JP2023120215A - Hydrogen gas dissolution device - Google Patents

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Abstract

To provide a hydrogen gas dissolution device that can stably supply hydrogen water with high dissolved hydrogen concentration.SOLUTION: A hydrogen gas dissolution device 1 comprises an electrolytic cell 4 for generating hydrogen gas by electrolysis and a hydrogen dissolution module 6 that dissolves hydrogen gas supplied from the electrolytic cell 4 by contacting the gas with water. The electrolytic cell 4 is arranged below the hydrogen dissolution module 6.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電気分解により発生させた水素ガスを水に溶解させるための水素ガス溶解装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a hydrogen gas dissolving apparatus for dissolving hydrogen gas generated by electrolysis in water.

近年、電気分解により発生させた水素ガスを水道水に溶解させて、水素水を生成する水素ガス溶解装置が提案されている。例えば、特許文献１には、水素ガス及び水道水をガス分離中空糸膜を介して供給し、水素水を生成する装置が開示されている。上記特許文献１では、水温に応じて水素ガスの圧力を調整すると共に、水素ガスの圧力と水道水の圧力とを同圧にすることにより、所定濃度以上の水素水を供給可能であることが記載されている。 In recent years, there has been proposed a hydrogen gas dissolving apparatus that dissolves hydrogen gas generated by electrolysis in tap water to generate hydrogen water. For example, Patent Literature 1 discloses an apparatus for producing hydrogen water by supplying hydrogen gas and tap water through a gas separation hollow fiber membrane. In Patent Document 1, it is possible to supply hydrogen water having a predetermined concentration or more by adjusting the pressure of hydrogen gas according to the water temperature and making the pressure of hydrogen gas equal to the pressure of tap water. Are listed.

水を電気分解して水素ガスを発生させる水素ガス発生装置として電気分解装置が知られている。例えば、上記特許文献１の装置では、水素ガス発生装置で電気分解に用いられる水が蒸発することにより生じた水蒸気が水素ガス溶解手段に移動すると、結露によって水滴となって水素ガス溶解手段の内部構造に付着し、水素ガスの溶解を抑制するおそれがあり、溶存水素濃度が高い水素水を安定的に供給するという観点からは、改善の余地がある。 An electrolyzer is known as a hydrogen gas generator that electrolyzes water to generate hydrogen gas. For example, in the apparatus of Patent Document 1, when the water vapor generated by evaporating the water used for electrolysis in the hydrogen gas generator moves to the hydrogen gas dissolving means, it condenses into water droplets inside the hydrogen gas dissolving means. There is a possibility that it will adhere to the structure and suppress the dissolution of hydrogen gas, and there is room for improvement from the viewpoint of stably supplying hydrogen water with a high dissolved hydrogen concentration.

特開２０１６－７７９８７号公報JP 2016-77987 A

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、溶存水素濃度の高い水素水を安定的に供給することが可能な水素ガス溶解装置を提供することを主たる目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been devised in view of the actual situation as described above, and a main object of the present invention is to provide a hydrogen gas dissolving apparatus capable of stably supplying hydrogen water having a high dissolved hydrogen concentration.

本発明は、電気分解により水素ガスを発生するための電解槽と、前記電解槽から供給された前記水素ガスを、水に接触させて溶解させるための水素溶解モジュールとを備え、前記電解槽は、前記水素溶解モジュールよりも下方に配されている、水素ガス溶解装置である。 The present invention comprises an electrolytic cell for generating hydrogen gas by electrolysis, and a hydrogen dissolving module for contacting and dissolving the hydrogen gas supplied from the electrolytic cell with water, wherein the electrolytic cell is and a hydrogen gas dissolving device disposed below the hydrogen dissolving module.

前記水素ガス溶解装置において、前記電解槽から前記水素ガスを取り出して前記水素溶解モジュールに供給するための水素取出管をさらに備え、前記水素取出管の出口は、前記水素溶解モジュールの下部に接続されている、ことが望ましい。 The hydrogen gas dissolving apparatus further includes a hydrogen extraction pipe for extracting the hydrogen gas from the electrolytic cell and supplying it to the hydrogen dissolution module, the outlet of the hydrogen extraction pipe being connected to a lower portion of the hydrogen dissolution module. It is desirable that

前記水素ガス溶解装置において、前記水素取出管の入口は、前記電解槽の上部に配されている、ことが望ましい。 In the hydrogen gas dissolving apparatus, it is desirable that the inlet of the hydrogen extraction pipe is arranged above the electrolytic cell.

前記水素ガス溶解装置において、前記水素取出管内の水位は、前記出口よりも低く保たれている、ことが望ましい。 In the hydrogen gas dissolving device, it is desirable that the water level in the hydrogen extraction pipe is kept lower than the outlet.

前記水素ガス溶解装置において、前記水素溶解モジュールに前記水を供給するための給水手段をさらに備え、前記水素溶解モジュールは、前記給水手段から供給された前記水を通すための管体を有し、前記管体は、前記水素ガスを透過する多孔質膜によって構成されている、ことが望ましい。 The hydrogen gas dissolving apparatus further comprises water supply means for supplying the water to the hydrogen dissolving module, the hydrogen dissolving module having a tubular body for passing the water supplied from the water supply means, It is desirable that the tubular body is made of a porous membrane that is permeable to the hydrogen gas.

前記水素ガス溶解装置において、前記多孔質膜は、中空糸膜である、ことが望ましい。 In the hydrogen gas dissolving device, the porous membrane is preferably a hollow fiber membrane.

