KR101511008B1

KR101511008B1 - 생체용 고농도 수소 가스 공급 장치

Info

Publication number: KR101511008B1
Application number: KR1020147036753A
Authority: KR
Inventors: 후미타케 사토; 료우스케 구로카와; 분페이 사토; 도모키 세오
Original assignee: 미즈 가부시키가이샤
Priority date: 2012-06-04
Filing date: 2013-05-22
Publication date: 2015-04-10
Also published as: EP2857555B1; EP2857555A4; HK1204346A1; KR20150009608A; WO2013183448A1; TW201410281A; US9717877B2; IN2014DN10597A; CN104379812B; TWI526228B; EP2857555A1; US20150144132A1; CN104379812A

Abstract

피전해 원수(12)가 도입되는 전해실(11)과, 상기 전해실의 내부와 외부를 구획하는 1개 이상의 격막(13)과, 상기 전해실의 내부 및 외부의 각각에 상기 격막을 사이에 두고 설치된 적어도 한 쌍의 전극판(14, 15)을 갖고, 상기 전해실의 외부의 전극판이 상기 격막에 접촉하여 설치되어 있는 전해조(1)와, 상기 한 쌍의 전극판에 직류 전압을 인가하는 직류 전원(2)과, 음극이 되는 전극판으로부터 발생하는 수소 가스를 희석하기 위한 희석용 가스 공급기(3)를 구비하고, 상기 희석용 가스 공급기로부터 공급되는 희석용 가스를 상기 음극에 송풍함으로써, 전해시의 전기 음극 근방의 수소 가스 농도를 항상 18.3 vol% 미만으로 유지하고, 수소 가스 농도가 0.1~18.3 vol%인, 수소 가스와 희석용 가스를 포함하는 혼합 가스를 생체에 공급한다.

Description

생체용 고농도 수소 가스 공급 장치{High-Concentration Hydrogen Gas Supply Device for Living Bodies}

본 발명은 생체용 고농도 수소 가스 공급 장치에 관한 것이다.

생체용 고농도 수소 가스 공급 장치로서, 수소 가스 발생 장치로부터 비강 캐뉼러로의 도관의 일부에 공기 혼합기를 부착함으로써, 공급하는 수소 가스의 농도를 임의로 설정할 수 있는 생체용 고농도 수소 가스 공급 장치가 알려져 있다 (특허 문헌 1).

일본국 특허 공개 2009-5881호 공보

그러나, 상기 종래의 생체용 고농도 수소 가스 공급 장치에서는, 비강 캐뉼러로의 도관의 일부에 부착된 공기 혼합기 내에서 수소 가스를 혼합하기 위해서, 수소 가스 발생 장치로부터 공기 혼합기에 이르는 도관에 있어서는 폭발 한계를 넘는 수소 가스를 통과시키고 있어, 의료 현장이나 가정에서 안전하게 사용할 수 없었다.

본 발명이 해결하려고 하는 과제는 건강상 유익한 수소 가스를 의료 현장이나 가정에서 안전하게 사용할 수 있는 생체용 고농도 수소 가스 공급 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은, 수소 가스가 발생하는 음극 표면 혹은 음극 수면에 희석용 가스를 내뿜어, 수소 가스가 발생한 시점에서부터 생체에 공급되는 동안의 모든 시점에 있어서, 수소 가스를 폭굉 하한 미만의 농도인 18.3 vol% 미만 또는 폭발 하한 미만의 농도인 4 vol% 미만으로 유지할 수 있는 생체용 고농도 수소 가스 공급 장치에 의해서, 상기 과제를 해결한다.

본 발명에 의하면, 건강상 유익한 수소 가스를 의료 현장이나 가정에서 안전하게 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 생체용 고농도 수소 가스 공급 장치를 나타내는 블록도이다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 생체용 고농도 수소 가스 공급 장치(1)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 전해조(1)와, 전해조(1)의 전극판(14, 15)에 직류 전압을 인가하는 직류 전원(2)과, 음극이 되는 전극판(14 또는 15)으로부터 발생하는 수소 가스를 희석하기 위한 희석용 가스 공급기(3)를 구비한다. 전해조(1)는, 피전해 원수(12)가 도입되는 전해실(11)과, 전해실(11)의 내부와 외부를 구획하는 1개 이상의 격막(13)과, 전해실(11)의 내부 및 외부의 각각에, 격막(13)을 사이에 두고 설치된 적어도 한 쌍의 전극판(14, 15)을 갖고, 전해실(11)의 외부의 전극판(15)은 격막(13)에 접촉하여 설치되어 있다. 그리고, 희석용 가스 공급기(3)로부터 공급되는 희석용 가스가 음극으로 되는 전극판(14 또는 15)의 근방에 송풍됨으로써, 전해시의 음극 근방의 수소 가스 농도가 항상 폭굉 하한 미만인 18.3 vol% 미만 또는 폭발 하한 미만인 4 vol% 미만으로 유지되고, 이에 의해, 폭굉 하한 미만 또는 폭발 하한 미만인, 상기 수소 가스와 상기 희석용 가스를 포함하는 혼합 가스가 생체에 공급된다.

