JP6216361B2 - 水素水サーバー - Google Patents

Description

本発明は、電気分解によって生成された水素水を提供する水素水サーバーに関する。

従来、電気分解によって水素が溶け込んだ水素水を生成する水素水生成装置が知られている。（例えば、特許文献１参照）。

上記特許文献１に開示されている水素水生成装置では、ユーザーの要求に応じて電解槽で水を電気分解し、生成された水素水を吐水する構成である。この種の電解水生成装置にあっては、吐水される水素水を短時間で生成する必要上、電解槽の給電体には、高い電解電流が供給される。この場合、電解槽で活発な電気分解が行なわれ 陰極室では大粒の気泡の水素ガスが発生する。しかしながら、このような大粒の水素ガスは、浮力が大きいため電解水の中に留まっている時間が短い傾向にある。このため、発生した水素ガスの多くが電解水に溶け込むことなく電解水と共に吐出され、溶存水素濃度の高い水素水を供給することが困難となるおそれがあった。

特開２０１４−２２６５９４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、従来の水素水生成装置に替えて、ユーザーの要求に応じて溶存水素濃度の高い水素水を供給できる水素水サーバーを提供することを主たる目的としている。

本発明の水素水サーバーは、隔膜によって陰極給電体が配された陰極室と陽極給電体が配された陽極室とに区切られ、供給された水を電気分解することにより前記陰極室で水素が溶け込んだ水素水を生成する電解槽と、前記陰極室で生成された水素水を貯えるタンクと、前記タンクと前記電解槽との間で水素水を循環させるための流路である循環経路と、前記陰極室に接続され、前記陰極室で生成された水素水を吐水するための流路である吐水経路とを備え、前記循環経路を循環する水素水を前記電解槽で電気分解することにより、前記タンクに貯えられる水素水の溶存水素濃度を高める第１モードと、前記タンクから供給された水素水を前記電解槽でさらに電気分解し、前記陰極室で生成された水素水を前記吐水経路から吐水する第２モードとを有し、前記第１モードで前記陽極給電体及び前記陰極給電体に供給される第１電解電流は、前記第２モードで前記陽極給電体及び前記陰極給電体に供給される第２電解電流よりも小さいことを特徴とする。

本発明に係る前記水素水サーバーにおいて、前記第２モードでは、気泡状態の水素ガスが水素水と共に前記吐水経路から吐水されることが望ましい。

本発明に係る前記水素水サーバーにおいて、前記吐水経路は、前記陰極室から前記タンクに至る前記循環経路から分岐する流路であることが望ましい。

本発明に係る前記水素水サーバーにおいて、前記吐水経路が前記循環経路から分岐する分岐部には、前記陰極室から流出した水素水の流路の一部又は全部を前記循環経路又は前記吐水経路に切り替えるための流路切替弁が配されていることが望ましい。

本発明に係る前記水素水サーバーにおいて、前記陽極室から前記タンクに至る前記循環経路には、前記陽極室で発生した酸素ガスを排出するための排気手段が配されていることが望ましい。

本発明に係る前記水素水サーバーにおいて、前記陽極室から前記タンクに至る前記循環経路には、該循環経路を流れる水量を調整するための流量調整弁が配されていることが望ましい。

本発明に係る前記水素水サーバーにおいて、前記隔膜は、固体高分子膜を含むことが望ましい。

本発明に係る前記水素水サーバーにおいて、前記第１電解電流に対する前記第２電解電流の比は、２．５〜７．０であることが望ましい。

本発明の水素水サーバーは、隔膜によって陰極室と陽極室に区切られた電解槽と、陰極室で生成された水素水を貯えるタンクと、タンクと電解槽との間で水素水を循環させるための流路である循環経路とを備える。そして、循環経路を循環する水素水を電解槽で電気分解することにより、タンクに貯えられる水素水の溶存水素濃度を高める第１モードを有する。さらに、水素水サーバーは、陰極室で生成された水素水を吐水する吐水経路を備え、タンクから供給された水素水を電解槽でさらに電気分解し、陰極室で生成された水素水を吐水経路から吐水する第２モードとを有する。従って、ユーザーの要求に応じて水素水を随時提供することができ、使い勝手が高められる。

