氢气溶解装置

摘要

一种氢气溶解装置(1)，其具备：氢取出管(8)，其用于从阴极室(40b)取出氢气；供水管(3)，其用于供给用于电解的水；开放配管(81)，其用于开放阴极室(40b)；氢溶解组件(6)，其与氢取出管(8)连接；第一开闭阀(91)，其设置于供水管(3)；第二开闭阀(93)，其设置于开放配管(81)；控制单元(10)，其控制电解槽(4)、第一开闭阀(91)和第二开闭阀(93)。控制单元(10)通过打开第一开闭阀(91)和第二开闭阀(93)，使用于电解的水流入阴极室(40b)，在关闭第一开闭阀(91)和第二开闭阀(93)后，开始电解。

说明书

技术领域

本发明涉及用于使通过电解产生的氢气溶解于水的氢气溶解装置。

背景技术

近年，提出使通过电解产生的氢气溶解于自来水而生成富氢水的氢气溶解装置。例如，专利文献1公开了一种装置，其经由气体分离中空纤维膜供给氢气和自来水，生成富氢水。上述专利文献1中记载：根据水温调整氢气的压力，并且使氢气的压力与自来水的压力相同，能够供给特定浓度以上的富氢水。

作为对水进行电解而产生氢气的氢气产生装置，已知电解装置。电解装置连接有用于向装置内的阴极室和阳极室分别供给水的供水管，阳极室连接有用于排出生成的氧气的排气管。由于装置内不是密闭的状态，因此难以充分提高通过水的电解而生成的氢气的压力，需要用于对氢气进行加压的泵等，从供给溶解氢浓度高的富氢水的观点出发，存在改善的余地。

在上述专利文献1中记载了由电解装置构成的氢气产生装置，但没有记载提高氢气的压力的特别的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-77987号公报

发明内容

发明要解决的课题

本发明是鉴于以上实际情况而提出的，其主要目的在于提供一种能够以简单的结构供给溶解氢浓度高的富氢水的氢气溶解装置。

用于解决课题的手段

本发明具备：电解槽，其具有通过电解产生氧气的阳极室和通过上述电解而产生氢气的阴极室；氢取出管，其用于从上述阴极室取出上述氢气；氧取出管，其用于从上述阳极室取出上述氧气；供水管，其用于向上述阳极室和上述阴极室供给用于上述电解的水；开放配管，其用于开放上述阴极室；氢溶解组件，其与上述氢取出管连接且用于使由该氢取出管供给的上述氢气与水接触而使其溶解；第一开闭阀，其设置于上述供水管；第二开闭阀，其分别设置于上述氧取出管和上述开放配管；以及控制单元，其控制上述电解槽、上述第一开闭阀和上述第二开闭阀，上述控制单元通过打开上述第一开闭阀和上述第二开闭阀，使用于上述电解的水流入上述阳极室和上述阴极室，在关闭上述第一开闭阀和上述第二开闭阀之后，开始上述电解。

在上述氢气溶解装置中，优选上述氢取出管和上述氧取出管中的至少一者设有检测管内的水位的第一水位检测单元，在通过上述第一水位检测单元检测到上述管内的水位上升时，上述控制单元关闭上述第一开闭阀和上述第二开闭阀，开始上述电解。

在上述氢气溶解装置中，优选还具备向上述氢溶解组件供给上述水的供水单元，从同一系统的水源向上述供水管和上述供水机构供给上述水。

在上述氢气溶解装置中，优选上述氢溶解组件具有用于使从上述供水单元供给的上述水通过的管体，上述管体由使上述氢气透过的多孔膜构成。

在上述氢气溶解装置中，优选上述多孔膜是中空纤维膜。

发明效果

在本发明中，通过第一开闭阀和第二开闭阀的打开，用于电解的水流入阳极室和阴极室，关闭第一开闭阀和第二开闭阀，开始电解。由此，伴随基于电解的氢气的产生，氢取出管内的氢气的压力上升，对氢溶解组件进行加压。因此，不在氢取出管上设置泵等，能够以简单的结构提高溶解氢浓度。

附图说明

图1是表示本发明的氢气溶解装置的一个实施方式的示意结构的图。

图2是表示该氢气溶解装置的电结构的框图。

图3是表示该氢气溶解装置的电解槽及其周边的结构的图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的一个实施方式进行说明。

图1表示本实施方式的氢气溶解装置1的示意结构。应予说明，在该图中，施加影线的区域是充满水的区域(以下，在图3中也是相同的)。氢气溶解装置1具备电解槽4和氢溶解组件6。

