JP2015506819A - 水素水製造装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】水素水製造装置を提供する。【解決手段】水素水製造装置は、水を電気分解させて水素水を製造する装置であって、水が満たされる容器と、容器内に提供される第1及び第2電極と、第1及び第2電極に直流電源を供給する電源部と、直流電源の供給をオン/オフし、前記直流電源のプラス(+)極性とマイナス(−)極性を切り替えるスイッチング部と、水のインピーダンスを測定する感知部と、感知部から水のインピーダンスに対する検出信号を受け取り、検出信号に基づいて、水の電気分解過程を制御する制御部と、を含む。【選択図】図1

Description

本発明は水素水製造装置に関し、より詳しくは、電気分解により発生する水素を原水中に溶解させて水素水を製造する装置に関する。
一般に、水素水は、磁化処理、超音波処理、鉱石処理、ミネラル処理、電気分解などの方法により製造させる。これら方法中、電気分解方法が主に用いられ、電気分解により製造された水素水を電解水素水と呼ぶ。
電解水素水はアルカリイオン水、水素豊富水などと呼ばれ、飲用水、美容、産業および農業などに用いられる。具体的に、電解水素水はアトピーのような皮膚炎、皮膚美白、老化、生活習慣病などに効果があり、老化防止と保湿効果により化粧品にも用いられることができ、半導体およびディスプレイの技術分野で超純水より優れた洗浄力を有し、農業(水耕栽培を含む)分野で成長加速および病虫害予防効果があり、また、食品類の長期原形保存性にも優れた効果を有する。
しかしながら、従来の水素水製造装置は次のような問題点がある。
電解容器の内部が、金属電極および活性炭多孔質体を電極とする電解室と、活性炭多孔質体による浄化室を兼ね、特に、活性炭多孔質体を電極として用いることにより、原水の抵抗による電圧降下が大きくなり、これにより、電解効率が低下する。
電解効率を高めるために電流密度を上昇させると、活性炭多孔質体の表面に改質が発生して電気特性が変わり易い。
電解電圧として直流電圧を用いるため、原水中に溶解されているカルシウムから炭酸カルシウムが生成され、陰極の表面に析出して電解効率に悪い影響を及ぼしたり、活性炭多孔質体に付着されてろ過性能に悪い影響を与える。このため、定期的に酸性薬剤(例えば、クエン酸など)を用いて電極を洗浄し、炭酸カルシウムを取り除く補修作業が必要である。
電解電流値を高くすると、炭酸カルシウムが生成しやすくなるので、200mA以下の弱い電流で長時間にかけて電気分解を行う必要があり、短い時間で多量の水素ガスを発生することが困難である。
本発明の実施形態は、電解効率を向上させ、電力消耗を減らすこともでき、製作費を最小化することができる水素水製造装置を提供することを、決しようとする課題とする。
本発明の一側面によれば、水を電気分解させて水素水を製造する水素水製造装置において、前記水が満たされる容器と、前記容器内に提供される第1及び第2電極と、前記第1及び第2電極に直流電源を供給する電源部と、前記直流電源の供給をオン/オフし、前記直流電源のプラス(+)極性及びマイナス(−)極性を切り替えるスイッチング部と、前記水のインピーダンスを測定する感知部と、前記感知部から前記水のインピーダンスに対する検出信号を受け取り、前記検出信号に基づいて前記水の電気分解過程を制御する制御部と、を含む水素水製造し装置を提供することができる。
前記制御部は、前記水の電気分解時間が調節されるように、前記スイッチング部のオン/オフを制御することができる。
前記制御部は、前記第1及び第2電極に供給される前記直流電源の電圧が調節されるように、前記電源を制御することができる。
前記感知部は、前記第1電極と前記第2電極との間に流れる電流を測定して、前記水のインピーダンスを測定することができる。
前記水素水製造装置は、前記制御部から制御信号を受け取り、前記電気分解の経過時間及び終了を表示する表示部をさらに含むことができる。
