(57)【要約】【課題】飲水カップ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従来のフロート弁を用いる方式においては、フロート弁の止水不具合の問題が多く、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た。【解決手段】発明では溶存水素水蓄積カップを据え置く本体に設けた本体側電解槽と本体側電解槽下方に配置した電解水貯水槽と、その電解水貯水槽から前記本体側電解槽へ電解水を汲み上げる電解水汲み上げ手段と 、前記本体側電解槽に任意に定めた水位位置に開口部を有する排水手段を儲ける ことで所望の水位を確保するようにした機能水生成装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶存水素水を蓄積する着脱可能なカップユニット底面に液不透過性隔膜を間に陰極側を前記溶存水素水蓄積カップの内側に露出、陽極側を前記溶存水素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を設け、他方で前記カップユニットを本体側に据え置くカップユニット据置き部には前記溶存水素水蓄積カップ底部から外側に露出した陽極が浸漬する本体側電解槽と前記電解セルの陽極、陰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溶存水素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電解水貯水槽から電解槽への汲み上げ手段と前記電解槽の任意に定めた水位位置に設けた水位検出手段と前記水位検出手段の水位信号によって前記汲み上げ手段を制御すことを特徴とする
【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１8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、溶存水素水を蓄積する着脱可能なカップユニット底面に液不透過性隔膜を間に陰極側を前記溶存水素水蓄積カップの内側に露出、陽極側を前記溶存水素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を設け、他方で前記カップユニットを本体側に据え置くカップユニット据置き部には前記溶存水素水蓄積カップ底部から外側に露出した陽極が浸漬する本体側電解槽と前記電解セルの陽極、陰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溶存水素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電解水貯水槽から電解槽への汲み上げ手段と前記電解槽の任意に定めた水位位置に設けた水位検出手段と前記水位検出手段の水位信号によって前記汲み上げ手段を制御するようにした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では前記電解槽の任意に定めた水位位置に水位検出手段を設け前記水位検出手段の水位信号によって前記汲み上げ手段の制御をするようにしたので、溶存水素生成時電解水貯水槽の電解液を所望の水位まで更に安定して汲み上げ、かつ維持することを可能とした。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】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る。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】チェックバルブ付近の一部拡大断面図である。
【図４】チェックバルブの正面図である。
【図５】図４の底面図である。
【図６】浄水汲み上げ手段の具体的な電気回路である。
【図７】電気式ポンプによる汲み上げ制御のフローチャートを示す図。
【図８】電気式ポンプによる汲み上げ制御の他のフローチャートを示す図。
【図９】残量警告センサを用いた残量監視のフローチャートを示す図である。
【図１０】図２のカップユニット200の部分拡大図である。
【図１１】図８の電解セル220の組立説明図である。
【図１２】図２のカップユニット据え置き途上の断面図である。
【図１３】表示機能を兼ねる操作部の例を示す図である。
【図１４】図１の表示状態の一例を示す図である。
【図１５】電気回路の回路ブロック図の一例を示す図である。
【図１６】電解セル220の駆動波形の一事例を示す図である。
【図１７】電解セル220の駆動波形の他の例を示す図である。
【図１８】は従来の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
図１において、100はベースユニットであり、200は溶存水素水蓄積カップであるカップユニット、115は電解水のキャップ、３００は本体操作部である。
【００１０】
