JP6584792B2 - 水素水製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、水素水製造装置の技術に関し、より詳細には、エジェクタ効果により原料水に水素ガスを混合させた混合流体を生成し、該混合流体を多孔質要素に通過させることで水素ガスの微細気泡を含有する水素水を連続して製造する三方管状のエジェクタ装置を有してなる水素水製造部を具備してなり、直方体状の筐体内部に収容されて構成される水素水製造装置に関する。

近年、水の改質方法として原料水に水素ガスを混入させて水素水を得る方法が公知となっている。このようにして得られる水素水は、ｐＨが９．０以下と中性に近いながらも、−１００ｍＶ以下という低い酸化還元電位を有しており、還元性の水としてその活用方法が各種方面で注目されている。従来、このような酸化還元電位の低い還元性の水素水を安定供給するための各種の水素水製造装置が提案されているところであり、中でも、原料水に水素ガスを供給することで原料水の酸化還元電位を低電位に維持した水素水を製造する製造装置の構成が提案されている。

従来の水素水製造装置としては、例えば、特許文献１又は特許文献２に開示されるように、エジェクタ効果により原料水に水素ガスを混合させた混合流体を生成し、該混合流体を多孔質要素に通過させることで水素ガスの微細気泡を含有する水素水を連続して製造する三方管状のエジェクタ装置を有してなる水素水製造部を備えた構成が提案されている。このような水素水製造部においては、エジェクタ装置が用いられることで、均一性と分散性に優れ、液体中への吸収効率が高い微細気泡状の水素ガスを含有した水素水を安定して製造することができる。

特開２００７−２３７１６１号公報 特開２０１０−２９８４１号公報

ところで、従来の水素水製造装置としては、上述した水素水製造部とともに、水素水製造部と電力供給可能に接続される運転制御部を筐体内部に一体収容して、搬送や設置作業が容易な小型装置として構成したものが公知となっている。しかしながら、かかる小型装置として構成される水素水製造装置では、小型化のために水素水製造部を構成するエジェクタ装置及びその他の装置が上下方向で異なる位置（向き）に配置されていたため、特に、メンテナンス作業にて一端取り外された各装置を再び筐体に取り付ける際等に、各装置の上下方向位置（向き）を確認しながらそれぞれを位置決めした上で、固定ブラケットに連結して組み付ける必要があり、筐体への取り付け作業が煩雑となり、メンテナンスの作業性に劣るという問題があった。

そこで、本発明では、水素水製造装置に関し、前記従来の課題を解決するもので、筐体への取り付け性を改善してメンテナンスの作業性を向上させた水素水製造装置を提供することを目的とする。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

すなわち、請求項１においては、エジェクタ効果により原料水に水素ガスを混合させた混合流体を生成し、該混合流体を多孔質要素に通過させることで水素ガスの微細気泡を含有する水素水を連続して製造する三方管状のエジェクタ装置を有してなる水素水製造部を具備してなり、直方体状の筐体内部に収容されて構成される水素水製造装置において、前記水素水製造部は、前記エジェクタ装置の原料水供給口に連続される原料水圧力計測部材と、前記エジェクタ装置の水素ガス供給口に連続される水素ガス流量調整部材と、前記エジェクタ装置の水素水排出口に連続される水素水流量計測部材と、を有してなり、上下に区画された筐体内部の下部空間に配設され、前記原料水圧力計測部材、前記水素ガス流量調整部材、及び前記水素水流量計測部材が、平面状に延出される配管及び継手部材を介して前記エジェクタ装置に組み付けられ、前記配管及び継手部材とともに前記エジェクタ装置と一体として筐体に対する上下位置及び水平位置を変更可能な固定ブラケットに着脱可能に取り付けられるものである。

請求項２においては、前記原料水圧力計測部材、前記水素ガス流量調整部材、及び前記水素水流量計測部材のうち少なくとも一つは、直角に屈曲形成されたエルボ継手を介して前記エジェクタ装置に組み付けられるものである。

請求項３においては、前記水素水製造部は、前記原料水圧力計測部材に接続される原料水供給路、及び前記水素水流量計測部材に接続される水素水排出路として屈曲自在のフレキシブル管が用いられるものである。

請求項４においては、前記水素水製造部は、前記水素水製造部と電力供給可能に接続される運転制御部が筐体内部の上部空間に配設されるものである。

本発明の効果として、筐体への取り付け性を改善してメンテナンスの作業性を向上できる。

本発明の一実施例に係る水素水製造装置の正面図である。 同じく図１の水素水製造装置の背面図である。 同じく図１の水素水製造装置の側面図である。 水素水製造部の斜視図である。 水素水製造部の配管系統を模式的に示した図である。 エジェクタ装置の断面図である。

