(57)【要約】  本発明は、水素分子を高濃度に含有する水素水を生成する電気分解水生成装置に関する。イオン交換膜が表面に設けられた多孔質の２枚の陰極板を、陽極板をはさんでイオン交換膜が陽極板側を向き、陽極板とイオン交換膜の間に水の流れる空間が形成されるように設置して４つの電解室を形成する。陽極板と陰極板の間に形成される第１電解室及び第２電解室に水を供給する第１の水路及び第２の水路、並びに陰極板の陽極板と反対側に形成される第３電解室及び第４電解室のいずれか一方の電解室に水を供給し、前記電解室内を通って排出された処理水を、他方の電解室へ供給する第３の水路が形成された電気分解水生成装置である。
2017141284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極板、多孔質の第１の陰極板及び第２の陰極板を備え、
前記第１の陰極板及び第２の陰極板は、前記陽極板をはさんで反対側に設置され、
前記陽極板と前記第１の陰極板との間に第１電解室、前記陽極板と前記第２の陰極板との間に第２電解室、前記第１の陰極板の前記陽極板と反対側に第３電解室、及び前記第２の陰極板の前記陽極板と反対側に第４電解室が形成され、
前記第１電解室内及び前記第２電解室内には、陰極板に接し、前記陽極板との間には水の流れる空間が形成されるようにイオン交換膜が配置され、
第１の水路が、水が前記第１電解室に供給され、前記第１電解室内を通って排出されるように形成され、
第２の水路が、水が前記第２電解室に供給され、前記第２電解室内を通って排出されるように形成され、
第３の水路が、水が前記第３電解室及び前記第４電解室のいずれか一方の電解室に供給され、前記電解室内を通って排出された処理水が、他方の電解室へ供給され、前記他方の電解室内を通って排出されるように形成された、
ことを特徴とする電気分解水生成装置。
【請求項２】
第１電解室、第２電解室、第３電解室及び第４電解室内に形成される水路が蛇行していることを特徴とする請求項１記載の電気分解水生成装置。
【請求項３】
第３電解室内の水の流れる方向と第４電解室内の水の流れる方向とが逆向きになるように、第３の水路が形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載の電気分解水生成装置。
【請求項４】
第１電解室内の水の流れる方向と第３電解室内の水の流れる方向が逆向きになり、第２電解室内の水の流れる方向と第４電解室内の水の流れる方向が逆向きになるように第１の水路及び第２の水路が形成されたことを特徴とする請求項３記載の電気分解水生成装置。
【請求項５】
陽極板とイオン交換膜との間隔が０．１〜２ｍｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の電気分解水生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素分子を高濃度に含有する水素水を生成する電気分解水生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水素分子を多く含んだ水（水素水）の健康に対する効能や医学的効能が着目されている。水素水の製造方法としては、水の電気分解による方法、水素ガスを水に溶解させる方法等が知られており、電気分解により水素水を製造する装置として種種の電気分解水生成装置が提案されている。例えば、多孔性の隔膜を有する電解槽を用い、電解質水溶液中に正極および負極の電極を挿入し、直流の電流を通じてイオンの移動を行わせて、水素ガス（Ｈ２）及び還元性のイオンを含有した電解負極水を生成する電解装置が提案されている（特許文献１参照）。また、電解槽内に陽極と陰極を対向配置して、両電極間にて原水（食塩水又は脱塩処理水）を電気分解することにより電解水を生成する電解水生成装置において、原水の電気分解によって生じる電解イオンが通過する細孔を高い空孔率で有して電解イオンと高頻度で接触する多孔質チタンを基体とし、この基体表面に白金又は白金系貴金属を金属体で鍍金してなる電極を陽極とした電解水生成装置が提案されている（特許文献２参照）。【０００３】
