CN110872143A - 电解水生成装置及电解水生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电解水生成装置。电解水生成装置(1)具备电解室(40)、第一供电体(41)及第二供电体(42)、将电解室(40)划分为第一极室(40a)和第二极室(40b)的隔膜(43)、将第一供电体(41)的极性切换为阳极或阴极并将第二供电体(42)的极性切换为阴极或阳极的控制部(5)、检测向阴极侧的电解室(40)的每单位时间通水量的流量传感器(22)、检测向第一供电体(41)及第二供电体(42)供给的直流电流的电流检测单元(44)。第一供电体(41)及第二供电体(42)的表面由储氢金属形成。控制部(5)基于切换极性后的通水量的累计值及直流电流计算储氢金属胶体的浓度。

Description

电解水生成装置及电解水生成方法

技术领域

本发明涉及生成包含储氢金属的电解水的电解水生成装置。

背景技术

以往，通过对水进行电解而生成电解水的电解水生成装置正在普及。例如，在专利文献1中，构成为能够计算并显示电解水的溶解氢浓度，提高了易用性。

另一方面，对于包含胶体状的储氢金属胶体的电解水，也进行了各种研究开发。例如，在专利文献2中提出了一种水处理装置，该水处理装置具备被施加交流电压的电极对、以及被施加直流电压的电极对。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-087221号公报

专利文献2：日本特开2009-050774号公报

但是，获知电解水中的储氢金属胶体的浓度的技术尚未确立，期望进一步改良。

发明内容

发明所要解决的课题

本发明是鉴于以上的实际情况而做出的，其主要目的在于提供一种能够获知电解水中储氢金属胶体的浓度的电解水生成装置。

用于解决课题的技术方案

本发明的电解水生成装置具备：电解室，其用于对水进行电解并生成电解水；第一供电体及第二供电体，该第一供电体及该第二供电体配置于所述电解室内，并被施加直流电压；隔膜，其配置于所述第一供电体与所述第二供电体之间，将所述电解室划分为所述第一供电体侧的第一极室和所述第二供电体侧的第二极室；控制部，其将所述第一供电体的极性切换为阳极或阴极，将所述第二供电体的极性切换为阴极或阳极；流量传感器，其检测向所述阴极侧的所述电解室的每单位时间的通水量；以及电流检测单元，其检测向所述第一供电体及所述第二供电体供给的直流电流，所述第一供电体及所述第二供电体的表面由储氢金属形成，所述控制部基于切换所述极性后的所述通水量的累计值及所述直流电流，计算在所述阴极侧的所述电解室生成的电解水中储氢金属胶体的浓度。

优选地，在所述电解水生成装置中，所述控制部还基于切换所述极性前的所述直流电流，计算所述浓度。

优选地，在所述电解水生成装置中还具备存储如下的数据的存储部，所述数据表示预先测定的所述通水量的累计值及切换所述极性后的所述直流电流、与所述浓度的相关关系，所述控制部基于存储于所述存储部的数据，计算所述浓度。

优选地，在所述电解水生成装置中还具备显示部，所述显示部显示由所述控制部计算出的所述浓度。

本发明的电解水生成方法是使用电解室和第一供电体及第二供电体对水进行电解并生成电解水的电解水生成方法，所述电解室用于对水进行电解并生成电解水，所述第一供电体及所述第二供电体配置于所述电解室内且表面由储氢金属形成，所述电解水生成方法包括：将所述第一供电体的极性切换为阳极或阴极，将所述第二供电体的极性切换为阴极或阳极的步骤；检测向所述阴极侧的所述电解室的每单位时间的通水量的步骤；检测向所述第一供电体及所述第二供电体供给的直流电流的步骤；基于切换所述极性后的所述通水量的累计值及所述直流电流，计算在所述阴极侧的所述电解室生成的电解水中的储氢金属胶体的浓度的计算步骤。

