JP4399221B2 - Hydrogen water supply equipment - Google Patents
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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。 The present invention relates to an electrolysis-type water supply device for producing so-called hydrogen water by dissolving hydrogen gas in drinking water supplied from a water supply or the like, and more specifically, an anode and a cathode conventionally used in an electrolysis tank The present invention relates to a water supply apparatus for producing hydrogen water by efficiently generating hydrogen gas without using an ion exchange membrane or a semipermeable membrane disposed therebetween.
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。
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。 An object of the present invention is to produce hydrogen gas without using an ion exchange membrane or a semipermeable membrane between an anode and a cathode when producing hydrogen water by an electrolysis method, and directly saturate it in drinking water to produce hydrogen water. It is to provide a hydrogen water supply device that can produce water and supply it.
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、
a.水素水製造用のガス逃がし弁17を設けた電気分解槽6内に多数の透孔を形成した陽極13と陰極14を組み込むと共にこの陽極13と陰極14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12を配置したこと、
b.前記電気分解槽6内底部と給水源1間をモーター式開閉弁4と水流計15を経由して結んだこと、
c.前記電気分解槽6の上部に過剰の水素ガスと酸素ガスを放出するガス逃がし弁17を取り付けると共に電気分解槽6と給水出口3間に電磁式逃がし弁19付の混合器10を取り付け、この混合器10と電気分解槽6を結ぶ水路にはモーター式開閉弁5を取り付けたこと、
d.前記混合器10内に水面レベルセンサ18を取り付け、この水面レベルセンサ18で検出される水面レベルの変化から混合器10内に蓄積された水素ガス及び酸素ガス及び給水に含まれる窒素ガス量を水位の変化から検出し、これに応じて前記電磁式逃がし弁19を制御するように構成したこと、
e.前記水流計15で水流が検出されないときには陽極13と陰極14へ通電する通電用電極7、8への通電を停止する制御及び電極7、8間の抵抗値の変化を検出し、この抵抗値が設定値となったときに極性の反転を制御し、前記混合器6内へモーター式開閉弁2を制御して給水源1から給水を行うことにより、電解水との混合比を制御し、更に給水出口3に酸化還元電位計11を設置して電極7、8への通電電流を制御するマイクロコンピューターを設けたこと、
f.を特徴とするものである。
In order to achieve the above object, in the invention according to
a. An anode 13 and a
b. Connecting the bottom of the
c. A
d. A
e. When the water flow is not detected by the
f. It is characterized by.
以上に記した本発明は、次の効果を奏する。
請求項1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。
The present invention described above has the following effects.
According to the invention of
Further, by applying a high voltage to the electrode, the generated hydrogen gas becomes a micro-balloon of several microns, and the nitrogen gas in the drinking water can be lowered in cooperation with the oxygen gas generated at the same time. For example, it was confirmed by experiments that the nitrogen gas dissolved in 10 to 15 ml in 1000 ml of pure water was reduced from 6 to 8 ml.
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。
In addition, it is said that the hydrogen gas dissolved in drinking water is usually limited to 6-7 ml, but the hydrogen gas dissolved in pure water completely degassed is 18 ml at 20 ° C., which is an apparatus according to the present invention. It was confirmed that 10 to 16 ml of dissolved hydrogen gas was measured at 20 ° C. after the dissolved hydrogen water was allowed to stand for 30 minutes. In addition, it was confirmed that 20-30 ml was contained in the state including the microballoon of hydrogen gas. Therefore, hydrogen water containing a large amount of microballoons of hydrogen gas can be provided if the method of supplying water from the water supply apparatus of the present invention to the water distribution faucet in a short time.
A trace amount of hydrogen gas enters the human body and is absorbed by gas exchange in the biological membrane, and contributes to neutralization of active oxygen together with hydrogen water.
また、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。 In addition , the electrolysis current automatically changes in proportion to the flow rate of drinking water, and the hydrogen concentration dissolved in the hydrogen water can be stably supplied as set values.
