KR20100003641U

KR20100003641U - 전기분해장치 및 이를 이용한 정수기

Info

Publication number: KR20100003641U
Application number: KR2020080012972U
Authority: KR
Inventors: 김찬구; 방명혁
Original assignee: 주식회사 영우워터라인; 주식회사 에이치엘엠씨
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2010-04-05

Abstract

본 고안은 전기분해장치 및 이를 이용한 정수기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 과열방지기능과 가스폭발방지기능이 구비된 고효율의 전기분해장치 및 이를 이용하여 체내의 활성산소의 제거에 유효한 수소가 풍부한 물을 생성하는 정수기에 관한 것이다.

본 고안에 따른 전기분해장치는 정수필터를 거친 정수가 일정량을 유지하도록 볼탑을 통해 유입되게 구성된 정수공급통과; 상기 정수공급통의 물이 유입될 수 있도록 설치된 산소발생통과; 양극판과 분리막 그리고 음극판을 경계로 산소발생통과 좌우 대칭구조를 이루며 정수가 유입되지 않는 빈공간으로 이루어진 수소발생통과; 상기 정수공급통과 산소발생통 사이에 설치되되 일 측으로 갈수록 높이가 높아지도록 경사지게 설치된 차단벽과; 상기 정수공급통의 물이 산소발생통으로 유입될 수 있도록 상기 차단벽을 따라 일정 간격으로 형성되되 일 측으로 갈수록 길이가 길어지는 다수 개의 연통로와; 상기 수소발생통에서 발생하는 수소를 정수에 주입하는 수소기체 유입배관으로 배출시키기 위해 수소발생통에 설치된 제1 수소 배출구를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

수소풍부수, 정수기, 전기분해, 전해조, 릴리즈밸브

Description

전기분해장치 및 이를 이용한 정수기{ELECTROLYSIS DEVICE AND WATER PURIFIER WITH THE SAME}

최근 들어, 정수기에서 필터링한 물을 재차 전기분해장치를 사용하여 물을 전기분해하여 알칼리수를 음용수로 사용하고 산성수를 살균수나 미용수로 사용하도록 하는 이온정수기가 제안되고 있다.

이러한 이온정수기에 관한 종래기술로는 공지된 대한민국 공개특허 제10-2005-5274호(2005.1.13), 공개특허 제10-2004-110297호(2004.12.31), 등록실용신안 제20-327035호(2003.9.5)등에 잘 나타나 있다.

종래의 이온 정수기는 수도꼭지로부터 제공된 원수를 정수필터로 정수한 다음 저장하는 저장탱크와, 상기 저장탱크로부터 제공된 정수를 전기분해하여 알칼리수와 산성수를 만드는 전기분해장치와, 상기 전기분해장치에서 배출되는 알칼리수 를 냉각하여 저장하는 냉수탱크를 갖추고 있다.

도 1a는 저장탱크에서 제공된 정수를 전기분해하여 알칼리수와 산성수를 생산하는 전기분해장치의 일반적 구조를 보여주는 사시도이고, 도 1b는 도 1a에 도시된 전기분해장치의 단면구조를 개략적으로 보인 단면도이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 전기분해장치(B)의 내부에는 산성수를 만들기 위한 양극판(+)이 마련된 양극실(41)과, 알칼리수를 만들기 위한 음극판(-)이 마련된 음극실(40)을 갖추고 있으며, 물의 전해질을 분리 여과하여 이온수를 생성하는 멤브레인(격막:42)이 설치되어 있다.

즉, 상기 음극실(40) 및 양극실(41)의 각 전극(40a,41a)에 전압을 인가하면 양극실(41)에서는 수산이온이 환원되어 산소가스가 발생하므로 물속의 수산 이온이 소비되고, 이때 수산이온 이외의 염소, 인, 유황 등의 음이온은 산을 형성하여 양극실(41)의 물을 산성을 띠게 된다. 그리고 음극실(40)에서는 수소이온이 환원되어 수소기체가 발생하므로 물속의 수소 이온이 소비되고, 이때 수소 이온 이외의 나트륨, 마그네슘, 칼슘 등의 양이온은 수소 이온 쌍을 형성하여 음극실(40)의 용액은 알칼리성을 띠게 된다. 이렇게 생성된 알칼리수는 음료용으로 사용되고, 산성수는 피부미용이나 소독수로 사용된다.

이와 같이 종래의 전기분해장치는 알칼리수를 생성하는데 주로 이용되었다. 그러나 종래의 알칼리수는 전기분해 과정에서 물의 pH가 높게 되기 때문에 의료기로 사용되고 있다. 식약청 규정에 의하면 pH가 9.0 이상이면 의료기로 분류되어 정수기의 제조, 판매에 제약을 많이 받게 되는 문제가 있다.

또한, 종래의 전기분해장치는 산성수와 알칼리수가 동시에 생성되기 때문에 알칼리수만 이용하고자 하는 경우 산성수를 버려야 하는 문제점이 있었다.

또한, 알칼리수의 pH가 9 내지 10 정도로 높아서 알칼리수에 대한 과민증 질환이 있는 경우 사용할 수 없으며 광물질 용해도가 낮아 인체에 유용한 미네랄 성분을 음용하기 어려운 단점이 있었다.