前記第1電極は、第1ベース電極と、一端がそれぞれ前記第1ベース電極と連結され、前記第1ベース電極の長さ方向に沿って前記第1ベース電極の両側に順次に交互配置され、それぞれ同じ中心と相異なる大きさの半径を有する複数の第1分岐電極と、を含み、前記第2電極は、第2ベース電極と、一端がそれぞれ前記第2ベース電極と連結され、前記第2ベース電極の長さ方向に沿って前記第2ベース電極の両側に順次に交互配置され、それぞれ同じ中心と相異なる大きさの半径を有する複数の第2分岐電極と、を含む。前記第1電極と前記第2電極は、前記第1分岐電極間の空間に前記第2分岐電極がそれぞれ位置するように配置されることができる。
前記水素水製造装置は、前記容器内に提供され、前記水との接触による溶解反応により水素を発生させるマグネシウム水素発生器をさらに含むことができる。
前記水素水製造装置は、前記容器内に提供され、酸素、二酸化炭素、塩素及び揮発性物質を含む気体を吸着除去するフィルターをさらに含むことができる。
前記水素水製造装置は、前記水が磁化水となるように、前記水に磁気場を作用させる磁性体をさらに含むことができる。
前記水素水製造装置は、前記水が波動水となるように、前記水に振動を加える振動子をさらに含むことができる。
前記水前記水素水製造装置は、前記第1及び第2電極を支持し、前記容器の底壁に形成されたホールを通じて前記底壁に結合される電極支持部材と、前記ホールを貫通する前記電極支持部材の一部分に提供され、前記第1及び第2電極と電気的にそれぞれ連結される第1及び第2通電部材と、前記容器が載せられるベースと、前記ベースの上面に提供され、前記第1及び第2通電部材と前記電源部を電気的に連結する第1及び第2コネクタと、をさらに含むことができる。
前記水素水製造装置は、前記ホールを通じる前記水の漏れを防止するように、前記底壁の上面と前記電極支持部材との間に提供される防水パッドをさらに含むことができる。
本発明の実施形態によれば、電極にプラス(+)極性とマイナス(−)極性を切り替えて直流電源を印加して、不純物が電極に付着することを防止することができる。
そして、本発明の実施形態によれば、水のインピーダンスを測定して電気分解時間を自動調節することにより、使用者の便宜性を高め、必要以上の電気分解を行わず、電力消耗を減らすことができる。
また、本発明の実施形態によれば、水のインピーダンスを測定して電極に印加される直流電源の電圧を調節することができる。
その上、本発明の実施形態によれば、電極を対称構造で配置して電解効率を向上させることができる。
図1は本発明の一実施形態による水素水製造装置の斜視図である。 図2は図1の容器及びベースの内部構成を示した断面図である。 図3は図1の水素水製造装置の分解斜視図である。 図4は図3の電極の平面図である。 図5は電極の結合状態を示した図である。 図6は本発明の一実施形態による水素水製造装置の電力系統及び制御系統を示したブロック図である。
10:容器
20:カバー
30:ベース
33:入力部
35:表示部
100a:第1電極
100b:第2電極
200:電極支持部材
270:放水パッド
290:磁性体
300a:第1通電部材
300b:第2通電部材
400:フィルター
420:マグネシウム水素発生器
500:振動子
600a:第1コネクタ
600b:第2コネクタ
710:制御部
720:電源部
730:スイッチング部
740:感知部
本発明は各種の実施形態と様々な変形例とを含むことができ、以下、特定の実施形態を図面に示し、詳細な説明において詳しく説明する。しかしながら、これらは本発明を特定な実施形態に限定することではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるすべての変形例、均等物乃至代替物を含むことと理解すべきである。本発明の説明において、関連公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を損なうと判断される場合、その詳細な説明は省略する。
本明細書に用いられる用語は実施形態を説明するためのものでって、本発明を限るためのものではない。本明細書において、単数で表れた用語は特に言及しないかぎり、複数形態も含む。
以下、本発明の実施形態を添付図面に参照して詳しく説明する。添付図面の参照において、同じまたは対応する構成要素は同じ図面番号を付け、これに対する重複の説明は省略する。
図1は本発明の一実施形態による水素水製造装置1の斜視図である。
図1を参照すると、水素水製造装置1は、水の電気分解により水素を生成し、生成された水素を再び水に溶解させて水素水を製造するためのものであって、容器10と、カバー20と、ベース30と、を含む。