また、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 )。 Further , by reversing the polarity at the time when the number of impurities electrodeposited on the electrode is increased and the current efficiency is reduced by several percent, most of the impurities are dissolved in water, and a decrease in the current efficiency can be prevented. In addition, the solid matter remaining on the filter is small even after 100 hours have passed (test of 5A 100 hours at an average of 24 V: about 12 kW).
また、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。 Further , with respect to bubbles generated even when the electrolysis conditions are automatically controlled, large bubbles generated inside the electrolysis tank are automatically removed by the gas relief valve. The bubbles generated in the mixer are not microballoons, but large bubbles separated and grown from hydrogen water gather to push down the water level, but this is necessary because the water pressure change becomes severe if there is no gas reservoir. Therefore, in order to keep this condition, a stable amount of hydrogen water can be supplied by releasing an appropriate amount of gas that has increased more than a certain amount by opening and closing the electromagnetic gas relief valve with a signal from the water level sensor.
また、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。
Moreover , hydrogen gas is generated as a microballoon, is saturated efficiently in water, and the tendency to decrease over time can be suppressed.
As described above, the hydrogen water according to the present invention described in
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。 It is not easy to dissolve hydrogen gas in water, and under conditions where pure water does not contain nitrogen or oxygen at all, about 18 ml of hydrogen gas dissolves in 1000 ml of water at a temperature of 20 ° C, but the dissolved hydrogen is unstable. Yes, it decreases rapidly in a short time. Drinking water such as tap water already contains nitrogen and oxygen in a saturated state, so even if only hydrogen gas is blown, only about 6 to 7 ml is dissolved.
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。
It is not easy to remove these saturated gases from drinking water, and it is possible to remove them by vacuum or by using a gas permeable semipermeable membrane, or by boiling, but the equipment is expensive and large and realistic. is not.
The electrolysis method is ideal and safe because it does not use high-pressure gas and the minimum hydrogen gas can be controlled freely, but the lifetime of ion-exchange membranes and semipermeable membranes, There must be a solution for oxide removal.
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。 For this reason, in the present invention, the ion exchange membrane and the semipermeable membrane disposed between the electrodes are eliminated. In addition, a mesh (net) made of, for example, polypropylene was disposed between the electrodes as a porous insulating plate from which hydrogen gas, oxygen gas, and electrolyzed water (drinking water) can freely move.
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。
If an electrolyte such as an ion exchange membrane is not used, the ionic conductivity of drinking water is low, and electrolysis hardly occurs at a normal voltage (about 2.7 V), so a high voltage of
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。
There is no problem even if oxygen gas generated at the same time is dissolved in drinking water as it is.
Next, in order to generate only the minimum necessary hydrogen gas to be dissolved in proportion to the amount of drinking water to be supplied, it is necessary to calculate the signal from the amount of water supply and control the electrolysis current It is. Furthermore, a safety structure that shuts off electrolysis and opens a gas relief valve when hydrogen gas liberated above a certain level is generated in the apparatus of the present invention is also necessary in the implementation.
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。
Moreover, since the oxide and hydroxide contained in drinking water adhere to an electrode by continuing electrolysis and an electrical flow is made worse, a deposit | attachment melt | dissolves or peels and removes by reversing a polarity. In this method, an AC bridge circuit (oscillator) is attached to the surface of the electrode in order to detect the inversion time, the rise in resistance value is detected, and the polarity of the electrode is automatically inverted by that signal and this is repeated. This makes it possible to always maintain the optimum electrolysis.
Next, if the hydrogen level or oxygen gas remaining in the electrolyzer or water supply pipe that is generated over a long period of time even when the electrolysis current is controlled pushes down the water level beyond a certain amount, the water level sensor It is also necessary in the implementation to detect this and open and remove the electromagnetic gas relief valve.
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。ここでモーター式開閉弁(B)4とモーター式開閉弁(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。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows the overall configuration of the present invention. First, drinking water flowing in from a
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。
The drinking water containing hydrogen gas and oxygen gas that have undergone electrolysis and microballoons is supplied to the
The blending of water supply in the
Is open.
