JP2006263615A - ガス溶解水製造装置のガス充填方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電解槽内の電解液が気液混合タンク内に混入したり、電解槽外に漏れ出したりすることなく、電解槽から気液混合タンクへ効率よくガスを供給できるガス充填方法を提案する。
【解決手段】 電解槽１２６内に溜めた電解液中の水を電気分解して水素ガスと酸素ガスを発生させる。気液混合タンク１１２内には予め浴水が充満させられており、気液混合タンク１１２内の浴水を排水管１２４から排水しながら気液混合タンク１１２内に水素ガスを送り込むことにより、気液混合タンク１１２内の浴水を水素ガスに置換させて気液混合タンク１１２内に水素ガスを充填する。このとき、電解槽１２６の水素ガス発生室１３５の水位がその上限水位（Ｈ２）以上となったときには、排水管１２４の電磁開閉弁１２５を閉じて排水を停止させ、水素ガス発生室１３５の水位がその下限水位（Ｈ１）以下となったときには、排水管１２４の電磁開閉弁１２５を開いて再び排水させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガス溶解水製造装置におけるガス充填方法に関し、特に電解槽で発生させたガスを効率よく気液混合タンク内へ充填する方法に関する。

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水製造装置としては、本発明の出願人による特許文献１（未公開、未公知）がある。特許文献１に記載の装置にあっては、浴槽に接続された水循環路に循環ポンプと気液混合タンクを設け、気液混合タンクと電解槽が水素ガス供給管によって接続されている。そして、予め気液混合タンク内に浴水を充満させておき、気液混合タンク内の水を排水しながら電解槽で水を電気分解して得た水素ガスを気液混合タンク内に送り込んで充填しておく。ついで、循環ポンプを運転して浴槽内の浴水を気液混合タンクとの間で循環させると共に、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（水素水）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。よって、上記装置を用いて水素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。

ところで、このような水素水製造装置においては、気液混合タンク内を浴水で充満させた後、気液混合タンク内に充満した浴水を排水管から排水することによって、電解槽の水素ガス発生室で発生させた水素ガスを浴水と置換させて気液混合タンク内に水素ガスを充填する。しかしながら、電解槽で単位時間当たりに発生する水素ガスの体積（以下、体積増加率という。）は必ずしも一定ではなく、電解槽に電流を供給している電解用電源の電圧変動などにより水素ガスの体積増加率は変動する。そのため、排水弁における単位時間当たりの排水量（排水流量）よりも水素ガスの体積増加率が小さいと、水素ガス発生室内の水素ガスが気液混合タンク側に引き抜かれて水素ガス発生室内のガス圧が電解槽の酸素ガス発生室内のガス圧（＝外気圧）よりも小さくなり、水素ガス発生室内の液面が上昇して電解液が気液混合タンクに流れ込む恐れがあった。また、排水管からの排水流量よりも水素ガスの体積増加率が大きいと、水素ガス発生室内のガス圧が酸素ガス発生室内のガス圧（＝外気圧）よりも大きくなり、酸素ガス発生室内の液面が上昇して電解液が酸素ガス発生室から外部へ漏れる恐れがあった。

特願２００４−３６７３８１ 特願２００４−３６７３８４ 実公昭５９−４２１５７号公報

本発明は上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電解槽内の電解液が気液混合タンク内に混入したり、電解槽外に漏れ出したりすることなく、電解槽から気液混合タンクへ効率よくガスを供給できるガス充填方法を提案することにある。

請求項１にかかるガス充填方法は、気液混合タンクと、電解液を分解して第１ガス発生室で第１のガスを発生させると共に第２ガス発生室で第２のガスを発生させる電解槽と、前記第１ガス発生室から前記気液混合タンクに第１のガスを供給するガス供給管とを備え、前記気液混合タンク内に水を充満させた後に気液混合タンク内の水を排水しながら前記電解槽の第１ガス発生室で発生した第１のガスを気液混合タンク内に充填させるガス充填方法において、前記電解槽に電解液の液面を検出するための液面検出器を設けると共に前記気液混合タンクに排水弁を設け、前記気液混合タンクに第１のガスを供給する際に、前記液面検出器で測定される電解液の液面高さに応じて前記排水弁からの水の排水流量を制御することを特徴としている。ここで、排水弁とは電磁開閉弁のように排水流量を最大（全開時）とゼロ（全閉時）とに制御するものでもよく、流量制御弁のように流量を任意に制御できるものであってもよい。

気液混合タンクからの排水流量を大きくすると、気液混合タンク内のガス圧が低くなって電解槽の第１のガスを気液混合タンクに吸引する。そのため、第１ガス発生室のガス圧が低くなって第１ガス発生室の液面が高くなる。逆に、気液混合タンクからの排水流量を小さくすると、気液混合タンク内のガス圧が高くなって電解槽の第１のガスが気液混合タンクに供給しにくくなる。そのため、第１ガス発生室のガス圧が高くなって第１ガス発生室の液面が低くなる。従って、請求項１のガス充填方法によれば、液面検出器により第１ガス発生室又は第２ガス発生室の液面を検出し、流量制御弁で排水流量を調整することにより、電解槽内の液面を制御することができ、第１のガスの発生量と排水流量とのバランスがとれていない場合でも、電解槽から気液混合タンクや外部へ電解槽が漏れるのを防止することができる。

例えば、請求項２の実施態様のように、前記液面検出器により前記電解槽の第１ガス発生室又は第２ガス発生室における電解液の液面を検出し、液面が第１ガス発生室における上限位置又は第２ガス発生室における下限位置に達したと判断したら、前記排水弁の弁開度を小さくするようにすれば、第１ガス発生室から気液混合タンクに電解液が漏れるのを防ぐことができる。なお、排水弁の弁開度を小さくすることには、排水弁を全閉にする場合も含まれる。

さらに、請求項３の実施態様のように、前記液面検出器により前記電解槽の第１ガス発生室又は第２ガス発生室における電解液の液面を検出し、液面が第１ガス発生室における下限位置又は第２ガス発生室における上限位置に達したと判断したら、前記排水弁の弁開度を大きくするようにすれば、第２ガス発生室から外部へ電解液が漏れるのを防ぐことができる。なお、排水弁の弁開度を大きくすることには、排水弁を全閉から開成する場合も含まれる。

また、請求項２の実施態様と請求項３の実施態様は必ずしも組み合わせる必要はなく、前記排水弁の弁開度を変化させた後（即ち、液面に応じて弁開度を小さくしたり、大きくしたりした後）、所定時間が経過したら排水弁の弁開度を元に戻すようにしてもよい。

請求項５に記載のガス充填方法は、気液混合タンクと、電解液を分解して第１ガス発生室で第１のガスを発生させると共に第２ガス発生室で第２のガスを発生させる電解槽と、前記第１ガス発生室から前記気液混合タンクに第１のガスを供給するガス供給管とを備え、前記気液混合タンク内に水を充満させた後に気液混合タンク内の水を排水しながら前記電解槽の第１ガス発生室で発生した第１のガスを気液混合タンク内に充填させるガス充填方法において、前記電解槽に電解液の液面を検出するための液面検出器を設けると共に前記電解槽における第１のガスの発生量を制御するガス発生量制御手段を設け、前記気液混合タンクに第１のガスを供給する際に、前記液面検出器で測定される電解液の液面高さに応じて前記ガス発生量制御手段により第１のガスの発生量を制御することを特徴としている。

通常第２ガス発生室は大気に開放されているので、第１のガスの発生量が増加すると第１ガス発生室のガス圧が高くなり、第１ガス発生室の液面が下がると共に第２ガス発生室の液面が高くなる。逆に、第１のガスの発生量が減少すると第１ガス発生室のガス圧が低くなり、第１ガス発生室の液面が上がると共に第２ガス発生室の液面が低くなる。従って、液面検出器により第１ガス発生室又は第２ガス発生室の液面を検出し、第１のガスの発生量を調整することにより、電解槽内の液面を制御することができ、第１のガスの発生量と排水流量とのバランスがとれていない場合でも、電解槽から気液混合タンクや外部へ電解槽が漏れるのを防止することができる。

