KR20190082684A - 산화질소 함유수 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제조장치의 구조가 간단하여 제작이 용이하고, 산화질소의 생산 수율이 우수하며, 필요에 따라 산화질소의 함유율을 쉽게 조절할 수 있는 산화질소 함유수 제조장치에 관한 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 산화질소 함유수 제조장치는, 내부에 복수 개의 방전극이 구비되면서 전계전자 에너지가 인가되는 고전압 방전에 의해 산화질소를 만드는 방전처리부; 상기 방전처리부에서 생산되는 산화질소 중에 포함된 유해물질을 촉매제를 이용하여 흡착 제거하는 유해물질 제거부; 내부에 저장된 소정량의 물을 가열 증발시켜 수증기를 만드는 가열증발부; 상기 가열증발부를 통해 가열 증발된 수증기와 상기 유해물질 제거부를 통과한 기체 상태의 산화질소가 각각 내부로 공급된 다음 혼합 냉각되어 산화질소 함유수를 제조하는 냉각부; 및 상기 냉각부를 통해 제조된 산화질소 함유수를 밀폐시켜 저장하는 저장부를 포함하여, 기체 상태에서 산화질소와 수증기를 서로 소정 비율로 혼합한 다음, 냉각하여 산화질소 함유수를 제조하는 것을 특징으로 한다.

Description

산화질소 함유수 제조장치{Manufacturing Device for Nitric Oxide Containing Water}

본 발명은 산화질소 함유수 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정제된 산소와 질소를 고전압 방전 처리하여 기체 상태의 산화질소를 제조하고, 이를 수증기와 혼합 응축시켜 산화질소가 가지는 인체에 유용한 효과를 기대할 수 있는 기능성 음료(이하 '함유수'라 한다)의 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로 산화질소(NO)는 뇌의 전기신호를 전달받은 신경세포의 말단에서 신경전달물질인 아세틸콜린이 시냅스로 방출되면, 이 시냅스를 통해 아세틸콜린이 다른 신경세포로 전달되게 되어 동맥 혈관의 내피세포로 전달되고, 이렇게 동맥혈관의 내피세포로 전달된 아세틸콜린은 혈관 내피세포의 수용체와 결합되어 산화질소 합성효소를 활성화시키게 되며, 그 결과 L-아르기닌과 반응하여 체내에 산화질소가 생성되고, L-아르기닌은 L-시트린으로 바뀌게 된다.

이렇게 생성된 산화질소는 혈관 내피세포 내측의 평활근을 이완시켜 혈관을 확장시키고, 이를 통해 혈액순환을 원활하게 하며, 체세포에 산소와 영양소 등을 공급하는 역할을 하게 된다.

즉, 산화질소는 소정량이 체내에서 생성되어 심혈관계, 신경계, 호흡계, 면역계 등 다양한 요소에 유용한 작용을 하게 되는 것이나, 이러한 산화질소는 노후화가 진행됨에 따라 점차 체내의 생성량이 감소하게 되면서 심혈관계 등의 질병이 발생하게 된다.

따라서 근래에는 산화질소를 영양제 또는 산화질소가 포함된 물 등을 통해 보충(섭취)하여 심혈관계 질환 등을 예방하고자 하는 다양한 연구가 이루어지고 있다.

상기와 같은 목적의 종래기술로는 등록특허공보 제1379274호의 살균 기능을 갖는 산화질소 함유수 제조장치(이하 '특허문헌 1'이라 한다)가 개시되어 있다.

상기 특허문헌 1에 개시된 산화질소 함유수 제조장치는, 흡입된 외부 공기에 전계 전자 에너지를 인가하여 산화질소, 활성산소 및 활성 분자를 생성하는 고전압 방전부; 상기 고전압 방전부에서 이송된 외부 공기에 자기장을 인가하는 자기장 처리부; 및 상기 자기장 처리부에서 처리되어 이송된 공기를 공정수에 용해시키는 용해조를 포함하며, 상기 고전압 방전부는, 상기 흡입된 외부 공기에 전계 전자 에너지를 인가하기 위한 방전극 및 고전압 발생기가 설치되며, 상기 자기장 처리부는, 상기 고전압 방전부에서 이송된 외부 공기에 자기장을 인가하는 유도 코일이 형성되고 상기 유도코일을 수용하는 지지관의 내주면에 자성층이 형성되며, 외주면에 영구자석을 포용하며, 상기 용해조는, 상기 공정수가 순환 공급되며, 상기 자기장 처리부에서 처리되어 이송된 공기를 상기 공정수에 공급하는 어느 일 측면에 네오디움 영구자석이 부착된 산기관이 설치되며, 상기 산기관은 미세기포를 발생시켜 상기 공정수에 상기 자기장 처리부에서 처리되어 이송된 공기를 수중에 분사하여 구성된다.

