JP4069470B2 - 電解式水素水生成装置 - Google Patents
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Description
また,有機汚濁物質の吸着保持能を有する活性炭ブロック4は,活性炭粉末をポリエチレン等のバインダを用いて中空柱状に成形し,数μm程度の極めて微細な細孔を有する。ろ過ユニット6内に貯留された電解ガスは活性炭ブロック4および活性炭粉末が有する無数の細孔に流入し,活性炭ブロック4内に電解ガスが吸蔵される。
なお,電解ガスの発生にともなう容器内圧の上昇により,貯留水は活性炭ブロック4の外周から浸透し,中心部の貫通穴5に浸み出て,圧力調整弁15を介して送水管16からドレン水として排出される。
なお,上述のタイマー制御方法の代替として,電解槽3内の上部,あるいは,ろ過ユニット6内の下部にフロートスイッチ等の水位センサーを設け,電解槽3内が常に貯留水で満たされる様,電源ユニット7の給電を水位センサーで制御する方法が用いられることもある。
(1)式は陰極反応,(2)式は陽極反応,(3)式は前記(1),(2)式を踏まえた系全体としての反応を示す。
(3)式に表されるように,水の電気分解によって発生する電解ガスは,水素ガス容積:酸素ガス容積が2:1の割合で構成されるため,約65%の高濃度の水素ガスが貯留することになる。また,活性炭ブロック4を構成する活性炭粉末とバインダの間隙が数μm程度の極めて微細な細孔を形成し,かつ,構成要素である活性炭粉末表面にはnm〜μmオーダーの無数の細孔を有していることから,水道水と混合されて浸透した水素ガスが数μmの微細気泡に変換されるとともに,活性炭粉末の細孔に吸蔵された水素ガスがnm〜μmの微細気泡として水中に流出し,この結果,非常に高濃度の水素水が生成されることになる。
2H2O+2e→H2+2OH− … (1)
2H2O→O2+4H++4e … (2)
H2O→H2+1/2O2 … (3)
さらに,類似の方策として特許文献2においては,ミネラル徐放粒子を添加した活性炭フィルタを利用し,本活性炭フィルタから徐放されるカルシウム,マグネシウムによって細菌の繁殖を抑制する技術が記載されている。
しかしながら,従来装置に水道水を通水した場合,活性炭ブロック4によってろ過された水には残留塩素は存在しないため,水素水の送水管16側から装置内に細菌が侵入した場合には,送水管16内に貯留したろ過水に含まれる極めて微量の有機物や活性炭ブロック4が吸着保持している有機塩素化合物他の有機汚濁物質を栄養素として,送水管16および活性炭ブロック4内で細菌増殖が発生し,送水管16から放出される水素水には前記水道法規制値を上回る生菌数が検出される可能性があった。
したがって,この方式を電解式水素水生成装置に適用する場合,送水管16側から侵入する細菌を殺菌するためには,送水管16の近傍に殺菌専用の電極を配備する必要がある。さらに,活性炭ブロック4内部の細菌に対しては,殺菌効果を期待することはできず,また,活性炭ブロック4内部の貯留水は,通水時に殺菌用電極を通過するものの,滞留時間をほとんど確保できないため,生成水中に細菌が流出する可能性が高い。
チタンを含んだ貯留水は,電解ガスの発生にともなう内圧の上昇により,活性炭ブロック内部に浸透し,貫通穴を経て,送水管から排水され,結果的に活性炭ブロックから送水管の出口に至る通水路がチタンを含んだ貯留水で洗浄されることになる。
電解電流とチタン溶出に要する通電電流との比率でZ1,Z2を構成できる様,電極対および殺菌用電極を配設することで,前述の保守作業を必要としない,殺菌機能を有する電解式水素水生成装置を構成できる。
なお,チタン溶出に要する通電条件が前記ろ過ユニットおよび前記電解槽の貯留水1Lに対し,50mA・h相当となる様,電解時間,貯水量に応じて上記の通電電流を設定する。
図5に示す事例は,陰極にチタン,陽極に白金めっきを施したチタンを用いた本発明の電極構成と,両極とも白金めっきを施したチタンを用いた電極構成として,1Lの水道水に対し,通電条件が50mA・h相当となる10mAで5時間通電した後,一般細菌を投入した場合の生菌数の推移を示したものである。
両極とも白金めっきを施したチタンを用いた電極構成では,生菌数の低下が確認されないことに対し,本発明の電極構成では時間経過に従って明らかな殺菌効果が確認されている。
