KR100723910B1

KR100723910B1 - 물을 이용한 산소 제조장치

Info

Publication number: KR100723910B1
Application number: KR1020050031091A
Authority: KR
Inventors: 배금주
Original assignee: 배금주
Priority date: 2004-10-05
Filing date: 2005-04-14
Publication date: 2007-05-31
Also published as: KR20060045714A

Abstract

본 발명은 물을 이용한 산소 제조장치에 관한 것으로서 특히, 전해질, 첨가제 등을 사용하지 않고 물을 전기분해하여 고순도의 산소를 제조하는 것으로서, 입수관(11)을 통하여 물이 유입되며, 산소 배출구(12)가 형성되는 물탱크(10)와; 상기 입수관(11)측에 설치되어 물탱크(10) 내의 수위를 조절하는 수위조절부(20)와; 상기 물탱크(10)의 하측에 위치하여 물을 전기분해 하는 것으로, 상기 물탱크(10)의 물과 접촉하는 다공질 양극(31)과, 이 다공질 양극(31)의 하측에 위치하는 전극접합체막(32)과, 이 전극접합체막(32)의 하측에 위치하는 다공질 음극(33)으로 이루어지는 전기분해부(30)와; 상기 전기분해부(30)의 기밀을 위한 기밀부재(40)와; 상기 전기분해부(30)의 하측에 위치하는 것으로 물과 수소가 배출되는 배출구(51)가 형성된 케이스(50)를 포함하여 구성되어, 작동이 간편하고, 소음이 발생하지 않으며, 알칼리 등의 전해질을 사용하지 않아 안전하고 관리가 용이하고, 고효율, 전력소비량이 적으며, 콤팩트한 외형을 가지는 것이다.

산소, 전기분해, 다공질, 전극접합체막, 기밀부재.

Description

물을 이용한 산소 제조장치 {Apparatus for producing oxygen using water}

도 1은 본 발명의 물을 이용한 산소 제조장치의 제 1실시예를 나타내는

단면도,

도 2는 본 발명의 물을 이용한 산소 제조장치의 수위조절부의 일 실시예를

나타내는 상세도,

도 3은 본 발명의 물을 이용한 산소 제조장치의 수위조절부의 다른 실시예를

나타내는 상세도,

도 4는 본 발명의 물을 이용한 산소 제조장치의 제 2실시예를 나타내는

분해도,

도 5는 본 발명의 물을 이용한 산소 제조장치의 제 2실시예의 전기분해부를

나타내는 단면도,

도 6은 본 발명의 물을 이용한 산소 제조장치의 제 3실시예를 나타내는

단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 물탱크 11 : 입수관

12 : 산소 배출구 20 : 수위조절부

30 : 전기분해부 40 : 기밀부재

50 : 케이스

본 발명은 물을 이용한 산소 제조장치에 관한 것으로서 특히, 전해질, 첨가제 등을 사용하지 않고 물을 전기분해하여 고순도의 산소를 제조함으로써, 작동이 간편하고, 소음이 발생하지 않으며, 알칼리 등의 전해질을 사용하지 않아 안전하고 관리가 용이하고, 고효율, 전력소비량이 적으며, 콤팩트한 외형을 가지는 물을 이용한 산소 제조장치에 관한 것이다.

산소는 호흡에 의하여 체내에 흡입되어, 혈액에 의하여 인체의 각 기관에 공급되며 공급된 산소는 두뇌활동과 운동에너지로 소비된다.

생체 내의 산소 소비량은 각 조직에 따라 상당한 차이가 있으며, 뇌와 근육과의 산소 소비량을 보면 뇌의 산소 소비량이 더 크다. 전체의 장기, 기관 가운데 최대의 산소 소비자인 뇌는 그 중량이 겨우 1.4Kg으로 체중의 2%정도지만 그 소비량의 전신의 약 25%에 해당한다.

