(57)【要約】【課題】観賞魚を飼育する水槽中に溶存する酸素を増加させる従来のポンプでは、振動と騒音が発生する大きな欠点がある上、吸入、吐出弁が短時間で破損する欠点があった。本発明は稼動部を持たない簡単な構造として、振動騒音のない長寿命の酸素供給装置を提供するものである。【解決手段】本発明の電解式水槽ポンプはアルカリ電解液中に複数の電極対を設け、各電極間に直流脈動電流を流し、酸素と水素の混合ガスを発生させ、その発生ガスを多細孔を有する吐出ストーンより魚類を飼育する水槽中や汚水中に吐出させて酸素を供給するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を注入するための給水口と発生ガスを排出するための吐出孔を具備する電解容器と、該電解容器内に設けてなる電極に電流を供給するための電源部を有する、酸素水素混合ガス発生装置と、該酸素水素混合ガス発生装置から酸素水素混合ガスを水槽中に導く連通チューブと、該連通チューブの先端部に、前記酸素水素混合ガスを細かく分散して排出する多細孔吐出ストーンを具備せしめたことを特徴とする、電解式水槽ポンプ。
【請求項２】
前記酸素水素混合ガス発生装置は、直流の最大値が最小値の２倍以上となる脈動電流、又は、直流通電期間と通電休止期間を設けてなる通電制御を行ったことを特徴とする、請求項１記載の電解式水槽ポンプ。
【請求項３】
前記酸素水素混合ガス発生装置は、過電流抑制手段を具備して成る請求項２記載の電解式水槽ポンプ。
【請求項４】
前記酸素水素混合ガス発生装置は、複数の電極対が分離壁により囲繞された、互いに直列に接続される構造とされたことを特徴とする、請求項１、２、及び３何れか１つ記載の電解式水槽ポンプ。
【請求項５】
前記酸素水素混合ガス発生装置は、水酸化カリウム、又は水酸化ナトリウム、又は水酸化カルシウムから成るアルカリ電解溶液中に正負の電極対を設けて成り、前記電解水溶液の濃度を３％〜１０％としたことを特徴とする、請求項１、２、３、及び４何れか１つ記載の電解式水槽ポンプ。
【請求項６】
前記給水口には、着脱自在の密閉栓を嵌合させ、該密閉栓の周囲に受水壁を設けて成ることを特徴とする、請求項１記載の電解式水槽ポンプ。
【請求項７】
前記電解容器内の電源の正又は負端子に直接接続された電極の下端部位置を、電解容器底部より上方所定の位置に定められた最低水位レベルと成るようにしたことを特徴とする、請求項１記載の電解式水槽ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、鑑賞魚を飼育する水槽や、濾過水槽や、活魚を輸送運搬するときの水槽中に溶存する酸素を増加させるため、酸素含有ガスを放出するごとくした水槽ポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】従来、この種の酸素供給用の水槽ポンプは、モータやバイブレータにより発生させた空気圧によって吸入弁及び吐出弁を開閉させ、空中の空気を水中に吐出させて、空気中の酸素を溶解させる、エア・ポンプが主流であった。このようなエア・ポンプでは、耳障りな作動音が発生するという大きな欠点があった。水槽中の残存酸素を富化できる様にした別の装置には、例えば、
【特許文献１】特開平７−２４６０３９の“水槽用酸素富化装置”が提案されている。また、酸素含有ガス発生装置として、
【特許文献２】特許第３１３００１４号の“横列式電解槽を含むブラウンガス大量発生装置”のようなガス大量発生装置や、
【特許文献３】特許第２７４２８９３号の“水電解／燃料電池装置”に開示されているような水素と酸素ガスを分離して発生させるガス発生装置が公知とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】しかしながら、従来のエア・ポンプによる方法では、振動と騒音を発生させる大きな欠点がある上、吸入弁や吐出弁、圧縮ゴムに亀裂ができ易く比較的短時間で使用できなくなる欠点が問題点とされていた。また、酸素を単独に取り出す装置にあっては効率が悪く、装置が高価になり、実用性に乏しいものであった。