KR102466230B1 - 휴대식 가스 공급 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 분해를 이용한 휴대식 가스 공급 장치에 있어서 전해조내의 전해액을 누출시키지 않고 아울러 원하는 기체의 방출량의 제어도 가능한 구성을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 본 휴대식 가스 공급 장치는, 전지와, 상기 전지로부터 전력 공급을 제어하는 제어 기판과, 상기 제어 기판에 의해 전지로부터의 전력의 통전 또는 차전이 이루어지는 한 쌍의 양음 전극과, 상기 한 쌍의 양음 전극이 내부로 삽입되는 저수 가능한 전해조와, 상기 전해조 내부의 소정 기체만을 투과시키는 것이 가능한 투과 장치와, 상기 투과 장치로부터 방출된 기체를 공급하는 것이 가능한 노즐을 구비하고 있다. 상기 투과 장치는 상기 전해조측을 상류로 하여 차례로, 상기 전해조의 개구를 차폐하여 소정 기체만을 투과시키는 제1 투과막과, 상기 제1 투과막과 소정 거리 이격되어 배치되어 제1 투과막으로부터 투과된 기체만을 투과하는 제2 투과막을 갖는다.

Description

휴대식 가스 공급 장치

본 발명은 전기 분해 방식을 이용하여 원하는 양의 수소 가스 등의 기체만을 공급 가능하고 용이한 구성으로 전해조로부터의 누수도 방지할 수 있는 휴대식 가스 공급 장치에 관한 것이다.

최근, 신경 변성 질환 및 급성 폐장애 등의 다양한 동물 질환 실험이나 메타볼릭 증후군 및 당뇨병 등에서의 인간의 임상 실험에서 수소의 유효성이 나타나 의료 응용에서 다양한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 특히 활성 산소가 신체에 발생하기 쉬운, 운동시나 음식 섭취시, 흡연시, 자외선·오염 환경하에서의 체재시, 수면 부족, 장시간 노동 등의 높은 스트레스를 받았을 때 등의 다양한 상태에서의 노화의 방지나 미용·건강 촉진을 위해 수소를 신체로 공급받도록 추천되고 있다.

여기서 종래의 수소 발생 방법으로서 물의 전기 분해 방법이 있고 어디까지나 수소수의 생성 방법이지만, 이온 교환막과, 이온 교환막의 양면에 각각 밀착되는 한 쌍의 전극판과, 이온 교환막의 양면에 한 쌍의 전극판을 각각 밀착시키는 고정부를 갖는 전기 분해판이 놓여진 전해조에 물을 넣고 이 전기 분해판에 전류를 통과시킴으로써 한 쌍의 전극판으로부터 수소 가스 또는 산소 가스를 발생시키고, 전해조 상부의 가스 방출공에 마련한 가스만 투과시키는 투과막을 통해 수소 가스 및/또는 산소 가스를 공급한다(예를 들어 특허문헌 2 참조). 이 전기 분해식 수소 발생 방법을 활용하고, 나아가 사용자가 휴대하여 자유롭게 가지고 다닐 수 있도록 소형이고 저렴한 충전식 전지 내장의 휴대식 가스 공급 장치를 출원인은 제공하고 있다.

그러나 종래의 휴대식 가스 공급 장치의 경우, 전해조에서 전기 분해할 때 전해액의 점성에 의해 전해조내 상부의 공기층에까지 거품 형태의 전해액이 상승하여 전해조내 상벽까지 전해액으로 채워지게 되는 경우가 많다. 이 현상은 전기 분해가 진행됨에 따라 전해액의 점성이 증가되어 현저하다. 이러한 상태가 된 경우, 전해조 상부의 가스 방출공의 가스 투과막까지 전해액이 도달하여 전해액이 누출되는 사태가 발생하였다. 한편, 투과막을 통해 전해액이 누출되는 것을 방지하기 위해 투과공의 공경이 작은 소재의 투과막을 채용하는 것도 생각할 수 있으나, 너무 작은 투과공의 소재를 채용하여도 수소 가스 등의 투과 속도가 느려져 수소 가스 등의 방출량을 제어하기 어려워지거나 또는 전해조내의 기압의 상승에 의해 투과막이 늘어나 오히려 투과공의 공경을 증가시켜 전해액의 누출을 초래하게 된다.

상기 휴대식 가스 공급 장치는 건강 촉진·의료 목적으로 수소 가스 등을 흡인할 뿐만 아니라 연료 전지의 수소 검사와 같은 공업 목적에서의 이용도 기대되고 있어 원하는 양의 수소 가스의 공급을 정밀하게 제어할 필요성은 향후 높아질 것으로 생각된다.

