KR20190114405A - 수소 가스 발생 기기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수소 가스 발생 기기에 관한 것으로, 물이 저장되는 저수조가 상부에 형성되고, 저수조에 저장된 물을 전기분해하여 이온수와 수소가스를 생성하는 전극모듈이 저수조 아래에 구비되며, 저수조와 전극모듈을 둘러싸서 케이싱하는 저수조 하우징을 포함하는 베이스 어셈블리, 및 제1젠더를 통해 베이스 어셈블리와 체결되고, 베이스 어셈블리로부터 생성된 수소가스를 외부로 배출하는 캡 어셈블리를 포함한다. 특히, 물의 전기분해에 따라 음극에서 발생하는 수소 가스/수소수와, 양극에서 발생하는 가스와 산성수를 분리하여 배출할 수 있도록 구성된다. 수소, 수소수, 산소나 오존, 산성수 등을 구분하여 배출할 수 있을 뿐 아니라, 휴대용 기기로 구성되고, 젠더를 통해 패트병이나 텀블러 등의 용기와도 자유롭게 호환될 수 있으므로, 매우 편리하게 사용할 수 있다.

Description

수소 가스 발생 기기{Hydrogen Gas Generator}

본 발명은 수소 가스 발생 기기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 물을 전기분해하여 음극에서 발생하는 가스와 수소수, 양극에서 발생하는 가스와 산성수 등을 구분 배출하여, 더욱 편리하게 사용할 수 있도록 해주는 수소 가스 발생 기기에 관한 것이다.

일반적으로 우리가 말하는 수소는 "H₂"를 말하는 것으로 분자 상태의 수소이다. 수소는 활성 산소와 쉽게 결합되어 각종 질병의 원인이 되는 활성 산소를 무해화 시키는 것으로 알려지고 있다.

수소수는 알칼리 환원수로서 PH 8.5 이상의 수소가 풍부한 육각수를 의미한다. 수소수는 물분자의 활동이 탁월하여 체내 흡수가 용이하고, 체내에 있는 독성 물질을 배출시키고, 인체에 유해한 활성 산소를 제거함으로써 산성 체질을 알칼리성 체질로 개선할 뿐 아니라, 각종 성인병에도 효과가 있는 것으로 알려져 있다.

수소수를 제조하기 위한 기존 기술로서, 대한민국 등록특허 제10-1120942호에는 "기능성을 가진 수소수 제조장치"가 제안되어 있다.

그러나, 이러한 기존 발명은 휴대용으로 사용하기에는 많은 문제점이 있다.

즉, 상기와 같은 기존 기술은 이동성을 위해 배터리를 구비하는 구성까지는 제시하고 있으나, 이동 및 휴대를 위한 밀폐 수단이나, 밀폐 구조를 가지는 경우 수소수 제조 과정 중 기체(gas) 형태로 발생하는 수소 기체(H₂)의 배출 등에 대비하지 못하고 있어 휴대용으로는 부적합하다는 문제점이 있다.

또한, 근래 들어 등산이나 트레킹 등 다양한 형태의 아웃 도어 활동에서도 수소수 발생장치를 휴대하며 음용할 수 있도록 하고자 하는 요청이 증가하고 있으나, 상기한 기존 기술은 이러한 요청을 충족시키지 못하고 있다.

수소가스를 발생시키기 위한 또 다른 종래의 전기분해 시스템은 이온교환막과 이온교환막의 양면에 밀착된 한 쌍의 전극판으로 구성된 전기분해판, 전기분해판에 의해 구획된 수소가스 발생조 및 산소가스 발생조를 갖는 전해조, 전해조에 순수를 공급하고 전기분해판에서 발생한 수소가스와 산소가스를 순환 배출하는 급수펌프, 수소가스 발생조 및 산소가스 발생조에서 넘쳐 흐르는 순수를 각각 취수하는 취수탱크를 구비한다(일본특허공보 2011-177659호 참조).

그러나, 이러한 종래의 전기분해 시스템에서는, 순수를 전기분해할 때 발생하는 전기영동으로 인해 수소가스 발생조에서 순수가 넘쳐 흐르는 문제가 있다.

또한, 종래의 전기분해 시스템에서는 수소가스 발생 및 순환을 위해 급수 펌프 및 취수 탱크를 구비하는 것이 필요하므로 소형화 및 휴대화가 곤란하다는 문제가 있다.

뿐만 아니라, 종래의 전기분해 시스템에서는, 전기분해판으로부터 수소가스를 효율적으로 분리할 수 없거나 이온교환막에 전극판을 고정하는 커다란 볼트와 너트가 수소가스를 흡착해 버리는 등 휴대용 수소가스 발생장치로 이용하기에 적합하지 않은 다수의 문제점이 존재한다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 소형화와 휴대성을 어렵게 하는 종래 기술의 여러 문제점을 개선하고, 물을 전기분해할 때 발생하는 가스와 이온수 등을 분리 배출시켜, 편리하게 사용할 수 있는 수소 가스 발생 기기를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 물을 전기분해하여 생성한 수소가스를 공급함과 아울러, 전기분해에 의해 발생한 수소수를 폐트병에 제공할 수도 있는 수소 가스 발생 기기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 물을 전기분해하여 생성한 수소가스를 공급함과 아울러, 전기분해에 의해 발생한 수소수를 텀블러형 용기에 제공할 수도 있는 수소 가스 발생 기기를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1실시형태는, 물이 저장되는 저수조가 상부에 형성되고, 상기 저수조에 저장된 물을 전기분해하는 전극모듈이 상기 저수조의 아래에 구비되며, 상기 저수조와 전극모듈을 둘러싸서 케이싱하는 저수조 하우징을 포함하는 베이스 어셈블리; 및 제1젠더를 통해 상기 베이스 어셈블리와 체결되고, 상기 베이스 어셈블리에서 생성된 수소가스를 외부로 배출하는 캡 어셈블리를 포함하여 이루어진다. 이때 상기 베이스 어셈블리는 물의 전기분해에 따라 양극에서 발생된 가스와 산성수를 분리하여 배출할 수 있도록 구성된다.

상기 전극모듈은, 음(-)의 전원이 인가되는 상부 전극판과, 양(+)의 전원이 인가되는 하부 전극판과, 상기 상부 전극판과 하부 전극판의 사이에 구비된 이온수지막으로 이루어지는 전극 구조체; 및 상기 전극 구조체의 하단에 위치하고, 물을 흡수할 수 있는 재질로 이루어진 흡수부재를 포함하여 이루어질 수 있으며, 상기 전극모듈은 하나 이상의 케이싱 부재를 통해 감싸질 수 있다.

또한, 상기 전극모듈은, 음(-)의 전원이 인가되는 상부 전극판과, 양(+)의 전원이 인가되는 하부 전극판과, 상기 상부 전극판과 하부 전극판의 사이에 구비된 이온수지막으로 이루어지는 전극 구조체를 포함하고, 상기 이온수지막은 양면에 백금코팅층이 형성되어 있으며, 상기 백금코팅층은 상기 이온수지막의 일면 일부분에 형성되어 있거나, 또는 상기 이온수지막의 일면 전체에 수분이 통과할 수 있을 정도의 두께로 형성된 것이 가능하다.

여기서, 상기 전극모듈은, 상기 전극 구조체의 하단에 위치하고, 티타늄으로 이루어진 함수체를 포함하는 것일 수 있다.

상기 케이싱 부재에는 상기 양극에서 발생된 가스를 내보내는 제1배출통로와, 산성수를 내보내는 제2배출통로가 형성되고, 상기 저수조 하우징에는 적어도 하나의 측면 내부에 형성되고, 상기 제1배출통로 및 제2배출통로와 연결되는 회수통로가 구비될 수 있다.

이때 상기 수소 가스 발생 기기는 상기 회수통로를 통해 흐르는 가스와 산성수를 상기 베이스 어셈블리의 외부로 유도하는 배출통로 정합부를 포함하도록 구성될 수 있다.

상기 제1배출통로는 상기 제2배출통로보다 상기 하부 전극판에 더 가까운 위치에 형성될 수 있다.

상기 수소 가스 발생 기기는 상기 배출통로 정합부에 연결될 흡입구를 구비한 배출수단을 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 배출수단은 산성수를 보관할 내부 공간을 구비하고, 상단에는 양극에서 발생된 가스를 배출할 구멍이 형성된다. 또한, 상기 배출수단은 상기 베이스 어셈블리에 탈부착할 수 있도록 구성될 수 있다.

상기 수소 가스 발생 기기는 상기 저수조의 물이 상기 흡수부재가 놓인 공간으로 새어 나갈 수 있는 통로가 형성될 수 있다.