电解槽4通过电解产生氢气。氢溶解组件6使由电解槽4供给的氢气与水接触而使其溶解。由此，能够以简单的结构生成作为血液透析、饮用水使用的溶解氢的水。

电解槽4的内部形成有电解室40。电解室40中配置有阳极供电体41、阴极供电体42和隔膜43。电解室40被隔膜43划分为阳极供电体41侧的阳极室40a和阴极供电体42侧的阴极室40b。

隔膜43例如可适当使用包含具有磺酸基的氟系树脂的固体高分子材料等。为了在电解槽4内有效进行电解，优选通过隔膜43将电解室40划分为阳极室40a和阴极室40b，但也可以不使用隔膜43。

将用于电解的水供给至阳极室40a和阴极室40b。如果对阳极供电体41和阴极供电体42施加用于电解的直流电压，则在阳极室40a和阴极室40b中将水电解，在阳极室40a产生氧气，在阴极室40b产生氢气。

在本实施方式中，还具备用于向阳极室40a和阴极室40b供给用于电解的水的供水管3。也可以是由后述的氧取出管7和氢取出管8供给用于电解的水的结构。供水管3在分支部3a分支为供水管31和供水管32。供水管31与阳极室40a连接，供水管32与阴极室40b连接。在比分支部3a更靠近上游侧的供水管3设置有开闭阀91(第一开闭阀)。

氢气溶解装置1还具备向氢溶解组件6供给水的供水单元。供水单元包括供水管5。在本实施方式中，供水管3从供水管5分支。因此，从同一系统的水源向供水管3和供水管5供给水。由此，将氢气溶解装置1的结构简化。供水管3的水源和供水管5的水源也可以是不同的系统。

阴极室40b和氢溶解组件6通过后述的氢取出管8连接。介由氢取出管8将在阴极室40b生成的氢气供给至氢溶解组件6。

氢溶解组件6具有用于使从供水管5供给的水通过的管体61。在本实施方式中，多个管体61设置在氢溶解组件6的内部。管体61沿水平方向延伸。

管体61由透过氢气的多孔膜构成。由此，从阴极室40b供给的氢气透过管体61与管体61的内部的水接触而溶解。

在本实施方式中，在构成管体61的多孔膜中应用中空纤维膜。中空纤维膜具有无数个透过氢气的微小孔。在本实施方式中，通过在阴极室40b产生的氢气，可提高管体61的外压，由此管体61的外侧的氢气向内侧移动，溶解于管内的水中。可容易地得到溶解氢的水。

图2表示氢气溶解装置1的电结构。氢气溶解装置1具备负责控制阳极供电体41、阴极供电体42等各部件的控制单元10。

控制单元10例如具有执行各种运算处理、信息处理等的CPU(Central ProcessingUnit：中央处理单元)以及负责CPU的动作的程序以及存储各种信息的存储器等。在阳极供电体41与控制单元10之间的电流供给线上设置有电流检测单元44。电流检测单元44也可以设置在阴极供电体42与控制单元10之间的电流供给线上。电流检测单元44检测向阳极供电体41、阴极供电体42供给的电解电流，并将与该值相当的电信号输出至控制单元10。

控制单元10例如基于从电流检测单元44输出的电信号，控制施加于阳极供电体41和阴极供电体42的直流电压。更具体而言，控制单元10根据由用户等设定的溶解氢浓度，对施加于阳极供电体41和阴极供电体42的直流电压进行反馈控制，以使由电流检测单元44检测到的电解电流成为期望的值。例如，在电解电流过大的情况下，控制单元10使上述电压减少，在电解电流过小的情况下，控制单元10使上述电压增加。由此，适当控制向阳极供电体41和阴极供电体42供给的电解电流。

本实施方式的氢气溶解装置1具备用于从电解槽4的阳极室40a取出氧气的氧取出管7。氧取出管7具有电解槽4的阳极室40a侧的入口7a和在氢气溶解装置1内开放的出口7b。

入口7a优选配置于电解槽4的阳极室40a的上部。由此，在阳极室40a产生的氢气通过阳极室40a内的水压容易从入口7a流出至氧取出管7。

出口7b设置于氧取出管7的前端部。也可以适当延伸氧取出管7，使得以出口7b在氢气溶解装置1的外部开放。

氢气溶解装置1具备用于从电解槽4取出氢气的氢取出管8。具有与电解槽4的阴极室40b连接的入口8a和与氢溶解组件6连接的出口8b。通过氢取出管8，将在阴极室40b产生的氢气供给至氢溶解组件6。