일본 특허출원 공개 제2004-41949호 공보

일본 특허출원 공개 제2014-019640호 공보

본 발명은 이상의 사정을 감안하여 창작된 것으로, 전기 분해를 이용한 휴대식 가스 공급 장치에 있어서 전해조내의 전해액을 누출시키지 않고 아울러 원하는 기체의 방출량의 제어도 가능한 구성을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기의 과제를 해결하기 위해 본 발명은 전지와, 상기 전지로부터 전력 공급을 제어하는 제어 기판과, 상기 제어 기판에 의해 전지로부터의 전력의 통전 또는 차전이 이루어지는 한 쌍의 양음 전극과, 상기 한 쌍의 양음 전극이 내부에 삽입되는 저수 가능한 전해조와, 상기 전해조 내부의 소정 기체만을 투과시키는 것이 가능한 투과 장치와, 상기 투과 장치로부터 방출된 기체를 공급하는 것이 가능한 노즐을 구비한 휴대식 가스 공급 장치를 제공한다. 이 투과 장치는 상기 전해조측을 상류로 하여 차례로, 상기 전해조의 개구를 차폐하여 소정 기체만을 투과시키는 제1 투과막과, 상기 제1 투과막과 소정 거리 이격되어 배치되고 제1 투과막으로부터 투과된 기체만을 투과하는 제2 투과막을 갖는다.

본 발명에 의하면, 전해조로부터 방출되는 수소나 산소 등의 기체만을 투과시키는 투과막을 2개 마련하여 2 단계의 투과 과정을 거쳐 기체를 외부 방출시키는 가스 공급 장치를 제공하고 있다. 또한, 제1 투과막과 제2 투과막을 소정 거리를 두고 배치하고 있는 점도 특장적이다. 이 구성을 채용하면 전기 분해에 의해 수소 등이 방출되고 전해조내에서 거품이 일어 수분이 전해조 상부까지 상승하여 제1 투과막을 투과한 경우일지라도 제2 투과막까지 거리가 있어 제2 투과막을 수분이 투과하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 이 구성에 의하면 제1 투과막만으로 수분 투과를 차단하고자 한 경우보다 채용하는 투과막의 투과공의 공경을 크게 할 수 있어 원할한 기체 방출을 달성할 수 있고 투과막 선택이 용이하고 저렴해진다. 나아가 제1 투과막만을 배치하는 경우에 비해 전해조내의 압력 증감에 의한 제1 투과막의 공경 변동에 수반하는 기체 방출량의 불안정화를 회피할 수도 있으므로 원하는 기체량의 방출의 제어를 전기 제어와 동기시키기 쉬워지는 이점도 있다. 이것은 간단한 구성으로 전기 분해에 의해 변질된 수분을 방출시키는 것을 방지하는 관점에서도 유리하다.

아울러 상기 제1 투과막은 선택 투과성을 갖는 불소 수지 다공질 필름인 것이 바람직하다.

또한, 상기 투과 장치는 상기 전해조의 상부의 개구에 장착되고, 상기 제1 투과막이 상기 전해조의 내부와 상기 투과 장치의 내부를 차폐하고 상기 제 2 투과막이 상기 투과 장치의 내부와 외부를 차폐하는 것이 바람직하다.

구체적으로는, 본 가스 공급 장치의 투과 장치는 제1 투과막과 제2 투과막을 구비하여 전해조의 상부의 개구에 장착 가능한 구성으로 하고 있다.

또한, 상기 투과 장치는 상기 제1 투과막으로부터 상기 제 2 투과막까지의 공간에 상기 제1 투과막으로부터 누출된 액체를 저류하는 액 고임부를 마련할 수도 있다. 투과 장치는 제1 투과막으로부터 수분이 누출되어도 사이드의 액 고임부로 흘려 저류·드레인할 수 있다.

더 상세하게는 상기 투과 장치는, 그 상부에 개구를 갖고, 상기 전해조의 상부에 장착되는 덮개 부재와, 이 덮개 부재의 상부에 장착되고, 상기 제1 투과막에 의해 상기 덮개 부재의 개구와의 연통을 차단하고, 상기 제 2 투과막에 의해 위쪽 외부와의 연통을 차단하는 차단 부재와, 상기 제1 투과막으로부터 상기 제 2 투과막까지의 공간에 상기 제1 투과막으로부터 누출된 액체를 상기 제1 투과막의 측부 아래 방향으로 흘려 저류하는 액 고임부, 상기 액 고임부에 저류된 액체를 외부 방출하는 드레인홀을 구비한 구성을 갖는다.