図2は図１のＡ−Ａ断面図であり、図２において、ベースユニット100は上カバー110と下カバー１２０で構成され、上カバー110はカップユニット据置き部110aを有し、カップユニット200を着脱自在に置くことができる。
カップユニット200は陰極側の電解用の浄水126aを蓄え、カップユニット200の下部に位置する電解セル220に対して陰極側の電解用の浄水126aとして供する陰極側電解槽としての機能を有している。
ベースユニット100は、電解セル２２０の陽極側電解用の浄水126bを貯蔵し、本体側電解槽110cに供給するための電解水貯水槽150、浄水組み上げ手段としての電動式ポンプ170などを有している。
また、ベースカップユニット１００は、カップユニット200への電解用電源の供給手段（図示せず）や、利用者の要求に応じて電気的な設定および表示などのユーザーインターフェース手段300（図1参照）を配置する役割も兼ねている。
また、これらを表示、駆動、制御する為の図13の説明で後述する回路ブロックを内蔵している。
さらに、その電源として、ＤＣ電圧を供給する図示しないＡＣアダプタが接続出来るようになっている。
【００１１】
次に、陽極側電解用の浄水126b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。
陽極側電解用の浄水126bは上カバー110上部の電解水のキャップ115を取り外し開口部110bから電解水貯水槽150に供給される。電解水貯水槽150内には着脱可能なイオン交換樹脂収納容器160の軸部160aがガイドとしてフロート161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、電解用の浄水126bの最大容量を目視で認識できるようになっている。161aはフロート161が満水でない水位に対応する位置を示す。イオン交換樹脂収納容器160は陽極側電解用の浄水126b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て、電解に適した水となるよう処理される。
【００１２】
電解水貯水槽最下部150aには浄水み上げ手段としての電動式ポンプ170があり、下部に取水口170a、上方に向けては出水170bが接続手段171を介してベースユニット100の上カバー110のカップユニット据置き部110a内側に形成された本体側電解槽110cに吐出する。
図４はチェックバルブ172の正面図、図５はその底面図である。
図３は水素水生成スタートスイッチがOＮされると、浄水汲み上げ手段、具体的には電動式ポンプ170がＯＮになり、電解水貯水槽150から本体側電解槽110cへ陽極側電解用の浄水を汲み上げる。出水口170bにあるチェックバルブ172は吐出時は開き、吐出を停止すると閉鎖することによって電解水126cの逆流を防止している。
本体側電解槽110cには電解水126cの水位検知手段175を配置し（配線は図示せず）予め定めた水位になるよう電解水貯水槽150から浄水汲み上げ手段170により供給される。
水位検知手段175はたとえば磁石を内蔵したフロート173で、適正位置にいる時は軸174内に内蔵しているリードスイッチがＯＦＦで、水面の低下に伴い、フロート173が下がったときリードスイッチがＯＮになるノーマルクローズタイプを採用する。
【００１３】
図６は浄水汲み上げ手段の具体的な電気回路である。水位低下に伴い、フロート173が下がると、水位検知手段であるリードスイッチ174がＯＮし、浄水汲み上げ手段170、たとえばポンプモーターがＯＮになり、電解水貯水槽150から本体側電解槽110cへ陽極側電解用の浄水を汲み上げる。汲み上げるにつれ、水位が上がり、フロートが上がり、リードスイッチがＯＦＦになると、ポンプモーターがＯＦＦになり、汲み上げ動作が停止する。
尚、178は電源、179は抵抗である。
【００１４】
なお、図６においては、ハードウェアにより実現する例を示したが、ソフトウェアで実現してもよい。
次に、その一例を、図１５の全体ブロック図と、図７のフローチャートで説明する。
本体側電解槽110c内の適正水位を検出する為のリードスイッチ174からの信号はセン処理506を介して、ＣＰＵ505へ送られる。
図示しないメインルーチンより、S20をエントリーポイントにしてサブルーチンコールすると、S21でリードスイッチ174をチェックし、適正水位でなければ、リードスイッチ174はONなので、S24でポンプモータをONにして、浄水を汲み上げ、リードスイッチ174が適正水位を検出すると、リードスイッチが174はOFFになるので、S22でポンプモータをOFFにし、浄水汲み上げ動作を停止する。その後S23で、コールされたメインルーチンへ戻る。
【００１５】
図８は他の実施例のフローチャートを示す。図示しないメインルーチンよりS30をエントリーポイントにしてサブルーチンコールする。S31でタイマーをスタートさせ、S32でリードスイッチ174をチェックし、適正水位でなければ、S33でタイマーをチェックして、ここでは例として10秒とした規定時間以内であれば、S34でポンプモータをONにして、浄水を汲み上げる。適正水位になるとリードスイッチがOFFになるので、S35でポンプモータをOFFにし、浄水汲み上げ動作を停止する。規定時間ポンプモータをONし続けても適正水位にならない場合もS35でポンプモータをOFFとする。
