【手続補正書】
【提出日】平成28年11月25日(2016.11.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極電極（４８５）と陽極電極（４５５）により液不透過性隔膜（４３０）が挟持された電解セル（４４０）が、取り外し可能なカップユニット（４００）の底部に一体として付けられていることにより、浄水が、前記陽極電極（４５５）が浸漬して酸素溶存水を生成するタンク（１００）側（１２６）と、前記陰極電極が浸漬して水素水を生成するカップユニット（４００）側（１２４）との２つに分離されている機能水生成装置において、
前記電解セル（４４０）の電極に供給されている電源は、カップユニット（４００）が取り外された状態でその印加される電圧が停止されていることを特徴とする機能水生成装置。
【請求項２】
前記電解セル（４４０）に印加される電圧と電流とにより前記カップユニット（４００）の取り外されたことを検出する印加電圧検出手段と電流検出手段を備えた請求項１記載の機能水生成装置。
【請求項３】
陰極電極（４８５）と陽極電極（４５５）により液不透過性隔膜（４３０）が挟持された電解セル（４４０）が、取り外し可能なカップユニット（４００）の底部に一体として付けられていることにより、浄水が、前記陽極電極（４５５）が浸漬して酸素溶存水を生成するタンク（１００）側（１２６）と、前記陰極電極（４８５）が浸漬して水素水を生成するカップユニット（４００）側（１２４）との２つに分離されている機能水生成装置の電解セル（４４０）への印加電圧の制御方法において、
前記カップユニット（４００）が取り外されたときに前記印加電圧が停止される機能水生成装置の電解セルへの印加電圧の制御方法。
【請求項４】
前記電解セル（４４０）に印加される電圧と電流とにより前記カップユニット（４００）が取り外されていることを検出する請求項３記載の機能水生成装置の電解セルへの印加電圧の制御方法。
【請求項５】
前記カップユニット（４００）が取り外されて電源が一旦遮断されたのちに、カップユニット（４００）が再度取り付けられたときに、別のトリガー手段により電解セル（４４０）への印加電圧が再開される請求項３または４記載の機能水生成装置の電解セルへの印加電圧の制御方法。
【請求項６】
前記印加電圧は、ＰＷＭ制御によりその電位が変化している三角波、鋸歯状波または矩形波からなる請求項３、４または５記載の機能水生成装置の電解セル（４４０）への印加電圧の制御方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】機能水生成装置及び、その電解セルへの印加電圧の制御方法
【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。
【０００２】
ポータブル型機能水生成装置は、陽極、陰極その間に極を分ける隔膜にイオン交換膜・多孔性膜・止水膜などの実質的に液不透過性の隔膜を用いた電解セルを持ち、原水を入れる容器を陰極、陽極毎に物理的に分離できる構造とした上で容器を上下に配置し、上側の容器に電解セル要素を含みかつ電気的にもそれぞれ容器の電極への受電位置と相対する位置に着脱に対応した給電手段を持ち、接点を介して電解セルに電力を印加するための電源供給手段とで構成される。
【背景技術】
【０００３】
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、公表番号特表２０１３−５２５６１２公開特許による電解式水素水生成装置として、陽極、陰極、高分子イオン交換樹脂膜等の液不透過性隔膜を含む電解セルを、分離が可能な飲水カップ下部に構成し、前記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フロート弁を含み、電解セルに直流電流を印加するための電源装置を備える。飲水カップに原水を注ぎ、タンクベースに取付けた後、電源を印加すると、電解セル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。
【０００４】
この構成の装置は飲水カップ側に陰極、陽極が含まれ、着脱の容易性も勘案すると弾性摺性を有する電極ピン側から電極接点側への給電は点接点での給電を選択せざるを得なかった。
そのため接点の汚れ、劣化等で微細な部分ごとで接触抵抗が異なることが少なくなく、亜酸化銅増殖発熱現象の発生により、発生後装置動作不具合、あるいは周辺合成樹脂筐体の熱変形することが分かってきた。
【０００５】
