JP6232087B2 - 電解水生成装置及びそれを備えた電解水サーバー - Google Patents

Description

本発明は、電気分解によって生成された電解水を提供する電解水生成装置及びそれを備えた電解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電解水を生成する電解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に開示されている電解水生成装置では、第２極室に供給される水量を制限して水の有効利用が図られている。

しかしながら、第２極室に供給される水が制限された場合、第２極室では電解水の溶存ガス濃度が飽和して、電解水に溶け込めなかった気泡状態のガスが大量に発生する。この現象は、隔膜に固体高分子膜を用いた場合、顕著に発生する。さらにこの場合、第２極室の水流が抑制されるので、気泡状態のガスは、電解水と共に第２極室から排出され難くなり、第２極室には気泡状態のガスが滞留することとなる。このような気泡状態のガスが第２給電体の表面等に付着した状態で滞留すると、第２給電体の表面に供給される水が減少するため、電解室での電気分解が著しく抑制されるおそれがある。

特開２０１５−２９９２９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、水の有効利用を図りつつ、電解槽での電気分解を効率よく行ない溶存水素濃度を高めることができる電解水生成装置及びにそれを備えた電解水サーバーを提供することを主たる目的としている。

本発明の第１発明に係る電解水生成装置は、隔膜によって第１給電体が配された第１極室と第２給電体が配された第２極室とに区切られ、かつ、水を電気分解することにより電解水を生成する電解室と、前記第１極室に接続され、前記第１極室に電気分解される水を供給する第１給水路と、前記第１極室に接続され、電気分解された電解水を前記第１極室から送出する出水路と、前記第２極室の上端部から上方にのび、電気分解によって生じた気体を前記第２極室から排出する排気路と、前記第２極室に沿って設けられ、前記排気路と前記第２極室の下端部とを連通させる並行水路とを備えることを特徴とする。

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記排気路又は前記並行水路には、前記排気路内又は前記並行水路内の水位を検出するための水位検出手段が設けられていることが望ましい。

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記水位検出手段は、前記並行水路が前記排気路に連通する箇所よりも下方に設けられていることが望ましい。

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記第２極室及び並行水路に電気分解される水を供給するための第２給水路と、前記第２給水路からの給水を制御する給水制御弁とを有することが望ましい。

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記隔膜は、固体高分子を含む材料からなることが望ましい。

本発明の第２発明に係る電解水サーバーは、請求項１乃至５のいずれかに記載の電解水生成装置を備えた電解水サーバーであって、前記第１極室で生成された電解水を貯えるタンクと、前記タンクと前記電解室との間で電解水を循環させる循環水路とをさらに備えることを特徴とする。

本発明に係る前記電解水サーバーにおいて、前記タンク内の水を加熱する加熱手段と、前記加熱手段によって加熱された熱水を前記排気路及び前記並行水路に供給する熱水路をさらに備えることが望ましい。

本発明に係る前記電解水サーバーにおいて、前記排気路に設けられ、前記排気路内の流体から気体のみを分離して排出する排気手段をさらに備えることが望ましい。

本発明の第１発明に係る電解水生成装置では、隔膜、第１極室及び第２極室を有する電解室と、第１極室に接続された第１給水路及び出水路と、第２極室に接続された排気路及び並行水路とを備える。第１極室での電気分解によって生成された気体は、電解水に溶け込み、電解水と共に出水路を介して第１極室から送出され、利用可能となる。

一方、第２極室で電気分解によって生成された気体は、排気路を介して第２極室から排出される。このとき、排気路と第２極室の下端部とを連通させる並行水路に充填された水の圧力によって、第２極室内の気体が上方に押し上げられ、排気路に移動する。これにより、電気分解中の第２極室に水を供給することなく、第２極で生じた気体が第２極室から排出される。従って、第２給電体の表面に十分な水が供給され、電解室内での電気分解が効率よく実行される。これにより、水の利用効率が極限まで高められると共に、第１極室で生ずる気体の溶存濃度が容易に高められる。

