KR102118044B1

KR102118044B1 - Iot 기반의 수소가스흡입기

Info

Publication number: KR102118044B1
Application number: KR1020190169038A
Authority: KR
Inventors: 유인수
Original assignee: 유인수
Priority date: 2019-12-17
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2020-06-03

Abstract

본 발명은 수소가스흡입기에 관한 것으로, 수소가스발생모듈, 흡입기구, 산소가스배출부, 장치본체와, 정제수저장탱크와, 정제수급수탱크와, 산소탱크와, 정제수공급모듈과, 제어모듈, 통신모듈, 전원부를 포함하여 구성되며, 상기 수소가스발생모듈에 각각 연결되는 산소가스배출라인 및 수소가스배출라인에 수분제거 및 수분회수 목적의 데미스터를 포함하는 구성으로 기기사용 중 안전사고예방뿐 만 아니라 수소가스 흡입과정에서 발생할 수 있는 사용자의 수분흡입을 방지할 수 있는 IOT 기반의 수소가스흡입기에 관한 것이다.

Description

IOT 기반의 수소가스흡입기{IOT based hydrogen gas inhaler}

본 발명은 수소가스흡입기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 기기사용 중에 발생할 수 있는 안전사고예방 및 사용자의 수소가스 흡입과정에서 수분흡입을 방지할 수 있는 IOT 기반의 수소가스흡입기에 관한 것이다.

일반적으로, 수소가스는 최근 청정 에너지원을 비롯한 다양한 사용으로 인해 크게 주목받고 있으며, 이러한 수소가스를 효율적으로 제조할 수 있는 방법이 국내는 물론 세계적으로도 다양하고 심도 있게 연구되고 있다.

그리고, 현대인의 식생활변화로 인체에 흡입된 산소의 2% 정도는 불완전 연소되어 활성산소로 전환됨에 따라 인체의 노화촉진 및 질병유발의 원인이 되는 점에서 수소가스는 항산화물질로 인체에 흡입되는 경우 유해한 활성산소와 결합하여 무해한 물로 변환되므로 소변과 땀으로 활성산소를 배출할 수 있는 물질이다.

한편, 수소가스를 제조하는 방법에는 메탄가스 등의 화석연료를 수증기 개질하여 얻은 후 이를 정제하여 사용하는 방법이 주종을 이루고 있으나, 최근에는 화석연료의 유한성과 환경문제를 극복하고자 물을 전기 분해하는 수전해를 이용하는 방식을 적극적으로 개발하여 적용하고 있다.

즉, 물을 전기 분해하여 수소가스를 얻는 방법으로는 알칼리 수용액을 전해질로 하는 알칼리 수전해 방식이 대표적이나 이러한 방법은 낮은 수소가스의 순도로 인한 정제공정의 필요, 산소와 수소가스를 분리하는 분리공정의 필요, 수용액상태의 전해질을 지속적으로 보충해야만 하는 공정관리의 필요, 수용액 전해질에 의한 전극 및 구성부품의 부식, 낮은 전류밀도로 인한 수소가스생산 효율의 저하, 높은 전압에 의한 과다한 전력소모 등의 많은 단점을 가지고 있다.

이에 비해 최근 각광을 받고 있는 고분자 전해질 수전해 방식은 알칼리 수전해 방식의 단점을 대부분 보완하고 있으며, 고분자 전해질 수전해 방식으로 제조되는 수소가스는 미량의 수분 이외에 불순물이 거의 없기 때문에 별도의 정제공정이 불필요하고 전해질이 고체상으로서 관리가 불필요할 뿐만 아니라 정제수를 공급원으로 사용하기 때문에 장치를 부식시키는 문제가 거의 발생하지 않는다.

이러한, 수소가스발생장치의 운영시 에너지효율 면에 있어서도 알칼리수전해 방식에 비하여 전류밀도가 높고 전력소모도 낮은 편이다.

한편, 종래 고분자 전해질 수전해 방식으로 수소가스를 제조하기 위해서 공급되는 물은 산화반응이 일어나는 애노드(Anode)로 공급되어 산소를 발생시키고 수소이온은 전해질 막을 통과하여 캐소드(Cathode)로 이동한 후 환원반응을 통해 수소가스를 발생시킨다.

이때, 고분자 전해질 막을 통과하는 수소이온은 수화된 상태로 이동하게 되는데 결과적으로 캐소드 전극 측에 물 분자를 운반하는 역할을 하게 되어 캐소드 전극 측에 물이 차오르게 됨에 따라 캐소드 전극에 점차 쌓이는 물을 주기적으로 배출해야 하는 번거로움이 있으며 이에 따라 장치가 복잡해지고 애노드 전극 측의 공급수 소모가 많아지는 단점이 있다.

특허문헌 1에는 위와 같은 캐소드 전극에 점차 쌓이는 물을 주기적으로 배출해야 하는 번거로움과 애노드 전극 측의 공급수가 많아지는 문제점들을 해결할 수 있는 장치가 개시되어 있으며, 더 나아가 특허문헌 2에는 공급수를 캐소드 전극 쪽에서 공급하여 수소가스발생장치를 구조적으로 매우 단순화시킬 수 있는 장치가 개시되었다.