이때 상기 저수조 하우징이 상기 전극 구조체를 지지하는 케이싱 부재와 밀착되는 부분 중 한 곳 이상에는 상기 저수조의 물이 새어 나갈 수 있도록 요철이 형성될 수 있다.

상기 하부 전극판의 하단에는 탄소 성분의 냄새흡수재가 구비될 수 있다.

상기 흡수부재가 놓이는 케이싱 부재에는 상기 전극 구조체에 일정한 압력을 가하는 제3가압지지부가 구비될 수 있다.

이때 상기 제3가압지지부는 상기 흡수부재가 놓이는 면에 수직으로 돌출된 판의 형태로 구성될 수 있다.

상기 캡 어셈블리는, 상기 제1젠더를 통해 상기 베이스 어셈블리와 체결되는 캡 본체; 상기 캡 본체와 힌지 결합되어 상기 캡 본체를 개폐하도록 구성된 캡 뚜껑; 및 상기 캡 본체의 중앙에 배치되는 이온수 흡입부를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 캡 본체는, 상기 캡 본체를 관통하여 상기 베이스 어셈블리의 내부에 포집된 수소가스를 외부로 전달하는 수소가스 전달구를 가지고, 상기 캡 뚜껑은, 상기 캡 뚜껑을 관통하고 캡 뚜껑이 닫혔을 때 상기 수소가스 전달구와 연통되는 수소가스 배출구를 상기 캡 뚜껑 내부에 가지도록 구성될 수 있다.

상기 캡 본체는, 상기 캡 본체의 아래쪽으로 돌출된 형상을 가지는 통로부를 가지고, 상기 통로부는 상기 전극모듈의 상면에 근접하거나 접촉되도록 연장된 것이 가능하다.

또한, 상기 수소가스 전달구는 고무 재질의 파이프로 이루어질 수 있다.

상기 캡 본체는, 상기 이온수 흡입부 주변에 돌출되어 형성된 이온수 흡입부 거치대를 가지고, 상기 캡 뚜껑은, 캡 뚜껑이 닫혔을 때 상기 이온수 흡입부의 상단을 눌러서 상기 이온수 흡입부 거치대에 걸치도록 눌러주는 이온수 흡입부 가압부를 캡 뚜껑 내부에 가지도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 캡 본체는 배면에 캡 실링을 가지고, 상기 캡 실링은 상기 수소가스 전달구와 대응하는 위치에 크로스 형태(+)로 찢어진 수소가스 전달 개폐부를 갖도록 구성될 수 있다.

본 발명의 제2실시형태는, 페트병과 체결 가능한 제1체결부를 상단에 가지고, 상기 베이스 어셈블리와 체결 가능한 제2체결부를 하단에 가지는 제2젠더를 더 포함하여, 상기 폐트병에 수소수를 공급하도록 구성되는 것이다.

본 발명의 제3실시형태는, 상기 베이스 어셈블리의 상부 및 상기 캡 어셈블리의 하부와 결합 가능하고, 물과 수소수를 저장하는 저장용기; 및 상기 저장용기 내부에 구비되고, 상기 저장용기에 저장된 물과 수소수에 미네랄을 공급하는 미네랄 공급부를 포함하여, 텀블러용으로 사용 가능하도록 구성되는 것이다.

본 발명에 따른 수소 가스 발생 기기는 물을 전기분해하여 수소 가스와 수소수를 발생시켜 공급할 수 있다. 특히 물을 전기분해할 때 음극에서 발생하는 수소와 수소수, 그리고 양극에서 발생하는 산소 등의 가스와 산성수를 분리하여 케이스 외부로 배출할 수 있다.

그러므로, 수소 가스와 수소수 등을 편리하게 이용할 수 있고, 전기분해 과정에서 발생하는 산성수 등은 별도로 사용하거나 편리하게 폐기할 수 있다.

수소가스 생성이나 순환을 위해 급수 펌프나 취수탱크 등이 필요 없으므로 소형화와 휴대화가 용이하다.

또한, 젠더를 사용함에 따라, 전기분해에 의해 발생한 수소수를 폐트병이나 텀블러등 다양한 용기에 담을 수 있어서, 사용자들의 사용 목적이나 사정에 맞추어 더욱 편리하게 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시형태에 따른 수소 가스 발생 기기의 외형을 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명의 바람직한 제1실시형태에 따른 수소 가스 발생 기기의 구성요소를 분해한 사시도,
도 3은 베이스 어셈블리의 간략한 분해 사시도,
도 4는 전극모듈의 일 예에 관한 분해 사시도,
도 5는 도 4에 도시된 가압지지부의 개략적인 단면도,
도 6은 백금코팅층이 형성된 이온수지막의 일례를 나타내는 전극모듈의 분해 사시도,
도 7은 가스와 이온수의 분리 배출을 설명하기 위한 베이스 어셈블리의 간략한 단면도,
도 8은 베이스 어셈블리에 탈부착 가능한 배출수단을 설명하는 예,
도 9는 양극에서 발생하는 가스를 통과시키기 위한 케이싱 부재의 일 예,
도 10은 전극모듈의 또 다른 분해 사시도,
도 11은 베이스 어셈블리의 구체적인 일 실시예에 관한 단면도,
도 12는 캡 어셈블리의 뚜껑이 열린 상태를 도시한 상부 사시도,
도 13은 캡 어셈블리의 뚜껑이 닫힌 상태를 도시한 단면도,
도 14는 캡 어셈블리의 하부 사시도,
도 15는 본 발명의 바람직한 제2실시형태에 따른 수소 가스 발생 기기의 외형을 나타낸 사시도,
도 16은 도 15의 수소 가스 발생 기기를 조립한 외형을 나타낸 사시도,
도 17은 도 15의 수소 가스 발생 기기에 관한 사용 상태를 나타낸 도면,
도 18은 본 발명의 바람직한 제3실시형태에 따른 수소 가스 발생 기기의 외형을 나타낸 사시도,
도 19는 도 18에 도시된 수소 가스 발생 기기를 조립한 외형을 나타낸 사시도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

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 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

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 목적으로만 사용된다.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이고, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시형태에 따른 수소 가스 발생 기기(10)의 외형을 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 제1실시형태에 따른 수소 가스 발생 기기(10)의 구성요소를 분해한 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시된 베이스 어셈블리(200)의 간략한 분해 사시도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 제1실시형태에 따른 수소 가스 발생 기기(10)는 베이스 어셈블리(200) 및 캡 어셈블리(100)를 포함하고, 제1 젠더(310)를 더 포함할 수 있다.

상기 베이스 어셈블리(200)는 물이 저장되는 저수조(202)가 상부에 형성되고, 상기 저수조(202)에 저장된 물을 전기분해하여 이온수와 수소가스를 생성하는 전극모듈(201)이 상기 저수조(202) 아래에 구비되며, 상기 저수조(202)와 전극모듈(201)을 둘러싸서 케이싱하는 저수조 하우징(203)을 포함한다.

상기 베이스 어셈블리(200)는 그 내부 상단에 물이 저장되는 저수조(202)를 가진다. 상기 저수조(202)의 형태 및 크기는 특별히 제한되지 않는다. 상기 저수조(202)의 상부는 오픈되어 있어서 캡 어셈블리(100)와 연통 가능하고, 그것의 하부 바닥은 저장된 물의 전기분해를 위하여 전극모듈(201)과 접촉해 있는 것이 바람직하다.

상기 전극모듈(201)은 물을 플라즈마 이온상태로 만드는 수중방전을 이용하여 수중에서 플라즈마 방전을 일으키고, 이에 따라 다양한 음이온과 양이온 등(O^-, O₃ ^-, OH^-, H⁺, HOCl, H₂O₂)을 발생시킨다. 이렇게 발생된 음이온과 양이온들은 물과 반응하여 이온수나 수소수를 생성하고 수소가스 등을 발생시킨다. 이를 위하여, 전극모듈(201)은 물과 항시 접촉가능하도록 저수조(202)의 아래에 구비되는 것이 바람직하다.

상기 전극모듈(201)은 물을 전기분해하는 한 쌍의 전극판(403, 404)과 그 사이에 구비된 이온수지막(405)을 포함할 수 있다(도 4 참조). 그래서, 전극모듈(201)의 작동시 저수조(202) 안에 저장된 물은 전기분해되어 수소와 같은 양이온은 전극모듈(201)의 상부로 올라가고, 산소와 같은 음이온은 전극모듈(201)의 하부로 이동한다. 또한, 전극모듈(201)의 상부로 올라간 수소 이온은 수소 가스가 되어 캡 어셈블리(100)를 통해 외부로 배출될 수 있다.

