WO2018074417A1 - 水素水サーバー - Google Patents

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WO2018074417A1
WO2018074417A1 PCT/JP2017/037366 JP2017037366W WO2018074417A1 WO 2018074417 A1 WO2018074417 A1 WO 2018074417A1 JP 2017037366 W JP2017037366 W JP 2017037366W WO 2018074417 A1 WO2018074417 A1 WO 2018074417A1
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WO
WIPO (PCT)
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water
tank
mode
electrolysis
current
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/037366
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
裕志 千谷
Original Assignee
株式会社日本トリム
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社日本トリム filed Critical 株式会社日本トリム
Priority to CN201780057508.7A priority Critical patent/CN109715563B/zh
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods

Definitions

  • the present invention relates to a hydrogen water server that provides hydrogen water generated by electrolysis.
  • an electrolyzed water generating apparatus that generates alkaline ionized water by electrolysis is known (for example, see Patent Document 1).
  • the alkaline ionized water is also referred to as hydrogen water because hydrogen produced by electrolysis dissolves.
  • the electrolyzed water generator disclosed in Patent Document 1 is configured to electrolyze water according to a user's request and supply the generated hydrogen water. For this reason, it may be necessary to wait until hydrogen water with a stable dissolved hydrogen concentration is provided. Therefore, it has been studied to shorten the waiting time.
  • the inventors of the present application have proposed a hydrogen water server that can store electrolyzed water generated by electrolyzing means such as an electrolytic cell in a tank and can provide it as needed.
  • this hydrogen water server when the hydrogen water in the tank is consumed, the raw water before electrolysis is replenished to the tank. Then, an electrolysis current for electrolysis is supplied to the electrolysis means into which the water in the tank flows, and hydrogen water is generated.
  • FIG. 8 shows the relationship between the amount of water supplied to the tank proposed by the hydrogen water server, the electrolysis current supplied to the electrolysis means, and the dissolved hydrogen concentration in the tank in time series. In the figure, it is shown from an empty state where no water remains in the tank.
  • the dissolved hydrogen concentration of the original water when the raw water is supplied to the empty tank is zero.
  • the electrolysis current is intermittently supplied at regular intervals. That is, the supply and interruption of the electrolysis current are repeated at a constant cycle. For example, the electrolysis current is interrupted for several minutes after the electrolysis current is supplied for several minutes.
  • Such an intermittently supplied electrolysis current can reduce the power consumption of the hydrogen water server waiting for provision of hydrogen water while maintaining the dissolved hydrogen concentration of the water in the tank. Become.
  • the hydrogen water server is on standby for most of its operation time while maintaining the dissolved hydrogen concentration in the water in the tank. Accordingly, it is desirable that the duty ratio of the electrolytic current supplied intermittently is determined in consideration of the power consumption of the hydrogen water server in the standby state. For example, a duty ratio of 50% is proposed in FIG. Has been.
  • the supply of electrolysis current may continue even after the dissolved hydrogen concentration is saturated, so there is room for further improvement in reducing the power consumption of the hydrogen water server. .
  • the present invention has been devised in view of the above circumstances, and its main object is to provide a hydrogen water server with low power consumption while increasing the dissolved hydrogen concentration of water in the tank in a short time.
  • the hydrogen water server of the present invention includes a tank for storing supplied water, electrolyzing means for electrolyzing the water stored in the tank and increasing the dissolved hydrogen concentration of the water in the tank, and the electrolyzing means.
  • control means controls the current supply means in the first mode when the dissolved hydrogen concentration of the water is not saturated, and the dissolved hydrogen concentration of the water is saturated. It is desirable to control the current supply means in the second mode.
  • the water amount detecting means for detecting the amount of water stored in the tank, and the raw water supply means for supplying the raw water based on the water storage amount are further provided, and the control means includes the raw water It is desirable to set a time for continuously supplying the electrolytic current in the first mode according to the supply amount of the first current.
