JP2018069189A - 電解水サーバー - Google Patents

Abstract

【課題】簡素かつ安価な構成で、ガス抜き弁の外部から循環経路に空気が流入することを抑制できる電解水サーバーを提供する。
【解決手段】電解水サーバーである水素水サーバー１は、水を貯えるタンク３と、固体高分子膜である隔膜４３によって第１極室４０Ａと第２極室４０Ｂとに区切られた電解槽４と、タンク３と第１極室４０Ａとを接続する第１給水路と、タンク３と第２極室４０Ｂとを接続する第２給水路と、第１極室４０Ａ内の電解水を吐出する吐水路１３と、第２極室４０Ｂから上方にのび、電気分解によって生じた気体を第２極室４０Ｂから排出する排気路１２ｅと、第２極室４０Ｂから上方にのびる排気路１２ｅと、タンク３と排気路１２ｅとを接続する帰還水路１２ｆとを備える。帰還水路１２ｆは、排気路１２ｅに接続される接続部１２ｇと、接続部１２ｇよりも下方に位置する下降部１２ｈとを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気分解によって生成された電解水を提供する電解水サーバーに関する。

従来、電気分解によってアルカリイオン水を生成する電解水生成装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。近年、上記アルカリイオン水は、電気分解に伴って生成された水素が溶け込むことから水素水とも称されている。

上記特許文献１に開示されている電解水生成装置は、ユーザーの要求に応じて水を電気分解し、生成された水素水を供給する構成である。このため、溶存水素濃度の安定した水素水が提供されるまで待機することが必要な場合がある。従って、上記待機の時間を短くすることが検討されている。

そこで、電解槽で生成された電解水をタンクに貯え、随時提供可能とした水素水サーバーが本願発明者らによって検討されている。この水素水サーバーでは、タンク内の水素水が消費されると、電気分解前の原水がタンクに補充される。そして、タンク内の水が流入する電解手段には電気分解のための電解電流が供給され、水素水が生成される。電解槽及びタンク間で電解水を循環させながら、電気分解を継続することにより、タンク内の水の溶存水素濃度が高められる。

電解槽は、隔膜によって第１給電体が配された第１極室と第２給電体が配された第２極室とに区切られている。このうち、電気分解に伴って一方の極室では水素が生成され、他方の極室（以下、第２極室と記す）では酸素が生成される。第２極室で生成される酸素は、タンク内の水の溶存水素濃度の上昇を妨げるおそれがあるため、電解水の循環経路から速やかに排出されるのが望ましい。そこで、発明者らは、第２極室に排気路を接続し、その先端部に酸素を排出するためのガス抜き弁を設けることを検討している。

図７は、上記タンク、電解槽、排気路及びガス抜き弁を備えた水素水サーバーの要部を示している。この水素水サーバー５００では、排気路１２ｅは、第２極室４０Ｂから上方にのび、電気分解によって生じた気体を第２極室４０Ｂから排出する。ガス抜き弁２４は、排気路１２ｅ内の水から気体のみを分離して排出する。さらに、水素水サーバー５００は、排気路１２ｅとタンク３とを接続し、排気路１２ｅ内の水をタンク３へと導く帰還水路１２ｆを備え、タンク３と第２極室４０Ｂとの間で水が循環するように構成されている。

上記水素水サーバーにあっては、第２極室４０Ｂで生じた酸素ガスの一部が、帰還水路１２ｆを介してタンク３に侵入してタンク３内の水に溶け込むと、上記水の溶存水素濃度の上昇が妨げられるおそれがある。そこで、第２極室４０Ｂで生じた気体が、帰還水路１２ｆに侵入することを抑制できる新たな技術が期待されていた。

特開２００３−２７５７６３号公報

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、第２極室で生じた気体が、帰還水路からタンク内に侵入することを抑制できる電解水サーバーを提供することを主たる目的としている。

本発明の電解水サーバーは、水を貯えるタンクと、隔膜によって第１給電体が配された第１極室と第２給電体が配された第２極室とに区切られ、前記タンクから供給された前記水を電気分解することにより電解水を生成する電解槽と、前記タンクと前記第１極室とを接続し、前記第１極室に電気分解される前記水を供給する第１給水路と、前記タンクと前記第２極室とを接続し、前記第２極室に電気分解される前記水を供給する第２給水路と、前記第１極室内の前記電解水を前記第１極室から外部へ吐出する吐水路と、前記第２極室から上方にのび、電気分解によって生じた気体を前記第２極室から排出する排気路と、前記タンクと前記排気路とを接続し、前記排気路内の前記水を前記タンクへと導く帰還水路とを備え、前記帰還水路は、前記排気路に接続される接続部と、前記接続部よりも下方に位置する下降部とを有することを特徴とする電解水サーバー。

