JP2015213916A

JP2015213916A - 溶存水素水生成装置

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Publication number: JP2015213916A
Application number: JP2015171616A
Authority: JP
Inventors: 池水　麦平; Mugihei Ikemizu; 麦平池水
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2015-09-01
Filing date: 2015-09-01
Publication date: 2015-12-03
Anticipated expiration: 2031-04-05
Also published as: JP6190431B2

Abstract

【課題】溶存水素水の生成効率を高くでき、製造コストの上昇を防ぐことができる溶存水素水生成装置を提供する。【解決手段】溶存水素水生成装置において、原水供給弁１から逆浸透膜２に水道水が供給されると、水道水が逆浸透膜２で処理されて、少量の浄水と多量の濃縮水が生成される。この浄水が電解装置３に供給されて電気分解されて、水素ガスが生成される。ガス溶解装置４は、逆浸透膜２で生成された多量の濃縮水と、電解装置３で生成された水素ガスとを混合する。これにより、溶存水素水を高効率で生成できる。また、上記溶存水素水は、濃縮水に水素ガスを混合して生成しているので、カルシウム、リンおよびカリウム等のミネラルを含んでいる。したがって、上記溶存水素水生成装置に例えば鉱石フィルタを搭載しなくてもよい。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば家庭や工場等で使用可能な溶存水素水生成装置に関する。

水素は、還元力が強いため、老化や病気の原因物質である活性酸素を無害化できる。この水素を含む水（以下、「溶存水素水」と言う。）を生成する電解式浄水装置が、特開２０１０−２０７６９１号公報に開示されている。

上記電解式浄水装置は、図６に示すように、逆浸透膜フィルタ１０１と、この逆浸透膜フィルタ１０１に鉱石フィルタ１０５および予備タンク１０６を介して接続された冷水タンク１０２と、上記逆浸透膜フィルタ１０１と鉱石フィルタ１０５の間にイオン交換樹脂フィルタ１０７を介して接続された電解装置１０３と、この電解装置１０３で生成された水素がカーボンエアフィルタ１０８を介して供給される循環ポンプ１０４とを備えている。

上記逆浸透膜フィルタ１０１の上流側には、図示しないセディメントフィルタおよびカーボンフィルタが設けられており、このセディメントフィルタおよびカーボンフィルタを通った水（以下、「原水」と言う。）が逆浸透膜フィルタ１０１に供給される。この原水の一部は、逆浸透膜フィルタ１０１を透過することにより、重金属，各種細菌，有機化合物などの不純物が取り除かれて純水となった後、鉱石フィルタ１０５，予備タンク１０６を介して冷水タンク１０２に流れるか、あるいは、イオン交換樹脂フィルタ１０７を介して電解装置１０３に流れる。このとき、上記原水の残りは、逆浸透膜フィルタ１０１を透過できず、排水用チューブ１０９を介して外部に排出される。なお、上記セディメントフィルタは水から錆，砂，塵埃等を除去し、カーボンフィルタは水から塩素化合物，薄い色素，臭気等を除去している。

上記逆浸透膜フィルタ１０１から冷水タンク１０２へ向かう純水は、途中の鉱石フィルタ１０５でミネラルが添加される。これにより、上記ミネラルが添加された純水を冷水タンク１０２に貯留できるようになっている。また、上記冷水タンク１０２にはクーラ１１０，冷水用サーモスタット１１１を設けており、冷水タンク１０２内の純水を所定の温度に冷却保持できるようになっている。

一方、上記逆浸透膜フィルタ１０１から電解装置１０３へ向かう純水は、途中のイオン交換樹脂フィルタ１０７でカルシウム，炭酸ガス，残留塩素が除去されて超純水となった後、電解装置１０３内に流入する。この電解装置１０３が、イオン交換樹脂フィルタ１０７からの超純水を電気分解して水素ガス，酸素ガスを生成する。上記水素はカーボンエアフィルタ１０８を介して循環ポンプ１０４に供給される。一方、上記酸素は酸素送出用ファン１１２によって外部へ送出される。また、上記電解装置１０３において水素ガス，酸素ガスが取り出された純水は排水弁１１５を介して外部に排水される。