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。
A dissolved hydrogen meter or oxidation-
The
The shape of the hole does not matter.
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。
The electrolysis current is automatically controlled by a microcomputer in response to signals from the water flow meter (A) 15 and the water flow meter (B) 16 and the dissolved hydrogen meter or redox
17 is a gas relief valve that releases excess hydrogen gas, oxygen gas, etc. generated from the
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。
20 is a pressure gauge, 20 and 21 are cleaning manual valves for cleaning the
FIG. 3 shows a power supply and a control system.
23 and 24 are AC100V or AC200V commercial power supply, 25 is a DC power supply, and
The power is supplied to the energizing electrode (A) 7 and the energizing electrode (B) 8 through the
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。
An
The separated impurities are collected in the
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。
1 給水源
2 開閉弁
3 給水出口
4、5 モーター式開閉弁
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
DESCRIPTION OF
12 Separator 13
Claims (1)
b.前記電気分解槽6内底部と給水源1間をモーター式開閉弁4と水流計15を経由して結んだこと、
c.前記電気分解槽6の上部に過剰の水素ガスと酸素ガスを放出するガス逃がし弁17を取り付けると共に電気分解槽6と給水出口3間に電磁式逃がし弁19付の混合器10を取り付け、この混合器10と電気分解槽6を結ぶ水路にはモーター式開閉弁5を取り付けたこと、
d.前記混合器10内に水面レベルセンサ18を取り付け、この水面レベルセンサ18で検出される水面レベルの変化から混合器10内に蓄積された水素ガス及び酸素ガス及び給水に含まれる窒素ガス量を水位の変化から検出し、これに応じて前記電磁式逃がし弁19を制御するように構成したこと、
e.前記水流計15で水流が検出されないときには陽極13と陰極14へ通電する通電用電極7、8への通電を停止する制御及び電極7、8間の抵抗値の変化を検出し、この抵抗値が設定値となったときに極性の反転を制御し、前記混合器6内へモーター式開閉弁2を制御して給水源1から給水を行うことにより、電解水との混合比を制御し、更に給水出口3に酸化還元電位計11を設置して電極7、8への通電電流を制御するマイクロコンピューターを設けたこと、
f.を特徴とする水素水給水装置。 a. An anode 13 and a cathode 14 having a large number of through holes are incorporated in an electrolysis tank 6 provided with a gas relief valve 17 for producing hydrogen water, and a number of through holes are formed between the anode 13 and the cathode 14 and are electrically Arranging the separator 12 having insulation, water resistance and oxidation resistance ,
b. Connecting the bottom of the electrolysis tank 6 and the water supply source 1 via a motor-type on-off valve 4 and a water flow meter 15;
c. A gas relief valve 17 for releasing excess hydrogen gas and oxygen gas is attached to the upper part of the electrolysis tank 6 and a mixer 10 with an electromagnetic relief valve 19 is attached between the electrolysis tank 6 and the feed water outlet 3. A motor type on-off valve 5 is attached to the water channel connecting the vessel 10 and the electrolysis tank 6;
d. A water level sensor 18 is installed in the mixer 10, and the hydrogen gas and oxygen gas accumulated in the mixer 10 from the change in the water level detected by the water level sensor 18 and the amount of nitrogen gas contained in the water supply are changed to the water level. That is configured to control the electromagnetic relief valve 19 in accordance with
e. When the water flow is not detected by the water flow meter 15, control for stopping energization of the energizing electrodes 7, 8 energizing the anode 13 and the cathode 14 and a change in resistance value between the electrodes 7, 8 are detected. When the set value is reached, the reversal of the polarity is controlled, the motor type on-off valve 2 is controlled into the mixer 6 to supply water from the water supply source 1, thereby controlling the mixing ratio with the electrolyzed water, The installation of a redox potentiometer 11 at the water supply outlet 3 to provide a microcomputer for controlling the current applied to the electrodes 7 and 8;
f. Hydrogen water supply device characterized by.
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