KR102489546B1 - 수소 발생 및 수소수 생성 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수소 발생 및 수소수 생성 장치에 관한 것으로, 본 발명은 수소발생기, 수소수 전해조 및 전환유닛을 포함함으로써 수소발생기에서 생성된 수소를 수소수 전해조에 공급하면서 수소수 전해조를 통해 생성된 수소수의 수소 농도를 극대화시킬 수 있으며, 더욱이 하나의 전해액공급부에 대해 양측으로 대칭 구조로 한 쌍의 전기분해모듈 및 한 쌍의 밀폐하우징을 포함하는 수소발생기가 적용되어 수소발생기를 통한 수소 발생량을 증대시키면서, 동시에 둘 이상의 개수로 패키지화된 구조의 수소수 전해조가 적용되어 수소수 전해조를 통해 생성되는 수소수의 수소 농도를 증대시킬 수 있도록 하는 한편, 수소수생성반응블록, 마감블록, 음극 전극판, 분리막, 양극 전극판을 포함하되 수소수생성반응블록의 굴절 타입으로 형성되는 유로 내면에 경사안내수단이 돌출형성된 수소수 전해조가 적용됨으로써 경사안내수단을 통해 수소수생성반응블록의 굴절 타입 유로를 따라 이동하는 수류에 대해 진행방향에서 음극 전극판 측으로 경사지게 안내하면서 수소 가스나 수소 기포가 붙은 음극 전극판 측을 반복적으로 털어줄 수 있으며, 이를 통하여 음극 전극판에 붙은 수소 가스나 수소 기포를 분리시켜 전극판에 수소 가스나 수소 기포가 붙는 현상을 방지하면서 수소수의 농도가 낮아지는 현상을 방지함과 동시에 수소수 전해조에서의 수소수의 수소 농도를 극대화할 수 있는 것이다.

Description

수소 발생 및 수소수 생성 장치{Hydrogen generation and hydrogen water generation apparatus}
본 발명은 수소 발생 및 수소수 생성 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수소발생기, 수소수 전해조 및 전환유닛을 포함함으로써 수소발생기에서 생성된 수소를 수소수 전해조에 공급하면서 수소수 전해조를 통해 생성된 수소수의 수소 농도를 극대화시킬 수 있으며, 더욱이 하나의 전해액공급부에 대해 양측으로 대칭 구조로 한 쌍의 전기분해모듈 및 한 쌍의 밀폐하우징을 포함하는 수소발생기가 적용되어 수소발생기를 통한 수소 발생량을 증대시키면서, 동시에 둘 이상의 개수로 패키지화된 구조의 수소수 전해조가 적용되어 수소수 전해조를 통해 생성되는 수소수의 수소 농도를 증대시킬 수 있도록 하는 한편, 수소수생성반응블록, 마감블록, 음극 전극판, 분리막, 양극 전극판을 포함하되 수소수생성반응블록의 굴절 타입으로 형성되는 유로 내면에 경사안내수단이 돌출형성된 수소수 전해조가 적용됨으로써 경사안내수단을 통해 수소수생성반응블록의 굴절 타입 유로를 따라 이동하는 수류에 대해 진행방향에서 음극 전극판 측으로 경사지게 안내하면서 수소 가스나 수소 기포가 붙은 음극 전극판 측을 반복적으로 털어줄 수 있으며, 이를 통하여 음극 전극판에 붙은 수소 가스나 수소 기포를 분리시켜 전극판에 수소 가스나 수소 기포가 붙는 현상을 방지하면서 수소수의 농도가 낮아지는 현상을 방지함과 동시에 수소수 전해조에서의 수소수의 수소 농도를 극대화할 수 있도록 한 수소 발생 및 수소수 생성 장치에 관한 것이다.
현대사회에 들어서면서, 건강에 대한 관심이 높아져 질병예방에 대해 연구개발이 지속적으로 이루어지고 있다.
특히, 강력한 환원력을 보유한 수소를 활용하여 생활습관병 개선과 신진대사에 도움을 주기 위한 연구개발이 적극적으로 이루어지고 있다.
실생활과 관련해서, 수소는 무색, 무취, 무맛으로 강력한 환원력을 보유하고 있는 원소이기 때문에 생활습관병 등 현대질병의 근원물질이라고 알려진 체내의 활성산소를 제거하는 용도로 널리 활용되고 있는 실정이다.
더욱이, 수소를 고온, 고압의 플라스마 상태에서 칼슘 등의 미네랄에 흡장시킨 분말제품, 마그네슘 등의 금속과 물과의 화학 반응을 이용하여 수소를 생성하는 제품, 용존 수소 농도를 극대화하여 제조된 고농도 수소수 음료 등 다양한 형태의 제품으로 출시되고 있으며, 최근에는 일본과 국내에서 수소수 정수기와 수소수 제조기가 다수 출시되고 있다.
상기와 같은 수소수 정수기나 제조기에는 수소 발생 및 수소수 생성 장치가 적용된다.
이러한 종래의 수소 발생 및 수소수 생성 장치는 통상 수소 발생기와 수소수 전해조를 포함하며, 이때 수소 발생기는 전해액공급모듈과 전기분해모듈 및 밀폐하우징이 적용되어 전해액을 공급하여 전기분해를 통해 수소를 발생시켜 수소수를 생성하기 위한 수소를 확보하는 구성으로 이루어진다.
또한, 전술한 바와 같은 종래의 수소 발생 및 수소수 생성 장치에서의, 수소수 전해조는 유입구와 유출구가 형성되어 있는 함체 내부에 수소 기체는 통과하나 물은 통과시키지 않는 분리막(Separation Membrane)을 설치하고, 상기 분리막을 중심으로 일측과 타측에 각각의 양극 전극판(Positive Electrode)과 음극 전극판(Negative Electrode)을 설치하여 전기분해 방식으로 수소수를 확보하는 구성으로 이루어진다.
