KR20180047772A - 담수 또는 수돗물의 수소 농도를 강화하기 위한 전극 구조물, 이를 이용한 수소수 제조 장치 및 이를 이용한 무선 수소수 제조 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 수소수 제조 장치는 외벽과 바닥면으로 형성된 저수 공간에 물을 수용할 수 있는 수조, 전극부 및 구동 회로부를 포함할 수 있다. 전극부는 수조의 바닥면에 대향하도록 수평으로 배치되고 다수의 공극들을 포함하는, 티타늄 소재의 음극 전극과 음극 전극의 상부에서 음극 전극에 대향하도록 수평으로 배치되고 다수의 공극들을 포함하는, 백금 소재 또는 백금 코팅된 전도성 소재의 양극 전극을 포함하고, 구동 회로부는 음극 전극과 양극 전극 사이에 소정의 직류 전계를 생성할 수 있다. 음극 전극과 양극 전극은, 물 속에서 음극 전극과 양극 전극의 사이에 소정의 직류 전계가 인가될 경우에 음극 전극과 양극 전극 사이에서 물의 전기분해가 일어나 정도의 거리만큼 이격되도록 배치될 수 있다. 음극 전극과 양극 전극 사이의 물에서 발생하는 폭기가 양극 전극의 다수의 공극들을 통과하면서 상승하여 수조 내에서 물을 유동시키고, 음극 전극에서 발생하는 수소가 물의 유동에 따라 수조 내에 수용된 물에 희석됨으로써, 용존 수소 농도가 강화된, 안정적인 수소수가 제조될 수 있다.

Description

담수 또는 수돗물의 수소 농도를 강화하기 위한 전극 구조물, 이를 이용한 수소수 제조 장치 및 이를 이용한 무선 수소수 제조 장치{ELECTRODE STRUCTURE AND HYDROGEN ENRICHED WATER PRODUCING APPARATUS FOR ENRICHING HYDROGEN CONCENTRATION IN FRESHWATER OR TAP WATER, AND WIRELESS HYDROGEN ENRICHED WATER PRODUCING APPARATUS FOR THE SAME}

본 발명의 기술적 사상은 수소수 제조 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 담수 또는 수돗물의 수소 농도를 강화할 수 있는 수소수 제조 장치 및 무선 수소수 제조 장치에 관한 것이다.

물에 용해된 수소 분자는 강력한 환원력을 가지고 있어서 물 속의 활성 산소를 제거할 수 있는데, 이러한 기전으로써 물 분자만 생성될 뿐이고 다른 부산물은 없다. 한편, 세포 내에서 대사 과정 중에 생기는 활성 산소가 단백질이나 유전자의 변성을 초래하고 노화에 기여한다는 점도 널리 알려져 있는데, 만약 수소 분자가 풍부하게 용해된 물, 즉 수소풍부수 내지 수소수를 이용하여 세포 내에 활성 산소를 제거할 수 있다면 세포를 좀더 오래 건강하게 유지할 수 있을 것이다. 학계에서는 물에 다량 용해된 수소 분자가 세포 내에서 항산화 작용, 항염증 작용, 알레르기 감소, 대사 촉진 등의 효과를 보인다는 연구가 다양하게 보고되고 있다.

일반적으로 실온에서 용존 수소 농도는 이론적으로 최대 약 1.6 ppm 정도까지 이를 수 있지만, 아무런 수소 강화 처리를 하지 않은 보통의 수돗물이나 생수에서는 0.1 ppm 이하의 농도를 보인다. 자연적으로는 담수나 수돗물 속의 용존 수소 농도는 매우 낮기 때문에 용존 수소 농도를 인위적으로 강화하여 수소수를 제조하기 위해 여러 방법들이 이용되고 있다.

첫째, 화학반응 방식은 물과 만나면 격렬하게 수소를 발생시키는 알칼리 금속 스틱을 물에 넣어 발생하는 수소가 물에 용해되도록 하는 방법이다. 이 방법으로 얻은 수소수는 수소 농도가 낮고, 수소가 밀집하여 발생하기 때문에 수소 클러스터가 크며, 이에 따라 수소 분자들이 큰 기포를 형성하여 짧은 시간 안에 대기 중으로 방출되어 버린다. 게다가, 알칼리 금속 이온이 다량 함유된 물은 음용수로 적합하지 않다.

다음으로, 수소 가스 주입 방식은 정수된 물에 고압의 수소가스를 충진하여 물에 강제로 수소를 용해시키는 방법이다. 이 방법은 수소수를 대량 생산하기 좋은 방법이나, 수소수 내의 수소 용해 상태가 고르지 않아 개봉 후 반나절 정도 지나도 대기 중으로 수소가 대부분 방출되는 것으로 알려져 있다.

한편, 무격막식 전기분해 방식은 물을 전기 분해하였을 때에 양극 쪽에서는 수소 이온과 산소가 풍부해지고 음극 쪽에서는 수산기와 수소가 풍부해지는 현상을 이용하여 수소수를 제공하는 방법이다. 이 방식은 생수나 수돗물과 같이 전해질이 부족한 물에서 전기분해를 일으키기 위해서는 수십 볼트(V)의 높은 전압을 인가해야 하거나, 소금 또는 수산화나트륨과 같은 물질을 녹여 전해수로 만들어야 하고, 장기간 사용 시에 전극에 염이 석출하여 붙거나 전극이 용출되어 없어지기 때문에 전극의 내구성이 낮고, 석출 또는 용출 현상을 줄이기 위해 두 전극의 극성을 교번하는 등의 수단이 필요하다. 또한 이 방식은, 수돗물을 이용할 경우에, 또는 물에 소금을 넣는 경우에, 양극에서 염소 가스를 발생시켜 역한 냄새를 만들어내는 문제점, 양극에서 강력한 산화력을 가지는 차아염소산(HClO)이 다량 발생한다는 문제점 등을 가지며, 이를 방지하려면 물 속의 염소를 제거할 수 있는 고가의 소모품인 정수 필터가 더 필요할 수 있다.

격막식 전기분해 방식은 이온 교환 격막으로 분리한 전해조에서 물을 전기분해하여 양극 쪽에서는 수소 이온과 산소가 풍부해진 산성수를 만들고 음극 쪽에서는 수산기와 수소가 풍부해진 알칼리수를 만들며, 그 중에 알칼리수를 수소수로 제공하는 방식이다. 이 방식은, 무격막식 전기분해 방식의 모든 문제점에 더하여, 격막의 낮은 내구성과 높은 비용 문제점 및 수소수의 pH가 장기간 음용수로 쓰기에는 높다는 문제점을 가진다.

고분자전해질막(PEM: Polymer Electrolyte Membrane) 전기분해 방식은 수조 양극 전극과 음극 전극 사이에 PEM 막을 설치하고 하나의 수조 안에서 전기분해를 하는 방식으로, 음극 쪽에서 수산기와 수소가 풍부해진 수소수가 제조되는 동안에, 양극 쪽에서 풍부해진 수소 이온(즉, 양성자)가 PEM 막을 통해 음극 쪽으로 보내지고, 이 수소 이온에 의해 음극 쪽에 풍부해진 수산기가 환원됨으로써 수소수의 pH를 중성화하는 방식이다. 이 방식은 비록 일반적인 전기분해 방식의 여러 문제점을 해소하였지만, PEM 막의 낮은 내구성과 높은 비용 문제점 및 수돗물의 경우에 양극에서 발생하는 염소 가스의 문제점은 여전하다.

