KR102068268B1 - 미세먼지와 미생물을 제거 및 수소발생을 통한 항산화 가습기 - Google Patents

미세먼지와 미생물을 제거 및 수소발생을 통한 항산화 가습기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미생물 제거(억제), 백분현상 방지, 이취 및 미세먼지를 제거하여 건강과 미용에 도움을 줄 수 있도록 한 미세먼지와 미생물을 제거 및 수소발생을 통한 항산화 가습기에 관한 것이다.
본 발명은 원수를 전기분해하여 수소가 용존된 환원수를 생성하는 제1전해부(100); 상기 제1전해부(100)에서 생성된 환원수에 함유된 전해질을 제거하는 탈염부(200); 상기 탈염부(200)에서 전해질이 제거된 환원수를 전기분해하여 전해수소수를 생성하는 제2전해부(300); 상기 제2전해부(300)에서 생성된 전해수소수를 초음파진동에 의해 분무형태로 분출하도록 초음파진동자(410)와 팬(420) 및 분무배출구(430)로 이루어지는 초음파진동부(400)를 포함하여 구성된다.

Description

미세먼지와 미생물을 제거 및 수소발생을 통한 항산화 가습기{Antioxidant humidifier through removal of fine dust and microorganisms and hydrogen generation}
본 발명은 미세먼지와 미생물을 제거 및 수소발생을 통한 항산화 가습기에 관한 것으로, 더 상세하게는 미생물 제거(억제), 백분현상 방지, 이취 및 미세먼지를 제거하여 건강과 미용에 도움을 줄 수 있도록 한 미세먼지와 미생물을 제거 및 수소발생을 통한 항산화 가습기에 관한 것이다.
일반적으로 가습기는 물을 분무하거나 증발시켜 수증기를 만들어 실내의 습도를 조절하는 전기 기구로 습도를 높이는 역할을 수행한다.
이러한 가습기는 공기가 건조하여 호흡기 질환에 걸리기 쉬운 겨울철에 가정, 병의원, 사무실 등 실내에서 주로 많이 사용한다.
가습기의 급속 보급은 70년대 오일쇼크에 따른 에너지 파동을 겪으면서 단열에 대하여 관심을 갖기 시작되고, 또한 주거환경이 아파트라는 밀집구조 그리고 소득향상에 따른 실내가구 등의 제품이 많아지게 되고, 이로 인하여 급속히 실내공기의 질이 떨어짐과 동시에 자연환기가 단절되면서부터 가습기를 많이 사용하게 되었다.
인간과 마찬가지로 지구상의 모든 생물은 미생물을 포함하여 물기반의 생존방식으로 진화하여 왔기에 물이 있는 곳에는 미생물이 존재하게 되고, 이를 박멸하기 위해 가습기 살균제 필요성이 시작되면서 2011년 가습기 살균제로 인한 원인 미상의 폐질환으로 인한 임산부사망자가 다수 발생하였다.
일부 가습기 살균제가 폐에 침투하여 독소 작용을 하여 폐를 손상시켜 죽음에 이르게 한 것이 이후에 가습기 살균제에서 인체 독성과 폐질환과의 인과관계가 밝혀졌다.
전 세계에 유례가 없이 우리나라에서 2011년에 발생한 가습기 살균제 사건의 주요원인 화학물질로 두 가지 성분인 PHMG와 PGH로 밝혀지면서 2011년부터 2018.5.11.현재 가습기 살균제 피해자가 4,748명(사망 1,132명, 생존 3,616)이라고 정부(환경부)에서 보도하였다.
가습기 살균제 사건 이후 가습기는 살균 등의 기능을 강화한 신제품이 출시되면서 가습기 살균제 파동 이후 주춤했던 가습기 시장이 활기를 되찾고 있다.
가습기 살균제 부작용 사건 이후 수요가 줄면서 가습기 시장은 한동안 침체됐다. 2010년 당시 80만대였던 국내 시장 규모는 가습기 살균제 파동으로 40만대로 급감했지만 2012년 이후 친환경 가습기가 출시되면서 시장은 점차 회복세에 들어섰다.
가습기는 겨울철 건조한 실내 공기가 코를 자극하는 것을 막아주기 때문에 노약자나 환자가 있는 병원, 요양원이나 어린아이가 있는 유치원, 어린이집에서 가정과 다르게 수요가 더 많다.
가습기는 물을 사용하는 가전으로 물때나 이물질이 생길 수밖에 없으므로 반드시 세척과 주기적인 관리가 병행되어야 한다.
가습기 살균제 사건 이후 가습기 시장은 가습방식을 아예 바꿔버린 에어워셔와 기존 가습방식을 채용했지만 위생성을 개선한 제품의 두 가지로 양분되었다.
