KR101780424B1 - 수소수 제조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수소수 제조장치에 관한 것으로서, 물을 유입하여 수소수를 발생시키는 수소수 발생유닛과, 상기 수소수 발생유닛에서 발생된 수소수를 정화시키는 수소수 정화유닛을 포함하고, 상기 수소수 정화유닛은 유입구와 유출구를 가지는 하우징; 및 상기 하우징 내에 설치되고, 다공성의 세라믹 볼로 구성된 세라믹 볼층을 포함하는 수소수 제조장치를 제공한다. 본 발명에 따르면, 다공성의 세라믹 볼에 의해 수소수에 함유된 염 등의 성분이 효과적으로 제거되어, 높은 농도를 가지는 수소수를 용이하게 제조할 수 있다.

Description

수소수 제조장치 {APPARATUS FOR MANUFACTURING HYDROGEN WATER}
본 발명은 수소수 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 체내의 활성 산소를 중화시켜 각종 질병의 치료나 체질의 개선 등을 도모할 수 있는 수소수를 높은 농도로 제조할 수 있는 수소수 제조장치에 관한 것이다.
활성 산소는 각종 질병과 노화 등의 원인이 되는 것으로 보고되고 있다. 또한, 체내의 활성 산소를 중화시켜 각종 질병의 치료, 건강의 증진 또는 체질의 개선 등을 도모하기 위하여 체내에 수소를 투여하는 것이 효과가 있다고 알려지고 있다. 이에 따라, 수소를 체내에 투여하기 위하여, 물에 수소를 용존시켜 제조한 수소수(hydrogen water)가 주목받고 있으며, 이러한 수소수를 제조하기 위한 제조장치가 다수 개발되고 있다.
일반적으로, 수소수는 물의 전기 분해를 이용하는 전해 방식과, 수소보다 이온화 경향이 큰 금속을 이용하는 무전해 방식으로 제조되고 있으며, 대부분의 경우에는 전해 방식으로 제조되고 있다.
먼저, 전해 방식의 경우, 전해조에 양극과 음극을 설치하고 전류를 가하면, 음극에서는 수소가 생성되고, 양극에서는 산소가 생성된다. 이때, 음극에서 생성된 수소는 물과 혼합되어 수소수로 제조되고, 양극에서 생성된 산소는 대기 중으로 방출된다. 또한, 무전해 방식의 경우, 마그네슘이나 칼슘 등과 같이 수소보다 이온화 경향이 큰 금속을 이용하는 것으로서, 이들 금속이 물과 접촉되면, 수소보다 이온화 경향이 큰 금속이 양이온으로 산화되고, 물은 OH-와 H+로 해리된다. 이때, 해리된 H+의 일부는 이온상태 또는 수소원자상태로 물속에 잔존되어 수소수로 제조된다.
위와 같은 수소수의 제조와 관련하여, 예를 들어 대한민국 등록특허 제10-1442565호 및 대한민국 등록특허 제10-1443817호 등에는 전해 방식을 이용한 수소수 제조장치가 제시되어 있으며, 대한민국 등록특허 제10-1318577호 등에는 무전해 방식을 이용한 수소수 제조장치가 제시되어 있다.
한편, 일반적으로 대부분의 수소수는 물비린내나 염소 소독 등의 냄새가 난다. 이때, 물비린내의 경우, 수돗물 등의 원수에 함유된 철 등의 성분이 원인이 되는 것으로 알려져 있다. 또한, 수소수에는 중금속 등이 함유되어 있다. 특히, 전해 방식이나 무전해 방식으로 제조된 수소수에는 염 성분이 생성되어 함유되어 있다. 예를 들어, 전해 방식의 경우에는 치아염소산염이나 금속염 등의 염 성분이 함유되어 있다.