  • the duty ratio of the electrolysis current in the second mode is variable.
  • the magnitude of the electrolysis current in the second mode is variable.
  • the electrolysis current in the second mode is smaller than the electrolysis current in the first mode.
  • the control means controls the current supply means in a plurality of modes including the first mode for continuously supplying the electrolysis current and the second mode for intermittently supplying the electrolysis current. .
  • the control means temporarily changes the mode to the first mode, so that the dissolved hydrogen concentration in the tank can be increased in a short time. Then, after the dissolved hydrogen concentration is increased, the control means switches the mode to the second mode and maintains the dissolved hydrogen concentration in the tank. In this second mode, the supply of electrolysis current is intermittent, so that the power consumption of the hydrogen water server can be reduced.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of the hydrogen water server 1 of the present embodiment.
  • the hydrogen water server 1 is a device that stores hydrogen water in which hydrogen is dissolved so that it can be provided as needed.
  • the hydrogen water provided by the hydrogen water server 1 can be used as drinking or cooking water.
  • the hydrogen water server 1 includes a water purification filter 2, a tank 3, and an electrolytic cell 4.
  • the water filter 2 purifies the water supplied to the tank 3.
  • the water purification filter 2 is configured to be replaceable by attaching to and detaching from the main body of the hydrogen water server 1.
  • the water purification filter 2 is provided in the water intake path 11 on the upstream side of the tank 3.
  • Raw water is supplied to the water intake path 11.
  • As the raw water tap water is generally used, but well water, ground water, and the like can be used.
  • the water inlet path 11 has a water inlet valve 21.
  • the water inlet valve 21 controls the amount of water flow to the hydrogen water server 1.
  • the water purification filter 2 of the present embodiment includes a prefilter 2A, a carbon (activated carbon) filter 2B, and a hollow fiber membrane filter 2C.
  • the pre-filter 2A is arranged on the most upstream side, and removes a material of 0.5 ⁇ m or more contained in raw water, for example.
  • the carbon filter 2B is disposed on the downstream side of the prefilter 2A, and removes the substance that has passed through the prefilter 2A by adsorption.
  • the hollow fiber membrane filter 2C is disposed on the downstream side of the carbon filter 2B, and removes, for example, a 0.1 ⁇ m or more substance that has passed through the prefilter 2A and the carbon filter 2B.
  • Tank 3 stores the water that has passed through the water purification filter 2. By appropriately controlling the opening and closing of the water inlet valve 21, the amount of water stored in the tank 3 is optimized.
  • a circulation path 12 is provided between the tank 3 and the electrolytic cell 4.
  • the circulation path 12 is a flow path for circulating water between the tank 3 and the electrolytic cell 4.
  • the water stored in the tank 3 is supplied to the electrolytic cell 4 through the circulation path 12 and electrolyzed, and then returns to the tank 3 through the circulation path 12. Thereby, the dissolved hydrogen concentration of the water in the tank 3 is raised.
  • the electrolytic cell 4 functions as an electrolysis means.
  • the electrolytic cell 4 generates hydrogen water by electrolyzing the water supplied from the tank 3.
  • the electrolytic cell 4 includes an electrolysis chamber 40, an anode power supply 41, a cathode power supply 42, and a diaphragm 43.
  • the electrolysis chamber 40 is divided by a diaphragm 43 into an anode chamber 40A on the anode feeder 41 side and a cathode chamber 40B on the cathode feeder 42 side.
  • anode power supply 41 and the cathode power supply 42 for example, a surface in which a platinum plating layer is formed on the surface of a net-like metal such as an expanded metal made of titanium or the like is applied.
  • a net-like anode power supply 41 and cathode power supply 42 can distribute water to the surface of the diaphragm 43 while sandwiching the diaphragm 43, and promote electrolysis in the electrolytic chamber 40.
  • the platinum plating layer prevents the oxidation of titanium.