本発明に係る前記電解水サーバーにおいて、前記排気路は、前記第２極室の上端部からのびていることが望ましい。

本発明に係る前記電解水サーバーにおいて、前記排気路の先端部には、前記排気路内の流体から気体のみを分離して排出するガス抜き弁が設けられていることが望ましい。

本発明に係る前記電解水サーバーにおいて、前記ガス抜き弁は、前記タンク内の水面よりも下方に配されていると共に、前記帰還水路は、前記下降部から上方にのび前記タンクに接続される上昇部を有することが望ましい。

本発明に係る前記電解水サーバーにおいて、前記第２極室に沿って設けられ、前記第２極室の下端部と前記排気路とを連通させる並行水路をさらに備えることが望ましい。

本発明に係る前記電解水サーバーにおいて、前記並行水路は、前記下降部で前記帰還水路に接続されていることが望ましい。

本発明に係る前記電解水サーバーにおいて、前記第２給水路には、前記第２極室への給水を制御する給水制御弁が設けられていることが望ましい。

本発明の電解水サーバーでは、第２極室から上方にのびる排気路と、タンクと排気路とを接続する帰還水路とを備え、帰還水路は、排気路に接続される接続部と、接続部よりも下方に位置する下降部とを有する。電気分解によって第２極室で生成される気体は、排気路及び帰還水路内の水よりも比重が十分に小さいので、上記気体が接続部よりも下方に位置する下降部に侵入することが抑制される。これにより、第２極室で生成される気体がタンク内に供給されることが回避される。

本発明の電解水サーバーの一実施形態である水素水サーバーの概略構成を示すブロック図である。 図１の水素水サーバーの電気的構成を示すブロック図である。 図１の水素水サーバーの電解水生成モードでの要部の動作及び水の流れを示す図である。 図３に続き、水素水サーバーの電解水生成モードでの要部の動作及び水の流れを示す図である。 図１の水素水サーバーの吐水モードでの要部の動作及び水の流れを示す図である。 図３の下降部の変形例を示す図である。 従来検討されている水素水サーバーの電解水生成モードでの要部の動作及び水の流れを示す図である。

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
図１は、本発明の電解水サーバーの一実施形態である水素水サーバー１の一例の概略構成を示している。水素水サーバー１は、水素が溶け込んだ水素水を随時提供可能に貯える装置である。水素水サーバー１によって提供された水素水は、飲用又は料理用等の水として用いることができる。

水素水サーバー１は、浄水フィルター２と、タンク３と、電解槽４とを備えている。

浄水フィルター２は、タンク３に供給される水を浄化する。浄水フィルター２は、水素水サーバー１の本体部に対して着脱により交換可能に構成されている。浄水フィルター２は、タンク３の上流側の入水路１１に設けられている。入水路１１には、原水が供給される。原水には、一般的には水道水が利用されるが、その他、例えば、井戸水、地下水等を用いることができる。入水路１１は、入水弁２１を有する。入水弁２１は、水素水サーバー１への通水量を制御する。

本実施形態の浄水フィルター２は、プレフィルター２Ａ、カーボン（活性炭）フィルター２Ｂ及び中空糸膜フィルター２Ｃを含む。プレフィルター２Ａは、最も上流側に配され、例えば、原水に含まれる０．５μｍ以上の物質を除去する。カーボンフィルター２Ｂは、プレフィルター２Ａの下流側に配され、プレフィルター２Ａを通過した物質を吸着によって除去する。中空糸膜フィルター２Ｃは、カーボンフィルター２Ｂの下流側に配され、プレフィルター２Ａ及びカーボンフィルター２Ｂを通過した例えば０．１μｍ以上の物質を除去する。

タンク３は、浄水フィルター２を通過した水を貯える。入水弁２１の開閉を適宜制御することにより、タンク３の貯水量が適正化される。

タンク３と電解槽４との間には、循環経路１２が設けられている。循環経路１２は、タンク３と電解槽４との間で水を循環させるための流路である。タンク３に貯えられた水は、循環経路１２を介して電解槽４に供給され、電気分解された後、循環経路１２を介してタンク３に戻る。これにより、タンク３内の水の溶存水素濃度が高められる。

電解槽４は、電解手段として機能する。電解槽４は、タンク３から供給された水を電気分解することにより水素水を生成する。電解槽４は、電解室４０と、第１給電体４１と、第２給電体４２と、隔膜４３とを有している。電解室４０は、隔膜４３によって、第１給電体４１側の第１極室４０Ａと、第２給電体４２側の第２極室４０Ｂとに区切られる。

第１給電体４１及び第２給電体４２には、例えば、チタニウム等からなるエクスパンドメタル等の網状金属の表面に白金のめっき層が形成されたものが適用されている。このような網状の第１給電体４１及び第２給電体４２は、隔膜４３を挟持しながら、隔膜４３の表面に水を行き渡らせることができ、電解室４０内での電気分解を促進する。