しかし、特許文献１記載の装置は、純水に電解質を添加して電気分解するものであり、逆浸透膜等でろ過された水を電気分解して水素水を生成することは難しかった。特許文献２には、多孔質の陽極、陰極及び隔膜の配列を様々に変えた電気分解水生成装置が記載され、食塩水又は脱塩処理水を両電極間で電気分解することが記載されている。しかし、これらの装置は多孔質の陽極を用いて次亜塩素酸を含む電解水やオゾンを含む電解水を得ることに主眼があり、高濃度の水素水を得ることを目的としたものではない。また近年、家庭やオフィス等に水素水サーバーを設置して水素水を飲用することが行われており、サーバー内の限られた空間に組み込むことができる電気分解水生成装置が求められている。しかし、限られた空間に組み込むために電極の面積を小さくすると、高濃度の水素水が得られないとの問題が生じる。さらに、小さな空間に電極やイオン交換膜を組み込むと、装置の作動時に電極やイオン交換膜、装置内を流れる水等の温度が上昇するため、水素のガス化による容存水素量の減少や、イオン交換膜の破損といった問題が生じる。また、電気分解水生成装置においては、電極板の面積や個数を減らすことや、温度上昇による影響を抑制することは、サーバー内に設置する場合に限らず重要である。上記の装置をはじめとする従来の電気分解水生成装置は、いずれもこれらの問題を解決するものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２９６２６２号公報
【特許文献２】特開平１１−１３８１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、上記問題を解決し、水素水の生成効率が高く高濃度の水素水を生成でき、安定して作動できる電気分解水生成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記課題を解決するため、いかに水素を水中に溶解させるかという点、及びいかに水中に溶解した水素をガス化させないかという点に着目して電気分解水生成装置の検討を始めた。そして検討を進めたところ、意外にも、電解槽において、イオン交換膜が表面に設けられた多孔質の２枚の陰極板を、陽極板をはさんでイオン交換膜が陽極板側を向くように反対側に設置して４つの電解室を形成し、それぞれの電解室を特定の水路で結ぶことにより、電極を効率よく利用して水素水の生成効率を高くでき、電極の面積や個数の増加を抑えて高濃度の水素水が得られること、加えて温度上昇による水素のガス化やイオン交換膜の劣化等の影響を抑制できることを見いだした。【０００７】
すなわち、本発明は以下の通りである。
（１）陽極板、多孔質の第１の陰極板及び第２の陰極板を備え、
前記第１の陰極板及び第２の陰極板は、前記陽極板をはさんで反対側に設置され、
前記陽極板と前記第１の陰極板との間に第１電解室、前記陽極板と前記第２の陰極板との間に第２電解室、前記第１の陰極板の前記陽極板と反対側に第３電解室、及び前記第２の陰極板の前記陽極板と反対側に第４電解室が形成され、
前記第１電解室内及び前記第２電解室内には、陰極板に接し、前記陽極板との間には水の流れる空間が形成されるようにイオン交換膜が配置され、
第１の水路が、水が前記第１電解室に供給され、前記第１電解室内を通って排出されるように形成され、
第２の水路が、水が前記第２電解室に供給され、前記第２電解室内を通って排出されるように形成され、
第３の水路が、水が前記第３電解室及び前記第４電解室のいずれか一方の電解室に供給され、前記電解室内を通って排出された処理水が、他方の電解室へ供給され、前記他方の電解室内を通って排出されるように形成された、
ことを特徴とする電気分解水生成装置。
（２）第１電解室、第２電解室、第３電解室及び第４電解室内に形成される水路が蛇行していることを特徴とする上記（１）記載の電気分解水生成装置。
（３）第３電解室内の水の流れる方向と第４電解室内の水の流れる方向とが逆向きになるように、第３の水路が形成されたことを特徴とする上記（１）又は（２）記載の電気分解水生成装置。
（４）第１電解室内の水の流れる方向と第３電解室内の水の流れる方向が逆向きになり、第２電解室内の水の流れる方向と第４電解室内の水の流れる方向が逆向きになるように第１の水路及び第２の水路が形成されたことを特徴とする上記（３）記載の電気分解水生成装置。