그러나 상기 특허문헌 1에 개시된 산화질소 함유수 제조장치는, 방전처리부를 통해 제조되는 산화질소의 수율을 높이기 위해 복잡한 구조의 자기장 처리부가 설치되고, 이와 동시에 제조된 기체 상태의 산화질소를 산기관을 통해 미세기포를 발생시켜 물에 용해시키게 되는데 이 경우 산화질소를 물에 용해시키기가 어렵고, 그 결과 산화질소의 함유율을 조절하기가 쉽지 않은 문제가 있다.

또 다른 종래기술로는 등록특허공보 제1572384호의 산화질소 수용액의 제조방법(이하 '특허문헌 2'라 한다)이 개시되어 있다.

상기 특허문헌 2에 개시된 산화질소 수용액의 제조방법은, 복수의 전극봉이 구비되고 전극봉의 전류유도를 위한 전해질 수용액이 담긴 스팀발생부에 급수수단과 급기수단이 구비되어 공급된 물과 공기가 전극봉의 아크방전의 고열에 의해 열분해 되고 열분해 된 산소와 질소의 반응에 의해 일산화질소가 생성되는 일산화질소의 생성 단계; 정화부의 정화수단에 의해 상기 스팀발생부에서 생성된 산화질소에 포함된 이산화질소를 흡착제거하는 유해가스의 정화단계; 응축부의 응축수단에 의해 상기 정화부에서 정화된 산화질소가 함유된 스팀이 산화질소 수용액으로 응축되는 스팀의 응축단계; 저장부의 저장탱크에 상기 응축부에서 응축된 산화질소 수용액이 저장되는 산화질소 수용액의 저장 단계를 포함하여 구성된다.

그러나 상기 특허문헌 2에 개시된 산화질소 수용액의 제조방법은, 물과 공기를 아크 방전을 통해 고온 열분해하여 고온 기체 상태의 산화질소를 만들고, 이를 냉각 응축시켜 액상의 산화질소를 만드는 것으로 고농도의 산화질소 수용액을 제조하는 데에는 용이한 장점이 있으나, 이렇게 제조된 산화질소 수용액을 음용 가능한 음용수로 만들기 위해서는 별도의 산화질소 수용액과 물을 혼합해야 하는 별도의 공정이 필요한 문제가 있고, 그 결과 대량 생산의 어려움이 있다.

따라서 산화질소가 함유된 함유수를 제조함에 있어서 제조장치의 구조가 간단하여 제작이 용이하고, 산화질소의 생산 수율이 우수하며, 필요에 따라 산화질소의 함유율을 쉽게 조절할 수 있도록 구조가 개선된 산화질소가 함유된 함유수의 제조장치의 개발이 요구된다.

KR 10-1379274 B1 (2014. 03. 19.) KR 10-1572384 B1 (2015. 11. 20.) KR 10-1781972 B1 (2017. 09. 20..)

본 발명은 상기와 같은 종래의 산화질소 함유수 제조장치가 가지는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 제조장치의 구조가 간단하여 제작이 용이하고, 산화질소의 생산 수율이 우수하며, 필요에 따라 산화질소의 함유율을 쉽게 조절할 수 있는 산화질소 함유수 제조장치를 제공하는 데에 있다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 산화질소 함유수 제조장치는, 내부에 복수 개의 방전극이 구비되면서 전계전자 에너지가 인가되는 고전압 방전에 의해 산화질소를 만드는 방전처리부; 상기 방전처리부에서 생산되는 산화질소 중에 포함된 유해물질을 촉매제를 이용하여 흡착 제거하는 유해물질 제거부; 내부에 저장된 소정량의 물을 가열 증발시켜 수증기를 만드는 가열증발부; 상기 가열증발부를 통해 가열 증발된 수증기와 상기 유해물질 제거부를 통과한 기체 상태의 산화질소가 각각 내부로 공급된 다음 혼합 냉각되어 산화질소 함유수를 제조하는 냉각부; 및 상기 냉각부를 통해 제조된 산화질소 함유수를 밀폐시켜 저장하는 저장부를 포함하여, 기체 상태에서 산화질소와 수증기를 서로 소정 비율로 혼합한 다음, 냉각하여 산화질소 함유수를 제조하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명은 상기 방전처리부가 상하로 소정 길이를 가지면서 내부에 소정 크기의 공간이 형성되는 방전탱크; 상기 방전탱크의 하부에 위치되면서 상기 공간으로 정제된 산소와 질소 또는 공기가 공급되는 유입구; 상기 방전탱크의 내부 일측을 따라 설치되는 복수 개의 제1 방전극; 상기 방전탱크의 내부 타측을 따라 설치되는 복수 개의 제2 방전극; 상기 제1, 2 방전극에 전류를 인가하는 전류인가장치; 및 상기 전류인가장치의 동작을 제어하는 제어기를 포함하는 것을 또 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 유입구에 제1, 2 입구가 구비되는 이젝터가 설치되고, 상기 제1, 2 입구는, 각각 산소공급부와 질소공급부에 각각 연결되어, 상기 이젝터를 통해 정제된 산소와 질소가 혼합된 다음 상기 방전탱크의 상기 공간으로 고속으로 확산되어 방출되도록 구성되는 것을 또 다른 특징으로 한다.