여기서, 생체용 고농도 수소 가스 공급 장치(1)란, 주로, 생체 (세포나 장기 포함)의 건강 유지나 기능 유지, 질병 개선이나 기능 개선, 건강 진단이나 기능 측정을 목적으로, 생체에 수소 가스를 공급하는 것이다. 그 공급 수단으로는, 이것에 한정되는 것은 아니지만, 비강이나 구강으로부터의 흡입에 의한 공급, 피부나 장기로의 폭로나 취입에 의한 공급, 또는 액상 약제나 장기 보존액 등 생체에 적용되는 것을 전제로 한 생체 적용액으로의 폭로나 취입에 의한 공급, 생체를 갖는 용기나 회로의 외측으로부터의 확산에 의한 공급 등을 포함한다.

여기서, 피전해 원수는 물의 전기 분해의 과정을 통해서 음극에 수소 가스를 발생시킬 수 있는 물이며, 수도물, 정수, 정제수, 증류수 등을 포함한다. 피전해 원수는 칼슘 이온이나 마그네슘 이온 등 전해질을 적절히 함유하고 있어도 된다. 상기 전해실(11)의 내부와 외부를 구획하는 1개 이상의 격막(13)과, 상기 전해실(11)의 내부 및 외부의 각각에, 상기 격막(13)을 사이에 두고 설치된 적어도 한 쌍의 전극판(14, 15)을 갖고, 상기 전해실(11)의 외부의 전극판(15)이 상기 격막(13)에 접촉하여 설치되어 있는 전해조(1)에 대해서는, 예를 들면, 특허 제3349710호 등에 기재된 전해조가 포함된다.

또한, 전해실(11)의 내부의 전극판(14)에 대해서는, 격막(13)에 접촉하여 설치되어 있어도, 격막으로부터 근소한 간극 (격막으로부터 1센티미터 이하, 바람직하게는 5밀리미터 이하, 보다 바람직하게는 1밀리미터 이하, 더욱 바람직하게는 0.5 밀리미터 이하)를 두고 설치되어 있어도 된다.

전극판(14, 15)은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 티탄판을 소재로 하여, 백금, 이리듐, 팔라듐 등의 군으로부터 선택된 귀금속을 피복한 것을 이용할 수 있다.

또, 격막(13)에는 양이온 교환막을 이용하는 것이 바람직하고, 이온 전도성, 물리 강도, 가스 배리어성, 화학적 안정성, 전기 화학적 안정성, 열적 안정성 등의 여러 요인을 고려하면, 전해질기로서 술폰산기를 구비한 모든 불소계 술폰산막을 적절하게 사용할 수 있다. 이러한 막으로는, 술폰산기를 갖는 퍼플루오로비닐에테르와 테트라플루오로에틸렌의 공중합체막인 나피온(Nafion)막 (등록상표, 듀폰사 제조), 플레미온(Flemion)막 (등록상표, 아사히글라스사 제조), 아시플렉스(Aciplex)막 (등록상표, 아사히카세이사 제조) 등을 들 수 있다.

또한, 전극판(14, 15) 사이에 격막(13)을 두지 않는 경우, 음극에서 발생한 수소 가스에 대해 양극에서 발생한 산소 가스나 염소 가스가 혼합되게 되므로, 폭발의 위험성이나 생체에 대한 유독성의 관점에서 바람직하지 않다.

특히 수소 가스와 염소 가스는 빛에 의해 상온에서 반응하는 것으로 알려져 있기 때문에, 본 발명의 수소 가스와 희석용 가스를 포함하는 혼합 가스에 있어서의 염소 가스 농도는 낮으면 낮을수록 바람직하고, 바람직하게는 1ppm 이하, 보다 바람직하게는 0.5ppm 이하, 더욱 바람직하게는 0.1ppm 이하이다.

피전해 원수(12)를 전해실(11)의 내부에 도입해, 직류 전원(2)으로부터 직류 전압을 인가함으로써, 피전해 원수(12)는 전기 분해되고, 음극에 수소 가스가 발생한다. 이 때, 전해실(11)의 내부의 전극판(14)을 음극으로 하고, 전해실(11)의 외부의 전극판(15)을 양극으로 하는 경우와, 전해실(11)의 내부의 전극판(14)을 양극으로 하고, 전해실(11)의 외부의 전극판(15)을 음극으로 하는 경우가 있는데, 그 각각에 대해서 이하에 설명한다.

우선, 전해실(11)의 내부의 전극판(14)을 음극으로 하고, 전해실(11)의 외부의 전극판(15)을 양극으로 하는 경우, 전기 분해에 의해서 음극에 발생한 수소 가스는, 전해실(11) 내의 물(음극수) 중을 상승하면서 전해실(11)의 내부의 헤드 스페이스부(4)(음극 수면 상부의 공간)로 이행한다. 이 때, 전해실(11)이 뚜껑 등으로 폐쇄되어, 수소 가스의 대기로 확산되는 것이 방지되고 있다면, 시간과 함께 헤드 스페이스부(4)의 수소 농도는 높아져, 수소 가스의 폭굉 하한인 18.3 vol% 또는 폭발 하한인 4 vol%를 넘는다. 그러나, 전해실(11)이 폐쇄되어 있지 않고, 헤드 스페이스부(4)가 대기에 개방되고 있는 경우이어도, 음극 수면 근방의 어느 한 지점에 있어서는, 국소적일지라도, 수소 가스의 폭굉 농도 범위인 18.5 vol% 이상, 59 vol% 이하의 농도 영역, 또는 수소 가스의 폭발 농도 범위인 4 vol% 이상, 75 vol% 미만인 농도 영역이 형성되어 있다. 사실, 출원인의 지견에 의하면, 본 발명에 한정되지 않고, 전기 분해시의 음극 수면에 불꽃을 근접시키면, 접근의 과정의 어디에선가 작은 폭명이 발생하는 경우는 적지 않다.