수소용존화 방식은 공급수를 두 챔버에 나누어 저수하고, 일부 공급수를 전기 분해하였을 때에 기체화되는 산소를 대기 중으로 방출하는 동시에 기체화된 수소를 모으며, 모은 수소를 나머지 공급수에 주입함으로써 수소수를 제조하는 방식이다. 이 방식은, 전기분해 시에 대량으로 수소를 발생시키기 위해 PEM 막과 같은 비싼 구성이 필요하고, 산소를 방출하면서 한편으로는 수소를 따로 모으는 구성과, 모은 수소를 물 속에 주입하여 용해시킬 복잡한 구성도 필요하다.

이렇듯 다양한 방식으로 수소수를 상업적으로 마케팅하는 제조업자들은 각자 수소수의 용존 수소 농도를 0.4 ppm에서 1.6 ppm까지 이른다고 주장한다. 하지만, 대량 생산되는 수소수는 충분히 높은 용존 수소 농도를 유지한 상태로 저렴하게 유통되기 어렵다. 예를 들어 수소 분자는 매우 작기 때문에, 통상적인 플라스틱 용기는 수소 분자를 오래 가둬둘 수 없다. 또한 알루미늄 캔은 수소수의 권장 섭취량을 고려하면 과도하게 비싼 소재이다. 반면에 가정에서 소규모로 수소수를 즉석 제조하는 기존의 장치들은 알칼리 이온이 과다하거나 pH가 너무 높거나, 염소 가스가 발생한다거나, 복잡한 구성과 비싼 소재, 낮은 내구성의 전극으로 인해 전체적인 비용이 너무 높은 문제가 있다.

이에 따라, 수소수를 오랫동안 낮은 비용으로 간단하게 제조할 수 있는 수단이 필요하다.

본 발명의 기술적 사상이 해결하려는 과제는 담수 또는 수돗물의 수소 농도를 강화하기 위한 전극 구조물 및 이를 이용한 수소수 제조 장치를 제공하는 데에 있다. 구체적으로, 본 발명이 해결하려는 과제는 담수 또는 수돗물로부터 염소 가스 발생을 억제하면서 동시에 수소 농도를 강화하기 위한 전극 구조물 및 이를 이용한 수소수 제조 장치를 제공하는 데에 있다.

구체적으로, 본 발명이 해결하려는 과제는 전극의 극성 교번 구성 없이도 염의 석출이나 전극의 용출을 억제하면서 동시에 충분한 수소 발생을 제공하기 위한 전극 구조물 및 이를 이용한 수소수 제조 장치를 제공하는 데에 있다. 구체적으로, 본 발명이 해결하려는 과제는 양극에서 염소와 산소계　산화종　생성을 억제하기　위한 전극 구조물 및 이를 이용한 수소수 제조 장치를 제공하는 데에 있다.　

또한, 본 발명의 기술적 사상이 해결하려는 과제는 수소수 제조 장치에 대한 사용자 편의를 증대시키기 위해 무선으로 작동 가능한 무선 수소수 제조 장치를 제공하는 데에 있다. 구체적으로, 본 발명이 해결하려는 과제는 담수 또는 수돗물로부터 염소 가스 발생을 억제하면서 동시에 수소 농도를 강화하기 위한 전극 구조물 및 이를 이용한 무선 수소수 제조 장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 기술적 사상에 따른 수소수 제조 장치는 외벽과 바닥면으로 형성된 저수 공간에 물을 수용할 수 있는 수조; 상기 수조의 바닥면에 상기 대향하도록 수평으로 배치되고 다수의 공극들을 포함하는, 티타늄 소재의 음극 전극과, 상기 음극 전극의 상부에서 상기 음극 전극에 대향하도록 수평으로 배치되고 다수의 공극들을 포함하는, 백금 소재 또는 백금 코팅된 전도성 소재의 양극 전극을 포함하는 전극부; 및 상기 음극 전극과 상기 양극 전극 사이에 소정의 직류 전계를 생성하는 구동 회로부를 포함하고, 상기 음극 전극과 상기 양극 전극은, 물 속에서 상기 음극 전극과 상기 양극 전극의 사이에 소정의 직류 전계가 인가될 경우에 상기 음극 전극과 상기 양극 전극 사이에서 물의 전기분해가 일어날 정도의 거리만큼 이격되도록 배치되며, 상기 음극 전극과 상기 양극 전극 사이의 물에서 발생하는 폭기가 상기 양극 전극의 상기 다수의 공극들을 통과하면서 상승하여 상기 수조 내에서 물을 유동시키고, 상기 음극 전극에서 발생하는 수소가 상기 물의 유동에 따라 상기 수조 내에 수용된 물에 희석됨으로써 수소수를 제조할 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 양극 전극은 염소의 과전압보다 산소의 과전압이 더 낮은 소재이고, 이에 따라, 상기 양극 전극에서 산소 가스가 염소 가스보다 더 많이 생성되며, 상기 음극 전극은 상기 양극 전극보다 전기 전도도가 낮은 소재일 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 수소수 제조 장치의 상기 음극 전극과 상기 양극 전극은 각각 표면에 다수의 돌출부들을 가지며, 상기 구동 회로부에 의해 물 속에서 상기 음극 전극과 상기 양극 전극 사이에 소정의 직류 전계가 인가될 때에, 상기 음극 전극의 돌출부와 상기 양극 전극의 돌출부 사이의 절연이 파괴될 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 수조는 상기 바닥면에 상기 전극부의 상기 양극 전극 및 상기 음극 전극을 상기 구동 회로부에 전기적으로 연결시킬 수 있도록 적어도 두 개의 전도성 부재들이 관통하는 적어도 두 개의 관통공들을 가질 수 있다.

본 발명의 기술적 사상에 따른 무선 수소수 제조 장치는 외벽과 바닥면으로 형성된 저수 공간에 물을 수용할 수 있는 수조; 상기 수조의 상기 바닥면에 대향하도록 수평으로 배치되고 다수의 공극들을 포함하는 음극 전극과, 상기 음극 전극의 상부에서 상기 음극 전극에 대향하도록 수평으로 배치되고 다수의 공극들을 포함하는 양극 전극을 포함하는 전극부; 무선 전력을 수신되는 동안에 상기 음극 전극과 상기 양극 전극 사이에 소정의 직류 전계를 생성하는 무선 전력 수신부; 및 상기 무선 전력 수신부에 상기 무선 전력을 공급하는 무선 전력 송신부를 포함하고, 상기 음극 전극과 상기 양극 전극은, 물 속에서 상기 음극 전극과 상기 양극 전극의 사이에 소정의 직류 전계가 인가될 경우에 상기 음극 전극과 상기 양극 전극 사이에서 물의 전기분해가 일어날 정도의 거리만큼 이격되도록 배치되며, 상기 음극 전극과 상기 양극 전극 사이의 물에서 발생하는 폭기가 상기 양극 전극의 상기 다수의 공극들을 통과하면서 상승하여 상기 수조 내에서 물을 유동시키고, 상기 음극 전극에서 발생하는 수소가 상기 물의 유동에 따라 상기 수조 내에 수용된 물에 희석됨으로써 수소수를 제조할 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 전극부 및 상기 무선 전력 수신부는 상기 수조에 일체적으로 고정되도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에 따라, 상기 전극부는 상기 무선 전력 수신부에 일체적으로 고정되지만 상기 수조의 바닥면에 대해서는 비고정적으로 배치되도록 구성될 수 있다.