上記循環ポンプ１０４は、カーボンエアフィルタ１０８に接続されるガス吸入口１０４ａと、冷水タンク１０２に接続される水吸入口１０４ｂとを有している。この循環ポンプ１０４が駆動すると、ガス吸入口１０４ａがカーボンエアフィルタ１０８から水素ガスを吸入すると共に、水吸入口１０４ｂが冷水タンク１０２から純水を吸入する。そして、上記水素ガスと純水とが循環ポンプ１０４内で混合されて、溶存水素水が生成される。この溶存水素水は、循環ポンプ１０４から吐出した後、気泡微細化フィルタ１１３を透過して冷水タンク１０２内に流入する。

したがって、上記電解式浄水装置は、循環ポンプ１０４を駆動を継続することにより、冷水タンク１０２内に高水素濃度の溶存水素水を貯留して、必要時に、開閉弁１１４を開放することにより、その溶存水素水をユーザに提供することできる。

特開２０１０−２０７６９１号公報

しかしながら、上記電解式浄水装置では、原水のうちのほんの一部しか逆浸透膜フィルタ１０１を透過しないため、冷水タンク１０２および電解装置１０３に向かう純水は少量である。したがって、上記溶存水素水の生成効率が低いという問題ある。

また、上記逆浸透膜フィルタ１０１を透過した純水だけを用いて溶存水素水を生成するため、鉱石フィルタ１０５が必須となっている。別の言い方をすれば、上記純水を鉱石フィルタ１０５で処理しなければ、ミネラルを含む溶存水素水は得られない。したがって、上記電解式浄水装置のフィルタ数が多くなって、電解式浄水装置の製造コストが高くなるという問題がある。

そこで、本発明の課題は、溶存水素水の生成効率を高くでき、製造コストの上昇を防ぐことができる溶存水素水生成装置を提供することにある。

なお、図６は、本発明の課題を説明し易くするため、特開２０１０−２０７６９１号公報の図３の一部の図示を省略して作成した図である。

上記課題を解決するため、本発明の溶存水素水生成装置は、
原水供給部と、
上記原水供給部から原水が供給され、この原水から浄水および濃縮水を生成する逆浸透膜と、
上記逆浸透膜で生成された上記浄水が供給されて、この浄水を電気分解して水素ガスを発生させる電気分解部と、
上記逆浸透膜で生成された上記濃縮水と、上記電気分解部で発生した上記水素ガス、または、この水素ガスを含む水とが供給されて、上記濃縮水と、上記電気分解部で発生した上記水素ガス、または、この水素ガスを含む水とを混合して溶存水素水を生成する混合部と
を備えたことを特徴としている。

上記構成によれば、上記逆浸透膜は、原水供給部からの原水を用いて、浄水および濃縮水を生成する。このとき、上記浄水の生成量は濃縮水の生成量よりも少量である。逆に言えば、上記濃縮水の生成量は浄水の生成量よりも多量である。この多量の濃縮水が混合部に供給される。一方、上記浄水は電気分解部に供給されて電気分解される。この電気分解で生じた水素ガスまたはこれを含む水が混合部に供給される。そして、上記混合部が、電気分解部からの水素ガスまたはこれを含む水と、逆浸透膜からの多量の濃縮水とを混合して、溶存水素水を生成する。したがって、上記溶存水素水を高効率で生成することができる。

また、上記濃縮水はミネラルを含んでいるので、この濃縮水から生成する溶存水素水もミネラルを含む。したがって、上記溶存水素水にミネラルを添加するための例えば鉱石フィルタは不要であり、製造コストの上昇を防ぐことができる。