본 발명에 의하면, 전기 분해를 이용한 휴대식 가스 공급 장치에 있어서 2개의 투과막을 공간을 두고 배치함으로써 전해조로부터 수소 가스 등을 방출할 때에 전해액을 외부로 누출시키지 않고 원하는 양의 수소 가스 등만 방출시킬 수 있다. 또한, 본 휴대식 가스 공급 장치의 투과 장치를 이용하면 한번에 전해액의 누출을 방지하는 것이 아니라 첫번째 단계에서 다소의 누출을 간과하면서 두번째 단계에서 완전한 누출 방지를 도모하고 있으므로 전해조내의 내압 상승에 의한 기체 방출량의 불안정화도 회피할 수 있다.

도 1은 본 발명의 휴대식 가스 공급 장치의 실시 형태를 모식적으로 나타낸 블럭도이고,
도 2는 본 발명의 휴대식 가스 공급 장치의 각 방향에서 본 도면으로, (a)는 좌측면도, (b)는 정면도, (c)는 우측면도, (d)는 상면도, (e)는 정면도 방향의 단면도이고,
도 3은 본 발명의 휴대식 가스 공급 장치의 전해조 및 그 주변부의 각 부재의 조립 분해도이고,
도 4는 도 3의 휴대식 가스 공급 장치의 전해조 및 그 주변부의 사시도이다.

이하 본 발명의 휴대식 가스 공급 장치에 따른 대표적인 실시 형태를 도 1 ~ 도 4를 참조하면서 상세히 설명하나, 본 발명은 도시되는 것에 한정되지 않음은 말할 필요도 없다. 또한 각 도면은 본 발명을 개념적으로 설명하기 위한 것이므로, 이해의 용이함을 위해 필요에 따라서 치수, 비 또는 수를 과장 또는 간략화하여 나타내고 있는 경우도 있다. 나아가 이하의 설명에서는 동일 또는 상당하는 부분에는 동일 부호를 부여하고 중복하는 설명은 생략할 수도 있다.

도 1에는 본 휴대식 가스 공급 장치(100)를 모식적으로 나타내는 블럭도가 도시되어 있다. 또한, 도 2는 본 발명의 휴대식 가스 공급 장치(100)의 각 방향에서 본 도면으로, (a)는 좌측면도, (b)는 정면도, (c)는 우측면도, (d)는 상면도, (e)는 정면도 방향의 단면도를 나타내고 있다. 본 명세서에서 상하 방향, 세로 방향이라고 칭할 때는 (b)의 지면 상하 방향, 지면 세로 방향을 의미하고, 폭 방향, 가로 방향, 측부측이라고 칭할 때는 (b)의 지면 좌우 방향, 지면 가로 방향, 지면 좌우측부 측을 의미하고 있다. 나아가 도 3은 휴대식 가스 공급 장치(100)의 전해조(103) 및 그 주변부의 사시도, 도 4는 도 3의 휴대식 가스 공급 장치(100)의 전해조(103) 및 그 주변부의 각 부재에 대해 예시하는 조립 분해도이다.

이하, 휴대식 가스 공급 장치(100)에 대해 도 1 및 도 2를 참조하여 개략적으로 설명하고 휴대식 가스 공급 장치(100)의 전해조(103) 및 그 주변부에 대해 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 휴대식 가스 공급 장치(100)는 전지(104), LED(116), 제어 수단(117), 전해조(103), 흡연 장치 본체(105), 덮개 부재(14), 노즐부(108)로 대략 구성되어 있다. 우선, 전지(104)는 리튬 이온 등의 충전식 배터리이고, 전해조(103)에는 한 쌍의 양음 전극(8a, 8b)이 배치되어 있다. 양음 전극(8a, 8b)은 제어 수단(제어 기판)(117)을 통해 전지(104)로부터의 전력이 공급되고, LED(116)는 전지(104)에 접속되어 있다. 제어 기판(117)에는 전극 제어 회로(117a)와, 히터 제어 회로(117b)와, LED 제어 회로(117c)와, 전력 공급 수단(전력 공급 회로)(117d)이 구비되어 있다.

