(57)【要約】  水素発生装置において、電気分解電極部が水を電気分解するが、多孔質セラミック触媒があって、電気分解時に発生する酸素と結合してオゾンの発生を防止することができる。また、水の抵抗値を測定するが、水に溶けている電解質の種類及び当該電解質の濃度による変化を測定して、該測定された抵抗値によって電圧を可変させて印加することによって、水に溶けている成分によって最適量で水を電気分解して、人体に有害な成分の発生を予防する。
2018532518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を電気分解して水素を発生させる装置において、
水を電気分解するが、電気分解時に発生する酸素と結合してオゾンの発生を防止する多孔質セラミック触媒が位置する電気分解電極部と、
水の抵抗値を測定するが、水に溶けている電解質の種類及び当該電解質の濃度による変化を測定する抵抗値測定部と、
電気分解電極に電源装置から絶縁された電圧を印加する電源供給部と、
前記抵抗値測定部から測定された抵抗値によって電圧を可変させて印加するように、前記電源供給部を制御するコントロール部と、
電気分解電極に電流の方向を一定時間間隔で変えながら電圧を印加するように制御されるリレー部と、
を含む水素発生装置。
【請求項２】
電気分解の動作と中断とを赤色、青色または緑色の組合せで知らせるように点滅または照明する発光ダイオードをさらに含み、
前記コントロール部は、
前記抵抗値測定部で塩度が１０％以上である時の水の抵抗値が測定された場合、電源供給を遮断して電気分解を中断するように、前記リレー部を制御するが、前記発光ダイオードを制御して、前記中断を知らせる請求項１に記載の水素発生装置。
【請求項３】
前記コントロール部は、
前記抵抗値測定部で塩度が４％以上〜１０％未満である時の水の抵抗値が測定された場合、前記印加される電圧を下げるが、下げた電圧に相応するほど電圧印加時間を追加して電気分解するように、前記リレー部を制御する請求項１に記載の水素発生装置。
【請求項４】
前記抵抗値測定部で塩度が３％未満である時の水の抵抗値が測定された場合、最大電圧で一定時間の間に水を電気分解するように、前記電源供給部と前記リレー部とを制御する請求項１に記載の水素発生装置。
【請求項５】
前記抵抗値測定部は、
水の量による前記抵抗値の変化量を測定し、
前記コントロール部は、
前記測定された抵抗値の変化量によって電源を供給して水を電気分解する時間を可変させるように、前記リレー部を制御する請求項１に記載の水素発生装置。
【請求項６】
前記コントロール部は、
電気分解電極両端の抵抗値を測定せずに電源電圧から絶縁された初期電圧を印加して、電極両端に過度な電流が流れる場合、初期電圧よりも低い電圧を印加するように、前記電源供給部を制御する請求項１に記載の水素発生装置。
【請求項７】
水筒の傾きを感知するジャイロセンサーをさらに含み、
前記コントロール部は、
前記ジャイロセンサーで測定した水筒の傾きが一定角度以上である場合、電源供給を中断するように、前記電源供給部を制御する請求項１に記載の水素発生装置。
【請求項８】
水の接触如何を感知する水位感知電極をさらに含み、
前記コントロール部は、
前記水位感知電極が水の接触を感知した場合、電源供給を中断するように、前記電源供給部を制御する請求項１に記載の水素発生装置。
【請求項９】
水の電気分解で発生した水素の圧力を感知する圧力センサーをさらに含み、
前記コントロール部は、
前記圧力センサーで感知した圧力が一定圧力以上である場合、電気分解を中断するように、前記電源供給部を制御する請求項１に記載の水素発生装置。
【請求項１０】
前記コントロール部の制御内容によるユーザの使用情報を管理する使用管理部をさらに含むが、
前記使用管理部は、
前記使用情報を保存するが、保存後には修正が不可能な保存部と、
装置使用専門家システムに接続して、前記使用情報を伝送するか、使用情報に関するガイドを受信する通信部と、
をさらに含む請求項１に記載の水素発生装置。
【請求項１１】
磁石と物理的な接触なしに磁石の磁力によって作動して、水素発生装置のオン／オフ電源を調節する第１磁石感応電源絶縁スイッチを含み、前記電気分解電極部と区分されて、水が接触しないように密閉されて防水される防水空間をさらに含む請求項１に記載の水素発生装置。
【請求項１２】
前記防水空間は、
磁石と物理的な接触なしに磁石の磁力によって調節される第２磁石感応電源絶縁スイッチと、
防水空間外に突出して磁石が触れる場合、前記磁石感応電源絶縁スイッチを連結して２次電池を充電させる急速充電露出電極を含む急速充電露出部と、
をさらに含む請求項１１に記載の水素発生装置。
【請求項１３】
内部に前記防水空間を含む本体と、
前記本体は、
前記本体と水筒とを結合するように、前記本体下端に雌ネジが形成される水筒結合部と、
前記第１磁石感応電源絶縁スイッチが回転して作動するリング構造である回転スイッチと、
前記電気分解電極部、前記電源供給部及び上端に形成される突出部を含む円筒状の電気分解電極棒と、