근육처럼 산소를 어느 정도 몸에 저장할 수 있는 '미오글로빈'과 같은 물질을 갖고 있지 않아서 공급된 산소는 일순간 모두 소비하게 된다. 호흡하고 있는 공기가 무산소 상태가 되면 폐혈액에 의해 필요한 산소분압이 일어나지 않음으로 그 무산소 공기의 한 호흡까지도 의식상실을 가져올 위험 있다.

산소는 우리 몸의 산화작용을 해주며 감염성의 미생물들과 병원균들로부터 저항하는 힘을 준다. 산소를 몸 안 구석 세포까지 끊임없이 보내지 않으면 살 수 없다. 이러한 움직임을 일으키는 것이 심장과 폐이며, 폐에는 좌우로 약 7억의 폐세포(폐포)가 있어 혈액에 산소를 공급하며, 심장의 펌핑작용에 의하여 몸 구석까지 혈액을 공급하게 된다.

대부분 현대인의 혈액은 운동부족과 유해음식으로 인하여 산성화되고 콜레스테롤이 혈관에 부착되어 혈액의 흐름을 방해하여 모든 성인병의 근원이 되고 있으나, 신선한 산소의 공급을 통하여 쇠약해진 기능들을 효과적으로 회복시켜 줄 수 있다.

상기와 같은 산소를 다량 함유한 물을 제조하는 이른바, 산소수 제조기의 예로는 본 출원인에 의한 특허출원인 2003-0034755호의 산소수 제조기를 들 수 있다.

상기 산소수 제조기는 PSA 방식, 멤브레인 방식 및 평막 방식의 3가지 방법을 이용하는 산소 발생장치를 이용하여 산소를 발생시켜 물에 급속 용해시킴으로써 산소수를 제조하는 것이다.

그러나 상기와 같은 종래의 산소수 제조기는 산소를 발생시키는 과정이 복잡하며, 컴프레서가 공기를 흡입하여 압축시켜서 노즐로 보낼 때 발생하는 습기가 상기 노즐 안에 있는 제오라이트에 작용하여 산소를 발생시킬 때 산소 순도를 급격히 저하시킨다. 또한, 상기 컴프레서에서 발생하는 소음과 진동이 오히려 사용자에게 스트레스를 주거나 수면을 방해할 수 있으며, 내부에 세균이 번식할 우려가 있는 등의 문제점이 있었다.

또한, 최근 전기분해 방식을 이용한 산소 제조장치가 개발되어 사용되고 있으나, 이는 알칼리 전해질 용액을 이용함으로 그 취급에 주의를 요하고, 안전성이 문제가 되는 단점이 있었다.

본 발명은 상기의 결점을 해소하기 위한 것으로, 작동이 간편하고, 소음이 발생하지 않으며, 알칼리 등의 전해질을 사용하지 않아 안전하고 관리가 용이하고, 고효율, 전력소비량이 적으며, 콤팩트한 외형을 가지는 물을 이용한 산소 제조장치를 제공하고자 한다.

이러한 본 발명은, 입수관을 통하여 물이 유입되며, 산소 배출구가 형성되는 물탱크와; 상기 입수관측에 설치되어 물탱크 내의 수위를 조절하는 수위조절부와; 상기 물탱크의 하측에 위치하여 물을 전기분해 하는 것으로, 상기 물탱크의 물과 접촉하는 다공질 양극과, 이 다공질 양극의 하측에 위치하는 전극접합체막과, 이 전극접합체막의 하측에 위치하는 다공질 음극으로 이루어지는 전기분해부와; 상기 전기분해부의 기밀을 위한 기밀부재와; 상기 전기분해부의 하측에 위치하는 것으로 물과 수소가 배출되는 배출구가 형성된 케이스를 포함하여 구성함으로써 달성된다.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 물을 이용한 산소 제조장치의 제 1실시예를 나타내는 단면도로서, 본 발명은, 입수관(11)을 통하여 물이 유입되며, 산소 배출구(12)가 형성되는 물탱크(10)와; 상기 입수관(11)측에 설치되어 물탱크(10) 내의 수위를 조절하는 수위조절부(20)와; 상기 물탱크(10)의 하측에 위치하여 물을 전기분해 하는 것으로, 상기 물탱크(10)의 물과 접촉하는 다공질 양극(31)과, 이 다공질 양극(31)의 하측에 위치하는 전극접합체막(32)과, 이 전극접합체막(32)의 하측에 위치하는 다공질 음극(33)으로 이루어지는 전기분해부(30)와; 상기 전기분해부(30)의 기밀을 위한 기밀부재(40)와; 상기 전기분해부(30)의 하측에 위치하는 것으로 물과 수소가 배출되는 배출구(51)가 형성된 케이스(50)를 포함하여 구성되는 것을 그 기술상의 특징으로 한다.