例えば、請求項６の実施態様のように、前記液面検出器により前記電解槽の第１ガス発生室又は第２ガス発生室における電解液の液面を検出し、液面が第１ガス発生室における上限位置又は第２ガス発生室における下限位置に達したと判断したら、第１のガスの発生量を大きくすることにより、第１ガス発生室から気液混合タンク内に電解液が漏れるのを防ぐことができる。なお、第１のガスの発生量を大きくすることには、第１のガスの発生が停止している状態から第１のガスを発生させる場合も含まれる。

また、請求項７の実施態様のように、前記液面検出器により前記電解槽の第１ガス発生室又は第２ガス発生室における電解液の液面を検出し、液面が第１ガス発生室における下限位置又は第２ガス発生室における上限位置に達したと判断したら、第１のガスの発生量を小さくすることにより、第２ガス発生室から外部に電解液が漏れるのを防止することができる。なお、第１のガスの発生量を小さくすることには、第１のガスの発生を停止させる場合も含まれる。

ガス発生量制御手段としては、電解液を分解させるための電極に電流を供給する電源の出力を制御する電源制御部を用いれば、簡単かつ安価にガス発生量を調整することができる。

請求項９にかかるガス充填方法は、気液混合タンクと、電解液を分解して第１ガス発生室で第１のガスを発生させると共に第２ガス発生室で第２のガスを発生させる電解槽と、前記第１ガス発生室から前記気液混合タンクに第１のガスを供給するガス供給管とを備え、前記気液混合タンク内に水を充満させた後に気液混合タンク内の水を排水しながら前記電解槽の第１ガス発生室で発生した第１のガスを気液混合タンク内に充填させるガス充填方法において、前記気液混合タンクに排水弁を設けると共に前記電解槽における第１のガスの発生量を検出するガス発生量検出手段を設け、前記気液混合タンクに第１のガスを供給する際に、前記ガス発生量検出手段により検出された第１のガスの発生量に応じて前記排水弁からの水の排水流量を制御することを特徴としている。

かかるガス充填方法では、ガス発生量検出手段により検出された第１のガスの発生量に応じて前記排水弁からの水の排水流量を制御することができるので、第１のガスの発生量が変動しても気液混合タンクに供給される第１のガスの量と気液混合タンクから排水される水量とをバランスさせることができる。即ち、第１のガスの発生量が増加した場合には排水流量を増加させることにより気液混合タンク内のガス圧変化を小さくして電解槽内の液面の変化を小さくすることができ、また、第１のガスの発生量が減少した場合には排水流量を減少させることにより気液混合タンク内のガス圧変化を小さくして電解槽内の液面の変化を小さくすることができる。よって、電解槽内の液面の変化を小さくして電解液の漏れを防止することができる。

特に、請求項１０の実施態様のように、前記ガス発生量検出手段により検出された第１のガスの発生量に基づいて第１のガスの単位時間当たりの体積増加率を演算し、気液混合タンクからの排水流量が第１のガスの体積増加率の演算値と同等になるよう前記排水弁により排水流量を制御するようにすれば、電解槽内の液面の変化を非常に小さくすることができる。また、第１のガスの体積増加率の演算値と同等になるよう制御される排水流量に対応する排水弁の制御値に応じて第１のガスの発生量を補正するようにすれば、排水弁の調整範囲を超える場合にも第１のガスの発生量と排水流量とのバランスをとることができる。

請求項１２にかかるガス充填方法は、気液混合タンクと、電解液を分解して第１ガス発生室で第１のガスを発生させると共に第２ガス発生室で第２のガスを発生させる電解槽と、前記第１ガス発生室から前記気液混合タンクに第１のガスを供給するガス供給管とを備え、前記気液混合タンク内に水を充満させた後に気液混合タンク内の水を排水しながら前記電解槽の第１ガス発生室で発生した第１のガスを気液混合タンク内に充填させるガス充填方法において、前記電解槽における第１のガスの発生量を制御するガス発生量制御手段を設けると共に前記気液混合タンクにおける排水流量を検出する排水流量検出手段を設け、前記気液混合タンクに第１のガスを供給する際に、前記排水流量検出手段により検出された排水流量に応じて前記ガス発生量制御手段により第１のガスの発生量を制御することを特徴としている。

かかるガス充填方法では、排水流量検出手段により検出された気液混合タンクからの排水流量に応じて第１のガスの発生量を制御することができるので、排水流量が変動しても気液混合タンクに供給される第１のガスの量と気液混合タンクから排水される水量とをバランスさせることができる。即ち、排水流量が大きくなった場合には第１のガスの発生量を増加させることにより気液混合タンク内のガス圧変化を小さくして電解槽内の液面の変化を小さくすることができ、また、排水流量が小さくなった場合には第１のガスの発生量を減少させることにより気液混合タンク内のガス圧変化を小さくして電解槽内の液面の変化を小さくすることができる。よって、電解槽内の液面の変化を小さくして電解液の漏れを防止することができる。

特に、請求項１３の実施態様のように、前記排水流量検出手段により気液混合タンクからの排水流量を検出し、前記ガス発生量制御手段により第１のガスの体積増加率が検出された排水流量と同等となるように第１のガスの発生量を制御すれば、電解槽内の液面の変化を非常に小さくすることができる。

従って、本発明のガス充填方法によれば、コンプレッサー等の動力を用いることなく気液混合タンク内の水圧によって水を排水しつつ気液混合タンク内の水を第１のガスに置換することができ、第１のガスが水素ガスのように可燃性のガスである場合でも気液混合タンク内に安全にガスを充填させることができる。しかも、電源の出力変動や気液混合タンク内の水位の変化によって第１のガスの発生量や排水流量が変動しても電解槽から電解液が漏れる恐れがない。さらに、電解液が漏れる恐れがないので、電解槽において最大能力で第１のガスを発生させることができ、ガス充填に要する時間を短縮することができる。

請求項１４にかかる水素水供給装置は、浴槽の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浴槽へ送り出す第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を備え、前記電解槽で発生させた第１のガスである水素ガスを気液混合タンクに充填させた後、浴槽の温水を気液混合タンク内に循環させて水素ガスを溶解した水素水を浴槽に環流させるようにした水素水供給装置であって、請求項１〜１３のいずれかに記載したガス充填方法を実施できるように構成したことを特徴としている。かかる水素水供給装置によれば、電解槽から電解液が漏れるのを防止することができ、特に浴槽内の温水に電解液が混じるのを防ぐことができる。

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ないことは勿論である。

図１は本発明の一実施例による水素水製造装置１１１を示す概略断面図である。この水素水製造装置１１１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１１１の構造を説明する。

気液混合タンク１１２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１１２と浴槽１１３に設けたバスアダプター１１４とは、吸込管１１５（第１の水流路）と供給管１１６（第２の水流路）とからなる浴水循環路によって繋がっている。吸込管１１５はバスアダプター１１４の吸込み口１１４ａと気液混合タンク１１２の上面に設けられた給水ノズル１１７との間を結んでおり、吸込管１１５には逆止弁１１８、循環ポンプ１１９及び第１の電動二方弁１２０が設けられている。供給管１１６はバスアダプター１１４の圧力解放ノズル１１４ｂと気液混合タンク１１２の底面との間を結んでおり、供給管１１６には第２の電動二方弁１２１が設けられている。

気液混合タンク１１２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）１２２を備えている。また、気液混合タンク１１２内の底面近傍には、タンク底面を覆うようにして邪魔板１２３が設けられており、給水ノズル１１７から供給された浴水が直ちに供給管１１６から排出されるのを防いでいる。さらに、気液混合タンク１１２の底面には、排水管１２４が接続されており、排水管１２４には電磁開閉弁１２５（排水弁）が設けられている。電磁開閉弁１２５は、開成或いは閉成することによって、気液混合タンク１１２内の浴水の排水と排水停止を制御できる。

電解槽１２６は、内部に電解液（水と電解質の混合液）を溜められており、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。なお、ここで言う電解質とは、水に電圧を印加したときに電流を流れやすくするために水に溶かし込まれているものであり、支持塩といわれることもある。なお、電解質には、硫酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウムなどを用いることができる。

