JP2005105289A

JP2005105289A - 水素水給水装置

Info

Publication number: JP2005105289A
Application number: JP2003331212A
Authority: JP
Inventors: Akinobu Fujiwara; 昭信藤原
Original assignee: Shinwa Kogyo Inc; Shinwa Industry Co Ltd
Current assignee: Shinwa Kogyo Inc; Shinwa Industry Co Ltd
Priority date: 2003-09-24
Filing date: 2003-09-24
Publication date: 2005-04-21
Anticipated expiration: 2023-09-24
Also published as: JP4399221B2

Abstract

【課題】イオン交換膜や半透膜を用いないで電気分解方式により水素水を製造することにより、イオン交換膜や半透膜を用いた場合に問題となる金属イオンが交換膜に付着して寿命が短くなったり、カルシウムやマグネシウム等の水酸化物や酸化物が電極に付着して効率が低下するのを防ぐ。
【解決手段】水素水製造用の電気分解槽６内に陽極１３と陰極１４から成るメッシュ状電極を対向して組み込むと共にこの対向する陽極１３と陰極１４間にメッシュ状セパレータ１２を配置し、イオン交換膜や半透膜の使用をやめる。その上で、電極間にはＤＣ１２Ｖ以上の高電圧を印加することにより、マイクロバルーンを生成し、水素ガスの溶存効率を高め、併せて経時的な溶存率の減少を抑える。
【選択図】図１

Description

本願発明は、上水道等から給水された飲料水中に水素ガスを溶存させて所謂水素水を製造する電気分解式給水装置に関し、更に詳しくは、電気分解槽において従来から用いられて来た陽極と陰極間に配置するイオン交換膜や半透膜を用いることなく、効率的に水素ガスを発生させて水素水を製造する給水装置に関する。

水素ガスを飲料水に飽和させた所謂水素水は、病気の治療、病気の予防、健康の増進等に効果があることは知られている。このため、簡単に水素水を製造する装置として、電気分解式のものが公知である。
特開２００２−３６１２５０号公報この発明は、電気分解により活性水素含有水を製造する発明であって、活性水素含有水に確認される機能水としての特性を工業規模で有効に活用すべく、人体に有益な活性水素含有水を工業的に効率よく製造するために、水を電気分解することによって陰極側に活性水素を含む水を生成せしめ、これに有機酸を加えて中和することにより、酸化還元電位が６０〜１５０ｍＶ、ｐＨが中性付近の活性水素含有水を製造する方法である。このように、水を電気分解することによって水素ガスを発生するときには、陽極と陰極間にイオン交換膜あるいは半透膜を用いているが、このようないイオン交換膜あるいは半透膜を用いると次のような問題がある。１．飲料水に含まれている金属イオンがイオン交換膜や半透膜に吸着されてこの寿命が短かくなる。２．電極にカルシウム、マグネシウムなどの水酸化物や酸化物が付着するため、電気の流れが妨害されて、経時的に効率が低下する。

本発明の目的は、電気分解方式により水素水を製造するに際し、陽極と陰極間に、イオン交換膜や半透膜を用いないで水素ガスを発生させ、これを飲料水中に直接飽和させて水素水を製造し、これを給水することができる水素水給水装置を提供することである。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明においては、水素水製造装置において、水素水製造用の電気分解槽内に多数の透孔を形成した陽極と陰極を組み込むと共にこの陽極と陰極間に多数の透孔を形成し、且つ電気絶縁性と耐水、耐酸化性を有するセパレータを配置して成ることを特徴とするものである。

更に、請求項２に記載の発明においては、請求項１に記載の水素水給水装置において、陽極と陰極はチタニュウムメッシュに白金メッキを施した構成から成り、セパレータはプラスチックで形成されていることを特徴とするものである。

更に、請求項３に記載の発明においては、請求項１又は２に記載の水素水給水装置において、電気分解電流を電気分解槽に給水する給水量に比例させて自動的に増減させることを特徴とするものである。

更に、請求項４に記載の発明においては、請求項１又は２又は３に記載の水素水給水装置において、陽極と陰極に夫々電極の表面抵抗を検出するためのセンサを取り付け、このセンサで電極の抵抗変化を検出し、この抵抗変化値が一定の条件を満すとき、自動的に極性を反転させることを特徴とするものである。