통상, 수소가 대기중의 산소와 반응하여 폭명 기체로 되는 것은, 수소 농도가 4 vol%를 넘고 난 후로 되어 있다. 그러나, 본 발명과 같은 희석 가스를 일정한 통기량으로 송풍하는 조건하에 있어서는, 이러한 폭명 기체가 현실적인 발화(폭연)로 이어지는 것은, 대부분의 경우, 수소의 폭발 한계가 되는 4 vol% 보다도 훨씬 높은 농도일 때이다. 사실, 전기 분해를 계속하는 한, 음극 또는 음극 수면에서는 항상 수소가 계속하여 발생함에도 불구하고, 4 vol%의 수소 농도에서는, 가령 음극 또는 음극 수면에 불꽃을 근접시켜도 폭명은 들리지 않거나, 들렸다 해도 매우 작은 소리에 지나지 않는다. 출원인의 실험에서는, 폭명이 어느 정도 귀에 거슬려 작은 폭연을 일으키는 것은, 최대한 수소 농도가 10~15 vol% (폭연 하한)를 넘고 난 후이다.

한편, 아무리 고농도의 수소를 얻기 위해서라고 해도, 수소와 산소의 반응이, 폭굉으로서 주위에 충격파를 전달시키는 농도인 18.3% (폭굉 하한)를 넘은 농도의 수소를 구할 수는 없다.

이러한 인식과 함께, 출원인은 종래, 폭발 한계로 되어 있던 4 vol%를 넘은 고농도의 수소 가스를 안전하게 공급할 수 있는, 생체용 고농도 수소 가스 공급 장치를 개발하기에 이르렀다.

즉, 본 발명에 있어서, 전해시의 음극 또는 음극 수면의 수소 가스 농도는, 18.3 vol% 미만으로 유지되고 있으면 되고, 보다 바람직하게는 15 vol% 미만으로 유지되고 있으면 되며, 가장 바람직하게는 4 vol% 미만으로 유지되고 있으면 된다.

다음에, 전해실(11)의 내부의 전극판(14)을 양극으로 하고, 전해실(11)의 외부의 전극판(15)을 음극으로 하는 경우, 음극은 전해실(11)의 외부에 있기 때문에, 기본적으로는 대기에 개방된 상태에 있다. 이 경우, 노출된 음극 근방에 있어서, 상기와 마찬가지로, 국소적일지라도, 수소 가스의 폭굉 농도 범위인 18.5 vol% 이상, 59 vol% 이하의 농도 영역, 또는 수소 가스의 폭발 농도 범위인 4 vol% 이상, 75 vol% 미만의 농도 영역이 형성되어 있다. 또, 전해실(11)의 내부의 전극판(14)을 음극으로 하는 경우와는 달리, 후술하는 측실(16) 등을 설치하여 물을 넣지 않는 한, 열을 흡수하는 물이 주위에 존재하지 않기 때문에, 불의의 발화에 의한 폭발 가능성이 높아진다.

따라서, 본 발명에 있어서는, 전해실(11)의 내부의 전극판(14)을 음극으로 하고, 전해실(11)의 외부의 전극판(15)을 양극으로 하는 경우일지라도, 전해실(11)의 내부의 전극판(14)을 양극으로 하고, 전해실(11)의 외부의 전극판(15)을 음극으로 하는 경우일지라도, 희석용 가스 공급기(3)로부터 희석용 가스를 음극 근방에 송풍하는 것을 통해서, 전해시의 음극 근방의 수소 가스 농도를 엄격하게 컨트롤하는 것이 중요하다.

즉, 본 발명에서 가장 고농도의 수소 가스가 발생하는 국면인 「전해시의 음극」에 있어서, 발생한 수소 가스를 즉시 희석하는 것을 통해서, 생체에 공급될 때까지의 이후의 송풍 경로의 전체에서 수소 가스 농도를 18.3 vol% 미만 또는 4 vol% 미만으로 유지하는 것이 중요하다. 따라서, 희석용 가스의 공급은 전기 분해가 개시됨과 동시에, 혹은 그에 앞서 작동시켜두는 것 바람직하고, 또 불의의 사고로 희석용 가스 공급기(3)가 정지했을 때에는 그것과 연동하여 자동적으로 전기 분해를 정지할 수 있는 기구를 구비하고 있는 것이 바람직하다. 이러한 관점으로부터, 음극에서 발생한 수소 가스를 전해실(11)로부터 도출한 후, 도관의 어느 한 지점에 설치된 공기 혼합기로 수소 가스를 희석하는 것과 같은 실시형태는 본 발명에는 포함되지 않는다.