（５）陽極板とイオン交換膜との間隔が０．１〜２ｍｍであることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれか記載の電気分解水生成装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の電気分解水生成装置は、水素水の生成効率が高く高濃度の水素水を生成できる。本発明の電気分解水生成装置は、電極板の面積や個数に対する水素水の生成効率が高いので、小型であっても高濃度の水素水を生成することが可能となる。また、本発明の電気分解水生成装置は、作動時の温度上昇を抑制できるので、水素のガス化による容存水素量の減少や、イオン交換膜の熱による破損を防ぐことができ、作動時の安定性を高め、安定して高濃度の水素水を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の電気分解水生成装置の第一の実施形態を示す模式図である。
【図２】本発明の電気分解水生成装置の第二の実施形態を示す模式図である。
【図３】本発明の電気分解水生成装置の第三の実施形態を示す模式図である。
【図４】本発明の電気分解水生成装置の第四の実施形態を示す模式図である。
【図５】比較例で用いた電気分解水生成装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の電気分解水生成装置は、陽極板、多孔質の第１の陰極板及び第２の陰極板を備え、前記第１の陰極板及び第２の陰極板は、前記陽極板をはさんで反対側に設置され、前記陽極板と前記第１の陰極板との間に第１電解室、前記陽極板と前記第２の陰極板との間に第２電解室、前記第１の陰極板の前記陽極板と反対側に第３電解室、及び前記第２の陰極板の前記陽極板と反対側に第４電解室が形成され、前記第１電解室内及び前記第２電解室内には、陰極板に接し、前記陽極板との間には水の流れる空間が形成されるようにイオン交換膜が配置され、第１の水路が、水が前記第１電解室に供給され、前記第１電解室内を通って排出されるように形成され、第２の水路が、水が前記第２電解室に供給され、前記第２電解室内を通って排出されるように形成され、第３の水路が、水が前記第３電解室及び前記第４電解室のいずれか一方の電解室に供給され、前記電解室内を通って排出された処理水が、他方の電解室へ供給され、前記他方の電解室内を通って排出されるように形成されたことを特徴とする。本発明における陽極板は、第１電解室と第２電解室の間での水の出入を遮断でき、電極として作用するものであれば、材質は特に制限されず、電気分解水生成装置に通常使用する電極板を使用することができる。例えば、チタン板、白金板、チタン製白金鍍金板等を挙げることができる。陽極板の厚さは特に制限されないが、０．０５〜２ｍｍが好ましく、０．５〜１ｍｍがより好ましい。本発明における第１の陰極板及び第２の陰極板は、多孔質であって電極として作用するものであれば材質は特に制限されない。ここで、多孔質とは、第１の陰極板及び第２の陰極板が、第１電解室と第３電解室の間及び第２電解室と第４電解室の間で、イオンの出入ができる水の流路が形成される孔を複数有していればよく、電気分解水生成装置に通常使用する多孔質電極を使用することができる。例えば、パンチング状の多数の孔のあいた金属板、エキスパンドメタル等のメッシュ状の金属板、格子状金属板、縦又は横のスリット状金属板、金属繊維により形成された金属板などを使用することができ、材質は陽極板と同じでも異なってもよい。孔の径としては、５ｍｍ以下であることが好ましく、２ｍｍ以下であることがより好ましく、０．０５〜０．５ｍｍであることがさらに好ましい。本発明におけるイオン交換膜は、特に制限されず、電気分解水生成装置に通常使用するイオン交換膜を使用することができる。
【００１１】
本発明の電気分解水生成装置では、第１の陰極板及び第２の陰極板は、陽極板をはさんで反対側に設置される。これにより、陽極板と第１の陰極板との間、陽極板と第２の陰極板との間、第１の陰極板の陽極板と反対側、及び第２の陰極板の陽極板と反対側に、それぞれ第１電解室、第２電解室、第３電解室及び第４電解室が形成される。また、本発明では、イオン交換膜が、前記第１電解室内では前記第１の陰極板に接するように、前記第２電解室内では前記第２の陰極板に接するように配置される。さらに、各イオン交換膜は、陽極板との間に水の流れる空間が形成されるように配置される。