次に、発明を実施するための形態を説明する。

まず、本実施例の水素水製造装置１の全体構成について、以下に詳述する。
図１及び図３に示すように、本実施例の水素水製造装置１は、図示せぬ原料水供給源からの原料水と、図示せぬ水素ガス供給源からの水素ガスとが供給され、水素水製造部３にて原料水に水素ガスを混合させ、設定した酸化還元電位の水素水が連続して製造されるように構成され、具体的には、水素水製造部３とともに、水素水製造部３と電力供給可能に接続される運転制御部２が直方体状の筐体１０の内部に一体収容された小型装置として構成されている。

本実施例の「水素水」とは、水素を大量に含み、酸化還元電位が−４００ｍＶ〜−６８０ｍＶであって、略中性（ｐＨが７より僅かに高く）に維持されたものをいう。特に、本実施例の水素水は、後述する水素水製造部３によって、ミリバブル、マイクロバブル、およびマイクロナノバブルまで広範な直径の水素ガスの微細気泡が大量に含まれることを特徴としている。本実施例の水素水製造装置１では、後述する水素水製造部３にて、原料水を所定圧力となるように設定した上で、原料水の圧力に応じた水素ガスの流量及び圧力を調整することで、目的とする水素水を効率よく得ることができる。

筐体１０は、上下方向略中間位置に水平状に配設された仕切り板１１にて、内部空間が上部空間１０ａと下部空間１０ｂとに区画され、上部空間１０ａに制御装置部２が配設され、下部空間１０ｂに製造装置部３が配設されている。筐体１０の一方の側面（本実施例では左方）には、カバー部材１２が着脱可能又は開閉可能に取り付けられ、内部空間が側方に開口可能とされている。筐体１０の正面には、水素水製造部３の上部に運転制御部２のスイッチ類２１が配設され、下部に水素水製造部３の原料水用圧力計３１ａ及び水素水用流量計３３ｂが露出して配設されている。また、筐体１０の背面には、上部に運転制御部２の電源接続部２２及び外部接続部２３が配設され、下部に水素水製造部３の手動バルブ３４・４０、配管用樹脂チューブ３６、及びレギュレータ３７が配設されている。

運転制御部２は、水素水製造部３と電力供給可能に接続され、水素水製造装置１の電力やセンサ等を制御する制御基板２０と、水素水製造装置１の主電源スイッチを含むスイッチ類２１と、図示せぬ外部電力源と接続される電源接続部２２と、図示せぬ水素ガス製造装置等と接続される外部接続部２３等とで構成されている。制御基板２０には、上述したスイッチ類２１の他、後述する水素ガス流量調整装置３２や水素水流量計測装置３３等が電力供給可能に接続されている。

次に、水素水製造部３の構成について、以下に詳述する。
図３乃至図６に示すように、水素水製造部３は、水素ガスの微細気泡を含有する水素水を連続して製造する三方管状のエジェクタ装置３０と、エジェクタ装置３０の原料水供給口３０ａに連続される原料水用計測部材としての原料水圧力計測装置３１と、エジェクタ装置３０の水素ガス供給口３０ｂに連続される水素ガス用計測部材としての水素ガス流量調整装置３２と、エジェクタ装置３０の水素水排出口３０ｃに連続される水素水用計測部材としての水素水流量計測装置３３等とで構成されている。

水素水製造部３では、原料水は、図示せぬ機外の原料水供給源より、手動バルブ３３に接続された原料水供給路としての屈曲自在のフレキシブル管３５を介して、エジェクタ装置３０へと送られる。また、水素ガスは、図示せぬ機外の水素水製造装置より延出された配管用樹脂チューブ３６を介してレギュレータ３７に送られて圧力調整された後、水素ガス供給路としての配管用樹脂チューブ３８を介してエジェクタ装置３０へと送られる。そして、エジェクタ装置３０にて得られた水素水は、水素水排出路としての屈曲自在のフレキシブル管３９を介して手動バルブ４０に送られて機外に排出される。

