JP2006150188A - 水素水製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の目的とするところは、電解槽内の水の分解効率を上げ、水素ガスを効率よく供給することができる水素水製造装置を提供することにある。
【解決手段】 浴槽１０３内の浴水（温水）と、電解槽１１６で水を電気分解して発生させた水素ガスを気液混合タンク１０２内に供給する。浴水は、気液混合タンク１０２内で水素ガスが溶解されて再び浴槽１０３内に噴出される。浴槽１０３から気液混合タンク１０２へ浴水を供給する吸込管１０５は、電解槽１１６の周囲に接して巻き付くようにして配管されており、吸込管１０５内を流れる浴水の熱によって、電解槽１１６内に溜められた電解液を加温する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水素水製造装置に関し、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などとしては、特許文献１及び特許文献２に記載されたものがある。特許文献１に記載の水素還元水処理装置にあっては、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。一方、特許文献２に記載の電解イオン水生成装置にあっては、電解槽で水を電気分解することによって水素ガスを発生させて、気液混合タンクに供給している。

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。

ここで、引用文献２のように電解槽で水素ガスを発生させてこれを気液混合タンクに供給させる場合には、引用文献１のように水素ボンベを定期的に交換する必要がない。

しかし、引用文献２のような場合には、電解槽における水素ガスの発生量は電解液の温度に影響され、電解槽内の電解液の温度が低い場合には、電解槽の電極に印可する電圧が同じでも電極間に流れる電流量が少なくなり、必要な水素ガス量を得るのに長い時間が掛かるという問題があった。そのため、冬季や寒冷地などでは、気液混合タンクに供給するための水素ガスを準備するのに時間が掛かり、入浴前の準備時間が長くなるという問題があった。

なお、引用文献２には、電解槽の電極に通電して補助タンク内の水を加熱する点が記載されているが、これはフィルタの逆洗時に洗浄用の水を加熱するものであって、周囲の温度等が低い場合に電解槽における電気分解を促進するためのものではなかった。

特願２００４−６６０７１号公報 特開平１０−２０２２６３号公報

本発明の目的とするところは、電解槽内の電解液を加温することによって電解液に流れる電流量を大きくし、水素ガスを効率よく供給することができる水素水製造装置を提供することにある。

請求項１に記載の水素水製造装置は、気液混合タンクと、温水を前記気液混合タンクに注入する第１の水流路と、前記気液混合タンク内の温水を送り出す第２の水流路と、前記両水流路及び前記気液混合タンクに温水を通過させるためのポンプと、水素ガスを発生させるための電解槽と、前記電解槽から前記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た水素水製造装置において、前記気液混合タンクを流れる温水の熱を利用して前記電解槽内の電解液を加温する手段を有することを特徴としている。

かかる水素水製造装置にあっては、気液混合タンクを流れる温水の熱を利用して電解槽内の電解液を加温する手段を有しているので、冬季や寒冷地のように外気温が低い場合には、気液混合タンクに流れる温水の熱を利用して電解槽内の電解液を加温することによって水の分解速度を大きくすることができ、水素ガスの発生を促進して所要量の水素ガスを速やかに発生させることができる。さらに、電解液を加温するのに気液混合タンクに流れる温水の熱を利用しているので、電気ヒーターを用いる場合のように別途電力を必要とせず、運転コストが安価で省エネルギー化を図れる。また、気液混合タンクを流れる温水の熱で電解槽を加温することができるので、気液混合タンクを流れる温水を利用して電解槽内の電解液の凍結防止を行なうことができる。

温水の熱で電解液を温める方法としては、請求項２〜４に記載するように、第１又は第２の水流路を電解槽に接触させる方法、第１又は第２の水流路が電解槽を貫通するように配置する方法、気液混合タンクと電解槽を接触させて配置する方法などがある。これらの方法によれば、熱伝導（熱交換）によって気液混合タンクに供給される温水の熱で電解液を加温することができる。

さらに、請求項２に記載するように前記第１又は第２の水流路を前記電解槽に接触させる場合には、既存の電解槽や気液混合タンクをそのまま利用して配管を交換するだけでよい。また、請求項４に記載するように、電解槽を貫通するように第１又は第２の水流路を配置しているので、電解液と水流路が直接的に熱交換できるので、熱交換効率が高くなる。また、温水の溜まった気液混合タンクは水流路よりも熱容量が大きいので、請求項３に記載するように電解槽と気液混合タンクを接触させて配置する場合には、電解槽が大きい場合でも効率よく電解液を温められる。

