JP2021080534A - 水素含有水生成装置、及び電極交換時期の予測方法 - Google Patents
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Abstract
Description
まず、水素含有水生成装置100全体の構成について説明する。図1は、本実施形態に係る水素含有水生成装置100の構成例を模式的に示す図である。図1において、水素含有水生成装置100は、1つの加速用電解槽DK0と、通常電解槽DK1、DK2、DK3、DK4、DK5と、空気抜き弁AV0、AV1、AV2、AV3、AV4、AV5と、循環ポンプP0、P1、P2、P3、P4、P5と、フロースイッチFS0、FS1、FS2、FS3、FS4、FS5と、給水流量計FMと、制御基板SK0、SK1、SK2、SK3、SK4、SK5と、制御部CLと、入力部IPと、表示部DPと、を備える。
加速用電解槽DK0及び通常電解槽DK1〜DK5は、水素含有水生成用の電極10を備えている。本実施形態において、加速用電解槽DK0の電極10と通常電解槽DK1〜DK5の電極10とは、後述のとおり電極10の長手方向Eの長さを除いて互いに同じ構成であるため、まとめて説明する。なお、以下の説明において、加速用電解槽DK0と、通常電解槽DK1、DK2、DK3、DK4、DK5とをそれぞれ区別する必要がない場合には、電解槽DKと記載される。図2は、本実施形態に係る水素含有水生成装置100を構成する電解槽DKの電極10の例を示す斜視図である。電極10は、水の電気分解作用を利用して、原水Wから、水素を含有する水である水素含有水Rを生成する。原水Wは、給水装置W1から給水路WR1、第1給水ヘッダHH1及び循環ポンプP0〜P5を介してそれぞれの電解槽DKに供給される温水等である。水素含有水Rは、中性を示す水である。
次に、電解槽DKの構成について説明する。図3は、本実施形態に係る水素含有水生成装置100の通常電解槽DK1〜DK5の例を示す断面図である。図3に示すように、通常電解槽DK1〜DK5は、槽本体40と、下側基台42と、上側基台44と、給水管46と、排水管48と、下部スペーサ52と、上部スペーサ54と、接合管50と、を備える。
次に、電解槽DKにおける原水Wの電気分解について説明する。水素含有水生成装置100は、電極10が原水Wに浸漬され、電源30によって電極10に電圧が印加されて、陽極部12と、陰極部14との間に電位差が発生させることによって、原水Wを電気分解し、水素含有水Rを生成する。
次に、電極10の形状について、より詳細に説明する。図5は、本実施形態に係る陽極部12及び陰極部14の一部を示す模式拡大図である。図6は、本実施形態に係る陽極部12及び陰極部14の開口12H、14Hの模式拡大図である。図7は、図5のA−A断面図である。
次に、本実施形態の水素含有水生成装置100において、通常電解槽DK1〜DK5の電極10の劣化に伴う交換時期を予測する方法について説明する。通常電解槽DK1〜DK5の電極10の故障までの稼働時間の予測値をTとし、加速用電解槽DK0の電極10の故障までの稼働時間をT0とし、通常電解槽DK1〜DK5の電極10の反応部分の表面積をSとし、加速用電解槽DK0の電極10の反応部分の表面積をS0とすると、下記式(5)が成立する。
式(5)及び式(6)より、下記式(7)が成立する。
電極10の交換時期の予測方法では、予め、加速用電解槽DK0と通常電解槽DK1〜DK5の少なくともいずれか1つとを用いて、それぞれの電極10が故障するまでの水素含有水生成装置100の稼働時間T0、Tを測定する。そして、試用実験によって測定された稼働時間T0、Tと、それぞれの電極10の長手方向Eの長さL0、Lとから、式(7)により係数kを算出する。kは、例えば、拘束部材18、陽極用給電部材20、陰極用給電部材22、槽本体40、下側基台42、上側基台44、給水管46、排水管48、下部スペーサ52、上部スペーサ54、又は図3において省略された他の構成部品の大きさ、形状、電極10に対する位置関係等によって変動する。kは、同一の水素含有水生成装置100では、電源30による印加電圧の大きさ及び原水Wの水質によらず、ほぼ一定の値である。係数kは、同一の水素含有水生成装置100について、ほぼ一定の値であるため、繰り返し試用実験及び算出をする必要はない。
12 陽極部
14 陰極部
20 陽極用給電部材
22 陰極用給電部材
30 電源
40 槽本体
100 水素含有水生成装置
DK 電解槽
DK0 加速用電解槽
DK1〜DK5 通常電解槽
CL 制御部
WR1 給水路
WR2 排水路
V1〜V3 バルブ
R 水素含有水
E 長手方向
Claims (8)
- 第一電極を含み水素含有水を生成する通常電解槽と、
前記第一電極より表面積が小さい第二電極を含み水素含有水を生成する加速用電解槽と、
前記通常電解槽及び前記加速用電解槽に電気的に接続され、前記通常電解槽及び前記加速用電解槽に電圧を印加する電源部と、
を備える、水素含有水生成装置。 - 前記電源部を制御し、前記第二電極が故障するまでの前記電源部が電圧を印加している累積された稼働時間に基づいて前記第一電極が故障するまでの稼働時間の予測値を算出する制御部を備える、
請求項1に記載の水素含有水生成装置。 - 前記制御部は、前記第一電極の表面積と、前記第二電極の表面積と、前記第二電極が故障するまでの前記電源部が電圧を印加している累積された稼働時間とに基づいて、前記第一電極が故障するまでの稼働時間の予測値を算出する、
請求項2に記載の水素含有水生成装置。 - 前記第一電極が故障するまでの稼働時間の予測値は、(前記第二電極が故障するまでの稼働時間)×(前記第一電極の表面積)/(前記第二電極の表面積)に示す式によって算出される、
請求項2又は3に記載の水素含有水生成装置。 - 前記制御部は、前記加速用電解槽には電圧の印加をせず、前記通常電解槽にのみ電圧の印加をするように制御可能である、
請求項2から4のいずれか1項に記載の水素含有水生成装置。 - 前記加速用電解槽と前記加速用電解槽に給水するための給水路との間に設けられるバルブを備え、
前記制御部は、前記加速用電解槽には電圧の印加をせず、前記通常電解槽にのみ電圧の印加をする場合、前記バルブを閉じるように制御する、
請求項5に記載の水素含有水生成装置。 - 前記通常電解槽及び前記加速用電解槽が共通に接続され前記通常電解槽及び前記加速用電解槽のそれぞれに給水するための給水路と、
前記通常電解槽及び前記加速用電解槽が共通に接続され前記通常電解槽及び前記加速用電解槽のそれぞれから排水するための排水路と、
を備える、請求項1から6のいずれか1項に記載の水素含有水生成装置。 - 第一電極を含み水素含有水を生成する通常電解槽と、
前記第一電極より表面積が小さい第二電極を含み水素含有水を生成する加速用電解槽と、
前記通常電解槽及び前記加速用電解槽に電気的に接続され、前記通常電解槽及び前記加速用電解槽に電圧を印加する電源部と、
を備える水素含有水生成装置の前記第一電極を交換する時期を予測する方法であって、
前記第一電極の表面積及び前記第二電極の表面積を記憶するステップと、
前記第二電極が故障するまでの前記電源部が電圧を印加している累積された稼働時間を記憶するステップと、
前記第一電極の表面積と、前記第二電極の表面積と、前記第二電極が故障するまでの前記電源部が電圧を印加している累積された稼働時間とに基づいて、前記第一電極が故障するまでの稼働時間の予測値を算出するステップと、
を含む、電極交換時期の予測方法。
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