또한, 도 1 및 도 2에서는 본 휴대식 가스 공급 장치(100)의 예로서 수소 가스, 산소 가스의 공급 이외에 흡연 장치 본체(105)가 삽입·배치된 예가 도시되어 있으나, 본 발명의 휴대식 가스 공급 장치(100)에서는, 흡연 장치 본체(105) 이외의 방향제 공급 장치가 배치되는 경우도 생각할 수 있고, 또한 공업용 용도의 경우에는 수소 가스, 산소 가스만 배치되는 경우도 생각할 수 있다. 도 1 및 도 2의 예에서는 흡연 장치 본체(105)의 수용부의 저부에는 압력 센서 스위치(119)가 마련되고, 흡연 장치 본체(105)의 하단이 압력 센서 스위치(119)를 가압하면 제어 기판(117)의 전력 공급 수단(117d)에 의해 전력 공급 지령이 나와 전지(104)의 전력이 흡연 장치 본체(105)로 공급 가능한 상태가 된다.

또한, 사용자가 손가락으로 조작 수단(조작 버튼)(118)을 조작하면, 이에 따라 전극 제어 회로(117a)가 전해조(103)내의 한 쌍의 전극(8a, 8b)에 대한 통전·차단을 제어하여 전력 공급 수단(117d)에 의해 전지(104)로부터 공급되는 전력량을 가변하여 전극(8a, 8b)으로 전력을 공급한다. 한 쌍의 전극(8a, 8b)으로 전력이 공급되면 전해조(103)내에 저류하는 전해액(예를 들어, 구연산나트륨 수용액)을 전기 분해하여 양전극(8a)측에 산소가 발생하고 음전극(8b)측에 수소가 발생한다.

음전극(8b)으로부터 발생한 수소는 전해조(103) 상부에 장착된 투과 장치(114)를 통해 덮개 부재(2)로 유입된다. 또한 양전극(8a)으로부터 발생한 산소는 후술하는 바와 같이 덮개 부재(14)로 유입되는 경우 벤트(방출)되는 경우가 있다.

또한 흡연 장치 본체(105)는 압력센서 스위치(119)가 ON 되면 전력 공급 수단(117d)에 의해 흡연 장치 본체(105)내의 가열기로 전지(104)로부터의 전력이 공급되어 내부의 증기 챔버(도시하지 않음)에 장착된 흡연 카트리지를 가열한다. 가열기에 의해 흡연 카트리지가 가열되면 니코틴 등 함유 증기가 발생한다. 아울러 흡연 카트리지는 담배 잎을 포함한 가열식 전자 담배의 일회용 교환품으로서, 가열에 의해 니코틴 함유 증기를 발생하나, 그 이외에도 가열에 의해 방향을 부여한 니코틴 등 함유 증기를 발생시키는 것, 또는 니코틴을 함유하지 않고 방향제를 함유하여 가열에 의해 방향을 부여한 증기를 발생시키는 것을 들 수 있다.

흡연 장치 본체(105)에서 발생한 니코틴 등 함유 증기는 노즐부(108)을 흡인함으로써 입안으로 방출된다. 이 때 흡인으로 발생하는 부압에 의해, 투과 장치(114)로부터 방출된 수소가 덮개 부재(14)내를 흘러, 덮개 부재(14)내에 노출된 흡연 장치 본체(105)의 상부의 주위와 노즐부(108)의 내벽 간의 틈새를 통과하여 니코틴 함유 공기와 혼합되어 입안으로 안내 또는 외부로 방출된다. 또한 흡연 장치 본체(105)를 가열하지 않고 수소만을 입안 또는 외부로 안내하는 것도 생각할 수 있다.

도 2에는 흡연 장치 본체(105)가 삽입된 상태의 본 휴대식 가스 공급 장치(100)의 구체적인 구성예가 도시되어 있다. 좌측면도, 정면도, 우측면도인 도 2(a), (b), (c)는 휴대식 가스 공급 장치(100)의 개폐 덮개(100a)가 닫힌 상태, 평면도, 단면도인 도 2(d), (e)는 휴대식 가스 공급 장치(100)의 개폐 덮개(100a)가 벗겨진 상태이고, 개폐 덮개(100a)를 벗긴(연) 상태에서 상부 좌측의 개구로부터 아래쪽으로 연장되는 통 형상의 흡연 장치 수용부(이하, "수용부"라고도 칭함)(120)를 갖는다. 이 수용부(120)에 흡연 장치 본체(105)를 삽입한다. 흡연 장치 본체는(105)는 범용의 통형의 가열식 전자 담배의 본체부이다.