【００１２】
本発明の電気分解水生成装置では、第１の水路により、水が第１電解室に供給され、第１電解室内を通って第１電解室から排出される。また、第２の水路により、水が第２電解室に供給され、第２電解室内を通って第２電解室から排出される。これに加え、本発明の電気分解水生成装置では、第３の水路により、水が第３電解室及び第４電解室のいずれか一方の電解室に供給され、前記電解室内を通って排出された処理水が、他方の電解室へ供給され、前記他方の電解室内を通って排出される。すなわち、第３電解室に処理前の水を供給した場合は、第３電解室内を通って第３電解室から排出された処理水が、第４電解室に供給され、第４電解室内を通って第４電解室から排出される。また、第４電解室に処理前の水を供給した場合は、第４電解室内を通って第４電解室から排出された処理水が、第３電解室に供給され、第３電解室内を通って第３電解室から排出される。
【００１３】
本発明の電気分解水生成装置は、上記構造を有するため、処理前の水が、第１の水路により第１電解室に、第２の水路により第２電解室に、第３の水路により第３電解室及び第４電解室のいずれか一方の電解室に、例えば第３電解室に供給されると、次のように水素水を生成する。第１電解室に供給された処理前の水は、第１電解室内で電気分解され、電気分解により発生した水素イオンは、イオン交換膜を通って第１の陰極板に達して、電子を受け取り水素分子となり、生成した水素分子は第３電解室内を流れる水に溶解する。また、第２電解室に供給された処理前の水は、第２電解室内で電気分解され、電気分解により発生した水素イオンは、イオン交換膜を通って第２の陰極板に達して、電子を受け取り水素分子となり、生成した水素分子は、第４電解室内を流れる水、すなわち第３電解室内の処理により容存水素を含んだ状態となっている処理水に更に溶解する。このため、第４電解室から排出される水は高濃度の水素分子を含む。本発明の電気分解水生成装置は、このようにして高濃度の水素水を生成することができる。さらに、電解質を含んだ水道水ではなく、水道水を逆浸透膜等でろ過した水でも高濃度の水素水を生成することができる。また、第１電解室内及び第２電解室内で発生した水酸イオンは、イオン交換膜のため第３電解室や第４電解室に移動できず、第１電解室及び第２電解室からは酸素やオゾンを含んだ水が排出される。第４電解室に処理前の水を供給する場合も、第４電解室から排出された処理水が第３電解室に供給される点が異なるだけで、上記と同様に水素分子が第４電解室及び第３電解室を流れる水に溶解し、第３電解室から高濃度の水素分子を含む水素水が排出される。本発明では、上記のような働きをするイオン交換膜として、通常用いられる陽イオン交換膜を使用することができる。本発明の電気分解水生成装置では、陽極板とイオン交換膜との間に空間が設けられている。このため、陽極板の両側に水路が形成されるので、一枚の陽極板の両側で効率よく電気分解を行うことができる。さらに陽極板の両側でのイオンの移動が容易となり、イオン交換膜及び多孔質の陰極板を通って、第３電解室及び第４電解室へ移動する水素イオンを増加させることができる。このように本発明の電気分解水生成装置では、電極を効果的に利用でき、電極板の面積や個数の増加を抑制しながら高濃度の水素水を生成することができる。また、電気分解時には電気分解部の温度が上昇し、特に本発明の電気分解水生成装置のように電極が集積された構造の場合、電気分解部の温度上昇が問題となる。しかし、本発明の電気分解水生成装置では、陽極板、第１の陰極板及び第２の陰極板において、それぞれの電極板の両側を水が流れること、陰極板が多孔質であり放熱効率がよいことから、電気分解部の温度上昇を抑制し、水温の上昇やイオン交換膜の破損を防ぐことができる。陽極板とイオン交換膜との間隔は、水の流れを確保しつつ電極との接触部分を増加させる観点から、０．１〜２ｍｍが好ましく、０．１〜１ｍｍがより好ましい。
【００１４】
