수가 공급되는 수소수공급상태와 상기 수소수소비원에 수소수가 공급되지 않는 수소수비공급상태에서 달라지는 상기 후위출수배관의 내부압력을 검출하기 위한 압력센서와; 상기 전위출수배관에 연결된 감압배관과; 상기 감압배관에 설치되어 상기 감압배관의 유로를 개폐하는 감압배관전자밸브와; 상기 압력센서의 검출값에 기초하여 수소수공급상태인지 수소수공급상태에서 수소수비공급상태로 전환되는 지를 판단하고, 수소수공급상태로 판단한 경우 상기 감압배관이 폐쇄되도록 상기 감압배관전자밸브를 제어하고 수소수생성동작이 이루어지도록 상기 수소수생성모듈을 제어하고, 수소수공급상태에서 수소수비공급상태로 전환된 것으로 판단한 경우 상기 감압배관이 개방되도록 상기 감압배관전자밸브를 제어하고 수소수생성동작이 중지되도록 상기 수소수생성모듈을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 수소수소비원을 수소수생성모듈에 직결하여 사용할 수 있다.

Description

수소수공급장치{Hydrogen Water Supplier}

본 발명은 수소수공급장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 체내의 활성산소를 제거하는 등 건강에 도움을 주는 수소가 용존되어 있는 수소수를 공급하기 위한 장치에 관한 것이다.

건강에 대한 관심이 높아지면서 단순히 물을 정수하는 차원을 넘어 건강에 유익한 기능을 갖는 기능수가 음용되고 있으며, 최근에는 기능수 중의 하나로 수소수가 관심을 끌고 있다.

수소수에는 체내의 활성산소를 제거하는 등 건강에 도움을 주는 수소가 용존되어 있으며, 이러한 수소수를 공급하기 위한 수소수공급장치가 안출되어 사용되고 있다.

도3은 종래의 수소수공급장치의 전체 구성도이고, 도4는 종래의 수소수공급장치의 수소생성기의 상세도이다.

종래의 수소수공급장치는, 이들 도면에 도시된 바와 같이, 분리 설치되어 있는 제1수조(111) 및 제2수조(112)와, 제1수조(111)와 제2수조(112)에 연결된 정수기(113) 및 수소수생성모듈(120)과, 제2수조(112)에 연결된 급수밸브(114)와, 제1수조(111), 제2수조(112), 정수기(113), 수소수생성모듈(120) 및 급수밸브(114) 상호간을 연결하는 배관(118)과, 수소수생성모듈(120)과 정수기(113)의 출력측 배관에 각각 설치된 정수이송전자밸브(116) 및 수소수이송전자밸브(115)와, 정수이송전자밸브(116), 수소수이송전자밸브(115) 및 수소수생성모듈(120)의 동작을 제어하는 제어부(119)를 갖고 있다.

수소수생성모듈(120)은 제1수조(111)에 연결된 수소생성기(130)와, 수소생성기(130)와 제2수조(112)에 각각 연결된 수소혼합기(121)와, 수소생성기(130), 제2수조(112) 및 수소혼합기(121) 사이의 배관(118)에 설치된 펌프(122)를 갖고 있다.

수소생성기(130)는 유입구(131a)와 유출구(131b)가 형성된 기통(131)과, 기통(131)의 내부에 설치된 경막부재(132), 상·하전극부재(133)를 갖고 있다.

경막부재(132)는 물은 통과하지 않고 전기분해로 생성되는 수소만 통과하도록 실리콘 등으로 형성된다.

이러한 구성을 갖는 수소생성기(130)의 상·하전극부재(133)에 전압이 인가되면 제1수조(111)에 저장된 물이 전기분해되어 산소와 수소가 생성된다.

생성된 산소는 제1수조(111)의 내부에서 수면 위로 상승하여 외부로 배출된다.

생성된 수소는 펌프(122)의 도움을 받아 수소혼합기(121)로 유입된다.

