(57)【要約】【課題】電解セルの陽極反応が発生するよう貯水槽と予備タンクから一定水位の水が持続的に供給される様、フロート弁を用いているため水位の安定性が悪く、止水時微小もれによるオーバーフローや、出水過小時には水位不足で陽極反応が正常に行われないなどの欠点があった。【解決手段】下方に配置した電解水貯水槽から、内側と外側に仕切る壁を設けた本体側電解槽の内側に電解液をくみ上げ、満杯位置で安定水位が得られるようにするとともに、内側の電解層をあふれた電解水は外側の壁と回収口で元の電解水貯水槽に回収する構造にした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体据え置き部から着脱可能な機能水蓄積カップ底面に液不透過性隔膜を間に陰極電極側を前記機能水蓄積カップの内側に露出、陽極電極側を前記機能水蓄積カップ底部から外側に露出する様に配置した電解セルユニットを設け、他方で前記機能水蓄積カップを据え置く本体側据え置き部には前記機能水蓄積カップ底部から外側に露出した陽極電極が浸漬する電解槽と前記電解セルユニットの陽極電極、陰極電極それぞれに電気エネルギーを供給する電気的結合部材とを有して原水を電気分解して機能水を製造する装置において、本体側電解槽下方に配置した電解水貯水槽と前記電解水貯水槽から本体側電解槽に電解液を供給する電解水汲み上げ手段と前記電解槽に内側と外側を仕切る隔壁部と内側には浄水くみ上げ手段の吐出部と逆止弁とを外側には貯水槽への回収口とを有した機能水生成装置
【請求項２】
水素水生成スタート時任意に定めた時間電解水汲み上げ動作を行う手段を設けてを動作させる請求項１記載の機能水生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はポータブル型機能水生成装置、とりわけ水素水、アルカリイオン水製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶存水素水を製造する方法として、水を電気分解して水素ガスを生成させ、これを水 に溶存させる方法が高濃度の溶存水素水を製造する方法として知られている。図１0は特許第５７３６０３７号による電解式水素水生成装置である。タンクベース本体403から分離
が可能な飲水カップ下部400に陽極、陰極、高分子イオン交換樹脂膜を含む電解セル402を構成し、前記飲水カップ400を据え置くことにより電解槽に浸漬させ、電解セル402の陽極反応が発生するよう貯水槽と予備タンクから一定水位の水が持続的に供給されるフロート弁406を含み、電解セル402に直流電流を印加するための電源装置407を備える。
飲水カップ400に原水を注ぎ、タンクベース403に取付けた後、電源を印加すると、電解セル402はタンクベース内の水を電気分解し、タンクベース側の陽極では酸素が発生し、飲水カップ側の陰極では水素が発生し、飲水カップ内の浄水に水素ガスが溶存され、溶存水素水を製造することができる溶存水素製造装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５７３６０３７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この構成の装置は飲水カップ４００を据え置くことができ、電解セルの陽極反応が発生するよう貯水槽と予備タンクから一定水位の水が持続的に供給されるフロート弁４０６を含んでいるが、フロート弁４０６の止水不具合、具体的には（１）フロート弁方式自身が持つ精度特性としてのばらつきの多さ、（２）バルブの固着による出水不良、（３）フロート弁の作用点・力点のアーム比が２０程度あり、フロート弁を構成するフロートの適正水位で開閉を制御することが困難となること、（４）止水時微少漏れが継続的に発生し電解槽がオーバーフローする等の問題が顕在化している。
【０００５】