請求項５に記載の水素水製造装置は、気液混合タンクと、温水を前記気液混合タンクに注入する第１の水流路と、前記気液混合タンク内の温水を送り出す第２の水流路と、前記両水流路及び前記気液混合タンクに温水を通過させるためのポンプと、水素ガスを発生させるための電解槽と、前記電解槽から前記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、前記第１の水流路から前記気液混合タンク内に温水を供給して前記気液混合タンク内に温水を充満させた後、前記気液混合タンク内を空気から遮断した状態で前記気液混合タンク内の温水を前記電解槽で発生した水素ガスに置換させることによって前記気液混合タンク内に水素ガスを充填させる制御手段を備えた水素水製造装置において、前記気液混合タンクを流れる温水の熱を利用して前記電解槽内の電解液を加温する手段を有することを特徴としている。

請求項５に記載の水素水製造装置によれば、温水の充満した気液混合タンク内において空気を遮断した状態で温水が水素ガスと置換されて気液混合タンク内に水素ガスを充填するので、気液混合タンクに水素ガスを充填する工程において水素ガスが空気に触れることが無く、安全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、電解槽内の電解液は、気液混合タンク内に温水を充填する工程において気液混合タンクを流れる温水の熱によって予め加温される。よって、電解槽を加温するために特別に気液混合タンクに温水を供給する必要が無く、運転コストをより安価に抑えることができる。

請求項６に記載の水素水製造装置の実施態様は、前記電解槽内の電解液の温度を測定するための温度測定手段を設けている。かかる実施態様においては、前記温度測定手段により測定された電解液の温度が所定温度以下になったら水流路に温水を流して電解液を加温することができ、電解液の温度を常に一定温度以上に保つことができる。あるいは、電解液の温度が上がり過ぎたことを検知した場合には、水素ガスの発生が急激になり過ぎないよう制御することが可能になる。

請求項７に記載の水素水製造装置の実施態様は、前記電解液の温度が所定温度以上になると、前記電解槽に印加する電圧を小さくするようにしている。かかる実施態様によれば、電解液の温度が高くなり過ぎた場合には、電解槽に印加する電圧を通常の印加電圧よりも小さくし、水素ガスの発生量を抑えることができる。また電解液が所定温度以上になると印加電圧を小さくするので、省電力化も図れる。

請求項８に記載の水素水製造装置の実施態様は、前記電解槽内の電解液の温度を測定するための温度測定手段を設け、前記電解槽を迂回するバイパス管を前記第１又は第２の水流路と並行に設けている。かかる実施態様によれば、電解液の温度が高くなり過ぎる場合には、気液混合タンクに供給される温水の流路をバイパス管に切替えることにより、電解液の温度が高くなり過ぎるのを防止し、水素ガスの発生量を抑えることができる。

請求項９に記載の水素水製造装置の実施態様においては、前記気液混合タンクは、前記第１及び第２の流水路によって前記浴槽と接続されている。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。

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はなく、用途や目的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１０１を示す概略断面図である。この水素水製造装置１０１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１０１の構造を説明する。

気液混合タンク１０２は、浴水（温水）と水素ガスを溜めておき、浴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１０２と浴槽１０３に設けたバスアダプター１０４とは、吸込管１０５と供給管１０６とからなる浴水循環路によって繋がっている。吸込管１０５はバスアダプター１０４の吸込み口１０４ａと気液混合タンク１０２の上面に設けられた給水ノズル１０７との間を結んでおり、吸込管１０５には逆止弁１０８、循環ポンプ１０９及び第１の電動二方弁１１０が設けられている。供給管１０６はバスアダプター１０４の圧力解放ノズル１０４ｂと気液混合タンク１０２の底面との間を結んでおり、供給管１０６には第２の電動二方弁１１１が設けられている。

気液混合タンク１０２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）１１２を備えている。また、気液混合タンク１０２内の底面近傍には、タンク底面を覆うようにして邪魔板１１３が設けられており、給水ノズル１０７から供給された浴水が直ちに供給管１０６から排出されるのを防いでいる。さらに、気液混合タンク１０２の底面には、排水管１１４が接続されており、排水管１１４には排水電磁弁１１５が設けられている。

電解槽１１６は、内部に電解液（水或いは、水と支持塩の混合液）が溜められており、電解液に電流を流して水を電気分解し、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１１６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、特許文献１に記載されているような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。また、支持塩には、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、硫酸ナトリウムなどを用いることができる。

電解槽１１６は、隔壁１２１によって左右に仕切られており、電解槽１１６内の左右両室は隔壁１２１の下の隙間を通じて互いに連通している。電解槽１１６の一方の室（以下、左室という。）には陰電極１２２ａが設けられており、他方の室（以下、右室という。）には陽電極１２２ｂが設けられている。