  • the diaphragm 43 for example, a solid polymer material made of a fluorine-based resin having a sulfonic acid group is appropriately used. On both surfaces of the diaphragm 43, plating layers made of platinum are formed. The plating layer of the diaphragm 43 is in contact with and electrically connected to the anode power supply 41 and the cathode power supply 42. The diaphragm 43 allows ions generated by electrolysis to pass through. The anode power supply 41 and the cathode power supply 42 are electrically connected via the diaphragm 43. When the diaphragm 43 made of a solid polymer material is applied, the dissolved hydrogen concentration can be increased without increasing the pH value of the hydrogen water.
  • Electrolysis in the electrolysis chamber 40 generates oxygen gas in the anode chamber 40A and hydrogen gas in the cathode chamber 40B.
  • hydrogen gas generated in the cathode chamber 40B is dissolved in the electrolyzed water in the cathode chamber 40B, and hydrogen water is generated.
  • the hydrogen water generated with such electrolysis is referred to as “electrolytic hydrogen water”.
  • the circulation path 12 includes circulation paths 12 a, 12 b and 12 c disposed on the upstream side of the electrolytic cell 4 and circulation paths 12 d and 12 e disposed on the downstream side of the electrolytic tank 4.
  • the circulation path 12a is connected to the tank 3 at one upstream end and branches to the circulation paths 12b and 12c at the other downstream end.
  • a pump 22 is provided in the circulation path 12a. The pump 22 drives the water in the circulation path 12 to circulate in the circulation path 12.
  • the circulation path 12b is connected to the anode chamber 40A on the downstream side, and the circulation path 12c is connected to the cathode chamber 40B on the downstream side.
  • a flow rate sensor 27A is provided in the circulation path 12b, and a flow rate sensor 27B is provided in the circulation path 12c.
  • the flow sensor 27A detects the flow rate of water flowing into the anode chamber 40A.
  • the flow sensor 27B detects the flow rate of water flowing into the cathode chamber 40B.
  • the circulation path 12d is connected to the anode chamber 40A at one upstream end and is connected to the tank 3 at the other downstream end.
  • the circulation path 12e is connected to the cathode chamber 40B at one upstream end, and is connected to the tank 3 at the other downstream end.
  • the hydrogen water server 1 includes a water discharge path 13 connected to the cathode chamber 40B.
  • the water discharge path 13 is a flow path for discharging the hydrogen water generated in the cathode chamber 40B.
  • the water discharge path 13 of the present embodiment is connected to the cathode chamber 40B via one end side of the circulation path 12e.
  • the water discharge path 13 may be directly connected to the cathode chamber 40B.
  • a water discharge port 13 a is provided at the front end side of the water discharge path 13.
  • a space in which the cup 100 or the like can be placed is formed below the water discharge port 13a, and a tray 13b for collecting water spilled from the cup 100 is provided.
  • the hydrogen water server 1 of this embodiment stores the hydrogen water circulating in the circulation path 12 in the tank 3 while increasing the dissolved hydrogen concentration of the hydrogen water by electrolyzing the water in the electrolytic cell 4.
  • the hydrogen water thus generated can be provided to the user via the water discharge path 13. Therefore, it is possible to provide hydrogen water with a high dissolved hydrogen concentration at any time according to the user's request.
  • FIG. 2 shows the electrical configuration of the hydrogen water server 1.
  • the hydrogen water server 1 includes an operation unit 5 that is operated by a user, a control unit 6 that controls each part such as the water inlet valve 21, the anode power supply 41, and the cathode power supply 42, and the anode power supply 41 and the cathode power supply 42.
  • an electric current supply means 61 for supplying an electrolytic current may be integrated with the control unit 6.
  • the operation unit 5 includes a switch operated by a user or a touch panel for detecting capacitance (not shown).
  • the user can set, for example, an operation mode of the hydrogen water server 1 described later by operating the operation unit 5.
  • the operation unit 5 When the operation unit 5 is operated by the user, the operation unit 5 outputs a corresponding electrical signal to the control means 6.