저수조 하우징(203)은 저수조(202)와 전극모듈(201)을 둘러싸서 케이싱하는 것이다. 특히, 저수조 하우징(203)은 전극모듈(201)의 측면 테두리를 감싸도록 형성되며, 상부면이 개구되어 물이 저장되는 저수조(202)를 형성한다. 저수조 하우징(203)은 전극모듈(201)의 상부를 둘러싸서 케이싱함으로서 자연스럽게 저수조(202)를 형성하는 것이 가능하다.

그리고, 캡 어셈블리(100)는 제1젠더(310)를 통해 베이스 어셈블리(200)와 체결되고, 베이스 어셈블리(200)로부터 생성된 수소 가스를 외부로 배출한다. 캡 어셈블리(100)는 베이스 어셈블리(200)에서 생성된 수소 가스를 외부로 배출하기 위하여 수소 가스를 배출하는 별도의 배출구를 가질 수 있다.

제1젠더(310)는 베이스 어셈블리(200)와 캡 어셈블리(100)를 서로 체결한다.

이를 위해, 제1젠더(310)의 내부 측면에는 베이스 어셈블리(200) 및 캡 어셈블리(100)와 결합되기 위한 나선형 홈 또는 나선형 돌기가 형성될 수 있다. 제1젠더(310)는 가운데 부분이 개구되며, 개구된 영역을 통해 베이스 어셈블리(200)로부터 생성된 수소수 및 수소 가스를 캡 어셈블리(100)로 전달한다.

베이스 어셈블리(200)는 바로 캡 어셈블리(100)와 체결될 수도 있지만, 본 발명에 따른 수소 가스 발생 기기는 후술하는 바와 같이 일반적인 페트병과도 결합 가능하고(바람직한 제2실시형태), 텀블러형 저장용기와도 결합 가능하게 하기 위하여(바람직한 제3실시형태), 기본적인 제1실시형태에서는 제1젠더(310)를 통하여 베이스 어셈블리(200)와 캡 어셈블리(100)를 결합시킨다. 즉, 베이스 어셈블리(200)에 캡 어셈블리(100) 이외에 페트병 및/또는 텀블러형 저장용기 등을 결합시키기 위하여 제1젠더(310)를 사용하는 의의가 있다.

본 발명은 물을 전기분해하여 수소가스를 생성하고, 생성된 수소가스를 공급하는 휴대용 수소 가스 발생 기기로서의 역할을 수행할 수 있다.

특히, 베이스 어셈블리(200)는 물의 전기분해에 따라 음극(-)에서 발생하는 수소가스와 수소수 이외에 양극(+)에서 발생된 산소나 오존 등의 가스와 산성수를 별도로 분리 배출할 수 있도록 구성된다.

전극모듈(201)은 기본적으로 물의 전기분해를 위한 전극 구조체를 포함하여 이루어지는데, 전극 구조체는 음(-)의 전원이 인가되는 상부 전극판과, 양(+)의 전원이 인가되는 하부 전극판, 그리고 상부 전극판과 하부 전극판의 사이에 구비되는 이온수지막으로 이루어진다.

전극모듈(201)은 필요에 따라 다양하게 구성될 수 있으며, 전극 구조체 이외에도 다양한 구성요소를 포함하여 구성될 수 있다.

도 4는 전극모듈의 일 실시예에 관한 분해 사시도를 보인 것이다.

도 4를 참조하자면, 본 발명에 따른 전극모듈(201)은, 서로 마주하는 상부 전극판(403), 하부 전극판(404), 상부 전극판과 하부 전극판의 사이에 구비된 이온 수지막(405)으로 이루어진 전극구조체, 전극구조체를 일측 또는 양측에서 가압하는 가압지지부(401, 407)를 포함할 수 있고, 하부 전극판(404)과 제2가압지지부(407)의 사이에 배치되는 오링(402), 중간 케이싱 부재(409), 전극 구조체의 아래에 위치하고 물을 흡수할 수 있는 재질로 이루어진 흡수부재(411), 유닛 베이스(415) 등을 포함하여 이루어질 수 있다.

즉, 전극모듈(201)의 전극 구조체와 흡수부재(411)는 중간 케이싱 부재(409)와 유닛 베이스(415) 등 하나 이상의 케이싱 부재를 통해 감싸지도록 구성된다.

한 쌍의 전극판은 서로 마주하는 상부 전극판(403)과 하부 전극판(404)을 포함하며, 상부 전극판(403)은 하부 전극판(404)의 상부에 위치한다.

상부 전극판(403)과 하부 전극판(404)은 다양하게 구성될 수 있다. 하나의 예로서, 상부 전극판(403)은 특정 방향, 예컨대 x 축 방향으로 복수의 슬릿이 형성될 수 있고, 하부 전극판(404)은 특정 방향, 예컨대 x 축 방향에 수직된 y축 방향으로 복수의 슬릿이 형성될 수 있다. 이에 따라, 상부 전극판(403)에 형성된 슬릿과 하부 전극판(404)에 형성된 슬릿은 소정 각도, 예컨대 예각, 둔각, 30~90도, 45~90도, 90도 등을 갖도록 배치될 수 있다.

각 슬릿의 폭은 특별히 한정되지 않으나, 전극판의 강성과 물 통과 유량을 고려하여 서로 이웃한 슬릿 간의 간격과 슬릿의 폭이 동일하게 설계될 수 있다.

상부 전극판(403)과 하부 전극판(404)의 테두리에는 전원을 인가하는 연장부가 형성된다. 다른 실시예에 따르면, 상부 전극판(403) 및 하부 전극판(404) 각각의 테두리에는 적어도 하나의 홀이 형성되며, 적어도 하나의 홀에는 각 전극판에 전원을 인가하는 전극봉이 삽입되어 체결될 수도 있다.

또한, 상부 전극판(403)과 하부 전극판(404)은 인체에 무해하며 내식성, 내열성, 기계적 인장 강도가 우수한 금속으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상부 전극판(403)과 하부 전극판(404)은 티타늄을 재료로 하여 제조한 뒤, 백금, 이리듐, 팔라듐, 오스듐, 루테늄 등의 백금족 금속을 코팅 또는 증착하여 형성될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 상부 전극판(403)과 하부 전극판(404)은 일반 철판에 티타늄을 증착한 후 백금족 소재를 이용하여 코팅 또는 증착하여 형성함으로써 제조 단가를 절감할 수 있다.

이러한 전극판(403, 404)은 이 기술분야에 알려진 모든 형태의 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 대한민국 등록특허 제10-0927445호 및/또는 대한민국 등록실용신안 제20-0419542호에 개시된 것일 수 있다.

이온수지막(405)은 상부 전극판(403)과 하부 전극판(404)의 사이에 위치하며, 물의 전기분해에 의해 생성된 이온들을 전극판을 기준으로 서로 다른 방향으로 이동시킨다. 예를 들어 수소와 같은 양이온은 전극모듈(201)의 상부로 올라가고, 산소와 같은 음이온은 상기 전극모듈(201)의 하부로 이동하게 할 수 있다.

전극판(403, 404)에 공급되는 전원을 바꾸어서 다르게 하면, 반대로 이동시키는 것도 가능하며, 이 경우 전극모듈(201)의 상부로 음이온에 의한 살균수를 발생시킬 수도 있다. 또한, 이온수지막(405)은 물분자로부터 분해된 산소 이온(O^-, O₃ ^-)이 다른 물분자들과 계속적으로 반응하여 수산기(OH^-)를 생성하는 반응 속도를 촉진한다.

가압지지부(401, 407)는 전극판(403, 404)의 상부 및 하부에 위치한다. 구체적으로, 상부 전극판(403) 위에 위치한 제1가압지지부(401)와, 하부 전극판(404)의 아래에 위치한 제2가압지지부(407)를 포함한다.

제1가압지지부(401)는 상부 전극판(403)의 상부에서 상부 전극판(403)의 적어도 일부를 덮도록 구성될 수 있다. 제2가압지지부(407)는 하부 전극판(404)의 하부에서 하부 전극판(404)의 적어도 일부를 지지하도록 구성될 수 있다. 가압지지부(401, 407)는 전극판(403, 404)의 유동을 방지함과 아울러 전극판(403, 404)을 양쪽에서 압착한다. 이에 따라, 상부 전극판(403)과 하부 전극판(404)은 각각 그들 사이에 위치한 이온수지막(405)과 더욱 밀착되며, 그 결과 이온수와 수소가스 등을 생성하는 반응 속도를 더욱 높일 수 있다.