일 실시예에 따라, 무선 수소수 제조 장치는 상기 무선 전력 공급부가 상기 무선 전력을 공급하는 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 무선 전력 수신부가 상기 무선 전력 공급부에 정렬된 경우에, 상기 무선 전력 공급부로부터 상기 무선 전력 수신부에 상기 무선 전력을 공급하는 동작을 활성화할 수 있다.

일 실시예에 따라, 무선 수소수 제조 장치는 상기 무선 전력 공급부가 상기 무선 전력을 공급하는 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 수조에 소정 분량의 물이 담긴 채로 상기 무선 전력 수신부가 상기 무선 전력 공급부에 정렬된 경우에, 상기 무선 전력 공급부로부터 상기 무선 전력 수신부에 상기 무선 전력을 공급하는 동작을 활성화할 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 양극 전극은 백금 소재 또는 백금 코팅된 전도성 소재이고, 상기 음극 전극은 티타늄 소재일 수 있다.

본 발명의 기술적 사상에 따르면, 전극 구조물 및 수소수 제조 장치는 담수 또는 수돗물의 수소 농도를 강화할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 기술적 사상에 따른 전극 구조물 및 수소수 제조 장치는 전극의 극성 교번 구성없이도 염의 석출이나 전극의 용출을 억제하면서 동시에 충분한 수소를 발생시킬 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 기술적 사상에 따른 전극 구조물 및 수소수 제조 장치는 전극이 직류 전압으로 구동되고 전극의 구조가 간단하며 비싼 이온교환수지 격막을 사용하지 않고 저렴하여 제조 비용이 낮지만, 전극의 내구성은 높아 오래 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 기술적 사상에 따른 전극 구조물 및 수소수 제조 장치는 수도물 사용 시에도 염소 가스 발생을 억제하여 수소수 제조 중에 나쁜 냄새가 나는 현상을 줄일 수 있다.

나아가, 본 발명의 기술적 사상에 따른 전극 구조물 및 수소수 제조 장치는, 전극 구조물 사이에서 발생하는 폭기가 수조 내에서 물을 격렬하게 유동시키기 때문에, 음극 전극에서 발생하는 수소의 클러스터를 잘게 쪼갤 수 있고, 작은 크기의 수소 클러스터들이 물의 유동에 따라 물 속에 골고루 퍼지게 되므로, 제조된 수소수 내에서 용존 수소 농도를 오랫동안 안정적으로 유지할 수 있다.

한편, 본 발명의 기술적 사상에 따른 무선 수소수 제조 장치는 무선 전력으로 수소수를 간편하게 제조할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 기술적 사상에 따른 무선 수소수 제조 장치는 전극 구조물을 가진 수조를 무선 전력 거치대 위에 올려놓는 것만으로도 간편하게 수소수 제조 기능을 구동할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 기술적 사상에 따른 무선 수소수 제조 장치는 수조 역할을 하는 임의의 비금속제 컵 바닥에 무선 전력 수신부와 일체화된 전극 구조물을 놓고 비금속제 컵을 무선 전력 거치대 위에 올려놓는 것만으로도 간편하게 수소수 제조 기능을 구동할 수 있다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 수소수 제조 장치를 나타내는 분해도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 수소수 제조 장치의 전극부와 수조의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 개시의 다른 실시예에 따른 수소수 제조 장치를 나타내는 분해도이다.
도 4는 본 개시의 다른 실시예에 따른 수소수 제조 장치의 전극부와 수조의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 수소수 제조 장치를 나타내는 분해도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 수소수 제조 장치의 단면을 나타내는 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나 축소하여 도시한 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 벗어나지 않으면서, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 수소수 제조 장치(10)를 나타내는 분해도이다.

도 1을 참조하면, 수소수 제조 장치(10)는 수조(11), 하우징(12), 전극부(13) 및 구동 회로부(14)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 수소수 제조 장치(10)는 비격막식 전기분해 방식으로 수소수를 제조할 수 있다.

수조(11)는 소정 용량의 물을 담지할 수 있도록 외벽(111)과 바닥면(112)에 의해 둘러싸인 저수 공간을 제공한다. 수조(11)의 바닥면(112)은 하우징(12)의 상부면(121)과 맞닿아 있다. 수조(11)의 외벽(111)과 바닥면(112)은 금속 재질의 전극부(13)와 접촉하더라도 전기적으로 오동작이나 사고를 야기하지 않고, 제조된 수소수와 반응하지 않는 재질, 예를 들어 합성수지 재질로 만들어지는 것이 바람직하다.

한편, 수조(11)의 바닥면(112)은 하우징(12) 내의 구동 회로부(14)와 수조(11) 내부의 저수 공간에 배치될 전극부(13) 사이의 전기적 연결을 위한 통로를 제공할 수 있는 적어도 하나의 관통공(113a, 113b)을, 또는 실시예에 따라 두 개 이상의 관통공들(113a, 113b)을 가질 수 있다.

수조(11)의 바닥면(112)의 관통공들(113a, 113b)을 통해 전도성 부재들(134a, 134b)이 관통됨으로써, 전도성 부재들(134a, 134b)에 의해 수조(11)의 내부 저수 공간에 배치되는 전극부(13)와 하우징(12) 내에 배치되는 구동 회로부(14) 사이에 전기적 연결이 형성될 수 있다. 두 개의 전도성 부재들(134a, 134b) 사이는 전기적으로 절연된다.

구체적으로, 수조(11)는 하우징(12)에서 완전히 분리될 수 있고, 각 전도성 부재(134a, 134b)는, 수조(11)의 바닥면(112)의 대응하는 관통공(113a, 113b)을 통과하여, 수조(11)의 바닥면(112)의 하부에서 제1 접촉 부재(135a, 135b)와 결합하며, 제1 접촉 부재(135a, 135b)는 하우징(12)의 상부면(121)에서 제2 접촉 부재(122a, 122b)와 전기적으로 접촉할 수 있다.

좀더 구체적으로, 전도성 부재(134a, 134b)와 제1 접촉 부재(135a, 135b)는 예를 들어 암수 나사 결합 방식으로 결합될 수 있다. 도 1의 예시에서는 제1 접촉 부재(135a, 135b)는 수조(11)의 바닥면(112)에서 돌출되어 있으나, 실시예에 따라, 수조(11)의 바닥면(112)의 하부 평면의 평편도(flatness)를 해치지 않도록, 수조(11)의 바닥면(112)에서 하부 평면과 일치하거나 또는 함몰된 형태를 가질 수 있다.

전극부(13)는 수조(11)의 바닥면에 대향하도록 배치되는 음극 전극(131)과, 음극 전극(131)에 대향하도록 배치되는 양극 전극(132)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 전극부(13)는 수조(11)의 바닥면(112)으로부터 예를 들어 연직 방향으로 이격되어 수평으로 배치된 음극 전극(131)과, 음극 전극(131)으로부터 연직 방향으로 소정 간격만큼 이격되어 수평으로 배치된 양극 전극(132)을 포함할 수 있다. 다시 말해, 음극 전극(131) 위에 양극 전극(132)이 배치되는 형태이다.

