JP2016022470A

JP2016022470A - 水素含有電解水生成装置

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Publication number: JP2016022470A
Application number: JP2014151248A
Authority: JP
Inventors: 圭三岩井; Keizo Iwai; 卓見立山; Takumi Tateyama
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2014-07-24
Filing date: 2014-07-24
Publication date: 2016-02-08
Anticipated expiration: 2034-07-24
Also published as: JP6160573B2

Abstract

【課題】水素含有電解水生成装置の複数の電解水生成部に均等に給水する。
【解決手段】水素含有電解水生成装置１００は、水素含有電解水をそれぞれ生成する水素含有電解水生成部である電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６と、電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６が共通に接続されて電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６それぞれに給水するための給水路ＷＲ１と、電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６が共通に接続されて電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６からそれぞれ排水する排水路ＷＲ２とを含む。電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６のうち、排水路ＷＲ２への排水点ＷＰ２０から最も遠い位置を排水点とする電解槽の該排水点の近傍に一端が接続されかつ他端が給水路ＷＲ１に接続された戻し配管Ｍ１、Ｍ６を設ける。戻し配管Ｍ１およびＭ６により、第１の給水ヘッダＨＨ１にかかる水圧と第２の給水ヘッダＨＨ２にかかる水圧とを等しくし、各電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６の流水量を均等にできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、水道水等の原水から水素含有電解水を得るための水素含有電解水生成装置に関する。

水道水から水素含有電解水（アルカリイオン水）及び酸性イオン水を生成するアルカリイオン整水器（水素含有電解水生成装置）としては、陽極、陰極の電極間にイオン交換膜を介在させ、水の電気分解作用を利用して、アルカリイオン水と酸性イオン水とに分離生成するものがある。また、このようなアルカリイオン整水器としては、水道のカラン（蛇口）に固定されるタイプのものや、水道管の途中に配置されるタイプ、いわゆるビルトインタイプのものがある。

また、入浴用の湯が貯められる浴槽と、この浴槽に貯められた湯を水素含有電解水生成装置に送るとともに水素含有電解水生成装置で生成された水素含有電解水を循環流体として浴槽に循環させる循環経路とを備えた給湯設備が提案されている（例えば、特許文献１）。

水素含有電解水生成装置のメンテナンスに関し、電解槽への給水条件を変更可能な給水手段を備え、電極のクリーニング時には電気分解の際とは異なる条件にて給水を行う技術が提案されている（例えば、特許文献２）。

特許第４４９７５５８号公報特開２００４−５００４６号公報

大衆浴場などに設置される大きい浴槽の場合、１つの水素含有電解水生成装置では足りず、水素含有電解水生成装置と同等の機能を有する水素含有電解水生成部を複数設ける必要がある。しかしながら、水素含有電解水生成部を複数設けた場合、複数の水素含有電解水生成部それぞれに均等に給水できない場合がある。複数の水素含有電解水生成部に均等に給水できないと特定の水素含有電解水生成部の電極にスケール（水垢）が多く付着し、電極の寿命を縮める可能性がある。特定の水素含有電解水生成部の電極だけ寿命が短くなると、電極の交換作業の頻度が高くなり、装置のメンテナンスが煩わしくなる場合がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の水素含有電解水生成部に均等に給水可能な水素含有電解水生成装置を提供することを目的とする。

本発明のある態様による水素含有電解水生成装置は、水素含有電解水をそれぞれ生成する複数の水素含有電解水生成部と、前記複数の水素含有電解水生成部が共通に接続され前記水素含有電解水生成部それぞれに給水するための給水路と、前記複数の水素含有電解水生成部が共通に接続され前記水素含有電解水生成部からそれぞれ排水する排水路と、前記複数の水素含有電解水生成部のうち、前記排水路への排水点から最も遠い位置を排水点とする水素含有電解水生成部の該排水路の近傍に一端が接続されかつ他端が前記給水路に接続されて前記給水路と前記排水路とを直接接続する配管と、を含む。

前記給水路側に設けられて前記給水路から給水される第１の給水ヘッダと、前記排水路側に設けられ前記排水路へ排水する第２の給水ヘッダとをさらに含み、前記複数の水素含有電解水生成部は、前記第１の給水ヘッダと前記第２の給水ヘッダとの間に並列に接続されており、前記配管は、並列に接続された水素含有電解水生成部のうち、前記排水路への排水点から最も遠い位置を排水点とする水素含有電解水生成部の該排水点の近傍に、前記一端が接続されかつ前記他端が前記給水路に接続されて、前記第２の給水ヘッダから前記第１の給水ヘッダの方向に給水することが好ましい。

前記複数の水素含有電解水生成部は、水素含有電解水を生成するための電極をそれぞれ有しており、前記複数の水素含有電解水生成部の前記電極それぞれに、前記水素含有電解水を生成するための電圧を印加することにより、前記水素含有電解水を生成することが好ましい。

前記複数の水素含有電解水生成部の前記電極に、前記水素含有電解水を生成するための電圧とは異なる電圧を印加することにより、前記電極のクリーニングを行うことが好ましい。

本発明にかかる水素含有電解水生成装置は、複数の水素含有電解水生成部に均等に給水できるという効果を奏する。

図１は、本実施形態に係る水素含有電解水生成装置の構成例を示す図である。図２は、本実施形態に係る水素含有電解水生成装置を構成する電解槽の水素含有水生成用電極の例を示す斜視図である。図３は、本実施形態に係る水素含有水生成用電極を示す斜視図である。図４は、本実施形態に係る水素含有水生成用電極による作用を示す図である。図５は、本実施形態に係る水素含有水生成用電極を示す側面図である。図６は、本実施形態に係る水素含有水生成用電極を、その中心軸を含む平面で切った断面を示す図である。図７は、図５のＡ−Ａ断面図である。図８は、本実施形態に係る水素含有電解水生成装置の動作例を示すフローチャートである。