本発明では、電解槽は、水素溶解モジュールよりも下方に配されている。換言すると、水素溶解モジュールは、電解槽よりも上方に配されている。このような水素溶解モジュールと電解槽との位置関係において、電解槽で生じた水素ガスは、水蒸気よりも比重が小さいため、水素溶解モジュールの近傍には、水素ガスが充満し、水蒸気の上方への移動を妨げる。これにより、水素溶解モジュールの内部での水滴の付着が抑制され、溶存水素濃度の高い水素水を安定的に供給することが可能となる。 In the present invention, the electrolytic cell is arranged below the hydrogen dissolving module. In other words, the hydrogen dissolving module is arranged above the electrolytic cell. In such a positional relationship between the hydrogen dissolving module and the electrolytic cell, since the hydrogen gas generated in the electrolytic cell has a lower specific gravity than water vapor, the vicinity of the hydrogen dissolving module is filled with hydrogen gas, and the water vapor moves upward. hinder the movement of As a result, adhesion of water droplets inside the hydrogen dissolving module is suppressed, and hydrogen water with a high dissolved hydrogen concentration can be stably supplied.

本発明の水素ガス溶解装置の一実施形態の概略構成を示す図である。1 is a diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a hydrogen gas dissolving apparatus of the present invention; FIG. 同水素ガス溶解装置の電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electrical structure of the same hydrogen gas dissolving apparatus. 同水素ガス溶解装置の電解槽及びその周辺の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the electrolytic cell of the same hydrogen gas dissolving apparatus, and its periphery.

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、本実施形態の水素ガス溶解装置１の概略構成を示している。なお、同図において、ハッチングが施されている領域は、水が満たされている領域である（以下、図３においても同様とする）。水素ガス溶解装置１は、電解槽４と水素溶解モジュール６とを備えている。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a schematic configuration of a hydrogen gas dissolving apparatus 1 of this embodiment. In addition, in FIG. 3, hatched areas are areas filled with water (hereinafter the same applies to FIG. 3). A hydrogen gas dissolving apparatus 1 includes an electrolytic cell 4 and a hydrogen dissolving module 6 .

電解槽４は、電気分解により水素ガスを発生する。水素溶解モジュール６は、電解槽４から供給された水素ガスを、水に接触させて溶解させる。これにより、簡素な構成で、血液透析や飲み水として用いられる溶存水素水を生成することが可能となる。 The electrolytic bath 4 generates hydrogen gas by electrolysis. The hydrogen dissolving module 6 brings the hydrogen gas supplied from the electrolytic cell 4 into contact with water and dissolves it. This makes it possible to generate dissolved hydrogen water used as hemodialysis or drinking water with a simple configuration.

電解槽４の内部には、電解室４０が形成されている。電解室４０には、陽極給電体４１と、陰極給電体４２と、隔膜４３とが、配されている。電解室４０は、隔膜４３によって、陽極給電体４１側の陽極室４０ａと、陰極給電体４２側の陰極室４０ｂとに区切られる。 An electrolytic chamber 40 is formed inside the electrolytic bath 4 . An anode feeder 41 , a cathode feeder 42 and a diaphragm 43 are arranged in the electrolytic chamber 40 . The electrolytic chamber 40 is partitioned by a diaphragm 43 into an anode chamber 40a on the anode feeder 41 side and a cathode chamber 40b on the cathode feeder 42 side.

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材料等が適宜用いられている。電解槽４内で効率よく電気分解を行うために、隔膜４３によって電解室４０が陽極室４０ａと陰極室４０ｂとに区切られるのが望ましいが、隔膜４３は廃されていてもよい。 For the diaphragm 43, for example, a solid polymeric material made of a fluorine-based resin having a sulfonic acid group is appropriately used. In order to efficiently perform electrolysis in the electrolytic cell 4, it is desirable that the electrolytic chamber 40 be divided into an anode chamber 40a and a cathode chamber 40b by a diaphragm 43, but the diaphragm 43 may be eliminated.

陽極室４０ａ及び陰極室４０ｂには、電気分解のための水が供給される。陽極給電体４１及び陰極給電体４２に電気分解のための直流電圧が印加されると、陽極室４０ａ及び陰極室４０ｂで水が電気分解され、陽極室４０ａにて酸素ガスが発生し、陰極室４０ｂにて水素ガスが発生する。 Water for electrolysis is supplied to the anode chamber 40a and the cathode chamber 40b. When a DC voltage for electrolysis is applied to the anode feeder 41 and the cathode feeder 42, water is electrolyzed in the anode chamber 40a and the cathode chamber 40b, oxygen gas is generated in the anode chamber 40a, and the cathode chamber Hydrogen gas is generated at 40b.

本実施形態では、陽極室４０ａ及び陰極室４０ｂに電気分解のための水を供給するための給水管３をさらに備えている。電気分解のための水は、後述する酸素取出管７及び水素取出管８から供給される構成であってもよい。給水管３は、分岐部３ａにおいて、給水管３１及び給水管３２に分岐している。給水管３１は、陽極室４０ａに接続され、給水管３２は、陰極室４０ｂに接続されている。分岐部３ａよりも上流側の給水管３には、開閉弁９１（第１開閉弁）が設けられている。 This embodiment further includes a water supply pipe 3 for supplying water for electrolysis to the anode chamber 40a and the cathode chamber 40b. Water for electrolysis may be supplied from an oxygen extraction pipe 7 and a hydrogen extraction pipe 8, which will be described later. The water supply pipe 3 branches into a water supply pipe 31 and a water supply pipe 32 at the branch portion 3a. The water supply pipe 31 is connected to the anode chamber 40a, and the water supply pipe 32 is connected to the cathode chamber 40b. An on-off valve 91 (first on-off valve) is provided in the water supply pipe 3 on the upstream side of the branch portion 3a.

