KR20210017693A - 휴대형 수소수 제조 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 휴대형 수소수 제조 장치에 관한 것으로, 원수와 접촉하는 제 1 전극판에 대한 온도를 측정하는 방식으로 원수의 온도를 측정함으로써, 온도 측정을 위한 복잡한 부가 구성 없이도 원수의 온도를 측정할 수 있고, 온도 측정을 위한 별도의 밀봉 구조 등 또 다른 관련 구성이 불필요하여 더욱 단순한 구조로 제작 가능하며, 온도 센서의 측정값에 따라 전극판 모듈에 대한 전원 공급 상태를 동작 제어함으로써, 원수의 온도가 기준 온도 범위를 벗어난 경우에도 수소수 내에 용존 수소량이 항상 기준치 이상 유지되도록 하여 품질이 안정적으로 유지되는 수소수를 생성할 수 있는 휴대형 수소수 제조 장치를 제공한다.

Description

휴대형 수소수 제조 장치{Portable Type Hydrogen Water Generator}
본 발명은 휴대형 수소수 제조 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 원수와 접촉하는 제 1 전극판에 대한 온도를 측정하는 방식으로 원수의 온도를 측정함으로써, 온도 측정을 위한 복잡한 부가 구성 없이도 원수의 온도를 측정할 수 있고, 온도 측정을 위한 별도의 밀봉 구조 등 또 다른 관련 구성이 불필요하여 더욱 단순한 구조로 제작 가능하며, 온도 센서의 측정값에 따라 전극판 모듈에 대한 전원 공급 상태를 동작 제어함으로써, 원수의 온도가 기준 온도 범위를 벗어난 경우에도 수소수 내에 용존 수소량이 항상 기준치 이상 유지되도록 하여 품질이 안정적으로 유지되는 수소수를 생성할 수 있는 휴대형 수소수 제조 장치를 제공하는 것이다.
최근 들어 급격한 산업 발달로 인해 환경 오염이 심해지고 있는 실정이며, 이 중에서도 수질오염은 심각한 수준에 도달하여 가정에서나 관공서 등 대다수의 곳에서 정수기를 통해 식수를 음용하고 있는 실정이다.
이러한 정수기는 생수통을 냉각 및 가열시켜 냉수 혹은 온수로 공급하는 냉온수기 또는 수도물을 필터로 여과시켜 정수 상태로 공급하는 일반 정수기 형태로 사용된다. 이러한 정수기는 단순히 여과된 정수를 공급하는 것으로 그 기능이 제한적이므로, 최근에는 건강에 대한 관심 증가로 인해 단순한 정수 이외에 몸에 좋은 것으로 알려진 수소수를 공급하는 수소수 제조 장치 또한 그 사용이 활발히 증가하고 있다.
수소수는 높은 용존량으로 수소가 용해된 물을 의미하는 것으로, 이러한 수소수는 용존된 수소가 활성산소인 하이드록실 래디칼(hydroxyl radical)을 제거하는 항산화작용을 함으로써 노화를 방지하고 당뇨병, 고혈압, 동맥경화, 암, 치매를 예방하는데 도움을 주며, 피부미용, 다이어트, 피로회복, 성기능 개선, 운동능력 향상, 면역력 강화, 숙취 해소에 효과가 있다고 보고되고 있다.
이러한 수소수를 제조하는 장치는 공급되는 원수를 전기분해하여 수소를 발생시키는 방식으로 이루어지는데, 수소수 제조 장치는 수돗물을 직접 공급받아 수소수를 생성하도록 수도 배관에 연결되는 고정 설치형과, 생수병 등을 삽입한 상태에서 생수병 내부의 물을 수소수로 전환시키는 휴대형 등이 개발되고 있다.
휴대형 수소수 제조 장치는 일반적으로 원수가 저장된 물병을 삽입한 상태에서 물병 내부의 물을 전기분해하여 수소를 발생시켜 물병 내부의 물을 수소수로 변화시키는 방식으로 이루어진다.
이러한 휴대형 수소수 제조 장치는 그 작동 원리상 원수의 온도에 따라 수소 발생량에 차이가 발생하게 되는데, 종래의 일반적인 휴대형 수소수 제조 장치는 수소수 생성을 위한 작동 과정에서 원수의 온도와는 무관하게 일정한 전력 및 작동 시간이 설정되어 있으므로, 물병에 저장된 원수의 온도에 따라 수소 발생량에 차이가 발생하고, 이에 따라 수소의 용존량이 적정 수준에 못미치는 등 수소수의 질적 성능이 저하되는 등의 문제가 있다.