本発明の第２発明に係る電解水サーバーでは、水の有効利用を図りつつ、タンクに貯えられる電解水に溶け込んだ気体の溶存濃度を効率よく高めることが可能となる。

本発明の第１発明に係る電解水生成装置の一実施形態の概略構成を示すブロック図である。 図１の電解水生成装置の電気的構成を示すブロック図である。 図１の電解水生成装置を備えた水素水サーバーの概略構成を示すブロック図である。 図３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４の水素水サーバーの電解水生成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、水素水サーバーの電解水生成モードでの各部の動作及び水の流れを示す図である。 図６に続き、水素水サーバーの電解水生成モードでの各部の動作及び水の流れを示す図である。 図３の水素水サーバーの吐水モードでの各部の動作及び水の流れを示す図である。 図３の水素水サーバーの殺菌モードでの各部の動作及び水の流れを示す図である。 図９に続き、水素水サーバーの殺菌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、第１発明の実施形態である電解水生成装置１の概略構成を示している。電解水生成装置１は、電解槽４と、第１給水路１１ａと、出水路１２と、排気路１３と、並行水路１４とを備える。

電解槽４は、供給された水を電気分解することにより電解水素水を生成する。電解槽４は、電解室４０と、第１給電体４１と、第２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、第１給電体４１側の第１極室４０Ａと、第２給電体４２側の第２極室４０Ｂとに区切られる。

第１給電体４１及び第２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。このような網状の第１給電体４１及び第２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。

第１給電体４１及び第２給電体４２の一方は陽極給電体として適用され、他方は陰極給電体として適用される。電解室４０の第１極室４０Ａ及び第２極室４０Ｂの両方に水が供給され、第１給電体４１及び第２給電体４２に直流電圧が印加されることにより、電解室４０内で水の電気分解が生ずる。

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膜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のめっき層と第１給電体４１及び第２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を介して第１給電体４１と第２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、電解水素水の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。このような電解水素水は、例えば、透析治療での患者の酸化ストレスの低減に好適とされている。

電解室４０内で水が電気分解されることにより、水素ガス及び酸素ガスが発生する。例えば、第１給電体４１が陰極給電体として適用される場合、第１極室４０Ａでは、水素ガスが発生し、水素ガスが溶け込んだ電解水素水が生成される。一方、第２極室４０Ｂでは、酸素ガスが発生し、酸素ガスが溶け込んだ電解酸素水が生成される。第１給電体４１が陽極給電体として適用される場合、第１極室４０Ａでは、酸素ガスが発生し、酸素ガスが溶け込んだ電解酸素水が生成される。一方、第２極室４０Ｂでは、水素ガスが発生し、水素ガスが溶け込んだ電解水素水が生成される。

第１給水路１１ａは、第１極室４０Ａに接続されている。第１給水路１１ａは、第１極室４０Ａに電気分解される水を供給する。出水路１２は、第１極室４０Ａに接続されている。出水路１２は、第１極室４０Ａで電気分解された電解水を第１極室４０Ａから送出する。

本実施形態では、第１給水路１１は、第１極室４０Ａの下端部と連通し、出水路１２は、第１極室４０Ａの上端部と連通している。これにより、第１極室４０Ａの下部から上部に大局的な水の流れが生ずる。そして、第１極室４０Ａで電気分解によって発生した気体は、微小な気泡となって第１極室４０Ａの上部に移動する。従って、気体の移動方向と大局的に水が流れる方向とが一致するため、気体が水に溶け込みやすくなり、溶存水素濃度が容易に高められる。

排気路１３は、第２極室４０Ｂの上端部から上方にのびる。排気路１３は、第２極室４０Ｂで電気分解によって生じた気体を第２極室４０Ｂから排出する。第２極室４０Ｂで電気分解によって発生した気体は、微小な気泡となって第２極室４０Ｂの上部に移動する。本実施形態では、第２極室４０Ｂの上端部に排気路１３が連通しているので、気体が第２極室４０Ｂから排出されうる。

並行水路１４は、第２極室４０Ｂに沿って設けられている。並行水路１４は、排気路１３と第２極室４０Ｂの下端部とを連通させる。本実施形態では、並行水路１４は、後述する第２給水路１１ｂを介して第２極室４０Ｂに接続されている。並行水路１４は、第２極室４０Ｂに直接的に接続されていてもよい。