また、出水過少時は水素水製造の電解セルの陽極反応が発生する貯水槽の水位不足で電極が浸漬できず陽極反応が正常に行われない。具体的には電解セルが半乾燥状態となり電解セルの抵抗値を上昇させ、結果として供給電圧の上昇に伴い高分子イオン交換樹脂膜の焼きつき、焦げにより損傷を受け、水漏れの発生、電気的には本体と飲水カップの接点の発熱、損傷、更にはシステムとして動作困難な状態に陥る、また出水過多時は適正水位を大きく上回り、飲水カップ据え置台からオーバーフローし、周囲環境の汚損を引き起こす、などの不具合を解決する必要があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、着脱可能な溶存機能水蓄積カップ底面に液不透過性隔膜を間に陰極電極側を前記溶存機能水蓄積カップの内側に露出、陽極電極側を前記溶存機能水蓄積カップ底部から外側に露出する様に配置した電解セルユニットを設け、他方で前記溶存機能水蓄積カップを据え置く本体側据え置き部には前記溶存機能水蓄積カップ底部から外側に露出した陽極電極が浸漬する電解槽と前記電解セルユニットの陽極電極、陰極電極それぞれに電気エネルギーを供給する電気的結合部材とを有して電解水を電気分解して溶存機能水を製造する装置において、本体側電解槽下方に配置した電解水貯水槽と 前記電解水貯水槽から本体側電解槽に電解液を供給する供給手段と 前記電解槽に内側と外側を仕切る隔壁部と内側には電解液くみ上げ手段の吐出部と 逆止弁とを 外側には貯水槽への回収口とを設けた。
【０００７】
また第2の発明では機能水生成スタート時任意に定めた時間電解液汲み上げ動作を行う手段を設けてを動作させるようにした。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によると、着脱可能な溶存機能水蓄積カップ底面に液不透過性隔膜を間に電解セルユニットを設け、他方で前記溶存機能水蓄積カップを据え置く本体側据え置き部に前記溶存機能水蓄積カップ底部から外側に露出した電解セルユニットを浸漬する電解槽に関して、本体側電解槽に隔壁で内側と外側に仕切り、内側には電解水貯水槽を下方に配置して浄水汲み上げ手段により電解槽内側に供給するので、電解槽の隔壁内側から満水にすることができ、余剰の電解液は隔壁を越え電解槽外側から貯蔵タンクに戻すことにより、電解セルの浸漬状態を維持することができる。
【０００９】
また、第２の発明によると、機能水生成スタート時任意に定めた時間のみ電解液汲み上げ手段を動作させることにより電解槽内側に供給するので、電解槽の隔壁内側から満水にすることができ、余剰の電解液の隔壁を越え電解槽外側から貯蔵タンクに還流する量を少なくしつつ、電解セルの浸漬状態を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の外観の一実施例を示す斜視図
【図２】図１のＡ−Ａ断面図、
【図３】図２のチェックバルブ付近拡大断面図
【図４】チェックバルブの底面図
【図５】電解水汲み上げ動作のフローチャート
【図６】機能水蓄積カップユニットの一部拡大断面図
【図７】電解セルユニットの組立て説明図
【図８】機能水蓄積カップユニットをカップユニット据え置き部から取り外した状態の断面図
【図９】電気的なブロック図
【図１０】従来の例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下説明実施形態は一例であり本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。
【００１２】
図１は本発明の機能水生成装置の外観の一実施例を示す斜視図であり、300は本体ベースユニットであり上面には機能水蓄積カップユニット100を据え置くカップユニット据え置き部310あるいは電解水用とする浄水投入用の給液キャップ320を備え、前側面には本体操作部330を持つ。
以後、浄水からイオン交換樹脂などを通して電気的に有害な物質を除去したものを電解水という。
【００１３】
本体操作部330は機能水蓄積カップユニット100への電解用電源の供給手段や利用者の要求に応じて図示しない電気的な設定および制御、表示などのユーザーインターフェース手段を配置する役割も兼ねている。
【００１４】
第２図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３図は図２のチェックバルブ付近拡大断面図である。  
【００１５】
