JP2020041200A - 水素ガス発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造で原料水の消費量を低減させることが可能な水素ガス発生装置を提供することを目的とする。【解決手段】電解セル２と、原料水タンク３と、を備えた水素ガス発生装置１において、電解セル２は、原料水タンク３から供給された原料水によって満たされる陽極室２１と、陽極室２１と共にイオン交換膜２０を挟んだ状態で設けられ、かつ原料水が電気分解されることによって内部に水素ガスが生成される陰極室２２と、を有し、陰極室２２には、生成された水素ガスを通す管７と、陰極室２２と原料水タンク３との間に配管され、かつ水素ガスの生成と共に陽極室２１から陰極室２２へと移行した移行水を通す管２４と、が設けられており、移行水を通す管２４の途中部分には、当該管２４の管路を開閉する第一弁４が設けられ、水素ガスを通す管７の途中部分には、当該管７の管路を開閉する第二弁５が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、水素ガス発生装置に関する。

近年、水素水や水素ガス吸入器などの「水素」商材が、医療機関、治療院、エステサロン、美容院、スポーツジム等の施設で導入されている。２０１６年には、水素ガスを用いた治療方法が、厚生労働省により先進医療Ｂとして認められた。
水素ガスを発生、吸引する方法として、水を電気分解し水素ガスを発生、吸引する方法が知られている（例えば特許文献１参照。）。

特開２００５−８７２５７号公報

ところで、水を電気分解して水素ガスを発生させる場合、タンクから供給される原料水を電気分解し、イオンのみを対極室（陰極室）に移動させて機能水やガスを生成するが、イオンの移動に伴って対極室側には本来通らないはずの水が少量通って移動（移行）することがある。このような水は移行水と呼ばれ、従来は排水されることが多かった。
ところが、このように移行水を排水してしまうと、電気分解して消費される分以外にも原料水の消費が増えてしまうため、移行水を再利用し、原料水の消費量を低減させたいという要望があった。移行水を再利用するに当たっては、例えばポンプ等の機構を採用して移行水をタンクに戻すことが考えられるが、装置全体の複雑化や重量化、製造コストの高騰を招く場合があり、より簡易に移行水を再利用できる技術の開発が求められている。

本発明の課題は、簡易な構造で原料水の消費量を低減させることが可能な水素ガス発生装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、例えば図１〜図３に示すように、原料水を電気分解することによって水素ガスを生成する電解セル２と、前記電解セル２に供給される原料水を貯留する原料水タンク３と、を備えた水素ガス発生装置１において、
前記電解セル２は、前記原料水タンク３から供給された前記原料水によって満たされる陽極室２１と、前記陽極室２１と共にイオン交換膜２０を挟んだ状態で設けられ、かつ前記原料水が電気分解されることによって内部に水素ガスが生成される陰極室２２と、を有しており、
前記陰極室２２には、生成された水素ガスを通す管７と、前記陰極室２２と前記原料水タンク３との間に配管され、かつ水素ガスの生成と共に前記陽極室２１から前記陰極室２２へと移行した移行水を通す管２４と、が設けられており、
前記移行水を通す管２４の途中部分には、当該管２４の管路を開閉する第一弁４が設けられ、前記水素ガスを通す管７の途中部分には、当該管７の管路を開閉する第二弁５が設けられていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、移行水を通す管２４の途中部分には、当該管２４の管路を開閉する第一弁４が設けられ、水素ガスを通す管７の途中部分には、当該管７の管路を開閉する第二弁５が設けられているので、第一弁４が開いている状態とされ、かつ、第二弁５が閉じられた状態とされた場合には、生成された水素ガスによる圧力を利用し、移行水を陰極室２２から原料水タンク３へと排水して戻すことができる。さらに、第一弁４が閉じられた状態とされ、第二弁５が開いている状態とされた場合には、移行水の排水を停止して、水素ガスを先端側に通すことができる。これにより、水素ガスの供給を可能としつつ、移行水の再利用を簡易に行うことができ、原料水の消費量を低減させることができる。

