JP7514366B2

JP7514366B2 - Hydrogen gas dissolving device

Info

Publication number: JP7514366B2
Application number: JP2023087654A
Authority: JP
Inventors: 孝士橘
Original assignee: Nihon Trim Co Ltd
Current assignee: Nihon Trim Co Ltd
Priority date: 2018-06-06
Filing date: 2023-05-29
Publication date: 2024-07-10
Anticipated expiration: 2038-06-06
Also published as: JP2019209285A; JP7307775B2; JP2023120215A; JP2022002846A

Description

本発明は、電気分解により発生させた水素ガスを水に溶解させるための水素ガス溶解装置に関する。 The present invention relates to a hydrogen gas dissolving device for dissolving hydrogen gas generated by electrolysis into water.

近年、電気分解により発生させた水素ガスを水道水に溶解させて、水素水を生成する水素ガス溶解装置が提案されている。例えば、特許文献１には、水素ガス及び水道水をガス分離中空糸膜を介して供給し、水素水を生成する装置が開示されている。上記特許文献１では、水温に応じて水素ガスの圧力を調整すると共に、水素ガスの圧力と水道水の圧力とを同圧にすることにより、所定濃度以上の水素水を供給可能であることが記載されている。 In recent years, hydrogen gas dissolving devices have been proposed that generate hydrogen water by dissolving hydrogen gas generated by electrolysis in tap water. For example, Patent Document 1 discloses a device that generates hydrogen water by supplying hydrogen gas and tap water through a gas separation hollow fiber membrane. Patent Document 1 describes that it is possible to supply hydrogen water with a predetermined concentration or higher by adjusting the hydrogen gas pressure according to the water temperature and making the hydrogen gas pressure and tap water pressure the same.

水を電気分解して水素ガスを発生させる水素ガス発生装置として電気分解装置が知られている。例えば、上記特許文献１の装置では、水素ガス発生装置で電気分解に用いられる水が蒸発することにより生じた水蒸気が水素ガス溶解手段に移動すると、結露によって水滴となって水素ガス溶解手段の内部構造に付着し、水素ガスの溶解を抑制するおそれがあり、溶存水素濃度が高い水素水を安定的に供給するという観点からは、改善の余地がある。 Electrolysis devices are known as hydrogen gas generating devices that generate hydrogen gas by electrolyzing water. For example, in the device of Patent Document 1, when the water used for electrolysis in the hydrogen gas generating device evaporates and the water vapor generated moves to the hydrogen gas dissolving means, the water vapor condenses into water droplets that adhere to the internal structure of the hydrogen gas dissolving means, which may inhibit the dissolution of hydrogen gas. From the viewpoint of a stable supply of hydrogen water with a high concentration of dissolved hydrogen, there is room for improvement.

特開２０１６－７７９８７号公報JP 2016-77987 A

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、溶存水素濃度の高い水素水を安定的に供給することが可能な水素ガス溶解装置を提供することを主たる目的としている。 The present invention was devised in consideration of the above-mentioned circumstances, and its main objective is to provide a hydrogen gas dissolving device that can stably supply hydrogen water with a high concentration of dissolved hydrogen.

本発明は、電気分解により水素ガスを発生するための電解槽と、前記電解槽から供給された前記水素ガスを、水に接触させて溶解させるための水素溶解モジュールとを備え、前記電解槽は、前記水素溶解モジュールよりも下方に配されている、水素ガス溶解装置である。 The present invention is a hydrogen gas dissolving device that includes an electrolytic cell for generating hydrogen gas by electrolysis, and a hydrogen dissolving module for dissolving the hydrogen gas supplied from the electrolytic cell by contacting it with water, the electrolytic cell being disposed below the hydrogen dissolving module.

前記水素ガス溶解装置において、前記電解槽から前記水素ガスを取り出して前記水素溶解モジュールに供給するための水素取出管をさらに備え、前記水素取出管の出口は、前記水素溶解モジュールの下部に接続されている、ことが望ましい。 It is desirable that the hydrogen gas dissolving device further includes a hydrogen extraction pipe for extracting the hydrogen gas from the electrolytic cell and supplying it to the hydrogen dissolving module, and that the outlet of the hydrogen extraction pipe is connected to the lower part of the hydrogen dissolving module.

前記水素ガス溶解装置において、前記水素取出管の入口は、前記電解槽の上部に配されている、ことが望ましい。 In the hydrogen gas dissolving device, it is desirable that the inlet of the hydrogen extraction pipe is located at the top of the electrolytic cell.

前記水素ガス溶解装置において、前記水素取出管内の水位は、前記出口よりも低く保たれている、ことが望ましい。 In the hydrogen gas dissolving device, it is desirable that the water level in the hydrogen extraction pipe be kept lower than the outlet.

前記水素ガス溶解装置において、前記水素溶解モジュールに前記水を供給するための給水手段をさらに備え、前記水素溶解モジュールは、前記給水手段から供給された前記水を通すための管体を有し、前記管体は、前記水素ガスを透過する多孔質膜によって構成されている、ことが望ましい。 It is desirable that the hydrogen gas dissolving device further includes a water supply means for supplying the water to the hydrogen dissolving module, the hydrogen dissolving module has a tube for passing the water supplied from the water supply means, and the tube is made of a porous membrane that is permeable to the hydrogen gas.

前記水素ガス溶解装置において、前記多孔質膜は、中空糸膜である、ことが望ましい。 In the hydrogen gas dissolving device, it is desirable that the porous membrane is a hollow fiber membrane.

