JP6250596B2 - 水素水製造用の水素発生ユニット - Google Patents
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Description
本発明は、水素水を製造するための水素発生ユニットに関し、より詳しくは、家庭用または商業用の小容量の水素水製造装置に適用するのに容易になるように体積が比較的小さくて簡単な構造からなっており、特に上部電極と下部電極の締結時、本発明の出願人による従来の水素発生ユニットに用いられた上部カバーと下部カバーを使用する代わりに、前記上部電極と下部電極を上部のキャップと下部のハウジングとの間に位置させ、キャップとハウジングの結合時に上部電極と下部電極も共に組み立てられるようにして水素発生ユニットの使用部品を減少させ、製造工程を単純化することができ、良好な組立性を達成できる水素発生ユニットに関する。
水素水とは、一般的に、高溶存量で水素が溶解した水を指し示す。このような水素水は、溶存した水素が活性酸素であるヒドロキシルラジカル（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｒａｄｉｃａｌ）を除去する抗酸化作用をすることで老化を防止し、糖尿病、高血圧、動脈硬化、癌、痴呆を予防するのに役に立ち、皮膚美容、ダイエット、疲労回復、性機能の改善、運動能力の向上、免疫力の強化、二日酔いの解消に効果があると報告されている。
前記のような水素水を製造できる装置として、従来の公知された技術を見てみれば、大韓民国特許公開第１０−２０１１−３９６４７号の電解水素水生成装置、大韓民国特許第１０７６６３１号の水素水製造装置、大韓民国特許第９９５７１３号の電気分解用電極組立体、それを備えた酸素水素発生器およびそれを備えた水素水製造装置、大韓民国特許第１２５０４７０号の溶存水素水製造装置の技術が公知である。
しかし、前記のような水素水製造装置は、その核心といえる水素水を生成するための水素発生ユニット（ｕｎｉｔ）部分の体積が大きく、構造が非常に複雑であるため、比較的に小容量が求められる家庭用または商業用の水素水製造装置に適用するのに難しいという問題点があった。
したがって、本発明の出願人は、水素発生ユニットの体積が小さく、且つ簡単な構造の小型のコンパクト化された水素発生ユニットを開発して、大韓民国特許出願第１０−２０１４−１３２８５号として出願したことがある。
但し、前記本発明の出願人が先行出願した技術は、隔膜、隔膜の上部および下部に位置した上部電極と下部電極、上部電極の上側に上部カバーが締結され、前記下部電極の下部に下部カバーが締結され、上部カバーおよび下部カバーとの結合のために上部電極と下部電極に結合孔が複数形成され、上部カバーと下部カバーにも結合孔を形成する構成であるが、上部および下部電極と上部および下部カバーの結合時に結合孔を整列させた後にボルトなどで締結するため、結合孔の形成のための工程がさらに必要であり、ユニットの組み立て過程が多少煩わしいという問題点があった。
前記のような従来の諸問題を解消するために導き出された本発明に係る水素水製造用の水素発生ユニットは、体積が小さく、構造が簡単であり、小容量が求められる水素水製造装置に適用することができ、電極とカバーとの結合が必要ないので製造工程を単純化することができ、組立性が良好な水素水の製造のための水素発生ユニットの構成を提供する。
本発明はまた、小容量の水素水製造装置に設置が容易になるように小型化された電源部を用いながらも、水素発生ユニットの上部電極と下部電極の生産収率を最大化できる気孔の大きさおよび気孔の個数を有する水素製造ユニットの構成を提供する。
前記のような技術的課題を達成するための本発明に係る水素水製造用の水素発生ユニットは、
ハウジングと、前記ハウジングの上部に結合され下方に継ぎ手管を形成したキャップとを有し、
前記ハウジングは、上側のヘッドと前記ヘッドから下方に突出した連結管とからなり、
前記ヘッドの内部の挿入孔と連結管との間に係止顎が形成され、
前記キャップの継ぎ手管を前記ヘッドの挿入孔に挿入時、前記キャップの継ぎ手管の下部と前記ヘッドの係止顎との間に上部電極と下部電極が結合され、そして、
前記上部電極と下部電極との間には隔膜が介在することを特徴とする水素発生ユニットの構成である。
