JP2018532518A - 水素発生装置 - Google Patents
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Abstract
水素発生装置において、電気分解電極部が水を電気分解するが、多孔質セラミック触媒があって、電気分解時に発生する酸素と結合してオゾンの発生を防止することができる。また、水の抵抗値を測定するが、水に溶けている電解質の種類及び当該電解質の濃度による変化を測定して、該測定された抵抗値によって電圧を可変させて印加することによって、水に溶けている成分によって最適量で水を電気分解して、人体に有害な成分の発生を予防する。
Description
[技術分野]
本発明は、電極を用いた水素及び水素水生成技術に係り、より詳細には、水に入れられた電極板に電圧を印加して水素ガスを発生させる電解式水素水生成技術に関する。
[背景技術]
有害酸素とも呼ばれる活性酸素は、化学物質、紫外線、ストレス、血液循環障害などで酸素が過剰生産されて発生するが、このような活性酸素は、ヒトの体内で酸化作用を起こして、細胞膜、DNA、細胞を損傷させる。また、体内の多様なアミノ酸を酸化させてタンパク質の機能低下をもたらす。このような活性酸素の影響は、生理的機能の低下を誘発し、各種の疾病と老化との原因となる。現代人の疾病のうち、約90%が活性酸素と関連があると知られている。
本発明は、電極を用いた水素及び水素水生成技術に係り、より詳細には、水に入れられた電極板に電圧を印加して水素ガスを発生させる電解式水素水生成技術に関する。
[背景技術]
有害酸素とも呼ばれる活性酸素は、化学物質、紫外線、ストレス、血液循環障害などで酸素が過剰生産されて発生するが、このような活性酸素は、ヒトの体内で酸化作用を起こして、細胞膜、DNA、細胞を損傷させる。また、体内の多様なアミノ酸を酸化させてタンパク質の機能低下をもたらす。このような活性酸素の影響は、生理的機能の低下を誘発し、各種の疾病と老化との原因となる。現代人の疾病のうち、約90%が活性酸素と関連があると知られている。
このような活性酸素を除去するためには、水素を活用することができる。水素は、活性化酸素と化学的に結合して抗酸化効果が得られるようにする。したがって、ヒトが、水素が水に溶けている溶存水素水を飲むか、皮膚に接触するか、水素自体を呼吸すれば、抗酸化効果が得られる。最近、水素水を製造して飲むことが脚光を浴びるようになった。
2013年7月3日に公開された大韓民国公開番号10−2013−0073831の水素水製造装置には、水を電気分解させて水素水を製造する装置が開示される。
[発明の概要]
[発明が解決しようとする課題]
水を電気分解して水素を作ろうとすれば、水に電解質がなければならない。蒸留水の場合、電解質がなくて電流が流れないので、電気分解することができない。しかし、水が電気分解される時、電解質は溶けている濃度によって電気化学的反応を起こすために、電解質自体が電気分解される。具体的に、電解質が水に溶けてイオンとして残っていようとする程度、すなわち、反応性のために溶解させた電解質が還元されることもあり、水が還元されて水素が発生することもある。
[発明の概要]
[発明が解決しようとする課題]
水を電気分解して水素を作ろうとすれば、水に電解質がなければならない。蒸留水の場合、電解質がなくて電流が流れないので、電気分解することができない。しかし、水が電気分解される時、電解質は溶けている濃度によって電気化学的反応を起こすために、電解質自体が電気分解される。具体的に、電解質が水に溶けてイオンとして残っていようとする程度、すなわち、反応性のために溶解させた電解質が還元されることもあり、水が還元されて水素が発生することもある。
電解質の陽イオンのうち、K+、Ca2+、Mg2+、Al+のようなものは、反応性が大きくてイオンに還元されてH2が発生し、Au、Pt、Ag、Hg、Cuのようなものは、水素イオンよりも反応性が小さくて電解質が還元される。電解質の陰イオンのうち、F、NO3、CO3、SO4のようなイオンは、反応性が大きくてイオンとして残っていようとする性質が強くて水が酸化されてO2が発生し、Clのようなものは、反応性が酸素イオンよりも小さくて電解質が酸化される。結局、水の電気分解で使える電解質は、反応性が大きい陽イオンと反応性が大きい陰イオンとからなる電解質であり、反応性が小さな陽イオンと陰イオン、すなわち、蒸留水を電気分解することができないという理由となる。
塩水の場合、水に溶けている塩の濃度によって塩化ナトリウム(NaCl)水溶液電気分解と塩化ナトリウム(NaCl)溶融液電気分解とに区分されうるが、純粋な塩(NaCl)が溶融されている塩水溶融液状態の電気分解化学式は、
+極:2Cl−→Cl2(g)+2e−
−極:2Na++2e−→2Na(s)
Cl−[イオン状態]は、電子を排出しながらガス状のガスになり、Na+[イオン状態]は、電子を得て固体状になる。NaCl水溶液で、もしNaが析出されるならば、1族であるNaと水とが合って爆発するが、Naが析出されずに水素ガスが出る。