以下に、本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。

（水素含有電解水生成装置の構成）
図１は、本実施形態に係る水素含有電解水生成装置の構成例を示す図である。図１において、水素含有電解水生成装置１００は、第１の給水ヘッダＨＨ１および第２の給水ヘッダＨＨ２と、電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６と、循環ポンプＰ１〜Ｐ６と、フロースイッチＦＳ１〜ＦＳ６と、戻し配管Ｍ１およびＭ６と、制御基板ＳＫ１〜ＳＫ６と、制御部ＣＬと、空気抜き弁ＡＶ１〜ＡＶ６と、給水流量計ＦＭと、ドレンバルブＤＶと、を備えている。

第１の給水ヘッダＨＨ１は、給水点ＷＰ１０において給水路ＷＲ１に接続され、給水路ＷＲ１の一部を構成する。第２の給水ヘッダＨＨ２は、排水点ＷＰ２０において排水路ＷＲ２に接続され、排水路ＷＲ２の一部を構成する。第１の給水ヘッダＨＨ１および第２の給水ヘッダＨＨ２は、水素含有電解水生成装置１００内の他の部分の配管よりも内径が大きな管によって構成されている。第１の給水ヘッダＨＨ１により、給水路ＷＲ１側から給水点ＷＰ１１〜ＷＰ１６および循環ポンプＰ１〜Ｐ６を介して電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６へ水を供給することができる。また、電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６から流出する水を、フロースイッチＦＳ１〜ＦＳ６および排水点ＷＰ２１〜ＷＰ２６を介して排水路ＷＲ２側の第２の給水ヘッダＨＨ２に排出することができる。

電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６は、第１の給水ヘッダＨＨ１と第２の給水ヘッダＨＨ２との間に並列に設けられている。電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６は、それぞれが別々の水素含有電解水生成部として機能する。電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６は、後述する電極を備えており、この電極に直流電圧（以下、正電圧）を印加することにより、水素含有電解水を生成することができる。また、この電極に正電圧とはプラスマイナスが逆の直流電圧（以下、逆電圧）、すなわち水素含有電解水を生成するための電圧とは異なる電圧を印加することにより、スケールを除去することができる。

循環ポンプＰ１〜Ｐ６は、電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６それぞれの給水路ＷＲ１側に設けられている。循環ポンプＰ１〜Ｐ６は、第１の給水ヘッダＨＨ１の給水点ＷＰ１１〜ＷＰ１６から、対応する電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６へ給水を行う。循環ポンプＰ１〜Ｐ６は、対応するフロースイッチＦＳ１〜ＦＳ６の状態によって動作する。

フロースイッチＦＳ１〜ＦＳ６は、電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６それぞれの排水路ＷＲ２側に設けられている。フロースイッチＦＳ１〜ＦＳ６は、対応する電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６から、第２の給水ヘッダＨＨ２の接続点である排水点ＷＰ２１〜ＷＰ２６への流水量に基づいて、循環ポンプＰ１〜Ｐ６を動作させるための制御信号を出力する。

フロースイッチＦＳ１〜ＦＳ６は、対応する電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６の排水路ＷＲ２側の水量が減少すると給水量を増加させるように制御信号を出力し、循環ポンプＰ１〜Ｐ６を動作させる。また、フロースイッチＦＳ１〜ＦＳ６は、対応する電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６の第２の給水ヘッダＨＨ２側の水量が増加すると給水量を減少させるように制御信号を出力し、循環ポンプＰ１〜Ｐ６を動作させる。したがって、フロースイッチＦＳ１〜ＦＳ６および循環ポンプＰ１〜Ｐ６によって、電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６に流れる水量を制御することができる。

戻し配管Ｍ１およびＭ６は、第１の給水ヘッダＨＨ１と第２の給水ヘッダＨＨ２との間に直接接続されている。戻し配管Ｍ１は、並列に６個並んだ電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６のうち、電解槽ＤＫ１に隣接して設けられている。電解槽ＤＫ１は、排水路ＷＲ２に接続されている第２の給水ヘッダＨＨ２への排水点ＷＰ２０から最も遠い排水点ＷＰ２１に排水する位置に設けられている。戻し配管Ｍ６は、並列に６個並んだ電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６のうち、電解槽ＤＫ６に隣接して設けられている。電解槽ＤＫ６は、排水路ＷＲ２に接続されている第２の給水ヘッダＨＨ２への排水点ＷＰ２０から最も遠い排水点ＷＰ２６に排水する位置に設けられている。

複数並んだ電解槽のうち、排水点ＷＰ２０から遠い位置の排水点に排水する電解槽について、その排水点の近傍に一端を接続した戻し配管を設ける必要がある。排水点ＷＰ２０に比較的近い位置の排水点に排水する電解槽については、その排水点の近傍に一端を接続した戻し配管を設けなくてもよいし、設けてもよい。電解槽が複数個設けられている場合において、第２の給水ヘッダＨＨ２への排水点ＷＰ２０から最も遠い位置に排水する電解槽について、その排水点の近傍に一端を接続した戻し配管を設けることで、各電解槽への給水を均等にすることができる。つまり、第２の給水ヘッダＨＨ２への排水点ＷＰ２０から最も遠い位置の排水点の近傍は水圧が高まる可能性があるので、その近傍から第１の給水ヘッダＨＨ１へバイパスする戻し配管Ｍ１およびＭ６を設けることにより、圧力を逃がして各電解槽への給水を均等にすることができる。

制御部ＣＬは、制御基板ＳＫ１〜ＳＫ６を制御するための制御信号を出力する。制御部ＣＬから出力される制御信号によって指示されることにより、制御基板ＳＫ１〜ＳＫ６は、電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６に正電圧または逆電圧を印加する。電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６に正電圧を印加した状態で循環ポンプＰ１〜Ｐ６を動作させることにより、水素含有電解水を生成することができる。

