KR102616663B1 - Reduced water production device and reduced water production method - Google Patents

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Abstract

[과제] 전해 환원에 의해 얻어지는 환원수에 있어서 용존수소분자농도의 저하를 억제할 수 있는 신규한 기술을 제공한다.
[해결 수단] 애노드 실과, 캐소드 실과, 애노드 실과 캐소드 실 사이에 배치되는 플루오린계 이온교환막인 격막과, 애노드 실에 있어서 격막에 접하도록 배치되는 다공성 애노드 전극과, 캐소드 실에 배치되는 캐소드 전극을 구비하는 전해조 내의 격막과 캐소드 전극 사이에 물을 공급하고, 캐소드 전극에 대해서, 10㎑ 이하의 전류 평균값이 제로 이상인 교류 성분을 갖는 전류를 부여해서 물의 전해 환원을 행하여 수소를 발생시키는 것, 및 캐소드 전극에 대해서 직류 성분을 갖는 전류를 부여해서 물의 전해 환원을 행하여 수소를 발생시키는 동시에, 캐소드 전극의 표면에 30㎑ 이상 10㎒ 이하의 초음파 영역에 있는 기계적 진동을 부여하는 것 중 적어도 어느 하나를 행하는 것을 포함하는, 수소를 함유하는, 환원수의 제조 방법.
[Project] To provide a novel technology that can suppress the decrease in dissolved hydrogen molecule concentration in reduced water obtained by electrolytic reduction.
[Solution] An anode seal, a cathode seal, a diaphragm which is a fluorine-based ion exchange membrane disposed between the anode seal and the cathode seal, a porous anode electrode disposed in contact with the diaphragm in the anode seal, and a cathode electrode disposed in the cathode seal. supplying water between a diaphragm in an electrolytic cell and a cathode electrode, applying a current having an alternating current component with an average current value of 10 kHz or less to the cathode electrode, performing electrolytic reduction of water to generate hydrogen, and In relation to this, at least one of applying a current having a direct current component to perform electrolytic reduction of water to generate hydrogen and simultaneously applying mechanical vibration in the ultrasonic range of 30 kHz to 10 MHz to the surface of the cathode electrode is performed. A method for producing reduced water containing hydrogen.

Description

환원수의 제조 장치 및 환원수의 제조 방법Reduced water production device and reduced water production method

본 발명은, 전해 환원에 의해 얻어지는 수소를 함유하는 환원수(수소수)에 관한 것으로, 특히, 해당 환원수에 있어서의 용존수소분자농도의 저하를 억제할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to reduced water (hydrogen water) containing hydrogen obtained by electrolytic reduction, and particularly to an apparatus and method that can suppress a decrease in the concentration of dissolved hydrogen molecules in the reduced water.

최근, 수소수를 이용한 비즈니스가 활발해지고 있다. 수소수를 생성하는 방법으로서는, 예를 들면, 물을 전해 환원해서 수중에 용존수소분자를 직접적으로 생성하는 전해 환원법, 수중에 수소 가스를 버블링시켜, 수소분자를 용해시키는 방법, 수중에 수소 가스를 가압 용해시키는 수소 가스 가압 용해법 등이 알려져 있다.Recently, businesses using hydrogen water have become active. Methods for generating hydrogen water include, for example, an electrolytic reduction method of electrolytically reducing water to directly generate dissolved hydrogen molecules in water, a method of bubbling hydrogen gas in water to dissolve hydrogen molecules, and a method of dissolving hydrogen molecules in water. A hydrogen gas pressure dissolution method for dissolving under pressure is known.

대기압, 상온(20 내지 28도)의 조건 하에서, 수소 가스의 평형 이론적 용해도는 1.5 내지 1.6ppm이다.Under the conditions of atmospheric pressure and room temperature (20 to 28 degrees), the equilibrium theoretical solubility of hydrogen gas is 1.5 to 1.6 ppm.

전해 환원에 의해 생성된 환원수는 대기와 접촉하고 있으므로, 수중의 용존수소분자농도는 1.5ppm보다 상당히 내려간다. 예를 들면, 전해 환원시킨 환원수를 페트병 등에 보관한 경우, 수중의 용존수소분자농도는 일정 시간 경과 후 0.5ppm 이하가 된다. 이와 같이 수소수를 대기와 접촉시켜 보관한 경우, 일부의 용존수소분자는 대기 중에 휘산되어 가므로 용존수소분자농도가 저하한다.Since the reduced water produced by electrolytic reduction is in contact with the atmosphere, the concentration of dissolved hydrogen molecules in the water is significantly lower than 1.5 ppm. For example, when electrolytically reduced water is stored in a plastic bottle, the concentration of dissolved hydrogen molecules in the water becomes 0.5 ppm or less after a certain period of time. In this way, when hydrogen water is stored in contact with the atmosphere, some of the dissolved hydrogen molecules volatilize into the atmosphere, thereby lowering the concentration of dissolved hydrogen molecules.

그 때문에, 얻어진 수소수에 있어서의 용존수소분자농도의 저하를 억제하는 것을 목적으로 해서 예를 들면 특허문헌 1에 기재된 기술이 제안되어 있다.Therefore, for the purpose of suppressing a decrease in the concentration of dissolved hydrogen molecules in the obtained hydrogen water, the technique described in Patent Document 1, for example, has been proposed.

JPJ.P. 2015-0091752015-009175 AA

용존수소분자농도의 저하를 억제하기 위한 새로운 기술이 요구되고 있다.New technologies are required to suppress the decline in dissolved hydrogen molecule concentration.

본 발명은 전해 환원에 의해 얻어지는 환원수에 있어서 용존수소분자농도의 저하를 억제할 수 있는 신규한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to provide a novel technology capable of suppressing a decrease in the concentration of dissolved hydrogen molecules in reduced water obtained by electrolytic reduction.

본 발명자는 예의 연구의 결과, 전기 분해시켜 수소를 발생시킬 때에, 환원 반응에 관여하는 전해조 중의 캐소드 전극에 대해서 소정의 전류를 부여해서 전해 환원을 진행시키거나, 혹은 전해 환원을 진행시켜서 캐소드 전극 근방에 있어서 수소를 생성시키는 동시에, 해당 캐소드 전극에 소정의 초음파에 의한 진동을 부여하는 것에 의해, 용존수소분자농도의 저하를 억제할 수 있는 것을 찾아내어, 본 발명을 완성시켰다.As a result of extensive research, the present inventors have found that when generating hydrogen by electrolysis, a predetermined current is applied to the cathode electrode in the electrolytic cell involved in the reduction reaction to proceed with electrolytic reduction, or by advancing electrolytic reduction, the electrolytic reduction is carried out near the cathode electrode. It was discovered that a decrease in the concentration of dissolved hydrogen molecules could be suppressed by generating hydrogen and simultaneously applying vibration by predetermined ultrasonic waves to the cathode electrode, thereby completing the present invention.

즉, 본 발명의 요지는 이하와 같다.That is, the gist of the present invention is as follows.

[1] 애노드 실과, 캐소드 실과, 상기 애노드 실과 상기 캐소드 실 사이에 배치되는 플루오린계 이온교환막인 격막과, 상기 애노드 실에 있어서 상기 격막에 접하도록 배치되는 다공성 애노드 전극과, 상기 캐소드 실에 배치되는 캐소드 전극을 구비하는 전해조와,[1] An anode chamber, a cathode chamber, a diaphragm that is a fluorine-based ion exchange membrane disposed between the anode chamber and the cathode chamber, a porous anode electrode disposed in contact with the diaphragm in the anode chamber, and a porous anode electrode disposed in the cathode chamber. An electrolyzer having a cathode electrode,

상기 캐소드 전극에 대해서, 10㎑ 이하의 전류 평균값이 제로 이상인 교류 성분을 갖는 전류를 부여해서 상기 격막과 상기 캐소드 전극 사이에 공급된 물의 전해 환원을 행하여 수소를 발생시키는 것, 및 상기 캐소드 전극에 대해서 직류 성분을 갖는 전류를 부여해서 상기 격막과 상기 캐소드 전극 사이에 공급된 물의 전해 환원을 행하여 수소를 발생시키는 동시에, 상기 캐소드 전극의 표면에 30㎑ 이상 10㎒ 이하의 초음파 영역에 있는 기계적 진동을 부여하는 것 중 적어도 어느 하나를 실행하는 농도저하 억제부를 구비하는, 환원수 제조 장치.Applying a current having an alternating current component with a current average value of 10 kHz or less to the cathode electrode of zero or more to perform electrolytic reduction of water supplied between the diaphragm and the cathode electrode to generate hydrogen, and generating hydrogen to the cathode electrode. By applying a current having a direct current component, electrolytic reduction of water supplied between the diaphragm and the cathode electrode is performed to generate hydrogen, and at the same time, mechanical vibration in the ultrasonic range of 30 kHz to 10 MHz is applied to the surface of the cathode electrode. A reduced water production device comprising a concentration drop suppression unit that performs at least one of the following:

[2] 상기 [1]에 기재된 장치에 있어서,[2] In the device described in [1] above,

10㎑ 이하의 전류 평균값이 제로 이상인 교류 성분을 갖는 전류가, 전류 최저값이 제로 이상인 교류 성분을 갖는 전류인 환원수 제조 장치.A reduced water production device in which the current having an alternating current component whose average current value of 10 kHz or less is equal to or greater than zero is a current having an alternating current component whose minimum current value is equal to or greater than zero.

[3] 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 장치에 있어서,[3] In the device described in [1] or [2] above,

10㎑ 이하의 전류 평균값이 제로 이상인 교류 성분을 갖는 전류가, 반파정류 또는 전파정류된 교류 전류인 환원수 제조 장치.A reduced water production device in which the current having an alternating current component with an average current value of 10 kHz or less equal to or greater than zero is half-wave rectified or full-wave rectified alternating current.

[4] 상기 [1]로부터 [3] 중 어느 하나에 기재된 장치에 있어서,[4] In the device according to any one of [1] to [3] above,

상기 농도저하 억제부는, 상기 캐소드 전극에 대해서, 반파정류 또는 전파정류된 10㎑ 이하의 교류 전류를 부여해서 물의 전해 환원을 행하는 동시에, 상기 캐소드 전극의 표면에 30㎑ 이상 10㎒ 이하의 초음파 영역에 있는 기계적 진동을 부여하는, 환원수 제조 장치.The concentration drop suppressor performs electrolytic reduction of water by applying a half-wave rectified or full-wave rectified alternating current of 10 kHz or less to the cathode electrode, and at the same time applies an ultrasonic wave in the ultrasonic range of 30 kHz to 10 MHz to the surface of the cathode electrode. A reduced water production device that imparts mechanical vibration.

[5] 상기 [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 기재된 장치에 있어서,[5] In the device according to any one of [1] to [4] above,

상기 격막과 상기 캐소드 전극 사이에 이온교환수지가 충전되어 있는, 환원수 제조 장치.A reduced water production device in which an ion exchange resin is filled between the diaphragm and the cathode electrode.

[6] 상기 [5]에 기재된 장치에 있어서,[6] In the device described in [5] above,

상기 농도저하 억제부는, 상기 이온교환수지 속에 매립되어 있는 초음파 진동자를 구비하고 있고,The concentration drop suppressing section includes an ultrasonic vibrator embedded in the ion exchange resin,

상기 농도저하 억제부는, 전기 초음파 진동자로부터의 상기 캐소드 전극의 표면에의 30㎑ 이상 10㎒ 이하의 초음파 영역에 있는 기계적 진동의 부여를 행하는, 환원수 제조 장치.The reduced water production device wherein the concentration drop suppressing unit applies mechanical vibration in an ultrasonic range of 30 kHz to 10 MHz from an electric ultrasonic vibrator to the surface of the cathode electrode.

[7] 상기 [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 기재된 장치에 있어서,[7] In the device according to any one of [1] to [4] above,

상기 캐소드 실이 격막과 대향하는 면에 있어서 복수의 돌출부를 갖고, 상기 캐소드 전극은 상기 돌출부의 선단에 있어서 상기 돌출부와 접촉하도록 배치되어 있어, 상기 캐소드 전극과 상기 격막 사이의 상기 격막과 직행하는 방향에 있어서의 거리가 1㎜ 이하인, 환원수 제조 장치.The cathode seal has a plurality of protrusions on a surface facing the diaphragm, and the cathode electrode is disposed to contact the protrusions at the tip of the protrusions, and a direction straight to the diaphragm between the cathode electrode and the diaphragm A reduced water production device wherein the distance is 1 mm or less.

[8] 상기 [7]에 기재된 장치에 있어서,[8] In the device described in [7] above,

상기 캐소드 전극이 다공성 캐소드 전극이며,The cathode electrode is a porous cathode electrode,

상기 캐소드 실이, 상기 캐소드 실 내에 물을 유입시키는 복수의 원료수 공급부와, 전해 환원된 물을 상기 캐소드 실 내로부터 유출시키는 복수의 환원수 배출부를 구비하고, 상기 원료수 공급부와 상기 환원수 배출부는 상기 돌출부를 사이에 개재해서 배치되어 있는, 환원수 제조 장치.The cathode chamber has a plurality of raw water supply parts that introduce water into the cathode chamber, and a plurality of reduced water discharge parts that discharge electrolytically reduced water from the cathode chamber, and the raw water supply part and the reduced water discharge part are A reduced water production device arranged with a protrusion interposed therebetween.

