KR200487890Y1 - 수소수 미스트기 - Google Patents

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KR200487890Y1
KR200487890Y1 KR2020170002911U KR20170002911U KR200487890Y1 KR 200487890 Y1 KR200487890 Y1 KR 200487890Y1 KR 2020170002911 U KR2020170002911 U KR 2020170002911U KR 20170002911 U KR20170002911 U KR 20170002911U KR 200487890 Y1 KR200487890 Y1 KR 200487890Y1
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조근도
김희우
이덕연
이동익
임기환
박현정
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주식회사 에코웰
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Abstract

본 발명의 기술적 사상은 물을 수용할 수 있는 저수 공간을 가지는 용기, 상기 용기에 설치되고, 상기 저수 공간에 수용된 물을 외부로 분사하도록 구성된 분사부, 및 상기 용기에 설치되고, 상기 저수 공간에 수용된 물을 전기 분해하여 수소를 발생시키도록 구성된 멤브레인 전극 어셈블리를 포함하며, 상기 멤브레인 전극 어셈블리는, 양극 전극, 상기 양극 전극과 접하는 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 갖는 이온 교환 멤브레인, 및 상기 이온 교환 멤브레인을 사이에 두고 상기 양극 전극과 이격된 음극 전극을 포함하는 수소수 미스트기를 제공한다.

Description

수소수 미스트기 {Apparatus for spraying hydrogen enriched water mist}
본 발명의 기술적 사상은 수소수 미스트기에 관한 것이다.
일반적으로 수소수는 높은 용존 수소 농도를 가지는 물을 의미하는 것으로, 이러한 수소수는 세포 내에서 항산화 작용, 항염증 작용, 알레르기 감소, 대사 촉진 등의 효과를 보인다고 알려져 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. 이렇듯 자연적으로는 담수나 수돗물 속의 용존 수소 농도가 매우 낮기 때문에 용존 수소 농도를 인위적으로 강화하여 수소수를 제조하기 위해 여러 방법이 이용되고 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 높은 용존 수소 농도를 가지는 수소수를 만들고, 이를 분사할 수 있는 수소수 미스트기를 제공하는데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 기술적 사상은 물을 수용할 수 있는 저수 공간을 가지는 용기, 상기 용기에 설치되고, 상기 저수 공간에 수용된 물을 외부로 분사하도록 구성된 분사부, 및 상기 용기에 설치되고, 상기 저수 공간에 수용된 물을 전기 분해하여 수소를 발생시키도록 구성된 멤브레인 전극 어셈블리를 포함하며, 상기 멤브레인 전극 어셈블리는, 양극 전극, 상기 양극 전극과 접하는 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 갖는 이온 교환 멤브레인, 및 상기 이온 교환 멤브레인을 사이에 두고 상기 양극 전극과 이격된 음극 전극을 포함하는 수소수 미스트기를 제공한다.
일부 실시예들에서, 상기 용기는 상기 측벽을 관통하는 관통홀을 가지고, 상기 음극 전극은 상기 저수 공간 내에 설치되고, 상기 이온 교환 멤브레인은 상기 관통홀을 통하여 상기 음극 전극과 마주한다.
일부 실시예들에서, 상기 멤브레인 전극 어셈블리는 상기 하부 용기의 측벽과 상기 이온 교환 멤브레인 사이에 배치되어 상기 이온 교환 멤브레인의 상기 제2 면을 접촉 지지하는 지지체를 더 포함하고, 상기 지지체는 상기 지지체를 관통하는 다수의 홀을 가진다.
일부 실시예들에서, 상기 용기는 상기 이온 교환 멤브레인의 상기 제2 면을 접촉 지지하도록 상기 관통홀 내에 배치된 격벽 부재를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 용기의 상부에 형성된 유입구를 덮는 덮개부를 더 포함하며, 상기 덮개부는 상기 용기의 상기 저수 공간과 외부 사이에서 연장하는 채널과, 상기 채널에 배치된 방수 통기막을 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 용기의 상부에 형성된 유입구를 덮는 롤-온 타입의 덮개부를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 용기는 상기 측벽을 관통하는 관통홀을 가지며, 상기 멤브레인 전극 어셈블리는 상기 측벽 상에 배치되어 상기 관통홀을 덮고, 상기 음극 전극, 상기 이온 교환 멤브레인, 및 상기 양극 전극은 상기 용기의 측벽 상에 순차적으로 배치된다.
일부 실시예들에서, 상기 멤브레인 전극 어셈블리는 상기 음극 전극 및 상기 이온 교환 멤브레인 사이에 배치된 지지체 또는 갭퍼(gapper)를 더 포함한다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 수소수 미스트기에 의하면, 멤브레인 전극 어셈블리를 이용하여 높은 용존 수소 농도를 가지는 수소수를 제조할 수 있고, 수소수를 미스트 상태로 분사할 있다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 수소수 미스트기를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1과 다른 방향에서 바라본 하부 용기를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 1의 X - X’선에 따른 수소수 미스트기의 단면도이다.