ハウジングと、前記ハウジングの上部に結合され下方に継ぎ手管を形成したキャップとを有し、
前記ハウジングは、上側のヘッドと前記ヘッドから下方に突出した連結管とからなり、
前記ヘッドの内部の挿入孔と連結管との間に係止顎が形成され、
前記キャップの継ぎ手管を前記ヘッドの挿入孔に挿入時、前記キャップの継ぎ手管の下部と前記ヘッドの係止顎との間に上部電極と下部電極が結合され、そして、
前記上部電極と下部電極との間には隔膜が介在することを特徴とする水素発生ユニットの構成である。
前記のような構成を有する本発明に係る水素水の製造のための水素発生ユニットは、体積が小さく、構造が簡単で、家庭用や商業用の小容量の水素水製造装置に適用が容易な長所がある。
また、電極の上部および下部に別途の上部カバーと下部カバーを締結する必要がないため、使用部品が減少し、水素発生ユニットの製造工程を単純化し、組立性を良好に改善して、本発明に係る水素発生ユニットの生産性を向上できるという効果を有する。
なお、本発明に係る水素発生ユニットの気孔の大きさと個数は水素水提供装置に設けられる電源部の体積を小型化しつつ、ユニットの上部電極と下部電極が生産収率を最大化できるという効果を有する。
さらに、本発明に係る水素発生ユニットを採用した水素水製造装置は、人体に有益な水素が豊富に溶存した良質の水素水を製造できる効果が得られる非常に進歩した発明である。
以下、図面を参照して、本発明に係る水素水製造用の水素発生ユニットの構成および作動を説明する。但し、開示された図面は当業者に本発明の思想が充分に伝えられるようにするための例として提供されるものである。よって、本発明は、以下に提示される図面に限定されず、他の様態に具体化することもできる。
また、本発明の明細書で用いられる用語において、他の定義がなければ、本発明が属する技術分野で通常の知識を有した者が通常的に理解している意味を有しており、下記の説明および添付図面で本発明の要旨を不要に濁す恐れのある公知の機能および構成に関する詳細な説明は省略する。
図１は、本発明に係る水素発生ユニットの斜視図であり、図２は、本発明に係る水素発生ユニットの分解斜視図であり、そして図３は、本発明に係る水素発生ユニットの断面図である。
本発明に係る水素水の製造のための水素発生ユニット１（以下、説明の便宜上、「ユニット」と略称する）は、家庭用または商業用の小容量の水素水製造装置に適用するのに容易になるように比較的に体積が小さくて簡単な構造からなっており、特に上部電極と下部電極の締結時、本発明の出願人の従来の水素発生ユニットに用いられた上部カバーと下部カバーを使用する代わりに、前記上部電極と下部電極を上部のキャップ３０と下部のハウジング１０との間に位置させ、これらのキャップ３０とハウジング１０の結合時に上部電極と下部電極も共に組み立てられるようにすることにより、水素発生ユニットの使用部品を減少させ、製造工程を単純化することができ、良好な組立性を達成できるようにしたものである。
図１〜図３の各図面を参照すると、本発明のユニット１は、水素発生のための電源が印加される上部電極２０と下部電極２１および隔膜８０が結合されるハウジング１０と、前記ハウジング１０の上部に結合されるキャップ３０とを含む。
また、前記キャップ３０は、中央に通孔３２を形成した円形のフランジ（ｆｌａｎｇｅ）３１と、前記フランジ３１の下方に突出した円筒形状の継ぎ手管３３とが形成され、継ぎ手管３３の外部にねじ山３４が形成される。
なお、前記ハウジング１０は、上側の円筒形状のヘッド５０と前記ヘッド５０から下方に突出した円筒形状の連結管４０とからなる。
前記連結管４０は、本発明のユニット１が組み立てられる水槽の水が排出される排出口（図示せず）または連結管（図示せず）との結合を容易にするために外部にねじ山４１が形成され、内部は中空状態の連結孔４２が形成される。
また、前記連結管４０の最上部の外周面とヘッド５０の下段の底面との間には、連結管４０が水槽などに結合される場合に水槽とヘッド５０との間の漏水を防止できるように外部Ｏ−リング７０が設けられる。
前記ヘッド５０の外周面にヘッド５０の上面５６から下方に窪むように形成された凹面５１，５２が各々形成され、前記凹面５１，５２の下部にはヘッド５０の内部の挿入孔５７空間からヘッド５０の外周面を貫通する貫通口５３，５４が各々形成される。