電解槽１２６は、隔壁１３１によって水素ガス発生室１３５と酸素ガス発生室１３６に仕切られており、電解槽１２６内の両室１３５、１３６は隔壁１３１の下部の隙間を通じて互いに連通している。電解槽１２６の酸素ガス発生室１３６上面には酸素排気口１３３が設けられており、酸素排気口１３３は大気中に開放されている。また、特に図示しないが、酸素排気口１３３を通して上水などから電解槽１２６内に補水できるようになっている。一方、電解槽１２６の水素ガス発生室１３５上面と気液混合タンク１１２内の上面とは、水素ガス供給管１２７によってつながっており、電解槽１２６の水素ガス発生室１３５と気液混合タンク１１２内とは互いに連通している。水素ガス供給管１２７には電動三方弁１２８が設けられている。電動三方弁１２８からは排気管１２９が分岐し、排気管１２９の先端にはエアベント１３０が設けられている。この電動三方弁１２８は、気液混合タンク１１２側で常時開いており、エアベント１３０側と電解槽１２６側の開閉を任意に切替えることができる。

また、水素ガス発生室１３５には、内部の水位を検出するための液面検出器（水位電極）１３４を備えている。液面検出器１３４は、図４（ａ）（ｂ）に示すように、水素ガス発生室１３５における下限水位Ｈ１、上限水位Ｈ２及び基準水位Ｈ３を検出するようになっている。基準水位Ｈ３は下限水位Ｈ１と上限水位Ｈ２の中間の水位に設定され、電解槽１２６への補水完了時には、電解槽１２６内の電解液の液面が基準水位Ｈ３となるように制御される。また、上限水位Ｈ２は、水素ガス発生室１３５内の液面が上昇した場合に、その液面が上限水位Ｈ２以下であれば水素ガス発生室１３５から気液混合タンク１１２に電解液が溢れ出すことのない水位に設定（図４（ａ）参照）されている。下限水位Ｈ１は、電解槽１２６内に基準水位Ｈ３まで電解液が溜められた後の状態（つまり、もっとも電解液の多い状態）で水素ガス発生室１３５の液面が降下した場合に、その液面が下限水位Ｈ１以上であれば酸素ガス発生室１３６から外部に電解液が溢れ出ることのない水位に設定（図４（ｂ）参照）されている。

さらに、電解槽１２６の水素ガス発生室１３５には陰電極１３２ａが設けられており、酸素ガス発生室１３６には陽電極１３２ｂが設けられている。両電極１３２ａ、１３２ｂは、同じ高さになるように設置され、さらに、水素ガス発生室１３５の水位が下限水位Ｈ１であっても陰電極１３２ａが液面から出ることはなく（図４（ａ）参照）、上限水位Ｈ２であっても陽電極１３２ｂが液面から出ることが無い（図４（ｂ）参照）ように設置されている。つまり、補水直後のもっとも電解液が多い状態では、水素ガス発生室１３５側の電解液の液面が下限水位Ｈ１まで下がったり、上限水位Ｈ２まで上昇したりしても、陰電極１３２ａ及び陽電極１３２ｂが液面よりも上に露出しないようになっている。また、両電極１３２ａ、１３２ｂ間には電解用電源１７３（例えば、定電圧電源）により所定の電圧を印加できるようになっている。電解用電源１７３により両電極１３２ａ、１３２ｂ間に電流を流すと、電解液中の水が電気分解して水素ガス発生室１３５の陰電極１３２ａから水素ガスが発生し、酸素ガス発生室１３６の陽電極１３２ｂから酸素ガスが発生する。なお、電解用電源１７３からの供給電流量は、標準的な状態における水素ガスの単位時間当たりの発生量（標準的な状態での容量）が、電磁開閉弁１２５の開成時における気液混合タンク１１２からの浴水の単位時間当たりの排水流量よりも若干少なくなるように設定されている。

水素水製造装置１１１は屋外に設置されており、内蔵のコントローラ１３９（制御手段）によって運転制御される。リモコン１４０は、遠隔から水素水製造装置１１１を操作するものであり、水素溶解運転スイッチ１４２及び電源スイッチ１４３を備えている。リモコン１４０とコントローラ１３９は、信号線１４１を通じて接続されている。

図２は水素水製造装置１１１における、コントローラ１３９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１３９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１１１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１３９は、水素溶解運転スイッチ１４２、電源スイッチ１４３、液面検出器１２２及び液面検出器１３４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１１９、電動三方弁１２８、第１及び第２の電動二方弁１２０、１２１、電磁開閉弁１２５及び電解用電源１７３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１１３に環流させる。

図３は水素水製造装置１１１による水素水製造運転中の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１１１の水素水製造運転開始から終了までを説明する。水素水製造装置１１１の運転停止中においては、循環ポンプ１１９は停止しており、電動三方弁１２８はエアベント１３０側及び電解槽１２６側のいずれも閉じており、第１及び第２の電動二方弁１２０、１２１、排水弁１２５はいずれも閉じている。また、電解槽１２６内の電解液は所定の水位になっており、気液混合タンク１１２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１４０の水素溶解運転スイッチ１４２が押されてオンになると、水素水製造装置１１１は、図３のフロー図に従って水素水製造運転を開始する。水素水製造装置１１１の運転が開始すると、まず循環ポンプ１１９が運転を開始する（ステップＳ１０１）。これと同時に電動三方弁１２８は気液混合タンク１１２側とエアベント１３０側を接続して、気液混合タンク１１２と電解槽１２６が遮断され（ステップＳ１０２）、第１及び第２の電動二方弁１２０、１２１が開成される（ステップＳ１０３）。この時、第２の電動二方弁１２１は、閉止されていてもかまわない。

こうして循環ポンプ１１９が運転を開始すると、浴槽１１３内の浴水が吸込み口１１４ａから吸込管１１５内に吸い込まれ、給水ノズル１１７から気液混合タンク１１２内に落とし込まれる。このとき、電動三方弁１２８は気液混合タンク１１２側とエアベント１３０側で開いているので、気液混合タンク１１２内に浴水が落とし込まれるに従って、気液混合タンク１１２内の空気はエアベント１３０から大気中に排出され、次第に気液混合タンク１１２内の水位が上昇する。こうして気液混合タンク１１２内に浴水が落とし込まれる一方で、コントローラ１３９は液面検出器１２２によって気液混合タンク１１２内の水位を検知し、気液混合タンク１１２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１１２内が満水になり、気液混合タンク１１２内の空気がすべて外部へ排出されると、循環ポンプ１１９が停止され（ステップＳ１０５）、第１及び第２の電動二方弁１２０、１２１が閉止される（ステップＳ１０６）。また、電動三方弁１２８は気液混合タンク１１２側と電解槽１２６側が開かれ、エアベント１３０側は閉じられる（ステップＳ１０７）。

ついで、コントローラ１３９は、電解用電源１７３により電解槽１２６内の陰電極１３２ａと陽電極１３２ｂの間に直流電圧を印加する（ステップＳ１０８）。そうすると、電解液中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１３１によって水素ガス発生室１３５と酸素ガス発生室１３６に分離される。

酸素ガス発生室１３６で発生した酸素ガスは、酸素排気口１３３から外部へ逃げ大気中に放出される。一方、電解槽１２６の水素ガス発生室１３５では水素ガスが発生するが、この時点では、まだ第１及び第２の電動二方弁１２０、１２１と電磁開閉弁１２５は閉じているので、満水の気液混合タンク１１２内に水素ガスを供給することはできない。従って、電解槽１２６の両電極１３２ａ、１３２ｂに通電した後、電磁開閉弁１２５を開き、排水管１２４から浴水の排水を開始する（ステップＳ１０９）。

気液混合タンク１１２は水素ガス供給管１２７と電磁開閉弁１２５以外は閉じているので、排水管１２４から気液混合タンク１１２内の浴水が排水されると、その分だけ気液混合タンク１１２内の圧力が下がり、水素ガス供給管１２７を通じて電解槽１２６から気液混合タンク１１２に水素ガスが供給される。こうして気液混合タンク１１２内の浴水は、次第に電解槽１２６で発生した水素ガスに置換されていき、気液混合タンク１１２内の浴水は排水管１２４から排水されて水位が下がっていく。