도 4는 멤브레인 전극 어셈블리의 분리 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 수소수 미스트기의 단면도로서, 도 1의 X - X’선에 대응하는 부분의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 수소수 미스트기의 단면도로서, 도 1의 X - X’선에 대응하는 부분의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 수소수 미스트기의 단면도로서, 도 1의 X - X’선에 대응하는 부분의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 수소수 미스트기의 단면도로서, 도 1의 X - X’선에 대응하는 부분의 단면도이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 수소수 미스트기의 외관을 나타내는 단면도이다.
도 9c는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 수소수 미스트기의 작동 방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 10은 도 9a 및 도 9b에 도시된 덮개부를 나타내는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 수소수 미스트기의 외관을 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.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 수소수 미스트기(1)를 나타내는 사시도이다. 도 2는 도 1과 다른 방향에서 바라본 하부 용기(110)를 나타내는 사시도이다. 도 3은 도 1의 X - X’선에 따른 수소수 미스트기(1)의 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 수소수 미스트기(1)는 용기(10), 분사부(20), 멤브레인 전극 어셈블리(30), 및 제어부(40)를 포함할 수 있다.
용기(10)는 물을 수용할 수 있는 저수 공간(15)을 가질 수 있다. 구체적으로, 용기(10)는 상부와 하부가 개구된 실린더 형상의 상부 용기(120) 및 상부 용기(120)의 하부에 결합된 하부 용기(110)로 구성될 수 있고, 상부 용기(120) 및 하부 용기(110)의 내부의 공간은 수소수가 수용될 수 있는 저수 공간(15)으로 제공될 수 있다. 상부 용기(120)의 상부에는 외부로부터 공급되는 물이 출입할 수 있는 유입구(121)가 형성될 수 있으며, 하부 용기(110)의 측벽에는 각각 상기 측벽을 관통하는 관통홀(111) 및 분사홀(113)이 형성될 수 있다.
분사부(20)는 용기(10)의 저수 공간(15)에 수용된 물을 미스트 상태로 만들어 외부로 분사할 수 있다. 분사부(20)는 하부 용기(110)의 측벽에 설치될 수 있으며, 하부 용기(110)의 분사홀(113)을 덮을 수 있다.
일부 실시예들에서, 분사부(20)는 저수 공간(15)에 수용된 물을 미스트 상태로 만들기 위한 천공 진동자(210)를 구비할 수 있다. 천공 진동자(210)는 분사홀(113)의 일측을 덮도록 하부 용기(110)의 측벽 상에 배치될 수 있다. 분사부(20)는 물이 누수되는 것을 방지하기 위하여 천공 진동자(210)의 가장자리 부분을 덮는 씰링 부재(220)를 구비할 수 있다. 또한, 천공 진동자(210)와 하부 용기(110)의 측벽 사이에는 씰링 링(91)이 배치되어 관통홀(113)을 통한 누수를 방지할 수 있다.
멤브레인 전극 어셈블리(30)는 전원을 인가받아 저수 공간(15)에 수용된 물을 전기 분해할 수 있다. 즉, 멤브레인 전극 어셈블리(30)는 저수 공간(15) 내의 물의 일부를 수소 기체 및 산소 기체로 분해함으로써, 저수 공간(15)에 수용된 물의 용존 수소 농도를 증가시킬 수 있다.
멤브레인 전극 어셈블리(30)는 하부 용기(110)에 설치될 수 있으며, 적어도 일부분이 저수 공간(15)에 수용된 물에 침지될 수 있다. 예컨대, 멤브레인 전극 어셈블리(30)는 하부 용기(110)의 측벽에 형성된 관통홀(111)을 덮도록 배치될 수 있다. 이 경우, 멤브레인 전극 어셈블리(30)는 저수 공간(15) 내의 물이 관통홀(111)을 통하여 유출되는 것을 막을 수 있다. 예컨대, 볼트와 같은 체결 수단(80)이 하부 용기(110)의 체결홀(119) 및 브래킷(bracket, 350)의 체결홀(도 4의 353)에 수용됨으로써, 멤브레인 전극 어셈블리(30)는 하부 용기(110)에 체결될 수 있다.
제어부(40)는 분사부(20) 및 멤브레인 전극 어셈블리(30)의 구동을 제어할 수 있다. 제어부(40)는 구동 회로를 포함하는 기판(410)을 포함할 수 있으며, 기판(410)에는 스위치 디텍터(430) 및 커넥터(420)가 실장될 수 있다. 기판(410)은 브래킷(350)의 일측에 배치될 수 있으며, 예컨대 체결 수단(80)에 의하여 브래킷(350)과 함께 하부 용기(110)에 체결될 수 있다. 도면에는 도시되지 않았으나, 제어부(40)는 배터리, 센서 및 각종 구동 회로가 설치된 메인 PCB를 더 포함할 수 있으며, 상기 메인 PCB는 커넥터(420)를 통하여 기판(410)과 연결될 수 있다. 제어부(40)의 구성은 후술되는 부분에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 멤브레인 전극 어셈블리(30)의 분리 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 멤브레인 전극 어셈블리(30)는 양극 전극(310), 이온 교환 멤브레인(320), 지지체(330), 음극 전극(340), 및 브래킷(350)을 포함할 수 있다.
