KR20200025451A

KR20200025451A - 수소수 제조 모듈

Info

Publication number: KR20200025451A
Application number: KR1020180102827A
Authority: KR
Inventors: 임관덕; 김필종
Original assignee: 임관덕; 김필종
Priority date: 2018-08-30
Filing date: 2018-08-30
Publication date: 2020-03-10

Abstract

실시 예는, 수소수제조부; 및 상기 수소수제조부에서 제조된 수소수를 공급받는 혼합부를 포함하고, 상기 혼합부는, 제2 하우징; 상기 제2 하우징의 일단에서 타단을 향해 내측에서 연장되는 제1 파이프부재; 및 상기 제2 하우징의 타단에서 일단을 향해 내측에서 연장되고, 상기 제1 파이프부재를 감싸는 제2 파이프부재를 포함하고, 상기 제2 하우징의 일단에는 상기 제1 파이프부재의 내부공간에 연결되는 제2 유입관이 결합되고, 상기 제2 하우징의 타단에는 상기 제2 파이프부재와 상기 제2 하우징 사이의 공간에 연결되는 제2 배출관이 결합되는 수소수 제조 모듈을 개시한다.

Description

수소수 제조 모듈{MODULE FOR MANUFACTURING HYDROGEN CONTAINING WATER}

실시 예는 수소수 제조 모듈에 관한 것이다.

사람의 몸 상태는 사람이 마시는 물과 밀접한 연관성을 가질 수 있는 것으로 알려져 있다.

먼저, 사람의 몸은 금속 이온의 균형을 통해 세포 내 삼투압 작용을 조절하는데, 이를 위해 사람의 몸에 필요한 각종 미네랄 성분, 예를 들어 칼슘, 칼륨, 마그네슘 등은 사람이 마시는 물을 통해 상당량 공급될 수 있다.

다음으로, 사람의 몸은 대부분 산성으로 이루어졌기 때문에, 이를 중화하기 위하여 약 알칼리성 물을 마시는 것이 바람직하다. 약 알칼리성 물은 중화 효능 이외에도 암을 억제하고 항산화 물질과 체내 효소의 활동에 도움을 주며 음식물 분해와 소화 흡수능력을 향상시켜 면역력 강화에도 도움을 주는 것으로 알려져 있다.

수소함유수는 상술한 효능들을 발휘할 수 있을 뿐만 아니라, 2011년 일본 후쿠시마 원전 사고 당시에 방사능 유출로 인한 방사능의 체내 오염 문제가 국제적으로도 심각한 사회 문제로 대두되었을 때에는 수소함유수가 방사능 해독 효능도 가지고 있음이 밝혀짐으로써 수소함유수에 대한 국제사회의 수요 증가가 급격하게 가속화되고 있다.

수소함유수는 체내 활성산소를 물로 변환하여 체내로 흡수되거나 체외로 배출되게 할 수도 있다. 구체적으로, 수소는 세포막을 통과할 수 있기 때문에 세포 안에 있는 유해한 활성산소와 결합할 수 있고, 수소와 결합된 활성산소는 물로 변환될 수 있다. 따라서, 수소함유수는 과도한 체내 활성산소를 원인으로 하는 암, 당뇨, 뇌경색 등의 각종 질병에도 우수한 효과를 가져오는 것으로 밝혀져 더욱 각광받고 있는 것이 현실이다.

일본 공개특허공보 특개2010-269246호(2010.12.02, 음료용 수소 함유수를 제조하는 방법)

실시 예는 수소수의 용존 수소량을 높일 수 있는 수소수 제조 모듈을 제공한다.

실시 예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 수소수제조부; 및 상기 수소수제조부에서 제조된 수소수를 공급받는 혼합부를 포함하고, 상기 혼합부는, 제2 하우징; 상기 제2 하우징의 일단에서 타단을 향해 내측에서 연장되는 제1 파이프부재; 및 상기 제2 하우징의 타단에서 일단을 향해 내측에서 연장되고, 상기 제1 파이프부재를 감싸는 제2 파이프부재를 포함하고, 상기 제2 하우징의 일단에는 상기 제1 파이프부재의 내부공간에 연결되는 제2 유입관이 결합되고, 상기 제2 하우징의 타단에는 상기 제2 파이프부재와 상기 제2 하우징 사이의 공간에 연결되는 제2 배출관이 결합되는 수소수 제조 모듈이 제공될 수 있다.