また、コントローラ１３９は、液面検出器１２２によって気液混合タンク１１２内の浴水の水位を監視しており（ステップＳ１１０）、気液混合タンク１１２内の水位が所定水位まで下がると、両電極１３２ａ、１３２ｂへの通電を停止して（ステップＳ１１１）浴水と水素ガスとの置換を終了する。つまり、気液混合タンク１１２内の浴水をすべて水素ガスと置換してしまうと、排水管１２４から気液混合タンク１１２内に空気が侵入する恐れがあるので、気液混合タンク１１２の底面近くに定められた所定水位まで浴水を残して水素ガスの充填を終了する。

一方、気液混合タンク１１２内の水位が所定水位まで下がらない間（ステップＳ１１０でＮｏの場合）においては、電解槽１２６内の電解液が溢れ出ないようにステップＳ１１７〜Ｓ１２０の判定と処理を繰り返している。すなわち、コントローラ１３９は、液面検出器１３４によって電解槽１２６の水素ガス発生室１３５内の液面を監視している。また、電磁開閉弁１２５が開いている場合には電解槽１２６内での水素ガス体積増加率よりも気液混合タンク１１２での排水流量の方が若干大きくなるように設定されている。従って、電磁開閉弁１２５が開いている場合には、気液混合タンク１１２内のガス圧が次第に低くなり、電解槽１２６内の電解液が気液混合タンク１１２側に引かれて水素ガス発生室１３５内の電解液の液面が徐々に上昇していく。そして、気液混合タンク１１２内の浴水が所定水位以下に下がる（ステップＳ１１０でＹｅｓとなる）までの間に水素ガス発生室１３５の電解液の液面が上限水位Ｈ２に達する（ステップＳ１１７でＹｅｓの場合）と、電解液が気液混合タンク１１２に流れ込まないように電磁開閉弁１２５を閉止する（ステップＳ１１８）。

電磁開閉弁１２５を閉止すると、気液混合タンク１１２内の浴水が排出されなくなるので、電解槽１２６で発生させた水素ガスのガス圧が高くなる。そのため、水素ガス発生室１３５の電解液の液面が下に押されて降下し、酸素ガス発生室１３６の電解液の液面が上昇する。したがって、酸素ガス発生室１３６内の液面が上昇して電解液が外部へ溢れ出ないよう、水素ガス発生室１３５の電解液の水位が下限水位Ｈ１に達したら（ステップＳ１１９でＹｅｓの場合）電磁開閉弁１２５を再び開成し、気液混合タンク１１２内の浴水を排出して水素ガスの充填を再開する（ステップＳ１２０）。

このようにして電磁開閉弁１２５の開閉を制御することにより、電磁開閉弁１２５内における電解液の液面を上限水位Ｈ２と下限水位Ｈ１との間に保つことができ、電解槽１２６内の電解液が気液混合タンク１１２内に流れ込んだり、電解槽１２６の外部に漏れたりするのを防止している。特に、電解用電源１７３の電圧変動などによって水素ガスの体積増加率が変動した場合にも、電解液が電解槽１２６から溢れ出るのを防ぐことができる。

こうして、液面検出器１２２により気液混合タンク１１２内が所定水位以下になったことを検知すると（ステップＳ１１０でＹｅｓの場合）、気液混合タンク１１２内に水素ガスが充填されたと判断して電解槽１２６における両電極１３２ａ、１３２ｂ間の通電を停止して水の電気分解を止める（ステップＳ１１１）。この結果、気液混合タンク１１２内の大部分は水素ガスで満たされる。但し、電磁開閉弁１２５側から気液混合タンク１１２内に空気が流入しないように気液混合タンク１１２内の浴水は完全には排水しない。

この後、電動三方弁１２８を切替えて気液混合タンク１１２側を閉止状態とし（ステップＳ１１２）、電磁開閉弁１２５も閉じる（ステップＳ１１３）。ついで、第１及び第２の電動二方弁１２０、１２１を開き（ステップＳ１１４）、循環ポンプ１１９をオンにする（ステップＳ１１５）。

このとき電動三方弁１２８が閉じているので、循環ポンプ１１９が稼働すると、気液混合タンク１１２と浴槽１１３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１１３に環流される。すなわち、循環ポンプ１１９が稼働されると、浴槽１１３内の浴水はバスアダプター１１４の吸込み口１１４ａから吸込管１１５に吸い込まれ、給水ノズル１１７から気液混合タンク１１２内に落とし込まれる。このとき気液混合タンク１１２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１１２内に溜まる。一方、気液混合タンク１１２内に溜まっている水素ガスを溶解した浴水は、供給管１１６から浴槽１１３へ送り出され、バスアダプター１１４の圧力解放ノズル１１４ｂから浴槽１１３内に吐出される。

こうして気液混合タンク１１２内の水素ガスが浴水に溶解すると、気液混合タンク１１２内の水素ガスが消費されて気液混合タンク１１２内の水位が上昇する。そして、液面検出器１２２によって気液混合タンク１１２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１２０、１２１を閉じて水素水製造装置１１１の運転を終了する（ステップＳ１１６）。

以上説明したように、実施例１の水素水製造装置１１１によれば、気液混合タンク１１２内の浴水を水素ガスに置換する工程で、電解槽１２６内の液面を検知し、状況に応じて電磁開閉弁１２５の開閉を制御しているので、電解槽１２６内の電解液が漏れたり、気液混合タンク１１２内に混入したりすることがない。よって、水素ガスを最大効率で発生させても電解液の漏れがなく、効率よく、かつ、より短い時間で水素ガスを気液混合タンク１１２側に供給することができる。

また、電解槽１２６内の電解液の水位を検知しながら、気液混合タンク１１２内の浴水の排水流量を制御して水素ガスの充填を行うことにより、コンプレッサーなどの動力を用いずに、気液混合タンク１１２内に水素ガスを充填することができる。また、気液混合タンク１１２内の浴水を全て排水してしまわないので、排水管１２４から水素ガスが流出したり、空気が混入して水素ガスの濃度が低下したりすることがない。

なお、図示しないが、電解槽１２６の液面検出器１３４は、水素ガス発生室１３５でなく、酸素ガス発生室１３６に設けてもかまわない。ただし、浴槽１１３とつながる気液混合タンク１１２への電解液の漏出は確実に防ぐ必要があるので、水素ガス発生室１３５に設けておくことが望ましい。

実施例２は、実施例１に示した水素水製造装置１１１において、電解槽１２６内に貯めている電解液の液面の検出方法を変更したものである。以下、実施例１と異なる箇所を中心に説明する。図５（ａ）（ｂ）に実施例２にかかる電解槽１２６の概略断面図を示す。電解槽１２６は、実施例１で用いた電解槽１２６と液面検出器の構成が異なっている。つまり、電解槽１２６には、水素ガス発生室１３５と酸素ガス発生室１３６の各々に液面検出器１５１、１５２が設けられている。液面検出器１５１は、水素ガス発生室１３５の上限水位Ｈ２と電解液の補水時の基準となる基準水位Ｈ３を検出することができる。一方、液面検出器１５２は、酸素ガス発生室１３６の上限水位Ｈ４を検出できるようになっている。なお、陰電極１３２ａ及び陽電極１３２ｂは、上限水位Ｈ２、Ｈ４よりも下に配置することが望ましい。

水素ガス発生室１３５側の上限水位Ｈ２は、水素ガス発生室１３５内の液面が上昇した場合に、その液面が上限水位Ｈ２以下であれば水素ガス発生室１３５から気液混合タンク１１２に電解液が溢れ出すことのない水位に設定（図５（ａ）参照）されている。酸素ガス発生室１３６側の上限水位Ｈ４は、酸素ガス発生室１３６の液面が上昇した場合に、その液面が上限水位Ｈ４以下であれば酸素ガス発生室１３６から外部に電解液が溢れ出ることのない水位に設定（図５（ｂ）参照）されている。

図６は実施例２における水素水製造運転中の動作を表わしたフロー図である。以下、図６に従って水素水製造装置１１１の水素水製造運転開始から終了までを説明する。なお、ステップＳ１０１〜ステップＳ１１６は、実施例１と同じであるので省略し、ステップＳ１１０でＮｏの場合について説明する（ステップＳ１２１〜Ｓ１２４）。