본 휴대식 가스 공급 장치(100)의 수용부(120)의 저부에는 압력 센서 스위치(119)가 배치되고, 압력 센서 스위치(119)는 가압되면 충전지(리튬 배터리)(104)로부터의 전력이 공급되고, 흡연 장치 본체(105)내의 흡연 카트리지를 가열하여 니코틴 등 함유 증기를 흡인할 수 있게 된다. 본 휴대식 가스 공급 장치(100)에서는 범용의 통형 가열식 전자 담배의 배터리의 대체로서 충전지(104)가 기능하게 된다.

아울러 본 휴대식 가스 공급 장치(100)의 좌측부(도 2(e) 참조)에는 조작 버튼(주전원/수소 버튼)(118)과 LED 인디케이터(116)와 전자 담배 ON/OFF 스위치(121)가 마련되어 있다. 전자 담배 ON/OFF 스위치(121)는 압력 센서 스위치(119)의 ON/OFF 스위치로서, ON 시에는 흡연 장치 본체(105)로의 충전지(104)의 전력 공급이 이루어지는 상태로 되어 있고, OFF 시에는 압력 센서 스위치(119)를 가압하여도 충전지(104)로부터의 전력 공급이 이루어지지 않는 상태가 된다. 또한, 주전원/수소 버튼(118)은 후술하는 전해조(103)내의 양음 전극(8)과 주전원의 버튼식 전력 공급 스위치로서, 누름 방법/시간에 의해 주전원의 ON/OFF와 양음 전극(8)으로의 전력 공급 ON/OFF를 겸용한다.

이 예에서는 우선 충전 단자(122)에 충전기(USB 케이블(도시하지 않음))을 접속하면 적황녹 3개의 LED(116, 118)(하나는 주전원/수소 버튼(118)의 주위)가 소정 주파수로 차례로 1회 점멸하고, 전지 잔량에 따라 상응하는 하단, 중단 2개의 LED(116)가 2회 점멸한다. 주전원/수소 버튼(118)을 3 연속 5회 누르면 전원이 ON이 되고, 연속 5회 누르면 전지 잔량에 따라 점등하고 있는 LED(116)가 소등하여 전원 OFF가 된다.

전원 온으로 하면 흡연 장치 본체(105)와 수소 발생 모드(통상 모드)로 들어간다. LED(116, 118)가 전기 분해 확인의 청색으로 점등되고, 주전원/수소 버튼(118)을 누르면 흡연 장치 본체(105)와 양음 전극(8)으로의 통전에 의한 전해 분해가 동시에 동작하고, 손가락을 주전원/수소 버튼(118)으로부터 뗌과 동시에 동작이 정지한다(이 모드의 경우, 흡연 장치 본체(105)로의 통전·가열 동작은 양음 전극(8)으로의 통전·전기 분해의 동작보다 1초 연기되도록 제어한다.

가열식 담배와 수소 발생 모드(통상 모드) 상태에서 스위치 버튼을 연속 3 회를 누르면 수소 전용 모드로 이행한다. 전기 분해 확인 LED(청색)가 호흡식 점멸(천천히 점멸)하고 전해 분해만 동작한다.

흡연 장치 본체(105)와 수소 발생 모드(통상 모드) 상태에서, 주전원/수소 버튼(118)을 누르면 전지 잔량에 의해 주전원/수소 버튼(118) 주위에 있는 3개의 LED(116, 118)(적, 황, 녹) 중 어느 1색이 점등되고 코일로의 전력 공급을 개시한다. 손가락을 주전원/수소 버튼(118)에서 떼면 LED(116, 118)가 소등되고 흡연 장치 본체(105)로의 전력 공급을 정지한다. 아울러 전해조(103)에 전해액이 충전되어 있는 경우, 주전원/수소 버튼(118)을 누르고 있는 동안 양음 전극(8)으로의 통전·전기 분해도 동시에 동작한다. 또한, 전원 ON 상태에서는 동작 모드에 상관없이, 주전원/수소 버튼(118)을 누르면 양음 전극(8)으로의 통전·전기 분해를 개시하고, 손가락을 주전원/수소 버튼(118)에서 떼면 양음 전극(8)으로의 통전·전기 분해 동작을 정지한다. 아울러 LED(116, 118) 각각의 점등은 내부의 인디케이터 기판(126)에 의해 제어된다.