容器10は上端が開放された中空円筒形状を有し、電気分解される水を収容する。容器10は、水の電気分解により生成される水素が水に溶存することを目で確認できるように、透明な材質からなる。
容器10の側壁には、使用者が容器10を把持する手持ち12が結合されることができ、容器10の上端部には、水素水が排出される排出口14が形成される。
カバー20は容器10の開放された上部を開閉する。
ベース30は、容器10の載せられる据え置部32と、入力部33及び表示部35が設けられる入出力部36と、を含むことができる。置き換え部32の内側には電力系統及び制御系統が提供され、電力系統及び制御系統は容器10内の電極(図示せず)に水の電極分解のための直流電源を提供する。
入力部33はボタンの形態として提供されることができ、入力部33の圧押により水素水製造装置1の動作が開始する。表示部35は複数の発光ダイオード(LED)として提供されることができ、水素水製造装置1の動作開始とともに点灯され、水素水製造装置1の動作進行に応じて一つずつ次第に消灯されることができる。
図2は図1の容器及びベースの内部構成を示した断面図である。図3は図1の水素水製造装置の分解斜視図である。図4は図3の電極の平面図である。また、図5は電極の結合状態を示した図である。
図2乃至図5を参照すると、容器10の内側には第1及び第2電極100a,100bが提供される。第1及び第2電極100a,100bは白金めっきのチタン材質からなることができる。
例えば、図4に示したように、第1電極100aは第1ベース電極100aと複数の第1分岐電極120a,130a,140a,150aを含むことができる。第1ベース電極110aは棒状を有することができ、第1分岐電極120a,130a,140a,150aは、同じ中心を有し相異なる大きさの半径を有する半円状として提供されることができる。第1分岐電極120a,130a,140a,150aは第1ベース電極110aの長さ方向に沿って第1ベース電極110aの両側に順次に交互配置され、その一端が第1ベース電極110aに連結されることができる。
第2電極110bは第2ベース電極110bと複数の第2分岐電極120b,130b,140b,150bを含むことができる。第2ベース電極110bは棒状を有することができ、第2分岐電極120b,130b,140b,150bは、同じ中心を有し相異なる大きさの半径を有する半円状として提供されることができる。第2分岐電極120b,130b,140b,150bは第2ベース電極110bの長さ方向に沿って第2ベース電極110bの両側に順次に交互配置され、その一端が第2ベース電極110bに連結されることができる。
上述したような構成を有する第1電極100aと第2電極100bは、第1分岐電極120a, 130a,140a,150aの間の空間に第2分岐電極120b,130b,140b,150bがそれぞれ位置するように配置することができる。このような配置構造により、第1分岐電極120a,130a,140a,150aと第2分岐電極120b,130b,140b,150bは互いに対称をなすことができる。第1分岐電極120a,130a,140a,150aと第2分岐電極120b,130b,140b,150bが互いに対称をなすと、水の電気分解による水素が一定に生成されて電解効率を向上させることができる。
第1及び第2電極100a,100bは電極支持部材200により支持されることができる。電極支持部材200は、上部支持部材220、電極キャップ240及び下部支持部材260を含むことができる。上部支持部材220と電極キャップ240は容器10の内側に提供され、下部支持部材260は容器10の底壁の下に提供される。
上部支持部材220は、円形板状の水平板222と、水平板222の縁周りから上方に垂直に伸びる側板224と、水平板222の中心領域から下方に垂直に伸びる結合部226と、を有する。
結合部226は円柱形状を有することができる。結合部226の外周面には雄ねじ227が形成されるか、放水及び固定のためにシリコンOリングが挿入されることができる。そして、水平板222と結合部226には、後述する第1及び第2通電部材300a及び300bが挿入結合される第1及び第2結合ホール228a,228bが貫通形成される。