이때, 음극 전극(131)과 양극 전극(132)은, 물 속에서 음극 전극(131)과 양극 전극(132)의 사이에 소정의 직류 전계가 인가될 경우에, 음극 전극(131)과 양극 전극(132) 사이에서 국부적으로 절연이 파괴될 정도의 거리만큼 이격되도록 배치될 수 있다. 또한, 양극 전극(132)은 다수의 공극을 포함할 수 있고, 공극은 메쉬(mesh), 천공이나 권선 등으로 구현될 수 있다. 마찬가지로 음극 전극(131)도 메쉬, 천공, 권선 선취 등으로 구현된 공극들을 포함할 수 있다.

실시예에 따라, 양극 전극(132)은 염소(Cl₂)에 대한 과전압보다 산소(O₂)에 대한 과전압이 더 낮은 소재이고, 음극 전극(131)은 양극 전극(132)보다 전기 전도도가 낮은 소재일 수 있다. 예를 들어, 양극 전극(132)은 백금 소재 또는 백금 코팅된 전도성 소재이고, 음극 전극(131)은 티타늄 소재일 수 있다.

음극 전극(131)과 양극 전극(132)에 각각 전압이 인가됨에 따라 음극 전극(131)과 양극 전극(132) 사이의 물에서 폭기가 발생하며, 폭기는 양극 전극(132)의 공극들을 통과하면서 상승하여 수조(11) 내에서 물을 유동시키고, 음극 전극(131)에서 발생하는 수소가 물의 유동에 따라 수조(11) 내에 수용된 물에 희석됨으로써, 수소수 제조 장치(10)가 담수 또는 수돗물로부터 수소수를 제조할 수 있다.

음극 전극(131)과 양극 전극(132)은 아주 근접하게 배치되기 때문에, 통상적으로 수중에서 전기 분해가 일어나는 전기적 조건, 예를 들어 약 25 V의 전압과 5 A의 전류에 비해 상대적으로 낮은 전기적 조건, 예를 들어 약 12 V의 직류 전압과 약 0.5 내지 1 A의 전류 조건에서 수중에서 수소 가스를 발생시킬 수 있다.

한편, 음극 전극(131)과 양극 전극(132)에서는 각각 다음과 같은 반응이 일어날 수 있다.

<음극>

2H+ + 2e- ↔ H₂

2H₂O + 2e- ↔ H₂ + 2(OH)-

<양극>

2(OH)- ↔ 2H+ + O₂ + 4e-

2H₂O ↔ 4H+ + O₂ + 4e-

티타늄 소재의 음극 전극(131)은 내식성이 강하고 전기 전도도가 백금 소재의 전극에 비해 상대적으로 낮기 때문에 물 속에 용해된 금속 이온의 석출을 억제할 수 있다. 음극 전극(131)의 낮은 전기 전도도는 전류 밀도를 낮춰 수소 기체의 발생 효율도 다소 낮추지만, 그 대신에 양극 전극(132)에서 산화력이 강한 산소계 활성종들(O-, O₂, O₃, HO₂, H₂O₂)의 생성도 억제할 수 있다. 음극 전극(131) 주변에서 다량 생성되는 수소 기체는 음극 전극(131)과 양극 전극(132)에서 발생하는 방전열로 인한 폭기에 의한 물의 유동에 따라 양극 전극(132)을 순식간에 통과하고 수조(11) 내의 물 속에 골고루 혼합될 수 있다. 따라서 수소수 제조 장치(10)는 보통의 생수 또는 수돗물을 수소수로 만드는 시간도 종래 기술들에 비해 줄일 수 있고, 음극 전극(131)의 낮은 전기 전도도로 인하여 전류 소비량도 줄일 수 있다.

백금 소재 또는 백금 코팅된 전도성 소재의 양극 전극(132)은 염소(Cl₂)에 대한 과전압보다 산소(O₂)에 대한 과전압이 더 낮기 때문에, 양극 전극(132)에서는 수산기 이온이 염소 이온보다 더 잘 산화되고 산소 가스(O₂)가 염소 가스(Cl₂)보다 더 잘 생성된다. 염소 가스(Cl₂)는 양극 전극(132)의 주변에서 강력한 산화제인 차아염소산(HOCl)을 발생시킬 수 있으므로 염소 가스(Cl₂)가 적게 발생할수록 좋다. 수소수 제조 장치(10)는 수돗물을 사용하더라도 양극 전극(132)에서 염소 가스(Cl₂)의 발생을 억제하므로, 염소 가스(Cl₂)로부터 생성되는 차아염소산(HOCl)의 발생도 억제할 수 있다.

반면에 종래의 이리듐 또는 이리듐옥사이드 소재의 양극 전극은 염소(Cl₂)에 대한 과전압이 산소(O₂)에 대한 과전압보다 더 낮기 때문에, 수돗물에서 염소 가스(Cl₂)를 잘 생성시킨다. 또한 전기 전도도가 높은 백금 소재의 음극 전극과 짝지어지면 종래의 이리듐 또는 이리듐옥사이드 소재의 양극 전극은 염소 가스(Cl₂)를 더욱 잘 발생시키므로 음용에 적합한 수소수를 만들기 어렵다.

음극 전극(131)과 양극 전극(132)은 두 개의 전도성 부재들(134a, 134b)의 각각과 수조(11)의 바닥면(112)에 형성된 관통공들(113a, 113b)의 각각에 의해, 하우징(12) 내부의 구동 회로부(14)에 전기적으로 연결될 수 있다.

이때, 음극 전극(131)과 양극 전극(132) 사이에 두 전극들(131, 132)의 전기적 단락을 방지할 수 있도록 부도체 소재의 전극 분리판(133)이 개재될 수 있다. 이러한 전극 분리판(133)은 단순히 전극들(131, 132)이 직접 접촉하지 않도록 물리적으로 이격시키는 기능을 주로 가지며, 전극들(131, 132) 사이에 직류 전계가 생성되는 동안에 폭기의 형성과 물의 유동을 방해하지 않도록, 전극들(131, 132) 사이의 공간을 가능한 한 적게 점유하는 구조, 예를 들어 벌집망 구조를 가질 수 있다.

전극 분리판(133)은 내산성, 내식성을 가지고 인체에 전혀 무해한 실리콘, PP, 테프론 소재의 부도체를 망 형태로 제작한 것일 수 있다. 전극 분리판(133)의 셀 공극은 전극들(131, 132)의 메쉬 셀보다 큰 약 3 내지 15 mm이며, 전극들(131, 132)에 인가되는 전압의 세기 등의 구체적인 동작 조건에 따라 전극 분리판(133)의 두께는 약 0.1 mm 내지 5 mm로 결정할 수 있다. 전극 분리판(133)은 PEM이나 이온교환막과 달리 전하를 이동시키거나 이온을 교환하지 않으므로, 비용을 상승시키지 않는다.

구동 회로부(14)는, 서로 접촉하는 제2 접촉 부재들(122a, 122b)과 제1 접촉 부재들(135a, 135b), 그리고 전도성 부재들(134a, 134b)을 통해, 음극 전극(131)과 양극 전극(132) 사이에 소정의 직류 전계를 생성할 수 있다. 구체적으로 구동 회로부(14)는 전극부(13)의 음극 전극(131)과 양극 전극(132) 사이에서 전기 분해가 일어나도록 제어되는 소정의 전압 및 전류를 적어도 두 개의 전도성 부재들(134a, 134b)을 통해 음극 전극(131)과 양극 전극(132) 사이에 인가할 수 있다. 예를 들어 구동 회로부(14)는 음극 전극(131)과 양극 전극(132) 사이에 약 12 V의 전압과 약 0.5 내지 1 A의 전류를 인가할 수 있다. 이러한 구동 조건에서 수소수 제조 장치(10)는 약 800 bpm의 용존 수소 농도, 약 -500 mV의 산화환원전위, pH 7, 그리고 오차 범위 이하의 잔류 염소 농도를 가지는 수소수를 제조할 수 있다.