第１給電体４１及び第２給電体４２の一方は陽極給電体として適用され、他方は陰極給電体として適用される。電解室４０の第１極室４０Ａ及び第２極室４０Ｂの両方に水が供給され、第１給電体４１及び第２給電体４２に直流電圧が印加されることにより、電解室４０内で水の電気分解が生ずる。

隔膜４３には、例えば、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂からなる固体高分子膜等が適宜用いられている。隔膜４３の両面には、白金からなるめっき層が形成されている。隔膜４３のめっき層と第１給電体４１及び第２給電体４２とは、当接し、電気的に接続される。隔膜４３は、電気分解で生じたイオンを通過させる。隔膜４３を介して第１給電体４１と第２給電体４２とが電気的に接続される。

電解室４０内で水が電気分解されることにより、水素ガス及び酸素ガスが発生する。例えば、第１給電体４１が陰極給電体として適用される場合、第１極室４０Ａでは、水素ガスが発生し、水素ガスが溶け込んだ水素水が生成される。このような電気分解を伴って生成された水素水は、「電解水素水」と称される。一方、第２極室４０Ｂでは、酸素ガスが発生し、酸素ガスが溶け込んだ「電解酸素水」が生成される。第１給電体４１が陽極給電体として適用される場合、第１極室４０Ａでは、酸素ガスが発生し、酸素ガスが溶け込んだ電解酸素水が生成される。一方、第２極室４０Ｂでは、水素ガスが発生し、水素ガスが溶け込んだ電解水素水が生成される。

循環経路１２は、電解槽４の上流側に配された水路１２ａ、１２ｂ及び１２ｃと、電解槽４の下流側に配された水路１２ｄ、排気路１２ｅ及び帰還水路１２ｆとを含む。水路１２ａは、上流の一端側でタンク３に接続され、下流の他端側で水路１２ｂ及び１２ｃに分岐する。水路１２ａには、ポンプ２２が設けられている。ポンプ２２は、循環経路１２内の水を駆動して、循環経路１２内を循環させる。

水路１２ｂは、下流側で第１極室４０Ａに接続され、水路１２ｃは、下流側で第２極室４０Ｂに接続されている。水路１２ａ、１２ｂによって第１給水路が構成される。第１給水路は、タンク３と第１極室４０Ａとを接続し、第１極室４０Ａに電気分解される水を供給する。同様に、水路１２ａ、１２ｃによって第２給水路が構成される。第２給水路は、タンク３と第２極室４０Ｂとを接続し、第２極室４０Ｂに電気分解される水を供給する。

水路１２ｂには流量センサー２７Ａが、水路１２ｃには流量センサー２７Ｂがそれぞれ設けられている。流量センサー２７Ａは、第１極室４０Ａに流れ込む水の流量を検出する。流量センサー２７Ｂは、第２極室４０Ｂに流れ込む水の流量を検出する。

水路１２ｄは、上流の一端側で第１極室４０Ａに接続され、下流の他端側でタンク３に接続されている。第１給電体４１が陰極給電体として適用される場合、タンク３、水路１２ａ、１２ｂ、第１極室４０Ａ及び水路１２ｄによって、陰極側の循環経路１２が構成される。

排気路１２ｅは、第２極室４０Ｂから上方にのびている。排気路１２ｅは、第２極室４０Ｂ内で電気分解によって生じた気体を第２極室４０Ｂから排出する。本実施形態では、排気路１２ｅは、第２極室４０Ｂの上端に接続されている。これにより、第２極室４０Ｂで生成された気体が、効率よく排出される。排気路１２ｅの先端部には、ガス抜き弁２４が設けられている。ガス抜き弁２４は、排気路１２ｅ内の流体から気体のみを分離して排出する。第２給電体４２が陽極給電体として適用される場合、ガス抜き弁２４は、排気路１２ｅ内の電解水から酸素ガスのみを分離して排出する。

帰還水路１２ｆは、排気路１２ｅとタンク３とを接続し、排気路１２ｅ内の電解水をタンク３へと導く。帰還水路１２ｆは、第２極室４０Ｂとガス抜き弁２４との間で排気路１２ｅに接続されている。第１給電体４１が陰極給電体として適用される場合、タンク３、水路１２ａ、１２ｃ、第２極室４０Ｂ、排気路１２ｅ及び帰還水路１２ｆによって、陽極側の循環経路１２が構成される。

水素水サーバー１は、第１極室４０Ａに接続された吐水路１３を備える。吐水路１３は、第１極室４０Ａで生成された電解水を吐出するための流路である。本実施形態の吐水路１３は、水路１２ｄを介して第１極室４０Ａに接続されている。これにより、水素水サーバー１の構成が簡素化される。なお、吐水路１３は、第１極室４０Ａに直接的に接続されていてもよい。