前記突出部を差し込んで、前記電気分解電極棒を本体と結合することができる固定溝と、を含み、
前記電気分解電極棒は、
前記突出部と固定溝の結合後、本体の下端方向に突出して、前記本体と水筒結合時に水筒内に入る請求項１１に記載の水素発生装置。
【請求項１４】
前記本体は、
水が通過する垂直通路と、
上端に前記通路を開閉する蓋が結合されるように雄ネジが形成される蓋結合部と、
をさらに含む請求項１３に記載の水素発生装置。
【請求項１５】
前記本体または前記蓋は、
水素呼吸器のホースと連結されるノズルをさらに含む請求項１４に記載の水素発生装置。
【請求項１６】
電子タバコ形状の水素発生装置において、
充電回路、２次電池及び絶縁ＤＣ−ＤＣ変換器を含む電源供給部と、
前記電源供給部と一側で結合するが、分離が可能な水素発生部と、
前記一側と逆方向の一側で前記水素発生部と結合した吸入部と、を含むが、
前記水素発生部は、水を電気分解する時に発生する酸素と結合してオゾンの発生を防止する多孔質セラミック触媒が位置するが、垂直通路を有する円筒状の電気分解電極と前記吸入口が結合される一側で前記電気分解電極の一部が埋め込まれた液体吸収材を含む水筒を含む水素発生装置。
【請求項１７】
前記吸入部は、
ユーザが水素を吸い込むことができる吸入口と、
ユーザが前記吸入口に吸入時に水素と混合される外部空気が入ってくる微細孔と、
回転して前記微細孔を開閉する調節部と、
をさらに含む請求項１６に記載の水素発生装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［技術分野］
本発明は、電極を用いた水素及び水素水生成技術に係り、より詳細には、水に入れられた電極板に電圧を印加して水素ガスを発生させる電解式水素水生成技術に関する。
［背景技術］
有害酸素とも呼ばれる活性酸素は、化学物質、紫外線、ストレス、血液循環障害などで酸素が過剰生産されて発生するが、このような活性酸素は、ヒトの体内で酸化作用を起こして、細胞膜、ＤＮＡ、細胞を損傷させる。また、体内の多様なアミノ酸を酸化させてタンパク質の機能低下をもたらす。このような活性酸素の影響は、生理的機能の低下を誘発し、各種の疾病と老化との原因となる。現代人の疾病のうち、約９０％が活性酸素と関連があると知られている。
【０００２】
このような活性酸素を除去するためには、水素を活用することができる。水素は、活性化酸素と化学的に結合して抗酸化効果が得られるようにする。したがって、ヒトが、水素が水に溶けている溶存水素水を飲むか、皮膚に接触するか、水素自体を呼吸すれば、抗酸化効果が得られる。最近、水素水を製造して飲むことが脚光を浴びるようになった。
【０００３】
２０１３年７月３日に公開された大韓民国公開番号１０−２０１３−００７３８３１の水素水製造装置には、水を電気分解させて水素水を製造する装置が開示される。
［発明の概要］
［発明が解決しようとする課題］
水を電気分解して水素を作ろうとすれば、水に電解質がなければならない。蒸留水の場合、電解質がなくて電流が流れないので、電気分解することができない。しかし、水が電気分解される時、電解質は溶けている濃度によって電気化学的反応を起こすために、電解質自体が電気分解される。具体的に、電解質が水に溶けてイオンとして残っていようとする程度、すなわち、反応性のために溶解させた電解質が還元されることもあり、水が還元されて水素が発生することもある。
【０００４】
電解質の陽イオンのうち、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ａｌ＋のようなものは、反応性が大きくてイオンに還元されてＨ２が発生し、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｈｇ、Ｃｕのようなものは、水素イオンよりも反応性が小さくて電解質が還元される。電解質の陰イオンのうち、Ｆ、ＮＯ３、ＣＯ３、ＳＯ４のようなイオンは、反応性が大きくてイオンとして残っていようとする性質が強くて水が酸化されてＯ２が発生し、Ｃｌのようなものは、反応性が酸素イオンよりも小さくて電解質が酸化される。結局、水の電気分解で使える電解質は、反応性が大きい陽イオンと反応性が大きい陰イオンとからなる電解質であり、反応性が小さな陽イオンと陰イオン、すなわち、蒸留水を電気分解することができないという理由となる。
【０００５】
塩水の場合、水に溶けている塩の濃度によって塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）水溶液電気分解と塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）溶融液電気分解とに区分されうるが、純粋な塩（ＮａＣｌ）が溶融されている塩水溶融液状態の電気分解化学式は、
＋極：２Ｃｌ−→Ｃｌ２（ｇ）＋２ｅ−
−極：２Ｎａ＋＋２ｅ−→２Ｎａ（ｓ）