수소혼합기(121)는 내부에는 중공사막필터가 장착되어 있다.

펌프(122)는 수소생성기(130)에서 생성된 수소와 제2수조(112)에 저장된 물을 수소혼합기(121)에 공급한다.

급수밸브(114)는 수소수소비원에 해당한다.

전술한 구성을 갖는 종래의 수소수공급장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저 제어부(119)는 정수이송전자밸브(116)를 제어하여 정수기(113)에서 정수된 원수가 제1수조(111) 및 제2수조(112)에 공급한다.

제1수조(111)에 저장된 물은 수소생성기(130)로 공급된다.

다음에 제어부(119)는 수소생성기(130)를 제어하여 수소를 생성시킨다.

다음에 제어부(119)는 펌프(122)를 제어하여 수소생성기(130)에서 생성된 수소와 제2수조(112)에 저장된 원수를 수소혼합기(121)에 공급한다.

다음에 제어부(119)는 수소가 제2수조(112)에 저장된 물에 용존되도록 수소혼합기(121)의 동작을 제어한다.

다음에 제어부(119)는 수소혼합기(121)에서 생성된 수소수를 제2수조(112)에 공급되도록 수소수이송전자밸브(115)를 제어한다.

그리고 사용자는 급수밸브(114)를 개방조작하여 제2수조(112)에 저장된 수소수를 음용할 수 있다.

한편 전술한 종래의 수소수공급장치에 따르면 수소 생성동작과 수소와 원수를 혼합하는 동작이 시간차를 두고 실시되고 있으나, 수소 생성동작과 수소와 원수를 혼합하는 동작이 동시에 실시되는 수소수생성모듈도 사용되고 있다.

그런데 종래의 수소수공급장치에 따르면, 급수밸브(114)를 제2수조(112) 대신 수소혼합기(121)에 직결하는 경우 급수밸브(114)가 개방상태에서 폐쇄상태로 전환될 때 수소혼합기(121)에 압력이 가해져 수소혼합기(121)의 성능이 저하되거나 수소혼합기(121)가 파손될 염려가 있기 때문에 수소수소비원(급수밸브)를 수소수생성모듈(120)에 직결하여(제2수조를 거치지 않고) 사용하기 어렵다는 문제점이 있었다.

관련 선행문헌으로는 대한민국 등록특허공보 10-1504259호(등록일자: 2015년 3월 13일, 발명의 명칭 : 수소수의 제조장치)가 있으며, 상기 선행 문헌에는 위에서 설명한 종래의 수소수공급장치에 관한 기술이 개시되어 있다.

따라서 본 발명의 목적은, 수소수소비원을 수소수생성모듈에 직결하여 사용할 수 있도록 한 수소수공급장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 소정의 원수공급원에 연결된 입수배관과, 소정의 수소수소비원에 연결된 출수배관과, 상기 입수배관에 설치되어 상기 입수배관의 유로를 개폐하는 입수배관전자밸브와, 상기 입수배관을 통해 들어오는 원수에 수소를 용해시켜 수소수를 생성하고 생성된 수소수를 상기 출수배관을 통해 상기 수소수소비원으로 배출하는 수소수생성모듈을 갖는 수소수공급장치에 있어서, 상기 출수배관을 흐르는 수소수가 상기 수소수생성모듈을 향해 역류하는 것을 방지할 수 있도록 상기 출수배관에 설치된 출수배관체크밸브와; 상기 출수배관 중 상기 출수배관체크밸브와 상기 수소수생성모듈 사이구간을 전위출수배관이라고 하고 상기 출수배관체크밸브와 상기 수소수소비원 사이구간을 후위출수배관이라고 할 때 상기 후위출수배관에 설치되어 상기 출수배관체크밸브의 역류방지 동작에 의해 상기 수소수소비원에 수소수가 공급되는 수소수공급상태와 상기 수소수소비원에 수소수가 공급되지 않는 수소수비공급상태에서 달라지는 상기 후위출수배관의 내부압력을 검출하기 위한 압력센서와; 상기 전위출수배관에 연결된 감압배관과; 상기 감압배관에 설치되어 상기 감압배관의 유로를 개폐하는 감압배관전자밸브와; 상기 압력센서의 검출값에 기초하여 수소수공급상태인지 수소수공급상태에서 수소수비공급상태로 전환되는 지를 판단하고, 수소수공급상태로 판단한 경우 상기 감압배관이 폐쇄되도록 상기 감압배관전자밸브를 제어하고 수소수생성동작이 이루어지도록 상기 수소수생성모듈을 제어하고, 수소수공급상태에서 수소수비공급상태로 전환된 것으로 판단한 경우 상기 감압배관이 개방되도록 상기 감압배관전자밸브를 제어하고 수소수생성동작이 중지되도록 상기 수소수생성모듈을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소수공급장치에 의해 달성된다.

