(57)【要約】  水素含有水生成装置であって、原水を電気分解するための筒型の陽極体と、前記陽極体の外周面を取り囲むように配置され、原水を電気分解するための筒型の陰極体と、前記陽極体の外周面と前記陰極体の内周面との間を区切るように配置され、前記陰極体の側から前記陽極体の側へ水酸化物イオンを通過させるとともに、前記陰極体の側から前記陽極体の側への水素の移動及び前記陽極体の側から前記陰極体の側への酸素の移動を禁止する陰イオン交換膜と、前記陽極体、前記陰極体、前記陰イオン交換膜が収容され、原水が流入する流入口と、前記陽極体の近傍において発生した酸素を排出する排出口と、前記陰極体の近傍において発生した水素を含有する水素含有水が流出する流出口と、を有する電解槽と、を備える。
2018020567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水を電気分解するための筒型の陽極体と、
前記陽極体の外周面を取り囲むように配置され、原水を電気分解するための筒型の陰極体と、
前記陽極体の外周面と前記陰極体の内周面との間を区切るように配置され、前記陰極体の側から前記陽極体の側へ水酸化物イオンを通過させるとともに、前記陰極体の側から前記陽極体の側への水素の移動及び前記陽極体の側から前記陰極体の側への酸素の移動を禁止する陰イオン交換膜と、
前記陽極体、前記陰極体、前記陰イオン交換膜が収容され、原水が流入する流入口と、前記陽極体の近傍において発生した酸素を排出する排出口と、前記陰極体の近傍において発生した水素を含有する水素含有水が流出する流出口と、を有する電解槽と、
を備えたことを特徴とする水素含有水生成装置。
【請求項２】
前記陰極体は、円筒形状を呈し、水素が前記陰極体自体から離脱し易くなるように、内周面と外周面との間を貫通する複数の第１貫通孔を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の水素含有水生成装置。
【請求項３】
前記複数の第１貫通孔は、前記陰極体の軸方向に対して傾斜した辺を有する四角形状を呈する
ことを特徴とする請求項２に記載の水素含有水生成装置。
【請求項４】
前記陰極体は、前記複数の第１貫通孔が整列して形成されるように、前記陰極体の軸方向に対して傾斜している複数の第１長尺体と、前記複数の第１長尺体と結合され、前記陰極体の軸方向に対して前記複数の第１長尺体とは反対方向に傾斜している複数の第２長尺体と、含んで構成される
ことを特徴とする請求項３に記載の水素含有水生成装置。
【請求項５】
前記複数の第１長尺体及び前記複数の第２長尺体の断面は、夫々、四角形状を呈する
ことを特徴とする請求項４に記載の水素含有水生成装置。
【請求項６】
前記陽極体は、円筒形状を呈し、酸素が前記陽極体自体から離脱し易くなるように、内周面と外周面との間を貫通する複数の第２貫通孔を有する
ことを特徴とする請求項２〜請求項５の何れか一項に記載の水素含有水生成装置。
【請求項７】
前記複数の第２貫通孔は、前記陽極体の軸方向に対して傾斜した辺を有する四角形状を呈する
ことを特徴とする請求項６に記載の水素含有水生成装置。
【請求項８】
前記陽極体は、前記複数の第２貫通孔が整列して形成されるように、前記陽極体の軸方向に対して傾斜している複数の第３長尺体と、前記複数の第３長尺体と結合され、前記陽極体の軸方向に対して前記複数の第３長尺体とは反対方向に傾斜している複数の第４長尺体と、含んで構成される
ことを特徴とする請求項７に記載の水素含有水生成装置。
【請求項９】
前記複数の第３長尺体及び前記複数の第４長尺体の断面は、夫々、四角形状を呈する
ことを特徴とする請求項８に記載の水素含有水生成装置。
【請求項１０】
前記排出口は、前記電解槽における前記陽極体よりも上側の上面に設けられる
ことを特徴とする請求項１〜請求項９の何れか一項に記載の水素含有水生成装置。
【請求項１１】
前記流出口は、前記電解槽における前記陰極体よりも上側の側面に設けられる
ことを特徴とする請求項１〜請求項１０の何れか一項に記載の水素含有水生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素含有水生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水道水等の原水を電気分解することによって水素含有水を生成する水素含有水生成装置が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−２２４６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されている水素含有水生成装置の場合、円筒形状を呈して同心円状に配置されている陽極と陰極との間の隙間に対して、上記の隙間を区切る網状の絶縁体を挟む必要がある。しかし、上記の隙間の距離は絶縁体の厚みに応じて設定され、更に、陽極と陰極との間に印加される電圧も絶縁体の厚みに応じて設定されるため、水素含有水生成装置を製造するに際して、絶縁体の厚みを統一しない限り、複雑な設計を避けられない虞があった。【０００５】