Ｃｌ−［イオン状態］は、電子を排出しながらガス状のガスになり、Ｎａ＋［イオン状態］は、電子を得て固体状になる。ＮａＣｌ水溶液で、もしＮａが析出されるならば、１族であるＮａと水とが合って爆発するが、Ｎａが析出されずに水素ガスが出る。
【０００６】
塩が水に溶けている濃度によって塩度が高い場合、塩水が電気分解されてＮａＣｌ＋Ｈ２Ｏ→Ｎａ＋＋Ｃｌ−＋Ｈ２Ｏ
すなわち、塩水を電気分解すれば、
＋極には（酸化）：２Ｃｌ−（Ａｇ）→Ｃｌ２（ｇ）＋２ｅ−
−極には（還元）：２Ｈ２Ｏ（ｌ）＋２ｅ−→Ｈ２（ｇ）＋２ＯＨ−
全体反応は、Ｃｌ−（Ａｇ）＋Ｈ２Ｏ（ｌ）→Ｃｌ２（ｇ）＋Ｈ２（ｇ）＋２ＯＨ−（Ａｇ）
すなわち、塩素ガスと水素ガスとが生成され、溶液は、ＮａＯＨアルカリになる。
【０００７】
市中に多様に商用化された水を電気分解して水素を発生させる装置が、前記のように、水に溶けている電解質によって多様な化学反応を起こすために、電気分解しようとする水が如何なる種類、すなわち、塩分がどれほど混ぜられているかによって、本来の目的に反する状況を有しうる。
［課題を解決するための手段］
一態様において、水素発生装置は、水を電気分解するが、電気分解時に発生する酸素と結合してオゾンの発生を防止する多孔質セラミック触媒が位置する電気分解電極部と、水の抵抗値を測定するが、水に溶けている電解質の種類及び当該電解質の濃度による変化を測定する抵抗値測定部と、電気分解電極に電源装置から絶縁された電圧を印加する電源供給部と、前記抵抗値測定部から測定された抵抗値によって電圧を可変させて印加するように、前記電源供給部を制御するコントロール部と、電気分解電極に電流の方向を一定時間間隔で変えながら電圧を印加するように制御されるリレー部と、を含みうる。
【０００８】
一態様において、水素発生装置は、電気分解の動作と中断とを赤色、青色または緑色の組合せで知らせるように点滅または照明する発光ダイオードをさらに含みうる。また、コントロール部は、抵抗値測定部で塩度が１０％以上である時の水の抵抗値が測定された場合、電源供給を遮断して電気分解を中断するように、リレー部を制御するが、発光ダイオードを制御して、中断を知らせることができる。
【０００９】
一態様において、コントロール部は、抵抗値測定部で塩度が４％以上〜１０％未満である時の水の抵抗値が測定された場合、前記印加される電圧を下げるが、下げた電圧に相応するほど電圧印加時間を追加して電気分解するように、前記リレー部を制御することができる。
【００１０】
一態様において、コントロール部は、抵抗値測定部で塩度が３％未満である時の水の抵抗値が測定された場合、最大電圧で一定時間の間に水を電気分解するように、前記電源供給部と前記リレー部とを制御することができる。
【００１１】
一態様において、抵抗値測定部は、水の量による抵抗値の変化量を測定し、コントロール部は、測定された抵抗値の変化量によって電源を供給して水を電気分解する時間を可変させるように、リレー部を制御することができる。
【００１２】
一態様において、コントロール部は、電気分解電極両端の抵抗値を測定せずに電源電圧から絶縁された初期電圧を印加して、電極両端に過度な電流が流れる場合、初期電圧よりも低い電圧を印加するように、電源供給部を制御することができる。
【００１３】
一態様において、水素発生装置は、水筒の傾きを感知するジャイロセンサーをさらに含み、コントロール部は、ジャイロセンサーで測定した水筒の傾きが一定角度以上である場合、電源供給を中断するように、電源供給部を制御することができる。
【００１４】
一態様において、水素発生装置は、水の接触如何を感知する水位感知電極をさらに含み、コントロール部は、水位感知電極が水の接触を感知した場合、電源供給を中断するように、電源供給部を制御することができる。
【００１５】
一態様において、水素発生装置は、電気分解で発生した水素の圧力を感知する圧力センサーをさらに含み、コントロール部は、圧力センサーで感知した圧力が一定圧力以上である場合、電気分解を中断するように、電源供給部を制御することができる。
【００１６】
一態様において、水素発生装置は、コントロール部の制御内容によるユーザの使用情報を管理する使用管理部をさらに含むが、使用管理部は、使用情報を保存するが、保存後には修正が不可能な保存部をさらに含みうる。
【００１７】
一態様において、水素発生装置は、装置使用専門家システムに接続して、前記使用情報を伝送するか、使用情報に関するガイドを受信する通信部をさらに含みうる。
【００１８】
一態様において、水素発生装置は、磁石と物理的な接触なしに磁石の磁力によって作動して、水素発生装置のオン／オフ（ｏｎ−ｏｆｆ）電源を調節する第１磁石感応電源絶縁スイッチを含みうる。
【００１９】
一態様において、水素発生装置は、電気分解電極部と区分されて、水が接触しないように密閉されて防水される防水空間をさらに含みうる。
【００２０】
一態様において、防水空間は、磁石と物理的な接触なしに磁石の磁力によって調節される第２磁石感応電源絶縁スイッチと、防水空間外に突出して磁石が触れる場合、前記磁石感応電源絶縁スイッチを連結して２次電池を充電させる急速充電露出電極を含む急速充電露出部と、をさらに含みうる。