水路１２ｄには、流路切替弁２３が配されている。流路切替弁２３には、いわゆる三方弁が適用されうる。流路切替弁２３は、水素水サーバー１の運転モードに応じて後述する制御手段６（図２参照）によって制御され、流路切替弁２３よりも下流側の流路の一部又は全部を水路１２ｄ又は吐水路１３に切り替える。すなわち、電解水素水を生成するモードでは、流路切替弁２３よりも下流側の流路の全部がタンク３側の水路１２ｄとされる。そして、電解水素水を吐出するモードでは、流路切替弁２３よりも下流側の流路の一部又は全部が吐水路１３へと切り替えられる。これにより、簡素な構成で流路の切替が実現可能となる。

吐水路１３の先端側には、吐水口１３ａが設けられている。吐水口１３ａの下方には、カップ１００等を載置可能な空間が形成され、カップ１００からこぼれた水を収集するための受け皿部１３ｂが設けられている。

本実施形態の水素水サーバー１は、循環経路１２を循環する水素水を電解槽４で電気分解することにより、水素水の溶存水素濃度を高めつつタンク３に貯える。こうして生成された水素水は、吐水路１３を介してユーザーに提供されうる。従って、ユーザーの要求に応じて、高い溶存水素濃度の水素水を随時提供することが可能となる。

図２は、水素水サーバー１の電気的構成を示している。水素水サーバー１は、ユーザーによって操作される操作部５と、入水弁２１、第１給電体４１、第２給電体４２等の各部の制御を司る制御手段６と、第１給電体４１及び第２給電体４２に電解電流を供給する電流供給手段６１とを備えている。電流供給手段６１は、制御手段６に統合されていてもよい。

操作部５は、ユーザーによって操作されるスイッチ又は静電容量を検出するタッチパネル等（図示せず）を有する。ユーザーは、操作部５を操作することにより、例えば、後述する水素水サーバー１の運転モードを設定することができる。ユーザーによって操作部５が操作されると、操作部５は対応する電気信号を制御手段６に出力する。

制御手段６は、例えば、各種の演算処理、情報処理等を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）及びＣＰＵの動作を司るプログラム及び各種の情報を記憶するメモリ等を有している。第１給電体４１と電流供給手段６１との間の電流供給ラインには、電流検出手段４４が設けられている。電流検出手段４４は、第２給電体４２と電流供給手段６１との間の電流供給ラインに設けられていてもよい。電流検出手段４４は、第１給電体４１、第２給電体４２に供給する電解電流Ｉを検出し、その値に相当する電気信号を制御手段６に出力する。

制御手段６は、例えば、電流検出手段４４から出力された電気信号に基づいて、電流供給手段６１が第１給電体４１及び第２給電体４２に印加する直流電圧を制御する。より具体的には、制御手段６は、予め設定された溶存水素濃度に応じて、電流検出手段４４によって検出される電解電流Ｉが所望の値となるように、電流供給手段６１が第１給電体４１及び第２給電体４２に印加する直流電圧をフィードバック制御する。例えば、電解電流Ｉが過大である場合、制御手段６は、上記電圧を減少させ、電解電流Ｉが過小である場合、制御手段６は、上記電圧を増加させる。これにより、電流供給手段６１が第１給電体４１及び第２給電体４２に供給する電解電流Ｉが適切に制御される。

制御手段６は、第１給電体４１及び第２給電体４２の極性を制御するように構成されていてもよい。第１給電体４１及び第２給電体４２の極性を相互に変更することにより、電解水素水又は電解酸素水のうち所望の電解水が吐水路１３から吐水されうる。以下、特に断りのない限り、第１給電体４１が陰極給電体として適用される場合について説明するが、第１給電体４１が陽極給電体として適用される場合についても同様である。

制御手段６は、水量センサー３１から出力された電気信号に基づいて、入水弁２１の開閉を制御する。入水弁２１は、浄水フィルター２の上流に配され、浄水フィルター２及びタンク３に電気分解前の原水を供給する原水供給手段として機能する。図１に示されるように、本実施形態の水量センサー３１は、タンク３に設けられている。水量センサー３１は、タンク３内の貯水量に対応する電気信号を制御手段６に出力する。

制御手段６は、水量センサー３１から入力される電気信号に応じて、入水弁２１を制御する。例えば、タンク３に貯えられた水素水が消費され、タンク３内の水位が低下すると、制御手段６は、水量センサー３１から出力された電気信号に基づいて、入水弁２１を開放し、入水路１１からタンク３に水が補充される。これにより、タンク３に水が適宜補充され、貯水量が適切に維持される。