そこで、本発明は、簡単な設計とすることによって実用的な水素含有水生成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述した課題を解決する主たる本発明は、水素含有水生成装置であって、原水を電気分解するための筒型の陽極体と、前記陽極体の外周面を取り囲むように配置され、原水を電気分解するための筒型の陰極体と、前記陽極体の外周面と前記陰極体の内周面との間を区切るように配置され、前記陰極体の側から前記陽極体の側へ水酸化物イオンを通過させるとともに、前記陰極体の側から前記陽極体の側への水素の移動及び前記陽極体の側から前記陰極体の側への酸素の移動を禁止する陰イオン交換膜と、前記陽極体、前記陰極体、前記陰イオン交換膜が収容され、原水が流入する流入口と、前記陽極体の近傍において発生した酸素を排出する排出口と、前記陰極体の近傍において発生した水素を含有する水素含有水が流出する流出口と、を有する電解槽と、を備える。【０００７】
本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、簡単な設計とすることによって実用的な水素含有水生成装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】本実施形態に係る水素含有水生成装置に用いられる水素含有水生成電極の一例を示す分解斜視図である。
【図１Ｂ】本実施形態に係る水素含有水生成装置に用いられる水素含有水生成電極の一例を示す斜視図である。
【図１Ｃ】本実施形態に係る水素含有水生成装置に用いられる水素含有水生成電極を構成する陽極体、陰極体、陰イオン交換膜の配置関係を示す図である。
【図１Ｄ】本実施形態に係る水素含有水生成装置に用いられる水素含有水生成電極を構成する陰極体に形成される第１貫通孔の一部を拡大して示す図である。
【図１Ｅ】本実施形態に係る水素含有水生成装置に用いられる水素含有水生成電極を構成する陽極体に形成される第２貫通孔の一部を拡大して示す図である。
【図２】本実施形態に係る水素含有水生成装置の一例を示す側断面図である。
【図３】本実施形態に係る水素含有水生成装置における水素含有水の生成動作を説明するための図である。
【図４】本実施形態に係る水素含有水生成装置を用いた入浴設備を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
【００１１】
＝＝＝水素含有水生成電極＝＝＝
図１Ａは、本実施形態に係る水素含有水生成装置に用いられる水素含有水生成電極の一例を示す分解斜視図である。図１Ｂは、本実施形態に係る水素含有水生成装置に用いられる水素含有水生成電極の一例を示す斜視図である。図１Ｃは、本実施形態に係る水素含有水生成装置において、水素含有水生成電極を構成する陽極体、陰極体、陰イオン交換膜の配置関係を示す図であって、後述する陽極給電部材及び陰極給電部材が取り付けられる側とは反対側から見た場合の図である。図１Ｄは、本実施形態に係る水素含有水生成装置において、水素含有水生成電極を構成する陰極体に形成される第１貫通孔の一部を拡大して示す図である。図１Ｅは、本実施形態に係る水素含有水生成装置において、水素含有水生成電極を構成する陽極体に形成される第２貫通孔の一部を拡大して示す図である。
【００１２】
水素含有水生成装置１は、水道水等の原水を電気分解することによって、水素含有水生成装置１の外側へ酸素を排出しつつ、水素を含有するアルカリ性を示す水素含有水を生成する装置であって、原水を電気分解するための１対の電極である陽極体１１及び陰極体１２と、陰イオン交換膜１３と、を含む水素含有水生成電極１０を備えている。
【００１３】
＜＜陰極体＞＞
陰極体１２は、原水を電気分解するためのマイナス側の電極として機能する。
【００１４】
陰極体１２は、電気分解によって生成された水素の気泡（ナノメートルオーダー）が陰極体１２から離脱し易くなるように、換言すると、陰極体１２に対する水素の気泡のぬれが悪くはじきがよくなるように、更に換言すると、陰極体１２に対する水素の気泡の接触角（水素の気泡が接触している陰極体１２の表面から、水素の気泡の輪郭曲線との交点における接線までの角度）が１８０度に近づくように、陰極体１２における内周面と外周面との間を貫通する複数の第１貫通孔１２Ａを有している。
【００１５】
陰極体１２は、全体として、円筒形状を呈するとともに、複数の第１貫通孔１２Ａが規則正しく整列するメッシュ形状も呈している。
【００１６】