空気抜き弁ＡＶ１〜ＡＶ６は、電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６に溜まった空気を抜くために設けられている。

給水流量計ＦＭは、水素含有電解水生成装置１００への給水の流量を計測するために設けられている。

ドレンバルブＤＶは、水素含有電解水生成装置１００内の水を抜くために設けられている。例えば、後述するクエン酸による洗浄が終了した後、ドレンバルブＤＶを開けることにより、水素含有電解水生成装置１００内の水を抜くことができる。

バルブＶ１およびＶ２を開けてバルブＶ３を閉じることにより、バルブＶ１を介して給水装置Ｗ１から水素含有電解水生成装置１００へ給水することができ、バルブＶ２を介して水素含有電解水生成装置１００から浴槽ＢＴへ水素含有電解水を供給することができる。なお、バルブＶ１およびＶ２を閉じてバルブＶ３を開けることにより、水素含有電解水生成装置１００への給水を遮断することができ、給水装置Ｗ１から浴槽ＢＴへ直接給水することもできる。

（電解槽）
電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６は、水素含有水生成用電極を備えている。図２、図３は、図１中の電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６に用いられる水素含有水生成用電極の例を示す斜視図である。水素含有水生成用電極１０は、水の電気分解作用を利用して、水道水等の原水から、水素を含有する水である水素含有水を生成する。水素含有水は、中性を示す水である。図２、図３に示すように、水素含有水生成用電極１０は、陽極１１と、陰極１２と、絶縁体１３とを有する。陽極１１及び陰極１２は、いずれも筒状の導電体である。本実施形態において、陽極１１及び陰極１２の形状は、いずれも円筒形状であるが、これに限定されるものではない。絶縁体１３は、陽極１１の外周部に設けられて、陽極１１と接している。陰極１２は、絶縁体１３の外周部に設けられて絶縁体１３と接している。すなわち、絶縁体１３は、陽極１１と、陽極１１の外側に設けられた陰極１２との間に配置されて、陽極１１及び陰極１２と接している。陽極１１、陰極１２及び絶縁体１３は、いずれも網状の部材である。本実施形態において、絶縁体１３は、陽極１１及び陰極１２と接触しているが、必ずしも接触していなくてもよい。

陽極１１は、棒状の導体である陽極用給電部材１４が電気的に接続されている。陰極１２は、棒状の導体である陰極用給電部材１５が電気的に接続されている。陽極用給電部材１４は、電源（直流電源）２０の陽極と電気的に接続されている。陰極用給電部材１５は、電源２０の陰極と電気的に接続されている。このような構造により、陽極１１は、電源２０の陽極と陽極用給電部材１４を介して電気的に接続され、陰極１２は、電源２０の陰極と陰極用給電部材１５を介して電気的に接続される。電源２０は、例えば、先述した制御基板ＳＫ１〜ＳＫ６から与えられる。

本実施形態において、陽極１１は、棒状の部材である陽極用支持部材１８が取り付けられている。陽極用支持部材１８は、陽極１１の陽極用給電部材１４が取り付けられている側とは反対側に取り付けられる。陰極１２は、棒状の部材である陰極用支持部材１９が取り付けられている。陰極用支持部材１９は、陰極１２の陰極用給電部材１５が取り付けられている側とは反対側に取り付けられる。本実施形態において、陽極用支持部材１８、陰極用支持部材１９、陽極用給電部材１４及び陰極用給電部材１５は、いずれも同一の材料であるが、このようなものに限定されない。例えば、陽極用給電部材１４及び陰極用給電部材１５を同一の材料とし、陽極用支持部材１８及び陰極用支持部材１９はこれらと異なる材料としてもよい。本実施形態において、陽極１１及び陰極１２は、陽極用支持部材１８及び陰極用支持部材１９を必ずしも備えていなくてもよい。

図２、図３に示すように、水素含有水生成用電極１０、より具体的には陽極１１及び陰極１２は、両方の端部にそれぞれ開口部としての端部側開口部１０ＨＡ、１０ＨＢを有している。水素含有水生成用電極１０は、端部側開口部１０ＨＡ、１０ＨＢを有していなくてもよいし、少なくとも一方の端部に端部側開口部１０ＨＡ又は端部側開口部１０ＨＢを有していてもよい。

陽極１１は、長手方向、すなわち筒状の部材である陽極１１が延びる方向に向かうスリット１１ＳＬを有している。陰極１２は、長手方向、すなわち筒状の部材である陰極１２が延びる方向に向かうスリット１２ＳＬを有している。図２、図３に示すように、水素含有水生成用電極１０は、陰極用給電部材１５と陰極用支持部材１９との間、かつ陰極１２の外側部に拘束部材４０が設けられている。拘束部材４０は、陽極１１のスリット１１ＳＬ及び陰極１２のスリット１２ＳＬを閉じて、陰極１２と絶縁体１３と陽極１１とを陰極１２及び陽極１１の周方向から拘束する。次に、水素含有水生成用電極１０による作用を説明する。

図４は、電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６に用いられる水素含有水生成用電極による作用を示す図である。水素含有水生成用電極１０は、循環ポンプＰ１〜Ｐ６から供給される原水Ｗ中で水素含有水を生成する。原水Ｗは、給水装置Ｗ１から第１の給水ヘッダＨＨ１を経由して電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６に供給される温水等である。水素含有水生成用電極１０の陽極１１と陰極１２との間に電源２０から所定の電圧（直流電圧）が印加されると、陽極１１において、下記式（１）の反応が生じる。