이에 더해 본 발명은 상기 냉각부가 내부에 사행상의 유로가 형성되는 냉각유로; 상기 냉각유로의 외측면에 구비되는 복수 개의 방열핀; 상기 냉각유로의 외측에 설치되는 냉각팬; 및 상기 냉각유로 상에서 냉각되어 응축된 산화질소 함유수를 집수하여 배출시키는 배출유로를 포함하는 것을 또 다른 특징으로 한다.

그리고 본 발명은 상기 유해물질 제거부와 상기 냉각부를 연결하는 유로 사이 및 상기 가열증발부와 상기 냉각부를 연결하는 유로 사이에 소정량의 산화질소와 수증기를 각각 저장하는 저장탱크가 설치되는 것을 또 다른 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 정제된 산소와 질소를 고전압 방전 처리하여 산화질소가 제조되고, 가열 증발된 수증기와 산화질소가 기체 상태에서 서로 혼합된 다음 냉각 응축되므로 산화질소가 용해(함유)된 함유수를 쉽게 효과적으로 제조할 수 있다.

그리고 저장탱크에서 냉각부로 공급되는 산화질소와 수증기의 혼합비(유량)를 조절하는 것으로 산화질소의 함유량을 쉽게 조절할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 산화질소 함유수 제조장치의 예를 보인 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 방전처리부의 예를 보인 도면.
도 3은 본 발명에 따른 방전탱크 및 제1, 2 방전극의 예를 보인 도면.
도 4는 본 발명에 따른 방전탱크의 다른 실시예를 보인 도면.
도 5는 본 발명에 따른 방전탱크의 또 다른 실시예를 보인 도면.
도 6은 도 5의 A-A'선 단면을 보인 도면.
도 7은 본 발명에 따른 유해물질 제거부의 예를 보인 도면.
도 8은 본 발명에 따른 유해물질 제거부의 다른 실시예를 보인 도면.
도 9는 본 발명에 따른 가열증발부의 예를 보인 도면.
도 10은 본 발명에 따른 냉각부의 예를 보인 도면.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 첨부도면에 따라 상세하게 설명한다.

본 발명은 제조장치의 구조가 간단하여 제작이 용이하고, 산화질소의 생산 수율이 우수하며, 필요에 따라 산화질소의 함유율을 쉽게 조절할 수 있는 산화질소 함유수 제조장치를 제공하고자 하는 것으로, 이러한 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 방전처리부(10), 유해물질 제거부(20), 가열증발부(30), 냉각부(40) 및 저장부(50)를 포함한다.

방전처리부(10)는 산소공급부(A)와 질소공급부(B)를 통해 공급되는 정제된 산소와 질소에 전계전자 에너지를 인가하여 산소와 질소를 전기화학적으로 반응시켜 산화질소(NO)를 생성하는 구성이다.

이러한 방전처리부(10)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상하로 소정 길이를 가지면서 내부에 소정 크기의 공간(11A)이 형성되는 방전탱크(11)와, 상기 방전탱크(11)의 하부에 위치되면서 상기 공간(11A)으로 정제된 산소와 질소가 공급되는 유입구(12)와, 상기 방전탱크(11)의 내부 일측을 따라 설치되는 복수 개의 제1 방전극(13)과, 상기 방전탱크(11)의 내부 타측을 따라 설치되는 복수 개의 제2 방전극(14)과, 상기 제1, 2 방전극(13, 14)에 전류를 인가하는 전류인가장치(15) 및 상기 전류인가장치(15)의 동작을 제어하는 제어기(16)를 포함한다.

여기서 제1, 2 방전극(13, 14)은 방전전극(+극)과 접지전극(-극)으로 구성되고, 이러한 제1, 2 방전극(13, 14)은 텅스텐, 티타늄, 니켈, 백금 등의 재질로 이루어지며, 필요에 따라 제1, 2 방전극(13, 14)의 표면에 백금, 이산화망간, 수산화리튬, 이산화티탄, 지르코니아 등의 촉매 물질이 코팅될 수 있다.

