KR20160067243A

KR20160067243A - 친환경 천연소재로 가공 또는 제조된 숯을 이용한 수소발생기 또는 기능성 수소수 제조시스템 및 장치

Info

Publication number: KR20160067243A
Application number: KR1020140171897A
Authority: KR
Inventors: 하선태; 유병학
Original assignee: 서동욱
Priority date: 2014-12-03
Filing date: 2014-12-03
Publication date: 2016-06-14

Abstract

본 발명은 수소 가스를 생산하거나 수소가 용해된 수소용해수를 만드는 기능성 음용수의 제조방법 및 이에 따라 제조된 음용수에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 대나무 숯을 전극으로 사용하고 물에 전기를 통하게 하여 물이 전기분해 될 때 음극에서 수소가스가 생성되면 가스만을 포집하여 수소가스 제조기로 사용할 수도 있고, 반응기 안에서 생성된 가스를 반응기 안에서 재폭기 시켜 수소가스가 물속에 최대한으로 포화시킬 수 있는 수소용해수 제조방법과 이에 따라 제조된 음용수에 관한 것이다.

Description

친환경 천연소재로 가공 또는 제조된 숯을 이용한 수소발생기 또는 기능성 수소수 제조시스템 및 장치 {Molecular Hydrogen Generating Apparatus or High Functional Molecular Hydrogen Water Generating System and Apparatus by means of Natural Charcoal processed and made with Eco-friendly and Natural Material}

가스수소는세포나유전자를공격하는산화력이강한활성산소인하이드록시라디칼(hydroxyl radical)을선택적으로환원하므로,체내의활성산소를없애고,동맥경화,암,뇌경색등의생활 습관병대책에큰효과가있는 것으로 최근에 연구되고 있다.

활성산소[oxygen free radical] :호흡과정에서 몸 속으로 들어간 산소가 산화과정에 이용되면서 여러 대사과정에서 생성되어 생체조직을 공격하고 세포를 손상시키는 산화력이 강한 산소.유해산소라고도 한다.우리가 호흡하는 산소와는 완전히 다르게 불안정한 상태에 있는 산소이다.환경오염과 화학물질,자외선,혈액순환장애,스트레스 등으로 산소가 과잉 생산된 것이다.이렇게 과잉 생산된 활성산소는 사람 몸 속에서 산화작용을 일으킨다.이렇게 되면 세포막, DNA,그 외의 모든 세포 구조가 손상 되고 손상의 범위에 따라 세포가 기능을 잃거나 변질된다.이와 함께 몸속의 여러 아미노산을 산화시켜 단백질의 기능 저하도 가져온다.그리고 핵산을 손상시켜 핵산 염기의 변형과 유리,결합의 절단,당의 산화분해 등을 일으켜 돌연변이나 암의 원인이 되기도 한다.또한 생리적 기능이 저하되어 각종 질병과 노화의 원인이 되기도 한다.그러나 활성산소가 나쁜 영향을 주는 것만은 아니다.병원체나 이물질을 제거하기 위한 생체방어과정에서 과산화수소와 같은 활성산소가 많이 발생하는데,이들의 강한 살균작용으로 병원체로부터 인체를 보호하기도 한다.

인체에 유해한 활성산소는 일반적으로 반응성이 크고 활성이 풍부한 산소종을 가르키며 유기-히드로퍼옥시드(ROOH), 천이금속-이온과 산소와의 착체나히드로퍼옥시드로부터 발생하는 알콕시라디칼(RO). 퍼옥시라디칼(ROO) 또는오존(O₃), 이산화질소(NO₂) 등의 반응성이 높은 산소화합물을 가르킨다.

현대인의 질병 중 약%가 활성산소와 관련이 있다고 알려져 있다.이러한 질병의 종류에는 암,동맥경화증,당뇨병,뇌졸중,심근경색증,간염,신장염,아토피,파킨슨병,자외선과 방사선에 의한 질병 등이 있다.따라서 이러한 질병의 예방과 개선을 위해서는 체내의 활성산소를 제거해야 한다.

활성산소 중에서 가장 활성이 강한 것으로 알려진 하이드록시 라디칼(hydroxyl radical)을 제거할 수 있는 항산화물질은 수소(H2)가 유일한 것으로 알려져 있다.활성수소가 체내에 유입되면 산화되어 약해진 세포에서 활성산소와 반응하는 환원작용을 통해 체외로 배출시키는 기능을 해주기 때문이다.