本発明では、電解槽は、水素溶解モジュールよりも下方に配されている。換言すると、水素溶解モジュールは、電解槽よりも上方に配されている。このような水素溶解モジュールと電解槽との位置関係において、電解槽で生じた水素ガスは、水蒸気よりも比重が小さいため、水素溶解モジュールの近傍には、水素ガスが充満し、水蒸気の上方への移動を妨げる。これにより、水素溶解モジュールの内部での水滴の付着が抑制され、溶存水素濃度の高い水素水を安定的に供給することが可能となる。 In the present invention, the electrolytic cell is disposed below the hydrogen dissolving module. In other words, the hydrogen dissolving module is disposed above the electrolytic cell. In this positional relationship between the hydrogen dissolving module and the electrolytic cell, the hydrogen gas generated in the electrolytic cell has a smaller specific gravity than water vapor, so the hydrogen gas fills the area near the hydrogen dissolving module and prevents the upward movement of water vapor. This suppresses the adhesion of water droplets inside the hydrogen dissolving module, making it possible to stably supply hydrogen water with a high concentration of dissolved hydrogen.

本発明の水素ガス溶解装置の一実施形態の概略構成を示す図である。1 is a diagram showing a schematic configuration of one embodiment of a hydrogen gas dissolving device of the present invention; 同水素ガス溶解装置の電気的構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the electrical configuration of the hydrogen gas dissolving device. 同水素ガス溶解装置の電解槽及びその周辺の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of an electrolytic cell and its surroundings in the hydrogen gas dissolving device.

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、本実施形態の水素ガス溶解装置１の概略構成を示している。なお、同図において、ハッチングが施されている領域は、水が満たされている領域である（以下、図３においても同様とする）。水素ガス溶解装置１は、電解槽４と水素溶解モジュール６とを備えている。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
Fig. 1 shows a schematic configuration of a hydrogen gas dissolving device 1 according to the present embodiment. In the figure, hatched areas are areas filled with water (the same applies to Fig. 3 below). The hydrogen gas dissolving device 1 includes an electrolytic cell 4 and a hydrogen dissolving module 6.

電解槽４は、電気分解により水素ガスを発生する。水素溶解モジュール６は、電解槽４から供給された水素ガスを、水に接触させて溶解させる。これにより、簡素な構成で、血液透析や飲み水として用いられる溶存水素水を生成することが可能となる。 The electrolytic cell 4 generates hydrogen gas through electrolysis. The hydrogen dissolution module 6 dissolves the hydrogen gas supplied from the electrolytic cell 4 by contacting it with water. This makes it possible to generate dissolved hydrogen water, which can be used for hemodialysis and as drinking water, with a simple configuration.

電解槽４の内部には、電解室４０が形成されている。電解室４０には、陽極給電体４１と、陰極給電体４２と、隔膜４３とが、配されている。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。 An electrolysis chamber 40 is formed inside the electrolysis cell 4. An anode power supply 41, a cathode power supply 42, and a diaphragm 43 are arranged in the electrolysis chamber 40. The diaphragm 43 separates the electrolysis chamber 40 into an anode chamber 40a on the anode power supply 41 side and a cathode chamber 40b on the cathode power supply 42 side.

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。電解槽４内で効率よく電気分解を行うために、隔膜４３によって電解室４０が陽極室４０ａと陰極室４０ｂとに区切られるのが望ましいが、隔膜４３は廃されていてもよい。 For the diaphragm 43, a solid polymer material such as a fluororesin having sulfonic acid groups is appropriately used. In order to perform electrolysis efficiently in the electrolytic cell 4, it is desirable for the diaphragm 43 to separate the electrolytic chamber 40 into an anode chamber 40a and a cathode chamber 40b, but the diaphragm 43 may be omitted.

陽極室４０ａ及び陰極室４０ｂには、電気分解のための水が供給される。陽極給電体４１及び陰極給電体４２に電気分解のための直流電圧が印加されると、陽極室４０ａ及び陰極室４０ｂで水が電気分解され、陽極室４０ａにて酸素ガスが発生し、陰極室４０ｂにて水素ガスが発生する。 Water for electrolysis is supplied to the anode chamber 40a and the cathode chamber 40b. When a DC voltage for electrolysis is applied to the anode power supply 41 and the cathode power supply 42, water is electrolyzed in the anode chamber 40a and the cathode chamber 40b, generating oxygen gas in the anode chamber 40a and hydrogen gas in the cathode chamber 40b.

本実施形態では、陽極室４０ａ及び陰極室４０ｂに電気分解のための水を供給するための給水管３をさらに備えている。電気分解のための水は、後述する酸素取出管７及び水素取出管８から供給される構成であってもよい。給水管３は、分岐部３ａにおいて、給水管３１及び給水管３２に分岐している。給水管３１は、陽極室４０ａに接続され、給水管３２は、陰極室４０ｂに接続されている。分岐部３ａよりも上流側の給水管３には、開閉弁９１（第１開閉弁）が設けられている。 In this embodiment, the device further includes a water supply pipe 3 for supplying water for electrolysis to the anode chamber 40a and the cathode chamber 40b. The water for electrolysis may be supplied from an oxygen extraction pipe 7 and a hydrogen extraction pipe 8, which will be described later. The water supply pipe 3 branches into a water supply pipe 31 and a water supply pipe 32 at a branching portion 3a. The water supply pipe 31 is connected to the anode chamber 40a, and the water supply pipe 32 is connected to the cathode chamber 40b. An opening/closing valve 91 (first opening/closing valve) is provided in the water supply pipe 3 upstream of the branching portion 3a.

