JP6760814B2 - 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、電気分解によってアルカリイオン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）。近年、上記アルカリイオン水は、電気分解に伴って生成された水素が溶け込むことから水素水とも称されている。

上記特許文献１に開示されている電解水生成装置は、ユーザーの要求に応じて水を電気分解し、生成された水素水を供給する構成である。このため、溶存水素濃度の安定した水素水が提供されるまで待機することが必要な場合がある。従って、上記待機の時間を短くすることが検討されている。

そこで、電解槽等の電解手段によって生成された電解水をタンクに貯え、随時提供可能とした水素水サーバーが本願発明者らによって提案されている。この水素水サーバーでは、タンク内の水素水が消費されると、電気分解前の原水がタンクに補充される。そして、タンク内の水が流入する電解手段には電気分解のための電解電流が供給され、水素水が生成される。

図８は、上記水素水サーバーにて提案されているタンクへの給水量、電解手段に供給される電解電流及びタンク内の水の溶存水素濃度の関係を時系列で示している。同図では、タンク内に水が残留していない空の状態から示されている。

図８では、（ｃ）に示されるように、空のタンクに原水が供給された当初の水の溶存水素濃度をゼロとしている。（ｂ）に示されるように、電解電流は、一定の間隔を隔てて間欠的に供給される。すなわち、電解電流の供給と遮断とは、一定の周期で繰り返され、例えば、数分間電解電流が供給された後、数分間電解電流が遮断される。このような間欠的に供給される電解電流によって、タンク内の水の溶存水素濃度を維持しながら水素水の提供に備えて待機している水素水サーバーの消費電力の低減を図ることが可能となる。

水素水サーバーは、その運用時間の大半は、タンク内の水の溶存水素濃度を維持しながら待機する待機状態にある。従って、上記間欠的に供給される電解電流のデューティ比は、上記待機状態にある水素水サーバーの消費電力を考慮して決定されるのが望ましく、例えば、図８では５０％のデューティ比が提案されている。

しかしながら、一定の周期で電解電流の供給と遮断と繰り返される水素水サーバーにあっては、図８（ｂ）に示されるように、水素水を生成している状態での溶存水素濃度の上昇が緩やかとなり、タンクへの給水完了から溶存水素濃度が飽和に達するまでに長時間を要することから、さらなる改良が期待されている。

また、上述した待機状態にある水素水サーバーでは、溶存水素濃度が飽和した後も電解電流の供給が継続されることがあるため、水素水サーバーの消費電力の低減にさらなる改良の余地があった。

特開２００３−２７５７６３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、タンク内の水の溶存水素濃度を短時間に高めつつ、消費電力の小さい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、供給された水を貯えるタンクと、前記タンクに貯えられている水を電気分解し、前記タンク内の前記水の溶存水素濃度を高める電解手段と、前記電解手段に電気分解のための電解電流を供給する電流供給手段と、複数のモードで前記電流供給手段を制御する制御手段とを備え、前記モードは、前記電流供給手段が前記電解電流を継続的に供給する第１モード及び前記電流供給手段が前記電解電流を間欠的に供給する第２モードを含み、前記制御手段は、前記タンクに電気分解前の原水が供給されたとき、前記モードを一時的に前記第１モードとすることにより前記タンク内の溶存水素濃度を高めた後、前記モードを前記第２モードに切り替えて、前記タンク内の溶存水素濃度を維持することを特徴とする。

本発明に係る前記水素水サーバーにおいて、前記制御手段は、前記水の溶存水素濃度が飽和状態にないとき、前記第１モードで前記電流供給手段を制御し、前記水の溶存水素濃度が飽和状態にあるとき、前記第２モードで前記電流供給手段を制御することが望ましい。

本発明に係る前記水素水サーバーにおいて、前記タンク内の水量を検出する水量検出手段と、前記水量に基づいて、前記原水を供給する原水供給手段とさらに備え、前記制御手段は、前記原水の供給量に応じて、前記第１モードで前記電解電流を継続的に供給する時間を設定することが望ましい。

本発明に係る前記水素水サーバーにおいて、前記第２モードでの前記電解電流のデューティー比は、可変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、前記第２モードでの前記電解電流の大きさは、可変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、前記第２モードでの前記電解電流は、前記第１モードでの前記電解電流よりも小さいことが望ましい。