국내등록특허 제10-1867370호
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 원수와 접촉하는 제 1 전극판에 대한 온도를 측정하는 방식으로 원수의 온도를 측정함으로써, 온도 측정을 위한 복잡한 부가 구성 없이도 원수의 온도를 측정할 수 있고, 온도 측정을 위한 별도의 밀봉 구조 등 또 다른 관련 구성이 불필요하여 더욱 단순한 구조로 제작 가능하며, 이로 인한 제작 비용의 절감 및 용이한 제작이 가능한 휴대형 수소수 제조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 제 1 전극판과 일체로 열전도부를 형성하여 온도 센서와 접촉하도록 구성함으로써, 제 1 전극판의 온도 측정을 위한 별도 연결 구성을 추가 결합할 필요가 없고, 제 1 전극판과 열전도부의 열전도율이 높아 원수에 대한 온도 측정 정확도를 더욱 향상시킬 수 있는 휴대형 수소수 제조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 온도 센서의 측정값에 따라 전극판 모듈에 대한 전원 공급 상태를 동작 제어함으로써, 원수의 온도가 기준 온도 범위를 벗어난 경우에도 수소수 내에 용존 수소량이 항상 기준치 이상 유지되도록 하여 품질이 안정적으로 유지되는 수소수를 생성할 수 있고, 전원 공급 상태 조절을 통해 에너지 효율 또한 향상시킬 수 있는 휴대형 수소수 제조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은, 별도의 원수 용기를 결합한 상태에서 상기 원수 용기에 저장된 원수를 전기 분해하여 수소수를 생성하는 휴대형 수소수 제조 장치에 있어서, 상단부가 상기 원수 용기에 삽입 가능하게 형성되고, 내부 공간에는 외부 연통되는 전해 챔버와 상기 전해 챔버와 분리되는 메인 챔버가 별도의 분리 격벽에 의해 상하 분리 형성되는 하우징; 이온 격막을 중심으로 상하 양면에 제 1 전극판 및 제 2 전극판이 각각 밀착 결합하는 형태로 형성되어 상기 하우징의 전해 챔버에 배치되며, 상기 제 1 전극판이 상기 원수 용기의 원수와 접촉하여 원수를 전기 분해하는 전극판 모듈; 상기 메인 챔버에 배치되어 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판과 전기적으로 연결되며, 별도의 전원 공급 장치로부터 전원을 공급받아 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판에 각각 음극 또는 양극 전원을 공급하는 PCB 기판; 상기 메인 챔버에 위치하도록 상기 PCB 기판에 장착되어 상기 원수 용기에 저장된 원수의 온도를 측정하는 온도 센서를 포함하고, 상기 제 1 전극판의 일측에는 열전도부가 연장 형성되며, 상기 온도 센서는 상기 열전도부에 접촉하여 상기 제 1 전극판의 온도를 측정하는 방식으로 상기 원수의 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 휴대형 수소수 제조 장치를 제공한다.
이때, 상기 열전도부는 상기 제 1 전극판의 외측 가장자리 일측으로부터 연장되어 하향 절곡된 형태로 상기 분리 격벽을 관통하여 하단부가 상기 온도 센서와 접촉하도록 상기 제 1 전극판과 일체로 형성될 수 있다.
또한, 상기 PCB 기판에는 제 1 기판 단자 및 제 2 기판 단자가 형성되고, 상기 제 1 전극판에는 외측 가장자리 일측으로부터 연장되어 하향 절곡된 형태로 상기 분리 격벽을 관통하여 하단부가 상기 제 1 기판 단자와 접촉하는 제 1 전극 단자가 형성되고, 상기 제 2 전극판에는 외측 가장자리 일측으로부터 연장되어 하향 절곡된 형태로 상기 분리 격벽을 관통하여 하단부가 상기 제 2 기판 단자와 접촉하는 제 2 전극 단자가 형성될 수 있다.
또한, 상기 하우징의 분리 격벽과 상기 전극판 모듈 사이 공간에 가스 배출 공간이 형성되도록 상기 분리 격벽의 상면에는 상기 전극판 모듈의 하면을 상향 지지할 수 있는 돌출 지지부가 복수개 상향 돌출 형성될 수 있다.
또한, 상기 하우징은, 상단 및 하단 개방된 형태로 내부 공간에는 상기 분리 격벽에 의해 상기 전해 챔버와 상기 메인 챔버가 형성되는 하우징 본체; 상기 하우징 본체의 개방된 상단면에 분리 가능하게 결합되며 상기 원수 용기의 원수가 상기 전해 챔버로 유입될 수 있도록 원수 유동홀이 형성되는 상부 커버; 및 상기 하우징 본체의 개방된 하단면에 분리 가능하게 결합되는 하부 커버를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 전극판 모듈의 상면에는 가장자리 둘레를 따라 상기 제 1 전극판의 상면과 상기 상부 커버의 하면 사이에 밀봉 결합되는 제 1 실링 부재가 배치되고, 상기 전극판 모듈의 하면에는 가장자리 둘레를 따라 상기 제 2 전극판의 하면과 상기 분리 격벽의 상면 사이에 밀봉 결합되는 제 2 실링 부재가 배치될 수 있다.