水素ガス溶解装置１は、水素溶解モジュール６に水を供給する給水手段をさらに備えている。給水手段は、給水管５を含んでいる。本実施形態では、給水管３は、給水管５から分岐している。従って、給水管３及び給水管５には、同系統の水源から水が供給される。これにより、水素ガス溶解装置１の構成が簡素化される。給水管３の水源と給水管５の水源とは、別々の系統であってもよい。 The hydrogen gas dissolving device 1 further includes a water supply means for supplying water to the hydrogen dissolving module 6. The water supply means includes a water supply pipe 5. In this embodiment, the water supply pipe 3 branches off from the water supply pipe 5. Therefore, water is supplied to the water supply pipe 3 and the water supply pipe 5 from a water source of the same system. This simplifies the configuration of the hydrogen gas dissolving device 1. The water source of the water supply pipe 3 and the water source of the water supply pipe 5 may be separate systems.

陰極室４０ｂと水素溶解モジュール６とは、後述する水素取出管８によって接続されている。陰極室４０ｂで生成された水素ガスは、水素取出管８を介して水素溶解モジュール６に供給される。 The cathode chamber 40b and the hydrogen dissolution module 6 are connected by a hydrogen extraction pipe 8, which will be described later. The hydrogen gas generated in the cathode chamber 40b is supplied to the hydrogen dissolution module 6 via the hydrogen extraction pipe 8.

水素溶解モジュール６は、給水管５から供給された水を通すための管体６１を有している。本実施形態では、複数の管体６１が水素溶解モジュール６の内部に設けられている。管体６１は、水平方向に延出されている。 The hydrogen dissolving module 6 has a pipe body 61 for passing water supplied from the water supply pipe 5. In this embodiment, multiple pipe bodies 61 are provided inside the hydrogen dissolving module 6. The pipe bodies 61 extend horizontally.

管体６１は、水素ガスを透過する多孔質膜によって構成されている。これにより、陰極室４０ｂから供給された水素ガスが管体６１を透過して管体６１の内部の水と接触し、溶解する。 The tube 61 is made of a porous membrane that allows hydrogen gas to pass through. This allows the hydrogen gas supplied from the cathode chamber 40b to pass through the tube 61, come into contact with the water inside the tube 61, and dissolve.

本実施形態では、管体６１を構成する多孔質膜には、中空糸膜が適用されている。中空糸膜は、水素ガスを透過する微小孔を無数に有する。本実施形態では、陰極室４０ｂにて発生する水素ガスによって、管体６１の外圧が高められることにより、管体６１の外側の水素ガスが内側に移動し、管内の水に溶解する。容易に溶存水素水が得られる。 In this embodiment, a hollow fiber membrane is used as the porous membrane that constitutes the tube body 61. The hollow fiber membrane has numerous micropores that allow hydrogen gas to pass through. In this embodiment, the hydrogen gas generated in the cathode chamber 40b increases the external pressure of the tube body 61, causing the hydrogen gas on the outside of the tube body 61 to move inward and dissolve in the water inside the tube. Dissolved hydrogen water can be easily obtained.

図２は、水素ガス溶解装置１の電気的構成を示している。水素ガス溶解装置１は、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１０を備えている。 Figure 2 shows the electrical configuration of the hydrogen gas dissolving device 1. The hydrogen gas dissolving device 1 is equipped with a control means 10 that controls each part such as the anode power supply 41 and the cathode power supply 42.

制御手段１０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と制御手段１０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と制御手段１０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を検出し、その値に相当する電気信号を制御手段１０に出力する。 The control means 10 has, for example, a CPU (Central Processing Unit) that executes various arithmetic processing, information processing, etc., and a program that controls the operation of the CPU and a memory that stores various information. A current detection means 44 is provided in the current supply line between the anode power supply 41 and the control means 10. The current detection means 44 may be provided in the current supply line between the cathode power supply 42 and the control means 10. The current detection means 44 detects the electrolysis current supplied to the anode power supply 41 and the cathode power supply 42, and outputs an electrical signal corresponding to the value to the control means 10.

制御手段１０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、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１０は、ユーザー等によって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が所望の値となるように、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、電解電流が過大である場合、制御手段１０は、上記電圧を減少させ、電解電流が過小である場合、制御手段１０は、上記電圧を増加させる。これにより、陽極給電体４１及び陰極給電体４２に供給する電解電流が適切に制御される。 The control means 10 controls the DC voltage applied to the anode power feeder 41 and the cathode power feeder 42, for example, based on the electrical signal output from the current detection means 44. More specifically, the control means 10 feedback controls the DC voltage applied to the anode power feeder 41 and the cathode power feeder 42 so that the electrolysis current detected by the current detection means 44 becomes a desired value according to the dissolved hydrogen concentration set by the user, etc. For example, if the electrolysis current is excessively large, the control means 10 reduces the voltage, and if the electrolysis current is too small, the control means 10 increases the voltage. This allows the electrolysis current supplied to the anode power feeder 41 and the cathode power feeder 42 to be appropriately controlled.