  • the control means 6 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit) that executes various arithmetic processes and information processing, a program that controls the operation of the CPU, and a memory that stores various information.
  • a current detection unit 44 is provided on the current supply line between the anode power supply 41 and the current supply unit 61.
  • the current detection unit 44 may be provided in a current supply line between the cathode power supply 42 and the current supply unit 61.
  • the current detection unit 44 detects the electrolytic current I supplied to the anode power supply body 41 and the cathode power supply body 42 and outputs an electric signal corresponding to the value to the control means 6.
  • the control means 6 controls the DC voltage that the current supply means 61 applies to the anode power supply 41 and the cathode power supply 42 based on the electrical signal output from the current detection means 44, for example. More specifically, the control means 6 determines that the current supply means 61 is an anode feeder so that the electrolysis current I detected by the current detection means 44 becomes a desired value according to the preset dissolved hydrogen concentration.
  • the DC voltage applied to 41 and the cathode power supply 42 is feedback controlled. For example, when the electrolysis current I is excessive, the control unit 6 decreases the voltage, and when the electrolysis current I is excessive, the control unit 6 increases the voltage. Thereby, the electrolysis current I supplied to the anode power supply 41 and the cathode power supply 42 by the current supply means 61 is appropriately controlled.
  • the control means 6 controls the opening / closing of the water inlet valve 21 based on the electrical signal output from the water amount sensor 31.
  • the water intake valve 21 is disposed upstream of the water purification filter 2 and functions as raw water supply means for supplying raw water before electrolysis to the water purification filter 2 and the tank 3.
  • the water amount sensor 31 of the present embodiment is provided on the inner surface of the tank 3. The water amount sensor 31 detects the amount of water stored in the tank 3 and outputs an electrical signal corresponding to the amount of stored water to the control means 6.
  • the control means 6 controls the water inlet valve 21 according to the electric signal input from the water amount sensor 31. For example, when the hydrogen water stored in the tank 3 is consumed and the water level in the tank 3 is lowered, the control means 6 opens the water inlet valve 21 based on the electrical signal output from the water amount sensor 31 and enters the water inlet path.
  • the tank 3 is replenished with water from 11. Thereby, the tank 3 is appropriately replenished with water, and the amount of stored water is maintained appropriately.
  • the control means 6 controls the drive voltage of the pump 22. At this time, the control means 6 controls the drive voltage of the pump 22 while monitoring the flow rates detected by the flow rate sensors 27A and 27B. Thereby, the hydrogen water stored in the tank 3 circulates in the circulation path 12 between the tank 3 and the electrolytic cell 4, and the electrolytic chamber is filled in the anode chamber 40A and the cathode chamber 40B. Further, the control means 6 applies an electrolytic voltage to the anode power supply body 41 and the cathode power supply body 42. Thereby, the electrolyzed water supplied to the electrolytic cell 4 is further electrolyzed, and the dissolved hydrogen concentration of the hydrogen water stored in the tank 3 can be maintained high.
  • the control means 6 has a plurality of modes including a “first mode” for continuously supplying the electrolytic current I and a “second mode” for intermittently supplying the electrolytic current I.
  • the current supply means 61 is controlled.
  • the control means 6 temporarily changes the mode to the first mode, so that the dissolved hydrogen concentration in the tank 3 can be increased in a short time.
  • the control means 6 switches the mode to the second mode and maintains the dissolved hydrogen concentration in the tank 3.
  • the supply of the electrolysis current I is intermittent, so that the power consumption of the hydrogen water server 1 can be reduced.
  • the control means 6 controls the current supply means 61 in the first mode to quickly increase the dissolved hydrogen concentration.
  • the control means 6 controls the current supply means 61 in the second mode to maintain the dissolved hydrogen concentration in a state close to saturation.
  • the first mode may be switched to the second mode.