제1가압지지부(401)와 제2가압지지부(407) 중에서 적어도 하나는 전극구조체 방향으로 볼록한 형상을 갖도록 구성될 수 있다.

도 5는 가압지지부(401, 407)를 개략적으로 나타낸 단면을 나타내고 있는데, 이를 살펴보면, 제1가압지지부(401)는 중앙부가 아래로 볼록한 형태를 갖고, 또한 제2가압지지부(407)는 중앙부가 위로 볼록한 형태를 갖는다. 기존에 평평한 가압지지부는 시간이 지나면 가운데 부분이 쉽게 들떠서 압착력이 낮아지는데, 상기한 바와 같이 가운데가 볼록한 가압지지부(401, 407)는 상부 전극판(403)과 하부 전극판(404)을 더욱 압착할 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 가압지지부(401, 407) 중에서 어느 하나만 전극판 구조체(403, 404) 방향으로 볼록할 수 있다. 예를 들어, 가압지지부(401, 407) 중에서 제1가압지지부(401)만 아래로 볼록한 형태를 갖거나, 또는 제2가압지지부(407)만 위로 볼록한 형태를 가질 수 있다.

또한, 상기한 바와 같이, 상부 전극판(403)과 하부 전극판(404)은 내부에 형성된 다수의 슬릿이 서로 교차되어 홀(hole)을 형성하도록 중첩될 수 있다. 이때 제2가압지지부(407)는 상기 홀에 대응하는 관통부를 갖는 평판으로 이루어질 수 있다. 그러면, 전극판에 최대한 밀착되어 가압할 수 있다.

본 발명자들은 상기 홀에 대응하는 관통부를 갖는 평판으로 이루어진 가압지지부를 제1 및 제2 가압지지부(401, 407) 모두에 적용하여 테스트해 보았다. 그래서, 이온수와 수소 가스 등의 생성효율을 최대한 높일 수 있었지만, 제1가압지지부(401)의 경우 생성된 수소 가스의 배출 속도가 다소 늦어졌고, 상부 전극판(403) 위에 구비되는 제1가압지지부(401)는 수소 가스가 통과하기 쉽도록 설계하는 것이 더욱 바람직하다는 것을 알게 되었다.

이에 따라, 제1가압지지부(401)는 상부 전극판(403)의 외곽 둘레를 지지하도록 제1지름을 갖는 원형의 외곽지지부(507); 상부 전극판(403)의 중앙 둘레를 지지하도록 제1지름보다 작은 제2지름을 갖는 원형의 중앙지지부(505); 및 외곽지지부와 중앙지지부를 연결하는 연결지지부(501, 503)로 이루어질 수 있다.

연결 지지부는 중앙 지지부(505)를 기준으로 서로 교차하는 제1 및 제2 연결지지부(501, 503)를 포함하여 구성될 수 있으며, 제1 및 제2 연결지지부(501, 503)는 서로 수직된 방향으로 교차할 수 있다. 이와 같은, 제1가압지지부(401)는 수소 가스를 더욱 용이하게 배출할 수 있다.

한편, 제1가압지지부(401)를 구성하는 중앙 지지부(505)는 아래로 볼록하거나, 또는 외곽 지지부(507)에 비하여 상대적으로 높이가 낮게 설계될 수 있다. 이는, 전극판(403, 404)을 더욱 압착시키기 위함이다.

중앙 지지부(505)는 상대적으로 아래로 볼록한 형태를 가짐으로써, 상부 전극판(403)과 하부 전극판(404)을 더욱 압착할 수 있다. 구체적으로, 중앙 지지부(505)는 상대적으로 아래로 볼록한 형태를 갖고, 따라서 중앙 지지부(505)의 하면의 높이는 외곽 지지부(507)의 하면의 높이보다 낮을 수 있다.

일 실시예에 따르면, 제1 및 제2 연결지지부(501, 503)는 상부 전극판(403) 또는 하부 전극판(404)의 슬릿과 서로 평행하거나 수직되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 연결지지부(501)는 상부 전극판(403)의 슬릿과 나란하게 위치하고 하부 전극판(405)의 슬릿과는 수직되게 위치할 수 있다. 또는, 제1 연결지지부(501)는 상부 전극판(403)의 슬릿과 수직되게 위치하고 하부 전극판(405)의 슬릿과는 나란하게 위치할 수 있다.

또한, 제1 및 제2 연결지지부(501, 503)는 상부 전극판(403)을 구성하는 복수의 전극 브릿지 중에서 적어도 하나와 중첩되도록 위치할 수 있다. 복수의 전극 브릿지는 특정 간격을 갖고 일 방향으로 배열되어 슬릿을 형성하는 것이다. 제1 및 제2 연결지지부(501, 503) 중에서 어느 하나, 예컨대, 제1 연결지지부(501)는 상부 전극판(403)의 전극 브릿지들 중에서 적어도 하나와 중첩되도록 위치할 수 있다.

이 경우, 연결지지부(501, 503)에 의해 전극판(403)을 최대한 압착할 수 있으며, 동시에 연결지지부(501, 503)에 의해 수소가스의 이동이 저해되는 것을 최대한 줄일 수 있는 효과가 있다.

중간 케이싱 부재(409)는 물이 외부로 새어나가지 않도록 전극모듈(201)의 측면 테두리를 둘러싸는 케이싱 부재들 중의 하나이다. 중간 케이싱 부재(409)는 측면 테두리에 나선형 돌기 또는 홈을 형성하여 가압지지부(401, 407) 및 유닛 베이스(415)와 결합할 수 있도록 구성될 수 있다.

흡수부재(411)는 전극판의 아래에 습윤 환경을 조성해 주는 기능과, 전극판의 아래에 흐르는 물을 흡수하는 기능을 한다. 이를 위하여, 흡수부재(411)는 부직포나 솜 또는 섬유질 폼(form) 등으로 구성될 수 있다.

즉, 흡수부재(411)는 이온수지막(405) 및/또는 전극판(403, 404)을 습식 환경으로 유지시키는 기능을 수행할 수 있다. 전극판(403, 404) 및/또는 이온수지막(405)이 습식으로 유지되면 전기분해 효율과 수소 가스 등의 발생 효율이 증가 될 수 있다.

유닛 베이스(415)는 흡수부재(411)의 하부에 위치하여 전극모듈(201)의 구성 요소들을 하부에서 지지 및 케이싱한다. 유닛 베이스(415)의 테두리에는 그 테두리 윤곽과 동일한 형태를 갖는 실링 부재(413)가 더 구비될 수 있다.

유닛 베이스(415)는 저수조 하우징(203)과 체결되며, 저수조 하우징(203)의 측면에 마련된 회수 통로(204)와 대응하도록 적어도 일 측이 외곽 방향으로 돌출되는 돌출부(416)를 구비한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시형태에 따라 백금코팅층이 형성된 이온수지막의 일례를 나타내는 전극모듈의 분해 사시도이다.

여기에 나타난 바와 같이, 본 발명의 전극모듈(201)은, 음(-)의 전원이 인가되는 상부 전극판(403)과, 양(+)의 전원이 인가되는 하부 전극판(404)과, 상기 상부 전극판(403)과 하부 전극판(404)의 사이에 구비된 이온수지막(405)으로 이루어지는 전극 구조체를 포함하고, 상기 이온수지막(405)은 양면에 백금코팅층(405-1, 405-2)이 형성되어 있으며, 상기 백금코팅층(405-1, 405-2)은 상기 이온수지막(405)의 일면 일부분에 형성되어 있거나, 또는 상기 이온수지막(405)의 일면 전체에 수분이 통과할 수 있을 정도의 두께로 형성된 것이 가능하다.

상기 백금코팅층(405-1, 405-2)은 이온수지막(405)의 상면과 하면에 백금이 코팅되어 이루어진층이다. 이온수지막(405)의 상면에 형성된 상면 백금코팅층(405-1)은 상부 전극판(403)과 맞닿아서 접촉되어 있고, 이온수지막(405)의 하면에 형성된 하면 백금코팅층(405-2)은 하부 전극판(404)에 맞닿아서 접촉되어 있다. 백금은 전도성이 매우 우수하기 때문에, 상부 전극판(403)과 하부 전극판(404) 사이에서 전자의 이동이나 전류의 흐름을 더욱 크게 높일 수가 있고, 이 경우 전극 구조체 하단에서 습윤환경을 조성해 주는 흡수부재(11)가 없더라도, 상부 전극판(403)과 하부 전극판(404) 사이에서 물의 전기분해가 가능하다.