図において、本体ベースユニット300は上カバー301と下カバー302で構成され上カバー301はカップユニット据え置き部310を有し機能水蓄積カップユニット100を着脱自在に置くことができる。本体ベースユニット300には、電解セルユニット110に陽極電極側電解用の浄水120ｂを陽極側電解槽311を介して供給するための浄水貯蔵手段200を有している。
電解液汲み上げ手段として、電動ポン510を有している。さらに、ＤＣ電源として図示しないＡＣアダプタが接続出来るようになっている。
【００１６】
次に陽極電極側電解用の電解水120ｂの供給手段としての前記本体側浄水供給手段の動作を説明する。
【００１７】
陽極側電解用の浄水120ｂは上カバー301上部の給液キャップ320を取り外し開口部101aから電解水貯蔵手段200に供給する。
電解水貯蔵手段200内には着脱可能なイオン交換樹脂収納容器520が配置されておりそのイオン交換樹脂収納容器520の軸520aをガイドとしてフロート520bが水位の高さに応じて上下スライド可能なように軸支されており、陽極側電解用の電解水120ｂの最大容量を目視で認識できるようになっている。
破線のフロート520ｃは満水でない水位に対応する位置を示す。
【００１８】
イオン交換樹脂収納容器520は陽極側電解用の浄水が供給されると、内在しているイオン交換樹脂でマグネシウム、カルシウム等のミネラル分が浄化され、電解に適した電解水となるよう処理される。
【００１９】
次に汲み上げ動作について説明すると、電解水貯蔵手段200の最下部150aには汲み上げ手段である電動ポンプ510があり、下部に取水口511が、上方に向けては出水口512が接続手段513を介して本体ベースユニット300の上カバー301のカップユニット据え置き310内側に形成された陽極電極側電解槽311に吐出する。
【００２０】
逆流防止機構としてのチェックバルブ514（図３参照）は吐出時は上方に押し上げられる様に開き、吐出を停止すると下がり管路を閉鎖することによって陽極側電解用の電解水120ｂの逆流を防止している。
【００２１】
陽極電極側電解槽311は、電解セルユニット110の陽極電極112が浸漬可能な水位より少し上の位置を満水としており、満水になると、余剰となった陽極側電解用の電解水120ｂは陽極電極側電解槽の隔壁311aを乗り越えて隔壁外側流路311bに流れ込み、排水口311ｃから回収される。
【００２２】
陽極電極側電解槽311の容積は１００ｃｃ程度であり比較的短時間で満水となる。そのまま連続的に供給〜排出を続けてもよいが、予め満水到達時間を勘案して供給を停止してもよい。
【００２３】
図３はチェックバルブ付近の拡大断面図、図４はチェックバルブの底面図である。チェックバルブ514は出水口512の流路514ｃの出口側を閉鎖することができる弁部514aと出水口512の流路514ｃを塞がないで出水口512の所定内位置にとどまる十字形のフック部514bを有している。
【００２４】
また、逆流防止機構は筒状部材を用いて流路をさらに上方まで延ばし、出水口が満水位置と同じ高さになるようにしても良いこの場合は、チェックバルブを設ける必要がないのでより簡単な構造で逆流防止機構を形成することができる。
【００２５】
次に電解水の汲み上げ動作を説明する。図５は図9で示す、電気回路ブロック図のＣＰＵによって制御される電解水汲み上げ動作のフローチャートである。
【００２６】
このフローチャートにより動作を説明すると、図示しない水素生成スタートルーチンよりスタートスイッチＯＮをトリガーにして電動ポンプＳ１０のエントリーポイントがサブルーチンとしてコールされる。Ｓ１１でタイマーをスタートさせ、Ｓ１２でタイマー経過時間をチェックする。
一番初めはタイマー値はゼロであるため、Ｓ１４にて電動ポンプ510がＯＮになり、電解水120ｂが汲み上げられる。
再び、Ｓ１２にてタイマー値がチェックされ、１０秒経過するまで、電動ポンプ510は動作し続ける。
１０秒経過するとＳ１３が実行され、電動ポンプ510が停止浄水汲み上げ動作が止まる。
Ｓ１４でコールされた水素生成スタートルーチンへ戻り、水素生成の手続きが続行される。
ここではタイマー設定を１０秒としたが、予め予想満水到達時間を設定すればよい。
【００２７】