電解槽１１６の左室上面と気液混合タンク１０２内の上面とは、水素ガス供給管１１７によってつながっており、電解槽１１６の左室と気液混合タンク１０２内とは互いに連通している。水素ガス供給管１１７の途中には電動三方弁１１８が設けられており、電動三方弁１１８からは排気管１１９が分岐し、排気管１１９の先端にはエアベント１２０が設けられている。この電動三方弁１１８は、気液混合タンク１０２側で常開となっており、電解槽１１６側が開成されエアベント１２０側が閉止された状態と、電解槽１１６側が閉止されエアベント１２０側が開成された状態と、電解槽１１６側及びエアベント１２０側の双方で閉止された状態とに切り替わる。また、電解槽１１６は、内部の水位を検出するための液面検出器（水位電極）１２４と電解液の温度を測定するための温度検出器１３５を備えている。温度検出器１３５には、サーミスタ、熱電対などを用いることができる。

一方、電解槽１１６の右室上面には酸素排気口１２３が設けられており、酸素排気口１２３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１２５の先端（吐出口）は、ロート状に開いた酸素排気口１２３の垂直上方に位置しており、給水管１２５には上流側から順次、フィルタ１２６、イオン交換樹脂１２７及び補水電磁弁１２８が設けられており、給水管１２５から吐出された純水を酸素排気口１２３から電解槽１１６に供給できるようにしている。

さらに、図２に示すように、吸込管１０５が電解槽１１６の周囲に接しながら巻き付くようにして配管されており、吸込管１０５を流れる浴水の熱を熱伝導させることによって電解槽１１６内の電解液を温めることができるようになっている。すなわち、後述のように、気液混合タンク１０２で水素ガスを発生させて電解槽１１６に水素ガスを供給する直前には、吸込管１０５から気液混合タンク１０２に浴槽１０３内の浴水を供給して気液混合タンク１０２内に浴水を充満させるので、電解槽１１６はこのとき吸込管１０５に流れる浴水によって加温される。よって、専用のヒーターなどを用いることなく、浴槽１０３内の浴水の熱を利用することによって、電解槽１１６に通電して水素ガスを発生させる直前に、電解槽１１６内の電解液を効率よく加温することができる。また、水素ガスの発生中も吸込管１０５内は浴水で満たされたままであるので、吸込管１０５内の浴水の温度と電解槽１１６内の電解液の温度が平衡状態に達するまで、電解槽１１６内の電解液は温められ続ける。

水素水製造装置１０１は屋外に設置されており、内蔵のコントローラ１２９（制御手段）によって運転制御される。リモコン１３０は、遠隔から水素水製造装置１０１を操作するものであり、水素溶解運転スイッチ１３２を備えている。リモコン１３０とコントローラ１２９は、信号線１３１を通じて接続されている。

図３は水素水製造装置１０１における、コントローラ１２９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１２９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１０１をマイコン制御するものである。すなわち、図３に示すように、コントローラ１２９は、水素溶解運転スイッチ１３２、液面検出器１１２、液面検出器１２４及び温度検出器１３５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１０９、電動三方弁１１８、第１及び第２の電動二方弁１１０、１１１、排水電磁弁１１５、補水電磁弁１２８、電解槽１１６の両電極１２２ａ、１２２ｂ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１０３に環流させる。

図４はコントローラ１２９による水素水製造装置１０１の制御動作を表わしたフロー図である。以下、図４に従って水素水製造装置１０１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１０１の運転停止中においては、循環ポンプ１０９は停止しており、電動三方弁１１８はエアベント１２０側と電解槽１１６側とで閉じており、第１及び第２の電動二方弁１１０、１１１、排水電磁弁１１５及び補水電磁弁１２８はいずれも閉じている。また、気液混合タンク１０２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１３０の水素溶解運転スイッチ１３２が押されてオンになると、水素水製造装置１０１は、図４のフロー図に従って運転を開始する。水素水製造装置１０１の運転が開始すると、まず循環ポンプ１０９が運転を開始する（ステップＳ１０１）。これと同時に電動三方弁１１８がエアベント１２０側に切り替えられて気液混合タンク１０２と電解槽１１６が遮断され（ステップＳ１０２）、第１及び第２の電動二方弁１１０、１１１が開成される（ステップＳ１０３）。この時、第２の電動二方弁１１１は、閉止されていてもかまわない。ただし、液面検出器１２４により電解槽１１６内の水位が一定水位（底面近くの水位）以下であることを検知した場合には、循環ポンプ１０９を運転開始する前に、補水電磁弁１２８を開いて給水管１２５から電解槽１１６内に補水させ、電解槽１１６内に所定水位（充分な水量が供給されたときの水位）に達したら補水電磁弁１２８を閉じて補水を終了する。