図２は、給電体４１、４２に電解電流を供給するための回路を示している。給電体４１、４２に供給される電解電流Ｉは、制御部６によって制御される。

制御部６は、給電体４１、４２等の各部の制御を司る。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。

制御部６は、例えば、第１給電体４１及び第２給電体４２の極性を制御する。制御部６が第１給電体４１及び第２給電体４２の極性を相互に変更することにより、電解水素水又は電解酸素水のうち所望の電解水が、第１極室４０Ａから出水路１２を介して送出され、利用可能となる。

以下、特に断りのない限り、第１給電体４１が陰極給電体として適用される場合について説明するが、第１給電体４１が陽極給電体として適用される場合についても同様である。

第１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、第２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、給電体４１、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、第１給電体４１及び第２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、第１給電体４１及び第２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、第１給電体４１及び第２給電体４２に供給する電解電流Ｉが適切に制御される。

図１に示されるように、第２極室４０Ｂで電気分解によって生成された酸素ガスＯは、排気路１３を介して第２極室４０Ｂから排出される。このとき、排気路１３と第２極室４０Ｂの下端部とを連通させる並行水路１４に充填された水の圧力によって、第２極室４０Ｂ内の酸素ガスＯが上方に押し上げられ、排気路１３に移動する。これにより、電気分解中の第２極室４０Ｂに水を供給することなく、第２極室４０Ｂで生じた酸素ガスＯが第２極室４０Ｂから排出される。従って、第２給電体４２の表面に十分な水が供給され、電解室４０内での電気分解が効率よく実行される。これにより、水の利用効率が極限まで高められると共に、第１極室４０Ａで生成される電解水素水の溶存水素濃度が容易に高められる。

ところで、第２極室４０Ｂ内の水は、電気分解によって酸素に分解され消費される。本実施形態では、排気路１３及び並行水路１４に充填されている水が第２極室４０Ｂに流入し、電気分解により消費された水が補われる。従って、排気路１３内及び並行水路１４内の水位は、電気分解の進行に伴い、徐々に低下する。

電解室４０内の水は、電気分解の原料となると共に、ジュール熱により発熱する隔膜４３を冷却する機能を有する。従って、上記水位がさらに低下して、第２極室４０Ｂの上端部よりも低下する場合、隔膜４３の温度が過度に上昇し、隔膜４３が損傷するおそれがある。しかしながら、本実施形態では、排気路１３内の水位を監視することにより、隔膜４３の損傷が抑制される。

すなわち、排気路１３には、排気路１３内の水位を検出するための水位検出手段２８が設けられている。排気路１３内の水位と並行水路１４内の水位とは同等であるので、水位検出手段２８は、並行水路１４に設けられていてもよい。この場合、水位検出手段２８は、並行水路１４内の水位を検出する。

水位検出手段２８は、例えば、光学式の液面センサー２８ａ（図２参照）を含む。排気路１３は、少なくとも液面センサー２８ａの面する箇所で透光性を有する。液面センサー２８ａは、排気路１３に赤外線光を照射し、その透過光を検出することにより、排気路１３内の水位を検出する。例えば、液面センサー２８ａの検出領域に水が満たされている場合、赤外線光は屈折し、検出されない。一方、液面センサー２８ａの検出領域に水が満たされていない場合、赤外線光は検出される。

排気路１３を透過する赤外線光を用いて排気路１３内の水位を検出する光学式（非接触）の液面センサー２８ａでは、排気路１３内にセンサー等が配されることがないため、排気路１３内での雑菌の発生・繁殖が抑制されうる。

液面センサー２８ａは、排気路１３を透過した赤外線光を光電変換し、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、液面センサー２８ａから出力された電気信号に基づいて、電解槽４の動作を制御する。例えば、排気路１３内の水位が、液面センサー２８ａの検出領域よりも低下した場合、制御部６は、第１給電体４１及び第２給電体４２への電解電流Ｉの供給を停止する。これにより、電解室４０での電気分解が停止され、排気路１３内の水位のさらなる低下が抑制され、隔膜４３の損傷が抑制されうる。

なお、何らかの事情により、隔膜４３が破損した場合には、第２極室４０Ｂの水が第１極室４０Ａに流れ込み、排気路１３内の水位が低下する。本実施形態では、このような異常が生じた場合にあっても、排気路１３内の水位が低下したことを液面センサー２８ａが検出し、水位が第２極室４０Ｂの上端部まで低下する前に、制御部６が電解槽４の動作を停止させる。