水素水の循環にあたって、制御手段６は、ポンプ２２の駆動電圧を制御する。このとき、制御手段６は、流量センサー２７Ａ及び２７Ｂによって検出された流量を監視しながら、ポンプ２２の駆動電圧を制御する。これにより、タンク３に貯えられた水素水が、タンク３と電解槽４との間の循環経路１２を循環し、第１極室４０Ａ及び第２極室４０Ｂに電解水が満たされる。さらに制御手段６は、第１給電体４１及び第２給電体４２に電解電圧を印加する。これにより、電解槽４に供給された電解水がさらに電気分解され、タンク３内に貯えられた水素水の溶存水素濃度が高く維持されうる。

図３は、水素水サーバー１の要部を示している。帰還水路１２ｆは、排気路１２ｅに接続される接続部１２ｇと、接続部１２ｇよりも下方に位置する下降部１２ｈを有している。本実施形態では、下降部１２ｈは、接続部１２ｇから斜め下方に向って直線的に下降している。

電気分解によって第２極室４０Ｂで生成される気体は、排気路１２ｅ及び帰還水路１２ｆ内に満たされている水よりも比重が十分に小さいので、上記気体が接続部１２ｇよりも下方に位置する下降部１２ｈに侵入することが抑制される。これにより、第２極室４０Ｂで生成される気体がタンク３内に供給されることが回避される。従って、第２極室４０Ｂで生じた酸素ガスの一部が、帰還水路１２ｆを介してタンク３に侵入してタンク３内の水に溶け込むことが回避され、タンク３内での水の溶存水素濃度の上昇が妨げられない。

本発明では、ガス抜き弁２４は、タンク３内の水面ｈ１よりも下方に配されているのが望ましい。これにより、ガス抜き弁２４には、タンク３内の水の圧力がかけられる。従って、排気路１２ｅ及び帰還水路１２ｆの水圧が大気圧未満に低下することが抑制され、ガス抜き弁２４の密封状態が維持される。これにより、ガス抜き弁２４の外部から空気が吸い込まれて循環経路１２に流入することが抑制され、タンク３内での水の溶存水素濃度の上昇が妨げられない。しかも、本発明によれば、逆止弁を必要とすることなく、排気路１２ｅへの空気の流入が抑制されるため、水素水サーバー１の小型化及びコストダウンを図ることが可能となる。

図３に示されるように、ガス抜き弁２４の下端は、タンク３の内壁面３５よりも下方に配されているのが望ましい。このような形態では、ガス抜き弁２４にかかる水圧を容易に高めることができる。また、タンク３内の水が完全に消費される場合を除き、タンク３の内壁面３５の上方に残留している水の水圧がガス抜き弁２４にかかり、ガス抜き弁２４の密封状態が維持される。

帰還水路１２ｆは、下降部１２ｈとタンク３との間に上昇部１２ｉを有するのが望ましい。上昇部１２ｉは、下降部１２ｈからタンク３に向って上方にのびている。下降部１２ｈとタンク３との間に上昇部１２ｉが設けられることにより、ガス抜き弁２４をタンク３内の水面ｈ１よりも下方に配することが可能となる。

図１及び３に示されるように、水素水サーバー１では、第２極室４０Ｂに沿って並行水路１４が設けられているのが望ましい。並行水路１４は、排気路１２ｅと第２極室４０Ｂの下端部とを連通させる。本実施形態では、並行水路１４は、帰還水路１２ｆ及び水路１２ｃと接続されている。すなわち、並行水路１４は、帰還水路１２ｆを介して排気路１２ｅに接続され、水路１２ｃを介して第２極室４０Ｂに接続されている。並行水路１４は、排気路１２ｅ及び第２極室４０Ｂに直接的に接続されていてもよい。

第２極室４０Ｂで電気分解によって生成された酸素ガスＯは、排気路１２ｅを介して第２極室４０Ｂから排出される。このとき、排気路１２ｅと第２極室４０Ｂの下端部とを連通させる並行水路１４に充填された水の圧力によって、第２極室４０Ｂ内の酸素ガスＯが上方に押し上げられ、排気路１２ｅに移動する。これにより、電気分解中の第２極室４０Ｂに水を供給することなく（すなわち、第２極室４０Ｂに水流を生じさせることなく）、第２極室４０Ｂで生じた酸素ガスＯが第２極室４０Ｂから排出される。従って、第２給電体４２の表面に十分な水が供給され、電解室４０内での電気分解が効率よく実行される。これにより、水の利用効率が極限まで高められると共に、第１極室４０Ａで生成される電解水素水の溶存水素濃度が容易に高められる。

並行水路１４は、下降部１２ｈで帰還水路１２ｆに接続されているのが望ましい。これにより、並行水路１４の構成が簡素化され、水素水サーバー１のコストダウンが容易となる。また、電解槽４の上方の構成が簡素化されることにより、水素水サーバー１の小型化（低背化）を図ることが容易となる。