電磁開閉弁１２５を開いて気液混合タンク１１２内の浴水を排水管１２４から排水している状態では、電解槽１２６から気液混合タンク１１２内に水素ガスが供給されているが、排水管１２４からの排水流量の方が若干大きくなるように設定されているので、電解槽１２６の水素ガス発生室１３５内の液面は次第に上昇する。そして、気液混合タンク１１２内の浴水が所定水位以下に下がるまでの間（ステップＳ１１０でＮｏの場合）に、図５（ａ）に示すように、水素ガス発生室１３５における電解液の液面が上限水位Ｈ２に達する（ステップＳ１２１でＹｅｓの場合）と、電磁開閉弁１２５を閉止して（ステップＳ１２２）、電解槽１２６から気液混合タンク１１２に電解液が漏れるのを未然に防ぐ。

電磁開閉弁１２５を閉止すると、気液混合タンク１１２内の浴水が排出されなくなるので、気液混合タンク１１２内のガス圧が高くなる。そのため、水素ガス発生室１３５において電解液の液面が下に押されて降下し、酸素ガス発生室１３６における電解液の液面が上昇する。そして、酸素ガス発生室１３６の電解液の液面が上限水位Ｈ４に達すると（ステップＳ１２３でＹｅｓの場合）、電磁開閉弁１２５を再び開成して気液混合タンク１１２内への水素ガスの供給を再開し（ステップＳ１２４）、酸素ガス発生室１３６から外部へ電解液が漏れるのを防止する。

このように水素ガス発生室１３５及び酸素ガス発生室１３６の上限水位Ｈ２、Ｈ４を検知しながら、状況により電磁開閉弁１２５の開閉を制御することにより、電解槽１２６内の電解液が気液混合タンク１１２内に流れ込んだり、電解槽１２６の外部に漏れたりするのを防止することができる。

なお、液面検出器１５１、１５２は、水素ガス発生室１３５と酸素ガス発生室１３６の上限水位Ｈ２、Ｈ４ではなく、各室の下限の水位を測定するようにしてもよいが、電解液の漏出を確実に防ぐためには、上限水位を検出することが望ましい。

図７に実施例３にかかる電解槽１２６の概略断面図を示す。本実施例３は、実施例１に示した水素水製造装置１１１の気液混合タンク１１２内に水素ガスを充填する工程において、電磁開閉弁１２５の制御方法が異なるものである。電解槽１２６は、実施例１で用いた電解槽１２６と液面検出器の構成が異なっている。つまり、電解槽１２６には、水素ガス発生室１３５に液面検出器１６１が設けられている。液面検出器１６１は、水素ガス発生室１３５の上限水位Ｈ２と電解液の補水時の基準となる基準水位Ｈ３を検出することができる。この実施例では、水素ガス発生室１３５の下限水位Ｈ１や酸素ガス発生室１３６の上限水位Ｈ４を検出する必要がないので、液面検出器１６１の構成を簡素化することができる。

以下、図８のフロー図に従って実施例３における水素水製造運転開始から終了までを説明する。なお、ステップＳ１０１〜ステップＳ１１６は、実施例１と同じであるので省略し、ステップＳ１１０でＮｏの場合について説明する（ステップＳ１２５〜Ｓ１２８）。

電磁開閉弁１２５を開いて気液混合タンク１１２内の浴水を排水管１２４から排水している状態では、電解槽１２６から気液混合タンク１１２内に水素ガスが供給されているが、排水管１２４からの排水流量の方が若干大きくなるように設定されているので、電解槽１２６の水素ガス発生室１３５内の液面は次第に上昇する。そして、気液混合タンク１１２内の浴水が所定水位以下に下がるまでの間（ステップＳ１１０でＮｏの場合）に、水素ガス発生室１３５における電解液の液面が上限水位Ｈ２に達する（ステップＳ１２５でＹｅｓの場合）と、電磁開閉弁１２５を閉止して（ステップＳ１２６）、電解槽１２６から気液混合タンク１１２に電解液が漏れるのを未然に防ぐ。

電磁開閉弁１２５を閉止すると、気液混合タンク１１２内の浴水が排出されなくなるので、気液混合タンク１１２内のガス圧が高くなる。そのため、水素ガス発生室１３５において電解液の液面が下に押されて下降し始める。一方、電磁開閉弁１２５が閉止されると同時に、コントローラ１３９はタイマーによって経過時間の計測を開始し、電磁開閉弁１２５を閉止してから所定時間Ｔ１が経過すると（ステップＳ１２７）と、電磁開閉弁１２５を再び開成する（ステップＳ１２８）。電磁開閉弁１２５を閉止している所定時間Ｔ１は、電解槽１２６内での水素ガスの体積増加率を考慮し、水素ガス発生室１３５における液面がその上限水位Ｈ２から、酸素ガス発生室１３６で電解液が溢れ出さないような水素ガス発生室１３５での最低水位（例えば、実施例１の下限水位Ｈ１に相当する水位）に下がるまでの時間に比べて短い時間に設定されている。また、上記タイマーとしては、例えばコントローラ１３９のタイマー機能を用いればよい。そして、このようにステップＳ１２５〜Ｓ１２８を繰り返すことによって、気液混合タンク１１２内に水素ガスが充填される。

このような実施例によれば、液面検出器１６１の構造を簡略にすることができるが、気液混合タンク１１２内の水位によって排水管１２４の排水流量が変化するので、このような時間制御よりも実施例１又は実施例２のように電解槽１２６内の電解液の液面に応じて電磁開閉弁１２５を制御するほうが有効である。

図９に実施例４にかかる水素水製造装置１７０の概略断面図を示す。実施例４の水素水製造装置１７０では、電解用電源１７３の出力電圧を制御する電源制御部１７４を備えている。従って、電源制御部１７４により電解用電源１７３から電極１３２ａ、１３２ｂに供給される電流量を調節することができ、それによって両電極１３２ａ、１３２ｂ間に流れる電流量を変化させ、水素ガスの体積増加率を調整できるようになっている。実施例１の水素水製造装置１１１では、電磁開閉弁１２５を開いたときに電解槽１２６の水素ガス発生室１３５内の液面を上昇させるには、水素ガスの体積増加率を電磁開閉弁１２５による排水流量よりも小さく設定しておかなければならず、そのため電解槽１２６内の液面が頻繁に変化する。これに対し、実施例４の場合には、水素ガスの体積増加率が電磁開閉弁１２５による排水流量よりも小さく設定されていても大きく設定されていてもよいので、水素ガスの体積増加率が電磁開閉弁１２５による排水流量と等しくなるように設定することができ、電解槽１２６内における液面の変動を緩やかにすることができる。

以下、図１０のフロー図に従って水素水製造装置１７０の水素水製造運転開始から終了までを説明する。なお、ステップＳ１０１〜ステップＳ１１６は、実施例１と同じであるので省略し、ステップＳ１１０でＮｏの場合について説明する（ステップＳ１３０〜Ｓ１４１）。

電磁開閉弁１２５を開いて気液混合タンク１１２内の浴水を排水管１２４から排水している状態では、電解槽１２６における水素ガスの体積増加率と電磁開閉弁１２５による排水流量とは釣り合っていることが望ましい。しかし、電解用電源１７３の出力電圧の変動によって例えば水素ガスの体積増加率が電磁開閉弁１２５による排水流量よりも小さくなり、電解槽１２６の水素ガス発生室１３５内の液面が次第に上昇し、気液混合タンク１１２内の浴水が所定水位以下に下がるまでの間（ステップＳ１１０でＮｏの場合）に、水素ガス発生室１３５における電解液の液面が上限水位Ｈ２に達したとする（ステップＳ１３０でＹｅｓの場合）。この場合には、コントローラ１３９は、電磁開閉弁１２５を閉止して（ステップＳ１３２）、電解槽１２６から気液混合タンク１１２に電解液が漏れるのを防止する。電磁開閉弁１２５を閉止すると、気液混合タンク１１２内の浴水が排出されなくなるので、気液混合タンク１１２内のガス圧が高くなる。そのため、水素ガス発生室１３５において電解液の液面が下に押されて降下し始める。なお、ステップＳ１３１は、後述のカウンタがカウント動作している場合には、それを停止させるものである。