이와 함께, 상기와 같이 흡수부재(11)가 없이도 가능한 전기분해 효과를 지속적으로 유지시키기 위하여, 상기 백금코팅층(405-1, 405-2)이 이온수지막(405)의 전면 또는 후면 전체에 형성되는 경우에는, 수분이 통과할 수 있을 정도의 두께로 형성된 것이 바람직하다. 또한, 상기 백금코팅층(405-1, 405-2)은 이온수지막(405)의 전면 또는 후면 전체에서 일부분에만 형성되는 것도 가능하다. 예를 들어서, 상기 백금코팅층(405-1, 405-2)은 수분이 통과할 수 있는 홀 또는 경로를 가질 수 있다. 그러면, 이온수지막(405)에 백금코팅층(405-1, 405-2)이 형성되어서 전기분해 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 전극 구조체 하단(또는 하부 전극판 하단)에서 습윤환경을 조성해서 전기분해 효과를 지속적으로 유지시킬 수 있다.

나아가, 본 발명의 다른 일례로서 상기 전극모듈(201)은, 상기 전극 구조체의 하단에 위치하고, 티타늄으로 이루어진 함수체(406)를 포함하는 것일 수 있다. 상기 함수체(406)는 물을 머금어서 저장 또는 보관할 수 있는 것으로, 예를 들어서, 티타늄을 소결한 후 평판 형상으로 성형한 것일 수 있다. 이러한 함수체(406)는 수분을 흡수하는 성질이 매우 우수하고 평판으로 얇게 성형가능하다. 그래서, 이러한 함수체(406)를 전극 구조체의 하단. 예를 들어서 하부 전극판(404)의 아래 또는 제2가압지지부(407)의 위쪽이나 아래쪽에 배치하면, 별도의 흡수부재(411) 없이도, 전극 구조체 하단(또는 하부 전극판 하단)에 습윤환경을 지속적으로 유지시킬 수 있는 효과가 있다.

한편, 본 발명에 따른 수소 가스 발생 기기(10)의 베이스 어셈블리(200)는 물의 전기분해에 따라 양극(+)에서 발생된 가스와 산성수를 별도의 경로를 통해 분리 배출할 수 있도록 구성된다.

양극이 인가되는 전극판은 하부 전극판(404)이므로, 하부 전극판(404)과 유닛 베이스(415) 사이의 공간, 즉 흡수부재(411)가 위치한 공간에서부터 베이스 어셈블리(200)의 외부까지 가스와 산성수가 흘러 배출될 수 있도록 통로가 형성되어야 한다.

도 7은 가스와 산성수의 분리 배출을 설명하기 위한 베이스 어셈블리(200)의 간략한 단면도로서, 양극(+)에서 발생된 가스를 내보내는 제1배출통로(291)와, 산성수를 내보내는 제2배출통로(292)가 형성된다.

제1배출통로(291)와 제2배출통로(292)는 모두 하부 전극판(404)의 아래에 형성되며, 제1배출통로(291)는 제2배출통로(292)보다 하부 전극판(404)에 더 가까운 위치에 형성된다. 제1배출통로(291)를 제2배출통로(292)보다 높게 형성하는 이유는 가스가 산성수보다 먼저 빠져나가도록 함으로써, 배출이 원활하게 이루어질 수 있도록 하기 위한 것이다.

저수조 하우징(203)에는 적어도 하나의 측면 내부에 회수통로(204)가 형성되며, 이 회수통로(204)는 제1배출통로(291) 및 제2배출통로(292)와 각각 연결된다.

양극에서 생성되는 가스는 화살표 705로 표시한 바와 같이, 제1배출통로(291)로 나간 후 회수통로(204)를 통해 상승한다.

양극에서 생성되는 산성수는 화살표 706으로 표시한 바와 같이, 흡수부재(411)가 놓인 케이싱 부재의 아랫면을 따라 제2배출통로(292)로 나간 후 회수통로(204)를 통해 상승한다.

회수통로(204)는 베이스 어셈블리(200)의 외부까지 이어지도록 구성될 수 있다. 또한, 내부에 가스와 산성수가 흐를 수 있는 통로(297-1)가 형성되어, 회수통로(204)를 통해 흐르는 가스와 산성수를 베이스 어셈블리(200)의 외부로 유도하는 배출통로 정합부(297)를 통해 연결되도록 구성될 수도 있다.

즉, 배출통로 정합부(297)는 회수통로(204)를 통해 흐르는 가스와 산성수를 베이스 어셈블리(200)의 외부로 유도하는 역할을 수행한다. 도 7에 도시된 예와 같이, 회수통로(204)가 베이스 어셈블리(200)에 수직 방향으로 형성되는 경우, 배출통로 정합부(297)는 90도로 꺽여 수직 부분과 수평 부분을 갖도록 구성되어, 수직으로 흐르는 가스와 산성수를 수평방향으로 배출시킬 수 있다.

베이스 어셈블리(200)에서 배출되는 가스와 산성수는 그대로 외부에 배출되는 것이 아니라 배출수단(600)을 통해 배출되도록 하여, 사용자가 산소나 오존 등 양극에서 발생된 가스와 산성수를 편리하게 관리할 수 있도록 구성될 수 있다.

도 7과 도 8을 함께 참조하자면, 배출수단(600)은 베이스 어셈블리(200)에 탈부착할 수 있도록 구성될 수 있으며, 사용자는 배출수단(600)을 탈거한 후 고여있는 산성수(611)를 버리거나 필요한 곳에 이용한 후 다시 배출수단(600)을 장착하여 사용할 수 있다. 도 8a는 배출수단(600)이 베이스 어셈블리(200)에 장착된 상태의 예를 보인 것이고, 도 8b와 도 8c는 배출수단(600)이 베이스 어셈블리(200)로부터 탈거된 상태의 예를 보인 것이다.

배출통로 정합부(297)도 베이스 어셈블리(200)에 탈부착될 수 있도록 구성될 수 있다. 이때 배출통로 정합부(297)는 오링(297-3)을 통해 베이스 어셈블리(200)에 장착되고, 또 다른 오링(297-4)을 통해 배출수단(600)에 연결될 수 있으며, 배출수단(600)의 상단에 형성된 구멍에는 또 다른 오링(297-5)을 통해 에어 캡(680)이 탈부착될 수 있다.

배출수단(600)은 배출통로 정합부(297)에 연결되어 외부로 배출되는 가스와 산성수를 입력받는 흡입구(623), 산성수(611)를 보관할 내부 공간(610), 전극모듈의 양극에서 발생된 가스를 배출할 구멍이 형성되어 있다.

배출수단(600)이 연결되면, 배출통로 정합부(297)를 통해 배출되는 가스는 위로 올라가 배출수단(600)에 형성되어 있는 구멍과, 에어 캡(680)에 형성된 구멍(681)을 경유하여 외부로 배출된다. 그리고, 산성수는 배출수단(600)의 내부 공간(610)에 모이게 된다.

도 9는 전극모듈의 양극에서 발생하는 가스를 통과시키기 위한 케이싱 부재의 일 예이고, 도 10은 전극모듈의 또 다른 분해 사시도이며, 도 11은 베이스 어셈블리의 구체적인 일 실시예에 관한 단면도이다.

도 9 내지 도 11을 참조하여 제1배출통로(291)와 제2배출통로(292)를 형성하는 일 실시예를 설명하자면, 제1배출통로(291)는 중간 케이싱 부재(409)의 테두리의 상면에 단속적으로 형성되어 하부 전극판(404)에서 발생된 산소나 오존 등의 가스가 빠져 나가도록 구성될 수 있다. 즉, 중간 케이싱 부재(409)의 상부에는 가장자리를 따라 홈(409-1)과 돌출부분(409-2)이 교대로 형성될 수 있는데, 이 홈(409-1)이 제1배출통로(291)의 역할을 수행할 수 있다.

제2배출통로(292)의 역할은 도 4와 도 10에 도시된 바와 같이 유닛 베이스(415)의 일 측에 형성된 돌출부(416)의 중앙 부분 공간이 수행하도록 구성될 수 있다. 유닛 베이스(415)는 흡수부재(411)가 놓이는 곳으로서, 유닛 베이스(415)의 하단에 형성된 돌출부(416)의 가운데 공간과 회수통로(204)는 서로 연결된다.

그러므로, 흡수부재(411)의 흡수량을 넘는 액체는 유닛 베이스(415)의 하단에 형성된 돌출부(416)의 가운데 공간과 연결된 회수통로(204)를 통해 상승하는 방향으로 흐른다.

