KR20180007849A

KR20180007849A - 필터 교환이 용이한 직수형 수소수기

Info

Publication number: KR20180007849A
Application number: KR1020160089273A
Authority: KR
Inventors: 김상도; 권수종
Original assignee: 김상도
Priority date: 2016-07-14
Filing date: 2016-07-14
Publication date: 2018-01-24

Abstract

본 발명은 즉시 출수가 가능한 직수형 수소수기에 관한 것으로서, 보다 상세하면, 수소발생유닛과 기액혼합유닛을 구비하여 고농도의 수소가 함유된 수소수를 제조할 수 있고, 제조된 수소수의 용존 수소농도를 제어유닛을 이용하여 자유롭게 조절할 수 있으며, 수소수기의 케이싱 전방의 일부분인 도어가 슬라이딩 가능하여, 케이싱의 내부공간에 내재된 필터모듈에 포함된 필터의 교체가 용이한 직수형 수소수기에 관한 것이다.

Description

필터 교환이 용이한 직수형 수소수기{Hydrogen Water Generator}

본 발명은 즉시 출수가 가능한 직수형 수소수기에 관한 것으로서, 보다 상세하면, 수소발생유닛과 기액혼합유닛을 구비하여 고농도의 수소가 함유된 수소수를 제조할 수 있고, 제조된 수소수의 용존 수소농도를 제어유닛을 이용하여 자유롭게 조절할 수 있으며, 수소수기의 케이싱 전방의 일부분인 도어가 슬라이딩 가능하여, 케이싱의 내부공간에 내재된 필터모듈에 포함된 필터의 교체가 용이한 직수형 수소수기에 관한 분야이다.

급속히 성장하는 현대문명은 빠른 성장과 더불어 환영오염의 문제도 빠르게 진행되어 가고 있으며, 그 중 우리가 늘 섭취하여야 하는 마시는 물조차도 오염되어 식수용 물을 끊여 먹거나 물을 정수시켜 음용하고 있다.

수소는 자연계에 존재하는 가장 가벼운 원소로 양성자 하나와 전자 하나로 이루어져 있으며, 지구상에 존재하는 수소의 대부분은 질량수가 1인 경수소지만 질량수가 2인 중수소와 질량수가 3인 삼중수소가 미량 존재하는 것으로 알려져 있다.

실생활과 관련해서, 수소는 무색, 무취, 무맛으로 강력한 환원력을 보유하고 있는 원소이기에, 생활습관병 등 현대질병의 근원물질이라고 알려져 있는 체내의 활성산소를 제거하는 용도로 널리 활용되고 있는데 물을 전기분해하여 전해환원수를 만드는 알칼리 이온수기가 일반적으로 알려져 있으며 수소를 고온, 고압의 플라즈마 상태에서 칼슘 등의 미네랄에 흡장시킨 분말제품, 마그네슘 등의 금속과 물과의 화학반응을 이용하여 수소를 생성하는 스틱제품, 용존 수소농도를 극대화시켜 제조된 고농도 수소수 음료 등 다양한 형태의 제품으로 출시되고 있으며, 최근에는 일본과 국내에서 수소수정수기와 수소수 제조기가 다수 출시되고 있다.

수소의 환원력을 인체의 건강과 관련해서 적용한 상기의 상품과 기술들은 대부분 물속에 용해된 용존 수소농도를 제품에 정확히 표기하지 않아 용존 수소의 포함여부가 불분명한 사례가 많고 가격 또한 매우 고가이기에 대중의 편의성과 실효성에 기반을 둔 합리적이고 우수한 제품을 찾아보기는 쉽지 않은 현실이다.

일반적으로 많이 알려진 알칼리 이온수기는 물의 전기분해를 통해 산성수와 알칼리수를 생성하는데 전기분해 시, 생성된 용존 수소의 환원 작용을 활용하기 위해서 알칼리 이온수를 사용할 때 산성수가 그대로 버려지는 문제점이 있으며, 낮은 수소농도로 인하여 수소수로서의 효과를 극대화하기 어렵고 음용을 위한 알칼리수의 pH가 9 내지 10 정도로 너무 높아 위장 등에 이상이 있는 경우나 과민성 질환이 있는 경우에는 사용할 수 없으며 강한 pH로 인하여 의료기기로 분류되므로 제조와 판매에도 제약을 받게 된다.

한편, 산화환원전위(ORP)가 음의 전위에 위치하고 용존수소를 다량으로 함유한 수소수가 강력한 환원작용으로 암을 비롯한 여러 질병에 효과가 있다는 연구발표가 많아지면서 수소수나 중성수소수를 만들어 내는 제품들이 등장하고 있는데, 이는 생체의 신진대사 과정에서 발생하는 활성산소를 제거하는 활성수소가 포함되어 있기 때문이며 활성수소는 인체 내에서 유해한 활성산소와 결합하여 안전한 물로서 배출시키는 작용을 하므로 세포의 산화를 방지하고 각종 난치병의 치료와 노화예방에 도움을 주는 것으로 알려져 있다.