+極:2Cl−→Cl2(g)+2e−
−極:2Na++2e−→2Na(s)
Cl−[イオン状態]は、電子を排出しながらガス状のガスになり、Na+[イオン状態]は、電子を得て固体状になる。NaCl水溶液で、もしNaが析出されるならば、1族であるNaと水とが合って爆発するが、Naが析出されずに水素ガスが出る。
塩が水に溶けている濃度によって塩度が高い場合、塩水が電気分解されてNaCl+H2O→Na++Cl−+H2O
すなわち、塩水を電気分解すれば、
+極には(酸化):2Cl−(Ag)→Cl2(g)+2e−
−極には(還元):2H2O(l)+2e−→H2(g)+2OH−
全体反応は、Cl−(Ag)+H2O(l)→Cl2(g)+H2(g)+2OH−(Ag)
すなわち、塩素ガスと水素ガスとが生成され、溶液は、NaOHアルカリになる。
すなわち、塩水を電気分解すれば、
+極には(酸化):2Cl−(Ag)→Cl2(g)+2e−
−極には(還元):2H2O(l)+2e−→H2(g)+2OH−
全体反応は、Cl−(Ag)+H2O(l)→Cl2(g)+H2(g)+2OH−(Ag)
すなわち、塩素ガスと水素ガスとが生成され、溶液は、NaOHアルカリになる。
市中に多様に商用化された水を電気分解して水素を発生させる装置が、前記のように、水に溶けている電解質によって多様な化学反応を起こすために、電気分解しようとする水が如何なる種類、すなわち、塩分がどれほど混ぜられているかによって、本来の目的に反する状況を有しうる。
[課題を解決するための手段]
一態様において、水素発生装置は、水を電気分解するが、電気分解時に発生する酸素と結合してオゾンの発生を防止する多孔質セラミック触媒が位置する電気分解電極部と、水の抵抗値を測定するが、水に溶けている電解質の種類及び当該電解質の濃度による変化を測定する抵抗値測定部と、電気分解電極に電源装置から絶縁された電圧を印加する電源供給部と、前記抵抗値測定部から測定された抵抗値によって電圧を可変させて印加するように、前記電源供給部を制御するコントロール部と、電気分解電極に電流の方向を一定時間間隔で変えながら電圧を印加するように制御されるリレー部と、を含みうる。
[課題を解決するための手段]
一態様において、水素発生装置は、水を電気分解するが、電気分解時に発生する酸素と結合してオゾンの発生を防止する多孔質セラミック触媒が位置する電気分解電極部と、水の抵抗値を測定するが、水に溶けている電解質の種類及び当該電解質の濃度による変化を測定する抵抗値測定部と、電気分解電極に電源装置から絶縁された電圧を印加する電源供給部と、前記抵抗値測定部から測定された抵抗値によって電圧を可変させて印加するように、前記電源供給部を制御するコントロール部と、電気分解電極に電流の方向を一定時間間隔で変えながら電圧を印加するように制御されるリレー部と、を含みうる。
一態様において、水素発生装置は、電気分解の動作と中断とを赤色、青色または緑色の組合せで知らせるように点滅または照明する発光ダイオードをさらに含みうる。また、コントロール部は、抵抗値測定部で塩度が10%以上である時の水の抵抗値が測定された場合、電源供給を遮断して電気分解を中断するように、リレー部を制御するが、発光ダイオードを制御して、中断を知らせることができる。
一態様において、コントロール部は、抵抗値測定部で塩度が4%以上〜10%未満である時の水の抵抗値が測定された場合、前記印加される電圧を下げるが、下げた電圧に相応するほど電圧印加時間を追加して電気分解するように、前記リレー部を制御することができる。
一態様において、コントロール部は、抵抗値測定部で塩度が3%未満である時の水の抵抗値が測定された場合、最大電圧で一定時間の間に水を電気分解するように、前記電源供給部と前記リレー部とを制御することができる。
一態様において、抵抗値測定部は、水の量による抵抗値の変化量を測定し、コントロール部は、測定された抵抗値の変化量によって電源を供給して水を電気分解する時間を可変させるように、リレー部を制御することができる。
一態様において、コントロール部は、電気分解電極両端の抵抗値を測定せずに電源電圧から絶縁された初期電圧を印加して、電極両端に過度な電流が流れる場合、初期電圧よりも低い電圧を印加するように、電源供給部を制御することができる。
一態様において、水素発生装置は、水筒の傾きを感知するジャイロセンサーをさらに含み、コントロール部は、ジャイロセンサーで測定した水筒の傾きが一定角度以上である場合、電源供給を中断するように、電源供給部を制御することができる。
一態様において、水素発生装置は、水の接触如何を感知する水位感知電極をさらに含み、コントロール部は、水位感知電極が水の接触を感知した場合、電源供給を中断するように、電源供給部を制御することができる。
一態様において、水素発生装置は、電気分解で発生した水素の圧力を感知する圧力センサーをさらに含み、コントロール部は、圧力センサーで感知した圧力が一定圧力以上である場合、電気分解を中断するように、電源供給部を制御することができる。
