JP2006122750A - 水素水製造装置及び水素水製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 空気又は酸素と混合させることなく安全に水素ガスを気液混合タンクに供給することができるようにする。
【解決手段】 気液混合タンク１２内に浴槽１３内の浴水を供給し、気液混合タンク１２内の空気を追い出して気液混合タンク１２内を浴水で充満させる。ついで、電解槽２６で水を電気分解して酸素ガスと水素ガスを発生させる。気液混合タンク１２内に空気等が侵入しないようにしたうえで、電解槽２６で発生した水素ガスを気液混合タンク１２内に導き、水を排水管２４から排出することによって気液混合タンク１２内の水を水素ガスに置換していき、気液混合タンク１２内に水素ガスを充填する。この後、浴槽１３と気液混合タンク１２との間で浴水を循環させ、水素ガスを溶解させた浴水を浴槽１３内に環流させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水素水製造装置及び水素水製造方法に係り、特に、浴槽内の浴水等を循環させて水素ガスを溶解させ、水素水を浴槽内に環流させるための水素水の製造技術に関する。

浴槽内の湯に水素ガスを溶解させて浴槽内に環流させるようにした水素還元水処理装置としては、本願の出願人が先に特許出願したものがある（特許文献１）。この装置にあっては、浴槽に接続された浴水循環路に循環ポンプと気液混合タンクを設けている。そして、循環ポンプを運転して浴槽内の浴水を循環させると共に、水素ボンベから供給された水素ガスを気液混合タンク内で浴水に溶解させ、水素ガスの溶け込んだ浴水を浴槽内に環流させている。

特許文献１にも記載しているように、水素還元水は、雑菌繁殖防止効果があり、浴槽等のぬめり防止に効果的であり、また、ＳＯＤ（活性酸素除去酵素）活性は、人の健康増進に寄与する。特に、活性水素を含む水は、還元性を示すと共に、ＳＯＤ様活性を呈するので、過酸化脂質等（人が紫外線を浴びることで生成される。）の皮膚の老化促進物質を無害化し、また飲用しても万病に効果がある。

従って、上記装置を用いて水素還元水や活性水素を含む水を浴槽内に供給することにより、浴槽のぬめりを抑えると共に、入浴者の美容や健康増進に寄与することができる。

しかしながら、気液混合タンク内に水素を供給して浴水に溶解させる際、気液混合タンク内で水素と空気とが混合するので、水素と酸素の濃度が可燃範囲になると、小爆発する恐れがある。

特許文献１の水素還元水処理装置では、水素還元水を生成するための基本原理を開示することを目的としていたので、この水素ガスの小爆発を防止するための方法については、開示していなかった。

特開２００４−６６０７１号公報

本発明の目的とするところは、空気又は酸素と混合させることなく安全に水素ガスを気液混合タンクに供給することができる水素水製造装置及び水素水製造方法を提供することにある。

本発明の請求項１にかかる水素水製造方法は、当初水が充満した気液混合タンク内に、空気を遮断した状態で水素ガスを供給すると共に気液混合タンク内の水を排出することにより、気液混合タンク内の水を水素ガスに置換させる第１の工程と、前記第１の工程により前記気液混合タンク内に水素ガスが充填された後、気液混合タンク内に水を通過させることによって水素ガスが溶解した水を供給する第２の工程とを有している。

かかる水素水製造方法によれば、水素ガスは気液混合タンク内の水と置換されることによって気液混合タンク内に充填されるので、空気を遮断した状態で気液混合タンク内に水素ガスを充填することができる。よって、水素ガスを気液混合タンク内に充填する工程などにおいて、水素と酸素が混じって燃焼したり小爆発を起こしたりするのを防止することができる。また、本発明によれば、気液混合タンク内の水と水素ガスとを置換させることによって気液混合タンク内に水素ガスを充填しているので、気液混合タンク内の水位によって気液混合タンク内の水素ガスの容積を知ることができる。

本発明の請求項２に記載の水素水製造方法の実施態様は、前記第２の工程において気液混合タンク内を通過する水が、浴槽と気液混合タンクとの間を循環する浴槽内の水であることを特徴としている。