陰極体１２は、複数の第１長尺体１２Ｂと複数の第２長尺体１２Ｃと、を含んで形成されている。具体的には、複数の第１長尺体１２Ｂは、陰極体１２の軸方向に対して角度θ１だけ傾斜するとともに、一定の間隔ｄ１を隔てて平行となるように配置されている。一方、複数の第２長尺体１２Ｃは、陰極体１２の軸方向に対して角度θ１とは反対方向に角度θ２だけ傾斜するとともに、一定の間隔ｄ２を隔てて平行となるように配置されている。本実施形態において、角度θ１，θ２は同一角度であることとし、間隔ｄ１，ｄ２は同一間隔であることとする。複数の第１長尺体１２Ｂと複数の第２長尺体１２Ｃは、両者の交差位置において結合されることによって１枚のメッシュを有する平板を形成する。本実施形態において、上記の平板の両面のメッシュが全体に亘って面一となるように、複数の第１長尺体１２Ｂと複数の第２長尺体１２Ｃは、配置や結合の別プロセスを経ることなく初めから一体的に形成されることとする。
【００１７】
そして、上記の平板に対して一定の曲率を有するように折り曲げ加工を施すことによって、陰極体１２が円筒形状及びメッシュ形状を呈する電極として形成される。
【００１８】
このようにして、複数の第１貫通孔１２Ａは、夫々、陰極体１２の軸方向に沿う方向と陰極体１２の軸方向とは直交する方向との２方向において、隣接する第１長尺体１２Ｂと隣接する第２長尺体１２Ｃが交差する領域、即ち、隣接する第１長尺体１２Ｂと隣接する第２長尺体１２Ｃで囲まれる領域に整列するように形成される。第１貫通孔１２Ａは、隣接する第１長尺体１２Ｂと隣接する第２長尺体１２Ｃのうち上記の領域を形成する一部を各辺とする四角形状を呈している。本実施形態において、第１貫通孔１２Ａは、菱形形状を呈している。
【００１９】
複数の第１長尺体１２Ｂと複数の第２長尺体１２Ｃは、陰極体１２に対する水素の気泡の接触角が１８０度に更に近づくように、四角柱形状を呈し、つまり、複数の第１長尺体１２Ｂと複数の第２長尺体１２Ｃの断面は、四角形状を呈している。
【００２０】
陰極体１２は、例えば、チタン（Ｔｉ）に対して白金（Ｐｔ）をめっきするか、チタン（Ｔｉ）に対して白金（Ｐｔ）−イリジウム（Ｉｒ）をめっきすることによって形成される。
【００２１】
＜＜陽極体＞＞
陽極体１１は、原水を電気分解するためのプラス側の電極として機能する。
【００２２】
陽極体１１は、電気分解によって生成された不要物である酸素の気泡（ナノメートルオーダー）が陽極体１１から離脱し易くなるように、換言すると、陽極体１１に対する酸素の気泡のぬれが悪くはじきがよくなるように、更に換言すると、陽極体１１に対する酸素の気泡の接触角（酸素の気泡が接触している陽極体１１の表面から、酸素の気泡の輪郭曲線との交点における接線までの角度）が１８０度に近づくように、陽極体１１における内周面と外周面との間を貫通する複数の第２貫通孔１１Ａを有している。
【００２３】
陽極体１１は、全体として、円筒形状を呈するとともに、複数の第２貫通孔１１Ａが規則正しく整列するメッシュ形状も呈している。
【００２４】
陽極体１１は、複数の第３長尺体１１Ｂと複数の第４長尺体１１Ｃと、を含んで形成されている。具体的には、複数の第３長尺体１１Ｂは、陽極体１１の軸方向に対して角度θ３だけ傾斜するとともに、一定の間隔ｄ３を隔てて平行となるように配置されている。一方、複数の第４長尺体１１Ｃは、陽極体１１の軸方向に対して角度θ３とは反対方向に角度θ４だけ傾斜するとともに、一定の間隔ｄ４を隔てて平行となるように配置されている。本実施形態において、角度θ３，θ４は同一角度であることとし、間隔ｄ３，ｄ４は同一間隔であることとする。複数の第３長尺体１１Ｂと複数の第４長尺体１１Ｃは、両者の交差位置において結合されることによって１枚のメッシュを有する平板を形成する。本実施形態において、上記の平板の両面のメッシュが全体に亘って面一となるように、複数の第３長尺体１１Ｂと複数の第４長尺体１１Ｃは、配置や結合の別プロセスを経ることなく初めから一体的に形成されることとする。そして、上記の平板に対して一定の曲率を有するように折り曲げ加工を施すことによって、陽極体１１が円筒形状及びメッシュ形状を呈する電極として形成される。
【００２５】
このようにして、複数の第２貫通孔１１Ａは、夫々、陽極体１１の軸方向に沿う方向と陽極体１１の軸方向とは直交する方向との２方向において、隣接する第３長尺体１１Ｂと隣接する第４長尺体１１Ｃが交差する領域、即ち、隣接する第３長尺体１１Ｂと隣接する第４長尺体１１Ｃで囲まれる領域に整列するように形成される。第２貫通孔１１Ａは、隣接する第３長尺体１１Ｂと隣接する第４長尺体１１Ｃのうち上記の領域を形成する一部を各辺とする四角形状を呈している。本実施形態において、第２貫通孔１１Ａは、菱形形状を呈している。
【００２６】
複数の第３長尺体１１Ｂと複数の第４長尺体１１Ｃは、陽極体１１に対する水素の気泡の接触角が１８０度に更に近づくように、四角柱形状を呈し、つまり、複数の第３長尺体１１Ｂと複数の第４長尺体１１Ｃの断面は、四角形状を呈している。
【００２７】
陽極体１１は、例えば、チタン（Ｔｉ）に対して白金（Ｐｔ）をめっきするか、チタン（Ｔｉ）に対して白金（Ｐｔ）−イリジウム（Ｉｒ）をめっきすることによって形成される。