한편, 최근에는 산화환원전위가 낮은 물 즉, 수소환원수 또는 수소풍부수를 음용하는 방법이 알려지고 있다. 수소를 다량으로 함유하는 물은 암을 비롯한 각종 질병의 원인이라고 하는 활성산소를 제거한다. 생체의 신진대사 과정에서 발생한 활성산소는 산화력이 매우 강하여 생체를 구성하고 있는 유전자나 세포를 산화시켜 질병을 유발하는 것으로 알려져 있다. 그런데, 수소환원수 또는 수소풍부수에 포함되어 있는 활성수소가 체내의 활성산소와 반응하여 순수한 물로서 환원시키므로 활성산소에 의해 세포가 산화되는 것을 방지하는 것이다. 이에 따라, 수소풍부수는 활성산소로 인한 각종 난치병과 노화예방 및 치료에 도움을 줄 수 있다.

본 고안은 수소를 생성하기 위한 전기분해장치와 이를 이용하여 수소풍부수를 만들기 위한 정수기와 관련된다. 일반적으로 물을 전기분해하면 H₂O가 분리되어 다음과 같은 반응이 일어난다.

H₂O → H⁺ + (OH) + e^-

2(OH) → O₂ + 2H⁺ + 2e^-

2H₂O + 2e^- → H₂ + 2OH^-

따라서 양극 측에서는 산소(O₂)가 음극 측에서는 수소(H₂)가 발생하게 된다. 이와 같은 반응을 이용하여 산소나 수소를 분리 추출할 수 있으며 이것을 물에 혼입시켜 산소나 수소가 일반 물에 비해 4~10배까지 풍부하게 혼입되어 있는 물을 만드는 것이 가능하다.

예를 들어, 일반 물은 1리터당 6~8mg의 산소가 들어 있다. 이를 6~8ppm이라고 표시하는데, 산소수에는 40~100ppm의 산소를 포함하고 있다. 이와 마찬가지로 수소수도 일반 물에 비해 4~10배까지 풍부하게 수고가 혼입되어 있는 물을 만드는 것이 가능하다. 수소가 풍부한 물을 음용하면 체내에 있는 활성산소(유해산소)를 제거시켜주는 역할을 하는데, 이것은 O₂ ^- + H₂ ⁺ = 2H₂O 반응식과 같이 활성수소가 활성산소와 결합하여 중성인 물을 생성하기 때문이다.

도 2a는 정수를 전기분해하여 산소 및 수소를 생산하는 전기분해장치의 일반적 구조를 보여주는 정단면도이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 전기분해장치의 A-A 측단면도이다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 종래의 전기분해장치(1)는 크게 정수공급통(3)과, 산소발생통(5) 및 수소발생통(7)으로 구성된다.

상기 정수공급통(3)은 정수필터를 통해 정수한 물을 저장한다. 산소발생통(5)은 정수공급통(3)에서 물을 공급받을 수 있도록 연결되어 있고, 상기 산소발 생통(5)과 수소발생통(7)은 양극판(21)과 분리막(22) 그리고 음극판(23)을 경계를 좌우 대칭구조를 갖는다.

상기 양극판(21)과 음극판(23)은 티타늄 다공판에 백금도금을 하여 전도성과 부식성을 고려한 소재로 이루어진다. 상기 분리막(22)은 수소 기체는 통과시키되 물은 통과시키지 않는 멤브레인 막이다.

그리고 정수공급통(3)에는 정수가 항상 일정량을 유지하도록 볼탑(부레:31)을 통해 유입되게 구성되고, 정수공급통(3)과 산소발생통(5) 사이에는 산소발생통(5)에서 발생하는 열이 정수공급통(3)으로 전달되는 것을 막기 위한 차단벽(4)이 설치되고, 이 차단벽(4)에는 정수공급통(3)의 물이 산소발생통(5)으로 흘러가도록 다수 개의 연통로(6)가 형성되어 있다.

그리고 상기 수소발생통(7)에는 수소기체가 용이하게 포집되도록 정수가 유입되지 않는 빈공간으로 구성한다. 상기 수소발생통(7)에는 발생한 산소기체를 수소기체 유입배관으로 배출하기 위한 수소 배출구(73)가 형성되어 있다.

따라서 상기 정수공급통(3)에 저장되어 있는 물이 연통로(6)를 통해 산소발생통(5)에 가득 채워진 상태에서, 양극판(21)과 음극판(23)에 직류전원을 인가하면, 산소발생통(5)에 채워져 있는 물로부터 전기분해에 의해 산소와 수소가 발생하게 되는데 이때 분리막(22)을 경계로 산소는 산소발생통(5)에서 발생하고, 수소는 수소발생통(7)에서 발생하게 된다.

도 3은 종래의 전기분해장치를 이용하여 수소가 풍부한 물을 생성하는 정수기의 구성을 보여준다. 수돗물이 침전과 흡착기능을 갖는 정수필터(11)를 거쳐 깨 끗하게 정수된 물은 대부분 냉각저수조(90)로 유입되거나 정수된 물의 일부는 전기분해를 위해 분리관(50)에 연결된 이온교환수지 필터(12)를 거쳐 전기분해장치(1)로 유입되도록 구성된다.