이처럼, 건강을 위하여 수소수의 강력한 환원력을 제공하는 제품들이 다양하게 출시되고 있는 반면, 환원효과 극대화를 위해 용존수소의 농도를 높이기 위한 특수한 유닛을 부가하거나 연속적으로 사용할 수 있도록 설비용량을 대형화 할 경우, 설비가 대형화되고 제조원가가 상승하는 문제점이 있으므로 합리적인 수소수 제조장치 개발과 제어유닛 개선을 통해 고농도의 수소수를 용도에 맞춰 제공할 수 있는 수소수 제조장치가 요구되는 실정이다.

대한민국 공개특허공보 제10-2016-0062674호(2016.06.02.) 대한민국 등록특허공보 제10-1222455호(2013.01.09.)

본 발명은 직수형 수소수기의 종래기술에 따른 문제점들을 개선하고자 안출된 기술로서, 종래 직수형 수소수기는 필터의 교체나 소형의 소모품을 교체하고자 할 경우, 케이싱을 분리하여야 하기 때문에 필터 또는 소모품의 교체 및 수리작업이 번거로운 문제가 발생하였고;

교체 작업중 복수 개의 부분으로 분리 및 체결되는 체결나사 등의 부품을 잃어버릴 경우, 부품의 재구매를 위한 비용소모 및 번거로움이 발생하는 문제가 발생하여, 이에 대한 해결점을 제공하는 것을 주된 목적으로 하는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 소기의 목적을 실현하고자,

고체 고분자전해질을 분리막으로 포함하며, 정수수를 전기분해하여 수소를 발생시키는 수소발생유닛; 정수수와 상기 수소발생유닛에서 발생된 수소를 혼합하여 수소환원수를 제조하는 기액혼합유닛; 수소환원수 추출용 솔레노이드 밸브가 개방되고 수소환원수 회수용 솔레노이드 밸브가 폐쇄되어 상기 수소환원수를 외부로 공급하는 수소환원수 공급 모드와, 상기 수소환원수 추출용 솔레노이드 밸브가 폐쇄되고 상기 수소환원수 회수용 솔레노이드 밸브가 개방되어 상기 수소발생유닛을 다시 거치도록 상기 수소환원수를 순환시키는 수소환원수 순환 모드로 가동되는 배관라인 및; 상기 수소환원수 추출용 솔레노이드 밸브와 상기 수소환원수 회수용 솔레노이드 밸브를 제어하여 수소환원수의 수소 농도를 가변 조절하는 제어유닛;을 포함하는 수소수 발생유닛을 포함하여 구성되는 수소수기에 있어서,

상기 수소환원수 추출용 솔레노이드 밸브가 설치된 부분 이전의 배관라인에는 일종 이상의 필터가 구비되는 필터모듈(필터부)이 장착되도록 구성되고;

상기 수소발생유닛, 기액혼합유닛, 배관라인, 필터모듈 및 제어유닛을 내부공간에 내재시키고, 전방에는 상기 내부공간의 개폐여부를 조절가능한 슬라이딩 도어(전면케이스)가 구비되는 케이싱;을 포함하여 구성되는 필터 교환이 용이한 직수형 수소수기를 제시한다.

상기와 같이 제시된 본 발명에 의한 필터 교환이 용이한 직수형 수소수기는 케이싱의 전방 부분에 슬라이딩 도어가 구비되어 케이싱의 내부공간을 용이하게 개폐할 수 있기 때문에, 케이싱의 내부공간에 구비된 필터 및 소모품의 교체를 용이하게 수행할 수 있는 효과를 얻을 수 있고;

케이싱의 내부공간을 열 때, 별도의 체결나사를 분리할 필요가 없기 때문에 체결나사와 같은 부품의 분실로 한 부품 재구매 비용을 절약 가능하고, 부품 재구매를 위한 번거로움이 발생하지 않는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 필터 교환이 용이한 직수형 수소수기의 수소수 발생유닛을 나타내는 구성 블럭도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 필터 교환이 용이한 직수형 수소수기의 수소수 발생유닛에 포함된 수소발생모듈의 구조를 나타내는 구성 블럭도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 필터 교환이 용이한 직수형 수소수기의 수소수 발생유닛에 포함된 기액혼합모듈의 구조를 나타내는 구성 블럭도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 필터 교환이 용이한 직수형 수소수기의 수소수 발생유닛의 수소수 공급 모드를 나타내는 작동 상태도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 필터 교환이 용이한 직수형 수소수기의 수소수 발생유닛의 수소수 순환 모드를 나타내는 작동 상태도.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 필터 교환이 용이한 직수형 수소수기를 나타내는 사시도.
도 7 내지 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 필터 교환이 용이한 직수형 수소수기의 전방케이싱과 후방케이싱의 내부를 나타내는 사시도.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 필터 교환이 용이한 직수형 수소수기의 후방케이싱을 나타내는 분해 사시도.
도 10 내지 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 필터 교환이 용이한 직수형 수소수기의 슬라이딩 도어가 열린 상태를 나타내는 사시도 및 정면도.