一態様において、水素発生装置は、コントロール部の制御内容によるユーザの使用情報を管理する使用管理部をさらに含むが、使用管理部は、使用情報を保存するが、保存後には修正が不可能な保存部をさらに含みうる。
一態様において、水素発生装置は、装置使用専門家システムに接続して、前記使用情報を伝送するか、使用情報に関するガイドを受信する通信部をさらに含みうる。
一態様において、水素発生装置は、磁石と物理的な接触なしに磁石の磁力によって作動して、水素発生装置のオン/オフ(on−off)電源を調節する第1磁石感応電源絶縁スイッチを含みうる。
一態様において、水素発生装置は、電気分解電極部と区分されて、水が接触しないように密閉されて防水される防水空間をさらに含みうる。
一態様において、防水空間は、磁石と物理的な接触なしに磁石の磁力によって調節される第2磁石感応電源絶縁スイッチと、防水空間外に突出して磁石が触れる場合、前記磁石感応電源絶縁スイッチを連結して2次電池を充電させる急速充電露出電極を含む急速充電露出部と、をさらに含みうる。
一態様において、水素発生装置は、内部に前記防水空間を含む本体を含み、前記本体は、本体と水筒とを結合するように、本体下端に雌ネジが形成される水筒結合部と、第1磁石感応電源絶縁スイッチが回転して作動するリング構造である回転スイッチと、電気分解電極部、電源供給部及び上端に形成される突出部を含む円筒状の電気分解電極棒と、突出部を差し込んで、前記電気分解電極棒を本体と結合することができる固定溝と、を含み、電気分解電極棒は、突出部と固定溝の結合後、本体の下端方向に突出して本体と水筒結合時に水筒内に入ることができる。
一態様において、本体は、水が通過する垂直通路と、上端に通路を開閉する蓋が結合されるように雄ネジが形成される蓋結合部と、をさらに含みうる。
一態様において、本体または蓋は、水素呼吸器のホースと連結されるノズルをさらに含みうる。
一態様において、電子タバコ形状の水素発生装置は、充電回路、2次電池及び絶縁DC−DC変換器を含む電源供給部と、電源供給部と一側で結合するが、分離が可能な水素発生部と、一側と逆方向の一側で前記水素発生部と結合した吸入部と、を含みうるが、水素発生部は、水を電気分解する時に発生する酸素と結合してオゾンの発生を防止する多孔質セラミック触媒が位置するが、垂直通路を有する円筒状の電気分解電極と吸入口が結合される一側で前記電気分解電極の一部が埋め込まれた液体吸収材を含む水筒と、を含みうる。
一態様において、吸入部は、ユーザが水素を吸い込むことができる吸入口と、ユーザが前記吸入口に吸入時に水素と混合される外部空気が入ってくる微細孔と、回転して前記微細孔を開閉する調節部と、を含みうる。
[発明の効果]
水に溶けている成分によって印加される電圧を調節して適切な電気分解を行うことによって、水に対する依存度を改善する。また、水素発行装置を日常生活で容易に備えている水瓶などに結合させて、一般人に水素水の接近性を高める。
[図面の簡単な説明]
[図1]水素発生装置の内部回路の構成を示すブロック図である。
[発明の効果]
水に溶けている成分によって印加される電圧を調節して適切な電気分解を行うことによって、水に対する依存度を改善する。また、水素発行装置を日常生活で容易に備えている水瓶などに結合させて、一般人に水素水の接近性を高める。
[図面の簡単な説明]
[図1]水素発生装置の内部回路の構成を示すブロック図である。
[図2]水素発生装置が作動する時、経時的に印加される電圧、電流、測定された抵抗値の大きさをグラフで示す形状である。
[図3]水素発生装置の抵抗値測定部で測定した値によって印加する電源の大きさを異ならせるアルゴリズムを示す。
[図4]水筒と本体とからなる水素発生装置の構成を示す形状である。
[図5]水素発生装置が一般生水瓶水筒に結合される本体からなる一実施形態を示す。
[図6]蓋にノズルがある水素発生装置の一実施形態と、当該ノズルに水素呼吸器を装着してヒトが呼吸する形状を示す。
[図7]電気電極棒を示す一実施形態の図である。
[図8]電子タバコ形状の水素発生装置の構成図である。
[図9ないし図12]水に浸して使える水素発生装置を示す図である。
[図13]水中に浸して使用する水素発生装置を分解して示す一実施形態である。
[発明を実施するための形態]
前述した、そして、追加的な本発明の態様は、後述する実施形態を通じてより明確になる。以下、添付図面を参照して記述される実施形態を通じて、本発明を当業者が容易に理解し、再現できる程度に詳しく説明する。
[発明を実施するための形態]
前述した、そして、追加的な本発明の態様は、後述する実施形態を通じてより明確になる。以下、添付図面を参照して記述される実施形態を通じて、本発明を当業者が容易に理解し、再現できる程度に詳しく説明する。
図1は、本発明による水素発生装置の内部回路の構成を示すブロック図である。図2は、図1の図面の構成を簡略化したブロック図である。図1に示したように、水素発生装置は、電気分解電極部3、抵抗値測定部10、電源供給部11、コントロール部12、リレー部9を含みうる。