  • the hydrogen water server 1 electrolyzes the hydrogen water circulating in the circulation path 12 in the electrolysis tank 4 to increase the dissolved hydrogen concentration of the hydrogen water stored in the tank 3, and the tank 3 And a “water discharge mode” for discharging the hydrogen water stored in the water discharge path 13.
  • the first mode and the second mode are included in the electrolysis mode.
  • the hydrogen water supplied from the tank 3 to the electrolytic cell 4 may be further electrolyzed, and the hydrogen water whose dissolved hydrogen concentration is increased in the cathode chamber 40B may be discharged from the water discharge path 13.
  • the electrolysis current supplied to the anode power supply body 41 and the cathode power supply body 42 in the electrolysis mode and the water discharge mode is controlled by the control means 6.
  • the water discharge path 13 is a flow path branched from the circulation path 12e from the cathode chamber 40B to the tank 3. Thereby, the structure of the hydrogen water server 1 is simplified.
  • a flow path switching valve 23 is arranged at a branching part 12f where the water discharge path 13 branches from the circulation path 12e.
  • a so-called three-way valve can be applied to the flow path switching valve 23.
  • the flow path switching valve 23 is controlled by the control means 6 according to the operation mode of the hydrogen water server 1 and switches part or all of the flow path downstream of the branching section 12 f to the circulation path 12 e or the water discharge path 13. That is, in the electrolysis mode, the entire flow path on the downstream side of the branch portion 12f is the circulation path 12e. In the water discharge mode, a part or all of the flow path on the downstream side of the branch portion 12 f is switched to the water discharge path 13. Thereby, switching of a flow path can be realized with a simple configuration.
  • an exhaust means 24 is disposed in the circulation path 12d from the anode chamber 40A to the tank 3.
  • the exhaust means 24 includes a so-called gas vent valve having a function of separating and discharging only gas from the water of the circulation path 12d. Oxygen gas generated in the anode chamber 40A due to electrolysis in the electrolytic cell 4 is discharged outside the circulation path 12 by the exhaust means 24. Thereby, the anode chamber 40A is always filled with water required for electrolysis, and electrolysis in the electrolytic cell 4 can be efficiently performed.
  • a flow rate adjustment valve 25 is arranged in the circulation path 12d from the anode chamber 40A to the tank 3.
  • the flow rate adjustment valve 25 is provided closer to the tank 3 than the exhaust means 24.
  • the flow rate adjustment valve 25 is controlled by the control means 6 and adjusts the amount of water flowing through the circulation path 12d. For example, in the electrolysis mode, when the flow rate adjustment valve 25 is closed, the flow of electrolyzed water returning from the anode chamber 40A to the tank 3 is prevented.
  • a cooling device 7 is connected to the tank 3.
  • the cooling device 7 cools the tank 3 by cooling the refrigerant and supplying it to the outer wall of the tank 3.
  • the operation of the cooling device 7 is controlled by the control means 6.
  • the hydrogen water stored in the tank 3 is cooled to a desired temperature by the cooling device 7. Accordingly, it is possible to provide cooled hydrogen water as needed according to the user's request, and the usability of the hydrogen water server 1 is improved.
  • the hydrogen water stored in the tank 3 is periodically replaced under the control of the control means 6. In replacing the hydrogen water, first, the hydrogen water stored in the tank 3 is discharged, and then new water is supplied to the tank 3 from the water inlet path 11.
  • a drainage path 14 for discharging hydrogen water is connected to the tank 3.
  • the tank 3 and the drainage path 14 are connected via a part of the circulation path 12a.
  • the tank 3 and the drainage path 14 may be directly connected.
  • the drainage path 14 is provided with a drainage valve 26.
  • the drain valve 26 is controlled by the control means 6 to open and close. When the drain valve 26 is opened, the hydrogen water stored in the tank 3 is discharged from the drain port 14a.
  • the receiving tray 13b is connected to the drainage path 14 via the path 13c.
  • the water collected by the tray part 13b is discharged from the drainage path 14 via the path 13c.