또한, 본 발명의 희석용 가스는, 통상 대기나 인구 공기를 포함하는 개념이며, 산소 농도가 조정된 의료용 가스나, 그 외 의료용 성분을 포함하는 의료용 가스도 포함된다. 이러한 희석용 가스를 공급하는 희석용 가스 공급기(3)에는, 에어 펌프 등 희석용 가스를 송풍할 수 있는 장치가 포함된다.

또 여기서, 음극 근방이란, 상술한 바와 같이, 그 주위에 물이 존재하는 경우에는 음극 수면 근방의 개념을 포함하는 것이며, 근방이란, 음극(또는 음극 수면)으로부터 7센티미터, 바람직하게는 5센티미터, 보다 바람직하게는 3센티미터, 가장 바람직하게는 1센티미터 떨어진 위치를 포함하는 개념이다. 또, 본 발명에서는, 전해 개시 1분 후, 상정되는 전해 시간의 반분이 경과한 시점, 전해 종료시의 각각에 있어서, 음극 근방의 수소 가스 농도를 측정하고, 그 어느 때에 있어서나 수소 가스 농도가 4% 미만인 경우를, 「전해시의 음극 근방의 수소 가스 농도가 항상 4 vol% 미만으로 유지」했다고 간주함과 더불어, 그 어느 때에 있어서나 수소 가스 농도가 18.3 vol% 미만인 경우를, 「전해시의 음극 근방의 수소 가스 농도가 항상 18.3 vol% 미만으로 유지」했다고 간주한다.

한편, 본 발명은, 어디까지나 생체용 고농도 수소 가스 공급 장치에 관한 발명이기 때문에, 수소 가스 농도를 18.3 vol% 미만 또는 4 vol% 미만으로 유지한다고는 해도 필요 이상의 희석을 요구하는 것도 아니다. 따라서, 음극에 발생한 수소 가스를 안전하게 계외로 폐기하기 위해서, 수소 가스 농도를 끝없이 제로에 근접시키는 것을 목표로 하여 맹목적으로 전해조에 송풍하면 된다는 것이 아니라, 전해 조건의 관리나 송풍량의 관리를 수반하는 것이 바람직하다.

즉, 예를 들어, 인간이나 동물이 1분간 흡입하는 공기 또는 고농도 산소 가스량을 기준으로, 예를 들면, 2 L/분 이상, 바람직하게는 4 L/분 이상, 보다 바람직하게는 6 L/분 이상, 더욱 바람직하게는 8 L/분 이상, 특히 바람직하게는 10 L/분 이상의 송풍량으로 희석용 가스가 송풍될 때, 수소 가스와 희석용 가스를 포함하는 혼합 가스에 있어서의 수소 가스 농도가 0.1 vol% 이상, 바람직하게는 0.3 vol% 이상, 보다 바람직하게는 0.5 vol% 이상, 더욱 바람직하게는 1 vol% 이상, 특히 바람직하게는 2.5 vol% 이상이며, 4 vol% 미만이 되도록 전해 조건을 관리하는 것이 바람직하다. 또는 이것 대신에, 예를 들면, 0.5 L/분 이상, 바람직하게는 1 L/분 이상, 보다 바람직하게는 2 L/분 이상, 더욱 바람직하게는 4 L/분 이상, 특히 바람직하게는 6 L/분 이상의 송풍량으로 희석용 가스가 송풍될 때, 수소 가스와 희석용 가스를 포함하는 혼합 가스에 있어서의 수소 가스 농도가 0.5 vol% 이상, 바람직하게는 1 vol% 이상, 보다 바람직하게는 2 vol% 이상, 더욱 바람직하게는 4 vol% 이상(또는 4 vol%를 넘는 농도)이며, 18.3 vol% 미만, 바람직하게는 15 vol% 미만이 되도록 전해 조건을 관리하는 것이 바람직하다.

그러한 전해 조건에는, 피전해 원수의 수량, 피전해 원수의 수온, 전해 전류치 등이 관련된다. 예를 들어, 1.4L의 피전해 원수(12)를 갖는 전해실(11)에 대해, 희석용 가스를 5 L/분의 송풍량으로 음극 근방에 송풍할 때, 15A의 전해 전류로 피전해 원수(12)를 전기 분해하면, 수소 가스와 희석용 가스를 포함하는 혼합 가스에 있어서의 수소 가스 농도는, 전해 개시 1분 후, 상정되는 전해 시간의 반분이 경과한 시점, 전해 종료시의 각각에 있어서, 대략 2.4 vol% 전후로 유지된다. 또, 전해 시간에 따라 전해실(11) 내의 피전해 원수(12)의 수온이 상승하는데, 혼합 가스에 있어서의 수소 가스 농도를 유지하면서 피전해 원수(12)의 수온의 상승을 막기 위해서는, 전해 전류값을 바꾸지 않고, 피전해 원수(12)의 수량(전해실(11)의 용적)은 줄이는 방향으로, 피전해 원수(12)의 수온은 낮은 방향으로, 전극판(14, 15)의 면적은 넓은 방향으로 하는 등 적절히 조정하면 된다.