전술한 바와 같은 종래의 수소 발생 및 수소수 생성 장치에서의, 수소수 전해조로 수소수를 생성할 경우에 그 농도가 0.1ppm 이상 유지하는 것이 어렵다는 문제점이 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 전기분해시 발생하는 수소 가스(11)가 음극전극판(10)의 표면에 달라붙어 있어 쉽게 물에 녹아들지 못하여 그 농도가 낮았던 것이다.
더욱이, 도 2에 도시된 바와 같이 음극전극판(10)의 표면에 달라붙어 있는 다수의 수소 가스들이 뭉쳐져 일정면적 이상의 수소 기포(13)를 형성한 상태로 음극전극판(10)에 달라붙어 있을 경우에는 해당 전극판이 안정화된 상태를 유지하기 때문에 수소 기포(13)가 떨어지기 전까지 해당 영역에서는 더 이상의 전기분해가 이루어지지 않거나 그 효율이 낮아 수소수를 생성하지 않음으로 수소수의 농도가 낮아지는 문제가 있었다.
아울러, 종래의 수소 발생 및 수소수 생성 장치에서의, 수소 발생기는 전기분해를 통해 발생하여 수소수 전해조 측으로 공급되는 수소의 공급량에 대해 일정량으로 한계가 있으며, 이에 따라 수소수 전해조를 통한 수소수 생성시 생성된 수소수 내의 수소농도가 낮다는 문제가 있었다.
그러므로 수소 발생기에서의 수소 발생 구조를 개량하여 수소 발생량을 현격히 증대시킴과 동시에, 수소수 전해조에서의 음극 전극판에 붙은 수소 가스나 수소 기포를 분리시키면서 수소수 전해조 내의 수소수 농도가 낮아지는 현상을 방지하여 수소수의 농도를 극대화할 수 있도록 한 수소 발생 및 수소수 생성 장치에 대해 연구 및 개발이 요구되는 실정이다.
대한민국 공개실용신안 제2010-0003641호 2010.04.05. 공개. 대한민국 등록특허 제1447642호 2014.09.29. 등록. 대한민국 등록실용신안 제0478290호 2015.09.09. 등록. 대한민국 등록특허 제1749516호 2017.06.15. 등록. 대한민국 등록특허 제1937930호 2019.01.07. 등록.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 수소발생기, 수소수 전해조 및 전환유닛을 포함함으로써 수소발생기에서 생성된 수소를 수소수 전해조에 공급하면서 수소수 전해조를 통해 생성된 수소수의 수소 농도를 극대화시킬 수 있도록 한 수소 발생 및 수소수 생성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 기술의 다른 목적은 수소발생기, 수소수 전해조 및 전환유닛을 포함하되 하나의 전해액공급부에 대해 양측으로 대칭 구조로 한 쌍의 전기분해모듈 및 한 쌍의 밀폐하우징을 포함하는 수소발생기가 적용되어 수소발생기를 통한 수소 발생량을 증대시키면서, 동시에 둘 이상의 개수로 패키지화된 구조의 수소수 전해조가 적용되어 수소수 전해조를 통해 생성되는 수소수의 수소 농도를 증대시킬 수 있도록 함에 있다.
본 발명에 따른 기술의 또 다른 목적은 수소수생성반응블록, 마감블록, 음극 전극판, 분리막, 양극 전극판을 포함하되 수소수생성반응블록의 굴절 타입으로 형성되는 유로 내면에 경사안내수단이 돌출형성된 수소수 전해조가 적용됨으로써 경사안내수단을 통해 수소수생성반응블록의 굴절 타입 유로를 따라 이동하는 수류에 대해 진행방향에서 음극 전극판 측으로 경사지게 안내하면서 수소 가스나 수소 기포가 붙은 음극 전극판 측을 반복적으로 털어줄 수 있으며, 이를 통하여 음극 전극판에 붙은 수소 가스나 수소 기포를 분리시켜 전극판에 수소 가스나 수소 기포가 붙는 현상을 방지하면서 수소수 전해조에서의 수소수의 농도가 낮아지는 현상을 방지함과 동시에 수소수 전해조에서의 수소수의 수소 농도를 극대화할 수 있도록 함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 다음과 같다. 즉, 본 발명에 따른 수소 발생 및 수소수 생성 장치는 정수를 유입, 유출시키면서 전기분해를 통해 수소수를 생성하며, 생성된 수소수를 유출구 측으로 선택적으로 배출시키는 수소수 전해조; 전해액을 공급하여 전기분해를 통해 수소를 생성시키며, 일 측에 선택적으로 생성된 수소를 외부로 배출시키기 위한 수소배출구가 구비되는 수소발생기; 및 수소발생기의 수소배출구로부터 연장되는 연결라인 상에 구비되며, 선택적으로 수소배출구로부터 배출되는 수소를 수소수 전해조 측으로 공급하거나 수소분사구를 통해 분사되도록 전환시켜 안내하는 전환유닛을 포함한다.
여기서, 상기 수소발생기는 외부로부터 전해액이 공급되어 유동하는 전해액공급부와, 상기 전해액공급부와 착탈 가능하게 결합되며, 전해액으로부터 수소 및 산소를 추출하도록 외부 전원으로부터 전기가 인가되면 전해액을 전기분해하는 전기분해모듈과, 전기분해모듈을 보호하면서 전해액공급부와 착탈 가능하게 결합되며, 일 측에 전해액으로부터 추출된 수소를 외부로 배출하기 위한 수소 배출부가 형성된 밀폐하우징을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 수소발생기는 발생하는 수소의 양을 증대시킬 수 있도록, 하나의 전해액공급부에 대해 양측으로 대칭 구조로서 한 쌍의 전기분해모듈 및 밀폐하우징을 포함하여 구성되는 것이 양호하다.