최근 들어수소수가 붐을 일으키고 있지만,한편으론 그 작용에 대한 의문이 많은것도 사실이며 수소의 작용은 「체내의 세포 장해성 활성 산소(히드록시 래디칼/펠 옥시 나이트 라이트)를 선택적으로 제거」라고 하는 것이며 이를 바탕으로 질환에 효과가 있었다고 하는 많은 논문들이 발표되고 있다. 수소의 효과에 대해 최근 많은 연구가 진행된 계기가 된 것이 「수소는 선택적으로 활성산소를 제거한다」라고 하는 논문(2007년 네이쳐 ‘Hydrogen acts as a therapeutic antioxidant by selectively reducing cytotoxic oxygen radicals, Ikuroh Ohsawa)이 발표되고 이것을 시발점해서 수소에 대한 많은 연구가 이루어진 상태이다.

수소가 주목받은 것은 다른 항산화물질에는 없는 특징으로 뛰어난 항산화력, 뛰어난 조직 이행성(뇌나 세포의 내부까지 침입), 활성산소에 대한 선택성(세포 장해성만을 제거)과 비잔류성( 사용되지 않았던 것과 반응 후 물질 등이 신체에 남지 않음) 등을 들 수 있다.

여기서 말하는 수소는 분자수소 즉 가스상의 수소가 물속에 녹아있는 상태를 말하며 이온수소는 포함되지 않는다.

본 발명은 물을 분해하여 수소를 생산할 때 기존의 전기 분해법이 가지고 있는 단점; 금속 전극을 이용할 때 물 속으로 일정량의 중금속이 용출되고, 전기분해에 필요한 전극판이 고가의 귀금속 재료이거나 도금된 상태의 전극을 사용하고 평균 5년 이하의 기대수명을 가지고 있다. 이러한 이유로 기존의 전기분해에 의한 수소 제조장치 또는 수소 용해수 제조장치는 대체로 가격이 비싸다. 한편 전도성도 있고, 중금속 흡착 등 환경친화적이면서도 경제적인 숯을 전극으로 사용한 수소발생기 또는 수소용해수 제조장치는 기존의 수소 가스 발생장치와 수소용해수 제조장치가 가지고 있는 친환경성, 인체안전성, 경제성, 생산성, 생산비용, 생성장치의 유지보수관리비용 등에 있어서의 문제점과 단점을 일시에 해결하고자 하였다.

본 발명은 물을 분해하여 수소 가스를 생성시키거나 수소용해수를 제조하는데 있어 전극으로 사용되는 재질이 고가의 금속(예: 백금을 도금한 전극)류를 사용하는데 따른 비용을 절감 할 수 있도록 보다 경제적인 재료를 사용하였다. 전극은 구체적으로 숯을 사용하였다. 숯은 주성분이 탄소이기 때문에 전기적인 성질(전도성)이 우수하다. 특히 대나무 숯을 사용할 경우, 일정한 길이로 절단하여 원통형인 대나무의 구경에 따라 선별한 후 구경이 작은 것을 안쪽에 배치하고, 큰 것을 바깥쪽에 배치 시키는 방법을 통하여 별다른 가공공정이 없이 더욱 더 경제적인 방법으로 수소가스를 생산하거나 수소용해수를 제조할 수 있도록 하였다. 또한 기타 다른 천연소재를 통해 가공 또는 제조된 숯을 자르거나 분쇄한 후 압착하여 직사각형의 평형의 판 모양으로 가공한 후 전기 분해를 위한 전극으로도 사용할 수 있다.

전극 재료를 탄소의 종류의 일종인 숯을 사용하기 때문에 보다 값싸게 수소발생 시키거나 또는 수소용해수를 생성 할 수 있고, 전기분해에 따른 중금속류의 용출이 없으며 탄소전극은 화학적 성질에 관계없이 흡착성이 좋은 재료이기 때문에 전기분해과정이나 유입수 중의 포함된 불순물도 일정량 흡착 시킬 수 있어 여과의 효과도 기대할 수 있다. 또한 친환경 소재이기 때문에 알레르기와 같은 면역 이상 반응 등도 방지 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에서 이용한 대나무 숯 전극을 사용한 수소 가스를 생산하거나 수소가 용해된 수소용해수를 만드는 기능성 음용수의 제조하는 방법을 나타낸 그림이다. 수소가스 생산을 할 수도 있고, 일정량의 수소가스가 용해된 수소수를 만들 수도 있다.