水素ガス溶解装置１は、水素溶解モジュール６に水を供給する給水手段をさらに備えている。給水手段は、給水管５を含んでいる。本実施形態では、給水管３は、給水管５から分岐している。従って、給水管３及び給水管５には、同系統の水源から水が供給される。これにより、水素ガス溶解装置１の構成が簡素化される。給水管３の水源と給水管５の水源とは、別々の系統であってもよい。 The hydrogen gas dissolving apparatus 1 further includes water supply means for supplying water to the hydrogen dissolving module 6 . The water supply means includes a water supply pipe 5 . In this embodiment, the water supply pipe 3 is branched from the water supply pipe 5 . Therefore, water is supplied to the water supply pipe 3 and the water supply pipe 5 from the water source of the same system. This simplifies the configuration of the hydrogen gas dissolving device 1 . The water source for the water supply pipe 3 and the water source for the water supply pipe 5 may be separate systems.

陰極室４０ｂと水素溶解モジュール６とは、後述する水素取出管８によって接続されている。陰極室４０ｂで生成された水素ガスは、水素取出管８を介して水素溶解モジュール６に供給される。 The cathode chamber 40b and the hydrogen dissolving module 6 are connected by a hydrogen extraction pipe 8, which will be described later. The hydrogen gas generated in the cathode chamber 40b is supplied to the hydrogen dissolving module 6 through the hydrogen extraction pipe 8. As shown in FIG.

水素溶解モジュール６は、給水管５から供給された水を通すための管体６１を有している。本実施形態では、複数の管体６１が水素溶解モジュール６の内部に設けられている。管体６１は、水平方向に延出されている。 The hydrogen dissolving module 6 has a tubular body 61 for passing water supplied from the water supply pipe 5 . In this embodiment, a plurality of tubular bodies 61 are provided inside the hydrogen dissolving module 6 . The tubular body 61 extends horizontally.

管体６１は、水素ガスを透過する多孔質膜によって構成されている。これにより、陰極室４０ｂから供給された水素ガスが管体６１を透過して管体６１の内部の水と接触し、溶解する。 The tubular body 61 is composed of a porous membrane that is permeable to hydrogen gas. As a result, the hydrogen gas supplied from the cathode chamber 40b permeates the tube 61, contacts the water inside the tube 61, and dissolves.

本実施形態では、管体６１を構成する多孔質膜には、中空糸膜が適用されている。中空糸膜は、水素ガスを透過する微小孔を無数に有する。本実施形態では、陰極室４０ｂにて発生する水素ガスによって、管体６１の外圧が高められることにより、管体６１の外側の水素ガスが内側に移動し、管内の水に溶解する。容易に溶存水素水が得られる。 In the present embodiment, a hollow fiber membrane is applied to the porous membrane forming the tubular body 61 . Hollow fiber membranes have countless micropores through which hydrogen gas is permeable. In this embodiment, the hydrogen gas generated in the cathode chamber 40b increases the external pressure of the tubular body 61, so that the hydrogen gas outside the tubular body 61 moves inward and dissolves in the water inside the tube. Dissolved hydrogen water can be easily obtained.

図２は、水素ガス溶解装置１の電気的構成を示している。水素ガス溶解装置１は、陽極給電体４１、陰極給電体４２等の各部の制御を司る制御手段１０を備えている。 FIG. 2 shows the electrical configuration of the hydrogen gas dissolving device 1. As shown in FIG. The hydrogen gas dissolving apparatus 1 includes a control means 10 for controlling each part such as the anode feeder 41, the cathode feeder 42, and the like.

制御手段１０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。陽極給電体４１と制御手段１０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、陰極給電体４２と制御手段１０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、陽極給電体４１、陰極給電体４２に供給する電解電流を検出し、その値に相当する電気信号を制御手段１０に出力する。 The control means 10 has, for example, a CPU (Central Processing Unit) that executes various arithmetic processing, information processing, and the like, a memory that stores programs that control the operation of the CPU, and various types of information. A current detection means 44 is provided in the current supply line between the anode power feeder 41 and the control means 10 . The current detection means 44 may be provided in a current supply line between the cathode power supply body 42 and the control means 10 . The current detection means 44 detects the electrolysis current supplied to the anode feeder 41 and the cathode feeder 42 and outputs an electric signal corresponding to the detected value to the control means 10 .

制御手段１０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、陽極給電体４１及び陰極給電体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１０は、ユーザー等によって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が所望の値となるように、陽極給電体４１及び陰極給電体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、電解電流が過大である場合、制御手段１０は、上記電圧を減少させ、電解電流が過小である場合、制御手段１０は、上記電圧を増加させる。これにより、陽極給電体４１及び陰極給電体４２に供給する電解電流が適切に制御される。 The control means 10 controls the DC voltage applied to the anode feeder 41 and the cathode feeder 42 based on the electric signal output from the current detection means 44, for example. More specifically, the control means 10 controls the anode feeder 41 and the cathode feeder so that the electrolysis current detected by the current detection means 44 becomes a desired value in accordance with the dissolved hydrogen concentration set by the user or the like. The DC voltage applied to the body 42 is feedback-controlled. For example, if the electrolysis current is too high, the control means 10 reduces the voltage, and if the electrolysis current is too low, the control means 10 increases the voltage. Thereby, the electrolysis current supplied to the anode feeder 41 and the cathode feeder 42 is appropriately controlled.

図１に示されるように、本水素ガス溶解装置１において、電解槽４は、水素溶解モジュール６よりも下方に配されている。換言すると、水素溶解モジュール６は、電解槽４よりも上方に配されている。本実施形態では、水素溶解モジュール６は、陰極室４０ｂよりも上方に配されている。このような水素溶解モジュール６と電解槽４との位置関係において、電解槽４で生じた水素ガスは、水蒸気よりも比重が小さいため、水素溶解モジュール６の近傍には、水素ガスが充満し、水蒸気の上方への移動を妨げる。これにより、水素溶解モジュール６の内部構造（すなわち中空糸膜の微小孔）での水滴の付着が抑制され、より多くの水素ガスが管体６１の内側に移動し、容易に溶存水素濃度の高い水素水を安定的に供給することが可能となる。 As shown in FIG. 1 , in this hydrogen gas dissolving apparatus 1 , the electrolytic cell 4 is arranged below the hydrogen dissolving module 6 . In other words, the hydrogen dissolving module 6 is arranged above the electrolytic bath 4 . In this embodiment, the hydrogen dissolving module 6 is arranged above the cathode chamber 40b. In such a positional relationship between the hydrogen dissolving module 6 and the electrolytic cell 4, since the hydrogen gas generated in the electrolytic cell 4 has a lower specific gravity than water vapor, the vicinity of the hydrogen dissolving module 6 is filled with hydrogen gas. Impedes the upward movement of water vapor. As a result, the adhesion of water droplets to the internal structure of the hydrogen dissolving module 6 (that is, the micropores of the hollow fiber membrane) is suppressed, and more hydrogen gas moves inside the tubular body 61, and the dissolved hydrogen concentration is easily increased. It becomes possible to stably supply hydrogen water.