水素ガス発生室１３５内の液面が下限水位Ｈ１以上で、上限水位Ｈ２以下であるときには、ステップＳ１３０〜Ｓ１４１のサブルーチンでは何も実行されない。水素ガス発生室１３５内の液面がさらに降下して液面が下限水位Ｈ１を上から下へ通過すると（ステップＳ１３３でＹｅｓの場合）、カウンタ値がＮ＝０にリセットされ、カウンタがカウントを開始する（ステップＳ１３４）。水素ガス発生室１３５の液面が下限水位Ｈ１を通過したので、その液面は下限水位Ｈ１以下となっており（ステップＳ１３５でｙｅｓ）、かつ、電磁開閉弁１２５が閉じられている（ステップＳ１３６でｙｅｓ）ので、電磁開閉弁１２５が開かれて（ステップＳ１３７）酸素ガス発生室１３６側から電解液が溢れるのを防止する。

電磁開閉弁１２５を開いたとき、水素ガスの体積増加率が電磁開閉弁１２５による排水流量よりも小さければ、水素ガス発生室１３５内の液面は次第に上昇し、液面が上限水位Ｈ２を超えると（ステップＳ１３０でＹｅｓの場合）、カウンタが停止させられ（ステップＳ１３１）、電磁開閉弁１２５が閉じられる（ステップＳ１３２）。

従って、水素ガスの体積増加率が電磁開閉弁１２５による排水流量よりも小さい場合には、実施例１の場合と同様に、水素ガス発生室１３５内の液面は上限水位Ｈ２と下限水位Ｈ１との間で変動する。

これに対し、水素ガス発生室１３５内の液面がステップＳ１３３で下限水位Ｈ１を上から下へ通過した直後に、電解用電源１７３の出力電圧が変動し、水素ガスの体積増加率が電磁開閉弁１２５による排水流量よりも大きくなったとすると、ステップＳ１３７で電磁開閉弁１２５を開いても水素ガス発生室１３５内の液面は上昇しない。このように電磁開閉弁１２５を開いても水素ガス発生室１３５の液面が下限水位Ｈ１以下にあって上昇しない場合には、電源制御部１７４によりステップＳ１３８〜Ｓ１４１に従って電解用電源１７３の出力電圧を調整する。

すなわち、コントローラ１３９はカウンタ値を参照し、カウンタ値Ｎが所定のカウントアップ値Ｎupになっているかどうか判断する（ステップＳ１３８）。カウンタ値Ｎがカウントアップ値Ｎupに達していない場合（ステップＳ１３８でＮｏの場合）には、カウンタ値を１増加させる（Ｎ＋１→Ｎ；ステップＳ１４１）。こうしてカウンタ値は、水素ガス発生室１３５内の液面が下限水位Ｈ１よりも上になるまで１ずつ増加させられるが、略所定時間が経過してカウンタ値Ｎがカウントアップ値Ｎupに達しても液面が下限水位Ｈ１よりも上になっていない場合（ステップＳ１３８でＹｅｓの場合）には、カウンタ値をＮ＝０にリセットして（ステップＳ１３９）電解用電源１７３の出力電圧を所定量ΔＶだけ下げる（ステップＳ１４０）。

こうして電解用電源１７３の出力電圧が下げられると、電解槽１２６の両電極１３２ａ、１３２ｂ間に流れる電流が少なくなって水素ガスの体積増加率が小さくなり、水素ガス発生室１３５内の液面が上昇する。

また、水素ガスの体積増加率が大きくなって、電磁開閉弁１２５を開いて排水しているにも拘わらず水素ガス発生室１３５内の液面が下がりだした場合には、液面が下限水位Ｈ１を超えたときにカウンタ値がＮ＝０にリセットされてカウンタのカウントが開始され、電磁開閉弁１２５が開いているので、直接ステップＳ１３８〜Ｓ１４１が実行される。よって、この場合も電解用電源１７３の出力電圧が小さくなって水素ガスの体積増加率が抑制され、水素ガス発生室１３５内の液面が上昇させられる。

よって、この実施例では、電解用電源１７３の出力電圧の変動や、気液混合タンク１１２内の水位の変化に伴う排水流量の変動があっても、水素ガスの発生量を調整しながら電解液の漏れ出しを防ぐことができる。特に、水素ガスの体積増加率が排水流量よりも大きくなった場合でも、電解液の漏れ出しを防ぐことができる。

上記の説明から分かるように、カウンタのカウントアップ値Ｎupは、ステップＳ１３７で電磁開閉弁１２５が開かれた後、液面が下限水位Ｈ１を超えるまでの通常の時間をカウントするカウント値よりも大きな値に設定しておけばよい。また、電解用電源１７３の電圧調整量ΔＶの適切な値は、小さな値にすれば水素ガスの体積増加率を微調整でき、比較的大きな値にすれば平衡状態に達するまでの時間を短くできるが、実験的に定めることが望ましい。

図１１に実施例５にかかる水素水製造装置１８０の概略断面図を示す。実施例５の水素水製造装置１８０は、陰電極１３２ａと陽電極１３２ｂの間に流れる電流量を測定するための電流計１８４を備えている。また、排水管１２４には流量センサ１８１と流量制御弁１８２（排水弁）を設けている。

図１２は水素水製造装置１８０における、コントローラ１３９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１３９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１８０をマイコン制御するものである。すなわち、図１２に示すように、コントローラ１３９は、水素溶解運転スイッチ１４２、電源スイッチ１４３、電流計１８４、流量センサ１８１、液面検出器１２２及び１８３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１１９、電動三方弁１２８、第１及び第２の電動二方弁１２０、１２１、流量制御弁１８２、電解用電源１７３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１１３に環流させる。

しかして、この実施例にあっては、電解槽１２６で発生する水素ガスの体積増加率に応じて排水管１２４からの排水流量を調整し、電解槽１２６内における電解液の液面の変化を抑制するようにしている。つまり、本実施例の水素水製造装置１８０においては、陰電極１３２ａと陽電極１３２ｂの間に流れる電流の大きさを計測し、流量制御弁１８２により排水流量が水素ガスの体積増加率（単位時間当たりに発生する水素ガスの体積）とほぼ等しくなるようにしている。なお、この実施例で図示されている液面検出器１８３は、電解液が漏れ出るのを防止するためのものではない。

単位時間当たりに発生する水素ガスのモル数Δｍは、電解槽１２６の両電極１３２ａ、１３２ｂ間に流れる電流値によって決まる。しかし、水素ガスの単位時間当たりの体積増加（つまり、体積増加率）は、水素ガスの圧力や温度などによって変化する。具体的にいうと、単位時間当たりに発生する水素ガスのモル数をΔｍ、体積増加率をΔＵ、水素ガスの圧力をＰ、水素ガスの温度（絶対温度）をＴとし、この水素ガスを理想ガスの状態方程式で近似すれば、
ＰΔＵ＝ΔｍＲＴ （Ｒはアボガドロ定数）
で表わされる。

しかし、電解槽１２６内における水素ガスの圧力変化は、せいぜい水素ガス発生室１３５における電解液の液面と酸素ガス発生室１３６における電解液の液面との液面差に相当する圧力であり、これは１気圧（≒１０００ｃｍ・Ｈ_２Ｏ）に比べて非常に小さな変化であり、圧力変化は無視することができる。また、水素ガスの温度が例えば３０℃変化したとしても、絶対温度ではせいぜい１割程度の変化に過ぎない（温度変化を考慮する必要があれば、電解槽１２６に温度センサを設ければよい。）。したがって、電解槽１２６内において単位時間当たりに発生する水素ガスの体積を考える場合には、圧力Ｐ及び温度Ｔは一定と考えてよく、水素ガスの体積増加率は電流計１８４で測定した電流値のみから演算することができる。こうして水素ガスの体積増加率ΔＵを演算することができれば、流量センサ１８１で排水管１２４からの排水流量を計測しながら排水流量が水素ガスの体積増加率ΔＵと等しくなるように流量制御弁１８２をフィードバック制御することにより、電解槽１２６の水素ガス発生室１３５内の液面がほとんど変動しないように制御することができる。

以下、図１３のフロー図に従って水素水製造装置１８０の水素水製造運転開始から終了までの処理手順を具体的に説明する。なお、ステップＳ１０１〜ステップＳ１１６は、実施例１と同じであるので省略し、ステップＳ１１０でＮｏの場合について説明する（ステップＳ１５０〜Ｓ１５６）。ただし、電磁開閉弁１２５の閉じる処理は、流量制御弁１８２を全閉とする処理になる（ステップＳ１１３）。