こうして循環ポンプ１０９が運転を開始すると、浴槽１０３内の浴水（温水）が吸込み口１０４ａから吸込管１０５内に吸い込まれ、給水ノズル１０７から気液混合タンク１０２内に落とし込まれる。このとき、電動三方弁１１８はエアベント１２０側で開いているので、気液混合タンク１０２内に浴水が落とし込まれるに従って、気液混合タンク１０２内の空気はエアベント１２０から大気中に排出され、次第に気液混合タンク１０２内の水位が上昇する。吸込管１０５が電解槽１１６の周囲に巻き付いているので、このとき浴水が吸込管１０５を通過すると同時に電解槽１１６内に溜められた電解液が加温される。

こうして気液混合タンク１０２内に浴水が落とし込まれる一方で、コントローラ１２９は液面検出器１１２によって気液混合タンク１０２内の水位を検知し、気液混合タンク１０２内が満水になったか否かを監視している（ステップＳ１０４）。

気液混合タンク１０２内が満水になり、気液混合タンク１０２内の空気がすべて外部へ排出されると、循環ポンプ１０９が停止され（ステップＳ１０５）、第１及び第２の電動二方弁１１０、１１１が閉止される（ステップＳ１０６）。また、電動三方弁１１８は電解槽１１６側に切替えられ、エアベント１２０側は閉じられる（ステップＳ１０７）。

ついで、コントローラ１２９は、温度検出器１３５で電解槽１１６内に溜められた電解液の温度が所定温度、すなわち水素水の発生に適した温度（例えば、常温）以上になったか否かを監視する（ステップＳ１０８）。なお、このステップ１０８は省略してもよく、この場合、温度検出器１３５も不要となる。

電解槽１１６内に溜められた電解液が吸込管１０５内を通る浴水の熱で温められて、所定温度以上になると、コントローラ１２９は、電解槽１１６の陰電極１２２ａと陽電極１２２ｂとの間に直流電圧を印加して通電させる（ステップＳ１０９）。

電解槽１１６の両電極１２２ａ、１２２ｂ間に通電すると、電解槽１１６内の水が電気分解されて水素ガスと酸素ガスを発生し、発生した水素ガスと酸素ガスは、隔壁１２１によって右室と左室に分離される。右室で発生した酸素ガスは酸素排気口１２３から外部へ逃げ大気中に放出される。

電解槽１１６の左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１１０、１１１と排水管１１４は閉じているので、満水の気液混合タンク１０２内に水素ガスを供給することはできない。従って、電解槽１１６の両電極１２２ａ、１２２ｂに通電した後、排水電磁弁１１５を開く（ステップＳ１１０）。

気液混合タンク１０２は水素ガス供給管１１７と排水電磁弁１１５以外は閉じているので、排水電磁弁１１５が開いても直ちに気液混合タンク１０２内の浴水が排水されてしまうことはなく、水素ガス供給管１１７を通じて電解槽１１６から水素ガスが供給された分だけ気液混合タンク１０２内の浴水が排水管１１４から下水道に排水される。

こうして気液混合タンク１０２内の浴水は、次第に電解槽１１６で発生した水素ガスに置換されていき、気液混合タンク１０２内の浴水は排水管１１４から排水されて水位が下がっていく。そして、液面検出器１１２により気液混合タンク１０２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Ｓ１１１でＹｅｓの場合）、気液混合タンク１０２内に水素ガスが充填されたと判断して電解槽１１６における両電極１２２ａ、１２２ｂ間の通電を停止して水の電気分解を止める（ステップＳ１１２）。こうして、気液混合タンク１０２内の大部分は水素ガスで占められる。但し、排水電磁弁１１５側から気液混合タンク１０２内に空気が流入しないように気液混合タンク１０２内の浴水は完全には排水しない。

この後、電動三方弁１１８を切替えて電解槽１１６側でもエアベント１２０側でも閉止状態とし（ステップＳ１１３）、排水電磁弁１１５も閉じる（ステップＳ１１４）。ついで、第１及び第２の電動二方弁１１０、１１１を開き（ステップＳ１１５）、循環ポンプ１０９をオンにする（ステップＳ１１６）。

