JP2013176716A - 電気分解装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水素が豊富に溶存した高温水を必要なときに必要な量だけ生成でき、生成された高温水を温かい飲料用として手軽に利用することが可能な電気分解装置を提供する。
【解決手段】高温水を収容可能な容器２と、容器２の上部に形成され外部から容器２内に高温水を供給可能な供給口１５と、容器２の容器底部９に形成され容器２に収容された高温水を吐出する吐出口１６と、容器２を支持し、容器２の下方に、高温水を受ける受け器６が設置可能となる設置スペースを形成する一対の支柱部材４と、容器２の内部に配置された一対の電極２０と、容器２の外部に配置され一対の電極２０に印加する電圧を発生する電圧印加回路２２と、容器２の側壁を貫通して配置され一対の電極２０と電圧印加回路２２とを電気的に接続する導線２３と、を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、飲用水を電気分解する電気分解装置に関するものである。

容器に収容した水を電気分解し、水中で水素を発生させる装置が種々提案され、実施されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、水を収容する容器内に一対の電極を設置し、この一対の電極に電圧を印加することにより、水素が溶存した水を生成するものである。これによれば、飲用によって水素を活性酸素と結び付け、体内の活性酸素を低減させることが期待されている。

また、特許文献１には、容器内の清掃や水の攪拌を行う際に支障とならないように、一対の電極を容器の底部側に配置するとともに、その電極の形状を、容器の側壁に向けて延伸する板状体とすることが開示されている。ところが、この電極によれば、その一面が、容器の底部の表面に接触した状態で取付けられるため、水と接触する面積が少なくなり、電気分解の効率が低下するおそれがあった。

そこで、本願出願人は、一対の電極が水と接触し易く、効率良く水の電気分解を行うことができる電気分解装置を先に出願した。具体的には、一対の電極を容器の底部に電気絶縁性のホルダーを介して支持し、一対の電極間の空隙が容器の内部空間内で上方及び下方に開放するように構成したものである。なお、先の出願は、本特許出願時には未だ出願公開されていないため、文献公知発明には該当しない。

上記の電気分解装置によって生成された水は、水素が豊富に溶存するため、身体によい水として飲用することができるが、もっと手軽に且つ日常的に飲用するには、温かいお茶や温かいコーヒー等、温かい飲料用の水として使用することが好ましい。

しかし、水素はとても放散しやすく、上記のような装置で電気分解された水をやかん等を用いて沸騰させると、水に溶存する水素の割合が少なくなることが考えられるため、一般には、冷水または低温水のまま飲用されていた。

また、日常的に飲用できるように、必要なときに必要な量だけ、手軽に飲用できる装置が望まれていた。

そこで、本発明は、上記の実状に鑑み、水素が豊富に溶存した高温水を必要なときに必要な量だけ生成でき、生成された高温水を温かい飲料用として手軽に利用することが可能な電気分解装置の提供を、課題とするものである。

上記の課題を解決するため、本発明にかかる電気分解装置は、
「高温水を収容可能な容器と、
該容器の上部に形成され、外部から前記容器内に前記高温水を供給可能な供給口と、
前記容器の底部に形成され、前記容器に収容された前記高温水を吐出する吐出口と、
前記容器を支持し、該容器の下方に、前記吐出口から吐出された前記高温水を受ける受け器が設置可能となる設置スペースを形成する支柱部材と、
前記容器の内部に配置された一対の電極と、
前記容器の外部に配置され、前記一対の電極に印加する電圧を発生する電圧印加回路と、
前記容器の側壁または底部を貫通して配置され、前記一対の電極と前記電圧印加回路とを電気的に接続する導電性部材と
を具備する」
ことを特徴とするものである。

ここで、「容器」の形状は特に限定されるものではないが、例えば漏斗状とすることができる。「供給口」は、容器の上面全体に形成してもよく、上面の一部分にのみ形成してもよい。また、容器に高温水を供給するには、使用者の手で注ぎ入れるようにしてもよく、あるいはポンプを備えた給湯管を介して機械的に供給するようにしてもよい。