优选地，在所述电解水生成方法中，所述计算步骤基于切换所述极性前的所述直流电流，计算所述浓度。

发明效果

在本发明的电解水生成装置中，在阳极侧的电解室，储氢金属离子化。然后，当切换第一供电体及第二供电体的极性时，在阴极侧的电解室，胶体状的储氢金属析出，生成大量含有储氢金属胶体的电解水。电解水中的储氢金属胶体的浓度取决于向切换极性后的阴极侧的电解室的通水量的累计值、以及向第一供电体及第二供电体供给的直流电流。因此，控制部基于切换极性后的上述通水量的累计值及直流电流，能够准确地计算电解水中的储氢金属胶体的浓度。

在本发明的电解水生成方法中，在阳极侧的电解室，储氢金属离子化。然后，当切换第一供电体及第二供电体的极性时，在阴极侧的电解室，胶体状的储氢金属析出，生成大量含有储氢金属胶体的电解水。电解水中的储氢金属胶体的浓度取决于向切换极性后的阴极侧的电解室的通水量的累计值、以及向第一供电体及第二供电体供给的直流电流。因此，在计算步骤，基于切换极性后的上述通水量的累计值及直流电流，能够准确地计算电解水中的储氢金属胶体的浓度。

附图说明

图1是表示本发明的电解水生成装置的一个实施方式的流路结构的图。

图2是表示上述电解水生成装置的电气结构的框图。

图3是表示在第二极性状态下电解中的电解水生成装置的图。

图4是表示上述电解水生成装置的控制部的动作的流程图。

图5是表示切换极性后的通水量的累计值及电解电流与储氢金属胶体的浓度的相关关系的图表。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施的一个方式进行说明。

图1表示本实施方式的电解水生成装置1的概略结构。图2表示电解水生成装置1的电气结构。电解水生成装置1具备被供给进行电解的水的电解室40、彼此极性不同的第一供电体41及第二供电体42、划分电解室40的隔膜43、以及负责电解水生成装置1的各部分的控制的控制部5。

电解室40形成于电解槽4的内部。向电解室40供给电解前的原水。原水一般利用自来水，但除此之外，例如能够使用井水、地下水等。也可以在电解室40的上游侧设置净水滤筒，该净水滤筒对向电解室40供给的水进行净化。

第一供电体41及第二供电体42在电解室40内彼此对置配置。第一供电体41及第二供电体42的表面由储氢金属形成。所谓储氢金属，例如是铂、钯、钒、镁、锆，也包括以它们为成分的合金。在本实施方式中，在第一供电体41及第二供电体42的表面形成有铂的镀层。

隔膜43配置于第一供电体41与第二供电体42之间。隔膜43将电解室40划分为第一供电体41侧的第一极室40a和第二供电体42侧的第二极室40b。当在电解室40内充满水的状态下在第一供电体41与第二供电体42之间施加直流电压时，在电解室40内水被电解，得到电解水。

隔膜43例如使用聚四氟乙烯(PTFE)亲水膜。隔膜43例如也可以使用由具有磺酸基的氟系树脂构成的固体高分子材料。

上述图1表示在第一极性状态下电解中的电解水生成装置1。在“第一极性状态”下，在第一供电体41带正电荷，第一极室40a作为阳极室发挥作用。另一方面，在第二供电体42带负电荷，第二极室40b作为阴极室发挥作用。由此，分别在第二极室40b生成溶解有产生的氢气的还原性的电解氢水，在第一极室40a生成溶解有产生的氧气的电解酸性水。

如图2所示，第一供电体41及第二供电体42与控制部5经由电流供给线路连接。在第一供电体41与控制部5之间的电流供给线路设置有电流检测单元44。电流检测单元44也可以设置于第二供电体42与控制部5之间的电流供给线路。电流检测单元44检测向第一供电体41、第二供电体42供给的直流电流(电解电流)，并将与该值相当的电信号向控制部5输出。

控制部5例如具有执行各种运算处理、信息处理等的CPU(中央处理单元)、控制CPU的动作的程序、以及存储各种信息的存储器等。控制部5的各种功能通过CPU、存储器以及程序来实现。