또, 전해실(11)의 내부의 전극판(14)을 양극으로 하고, 전해실(11)의 외부의 전극판(15)을 음극으로 하는 전기 분해에 있어서는, 전해실(11)의 외부의 전극판(15)을 측실(16)로 둘러쌈과 더불어, 전해실(11) 외에 이러한 측실(16)에도 피전해 원수를 채워 전기 분해함으로써, 혼합 가스에 있어서의 수소 가스 농도를 유지한 채로 피전해 원수(12)의 수온의 상승을 억제할 수 있다. 또한, 측실(16)은 통상, 전해실(11)의 외부의 전극판(15)을 포함하는 한 면, 그 면으로부터 네 변을 접해 상방으로 연장되는 네 면, 전해실(11)의 외부의 전극판(15)을 포함하는 한 면과 대향하여 배치되는 한 면의 총 여섯 면을 포함하는데, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 측실(16)은, 피전해 원수를 그곳에 채우지 않는 경우이어도, 얻어진 혼합 가스를 외부의 대기로부터 구획하는 공간으로서 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명의 혼합 가스가 18.3 vol% 이하 또는 4 vol% 이하의 수소 가스를 포함하지 않는다고 해도, 수소 가스를 포함하는 가스를 필요 이상으로 저류하는 것은 반드시 바람직하지 않다. 따라서, 측실(16)의 체적은, 이것으로 한정되는 것은 아니지만, 전해실(11)의 용적의 3배 이하, 바람직하게는 2배 이하, 보다 바람직하게는 1배 이하, 더욱 바람직하게는 0.5배 이하이다.

또한, 혼합 가스를 생체에 공급하는 형태로는, 예를 들어, 음극 근방이나 음극 수면 근방 또는 음극실에 직접 얼굴을 가깝게 하여 혼합 가스를 흡입하는 형태 외에, 전극실(11) 또는 측실(16)에 설치된 혼합 가스 도출구(18)로부터 혼합 가스를 흡입하는 형태가 포함된다.

또, 전해실(11)에, 희석용 가스 공급기(3)에서의 희석용 가스를 도입하는 희석용 가스 도입구(17a), 및 혼합 가스를 도출하는 혼합 가스 도출구(18a)가 설치되어 있고, 전해실(11) 내에 피전해 원수(12)가 도입되어 있는 상태에서, 상기 전해실(11)의 내부에 설치된 전극판(14)을 음극으로 하고, 상기 전해실(11)의 외부에 설치된 전극판(15)을 양극으로 하여, 상기 직류 전원(2)로부터의 직류 전압을 두 전극판(14, 15)에 인가하는 생체용 고농도 수소 가스 공급 장치나, 혹은, 측실(16)에, 상기 희석용 가스 공급기(3)로부터의 희석용 가스를 도입하는 희석용 가스 도입구(17), 및 상기 혼합 가스를 도출하는 혼합 가스 도출구(18)가 설치되어 있고, 상기 전해실(11)의 내부에 피전해 원수(12)가 도입되어 있는 상태에서, 상기 전해실(11)의 내부에 설치된 전극판(14)을 양극으로 하고, 상기 전해실(11)의 외부에 설치된 전극판(15)을 음극으로 하여, 상기 직류 전원(2)으로부터의 직류 전압을 두 전극판(14, 15)에 인가하는 생체용 고농도 수소 가스 공급 장치 등도 포함된다.

또한, 전극판(14, 15)의 극성을 반전해도 사용할 수 있는 가역적(reversible) 특징을 갖게 하기 위해서, 희석용 가스 도입구(17)나 혼합 가스 도출구(18)는 전해실(11)과 측실(16) 모두에 설치되어 있어도 된다.

또, 비강 캐뉼러 등 어태치먼트(attachment)를 혼합 가스 도출구(18 또는 18a)에 적절히 접속함으로써, 생체 공급시의 편리성이나 혼합 가스 공급의 안정성을 높일 수 있다.

실시예

이하, 본 발명의 실시예를 설명한다. 또한, 본원에 있어서 특별히 기술하지 않는 경우에는, 각종 물성치를 계측하는데 이용한 각종 계기류는, 수소 가스 농도계가 「XP-3140(New Cosmos Electric Co., Ltd. 제조)」이고, 전류계가 「클램프 AC/DC 하이 테스터 3265(히오키전기사 제조)」이고, 전압계가 「CDM-2000(CUSTOM사 제조)」이다.

[실시예 1]

피전해 원수가 도입되는 전해실과, 전해실에 있어서의 내부와 외부를 구획하는 양이온 교환막(「나피온 424」(듀폰사 제조))과, 전해실 내부 및 외부의 각각에, 양이온 교환막을 사이에 두고 설치된 한 쌍의 백금 전극을 갖고, 전해실 외부의 전극판이 양이온 교환막에 접촉하여 설치되어 있고, 또한 전해실 내부의 전극판도 양이온 교환막에 접촉하여 설치되어 있는 전해조의 전해실에, 수온 20.8℃의 후지사와시 수도물 1.4L를 넣음과 더불어 양이온 교환막에도 물을 습윤시켰다.

그 후, 전해실 내부에 설치된 전극판을 음극으로 하고, 전해실 외부에 설치된 전극판을 양극으로 하여 직류 전원으로부터의 직류 전압을 두 전극간에 인가해, 전해 전류 15A로 전기 분해했다.