한편, 상기 수소수 전해조는 장방형의 블록 타입으로 제공되되, 전면 하부 일 측 모서리와 상부 타 측 모서리에 정수가 유입되어 수소수가 유출되도록 유입구와 유출구가 형성되고, 후면의 중앙영역에 일정면적만큼 함몰된 홈의 폭 방향으로 일정간격을 가지고 격벽이 구비되어 격벽에 의해 유입구 측으로부터 유출구 측에 이르도록 굴절 타입으로 유로가 형성되며, 하부에 음극전극이 관통설치되는 관통공이 구비되고, 격벽에 의해 형성된 유로의 내면에 경사안내수단이 돌출형성되는 수소수생성반응블록과, 수소수생성반응블록과 대향되는 장방형의 블록 타입으로 제공되되, 후면 하측과 상측에 배수구와 전해액공급구겸 산소배출구가 형성되고, 전면의 중앙영역에 일정면적만큼 함몰된 홈의 폭 방향과 길이방향으로 일정간격을 가지고 돌출편이 구비되며, 하부에 양극전극이 관통설치되는 관통공이 구비되는 마감블록과, 판재로 제공되어 수소수생성반응블록의 후면 측에 밀착배치되며, 수소수생성블록의 관통공을 관통하여 외부로 돌출케 설치되는 음극전극이 하부 전면에 돌출구비되는 음극 전극판과, 판재로 제공되어 마감블록의 전면 측에 밀착배치되며, 마감블록의 관통공을 관통하여 외부로 돌출케 설치되는 양극전극이 하부 후면에 돌출구비되는 양극 전극판 및 수소수생성반응블록과 마감블록 사이의 음극 전극판과 양극 전극판 사이에 배치되는 분리막을 포함하며, 수소수생성반응블록의 후면과 마감블록의 전면이 마주하는 사이에 음극 전극판과, 분리막과 양극 전극판이 밀착되도록 개재한 상태로, 둘레부분에 외부와 기밀유지되도록 패킹이 개재되어 결합수단을 통해 결합하게 구성함이 바람직하다.
이때, 음극 전극판 측으로 수류에 대해 경사지게 안내하면서 유로의 정수 흐름 방향으로 지그재그 타입의 수류가 형성되도록 하면서 음극 전극판에 붙은 수소 가스나 수소 기포를 분리시킬 수 있도록, 상기 경사안내수단은 격벽에 의해 형성된 유로의 내면에 돌출되되 유로의 정수 흐름 방향에 대해 일정간격을 가지고 다수 개로 돌출형성되는 한편, 유로의 정수 흐름 방향으로 갈수록 돌출단이 길게 형성되는 웨지 타입 돌기로 제공되는 것이 양호하다.
더욱이, 상기 경사안내수단은 유로의 정수 흐름 방향으로 갈수록 돌출단이 길게 형성되는 웨지 타입 돌기로 제공되되, 유로의 정수 흐름 방향으로 갈수록 돌출단이 길게 형성되는 경사부와, 경사부의 단부로부터 유로의 정수 흐름 방향과 동일한 직선형을 이루면서 일정길이 연장되는 직선부를 갖는 웨지 타입 돌기로 제공되는 것이 바람직하다.
또한, 수소수생성반응블록의 후면과 마감블록의 전면이 마주하는 사이에 음극 전극판과, 분리막과 양극 전극판이 밀착되도록 개재한 상태로, 둘레부분에 외부와 기밀유지되도록 패킹이 개재되어 결합수단을 통해 결합시, 음극 전극판과, 분리막과 양극 전극판이 배치되는 공간에 대한 수소수생성반응블록의 후면과 마감블록의 전면이 마주하는 사이에 갭이 발생하지 않도록, 수소수생성반응블록의 후면에 대한 홈 둘레부분에는 단이 지게 음극 전극판의 둘레부분이 밀착되는 단턱이 형성되고, 마감블록의 전면에 대한 홈 둘레부분에도 단이 지게 양극 전극판의 둘레부분이 밀착되는 단턱이 형성되는 것이 양호하다.
그리고 수소수생성반응블록의 유입구는 외부로부터 정수가 유입되기 위한 유입연결구가 연결되며, 수소수생성반응블록의 유출구는 생성된 수소수를 외부로 유출하기 위한 유출연결구가 연결되는 것이 바람직하다.
더욱이, 상기 수소수 전해조는 둘 이상의 개수로 패키지화된 구조로 적용되는 것이 양호하다.
본 발명에 따른 수소 발생 및 수소수 생성 장치의 효과를 설명하면 다음과 같다.
첫째, 수소발생기, 수소수 전해조 및 전환유닛을 포함함으로써 수소발생기에서 생성된 수소를 수소수 전해조에 공급하면서 수소수 전해조를 통해 생성된 수소수의 수소 농도를 극대화시킬 수 있다.
둘째, 수소발생기, 수소수 전해조 및 전환유닛을 포함하되 하나의 전해액공급부에 대해 양측으로 대칭 구조로 한 쌍의 전기분해모듈 및 한 쌍의 밀폐하우징을 포함하는 수소발생기가 적용되어 수소발생기를 통한 수소 발생량을 증대시키면서, 동시에 둘 이상의 개수로 패키지화된 구조의 수소수 전해조가 적용되어 수소수 전해조를 통해 생성되는 수소수의 수소 농도를 증대시킬 수 있다.
셋째, 수소수생성반응블록, 마감블록, 음극 전극판, 분리막, 양극 전극판을 포함하되 수소수생성반응블록의 굴절 타입으로 형성되는 유로 내면에 경사안내수단이 돌출형성된 수소수 전해조가 적용됨으로써 경사안내수단을 통해 수소수생성반응블록의 굴절 타입 유로를 따라 이동하는 수류에 대해 진행방향에서 음극 전극판 측으로 경사지게 안내하면서 수소 가스나 수소 기포가 붙은 음극 전극판 측을 반복적으로 털어줄 수 있으며, 이를 통하여 음극 전극판에 붙은 수소 가스나 수소 기포를 분리시켜 전극판에 수소 가스나 수소 기포가 붙는 현상을 방지하면서 수소수 전해조에서의 수소수의 농도가 낮아지는 현상을 방지함과 동시에 수소수 전해조에서의 수소수의 수소 농도를 극대화할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 수소 발생 및 수소수 생성 장치의 요부인 수소수 전해조에서, 수소가스가 붙어 있는 모습을 보여주는 부분 사시도.