여기서 수소수비공급상태에서 수소수생성모듈에 원수가 공급되는 것을 방지할 수 있도록, 상기 입수배관에 설치되어 상기 입수배관의 유로를 개폐하는 입수배관전자밸브를 더 포함하고; 상기 제어부는 수소수공급상태로 판단한 경우 상기 입수배관이 개방되도록 상기 입수배관전자밸브를 제어하고 수소수공급상태에서 수소수비공급상태로 전환된 것으로 판단한 경우 상기 입수배관이 폐쇄되도록 상기 입수배관전자밸브를 제어하는 것이 바람직하다.

그리고 감압배관의 설치공간을 줄일 수 있도록, 상기 수소수생성모듈에 연결되어 상기 수소수생성모듈에서 생성되는 폐수를 외부로 배출하기 위한 유로를 제공하는 폐수배관과, 상기 폐수배관에 설치되어 상기 폐수배관의 유로를 개폐하는 폐수배관전자밸브를 더 포함하고; 상기 감압배관은 상기 폐수배관에 연결되며; 상기 제어부는 수소수공급상태로 판단한 경우 상기 폐수배관이 개방되도록 상기 폐수배관전자밸브를 제어하고 수소수공급상태에서 수소수비공급상태로 전환된 것으로 판단한 경우 상기 폐수배관이 폐쇄되도록 상기 폐수배관전자밸브를 제어하는 것이 바람직하다.

따라서 본 발명에 따르면, 출수배관에 출수배관체크밸브를 설치하고 전위출수배관에 감압배관을 연결하고 후위출수배관에 압력센서를 설치하고 감압배관에 감압배관전자밸브를 설치하는 한편, 압력센서의 검출값에 기초하여 수소수공급상태에서 수소수비공급상태로 전환된 것으로 판단한 경우 감압배관이 개방되도록 감압배관전자밸브를 제어함으로써, 수소수소비원을 수소수생성모듈에 직결하여 사용할 수 있게 된다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 수소수공급장치의 전체 구성도,
도2는 본 발명의 실시예에 따른 수소수공급장치의 제어블록도,
도3은 종래의 수소수공급장치의 전체 구성도,
도4는 종래의 수소수공급장치의 수소생성기의 상세도이다.

이하에서, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 수소수공급장치의 전체 구성도이고, 도2는 본 발명의 실시예에 따른 수소수공급장치의 제어블록도이다.

본 발명의 실시예에 따른 수소수공급장치는, 이들 도면에 도시된 바와 같이, 소정의 원수공급원(201)에 연결된 입수배관(11)과, 소정의 수소수소비원(202)에 연결된 출수배관(12)과, 입수배관(11)과 출수배관(12)에 연결된 수소수생성모듈(20)과, 입수배관(11)에 설치된 입수배관전자밸브(13)와, 수소수생성모듈(20)에 연결된 폐수배관(14)과, 출수배관(12)에 설치된 출수배관체크밸브(15) 및 압력센서(16)와, 출수배관(12)에 연결된 감압배관(17)과, 감압배관(17)에 설치된 감압배관전자밸브(18)와, 폐수배관(14)에 설치된 폐수배관전자밸브(51)와, 압력센서(16)의 검출값에 기초하여 입수배관전자밸브(13), 수소수생성모듈(20) 및 감압배관전자밸브(18)의 동작을 제어하는 제어부(19)를 갖고 있다.