【００２８】
＜＜陽極体と陰極体の配置関係＞＞
陽極体１１と陰極体１２は、陽極体１１の外径が陰極体１２の内径よりも小さくなるように折り曲げ加工によって形成されている。つまり、陽極体１１と陰極体１２は、陽極体１１が陰極体１２に取り囲まれるように、換言すると、陽極体１１の外周面が陰極体１２の内周面と対向するように、同心円状に配置されている。又、陽極体１１と陰極体１２の間には、陽極体１１の外周面と陰極体１２の内周面との間を区切るための陰イオン交換膜１３が配置されることとなる。陰イオン交換膜１３の詳細については後述する。
【００２９】
＜＜陰イオン交換膜＞＞
陰イオン交換膜１３は、原水に浸漬された状態において、水酸化物イオン（ＯＨ−）のみを通過させる陰イオン濾過膜として機能する。
【００３０】
陰イオン交換膜１３は、同心円状に配置されている陽極体１１と陰極体１２との間を区切るように、換言すると、陰イオン交換膜１３の両面が夫々陽極体１１の外周面及び陰極体１２の内周面の双方に対向するように、陽極体１１及び陰極体１２とともに同心円状に配置されている。つまり、陰イオン交換膜１３は、原水に浸漬された状態において、陰極体１２の側から陽極体１１の側への水素（Ｈ２）の移動を禁止し、陽極体１１の側から陰極体１２の側への酸素（Ｏ２）の移動を禁止する。従って、陰イオン交換膜１３を境界として水素（Ｈ２）と酸素（Ｏ２）の行き来をなくし、陰極体１２の側に水素（Ｈ２）を効率よく生成することが可能になる。
【００３１】
陰イオン交換膜１３は、イオン交換樹脂を膜状にしたもので、陰イオン交換用としてアニオン膜が用いられ、アニオン膜は、プラスの電荷交換基が固定されることによってプラスに帯電している。そのため、陽イオンは反発してアニオン膜を通過できず、陰イオンのみがアニオン膜を通過できることとなる。本実施形態の場合、水酸化物イオン（ＯＨ−）のみがアニオン膜を通過することとなる。
【００３２】
陰イオン交換膜１３に対するプラスの帯電状態は、陰イオンの通過に関わらず半永久的に持続する。そのため、陰イオン交換膜１３は、イオン交換樹脂のような再生処理が不要となって、長時間連続して使用することが可能になる。
【００３３】
陰イオン交換膜１３の厚みは例えば０．０１ｍｍ〜０．５ｍ程度と薄いため、実際に陽極体１１と陰極体１２との間に陰イオン交換膜１３を配置する場合、陰イオン交換膜１３に対して高い透水性を有する強靭な補強膜を貼り合わせることが望ましい。陰イオン交換膜１３と補強膜を貼り合わせて１ｍｍ程度の厚みを確保することによって、陰イオン交換膜１３の配置を容易とすることが可能になる。又、陰イオン交換膜１３と補強膜を貼り合わせた厚みを一定とすることによって、設計を容易とすることが可能になる。
【００３４】
＜＜給電部材＞＞
陽極給電部材１４は、陽極体１１と電源１６のプラス極との間を電気的に接続するための中継部材として機能する。陽極給電部材１４は円柱形状を呈し、陽極給電部材１４の外径は陽極体１１の内径よりも小さく、又、陽極給電部材１４の全長は陽極体１１の全長（陽極体１１の軸方向に沿う長さ）よりも短くなっている。そして、陽極給電部材１４の一部が陽極体１１の一方の開口１１Ｄから突出して現れるように、陽極給電部材１４は陽極体１１の開口１１Ｄ付近の内周面１１Ｅに対して溶接（例えばスポット溶接）によって取り付けられている。陽極給電部材１４は、陽極体１１を形成する材料と同じ材料を用いて、例えば、チタン（Ｔｉ）に対して白金（Ｐｔ）をめっきするか、チタン（Ｔｉ）に対して白金（Ｐｔ）−イリジウム（Ｉｒ）をめっきすることによって形成される。
【００３５】
一方、陰極給電部材１５は、陰極体１２と電源１６のマイナス極とを電気的に接続するための中継部材として機能する。陰極給電部材１５は、陽極給電部材１４と実質的に同等の円柱形状を呈している。そして、陰極給電部材１５の一部が陰極体１２の一方の開口１２Ｄよりも外側に突出するように、換言すると、陰極給電部材１５が陽極給電部材１４と並んで配置されるように、陰極給電部材１５は陰極体１２の開口１２Ｄ付近の外周面１２Ｅに対して溶接（例えばスポット溶接）によって取り付けられている。陰極給電部材１５は、陰極体１２を形成する材料と同じ材料を用いて、例えば、チタン（Ｔｉ）に対して白金（Ｐｔ）をめっきするか、チタン（Ｔｉ）に対して白金（Ｐｔ）−イリジウム（Ｉｒ）をめっきすることによって形成される。
【００３６】
水素含有水生成装置１に対して上記の水素含有水生成電極１０を採用することによって、水素の気泡を効率的に生成することが可能になる。
【００３７】
＝＝＝水素含有水生成装置＝＝＝
図２は、本実施形態に係る水素含有水生成装置の一例を示す側断面図である。
【００３８】
水素含有水生成装置１は、水素含有水生成電極１０、電解槽２０、下側基台３０、上側基台４０を含んで構成されている。
【００３９】