그러나 종래 기술에 따른 수소수 제조장치는 위와 같은 물비린내나 염소 소독 냄새, 중금속, 및 염 등을 효과적으로 제거하기 위한 기술적 수단을 강구하지 못하고 있다. 일부에서는 물비린내나 염소 소독 냄새를 제거하기 위해 카본필터 등의 필터를 설치하고 있으나, 카본필터의 경우 냄새 제거 효율이 떨어지고, 또한 치아염소산염이나 금속염 등의 성분은 제거가 어려운 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-1442565호 대한민국 등록특허 제10-1443817호 대한민국 등록특허 제10-1318577호
이에, 본 발명은 개선된 수소수 제조장치를 제공하는 데에 목적이 있다. 본 발명은, 하나의 실시 형태에 따라서 다공성의 세라믹 볼을 통해 수소수에 함유된 염 등의 성분을 효과적으로 제거할 수 있는 수소수 제조장치를 제공하는 데에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
물을 유입하여 수소수를 발생시키는 수소수 발생유닛과,
상기 수소수 발생유닛에서 발생된 수소수를 정화시키는 수소수 정화유닛을 포함하고,
상기 수소수 정화유닛은,
유입구와 유출구를 가지는 하우징; 및
상기 하우징 내에 설치되고, 다공성의 세라믹 볼로 구성된 세라믹 볼층을 포함하는 수소수 제조장치를 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따라서, 상기 수소수 정화유닛은,
원통형의 본체와, 상기 본체의 상부에 결합되고 유입구가 형성된 상부 캡과, 상기 본체의 하부에 결합되고 유출구가 형성된 하부 캡을 포함하는 하우징;
상기 하우징의 본체 상단에 설치되고, 수소수 인입구가 형성된 제1지지부재;
상기 하우징의 본체 하단에 설치되고, 수소수 토출구가 형성된 제2지지부재;
상기 하우징의 본체 내에 설치되되, 상기 제1지지부재와 제2지지부재의 사이에 설치된 원통형의 내측 여과 스크린;
상기 제1지지부재와 제2지지부재의 사이에 설치되되, 상기 내측 여과 스크린의 외측에 설치된 원통형의 외측 여과 스크린;
상기 내측 여과 스크린과 외측 여과 스크린의 사이에 충전된 세라믹 볼층; 및
상기 하우징의 하부 캡 내에 설치되되, 상기 제2지지부재의 하부에 설치된 정화필터를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따라서, 상기 수소수 정화유닛은 상기 내측 여과 스크린의 내부에 설치되고, 상기 내측 여과 스크린을 통과한 수소수가 흐르는 수직관을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 수직관은, 상기 내측 여과 스크린을 통과한 수소수가 유입되는 유입부와, 상기 수소수가 유출되는 유출부를 가지며, 상기 유입부는 하우징 본체의 상측에 위치하고, 상기 유출부는 하우징 본체의 하측에 위치되되, 상기 유출부는 제2지지부재의 토출구와 연통되게 설치된다.
또한, 본 발명에서, 상기 다공성의 세라믹 볼은 천연 광물 입자, 기공 형성제 및 무기 결합제를 포함하는 혼합물의 소성체로서, 35% ~ 60%의 기공도를 가지는 것이 바람직하다. 이때, 상기 천연 광물 입자는 규산염 천연 광물 입자를 포함하고, 상기 무기 결합제는 실리케이트(silicate)를 포함하는 것이 좋다.
본 발명에 따르면, 개선된 수소수 제조장치가 제공된다. 본 발명의 하나의 실시 형태에 따르면, 다공성의 세라믹 볼에 의해 수소수에 함유된 염 등의 성분이 효과적으로 제거되어, 높은 농도를 가지는 수소수를 용이하게 제조할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 수소수 제조장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 수소수 제조장치를 구성하는 수소수 정화유닛의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 수소수 제조장치를 구성하는 수소수 정화유닛의 단면도이다.
본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나 이상을 포함하는 의미로 사용된다.
본 명세서에서 "제1", "제2", "일측" 및 "타측" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로서, 각 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
본 명세서에서 "상에 형성", "상부에 형성", "하부에 형성", "상에 설치", "상측에 설치" 및 "하측에 설치" 등은, 당해 구성요소들이 직접 접하여 적층 형성(설치)되는 것만을 의미하는 것은 아니고, 당해 구성요소들 간의 사이에 다른 구성요소가 더 형성(설치)되어 있는 의미를 포함한다. 예를 들어, "상에 형성된다", "상에 설치된다" 라는 것은, 제1구성요소에 제2구성요소가 직접 접하여 형성(설치)되는 의미는 물론, 상기 제1구성요소와 제2구성요소의 사이에 제3구성요소가 더 형성(설치)될 수 있는 의미를 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 '형성', '연결', '설치', '결합' 및 '체결' 등은, 두 개의 부재가 착탈(결합과 분리)이 가능하게 결합된 것은 물론, 일체 구조의 의미를 포함한다. 구체적으로, 본 명세서에서 사용되는 용어 '연결', '설치', '결합' 및 '체결' 등은, 예를 들어 강제 끼움 방식(억지 끼움 방식); 홈과 돌기를 이용한 끼움 방식; 및 나사, 볼트, 피스, 리벳 등의 체결 부재를 이용한 체결 방식 등을 통하여, 두 개의 부재가 결합과 분리가 가능하도록 결합되는 것은 물론 용접, 접착제 및/또는 일체적 성형 등을 통하여 두 개의 부재가 결합된 후, 분리가 불가능하게 구성된 의미를 포함한다. 또한, 상기 '설치'의 경우에는 별도의 결합력 없이 두 개의 부재가 적층(안착)되어 있는 의미도 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 실시 형태를 도시한 것으로, 이는 단지 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공된다. 또한, 본 발명의 예시적인 실시 형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지의 범용적인 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 수소수 제조장치는 적어도 하나 이상의 수소수 발생유닛(200)과, 상기 수소수 발생유닛(200)의 후단에 설치된 적어도 하나 이상의 수소수 정화유닛(300)을 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 수소수 제조장치는 다른 실시 형태에 따라서, 필터유닛(100)을 더 포함할 수 있다. 이때, 필터유닛(100)은 상기 수소수 발생유닛(200)의 선단; 수소수 발생유닛(200)과 수소수 정화유닛(300)의 사이; 및/또는 수소수 정화유닛(300)의 후단에 설치될 수 있다. 바람직한 구현예에 따라서, 도 1에 예시한 바와 같이 상기 필터유닛(100)은 적어도 수소수 발생유닛(200)의 선단에는 설치되는 것이 좋다. 아울러, 상기 필터유닛(100), 수소수 발생유닛(200) 및 수소수 정화유닛(300)은 하나의 케이스에 내장 설치되거나, 각각 별개로 설치될 수 있다.