このとき電動三方弁１１８及び排水電磁弁１１５が閉じているので、循環ポンプ１０９が稼働すると、気液混合タンク１０２と浴槽１０３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１０３に環流される。すなわち、循環ポンプ１０９が稼働されると、浴槽１０３内の浴水はバスアダプター１０４の吸込み口１０４ａから吸込管１０５に吸い込まれ、給水ノズル１０７から気液混合タンク１０２内に落とし込まれる。このとき気液混合タンク１０２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１０２内に溜まる。一方、気液混合タンク１０２内に溜まっている水素ガスを溶解した浴水は、供給管１０６から浴槽１０３側へ送り出され、バスアダプター１０４の圧力解放ノズル１０４ｂから浴槽１０３内に吐出される。

こうして気液混合タンク１０２内の水素ガスが浴水に溶解すると、気液混合タンク１０２内の水素ガスが消費されて気液混合タンク１０２内の水位が上昇する。そして、液面検出器１１２によって気液混合タンク１０２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１１０、１１１を閉じて水素水製造装置１０１の運転を終了する。あるいは、気液混合タンク１０２内が満水になったら、再びステップＳ１０５以下の動作を繰り返すようにしてもよい。

図５（ａ）は、硫酸ナトリウムを加えた電解液（イオン交換水と硫酸ナトリウムの重量比が１０：１）における、電解液の温度とその電気伝導度との関係を表わした図である。図５（ｂ）は、硫酸ナトリウムを加えた電解液（イオン交換水と硫酸ナトリウムの重量比が１０：１）に３.４ボルトの電圧を印加した場合における、電解液の温度と電解槽１１６の電極１２２ａ、１２２ｂ間に流れる電流との関係を表わした図である。図５（ａ）、（ｂ）に示すように、水を電気分解して水素ガスを発生させる方式では、電解液の温度が低くなると電気伝導度が小さくなり、電極１２２ａ、１２２ｂ間に同じ電圧を印加していても流れる電流が小さくなるので、冬季や寒冷地などのように外気温が非常に低くなると、適当な時間内に充分な水素ガスを発生させることができなくなる。これに対し、本実施例にあっては、外気温が低くて電解槽１１６が冷えている場合でも、吸込管１０５を流れる浴水によって電解液を加温することができるので、水素ガスの発生量を大きくできる。よって、冬季や寒冷地などでも、短時間で必要な量の水素ガスを発生させることができる。また、電解液の凍結を防止することもできる。

さらには、本実施例の水素水製造装置１０１によれば、電解槽１１６の外面に接触された吸込管１０５内を通る浴水の熱によって電解槽１１６内の電解液が加温されるので、電解液を加温するためのヒーターなどを別途設ける必要がなく、電解液を加温するための電力などが必要なく、省エネルギー化に寄与することができる。

なお、本実施例の水素水製造装置１０１の変形例としては、図６に示したように、吸込管１０５が電解槽１１６内を貫通して電解槽１１６内に溜められた電解液に直接接するように配置して、吸込管１０５を通過する浴水の熱を直接電解槽１１６内の電解液に与えて加温するようにしてもよい。この場合は、直接温水と電解液を熱交換させることができるので熱効率がよい。

また、図７に示したように、気液混合タンク１０２と電解槽１１６を一体に形成して、気液混合タンク１０２内の浴水の熱を熱伝導させて電解槽１１６内に溜められた電解液を加温するようにしてもよい。あるいは、電解槽と気液混合タンクを別体とし、直接にあるいは良導体を介して互いに熱的に接触させてもよい。この場合は、気液混合タンク１０２の熱容量が吸込管１０５よりも大きいので、電解槽１１６の容量が大きい場合でも効率よく電解液を加温できる。

実施例２は、実施例１に示した水素水製造装置１０１において、電解液加温時の制御動作を一部変更したものである。図８は実施例２のコントローラ１２９による水素水製造装置１０１の制御動作を表わしたフロー図である。水素水製造装置１０１の構造は、図１に示した実施例１の場合と同じであるので、図示を省略する。以下、図８に従って水素水製造装置１０１の動作を実施例１と異なる箇所について説明する。

まず、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４は、実施例１と同じ制御動作を行ない、気液混合タンク１０２が満水になったことを確認した後、電動三方弁１１８をエアベント１２０側と電解槽１１６側の両方で閉じる。よって、この状態では、気液混合タンク１０２と浴槽１０３の間で浴水が循環しており、電解液は浴水による加温を継続されている（ステップＳ１１７）。一方、コントローラ１２９は、電解槽１１６内に設けられた温度検出器１３５で電解液の温度が所定温度、すなわち水素水の発生に適した温度（例えば、常温）以上になったかどうかを監視している（ステップＳ１０８）。

