JP2005324117A - アルカリイオン整水器 - Google Patents

Abstract

【課題】 １日あたり１Ｌ以下の飲用で水素による医学的効能が期待できる１ｍｇ／Ｌ以上の高濃度の溶存水素を含み，かつ，ｐＨが７を越え，１０以下であるアルカリイオン水を生成できるアルカリイオン整水器を提供する。
【解決手段】 活性炭粉末をポリエチレン等の高分子材料をバインダとして中空柱状に成形した活性炭ブロック３を収納したろ過ユニット２を，イオン透過性を有する隔膜１２を介して配設された一対の電極１３，１４を備える電解室９の陰極室１０と，その前段，あるいは後段に配設して連結し，通水停止時に電源ユニット１７から給電する直流電圧により装置内の貯留水を電気分解して得られる水素ガスを前記ろ過ユニット２内に貯留させることで，通水時のｐＨが７を越え，１０以下のアルカリイオン水を前記電解室９で生成するとともに，前記水素ガスを活性炭ブロック３が有する数μｍ程度の細孔によって微細気泡５として水中に拡散，溶解させる。
【選択図】 図１Ａ

Description

本発明は，水道水を電気分解して飲用のアルカリイオン水を生成するアルカリイオン整水器に関するものである。

従来のアルカリイオン整水器の構造を図３に示す。従来のアルカリイオン整水器は水道蛇口１より給水した水道水を粒状活性炭３０および中空糸フィルタ３１でろ過し，一方の管路にカルシウム添加槽７を備えた分水管８によって連結され，イオン透過性を有する隔膜１２を介して配設された一対の電極１３，１４により構成される電解室９に供給し，この電解室９で電源ユニット１７から給電される直流電圧によって水の電気分解を行うことで連続的にアルカリイオン水を生成し，送水口１９から放出する構造としている。

前記粒状活性炭３０は水道水中に含まれる遊離塩素や有害な有機塩素化合物，異臭味を吸着除去し，また，前記中空糸フィルタ３１では水道水中を浮遊する濁り成分を取り除く機能を有する。
ろ過後の水道水は，分水管８で配水され，電気分解の安定性の確保とアルカリイオン水へのカルシウムイオンの付加を目的として，カルシウム添加槽７に充填された乳酸カルシウム６を溶解した水道水を電解室９の陽極室１１に，また，電解室９の陰極室１０にはろ過後の水道水を未処理のまま供給する。

前記電解室９では，水の電気分解によって陰極室１０では水酸化物イオン（以下，ＯＨ−と記する。）と水素ガス，陽極室１１では水素イオン（以下，Ｈ＋と記する。）と酸素ガスが生成され，かつ，陽極室１１に供給された水道水中のカルシウムイオンが隔膜１２を介して陰極室１０側に誘引され，陰極室１０から送水口１９を経てカルシウムイオンを豊富に含んだアルカリイオン水が放出され，陽極室１１から送水口２０を経て酸性イオン水が放出される。
以上のようにして生成されたアルカリイオン水は飲用に供され，また，酸性水はアストリンゼントなどの化粧水用として利用される。

アルカリイオン水は慢性下痢，消化不良，胃腸内異常発酵，制酸，胃酸過多等に対する効能を有するとともに，アルカリイオン水に溶存する水素がアトピー，骨粗鬆症，ガン予防等に効果をもつことが新たに解明されている。
なお，アルカリイオン水には0.2mg/L程度の低濃度の溶存水素が含まれており，前記した水素による医学的効能を求める場合には１日に５Ｌ以上の摂取が必要とされている。

従来のアルカリイオン整水器の多くは上記従来装置の基本技術を踏襲しており，アルカリイオン水，または，酸性イオン水の提供を目的とし，溶存水素の高濃度化に特化したものは見当たらない。例えば，特許文献１には，電解隔膜を介して配設された一対の電極室に給水する流路を切替弁を用いて配水し，生成するイオン水の種類に応じて最適な電解質を選択できる構造とすることでアルカリイオン水，酸性イオン水，強酸性水を安定供給できる技術が記載されている。
特開平９−２３４４６８

個人差を加味すべきではあるが，日常生活において人が一日の飲用する水の量は１Ｌ以下である。従って，従来装置を利用して上述の水素による医学的効能を期待することは実質上，困難であることが予測される。

なお，従来装置によっても電解電流を大幅に増加することで溶存水素濃度を高めることは可能であるが，溶存水素濃度の上昇とともに生成水のｐＨも増加する。
従来装置によって生成されるアルカリイオン水のｐＨは，通常，飲用に適する１０以下に維持されているが，前述の電解電流による対策を講じた場合には生成水のｐＨが１０を超過する可能性が生じる。
さらに，電解電流による対策を実現するにあたっても，電源装置の電気容量を大幅に増加させる必要が生じ，コスト増加や大型化の課題が発生する。