도 2는 도 1의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 수소 발생 및 수소수 생성 장치를 나타낸 개략 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 수소 발생 및 수소수 생성 장치의 수소발생기를 나타낸 예시도.
도 5 및 6은 본 발명에 따른 수소 발생 및 수소수 생성 장치의 요부인 수소수 전해조를 나타낸 분리 사시구성도.
도 7은 본 발명에 따른 수소 발생 및 수소수 생성 장치의 요부인 수소수 전해조를 나타낸 결합 사시구성도.
도 8은 본 발명에 따른 수소 발생 및 수소수 생성 장치의 요부인 수소수 전해조를 나타낸 결합 단면구성도.
도 9는 본 발명에 따른 수소 발생 및 수소수 생성 장치의 요부인 수소수 전해조의 사용상태로서, 수소 가스나 수소 기포를 음극 전극판으로부터 분리되도록 하면서 수소수가 생성되도록 하는 사용상태를 나타낸 사용상태 단면예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 수소 발생 및 수소수 생성 장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 수소 발생 및 수소수 생성 장치를 나타낸 개략 구성도이며, 도 4는 본 발명에 따른 수소 발생 및 수소수 생성 장치의 수소발생기를 나타낸 예시도이다.
도 5 및 6은 본 발명에 따른 수소 발생 및 수소수 생성 장치의 요부인 수소수 전해조를 나타낸 분리 사시구성도이며, 도 7은 본 발명에 따른 수소 발생 및 수소수 생성 장치의 요부인 수소수 전해조를 나타낸 결합 사시구성도이다.
도 8은 본 발명에 따른 수소 발생 및 수소수 생성 장치의 요부인 수소수 전해조를 나타낸 결합 단면구성도이다.
도 9는 본 발명에 따른 수소 발생 및 수소수 생성 장치의 요부인 수소수 전해조의 사용상태로서, 수소 가스나 수소 기포를 음극 전극판으로부터 분리되도록 하면서 수소수가 생성되도록 하는 사용상태를 나타낸 사용상태 단면예시도이다.
도 3 내지 9에서 보는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수소 발생 및 수소수 생성 장치는 수소발생기에서 생성된 수소를 수소수 전해조에 공급하면서 수소수 전해조를 통해 생성된 수소수의 수소 농도를 극대화시킬 수 있는 것으로, 크게 분류하면 수소수 전해조(1000), 수소발생기(2000) 및 전환유닛(3000)을 포함한다.
여기서, 상기 수소수 전해조(1000)는 정수를 유입, 유출시키면서 전기분해를 통해 수소수를 생성하며, 생성된 수소수를 유출구(1120) 측으로 선택적으로 배출시키는 것이다.
또한, 상기 수소발생기(2000)는 전해액을 공급하여 전기분해를 통해 수소를 생성시키며, 일 측에 선택적으로 생성된 수소를 외부로 배출시키기 위한 수소배출구(2310)가 구비되는 것이다.
그리고 상기 전환유닛(3000)은 수소발생기(2000)의 수소배출구(2310)로부터 연장되는 연결라인(미부호) 상에 구비되며, 선택적으로 수소배출구(2310)로부터 배출되는 수소를 수소수 전해조(1000) 측으로 공급하거나 수소분사구(4000)를 통해 분사되도록 전환시켜 안내하는 것이다.
이때, 상기 연결라인(미부호)은 수소발생기(2000)로부터 발생한 수소를 수소수 전해조(1000) 또는 수소수 분사구(4000) 측으로 공급 또는 분사되도록 연결하는 라인들을 총칭하는 라인을 의미한다.
상기와 같은 전환유닛(3000)을 통해 전환되어 수소가 분사되는 상기 수소분사구(4000)는 통상 환자 등의 수소 치료시 사용되는 수소분사구(4000)로 사용될 수 있는 것이다.
전술한 바와 같은 전환유닛(3000)은 삼방향 타입의 솔레노이드밸브로 제공됨이 바람직하다.
더욱이, 상기 전환유닛(3000)은 수소발생기(2000)로부터 발생한 수소를 수소수 전해조(1000) 또는 수소수 분사구(4000) 측으로 공급 또는 분사 안내되게 솔레노이드밸브를 제어할 수 있도록, 솔레노이드밸브를 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함하는 것이 바람직한 것이다.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 수소 발생 및 수소수 생성 장치에서의, 상기 수소발생기(2000)는 외부로부터 전해액이 공급되어 유동하는 전해액공급부(2100)와, 상기 전해액공급부(2100)와 착탈 가능하게 결합되며, 전해액으로부터 수소 및 산소를 추출하도록 외부 전원으로부터 전기가 인가되면 전해액을 전기분해하는 전기분해모듈(2200)과, 전기분해모듈(2200)을 보호하면서 전해액공급부(2100)와 착탈 가능하게 결합되며, 일 측에 전해액으로부터 추출된 수소를 외부로 배출하기 위한 수소 배출부(2310)가 형성된 밀폐하우징(2300)을 포함하여 구성된다.
이때, 상기 전해액공급부(2100)는 외부로부터 전해액이 공급되어 저장될 수 있도록, 상부에 전해액공급구(2130)가 형성된다.
아울러, 상기 전해액공급부(2100)는 상기 전해액공급구(2130)와 일정거리 떨어져 산소배출구(2110)가 형성된다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 수소발생기(2000)는 특히, 발생하는 수소의 양을 증대시킬 수 있도록 하나의 전해액공급부(2100)에 대해 양측으로 대칭 구조로서 한 쌍의 전기분해모듈(2200) 및 밀폐하우징(2300)을 포함하여 구성되는 것이 바람직한 것이다.