입수배관(11)이 연결되는 원수공급원(201)은 원수가 저장된 원수저장탱크, 정수를 생성하는 정수기 등이 될 수 있다.

출수배관(12)이 연결되는 수소수소비원(202)은 수동조작에 의해 개폐되는 밸브, 입수차단기능을 갖는 정수기, 입수차단기능을 갖는 수소수저장탱크 등이 될 수 있다.

출수배관(12)은 설명의 편의를 위해 전위출수배관(12a)과 후위출수배관(12b)으로 구분한다.

전위출수배관(12a)은 출수배관(12) 중 출수배관체크밸브(15)와 수소수생성모듈(20) 사이구간을 의미하고, 후위출수배관(12b)은 출수배관체크밸브(15)와 수소수소비원(202) 사이구간을 의미한다.

압력센서(16)는 후위출수배관(12b)의 내부압력을 검출하여 제어부(19)로 전달한다.

감압배관(17)은 양단이 전위출수배관(12a)과 폐수배관(14)에 연결되어 있다.

수소수생성모듈(20)은 입수배관(11)을 통해 들어오는 원수에 수소를 용해시켜 수소수를 생성하고, 생성된 수소수를 출수배관(12)을 통해 수소수소비원(202)으로 배출한다.

수소수생성모듈(20)에서의 수소수 생성은 전기분해방식 또는 중공사막필터(특허10-1504259호 등) 또는 고분자전해질막(특허 10-1370129 등)과의 접촉방식을 통해 수소를 발생시키고, 발생한 수소를 원수에 용해시키는 방법 등을 사용하여 구현할 수 있다.

그리고 수소수생성모듈(20)에는 원수를 가압상태로 공급하기 위한 펌프가 포함될수 있다.

수소수생성모듈(20)에서 수소수를 생성할 때 산소가 용존된 폐수 등이 발생할 수 있다.

입수배관전자밸브(13)는 통전(通電) 상태에 따라 입수배관(11)의 유로를 개폐한다.

폐수배관(14)은 수소수생성모듈(20)에서 생성되는 폐수를 외부로 배출하기 위한 유로를 제공한다.

출수배관체크밸브(15)는 출수배관(12)을 흐르는 수소수가 수소수생성모듈(20)을 향해 역류하는 것을 방지할 수 있도록 출수배관(12)에 설치된다.

압력센서(16)는 후위출수배관(12b)에 설치되어 있다. 후위출수배관(12b)에서의 압력은 수소수소비원(202)에 수소수가 공급되는 동안에는 낮아지고 수소수소비원(202)에 수소수가 공급되지 않는 동안에는 출수배관체크밸브(15)의 역류방지 동작에 의해 높아진다. 후위출수배관(12b)에서 압력이 상승할 때 전위출수배관(12a)과 수소수생성모듈(20)의 내부압력도 상승하게 된다.

감압배관(17)은 전위출수배관(12a)과 폐수배관(14)에 연결되어 있다.

감압배관전자밸브(18)는 통전(通電) 상태에 따라 감압배관(17)의 유로를 개폐한다.

폐수배관전자밸브(51)는 폐수배관(14)의 유로를 개폐하도록 동작한다.

제어부(19)는 입력단에 압력센서(16)가 전기적으로 연결되어 있고, 출력단에는 입수배관전자밸브(13), 수소수생성모듈(20) 및 감압배관전자밸브(18)가 전기적으로 연결되어 있다.