「電圧印加回路」には、外部の商用電源（交流１００Ｖ）から所定電圧の直流電源を生成する電源回路を含めることができる。

本発明の電気分解装置によれば、容器の内部に一対の電極が配置され、この電極は、容器の外部に配置された電圧印加回路に導電性部材を介して接続されている。このため、供給口から容器の内部に、電解質を僅かに含有する高温水を供給し、電圧印加回路を作動させると、一対の電極間に所定の電圧が印加され、容器に収容された高温水が電気分解される。すると、陰極側の電極で水素が発生し、高温水に溶存する水素の割合が増加する。

また、容器の底部には吐出口が形成されており、また、容器は、その下方に受け器の設置スペースが形成された状態で支柱部材に支持されているため、容器の下方に受け器を設置すれば、吐出口から自然に吐出された高温水、すなわち水素が豊富に溶存した高温水が受け器に貯められる。なお、「受け器」としては、茶碗、カップ、急須、デカンタ等を例示することができ、また必要に応じて茶漉しやコーヒードリッパを併用することも可能である。

したがって、水素が豊富に溶存した高温水を容易に生成することができ、生成された高温水を温かい飲料として手軽に利用することが可能になる。例えば、受け器として茶漉しを備えた急須を用いれば、水素が豊富に溶存した温かいお茶が生成され、また、受け器としてコーヒードリッパを載せたカップを用いれば、水素が豊富に溶存した温かいコーヒーが生成される。

また、本発明にかかる電気分解装置は、上記構成において、
「前記一対の電極は、前記容器に電気絶縁性のホルダーによって支持され、共に環状で互いに同心となるように配置されるとともに、前記一対の電極間に所定の電極間空隙が形成され且つ該電極間空隙が前記容器の内部空間内で上方及び下方に開放した状態で保持されている」ものとすることができる。

ここで、「ホルダー」は、電気絶縁性の材料で形成するものであり、例えば、樹脂製、ガラス製、またはセラミックス製とすることができる。また、電極の形状の「環状」としては、円環状、楕円形の環状、または多角形状の環状を例示することができる。また、「環状」は、Ｃリングのように途中で切れた環状であってもよく、閉じた環状であってもよい。

本発明の電気分解装置によれば、一対の電極がホルダーによって支持され、一対の電極における電極間空隙は容器の内部で上方及び下方に開放している。このため、高温水は、電極間空隙を通って流通することができ、容器内で高温水の自然な対流が生じやすくなる。したがって、電極で発生した気体が上昇するのに伴い、電極周りに高温水が供給され、高温水の電気分解を効率よく継続的に進行させることができる。

本発明にかかる電気分解装置は、上記構成において、
「前記吐出口は、前記容器に収容された前記高温水を滴下する大きさの小孔からなり、常時開放されている」ものとすることができる。

本発明の電気分解装置によれば、吐出口は常時開放されているため、吐出口を開閉する機構等を設ける必要がなく、容器を極めてシンプルに構成することが可能となる。ところで、吐出口が常時開放されているため、電気分解を行う間も高温水が吐出されることとなるが、吐出口は高温水を滴下する大きさの小孔であるため、ゆっくりと吐出される（すなわち吐出量が制限される）。したがって、容器に収容された高温水に対し電気分解をある程度継続して行うことができ、水素の割合を確実に増加させることが可能となる。

本発明にかかる電気分解装置は、
「前記吐出口から吐出される前記高温水を遮断するバルブをさらに備える」ものとすることができる。

本発明の電気分解装置によれば、バルブにより、吐出口から吐出される高温水を遮断することが可能になるため、例えば、電気分解が終了するまで容器から高温水が吐出されないようにしたり、受け器の容積や飲料する湯量に応じた必要な分だけ高温水を吐出させたりすることが可能となり、利便性が一層高められる。

このように、本発明によれば、水素が豊富に溶存した高温水を必要なときに必要な量だけ生成でき、生成された高温水を温かい飲料用として手軽に利用することができる。

本発明の第一実施形態の電気分解装置の縦断面図である。 図１の電気分解装置の、電極付きのホルダー、及びホルダーキャップを分解した状態を示す分解斜視図である。 本発明の第二実施形態の電気分解装置の縦断面図である。 本発明の第三実施形態の電気分解装置の縦断面図である。