[9] 상기 [1] 내지 [8] 중 어느 하나에 기재된 장치에 있어서,[9] In the device according to any one of [1] to [8] above,

상기 전해조가, 상기 애노드 실과, 상기 캐소드 실과, 상기 애노드 실과 상기 캐소드 실 사이에 배치되어, 상기 격막에 의해 상기 애노드 실과 상기 캐소드 실 사이를 가르는 중간실을 구비하는 3실형 전해조이며, 상기 중간실에 환원성 물질이 존재하고 있는, 환원수 제조 장치.The electrolytic cell is a three-chamber electrolytic cell including the anode chamber, the cathode chamber, and an intermediate chamber disposed between the anode chamber and the cathode chamber and dividing the anode chamber and the cathode chamber by the diaphragm, and in the intermediate chamber A reduced water production device in which a reducing substance is present.

[10] 애노드 실과, 캐소드 실과, 상기 애노드 실과 상기 캐소드 실 사이에 배치되는 플루오린계 이온교환막인 격막과, 상기 애노드 실에 있어서 상기 격막에 접하도록 배치되는 다공성 애노드 전극과, 상기 캐소드 실에 배치되는 캐소드 전극을 구비하는 전해조 내의 상기 격막과 상기 캐소드 전극 사이에 물을 공급하고,[10] An anode chamber, a cathode chamber, a diaphragm that is a fluorine-based ion exchange membrane disposed between the anode chamber and the cathode chamber, a porous anode electrode disposed in contact with the diaphragm in the anode chamber, and a porous anode electrode disposed in the cathode chamber. Supplying water between the diaphragm and the cathode electrode in an electrolytic cell having a cathode electrode,

상기 캐소드 전극에 대해서, 10㎑ 이하의 전류 평균값이 제로 이상인 교류 성분을 갖는 전류를 부여해서 물의 전해 환원을 행하여 수소를 발생시키는 것, 및 상기 캐소드 전극에 대해서 직류 성분을 갖는 전류를 부여해서 물의 전해 환원을 행하여 수소를 발생시키는 동시에, 상기 캐소드 전극의 표면에 30㎑ 이상 10㎒ 이하의 초음파 영역에 있는 기계적 진동을 부여하는 것 중 적어도 어느 하나를 행하는 것을 포함하는, 수소를 함유하는 환원수의 제조 방법.Electrolytic reduction of water is performed to generate hydrogen by applying a current having an alternating current component with a current average value of 10 kHz or less equal to or greater than zero to the cathode electrode, and electrolysis of water by applying a current having a direct current component to the cathode electrode. A method for producing reduced water containing hydrogen, comprising performing at least one of performing reduction to generate hydrogen and simultaneously applying mechanical vibration in an ultrasonic range of 30 kHz to 10 MHz to the surface of the cathode electrode. .

[11] 상기 [10]에 기재된 방법에 있어서,[11] In the method described in [10] above,

10㎑ 이하의 전류 평균값이 제로 이상인 교류 성분을 갖는 전류가, 전류 최저값이 제로 이상인 교류 성분을 갖는 전류인, 환원수의 제조 방법.A method for producing reduced water, wherein the current having an alternating current component whose current average value of 10 kHz or less is equal to or greater than zero is a current having an alternating current component whose lowest current value is equal to or greater than zero.

[12] 상기 [10] 또는 [11]에 기재된 방법에 있어서,[12] In the method described in [10] or [11] above,

10㎑ 이하의 전류 평균값이 제로 이상인 교류 성분을 갖는 전류가, 반파정류 또는 전파정류된 교류 전류인, 환원수의 제조 방법.A method for producing reduced water, wherein the current having an alternating current component with an average current value of 10 kHz or less equal to or greater than zero is half-wave rectified or full-wave rectified alternating current.

[13] 상기 [10] 내지 [12] 중 어느 하나에 기재된 방법에 있어서,[13] In the method according to any one of [10] to [12] above,

상기 캐소드 전극에 대해서, 반파정류 또는 전파정류된 10㎑ 이하의 교류 전류를 부여해서 물의 전해 환원을 행하는 동시에, 상기 캐소드 전극의 표면에 30㎑ 이상 10㎒ 이하의 초음파 영역에 있는 기계적 진동을 부여하는, 환원수의 제조 방법.Electrolytic reduction of water is performed by applying a half-wave rectified or full-wave rectified alternating current of 10 kHz or less to the cathode electrode, and at the same time applying mechanical vibration in the ultrasonic range of 30 kHz to 10 MHz to the surface of the cathode electrode. , Method for producing reduced water.

[14] 상기 [10]로부터 [13] 중 어느 하나에 기재된 방법에 있어서,[14] In the method according to any one of [10] to [13] above,

상기 격막과 상기 캐소드 전극 사이에 이온교환수지가 충전되어 있는, 환원수의 제조 방법.A method for producing reduced water, wherein an ion exchange resin is filled between the diaphragm and the cathode electrode.

[15] 상기 [14]에 기재된 방법에 있어서,[15] In the method described in [14] above,

상기 캐소드 전극의 표면에의 30㎑ 이상 10㎒ 이하의 초음파 영역에 있는 기계적 진동의 부여가 행해지고, 해당 기계적 진동의 부여는 상기 이온교환수지 속에 매립되어 있는 초음파 진동자로부터 부여하는, 환원수의 제조 방법.A method for producing reduced water, wherein mechanical vibration in an ultrasonic range of 30 kHz to 10 MHz is applied to the surface of the cathode electrode, and the mechanical vibration is applied from an ultrasonic transducer embedded in the ion exchange resin.

[16] 상기 [10] 내지 [13] 중 어느 하나에 기재된 방법에 있어서,[16] In the method according to any one of [10] to [13] above,

상기 캐소드 실이 격막과 대향하는 면에 있어서 복수의 돌출부를 갖고, 상기 캐소드 전극은 상기 돌출부의 선단에 있어서 상기 돌출부와 접촉하도록 배치되어 있으며, 상기 캐소드 전극과 상기 격막 사이의 상기 격막과 직행하는 방향에 있어서의 거리가 1㎜ 이하인 상기 전해조 내의 상기 격막과 상기 캐소드 전극 사이에 물을 공급하는, 환원수의 제조 방법.The cathode seal has a plurality of protrusions on a surface facing the diaphragm, and the cathode electrode is arranged to contact the protrusions at the tip of the protrusions, and a direction straight to the diaphragm between the cathode electrode and the diaphragm. A method for producing reduced water, wherein water is supplied between the diaphragm and the cathode electrode in the electrolytic cell where the distance is 1 mm or less.

[17] 상기 [16]에 기재된 방법에 있어서,[17] In the method described in [16] above,

상기 캐소드 전극이 다공성 캐소드 전극이며,The cathode electrode is a porous cathode electrode,

상기 캐소드 실이, 상기 캐소드 실 내에 물을 유입시키는 복수의 원료수 공급부와, 전해 환원된 물을 상기 캐소드 실 내로부터 유출시키는 복수의 환원수 배출부를 구비하고, 상기 원료수 공급부와 상기 환원수 배출부는 상기 돌출부를 사이에 개재해서 배치되어 있는, 환원수의 제조 방법.The cathode chamber has a plurality of raw water supply parts that introduce water into the cathode chamber, and a plurality of reduced water discharge parts that discharge electrolytically reduced water from the cathode chamber, and the raw water supply part and the reduced water discharge part are A method for producing reduced water, which is disposed with a protrusion interposed therebetween.

[18] 상기 [10] 내지 [17] 중 어느 하나에 기재된 방법에 있어서,[18] In the method according to any one of [10] to [17] above,

상기 전해조가, 상기 애노드 실과, 상기 캐소드 실과, 상기 애노드 실과 상기 캐소드 실 사이에 배치되어, 상기 격막에 의해 상기 애노드 실과 상기 캐소드 실 사이를 가르는 중간실을 구비하는 3실형 전해조이며, 상기 중간실에 환원성 물질이 존재하고 있는, 환원수의 제조 방법.The electrolytic cell is a three-chamber electrolytic cell including the anode chamber, the cathode chamber, and an intermediate chamber disposed between the anode chamber and the cathode chamber and dividing the anode chamber and the cathode chamber by the diaphragm, and in the intermediate chamber A method for producing reduced water in which a reducing substance is present.

본 발명에 따르면, 전해 환원에 의해 얻어지는 환원수에 있어서 용존수소분자농도의 저하를 억제할 수 있는 신규한 기술을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a novel technology capable of suppressing a decrease in the concentration of dissolved hydrogen molecules in reduced water obtained by electrolytic reduction.

도 1은 제1 실시형태에 따른 시스템의 개요를 나타낸 도면이다.
도 2는 제2 실시형태에 따른 전해조의 개요를 나타낸 도면이다.
도 3은 제2 실시형태에 따른 시스템의 개요를 나타낸 도면이다.
도 4는 제2 실시형태에 따른 전해조의 개요를 나타낸 도면이다.
도 5는 제3 실시형태에 따른 시스템의 개요를 나타낸 도면이다.
도 6은 제4 실시형태에 따른 전해조의 개요를 나타낸 도면이다.
도 7은 제4 실시형태에 따른 전해조의 개요를 나타낸 도면이다.
도 8은 제5 실시형태에 따른 시스템의 개요를 나타낸 도면이다.
도 9는 기타의 실시형태에 따른 전해조의 개요를 나타낸 도면이다.
도 10은 기타의 실시형태에 따른 시스템의 개요를 나타낸 도면이다.
도 11은 대기압 상온 하에 있어서의 수소분자의 용해량(평형값)에 관한 그래프이다.
도 12는 캐소드 전극 표면 근방을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 13은 반파정류 전해 전류에 의한 수소분자 기포 발생량과 그 크기를 나타내는 그래프이다.
1 is a diagram showing an outline of a system according to a first embodiment.
Figure 2 is a diagram showing the outline of an electrolytic cell according to the second embodiment.
Figure 3 is a diagram showing an outline of a system according to the second embodiment.
4 is a diagram showing an outline of an electrolytic cell according to the second embodiment.
Figure 5 is a diagram showing an outline of a system according to the third embodiment.
Figure 6 is a diagram showing the outline of an electrolytic cell according to the fourth embodiment.
Figure 7 is a diagram showing the outline of an electrolytic cell according to the fourth embodiment.
Fig. 8 is a diagram showing an outline of a system according to the fifth embodiment.
9 is a diagram showing an outline of an electrolytic cell according to another embodiment.
10 is a diagram showing an outline of a system according to another embodiment.
Figure 11 is a graph regarding the amount of hydrogen molecules dissolved (equilibrium value) under atmospheric pressure and room temperature.
Figure 12 is a diagram schematically showing the vicinity of the cathode electrode surface.
Figure 13 is a graph showing the amount and size of hydrogen molecule bubbles generated by half-wave rectified electrolysis current.

[제1 실시형태][First Embodiment]

다음에, 본 발명의 하나의 실시형태에 대해서 설명한다.Next, one embodiment of the present invention will be described.

제1 실시형태는, 애노드 실과, 캐소드 실과, 애노드 실과 캐소드 실 사이에 배치되는 플루오린계 이온교환막인 격막과, 애노드 실에 있어서 격막에 접하도록 배치되는 다공성 애노드 전극과, 캐소드 실에 배치되는 캐소드 전극을 구비하는 전해조와, 캐소드 전극에 대해서, 10㎑ 이하의 전류 평균값이 제로 이상인 교류 성분을 갖는 전류를 부여해서 격막과 캐소드 전극 사이에 공급된 물의 전해 환원을 행하여 수소를 발생시키는 농도저하 억제부를 구비하는 환원수 제조 장치에 관한 것이다.The first embodiment includes an anode chamber, a cathode chamber, a diaphragm that is a fluorine-based ion exchange membrane disposed between the anode chamber and the cathode chamber, a porous anode electrode disposed in contact with the diaphragm in the anode chamber, and a cathode electrode disposed in the cathode chamber. An electrolytic cell comprising an electrolytic cell, and a concentration reduction suppressor that applies a current having an alternating current component with an average current value of 10 kHz or less to the cathode electrode to perform electrolytic reduction of water supplied between the diaphragm and the cathode electrode to generate hydrogen. It relates to a reduced water production device.

우선, 제1 실시형태에 따른 시스템의 구성에 대해서 설명한다.First, the configuration of the system according to the first embodiment will be described.

도 1은 해당 시스템의 구성의 개요를 나타낸 도면이다.Figure 1 is a diagram showing an outline of the configuration of the system.

제1 실시형태에 따른 시스템은, 전해조(100)와, 해당 전해조(100)의 캐소드 실(3)에 원료가 되는 물을 공급하는 원료수 생성 송액부(200)를 구비한다. 또, 제조되는 환원수(수소수)를 음용으로 할 때에 보다 바람직하다는 관점에서, 이하의 설명에 있어서는, 전해조(100)에 전도도가 200 μS/cm 이하인 물을 공급할 경우를 예로 들어서 설명하고 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.The system according to the first embodiment includes an electrolyzer 100 and a raw material water generation liquid delivery unit 200 that supplies raw water to the cathode chamber 3 of the electrolytic tank 100. In addition, from the viewpoint that the produced reduced water (hydrogen water) is more preferable for drinking, the following description takes the case of supplying water with a conductivity of 200 μS/cm or less to the electrolyzer 100 as an example. It is not limited to.