  • FIG. 3 shows the operation of each part of the hydrogen water server 1 and the flow of water in the electrolysis mode in which the dissolved hydrogen concentration in the water in the tank 3 is increased.
  • the area filled with water is indicated by thin hatching (hereinafter the same applies to FIG. 4).
  • the electrolysis mode the flow path on the tank 3 side of the flow path switching valve 23 is opened, and the flow path on the water discharge path 13 side is closed. Further, the drain valve 26 is closed, and the water inlet valve 21 is appropriately opened and closed according to the amount of water stored in the tank 3.
  • the flow rate adjustment valve 25 is closed.
  • oxygen gas generated by electrolysis in the anode chamber 40A moves upward in the circulation path 12d and is discharged from the exhaust means 24. Since the internal space of the hydrogen water server 1 is not sealed from the outside, the oxygen gas discharged from the exhaust means 24 is released to the atmosphere outside the hydrogen water server 1.
  • the flow rate adjustment valve 25 in the electrolysis mode is not limited to a completely closed state, and the amount of electrolytic water returning from the anode chamber 40A to the tank 3 is larger than the amount of electrolytic water returning from the cathode chamber 40B to the tank 3.
  • the flow rate may be controlled to be reduced to such an extent that the flow rate is reduced.
  • FIG. 4 shows the operation of each part of the hydrogen water server 1 and the flow of water in the water discharge mode in which the hydrogen water stored in the tank 3 is discharged from the water discharge path 13.
  • the flow path of the hydrogen water that has passed through the cathode chamber 40B is switched by the flow path switching valve 23 from the state of the electrolysis mode shown in FIG. That is, in the water discharge mode, the flow path on the tank 3 side is closed, and the flow path on the water discharge path 13 side is opened.
  • the hydrogen water that has passed through the cathode chamber 40B flows into the water discharge path 13 and is discharged from the water discharge port 13a.
  • Water in the tank 3, the electrolytic cell 4, and the circulation path 12 is replaced regularly (for example, a frequency of once a day is desirable).
  • the replacement of water is performed by opening the drain valve 26 and discharging the water in the tank 3 and the like from the drain path 14, then closing the drain valve 26 and opening the water inlet valve 21. Along with this, raw water is supplied to the empty tank 3.
  • FIG. 5 shows the relationship between the amount of water supplied to the tank 3 in the hydrogen water server 1 in the electrolysis mode, the electrolysis current I supplied to the anode feeder 41 and the cathode feeder 42, and the dissolved hydrogen concentration of water in the tank 3. Shown in series.
  • the dissolved hydrogen concentration is shown with the time on the horizontal axis.
  • the dissolved hydrogen concentration of the original water when the raw water is supplied to the empty tank 3 is zero.
  • the control means 6 controls the current supply means 61 to electrolyze the anode power supply 41 and the cathode power supply 42.
  • a current I is supplied.
  • electrolysis of water is started in the electrolytic cell 4, and hydrogen water is generated.
  • the control unit 6 controls the current supply unit 61 in the first mode to continuously supply the electrolytic current I to the anode power supply 41 and the cathode power supply 42. Thereby, the dissolved hydrogen concentration can be quickly increased.
  • the first mode is continued until the dissolved hydrogen concentration reaches saturation or is sufficiently close to saturation.
  • the time until the dissolved hydrogen concentration of the water in the tank 3 reaches saturation is the circulation path 12 including the tank 3 and the electrolytic cell 4.
  • the time for continuously supplying the electrolysis current I in the first mode can be obtained by calculation or experiment.
  • the dissolved hydrogen concentration in the water in the tank 3 is calculated by the control means 6 as needed based on, for example, the supply amount of raw water and the time integral value of the electrolytic current I supplied to the anode feeder 41 and the cathode feeder 42. May be.
  • the supply amount of the raw water may be calculated based on the opening degree and opening time of the water inlet valve 21.
