KR102028038B1

KR102028038B1 - 나노 버블 노즐을 갖는 공기 접촉식 수소수 전해조

Info

Publication number: KR102028038B1
Application number: KR1020180105974A
Authority: KR
Inventors: 권수종
Original assignee: 지니스(주)
Priority date: 2018-09-05
Filing date: 2018-09-05
Publication date: 2019-10-04

Abstract

본 발명은 우측면에 제1반응실, 그리고 상기 제1반응실로의 입수구 및 출수구를 갖는 제1사이드블록; 상기 제1사이드블록의 제1반응실과 서로 마주하도록 좌측면에 제2반응실을 갖는 제2사이드블록; 상기 제1사이드블록의 제1반응실과 상기 제2사이드블록의 제2반응실 각각을 덮는 형태로 배치되는 한 쌍의 메시형 전극판; 상기 각 전극판 사이에 배치되는 수소격막; 및 상기 각 전극판 중 상기 제2반응실 측에 배치된 전극판 및 상기 수소격막 측으로 공기가 유입되도록 안내하는 공기유입수단; 상기 제1사이드블록의 출수구에 일단이 연결되는 호스; 및 상기 호스의 타단에 연결되는 노즐;로 이루어지도록 구현함으로써, 수소수 생성 시 필요한 원수 급수량을 절반으로 줄이면서 공기 중 수소이온을 이용해 수소수를 생성시킬 수 있고, 기존 대비 나노 버블의 개수를 대폭 늘릴 수 있으며, 생성 후 일정 시간이 경과되더라도 기존 노즐에서 생성된 최초 버블 개수와 비슷한 수가 잔존할 수 있도록 한 나노 버블 노즐을 갖는 공기 접촉식 수소수 전해조에 관한 것이다.

Description

나노 버블 노즐을 갖는 공기 접촉식 수소수 전해조{HYDROGENATED ELECTROLYTIC CELL WITH NANO BUBBLE NOZZLE}

본 발명은 급수된 원수에 대한 전기분해 시 공기 중 수소이온을 이용하여 수소수를 생성할 수 있도록 하고, 이때 생성된 수소수가 유입되는 구간과 배수되는 구간의 직경이 서로 동일하면서 이 두 두간을 구획하는 사이 격벽에 미세한 오리피스 홀을 마련한 노즐을 통해 나노미터 크기의 기포인 나노 버블을 생성할 수 있도록 한 나노 버블 노즐을 갖는 공기 접촉식 수소수 전해조에 관한 기술이다.

공급된 원수를 전기분해하여 수소수를 생성하기 위한 기술로는,

대한민국 특허등록 제10-1447642호 (2014.09.29.등록, 이하에서는 '문헌 1'이라고 함) 『확장성이 용이한 수소수 전해조 모듈』이 제시되어 있는바,

문헌 1은 정수기 등의 처리 용량에 따라서 달라지는 전해조의 전해 용량에 맞게 블럭 형태로 제작된 확장셋트를 적층하여 전해조를 모듈 형태로 조립할 수 있게 함으로써, 정수기의 정수 용량에 따라 달라지는 전해조를 별도로 제작하지 않고도 필요한 만큼 확장셋트를 적층 조립하여 원하는 처리 용량을 얻을 수 있도록 한 확장성이 용이한 수소수 전해조 모듈에 관한 기술이다.

다른 기술로는, 대한민국 특허공개 제10-2018-0029649호 (2018.03.21.공개, 이하에서는 '문헌 2'라고 함) 『수소수 전해조』가 제시되어 있는바,

문헌 2는 하나의 애노드를 기준으로 양쪽에 각각 캐소드를 배치하여 전기분해가 이루어지게 구성하고, 특히 어느 하나의 캐소드가 있는 격실에서 전기분해한 물을 나머지 캐소드가 있는 격실로 보내서 다시 전기분해가 이루어지게 구성하므로, 온도나 유속 변화에 상관없이 고농도의 수소수를 얻을 수 있게 한 수소수 전해조에 관한 기술이다.