本発明の電気分解水生成装置では、第１電解室、第２電解室、第３電解室及び第４電解室内に形成される水路が蛇行していることが好ましい。第１電解室及び第２電解室内に蛇行した水路を形成することにより、第１電解室及び第２電解室内を流れる水の電極板への接触時間を長くすることができる。このため、第１電解室及び第２電解室内での電気分解を効率よく行うことができ、より多くの水素イオンを発生させることができる。さらに、第３電解室及び第４電解室内に蛇行した水路を形成することにより、第３電解室及び第４電解室内を流れる水の陰極板への接触時間を長くすることができ、より多くの水素分子を水中に溶解させることができる。また、安定した電気分解を行うためには、各電極板の両側で水が同じように安定して流れることが好ましく、各電解室内に蛇行した水路を形成すると水の流れが安定するので、この点からも蛇行した水路を形成することが好ましい。各電解室内に形成される蛇行水路は、安定して電気分解を行う観点から、同じ形状であることがより好ましい。さらに、板状の電極間に水を流して電気分解を行う場合、温度は水の供給側が低く、排出側が高くなるが、各電解室内の水路を蛇行させることにより、水温を平均化し水温の上昇を抑制することができる。また、各電解室内の水路を蛇行させると、各電解室において、水の供給口と排出口を同じ側の面に設けることができる。この場合、温度が低くなる供給口側と温度が高くなる排出口側が同じ側の面となるため、電気分解部における温度の偏りや温度上昇を更に抑制し、水温の上昇やイオン交換膜の破損を防ぐことができる。
【００１５】
本発明の電気分解水生成装置は、第３電解室内の水の流れる方向と第４電解室内の水の流れる方向とが逆向きになるように第３の水路が形成されることが好ましい。例えば、第３電解室の一方の面に水の供給口を設け、供給口に対向する面に排出口を設けた場合、第４電解室では、第３電解室の排出口に対応する面に供給口を設け、第３電解室の供給口に対応する面に排出口を設ける。こうすると、第３電解室内を供給口から排出口に向かって流れる水の方向と、第４電解室内を供給口から排出口に向かって流れる水の方向とが逆向きになる。第３電解室内の水の流れる方向と第４電解室内の水の流れる方向を逆向きにすると、４つの電解室の供給口の全てが同じ側に揃って並ぶことがなくなるので、電気分解部における温度の偏り及び温度上昇をより減少させることができる。さらに、第３電解室及び第４電解室は、水素分子が水に溶解される電解室であるため、水素水を生成する経路である第３の水路内の水温を平均化して、水温の上昇をより抑制することができる。
【００１６】
本発明の電気分解水生成装置では、第３電解室内の水の流れる方向と第４電解室内の水の流れる方向とが逆向きになるように第３の水路を形成した上で、第１電解室内の水の流れる方向と第３電解室内の水の流れる方向が逆向きになり、第２電解室内の水の流れる方向と第４電解室内の水の流れる方向が逆向きになるように第１の水路及び第２の水路を形成してもよい。これにより、隣り合う電解室において水の供給側と排出側が逆になるので、電気分解部の温度上昇を更に抑性することができ、水温の上昇を更に抑性することができる。また、本発明の電気分解水生成装置では、第１電解室及び第２電解室のいずれか一方の電解室に供給され、前記電解室内で処理され排出された処理水が、他方の電解室へ供給され、他方の電解室内で再度処理され排出されるように、第１の水路及び第２の水路を形成してもよい。この場合、陽極板の端部近くに孔を設け、前記孔を通じて一方の電解室から他方の電解室に処理水が供給されるようにしてもよい。第１電解室及び第２電解室のいずれか一方から排出された処理水を他方の電解室に供給すことにより、第１電解室及び第２電解室に供給する水を無駄にすることなく、効率よく電気分解できる。また、高濃度の酸素やオゾンを含んだ水を生成することができる。
【００１７】
以下、図面を用いて本発明の実施形態に係る電気分解水生成装置をより詳細に説明する。本発明の電気分解水生成装置は、これらの実施形態に限定されるものではない。
【００１８】