また、前記ヘッド５０の挿入孔５７と連結管４０との間には、水平した係止顎５８が形成され、前記係止顎５８に漏水防止用の内部Ｏ−リング６０が設けられる。
ここで、前記ヘッド５０の内部壁面には、ねじ山５５が形成され、前記キャップ３０の継ぎ手管３３の外部にもねじ山３４が形成されるため、前記ヘッド５０の挿入孔５７にキャップ３０の継ぎ手管３３を内挿させてキャップ３０のねじ山３４とヘッド５０のねじ山５５を噛合して互いに結合する。
また、前記のようなキャップ３０とヘッド５０の結合時、前記キャップ３０の継ぎ手管３３の下部と前記ヘッド５０の係止顎５８に設けられた内部Ｏ−リング６０の上部に上部電極２０と下部電極２１を共に結合させる。この時、前記上部電極２０と下部電極２１との間には隔膜８０が介在される。
次に、前記上部電極２０の電極端子２２と下部電極２１の電極端子２５が各々ヘッド５０の貫通口５３，５４を通してヘッド５０の外部に露出するようにして各電極端子２２，２５を通して電源の印加を容易にする構造である。
前記上部電極２０および下部電極２１は各々円形の平板形状のプレート２３，２６を有しており、前記プレート２３，２６の中央部分にはコンパクトな間隔で形成された複数の気孔２４，２７が各々形成され、前記プレート２３，２６の外周一側には電源が印加される電極端子２２，２５が各々突出形成された構成である。
前記上部電極２０および下部電極２１の各々の電極端子２２，２５には、正電圧または負電圧が印加され、本発明のユニット１が設けられる貯水槽（例えば図５の第１水槽１００のような水槽）内の収容された水を電気分解させて水素を生成するようになる。
前記上部電極２０と下部電極２１は、水素の拡散が容易であり、許容電流密度が高い一種の触媒電極であり、白金やイリジウムのような貴金属材質を用いることが好ましい。
本発明の実施形態は、前記上部電極２０としてイリジウム電極を用いて正極を形成し、前記下部電極２１として白金電極を用いて負極を形成するが、用いられる装置の水槽の位置に応じて前記上部電極２０として白金電極を用いて負極を形成し、前記下部電極２１としてイリジウム電極を用いて正極を形成することもできる。
また、前記隔膜８０はシリコン材質からなる高分子膜であって、前記上部電極２０と下部電極２１によってイオン化分解された水素イオンを通過させるが、水は通過させない機能を果たす。
したがって、キャップ３０がハウジング１０のヘッド５０に結合された状態で前記上部電極２０が正極を形成し、前記下部電極２１が負極を形成する場合、正極である上部電極２０から発生する酸素は前記キャップ３０の通孔３２を通して本発明のユニット１が付着された貯水槽の水面上に上昇して外部に放出され、負極である下部電極２１から発生する水素は連結管４０の連結孔４２を通してまた他の水槽（例えば図５の第２水槽２００のような水槽）から供給される水に溶解されることによって水素水を生成する。
その逆に、キャップ３０がハウジング１０のヘッド５０に結合された状態で前記上部電極２０が負極を形成し、前記下部電極２１が正極を形成する場合、正極である下部電極２１から発生する酸素は連結管４０の連結孔４２を通して貯水槽の水面上に上昇して外部に放出され、負極である上部電極２０から発生する水素は、前記貫通キャップ３０の通孔３２を通してまた他の水槽（例えば、図５の第２水槽２００のような水槽）から供給される水に溶解されることによって水素水を生成する。
したがって、本発明のユニット１は、上部電極２０と下部電極２１に印加される電圧の種類に応じて水素の発生方向に転換できるため、より様々な装置に汎用で取り付けることができる。
一方、前記のような上部電極２０と下部電極２１に印加される電圧は、小容量の水素水製造装置に設置が容易になるように小型化された電源部によって提供されることが好ましい。
また、前記上部電極２０と下部電極２１は、生産収率を最大化できるように加工された気孔の大きさおよび個数を有することが好ましい。したがって、上述したような小型化された電源部と生産収率を考慮し、本発明の上部電極２０と下部電極２１は次の図４の平面図に示すように気孔の大きさおよび個数を有するように加工される。
先ず、図４の上部の（ａ）部分に示された平面図は上部電極２０であり、下部の（ｂ）部分に示された平面図は下部電極２１であって、前記上部電極２０と下部電極２１の気孔２４，２７の直径（Ｌ１）は０．８φ（ｍｍ）であり、気孔２４，２７の個数は２１７個に形成することができる。