請求項２に記載の発明は、例えば図１，図２に示すように、請求項１に記載の水素ガス発生装置１において、
前記電解セル２のうち最も広い側面Ｓ２の面積と、前記原料水タンク３のうち最も広い側面Ｓ３の面積とが同等に設定されており、
前記電解セル２と前記原料水タンク３は、筐体１０内において並設されて収容されるとともに、前記筐体１０内における収容高さ位置が略等しく設定されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、電解セル２のうち最も広い側面Ｓ２の面積と、原料水タンク３のうち最も広い側面Ｓ３の面積とが同等に設定されており、電解セル２と原料水タンク３は、筐体１０内において並設されて収容されるとともに、筐体１０内における収容高さ位置が略等しく設定されているので、電解セル２と原料水タンク３とを筐体１０内にコンパクトに収容することができ、水素ガス発生装置１の小型化や軽量化を図ることができる。
すなわち、従来は、電解セルにおける原料水側の極室を空運転させないために、原料水タンクを電解セルよりも一段上に設置する必要があったが、上述のように、電解セル２と原料水タンク３のサイズが同等とされ、筐体１０収容時の高さも略等しくして並設できるので、コンパクトな原料水タンク付き電解槽ユニットの実現が可能となっている。

請求項３に記載の発明は、例えば図１，図３に示すように、請求項１又は２に記載の水素ガス発生装置１において、
前記水素ガスを通す管７のうち前記第二弁５よりも先端側には、水素ガスと水分とを分離する気液分離器（飲料容器６）が設けられ、
前記水素ガスを通す管７のうち前記気液分離器６よりも先端側には、水分の流出を防止するフィルター７０が設けられ、当該フィルター７０の先に水素ガスを放出する開口（吸引口７１）が設けられていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、水素ガスを通す管７のうち第二弁５よりも先端側には、水素ガスと水分とを分離する気液分離器（飲料容器６）が設けられているので、気液分離器によって、陰極室２２から流入する水素ガスに混入した水分を分離することができ、より先端側への水分の流入を極力防ぐことができる。
さらに、水素ガスを通す管７のうち気液分離器６よりも先端側には、水分の流出を防止するフィルター７０が設けられ、当該フィルター７０の先に水素ガスを放出する開口（吸引口７１）が設けられているので、フィルター７０によって、例えば蒸気の形で水素ガスに混入していた水分を最終的に取り除くことができ、純度の高い水素ガスを開口から放出することができる。

請求項４に記載の発明は、例えば図１，図３に示すように、請求項３に記載の水素ガス発生装置において、
前記気液分離器は、飲料が入れられる飲料容器６であることを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、気液分離器は、飲料が入れられる飲料容器６であることから、飲料容器６に飲料が入っている場合には、電解セル２から飲料容器６に流入した水素ガスが飲料に溶け込み、その結果、水素入り飲料を作ることができる。

本発明によれば、水素ガスの供給を可能としつつ、移行水の再利用を簡易に行うことができ、原料水の消費量を低減させることができる。

水素ガス発生装置の全体構成を説明する図である。 水素ガス発生装置における要部の構成を説明する図である。 水素ガス発生装置における要部の構成を説明する図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の技術的範囲を以下の実施形態および図示例に限定するものではない。

図１において符号１は、水素ガス発生装置を示す。この水素ガス発生装置１は、水を電気分解して水素ガスを発生させ、発生させた水素ガスを、装置末端の吸引口７１を通じて吸引者に供給するものであり、図１〜図３に示すように、電解セル２と、原料水タンク３と、第一弁４と、第二弁５と、飲料容器６と、水素ガス用管７（第一管７ａ、第二管７ｂ、第三管７ｃ）と、制御部８と、を備える。さらに、水素ガス発生装置１は、電解セル２と原料水タンク３とを接続する各管（原料水戻り管２３ａ、原料水入り管２３ｂ、移行水用管２４）を備える。
また、水素ガス発生装置１のうち電解セル２や原料水タンク３、第一弁４、第二弁５、制御部８及び各管（水素ガス用管７における第三管７ｃを除く各管）は、水素ガス発生装置１の外郭を構成する筐体１０内に収容されている。