전술한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 수소수공급장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저 제어부(19)는 압력센서(16)의 검출값에 기초하여 수소수소비원(202)에 수소수가 공급되는 수소수공급상태인지, 수소수공급상태에서 수소수소비원(202)에 수소수가 공급되지 않는 수소수비공급상태로 전환된 것인지를 판단한다.

여기서 수소수공급상태인지와 수소수공급상태에서 수소수비공급상태로 전환된 것인지의 판단은 압력센서(16)의 검출값을 소정의 기준값과 비교하여 압력센서(16)의 검출값이 기준값보다 작을 때는 수소수공급상태로 판단하고 압력센서(16)의 검출값이 기준값보다 커질 때는 수소수공급상태에서 수소수비공급상태로 전환된 것으로 판단할 수 있다.

제어부(19)는 수소수공급상태로 판단한 경우 입수배관(11)과 폐수배관(14)이 각각 개방되도록 폐수배관전자밸브(51)와 입수배관전자밸브(13)를 제어한다.

그리고 제어부(19)는 수소수공급상태로 판단한 경우 감압배관(17)이 폐쇄되도록 감압배관전자밸브(18)를 제어하고, 수소수생성동작이 이루어지도록 수소수생성모듈(20)을 제어한다.

수소수생성모듈(20)에서 생성된 수소수는 출수배관(12)을 통해 수소수소비원(2020으로 배출될 수 있으므로, 사용자는 수소수를 음용할 수 있다.

한편 제어부(19)는 수소수공급상태에서 수소수비공급상태로 전환된 것으로 판단한 경우 입수배관(11)과 폐수배관(14)이 각각 폐쇄되도록 폐수배관전자밸브(51)와 입수배관전자밸브(13)를 제어한다.

그리고 제어부(19)는 수소수공급상태에서 수소수비공급상태로 전환된 것으로 판단한 경우 감압배관(17)이 개방되도록 감압배관전자밸브(18)를 제어하고, 수소수생성동작이 중지되도록 수소수생성모듈(20)을 제어한다. 감압배관(17)이 개방되면 전위출수배관(12a)과 수소수생성모듈(20)의 내부압력이 낮아지지만, 출수배관체크밸브(15)의 존재에 의해 다시 수소수공급상태가 될 때까지 후위출수배관(12b)에서의 압력 상승상태는 유지된다.

이와 같이 출수배관체크밸브(15)의 존재에 의해 다시 수소수공급상태가 될 때까지 후위출수배관(12b)에서의 압력 상승상태가 유지되기 때문에 감압배관전자밸브(18)의 제어는 미리 설정된 시간동안 감압배관(17)이 개방된 후 다시 폐쇄되도록 이루어질 수 있다. 감압배관(17)이 개방된 후 다시 폐쇄되도록 제어가 이루어지면 감압배관전자밸브(18)의 동작에 소비되는 전력을 절약할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 출수배관(12)에 출수배관체크밸브(15)를 설치하고 전위출수배관(12a)에 감압배관(17)을 연결하고 후위출수배관(12b)에 압력센서(16)를 설치하고 감압배관(17)에 감압배관전자밸브(18)를 설치하는 한편, 압력센서(16)의 검출값에 기초하여 수소수공급상태에서 수소수비공급상태로 전환된 것으로 판단한 경우 감압배관(17)이 개방되도록 감압배관전자밸브(18)를 제어함으로써, 수소수소비원(202)을 수소수생성모듈(20)에 직결하여 사용할 수 있게 된다.

그리고 입수배관(11)에 입수배관전자밸브(13)를 설치하는 한편 수소수공급상태에서 수소수비공급상태로 전환한 것으로 판단한 경우 입수배관(11)이 폐쇄되도록 입수배관전자밸브(13)를 제어함으로써, 수소수비공급상태에서 수소수생성모듈(20)에 원수가 공급되는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한 폐수배관(14)에 폐수배관전자밸브(51)를 설치하는 한편 감압배관(17)을 폐수배관(14)에 연결함으로써, 감압배관(17)의 설치공간을 줄일 수 있게 된다.