상기 기밀부재(40)로는 상기 양극(31)과 음극(33) 및 전극접합체막(32)의 테두리측에 위치하여 물탱크(10)의 물이 상기 양극(31)과 음극(33) 및 전극접합체막(32) 측으로만 흐르도록 하는 밀봉부재(41)와, 상기 양극(31)과 음극(33) 및 전극접합체막(32)과 상기 밀봉부재(41)를 케이스(50) 또는 물탱크(10)에 함께 결합하는 볼트(42)와 너트(43)가 사용된다.

또한, 상기 전기분해부(30)가 상기 물탱크(10)와 케이스(50) 사이에 고정되 어 위치할 수 있도록, 상기 물탱크(10)와 케이스(50)가 접촉하는 위치에 가로방향으로 고정판(52)을 설치하여, 이 고정판(52)에 양극(31)을 고정하고, 밀봉부재(41)와 전극접합체막(32)과 음극(33)을 여기에 함께 고정시키는 것이 바람직하다.

상기 양극(31)과 음극(33)의 전극은 이리듐 옥사이드(Iridium Oxide)와 틴 옥사이드(Tin Oxide)로 코팅한다.

도 2는 본 발명의 물을 이용한 산소 제조장치의 수위조절부의 일 실시예를 나타내는 상세도로서, 상기 수위조절부(20)는, 상기 입수관(11)의 하측에 설치되는 뜨개센서(21)와; 상기 뜨개센서(21)와 연결되어 물의 유입을 조절하는 솔레노이드 밸브(22)를 포함하여 구성된다.

그리하여, 상기 물탱크(10)에 물이 유입되어 일정 수위가 되어 뜨개센서(21)가 상측으로 이동하게 되면 솔레노이드 밸브(22)를 닫게 되어 수위를 조절하는 것이다.

도 3은 본 발명의 물을 이용한 산소 제조장치의 수위조절부의 다른 실시예를 나타내는 상세도로서, 상기 수위조절부(20)는, 상기 입수관(11)의 하측에 축(23)에 의하여 회동 가능한 암(24)의 단부에 설치되어, 상기 입수관(11)을 개폐하는 부표(25)를 이용하여, 물이 물탱크(10)에 유입되어 일정 수위 이상 차게되어 상기 부표(25)가 뜨게 되면 상기 암(24)이 회동하여 입수관(11) 측을 막게 되는 것이다.