그리고 전기분해장치(1)의 수소발생통(7)에서 발생하는 수소는 수소기체주입 배관(61)을 통해 기체 주입관(60)로 주입되어 가압펌프(51)에 의해 공급되는 정수에 주입되도록 구성된다. 그리고 수소가 주입된 정수는 기체 혼합기(80)를 통과시켜 수소기체를 균일하게 혼입시킨 후 냉각저수조(90)에 저장하여 필요시에 출수구(91)를 통해 수소풍부수를 사용할 수 있도록 구성된다.

그러나 종래 기술에 따른 전기분해장치와 이를 이용한 정수기는 전기분해 효율이 떨어지고 수소기체의 폭발위험성이 있을 뿐만 아니라 냉각저수조 내의 수소농도가 떨어지는 문제가 있었다.

즉, 종래의 전기분해장치는 수소풍부수의 사용량이 증가할 경우 산소발생통 내부의 온도가 적정온도 범위(60~80℃)를 초과하여 과열되므로 처리효율이 떨어지는 문제가 있다.

또한, 종래의 전기분해장치는 수소풍부수의 사용에 따라 냉각저수조 내의 수위가 떨어지면, 원수를 정수하여 공급함과 아울러 전기분해장치를 가동시켜 수소를 정수에 혼입하게 되는데, 이때 냉각저수조의 수위가 정해진 수위에 도달하면 바로 정수의 흐름이 차단되기 때문에 전기분해장치에서 발생하는 수소가 배출되지 못하고 수소발생통 내부에 그대로 잔류하게 된다. 이와 같이, 수소발생통에 수소기체가 충전되어 내부압력이 상승하면 외부의 충격에 의해서 폭발할 위험이 있다.

아울러, 종래의 정수기는 정수에 수소기체를 혼입하여 냉각저수조에 저장하는 방식이므로 시간의 경과에 따라 냉각저수조에 저장된 수소풍부수의 수소농도가 자연적으로 감소할 경우 이를 보충할 수 없는 문제가 있었다.

본 고안은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 고안의 주된 목적은 정수된 물의 전기분해로부터 수소를 발생시키는 고효율의 전기분해장치와 이 전기분해장치에서 생성된 수소(H₂)를 정수에 혼입시켜 항상 일정량의 수소가 혼합되어 있는 수소풍부수를 얻을 수 있도록 한 수소가 풍부한 물을 생성하는 정수기를 제공하는데 목적이 있다.

본 고안의 다른 목적은 전기분해장치의 온도를 일정하게 유지하여 수소의 발생효율을 향상시킨 전기분해장치를 제공하는 것이다.

본 고안의 또 다른 목적은 전기분해장치의 수소발생통 내부에 잔류하는 수소를 냉각저수조으로 배출함으로써 수소기체의 폭발을 방지하고 냉각저수조 내의 수소 농도를 높일 수 있는 정수기를 제공하는 것이다.

본 고안의 목적을 달성하기 위하여, 본 고안에 따른 전기분해장치는 정수필터를 거친 정수가 일정량을 유지하도록 볼탑을 통해 유입되게 구성된 정수공급통과; 상기 정수공급통의 물이 유입될 수 있도록 설치된 산소발생통과; 양극판과 분리막 그리고 음극판을 경계로 산소발생통과 좌우 대칭구조를 이루며 정수가 유입되지 않는 빈공간으로 이루어진 수소발생통과; 상기 정수공급통과 산소발생통 사이에 설치되되 일 측으로 갈수록 높이가 높아지도록 경사지게 설치된 차단벽과; 상기 정 수공급통의 물이 산소발생통으로 유입될 수 있도록 상기 차단벽을 따라 일정 간격으로 형성되되 일 측으로 갈수록 길이가 길어지는 다수 개의 연통로와; 상기 수소발생통에서 발생하는 수소를 정수에 주입하는 수소기체 유입배관으로 배출시키기 위해 수소발생통에 설치된 제1 수소 배출구를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 고안에 있어서, 상기 수소발생통에는 수소발생통 내부에 충전되어 있는 잔류 수소기체를 냉각저수조로 공급하는 잔류수소기체 유입배관으로 배출시키기 위한 제2 수소 배출구가 더 설치된 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 제2 수소 배출구는 수소기체 유입배관상에 설치된다.