電解セル２は、イオン交換膜２０と、このイオン交換膜２０により区画された陽極室２１及び陰極室２２と、を有する。
陽極室２１には陽極２１ａが設けられ、陰極室２２には陰極２２ａが設けられ、陽極２１ａと陰極２２ａとの間に挟まれた状態でイオン交換膜２０が配置されている。
陽極室２１には、原料水タンク３から供給された原料水によって満たされており、陰極室２２には原料水が入っておらず、通常（水素ガス発生装置１の不使用時や使用前）は、空洞のままの状態（すなわち、空っぽの状態）となっている。

イオン交換膜２０は、陽イオン交換膜であり、陽極２１ａと陰極２２ａとの間に直流電流を供給することにより陽極室２１に供給された原料水を電気分解し、イオンのみを陰極室２２に移動させ、機能水や水素ガスを生成することができる。
なお、イオンの移動に伴い、本来通らないはずの水が少量移動して陰極室２２に溜まるが、この水は移行水と称される。詳細については後述するが、本実施形態においては、この移行水が、陰極室２２から原料水タンク３に戻るように構成されている。

陽極室２１には、原料水タンク３に対して原料水を戻すための開口である陽極生成口２１ｂと、原料水タンク３から供給される原料水を通すための開口である陽極給水口２１ｃと、が設けられている。また、陽極室２１には、本来は陽極室２１内の原料水を排水するために用いられる開口である陽極排水口２１ｄも設けられているが、本実施形態においては使用されない。

陰極室２２には、装置末端側（先端側：吸引口７１側）に伸びる水素ガス用管７が接続され、当該水素ガス用管７に、生成した水素ガスを通すための陰極生成口２２ｂと、陰極室２２内の移行水を排水するための開口である陰極排水口２２ｄと、が設けられている。また、陰極室２２には、本来は陰極室２２に水を供給するために用いられる開口である陰極給水口２２ｃが設けられているが、本実施形態においては使用されない。

なお、電解セル２は、イオン交換膜２０により区画された陽極室２１及び陰極室２２を有するものとしたが、陽極室２１と陰極室２２との間に設けられた一つ以上の中間室（図示省略）を更に有するものとしてもよい。
この場合は、イオン交換膜２０と、このイオン交換膜２０を挟んだ状態の陽極２１ａ及び陰極２２ａが、陽極室２１と中間室との間、中間室と陰極室２２との間にそれぞれ設けられた状態になる。また、陽極室２１と陰極室２２は、不図示のバイパスで接続された状態となる。
このように中間室を有する電解セルを用いることで、中間室を有しない電解セル２に比して、より効率よく電気分解を行うことができるので好ましい。

原料水タンク３は原料水が貯留されるタンクであり、貯留される原料水は、精製水（純水ともいう。）とされている。
この原料水タンク３には、原料水戻り管２３ａを介して陽極室２１における陽極生成口２１ｂと接続されて陽極室２１から戻る原料水が通る原料水戻り口３ａと、原料水入り管２３ｂを介して陽極室２１における陽極給水口２１ｃと接続されて原料水を供給するための供給口３ｂと、移行水用管２４を介して陰極室２２における陰極排水口２２ｄと接続されて陰極室２２から原料水タンク３に移行水を戻すための移行水戻り口３ｃと、が設けられている。
また、原料水タンク３には、後述する筐体１０の外部に露出可能な筒状の給水部３ｄが設けられており、原料水タンク３への給水を任意のタイミングで行うことができるようになっている。