본 발명은 즉시 출수가 가능한 직수형 수소수기에 관한 것으로서, 고체 고분자전해질을 분리막으로 포함하며, 정수수를 전기분해하여 수소를 발생시키는 수소발생모듈(500); 정수수와 상기 수소발생모듈(500)에서 발생된 수소를 혼합하여 수소수를 제조하는 기액혼합모듈(600); 수소수 추출용 솔레노이드 밸브가 개방되고 수소수 회수용 솔레노이드 밸브가 폐쇄되어 상기 수소수를 외부로 공급하는 수소수 공급 모드와, 상기 수소수 추출용 솔레노이드 밸브가 폐쇄되고 상기 수소수 회수용 솔레노이드 밸브가 개방되어 상기 수소발생모듈(500)을 다시 거치도록 상기 수소수를 순환시키는 수소수 순환 모드로 가동되는 배관라인 및; 상기 수소수 추출용 솔레노이드 밸브와 상기 수소수 회수용 솔레노이드 밸브를 제어하여 수소수의 수소 농도를 가변 조절하는 제어유닛;을 포함하는 수소수 발생유닛을 포함하여 구성되는 수소수기(100)에 있어서, 상기 수소수 추출용 솔레노이드 밸브가 설치된 부분 이전의 배관라인에는 일종 이상의 필터가 구비되는 필터모듈(40)이 장착되도록 구성되고; 상기 수소발생모듈(500), 기액혼합모듈(600), 배관라인, 필터모듈(40) 및 제어유닛을 내부공간에 내재시키고, 전방에는 상기 내부공간의 개폐여부를 조절가능한 슬라이딩 도어(20)가 구비되는 케이싱;을 포함하여 구성되는 필터 교환이 용이한 직수형 수소수기에 관한 것이다.

이하 본 발명의 실시예를 도시한 도면 1 내지 11을 참고하여 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

우선, 도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 의한 수소수기(100)는 수소수 공급 모드(도 4에 도시함)와 수소수 순환 모드(도 5에 도시함) 중 하나로 선택되어 활성화되는 배관라인과, 상기 배관라인에 설치되는 수소발생모듈(500), 기액혼합모듈(600), 정수저장탱크(200) 및 필터모듈(40)을 포함한다.

또한 상기 수소수기(100)는 상기 수소발생모듈(500), 상기 기액혼합모듈(600) 및/또는 상기 배관라인에 설치된 밸브 등을 제어하기 위한 제어유닛(800)을 더 포함한다. 또한 상기 수소수기(100)는 상기 기액혼합모듈(600) 내에 설치된 자기회로(640, 650)을 더 포함한다.

아울러 본 발명에 의한 수소수기(100)에는 수소수 발생유닛(50)의 기액혼합모듈(600)과 연결된 수소수 배출관(10)이 외부에 노출된다.

본 실시예에 있어서, 상기 배관라인은 상기 기액혼합모듈(600)이 하류 측으로 두 개의 라인부, 수소수 공급라인부(10)와 수소수 회수 라인부(20)로 분기되며, 상기 수소수 공급라인부(10)에 설치된 수소수 추출용 솔레노이드 밸브(710)와 상기 수소수 회수라인부(20)에 설치된 수소수 회수용 솔레이드 밸브(700)의 선택적인 개폐(온/오프)에 의해 수소수 공급 모드와 수소수 순환 모드 중 하나로 작동된다.

상기 수소수 회수라인부(20)는 일단에서 상기 수소수 공급라인부(10)로부터 분기되어 나와 타단에서 상기 정수저장탱크(200)에 연결될 수 있다. 또한 상기 배관라인에는 냉,온수 선택 솔레노이드 밸브(300)와 부스터 펌프(400)가 추가로 설치될 수 있다.

상기 수소발생모듈(500)은, 상기 필터모듈(40)에서 정수되어 공급되는 정수수를 전기분해하여 수소수의 제조에 필요한 수소를 생성하는 유닛으로서, 고체 고분자전해질을 분리막으로 채용한 PEM방식의 전기분해유닛이다. 상기 제어유닛(800)이 상기 솔레노이드 밸브(710, 720)의 온/오프를 제어하여 상기 배관라인이 수소수 공급 모드 또는 수소수 순환 모드로 선택되어 가동될 때, 수소발생모듈(500)에서 발생한 수소는 수소 공급용 솔레노이드 밸브(590)를 통해 기액혼합모듈(600) 내로 공급된다. 한편, 상기 필터모듈(40)은 역삼투압 방식의 멤브레인을 채용하여 Ca, Mg 등의 이온성분이 제거된 정수수를 공급하는 것이 바람직하다.

상기 정수저장탱크(200)는 상기 필터모듈(40)에서 정화된 정수수를 받아 저장하도록 상기 필터모듈(40)의 하류 측에 위치하며, 상온수통(210)과, 온수통(220)과 냉수통(230)을 포함할 수 있다. 또한 상기 냉,온수 선택 솔레노이드밸브(300)는 상기 제어유닛(800)로부터 선택신호를 받아 상기 정수 저장탱크(200) 내 온수통(220)과 냉수통(230)으로부터 정수수를 추출하여 펌프(400)로 공급하게 되며, 상기 펌프(400)는 강한 압력으로 정수수를 기액혼합모듈(600)으로 공급한다.

상기 기액혼합모듈(600)은 정수기 저장탱크(200) 내 온수통(220)과 냉수통(230)으로부터 냉,온수 선택 솔레노이드밸브(300)와 펌프(400)를 연속적으로 거쳐 공급되는 정수수를 상기 수소발생모듈(500)로부터 공급되는 수소와 혼합하여 수소수를 생성한다.