【００２１】
一態様において、水素発生装置は、内部に前記防水空間を含む本体を含み、前記本体は、本体と水筒とを結合するように、本体下端に雌ネジが形成される水筒結合部と、第１磁石感応電源絶縁スイッチが回転して作動するリング構造である回転スイッチと、電気分解電極部、電源供給部及び上端に形成される突出部を含む円筒状の電気分解電極棒と、突出部を差し込んで、前記電気分解電極棒を本体と結合することができる固定溝と、を含み、電気分解電極棒は、突出部と固定溝の結合後、本体の下端方向に突出して本体と水筒結合時に水筒内に入ることができる。
【００２２】
一態様において、本体は、水が通過する垂直通路と、上端に通路を開閉する蓋が結合されるように雄ネジが形成される蓋結合部と、をさらに含みうる。
【００２３】
一態様において、本体または蓋は、水素呼吸器のホースと連結されるノズルをさらに含みうる。
【００２４】
一態様において、電子タバコ形状の水素発生装置は、充電回路、２次電池及び絶縁ＤＣ−ＤＣ変換器を含む電源供給部と、電源供給部と一側で結合するが、分離が可能な水素発生部と、一側と逆方向の一側で前記水素発生部と結合した吸入部と、を含みうるが、水素発生部は、水を電気分解する時に発生する酸素と結合してオゾンの発生を防止する多孔質セラミック触媒が位置するが、垂直通路を有する円筒状の電気分解電極と吸入口が結合される一側で前記電気分解電極の一部が埋め込まれた液体吸収材を含む水筒と、を含みうる。
【００２５】
一態様において、吸入部は、ユーザが水素を吸い込むことができる吸入口と、ユーザが前記吸入口に吸入時に水素と混合される外部空気が入ってくる微細孔と、回転して前記微細孔を開閉する調節部と、を含みうる。
［発明の効果］
水に溶けている成分によって印加される電圧を調節して適切な電気分解を行うことによって、水に対する依存度を改善する。また、水素発行装置を日常生活で容易に備えている水瓶などに結合させて、一般人に水素水の接近性を高める。
［図面の簡単な説明］
［図１］水素発生装置の内部回路の構成を示すブロック図である。
【００２６】
［図２］水素発生装置が作動する時、経時的に印加される電圧、電流、測定された抵抗値の大きさをグラフで示す形状である。
【００２７】
［図３］水素発生装置の抵抗値測定部で測定した値によって印加する電源の大きさを異ならせるアルゴリズムを示す。
【００２８】
［図４］水筒と本体とからなる水素発生装置の構成を示す形状である。
【００２９】
［図５］水素発生装置が一般生水瓶水筒に結合される本体からなる一実施形態を示す。
【００３０】
［図６］蓋にノズルがある水素発生装置の一実施形態と、当該ノズルに水素呼吸器を装着してヒトが呼吸する形状を示す。
【００３１】
［図７］電気電極棒を示す一実施形態の図である。
【００３２】
［図８］電子タバコ形状の水素発生装置の構成図である。
【００３３】
［図９ないし図１２］水に浸して使える水素発生装置を示す図である。
【００３４】
［図１３］水中に浸して使用する水素発生装置を分解して示す一実施形態である。
［発明を実施するための形態］
前述した、そして、追加的な本発明の態様は、後述する実施形態を通じてより明確になる。以下、添付図面を参照して記述される実施形態を通じて、本発明を当業者が容易に理解し、再現できる程度に詳しく説明する。
【００３５】
図１は、本発明による水素発生装置の内部回路の構成を示すブロック図である。図２は、図１の図面の構成を簡略化したブロック図である。図１に示したように、水素発生装置は、電気分解電極部３、抵抗値測定部１０、電源供給部１１、コントロール部１２、リレー部９を含みうる。
【００３６】
一実施形態において、電気分解電極部３は、＋電極と−電極とを含み、当該電極が水１と接触できるように配される。当該電極に電源が供給されれば、接触している水１は電気分解される。
【００３７】
一態様において、電気分解電極部３には、多孔質セラミック触媒４が位置して、当該触媒が水を電気分解する時に発生する酸素と結合してオゾンの発生を防止することができる。図１で、電気分解電極部３−１、３−２に位置する多孔質セラミック触媒４の形状の例示を示す。多孔質セラミック触媒４とは、マグネシウム、酸化鉄、トルマリンなど多様な鉱物質を合成して作ったセラミックである。水１が電気分解されて、２つの水素と１つの酸素とに分解される時、オゾンが発生するが、電気分解電極部３に当該触媒４を置けば、オゾンが発生する前に酸素とセラミック触媒４とが結合してオゾンの生成を防止することができる。一実施形態において、水素生成化学式は、２Ｈ２０＋Ｍｇ−＞Ｍｇ（０Ｈ）２＋Ｈ２であり、マグネシウムは、Ｋ電子殻に２つ、Ｌ電子殻に８つ、Ｍ電子殻に２つの電子を保有しており、この電子のうち、最外殻電子２つは、不安定な状態で電子が容易に放出されることができるので、還元力がある。