양극 전극(310)은 양극 전극(310)과 이온 교환 멤브레인(320) 사이에서, 즉 양극 전극(310)과 이온 교환 멤브레인(320)의 경계면에서, 소위 산소 발생 반응(Oxygen Evolution Reaction)을 일으키는 애노드 전극일 수 있다. 상기 산소 발생 반응을 통하여, 저수 공간(15) 내의 물은 수소 이온, 산소 기체, 및 전자로 분해될 수 있다. 이러한 산소 발생 반응의 반응식은 다음과 같다.
2H2O(l) → 4H+(aq) + O2(g)+ 4e-
일부 실시예들에서, 양극 전극(310)은 평판 형상의 외연을 가지되, 다수의 통공(311)이 형성된 타공 구조를 가질 수 있다. 상기 타공 구조에 의하여, 양극 전극(310)과 이온 교환 멤브레인(320)의 경계면에서 발생한 산소는 양극 전극(310)을 통과하여 보다 용이하게 배출될 수 있다. 일부 실시예들에서, 양극 전극(310)은 메시(mesh) 구조 또는 메탈라스(metal lath) 구조를 가질 수도 있다. 또한, 양극 전극(310)은 가스 확산성 소재, 투과성 소재, 또는 다수의 공극이나 통공을 가진 다공성 소재로 구현될 수도 있다.
양극 전극(310)은 산소 발생 반응에 의해 생성된 수소 이온이 이온 교환 멤브레인(320)의 제1 면(321)을 통해 이온 교환 멤브레인(320) 내부로 잘 주입되도록 이온 교환 멤브레인(320)의 제1 면(321)에 밀착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 양극 전극(310)과 이온 교환 멤브레인(320)의 제1 면(321) 사이의 밀착 결합은, 브래킷(350)과 하부 용기(110) 사이의 물리적 결합에 의하여 달성될 수 있다. 예컨대, 볼트와 같은 체결 수단(80)을 이용하여 브래킷(350)을 하부 용기(110)에 체결함으로써, 브래킷(350)과 하부 용기(110)의 측벽 사이에 배치된 양극 전극(310) 및 이온 교환 멤브레인(320)은 밀착될 수 있다.
이온 교환 멤브레인(320)은 양극 전극(310)과 음극 전극(340) 사이에 배치되어, 양극 전극(310)에서 발생한 수소 이온을 선택적으로 통과시킬 수 있다. 좀 더 구체적으로, 이온 교환 멤브레인(320)은 양극 전극(310)의 산소 발생 반응에 따라 발생한 수소 이온을 양극 전극(310)과 접하는 제1 면(321)에서 받아들이고, 이온 교환 멤브레인(320)을 통과한 수소 이온을 제1 면(321)과 대향하는 제2 면(322)을 통해 배출할 수 있다. 이러한 이온 교환 멤브레인(320)은 건조한 상태에서 이온 교환 멤브레인(320)은 평판 필름의 형태를 가지지만, 수용액 속의 이온을 선택적으로 교환하기 위하여 물에 침지되거나 물을 흡수한 상태에서는 팽윤된(swollen) 상태를 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 이온 교환 멤브레인(320)은 높은 양성자 교환 성능을 가지면서, 양극 전극(310)에서 생성되는 산화제들을 효과적으로 차단할 수 있고, 내화학성 및 내구성을 갖는 막으로 구현될 수 있다. 예컨대, 이온 교환 멤브레인(320)은 고분자 전해질 멤브레인(polymer electrolyte membrane), 또는 양성자 교환 멤브레인(proton exchange membrane)일 수 있다.
지지체(330)는 이온 교환 멤브레인(320)의 제2 면(322) 상에 배치되며, 이온 교환 멤브레인(320)을 지지할 수 있다. 지지체(330)는 이온 교환 멤브레인(320)과 양극 전극(310)이 밀착되도록, 이온 교환 멤브레인(320)의 제2 면(322)을 지지할 수 있다. 나아가, 이온 교환 멤브레인(320)이 물을 흡수하여 팽윤된 상태에 있는 동안, 지지체(330)는 양극 전극(310)과 함께 이온 교환 멤브레인(320)의 과도하게 변형되는 것을 방지할 수 있다. 지지체(330)는 이온 교환 멤브레인(320)의 변형을 방지할 수 있는 강성을 가진 금속, 세라믹 또는 플라스틱 소재로 이루어질 수 있다.
지지체(330)는 평판 형상의 외연을 가지되, 다수의 통공(331)이 형성된 타공 구조를 가질 수 있다. 지지체(330)의 타공 구조를 통하여 이온 교환 멤브레인(320)은 저수 공간(15) 내의 물을 흡수할 수 있으며, 이온 교환 멤브레인(320)을 통과한 수소 이온은 음극 전극(340)으로 전달될 수 있다. 일부 실시예들에서, 지지체(330)는 소정 두께의 격벽 구조로 구현될 수 있으며, 예컨대 허니콤(honeycomb) 구조일 수 있다. 다른 실시예들에서, 지지체(330)는 메탈라스 방식으로 형성된 망형 구조를 가질 수도 있다.