入口8a优选配置于电解槽4的阴极室40b的上部。由此，在阴极室40b产生的氢气，通过阴极室40b内的水压，容易从入口8a流入氢取出管8。

出口8b优选与氢溶解组件6的下部连接并开放。由此，从阴极室40b流入氢取出管8的比重小的氢气上升而容易流入氢溶解组件6。

氢取出管8连接有开放配管81，其中，开放配管81在分支部81a从氢取出管8分支，且端部81b是开放的。开放配管81是为了开放阴极室40b而设置的。因此，开放配管81也可以与氢取出管8独立地设置，并与阴极室40b直接连接。另外，也可以适当延伸开放配管81，使得端部81b在氢气溶解装置1的外部开放。

在与阳极室40a连接的氧取出管7的出口7b的附近设有开闭阀92(第二开闭阀)，在从与阴极室40b连接的氢取出管8分支的开放配管81的端部81b的附近设有开闭阀93(第二开闭阀)。开闭阀92是为了排出氧取出管7内的气体而设置的。开闭阀93是为了排出氢取出管8内的气体而设置的。

如果进行用于产生氢气的电解，则电解室40的水被消耗。此时，如果打开开闭阀91、92、93，则通过供水管3与氧取出管7和氢取出管8的内部压力差，从供水管3向电解室40补给水。

图3表示电解槽4及其周边部的结构。为了在电解槽4中有效进行电解，优选阳极室40a和阴极室40b通常维持满水状态。因此，在本实施方式中，在电解之前，从供水管3向阳极室40a和阴极室40b补给水。在本实施方式中，供水管31与供水管32通过分支部3a连通，因此，氧取出管7内的水位与氢取出管8内的水位相等。

开闭阀91、92和93例如由电磁阀构成，利用控制单元10进行控制，使其相互协作。例如，控制单元10通过打开开闭阀91、92和93，利用从供水管31供给的水的水压，从氧取出管7和氢取出管8排出气体，氧取出管7和氢取出管8的水位上升。由此，能够预先提高因电解而降低的氧取出管7和氢取出管8的水位。

此外，控制单元10在关闭开闭阀91、92、93后，对阳极供电体41和阴极供电体42施加用于电解的直流电压而开始电解。即，在开闭阀91、92、93关闭的状态下，在电解室40进行电解，在阴极室40b产生氢气。由此，在氢取出管8上不设置泵等复杂的结构，氢取出管8内的氢气的压力上升，从外侧对氢溶解组件6的管体61进行加压。因此，在氢溶解组件6的内部，与水接触的氢气增加，能够以简单的结构低成本地供给溶解氢浓度高的富氢水。

作为用于适当维持氧取出管7内的水位和氢取出管8内的水位的结构，本实施方式的氢气溶解装置1具备水位传感器(水位检测单元)S1、S2、S3、S4和S5以及上述开闭阀91、92和93。

水位传感器S1和S2在氧取出管7的上下隔开适当的间隔并列设置。水位传感器S5设置在水位传感器S1和水位传感器S2之间。水位传感器S1、S2和S5通过光学方法或者浮力来检测管内的水，并将对应的电信号输出至控制单元10。控制单元10基于从水位传感器S1、S2和S5输入的电信号得知氧取出管7内的水位。

同样地，水位传感器S3和S4在氢取出管8的上下隔开适当的间隔而并列设置。水位传感器S3和S4通过光学方法或浮力来检测管内的水，并将对应的电信号输出至控制单元10。控制单元10基于从水位传感器S3和S4输入的电信号得知氢取出管8内的水位。

水位传感器S1和S3配置在相同的高度。水位传感器S2和S4配置在相同的高度。水位传感器S5可以设置于氢取出管8。在该情况下，水位传感器S5设置于水位传感器S3和水位传感器S4之间。

水位传感器S4配置于比分支部81a更靠近下方的位置。由此，在向阴极室40b供给用于电解的水时，可抑制水浸入至比分支部81a更靠近氢溶解组件6侧的氢取出管8。

通过打开开闭阀91、92、93，氧取出管7内的水位和氢取出管8内的水位一边维持相同的高度一边上升。在通过从水位传感器S5输出的电信号检测氧取出管7内的水位适当上升(至水位传感器S5的高度)时，控制单元10关闭开闭阀91、92、93。由此，水向电解槽4的补给完成。