結果より,本発明の電極構成では,陰極から溶出した微量のチタンが水中に残存するため,通電停止後の水においても殺菌効果が発揮されることがわかる。
生菌数は通電直後より時間経過に伴って減少し,5時間経過後に102オーダーの殺菌効果が得られている。また,前述したように通電停止後も生菌数の減少が確認されている。なお,通電停止後の殺菌効果に比較し,通電時の減少傾向が顕著であることは,前述の特許文献3に記された電気的な殺菌作用と溶出したチタンの相乗効果が現れているものと考えられる。
また,殺菌用電極による電流値を上昇させ,チタン濃度を増加させることで殺菌効果を向上することは可能であるが,低濃度のチタン含有水であっても,細菌が存在しない初期状態から継続的に使用すれば活性炭ブロックおよび送水管内の細菌の増殖を充分に抑制できることから,本発明では,チタンの溶出に必要となる電流値および通電時間の積で表す通電条件を50mA・h相当としている。
図7に電流値および通電時間の積で表される通電条件に対するチタンの溶出量を示す。チタンの溶出量は電流値および通電時間の積の上昇に伴って増加し,本発明の通電条件(貯留水1Lに対し,50mA・h相当)によるチタンの溶出量は10−4mg程度であり,貯留水のチタン濃度は10−4mg/L程度になると推察される。
本装置は,下部に水の電気分解を行う電極1,2を備えた電解槽3,上部に粉末活性炭をバインダにより中空柱状に成形した活性炭ブロック4を収納したろ過ユニット6を配設して成る。
なお,上記通電電流は以下に記する数式1で導出される。
ここで,数式1に記されるIは殺菌用電極の通電条件を確保するための通電電流(mA),Vは貯留水の水量(L),tはタイマー11で設定される電解時間(h)を示す。
I=50mA・h*V/t
水道蛇口12が開放されると水道水が電解式水素水生成装置のフロースイッチ13および電解槽3を介してろ過ユニット6に導水される。このとき,通水停止時にろ過ユニット6内に貯留した電解ガス層17を水道水が巻き込み,混合,撹拌して活性炭ブロック4の外表面から浸透し,中心部に形成された貫通穴5に浸み出す。
なお,活性炭ブロック4は数μmオーダー,および,それ以下の微細な細孔を有しているため,前記電解ガスを微小気泡として水道水中に拡散,溶解することで高濃度の水素水が生成される。同時に,水道水に含まれる残留塩素やトリハロメタンをはじめとする有機塩素化合物,カビ臭の原因となる2−メチルイソボルネオール,農薬等の有機汚濁物質を活性炭ブロック4が吸着除去する。
水道蛇口12が閉じると電解式水素水生成装置の内部は水道水で満たされる。この状態で電解槽3内の電極1,2に電源ユニット7から直流電圧を給電すると水の電気分解が生じて電解ガスが発生し,上部のろ過ユニット6内の上方に貯留する。前述したように,電解ガスは水素ガスと酸素ガスで構成され,水素ガス濃度は65%程度となる。
また,水の電気分解と同時に陽極となる電極1と陰極となる電極2のチタン露出部8の間で微少電流が通電され,貯留水中にチタンが溶出する。
電気分解を継続すると,ろ過ユニット6内の電解ガス層17の容積が増え,溶出したチタンを含んだ貯留水が活性炭ブロック4の外周面から浸透して,貫通穴5から浸み出し,圧力調整部弁15を介して送水管16内を満たし,余剰の貯留水が逐次,外部に排出されることになる。
また,上述のタイマー制御方法の代替として,電解槽3内の上部,あるいは,ろ過ユニット6内の下部にフロートスイッチ等の水位センサーを設け,電解槽3内が常に貯留水で満たされる様,電源ユニット7の給電を水位センサーで制御する方法が用いられることもある。
このため,本構成の電解式水素水生成装置では定期的にクエン酸等の酸性溶液で電極を洗浄する保守作業が必要となる。
陰極側の殺菌用電極20を独立して備え,かつ,電源ユニット7の出力回路を変更する以外,構成要素および各々の構成要素が有する機能,動作条件は実施例1と同様とする。
トランジスタS1A,S1Bを開,S2A,S2Bを閉として電源ユニット7から直流電圧を給電すると,電極1は陽極,電極2は陰極として水の電気分解が開始され,数時間に1回の割合でトランジスタS1A,S1Bを閉,S2A,S2Bを開に切り替え,電極1を陰極,電極2を陽極として電気分解を継続する。数時間の電解によっても陰極表面にカルシウムが析出する可能性があるが,極性反転が行われ,電極表面に多量の水素イオンを生成させることでカルシウムが溶解する酸性雰囲気を形成する。