전기 분해의 개시와 동시에, 희석용 가스 공급기로서 에어 펌프(Silentβ120(마르칸사 제조))로부터 5 L/분으로 통상 대기를 음극에 송풍했다. 전해 개시 1분 후, 5분 후, 전해 종료시(전해 개시로부터 10분 후)에 있어서의 음극 수면으로부터 7cm 지점의 수소 가스 농도, 전해 전압 및 전해실의 수온을 측정했다. 그 결과를 표 1에 나타냈다.

[실시예 2]

실시예 1의 전해조에 있어서 전해실 외부의 전극판을 둘러싸는 측실을 더 설치함과 더불어, 전해실과 측실에 수온 19.0℃의 후지사와시 수도물을 1.4L씩 넣고, 전해실 내부에 설치된 전극판을 음극으로 하고, 전해실 외부에 설치된 전극판을 양극으로 하여 직류 전원으로부터의 직류 전압을 두 전극간에 인가해, 전해 전류 15A로 전기 분해했다.

전기 분해의 개시와 동시에, 희석용 가스 공급기로서 상기 에어 펌프로부터 5 L/분으로 통상 대기를 음극에 송풍했다. 전해 개시 1분 후, 5분 후, 전해 종료시(전해 개시로부터 10분 후)에 있어서의 음극 수면으로부터 7cm 지점의 수소 가스 농도, 전해 전압 및 전해실의 수온을 측정했다. 그 결과를 표 1에 나타냈다.

[실시예 3]

피전해 원수가 도입되는 전해실과, 전해실에 있어서의 내부와 외부를 구획하는 상기 양이온 교환막과, 전해실 내부 및 외부의 각각에, 양이온 교환막을 사이에 두고 설치된 한 쌍의 백금 전극을 갖고, 전해실 외부의 전극판이 양이온 교환막에 접촉하여 설치되어 있고, 또한 전해실 내부의 전극판도 양이온 교환막에 접촉하여 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전해조의 전해실에, 수온 20.1℃의 후지사와시 수도물 1.4L를 넣음과 더불어, 전해실 내부에 설치된 전극판을 양극으로 하고, 전해실 외부에 설치된 전극판을 음극으로 하여 직류 전원으로부터의 직류 전압을 두 전극간에 인가해, 전해 전류 15A로 전기 분해했다.

전기 분해의 개시와 동시에, 희석용 가스 공급기로서 상기 에어 펌프로부터 5 L/분으로 통상 대기를 음극에 송풍했다. 전해 개시 1분 후, 5분 후, 전해 종료시(전해 개시로부터 10분 후)에 있어서의 음극으로부터 7cm 지점의 수소 가스 농도, 전해 전압 및 전해실의 수온을 측정했다. 그 결과를 표 1에 나타냈다.

[비교예 1~3]

실시예 1~3에 있어서, 통상 대기를 송풍하지 않는 경우, 전해 개시 1분 후, 5분 후, 전해 종료시(전해 개시로부터 10분 후)에 있어서의 음극 수면으로부터 7cm 지점의 수소 가스 농도, 전해 전압 및 전해실의 수온을 각각 측정했다. 그 결과를 표 1에 나타냈다. 또한 비교예 1~3에 사용한 피전해 원수의 수온은 각각 20.1℃, 20.9℃, 20.8℃였다.

[실시예 4]

그 후, 전해실 내부에 설치된 전극판을 음극으로 하고, 전해실 외부에 설치된 전극판을 양극으로 하여 직류 전원으로부터의 직류 전압을 두 전극간에 인가해, 전해 전류 21A로 전기 분해했다.

전기 분해의 개시와 동시에, 희석용 가스 공급기로서 에어 펌프(Silentβ120(마루칸(Marukan)사 제조))로부터 1 L/분으로 통상 대기를 음극에 송풍했다. 전해 개시 1분 후, 5분 후, 전해 종료시(전해 개시로부터 10분 후)에 있어서의 음극 수면으로부터 7cm 지점의 수소 가스 농도, 전해 전압 및 전해실의 수온을 측정했다. 그 결과를 표 2에 나타냈다.

[실시예 5]

실시예 4의 전해조에 있어서 전해실 외부의 전극판을 둘러싸는 측실을 더 설치함과 더불어, 전해실과 측실에 수온 26.5℃의 후지사와시 수도물을 1.4L씩 넣고, 전해실 내부에 설치된 전극판을 음극으로 하고, 전해실 외부에 설치된 전극판을 양극으로 하여 직류 전원으로부터의 직류 전압을 두 전극간에 인가해, 전해 전류 21A로 전기 분해했다.

전기 분해의 개시와 동시에, 희석용 가스 공급기로서 상기 에어 펌프로부터 1 L/분으로 통상 대기를 음극에 송풍했다. 전해 개시 1분 후, 5분 후, 전해 종료시(전해 개시로부터 10분 후)에 있어서의 음극 수면으로부터 7cm 지점의 수소 가스 농도, 전해 전압 및 전해실의 수온을 측정했다. 그 결과를 표 2에 나타냈다.