そして、第１モードで陽極給電体及び陰極給電体に供給される第１電解電流は、第２モードで陽極給電体及び陰極給電体に供給される第２電解電流よりも小さい。このため、第１モードでは、第２モードと比較すると、陰極室で小さい気泡の水素ガスが発生する。このような小粒の水素ガスは、浮力が小さいため電解水の中に留まっている時間が長い傾向にあり、電解水に溶け込み易くなる。従って、第１モードで容易に溶存水素濃度の高い水素水を生成することが可能となる。

本発明の水素水サーバーの一実施形態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第１モードでの各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第２モードでの各部の動作及び水の流れを示す図である。 図４に続き、水素水サーバーの第３モードでの各部の動作及び水の流れを示す図である。 図５に続き、水素水サーバーの第３モードでの各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、本実施形態の水素水サーバー１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の上流側の入水経路１１に設けられている。入水経路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。入水経路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。

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、陽極給電体４１と、陰極給電体４２と、隔膜４３とを有している。電解室４０は、隔膜４３によって、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。

陽極給電体４１及び陰極給電体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。このような網状の陽極給電体４１及び陰極給電体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。白金のめっき層は、チタニウムの酸化を防止する。

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材料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のめっき層と陽極給電体４１及び陰極給電体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を介して陽極給電体４１と、陰極給電体４２とが電気的に接続される。固体高分子材料からなる隔膜４３が適用される場合、水素水のｐＨ値を上昇させることなく、溶存水素濃度を高めることができる。

電解室４０内での電気分解によって、陽極室４０Ａでは酸素ガスが発生し、陰極室４０Ｂでは水素ガスが発生する。本発明では、陰極室４０Ｂで発生した水素ガスが陰極室４０Ｂ内の電解水に溶け込んで、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。

循環経路１２は、電解槽４の上流側に配された循環経路１２ａ、１２ｂ及び１２ｃと、電解槽４の下流側に配された循環経路１２ｄ及び１２ｅを含む。循環経路１２ａは、上流の一端側でタンク３に接続され、下流の他端側で循環経路１２ｂ及び１２ｃに分岐する。循環経路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。

循環経路１２ｂは、下流側で陽極室４０Ａに接続され、循環経路１２ｃは、下流側で陰極室４０Ｂに接続されている。循環経路１２ｂには流量センサー２７Ａが、循環経路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、陽極室４０Ａに流れ込む水の流量を検出する。流量センサー２７Ｂは、陰極室４０Ｂに流れ込む水の流量を検出する。循環経路１２ｄは、上流の一端側で陽極室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。循環経路１２ｅは、上流の一端側で陰極室４０Ｂに接続され、下流の他端側でタンク３に接続されている。

水素水サーバー１は、陰極室４０Ｂに接続された吐水経路１３を備える。吐水経路１３は、陰極室４０Ｂで生成された水素水を吐水するための流路である。本実施形態の吐水経路１３は、循環経路１２ｅの一端側を介して陰極室４０Ｂに接続されている。なお、吐水経路１３は、陰極室４０Ｂに直接的に接続されていてもよい。

吐水経路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。

本発明の水素水サーバー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、吐水経路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、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の使い勝手が高められる。

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、陽極給電体４１、陰極給電体４２等の各部の制御を司る制御部６とを備えている。

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部６に出力する。

制御部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。陽極給電体４１と制御部６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と制御部６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Ｉを検出し、その値に相当する電気信号を制御部６に出力する。

制御部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、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、制御部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、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Ｉが過大である場合、制御部６は、上記電圧を減少させ、電解電流Ｉが過小である場合、制御部６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Ｉが適切に制御される。

制御部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。図１に示されるように、水量センサー３１は、タンク３の上部に設けられている。水量センサー３１は、水に浮くフロート部を有する。本実施形態では、水量センサー３１は、タンク３の上部に設けられ、タンク３の貯水量が略満水状態となったとき、その旨の電気信号を制御部６に出力する。

制御部６は、水量センサー３１から上述した満水状態である旨の電気信号の入力を受けていないとき、入水弁２１を開放状態に制御する。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。

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、制御部６は、入水弁２１を開放し、入水経路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、制御部６は、タンク３と電解槽４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、電解槽４で電気分解させ、溶存水素濃度を高める。