도 3에 잘 도시된 바와 같이, 상기 기액혼합모듈(600)은 단면이 좁은 통로를 구비한 벤츄리 튜브의 구조를 이용하여 유체흐름의 압력과 속도변화를 통해 더욱 효율적으로 기액 혼합 기능을 수행한다. 또한, 상기 기액혼합모듈(600)은 자기회로(640, 650)를 내부에 구비한다. 자기회로(640, 650)에 의한 강력한 자속에 대하여 액체가 수직방향으로 통과하게 된다. 이에 따라, 수소수는 자력의 영향으로 인해 물의 분자구조가 구조화된 육각수로 이온활성화 되어 체내 흡수가 용이한 상태로 변화되며 그와 동시에 기액 혼합 효율을 높일 수 있는 클러스터가 작은 분자구조로 변화시키는 작용을 한다.

영구자석을 이용한 자화수는 물 분자의 수소원자(+)와 산소원자(-) 간에 자력에 의한 진동이 일어나서 수소원자가 순간적으로 자기장 방향으로 회전을 일으키게 됨으로써 결합각이 바뀌며 육각구조수로 재배열하는 것을 이용한 것으로 물속에 녹아있는 수소이온과 미네랄이 전하를 띄게 되며, 이때 미네랄의 양에 따라 자화상태 변화의 차이가 존재하는 것으로 알려져 있다.

도 1. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 수소수 추출용 솔레노이드 밸브(710)와 수소수 회수용 솔레이노이 밸브(700)는 상기 제어유닛(800)에 의해 선택적으로 개폐되어 배관라인을 수소수를 공급하는 모드 또는 수소수를 순환시키는 모드로 가변시킨다.

본 실시예에 따른 수소수기(100)는 용도에 따라 용존수소농도(DH)를 조절하여 제공할 수 있는데, 상기 배관라인의 수소수 공급 모드로서의 작동 시간과 수소수 순환 모드로서의 작동시간을 상기 제어유닛(800)을 통한 프로그램 설정으로 제어함으로써 가능하다. 상기 제어유닛(800)에 미리 입력되어 설정된 프로그램에 따라 상기 배관라인을 수소수 공급 모드로 가동한 후, 휴식 시간이 길어지거나 고농도의 용존 수소농도가 필요할 경우에는, 상기 수소수 순환 모드의 가동시간과 가동주기를 설정하여 상기 정수 저장탱크(200)에 저류된 저농도의 정수수를 출수하여 상기 기액혼합모듈(600)에서 고농도의 수소수로 제조한 후, 수소수 회수용 솔레노이드밸브(700)를 거쳐 정수 저장탱크(200)로 순환시키는 과정을 반복하면서 정수 저장탱크(200) 내부의 수소수 내 수소 농도를 높여 저류상태를 유지하게 된다.

상기 제어유닛(800)을 통해 수소수 추출 신호(또는, 공급 명령 신호)가 검지되면, 배관라인은 수소수 공급 모드로 변환 가동되어, 고농도의 수소수를 배출하게 된다. 이때, 상기 수소발생모듈(500)과 기액혼합모듈(600)의 작용이 다시 한 번 이루어짐으로써, 더욱 고농도의 수소수가 제조됨은 당연하다. 이와 같이 배관라인의 수소수 순환 모드의 가동 주기와 가동 시간을 조절함으로써 용도에 맞는 필요 농도의 수소수를 제공할 수 있게 된다.

상기 제어유닛(800)은 기액혼합모듈(600)과 연결된 수소수 공급라인부(10) 상의 수소수 추출용 솔레노이드 밸브(710)와, 기액혼합모듈(600)과 상기 정수 저장탱크(200) 사이를 연결하는 수소수 회수라인부(20) 상의 수소수 회수용 솔레노이드 밸브(700)를 제어하여 배관라인을 수소수 공급 모드와 수소수 순환 모드 중 하나로 선택 가능함과 동시에 수소발생모듈(500)의 동작 제어와 필터모듈(40)의 동작을 제어한다.

한편, 배관라인을 구성하는 유로구성과 부품들은 본 발명에서 수소수를 제조하기 위한 방법을 설명하기 위한 예시로써 제시한 것이므로, 수소수기(100)의 최적화를 위해, 유로구성의 일부 또는, 부품 등을 변경할 수 있다. 하지만 이러한 변경은 상기 수소발생모듈(500)과 기액혼합모듈(600)을 포함하고 수소수 제조를 위해 이와 유사한 유로 구성을 포함한다면, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 것으로 봐야 할 것이다.

이하, 본 실시예에 사용된 전술한 유닛들에 대하여 보다 상세히 설명한다.

먼저, 상기 수소발생모듈(500)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 전기 분해조의 외부를 구성하는 마감플레이트(540) 안쪽에 양극과 음극으로 구성된 두 개의 전극(530, 530)과, 상기 두 개의 전극들(530, 530) 사이에 배치된 고체 고분자전해질막(510)을 포함한다.