図１は、本発明の第一の実施形態に係る電気分解水生成装置の構造を模式的に表した図である。図１の電気分解水生成装置Ａでは、陽極板１１をはさんで反対側に、多孔質の第１の陰極板２１及び多孔質の第２の陰極板２２が設置され、陽極板１１と第１の陰極板２１との間に第１電解室１０１、陽極板１１と第２の陰極板２２との間に第２電解室１０２、第１の陰極板２１の陽極板１１と反対側、すなわち第１の陰極板２１と筐体壁４０との間に第３電解室１０３、及び第２の陰極板２２の陽極板１１と反対側、すなわち第２の陰極板２２と筐体壁４０との間に第４電解室１０４が形成されている。第１電解室１０１内には、イオン交換膜３１が第１の陰極板２１と接するが、陽極板１１とは接しないように設けられ、陽極板１１とイオン交換膜３１との間には水の流れる空間が形成されている。同様に、第２電解室１０２内には、イオン交換膜３２が第２の陰極板２２と接するが、陽極板１１とは接しないように設けられ、陽極板１１とイオン交換膜３２との間には水の流れる空間が形成されている。第１の水路が、処理前の水が第１電解室１０１の供給口１ａに供給され、第１電解室１０１内を通って排出口１ｂから排出されるように形成され、第２の水路が、処理前の水が第２電解室１０２の供給口２ａに供給され、第２電解室１０２内を通って排出口２ｂから排出されるように形成されている。また、第３の水路が、処理前の水が第３電解室１０３の供給口３ａに供給され、第３電解室１０３内を通って排出口３ｂから排出され、排出口３ｂから排出された処理水が第４電解室１０４の供給口４ｂに供給され、第４電解室１０４内を通って排出口４ａから排出されるように形成されている。
【００１９】
第１電解室１０１に供給された処理前の水は、第１電解室１０１内で電気分解され、電気分解により発生した水素イオンは、イオン交換膜３１を通って第１の陰極板２１に達して、電子を受け取って水素分子となり、第１の陰極板２１は多孔質であるため生成した水素分子は、第３電解室１０３内を流れる水に溶解する。第２電解室１０２に供給された処理前の水は、第２電解室１０２内で電気分解され、電気分解により発生した水素イオンは、イオン交換膜３２を通って第２の陰極板２２に達して、電子を受け取って水素分子となり、第２の陰極板２２は多孔質であるため生成した水素分子は、第４電解室１０４内を流れる水、すなわち第３電解室１０３内で処理された容存水素を含む水に更に溶解する。このため、第４電解室１０４から排出される水は高濃度の水素分子を含む。電気分解水生成装置Ａは、このようにして高濃度の水素水を生成することができる。また、電気分解水生成装置Ａは、第３電解室１０３内では、水は供給口３ａから排出口３ｂに向かって流れ、第４電解室１０４内では、水は供給口４ｂから排出口４ａに向かって流れるため、第３電解室１０３内の水の流れる方向と第４電解室１０４内の水の流れる方向とは逆向きになる。このため、第４電解室１０４は、他の電解室と供給側と排出側が逆になる。すなわち、他の電解室（１０１〜１０３）では、ａ側が供給側、ｂ側が排出側であるのに対し、第４電解室１０４では、ａ側が排出側、ｂ側が供給側となるため、電気分解部の温度の偏り及び温度上昇を抑制する効果がより高まる。また、水の流れが、４ａ→４ｂ→３ｂ→３ａ、３ｂ→３ａ→４ａ→４ｂ又は４ｂ→４ａ→３ａ→３ｂとなるように、第３の水路を形成してもよい。
【００２０】
図２は、本発明の第二の実施形態に係る電気分解水生成装置Ｂの構造を模式的に表した図である。図２の電気分解水生成装置Ｂは、陽極板１１、多孔質の第１の陰極板２１及び第２の陰極板２２、並びにイオン交換膜３１及び３２の配置は図１の電気分解水生成装置Ａと同様であるが、第１電解室１０１、第２電解室１０２、第３電解室１０３及び第４電解室１０４の各電解室内に蛇行した水路を形成したものである。１０１’、１０２’、１０３’及び１０４’は、図２の上の図を正面とし、前記図の右側を右側面とした場合に、右側面からから見た各電解室内の水路の形状を図示したものである。１０１’は第１電解室１０１内、１０２’は第２電解室１０２内、１０３’は第３電解室１０３内及び１０４’は第４電解室１０４内の蛇行水路をそれぞれ示している。１ａ、２ａ、３ａ及び４ａは、電気分解水生成装置Ｂを右側面から見た場合、下部の左側に位置し、１ｂ、２ｂ、３ｂ及び４ｂは、電気分解水生成装置Ｂを右側面から見た場合、下部の右側に位置する。各電解室では、供給口と排出口が電解室の同一面側に設けられている。電気分解水生成装置Ｂでは、処理前の水が、供給口１ａから第１電解室１０１に供給され、第１電解室１０１内の蛇行水路を通って排出口１ｂから排出されるように第１の水路が形成され、処理前の水が、供給口２ａから第２電解室１０２に供給され、第２電解室１０２内の蛇行水路を通って排出口２ｂから排出されるように第２の水路が形成される。また、処理前の水が、供給口３ａから第３電解室１０３に供給され、第３電解室１０３内の蛇行水路を通って排出口３ｂから排出され、排出された処理水は、供給口４ｂから第４電解室１０４に供給され、第４電解室１０４内の蛇行水路を通って排出口４ａから排出されるように第３の水路が形成される。