電解槽２０は、水素含有水生成電極１０が収容されるケースである。電解槽２０は、例えば、水素含有水生成電極１０を収容可能な内径を有する円筒形状を呈し、電解槽２０の軸方向を鉛直方向に沿うように設置して用いられる。電解槽２０の下側の側面には、電解槽２０の内部に原水を流入させるための流入管２１（流入口）が設けられている。尚、原水が水素含有水生成電極１０に十分に行き渡るように、流入管２１は、電解槽２０における陽極体１１の下側の開口１１Ｄよりも更に下側に設けられていることとする。一方、電解槽２０の上側の側面には、水素含有水を流出させるための流出管２２（流出口）が設けられている。尚、水素含有水が水素を十分に含有するように、流出管２２は、電解槽２０における陽極体１１の上側の開口１１Ｆよりも更に上側に設けられていることとする。
【００４０】
下側基台３０は、電解槽２０の下側の開口２３を密閉する蓋として機能する。下側基台３０は、電解槽２０の開口２３に装着された状態において、陽極給電部材１４及び陰極給電部材１５の先端が電解槽２０の外側に露出するように、陽極給電部材１４及び陰極給電部材１５が水密に挿通される挿通孔３１，３２を有している。陽極給電部材１４及び陰極給電部材１５の先端には雄螺子１４Ａ，１５Ａが設けられている。そして、電解槽２０の外側に露出した状態の雄螺子１４Ａ，１５Ａに対してナット３３，３４を螺着することによって、水素含有水生成電極１０を電解槽２０の内部に設置することが可能になる。
【００４１】
上側基台４０は、電解槽２０の上側の開口２４を密閉する蓋として機能する。支持部材４１は、水素含有水生成電極１０に発生した酸素を通過させる通過孔４２を有し、水素含有水生成電極１０に発生した酸素が効率よく脱気されるように、開口１１Ｆと対向する上方位置に設けられている。又、支持部材４３は、水素含有水生成電極１０が電解槽２０の内部に安定的に設置されるように、水素含有水生成電極１０を開口１１Ｆの上側から押さえるスペーサとして機能する。支持部材４３は、水素含有水生成電極１０の開口１１Ｆを密閉する円筒形状を呈し、水素含有水生成装置１０に装着された状態において、水素含有水生成電極１０に発生した酸素を支持部材４１の通過孔４２に案内する案内管としても機能する。上側基台４０は、電解槽２０の開口２４に装着された状態において、支持部材４１の先端が電解槽２０の外側に露出するように、支持部材４１が挿通される挿通孔４４を有している。電解槽２０の外側に露出した状態の支持部材４１の先端には脱気弁４５が取り付けられ、更に、脱気弁４５の上側には脱気孔４６が取り付けられている。そして、脱気弁４５を選択的に開放することによって、水素含有水生成電極１０に発生した酸素を電解槽２０の外側に効率よく脱気することが可能になる。又、上記の上側基台４０、支持部材４１，４３、脱気弁４５、脱気孔４６を一体的に形成することによって、上側基台４０を電解槽２０の開口２４に装着するのみで、水素含有水生成電極１０を電解槽２０の内部に安定的に設置させる機能と、水素含有水生成電極１０に発生した酸素を効率よく脱気させる機能と、を同時に実現することが可能になる。
【００４２】
そして、水素含有水生成電極１０の軸方向が鉛直方向に沿うように水素含有水生成装置１を設置し、陽極給電部材１４と陰極給電部材１５との間に電源１６を接続し、流入管２１から原水を給水して水素含有水生成電極１０を全体的に浸漬させると、電気分解が行われて、流出管２２から水素を十分に含有する水素含有水を取り出すことが可能になる。
【００４３】
＝＝＝水素含有水の生成動作＝＝＝
図３は、本実施形態に係る水素含有水生成装置における水素含有水の生成動作を説明するための図である。尚、図３は、図２の破線で囲まれた水素含有水生成電極１０の一部であって、陽極体１１、陰極体１２，陰イオン交換膜１３に対する原水（Ｈ２Ｏ）、水素（Ｈ２）、酸素（Ｏ２）、水酸化物イオン（ＯＨ−）の移動の様子が模式的に示されている。
【００４４】
先ず、陽極給電部材１４と陰極給電部材１５との間に電源１６が接続され、陽極給電部材１４と陰極給電部材１５との間に一定値の直流電圧が印加されると、水素含有水生成電極１０において、電子（ｅ−）の放出と吸収が行われることによって電流が流れ、電気分解が行われることとなる。
【００４５】
具体的には、陽極体１１では下記の化学式（１）の反応が生じる。
【００４６】
４ＯＨ−  →  ２Ｈ２Ｏ＋Ｏ２＋４ｅ−    ・・・（１）
又、陰極体１２では下記の化学式（２）の反応が生じる。
【００４７】
２Ｈ２Ｏ＋２ｅ−  →  Ｈ２＋２ＯＨ−    ・・・（２）
つまり、陽極体１１では電子（ｅ−）の放出が行われ、陰極体１２では電子（ｅ−）の吸収が行われ、原水（Ｈ２Ｏ）の電気分解が行われることとなる。
【００４８】
陽極体１１と陰極体１２との間には陰イオン交換膜１３が同心円状に配置されているため、電気分解によって陰極体１２と陰イオン交換膜１３との間の領域に発生した水酸化物イオン（ＯＨ−）のみが、陰イオン交換膜１３を通して陽極体１１と陰イオン交換膜１３との間の領域に移動する。
【００４９】