한편, 일정 크기 이하의 미세기포인 버블을 생성하기 위한 노즐에 관한 기술로는,

대한민국 실용신안등록 제20-0449102호 (2010.06.07.등록, 이하에서는 '문헌 3'이라고 함) 『마이크로 버블 노즐』이 제시되어 있는바,

문헌 3은 하부가 개구되어 내주면에 수밀방지를 위한 결합부가 형성되고, 상부에 유체가 유입되며, 유입된 유체의 압력을 상승시키는 유체 유입구와, 이 유체 유입구와 내측면에 연결되어 유입된 유체의 압력 변화에 의해 1차 팽창시키는 제 1 팽창 유도부로 이루어진 제 1 버블 발생부가 형성된 외부 버블노즐; 및 상기 외부 버블노즐의 결합부와 결합되며, 상기 유체 유입구에서 토출되는 유체가 충돌하여 유체에 포함된 용존 산소의 분리 현상이 일어나도록 함몰 형성되고 내주면과 바닥면이 서로 수직하게 형성된 충격 발생부가 형성되고, 상기 제 1 버블 발생부에 의해 생성된 마이크로 버블이 포함된 유체가 유입되는 버블 유입구와, 이 버블 유입구의 하측 단부에 연장 형성되어 마이크로 버블이 포함된 유체를 2차 팽창시키는 제 2 팽창 유도부 및 마이크로 버블이 포함된 유체가 유출되는 유출구로 이루어진 내측 버블노즐을 포함함으로써, 물속에 포함되어 있는 용존 산소를 마이크로미터의 크기로 기포화 시켜 용존 산소의 정화 효능 및 살균 효능을 극대화한 마이크로 버블 노즐에 관한 기술이다.

다른 기술로는, 대한민국 특허공개 제10-2016-0145097호 (2016.12.19.공개, 이하에서는 '문헌 4'라고 함) 『루프 흐름식 버블 발생 노즐』이 제시되어 있는바,

문헌 4는 액체 및 기체를 루프 형태의 흐름에 의해서 교반 혼합하여 혼합 유체로 하는 기액 루프 흐름식 교반 혼합실과, 상기 기액 루프 흐름식 교반 혼합실의 일단에 설치되고, 가압된 액체를 상기 기액 루프 흐름식 교반 혼합실에 공급하는 액체 공급홀과, 기체를 유입하는 1개 이상의 기체 유입홀과, 상기 기액 루프 흐름식 교반 혼합실의 타단측에 설치되고, 상기 기체 유입홀로부터 유입한 기체를 상기 액체 공급홀의 중심축을 중심으로 주회시키면서, 둘레의 전부 또는 일부의 개소로부터 상기 기액 루프 흐름식 교반 혼합실의 일단측을 향해 상기 기액 루프 흐름식 교반 혼합실에 공급하는 기체 공급실과, 상기 액체 공급홀의 중심축과 일치하도록 상기 기액 루프 흐름식 교반 혼합실의 타단에 설치되고, 상기 액체 공급홀의 홀 지름보다 큰 홀 지름을 가지며, 상기 혼합 유체를 상기 기액 루프 흐름식 교반 혼합실로부터 분출시키는 분출홀과, 상기 분출홀로부터 상기 기액 루프 흐름식 교반 혼합실의 방향을 향해 연속적으로 지름이 확대되도록 설치된 테이퍼부를 갖고 있으며, 상기 테이퍼부의 상기 기액 루프 흐름식 교반 혼합실측의 단부에 적어도 1개의 절결부(cut-away)가 형성됨으로써, 불순물을 포함하는 액체를 이용해도 버블 발생 효율을 저하시키지 않고, 또, 버블 발생 효율을 종래보다 향상시키는 것이 가능한 루프 흐름식 버블 발생 노즐에 관한 기술이다.