図１に示されるように、本水素ガス溶解装置１において、電解槽４は、水素溶解モジュール６よりも下方に配されている。換言すると、水素溶解モジュール６は、電解槽４よりも上方に配されている。本実施形態では、水素溶解モジュール６は、陰極室４０ｂよりも上方に配されている。このような水素溶解モジュール６と電解槽４との位置関係において、電解槽４で生じた水素ガスは、水蒸気よりも比重が小さいため、水素溶解モジュール６の近傍には、水素ガスが充満し、水蒸気の上方への移動を妨げる。これにより、水素溶解モジュール６の内部構造（すなわち中空糸膜の微小孔）での水滴の付着が抑制され、より多くの水素ガスが管体６１の内側に移動し、容易に溶存水素濃度の高い水素水を安定的に供給することが可能となる。 As shown in FIG. 1, in this hydrogen gas dissolving device 1, the electrolytic cell 4 is disposed below the hydrogen dissolving module 6. In other words, the hydrogen dissolving module 6 is disposed above the electrolytic cell 4. In this embodiment, the hydrogen dissolving module 6 is disposed above the cathode chamber 40b. In this positional relationship between the hydrogen dissolving module 6 and the electrolytic cell 4, the hydrogen gas generated in the electrolytic cell 4 has a smaller specific gravity than water vapor, so that the hydrogen gas fills the vicinity of the hydrogen dissolving module 6 and prevents the upward movement of water vapor. This suppresses the adhesion of water droplets to the internal structure of the hydrogen dissolving module 6 (i.e., the micropores of the hollow fiber membrane), and more hydrogen gas moves to the inside of the tube body 61, making it possible to easily and stably supply hydrogen water with a high dissolved hydrogen concentration.

本実施形態の水素ガス溶解装置１は、電解槽４の陽極室４０ａから酸素ガスを取り出すための酸素取出管７を備えている。酸素取出管７は、電解槽４の陽極室４０ａ側の入口７ａと、水素ガス溶解装置１内で開放された出口７ｂとを有している。 The hydrogen gas dissolving device 1 of this embodiment is equipped with an oxygen extraction pipe 7 for extracting oxygen gas from the anode chamber 40a of the electrolytic cell 4. The oxygen extraction pipe 7 has an inlet 7a on the anode chamber 40a side of the electrolytic cell 4 and an outlet 7b that is open within the hydrogen gas dissolving device 1.

入口７ａは、電解槽４の陽極室４０ａの上部に配されているのが望ましい。これにより、陽極室４０ａで発生した酸素ガスが、陽極室４０ａ内の水圧により、入口７ａから酸素取出管７に流出し易くなる。 It is preferable that the inlet 7a is disposed at the top of the anode chamber 40a of the electrolytic cell 4. This makes it easier for the oxygen gas generated in the anode chamber 40a to flow from the inlet 7a to the oxygen extraction pipe 7 due to the water pressure in the anode chamber 40a.

出口７ｂは、酸素取出管７の先端部に設けられている。出口７ｂが水素ガス溶解装置１の外部で開放されるように、酸素取出管７が適宜延出されていてもよい。 The outlet 7b is provided at the tip of the oxygen extraction pipe 7. The oxygen extraction pipe 7 may be appropriately extended so that the outlet 7b is open outside the hydrogen gas dissolving device 1.

水素ガス溶解装置１は、電解槽４から水素ガスを取り出すための水素取出管８を備えている。水素取出管８は、電解槽４の陰極室４０ｂに接続された入口８ａと、水素溶解モジュール６に接続された出口８ｂとを有している。水素取出管８によって、陰極室４０ｂで発生した水素ガスが水素溶解モジュール６に供給される。 The hydrogen gas dissolving device 1 is equipped with a hydrogen extraction pipe 8 for extracting hydrogen gas from the electrolytic cell 4. The hydrogen extraction pipe 8 has an inlet 8a connected to the cathode chamber 40b of the electrolytic cell 4 and an outlet 8b connected to the hydrogen dissolving module 6. The hydrogen extraction pipe 8 supplies the hydrogen gas generated in the cathode chamber 40b to the hydrogen dissolving module 6.

入口８ａは、出口８ｂより下方に配されているのが望ましい。これにより、水蒸気よりも比重が小さい水素ガスが、出口８ｂの近傍に充満し、水蒸気の上方（すなわち出口８ｂの近傍）への移動を妨げる。従って、水素溶解モジュール６の内部での水滴の付着が抑制され、容易に溶存水素濃度の高い水素水を供給することが可能となる。 It is preferable that the inlet 8a is disposed below the outlet 8b. This allows hydrogen gas, which has a smaller specific gravity than water vapor, to fill the area near the outlet 8b and prevent water vapor from moving upward (i.e., near the outlet 8b). This prevents water droplets from adhering inside the hydrogen dissolution module 6, making it easy to supply hydrogen water with a high concentration of dissolved hydrogen.

入口８ａは、電解槽４の陰極室４０ｂの上部に配されているのが望ましい。これにより、陰極室４０ｂで発生した水素ガスが、陰極室４０ｂ内の水圧により、入口８ａから水素取出管８に流れ込み易くなる。 It is preferable that the inlet 8a is disposed at the top of the cathode chamber 40b of the electrolytic cell 4. This makes it easier for the hydrogen gas generated in the cathode chamber 40b to flow from the inlet 8a into the hydrogen extraction tube 8 due to the water pressure in the cathode chamber 40b.