２Ｈ_２Ｏ→Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻ ・・・（１）

また、本実施形態における水素含有水生成装置１００は、水素含有水生成用電極１０の陽極１１と陰極１２との間に電源２０から所定の電圧（直流電圧）が印加されると、陰極１２において、下記式（２）の反応が生じる。

４Ｈ^＋＋４ｅ⁻→ ２Ｈ_２・・・（２）

本実施形態における水素含有水生成装置１００は、水素含有水生成用電極１０の陽極１１と陰極１２との間に電源２０から所定の電圧（直流電圧）が印加されると、陽極１１及び陰極１２の全体において、下記式（３）の反応が生じる。

２Ｈ_２Ｏ→Ｏ_２＋２Ｈ_２・・・（３）

本実施形態における水素含有水生成装置１００において生成される水素含有水は、例えばｐＨ７以上７．５以下程度の中性になる。このように、陽極１１で発生する電離した水素イオンＨ^＋は絶縁体１３を通過して陰極１２側に集まり、陰極１２に水素ガス（Ｈ_２）の気泡が生成される。この気泡は、直径がナノメートルオーダーの微小な気泡である。酸素ガス（Ｏ_２）は、筒状の陽極１１の内側に気泡となって集まり、陽極１１の内側に沿って移動して、端部側開口部１０ＨＢから陽極１１の外部に放出される。酸素ガス（Ｏ_２）は、空気抜き弁ＡＶ１〜ＡＶ６から水素含有電解水生成装置１００の外部に放出される。次に、水素含有水生成用電極１０について、より詳細に説明する。

図５は、電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６に用いられる水素含有水生成用電極１０を示す側面図である。図５は、水素含有水生成用電極１０の陰極１２及び絶縁体１３の一部を除いた状態を示している。図６は、電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６に用いられる水素含有水生成用電極１０を、その中心軸を含む平面で切った断面を示す図である。図７は、図５のＡ−Ａ断面図である。筒状、本実施形態では円筒形状の陽極１１及び陰極１２が延びる方向（適宜長手方向という）Ｅと平行な方向が、これらの中心軸Ｚｔである。中心軸Ｚｔは、中心軸Ｚｔと直交する陽極１１及び陰極１２の断面内の中心（重心）を通る軸である。

図５に示すように、陽極１１は、側部に複数の開口１１Ｈを有しており、陰極１２は、側部に複数の開口１２Ｈを有している。陽極１１が有する複数の開口１１Ｈは、陽極１１の側部を陽極１１の厚み方向に貫通している。陰極１２が有する複数の開口１２Ｈは、陰極１２の側部を陰極１２の厚み方向に貫通している。本実施形態において、陽極１１及び陰極１２は導電体で製造されており、本実施形態においては、チタン（Ｔｉ）に白金（Ｐｔ）をめっきしたものである。めっきは、例えば、白金（Ｐｔ）−イリジウム（Ｉｒ）めっきであってもよい。本実施形態において、チタンは純チタンである。陽極１１及び陰極１２は、チタンに白金をめっきしたものに限定されるものではないが、原水Ｗに溶け出さない材料（例えば、バナジウム（Ｖ））であることが好ましい。本実施形態においては、陽極１１及び陰極１２の両方がめっきされているが、陽極１１のみをめっきし、陰極１２はめっきしなくてもよい。このようにすることで、水素含有水生成用電極１０の製造コストを低減することができる。

図６に示すように、陽極１１と、陽極１１の外側の側部（外側部）１１Ｓｏと、陰極１２の内側の側部（内側部）１２Ｓｉとの間に介在する絶縁体１３は、陽極１１の外側部１１Ｓｏと陰極１２の内側部１２Ｓｉとに接している。絶縁体１３は、複数の開口１３Ｈを有している。開口１３Ｈは、絶縁体１３をその厚み方向に貫通している。絶縁体１３は、例えば、絶縁性を有する材料（例えば樹脂）の繊維で編まれた網を用いることができる。本実施形態において、絶縁体１３は、電気的に中性である網状の部材である。

また、絶縁体１３としては、イオン交換機能を有していてもよい。例えば、絶縁体１３は、イオン交換膜（陽イオン交換膜）であってもよい。この場合、絶縁体１３は、開口１３Ｈを有していなくてもよい。陽イオン交換膜は、膜に固定されている陰イオン基のため負に帯電している。このため、陰イオンは反発されて通ることができず、陽イオンだけが通過する。したがって、水素含有水生成用電極１０において、陽イオン交換膜を用いた絶縁体１３は、陽イオン、すなわち水素イオンＨ^＋だけを透過し、陰イオン、すなわち電離した水酸イオンＯＨ⁻を反発する。このため、絶縁体１３を通過して陽極１１側に移動する水酸イオンＯＨ⁻の量を低減できる。その結果、陽極１１側においては酸素及び酸性のイオン水の発生が抑制される。

前述したように、絶縁体１３は、イオン交換膜を用いてもよいが、電気的に中性である材料が用いられる。このようにすることで、絶縁体の製造コストを低減でき、また、加工も容易になる。また、イオン交換膜は、イオンは通過させるが水分子が通過させない程度の孔を有している。イオン交換膜を絶縁体１３に用いると、この絶縁体１３を備えた水素含有水生成用電極１０は、水素含有水を生成する際に必要な電圧が高くなり、消費電力が大きくなる可能性を有している。本実施形態において、絶縁体１３は、電気的に中性である網状の部材である。このため、イオン交換膜と比較して低い電圧で水素含有水を生成することができ、消費電力を抑制できる。

絶縁性を有する繊維で編まれた網を絶縁体１３に用いる場合、絶縁体１３の厚みは、０．１ｍｍから１ｍｍ程度とする。図７に示すように、本実施形態において、陽極１１の外側部（外周部に相当）１１Ｓｏと陰極１２の内側部（内周部に相当）１２Ｓｉとの間に設けられた絶縁体１３は、陰極１２のスリット１２ＳＬから陰極１２の外側部（外周部に相当）１２Ｓｏ側に端部が取り出されている。絶縁体１３の端部は、陽極１１のスリット１１ＳＬから陽極１１の内側部（内周部に相当）１１Ｓｉ側に取り出されてもよい。