문헌 1. 대한민국 특허등록 제10-1447642호 (2014.09.29.등록) 문헌 2. 대한민국 특허공개 제10-2018-0029649호 (2018.03.21.공개) 문헌 3. 대한민국 실용신안등록 제20-0449102호 (2010.06.07.등록) 문헌 4. 대한민국 특허공개 제10-2016-0145097호 (2016.12.19.공개)

본 발명은 공기 중 수소이온이 전원 인가된 전극판 중 일측 전극판과 이와 접하는 수소격막 측으로 전달되면서 원수에 대한 전기 분해 시 화학반응을 일으켜 수소수를 생성할 수 있도록 한 나노 버블 노즐을 갖는 공기 접촉식 수소수 전해조를 제공하는데 그 목적이 있다.

나아가 본 발명은 수소수 전해조 등으로부터 내압에 의해 압송되는 물(수소수)이 유입 구간을 지나 격벽에 부딪히면서 세분화되고, 또 오피리스 측으로 유입되려는 물과 다시 한 번 부딪혀 세분화되면서 나노미터 크기의 기포이면서 생성 수량 또한 기존 노즐 대비 대폭 늘어날 수 있도록 한 나노 버블 노즐을 갖는 공기 접촉식 수소수 전해조를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 해결 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 나노 버블 노즐을 갖는 공기 접촉식 수소수 전해조는,

우측면에 제1반응실, 그리고 상기 제1반응실로의 입수구 및 출수구를 갖는 제1사이드블록;

상기 제1사이드블록의 제1반응실과 서로 마주하도록 좌측면에 제2반응실을 갖는 제2사이드블록;

상기 제1사이드블록의 제1반응실과 상기 제2사이드블록의 제2반응실 각각을 덮는 형태로 배치되는 한 쌍의 메시형 전극판;

상기 각 전극판 사이에 배치되는 수소격막;

상기 각 전극판 중 상기 제2반응실 측에 배치된 전극판 및 상기 수소격막 측으로 공기가 유입되도록 안내하는 공기유입수단;

상기 제1사이드블록의 출수구에 일단이 연결되는 호스; 및

상기 호스의 타단에 연결되는 노즐;

로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 나노 버블 노즐을 갖는 공기 접촉식 수소수 전해조는,

수소수 생성 시 필요한 원수 공급을 절반으로 줄이면서 공기 중 수소이온을 이용해 수소수를 생성시킬 수 있도록 하여 매우 경제적이면서 수소수 생성 효율을 높일 수 있는 가장 큰 효과가 있다.

또 기존 대비 나노 버블의 개수를 대폭 늘릴 수 있고, 생성 후 일정 시간이 경과되더라도 기존 노즐에서 생성된 최초 버블 개수와 비슷한 수가 잔존할 수 있도록 한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 공기 접촉식 수소수 전해조를 나타낸 분해 입체 구성도,
도 2는 도 1의 결합 입체 구성도,
도 3은 제1사이드블록의 우측면을 보여주기 위한 입체 구성도,
도 4는 제1사이드블록의 우측면을 보여주기 위한 측면 구성도,
도 5는 제2사이드블록의 좌측면을 보여주기 위한 입체 구성도,
도 6은 제2사이드블록의 우측면을 보여주기 위한 입체 구성도,
도 7은 본 발명에 따른 공기 접촉식 수소수 전해조의 개략적 단면 구성도,
도 8 내지 도 11은 본 발명에 따른 공기 접촉식 수소수 전해조에 대한 시험 성적서 도면,
도 12는 나노 버블 노즐을 나타낸 단면 구성도,
도 13은 기포 생성 과정을 보여주기 위한 단면 구성도,
도 14 및 도 15는 나노 버블 노즐에 대한 시험 성적서 도면.

이하 첨부된 도면들을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1을 기준으로 입수구 측을 하부 또는 하방, 출수구 측을 상부 또는 상방이라고 방향을 특정하고, 또 도 1을 기준으로 제1사이드블록 측을 좌부 또는 좌방, 제2사이드블록 측을 우부 또는 우방이라고 방향을 특정하기로 한다.