  • the control means 6 controls the current supply means 61 to temporarily stop the supply of the electrolytic current I to the anode power supply 41 and the cathode power supply 42 and wait. Transition to the state. Thereby, the dissolved hydrogen concentration in the hydrogen water in the tank 3 gradually decreases. Therefore, in the hydrogen water server 1 in the standby state, the control unit 6 controls the current supply unit 61 in the second mode to intermittently supply the electrolytic current I to the anode power supply 41 and the cathode power supply 42. Thereby, the dissolved hydrogen concentration in the hydrogen water in the tank 3 is maintained high.
  • the electrolytic current I that is intermittently supplied is only required to maintain the dissolved hydrogen concentration in the hydrogen water in the tank 3. Therefore, it is possible to set the time for intermittently supplying the electrolysis current I, that is, the duty ratio of the electrolysis current I to be small.
  • the duty ratio of the electrolysis current I in the standby state of FIG. 5 is set smaller than the duty ratio of the electrolysis current I in FIG.
  • the control means 6 drives the pump 22 so as to synchronize with the supply of the electrolysis current I to the anode power supply 41 and the cathode power supply 42. Therefore, by supplying the electrolysis current I with the above-described duty ratio, it is possible to suppress the electric power necessary for driving the pump 22 and to suppress the wear of the movable part of the pump 22 and to improve the durability performance. Furthermore, the driving sound of the pump 22 can be suppressed, and the noise of the hydrogen water server 1 can be reduced.
  • the water supply amount to the tank 3 of the hydrogen water server 1 that returns to the electrolysis mode after the transition from the electrolysis mode to the water discharge mode for discharging hydrogen water is supplied to the anode power supply 41 and the cathode power supply 42.
  • the relationship between the electrolytic current I and the dissolved hydrogen concentration of water in the tank 3 is shown in time series.
  • the dissolved hydrogen concentration is shown with the time on the horizontal axis.
  • the control unit 6 controls the current supply unit 61 in the first mode to continuously supply the electrolytic current I to the anode power supply 41 and the cathode power supply 42. To supply. This makes it possible to quickly increase the dissolved hydrogen concentration and return to the standby state again in a short time.
  • the control unit 6 controls the current supply unit 61 in the second mode to intermittently supply the electrolytic current I to the anode power supply 41 and the cathode power supply 42. Thereby, the dissolved hydrogen concentration in the hydrogen water in the tank 3 is maintained high.
  • the time for continuously supplying the electrolysis current I in the first mode depends on the dissolved hydrogen concentration of the water in the tank 3 after the water supply, that is, the amount of raw water supplied to the tank 3 and the electrolysis current.
  • the control means 6 calculates the supply amount of the raw water to the tank 3 based on the opening degree and opening time of the water inlet valve 21 and continues the electrolysis current I in the first mode based on the supply amount. Calculate and set the time to supply automatically. Thereby, the timing for shifting from the first mode to the second mode is appropriate, and the power consumption of the hydrogen water server 1 can be reduced while rapidly increasing the dissolved hydrogen concentration.
  • the dissolved hydrogen concentration in the water in the tank 3 during electrolysis depends on the time integral value of the electrolysis current I.
  • the control means 6 may calculate the dissolved hydrogen concentration of water in the tank 3 based on the time integral value of the electrolysis current I. Thereby, the control means 6 can know by calculation the time during which the electrolytic current I is continuously supplied in the first mode.
  • FIG. 7 shows a modification in which the electrolysis current I in the hydrogen water server 1 in the standby state is changed with respect to FIG.
  • the electrolysis current I in the second mode in the standby state may be set smaller than the electrolysis current I in the first mode in the generation state.
  • the rising speed of the dissolved hydrogen concentration in the water in the tank 3 during electrolysis depends on the quality of the raw water supplied to the tank 3 as well as the magnitude of the electrolysis current I. Therefore, it is desirable that the time during which the electrolytic current I is continuously supplied in the first mode can be changed by a user or an administrator. Similarly, it is desirable that the duty ratio of the electrolysis current I and the magnitude of the electrolysis current I in the second mode can be changed by a user or an administrator.