상기 필터유닛(100)은 외부로부터 유입되는 물(원수), 예를 들어 수돗물 등의 원수에 함유된 이물질이나 냄새 성분을 필터링(filtering)한다. 필터유닛(100)은 1개 또는 2개 이상 복수의 필터를 포함할 수 있다. 이때, 필터유닛(100)이 복수의 필터를 포함하는 경우, 상기 복수의 필터는 서로 다른 기능을 가지는 필터들의 조합으로 구성될 수 있다. 필터유닛(100)을 구성하는 필터는 통상적으로 사용되는 것으로부터 선택될 수 있다.
상기 필터유닛(100)은, 예를 들어 모래, 흙, 녹 찌꺼기 및 협잡물 등을 제거하는 스크린 필터; 냄새(물비린내), 가스 및 염소 등을 제거하는 카본 필터나 활성탄 필터; 및 각종 중금속이나 유기물을 제거하는 중공사막 필터나 역삼투 멤브레인 필터 등으로부터 선택된 하나 이상의 필터를 포함할 수 있다. 이때, 필터유닛(100)은 상기 필터들이 순차적으로 설치된 구조를 가질 수 있다. 하나의 구현예에 따라서, 필터유닛(100)은 스크린 필터, 활성탄 필터, 및 중공사막 필터의 적층 구조를 가질 수 있다.
상기 수소수 발생유닛(200)은 물(원수)을 유입하여 수소수를 발생시킨다. 이때, 바람직한 구현예에 따라서, 수소수 발생유닛(200)은 필터유닛(100)의 후단에 설치되어, 필터유닛(100)을 통해 필터링된 물을 유입하여 수소수를 발생시킨다.
본 발명에서, 상기 수소수 발생유닛(200)은 유입된 물로부터 수소수를 생성시킬 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 상기 수소수 발생유닛(200)은 수소수 생성에 이용되는 통상적인 방식으로서, 예를 들어 전해(전기 분해), 무전해, 자기력, 저온 열분해, 광촉매 및/또는 발효 방식 등을 이용하는 구성 요소를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 구현예에 따라서, 상기 수소수 발생유닛(200)은 물의 전기 분해를 통해 생성하는 전해 방식이나, 수소보다 이온화 경향이 큰 금속을 이용하는 무전해 방식의 구성 요소를 포함할 수 있다.
본 발명의 제1구현예에 따라서, 상기 수소수 발생유닛(200)은 전해 방식을 이용하는 것으로서, 전해조, 상기 전해조 내에 설치된 전극(양극과 음극), 및 상기 전극(양극과 음극)에 전류를 인가하는 전원 공급부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제2구현예에 따라서, 수소수 발생유닛(200)은 무전해 방식을 이용하는 것으로서, 반응조와, 상기 반응조 내에 설치되고 수소보다 이온화 경향이 큰 금속을 포함할 수 있다. 이때, 상기 금속은, 예를 들어 마그네슘 및/또는 칼슘 등으로부터 선택될 수 있다. 본 발명에서, 전해 방식 및 무전해 방식 등의 수소수 발생유닛(200)은 통상과 같은 구성을 가지므로, 이에 대한 보다 구체적인 설명을 생략한다.