특히, 특허문헌 2에서는 전기분해를 위해 저장되는 공급수가 약10cc 내지 50cc 이하로 유지되는 크기의 물탱크를 갖는 구조로 수소가스발생장치를 구현했을 경우 여러 이점들을 얻을 수 있음을 실증하였다.

그러나, 특허문헌 2에 제시되어 있는 수소가스발생장치 구조는 수소가스발생 장치가 구동되는 과정에서 물의 전기분해가 진행됨에 따라 소진되는 물을 자동으로 공급할 수 있는 별도의 외부장치가 필요하다.

이는 물이 없는 상태에서 수전해부로 전원이 공급되면 이는 고장의 직접적인 원인이 되기 때문이다.

이처럼 종래의 수소가스발생장치는 물의 추가 보충을 위한 외부장치가 별도로 갖추어 져야 했기에 수소가스발생장치의 전체 구조가 복잡해지고, 수소가스발생장치 제품의 크기가 커지게 되며, 이에 따른 제작비의 상승을 초래하게 되는 문제점이 있었다.

또한, 사용자의 호흡과정에서 체내 흡수를 목적으로 하는 수소가스발생장치는 단순한 기구적인 장치로 전원 또는 작동 스위치에 의한 구동을 통해 수소가스를 발생시켜 연결된 수소가스흡입기를 통해 체내로 흡입할 뿐 IOT(Internet of Things, 사물인터넷; 사물인터넷은 사물에 센서를 부착해 실시간으로 데이터를 인터넷으로 주고받는 기술이나 환경을 일컫는다)기술이 접목되지 않아 사용자의 수소가스흡입기 사용에 대한 사용정보의 수집, 분석, 사용제한, 알림, 경고 등 기기의 안전한 사용을 위한 제어기술의 개발 및 적용이 미흡하여 건강보조 및 의료기기로의 활용한계성 문제로 기기사용에 대한 안전성이 확보된 기술 및 제품보급이 필요한 실정이다.

KR 10-0896900 B1 (2009.04.30) KR 10-1630165 B1 (2016.06.08)

상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 IOT를 접목한 제어기술을 통해 중앙서버와 기기사용정보수집 및 수집된 정보를 활용한 기기 사용정보 알림 및 원격제어서비스를 제공함으로서 기기사용 중에 발생할 수 있는 안전사고의 예방뿐 아니라, 수소가스 흡입과정에서 발생할 수 있는 수분흡입을 방지하는 등 기기사용자의 안전성과 편의성확보가 가능한 IOT 기반의 수소가스흡입기를 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 증류수나 탈이온수인 정제수(이하, 정제수)를 전기 분해하여 수소가스를 생성하는 수소가스발생모듈과; 상기 수소가스발생모듈의 수소가스배출관에 연결되어 사용자가 호흡과정에서 코를 통해 수소가스를 흡입할 수 있도록 흡입튜브와 흡입노즐을 갖는 흡입기구와; 상기 수소가스발생모듈의 산소가스배출 부분에 라인 연결되어 상기 장치본체의 외부로 산소가스를 배출하는 산소가스배출부와; 기기내부에 장착된 상기 수소가스발생모듈의 전기분해 과정에서 발열되어지는 열을 자연대류 또는 강제대류현상을 이용하여 기기 밖으로 배출할 수 있는 방열구조의 알루미늄 또는 플라스틱 케이스로 이루어진 본체와; 상기 본체의 내부에 구비되어 증류수나 탈이온수인 정제수를 수용하는 정제수저장탱크로부터 라인 연결되어 정제수를 공급받는 정제수급수탱크와 내부로 연결되어 산소전극실로 정제수를 공급하기 위한 산소탱크로 이루어진 정제수공급모듈과; 상기 장치본체의 내부에 구비된 각 센서 및 모듈의 작동 상태를 육안으로 확인하고 조작할 수 있는 표시부 및 조작부를 포함하여 상기 장치본체의 전면에 구비되는 제어모듈과; 상기 장치본체의 내부에 구비되어 수소가스흡입기 사용에 대한 사용정보의 수집, 분석, 알림, 경고 등의 서비스를 제공할 수 있도록 사용자의 수소가스 흡입량, 흡입시간, 흡입회수, 수소가스발생모듈의 작동상태, 사용자 식별, 사용제한 등 다양한 정보를 중앙서버에 송수신하는 통신모듈과; 상기 장치본체의 어느 한 부분에 구비되어 상기 장치본체에 장착된 각 구성부품에 전원을 공급하는 전원부를 포함하여 구성되며, 상기 수소가스발생모듈은 정제수급수관을 갖는 정제수급수탱크와, 산소가스배출관을 갖는 산소탱크가 전면에 형성되고, 다수의 격벽 및 수로를 갖는 산소전극실이 그 배면에 형성된 리어바디와; 상기 리어바디의 배면에 대응하여 한 몸으로 결합되며, 수소가스배출관을 갖는 프런트바디와; 상기 리어바디에서부터 순차적으로 산소전극실, 전해분리막, 수소전극실로 이루어져 증류수나 탈이온수인 정제수를 이용하여 산소와 수소가스를 생성하는 전기분해를 통해 상기 리어바디에서 산소가스를 생성하고, 프런트바디에서 수소가스를 생성하는 전기분해패널로 구성되며, 상기 산소탱크의 내부에 상기 리어바디의 산소탱크와 산소탱크 상부의 산소가스배출관을 관통하는 산소통공을 통해 산소탱크로 유입된 산소량에 따라 산소탱크의 내부에 혼재된 정제수와 산소가스는 상기 산소가스배출관을 통해 산소가스만 선택적으로 배출하는 플로터를 포함하는 것을 특징으로 하는 IOT 기반의 수소가스흡입기를 제공한다.