原料水タンク３は、後述する筐体１０内に収容され、電解セル２と近接して並設されるものであり、筐体１０内における収容高さ位置（収容された際の高さ位置）も略等しく設定されている。
また、原料水タンク３と電解セル２のサイズも同等に設定されている。ここでいうサイズとは、電解セル２のうち最も広い側面の面積と、原料水タンク３のうち最も広い側面の面積を指している。より詳細には、図２に示すように、電解セル２の正面側又は背面側の面Ｓ２における面積と、原料水タンク３の正面側又は背面側の面Ｓ３における面積を指している。
さらに、原料水タンク３は、近接して並設された電解セル２に対し、上述のように各管２３ａ，２３ｂ，２４によって接続されている。そのため、原料水タンク３は、あくまでも電解セル２に対して着脱可能ではあるものの、電解セル２と原料水タンク３は、筐体１０内において、あたかも一体型であるかのように収容された状態となっている。
これに付随し、少なくとも、電解セル２と原料水タンク３とを直接的に接続する原料水戻り管２３ａ及び原料水入り管２３ｂは、他の各管（水素ガス用管７、移行水用管２４）よりも可撓性が低く設定されている。つまり、電解セル２と原料水タンク３は、可撓性の低い原料水戻り管２３ａ及び原料水入り管２３ｂによって接続されて相対移動しにくい状態となっており、一体性が高められた状態となっている。

第一弁４は、陰極室２２における陰極排水口２２ｄと原料水タンク３における移行水戻り口３ｃとの間に設けられた移行水用管２４の途中部分に設けられた弁であり、本実施形態においては電磁弁が用いられている。すなわち、第一弁４は、移行水を通す移行水用管２４における管路の開閉制御が可能である。

第二弁５は、陰極室２２における陰極生成口２２ｂに接続された水素ガス用管７（後述する第一管７ａを指す。）の途中部分に設けられた弁であり、本実施形態においては電磁弁が用いられている。すなわち、第二弁５においては、水素ガスを通す水素ガス用管７（第一管７ａ）における管路の開閉制御が可能である。

第一弁４は、第二弁５が開いている状態においては閉じ、第二弁５が閉じている状態においては開くように制御されている。一方、第二弁５は、第一弁４が開いている状態においては閉じ、第一弁４が閉じている状態においては開くように制御されている。
これら第一弁４及び第二弁５の開閉制御は、後述する制御部８によって行われるものとする。

飲料容器６は、電解セル２側から流入する水素ガスに混入した水分を分離する気液分離器として機能して吸引口７１への水分の流出を防止するものであり、容器本体６０と、蓋部６１と、を有する。つまり、飲料容器６は、水素ガス発生装置１において、水分を除去するトラップとして機能している。
容器本体６０には、任意の液体を入れておくことができ、電解セル２側から流入した水素ガスを、当該液体に溶け込ませることができる。
蓋部６１は、容器本体６０における上端開口を閉塞するものであり、電解セル２側から水素ガスを流入させる流入口６１ａと、吸引口７１側に水素ガスを流出させる流出口６１ｂと、を備える。これら流入口６１ａ及び流出口６１ｂは、蓋部６１の外周面から突出して形成されている。

水素ガス用管７は、陰極室２２から吸引口７１までの間に設けられる複数の管７ａ，７ｂ，７ｃを有し、かつ、水素ガス用管７の途中部分にそれぞれ設けられた上記の第二弁５及び飲料容器６と後述するフィルター７０とを含んで構成されている。すなわち、水素ガス用管７は、水素ガスを陰極室２２から吸引口７１まで通すための流路（管路）を構成するものであり、第二弁５、飲料容器６、フィルター７０は、水素ガスを陰極室２２から吸引口７１に通すまでの間に水分を除去するトラップとして機能するものである。