また、前記上部電極２０と下部電極２１の気孔２４，２７の直径（Ｌ１）は１．０φ（ｍｍ）であり、気孔２４，２７の個数は１５７個に形成することができる。
なお、前記上部電極２０と下部電極２１の気孔２４，２７の直径（Ｌ１）は１．０φ（ｍｍ）であり、気孔２４，２７の個数は１４１個に形成することができる。
また、前記上部電極２０と下部電極２１の気孔２４，２７の直径（Ｌ１）は１．０φ（ｍｍ）であり、気孔２４，２７の個数は１７１個に形成することができる。
なお、前記上部電極２０と下部電極２１の気孔２４，２７の直径（Ｌ１）は１．２φ（ｍｍ）であり、気孔２４，２７の個数は１０９個に形成することができる。
すなわち、図示したように、本発明のユニット１の上部電極２０または下部電極２１は、気孔２４，２７の直径は０．８φ（ｍｍ）〜１．２φ（ｍｍ）であり、気孔２４，２７の個数は１０９個〜２１７個に形成することにより、小容量の水素水製造装置に設置が容易になるように小型化された電源部の出力電圧を用いるための条件と、ユニットの上部電極と下部電極の生産収率を最大化できる条件を満たすことができる。
前記本発明に採用可能な小型化された電源部は４Ｖの出力電圧と３Ａの出力電流を提供することが好ましい。このような４Ｖの出力電圧と３Ａの出力電流を超過すると、電源部自体の大きさが大きくなって、小型化された水素水製造装置に設備するのに困難であるためである。
よって、本発明のユニット１は、上部電極２０と下部電極２１の気孔２４，２７の直径を０．８φ（ｍｍ）〜１．２φ（ｍｍ）に形成し、気孔２４，２７の個数を１０９個〜２１７個に形成することにより、小型化された電源部の最大許容値である４Ｖと３Ａの出力電圧と出力電流を用いて最大溶存量の水素水を生成することができた。
さらに、上述したような本発明のユニット１の上部電極２０と下部電極２１の気孔２４，２７の直径と個数は前記上部電極２０と下部電極２１が生産収率を最大化できる大きさである。
これは、前記直径範囲よりさらに小さくなると、上部電極２０と下部電極２１に気孔を穿孔する加工過程で不良率が高くなり、この直径範囲よりさらに大きくなると、面積当たりの気孔数が少なくなって所望の水素溶存量を有した水素水の製造が不可能であるためである。
図５は本発明に係る水素発生ユニット１が水素水製造装置に適用された一例の構成図であり、上述したように気孔（２４または２７）の直径が０．８φ（ｍｍ）〜１．２φ（ｍｍ）であり、気孔（２４または２７）の個数が１０９個〜２１７個である上部電極２０と下部電極２１を用いたユニット１を用いた水素発生装置の一例の構成を示すものである。
図面を参照すれば、通常のフィルタ部材（図示せず）を用いて浄水された水を、給水管１１０を経由して入水口１０１を通して供給を受けて水を貯蔵する第１水槽１００、前記第１水槽１００の下部の出水口１０３に連結して付着され、前記第１水槽１００に収容された水を電気分解して水素を発生させる本発明のユニット１、通常のフィルタ部材（図示せず）を用いて浄水された水を給水管２１０を経由して入水口２０１を通して供給を受けて水を貯蔵し、出水口２０２と排水管２２０を通して水をポンプ３００に排出する第２水槽２００、前記ユニット１によって生成された水素と前記第２水槽２００に収容された水を後段に配設された溶存器４００に圧送するポンプ３００、および前記ポンプ３００によって圧送された第２水槽２００の水と前記ユニット１によって生成された水素を互いに混合して高濃度の水素水を生成する溶存器４００からなっており、この時、溶存器４００を介して生成された高濃度の水素水を吐出管５００を経由して前記第２水槽２００の回収口２０３を通して第２水槽２００にリターンし、第２水槽２００に付設された吐出口５１０を通して外部に排出されてユーザに飲用される。
それと共に、ユニット１の上部電極２０から発生する酸素は、ユニット１が付着された第１水槽１００の水面上に上昇してエアベント１０２を通して外部に放出され、負極である下部電極２１から発生する水素は排気管１２０を通して第２水槽２００から供給される水に溶解されることによって、水素水を生成する。