出口８ｂは、水素溶解モジュール６の下部に接続され、開放されているのが望ましい。これにより、陰極室４０ｂから水素取出管８に流入した比重の小さい水素ガスが、上昇して水素溶解モジュール６に流れ込み易くなる。また、仮に水素溶解モジュール６内に水蒸気が入ったとしても、水素溶解モジュール６の下部が出口８ｂによって開放されているため、水蒸気が水滴となって落下することにより出口８ｂから抜けやすくなる。また、出口８ｂは、管体６１を横断する方向に向って開口しているのが望ましい。これにより、水素溶解モジュール６内で比重の小さい水素ガスが、上昇する際に管体６１の表面に接触しやすくなるため、水素ガスが水素溶解モジュール６に流れ込み易くなる。 It is preferable that the outlet 8b is connected to the lower part of the hydrogen dissolving module 6 and is open. This makes it easier for hydrogen gas, which has a low specific gravity and flows from the cathode chamber 40b into the hydrogen extraction tube 8, to rise and flow into the hydrogen dissolving module 6. Even if water vapor enters the hydrogen dissolving module 6, the lower part of the hydrogen dissolving module 6 is open through the outlet 8b, so that the water vapor falls as droplets and is easily released through the outlet 8b. It is also preferable that the outlet 8b is open in a direction that crosses the tube body 61. This makes it easier for hydrogen gas, which has a low specific gravity, to come into contact with the surface of the tube body 61 as it rises inside the hydrogen dissolving module 6, making it easier for the hydrogen gas to flow into the hydrogen dissolving module 6.

水素取出管８には、分岐部８１ａで水素取出管８から分岐され、端部８１ｂが開放された開放配管８１が接続されている。端部８１ｂが水素ガス溶解装置１の外部で開放されるように、開放配管８１が適宜延出されていてもよい。 The hydrogen extraction pipe 8 is connected to an open pipe 81 that branches off from the hydrogen extraction pipe 8 at a branching portion 81a and has an open end 81b. The open pipe 81 may be appropriately extended so that the end 81b is open outside the hydrogen gas dissolving device 1.

陽極室４０ａに接続された酸素取出管７の出口７ｂの近傍には開閉弁９２（第２開閉弁）が、陰極室４０ｂに接続された水素取出管８から分岐する開放配管８１の端部８１ｂの近傍には開閉弁９３（第２開閉弁）が、それぞれ設けられている。開閉弁９２は、酸素取出管７内の気体を排出するために設けられている。開閉弁９３は、水素取出管８内の気体を排出するために設けられている。 An on-off valve 92 (second on-off valve) is provided near the outlet 7b of the oxygen extraction pipe 7 connected to the anode chamber 40a, and an on-off valve 93 (second on-off valve) is provided near the end 81b of the open pipe 81 branching off from the hydrogen extraction pipe 8 connected to the cathode chamber 40b. The on-off valve 92 is provided to exhaust gas from within the oxygen extraction pipe 7. The on-off valve 93 is provided to exhaust gas from within the hydrogen extraction pipe 8.

水素ガスを発生させるための電気分解が進行すると、電解室４０の水が消費される。このとき、開閉弁９１、９２、９３を開放すると、給水管３と酸素取出管７及び水素取出管８の内部圧力の差により、給水管３から電解室４０に水が補給される。 As electrolysis to generate hydrogen gas progresses, the water in the electrolysis chamber 40 is consumed. At this time, when the on-off valves 91, 92, and 93 are opened, water is replenished from the water supply pipe 3 to the electrolysis chamber 40 due to the difference in internal pressure between the water supply pipe 3 and the oxygen extraction pipe 7 and hydrogen extraction pipe 8.

図３は、電解槽４及びその周辺部の構成を示している。電解槽４で効率よく電気分解がなされるためには、陽極室４０ａ及び陰極室４０ｂは常に満水状態に維持されるのが望ましい。このため、本実施形態では、電気分解に先だって、給水管３から陽極室４０ａ及び陰極室４０ｂに水が補給される。本実施形態では、給水管３１と給水管３２とが分岐部３ａで連通しているので、酸素取出管７内の水位と水素取出管８内の水位とが等しくなる。 Figure 3 shows the configuration of the electrolytic cell 4 and its surroundings. For efficient electrolysis in the electrolytic cell 4, it is desirable to keep the anode chamber 40a and the cathode chamber 40b always full of water. For this reason, in this embodiment, water is supplied from the water supply pipe 3 to the anode chamber 40a and the cathode chamber 40b prior to electrolysis. In this embodiment, the water supply pipe 31 and the water supply pipe 32 are connected at the branch 3a, so that the water level in the oxygen extraction pipe 7 and the water level in the hydrogen extraction pipe 8 are equal.

開閉弁９１、９２及び９３は、例えば、電磁弁によって構成され、制御手段１０によって互いに連携するように制御される。例えば、制御手段１０は、開閉弁９１及び９３を開放することにより、給水管３１から供給される水の水圧によって、水素取出管８から気体が排出され、水素取出管８の水位が上昇する。これにより、電気分解によって低下する陰極室４０ｂから水素取出管８に至る経路の水位を、予め高めておくことが可能となる。 The on-off valves 91, 92, and 93 are, for example, electromagnetic valves, and are controlled by the control means 10 to work in conjunction with each other. For example, the control means 10 opens the on-off valves 91 and 93, which causes the water pressure of the water supplied from the water supply pipe 31 to expel gas from the hydrogen extraction pipe 8 and raise the water level in the hydrogen extraction pipe 8. This makes it possible to raise the water level in the path from the cathode chamber 40b to the hydrogen extraction pipe 8, which would otherwise drop due to electrolysis, in advance.

さらに、制御手段１０は、開閉弁９１、９２、９３を閉じた後、陽極給電体４１及び陰極給電体４２に電気分解のための直流電圧を印加して電気分解を開始する。すなわち、開閉弁９１、９２、９３が閉じられた状態で、電解室４０で電気分解が進行し、陰極室４０ｂで水素ガスが発生する。 Furthermore, after closing the on-off valves 91, 92, and 93, the control means 10 applies a DC voltage for electrolysis to the anode power supply 41 and the cathode power supply 42 to start electrolysis. That is, with the on-off valves 91, 92, and 93 closed, electrolysis proceeds in the electrolysis chamber 40, and hydrogen gas is generated in the cathode chamber 40b.