かかる実施態様においては、浴槽と気液混合タンクとの間で浴槽内の水が循環するので、気液混合タンク内で水素ガスを溶解された水が浴槽内に供給される。よって、浴槽内における雑菌繁殖防止、浴槽のぬめり防止に効果があり、また、ＳＯＤ様活性により入浴者の健康増進に寄与することができる。特に、この実施態様では、水素ガスは空気や酸素と遮断された状態で気液混合タンク内に充填されているので、水素ガスを溶解した水には美容等に有害とされる酸素（活性酸素）が含まれにくくなる。

本発明の請求項３にかかる水素水製造装置は、気液混合タンクと、気液混合タンクに水を注入する第１の水流路と、気液混合タンク内の水を送り出す第２の水流路と、前記両水流路及び気液混合タンクに水を通過させるためのポンプと、気液混合タンクに水素ガスを供給する水素ガス供給管とを備え、さらに、水が充満した前記気液混合タンクの内部を空気から遮断した状態で、気液混合タンク内に前記水素ガス供給管から水素ガスを送り込むと共に気液混合タンク内の水を排出して気液混合タンク内の水を水素ガスに置換し、また、前記ポンプを運転させて水素ガスが充満した気液混合タンク内に第１の水流路から水を注入して水素ガスが溶解した水を第２の水流路から送り出す、制御手段を備えたことを特徴としている。

かかる水素水製造装置によれば、水素ガスは気液混合タンク内の水と置換されることによって気液混合タンク内に充填されるので、空気を遮断した状態で気液混合タンク内に水素ガスを充填することができる。よって、水素ガスを気液混合タンク内に充填する工程などにおいて、水素と酸素が混じって燃焼したり小爆発を起こしたりするのを防止することができる。また、本発明によれば、気液混合タンク内の水と水素ガスとを置換させることによって気液混合タンク内に水素ガスを充填しているので、気液混合タンク内の水位によって気液混合タンク内の水素ガスの容積を知ることができる。

本発明の請求項４の水素水製造装置にかかる実施態様は、前記気液混合タンクが、第１の水流路及び第２の水流路によって浴槽と接続されていることを特徴としている。

かかる実施態様においては、浴槽と気液混合タンクとの間で浴槽内の水が循環するので、気液混合タンク内で水素ガスを溶解された水が浴槽内に供給される。よって、浴槽内における雑菌繁殖防止、浴槽のぬめり防止に効果があり、また、ＳＯＤ様活性により入浴者の健康増進に寄与することができる。特に、この実施態様では、水素ガスは空気や酸素と遮断された状態で気液混合タンク内に充填されているので、水素ガスを溶解した水には美容等に有害とされる酸素（活性酸素）が含まれにくくなる。

以下、本発明の実施例を図面に従って詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものでなく、用途等に応じて適宜設計変更することができる。

図１は本発明の一実施例による水素水製造装置１１を示す概略断面図である。この水素水製造装置１１は、水素や活性水素を溶解させた水などの水素水を浴槽内に供給するように構成されている。図１を参照して、当該水素水製造装置１１の構造を説明する。

気液混合タンク１２は、水（浴水）と水素ガスを溜めておき、水に水素ガスを溶解させて水素水を生成するための装置である。気液混合タンク１２と浴槽１３に設けたバスアダプター１４とは、吸込管１５と供給管１６とからなる浴水循環路によって繋がっている。吸込管１５はバスアダプター１４の吸込み口１４ａと気液混合タンク１２の上面に設けられた給水ノズル１７との間を結んでおり、吸込管１５には逆止弁１８、循環ポンプ１９及び第１の電動二方弁２０が設けられている。供給管１６はバスアダプター１４の圧力解放ノズル１４ｂと気液混合タンク１２の底面との間を結んでおり、供給管１６には第２の電動二方弁２１が設けられている。

気液混合タンク１２は、タンク内の液面（水位）を検出するための液面検出器（水位電極）２２を備えている。また、気液混合タンク１２内の底面近傍には、タンク底面を覆うようにして邪魔板が２３が設けられており、給水ノズル１７から供給された浴水が直ちに供給管１６から排出されるのを防いでいる。さらに、気液混合タンク１２の底面には、排水管２４が接続されており、排水管２４には排水電磁弁２５が設けられている。