電解液が吸込管１０５内を通る浴水の熱で温められて所定温度以上になると、循環ポンプ１０９の運転を停止し（ステップＳ１０５）、第１及び第２の電動二方弁１１０、１１１を閉止する（ステップＳ１０６）。電動三方弁１１８も電解槽１１６側に切替え、エアベント１２０側を閉じる（ステップＳ１０７）。この後、電解槽１１６の陰電極１２２ａと陽電極１２２ｂとの間に直流電圧を印加して通電させる（ステップＳ１０９）。両電極１２２ａ、１２２ｂ間に通電すると、電解槽１１６内の水が電気分解されて水素ガスと酸素ガスを発生し、発生した水素ガスと酸素ガスは、隔壁１２１によって右室と左室に分離される。次ステップ（ステップＳ１１０）以降は、実施例１と同じ動作を行ない、水素ガスを溶解した浴水が浴槽１０３内に供給される。

本実施例の水素水製造装置１０１によれば、電解槽１１６の熱容量が大きい場合や寒冷地で外気温が非常に低い場合でも、電解液の温度が所定温度以上になるまで循環ポンプ１０９の運転を継続して電解液を加温することができるので、電解液の温度が所定温度以上になるまで循環ポンプ１０９の運転を継続して電解液を加温することができる。

なお、実施例１と同様にステップ１１７において、タイマーなどで所定時間だけ浴水を循環させた後、ステップＳ１０８を省略してステップＳ１０５へ進むようにしてもよい。この場合、温度検出器１３５は不要となり、水素水製造装置１０１の構成を簡略化できる。

入浴時の浴水では４０℃前後の湯温となっているので、これまでに説明した実施例の水素水製造装置１０１の制御動作では、ステップＳ１０４までの気液混合タンク１０２内に浴水を溜める工程において、気液混合タンク１０２が満水になる前に電解液の温度が高くなり過ぎる可能性がある。特に、熱容量の小さな電解槽１１６の場合には、このような恐れがある。この場合、通常通りの電圧を印加すると水素ガスの発生速度が大きく、水素ガスの供給が過剰になり過ぎる場合も起こり得る。そこで、本実施例は、実施例１に示した水素水製造装置１０１において、水素水製造装置１０１の制御動作を一部変更し、水素ガスの発生量が過剰にならないようにしたものである。図９は実施例３のコントローラ１２９による水素水製造装置１０１の制御動作を表わしたフロー図である。また、水素水製造装置１０１の構造は図１に示したものと同じであるので、図示を省略する。以下、図９に従って水素水製造装置１０１の動作を実施例１と異なる箇所について説明する。

まず、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４は、実施例１と同じ制御動作を行ない、、気液混合タンク１０２を満水にした後、循環ポンプ１０９を停止し（ステップＳ１０５）、第１及び第２の電動二方弁１１０、１１１を閉止し（ステップＳ１０６）、電動三方弁１１８を電解槽１１６側に切替え、エアベント１２０側を閉じる（ステップＳ１０７）。

ついで、コントローラ１２９は、電解槽１１６内に設けられた、温度検出器１３５で電解槽１１６内に溜められた電解液の温度が所定温度、すなわち水素水の発生に適した温度（例えば、常温）以上になったか否かを監視している（ステップＳ１０８）。電解液の温度が所定温度以下であれば、所定温度に達するまで待機して次ステップへ進む。なお、ステップＳ１０８は、省略してもよい。

次に、コントローラ１２９は、温度検出器１３５で電解槽１１６内に溜められた電解液の温度が設定された上限温度（ステップＳ１０８の所定温度よりも高い温度に設定されている。）以下であるか否かを判断する（ステップＳ１２０）。電解液の温度が設定された上限温度以上であれば、電解槽１１６の印加電圧が小さくなるように再設定を行ない、水素ガスの発生量が過剰にならないようにする（ステップＳ１２１）。

電解液の温度が設定された上限温度以下であった場合、あるいは印加電圧の設定変更後は、コントローラ１２９は、電解槽１１６の陰電極１２２ａと陽電極１２２ｂとの間にそれぞれで設定された直流電圧を印加して通電させる（ステップＳ１０９）電解槽１１６の両電極１２２ａ、１２２ｂ間に通電すると、電解槽１１６内の水が電気分解されて水素ガスと酸素ガスを発生し、発生した水素ガスと酸素ガスは、隔壁１２１によって右室と左室に分離される。次ステップ（ステップＳ１１０）以降は、実施例１と同じ動作を行ない、水素ガスを溶解した浴水が浴槽１０３内に供給される。

本実施例の水素水製造装置１０１によれば、電解液に電圧を印可して水素ガスを発生させる前に、電解液の温度を測定して印加電圧を適切な大きさに設定変更しているので、水素ガスの発生量が過剰になることがなく、安全性を高めることができる。