그리고 유입구(12)에는 방전탱크(11)의 내부로 공급되는 산소와 질소를 서로 혼합함과 동시에 방전탱크(11)로 공급되는 유속을 증가시키고, 또한 방전탱크(11)의 내부에서 고르게 확산될 수 있도록 하는 이젝터(17)가 설치된다.

이러한 이젝터(17)는 제1, 2 입구(17A, 17B)와, 상기 제1 입구(17A)를 통해 내부로 유입되는 유체의 유속에 의해 제2 입구(17B)를 통해 또 다른 유체가 흡인되어 상호 혼합되는 소정 크기의 흡인실(17C)과, 상기 흡인실(17C)에서 혼합된 유체가 배출되는 디퓨저(17D)를 포함한다.

이때 제1 입구(17A)는 산소공급부(A)와 연결되는 배관(도면부호 없음)과 연결되고, 제2 입구(17B)는 질소공급부(B)와 연결되는 배관(도면부호 없음)과 연결되며, 이러한 각각의 배관에는 제어밸브(V1, V2)가 설치되어 방전탱크(11)의 내부로 공급되는 산소와 질소의 유량이 조절된다.

또한, 방전탱크(11)의 상부 쪽에는 생성된 산화질소와 그 밖의 질소화합물이 배출되기 위한 배출구(19)가 구비되고, 이러한 배출구(19)에 배관(도면부호 없음)이 연결되어 후술되는 유해물질 제거부(20)로 산화질소 등이 공급되게 된다.

여기서 본 발명은 방전탱크(11)에서 생성되는 산화질소의 수율을 향상시키기 위해 배출구(19)와 질소공급부(B)와 제2 입구(17B)를 연결하는 배관과 연결되는 회수라인(18)이 더 구비되고, 배출구(19)에 연결되는 배관과 회수라인(18)에 각각 제어밸브(V3, V4)가 설치되며, 질소공급부(B)와 제2 입구(17B)를 연결하는 배관과 회수라인(18)에는 각각 질소공급부(B)와 배출구(19) 쪽으로 질소와 산화질소 등이 역류하지 않도록 하는 체크밸브(CV1, CV2)가 설치된다.

그리고 제어기(16)는 산소공급부(A)와 질소공급부(B)의 제어밸브(V1, V2)의 개도량을 조절하여 적정량의 산소와 질소를 방전탱크(11)의 내부로 공급함과 동시에 전류인가장치(15)를 제어하여 고전압을 발생시켜 제1, 2 방전극(13, 14)을 통해 고전압 방전(아크 방전)을 발생시키고, 이 상태에서 배출구(19) 쪽 배관의 제어밸브(V3)를 닫은 상태에서 회수라인(18) 쪽 제어밸브(V4)를 소정 시간 개방하여 방전탱크(11) 내부의 산소와 질소가 소정 시간 동안 순환되면서 지속적으로 산화질소의 생성 수율이 향상되게 된다.

이때 제어기(16)는 사용자가 미리 설정한 시간 동안 회수라인(16)을 통해 산소와 질소가 순환되도록 제어되거나 또는 방전탱크(11)의 내부로 공급되는 산소와 질소의 유량이 증가됨에 따라 회수라인(16)을 통해 순환되는 시간이 증감되도록 구성(설정)될 수 있다.

한편, 전류인가장치(15)의 고전압발생회로를 통해 5KV 이상의 고전압이 제1, 2 방전극(13, 14)을 통해 방전되고, 이 상태에서 제1, 2 방전극(13, 14) 사이의 공간으로 산소와 질소가 혼합되어 통과하게 되면, 산소분자와 질소분자가 고전압으로 인해 각각 산소원자와 질소원자로 분해되며, 이와 동시에 산소원자와 질소원자가 이온반응을 일으켜 산화질소(NO)와 질소화합물(이산화질소(NO₂), 아산화질소(N₂O) 등)이 생성되게 된다.

이와 같이 방전(아크 방전) 공간 통과하는 산소와 질소가 방전 처리되는 효율을 향상시키게 되면 짧은 시간에 효율적인 전기화학적 반응을 유도하여 산화질소의 단위시간당 생산량을 크게 증가시킬 수 있는데, 이를 위해 도 4에 도시된 바와 같이 내부에 소정 간격을 두고 제1, 2 방전극(13, 14)이 설치되면서 제1, 2 방전극(13, 14)에 대응되는 소정 두께를 가지도록 방전탱크(11)가 제조되고, 이러한 방전탱크(11)를 복수 개 병렬로 연결하여 독립된 방전 공간(11A)을 가지도록 구성될 수 있다.