이어서, 도 3 및 도 4를 참조하면서, 전해조(103)내 또는 이에 장착되는 투과 장치(114) 등에 대해 설명한다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 전해조(103)는 전해조 본체(1)와, 전해조 덮개부(3)로 구성된다(전해조 덮개부(3)는 투과 장치의 일부로서도 기능함). 전해조 본체(1)는 상하 방향으로 연장된 전해액의 저수용 용기로서, 위쪽이 아래쪽보다 직경이 감소하는 형상을 가지며 서로 내부에서 유체적으로 접속하는 일체 형성체이다. 전해조 본체(1)는 위쪽의 개구를 통해 물 주입 가능하게 되어 있고, 개구 상부에 관통공을 마련한 판상의 세퍼레이터(5)를 삽입하고 전해조 덮개부(3)를 장착함으로써 폐쇄된다. 전해조 덮개부(3)는 상하로 관통하는 케이스로서, 아래쪽의 하단의 직경이 넓고 상부의 직경이 좁은 2 단계 형상을 갖는다. 전해조 덮개부(3)는 하부를 로크 레버(7)에 의해 세퍼레이터(5)와 고정함으로써 저부를 이루고 있다. 또한 전해조 덮개부(3)의 상부의 개구는 후술하는 투과 장치의 제1 통과부재(2)를 수용하기 위해 접시형 구멍(countersink)을 형성하고 있다.

또한, 전해조 본체(1)는 아래쪽이 위쪽보다 직경이 좁으므로 내부에 저장되어 있는 수용액이 전기 분해되어 저수량이 줄어든 경우일지라도 한 쌍의 양음 전극(8)의 대부분이 전해액에 잠길 정도로 전해액이 저류된다. 이에 의해 전해조 본체(1)의 상부의 공기층은 줄고 전기 분해 성능은 확보되나, 한편으로는 세퍼레이터(5)의 존재를 부가하여도 전해액의 액면이 거의 끝까지 상승되어 있어 전기 분해에 의해 점성이 높아진 경우 공기층이나 전해조 덮개부(3) 내로 전기 분해에 의해 발생한 거품이 침입·체류하게 된다.

양음 전극(메쉬 전극)(8)은 2개 한 쌍으로 위쪽을 향해 길게 병렬 배치되고 각각 양음극을 형성하여 전지(104)로부터의 전력이 공급된다. 또한, 양음 전극(8)은 전해조 본체(1)의 작은 직경부와 큰 직경부에 대응하도록 상부가 하부보다 크게 되어 있다. 양음 전극(8)의 하단은 단자 기판(24)에 기립시켜 전기적으로 접속할 수 있도록 봉 형상의 티타늄 전극(9)이 연결되어 있다. 양음 전극(8)을 기립시킨 상태에서 양음 전극(8)과 단자 기판(24)을 차수(遮水)하기 위해, 단자 기판(24) 상에 장착하는 소켓(25)(실리콘 등의 수지제)과 티타늄 전극(9)의 주위에 장착하는 O링(10, 11)(실리콘 등의 수지제: 이하, O링과 동일)이 마련되어 있다.

또한, 전해조 덮개부(3)의 상부에는 투과 장치가 장착된다. 먼저, 전해조 덮개부(3)의 상부에 제1 투과 부재(2)가 장착된다. 제1 투과 부재(2)는 전해조 덮개부(3)와 상하로 끼움 결합되도록 그 하부가 좁아져 아래쪽으로 돌출되고, 상부가 위쪽으로 크게 개구되어 있다. 제1 투과 부재(2)의 작은 직경부는 저부가 폐쇄되고 상부의 개구에 연결되어 있어 액이 고이도록 형성되어 있다. 또한, 제1 투과 부재(2)의 상부의 큰 직경부는 상술한 작은 직경부측의 액 고임의 개구와 연결되어 있고, 전해조 덮개부(3)의 개구와 유체적으로 연결되는 관통공을 가지며, 그 관통공의 하단이 전해조 덮개부(3)의 개구를 접시형 구멍으로 하여 삽입·연결된다. 이 때 제1 투과 부재(2)의 관통공과 전해조 덮개부(3)의 개구 사이에는 누수 방지를 위한 O링(23)이 배치된다.