なお,上記通電電流は実施例1に記する数式1で導出することができる。
従来装置と同様に,蛇口12に直結される給水管を介し,陽極1および陰極2に白金,または,白金めっきを施した金属等,酸化反応による電気的特性の変化をうけにくい導電性材料で構成した電極対を収納する電解槽3と,前記電解槽3に連結され,活性炭粉末をポリエチレン等のバインダを用いて中空柱状に成形した活性炭ブロック4を収納するろ過ユニット6から構成される水素水生成部と,前記電極対に水道水を電気分解するための直流電圧を給電し,かつ,給電時間を制御するタイマー11と定電流制御機能を有する電源ユニット7を備える。
また,前記活性炭ブロック4の前段に陰極22をチタン,陽極21を白金めっきを施した金属等,酸化反応による電気的特性の変化をうけにくい導電性材料で構成した殺菌用電極対と,殺菌用電極対に直流電圧を給電し,かつ,給電時間を制御するタイマー24と定電流制御機能を有する殺菌用電源ユニット23を独立して設ける。
2 電極
3 電解槽
4 活性炭ブロック
5 貫通穴
6 ろ過ユニット
7 電源ユニット
8 チタン露出部
9 電流センサー
10 レギュレータ
11 タイマー
12 蛇口
13 フロースイッチ
15 圧力調整弁
16 送水管
17 電解ガス層
18 白金めっき部
20 殺菌用電極
21 陽極
22 陰極
23 殺菌用電源ユニット
24 タイマー
S1A,S1B,S2A,S2B トランジスタ
Claims (3)
- 蛇口に直結される給水管を介し,陰極に白金めっきを施したチタン,陽極に白金,または,白金めっきを施した金属等,酸化反応による電気的特性の変化をうけにくい導電性材料で構成した電極対を収納する電解槽と,前記電解槽に連結され,活性炭粉末をポリエチレン等のバインダを用いて中空柱状に成形した活性炭ブロックを収納するろ過ユニットから構成される水素水生成部と,前記電極対に水道水を電気分解するための直流電圧を給電し,かつ,給電時間を制御するタイマー回路と定電流制御機能を有する電源ユニットを備え,
前記電極対の陰極表面に非めっきのチタン露出部を設け,電解電流とチタン溶出に要する通電電流との比率で陰極のチタン露出部と白金めっき部の面積を構成したことを特徴とする電解式水素水生成装置。 - 蛇口に直結される給水管を介し,白金,または,白金めっきを施した金属等,酸化反応による電気的特性の変化をうけにくい導電性材料で構成した電極対を収納する電解槽と,前記電解槽に連結され,活性炭粉末をポリエチレン等のバインダを用いて中空柱状に成形した活性炭ブロックを収納するろ過ユニットから構成される水素水生成部と,前記電極対に水道水を電気分解するための直流電圧を給電し,かつ,給電時間を制御するタイマー回路と定電流制御機能を有するとともに,水道水中のカルシウムが陰極表面に析出することを防止するための極性反転回路を有する電源ユニットを備え,
前記電極対を構成する陰極および陽極の近傍に常時,負電圧を給電するチタン製の殺菌用電極を独立して設け,電極対を構成する各電極とチタン電極間のインピーダンスZ1を同等に保ちつつ,
電解電流とチタン溶出に要する通電電流との比率でZ1,Z2を構成できる様,電極対および殺菌用電極を配設したことを特徴とする電解式水素水生成装置。 - 蛇口に直結される給水管を介し,陽極および陰極に白金,または,白金めっきを施した金属等,酸化反応による電気的特性の変化をうけにくい導電性材料で構成した電極対を収納する電解槽と,前記電解槽に連結され,活性炭粉末をポリエチレン等のバインダを用いて中空柱状に成形した活性炭ブロックを収納するろ過ユニットから構成される水素水生成部と,前記電極対に水道水を電気分解するための直流電圧を給電し,かつ,給電時間を制御するタイマー回路と定電流制御機能を有する電源ユニットを備え,
前記活性炭ブロックの前段に陰極をチタン,陽極を白金めっきを施した金属等,酸化反応による電気的特性の変化をうけにくい導電性材料で構成した殺菌用電極対と,殺菌用電極対に直流電圧を給電し,かつ,給電時間を制御するタイマー回路と定電流制御機能を有する殺菌用電源ユニットを独立して設けたことを特徴とする電解式水素水生成装置。
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