이 경우 사용자가 산소와 질소가 각각의 유입구(12)를 통해 방전탱크(11)의 내부로 유입되어 상대적으로 협소한 방전 공간을 통과하게 되고, 이에 의해 자연스럽게 산소와 질소가 고전압 방전에 더욱 노출되면서 많은 전기화학적 반응이 유도되고, 그 결과 산화질소가 더욱 빠르고 효과적으로 생성되게 된다.

또한, 사용자는 산화질소의 단위시간당 생산량을 고려하여 방전탱크(11)의 설치 대수를 결정할 수 있고, 그 결과 설비의 설계가 용이하게 된다.

방전탱크(11)의 또 다른 실시예로는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 하나의 방전탱크(11)로 구성되되 내부에는 서로 마주하는 제1, 2 방전극(13, 14)을 기준으로 공간을 구획하는 복수 개의 격판(P1)이 설치될 수 있다.

이 경우 복수 개의 제1, 2 방전극(13, 14)을 따라 균일하게 산소와 질소가 분배되어 흐를 수 있도록 산소와 질소의 분산(확산)이 유도될 필요가 있고, 이를 위해 도 5에 도시된 바와 같이 유입구(12)의 상부 쪽에는 역 "V"자 모양의 확산판(P2)이 설치된다.

그리고 방전탱크(11)의 내부 가운데 쪽에 위치되는 제1, 2 방전극(13, 14)의 길이(L1)에 비해 상대적으로 양 측면 쪽에 위치되는 제1, 2 방전극(13, 14)의 길이(L2)가 짧게 형성되어 산소와 질소가 상대적으로 내부에서 넓은 공간을 따라 양측으로 쉽게 확산될 수 있도록 구성된다.

이때 격판(P1)은 슬라이딩 방식으로 장, 탈착 가능한 구조로 설치될 수 있고, 이에 의해 필요에 따라 격판(P1)과 제1, 2 방전극(13, 14)을 쉽게 분리하여 교체할 수 있게 된다.

상기와 같은 방전탱크(11)의 구성에 의해 이젝터(17)를 통해 산소와 질소가 적절히 혼합되어 유입구(12)를 통해 방전탱크(11)의 내부로 공급되면, 확산판(P2)에 의해 산소와 질소가 양측 방향으로 분배되고, 이와 동시에 격판(P1) 사이의 소정 공간을 따라 재차 분배되어 흐르게 되면서 복수 열의 제1, 2 방전극(13, 14)을 통해 많은 양의 산화질소가 효율적으로 생산되게 된다.

한편, 방전탱크(11)의 일측에는 방전탱크(11)의 내부 압력과 온도를 각각 검출하는 센서(도시하지 않음)가 설치되고, 이러한 센서를 통해 감지되는 압력과 온도 값이 제어기(16)로 전송되도록 구성되며, 제어기(16)에 의해 방전탱크(11)와 압력과 온도가 설정된 압력과 온도를 유지하도록 산소와 질소의 공급량과 전류인가장치(15)의 동작이 제어되도록 구성될 수 있다.

이에 더해 제어기(16)는 전류인가장치(15)를 통해 제1, 2 방전극(13, 14)에 인가되는 +극과 -극을 설정된 시간 간격을 두고 상호 변경(스위칭)되도록 구성될 수 있고, 이에 의해 방전의 불연속성과 불규칙성이 증대되어 고전압 방전의 효율이 더욱 향상된다.

유해물질 제거부(20)는 방전처리부(10)에서 생산된 산화질소와 함께 생산되는 질소화합물 등(이하 '유해물질'이라 한다)을 촉매제를 이용하여 제거하는 구성이다.

이러한 유해물질 제거부(20)는 도 7에 도시된 바와 같이 1차 촉매부(21)와 2차 촉매부(22) 및 3차 촉매부(23)가 직렬로 연결되도록 배관이 연결되고, 3차 촉매부(23)의 하류 쪽은 후술되는 냉각부(40)와 연결된다.

이때 3차 촉매부(23)의 하류 쪽 배관상에는 흡입팬(24)이 설치되고, 유해물질 제거부(20)와 냉각부(40) 사이 즉, 3차 촉매부(23)와 냉각부(40)를 연결하는 배관 상에는 소정량의 산화질소를 저장하는 저장탱크(T1)가 설치된다.

그리고 저장탱크(T1)에는 저장된 산화질소의 압력 또는 저장탱크(T1)로 공급되는 산화질소의 유량이 계측되어 산화질소의 생산량(잔량)이 판단되고, 이에 맞추어 방전처리부(10)를 통해 산화질소의 생산여부가 조절된다.