本発明は、このような問題点を解決するもので、稼動部のない簡単な構造で、水の電気分解により発生させた酸素と水素の混合ガスを水中に吐出させ、そのガス中の酸素を水中に溶け込ませて、水槽中の残存酸素を飽和させる装置としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、水を注入するための給水口と発生ガスを排出するための吐出孔を具備する電解容器と、該電解容器内に設けてなる電極に電流を供給するための電源部を有する、酸素水素混合ガス発生装置と、該酸素水素混合ガス発生装置から酸素水素混合ガスを水槽中に導く連通チューブと、該連通チューブの先端部に、前記酸素水素混合ガスを細かく分散して排出する多細孔吐出ストーンを具備せしめたことにある。【０００５】請求項２記載の発明は、前記酸素水素混合ガス発生装置において、直流の脈動電流、又は、直流通電期間と通電休止期間を設けて制御したことにある。【０００６】請求項３記載の発明は、前記酸素水素混合ガス発生装置において、過電流抑制手段を設けたことにある。【０００７】請求項４記載の発明は、前記酸素水素混合ガス発生装置において、複数の電極対が分離壁により囲繞され、互いに直列に接続される構造としたことにある。【０００８】請求項５記載の発明は、前記酸素水素混合ガス発生装置において、水酸化カリウム、又は水酸化ナトリウム、又は水酸化カルシウムから成るアルカリ電解溶液中に正負の電極対を設けて、前記電解水溶液の濃度を３％〜１０％としたことにある。【０００９】請求項６記載の発明は、前記給水口に、着脱自在の密閉栓を嵌合させ、該密閉栓の周囲に受水壁を設けたことにある。【００１０】請求項７記載の発明は、前記電解容器内の電源の正又は負端子に直接接続された電極の下端部位置を、電解容器底部より上方所定の位置に定められた最低水位レベルと成るようにしたことにある。
【発明の効果】
【００１１】請求項１記載の発明は、アルカリ水を電気分解する気密容器とした電解容器から、酸素：水素＝１：２の混合ガスを発生させ、水槽や汚水中の多細孔を持つ吐出孔から吐出させるので、酸素の濃度は、空気を吐出させる場合に比べて約１．５倍と多くすることができ、より少量体積であっても、水中酸素を富化させる効果を高めることができる。また、機械的振動音が皆無となり、機械的磨耗部を有しないため長寿命とすることができる。さらに又、発生ガス圧力は容易に高圧にすることが出来るので、多細孔の孔径をより小さくして気泡を極めて小さくすることが容易となり、同体積当りの接触面を増加させることが出来、また水素の効果によりガスの上昇力が大きくできるので、水面上への水滴のジャンピング作用を強くすることができる。このジャンピング作用や水との接触面積増加作用により、水中に酸素を溶け込ませる効果を高めることが出来る。水上にでた残りの水素酸素ガスは還元反応により水蒸気となり、水上の蓋等に付着して、水滴となり、部屋の湿度を高める効果も得られるものである。【００１２】請求項２記載の発明は、連続使用に伴って電極が酸化され見かけ抵抗が増加して通電電流が下がり、ガス発生が停止する問題を回避する効果が得られる。【００１３】請求項３記載の発明は、外気温度の上昇や電極の酸化反応に伴う発熱によって見かけ抵抗が低下し、大電流が流れる現象を回避することができる。【００１４】請求項４記載の発明は、必要量のガスを発生させるために必要となる通電電流を減少させることが出来、電極へのリード線径を細くし、組立が容易に出来る。商用電源からの直接的なサイリスタ制御が容易になる。【００１５】請求項５記載の発明は、電気抵抗を低下させて効率を向上させることが出来ると同時に、水槽へのアルカリ水の漏れを防止することが出来る。【００１６】請求項６記載の発明は、給水操作を容易にするとともに異常圧力発生時にガスをリークさせる安全弁とすることが出来る。【００１７】請求項７記載の発明は、高濃度で過少量での運転を回避させるための、水位センサを不用とすることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