第1及び第2電極100a,100bは上部支持部材220の水平板222の上に載せられ、第1及び第2締結ボルト229a,229bにより水平板222に結合されることができる。水平板222に結合された第1及び第2電極100a,100bの上部には電極キャップ240が結合されることができる。
下部支持部材260は円形板状として提供されることができ、下部支持部材260の中心領域には上部支持部材220の結合部226の雄ねじ227が締結される雌ねじ262が形成される。
第1及び第2電極100a,100bが結合された上部支持部材220の結合部226は容器10の底壁に形成されたホール16に貫通挿入される。この際、容器10の底壁と上部支持部材220の水平板222との間には、ホール16を通じる水の漏れを防止するように、放水パッド270が提供されることができる。
下部支持部材260は容器10の底壁の下方に配置され、下部支持部材260の雌ねじ242には結合部226の雄ねじ227が締結される。また、下部支持部材260には、容器10内の水が磁化水となるように、水に磁気場を作用させる、磁性体290が提供されることができる。
第1及び第2電極100a,100bは、第1及び第2通電部材300a,300bによりベース30に提供された電力系統から直流電源を供給される。第1通電部材300aは第1電極100aに電気的に連結され、第2通電部材300bは第2電極100bに電気的に連結されることができる。第1通電部材300aと第2通電部材300bの構成は同じであるため、以下、第1通電部材300aのみについて説明する。
第1通電部材300aは、第1電源供給ピン310a、第1スプリング320a及び第1連結ボルト330aと、を含むことができる。第1電源供給ピン310a、第1スプリング320a及び第1連結ボルト330aは、上部支持部材220の第1結合ホール228aに結合される。具体的に、第1電源供給ピン310aは第1結合ホール228aの上端部を通じて挿入された後、第1結合ホール228aの下端部に位置し、第1電源供給ピン310aの下端は外部に露出される。第1スプリング320aは第1電源供給ピン310aの上端と接触するように、第1結合ホール228aに挿入され、第1連結ボルト330aは第1スプリング320aの上端と接触するように、第1結合ホール228aの上端部に結合される。また、第1連結ボルト330aの上端は第1電極100aと接触する。
第1連結ボルト330aは円柱状を有することができる。第1連結ボルト330aの外周面には雄ねじが形成され、第1連結ボルト330aの内側には雌ねじが形成される。第1連結ボルト330aの雄ねじは上部支持部材220の第1結合ホール228aに形成された雌ねじに締結され、第1連結ボルト330aの雌ねじには、第1電極100aの固定のための第1締結ボルト229aが締結される。
ここで、説明しない参照番号310bは第2通電部材300bの第2電源供給ピンであり、参照番号320bは第2通電部材300bの第2スプリングであり、また、参照番号330bは第2通電部材300bの第2連結ボルトである。
図3に示したように、カバー20は容器10の開放された上部を開閉する。また、カバー20にはフィルター400とマグネシウム水素発生器420が結合されることができる。フィルター400とマグネシウム水素発生器420はカバー20から容器10に向かう方向に突出し、容器10に満たされる水に浸ることができる。
フィルター400には活性炭、イライト(Illite)、ゼオライト(Zeolite)などの脱臭剤が内蔵され、容器10の水中に含まれた酸素、二酸化炭素、塩素または揮発性物質を含む気体を吸着除去することができる。
マグネシウム水素発生器420はマグネシウム単独またはマグネシウムとサンゴ、麦飯石、セラミックス、イライト、ゼオライトのうちの少なくともいずれか一つ以上を混合して円形状、粒子形状、棒形状または板状として製造されることができ、プラスチックまたはステンレス材質の圧力容器に収納されることができる。マグネシウム水素発生器420は容器10内の水との接触による溶解反応により水素を発生させ、水の溶存水素濃度を増加させることができる。
一方、ベース30の据え置部32には、容器10が載せられる。また、ベース30の入出力部36または据え置部32には、容器10内の水が波動水となるように、水に振動を加える、振動子500が提供されることができる。ここで、振動子500の周波数は数十のHz帯域の低周波数となりえる。