本実施例は、実施例３と同様に電解液の温度が高くなりすぎて、水素ガスの発生量が過剰になりすぎることを防止する水素水製造装置１５０を提供するものである。図１０は、本実施例における水素水製造装置１５０を示す概略断面図である。水素水製造装置１５０は、実施例１に示した水素水製造装置１０１において、吸込管１０５の第１の電動二方弁１１０と電解槽１１６の中間位置と、電解槽１１６と気液混合タンク１０２の中間位置とを短絡させるようにしてバイパス管１３７を設け、バイパス管１３７を流れることによって浴水が電解槽を１１６を迂回できるようにしたものである。第１の電動二方弁１１０と電解槽１１６の中間におけるバイパス管１３７の分岐位置にはバイパス三方弁１３６を設けてあり、吸込み口１０４ａから吸込まれた浴水の流れを電解槽１１６と接して配置された吸込管１０５側とバイパス管１３７側のどちらへ流すかを切替えられるようにしている。バイパス管１３７は電解槽１１６と接触していないので、浴水をバイパス管１３７に流すことにより、電解槽１１６を加温することなく浴水を循環させることができる。

図１１は実施例４のコントローラ１２９による水素水製造装置１５０の制御動作を表わしたフロー図である。以下、図１１に従って水素水製造装置１５０の動作を説明する。なお、実施例１と同じ箇所については省略して説明する。

水素水製造装置１５０の運転停止中においては、循環ポンプ１０９は停止しており、電動三方弁１１８はエアベント１２０側と電解槽１１６側とで閉じており、バイパス三方弁１３６は、電解槽１１６側で開成しバイパス管１３７側が閉止しており、第１及び第２の電動二方弁１１０、１１１、排水電磁弁１１５及び補水電磁弁１２８はいずれも閉じている。また、気液混合タンク１０２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。

まず、ステップＳ１０１〜Ｓ１０３は、実施例１と同じ制御動作を行ない、、浴槽１０３内の浴水（温水）が吸込み口１０４ａから吸込管１０５内に吸い込まれ、給水ノズル１０７から気液混合タンク１０２内に落とし込まれる。さらに、吸込管１０５は、電解槽１１６の周囲に巻き付いているので、浴水が吸込管１０５を通過すると同時に電解槽１１６内に溜められた電解液の加温が開始される。

こうして気液混合タンク１０２内に浴水が落とし込まれる一方で、コントローラ１２９は液面検出器１１２によって気液混合タンク１０２内の水位を検知し、気液混合タンク１０２内が満水になったか否かを監視している（ステップＳ１０４）。同時に温度検出器１３５によって、電解槽１１６内電解液の温度を測定し、電解液の温度が設定された上限温度以下であるか否かを監視している（ステップＳ１１８）。

電解液が設定された上限温度以下の状態で、気液混合タンク１０２内が満水になり、気液混合タンク１０２内の空気がすべて外部へ排出されると、循環ポンプ１０９が停止され（ステップＳ１０５）、第１及び第２の電動二方弁１１０、１１１が閉止される（ステップＳ１０６）。また、電動三方弁１１８は電解槽１１６側に切替えられ、エアベント１２０側は閉じられる（ステップＳ１０７）。

ついで、コントローラ１２９は、電解槽１１６内に設けられた、温度検出器１３５で電解槽１１６内に溜められた電解液の温度が所定温度、例えば水素水の発生に適した温度以上になったか否かを監視している（ステップＳ１０８）。なお、ステップ１０８を省略してもよい。

一方、ステップＳ１０４で気液混合タンク１０２内が満水になる前に、電解液の温度が設定された上限温度を超えると（ステップＳ１１８でＮｏの場合）、バイパス三方弁１３６がバイパス管１３７側に切替えられ（ステップＳ１１９）、吸込管１０５の電解槽１１６に接触している側は閉じられる。これにより、浴水はバイパス管１３７内を流れて気液混合タンク１０２内に落とし込まれると共に、吸込管１０５の電解槽１１６と接触している箇所には、浴水は流れなくなるので電解液の加温は停止される。

こうして気液混合タンク１０２内が満水になり、気液混合タンク１０２内の空気がすべて外部へ排出されると、循環ポンプ１０９が停止され（ステップＳ１０５）、第１及び第２の電動二方弁１１０、１１１が閉止される（ステップＳ１０６）。また、電動三方弁１１８は電解槽１１６側に切替えられ、エアベント１２０側は閉じられる（ステップＳ１０７）。

