JP7116456B2

JP7116456B2 - 水素水供給装置

Info

Publication number: JP7116456B2
Application number: JP2016183066A
Authority: JP
Inventors: 勇人中尾
Original assignee: 株式会社スイソサム
Priority date: 2016-09-20
Filing date: 2016-09-20
Publication date: 2022-08-10
Anticipated expiration: 2036-09-20
Also published as: JP2018047402A

Description

本発明は、供給源から供給された水を水素水生成器で電気分解して生成した水素を含有する水素水を供給口から供給する水素水供給装置に関するものである。

従来より、水素を含有させた水素水は、活性酸素を還元させる作用などのように人体に好影響を及ぼす作用を有することが確認されている。この水素水を家庭内やオフィス内で供給する装置として出願人は水素水供給装置の開発を行っている（たとえば、特許文献１参照。）。

従来の水素水供給装置では、水の供給源と水素水の供給口とを流路で接続し、流路にポンプ、水素水生成器、減圧弁を上流側から順に介設した構成としている。

そして、水素水供給装置では、供給源から供給された水を水素水生成器で電気分解することによって、水素を含有する水素水と酸素を含有する酸素水とを生成し、水素水だけを供給口から供給するようにしている。

特開２０１４－１６６６０９号公報

上記従来の水素水供給装置においては、水素を含有する水素水を良好に生成することができるが、より多くの水素を含有した高濃度の水素水を大量に提供できるようにすることが課題となっている。

そこで、請求項１に係る本発明では、供給源から供給された水を水素水生成器で電気分解することによって生成された水素を含有する水素水を供給口から供給する水素水供給装置において、供給源から水が供給される水素水生成器の内部を隔膜で陰極側処理空間と陽極側処理空間とに区画するとともに、陽極側処理空間の上流側に流量調整弁を設け、流量調整弁によって供給源から供給される水を陽極側処理空間よりも陰極側処理空間に多く供給するように制御し、陰極側処理空間の下流側でヒーターの下流側に開閉バルブを設けるとともにヒーターの上流側に圧力調整弁を設け、圧力調整弁によって水素水に含有される水素の濃度を調整するように制御することにした。

また、請求項２に係る本発明では、前記請求項１に係る本発明において、前記水素水生成器を並列に接続し、各水素水生成器に前記流量調整弁と圧力調整弁とを設けて、それぞれの水素水生成器を個別に制御することにした。

そして、本発明では、以下に記載する効果を奏する。

すなわち、本発明では、供給源から供給された水を水素水生成器で電気分解することによって生成された水素を含有する水素水を供給口から供給する水素水供給装置において、供給源から水が供給される水素水生成器の内部を隔膜で陰極側処理空間と陽極側処理空間とに区画するとともに、陽極側処理空間の上流側に流量調整弁を設け、流量調整弁によって供給源から供給される水を陽極側処理空間よりも陰極側処理空間に多く供給するように制御することにしているために、供給源から供給される水からより多くの水素水を生成することができるので、大量の水素水を供給することができる。

特に、前記陰極側処理空間の下流側に圧力調整弁を設け、圧力調整弁によって水素水に含有される水素の濃度を調整するように制御することにした場合には、水素の発生を促進することができるので、高濃度の水素水を大量に供給することができる。

本発明に係る水素水供給装置を示す説明図。水素水生成器を示す斜視図。同水平断面図（（ａ）下側水平断面図、（ｂ）上側水平断面図）。同垂直断面図（（ａ）左側垂直断面図、（ｂ）右側垂直断面図）。容器の内側から見た連通路を示す正面図。陽電極板を示す正面図。

以下に、本発明に係る水素水供給装置の具体的な構成について図面を参照しながら説明する。

図１（ａ）に示すように、水素水供給装置１は、水（たとえば、水道水）の供給源Ｓと水素水の供給口Ｅとの間をワンパス型の流路Ｒで接続している。なお、供給源Ｓは、水を供給することができればよく、上水道に設けられた蛇口でもよく、水を一時的に貯留するタンクなどであってもよい。

流路Ｒには、減圧弁ＤとフィルターＦとポンプＰと水素水生成器ＣとヒーターＨと開閉バルブＢとが上流側から順に設けられている。すなわち、水素水供給装置１は、供給源Ｓに減圧弁Ｄを接続し、減圧弁Ｄの下流側にフィルターＦを接続し、フィルターＦの下流側にポンプＰを接続し、ポンプＰの下流側に水素水生成器Ｃを接続し、水素水生成器Ｃの下流側にヒーターＨを接続し、ヒーターＨの下流側に開閉バルブＢを接続し、開閉バルブＢの下流側に供給口Ｅを接続した構成となっている。