또한 상기 수소발생모듈(500)은 고체 고분자전해질막(510)에 결합된 촉매판(520)을 더 포함할 수 있다. 상기 마감 플레이트(540)에는 정수수(또는 전해용수)가 유입되는 유입구(570)과, 상기 수소발생모듈(500) 내에서 분해되어 발생된 수소 및 산소가 배출되는 수소출구(580) 및 산소출구(560)가 형성된다. 상기 수소출구(580)는 수소 공급 솔레노이드밸브(590)가 설치된 배관라인의 일부를 통해 상기 기액혼합모듈(600)과 연결된다. 또한 마감 플레이트(540)는 상기 두 개의 전극(530, 530)이 인출되는 부분을 밀봉하기 위한 가스켓(550)을 포함한다.

본 실시예에 따라, 상기 전기분해조 내에서 두 전극들(530, 530)간 거리를 최소화한 밀착 구성이 구현되어 전해 효율을 높일 수 있으며, 이러한 고체 고분자전해질 전기분해 방식은 통상 약 0.2~4Kgf/㎠ 정도의 압력으로 수소를 지속적으로 생성할 수 있으므로, 기액 혼합을 위한 일정압력을 제공할 수 있게 해준다. 이러한 PEM형식의 전기분해조는 효율이 높고 높은 전류밀도에서의 작동과 빠른 응답성을 가지고 있으며 높은 수소발생압력을 제공함으로써 본 발명에서 제공하는 기액혼합모듈(600)의 효율을 증가시킨다. 이는, PEM형식의 전기분해 방식에서 얻을 수 있는 특징인 수소발생 압력을 활용하는 것이며 기체의 용해도는 압력에 비례한다는 헨리의 법칙에도 부합한다.

한편, 전술한 전기분해조가 복수개로 결합된 스택(Stack)을 구성하여 사용할 수도 있는데, 이는 상기 기액혼합모듈(600) 내부에서의 효과적인 기액 혼합에 필요한 대용량의 풍부한 수소와 압력을 제공함으로써 대용량의 수요에 대응할 수 있도록 해준다.

또한, 전기분해 시에 생성되는 수소와 더불어 동시에 생성되는 산소는 순수 산소 기체로서 공기 중에 방출하여 주변의 산소 농도를 높여주거나 또는 여타의 용도로 활용될 수 있을 것이다.

상기 기액혼합모듈(600)은, 정수수와 수소를 효과적으로 혼합하기 위한 것으로, 도 3에 도시된 것과 같이, 베르누이관의 구조를 가지도록 벤츄리관을 포함한다. 이는, 관수로에서 좁아진 단면적(도3의 A)부분의 유로를 지날 때 유속은 빨라지면서 압력이 낮아지고 반대로 넓은 단면적에서는 유속이 늦어지면서 압력은 증가하는 베르누이의 원리를 이용한 것이다. 이때, 에너지 보존법칙의 결과로서 베르누이관의 내부 임의의 지점에서 일정 시간 동안 흐르는 유량이 동일함은 주지의 사실이다.

도 3을 참조하여 자세히 설명하면, 정수수와 수소의 효율적인 기액 혼합을 위한 기액혼합모듈(600)의 정수수유입구(610)로 정수수가 유입되면 베르누이관의 목 부위 좁아진 부분, 즉 목 부분(A)에서는 유속이 빨라지게 되고 압력은 낮아지므로 수소유입구(620)로 수소의 유입이 보다 쉽게 이루어져 기액 혼합이 이루어진다. 수소유입구(620)는 상기 목 부분(A)과 연결된다. 수소발생모듈(500)에서 발생된 수소 기체는 상기 수소유입구(620)를 통해 상기 목 부분(A)으로 유입된다.

베르누이관의 내부 좁아진 목 부분을 빠르게 흐르는 유속과 낮아진 압력으로 인해 수소발생모듈(500)에서 생성된 수소기체는 미세한 기포형태로 기액혼합모듈(600) 내부로 혼입되어 최초 혼합이 이루어지고, 이어서 점차로 넓어지는 관 내부(630), 즉, 기액 혼합 구간의 넓어진 단면적으로 인해 유속이 늦어지면서 수소기포는 점차 가압이 이루어진다. 가압된 기체가 증가된 압력으로 인해 터질 때에는 더욱 미세한 마이크로 입자형태로 분산되므로 증가된 압력에 비례하여 수소기체의 용해도는 더욱 높아지게 된다.

이는, "기체의 용해도는 압력에 비례 한다"는 헨리의 법칙에도 부합하며 상기 기액혼합모듈(600)의 좁아진 단면적(도3의 A)에 따라 혼합효율의 차이가 존재함을 의미한다. 상기 좁아진 단면적 부분, 즉, 목 부분(A)은 0.5 ~ 5 밀리미터, 더 바람직하게는, 0.5~2.0 밀리미터로 구성하면, 기액 혼합효율을 더욱 높일 수 있다.

위와 같이, 상기 기액혼합모듈(600)은 효율을 높이기 위해 좁아진 단면적의 목 부분(A)을 갖는 구조를 포함하는데, 이와 같은 구조를 복수개로 하여 직렬로 구성하면 혼합효율을 더욱 높일 수가 있다. 또한, 대용량의 수소수가 필요할 경우에는, 복수의 기액혼합모듈(600)을 병렬로 설치함으로써, 자유로운 용량 증가가 가능하다.