控制部5例如基于从电流检测单元44输出的电信号，控制向第一供电体41及第二供电体42施加的直流电压(电解电压)，以使电解电流成为所希望的值。

第一供电体41及第二供电体42的极性由控制部5控制。即，控制部5作为极性切换单元发挥作用，该极性切换单元切换第一供电体41及第二供电体42的极性。

更具体而言，控制部5以使第一供电体41及第二供电体42成为上述第一极性状态或第二极性状态的方式进行控制。

图3表示在第二极性状态下电解中的电解水生成装置1。在“第二极性状态”下，在第一供电体41带负电荷，第一极室40a作为阴极室发挥作用。另一方面，在第二供电体42带正电荷，第二极室40b作为阳极室发挥作用。由此，分别在第一极室40a生成溶解有产生的氢气的还原性的电解氢水，在第二极室40b生成溶解有产生的氧气的电解酸性水。

以下，在本说明书中，只要没有特别说明，则对第一供电体41作为阳极供电体、第二供电体42作为阴极供电体分别发挥作用的情况进行说明，但将第一供电体41及第二供电体42的极性相互置换的情况也是同样的。

如图1所示，电解水生成装置1还具备设置于电解槽4的上游侧的进水部2、以及设置于电解槽4的下游侧的出水部6。

进水部2具有供水路21、流量传感器22、分支部23以及流量调整阀25等。供水路21向电解室40供给进行电解的水。流量传感器22设置于供水路21。流量传感器22定期地检测向电解室40供给的水的每单位时间的流量(以下，有时也简称为“流量”)F，并将与该值相当的信号向控制部5输出。

分支部23将供水路21分支为供水路21a、21b两者。在图1中，供水路21a是向第一极室40a供给水的供水路，供水路21b是向第二极室40b供给水的供水路。流量调整阀25将供水路21a、21b与第一极室40a或第二极室40b连接。在控制部5的管理下，向第一极室40a及第二极室40b供给的水的流量由流量调整阀25来调整。在本实施方式中，流量传感器22设置于分支部23的上游侧，因此检测向第一极室40a供给的水的流量与向第二极室40b供给的水的流量的总和即向电解室40供给的水的流量F。

向第一极室40a供给的水的流量与向第二极室40b供给的水的流量之比由流量调整阀25来调整。负责流量调整阀25的控制的控制部5基于流量F及上述比，能够获取向第一极室40a及第二极室40b供给的水的流量。

出水部6具有第一出水路61、第二出水路62以及流路切换阀65。

在图1中，第一出水路61作为阴极水路发挥作用，该阴极水路用于取出在第一极室40a及第二极室40b中的阴极侧的极室生成的电解水(即电解氢水)。

另一方面，第二出水路62作为阳极水路发挥作用，该阳极水路用于取出在第一极室40a及第二极室40b中的阳极侧的极室(以下，记作阳极室)生成的电解水。

流路切换阀65设置于电解槽4的下游。流路切换阀65作为流路切换单元发挥作用，该流路切换单元切换第一极室40a及第二极室40b与第一出水路61及第二出水路62的连接。

在本实施方式中，控制部5使第一供电体41及第二供电体42的极性的切换与由流路切换阀65进行的流路的切换同步，从而能够从第一出水路61排出由用户选择的电解水(例如，在图1中为电解氢水)。

在切换第一供电体41及第二供电体42的极性时，优选控制部5使流量调整阀25与流路切换阀65联动地动作的方式。由此，在切换极性前后，充分确保向连接于第一出水路61的极室的水的供给量，同时抑制向连接于第二出水路62的极室的水的供给量，从而能够实现水的有效利用。

例如，如日本专利第5809208号公报中所进行的记载，流量调整阀25和流路切换阀65优选一体形成且由单个马达联动地驱动的方式。即，流量调整阀25及流路切换阀65由圆筒形状的外筒体和内筒体等构成。在内筒体的内侧及外侧形成有构成流量调整阀25及流路切换阀65的流路，各流路构成为根据流量调整阀25及流路切换阀65的动作状态而适当交叉。这样的阀装置被称为“双自动切换交叉制水阀(Double auto-change cross-linevalve)”，有助于电解水生成装置1的结构及控制的简化，进一步提高电解水生成装置1的商品价值。

在本实施方式中，第一供电体41及第二供电体42的表面由储氢金属形成，因此在图1所示的第一极性状态下，在阳极供电体即第一极室40a，储氢金属离子化。此时产生的储氢金属的离子(在本实施方式中为铂离子)的一部分在电解结束后也滞留在上述第一极室40a内，并附着于第一供电体41的表面。