また、上記電気分解部に供給される浄水は少量であるから、電気分解部で水素ガスが取り出されて不要となる不要水の量を低減できる。

一実施形態の溶存水素水生成装置では、
上記混合部は、上記逆浸透膜で生成された上記濃縮水と、上記電気分解部で発生した上記水素ガスとを混合する気液混合装置である。

上記実施形態によれば、上記混合部は、逆浸透膜で生成された濃縮水と、電気分解部で発生した水素ガスとを混合する気液混合装置であるので、濃縮水に水素ガスを簡単かつ十分に溶解させることができる。

一実施形態の溶存水素水生成装置では、
上記混合部は、上記逆浸透膜で生成された上記濃縮水と、上記電気分解部で発生した上記水素ガスを含む水とを混合する混合弁である。

上記実施形態によれば、上記混合部は、逆浸透膜で生成された濃縮水と、電気分解部で発生した水素ガスを含む水とを混合する混合弁であるので、多量の溶存水素水を簡単に生成できる。

本発明の溶存水素水生成装置によれば、逆浸透膜が多量の濃縮水を生成し、この多量の濃縮水と水素ガスまたはこれを含む水とを混合部で混合して、溶存水素水を生成するので、溶存水素水の生成効率を高めることができる。

また、上記濃縮水はミネラルを含んでいることによって、この濃縮水を用いて生成する溶存水素水もミネラルを含むので、溶存水素水にミネラルを添加するための例えば鉱石フィルタは不要であり、製造コストの上昇を防ぐことができる。

また、上記逆浸透膜による浄水の生成量は少量であり、この少量の浄水が電気分解部に供給されるので、電気分解部で水素ガスが取り出されて不要となる不要水の量を低減することができる。

図１は本発明の第１実施形態の溶存水素水生成装置の要部の模式構成図である。図２は上記第１実施形態の電解装置の模式断面図である。図３は上記第１実施形態のガス溶解装置の模式断面図である。図４は本発明の第２実施形態の溶存水素水生成装置の要部の模式構成図である。図５は上記第２実施形態の電解装置の模式断面図である。図６は従来の溶存水素水生成装置の要部の模式構成図である。

以下、本発明の溶存水素水生成装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１に、本発明の第１実施形態の溶存水素水生成装置の要部の構成を模式的に示す。

上記溶存水素水生成装置は、原水供給部の一例としての原水供給弁１と、逆浸透膜２と、電気分解部の一例としての電解装置３と、気液混合装置の一例としてのガス溶解装置４と、出水弁５と、排水弁６とを備えている。

上記原水供給弁１は、水道管に接続されて、原水の一例としての水道水の流れを制御する電磁弁である。より詳しくは、図示しない制御装置が、ユーザの操作等に応じて、原水供給弁１を開放したり、閉鎖したりする。

上記逆浸透膜２は、例えば約２ｎｍ以下の孔を有しており、水分子は通すが、イオンや塩類等といった水以外の不純物は殆ど通さない膜である。この逆浸透膜２は、原水供給弁１から流れてくる水道水を処理して、少量の浄水と多量の濃縮水を生成する。この浄水は電解装置３に供給される一方、濃縮水はガス溶解装置４に供給される。また、上記濃縮水には、カルシウム、リンおよびカリウム等のミネラルが濃縮された形で含まれている。

上記ガス溶解装置４は、逆浸透膜２からの多量の濃縮水と、電解装置３からの水素ガスとを混合して、溶存水素水を生成する。

上記出水弁５は、ガス溶解装置４で生成された溶存水素水が供給される電磁弁である。この出水弁５の開放により、溶存水素水が外部に出水される。なお、上記出水弁５の開閉制御は上記制御装置によって行われる。

上記排水弁６は、電気分解部で水素ガスが取り出されて不要となった不要水が供給される電磁弁である。この排水弁６の開放により、上記不要水が外部に排水される。なお、上記排水弁６の開閉制御も上記制御装置によって行われる。