도 4는 본 발명의 물을 이용한 산소 제조장치의 제 2실시예를 나타내는 분해도이고, 도 5는 본 발명의 물을 이용한 산소 제조장치의 제 2실시예의 전기분해부 를 나타내는 단면도로서, 본 발명은, 입수관(11)을 통하여 물이 유입되며, 산소 배출구(12)와 하측에 관통공(13)이 형성되는 물탱크(10)와; 상기 입수관(11)측에 설치되어 물탱크(10) 내의 수위를 조절하는 수위조절부(20)와; 물의 전기분해를 통하여 산소와 수소가 발생되는 전기분해부(30)와; 상기 전기분해부(30)를 수납하는 케이스(50)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 전기분해부(30)는, 상기 물탱크(10)의 하측에 위치하여 물을 전기분해 하는 것으로서, 상기 물탱크(10)의 관통공(13)에 부착되는 것으로, 상기 관통공(13)과 연결되는 입수부(34a)가 형성되는 상측판(34)과; 상기 상측판(34)의 하측에 부착되며, 물을 통과시킬 수 있도록 투과부(31a)가 형성되는 양극(31)과; 상기 양극(31)의 하측에 위치하는 전극접합체막(32)과; 상기 전극접합체막(32)의 하측에 위치하는 것으로 투과부(33a)가 형성되는 음극(33)과; 상기 음극(33)의 하측에 결합되는 것으로, 수소 또는 물을 배출하기 위한 배출구(39)가 형성되는 하측용기(36)와; 상기 상측판(34), 양극(31), 전극접합체막(32), 음극(33), 하측용기(36)의 테두리부를 관통하여 결합하기 위한 결합부재(40)와; 상기 상측판(34)과 양극(31) 사이의 테두리부, 그리고 음극(33)과 하측용기(36) 사이의 테두리부에 구비되는 기밀부재(41)로 세부 구성된다.

상기 입수부(34a)의 주변부에 기밀을 위한 오링(35)이 구비되어, 물탱크(10)의 물이 상기 양극(31)과 음극(33)의 테두리부로 스며드는 것을 방지한다.

도 6은 본 발명의 물을 이용한 산소 제조장치의 제 3실시예를 나타내는 단면 도로서, 제 2실시예에 비하여 전기분해부(30)의 구성을 달리하고 있다.

즉, 상기 양극(31)의 투과부(31a)는 하측으로 돌출되게 형성되고, 상기 음극(33)의 투과부(33a)는 상측으로 돌출되게 형성함으로써, 상기 양극(31)과 음극(33) 및 전극접합제막(32)의 접촉성이 향상되어, 산소 발생효율이 향상되게 된다.

이 경우, 상기 상측판(34)에는 상기 양극(31)의 투과부(31a)가 결합부재(40)의 결합에 의하여 상측으로 휘는 것을 방지하기 위한 상측지지턱(37)을 구비하고, 상기 하측용기(36)에는 상기 음극(33)의 투과부(33a)가 결합부재(40)의 결합에 의하여 하측으로 휘는 것을 하측지지턱(38)을 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 양극(31)과 음극(33)의 상기 결합부재(40)가 관통하기 위한 홀은 상기 결합부재(40)보다 크게 형성되어, 결합부재(40)와의 접촉에 의한 단락을 방지하는 것이 바람직하며, 이때, 상기 양극(31)의 테두리부 일측에는 상기 상측판(34)에 삽입되어 양극(31)의 위치를 고정시키기 위한 상측돌기(31b)가 형성되고, 상기 음극(33)의 테두리부 일측에는 상기 하측용기(36)에 삽입되어 음극(33)의 위치를 고정시키기 위한 하측돌기(33b)가 형성되어, 상기 양극(31)과 음극(33)의 위치가 회전하지 않도록 하는 것이 보다 바람직하다.

상기 양극(31)과 음극(33)의 투과부(31a, 33a)는 도 5에서와 같이, 다공질로 형성하거나, 도 6에서와 같이 다수개의 작은 홀을 형성함으로써, 물탱크(10)의 물은 전극접합체막(32)과 작용하며, 전극접합체막(32)과 작용하지 않은 물의 일부는 하측용기(36)에 모여서 수소와 함께 배출부(39)로 배출된다.

이하, 상기 도 1 내지 도 6을 참고하여 본 발명의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 상기한 바와 같이, 다공질 양극(31), 전극접합체막(32), 다공질 음극(33)으로 이루어진 전기분해부(30)에 의해 물이 전기분해되면서 산소와 수소가 발생하게 되는데, 이와 같이 발생되어 배출된 산소를 이용하게 된다.