マグネシウムが水と反応する場合、マグネシウム１分子と水２分子とが反応を行い、この際、マグネシウムは、遊離されずに水酸化マグネシウムが形成され、この過程でマグネシウムから出た電子の一部は、水素ガス形成に使われ、残りの電子は、水中に残される。水酸化マグネシウムは、イオン化されて水酸化基（ＯＨ−）が形成され、この際の単原子酸素が酸素分子の代わりに、オゾン（Ｏ３）と結合し、その場合、一般酸素に変わりながらオゾンが消滅する。すなわち、マグネシウムは酸化され、その代りに水は還元されて水素水になり、電気分解水素ガスとセラミックを構成する鉱物をマグネシウム、酸化鉄、トルマリン（電気石）などで合成して出た水素水の飲用と水素ガスを呼吸すれば、活性酸素のうち、最も兇暴なヒドロキシルラジカルのみを選択的に結合し、Ｈ２Ｏになって抗酸化効果を有する。このような抗酸化水は、マイナス（−）の酸化還元電位値を有し、還元力に優れて、−１００ｍＶ〜１９８９ｍＶの範囲の値を有する。
【００３８】
一態様において、抵抗値測定部１０は、水１の抵抗値を測定するが、水に溶けている電解質の種類及び当該電解質の濃度による変化を測定することができる。一実施形態において、抵抗値測定部１０は、アナログ−デジタル変換器である。
【００３９】
抵抗値測定部１０は、電源供給が遮断された状態で一定時間の間に水の抵抗値を測定する。この際、後述するが、リレー部９が電源供給を遮断することができる。
【００４０】
一実施形態において、抵抗値測定部１０が測定した水の抵抗値を水に溶けている電解質の種類と電解質の濃度とを考慮して測定することができる。例えば、水に溶けている多様な電解質のうち、電気的な抵抗値に最も大きな影響を与えるものが、塩の濃度、すなわち、塩度である場合、抵抗値測定部１０は、現在抵抗値を測定し、その測定値に基づいて現在塩度を測定することができる。または、抵抗値測定部１０は、水の電気的抵抗値の変化に基づいて水に溶けている塩度の変化が分かる。ここで、塩度以外にも、電気分解時に化学的反応が起こって、人体に有害なガスになる他の電解質が考慮されうる。
【００４１】
一態様において、電源供給部１１は、電気分解電極部３に電源装置から絶縁された電圧を印加することができる。一実施形態において、電源供給部１１は、ＤＣ−ＤＣ変換器である。このような電源供給部１１は、水に接触されている電極部分と電源装置とを完全に独立させて供給するために、１次側と２次側とを完全に絶縁させたステップアップＤＣ−ＤＣ変換回路で電圧を電気分解電極に印加する。また、電源供給部１１は、後述するコントロール部１２などに電源を供給して水素発生装置の動作を可能にする。
【００４２】
一態様において、コントロール部１２は、抵抗値測定部１０から測定された抵抗値によって電圧を可変させて印加するように電源供給部１１を制御する。すなわち、測定された抵抗値は、前述したように、電解質の種類と濃度とが分かるようにするので、結局、当該電解質の種類と濃度とによって電圧を可変させるものと同じ意味である。後述するが、測定された抵抗値によって電解質の濃度が電気分解結果、人体に及ぼしうる結果を考慮して、印加される電圧の大きさを変化させる。例えば、塩分、鉄分など電解質の抵抗値が小さければ、電気分解電圧と電流とを減らして供給し、電解質抵抗値が高い場合、最大定格電圧と適正電流とを流す。図４の３５、３６グラフは、抵抗値によって印加する電圧の大きさをＶ１、Ｖ２に異ならせる実施形態を示す。
【００４３】
一態様において、リレー部９は、電気分解電極に電流の方向を一定時間間隔で変えながら電圧を印加するように制御することができる。一実施形態において、リレー部９は、ラッチリレーまたはソリッドステートリレー回路であり得る。リレー部９が電極に供給する電源の極性を一定時間間隔で反転させて両電極の化学的な移行現象を防止させる。
【００４４】
一態様において、水素発生装置は、発光ダイオード５６を含みうる。発光ダイオード５６は、電気分解の動作と中断とを赤色、青色または緑色の組合せで知らせるように点滅または照明することができる。コントロール部１２が、このような発光ダイオード５６の点滅と照明とを制御することができる。一実施形態において、発光ダイオード５６の色は、言及された色の以外の色で構成することができる。
【００４５】
図３は、測定された抵抗値による水素発生装置の動作を示すアルゴリズムである。以下、図３のアルゴリズム内容を図２のブロック図と共に説明する。
【００４６】
一態様において、コントロール部１２は、抵抗値測定部１０で塩度が１０％以上である時の水の抵抗値が測定された場合、電源供給を遮断して電気分解を中断するようにリレー部９を制御することができる。同時に、発光ダイオード５６を制御して中断を知らせることができる。水の塩度が１０％以上である場合（例えば、海水）、電解質含量が高くて印加した電圧に比べて電流が大きく流れ、結果的に、電流が許容値よりも高くなって、この場合、水素以外のガスが発生する恐れがあるために、それを防止するためである。
【００４７】
また、前述したように、コントロール部１２は、発光ダイオード５６を制御して、赤色で点滅または照明されて、電気分解が中断されることを知らせることができる。