상기와 같은 하나의 전해액공급부(2100)에 대해 양측으로 대칭 구조로서 한 쌍의 전기분해모듈(2200) 및 밀폐하우징(2300)을 포함하여 구성된 수소발생기(2000)의 경우에는 도 4에서 보는 바와 같이, 한 쌍의 밀폐하우징(2300)으로부터 배출되는 라인인 한 쌍의 수소배출구(2310)에 대해 연결라인을 통해 삼방밸브(V)가 개재되면서, 상기 삼방밸브(V)에 의해 한 쌍의 수소배출구(2310)로부터 배출되는 2갈래의 수소를 통합하여 전환유닛(3000) 측으로 통합된 수소가 안내가 될 수 있는 것이다.
또한, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 수소 발생 및 수소수 생성 장치에서의, 상기 수소수 전해조(1000)는 정수를 유입, 유출시키면서 전기분해를 통해 수소수를 생성하는 것으로서, 크게 분류하면 수소수생성반응블록(1100), 마감블록(1200), 음극 전극판(1300), 양극 전극판(1400) 및 분리막(1500)을 포함한다.
상세히, 상기 수소수생성반응블록(1100)은 장방형의 블록 타입으로 제공되되, 전면 하부 일 측 모서리와 상부 타 측 모서리에 정수가 유입되어 수소수가 유출되도록 유입구(1110)와 유출구(1120)가 형성되고, 후면의 중앙영역에 일정면적만큼 함몰된 홈의 폭 방향으로 일정간격을 가지고 격벽(1130)이 구비되어 격벽(1130)에 의해 유입구(1110) 측으로부터 유출구(1120) 측에 이르도록 굴절 타입으로 유로(1130a)가 형성된다.
즉, 상기 유로(1130a)는 격벽(1130)과 격벽(1130) 사이에 대한 공간들 모두를 의미하는 것이다.
더욱이, 상기 수소수생성반응블록(1100)은 하부에 음극전극(1310)이 관통설치되는 관통공(1140)이 구비되고, 격벽(1130)에 의해 형성된 유로(1130a)의 내면에 경사안내수단(1150)이 돌출형성된다.
또한, 상기 마감블록(1200)은 수소수생성반응블록(1100)과 대향되는 장방형의 블록 타입으로 제공되되, 후면 하측과 상측에 배수구(1210)와 전해액공급구겸 산소배출구(1220)가 형성된다.
이때, 상기 전해액공급구겸 산소배출구(1220)는 전해액의 공급 또는 전기분해과정에서 발생하는 전해액 내 산소를 외부로 배출하기 위한 구성이며, 상기 배수구(1210)는 전해액의 교체 요구 등에 의한 배출시 외부로 배출시키기 위한 구성이다.
더욱이, 상기 마감블록(1200)은 전면의 중앙영역에 일정면적만큼 함몰된 홈의 폭 방향과 길이방향으로 일정간격을 가지고 돌출편(1230)이 구비되며, 하부에 양극전극(1410)이 관통설치되는 관통공(1240)이 구비되는 것이다.
이때, 상기 돌출편(1230)은 마감블록(1200)의 전면과 수소수생성반응블록(1100)의 후면 사이에 음극 전극판(1300)과, 분리막(1500)과 양극 전극판(1400)이 개재된 상태로 상호 밀착되어 결합수단으로 결합될 때, 양극 전극판(1400)의 분리막(1500)과 대향되는 면에 끝단이 지지되도록 하여 양극 전극판(1400)을 변형됨이 없이 지지하는 역할을 하면서, 아울러 마감블록(1200)의 내부에 전해액이 유입되어 유출되는 과정에서 전해액에 대해 내부공간 전체적으로 고르게 분산되면서 유출되도록 하는 역할을 하는 것이다.
한편, 상기 음극 전극판(1300)은 판재로 제공되어 수소수생성반응블록(1100)의 후면 측에 밀착배치되며, 수소수생성블록(1100)의 관통공(1140)을 관통하여 외부로 돌출케 설치되는 음극전극(1310)이 하부 전면에 돌출구비된다.
또한, 상기 양극 전극판(1400)은 판재로 제공되어 마감블록(1200)의 전면 측에 밀착배치되며, 마감블록(1200)의 관통공(1240)을 관통하여 외부로 돌출케 설치되는 양극전극(1410)이 하부 후면에 돌출구비되는 것이다.
이러한 양극 전극판(1300)은 특히, 티타늄 재질의 다공판 타입 판재로 제공됨이 바람직하며, 전도성과 부식성을 고려하여 표면에 백금 도금처리한 판재로 제공됨이 더욱 바람직한 것이다.
그리고 상기 분리막(1500)은 수소수생성반응블록(1100)과 마감블록(1200) 사이의 음극 전극판(1300)과 양극 전극판(1400) 사이에 배치되는 것이다.
상기와 같은 분리막(1500)은 특히, 수소에 대해서 마감블록(1200) 측으로부터 수소수생성반응블록(1100) 측으로 통과하되 산소에 대해서는 마감블록(1200) 측으로부터 수소수생성반응블록(1100) 측으로 통과되지 않도록 하는 멤브레인(membrane)으로 제공된다.
다시 말해서, 분리막은(1500)은 전기분해를 위해 정수나 전해액은 상호 이웃하는 마감블록(1200) 측 또는 수소수생성반응블록(1100) 측으로 미세하게 스며들어 미세이동 교류하게 하며, 이를 통해 전기분해에 의해 생성된 산소와 수소 중, 수소는 마감블록(120) 측으로부터 수소수생성반응블록(110) 측으로 이동되게 하면서 산소는 마감블록(120) 측으로부터 수소수생성반응블록(110) 측으로 이동되지 않게 하는 멤브레인(membrane)으로 제공되는 것이다.