11 : 입수배관 12 : 출수배관
13 : 입수배관전자밸브 14 : 폐수배관
15 : 출수배관체크밸브 16 : 압력센서
17 : 감압배관 18 : 감압배관전자밸브
19,119 : 제어부 20, 120 : 수소수생성모듈
121 : 수소혼합기 122 : 펌프
130 : 수소생성기

Claims

소정의 원수공급원에 연결된 입수배관과, 소정의 수소수소비원에 연결된 출수배관과, 상기 입수배관에 설치되어 상기 입수배관의 유로를 개폐하는 입수배관전자밸브와, 상기 입수배관을 통해 들어오는 원수에 수소를 용해시켜 수소수를 생성하고 생성된 수소수를 상기 출수배관을 통해 상기 수소수소비원으로 배출하는 수소수생성모듈을 갖는 수소수공급장치에 있어서,
상기 출수배관을 흐르는 수소수가 상기 수소수생성모듈을 향해 역류하는 것을 방지할 수 있도록 상기 출수배관에 설치된 출수배관체크밸브와;
상기 출수배관 중 상기 출수배관체크밸브와 상기 수소수생성모듈 사이구간을 전위출수배관이라고 하고 상기 출수배관체크밸브와 상기 수소수소비원 사이구간을 후위출수배관이라고 할 때 상기 후위출수배관에 설치되어 상기 출수배관체크밸브의 역류방지 동작에 의해 상기 수소수소비원에 수소수가 공급되는 수소수공급상태와 상기 수소수소비원에 수소수가 공급되지 않는 수소수비공급상태에서 달라지는 상기 후위출수배관의 내부압력을 검출하기 위한 압력센서와;
상기 전위출수배관에 연결된 감압배관과;
상기 감압배관에 설치되어 상기 감압배관의 유로를 개폐하는 감압배관전자밸브와;
상기 압력센서의 검출값에 기초하여 수소수공급상태인지 수소수공급상태에서 수소수비공급상태로 전환되는 지를 판단하고, 수소수공급상태로 판단한 경우 상기 감압배관이 폐쇄되도록 상기 감압배관전자밸브를 제어하고 수소수생성동작이 이루어지도록 상기 수소수생성모듈을 제어하고, 수소수공급상태에서 수소수비공급상태로 전환된 것으로 판단한 경우 상기 감압배관이 개방되도록 상기 감압배관전자밸브를 제어하고 수소수생성동작이 중지되도록 상기 수소수생성모듈을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소수공급장치.
제1항에 있어서,
상기 입수배관에 설치되어 상기 입수배관의 유로를 개폐하는 입수배관전자밸브를 더 포함하고;
상기 제어부는 수소수공급상태로 판단한 경우 상기 입수배관이 개방되도록 상기 입수배관전자밸브를 제어하고 수소수공급상태에서 수소수비공급상태로 전환된 것으로 판단한 경우 상기 입수배관이 폐쇄되도록 상기 입수배관전자밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 수소수공급장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 수소수생성모듈에 연결되어 상기 수소수생성모듈에서 생성되는 폐수를 외부로 배출하기 위한 유로를 제공하는 폐수배관과, 상기 폐수배관에 설치되어 상기 폐수배관의 유로를 개폐하는 폐수배관전자밸브를 더 포함하고;
상기 감압배관은 상기 폐수배관에 연결되며;
상기 제어부는 수소수공급상태로 판단한 경우 상기 폐수배관이 개방되도록 상기 폐수배관전자밸브를 제어하고 수소수공급상태에서 수소수비공급상태로 전환된 것으로 판단한 경우 상기 폐수배관이 폐쇄되도록 상기 폐수배관전자밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 수소수공급장치.