상기 수소수 정화유닛(300)은 수소수 발생유닛(200)에서 발생된 수소수를 유입시켜 수소수를 정화시킨다. 앞서 언급한 바와 같이, 상기와 같은 수소수 발생유닛(200)을 통해 제조된 대부분의 수소수에는 중금속, 치아염소산염 및/또는 금속염 등의 성분이 함유되어 있다. 수소수 정화유닛(300)은 위와 같은 성분들을 정화, 제거한다. 도 2에는 본 발명의 실시 형태에 따른 수소수 정화유닛(300)가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 상기 수소수 정화유닛(300)은 하우징(320)과, 상기 하우징(320) 내에 설치된 세라믹 볼층(340)을 포함한다. 상기 하우징(320)은 수소수 발생유닛(200)으로부터 생성된 수소수가 유입되는 유입구(321)와, 적어도 세라믹 볼층(340)과의 접촉에 의해 정화된 수소수가 배출되는 유출구(322)를 갖는다. 또한, 상기 세라믹 볼층(340)은 다공성의 세라믹 볼(ceramic ball)(342)이 적층되어 형성된다.
하나의 구현예에 따라서, 상기 하우징(320)은 원통형의 본체(324)와, 상기 본체(324)의 상부에 밀폐 결합된 상부 캡(325)와, 상기 본체(324)의 하부에 밀폐 결합된 하부 캡(326)을 포함한다. 이때, 상기 세라믹 볼층(340)은 본체(324)에 설치되고, 상기 유입구(321)는 상부 캡(325)에 형성되며, 상기 유출구(322)는 하부 캡(326)에 형성될 수 있다. 상기 하우징(320)은, 예를 들어 플라스틱재로 구성될 수 있다.
보다 구체적인 구현예에 따라서, 상기 수소수 정화유닛(300)은 위와 같은 하우징(320)과, 상기 하우징(320) 내의 상부에 설치된 제1지지부재(351)와, 상기 하우징(320) 내의 하부에 설치된 제2지지부재(352)와, 상기 하우징(320) 내에 설치된 원통형의 내측 여과 스크린(331)과, 상기 하우징(320) 내에 설치되고 상기 내측 여과 스크린(331)의 외측에 설치된 원통형의 외측 여과 스크린(332)과, 상기 내측 여과 스크린(331)과 외측 여과 스크린(332)의 사이에 충전된 세라믹 볼층(340)과, 상기 제2지지부재(352)의 하부에 설치된 정화필터(360)를 포함한다.
상기 제1지지부재(351)와 제2지지부재(352)는, 예를 들어 플라스틱재 또는 금속재로 구성된다. 이때, 제1지지부재(351)는 내측 여과 스크린(331)과 외측 여과 스크린(332)의 상단을 지지하고, 제2지지부재(352)는 내측 여과 스크린(331)과 외측 여과 스크린(332)의 하단을 지지하여 고정한다. 이러한 제1지지부재(351)와 제2지지부재(352)는, 예를 들어 원반형의 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 제1지지부재(351)는 하우징(320)의 상부 캡(325) 내에 위치하되, 본체(324)의 상단에 밀착 설치된다. 또한, 제1지지부재(351)는 내측 여과 스크린(331)과 외측 여과 스크린(332)의 상단을 지지하기 위한 것으로서, 하향으로 돌출된 제1지지부(351b)가 형성되어 있다. 아울러, 제1지지부재(351)에는 유입구(321)로 유입된 수소수를 본체(324) 내의 제1공간(S1)으로 인입시키기 위한 인입구(351a)가 형성되어 있다. 상기 인입구(351a)는 복수 개일 수 있다.
상기 제2지지부재(352)는 하우징(320)의 하부 캡(326) 내에 위치하되, 본체(324)의 하단에 밀착 설치된다. 또한, 제2지지부재(352)는 내측 여과 스크린(331)과 외측 여과 스크린(332)의 하단을 지지하기 위한 것으로서, 상향으로 돌출된 제2지지부(352b)가 형성되어 있다. 아울러, 제2지지부재(352)에는 본체(324) 내의 제2공간(S2)으로 유입된 수소수를 유출구(322)로 토출시키기 위한 토출구(352a)가 형성되어 있다.
상기 내측 여과 스크린(331)과 외측 여과 스크린(332)은 수소수 내에 잔존하는 이물질 등을 여과하기 위한 것으로서, 이는 예를 들어 금속 망(metal mesh) 등으로부터 선택될 수 있다. 또한, 내측 여과 스크린(331)과 외측 여과 스크린(332)은 세라믹 볼층(340)의 측면을 지지하여, 세라믹 볼(342)의 이탈을 방지한다. 내측 여과 스크린(331)과 외측 여과 스크린(332)은 원통형의 형상으로서, 하우징(320)의 본체(324) 내에 설치되되, 상기 제1지지부재(351)와 제2지지부재(352)의 사이에 설치되어, 제1지지부(351b)와 제2지지부(352b)에 의해 고정된다. 이때, 내측 여과 스크린(331)은 본체(324)의 대략 중앙에 설치되고, 상기 외측 여과 스크린(332)은 내측 여과 스크린(331)의 외측에 설치된다.