流量制御弁１８２を適宜弁開度となるように開いて気液混合タンク１１２内の浴水を排水管１２４から排水している状態では、電解槽１２６における水素ガスの体積増加率と電磁開閉弁１２５による排水流量とは釣り合っていることが望ましい。しかし、例えば電解用電源１７３の出力電圧の変動によって水素ガスの体積増加率が変化すると、電解槽１２６の水素ガス発生室１３５内の液面が上昇したり降下したりして電解槽１２６内の電解液が漏れる恐れがある。そのため、本実施例では、ステップＳ１５０〜Ｓ１５６の処理により、電解槽１２６内の電解液の液面が変動しにくいようにしている。

すなわち、コントローラ１３９は電流計１８４によって電極１３２ａ、１３２ｂに流れる電流の大きさを検出し（ステップＳ１５０）、その電流値と上記状態方程式に基づいて単位時間に発生する水素ガスの体積（体積増加率）ΔＵを演算する（ステップＳ１５１）。ついで、排水管１２４からの排水流量が水素ガスの体積増加率ΔＵと等しくなるように流量制御弁１８２の制御量（弁開度）を演算し（ステップＳ１５２）、演算した制御量となるように流量制御弁１８２を制御する（ステップＳ１５３）。そして、流量センサ１８１によって排水管１２４に流れる浴水の排水流量を検出し（ステップＳ１５４）、演算により求めた排水流量と検出した排水流量とを比較する（ステップＳ１５５）。比較した結果、排水流量の演算値と検出値とが等しくなければ、流量制御弁１８２のフィードバック制御量（補正量）を演算して（ステップＳ１５６）流量制御弁１８２をフィードバック制御し、正確に排水流量を制御する。

こうして気液混合タンク１１２内の水位が所定水位以下に下がって水素ガスの供給を終了するまでは、ステップＳ１５０〜Ｓ１５６に従って水素ガスの体積増加率と排水管１２４からの排水流量とが釣り合うように制御するので、電解槽１２６内の電解液の液面が変動しにくくなり、電解液が電解槽１２６から漏れるのを防止することができる。

なお、実施例５では、電流計１８４の検出値に応じて流量制御弁１８２により排水流量を制御するようにしたが、これとは逆の方法で水素ガスの体積増加率と排水流量とが等しくなるようにしてもよい。すなわち、電解用電源１７３の電圧を調整するための電源制御部を設けておく（図１４参照）。そして、流量センサ１８１によって流量制御弁１８２を通過する浴水の排水流量を検出し、水素ガスの体積増加率が、検出された排水流量と等しくなるように電流値を演算する。ついで、電流計１８４で電流値を監視しながら電極１３２ａ、１３２ｂ間に演算された電流量を流してやればよい。

実施例６は実施例５の改良例であり、排水流量の制御量が流量制御弁１８２の調整可能範囲を超えるような場合に有効である。図１４は実施例６にかかる水素水製造装置１９０の概略断面図を示す。実施例６の水素水製造装置１９０では、実施例５の水素水製造装置１８０の構成に加えて、電解用電源１７３の出力電圧を調整するための電源制御部１７４を備えており、実施例５の場合と同様にして流量制御弁１８２を制御するときに、流量制御弁１８２を通過させる排水流量の制御値が流量制御弁１８２の適正な調整可能範囲を超えた場合には、電解用電源１７３の出力電圧を調整するようにしている。

以下、図１５及び図１６のフロー図に従って水素水製造装置１９０の水素水製造運転開始から終了までの処理手順を具体的に説明する。なお、ステップＳ１０１〜ステップＳ１１６は、実施例１と同じであるので省略し、ステップＳ１１０でＮｏの場合について説明する（ステップＳ１６０〜Ｓ１７２）。ここで、流量制御弁１８２の制御量（例えば弁開度）の適正な調整可能範囲の上限値をＱu、下限値をＱdとする。

水素ガス発生中においては、例えば電解用電源１７３の出力電圧の変動によって水素ガスの体積増加率が変化すると、電解槽１２６の水素ガス発生室１３５内の液面が上昇したり降下したりして電解槽１２６内の電解液が漏れる恐れがある。そのため、本実施例では、ステップＳ１６０〜Ｓ１７２の処理により、電解槽１２６内の電解液の液面が変動しにくいようにしている。

すなわち、コントローラ１３９は電流計１８４によって電極１３２ａ、１３２ｂに流れる電流を検出し（ステップＳ１６０）、その電流値と前記状態方程式に基づいて単位時間に発生する水素ガスの体積（体積増加率）ΔＵを演算する（ステップＳ１６１）。ついで、排水管１２４からの排水流量が水素ガスの体積増加率ΔＵと等しくなるように流量制御弁１８２の制御量を演算する（ステップＳ１６２）。ついで、制御量の演算値Ｑと流量制御弁１８２の制御範囲の上限値Ｑu及び下限値Ｑdとを比較する（ステップＳ１６３、Ｓ１６６）。

比較した結果、演算値Ｑが上限値Ｑuを超えていた場合（ステップＳ１６３でＹｅｓの場合）には、電源制御部１７４によって電解用電源１７３の出力電圧を所定値ΔＶ１だけ減少させる（ステップＳ１６４）。出力電圧が小さくなると水素ガスの発生量が減少するので、電流値が安定するまで時間待ち（ステップＳ１６５）した後、再度ステップＳ１６０〜Ｓ１６２で流量制御弁１８２の制御量を演算すると、前回の値よりも小さな演算値Ｑに更新される。

また、比較した結果、制御量の演算値Ｑが下限値Ｑdを下回っていた場合（ステップＳ１６６でＹｅｓの場合）には、電源制御部１７４によって電解用電源１７３の出力電圧を所定値ΔＶ２だけ増加させる（ステップＳ１６７）。出力電圧が大きくなると水素ガスの発生量が増加するので、電流値が安定するまで時間待ち（ステップＳ１６８）した後、再度ステップＳ１６０〜Ｓ１６２で流量制御弁１８２の制御量を演算すると、前回の値よりも大きな演算値Ｑに更新される。

また、比較した結果、制御量の演算値Ｑが下限値Ｑdと上限値Ｑuとの間に納まっている場合（ステップＳ１６３及びＳ１６６でＮｏの場合）には、演算値Ｑと等しい制御量となるように流量制御弁１８２を制御する（ステップＳ１６９）。そして、流量センサ１８１によって排水管１２４に流れる浴水の排水流量を検出し（ステップＳ１７０）、排水流量と検出した排水流量とを比較する（ステップＳ１７１）。比較した結果、排水流量の演算値と検出値とが等しくなければ、流量制御弁１８２のフィードバック制御量（補正量）を演算して（ステップＳ１７２）流量制御弁１８２をフィードバック制御し、正確に排水流量を制御する。

これまでに説明した各実施例では、排水管に電磁開閉弁を設けたものと、流量制御弁を設けたものとを説明した。しかしながら、いずれの実施例においても、電磁開閉弁と流量制御弁とは互換性があり、いずれを用いてもよい。例えば、図１７に示す実施例７の水素水製造装置２００は、実施例１の水素水製造装置１１１において電磁開閉弁１２５を流量制御弁１８２に取り換えたものである。実施例１の場合には、水素ガス発生室１３５の水位が上限水位Ｈ２以上になった場合には、電磁開閉弁１２５を閉じ、下限水位Ｈ１以下になった場合には、電磁開閉弁１２５を開いていた。これに対し、実施例７の水素水製造装置２００においては、図１８のフロー図に示すように、水素ガス発生室１３５の水位が上限水位Ｈ２以上になった場合には、流量制御弁１８２の弁開度を小さくし（ステップＳ１８０、Ｓ１８１）、下限水位Ｈ１以下になった場合には、流量制御弁１８２の弁開度を大きくしている（ステップＳ１８２、Ｓ１８３）。従って、この実施例７の水素水製造装置２００によれば、弁開度の大きくしたり小さくしたりする際の補正量を適正に決めてあれば、実施例１の場合よりも電解槽１２６の液面の変動を緩やかにすることができる。これは実施例２や実施例３などについても当てはまる。