상기 기액혼합모듈(600)의 넓어진 관 내부 기액 혼합구간(630)을 통과하여 제조된 수소수는, 이어서 강력한 영구자석(650)이 서로 대향하도록 배치되고 계철(640)과 연결되어 폐회로로 이루어진 자기회로로 둘러싸인 유로를 통과하며, 이에 의해, 물의 클러스터가 더욱 작아지게 된다. 상기 자기회로는 강력한 영구자석을 지근거리에서 대향시키고 자력의 외부누출을 방지하기 위해 계철(640)로 연결하여 폐회로를 구성함으로써 항구적으로 자화수를 생성하도록 하였다. 자기회로의 자력에 의해 물의 클러스터가 더욱 작아진 수소수는 수소수 출구(660)를 통해 상기 기액혼합모듈(600)의 외부로 흐른다.

상기 필터모듈(40)은 일반적인 물 필터링에 사용되는 필터 구조를 포함할 수 있으며, 액체에 포함된 부유성 이물질과 유기물, 염소, 녹, 냄새, 바이러스등을 제거하기 위한 다단의 필터를 포함하고, 더욱 바람직하게는 역삼투압 방식의 필터를 포함한다. 더욱 바람직하게는 추가로 탈이온 기능을 가진 DI필터를 채용하여 Ca, Mg등 용존된 이온물질들을 최대한 제거한 초순수를 공급되도록 구성함으로써 상기 수소발생모듈(500) 내부의 전해용 전극에 생성될 수 있는 스케일을 최소화하고 전극사이에 위치한 고체 고분자 전해질 분리막 표면도 최적의 상태로 유지할 수 있도록 구성함이 바람직하다.

또한 상기 필터모듈(40)은 필터성능 및 필터링되는 이물질의 종류에 따라 적절한 개수로 구성할 수 있고, 도 1과 같이 수소수 추출용 솔레노이드 밸브가 설치된 부분 이전의 배관라인에 필터모듈(40)이 장착되는 경우, 상기 필터모듈(40)은 제1차 필터모듈(41), 제2차 필터모듈(42) 및 보조 필터모듈((43)이 순차적으로 연결되어 정수수를 유동시키도록 구성되고, 상기 제1차 필터모듈(41)은 정수수에 포함된 입자가 큰 오염물질을 필터링하고, 상기 제2차 필터모듈(42)은 상기 제1차 필터모듈(41)을 통과한 정수수에 포함된 미세 입자의 오염물질을 필터링할 수 있으며, 상기 보조 필터모듈(43)은 당업자의 판단에 더 구비 가능한 필터모듈(40)로서 상기 제2차 필터모듈(42)을 통과한 정수수에 미네랄 첨가와 같은 부가적인 기능성을 더 부여할 수 있도록 하는 필터가 포함된 필터모듈(40)이다.

아울러 상기 케이싱은 상기 수소발생모듈(500), 기액혼합모듈(600), 배관라인, 필터모듈(40) 및 제어유닛을 내부공간에 내재시키고, 전방에는 상기 내부공간의 개폐여부를 조절가능한 슬라이딩 도어(20)가 구비되는 구성이다.

즉, 본 발명에 따른 수소수기(100)는 사용자 및 관리자 모두에게 수소수기(100)의 사용 및 관리에 편의를 제공하기 위하여 상기 수소수기(100)의 슬라이딩 도어(20)에 표시창(20a)을 형성하여, 상기 수소수기(100)의 유량정보, 필터교환정보 및 내부정보 등 각종 정보를 상기 표시창(20a)을 통해 나타내어 사용자 및 관리자가 상기 수소수기(100)의 현재상태 및 각종 정보를 한눈에 알아볼 수 있도록 하였으며, 상기 표시창(20a)은 DMB(Digital Multimedia Broadcasting), 라디오, 인터넷이 가능하도록 구현된다.

본 발명에 따른 수소수기(100)는 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 필터모듈(40)과 상기 수소발생모듈(500), 기액혼합모듈(600), 배관라인, 필터모듈(40) 및 제어유닛이 상기 수소수기(100)의 후방케이싱(30)의 내측에 안착설치되고, 상기 후방케이싱(30)의 측면 상하부에는 관통홀(32)이 형성되어 상기 관통홀(32)에 봉형의 슬라이딩 가이드바(31)가 상기 후방케이싱(30)을 가로질러 삽입형성된다.

또한, 상기 슬라이딩 도어(20)의 내부 상측 또는 하측에는 상기 슬라이딩 가이드바(31)에 대응하여 상기 슬라이딩 도어(20)가 슬라이딩 개폐될 수 있도록 적어도 하나의 체결구(21)가 형성된다. 상기 체결구(21)는 상기 슬라이딩 가이드바(31)가 관통체결될 수 있도록 내부가 중공되어 형성되고, 또 다른 실시예로 상기 체결구(21)를 고리부재로 형성하여 상기 체결구(21)를 상기 슬라이딩 가이드바(31)에 용이하게 체결시킴으로써 상기 슬라이딩 도어(20)가 상기 후방케이싱(30)에 체결되어 슬라이딩 개폐할 수도 있다.