  • the hydrogen water server 1 has a sterilization mode for sterilizing the tank 3, the electrolytic cell 4, the circulation path 12, the water discharge path 13, the drainage path 14 and the like as an operation mode.
  • the sterilization mode the water in the tank 3 and the circulation path 12 is heated and circulated, and each part such as the tank 3, the electrolytic cell 4 and the circulation path 12 is sterilized by heating. Thereby, propagation of bacteria etc. in each part in hydrogen water server 1 is controlled.
  • the sterilization mode is periodically executed under the control of the control means 6. For example, the sterilization mode is executed every day at midnight. For example, the time period for executing the sterilization mode can be appropriately set by the user operating the operation unit 5.
  • the tank 3 is provided with a heater (heating means) 8 for heating water in the sterilization mode.
  • the heater 8 generates heat due to Joule heat, and heats the water stored in the tank 3.
  • a heater (heating means) 8 ⁇ / b> A is provided between the tank 3 and the pump 22 in the circulation path 12.
  • the heater 8 ⁇ / b> A is provided in a part of the pipe constituting the circulation path 12.
  • the heater 8A generates heat due to Joule heat and heats water in the circulation path 12.
  • the heaters 8 and 8A are controlled by the control means 6. Only one of the heaters 8 and 8A may be applied as the heating means.
  • the control means 6 controls the heaters 8 and 8A to heat the water stored in the tank 3 and the water in the circulation path 12. Thereby, hot water is generated in the tank 3 and the circulation path 12, the inside of the tank 3 and the circulation path 12 is sterilized by the hot water, and the growth of bacteria and the like is suppressed.
  • Hot water used for sterilization of the tank 3 and the like in the sterilization mode is discharged from the drainage path 14 and the like.
  • the drain valve 26 is opened, the hot water inside the tank 3 and the like is discharged, and the sterilization mode is completed.
  • the hydrogen water server 1 of the present embodiment has been described in detail.
  • the present invention is not limited to the specific embodiment described above, and can be implemented in various forms. That is, the hydrogen water server 1 includes at least a tank 3 for storing the supplied water, an electrolyzer 4 for electrolyzing the water stored in the tank 3 and increasing the dissolved hydrogen concentration of the water in the tank 3;
  • the current supply means 61 for supplying the electrolytic current I for electrolysis to the electrolytic cell 4, the first mode in which the current supply means 61 continuously supplies the electrolytic current I and the current supply means 61 intermittently supply the electrolytic current I
  • Control means 6 for controlling the current supply means 61 in a plurality of modes including the second mode to be supplied to the tank, and when the raw water before electrolysis is supplied to the tank 3, the control means 6 temporarily changes the mode. After the dissolved hydrogen concentration in the tank 3 is increased by using the first mode, the mode may be switched to the second mode to maintain the dissolved hydrogen concentration in the tank 3.
  • the upper limit value of the dissolved hydrogen concentration in the hydrogen water in the tank 3 may be configured so as to be appropriately set by a user or an administrator.
  • the “saturated value” of the dissolved hydrogen concentration can be read as a “set value”.
  • the independent electrolytic cell 4 is provided, but the anode power supply 41, the cathode power supply 42, and the diaphragm 43 are arranged in the tank 3, and electrolysis is performed in the tank 3.
  • the present invention is applicable.

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Abstract

水素水サーバー１は、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を制御する制御手段６とを備える。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。電解槽４には、固体高分子膜からなる隔膜４３が配されている。

Description

水素水サーバー
　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、前記タンク内の貯水量を検出する水量検出手段と、前記貯水量に基づいて、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電解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。 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内の貯水量を検出し、そ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 (6)

  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. 　前記タンク内の貯水量を検出する水量検出手段と、前記貯水量に基づいて、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。 
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