그리고, 상기 수소가스발생모듈의 수소가스배출관과 상기 흡입기구가 연결된 수소가스배출라인에는 수소가스에 포함된 수분을 회수하는 제1데미스터가 더 구비되고, 상기 수소가스발생모듈의 산소 배출 부분과 상기 산소가스배출부가 연결된 산소가스배출라인에는 산소가스에 포함된 수분을 제거하는 제2데미스터가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제1데미스터는 수분회수장치 내 복수 개로 설치되어 수분을 회수하고 회수된 수분은 정제수저장탱크로 유입되어 정제수로 재사용되어 지며, 제2데미스터는 수분의 자연증발을 유도하거나 산소가스배출부 전단에 수분배출라인과 연결되는 드레인커넥터를 통해 기기 밖으로 배출될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 산소가스배출부는 상기 수소가스발생모듈의 산소 배출 부분에 라인 연결되어 상기 장치본체의 외부로 산소가스를 배출할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 통신모듈을 통해 중앙서버와 정보수집 및 알림 서비스 제공과 함께 사용자의 수소가스흡입에 따른 안전성과 편의성을 확보하고, 기기 및 제어시스템을 통해 사용중 발생할 수 있는 안전사고를 예방하고, 데미스터를 통해 수소가스 중에 함유된 수분을 회수하여 정제수로의 재사용은 물론 사용자의 수소가스흡입시 수분흡입을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 IOT 기반의 수소가스흡입기를 나타내는 전체 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 IOT 기반의 수소가스흡입기의 라인 연결상태를 나타내는 개념도.
도 4 내지 도 8은 본 발명에 따른 IOT 기반의 수소가스흡입기에서 수소가스발생모듈의 상세 구성을 나타내는 분해 및 단면도.

이하, 본 발명에 대하여 동일한 기술분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부도면을 참조하여 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 IOT 기반의 수소가스흡입기(10)는 도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 장치본체(300)의 내부에는 수소가스발생모듈(100), 정제수공급모듈(400), 제어모듈(500), 통신모듈(600), 전원부(310), 산소가스배출부(370)를 포함하여 구성되며, 외부로 연결된 흡입기구(200)를 통해 사용자가 수소가스를 흡입하는 장치이다.

그리고, 상기 통신모듈(600)을 통해 중앙서버(20)에 정보 교환으로 사용자의 사용현황 및 다양한 서비스를 제공할 수 있다.

여기서, 상기 장치본체(300)는 내부에 장착된 상기 수소가스발생모듈(100)의 전기분해 과정에서 발열되어지는 열을 자연대류 또는 강제대류현상을 이용하여 기기 밖으로 열을 배출할 수 있는 방열구조의 알루미늄 또는 플라스틱 케이스로 이루어지는 것이 바람직하다.

즉, 상기 장치본체(300)를 자연대류 또는 강제대류가 일어날수 있는 구조의 알루미늄 또는 플라스틱케이스 등의 재질로 제공하여 상기 수소가스발생모듈(100)의 전기분해 과정에서 발생되는 발열온도를 낮출 수 있으며, 더욱 방열효과를 높이기 위해 내측면에 방열핀, 방열팬, 열전소자 등을 더 형성할 수 있다.

그리고, 상기 수소가스발생모듈(100)은 증류수나 탈이온수인 정제수를 전기 분해하여 수소가스를 생성한다.

본 발명의 수소가스발생모듈(100)은 도 4 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 각각에 탱크를 갖는 리어바디(110)와 프런트바디(120)의 내부에 산소전극실(150) 및 수소전극실(123)이 형성되도록 한 몸으로 겹쳐 구성하고, DC전원을 공급하여 정제수를 전기분해하여 산소가스와 수소가스를 생성하는 장치이다.

상기 리어바디(110)는 상단에 각각 정제수유입관(131)을 갖는 정제수급수탱크(130)와, 산소가스배출관(141)을 갖는 산소탱크(140)가 전면에 형성된다.