【００２１】
各電解室の蛇行水路は、例えば、蛇行状の水路が形成されたパッキン、蛇行状の水路を形成する水案内板等を、陽極板１１とイオン交換膜３１との間、陽極板１１とイオン交換膜３２との間、第１の陰極板２１と筐体壁４０との間、及び第２の陰極板２２と筐体壁４０との間に設置することにより形成できる。陽極板１１とイオン交換膜３１及び３２との間に、０．１〜２ｍｍ、好ましくは０．１〜１．０ｍｍという水路高の低い水路を形成するには、閉ループ形状で、供給口及び排出口に対応して貫通孔が形成され、電極板に対向する面が蛇行状の水路形状に貫通した部分を有するパッキンを使用することが好ましい。パッキンの材質は特に制限されず、例えば、有機樹脂製、ゴム製、金属製等を挙げることができる。また、筐体壁４０の材質は特に制限されないが、放熱性をよくするためにアルミ等の金属製が好ましい。筐体壁４０は、より放熱性をよくするために突起を設けることが好ましく、例えば、放熱用の突起を多数設けたアルミダイキャスト品等が挙げられる。第３電解室１０３内では、３ａから３ｂに向かって水が流れるのに対し、第４電解室１０４内では、４ｂから４ａに向かって水が流れるため、第３電解室内の水の流れる方向と第４電解室内の水の流れる方向とは逆向きになる。このため、第４電解室１０４では、他の電解室と供給側と排出側が逆になる。すなわち、他の電解室（１０１〜１０３）では、ａ側が供給側、ｂ側が排出側であるのに対し、第４電解室１０４では、ａ側が排出側、ｂ側が供給側となるため、電気分解部の温度の偏り及び温度上昇を抑制する効果がより高まる。各電解室の供給口と排出口は、各電解室の同一面側でなく対向する面側にあってもよいが、同一面側にあると、より電気分解部の温度の偏りを抑制でき、電解室内を流れる水の水温を平均化して温度上昇を抑制できる。電気分解水生成装置Ｂにおいても、水の流れが、４ａ→４ｂ→３ｂ→３ａ、３ｂ→３ａ→４ａ→４ｂ又は４ｂ→４ａ→３ａ→３ｂとなるように、第３の水路を形成することもできる。
【００２２】
図３は、本発明の第三の実施形態に係る電気分解水生成装置の構造を模式的に表した図である。図３の電気分解水生成装置Ｃは、第１の水路が図１の電気分解水生成装置Ａと異なる。電気分解水生成装置Ｃでは、第１電解室１０１において、１ｂを水の供給口とし、１ａを排出口とした。これにより、第１電解室１０１内の水の流れる方向と第３電解室１０３内の水の流れる方向が逆向きになり、４つの電解室において隣り合う電解室の水の供給側と排出側が逆になる。すなわち、第４電解室１０４と第２電解室１０２との間、第２電解室１０２と第１電解室１０１の間、及び第１電解室１０１と第３電解室１０３の間で水の供給側と排出側が逆になるため、電気分解部の温度の偏り及び温度上昇を更に抑制することができる。また、第２電解室の２ａから処理前の水を供給し、２ｂから排出された処理水を、第１電解室の１ｂに再度供給し、１ａから排出するように第１及び第２の水路を形成することにより、第１電解室及び第２電解室に供給される水を効率的に使用できる。この場合、排出口２ｂ及び供給口１ｂを塞ぎ、そのかわりに陽極板の２ｂ近傍に陽極板の両側を貫通する孔を設けて、第２電解室１０２での処理水が第１電解室１０１へ供給されるようにしてもよい。
【００２３】