また、亜酸化銅増殖発熱現象は、一旦スパークが発生すると供給電力を遮断または大幅に低下させない限り、６００℃を越えるホットスポットが消滅することなく継続することが分かってきた。この現象は比較的低電圧で駆動される直流電源の通電環境でも発生し、また銅系金属だけでなくチタン系金属でも発生することも判明し、一般的な名称でグロー現象の一つという位置づけにあることがわかってきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】公表番号  特表２０１３−５２５６１２
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】独立行政法人  製品評価技術基盤機構  平成２３年度  製品センタ    ー  製品安全業務報告会資料 『亜酸化銅増殖発熱現象』
【非特許文献２】大韓電気技術協会文献（ KEA ） ： Journal of the Electric World / Monthly Magazine  2014.9  住宅における電気安全
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、この現象は接点部のスパークに端を発して発生する現象であるため、スパークの発生を最小限にする必要があった。
【０００９】
従来の装置においては、水素水生成中に飲用カップを取り外した場合でも印加電圧は（間欠的に）加え続けられ、飲用カップをセットされたあとも当初にセットされた生成時間を越えるまで電気的には生成用の電圧は印加し続けられていた。
更に、水素水生成後も溶存濃度を維持する為飲用カップを取り外すまで間欠的かつ継続的に印加電圧を加えていた。
【００１０】
スパークは、比較的、一定な水素水生成電圧印加中には発生しにくく、上記動作モードでは、
（1）水素水生成モードに入るために最初に電圧を印加した瞬間
（2）水素水生成モード中にカップを外して、再度カップ設置するために電圧の印加されている端子同士を接触させた瞬間、
（3）水素水生成モードが終了した後、水素溶存濃度の低下を補うための間欠的に水素水生成モードで間欠的な電圧が印加される瞬間に、
スパークが発生する可能性がある。その中でも接触端子が接触された状態で電圧が加えられることにより、電圧の加わった端子どうしが接触する瞬間が最も発生しやすい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１発明は、
陰極電極４８５と陽極電極４５５により液不透過性隔膜４３０が挟持された電解セル４４０が、取り外し可能なカップユニット４００の底部に一体として付けられていることにより、浄水が、前記陽極電極４５５が浸漬して酸素溶存水を生成するタンク１００側（１２６）と、前記陰極電極が浸漬して水素水を生成するカップユニット４００側（１２４）との２つに分離されている機能水生成装置において、
前記電解セル４４０の電極に供給されている電源は、カップユニット４００が取り外された状態でその印加される電圧が停止されている構造とした。
【００１２】
第２発明は、
第１発明の好ましい条件として、前記電解セル４４０に印加される電圧と電流とにより前記カップユニット４００の取り外されたことを検出する印加電圧検出手段と電流検出手段を備えた構造とした。
【００１３】
第３発明は、
陰極電極４８５と陽極電極４５５により液不透過性隔膜４３０が挟持された電解セル４４０が、取り外し可能なカップユニット４００の底部に一体として付けられていることにより、浄水が、前記陽極電極４５５が浸漬して酸素溶存水を生成するタンク１００側（１２６）と、前記陰極電極４８５が浸漬して水素水を生成するカップユニット４００側（１２４）との２つに分離されている機能水生成装置の電解セル４４０への印加電圧の制御方法において、
前記カップユニット４００が取り外されたときに前記印加電圧が停止される機能水生成装置の電解セル４４０への印加電圧の制御方法とした。
【００１４】
第４発明は、
前記電解セル４４０に印加される電圧と電流とにより前記カップユニット４００が取り外されていることを検出することを好ましい条件とした。
【００１５】
また、第５発明は、
前記カップユニット４００が取り外されて電源が一旦遮断されたのちに、カップユニット４００が再度取り付けられたときに、別のトリガ手段により電解セル４４０への印加電圧が再開されることを好ましい条件とした。
【００１６】
そして、第６発明は、
前記印加電圧は、ＰＷＭ制御によりその電位が変化している三角波、鋸歯状波または矩形波からなることを好ましい条件とした。
【００１７】
原水収納容器に収容した原水を液不透過性隔膜を介して２室に隔離し、前記液不透過性隔膜に陽極、陰極を密着させ所望の電力を加えることによって陰極には水素溶存水、陽極には酸素溶存水を生成する電解セル要素を含み、前記２室に隔離された原水容器のうち電解セルを含む側の容器を着脱可能にしたシステムにおいて印加電圧検出手段により着脱可能にした電解セルを含む側の容器を水素水生成モード中に取り外したことを検出して印加電圧を停止する手段を設けた。