また、図示しないが、原水供給弁１と逆浸透膜２の間に、逆浸透を起こすためのポンプを設けている。

図２に、上記電解装置３の断面を模式的に示す。

上記電解装置３は、貯水槽３１と、この貯水槽３１の一方の端部の内壁に設けられた陰極３２と、貯水槽３１の他方の端部の内壁に設けられた陽極３３とを有している。この貯水槽３１内の上部空間は仕切壁３４で２つの空間に仕切られている。この上部空間のうち、一方の空間は排気管７２に連通し、他方の空間は貫通孔３５を介して外部に連通している。また、上記貯水槽３１は浄水供給管７１を介して逆浸透膜２に接続されており、逆浸透膜２で生成された浄水が浄水供給管７１を流れて貯水槽３１内に流入するようになっている。この貯水槽３１内の浄水が、陰極３２，陽極３３への通電により、電気分解されて、陰極３２近傍で水素ガスが発生する。この水素ガスは排気管７２を介してガス溶解装置４に供給される。また、上記浄水の電気分解時、陽極３３近傍で酸素ガスが発生するが、この酸素ガスは貫通孔３５から貯水槽３１外に排気される。また、上記貯水槽３１内で水素ガスが取り出されて不要となった不要水は排水管７３を介して排水弁６に送られる。

また、図示しないが、外部の塵等の異物が貫通孔３５から貯水槽３１内に入らないように、貫通孔３５をフィルタで覆っている。

図３に、上記ガス溶解装置４の断面を模式的に示す。

上記ガス溶解装置４は貯水槽４１を有し、逆浸透膜２で生成された濃縮水が濃縮水供給管７４を流れて貯水槽４１内に流入するようになっている。この貯水槽４１内には排気管７２のガス溶解装置４側の端部が挿入されている。そして、上記排気管７２のガス溶解装置４側の端部にはセラミック製の多孔質体４２が接続されている。この多孔質体４２の微細孔から放出された水素ガスが濃縮水に溶解することにより、溶存水素水が得られる。この溶存水素水は出水管７５を介して出水弁５に送られる。

上記構成の溶存水素水生成装置によれば、原水供給弁１が開放すると、原水供給弁１から逆浸透膜２に水道水が供給される。そうすると、上記水道水が逆浸透膜２で処理されて、少量の浄水と多量の濃縮水が生成される。具体的に言うと、上記原水供給弁１から逆浸透膜２への水道水の供給量をＬとすると、浄水の生成量は上記Ｌの約１０％に相当する一方、濃縮水の生成量は上記Ｌの約９０％に相当する。したがって、上記逆浸透膜２で生成された濃縮水と、電解装置３で生成された水素ガスとをガス溶解装置４で混合することにより、上記Ｌの約９０％の量の溶存水素水を生成することができる。したがって、上記溶存水素水の生成効率を高くすることができる。

また、上記溶存水素水は、濃縮水に水素ガスを混合して生成しているので、カルシウム、リンおよびカリウム等のミネラルを含んでいる。したがって、上記溶存水素水生成装置に例えば鉱石フィルタを搭載しなくてもよいので、製造コストの上昇を防ぐことができる。

また、上記電解装置３には少量の浄水が供給されるので、電解装置３で水素ガスが取り出されて不要となる不要水の量を低減できる。つまり、上記電解装置３から排水弁６へ送られる不要水を少なくすることができる。

また、上記電解装置３の陰極３２，陽極３３として安価な電極を用いた場合、その電極の材料が浄水に溶け出る可能性があるが、電解装置３からガス溶解装置４に供給されるのは水素ガスのみである。その結果、上記溶存水素水が上記材料を含むのを防ぐことができる。したがって、上記電解装置３の陰極３２，陽極３３として安価な電極を用いて製造コストを下げることができる。

また、上記ガス溶解装置４が、逆浸透膜２で生成された濃縮水と、電気分解部で発生した水素ガスとを混合するので、濃縮水に水素ガスを簡単かつ十分に溶解させることができる。

上記第１実施形態では、原水供給弁１を水道管に接続していたが、原水として利用可能な液体が流れる配管に接続してもよい。

上記第１実施形態の原水供給弁１、排水弁６および出水弁５に換えて、手動式・機械式弁を用いてもよい。

上記第１実施形態では、水素ガスを多孔質体４２の微細孔を介して濃縮水中に圧入しながら混合していたが、濃縮水を旋回して陰圧となる渦中に水素ガスを吸引させて濃縮水中に水素ガスを圧壊混合するようにしてもよい。