또한, 상기 하우징에는 상기 가스 배출 공간에 존재하는 가스가 외부 배출되도록 상기 가스 배출 공간으로부터 외부 공간으로 연장되는 가스 배출 유로가 형성될 수 있다.
또한, 상기 가스 배출 유로는, 일단이 상기 가스 배출 공간에 연통되고 타단이 상기 메인 챔버에 연통되도록 상기 하우징의 벽체 내부에 형성되는 제 1 유로; 상기 제 1 유로로부터 분기되어 끝단이 외부 공간에 연통되도록 상기 하우징의 벽체 내부에 형성되는 제 2 유로; 및 상기 제 2 유로로부터 분기되어 끝단이 외부 공간에 연통되도록 상기 하우징의 벽체 내부에 형성되는 제 3 유로를 포함할 수 있다.
또한, 상기 PCB 기판에는 상기 온도 센서의 측정값에 따라 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판에 대한 전원 공급 상태를 동작 제어하는 제어부가 장착될 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 온도 센서의 측정값에 따라 전원 공급량 또는 전원 공급 시간을 조절할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 온도 센서의 측정값이 기준 온도 범위 이상이면 상기 전원 공급량을 기준 공급량보다 감소시키고, 상기 온도 센서의 측정값이 기준 온도 범위 미만이면 상기 전원 공급량을 기준 공급량보다 증가시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 원수와 접촉하는 제 1 전극판에 대한 온도를 측정하는 방식으로 원수의 온도를 측정함으로써, 온도 측정을 위한 복잡한 부가 구성 없이도 원수의 온도를 측정할 수 있고, 온도 측정을 위한 별도의 밀봉 구조 등 또 다른 관련 구성이 불필요하여 더욱 단순한 구조로 제작 가능하며, 이로 인한 제작 비용의 절감 및 용이한 제작이 가능한 효과가 있다.
또한, 제 1 전극판과 일체로 열전도부를 형성하여 온도 센서와 접촉하도록 구성함으로써, 제 1 전극판의 온도 측정을 위한 별도 연결 구성을 추가 결합할 필요가 없고, 제 1 전극판과 열전도부의 열전도율이 높아 원수에 대한 온도 측정 정확도를 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 온도 센서의 측정값에 따라 전극판 모듈에 대한 전원 공급 상태를 동작 제어함으로써, 원수의 온도가 기준 온도 범위를 벗어난 경우에도 수소수 내에 용존 수소량이 항상 기준치 이상 유지되도록 하여 품질이 안정적으로 유지되는 수소수를 생성할 수 있고, 전원 공급 상태 조절을 통해 에너지 효율 또한 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대형 수소수 제조 장치의 외형을 개략적으로 도시한 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대형 수소수 제조 장치의 사용 상태를 개략적으로 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대형 수소수 제조 장치의 구성을 개략적으로 도시한 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대형 수소수 제조 장치의 내부 구조를 개략적으로 도시한 절개 사시도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대형 수소수 제조 장치의 내부 구조를 개략적으로 도시한 단면도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대형 수소수 제조 장치의 가스 배출 유로를 설명하기 위한 절개 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대형 수소수 제조 장치의 외형을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대형 수소수 제조 장치의 사용 상태를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대형 수소수 제조 장치의 구성을 개략적으로 도시한 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대형 수소수 제조 장치의 내부 구조를 개략적으로 도시한 절개 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대형 수소수 제조 장치의 내부 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 휴대형 수소수 제조 장치(10)는 별도의 원수 용기(20)를 결합한 상태에서 원수 용기(20)에 저장된 원수를 전기 분해하여 수소수를 생성하는 장치로서, 하우징(100)과, 전극판 모듈(200)과, PCB 기판(400)과, 온도 센서(500)와, 제어부(600)를 포함하여 구성된다.
하우징(100)은 상단부가 원수 용기(20)에 삽입 가능하게 형성되고, 내부 공간에는 외부와 연통되는 전해 챔버(101)와, 전해 챔버(101)와 분리 구획되는 메인 챔버(102)가 별도의 분리 격벽(140)에 의해 상하 분리 형성된다.
이러한 하우징(100)은, 상단 및 하단 개방된 형태로 내부 공간에는 분리 격벽(140)에 의해 전해 챔버(101)와 메인 챔버(102)가 형성되는 하우징 본체(110)와, 하우징 본체(110)의 개방된 상단면에 분리 가능하게 결합되며 원수 용기(20)의 원수가 전해 챔버(101)로 유입될 수 있도록 원수 유동홀(121)이 형성되는 상부 커버(120)와, 하우징 본체(110)의 개방된 하단면에 분리 가능하게 결합되는 하부 커버(130)로 분리 형성될 수 있다. 상부 커버(120)는 하우징 본체(110)의 전해 챔버(101)에 배치된 전극판 모듈(200)을 보호하며, 하부 커버(130)는 하우징 본체(110)의 메인 챔버(102)에 배치된 각종 전기 부품들을 보호하며, 상부 커버(120) 및 하부 커버(130)는 필요에 따라 하우징 본체(110)로부터 분리될 수 있다.