以下、本発明の第一実施形態である電気分解装置１について、図１及び図２に基づき説明する。図１に示すように、本実施形態の電気分解装置１は、高温水を収容可能な容器２と、平板状のベース部材３と、ベース部材３から立設され容器２を支持する一対の支柱部材４と、ベース部材３に形成された箱状の基板収容部５とを備えている。また、容器２の下方には、容器２から吐出された高温水を貯めることが可能な受け器６を設置するための設置スペースＳが設けられている。

容器２は、上面が開放された円筒状の容器本体８と、容器本体８の下端に取着された容器底部９とからなり、容器本体８の下部に形成された円板状の支持板１１によって、容器本体８の内部空間である上側収容部１２と、容器底部９の内部空間である下側収容部１３とが仕切られている。ただし、支持板１１には、上下方向に貫通する複数の開口１４が穿設されており、上側収容部１２及び下側収容部１３は互いに連通している。また、容器本体８の上面開放部分には上側収容部１２に高温水を供給する供給口１５が形成され、容器底部９の底面には、下側収容部１３に収容された高温水を滴下する大きさの複数の小孔からなる吐出口１６が形成されている。つまり、供給口１５から上側収容部１２に供給された高温水は、複数の開口１４を通って下側収容部１３側に流れ込み、吐出口１６から少しずつ吐出されるようになっている。

容器底部９は、周壁が下側に向って縮径された略円錐形の形状を呈し、その上部外周面にはネジ山９ａが形成されており、容器本体８の下端内周面に形成されたネジ溝８ａに螺合されることで、容器底部９は容器本体８の下端に着脱可能に取着されている。

また、支持板１１の中央には、上側収容部１２及び下側収容部１３に収容された高温水を電気分解する電気分解ユニット１０が設けられている。この電気分解ユニット１０は、一対の電極２０ａ，２０ｂ（以下、特に区別する必要がない場合は「電極２０」と総称する）と、電極２０を支持する電気絶縁性のホルダー２１とを備え、電極２０が、基板収容部５に配置された電圧印加回路２２に導線２３を介して電気的に接続されている。なお、支持板１１には、ホルダー２１の基部２６を嵌挿させる貫通孔部１１ａが穿設されている。

より詳細に説明すると、ホルダー２１の基部２６は円筒状であり、下端側の外周面にはネジ山２６ｂが形成され、内周面にネジ溝２７ｂが形成されたナット状の締結具２７によって、支持板１１に固定されている。すなわち、ホルダー２１の基部２６を貫通孔部１１ａに挿通した上で、支持板１１の裏面（下面）側で、基部２６のネジ山２６ｂと締結具２７のネジ溝２７ｂとを螺合させて留め付けることにより、ホルダー２１は、基部２６の一部を支持板１１より上に位置させた状態で、支持板１１に固定されている。

基部２６の上端は、基部２６の外周円より径の大きい円板形の基部上面部２８で閉塞されており、この基部上面部２８の外周縁から立ち上がるように、円環状の内側環状部３１が設けられている。また、内側環状部３１の径方向外側には、内側環状部３１と同心であり、内側環状部３１と同程度の高さを有する円環状の外側環状部３２が設けられている。そして、外側環状部３２の下端と内側環状部３１の下端とは、外側環状部３２と内側環状部３１との間に所定の間隔があけられた状態で、複数箇所（本実施形態では八箇所）で連結部３３によって連結されている。それぞれの連結部３３には、その中間部において、外側環状部３２及び内側環状部３１と同程度の高さのスペーサ部３４が突出しており、スペーサ部３４と外側環状部３２との間、及びスペーサ部３４と内側環状部３１との間には、それぞれ０．５ｍｍ〜１ｍｍの間隙があけられている。また、スペーサ部３４は、何れも約１ｍｍの厚さ（外側環状部３２及び内側環状部３１の径方向の長さ）を有している。