エジェクタ装置３０は、ダブルチューブ構造の三方管状に形成され、原料水が供給される原料水供給口３０ａと、原料水に対してほぼ直角に水素ガスを噴射する水素ガス供給口３０ｂと、水素水が排出される水素水排出口３０ｃとが形成されている（図６参照）。エジェクタ装置３０の内部には、原料水供給口３０ａの先端に形成された先細りノズル３０ｄと、両端から中央に向かって縮径された拡散室３０ｅに配設された多孔質要素３０ｆ等とが設けられている。

拡散室３０ｅは、両端から中央に向かって縮径構造（絞り構造）となるように構成され、かかる絞り部で負圧が形成される。このような絞り構造とすることで、エジェクタ装置３０に供給された水素ガスと原料水の混合流体の吸引効果を増強させることができる。多孔質要素３０ｆは、所定の孔径を有するフィルタ構造に形成されて拡散室３０ｅに充填され、拡散室３０ｅに導入される水素ガスと原料水から成る混合流体が噴射されることで、多孔質要素３０ｆの孔径と略同じ直径の気泡が形成される。多孔質要素３０ｆは、主に原料水の圧力や流量等の条件によって適宜選択され、例えば、焼結体のＴｙｌｅｒメッシュを用いる場合には、Ｔｙｌｅｒメッシュが大きくなるほど高濃度の溶存水素量を得ることがきる一方で、圧損が大きくなって水素水の製造効率が低下する。

エジェクタ装置３０では、まず、エジェクタ効果を利用して拡散室３０ｅにて原料水に対して水素ガスが混合され、原料水に水素ガスが溶解された水素水（混合流体）が形成される。そして、この混合流体が多孔質要素３０ｆに通過されることで微細な気泡が含有された水素水が得られる。この水素水に含有される気泡には、原料水に溶解した空気の気泡の他に、水素ガスの気泡が含有されている。このように一度原料水と水素ガスとの混合流体を形成し、その後混合流体を多孔質要素３０ｆに通過させることで、水素水中に微細気泡としてミリバブル〜マイクロバブル〜ナノバブルまでの広範な直径の水素ガスの気泡を含有させることができる。

原料水圧力計測装置３１は、エジェクタ装置３０に供給される原料水の水圧を計測して表示する原料水用圧力計３１ａが設けられ、圧力計継手３１ｂを介してエジェクタ装置３０の原料水供給口３０ａに水密状に接続されて、エジェクタ装置３０と一体に組み付けられている。また、原料水圧力計測装置３１（圧力計継手３１ｂ）は、他端が直角に屈曲形成されたエルボ継手４１と水密状に接続され、上述したフレキシブル管３５と水密状に接続されている。

水素ガス流量調整装置３２は、エジェクタ装置３０に供給される水素ガスの流量を検出する水素ガス用流量検出センサ３２ａと、水素ガス用流量検出センサ３２ａにて検出された値に基づいて水素ガスの流量を自動調整する流量調整弁（電磁弁）３２ｂとが設けられ、直角に屈曲形成された管状のエルボ継手４２を介してエジェクタ装置３０の水素ガス供給口３０ｂに接続されて、エジェクタ装置３０と一体に組み付けられている。また、水素ガス流量調整装置３２（水素ガス用流量検出センサ３２ａ）は、他端が上述した配管用樹脂チューブ３８と接続されている。

水素水流量計測装置３３は、エジェクタ装置３０にて得られた水素水の流量を検出する水素水用流量検出センサ３３ａと、水素水用流量検出センサ３３ａにて検出された値を表示する水素水用流量計３３ｂとが設けられ、直角に屈曲形成された管状のエルボ継手４３を介してエジェクタ装置３０の水素水排出口３０ｃに水密状に接続されて、エジェクタ装置３０と一体に組み付けられている。また、水素水流量計測装置３３（水素水用流量検出センサ３３ａ）は、他端が直角に屈曲形成された管状のエルボ継手４４を介して上述したフレキシブル管３９と水密状に接続されている。

このように本実施例の水素水製造部３は、原料水圧力計測装置３１、水素ガス流量調整装置３２、及び水素水流量計測装置３３がエジェクタ装置３０にそれぞれ接続されて一体に組み付けられている。特に、本実施例では、エジェクタ装置３０と水素ガス流量調整装置３２との間にエルボ継手４２、及びエジェクタ装置３０と水素水流量計測装置３３との間にエルボ継手４３が配設されるとともに、原料水圧力計測装置３１の他端にエルボ継手４１、及び水素水流量計測装置３３の他端にエルボ継手４４が配設され、これらが一体に組み付けられることで一つのユニット体が形成されている。そして、このユニット体では、原料水圧力計測装置３１、水素ガス流量調整装置３２、及び水素水流量計測装置３３がそれぞれ平面状に配置されるようにして組み付けられている（図３及び図４参照）。