この場合、リードスイッチが正常に機能していればポンプモータはあらかじめ定めた適正水位で停止するし、リードスイッチが正常に動作しなかったなった場合でも10秒で停止する。
【００１６】
次に、本体側電解槽110cにある電解水126cは、電気分解、蒸発等などにより徐々に消費され、予め定めた限界水位以下になるとその都度電解水貯水槽150から浄水汲み上げ手段である電動ポンプ170により供給される。従って電解水貯水槽150の水位も連動して低下していく。そこで、電解水貯水槽150の底部近傍にマグネットを内蔵したフロートとホール素子を組み合わせた残量警告センサ165を電解水貯水槽150の内側に配置して電解用の浄水126ｂ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する。
フロート位置165aは電解用の浄水126ｂの不足を検知する位置である。
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。
【００１７】
図９は電解水残量監視のサブルーチンのフローチャートを示す。図示しないメインルーチンから電解水残量監視サブルーチンをコールするとエントリーポイントS0に制御が移る。
S1で残量警告センサ、具体的にはホール素子を用いた磁気センサ入力を定期的に監視し、ＯＮすなわち水位低下を検出したら、S2で残量警告を行う。ユーザーの電解水補給で残量警告センサがＯＦＦすなわち適正水位になったときはS3で残量警告を解除する。S4でメインルーチンへ戻る。ここではポーリング型のサブルーチンとして例示したが、残量警告センサをトリガーとした割り込み処理としてもよい。尚、上記フローチャートに基づき動作する全体の回路ブロック図は図15において後述する。
【００１８】
次に陰極側の電解用の浄水126a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カップユニット200について説明する。
図１０は図２のカップユニット部200の一部拡大断面図である、図１１は図１０の電解セル220の組立説明図であり、（ａ）は組立て前の状態、（ｂ）は組立後の状態を示す。
【００１９】
図において、陽極電極235をインサート成型したカップベース230の凹部230aに前記陽極電極235の周囲を囲むように配置したシール手段241、液不透過性隔膜240、更にシール手段242、その上に陰極電極255をインサート成型した陰極カバー250、シール手段242の順にセットし、カップ本体210のカップ本体底部210aの凸部210b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210とカップベース230の間の水密構造を形成する。それぞれ部材間に挟み込んだシール手段241乃至243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。
【００２０】
カップベース230にインサート成型された陽極電極の端子部235aは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の端子部255aも陽極電極235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。また水素水などの生成に１０〜３０分の稼動が必要なため、衛生上微細な異物の落下の観点で上部に蓋があることも望ましい。溶存水素の散逸防止の面からはカップ内浄水の表面を覆う落し蓋のように前面を覆う部材があることも望ましい。
【００２１】
次にカップユニットの据え置きについて説明する。
図１２はカップユニット据え置き途上の断面図である。図において、カップユニット200に浄水126aを入れベースユニット100のカップユニット据置き部110aにセット（太矢印方向）しようとすると、上カバー110側から露出している弾性的押圧摺性のある接触子180a・180bが、カップユニット200の収容される位置のカップベース230の側面に露出している電極235a・255aと摺動しつつ接触する。
そして接触子180a・180bを押し広げながら、電極235a・255aと最適な接点接触状態を維持してカップユニット据置き部110aにカップユニット底面が接地する。
従って、接触子180a・180bと電極235a・255aが電気的結合部材として機能する。
このとき、カップ本体底部に電解セル220としてカップベースにインサート成型された陽極電極235、液不透過性隔膜240は、ベースユニット100のカップユニット据置き部110aの内側で電解水126cに浸漬する。カップユニット209内部の浄水126aはインサート成型された陰極電極255側に浸漬される。
【００２２】
