KR20130085815A

KR20130085815A - 수소수 공급 장치

Info

Publication number: KR20130085815A
Application number: KR1020120006902A
Authority: KR
Inventors: 김양옥; 김충원; 오정미
Original assignee: 주식회사 기술세상
Priority date: 2012-01-20
Filing date: 2012-01-20
Publication date: 2013-07-30

Abstract

수소수 공급 장치는 물을 저장하는 물 저장부, 물 저장조로부터 공급되는 물을 전기 분해하여 수소를 포함하는 수소수를 생성하는 수소수 생성부, 그리고 수소수 생성부로부터 공급되는 수소수를 외부로 방출하는 수소수 방출부를 포함한다.

Description

수소수 공급 장치 {Apparatus for Providing Water having Hydrogen}

본 발명은 물 공급 장치에 관한 것으로, 상세하게는 수소를 포함하는 물을 공급하는 수소수 공급 장치에 관한 것이다.

활성 산소는 인간이 호흡을 하거나 음식을 섭취하여 대사 활동을 하는 동안 자연적으로 생성된다. 흡입된 산소의 약 2%가 활성 산소로 변이된다. 활성 산소는 인체의 면역 기능에 관여하여 이로운 기능도 하지만, 과도한 운동, 음주, 오염 공기 흡입, 산성 식품의 과다 섭취 등은 활성 산소를 과잉 생성시키고, 일부 활성 산소는 인체 내 세포에 직접 산화 반응을 일으켜 DNA 돌연변이를 일으킬 수 있다. 그 결과, 각종 질병이 생길 수 있다. 의학계에 따르면, 활성 산소로 인한 질병이 약 90% 이상을 차지하는 것으로 보고 있다.

그런데, 수소를 포함하는 물, 즉 수소수를 마시면 활성 산소는 수소수 속에 용존하는 수소와 반응하여 물로 환원되고, 환원된 물은 2차 반응 없이 몸 밖으로 빠져 나간다. 이것을 항산화 반응이라 한다.

수소수는 항산화 기능의 척도인 산화/환원 전위값(ORP)이 -350 내지 -600 mV로 매우 낮다. 일반적인 전해 이온수의 경우에는 산화/환원 전위값을 -250 mV 이하로 낮추기가 쉽지 않다는 점을 고려하면, 수소수의 항산화 능력을 탁월하다고 할 수 있다. 여기서, ORP가 마이너스(-) 값을 가지면 환원 반응이 일어나는 것을 의미하고, ORP가 플러스(+) 값을 가지면 산화 반응이 일어나는 것을 의미한다.

이와 같이, 수소수의 항산화 능력이 탁월하기 때문에, 수소수를 만드는 장치가 다수 개발되고 있다. 그 중 하나로서 특허공개 제10-2011-0052404호(수소수 냉온수기 및 수소수 정수기)가 공개되어 있다.

도1은 특허공개 제10-2011-0052404호의 수소수 정수기의 수소수 공급 장치를 설명하고 있다.

도1에 도시한 바와 같이, 종래기술의 수소수 공급 장치는 필터부(110), 저수조(120), 온수조(121), 냉수조(123), 전해조(130), 용존관(131), 펌프(140), 제어부(150) 등으로 구성되어 있다.

상수도 시설을 통해 댁내로 유입되는 수돗물, 즉 원수를 필터부(110)를 통해 정화하고, 정화된 물의 일부는 저수조(120)로 보내고, 일부는 수소 발생 장치, 즉 전해조(130)로 보낸다.

저수조(120)로 보내진 정수는 하부에 위치하는 온수조(121)와 냉수조(123)로 분리 공급된다. 온수조(121)의 외부면에는 가열부가 구비되어 있고, 냉수조(123)의 외부면에는 냉매부가 구비되어 있다.

전해조(130)로 보내진 정수는 전기 분해되어 수소와 산소가 만들어진다. 전해조(130)는 2개 이상의 전극 사이에 격막을 두고, 마이너스(-) 극에서 생성되는 수소는 펌프(140)로 보내고, 플러스(+) 극에서 생성되는 산소는 대기 중으로 방출한다.

펌프(140)로 보내진 수소는 냉수조(123)에서 공급되는 냉수와 섞여 용존관(131)으로 보내지고, 용존관(131)의 수소수는 냉수조(123)로 다시 보내진다. 이후, 사용자가 냉수조(123)에 연결된 냉수소수 방출구를 개방하면, 냉수조에 저장된 냉수소수가 외부로 방출된다.

