(57)【要約】【課題】電解水中の溶存酸素量を減らし溶存水素比率の多い電解水を生成することを目的とする。【解決手段】本発明の水素水生成装置１は、貯水部と、貯水部内に設けられている陰極５と陽極６と、陰極５と陽極６との間に設けられている隔膜７と、陽極６において発生する気体を含む水に接触するガイド部材８とを有しており、ガイド部材８は重力方向の位置が互いに異なる複数の角部８ａおよび角部８ｂを有している。【選択図】図４
2020121296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯水部と、
前記貯水部内に設けられている陰極と陽極と、
前記陰極と前記陽極との間に設けられている隔膜と、
前記陽極において発生する気体を含む水に接触するガイド部材と、を有しており、
前記ガイド部材は重力方向の位置が互いに異なる複数の角部を有していることを特徴とする水素水生成装置。
【請求項２】
前記角部であって接触する水に対して凸であるものが複数存在している請求項１に記載の水素水生成装置。
【請求項３】
前記ガイド部材は前記複数の角部を含む階段状に形成されている部分を有している請求項１または２に記載の水素水生成装置。
【請求項４】
前記陽極の法線方向は重力方向に平行であり、前記角部のうち複数が前記陽極よりも水平方向外側に配置されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の水素水生成装置。
【請求項５】
前記陽極はメッシュ状であり、下側の基材と上側の前記隔膜との間に挟まれている請求項１〜４のいずれか一項に記載の水素水生成装置。
【請求項６】
前記陽極に接触している水を前記ガイド部材の前記角部に到達させるための水路をさらに有しており、前記水路の重力方向の位置は、前記隔膜の下面と前記基材の上面との間のであって、かつ、前記隔膜の下面の位置よりも前記基材の上面の位置に近い請求項５に記載の水素水生成装置。
【請求項７】
前記ガイド部材の複数の角部のうち少なくとも１つは、接触する水に対して凸であり４５度〜８５度の鋭角に形成されている請求項１〜６のいずれか一項に記載の水素水生成装置。
【請求項８】
前記ガイド部材の複数の角部のうち少なくとも２つは、接触する水に対して凸であり４５度〜８５度の鋭角に形成されており、
前記２つの角部の間に形成されており接触する水に対して凹をなしている角部が、４５度〜８５度の鋭角に形成されている請求項１〜７のいずれか一項に記載の水素水生成装置。
【請求項９】
前記陰極が存在している空間と前記陽極が存在している空間とは、前記容器内において連通しており、かつ前記容器内に生成される水素ガスの濃度が１１００ｐｐｂ以上である請求項１〜８のいずれか一項に記載の水素水生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水の電解により得られる水素水を製造するための装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の健康志向の高まりを受け、下記特許文献１、特許文献２に示されるように健康・発育増進に有効とされる水素水が注目されている。水素水は、陽極および負極である一対の電極を水の中へ含浸させて当該一対の電極の間で所定の電圧を印加することにより水を電気分解することにより生成される。水の電気分解においては、通常、陽極側には酸素が発生して周囲の水に溶解（溶存）することで酸素含有水が生成される。一方で陰極側では、水素が発生して周囲の水に溶解（溶存）することで水素水（アルカリ水）が生成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−０８３４７６号公報
【特許文献２】特開２０１７−２２１８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
溶存水素比率の多い電解水を得るためには電解水中の溶存酸素量を少なくする必要があり、さらなる改善の余地がある。本発明は、電解水中の溶存酸素量を減らし溶存水素比率の多い電解水を生成することを目的としているものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
電解水中の溶存酸素量を減らすため、水素水生成装置の形状を種々検討していく中で、酸素が溶存している電解水の流路の内壁が角張っている場合に、その角の部分において酸素気泡が大きく成長することを突き止めた。さらに検討を進めたところ、電解水の流路内壁が１箇所のみにおいて角張っているような場合は酸素気泡の拡大効果は限定的であるが、水素水生成装置が酸素含有水をガイドするガイド部材を有していてこのガイド部材が重力方向の位置が互いに異なる複数の角部を有している場合には、酸素気泡がガイド部材に沿って上昇していく過程で当該角部に到達する毎に拡大化した。その結果、径が小さい酸素気泡は電解水中を浮遊しているだけであったのに対して、複数の角部を経由して径が大きくなった酸素気泡は大きな浮力によって電解水の水面に向かって確実に上昇することが認められた。