ベース30の据え置部32の上面には、第1及び第2コネクタ600a及び600bが提供され、据え置部32の内側には、直流電源を供給する電力系統とこれを制御する制御系統とが提供されることができる。
第1コネクタ600aは第1電源供給ピン310aと接触して第1電極100aを電力系統に電気的に連結することができ、第2コネクタ600bは第2電源供給ピン310bと接触して第2電極100bを電力系統に電気的に連結することができる。
図6は本発明の一実施形態による水素水製造装置の電力系統及び制御系統を示したブロック図である。
図6を参照すると、入力部33は制御部710へ動作開始信号を伝送する。動作開始信号が制御部710に伝送されると、制御部710は電源部720及びスイッチング部730の動作を制御し、水の電気分解のための直流電源が第1及び第2電極100a,100bに供給されるようにする。
電源部720は第1及び第2電極100a,100bに電極駆動のための直流電源を供給し、制御部710に制御部駆動のための直流電源を供給する。
電源部720と第1及び第2電極100a,100bとの間にはスイッチング部730が提供される。スイッチング部730は第1及び第2電極100a,100bの駆動のための直流電源の供給をオン/オフし、第1及び第2電極100a,100bに対する直流電源のプラス(+)極性及びマイナス(−)極性を周期的に切り替えることができる。また、極性の周期的な切り替えにおいては、第1及び第2電極100a,100bに対して一定の時間、直流電源の供給を遮断することもできる。
スイッチング部730により第1及び第2電極100a,100bに印加される直流電源の極性が周期的に切り替わると、炭酸カルシウムのような不純物が第1及び第2電極100a及び100bに付着することが防止され、これにより、電解効率が向上されることができる。
感知部740は、第1電極100aと第2電極100bとの間に流れる電流を測定して、電気分解される水のインピーダンスを測定することができる。水のインピーダンスに対する検出信号は制御部710に伝えられる。
制御部710は感知部740から水のインピーダンスに対する検出信号を受け取り、検出信号に基づいて電源部720とスイッチング部730の制御のための制御信号を生成することができる。
例えば、制御部710は、感知部740の検出信号に基づいて、第1及び第2電極100a,100bに供給される直流電源の電圧が調節されるように電源部720を制御することができる。水のインピーダンスが既に設定された基準値より大きい場合、すなわち、水の電気分解に対する抵抗が大きい場合、制御部710は電圧を高めて強い電流を供給するように電源部720を制御することができる。一方、水のインピーダンスが既に設定された基準値より小さい場合、すなわち、水の電気分解に対する抵抗が小さい場合、制御部710は電圧を下げて弱い電流を供給するように電源部720を制御することができる。
また、制御部710は、感知部740の検出信号に基づいて、水の電気分解時間が調節されるように、スイッチング部730のオン/オフを制御することができる。水のインピーダンスが既に設定された基準値より大きい場合、制御部710は電気分解時間が長くなるように、スイッチング部730のオン/オフを制御することができる。一方、水のインピーダンスが既に設定された基準値より小さい場合、制御部710は電気分解時間が短縮するようにスイッチング部730のオン/オフを制御することができる。
表示部35は複数の発光ダイオード(LED)を備えてなり、制御部710の制御信号により水の電解分解過程の開始、進行及び終了を表示することができる。表示部35は、入力部33が制御部710に動作開始信号を伝送すると、すべてが点灯され、水の電化分解過程の進行中には時間の経過に応じて一つずつ次第に消灯されることができる。そして、表示部35は電気分解過程が終了すると、すべてが消灯されることができる。
一方、図6には示していないが、図2乃至5を参照して説明した第1及び第2通電部材300a,300bと第1及び第2コネクタ600a,600bはスイッチング部730と第1及び第2電極100a,100bとの間に位置する。