그리고 배면에는 다수의 격벽(151) 및 수로(153)를 갖는 산소전극실(150)이 배면에 형성된다.

이때, 상기 배면에 형성된 산소전극실(150)의 테두리를 따라 산소전극실(150)에 투입되는 정제수를 포함하여 산소가스 및 수소가스가 틈새로 누출되지 않도록 상기 리어바디(110)에는 제1기밀홈(118)이 형성되고, 대응되는 프런트바디(120)에는 제2기밀홈(128)이 형성되어 상호 대응 결합되며, 그 사이에 누출 방지를 위해 개스킷(155)이 구비되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 프런트바디(120)는 상기 리어바디(110)의 배면에 대응하여 한 몸으로 결합되며, 수소가스배출관(121)이 바깥쪽에 형성되며, 상기 수소전극실(123)까지 관통되는 되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 리어바디(110)와 프런트바디(120)가 대응 결합되는 사이에는 상기 리어바디(110)에서부터 순차적으로 산소전극(161), 전해분리막(163), 수소전극(165)으로 이루어져 물의 전기분해를 통해 산소와 수소가스를 생성 즉, 상기 리어바디(110) 측에서는 산소가스를 생성하고, 프런트바디(120) 측에서는 수소가스를 생성하는 전기분해패널(160)이 제공된다.

상기 전기분해패널(160)은 일반적으로 +극, -극을 갖는 DC전원을 각 전극에 공급하여 물의 이온 성질에 따라 산소와 수소가스로 생성되는 전기분해 원리를 갖는다.

따라서, 상기 리어바디(110) 측에는 산소가스생성을 위해 +단자(119)를 통해 상기 산소전극(161)에 +전원을 공급하고, -단자(129)를 통해 상기 수소전극(165)에 -전원을 공급하여 전기분해가 이루어지면 수소전극실(123)에서는 전해분리막(163)을 통해 순수한 수소가스가 생성되고, 생성된 수소가스는 프런트바디(120) 측의 수소가스배출관(212)을 통해 수소가스발생모듈(100)밖으로 배출되어진다.

이때, 산소전극실(150)에서도 전기분해가 이루어져 산소가스를 생성하고, 이렇게 생성된 산소가스는 리어바디(110)측의 산소가스배출관(141)을 통해 수소가스발생모듈(100)밖으로 배출되어진다.

따라서, 상기 프런트바디(120) 측에는 -전원을 공급하여 수소가스를 생성 배출하고, 상기 리어바디(110) 측에는 +전원을 공급하여 산소가스를 생성 배출한다.

그리고, 상기 산소탱크(140)의 내부에 상기 리어바디(110)의 산소탱크(140)와 산소전극실(150)을 관통하는 산소통공(111)을 통해 산소탱크(140)로 유입된 산소량에 따라 산소탱크(140)의 내부에 혼재된 정제수와 산소가스 중에 상기 산소가스배출관(141)을 통해 산소가스만을 선택적으로 배출하는 플로터(170)가 구비될 수 있다.

여기서, 상기 플로터(170)는 산소탱크(140)에 혼재되는 정제수와 산소량에 따라 부력에 의해 승강 될 수 있도록 하단이 개방되고 내부에 부력공간(172)을 갖는 원통형의 플로터몸체(171)가 제공된다.

그리고, 상기 플로터몸체(171)의 상단에는 가압로드(173)가 소정의 길이로 돌출 형성된다.

또한 상기 가압로드(173)의 상단에는 상기 플로터몸체(171)의 승강에 따라 가압 밀착을 통해 상기 산소탱크(140)의 산소가스배출관(141)을 통한 산소가스배출을 단속하는 플로터헤드(175)가 형성될 수 있다.

즉, 상기 정제수유입관(131)을 통해 유입되는 정제수가 워터홀(113)을 따라 산소전극실(150)로 유입되고, 전원공급에 따른 전기분해패널(160)을 통해 전기 분해하여 생성된 수소가스는 프런트바디(120)의 수소가스배출관(121)을 통해 배출되고, 생성된 산소가스는 리어바디(110)의 산소탱크(140)에 저장되며, 상기 산소탱크에는 정제수와 산소가스가 혼재되어 있는 상태에서 부력공간(172)을 갖는 플로터몸체(171)의 부력으로 플로터헤드(175)가 상승하면서 산소가스배출관(141)의 배출코크(143)를 밀착으로 차단하고, 상승되어 있던 플로터헤드(175)는 산소가스의 생성된 압력에 의해 하강함에 따라 산소가스배출관(141)의 배출코크(143)를 개방하여 산소가스배출관(141)을 통해 산소가스를 배출하게 된다.

한편, 상기 배출코크(143)는 부력에 의해 상승되는 플로터(170)의 플로터헤드(175)가 배출코크(143)에 밀착이 되어 산소가스의 배출을 차단하거나 상기 배출코크(143)는 산소가스의 압력에 의해 하강 되는 플로터(170)의 플로터헤드(175)가 배출코크(143)에 밀착되지 않아 산소가스를 배출하게 된다.