【０００６】
以上のことから、上記目的を達成し得た本発明の水素水生成装置は、
１．
貯水部と、
前記貯水部内に設けられている陰極と陽極と、
前記陰極と前記陽極との間に設けられている隔膜と、
前記陽極において発生する気体を含む水に接触するガイド部材と、を有しており、
前記ガイド部材は重力方向の位置が互いに異なる複数の角部を有しているものである。
【０００７】
２．
上記水素水生成装置は、好ましくは前記角部であって接触する水に対して凸であるもの
が複数存在している項１に記載の水素水生成装置である。
【０００８】
３．
上記水素水生成装置は、好ましくは前記ガイド部材が前記複数の角部を含む階段状に形成されている部分を有している項１または２に記載の水素水生成装置である。
【０００９】
４．
上記水素水生成装置は、好ましくは、前記陽極の法線方向は重力方向に平行であり、前記角部のうち複数が前記陽極よりも水平方向外側に配置されている項１〜３のいずれか一項に記載の水素水生成装置である。
【００１０】
５．
上記水素水生成装置は、好ましくは、前記陽極がメッシュ状であり、下側の基材と上側の前記隔膜との間に挟まれている項１〜４のいずれか一項に記載の水素水生成装置である。
【００１１】
６．
上記水素水生成装置は、好ましくは、前記陽極に接触している水を前記ガイド部材の前記角部に到達させるための水路をさらに有しており、前記水路の重力方向の位置は、前記隔膜の下面と前記基材の上面との間のであって、かつ、前記隔膜の下面の位置よりも前記基材の上面の位置に近い項５に記載の水素水生成装置である。
【００１２】
７．
上記水素水生成装置は、好ましくは前記ガイド部材の複数の角部のうち少なくとも１つが、接触する水に対して凸であり４５度〜８５度の鋭角に形成されている項１〜６のいずれか一項に記載の水素水生成装置である。
【００１３】
８．
上記水素水生成装置は、好ましくは前記ガイド部材の複数の角部のうち少なくとも２つが、接触する水に対して凸であり４５度〜８５度の鋭角に形成されており、
前記２つの角部の間に形成されており接触する水に対して凹をなしている角部が４５度〜８５度の鋭角に形成されている項１〜７のいずれか一項に記載の水素水生成装置である。
【００１４】
９．
上記水素水生成装置は、好ましくは前記陰極が存在している空間と前記陽極が存在している空間とは、前記容器内において連通しており、かつ前記容器内に生成される水素ガスの濃度が１１００ｐｐｂ以上である項１〜８のいずれか一項に記載の水素水生成装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の水素水生成装置によれば、電解水を案内するガイド部材が重力方向の位置が互いに異なる複数の角部を有しているため、当該角部において電解水中の溶存酸素ガスを大気泡化し除去することが可能となり、その結果生成される水素水の水素溶存濃度を飛躍的に高めることに成功したものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係る水素水生成装置の平面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る水素水生成装置のベース部の斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る水素水生成装置のベース部の断面図である。
【図４】図３の要部拡大図である。
【図５】比較例において用いたガイド部材の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、下記実施の形態に基づき本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施の形態によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態に係る水素水生成装置の平面図である。図１に示すように、本発明の実施の形態に係る水素水生成装置１は、水の電気分解を司るベース部２と、ベース部２上に設けられている貯水タンク３と、貯水タンク３の上部に取り付けられる蓋部４とを有している。貯水タンク３や蓋部４をステンレスやガラスにより構成すれば溶存水素が水素水生成装置の外に透過するのを防ぐことができる。
【００１９】