酸素取出管７内の水位及び水素取出管８内の水位を適切に維持するための構成として、本実施形態の水素ガス溶解装置１は、水位センサー（水位検出手段）Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４及びＳ５と上記開閉弁９１，９２及び９３とを備えている。 To appropriately maintain the water level in the oxygen extraction pipe 7 and the water level in the hydrogen extraction pipe 8, the hydrogen gas dissolving device 1 of this embodiment is equipped with water level sensors (water level detection means) S1, S2, S3, S4, and S5 and the above-mentioned on-off valves 91, 92, and 93.

水位センサーＳ１及びＳ２は、酸素取出管７の上下に適宜の間隔を隔てて並設されている。水位センサーＳ５は、水位センサーＳ１と水位センサーＳ２との間に設けられている。水位センサーＳ１，Ｓ２及びＳ５は、光学的手法又は浮力により管内の水を検出し、対応する電気信号を制御手段１０に出力する。制御手段１０は、水位センサーＳ１，Ｓ２及びＳ５から入力された電気信号に基づいて、酸素取出管７内の水位を知得する。 Water level sensors S1 and S2 are installed side by side at an appropriate interval above and below the oxygen extraction pipe 7. Water level sensor S5 is installed between water level sensor S1 and water level sensor S2. Water level sensors S1, S2, and S5 detect the water in the pipes by optical methods or buoyancy, and output a corresponding electrical signal to control means 10. Control means 10 determines the water level in oxygen extraction pipe 7 based on the electrical signals input from water level sensors S1, S2, and S5.

同様に、水位センサーＳ３及びＳ４は、水素取出管８の上下に適宜の間隔を隔てて並設されている。水位センサーＳ３及びＳ４は、光学的手法又は浮力により管内の水を検出し、対応する電気信号を制御手段１０に出力する。制御手段１０は、水位センサーＳ３及びＳ４から入力された電気信号に基づいて、水素取出管８内の水位を知得する。 Similarly, water level sensors S3 and S4 are installed side by side at an appropriate interval above and below the hydrogen extraction pipe 8. The water level sensors S3 and S4 detect the water in the pipe by optical means or buoyancy, and output a corresponding electrical signal to the control means 10. The control means 10 determines the water level in the hydrogen extraction pipe 8 based on the electrical signals input from the water level sensors S3 and S4.

水位センサーＳ１とＳ３は、同じ高さに配されている。水位センサーＳ２とＳ４は、同じ高さに配されている。水位センサーＳ５は、水素取出管８に設けられていてもよい。この場合、水位センサーＳ５は、水位センサーＳ３と水位センサーＳ４との間に設けられる。 Water level sensors S1 and S3 are positioned at the same height. Water level sensors S2 and S4 are positioned at the same height. Water level sensor S5 may be provided in the hydrogen extraction pipe 8. In this case, water level sensor S5 is provided between water level sensor S3 and water level sensor S4.

水位センサーＳ４は、分岐部８１ａよりも下方に配される。これにより、陰極室４０ｂに電気分解のための水を供給する際に、分岐部８１ａよりも水素溶解モジュール６側の水素取出管８に水が浸入することが抑制される。 The water level sensor S4 is positioned below the branch 81a. This prevents water from entering the hydrogen extraction pipe 8 on the hydrogen dissolution module 6 side of the branch 81a when water for electrolysis is supplied to the cathode chamber 40b.

開閉弁９１、９２、９３の開放により、酸素取出管７内の水位及び水素取出管８内の水位は、同じ高さを維持しつつ上昇する。水位センサーＳ５から出力された電気信号によって、酸素取出管７内の水位が適正に（水位センサーＳ５の高さまで）上昇したことが検出されると、制御手段１０は、開閉弁９１、９２、９３を閉栓する。これにより、電解槽４への水の補給が完了する。 By opening the on-off valves 91, 92, and 93, the water level in the oxygen extraction pipe 7 and the water level in the hydrogen extraction pipe 8 rise while maintaining the same height. When the electrical signal output from the water level sensor S5 detects that the water level in the oxygen extraction pipe 7 has risen appropriately (to the height of the water level sensor S5), the control means 10 closes the on-off valves 91, 92, and 93. This completes the supply of water to the electrolytic cell 4.

電気分解の進行に伴い、酸素取出管７内の水位と水素取出管８内の水位とは、異なる高さで推移する。そして、水位センサーＳ１乃至Ｓ４から出力された電気信号によって水位の低下又は上昇が検出されると、制御手段１０は、陽極給電体４１及び陰極給電体４２への電解電圧の印加を停止する。すなわち、水位センサーＳ１から出力された電気信号によって酸素取出管７内の水位の低下、又は、水位センサーＳ２から出力された電気信号によって酸素取出管７内の水位の上昇が検出されると、制御手段１０は、電気分解を停止させる。また、水位センサーＳ３から出力された電気信号によって水素取出管８内の水位の低下、又は、水位センサーＳ４から出力された電気信号によって水素取出管８内の水位の上昇が検出されると、制御手段１０は、電気分解を停止させる。 As the electrolysis progresses, the water level in the oxygen extraction tube 7 and the water level in the hydrogen extraction tube 8 change at different heights. Then, when a drop or rise in the water level is detected by the electrical signals output from the water level sensors S1 to S4, the control means 10 stops the application of the electrolysis voltage to the anode power supply 41 and the cathode power supply 42. That is, when a drop in the water level in the oxygen extraction tube 7 is detected by the electrical signal output from the water level sensor S1, or a rise in the water level in the oxygen extraction tube 7 is detected by the electrical signal output from the water level sensor S2, the control means 10 stops the electrolysis. Also, when a drop in the water level in the hydrogen extraction tube 8 is detected by the electrical signal output from the water level sensor S3, or a rise in the water level in the hydrogen extraction tube 8 is detected by the electrical signal output from the water level sensor S4, the control means 10 stops the electrolysis.