上述したユニット体は、固定ブラケット４５・４６を介して筐体１０に着脱可能に取り付けられる。固定ブラケット４５・４６は、固定ブラケット４５が水素ガス流量調整装置３２と着脱可能に連結され、固定ブラケット４６が水素水流量計測装置３３と着脱可能に連結される。固定ブラケット４５・４６が筐体１０に対して上下方向、前後方向（図１の左右方向）、及び左右方向（図３の左右方向）に沿ってスライド変形されることで、筐体１０に対するユニット体（の各装置）の相対位置が変更可能とされている。

筐体１０におけるユニット体の配置構成としては、筐体１０の前後方向（図３の左右方向）に沿ってエジェクタ装置３０が配置され、エジェクタ装置３０の後方に原料水圧力計測装置３１が配置され、エジェクタ装置３０よりも筐体１０の中央位置後方に水素ガス流量調整装置３２が配置され、エジェクタ装置３０の前方で筐体１０の左右方向（図１の左右方向）に沿って水素水流量計測装置３３がそれぞれ配設される。そして、原料水圧力計測装置３１が上下方向に屈曲されたフレキシブル管３５と接続され、水素ガス流量調整装置３２が上下方向に屈曲されたフレキシブル管３９と接続されている。

ユニット体の配置構成において、エジェクタ装置３０がエルボ継手４２を介して水素ガス流量調整装置３２と接続されるため、ユニット体を筐体１０の左右方向に対してコンパクトに形成でき、また、水素水流量計測装置３３の両端にエルボ継手４３・４４が接続されるため、同様にユニット体を筐体１０の左右方向に対してコンパクトに形成できるように構成されている。さらに、ユニット体の両端がフレキシブル管３５・３９と接続されるため、筐体１０の前後方向に対してコンパクトに形成できるように構成されている。

以上のように、本実施例の水素水製造装置１は、エジェクタ効果により原料水に水素ガスを混合させた混合流体を生成し、該混合流体を多孔質要素３０ｆに通過させることで水素ガスの微細気泡を含有する水素水を連続して製造する三方管状のエジェクタ装置３０を有してなる水素水製造部３を具備してなり、直方体状の筐体１０内部に収容されて構成される水素水製造装置１において、水素水製造部３は、エジェクタ装置３０の原料水供給口３０ａに連続される原料水圧力計測装置３１と、エジェクタ装置３０の水素ガス供給口３０ｂに連続される水素ガス流量調整装置３２と、エジェクタ装置３０の水素水排出口３０ｃに連続される水素水流量計測装置３３と、を有してなり、原料水圧力計測装置３１、水素ガス流量調整装置３２、及び水素水流量計測装置３３は、それぞれ平面状に配置されるようにしてエジェクタ装置３０に組み付けられ、一体として筐体１０に着脱可能に取り付けられるため、筐体１０への取り付け性を改善してメンテナンスの作業性を向上できる。

すなわち、本実施例の水素水製造装置１では、エジェクタ装置３０及びその他の装置（原料水圧力計測装置３１、水素ガス流量調整装置３２、及び水素水流量計測装置３３）が平面状に配置されるようにして組み付けられるため、例えば、メンテナンス作業にて一端取り外された各装置を再び筐体１０に取り付ける際等であっても、各装置の上下方向位置（向き）を確認しながらそれぞれを位置決めする必要がなく、一体として筐体１０に取り付けることができるため、筐体１０への取り付け作業が容易となり、メンテナンスの作業性を向上できるのである。

特に、本実施例の水素水製造装置１では、原料水圧力計測装置３１、水素ガス流量調整装置３２、及び水素水流量計測装置３３が、エジェクタ装置３０とともに筐体１０に対する相対位置を変更可能な固定ブラケット４５・４６を介して取り付けられるため、筐体１０に取り付ける際の微調整が可能となり、筐体１０への取り付け作業がより容易となる。

また、水素ガス流量調整装置３２及び水素水流量計測装置３３が、直角に屈曲形成されたエルボ継手４２・４３を介してエジェクタ装置３０に組み付けられるため、配管類の取り回しのスペースを省略して、筐体１０の左右方向又は前後方向に対して水素水製造部３をよりコンパクトに形成でき、装置の小型化を図ることができる。