상기 잔류수소기체 유입배관에는 수소발생통 내부의 압력이 일정 이상으로 상승할 때 작동하는 릴리즈밸브가 더 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 고안에 따른 수소가 풍부한 물을 생성하는 정수기는, 수돗물을 정수하기 위한 다수 개의 정수필터와; 상기 정수필터에 의해서 깨끗하게 된 정수를 냉각저수조와 전기분해조를 분리하여 공급하기 위한 분리관; 상기 분리관에 연결되고 제공되는 정수를 전기분해하기 위해서 정수공급통, 산소발생통 및 수소발생통을 포함하여 구성된 전기분해장치와; 상기 수소발생통에서 발생하는 수소기체를 정수에 주입하는 수소기체 유입배관과; 상기 분리관에 연통되어 정수를 일정 압력으로 가압하는 가압펌프와; 상기 가압펌프에 의해 가압된 정수에 수소기체를 주입하기 위해 상기 수소기체 유입배관과 연결된 기체 주입관과; 상기 기체 주입관을 통해 주입된 수소기체를 균일하게 혼합하기 위한 기체 혼합기와; 상기 기체 혼합기를 통해 수소 기체가 균일하게 혼입된 수소풍부수를 저장하는 냉각저수조와; 상기 수소발생통 내부에 충전된 잔류수소기체를 상기 냉각저수조로 공급하기 위한 잔류수소기체 유입배관과; 상기 잔류수소기체 유입배관에 설치되어 수소발생통 내부의 압력이 일정 압력이상으로 상승할 때 잔류수소기체를 냉각저수조로 공급하는 릴리즈밸브를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 고안에 따르면, 깨끗한 정수와 함께 물의 pH를 중성에 가깝게 유지하고 수소가 풍부하게 혼합되어 있는 수소풍부수를 제공할 수 있다.

또한, 본 고안에 따르면 정수저장통과 산소발생통 사이에 대류가 발생하여 전기분해장치의 온도를 일정하게 유지하므로 수소 발생효율이 높아지는 효과가 있다.

본 고안은 또한, 전기분해장치의 수소발생통 내부에 잔류하는 수소를 냉각저수조에 직접 제공함으로써 수소기체의 폭발을 방지하고 냉각저수조 내의 수소 농도를 높일 수 있는 효과가 있다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 고안에 따른 전기분해장치와 및 이를 이용하여 수소가 풍부한 물을 생성하는 정수기의 바람직한 실시 예를 설명한다.

도 4는 본 고안에 따라 정수를 전기분해하여 수소를 생산하는 전기분해장치의 구조를 보여주는 정단면도이다.

도 4를 참조하면, 본 고안의 전기분해장치(1)는 정수공급통(3)과, 산소발생 통(5) 및 수소발생통(7)을 포함하여 구성된다. 도시된 바와 같이, 정수공급통(3)은 상부에 설치되고, 산소발생통(5)은 정수공급통(5)의 하부에 설치되며, 수소발생통(7)은 산소발생통(5)과 마주보게 설치된다.

정수공급통(3)은 정수필터(11)와 이온교환수지필터(12)를 거친 정수가 항상 일정량을 유지하도록 볼탑(부레:31)을 통해 유입되게 구성된다. 그리고 산소발생통(5)은 정수공급통(3)에서 물을 공급받을 수 있도록 다수 개의 연통로(6)를 통해서 연결되어 있다. 상기 산소발생통(5)과 수소발생통(7)은 양극판(21)과 분리막(22) 그리고 음극판(23)을 경계로 좌우 대칭구조를 갖는다.

상기 분리막(22)은 수소 기체는 통과시키되 물은 통과시키지 않는 멤브레인 막이고, 상기 양극판(21)과 음극판(23)은 티타늄 다공판에 백금도금을 하여 전도성과 부식성을 고려한 소재로 이루어진다. 바람직하게 상기 양극판(21)과 음극판(23)은 도 9에 도시된 바와 같이, 장공이 일정 간격으로 형성된 다공판으로서, 더욱 바람직하게는 양극판(21)에 형성된 장공과 음극판(23)에 형성된 장공이 서로 직교하도록 구성된다.

상기 정수공급통(3)과 산소발생통(5) 사이에는 산소발생통(5)에서 발생하는 열이 정수공급통(3)으로 직접 전달되는 것을 차단하기 위한 차단벽(4)이 설치된다. 바람직하게, 상기 차단벽(4)은 플라스틱으로 이루어지며, 일 측으로 갈수록 높이가 높아지는 경사면(71)을 갖는다. 바람직하게 상기 경사면(71)은 차단벽(4)의 상단에 형성된다. 따라서 상기 정수공급통(3)에 저장되는 정수의 양은 정수공급통(3)의 좌,우측에서 다르게 된다. 즉, 경사면(71)의 위쪽은 정수의 양이 적어지게 된다.

그리고 상기 차단벽(4)에는 정수공급통(3)의 물이 산소발생통(5)으로 자연 유하하도록 다수 개의 연통로(6)가 일정한 간격으로 형성된다. 이때, 상기 차단벽(4)의 상면이 경사져 있으므로 상기 연통로(6)의 길이는 차단벽(4)의 높이에 따라서 일측으로 갈수록 길이가 길어지게 된다. 예를 들어, 도면의 왼쪽에 설치된 연통로는 도면의 오른쪽에 설치되어 있는 연통로(6)보다 길이가 짧다.

이와 같이, 본 고안은 정수공급통(3)과 산소발생통(5)을 연결하는 연통로(6)의 길이가 일 측으로 갈수록 길어지게 함으로써 정수공급통(3)과 산소발생통(5)에 채워져 있는 물이 화살표 방향으로 대류현상이 일어나도록 한다. 그리고 이러한 대류는 산소발생통(5)의 온도를 일정하게 유지하는 역할을 한다.