また、流量制御弁１８２を用いた実施例５や実施例６においても、流量制御弁１８２を電磁開閉弁１２５に置き換えることも可能である。この場合には、電磁開閉弁１２５を一定周期で繰り返し開閉させることによって浴水を排水するようにすれば、その開成時間のデューティー比を調整することによって排水流量を制御することができる。

上記各実施例では水素ガスの発生量に応じて排水管１２４からの排水流量を調整するようにしたが、逆に排水管１２４からの排水流量に応じて水素ガスの発生量を調整するようにしてもよい。

例えば、実施例１のような構成の水素水製造装置１１１の場合には、処理方法を図１９のフロー図のように変更すればよい。すなわち、水素ガス発生室１３５の水位が上限水位Ｈ２以上になった場合には、電解用電源１７３からの出力電圧を大きくし（ステップＳ１９０、Ｓ１９１）、下限水位Ｈ１以下になった場合には、電解用電源１７３からの出力電圧を小さくする（ステップＳ１９２、Ｓ１９３）ことにより電解液の漏れを防止することができる。

なお、上記各実施例では、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。 本発明の実施例１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）（ｂ）は、電解槽内の電解液の水位の変化を説明する図である。 （ａ）（ｂ）は、実施例２で用いた電解槽の概略断面図である。 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。 実施例３に用いた電解槽の概略断面図である。 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。 同上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５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。 実施例５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６の水素水製造装置を示す概略断面図である。 実施例６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。 同上のフロー図の一部である。 本発明の実施例７の水素水製造装置を示す概略断面図である。 実施例７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。 実施例８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

１１１、１７０、１８０、１９０、２００ 水素水製造装置
１１２ 気液混合タンク
１１５ 吸込管
１１６ 供給管
１１９ 循環ポンプ
１２２、１３４、１５１、１５２、１６１、１８３ 液面検出器
１２４ 排水管
１２５ 電磁開閉弁
１２６ 電解槽
１２７ 水素ガス供給管
１３１ 隔壁
１３２ａ 陰電極
１３２ｂ 陽電極
１３３ 酸素排気口
１３５ 水素ガス発生室
１３６ 酸素ガス発生室
１３９ コントローラ
１７３ 電解用電源
１７４ 電源制御部
１８１ 流量センサ
１８２ 流量制御弁
１８４ 電流計

Claims (14)

1. 気液混合タンクと、電解液を分解して第１ガス発生室で第１のガスを発生させると共に第２ガス発生室で第２のガスを発生させる電解槽と、前記第１ガス発生室から前記気液混合タンクに第１のガスを供給するガス供給管とを備え、
   前記気液混合タンク内に水を充満させた後に気液混合タンク内の水を排水しながら前記電解槽の第１ガス発生室で発生した第１のガスを気液混合タンク内に充填させるガス充填方法において、
   前記電解槽に電解液の液面を検出するための液面検出器を設けると共に前記気液混合タンクに排水弁を設け、
   前記気液混合タンクに第１のガスを供給する際に、前記液面検出器で測定される電解液の液面高さに応じて前記排水弁からの水の排水流量を制御することを特徴とするガス充填方法。
2. 前記液面検出器により前記電解槽の第１ガス発生室又は第２ガス発生室における電解液の液面を検出し、液面が第１ガス発生室における上限位置又は第２ガス発生室における下限位置に達したと判断したら、前記排水弁の弁開度を小さくすることを特徴とする、請求項１に記載のガス充填方法。
3. 前記液面検出器により前記電解槽の第１ガス発生室又は第２ガス発生室における電解液の液面を検出し、液面が第１ガス発生室における下限位置又は第２ガス発生室における上限位置に達したと判断したら、前記排水弁の弁開度を大きくすることを特徴とする、請求項１又は２に記載のガス充填方法。
4. 前記排水弁の弁開度を変化させた後、所定時間が経過したら排水弁の弁開度を元に戻すようにしたことを特徴とする、請求項２又は３に記載のガス充填方法。
5. 気液混合タンクと、電解液を分解して第１ガス発生室で第１のガスを発生させると共に第２ガス発生室で第２のガスを発生させる電解槽と、前記第１ガス発生室から前記気液混合タンクに第１のガスを供給するガス供給管とを備え、
   前記気液混合タンク内に水を充満させた後に気液混合タンク内の水を排水しながら前記電解槽の第１ガス発生室で発生した第１のガスを気液混合タンク内に充填させるガス充填方法において、
   前記電解槽に電解液の液面を検出するための液面検出器を設けると共に前記電解槽における第１のガスの発生量を制御するガス発生量制御手段を設け、
   前記気液混合タンクに第１のガスを供給する際に、前記液面検出器で測定される電解液の液面高さに応じて前記ガス発生量制御手段により第１のガスの発生量を制御することを特徴とするガス充填方法。
6. 前記液面検出器により前記電解槽の第１ガス発生室又は第２ガス発生室における電解液の液面を検出し、液面が第１ガス発生室における上限位置又は第２ガス発生室における下限位置に達したと判断したら、第１のガスの発生量を大きくすることを特徴とする、請求項５に記載のガス充填方法。
7. 前記液面検出器により前記電解槽の第１ガス発生室又は第２ガス発生室における電解液の液面を検出し、液面が第１ガス発生室における下限位置又は第２ガス発生室における上限位置に達したと判断したら、第１のガスの発生量を小さくすることを特徴とする、請求項５又は６に記載のガス充填方法。
8. 前記ガス発生量制御手段は、電解液を分解させるための電極に電流を供給する電源の出力を制御する電源制御部である、請求項５、６又は８に記載のガス充填方法。
9. 気液混合タンクと、電解液を分解して第１ガス発生室で第１のガスを発生させると共に第２ガス発生室で第２のガスを発生させる電解槽と、前記第１ガス発生室から前記気液混合タンクに第１のガスを供給するガス供給管とを備え、
   前記気液混合タンク内に水を充満させた後に気液混合タンク内の水を排水しながら前記電解槽の第１ガス発生室で発生した第１のガスを気液混合タンク内に充填させるガス充填方法において、
   前記気液混合タンクに排水弁を設けると共に前記電解槽における第１のガスの発生量を検出するガス発生量検出手段を設け、
   前記気液混合タンクに第１のガスを供給する際に、前記ガス発生量検出手段により検出された第１のガスの発生量に応じて前記排水弁からの水の排水流量を制御することを特徴とするガス充填方法。
10. 前記ガス発生量検出手段により検出された第１のガスの発生量に基づいて第１のガスの単位時間当たりの体積増加率を演算し、気液混合タンクからの排水流量が第１のガスの体積増加率の演算値と同等になるよう前記排水弁により排水流量を制御する、請求項９に記載のガス充填方法。
11. 第１のガスの体積増加率の演算値と同等になるよう制御される排水流量に対応する排水弁の制御値に応じて第１のガスの発生量を補正するようにした、請求項１０に記載のガス充填方法。
12. 気液混合タンクと、電解液を分解して第１ガス発生室で第１のガスを発生させると共に第２ガス発生室で第２のガスを発生させる電解槽と、前記第１ガス発生室から前記気液混合タンクに第１のガスを供給するガス供給管とを備え、
    前記気液混合タンク内に水を充満させた後に気液混合タンク内の水を排水しながら前記電解槽の第１ガス発生室で発生した第１のガスを気液混合タンク内に充填させるガス充填方法において、
    前記電解槽における第１のガスの発生量を制御するガス発生量制御手段を設けると共に前記気液混合タンクにおける排水流量を検出する排水流量検出手段を設け、
    前記気液混合タンクに第１のガスを供給する際に、前記排水流量検出手段により検出された排水流量に応じて前記ガス発生量制御手段により第１のガスの発生量を制御することを特徴とするガス充填方法。
13. 前記排水流量検出手段により気液混合タンクからの排水流量を検出し、前記ガス発生量制御手段により第１のガスの体積増加率が検出された排水流量と同等となるように第１のガスの発生量を制御する、請求項１２に記載のガス充填方法。
14. 浴槽の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浴槽へ送り出す第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を備え、前記電解槽で発生させた第１のガスである水素ガスを気液混合タンクに充填させた後、浴槽の温水を気液混合タンク内に循環させて水素ガスを溶解した水素水を浴槽に環流させるようにした水素水供給装置であって、
    請求項１〜１３のいずれかに記載したガス充填方法を実施できるように構成した水素水供給装置。

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