又、電気分解によって陰極体１２と陰イオン交換膜１３との間の領域に発生した水素（Ｈ２）は、陰イオン交換膜１３を通過することなく陰イオン交換膜１３で反発され、陰極体１２と陰イオン交換膜１３との間の領域に留まる。そして、陰極体１２は、水素（Ｈ２）の気泡が陰極体１２から離脱し易くなるようなメッシュ形状を呈しているため、水素（Ｈ２）の気泡は、陰極体１２の外周面を伝わりながら流出管２２に向かって容易に上昇する。この結果、水素（Ｈ２）を十分に含有する水素含有水を流出管２２から流出させることが可能になる。
【００５０】
又、電気分解によって陽極体１１と陰イオン交換膜１３との間の領域に発生した酸素（Ｏ２）は、陰イオン交換膜１３を通過することなく陰イオン交換膜１３で反発され、陽極体１１と陰イオン交換膜１３との間の領域に留まる。そして、陽極体１１は、酸素（Ｏ２）の気泡が陽極体１１から離脱し易くなるようなメッシュ形状を呈しているため、酸素（Ｏ２）の気泡は、陽極体１１の内周面を伝わりながら通過孔４２に向かって容易に上昇する。この結果、水素含有水を生成する際に不要成分として生成される酸素（Ｏ２）の気泡を脱気孔４６から排出させることが可能になる。
【００５１】
このように、陰イオン交換膜１３を境として、陰極体１２と陰イオン交換膜１３との間の領域に存在する水素（Ｈ２）と、陽極体１１と陰イオン交換膜１３との間の領域に存在する酸素（Ｏ２）と、の行き来を完全になくすことによって、水素含有水を効率的に生成することが可能になる。
【００５２】
＝＝＝水素含有水生成装置の適用例＝＝＝
図４は、本実施形態に係る水素含有水生成装置を用いた入浴設備を示す図である。
【００５３】
入浴設備５０は、浴槽５１、流入管５２、ポンプ５３、流量計５４、流出管５５、水素含有水生成装置１を含んで構成されている。
【００５４】
水素含有水生成装置１は、浴槽５１に貯留されている原水が流入されるとともに、原水を基に生成される水素含有水が浴槽５１に向かって流出されるように、つまり、浴槽５１との間で原水の流入及び水素含有水の流出が循環するように、流入管５２及び流出管５５を介して浴槽５１と接続されている。
【００５５】
流入管５２は、浴槽５１に貯留されている原水が水素含有水生成装置１に流入されるように、水素含有水生成装置１の流入管２１と接続される配管である。
【００５６】
ポンプ５３は、浴槽５１から水素含有水生成装置１へ原水を一定の割合で送出するように、流入管２１，５２の間に取り付けられている。
【００５７】
流出管５５は、原水を基に生成される水素含有水が浴槽５１内の原水と混ざり合うように、水素含有水生成装置１の流出管２２と接続される配管である。
【００５８】
流量計５４は、水素含有水生成装置１から浴槽５１へ流れる水素含有水の流量を計測する計器であって、流出管２２，５５の間に取り付けられている。尚、水素含有水生成装置１において、ポンプ５３の動作を契機として原水の流入動作が行われると、これに伴って水素含有水の流出動作もあわせて行われることとなる。
【００５９】
水素含有水生成装置１、ポンプ５３、流量計５４の動作タイミングは、不図示の制御装置によって制御されることとする。
【００６０】
先ず、ポンプ５３が原水の送出動作を開始すると、浴槽５１から水素含有水生成装置１へ原水が流入される。このとき、水素含有水生成装置１において、原水が流入管２１に流入されることに伴って、電気分解が行われる前の原水が流出管２２から流出されるため、流量計５４が当該原水の流量を計測することとなる。そして、流出管２２，５５を流れる原水の流量が一定の流量に達すると、電源１６の直流電圧が陽極給電部材１４と陰極給電部材１５との間に印加され、水素含有水生成装置１は水素含有水の生成動作を開始することとなる。水素含有水生成装置１が水素含有水の生成動作を継続することによって、浴槽５１内の原水には水素含有水が混ざり合うこととなる。
【００６１】
尚、本実施形態に係る水素含有水生成装置１は、入浴設備の他に、水素を含有する飲料水を生成する設備に適用することも可能である。
【００６２】
＝＝＝まとめ＝＝＝
以上説明したように、本実施形態に係る水素含有水生成装置１は、原水（Ｈ２Ｏ）を電気分解するための筒型の陽極体１１と、陽極体１１の外周面を取り囲むように配置され、原水（Ｈ２Ｏ）を電気分解するための筒型の陰極体１２と、陽極体１１の外周面と陰極体１２の内周面との間を区切るように配置され、陰極体１２の側から陽極体１１の側へ水酸化物イオン（ＯＨ−）を通過させるとともに、陰極体１２の側から陽極体１１の側への水素（Ｈ２）の移動及び陽極体１１の側から陰極体１２の側への酸素（Ｏ２）の移動を禁止する陰イオン交換膜１３と、陽極体１１、陰極体１２、陰イオン交換膜１３が収容され、原水が流入する流入管２１と、陽極体１１の近傍において発生した酸素（Ｏ２）を脱気する脱気孔４６と、陰極体１２の近傍において発生した水素（Ｈ２）を含有する水素含有水が流出する流出管２２と、を有する電解槽２０と、を備えている。