상기 세라믹 볼층(340)은 내측 여과 스크린(331)과 외측 여과 스크린(332)의 사이에 충전된다. 세라믹 볼층(340)은 복수의 세라믹 볼(342)이 적층되어 구성되며, 상기 세라믹 볼(342)은 다공성이다. 이러한 세라믹 볼(342)의 구체적인 구성은 후술한다.
상기 정화필터(360)는 하우징(320)의 하부 캡(326) 내에 설치되되, 상기 제2지지부재(352)의 하부에 설치된다. 정화필터(360)는 제2지지부재(352)의 토출구(352a)를 통해 토출된 수소수를 정화시킨다. 정화필터(360)는, 예를 들어 수소수에 잔존하는 냄새(물비린내), 가스, 염소 및/또는 중금속 등의 성분을 제거할 수 있는 필터로부터 선택될 수 있다. 정화필터(360)는, 구체적인 예를 들어 카본 필터 및/또는 활성탄 필터 등으로부터 선택될 수 있다.
따라서, 수소수 발생유닛(200)에서 생성된 수소수는 하우징(320)의 유입구(321) 및 제1지지부재(351)의 인입구(351a)를 통과한 다음, 본체(324) 내의 제1공간(S1)을 따라 외측 여과 스크린(332), 세라믹 볼층(340) 및 내측 여과 스크린(331)을 순차적으로 통과한다. 이때, 외측 여과 스크린(332)을 통과하면서 1차적으로 이물질이 여과된다. 그리고 세라믹 볼층(340)을 통과하면서 적어도 중금속, 치아염소산염 및/또는 금속염 등의 성분이 정화, 제거된다. 이후, 내측 여과 스크린(331)을 통과하면서 2차적으로 이물질이 여과된다.
또한, 상기 내측 여과 스크린(331)을 통과한 수소수는 본체(324) 내의 제2공간(S2) 및 제2지지부재(352)의 토출구(352a)를 따라 정화필터(360)을 통과한 다음, 하우징(320)의 유출구(322)를 통해 배출된다. 이때, 정화필터(360)를 통과하면서 수소수에 잔존하는 냄새(물비린내), 가스, 염소 및/또는 중금속 등의 성분이 제거된다. 이에 따라, 유출구(322)를 통해 배출되는 수소수는 높은 농도를 갖는다.
한편, 본 발명에서, 상기 세라믹 볼(342)은 천연 광물의 소성체로서, 이는 구형의 형상을 갖는다. 본 발명에서, 구형은 완전한 구형만을 의미하는 것은 아니다. 세라믹 볼(342)은, 예를 들어 2mm ~ 12mm의 평균 직경을 가질 수 있으며, 보다 구체적인 예를 들어 5mm ~ 8mm의 평균 직경을 가질 수 있다. 세라믹 볼(342)은, 예를 들어 제올라이트(zeolite), 토르말린(tourmaline), 자철광석(magnetite), 장석(feldspar), 알루미나(aluminum oxide), 마그네시아(magnesium oxide), 백토(white clay), 아파타이트(apatite) 및 벤토나이트(bentonite) 등으로부터 선택된 하나 이상의 천연 광물을 고온에서 소성한 소성체로부터 선택된다. 세라믹 볼(342), 바람직하게는 제올라이트(zeolite) 등과 같은 규산염 광물의 소성체로부터 선택될 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 세라믹 볼(342)은 다수의 기공(pore)을 가지는 다공성이다. 이때, 세라믹 볼(342)은, 바람직하게는 예를 들어 35% ~ 60%의 기공도를 가지는 것이 좋다. 그리고 세라믹 볼(342)은 1.2g/㎤ ~ 1.8g/㎤의 밀도를 가질 수 있다. 이러한 범위의 기공도와 밀도를 가지는 경우, 정화능이 우수하면서 양호한 강도를 가질 수 있다. 본 발명에서, 기공도는 세라믹 볼(342)의 전체 체적 중에서 기공이 차지하는 체적 비율(%)을 의미한다. 기공도는, 구체적으로 아래의 수학식에 따른다.
[수학식]
기공도(%) = (Vp/V) x 100
(위 식에서, V는 세라믹 볼(342)의 전체 체적이고, Vp는 세라믹 볼(342)에 형성된 기공의 전체 체적이다.)