상기 체결구(21)는 상기 슬라이딩 도어(20)의 일단에서 내측으로 하나 이상 형성되어, 상기 슬라이딩 도어(20)의 개방시 상기 슬라이딩 도어(20)의 내측에 형성된 마지막 체결구(21)가 상기 슬라이딩 가이드바(31)에 슬라이딩 된 후 상기 후방케이싱(30)의 내측 일단에 걸려 상기 슬라이딩 도어(20)가 더 이상 개방되지 않고 멈추도록 한다. 즉, 상기 슬라이딩 도어(20)는 상기 후방케이싱(30)의 내부공간이 전부 노출되도록 열리지 않고, 상기 후방케이싱(30)에 안착,설치된 상기 필터모듈(40)만이 외부로 노출되도록 개폐된다. 이는 상기 필터모듈(40)의 교환을 용이하게 하고, 상기 전해조(50), 배관라인, 및 각종센서가 외부로 노출되어 파손되거나 이물질 등이 투입되는 것을 예방하기 위함이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 수소수기(100)의 슬라이딩 도어(20)는 상기 후방케이싱(30)의 좌우방향으로 슬라이딩 개폐되는데, 당업자 및 사용자의 요구에 따라 상기 슬라이딩 가이드바(31)를 상기 후방케이싱(30)의 좌우 양측으로 형성하고 상기 체결구(21)를 상기 슬라이딩 가이드바(31)에 대응체결되도록 상기 슬라이딩 도어(20)에 형성하여, 상기 슬라이딩 도어(20)가 상기 후방케이싱(30)의 상하로 슬라이딩 개폐되도록 형성할 수 있다.

한편, 상기 슬라이딩 도어(20)가 상기 후방케이싱(30)에 슬라이딩 개폐되어 반동에 의해 멈추지 않고 흔들리거나, 완전히 닫히지 않는 경우 등을 예방하기 위해, 상기 후방케이싱(30)의 일측 또는 타측에는 고정자성체(36)가 구비되고 상기 슬라이딩 도어(20)의 일측 또는 타측에는 금속재의 고정브라켓(26)이 구비되어, 상기 슬라이딩 도어(20)의 슬라이딩 개폐시 상기 고정브라켓(26)이 상기 고정자성체(36)에 밀착고정되어 상기 슬라이딩 도어(20)가 고정되도록 한다.

또한, 상기 후방케이싱(30)의 내부 일측에는 체결홈(35)을 형성하고 상기 슬라이딩 도어(20)에는 상기 체결홈(35)에 대응되는 체결핀(25)을 형성하여, 상기 슬라이딩 도어(20)가 완전히 닫친 상태에서 상기 수소수기(100)가 이동하거나 움직이더라도 상기 슬라이딩 도어(20)가 쉽게 열리거나 흔들리지 않도록 하며, 집안의 어린아이 등이 쉽게 상기 슬라이딩 도어(20)를 열어 안전사고를 일으키는 것을 예방한다.

상기 체결홈(35)은 바람직하게는 입구를 반원의 유선형으로 형성하고, 상기 체결핀(25)은 "ㄱ"자 형상으로 형성되어 일끝은 반원 형상으로 돌출형성하여, 상기 체결핀(25)이 상기 체결홈(35)에 적은 힘으로 체결될 수 있으면서도 쉽게 상기 체결핀(25)이 상기 체결홈(35)에서 이탈되지 않게 된다.

한편, 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수소수기(100)의 상기 후방케이싱(30)은 상기 슬라이딩 가이드바(31)가 삽입되도록 관통홀(32)이 형성된 제1후방케이싱(30a)과, 상기 제1후방케이싱(30a)의 배후에서 결합하고 상기 관통홀(32)을 폐쇄하는 체결편(33)이 형성된 제2후방케이싱(30b)으로 분리,결합되도록 형성되어, 상기 필터모듈(40)이 상기 슬라이딩 도어(20)의 슬라이딩 개폐시 외부로 노출되고, 상기 수소발생모듈(500), 기액혼합모듈(600), 배관라인, 필터모듈(40) 및 제어유닛은 상기 제1후방케이싱(30a)과 상기 제2후방케이싱(30b)의 사이에 설치되게 된다.

즉, 상기 필터모듈(40), 수소발생모듈(500), 기액혼합모듈(600), 배관라인, 필터모듈(40), 제어유닛 및 배관라인 등의 교체, 수리작업의 용이성을 극대화하기 위해 상기 후방케이싱(30)을 제1후방케이싱(30a) 및 제2후방케이싱(30b)로 분리가능하도록 형성하여, 상기 필터모듈(40)을 상기 후방케이싱(30) 내에서 분리하지 않고서도 상기 필터모듈(40)을 비롯한 구성품들의 교체, 수리작업이 가능하며, 또한 제1후방케이싱(30a)에 형성된 관통홀(32)에 삽입체결된 상기 슬라이딩 가이드바(31)가 상기 관통홀(32)에서 이탈되는 것을 막기 위해 상기 제2후방케이싱(30b)에 체결편(33)을 형성하여 상기 제2후방케이싱(30b)이 상기 제1후방케이싱(30a)의 후측에서 체결시 상기 체결편(33)이 상기 관통홀(32)을 완전히 차폐하게 된다.