【００４８】
さらに他の態様において、コントロール部１２は、抵抗値測定部１０で塩度が４％以上〜１０％未満である時の水の抵抗値が測定された場合、印加される電圧を下げるように電源供給部１１を制御することができる。塩度が４％以上〜１０％未満である場合には、電圧を下げて印加するものであって、水素以外のガスの発生を防止することができるので、塩度が１０％である時のように直ちに電気分解を中断しない。また、下げた電圧に相応するほど電圧印加時間を追加して電気分解するようにリレー部９を制御することによって、適正量の水素ガスを発生させうる。そして、緑色で発光ダイオード５６を点滅または照明して、現在電気分解状態をユーザに知らせることができる。一実施形態において、塩度が４％以上〜１０％未満であって、電圧を下げて印加したら、電流が塩度が３％未満である場合の抵抗値が測定された時の範囲値で流れる場合には、後述する場合のように、青色発光ダイオード５６を点滅または照明して、現在電気分解状態を知らせることができる。
【００４９】
一態様において、コントロール部１２は、抵抗値測定部１０で塩度が３％未満である時の水の抵抗値が測定された場合、最大電圧で一定時間の間に水を電気分解するように電源供給部１１とリレー部９とを制御することができる。この場合、塩度の比率が低くて電圧を最大に印加しても、電流が許容値以上に流れにくい。図４の３６は、Ｖｍａｘの電圧を一定時間の間に印加するグラフである。図３のアルゴリズムから見るように、Ｖｍａｘで電気分解電極部３に印加して電流が適正範囲に流れれば、一定時間の間に電気分解し、青色発光ダイオード５６を点滅または照明して、ユーザに電気分解の状態を知らせることができる。
【００５０】
一態様において、抵抗値測定部１０は、水の量による前記抵抗値の変化量を測定することができる。一実施形態において、抵抗値測定部１０は、水の量によって電気分解電極と水とが接触する面積が変化して、抵抗値が微細に小さくなるか、大きくなることを測定することができる。抵抗値測定部１０は、水の量の変化によって測定される抵抗値が微細に変化すれば、変化する度にその変化量についての情報をコントロール部１２に伝達する。
【００５１】
一態様において、コントロール部１２は、抵抗値測定部１０が水の量の変化による抵抗値の変化を測定した場合、その変化量によって水を電気分解する時間を可変させるようにリレー部を制御することができる。前述したように、容器に入れられた水の量が変化して、電気分解電極部３と水とが接触する面積が変化すれば、その変化による抵抗値を抵抗値測定部１０が測定し、該測定された結果を直ちにコントロール部１２に伝達してコントロール部１２がリレー部９を制御する。一実施形態において、水の量の増加によって接触面積が増加すれば、抵抗値が微細に小さくなるので、電気分解時間を減らすようにリレー部９のスイッチングを制御し、逆に水の量の減少によって接触面積が減少すれば、抵抗値が微細に大きくなるので、電気分解時間を増やすようにリレー部９のスイッチングを制御する。
【００５２】
一態様において、コントロール部１２は、電気分解電極部３両端の抵抗値を測定せずに電源電圧から絶縁された初期電圧を印加して、電極両端に過度な電流が流れる場合、初期電圧よりも低い電圧を印加するように電源供給部１１を制御することができる。図４の３８のように、Ｖ３を電気分解電極部３に印加した後に、３９のように、Ｉｐに至る過度電流が流れる場合、コントロール部１２が電源供給部１１を制御して、電圧をＶ４に下げ、電流が低くなるように制御する。このような制御過程では、図４の４０のように、抵抗値を測定せず、電圧を制御して電流を下げた後に抵抗値を測定する。
【００５３】
一態様において、水素発生装置は、水筒２、ジャイロセンサー６を含みうる。水筒２は、水素発生装置の電極３が接触する水を入れることができる容器である。ジャイロセンサー６は、当該水筒２の傾きを感知するセンサーであって、このセンサーの動作原理は、当分野の通常の技術者に自明であるので、説明を省略する。
【００５４】
一態様において、コントロール部１２は、ジャイロセンサー６で測定した水筒の傾きが一定角度以上である場合、電源供給を中断するように電源供給部１１を制御することができる。水筒２が一定角度以上に傾けば、水が漏れることが発生するので、電源供給をあらかじめ遮断するように制御する。
【００５５】
一態様において、水の接触如何を感知する水位感知電極７をさらに含みうる。水位感知電極７は、水筒２の上端に位置して、水１が水筒２にどれほど満ちているかを見積もる。水位感知電極７は、水筒２のサイズや形状によって適正な位置に置かれる。
【００５６】
一態様において、コントロール部１２は、水位感知電極７が水の接触を感知した場合、電源供給を中断するように電源供給部１１を制御することができる。一実施形態において、水位感知電極７で水の接触を感知すれば、水筒に水が水位感知電極７まで満ちるか、それ以上に存在するものであって、水筒２に余分の空間が多くないということを意味する。このような場合、電気分解を進行し続けて水素ガスが持続的に発生すれば、水筒２内部の圧力が過度に高くなる。したがって、水位感知電極７が水の接触を感知すれば、直ちにコントロール部１２に感知信号を伝達して、コントロール部１２が電源供給部１１を制御する。