가습기는 가습방식에 따라 초음파식과 가열식, 이를 섞은 복합식, 그리고 자연증발식 등으로 나눌 수 있으며, 기존의 가습기들의 대부분이 초음파식이나 가열식이고, 에어워셔는 물방울이 디스크를 거치면서 미세한 입자로 퍼져 나가는 자연기화식도 있으나 기존의 가습방법보다 수배이상 고가로 부정적 이미지가 씌워진 가습기 대신 에어워셔라는 이름으로 소비자에 접근했지만 수요자들은 가격이 너무 비싸고 청소가 쉽지 않은 것이 단점으로 에어워셔 방식은 크게 판매가 되지 못하고 있으며, 살균제 없이 모든 부품을 쉽게 세척할 수 있는 본체의 부품을 분해하여 청소 후 조립하여 사용하는 제품도 판매되고 있으나 관리에 번거로움이 있고 물을 전기 분해하여 살균수로 사용하는 제품도 수요자들에게 관심을 갖게 하고 있으나 이는 전기분해로 인한 물속에 함유된 염소이온(Cl-)이 발암성원인물질인 잔류염소(Cl2)로 변화되어 가습기를 통하여 대기로 발산하게 된다.
초음파 가습기의 경우 수증기가 아닌 물을 분사해서 생기는 또 하나의 문제는 백분현상으로 아무리 깨끗한 물이라도 소량의 미네랄을 포함하고 있고, 이렇게 미네랄이 포함된 채로 분사된 물 입자가 공기 중에서 수증기로 기화되고 남은 미네랄이 실내 바닥, TV화면, 가구류의 표면에 허옇게 먼지처럼 달라붙는 현상으로 거실에서 연속으로 사용하다 보면 TV화면이 뿌옇게 되는 것을 확인해 볼 수 있는데, 이는 김이 서린 것이 아니라 물에 포함되어 있던 미네랄 가루가 공기 중을 떠다니다가 TV표면에 정전기의 힘으로 부착된 것이다.
더욱이 최근에 국내 한 언론사에서 가습기에 미네랄이 함유된 수돗물 등을 사용하면 대기중에 미세먼지 수치가 심각한 수준으로 올라간다는 보도는 중국발 미세먼지와는 다르게 초음파 가습기에서 검출된 미세먼지는 물속에 함유된 칼슘, 나트륨, 칼륨, 철 등이 인체를 구성하는 필수 미네랄 위주로 검출되었는데, 미네랄을 마시는 것과 별개로 초음파로 쪼개진 입자가 폐포 깊숙이 침투할 수 있다는 점에서 위험할 수 있다는 주장을 하고 있다.
한편, 하기 특허문헌인 국내 등록특허 제10-0558168호에는 물공급부와 무화장치부를 연결하는 수로를 사이에 두고, 상기 수로의 양측 소정부위에 전극과 유전체로 구성되는 한 쌍의 살균부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 살균가습기가 기재되어 있다.
이와 같이 전해 살균수를 이용하는 방법은 전해물질을 첨가하지 않고도 수돗수에 포함된 염소이온(Cl-)을 잔류염소(Cl2)로 산화시켜 가습수와 혼합 살균수를 구성함으로써 살균성능을 발휘할 수 있으나 인체에 유해한 오존(O3)이 발생하게 되는 문제점이 있고, 전기분해에 이용된 전극판 표면위에 형성되는 스케일이 쌓이고 전극판의 수명이 짧아 유지 관리가 어려운 문제점이 있다.
특허문헌 : 등록특허 제10-0558168호(등록일자 : 2006.02.28)
본 발명의 목적은 상기에서와 같은 종래의 결점을 해소하기 위해 발명한 것으로, 기존 가습기의 문제점인 각종 유해성 세균을 억제할 수 있도록 하고, 물속의 전해질인 미네랄로 인한 백분현상을 해결함과 동시에 무화(霧化)에 함유된 금속성 양이온(나트륨, 칼슘, 철, 칼륨 등)으로 인한 미세먼지의 유해성 논란을 해결할 수 있도록 한 미세먼지와 미생물을 제거 및 수소발생을 통한 항산화 가습기를 제공하는데 있다.
또한 본 발명은 수소가 유해한 활성산소(하이드록실 라디칼, ㆍOH)와 선택적으로 결합하여 제거하는 특징으로 본 발명의 가습기에서 발생되는 수소(H2)가 피부의 미백, 보습, 피부성 질환 효과로 피부 미용과 건강에 도움을 줄 수 있도록 한 미세먼지와 미생물을 제거 및 수소발생을 통한 항산화 가습기를 제공하는데 있다.
또한 본 발명은 전기분해시 발생하는 인체에 유해한 오존(O3)을 별도의 활성탄 흡착 등을 사용하지 않고 간단하게 제거할 수 있도록 한 미세먼지와 미생물을 제거 및 수소발생을 통한 항산화 가습기를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 원수를 제1전해부에서 전기분해하여 수소가 용존된 환원수를 생성하고, 상기 제1전해부에서 생성된 환원수에 함유된 전해질(총용해성 고형물질, Total Dissolved Solids)을 탈염부에서 제거하며, 상기 탈염부에서 전해질이 제거된 환원수를 제2전해부에서 전기분해하여 전해수소수를 생성하고, 상기 제2전해부에서 생성된 전해수소수를 초음파진동자와 팬 및 분무배출구로 이루어지는 초음파진동부에서 초음파진동에 의해 분무형태로 분출하도록 구성한 것이다.