[실시예 6]

피전해 원수가 도입되는 전해실과, 전해실에 있어서의 내부와 외부를 구획하는 상기 양이온 교환막과, 전해실 내부 및 외부의 각각에, 양이온 교환막을 사이에 두고 설치된 한 쌍의 백금 전극을 갖고, 전해실 외부의 전극판이 양이온 교환막에 접촉하여 설치되어 있고, 또한 전해실 내부의 전극판도 양이온 교환막에 접촉하여 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전해조의 전해실에, 수온 25.9℃의 후지사와시 수도물 1.4L를 넣음과 더불어, 전해실 내부에 설치된 전극판을 양극으로 하고, 전해실 외부에 설치된 전극판을 음극으로 하여 직류 전원으로부터의 직류 전압을 두 전극간에 인가해, 전해 전류 21A로 전기 분해했다.

전기 분해의 개시와 동시에, 희석용 가스 공급기로서 상기 에어 펌프로부터 1 L/분으로 통상 대기를 음극에 송풍했다. 전해 개시 1분 후, 5분 후, 전해 종료시(전해 개시로부터 10분 후)에 있어서의 음극으로부터 7cm 지점의 수소 가스 농도, 전해 전압 및 전해실의 수온을 측정했다. 그 결과를 표 2에 나타냈다.

[비교예 4~6]

실시예 4~6에 있어서, 통상 대기를 송풍하지 않는 경우, 전해 개시 1분 후, 5분 후, 전해 종료시(전해 개시로부터 10분 후)에 있어서의 음극 수면으로부터 7cm 지점의 수소 가스 농도, 전해 전압 및 전해실의 수온을 각각 측정했다. 그 결과를 표 2에 나타냈다. 또한 비교예 4~6에 사용한 피전해 원수의 수온은 각각 20.1℃, 20.8℃, 26.2℃였다.

[실시예 7]

피전해 원수가 도입되는 전해실과, 전해실에 있어서의 내부와 외부를 구획하는 양이온 교환막(「나피온 424」(듀폰사 제조))과, 전해실 내부 및 외부의 각각에, 양이온 교환막을 사이에 두고 설치된 한 쌍의 백금 전극을 갖고, 전해실 외부의 전극판이 양이온 교환막에 접촉하여 설치되어 있고, 또한 전해실 내부의 전극판도 양이온 교환막에 접촉하여 설치되어 있는 전해조의 전해실에, 수온 25.8℃의 후지사와시 수도물 1.4L를 넣음과 더불어 양이온 교환막에도 물을 습윤시켰다.

그 후, 전해실 내부에 설치된 전극판을 음극으로 하고, 전해실 외부에 설치된 전극판을 양극으로 하여 직류 전원으로부터의 직류 전압을 두 전극간에 인가해, 전해 전류 27A로 전기 분해했다.

전기 분해의 개시와 동시에, 희석용 가스 공급기로서 에어 펌프(Silentβ120(마루칸사 제조))로부터 1 L/분으로 통상 대기를 음극에 송풍했다. 전해 개시 1분 후, 5분 후, 전해 종료시(전해 개시로부터 10분 후)에 있어서의 음극 수면으로부터 7cm 지점의 수소 가스 농도, 전해 전압 및 전해실의 수온을 측정했다. 그 결과를 표 3에 나타냈다.

[실시예 8]

실시예 4의 전해조에 있어서 전해실 외의 전극판을 둘러싸는 측실을 더 설치함과 더불어, 전해실과 측실에 수온 26.3℃의 후지사와시 수도물을 1.4L씩 넣고, 전해실 내부에 설치된 전극판을 음극으로 하고, 전해실 외부에 설치된 전극판을 양극으로 하여 직류 전원으로부터의 직류 전압을 두 전극간에 인가해, 전해 전류 27A로 전기 분해했다.

전기 분해의 개시와 동시에, 희석용 가스 공급기로서 상기 에어 펌프로부터 1 L/분으로 통상 대기를 음극에 송풍했다. 전해 개시 1분 후, 5분 후, 전해 종료시(전해 개시로부터 10분 후)에 있어서의 음극 수면으로부터 7cm 지점의 수소 가스 농도, 전해 전압 및 전해실의 수온을 측정했다. 그 결과를 표 3에 나타냈다.

[실시예 9]

피전해 원수가 도입되는 전해실과, 전해실에 있어서의 내부와 외부를 구획하는 상기 양이온 교환막과, 전해실 내부 및 외부의 각각에, 양이온 교환막을 사이에 두고 설치된 한 쌍의 백금 전극을 갖고, 전해실 외부의 전극판이 양이온 교환막에 접촉하여 설치되어 있고, 또한 전해실 내부의 전극판도 양이온 교환막에 접촉하여 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전해조의 전해실에, 수온 25.8℃의 후지사와시 수도물 1.4L를 넣음과 더불어, 전해실 내부에 설치된 전극판을 양극으로 하고, 전해실 외부에 설치된 전극판을 음극으로 하여 직류 전원으로부터의 직류 전압을 두 전극간에 인가해, 전해 전류 27A로 전기 분해했다.

전기 분해의 개시와 동시에, 희석용 가스 공급기로서 상기 에어 펌프로부터 1 L/분으로 통상 대기를 음극에 송풍했다. 전해 개시 1분 후, 5분 후, 전해 종료시(전해 개시로부터 10분 후)에 있어서의 음극으로부터 7cm 지점의 수소 가스 농도, 전해 전압 및 전해실의 수온을 측정했다. 그 결과를 표 3에 나타냈다.