水素ガス用管７のうち第一管７ａは、一端（基端）が、陰極室２２における陰極生成口２２ｂに接続され、他端（先端）が、飲料容器６の流入口６１ａに接続された管であり、その途中部分に、上記の第二弁５が設けられている。
水素ガス用管７のうち第二管７ｂは、後述する筐体１０内を通過するようにして配管されており、一端（基端）が、飲料容器６の流出口６１ｂに接続され、他端（先端）が、筐体１０に設けられた差込口７２に接続されている。このような第二管７ｂは、第一管７ａと後述する第三管７ｃの中継管として機能する。
水素ガス用管７のうち第三管７ｃは、一端（基端）が、差込口７２に差し込まれることで第二管７ｂと接続され、他端（先端）が、吸引口７１に接続された管であり、その途中部分に、フィルター７０が設けられている。この第三管７ｃは、飲料容器６側から流入した水素ガスを放出するためのものであり、後述する筐体１０に対して着脱自在に設けられている。

フィルター７０は、第三管７ｃ内の蒸気による水分が吸引口７１側に流出することを防ぐものであり、吸引口７１側に気体のみを通すことができる。つまり、フィルター７０は、水素ガス発生装置１において、水分を除去するトラップとして機能している。
なお、本実施形態においては、フィルター７０として、中空糸フィルター（中空糸膜）が用いられているが、これに限定されるものではなく、セルロース系フィルターや樹脂系フィルターを始めとする種々の水分除去用フィルターのいずれかを採用してもよい。
吸引口７１は、吸引者が水素ガスを吸引するために使用する部材であり、水素ガスを装置外部に放出するための開口（流路）を備える。より具体的に説明すると、本実施形態においては吸引者が口で咥えることが可能なタイプの吸引口７１用の部材が用いられている。ただし、吸引口７１用の部材は、これに限られるものではなく、吸引者の口元を覆うマスク状の部材でもよいし、単に水素ガスを周囲に放出させるタイプの部材でもよい。

制御部８は、水素ガス発生装置１において行われる各種動作を制御するためのものであり、筐体１０内のうち電解セル２や原料水タンク３、第一弁４、第二弁５等を避けて配置されている。
このような制御部８によれば、予め記憶されたプログラムに従って水素ガス発生装置１による水素ガスの生成オン・オフ制御、第一弁４の開閉制御、第二弁５の開閉制御、水素ガスの生成量制御、水素ガス生成のタイマー制御、センサーを用いての原料水タンク３における原料水残量の報知制御等を行うことができる。

筐体１０は、上述のように、電解セル２、原料水タンク３、第一弁４、第二弁５、制御部８及び各管（水素ガス用管７における第三管７ｃを除く各管）が収容されるものであり、第一収容部１１と、第二収容部１２と、容器載置部１３と、コントロールパネル１４と、を有する。

第一収容部１１は、電解セル２、原料水タンク３、第一弁４、第二弁５が収容されるメインスペースである。
第一収容部１１は、当該第一収容部１１を正面側（コントロールパネル１４のある側）と背面側に区画する区隔壁１１ａを備え、電解セル２は、当該区隔壁１１ａによって保持固定された状態となっている。
第一弁４及び第二弁５は、区隔壁１１ａの正面側に位置し、区隔壁１１ａ又は筐体１０の所定部位に保持固定された状態となっており、基本的には、メンテナンス時以外は取り外しされない。

原料水タンク３は、上述のように、第一収容部１１内において電解セル２と近接して並設されている。この原料水タンク３は、電解セル２に対して着脱可能に設けられており、内部の洗浄などを行うことができる。このように原料水タンク３が着脱されるため、筐体１０は、第一収容部１１を開閉する第一カバー部１０ａを備えている。
さらに、原料水タンク３は、上述のように給水部３ｄを有しているため、筐体１０は、給水部３ｄの上端開口を開閉する第二カバー部１０ｂを更に備えている。

第二収容部１２は、制御部８が収容されるスペースであり、電解セル２や原料水タンク３、第一弁４、第二弁５等を避けて筐体１０の底部に設けられている。
なお、制御部８は、コントロールパネル１４によって入力された操作入力に基づいて水素ガス発生装置１の各種動作を制御している。電解セル２や第一弁４、第二弁５は、制御部８からの信号に基づいて動作する。