상기 제2 하우징의 내측에는 상기 제2 유입관, 상기 제1 파이프부재의 내부공간, 상기 제1 파이프부재와 상기 제2 파이프부재 사이의 공간, 상기 제2 파이프부재와 상기 제2 하우징 사이의 공간, 및 상기 제2 배출관을 차례로 연결하는 유로가 형성될 수 있다.

상기 제2 하우징의 내주면에는 암나사부가 형성되고, 상기 제2 파이프부재의 외주면에는 상기 암나사부에 대응하는 수나사부가 형성되고, 상기 암나사부와 상기 수나사부 사이에는 갭이 형성될 수 있다.

상기 암나사부 및 상기 수나사부의 나사산은 각진 모서리를 가질 수 있다.

상기 암나사부 및 상기 수나사부의 나사산 높이는 각각 상기 제2 하우징의 내주면과 상기 제2 파이프부재의 외주면 사이의 거리보다 작을 수 있다.

상기 암나사부 및 상기 수나사부의 나사산 높이의 합은 상기 제2 하우징의 내주면과 상기 제2 파이프부재의 외주면 사이의 거리보다 클 수 있다.

상기 수소수제조부는, 제1 하우징; 상기 제1 하우징의 내부공간을 제1 공간 및 제2 공간으로 구획하는 이온교환막; 및 상기 제1 하우징의 제1 공간 및 제2 공간에 각각 배치되는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 전기분해부를 포함하고, 상기 제1 하우징에는 상기 제1 하우징의 제1 공간에 연결되는 제1 유입관 및 제1 배출관이 결합되고, 상기 제1 배출관은 상기 제2 유입관에 연결되고, 상기 제1 하우징의 제1 공간에는 상기 제1 유입관에서 상기 제1 배출관까지 연장되되 복수의 패널에 의해 지그재그 형상인 유로가 형성될 수 있다.

실시 예에 따른 수소수 제조 모듈은 수소수제조부에서 제조된 수소수 내 용해되지 않은 상태로 남아있는 수소를 혼합부에서 최대한 용해시켜 수소수의 용존 수소량을 높일 수 있다.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소수 제조 모듈의 사시도이고,
도 2는 도 1의 수소수제조부의 단면도이고,
도 3은 도 2의 A-A에서의 단면도이고,
도 4는 도 2의 B-B에서의 단면도이고,
도 5는 도 2의 C-C에서의 단면도이고,
도 6은 도 1의 혼합부의 단면도이다.

본 실시 예들은 다른 형태로 변형되거나 여러 실시 예가 서로 조합될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 각각의 실시 예로 한정되는 것은 아니다.

특정 실시 예에서 설명된 사항이 다른 실시 예에서 설명되어 있지 않더라도, 다른 실시 예에서 그 사항과 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 다른 실시 예에 관련된 설명으로 이해될 수 있다.

예를 들어, 특정 실시 예에서 구성 A에 대한 특징을 설명하고 다른 실시 예에서 구성 B에 대한 특징을 설명하였다면, 구성 A와 구성 B가 결합된 실시 예가 명시적으로 기재되지 않더라도 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

또한, 결합 또는 연결이라 함은, 각 구성요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성요소가 각 구성요소 사이에 개재되어 그 다른 구성요소에 각 구성요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용될 수 있다.

이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소수 제조 모듈의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소수 제조 모듈(1)은 수소수제조부(10) 및 혼합부(20)를 포함할 수 있다.

수소수제조부(10)에서는 물의 전기분해에 의해 수소를 발생시켜 수소수를 제조할 수 있다.