전해 챔버(101)는 후술하는 전극판 모듈(200)이 배치되며, 원수 용기(20)에 삽입된 상태에서 전극판 모듈(200)이 원수 용기(20)의 원수와 접촉하여 원수를 전기분해하며 수소수를 생성시킨다. 메인 챔버(102)는 분리 격벽(140)에 의해 전해 챔버(101)와 분리 구획되며, 메인 챔버(102) 내부에는 PCB 기판(400), 배터리 또는 전원 연결 포트 등 각종 전기 장치가 배치될 수 있다.
하우징(100)이 원수 용기(20)에 삽입된 상태에서 원수 용기(20)에 저장된 원수가 전해 챔버(101)로 유입되어 전극판 모듈(200)에 의해 전기분해될 수 있도록 하우징(100)의 상부 커버(120)에는 원수가 유입되는 원수 유동홀(121)이 다수개 형성되고, 후술하는 전극판 모듈(200)의 제 1 전극판(210) 및 제 2 전극판(220)에도 전기분해 과정에서 원수가 통과하도록 관통홀(213,222)이 형성된다.
하우징 본체(110)의 상단부는 원수 용기(20)에 삽입되도록 원통 형상으로 형성되고, 하단부는 원통 형상의 상단부로부터 반경 방향으로 확장된 원통 형상으로 형성될 수 있다. 상부 커버(120)는 하우징 본체(110)의 상단에 결합되는데, 상부 커버(120)와 하우징 본체(110)의 결합 위치를 가이드할 수 있도록 하우징 본체(110)의 상단에는 가이드 돌출부(113)가 형성되고, 상부 커버(120)에는 이러한 가이드 돌출부(113)가 삽입 가이드되도록 결합 가이드홀(122)이 형성된다.
또한, 하우징(100)의 측면에는 원수 용기(20)와의 결합을 위해 결합홈(111)이 형성되고, 원수 용기(20)에는 도시되지는 않았으나 결합홈(111)에 삽입 결합될 수 있는 결합 돌기(미도시)가 형성될 수 있다. 이때, 하우징(100)이 원수 용기(20)에 일정 구간 직선 삽입된 상태에서 회전 이동함에 따라 결합홈(111)이 결합 돌기와 끼워맞춤 결합되도록 구성될 수 있는데, 이를 위해 결합홈(111)은 하우징(100)의 외측면에 길이 방향의 구간과, 길이 방향 구간의 끝단으로부터 원주 방향으로 연장되는 원주 방향의 구간을 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 하우징(100)의 원주면에는 하우징(100)이 원수 용기(20)에 삽입된 상태에서 밀봉 결합 상태를 유지하도록 별도의 실링 부재(112)가 원주 방향을 따라 설치될 수 있다.
전극판 모듈(200)은 하우징(100)의 전해 챔버(101) 공간에 장착되어 원수 용기(20)에 저장된 원수를 전기 분해하는 구성으로, 이온 격막(230)을 중심으로 상하 양면에 제 1 전극판(210) 및 제 2 전극판(220)이 각각 밀착 결합하는 형태로 형성된다. 이온 격막(210)은 이온 물질만이 통과하는 양성자 교환막(Proton Exchange Membrane)과 고분자 전해질막(Polymer Electrolyte Membrane) 등이 적용될 수 있으며, 제 1 전극판(220) 및 제 2 전극판(230)은 백금 전극이 적용될 수 있다.
이러한 전극판 모듈(200)은 전해 챔버(101)의 내부에서 중간 구간에 배치되며, 제 1 전극판(210)의 상면 가장자리 둘레와, 제 2 전극판(220)의 하면 가장자리 둘레에는 전해 챔버(101)의 밀봉 상태를 유지하도록 O-링 형태의 실링 부재(310,320)가 삽입 개재되며, 제 1 전극판(210)의 상면에 배치된 제 1 실링 부재(310)는 상부 커버(120)의 하면과 제 1 전극판(210) 사이에서 밀착 가압되어 해당 사이 공간을 밀봉시키고, 제 2 전극판(220)의 하면에 배치된 제 2 실링 부재(320)는 분리 격벽(140)의 상면과 제 2 전극판(220) 사이에서 밀착 가압되어 해당 사이 공간을 밀봉시킨다.
이와 같이 전극판 모듈(200)의 가장자리 둘레를 따라 상부 및 하부에 실링 부재(300)가 삽입됨으로써, 원수 용기(20)로부터 전해 챔버(101)로 유입되는 원수가 전해 챔버(101) 외부 공간으로 흘러나가지 못하고 밀봉 상태를 유지한다. 또한, 전해 챔버(101)에서 전극판 모듈(200)의 상부 공간은 제 1 실링 부재(310)에 의해 밀봉된 상태로 원수가 제 1 전극판(210)과 접촉하여 전기분해되는 공간으로 기능하며, 전극판 모듈(200)의 하부 공간은 제 2 실링 부재(320)에 의해 밀봉된 상태로 전기 분해 과정에서 제 2 전극판(220)으로부터 발생하는 가스(산소)가 배출되는 가스 배출 공간(101-1)으로 기능한다.