水路１２ｃには、水路１２ｃから第２極室４０Ｂへの給水を制御する給水制御弁２５が設けられているのが望ましい。給水制御弁２５には、例えば、電磁力を原動力として開閉動作する電磁弁が適用されうる。給水制御弁２５の動作は、制御手段６によって制御される。例えば、電解槽４にて電気分解を行なっているとき、給水制御弁２５は閉じられている。これにより、第２極室４０Ｂへの給水が停止され、水の利用効率が極限まで高められる。この場合にあっても、第２極室４０Ｂで発生した酸素ガスが上述した並行水路１４の水圧によって排出されるので、第１極室４０Ａで生成される電解水素水の溶存水素濃度は高められる。

電解槽４にて電気分解を行なっているとき、給水制御弁２５が、第２極室４０Ｂへの給水を制限することにより、排気路１２ｅ及び帰還水路１２ｆに流入する電解水の流速も制限される。これにより、帰還水路１２ｆに下降部１２ｈが設けられていることと相まって、第２極室４０Ｂで生じた酸素ガスＯの一部が、帰還水路１２ｆを介してタンク３に侵入することがより一層抑制される。

給水制御弁２５は、並行水路１４が水路１２ｃに連通する箇所よりも下方に設けられているのが望ましい。これにより、電気分解に伴う第２極室４０Ｂ内の水の消費に応じて、並行水路１４から第２極室４０Ｂに水が補充される。

なお、制御手段６は、電解槽４での電気分解を停止した後、給水制御弁２５を開く。これにより、水路１２ｃから第２極室４０Ｂへの給水が再開され、排気路１２ｅ内の水面ｈ２が元の高さに復帰する。

排気路１２ｅには、排気路１２ｅ内の水位を検出するための水位検出手段２８が設けられていてもよい。水位検出手段２８は、第２極室４０Ｂ内の水が酸素に分解され消費されることによる排気路１２ｅ内の水位の低下を検出し、制御手段６にその旨の電気信号を出力する。排気路１２ｅ内の水位と並行水路１４内の水位とは同等であるので、水位検出手段２８は、並行水路１４に設けられていてもよい。この場合、水位検出手段２８は、並行水路１４内の水位を検出する。

制御手段６は、水位検出手段２８から出力された電気信号に基づいて、電解槽４の動作を制御する。例えば、排気路１２ｅ内の水位が、水位検出手段２８の検出領域よりも低下した場合、制御手段６は、第１給電体４１及び第２給電体４２への電解電流Ｉの供給を停止する。これにより、電解室４０での電気分解が停止され、排気路１２ｅ内の水位のさらなる低下が抑制され、隔膜４３の損傷が抑制されうる。

水素水の循環にあたって、制御手段６は、ポンプ２２の駆動電圧を制御する。このとき、制御手段６は、流量センサー２７Ａによって検出された流量を監視しながら、ポンプ２２の駆動電圧を制御する。これにより、タンク３に貯えられた水素水が、タンク３と第１極室４０Ａとの間の循環経路１２を循環する。さらに制御手段６は、第１給電体４１及び第２給電体４２に電解電圧を印加する。これにより、電解室４０に供給された電解水がさらに電気分解され、タンク３内に貯えられた水素水の溶存水素濃度が高く維持されうる。

何らかの事情により、流量センサー２７Ａ及び２７Ｂによって検出された流量が十分な値に満たない場合は、制御手段６は、第１給電体４１及び第２給電体４２への電解電圧の印加を停止する。これにより、電解室４０に電解水が十分に供給されていない状態での電解電圧の印加が防止されうる。

タンク３に貯えられた水素水が消費されると、水量センサー３１から出力された電気信号に基づいて、制御手段６は、入水弁２１を開放し、入水路１１からタンク３に水が補充される。このとき、タンク３に貯えられた水素水の溶存水素濃度が低下するため、制御手段６は、タンク３と第１極室４０Ａとの間の循環経路１２でタンク３に貯えられた水素水を再び循環させながら、電解室４０で電気分解し、溶存水素濃度を高める。

図１に示されるように、タンク３には、冷却装置７が接続されている。冷却装置７は、冷媒を冷却してタンク３の外壁に供給することにより、タンク３を冷却する。冷却装置７の動作は、制御手段６によって制御される。これにより、冷却装置７によってタンク３に貯えられた水素水が所望の温度に冷却される。従って、ユーザーの要求に応じて、冷却された水素水を随時提供することが可能となり、水素水サーバー１の商品価値が高められる。

本実施形態では、制御手段６による管理の下で、タンク３に貯えられた水素水は、定期的に入れ替えられる。水素水の入れ替えにあたっては、まず、タンク３に貯えられた水素水が排出され、その後、入水路１１から新たな水がタンク３に供給される。

タンク３には、水素水を排出するための排水路１７が接続されている。本実施形態では、水路１２ａの一部を介してタンク３と排水路１７とが接続されている。タンク３と排水路１７とが直接的に接続される構成であってもよい。