一実施形態において、電気分解電極部3は、+電極と−電極とを含み、当該電極が水1と接触できるように配される。当該電極に電源が供給されれば、接触している水1は電気分解される。
一態様において、電気分解電極部3には、多孔質セラミック触媒4が位置して、当該触媒が水を電気分解する時に発生する酸素と結合してオゾンの発生を防止することができる。図1で、電気分解電極部3−1、3−2に位置する多孔質セラミック触媒4の形状の例示を示す。多孔質セラミック触媒4とは、マグネシウム、酸化鉄、トルマリンなど多様な鉱物質を合成して作ったセラミックである。水1が電気分解されて、2つの水素と1つの酸素とに分解される時、オゾンが発生するが、電気分解電極部3に当該触媒4を置けば、オゾンが発生する前に酸素とセラミック触媒4とが結合してオゾンの生成を防止することができる。一実施形態において、水素生成化学式は、2H20+Mg−>Mg(0H)2+H2であり、マグネシウムは、K電子殻に2つ、L電子殻に8つ、M電子殻に2つの電子を保有しており、この電子のうち、最外殻電子2つは、不安定な状態で電子が容易に放出されることができるので、還元力がある。マグネシウムが水と反応する場合、マグネシウム1分子と水2分子とが反応を行い、この際、マグネシウムは、遊離されずに水酸化マグネシウムが形成され、この過程でマグネシウムから出た電子の一部は、水素ガス形成に使われ、残りの電子は、水中に残される。水酸化マグネシウムは、イオン化されて水酸化基(OH−)が形成され、この際の単原子酸素が酸素分子の代わりに、オゾン(O3)と結合し、その場合、一般酸素に変わりながらオゾンが消滅する。すなわち、マグネシウムは酸化され、その代りに水は還元されて水素水になり、電気分解水素ガスとセラミックを構成する鉱物をマグネシウム、酸化鉄、トルマリン(電気石)などで合成して出た水素水の飲用と水素ガスを呼吸すれば、活性酸素のうち、最も兇暴なヒドロキシルラジカルのみを選択的に結合し、H2Oになって抗酸化効果を有する。このような抗酸化水は、マイナス(−)の酸化還元電位値を有し、還元力に優れて、−100mV〜1989mVの範囲の値を有する。
一態様において、抵抗値測定部10は、水1の抵抗値を測定するが、水に溶けている電解質の種類及び当該電解質の濃度による変化を測定することができる。一実施形態において、抵抗値測定部10は、アナログ−デジタル変換器である。
抵抗値測定部10は、電源供給が遮断された状態で一定時間の間に水の抵抗値を測定する。この際、後述するが、リレー部9が電源供給を遮断することができる。
一実施形態において、抵抗値測定部10が測定した水の抵抗値を水に溶けている電解質の種類と電解質の濃度とを考慮して測定することができる。例えば、水に溶けている多様な電解質のうち、電気的な抵抗値に最も大きな影響を与えるものが、塩の濃度、すなわち、塩度である場合、抵抗値測定部10は、現在抵抗値を測定し、その測定値に基づいて現在塩度を測定することができる。または、抵抗値測定部10は、水の電気的抵抗値の変化に基づいて水に溶けている塩度の変化が分かる。ここで、塩度以外にも、電気分解時に化学的反応が起こって、人体に有害なガスになる他の電解質が考慮されうる。
一態様において、電源供給部11は、電気分解電極部3に電源装置から絶縁された電圧を印加することができる。一実施形態において、電源供給部11は、DC−DC変換器である。このような電源供給部11は、水に接触されている電極部分と電源装置とを完全に独立させて供給するために、1次側と2次側とを完全に絶縁させたステップアップDC−DC変換回路で電圧を電気分解電極に印加する。また、電源供給部11は、後述するコントロール部12などに電源を供給して水素発生装置の動作を可能にする。
一態様において、コントロール部12は、抵抗値測定部10から測定された抵抗値によって電圧を可変させて印加するように電源供給部11を制御する。すなわち、測定された抵抗値は、前述したように、電解質の種類と濃度とが分かるようにするので、結局、当該電解質の種類と濃度とによって電圧を可変させるものと同じ意味である。後述するが、測定された抵抗値によって電解質の濃度が電気分解結果、人体に及ぼしうる結果を考慮して、印加される電圧の大きさを変化させる。例えば、塩分、鉄分など電解質の抵抗値が小さければ、電気分解電圧と電流とを減らして供給し、電解質抵抗値が高い場合、最大定格電圧と適正電流とを流す。図4の35、36グラフは、抵抗値によって印加する電圧の大きさをV1、V2に異ならせる実施形態を示す。
一態様において、リレー部9は、電気分解電極に電流の方向を一定時間間隔で変えながら電圧を印加するように制御することができる。一実施形態において、リレー部9は、ラッチリレーまたはソリッドステートリレー回路であり得る。リレー部9が電極に供給する電源の極性を一定時間間隔で反転させて両電極の化学的な移行現象を防止させる。