本実施形態の水素ガス溶解装置１は、電解槽４の陽極室４０ａから酸素ガスを取り出すための酸素取出管７を備えている。酸素取出管７は、電解槽４の陽極室４０ａ側の入口７ａと、水素ガス溶解装置１内で開放された出口７ｂとを有している。 The hydrogen gas dissolving apparatus 1 of this embodiment includes an oxygen extraction pipe 7 for extracting oxygen gas from the anode chamber 40 a of the electrolytic cell 4 . The oxygen extraction pipe 7 has an inlet 7 a on the side of the anode chamber 40 a of the electrolytic cell 4 and an outlet 7 b opened inside the hydrogen gas dissolving apparatus 1 .

入口７ａは、電解槽４の陽極室４０ａの上部に配されているのが望ましい。これにより、陽極室４０ａで発生した酸素ガスが、陽極室４０ａ内の水圧により、入口７ａから酸素取出管７に流出し易くなる。 The inlet 7a is preferably arranged above the anode chamber 40a of the electrolytic cell 4 . As a result, the oxygen gas generated in the anode chamber 40a easily flows out from the inlet 7a to the oxygen extraction pipe 7 due to the water pressure in the anode chamber 40a.

出口７ｂは、酸素取出管７の先端部に設けられている。出口７ｂが水素ガス溶解装置１の外部で開放されるように、酸素取出管７が適宜延出されていてもよい。 The outlet 7 b is provided at the tip of the oxygen extraction pipe 7 . The oxygen extraction pipe 7 may be extended as appropriate so that the outlet 7b is open outside the hydrogen gas dissolving apparatus 1 .

水素ガス溶解装置１は、電解槽４から水素ガスを取り出すための水素取出管８を備えている。水素取出管８は、電解槽４の陰極室４０ｂに接続された入口８ａと、水素溶解モジュール６に接続された出口８ｂとを有している。水素取出管８によって、陰極室４０ｂで発生した水素ガスが水素溶解モジュール６に供給される。 The hydrogen gas dissolving apparatus 1 includes a hydrogen extraction pipe 8 for extracting hydrogen gas from the electrolytic cell 4 . The hydrogen extraction tube 8 has an inlet 8 a connected to the cathode chamber 40 b of the electrolytic cell 4 and an outlet 8 b connected to the hydrogen dissolving module 6 . Hydrogen gas generated in the cathode chamber 40 b is supplied to the hydrogen dissolving module 6 through the hydrogen extraction pipe 8 .

入口８ａは、出口８ｂより下方に配されているのが望ましい。これにより、水蒸気よりも比重が小さい水素ガスが、出口８ｂの近傍に充満し、水蒸気の上方（すなわち出口８ｂの近傍）への移動を妨げる。従って、水素溶解モジュール６の内部での水滴の付着が抑制され、容易に溶存水素濃度の高い水素水を供給することが可能となる。 The inlet 8a is preferably arranged below the outlet 8b. As a result, hydrogen gas, which has a lower specific gravity than water vapor, fills the vicinity of the outlet 8b and prevents the upward movement of water vapor (that is, the vicinity of the outlet 8b). Therefore, adhesion of water droplets inside the hydrogen dissolving module 6 is suppressed, and hydrogen water having a high dissolved hydrogen concentration can be easily supplied.

入口８ａは、電解槽４の陰極室４０ｂの上部に配されているのが望ましい。これにより、陰極室４０ｂで発生した水素ガスが、陰極室４０ｂ内の水圧により、入口８ａから水素取出管８に流れ込み易くなる。 The inlet 8a is preferably arranged in the upper part of the cathode chamber 40b of the electrolytic cell 4. As shown in FIG. As a result, the hydrogen gas generated in the cathode chamber 40b can easily flow into the hydrogen extraction tube 8 from the inlet 8a due to the water pressure inside the cathode chamber 40b.

出口８ｂは、水素溶解モジュール６の下部に接続され、開放されているのが望ましい。これにより、陰極室４０ｂから水素取出管８に流入した比重の小さい水素ガスが、上昇して水素溶解モジュール６に流れ込み易くなる。また、仮に水素溶解モジュール６内に水蒸気が入ったとしても、水素溶解モジュール６の下部が出口８ｂによって開放されているため、水蒸気が水滴となって落下することにより出口８ｂから抜けやすくなる。また、出口８ｂは、管体６１を横断する方向に向って開口しているのが望ましい。これにより、水素溶解モジュール６内で比重の小さい水素ガスが、上昇する際に管体６１の表面に接触しやすくなるため、水素ガスが水素溶解モジュール６に流れ込み易くなる。 The outlet 8b is preferably connected to the lower portion of the hydrogen dissolving module 6 and is open. As a result, the hydrogen gas having a low specific gravity that has flowed into the hydrogen extraction tube 8 from the cathode chamber 40b can easily rise and flow into the hydrogen dissolving module 6 . Further, even if water vapor enters the hydrogen dissolving module 6, since the lower part of the hydrogen dissolving module 6 is opened by the outlet 8b, the water vapor becomes water droplets and falls, and easily escapes from the outlet 8b. Moreover, it is desirable that the outlet 8b opens in a direction transverse to the tubular body 61 . As a result, the hydrogen gas having a low specific gravity in the hydrogen dissolving module 6 easily comes into contact with the surface of the tubular body 61 when rising, so that the hydrogen gas easily flows into the hydrogen dissolving module 6 .