以上、本発明の実施形態について説明したが、該当技術分野における通常の知識を持つ者なら特許請求の範囲に記載された本発明の思想を逸脱しない範囲で、構成要素の付加、変更、削除又は追加などにより、本発明を様々に修正及び変更させることができ、この場合も本発明の権利範囲に含まれる。

Claims (12)

  1. 水を電気分解させて水素水を製造する水素水製造装置において、
    前記水が満たされる容器と、
    前記容器内に提供される第1及び第2電極と、
    前記第1及び第2電極に直流電源を供給する電源部と、
    前記直流電源の供給をオン/オフし、前記直流電源のプラス(+)極性とマイナス(−)極性を切り替えるスイッチング部と、
    前記水のインピーダンスを測定する感知部と、
    前記感知部から前記水のインピーダンスに対する検出信号を受け取り、前記検出信号に基づいて、前記水の電気分解過程を制御する制御部と、を含むことを特徴とるす水素水製造装置。
  2. 前記制御部は、前記水の電気分解時間が調節されるように、前記スイッチング部のオン/オフを制御する請求項1に記載の水素水製造装置。
  3. 前記制御部は、前記第1及び第2電極に供給される前記直流電源の電圧が調節されるように、前記電源部を制御する請求項1に記載の水素水製造装置。
  4. 前記感知部は、前記第1電極と第2電極との間に流れる電流を測定して、前記水のインピーダンスを測定する請求項1に記載の水素水製造装置。
  5. 前記制御部から制御信号を受け取り、前記電気分解の経過時間及び終了を表示する表示部をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の水素水製造装置。
  6. 前記第1電極は、
    第1ベース電極と、
    一端がそれぞれ前記第1ベース電極と連結され、前記第1ベース電極の長さ方向に沿って前記第1ベース電極の両側に順次に交互配置され、それぞれ同じ中心と相異なる大きさの半径を有する複数の第1分岐電極と、を含み、
    前記第2電極は、
    第2ベース電極と、
    一端がそれぞれ前記第2ベース電極と連結され、前記第2ベース電極の長さ方向に沿って前記第2ベース電極の両側に順次に交互配置され、それぞれ同じ中心と相異なる大きさの半径を有する複数の第2分岐電極を含み、
    前記第1電極と前記第2電極は、
    前記第1分岐電極の間の空間に前記第2分岐電極がそれぞれ位置するように配置される請求項1に記載の水素水製造装置。
  7. 前記容器内に提供され、前記水との接触による溶解反応により水素を発生させるマグネシウム水素発生器をさらに含むことを特徴する請求項1に記載の水素水製造装置。
  8. 前記容器内に提供され、酸素、二酸化炭素、塩素及び揮発性物質を含む気体を吸着除去するフィルターをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の水素水製造装置。
  9. 前記水が磁化水となるように前記水に磁気場を作用させる磁性体をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の水素水製造装置。
  10. 前記水が波動水となるように前記水に振動を加える振動子をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の水素水製造装置。
  11. 前記第1及び第2電極を支持し、前記容器の底壁に形成されたホールを通じて前記底壁に結合される電極支持部材と、
    前記ホールを貫通する前記電極支持部材の一部分に提供され、前記第1及び第2電極と電気的にそれぞれ連結される第1及び第2通電部材と、
    前記容器が載せられるベースと、
    前記ベースの上面に提供され、前記第1及び第2通電部材と前記電源部とを電気的に連結する第1及び第2コネクタと、をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の水素水製造装置。
  12. 前記ホールを通じる前記水の漏れを防止するように、前記底壁の上面と前記電極支持部材との間に提供される防水パッドをさらに含むことを特徴する請求項11に記載の水素水製造装置。
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