또한 본 발명에서 상기 제1전해부는 원수를 수용하는 원수조와, 상기 원수조의 내부 바닥에 설치되어 원수를 무격막 방식으로 전기분해하는 제1전기분해장치와, 상기 원수조에서 생성된 환원수를 공급펌프로 공급받아 전처리하는 전처리필터와, 상기 원수조의 내부 압력을 일정하게 유지시키는 자동벤트로 구성한 것이다.
또한 본 발명에서 상기 탈염부는 제1전해부에서 생성된 환원수가 역삼투막분리(Reverse Osmosis)를 경유하거나 직접 단상식으로 구성된 양이온교환수지와 레진트랩필터를 순차적으로 통수하도록 구성한 것이다.
또한 본 발명에서 상기 양이온교환수지와 레진트랩필터 사이에는 음이온교환수지를 연결한 것이다.
또한 본 발명에서 상기 탈염부는 제1전해부에서 생성된 환원수가 역삼투막분리(Reverse Osmosis)를 경유하거나 직접 혼상식의 양/음이온교환수지와 레진트랩필터를 순차적으로 통수하도록 구성한 것이다.
또한 본 발명에서 상기 탈염부는 제1전해부에서 생성된 훤원수가 역삼투막분리(Reverse Osmosis)를 경유하거나 직접 단상식 양,음이온교환수지 또는 혼상식 양/음이온교환수지를 거친 후 레진트랩필터를 통수하도록 구성한 것이다.
또한 본 발명에서 상기 제2전해부는 탈염부에서 전해질(총용해성 고형물질)이 제거된 환원수를 수용하는 전해수소수조와, 상기 전해수소수조의 내부 바닥에 설치되어 전해질이 제거된 환원수를 고체 고분자 전해질막 방식으로 전기분해하는 제2전기분해장치와, 상기 전해수소수조에서 전기분해시 발생되는 응축수와 오존을 제1전해부의 원수조로 직접 이송시키거나 이송펌프를 통하여 이송되게 구성한 것이다.
본 발명의 미세먼지와 미생물을 제거 및 수소발생을 통한 항산화 가습기에 따르면, 제1전해부에서 원수에 함유된 각종 미생물(대장균군, 일반세균 등)을 제거하고, 탈염부에서는 환원수에 함유된 전해질을 제거하며, 제2전해부에서 생성된 전해수소수를 초음파진동자로 무화하여 실내공기로 분무하기 때문에, 각종 유해성 세균을 억제할 수 있고, 물속의 미네랄로 인한 백분현상을 해결함과 동시에 무화에 함유된 미세먼지의 유해성 논란을 해결할 수 있는 효과가 있다.
또한 제2전해부에서 생성된 전해수소수에는 수소(H2)가 함유되기 때문에, 전해수소수에 함유된 수소(H2)를 통하여 피부의 미백, 보습, 피부성 질환 효과와 유해성 활성산소를 제거하여 건강과 미용에 도움을 줄 수 있는 효과가 있다.
또한 제2전해부의 전기분해시 발생되는 오존은 제1전해부의 원수조로 이송되기 때문에, 전기분해시 발생되는 인체에 유해한 오존을 별도의 활성탄 등을 사용하지 않고 간단하게 제거할 수 있는 효과가 있다.
또한 각종 미생물 살균을 위한 가습기 살균제 사용으로 발생된 세계최초의 바이오사이드(Biocide)사건에 대한 살균제 사용의 문제점을 근본적으로 해소할 수 있기 때문에, 소비자들이 안심하고 안전하게 사용할 수 있도록 가습기의 안전성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 미세먼지와 미생물을 제거 및 수소발생을 통한 항산화 가습기를 보인 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 미세먼지와 미생물을 제거 및 수소발생을 통한 항산화 가습기의 작동과정를 보인 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 탈염부의 다른 실시예를 보인 블록도.
도 4는 본 발명에 따른 탈염부의 또 다른 실시예를 보인 블록도.
이하 첨부된 도면에 따라서 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 미세먼지와 미생물을 제거 및 수소발생을 통한 항산화 가습기는 도 1 내지 도 4에 도시되는 바와 같이, 원수를 전기분해하여 수소가 용존된 환원수를 생성하는 제1전해부(100); 상기 제1전해부(100)에서 생성된 수소가 용존된 환원수에 함유된 전해질을 제거하는 탈염부(200); 상기 탈염부(200)에서 전해질이 제거된 환원수를 전기분해하여 전해수소수를 생성하는 제2전해부(300); 상기 제2전해부(300)에서 생성된 전해수소수를 초음파진동에 의해 분무형태로 분출하도록 초음파진동자(410)와 팬(420) 및 분무배출구(430)로 이루어지는 초음파진동부(400)를 포함하여 구성된 것을 그 기술적 구성상의 기본적인 특징으로 한다.