さらに制御手段１０は、開閉弁９２及び９３を開放する。これにより、陽極室４０ａ及び陰極室４０ｂの圧力は、大気圧と同等となり、酸素取出管７内の水位と水素取出管８内の水位とが等しくなる。そして、水位センサーＳ５から出力された電気信号によって酸素取出管７内の水位の低下が検出されると、開閉弁９１を開放して水を補給する。これにより、水素取出管８内の水位が、水位センサーＳ３とＳ４との間に維持される。 The control means 10 further opens the on-off valves 92 and 93. As a result, the pressure in the anode chamber 40a and the cathode chamber 40b becomes equal to atmospheric pressure, and the water level in the oxygen extraction pipe 7 becomes equal to the water level in the hydrogen extraction pipe 8. When a drop in the water level in the oxygen extraction pipe 7 is detected by the electrical signal output from the water level sensor S5, the on-off valve 91 is opened to replenish water. As a result, the water level in the hydrogen extraction pipe 8 is maintained between the water level sensors S3 and S4.

制御手段１０は、開閉弁９１、９２及び９３を閉じた後、陽極給電体４１及び陰極給電体４２に電気分解のための直流電圧を印加して電気分解を開始する。すなわち、開閉弁９１、９２及び９３が閉じられた状態で、電解室４０で電気分解が進行し、陰極室４０ｂで水素ガスが発生する。これに伴い、水素取出管８内の圧力が上昇し、水素溶解モジュール６を加圧する。これにより、水素取出管８にポンプ等の複雑な構成を設けることなく、水素取出管８から水素溶解モジュール６に至る水素ガスの供給経路の圧力が高められる。従って、水素溶解モジュール６の内部で水に接触する水素ガスが増加し、溶存水素濃度の高い水素水を簡素な構成で低コストに供給することが可能となる。 After closing the on-off valves 91, 92, and 93, the control means 10 applies a DC voltage for electrolysis to the anode power supply 41 and the cathode power supply 42 to start electrolysis. That is, with the on-off valves 91, 92, and 93 closed, electrolysis proceeds in the electrolysis chamber 40, and hydrogen gas is generated in the cathode chamber 40b. As a result, the pressure in the hydrogen extraction pipe 8 increases, pressurizing the hydrogen dissolution module 6. This increases the pressure in the hydrogen gas supply path from the hydrogen extraction pipe 8 to the hydrogen dissolution module 6 without providing a complex configuration such as a pump in the hydrogen extraction pipe 8. Therefore, the amount of hydrogen gas that comes into contact with water inside the hydrogen dissolution module 6 increases, making it possible to supply hydrogen water with a high dissolved hydrogen concentration at low cost with a simple configuration.

制御手段１０による開閉弁９１，９２及び９３の制御によって、水素取出管８内の水位は、出口８ｂよりも低く保たれているのが望ましい。これにより、給水管３２から供給された水が水素溶解モジュール６に流入することが防止される。 The control means 10 controls the on-off valves 91, 92, and 93 to preferably keep the water level in the hydrogen extraction pipe 8 lower than the outlet 8b. This prevents water supplied from the water supply pipe 32 from flowing into the hydrogen dissolution module 6.

水素取出管８には、開閉弁（図示せず）が設けられていてもよい。この開閉弁は、陰極室４０ｂに電気分解のための水を補給する際に閉じられる。これにより、給水管３２から供給された水が水素溶解モジュール６に流入することがより一層防止される。 The hydrogen extraction pipe 8 may be provided with an on-off valve (not shown). This on-off valve is closed when replenishing the cathode chamber 40b with water for electrolysis. This further prevents the water supplied from the water supply pipe 32 from flowing into the hydrogen dissolution module 6.

ところで、開閉弁９１、９２及び９３が開放されたとき、給水管３から電解室４０に勢いよく水が流入し、出口７ｂ及び端部８１ｂから流出するおそれがある。 However, when the on-off valves 91, 92, and 93 are opened, water flows forcefully from the water supply pipe 3 into the electrolysis chamber 40, and there is a risk that water will flow out from the outlet 7b and the end 81b.

そこで、本水素ガス溶解装置１では、給水管３において、開閉弁９１と分岐部３ａとの間には、給水管３を流れる水量を制限する絞り弁９４が設けられるのが望ましい。絞り弁９４は、電解室４０に供給された水が出口７ｂ及び端部８１ｂから流出することを抑制する。 Therefore, in the present hydrogen gas dissolving device 1, it is desirable to provide a throttle valve 94 between the opening/closing valve 91 and the branch 3a in the water supply pipe 3 to limit the amount of water flowing through the water supply pipe 3. The throttle valve 94 prevents the water supplied to the electrolysis chamber 40 from flowing out from the outlet 7b and the end 81b.