제1 실시형태에 있어서, 원료수 생성 송액부(200)는, 역침투막 필터(140)와 급수 펌프(130)로 구성할 수 있다. 역침투막 필터(140)는, 수돗물 라인(150)으로부터 송액되는 수돗물의 순도를 향상시키고, 전도도가 200 μS/cm 이하인 물(이하, 원료수라고도 칭함. 20 μS/cm 이하인 물로 하는 것이 보다 바람직함)이라고 한다. 급수 펌프(130)는, 역침투막 필터(140)에 있어서 생성된 원료수를 전해조(100)가 구비하는 캐소드 실(3)에 공급한다.In the first embodiment, the raw material water generation liquid delivery unit 200 may be composed of a reverse osmosis membrane filter 140 and a water pump 130. The reverse osmosis membrane filter 140 improves the purity of tap water delivered from the tap water line 150, and uses water with a conductivity of 200 μS/cm or less (hereinafter also referred to as raw water. It is more preferable to use water with a conductivity of 20 μS/cm or less. It is called). The water pump 130 supplies the raw material water generated in the reverse osmosis membrane filter 140 to the cathode chamber 3 provided in the electrolytic cell 100.

또, 급수 펌프(130), 역침투막 필터(140), 수도 라인(150)은 공지의 것을 이용할 수 있고, 특별히 한정되지 않는다. 또한, 해당 원료수 생성 송액부(200)의 구성은 일례이며, 다른 구성에 의해 원료수를 전해조(100)에 공급하도록 해도 된다.In addition, the water pump 130, reverse osmosis membrane filter 140, and water line 150 may be known and are not particularly limited. In addition, the configuration of the raw material water generating unit 200 is an example, and the raw material water may be supplied to the electrolytic tank 100 by another configuration.

전해조(100)는, 예를 들면 특허문헌 1에 기재되어 있는 2실형 전해조로 할 수 있다. 구체적으로는, 전해조(100)는, 애노드 실(1)과, 캐소드 실(3)을 구비하는 구성이다. 애노드 실(1)과 캐소드 실(3) 사이에는 플루오린계 이온교환막인 격막(5)이 배치되어 있어, 애노드 실(1)과 캐소드 실(3) 사이를 가르고 있다. 또한, 애노드 실(1)에는 다공성 애노드 전극(21)이 배치되고, 캐소드 실(3)에는 캐소드 전극(4)이 배치되어 있다. 다공성 애노드 전극(21)은, 애노드 실(1) 내에 있어서 격막(5)과 접하는 위치에 배치되어 있다. 또한, 캐소드 전극(4)은, 캐소드 실(3)의 격막(5)과 대향하는 벽부를 형성하도록 배치되어 있다. 또한, 제1 실시형태에 있어서는, 캐소드 실의 격막(5)과 캐소드 전극(4) 사이에는, 전도도가 200 μS/cm 이하인 물(바람직하게는 20 μS/cm 이하인 물)을 이용하는 환원에 있어서 바람직한 구성으로서, 이온교환수지(31)가 충전되어 있다.The electrolytic cell 100 can be, for example, a two-chamber electrolytic cell described in Patent Document 1. Specifically, the electrolytic cell 100 is configured to include an anode chamber 1 and a cathode chamber 3. A diaphragm 5, which is a fluorine-based ion exchange membrane, is disposed between the anode seal 1 and the cathode seal 3, and separates the anode seal 1 and the cathode seal 3. Additionally, a porous anode electrode 21 is disposed in the anode chamber 1, and a cathode electrode 4 is disposed in the cathode chamber 3. The porous anode electrode 21 is disposed in the anode chamber 1 at a position in contact with the diaphragm 5 . Additionally, the cathode electrode 4 is arranged to form a wall portion facing the diaphragm 5 of the cathode chamber 3. In addition, in the first embodiment, water with a conductivity of 200 μS/cm or less (preferably water with a conductivity of 20 μS/cm or less) is preferably used between the diaphragm 5 of the cathode chamber and the cathode electrode 4. As a structure, ion exchange resin 31 is filled.

또, 애노드 실(1) 및 캐소드 실(3)의 각 용량, 다공성 애노드 전극(21), 캐소드 전극(4)의 소재, 크기, 다공성 애노드 전극(21)에 있어서의 구멍의 크기나 개수 등에 대해서는 특별히 한정되지 않고, 당업자가 적당히 설정할 수 있다.In addition, regarding the respective capacities of the anode chamber 1 and the cathode chamber 3, the material and size of the porous anode electrode 21 and the cathode electrode 4, and the size and number of holes in the porous anode electrode 21, etc. There is no particular limitation, and a person skilled in the art can set it appropriately.

또한, 애노드 전극(21)과 캐소드 전극(4)에는 전원(110)으로부터 전류가 공급됨으로써 전압이 부여된다. 이것에 의해 전해조(100)에 있어서 물의 전기 분해가 행해지고, 캐소드 실(3)에 있어서는 환원 반응이 진행되어 수소가 생성된다. 한편, 애노드 실(1)에 있어서는, 산화 반응이 행해진다(공지의 구성을 이용할 수 있으므로, 상세한 설명 및 도시를 생략한다).Additionally, voltage is applied to the anode electrode 21 and the cathode electrode 4 by supplying current from the power source 110. As a result, electrolysis of water is performed in the electrolytic cell 100, and a reduction reaction proceeds in the cathode chamber 3 to generate hydrogen. On the other hand, an oxidation reaction is performed in the anode chamber 1 (since a known configuration can be used, detailed description and illustration are omitted).

전해조(100)의 캐소드 실(3)에 있어서 생성된 수소를 포함하는 환원수는, 저수 탱크(120)에 보내져서 저류된다. 해당 저수 탱크(120)에의 유입은 밸브(160)에 의해 제어할 수 있다. 또한, 밸브(160)를 조작함으로써, 캐소드 실(3) 내에 있어서의 압력상태의 제어를 행하는 구성으로 하는 것도 가능하다.Reduced water containing hydrogen generated in the cathode chamber 3 of the electrolytic cell 100 is sent to the storage tank 120 and stored. The inflow into the water storage tank 120 can be controlled by the valve 160. Additionally, it is possible to configure the pressure state within the cathode chamber 3 to be controlled by operating the valve 160.

제1 실시형태에 있어서는, 전원(110)(제1 실시형태에 있어서는 농도 저하 억제부에 상당)으로부터, 캐소드 전극(4)에 대하여, 10㎑ 이하의 전류 평균값이 제로 이상인 교류 성분을 갖는 전류를 부여해서 물의 전해 환원을 행하여 수소를 발생시킨다. 구체적으로는, 반파정류 또는 전파정류된 10㎑ 이하의 교류 전류를 캐소드 전극(4)에 대하여 부여해서 물의 전해 환원을 행하여 수소를 발생시킨다.In the first embodiment, a current having an alternating current component with an average current value of 10 kHz or less equal to or greater than zero is supplied to the cathode electrode 4 from the power source 110 (corresponding to the concentration drop suppression unit in the first embodiment). It performs electrolytic reduction of water and generates hydrogen. Specifically, a half-wave rectified or full-wave rectified alternating current of 10 kHz or less is applied to the cathode electrode 4 to electrolytically reduce water and generate hydrogen.

여기에서, 반파정류 및 전파정류란, 교류 전류/전압에 있어서 음의 방향의 전류/전압성분을 제로 또는 제로보다 큰 양의 측으로 변환하는 처리를 말한다.Here, half-wave rectification and full-wave rectification refer to processing that converts the negative current/voltage component of alternating current/voltage into the positive side of zero or greater than zero.

또, 전류 평균값이 제로 이상인 교류 성분을 갖는 전류는 반파정류 또는 전파정류된 교류 전류만으로 한정되지 않고, 예를 들면 펄스 전류 등이어도 된다. 한편으로, 높은 비용으로 되므로, 반파정류 또는 전파정류된 10㎑ 이하의 교류 전류를 부여해서 물의 전해 환원을 행하여 수소를 발생시키는 것이 바람직하다.In addition, the current having an alternating current component with a current average value of zero or more is not limited to half-wave rectified or full-wave rectified alternating current, and may be, for example, a pulse current. On the other hand, because of the high cost, it is preferable to apply a half-wave rectified or full-wave rectified alternating current of 10 kHz or less to perform electrolytic reduction of water to generate hydrogen.

이와 같이 제1 실시형태에 있어서는 캐소드 실에 공급되는 물을 캐소드 전극에 10㎑ 이하의 전류 평균값이 제로 이상인 교류 성분을 갖는 전류를 부여해서 전해 환원시킴으로써, 평형값보다 높은 용존수소분자농도로 할 수 있다. 그 결과, 용존수소분자농도의 저하를 억제하는 것이 가능해진다.In this way, in the first embodiment, the water supplied to the cathode chamber is electrolytically reduced by applying a current having an alternating current component with an average current value of 10 kHz or less to the cathode electrode of zero or more, so that the dissolved hydrogen molecule concentration is higher than the equilibrium value. there is. As a result, it becomes possible to suppress the decrease in dissolved hydrogen molecule concentration.

[제2 실시형태][Second Embodiment]

다음에, 제2 실시형태에 대해서 설명한다. 제1 실시형태와 공통되는 부분은 같은 부호를 붙이고 설명을 생략한다.Next, the second embodiment will be described. Parts that are common to the first embodiment are given the same reference numerals and descriptions are omitted.

도 2는 제2실시형태에 따른 시스템의 구성을 나타낸 도면이다. 제2 실시형태에 따른 시스템은, 제1 실시형태와 마찬가지로 전해조(100), 원료수 생성 송액부(200), 전원(110), 저수 탱크(120)를 구비한다. 또한, 제2 실시형태에 따른 시스템은, 캐소드 실(3) 내의 캐소드 전극(4) 표면에 기계적 진동을 부여하는 기계적 진동 부여부(8)를 구비하고 있다. 제2 실시형태에 있어서는, 직류 성분을 갖는 전류를 캐소드 전극(4)에 부여해서 캐소드 실(3)의 물의 전해 환원을 행하여 수소를 발생시키는 동시에, 기계적 진동 부여부(8)에 의해, 캐소드 실(3) 내의 캐소드 전극(4) 표면에, 30㎑ 이상 10㎒ 이하의 초음파 영역에 있는 기계적 진동을 부여한다. 따라서, 제2 실시형태에 있어서는, 전원(110)과 기계적 진동 부여부(8)가 농도저하 억제부에 상당한다.Figure 2 is a diagram showing the configuration of a system according to the second embodiment. The system according to the second embodiment includes an electrolyzer 100, a raw material water generation liquid delivery unit 200, a power source 110, and a water storage tank 120, similar to the first embodiment. Additionally, the system according to the second embodiment includes a mechanical vibration imparting unit 8 that applies mechanical vibration to the surface of the cathode electrode 4 within the cathode chamber 3. In the second embodiment, a current having a direct current component is applied to the cathode electrode 4 to perform electrolytic reduction of water in the cathode chamber 3 to generate hydrogen, and at the same time, the mechanical vibration applying unit 8 causes the cathode chamber to be electrolytically reduced. Mechanical vibration in the ultrasonic range of 30 kHz to 10 MHz is applied to the surface of the cathode electrode 4 in (3). Therefore, in the second embodiment, the power source 110 and the mechanical vibration applying unit 8 correspond to the concentration drop suppressing unit.

또, 캐소드 전극(4)에 부여되는 전류에 대해서는 직류 성분을 갖는 전류인 한 특별히 한정되지 않고, 제1 실시형태의 반파정류 또는 전파정류된 10㎑ 이하의 교류 전류 이외에, 직류 전류 등이어도 된다. 한편으로, 용존수소분자농도의 저하를 더욱 억제하는 관점에서, 캐소드 전극(4)에 부여되는 전류에 대해서는 반파정류 또는 전파정류된 10㎑ 이하의 교류 전류인 것이 바람직하다. 도 2에 있어서는 반파정류 또는 전파정류된 10㎑ 이하의 교류 전류를 부여할 경우를 예시하고 있다.In addition, the current applied to the cathode electrode 4 is not particularly limited as long as it is a current having a direct current component, and may be a direct current other than the half-wave rectified or full-wave rectified alternating current of 10 kHz or less in the first embodiment. On the other hand, from the viewpoint of further suppressing the decrease in dissolved hydrogen molecule concentration, it is preferable that the current applied to the cathode electrode 4 is a half-wave rectified or full-wave rectified alternating current of 10 kHz or less. Figure 2 illustrates the case of applying half-wave rectified or full-wave rectified alternating current of 10 kHz or less.

기계적 진동 부여부(8)는, 예를 들면 초음파 진동자를 이용할 수 있다. 기계적 진동 부여부(8)를 배치하는 위치는 특별히 한정되지 않고, 적당히 설정할 수 있지만, 예를 들면 도 3 및 도 4에 나타낸 위치에 배치할 수 있다.The mechanical vibration imparting unit 8 may use, for example, an ultrasonic vibrator. The position where the mechanical vibration imparting portion 8 is placed is not particularly limited and can be set appropriately, but can be placed at the position shown in Figs. 3 and 4, for example.

