(57)【要約】【課題】電解セルを水平に取り付けているため陽極側電極の周囲を保持するための樹脂成型部が下部に出っ張ることにより陽極側電極が浸る水位であっても空気の塊が存在し、通電時には陽極側に発生する酸素によりさらに気体が発生し実質的に陽極側電極が浸漬できなかった。【解決手段】電解セルユニットを１０乃至４５度傾斜させることにより、発生した空気が傾斜面によりスムーズにに除去でき空気の塊が出来ないようにして、陽極側が常に浸漬できるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
着脱可能な機能水蓄積カップユニットの底面開口部に、液不透過性隔膜の両面を通水形状の電極で挟んだサンドイッチ構造の電解セルユニットを水密に取り付け、その、一方の陰極電極側面を前記機能水蓄積カップユニットの内側に露出させるとともに、他方の陽極電極側面は機能水蓄積カップユニットの外側に露出させ機能水蓄積カップユニットを据え置く本体ベースユニットのカップユニット据え置き部には、前記機能水蓄積カップユニットから外側に露出した陽極電極が浸漬する陽極側電解槽を設け前記電解セルユニットの一方の陰極電極側を、機能水蓄積カップユニットの原水で浸漬し、他方の陽極電極側を本体ベースユニットのカップユニット据え置き部に設けた電解槽の原水で浸漬した状態で、前記電解セルユニットの一方の陰極電極側と他方の陽極電極側の電極間に電気エネルギーを供給することによって、原水を電気分解して機能水を製造する機能水生成装置において、電解セルユニットを１０乃至４５度傾斜させた ことを特徴とする機能水生成装置。
【請求項２】
電解セルユニット下側の陽極電極と陽極電極端子接合部を傾斜先以外に配置したことを特徴とする請求項1記載の機能水生成装置。
【請求項３】
電極の通水形状がスリット状である請求項１及び２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１１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下部に水平に電解セルを設けタンクベースに据え置くことができ、タンクベース据え置き部には電解セルが陽極反応を発生できるよう貯水槽と予備タンクから一定水位の水が供給され浸るようになっているが、電解セルを水平に取り付けているため陽極側電極の周囲を保持するための樹脂成型部が下部に出っ張ることにより陽極側電極が浸る水位であっても空気の塊が存在し、さらには通電時陽極側に発生する酸素によりさらに気体が発生し実質的に陽極側電極が浸漬できない、ひいては高子イオン交換樹脂幕を浸漬することも出来ないことにより、電気分解の効率が低下するという不具合を生じていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明では、着脱可能な機能水蓄積カップユニットの底面開口部に、液不透過性隔膜の両面を通水形状の電極で挟んだサンドイッチ構造の電解セルユニットを水密に取り付け、その、一方の陰極電極側面を前記機能水蓄積カップユニットの内側に露出させるとともに、他方の陽極電極側面は機能水蓄積カップユニットの外側に露出させ機能水蓄積カップユニットを据え置く本体ベースユニットのカップユニット据え置き部には、前記機能水蓄積カップユニットから外側に露出した陽極電極が浸漬する陽極側電解槽を設け前記電解セルユニットの一方の陰極電極側を、機能水蓄積カップユニットの原水で浸漬し、他方の陽極電極側を本体ベースユニットのカップユニット据え置き部に設けた電解槽の原水で浸漬した状態で、前記電解セルユニットの一方の陰極電極側と他方の陽極電極側の電極間に電気エネルギーを供給することによって、原水を電気分解して機能水を製造する機能水生成装置において、電解セルユニットを１０乃至４５度傾斜させるようにした。
【０００６】
第２の発明では、さらに電解セルユニット下側の陽極電極と陽極電極端子接合部を傾斜先以外に配置するようにした。
【０００７】
第３の発明では電極の通水形状をスリット状としてスリットが傾斜方向と平行になるようにした。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、電解セルを１０ないし４５度傾斜させ陽極側電極の周囲を保持するための樹脂成型部が下部に張出していても、通電時陽極側に発生した気体は傾斜にそって排除され大部分の陽極側電極は発生した酸素に阻害されることなく、浸漬したままでいられる。
第２の発明によると、樹脂成型部が下部に大きく張出さざるをえない部分を傾斜先以外に配置するようにしたので、傾斜先の張り出しが少ない分、傾斜が揺るやかでも良いことから、電解セルの傾斜角度を少なくすることができ、カップユニットの着脱がスムーズになる効果がある。
第3の発明によると発生した気体がスリットに沿って移動できるの気体の除去効率が良くなるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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５】汲み上げ動作のフローチャート
【図６】図2のカップユニット底部付近拡大断面図。
【図７】電解セルユニットの組立説明図
【図８】作用効果の説明図
【図９】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１０】本発明の電気回路の一実施例を示すブロック図
【図１１】従来の例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
図１において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。
【００１２】
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。
【００１３】
図２および図３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。
【００１４】
図２は図１のＡ-Ａ断面図である。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。浄水汲み上げ手段として、電動ポンプ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。
【００１５】
次に陽極側電解用の浄水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。
【００１６】
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から浄水貯蔵手段200に供給する。
【００１７】
浄水貯蔵手段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
軸部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、陽極側電解用の浄水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120ｂ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、電解に適した水となるよう処理される。
【００１９】
浄水貯蔵手段200の最下部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部310内側に形成された陽極側電解槽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浄水120ｂの逆流を防止している。
【００２１】
陽極側電解槽311は、電解セルユニット110の陽極電極112（図6、図7参照）が浸漬可能な水位を満水としており、満水になると、余剰となった陽極側電解用の浄水120ｂは陽極側電解槽の隔壁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
【００２２】
陽極側電解槽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、逆流防止機構としての、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。
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。
【００２４】
次に汲み上げ動作を説明する。
図５は図１０で示す、電気回路ブロック図のＣＰＵによって制御される浄水汲み上げ動作のフローチャートである。
【００２５】