電解槽２６は、水を電気分解して水素ガスと酸素ガスを発生させるものである。水素ガス供給源として電解槽２６を用いれば、水を電気分解して水素ガスを得ることができるので、従来例のように水素ボンベを用いる必要がなくなる。よって、安全性が向上すると共に、定期的に水素ボンベを取り換える煩わしさがなくなる。電解槽２６は、隔壁３１によって左右に仕切られており、電解槽２６内の左右両室は隔壁３１の下の隙間を通じて互いに連通している。電解槽２６の一方の室（以下、右室という。）には陰電極３２ａが設けられており、他方の室（以下、左室という。）には陽電極３２ｂが設けられている。

電解槽２６の右室上面と気液混合タンク１２内の上面とは、水素ガス供給管２７によってつながっており、電解槽２６の右室と気液混合タンク１２内とは互いに連通している。水素ガス供給管２７の途中には電動三方弁２８が設けられており、電動三方弁２８からは排気管２９が分岐し、排気管２９の先端にはエアベント３０が設けられている。この電動三方弁２８は、気液混合タンク１２側で常開となっており、電解槽２６側が開成されエアベント３０側が閉止された状態と、電解槽２６側が閉止されエアベント３０側が開成された状態と、電解槽２６側及びエアベント３０側の双方で閉止された状態とに切り替わる。また、電解槽２６は、内部の水位を検出するための液面検出器（水位電極）３４を備えている。

一方、電解槽２６の左室上面には酸素排気口３３が設けられており、酸素排気口３３は大気中に開放されている。入水側が市水等につながった給水管３５の先端（吐出口）は、ロート状に開いた酸素排気口３３の垂直上方に位置しており、給水管３５には上流側から順次、フィルタ３６、イオン交換樹脂３７及び補水電磁弁３８が設けられており、給水管３５から電解槽２６には純水を供給できるようにしている。

水素水製造装置１１は屋外に設置されており、内蔵のコントローラ３９（制御手段）によって運転制御される。リモコン４０は、遠隔から水素水製造装置１１を操作するものであり、水素溶解運転スイッチ４２を備えている。リモコン４０とコントローラ３９は、信号線４１を通じて接続されている。

図２は水素水製造装置１１における、コントローラ３９を中心とする電気的な構成を示す機能ブロック図である。コントローラ３９は、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等のメモリに格納されている運転処理のプログラムに従って水素水製造装置１１をマイコン制御するものである。すなわち、図２に示すように、コントローラ３９は、水素溶解運転スイッチ４２、液面検出器２２及び液面検出器３４からの信号を受け取り、それに応じて所定の手順で循環ポンプ１９、電動三方弁２８、第１及び第２の電動二方弁２０、２１、排水電磁弁２５、補水電磁弁３８、電解槽２６の両電極３２ａ、３２ｂの印加電圧を制御することにより水素ガスを発生させ、水素ガスが溶解した浴水を浴槽１３に環流させる。

図３はコントローラ３９による水素水製造装置１１の制御動作を表わしたフロー図である。以下、図３に従って水素水製造装置１１の動作開始から動作終了までを説明する。水素水製造装置１１の運転停止中においては、循環ポンプ１９は停止しており、電動三方弁２８はエアベント３０側と電解槽２６側とで閉じており、第１及び第２の電動二方弁２０、２１、排水電磁弁２５及び補水電磁弁３８はいずれも閉じている。また、気液混合タンク１２内は空になっている（つまり、空気が充満している）ものとする。

リモコン４０の水素溶解運転スイッチ４２が押されてオンになると、水素水製造装置１１は、図３のフロー図に従って運転を開始する。水素水製造装置１１の運転が開始すると、まず循環ポンプ１９が運転を開始する（ステップＳ１１）。これと同時に電動三方弁２８がエアベント３０側に切り替えられて気液混合タンク１２と電解槽２６が遮断され（ステップＳ１２）、第１及び第２の電動二方弁２０、２１が開成される（ステップＳ１３）。

こうして循環ポンプ１９が運転を開始すると、浴槽１３内の浴水が吸込み口１４ａから吸込管１５内に吸い込まれ、給水ノズル１７から気液混合タンク１２内に落とし込まれる。このとき、電動三方弁２８はエアベント３０側で開いているので、気液混合タンク１２内に浴水が落とし込まれた分だけ、気液混合タンク１２内の空気はエアベント３０から大気中に排出され、次第に気液混合タンク１２内の水位が上昇する。

こうして気液混合タンク１２内に浴水が落とし込まれる一方で、コントローラ３９は液面検出器２２によって気液混合タンク１２内の水位を検知し、気液混合タンク１２内が満水になったか否かを監視している（ステップＳ１４）。