도 3에 있어서는, 기계적 진동 부여부(8)는, 전해조(100) 외부에 있어서 캐소드 전극(4)과 접하는 위치에 배치되어 있다. 또한, 도 4에 있어서는, 기계적 진동 부여부(8)는, 캐소드 실(3) 내의 이온교환수지(31) 내에 매립되고, 캐소드 전극(4)의 표면 근방에 배치되어 있다. 또, 도 2에 있어서는 기계적 진동 부여부(8)가 캐소드 실(3) 내의 이온교환수지(31) 내에 매립되어 있을 경우를 예시하고 있다.In FIG. 3 , the mechanical vibration applying portion 8 is disposed outside the electrolytic cell 100 at a position in contact with the cathode electrode 4. In Fig. 4, the mechanical vibration imparting portion 8 is embedded in the ion exchange resin 31 in the cathode chamber 3 and is disposed near the surface of the cathode electrode 4. 2 illustrates the case where the mechanical vibration imparting portion 8 is embedded in the ion exchange resin 31 within the cathode chamber 3.

이 중, 캐소드 전극(4)의 표면에 직접 기계적 진동을 부여함으로써 보다 용존수소농도를 향상시킬 수 있으므로, 도 4에 예시되는 바와 같이 캐소드 실 내부에 기계적 진동 부여부(8)가 설치되는 것이 바람직하다.Among these, the dissolved hydrogen concentration can be further improved by applying mechanical vibration directly to the surface of the cathode electrode 4, so it is preferable that the mechanical vibration applying unit 8 is installed inside the cathode chamber as illustrated in FIG. 4. do.

이와 같이 제2 실시형태에 있어서는 캐소드 실의 물의 전해 환원을 행하여 수소를 발생시키는 동시에, 기계적 진동 부여부(8)에 의해, 캐소드 실(3) 내의 캐소드 전극(4) 표면에, 30㎑ 이상 10㎒ 이하의 초음파 영역에 있는 기계적 진동을 부여함으로써, 평형값보다 높은 용존수소분자농도로 할 수 있다. 그 결과, 환원수 중에 있어서의 용존수소분자농도의 저하를 억제하는 것이 가능해진다.In this way, in the second embodiment, electrolytic reduction of water in the cathode chamber is performed to generate hydrogen, and at the same time, the mechanical vibration imparting unit 8 generates a voltage of 30 kHz or more on the surface of the cathode electrode 4 in the cathode chamber 3. By applying mechanical vibration in the ultrasonic range of MHz or less, the dissolved hydrogen molecule concentration can be made higher than the equilibrium value. As a result, it becomes possible to suppress a decrease in the concentration of dissolved hydrogen molecules in the reduced water.

[제3 실시형태][Third Embodiment]

다음에, 제3 실시형태에 대해서 설명한다.Next, the third embodiment will be described.

제1 실시형태와 공통되는 부분은 같은 부호를 붙이고 설명을 생략한다.Parts that are common to the first embodiment are given the same reference numerals and descriptions are omitted.

도 5에 제3 실시형태에 따른 시스템의 개요를 나타낸다.Fig. 5 shows an outline of the system according to the third embodiment.

제3 실시형태에 따른 시스템은, 제1 실시형태에 따른 2실형의 전해조(100) 대신에, 3실형 전해조(300)을 구비한다. 해당 3실형 전해조(300)은, 애노드 실(1), 캐소드 실(3)에 부가해서, 애노드 실(1)과 캐소드 실(3) 사이에 배치되어, 격막(51, 52)에 의해 애노드 실(1)과 캐소드 실(3) 사이를 가르는 중간실(6)을 구비한다. 또, 제1 실시형태의 경우와 마찬가지로, 제3 실시형태에 있어서, 전해조(300)은, 예를 들면, 특허문헌 1에 기재되어 있는 3실형 전해조로 할 수 있다. 중간실(6)에는 이온교환수지가 충전되어 있고, 칼슘 이온 등의 알칼리 토류 금속을 포함시킨 2가 이상의 금속 이온을 제거한 정화수가 공급되도록 할 수 있다(애노드 실(1)의 경우와 마찬가지로, 중간실(6)에 대해서도 공지의 구성을 이용할 수 있으므로, 상세한 설명 및 도시를 생략한다).The system according to the third embodiment has a three-chamber electrolyzer 300 instead of the two-chamber electrolyzer 100 according to the first embodiment. The three-chamber electrolytic cell 300 is disposed between the anode chamber 1 and the cathode chamber 3 in addition to the anode chamber 1 and the cathode chamber 3, and the anode chamber is separated by the diaphragms 51 and 52. An intermediate thread (6) is provided between (1) and the cathode thread (3). In addition, as in the case of the first embodiment, in the third embodiment, the electrolytic cell 300 can be, for example, a three-chamber electrolytic cell described in Patent Document 1. The intermediate chamber (6) is filled with an ion exchange resin, and purified water containing alkaline earth metals such as calcium ions and removing bivalent or higher metal ions can be supplied (as in the case of the anode chamber (1), the intermediate chamber (6) is filled with an ion exchange resin. Since a known configuration can be used for the thread 6, detailed description and illustration are omitted).

중간실(6)을 구비함으로써, 애노드 실(1)에서 생성된 산소 등의 산화성 물질이 캐소드 실(3)로 이행되는 것을 방지하는 것이 가능해진다.By providing the intermediate chamber (6), it becomes possible to prevent oxidizing substances such as oxygen generated in the anode chamber (1) from transferring to the cathode chamber (3).

[제4 실시형태][Fourth Embodiment]

다음에, 제4 실시형태에 대해서 설명한다. 제2 실시형태와 공통되는 부분은 같은 부호를 붙이고 설명을 생략한다.Next, the fourth embodiment will be described. Parts in common with the second embodiment are given the same symbols and description is omitted.

도 6 및 도 7은, 제4실시형태에 따른 전해조(300)의 개요를 나타낸 도면이다. 제4 실시형태에 있어서도, 제2 실시형태와 마찬가지로, 기계적 진동 부여부(8)를 배치하는 위치는 특별히 한정되지 않고, 적당히 설정할 수 있으며, 예를 들면 도 6 및 도 7에 나타낸 위치에 배치할 수 있다.6 and 7 are diagrams showing an outline of the electrolytic cell 300 according to the fourth embodiment. In the fourth embodiment, as in the second embodiment, the position where the mechanical vibration imparting portion 8 is placed is not particularly limited and can be set appropriately, for example, it can be placed at the position shown in FIGS. 6 and 7. You can.

도 6에 있어서는, 기계적 진동 부여부(8)는, 전해조(300) 외부에 있어서 캐소드 전극(4)과 접하는 위치에 배치되어 있다. 또한, 도 7에 있어서는, 기계적 진동 부여부(8)는, 캐소드 실(3) 내의 이온교환수지(31) 내에 매립되고, 캐소드 전극(4) 표면 근방에 배치되어 있다.In FIG. 6 , the mechanical vibration applying portion 8 is disposed outside the electrolytic cell 300 at a position in contact with the cathode electrode 4. In Fig. 7, the mechanical vibration imparting portion 8 is embedded in the ion exchange resin 31 in the cathode chamber 3 and is disposed near the surface of the cathode electrode 4.

[제5 실시형태][Fifth Embodiment]

다음에, 제5 실시형태에 대해서 설명한다. 제3 및 제 4 실시형태와 공통되는 부분은 같은 부호를 붙이고 설명을 생략한다.Next, the fifth embodiment will be described. Parts that are common to the third and fourth embodiments are given the same reference numerals and descriptions thereof are omitted.

제5 실시형태에서는, 용존수소분자농도의 저하를 보다 억제하기 위해서, 3실형 전해조(300)의 중간실(6)에 유기산 환원성 물질을 존재시킨다. 이것에 의해 캐소드 수가 약산성이 되므로, 용존수소분자농도의 저하를 더욱 억제할 수 있다.In the fifth embodiment, in order to further suppress the decrease in dissolved hydrogen molecule concentration, an organic acid reducing substance is present in the middle chamber 6 of the three-chamber electrolytic cell 300. As a result, the cathode water becomes slightly acidic, and thus the decrease in the concentration of dissolved hydrogen molecules can be further suppressed.

도 8에 제5 실시형태에 따른 시스템의 개요를 나타낸다.Fig. 8 shows an outline of the system according to the fifth embodiment.

제5 실시형태에 있어서는, 유기산 환원성 수용액을 중간실(6)에 통수시키고, 또한 중간실(6)의 출구로부터 배출된 환원성 수용액을 중간실(6)에 유도시켜서 환원성 수용액을 순환시킴으로써, 유기산 환원성 수용액을 중간실(6)에 충전하고 있다. 이것에 의해 환원성 물질이 중간실(6)에 존재하는 것이 된다.In the fifth embodiment, the organic acid reducing aqueous solution is passed through the intermediate chamber 6, and the reducing aqueous solution discharged from the outlet of the intermediate chamber 6 is guided to the intermediate chamber 6 to circulate the reducing aqueous solution, thereby reducing the organic acid. The aqueous solution is filled into the intermediate chamber (6). As a result, the reducing substance exists in the intermediate chamber 6.

제5 실시형태에서는, 유기산 환원성 수용액을 순환시키기 위해서 순환 라인(190)을 구비하고 있다. 이 순환 라인(190)에 중간실 액순환 펌프(180)와 중간실 액저수 탱크(170)를 설치하여, 환원성의 수용액을 순환시킨다.In the fifth embodiment, a circulation line 190 is provided to circulate the organic acid reducing aqueous solution. An intermediate chamber liquid circulation pump 180 and an intermediate chamber liquid storage tank 170 are installed in this circulation line 190 to circulate the reducing aqueous solution.

유기산 환원성 물질로서는 예를 들면 아스코르브산, 락트산, 글루콘산 등을 들 수 있고, 본 실시형태에 있어서는 이들의 수용액을 순환시키도록 할 수 있다.Examples of organic acid-reducing substances include ascorbic acid, lactic acid, and gluconic acid, and in the present embodiment, their aqueous solutions can be circulated.

[그 밖의 실시형태][Other embodiments]

이상과 같이 본 발명에 대해서 몇 가지 실시형태를 들어서 설명했지만 다른 실시형태로 하는 것도 가능하다.As described above, the present invention has been described with reference to several embodiments, but it is also possible to use other embodiments.

예를 들면 제1 내지 제5 실시형태에 있어서, 전도도가 200 μS/cm 이하인 물을 이용해서 환원에 있어서 바람직한 구성으로서, 전해조는 캐소드 실에 있어서 캐소드 전극과 격막 사이에 이온교환수지가 충전되어 있는 구성을 구비한다. 이것 대신에 다른 구성이어도 된다.For example, in the first to fifth embodiments, as a preferred configuration for reduction using water with a conductivity of 200 μS/cm or less, the electrolytic cell is a cathode chamber in which an ion exchange resin is filled between the cathode electrode and the diaphragm. It has a configuration. Instead of this, another configuration may be used.

예를 들면, 이온교환수지를 충전하지 않고, 통수와 저전압전해의 양자를 가능하게 하는 개량형 캐소드 전극을 이용할 수 있다. 구체적으로는, 캐소드 실이 격막과 대향하는 면에 있어서 복수의 돌출부를 갖고, 캐소드 전극은 돌출부의 선단에 있어서 돌출부와 접촉하도록 배치되어 있으며, 캐소드 전극과 격막 사이의 격막과 직행하는 방향에 있어서의 거리가 1㎜ 이하가 되도록 할 수 있다. 이러한 캐소드 실의 예로서, 구체적으로는, 특허문헌 1에 있어서 기재되는 파형의 표면을 갖는 캐소드 전극이나 빗살형의 캐소드 전극을 구비하는 캐소드 실을 들 수 있다.For example, an improved cathode electrode that enables both water passage and low-voltage electrolysis without filling an ion exchange resin can be used. Specifically, the cathode seal has a plurality of protrusions on the surface facing the diaphragm, and the cathode electrode is disposed so as to contact the protrusions at the tip of the protrusions, and in the direction perpendicular to the diaphragm between the cathode electrode and the diaphragm. The distance can be made to be less than 1 mm. Examples of such cathode seals include, specifically, a cathode electrode having a wave-shaped surface described in Patent Document 1, and a cathode seal provided with a comb-shaped cathode electrode.

또한, 캐소드 전극과 격막 사이의 격막과 직행하는 방향에 있어서의 거리가 1㎜ 이하인 전술한 환원수 제조 장치의 일례로서, 이하에 설명하는 바와 같은 캐소드 실 프레임을 갖는 환원수 제조 장치를 들 수 있다.Additionally, an example of the above-described reduced water production device in which the distance between the cathode electrode and the diaphragm in the direction perpendicular to the diaphragm is 1 mm or less includes a reduced water production device having a cathode seal frame as described below.