전술한 바와 같은 구성으로 이루어진 상기 수소수 전해조(1000)는 수소수생성반응블록(1100)의 후면과 마감블록(1200)의 전면이 마주하는 사이에 음극 전극판(1300)과, 분리막(1500)과 양극 전극판(1400)이 밀착되도록 개재한 상태로, 둘레부분에 외부와 기밀유지되도록 패킹(P)이 개재되어 결합수단을 통해 결합되어 전해조의 조립이 완료됨이 바람직하다.
이때, 상기 결합수단은 도 5 및 6에 도시된 바와 같은 볼트(B)와 너트(N)로 적용됨이 바람직한 것이다.
전술한 바와 같은 구성으로 이루어진 상기 수소수 전해조(1000)는 음극 전극판(1300) 측으로 수류에 대해 경사지게 안내하면서 유로(1130a)의 정수 흐름 방향으로 지그재그 타입의 수류가 형성되도록 하면서 음극 전극판(1300)에 붙은 수소 가스나 수소 기포를 분리시킬 수 있도록 하는 것이 중요하다.
이를 위하여, 상기 경사안내수단(1150)은 격벽(1130)에 의해 형성된 유로(1130a)의 내면에 돌출되되 유로(1130a)의 정수 흐름 방향에 대해 일정간격을 가지고 다수 개로 돌출형성되는 한편, 유로(1130a)의 정수 흐름 방향으로 갈수록 돌출단이 길게 형성되는 웨지 타입 돌기로 제공되는 것이 바람직하다.
더욱이, 상기 경사안내수단(1150)은 유로(1130a)의 정수 흐름 방향으로 갈수록 돌출단이 길게 형성되는 웨지 타입 돌기로 제공되되, 유로(1130a)의 정수 흐름 방향으로 갈수록 돌출단이 길게 형성되는 경사부(1151)와, 경사부(1151)의 단부로부터 유로(1130a)의 정수 흐름 방향과 동일한 직선형을 이루면서 일정길이 연장되는 직선부(1152)를 갖는 웨지 타입 돌기로 제공되는 것이 더욱 바람직한 것이다.
즉, 상기와 같은 경사안내수단(1150)이 경사부(1151)와 직선부(1152)로 구성됨으로써 경사부(1151)를 통해 정수의 수류를 음극 전극판(1300) 측으로 경사지게 안내함과 동시에, 경사지게 안내되는 수료를 제외한 나머지의 수류에 대해서는 흐름 방향으로 안내할 수 있게 되며, 이를 통하여 유로(1130a) 내에서의 정수 흐름 방향에 대해 지그재그 타입으로 수류의 흐름이 형성이 안정적으로 구현될 수 있게 되는 것이다.
전술한 바와 같은 구성으로 이루어진 상기 수소수 전해조(1000)는 수소수생성반응블록(1100)의 후면과 마감블록(1200)의 전면이 마주하는 사이에 음극 전극판(1300)과, 분리막(1500)과 양극 전극판(1400)이 밀착되도록 개재한 상태로, 둘레부분에 외부와 기밀유지되도록 패킹(P)이 개재되어 결합수단을 통해 결합시, 음극 전극판(1300)과, 분리막(1500)과 양극 전극판(1400)이 배치되는 공간에 대한 수소수생성반응블록(1100)의 후면과 마감블록(1200)의 전면이 마주하는 사이에 갭이 발생하지 않도록 하는 것도 중요하다.
이에 따라, 수소수생성반응블록(1100)의 후면에 대한 홈 둘레부분에는 단이 지게 음극 전극판(1300)의 둘레부분이 밀착되는 단턱(미부호)이 형성되고, 마감블록(1200)의 전면에 대한 홈 둘레부분에도 단이 지게 양극 전극판(1400)의 둘레부분이 밀착되는 단턱(미부호)이 형성된다.
이때, 수소수생성반응블록(1100)의 단턱에 대한 길이는 음극 전극판(1300)의 두께에 대한 길이와 동일하거나 미세하게 긴 길이를 가지는 한편, 마감블록(1200)의 단턱에 대한 길이는 양극 전극판(1400)의 두께에 대한 길이와 동일하거나 미세하게 긴 길이를 가지는 것이 바람직하다.
다시 말해서, 음극 전극판(1300)의 두께에 대한 길이에 비하여 미세하게 긴 길이 또는 양극 전극판(1400)의 두께에 대한 길이에 비하여 미세하게 긴 길이에서의, 각각의 미세하게 긴 길이라 함은 최대길이가 분리막(1500)의 1/2 두께에 해당하는 길이와 대응되는 길이로 제공되는 길이이내의 길이를 의미한다.
전술한 바와 같은 구성으로 이루어진 상기 수소수 전해조(1000)는 수소수생성반응블록(1100)의 유입구(1110)는 외부로부터 정수가 유입되기 위한 유입연결구(1110')가 연결되며, 수소수생성반응블록(1100)의 유출구(1120)는 생성된 수소수를 외부로 유출하기 위한 유출연결구(1120')가 연결되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 유입연결구(1110')는 외부로부터 정수가 유입되도록 하되, 전환유닛(3000)의 제어에 따라 수소발생기(2000)로부터 발생하여 이송되는 수소에 대해 정수의 유입과 함께 혼합 유입되도록 하는 것이다.
다시 말해서, 상기 유입연결구(1110')는 전환유닛(3000)과 연결라인에 의한 연결시에 인젝터 등과 같은 구조로 연결되면서, 정수와 함께 수소발생기(2000)로부터 발생하여 이송되는 수소를 혼합 유입되게 함이 바람직한 것이다.
이때, 인젝터 등과 같은 구조의 연결이라 함은 유입연결구(1110')와 연결라인의 연결 부분에 대해, 정수의 유입시 고압으로 유입되는 측부에 연통된 연결라인을 통해 수소가 정수와 혼합되면서 유입되는 구조의 연결을 의미하는 것이다.
또한, 상기 유입구(1110)는 유로(1130a)와 연통되는 측 내경의 길이에 대해 유입연결구(1110')가 연결되는 측 내경의 길이가 더 긴 길이를 갖도록 형성됨이 바람직한 것이다.