여기서, 본 발명의 미세먼지와 미생물을 제거 및 수소발생을 통한 항산화 가습기는 실내생활을 통한 삶의 질 향상과 건강 및 미용에 도움을 주는 동시에 소비자들이 안전하게 사용할 수 있도록 안전성을 확보한 것으로, 이러한 본 발명의 미세먼지와 미생물을 제거 및 수소발생을 통한 항산화 가습기는 제1전해부(100), 탈염부(200), 제2전해부(300) 및 초음파진동부(400)로 이루어진다.
상기 제1전해부(100)는 원수를 전기분해하여 수소가 용존된 환원수를 생성하는 것으로, 이러한 제1전해부(100)는 원수에 함유된 각종 미생물을 제거하는 역할을 수행한다.
본 발명에 따르면 상기 제1전해부(100)는 원수를 수용하는 원수조(110)와, 상기 원수조(110)의 내부 바닥에 설치되어 원수를 무격막 방식으로 전기분해하는 제1전기분해장치(120)와, 상기 원수조(110)에서 생성된 수소가 용존된 환원수를 공급펌프(130)로 공급받아 전처리하는 전처리필터(140)와, 상기 원수조(110)의 내부 압력을 일정하게 유지시키는 자동벤트(150)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 원수로 사용되는 물은 수돗물, 지하수, 정수, 샘물, 시판 생수 등을 사용하여 원수조(110)에 투입한다.
상기 원수조(110)는 원수를 수용하는 것으로, 이러한 원수조(110)의 재질은 플라스틱, 유리, 스테인레스 스틸 또는 항균효과가 있는 구리나 황동 등으로 이루어질 수 있고, 원수조(110)는 사각, 원통 또는 삼각형태로 형성할 수 있다.
상기 제1전기분해장치(120)는 원수조(110)의 내부 바닥에 설치되어 원수를 무격막 방식으로 전기분해하는 것으로, 이러한 제1전기분해장치(120)는 원수조(110)의 내부 바닥에 티타늄재질에 백금을 도금한 판형 또는 원형의 양극전극과 음극전극을 설치하고, 양극전극과 음극전극에 전류를 인가하여 수소를 발생시키고, 전기분해시 양극전극과 음극전극의 표면에 스케일이 발생하지 않게 직류를 양극전극과 음극전극에 교번하여 인가하는 무격막 방식으로 원수를 전기분해하여 원수에 함유된 각종 미생물의 번식을 억제한다. 이때, 양극전극에서는 H2O → 1/2 O2 + 2 H+ + 2e- 의 반응이 일어나고, 음극전극에서는 2 H2O + 2 e- → H2 + 2 OH- 의 반응이 일어나게 된다.
상기 공급펌프(130)는 원수조(110)에서 생성된 환원수를 전처리필터(140)로 공급하는 것으로, 이러한 공급펌프(130)는 원수조(110)의 내부 바닥이나 원수조(110)의 외부에 설치된다.
상기 전처리필터(140)는 원수조(110)에서 생성된 환원수를 공급펌프(130)로 공급받아 전처리하는 것으로, 이러한 전처리필터(140)는 입상 무연탄, 세라믹, 입상 또는 섬유상 활성탄 중 1개 또는 그 이상으로 이루어지게 하여 출수구는 부직포, 판형 또는 중공사형의 정밀여과나 한외여과막으로 하며, 전처리필터(140)는 공경의 크기가 1~10㎛로 순차적 통과 함에 있어 단독 또는 조합한 카트리지 형태로 사용할 수 있다.
상기 자동벤트(150)는 원수조(110)의 내부 압력을 일정하게 유지시키는 것으로, 이러한 자동벤트(150)는 원수조(110)의 상부에 설치되어 제1전기분해장치(120)의 설정된 전기분해 시간에 따라 자동으로 개폐된다.
상기 탈염부(200)는 제1전해부(100)에서 생성된 환원수에 함유된 전해질을 제거하는 것으로, 이러한 탈염부(200)는 물분자 입자(Cluster) 크기를 작게 하고 산화환원 전위를 낮게 하는 수소(H2)가 용존된 환원수에 함유된 전해질(미네랄 등)을 탈염(脫鹽)하고 미립자를 제거하는 역할을 수행한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 도 2에서와 같이, 상기 탈염부(200)는 제1전해부(100)에서 생성된 환원수가 역삼투막분리(250)를 경유하거나 직접 단상식 양이온교환수지(210)와 레진트랩필터(230)를 순차적으로 통수하도록 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 제1전해부(100)에서 생성된 환원수는 역삼투막분리(250)를 경유하여 단상식 양이온교환수지(210)를 통수하도록 구성할 수 있고, 상기 제1전해부(100)에서 생성된 환원수는 역삼투막분리(250)를 경유하지 않고 직접 단상식 양이온교환수지(210)를 통수하도록 구성할 수도 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면 도 2에서와 같이 상기 양이온교환수지(210)와 레진트랩필터(230) 사이에는 음이온교환수지(220)가 연결된 것을 특징으로 한다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따르면 이온교환수지공정에서 음이온교환수지(220)를 생략하여 양이온교환수지(210) 공정만 채용할 수도 있는 것임을 밝혀둔다.