水素水の循環にあたって、制御部６は、ポンプ２２の駆動電圧を制御する。このとき、制御部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、陽極室４０Ａ及び陰極室４０Ｂに電解水が満たされる。さらに制御部６は、陽極給電体４１及び陰極給電体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。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、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。これにより、電解槽４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。

水素水サーバー１は、運転モードとして、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、タンク３に貯えられる水素水の溶存水素濃度を高める「第１モード」と、タンク３に貯えられた水素水を吐水経路１３から吐水する「第２モード」とを有する。第２モードでは、タンク３から電解槽４に供給された水素水がさらに電気分解され、陰極室４０Ｂで生成された水素水が吐水経路１３から吐水する。第１モードでの運転時間は、第２モードでの運転時間よりも大きい。

本実施形態では、第１モードで陽極給電体４１及び陰極給電体４２に供給される第１電解電流及び第２モードで陽極給電体４１及び陰極給電体４２に供給される第２電解電流は、制御部６によって制御される。

そして、第１モードでの第１電解電流は、第２モードでの第２電解電流よりも小さい。このため、第１モードでは、陰極室４０Ｂで目視によっては確認が困難な程度に小粒の気泡の水素ガスが発生する。このような小粒の水素ガスは、浮力が小さいために電解水の中に留まっている時間が長い傾向にあり、電解水に溶け込み易くなる。従って、第１モードで容易に溶存水素濃度の高い水素水を生成することが可能となる。

本発明では、第１電解電流が第２電解電流よりも小さいことに起因して、第１モードで単位時間あたりに陰極室４０Ｂで発生する水素ガスが少なくなる。しかしながら、長時間にわたって第１モードで水素水サーバー１を運転することにより、徐々にタンク３内の水素水の溶存水素濃度を高めることが可能となる。本発明では、第１モードは、第２モードでの水素水の吐水とは別個に行なわれ、第１モードは、第２モードで水素水を吐水していない場合に、随時実行されうる。このため、長時間にわたって第１モードで水素水サーバー１を運転することが可能となる。そして、このような水素水サーバー１の運転状況にあっては、長時間にわたって実行される第１モードでの第１電解電流が第２電解電流よりも小さいので、水素水サーバー１の消費電力は抑制されうる。

一方、第２モードでは、電解槽内で電気分解が活発に行なわれ、陰極室４０Ｂで水素ガスが大量に発生する。このとき発生する水素ガスの一部は水素水に溶け込み、溶存水素水濃度を高める。

そして、水素水に溶け込めなかった水素ガスは、比較的大粒の気泡となって水素水と共に吐水経路から吐水される。このような気泡状態の水素ガスは、目視によっても確認可能であり、ユーザーは、吐水された水が水素水であることを視覚的に確認することが可能となる。

好ましい第１電解電流の範囲は、例えば、１〜２Ａである。この場合、第１モードでの陰極室４０Ｂで微小な気泡の水素ガスが発生する。このような気泡状態の水素ガスは、陰極室４０Ｂ内の電解水に溶け込みやすく、効率よく溶存水素濃度を高めることが可能となる。また、好ましい第２電解電流の範囲は、例えば、５〜７Ａである。この場合、第２モードでの陰極室４０Ｂで大粒の気泡の水素ガスが発生するので、目視による確認が容易となり、水素水サーバー１の商品価値が高められる。このような観点から、第１電解電流に対する第２電解電流の比は、２．５〜７．０が好ましい。

本実施形態では、吐水経路１３は、陰極室４０Ｂからタンク３に至る循環経路１２ｅから分岐する流路である。これにより、水素水サーバー１の構成が簡素化される。

吐水経路１３が循環経路１２ｅから分岐する分岐部１２ｆ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制御部６によって制御され、分岐部１２ｆよりも下流側の流路の一部又は全部を循環経路１２ｅ又は吐水経路１３に切り替える。すなわち、第１モードでは、分岐部１２ｆよりも下流側の流路の全部が循環経路１２ｅとされる。そして、第２モードでは、分岐部１２ｆよりも下流側の流路の一部又は全部が吐水経路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。