スペーサ部３４と内側環状部３１との間、及び、スペーサ部３４と外側環状部３２との間には、それぞれＣリングのように途中で切れた円環状の電極２０（２０ａ，２０ｂ）が、複数の連結部３３の上に載置された状態で支持されている。すなわち、一対の電極２０間は、スペーサ部３４の厚さより僅かに大きな距離だけ離隔しており、その間隙はスペーサ部３４のない部分では空隙（電極間空隙２５）となっている。また、連結部３３のない部分で、電極２０の下端は、連結部３３の高さと、基部２６のうち支持板１１より上まで出ている部分の高さとを合わせた高さ分だけ、支持板１１から離隔している。したがって、電極２０の下端は支持板１１の上面に接しておらず、電極間空隙２５は上下方向に開放している。

本実施形態では、それぞれの電極２０について、高さを約６ｍｍ、厚さを約０．５ｍｍの設定としている。

それぞれの電極２０には、導線２３の一端がそれぞれ接続されている。各導線２３は、ホルダー２１の径方向外側に導出され、支持板１１の上面に形成された筒状の導線ガイド部３５を通って配線されている。また、導線ガイド部３５と対向する容器本体８の側壁及び支柱部材４の側壁には、互いに合致する小さな貫通孔（図示しない）がそれぞれ形成されており、導線ガイド部３５によって案内された導線２３は、これらの貫通孔を通って支柱部材４内に導出され、その他端が基板収容部５に配置された電圧印加回路２２に接続されている。なお、導線２３が挿通する容器本体８の貫通孔には、シール材が介在されており、貫通孔を介しての水の漏出が防止されている。

また、本実施形態の電気分解装置１は、基部上面部２８の上方を被覆するホルダーキャップ２９を備えている。このホルダーキャップ２９は、内側環状部３１の外径とほぼ等しい径を有する円板状であり、下方に突出した爪部２９ｂの弾性変形によって、内側環状部３１の内周面に嵌め込まれている。

電圧印加回路２２は、ＡＣ−ＤＣアダプタを介して外部の商用電源（交流１００Ｖ）に接続されており、基板収容部５の上面に設けられた操作スイッチ（図示しない）が操作されると、導線２３を介して一対の電極２０に所定の電圧を一定時間印加する。また、基板収容部５の上面には、表示ランプ（図示しない）が設けられており、電極２０による高温水の電気分解が終了すると、点灯するようになっている。ここで、導線２３が本発明の導電性部材に相当する。

上記のように、第一実施形態の電気分解装置１によれば、容器２の内部には一対の電極２０が配置され、この電極２０は、容器２の外部に配置された電圧印加回路２２に導線２３を介して接続されているため、供給口１５から容器２の内部に、電解質を僅かに含有する高温水を供給し、電圧印加回路２２を作動させると（具体的には操作スイッチが操作されると）、一対の電極２０間に所定の電圧が印加され、容器２に収容された高温水が電気分解される。すると、陰極側の電極２０ｂで水素が発生し、高温水に溶存する水素の割合が増加する。

また、容器２の容器底部９には吐出口１６が形成されているため、容器２の下方に受け器６を設置すれば、吐出口１６から自然に吐出された高温水、すなわち水素が豊富に溶存した高温水が受け器６に貯められる。なお、吐出口１６は常時開放されているため、電気分解を行う間も吐出されることとなるが、吐出口１６は高温水を滴下する程度の小孔であるため、ゆっくりと吐出される。したがって、電気分解をある程度継続して行うことができ、水素の割合を確実に増加させることが可能である。

なお、受け器６としては、吐出口１６から吐出された高温水を受けることが可能なものであれば特に限定されないが、本実施形態では、カップ４０と、カップ４０の上に載置されたコーヒードリッパ４１と、コーヒードリッパ４１内に配置されたペーパーフィルタ４２とからなるものを例示している。これによれば、ペーパーフィルタ４２の内部にコーヒー粉を収容した状態で吐出口１６から高温水を吐出させることで、コーヒードリッパ４１からコーヒー液を抽出し、カップ４０内に貯めることが可能となる。すなわち、水素が豊富に溶存した温かいコーヒーを生成することができる。

