CN112218706A - 氢气溶解装置 - Google Patents

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Abstract

氢气溶解装置(1)具备：氢供给部(2)，其能够供给氢气；氢溶解组件(6)，其用于使从氢供给部(2)供给的氢气与水接触而使其溶解。氢溶解组件(6)具有：供给口(62)，其供给氢气；氢气室(63)，其与供给口(62)连通，且填充有从供给口(62)供给的氢气；排气口(64)，其与氢气室(63)连通，并用于排出氢气室(63)内的空气。排气口(64)配置在氢气室(63)的下部。

Description

氢气溶解装置
技术领域
本发明涉及用于使氢气溶解于水中的氢气溶解装置。
背景技术
近年，提出使氢气溶解于自来水而生成富氢水的氢气溶解装置。例如，专利文献1公开了介由气体分离中空纤维膜供给氢气和自来水，生成富氢水的装置。上述专利文献1中记载：根据水温调节氢气的压力，并且使氢气的压力与自来水的压力相同，从而能够供给特定浓度以上的富氢水。
但是，在上述氢气溶解装置中，在从氢气供给单元供给氢气之前的氢气溶解单元内(气体分离中空纤维膜的外侧)充满空气。该空气在开始氢气的供给后也停留在氢气溶解单元内，妨碍氢分子与气体分离中空纤维膜的接触。因此，难以迅速且充分提高富氢水的溶解氢浓度，期望进一步的改良。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-77987号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明是鉴于以上的实际情况而提出的发明，其主要目的在于提供能够迅速且充分提高富氢水的溶解氢浓度的氢气溶解装置。
用于解决课题的手段
本发明是一种氢气溶解装置，其具备：氢供给部，其能够供给氢气；氢溶解组件，其用于使从上述氢供给部供给的上述氢气与水接触而使其溶解，上述氢溶解组件具有：供给口，其供给上述氢气；氢气室，其填充有由上述供给口供给的氢；排气口，其与上述氢气室连通，且用于排出该氢气室内的空气，上述排气口配置在上述氢气室的下部。
上述氢气溶解装置中，优选在上述排气口的下方设置有开闭阀。
上述氢气溶解装置中，优选还具备控制部，上述控制部根据上述氢气的供给量控制上述开闭阀。
上述氢气溶解装置中，优选上述氢供给部，在上述开闭阀关闭后，进一步持续供给上述氢气，由此对上述氢气室内进行加压。
上述氢气溶解装置中，优选上述供给口配置在比上述排气口更靠近上方的位置。
上述氢气溶解装置中，优选上述氢溶解组件具有用于使上述水通过的多个管体，上述管体由使上述氢气透过的多孔膜构成。
上述氢气溶解装置中，优选上述管体被排列为向着与从上述供给口向上述氢气室供给的上述氢气的行进方向交叉的方向。
上述氢气溶解装置中，优选上述多孔膜是中空纤维膜。
发明效果
如上所述，在供给氢气之前的氢气室中充满空气。伴随氢气的供给，在氢气室内，密度小于空气的氢气在上方分布，空气被氢气压下而向下方移动。本发明中，由于在氢气室的下部设置有排气口，因此被氢气压下的空气从排气口顺畅排出。由此，氢气室内的空气被迅速排出，能够使溶解氢浓度迅速且充分上升。
附图说明
图1是表示本发明的氢气溶解装置的一个实施方式的示意结构的图。
图2是表示该氢气溶解装置的电气结构的框图。
图3是表示该氢气溶解装置的动作的流程图。
图4是表示该氢气溶解装置的氢溶解组件的变形例的图。
图5是表示该氢气溶解装置的氢溶解组件的另一变形例的图。
图6是表示该氢气溶解装置的氢溶解组件的又一变形例的图。
图7是表示该氢气溶解装置的氢溶解组件的又一变形例的图。
图8是表示该氢气溶解装置的氢溶解组件的又一变形例的图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的一个实施方式进行说明。
图1表示本实施方式的氢气溶解装置1的示意结构。应予说明，在该图中，施加影线的区域是充满水的区域(以下，在图4至图6中也相同)。氢气溶解装置1具备氢供给部2和氢溶解组件6。