제어부(150)는 전해조(130)에 공급되는 전압 또는 전류, 그리고 펌프(140)의 동작을 제어한다. 물론, 제어부(150)와 별도로 전력 공급부가 별도로 구비되어 있다.

그런데, 종래기술에 따른 수소수 발생 장치에서는, 시간이 지나면서 냉수조에 녹아 있는 수소가 증발할 수 있고, 특히 수소가 포함된 냉수를 보면 냉수 속에는 다량의 거품을 발견할 수 있는데, 시간이 경과하면 거품이 사라진다. 거품이 사라지더라도 냉수에는 일정량의 수소가 남아 있기는 하지만, 사용자 입장에서는 냉수에서 수소가 사라진 것으로 느낄 수 있다.

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로,

첫째, 사용자가 냉수를 마시고자 할 때, 상당량의 수소가 냉수에 녹아 있는 것으로 느낄 수 있고,

둘째, 냉수에 수소를 용존시키는 시간과 사용자가 수소수를 마시는 시간의 차이를 최소화하여, 실제로 많은 양의 수소가 냉수에 녹아 있는, 수소수 공급 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 사용자가 냉수를 마시기 직전에 냉수에 수소를 용존시키는 수소수 공급 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 수소수 공급 장치는, 물을 저장하는 물 저장부; 물 저장부로부터 공급되는 물을 전기 분해하여 수소를 포함하는 수소수를 생성하는 수소수 생성부; 그리고 수소수 생성부로부터 공급되는 수소수를 외부로 방출하는 수소수 방출부를 포함하여 구성된다.

전해조는, 일측은 물 저장부에 연결되고, 타측은 수소수 방출부에 연결되며, 내부에 공간을 갖는 케이스; 그리고 케이스의 내부 공간에 위치되고, 다수의 홈을 포함하며, 서로 이격 배치되는 다수의 전극을 포함하고, 다수의 전극 사이에는 격막을 포함하지 않는 적층 전극부를 포함한다.

본 발명에 따른 수소수 발생 장치는, 전극의 극성을 일정 주기로 바꾸어 주는 제어부를 더 포함할 수 있다. 제어부는, 물 저장부로부터 공급되는 물의 상태에 따라 전극에 인가되는 전압 또는 전류를 조절할 수도 있다.

다수의 전극은, 3개 이상의 홀수로 구성되고, 인접하는 전극의 극성은 다르게 구성할 수 있다.

전극은 메쉬 구조를 갖는 바람직하다. 또한, 전극은 원형, 다각형, 또는 슬릿 형태의 관통홀을 가질 수 있다.

이상의 구성을 갖는 본 발명의 수소수 발생 장치에 의하면, 수소수 방출부에서 나오는 냉수소수는 상당량의 거품을 포함하고 있어 사용자는 냉수소수를 마실 때 상당한 수소가 녹아 있는 것으로 느낄 수 있고, 또한 수소수 방출부를 통과하기 직전에 수소가 냉수에 용존되므로 실제로도 마시는 냉수소수에는 상당량의 수소가 녹아 있다.

도1은 종래의 수소수 공급 장치의 구성도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소수 공급 장치의 구성도이다.
도3 및 도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전해조의 사시도 및 분해 사시도이다.
도5a는 메쉬형 전극을 도시하고 있다.
도5b 내지 도5e는 슬릿형 전극, 큐빅형 전극, 헥사형 전극, 마름모형 전극을 도시하고 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

이하에서는 정수 필터를 갖는 정수기를 예로 하여 설명하지만, 본 발명은 정수기 뿐만 아니라, 정수 필터를 포함하지 않은 일반적인 냉온수기, 냉수기, 상온수기 등에도 적용할 수 있다.

또한, 전해조가 물을 전기 분해하기 위해서는 전력이 당연히 필요하다. 그렇지만, 이하에서는 설명의 편의상, 전해조에 전력을 공급하는 전력 공급부를 따로 설명하지 아니하지만, 본 발명의 수소수 공급 장치는 전력 공급부를 당연히 포함한다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소수 공급 장치의 구성도이다.

도2에 도시한 바와 같이, 수소수 공급 장치는 필터부(210), 저수조(220), 온수조(231), 온수 방출부(233), 냉수조(241), 전해조(243), 냉수소수 방출부(245), 제어부(310)를 포함한다.