一態様において、水素発生装置は、発光ダイオード56を含みうる。発光ダイオード56は、電気分解の動作と中断とを赤色、青色または緑色の組合せで知らせるように点滅または照明することができる。コントロール部12が、このような発光ダイオード56の点滅と照明とを制御することができる。一実施形態において、発光ダイオード56の色は、言及された色の以外の色で構成することができる。
図3は、測定された抵抗値による水素発生装置の動作を示すアルゴリズムである。以下、図3のアルゴリズム内容を図2のブロック図と共に説明する。
一態様において、コントロール部12は、抵抗値測定部10で塩度が10%以上である時の水の抵抗値が測定された場合、電源供給を遮断して電気分解を中断するようにリレー部9を制御することができる。同時に、発光ダイオード56を制御して中断を知らせることができる。水の塩度が10%以上である場合(例えば、海水)、電解質含量が高くて印加した電圧に比べて電流が大きく流れ、結果的に、電流が許容値よりも高くなって、この場合、水素以外のガスが発生する恐れがあるために、それを防止するためである。
また、前述したように、コントロール部12は、発光ダイオード56を制御して、赤色で点滅または照明されて、電気分解が中断されることを知らせることができる。
さらに他の態様において、コントロール部12は、抵抗値測定部10で塩度が4%以上〜10%未満である時の水の抵抗値が測定された場合、印加される電圧を下げるように電源供給部11を制御することができる。塩度が4%以上〜10%未満である場合には、電圧を下げて印加するものであって、水素以外のガスの発生を防止することができるので、塩度が10%である時のように直ちに電気分解を中断しない。また、下げた電圧に相応するほど電圧印加時間を追加して電気分解するようにリレー部9を制御することによって、適正量の水素ガスを発生させうる。そして、緑色で発光ダイオード56を点滅または照明して、現在電気分解状態をユーザに知らせることができる。一実施形態において、塩度が4%以上〜10%未満であって、電圧を下げて印加したら、電流が塩度が3%未満である場合の抵抗値が測定された時の範囲値で流れる場合には、後述する場合のように、青色発光ダイオード56を点滅または照明して、現在電気分解状態を知らせることができる。
一態様において、コントロール部12は、抵抗値測定部10で塩度が3%未満である時の水の抵抗値が測定された場合、最大電圧で一定時間の間に水を電気分解するように電源供給部11とリレー部9とを制御することができる。この場合、塩度の比率が低くて電圧を最大に印加しても、電流が許容値以上に流れにくい。図4の36は、Vmaxの電圧を一定時間の間に印加するグラフである。図3のアルゴリズムから見るように、Vmaxで電気分解電極部3に印加して電流が適正範囲に流れれば、一定時間の間に電気分解し、青色発光ダイオード56を点滅または照明して、ユーザに電気分解の状態を知らせることができる。
一態様において、抵抗値測定部10は、水の量による前記抵抗値の変化量を測定することができる。一実施形態において、抵抗値測定部10は、水の量によって電気分解電極と水とが接触する面積が変化して、抵抗値が微細に小さくなるか、大きくなることを測定することができる。抵抗値測定部10は、水の量の変化によって測定される抵抗値が微細に変化すれば、変化する度にその変化量についての情報をコントロール部12に伝達する。
一態様において、コントロール部12は、抵抗値測定部10が水の量の変化による抵抗値の変化を測定した場合、その変化量によって水を電気分解する時間を可変させるようにリレー部を制御することができる。前述したように、容器に入れられた水の量が変化して、電気分解電極部3と水とが接触する面積が変化すれば、その変化による抵抗値を抵抗値測定部10が測定し、該測定された結果を直ちにコントロール部12に伝達してコントロール部12がリレー部9を制御する。一実施形態において、水の量の増加によって接触面積が増加すれば、抵抗値が微細に小さくなるので、電気分解時間を減らすようにリレー部9のスイッチングを制御し、逆に水の量の減少によって接触面積が減少すれば、抵抗値が微細に大きくなるので、電気分解時間を増やすようにリレー部9のスイッチングを制御する。
一態様において、コントロール部12は、電気分解電極部3両端の抵抗値を測定せずに電源電圧から絶縁された初期電圧を印加して、電極両端に過度な電流が流れる場合、初期電圧よりも低い電圧を印加するように電源供給部11を制御することができる。図4の38のように、V3を電気分解電極部3に印加した後に、39のように、Ipに至る過度電流が流れる場合、コントロール部12が電源供給部11を制御して、電圧をV4に下げ、電流が低くなるように制御する。このような制御過程では、図4の40のように、抵抗値を測定せず、電圧を制御して電流を下げた後に抵抗値を測定する。
一態様において、水素発生装置は、水筒2、ジャイロセンサー6を含みうる。水筒2は、水素発生装置の電極3が接触する水を入れることができる容器である。ジャイロセンサー6は、当該水筒2の傾きを感知するセンサーであって、このセンサーの動作原理は、当分野の通常の技術者に自明であるので、説明を省略する。