上記第１実施形態では、原水供給弁１と逆浸透膜２の間にポンプを設けていたが、逆浸透膜２に換えて水道圧のみで逆浸透を起こす逆浸透膜を用いて、上記ポンプを設けないようにしてもよい。

〔第２実施形態〕
図４に、本発明の第２実施形態の溶存水素水生成装置の要部の構成を模式的に示す。また、図４において、図１に示した第１実施形態の構成部と同一構成部には、図１における構成部と同一参照番号を付している。

上記溶存水素水生成装置は、原水供給部の一例としての原水供給弁１と、逆浸透膜２と、電気分解部の一例としての電解装置２０３と、混合弁２０４と、出水弁５と、排水弁６とを備えている。

上記混合弁２０４は、２つの入水ポートと１つの出水ポートとを有する電磁弁である。この２つの入水ポートのうち、一方は逆浸透膜２に接続され、他方は電解装置２０３に接続されている。これにより、上記逆浸透膜２で生成された多量の濃縮水と、電解装置２０３で生成された陰極水とを、混合弁２０４に供給して混合して、溶存水素水が得られるようになっている。この溶存水素水は上記出水ポートから出水弁５に送られる。なお、上記混合弁２０４の入水ポート，出水ポートの開閉制御は、原水供給弁１と同様に図示しない制御装置によって行われる。

図５に、上記電解装置２０３の断面を模式的に示す。

上記電解装置２０３は、貯水槽２３１と、この貯水槽２３１の一方の端部の内壁に設けられた陰極２３２と、貯水槽２３１の他方の端部の内壁に設けられた陽極２３３とを有している。この陰極２３２と陽極２３３の間には隔膜２３６が設けられている。この隔膜２３６は、陽イオン交換膜２３７と、この陽イオン交換膜２３７に対向する陰イオン交換膜２３８とからなっている。また、上記貯水槽２３１の上部の２箇所は浄水供給管２７１を介して逆浸透膜２に接続されている。この逆浸透膜２で生成された浄水は、浄水供給管２７１を流れて、陰極２３２と陽イオン交換膜２３７の間、および、陽極２３３と陰イオン交換膜２３８の間に流入するようになっている。これらの間の浄水は陰極２３２，陽極２３３への通電により、電気分解される。このとき、上記陰極２３２近傍で水素ガス，水酸化物イオンが発生する一方、陽極２３３近傍で酸素ガス，水素イオンが発生する。これにより、上記陰極２３２と陽イオン交換膜２３７の間の浄水は水素ガスを含んで陰極水となって、陰極側排水管２７２を介して混合弁２０４に送られる。一方、上記陽極２３３と陰イオン交換膜２３８の間の浄水は酸素ガスを含んで陰極水となって、陽極側排水管２７３を介して排水弁６に送られる。

上記構成の溶存水素水生成装置によれば、原水供給弁１が開放すると、原水供給弁１から逆浸透膜２に水道水が供給される。そうすると、上記水道水が逆浸透膜２で処理されて、少量の浄水と多量の濃縮水が生成される。具体的に言うと、上記原水供給弁１から逆浸透膜２への水道水の供給量をＬとすると、浄水の生成量は上記Ｌの約１０％に相当する一方、濃縮水の生成量は上記Ｌの約９０％に相当する。この少量の浄水の一部は電解装置２０３で陰極水となるが、この陰極水の生成量は上記Ｌの約７％である。したがって、上記逆浸透膜２で生成された多量の濃縮水と、電解装置２０３で生成された陰極水とを混合弁２０４で混合することにより、上記Ｌの約９７％もの量の溶存水素水を生成することができる。したがって、上記溶存水素水の生成効率を極めて高くすることができる。

また、上記溶存水素水は、濃縮水と陰極水を混合して生成しているので、カルシウム、リンおよびカリウム等のミネラルを含んでいる。したがって、上記溶存水素水生成装置に例えば鉱石フィルタを搭載しなくてもよいので、製造コストの上昇を防ぐことができる。