구동 회로부(14)는 내부적으로 타이머나 스케줄러 등을 포함하여, 미리 정해진 시간 동안 전극부(13)를 구동할 수 있다.

도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 수소수 제조 장치의 전극부와 수조의 단면을 나타내는 단면도이다.

도 2를 참조하면, 수조(11)의 바닥면(112)에는 관통공(113a 또는 113b)이 형성되어 있고, 볼트 형태의 전도성 부재(134a 또는 134b)는 양극 전극(132), 전극 분리판(133), 음극 전극(131), 스페이서(114a 또는 114b), 바닥면(112) 및 스페이서(115a 또는 115b)를 거쳐 반너트형 전도성의 제1 접촉 부재(135a 또는 135b)에 나사 결합할 수 있다. 이를 위해, 음극 및 양극 전극들(131, 132)에는 각각 볼트형 전도성 부재(134a, 134b)의 머리 지름보다 작은 결합공(136a, 136b)과 그보다 큰 관통공(137a, 137b)이 각각 형성되어 있다.

제1 볼트형 전도성 부재(134a)의 머리는 양극 전극(132)의 관통공(137b)과 전극 분리판(133)을 통과하지만 음극 전극(131)의 결합공(136a)에 걸리며, 결과적으로 제1 볼트형 전도성 부재(134a)는 양극 전극(132)에 닿지 않으면서 음극 전극(131)에 강하게 결합할 수 있다. 한편, 제2 볼트형 전도성 부재(134b)의 머리는 양극 전극(132)의 결합공(136b)을 통과하지 못하지만, 제2 볼트형 도전성 부재(134b)의 몸통은 음극 전극(131)에 닿지 않고 음극 전극(131)의 관통공(137a)을 온전히 통과하므로, 결과적으로 제2 볼트형 전도성 부재(134b)는 양극 전극(132)에 강하게 결합하면서 음극 전극(131)과는 절연될 수 있다.

전극 분리판(133)은 바람직하게는 전극들(131, 132)의 이격과 절연 및 기계적 형태 유지를 위한 최소한의 프레임만으로 이루어지고, 특히 폭기와 물의 유동이 전극들(131, 132) 사이를 잘 통과할 수 있는 형상을 가진다. 따라서, 제1 및 제2 볼트형 전도성 부재(134a, 134b)를 전극 분리판(133)에 관통시키는 것은 문제가 없다.

제1 및 제2 볼트형 전도성 부재(134a, 134b) 및 반너트형의 제1 접촉 부재(135a, 135b)는 내식성, 내산성, 내열성, 우수한 기계적 인장 강도를 가지는 비합금 순티타늄이나, 티타늄보다 저렴하게는 SUS(steel use stainless)를 이용하여 제조될 수도 있으며, 이러한 티타늄, SUS 표면에 전기 전도성이 높고 내식성, 내산성, 내열성이 뛰어난 백금족을 이온 도금한 소재나, 비금속 소재인 전도성 플라스틱과 같은 재료로 제조될 수 있다.

수조(11)가 하우징(12) 위에 얹힐 때에, 반너트형의 제1 접촉 부재(135a 또는 135b)가 수조(11)의 바닥면(112) 아래에서 노출되는 면이 제2 접촉 부재(122a, 122b)의 노출면에 접촉함으로써 하우징(12) 내의 전극 구동부(14)와 전기적으로 연결될 수 있다.

도 3은 본 개시의 다른 실시예에 따른 수소수 제조 장치(30)를 나타내는 분해도이고, 도 4는 본 개시의 다른 실시예에 따른 수소수 제조 장치의 전극부와 수조의 단면을 나타내는 단면도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 수소수 제조 장치(30)는 수조(31), 하우징(32), 전극부(33) 및 구동 회로부(34)를 포함할 수 있다.

도 1에 예시된 수소수 제조 장치(10)는 수조(11)와 하우징(12)이 서로 분리될 수 있는 구성인 반면에, 도 3에 예시된 수소수 제조 장치(30)는 수조(31)와 하우징(32)이 실질적으로 일체화되어 있다. 즉, 수조(31)의 바닥면(312)이 하우징(32)의 상부면 역할을 겸할 수 있다.

이를 위해, 수조(31)의 바닥면(312)의 관통공(313a, 313b)을 통해 전도성 부재들(334a, 334b)이 관통되고, 전도성 부재들(334a, 334b)은 하우징(32) 내에서 제2 전도성 부재들(322a, 322b)와 전기적 및 기계적으로 결합한다. 이러한 전도성 부재들(334a, 334b)과 제2 전도성 부재들(322a, 322b)의 결합에 의해, 수조(31)와 하우징(32)이 기계적으로 일체화되는 동시에, 수조(31)의 내부 저수 공간에 배치되는 전극부(33)와 하우징(32) 내에 배치되는 구동 회로부(34) 사이에 전기적 연결이 형성될 수 있다.

도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 수소수 제조 장치(50)를 나타내는 분해도이다.

도 5를 참조하면, 무선 수소수 제조 장치(50)는 수조(51), 하우징(52), 전극부(53), 무선 전력 수신부(54) 및 무선 전력 송신부(55)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 무선 수소수 제조 장치(50)는 비격막식 전기분해 방식으로 수소수를 제조할 수 있다.

수조(51)는 소정 용량의 물을 담지할 수 있도록 외벽(511)과 바닥면(512)에 의해 둘러싸인 저수 공간을 제공한다. 수조(51)의 바닥면(512)은 하우징(52)의 상부면(521)과 맞닿아 있다. 수조(51)의 외벽(511)과 바닥면(512)은 금속 재질의 전극부(53)와 접촉하더라도 전기적으로 오동작이나 사고를 야기하지 않고, 제조된 수소수와 반응하지 않는 재질, 예를 들어 합성수지 재질로 만들어지는 것이 바람직하다.

한편, 수조(51)의 바닥면(512)은 무선 전력 수신부(54)와 수조(51) 내부의 저수 공간에 배치될 전극부(53) 사이의 전기적 연결을 위한 통로를 제공할 수 있는 적어도 하나의 관통공(513a, 513b)을, 또는 실시예에 따라 두 개 이상의 관통공들(513a, 513b)을 가질 수 있다. 수조(51)의 바닥면(512)의 관통공들(513a, 513b)을 통해 제1 전도성 부재들(534a, 534b)이 관통됨으로써, 제1 전도성 부재들(534a, 534b)에 의해 수조(51)의 내부 저수 공간에 배치되는 전극부(53)와 수조(51) 외부에 배치되는 무선 전력 수신부(54) 사이에 전기적 연결이 형성될 수 있다. 두 개의 제1 전도성 부재들(534a, 534b) 사이는 전기적으로 절연된다.