また、本水素ガス溶解装置１では、酸素取出管７において、開閉弁９２と出口７ｂとの間には、酸素取出管７を流れる水量を制限する絞り弁９５が設けられるのが望ましい。同様に、開放配管８１において、開閉弁９３と端部８１ｂとの間には、開放配管８１を流れる水量を制限する絞り弁９６が設けられるのが望ましい。絞り弁９５、９６は、電解室４０に供給された水が出口７ｂ及び端部８１ｂから流出することを抑制する。なお、絞り弁９４のみによって、出口７ｂ及び端部８１ｂからの水の流出が十分に抑制できる場合は、絞り弁９５、９６は、省略されていてもよい。 In addition, in the present hydrogen gas dissolving device 1, it is preferable that a throttle valve 95 for limiting the amount of water flowing through the oxygen extraction pipe 7 is provided between the on-off valve 92 and the outlet 7b in the oxygen extraction pipe 7. Similarly, it is preferable that a throttle valve 96 for limiting the amount of water flowing through the open pipe 81 is provided between the on-off valve 93 and the end 81b in the open pipe 81. The throttle valves 95 and 96 prevent the water supplied to the electrolysis chamber 40 from flowing out from the outlet 7b and the end 81b. Note that if the throttle valve 94 alone can sufficiently prevent the water from flowing out from the outlet 7b and the end 81b, the throttle valves 95 and 96 may be omitted.

水素ガス溶解装置１によって生成された溶存水素水を血液透析に使用する場合、給水管５には、原水として逆浸透膜処理装置（図示せず）によって処理された逆浸透水が供給される。そして、水素溶解モジュール６において逆浸透水に水素ガスが溶解されることにより、透析液調製用水が生成され、透析液供給装置に供給される。 When the dissolved hydrogen water produced by the hydrogen gas dissolving device 1 is used for hemodialysis, reverse osmosis water treated by a reverse osmosis membrane treatment device (not shown) is supplied to the water supply pipe 5 as raw water. Hydrogen gas is then dissolved in the reverse osmosis water in the hydrogen dissolving module 6, producing water for dialysis fluid preparation, which is then supplied to the dialysis fluid supply device.

以上、本発明の水素ガス溶解装置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、水素ガス溶解装置１は、少なくとも、電気分解により水素ガスを発生するための電解槽４と、電解槽４から供給された水素ガスを、水に接触させて溶解させるための水素溶解モジュール６とを備え、電解槽４は、水素溶解モジュール６よりも下方に配されていればよい。 The hydrogen gas dissolving device 1 of the present invention has been described in detail above, but the present invention is not limited to the above specific embodiment and can be modified and implemented in various forms. That is, the hydrogen gas dissolving device 1 includes at least an electrolytic cell 4 for generating hydrogen gas by electrolysis, and a hydrogen dissolving module 6 for dissolving the hydrogen gas supplied from the electrolytic cell 4 by contacting it with water, and the electrolytic cell 4 may be disposed below the hydrogen dissolving module 6.

１：水素ガス溶解装置
３：給水管
４：電解槽
５：給水管（給水手段）
６：水素溶解モジュール
７：酸素取出管
７ａ：入口
７ｂ：出口
８：水素取出管
８ａ：入口
８ｂ：出口
４０ａ：陽極室
４０ｂ：陰極室
６１：管体 1: Hydrogen gas dissolving device 3: Water supply pipe 4: Electrolytic cell 5: Water supply pipe (water supply means)
6: Hydrogen dissolving module 7: Oxygen extraction pipe 7a: Inlet 7b: Outlet 8: Hydrogen extraction pipe 8a: Inlet 8b: Outlet 40a: Anode chamber 40b: Cathode chamber 61: Tube body

Claims

an electrolytic cell for generating hydrogen gas by electrolysis;
a hydrogen dissolution module for contacting the hydrogen gas supplied from the electrolytic cell with water to dissolve the hydrogen gas;
a hydrogen extraction pipe for extracting the hydrogen gas from the electrolytic cell and supplying the hydrogen gas to the hydrogen dissolving module;
The electrolytic cell is disposed below the hydrogen dissolving module,
an open pipe having one end open is connected to the hydrogen extraction pipe;
the other end of the open pipe is branched off from the branching portion of the hydrogen extraction pipe ,
a water supply pipe for supplying water for electrolysis to the electrolytic cell;
The water supply pipe and the open pipe are provided with an on-off valve that is closed during electrolysis.
Hydrogen gas dissolving device.

The hydrogen gas dissolving device according to claim 1, wherein the open pipe is provided with a second throttle valve that limits the amount of water flowing through the open pipe.

The electrolytic cell further includes an oxygen extraction pipe for extracting oxygen gas from the electrolytic cell.
3. The hydrogen gas dissolving device according to claim 1, wherein the oxygen extraction pipe is provided with a third throttle valve for restricting the amount of water flowing through the oxygen extraction pipe.

A first water level sensor and a second water level sensor are provided in the oxygen extraction pipe below the branching portion,
The hydrogen gas dissolving device according to claim 3 , wherein the first water level sensor and the second water level sensor are arranged vertically and spaced apart from each other.

a third water level sensor and a fourth water level sensor are provided in the hydrogen extraction pipe;
The third water level sensor is disposed at the same height as the first water level sensor,
The hydrogen gas dissolving device according to claim 4 , wherein the fourth water level sensor is disposed at the same height as the second water level sensor.

The hydrogen gas dissolving device according to claim 4 or 5, wherein a fifth water level sensor is provided between the first water level sensor and the second water level sensor.

The hydrogen gas dissolving device according to claim 3 or 4, wherein the oxygen extraction pipe is provided with an on-off valve.