氢供给部2构成为能够向氢溶解组件6供给氢气。本实施方式的氢供给部2包括电解槽4。
电解槽4通过电解产生氢气。氢溶解组件6使从电解槽4供给的氢气与水接触而使其溶解。由此，能够以简单的结构生成作为血液透析、饮用水使用的溶解氢的水。
在电解槽4的内部形成有电解室40。在电解室40中配置有阳极供电体41、阴极供电体42和隔膜43。电解室40被隔膜43划分为阳极供电体41侧的阳极室40a和阴极供电体42侧的阴极室40b。
隔膜43例如可适当使用包含具有磺酸基的氟系树脂的固体高分子材料等。为了在电解槽4内有效进行电解，优选通过隔膜43将电解室40划分为阳极室40a和阴极室40b。
将用于电解的水供给至阳极室40a和阴极室40b。如果对阳极供电体41和阴极供电体42施加用于电解的直流电压，则在阳极室40a和阴极室40b中将水电解，在阳极室40a产生氧气，在阴极室40b产生氢气。
图2表示氢气溶解装置1的电气结构。氢气溶解装置1具备负责阳极供电体41、阴极供电体42等各部件的控制的控制部10。
控制部10例如具有执行各种运算处理、信息处理等的CPU(Central ProcessingUnit：中央处理单元)以及存储负责CPU的动作的程序和各种信息的存储器等。在阳极供电体41和控制部10之间的电流供给线上设置有电流检测单元44。电流检测单元44也可以设置在阴极供电体42和控制部10之间的电流供给线上。电流检测单元44检测向阳极供电体41、阴极供电体42供给的电解电流，并将与该值相当的电信号向控制部10输出。
控制部10例如基于从电流检测单元44输出的电信号对施加于阳极供电体41和阴极供电体42的直流电压进行反馈控制。例如，在电解电流过大的情况下，控制部10使上述电压减少，在电解电流过小的情况下，控制部10使上述电压增加。由此，适当控制向阳极供电体41和阴极供电体42供给的电解电流。另外，控制部10通过对电解电流进行时间积分来计算氢气的产生量。
如图1所示，在本实施方式中，还具备供水管3，其用于向阳极室40a和阴极室40b供给用于电解的水。供水管3在分支部3a分支为供水管31和供水管32。供水管31与阳极室40a连接，供水管32与阴极室40b连接。也可以在比分支部3a更靠近上游侧的供水管3上适当设置开闭阀。
氢气溶解装置1还具备向氢溶解组件6供给水的供水单元。供水单元包括供水管5。在本实施方式中，供水管3从供水管5分支。因此，从该系统的水源向供水管3和供水管5供给水。由此，将氢气溶解装置1的结构简化。供水管3的水源和供水管5的水源也可以是不同的系统。
应予说明，氢供给部2不局限于上述电解槽4，只要是至少能够供给氢气的结构即可。例如，也可以是预先填充有氢气的氢气瓶(Hydrogen Bombe)等。
氢溶解组件6使从氢供给部2供给的氢气与从供水管5供给的水接触而使其溶解。在将由氢气溶解装置1生成的溶解氢的水用于血液透析的情况下，对供水管5供给由反渗透膜处理装置(未图示)处理后的反渗透水。然后，在氢溶解组件6中，通过在反渗透水中溶解氢气，从而生成透析液制备用水，并供给至透析液供给装置。
氢溶解组件6具有用于使从供水管5供给的水通过的管体61。在本实施方式中，多个管体61设置在氢溶解组件6的内部。管体61沿水平方向延伸。即，氢溶解组件6具有横置型的结构。
管体61由使氢气透过的多孔膜构成。在本实施方式中，在构成管体61的多孔膜中应用中空纤维膜。中空纤维膜具有无数个透过氢气的微小孔。由此，从氢供给部2供给的氢气透过管体61而与管体61的内部的水接触并溶解，由此生成溶解有氢的富氢水。
氢溶解组件6具有供给氢气的供给口62、填充有从供给口62供给的氢气的氢气室63、用于排出氢气室63内的空气的排气口64。氢供给部2和供给口62介由氢供给管8连接。供给口62和排气口64与氢气室63连通。在本氢溶解组件6中，供给口62和排气口64配置在同等的高度。