도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 나노 버블 노즐을 갖는 공기 접촉식 수소수 전해조는,

크게 제1사이드블록(10), 제2사이드블록(20), 전극판(30), 수소격막(40), 공기유입수단(50), 호스(100) 및 노즐(N)로 이루어진다.

각 구성에 대해 살펴보면,

제1사이드블록(10)은

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이,

우측면에 제1반응실(11), 그리고

상기 제1반응실(11)로의 입수구(12) 및 출수구(13)

를 포함하는 사각의 블록 구조로 이루어진다.

여기서 상기 제1반응실(11)은 내측으로 요입된 사각의 공간으로 이루어진다.

그리고 도 1에서와 같이, 상기 입수구(12)는 상기 제1반응실(11)의 하부 측 전방에 치우치게 배치되고, 상기 출수구(13)는 상기 제1반응실(11)의 상부 측 후방에 치우치게 배치됨으로써, 공급된 원수는 상기 입수구(12)에서 상기 출수구(13) 측으로의 상방 흐름을 갖는다.

그리고 상기 입수구(12)에는 원수 공급관 등이 연결되고, 상기 출수구(13)에는 단부에 외부로의 배수를 위한 노즐을 갖는 노즐관 등이 연결된다.

그리고 상기 제1사이드블록(10)의 제1반응실(11)에는 상기 입수구(12)에서 상기 출수구(13)로 지그재그 형태의 제1경로(17)를 갖도록 하는 제1가이드(18)가 형성되는데,

이때 도 3에서와 같이, 상기 제1가이드(18) 및 이의 제1경로(17)는 웨이브(wave) 형태로의 구조로 이루어진다.

다시 말해, 상기 제1가이드(18)는 측면에서 바라보았을 때 대략 '∧∧∧∧'자 형상이면서 상하로 일정 간격을 두고 배치되되, 상기 제1경로(17)가 원수의 흐름을 좌우로 반복되게 하면서 상방으로의 흐름이 연속되는 형상이 되게 배치된다.

따라서 상기 입수구(12)로 공급된 원수는 상기 제1경로(17)를 따라 좌우로의 흐름을 반복하면서 점차 상방으로 이동하여 상기 출수구(13) 측으로 최종 배수됨으로써, 전기분해 시 수소수 생성 효율을 높일 수 있다.

한편, 도 3에서와 같이, 상기 제1가이드(18)는

상기 제1반응실(11)의 내면에 우측으로 돌출되게 형성되되 이의 제1경로(17)에 맞게, 즉 지그재그 형상에 맞게 배치되는 다수의 제1포스트(181)와,

상기 각 제1포스트(181)를 상호 연결하는 다수의 제1펜스(182)

로 이루어진다.

제2사이드블록(20)은

도 1, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이,

상기 제1사이드블록(10)의 제1반응실(11)과 서로 마주하도록 좌측면에 제2반응실(21)

을 포함하는 사각의 블록 구조로 이루어진다.

여기서 상기 제2반응실(21)은 내측으로 요입된 사각의 공간이면서 상기 제1반응실(11)과 서로 대응되는 크기를 갖는다.

그리고 도 5에서와 같이, 상기 제2사이드블록(20)은 상기 제2반응실(21) 둘레를 따라 둘 이상의 개스킷(22)이 삽입 안착되기 위한 둘 이상의 장착홈(23)을 더 포함한다.

이때 상기 제1 및 제2 사이드블록(10, 20)은 볼트 등에 의해 상호 결합되며, 이때 상기 장착홈(23)에 삽입 안착된 상기 개스킷(22)이 상기 제1사이드블록(10)의 측면에 밀착 가압된다.

아울러 도 5에서와 같이, 상기 제2사이드블록(20)의 좌측면 상부 및 하부 측에 둘 이상의 돌기(24)가 형성되고, 상기 제1사이드블록(10)의 우측면 상부 및 하부 측에도 상기 각 돌기(24)가 삽입되는 둘 이상의 돌기삽입홈(14)이 형성됨으로써, 상기 제1 및 제2 사이드블록(10, 20) 간의 상호 조립 시 정위치 설정이 용이하다.