上記の課題を解決するために，本発明のアルカリイオン整水器は，通水停止時に電気分解を行い，蓄積した水素ガスを通水時に溶解して高濃度の水素を含むアルカリイオン水を生成する装置であって，活性炭粉末をポリエチレン等の高分子材料をバインダとして中空柱状に成形した活性炭ブロックを収納するろ過ユニットと，一方の管路にカルシウム添加槽７を備えた分水管８によって連結され，イオン透過性を有する隔膜を介して配設された一対の電極を備える電解室から構成され，電解室の陰極室から放出されるアルカリイオン水の通水状態を検出するフロースイッチの信号により電解電流の設定が自動的に切り替えられる電源ユニットを備えたことを特徴とする。

前記活性炭ブロックは，数μｍ程度の極めて小さな細孔をもち，また，ブロックを構成する活性炭粒子の１つ１つがｎｍ〜μｍオーダーの細孔を有する。この細孔内に水の電気分解で発生する水素ガスを蓄えさせることで，通水時に極めて微細な水素ガス気泡が水中に拡散し，高濃度の水素水を生成することができる。

前記電解室の陽極室では酸素ガスが発生する。この酸素ガスが隔膜を介して陰極室側に流入した場合，前記，活性炭ブロックには水素と酸素の混合ガスが蓄積され，水素ガス濃度が低下するため，通水時に水素ガスの溶解効率の低下を招く。よって，本発明では陽極室上部に酸素ガスを排出するためのガス抜き弁を備えることが望ましい。

また，通水停止時に装置内の貯留水が流出した場合，水素ガスの蓄積ができなくなるため，電解室の後段には圧力調整弁を設ける。

なお，ろ過ユニットを電解室の後段に配設する構成とする場合には，前記分水管を電解室の前段に設け，圧力調整弁およびフロースイッチを送水口近傍に備えることで高濃度の水素を含むアルカリイオン水を生成することが可能となる。以下，本構成による課題を解決するための手段を記する。

電解ガスを放出するためのガス抜き弁を上部に備え，一方の管路にカルシウム添加槽を備えた分水管を介して導水される電解室を前段に，電解室の陰極室から連通管を介して配設されるろ過ユニットを後段に配設して構成され，ろ過ユニットから放出されるアルカリイオン水の通水状態を検出するフロースイッチの信号により電解電流の設定が自動的に切り替えられる電源ユニットを備えたことを特徴とする。

本発明に係るアルカリイオン整水器によれば，１ｍｇ／Ｌ以上の高濃度の溶存水素を含むアルカリイオン水を生成できるため，従来装置の慢性下痢，消化不良，胃腸内異常発酵，制酸，胃酸過多等に対する効能を有するとともに，１日あたり１Ｌ以下の飲用でアトピー，骨粗鬆症，ガン予防等の溶存水素による医学的効能を期待できる。

さらに，通水停止時の長い時間を利用して水素ガスを発生させるため，電源容量を増加させる必要はなく，コストアップや装置の大型化を伴うこともない。

通水停止時に電気分解を行い，蓄積した水素ガスを通水時に溶解して高濃度の水素を含むアルカリイオン水を生成するアルカリイオン整水器であって，活性炭粉末をポリエチレン等の高分子材料をバインダとして中空柱状に成形し，数μｍ程度の極めて微細な細孔を有する活性炭ブロックを収納するろ過ユニットと，一方の管路にカルシウム添加槽を備えた分水管によって連結され，イオン透過性を有する隔膜を介して配設された一対の電極を備える電解室から構成され，電解室の陰極室から放出されるアルカリイオン水の通水状態を検出するフロースイッチの信号により電解電流の設定が自動的に切り替えられる電源ユニットを備える。
また，電解室の後段に圧力調整弁を設けることで通水停止時に装置内の貯留水の流出を防止する。

図１Ａおよび図１Ｂに示す実施例１のアルカリイオン整水器は，活性炭ブロック３を収納したろ過ユニット２を上部に，一方の管路にカルシウム添加槽７を備えた分水管８によって連結され，イオン透過性を有する隔膜１２を介して配設され，例えばチタン等の金属表面に白金めっきを施した一対の電極１３，１４を備える電解室９を前記ろ過ユニット２の下部に備える。