本発明の水素水サーバーによれば、制御手段は、電解電流を継続的に供給する第１モード及び電解電流を間欠的に供給する第２モードを含む複数のモードで、電流供給手段を制御する。タンクに電気分解前の原水が供給されたとき、制御手段は、モードを一時的に第１モードとすることによりタンク内の溶存水素濃度が短時間で高められる。そして、溶存水素濃度が高められた後、制御手段は、モードを第２モードに切り替えて、タンク内の溶存水素濃度を維持する。この第２モードでは、電解電流の供給が間欠的となるため、水素水サーバーの消費電力の低減を図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の水素水サーバーで、タンク内の水の溶存水素濃度を高める第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の水素水サーバーで、水素水を吐出する第２モードでの各部の動作及び水の流れを示す図である。 電解モードでの水素水サーバーにおけるタンクへの給水量、電解槽に供給される電解電流及びタンク内の水の溶存水素濃度の関係を時系列で示すグラフである。 電解モードから吐水モードに移行した後、電解モードに復帰する水素水サーバーのタンクへの給水量、電解槽に供給される電解電流及びタンク内の水の溶存水素濃度の関係を時系列で示すグラフである。 図５における電解槽に供給される電解電流の変形例を示すグラフである。 従来提案されている水素水サーバーにおけるタンクへの給水量、電解槽に供給される電解電流及びタンク内の水の溶存水素濃度の関係を時系列で示すグラフである。

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。これにより、タンク３内の水の溶存水素濃度が高められる。

電解槽４は、電解手段として機能する。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出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。

本実施形態の水素水サーバー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、高い溶存水素濃度の水素水を随時提供することが可能となる。

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手段６と、陽極給電体４１及び陰極給電体４２に電解電流を供給する電流供給手段６１とを備えている。電流供給手段６１は、制御手段６に統合されていてもよい。

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手段６に出力する。

制御手段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と電流供給手段６１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と電流供給手段６１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手段６に出力する。

制御手段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、電流供給手段６１が陽極給電体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、電流供給手段６１が陽極給電体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、制御手段６は、上記電圧を減少させ、電解電流Ｉが過小である場合、制御手段６は、上記電圧を増加させる。これにより、電流供給手段６１が陽極給電体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。

制御手段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。入水弁２１は、浄水フィルター２の上流に配され、浄水フィルター２及びタンク３に電気分解前の原水を供給する原水供給手段として機能する。図１に示されるように、本実施形態の水量センサー３１は、タンク３の内側面に設けられている。水量センサー３１は、タンク３内の貯水量に対応する電気信号を制御手段６に出力する。

制御手段６は、水量センサー３１から入力される電気信号に応じて、入水弁２１を制御する。例えば、タンク３に貯えられた水素水が消費され、タンク３内の水位が低下すると、制御手段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を開放し、入水経路１１からタンク３に水が補充される。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。

水素水の循環にあたって、制御手段６は、ポンプ２２の駆動電圧を制御する。このとき、制御手段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。さらに制御手段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。

本発明の水素水サーバー１では、制御手段６は、電解電流Ｉを継続的に供給する「第１モード」及び電解電流Ｉを間欠的に供給する「第２モード」を含む複数のモードで、電流供給手段６１を制御する。タンク３に電気分解前の原水が供給されたとき、制御手段６は、モードを一時的に第１モードとすることによりタンク３内の溶存水素濃度が短時間で高められる。そして、溶存水素濃度が高められた後、制御手段６は、モードを第２モードに切り替えて、タンク３内の溶存水素濃度を維持する。この第２モードでは、電解電流Ｉの供給が間欠的となるため、水素水サーバー１の消費電力の低減を図ることが可能となる。

本実施形態では、タンク３内の水の溶存水素濃度が飽和状態にないとき、制御手段６は、第１モードで電流供給手段６１を制御して、溶存水素濃度を迅速に高める。一方、水の溶存水素濃度が飽和状態にあるとき、制御手段６は、第２モードで電流供給手段６１を制御して溶存水素濃度を飽和に近い状態に維持する。タンク３内の水の溶存水素濃度が十分に飽和状態に近づいたとき、第１モードから第２モードに切り替えられてもよい。