容器載置部１３は、図１に示すように、筐体１０の正面に、正面に向かって開放されるようにして形成された凹型空間であり、当該容器載置部１３の底面に飲料容器６を載置できるようになっている。
なお、筐体１０には、飲料容器６の蓋部６１における流入口６１ａ及び流出口６１ｂが差し込まれる一対の差込孔部（図示省略）が形成されており、一方の差込孔部には水素ガス用管７における第一管７ａが接続され、他方の差込孔部には水素ガス用管７における第二管７ｂが接続されている。これにより、流入口６１ａ及び流出口６１ｂのそれぞれが一対の差込孔部に適切に差し込まれた際に、流入口６１ａと第一管７ａとが接続されるとともに、流出口６１ｂと第二管７ｂ（間接的には第三管７ｃ）とが接続されるようになっている。

コントロールパネル１４は、筐体１０の正面上端部に設けられており、水素ガス発生装置１による水素ガスの生成動作をオン・オフ操作するためのスタートボタン１４ａと、水素ガスの生成量調節や水素ガス生成のタイマーを操作するためのコントロールノブ１４ｂと、を有する。
スタートボタン１４ａは、水素ガス発生装置１の電源が入っている状態で押下することにより水素ガスの生成が開始（オン）され、再度押下することにより生成が停止（オフ）される。水素ガスの生成がタイマー制御される場合は、生成停止のためにスタートボタン１４ａを押下する必要はなく、自動的に停止される。
コントロールノブ１４ｂによる操作項目は事前設定によって変更可能であり、適宜、機能を追加したり削減したりしてもよい。
また、図示はしないが、コントロールパネル１４には、例えば原料水タンク３における原料水残量の報知を行うための報知部が設けられているものとする。報知部としては、例えばＬＥＤランプ等による発光手段が用いられているが、報知音を発する音声出力手段が用いられてもよいし、文字による報知が可能なディスプレイが用いられてもよい。

筐体１０におけるコントロールパネル１４の下方には、水素ガス用管７における第二管７ｂの他端部が接続された差込口７２が設けられている。差込口７２には、水素ガス用管７における第三管７ｃの他端部が差し込まれ、当該差込口７２を介して第三管７ｃと第二管７ｂとを接続できるようになっている。
なお、差込口７２は、第三管７ｃの差し込み時に開いている状態となり、第三管７ｃが抜かれた時に閉じた状態となる弁を備えており、この弁によって、第三管７ｃが抜かれた際の水素ガスの漏出を防いでいる。

続いて、以上のように構成された水素ガス発生装置１における水素ガスの生成から吸引者が吸引するまでの基本的な流れについて説明する。
なお、図１〜図３における矢印Ａ１，Ａ２は、水素ガスの流れを示し、矢印Ｂは、移行水の流れを示し、矢印Ｃ１，Ｃ２は、原料水の流れを示している。

まず、原料水タンク３に原料水が貯留された状態で、水素ガス発生装置１のスタートボタン１４ａをオンの状態とすることにより、原料水が原料水タンク３と陽極室２１との間で循環し（矢印Ｃ１，Ｃ２参照。）、電解セル２での水素ガス生成が開始される（矢印Ａ１参照。）。すなわち、陽極室２１内に原料水が供給され、陽極２１ａと陰極２２ａとの間に直流電流が供給されることで陽極室２１に供給された原料水が電気分解され、陰極室２２に水素ガスを発生させることができる。
この時、第一弁４は閉じられた状態となっており、第二弁５は開いている状態となっている。すなわち、水素ガスの生成に伴う陰極室２２内の圧力が吸引口７１側（飲料容器６側）に逃がされ、生成された水素ガスが、吸引口７１側に流出する状態となっている。