従って接触子180a・180bと電極235a・255aが電気的結合部材として働き、電気的通電によって電解水126ｃに浸漬する陽極電極235、浄水126aに浸漬する陰極電極255は液不透過性隔膜240を介して電気分解作用が発生しカップユニット200内の浄水は水素豊富水に、本体ベース側のカップユニット据置き部110aは酸素、又はオゾン豊富水が生成される。（図２参照）
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、接触子の陽極１８０a、陰極１８０bを反転すればオゾン水という殺菌能力を有する機能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。
【００２３】
図1３、図1４はベースユニット100の前面に設置された表示機能を兼ねる操作部であり、301は動作残時間表示、302はスタート・ストップスイッチ、303は印加電圧反転表示ランプ、304は電解水不足警告ランプ、305は電圧上昇警告ランプである。
図12は電解水不足の警告表示状態を示している。
【００２４】
図1５は電気回路の回路ブロック図の一例を示す。
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、同じく図示しない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、回路全体を動作させるＶｃｃ電源（図示せず）の他、陽極235、陰極255の間に液不透過性隔膜を配置した電解セル220を駆動するための駆動用電源として正電源＋Ｖａａ及び負電源−Ｖａａを生成する。
波形生成ユニット503は、三角波、鋸歯状波、矩形波、などの信号を生成して、その信号を駆動ユニット504に供給することにより、生成された波形の信号でセル220を駆動出来るようにしている。
【００２５】
ＰＷＭ制御の具体的手段としては、ＣＰＵ505でカウンタ機能を用いて、出力ポートのＨレベルとＬレベルを制御し、これを駆動信号として、直接、駆動ユニット504の信号源としてもよい。
駆動ユニット504は波形生成ユニット503で生成された駆動信号に基づいて増幅し、電解セル220に印加する電圧および電流を発生させ、電解セル220を駆動する。電解セル220に印加する電圧は＋Ｖａａおよび−Ｖａａより生成する。
【００２６】
センサ処理ユニット506は電解セル220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。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処理ユニット506にて行い、ＣＰＵ505へ残量情報として送る。
ＣＰＵ505は電解セル220に印加する電圧を検出するセンサ処理506や、本体操作部300に基づき波形生成ユニット508を制御する。また、本体操作部300による操作で、波形生成ユニット503の停止、駆動ユニット504の起動や停止を司る。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、センサ処理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。
報知ユニット508は電解セル220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。
ポンプモータ駆動ユニット509はモータ制御をするドライブ回路ユニットである。電気式ポンプ駆動ユニット509には浄水汲み上げ手段170が接続され、ＣＰＵ505からのＯＮ／ＯＦＦ制御により、浄水汲み上げ手段170である電気式ポンプが動作を停止する。
【００２７】
図１６および図１７は電解セル220の駆動波形の一事例を示す図である。
図１６（ａ）は０Ｖから規定電圧を印加する三角波形である。
図１６（ｂ）はやや緩やかに立ち下がる矩形波で、図１６（ｃ）はやや緩やかに立ち上がる矩形波である。
いずれも一波長毎に0Ｖまで低下するので、グロー放電を抑制することができる。
図１７は他の駆動波形として周期的なＯＮ−ＯＦＦを行う直流電源供給手段がOｆｆ時０Ｖ電位区間を含む波形の一事例を示す。矩形波のデューティを可変するように設計すれば、ＰＷＭ制御とすることもできる。
図１７（ａ）は０Ｖの期間が存在する三角波、図１５（ｂ）は矩形波である。一波形毎の０Ｖ区間を長くしているので、さらにグロー放電現象を抑制できる。
【符号の説明】
【００２８】
200   カップユニット
220   電解セル
100   ベースユニット
110ａ カップユニット据置き部
110ｃ 本体側電解槽
150   電解水貯水槽
160   イオン交換樹脂収納容器
165   残量警告センサ
170   電動式ポンプ
220   電解セル
175   水位検出手段
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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