図５に示すように、陽極用給電部材１４は、陽極１１の第１の端部（一方の端部）１１Ｔ１から第２の端部（他方の端部）１１Ｔ２に向かって延びる棒状の導体である。図６、図７に示すように、陽極用給電部材１４は、陽極１１が延びる方向（長手方向）Ｅにおける陽極１１の寸法Ｌの半分Ｌ／２よりも短い部分が、陽極１１の内側部１１Ｓｉに取り付けられる。陰極用給電部材１５は、陰極１２の第１の端部１２Ｔ１から第２の端部１２Ｔ２に向かって延びる棒状の導体である。図６、図７に示すように、陰極用給電部材１５は、陰極１２が延びる方向（長手方向）Ｅにおける陰極１２の寸法Ｌの半分Ｌ／２よりも短い部分が、陰極１２の外側部１２Ｓｏに取り付けられる。陽極用給電部材１４の陽極１１に取り付けられる部分の長さ及び陰極用給電部材１５の陰極１２に取り付けられる部分の長さは、いずれもＬＳである。本実施形態において、ＬＳ＜Ｌ／２である。

図５に示すように、陽極用支持部材１８は、陽極１１の第２の端部１１Ｔ２から第１の端部１１Ｔ１に向かって延びる棒状の導体である。図６に示すように、陽極用支持部材１８は、陽極１１の長手方向Ｅにおける陽極１１の寸法Ｌの半分Ｌ／２よりも短い部分が、陽極１１の内側部１１Ｓｉに取り付けられる。陰極用指示部材１９は、陰極１２の第２の端部１２Ｔ２から第１の端部１２Ｔ１に向かって延びる棒状の導体である。図６に示すように、陰極用支持部材１９は、陰極１２の長手方向Ｅにおける陰極１２の寸法Ｌの半分Ｌ／２よりも短い部分が、陰極１２の外側部１２Ｓｏに取り付けられる。

本実施形態において、陽極用給電部材１４及び陰極用給電部材１５並びに陽極用支持部材１８及び陰極用支持部材１９は、陽極１１及び陰極１２と同様に、チタンに白金をめっきした部材である。陽極用給電部材１４及び陰極用給電部材１５並びに陽極用支持部材１８及び陰極用支持部材１９は、陽極１１及び陰極１２と同様に、チタンに白金をめっきしたものに限定されるものではないが、原水Ｗに溶け出さない材料であることが好ましい。陽極用給電部材１４と陰極用給電部材１５とは、例えば、溶接等の接合手段によって、それぞれ、陽極１１と陰極１２とに接合されて、電気的に接続される。陽極用給電部材１４と陰極用給電部材１５とは、例えば、溶接等の接合手段によって、それぞれ、陽極１１と陰極１２とに接合されて、取り付けられる。

陽極用給電部材１４及び陰極用給電部材１５並びに陽極用支持部材１８及び陰極用支持部材１９に施されるめっきは、例えば、白金（Ｐｔ）−イリジウム（Ｉｒ）めっきであってもよい。本実施形態において、陰極１２はめっきを施さなくてもよいが、この場合、陰極用給電部材１５もめっきを施さなくてもよい。

本実施形態においては、図６に示すように、陽極用給電部材１４と陰極用給電部材１５とは、それぞれ、スポット溶接によって複数箇所の接合部ＣＰで陽極１１と陰極１２とに電気的に接合されている。陽極用支持部材１８及び陰極用支持部材１９も陽極用給電部材１４及び陰極用給電部材１５と同様である。陽極用給電部材１４及び陰極用給電部材１５の接合は、スポット溶接に限定されるものではない。

複数の接合部ＣＰは、陽極用給電部材１４及び陰極用給電部材１５の長手方向Ｅにおいて、一部分に偏らないように設けられている。このようにすることで、陽極用給電部材１４と陰極用給電部材１５とは、自身の長手方向Ｅの全体から電力を供給することができる。陰極用給電部材１５及び陰極用支持部材１９は、それぞれ別部材として、陰極１２が延びる方向（長手方向）Ｅにおける陰極１２の寸法Ｌの半分Ｌ／２よりも短い部分が、陰極１２の外側部１２Ｓｏに取り付けられる。このため、陰極１２の外側部１２Ｓｏにおいて、陰極用給電部材１５と陰極用支持部材１９との間には、これらが存在しない部分（隙間）が生じる。水素含有水生成用電極１０は、陰極１２の外側部１２Ｓｏの陰極用給電部材１５及び陰極用支持部材１９が存在しない部分に拘束部材４０を取り付けることができる。拘束部材４０は、陰極用給電部材１５及び陰極用支持部材１９とは干渉しないので、陰極１２、絶縁体１３及び陽極１１を、陰極１２の外周部全体にわたって均等な力で拘束することができる。

図５、図６に示すように、陽極用給電部材１４は、陽極１１の第１の端部１１Ｔ１から突出しており、陰極用給電部材１５は、陰極１２の第１の端部１２Ｔ１から突出している。このようにすることで、陽極用給電部材１４及び陰極用給電部材１５は、図５に示すように、第１の端部１１Ｔ１、１２Ｔ１から突出した部分を取付対象ＳＴ１に取り付けることができる。その結果、陽極１１及び陰極１２は、陽極用給電部材１４及び陰極用給電部材１５を介して取付対象ＳＴ１に取り付けられる。取付対象ＳＴ１は、例えば、電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６の筐体である。