도 9는 해당 양상에 따른 전해조의 개요를 나타낸 도면이며, 도 10은 해당 양상에 따른 시스템의 개요를 나타낸 도면이다.Figure 9 is a diagram showing an outline of an electrolyzer according to the relevant aspect, and Figure 10 is a diagram showing an outline of the system according to the relevant aspect.

도 9에 나타낸 바와 같이, 해당 양상의 환원수 제조 장치에 있어서는, 캐소드 실 프레임(400)에 복수의 개구부를 갖는 다공성 캐소드 전극(4)을 접촉시켜서 배치하고 있고, 다공성 캐소드 전극(4)과 격막(5) 사이의 격막(5)과 직행하는 방향에 있어서의 거리가 1㎜ 이하로 설정된다. 구체적으로는, 캐소드 실 프레임(400)은, 격막(5)과 대향하는 면에 있어서 각각 복수의 돌출부(320)를 갖고 있고, 다공성 캐소드 전극(4)은 돌출부(320)의 선단에 있어서 돌출부(320)와 접촉하고 있는 동시에 격막(5)과 대향하도록 배치된다.As shown in FIG. 9, in the reduced water production device of this aspect, a porous cathode electrode 4 having a plurality of openings is disposed in contact with the cathode seal frame 400, and the porous cathode electrode 4 and the diaphragm ( 5) The distance in the direction going straight to the diaphragm 5 is set to 1 mm or less. Specifically, the cathode seal frame 400 has a plurality of protrusions 320 on the surface opposite to the diaphragm 5, and the porous cathode electrode 4 has a protrusion ( 320) and is disposed to face the diaphragm 5 at the same time.

또한, 캐소드 실 프레임(400)의 다공성 캐소드 전극(4)과 대향하는 면에 있어서의 캐소드 전극(4)과 접촉하지 않고 있는 비돌출 부분에는, 복수의 원료수 공급 라인(302)과 복수의 환원수 배출 라인(303)이 연결되어 있고, 원료수 공급 라인(302)과 환원수 배출 라인(303)은 다공성 캐소드 전극(4)에 접촉하고 있는 돌출부(320)를 사이에 개재해서 배치된다.In addition, on the surface of the cathode seal frame 400 facing the porous cathode electrode 4, a non-protruding portion that is not in contact with the cathode electrode 4 is provided with a plurality of raw water supply lines 302 and a plurality of reduced water supply lines 302. The discharge line 303 is connected, and the raw material water supply line 302 and the reduced water discharge line 303 are disposed with a protrusion 320 in contact with the porous cathode electrode 4 interposed therebetween.

원료수 공급 라인(302)은, 원료수 공급용 매니폴드(304)와 연통시키고 있다. 원료수 공급용 매니폴드(304)에는, 연통하는 원료수 입구(306)로부터 원료수가 공급된다. 원료수는, 원료수 공급용 매니폴드(304)를 개재해서 원료수 공급 라인(302)으로부터 캐소드 실(3) 내에 유입되는 동시에, 다공성 캐소드 전극(4)의 돌출부(320)와의 비접촉 부분에 있어서의 개구부를 개재해서 다공성 캐소드 전극(4) 표면에 있어서의 전해면(301)에 공급된다.The raw material water supply line 302 is connected to the raw material water supply manifold 304. Raw material water is supplied to the raw material water supply manifold 304 from a communicating raw material water inlet 306. Raw material water flows into the cathode chamber 3 from the raw material water supply line 302 via the raw material water supply manifold 304, and is in a non-contact portion with the protrusion 320 of the porous cathode electrode 4. It is supplied to the electrolytic surface 301 on the surface of the porous cathode electrode 4 through the opening.

또한, 환원수 배출 라인(303)은, 환원수 배출용 매니폴드(305)와 연통하고 있다. 전해면에서 생성된 환원수는 다공성 캐소드 전극(4)의 돌출부(320)와의 비접촉 부분에 있어서의 개구부, 환원수 배출 라인(303)을 개재해서, 환원수 배출용 매니폴드(305)에 유입된다. 환원수 배출용 매니폴드(305)에는 환원수 출구(307)가 연 통되어 있어, 해당 환원수 출구(307)로부터 생성된 환원수가 배출된다. 또, 예시하고 있는 실시형태에 있어서는, 원료수 공급 라인(302), 원료수 공급용 매니폴드(304)가 시인될 수 있는 단면에 있어서는 환원수 배출 라인(303), 환원수 배출용 매니폴드(305)를 시인할 수 없다. 그 때문에, 도 9, 도 10에서는 환원수 배출 라인(303), 환원수 배출용 매니폴드(305)를 파선으로 나타내고 있다.Additionally, the reduced water discharge line 303 communicates with the manifold 305 for discharge of reduced water. The reduced water generated on the electrolyte surface flows into the reduced water discharge manifold 305 through the opening in the non-contact portion with the protrusion 320 of the porous cathode electrode 4 and the reduced water discharge line 303. The reduced water outlet 307 is connected to the reduced water discharge manifold 305, and the reduced water produced is discharged from the reduced water outlet 307. In addition, in the exemplified embodiment, in the cross section where the raw material water supply line 302 and the raw material water supply manifold 304 can be seen, the reduced water discharge line 303 and the reduced water discharge manifold 305 cannot admit. Therefore, in Figs. 9 and 10, the reduced water discharge line 303 and the reduced water discharge manifold 305 are indicated by broken lines.

즉, 해당 양상에 있어서는, 원료수 공급 라인(302)으로부터 캐소드 실 내로 유입된 원료수가 다공성 캐소드 전극(4)의 돌출부(320)와의 비접촉 부분에 있어서의 개구를 개재해서 전해면(301)에 공급된다. 또, 전해면(301)에 있어서 생성된 환원수는, 다공성 캐소드 전극(4)의 돌출부(320)와의 비접촉 부분에 있어서의 개구를 개재해서 환원수 배수 라인(303)으로부터 캐소드 실 외로 배출된다. 이러한 양상에 따르면, 전해면인 캐소드 전극 표면의 유속을 보다 크게 할 수 있다. 그 결과, 캐소드 전극 근방의 고용존수소분자농도수를 보다 효율적으로 벌크수로 이행시킬 수 있으므로, 용존수소분자농도의 저하를 더욱 억제할 수 있다.That is, in this aspect, the raw material water flowing into the cathode chamber from the raw material water supply line 302 is supplied to the electrolytic surface 301 through the opening in the non-contact portion with the protrusion 320 of the porous cathode electrode 4. do. In addition, the reduced water generated on the electrolytic surface 301 is discharged outside the cathode chamber from the reduced water drain line 303 through an opening in the non-contact portion with the protruding portion 320 of the porous cathode electrode 4. According to this aspect, the flow velocity on the surface of the cathode electrode, which is the electrolytic surface, can be increased. As a result, water with a high concentration of dissolved hydrogen molecules in the vicinity of the cathode electrode can be more efficiently transferred to bulk water, and thus a decrease in the concentration of dissolved hydrogen molecules can be further suppressed.

[캐소드 전극에의 진동 부여][Given vibration to cathode electrode]

도 11에 나타낸 바와 같이, 대기압에서 상온의 조건하에서, 수소 가스의 평형 이론적 용해도는 1.5 내지 1.6ppm이다.As shown in Figure 11, under conditions of room temperature and atmospheric pressure, the equilibrium theoretical solubility of hydrogen gas is 1.5 to 1.6 ppm.

본 발명자는 예의 연구의 결과, 전기분해되어서 수소를 발생시킬 때에, 환원 반응에 관여하는 전해조 중의 캐소드 전극에 대해서 전류 평균값이 제로 이상인 교류 성분을 갖는 전류를 부여해서 전해 환원을 진행시키거나, 혹은 직류 성분을 갖는 전류를 캐소드 전극에 부여해서 전해 환원을 진행시켜서 캐소드 전극 근방에 있어서 수소를 생성시키는 동시에, 해당 캐소드 전극에 소정의 초음파에 의한 진동을 부여함으로써, 용존수소분자농도의 저하를 억제할 수 있는 것을 찾아내고, 본 발명을 완성시켰다. 이하, 이 점에 대해서 상세히 설명한다.As a result of extensive research, the present inventor has found that when electrolysis is performed to generate hydrogen, electrolytic reduction is carried out by applying a current having an alternating current component with a current average value of zero or more to the cathode electrode in the electrolytic cell involved in the reduction reaction, or by applying direct current. By applying a current having a component to the cathode electrode to proceed with electrolytic reduction to generate hydrogen near the cathode electrode, and at the same time applying vibration by a predetermined ultrasonic wave to the cathode electrode, a decrease in the concentration of dissolved hydrogen molecules can be suppressed. We found what existed and completed the present invention. Hereinafter, this point will be explained in detail.

전해조를 이용해서 전해시키면, 캐소드 전극 표면에 있어서의 수소발생 및 수소분자 기포에 관해서, 사이바라(才原) 등으로부터 캐소드 전극 표면에 있어서의 포화 수소의 존재 상태와 용해 과정이 해석되어 있다(사이바라 야스히로(才原康弘), 마츠시타덴코(松下電工) 주식회사, 트라이얼 유스 실시 보고서(トライアルユ-ス實施報告書), 2003년 8월12일).Regarding the generation of hydrogen and hydrogen molecule bubbles on the surface of the cathode electrode when electrolysis is performed using an electrolytic cell, the existence state and dissolution process of saturated hydrogen on the surface of the cathode electrode have been analyzed by Saibara et al. Yasuhiro Bara, Matsushita Denko Co., Ltd., Trial Youth Implementation Report, August 12, 2003.

벌크수 중에서, 용존수소농도는 평형 이론값 이하가 되지만, 전해 중인 캐소드 전극 표면의 용존수소농도는 평형값 이상이 된다. 또한, 수소 가스의 직경은 초기의 단계에서는 nm 치수이지만, 시간의 경과에 따라 미소한 수소 가스가 서로 합체를 해서, 수소 가스의 크기는 커진다.In bulk water, the dissolved hydrogen concentration is below the equilibrium theoretical value, but the dissolved hydrogen concentration on the surface of the cathode electrode during electrolysis is above the equilibrium value. In addition, the diameter of the hydrogen gas is nm in the initial stage, but as time passes, tiny hydrogen gases coalesce with each other, and the size of the hydrogen gas increases.

캐소드 전극 표면에 있어서 생성되는 수소 가스의 상황을 도 12에 나타낸다. 일반적으로 수용액의 계면층은 헬름홀츠층(10)이 전기2중층(확산층)(9)으로 이루어진다. 헬름홀츠층(10)은 내부 헬름홀츠층과 외부 헬름홀츠층으로 나뉘어진다. 물을 공급한 시점에 있어서는 이온 등을 배제한 수용액을 이용한 경우, 헬름홀츠층(10)의 주된 분자는 용매분자인 물 분자이다. 용매분자인 물 분자 H2O가 이하의 반응식에 의해 환원 분해를 해서 수소분자가 생성된다. 그 결과, 수소분자가 헬름홀츠층(10)의 주된 분자가 된다.Figure 12 shows the state of hydrogen gas generated on the cathode electrode surface. Generally, the interface layer of an aqueous solution consists of a Helmholtz layer (10) and an electric double layer (diffusion layer) (9). The Helmholtz layer 10 is divided into an inner Helmholtz layer and an outer Helmholtz layer. When water is supplied and an aqueous solution excluding ions, etc. is used, the main molecules in the Helmholtz layer 10 are water molecules, which are solvent molecules. Water molecules, H 2 O, which are solvent molecules, undergo reductive decomposition according to the following reaction equation, and hydrogen molecules are generated. As a result, hydrogen molecules become the main molecules of the Helmholtz layer 10.

애노드 전극: 2H2O → O2+4H++4e- Anode electrode: 2H 2 O → O 2 +4H + +4e -

캐소드 전극: 2H++2e- → H2 Cathode electrode: 2H + +2e - → H 2

예를 들면, 도 12에 있어서 예시된 바와 같이, 헬름홀츠층(10)에 있어서 생성한 수소분자 또는 극소 직경(㎚ 치수)의 수소분자 기포(11)는, 전기2중층(9)으로 이동해가는 과정에서 보다 큰 직경을 갖는 수소분자 기포(13)가 되고, 캐소드 전극(4)과의 거리가 더욱 멀어짐에 따라서 수소분자 기포(13)보다도 큰 수소분자기포(12)가 된다. 이러한 동적인 과정에서는, 용존수소농도는 평형 이론적 관점에서의 값보다 커질 것이 예측된다.For example, as illustrated in FIG. 12, hydrogen molecules or hydrogen molecule bubbles 11 of extremely small diameter (nm) generated in the Helmholtz layer 10 move to the electric double layer 9. becomes a hydrogen molecular bubble 13 having a larger diameter, and as the distance from the cathode electrode 4 becomes farther, the hydrogen molecular bubble 12 becomes larger than the hydrogen molecular bubble 13. In this dynamic process, the dissolved hydrogen concentration is expected to be greater than the value from an equilibrium theoretical perspective.