ついで、コントローラ１２９は、温度検出器１３５で電解槽１１６内に溜められた電解液の温度が所定温度、すなわち水素水の発生に適した温度（例えば、常温）以上になったか否かを監視している（ステップＳ１０８）。なお、ステップ１０８を省略してもよい。電解槽１１６の両電極１２２ａ、１２２ｂ間に通電すると、電解槽１１６内の水が電気分解されて水素ガスと酸素ガスを発生し、発生した水素ガスと酸素ガスは、隔壁１２１によって右室と左室に分離される。次ステップ（ステップＳ１１０）以降は、実施例１と同じ動作を行ない、水素ガスを溶解した浴水が浴槽１０３内に供給される。

本実施例の水素水製造装置１５０によれば、バイパス三方弁１３６を切替えてバイパス管１３７側に浴水を流すことによって電解液の加温を停止できるので、電解液の温度が高くなりすぎて水素ガスの発生量が過剰になり危険になることを防止することができる。

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。

本発明の実施例１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に用いられている電解槽の正面図である。 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。 （ａ）は、印可電圧が一定の下で電解質の温度と電気伝導度の関係を示したグラフである。（ｂ）は、印可電圧が一定の下で電解質の温度と電流の関係を示したグラフである。 本発明の実施例１の水素水製造装置に用いられる電解槽の変形例を示す概略断面図である。 本発明の実施例１の水素水製造装置に用いられる電解槽の変形例を示す概略断面図である。 本発明の実施例２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。 本発明の実施例３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。 本発明の実施例４の水素水製造装置を示す概略断面図である。 本発明の実施例４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

１０１、１５０ 水素水製造装置
１０２ 気液混合タンク
１０３ 浴槽
１０５ 吸込管
１０６ 供給管
１０９ 循環ポンプ
１１０ 第１の電動二方弁
１１１ 第２の電動二方弁
１１２ 液面検出器
１１４ 排水管
１１５ 排水電磁弁
１１６ 電解槽
１１７ 水素ガス供給管
１１８ 電動三方弁
１１９ 排気管
１２０ エアベント
１２４ 液面検出器
１２９ コントローラ
１３０ リモコン
１３５ 電解液温度計
１３６ バイパス三方弁
１３７ バイパス管

Claims (9)

1. 気液混合タンクと、温水を前記気液混合タンクに注入する第１の水流路と、前記気液混合タンク内の温水を送り出す第２の水流路と、前記両水流路及び前記気液混合タンクに温水を通過させるためのポンプと、水素ガスを発生させるための電解槽と、前記電解槽から前記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た水素水製造装置において、
   前記気液混合タンクを流れる温水の熱を利用して前記電解槽内の電解液を加温する手段を有することを特徴とする水素水製造装置。
2. 前記第１又は第２の水流路を前記電解槽に接触させたことを特徴とする、請求項１に記載の水素水製造装置。
3. 前記電解槽を貫通するように前記第１又は第２の水流路を配置したことを特徴とする、請求項１に記載の水素水製造装置。
4. 前記電解槽と前記気液混合タンクを接触させて配置したことを特徴とする、請求項１に記載の水素水製造装置。
5. 気液混合タンクと、温水を前記気液混合タンクに注入する第１の水流路と、前記気液混合タンク内の温水を送り出す第２の水流路と、前記両水流路及び前記気液混合タンクに温水を通過させるためのポンプと、水素ガスを発生させるための電解槽と、前記電解槽から前記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、前記第１の水流路から前記気液混合タンク内に温水を供給して前記気液混合タンク内に温水を充満させた後、前記気液混合タンク内を空気から遮断した状態で前記気液混合タンク内の温水を前記電解槽で発生した水素ガスに置換させることによって前記気液混合タンク内に水素ガスを充填させる制御手段を備えた水素水製造装置において、
   前記気液混合タンクを流れる温水の熱を利用して前記電解槽内の電解液を加温する手段を有することを特徴とする水素水製造装置。
6. 前記電解槽内の電解液の温度を測定するための温度測定手段を設けたことを特徴とする、請求項１〜５に記載の水素水製造装置。
7. 前記電解液の温度が所定温度以上になると、前記電解槽に印加する電圧を小さくするようにしたことを特徴とする、請求項６に記載の水素水製造装置。
8. 前記電解槽内の電解液の温度を測定するための温度測定手段を備え、前記電解槽を迂回するバイパス管を前記第１又は第２の水流路と並行に設けたことを特徴とする、請求項２又は３に記載の水素水製造装置。
9. 前記気液混合タンクは、前記第１及び第２の水流路によって前記浴槽と接続されていることを特徴とする、請求項１〜８に記載の水素水製造装置。

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