更に、請求項５に記載の発明においては、請求項１又は２又は３又は４に記載の水素水給水装置において、製造された水素水と給水源から給水された水を混合するための混合器を設けると共にこの混合器内に気体として残留した水素ガスを水面レベルセンサで検出し、電気分解電流を自動制御することによって、遊離した水素ガスや酸素ガスが水素水給水管側に混入するのを防止するように構成したことを特徴とするものである。

更に、請求項６に記載の発明においては、請求項１又は２又は３又は４又は５に記載の水素水給水装置において、陽極と陰極を手動で切り替えることができるように構成したことを特徴とするものである。

更に、請求項７に記載の発明においては、請求項１又は２又は３又は４又は５又は６に記載の水素水給水装置において、電極に印加する電圧をＤＣ１２Ｖ以上としたことを特徴とするものである。

以上に記した本発明は、次の効果を奏する。
請求項1〜７の発明によると、イオン交換膜や半透膜を使用しないため、イオン交換膜や半透膜を使用したときのように、これら膜に金属イオンや酸化物が付着してトラブルが発生する心配がなくなる。また、電極をメッシュ状に形成したことにより、電極間に通水が発生し、効果的な水素ガスの発生を促すことができる。また、セパレータを多孔板としたことにより、通水に加えて、電極を接近させ、これにより通電抵抗を下げて効率的に水素ガスを発生させることができる。
また、高電圧を電極に印加することにより、発生した水素ガスは数ミクロンのマイクロバルーンとなり、同時に発生する酸素ガスと協力して飲料水の窒素ガスを低下させることもできる。例えば、純水1000ml中に10から15ml溶存していた窒素ガスは6から8mlに低下していることが実験で確認できた。

また、通常、飲料水に溶解する水素ガスは6〜7mlが限度と言われているが、完全に気体を抜いた純水に溶解する水素ガスは20℃で18mlであり、本発明による装置で溶解させた水素水を30分間放置したあと計測した水素水の溶解水素ガス量は20℃で10〜16ml存在していることが確認できた。また、水素ガスのマイクロバルーンを含んだ状態では20〜30mlも含有していことが確認できた。よって、本発明の給水装置から配水蛇口まで短時間で供給する方式であれば、水素ガスの多量のマイクロバルーンを含んだ水素水を提供することが可能である。
微量の水素ガスは、人体に入って生体膜でのガス交換によって吸収され、水素水と共に活性酸素の中和に貢献する。

請求項３の発明によれば、飲料水の流量に比例して電解電流は自動的に変化し、水素水に溶解する水素濃度は設定値どおりに安定して供給することが出来る。

請求項４の発明によれば、電極に電着する不純物が増加して電流効率が数パーセント低下する時点で極性を反転させることにより、不純物の大部分は水中に溶解し、電流効率の低下を防ぐことが出来る。なお、フィルターに残留する固形物は100時間経過してもわずかである（平均24Vで5A 100時間の試験：約12ｋＷ）。

請求項５の発明によれば、電気分解の条件を自動的に制御しても発生する気泡について、電気分解槽の内部で発生する大きな気泡はガス逃がし弁によって自動的に除去される。また、混合器に発生する気泡は、マイクロバルーンとならず水素水から分離成長した大きな気泡が集合して水位を押し下げるが、多少のガス溜が存在しないと水圧変化が激しくなるので必要である。そこで、この条件を守るため、一定以上増加したガスは水面レベルセンサの信号で電磁式ガス逃がし弁を開閉することによって適量を放出させることにより、安定した水素水の給水が可能となる。

請求項７の発明によれば、水素ガスはマイクロバルーンとなって発生し、水中に効率的に飽和し、経時的な減少傾向を抑えることができる。
以上、請求項１〜７に記載した本発明による水素水は、飲料水として刺激が少なく飲みやすく、イオン交換膜や半透膜を使用しないため、多量に飲んでもpHの変化が少ないので、体調に悪い影響を与えない。