본 발명에서, 상기 세라믹 볼(342)의 기공도는 정화능에 중요한 인자로 작용할 수 있다. 기공도가 35% 미만인 경우 중금속, 치아염소산염 및/또는 금속염 등의 정화능(흡착능)이 다소 미미할 수 있다. 그리고 기공도가 60%를 초과하는 경우 기계적 강도가 낮아 내구성이 떨어질 수 있다. 이러한 이유로 세라믹 볼(342)의 밀도는 1.2g/㎤ ~ 1.8g/㎤인 것이 좋다. 세라믹 볼(342)의 기공도 및/또는 밀도는, 예를 들어 천연 광물의 입자 크기 및/또는 기공 형성제의 함량 등의 조절을 통해 제어될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 세라믹 볼(342)은 전술한 바와 같은 천연 광물을 분쇄한 천연 광물 입자와, 기공 형성을 위한 기공 형성제를 혼합한 혼합물을 얻은 다음, 상기 혼합물을 구형의 성형체로 성형한 후, 고온에서 소성함으로써 제조할 수 있다. 또한, 상기 혼합물은 천연 광물 입자와 기공 형성제를 포함하되, 무기 결합제를 더 포함할 수 있다. 이때, 천연 광물 입자의 크기, 기공 형성제의 함량 및/또는 무기 결합제의 함량 등을 조절하여, 기공도와 밀도를 상기와 같은 범위를 갖도록 제조할 수 있다.
삭제
상기 기공 형성제는 유기물로부터 선택된다. 고온 소성 시, 상기 기공 형성제(유기물)의 소진(消盡) 제거에 의해, 다수의 기공이 형성되어, 세라믹 볼(342)은 다공성을 갖는다. 기공 형성제는 고온 소성에 의해 소진 제거되어 다수의 기공을 형성시킬 수 있는 것이면 좋다. 기공 형성제는, 예를 들어 수지(resin)로부터 선택될 수 있으며, 그 종류는 특별히 제한되지 않는다. 기공 형성제는, 구체적으로 열가소성 수지 및 열경화성 수지로부터 선택된 하나 이상을 포함한다. 기공 형성제는, 보다 구체적인 예를 들어 폴리비닐알코올(PVA), 폴리비닐부티랄(PVB), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 아크릴 수지, 우레탄 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지 및 불포화 폴리에스테르 수지 등으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 기공 형성제는, 형태 유지 기능을 겸할 수 있다. 즉, 기공 형성제는 소성 전까지 세라믹 볼(342)이 구형을 유지할 수 있도록 할 수 있다.
또한, 상기 기공 형성제는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 천연 광물 입자 100 중량부에 대하여 0.8 ~ 15중량부를 사용할 수 있다. 이때, 기공 형성제의 함량이 0.8중량부 미만인 경우에는 기공도가 너무 낮아질 수 있고, 이와는 반대로 15중량부를 초과하는 경우에는 기공도가 너무 높아질 수 있다.
상기 무기 결합제는 소성에 의해 천연 광물 입자를 결합시킬 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 무기 결합제는, 예를 들어 소성 시 용융 접착성을 가질 수 있는 것으로부터 선택될 수 있다. 이때, 본 발명에서, 무기 결합제는 무기물만을 의미하는 것은 아니며, 무기-유기 복합물을 포함한다. 본 발명의 예시적인 형태에 따라서, 상기 무기 결합제는 실리케이트(silicate)를 포함하는 것이 좋다. 상기 실리케이트는, 특히 천연 광물 입자가 제올라이트 등과 같이 적어도 규소(Si)를 포함하는 규산염 천연 광물인 경우에 본 발명에 유용하다. 즉, 실리케이트는 제올라이트 등과 같은 규산염 천연 광물 입자의 결합력 향상에 유리하다. 이때, 상기 실리케이트는 에틸 실리케이트(ethyl silicate)로부터 선택되는 것이 바람직하다. 상기 실리케이트는, 보다 바람직하게는 에틸 실리케이트 중에서 적어도 테트라에틸 오르또실리케이트(TEOS, Tetraethyl Orthosilicate)를 포함하는 것이 좋다. 이러한 테트라에틸 오르또실리케이트(TEOS)는 소성 시 규산염 광물 입자 표면에 코팅되어 입자의 소결성을 크게 증가시키며, 이에 따라 소성 후에는 광물 입자들 간의 우수한 결합력이 도모된다.
또한, 상기 무기 결합제는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 상기 천연 광물 입자 100중량부에 대하여 0.5 ~ 12중량부가 사용될 수 있다. 이때, 무기 결합제의 함량이 0.5중량부 미만인 경우, 천연 광물 입자 간의 결합력이 약해질 수 있고, 무기 결합제의 함량이 12중량부를 초과하는 경우, 과잉 사용에 따른 결합력 향상 미미할 수 있고, 상대적으로 천연 광물 입자와 유기물의 사용량이 낮아져 양호한 기공도를 보이기 어려울 수 있다.