本実施形態において、陽極用給電部材１４及び陰極用給電部材１５は、図５に示すように、第１の端部１１Ｔ１、１２Ｔ１から突出した部分に雄ねじ１４Ｓ、１５Ｓが設けられている。陽極用給電部材１４と陰極用給電部材１５とは、この雄ねじ１４Ｓ、１５Ｓにそれぞれねじ込まれたボルト３２、３２によって、取付対象ＳＴ１に取り付けられ、固定される。

陽極１１は、第１の端部１１Ｔ１が取付対象ＳＴ１と接し、かつ陽極用給電部材１４を介してボルト３２によって取付対象ＳＴ１に固定されている。同様に、陰極１２は、第１の端部１２Ｔ１が取付対象ＳＴ１と接し、かつ陰極用給電部材１５を介してボルト３２によって取付対象ＳＴ１に固定されている。このため、陽極１１及び陰極１２は、それぞれの広い範囲が取付対象ＳＴ１と接触するので、取付対象ＳＴ１に対して安定して取り付けられる。

また、それぞれのボルト３２、３２と、雄ねじ１４Ｓ、１５Ｓにそれぞれねじ込まれたボルト３３、３３とで、陽極用給電部材１４と配線とを電気的に接続する端子３４及び陰極用給電部材１５と配線とを電気的に接続する端子３４を固定する。このような構造により、端子３４、３４及び陽極用給電部材１４、陰極用給電部材１５を介して、陽極１１、陰極１２に電力が印加される。

図５、図６に示すように、陽極用支持部材１８は、陽極１１の第２の端部１１Ｔ２から突出しており、陰極用支持部材１９は、陰極１２の第２の端部１２Ｔ２から突出している。このようにすることで、陽極用給電部材１４及び陰極用給電部材１５は、図５に示すように、第２の端部１１Ｔ２、１２Ｔ２から突出した部分を取付対象ＳＴ２に取り付けることができる。その結果、陽極１１及び陰極１２は、陽極用支持部材１８及び陰極用支持部材１９を介して取付対象ＳＴ２に取り付けられる。取付対象ＳＴ２は、例えば、電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６の筐体である。

本実施形態において、陽極用支持部材１８及び陰極用支持部材１９は、図５に示すように、第２の端部１１Ｔ２、１２Ｔ２から突出した部分に雄ねじ１８Ｓ、１９Ｓが設けられている。陽極用支持部材１８と陰極用支持部材１９とは、この雄ねじ１８Ｓ、１９Ｓにそれぞれねじ込まれたボルト３１、３１によって、取付対象ＳＴ２に取り付けられ、固定される。

陽極１１は、第２の端部１１Ｔ２が取付対象ＳＴ２と接し、かつ陽極用支持部材１８を介してボルト３１によって取付対象ＳＴ２に固定されている。同様に、陰極１２は、第２の端部１２Ｔ２が取付対象ＳＴ２と接し、かつ陰極用支持部材１９を介してボルト３１によって取付対象ＳＴ２に固定されている。このため、陽極１１及び陰極１２は、それぞれの広い範囲が取付対象ＳＴ２と接触するので、取付対象ＳＴ２に対して安定して取り付けられる。

水素含有水生成用電極１０は、陽極用給電部材１４及び陰極用給電部材１５並びに陽極用支持部材１８及び陰極用支持部材１９によって、陽極１１及び陰極１２の両側から取付対象ＳＴ１、ＳＴ２に取り付けられることが可能である。また、水素含有水生成用電極１０は、陽極用給電部材１４及び陰極用給電部材１５又は陽極用支持部材１８及び陰極用支持部材１９の一方を用いて１つの取付対象に取り付けられてもよい。このように、水素含有水生成用電極１０は、取付の自由度が高いという利点がある。

（水素含有電解水生成装置への給水）
上記の水素含有水生成用電極１０を備えた電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６を有する水素含有電解水生成装置１００において、電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６の電極に正電圧を印加した状態で、給水装置Ｗ１から各電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６に給水すると、水素含有電解水を生成することができる。生成された水素含有電解水は、水素含有電解水生成装置１００から浴槽ＢＴへ供給される。

第１の給水ヘッダＨＨ１と第２の給水ヘッダＨＨ２との間には、電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６に対応して循環ポンプＰ１〜Ｐ６が設けられており、循環ポンプＰ１〜Ｐ６の動作によって電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６に給水される。このため、電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６には、第１の給水ヘッダＨＨ１から第２の給水ヘッダＨＨ２へ向かう方向に水が流れる。したがって、戻し配管Ｍ１およびＭ６を設けない場合は、第２の給水ヘッダＨＨ２における水圧が第１の給水ヘッダＨＨ１における水圧よりも高くなる。第２の給水ヘッダＨＨ２における水圧が高まると、電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６の流水量に偏りが生じ、流水量が均一でなくなることがある。すなわち、戻し配管Ｍ１およびＭ６を設けない場合、第２の給水ヘッダＨＨ２の、排水路ＷＲ２の排水点ＷＰ２０に比較的近い位置が排水点ＷＰ２３、ＷＰ２４になっている電解槽ＤＫ３、ＤＫ４には水がスムーズに流れるのに対し、排水路ＷＲ２への排水点ＷＰ２０から最も遠い位置が排水点ＷＰ２１、ＷＰ２６になっている電解槽ＤＫ１、ＤＫ６には水がスムーズに流れないことがある。