水素ガスが陰極室２２に発生した時には、上述のように陰極室２２には移行水も発生する。そして、第一弁４は閉じられた状態となっているため、移行水は陰極室２２内に溜まっていくことになる。
なお、移行水は、陰極生成口２２ｂよりも上まで溜まってしまうと吸引口７１側に流出してしまうため、それよりも早い段階で排水する必要がある。

水素ガス発生装置１を連続稼働する間のうち、一定の時間間隔で第一弁４を開いている状態とし、第二弁５を閉じられた状態とすることで、生成された水素ガスごと移行水を、移行水用管２４を通して原料水タンク３に戻すことができる（矢印Ｂ参照。）。すなわち、陰極室２２内に溜まった水素ガスの圧力を利用して移行水を原料水タンク３に戻すようにしている。
なお、移行水を原料水タンク３に戻すタイミングは事前検証に基づいて予め設定されており、制御部８による第一弁４及び第二弁５の動作制御にて移行水を適切なタイミングで原料水タンク３に戻すことが可能となっている。
陰極室２２内の移行水を原料水タンク３に戻しきったら、再び第一弁４を閉じられた状態とし、第二弁５を開かれている状態として、水素ガスの生成を再開する（矢印Ａ１参照。）。

陰極室２２から流出した水素ガスは、水素ガス用管７における第一管７ａを通って飲料容器６の容器本体６０内へと到達する。この時点で、蒸気の形で水素ガスに混入していた水分が、容器本体６０内に残されて、水素ガスのみが吸引口７１側に流出し、気液分離が行われる（矢印Ａ１，Ａ２参照。）。
また、容器本体６０内に液体が入っている場合には、容器本体６０内に到達した水素ガスが当該液体に溶け込み、これにより、水素入り飲料を作ることができるようになっている。液体としては、水やお茶でもよいし、その他の清涼飲料水、酒類、アルコール飲料、ノンアルコール飲料等でもよい。

飲料容器６における流出口６１ｂから流出した水素ガスは水素ガス用管７における第二管７ｂ及び第三管７ｃを通過し、更にフィルター７０を通過して最終的に水分が除かれて、水素ガスのみ（１００％又は１００％に近い状態）が吸引口７１に到達する（矢印Ａ２参照。）。
以上のようにして、吸引者は、吸引口７１に到達した高純度の水素ガスを吸引することができるようになっている。

本実施の形態によれば、移行水用管２４の途中部分には、当該移行水用管２４の管路を開閉する第一弁４が設けられ、水素ガス用管７の途中部分には、当該水素ガス用管７の管路を開閉する第二弁５が設けられているので、第一弁４が開いている状態とされ、かつ、第二弁５が閉じられた状態とされた場合には、生成された水素ガスによる圧力を利用し、移行水を陰極室２２から原料水タンク３へと排水して戻すことができる。さらに、第一弁４が閉じられた状態とされ、第二弁５が開いている状態とされた場合には、移行水の排水を停止して、水素ガスを先端側に通すことができる。これにより、水素ガスの供給を可能としつつ、移行水の再利用を簡易に行うことができ、原料水の消費量を低減させることができる。

また、電解セル２のうち最も広い側面Ｓ２の面積と、原料水タンク３のうち最も広い側面Ｓ３の面積とが同等に設定されており、電解セル２と原料水タンク３は、筐体１０内において並設されて収容されるとともに、筐体１０内における収容高さ位置が略等しく設定されているので、電解セル２と原料水タンク３とを筐体１０内にコンパクトに収容することができ、水素ガス発生装置１の小型化や軽量化を図ることができる。

また、水素ガス用管７のうち第二弁５よりも先端側には、水素ガスと水分とを分離する気液分離器としての飲料容器６が設けられているので、飲料容器６によって、陰極室２２から流入する水素ガスに混入した水分を分離することができ、より先端側への水分の流入を極力防ぐことができる。
さらに、水素ガス用管７のうち飲料容器６よりも先端側には、水分の流出を防止するフィルター７０が設けられ、当該フィルター７０の先に水素ガスを放出する開口を備えた吸引口７１用の部材が設けられているので、フィルター７０によって、例えば蒸気の形で水素ガスに混入していた水分を最終的に取り除くことができ、純度の高い水素ガスを吸引口７１用の部材から放出することができる。