이때, 전극판 모듈(200)의 하부 공간에, 즉, 하우징(100)의 분리 격벽(140)과 전극판 모듈(200) 사이 공간에 가스 배출 공간(101-1)이 안정적으로 형성되도록 하기 위해, 분리 격벽(140)의 상면에는 전극판 모듈(200)의 하면을 상향 지지할 수 있는 돌출 지지부(141)가 복수개 상향 돌출 형성될 수 있다.
PCB 기판(400)은 하우징(100) 내부의 메인 챔버(102)에 배치되어 제 1 전극판(210) 및 제 2 전극판(220)과 전기적으로 연결된다. PCB 기판(400)은 별도의 전원 공급 장치(미도시)로부터 전원을 공급받아 제 1 전극판(210) 및 제 2 전극판(220)에 각각 음극 및 양극 전원을 공급한다. PCB 기판(400)에 전원을 공급하는 전원 공급 장치는 별도의 배터리가 적용되거나 또는 USB 전원 연결 포트 등을 통해 외부 전원을 공급하는 구성으로 적용될 수도 있는 등 다양한 형태로 적용될 수 있다.
이와 같은 구조에 따라 원수 용기(20)를 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이 하우징(100)의 상단부에 삽입하게 되면, 원수 용기(20)에 저장된 원수가 하우징(100)의 전해 챔버(101)로 유입된다. 전해 챔버(101)의 내부에는 전극판 모듈(200)이 배치되며 가장자리 둘레를 따라 실링 부재(310,320)에 의해 밀봉되므로, 전해 챔버(101)로 유입된 원수는 외부로 흘러나오지 않고 밀봉 상태로 유지되며, 이 상태에서 전극판 모듈(200)의 제 1 전극판(210) 및 제 2 전극판(220)에 전원이 공급되면, 원수가 전기 분해된다.
예를 들어, 제 1 전극판(210)에 음극 전원이 연결되고 제 2 전극판(220)에 양극 전원이 연결되면, 제 1 전극판(210)에 접촉하는 원수 용기(20)의 원수는 전기 분해를 통해 이온화된다. 이온화된 원수 중 음이온화된 산소 이온은 이온 격막(230)을 통과하여 양극을 이루는 제 2 전극판(220) 측으로 이동하여 전자를 내어놓고 산소가 되어 방출되고, 원수 중 양이온화된 수소 이온은 음극을 이루는 제 1 전극판(210)으로부터 전자를 얻어 수소 가스로 변화하게 된다. 이러한 전기 분해 과정을 계속 진행하면, 원수 중에는 전기 분해에 의해 생성된 수소 가스의 용존 농도가 증가하게 되어 수소수가 생성되게 된다.
이와 같은 전기 분해 과정을 통해 원수 용기(20)의 원수를 수소수로 변화시키게 되는데, 전기 분해 과정을 실질적으로 수행하는 제 1 전극판(210)은 원수와 직접 접촉하므로, 유해 물질이 발생하지 않는 백금 재질의 전극이 사용되며, 백금 재질은 열전도율이 높은 특성을 갖는다.
한편, 제어부(600)는 PCB 기판(400)에 장착되어 제 1 전극판(210) 및 제 2 전극판(220)에 대한 전원 공급 상태를 동작 제어하도록 구성될 수 있으며, 예를 들면, 제 1 전극판(210) 및 제 2 전극판(220)에 대한 전원 공급량 또는 전원 공급 시간 등을 조절하도록 구성될 수 있다. 또한, 이외에도 장치 작동을 위한 전체적인 동작 제어 기능을 수행할 수 있다.
온도 센서(500)는 하우징(100)의 메인 챔버(102)에 위치하도록 PCB 기판(400)에 장착되어 원수 용기(20)에 저장된 원수의 온도를 측정하도록 구성된다. 이러한 온도 센서(500)는 제 1 전극판(210)과 연결 접촉되어 제 1 전극판(210)의 온도를 측정하는 방식으로 원수의 온도를 측정한다.
좀더 구체적으로는, 제 1 전극판(210)의 일측에는 열전도부(212)가 연장 형성되고, 온도 센서(500)는 이러한 열전도부(212)에 접촉하여 제 1 전극판(210)의 온도를 측정한다. 이때, 열전도부(212)는 제 1 전극판(210)의 외측 가장자리 일측으로부터 연장되어 하향 절곡된 형태로 형성되며, 분리 격벽(140)을 관통하여 하단부가 온도 센서(500)와 접촉하도록 제 1 전극판(210)과 일체로 형성된다. 분리 격벽(140)에는 가장자리 부분에 열전도부(212)가 관통하도록 슬릿홀(142)이 형성된다.