그리고 도 5에서와 같이, 상기 제2사이드블록(20)의 제2반응실(21)에는 상기 제1가이드(18) 및 이의 제1경로(17)와 서로 대응되는 제2가이드(28) 및 제2경로(27)가 형성되는데,

상기 제2가이드(28)는

상기 제2반응실(21)의 내면에 좌측으로 돌출되게 형성되되 이의 제2경로(27)에 맞게 배치되는 다수의 제2포스트(281)와,

상기 각 제2포스트(281)를 상호 연결하는 다수의 제2펜스(282)

로 이루어진다.

결국 상기 제1가이드(18) 및 이의 제1경로(17)와, 상기 제2가이드(28) 및 이의 제2경로(27)는 서로 대향되는 구조로 이루어지는 것이다.

따라서 상기 제1가이드(18) 및 이의 제1경로(17)를 따라 이동하게 되는 원수와, 상기 제2가이드(28) 및 이의 제2경로(27)를 따라 이동하게 되는 공기 간의 흐름이 서로 대응된다.

전극판(30)은

도 1에 도시된 바와 같이,

상기 제1사이드블록(10)의 제1반응실(11)과 상기 제2사이드블록(20)의 제2반응실(21) 각각을 덮는 형태로 배치되며 메시(mesh)형 구조로 이루어짐으로써, 한 쌍이 구비된다.

여기서 상기 각 전극판(30)은 이에 일체로 형성되되 각각이 덮게 되는 반응실 측으로 돌출되는 형상의 전극연결봉(31)이 구비되고, 상기 각 반응실(11, 21)에는 상기 전극연결봉(31)이 삽입되면서 단부가 외부로 노출되게 하는 제1 및 제2 인서트(15, 25)가 관통되게 형성된다.

아울러 상기 제1 및 제2 인서트(15, 25)의 외측면에는 이의 둘레를 따라 돌출되어 상기 전극연결봉(31)의 노출된 단부를 이격되게 감싸는 형태의 제1 및 제2 기둥부(16, 26)가 더 형성된다.

이때 상기 제1사이드블록(10)의 제1반응실(11) 측에 위치한 전극판(30)의 전극연결봉(31)에는 음극 전원이 인가되고, 상기 제2사이드블록(20)의 제2반응실(21) 측에 위치한 전극판(30)의 전극연결봉(31)에는 양극 전원이 인가된다.

수소격막(40)은

도 1에 도시된 바와 같이,

상기 각 전극판(30) 사이에 배치되는 것으로,

전하를 가진 반투막으로 전기장을 겉면 막을 통해 이온의 전기 이동이 일어나면서 이온을 분리하는 데 이용하는 통상의 기술로 제작한 것을 사용한다.

일예로, 상기 수소격막(40)은 폴리테트라플루오르에틸렌의 골격에 술폰산기를 도입한 폴리머의 상품명(미국 du Pont사)인 나피온(nafion)으로 이루어진다. 이때 나피온은 열적으로 안정되고 내약품성이 높으며 프로톤 전도성이 있으므로 고분자 전해질, 이온교환막으로서 이용되는 외에 강한 산성이 있으므로 산촉매작용이 있다.

공기유입수단(50)은

도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이,

상기 각 전극판(30) 중 상기 제2반응실(21) 측에 배치된 전극판(30) 및 상기 수소격막(40) 측으로 공기가 유입되도록 안내하기 위한 것으로,

상기 제2가이드(28)의 각 포스트(281) 중심에 좌우로 관통되게 형성되는 다수의 제1공기유통홀(51), 그리고

상기 제2경로(27) 상에 좌우로 관통되게 형성되는 다수의 제2공기유통홀(52)

을 포함하여 이루어진다.