図2において陽極電極側電解槽311にある陽極側電解用の電解水120ｂは電気分解、蒸発等などにより徐々に消費され、都度電解水貯蔵段200から浄水汲み上げ手段により供給され、電解可能水位を維持する。
従って電解水貯蔵手段200の水位も連動して低下していく。
【００２８】
そこで、電解水貯蔵手段200の底部近傍にマグネットを内蔵したフロートと図示しないホール素子の組み合わせた残量警告センサ530を電解水貯蔵手段200の内側に配置（図２参照）して陽極電極側電解用の浄水120ｂの不足を検知して報知したり、電解の開始可否などの制御に利用される。
【００２９】
図中上側のマグネットを内蔵したフロート530aの位置は通常使用中の位置であり、マグネットを内蔵した破線のフロート530bの位置は陽極側電解用の浄水120ｂの不足を検知した位置である。
これらセンサは特に限定するものではなく要求機能を果たせばよい。
【００３０】
次に、陰極側電解用の浄水120ａを供給するもう一方の浄水供給手段としての機能を有している機能水蓄積カップユニット100について説明する。
【００３１】
図６は図2の機能水蓄積カップユニット100の一部拡大断面図である。図７は電解セルユニット110の組立て説明図であり、（ａ）は組立前（ｂ）は組立後の状態を示す。
図において、陽極電極112をインサート成型したカップベース230の凹部230ｃに前記陽極電極112の周囲を囲むように配置した第1のシール部材210aを配置し液不透過性隔膜113を介在させて更に第2のシール部材210ｂを配置しその上に陰極電極111をインサート成型した陰極カバー220とともに配置する。
そして、第3のシール部材210ｃの順にセットして、第3のシール部材210ｃをカップ本体凸部250aで勘合し図示しない締結手段で固定することによりカップ本体250とカップベース230の間の水密構造を形成し、電解セルユニット110を構成する。
【００３２】
それぞれ部材間に挟み込んだ第1乃至第３のシール部材（210a、210ｂ、2210c）は弾性パッキン、弾性的性向硬化剤、粘着材、ゲル上の粘弾性体でもよい。
【００３３】
カップベース230にインサート成型された陽極電極端子112aとカップベース外周部側面に露出している、もう一方の陰極電極端子111aは陽極電極112と重ならない位置のカップベース内を通してカップベース230外周部側面に露出させる。
現実的には電蝕、トラッキング等の不具合を避けるため概ね１８０度オフセットした対極に設置することが望ましい。
【００３４】
次に機能水蓄積カップユニット100の据え置きについて説明する。
図２は機能水蓄積カップユニット100をカップユニット据え置き部310にセットした断面図である。
図８は機能水蓄積カップユニット100をカップユニット据え置き部310から取り外した状態の断面図である。
【００３５】
機能水蓄積カップユニット100に陰極側電解用の浄水120ａを入れ本体ベースユニット300のカップユニット据え置き部310にセットしようとすると、上カバー301側から弾性的押圧摺性のある接触子320a・320bを機能水蓄積カップユニット100の収容される位置のカップベース230の側面から露出している陽極電極端子112a・陰極電極端子111aが摺動しつつ接触子320a・320bを押し広げ最適な接点接地状態を維持しカップユニット据え置き部310に機能水蓄積カップユニット100底面が接地する。これによって、接触子320aと接触子320ｂが陽極電極端子112aと陰極電極端子111aとの電気的結合部材として機能する。
【００３６】
このとき、カップ本体250の底部にある電解セルユニット110の外側は本体ベースユニット300のカップユニット据え置き部310上にある
陽極側電解槽311内で陽極側電解用の浄水120ｂに浸漬する。
【００３７】
一方電解セルユニット110の内側は機能水蓄積カップユニット100内部の陰極側電解用の浄水120aにより浸漬される。
【００３８】
従ってこの状態で、電気的通電を行うと、陽極側電解用の浄水120ｂに浸漬する陽極電極112と陰極側電解用の浄水120ａに浸漬する陰極電極111は液不透過性隔膜113を介して電気分解作用が発生し、機能水蓄積カップユニット100内の陰極側電解用の浄水120ａは水素豊富水に、本体ベースユニット300側のカップユニット据え置き部310の陽極側電解槽311内は酸素、又はオゾン豊富水が生成される。