図１Ａは実施例１の通水時の状態を示す図である。
水道管の蛇口１が開放されると，水道水はろ過ユニット２内の活性炭ブロック３の外表面から浸透し，中心部の貫通穴４に浸み出す。この時，水道水に含まれる浮遊物質や塩素，有機物などの溶解性物質が取り除かれるとともに，後述するろ過ユニット２内に貯留された水素ガスを活性炭ブロック３による細孔によって微細気泡５とし，高濃度の水素水を生成する。従って，この活性炭ブロック３は，従来装置の粒状活性炭および中空糸フィルタが発揮する浄水性能に加え，水素ガスを溶解する機能を担う。

ろ過後の水道水は分水管８に導水され，陽極室１１への分水路に備えられたカルシウム添加槽７で電気分解の安定性確保とアルカリイオン水へのカルシウムイオンの付加を目的として乳酸カルシウム６を溶解させる。
電解室９の陽極室１１には前記，カルシウム添加後の水道水が供給され，陰極室１０にはろ過後の水道水が未処理のまま，供給される。

電解室９では水の電気分解が行われ，陰極室１０では，ＯＨ−イオンと水素ガス気泡が発生し，かつ，陽極室１１に供給された水道水中のカルシウムイオンが隔膜１２を介して陰極室１０側に誘引され，ｐＨが７を越え，１０以下であるカルシウムイオンを豊富に含んだアルカリイオン水が生成され，圧力調整弁１５ａおよびフロースイッチ１６を介して送水口１９から放出される。また，陽極室１１ではＨ＋イオンと酸素ガスが発生し，ｐＨが３以上７未満の酸性イオン水が生成され，圧力調整弁１５ｂを介して送水口２０から放出される。

なお，電源ユニット１７は通水状態を検出したフロースイッチ１６の信号１８が入力され，所定のｐＨを維持するに必要な電解電流，例えば３Ａを維持する直流電圧を出力する。

図１Ｂは実施例１の通水停止時の状態を示す図である。
蛇口１が閉じられた場合，電源ユニット１７は通水停止状態を検出したフロースイッチ１６の信号１８が入力され，水素ガスを生成するに必要な所定の電解電流，例えば０．５Ａを維持する直流電圧が出力される。
電解室９内の陰極室１０で発生した水素ガスは上部のろ過ユニットに備えられたカルシウム添加槽７を介して活性炭ブロック３の貫通穴４の上方に貯留するとともに，貫通穴４の内表面から浸透して外周表面に浸み出し，結果的にろ過ユニット２の上部全体に水素ガスの気溜まり２４が形成される。なお，電極１３近傍で発生する水素気泡２５は浮力によって上昇し，貯留水が上部のろ過ユニット２から電解室９内に流れ込むため，陰極室１０内は常に水で満たされることになる。
同じく陽極室１１で発生した酸素ガスは酸素気泡２１として陽極室１１上部に溜まってガス抜き弁２２から排出され，ろ過ユニット２の貯留水が陰極室１０および隔膜１２を介して陽極室１１に流れ込む。

陰極室１０における水の電気分解では水１ｍＬに対し，約１２００ｍＬの水素ガスが発生する。したがって，電気分解が進むに連れてろ過ユニット２内は水素ガスで加圧され，電解室９の後段に備えられた圧力調整弁１５ａの設定圧力を超過すると余剰の貯留水がドレン管２３を経て，酸性イオン水の送水管２０より排出される。
以上の過程を経て，ろ過ユニット２内の貯留水が水素ガスに置換される。

なお，電気分解を継続し，貯留水の水位が図１記載のＡ点を下回った場合，陰極室１０で発生した水素ガスは装置内に蓄えられず，隔膜１２を介して陽極室 １１に流入し，前記ガス抜き弁２２から酸性イオン水の送水管２０を経て，外部に排出される。
さらに，陽極室１１で発生した酸素ガスが隔膜１２を介して陰極室１０側に流入し，貯留した水素ガス濃度を低下させる現象を生じる可能性がある。水素ガスの排出は電解エネルギーの浪費を招き，水素ガス濃度の低下は生成するアルカリイオン水の溶存水素濃度を低下させる不具合を招く。このため，貯留水の水位がＡ点を下回ることのない様，任意の時間で停止するタイマー運転や液面センサーによる水位検出等を利用した電気分解の自動停止機能を備えることが望ましい。

また，前記タイマーや液面センサーにより自動停止した場合，電解室９の陰極室１０にはｐＨ１０以上の強アルカリイオン水，陽極室１１にはｐＨ３以下の強酸性水が残留する可能性が有るため，装置内に残留する少量の電解水が排出される数秒間は飲用や化粧水に使用せず，捨て水とするか，或いは，アルカリイオン水の送水管１９，または，酸性水の送水管２０の一部にｐＨメーターを設置し，アルカリイオン水ならばｐＨ１０以下，酸性水ならばｐＨ３以上であることを確認した後に使用できる機能を備えることが望ましい。