水に水素ガスを溶解させることは容易ではなく、純水で窒素や酸素が全く含まれない条件では、水1000mlに気温20℃で水素ガスは約18ml溶解するが、溶解した水素は不安定であり、短時間で急速に減少する。水道水などの飲料水にはすでに窒素や酸素が飽和状態で含まれておるため、単に水素ガスを吹き込んでも6〜7ml位しか溶解しない。

飲料水からこれらの飽和したガスを抜くことは容易でなく、真空状態や気体透過半透膜を利用する方法や、煮沸などで除去することは可能であるが、装置が高価で大掛かりとなり現実的ではない。
電気分解による方式は高圧ガスを使用しないこと、必要最小限の水素ガスを自由に制御出来るため理想的で安全であるが、イオン交換膜や半透膜の寿命や電極に付着する水酸化物や酸化物の除去について解決しなければならない。

このようなことから、本発明では、電極の間に配置するイオン交換膜や半透膜を無くした。その上で、電極間には、水素ガスや酸素ガス、および電解水（飲料水）が自由に移動出来る多孔絶縁板として例えばポリプロピレンで作られたメッシュ（網）等を配置した。

イオン交換膜などの電解質を使用しないと飲料水のイオン伝導度は低く、通常の電圧（約2.7Ｖ）では電気分解が起こりにくいため、高電圧DC12〜48Vを加える。この結果、水素ガスと酸素ガスの気泡は非常に微細（数ミクロンから数十ミクロンの気泡）なマイクロバルーンとなるため、飲料水への水素ガスは効率良く溶解される。

同時に発生する酸素ガスはそのまま飲料水に溶解させても問題ない。
次に、給水する飲料水の量に比例し、溶解する必要最低限の水素ガスのみ発生するようにするためには、給水量からの信号を演算して電気分解する電流を制御することが必要である。さらに本発明の装置内に一定以上遊離した水素ガスが発生すると電気分解を遮断し、ガス逃がし弁を開く安全構造も実施化においては必要である。

また、電気分解を続けることによって飲料水に含まれる酸化物や水酸化物が電極に付着して電気の流れを悪くするので、極性を反転させることによって付着物が溶解あるいは剥離除去する。この方法として、反転時期を検出するために交流ブリッジ回路（発振機）を電極の表面に取り付けて、抵抗値の上昇を検出し、その信号によって自動的に電極の極性を反転させると共にこれを繰り返すことによって、常に最適な電気分解が持続することが可能となる。
次に、電解電流を制御しても長期間の間に発生する電気分解装置内部や給水管内に残留する水素ガスや酸素ガスが一定の量を越えて水面レベルを押し下げた場合、水面レベルセンサでこれを検出し、電磁式ガス逃がし弁を開いて除去することも実施化では必要である。

以下、本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。
図1に本発明の全体構成を示す。先ず、水道などからの給水源1から流入した飲料水は、モーター式開閉弁2を経由して給水出口3から各戸へ配水される。ここでモーター開閉弁（Ｂ）4とモーター開閉弁（Ｃ）5を開いて電気分解槽6へ給水流を起し、しかる後に通電用電極（Ａ）7と通電用電極（Ｂ）8へ直流電源から通電する。陽極、陰極の指定は無く最初はどちらでも良い。なお給水出口3から給水消費が無い場合は、水流計（Ａ）15からの信号が停止するため、通電用電極（Ａ）7（Ｂ）8への通電は自動的に停止する。

やがて電気分解が起こりマイクロバルーン化された水素ガスと酸素ガスを含んだ飲料水は、フィルター9を通って混合器10へ供給され、ここでモーター式開閉弁（Ａ）から供給された供給水と混合されて給水出口3へ向かう。
混合器10での給水配合は、モーター式開閉弁（Ａ）2とモーター式開閉弁（Ｂ）4との加減で任意に調整出来るようにプログラム化されており、通常はモーター式開閉弁（Ｃ）5は開放状態となる。

給水出口10には溶存水素計もしくは酸化還元電位計11を設置し、水質を管理すると同時に通電電流も制御出来るようにしてある。
電気分解槽6はポリプロピレンやポリアセタール、ポリエチレンテレフタレートなどで作られた図２（A）に示すメッシュ状の電極用セパレーター12とチタニウムに白金をメッキした金網状電極（Ａ）13と金網状電極（Ｂ）14から構成されている。なお、このメッシュ状は、図２（B）に示すようなハニカムあるいは（Ｃ）に示すような多孔板でも良く、孔の形状は問わない。