여기에서, 단순히 전류밀도 0.2 A/㎠로 전해시켰을 때의 수소 가스 발생량을 계산한다. 단위면적당 캐소드 전극 표면 1㎛ 중에서 이 조건으로 전해시킨다고 가정한다면, 캐소드 전극 표면층에는 약 800ppm의 수소분자가 생성되게 된다. 이 값의 농도로 수소분자가 용해되어 있다고 가정하고, A.H.Pray 등의 실험(H. A. PRAY et al., IN DUSRIAL AND ENGI NEERING CHEMISTRY Vol. 44, No. 5, 1146)에 의거하면, 캐소드 전극 표면에 있어서의 용존수소분자농도를 압력으로 환산했을 때의 값은 약 1000HPa 이상이라고 상정된다. 환언하면, 약 1000HPa 이상의 고압 하에 있어서의 수소 가스의 용해 현상으로 된다. 이와 같이 전해 반응 중의 캐소드 전극 표면은 비평형의 상태에 있으므로, 용존수소분자농도가 평형값으로부터 분해되고 있는 것이 명확하다. 본 발명에서는 이 비평형 상태에 있는 캐소드 전극 표면에 있어서의 용존수소분자를 유효적으로 이용하는 방법에 관한 것이다.Here, the amount of hydrogen gas generated when electrolyzed at a current density of 0.2 A/cm2 is simply calculated. Assuming that 1㎛ of the cathode electrode surface per unit area is electrolyzed under these conditions, about 800 ppm of hydrogen molecules will be generated in the cathode electrode surface layer. Assuming that hydrogen molecules are dissolved at this concentration, and based on the experiment of A.H.Pray et al. (H.A. PRAY et al., IN DUSRIAL AND ENGI NEERING CHEMISTRY Vol. 44, No. 5, 1146), on the surface of the cathode electrode The value when the dissolved hydrogen molecule concentration is converted to pressure is assumed to be about 1000 HPa or more. In other words, it is a phenomenon of dissolution of hydrogen gas under high pressure of about 1000 HPa or more. In this way, since the cathode electrode surface during the electrolytic reaction is in a non-equilibrium state, it is clear that the dissolved hydrogen molecule concentration is decomposing from the equilibrium value. The present invention relates to a method of effectively utilizing the dissolved hydrogen molecules on the surface of the cathode electrode in this non-equilibrium state.

또한, 사이바라 등의 보고서는, 캐소드 전극 표면에서는, 200nm의 크기의 수소 가스가 관측된 것을 기술하고 있다. 수소 가스의 크기가 200nm 이하가 되면, 육안으로 균일 투명하게 되어, 수소 가스가 전해된 물 중에서의 안정성이 향상되는 것이 보고되어 있다. 이 안정성은 수소분자가 용해된 물의 비즈니스를 전개시키는데 있어서 수소 가스 잔류의 수명의 점에서 중요하다.Additionally, a report by Saibara et al. describes that hydrogen gas with a size of 200 nm was observed on the surface of the cathode electrode. It has been reported that when the size of hydrogen gas is 200 nm or less, it becomes uniformly transparent to the naked eye, and the stability of hydrogen gas in electrolyzed water is improved. This stability is important in terms of the lifetime of the hydrogen gas residue in developing the business of water in which hydrogen molecules are dissolved.

본 발명자는, 용존수소분자농도를 평형 농도값보다 크게 해서 환원수를 생성하고, 용존수소분자농도의 저하를 억제하기 위하여, 캐소드 전극 근방의 고용존수소분자농도수를 효율적으로 벌크수로 이행시키는 것을 착상하였다. 본 발명에서는, 캐소드 전극 표면에 동적인 작용을 부가해서, 캐소드 전극 근방의 고용존수소분자농도수를 효율적으로 벌크수로 이행시키는 방법에 관한 것이다.The present inventor generates reduced water by making the dissolved hydrogen molecule concentration higher than the equilibrium concentration value, and efficiently transfers the dissolved hydrogen molecule concentration water near the cathode electrode to bulk water in order to suppress the decrease in dissolved hydrogen molecule concentration. It was conceived. The present invention relates to a method of efficiently transferring water with a high concentration of dissolved hydrogen molecules in the vicinity of a cathode electrode into bulk water by adding a dynamic action to the surface of the cathode electrode.

구체적으로는, 이하의 (1), (2)로서 나타내는 방법 중 어느 하나에 의해 환원수에 있어서의 용존수소농도를 향상시킬 수 있다.Specifically, the dissolved hydrogen concentration in reduced water can be improved by any of the methods shown below (1) and (2).

(1) 초음파 인가(1) Ultrasound application

헬름홀츠층 및 전기2중층(확산층)이 초음파 진동에 의해 교반되고, 이 교반에 의해 헬름홀츠층 내의 작은 직경의 수소 가스 기포가 전기2중층(확산층)으로 이동하고, 전기2중층에 있어서 작은 직경의 수소 가스 기포 농도가 향상된다. 이 결과로서 벌크수 중의 작은 직경의 수소 가스 농도가 높아지고, 얻어진 환원수에 있어서의 용존수소농도도 향상된다.The Helmholtz layer and the electric double layer (diffusion layer) are stirred by ultrasonic vibration, and this stirring causes small-diameter hydrogen gas bubbles in the Helmholtz layer to move to the electric double layer (diffusion layer), and small-diameter hydrogen gas bubbles in the electric double layer (diffusion layer) are stirred by ultrasonic vibration. Gas bubble concentration is improved. As a result, the concentration of small-diameter hydrogen gas in bulk water increases, and the dissolved hydrogen concentration in the obtained reduced water also improves.

(2) 전기적 진동(변동 전해 전류)인가(2) Application of electrical vibration (fluctuating electrolytic current)

해당 방법은, 전류 평균값이 제로 이상인 교류 성분을 갖는 전류를 캐소드 전극에 부여함으로써, 환원수에 있어서의 용존수소농도를 향상시킨다.This method improves the concentration of dissolved hydrogen in reduced water by applying a current having an alternating current component with a current average value of zero or more to the cathode electrode.

해당 방법에 있어서는, 일정한 전해 전류를 인가하는 것은 아니고, 전해 전류를 제로로 하는 기간을 둔다. 해당 방법에 따른 전류부여 및 발생하는 수소 가스에 관한 일례인 그래프를 도 13에 나타낸다. 도 13은, 후술하는 실험예 1에 있어서 반파정류 전류를 캐소드 전극에 부여했을 경우에 대응하는 그래프이며, 도 13에서는, 점선 전류값으로 나타낸 바와 같이 반파정류 전류를 캐소드 전극에 인가하고 있다. 이 전류의 변화에 대응해서 큰 기포의 수소 가스(1㎛보다 큼)가 생성된다. 통전되어 있을 때, 항상 작은 수소 가스 기포(1㎛ 이하)가 공급되므로, 큰 직경의 수소 가스 기포가 생성된다. 전극 표면에 통수하면, 큰 직경의 수소 가스가 제거된다. 그러나, 헬름홀츠층 및 전기2중층의 계면층은 유속이 대폭 저감되므로 작은 직경의 수소 가스는 부분적으로 잔류한다. 통전시키지 않을 때 가스의 성장은 멈추어 작은 직경의 수소 가스만을 제거하는 것이 가능해진다. 그 결과, 환원수 중에는, 통전시키지 않을 때에 제거되는 수소 가스보다도 더욱 작은 직경의 수소 가스가 보다 잔류하게 되어, 용존수소농도를 높일 수 있다. 또한, 더욱, 용존수소농도를 올리기 위해서는 캐소드 실 내의 압력을 올리는 것이 바람직하고, 구체적으로는 캐소드 실의 압력을 0.01 내지 0.1kg/㎠로 하는 것이 바람직하다.In this method, a constant electrolytic current is not applied, but a period during which the electrolytic current is zero is provided. A graph illustrating an example of current application and generated hydrogen gas according to the method is shown in FIG. 13. FIG. 13 is a graph corresponding to the case where a half-wave rectified current is applied to the cathode electrode in Experimental Example 1 described later. In FIG. 13, the half-wave rectified current is applied to the cathode electrode as indicated by the dotted line current value. In response to this change in current, large bubbles of hydrogen gas (larger than 1 μm) are generated. When electricity is applied, small hydrogen gas bubbles (1 μm or less) are always supplied, so hydrogen gas bubbles of large diameter are generated. When water is passed to the electrode surface, large-diameter hydrogen gas is removed. However, since the flow rate is greatly reduced in the interface layer of the Helmholtz layer and the electric double layer, small-diameter hydrogen gas partially remains. When power is not applied, the growth of gas stops, making it possible to remove only small diameter hydrogen gas. As a result, hydrogen gas with a smaller diameter remains in the reduced water than the hydrogen gas removed when the current is not applied, thereby increasing the dissolved hydrogen concentration. Furthermore, in order to further increase the dissolved hydrogen concentration, it is preferable to increase the pressure inside the cathode chamber, and specifically, it is preferable to set the pressure in the cathode chamber to 0.01 to 0.1 kg/cm2.

이상의 설명은 용존수소농도를 올리기 위해서는 교류가 바람직한 것을 나타낸다. 그러나, 여기에서 주의하지 않으면 안되는 것은 캐소드 전해 반응을 대상으로 하고 있으므로, 교류 중에서, 통상의 교번 전류를 이용하면, 애노드 반응이 혼입되게 되어, 용존수소분자농도를 높이는 것이 곤란해진다. 따라서, 캐소드 전해 전류가 최저라도 큰 직경의 수소 가스 기포가 육안으로 관측되기 어려운 값까지 전해 전류의 값을 낮추는 것이 필요하다. 구체적으로는, 전류 평균값이 제로 이상인 교류 성분을 갖는 전류를 캐소드 전극에 부여하도록 할 수 있고, 바람직하게는 전류 최저값이 제로 이상인 교류 성분을 갖는 전류, 보다 바람직하게는 반파정류 또는 전파정류된 교류 전류를 캐소드 전극에 부여한다. 따라서, 예를 들면, 전류 평균값이 제로 이상인 교류 성분을 갖는 전류의 전원으로서, 정류화 교류 전원 또는 펄스 전원을 이용할 수 있다.The above explanation indicates that alternating current is preferable to increase the dissolved hydrogen concentration. However, what must be taken care of here is that since the target is the cathode electrolytic reaction, if a normal alternating current is used in alternating current, the anode reaction is mixed, making it difficult to increase the concentration of dissolved hydrogen molecules. Therefore, even if the cathode electrolysis current is the lowest, it is necessary to lower the value of the electrolysis current to a value at which large-diameter hydrogen gas bubbles are difficult to observe with the naked eye. Specifically, a current having an alternating current component whose current average value is equal to or greater than zero can be applied to the cathode electrode, preferably a current having an alternating current component whose minimum current value is equal to or greater than zero, and more preferably a half-wave rectified or full-wave rectified alternating current. is given to the cathode electrode. Therefore, for example, a rectified alternating current power source or a pulse power source can be used as a power source of current having an alternating current component whose current average value is zero or more.

본 발명에서는 수소 가스 기포의 효율적 이동에 착안하고 있으므로, 주파수 상한에 관해서 한계가 있다. 일반적으로 물질이동을 수반하는 현상의 주파수 의존성을 측정하면, 약 10㎑ 이하의 영역에서 전해에 대해서 교류 또는 펄스 전류의 효과가 나타난다.Since the present invention focuses on the efficient movement of hydrogen gas bubbles, there is a limit regarding the upper frequency limit. In general, when measuring the frequency dependence of phenomena accompanying mass transfer, the effect of alternating current or pulse current appears on electrolysis in the region of about 10 kHz or less.

[실험예 1][Experimental Example 1]

전술한 제1 실시형태에 의거하는 시스템을 구축하였다.A system based on the first embodiment described above was constructed.

역침투막 필터(140)로서, Seemsbionics사 제품인 역침투막 필터를 이용하였다. 전원으로서 직류 전원, 또는 50Hz 교류 전원을 이용하였다. 교류는, 무정류, 전파정류 또는 반파정류로 하여, 비교를 행하였다. 또한, 전해조의 크기는, 애노드 실 및 캐소드 실 모두, 6×8×약 1cm로 하였다. 전극의 외부 치수는 8×6㎠(소재: 티타늄판에 백금 도금이 시행되어 있음)로 하였다. 애노드 전극은, 6mmφ의 구멍을 동일 간격으로 130개 뚫은 다공성 애노드 전극으로 하였다. 전해 전류를 4A로 설정하였다. 전류밀도는 0.83m A/㎠로 된다.As the reverse osmosis membrane filter 140, a reverse osmosis membrane filter manufactured by Seemsbionics was used. Direct current power or 50Hz alternating current power was used as the power source. The comparison was made using alternating current as unrectified, full-wave rectified, or half-wave rectified. Additionally, the size of the electrolytic cell was set to 6 × 8 × approximately 1 cm for both the anode and cathode chambers. The external dimension of the electrode was 8 × 6 cm2 (material: platinum plating on a titanium plate). The anode electrode was a porous anode electrode in which 130 holes of 6 mm phi were drilled at equal intervals. The electrolysis current was set to 4A. The current density is 0.83m A/cm2.

환원수 중의 용존수소분자농도는 메틸렌 블루 시약으로 측정하였다.The concentration of dissolved hydrogen molecules in reduced water was measured using methylene blue reagent.

결과를 표 1에 나타낸다.The results are shown in Table 1.