결국, 상기 플로터(170)가 부력을 받아 플로터헤드(175)가 배출코크(143)를 막게 되면 산소가스가 배출이 되지 않고 산소가스가 생성되어 압력이 증가하면 그 압력에 의해 플로터(170)가 부력을 못 받아 아래로 내려가면 플로터헤드(175)가 배출코크(143)를 개방되어 산소가스가의 배출이 자동으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 배출코크(143)는 원뿔형태로 플로터헤드(175)가 닿는 상단 면이 평평하게 이루어져 있으며, 원뿔의 중심부에 산소가스를 배출하기 위한 미세한 구멍이 뚫려 있어 이를 통해 산소가스를 배출한다.

즉, 상기 배출코크(143)의 원뿔 상단의 평평한 면은 플로터헤드(175)와의 밀착력을 좋게 하기 위하여 단면을 최소로 하였으며, 원뿔 중심부의 산소가스배출관은 플로터(170)에 작용하는 부력이 급격히 변화를 이루지 못하도록 미세하게 뚫려 있어 산소가스배출량을 조절할 수 있다.

더불어, 상기 플로터몸체(171)의 상/하단 테두리에는 부력에 의해 승강 되는 플로터(170)가 좌/우 유동되는 것을 방지하기 위해 둘레를 따라 복수의 이격돌기(177)가 더 형성될 수 있다.

그리고, 상기 플로터(170)의 플로터헤드(175)의 재질은 연질고무 또는 실린콘인 것이 바람직하다.

마지막으로, 상기 리어바디(110)의 하단에는 상기 산소탱크(140) 및 정제수급수탱크(130)의 내부수리 또는 플로터(170)의 교체를 위한 개구부를 기밀로 마감하는 마감캡(115)이 더 구비되는 것이 더욱 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 수소가스발생모듈 및 수소가스흡입기(10)의 소형화를 통해 제조원가 절감은 물론 정제수의 보충 및 산소가스의 배출이 자동으로 이루어지는 효과가 있다.

한편, 상기 흡입기구(200)는 상기 수소가스발생모듈(100)의 수소가스배출관(121)에 연결되어 사용자가 호흡과정에서 코를 통해 수소가스를 체내로 흡입할 수 있도록 흡입튜브(210)와 흡입노즐(230)로 이루질 수 있다.

그리고, 상기 산소가스배출부(370)는 상기 수소가스발생모듈(100)의 산소 배출 부분에 라인 연결되어 상기 장치본체(300)의 외부로 산소가스를 배출할 수 있다.

이때, 상기 수소가스발생모듈(100)의 수소가스배출관(121)과 상기 흡입기구(200)가 연결된 수소가스배출라인(301)에는 수소가스에 포함된 미량의 수분을 회수하는 복수개의 제1데미스터(260)가 더 구비될 수 있다.

그리고, 상기 수소가스발생모듈(100)의 산소가스배출부(370)가 연결된 산소가스배출라인(303)에는 산소가스에 포함되어 배출되어지는 수분을 제거하는 제2데미스터(360)가 더 구비될 수 있다.

상기 제1데미스터(260)는 수소가스와 혼재된 수분을 분리하여 수분이 수소가스와 함께 흡입기구(200)를 통해 배출되지 않도록 하여 수분을 정제수저장탱크로 재 유입되도록 수분배출라인(380)이 더 연결되는 것이 바람직하며, 제2데미스터(360)는 산소가스와 혼재된 수분을 분리하여 수분이 자연증발 하거나 산소가스배출부(370)를 통해 기기 밖으로 배출될 수 있도록 수분배출라인(380)및 드레인커넥터(350)가 더 연결되는 것이 바람직하다.

여기서, 데미스터(demister)는 그물코를 여러 겹 포갠 막으로 증기 중의 수분을 제거하는 장치로 공조설비, 냉동설비에 보편적으로 사용되고 있다.

또한, 상기 정제수공급모듈(400)은 상기 장치본체(300)의 내부에 구비되어 증류수나 탈이온수인 정제수를 수용하는 정제수저장탱크(410)로부터 정제수연결배관(430)이 라인 연결되어 정제수를 공급받는 정제수급수탱크(130)와 내부로 연결되어 산소전극실(150)로 정제수를 공급하는 산소탱크를 포함한다.

더불어, 상기 제어모듈(500)은 상기 장치본체(300)의 내부에 구비된 각 센서 및 모듈의 작동 상태를 육안으로 확인하고 조작할 수 있는 표시부(510) 및 조작부(530)를 포함하여 상기 장치본체(300)의 전면에 구비될 수 있다.

또한, 상기 표시부(510)를 통해 수소가스의 잔여 생성시간 표시 및 수소가스 생성을 위한 운전시간을 조작부(530)를 통해 설정할 수 있다.