一態様において、コントロール部12は、ジャイロセンサー6で測定した水筒の傾きが一定角度以上である場合、電源供給を中断するように電源供給部11を制御することができる。水筒2が一定角度以上に傾けば、水が漏れることが発生するので、電源供給をあらかじめ遮断するように制御する。
一態様において、水の接触如何を感知する水位感知電極7をさらに含みうる。水位感知電極7は、水筒2の上端に位置して、水1が水筒2にどれほど満ちているかを見積もる。水位感知電極7は、水筒2のサイズや形状によって適正な位置に置かれる。
一態様において、コントロール部12は、水位感知電極7が水の接触を感知した場合、電源供給を中断するように電源供給部11を制御することができる。一実施形態において、水位感知電極7で水の接触を感知すれば、水筒に水が水位感知電極7まで満ちるか、それ以上に存在するものであって、水筒2に余分の空間が多くないということを意味する。このような場合、電気分解を進行し続けて水素ガスが持続的に発生すれば、水筒2内部の圧力が過度に高くなる。したがって、水位感知電極7が水の接触を感知すれば、直ちにコントロール部12に感知信号を伝達して、コントロール部12が電源供給部11を制御する。
一態様において、水素発生装置は、圧力センサー5をさらに含みうる。圧力センサー5は、水の電気分解で発生した水素の圧力を感知することができる。圧力センサー5は、水筒内で水素ガスの圧力を感知し、感知信号をコントロール部12に伝達して、感知した圧力によって電気分解を制御可能にする。
一態様において、コントロール部12は、圧力センサー5は感知した圧力が一定圧力以上である場合、電気分解を中断するように電源供給部11を制御することができる。一実施形態において、電気分解される水がプラスチック瓶やペット瓶のように密閉された小さな空間である場合、水を電気分解した水素ガスの圧力が一定以上高い場合、爆発などの安全問題が発生する。したがって、圧力センサー5が一定以上の圧力を感知すれば、圧力がそれ以上危険水位に到達しないように感知信号をコントロール部12に伝達し、コントロール部12は、その感知信号によって電源供給部11が電源供給を中断するように制御する。
一態様において、水素発生装置は、使用管理部を含みうる。使用管理部は、保存部13、通信部18をさらに含みうる。
一態様において、使用管理部は、コントロール部12の制御内容によるユーザの使用情報を管理することができる。一実施形態において、使用情報は、ユーザが水素分解装置を使用した内容であって、例えば、水を電気分解した時間や電気分解した水の量、抵抗値、電解質の種類、電解質の濃度、水素発生量などに関する事項であり得る。または、電気分解した電圧の大きさ、電流の大きさなどの情報も含まれうる。
一態様において、保存部13は、使用管理部で管理するユーザの使用情報を保存することができる。この際、保存部13は、保存された内容の修正を不可能にする。その結果、ユーザが使用情報を安全に管理することができる。
一態様において、通信部18は、装置使用専門家システム30に接続して使用情報を伝送するか、使用情報に関するガイドを受信することができる。一実施形態において、通信部18は、無線通信モジュールであって、スマートフォンやタブレットPCのブルートゥースなどの近距離通信モジュールと通信するか、NFC、ISO1443 PXDのような近接通信モジュールと通信することができる。装置使用専門家システム30は、水素発生装置を提供する事業者のシステムであるか、装置の使用を専門的に管理する事業者のシステムであり得る。このシステムは、ユーザの水素発生装置の使用情報を通信部18を通じて伝達されて、それを分析して、その使用情報に対する分析結果に基づいてユーザに正しい使用ガイドを生成することができる。そして、そのガイド情報をユーザに伝達することによって、水素発生装置の正しい使用を誘導することができる。水素発生装置は、当該情報を通信部18を通じて受信してユーザに知らせることができる。
一態様において、水素発生装置は、防水空間を含む。防水空間は、電気分解電極部3と区分されて、水が接触しないように密閉された防水空間である。防水空間には、第1磁石感応電源絶縁スイッチ24が含まれうる。第1磁石感応電源絶縁スイッチは、磁石と物理的な接触なしに磁石の磁力によって作動して、水素発生装置のオン/オフ電源を調節することができる。
追加的な態様において、前記防水空間は、第2磁石感応電源絶縁スイッチ24、急速充電露出部25をさらに含みうる。第2磁石感応電源絶縁スイッチ24は、磁石と物理的な接触なしに磁石の磁力によって調節される。急速充電露出部25は、防水空間外に突出して磁石が触れる場合、磁石感応電源絶縁スイッチを連結して2次電池を充電させることができる。一実施形態において、第1磁石感応電源絶縁スイッチと第2磁石感応電源絶縁スイッチは、2次電池高速充電回路と連結される。磁石が急速充電露出部25と接触すれば、磁力によって第1磁石感応電源絶縁スイッチと第2磁石感応電源絶縁スイッチとがスイッチングされて密閉された水素発生装置の内部に充電電流が流れる。したがって、2次電池高速充電回路と2次電池にも、充電電流が流れて2次電池が充電される。図5は、第1及び第2磁石感応電源絶縁スイッチ24a、24b、急速充電露出部25及び急速充電電極部磁石27を示す形状である。