在从供给口62供给氢气之前的氢气室63中充满空气。在本实施方式中，由于在氢溶解组件6中设置有排气口64，因此氢气室63内的空气从排气口64排出，能够在氢气室63内仅充满氢气。因此，能够迅速且充分提高由氢溶解组件6生成的富氢水的溶解氢浓度。
在本氢气溶解装置1的氢溶解组件6中，排气口64设置在氢气室63的下部。设置在氢气室63的下部是指至少位于比氢气室63的高度方向的中心更靠近下方的位置。排气口64优选配置在比管体61更靠近下方的位置。在本实施方式中，将排气口64设置在氢气室63的最下部。
然而，在相同的压力下，氢气的密度(分子量)小于空气的密度。因此，伴随氢气的供给，在氢气室63内，密度小于空气的氢气在上方分布，空气被氢气压下而向下方移动。在本发明中，将排气口6 4设置在氢气室63的下部，因此被氢气压下的空气从排气口64顺畅排出。由此，氢气室63内的空气被迅速地排出，能够使溶解氢浓度迅速上升。
管体61被排列为向着与从供给口62向氢气室63供给的氢气的行进方向D交叉的方向。在该氢溶解组件6中，管体61被排列为向着与从供给口62向氢气室63供给的氢气的行进方向D垂直的方向。通过如上述那样设定供给口62与管体61的位置关系，在从供给口62流入至氢气室63的氢气与管体61碰撞时，氢分子容易从上述微小孔进入管体61的内部，促进氢气的透过。
在排气口64的下方设置有开闭阀65。氢气室63内的空气从排气口64通过开闭阀65排出至氢溶解组件6的外部。在从氢气室63排出空气之后，关闭开闭阀65，从而抑制氢气从排气口64流出。由此，氢气室63内的氢气的压力上升，富氢水的溶解氢浓度提高。
开闭阀65例如应用将电磁力作为原动力进行开关动作的电磁阀。开闭阀65由控制部10控制。
控制部10根据氢气向氢气室63的供给量来控制开闭阀65。控制部10例如基于利用氢供给部2的氢气的供给时间来取得氢气的供给量。在由电解槽4构成氢供给部2的情况下，基于向阳极供电体41和阴极供电体42供给的电解电流的时间积分值来计算氢气的供给量。另外，控制部10也可以通过控制设置于氢供给管8的质量流量控制器(未图示)来取得氢气向氢气室63的供给量，并根据取得的供给量控制开闭阀65。
图3表示氢气溶解装置1的运转开始时的动作。在氢气溶解装置1的运转开始前的初始状态下，打开开闭阀65。
如果氢供给部2开始供给氢气(S1)，则在氢溶解组件6中开始生成富氢水。另外，开始从氢气室63排出空气。然后，控制部10取得氢气的供给量(S2)。当空气从氢气室63完全排出时(在S3中为“Y”)，控制部10关闭开闭阀65(S4)。由此，抑制氢气从氢气室63流出。此外，在S3中，控制部10基于氢气的供给量来计算氢气室63内的空气的剩余量。例如，在氢气的供给量超过氢气室63的内容积的情况下，控制部10认定为空气从氢气室63完全排出，从而转移到S4。
其后，氢供给部2进一步继续进行氢气的供给(S5)。由此，氢气室63内被加压，促进氢气向管体61内部透过，提高富氢水的溶解氢浓度。
图4表示图1的氢溶解组件6的变形例即氢溶解组件6A的示意结构。对于氢溶解组件6A中未在以下说明的部分，可采用上述的氢溶解组件6的结构。
在供给口62配置在比排气口64更靠近上方这一点上，氢溶解组件6A与供给口62和排气口64配置在相同高度的氢溶解组件6不同。更具体而言，供给口62配置在氢气室63的上部，排气口64配置在氢气室63的下部。通过将供给口62配置在比排气口64更靠近上方的位置，从而从供给口62供给的氢气容易停留在氢气室63内的上部，密度大于氢气的空气容易从排气口64排出。因此，空气容易从排气口64迅速排出。另外，可抑制氢气从排气口64流出。
图5表示图1的氢溶解组件6的变形例即氢溶解组件6B的示意结构。对于氢溶解组件6B中未在以下说明的部分，可采用上述的氢溶解组件6等的结构。
在管体61在垂直方向延伸这一点上，氢溶解组件6B与管体61在水平方向延伸的氢溶解组件6不同。氢溶解组件6B以竖直方式安装于氢气溶解装置1内。即，氢溶解组件6B具有纵置型的结构。