수소수제조부(10)는 제1 하우징(100)을 포함할 수 있고, 제1 하우징(100)은 정수된 물이 제1 하우징(100) 내로 유입되는 제1 유입관(101), 및 제1 유입관(101)을 통해 유입된 물이 제1 하우징(100) 내에서 전기분해에 의해 변환된 수소수가 배출되는 제1 배출관(103)을 포함할 수 있고, 물의 전기분해 과정에서 발생하는 유해가스, 예를 들어 오존을 배출하는 가스 배출관(105)을 더 포함할 수도 있다.

혼합부(20)에서는 수소수제조부(10)에서 공급받은 수소수 내 용해되지 않은 상태로 남아있는 수소 기체를 용해시켜 수소수의 용존 수소량을 증가시킬 수 있다.

혼합부(20)는 제2 하우징(200)을 포함할 수 있고, 제2 하우징(200)은 제1 하우징(100)의 제1 배출관(103)에 연결되는 제2 유입관(201), 및 제2 유입관(201)을 통해 유입된 수소수가 제2 하우징(200) 내에 형성된 유로를 따라 유동한 후 배출되는 제2 배출관(203)을 포함할 수 있다. 제2 유입관(201)은 제1 배출관(103)에 유도관(미도시)을 통해 연결될 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 상호간에 직접 연결될 수도 있다.

수소수제조부(10)는 한 쌍의 제1 유입관(101) 및 한 쌍의 제1 배출관(103)을 포함할 수도 있다. 이 경우, 하나의 제1 유입관(101)을 통해 유입된 물은 제1 하우징(100) 내의 제1 유로를 거쳐 제1 배출관(103)을 통해 혼합부(20)로 공급될 수 있고, 혼합부(20)를 거친 수소수는 나머지 하나의 제1 유입관(101)을 통해 제1 하우징(100) 내의 제2 유로에 유입되어 나머지 하나의 제1 배출관(10)을 통해 배출될 수 있다. 이와 마찬가지로, 수소수 제조 모듈(1)은 한 쌍의 혼합부(20)를 포함할 수도 있다. 이 경우, 제1 하우징(100)의 제1 유로에서 배출된 수소수는 하나의 혼합부(20)로 유입될 수 있고, 제1 하우징(100)의 제2 유로에서 배출된 수소수는 나머지 하나의 혼합부(20)로 유입될 수 있다.

도 2는 도 1의 수소수제조부의 단면도이고, 도 3은 도 2의 A-A에서의 단면도이고, 도 4는 도 2의 B-B에서의 단면도이고, 도 5는 도 2의 C-C에서의 단면도이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 수소수제조부(10)는 제1 하우징(100), 이온교환막(110) 및 전기분해부(120)를 포함할 수 있다.

이온교환막(110)은 제1 하우징(100)의 내부공간을 제1 공간 및 제2 공간으로 구획할 수 있다.

제1 하우징(100)의 제1 공간에는 제1 유입관(101) 및 제1 배출관(103)이 연결될 수 있고, 제1 하우징(100)의 제2 공간에는 가스 배출관(105)이 연결될 수 있다. 제1 하우징(100)의 제1 공간에는 제1 유입관(101)에서 제1 배출관(103)까지 연장되되 복수의 패널(130)에 의해 지그재그 형상을 가지는 유로가 형성될 수 있다.

이온교환막(110)은 물을 통과시키진 않지만 이온을 통과시킬 수 있는 재질로 이루어질 수 있다.

전기분해부(120)는 제1 하우징(100)의 제1 공간에 배치되는 제1 전극(121), 및 제1 하우징(100)의 제2 공간에 배치되는 제2 전극(123)을 포함할 수 있다.

제1 전극(121)은 음 전극일 수 있고, 제2 전극(123)은 양 전극일 수 있다.

제1 전극(121)에서는 물이 전기분해 되어 수소 가스가 발생할 수 있고, 그 과정에서 발생한 산소 이온(O^2-) 또는 수산화 이온(OH^-)은 이온교환막(110)을 통과하여 제2 전극(123)으로 이동할 수 있다. 이 경우, 이온교환막(110)은 음 이온 교환막일 수 있다.