【００１８】
そして、手動の再開トリガ手段を有し、着脱可能にした電解セルを含む側の容器を所定の位置にセットした時、手動の再開トリガ手段によって印加電圧検出手段の検出動作を有効にする方式とした。
【発明の効果】
【００１９】
印加電圧検出手段により着脱可能にした電解セルを含む側の容器を水素水生成モード中に取り外したことを検出して、印加電圧制御手段の動作を停止する態様をとることにより、電解セルを含む側の容器を再セットした場合、自動で通電が再開することなく、耐グロー放電現象の発生を抑止でき、また、水素水生成モードを続ける意思がある場合には、手動操作を行うことにより水素水生成モードを続行することも可能となる。
【００２０】
また、手動の再開トリガ手段を有し、着脱可能にした電解セルを含む側の容器を所定の位置にセットした時、再開トリガ手段によって印加電圧検出手段の検出動作を有効にする態様をとることにより、使用者の意思なく再開することを防止することにより、耐グロー放電現象の発生を向上できる。また止するとともに意思があれば水素水生成モードも続行できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の機能水生成装置の外観の一実施例を示す正面図である。
【図２】図２の平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図２の一部拡大断面図である。
【図５】フロート弁から注出された水の動きを説明する図である。
【図６】図３のカップユニットの一部拡大断面図である。
【図７】図７の電解セル４４０の組立説明図である。
【図８】図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図９】電源制御方法を示すブロック図の一例を示す図である。
【図１０】図９の動作を説明するフローチャートである。
【図１１】従来の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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は本発明の機能水生成装置の外観の一実施例を示す正面図である。
図２はその平面図である。
図３は図２のＡ−Ａ断面図である。
図４は図３の一部拡大断面図である。
【００２３】
ベースユニット３２０はカップユニット据置き部３２０ａを有しカップユニット４００を着脱自在に置くことができる。
カップユニット４００は、カップユニット４００内の電解セル４４０に電解用の浄水を供給する一方の浄水供給手段としての機能を有している。
【００２４】
ベースユニット３２０は、電解セル４４０に電解用の浄水を供給する他方の固定側浄水供給手段としての機能を有している。
また、ベースユニット３２０は、カップユニット４００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手段としての役割も兼ねている。
【００２５】
さらに、ベースユニット３２０は、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。
【００２６】
次に、電解用の浄水供給手段としての前記固定側浄水供給手段の動作を説明する。
浄水１２６は上カバー１１０の開口部１１０ａよりタンク１００に供給される。タンク１００内には着脱可能なイオン交換樹脂収納容器１３０の軸部１３０ａがガイドとしてフロート２５０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、電解水（浄水）１２６の最大容量を目視で認識できるようになっている。浄水１２６が供給されるとイオン交換樹脂収納容器１３０の取水口１３０ｂを通り内部でマグネシウム、カルシウム等のミネラル分が浄化されて、電解に向いた水となるよう処理される。
【００２７】
次に、タンク１００最下部には下方外界にドーム状に張り出した出水口２５５に対応する位置に頂部に弾性体を有しその弾性体を出水口２５５のドーム部分に密着させることによって止水し、上下に摺動可能で、摺動により非密着状態となったとき浄水を通過させるための流路を付与されたバルブ２５１で弁機構を形成し、
回転中心２５４を支点としてタンク１００から供給される浄水１２６の多寡に連動してフロートの浮力を利用して上方に回動する力点２５４ｂ、この回転中心２５４と力点２５４ｂの間に作用点となる突起部分２５９を設けてテコの作用で慴動可能なバルブ２５１をこの突起２５９で摺動することによって前記弁機構を作動させるフロート弁ユニット３００を構成する。
これによって、ベースユニット３２０のタンク直下に位置するフロート室２６０の水位を予め定めた水位から変動しないよう維持している。