陽極室４０Ａからタンク３に至る循環経路１２ｄには、排気手段２４が配されている。排気手段２４は、循環経路１２ｄの水から気体のみを分離して排出する機能を有するいわゆるガス抜き弁を含む。電解槽４内での電気分解に伴い陽極室４０Ａで発生した酸素ガスは、排気手段２４によって、循環経路１２の外部に排出される。これにより、陽極室４０Ａには電気分解に必要とされる水が常時満たされることとなり、電解槽４内での電気分解が効率よく実行されうる。

陽極室４０Ａからタンク３に至る循環経路１２ｄには、流量調整弁２５が配されている。流量調整弁２５は、排気手段２４よりもタンク３の側に設けられている。流量調整弁２５は、制御部６によって制御され、循環経路１２ｄを流れる水量を調整する。例えば、第１モードにおいて、流量調整弁２５が閉じられることにより、陽極室４０Ａからタンク３に戻る電解水の流れが阻止される。

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、制御部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の使い勝手が高められる。

本実施形態では、制御部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、入水経路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経路１４が接続されている。本実施形態では、循環経路１２ａの一部を介してタンク３と排水経路１４とが接続されている。タンク３と排水経路１４とが直接的に接続される構成であってもよい。

排水経路１４には、排水弁２６が設けられている。排水弁２６は、制御部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１４ａから排出される。

上記受け皿部１３ｂは、経路１３ｃを介して排水経路１４に接続されている。受け皿部１３ｂによって収集された水は、経路１３ｃを経由して排水経路１４から排出される。

図３は、第１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薄いハッチングで示されている（以下、図４乃至６においても同様とする）。第１モードでは、流路切替弁２３のタンク３側の流路は開かれ、吐水経路１３側の流路は閉じられている。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。そして、流量調整弁２５は閉じられている。

陽極室４０Ａ及び陰極室４０Ｂに水が満たされた状態で、陽極給電体４１及び陰極給電体４２に電解電圧が印加されると、電解槽４で電気分解が開始され、陰極室４０Ｂで水素水が生成される。このとき、制御部６は、電流検出手段４４によって検出される電解電流が上記第１電解電流となるように、電解電圧をフィードバック制御する。そして、ポンプ２２に駆動電圧が印加されると、ポンプ２２によって循環経路１２内の水が圧送され、タンク３及び電解槽４を含む循環経路１２内を水が循環し、陰極室４０Ｂで生成された水素水がタンク３に回収される。

このとき、陽極室４０Ａで電気分解によって生じた酸素ガスは、循環経路１２ｄを上方に移動し、排気手段２４から排出される。水素水サーバー１の内部空間は、外部から密閉されてないので、排気手段２４から排出された酸素ガスは、水素水サーバー１の外部の大気に開放される。

さらに、流量調整弁２５が閉じられていることから、陽極室４０Ａからタンク３に戻る電解水の流れが阻止される。これにより、溶存水素濃度の上昇に寄与しない陽極室４０Ａの電解水は、タンク３に戻らないので、タンク３内の水素水の溶存水素濃度が効率よく高められる。なお、第１モードでの流量調整弁２５は、完全に閉じられている状態に限られず、陽極室４０Ａからタンク３に戻る電解水の水量が陰極室４０Ｂからタンク３に戻る電解水の水量よりも小さくなる程度に、流量が絞られる状態に制御されていてもよい。

図４は、第２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。第２モードでは、図３に示される第１モードの状態から、流路切替弁２３によって、陰極室４０Ｂを通過した水素水の流路が切り替えられる。すなわち、第２モードでは、循環経路１２ｅ側の流路は閉じられ、吐水経路１３側の流路は開かれる。この状態でポンプ２２が駆動することにより、陰極室４０Ｂを通過した水素水は、吐水経路１３に流入し、吐水口１３ａから吐水される。

このとき、制御部６は、電流検出手段４４によって検出される電解電流が上記第２電解電流となるように、陽極給電体４１及び陰極給電体４２に印加する電解電圧をフィードバック制御する。これにより、電解槽４での電気分解が活発となり、陰極室４０Ｂで大量の水素ガスＨが発生し、吐水口１３ａから気泡状体の水素ガスＨを含む水素水が吐水される。なお、このとき、陽極室４０Ａで発生する酸素ガスは、循環経路１２ｄを通過して排気手段２４から排出される。