伴随电解的进行，氧取出管7内的水位与氢取出管8内的水位以不同的高度推移。而且，如果通过从水位传感器S1至S4输出的电信号检测到水位的降低或上升，则控制单元10停止向阳极供电体41和阴极供电体42施加电解电压。即，如果通过从水位传感器S1输出的电信号检测到氧取出口7内的水位的降低，或者，通过从水位传感器S2输出的电信号检测到氧取出口7内的水位的上升，则控制单元10使电解停止。另外，如果通过从水位传感器S3输出的电信号检测到氢取出管8内的水位的降低，或者通过从水位传感器S4输出的电信号检测到氢取出管8内的水位的上升，则控制单元10使电解停止。

此外，控制单元10打开开闭阀92和93。由此，阳极室40a和阴极室40b的压力与大气压相同，氧取出管7内的水位与氢取出管8内的水位相等。然后，如果通过从水位传感器S5输出的电信号检测到氧取出口7内的水位的降低，则打开开闭阀91而补给水。由此，氢取出管8内的水位被维持在水位传感器S3和S4之间。

控制单元10在关闭开闭阀91、92和93后，对阳极供电体41和阴极供电体42施加用于电解的直流电压而开始电解。即，在开闭阀91、92和93关闭的状态下，在电解室40进行电解，在阴极室40b产生氢气。与之相伴，氢取出管8内的压力上升，对氢溶解组件6进行加压。

优选基于控制单元10对开闭阀91、92和93的控制，因此氢取出管8内的水位保持为比出口8b低。由此，防止从供水管32供给的水流入氢溶解组件6。

氢取出管8也可以设置有开闭阀(未图示)。该开闭阀在向阴极室40b补给用于电解的水时关闭。由此，可进一步防止从供水管32供给的水流入氢溶解组件6。

然而，在打开开闭阀91、92和93时，水从供水管3猛烈地流入电解室40，有可能从出口7b和端部81b流出。

因此，在本氢气溶解装置1中，在供水管3中，优选在开闭阀91和分支部3a之间设置限制流经供水管3的水量的节流阀94。节流阀94抑制供给至电解室40的水从出口7b和端部81b流出。

另外，在本氢气溶解装置1中，在氧取出管7中，优选在开闭阀92和出口7b之间设置限制流经氧取出管7的水量的节流阀95。同样地，在开放配管81中，优选在开闭阀93和端部81b之间设置限制流经开放配管81的水量的节流阀96。节流阀95、96抑制供给至电解室40的水从出口7b和端部81b流出。此外，在仅通过节流阀94就能够充分抑制水从出口7b和端部81b流出的情况下，也可以省略节流阀95、96。

在将通过氢气溶解装置1生成的溶解氢的水用于血液透析的情况下，将通过反渗透膜处理装置(未图示)处理的反渗透水供给至供水管5。然后，在氢溶解组件6中，通过使氢气溶解于反渗透水中，从而生成透析液制备用水，并供给至透析液供给装置。

以上，对本发明的氢气溶解装置1进行了详细说明，但本发明并不限定于上述具体实施方式，可变更为各种方式来实施。即，氢气溶解装置1按照以下方式构成即可，即，至少具备：电解槽4，其具有通过电解产生氧气的阳极室40a和通过电解产生氢气的阴极室40b；氢取出管8，其用于从阴极室40b取出氢气；氧取出管7，其用于从阳极室40a取出氧气；供水管3，其用于向阳极室40a和阴极室40b供给用于电解的水；开放配管81，其用于打开阴极室40b；氢溶解组件6，其与氢取出管8连接，且用于使从氢取出管8供给的氢气与水接触而使其溶解；第一开闭阀91，其设置于供水管3；设置于氧取出管7的第二开闭阀92以及设置于开放配管81的第二开闭阀93；以及控制单元10，其控制电解槽4、第一开闭阀91和第二开闭阀92、93，控制单元10通过打开第一开闭阀91和第二开闭阀92、93，使用于电解的水流入阳极室40a和阴极室40b，在关闭第一开闭阀91和第二开闭阀92、93后，开始电解。

符号说明

1：氢气溶解装置

3：供水管

4：电解槽

5：供水管(供水单元)

6：氢溶解组件

7：氧取出管

8：氢取出管

10：控制单元

40a：阳极室

40b：阴极室

61：管体

81：开放配管

91：开闭阀

92：开闭阀

93：开闭阀

S5：水位传感器(第一水位检测单元)。