そこで、本実施形態では、排水点ＷＰ２０から最も遠い排水点ＷＰ２１、ＷＰ２６に対応する電解槽ＤＫ１、ＤＫ６の排水点ＷＰ２１、ＷＰ２６の近傍に戻し配管Ｍ１、Ｍ６を設けている。これにより、第２の給水ヘッダＨＨ２における水圧が高まると、戻し配管Ｍ１およびＭ６には、第２の給水ヘッダＨＨ２から第１の給水ヘッダＨＨ１へ向かう方向に水が流れる。つまり、戻し配管Ｍ１およびＭ６は、電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６それぞれから第２の給水ヘッダＨＨ２へ流入する水の一部を第１の給水ヘッダＨＨ１側に戻し、第２の給水ヘッダＨＨ２において高まる水圧を逃がす機能を有する。これにより、第１の給水ヘッダＨＨ１から第２の給水ヘッダＨＨ２へ向かう方向に流れる、各電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６の流水量を均等にすることができる。

複数の電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６に均等に給水することにより、スケールが均等に付着し、特定の電解槽の電極にスケールが多く付着することはなく、スケールの付着によって特定の水素含有電解水生成部の電極の寿命を縮めることはない。これにより、特定の水素含有電解水生成部の電極だけ寿命が短くなることはなく、装置全体のメンテナンスを良好に行うことができる。

ここで、電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６それぞれに流量計を設けて流量を計測し、電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６に均等に給水するように循環ポンプＰ１〜Ｐ６を制御することも考えられる。しかしながら、そのようにすると流量計が複数必要になるため、コスト高を招くことになる。また、そのようにすると均等に給水するための制御が複雑になる。

本実施形態では、並列に６個並んだ電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６のうち、排水点ＷＰ２０から最も遠い位置が排水点になっている電解槽ＤＫ１、ＤＫ６に隣接して戻し配管Ｍ１、Ｍ６を設けている。このため、電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６それぞれに流量計を設ける必要はないので、コスト高を招かず、かつ、制御が複雑になることなく、電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６へ均等に給水することができる。

また、本実施形態では、電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６のうち、排水路ＷＲ２への排水点ＷＰ２０から最も遠い位置の排水点ＷＰ２１、２６に対応する電解槽ＤＫ１、ＤＫ６の排水点の近傍に戻し配管Ｍ１、戻し配管Ｍ６を設けている。排水点ＷＰ２０から最も遠い位置の排水点ＷＰ２１、ＷＰ２６に対応して設けられた電解槽ＤＫ１、ＤＫ６に、戻し配管Ｍ１、Ｍ６を設けているのは、排水路ＷＲ２への排水点ＷＰ２０から最も遠い位置を排水点ＷＰ２１、ＷＰ２６とする電解槽ＤＫ１、ＤＫ６を流れる水量が低下しないようにするためである。すなわち、戻し配管Ｍ１、Ｍ６を設けることにより、複数の電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６に均等に給水できるので、スケールが均等に付着し、特定の電解槽の電極にスケールが多く付着することはなく、スケールの付着によって電極の寿命を縮めることがない。

（動作例）
次に、本実施形態による水素含有電解水生成装置の動作例について説明する。図８は、本実施形態による水素含有電解水生成装置の動作例を示すフローチャートである。制御部ＣＬから出力される制御信号によって、制御基板ＳＫ１〜ＳＫ６から電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６に正電圧または逆電圧を印加した状態で、電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６に給水することによって以下の動作を実現できる。

まず、ステップＳ１０１において、６個の電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６に正電圧を印加した状態で、電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６に給水する。これにより、水素含有水を生成でき、浴槽ＢＴに供給することができる。

次に、ステップＳ１０２において、所定時間が経過したか否かを判断する。所定時間が経過するまでステップＳ１０１に戻り、６個の電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６によって水素含有水を生成する。ステップＳ１０２において、所定時間が経過した場合、ステップＳ１０３に移行する。なお、ステップＳ１０２の所定時間は、例えば、１時間とする。浴槽ＢＴの容量によって所定時間を決定すれば、浴槽ＢＴに水素含有水を速やかに満たすことができる。

ステップＳ１０３において、６個の電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６のうちの３個、例えば電解槽ＤＫ１、ＤＫ３、ＤＫ５に正電圧を印加した状態で、それらの電解槽ＤＫ１、ＤＫ３、ＤＫ５に給水する。これにより、６個の電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６のうちの半数の電解槽によって、水素含有水を生成し続ける。

また、ステップＳ１０４において、６個の電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６のうちの他の３個の電解槽ＤＫ２、ＤＫ４、ＤＫ６には水素含有電解水を生成するための電圧とは異なる逆電圧を印加した状態で、それらの電解槽ＤＫ２、ＤＫ４、ＤＫ６に給水する。これにより、６個の電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６のうちの半数について、均等に給水した状態で電極に付着したスケールを剥がす、クリーニングを行うことができる。

さらに、ステップＳ１０５において、所定時間が経過したか否かを判断する。ステップＳ１０５の所定時間は、電極のクリーニングを行う時間であり、例えば、２分間とする。所定時間が経過するまでステップＳ１０４に戻り、３個の電解槽ＤＫ１、ＤＫ３、ＤＫ５によって水素含有水を生成し続ける。ステップＳ１０５において、所定時間が経過した場合、ステップＳ１０６に移行する。

ステップＳ１０６において、水素含有電解水生成装置１００の動作を終了するか否かを判断する。水素含有電解水生成装置１００の動作を終了しない場合、ステップＳ１０７に移行する。

ステップＳ１０７において、正電圧を印加する電解水生成部すなわち電解槽を切り替える。したがって、ステップＳ１０３に戻り、３個の電解槽ＤＫ２、ＤＫ４、ＤＫ６に正電圧を印加し、ステップＳ１０４において他の３個の電解槽ＤＫ１、ＤＫ３、ＤＫ５には逆電圧を印加する。この状態で６個の電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６に給水することにより、半数の電解槽によって水素含有水を生成し続け、他の半数の電解槽について、均等に給水した状態で電極のクリーニングを行うことができる。