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「電解モード」と、タンク３に貯えられた水素水を吐水経路１３から吐出する「吐水モード」とを有する。上記第１モード及び第２モードは、電解モードに含まれる。吐水モードでは、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で溶存水素濃度が高められた水素水が吐水経路１３から吐出されてもよい。

本実施形態では、電解モード及び吐水モードで陽極給電体４１及び陰極給電体４２に供給される電解電流は、制御手段６によって制御される。

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手段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、電解モードでは、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、吐水モードでは、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、制御手段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、電解モードにおいて、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、制御手段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、制御手段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、制御手段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、タンク３内の水の溶存水素濃度を高める電解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においても同様とする）。電解モードでは、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。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、電解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、タンク３に貯えられた水素水を吐水経路１３から吐出する吐水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。吐水モードでは、図３に示される電解モードの状態から、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、吐水モードでは、タンク３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から吐出される。

タンク３、電解槽４及び循環経路１２内の水は、定期的（例えば、１日に一回の頻度が望ましい）に入れ替えられる。水の入れ替えは、排水弁２６を開放して、タンク３等内の水を排水経路１４から排出した後、排水弁２６を閉じ、入水弁２１を開放することにより実施される。これに伴い、空のタンク３に原水が供給される。

図５は、電解モードでの水素水サーバー１におけるタンク３への給水量、陽極給電体４１及び陰極給電体４２に供給される電解電流Ｉ及びタンク３内の水の溶存水素濃度の関係を時系列で示している。同図では、タンク３内に水が残留していない空の状態から、水素水が生成される生成状態を経て、水素水サーバー１が待機状態に移行するまでの上記給水量、電解電流Ｉ及び溶存水素濃度が、横軸の時間を揃えて示されている。

図５（ｃ）に示されるように（図８（ｃ）と同様に）、空のタンク３に原水が供給された当初の水の溶存水素濃度は、ゼロである。

タンク３に原水が供給され、ポンプ２２の駆動により、電解槽４に水が満たされた後、制御手段６は、電流供給手段６１を制御して、陽極給電体４１及び陰極給電体４２に電解電流Ｉを供給する。これに伴い、電解槽４で水の電気分解が開始され、水素水が生成される。この生成状態では、制御手段６は、第１モードで電流供給手段６１を制御して、陽極給電体４１及び陰極給電体４２に電解電流Ｉを継続的に供給する。これにより、溶存水素濃度を迅速に高めることが可能となる。第１モードは、溶存水素濃度が飽和に達するまで、又は飽和に十分に近づくまで継続される。

図５において、タンク３内の水の溶存水素濃度が飽和に達するまでの時間、すなわち、第１モードで電解電流Ｉを継続的に供給する時間は、タンク３、電解槽４を含む循環経路１２の容量及び電解電流等に依存する。第１モードで電解電流Ｉを継続的に供給する時間は、計算又は実験等により知得することができる。

なお、タンク３内の水の溶存水素濃度は、例えば、原水の供給量と陽極給電体４１及び陰極給電体４２に供給される電解電流Ｉの時間積分値に基づいて、制御手段６によって随時計算されてもよい。上記原水の供給量は、入水弁２１の開度及び開放時間に基づいて計算されてもよい。

一方、溶存水素濃度が飽和値に達すると、制御手段６は、電流供給手段６１を制御して、陽極給電体４１及び陰極給電体４２への電解電流Ｉの供給を一時的に停止して待機状態に移行する。これにより、タンク３内の水素水の溶存水素濃度は、徐々に低下する。そこで、待機状態の水素水サーバー１では、制御手段６が、第２モードで電流供給手段６１を制御して、陽極給電体４１及び陰極給電体４２に電解電流Ｉを間欠的に供給する。これにより、タンク３内の水素水の溶存水素濃度は、高く維持される。

第２モードで待機状態にある水素水サーバー１において、間欠的に供給される電解電流Ｉは、タンク３内の水素水の溶存水素濃度を維持できる程度であればよい。従って、電解電流Ｉを間欠的に供給する時間、すなわち、電解電流Ｉのデューティ比を小さく設定することが可能となる。例えば、図５の待機状態における電解電流Ｉのデューティ比は、図８における電解電流Ｉのデューティ比よりも小さく設定されている。これにより、陽極給電体４１及び陰極給電体４２に供給される電解電流Ｉが制限されるので、溶存水素濃度の維持に必要な電力が抑制され、水素水サーバー１の消費電力の低減を図ることが可能となる。