また、第一実施形態の電気分解装置１によれば、一対の電極２０がホルダー２１によって支持され、一対の電極２０間に電極間空隙２５が存在し、電極間空隙２５は上方及び下方に開放しているため、電極間空隙２５が高温水の流通路となる。これにより、高温水の自然な対流が生じ易く、電極２０が高温水と接触し易いものとなり、効率良く継続的に高温水の電気分解を行うことができる。

また、電極２０は連結部３３に載置支持される構成であるため、機械的強度はさほど求められず、本実施形態では厚さを約０．５ｍｍという薄い厚さとすることが可能となっている。これにより、電極２０として使用する材料を節減することができ、白金など高価な金属を、無駄なく電極として使用することができる。

次に、本発明の第二実施形態である電気分解装置５１について、図３に基づき説明する。電気分解装置５１は、第一実施形態の電気分解装置１と比べ、容器５２における容器底部５３の構成が異なり、その他については同じ構成を採用している。したがって、ここでは同一の構成については同一の番号を付し、詳細な説明を省略する。

容器底部５３は、漏斗状に形成されており、下面中央部分から下方に吐出管部５４が突設されている。また、吐出管部５４の下側には、バルブユニット５５が接続されており、吐出管部５４を通して吐出される高温水を遮断することが可能になっている。具体的には、バルブユニット５５の上部内周面にはネジ溝５５ａが形成されており、吐出管部５４の下部外周面に形成されたネジ山５４ａに螺合されている。また、バルブユニット５５には、ボールバルブ５７が内蔵されており、レバー５８を水平方向（流路に対して直角となる方向）と、垂直方向（流路に対して平行となる方向）との間で回動させることにより、バルブユニット５５の吐出口５６から高温水が吐出されない状態と、高温水が吐出される状態とに切替えることが可能になっている。なお、レバー５８を水平方向と垂直方向との間で変位させることにより、吐出口５６から吐出される高温水の流量を調整することも可能である。ここで、ボールバルブ５７が本発明のバルブに相当する。

上記のように、第二実施形態の電気分解装置１によれば、バルブユニット５５により、吐出口５６から吐出される高温水を遮断することが可能になるため、例えば、電気分解が終了するまで容器５２から高温水が吐出されないようにしたり、受け器６０の容積や、飲料する量に応じた湯量だけ高温水を吐出させたりすることが可能となり、利便性が一層高められる。

なお、図３では、受け器６０として、茶漉し６１を備えた急須６２を示している。これによれば、茶漉し６１内に茶葉を入れた状態で、吐出口５６から高温水を吐出させることにより、水素が豊富に溶存した温かいお茶を生成することが可能である。

次に、本発明の第三実施形態である電気分解装置７０について、図４に基づき説明する。本実施形態の電気分解装置７０は、第一実施形態の電気分解装置１に給湯ユニット７１が組込まれたものであり、電気分解装置７０における容器及び電気分解ユニットは、第一実施形態の電気分解装置１の場合と同様である。したがって、ここでは同一の構成については同一の番号を付し、詳細な説明を省略する。

給湯ユニット７１は、容器２を支持する一方の支柱部材７２内に設けられ湯水を収容可能な内容器７３と、支柱部材７２及び内容器７３の上面開口部分を覆うとともに、開閉自在に取付けられた蓋体７４とを備えている。つまり、蓋体７４を取外すことにより、内容器７３の内部に水を供給することが可能になっている。

また、支柱部材７２の上面に形成された貫通孔（図示しない）を通して給湯管７９が配設されている。給湯管７９は、下端が内容器７３の底面近傍まで延設され、先端が容器２の供給口１５に挿入されている。また、給湯管７９の上部側には、内容器７３に収容された高温水を、給湯管７９を介して容器２側へ圧送する電動ポンプ８０が配設されている。また、支柱部材７２の内壁面と内容器７３の外壁面との間には、内容器７３に収容された水を加熱して高温水を生成する板状の電気ヒータ７７が配設されている。また、内容器７３の側壁には、内容器７３に収容された水または高温水の温度を検出する温度センサ（図示しない）が設けられている。