以上のようにして，ろ過ユニット２内に蓄えられた水素ガスは，通水時に活性炭ブロック３による細孔によって微細気泡５とし，水道水中に拡散させて１ｍｇ／Ｌ以上の高濃度の水素水を生成する。高濃度水素水は，前記詳述した通水時の動作状態を経て，アルカリイオン水として送水管１９から放出される。

水の電気分解による水素ガスの発生量は供給電力，言い換えれば，電解電流と電解時間に比例して増加するが，前記ろ過ユニット２内を満たすに必要な水素ガス量は１Ｌ以下であるため，０．５Ａ程度の小電流によっても５時間足らずでろ過ユニット２内を満たすに必要な水素ガスを発生できる。なお，水素ガスの発生時間は，装置の使用頻度や規模に応じて電解電流値を設定すれば良い。

次に，電解室をろ過ユニットの前段に配設することで高濃度の溶存水素を含むアルカリイオン水を生成できる最良の形態を実施例２を用いて説明する。

図２Ａおよび図２Ｂに示す実施例２のアルカリイオン整水器は，水道水の流入部位に分水管８を配設し，乳酸カルシウム６が充填されたカルシウム添加槽７を備えた分水路を陽極室１１と，未処理のまま水道水を供給する分水路を陰極室１０と連通させる。また，イオン透過性を有する隔膜１２を介して配設された一対の電極１３，１４を備える陰極室１０および陽極室１１から成る電解室９を下部に，電解室９の陰極室１０と連通され，活性炭粉末をポリエチレン等の高分子材料をバインダとして中空柱状に成形し，数μｍ程度の細孔を有する活性炭ブロック３を収納したろ過ユニット２を上部に配設する。
さらに，通水停止時に貯留水の流出を防止するための圧力調整弁１５ａ，１５ｂと，電源ユニット１７における電解電流の設定切り替えを目的としてアルカリイオン水の通水状態を検出するフロースイッチ１６とをろ過ユニット２の後段に備えた構成とする。

図２Ａは実施例１の通水時の状態を示す図である。
水道管の蛇口１が開放されると，分水管８に導水された水道水はカルシウム添加槽７を備えた一方の分水路で乳酸カルシウム６を溶解して陽極室１１に供給され，もう一方の分水路では水道水が未処理のまま，陰極室１０に供給される。

水の電気分解により陰極室１０ではＯＨ−イオンと水素ガス気泡が発生し，かつ，陽極室１１に供給された水道水中のカルシウムイオンが隔膜１２を介して陰極室１０側に誘引され，ｐＨが７を越え，１０以下であるアルカリイオン水が生成される。また，陽極室１１ではＨ＋イオンと酸素ガスが発生し，ｐＨが３以上７未満の酸性イオン水が生成される。
さらに，陰極室１０で生成されたアルカリイオン水はろ過ユニット２内の活性炭ブロック３の外表面から浸透し，中心部の貫通穴４に浸み出す。この時，水道水に含まれる浮遊物質や塩素，有機物などの溶解性物質が取り除かれるとともに，後述するろ過ユニット２内に貯留された水素ガスを活性炭ブロック３の細孔によって微細気泡５として溶解し，圧力調整弁１５ａおよびフロースイッチ１６を介して送水管１９から放出される。
なお，電源ユニット１７は通水状態を検出したフロースイッチ１６の信号１８が入力され，所定のｐＨを維持するに必要な電解電流，例えば３Ａを維持する直流電圧が出力される。

図２Ｂは実施例２の通水停止時の状態を示す図である。
実施例１と同様，通水停止時の電解電流は電源ユニット１７に通水停止状態を検出したフロースイッチ１６の信号１８が入力され，水素ガスを生成するに必要な所定の電解電流，例えば０．５Ａを維持する直流電圧が出力される。
電解室９内の陰極室１０で発生した水素ガスは上部のろ過ユニット２に備えられた活性炭ブロック３の外周の上方に貯留するとともに，外表面から浸透して貫通穴４表面に浸み出し，結果的にろ過ユニット２の上部全体に水素ガスの気溜まり２４が形成される。なお，電極１３近傍で発生する水素気泡２５は浮力によって上昇し，貯留水が上部のろ過ユニット２から電解室９内に流れ込むため，陰極室１０内は常に水で満たされることになる。
同じく陽極室１１で発生した酸素ガスは酸素気泡２１として陽極室１１上部に溜まってガス抜き弁２２から排出され，ろ過ユニット２の貯留水が陰極室１０および隔膜１２を介して陽極室１１に流れ込む。