電解モードにおいて、制御手段６は、陽極給電体４１及び陰極給電体４２への電解電流Ｉの供給と同期するように、ポンプ２２を駆動する。従って、上述したデューティ比で電解電流Ｉを供給することにより、ポンプ２２の駆動に必要な電力を抑制すると共に、ポンプ２２の可動部分の摩耗を抑制し、耐久性能を高めることが可能となる。さらに、ポンプ２２の駆動音を抑制し、水素水サーバー１の低騒音化を図ることができる。

図６は、電解モードから、水素水を吐出する吐水モードに移行した後、電解モードに復帰する水素水サーバー１のタンク３への給水量、陽極給電体４１及び陰極給電体４２に供給される電解電流Ｉ及びタンク３内の水の溶存水素濃度の関係を時系列で示している。同図では、水素水サーバー１の待機状態から、タンク３内の水素水が消費された後、原水の補給と電気分解を経て、再び待機状態に復帰するまでの、上記給水量、電解電流Ｉ及び溶存水素濃度が横軸の時間を揃えて示されている。

図６に示されるように、電解モードのうち第２モードで待機状態にある水素水サーバー１において、吐水モードで水素水が消費されると、図６（ａ）に示されるように、入水弁２１が開放され、原水が補給される。これに伴い、図６（ｃ）に示されるように、タンク３内の水の溶存水素濃度が低下する。そこで、制御手段６は、水素水サーバー１の待機状態を一時的に解除して、水素水を生成する生成状態とする。

この生成状態では、図５に示される生成状態と同様に、制御手段６は、第１モードで電流供給手段６１を制御して、陽極給電体４１及び陰極給電体４２に電解電流Ｉを継続的に供給する。これにより、溶存水素濃度を迅速に高めることが可能となり、短時間で再び待機状態に復帰する。そして、待機状態の水素水サーバー１では、制御手段６が、第２モードで電流供給手段６１を制御して、陽極給電体４１及び陰極給電体４２に電解電流Ｉを間欠的に供給する。これにより、タンク３内の水素水の溶存水素濃度は、高く維持される。

図６において、第１モードで電解電流Ｉを継続的に供給する時間は、給水後のタンク３内の水の溶存水素濃度、すなわちタンク３への原水の給水量及び電解電流等に依存する。本実施形態では、制御手段６は、入水弁２１の開度及び開放時間に基づいて、タンク３への原水の供給量を計算し、その供給量に基づいて第１モードで電解電流Ｉを継続的に供給する時間を計算し設定する。これにより、第１モードから第２モードに移行するタイミングが適切となり、溶存水素濃度を迅速に高めつつ、水素水サーバー１の消費電力を低減することが可能となる。

電気分解中のタンク３内の水の溶存水素濃度は、電解電流Ｉの時間積分値に依存する。本実施形態では、制御手段６は、電解電流Ｉの時間積分値に基づいてタンク３内の水の溶存水素濃度を計算してもよい。これにより、制御手段６は、第１モードで電解電流Ｉを継続的に供給する時間を計算によって知得できる。

図７は、図５に対して、待機状態にある水素水サーバー１における電解電流Ｉを変更した変形例を示している。図７に示されるように、待機状態にある第２モードでの電解電流Ｉは、生成状態にある第１モードでの電解電流Ｉより小さく設定されていてもよい。

電気分解中のタンク３内の水の溶存水素濃度の上昇速度は、電解電流Ｉの大きさの他、タンク３に供給される原水の水質等にも依存する。従って、第１モードで電解電流Ｉを継続的に供給する時間は、ユーザー又は管理者等によって変更可能に構成されるのが望ましい。同様に、第２モードでの電解電流Ｉのデューティー比及び電解電流Ｉの大きさも、ユーザー又は管理者等によって変更可能に構成されるのが望ましい。

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等を殺菌する殺菌モードを有する。殺菌モードでは、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。殺菌モードは、制御手段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。

タンク３には、殺菌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、制御手段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。