이하, 도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 수소수기(100)의 실시예를 나타낸 사용 상태도로, 상기 수소수기(100)의 전면에서 상기 슬라이딩 도어(20)가 슬라이딩 개폐되며 이때, 상기 고정자성체(36)가 상기 고정브라켓(26)에 붙어 상기 슬라이딩 도어(20)가 안전하게 개방된 상태로 고정되며, 상기 제1후방케이싱(30a)에 안착,설치된 필터모듈(40)이 외부로 노출되어 필터모듈(40)의 교환, 수리작업이 용이하게 이루어져, 종래 후방케이싱(30)을 개방한 후 필터교환 및 수리작업이 이루어진 수소수기(100)의 문제점을 획기적으로 개선하였다.

상기는 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 설명하였으며, 상기의 실시예에 한정되지 아니하고, 상기의 실시예를 통해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경으로 실시할 수 있는 것이다.

10 : 수소수 배출관 20 : 슬라이딩 도어
20a : 표시창 21 : 체결구
25 : 체결핀 26 : 고정브라켓
30 : 후방케이싱 30a: 제1후방케이싱
30b : 제2후방케이싱 31 : 슬라이딩 가이드바
32 : 관통홀 33 : 체결편
35 : 체결홈 36 : 고정자성체
40 : 필터모듈 50 : 수소수 발생유닛
100 : 수소수기 200 : 정수 저장탱크
300 : 솔레노이드밸브 400 : 펌프
500 : 수소발생모듈 510 : 고분자전해질막
600 : 기액혼합모듈 640, 650 : 자기회로

Claims

고체 고분자전해질을 분리막으로 포함하며, 정수수를 전기분해하여 수소를 발생시키는 수소발생모듈(500); 정수수와 상기 수소발생모듈(500)에서 발생된 수소를 혼합하여 수소수를 제조하는 기액혼합모듈(600); 수소수 추출용 솔레노이드 밸브가 개방되고 수소수 회수용 솔레노이드 밸브가 폐쇄되어 상기 수소수를 외부로 공급하는 수소수 공급 모드와, 상기 수소수 추출용 솔레노이드 밸브가 폐쇄되고 상기 수소수 회수용 솔레노이드 밸브가 개방되어 상기 수소발생모듈(500)을 다시 거치도록 상기 수소수를 순환시키는 수소수 순환 모드로 가동되는 배관라인 및; 상기 수소수 추출용 솔레노이드 밸브와 상기 수소수 회수용 솔레노이드 밸브를 제어하여 수소수의 수소 농도를 가변 조절하는 제어유닛;을 포함하는 수소수 발생유닛을 포함하여 구성되는 수소수기에 있어서,
상기 수소수 추출용 솔레노이드 밸브가 설치된 부분 이전의 배관라인에는 일종 이상의 필터가 구비되는 필터모듈(40)이 장착되도록 구성되고;
상기 수소발생모듈(500), 기액혼합모듈(600), 배관라인, 필터모듈(40) 및 제어유닛을 내부공간에 내재시키고, 전방에는 상기 내부공간의 개폐여부를 조절가능한 슬라이딩 도어(20)가 구비되는 케이싱;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 필터 교환이 용이한 직수형 수소수기.
제1항에 있어서,
상기 케이싱은,
상기 내부공간이 형성되고, 일측에 적어도 하나의 슬라이딩 가이드바(31)가 형성되는 후방케이싱(30); 및
상기 후방케이싱(30)에 체결되고, 상기 필터모듈(40)의 교환을 위하여 상측 또는 좌우측으로 슬라이딩 개폐되도록 상기 슬라이딩 가이드바(31)에 체결되어 슬라이딩되는 적어도 하나의 체결구(21)가 후면에 형성되는 슬라이딩 도어(20);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 필터 교환이 용이한 직수형 수소수기.
제2항에 있어서,
상기 후방케이싱(30)의 일측 또는 타측에는,
고정자성체(36)가 구비되고 상기 슬라이딩 도어(20)의 일측 또는 타측에는 고정브라켓(26)이 구비되어, 상기 슬라이딩 도어(20)의 슬라이딩 개폐시 상기 슬라이딩 도어(20)가 고정되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 필터 교환이 용이한 직수형 수소수기.
제2항에 있어서,
상기 후방케이싱(30)은,
상기 슬라이딩 가이드바(31)가 삽입되도록 관통홀(32)이 형성된 제1후방케이싱(30a); 및
상기 제1후방케이싱(30a)의 배후에서 결합하고, 상기 관통홀(32)을 폐쇄하는 체결편(33)이 형성된 제2후방케이싱(30b);를 포함하며,
상기 필터모듈(40)은 상기 제1후방케이싱(30a)에 설치되어 상기 슬라이딩 도어(20)의 슬라이딩 개폐시 외부로 노출되고,
상기 수소발생모듈(500), 기액혼합모듈(600), 배관라인, 필터모듈(40) 및 제어유닛은 사익 제1후방케이스와 상기 제2후방케이스의 사이에 설치되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 필터 교환이 용이한 직수형 수소수기.