排水路１７には、排水弁２６が設けられている。排水弁２６は、制御手段６によって制御され開閉動作する。排水弁２６が開かれると、タンク３に貯えられた水素水が排水口１７ａから排出される。

上記受け皿部１３ｂは、水路１３ｃを介して排水路１７に接続されている。受け皿部１３ｂによって収集された水は、水路１３ｃを経由して排水路１７から排出される。

図１に示されるように、タンク３には、水を加熱するためのヒーター（加熱手段）８が設けられている。ヒーター８は、ジュール熱によって発熱し、タンク３に貯えられた水を加熱する。また、循環経路１２のタンク３とポンプ２２との間には、ヒーター（加熱手段）８Ａが設けられている。ヒーター８Ａは、循環経路１２を構成する管の一部に設けられている。ヒーター８Ａは、ジュール熱によって発熱し、循環経路１２内の水を加熱する。ヒーター８及び８Ａは、制御手段６によって制御される。ヒーター８又は８Ａのうち、いずれか一方のみが加熱手段として適用されていてもよい。

制御手段６は、ヒーター８及び８Ａを制御して、タンク３に貯えられた水及び循環経路１２内の水を加熱させる。これにより、タンク３内及び循環経路１２内で熱水が生成され、タンク３及び循環経路１２内が熱水によって殺菌され、細菌等の繁殖が抑制される。

水素水サーバー１は、運転モードとして、電気分解によって水素水を生成し、タンク３に貯える「電解水生成モード」と、タンク３に貯えられた水素水を吐水する「吐水モード」とを有する。

図３及び４は、「電解水生成モード」での水素水サーバー１の各部の動作及び水の流れを示している。同図では、水の満たされている領域がハッチングで示されている（以下、図５及び６においても同様とする）。

電解水生成モードでは、流路切替弁２３のタンク３側の流路は開かれ、吐水路１３側の流路は閉じられている。また、水路１２ｃの給水制御弁２５は、閉じられている。さらに、排水弁２６は閉じられ、入水弁２１はタンク３の貯水量に応じて適宜開閉される。

図３に示される初期状態では、排気路１２ｅ内の水面ｈ２の高さは、タンク３の水面ｈ１の高さと同等である。ポンプ２２が駆動され、第１給電体４１及び第２給電体４２に電解電圧が印加されると、第１極室４０Ａ及び第２極室４０Ｂで電気分解が生じる。第１極室４０Ａで発生した水素ガスは、電解水に溶け込んだ状態でタンク３に回収され、タンク３内の水の溶存水素濃度が高められる。

一方、第２極室４０Ｂで発生した酸素ガスＯは、気泡となって、排気路１２ｅ及びガス抜き弁２４を介して排出される。既に述べたように、本実施形態では、帰還水路１２ｆは、排気路１２ｅに接続される接続部１２ｇと、接続部１２ｇよりも下方に位置する下降部１２ｈを有しているので、酸素ガスＯの気泡が接続部１２ｇから下降部１２ｈに侵入することが抑制される。

また、並行水路１４に充填された水の圧力によって、第２極室４０Ｂ内の酸素ガスＯが上方に押し上げられ、排気路１２ｅに移動する。これにより、電気分解中の第２極室４０Ｂに水を供給することなく、第２極室４０Ｂで生じた酸素ガスＯが第２極室４０Ｂから排出される。従って、第２給電体４２の表面に十分な水が供給され、電解室４０内での電気分解が効率よく実行される。

電解水生成モードでは、給水制御弁２５が閉じられているので、第２極室４０Ｂ内の水は、排気路１２ｅ及び帰還水路１２ｆを介してタンク３に戻ることはない。従って、第２極室４０Ｂ内の水の流入によって、タンク３内の水の溶存水素濃度の上昇が阻害されることがなく、電解水素水の溶存水素濃度を容易に高めることが可能となる。

電解水生成モードでは、給水制御弁２５が閉じられていることに伴い、第２極室４０Ｂ内の水は消費され、排気路１２ｅ内及び並行水路１４内の水位が徐々に低下する。

そして、図４に示されるように、排気路１２ｅ内で低下した水面ｈ２が水位検出手段２８によって検知されると、制御手段６は、ポンプ２２を停止すると共に、第１給電体４１及び第２給電体４２への電解電圧の印加を停止する。これにより、電解室４０での電気分解が停止される。そして、制御手段６は、給水制御弁２５を開くことにより、水路１２ｃから第２極室４０Ｂ及び並行水路１４に水が供給され、排気路１２ｅの水位が図３に示される初期状態に復帰する。給水制御弁２５を開いて排気路１２ｅの水位を初期状態に復帰させる際には、ポンプ２２の駆動が併用されてもよい。この場合、より短時間で排気路１２ｅの水位が初期状態に復帰する。また、第１給電体４１及び第２給電体４２への電解電圧の印加が継続されていてもよい。