한편, 제 1 전극판(210) 및 제 2 전극판(220)과 PCB 기판(400)이 전기적으로 연결되는 구성을 살펴보면, PCB 기판(400)에는 제 1 기판 단자(410) 및 제 2 기판 단자(420)가 형성되고, 제 1 전극판(210)에는 외측 가장자리 일측으로부터 연장되어 하향 절곡된 형태로 분리 격벽(140)의 슬릿홀(142)을 관통하여 하단부가 제 1 기판 단자(410)와 접촉하는 제 1 전극 단자(211)가 형성되고, 제 2 전극판(220)에는 외측 가장자리 일측으로부터 연장되어 하향 절곡된 형태로 분리 격벽(140)의 슬릿홀(142)을 관통하여 하단부가 제 2 기판 단자(420)와 접촉하는 제 2 전극 단자(221)가 형성되며, 이러한 연장된 형태의 전극 단자를 통해 제 1 전극판(210) 및 제 2 전극판(220)과 PCB 기판(400)이 전기적으로 연결될 수 있다.
제 1 전극판(210)의 열전도부(212) 또한 제 1 전극 단자(211)와 마찬가지로 연장 절곡되는 형태로 형성될 수 있으며, 그 하단부가 PCB 기판(400)의 온도 센서(500)에 접촉하도록 배치될 수 있다.
제 1 전극판(210)은 전술한 바와 같이 원수 용기(20)의 원수를 전기분해하기 위해 원수와 직접 접촉하므로, 제 1 전극판(210)의 온도를 측정하게 되면 별도의 부가 구성 없이도 원수의 온도를 측정할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 제 1 전극판(210)로부터 열전도부(212)를 연장 형성하고, 열전도부(212)를 온도 센서(500)와 접촉시켜 열전도부(212) 및 제 1 전극판(210)의 온도를 측정함으로써, 원수의 온도를 측정할 수 있다. 특히, 제 1 전극판(210)이 백금 재질로 열전도율이 높아 온도 측정 정확도가 더욱 향상된다.
이러한 구조에 따라 본 발명의 일 실시예에서는 원수의 온도 측정을 위한 별도의 부가 구성 없이도 단순히 온도 센서(500)를 PCB 기판(400)에 장착하고, 온도 센서(500)를 열전도부(212)를 통해 제 1 전극판(210)와 접촉 배치함으로써, 원수의 온도를 편리하게 측정할 수 있다. 특히, 온도 측정을 위한 별도의 부가 구성이 불필요하므로, 부가 구성에 따른 밀봉 구조 또는 온도 측정 구조 등 또 다른 관련 구성이 불필요하여 더욱 단순한 구조로 편리한 제작이 가능하다.
한편, 제어부(600)는 온도 센서(500)의 측정값을 인가받고, 인가받은 온도 센서(500)의 측정값에 따라 제 1 전극판(210) 및 제 2 전극판(220)에 대한 전원 공급 상태를 동작 제어할 수 있다. 이때, 온도 센서(500)의 측정값에 따라 전원 공급량 또는 전원 공급 시간을 조절하는 방식으로 동작 제어할 수 있다.
좀더 구체적으로 살펴보면, 배경 기술에서 살펴본 바와 같이 일반적인 수소수 제조 장치는 원수의 온도와는 무관하게 미리 설정된 일정한 크기의 전원 공급량을 미리 설정된 일정 시간 동안 전극판 모듈에 공급하여 원수를 전기분해하도록 구성된다. 이러한 전기 분해 방식은 그 원리상 원수의 온도에 따라 전기분해 성능이 상이하여 원수에 생성된 용존 수소량에 차이가 발생하므로, 원수의 온도가 미리 설정된 범위를 벗어나 더 낮거나 높은 경우에는 용존 수소량이 함량 미달되어 수소수의 품질이 저하되는 문제가 있다.
즉, 일반적인 수소수 제조 장치는 미리 설정된 온도 범위의 원수보다 더 차갑거나 뜨거운 원수를 적용하는 경우, 원수에 생성된 용존 수소량이 함량 미달되는 문제가 있다. 일반적으로 수소수 제조 장치에서 생성된 수소수의 용존 수소량은 1000 ppb 이상이 되도록 형성되는데, 원수가 기준 온도 범위보다 차갑거나 뜨거운 경우, 이러한 용존 수소량이 저하된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수소수 제조 장치는 원수의 온도를 측정할 수 있는 온도 센서(500)를 구비하고, 이를 통해 측정된 원수의 온도에 따라 전극판 모듈(200)에 공급되는 전원 공급량 또는 전원 공급 시간을 조절함으로써, 원수의 온도가 기준 온도 범위보다 낮거나 높은 경우에도 항상 일정한 용존 수소량 이상의 수소수를 생성할 수 있다.