상기 양이온교환수지(210)는 제1전해부(100)에서 생성된 환원수에 함유된 전해질(총용해성 고형물질)을 제거하기 위하여 모체가 Polystyrene＋DVB(Divinylbenzene)이고 교환기가 -SO3－(Sulfonate) 그리고 이온형이 H+인 Gel 타입 강산성 양이온교환수지이거나 모체가 Polyacrylate＋DVB이고 교환기가 -COOH(Carboxylic acid) 그리고 이온형이 H+인 Gel 타입 약산성 양이온교환수지를 사용한다.
상기 음이온교환수지(220)는 모체가 Polystyrene＋DVB이고 교환기가 -N＋(CH3)3Cl－(Trimethylammonium)이거나 -N＋(CH3)2C2H4OHCl－(Dimethylethanolammonium) 그리고 이온형이 OH-인 Gel 타입 강염기성 음이온교환수지 또는 모체가 Polystyrene＋DVB이고 교환기가 -CH2NH(CH2CH2NH)nH(CH2)2NH2 (Secondary Amine) 이거나 -(CH2)nN(CH3)2 (Tertiary Amine) 그리고 이온형이 자유염기(Free base)의 Gel타입 약염기성 음이온교환수지를 사용한다.
상기 레진트랩필터(230)는 구슬형태(bead)의 또는 분말형태의 이온교환수지가 유출되는 것을 차단하기 위하여 공경(Pore size)이 1.0~0.001㎛의 판형(Plate and Plame), 나권형(Spiral wound) 또는 중공사형(Hollow fiber)의 정밀여과(MF) 또는 한외여과(UF)를 사용한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 도 3에서와 같이, 상기 탈염부(200)는 제1전해부(100)에서 생성된 환원수가 역삼투막분리(250)를 경유하거나 직접 혼상식 양/음이온교환수지(240)와 레진트랩필터(230)를 순차적으로 통수하도록 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 제1전해부(100)에서 생성된 환원수는 역삼투막분리(250)를 경유하여 혼상식 양/음이온교환수지(240)를 통수하도록 구성할 수 있고, 상기 제1전해부(100)에서 생성된 환원수는 역삼투막분리(250)를 경유하지 않고 직접 혼상식 양/음이온교환수지(240)를 통수하도록 구성할 수도 있다.
상기 혼상식 양/음이온교환수지(240)는 양이온교환수지와 음이온교환수지를 혼합한 형태이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 도 4에서와 같이, 상기 탈염부(200)는 제1전해부(100)에서 생성된 환원수가 역삼투막분리(250)를 경유하거나 직접 단상식 양,음이온교환수지(210)(220) 또는 혼상식 양/음이온교환수지(240)를 거친 후 레진트랩필터(230)를 통수하도록 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 제1전해부(100)에서 생성된 환원수는 역삼투막분리(250)를 경유하여 단상식 양,음이온교환수지(210)(220) 또는 혼상식 양/음이온교환수지(240)를 통수하도록 구성할 수 있고, 상기 제1전해부(100)에서 생성된 환원수는 역삼투막분리(250)를 경유하지 않고 직접 단상식 양,음이온교환수지(210)(220) 또는 혼상식 양/음이온교환수지(240)를 통수하도록 구성할 수도 있다.
상기 양이온교환수지(210)와 음이온교환수지(220)를 단상식 탑(mono bed) 또는 카트리지형태로 순차적으로 통수하거나 양이온교환수지와 음이온교환수지를 혼합한 양/음이온교환수지(240)를 혼상탑(Mixed bed) 또는 카트리지형태로 통수하여 탈염(demineralization)된 수질의 전기전도도(Conductivity)가 수온 25℃에서 1.0~0.056 Micromhos.cm 또는 비저항(Resistivity)으로 수온 25℃에서 1,000,00~18,000,000 Ohms.cm인 탈염수를 얻을 수 있다.
여기서, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 이온교환수지공정에서 음이온교환수지(220)를 생략하여 양이온교환수지(210) 공정만 채용할 수도 있는 것임을 밝혀둔다.
상기 제2전해부(300)는 탈염부(200)에서 전해질이 제거된 환원수를 전기분해하여 전해수소수를 생성하는 것으로, 이러한 제2전해부(300)는 무화되는 전해수소수의 pH(폐하)가 환원성을 유지하게 하여 건강, 실내 공기 질 향상 그리고 물체의 변질이나 변화를 예방하는 역할을 수행한다.