구체적으로, 수조(51)는 하우징(52)에서 완전히 분리될 수 있고, 제1 전도성 부재들(534a, 534b)의 각각은, 수조(51)의 바닥면(512)의 대응하는 관통공(513a, 513b)을 통과하여, 수조(51)의 바닥면(512)의 하부에서 제2 전도성 부재(535a, 535b)와 결합하며, 제2 전도성 부재(535a, 535b)는 수조(51)의 바닥면(512) 아래에 고정적으로 부착된 무선 전력 수신부(54)와 전기적으로 연결될 수 있다. 좀더 구체적으로, 제1 전도성 부재(534a, 534b)와 제2 전도성 부재(535a, 535b)는 예를 들어 암수 나사 결합 방식으로 결합될 수 있다.

전극부(53)는 수조(51)의 바닥면에 대향하도록 수평으로 배치되는 음극 전극(531)과, 음극 전극(531)에 대향하도록 수평으로 배치되는 양극 전극(532)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 전극부(53)는 수조(51)의 바닥면(512)으로부터 예를 들어 연직 방향으로 이격되어 수평으로 배치된 음극 전극(531)과, 음극 전극(531)으로부터 연직 방향으로 소정 간격만큼 이격되어 수평으로 배치된 양극 전극(532)을 포함할 수 있다. 다시 말해, 음극 전극(531) 위에 양극 전극(532)이 배치되는 형태이다.

이때, 음극 전극(531)과 양극 전극(532)은, 물 속에서 음극 전극(531)과 양극 전극(532)의 사이에 소정의 직류 전계가 인가될 경우에, 음극 전극(531)과 양극 전극 (532) 사이에서 물의 전기분해가 일어날 정도의 거리만큼 이격되도록 배치될 수 있다. 또한, 양극 전극(532)은 다수의 공극을 포함할 수 있고, 공극은 메쉬(mesh), 천공이나 권선 등으로 구현될 수 있다. 마찬가지로 음극 전극(531)도 메쉬, 천공, 권선 선취 등으로 구현된 공극들을 포함할 수 있다.

실시예에 따라, 양극 전극(532)은 염소(Cl₂)에 대한 과전압보다 산소(O₂)에 대한 과전압이 더 낮은 소재이고, 음극 전극(531)은 양극 전극(532)보다 전기 전도도가 낮은 소재일 수 있다. 예를 들어, 양극 전극(532)은 백금 소재 또는 백금 코팅된 전도성 소재이고, 음극 전극(531)은 티타늄 소재일 수 있다.

음극 전극(531)과 양극 전극(532)에 각각 전압이 인가함에 따라 음극 전극(531)과 양극 전극(532) 사이의 물에서 폭기가 발생하며, 폭기는 양극 전극(532)의 공극들을 통과하면서 상승하여 수조(51) 내에서 물을 유동시키고, 음극 전극(531)에서 발생하는 수소가 물의 유동에 따라 수조(51) 내에 수용된 물에 희석됨으로써, 무선 수소수 제조 장치(50)가 담수 또는 수돗물로부터 수소수를 제조할 수 있다.

음극 전극(531)과 양극 전극(532)은 아주 근접하게 배치되기 때문에, 통상적으로 수중에서 전기 분해가 일어나는 전기적 조건, 예를 들어 약 25 V의 전압과 5 A의 전류에 비해 상대적으로 낮은 전기적 조건, 예를 들어 약 12 V의 직류 전압과 약 0.5 내지 1 A의 전류 조건에서 수중에서 수소 가스를 발생시킬 수 있다.

수중에서 수 내지 십수 볼트 정도의 직류 전압을 예를 들어 1mm 이내의 간격으로 근접하게 이격된 두 전극, 즉, 양극 전극(532)과 음극 전극(531) 사이에 인가하면, 먼저 전계가 형성된 전극에서 국부적인 방전열이 발생하고, 방전열을 흡수한 물이 국부적으로 기화되면서 기포가 형성되며, 형성된 기포가 커지는 과정에서 전계가 밀집되는 액체 공간이 더 좁아지고, 결국 두 전극 사이에 직류 전압에 의한 그리 강하지 않은 전계에 의해서도 방전이 일어나면서, 액체 유전체의 급속한 파괴를 유도한다. 무선 수소수 제조 장치(50)에서 일어나는 이러한 전기화학적 반응은, 통상적인 물의 전기분해에서는 각자 멀리 떨어진 전극들 부근에서 각각의 산화/환원 반응에 의해 각 전극에서 산소나 수소가 발생되는 것과 달리, 전극들 사이의 절연의 파괴에 의해 형성된 폐회로에 기인한다는 점이 다르다. 무선 수소수 제조 장치(50)는 통상적인 물의 전기분해의 경우보다 더 낮은 전압과 더 낮은 전류에서 다량의 수소 이온과 수산기 이온을 발생시킬 수 있다.

이러한 현상은 만약 음극 전극(531)과 양극 전극(532)의 각각의 표면에 다수의 돌출부들을 가지는 경우에 좀더 강화될 수 있다. 물 속에서 음극 전극(531)과 양극 전극(532) 사이에 소정의 직류 전계가 인가될 때에, 전극의 돌출부에서 전계가 좀더 집중하기 때문에, 음극 전극(531)의 돌출부와 양극 전극(532)의 돌출부 사이의 절연이 좀더 쉽게 파괴될 수 있다.

한편, 음극 전극(531)과 양극 전극(532)에서는 각각 다음과 같은 반응이 일어날 수 있다.

<음극>

2H+ + 2e- ↔ H₂

2H₂O + 2e- ↔ H₂ + 2(OH)-

<양극>

2(OH)- ↔ 2H+ + O₂ + 4e-

2H₂O ↔ 4H+ + O₂ + 4e-

티타늄 소재의 음극 전극(531)은 내식성이 강하고 전기 전도도가 백금 소재의 전극에 비해 상대적으로 낮기 때문에 물 속에 용해된 금속 이온의 석출을 억제할 수 있다. 음극 전극(531)의 낮은 전기 전도도는 전류 밀도를 낮춰 수소 기체의 발생 효율도 다소 낮추지만, 그 대신에 양극 전극(532)에서 산화력이 강한 산소계 활성종들(O-, O₂, O₃, HO₂, H₂O₂)의 생성도 억제할 수 있다. 음극 전극(531) 주변에서 다량 생성되는 수소 기체는 음극 전극(531)과 양극 전극(532)에서 발생하는 방전열로 인한 폭기에 의한 물의 유동에 따라 양극 전극(532)을 순식간에 통과하고 수조(51) 내의 물 속에 골고루 혼합될 수 있다. 따라서 무선 수소수 제조 장치(50)는 보통의 생수 또는 수돗물을 수소수로 만드는 시간도 종래 기술들에 비해 줄일 수 있고, 음극 전극(531)의 낮은 전기 전도도로 인하여 전류 소비량도 줄일 수 있다.

음극 전극(531)과 양극 전극(532)은 두 개의 제1 전도성 부재들(534a, 534b)의 각각과 수조(51)의 바닥면(512)에 형성된 관통공들(513a, 513b)의 각각에 의해, 수조(51) 하부의 무선 전력 수신부(54)에 전기적으로 연결될 수 있다.

이때, 음극 전극(531)과 양극 전극(532) 사이에 두 전극들(531, 532)의 전기적 단락을 방지할 수 있도록 부도체 소재의 전극 분리판(533)이 개재될 수 있다. 이러한 전극 분리판(533)은 단순히 전극들(531, 532)이 직접 접촉하지 않도록 물리적으로 이격시키는 기능을 주로 가지며, 전극들(531, 532) 사이에 직류 전계가 생성되는 동안에 폭기의 형성과 물의 유동을 방해하지 않도록, 전극들(531, 532) 사이의 공간을 가능한 한 적게 점유하는 구조, 예를 들어 벌집망 구조를 가질 수 있다.