水素水サーバー１は、運転モードとして、タンク３、電解槽４、循環経路１２、吐水経路１３及び排水経路１４等を殺菌する第３モードを有する。

図５及び６は、第３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時系列で示している。第３モードでは、タンク３内及び循環経路１２内の水が加熱されて循環され、タンク３、電解槽４及び循環経路１２等の各部が加熱により殺菌される。これにより、水素水サーバー１内の各部での細菌等の繁殖が抑制される。第３モードは、制御部６の管理の下、定期的に実行される。例えば、第３モードは、毎日の深夜の時間帯等に実行される。第３モードを実行する時間帯等は、例えば、ユーザーが操作部５を操作して適宜設定することができる。

タンク３には、第３モードで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、制御部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。

図５に示されるように、制御部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。

第３モードでは、制御部６によって、流路切替弁２３及び排水弁２６の状態は、当初第１モードと同等に制御される。すなわち流路切替弁２３の循環経路１２ｅ側の流路は開かれ、吐水経路１３側の流路は閉じられている。そして、排水弁２６は閉じられている。さらに、第３モードでは、流量調整弁２５が開かれる。この状態でポンプ２２が駆動されると、陽極室４０Ａ、流量センサー２７Ａ、循環経路１２ｂ及び１２ｄにも十分な熱水が供給され、陽極室４０Ａ、流量センサー２７Ａ、循環経路１２ｂ及び１２ｄ等が熱水によって殺菌される。このとき、陽極室４０Ａに供給される熱水の流量は、流量センサー２７Ａによって、陰極室４０Ｂに供給される熱水の流量は、流量センサー２７Ｂによってそれぞれ検出され、制御部６によって監視される。

陽極室４０Ａに供給される熱水の流量は、陰極室４０Ｂに供給される熱水の流量と同等に設定されるのが望ましい。これにより、陽極室４０Ａにも陰極室４０Ｂと同量の熱水が供給され、陽極室４０Ａ、循環経路１２ａ及び１２ｂが十分に殺菌されうる。

なお、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内の水を加熱するにあたっては、予め排水弁２６を開いて、排水口１４ａからタンク３に貯えられた水の一部を排出してもよい。この場合、加熱する水が少量となるため、短時間かつ少ない電力で加熱を完了させることが可能となる。

さらにこの場合、第３モードでのタンク３内の熱水は、水蒸気Ｓを含むのが望ましい。タンク３内に水蒸気Ｓが充満されることにより、タンク３の貯水量が減じられることに起因する熱水が浸かってないタンク３の上部領域が水蒸気Ｓによって殺菌される。例えば、水量センサー３１及び天壁３３等が水蒸気Ｓによって殺菌される。

なお、短時間で十分な殺菌効果を得るため、熱水の温度は、例えば、７５℃以上が望ましい。

流量センサー２７Ａ及び流量センサー２７Ｂによって検出された流量の積算値が、予め定められた閾値を超えると、制御部６は、電解槽４及び循環経路１２等の殺菌が完了したと判断し、ヒーター８及び８Ａをオフし、加熱を終了すると共に、ポンプ２２の駆動を終了する。そして、図６に示されるように、制御部６は、排水弁２６を開放して、タンク３、循環経路１２及び電解槽４等から熱水を排出させる。また、流路切替弁２３の循環経路１２ｅ側の流路は閉じられ、吐水経路１３側の流路は開かれることにより、吐水経路１３から熱水が排出される。このとき、吐水経路１３及び排水経路１４を通過する熱水によって、吐水経路１３及び排水経路１４が殺菌される。また、吐水口１３ａから吐出された熱水は、受け皿部１３ｂによって収集され、経路１３ｃを通過して排水経路１４に至る。これにより、受け皿部１３ｂ及び経路１３ｃが殺菌される。

殺菌モードでは、制御部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、循環経路１２及び電解槽４を流れる熱水の量が制御部６によって管理される。制御部６は、循環経路１２及び電解槽４を流れる熱水の量に基づいて、循環経路１２及び電解槽４の殺菌の進行具合を 把握 し、殺菌モードを適宜終了させることができる。なお、殺菌モードの終了にあたっては、制御部６は、ポンプ２２を停止させると共に、流量調整弁２５及びバイパス弁２８を開く。これにより、循環経路１２ｂ、１２ｄ及び陽極室４０Ａ内の熱水が排水経路１４から排出される。