본 발명에 따르면 상기 제2전해부(300)는 탈염부(200)에서 전해질이 제거된 환원수를 수용하는 전해수소수조(310)와, 상기 전해수소수조(310)의 내부 바닥에 설치되어 전해질이 제거된 환원수를 고체 고분자 전해질막 방식(PEM/SPE)으로 전기분해하여 수소(H2)를 용존시키는 제2전기분해장치(320)와, 상기 전해수소수조(310)에서 전기분해시 발생되는 응축수와 오존을 제1전해부(100)의 원수조(110)로 직접 또는 이송펌프(330)로 이송토록 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 전해수소수조(310)는 탈염부(200)에서 전해질이 제거된 환원수를 수용하는 것으로, 이러한 전해수소수조(310)는 스테인레스 스틸, 황동, 구리, 티타늄 또는 환경 호르몬(BPA 등)이 검출되지 않는 트라이탄 소재 등으로 이루어진다.
상기 제2전기분해장치(320)는 전해수소수조(310)의 내부 바닥에 설치되어 전해질이 제거된 훤원수를 고체 고분자 전해질막 방식으로 전기분해하는 것으로, 이러한 제2전기분해장치(320)는 전해수소수조(310)의 내부 바닥에 양극전극, 이온교환막, 음극전극을 순차적으로 조립 설치하고, 양극전극과 음극전극에 전류를 인가하면 수소와 산소를 발생시킨다.
상기 제2전기분해장치(320)의 양극전극(+극, Anode) 재질은 판 또는 섬유상 활성탄다공성 이나 티타늄에 이리듐(Ir) 또는 백금을 코팅(도금)하여 사용하고, 상기 제2전기분해장치(320)의 음극전극(-극, Cathode) 재질은 판 또는 섬유상 활성탄에 백금을 코팅을 하거나 티타늄판을 그대로 또는 백금 도금한 것을 사용하고, 상기 제2전기분해장치(320)의 절연체로 고체 고분자 전해질막은 중성, 양이온 그리고 음이온교환막이 있으나 본 발명에서는 음이온교환막을 사용하므로 무화되는 전해수소수의 pH(폐하)가 환원성을 유지하게 하여 건강, 실내 공기 질 향상 그리고 물체의 변질이나 변화를 예방하였다. 이때, 양극전극에서는 2OH- → H2O + 2 e- + 1/2 O2 의 반응이 일어나고, 음극전극에서는 2 H2O + 2e- → H2 + OH- 의 반응이 일어나게 된다.
상기 이송펌프(330)는 전해수소수조(310)에서 전기분해시 발생되는 응축수와 오존을 제1전해부(100)의 원수조(110)로 이송시키는 것으로, 이러한 이송펌프(330)는 인체에 유해한 오존이 실내공기 중으로 분무되지 않도록 제1전해부(100)의 원수조(110)로 이송시키는 역할을 수행한다. 이때, 본 발명에 따르면 상기 이송펌프(330)를 사용하지 않고 전해수소수조(310)에서 전기분해시 발생되는 응축수와 오존을 제1전해부(100)의 원수조(110)로 직접 이송시킬 수도 있다.
한편, 전해수소수는 반도체, 디스플레이, 제약 등에서 사용되는 초순수의 수질과 유사하며 전기분해를 위해서는 이론전압으로 1.23V가 필요하다. 그러나 시중에 판매되는 수소수생성(발생) 제품들은 낮은 전해질(Low Conductivity)의 시판 생수나 역삼투막을 투과한 물을 사용하므로 이론 전압보다 높은 전압(과전압)을 인가하게 되므로 3 H2O → 6H+ + O3 + 6e- 의 화학반응이 발생하고 이로 인하여 인체에 유해한 오존(O3)이 발생하게 된다. 이때, 발생 오존은 지구상 2번째로 강한 살균력을 가지며 오존을 하수를 살균물질 분해, 세균 사멸, 면역 반응 증진 등에도 유익하게 활용도 되지만 오존은 자극성 및 산화력이 강한 기체이기 때문에 인체의 감각기관이나 호흡기관에 민감한 영향을 미친다. 또 호흡기를 통해 체내에 들어온 고농도 오존은 기도나 폐포 등과 접촉하게 된다. 이 조직들은 여러 물질들을 함유한 액체의 막으로 덮여 있는데, 이 막이 얇은 경우에는 오존에 의해 조직이 직접 손상을 받을 수 있다. 두꺼운 경우에는 오존이 액체와 반응하는 과정에서 2차적으로 반응성이 강한 물질들을 만들어 내 조직에 손상을 줘서 폐 기능을 약화시킬 수 있다.