이때 상기 각 제1공기유통홀(51)은 원형의 홀이고, 상기 각 제2공기유통홀(52)은 장방형의 홀이다.

특히 상기 각 제2공기유통홀(52)은 좌우로 긴 장방형으로서, 상기 제2경로(27) 상에 상하로 어긋나게 배치된다.

따라서 외부의 공기가 상기 각 제1공기유통홀(51)과 상기 각 제2공기유통홀(52)로 유입되어 상기 제2경로(27)를 따라 채워지게 되고, 양극 및 음극 전원이 인가된 두 전극판(30)과 수소격막(40)에 의해 원수에 대한 전기분해 시 공기 중 수소이온이 양극 측 전극판(30)을 지나 상기 수소격막(40)을 통과하면서 화학반응을 일으켜 수소수가 생성된다.

한편, 도 8 내지 도 11은 본 발명에 따른 공기 접촉식 수소수 전해조에 대한 시험 성적서로서,

우선, 도 8에서와 같이 시험환경은 온도 15~35도, 상대습도 25~75 % R.H. 조건 하에 실시하였다.

도 9에서와 같이, 계측 모델로는 LATEST/BK-333, TESTO/608-H1 이다.

도 10에서와 같이, 용존수소량에 대한 시험으로서, 제품을 연속 동작시킨 상태에서 5분 간격으로 컵에 수소수를 받아 30초간 측정한 총 5회의 측정횟수에 따른 용존수소량의 측정값(단위는 ppb) 각각은 776, 734, 717, 742, 795 이고, 이의 평균치는 752.8 ppb 이다.

또 도 11에서와 같이, 용존수소 생성시간에 대한 시험으로서, 제품의 스위치를 ON 시킨 후 몇 초 이내에 수소수가 나오는지를 측정하게 되는데, 이때 물에 기포가 발생할 때를 수소수가 나오는 것을 확인할 수 있다.

총 5회의 측정횟수에 따른 용존수소 생성시간의 측정값(단위는 초(s)) 각각은 3.56, 3.42, 3.36, 3.32, 3.58 이고, 이의 평균치는 3.45 s 이다.

따라서 본 발명에 따른 공기 접촉식 수소수 전해조는 기존 전해조에 비해 용존수소량이 많고, 빠른 시간 내에 수소수를 생성하며, 생성된 용존수소의 소멸 시간을 대폭 줄여 긴 시간 동안 사용할 수 있다.

한편, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 상기 노즐(N)은

상기 호스(100)의 타단에 연결되어 수소수가 유입되는 일측 인렛(60) 및 수소수가 배수되는 타측 아웃렛(70)과,

상기 인렛(60)과 상기 아웃렛(70)을 상호 연결하는 오리피스(80)

로 이루어진다.

이때 상기 인렛(60)과 상기 아웃렛(70) 각각의 직경이 6.5mm이며, 상기 오리피스(80)의 직경이 1.0 ~ 2.5 mm이고, 상기 인렛(60)과 상기 아웃렛(70) 사이에 격벽(90)이 형성되고, 상기 인렛(60)과 상기 아웃렛(70)의 중심과 서로 동일선상에 배치되는 상기 격벽(90)의 중심에 상기 오리피스(80)가 형성된다.

결국 상기 인렛(60)과 상기 아웃렛(70)은 서로 동일 직경을 갖고, 상기 오리피스(80)는 상기 인렛(60)과 상기 아웃렛(70) 보다 작은 직경을 갖는다.

이상의 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 나노 버블 노즐(N)의 사용 상태를 살펴보면,

상기 인렛(60)으로 유입된 물은 수소수 전해조 등으로부터의 내압에 의해 압송되면서 상기 인렛(60)의 내부를 지나게 되고, 이때 상기 격벽(90)에 강하게 부딪히면서 나노 크기의 기포가 생성된다.

이렇게 생성된 나노 크기의 기포는 상기 인렛(60)으로 압송되는 물과 또 다시 충돌하게 되면서 세분화된다.