음극 전극(340)은 이온 교환 멤브레인(320)을 사이에 두고 양극 전극(310)과 이격되어 배치되며, 소위 수소 발생 반응(Hydrogen Evolution Reaction)을 일으키는 캐소드 전극일 수 있다. 상기 수소 발생 반응을 통하여, 수소 이온과 전자가 결합되어 수소 기체가 발생될 수 있다. 이러한 수소 발생 반응의 반응식은 다음과 같다.
4H+(aq) + 4e- → 2H2(g)
음극 전극(340)은 평판 형상의 외연을 가지되, 다수의 통공(341)이 형성된 타공 구조를 가질 수 있다. 상기 타공 구조에 의하여, 음극 전극(340)의 표면 근처에서 발생된 수소 기체 내지 기포는 보다 용이하게 용기(10) 내의 저수 공간(15)으로 배출될 수 있다. 일부 실시예들에서, 음극 전극(340)은 메시 구조 또는 메탈라스 구조를 가질 수도 있다. 또한, 음극 전극(340)은 가스 확산성 소재, 투과성 소재, 또는 다수의 공극이나 통공을 가진 다공성 소재로 구현될 수도 있다.
음극 전극(340)은 이온 교환 멤브레인(320)과 비접촉적으로 대향할 수 있다. 즉, 음극 전극(340)은 이온 교환 멤브레인(320)의 제2 면(322)으로부터 소정 거리 이격될 수 있다. 이 때, 음극 전극(340)과 이온 교환 멤브레인(320) 사이의 거리는 전기 분해 효율을 고려하여 적절하게 조절될 수 있다. 일부 실시예들에서, 음극 전극(340)과 이온 교환 멤브레인(320) 사이의 거리는 1 cm 이내일 수 있다. 또는, 일부 실시예들에서, 음극 전극(340)과 이온 교환 멤브레인(320) 사이의 거리는 0.6 cm 이내일 수 있다.
통상적인 멤브레인 전극 어셈블리 구조에서 캐소드 전극은 이온 교환막에 밀착되어 일체화되므로, 캐소드 전극의 표면에서 발생한 수소 기체가 배출되기 위한 공간이 부족하여 수용액으로의 수소 기체 공급이 원활하게 이루어지지 못하는 문제가 발생하였다. 또한, 캐소드 전극이 이온 교환막과 밀착된 구조에서는, 수소 기체가 캐소드 전극으로부터 이탈하지 못하고 층 형상의 수소 기체 막을 형성하게 되고, 이로 인하여 전기 분해 효율이 크게 저하되는 문제가 발생하였다. 이에 반하여, 본 발명의 실시예들에서, 음극 전극(340)은 이온 교환 멤브레인(320)과 이격되므로, 음극 전극(340) 표면에서 발생한 수소 기체는 보다 효율적으로 저수 공간(15) 내의 물로 배출될 수 있고, 수소 기체가 캐소드 전극 표면으로부터 이탈하지 못하여 전기 분해 효율이 저하되는 문제를 개선할 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 것과 같이, 음극 전극(340)은 저수 공간(15) 내에 배치되고, 양극 전극(310), 이온 교환 멤브레인(320), 지지체(330), 및 브래킷(350)은 저수 공간(15) 외부에 배치될 수 있다. 브래킷(350)은 양극 전극(310)의 일측에 배치되며, 체결 수단(80)에 의하여 하부 용기(110)에 체결됨으로써 브래킷(350)과 관통홀(111) 사이에 배치된 양극 전극(310), 이온 교환 멤브레인(320), 및 지지체(330)를 밀착시킬 수 있다. 지지체(330)와 하부 용기(110)의 측벽 사이에는 저수 공간(15) 내의 물이 누수되는 것을 방지하기 위하여 씰링 링(93)이 배치될 수 있다.
이 때, 음극 전극(340)은 하부 용기(110)의 측벽에 형성된 관통홀(111)을 통하여 이온 교환 멤브레인(320)과 마주할 수 있다. 이 경우, 이온 교환 멤브레인(320)은 관통홀(111)을 통하여 공급된 물에 침지되며, 물을 흡수하여 팽윤될 수 있다. 이후, 양극 전극(310)의 전극 단자(315) 및 음극 전극(340)의 전극 단자(345)로 각각 전원이 인가되면, 양극 전극(310)과 이온 교환 멤브레인(320)의 경계면에서 산소 발생 반응에 의하여 수소 이온 및 산소 기체가 발생할 수 있다. 상기 수소 이온은 관통홀(111)을 통해 음극 전극(340)으로 전달되며, 음극 전극(340)의 표면 및 그 부근에서는 수소 발생 반응에 의하여 수소 기체가 발생하게 된다. 또, 상기 산소 기체는 외부로 배출되며, 브래킷(350)에는 산소 기체의 배출을 용이하게 하기 위한 다수의 통공(351)이 형성될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 음극 전극(340)이 저수 공간(15) 내에 설치됨에 따라 이온 교환 멤브레인(320)과 마주하는 음극 전극(340)의 일면과 상기 일면과 반대되는 타면 모두 물에 침지될 수 있다. 따라서, 음극 전극(340) 표면의 수소 기포는 보다 효과적으로 저수 공간(15)의 물에 희석될 수 있다.