図6は、図1の回路を内部に含む水素発生装置の一実施形態を示す形状である。図7は、図6の水素発生装置が水瓶と結合された形状を示す。図8は、図6の水素発生装置を分解した形状である。
一態様において、水素発生装置は、本体41を含む。本体41は、前述した防水空間23を内部に含みうる。具体的な態様において、本体41は、水筒結合部、回転スイッチ42、電気分解電極棒3、固定溝をさらに含む。
水筒結合部は、本体41と水筒2とを結合するように本体下端に雌ネジが形成されている。回転スイッチ42は、磁石感応電源絶縁スイッチが回転して作動するリング構造である。例えば、回転スイッチ42には、磁石22があって、回転スイッチを回転させれば、磁石も回転し、磁石の動きによって磁石感応電源絶縁スイッチが作動する。
具体的な態様において、電気分解電極棒3は、前述した電気分解電極部3、電源供給部11、突出部をさらに含みうる。一実施形態において、電気分解電極部3は、円筒状の棒であり得る。図8は、このような電気分解電極棒3の具体的な形状を示す図である。
具体的な態様において、電気分解電極棒3は、突出部と固定溝の結合後、本体の下端方向に突出して本体と水筒結合時に水筒内に入る。一実施形態において、電気分解電極棒3の上端に突出部が本体に存在する固定溝に差し込まれて、電気分解電極棒が本体に揺れないように結合される。結合後、電気分解電極棒3が本体41の下端方向に突出した形状は、図6のようである。
一態様において、本体は、垂直通路、蓋結合部をさらに含みうる。垂直通路は、水が通過する垂直通路である。本体が、図5のように、水筒に結合された時、水筒に入れられた水が本体上端の孔に流れるように、本体内部には、垂直通路が存在する。蓋結合部は、通路を開閉する蓋が結合されるように雄ネジが形成される。
一態様において、本体41は、ノズルを含みうる。ノズル70は、水素呼吸器のホースと連結することができるノズルである。または、本体41を覆う蓋にノズルが含まれうる。図6、図7、図11で、蓋にあるノズルの形状とノズルと連結された水素呼吸器69とを示す。ユーザ72は、ノズル70に水素呼吸器69を連結して水素呼吸器を使用することによって、水素ガスを吸い込むことができる。
図12は、電子タバコ形状の水素発生装置を示す図である。電子タバコ形状の水素発生装置は、電源供給部11、水素発生部、吸入部61を含む。
一実施形態において、電源供給部11は、充電回路15、2次電池及び絶縁DC−DC変換器を含みうる。
一態様において、水素発生部は、電源供給部と一側で結合され、分離することもできる。
一態様において、吸入部61は、水素発生部が電源供給部11と結合した一側と逆方向の一側で水素発生部と結合することができる。
具体的な態様において、水素発生部には、水を電気分解する時に発生する酸素と結合してオゾンの発生を防止する多孔質セラミック触媒4が位置するが、水素発生装置の水筒2は、垂直通路を有する円筒状の電気分解電極部3と吸入部61が結合される一側で当該電気分解電極部3の一部が埋め込まれた液体吸収材65を含む。電気分解電極は、円筒状であるが、中心部が開けられている同心型である(3)。したがって、水が接触する電極の面積を大きくする。液体吸収材65は、水漏れを防止するための多孔質スポンジで水を隔離させて水素気泡66のみ通過させうる。
一態様において、吸入部61は、吸入口、微細孔63、調節部62をさらに含みうる。吸入口は、ユーザが水素を吸い込むことができる孔であり、微細孔63は、ユーザが当該吸入口に吸入時に水素と混合される外部空気が入ってくる孔である。調節部62は、回転して微細孔63を開閉させうる。一実施形態において、調節部62を回して微細孔を開けば、水素と空気とが混合されて、ユーザが吸入口に口をつけて吸い込む時、空気混合水素を飲むことができる。
[産業上の利用可能性]
本発明は、水素発生装置関連の技術分野に適用可能である。
[産業上の利用可能性]
本発明は、水素発生装置関連の技術分野に適用可能である。
Claims (17)
- 水を電気分解して水素を発生させる装置において、
水を電気分解するが、電気分解時に発生する酸素と結合してオゾンの発生を防止する多孔質セラミック触媒が位置する電気分解電極部と、
水の抵抗値を測定するが、水に溶けている電解質の種類及び当該電解質の濃度による変化を測定する抵抗値測定部と、
電気分解電極に電源装置から絶縁された電圧を印加する電源供給部と、
前記抵抗値測定部から測定された抵抗値によって電圧を可変させて印加するように、前記電源供給部を制御するコントロール部と、
電気分解電極に電流の方向を一定時間間隔で変えながら電圧を印加するように制御されるリレー部と、
を含む水素発生装置。 - 電気分解の動作と中断とを赤色、青色または緑色の組合せで知らせるように点滅または照明する発光ダイオードをさらに含み、