在氢溶解组件6B中，从管体61的下方供给水，从上方取出生成的富氢水。
在氢溶解组件6B中，供给口62和排气口64配置在相同高度。然后，由于排气口64设置在氢气室63的下部，因此密度大于氢气的空气从排气口64顺畅排出。由此，氢气室63内的空气被迅速排出，能够使溶解氢浓度迅速上升。
图6表示图5的氢溶解组件6B的变形例即氢溶解组件6C的示意结构。对于氢溶解组件6C中未在以下说明的部分，可采用上述的氢溶解组件6B等的结构。
在供给口62配置在比排气口64更靠近上方这一点上，氢溶解组件6C与供给口62和排气口64配置在相同高度的氢溶解组件6B不同。更具体而言，供给口62配置在氢气室63的上部，排气口64配置在氢气室63的下部。通过将供给口62配置在比排气口64更靠近上方的位置，从供给口62供给的氢气容易停留在氢气室63内的上部，密度大于氢气的空气容易从排气口64排出。因此，空气容易从排气口64迅速排出。另外，可抑制氢气从排气口64流出。
另外，也可以应用将上述氢溶解组件6、6A、6B、6C的特征组合而成的氢溶解组件。
例如，图7表示在图4的横置型的氢溶解组件6A中应用图6所示的方式的供给口62和排气口64而得到的氢溶解组件6D。另外，图8表示在图6的纵置型的氢溶解组件6C中应用图4所示的方式的供给口62和排气口64的氢溶解组件6E。即使在氢溶解组件6D和氢溶解组件6E中，由于排气口64配置在氢气室63的下部，因此，氢气室63内的空气被迅速排出。另外，通过将供给口62配置在比排气口64更靠近上方的位置，从而更进一步促进空气的排出。
以上，对本发明的氢气溶解装置1进行了详细说明，但本发明并不限定于上述的具体实施方式，可变更为各种方式来实施。即，氢气溶解装置1至少具备：氢供给部2，其能够供给氢气；氢溶解组件6，其用于使从氢供给部2供给的氢气与水接触而使其溶解，氢溶解组件6具有：供给口62，其供给氢气；氢气室63，其与供给口62连通且填充有从供给口62供给的氢气；排气口64，其与氢气室63连通且用于排出氢气室63内的空气，排气口64配置在氢气室63的下部即可。
符号说明
1：氢气溶解装置
2：氢供给部
6：氢溶解组件
6A：氢溶解组件
6B：氢溶解组件
6C：氢溶解组件
6D：氢溶解组件
6E：氢溶解组件
10：控制部
61：管体
62：供给口
63：氢气室
64：排气口
65：开闭阀。

Claims (8)

1.一种氢气溶解装置，其特征在于，具备：
氢供给部，其能够供给氢气；和
氢溶解组件，其用于使从所述氢供给部供给的所述氢气与水接触而使其溶解，
所述氢溶解组件具有：
供给口，其供给所述氢气；
氢气室，其与所述供给口连通，且填充有由该供给口供给的所述氢气；以及
排气口，其与所述氢气室连通，且用于排出该氢气室内的空气，
所述排气口配置在所述氢气室的下部。
2.根据权利要求1所述的氢气溶解装置，其中，
在所述排气口的下方设置有开闭阀。
3.根据权利要求2所述的氢气溶解装置，其中，
所述氢气溶解装置还具备控制部，所述控制部根据所述氢气的供给量来控制所述开闭阀。
4.根据权利要求2或3所述的氢气溶解装置，其中，
在所述开闭阀关闭后，所述氢供给部进一步持续供给所述氢气，由此对所述氢气室内进行加压。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的氢气溶解装置，其中，
所述供给口配置在比所述排气口更靠近上方的位置。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的氢气溶解装置，其中，
所述氢溶解组件具有用于使所述水通过的多个管体，
所述管体由使所述氢气透过的多孔膜构成。
7.根据权利要求6所述的氢气溶解装置，其中，
所述管体被排列为向着与从所述供给口向所述氢气室供给的所述氢气的行进方向交叉的方向。
8.根据权利要求6或7所述的氢气溶解装置，其中，
所述多孔膜是中空纤维膜。
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