そして、水素水供給装置１では、ポンプＰを駆動すると、供給源Ｓから供給された水が、減圧弁Ｄで一定の水圧となり、フィルターＦで不純物が除去され、水素水生成器Ｃへと供給される。水素水生成器Ｃの内部では、以下に説明するように水を電気分解することで水素水を生成する。生成された水素水は、ヒーターＨで適温に加熱（冷却）され、供給口Ｅから供給される。なお、水素水生成器Ｃでは、水素水とともに酸素水も同時に生成される。生成された酸素水は、排出口Ｏから排出される。

水素水を生成する水素水生成器Ｃは、図２～図６に示すように、中空箱型形状の容器２の内部に水の電気分解を行うための処理空間を形成している。容器２は、前側容器３と後側容器４とで構成している。前側容器３は、前側左下部に前後に貫通する水の流入口５を形成するとともに、前側右上部に前後に貫通する水素水（水及び水素）の流出口６を形成している。後側容器４は、後側右下部に前後に貫通する水の流入口７を形成するとともに、後側左上部に前後に貫通する酸素水（水及び酸素）の流出口８を形成している。なお、図１に示すように、流入口5,7には供給源Ｓが連通されており、流出口６には供給口Ｅが連通されており、流出口８には排水口Ｏが連通されている。

この容器２の内部に形成された処理空間には、矩形板状の隔膜９（イオン交換樹脂膜）が収容されており、隔膜９を用いて処理空間を隔膜９よりも前側の陰極側処理空間10と隔膜９よりも後側の陽極側処理空間11とに前後に区画している。陰極側処理空間10は、前側容器３の後側（内側）と隔膜９の前側との間に形成され、陽極側処理空間11は、後側容器４の前側（内側）と隔膜９の後側との間に形成される。

陰極側処理空間10には、矩形板状の陰電極板12が隔膜９と密着して収容されており、前側容器３の後側（内側）と陰電極板12との間に流入口５から流出口６に向かって水が流れる連通路13が形成されている。また、陽極側処理空間11には、矩形板状の陽電極板14が隔膜９と密着して収容されており、後側容器４の前側（内側）と陽電極板14との間に流入口７から流出口８に向かって水が流れる連通路15が形成されている。なお、陰電極板12には電源（図示省略）の陰極が接続され、陽電極板14には、電源（図示省略）の陽極が接続されている。

陰電極板12及び陽電極板14には、前後に貫通する複数の連通孔16,17が形成されている。連通孔16,17は、連通路13,15と隔膜９とを連通させている。また、連通孔16,17は、水平方向に伸延する（鉛直方向よりも水平方向に長く伸びた）長孔形状となっている。なお、陰電極板12と陽電極板14とは、隔膜９を挟んで連通孔16,17の位置が一致しないように対向させて配置して水素イオンが隔膜９を透過しやすくしているが、連通孔16,17の位置が一致するように対向させて電気抵抗（消費電力）を低減させるようにしてもよい。

連通路13,15は、前側容器３の後側（内側）及び後側容器４の前側（内側）に水平方向に伸延させた突起18,19を形成することで流入口5,7から流出口6,8へ向かって陰電極板12及び陽電極板14の全面に沿って蛇行させている。これにより、連通路13,15は、水平方向に向かって伸延する水平通路20,21と鉛直方向に向かって伸延する鉛直通路22,23とが交互に接続された状態となっている。そして、鉛直流路22,23の幅（左右幅）は、水平通路20,21の幅（上下幅）よりも狭くして、鉛直流路22,23において一時的に流速が増加するようにしている。

水素水生成器Ｃは、以上に説明したように構成しており、陰電極板12と陽電極板14に電源（図示省略）を接続して直流電圧を印加した状態で流入口5,7から水（水道水等）を流入させると、処理空間の内部で水が電気分解される。そして、陽電極側処理空間11では、陽電極板14の表面で水が酸素と水素イオンとに分解され、陽電極板14において発生した酸素を含んだ水（酸素水）が流出口８から流出される。一方、陰電極側処理空間10では、陽電極板14の表面で発生した水素イオンが隔膜９を介して陰電極板12に透過し、陰電極板12において電子と結合して水素が発生し、その水素を含んだ水（水素水）が流出口６から流出される。

上記水素水供給装置１では、図１（ａ）に示すように、ポンプＰよりも下流側の流路Ｒを、陰極側処理空間10の流入口５に連通する陰極側流路R1と、陽極側処理空間11の流入口７に連通する陽極側流路R2とに分岐し、陽極側流路R2だけに流量調整弁B1を設けている。また、上記水素水供給装置１では、陰極側処理空間10の流出口６と供給口E（ヒーターH及び開閉バルブB）との間だけに圧力調整弁B2を設けている。流量調整弁B1や圧力調整弁B2は、制御装置（コンピューター）によって制御される。