한편, 상기 수소발생통(7)은 물을 통과시키지 않는 분리막(22)에 의해서 빈공간이 형성된다. 그리고 상기 수소발생통(7)에는 수소발생통에서 발생하는 수소를 정수에 주입하는 수소기체 유입배관(61)으로 배출시키기 위한 제1 수소 배출구(73)가 설치된다. 또한, 상기 수소발생통(7)에는 수소발생통 내부에 충전되어 있는 잔류수소기체를 냉각저수조로 공급하는 잔류수소기체 유입배관으로 배출시키기 위한 제2 수소 배출구가 더 설치될 수 있다. 도 5에서 보는 바와 같이, 상기 잔류수소기체 유입배관(91)에는 수소발생통 내부의 압력에 따라 작동하는 릴리즈밸브(92)가 설치된다.

위에서는 수소발생통(7)에 제2 수소 배출구가 더 설치되어 있는 경우를 예시하고 있으나, 더욱 바람직하게는 도 5에 도시한 바와 같이, 상기한 수소기체 유입관(61)에 잔류수소기체 유입배관(91)을 설치할 수도 있다. 따라서 이 경우에는 제2 수소 배출구를 생략하는 것이 가능하다.

또한, 본 고안에서는 수소발생통 내부의 압력에 따라 작동하는 릴리스밸브(92)를 예시하고 있으나, 제어부(100)의 제어신호에 따라 작동하는 솔레노이드밸브를 적용하는 것도 가능하다.

이어, 도 5는 본 고안에 따른 수소가 풍부한 물을 생성하는 정수기를 보여주는 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 정수기(10)는, 수돗물을 정수하기 위한 다수 개의 정수필터(11)와, 상기 정수필터(11)에 의해서 깨끗하게 된 정수를 냉각저수조(90)와 전기분해장치(1)로 분리하여 공급하는 분리관(50)과, 상기 분리관(50)에 연결되어 정수를 전기분해하는 전기분해장치(1)를 포함하여 구성된다. 이러한 구성은 종래의 정수기와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

상기 전기분해장치(1)는 도 4에서 보는 바와 같이, 정수공급통(3)과 산소발생통(5) 사이에 설치된 차단벽(4)이 일 측으로 갈수록 높이가 높아지도록 경사지게 설치된다. 이에 따라, 상기 차단벽(4)에 일정 간격으로 설치된 다수 개의 연통로(6)는 일 측으로 갈수록 길이가 길어지게 설치된다. 그리고, 상기 수소발생통(7)에는 발생하는 수소를 정수에 주입하는 수소기체 유입배관(61)으로 배출시키기 위한 제1 수소 배출구(61)와, 상기 수소발생통 내부에 충전되어 있는 잔류 수소기체를 냉각저수조(90)로 공급하는 잔류수소기체 유입배관(91)으로 배출시키기 위한 제2 수소 배출구(도시되지 않음)가 설치되고, 상기 잔류수소기체 유입배관(91)에는 수소발생통 내부의 압력에 따라 작동하는 릴리즈밸브(92)가 설치된다. 그 밖의 구성은 전술한 바와 같으므로 상세한 설명을 생략한다.

한편, 상기 분리관(50)에는 정수를 일정 압력으로 가압하는 가압펌프(51)와; 상기 가압펌프(51)에 의해 가압된 정수에 수소기체를 주입하기 위하여 상기 수소기체 유입배관(61)과 연결되는 기체 주입관(60)과, 상기 기체 주입관(60)을 통해 주입된 수소기체를 균일하게 혼합하기 위한 기체 혼합기(80)와, 상기 기체 혼합기(80)를 통해 수소기체가 균일하게 혼입된 수소풍부수를 저장하는 냉각저수조(90)가 순차적으로 연결되어 있다.

그리고 상기 냉각저수조(90)에는 잔류수소기체 유입배관(91)을 통해 수소발생통(7) 내부에 충전된 잔류수소가 유입되는 수소 유입부(93)가 구비된다. 또한, 상기 냉각저수조(90) 내부에는 고수위와 저수위를 측정하기 위한 수위센서(98)가 구비된다.

본 고안에 있어서, 상기 기체 주입관(60)은 도 6에 도시된 바와 같이, 수소기체를 흐르는 유체에 주입시키기 위한 것으로, 단면 축소배관(벤튜리관)을 이용하여 속도가 빠른 유체의 저압상태에서 수소기체를 유입하도록 구성한다. 상기 기체 주입관(60)의 일 측(62)에는 정수를 일정 압력으로 가압하여 공급하는 가압펌프(51)가 연결되고, 몸체 중앙의 단면 축소부(61)에 관통하도록 설치된 입구(63)에는 수소발생통(7)에서 발생하는 수소기체를 주입시키는 수소기체 유입배관(61)이 연결된다. 그리고 상기 기체 주입관(60)의 타 측(64)에는 기체 혼합기(80)가 연결된다.