제1 전극(121)에서 발생한 수소 가스는 제1 공간에 채워진 물에 녹아 수소수를 제조할 수 있다.

제1 전극(121)에서의 화학 반응식은 다음과 같을 수 있다.

[반응식 1]

제1 전극: 2H₂O + 2e^- → H₂ + 2OH^-

제1 전극(121)에서 발생한 산소 이온(O^2-) 또는 수산화 이온(OH^-)은 이온교환막(110)을 통해 제2 전극(123)으로 이동하여 산소 가스 또는 오존 가스로 변환될 수 있다.

제1 전극(121) 및 제2 전극(123)은 이온교환막(110)의 상면 및 하면에 각각 도금 또는 인쇄될 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 이온교환막(110)의 상면 및 하면에 고정되지 않고 단지 접촉하게만 배치될 수도 있다. 이 경우, 제1 공간에 채워진 물이 이온교환막(110)에 접촉하고 산소 이온(O^2-) 또는 수산화 이온(OH^-)의 이동 통로가 제공될 수 있도록, 제1 전극(121) 및 제2 전극(123)에는 관통 홀(H)이 형성될 수 있다.

제1 전극(121) 및 제2 전극(123)은 제1 유입관(101)에서 제1 배출관(103)까지 연장되는 유로 전역에 걸쳐 형성될 수 있다. 따라서, 제1 유입관(101)에서 제1 배출관(103)까지 수소가 지속적으로 생성될 수 있다.

도 6은 도 1의 혼합부의 단면도이다.

도 6을 참조하면, 혼합부(20)는 제2 하우징(200), 제1 파이프부재(210) 및 제2 파이프부재(220)를 포함할 수 있다.

제1 파이프부재(210) 및 제2 파이프부재(220)는 제2 하우징(200)의 내부공간에 배치될 수 있다.

제1 파이프부재(210)는 제2 하우징(200)의 일단에서 타단을 향해 연장될 수 있다.

제2 파이프부재(220)는 제2 하우징(200)의 타단에서 일단을 향해 연장될 수 있다. 제2 파이프부재(220)는 제1 파이프부재(210)를 감쌀 수 있다.

제2 유입관(201)은 제2 하우징(200)의 일단에 결합되어 제1 파이프부재(210)의 내부공간에 연결될 수 있고, 제2 배출관(203)은 제2 하우징(200)의 타단에 결합되어 제2 파이프부재(220)와 제2 하우징(200) 사이의 공간에 연결될 수 있다.

따라서, 제2 하우징(220)의 내측에는 제2 유입관(201), 제1 파이프부재(210)의 내부공간, 제1 파이프부재(210)와 제2 파이프부재(220) 사이의 공간, 제2 파이프부재(220)와 제2 하우징(200) 사이의 공간, 및 제2 배출관(203)을 차례로 연결하는 유로가 형성될 수 있다.

제2 유입관(201)의 단부에는 제2 하우징(200)의 타단을 향해 수소수를 분사하는 노즐(201a)이 형성될 수 있다.

제2 하우징(200)의 내주면에는 암나사부(205)가 형성될 수 있고, 제2 파이프부재(220)의 외주면에는 암나사부(205)에 대응하는 수나사부(221)가 형성될 수 있다.

암나사부(205)와 수나사부(221) 사이에는 갭이 형성될 수 있다. 암나사부(205)의 나사산 높이 및 수나사부(221)의 나사산 높이는 각각 제2 하우징(200)의 내주면과 제2 파이프부재(220)의 외주면 사이의 거리보다 작을 수 있다. 암나사부(205)의 나사산 높이와 수나사부(221)의 나사산 높이의 합은 제2 하우징(200)의 내주면과 제2 파이프부재(220)의 외주면 사이의 거리보다 클 수 있다.

그 결과, 제2 파이프부재(220)와 제2 하우징(200) 사이의 공간에는, 수소수가 암나사부(205) 및 수나사부(221)의 골을 따라 나선 형태로 흐르는 제1 유동, 및 수소수가 제2 파이프부재(220)의 길이 방향으로 지그재그 형태로 흐르는 제2 유동의 복합적인 유체 흐름이 나타날 수 있다.