また、水素水製造部３が、原料水圧力計測装置３１に接続される原料水供給路、及び水素ガス流量調整装置３２に接続される水素水排出路として屈曲自在のフレキシブル管３５・３９が用いられるため、配管類の取り回しのスペースを省略して水素水製造部３をよりコンパクトに形成でき、装置の小型化を図ることができる。

また、水素水製造部３が、筐体１０内部の下部空間１０ｂに配設され、水素水製造部３と電力供給可能に接続される運転制御部２が筐体１０内部の上部空間１０ａに配設されるため、装置を上下方向に小型化できるとともに、水素水製造部３にて漏水した水（原料水又は水素水）が運転制御部２に侵入するのを防止することができる。

なお、水素水製造装置１の構成としては、上述した実施例に限定されず、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

すなわち、上述した実施例の水素水製造装置１では、水素水製造部３において水素ガス流量調整装置３２及び水素水流量計測装置３３が、直角に屈曲形成されたエルボ継手４２・４３を介してエジェクタ装置３０に組み付けられる構成について説明したが、かかるエルボ継手の配置構成はこれに限定されず、原料水圧力計測装置３１、水素ガス流量調整装置３２、及び水素水流量計測装置３３のうち少なくとも一つがエルボ継手を介してエジェクタ装置３０に組み付けられればよく、水素水製造部３のコンパクト化と装置の小型化を目的として適宜配置することができる。

また、上述した実施例の水素水製造部３において、原料水供給路（フレキシブル管３５）には、その他に、原料水に含まれる遊離残留塩素や鉛等を取り除くための浄水カートリッジが配設されてもよい。浄水カートリッジとしては、公知の構成を採用することができるが、例えば、活性炭を包含するカーボンフィルタや、ミネラルセラミックスや、天然鉱石を包含するミネラルフィルタなどが好ましく用いられる。

１ 水素水製造装置
２ 運転制御部
３ 水素水製造部
１０ 筐体
１０ａ 上部空間
１０ｂ 下部空間
３０ エジェクタ装置
３０ａ 原料水供給口
３０ｂ 水素ガス供給口
３０ｃ 水素水排出口
３１ 原料水圧力計測装置（原料水用計測部材）
３１ａ 原料水用圧力計
３１ｂ 圧力計継手
３２ 水素ガス流量調整装置（水素ガス用計測部材）
３２ａ 水素ガス用流量検出センサ
３２ｂ 流量調整弁
３３ 水素水流量計測装置（水素水用計測部材）
３３ａ 水素水用流量検出センサ
３３ｂ 水素水用流量計
４１ エルボ継手
４２ エルボ継手
４３ エルボ継手
４４ エルボ継手
４５ 固定ブラケット
４６ 固定ブラケット

Claims (4)

1. エジェクタ効果により原料水に水素ガスを混合させた混合流体を生成し、該混合流体を多孔質要素に通過させることで水素ガスの微細気泡を含有する水素水を連続して製造する三方管状のエジェクタ装置を有してなる水素水製造部を具備してなり、直方体状の筐体内部に収容されて構成される水素水製造装置において、
   前記水素水製造部は、
   前記エジェクタ装置の原料水供給口に連続される原料水圧力計測部材と、
   前記エジェクタ装置の水素ガス供給口に連続される水素ガス流量調整部材と、
   前記エジェクタ装置の水素水排出口に連続される水素水流量計測部材と、
   を有してなり、
   上下に区画された筐体内部の下部空間に配設され、
   前記原料水圧力計測部材、前記水素ガス流量調整部材、及び前記水素水流量計測部材が、平面状に延出される配管及び継手部材を介して前記エジェクタ装置に組み付けられ、前記配管及び継手部材とともに前記エジェクタ装置と一体として筐体に対する上下位置及び水平位置を変更可能な固定ブラケットに着脱可能に取り付けられる、
   ことを特徴とする水素水製造装置。
2. 前記原料水圧力計測部材、前記水素ガス流量調整部材、及び前記水素水流量計測部材のうち少なくとも一つは、直角に屈曲形成されたエルボ継手を介して前記エジェクタ装置に組み付けられる請求項１に記載の水素水製造装置。
3. 前記水素水製造部は、前記原料水圧力計測部材に接続される原料水供給路、及び前記水素水流量計測部材に接続される水素水排出路として屈曲自在のフレキシブル管が用いられる請求項１又は請求項２に記載の水素水製造装置。
4. 前記水素水製造部は、前記水素水製造部と電力供給可能に接続される運転制御部が筐体内部の上部空間に配設される請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の水素水製造装置。

Images