또한, 하부 전극판(404)의 하단에는 냄새를 흡수할 수 있는 탄소 성분의 냄새흡수재를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 냄새흡수재는 양극에서 발생한 가스, 예를 들어 산소와 물이 반응할 때 발생하는 오존 등 바람직하지 않은 냄새 성분을 제거하기 위하여 사용될 수 있다.

냄새흡수재는 탄소 계통의 재료를 이용하여 구성될 수 있으며, 흡수부재(411)의 구성 성분으로 포함시켜 구성하거나, 필름 형태로 흡수부재(411)의 윗면에 배치하는 등 다양하게 구성될 수 있다.

한편, 전극모듈(201)에서 전기분해가 효율적으로 이루어질 수 있도록 하기 위해서는 하부 전극판(404)이 존재하는 공간도 충분한 습윤상태를 유지해 주는 것이 바람직하다. 이를 위한 하나의 예로서, 저수조에 담긴 물을 흡수부재(411)가 있는 쪽으로 적절히 공급해 주는 방법을 사용할 수 있다.

이러한 실시예에서, 저수조 하우징(203)이 전극 구조체를 지지하는 케이싱 부재와 밀착되는 부분(S1) 중 한 곳 이상에는 저수조(202)에 저장된 물이 흡수부재(411)가 있는 공간으로 새어 나갈 수 있도록 틈이 형성될 수 있다.

예를 들어, 케이싱 부재와 저수조 하우징이 만나는 면(S1)에 적정한 물이 스며들 수 있을 정도의 요철 처리를 할 수 있다.

또한, 이곳에 스며든 물이 흡수부재(411)로 전달될 수 있도록 하는 통로(S2)가 형성된다. 이 틈(S1)과 통로(S2)를 통해 흡수부재(411)가 있는 공간을 습윤상태로 유지할 수 있게 된다.

이때 요철의 크기 등은 저수조(202)에서 흡수부재(411)가 있는 공간으로 전달시킬 수분의 양에 알맞게 구성하면 된다.

또한, 도 4를 통해 설명한 바와 같이, 전극모듈(201)의 상부 전극판(403)과 하부 전극판(404)에 적절한 압력을 가하여 그 간격이 일정하게 유지되도록 하는 것은 전기분해 효율을 높이기 위해 중요하다.

이와 관련하여 흡수부재(411)가 놓이는 유닛 베이스(415)는 전극 구조체에 일정한 압력을 가할 수 있는 제3가압지지부(411-1)가 더 구비될 수 있다. 제3가압지지부(411-1)는 다양하게 구성될 수 있다. 하나의 예로서, 도 10에 도시된 예와 같이 제3가압지지부(411-1)는 흡수부재(411)가 놓이는 면에 수직으로 돌출된 사각 판의 태로 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 요지를 흐리지 않기 위하여 특별히 설명하지는 않더라도 베이스 어셈블리(200)는 휴대용 기기에 전원을 공급하기 위한 배터리부(207) 등을 포함하며, 전기적 회로를 제공하기 위한 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board), 전원 스위치, 작동 지시용 LED, 외부 케이스, 각 구성요소를 지지하기 위한 체결구조 등 필요에 따라 다양한 요소들이 포함되어 구성될 수 있음은 물론이다.

도 12는 캡 어셈블리의 뚜껑이 열린 상태를 도시한 상부 사시도이다. 도 13은 캡 어셈블리의 뚜껑이 닫힌 상태를 도시한 단면도이며. 도 14는 캡 어셈블리의 하부 사시도이다.

도 12 내지 도 14를 참조하면, 캡 어셈블리(100)는 제1젠더(301)를 통해 베이스 어셈블리(200)와 체결되는 캡 본체(113), 캡 본체(113)와 힌지 결합되어 캡 본체(113)를 개폐하도록 구성된 캡 뚜껑(101), 및 캡 본체(113)의 중앙에 배치되는 이온수 흡입부(111)를 포함하여 구성될 수 있다.

캡 본체(113)는 제1 젠더(310)를 통해 베이스 어셈블리(200)와 체결된다.

캡 본체(113)의 중앙에는 이온수 흡입부(111)와 연결되는 통로부(112)가 형성되며, 통로부(112)는 제1 젠더(310)의 개구부를 통해 베이스 어셈블리(200)의 상부면과 연결될 수 있다.

캡 뚜껑(101)은 캡 본체(113)의 일측 영역에서 캡 본체(113)와 힌지 결합된다. 캡 뚜껑(101)의 재질은 특별히 제한되지 않고, 불투명 또는 (반)투명한 재질로 구성될 수도 있으며, 투명한 경우 캡 뚜껑(101)이 닫혔을 때 사용자가 내부를 확인할 수 있다.

이온수 흡입부(111)는 캡 본체(113)의 일 영역, 예컨대 캡 본체(113)의 중앙부에 위치할 수 있다. 이온수 흡입부(111)는 캡 본체(113)의 통로부(112)와 연결되며, 통로부(112)를 통해 베이스 어셈블리(200)로부터 생성된 수소수를 사용자가 흡입할 수 있도록 한다. 이온수 흡입부(111)는 유연한 재질로 형성될 수 있으며, 캡 뚜껑(101)의 개폐 여부에 따라 접힐 수 있다. 예를 들어, 이온수 흡입부(111)는 고무 재질로 형성되며, 캡 본체(113)의 상부면으로부터 일측 방향으로 휘어진 형태로 구성될 수 있다.

이온수 흡입부(111)는 도 13에 도시한 바와 같이, 캡 뚜껑(101)이 닫힐 경우 캡 뚜껑(101)의 가압에 의해 구부러질 수 있다. 이를 위하여, 캡 본체(113)는 이온수 흡입부(111) 주변에 돌출되어 형성된 이온수 흡입부 거치대(114)를 가지고, 캡 뚜껑(101)은 닫혔을 때 이온수 흡입부(111)의 상단을 눌러서 이온수 흡입부 거치대(114)에 걸치도록 눌러주는 이온수 흡입부 가압부(115)를 캡 뚜껑(101)의 내부에 가질 수 있다.

또한, 상기 통로부(112)는 캡 본체(113)의 아래쪽으로 돌출되면 가운데가 빈 형상을 가지고, 베이스 어셈블리(200)로부터 생성된 수소수 또는 수소가스를 전달하는 역할을 한다. 이를 위하여, 상기 통로부(112)는 캡 본체(113)의 아래쪽 가운데 영역에 결합되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 통로부(112)의 일 끝단은 베이스 어셈블리(200)의 상면, 전극 모듈(201)이나 전극 구조체의 상면, 상부 가압지지부(401)의 상면, 또는 상부 전극판(403)의 상면 가까이 근처까지 근접하도록 연장된 것이 바람직하고, 상기 상면에 접촉된 것도 가능하다. 본 발명자들은 초기에 상기 통로부(112)의 하단을 베이스 어셈블리(200) 또는 전극 모듈(201)의 상면으로부터 멀리 떨어지도록 설계하였으나, 이 경우 통로부(112)에서 수소가스가 외부로 전달되는 효율이 낮은 단점이 있음을 알게 되었다. 이러한 단점을 해결하고자 본 발명자들은 오랜 실험을 거듭하였고, 그 결과 상기 통로부(112)의 하단을 베이스 어셈블리(200) 또는 전극 모듈(201)의 상면에 근접하도록 하는 경우(바람직하게는 상면에서 0.1cm~2.0cm 범위 내로 떨어진 경우), 수소가스의 전달 효율이 크게 높아짐을 확인하였다.

또한, 상기 캡 본체(113)는 캡 본체(113)를 관통하여 베이스 어셈블리(200)의 내부에 포집된 수소 가스를 외부로 전달하는 수소가스 전달구(123)를 가지고, 캡 뚜껑(101)은 캡 뚜껑(101)을 관통하고 캡 뚜껑(101)이 닫혔을 때 수소가스 전달구(123)와 연통되는 수소가스 배출구(121)를 캡 뚜껑(101)의 내부에 가지는 것이 가능하다.

즉 수소가스 전달구(123)는 캡 본체(113)의 특정 영역을 관통하도록 구성될 수 있다. 수소가스 전달구(123)는 베이스 어셈블리(200)의 내부에 포집된 수소 가스를 외부로 방출하기 위한 구성이다. 이러한 본 발명은 장치가 동작할 때, 베이스 어셈블리(200)에서 발생되는 수소 가스가 포집되어 베이스 어셈블리(200)의 내부 압력을 증가시켜도, 소정 압력 이상으로 증가하면 수소가스 전달구(123)를 통해 외부로 방출시켜 터짐 현상이나 폭발을 방지한다.