특히, 제2 유동에서 수소수는 암나사부(205) 및 수나사부(221)의 나사산 정상을 휘돌아 흐를 때 나사산 모서리(E)에서 발생하는 유동박리에 따른 소용돌이(swirl)에 의해 교반 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 수소 용해 효율이 향상될 수 있다. 이러한 효과는 암나사부(205) 및 수나사부(221)의 나사산 모서리(E)가 각진 형상을 가질 때 극대화될 수 있다. 예를 들어, 암나사부(205) 및 수나사부(221)의 나사산 형상은 사각나사, 톱니나사, 사다리꼴나사 등을 포함할 수 있다.

이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 수소수 제조 모듈 10: 수소수제조부
20: 혼합부 100: 제1 하우징
101: 제1 유입관 103: 제1 배출관
105: 가스 배출관 110: 이온교환막
120: 전기분해부 121: 제1 전극
123: 제2 전극 130: 패널
200: 제2 하우징 201: 제2 유입관
201a: 노즐 203: 제2 배출관
205: 암나사부 210: 제1 파이프부재
220: 제2 파이프부재 221: 수나사부

Claims

수소수제조부; 및
상기 수소수제조부에서 제조된 수소수를 공급받는 혼합부를 포함하고,
상기 혼합부는,
제2 하우징;
상기 제2 하우징의 일단에서 타단을 향해 내측에서 연장되는 제1 파이프부재; 및
상기 제2 하우징의 타단에서 일단을 향해 내측에서 연장되고, 상기 제1 파이프부재를 감싸는 제2 파이프부재를 포함하고,
상기 제2 하우징의 일단에는 상기 제1 파이프부재의 내부공간에 연결되는 제2 유입관이 결합되고,
상기 제2 하우징의 타단에는 상기 제2 파이프부재와 상기 제2 하우징 사이의 공간에 연결되는 제2 배출관이 결합되는 수소수 제조 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제2 하우징의 내측에는 상기 제2 유입관, 상기 제1 파이프부재의 내부공간, 상기 제1 파이프부재와 상기 제2 파이프부재 사이의 공간, 상기 제2 파이프부재와 상기 제2 하우징 사이의 공간, 및 상기 제2 배출관을 차례로 연결하는 유로가 형성되는 수소수 제조 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제2 하우징의 내주면에는 암나사부가 형성되고,
상기 제2 파이프부재의 외주면에는 상기 암나사부에 대응하는 수나사부가 형성되고,
상기 암나사부와 상기 수나사부 사이에는 갭이 형성되는 수소수 제조 모듈.
제3항에 있어서,
상기 암나사부 및 상기 수나사부의 나사산은 각진 모서리를 가지는 수소수 제조 모듈.
제3항에 있어서,
상기 암나사부 및 상기 수나사부의 나사산 높이는 각각 상기 제2 하우징의 내주면과 상기 제2 파이프부재의 외주면 사이의 거리보다 작은 수소수 제조 모듈.
제5항에 있어서,
상기 암나사부 및 상기 수나사부의 나사산 높이의 합은 상기 제2 하우징의 내주면과 상기 제2 파이프부재의 외주면 사이의 거리보다 큰 수소수 제조 모듈.
제1항에 있어서,
상기 수소수제조부는,
제1 하우징;
상기 제1 하우징의 내부공간을 제1 공간 및 제2 공간으로 구획하는 이온교환막; 및
상기 제1 하우징의 제1 공간 및 제2 공간에 각각 배치되는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 전기분해부를 포함하고,
상기 제1 하우징에는 상기 제1 하우징의 제1 공간에 연결되는 제1 유입관 및 제1 배출관이 결합되고,
상기 제1 배출관은 상기 제2 유입관에 연결되고,
상기 제1 하우징의 제1 공간에는 상기 제1 유입관에서 상기 제1 배출관까지 연장되되 복수의 패널에 의해 지그재그 형상인 유로가 형성되는 수소수 제조 모듈.