그리고, 수소가스발생량 및 수소가스농도 등 주요 성능인자를 센서 또는 프로그램에 의해 측정 또는 환산기법을 이용 추정값을 시각적으로 나타내어 제품사용자가 보다 쉽고 편리하게 발생량 및 농도를 확인할 수 있다.

이때, 상기 통신모듈(600)은 상기 장치본체(300)의 내부에 구비되어 수소가스 흡입기 사용에 대한 사용정보의 수집, 분석, 알림, 경고 등의 서비스를 제공할 수 있도록 사용자의 수소가스 흡입량, 흡입시간, 흡입회수, 수소가스발생모듈(100)의 작동상태 및 교체주기, 사용자 구분, 사용제한 등 다양한 정보를 중앙서버(20)에 송수신 할 수 있다.

그리고, 상기 전원부(310)는 상기 장치본체(300)의 어느 한 부분에 구비되어 상기 장치본체(300)에 장착된 각 구성부품에 전원을 공급할 수 있다.

한편, 상기 장치본체(300)의 하부에는 상기 장치본체(300)가 쓰러지는 경우 구성부품의 고장/파손 및 사용자의 안전 사고를 미리 예방할 수 있도록 상기 전원부(310)의 공급 전원을 차단하는 안전스위치(330)를 더 구비될 수 있다.

상기 안전스위치(330)는 상기 장치본체(300)의 자세가 안정된 상태에서는 바닥면에 접촉된 상태로 토글되어 상기 전원부(310)의 전원을 상시 공급할 수 있게 하고 사용중에 장치본체(300)가 기울어지거나 넘어질 경우 바닥면에 토글된 안전스위치(330)의 접촉이 해제되어 상기 전원부(310)가 전원 공급을 차단함으로써, 수소가스의 유출 등으로 인한 피해 그리고, 누수로 인한 전기 합선 등의 안전 사고를 미리 차단할 수 있으며, 상기 안전스위치(330)의 전원차단 기능이 작동할 경우 상기 표시부(510)에 에러메세지를 출력하여 사용자가 작동정지의 원인을 확인할 수 있다.

그리고, 상기 흡입튜브(210)의 어느 한 부분에는 사용자가 흡입기구(200)를 통해 수소가스를 흡입하는 과정에서 흡입튜브(210)의 막힘 현상에 의해 수소가스의 배출이 정상적으로 이루어지지 않을 경우 흡입튜브(210)에서 발생하는 압력을 감지하여 이상압력 발생상태를 상기 표시부(510)를 통해 LED를 점등시켜 알리는 압력감지센서(250)가 더 구비될 수 있다.

상기 압력감지센서(250)에 경우 상기 흡입튜브(210)를 통해 수소가스를 사용자가 흡입할 수 있게 길게 라인 연결되어 있는데, 흡입과정에서 사용자의 부주의나 무거운 물건에 눌려 막힘 현상이 발생하게 되면 배출되는 수소가스의 압력이 증가되어 취약한 다른 연결 부분에서 수소가스의 유출이 발생할 수 있으며, 장기간 노출시 폭발위험을 가질 수 있으므로 안전성을 확보하고자 설정압력 이상 증가시 제어모듈(500)에 신호를 보내 정지할 수 있도록 제어 기능을 갖게 하며, 상기 표시부(510)에 램프 점등을 통해 사용자가 확인할 수 있다.

그리고, 상기 장치본체(300)의 어느 한 부분에는 상기 수소가스발생모듈(100) 및 정제수공급모듈(400)의 오염 발생시 급/배수를 통해 세정할 수 있는 드레인커넥터(350)가 더 구비될 수 있다.

이는 상기 수소가스발생모듈(100)의 내부에 채워진 정제수를 용이하게 배출할 수 있도록 하여 내부에 오염이 감지되거나 작동 불능 상태일 경우 배출 및 급수를 통해 오염물질을 세정하여 상기 수소가스발생모듈(100)의 사용 성능을 유지할 수 있다.

또한, 상기 장치본체(300)의 어느 한 부분에는 상기 수소가스발생모듈(100)의 산소배출 부분에 라인 연결되어 상기 장치본체(300)의 외부로 산소가스를 배출하는 산소가스배출부(370)가 더 구비될 수 있다.

그리고, 상기 전원부(310)에는 상기 수소가스발생모듈(100)의 작동시 스케일에 의한 전극오염 및 누전 등에 따른 이상전압 발생시 설정 한계전압 이상시 전원 차단 및 기기 정지와 함께 상기 표시부(510)에 표시할 수 있는 전압감지부(800)가 더 구비될 수 있다.

이러한, 상기 전압감지부(800)는 수소가스발생모듈(100)에 인가되는 표준전압은 기기의 연속사용시간이 증가됨에 따라 전압이 점차 상승하여 기기의 오작동 및 수소가스발생모듈(100)의 손실을 일으킬 수 있어 수소가스발생모듈(100)로 인가되는 최대치 전압을 제어하여, 최대치 전압을 초과하는 이상전압이 발생할 경우 본 제품의 운전을 정지시키고 표시부(510)를 통해 에러 메세지를 표시하여 확인할 수 있다.