【００１９】以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２０】図１は本発明の電解式水槽ポンプの１実施例を示す説明図である。本電解式水槽ポンプ１は電解容器２内にステンレスパイプ又はステンレス棒の電極３（正電極３−１、負電極３−２）にステンレスワイヤ４（正電極ワイヤ４−１、富電極ワイヤ４−２）が設けられている。又、前記電解容器２内には３％〜１０％の水酸化カリウム、又は水酸化ナトリウム、又は水酸化カルシウムなどのアルカリ水溶液が入れられている。電源部１３には半波整流による低電圧が作られ、前記電極３（３−１、３−２）に印加するようにされている。陽極３−１で発生した酸素ガスと、陰極３−２で発生した水素ガスは、酸素と水素の混合ガスとなり、電解容器２の上部に設けられたガス吐出孔７を通り、連通チューブ８を経て、５μｍ乃至３０μｍ程度の多数の細孔を有する多細孔ストーン１１から、水槽１２中の水中に放出され、水中の残存酸素が富化されるものである。【００２１】また、電解容器２の上部には、電気分解によって消費された水を補充するための小孔が設けられ、ゴム製の密閉栓６によって封止され、該密閉栓６及びガス吐出孔７の外周には、受水壁５が設けられている。水は容器の中間水位レベルに達すると、図示されていないが、自然停止する制御が行われて、このとき、前記密閉栓６と連通チューブ８を取り外した後、受水壁５内に水を注ぐことによりガス吐出孔７からは圧縮ガスが抜け、前記密閉栓６が取り付けられていた小孔から、水が補給できる構造とされている。【００２２】図２はトランスレスによる制御方法を示す１実施例である。この回路では、サイリスタ２１の位相制御によって、負荷２２に低電圧を供給し、負荷電流が過大に増大した場合には、永久磁石とコイルを備えたリードスイッチから成る過電流センサ２４のコイルに主電流を通すことで、該コイルによる磁界を生ずるようにされている。定常時には永久磁石からの磁界によってオン状態となっているが、過電流時にはコイルによる磁界によりリードスイッチの接点間抵抗が増加され、さらに大きな過電流の場合にはオフ状態となるようにされている。過電流が流れると、コンパレータ２５の出力電圧はロウからハイに動作され、遅延回路２６によりトランジスタ２７を一定時間通電させる。該遅延回路２６はタイマーＩＣに代えることが出来る。トランジスタ２７がオンするとコンデンサ２０のピーク電圧が下がり、ダイアック２３を非導通状態として、サイリスタ２１は停止され、気泡の発生が停止される。このような過電流抑制手段を設けることによって、電解水の温度を下げ、見かけ抵抗を増大させるように制御されている。【００２３】図３は制御方法の違いによって異なる電流変化の特徴を比較した電流波形図で、（ａ）は図１の電源部１３中のコンデンサ１０の容量を小さくして、最大値が最小値の２倍以上に脈動を大きくしたときの電流波形である。（ｂ）はコンデンサ１０を取り外した場合で、トランスにより２Ｖ〜８Ｖに降圧した後、半波整流とした場合の電流波形である。この場合は、電極構造が簡単になる利点はあるが、トランスのスペースと重量の増加が欠点となっている。（ｃ）は交流１００Ｖの入力を図２に示した制御回路のようにＳＣＲによる位相制御とした場合の電流波形である。回路スペ��スが非常に小さく出来、安価なものとすることが出来る利点がある。また（ｄ）はＴＲＩＡＣを位相制御してから全波整流した場合の電流波形を示したものである。これらの電流波形のように、電流を停止させたり脈動させたりして流すことにより、電極表面に発生したガスの気泡が電極上に停留することと、電極表面に酸化絶縁膜ができることを防ぐ効果が得られる。電極実効面積の減少と酸化皮膜による電流減少、即ち発生ガスの減少を回避させることができるとともに、電流の停止または減少させる周期により、多細孔ストーン１１からの気泡の吐出が微少期間一時停止されるので、気泡をより小さいものとすることができ、同一吐出ガス量当りの気泡と水との接触面が増加して、酸素の溶解を良好とする効果が得られる。【００２４】図４（ａ）はアルカリ電解液の濃度と水槽中へのアルカリ水の漏れの関係をプロットしたグラフで幅３５ｃｍ、奥行き２５ｃｍ、深さ２０ｃｍの水槽に１週間連続吐出させて、前後のペーハー値変化を比較してプロットした図である。これによると電解液濃度は１０％以下とすれば全く漏れが検出されることがなく、安全であることが知られる。また、（ｂ）は電極間の印加電圧を電流で除して求めた見かけ抵抗と電解液濃度との関係を調べた結果で、電解液濃度が３％以下になると抵抗が急激に増大することが知られる。見かけ抵抗が大きいと、損失が増大して温度上昇が大きくなり、さらに電流が増加し、消費電力が大きくなるのみでなく、温度上昇のために電解容器２を大きくしなければならなくなるものである。図４（ａ）、（ｂ）の結果より、適切なアルカリ電解液の濃度としては、３％〜１０％の範囲が適切であることがわかる。
【実施例２】