세분화된 기포는 상기 오리피스(80)를 통과하여 상기 아웃렛(70)의 내부공간으로 이동한 후, 외부로 배수된다.

아울러 물과 세분화된 기포의 혼합물은 직경이 1.0 ~ 2.5mm 인 상기 오리피스(80)를 통과하게 될 때에 기포가 더 압축되어 빠른 유속으로 통과하게 되면서 더 세분화된다.

한편, 도 14 및 도 15는 수소수 전해조에 본 발명에 따른 나노 버블 노즐이 장착된 상태에서 노즐에 대한 시험 성적서로서,

우선, 시험환경은 온도 15~35도, 상대습도 25~75 % R.H. 조건 하에 실시하였다.

계측 모델로는 LATEST/BK-333, TESTO/608-H1 이다.

도 14에서와 같이, 나노버블 개수에 대한 시험으로서, 수소수 전해조를 연속 동작 시킨 상태에서 5분 간격으로 본 발명의 노즐을 통해 배수된 수소수를 받아 현미경으로 영상을 촬영한 후, 촬영된 영상을 Nano particle tracking analysis(NTA) 소프트웨어를 사용하여 나노 버블의 개수를 기록한다. 이때 3회 이상 측정하게 되고,

총 5회의 측정횟수에 따른 나노버블 개수의 측정치(개수 x 108) 각각은 3.53, 2.10, 2.25, 1.87, 2.27 이고, 이의 평균치는 2.388 x 108 이다. 결국 본 발명의 노즐을 통해 생성되는 나노 버블의 수는 대략 2억 개 이상인 것이다. 통상 기존 노즐에서 생성되는 나노 버블의 수는 대략 6천 ~ 8 천만 개 이상인 것을 감안할 때 나노 버블의 생성 수량이 확연하게 많음을 알 수 있다.

아울러 상기한 총 5회의 측정횟수 동안 측정된 나노 버블의 각 평균 직경(단위는 nm)은 267, 351, 227, 266, 312 이고, 이의 평균치는 284.6 nm 이다.

그리고 도 15에서와 같이, 생성 후 10일 경과 후의 나노 버블의 개수에 대한 시험으로서, 수소수를 생성시킨 후 3개의 물병에 각각 10일 동안 보관 후에 남아 있는 나노 버블의 개수를 측정하게 되는데, 측정에 따른 잔존 나노 버블의 측정치(개수 x 10⁸)는 0.46 이다. 이는 기존 노즐의 최초 나노 버블의 생성 수와 비슷하다.

아울러 잔존 나노 버블의 개수를 측정하는 동안 측정된 나노 버블의 직경(단위는 nm)은 292 로서, 최초 생성된 나노 버블과 비교하였을 때 크게 차이가 나지 않음을 알 수 있다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 "나노 버블 노즐을 갖는 공기 접촉식 수소수 전해조"를 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 제1사이드블록
11 : 제1반응실
12 : 입수구
13 : 출수구
14 : 돌기삽입홈
15 : 제1인서트
16 : 제1기둥부
17 : 제1경로
18 : 제1가이드
181 : 제1포스트
182 : 제1펜스
20 : 제2사이드블록
21 : 제2반응실
22 : 개스킷
23 : 장착홈
24 : 돌기
25 : 제2인서트
26 : 제2기둥부
27 : 제2경로
28 : 제2가이드
281 : 제2포스트
282 : 제2펜스
30 : 전극판
31 : 전극연결봉
40 : 수소격막
50 : 공기유입수단
51 : 제1공기유통홀
52 : 제2공기유통홀
N : 노즐
60 : 인렛
70 : 아웃렛
80 : 오리피스
90 : 격벽