그리고, 상기 수소가스발생모듈(100)과 정제수저장탱크(410)를 연결하는 배관에는 상기 수소가스발생모듈(100)에 공급되는 정제수가 적절할 수위를 유지할 수 있도록 정제수의 공급 수위를 감지하며, 정제수가 부족할 경우 상기 전원부(310)에 신호를 보내 공급전원을 차단하는 수위감지센서(450)가 더 구비될 수 있다.

상기 수위감지센서(450)를 통해 증류수 또는 탈이온수인 정제수가 부족할 경우 수소가스발생모듈(100)의 이상 작동에 의해 본 제품의 고장 및 화재 등 안전 사고를 방지하기 위해 정제수의 수위를 적절히 유지할 수 있다.

또한, 정제수가 부족할 경우 위험수위를 감지하여 제어모듈(500)에 신호를 전달함으로써, 본 제품의 운전을 정지시키는 제어가 가능하다.

상기 제어모듈(500)에는 상기 수소가스발생모듈(100)의 전극열화방지 및 적정 교체시기의 알림을 위해 기기의 연속사용시간 제한, 발열온도 제한, 사용수명 시간 제한을 두어 제한시간 및 발열온도 초과시 상기 표시부(510)에 알림 표시와 함께 기기작동을 정지시켜 기기의 사용을 제한하는 사용제한부(550)가 더 구비될 수 있다.

상기와 같이 구성된 수소가스흡입기(10)를 통해 제품외관에 사용자를 식별하는 사용자확인(고유번호 부여 또는 지문, 음성, 얼굴, 홍채, 손금 등의 생체인식을 통한 본인확인 인증)기능을 두어 본인 확인을 받은 자만이 기기를 사용할 수 있도록 사용자 제한설정 기능을 갖도록 하여 기기사용자의 이력관리를 통해 기기의 사용효과와 부작용 등을 추정할 수 있도록 할 수 있다.

또한, 상기 통신모듈(600)의 송수신과 중앙서버(20)의 정보제공을 통해 수소가스의 흡입에 의한 임상학적 효과는 개인별로 많은 차이가 있을 것으로 예상되는 바 기기 사용에 대한 개인별 이력정보의 수집 및 사용패턴을 분석하여 사용자에게 최상의 사용환경을 제공함으로써 보다 안전하고 효과적인 방법으로 기기를 사용할 수 있도록 하는 안내하는 지능형 스마트헬스케어 서비스를 제공할 수 있다.

본 발명의 IOT 기반의 수소가스흡입기(10)는 아래와 같은 단계를 통해 운용할 수 있다.

우선, 제어모듈(500)의 조작부(530)를 구동 조작하여 사용자가 흡입기구(200)를 통해 수소가스를 흡입하는 단계를 갖는다.

그리고, 수소가스흡입기(10) 사용에 대한 사용정보의 수집, 분석, 알림, 경고 등의 서비스를 제공할 수 있도록 사용자의 수소가스 흡입량, 흡입시간, 흡입회수, 수소가스발생모듈(100)의 작동상태, 사용자 식별, 사용제한 등 다양한 정보를 통신모듈(600)을 통해 중앙서버(20)에 통신하는 단계를 포함한다.

한편, 안전스위치(330)를 통해 장치본체(300)가 쓰러지는 경우 구성부품의 고장/파손 및 사용자의 안전 사고를 미리 예방할 수 있도록 상기 전원부(310)의 공급 전원을 차단하는 단계를 갖는다.

압력감지센서(250)를 통해 사용자가 흡입기구(200)를 통해 수소가스를 흡입하는 중 흡입튜브(210)의 막힘 현상에 의해 수소가스의 배출이 정상적으로 이루어지지 않을 경우 흡입튜브(210)에서 발생하는 압력을 감지하여 이상압력 발생상태를 상기 표시부(510)를 통해 LED를 점등시켜 알림 단계를 갖는다.

드레인커넥터(350)를 통해 상기 수소가스발생모듈(100) 및 정제수공급모듈(400)의 오염 발생시 급/배수를 통해 세정하는 단계를 갖는다.

전압감지부(800)를 통해 상기 수소가스발생모듈(100)의 작동시 스케일에 의한 전극오염 및 누전 등에 따른 이상전압 발생시 기기의 전원 차단 및 운전 정지와 함께 상기 표시부(510)에 표시하는 단계를 갖는다.

수위감지센서(450)를 통해 상기 수소가스발생모듈(100)에 공급되는 정제수가 적절할 수위를 유지할 수 있도록 정제수와 직접 접촉하지 않고 수위측정이 가능한 정전용량방식의 수위센서를 적용하여, 정제수가 부족할 경우 상기 전원부(310)에 신호를 보내 전원을 차단시키는 단계를 갖는다.