예를 들면, 제어부(600)는 온도 센서(500)의 측정값이 기준 온도 범위 이상이면, 전극판 모듈(200)에 대한 전원 공급량을 기준 공급량보다 감소시키고, 온도 센서(500)의 측정값이 기준 온도 범위 이하이면, 전극판 모듈(200)에 대한 전원 공급량을 기준 공급량보다 증가시킬 수 있다.
또한, 제어부(600)는 전원 공급량을 일정하게 유지시킨 상태로 전원 공급 시간을 조절할 수도 있는데, 예를 들면, 온도 센서(500)의 측정값이 기준 온도 범위 이상이면, 전극판 모듈(200)에 대한 전원 공급 시간을 기준 공급 시간보다 감소시키고, 온도 센서(500)의 측정값이 기준 온도 범위 미만이면, 전극판 모듈(200)에 대한 전원 공급 시간을 기준 공급 시간보다 증가시킬 수 있다.
이와 같이 원수의 온도에 따라 전극판 모듈(200)에 대한 전원 공급량 또는 전원 공급 시간을 조절함으로써, 수소수 내의 용존 수소량을 항상 기준치 이상의 상태로 생성할 수 있어 수소수의 품질을 안정적으로 유지시킬 수 있으며, 원수의 온도가 상대적으로 높은 경우에는 이러한 전원 공급 상태의 조절을 통해 전력 소비량을 감소시킬 수 있어 에너지 효율 측면에서 더욱 유리하다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대형 수소수 제조 장치의 가스 배출 유로를 설명하기 위한 절개 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 휴대형 수소수 제조 장치(10)는 전술한 바와 같이 하우징(100) 내부에 전해 챔버(101)와 메인 챔버(102)가 형성되고, 전해 챔버(101)에는 전극판 모듈(200)이 밀봉 배치되어 전극판 모듈(200)의 하부 공간에 가스 배출 공간(101-1)이 형성된다.
이러한 가스 배출 공간(101-1)을 통해 전극판 모듈(200)에서 발생하는 가스가 배출되는데, 하우징(100)에는 이러한 가스 배출 공간(101-1)에 존재하는 가스가 외부 배출되도록 가스 배출 공간(101-1)으로부터 외부 공간으로 연장되는 가스 배출 유로(150)가 형성된다.
이러한 가스 배출 유로(150)는 본 발명의 일 실시예에 따라 복수개 형성될 수 있다. 예를 들면, 일단이 가스 배출 공간(101-1)에 연통되고 타단이 메인 챔버(102)에 연통되도록 하우징(100)의 벽체 내부에 형성되는 제 1 유로(151)와, 제 1 유로(151)로부터 분기되어 끝단이 외부 공간에 연통되도록 하우징(100)의 벽체 내부에 형성되는 제 2 유로(152)와, 제 2 유로(152)로부터 분기되어 끝단이 외부 공간에 연통되도록 하우징(100)의 벽체 내부에 형성되는 제 3 유로(153)가 형성될 수 있다. 제 3 유로(153)는 그 끝단이 하우징(100)의 측면 및 하면으로 개방되어 2개 지점에서 배출되도록 형성될 수 있다.
이와 같이 가스 배출 유로(150)가 복수개 형성됨으로써, 가스 배출 공간(101-1)에 존재하는 가스의 외부 배출이 더욱 원활하고 신속하게 이루어지며, 이러한 원활한 가스 배출에 의해 전극판 모듈(200)의 전기 분해 성능이 향상된다. 특히, 가스 배출 공간(101-1)에서 가스 압력이 증가하면, 가스 압력에 의해 전극판 모듈(200)의 변형이나 손상이 발생할 수 있고, 이로 인한 물의 누수 현상 등이 발생할 수 있는데, 본 발명의 일 실시예에서는 복수개의 가스 배출 유로(150)에 의해 가스 배출 공간(101-1)으로부터 원활하고 신속하게 가스 배출이 이루어져 가스 배출 공간(101-1)에서 가스 압력의 상승이 방지되고, 이에 따라 전극판 모듈(200)의 변형이나 손상 등이 방지되며, 내구성 또한 향상된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 하우징
101: 전해 챔버
101-1: 가스 배출 공간
102: 메인 챔버
110: 하우징 본체
120: 상부 커버
130: 하부 커버
140: 분리 격벽
150: 가스 배출 유로
200: 전극판 모듈
210: 제 1 전극판
211: 제 1 전극 단자
212: 열전도부
220: 제 2 전극판
221: 제 2 전극 단자
230: 이온 격막
310: 제 1 실링 부재
320: 제 2 실링 부재
400: PCB 기판
500: 온도 센서
600: 제어부

Claims (11)

  1. 별도의 원수 용기를 결합한 상태에서 상기 원수 용기에 저장된 원수를 전기 분해하여 수소수를 생성하는 휴대형 수소수 제조 장치에 있어서,
    상단부가 상기 원수 용기에 삽입 가능하게 형성되고, 내부 공간에는 외부 연통되는 전해 챔버와 상기 전해 챔버와 분리되는 메인 챔버가 별도의 분리 격벽에 의해 상하 분리 형성되는 하우징;
    이온 격막을 중심으로 상하 양면에 제 1 전극판 및 제 2 전극판이 각각 밀착 결합하는 형태로 형성되어 상기 하우징의 전해 챔버에 배치되며, 상기 제 1 전극판이 상기 원수 용기의 원수와 접촉하여 원수를 전기 분해하는 전극판 모듈;
    상기 메인 챔버에 배치되어 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판과 전기적으로 연결되며, 별도의 전원 공급 장치로부터 전원을 공급받아 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판에 각각 음극 또는 양극 전원을 공급하는 PCB 기판;