図５は、「吐水モード」での水素水サーバー１の各部の動作及び水の流れを示している。吐水モードでは、図３、４に示される電解水生成モードの状態から、流路切替弁２３によって、第１極室４０Ａを通過した電解水素水の流路が切り替えられる。すなわち、吐水モードでは、タンク３側の流路は閉じられ、吐水路１３側の流路が開かれる。この状態でポンプ２２が駆動することにより、第１極室４０Ａを通過した電解水素水は、吐水路１３に流入し、吐水口１３ａから吐出される。このとき、制御手段６が、第１給電体４１及び第２給電体４２に電解電圧を印加するように、構成されていてよい。

図６は、下降部１２ｈの変形例である下降部１２ｊを示している。下降部１２ｊは、接続部１２ｇから水平方向にのびる部分に接続される。下降部１２ｊは、鉛直下方にのびる部分と、水平方向にのびて上昇部１２ｉ及び並行水路１４と接続される部分とを含んでいる。下降部１２ｊは、接続部１２ｇよりも下方に位置しているので、第２極室４０Ｂで生成される気体がタンク３内に供給されることが回避される。

以上、本実施形態の水素水サーバー１等が詳細に説明されたが、本発明は上記の具体的な実施形態に限定されることなく種々の態様に変更して実施される。すなわち、電解水生成サーバーは、少なくとも、水を貯えるタンク３と、隔膜４３によって第１給電体４１が配された第１極室４０Ａと第２給電体４２が配された第２極室４０Ｂとに区切られ、タンク３から供給された水を電気分解することにより電解水を生成する電解槽４と、タンク３と第１極室４０Ａとを接続し、第１極室４０Ａに電気分解される水を供給する第１給水路と、タンク３と第２極室４０Ｂとを接続し、第２極室４０Ｂに電気分解される水を供給する第２給水路と、第１極室４０Ａ内の電解水を第１極室４０Ａから外部へ吐出する吐水路１３と、第２極室４０Ｂから上方にのび、電気分解によって生じた気体を第２極室４０Ｂから排出する排気路１２ｅと、タンク３と排気路１２ｅとを接続し、排気路１２ｅ内の水をタンク３へと導く帰還水路１２ｆとを備え、帰還水路１２ｆは、排気路１２ｅに接続される接続部１２ｇと、接続部１２ｇよりも下方に位置する下降部１２ｈとを有していればよい。

１ 水素水サーバー（電解水サーバー）
３ タンク
４ 電解槽
１２ａ 水路（第１給水路、第２給水路）
１２ｂ 水路（第１給水路）
１２ｃ 水路（第２給水路）
１２ｅ 排気路
１２ｆ 帰還水路
１２ｇ 接続部
１２ｈ 下降部
１３ 吐水路
１４ 並行水路
２４ ガス抜き弁
３５ 内壁面
４０Ａ 第１極室
４０Ｂ 第２極室
４１ 第１給電体
４２ 第２給電体
４３ 隔膜

Claims (7)

1. 水を貯えるタンクと、
   隔膜によって第１給電体が配された第１極室と第２給電体が配された第２極室とに区切られ、前記タンクから供給された前記水を電気分解することにより電解水を生成する電解槽と、
   前記タンクと前記第１極室とを接続し、前記第１極室に電気分解される前記水を供給する第１給水路と、
   前記タンクと前記第２極室とを接続し、前記第２極室に電気分解される前記水を供給する第２給水路と、
   前記第１極室内の前記電解水を前記第１極室から外部へ吐出する吐水路と、
   前記第２極室から上方にのび、電気分解によって生じた気体を前記第２極室から排出する排気路と、
   前記タンクと前記排気路とを接続し、前記排気路内の前記水を前記タンクへと導く帰還水路とを備え、
   前記帰還水路は、前記排気路に接続される接続部と、前記接続部よりも下方に位置する下降部とを有することを特徴とする電解水サーバー。
2. 前記排気路は、前記第２極室の上端部からのびている請求項１記載の電解水サーバー。
3. 前記排気路の先端部には、前記排気路内の流体から気体のみを分離して排出するガス抜き弁が設けられている請求項１又は２に記載の電解水サーバー。
4. 前記ガス抜き弁は、前記タンク内の水面よりも下方に配されていると共に、
   前記帰還水路は、前記下降部から上方にのび前記タンクに接続される上昇部を有する請求項３記載の電解水サーバー。
5. 前記第２極室に沿って設けられ、前記第２極室の下端部と前記排気路とを連通させる並行水路をさらに備える請求項１乃至４のいずれかに記載の電解水サーバー。
6. 前記並行水路は、前記下降部で前記帰還水路に接続されている請求項５記載の電解水サーバー。
7. 前記第２給水路には、前記第２極室への給水を制御する給水制御弁が設けられている請求項１乃至６のいずれかに記載の電解水サーバー。

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