상기 세라믹 볼(342)은 위와 같은 천연 광물 입자, 기공 형성제 및 무기 결합제를 포함하는 혼합물을 구형으로 성형한 다음, 이를 고온 소성함으로써 제조될 수 있다. 이때, 고온 소성에 의해, 기공 형성제(유기물)가 소진 제거되어 기공이 형성되면서 천연 광물 입자들 간이 무기 결합제를 매개로 하여, 우수한 결합력으로 소결, 결합된다. 이러한 소성 과정에서, 소성 온도는 양호한 소결성을 위해, 1,000℃ 이상, 구체적인 예를 들어 1,000 ~ 1,500℃의 온도가 바람직하다. 소성 온도가 1,000℃ 미만인 경우, 소결성이 다소 미미할 수 있다. 그리고 소성 온도가 1,500℃를 초과하는 경우, 소결체에 예를 들어 미세 크랙이 발생할 수 있다. 또한, 소성 시간은 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어 2시간 이상, 구체적인 예를 들어 2시간 내지 24시간이 될 수 있다. 소성 시간은, 보다 구체적인 예를 들어 5시간 내지 15시간이 될 수 있으나, 이는 소성 온도 등에 따라 달라질 수 있다.
상기와 같은 세라믹 볼(342)은 우수한 정화능과 함께 양호한 기계적 강도를 갖는다. 구체적으로, 상기와 같은 세라믹 볼(342)은 수소수에 함유된 중금속, 치아염소산염 및/또는 금속염 등을 효과적으로 정화(흡착), 제거하며, 기계적 강도가 높아 우수한 내구성을 갖는다.
도 3에는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 수소수 정화유닛(300)을 보인 것이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 형태에 따라서, 상기 수소수 정화유닛(300)은 상기 원통형의 내측 여과 스크린(331)의 내부에 설치된 수직관(370)을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 내측 여과 스크린(331)을 통과한 수소수는 수직관(370)을 따라 흐른다. 보다 구체적으로, 상기 수직관(370)은 원통형 또는 다각형(사각형 등) 등의 관 형상으로서, 하우징(320) 본체(324)의 중앙에 수직으로 설치, 즉 내측 여과 스크린(331)의 내부 중앙에 수직으로 설치된다.
또한, 상기 수직관(370)은, 수소수가 유입되는 유입부(370a)와, 수소수가 유출되는 유출부(370b)를 가지되, 상기 유입부(370a)는 하우징(320) 본체(324)의 상측에 위치하고, 상기 유출부(370b)는 하우징(320) 본체(324)의 하측에 위치한다. 이때, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 유입부(370a)는 상부로 확개된 구조를 가질 수 있다. 아울러, 상기 유출부(370b)는 제2지지부재(352)의 토출구(352a)와 연통되게 설치된다. 상기 유출부(370b)는, 예를 들어 제2지지부재(352)의 제2지지부(352b)와 나사산(S)을 통해 결합될 수 있다.
위와 같은 수직관(370)이 설치된 경우, 상기 내측 여과 스크린(331)을 통과한 수소수는 본체(324) 내의 제2공간(S2)을 따라 수직관(370)의 유입부(370a)로 유입된 다음, 수직관(370)의 유출부(370b)를 따라 정화필터(360)을 통과한 다음, 하우징(320)의 유출구(322)를 통해 배출된다. 본 발명에 따르면, 상기 수직관(370)의 설치에 의해, 예를 들어 본체(324) 내에서 수소수의 체류 시간이 증가되어 정화능이 개선될 수 있다. 구체적으로, 내측 여과 스크린(331)을 통과한 수소수는 곧바로 배출되지 않고, 수직관(370)에 의해 상향되어 본체(324) 내에서 체류 시간이 증가된다. 이에 따라, 수소수는 세라믹 볼층(340)과의 접촉 시간이 길어져 보다 개선된 정화가 진행될 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 수직관(370)은 금속관, 플라스틱관 및 세라믹관 등으로부터 선택될 수 있다. 아울러, 상기 수직관(370)은 적어도 표면(내부면 및/또는 외부면)에 다공성을 가지는 세라믹관으로부터 선택될 수 있다. 수직관(370)이 다공성의 세라믹관으로 구성되는 경우, 염 성분 등의 흡착, 제거 기능을 가져 정화능이 더욱 개선될 수 있다. 이때, 상기 수직관(370)은 중공의 관 형상을 가지되, 상기 세라믹 볼(342)과 동일하게 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 수직관(370)은 35% ~ 60%의 기공도를 가지되, 천연 광물 입자, 기공 형성제 및 무기 결합제를 포함하는 혼합물의 소성체로 구성될 수 있다. 이러한 수직관(370)을 구성하는 천연 광물 입자, 기공 형성제 및 무기 결합제 등은 상기 세라믹 볼(342)을 설명한 바와 같으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 본 발명에 따르면, 개선된 수소수 제조장치가 제공된다. 구체적으로, 다공성의 세라믹 볼(342)에 의해 수소수에 함유된 염 등의 성분이 효과적으로 제거되어, 높은 농도를 가지는 수소수를 용이하게 제조할 수 있다.