本実施形態では、液面センサー２８ａは、並行水路１４が排気路１３に連通する箇所よりも下方に設けられている。これにより、長時間にわたって電解槽４を連続して運転することが可能となる。

電解水生成装置１は、第２給水路１１ｂと、給水制御弁２５とを有する。第２給水路１１ｂは、第２極室４０Ｂの下端部に接続されている。第２給水路１１ｂは、第２極室４０Ｂ及び並行水路１４に電気分解される水を供給する。

給水制御弁２５は、第２給水路１１ｂから第２極室４０Ｂへの給水を制御する。給水制御弁２５には、例えば、電磁力を原動力として開閉動作する電磁弁が適用されうる。給水制御弁２５の動作は、制御部６によって制御される。例えば、電解槽４にて電気分解を行なっているとき、給水制御弁２５は閉じられている。これにより、第２極室４０Ｂへの給水が停止され、水の利用効率が極限まで高められる。この場合にあっても、第２極室４０Ｂで発生した酸素ガスが上述した並行水路１４の水圧によって排出されるので、第１極室４０Ａで生成される電解水素水の溶存水素濃度は高められる。

給水制御弁２５は、並行水路１４が第２給水路１１ｂに連通する箇所よりも下方に設けられている。これにより、電気分解に伴う第２極室４０Ｂ内の水の消費に応じて、並行水路１４から第２極室４０Ｂに水が補充される。

なお、制御部６は、電解槽４での電気分解を停止した後、給水制御弁２５を開く。これにより、第２給水路１１ｂから第２極室４０Ｂへの給水が再開され、排気路１３内の水位が元の高さに復帰する。

図３は、第２発明の実施形態である水素水サーバー１００の概略構成を示している。図４は、水素水サーバー１００の電気的構成を示している。水素水サーバー１００は、電解水生成装置１を備え、電解水生成装置１によって生成された水素が溶け込んだ電解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１００によって提供された電解水素水は、飲用又は料理用等の水として用いることができる。

第１発明の電解水生成装置１を備えた水素水サーバー１００では、水の有効利用を図りつつ、タンク３に貯えられる電解水素水の溶存水素濃度を効率よく高めることが可能となる。

図３及び４に示されるように、水素水サーバー１００は、浄水フィルター２と、タンク３と、操作部５と、循環水路１５と、吐水路１６をさらに備えている。

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１００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の上流側の入水路１０に設けられている。入水路１０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。入水路１０は、入水弁２１を有する。入水弁２１は、水素水サーバー１００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、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は、それぞれ水素水サーバー１００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。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。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の開閉を制御することにより、タンク３の貯水量を適切に維持する。図３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、例えば、水に浮くフロート部を有する。上記液面センサー２８ａと同様に、水量センサー３１は、光学式のセンサーであってもよい。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に貯えられた水は、上流側の循環水路１５を介して電解槽４に供給され、電気分解された後、下流側の循環水路１５を介してタンク３に戻る。従って、タンク３は、第１極室４０Ａで生成された電解水素水を貯える。

循環水路１５は、タンク３と電解室４０との間で電解水を循環させる。循環水路１５は、電解水生成装置１の第１給水路１１ａ及び出水路１２を含む。また、電解水生成装置１の第２給水路１１ｂ及び排気路１３は、循環水路１５としても機能しうる。第１給水路１１ａには流量センサー２７Ａが、第２給水路１１ｂ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、第１給水路１１ａを流れる水量を検出する。流量センサー２７Ｂは、第２給水路１１ｂを流れる水量を検出する。

循環水路１５は、循環水路１５ａ、１５ｂ及び１５ｃを含む。循環水路１５ａは、電解水生成装置１に電気分解される水を供給する。循環水路１５ａは、上流の一端側でタンク３に接続され、下流の他端側で第１給水路１１ａ及び第２給水路１１ｂに分岐する。循環水路１５ａには、ポンプ２２が設けられている。ポンプ２２は、循環水路１５内の水を駆動して、循環水路１５内を循環させる。循環水路１５内で水を循環させながら、電解槽４で電気分解を行なうことにより、タンク３内に貯えられた水の溶存水素濃度が高められる。