【００２８】
ベースユニット３２０のタンク１００直下のフロート室２６０はカップユニット据置き部３２０ａと連通しており、通路２５８を通ってカップユニット据置き部３２０ａに導かれ内周の隔壁３２０ｃの内側を予め定めたフロート室２６０水位を予め定めたフロート室２６０水位と同一水位まで満たす。
【００２９】
タンク１００は浄水の電気分解、蒸発等などにより徐々に消費される。そこで、イオン交換樹脂収納容器１３０の取水口１３０ｂの近傍のタンク底部には、電解水（浄水）１２６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マグネット１２３を内臓したフロート２５０とホール素子１２５の組み合わせによるタンク内電解水（浄水）１２６の残量警告センサを備える。
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】
図５はフロート弁から注出された水の動きを説明する図。
【００３１】
図５において、電解セル４４０で電気分解等で電解水（浄水）１２６が消費されるとフロート室２６０の電解水（浄水）１２６はゆっくりと、フロート室２６０から黒矢印のように移動し、さらに白矢印のようにい移動してカップユニット据置き部３２０ａの隔壁内の水位を予め定めたフロート室２６０水位と同一水位にする。
【００３２】
次に電解用の浄水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４００について説明する。
【００３３】
図６は図３のカップユニット部の一部拡大断面図である、図７は電解セル４４０の詳細を示し（ａ）は組立て直前の状態、（ｂ）は組立後を示す組立図である。
【００３４】
図６および図７において、陽極電極４５５をインサート成型したカップベース４５０の凹部４５０aに前記陽極電極４５５を囲むように配置したシール手段４２０、液不透過性隔膜４３０、更にシール手段４２０、その上に陰極電極４８５をインサート成型した陰極カバー４８０、シール手段４２０の順にセットし、カップ本体４１０のカップ本体底部４１０ａの凸部４１０ｂ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４１０とカップベース４５０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４２０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。
【００３５】
カップベース４５０にインサート成型された陽極電極の端子部４５５aはカップベース４５０外周部側面に露出している、もう一方の陰極電極４８５も陽極電極４５５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。
【００３６】
次のカップユニットの据え置き部３２０ａについて説明する。
図８は図２のＢ−Ｂ断面図である。
【００３７】
図８において、カップユニット４００に浄水１２４を入れベースユニット３２０のカップユニット据置き部３２０ａにセットしようとすると、ベースユニット３２０側から弾性的押圧摺性のある接触子２５６ａ、２５６ｂをカップユニット４００のカップベース４５０から露出している電極４５５a、４８０aが摺動しつつ２５６ａ、２５６ｂ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置き部３２０ａにカップユニット４００底面が接地する。
【００３８】
このとき、カップ本体底部４１０ａの電解セル４４０としてカップベース４５０にインサート成型された陽極電極４５５、液不透過性隔膜４３０は、ベースユニット３２０のカップユニット据置き部３２０ａ内の隔壁３２０ｃの内側で電解水(浄水)１２６に浸漬する。カップユニット４００内部の浄水１２４はインサート成型された陰極電極４８５側に浸漬される。
【００３９】
従って電気的通電によって電解水（浄水）１２６に浸漬する陽極電極４５５、カップユニット４００内の浄水１２４に浸漬する陰極電極４８５は液不透過性隔膜４３０を介して電気分解作用が発生しカップユニット４００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３２０ａは酸素、又はオゾン豊富水が生成される。
【００４０】
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２５６の陽極２５６ａ、陰極２５６ｂを反転すればオゾン水という殺菌能力を有する浄水１２４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。
【００４１】