또한, 전술한 것과 같이 음극 전극(340)과 이온 교환 멤브레인(320)은 이격되어 배치될 수 있으며, 음극 전극(340)과 이온 교환 멤브레인(320) 사이의 이격 거리는 지지체(330)의 두께 및 관통홀(111)의 깊이에 의하여 확보될 수 있다. 음극 전극(340) 및 양극 전극(310) 사이의 전계를 확보하면서도 음극 전극(340) 표면 및 그 부근에서 발생된 수소 기체가 저수 공간(15) 내의 물로 효율적으로 배출되도록, 지지체(330)의 두께 및 관통홀(111)의 깊이는 적절하게 조절될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 수소수 미스트기(1a)의 단면도로서, 도 1의 X - X’선에 대응하는 부분의 단면도이다.
도 5에 도시된 수소수 미스트기(1a)는 지지체를 포함하지 않는 점 및 격벽 부재(117)를 더 포함한다는 점을 제외하고는 도 1 내지 도 4에서 설명된 수소수 미스트기(1)와 대체로 동일한 구성을 가질 수 있다. 도 5에 있어서, 도 1 내지 도 4와 동일한 참조 번호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 이들에 대한 상세한 설명은 생략하거나 간단히 한다.
도 5를 참조하면, 하부 용기(110)는 관통홀(111) 내에 설치된 격벽 부재(117)를 포함할 수 있다. 격벽 부재(117)는 하부 용기(110)의 측벽의 일부를 구성할 수 있으며, 격벽 부재(117)에 의하여 관통홀(111)은 다수의 공간으로 구획될 수 있다. 예를 들면, 격벽 부재(117)는 허니콤 구조를 가질 수 있다.
격벽 부재(117)는 이온 교환 멤브레인(320)의 제2 면(322)을 접촉 지지하도록 구성될 수 있다. 특히, 이온 교환 멤브레인(320)이 물을 흡수하여 팽윤된 상태에 있는 동안, 격벽 부재(117)는 이온 교환 멤브레인(320)과 양극 전극(310)을 밀착되도록 이온 교환 멤브레인(320)의 제2 면(322)을 지지할 수 있다.
이 경우, 음극 전극(340)과 이온 교환 멤브레인(320) 사이의 이격 거리는 격벽 부재(117)의 두께에 의하여 확보될 수 있다. 멤브레인 전극 어셈블리(30a)는 지지체를 생략하여 구성될 수 있으므로, 음극 전극(340)과 이온 교환 멤브레인(320) 사이의 거리를 줄이기에 유리할 수 있다. 예컨대, 음극 전극(340)과 이온 교환 멤브레인(320) 간의 거리는 생략된 지지체의 두께만큼 감소될 수 있으므로, 양극 전극(310)과 음극 전극(340) 간의 전계를 보다 더 강화하기에 적합할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 수소수 미스트기(1b)의 단면도로서, 도 1의 X - X’선에 대응하는 부분의 단면도이다.
도 6에 도시된 수소수 미스트기(1b)는 음극 전극(340a)이 하부 용기(110)의 저수 공간(15)의 외부에 배치된 점을 제외하고는 도 1 내지 도 4에서 설명된 수소수 미스트기(1)와 대체로 동일한 구성을 가질 수 있다. 도 6에 있어서, 도 1 내지 도 4와 동일한 참조 번호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 이들에 대한 상세한 설명은 생략하거나 간단히 한다.
도 6을 참조하면, 멤브레인 전극 어셈블리(30b)는 저수 공간(15)의 외부에 배치되고, 관통홀(111)을 일측을 덮도록 하부 용기(110)에 체결될 수 있다. 즉, 음극 전극(340a), 지지체(330), 이온 교환 멤브레인(320), 및 양극 전극(310)은 하부 용기(110)의 측벽 상에 순차적으로 배치될 수 있다.
브래킷(350)이 하부 용기(110)에 체결됨에 따라, 하부 용기(110)의 측벽과 브래킷(350) 사이에 배치된 음극 전극(340a), 지지체(330), 이온 교환 멤브레인(320), 및 양극 전극(310)을 밀착될 수 있다.
지지체(330)는 이온 교환 멤브레인(320)과 음극 전극(340a) 사이에 개재되어, 이온 교환 멤브레인(320)과 음극 전극(340a)을 이격시킬 수 있다. 지지체(330)의 타공 구조를 통하여, 음극 전극(340a)은 이온 교환 멤브레인(320)과 마주할 수 있다. 지지체(330)의 타공 구조에 의하여 제공되는 음극 전극(340a)과 이온 교환 멤브레인(320) 사이의 공간은 음극 전극(340a)의 표면 근처에서 수소 이온과 전자가 결합하여 수소 기체가 발생할 환경을 조성하고, 나아가 발생한 수소 기체가 모여 기포화할 수 있는 공간으로 제공될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 수소수 미스트기(1c)의 단면도로서, 도 1의 X - X’선에 대응하는 부분의 단면도이다.