図２は本発明の実施の形態に係る水素水生成装置１のベース部２の斜視図であり、図３は同ベース部２の断面図であり、更に図４は図３の要部拡大図である。図４に示すように、ベース部２には、陰極５と陽極６と、陰極５と陽極６との間に設けられている隔膜７と、陽極６において発生する気体を含む水に接触するガイド部材８とを有している。ガイド部材８は、ガイド部材８の表面であって酸素ガスが通過する部分においては、重力方向の位置が互いに異なる複数の角部８ａ、角部８ｂを有している。水素水生成装置１において水が浸漬しているエリアである貯水部は貯水タンク３の内部だけでなく、ベース部２の上部付近、例えば陰極５、陽極６、隔膜７が形成されている部分も貯水部の一部をなす。ベース部２には、水素水生成装置１の給電部やスイッチ等の操作ボタンが備えられていてもよい。操作ボタンはシリコン樹脂等により覆われることにより防水性能を高めることができる。また水素水生成装置１にはリチウムイオン電池などの内部バッテリーが設けられていてもよく、コードレスによる水素水の生成も可能である。
【００２０】
上記のような構成の陰極５と陽極６に電圧を印加すると水の電気分解が起こり、陰極５の付近では水素を多く含む気体（以下、単に「水素ガス」と記載する）が発生し、陽極６の付近では酸素を多く含む気体（以下、単に「酸素ガス」と記載する）が発生する。陽極６に接触している水は経路９を通り、ガイド部材８の角部８ａ、角部８ｂに到達する。酸素ガスの気泡は、角部８ａ、角部８ｂにおいて一旦ひっかかり、角部８ａ、角部８ｂに溜まりつつ互いに結合することにより気泡径が大きくなっているものと考えられる。大きく成長した酸素ガスの気泡は大きな浮力を受けて貯水タンク３内の水面に到達し、外界に放出される。一方、水素ガスについては陰極５で生成された微気泡のままの状態で電解水中に溶存し、又は浮遊している。多少大きく成長する水素ガス気泡があったとしても、酸素ガスの気泡に比べると小さいため、水中をゆっくりと上昇し、水温によっては電解水中に溶け込む。このため、生成された水素水中の水素ガス濃度は酸素ガス濃度よりも極めて高くなる。
【００２１】
角部８ａ、角部８ｂの頂部は文字通りの角（カド）を形成していることが好ましいが、工業製品であるガイド部材８は、例えば樹脂成型により製造されるものであり、微視的には頂部に丸みを帯びている場合がある。丸みのＲは、例えば２ｍｍ以下、好ましくは１．５ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以下、さらに好ましくは０．５ｍｍ以下、いっそう好ましくは０．２ｍｍ以下である。また、角部８ａ、角部８ｂの少なくとも頂部は粗面に形成されていても良い。粗面に形成されているほうが、気泡の引っかかりがさらに促進されるからである。粗面の程度は、好ましくはＲａにて２μｍ以上、好ましくは５μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上である。
【００２２】
角部８ａ、角部８ｂは、接触する水に対して凹（いわゆる入隅）ではなく凸（いわゆる出隅）であることが好ましい。気泡が凸の角に引っかかりやすくなり酸素ガスの気泡の拡径化を促進するからである。
【００２３】
ガイド部材８が複数の角部８ａおよび角部８ｂを含む階段状に形成されている部分を有していることが好ましい。酸素ガスの気泡が浮力により順次、次の角部に到達して順次拡径化するからである。階段状に形成されている部分の幅（図４の紙面奥行き方向の長さ）は、好ましくは陽極６の幅（図４の紙面奥行き方向の長さ）の４０％以上であることが好ましく、より好ましくは５０％以上、さらに好ましくは６０％以上である。より多くの酸素ガスを角部８ａ、角部８ｂに接触させるためである。階段状部の幅の上限については特に存在しないが、隣り合う他の階段状部と干渉し合わないようにするため、好ましくは１１０％以下、より好ましくは１００％以下、さらに好ましくは９０％以下である。
【００２４】
少なくとも一つの角部８ａは鋭角である４５度〜８５度の凸部（出隅）である。好ましくは５０度〜８０度の出隅である。隣り合う角部８ａと８ｂとがそれぞれ４５度〜８５度の出隅である場合、角部８ａと８ｂとの間に存在している凹部（入隅）の角度も鋭角である４５度〜８５度の入隅であることが好ましい。より好ましくは角部８ａと８ｂとがそれぞれ５０度〜８０度の出隅であり、角部８ａと８ｂとの間に存在している凹部は５０度〜８０度の入隅である。
【００２５】
陽極６の法線方向は重力方向に平行であり、つまり陽極６は水平に配置されており、複数の角部８ａおよび角部８ｂが陽極６よりも水平方向外側に配置されていることが好ましい。角部８ａや角部８ｂは酸素気泡の上昇起点となるが、この上昇起点が水素ガスの発生エリアである貯水タンク３内の中央部から離れている外方部に存在していることにより水素ガスと酸素ガスの存在位置を異ならせることができるからである。