따라서 기존의 고체 고분자 전해질막 전기분해의 수소수 제품은 활성탄 등으로 오존을 제거하는 부가적 기능이 필요하나, 본 발명에서는 잔류염소나 오존을 제거하도록 전극을 채용하였고 제2전기분해장치(320)의 양극전극(+극)에서 발생되는 미량의 응축수를 제1전해부(100)의 원수조(110)로 보내지게 하였다.
상기 초음판진동부(400)는 제2전해부(300)에서 생성된 전해수소수를 초음파진동에 의해 분무형태로 분출하는 것으로, 이러한 초음판진동부(400)는 초음파진동자(410)와 팬(420) 및 분무배출구(430)로 이루어진다.
상기 초음파진동자(410)는 전해수소수조(310)의 내부 바닥부위에 설치되는 것으로, 이러한 초음파진동자(1200)는 세라믹, 스테인레스 스틸에 유리판 접착, 은(silver)소재 위에 니켈도금에 이어 텅스텐(W), 티타늄(Ti) 및 크롬(Cr)을 스퍼터링(Sputtering), 또는 스테인레스 스틸이나 니켈소재 위에 불소수지(테프론) 또는 백금으로 코팅을 하여 부식을 방지토록 하였다.
여기서, 기존의 가습기의 경우 수돗물과 우물 등을 무화시킬 때 물 중에 포함된 칼슘(Ca), 규소(Si), 마그네슘(Mg), 철(Fe) 등의 이온이 물 중에 함유되어 탄산가스등과 화합하여 탄산칼슘 또는 중탄산칼슘으로 초음파진동자 면에 퇴적하게 되며 이 경우 분출되는 무화량이 감소하게 된다. 따라서 가습기에 사용하는 초음파진동자(410)의 경우 미소한 요철에도 음파의 집속에 영향을 받으므로 본 발명에서는 전해수소수를 사용하였다.
상기 팬(420)은 전해수소수조(310)의 상부 중앙 또는 측면에 설치되는 것으로, 이러한 팬(420)은 방수형으로 이루어진다.
상기 분무배출구(430)는 전해수소수조(310)의 상부 중앙 또는 측면에 설치되는 것으로, 이러한 분무배출구(430)를 통해 초음파진동자(410)에서 생성된 분무는 원하는 방향으로 배출된다.
한편, 본 발명에서는 기존의 가습기에 부착된 습도센서의 부정확성을 근본적으로 해결하기 위해, 본 발명의 가습기가 설치된 실내 벽 등에 습도계와 사물인터넷 등의 IT로 연결하여 자동으로 습도관리가 디스플레이로 보여지고, 원수나 전해수소수의 부족을 알람 내지 음성으로 알려주는 기능, 그리고 원수의 전기전도도를 자동으로 측정하여 무격막 전기분해 가동시간 조절과 장기간 사용을 하지 않을 경우 원수조(110)나 전해수소수조(310)내에 미생물 번식을 억제하기 위하여 설정된 프로그램에 의해 제1전기분해장치(120)와 제2전기분해장치(320)가 가동되게 하여 항상 청결을 유지하는 기능, 가습기가 작동시에 한 방향으로 고정되어 분출 무화되는 것을 90도~360도 회전이 되면서 가습효과를 향상하는 기능, 기존의 탁상형뿐만 아니라 벽걸이형, 스탠드형, 용기형 등의 다양한 형태로 사용이 가능하게 하며, 원수 보충을 위해 원수조(110)를 탈착 또는 고정형으로 하여 보충수용기에 수중에서 사용가능한 소형펌프를 수중에 설치하고 체크밸브가 부착된 호스를 연결하여 원수를 보충하거나 또는 직접 원수조(110)에 보충하도록 하여 가정뿐만 아니라 학교, 대중시설, 병의원, 요양병원, 헬스케어, 뷰티분야에서도 사용이 가능하도록 하였다.
따라서 이러한 본 발명은 제1전해부(100)에서 원수에 함유된 각종 미생물을 제거하고, 탈염부(200)에서 훤원수에 함유된 전해질을 제거하며, 제2전해부(300)에서 생성된 전해수소수를 초음파진동자(410)로 무화하여 실내공기로 분무하기 때문에, 각종 유해성 세균을 억제할 수 있고, 물속의 미네랄로 인한 백분현상을 해결함과 동시에 무화에 함유된 미세먼지의 유해성 논란을 해결할 수 있는 장점이 있다.
또한 이러한 본 발명은 제2전해부(300)에서 생성된 전해수소수에는 수소(H2)가 함유되기 때문에, 전해수소수에 함유된 수소(H2)가 피부의 미백, 보습, 피부성 질환 효과와 유해성 활성산소를 제거하여 건강과 미용에 도움을 줄 수 있는 장점이 있다.
그리고 이러한 본 발명은 제2전해부(300)의 전기분해시 발생되는 오존은 제1전해부(100)의 원수조(110)로 이송되기 때문에, 전기분해시 발생되는 인체에 유해한 오존을 별도의 활성탄 등을 사용하지 않고 간단하게 제거할 수 있는 장점이 있다.