같은 전류값으로 전해시켰 때, 직류를 이용한 경우, 평형 이론적 관점에서의 용존수소농도값 약 1.5ppm을 초과하는 일은 없었다. 그러나, 전파정류 또는 반파정류한 전류를 인가했을 때, 용존수소분자농도는 평형값을 초과하는 측정값을 얻는 것이 가능해졌다. 이 결과는 본 발명의 전해조 및 전해 조건을 이용함으로써 평형값을 초과하는 농도의 용존수소분자농도수를 생성하는 것이 가능한 것을 나타낸다.When electrolysis was carried out at the same current value, when direct current was used, the dissolved hydrogen concentration value did not exceed about 1.5 ppm from an equilibrium theoretical perspective. However, when full-wave rectified or half-wave rectified current was applied, it became possible to obtain a measured value of the dissolved hydrogen molecule concentration exceeding the equilibrium value. This result shows that it is possible to generate dissolved hydrogen molecule concentration water exceeding the equilibrium value by using the electrolytic cell and electrolytic conditions of the present invention.

[실험예 2][Experimental Example 2]

이 실험예 2에서는 용존수소분자농도에 대한 기계적 진동의 효과를 설명한다.In this Experimental Example 2, the effect of mechanical vibration on the concentration of dissolved hydrogen molecules is explained.

약 250Hz의 진동 장치(WILD ONE사 제품)와 약 2.1MHz의 초음파 진동자(혼다덴시(本多電子) 주식회사, HM2412(C))를 이용하였다. 기본적인 시스템의 구성은 실험예 1과 마찬가지이다. 캐소드 전극 표면에 기계적 진동을 부여하는 방법은 이하와 같이 하였다. 대조인 약 250Hz의 저주파 기계적 진동의 경우, 진동 장치를 전해조 외부에 있어서 캐소드 전극에 접하는 위치에 배치하고, 전해조 외측에서 진동을 부여하였다. 약 2. 4MHz의 초음파진동의 경우, 2실형 전해조에 있어서는 도 3과 도 4의 2가지의 구조를 검토하였다. 즉, 도 3에 나타낸 바와 같이 초음파 진동자를 전해조 외부에 있어서 캐소드 전극에 접하는 위치에 부착한 것과, 도 4에 나타낸 바와 같이, 초음파 진동자를 캐소드 실 내의 캐소드 전극 표면 근방에 있어서 이온교환수지 속에 매립시켜서 설치한 것을 준비하였다.A vibration device of approximately 250 Hz (manufactured by WILD ONE) and an ultrasonic oscillator of approximately 2.1 MHz (HM2412(C), Honda Electronics Co., Ltd.) were used. The basic system configuration is the same as Experimental Example 1. The method of applying mechanical vibration to the cathode electrode surface was as follows. In the case of low-frequency mechanical vibration of about 250 Hz as a control, a vibration device was placed outside the electrolyzer at a position in contact with the cathode electrode, and vibration was applied from the outside of the electrolyzer. In the case of ultrasonic vibration of about 2.4 MHz, two structures in Figures 3 and 4 were examined for a two-chamber electrolyzer. That is, as shown in FIG. 3, an ultrasonic vibrator is attached to a position in contact with the cathode electrode outside the electrolytic cell, and as shown in FIG. 4, the ultrasonic vibrator is embedded in an ion exchange resin near the surface of the cathode electrode in the cathode chamber. Ready to install.

결과를 표 2 및 표 3에 나타낸다. 표 2 및 표 3에 나타낸 바와 같이, 저 주파기계적 진동(약 250Hz)은 용존수소농도를 올리는 효과는 없었다. 직류 전원과 초음파진동(약 2.4MHz)을 이용하면, 과도적으로 용존수소분자농도 1.8ppm이 측정되어, 평형값을 초과하는 결과가 얻어졌다. 또한, 초음파 조사와 정류화 교류를 조합시키면, 보다 용존수소농도가 과도적으로 높아지는 것을 알았다.The results are shown in Tables 2 and 3. As shown in Tables 2 and 3, low-frequency mechanical vibration (about 250 Hz) had no effect in increasing the dissolved hydrogen concentration. Using direct current power and ultrasonic vibration (approximately 2.4 MHz), a transient concentration of dissolved hydrogen molecules of 1.8 ppm was measured, resulting in a result exceeding the equilibrium value. Additionally, it was found that when ultrasonic irradiation and rectified alternating current were combined, the dissolved hydrogen concentration increased transiently.

[실험예 3][Experimental Example 3]

도 7에 나타낸 3실형 전해조를 구비하는 환원수 제조 시스템을 구성하였다. 애노드 실, 캐소드 실 및 중간실에 대해서, 크기를 6×8× 약 1㎝로 하였다. 중간실에는 정화수와 아스코르브산 50g을 첨가하였다(농도: 약 5%). 이 수용액을 상시 순환시켰다. 그 밖의 구성 등은 실험예 1과 마찬가지로 하였다.A reduced water production system equipped with a three-chamber electrolyzer shown in FIG. 7 was constructed. For the anode thread, cathode thread, and intermediate thread, the size was set to 6 × 8 × approximately 1 cm. Purified water and 50 g of ascorbic acid were added to the middle chamber (concentration: approximately 5%). This aqueous solution was constantly circulated. Other configurations were the same as in Experimental Example 1.

이 상태에서 전파정류 50Hz, 4A를 캐소드 전극에 부여하고, 0.5 ℓ/분 통수를 하였다. 전해조의 출구의 밸브를 조정하고, 캐소드 실의 압력을 0.1kg/㎠로 조정하였다. 과도적 용존수소분자농도 측정값은, 중간실 액 순환 전의 2.3ppm에 비교해서 2.6ppm 상승하였다.In this state, full-wave rectification of 50 Hz and 4 A was applied to the cathode electrode, and water was passed at 0.5 L/min. The valve at the outlet of the electrolyzer was adjusted, and the pressure in the cathode chamber was adjusted to 0.1 kg/cm2. The transient dissolved hydrogen molecule concentration measurement value increased by 2.6 ppm compared to 2.3 ppm before the intermediate room liquid circulation.

[실험예 4][Experimental Example 4]

도 9에 나타낸 캐소드 실 프레임(6×8㎠)을 이용한 전해조에 있어서 환원수의 제조를 행하였다. 플루오린계 양이온 교환막과 다공성 캐소드 전극의 사이는 1㎜로 하였다. 역침투막 필터를 이용해서 수돗물을 처리한 원료수를 전해조 캐소드 실에 0.5 ℓ/분으로 공급하였다. 도 9에 나타낸 바와 같이 5개의 돌출부를 설치하였다. 전파정류 50Hz, 4A로 통전한 바, 용존수소농도는 2.7ppm이 되었다. 이와 같이 돌출부를 설치해서, 캐소드 전극 표면의 유량을 높이는 것에 의해, 더욱 용존수소농도를 올리는 것이 가능하다.Reduced water was produced in an electrolytic cell using the cathode seal frame (6 × 8 cm2) shown in FIG. 9. The distance between the fluorine-based cation exchange membrane and the porous cathode electrode was set to 1 mm. Raw water treated with tap water using a reverse osmosis membrane filter was supplied to the cathode chamber of the electrolyzer at 0.5 L/min. As shown in Figure 9, five protrusions were installed. When electric current was applied at 50Hz and 4A with full-wave rectification, the dissolved hydrogen concentration was 2.7ppm. By providing the protrusion in this way and increasing the flow rate on the surface of the cathode electrode, it is possible to further increase the dissolved hydrogen concentration.

100: 전해조 1: 애노드 실
3: 캐소드 실 4: 캐소드 전극
5: 격막 51: 애노드 실측 격막
52: 캐소드 실측 격막 6: 중간실
8: 기계적 진동 부여부 21: 애노드 전극
31: 이온교환 수지 110: 전원
120: 저수 탱크 130: 급수 펌프
140: 역침투막 필터 150: 수돗물 라인
160: 밸브 200: 원료수 생성 송액부
301: 전해면 302: 원료수 공급 라인
303: 환원수 배출 라인 304: 원료수 공급용 매니폴드
305: 환원수 배출용 매니폴드 306: 원료수 입구
307: 환원수 출구 400: 캐소드 실 프레임
100: Electrolyzer 1: Anode thread
3: cathode seal 4: cathode electrode
5: Diaphragm 51: Anode actual measurement diaphragm
52: actual cathode diaphragm 6: intermediate chamber
8: Mechanical vibration imparting unit 21: Anode electrode
31: Ion exchange resin 110: Power supply
120: water storage tank 130: water pump
140: Reverse osmosis membrane filter 150: Tap water line
160: Valve 200: Raw material water generation liquid delivery unit
301: Electrolytic surface 302: Raw material water supply line
303: reduced water discharge line 304: manifold for supplying raw water
305: Manifold for discharge of reduced water 306: Raw water inlet
307: reduced water outlet 400: cathode seal frame

Claims (18)