상기와 같은 본 발명의 산소 제조장치는 비교적 콤팩트 한 사이즈로 제작이 가능하고, 소음이나 기타 오염물질이 발생하지 않으며, 전해질 용액 대신 물을 사용하여 안전하게 산소를 제조할 수 있는 것이다.

본 발명의 산소 제조장치를 가동하기 위해서는 상기 입수관(11)에 정제수를 유입하여 상기 물탱크(10)에 공급하면 상기 수위조절부(20)에 의해 물탱크(10)에는 항상 일정 량의 물이 채워진다. 한편, 물탱크(10)의 물은 상기 전기분해부(30)를 거치면서 전기분해 작용에 의해 산소가 제조되는 것이다.

이때, 상기 전기분해부(30)로 유입되는 물은 정제수가 공급되어야 하는데, 이를 위하여 입수관(11)으로 유입되는 물이 먼저 이온교환수지와 같은 정수장치(60)를 통과하여 유입되도록 한다.

이온교환수지는 정수기에도 사용되고 있는 것으로 경도를 낮추기 위해서는 양이온수지(61)를, 질산성질소나 불소, 철 성분, 염소이온이나 황산이온 등을 제거하기 위해서는 음이온수지(62)를 사용하여, 상기 전극접합체막(32) 측으로 유입되는 물을 정제수로 만드는 것이다.

상기와 같이, 물탱크(10)로 유입된 정제수는 상기 다공질 양극(31) 측으로 전달되게 되는데, 이 다공질 양극(31)은 물을 통과할 수 있도록 형성되어, 물이 이 양극(31)을 통과하여 음극(33)에 이르러 전기분해가 일어나게 되는데, 이때의 양극(31)과 음극(33)에서 발생하는 반응의 화학식을 표현하면 다음과 같다.

양극반응: 2H₂O -> O₂ + 4H⁺ + 4e^-

음극반응: 4H⁺ + 4e^- -> 2H₂

그리하여 상기 양극(31) 측에서는 산소가 발생하게 되고, 이 산소는 상기 산소 배출구(12)를 통하여 외측으로 수집되고, 음극(33) 측에서는 수소가 발생하게 되는데, 이와 같은 수소 및 남은 물은 배출구(51)를 통하여 수집 및 배출된다.

도 4 및 도 5에서 도시하는 제 2실시예에서는 상기 전기분해부(30)를 모듈화 하여 보다 컴팩트한 외형을 가지며, 전기분해부(30)와 반응에 참여하지 못하고 전기분해부(30)를 투과한 물이 하측용기(36)에 모이는 것을 최소화할 수 있다.

즉, 제 1실시예에서는 기밀부재(40), 특히 볼트(42) 및 너트(43)가 물탱크(10)의 물에 직접 노출되어 전기적으로 단락이 발생하거나 음극(33) 측으로 스며들 가능성이 있으나, 제 2실시예에서는 물탱크(10)의 물이 기밀부재(40)와 직접 접촉하지 않으므로 이러한 현상이 발생하지 않는다.

한편, 도 6에서 도시하는 제 3실시예에서는, 상기한 바와 같이, 양극(31)과 음극(33)이 전극접합체막(32)과 보다 밀착될 수 있도록 전극접합체막(32) 측으로 돌출되어 접할 수 있도록 형성함으로써, 전기분해의 효율을 보다 향상시킬 수 있다.

이 경우 제 2실시예에서와 마찬가지로, 상기 양극(31), 음극(33) 및 전극접합체막(32)의 테두리부는 물탱크(10)의 물에 직접 노출되지 않으며, 특히, 상기 상측판(34)과 관통공(13) 사이에 구비되는 오링(35)이 이러한 가능성을 더욱 줄여준다.