Claims

우측면에 제1반응실(11), 그리고 상기 제1반응실(11)로의 입수구(12) 및 출수구(13)를 갖는 제1사이드블록(10);
상기 제1사이드블록(10)의 제1반응실(11)과 서로 마주하도록 좌측면에 제2반응실(21)을 갖는 제2사이드블록(20);
상기 제1사이드블록(10)의 제1반응실(11)과 상기 제2사이드블록(20)의 제2반응실(21) 각각을 덮는 형태로 배치되는 한 쌍의 메시형 전극판(30);
상기 각 전극판(30) 사이에 배치되는 수소격막(40);
상기 각 전극판(30) 중 상기 제2반응실(21) 측에 배치된 전극판(30) 및 상기 수소격막(40) 측으로 공기가 유입되도록 안내하는 공기유입수단(50);
상기 제1사이드블록(10)의 출수구(13)에 일단이 연결되는 호스(100); 및
상기 호스(100)의 타단에 연결되는 노즐(N);
로 이루어지되,
상기 노즐(N)은 상기 호스(100)의 타단에 연결되어 수소수가 유입되는 일측 인렛(60) 및 수소수가 배수되는 타측 아웃렛(70)과, 상기 인렛(60)과 상기 아웃렛(70)을 상호 연결하는 오리피스(80)로 이루어지고,
상기 인렛(60)과 상기 아웃렛(70) 각각의 직경이 6.5mm이며,
상기 오리피스(80)의 직경이 1.0 ~ 2.5 mm이고,
상기 인렛(60)과 상기 아웃렛(70) 사이에 격벽(90)이 형성되고, 상기 인렛(60)과 상기 아웃렛(70)의 중심과 서로 동일선상에 배치되는 상기 격벽(90)의 중심에 상기 오리피스(80)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 나노 버블 노즐을 갖는 공기 접촉식 수소수 전해조.
제 1 항에 있어서,
상기 입수구(12)는 상기 제1반응실(11)의 하부 측 전방에 배치되고,
상기 출수구(13)는 상기 제1반응실(11)의 상부 측 후방에 배치되며,
상기 제1사이드블록(10)의 제1반응실(11)에는 상기 입수구(12)에서 상기 출수구(13)로 지그재그 형태의 제1경로(17)를 갖도록 하는 제1가이드(18)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 나노 버블 노즐을 갖는 공기 접촉식 수소수 전해조.
제 2 항에 있어서,
상기 제1가이드(18) 및 이의 제1경로(17)는 웨이브(wave) 형태의 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 나노 버블 노즐을 갖는 공기 접촉식 수소수 전해조.
제 3 항에 있어서,
상기 제1가이드(18)는 상기 제1반응실(11) 내면에 우측으로 돌출되게 형성되되 이의 제1경로(17)에 맞게 배치되는 다수의 제1포스트(181)와, 상기 각 제1포스트(181)를 상호 연결하는 다수의 제1펜스(182)로 이루어진 것을 특징으로 하는 나노 버블 노즐을 갖는 공기 접촉식 수소수 전해조.
삭제
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2사이드블록(20)의 제2반응실(21)에는 상기 제1가이드(18) 및 이의 제1경로(17)와 서로 대응되는 제2가이드(28) 및 제2경로(27)가 형성되고,
상기 제2가이드(28)는 상기 제2반응실(21) 내면에 좌측으로 돌출되게 형성되되 이의 제2경로(27)에 맞게 배치되는 다수의 제2포스트(281)와, 상기 각 제2포스트(281)를 상호 연결하는 다수의 제2펜스(282)로 이루어진 것을 특징으로 하는 나노 버블 노즐을 갖는 공기 접촉식 수소수 전해조.
제 6 항에 있어서,
상기 공기유입수단(50)은
상기 제2가이드(28)의 각 포스트(281) 중심에 좌우로 관통되게 형성되는 다수의 제1공기유통홀(51)과,
상기 제2경로(27) 상에 좌우로 관통되게 형성되는 다수의 제2공기유통홀(52)
로 이루어지고,
상기 각 제1공기유통홀(51)은 원형의 홀이고,
상기 각 제2공기유통홀(52)은 장방형의 홀인 것을 특징으로 하는 나노 버블 노즐을 갖는 공기 접촉식 수소수 전해조.