気液混合タンク１２内が満水になり、気液混合タンク１２内の空気がすべて外部へ排出されると、循環ポンプ１９が停止され（ステップＳ１５）、第１及び第２の電動二方弁２０、２１が閉止される（ステップＳ１６）。また、電動三方弁２８は電解槽２６側に切替えられ、エアベント３０側は閉じられる（ステップＳ１７）。

ついで、コントローラ３９は、電解槽２６の陰電極３２ａと陽電極３２ｂとの間に直流電圧を印加して通電させる（ステップＳ１８）。ただし、液面検出器３４により電解槽２６内の水位が一定水位以下であることを検知した場合には、補水電磁弁３８を開いて給水管３５から電解槽２６内に補水させ、電解槽２６内に所定水位以上の水が供給されたら補水電磁弁３８を閉じる。

電解槽２６の両電極３２ａ、３２ｂ間に通電すると、電解槽２６内の水が電気分解されて水素ガスと酸素ガスが発生し、発生した水素ガスと酸素ガスは、隔壁３１によって右室と左室に分離される。左室で発生した酸素ガスは酸素排気口３３から外部へ逃げ大気中に放出される。

電解槽２６の右室では水素ガスが発生するが、このときまだ第１及び第２の電動二方弁２０、２１と排水管２４は閉じているので、満水の気液混合タンク１２内に水素ガスを供給することはできない。従って、電解槽２６の両電極３２ａ、３２ｂに通電した後、排水電磁弁２５を開く（ステップＳ１９）。

気液混合タンク１２は水素ガス供給管２７と排水電磁弁２５以外は閉じているので、排水電磁弁２５が開いても直ちに気液混合タンク１２内の水が排水されてしまうことはなく、水素ガス供給管２７を通じて電解槽２６から水素ガスが供給された分だけ気液混合タンク１２内の水が排水管２４から下水道に排水される。

こうして気液混合タンク１２内の水は、次第に電解槽２６で発生した水素ガスに置換されていき、気液混合タンク１２内の水は排水管２４から排水されて水位が下がっていく。そして、液面検出器２２により気液混合タンク１２内が一定水位（あるいは、一定水量）以下になったことを検知すると（ステップＳ２０でYESの場合）、気液混合タンク１２内に水素ガスが充填されたと判断して電解槽２６における両電極３２ａ、３２ｂ間の通電を停止して水の電気分解を止める（ステップＳ２１）。こうして、気液混合タンク１２内の大部分は水素ガスで占められる。但し、排水電磁弁２５側から気液混合タンク１２内に空気が流入しないように気液混合タンク１２内の水は完全には排水しない。

この後、電動三方弁２８を切替えて電解槽２６側でもエアベント３０側でも閉止状態とし（ステップＳ２２）、排水電磁弁２５も閉じる（ステップＳ２３）。ついで、第１及び第２の電動二方弁２０、２１を開き（ステップＳ２４）、循環ポンプ１９をオンにする（ステップＳ２５）。

このとき電動三方弁２８及び排水電磁弁２５が閉じているので、循環ポンプ１９が稼働すると、気液混合タンク１２と浴槽１３との間で浴水が循環し、水素ガスが溶解した水素水が浴槽１３に環流される。すなわち、循環ポンプ１９が稼働されると、浴槽１３内の浴水はバスアダプター１４の吸込み口１４ａから吸込管１５に吸い込まれ、給水ノズル１７から気液混合タンク１２内に落とし込まれる。このとき気液混合タンク１２内の水素ガスが浴水内に溶解され、水素ガスを溶解した浴水が気液混合タンク１２内に溜まる。一方、気液混合タンク１２内に溜まっている水素ガスを溶解した浴水は、供給管１６から浴槽１３へ送り出され、バスアダプター１４の圧力解放ノズル１４ｂから浴槽１３内に吐出される。

こうして気液混合タンク１２内の水素ガスが浴水に溶解すると、気液混合タンク１２内の水素ガスが消費されて気液混合タンク１２内の水位が上昇する。そして、液面検出器２２によって気液混合タンク１２内が満水であると判断されると、循環ポンプを停止させ、第１及び第２の電動二方弁２０、２１を閉じて水素水製造装置１１の運転を終了する。あるいは、気液混合タンク１２内が満水になったら、再びステップＳ１５以下の動作を繰り返すようにしてもよい。