또한, 상기와 같이, 양극(31)과 음극(33)이 돌출된 상태에서 결합부재(40)의 볼트(42)와 너트(43)를 조여주게 되면, 상기 양극(31)과 음극(33)의 돌출된 부위가 들뜨게 될 수 있으므로, 각각 상측돌기(31b)와 하측돌기(33b)를 구비함으로써, 이러한 현상을 방지하면서도 전기분해 효율은 높일 수 있다.

또한 상기 양극(31)과 음극(33)에 볼트(42)가 관통되는 홀은 상기 볼트(42)보다 크게 형성하여, 상기 볼트(42)와 너트(43)의 결합시에 서로 닿아서 단락이 일어나는 것을 방지하며, 이때 상기 양극(31)과 음극(33)에는 각각 상측돌기(31b)와 하측돌기(33b)가 형성되어 상기 상측판(34) 및 하측용기(36)에 결합되므로, 서로 위치가 변하지 않으면서 견고히 결합되게 된다.

상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명의 범위는 상기의 도면이나 실시예에 한정되지 않는다.

이상과 같은 본 발명은 작동이 간편하고, 소음이 발생하지 않으며, 알칼리 등의 전해질을 사용하지 않아 안전하고 관리가 용이하고, 고효율, 전력소비량이 적으며, 콤팩트한 외형을 가지는 효과가 있는 것이다.

Claims

삭제
입수관을 통하여 물이 유입되며, 산소 배출구와 하측에 관통공이 형성되는 물탱크와;

상기 입수관의 하측에 축에 의하여 회동 가능한 암의 단부에 설치되어, 상기 입수관을 개폐하는 부표로 이루어진 수위조절부와;

상기 물탱크의 하측에 위치하여 물을 전기분해 하는 것으로서, 상기 물탱크의 관통공에 부착되는 것으로, 상기 관통공과 연결되는 입수부가 형성되는 상측판과; 상기 상측판의 하측에 부착되며, 물을 통과시킬 수 있도록 투과부가 형성되는 양극과; 상기 양극의 하측에 위치하는 전극접합체막와; 상기 전극접합체막의 하측에 위치하는 것으로 투과부가 형성되는 음극과; 상기 음극의 하측에 결합되는 것으로, 수소 또는 물을 배출하기 위한 배출구가 형성되는 하측용기와; 상기 상측판, 양극, 전극접합체막, 음극, 하측용기의 테두리부를 관통하여 결합하기 위한 결합부재와; 상기 상측판과 양극 사이의 테두리부, 그리고 음극과 하측용기 사이의 테두리부에 구비되는 기밀부재로 이루어지는 전기분해부와;

상기 전기분해부를 수납하는 케이스를 포함하되,

상기 양극의 투과부는 하측으로 돌출되게 형성되고, 상기 음극의 투과부는 상측으로 돌출되게 형성되는 것을 특징으로 하는 물을 이용한 산소 제조장치.
삭제
제 2항에 있어서, 상기 상측판에는 상기 양극의 투과부가 결합부재의 결합에 의하여 상측으로 휘는 것을 방지하기 위한 상측지지턱이 구비되고, 상기 하측용기에는 상기 음극의 투과부가 결합부재의 결합에 의하여 하측으로 휘는 것을 하측지지턱이 구비되는 것을 특징으로 하는 물을 이용한 산소 제조장치.
제 2항에 있어서, 상기 양극의 테두리 일측에는 상기 상측판에 삽입되어 양극의 위치를 고정시키기 위한 상측돌기가 형성되고, 상기 음극의 테두리 일측에는 상기 하측용기에 삽입되어 음극의 위치를 고정시키기 위한 하측돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 물을 이용한 산소 제조장치.
제 2항에 있어서, 상기 양극과 음극의 상기 결합부재가 관통하기 위한 홀은 상기 결합부재보다 크게 형성되어, 결합부재와의 접촉에 의한 단락을 방지하는 것을 특징으로 하는 물을 이용한 산소 제조장치.
삭제
삭제