[비교예 7~9]

실시예 7~9에 있어서, 통상 대기를 송풍하지 않는 경우, 전해 개시 1분 후, 5분 후, 전해 종료시(전해 개시로부터 10분 후)에 있어서의 음극 수면으로부터 7cm 지점의 수소 가스 농도, 전해 전압 및 전해실의 수온을 각각 측정했다. 그 결과를 표 3에 나타냈다. 또한 비교예 7~9에 사용한 피전해 원수의 수온은 각각 25.9℃, 26.8℃, 25.9℃였다.

1:생체용 고농도 수소 가스 공급 장치
11:전해실
12:피전해 원수
13:격막
14, 15:전극판
16:측실
17, 17a:희석용 가스 도입구
18, 18a:혼합 가스 도출구
2:직류 전원
3:희석용 가스 공급기
4:헤드 스페이스부

Claims

피전해 원수가 도입되는 전해실과, 상기 전해실의 내부와 외부를 구획하는 1개 이상의 격막과, 상기 전해실의 내부 및 외부의 각각에 상기 격막을 사이에 두고 설치된 적어도 한 쌍의 전극판을 갖고,
상기 전해실의 외부의 전극판이 상기 격막에 접촉하여 설치되어 있는 전해조와,
상기 한 쌍의 전극판에 직류 전압을 인가하는 직류 전원과,
음극이 되는 전극판으로부터 발생하는 수소 가스를 희석하기 위한 희석용 가스 공급기를 구비하고,
상기 희석용 가스 공급기로부터 공급되는 희석용 가스를 상기 음극 또는 음극 수면에 송풍함으로써, 전해시의 상기 음극 또는 상기 음극 수면으로부터 7cm 떨어진 위치의 수소 가스 농도를 항상 18.3 vol% 미만으로 유지하고, 수소 가스 농도가 4~18.3 vol%인, 수소 가스와 희석용 가스를 포함하는 혼합 가스를 생체에 공급하는 생체용 고농도 수소 가스 공급 장치.
피전해 원수가 도입되는 전해실과, 상기 전해실의 내부와 외부를 구획하는 1개 이상의 격막과, 상기 전해실의 내부 및 외부의 각각에 상기 격막을 사이에 두고 설치된 적어도 한 쌍의 전극판을 갖고,
상기 전해실의 외부의 전극판이 상기 격막에 접촉하여 설치되어 있는 전해조와,
상기 한 쌍의 전극판에 직류 전압을 인가하는 직류 전원과,
음극이 되는 전극판으로부터 발생하는 수소 가스를 희석하기 위한 희석용 가스 공급기를 구비하고,
상기 희석용 가스 공급기로부터 공급되는 희석용 가스를 상기 음극 또는 음극 수면에 송풍함으로써, 전해시의 상기 음극 또는 상기 음극 수면으로부터 7cm 떨어진 위치의 수소 가스 농도를 항상 4 vol% 미만으로 유지하고, 수소 가스 농도가 0.1~4 vol%인, 수소 가스와 희석용 가스를 포함하는 혼합 가스를 생체에 공급하는, 생체용 고농도 수소 가스 공급 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 전해실의 내부의 전극판이 상기 격막에 접촉하여 더 설치되어 있는, 생체용 고농도 수소 가스 공급 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 전해실에는, 상기 희석용 가스 공급기로부터의 희석용 가스를 도입하는 희석용 가스 도입구와, 상기 혼합 가스를 도출하는 혼합 가스 도출구가 설치되고,
상기 전해실의 내부에 피전해 원수가 도입되어 있는 상태에서, 상기 전해실의 내부에 설치된 전극판을 음극으로 하고, 상기 전해실의 외부에 설치된 전극판을 양극으로 하여, 상기 직류 전원으로부터의 직류 전압을 두 전극판에 인가하는, 생체용 고농도 수소 가스 공급 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 전해실의 외부에, 상기 한 쌍의 전극판의 한쪽의 전극판을 포함하는 측실이 설치되어 있는, 생체용 고농도 수소 가스 공급 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 측실에는, 상기 희석용 가스 공급기로부터의 희석용 가스를 도입하는 희석용 가스 도입구와, 상기 혼합 가스를 도출하는 혼합 가스 도출구가 설치되고,
상기 전해실의 내부에 피전해 원수가 도입되어 있는 상태에서, 상기 전해실의 내부에 설치된 전극판을 양극으로 하고, 상기 전해실의 외부에 설치된 전극판을 음극으로 하여, 상기 직류 전원으로부터의 직류 전압을 두 전극판에 인가하는, 생체용 고농도 수소 가스 공급 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 전해실의 내부 및 상기 측실에 피전해 원수가 도입되는, 생체용 고농도 수소 가스 공급 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 희석용 가스가 통상 대기인, 생체용 고농도 수소 가스 공급 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 희석용 가스가 0.5 L/분 이상의 통기량으로 송풍되는, 생체용 고농도 수소 가스 공급 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 희석용 가스가 2 L/분 이상의 통기량으로 송풍되는, 생체용 고농도 수소 가스 공급 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 혼합 가스의 염소 가스 농도가 1ppm 이하인, 생체용 고농도 수소 가스 공급 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 직류 전압을 인가함과 동시에, 또는 이에 앞서 희석용 가스 공급기를 작동시키는, 생체용 고농도 수소 가스 공급 장치.