而且，当控制部5切换第一供电体41及第二供电体42的极性而过渡到图3所示的第二极性状态时，配置于存在有储氢金属的离子的第一极室40a内的第一供电体41成为阴极，吸引储氢金属的离子并供给电子。伴随于此，在第一极室40a，胶体状的储氢金属析出，生成含有较多直径为纳米级的微小储氢金属胶体(在本实施方式中，为铂纳米胶体)的电解水。

另一方面，在第二极性状态下，在阳极供电体即第二供电体42侧的第二极室40b，储氢金属离子化。然后，当控制部5切换第一供电体41及第二供电体42的极性而过渡到图1所示的第一极性状态时，第二供电体42成为阴极，在第二极室40b，生成含有较多储氢金属胶体的电解水。

控制部5基于从流量传感器22及电流检测单元44输入的信号，计算在阴极侧的电解室40生成的电解水中的储氢金属胶体的浓度。由此，能够准确地计算电解水中的储氢金属胶体的浓度。

图4表示控制部5计算电解水中的储氢金属胶体的浓度的步骤。如上所述，控制部5基于从流量传感器22输入的信号，检测向电解水生成装置1的通水。

当开始向电解水生成装置1通水时(S1)，控制部5在第一极性状态或第二极性状态下向第一供电体41及第二供电体42施加电解电压，开始电解(S2)。然后，当停止向电解水生成装置1通水时(S3)，控制部5停止向第一供电体41及第二供电体42施加电解电压，即，停止电解(S4)。

并且，当开始向电解水生成装置1通水时(S5)，控制部5将极性切换为第二极性状态或第一极性状态，向第一供电体41及第二供电体42施加电解电压，开始电解(S6)。另外，极性的切换也可以在S4中的电解停止之后立即执行。在该情况下，控制部5切换极性，在施加电解电压的准备状态下，待机至S5的通水开始。

在S6中，在电解槽4开始电解的控制部5基于从流量传感器22及电流检测单元44输入的信号，获取极性切换后的通水量及电解电流(S7)。然后，控制部5对极性切换后的通水量进行累计，基于计算出的通水量的累计值及电解电流，计算在阴极侧的电解室40生成的电解水中的储氢金属胶体的浓度(S8)。重复上述S7及S8的处理，直到停止向电解水生成装置1通水为止(在S9中为否)。

然后，当停止向电解水生成装置1通水时(在S9中为是)，控制部5停止向第一供电体41及第二供电体42施加电解电压，即，停止电解，结束处理(S10)。在S10之后，在开始向电解水生成装置1通水的情况下，也可以过渡到S6。

电解水中的储氢金属胶体的浓度还取决于电解室内的储氢金属离子的量。而且，储氢金属离子的量取决于切换极性前、即图4中S2的电解电流。因此，控制部5也可以构成为，在S8中，在极性切换后的通水量的累计值及电解电流的基础上，基于极性切换前的电解电流，计算储氢金属胶体的浓度。

图5表示基于从流量传感器22输入的信号而获取的通水量的累计值及切换极性后的电解电流、与储氢金属胶体的浓度的相关关系。在图5中，函数G1、G2、G3、G4及G5分别表示电解电流为1[A]、2[A]、3[A]、4[A]及5[A]时的通水量的累计值与储氢金属胶体的浓度的关系。上述相关关系的数据例如预先通过实验来测定，并存储于控制部5的存储器(存储部)。该数据也可以存储于控制部5的外部的存储部。

本申请发明人发现储氢金属胶体的浓度取决于电解电流并变大，在任一电解电流下，储氢金属胶体的浓度均随着通水量的累计值的增加而逐渐减小。可以认为这是因为阴极侧的电解室40内的储氢金属离子由于通水而减少。

控制部5通过在上述S8的计算时参照根据电解水生成装置1的规格等而准备的函数G1至G5，基于通水量的累计值及切换极性后的电解电流，能够准确地计算在阴极侧的电解室40生成的电解水中的储氢金属胶体的浓度。