また、前述の基板収容部５には、内容器７３に収容された水から高温水を生成する湯沸し制御基板８１が配設されている。湯沸し制御基板８１は、温度センサによって検出される温度に基づいて電動ポンプ８０及び電気ヒータ７７を制御するものであり、トライアック、トランジスタ、リレー、及び抵抗等から構成されている。

この湯沸し制御基板８１によれば、電気ヒータ７７に通電して水を加熱し、温度センサによって高温水が生成されたことが検出されると、電気ヒータ７７への通電を停止するとともに、電動ポンプ８０を作動させ、給湯管７９を介して容器２に高温水を供給する。

上記のように、第三実施形態の電気分解装置７０によれば、内容器７３で生成された高温水が容器２に機械的に供給されるため、使用者の手間が少なくなり、身体によい温かい飲料を一層手軽に生成することが可能となる。

以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。

すなわち、上記第一実施形態乃至第三実施形態では、容器２，５２を所定の高さに固定するものを示したが、容器２，５２を上下方向に摺動可能に支持するとともに、容器２，５２を任意の高さで保持するロック装置（図示しない）を備えるようにしてもよい。これによれば、受け器６，６０の大きさ（特に高さ）に応じて容器２，５２の高さを調整することが可能となり、ひいては受け器６，６０の高さが大きなものであっても対応でき、しかも吐出口１６，５６を受け器６，６０に近づけた状態で吐出させることが可能となる。

また、上記の第一実施形態乃至第三実施形態では、電極２０、内側環状部３１及び外側環状部３２を何れも円環状としたが、これに限定されず、楕円の円環状や多角形の円環状とすることもできる。また、上記では、電極２０がＣリングのように途中で切れた円環状ある場合を示したが、閉じた円環状とすることも可能である。

ところで、水を用いる何らかの装置では、使用を継続するうちに、水中にイオンとして含まれているカルシウムが炭酸カルシウムとして析出することがある。そして、電気分解装置においては、析出したカルシウムが電極に付着すると、水の電気分解が妨げられる。

そこで、このような不具合を解消するため、上記の電圧印加回路２２に、電圧の向きを逆転させる電気回路を備え、電圧印加回路２２が作動する度に電極２０に印加される電圧の向きを逆転させるようにしてもよい。

１，５１，７０ 電気分解装置
２，５２ 容器
４，７２ 支柱部材
６，６０ 受け器
１５ 供給口
１６，５６ 吐出口
２０，２０ａ，２０ｂ 電極
２１ ホルダー
２２ 電圧印加回路
２３ 導線（導電性部材）
２５ 電極間空隙
５７ ボールバルブ（バルブ）

特開２００９−２３３５１６号公報

Claims (4)

1. 高温水を収容可能な容器と、
   該容器の上部に形成され、外部から前記容器内に前記高温水を供給可能な供給口と、
   前記容器の底部に形成され、前記容器に収容された前記高温水を吐出する吐出口と、
   前記容器を支持し、該容器の下方に、前記吐出口から吐出された前記高温水を受ける受け器が設置可能となる設置スペースを形成する支柱部材と、
   前記容器の内部に配置された一対の電極と、
   前記容器の外部に配置され、前記一対の電極に印加する電圧を発生する電圧印加回路と、
   前記容器の側壁または底部を貫通して配置され、前記一対の電極と前記電圧印加回路とを電気的に接続する導電性部材と
   を具備することを特徴とする電気分解装置。
2. 前記一対の電極は、前記容器に電気絶縁性のホルダーによって支持され、共に環状で互いに同心となるように配置されるとともに、前記一対の電極間に所定の電極間空隙が形成され且つ該電極間空隙が前記容器の内部空間内で上方及び下方に開放した状態で保持されていることを特徴とする請求項１に記載の電気分解装置。
3. 前記吐出口は、前記容器に収容された前記高温水を滴下する大きさの小孔からなり、常時開放されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気分解装置。
4. 前記吐出口から吐出される前記高温水を遮断するバルブをさらに備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気分解装置。

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