また，電気分解が進むに連れてろ過ユニット２内は水素ガスで加圧され，ろ過ユニット２の後段に備えられた圧力調整弁１５ａの設定圧力を超過すると余剰の貯留水がドレン管２３を経て酸性イオン水の送水管２０より排出される。
以上の過程を経て，ろ過ユニット２内の貯留水が水素ガスに置換される。

実施例１で詳述したように，電気分解を継続し，貯留水の水位が図１記載のＡ点を下回った場合，電解エネルギーの浪費や溶存水素濃度の低下を招くため，貯留水の水位がＡ点を下回ることのない様，タイマー運転や水位検出等を利用した電気分解の自動停止機能を備えることが望ましい。

また，自動停止後，陰極室１０に強アルカリイオン水，陽極室１１に強酸性水が残留する可能性が有るため，装置内に残留する少量の電解水が排出される数秒間捨て水とするか，或いは，アルカリイオン水の送水管１９，または，酸性水の送水管２０の一部にｐＨメーターを設置し，アルカリイオン水および酸性水が適正なｐＨであることを確認した後に使用できる機能を備えることが望ましい。

以上のようにして，ろ過ユニット２内に蓄えられた水素ガスは，通水時に活性炭ブロック３による細孔によって微細気泡５とし，電解室９で生成されたアルカリイオン水中に拡散させて１ｍｇ／Ｌ以上に溶存水素濃度を高め，前記詳述した通水時の動作状態を経て，アルカリイオン水として送水管１９から放出される。

なお，０．５Ａ程度の小電流によっても５時間足らずでろ過ユニット２内を満たすに必要な水素ガスを発生でき，水素ガスの発生時間は，装置の使用頻度や規模に応じて電解電流値を設定すれば良い。

実施例２におけるアルカリイオン整水器は構造上，実施例１と異なるものの，構成要素および個別の構成要素が備える機能は前述の実施例１と同様である。

本発明に係る実施例１の通水時におけるアルカリイオン整水器の概略図である。 本発明に係る実施例１の通水停止時におけるアルカリイオン整水器の概略図である。 本発明に係る実施例２の通水時におけるアルカリイオン整水器を示す概略図である。 本発明に係る実施例２の通水停止時におけるアルカリイオン整水器を示す概略図である。 従来のアルカリイオン整水器を示す概略図である。

符号の説明

１ 蛇口
２ ろ過ユニット
３ 活性炭ブロック
４ 貫通穴
５ 微細気泡
６ 乳酸カルシウム
７ カルシウム添加槽
８ 分水管
９ 電解室
１０ 陰極室
１１ 陽極室
１２ 隔膜
１３，１４ 電極
１５ａ，１５ｂ 圧力調整弁
１６ フロースイッチ
１７ 電源ユニット
１８ 信号
１９，２０ 送水管
２１ 酸素気泡
２２ ガス抜き弁
２３ ドレン管
２４ 水素ガスの気溜まり
２５ 水素気泡

Claims (2)

1. 通水停止時に電気分解を行い，蓄積した水素ガスを通水時に溶解して高濃度の水素を含むアルカリイオン水を生成する装置であって，
   活性炭粉末をポリエチレン等の高分子材料をバインダとして中空柱状に成形した活性炭ブロックを収納するろ過ユニットと，
   前記ろ過ユニットと連結し，一方の管路にカルシウム添加槽を備えた分水管によって導水され，イオン透過性を有する隔膜を介して配設された一対の電極を備える電解室から構成され，
   電解室の陰極室から放出されるアルカリイオン水の通水状態を検出するフロースイッチの信号により電解電流の設定が自動的に切り替えられる電源ユニットを備えたことを特徴とするアルカリイオン整水器。
2. 通水停止時に電気分解を行い，蓄積した水素ガスを通水時に溶解して高濃度の水素を含むアルカリイオン水を生成する装置であって，
   水道水の流入部位に備えられ，一方の管路にカルシウム添加槽を備えた分水管によって導水され，イオン透過性を有する隔膜を介して配設された一対の電極を備える電解室と，電解室の陰極室と連通され，活性炭粉末をポリエチレン等の高分子材料をバインダとして中空柱状に成形した活性炭ブロックを収納したろ過ユニットから構成され，ろ過ユニットから放出されるアルカリイオン水の通水状態を検出するフロースイッチの信号により電解電流の設定が自動的に切り替えられる電源ユニットを備えたことを特徴とする，請求項１と電解室および分水管の取付位置を異とするアルカリイオン整水器。

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