이때 흡입팬(24)은 3차 촉매부(23)와 저장탱크(T1) 사이의 배관상에 설치되고, 흡입팬(24)과 저장탱크(T1) 사이의 배관상에는 산화질소의 역류를 방지하는 체크밸브(CV3)가 설치되며, 저장탱크(T1)와 냉각부(40)를 연결하는 배관 상에는 산화질소의 공급량을 조절하는 제어밸브(V5)가 설치된다.

또한, 1, 2, 3차 촉매부(21, 22, 23)는 산화질소와 함께 공급되는 유해물질을 흡착 제거할 수 있는 공지된 다양한 촉매 물질 중에서 선택되고, 이러한 촉매 물질은 다공망 필터의 구조로 1, 2, 3차 촉매부(21, 22, 23) 내부에 설치된다.

여기서, 공지된 촉매 물질의 예로는 산화구리, 카본, 실리카겔, 알루미나겔, 제올라이트, 세라믹, 활성탄, 토르마린 등이 될 수 있다.

한편, 본 발명에서는 1, 2, 3차 촉매부(21, 22, 23)를 통해 유해물질이 충분히 제거될 수 있도록 도 8에 도시된 바와 같이 흡입팬(24)과 저장탱크(T1) 사이의 배관과 방전탱크(11)의 배출구(19)와 1차 촉매부(21)를 연결하는 배관을 서로 연결하는 순환라인(25)이 설치되고, 순환라인(24)과 배출구(19)와 1차 촉매부(21)를 연결하는 배관상에는 각각 유체의 역류를 방지하는 체크밸브(CV4, CV5)가 설치된다.

그리고 흡입팬(24)과 저장탱크(T1)를 연결하는 배관과 순환라인(24)이 연결되는 부분에는 3방향으로 유로를 전환하는 제어밸브(V6)가 설치되고, 제어기(16)에 의해 제어밸브(V6)가 제어되어 산화질소가 포함된 유체가 소정 시간 반복하여 1, 2, 3차 촉매부(21, 22, 23)를 순환하게 되면서 유해물질이 확실히 제거되게 된다.

이때 순환유로(25) 상에는 유해물질을 감지하는 센서(예를 들면, 이산화질소 감지센서 등)가 설치되고, 이에 의해 순환유로(25)를 따라 순환되는 유체 내에 해당 유해물질이 감지되지 않을 때 까지 순환이 반복되도록 제어될 수 있다.

상기와 같은 유해물질 제거부(20)의 구성에 의해 방전처리부(10)에서 생산된 산화질소와 유해물질이 1, 2, 3차 촉매부(21, 22, 23)의 내부를 통과하면서 유해물질이 제거된 산화질소만이 하류 쪽의 저장탱크(T1)에 저장되고, 이후 제어밸브(V5)의 개폐 동작에 의해 소정량이 냉각부(40)로 공급되게 된다.

가열증발부(30)는 내부로 공급된 물을 가열 증발시켜 수증기를 만드는 구성이다.

이러한 가열증발부(30)는 도 9에 도시된 바와 같이 내부에 물이 저장되는 소정 크기의 가열탱크(31)와, 상기 가열탱크(31) 또는 상기 가열탱크(31)의 내부에 저장된 물을 가열하도록 설치되는 히터(32)와, 상기 가열탱크(31)의 상부에 설치되면서 가열 증발된 수증기를 배출하는 증기배출라인(33)과, 상기 증기배출라인(33) 상에 설치되는 열교환기(34) 및 상기 열교환기(34)를 통해 열교환되면서 가열탱크(31)의 내부로 물을 공급하는 원수공급라인(35)을 포함한다.

그리고 증기배출라인(33)은 후술되는 냉각부(40)와 연결되고, 열교환기(34)와 냉각부(40) 사이의 증기배출라인(33) 상에는 소정량의 수증기가 저장되는 저장탱크(T2)가 설치된다.

또한, 저장탱크(T2)의 상류 쪽 배관 상에는 수증기의 역류를 방지하는 체크밸브(CV6)가 설치되고, 하류 쪽에는 저장탱크(T2)에 저장된 수증기의 공급량을 조절하는 제어밸브(V7)가 설치된다.

이에 더해 열교환기(34)와 가열탱크(31) 사이의 원수공급라인(35) 상에는 원수의 공급량을 제어하는 제어밸브(V8)가 설치되고, 이에 의해 가열탱크(31)의 수위에 따라 적정량의 원수가 가열탱크(31)의 내부로 공급되면서 연속적으로 가열 증발이 이루어지게 된다.

한편, 열교환기(34)는 원통 모양의 하우징(34A)과, 상기 하우징(34A)의 내부에 설치되는 나선 모양의 열교환 배관(34B)을 포함하고, 상기 열교환 배관(34B)은 열전달 성능이 우수한 구리 재질로 이루어지면서 부식 등을 방지하기 위해 표면에 니켈 도금 처리되어 구성된다.