【００２５】図５は電解容器２中の電極の構造を複数対として簡易的な隔壁１４で分離した別の実施例を示す電解容器の正面断面図である。第１の陽極１５−１と陰極１５−２は、第１の隔壁１４−１により囲繞され、第２の陽極１６−１と陰極１６−２は、第２の隔壁１４−２に、第３の陽極１７−１と陰極１７−２は、第３の隔壁１４−３に、第４の陽極１８−１と陰極１８−２は、第４の隔壁１４−４によって囲繞されている。各隔壁１４−１、１４−２、１４−３、１４−４は、夫々底部と上部が開放されており、電解液と発生ガスの出入りが自由な状態とされている。このような電極構造とすることにより、ステンレス電線４（４−１、４−２）間に加える電圧を約４倍として、電流は約４分の１に低下させることができる。このような構造とすることでサイリスタ位相制御角を大きくすることが出来、安定した低電圧とすることができるものである。更に、電極対数を増やすと、トランスレスでの制御は容易になる反面、電解タンク内の構造が複雑、高価となる。
【実施例３】
【００２６】図６は電解容器２内の電極対２８、２９、３０、３１を横置きとし、上下に位置をずらして設けてなる別の実施例である。また、図７は上方からの電極配置を示す上方視図である。この様な電極対の配置とすると、発生ガスの気泡は電極の上方で白濁した泡となって停留するが、電極は其の泡によって覆われることがなくなり、電流減少によるガス発生量の減少がなくなり、また水が消費されて電解液面がＡ−Ａ′のレベルまで下がると、通電が自動的に停止させることができ、水位センサを設ける必要がなくなるものである。【００２７】電解容器２の上部には給水口３７が開けられており、ゴム製蓋３４が加圧バネ３５、及び押さえ蓋３６のキャップによって、封止されている。多細孔ストーンの孔がつまるなどにより、内部のガス圧力が異常に高くなった場合、この部分が調圧安全弁として働く。また同時に、水の補給孔としての機能を果たすものである。即ち、液面がＡ−Ａ′まで低下するとガス発生が自動的に停止し、水補充の必要性が分る。この時、連通チューブを外すと共に、押さえ蓋３６を開け、加圧バネ３５およびゴム製蓋３４を外して、給水することが出来るようにされている。給水の上限レベルは容器が透明の樹脂としてその位置を目視により知ることが出来るようにされている。【００２８】プラス電極から第１の電極対２８−１、２８−２に至るステンレス電線４や、隔壁１４によって仕切られた４対の電極対２８、２９、３０、３１間それぞれに接続されたステンレス電線４には、絶縁チューブ３３が被服されていて、電解液中でステンレス電線４に酸素、水素ガスが接触して電池作用によって短絡電流が流れ、ガス発生効率を低下させることを防止している。
【産業上の利用可能性】
【００２９】このような酸素水素混合ガス発生装置の圧力容器の構造を強固にし通電電流及び電圧を上げることによって、発生ガス圧力は数気圧以上の高圧にすることが容易にでき、汚水に酸素を送り込み、水質の浄化を行う曝気装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の電解式水槽ポンプの１実施例を示す説明図である。
【図２】本発明の別の制御方法を示す実施例である。
【図３】制御方法別に電流変化の特徴を比較した電流波形図
【図４】本発明にもちいるアルカリ電解液の濃度に対する液漏れと見掛抵抗値の関係を示すグラフである。
【図５】本発明に於ける第２の実施の形態を示す電解容器説明図である。
【図６】本発明に於ける第３の実施の形態を示す電解容器説明図である。
【図７】第３の実施の形態に於ける電解容器内の電極配置を示す上方視図である。
【符号の説明】
【００３１】１：  酸素水素混合ガス発生装置
２：  電解容器
３：  電極
４：  ステンレス電線
５：  受水壁
６：  密閉栓
７：  ガス吐出孔
８：  連通チューブ
１１：  多細孔ストーン
１２：  水槽
１３：  電源部
１４：  隔壁
１５，１６，１７，１８：  電極対（垂直型）
２８，２９，３０，３１：  電極対（水平型）
３３：  絶縁チューブ
３４：  ゴム製蓋
３５：  加圧バネ
３６：  押さえ蓋
３７：  給水口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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