另外，函数G1、G2、G3、G4及G5根据电解水生成装置1的规格等而不同。例如，在图5中，函数G用二次函数表示，但也可以是一次函数等。

如图2所示，本实施方式的电解水生成装置1还具备显示部7，该显示部7显示由控制部5计算出的浓度。作为显示部7，例如应用显示文字信息等的图像的LCD(液晶显示器)等。也可以由多个LED(发光二极管)等构成显示部7。

以上，对本发明的电解水生成装置1进行了详细说明，但本发明并不限定于上述具体的实施方式，能够变更为各种方式来实施。即，电解水生成装置1只要以如下方式构成即可，即，电解水生成装置1至少具备：电解室40，其用于对水进行电解而生成电解水；第一供电体41及第二供电体42，该第一供电体41及该第二供电体42配置于电解室40内，被施加直流电压；隔膜43，其配置于第一供电体41与第二供电体42之间，将电解室40划分为第一供电体41侧的第一极室40a和第二供电体42侧的第二极室40b；控制部5，其将第一供电体41的极性切换为阳极或阴极，将第二供电体42的极性切换为阴极或阳极；流量传感器22，其检测向阴极侧的电解室40的每单位时间的通水量；以及电流检测单元44，其检测向第一供电体41及第二供电体42供给的直流电流，第一供电体41及第二供电体42的表面由储氢金属形成，控制部5基于切换极性后的通水量的累计值及直流电流，计算在阴极侧的电解室40生成的电解水中的储氢金属胶体的浓度。

符号说明

1 电解水生成装置

5 控制部

7 显示部

22 流量传感器

40 电解室

40a 第一极室

40b 第二极室

41 第一供电体

42 第二供电体

43 隔膜

44 电流检测单元

Claims (6)

1.一种电解水生成装置，具备：

电解室，其用于对水进行电解并生成电解水；

第一供电体及第二供电体，该第一供电体及该第二供电体配置于所述电解室内，并被施加直流电压；

隔膜，其配置于所述第一供电体与所述第二供电体之间，将所述电解室划分为所述第一供电体侧的第一极室和所述第二供电体侧的第二极室；

控制部，其将所述第一供电体的极性切换为阳极或阴极，将所述第二供电体的极性切换为阴极或阳极；

流量传感器，其检测向所述阴极侧的所述电解室的每单位时间的通水量；以及

电流检测单元，其检测向所述第一供电体及所述第二供电体供给的直流电流，

所述第一供电体及所述第二供电体的表面由储氢金属形成，

所述控制部基于切换所述极性后的所述通水量的累计值及所述直流电流，计算在所述阴极侧的所述电解室生成的电解水中储氢金属胶体的浓度。

2.根据权利要求1所述的电解水生成装置，其中，

所述控制部还基于切换所述极性前的所述直流电流，计算所述浓度。

3.根据权利要求1所述的电解水生成装置，其中，

所述电解水生成装置还具备存储如下的数据的存储部，所述数据表示预先测定的所述通水量的累计值及切换所述极性后的所述直流电流、与所述浓度的相关关系，

所述控制部基于存储于所述存储部的数据，计算所述浓度。

4.根据权利要求1所述的电解水生成装置，其中，

所述电解水生成装置还具备显示部，所述显示部显示由所述控制部计算出的所述浓度。

5.一种电解水生成方法，其使用电解室和第一供电体及第二供电体，对水进行电解并生成电解水，所述电解室用于对水进行电解并生成电解水，所述第一供电体及所述第二供电体配置于所述电解室内且表面由储氢金属形成，

所述电解水生成方法包括：

将所述第一供电体的极性切换为阳极或阴极，将所述第二供电体的极性切换为阴极或阳极的步骤；

检测向所述阴极侧的所述电解室的每单位时间的通水量的步骤；

检测向所述第一供电体及所述第二供电体供给的直流电流的步骤；以及

基于切换所述极性后的所述通水量的累计值及所述直流电流，计算在所述阴极侧的所述电解室生成的电解水中储氢金属胶体的浓度的计算步骤。

6.根据权利要求5所述的电解水生成方法，其中，

所述计算步骤基于切换所述极性前的所述直流电流，计算所述浓度。

Images