직경 3~4cm의 대나무 숯을 안쪽에 배치시키고, 바깥쪽엔 5~7cm의 직경을 가진 대나무 숯을 배치한다. 안쪽 대나무 숯과 바깥쪽 대나무 숯 사이에는 테프론 재질의 필터가 위치하고 있으며 이 필터의 역할은 양극으로 끌려가는 음이온 물질을 음극쪽의 수소용해수와 잘 혼합되지 않도록 하기 위한 분리막이다. 대나무 숯을 이용한 전극에 전기를 공급하기 위해 안쪽에 위치한 대나무 숯에 양극의 전기를 가하고, 바깥쪽 대나무 숯에 음극의 전기를 가하는데 이때 전기가 흐르게 하기 위해서 상부 뚜껑에 전극을 설치하여 대나무 숯과 접촉하게 하여 전기가 흐르게 하였다. 상부 뚜껑에 설치한 전극은 티타늄판 또는 탄소판을 대나무 숯과 잘 접촉할 수 있도록 도넛형태 모양의 전도체 판을 배치하였다. 상판의 뚜껑은 본체와 채결할 때 상부의 접촉전극(접촉부)과 대나무 숯이 단단하게 접촉되어 전기적인 접촉저항이 최대한 작아지도록 접촉전극 상부에 2mm 두께의 실리콘 패드를 추가하여 탄성에 의해 전기 전도성을 높일 수 있게 하였다. 또한 상부에는 물을 추가로 공급할 수 있는 투입구와 양극과 음극에서 발생하는 가스를 배출 시킬 수 있도록 각각의 배출구를 추가하였다.

하부의 고정판은 전극이 잘 고정될 수 있도록 하부에서 전극의 지지판 역할을 하며 동시에 양극 쪽에서 발생하는 산성수와 음극쪽에서 발생하는 수소 용해수를 얻을 수 있도록 각각의 전극 쪽에 배출구를 설치하고 중력의 힘만으로 배출될 수 있게 하였다. 배출수가 배출될 때 물의 전기분해로 발생하는 부유 탄소분말을 배제시키기 위해 0.45 ㎛ 정도의 필터를 한번 거쳐서 배출될 수 있도록 하였다.

이 장치를 통해 음극 상부(바깥쪽 대나무 숯)의 배출구로 수소가스를 얻을 수도 있고, 음극 하부에 설치된 배출구를 통해 수소가스가 용해된 수소용해수를 얻을 수도 있다. 또한 하부에 설치된 양극의 배출구를 통하여 산성수를 얻을 수도 있다.

실시예 1)

실시예 1의 결과물은 대나무를 반듯하게 펴서 숯을 만들고, 물의 전기분해시 수소 가스를 생산하기 위해 대나무 숯을 전극판으로 사용한 실험이다. 물을 전기분해하여 수소가스를 생산하기 위해 사각형 판형의 10cm x 20cm의 전극을 2개 사용하여 실험에 사용하였다. 사용된 물은 순수한 물(3차 증류수) 300ml에 전기가 잘 통할 수 있도록 NaOH를 0.2g을 가하여 전해액으로 만든 후 물을 전기 분해하였다. 이때 전기는 12 ~ 24v의 직류전원을 사용하여 정전압 방식의 전압을 고정하는 방식을 사용하였으며 전류는 0.3 ~ 1A의 전류가 흘렀다. 이상의 장치를 사용하여 실험하였을 때 음극 쪽에서 분당 60cc의 수소가스를 얻을 수 있었으며 전기분해후 1분이내 그리고 10분 후 각각 음극쪽의 물을 취하여 용존수소 농도를 측정한 결과 약 200ppb 및 약 1.2 ppm 이상의 수소가 수중에 용해된 것을 알 수 있었다.

Claims

물의 전기분해 방법을 통하여 수소가스나 산소가스를 생산할 때 숯을 전극으로 사용하여 생산하는 방법
숯을 전극판을 사용하여 물을 전기분해 할 때 음극에서 발생하는 수소 가스의 일부가 물에 녹아 만들어지는 수소용해수(수소용존수) 제조 방법
숯을 전극판을 사용하여 물을 전기분해 할 때 양극에서 생성되는 산성수의 제조 방법
숯을 잘게 분쇄하여 특정한 형태로 가공한 다음 물 분해 전극으로 사용하는 방법
천연소재 숯을 전극판으로 이용함에 있어 그 소재는 특정한 대나무 숯에만 한정된 것이
아닌 천연소재로 제조 또는 가공된 여하한 숯을 이용하는 방법