循環水路１５ｂは、一端が流路切替弁２３を介して出水路１２に、他端がタンク３にそれぞれ接続されている。第１極室４０Ａで生成された電解水素水は、循環水路１５ｂ及び出水路１２を経てタンク３に戻る。循環水路１５ｃは、排気路１３と接続されている。循環水路１５ｃの先端部は、タンク３の内部に配され、循環水路１５ｂより低く位置されている。

排気路１３の先端部には、排気手段２４が設けられている。排気手段２４は、排気路１３内の流体から気体のみを分離して排出する。第２極室４０Ｂで生成された酸素ガスは、排気手段２４によって排出される。

吐水路１６は、第１極室４０Ａで生成された水素水を吐水するための流路である。本実施形態の吐水路１６は、流路切替弁２３を介して出水路１２に接続されている。これにより、水素水サーバー１００の構成が簡素化される。

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１００の運転モードに応じて制御部６によって制御され、出水路１２よりも下流側の流路の一部又は全部を循環水路１５ｂ又は吐水路１６に切り替える。すなわち、電解水素水を生成するモードでは、出水路１２よりも下流側の流路の全部が循環水路１５ｂとされる。そして、電解水素水を吐水するモードでは、出水路１２よりも下流側の流路の一部又は全部が吐水路１６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。なお、吐水路１６は、第１極室４０Ａに直接的に接続されていてもよい。

吐水路１６の先端側には、吐水口１６ａが設けられている。吐水口１６ａの下方には、カップ５００等を載置可能な空間が形成され、カップ５００からこぼれた水を収集するための受け皿部１６ｂが設けられている。

図４に示される操作部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１００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、操作部５から入力された電気信号に応じて、水素水サーバー１００の各部を制御する。

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と第１極室４０Ａとの間の循環水路１５を循環する。さらに制御部６は、第１給電体４１及び第２給電体４２に電解電圧を印加する。これにより、電解室４０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、制御部６は、第１給電体４１及び第２給電体４２への電解電圧の印加を停止する。これにより、電解室４０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。

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、入水路１０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と第１極室４０Ａとの間の循環水路１５でタンク３に貯えられた水素水を再び循環させながら、電解室４０で電気分解させ、溶存水素濃度を高める。

図３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１００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、入水路１０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路１７が接続されている。本実施形態では、循環水路１５ａの一部を介してタンク３と排水路１７とが接続されている。タンク３と排水路１７とが直接的に接続される構成であってもよい。

排水路１７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１７ａから排出される。

上記受け皿部１６ｂは、水路１６ｃを介して排水路１７に接続されている。受け皿部１３ｂによって収集された水は、水路１６ｃを経由して排水路１７から排出される。

図３に示されるように、タンク３には、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、循環水路１５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、循環水路１５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、循環水路１５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。

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水路１５内の水を加熱させる。これにより、タンク３内及び循環水路１５内で熱水が生成され、タンク３及び循環水路１５内が熱水によって殺菌され、細菌等の繁殖が抑制される。

水素水サーバー１００は、運転モードとして、電気分解によって水素水を生成し、タンク３に貯える「電解水生成モード」と、タンク３に貯えられた水素水を吐水する「吐水モード」と、タンク３及び電解槽４等を殺菌する「殺菌モード」とを有する。

図５乃至７は、電解水生成モードでの水素水サーバー１００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ハッチングで示されている（以下、図８乃至１０においても同様とする）。

電解水生成モードでは、流路切替弁２３の循環水路１５ｂ側の流路は開かれ、吐水路１６側の流路は閉じられている。また、第２給水路１１ｂの給水制御弁２５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。

図５に示される初期状態では、排気路１３内の水位ｈは、タンク３と同等である。ポンプ２２が駆動され、第１給電体４１及び第２給電体４２に電解電圧が印加されると、第１極室４０Ａ及び第２極室４０Ｂで電気分解が生じる。第１極室４０Ａで発生した水素ガスは、電解水に溶け込んだ状態でタンク３に回収され、タンク３内の水の溶存水素濃度が高められる。

一方、第２極室４０Ｂで発生した酸素ガスＯは、気泡となって、排気路１３及び排気手段２４を介して排出される。既に述べたように、本実施形態では、並行水路１４に充填された水の圧力によって、第２極室４０Ｂ内の酸素ガスＯが上方に押し上げられ、排気路１３に移動する。これにより、電気分解中の第２極室４０Ｂに水を供給することなく、第２極室４０Ｂで生じた酸素ガスＯが第２極室４０Ｂから排出される。従って、第２給電体４２の表面に十分な水が供給され、電解室４０内での電気分解が効率よく実行される。