그리고 열교환 배관(34B)은 고온 수증기와의 접촉 면적을 넓힘과 동시에 열효관 효율을 향상시키기 위해 단면 모양이 타원 또는 직사각형 모양을 가지도록 형성될 수 있다.

냉각부(40)는 유해물질 제거부(20)와 가열증발부(30)에서 각각 공급되는 산화질소와 수증기가 혼합 공급된 다음, 냉각되어 응축되도록 하는 구성이다.

이러한 냉각부(40)는 도 10에 도시된 바와 같이 내부에 사행상의 유로가 형성되는 냉각유로(41)와, 상기 냉각유로(41)의 외측면에 구비되는 복수 개의 방열핀(42)과, 상기 냉각유로(41)의 외측에 설치되는 냉각팬(43) 및 상기 냉각유로(41) 상에서 냉각되어 응축된 산화질소 함유수를 집수하여 배출시키는 배출유로(44)를 포함한다.

이때 배출유로(44)에는 냉각유로(41)를 따라 냉각되어 응축된 산화질소 함유수와 기체 상태의 산화질소 및 수증기를 따로 분리시키기 위한 기액분리기(44)가 설치되고, 이러한 기액분리기(44)를 통해 액화된 산화질소 함유수는 후술되는 저장부(50)로 공급되어 저장되며, 기체 상태의 산화질소 및 수증기는 저장탱크(T1)와 냉각부(40)를 연결하는 배관과 기액분리기(44)의 상부를 연결하는 순환라인(46)을 통해 냉각유로(41)를 순환하면서 재냉각된다.

이를 위해 저장탱크(T1)와 냉각부(40)를 연결하는 배관과 순환라인(46) 상에는 유체의 역류를 방지하는 각각 체크밸브(CV7, CV8)가 설치된다.

상기와 같은 냉각부(40)를 통해 기체 상태의 산화질소와 수증기가 혼합된 상태에서 냉각 응축되어 산화질소 함유수가 쉽게 제조될 수 있고, 또한 제어기(16)가 산화질소와 수증기가 각각 저장되는 저장탱크(T1, T2)의 제어밸브(V5, V7)의 개도량을 적절하게 조절하는 것으로 산화질소의 함유량이 쉽게 조절되게 된다.

저장부(50)는 냉각부(40)를 통해 제조된 산화질소 함유수를 저장하고, 필요에 따라 밀폐된 별도의 용기에 담기 위한 구성이다.

이러한 저장부(50)는 도 1에 도시된 바와 같이 소정 크기의 수용공간을 가지는 탱크로 이루어진다.

한편, 본 발명에서는 산화질소 함유수에 별도로 제조된 정제수, 산소수(또는 용존산소수), 탄산수가 소정 비율로 혼합되어 제조되거나, 또는 인체에 유용한 다양한 이온이 투입되어 기능성 음료 등으로 다양하게 제조될 수 있다.

이를 위해 저장부(50)의 일측에는 액상의 이온을 투입하기 위한 이온투입기(C)가 설치되고, 이러한 이온투입기(C)를 통해 나트륨(Na+), 칼륨(K+), 칼슘(Ca2+), 마그네슘(Mg2+), 알루미늄(Al3+)으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 하나 또는 복수 개의 양이온과, 염소(Cl-), 불소(F-), 중탄산(HCO3-), 탄산(CO32-), 수산(HO-)으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 하나 또는 복수 개의 음이온이 저장된 산화수소 함유수의 비율에 맞추어 소정량이 자동 투입되게 된다.

또한, 위에서는 방전탱크(11)의 유입구(12)를 통해 정제된 산소와 질소가 공급되는 것으로만 도시되고 설명되었으나, 이와 달리 공기가 방전탱크(11)의 내부로 공급되는 것으로 변경 실시될 수 있고, 이 경우 공기 중에 포함된 미세먼지 등의 이물질을 제거할 수 있는 정화장치가 유입구(12) 쪽에 설치된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 정제된 산소와 질소를 고전압 방전 처리하여 산화질소가 제조되고, 가열 증발된 수증기와 산화질소가 혼합 응축되어 산화질소 함유수가 제조되므로 산화질소가 물속에 안정된 상태로 용해되어 더욱 장시간 유지되며, 산화질소와 수증기의 혼합비(유량)를 조절하여 적절한 함유량의 산화질소 함유수가 제조된다.