【００２６】
陽極６がメッシュ状であり、下側の基材１０と上側の隔膜７との間に挟まれていることが好ましい。陽極６がメッシュ状であることにより電解水や気泡が水平方向に移動することができ、陽極６が下側の基材１０と上側の隔膜７との間に挟まれていることにより電解水が効率的にガイド部材８に集まるからである。
【００２７】
陰極５および陽極６を構成する材料は、水が電気分解されたときにイオン化、溶解、或いは酸化しない不溶性の材料を用いることが好ましい。例えば、チタン材、白金めっきのチタン材、イリジウム（Ｉｒ）めっきしたチタン材を用いることができる。
【００２８】
水路９の重力方向の位置は、隔膜７の下面と基材１０の上面との間であって、かつ、隔膜７の下面の位置よりも基材１０の上面の位置に近いことが好ましい。酸素ガスの気泡の排出を考慮すればどちらかといえば上方、つまり水路９は隔膜７の下面に近いほうが好ましいとも考えられるが、実際には角部８ａおよび角部８ｂに到達する前段階での気泡は極めて小さいため浮力を受けておらず、むしろ、より高水圧下で微径の気泡を角部８ａおよび角部８ｂに接触させるほうが好ましいためである。
【００２９】
以上のように本発明の実施の形態における水素水生成装置１は、少なくとも貯水部と、貯水部内に設けられている陰極５と陽極６と、陰極５と陽極６との間に設けられている隔膜７と、陽極６において発生する気体を含む水に接触するガイド部材８とを有しており、ガイド部材８は重力方向の位置が互いに異なる複数の角部８ａおよび角部８ｂを有していることによって、電解水に含まれている酸素ガスの気泡の拡径化が促進され、電解水から多量の酸素ガスを効率良く排出することができる。そのため高濃度の水素水を生成することができる。
【００３０】
本発明の実施の形態における水素水生成装置１においては、陰極５が存在している空間と陽極６が存在している空間とは貯水部内において互いに隔離されている訳ではなく連通している。そのため酸素ガス含有水と水素ガス含有水とは互いに混合し合うものである。それにも関わらずガイド部材の角部の存在により酸素ガスは大きな気泡となり排出されやすく、貯水部内に生成される水素ガスの濃度が酸素ガスの濃度を大きく上回ることができる。そのため、貯水部内に生成される水素ガスの濃度を理論的限界値である１４００ｐｐｂに迫る１２００ｐｐｂ以上とすることもできる。また、オゾン臭の発生も抑制される。
【実施例】
【００３１】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００３２】
（実施例）
図４に示した水素水生成装置を用いて実際に電気分解を行う試験を行った。水素水生成装置１に用いる陰極５と陽極６は、共に正方形の板状でかつメッシュ状の形状とし、当該板の一辺の長さは２８ｍｍ、厚さ１ｍｍとした。また陰極５と陽極６は、共にチタン基体にプラチナをコーティングしたものにより構成した。図４に示したガイド部材８の幅（図４の紙面奥行き方向の長さ）が１６ｍｍであり、このようなガイド部材８が陽極６の周囲に合計４つ配置した。
【００３３】
この試験では、容量４２０ｍｌの貯水タンク３のうち９５％を水で満たした。使用した水の温度は４０℃とした。水素水生成装置１の陰極５と陽極６との間には流れる電流が一定となるように１２〜２０Ｖの直流電圧を４分間印加することにより、水の電気分解を行った。得られた水素水の水素濃度は、１２０４ｐｐｂであった。また、水素水のオゾン臭気は０．０５ｍｇ／Ｌであった。
【００３４】
（比較例）
他方、図５に示すようにガイド部材８の代わりに、酸素ガスを含有する水が通過する部分に角部を有しないガイド部材１１を用いたこと以外は実施例と同じである比較例の水素水生成装置を準備し、実施例と同じ条件で電気分解を行った。その結果、得られた水素水の水素濃度は、７２２ｐｐｂであった。また、水素水のオゾン臭気は０．２５ｍｇ／Ｌであった。
【００３５】
これらの結果から、上記実施例において生成された水素水は比較例において生成された水素水に比べて、水素濃度の向上においても、オゾン臭気の抑制においても極めて優れているといえる。
【符号の説明】
【００３６】
１  水素水生成装置
２  ベース部
３  貯水タンク
４  蓋部
５  陰極
６  陽極
７  隔膜
８  ガイド部材
８ａ  角部
８ｂ  角部
９  水路
１０  基材
１１  ガイド部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2020121296.tif 000006
【図５】
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