전극 분리판(533)은 내산성, 내식성을 가지고 인체에 전혀 무해한 실리콘, PP, 테프론 소재의 부도체를 망 형태로 제작한 것일 수 있다. 전극 분리판(533)의 셀 공극은 전극들(531, 532)의 메쉬 셀보다 큰 약 3 내지 15 mm이며, 전극들(531, 532)에 인가되는 전압의 세기 등의 구체적인 동작 조건에 따라 전극 분리판(533)의 두께는 약 0.1 mm 내지 5 mm로 결정할 수 있다. 전극 분리판(533)은 PEM이나 이온교환막과 달리 전하를 이동시키거나 이온을 교환하지 않으므로, 비용을 상승시키지 않는다.

무선 전력 수신부(54)는 전력 수신용 코일(541)과 정류회로(542)를 포함하여, 전력 수신용 코일(541)이 전자기파의 형태로 공급되는 무선 전력을 수신하고 전력 수신용 코일(541)에 유발되는 교류 전압을 정류회로(542)가 정류하여 직류 전압을 생성할 수 있다. 실시예에 따라, 무선 전력 수신부(54)는 전극부(53) 및 수조(51)에 일체적으로 고정되도록 구성될 수 있다. 이 경우에, 무선 전력 수신부(54)는 수조(51)의 바닥면(512) 아래에 부착될 수 있다.

구체적으로, 무선 전력 수신부(54)는 제1 전도성 부재들(534a, 534b)과 제2 전도성 부재들(535a, 535b)을 통해, 음극 전극(531)과 양극 전극(532) 사이에 소정의 직류 전계를 생성할 수 있다. 구체적으로 무선 전력 수신부(54)는 별다른 제어 없이, 무선 전력이 수신되는 동안에만, 수신되는 무선 전력에 의존하여, 전극부(53)의 음극 전극(531)과 양극 전극(532) 사이에 소정의 직류 전계를 생성할 수 있다.

실시예에 따라, 전극부(53)와 무선 전력 수신부(54)는 서로 일체적으로 결합하지만 이렇게 결합된 전극부(53)와 무선 전력 수신부(54)는 수조(51)의 바닥면(512)에 대해서는 고정되지 않고 자유롭게 놓일 수 있다. 이 경우에, 무선 전력 수신부(54)는 전극부(53)의 전극들(531, 532)의 주변을 감는 형태로 구현될 수 있다.

무선 전력 송신부(55)는 하우징(52) 내부에 장착되며, 무선 전력 수신부(54)와 정렬되면 무선 전력 수신부(54)에 전자기파의 형태로 무선 전력을 공급할 수 있다.

구체적으로, 무선 전력 송신부(55)는 음극 전극(531)과 양극 전극(532) 사이에서 수중 플라즈마 방전이 일어날 정도의 무선 전력을 전력 송신용 코일(551)을 통해 송출할 수 있다. 예를 들어 무선 전력 송신부(55)는 무선 전력을 수신한 무선 전력 수신부(54)가 음극 전극(531)과 양극 전극(532) 사이에 약 12 V의 전압과 약 0.5 내지 1 A의 전류를 인가할 수 있도록 미리 정해진 무선 전력을 전력 송신용 코일(551)을 통해 송출할 수 있다. 이러한 구동 조건에서 무선 수소수 제조 장치(50)는 약 800 ppb의 용존 수소 농도, 약 -500 mV의 산화환원전위, pH 7, 그리고 오차 범위 이하의 잔류 염소 농도를 가지는 수소수를 제조할 수 있다.

무선 전력 공급부(55)는 무선 전력을 공급하는 동작을 제어하는 제어부(552)를 더 포함할 수 있다. 제어부(552)는 무선 전력의 공급을 간헐적으로 제어할 수 있고, 이에 따라, 무선 수소수 제조 장치(50)의 전력 소비량을 감소시킬 수 있다. 제어부(552)의 구성을 다양하게 변경될 수 있다.

일 실시예에 따라, 제어부(552)는 무선 전력 수신부(54)가 무선 전력 공급부(55)에 정렬된 경우에만 무선 전력 공급부(55)로부터 무선 전력 수신부(54)에 무선 전력을 공급하는 동작을 활성화할 수 있다. 구체적으로, 수조(51)의 바닥면(512)에 무선 전력 수신부(54)의 위치에 대응하고, 무선 전력 수신부(55)와 동일 또는 유사한 사이즈를 갖는 홈을 형성할 수 있다. 또한, 하우징(52)의 상면에 무선 전력 공급부(55)의 위치에 대응하고, 무선 전력 수신부(54)와 동일 또는 유사한 사이즈를 갖는 돌기를 형성할 수 있다. 예를 들어, 돌기의 내부에 누름 스위치를 배치할 수 있고, 수조(51)의 홈에 하우징(52)의 돌기가 잘 맞춰진 경우 누름 스위치가 온될 수 있다. 이에 따라, 제어부(552)는 누름 스위치가 온되는 경우에만 무선 전력 공급부(55)로부터 무선 전력 수신부(54)에 무선 전력을 공급하는 동작을 활성화할 수 있다.

일 실시예에 따라, 제어부(552)는 수조(51)에 소정 분량의 물이 담긴 채로 무선 전력 수신부(54)가 무선 전력 공급부(55)에 정렬된 경우에만, 무선 전력을 공급하는 동작을 활성화할 수 있다. 구체적으로, 제어부(552)는 수조(51)의 무게를 측정하고, 측정된 무게가 기준 값 이상인 경우에만 무선 전력 공급부(55)로부터 무선 전력 수신부(54)에 무선 전력을 공급하는 동작을 활성화할 수 있다. 예를 들어, 제어부(552)는 무게 감지 센서(예를 들어, Force Sensing Resistor, FSR)를 포함할 수 있다. FSR은 수조(51)가 하우징(52)을 누르는 압력에 따라 저항값이 변경될 수 있고, 이로써, 무게를 감지할 수 있다.

도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 수소수 제조 장치의 단면을 나타내는 단면도이다.

도 6을 참조하면, 수조(51)의 바닥면(512)에는 관통공(513a 또는 113b)이 형성되어 있고, 볼트 형태의 제1 전도성 부재(534a 또는 134b)는 양극 전극(532), 전극 분리판(533), 음극 전극(531), 스페이서(514a 또는 114b), 바닥면(512) 및 스페이서(515a 또는 115b)를 거쳐 반너트형 전도성의 제2 전도성 부재(535a 또는 135b)에 나사 결합할 수 있다. 이를 위해, 음극 및 양극 전극들(531, 532)에는 각각 제1 전도성 부재(534a, 534b)의 머리 지름보다 작은 결합공(536a, 536b)과 그보다 큰 관통공(537a, 537b)이 각각 형성되어 있다.

어느 한 제1 전도성 부재(534a)의 머리는 양극 전극(532)의 관통공(537b)과 전극 분리판(533)을 통과하지만 음극 전극(531)의 결합공(536a)에 걸리며, 결과적으로 제1 전도성 부재(534a)는 양극 전극(532)에 닿지 않으면서 음극 전극(531)에 강하게 결합할 수 있다. 한편, 다른 하나의 제1 전도성 부재(534b)의 머리는 양극 전극(532)의 결합공(536b)을 통과하지 못하지만, 제1 도전성 부재(534b)의 몸통은 음극 전극(531)에 닿지 않고 음극 전극(531)의 관통공(537a)을 온전히 통과하므로, 결과적으로 제1 전도성 부재(534b)는 양극 전극(532)에 강하게 결합하면서 음극 전극(531)과는 절연될 수 있다.