制御手段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。

殺菌モードでタンク３等の殺菌に用いられた熱水は、排水経路１４等から排出される。排水弁２６が開放されると、タンク３等の内部の熱水は排出されて、殺菌モードが完了する。

殺菌モードが完了すると、空の状態となっているタンク３に再び原水が供給され、水素水サーバー１は、図５に示される上記電解モードに移行する。水素水サーバー１の以後の動作は、上記と同様である。

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、供給された水を貯えるタンク３と、タンク３内に貯えられている水を電気分解し、タンク３内の水の溶存水素濃度を高める電解槽４と、電解槽４に電気分解のための電解電流Ｉを供給する電流供給手段６１と、電流供給手段６１が電解電流Ｉを継続的に供給する第１モード及び電流供給手段６１が電解電流Ｉを間欠的に供給する第２モードを含む複数のモードで電流供給手段６１を制御する制御手段６とを備え、制御手段６は、タンク３に電気分解前の原水が供給されたとき、モードを一時的に第１モードとすることによりタンク３内の溶存水素濃度を高めた後、モードを第２モードに切り替えて、タンク３内の溶存水素濃度を維持するように構成されていればよい。

例えば、タンク３内の水素水の溶存水素濃度の上限値は、ユーザー又は管理者等によって適宜設定できるように構成されていてもよい。この場合、上記溶存水素濃度の「飽和値」は、「設定値」として読み替えることができる。また、本実施形態では、独立した電解槽４が設けられているが、タンク３内に陽極給電体４１、陰極給電体４２及び隔膜４３が配され、タンク３内で電気分解がなされる形態にも、本発明は適用可能である。

１ 水素水サーバー
３ タンク
４ 電解槽（電解手段）
６ 制御手段
２１ 入水弁（原水供給手段）
６１ 電流供給手段

Claims (8)

1. 供給された水を貯えるタンクと、
   前記タンクに貯えられている水を電気分解し、前記タンク内の前記水の溶存水素濃度を高める電解手段と、
   前記電解手段に電気分解のための電解電流を供給する電流供給手段と、
   複数のモードで前記電流供給手段を制御する制御手段とを備え、
   前記モードは、前記電流供給手段が前記電解電流を継続的に供給する第１モード及び前記電流供給手段が前記電解電流を間欠的に供給する第２モードを含み、
   前記制御手段は、前記タンクに電気分解前の原水が供給されたとき、前記モードを一時的に前記第１モードとすることにより前記タンク内の溶存水素濃度を高めた後、前記モードを前記第２モードに切り替えて、前記タンク内の溶存水素濃度を維持することを特徴とする水素水サーバー。
2. 前記制御手段は、
   前記水の溶存水素濃度が飽和状態にないとき、前記第１モードで前記電流供給手段を制御し、
   前記水の溶存水素濃度が飽和状態にあるとき、前記第２モードで前記電流供給手段を制御する請求項１記載の水素水サーバー。
3. 前記タンク内の水量を検出する水量検出手段と、前記水量に基づいて、前記原水を供給する原水供給手段とさらに備え、
   前記制御手段は、前記原水の供給量に応じて、前記第１モードで前記電解電流を継続的に供給する時間を設定する請求項１又は２に記載の水素水サーバー。
4. 前記第２モードでの前記電解電流のデューティー比は、可変である請求項１乃至３のいずれかに記載の水素水サーバー。
5. 前記第２モードでの前記電解電流の大きさは、可変である請求項１乃至４のいずれかに記載の水素水サーバー。
6. 前記第２モードでの前記電解電流は、前記第１モードでの前記電解電流よりも小さい請求項１乃至５のいずれかに記載の水素水サーバー。
7. 前記制御手段は、前記モードを前記第１モードとすることにより前記タンク内の溶存水素濃度を短時間で高めた後、前記モードを前記第２モードに切り替えて、前記タンク内の溶存水素濃度を維持しつつ消費電力を低減する請求項１乃至６のいずれかに記載の水素水サーバー。
8. 前記タンクと前記電解手段との間で前記水を循環させるためのポンプをさらに備え、
   前記制御手段は、前記電解電流の供給と同期するように、前記ポンプを駆動する請求項１乃至７いずれかに記載の水素水サーバー。
   

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