필터부(210)는 수돗물인 원수를 정화하는 장치로서, 필터의 종류나 연결 방식에 따라 다양하게 구분될 수 있다. 일반적으로, 필터부(210)는 사용 용도에 따라 특정 기능의 필터들을 조합하여 사용한다.

필터를 방식에 따라 분류하면, 중공사막 필터 방식, 나권형 필터 방식, 역삼투압 필터 방식, 자연 하중 필터 방식 등이 있다.

필터를 기능에 따라 분류하면, 모래, 흙, 녹찌거기 등을 제거하는 침전(SED) 필터, 염소, 프로할로메탄, 냄새 등을 제거하는 전처리(PRE)카본 필터, 각종 중금속 유기화학 물질을 제거하는 중공사막(UF) 멤브레인 필터, 나권형(CSM) 3구 멤브레인 필터, 또는 역삼투(RO) 멤브레인 필터, 물맛을 좋게 하고 가스나 냄새 등을 제거하는 후처리(POST) 카본 필터 등이 있다.

일반적으로, 가정용 필터는 침전 필터, 전처리 카본 필터, 중공사막 멤브레레인 필터, 후처리 필터, 기능성 필터 등을 차례로 연결하여 사용한다.

저수조(220)는 필터부(210)를 통과하면서 정화된 물, 즉 정수를 저장한다. 저수조(220)는 플라스틱, 스텐레스 등으로 만들어진다.

온수조(231)는 저수조(220)로부터 정수를 공급받아 정수를 가열한다. 온수조(231)의 외면에는 내부 정수를 가열하기 위하여 가열부(미도시)가 결합되어 있다. 또는, 온수의 생성은 저수조(220)와 온수조(231) 사이, 또는 온수조(231)와 온수 방출부(233) 사이에 순간 가열기(미도시)를 설치할 수도 있다.

온수 방출부(233)는 온수조(231)에 저장된 온수를 사용자의 선택에 따라 외부로 방출한다. 온수 방출부(233)는 예를들어 푸시 버튼(미도시)과 개폐 밸브(미도시)를 포함한다. 개폐 밸브(미도시)는 솔레노이드 밸브를 이용할 수 있으며, 이 경우 사용자가 푸시 버튼(미도시)를 누르면 솔레노이드 밸브가 개방되면서 온수조(233)에 저장된 온수가 노즐과 개폐 밸브(미도시)를 통과하여 외부로 방출된다.

냉수조(241)는 저수조(220)로부터 공급받은 정수를 냉각시킨다. 냉수조(241)의 외면에는 내부 정수를 냉각시키기 위한 냉매부(미도시)가 결합되어 있다. 냉매부(미도시)는 가는 관으로 구성되는 냉매관을 냉수조(241)의 외면에 결합시키고, 그 속에 냉매를 통과시키는 방식으로 구현할 수 있다.

전해조(243)는 냉수조(241)로부터 공급되는 냉수를 전기 분해하여 수소가 포함된 냉수, 즉 냉수소수를 생성한다.

냉수소수 방출부(245)는 전해조(243)를 통과하면서 변화된 냉수소수를 사용자의 선택에 따라 외부로 방출한다. 냉수소수 방출부(245)는, 온수 방출부(233)와 같이, 푸시 버튼(미도시)과 개폐 밸브(미도시)를 포함하여 구성할 수 있다.

제어부(250)는 전력 공급부(미도시)로부터 공급되는 전력을 전해조(243)로 공급한다. 제어부(250)는 전해조(243)를 구성하는 전극에 가해지는 전압 또는 전류의 크기와 시간을 제어한다. 전극에 가해지는 전압 또는 전류의 크기와 시간을 변화시키면, 전해조(243)에서 생성되는 수소의 양이 달라진다.

의학계에 따르면, 수소수란 수소 이온이 풍부하게 녹아 있어서 활성 산소를 제거할 수 있는 항산화 기능이 있는 물로 정의하고 있는데, 물 속의 수소 농도가 0.5 ppm 이상이어야 의료적 효과가 있다고 한다. 한편, 전기 분해로 생성되는 수소의 양은 전극에 가해지는 전압 또는 전류의 크기와 시간에 따라 달라지기도 하지만, 물의 종류에 따라서도 달라질 수 있다. 따라서, 사용하는 원수의 상태에 따라, 원하는 양의 수소가 발생하도록 전극의 전압 또는 전류를 적절히 제어할 필요가 있다.