水素取出管８には、分岐部８１ａで水素取出管８から分岐され、端部８１ｂが開放された開放配管８１が接続されている。端部８１ｂが水素ガス溶解装置１の外部で開放されるように、開放配管８１が適宜延出されていてもよい。 Connected to the hydrogen extraction pipe 8 is an open pipe 81 branched from the hydrogen extraction pipe 8 at a branching portion 81a and having an open end 81b. The open pipe 81 may be appropriately extended so that the end portion 81b is open outside the hydrogen gas dissolving apparatus 1 .

陽極室４０ａに接続された酸素取出管７の出口７ｂの近傍には開閉弁９２（第２開閉弁）が、陰極室４０ｂに接続された水素取出管８から分岐する開放配管８１の端部８１ｂの近傍には開閉弁９３（第２開閉弁）が、それぞれ設けられている。開閉弁９２は、酸素取出管７内の気体を排出するために設けられている。開閉弁９３は、水素取出管８内の気体を排出するために設けられている。 An on-off valve 92 (second on-off valve) is located near the outlet 7b of the oxygen extraction pipe 7 connected to the anode chamber 40a, and the end 81b of the open pipe 81 branching from the hydrogen extraction pipe 8 connected to the cathode chamber 40b. An on-off valve 93 (second on-off valve) is provided in the vicinity of . The on-off valve 92 is provided for discharging the gas inside the oxygen extraction pipe 7 . The on-off valve 93 is provided for discharging the gas inside the hydrogen extraction pipe 8 .

水素ガスを発生させるための電気分解が進行すると、電解室４０の水が消費される。このとき、開閉弁９１、９２、９３を開放すると、給水管３と酸素取出管７及び水素取出管８の内部圧力の差により、給水管３から電解室４０に水が補給される。 As the electrolysis for generating hydrogen gas proceeds, the water in the electrolysis chamber 40 is consumed. At this time, when the on-off valves 91 , 92 and 93 are opened, water is replenished from the water supply pipe 3 to the electrolysis chamber 40 due to the difference in internal pressure between the water supply pipe 3 and the oxygen extraction pipe 7 and hydrogen extraction pipe 8 .

図３は、電解槽４及びその周辺部の構成を示している。電解槽４で効率よく電気分解がなされるためには、陽極室４０ａ及び陰極室４０ｂは常に満水状態に維持されるのが望ましい。このため、本実施形態では、電気分解に先だって、給水管３から陽極室４０ａ及び陰極室４０ｂに水が補給される。本実施形態では、給水管３１と給水管３２とが分岐部３ａで連通しているので、酸素取出管７内の水位と水素取出管８内の水位とが等しくなる。 FIG. 3 shows the configuration of the electrolytic bath 4 and its peripheral portion. For efficient electrolysis in the electrolytic cell 4, it is desirable that the anode chamber 40a and the cathode chamber 40b are always kept fully filled. Therefore, in this embodiment, water is supplied from the water supply pipe 3 to the anode chamber 40a and the cathode chamber 40b prior to electrolysis. In this embodiment, the water supply pipe 31 and the water supply pipe 32 communicate with each other at the branch portion 3a, so that the water level in the oxygen extraction pipe 7 and the water level in the hydrogen extraction pipe 8 are equal.

開閉弁９１、９２及び９３は、例えば、電磁弁によって構成され、制御手段１０によって互いに連携するように制御される。例えば、制御手段１０は、開閉弁９１及び９３を開放することにより、給水管３１から供給される水の水圧によって、水素取出管８から気体が排出され、水素取出管８の水位が上昇する。これにより、電気分解によって低下する陰極室４０ｂから水素取出管８に至る経路の水位を、予め高めておくことが可能となる。 The on-off valves 91 , 92 and 93 are configured by electromagnetic valves, for example, and are controlled by the control means 10 so as to cooperate with each other. For example, the control means 10 opens the on-off valves 91 and 93 so that the water pressure of the water supplied from the water supply pipe 31 causes gas to be discharged from the hydrogen removal pipe 8 and the water level of the hydrogen removal pipe 8 to rise. As a result, the water level in the path from the cathode chamber 40b to the hydrogen extraction tube 8, which is lowered by electrolysis, can be increased in advance.

さらに、制御手段１０は、開閉弁９１、９２、９３を閉じた後、陽極給電体４１及び陰極給電体４２に電気分解のための直流電圧を印加して電気分解を開始する。すなわち、開閉弁９１、９２、９３が閉じられた状態で、電解室４０で電気分解が進行し、陰極室４０ｂで水素ガスが発生する。 Furthermore, after closing the on-off valves 91, 92 and 93, the control means 10 applies a DC voltage for electrolysis to the anode feeder 41 and the cathode feeder 42 to start electrolysis. That is, electrolysis proceeds in the electrolysis chamber 40 with the on-off valves 91, 92, and 93 closed, and hydrogen gas is generated in the cathode chamber 40b.

酸素取出管７内の水位及び水素取出管８内の水位を適切に維持するための構成として、本実施形態の水素ガス溶解装置１は、水位センサー（水位検出手段）Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４及びＳ５と上記開閉弁９１，９２及び９３とを備えている。 As a configuration for appropriately maintaining the water level in the oxygen extraction pipe 7 and the water level in the hydrogen extraction pipe 8, the hydrogen gas dissolving device 1 of the present embodiment includes water level sensors (water level detection means) S1, S2, S3, S4. , S5, and the on-off valves 91, 92, and 93 described above.