전극 분리판(533)은 바람직하게는 전극들(531, 532)의 이격과 절연 및 기계적 형태 유지를 위한 최소한의 프레임만으로 이루어지고, 특히 폭기와 물의 유동이 전극들(531, 532) 사이를 잘 통과할 수 있는 형상을 가진다. 따라서 제1 전도성 부재(534a, 534b)를 전극 분리판(533)에 관통시키는 것은 문제가 없다.

제1 전도성 부재(534a, 534b) 및 제2 전도성 부재(535a, 535b)는 내식성, 내산성, 내열성, 우수한 기계적 인장 강도를 가지는 비합금 순티타늄이나, 티타늄보다 저렴하게는 SUS(steel use stainless)를 이용하여 제조될 수도 있으며, 이러한 티타늄, SUS 표면에 전기 전도성이 높고 내식성, 내산성, 내열성이 뛰어난 백금족을 이온 도금한 소재나, 비금속 소재인 전도성 플라스틱과 같은 재료로 제조될 수 있다.

수조(51)가 하우징(52) 위에 얹히면, 수조(51)의 하부에 위치한 무선 전력 수신부(54)의 전력 수신용 코일(541)이 하우징(52) 내의 무선 전력 송신부(55)의 전력 송신용 코일(551)과 정렬될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10, 30: 수소수 제조 장치, 11, 31: 수조, 111, 311: 외벽
112, 312: 바닥면, 113, 313: 관통공, 114, 314, 115, 315: 스페이서
12, 32: 하우징, 121: 상부면, 122: 제2 접촉 부재, 322: 제2 전도성 부재
13, 33: 전극부, 131, 331: 음극 전극, 132, 332: 양극 전극
133, 333: 전극 분리판, 134, 334: 전도성 부재
135: 제1 접촉 부재, 14, 34: 구동 회로부
50: 무선 수소수 제조 장치, 51: 수조, 511: 외벽, 512: 바닥면
513a, 513b: 관통공, 514, 515: 스페이서, 52: 하우징
53: 전극부, 531: 음극 전극, 532: 양극 전극, 533: 전극 분리판
534a, 534b: 제1 전도성 부재, 535a, 535b: 제2 전도성 부재
54: 무선 전력 수신부, 541: 전력 수신용 코일, 542: 정류 회로
55: 무선 전력 송신부, 551: 전력 송신용 코일, 552: 제어부

Claims (8)

1. 외벽과 바닥면으로 형성된 저수 공간에 물을 수용할 수 있는 수조;
   상기 수조의 상기 바닥면에 대향하도록 수평으로 배치되고 다수의 공극들을 포함하는, 티타늄 소재의 음극 전극과, 상기 음극 전극의 상부에서 상기 음극 전극에 대향하도록 수평으로 배치되고 다수의 공극들을 포함하는, 백금 소재 또는 백금 코팅된 전도성 소재의 양극 전극을 포함하는 전극부; 및
   상기 음극 전극과 상기 양극 전극 사이에 소정의 직류 전계를 생성하는 구동 회로부를 포함하고,
   상기 음극 전극과 상기 양극 전극은, 물 속에서 상기 음극 전극과 상기 양극 전극의 사이에 소정의 직류 전계가 인가될 경우에 상기 음극 전극과 상기 양극 전극 사이에서 물의 전기 분해가 일어날 정도의 거리만큼 이격되도록 배치되며,
   상기 음극 전극과 상기 양극 전극 사이의 물에서 발생하는 폭기가 상기 양극 전극의 상기 다수의 공극들을 통과하면서 상승하여 상기 수조 내에서 물을 유동시키고, 상기 음극 전극에서 발생하는 수소가 상기 물의 유동에 따라 상기 수조 내에 수용된 물에 희석됨으로써 수소수를 제조하는 것을 특징으로 하는 수소수 제조 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 양극 전극은 염소의 과전압보다 산소의 과전압이 더 낮은 소재이고, 이에 따라, 상기 양극 전극에서 산소 가스가 염소 가스보다 더 많이 생성되며, 상기 음극 전극은 상기 양극 전극보다 전기 전도도가 낮은 소재인 것을 특징으로 하는 수소수 제조 장치.
3. 외벽과 바닥면으로 형성된 저수 공간에 물을 수용할 수 있는 수조;
   상기 수조의 상기 바닥면에 대향하도록 수평으로 배치되고 다수의 공극들을 포함하는 음극 전극과, 상기 음극 전극의 상부에서 상기 음극 전극에 대향하도록 수평으로 배치되고 다수의 공극들을 포함하는 양극 전극을 포함하는 전극부;
   무선 전력을 수신되는 동안에 상기 음극 전극과 상기 양극 전극 사이에 소정의 직류 전계를 생성하는 무선 전력 수신부; 및
   상기 무선 전력 수신부에 상기 무선 전력을 공급하는 무선 전력 송신부를 포함하고,
   상기 음극 전극과 상기 양극 전극은, 물 속에서 상기 음극 전극과 상기 양극 전극의 사이에 소정의 직류 전계가 인가될 경우에 상기 음극 전극과 상기 양극 전극 사이에서 물의 전기분해가 일어날 정도의 거리만큼 이격되도록 배치되며,
   상기 음극 전극과 상기 양극 전극 사이의 물에서 발생하는 폭기가 상기 양극 전극의 상기 다수의 공극들을 통과하면서 상승하여 상기 수조 내에서 물을 유동시키고, 상기 음극 전극에서 발생하는 수소가 상기 물의 유동에 따라 상기 수조 내에 수용된 물에 희석됨으로써 수소수를 제조하는 것을 특징으로 하는 무선 수소수 제조 장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 전극부 및 상기 무선 전력 수신부는 상기 수조에 일체적으로 고정되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 수소수 제조 장치.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 전극부는 상기 무선 전력 수신부에 일체적으로 고정되지만 상기 수조의 바닥면에 대해서는 비고정적으로 배치되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 수소수 제조 장치.
6. 청구항 3에 있어서,
   상기 무선 전력 공급부가 상기 무선 전력을 공급하는 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하고,
   상기 제어부는, 상기 무선 전력 수신부가 상기 무선 전력 공급부에 정렬된 경우에, 상기 무선 전력 공급부로부터 상기 무선 전력 수신부에 상기 무선 전력을 공급하는 동작을 활성화하는 것을 특징으로 하는 무선 수소수 제조 장치.
7. 청구항 3에 있어서,
   상기 무선 전력 공급부가 상기 무선 전력을 공급하는 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하고,
   상기 제어부는 상기 수조에 소정 분량의 물이 담긴 채로 상기 무선 전력 수신부가 상기 무선 전력 공급부에 정렬된 경우에, 상기 무선 전력 공급부로부터 상기 무선 전력 수신부에 상기 무선 전력을 공급하는 동작을 활성화하는 것을 특징으로 하는 무선 수소수 제조 장치.
8. 청구항 3에 있어서,
   상기 양극 전극은 백금 소재 또는 백금 코팅된 전도성 소재이고, 상기 음극 전극은 티타늄 소재인 것을 특징으로 하는 무선 수소수 제조 장치.

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