바람직하게, 상기 기체 혼합기(80)는, 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 다공체부(81)와 나선 통로부(83)로 구성된다. 액체인 정수에 수소기체를 고농도로 혼 합하는 것은 반응속도와 관련된다. 일반적으로 반응속도는 단위 부피 속에 존재하는 반응 물질의 입자 수가 많으면 입자들 사이의 충돌 횟수가 증가하므로 반응 속도가 빨라진다. 또, 반응 물질의의 표면적이 클수록 반응 물질 간의 충돌 횟수가 증가하여 반응 속도가 빨라진다. 또한, 반응 물질 간의 충돌이 충분히 일어나도록 일정한 반응 시간이 유지되어야 한다.

상기 다공체부(81)와 나선 통로부(82)는 반응속도를 높이기 위한 수단이다. 즉, 상기 다공체부(81)와 나선 통로부(82)는 수소기체의 크기를 작게 하여 정수와의 접촉 면적을 확대시키고 상기 수소와 정수의 충돌을 강제시킴과 아울러 미세화된 수소 기포와 정수와의 접촉 시간을 충분히 유지함으로써 수소의 용해를 촉진하는 것이다.

바람직하게, 상기 다공체부(81)는 PP 재질의 침전필터소재나 중공사막필터 또는 마이크로 멤브레인 재질의 미세 다공질의 구조체로 이루어진다. 즉, 상기 다공체부(81)의 미세공으로 수소가 주입된 정수를 통과시킴으로써 정수의 물줄기를 작게 하여 접촉 면적을 크게 하는 동시에 수소와 정수가 함께 미세공을 통해 빠져나가도록 강제함으로써 접촉 가능성을 높인 것이다.

이어 상기 나선 통로부(82)는 바람직하게, 일정 길이의 나선관으로 이루어진다. 이 나선관은 다공체부(81)를 통과한 수소수가 충전한 상태로 흐를 수 있는 지름을 갖는 관이다. 상기 나선관은 수소수가 나선 방향으로 회전하면서 흐를 수 있도록 본체(84) 내부에 나선방향으로 감겨있다. 또한, 나선관은 수소와 정수가 충분히 접촉하여 용해할 수 있도록 충분한 길이를 갖는다.

도면에는 나선관이 도시되어 있지만 본 고안에 따른 나선 통로부(82)는 나선관으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 나선 통로부(82)의 다른 실시 예는, 일정 크기의 긴 연속 유로가 형성되도록 상기 본체(84) 내부에 교호적으로 설치된 다단형태의 홀이 구성된 판과 공간 형성용 판으로 구성될 수 있다. 다수 개의 홀이 형성된 판과 공간 형성용 판은 수소기체가 혼합된 물을 지그재그식으로 통과하도록 함으로써 수소기체가 물에 균일하게 분산되어 혼입되게 하는 긴 유로를 제공한다.

이어서, 바람직하게, 상기 냉각저수조(90)의 바닥에는 수소 유입구(93)가 구비된다. 상기 수소 유입구(93)는 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 반원 형태의 통 구조로 구성되며, 하부 판(94)에는 물의 유동을 원활하게 하는 다수의 홀(95)이 구성되고, 상부 반원형 판(96)에는 내부로 유입되어 있는 수소기체가 포화상태에서 외부로 이탈되도록 다수의 작은 홀(97)이 형성되어 있다.

아울러, 상기 냉각저수조(90)에는 저수위와 고수위를 측정하기 위한 수위센서(98)가 구비되고, 상기 수위센서(98)의 제어신호에 따라서 원수공급밸브(99)와 가압펌프(51) 그리고 전기분해장치(1)를 제어하기 위한 제어부(100)가 구비된다. 상기 수위센서(98)와 제어부(100)의 구성은 당해 분야에서 널리 사용되는 것이므로 상세한 설명은 생략한다.

이하에서는 본 고안에 따른 전기분해장치와 정수기의 작용을 간략하게 설명한다.

먼저, 사용자가 냉각저수조에 구비된 수소풍부수 배출구(97)을 통해서 수소풍부수를 사용함에 따라 수위센서(98)는 제어신호를 제어부(100)로 전송하고, 제어 부(100)는 원수공급밸브(99)를 열어 수돗물을 공급함과 아울러 전기분해장치(1)로 전기를 인가한다.

그러면 수돗물은 정수필터(11)를 거쳐 깨끗하게 정수한 다음 분리관(50)을 통해서 일부는 가압펌프(51)에 의해 가압하여 냉각저수조(90)로 유입되고, 일부는 전기분해를 위해 이온교환수지필터(12)를 거쳐 전기분해장치(1)로 유입된다.

이때, 상기 전기분해장치(1)는 정수공급통(3)에 설치된 볼탑(31)에 의해 정수의 수위를 일정하게 유지한다. 그리고 정수공급통(3)의 물이 연통로(6)를 통해 산소발생통(5)에 가득 채워진 상태에서, 양극판과 음극판에 직류전원이 인가되면, 산소 발생통(5)에 채워져 있는 물로부터 산소와 수소가 발생하고 분리막(22)에 의해 분리된 수소는 수소발생통(7)에서 발생하게 된다. 그리고 발생한 수소기체는 수소발생통(7)에 구비된 제1 수소 배출구(73)를 통해 수소기체 유입배관(61)으로 배출된다.