電気分解する電流は水流計（Ａ）15と水流計（Ｂ）16および溶存水素計又は酸化還元電位計11からの信号に応じてマイクロコンピューターによって自動的に制御される。
17は電気分解槽6から発生する過剰の水素ガスや酸素ガス等を放出するガス逃がし弁、18は混合器10に蓄積された水素ガス、酸素ガス、および給水に含まれる窒素ガスなどを電磁式逃がし弁19から放出させるために設けられた水面レベルセンサである。

20は圧力計、20と21は電気分解槽6を洗浄するための洗浄用の手動弁、22は漏電対策のアース（接地）である。
図３は電源と制御システムを示したものである。
23,24はＡＣ100ＶあるいはＡＣ200Ｖの商用電源、25は直流電源装置で陽極26と陰極27から出力され、極性切替回路28を通して通電ケーブル32,33により通電用電極（Ａ）7と通電用電極（Ｂ）8へ電力は供給される。

通電ケーブルの手前にはコンデンサー29,30を通じて電気分解用電極すなわちメッシュ状電極13,14に電着する不純物を抵抗の変化と捕らえる電極の抵抗値計測用交流ブリッジ31が配置され、その信号34によって極性切替回路が作動し、極性は反転するので電着する不純物は剥離、溶解する。
剥離した不純物はフィルター9に集められ、随時清掃交換される。

水流計（A）15、水流計（B）16、水面レベルセンサ18、溶存水素計又は酸化還元電位計11からの各種センサからの信号36はマイクロコンピューターと電流の比例制御35によ得られた電気信号は37を経由し直流電源25を制御する。
38は電気分解の条件を手動で設定するための制御板で39を経由して設定される。

本発明に係る水素水製造装置の説明図。（Ａ）はメッシュ状電極及びセパレータの正面図、（Ｂ）はハニカム状電極及びセパレータの正面図、（Ｃ）は円孔板から成る電極及びセパレータの正面図。電源と制御装置（図略）の説明図。

符号の説明

１給水源
２開閉弁
３、４、５給水出口
６電気分解槽
７、８通電用電極
９フイルター
１０混合器
１１溶存水素計（酸化還元電位計）
１２セパレータ
１３陽極
１４陰極
１５、１６水流計
１７自動ガス逃し弁
１８水面レベルセンサ
１９電動ガス逃し弁
２０圧力計
２１手動バルブ
２２アース

Claims

水素水製造用の電気分解槽内に多数の透孔を形成した陽極と陰極を組み込むと共にこの陽極と陰極間に多数の透孔を形成し、且つ電気絶縁性と耐水、耐酸化性を有するセパレータを配置して成る水素水給水装置。
請求項１に記載の水素水給水装置において、陽極と陰極はチタニュウムメッシュに白金メッキを施した構成から成り、セパレータはプラスチックで形成されていることを特徴とする水素水給水装置。
請求項１又は２に記載の水素水給水装置において、電気分解電流を電気分解槽に給水する給水量に比例させて自動的に増減させることを特徴とする水素水給水装置。
請求項１又は２又は３に記載の水素水給水装置において、陽極と陰極に夫々電極の表面抵抗を検出するためのセンサを取り付け、このセンサで電極の抵抗変化を検出し、この抵抗変化値が一定の条件を満たすとき、自動的に極性を反転させることを特徴とする水素水給水装置。
請求項１又は２又は３又は４に記載の水素水給水装置において、製造された水素水と給水源から給水された水を混合するための混合器を設けると共にこの混合器内に気体として残留した水素ガスを水面レベルセンサで検出し、電気分解電流を自動制御することによって、遊離した水素ガスや酸素ガスが水素水給水管側に混入するのを防止するように構成したことを特徴とする水素水給水装置。
請求項１又は２又は３又は４又は５に記載の水素水給水装置において、陽極と陰極を手動で切り替えることができるように構成したことを特徴とする水素水給水装置。
請求項１又は２又は３又は４又は５又は６に記載の水素水給水装置において、電極に印加する電圧をＤＣ１２Ｖ以上としたことを特徴とする水素水給水装置。