図１に示されるように、本実施形態では、タンク３の天壁３３に、紫外線ＬＥＤ（紫外線照射手段）３４が設けられている。紫外線ＬＥＤ３４は、制御部６によって制御されて紫外線を照射する発光ダイオードである。紫外線ＬＥＤ３４から照射される紫外線によって、タンク３の内部が殺菌される。紫外線ＬＥＤ３４は、タンク３の他、循環経路１２又は電解槽４に設けられていてもよい。紫外線ＬＥＤ３４は、上記電解水生成モード及び殺菌モードにおいて点灯させることができる。水素水サーバー１の運転中において、紫外線ＬＥＤ３４が常時又は定期的に点灯するように構成されていてもよい。

以上、本実施形態の水素水サーバー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、水素水サーバー１は、少なくとも、隔膜４３によって陽極室４０Ａと陰極室４０Ｂとに区切られ、供給された水を電気分解することにより陰極室４０Ｂで水素水を生成する電解槽４と、陰極室４０Ｂで生成された水素水を貯えるタンク３と、タンク３と電解槽４との間で水素水を循環させるための流路である循環経路１２と、陰極室４０Ｂに接続され、陰極室４０Ｂで生成された水素水を吐水するための流路である吐水経路１３とを備え、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、タンク３に貯えられる水素水の溶存水素濃度を高める第１モードと、タンク３から供給された水素水を電解槽４でさらに電気分解し、陰極室４０Ｂで生成された水素水を吐水経路１３から吐水する第２モードとを有し、第１モードで陽極給電体４１及び陰極給電体４２に供給される第１電解電流は、第２モードで陽極給電体４１及び陰極給電体４２に供給される第２電解電流よりも小さく設定されていればよい。

１ 水素水サーバー
３ タンク
４ 電解槽
１２ 循環経路
１３ 吐水経路
２４ 排気手段
２５ 流量調整弁
４０Ａ 陽極室
４０Ｂ 陰極室
４３ 隔膜

Claims (8)

1. 隔膜によって陰極給電体が配された陰極室と陽極給電体が配された陽極室とに区切られ、供給された水を電気分解することにより前記陰極室で水素が溶け込んだ水素水を生成する電解槽と、前記陰極室で生成された水素水を貯えるタンクと、前記タンクと前記電解槽との間で水素水を循環させるための流路である循環経路と、前記陰極室に接続され、前記陰極室で生成された水素水を吐水するための流路である吐水経路とを備え、
   前記循環経路を循環する水素水を前記電解槽で電気分解することにより、前記タンクに貯えられる水素水の溶存水素濃度を高める第１モードと、前記タンクから供給された水素水を前記電解槽でさらに電気分解し、前記陰極室で生成された水素水を前記吐水経路から吐水する第２モードとを有し、前記第１モードで前記陽極給電体及び前記陰極給電体に供給される第１電解電流を、前記第２モードで前記陽極給電体及び前記陰極給電体に供給される第２電解電流よりも小さく制御する制御部をさらに備えることを特徴とする水素水サーバー。
2. 前記第２モードでは、気泡状態の水素ガスが水素水と共に前記吐水経路から吐水される請求項１記載の水素水サーバー。
3. 前記吐水経路は、前記陰極室から前記タンクに至る前記循環経路から分岐する流路である請求項１又は２に記載の水素水サーバー。
4. 前記吐水経路が前記循環経路から分岐する分岐部には、前記陰極室から流出した水素水の流路の一部又は全部を前記循環経路又は前記吐水経路に切り替えるための流路切替弁が配されている請求項３記載の水素水サーバー。
5. 前記陽極室から前記タンクに至る前記循環経路には、前記陽極室で発生した酸素ガスを排出するための排気手段が配されている請求項１乃至４のいずれかに記載の水素水サーバー。
6. 前記陽極室から前記タンクに至る前記循環経路には、該循環経路を流れる水量を調整するための流量調整弁が配されている請求項１乃至５のいずれかに記載の水素水サーバー。
7. 前記隔膜は、固体高分子膜を含む請求項１乃至６のいずれかに記載の水素水サーバー。
8. 前記第１電解電流に対する前記第２電解電流の比は、２．５〜７．０である請求項１乃至７のいずれかに記載の水素水サーバー。

Images