도 7에 도시된 수소수 미스트기(1c)는 지지체가 생략된 점을 제외하고는 도 6에 설명된 수소수 미스트기(1b)와 대체로 동일한 구성을 가질 수 있다. 도 7에 있어서, 도 6과 동일한 참조 번호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 이들에 대한 상세한 설명은 생략하거나 간단히 한다.
도 7을 참조하면, 멤브레인 전극 어셈블리(30c)는 음극 전극(340a), 이온 교환 멤브레인(320), 양극 전극(310) 및 브래킷(350)을 포함할 수 있다. 음극 전극(340a), 이온 교환 멤브레인(320), 및 양극 전극(310)은 하부 용기(110)의 측벽 상에 순차적으로 배치될 수 있고, 음극 전극(340a), 이온 교환 멤브레인(320), 및 양극 전극(310)은 밀착될 수 있다. 즉, 이온 교환 멤브레인(320)의 제1 면(321)은 양극 전극(310)에 밀착되고, 이온 교환 멤브레인(320)의 제2 면(322)은 음극 전극(340a)에 밀착될 수 있다. 이 경우, 이온 교환 멤브레인(320)과 밀착된 음극 전극(340a)의 표면에서 발생한 수소 기체는 음극 전극(340a)의 통공(도 4의 331 참조)을 통하여 저수 공간(15)으로 배출될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 수소수 미스트기(1d)의 단면도로서, 도 1의 X - X’선에 대응하는 부분의 단면도이다.
도 8에 도시된 수소수 미스트기(1d)는 지지체가 생략된 점, 및 갭퍼(gapper, 360)를 더 포함한다는 점을 제외하고는 도 6에 설명된 수소수 미스트기(1b)와 대체로 동일한 구성을 가질 수 있다. 도 8a 및 도 8b에 있어서, 도 6과 동일한 참조 번호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 이들에 대한 상세한 설명은 생략하거나 간단히 한다.
도 8을 참조하면, 멤브레인 전극 어셈블리(30d)는 음극 전극(340a), 갭퍼(360), 이온 교환 멤브레인(320), 양극 전극(310) 및 브래킷(350)을 포함할 수 있다. 음극 전극(340a), 갭퍼(360), 이온 교환 멤브레인(320), 양극 전극(310)는 하부 용기(110)의 측벽 상에 순차적으로 배치될 수 있다. 갭퍼(360)는 음극 전극(340a) 및 이온 교환 멤브레인(320) 사이에 배치되어, 음극 전극(340a)과 이온 교환 멤브레인(320)을 소정 간격 이격시킬 수 있다. 예컨대, 음극 전극(340a)과 이온 교환 멤브레인(320)은 갭퍼(360)의 두께만큼 이격될 수 있다.
갭퍼(360)는 음극 전극(340a)과 이온 교환 멤브레인(320) 사이에 소정 공간을 제공하기 위하여 중공된 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 갭퍼(360)는 사각틀 형상을 가질 수 있다.
갭퍼(360)에 의하여 제공된 음극 전극(340a)과 이온 교환 멤브레인(320) 사이의 공간은 음극 전극(340a)의 표면 근처에서 수소 이온과 전자가 결합하여 수소 기체가 발생할 환경을 조성하고, 나아가 발생한 수소 기체가 모여 기포화할 수 있는 공간으로 제공될 수 있다.
다른 실시예들에서, 멤브레인 전극 어셈블리는 갭퍼(360)와 이온 교환 멤브레인(320) 사이에 지지체(도 6의 330 참조)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 음극 전극(340a)과 이온 교환 멤브레인(320) 사이의 간격은 갭퍼(360) 및 상기 지지체에 의하여 확보될 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 수소수 미스트기(2)의 외관을 나타내는 단면도이다. 도 9c는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 수소수 미스트기의 작동 방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 9a 및 도 9b에 도시된 수소수 미스트기(2)는 외부 하우징(50) 및 덮개부(60)를 더 포함한다는 점을 제외하고는 앞서 도 1 내지 도 8에서 설명된 수소수 미스트기(1, 1a, 1b, 1c, 1d)와 대체로 동일한 구성을 가질 수 있다. 여기서는 중복되는 설명은 생략하거나 간단히 한다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 수소수 미스트기(2)는 외부 하우징(50) 및 덮개부(60)를 포함할 수 있다.
외부 하우징(50)에는 도 1 내지 도 8을 통하여 설명된 수소수 미스트기(1, 1a, 1b, 1c, 1d)가 장착될 수 있다. 외부 하우징(50)은 외부 하우징(50)의 외주를 따라 슬라이딩 동작하도록 구성된 조그링(53)을 포함할 수 있으며, 조그링(53)에는 하부 용기(도 3의 110 참조)의 분사홀(도 3의 113 참조)에 대응될 수 있는 조그링 홀(53h)이 형성될 수 있다.
예를 들면, 도 9b에 도시된 것과 같이, 수소수가 미스트 상태로 분사되는 동안, 조그링(53)은 조그링 홀(53h)이 상기 분사홀에 대응되는 위치에 위치하도록 슬라이딩될 수 있다.