사용제한부(550)를 통해 상기 수소가스발생모듈(100)의 전극열화방지 및 적정 교체시기의 결정을 위해 기기의 연속사용시간 제한, 발열온도 제한, 사용수명시간 제한을 두며, 제한시간 또는 제한온도 초과시에는 상기 표시부(510)에 표시와 함께 운전 정지시키는 단계를 갖는다.

이상에 설명한 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어 및 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 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 도면 및 실시 예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

10: 수소가스흡입기 20: 중앙서버
100: 수소가스발생모듈 110: 리어바디
111: 산소통공 113: 워터홀
115: 마감캡 118: 제1기밀홈
119: +단자 120: 프런트바디
121: 수소가스배출관 123: 수소전극실
128: 제2기밀홈 129: -단자
130: 정제수급수탱크 131: 정제수유입관
140: 산소탱크 141: 산소가스배출관
143: 배출코크 150: 산소전극실
151: 격벽 153: 수로
155: 개스킷 160: 전기분해패널
161: 산소전극 163: 전해분리막
165: 수소전극 170: 플로터
171: 플로터몸체 172: 부력공간
173: 가압로드 175: 플로터헤드
177: 이격돌기 200: 흡입기구
210: 흡입튜브 230: 흡입노즐
250: 압력감지센서 260: 제1데미스터
300: 장치본체 301: 수소가스배출라인
303: 산소가스배출라인 310: 전원부
330: 안전스위치 350: 드레인커넥터
360: 제2데미스터 370: 산소가스배출부
380: 수분배출라인 400: 정제수공급모듈
410: 정제수저장탱크 430: 정제수연결배관
450: 수위감지센서 500: 제어모듈
510: 표시부 530: 조작부
550: 사용제한부 600: 통신모듈
800: 전압감지부

Claims

증류수 또는 탈이온수인 정제수를 전기 분해하여 수소가스를 생성하는 수소가스발생모듈(100)과;
상기 수소가스발생모듈(100)의 수소가스배출관(121)에 연결된 수소가스배출라인(301)에 연결되어 사용자가 호흡과정에서 코를 통해 수소가스를 흡입할 수 있도록 흡입튜브(210)와 흡입노즐(230)을 갖는 흡입기구(200)와;
상기 수소가스발생모듈(100)가 내부에 수용되며, 수소가스발생모듈(100)의 전기분해 과정에서 발생되는 발열을 자연대류 또는 강제대류를 통해 방열시키는 방열구조의 알루미늄 케이스로 이루어진 장치본체(300)와;
상기 수소가스발생모듈(100)의 산소가스배출관(141)에 연결된 산소가스배출라인(303)에 연결되어 상기 장치본체(300)의 외부로 산소가스를 배출하는 산소가스배출부(370)와;
상기 장치본체(300)의 내부에 구비되어 증류수나 탈이온수인 정제수를 수용하는 정제수저장탱크(410)로부터 라인 연결되어 정제수를 공급받는 정제수급수탱크(130)와 정제수급수탱크와 내부로 연결되어 산소전극실로 정제수를 공급하는 산소탱크를 포함하는 정제수공급모듈(400)과;
상기 장치본체(300)의 내부에 구비되어 상기 수소가스발생모듈(100) 및 정제수공급모듈(400)의 오염 발생시 급/배수를 통해 세정하는 드레인커넥터(350)와;
상기 장치본체(300)에 구비되어 각 센서 및 모듈의 작동 상태를 육안으로 확인하고 조작할 수 있는 표시부(510) 및 조작부(530)를 포함하여 상기 장치본체(300)의 전면에 구비되는 제어모듈(500)과;
상기 장치본체(300)에 구비되어 수소가스 흡입에 대한 기기사용정보의 수집, 분석, 알림 및 경고 서비스를 제공할 수 있도록 사용자의 수소가스 흡입상태 및 수소가스발생모듈(100)의 작동상태에 대한 정보를 중앙서버(20)에 송수신하는 통신모듈(600)과;
상기 장치본체(300)의 어느 한 부분에 구비되어 상기 장치본체(300)에 장착된 각 구성부품에 전원을 공급하는 전원부(310)를 포함하는 IOT 기반의 수소가스흡입기(10)에 있어서,
상기 수소가스배출라인(301)에 구비되어 흡입기구(200)를 통해 배출되는 수소가스를 사용자의 흡입시 수분 흡입을 방지할 수 있도록 수소가스에 혼재된 수분을 분리하는 제1데미스터(260)와;
상기 산소가스배출라인(303)에 구비되어 상기 산소가스배출부(370)를 통해 수분이 제거된 산소가스를 상기 장치본체(300)의 외부로 배출할 수 있도록 산소가스에 혼재된 수분을 분리하는 제2데미스터(360)와;
상기 제1데미스터(260) 및 제2데미스터(360)에 상기 드레인커넥터(350)까지 각각 연결되어 상기 제1데미스터(260)에서 수소가스와 분리된 수분 및 제2데미스터(360)에서 산소가스와 분리된 수분을 드레인커넥터(350)로 배출하는 수분배출라인(380)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 IOT 기반의 수소가스흡입기.
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