電解水生成モードでは、給水制御弁２５が閉じられているので、第２極室４０Ｂ内の水は、排気路１３及び循環水路１５ｃを介してタンク３に戻ることはない。従って、第２極室４０Ｂ内の水の流入によって、タンク３内の水の溶存水素濃度の上昇が阻害されることがなく、電解水素水の溶存水素濃度を容易に高めることが可能となる。

電解水生成モードでは、給水制御弁２５が閉じられていることに伴い、図６に示されるように、第２極室４０Ｂ内の水は消費され、排気路１３及び並行水路１４の水位ｈが徐々に低下する。

そして、図７に示されるように、排気路１３の水位ｈの低下が液面センサー２８ａによって検知されると、制御部６は、ポンプ２２を停止すると共に、第１給電体４１及び第２給電体４２への電解電圧の印加を停止する。これにより、電解室４０での電気分解が停止される。そして、制御部６は、給水制御弁２５を開くことにより、第２給水路１１ｂから第２極室４０Ｂ及び並行水路１４に水が供給され、排気路１３の水位ｈが図５に示される初期状態に復帰する。給水制御弁２５を開いて排気路１３の水位ｈを初期状態に復帰させる際には、ポンプ２２の駆動が併用されてもよい。この場合、より短時間で排気路１３の水位ｈが初期状態に復帰する。また、第１給電体４１及び第２給電体４２への電解電圧の印加が継続されていてもよい。

図８は、吐水モードでの水素水サーバー１００の各部の動作及び水の流れを示している。吐水モードでは、図５、６に示される電解水生成モードの状態から、流路切替弁２３によって、第１極室４０Ａを通過した電解水素水の流路が切り替えられる。すなわち、吐水モードでは、循環水路１５ｂ側の流路は閉じられ、吐水路１６側の流路が開かれる。この状態でポンプ２２が駆動することにより、第１極室４０Ａを通過した電解水素水は、吐水路１６に流入し、吐水口１６ａから吐出される。このとき、制御部６が、第１給電体４１及び第２給電体４２に電解電圧を印加するように、構成されていてよい。

図９及び１０は、殺菌モードでの水素水サーバー１００の各部の動作及び水の流れを時系列で示している。殺菌モードでは、タンク３内及び循環水路１５内の水が加熱されて循環され、タンク３、電解槽４及び循環水路１５等の各部が加熱により殺菌される。このとき、循環水路１５は、ヒーター８及び８Ａによって加熱された熱水を電解室４０、第１給水路１１ａ、第２給水路１１ｂ、出水路１２、排気路１３及び並行水路１４に供給する熱水路として機能する。これにより、水素水サーバー１００内の各部での細菌等の繁殖が抑制される。殺菌モードは、制御部６の管理の下、定期的に実行される。例えば、殺菌モードは、毎日の深夜の時間帯等に実行される。殺菌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。

殺菌モードでは、排気路１３、並行水路１４及び循環水路１５ｃにも、熱水が満たされる。排気路１３の先端に設けられている排気手段２４は、排気路１３内に熱水を留め、排気路１３の先端からの水漏れを防止する。

殺菌モードでは、制御部６によって、流路切替弁２３及び排水弁２６の状態は、当初電解水生成モードと同等に制御される。すなわち流路切替弁２３の循環水路１５ｂ側の流路は開かれ、吐水路１６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、殺菌モードでは、給水制御弁２５が開かれる。この状態でポンプ２２が駆動されると、第２極室４０Ｂ、流量センサー２７Ｂ、第２給水路１１ｂ及び循環水路１５ｃにも十分な熱水が供給され、第２極室４０Ｂ、流量センサー２７Ｂ、第２給水路１１ｂ及び循環水路１５ｃ等が熱水によって加熱され殺菌される。

第２極室４０Ｂに供給される熱水の流量は、第１極室４０Ａ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、第２極室４０Ｂにも第１極室４０Ａと同量の熱水が供給され第２極室４０Ｂ、流量センサー２７Ｂ、第２給水路１１ｂ及び循環水路１５ｃ等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水路１５内の水を加熱するにあたっては、予め排水弁２６を開いて、排水路１７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、殺菌モードでのタンク３内の熱水は、水蒸気を含むのが望ましい。タンク３内に水蒸気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に、熱水の温度は、例えば、７５℃以上が望ましい。