水位センサーＳ１及びＳ２は、酸素取出管７の上下に適宜の間隔を隔てて並設されている。水位センサーＳ５は、水位センサーＳ１と水位センサーＳ２との間に設けられている。水位センサーＳ１，Ｓ２及びＳ５は、光学的手法又は浮力により管内の水を検出し、対応する電気信号を制御手段１０に出力する。制御手段１０は、水位センサーＳ１，Ｓ２及びＳ５から入力された電気信号に基づいて、酸素取出管７内の水位を知得する。 The water level sensors S1 and S2 are arranged side by side above and below the oxygen extraction pipe 7 with an appropriate space therebetween. The water level sensor S5 is provided between the water level sensor S1 and the water level sensor S2. The water level sensors S1, S2 and S5 detect water in the pipes by optical means or by buoyancy and output corresponding electrical signals to the control means 10 . The control means 10 acquires the water level in the oxygen extraction pipe 7 based on the electric signals input from the water level sensors S1, S2 and S5.

同様に、水位センサーＳ３及びＳ４は、水素取出管８の上下に適宜の間隔を隔てて並設されている。水位センサーＳ３及びＳ４は、光学的手法又は浮力により管内の水を検出し、対応する電気信号を制御手段１０に出力する。制御手段１０は、水位センサーＳ３及びＳ４から入力された電気信号に基づいて、水素取出管８内の水位を知得する。 Similarly, the water level sensors S3 and S4 are arranged side by side above and below the hydrogen extraction pipe 8 with an appropriate space therebetween. The water level sensors S3 and S4 detect water in the pipes by optical means or by buoyancy and output corresponding electrical signals to the control means 10 . The control means 10 obtains the water level in the hydrogen extraction pipe 8 based on the electric signals input from the water level sensors S3 and S4.

水位センサーＳ１とＳ３は、同じ高さに配されている。水位センサーＳ２とＳ４は、同じ高さに配されている。水位センサーＳ５は、水素取出管８に設けられていてもよい。この場合、水位センサーＳ５は、水位センサーＳ３と水位センサーＳ４との間に設けられる。 The water level sensors S1 and S3 are arranged at the same height. The water level sensors S2 and S4 are arranged at the same height. The water level sensor S5 may be provided on the hydrogen extraction pipe 8 . In this case, the water level sensor S5 is provided between the water level sensor S3 and the water level sensor S4.

水位センサーＳ４は、分岐部８１ａよりも下方に配される。これにより、陰極室４０ｂに電気分解のための水を供給する際に、分岐部８１ａよりも水素溶解モジュール６側の水素取出管８に水が浸入することが抑制される。 The water level sensor S4 is arranged below the branch portion 81a. As a result, when water for electrolysis is supplied to the cathode chamber 40b, entry of water into the hydrogen extraction pipe 8 closer to the hydrogen dissolving module 6 than the branch portion 81a is suppressed.

開閉弁９１、９２、９３の開放により、酸素取出管７内の水位及び水素取出管８内の水位は、同じ高さを維持しつつ上昇する。水位センサーＳ５から出力された電気信号によって、酸素取出管７内の水位が適正に（水位センサーＳ５の高さまで）上昇したことが検出されると、制御手段１０は、開閉弁９１、９２、９３を閉栓する。これにより、電解槽４への水の補給が完了する。 By opening the on-off valves 91, 92, and 93, the water level in the oxygen extraction pipe 7 and the water level in the hydrogen extraction pipe 8 rise while maintaining the same height. When it is detected by the electric signal output from the water level sensor S5 that the water level in the oxygen extraction pipe 7 has risen properly (to the height of the water level sensor S5), the control means 10 opens the on-off valves 91, 92, and 93. is closed. This completes the replenishment of water to the electrolytic cell 4 .

電気分解の進行に伴い、酸素取出管７内の水位と水素取出管８内の水位とは、異なる高さで推移する。そして、水位センサーＳ１乃至Ｓ４から出力された電気信号によって水位の低下又は上昇が検出されると、制御手段１０は、陽極給電体４１及び陰極給電体４２への電解電圧の印加を停止する。すなわち、水位センサーＳ１から出力された電気信号によって酸素取出管７内の水位の低下、又は、水位センサーＳ２から出力された電気信号によって酸素取出管７内の水位の上昇が検出されると、制御手段１０は、電気分解を停止させる。また、水位センサーＳ３から出力された電気信号によって水素取出管８内の水位の低下、又は、水位センサーＳ４から出力された電気信号によって水素取出管８内の水位の上昇が検出されると、制御手段１０は、電気分解を停止させる。 As the electrolysis progresses, the water level in the oxygen extraction pipe 7 and the water level in the hydrogen extraction pipe 8 change at different heights. When the electric signals output from the water level sensors S1 to S4 detect the decrease or increase in the water level, the control means 10 stops applying the electrolytic voltage to the anode feeder 41 and the cathode feeder 42 . That is, when a decrease in the water level in the oxygen extraction pipe 7 is detected by an electrical signal output from the water level sensor S1, or an increase in the water level in the oxygen extraction pipe 7 is detected by an electrical signal output from the water level sensor S2, control is performed. Means 10 stop the electrolysis. Further, when a decrease in the water level in the hydrogen extraction pipe 8 is detected by an electrical signal output from the water level sensor S3, or an increase in the water level in the hydrogen extraction pipe 8 is detected by an electrical signal output from the water level sensor S4, control is performed. Means 10 stop the electrolysis.