【００５７】
一態様において、水素発生装置は、圧力センサー５をさらに含みうる。圧力センサー５は、水の電気分解で発生した水素の圧力を感知することができる。圧力センサー５は、水筒内で水素ガスの圧力を感知し、感知信号をコントロール部１２に伝達して、感知した圧力によって電気分解を制御可能にする。
【００５８】
一態様において、コントロール部１２は、圧力センサー５は感知した圧力が一定圧力以上である場合、電気分解を中断するように電源供給部１１を制御することができる。一実施形態において、電気分解される水がプラスチック瓶やペット瓶のように密閉された小さな空間である場合、水を電気分解した水素ガスの圧力が一定以上高い場合、爆発などの安全問題が発生する。したがって、圧力センサー５が一定以上の圧力を感知すれば、圧力がそれ以上危険水位に到達しないように感知信号をコントロール部１２に伝達し、コントロール部１２は、その感知信号によって電源供給部１１が電源供給を中断するように制御する。
【００５９】
一態様において、水素発生装置は、使用管理部を含みうる。使用管理部は、保存部１３、通信部１８をさらに含みうる。
【００６０】
一態様において、使用管理部は、コントロール部１２の制御内容によるユーザの使用情報を管理することができる。一実施形態において、使用情報は、ユーザが水素分解装置を使用した内容であって、例えば、水を電気分解した時間や電気分解した水の量、抵抗値、電解質の種類、電解質の濃度、水素発生量などに関する事項であり得る。または、電気分解した電圧の大きさ、電流の大きさなどの情報も含まれうる。
【００６１】
一態様において、保存部１３は、使用管理部で管理するユーザの使用情報を保存することができる。この際、保存部１３は、保存された内容の修正を不可能にする。その結果、ユーザが使用情報を安全に管理することができる。
【００６２】
一態様において、通信部１８は、装置使用専門家システム３０に接続して使用情報を伝送するか、使用情報に関するガイドを受信することができる。一実施形態において、通信部１８は、無線通信モジュールであって、スマートフォンやタブレットＰＣのブルートゥースなどの近距離通信モジュールと通信するか、ＮＦＣ、ＩＳＯ１４４３  ＰＸＤのような近接通信モジュールと通信することができる。装置使用専門家システム３０は、水素発生装置を提供する事業者のシステムであるか、装置の使用を専門的に管理する事業者のシステムであり得る。このシステムは、ユーザの水素発生装置の使用情報を通信部１８を通じて伝達されて、それを分析して、その使用情報に対する分析結果に基づいてユーザに正しい使用ガイドを生成することができる。そして、そのガイド情報をユーザに伝達することによって、水素発生装置の正しい使用を誘導することができる。水素発生装置は、当該情報を通信部１８を通じて受信してユーザに知らせることができる。
【００６３】
一態様において、水素発生装置は、防水空間を含む。防水空間は、電気分解電極部３と区分されて、水が接触しないように密閉された防水空間である。防水空間には、第１磁石感応電源絶縁スイッチ２４が含まれうる。第１磁石感応電源絶縁スイッチは、磁石と物理的な接触なしに磁石の磁力によって作動して、水素発生装置のオン／オフ電源を調節することができる。
【００６４】
追加的な態様において、前記防水空間は、第２磁石感応電源絶縁スイッチ２４、急速充電露出部２５をさらに含みうる。第２磁石感応電源絶縁スイッチ２４は、磁石と物理的な接触なしに磁石の磁力によって調節される。急速充電露出部２５は、防水空間外に突出して磁石が触れる場合、磁石感応電源絶縁スイッチを連結して２次電池を充電させることができる。一実施形態において、第１磁石感応電源絶縁スイッチと第２磁石感応電源絶縁スイッチは、２次電池高速充電回路と連結される。磁石が急速充電露出部２５と接触すれば、磁力によって第１磁石感応電源絶縁スイッチと第２磁石感応電源絶縁スイッチとがスイッチングされて密閉された水素発生装置の内部に充電電流が流れる。したがって、２次電池高速充電回路と２次電池にも、充電電流が流れて２次電池が充電される。図５は、第１及び第２磁石感応電源絶縁スイッチ２４ａ、２４ｂ、急速充電露出部２５及び急速充電電極部磁石２７を示す形状である。
【００６５】
図６は、図１の回路を内部に含む水素発生装置の一実施形態を示す形状である。図７は、図６の水素発生装置が水瓶と結合された形状を示す。図８は、図６の水素発生装置を分解した形状である。
【００６６】
一態様において、水素発生装置は、本体４１を含む。本体４１は、前述した防水空間２３を内部に含みうる。具体的な態様において、本体４１は、水筒結合部、回転スイッチ４２、電気分解電極棒３、固定溝をさらに含む。
【００６７】