다시 말해서, 유로(1130a)와 연통되는 측 내경의 길이에 대해 유입연결구(1110')가 연결되는 측 내경의 길이가 더 긴 길이를 갖도록 형성된 유입구(1110)가 적용됨으로써 정수의 유입시 유입압력이 증가하여 일층 증속된 속도로 정수가 유입되어 유출구 측으로 안내될 수 있게 되는 것이다.
한편, 전술한 바와 같은 구성으로 이루어진 수소수 전해조(1000)에서, 미설명 부호인 "O"는 음극전극(1310)이나 양극전극(1410)의 관통 설치시에 수소수생성반응블록(1100)이나 마감블록(1200)의 외부를 향하는 관통공(1140, 1240) 단부를 밀폐마감하는 오링을 나타낸 것이다.
다시 말해서, 상기 오링(O)은 관통공(1140, 1240)에 대해 수소수생성반응블록(1100)이나 마감블록(1200)의 상호 밀착되는 반대 측인 외부를 향하는 측에 외향 단이 지게 관통공(1140, 1240) 지름보다 큰 지름을 갖는 중공의 원통 리브 형상으로 돌출되는 돌출부(미부호) 내측으로 삽입되면서 관통공(1140, 1240)의 외부로 노출되는 단부에 대해 긴밀한 밀폐가 이루어질 수 있도록 하는 구성이다.
더욱이, 앞서 설명한 바와 같은 수소수 전해조(1000)는 도면으로 구체적으로 도시하지는 않았으나, 본 발명에 따른 수소 발생 및 수소수 생성 장치에서 둘 이상의 개수로 패키지화된 구조로 적용될 수도 있는 것이다.
전술한 바와 같은 본 발명에 따른 수소 발생 및 수소수 생성 장치에 의하면, 수소발생기, 수소수 전해조 및 전환유닛을 포함함으로써 수소발생기에서 생성된 수소를 수소수 전해조에 공급하면서 수소수 전해조를 통해 생성된 수소수의 수소 농도를 극대화시킬 수 있다.
또한, 수소발생기, 수소수 전해조 및 전환유닛을 포함하되 하나의 전해액공급부에 대해 양측으로 대칭 구조로 한 쌍의 전기분해모듈 및 한 쌍의 밀폐하우징을 포함하는 수소발생기가 적용되어 수소발생기를 통한 수소 발생량을 증대시키면서, 동시에 둘 이상의 개수로 패키지화된 구조의 수소수 전해조가 적용되어 수소수 전해조를 통해 생성되는 수소수의 수소 농도를 증대시킬 수 있게 된다.
더욱이, 수소수생성반응블록, 마감블록, 음극 전극판, 분리막, 양극 전극판을 포함하되 수소수생성반응블록의 굴절 타입으로 형성되는 유로 내면에 경사안내수단이 돌출형성된 수소수 전해조가 적용됨으로써 경사안내수단을 통해 수소수생성반응블록의 굴절 타입 유로를 따라 이동하는 수류에 대해 진행방향에서 음극 전극판 측으로 경사지게 안내하면서 수소 가스나 수소 기포가 붙은 음극 전극판 측을 반복적으로 털어줄 수 있으며, 이를 통하여 음극 전극판에 붙은 수소 가스나 수소 기포를 분리시켜 전극판에 수소 가스나 수소 기포가 붙는 현상을 방지하면서 수소수 전해조에서의 수소수의 농도가 낮아지는 현상을 방지함과 동시에 수소수 전해조에서의 수소수의 수소 농도를 극대화할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하며, 이러한 변형은 본 발명의 범위에 포함된다.
1000: 수소수 전해조 모듈
1100: 수소수생성반응블록 1110: 유입구
1120: 유출구 1110': 유입연결구
1120': 유출연결구 1130: 격벽
1130a: 유로 1140: 관통공
1150: 경사안내수단 1151: 경사부
1152: 직선부 1200: 마감블록
1210: 배수구 1220: 전해액공급구겸 산소배출구
1230: 돌출편 1240: 관통공
1300: 음극 전극판 1310: 음극전극
1400: 양극 전극판 1410: 양극전극
1500: 분리막
2000: 수소발생기
2100: 전해액공급부 2110: 산소배출구
2130: 전해액공급구 2200: 전기분해모듈
2210: 음극판 2220: 분리막
2230: 양극판 2300: 밀폐하우징
2310: 수소배출구
3000: 전환유닛
4000: 수소분사구
P: 패킹
O: 오링
B: 볼트
N: 너트
V: 삼방밸브

Claims (9)

  1. 정수를 유입, 유출시키면서 전기분해를 통해 수소수를 생성하며, 생성된 수소수를 유출구(1120) 측으로 선택적으로 배출시키는 수소수 전해조(1000); 전해액을 공급하여 전기분해를 통해 수소를 생성시키며, 일 측에 선택적으로 생성된 수소를 외부로 배출시키기 위한 수소배출구(2310)가 구비되는 수소발생기(2000); 및 수소발생기(2000)의 수소배출구(2310)로부터 연장되는 연결라인 상에 구비되며, 선택적으로 수소배출구로부터 배출되는 수소를 수소수 전해조(1000) 측으로 공급하거나 수소분사구(4000)를 통해 분사되도록 전환시켜 안내하는 전환유닛(3000)을 포함하는 수소 발생 및 수소수 생성 장치에 있어서,
    상기 수소수 전해조(1000)는 장방형의 블록 타입으로 제공되되, 전면 하부 일 측 모서리와 상부 타 측 모서리에 정수가 유입되어 수소수가 유출되도록 유입구(1110)와 유출구(1120)가 형성되고, 후면의 중앙영역에 일정면적만큼 함몰된 홈의 폭 방향으로 일정간격을 가지고 격벽(1130)이 구비되어 격벽(1130)에 의해 유입구(1110) 측으로부터 유출구(1120) 측에 이르도록 굴절 타입으로 유로(1130a)가 형성되며, 하부에 음극전극(1310)이 관통설치되는 관통공(1140)이 구비되고, 격벽(1130)에 의해 형성된 유로(1130a)의 내면에 경사안내수단(1150)이 돌출형성되는 수소수생성반응블록(1100)과,