제어부(250)의 제어 방법의 하나로서, 냉수소수 방출부(245)과 전해조(243)의 동작을 연계시킬 수 있다. 즉, 냉수소수 방출부(245)가 동작이 개시될 때, 전해조(243)가 동작되도록 구성할 수 있다. 이 경우, 수소 발생을 위한 전력 소모를 최소화할 수 있다.

도3 및 도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전해조의 사시도 및 분해 사시도이다.

도3에 도시한 바와 같이, 전해조(243)는 케이스(310), 플러그(V1~V5), 볼트(B1~B5), 인입구(I), 출구(O) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

케이스(310)는 다수의 지지 프레임들이 적층되어 볼트(B1~B5)에 의해 서로 결합되어 있으며, 각 지지 프레임의 내부에 전극이 고정되고, 각 전극은 플러그(V1~V5)에 각각 연결되어 있다.

케이스(310)의 냉수조 방향으로는 냉수가 들어오는 인입구(I)가 구비되고, 타측에는 냉수소수가 방출되는 출구(O)가 구비되어 있다.

도4에 도시한 바와 같이, 전해조(243)는 다수의 지지 프레임(323a~323e)이 적층되어 있으며, 지지 프레임(323a~323e)의 양 단에는 케이스 커버(321a,321b)가 각각 결합되어 있다.

지지 프레임(323a~323e)과 지지 프레임(323a~323e), 그리고 지지 프레임(323a,323e)과 케이스 커버(321a,321b) 사이에는 고무 재질의 패킹(P1~P6)이 결합되어 누수를 차단한다.

각 지지 프레임(323a~323e)과 케이스 커버(321a,321b)의 가장자리에는 다수의 결합홀(H1~H5)이 형성되어 있고, 지지 프레임(323a~323e)과 케이스 커버(321a,321b)를 적층하여 결합할 때, 각 결합홀(H1~H5)의 일측에는 볼트(B1~B5)가 삽입되고, 반대측에는 너트(N2~N4, 도4에는 N1,N2가 미도시되어 있음)를 볼트(B1~B5)에 결합시킨다.

각 지지 프레임(323a~323e)은 그 내부에 전극(E11~E15)이 각각 고정되고, 각 전극(E11~E15)의 가장자리 일측에는 잭이 구비되어 있다. 각 전극(E11~E15)의 잭에는 전압 또는 전류를 공급하는 플러그(V1~V5)가 각각 삽입된다.

각 전극(E11~E15)은 다수의 관통홀(HH)을 포함하고 있으며, 관통홀(HH)을 통하여 냉수가 이동하며, 특히 관통홀(HH)의 에지 부위에서는 물이 전기 분해되어 수소가 생성된다. 따라서, 관통홀(HH)을 많이 형성하는 것이 바람직하다.

각 전극(E11~E15)은 예를들어 인접하는 전극, 즉 전극(E11)과 전극(E12), 전극(E12)과 전극(E13), 전극(E13)과 전극(E14), 전극(E14)과 전극(E15)를 각각 다른 극성을 갖도록 구성할 수 있다.

특히, 각 전극(E11~E15)의 극성은 일정 주기로 바꾸어 주는 것이 바람직한데, 전극의 극성 전환은 제어부(도2의 250)에 의해 이루어진다. 전극의 극성을 바꾸어 주면, 전극에 이물질이 생기는 것을 최소화할 수 있다.

각 전극(E11~E15)은 티타늄(Ti)을 기본 소재로 하며, 그 위에 백금을 코팅하여 사용한다. 백금 코팅은 도금 방식도 가능하지만, 스프레이 소성 방식으로 코팅한 것을 사용하는 것이 바람직하다.

위에서 설명한 도3,4의 전해조 구성은 전해조(243)가 냉수조(241)와 냉수소수 방출부(245) 사이에 위치하고, 그 곳에 상당한 공간을 확보할 수 있는 경우를 가정한 경우에 해당한다. 만약, 공간이 부족하거나, 또는 냉수소수 방출부(245)에 근접하여 전해조(243)를 설치할 경우에는, 냉수소수 방출부(245)의 부피에 맞추어 전해조(243)의 부피도 작게 구성할 수 있으며, 심지어 냉수 또는 냉수소수가 통과하는 노즐의 직경과 동일한 크기로 전해조(243)를 구성하는 것도 가능하다.

도5a 내지 도5e는 전극 형태에 대한 여러 실시예를 도시하고 있다.