또한, 상기 제1 투과 부재(2)의 관통공에는 투과막 누르개(6)에 의해 제1 투과막(12)이 배치되어 관통공을 폐쇄하고 있다. 이 제1 투과막(12)은 미소 구멍으로 내압을 조정하면서 기체를 투과시키고 액체를 차단하는 선택 투과성을 갖는 수지 다공막이고, 여기서는 사불화에틸렌 수지 다공막(닛토덴코주식회사 제품 "TEMISH")을 사용하고 있다(후술하는 제2 투과막(12)도 동일). 제1 단계로서 이 제1 투과막(12)에 의해, 전해조 덮개부(3)의 내부까지 도달한 전해액의 거품이 차단된다. 단, 전해조 본체(1) 내부의 내압이 상승하여 제1 투과막(12)이 늘어나 미소 구멍이 확대되어 거품형의 전해액을 투과시키거나 기체화된 전해액이 투과되어 제1 투과 부재(2)내로 전해액이 침입할 가능성도 있다. 한편, 제1 투과막(12)의 공경을 너무 작게 해서 수소 투과 속도까지 감퇴하는 것도 바람직하지 않다. 따라서 제1 투과 부재(2)로는 어느 정도 전해액 침입을 간과하고, 전술하는 제1 투과 부재(2)의 작은 직경부를 액 고임부로 하여 전해액을 저류시키도록 하고 있다.

나아가 제1 투과 부재(2)의 상부에 제2 투과 부재(4)가 장착된다. 제2 투과 부재(4)는 도시되지 않았으나 아래쪽으로 개구되어 제1 투과 부재(2)의 위쪽의 개구와 합치되어 내부 공간을 구성한다. 제2 투과 부재(4)의 상부에는 전술한 전해조 덮개부(3)의 관통공, 제1 투과 부재(2)의 관통공을 들여다보는 위치에 관통공이 형성되어 있다. 관통공에는 제1 투과 부재(2)의 투과막(제1 투과막(12))의 경우와 마찬가지로 제2 투과막(12)으로 폐쇄되고 O링(22)으로 봉지하고 있다. 이 제2 투과막(12)도 마찬가지로 기체를 투과시키고 액체를 차단하는 선택 투과성을 갖는 수지 다공막이고, 여기서는 사불화에틸렌 수지 다공막을 사용하고 있다.

상술한 제1 단계에서 전해조내의 전해액의 침입은 대체로 차단되고 있으나 제2 단계로서 제2 투과막(12)에 의해, 추가로 전해액이 외부로 방출되는 것을 방지하고 있다. 제1 단계로서의 제1 투과막에서는 전해액의 완전한 차단보다 기체의 원활한 투과를 우선하고 있었으므로 제1 투과 부재(2)와 제2 투과 부재(4) 사이의 공간의 내압은 상승하지 않고, 동질의 선택성 다공 수지막에 의해 원활한 수소 가스 등의 투과를 가능하게 하면서 전해액의 추가적인 차단도 달성하고 있다. 아울러 제2 투과 부재(4)에는 제1 투과 부재(2)의 액 고임부에 저장한 전해액을 드레인하기 위한 홀이 마련되고 이 홀은 패킹(21)을 개재하여 나사(13)로 봉쇄된다. 드레인 시에는 나사(13)을 벗겨 전해액을 폐기할 수 있도록 하고 있다.

제2 투과 부재(4)의 상부에는 덮개 부재(14)가 위쪽에서 장착된다. 덮개 부재(14)의 상부에는 흡인용의 노즐(108)부 이외에 제2 투과막(12)의 위쪽에 관통공이 마련되고 밸브축(17)이 삽입되어 폐쇄되어 있다. 밸브축(17)의 끝단은 패킹(16)으로 개재된 베이스(18)와 핀(20)으로 연결되어 있고, 스프링(19)의 작용에 의해 평상시에 관통공을 개방하고, 덮개 부재(14)의 내부로 노즐부(108)를 흡인함에 따른 부압이 작용하면 폐쇄한다. 흡인시에는 수소 가스 등이 노즐부(108) 방향으로 집중하도록 폐쇄하고 비흡인시에는 수소 가스 등이 과도하게 충만되어도 내압이 과대해지지 않도록 하기 위함이다.

도 2에 도시된 바와 같이 덮개 부재(14)는 노즐부(108)을 흡인하면, 전해조 본체(1), 전해조 덮개부(3), 제1 투과 부재(2), 제2 투과 부재(4)를 차례로 통과한 수소 가스가 내부를 흘러 노즐부(108)까지 도달하면 노즐부(108)와 흡연 장치 본체(105)의 상단 간의 틈새를 통과하고 흡연 장치 본체(105)로부터의 기체와 혼합되어 사용자의 입안 또는 외부로 방출된다. 흡연 장치 본체(105)를 구비하지 않거나 또는 흡연 장치 본체(105)를 작동시키고 있지 않은 휴대식 가스 공급 장치(100)의 경우에는 수소 가스(또는 산소 가스)를 노즐부(108)로부터 사용자 입안 또는 외부로 방출한다.