그리고, 상기 수소기체 유입배관(61) 내의 수소기체는 기체 주입관(61)을 통해 정수에 주입되고, 수소가 주입된 수소수는 기체 혼합기(80) 내부의 다공체부(81)와 나선 통로부(82)를 통과하는 동안 수소기체가 물에 균일하게 분산되어 혼입된다. 그리고 수소기체가 충분히 혼합된 수소풍부수는 냉각저수조(90)로 유입된다.

한편, 상기 전기분해장치(1)가 일정 시간 동안 반복적으로 작동하면, 산소발생통(5) 내부의 온도가 상승하게 된다. 예를 들어, 전기분해에 가장 적합한 온도 범위는 60~80℃로 알려져 있다. 그런데 수소풍부수의 사용량이 많은 경우에, 상기 산소발생통(5)의 온도는 80℃이상으로 과열될 수 있다.

그러나 본 고안에 따른 전기분해장치(1)는 도 4에서 보는 바와 같이, 산소발생통(5) 내부의 온도가 상승하는 경우, 일 측으로 갈수록 길이가 길어지는 연통로(6)를 따라 온도가 전달되고 정수공급통(3) 내부가 경사지게 형성되어 있기 때문에 그 위치에 따라 수량과 수압이 다르다. 따라서 정수공급통(3)은 위치에 따라 수온차가 발생하게 되고 이러한 수온차와 수압차는 대류현상을 일으킨다. 또한, 상기 연통로(6)를 통해 산소발생통(5)으로 유입하는 정수에도 온도차가 생기므로 산소발생통(5) 내부와 산소발생통(5)와 정수공급통(3) 사이에서도 대류현상이 나타나게 된다. 그리고 이러한 대류현상은 산소발생통(5)의 온도가 80℃이상으로 과열되는 것을 방지하여 온도를 일정하게 유지시킨다.

또한, 상기 전기분해장치(1)가 작동과 정지를 반복하는 과정에서 수소발생통(7) 내부에 수소기체의 잔류가 불가피하게 되는데, 본 고안의 정수기는 이러한 잔류 수소를 냉각저수조(90)로 공급하여 수소풍부수의 수소농도를 높이거나 보충할 수 있다. 예를 들어, 전기분해장치(1)로 공급되는 전원이 차단되더라도 이미 생성된 수소는 수소발생통(7) 내부에서 잔류할 수밖에 없다. 따라서 수소발생통(7)에 잔류하는 수소기체를 배출하지 않으며, 수소발생통(7) 내부의 압력이 상승하고, 외부에서 충격이 가해질 경우 폭발할 수 있는 위험이 잠재되어 있다. 따라서 본 고안은 수소발생통(7) 내부 압력이 일정 이상으로 상승하면, 수소발생통(7)의 제2 수소 배출구와 연결되는 잔류수소기체 유입배관(91)에 설치된 릴리스밸브(92)가 개방되어 잔류수소를 냉각저수조(90)의 수소 유입구(93)를 통해 냉각저수조로 공급한다. 따라서 본 고안에 따른 정수기(10)는 수소발생통(7)의 폭발을 방지함과 아울러 잔류 수소기체를 냉각저수조(90)에 공급함으로써 수소농도를 높일 수 있다.

이상에서 본 고안의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 설명하였으나, 본 고안의 권리범위는 이러한 실시 예 및 도면에 도시된 예로 한정되지 않는다. 또한, 본 고안이 속하는 기술 분야의 전문가라면 본 고안이 개시하는 기술적 사상을 통해서 유사한 실시 예들을 만들 수 있을 것이나 이러한 변형 예들도 본 고안의 권리범위에 속하는 것이다.

도 1a는 저장탱크에서 제공된 정수를 전기분해하여 알칼리수와 산성수를 생산하는 전기분해장치의 일반적 구조를 보여주는 사시도,

도 1b는 도 1a에 도시된 전기분해장치의 단면구조를 개략적으로 보인 단면도,

도 2a는 정수를 전기분해하여 산소 및 수소를 생산하는 전기분해장치의 일반적 구조를 보여주는 정단면도,

도 2b는 도 2a에 도시된 전기분해장치의 측단면도,

도 3은 종래의 전기분해장치를 이용하여 수소가 풍부한 물을 생성하는 정수기의 구성도,

도 4는 본 고안에 따라 정수를 전기분해하여 수소를 생산하는 전기분해장치의 구조를 보여주는 정단면도,

도 5는 본 고안에 따라 전기분해장치를 이용하여 수소가 풍부한 물을 생성하는 정수기의 구성도,

도 6은 본 고안에 따른 정수기의 기체 주입관을 보여주는 단면도,

도 7은 본 고안에 따른 정수기의 기체 혼합기를 보여주는 개략적인 단면도,

도 8은 본 고안에 따른 정수기의 수소 유입구를 보여주는 단면도,

도 9는 본 고안에 따른 전기분해장치에 적용되는 전극판을 보여주는 평면도이다.