図９は電源制御方法を示す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）、電解セル４４０を駆動するための正電源＋Ｖａａと負電源−Ｖａａを生成する。波形生成ユニット５０３は電解セル４４０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。
【００４２】
波形生成ユニット５０３では、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、あるいは、ＣＰＵ５０５が選択できるようにしてもよい。
【００４３】
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４４０に印加する電圧および電流を発生させ、電解セル４４０を駆動する。また、駆動ユニット５０４は電解セル４４０に流れる電流を一定にするために印加電圧を制御する機能を持つ。このため、電流値が下がると、電圧を上げて電流値を維持するように働く。電解セル４４０に印加する電圧は＋Ｖａａおよび−Ｖａａより生成する。
【００４４】
ＣＰＵ５０５は電解セル４４０に印加する電圧や電流を検出するセンサ処理ユニット５０６や、操作パネル６００（図１に示す）等に基づき波形生成ユニット５０３を制御する。また、操作パネル６００（図１に示す）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に対し印加電圧のＯＮ／ＯＦＦを司る。さらに、駆動信号の極性を反転する制御も司る。さらに印加電圧情報および電流情報をセンサ処理ユニット５０６に対して出力する機能も持つ。なお、センサ処理ユニット５０６は、他にシステムの状態を把握するためのセンサ、たとえば容器をセットしたかどうかを検出するセットセンサを搭載してもよい。
報知ユニット５０８は水素水生成モードの終了を報知したり、電解セル４４０の異常電圧等を報知する。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。
【００４５】
図９の電源ユニット５０７の動作を図１４のフローチャートに基づいて説明する。ＣＰＵ５０５は予め記録されたプログラムによりＳ１からスタートし、Ｓ２で再開トリガからの信号待ち状態となる。再開トリガからの信号が入力されるとプログラムはＳ３に進み、駆動電圧を印加する。この時Ｓ４でセンサ処理ユニット５０６を介してＣＰＵ５０５にもたらされる駆動電流情報を用いてカップの有無を判断する。次にカップがセットされていると判断すると、Ｓ６でタイマーをスタートさせる。その後、Ｓ７で設定時間が満了するかあるいはＳ８でカップが外された場合、Ｓ５で駆動電圧を停止してＳ１に戻る。タイマー作動中で、かつカップが外されていなければ、そのまま水素水生成モードを続行する。
本実施例の通常の動作では、Ｓ７のタイマー監視とＳ８のカップ監視をループで行っているので、タイマー作動中でも、カップを外すとＳ５で駆動電圧を停止するようにしてＳ１へ戻って再開トリガ待ちになるため、再びカップを戻しても、駆動電圧の印加はしない。このため、カップを戻す際スパークが発生せずグロー現象が発生することもない。同様にタイマーが終了した場合も同様にＳ１へ戻って再開トリガ待ちになる。
【００４６】
尚、従来は、タイマー動作終了後も水素濃度を維持する為の間欠駆動を、カップが外されるまで行っていた。その為、間欠駆動の立ち上がりによるスパークから、グロー現象を生ずることがあった。従って所定の時間で濃度維持モード切タイマー手段を設け、長時間の間欠駆動を防げば、グロー現象の発生をさらに抑制することができる。
前記スパーク発生原因で述べた水素水生成モードに入るために最初に電圧を印加した瞬間のスパーク対策としては、立ち上がり時の電圧上昇曲線を滑らかにするなどの対策をとっても良い。  
【符号の説明】
【００４７】
４００  カップユニット
３２０  ベースユニット
４１０  カップ本体
４４０  電解セル
１００  タンク
１３０  イオン交換樹脂収納容器
２６０  フロート室
３００  フロート弁ユニット
４５５  陽極電極
４８５  陰極電極
４３０  液不透過性隔膜
４８０  陰極カバー
４２０  シール手段
４５０  カップベース
５０３  波形生成ユニット
５０４  駆動ユニット
５０５  ＣＰＵ
５０６  センサ処理ユニット
５０７  電源ユニット
５０８  報知ユニット
６００  人為的作動スイッチ
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2017000918.tif 000001
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2017000918.tif 000002