    수소수생성반응블록(1100)과 대향되는 장방형의 블록 타입으로 제공되되, 후면 하측과 상측에 배수구(1210)와 전해액공급구겸 산소배출구(1220)가 형성되고, 전면의 중앙영역에 일정면적만큼 함몰된 홈의 폭 방향과 길이방향으로 일정간격을 가지고 돌출편(1230)이 구비되며, 하부에 양극전극(1410)이 관통설치되는 관통공(1240)이 구비되는 마감블록(1200)과,
    판재로 제공되어 수소수생성반응블록(1100)의 후면 측에 밀착배치되며, 수소수생성블록(1100)의 관통공(1140)을 관통하여 외부로 돌출케 설치되는 음극전극(1310)이 하부 전면에 돌출구비되는 음극 전극판(1300)과,
    판재로 제공되어 마감블록(1200)의 전면 측에 밀착배치되며, 마감블록(1200)의 관통공(1240)을 관통하여 외부로 돌출케 설치되는 양극전극(1410)이 하부 후면에 돌출구비되는 양극 전극판(1400) 및
    수소수생성반응블록(1100)과 마감블록(1200) 사이의 음극 전극판(1300)과 양극 전극판(1400) 사이에 배치되는 분리막(1500)을 포함하며,
    수소수생성반응블록(1100)의 후면과 마감블록(200)의 전면이 마주하는 사이에 음극 전극판(1300)과, 분리막(1500)과 양극 전극판(1400)이 밀착되도록 개재한 상태로, 둘레부분에 외부와 기밀유지되도록 패킹(P)이 개재되어 결합수단을 통해 결합하게 구성하는 한편,
    음극 전극판(1300) 측으로 수류에 대해 경사지게 안내하면서 유로(1130a)의 정수 흐름 방향으로 지그재그 타입의 수류가 형성되도록 하면서 음극 전극판(1300)에 붙은 수소 가스나 수소 기포를 분리시킬 수 있도록,
    상기 경사안내수단(1150)은 격벽(1130)에 의해 형성된 유로(1130a)의 내면에 돌출되되 유로(1130a)의 정수 흐름 방향에 대해 일정간격을 가지고 다수 개로 돌출형성되는 한편, 유로(1130a)의 정수 흐름 방향으로 갈수록 돌출단이 길게 형성되는 웨지 타입 돌기로 제공되는 것을 특징으로 하는 수소 발생 및 수소수 생성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수소발생기(2000)는 외부로부터 전해액이 공급되어 유동하는 전해액공급부(2100)와,
    상기 전해액공급부(2100)와 착탈 가능하게 결합되며, 전해액으로부터 수소 및 산소를 추출하도록 외부 전원으로부터 전기가 인가되면 전해액을 전기분해하는 전기분해모듈(2200)과,
    전기분해모듈(2200)을 보호하면서 전해액공급부(2100)와 착탈 가능하게 결합되며, 일 측에 전해액으로부터 추출된 수소를 외부로 배출하기 위한 수소 배출부(2310)가 형성된 밀폐하우징(2300)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수소 발생 및 수소수 생성 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수소발생기(2000)는 발생하는 수소의 양을 증대시킬 수 있도록,
    하나의 전해액공급부(2100)에 대해 양측으로 대칭 구조로서 한 쌍의 전기분해모듈(2200) 및 밀폐하우징(2300)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수소 발생 및 수소수 생성 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 경사안내수단(1150)은 유로(1130a)의 정수 흐름 방향으로 갈수록 돌출단이 길게 형성되는 웨지 타입 돌기로 제공되되,
    유로(1130a)의 정수 흐름 방향으로 갈수록 돌출단이 길게 형성되는 경사부(1151)와,
    경사부(1151)의 단부로부터 유로(1130a)의 정수 흐름 방향과 동일한 직선형을 이루면서 일정길이 연장되는 직선부(1152)를 갖는 웨지 타입 돌기로 제공되는 것을 특징으로 하는 수소 발생 및 수소수 생성 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    수소수생성반응블록(1100)의 후면과 마감블록(1200)의 전면이 마주하는 사이에 음극 전극판(1300)과, 분리막(1500)과 양극 전극판(1400)이 밀착되도록 개재한 상태로, 둘레부분에 외부와 기밀유지되도록 패킹(P)이 개재되어 결합수단을 통해 결합시, 음극 전극판(1300)과, 분리막(1500)과 양극 전극판(1400)이 배치되는 공간에 대한 수소수생성반응블록(1100)의 후면과 마감블록(1200)의 전면이 마주하는 사이에 갭이 발생하지 않도록,
    수소수생성반응블록(1100)의 후면에 대한 홈 둘레부분에는 단이 지게 음극 전극판(1300)의 둘레부분이 밀착되는 단턱이 형성되고,
    마감블록(1200)의 전면에 대한 홈 둘레부분에도 단이 지게 양극 전극판(1400)의 둘레부분이 밀착되는 단턱이 형성되는 것을 특징으로 하는 수소 발생 및 수소수 생성 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    수소수생성반응블록(1100)의 유입구(1110)는 외부로부터 정수가 유입되기 위한 유입연결구(1110')가 연결되며,
    수소수생성반응블록(1100)의 유출구(1120)는 생성된 수소수를 외부로 유출하기 위한 유출연결구(1120')가 연결되는 것을 특징으로 하는 수소 발생 및 수소수 생성 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 수소수 전해조(1000)는 둘 이상의 개수로 패키지화된 구조로 적용되는 것을 특징으로 하는 수소 발생 및 수소수 생성 장치.
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