도5a는 메쉬형 전극을 도시하고 있다. 도5a에 도시한 바와 같이, 메쉬형 전극(E21)은 그물망 형태로 전극이 구성되어 있고, 냉수가 각 메쉬홀(MH)의 에지 영역을 통과하면서 전기 분해되어 냉수소수로 변화된다.

도5a의 메쉬형 전극은 도4의 원형홀 전극에 비해 냉수가 이동하는 메쉬홀(MH)의 수가 많을 뿐 아니라, 이동하는 냉수가 접촉하는 에지 영역이 많아, 도4의 원형홀 전극보다 수소 발생량이 많다. 따라서, 수소 발생이 어려운 물을 원수로 사용하거나, 또는 전력 소모를 줄이고자 하는 경우에는, 메쉬형 전극을 사용하는 것이 바람직하다.

도5b 내지 도5e의 전극은 각각 슬릿형 전극, 큐빅형 전극, 헥사형 전극, 마름모형 전극 등으로 구분하여 명명할 수 있다.

도5b의 슬릿형 전극도 슬릿홀(SH)에 에지 영역이 많아, 수소 발생에 유리하다. 도5e의 마름모형 전극도 하나의 마름모홀(RH)의 내부를 메쉬형으로 구성하고 있어, 도5a의 메쉬형 전극에 뒤지지 않을 정도로 수소를 생성할 수 있다.

도5c, 도5d의 큐빅형, 헥사형 전극은 도4의 원형홀 전극의 변형례들이다. 수소 발생의 관점에서 보면, 큐빅형 또는 헥사형 전극은 원형홀 전극에 가깝다.

이상에서는, 저수조, 온수조, 냉수조를 모두 포함하는 수소수 공급 장치에 대해 설명하였으나, 저수조가 없이 온수조와 냉수조만 있는 경우, 저수조와 온수조가 없이 냉수조만 있는 경우, 또는 저수조, 온수조, 냉수조가 없이 단순히 상온수조만 있는 경우의 정수기에도 적용할 수 있다.

이상 본 발명을 여러 실시예에 기초하여 설명하였으나, 이는 본 발명을 예증하기 위한 것일 뿐 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 통상의 기술자라면, 본 실시예를 기초로 다양한 변형이나 수정이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 아래의 청구범위에 의하여 결정되어야 하며, 통상의 기술자가 행하는 변형이나 수정은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석될 수 있다.

210 : 필터부 220 : 저수조
231 : 온수조 241 : 냉수조
243 : 전해조 250 : 제어부
321a, 321b : 케이스 커버 323a~323e : 지지 프레임
B1~B5 : 볼트 H1~H5 : 결합홀
E11~E15, E21, E31, E41, E51, E61 : 전극
N2~N4 : 너트
HH, MH, SH, CH, TH, RH : 관통홀
P1~P6 : 고무 패킹 V1~V5 : 플러그

Claims

수소를 포함하는 물을 제공하는 수소수 공급 장치에 있어서,
물을 저장하는 물 저장부;
상기 물 저장부로부터 공급되는 물을 전기 분해하여 수소를 포함하는 수소수를 생성하는 수소수 생성부;
상기 수소수 생성부로부터 공급되는 수소수를 외부로 방출하는 수소수 방출부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소수 공급 장치.
제1항에 있어서, 상기 수소수 생성부는
일측은 상기 물 저장부에 연결되고, 타측은 상기 수소수 방출부에 연결되며, 내부에 공간을 갖는 케이스; 및
상기 케이스의 내부 공간에 위치하고, 다수의 홈을 포함하며, 이격 배치되는 다수의 전극을 포함하고, 상기 다수의 전극 사이에는 격막을 포함하지 않는 전극부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소수 공급 장치.
제2항에 있어서,
상기 전극의 극성을 일정 주기로 바꾸는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소수 공급 장치.
제3항에 있어서, 상기 제어부는
상기 물 저장부로부터 공급되는 물의 상태에 따라 상기 전극에 인가되는 전압 또는 전류를 조절하는 것을 특징으로 수소수 공급 장치.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다수의 전극은
3개 이상의 홀수로 구성되며, 인접하는 전극의 극성이 다른 것을 특징으로 하는 수소수 공급 장치.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극은
메쉬 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 수소수 공급 장치.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극은
원형, 다각형, 또는 슬릿 형태의 관통홀을 갖는 특징으로 하는 수소수 공급 장치.