    상기 메인 챔버에 위치하도록 상기 PCB 기판에 장착되어 상기 원수 용기에 저장된 원수의 온도를 측정하는 온도 센서
    를 포함하고, 상기 제 1 전극판의 일측에는 열전도부가 연장 형성되며, 상기 온도 센서는 상기 열전도부에 접촉하여 상기 제 1 전극판의 온도를 측정하는 방식으로 상기 원수의 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 휴대형 수소수 제조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전도부는 상기 제 1 전극판의 외측 가장자리 일측으로부터 연장되어 하향 절곡된 형태로 상기 분리 격벽을 관통하여 하단부가 상기 온도 센서와 접촉하도록 상기 제 1 전극판과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 휴대형 수소수 제조 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 PCB 기판에는 제 1 기판 단자 및 제 2 기판 단자가 형성되고,
    상기 제 1 전극판에는 외측 가장자리 일측으로부터 연장되어 하향 절곡된 형태로 상기 분리 격벽을 관통하여 하단부가 상기 제 1 기판 단자와 접촉하는 제 1 전극 단자가 형성되고,
    상기 제 2 전극판에는 외측 가장자리 일측으로부터 연장되어 하향 절곡된 형태로 상기 분리 격벽을 관통하여 하단부가 상기 제 2 기판 단자와 접촉하는 제 2 전극 단자가 형성되는 것을 특징으로 하는 휴대형 수소수 제조 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 하우징의 분리 격벽과 상기 전극판 모듈 사이 공간에 가스 배출 공간이 형성되도록 상기 분리 격벽의 상면에는 상기 전극판 모듈의 하면을 상향 지지할 수 있는 돌출 지지부가 복수개 상향 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 휴대형 수소수 제조 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 하우징은
    상단 및 하단 개방된 형태로 내부 공간에는 상기 분리 격벽에 의해 상기 전해 챔버와 상기 메인 챔버가 형성되는 하우징 본체;
    상기 하우징 본체의 개방된 상단면에 분리 가능하게 결합되며 상기 원수 용기의 원수가 상기 전해 챔버로 유입될 수 있도록 원수 유동홀이 형성되는 상부 커버; 및
    상기 하우징 본체의 개방된 하단면에 분리 가능하게 결합되는 하부 커버
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대형 수소수 제조 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전극판 모듈의 상면에는 가장자리 둘레를 따라 상기 제 1 전극판의 상면과 상기 상부 커버의 하면 사이에 밀봉 결합되는 제 1 실링 부재가 배치되고,
    상기 전극판 모듈의 하면에는 가장자리 둘레를 따라 상기 제 2 전극판의 하면과 상기 분리 격벽의 상면 사이에 밀봉 결합되는 제 2 실링 부재가 배치되는 것을 특징으로 하는 휴대형 수소수 제조 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 하우징에는 상기 가스 배출 공간에 존재하는 가스가 외부 배출되도록 상기 가스 배출 공간으로부터 외부 공간으로 연장되는 가스 배출 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 휴대형 수소수 제조 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 가스 배출 유로는
    일단이 상기 가스 배출 공간에 연통되고 타단이 상기 메인 챔버에 연통되도록 상기 하우징의 벽체 내부에 형성되는 제 1 유로;
    상기 제 1 유로로부터 분기되어 끝단이 외부 공간에 연통되도록 상기 하우징의 벽체 내부에 형성되는 제 2 유로; 및
    상기 제 2 유로로부터 분기되어 끝단이 외부 공간에 연통되도록 상기 하우징의 벽체 내부에 형성되는 제 3 유로
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대형 수소수 제조 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 PCB 기판에는 상기 온도 센서의 측정값에 따라 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판에 대한 전원 공급 상태를 동작 제어하는 제어부가 장착되는 것을 특징으로 하는 휴대형 수소수 제조 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 온도 센서의 측정값에 따라 전원 공급량 또는 전원 공급 시간을 조절하는 것을 특징으로 하는 휴대형 수소수 제조 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 온도 센서의 측정값이 기준 온도 범위 이상이면 상기 전원 공급량을 기준 공급량보다 감소시키고, 상기 온도 센서의 측정값이 기준 온도 범위 미만이면 상기 전원 공급량을 기준 공급량보다 증가시키는 것을 특징으로 하는 휴대형 수소수 제조 장치.
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