水筒結合部は、本体４１と水筒２とを結合するように本体下端に雌ネジが形成されている。回転スイッチ４２は、磁石感応電源絶縁スイッチが回転して作動するリング構造である。例えば、回転スイッチ４２には、磁石２２があって、回転スイッチを回転させれば、磁石も回転し、磁石の動きによって磁石感応電源絶縁スイッチが作動する。
【００６８】
具体的な態様において、電気分解電極棒３は、前述した電気分解電極部３、電源供給部１１、突出部をさらに含みうる。一実施形態において、電気分解電極部３は、円筒状の棒であり得る。図８は、このような電気分解電極棒３の具体的な形状を示す図である。
【００６９】
具体的な態様において、電気分解電極棒３は、突出部と固定溝の結合後、本体の下端方向に突出して本体と水筒結合時に水筒内に入る。一実施形態において、電気分解電極棒３の上端に突出部が本体に存在する固定溝に差し込まれて、電気分解電極棒が本体に揺れないように結合される。結合後、電気分解電極棒３が本体４１の下端方向に突出した形状は、図６のようである。
【００７０】
一態様において、本体は、垂直通路、蓋結合部をさらに含みうる。垂直通路は、水が通過する垂直通路である。本体が、図５のように、水筒に結合された時、水筒に入れられた水が本体上端の孔に流れるように、本体内部には、垂直通路が存在する。蓋結合部は、通路を開閉する蓋が結合されるように雄ネジが形成される。
【００７１】
一態様において、本体４１は、ノズルを含みうる。ノズル７０は、水素呼吸器のホースと連結することができるノズルである。または、本体４１を覆う蓋にノズルが含まれうる。図６、図７、図１１で、蓋にあるノズルの形状とノズルと連結された水素呼吸器６９とを示す。ユーザ７２は、ノズル７０に水素呼吸器６９を連結して水素呼吸器を使用することによって、水素ガスを吸い込むことができる。
【００７２】
図１２は、電子タバコ形状の水素発生装置を示す図である。電子タバコ形状の水素発生装置は、電源供給部１１、水素発生部、吸入部６１を含む。
【００７３】
一実施形態において、電源供給部１１は、充電回路１５、２次電池及び絶縁ＤＣ−ＤＣ変換器を含みうる。
【００７４】
一態様において、水素発生部は、電源供給部と一側で結合され、分離することもできる。
【００７５】
一態様において、吸入部６１は、水素発生部が電源供給部１１と結合した一側と逆方向の一側で水素発生部と結合することができる。
【００７６】
具体的な態様において、水素発生部には、水を電気分解する時に発生する酸素と結合してオゾンの発生を防止する多孔質セラミック触媒４が位置するが、水素発生装置の水筒２は、垂直通路を有する円筒状の電気分解電極部３と吸入部６１が結合される一側で当該電気分解電極部３の一部が埋め込まれた液体吸収材６５を含む。電気分解電極は、円筒状であるが、中心部が開けられている同心型である（３）。したがって、水が接触する電極の面積を大きくする。液体吸収材６５は、水漏れを防止するための多孔質スポンジで水を隔離させて水素気泡６６のみ通過させうる。
【００７７】
一態様において、吸入部６１は、吸入口、微細孔６３、調節部６２をさらに含みうる。吸入口は、ユーザが水素を吸い込むことができる孔であり、微細孔６３は、ユーザが当該吸入口に吸入時に水素と混合される外部空気が入ってくる孔である。調節部６２は、回転して微細孔６３を開閉させうる。一実施形態において、調節部６２を回して微細孔を開けば、水素と空気とが混合されて、ユーザが吸入口に口をつけて吸い込む時、空気混合水素を飲むことができる。
［産業上の利用可能性］
本発明は、水素発生装置関連の技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】水素発生装置の内部回路の構成を示すブロック図である。
【図２】水素発生装置が作動する時、経時的に印加される電圧、電流、測定された抵抗値の大きさをグラフで示す形状である。
【図３】水素発生装置の抵抗値測定部で測定した値によって印加する電源の大きさを異ならせるアルゴリズムを示す。
【図４】水筒と本体とからなる水素発生装置の構成を示す形状である。
【図５】水素発生装置が一般生水瓶水筒に結合される本体からなる一実施形態を示す。
【図６】蓋にノズルがある水素発生装置の一実施形態と、当該ノズルに水素呼吸器を装着してヒトが呼吸する形状を示す。
【図７】電気電極棒を示す一実施形態の図である。
【図８】電子タバコ形状の水素発生装置の構成図である。
【図９】水に浸して使える水素発生装置を示す図である。
【図１０】水に浸して使える水素発生装置を示す図である。
【図１１】水に浸して使える水素発生装置を示す図である。
【図１２】水に浸して使える水素発生装置を示す図である。
【図１３】水中に浸して使用する水素発生装置を分解して示す一実施形態である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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