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、浄水が汲み上げられる。
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が停止し、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。
【００２６】
図2において陽極側電解槽311にある陽極側電解用の浄水120ｂは電気分解、蒸発等などにより徐々に消費され、都度浄水貯蔵手段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。
従って浄水貯蔵手段200の水位も連動して低下していく。
【００２７】
そこで、浄水貯蔵手段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を浄水貯蔵手段200の内側に配置して陽極側電解用の浄水120ｂの不足を検知して報知したり、電解の開始有無などの制御に利用される。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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る。
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。
液不透過性隔膜113は例えばイオン交換膜等があげられる。
陽極電極112、陰極電極111は通水形状であるスリット状板や網状、多孔状の板であることが好ましい。
第3のシール部材210ｃの順にセットし、第3のシール部材210ｃのカップ本体凸部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。
【００３１】
この電解セルユニット110は取り付け角度αとして本実施例では25度の傾斜角度でとりつけたが、取り付け角度として１０〜４５度の傾斜角度を与える事が望ましい。
【００３２】
その理由として、最小角については、陽極電極112で発生した泡が電極上を流れて傾斜先の陽極押さえ部230aで滞留せず陽極押さえ部230aのせり出し部230ｈをずをスムーズに乗り越える角度以上、（図中θ以上）が好ましく、これは実際に５ｃｍ四方の陽極電極112を使用して、これを押さえるに十分な陽極押さえ部230aの肉厚で実験して得た結果である。
【００３３】
また、最大角は陽極電極112を十分浸漬できるための陽極側電解槽の深さがあまり深くならないようにして、機能水蓄積カップユニット100の着脱がスムーズにできる範囲の角度とする必要がある。
そのため、傾斜元から傾斜先までの高さ230ｄをある程度低く抑える必要がある。
しかし高さ２３０ｄはｔａｎαに比例し、さらにαが４５°を超えると急激に大きくなる特性がある。
そこで取り付け角度の最大角は４５°以下が好ましい。
【００３４】
また陽極電極端子112aはカップベース230の陽極押さえ部230aの一部の陽極電極端子112a付近にモールドされている。このため、その付近（特に陽極電極112と陽極電極端子112aの結合部付近）の樹脂の肉厚は、その分、厚くならざるをえない。
一方、陰極電極端子111aは陰極カバー220内の一部にモールドされているのでカップベース230にモールドする必要がない。
【００３５】
したがって陽極押さえ部のせり出し部で、せり出しが大きくなるのは陽極電極端子112a付近のみである。
この点から電解セルユニット110の傾斜先は陽極電極端子112a付近以外とすることが好ましい。
これによって電解セルユニット110の取り付け角度の傾斜を、少なくすることが可能となる。
【００３６】
さらに、陽極押さえ部230a側の少なくとも傾斜先の部分を泡の流出元から流出先方向に平行なリブ230ｒで形成することにより、陽極押さえ部230a（の230ｈ付近）の強度を保ちつつ泡をリブとリブの間から流出させることができるのでこの構造によっても電解セルユニット110の傾斜角を少なくすることができる。
【００３７】
図8は従来との比較においてのその作用効果を説明する説明図である。
図において、機能水蓄積カップユニット100内側は水素、外側は酸素の気体を示す。
図中ａは従来の例、図中ｂは本発明の例を示す図であり、図中のaに比べ図中のｂは電解セルユニット110に傾斜をつけたことにより
機能水蓄積カップユニット100外側の気体の動きが傾斜に沿って移動するので常に陽極電極112で発生した気体が発生後すぐに移動し新しい陽極側電解用の浄水120ｂに浸漬していることが分かる。
【００３８】
従って液不透過性隔膜113の性能が効率よく発揮され、これによって水素の発生効率も向上する。
又、図中ａのように泡と泡が次々と一体化して大きな泡になり陽極電極112の一部分が陽極側電解用の浄水120ｂで冷却されないことにより、発熱し、液不透過性隔膜113を損傷させる問題も防ぐことができる。
【００３９】
また陽極電極112をスリット状にして、傾斜元から傾斜先方向スリット230ｒを平行にすることによりさらにこの効果を拡大させることができる。
【００４０】
一方、上方に位置する陰極電極111は電気分解により発生した気体の上方が開放されていて発生する気体の移動を妨げる様な構造ではないので陰極電極端子111aと陰極電極111との接続位置はこだわる必要がない。
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、210c）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。
【００４１】
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。
【００４２】
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９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。
【００４３】
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と陽極電極端子112a及び接触子320ｂと陰極電極端子111aがそれぞれ、電気的結合部材として機能する。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
図１0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112、陰極電極111を介して電解セルユニット110を駆動するための正電源＋Ｖａａと負電源−Ｖａａを生成する。
【００４９】
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を駆動するための駆動信号を生成する。
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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530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。
【００５４】
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。
【００５５】
さらに、駆動信号の極性を反転する制御も司る。
また、ＣＰＵ505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。
【００５６】
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こともできる。
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。
【００５７】
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には浄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、
浄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】
【００５８】
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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【図１１】
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