タンク３及び電解槽４等の殺菌が完了すると、制御部６は、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１０に示されるように、排水弁２６を開いて、タンク３、循環水路１５及び電解槽４等から熱水を排出する。また、流路切替弁２３の循環水路１５ｂ側の流路は閉じられ、吐水路１６側の流路は開かれることにより、吐水路１６から熱水を排出する。このとき、吐水路１６及び排水路１７を通過する熱水によって、吐水路１６及び排水路１７が殺菌される。また、吐水口１６ａから吐出された熱水は、受け皿部１６ｂによって収集され、水路１６ｃを通過して排水路１７に至る。これにより、受け皿部１６ｂ及び水路１６ｃ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、循環水路１５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、循環水路１５及び電解槽４を流れる熱水の量に基づいて、循環水路１５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。これにより、第２極室４０Ｂ及び並行水路１４内の熱水が排水路１７から排出される。

図３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、循環水路１５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１００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、本実施形態の電解水生成装置１等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、電解水生成装置１は、少なくとも、隔膜４３によって第１給電体４１が配された第１極室４０Ａと第２給電体４２が配された第２極室４０Ｂとに区切られ、かつ、水を電気分解することにより電解水を生成する電解室４０と、第１極室４０Ａに接続され、第１極室４０Ａに電気分解される水を供給する第１給水路１１ａと、第１極室４０Ａに接続され、電気分解された電解水を第１極室４０Ａから送出する出水路１２と、第２極室４０Ｂの上端部から上方にのび、電気分解によって生じた気体を第２極室４０Ｂから排出する排気路１３と、第２極室４０Ｂに沿って設けられ、排気路１３と第２極室４０Ｂの下端部とを連通させる並行水路１４とを備えていればよい。

１ 電解水生成装置
３ タンク
４ 電解槽
６ 制御部
８ ヒーター（加熱手段）
１１ａ 第１給水路
１１ｂ 第２給水路
１２ 出水路
１３ 排気路
１４ 並行水路
１５ 循環経路
２４ 排気手段
２５ 給水制御弁
４０ 電解室
４０Ａ 第１極室
４０Ｂ 第２極室
４１ 第１給電体
４２ 第２給電体
４３ 隔膜
１００ 水素水サーバー

Claims (7)

1. 隔膜によって第１給電体が配された第１極室と第２給電体が配された第２極室とに区切られ、かつ、水を電気分解することにより電解水を生成する電解室と、
   前記第１極室に接続され、前記第１極室に電気分解される水を供給する第１給水路と、 前記第１極室に接続され、電気分解された電解水を前記第１極室から送出する出水路と、
   前記第２極室の上端部から上方にのび、電気分解によって生じた気体を前記第２極室から排出する排気路と、
   前記第２極室に沿って設けられ、電気分解時に前記排気路と前記第２極室の下端部とを連通させる並行水路とを備えることを特徴とする電解水生成装置。
2. 前記排気路又は前記並行水路には、前記排気路内又は前記並行水路内の水位を検出するための水位検出手段が設けられている請求項１記載の電解水生成装置。
3. 前記水位検出手段は、前記並行水路が前記排気路に連通する箇所よりも下方に設けられている請求項２記載の電解水生成装置。
4. 前記第２極室及び並行水路に電気分解される水を供給するための第２給水路と、前記第２給水路からの給水を制御する給水制御弁とを有する請求項１乃至３のいずれかに記載の電解水生成装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の電解水生成装置を備えた電解水サーバーであって、
   前記第１極室で生成された電解水を貯えるタンクと、前記タンクと前記電解室との間で電解水を循環させる循環水路とをさらに備えることを特徴とする電解水サーバー。
6. 前記タンク内の水を加熱する加熱手段と、前記加熱手段によって加熱された熱水を前記排気路及び前記並行水路に供給する熱水路をさらに備える請求項５記載の電解水サーバー。
7. 前記排気路に設けられ、前記排気路内の流体から気体のみを分離して排出する排気手段をさらに備える請求項６記載の電解水サーバー。

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