そして、水素水供給装置１は、流量調整弁B1を全開させると、供給源Ｓから陰極側処理空間10と陽極側処理空間11とに等量の水が供給され、水素水生成器Ｃで等量の水素水と酸素水とが生成される。そのため、水素水供給装置１は、流量調整弁B1を全開から全閉側に徐々に絞り込む制御を行うことによって、供給源Ｓから陰極側処理空間10に流入する水量が陽極側処理空間11に流入する水量よりも多くなり、水素水生成器Ｃで酸素水よりも多量の水素水を生成することができる。

また、水素水供給装置１は、流量調整弁B1によって供給源Sから陰極側処理空間10への流水量を増大させると、それに応じて陰極側処理空間10の内部の流速が増大するとともに内部の圧力が減少する。このように、陰極側処理空間10の内部の圧力が減少すると、水素の飽和濃度が低下するとともに、陰電極板12から水素が剥離しにくくなり、水素水の水素濃度が低下する。そこで、水素水供給装置１では、圧力調整弁B2を絞り込む制御を行うことによって、陰極側処理空間10の内部の圧力を増大させることができ、それに伴って、水素の発生が促進され、水素水の水素濃度を増大させることができる。

なお、水素水供給装置１は、水素水生成器Ｃの能力（水素水の最大生成量）に限界があるため、大量の水素水を供給するために、図１（ｂ）に示すように、水素水生成器Ｃを並列に接続してもよい。この場合には、各水素水生成器Ｃに流量調整弁B1と圧力調整弁B2とを設けてそれぞれの水素水生成器Ｃを個別に制御するのが好ましい。

以上に説明したように、上記水素水供給装置１は、供給源Sから水が供給される水素水生成器Cの内部を隔膜９で陰極側処理空間10と陽極側処理空間11とに区画するとともに、陽極側処理空間11の上流側に流量調整弁B1を設け、流量調整弁B1によって供給源Sから供給される水を陽極側処理空間11よりも陰極側処理空間10に多く供給するように制御する構成となっている。

そのため、上記水素水供給装置１では、供給源Sから供給される水からより多くの水素水を生成することができるので、大量の水素水を供給することができる。

また、上記水素水供給装置１は、陰極側処理空間10の下流側に圧力調整弁B2を設け、圧力調整弁B2によって水素水に含有される水素の濃度を調整するように制御する構成となっている。

そのため、上記水素水供給装置１では、水素の発生を促進することができるので、高濃度の水素水を大量に供給することができる。

上記水素水供給装置１は、高濃度の水素水を多量に供給することができるものであり、飲料のために水素水を提供する場合に使用することができるだけでなく、パンの製造等の調理用の水として用いるために水素水を提供する場合や、水耕栽培等の植物の栽培に用いるために水素水を提供する場合や、養殖や畜産などの動物の飼育に用いるために水素水を提供する場合などにも使用することができる。

１水素水供給装置２容器
３前側容器４後側容器
５流入口６流出口
７流入口８流出口
９隔膜 10 陰極側処理空間
11 陽極側処理空間 12 陰電極板
13 連通路 14 陽電極板
15 連通路 16,17 連通孔
18,19 突起 20,21 水平通路
22,23 鉛直流路Ｃ水素水生成器
Ｓ供給源Ｄ減圧弁
ＦフィルターＰポンプ
Ｅ供給口Ｏ排出口
Ｂ開閉バルブＨヒーター
B1 流量調整弁 B2 圧力調整弁
Ｒ流路 R1 陰極側流路
R2 陽極側流路

Claims

供給源から供給された水を水素水生成器で電気分解することによって生成された水素を含有する水素水を供給口から供給する水素水供給装置において、
供給源から水が供給される水素水生成器の内部を隔膜で陰極側処理空間と陽極側処理空間とに区画するとともに、陽極側処理空間の上流側に流量調整弁を設け、流量調整弁によって供給源から供給される水を陽極側処理空間よりも陰極側処理空間に多く供給するように制御し、
陰極側処理空間の下流側でヒーターの下流側に開閉バルブを設けるとともにヒーターの上流側に圧力調整弁を設け、圧力調整弁によって水素水に含有される水素の濃度を調整するように制御することを特徴とする水素水供給装置。
前記水素水生成器を並列に接続し、各水素水生成器に前記流量調整弁と圧力調整弁とを設けて、それぞれの水素水生成器を個別に制御することを特徴とする請求項１に記載の水素水供給装置。