上記のように、本発明の水素水製造装置１１によれば、電解槽２６で発生した水素ガスが空気や酸素と触れることなく気液混合タンク１２内に充填され、気液混合タンク１２内で浴水に溶解されるので、水素ガスが酸素と反応して燃焼したり小爆発したりする恐れが無く、水素水製造装置１１の安全性を高めることができる。また、浴水に酸素（特に、活性酸素）が混じることも防止することができる。

また、本発明の水素水製造装置１１によれば、気液混合タンク１２内に充満させた浴水と水素ガスを置換させることによって気液混合タンク１２内に水素ガスを溜めているので、気液混合タンク１２内の水位を検出するという簡単な方法で気液混合タンク１２内の水素ガス量を検出することができる。

なお、上記実施例の変形例としては、水素ガス充填前に気液混合タンク１２内に充満させる水は、浴槽から得るのでなく、給水管等から供給するようにしてもよい。また、上記実施例では、初めに気液混合タンク１２内は空になっていると仮定したが、気液混合タンク１２内に水が残っている場合には、その水は排水することなく、そこに補水するようにすればよい。特に、気液混合タンク１２内の水素ガスを使い切った場合には、気液混合タンク１２内は水が充満しているので、その場合には、図３のステップＳ１４から始めるようにすればよい。また、気液混合タンク１２や電解槽２６の水位検出手段としては、水位電極を用いた液面検出器に限ることはなく、水位を知ることができれば他の手段を用いてもよい。また、気液混合タンク１２内に水素ガスを充填する際、上記実施例では、気液混合タンク１２内の水は排水管２４から排水したが、この水は供給管１６から浴槽１３内へ排出してもよい。

また、上記実施例では、水素水製造装置を浴槽と組み合わせた場合について説明したが、本発明の用途は風呂システムに限られるものではなく、水素ガスを溶解させた液体や、水素水を製造する装置一般に用いることができる。

本発明の一実施例であって、浴槽用の水素水製造装置を示す概略断面図である。 同上の水素水製造装置のコントローラの働きを説明するための機能ブロック図である。 本発明の水素水製造装置を用いて水素水を製造し、供給する工程を説明するフロー図である。

符号の説明

１１ 水素水製造装置
１２ 気液混合タンク
１３ 浴槽
１５ 吸込管
１６ 供給管
１９ 循環ポンプ
２０ 第１の電動二方弁
２１ 第２の電動二方弁
２２ 液面検出器
２４ 排水管
２５ 排水電磁弁
２６ 電解槽
２７ 水素ガス供給管
２８ 電動三方弁
２９ 排気管
３０ エアベント
３４ 液面検出器
３９ コントローラ
４０ リモコン

Claims (4)

1. 当初水が充満した気液混合タンク内に、空気を遮断した状態で水素ガスを供給すると共に気液混合タンク内の水を排出することにより、気液混合タンク内の水を水素ガスに置換させる第１の工程と、
   前記第１の工程により前記気液混合タンク内に水素ガスが充填された後、気液混合タンク内に水を通過させることによって水素ガスが溶解した水を供給する第２の工程とを有することを特徴とする水素水製造方法。
2. 前記第２の工程において気液混合タンク内を通過する水は、浴槽と気液混合タンクとの間を循環する浴槽内の水であることを特徴とする、請求項１に記載の水素水製造方法。
3. 気液混合タンクと、気液混合タンクに水を注入する第１の水流路と、気液混合タンク内の水を送り出す第２の水流路と、前記両水流路及び気液混合タンクに水を通過させるためのポンプと、気液混合タンクに水素ガスを供給する水素ガス供給管とを備え、
   さらに、水が充満した前記気液混合タンクの内部を空気から遮断した状態で、気液混合タンク内に前記水素ガス供給管から水素ガスを送り込むと共に気液混合タンク内の水を排出して気液混合タンク内の水を水素ガスに置換し、また、前記ポンプを運転させて水素ガスが充満した気液混合タンク内に第１の水流路から水を注入して水素ガスが溶解した水を第２の水流路から送り出す、制御手段を備えた水素水製造装置。
4. 前記気液混合タンクは、第１の水流路及び第２の水流路によって浴槽と接続されていることを特徴とする、請求項３に記載の水素水製造装置。

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