상기 수소가스 전달구(123)는 연질 또는 강질의 물질로 이루어질 수 있다.

즉, 수소가스 전달구(123)는 고무 재질이나 플라스틱 또는 금속 등으로 이루어질 수 있다. 그 중에서도, 수소가스 전달구(123)가 고무 재질의 파이프로 이루어진 경우에는, 수소가스 전달구(123)로 삽입되는 보조 기구(예컨대, 주사 바늘)의 표면을 면 접촉으로 밀착시킬 수 있어서, 원치 않는 가스 누출을 차단할 수 있는 효과가 있다.

또한, 캡 뚜껑(101)의 특정 영역에는 수소가스 전달구(123)에 대응하는 수소가스 배출구(121)가 형성될 수 있다. 수소가스 배출구(121)는 캡 뚜껑(101)이 닫혔을 때 수소가스 전달구(123)와 연통된다. 수소가스 배출구(121)는 수소가스 전달구(123)의 지름에 대응하는 고무 재질의 제1 덮개와, 제1 덮개를 감싸고 지지하는 제2 덮개로 구성될 수 있다.

또한, 캡 본체(113)는 배면에 캡 실링(119)을 가지고, 캡 실링(119)은 수소가스 전달구(123)와 대응하는 위치에 크로스 형태(+)로 찢어진 수소가스 전달 개폐부(125)를 갖는 것이 바람직하다. 일 실시예에 따르면, 수소가스 전달 개폐부(125)는 도시된 바와 같이, 캡 실링(119)의 일부가 크로스 형태(+)로 찢어짐으로써 형성될 수 있다. 또는, 원형 또는 다각형 형태로 구성될 수도 있다.

즉, 캡 본체(113)의 배면에는 물이 외부로 새어나가지 않도록 캡 실링(119)이 형성될 수 있으며, 캡 실링(119)은 유연한 재질로서 고무 또는 실리콘으로 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 캡 실링(119)은 수소가스 전달구(123)와 연통되는 위치(예컨대 수소가스 전달구와 중첩되는 위치)에 형성된 홀을 가지며, 베이스 어셈블리(200)에서 일정 압력 이상의 수소가스가 형성된 경우, 이를 수소가스 전달구(123)로 분출시키는 역할을 한다. 이를 위해, 본 발명의 실시예는 보조 기구(예컨대, 주사 바늘)를 더 구비할 수 있으며, 보조 기구는 가스 또는 유체가 통과할 수 있는 관이 내부에 형성되며, 캡 본체(113)의 상측 방향에서 수소가스 전달구(123)로 삽입되는 것이 가능하다. 이러한 보조 기구는 캡 실링(119)의 수소가스 전달 개폐부(125)을 통과하여 베이스 어셈블리(200)와 연통될 수 있다.

도 15는 본 발명의 바람직한 제2실시형태에 따른 수소 가스 발생 기기의 외형을 나타낸 사시도이다. 도 16은 도 15에 도시된 수소 가스 발생 기기를 조립한 외형을 나타낸 사시도이다. 도 17은 본 발명의 바람직한 제2실시형태에 따른 수소 가스 발생 기기의 사용 상태를 나타낸 도면이다.

도 15 내지 도 17을 참조하면, 본 발명의 제2실시형태에 따른 수소 가스 발생 기기는 페트병(330)과 체결 가능한 제1체결부(321)를 상단에 가지고, 베이스 어셈블리(200)와 체결 가능한 제2체결부(322)를 하단에 가지는 제2젠더(320)를 더 포함하여, 폐트병(330)에 수소수를 공급하는 것을 특징으로 한다.

제2 젠더(320)의 일측, 예컨대 상부면에는 페트병(330)의 주둥이와 체결되도록 돌출된 제1체결부(321)가 형성된다. 제2 젠더(320)의 타측, 예컨대 하부면에는 베이스 어셈블리(200)의 상부와 체결되도록 돌출된 제2체결부(322)가 형성된다.

제1체결부(321)는 페트병(330)의 주둥이 지름에 대응하도록 제1 지름을 갖는 원형으로 구성된다. 제1체결부(321)는 페트병(330)의 주둥이에 형성된 나선형 돌기에 대응하도록 나선형 홈 또는 돌기가 형성된다. 제2체결부(322)는 베이스 어셈블리(200)의 상부에 위치한 저수조(202)의 지름에 대응하도록 제2 지름을 갖는 원형으로 구성된다. 제2체결부(322)는 저수조(202)에 형성된 나선형 돌기에 대응하도록 나선형 홈 또는 돌기가 형성된다.

여기서, 제2젠더(320)는 제1체결부(321)에서 제2체결부(322) 방향으로 상협하광(上狹下廣)의 단면을 갖는 내부벽(323)을 가지도록 구성될 수 있다.

즉, 제1체결부(321)의 제1 지름이 제2체결부(322)의 제2 지름보다 작은 것이다. 전극모듈(201)에서 수소수가 생성되어 페트병(330)의 좁은 입구 방향으로 분출되는 경우, 일시적으로 많은 양의 수소수 및 수소 가스가 발생하기 때문에 제2젠더(320)의 내부나 상부에는 다량의 수소수 및 수소 가스가 부딪히면서 거기에 맺히게 되는데, 이렇게 정체되는 수소수 및 수소 가스는 효율을 떨어뜨리고 페트병(330) 내부로 공급되는 수소수의 양을 감소시킨다.

실제로, 본 발명자가 처음 제작한 제2젠더(320)의 내부벽은 측면과 상면이 수직인 형태였는데 수소수 생성 효율이 낮을 뿐만 아니라 페트병 안으로 공급되는 수소수의 양이 현저히 작았다. 그래서, 본 발명자들은 제2젠더(320) 내부에 상협하광(上狹下廣)의 단면을 갖는 내부벽(323)을 구성하였고, 비로소 수소수 생성효율과 공급량을 높일 수 있었다.

이러한 본 발명은 베이스 어셈블리(200)에 페트병(330)을 체결함으로써, 페트병(330)에 저장된 물을 살균수로 변환시키도록 구성될 수도 있다.

페트병(330) 용기는 주둥이의 크기가 규격화된 것이므로 일상적으로 쉽게 구할 수 있는 바, 본 발명의 장치는 살균수를 생성함에 있어서 호환성이 뛰어난 장점이 있다.

도 18은 본 발명의 바람직한 제3실시형태에 따른 수소 가스 발생 기기의 외형을 나타낸 사시도이고, 도 19는 도 18에 도시된 수소 가스 발생 기기를 조립한 외형을 나타낸 사시도이다.

도 18 및 도 19를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수소수 발생기기는 저장용기(350)와, 미네랄 공급부(340)를 포함한다. 즉, 베이스 어셈블리(200)의 상부 및 캡 어셈블리(100)의 하부와 결합 가능하고, 물과 수소수를 저장하는 저장용기(350), 및 저장용기(350)의 내부에 구비되고, 저장용기(350)에 저장된 물과 수소수에 미네랄을 공급하는 미네랄 공급부(340)를 포함하여, 텀블러용으로 사용가능한 것을 특징으로 한다.

저장용기(350)는 베이스 어셈블리(200)의 상부 및 캡 어셈블리(100)의 하부와 결합될 수 있도록 설계된 텀블러형 용기이다.

저장용기(350)에 저장된 물은 베이스 어셈블리(200)에 의해 수소수 또는 살균수로 변환될 수 있다. 또한, 베이스 어셈블리(200)에 의해 생성되는 수소 가스는 저장용기(350)의 내부를 거쳐 캡 어셈블리(100)로 공급되며, 캡 어셈블리(100)는 공급된 수소 가스를 외부로 배출하도록 구성된다.

이러한 저장용기(350)는 투명한 재질로 형성하여, 사용자가 본 발명의 장치의 동작시에 수소수나 살균수가 생성되는 과정을 육안으로 확인할 수 있도록 구성될 수도 있다.

미네랄 공급부(340)는 저장용기(350)의 내부에 삽입되어 저장용기(350)에 저장된 물을 정수하여 베이스 어셈블리(200)에 공급할 수 있다. 이를 위해, 미네랄 공급부(340)는 저장용기(350)의 길이 방향으로 배치되는 원통형을 가지고, 원통형의 하단은 아래로 갈수록 지름이 작아지는 것이 바람직하다.

미네랄 공급부(340)를 원통형으로 구성하고, 원통형의 지름이 베이스 어셈블리(200)에 가까워질수록 좁아지는 형태로 설계하면, 미네랄 공급 효율을 높이면서 동시에 상기 미네랄 공급부(340)의 사용 기간을 늘일 수 있기 때문이다.