덮개부(60)는 상부 용기(120)의 유입구(121)를 개폐하기 위한 것으로, 외부 하우징(50)에 분리가능하게 결합될 수 있다. 용기(10)의 저수 공간(15)으로 물이 공급되는 동안, 덮개부(60)는 외부 하우징(50)으로부터 분리되어 유입구(121)를 개방할 수 있다. 또한, 덮개부(60)는 용기(10)의 유입구(121)를 폐쇄하여 저수 공간(15)의 물이 유입구(121)를 통해 누수되는 것을 막을 수 있다.
이하에서는, 도 1 내지 도 4, 및 도 9a 내지 도 9c를 참조하여, 본 발명의 수소수 미스트기(1, 2)의 예시적인 작동 방법을 설명한다.
먼저, 용기(10)의 저수 공간(15)으로 물을 공급하고, 덮개부(60)로 용기(10)의 유입구(121)를 막는다. 외부 하우징(50)에 설치된 스위치(51)를 누르면, 제어부(40a)를 통하여 멤브레인 전극 어셈블리(30b)를 구동하기 위한 전원이 양극 전극(310) 및 음극 전극(340)으로 인가될 수 있다. 상기 전원은 양극 전극(310)의 전극 단자(315) 및 음극 전극(340)의 전극 단자(345)을 통하여 각각 양극 전극(310) 및 음극 전극(340)에 공급될 수 있다. 멤브레인 전극 어셈블리(30)의 구동에 의하여, 저수 공간(15) 내의 물은 전기 분해되고, 저수 공간(15) 내에 수용된 물의 용존 수소 농도가 증가될 수 있다. 멤브레인 전극 어셈블리(30)가 구동되는 동안, 조그링(53)은 분사홀(113)을 덮을 수 있다.
이어서, 조그링 홀(53h)이 하부 용기(110)의 분사홀(113)에 대응되는 위치에 위치되도록, 외부 하우징(50)의 외주를 따라 조그링(53)을 슬라이딩시킨다. 스위치 디텍터(430)는 조그링 홀(53h)이 하부 용기(110)의 분사홀(113)에 대응되는 위치에 위치하였는지 여부를 감지할 수 있다. 스위치 디텍터(430)가 조그링 홀(53h)이 하부 용기(110)의 분사홀(113)에 대응되도록 위치된 것을 감지하면, 제어부(40a)는 멤브레인 전극 어셈블리(30)의 구동을 비활성화시키고, 분사부(20)의 동작을 활성화시킬 수 있다. 즉, 조그링 홀(53h)이 하부 용기(110)의 분사홀(113)에 대응되는 위치에 위치하는 동안 스위치(51)를 누르면, 분사부(20)는 저수 공간(15)에 수용된 수소수를 미스트 상태로 외부로 분사하게 된다.
한편, 일부 실시예들에서, 제어부(40a)는 수소수 미스트기(2)의 기울어짐을 감지하기 위한 센싱부(440)를 구비할 수 있다. 제어부(40a)는 센싱부(440)에서 감지된 결과에 따라, 멤브레인 전극 어셈블리(30)의 구동 및/또는 분사부(20)의 구동을 제어할 수 있다. 예컨대, 센싱부(400)를 통해 수소수 미스트기(2)가 수직 상태로부터 소정 각도 이상 기울어진 것이 감지되면, 제어부(40a)는 멤브레인 전극 어셈블리(30)의 구동 및/또는 분사부(20)의 구동을 비활성화시킬 수 있다.
일부 실시예들에서, 센싱부(440)는 가속도 센서, 위치 센서, 및 기울기 센서 중 적어도 하나로 구성될 수 있다.
도 10은 도 9a 및 도 9b에 도시된 덮개부(60)를 나타내는 단면도이다.
도 10을 참조하면, 덮개부(60)는 외부와 용기(도 1의 10)의 저수 공간(15) 사이에 기체의 유출입을 위한 채널(62)을 가지고, 상기 채널(62)에 배치된 방수 통기막(waterproof breathable membrane, 61)을 포함할 수 있다.
채널(62)은 저수 공간(15)과 외부 사이에 기체가 유출입될 수 있는 경로를 제공함으로써, 용기 내부의 압력을 조절되도록 할 수 있다. 예컨대, 멤브레인 전극 어셈블리(도 3의 30 참조)의 구동에 의하여 용기 내부에 수소 기체가 발생할 때, 채널(62)은 용기 내부의 일정량의 기체를 유출시킴으로써 용기 내부의 압력을 적절하게 조절할 수 있다. 채널(62)은 상부 용기(120)의 유입구(121)로부터 방수 통기막(61) 사이에서 연장하는 제1 채널(62a) 및 방수 통기막(61)으로부터 외부로 연장하는 제2 채널(62b)로 구성될 수 있다.
방수 통기막(61)은 통기성 및 방수성을 가지는 막으로써, 채널(62)을 통한 기체의 유출입은 허용하되, 채널(62)을 통한 액체의 유출입은 차단할 수 있다. 즉, 방수 통기막(61)은 채널(62)을 통한 기체의 유출입을 허용하여 용기 내부의 압력이 조절되도록 하되, 채널(62)을 통하여 물이 누수되는 것을 방지하게 된다.