【００６３】
そして、陰イオン交換膜１３の厚みは例えば０．０１ｍｍ〜０．５ｍ程度と薄いため、実際に陽極体１１と陰極体１２との間に陰イオン交換膜１３を配置する場合、例えば、陰イオン交換膜１３に対して高い透水性を有する強靭な補強膜を貼り合わせることとする。陰イオン交換膜１３と補強膜を貼り合わせて１ｍｍ程度の厚みを確保することによって、陰イオン交換膜１３の配置を容易とすることが可能になる。又、陰イオン交換膜１３と補強膜を貼り合わせた厚みを一定とすることによって、設計を容易とすることが可能になる。
【００６４】
又、本実施形態に係る水素含有水生成装置１において、陰極体１２は、円筒形状を呈し、水素（Ｈ２）が陰極体１２自体から離脱し易くなるように、内周面と外周面との間を貫通する複数の第１貫通孔１２Ａを有している。これによって、流出管２２から水素含有水を効率的に流出させることが可能になる。
【００６５】
又、本実施形態に係る水素含有水生成装置１において、複数の第１貫通孔１２Ａは、水素（Ｈ２）が陰極体１２自体から離脱し易くなるように、陰極体１２の軸方向に対して傾斜した辺を有する四角形状を呈している。これによって、流出管２２から水素含有水を効率的に流出させることが可能になる。
【００６６】
又、本実施形態に係る水素含有水生成装置１において、陰極体１２は、複数の第１貫通孔１２が整列して形成されるように、陰極体１２の軸方向に対して傾斜している複数の第１長尺体１２Ｂと、複数の第１長尺体１２Ｂと結合され、陰極体１２の軸方向に対して複数の第１長尺体１２Ｂとは反対方向に傾斜している複数の第２長尺体１２Ｃと、含んで構成されている。これによって、流出管２２から水素含有水を効率的に流出させることが可能になる。
【００６７】
又、本実施形態に係る水素含有水生成装置１において、複数の第１長尺体１２Ｂ及び複数の第２長尺体１２Ｃの断面は、夫々、水素（Ｈ２）が陰極体１２自体から離脱し易くなるように、四角形状を呈している。これによって、流出管２２から水素含有水を効率的に流出させることが可能になる。
【００６８】
又、本実施形態に係る水素含有水生成装置１において、陽極体１１は、円筒形状を呈し、酸素（Ｏ２）が陽極体１１自体から離脱し易くなるように、内周面と外周面との間を貫通する複数の第２貫通孔１１Ａを有している。これによって、脱気孔４６から酸素（Ｏ２）を効率的に脱気させることが可能になる。
【００６９】
又、本実施形態に係る水素含有水生成装置１において、複数の第２貫通孔１１Ａは、酸素（Ｏ２）が陽極体１１次隊から離脱し易くなるように、陽極体１１の軸方向に対して傾斜した辺を有する四角形状を呈している。これによって、脱気孔４６から酸素（Ｏ２）を効率的に脱気させることが可能になる。
【００７０】
又、本実施形態に係る水素含有水生成装置１において、陽極体１１は、複数の第２貫通孔１１Ａが整列して形成されるように、陽極体１１の軸方向に対して傾斜している複数の第３長尺体１１Ｂと、複数の第３長尺体１１Ｂと結合され、陽極体１１の軸方向に対して複数の第３長尺体１１Ｂとは反対方向に傾斜している複数の第４長尺体１１Ｃと、含んで構成されている。これによって、脱気孔４６から酸素（Ｏ２）を効率的に脱気させることが可能になる。
【００７１】
又、本実施形態に係る水素含有水生成装置１において、複数の第３長尺体１１Ｂ及び複数の第４長尺体１１Ｃの断面は、夫々、酸素（Ｏ２）が陽極体１１自体から離脱し易くなるように、四角形状を呈している。これによって、脱気孔４６から酸素（Ｏ２）を効率的に脱気させることが可能になる。
【００７２】
又、本実施形態に係る水素含有水生成装置１において、脱気孔４６は、電解槽２０における陽極体１１よりも上側の上面に設けられている。これによって、脱気孔４６から酸素（Ｏ２）を効率的に脱気させることが可能になる。
【００７３】
又、流出管２２は、電解槽２０における陰極体１２よりも上側の側面に設けられている。これによって、流出管２２から水素含有水を効率的に流出させることが可能になる。
【００７４】
尚、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
【符号の説明】
【００７５】
１  水素含有水生成装置
１０  水素含有水生成電極
１１  陽極体
１１Ａ  第２貫通孔
１１Ｂ  第３長尺体
１１Ｃ  第４長尺体
１２  陰極体
１２Ａ  第１貫通孔
１２Ｂ  第１長尺体
１２Ｃ  第２長尺体
１３  陰イオン交換膜
１４  陽極給電部材
１５  陰極給電部材
１６  電源
２０  電解槽
２１  流入管
２２  流出管
２３，２４  開口
３０  下側基台
４０  上側基台
４１，４３  支持部材
４５  脱気弁
４６  脱気孔
【図１Ａ】
2018020567.tif 000003
【図１Ｂ】
2018020567.tif 000004
【図１Ｃ】
2018020567.tif 000005
【図１Ｄ】
2018020567.tif 000006