미네랄 공급부(340)는 저장용기(350)의 중앙 부분에서 저장용기(350)의 길이 방향으로 배치된다. 미네랄 공급부(340)의 외부 측면에는 저장용기(350)에 저장된 물이 투과되는 복수의 개구부가 형성된다.

상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 특징이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.

10: 수소 가스 발생 기기
100: 캡 어셈블리
101: 캡 뚜껑
111: 이온수 흡입부
112: 통로부
113: 캡 본체
114: 이온수 흡입부 거치대
115: 이온수 흡입부 가압부
119: 캡 실링
121: 수소가스 배출구
123: 수소가스 전달구
125: 수소가스 전달 개폐부
200: 베이스 어셈블리
201: 전극모듈
202: 저수조
203: 저수조 하우징
204: 회수통로
207: 배터리
291: 제1 배출통로
292: 제2 배출통로
297: 배출통로 정합부
310: 제1 젠더
320: 제2 젠더
321: 제1체결부
322: 제2체결부
323: 내부벽
330: 페트병
340: 미네랄 공급부
350: 저장용기
401: 제1가압지지부
403: 상부 전극판
404: 하부 전극판
405: 이온수지막
405-1, 405-2 : 백금코팅층
406 : 함수체
407: 제2가압지지부
409: 중간 케이싱 부재
411: 흡수부재
411-1: 제3가압지지부
415: 유닛 베이스
416: 돌출부
600: 배출수단
610: 배출수단의 내부 공간
680: 에어 캡

Claims (21)

1. 물이 저장되는 저수조가 상부에 형성되고, 상기 저수조에 저장된 물을 전기분해하는 전극모듈이 상기 저수조의 아래에 구비되며, 상기 저수조와 전극모듈을 둘러싸서 케이싱하는 저수조 하우징을 포함하는 베이스 어셈블리; 및
   제1젠더를 통해 상기 베이스 어셈블리와 체결되고, 상기 베이스 어셈블리에서 생성된 수소가스를 외부로 배출하는 캡 어셈블리를 포함하고,
   상기 베이스 어셈블리는 물의 전기분해에 따라 양극에서 발생된 가스와 산성수를 분리하여 배출할 수 있도록 구성되는 수소 가스 발생 기기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 전극모듈은, 음(-)의 전원이 인가되는 상부 전극판과, 양(+)의 전원이 인가되는 하부 전극판과, 상기 상부 전극판과 하부 전극판의 사이에 구비된 이온수지막으로 이루어지는 전극 구조체; 및
   상기 전극 구조체의 하단에 위치하고, 물을 흡수할 수 있는 재질로 이루어진 흡수부재를 포함하고,
   상기 전극모듈은 하나 이상의 케이싱 부재를 통해 감싸진 것을 특징으로 하는 수소 가스 발생 기기.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 전극모듈은, 음(-)의 전원이 인가되는 상부 전극판과, 양(+)의 전원이 인가되는 하부 전극판과, 상기 상부 전극판과 하부 전극판의 사이에 구비된 이온수지막으로 이루어지는 전극 구조체를 포함하고,
   상기 이온수지막은 양면에 백금코팅층이 형성되어 있으며,
   상기 백금코팅층은 상기 이온수지막의 일면 일부분에 형성되어 있거나, 또는 상기 이온수지막의 일면 전체에 수분이 통과할 수 있을 정도의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 수소 가스 발생 기기.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 전극모듈은, 상기 전극 구조체의 하단에 위치하고, 티타늄으로 이루어진 함수체를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 가스 발생 기기.
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 케이싱 부재에는 상기 양극에서 발생된 가스를 내보내는 제1배출통로와, 산성수를 내보내는 제2배출통로가 형성되고,
   상기 저수조 하우징에는 적어도 하나의 측면 내부에 형성되고, 상기 제1배출통로 및 제2배출통로와 연결되는 회수통로가 구비되며,
   상기 회수통로를 통해 흐르는 가스와 산성수를 상기 베이스 어셈블리의 외부로 유도하는 배출통로 정합부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수소 가스 발생 기기.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제1배출통로는 상기 제2배출통로보다 상기 하부 전극판에 더 가까운 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 수소 가스 발생 기기.
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 배출통로 정합부에 연결될 흡입구를 구비한 배출수단을 더 포함하고,
   상기 배출수단은 산성수를 보관할 내부 공간을 구비하고, 상단에는 양극에서 발생된 가스를 배출할 구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 수소 가스 발생 기기.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 배출수단은 상기 베이스 어셈블리에 탈부착할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수소 가스 발생 기기.
9. 제 2 항에 있어서,
   상기 저수조의 물이 상기 흡수부재가 놓인 공간으로 새어 나갈 수 있는 통로가 형성된 것을 특징으로 하는 수소 가스 발생 기기.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 저수조 하우징이 상기 전극 구조체를 지지하는 케이싱 부재와 밀착되는 부분 중 한 곳 이상에는 상기 저수조의 물이 새어 나갈 수 있도록 요철이 형성된 것을 특징으로 하는 수소 가스 발생 기기.
11. 제 2 항에 있어서,
    상기 하부 전극판의 하단에는 탄소 성분의 냄새흡수재가 구비되는 것을 특징으로 하는 수소 가스 발생 기기.
12. 제 2 항에 있어서,
    상기 흡수부재가 놓이는 케이싱 부재에는 상기 전극 구조체에 일정한 압력을 가하는 제3가압지지부가 구비된 것을 특징으로 하는 수소 가스 발생 기기.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제3가압지지부는 상기 흡수부재가 놓이는 면에 수직으로 돌출된 판의 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 수소 가스 발생 기기.
14. 제 1 항에 있어서,
    상기 캡 어셈블리는, 상기 제1젠더를 통해 상기 베이스 어셈블리와 체결되는 캡 본체; 상기 캡 본체와 힌지 결합되어 상기 캡 본체를 개폐하도록 구성된 캡 뚜껑; 및 상기 캡 본체의 중앙에 배치되는 이온수 흡입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 가스 발생 기기.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 캡 본체는, 상기 캡 본체를 관통하여 상기 베이스 어셈블리의 내부에 포집된 수소가스를 외부로 전달하는 수소가스 전달구를 가지고,
    상기 캡 뚜껑은, 상기 캡 뚜껑을 관통하고 캡 뚜껑이 닫혔을 때 상기 수소가스 전달구와 연통되는 수소가스 배출구를 상기 캡 뚜껑 내부에 가지는 것을 특징으로 하는 수소 가스 발생 기기.
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 캡 본체는, 상기 캡 본체의 아래쪽으로 돌출된 형상을 가지는 통로부를 가지고,
    상기 통로부는 상기 전극모듈의 상면에 근접하거나 접촉되도록 연장된 것을 특징으로 하는 수소 가스 발생 기기.
17. 제 15 항에 있어서,
    상기 수소가스 전달구는 고무 재질의 파이프로 이루어진 것을 특징으로 하는 수소 가스 발생 기기.
18. 제 14 항에 있어서,
    상기 캡 본체는, 상기 이온수 흡입부 주변에 돌출되어 형성된 이온수 흡입부 거치대를 가지고,
    상기 캡 뚜껑은, 캡 뚜껑이 닫혔을 때 상기 이온수 흡입부의 상단을 눌러서 상기 이온수 흡입부 거치대에 걸치도록 눌러주는 이온수 흡입부 가압부를 캡 뚜껑 내부에 가지는 것을 특징으로 하는 수소 가스 발생 기기.
19. 제 17 항에 있어서,
    상기 캡 본체는 배면에 캡 실링을 가지고, 상기 캡 실링은 상기 수소가스 전달구와 대응하는 위치에 크로스 형태(+)로 찢어진 수소가스 전달 개폐부를 갖는 것을 특징으로 하는 수소 가스 발생 기기.
20. 제 1 항에 있어서,
    페트병과 체결 가능한 제1체결부를 상단에 가지고, 상기 베이스 어셈블리와 체결 가능한 제2체결부를 하단에 가지는 제2젠더를 더 포함하여,
    상기 폐트병에 수소수를 공급하는 것을 특징으로 하는 수소 가스 발생 기기.
21. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 어셈블리의 상부 및 상기 캡 어셈블리의 하부와 결합 가능하고, 물과 수소수를 저장하는 저장용기; 및
    상기 저장용기 내부에 구비되고, 상기 저장용기에 저장된 물과 수소수에 미네랄을 공급하는 미네랄 공급부를 포함하여,
    텀블러용으로 사용 가능한 것을 특징으로 하는 수소 가스 발생 기기.

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