さらに制御手段１０は、開閉弁９２及び９３を開放する。これにより、陽極室４０ａ及び陰極室４０ｂの圧力は、大気圧と同等となり、酸素取出管７内の水位と水素取出管８内の水位とが等しくなる。そして、水位センサーＳ５から出力された電気信号によって酸素取出管７内の水位の低下が検出されると、開閉弁９１を開放して水を補給する。これにより、水素取出管８内の水位が、水位センサーＳ３とＳ４との間に維持される。 Further, the control means 10 opens the on-off valves 92 and 93 . As a result, the pressures in the anode chamber 40a and the cathode chamber 40b become equal to the atmospheric pressure, and the water level in the oxygen extraction tube 7 and the water level in the hydrogen extraction tube 8 become equal. When the electric signal output from the water level sensor S5 detects a decrease in the water level in the oxygen extraction pipe 7, the on-off valve 91 is opened to supply water. Thereby, the water level in the hydrogen extraction pipe 8 is maintained between the water level sensors S3 and S4.

制御手段１０は、開閉弁９１、９２及び９３を閉じた後、陽極給電体４１及び陰極給電体４２に電気分解のための直流電圧を印加して電気分解を開始する。すなわち、開閉弁９１、９２及び９３が閉じられた状態で、電解室４０で電気分解が進行し、陰極室４０ｂで水素ガスが発生する。これに伴い、水素取出管８内の圧力が上昇し、水素溶解モジュール６を加圧する。これにより、水素取出管８にポンプ等の複雑な構成を設けることなく、水素取出管８から水素溶解モジュール６に至る水素ガスの供給経路の圧力が高められる。従って、水素溶解モジュール６の内部で水に接触する水素ガスが増加し、溶存水素濃度の高い水素水を簡素な構成で低コストに供給することが可能となる。 After closing the on-off valves 91, 92 and 93, the control means 10 applies a DC voltage for electrolysis to the anode feeder 41 and the cathode feeder 42 to start electrolysis. That is, electrolysis proceeds in the electrolysis chamber 40 with the on-off valves 91, 92 and 93 closed, and hydrogen gas is generated in the cathode chamber 40b. Along with this, the pressure in the hydrogen extraction pipe 8 rises, pressurizing the hydrogen dissolving module 6 . As a result, the pressure in the hydrogen gas supply path from the hydrogen extraction pipe 8 to the hydrogen dissolving module 6 can be increased without providing the hydrogen extraction pipe 8 with a complicated structure such as a pump. Therefore, the amount of hydrogen gas in contact with water inside the hydrogen dissolving module 6 is increased, and hydrogen water with a high dissolved hydrogen concentration can be supplied at low cost with a simple configuration.

制御手段１０による開閉弁９１，９２及び９３の制御によって、水素取出管８内の水位は、出口８ｂよりも低く保たれているのが望ましい。これにより、給水管３２から供給された水が水素溶解モジュール６に流入することが防止される。 It is desirable that the control means 10 controls the on-off valves 91, 92 and 93 to keep the water level in the hydrogen extraction pipe 8 lower than the outlet 8b. This prevents the water supplied from the water supply pipe 32 from flowing into the hydrogen dissolving module 6 .

水素取出管８には、開閉弁（図示せず）が設けられていてもよい。この開閉弁は、陰極室４０ｂに電気分解のための水を補給する際に閉じられる。これにより、給水管３２から供給された水が水素溶解モジュール６に流入することがより一層防止される。 The hydrogen extraction pipe 8 may be provided with an on-off valve (not shown). This on-off valve is closed when supplying water for electrolysis to the cathode chamber 40b. This further prevents the water supplied from the water supply pipe 32 from flowing into the hydrogen dissolving module 6 .

ところで、開閉弁９１、９２及び９３が開放されたとき、給水管３から電解室４０に勢いよく水が流入し、出口７ｂ及び端部８１ｂから流出するおそれがある。 By the way, when the on-off valves 91, 92 and 93 are opened, there is a possibility that water may flow into the electrolytic chamber 40 from the water supply pipe 3 and flow out from the outlet 7b and the end portion 81b.

そこで、本水素ガス溶解装置１では、給水管３において、開閉弁９１と分岐部３ａとの間には、給水管３を流れる水量を制限する絞り弁９４が設けられるのが望ましい。絞り弁９４は、電解室４０に供給された水が出口７ｂ及び端部８１ｂから流出することを抑制する。 Therefore, in the hydrogen gas dissolving apparatus 1, it is desirable to provide a throttle valve 94 for limiting the amount of water flowing through the water supply pipe 3 between the on-off valve 91 and the branch portion 3a in the water supply pipe 3. The throttle valve 94 prevents the water supplied to the electrolytic chamber 40 from flowing out from the outlet 7b and the end portion 81b.

また、本水素ガス溶解装置１では、酸素取出管７において、開閉弁９２と出口７ｂとの間には、酸素取出管７を流れる水量を制限する絞り弁９５が設けられるのが望ましい。同様に、開放配管８１において、開閉弁９３と端部８１ｂとの間には、開放配管８１を流れる水量を制限する絞り弁９６が設けられるのが望ましい。絞り弁９５、９６は、電解室４０に供給された水が出口７ｂ及び端部８１ｂから流出することを抑制する。なお、絞り弁９４のみによって、出口７ｂ及び端部８１ｂからの水の流出が十分に抑制できる場合は、絞り弁９５、９６は、省略されていてもよい。 Further, in the hydrogen gas dissolving apparatus 1, it is preferable that a throttle valve 95 for limiting the amount of water flowing through the oxygen extraction pipe 7 is provided between the on-off valve 92 and the outlet 7b in the oxygen extraction pipe 7. Similarly, in the open pipe 81, a throttle valve 96 for limiting the amount of water flowing through the open pipe 81 is preferably provided between the on-off valve 93 and the end portion 81b. The throttle valves 95 and 96 prevent the water supplied to the electrolytic chamber 40 from flowing out from the outlet 7b and the end portion 81b. The throttle valves 95 and 96 may be omitted if the throttle valve 94 alone can sufficiently suppress the outflow of water from the outlet 7b and the end portion 81b.