また、気液分離器が、飲料が入れられる飲料容器６であることから、飲料容器６に飲料が入っている場合には、電解セル２から飲料容器６に流入した水素ガスが飲料に溶け込み、その結果、水素入り飲料を作ることができる。

１ 水素ガス発生装置
２ 電解セル
３ 原料水タンク
３ａ 原料水戻り口
３ｂ 供給口
３ｃ 移行水戻り口
３ｄ 給水部
４ 第一弁
５ 第二弁
６ 飲料容器
６０ 容器本体
６１ 蓋部
６１ａ 流入口
６１ｂ 流出口
７ 水素ガス用管
７ａ 第一管
７ｂ 第二管
７ｃ 第三管
７０ フィルター
７１ 吸引口
７２ 差込口
８ 制御部
１０ 筐体
１０ａ 第一カバー部
１０ｂ 第二カバー部
１１ 第一収容部
１１ａ 区隔壁
１２ 第二収容部
１３ 容器載置部
１３ａ 底面
１４ コントロールパネル
１４ａ スタートボタン
１４ｂ コントロールノブ
２０ イオン交換膜
２１ 陽極室
２１ａ 陽極
２１ｂ 陽極生成口
２１ｃ 陽極給水口
２２ 陰極室
２２ａ 陰極
２２ｂ 陰極生成口
２２ｄ 陰極排水口
２３ａ 原料水戻り管
２３ｂ 原料水入り管
２４ 移行水用管
Ａ１ 矢印
Ａ２ 矢印
Ｂ 矢印
Ｃ１ 矢印
Ｃ２ 矢印
Ｓ２ 面
Ｓ３ 面

Claims (4)

1. 原料水を電気分解することによって水素ガスを生成する電解セルと、前記電解セルに供給される原料水を貯留する原料水タンクと、を備えた水素ガス発生装置において、
   前記電解セルは、前記原料水タンクから供給された前記原料水によって満たされる陽極室と、前記陽極室と共にイオン交換膜を挟んだ状態で設けられ、かつ前記原料水が電気分解されることによって内部に水素ガスが生成される陰極室と、を有しており、
   前記陰極室には、生成された水素ガスを通す管と、前記陰極室と前記原料水タンクとの間に配管され、かつ水素ガスの生成と共に前記陽極室から前記陰極室へと移行した移行水を通す管と、が設けられており、
   前記移行水を通す管の途中部分には、当該管の管路を開閉する第一弁が設けられ、前記水素ガスを通す管の途中部分には、当該管の管路を開閉する第二弁が設けられていることを特徴とする水素ガス発生装置。
2. 請求項１に記載の水素ガス発生装置において、
   前記電解セルのうち最も広い側面の面積と、前記原料水タンクのうち最も広い側面の面積とが同等に設定されており、
   前記電解セルと前記原料水タンクは、筐体内において並設されて収容されるとともに、前記筐体内における収容高さ位置が略等しく設定されていることを特徴とする水素ガス発生装置。
3. 請求項１又は２に記載の水素ガス発生装置において、
   前記水素ガスを通す管のうち前記第二弁よりも先端側には、水素ガスと水分とを分離する気液分離器が設けられ、
   前記水素ガスを通す管のうち前記気液分離器よりも先端側には、水分の流出を防止するフィルターが設けられ、当該フィルターの先に水素ガスを放出する開口が設けられていることを特徴とする水素ガス発生装置。
4. 請求項３に記載の水素ガス発生装置において、
   前記気液分離器は、飲料が入れられる飲料容器であることを特徴とする水素ガス発生装置。

Images