****도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명****

1 : 전기분해장치 3 : 정수공급통

4 : 차단벽 5 : 산소발생통

6 : 연통로 7 : 수소발생통

11 : 정수필터 12 : 이온교환수지필터

21 : 양극판 22 : 분리막

23 : 음극판 31 : 볼탑(부레)

50 : 분리관 60 : 기체 주입관

61 : 수소기체 유입배관 71 : 경사면

73 : 제1 수소 배출구 80 : 기체 혼합기

90 : 냉각저수조 91 : 잔류수소기체 유입배관

92 : 릴리즈밸브 100 : 제어부

Claims

정수필터를 거친 정수가 일정량을 유지하도록 볼탑을 통해 유입되게 구성된 정수공급통과;

상기 정수공급통의 물이 유입될 수 있도록 설치된 산소발생통과; 양극판과 분리막 그리고 음극판을 경계로 산소발생통과 좌우 대칭구조를 이루며 정수가 유입되지 않는 빈공간으로 이루어진 수소발생통과;

상기 정수공급통과 산소발생통 사이에 설치되되 일 측으로 갈수록 높이가 높아지도록 경사지게 설치된 차단벽과;

상기 정수공급통의 물이 산소발생통으로 유입될 수 있도록 상기 차단벽을 따라 일정 간격으로 형성되되 일 측으로 갈수록 길이가 길어지는 다수 개의 연통로와;

상기 수소발생통에서 발생하는 수소를 정수에 주입하는 수소기체 유입배관으로 배출시키기 위해 수소발생통에 설치된 제1 수소 배출구를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 정수기용 전기분해장치.
제 1항에 있어서,

상기 수소발생통에는 수소발생통 내부에 충전되어 있는 잔류 수소기체를 냉각저수조로 공급하는 잔류수소기체 유입배관으로 배출시키기 위한 제2 수소 배출구가 더 설치된 것을 특징으로 하는 정수기용 전기분해장치.
제 1항에 있어서,

상기 수소기체 유입배관에는 수소발생통 내부에 충전되어 있는 잔류 수소기체를 냉각저수조로 공급하기 위한 잔류수소기체 유입배관이 연통되는 것을 특징으로 하는 정수기용 전기분해장치.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,

상기 잔류수소기체 유입배관에는 수소발생통 내부의 압력이 일정 이상으로 상승할 때 작동하는 릴리즈밸브가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 정수기용 전기분해장치.
수돗물을 정수하기 위한 다수 개의 정수필터와;

상기 정수필터에 의해서 깨끗하게 된 정수를 냉각저수조와 전기분해조를 분리하여 공급하기 위한 분리관;

상기 분리관에 연결되고 제공되는 정수를 전기분해하기 위해서 정수공급통, 산소발생통 및 수소발생통을 포함하여 구성된 전기분해장치와;

상기 수소발생통에서 발생하는 수소기체를 정수에 주입하는 수소기체 유입배관과;

상기 분리관에 연통되어 정수를 일정 압력으로 가압하는 가압펌프와;

상기 가압펌프에 의해 가압된 정수에 수소기체를 주입하기 위해 상기 수소기 체 유입배관과 연결된 기체 주입관과;

상기 기체 주입관을 통해 주입된 수소기체를 균일하게 혼합하기 위한 기체 혼합기와;

상기 기체 혼합기를 통해 수소기체가 균일하게 혼입된 수소풍부수를 저장하는 냉각저수조와;

상기 수소발생통 내부에 충전된 잔류수소기체를 상기 냉각저수조로 공급하기 위한 잔류수소기체 유입배관과;

상기 잔류수소기체 유입배관에 설치되어 수소발생통 내부의 압력이 일정 압력이상으로 상승할 때 잔류수소기체를 냉각저수조로 공급하는 릴리즈밸브를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수소가 풍부한 물을 생성하는 정수기.
제 5항에 있어서,

상기 전기분해장치는,

정수필터를 거친 정수가 일정량을 유지하도록 볼탑을 통해 유입되게 구성된 정수공급통과;

상기 정수공급통의 물이 유입될 수 있도록 설치된 산소발생통과; 양극판과 분리막 그리고 음극판을 경계로 산소발생통과 좌우 대칭구조를 이루며 정수가 유입되지 않는 빈공간으로 이루어진 수소발생통과;

상기 정수공급통과 산소발생통 사이에 설치되되 일 측으로 갈수록 높이가 높아지도록 경사지게 설치된 차단벽과;

상기 정수공급통의 물이 산소발생통으로 유입될 수 있도록 상기 차단벽을 따라 일정 간격으로 형성되되 일 측으로 갈수록 길이가 길어지는 다수 개의 연통로와;

상기 수소발생통에서 발생하는 수소를 정수에 주입하는 수소기체 유입배관으로 배출시키기 위해 설치된 제1 수소 배출구와;

상기 수소발생통 내부에 충전되어 있는 잔류 수소기체를 냉각저수조로 공급하는 잔류수소기체 유입배관으로 배출시키기 위해 설치된 제2 수소 배출구;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 수소가 풍부한 물을 생성하는 정수기.