前記コントロール部は、
前記抵抗値測定部で塩度が10%以上である時の水の抵抗値が測定された場合、電源供給を遮断して電気分解を中断するように、前記リレー部を制御するが、前記発光ダイオードを制御して、前記中断を知らせる請求項1に記載の水素発生装置。 - 前記コントロール部は、
前記抵抗値測定部で塩度が4%以上〜10%未満である時の水の抵抗値が測定された場合、前記印加される電圧を下げるが、下げた電圧に相応するほど電圧印加時間を追加して電気分解するように、前記リレー部を制御する請求項1に記載の水素発生装置。 - 前記抵抗値測定部で塩度が3%未満である時の水の抵抗値が測定された場合、最大電圧で一定時間の間に水を電気分解するように、前記電源供給部と前記リレー部とを制御する請求項1に記載の水素発生装置。
- 前記抵抗値測定部は、
水の量による前記抵抗値の変化量を測定し、
前記コントロール部は、
前記測定された抵抗値の変化量によって電源を供給して水を電気分解する時間を可変させるように、前記リレー部を制御する請求項1に記載の水素発生装置。 - 前記コントロール部は、
電気分解電極両端の抵抗値を測定せずに電源電圧から絶縁された初期電圧を印加して、電極両端に過度な電流が流れる場合、初期電圧よりも低い電圧を印加するように、前記電源供給部を制御する請求項1に記載の水素発生装置。 - 水筒の傾きを感知するジャイロセンサーをさらに含み、
前記コントロール部は、
前記ジャイロセンサーで測定した水筒の傾きが一定角度以上である場合、電源供給を中断するように、前記電源供給部を制御する請求項1に記載の水素発生装置。 - 水の接触如何を感知する水位感知電極をさらに含み、
前記コントロール部は、
前記水位感知電極が水の接触を感知した場合、電源供給を中断するように、前記電源供給部を制御する請求項1に記載の水素発生装置。 - 水の電気分解で発生した水素の圧力を感知する圧力センサーをさらに含み、
前記コントロール部は、
前記圧力センサーで感知した圧力が一定圧力以上である場合、電気分解を中断するように、前記電源供給部を制御する請求項1に記載の水素発生装置。 - 前記コントロール部の制御内容によるユーザの使用情報を管理する使用管理部をさらに含むが、
前記使用管理部は、
前記使用情報を保存するが、保存後には修正が不可能な保存部と、
装置使用専門家システムに接続して、前記使用情報を伝送するか、使用情報に関するガイドを受信する通信部と、
をさらに含む請求項1に記載の水素発生装置。 - 磁石と物理的な接触なしに磁石の磁力によって作動して、水素発生装置のオン/オフ電源を調節する第1磁石感応電源絶縁スイッチを含み、前記電気分解電極部と区分されて、水が接触しないように密閉されて防水される防水空間をさらに含む請求項1に記載の水素発生装置。
- 前記防水空間は、
磁石と物理的な接触なしに磁石の磁力によって調節される第2磁石感応電源絶縁スイッチと、
防水空間外に突出して磁石が触れる場合、前記磁石感応電源絶縁スイッチを連結して2次電池を充電させる急速充電露出電極を含む急速充電露出部と、
をさらに含む請求項11に記載の水素発生装置。 - 内部に前記防水空間を含む本体と、
前記本体は、
前記本体と水筒とを結合するように、前記本体下端に雌ネジが形成される水筒結合部と、
前記第1磁石感応電源絶縁スイッチが回転して作動するリング構造である回転スイッチと、
前記電気分解電極部、前記電源供給部及び上端に形成される突出部を含む円筒状の電気分解電極棒と、
前記突出部を差し込んで、前記電気分解電極棒を本体と結合することができる固定溝と、を含み、
前記電気分解電極棒は、
前記突出部と固定溝の結合後、本体の下端方向に突出して、前記本体と水筒結合時に水筒内に入る請求項11に記載の水素発生装置。 - 前記本体は、
水が通過する垂直通路と、
上端に前記通路を開閉する蓋が結合されるように雄ネジが形成される蓋結合部と、
をさらに含む請求項13に記載の水素発生装置。 - 前記本体または前記蓋は、
水素呼吸器のホースと連結されるノズルをさらに含む請求項14に記載の水素発生装置。 - 電子タバコ形状の水素発生装置において、
充電回路、2次電池及び絶縁DC−DC変換器を含む電源供給部と、
前記電源供給部と一側で結合するが、分離が可能な水素発生部と、
前記一側と逆方向の一側で前記水素発生部と結合した吸入部と、を含むが、
前記水素発生部は、水を電気分解する時に発生する酸素と結合してオゾンの発生を防止する多孔質セラミック触媒が位置するが、垂直通路を有する円筒状の電気分解電極と前記吸入口が結合される一側で前記電気分解電極の一部が埋め込まれた液体吸収材を含む水筒を含む水素発生装置。 - 前記吸入部は、
ユーザが水素を吸い込むことができる吸入口と、
ユーザが前記吸入口に吸入時に水素と混合される外部空気が入ってくる微細孔と、
回転して前記微細孔を開閉する調節部と、
をさらに含む請求項16に記載の水素発生装置。
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