水素ガス溶解装置１によって生成された溶存水素水を血液透析に使用する場合、給水管５には、原水として逆浸透膜処理装置（図示せず）によって処理された逆浸透水が供給される。そして、水素溶解モジュール６において逆浸透水に水素ガスが溶解されることにより、透析液調製用水が生成され、透析液供給装置に供給される。 When the dissolved hydrogen water generated by the hydrogen gas dissolving device 1 is used for hemodialysis, the feed pipe 5 is supplied with reverse osmosis water processed by a reverse osmosis membrane processing device (not shown) as raw water. Hydrogen gas is dissolved in the reverse osmosis water in the hydrogen dissolving module 6 to generate dialysate preparation water, which is supplied to the dialysate supply device.

以上、本発明の水素ガス溶解装置１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、水素ガス溶解装置１は、少なくとも、電気分解により水素ガスを発生するための電解槽４と、電解槽４から供給された水素ガスを、水に接触させて溶解させるための水素溶解モジュール６とを備え、電解槽４は、水素溶解モジュール６よりも下方に配されていればよい。 Although the hydrogen gas dissolving apparatus 1 of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described specific embodiments, and can be modified in various aspects. That is, the hydrogen gas dissolving apparatus 1 includes at least an electrolytic cell 4 for generating hydrogen gas by electrolysis, and a hydrogen dissolving module 6 for dissolving the hydrogen gas supplied from the electrolytic cell 4 by bringing it into contact with water. and the electrolytic cell 4 may be arranged below the hydrogen dissolving module 6 .

１ ：水素ガス溶解装置
３ ：給水管
４ ：電解槽
５ ：給水管（給水手段）
６ ：水素溶解モジュール
７ ：酸素取出管
７ａ ：入口
７ｂ ：出口
８ ：水素取出管
８ａ ：入口
８ｂ ：出口
４０ａ ：陽極室
４０ｂ ：陰極室
６１ ：管体 Reference Signs List 1: hydrogen gas dissolving device 3: water supply pipe 4: electrolytic bath 5: water supply pipe (water supply means)
6: Hydrogen dissolving module 7: Oxygen extraction tube 7a: Inlet 7b: Outlet 8: Hydrogen extraction tube 8a: Inlet 8b: Outlet 40a: Anode chamber 40b: Cathode chamber 61: Tubular body

Claims (7)

電気分解により水素ガスを発生するための電解槽と、
前記電解槽から供給された前記水素ガスを、水に接触させて溶解させるための水素溶解モジュールと、
前記電解槽から前記水素ガスを取り出して前記水素溶解モジュールに供給するための水素取出管とを備え、
前記電解槽は、前記水素溶解モジュールよりも下方に配され、
前記水素取出管には、端部が開放された開放配管が接続され、
前記開放配管は、分岐部で前記水素取出管から分岐され、
前記電解槽に電気分解のための水を供給するための給水管をさらに備え、
前記給水管及び前記開放配管には、電気分解時に閉じられる開閉弁が設けられている、
水素ガス溶解装置。 an electrolytic cell for generating hydrogen gas by electrolysis;
a hydrogen dissolving module for contacting and dissolving the hydrogen gas supplied from the electrolytic cell with water;
a hydrogen extraction pipe for extracting the hydrogen gas from the electrolytic cell and supplying it to the hydrogen dissolving module;
The electrolytic cell is arranged below the hydrogen dissolving module,
An open pipe having an open end is connected to the hydrogen extraction pipe,
The open pipe is branched from the hydrogen extraction pipe at a branching portion,
Further comprising a water supply pipe for supplying water for electrolysis to the electrolytic cell ,
The water supply pipe and the open pipe are provided with an on-off valve that is closed during electrolysis.
Hydrogen gas dissolver. 前記開放配管には、前記開放配管を流れる水量を制限する第２絞り弁が設けられている、請求項１記載の水素ガス溶解装置。 2. The hydrogen gas dissolving apparatus according to claim 1, wherein said open pipe is provided with a second throttle valve for limiting the amount of water flowing through said open pipe. 前記電解槽から酸素ガスを取り出すための酸素取出管をさらに備え、
前記酸素取出管には、前記酸素取出管を流れる水量を制限する第３絞り弁が設けられている、請求項１または２に記載の水素ガス溶解装置。 further comprising an oxygen extraction tube for extracting oxygen gas from the electrolytic cell,
3. The hydrogen gas dissolving device according to claim 1, wherein said oxygen extraction pipe is provided with a third throttle valve for limiting the amount of water flowing through said oxygen extraction pipe. 前記酸素取出管には、前記分岐部よりも下方に第１水位センサー及び第２水位センサーが設けられ、
前記第１水位センサー及び前記第２水位センサーは、上下に間隔を隔てて併設されている、請求項３に記載の水素ガス溶解装置。 The oxygen extraction pipe is provided with a first water level sensor and a second water level sensor below the branch,
4. The hydrogen gas dissolving apparatus according to claim 3, wherein said first water level sensor and said second water level sensor are vertically spaced apart from each other. 前記水素取出管には、第３水位センサー及び第４水位センサーが設けられ、
前記第３水位センサーは、前記第１水位センサーと同じ高さに配され、
前記第４水位センサーは、前記第２水位センサーと同じ高さに配されている、請求項４に記載の水素ガス溶解装置。 The hydrogen extraction pipe is provided with a third water level sensor and a fourth water level sensor,
The third water level sensor is arranged at the same height as the first water level sensor,
5. The hydrogen gas dissolving device according to claim 4, wherein said fourth water level sensor is arranged at the same height as said second water level sensor. 前記第１水位センサーと前記第２水位センサーとの間には、第５水位センサーが設けられている、請求項４または５に記載の水素ガス溶解装置。 6. The hydrogen gas dissolving device according to claim 4, wherein a fifth water level sensor is provided between said first water level sensor and said second water level sensor. 前記酸素取出管には、開閉弁が設けられている、請求項３または４に記載の水素ガス溶解装置。 5. The hydrogen gas dissolving device according to claim 3, wherein said oxygen extraction pipe is provided with an on-off valve.
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