이상 본 발명의 휴대식 가스 공급 장치, 특히 전해조로부터의 수소 가스 등의 투과 장치에 대해 그 실시 형태를 예시 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 특허 청구의 범위 및 명세서 등에 기재된 정신이나 교시를 일탈하지 않는 범위에서 다른 변형예나 개량예를 얻을 수 있음을 당업자는 이해할 수 있을 것이다.

본 발명의 휴대식 가스 공급 장치에 의하면, 전기 분해를 이용한 휴대식 가스 공급 장치에 있어서 투과막 2개를 공간을 두고 배치함으로써, 전해조로부터 수소 가스 등을 방출할 때에 전해액을 외부로 누출시키지 않고 원하는 양의 수소 가스 등만을 방출시킬 수 있다. 또한 본 휴대식 가스 공급 장치의 투과 장치를 이용하면 한번에 전해액의 누출을 방지하는 것이 아니라 첫번째 단계에서 다소의 누출을 간과하면서 두번째 단계에서 완전한 누출 방지를 도모하고 있으므로 전해조내의 내압 상승에 의한 기체 방출량의 불안정화도 회피할 수 있다. 이 때문에 본 발명에서는 컨디션에 따른 정밀한 수소 가스 등의 흡인을 관리하는 것, 또는 수소 가스 등의 방출량의 관리가 엄격한 공업적인 검사에도 활용할 수 있다.

1 전해조 본체
2 제1 투과 부재
3 전해조 덮개부
4 제2 투과 부재
8 양음 전극
8a 양전극
8b 음전극
12 투과막(제1 투과막, 제2 투과막)
13 나사
14 덮개 부재
17 밸브축
19 스프링
16 패킹
18 베이스
20 핀
21 패킹
22 O링
100 휴대식 가스 공급 장치
100a 개폐 덮개
103 전해조
104 전지
105 흡연 장치 본체
108 노즐부
114 투과 장치
116 LED(LED 인디케이터)
117 제어 기판(제어 수단)
118 조작 버튼(주전원/수소 버튼)
119 압력 센서 스위치
120 흡연 장치 수용부(수용부)
122 충전 단자
126 인디케이터 기반

Claims (5)

1. 전지와, 상기 전지로부터 전력 공급을 제어하는 제어 기판과, 상기 제어 기판에 의해 전지로부터의 전력의 통전 또는 차전이 이루어지는 한 쌍의 양음 전극과, 상기 한 쌍의 양음 전극이 내부에 삽입되는 저수 가능한 전해조와, 상기 전해조 내부의 소정 기체만을 투과시키는 것이 가능한 투과 장치와, 상기 투과 장치로부터 방출된 기체를 공급하는 것이 가능한 노즐을 구비한 휴대식 가스 공급 장치로서,
   상기 투과 장치는, 상기 전해조측을 상류로 하여 차례로, 상기 전해조의 개구를 차폐하여 소정 기체만을 투과시키는 제1 투과막과, 상기 제1 투과막과 소정 거리 이격되어 배치되어 제1 투과막으로부터 투과된 기체만을 투과하는 제2 투과막을 구비하고,
   상기 제1 투과막은 선택 투과성을 갖는 불소 수지 다공질 필름이고,
   상기 투과 장치는,
   상기 전해조의 상부의 개구에 장착되고, 상기 제1 투과막이 상기 전해조의 내부와 상기 투과 장치의 내부를 차폐하고, 상기 제 2 투과막이 상기 투과 장치의 내부와 외부를 차폐하며,
   상기 제1 투과막으로부터 상기 제 2 투과막까지의 공간에 상기 제1 투과막으로부터 누출된 액체를 저류하는 액 고임부를 마련하고,
   그 상부에 개구를 가지며, 상기 전해조의 상부에 장착되는 덮개 부재와,
   상기 덮개 부재의 상부에 장착되어, 상기 제1 투과막에 의해 상기 덮개 부재의 개구와의 연통을 차단하고, 상기 제 2 투과막에 의해 위쪽 외부와의 연통을 차단하는 차단 부재와,
   상기 제1 투과막으로부터 상기 제 2 투과막까지의 공간에 상기 제1 투과막으로부터 누출된 액체를 상기 제1 투과막의 측부 아래 방향으로 흘려 저류하는 액 고임부와,
   상기 액 고임부에 저류한 액체를 외부 방출하는 드레인홀을 구비한 휴대식 가스 공급 장치.
   
   
   
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