도 11은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 수소수 미스트기(2a)의 외관을 나타내는 단면도이다.
도 11에 도시된 수소수 미스트기(2a)는 덮개부(60a)의 구성을 제외하고는 앞서 도 10에서 설명된 수소수 미스트기(2)와 대체로 동일한 구성을 가질 수 있다. 여기서는 중복되는 설명은 생략하거나 간단히 한다.
도 11을 참조하면, 수소수 미스트기(2a)는 롤-온(roll-on) 타입의 덮개부(60a)를 포함할 수 있다. 롤-온 타입의 덮개부(60a)는 공지된 통상의 구조로서, 상부 용기(도 1의 120 참조)의 유입구(도 1의 121 참조)의 상부에 배치되고 일부분이 외부로 노출된 롤(65)을 포함할 수 있다. 덮개부(60a)를 통해, 용기(도 1의 10 참조)에 수용된 수소수는 롤(65)을 통하여 사용자의 피부에 직접 도포될 수 있다. 수소수 미스트기(2a)를 이용하여 사용자가 수소수를 도포 방식으로 이용하는 동안 용기 내부의 수소수가 유출되는 것을 방지하기 위하여, 덮개부(60a)는 조그링 홀(도 10의 53h)를 폐쇄할 수 있다. 상기 덮개부(60a)는 앞서 도 10에 도시된 덮개부(도 10의 60)와 교환하여 사용할 수 있도록 사용자에 제공될 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1, 1a, 1b, 2, 2a: 수소수 미스트기
10: 용기 110: 하부 용기
120 상부 용기 20: 분사부
210: 천공 진동자 220: 씰링 부재
30, 30a, 30b: 멤브레인 전극 어셈블리
310: 양극 전극 ` 320: 이온 교환 멤브레인
330: 지지체 340, 340a: 음극 전극
350: 브래킷 40, 40a: 제어부
410: 기판 420: 커넥터
430: 스위치 디텍터 440: 센싱부
50: 외부 하우징 60, 60a: 덮개부

Claims (8)

  1. 물을 수용할 수 있는 저수 공간을 가지고, 상기 저수 공간을 정의하는 바닥부 및 측벽을 포함하는 용기;
    상기 용기에 설치되고, 상기 저수 공간에 수용된 물을 외부로 분사하도록 구성된 분사부; 및
    상기 용기에 설치되고, 상기 저수 공간에 수용된 물을 전기 분해하여 수소를 발생시키도록 구성된 멤브레인 전극 어셈블리를 포함하며,
    상기 멤브레인 전극 어셈블리는,
    양극 전극;
    상기 양극 전극과 접하는 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 갖는 이온 교환 멤브레인; 및
    상기 이온 교환 멤브레인을 사이에 두고 상기 양극 전극과 이격된 음극 전극을 포함하고,
    상기 분사부는 상기 용기의 측벽을 관통하는 분사홀을 덮도록 배치되어 상기 저수 공간 내의 물을 미스트 상태로 분사하도록 구성된 천공 진동자를 포함하고,
    상기 멤브레인 전극 어셈블리는 상기 용기의 측벽과 마주하도록 배치된 수소수 미스트기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 용기는 상기 용기의 측벽을 관통하는 관통홀을 가지고,
    상기 음극 전극은 상기 저수 공간 내에 설치되고,
    상기 이온 교환 멤브레인은 상기 관통홀을 사이에 두고 상기 음극 전극으로부터 이격된 수소수 미스트기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 멤브레인 전극 어셈블리는 상기 용기의 측벽과 상기 이온 교환 멤브레인 사이에 배치되어 상기 이온 교환 멤브레인의 상기 제2 면을 접촉 지지하는 지지체를 더 포함하고,
    상기 지지체는 상기 지지체를 관통하는 다수의 통공을 가지는 수소수 미스트기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 용기는 상기 이온 교환 멤브레인의 상기 제2 면을 접촉 지지하도록 상기 관통홀 내에 배치된 격벽 부재를 더 포함하는 수소수 미스트기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 용기의 상부에 형성된 유입구를 덮는 덮개부를 더 포함하며,
    상기 덮개부는 상기 용기의 상기 저수 공간과 외부 사이에서 연장하는 채널과, 상기 채널에 배치된 방수 통기막을 포함하는 수소수 미스트기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 용기의 상부에 형성된 유입구를 덮는 롤-온(roll-on) 타입의 덮개부를 더 포함하는 수소수 미스트기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 용기는 상기 용기의 측벽을 관통하는 관통홀을 가지며,
    상기 멤브레인 전극 어셈블리는 상기 용기의 측벽 상에 배치되어 상기 관통홀을 덮고,
    상기 음극 전극, 상기 이온 교환 멤브레인, 및 상기 양극 전극은 상기 용기의 측벽 상에 순차적으로 배치되는 수소수 미스트기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 멤브레인 전극 어셈블리는 상기 음극 전극 및 상기 이온 교환 멤브레인 사이에 배치된 지지체 또는 갭퍼(gapper)를 더 포함하는 수소수 미스트기.
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