前記溶存器４００は内部に中空糸膜フィルタが取り付けられた部材であり、ポンプ３００作動時、前記ユニット１によって生成された水素と第２水槽２００に収容された水がポンピングされて溶存器４００に流入し、溶存器４００の内部に取り付けられた中空糸膜フィルタを通過する過程で異質物が濾過され、溶存器４００の内部に流入した水に水素が微細な気泡状態で均一に豊富に混合されて高濃度の水素水が作られる。
上記のように、本発明のユニット１を採用した実施形態の水素水製造装置は、前述したように４Ｖ、３Ａの電源をユニット１に印加した後、最初に１時間を稼動させ、４０分間の休止、その次に２０分間の稼動後、４０分間の休止を連続して行うことによって約１０００ｐｐｍ〜１３００ｐｐｍの高濃度の水素水を製造した。
１ ・・・本発明に係る水素発生ユニット
１０ ・・・ハウジング
２０ ・・・上部電極
２１ ・・・下部電極
２２、２５ ・・・電極端子
２３、２６ ・・・プレート
２４、２７ ・・・気孔
３０ ・・・キャップ
３１ ・・・フランジ
３２ ・・・通孔
３３ ・・・継ぎ手管
４０ ・・・連結管
４１ ・・・ねじ山
４２ ・・・連結孔
５０ ・・・ヘッド
５１、５２ ・・・凹面
５３、５４ ・・・貫通口
５５ ・・・ねじ山
５６ ・・・上面
５７ ・・・挿入孔
６０ ・・・内部Ｏ−リング
７０ ・・・外部Ｏ−リング
８０ ・・・隔膜
１００ ・・・第１水槽
１０１ ・・・入水口
１０２ ・・・エアベント
１０３ ・・・出水口
１１０ ・・・給水管
１２０ ・・・排気管
２００ ・・・第２水槽
２０１ ・・・入水口
２０２ ・・・出水口
２０３ ・・・回収口
２１０ ・・・給水管
２２０ ・・・排水管
３００ ・・・ポンプ
４００ ・・・溶存器
５００ ・・・吐出管
５１０ ・・・吐出口
１０ ・・・ハウジング
２０ ・・・上部電極
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２２、２５ ・・・電極端子
２３、２６ ・・・プレート
２４、２７ ・・・気孔
３０ ・・・キャップ
３１ ・・・フランジ
３２ ・・・通孔
３３ ・・・継ぎ手管
４０ ・・・連結管
４１ ・・・ねじ山
４２ ・・・連結孔
５０ ・・・ヘッド
５１、５２ ・・・凹面
５３、５４ ・・・貫通口
５５ ・・・ねじ山
５６ ・・・上面
５７ ・・・挿入孔
６０ ・・・内部Ｏ−リング
７０ ・・・外部Ｏ−リング
８０ ・・・隔膜
１００ ・・・第１水槽
１０１ ・・・入水口
１０２ ・・・エアベント
１０３ ・・・出水口
１１０ ・・・給水管
１２０ ・・・排気管
２００ ・・・第２水槽
２０１ ・・・入水口
２０２ ・・・出水口
２０３ ・・・回収口
２１０ ・・・給水管
２２０ ・・・排水管
３００ ・・・ポンプ
４００ ・・・溶存器
５００ ・・・吐出管
５１０ ・・・吐出口
Claims (3)
- 水素水製造用の水素発生ユニットであって、
ハウジングと、前記ハウジングの上部に結合され下方に継ぎ手管を形成したキャップとを有し、
前記ハウジングは、上側のヘッドと前記ヘッドから下方に突出した連結管とからなり、
前記ヘッドの内部の挿入孔と連結管との間に係止顎が形成され、
前記キャップの継ぎ手管を前記ヘッドの挿入孔に挿入時、前記キャップの継ぎ手管の下部と前記ヘッドの係止顎との間に上部電極と下部電極が結合され、
前記上部電極と下部電極との間には隔膜が介在され、
前記ヘッドの外周面にヘッドの上面から下方に窪むように形成された凹面が各々形成され、
前記凹面の下部にヘッドの内部の挿入孔空間からヘッドの外周面を貫通する貫通口が各々形成され、
前記上部電極の電極端子と下部電極の電極端子が各々ヘッドの貫通口を通してヘッドの外部に露出し、
前記上部電極および下部電極は各々円形の平板形状のプレートを有しており、そして、
前記プレートの中央部分にはコンパクトな間隔で形成された複数の気孔が各々形成される構成を特徴とする、前記水素発生ユニット。 - 前記上部電極または下部電極は、気孔の直径が０．８φ（ｍｍ）〜１．２φ（ｍｍ）であり、気孔の個数が１０９個〜２１７個に形成される構成を特徴とする、請求項１に記載の水素発生ユニット。
- 前記係止顎に漏水防止用の内部Ｏ−リングが設けられる構成を特徴とする、請求項１又は２に記載の水素発生ユニット。
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