또한, 도 2에 예시한 바와 같은 수소수 정화유닛(300)은 구조적으로 간단하면서 효율적인 정화가 진행될 수 있다. 그리고 도 3에 예시한 바와 같이, 수직관(370)을 더 포함하는 경우, 체류 시간의 증가에 의해 정화능이 더욱 개선될 수 있다.
100 : 필터유닛 200 : 수소수 발생유닛
300 : 수소수 정화유닛 320 : 하우징
321 : 유입구 322 : 유출구
324 : 본체 325 : 상부 캡
326 : 하부 캡 331 : 내측 여과 스크린
332 : 외측 여과 스크린 340 : 세라믹 볼층
342 : 세라믹 볼 351 : 제1지지부재
352 : 제2지지부재 360 : 정화필터
370 : 수직관

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 물을 유입하여 수소수를 발생시키는 수소수 발생유닛(200)과,
    상기 수소수 발생유닛(200)에서 발생된 수소수를 정화시키는 수소수 정화유닛(300)을 포함하되,
    상기 수소수 정화유닛(300)은,
    원통형의 본체(324)와, 상기 본체(324)의 상부에 결합되고 유입구(321)가 형성된 상부 캡(325)과, 상기 본체(324)의 하부에 결합되고 유출구(322)가 형성된 하부 캡(326)을 포함하는 하우징(320);
    상기 하우징(320)의 본체(324) 상단에 설치되고, 수소수 인입구(351a)가 형성된 제1지지부재(351);
    상기 하우징(320)의 본체(324) 하단에 설치되고, 수소수 토출구(352a)가 형성된 제2지지부재(352);
    상기 하우징(320)의 본체(324) 내에 설치되되, 상기 제1지지부재(351)와 제2지지부재(352)의 사이에 설치된 원통형의 내측 여과 스크린(331);
    상기 제1지지부재(351)와 제2지지부재(352)의 사이에 설치되되, 상기 내측 여과 스크린(331)의 외측에 설치된 원통형의 외측 여과 스크린(332);
    상기 내측 여과 스크린(321)과 외측 여과 스크린(332)의 사이에 충전되고, 상기 수소수에 포함된 치아염소산염과 금속염을 제거하기 위한 다공성의 세라믹 볼(342)로 구성된 세라믹 볼층(340);
    상기 하우징(320)의 하부 캡(326) 내에 설치되되, 상기 제2지지부재(352)의 하부에 설치된 정화필터(360); 및
    상기 내측 여과 스크린(331)의 내부에 설치된 수직관(370)을 포함하고,
    상기 다공성의 세라믹 볼(342)은 규산염 천연 광물 입자 100중량부에 대하여 무기 결합제 0.5 ~ 12중량부를 포함하는 소성체로서, 35% ~ 60%의 기공도와 1.2g/㎤ ~ 1.8g/㎤의 밀도를 가지며, 상기 무기 결합제는 실리케이트(silicate)이고,
    상기 수직관(370)은 35% ~ 60%의 기공도를 가지는 다공성의 세라믹관인 것을 특징으로 하는 수소수 제조장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1지지부재(351)에는 내측 여과 스크린(331)과 외측 여과 스크린(332)의 상단을 지지하는 제1지지부(351b)가 하향으로 돌출되어 형성되고,
    상기 제2지지부재(352)에는 내측 여과 스크린(331)과 외측 여과 스크린(332)의 하단을 지지하는 제2지지부(352b)가 상향으로 돌출되어 형성되어 있으며,
    상기 수직관(370)은, 상기 내측 여과 스크린(331)을 통과한 수소수가 유입되는 유입부(370a)와, 상기 수소수가 유출되는 유출부(370b)를 가지며,
    상기 유입부(370a)는 하우징(320) 본체(324)의 상측에 위치하고, 상기 유출부(370b)는 하우징(320) 본체(324)의 하측에 위치되되, 상기 유출부(370b)는 제2지지부재(352)의 토출구(352a)와 연통되게 설치된 것을 특징으로 하는 수소수 제조장치.
  4. 삭제
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