尚、液不透過性隔膜としてはイオン交換樹脂膜等を用いる。
【００３９】
ここまで一例として水素水生成を目的とする観点で説明したが、接触子の極性を切り替えて陽極電極112、陰極電極111を反転すればオゾン水という殺菌能力を有する浄水を生成することもできる。
アルカリイオン水、還元水等所望の用途に応じて電極材質、電気的制御方法を最適化すればよい。
【００４０】
図９は電気的なブロック図を示す。
図示しないACアダプタにより商用電源をDC電源に変換し接続用コネクタを介して本体にある電源ユニット507へ供給する。
電源ユニット507では、回路全体を動かすＶｃｃ（図示せず）、陽極電極端子112a陰極電極端子111aを介して電解セルユニット110駆動するための正電源＋Ｖａａと負電源−Ｖａａを生成する。
波形整形ユニット503は陽極電極端子112a陰極電極端子111aを介して電解セルユニット110を駆動するための波形信号を生成する。
波形の形としては三角波を生成したり、鋸歯状波を生成したり、矩形波を生成したりする。
【００４１】
電源ユニット507では、回路全体を動かすＶｃｃ（図示せず）、電解セルユニット110を駆動するための正電源＋Ｖａａと負電源−Ｖａａを生成する。
【００４２】
波形整形ユニット503は電解セルユニット110を駆動するための駆動信号を生成する。
発振回路の信号を積分回路で積分することで三角波を生成したり、発振回路の信号のＨレベルとＬレベルで出力信号波形の傾きを変えることで鋸歯状波を生成したり、三角波を閾値で切って矩形波を生成したりする。
閾値の値を変えることで、矩形波のデューティを変えることができ（ＰＷＭ制御）、閾値の変更や生成する波形の種類はＣＰＵ505で選択する。
発振周波数の異なる発振回路を複数持ち、ＣＰＵ505が選択できるようにしてもよい。
【００４３】
センサー処理ユニット506は電解セルユニット110に印加する電圧や電流を、具体的にはA-D変換を行い、CPU505へデジタルデータとして出力する。
A-D変換のタイミングや動作の有効/無効はCPU505によって制御される。
【００４４】
また、データバスに流れるデータの切り替えやリードタイミングはCPU505によって制御される。残量警告センサであるホール素子の信号処理、具体的には増幅やフィルタリングをセンサー処理ユニット506にて行い、CPU505へ残量情報として送る。
【００４５】
CPU505は電解セルユニット110に印加する電圧を検出するセンサー処理ユニット506や、本体操作部330に基づき波形整形ユニット503を制御する。
また、本体操作部330による操作で、波形整形ユニット503の停止、駆動ユニット504の起動や停止を司る。
【００４６】
さらに、駆動信号の極性を反転する制御も司る。
また、報知ユニット505は残量警告センサに基づき、
報知ユニット508を制御し、報知する。
なお、センサー処理ユニット506は、他にシステムの状態を把握するためのセンサを搭載してもよい。
【００４７】
報知ユニット508は電解セルユニット110の異常電圧を報知する。
また、残量警告も報知する。報知する手段としては、ＬＥＤなどの発光装置、スピーカーによる音、音声、振動等を単独、または、組み合わせて構成する。
【００４８】
電動ポンプ駆動ユニット509はモータ制御をするドライブ回路ユニットである。
電動ポンプ駆動ユニット509には電解水汲み上げ手段である電動ポンプ510が接続され、CPU505からのＯＮ／ＯＦＦ制御により、電解水汲み上げ手段である電動ポンプ510が動作/停止する。
【符号の説明】
【００４９】
100機能水蓄積カップユニット  
113液不透過性隔膜
111陰極電極
112陽極電極
110電解セルユニット
300本体ベースユニット
310カップユニット据え置き部
311陽極側電解槽
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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