위에서는 설명의 편의를 위해 바람직한 실시예를 도시한 도면과 도면에 나타난 구성에 도면부호와 명칭을 부여하여 설명하였으나, 이는 본 발명에 따른 하나의 실시예로서 도면상에 나타난 형상과 부여된 명칭에 국한되어 그 권리범위가 해석되어서는 안 될 것이며, 발명의 설명으로부터 예측 가능한 다양한 형상으로의 변경과 동일한 작용을 하는 구성으로의 단순 치환은 통상의 기술자가 용이하게 실시하기 위해 변경 가능한 범위 내에 있음은 지극히 자명하다고 볼 것이다.

10: 방전처리부 11: 방전탱크
11A: 공간 12: 유입구
13: 제1 방전극 14: 제2 방전극
15: 전류인가장치 16: 제어기
17: 이젝터 17A: 제1 입구
17B: 제2 입구 17C: 흡인실
17D: 디퓨져 18: 회수라인
19: 배출구 20: 유해물질 제거부
21: 1차 촉매부 22: 2차 촉매부
23: 3차 촉매부 24: 흡입팬
25: 순환라인 30: 가열증발부
31: 가열탱크 32: 히터
33: 증기배출라인 34: 열교환기
34A: 하우징 34B: 열교환 배관
35: 원수공급라인 40: 냉각부
41: 냉각유로 42: 방열핀
43: 냉각팬 44: 배출유로
45: 기액분리기 46: 순환라인
50: 저장부 A: 산소공급부
B: 질소공급부 C: 이온투입기
CV1 ~ CV8: 체크밸브 V1 ~ V8: 제어밸브
L1: 가운데 쪽 방전극의 길이 L2: 측면 쪽 방전극의 길이
P1: 격판 P2: 확산판
T1, T2: 저장탱크

Claims (5)

1. 내부에 복수 개의 방전극이 구비되면서 전계전자 에너지가 인가되는 고전압 방전에 의해 산화질소를 만드는 방전처리부(10);
   상기 방전처리부(10)에서 생산되는 산화질소 중에 포함된 유해물질을 촉매제를 이용하여 흡착 제거하는 유해물질 제거부(20);
   내부에 저장된 소정량의 물을 가열 증발시켜 수증기를 만드는 가열증발부(30);
   상기 가열증발부(30)를 통해 가열 증발된 수증기와 상기 유해물질 제거부(20)를 통과한 기체 상태의 산화질소가 각각 내부로 공급된 다음 혼합 냉각되어 산화질소 함유수를 제조하는 냉각부(40); 및
   상기 냉각부(40)를 통해 제조된 산화질소 함유수를 밀폐시켜 저장하는 저장부(50);
   를 포함하여, 기체 상태에서 산화질소와 수증기를 서로 소정 비율로 혼합한 다음, 냉각하여 산화질소 함유수를 제조하는 것을 특징으로 하는 산화질소 함유수 제조장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 방전처리부(10)는,
   상하로 소정 길이를 가지면서 내부에 소정 크기의 공간(11A)이 형성되는 방전탱크(11);
   상기 방전탱크(11)의 하부에 위치되면서 상기 공간(11A)으로 정제된 산소와 질소 또는 공기가 공급되는 유입구(12);
   상기 방전탱크(11)의 내부 일측을 따라 설치되는 복수 개의 제1 방전극(13);
   상기 방전탱크(11)의 내부 타측을 따라 설치되는 복수 개의 제2 방전극(14);
   상기 제1, 2 방전극(13, 14)에 전류를 인가하는 전류인가장치(15); 및
   상기 전류인가장치(15)의 동작을 제어하는 제어기(16);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화질소 함유수 제조장치.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 유입구(12)에는,
   제1, 2 입구(17A, 17B)가 구비되는 이젝터(17)가 설치되고,
   상기 제1, 2 입구(17A, 17B)는,
   각각 산소공급부(A)와 질소공급부(B)에 각각 연결되어, 상기 이젝터(17)를 통해 정제된 산소와 질소가 혼합된 다음 상기 방전탱크(11)의 상기 공간(11A)으로 고속으로 확산되어 방출되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 산화질소 함유수 제조장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 냉각부(40)는,
   내부에 사행상의 유로가 형성되는 냉각유로(41);
   상기 냉각유로(41)의 외측면에 구비되는 복수 개의 방열핀(42);
   상기 냉각유로(41)의 외측에 설치되는 냉각팬(43); 및
   상기 냉각유로(41) 상에서 냉각되어 응축된 산화질소 함유수를 집수하여 배출시키는 배출유로(44);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화질소 함유수 제조장치.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 유해물질 제거부(20)와 상기 냉각부(40)를 연결하는 유로 사이 및 상기 가열증발부(30)와 상기 냉각부(40)를 연결하는 유로 사이에는,
   소정량의 산화질소와 수증기를 각각 저장하는 저장탱크(T1, T2)가 설치되는 것을 특징으로 하는 산화질소 함유수 제조장치.

Images