また、上記電解装置２０３で生成される陽極水は不要水として排水弁６に送られるが、陽極水の生成量は上記Ｌの約３％に相当するにすぎない。したがって、上記電解装置２０３から排水弁６へ送られる不要水を少なくすることができる。

また、上記混合弁２０４が、逆浸透膜２で生成された濃縮水と、電解装置２０３で生成された陰極水とを混合するので、多量の溶存水素水を簡単に生成できる。

また、上記貯水槽２３１内の浄水を電気分解することにより、陰イオン交換膜２３８と陽イオン交換膜２３７の間で、浄水が解離して、水素イオン，水酸化物イオンが発生する。この解離により発生した水素イオンは陰イオン交換膜２３８を通らずに陽イオン交換膜２３７のみ透過することとなって陰極２３２側に移動する一方、上記解離により発生した水酸化物イオンは陽イオン交換膜２３７を通らずに陰イオン交換膜２３８のみを通って陽極２３３側に移動する。その結果、上記陰極２３２近傍で発生した水酸化物イオンが、陽イオン交換膜２３７を介して陰極２３２側に移動した水素イオンと結合して中和されることとなって、陰極水のｐＨの上昇が抑制されることとなり、陰極水中の溶存水素濃度を向上させるために電解度合いを上昇させて電解による陰極２３２近傍での水素，水酸化物イオンの発生量を増大させても、陰極水のｐＨ値が過度に高くなるのを防ぐことができる。したがって、上記陰極水および濃縮水から得る溶存水素水が飲用水として不適合となるのを回避できる。つまり、上記混合弁２０４で生成される溶存水素水の溶存水素濃度が高くなるようにしても、混合弁２０４から出水する溶存水素水は飲用水として利用できる。

上記第２実施形態では、上記第１実施形態と同様に、原水供給弁１を水道管に接続しているが、原水として利用可能な液体が流れる配管に原水供給弁１を接続してもよい。

上記第２実施形態の原水供給弁１、混合弁２０４、排水弁６および出水弁５に換えて、手動式・機械式弁を用いてもよい。

上記第２実施形態において、上記第１実施形態と同様に、原水供給弁１と逆浸透膜２の間に、逆浸透を起こすためのポンプを設けるようにしてもよいし、上記ポンプを設けないようにしてもよい。

本発明の具体的な実施形態について説明したが、本発明は上記第１，第２実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々変更して実施することができる。

１…原水供給弁
２…逆浸透膜
３，２０３…電解装置
４…ガス溶解装置
５…出水弁
６…排水弁
３１，４１，２３１…貯水槽
３２，２３２…陰極
３３，２３３…陽極
３４…仕切壁
３５…貫通孔
２０４…混合弁
２３６…隔膜
２３７…陽イオン交換膜
２３８…陰イオン交換膜

Claims

原水供給部と、
上記原水供給部から原水が供給され、この原水から浄水および濃縮水を生成する逆浸透膜と、
上記逆浸透膜で生成された上記浄水が供給されて、この浄水を電気分解して水素ガスを発生させる電気分解部と、
上記逆浸透膜で生成された上記濃縮水と、上記電気分解部で発生した上記水素ガス、または、この水素ガスを含む水とが供給されて、上記濃縮水と、上記電気分解部で発生した上記水素ガス、または、この水素ガスを含む水とを混合して溶存水素水を生成する混合部と
を備えたことを特徴とする溶存水素水生成装置。
請求項１に記載の溶存水素水生成装置において、
上記混合部は、上記逆浸透膜で生成された上記濃縮水と、上記電気分解部で発生した上記水素ガスとを混合する気液混合装置であることを特徴とする溶存水素水生成装置。
請求項１に記載の溶存水素水生成装置において、
上記混合部は、上記逆浸透膜で生成された上記濃縮水と、上記電気分解部で発生した上記水素ガスを含む水とを混合する混合弁であることを特徴とする溶存水素水生成装置。