아울러 이러한 본 발명은 각종 미생물 살균를 위한 가습기 살균제 사용으로 발생된 세계최초의 바이오사이드(Biocide)사건에 대한 살균제 사용의 문제점을 근본적으로 해소할 수 있기 때문에, 소비자들이 안심하고 안전하게 사용할 수 있도록 가습기의 안전성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
100 : 제1전해부 110 : 원수조
120 : 제1전기분해장치 130 : 공급펌프
140 : 전처리필터 150 : 자동벤트
200 : 탈염부 210 : 양이온교환수지
220 : 음이온교환수지 230 : 레진트랩필터
240 : 양/음이온교환수지 250 : 역삼투막분리
300 : 제2전해부 310 : 전해수소수조
320 : 제2전기분해장치 330 : 이송펌프
400 : 초음파진동부 410 : 초음파진동자
420 : 팬 430 : 분무배출구

Claims (7)

  1. 원수를 수용하는 원수조(110)와, 상기 원수조(110)의 내부 바닥에 설치되어 원수를 무격막 방식으로 전기분해하는 제1전기분해장치(120)를 구비하여 수소가 용존된 환원수를 생성하는 제1전해부(100); 상기 제1전해부(100)에서 생성된 환원수에 함유된 전해질을 제거하는 탈염부(200); 상기 탈염부(200)에서 전해질이 제거된 환원수를 수용하는 전해수소수조(310)와, 상기 전해수소수조(310)에 설치되어 전해질이 제거된 환원수를 고체 고분자 전해질막 방식으로 전기분해하는 제2전기분해장치(320)를 구비하여 전해수소수를 생성하는 제2전해부(300); 상기 제2전해부(300)에서 생성된 전해수소수를 초음파진동에 의해 분무형태로 분출하도록 초음파진동자(410)와 팬(420) 및 분무배출구(430)로 이루어지는 초음파진동부(400)를 포함하고,
    상기 제1전해부(100)는 원수조(110)에서 생성된 환원수를 공급펌프(130)로 공급받아 전처리하는 전처리필터(140)와, 상기 원수조(110)의 내부 압력을 일정하게 유지시키는 자동벤트(150)를 더 구비하되, 상기 전처리필터(140)는 입상 무연탄, 세라믹, 입상 또는 섬유상 활성탄 중 1개 또는 그 이상으로 이루어지게 하여 출수구는 부직포, 판형 또는 중공사형의 정밀여과나 한외여과막으로 공경의 크기가 1~10㎛로 이루어지고, 상기 자동벤트(150)는 제1전기분해장치(120)의 설정된 전기분해 시간에 따라 자동으로 개폐되며,
    상기 제2전해부(300)의 제2전기분해장치(320)는 전해수소수조(310)의 내부 바닥에 양극전극, 이온교환막, 음극전극을 순차적으로 조립 설치하되, 고체 고분자 전해질막은 음이온교환막을 사용하고, 상기 전해수소수조(310)에서 전기분해시 발생되는 응축수와 오존을 제1전해부(100)의 원수조(110)로 직접 또는 이송펌프(330)로 이송토록 이루어지며,
    상기 초음파진동부(400)의 초음파진동자(410)는 세라믹, 스테인레스 스틸에 유리판 접착, 은소재 위에 니켈도금에 이어 텅스텐, 티타늄 및 크롬을 스퍼터링, 또는 스테인레스 스틸이나 니켈소재 위에 불소수지 또는 백금으로 코팅을 하여 부식을 방지하고, 상기 팬(420)은 방수형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 미세먼지와 미생물을 제거 및 수소발생을 통한 항산화 가습기.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 탈염부(200)는 제1전해부(100)에서 생성된 환원수가 역삼투막분리(250)를 경유하거나 직접 단상식 양이온교환수지(210)와 레진트랩필터(230)를 순차적으로 통수하도록 이루어지고, 상기 양이온교환수지(210)와 레진트랩필터(230) 사이에는 음이온교환수지(220)가 연결된 것을 특징으로 미세먼지와 미생물을 제거 및 수소발생을 통한 항산화 가습기.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 탈염부(200)는 제1전해부(100)에서 생성된 환원수가 역삼투막분리(250)를 경유하거나 직접 혼상식 양/음이온교환수지(240)와 레진트랩필터(230)를 순차적으로 통수하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 미세먼지와 미생물을 제거 및 수소발생을 통한 항산화 가습기.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 탈염부(200)는 제1전해부(100)에서 생성된 환원수가 역삼투막분리(250)를 경유하거나 직접 단상식 양,음이온교환수지(210)(220) 또는 혼상식 양/음이온교환수지(240)를 거친 후 레진트랩필터(230)를 통수하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 미세먼지와 미생물을 제거 및 수소발생을 통한 항산화 가습기.
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