애노드 실과, 캐소드 실과, 상기 애노드 실과 상기 캐소드 실 사이에 배치되는 플루오린계 이온교환막인 격막과, 상기 애노드 실에 있어서 상기 격막에 접하도록 배치되는 다공성 애노드 전극과, 상기 캐소드 실에 배치되는 다공성 캐소드 전극을 구비하는 전해조와,
상기 다공성 캐소드 전극에 대해서, 10㎑ 이하의 전류 평균값이 제로 이상인 교류 성분을 갖는 전류를 부여해서 상기 격막과 상기 다공성 캐소드 전극 사이에 공급된 물의 전해 환원을 행하여 수소를 발생시키는 것, 및 상기 다공성 캐소드 전극에 대해서 직류 성분을 갖는 전류를 부여해서 상기 격막과 상기 다공성 캐소드 전극 사이에 공급된 물의 전해 환원을 행하여 수소를 발생시키는 동시에, 상기 다공성 캐소드 전극의 표면에 30㎑ 이상 10㎒ 이하의 초음파 영역에 있는 기계적 진동을 부여하는 것 중 적어도 어느 하나를 실행하는 농도저하 억제부를 포함하고,
상기 캐소드 실은 상기 격막과 대향면에 있어서 복수의 돌출부를 가지며, 상기 다공성 캐소드 전극은 상기 돌출부의 선단에 있어서 상기 돌출부와 접촉하도록 배치되어 있으며,
상기 캐소드 실은 상기 대향면에 있어서 상기 다공성 캐소드 전극과 접촉하지 않는 비돌출 부분에 복수의 공급 개구 및 복수의 배출 개구를 구비하고,
물은 상기 공급 개구로부터 상기 캐소드 실에 유입되고, 상기 다공성 캐소드 전극을 통해 상기 다공성 캐소드 전극 및 상기 격막 사이에 공급되고,
상기 다공성 캐소드 전극 및 상기 격막의 사이에서 생성된 환원수는 상기 다공성 캐소드 전극을 통해 상기 다공성 캐소드 전극 및 상기 대향면 사이로 유입되어 상기 배출 개구로부터 배출되는, 환원수 제조 장치.
An anode chamber, a cathode chamber, a diaphragm that is a fluorine-based ion exchange membrane disposed between the anode chamber and the cathode chamber, a porous anode electrode disposed in contact with the diaphragm in the anode chamber, and a porous cathode electrode disposed in the cathode chamber. An electrolyzer comprising:
Applying a current having an alternating current component with a current average value of 10 kHz or less to the porous cathode electrode of zero or more to perform electrolytic reduction of water supplied between the diaphragm and the porous cathode electrode to generate hydrogen, and the porous cathode A current having a direct current component is applied to the electrode to perform electrolytic reduction of the water supplied between the diaphragm and the porous cathode electrode to generate hydrogen, and at the same time, an ultrasonic wave in the ultrasonic range of 30 kHz to 10 MHz is applied to the surface of the porous cathode electrode. It includes a concentration reduction suppressor that performs at least one of providing mechanical vibration,
The cathode seal has a plurality of protrusions on a surface opposite to the diaphragm, and the porous cathode electrode is arranged to contact the protrusions at the ends of the protrusions,
The cathode seal has a plurality of supply openings and a plurality of discharge openings in a non-protruding portion of the opposing surface that does not contact the porous cathode electrode,
Water flows into the cathode chamber from the supply opening and is supplied between the porous cathode electrode and the diaphragm through the porous cathode electrode,
Reduced water produced between the porous cathode electrode and the diaphragm flows between the porous cathode electrode and the opposing surface through the porous cathode electrode and is discharged from the discharge opening.
제1항에 있어서,
10㎑ 이하의 전류 평균값이 제로 이상인 교류 성분을 갖는 전류가, 전류 최저값이 제로 이상인 교류 성분을 갖는 전류인, 환원수 제조 장치.
According to paragraph 1,
A reduced water production device in which a current having an alternating current component whose current average value of 10 kHz or less is equal to or greater than zero is a current having an alternating current component whose minimum current value is equal to or greater than zero.
제1항에 있어서,
10㎑ 이하의 전류 평균값이 제로 이상인 교류 성분을 갖는 전류가, 반파정류 또는 전파정류된 교류 전류인, 환원수 제조 장치.
According to paragraph 1,
A reduced water production device wherein the current having an alternating current component with an average current value of 10 kHz or less equal to or greater than zero is half-wave rectified or full-wave rectified alternating current.
제1항에 있어서,
상기 농도저하 억제부는, 상기 다공성 캐소드 전극에 대해서, 반파정류 또는 전파정류된 10㎑ 이하의 교류 전류를 부여해서 물의 전해 환원을 행하는 동시에, 상기 다공성 캐소드 전극의 표면에 30㎑ 이상 10㎒ 이하의 초음파 영역에 있는 기계적 진동을 부여하는, 환원수 제조 장치.
According to paragraph 1,
The concentration drop suppressor performs electrolytic reduction of water by applying a half-wave rectified or full-wave rectified alternating current of 10 kHz or less to the porous cathode electrode, and at the same time applies ultrasonic waves of 30 kHz to 10 MHz to the surface of the porous cathode electrode. A reduced water production device that imparts mechanical vibration in the area.
제1항에 있어서,
상기 격막과 상기 다공성 캐소드 전극 사이에 이온교환수지가 충전되어 있는, 환원수 제조 장치.
According to paragraph 1,
A reduced water production device in which an ion exchange resin is filled between the diaphragm and the porous cathode electrode.
제5항에 있어서,
상기 농도저하 억제부는, 상기 이온교환수지 속에 매립되어 있는 초음파 진동자를 구비하고 있고,
상기 농도저하 억제부는, 상기 초음파 진동자로부터의 상기 다공성 캐소드 전극의 표면에의 30㎑ 이상 10㎒ 이하의 초음파 영역에 있는 기계적 진동의 부여를 행하는, 환원수 제조 장치.
According to clause 5,
The concentration drop suppressing section includes an ultrasonic vibrator embedded in the ion exchange resin,
The reduced water production device wherein the concentration drop suppressing section applies mechanical vibration in an ultrasonic range of 30 kHz to 10 MHz from the ultrasonic vibrator to the surface of the porous cathode electrode.
제1항에 있어서,
상기 다공성 캐소드 전극과 상기 격막 사이의 상기 격막과 직행하는 방향에 있어서의 거리가 1㎜ 이하인, 환원수 제조 장치.
According to paragraph 1,
A reduced water production device wherein the distance between the porous cathode electrode and the diaphragm in a direction perpendicular to the diaphragm is 1 mm or less.
제7항에 있어서,
상기 캐소드 실은 상기 공급 개구와 상기 배출 개구가 상기 돌출부를 사이에 개재해서 배치되어 있는, 환원수 제조 장치.
In clause 7,
A reduced water production device in which the cathode chamber is disposed with the supply opening and the discharge opening interposed between the protrusions.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전해조가, 상기 애노드 실과, 상기 캐소드 실과, 상기 애노드 실과 상기 캐소드 실 사이에 배치되어, 상기 격막에 의해서 상기 애노드 실과 상기 캐소드 실 사이를 가르는 중간실을 구비하는 3실형 전해조이며, 상기 중간실에 환원성 물질이 존재하고 있는, 환원수 제조 장치.
According to any one of claims 1 to 8,
The electrolytic cell is a three-chamber electrolytic cell including the anode chamber, the cathode chamber, and an intermediate chamber disposed between the anode chamber and the cathode chamber and dividing the anode chamber and the cathode chamber by the diaphragm, and in the intermediate chamber A reduced water production device in which a reducing substance is present.
애노드 실과, 캐소드 실과, 상기 애노드 실과 상기 캐소드 실 사이에 배치되는 플루오린계 이온교환막인 격막과, 상기 애노드 실에 있어서 상기 격막에 접하도록 배치되는 다공성 애노드 전극과, 상기 캐소드 실에 배치되는 다공성 캐소드 전극을 구비하는 전해조 내의 상기 격막과 상기 다공성 캐소드 전극 사이에 물을 공급하는 단계; 및
상기 다공성 캐소드 전극에 대해서, 10㎑ 이하의 전류 평균값이 제로 이상인 교류 성분을 갖는 전류를 부여해서 물의 전해 환원을 행하여 수소를 발생시키는 것, 및 상기 다공성 캐소드 전극에 대해서 직류 성분을 갖는 전류를 부여해서 물의 전해 환원을 행하여 수소를 발생시키는 동시에, 상기 다공성 캐소드 전극의 표면에 30㎑ 이상 10㎒ 이하의 초음파 영역에 있는 기계적 진동을 부여하는 것 중 적어도 어느 하나를 행하는 단계를 포함하고,
상기 캐소드 실은 상기 격막과 대향면에 있어서 복수의 돌출부를 갖고, 상기 다공성 캐소드 전극은 상기 돌출부의 선단에 있어서 상기 돌출부와 접촉하도록 배치되어 있으며,
상기 캐소드 실은 상기 대향면에 있어서 상기 다공성 캐소드 전극과 접촉하지 않는 비돌출 부분에 복수의 공급 개구 및 복수의 배출 개구를 구비하고,
물을 상기 공급 개구로부터 상기 캐소드 실에 유입하고, 상기 다공성 캐소드 전극을 통해 상기 다공성 캐소드 전극 및 상기 격막의 사이에 공급하고,
상기 다공성 캐소드 전극 및 상기 격막의 사이에서 환원수를 생성하고,
환원수를 상기 다공성 캐소드 전극을 통해 상기 다공성 캐소드 전극 및 상기 대향면 사이로 유입시켜 상기 배출 개구로부터 배출하는, 수소를 함유하는 환원수의 제조 방법.
An anode chamber, a cathode chamber, a diaphragm that is a fluorine-based ion exchange membrane disposed between the anode chamber and the cathode chamber, a porous anode electrode disposed in contact with the diaphragm in the anode chamber, and a porous cathode electrode disposed in the cathode chamber. Supplying water between the diaphragm and the porous cathode electrode in an electrolytic cell comprising: and
Electrolytic reduction of water is performed by applying a current having an alternating current component whose current average value of 10 kHz or less is zero or more to generate hydrogen to the porous cathode electrode, and applying a current having a direct current component to the porous cathode electrode At least one of performing electrolytic reduction of water to generate hydrogen and applying mechanical vibration in the ultrasonic range of 30 kHz to 10 MHz to the surface of the porous cathode electrode,
The cathode seal has a plurality of protrusions on a surface opposite to the diaphragm, and the porous cathode electrode is arranged to contact the protrusions at the ends of the protrusions,
The cathode seal has a plurality of supply openings and a plurality of discharge openings in a non-protruding portion of the opposing surface that does not contact the porous cathode electrode,
Water flows into the cathode chamber from the supply opening and is supplied between the porous cathode electrode and the diaphragm through the porous cathode electrode,
Generating reduced water between the porous cathode electrode and the diaphragm,
A method for producing reduced water containing hydrogen, wherein reduced water is introduced between the porous cathode electrode and the opposing surface through the porous cathode electrode and discharged from the discharge opening.
제10항에 있어서,
10㎑ 이하의 전류 평균값이 제로 이상인 교류 성분을 갖는 전류가, 전류 최저값이 제로 이상인 교류 성분을 갖는 전류인, 환원수의 제조 방법.
According to clause 10,
A method for producing reduced water, wherein the current having an alternating current component whose current average value of 10 kHz or less is equal to or greater than zero is a current having an alternating current component whose lowest current value is equal to or greater than zero.
제10항에 있어서,
10㎑ 이하의 전류 평균값이 제로 이상인 교류 성분을 갖는 전류가, 반파정류 또는 전파정류된 교류 전류인, 환원수의 제조 방법.
According to clause 10,
A method for producing reduced water, wherein the current having an alternating current component with an average current value of 10 kHz or less equal to or greater than zero is half-wave rectified or full-wave rectified alternating current.
제10항에 있어서,
상기 다공성 캐소드 전극에 대해서, 반파정류 또는 전파정류된 10㎑ 이하의 교류 전류를 부여해서 물의 전해 환원을 행하는 동시에, 상기 다공성 캐소드 전극의 표면에 30㎑ 이상 10㎒ 이하의 초음파 영역에 있는 기계적 진동을 부여하는, 환원수의 제조 방법.
According to clause 10,
Electrolytic reduction of water is performed by applying a half-wave rectified or full-wave rectified alternating current of 10 kHz or less to the porous cathode electrode, while mechanical vibration in the ultrasonic range of 30 kHz or more and 10 MHz or less is applied to the surface of the porous cathode electrode. Method for producing reduced water.
제10항에 있어서,
상기 격막과 상기 다공성 캐소드 전극 사이에 이온교환수지가 충전되어 있는, 환원수의 제조 방법.
According to clause 10,
A method for producing reduced water, wherein an ion exchange resin is filled between the diaphragm and the porous cathode electrode.
제14항에 있어서,
상기 다공성 캐소드 전극의 표면에의 30㎑ 이상 10㎒ 이하의 초음파 영역에 있는 기계적 진동의 부여가 행해지고, 해당 기계적 진동의 부여는 상기 이온교환수지 속에 매립되어 있는 초음파 진동자로부터 부여하는, 환원수의 제조 방법.
According to clause 14,
A method for producing reduced water, wherein mechanical vibration in an ultrasonic range of 30 kHz to 10 MHz is applied to the surface of the porous cathode electrode, and the mechanical vibration is applied from an ultrasonic vibrator embedded in the ion exchange resin. .
제10항에 있어서,
상기 다공성 캐소드 전극과 상기 격막 사이의 상기 격막과 직행하는 방향에 있어서의 거리가 1㎜ 이하인 상기 전해조 내의 상기 격막과 상기 다공성 캐소드 전극 사이에 물을 공급하는, 환원수의 제조 방법.
According to clause 10,
A method for producing reduced water, wherein water is supplied between the porous cathode electrode and the diaphragm in the electrolytic cell where the distance between the porous cathode electrode and the diaphragm in a direction perpendicular to the diaphragm is 1 mm or less.
제16항에 있어서,
상기 공급 개구와 상기 배출 개구는 상기 돌출부를 사이에 개재해서 배치되어 있는, 환원수의 제조 방법.
According to clause 16,
A method for producing reduced water, wherein the supply opening and the discharge opening are disposed with the protrusion interposed therebetween.
제10항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전해조가, 상기 애노드 실과, 상기 캐소드 실과, 상기 애노드 실과 상기 캐소드 실 사이에 배치되어, 상기 격막에 의해서 상기 애노드 실과 상기 캐소드 실 사이를 가르는 중간실을 구비하는 3실형 전해조이며, 상기 중간실에 환원성 물질이 존재하고 있는, 환원수의 제조 방법.
According to any one of claims 10 to 17,
The electrolytic cell is a three-chamber electrolytic cell including the anode chamber, the cathode chamber, and an intermediate chamber disposed between the anode chamber and the cathode chamber and dividing the anode chamber and the cathode chamber by the diaphragm, and in the intermediate chamber A method for producing reduced water in which a reducing substance is present.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023126881A1 (en) * 2021-12-29 2023-07-06 IDE Water Technologies Ltd Renewable energy source using pressure driven filtration processes and systems
DE102018110032B4 (en) * 2018-04-26 2023-06-22 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Electrode with a new type of electrode structure with integrated mechanical vibration excitation, its use, method for its manufacture and electrolytic cell
EP3842570A1 (en) * 2019-12-26 2021-06-30 Vito NV Method for generating hydrogen and oxygen from a liquid feed stream comprising water, and device therefor
KR20210103780A (en) * 2020-02-14 2021-08-24 현대자동차주식회사 Hydroelectric system and control method of the same
CN117776346A (en) * 2024-02-28 2024-03-29 广州市纳爱生物科技有限公司 Preparation method of hydrogen-rich water for improving visual fatigue

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004305870A (en) * 2003-04-04 2004-11-04 Tokyo Yogyo Co Ltd Electrolytic water purifier
JP2011006769A (en) * 2009-06-29 2011-01-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Water electrolysis apparatus
JP2015009175A (en) * 2013-06-27 2015-01-19 有限会社スプリング Method for producing hydrogen molecule-dissolved water

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002113340A (en) * 2000-10-06 2002-04-16 Fumio Takemura Method and device for generating micro air bubble using ultrasonic wave
JP5070644B2 (en) * 2007-12-28 2012-11-14 国立大学法人東北大学 Reduced water generating apparatus and reduced water generating method
JP5361325B2 (en) * 2008-10-17 2013-12-04 有限会社スプリング Dissolved hydrogen drinking water manufacturing apparatus and manufacturing method thereof
WO2014014143A1 (en) * 2012-07-19 2014-01-23 임신교 Apparatus for generating electrolyzed functional water containing high concentration of dissolved hydrogen
JP5895321B2 (en) * 2013-03-14 2016-03-30 株式会社テックコーポレーション Method for producing a natural product extracted beverage
KR20150017566A (en) * 2013-08-07 2015-02-17 라이프코어인스트루먼트 주식회사 Electrolysis Apparatus for generating Dissolved hydrogen water
JP2015205225A (en) * 2014-04-17 2015-11-19 株式会社テックコーポレーション Reducing water production apparatus and reducing water

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004305870A (en) * 2003-04-04 2004-11-04 Tokyo Yogyo Co Ltd Electrolytic water purifier
JP2011006769A (en) * 2009-06-29 2011-01-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Water electrolysis apparatus
JP2015009175A (en) * 2013-06-27 2015-01-19 有限会社スプリング Method for producing hydrogen molecule-dissolved water

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