【図１Ｅ】
2018020567.tif 000007
【図２】
2018020567.tif 000008
【図３】
2018020567.tif 000009
【図４】
2018020567.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成29年4月5日(2017.4.5)
【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】
原水を電気分解するための筒型の陽極体と、
前記陽極体の外周面を取り囲むように配置され、原水を電気分解するための筒型の陰極体と、
前記陽極体の外周面と前記陰極体の内周面との間を区切るように配置され、前記陰極体の側から前記陽極体の側へ水酸化物イオンを通過させるとともに、前記陰極体の側から前記陽極体の側への水素の移動及び前記陽極体の側から前記陰極体の側への酸素の移動を禁止する陰イオン交換膜と、
透水性を有し、前記陰イオン交換膜に張り合わされる補強膜と、
前記陽極体、前記陰極体、前記陰イオン交換膜が収容され、原水が流入する流入口と、前記陽極体の近傍において発生した酸素を排出する排出口と、前記陰極体の近傍において発生した水素を含有する水素含有水が流出する流出口と、を有する電解槽と、
を備えたことを特徴とする水素含有水生成装置。
【請求項２】
前記陰極体は、円筒形状を呈し、水素が前記陰極体自体から離脱し易くなるように、内周面と外周面との間を貫通する複数の第１貫通孔を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の水素含有水生成装置。
【請求項３】
前記複数の第１貫通孔は、前記陰極体の軸方向に対して傾斜した辺を有する四角形状を呈する
ことを特徴とする請求項２に記載の水素含有水生成装置。
【請求項４】
前記陰極体は、前記複数の第１貫通孔が整列して形成されるように、前記陰極体の軸方向に対して傾斜している複数の第１長尺体と、前記複数の第１長尺体と結合され、前記陰極体の軸方向に対して前記複数の第１長尺体とは反対方向に傾斜している複数の第２長尺体と、を含んで構成される
ことを特徴とする請求項３に記載の水素含有水生成装置。
【請求項５】
前記複数の第１長尺体及び前記複数の第２長尺体の断面は、夫々、四角形状を呈する
ことを特徴とする請求項４に記載の水素含有水生成装置。
【請求項６】
前記陽極体は、円筒形状を呈し、水素が前記陽極体自体から離脱し易くなるように、内周面と外周面との間を貫通する複数の第２貫通孔を有する
ことを特徴とする請求項２〜請求項５の何れか一項に記載の水素含有水生成装置。
【請求項７】
前記複数の第２貫通孔は、前記陽極体の軸方向に対して傾斜した辺を有する四角形状を呈する
ことを特徴とする請求項６に記載の水素含有水生成装置。
【請求項８】
前記陽極体は、前記複数の第２貫通孔が整列して形成されるように、前記陽極体の軸方向に対して傾斜している複数の第３長尺体と、前記複数の第３長尺体と結合され、前記陽極体の軸方向に対して前記複数の第３長尺体とは反対方向に傾斜している複数の第４長尺体と、を含んで構成される
ことを特徴とする請求項７に記載の水素含有水生成装置。
【請求項９】
前記複数の第３長尺体及び前記複数の第４長尺体の断面は、夫々、四角形状を呈する
ことを特徴とする請求項８に記載の水素含有水生成装置。
【請求項１０】
前記排出口は、前記電解槽における前記陽極体よりも上側の上面に設けられる
ことを特徴とする請求項１〜請求項９の何れか一項に記載の水素含有水生成装置。
【請求項１１】
前記流出口は、前記電解槽における前記陰極体よりも上側の側面に設けられる
ことを特徴とする請求項１〜請求項１０の何れか一項に記載の水素含有水生成装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
前述した課題を解決する主たる本発明は、水素含有水生成装置であって、原水を電気分解するための筒型の陽極体と、前記陽極体の外周面を取り囲むように配置され、原水を電気分解するための筒型の陰極体と、前記陽極体の外周面と前記陰極体の内周面との間を区切るように配置され、前記陰極体の側から前記陽極体の側へ水酸化物イオンを通過させるとともに、前記陰極体の側から前記陽極体の側への水素の移動及び前記陽極体の側から前記陰極体の側への酸素の移動を禁止する陰イオン交換膜と、透水性を有し、前記陰イオン交換膜に張り合わされる補強膜と、前記陽極体、前記陰極体、前記陰イオン交換膜が収容され、原水が流入する流入口と、前記陽極体の近傍において発生した酸素を排出する排出口と、前記陰極体の近傍において発生した水素を含有する水素含有水が流出する流出口と、を有する電解槽と、を備える。
【国際調査報告】
2018020567.tif 000011
2018020567.tif 000012
2018020567.tif 000013
2018020567.tif 000014