なお、ステップＳ１０６において、動作を終了する場合、水素含有電解水生成装置１００の処理は終了となる。

以上のように、本実施形態の水素含有電解水生成装置１００は、水素含有電解水をそれぞれ生成する複数の水素含有電解水生成部と、上記複数の水素含有電解水生成部が共通に並んで接続され上記少なくとも３つの水素含有電解水生成部それぞれに給水するための給水路と、上記複数の水素含有電解水生成部が共通に並んで接続され上記複数の水素含有電解水生成部からそれぞれ排水する排水路と、上記複数の水素含有電解水生成部のうち、給水点から遠い位置に設けられた水素含有電解水生成部に隣接して設けられて上記給水路と上記排水路とを直接接続する配管と、を含む。この構成によれば、複数の水素含有電解水生成部に均等に給水できるため、特定の水素含有電解水生成部の電極にスケールが多く付着することはなく、スケールが均等に付着し、スケールの付着によって特定の水素含有電解水生成部の電極の寿命を縮めることはない。

ところで、本実施形態では、水素含有電解水生成部である６個の電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６のうち、３個の電解槽をまとめて、正電圧または逆電圧を印加する単位としている。すなわち、例えば、３個の電解槽ＤＫ１、ＤＫ３、ＤＫ５と、３個の電解槽ＤＫ２、ＤＫ４、ＤＫ６と、について、一方に正電圧を印加して水素含有電解水を生成している場合に、他方に逆電圧を印加して電極のクリーニングを行う。このように、３個の電解槽を、電解水生成動作の単位またはクリーニングの単位とすることにより、三相電源を容易に利用することができる。三相電源を利用することにより、各相にかかる負荷のバランスを保ち、水素含有電解水生成装置１００に供給する電源の質を向上させることができる。また、三相電源を利用することにより、定格の高くない部品を使用して装置を製造でき、装置全体のコストを抑えることができる。

（クエン酸を用いた洗浄）
ところで、水素含有電解水生成装置１００の近傍には、電解槽洗浄装置ＤＳが設けられている。電解槽洗浄装置ＤＳは、洗浄槽Ｓ１と、逆止弁Ｒと、バルブＶ４およびＶ５とを備えている。

電解槽洗浄装置ＤＳによって水素含有電解水生成装置１００を洗浄する場合、例えばクエン酸を用いてもよい。クエン酸を用いる場合、洗浄槽Ｓ１内へクエン酸を投入する。そして、バルブＶ１およびＶ２を閉じ、バルブＶ４およびＶ５を開けて洗浄水を水素含有電解水生成装置１００に循環させる。洗浄水を循環させることにより、イオン交換膜などの絶縁体１３を洗浄することができる。

洗浄終了後は、ドレンバルブＤＶを開け、洗浄水を排出する。洗浄水を排出した後、バルブＶ４およびＶ５を閉じ、バルブＶ１およびＶ２を開けて給水装置Ｗ１から水素含有電解水生成装置１００へ給水を行うことにより、先述したように水素含有電解水を生成することができる。

以上のようにクエン酸を用いた洗浄を行うことにより、電解槽ＤＫ１〜ＤＫ６の機能を正常に保つことができる。また、電極の寿命を長くすることができる。なお、クエン酸を用いて行う水素含有電解水生成装置１００の洗浄は、例えば１〜２か月に１度または３００時間ごとに行うのが好ましい。

１０水素含有水生成用電極
１００水素含有電解水生成装置
ＢＴ浴槽
ＣＬ制御部
ＤＫ１〜ＤＫ６電解槽
ＤＳ電解槽洗浄装置
ＦＳ１〜ＦＳ６フロースイッチ
ＨＨ１、ＨＨ２給水ヘッダ
Ｍ１、Ｍ６戻し配管
ＳＫ１〜ＳＫ６制御基板
Ｗ１給水装置
ＷＰ１０〜ＷＰ１６給水点
ＷＰ２０〜ＷＰ２６排水点
ＷＲ１給水路
ＷＲ２排水路

Claims

水素含有電解水をそれぞれ生成する複数の水素含有電解水生成部と、
前記複数の水素含有電解水生成部が共通に接続され前記水素含有電解水生成部それぞれに給水するための給水路と、
前記複数の水素含有電解水生成部が共通に接続され前記水素含有電解水生成部からそれぞれ排水する排水路と、
前記複数の水素含有電解水生成部のうち、前記排水路への排水点から最も遠い位置を排水点とする水素含有電解水生成部の該排水点の近傍に一端が接続されかつ他端が前記給水路に接続されて前記給水路と前記排水路とを直接接続する配管と、
を含む水素含有電解水生成装置。
前記給水路側に設けられて前記給水路から給水される第１の給水ヘッダと、前記排水路側に設けられ前記排水路へ排水する第２の給水ヘッダとをさらに含み、
前記複数の水素含有電解水生成部は、前記第１の給水ヘッダと前記第２の給水ヘッダとの間に並列に接続されており、
前記配管は、並列に接続された水素含有電解水生成部のうち、前記排水路への排水点から最も遠い位置を排水点とする水素含有電解水生成部の該排水点の近傍に、前記一端が接続されかつ前記他端が前記給水路に接続されて、前記第２の給水ヘッダから前記第１の給水ヘッダの方向に給水する
請求項１に記載の水素含有電解水生成装置。
前記複数の水素含有電解水生成部は、水素含有電解水を生成するための電極をそれぞれ有しており、
前記複数の水素含有電解水生成部の前記電極それぞれに、前記水素含有電解水を生成するための電圧を印加することにより、前記水素含有電解水を生成する
請求項１または請求項２に記載の水素含有電解水生成装置。
前記複数の水素含有電解水生成部の前記電極に、前記水素含有電解水を生成するための電圧とは異なる電圧を印加することにより、前記電極のクリーニングを行う
請求項３に記載の水素含有電解水生成装置。