図４は、本発明の第四の実施形態に係る電気分解水生成装置の構造を模式的に表した図である。図４の電気分解水生成装置Ｄは、第１の水路が図２の電気分解水生成装置Ａと異なる。電気分解水生成装置Ｄでは、第１電解室１０１において、１ｂを水の供給口とし、１ａを排出口とした。これにより、第１電解室１０１内の水の流れる方向と第３電解室１０３内の水の流れる方向が逆向きになり、４つの電解室において隣り合う電解室の水の供給側と排出側が逆になる。すなわち、第４電解室１０４と第２電解室１０２との間、第２電解室１０２と第１電解室１０１の間、及び第１電解室１０１と第３電解室１０３の間で水の供給側と排出側が逆になるため、電気分解部の温度の偏り及び温度上昇を更に抑制することができる。また、第１電解室の１ｂから処理前の水を供給し、１ａから排出された処理水を、第２電解室の２ａに再度供給し、２ｂから排出するように第１及び第２の水路を形成することにより、第１電解室及び第２電解室に供給される水を効率的に使用できる。この場合、排出口１ａ及び供給口２ａを塞ぎ、そのかわりに陽極板の１ａ近傍に陽極板の両側を貫通する孔を設けて、第１電解室１０１での処理水が第２電解室１０２へ供給されるようにしてもよい。
【実施例１】
【００２４】
図２に示す電気分解水生成装置を用いて電気分解水を製造した。供給口１ａ、２ａ及び３ａに、逆浸透膜で処理した水（総溶解固形分（ＴＤＳ）が１ｍｇ／ｌ、水温２０℃）を、１ａ及び２ａにはそれぞれ５０ｃｃ／ｍｉｎ、３ａには１０００ｃｃ／ｍｉｎで供給した。排出口４ａから排出された電気分解水の溶存水素濃度（ＤＨ）、酸化還元電位（ＯＲＰ）及びｐＨを測定した。結果を表１に示す。電流値（１）は、陽極板と第１の陰極板との間を測定した値であり、電流値（２）は、陽極板と第２の陰極板との間を測定した値である。溶存水素濃度は、容存水素計（共栄電子研究所製ＫＭ２１００ＤＨ）で測定し、酸化還元電位及びｐＨは、ｐＨ及び酸化還元電位計（東亜ディーケーケー製ＨＭ−３１Ｐ）で測定した。なお、陽極板及び陰極板の寸法は縦１２０ｍｍ×横７０ｍｍであり、材質は両者ともチタンに白金をメッキしたものを使用し、イオン交換膜として陽イオン交換膜を使用した。電解室１０１と電解室１０２にはパッキンにより蛇行状の水路を形成し、電解室１０３と電解室１０４には蛇行状の水路を形成する水案内板を設けた。陽極板１１とイオン交換膜３１との間隔及び陽極板１１とイオン交換膜３２との間隔は、いずれも１．０ｍｍであった。【００２５】
［比較例１］
図５に示す電気分解水生成装置Ｅを用いて電気分解水を製造した。図中、５１は陽極板、６１は陰極板、７１はイオン交換膜、１０５と１０６は電解室、４０は筐体を示す。１０５’及び１０６’は、図５の上の図を正面とし、前記図の右側を右側面とした場合に、右側面からから見た各電解室内の水路の形状を図示したものである。１０５’は電解室１０５内、１０６’は電解室１０６内の蛇行水路をそれぞれ示している。電気分解水生成装置Ｅを右側面から見た場合、５ａ及び６ａは下部の左側に位置し、５ｂ及び６ｂは下部の右側に位置する。陽極板５１、陰極板６１及びイオン交換膜７１は実施例で用いたものと同じものを使用し、電解室１０５及び１０６内の蛇行水路も実施例と同じ材質・形状とした。逆浸透膜で処理した水（総溶解固形分（ＴＤＳ）が１ｍｇ／ｌ、水温２０℃）を、供給口５ａに５０ｃｃ／ｍｉｎ、供給口６ａに１０００ｃｃ／ｍｉｎで供給した。それぞれの供給口への供給量は、１０００ｃｃ／ｍｉｎとした。排出口６ｂから排出された電気分解水について、実施例と同様に溶存水素濃度（ＤＨ）、酸化還元電位（ＯＲＰ）及びｐＨを測定した。結果を表１に示す。【００２６】
［比較例２］
比較例１で使用した電気分解水生成装置を２台接続して電気分解水を製造した。１台目の電気分解水生成装置で比較例１と同様に電気分解水を製造し、１台目の排出口６ｂから排出された電気分解水を２台目の電気分解水生成装置の供給口６ａに供給した。２台目の電気分解水生成装置の供給口５ａには、１台目と同様に逆浸透膜で処理した水を供給した。２台目の排出口６ｂから排出された電気分解水について、実施例と同様に溶存水素濃度（ＤＨ）、酸化還元電位（ＯＲＰ）及びｐＨを測定した。結果を表１に示す。電流値（１）は、１台目の陽極板と陰極板との間を測定した値であり、電流値（２）は、２台目の陽極板と陰極板との間を測定した値である。【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１の結果から、実施例で用いた本発明の電気分解水生成装置は、陽極板と陰極板を１枚ずつ有する比較例１の電気分解水生成装置に比べて極めて水素濃度が高く、酸化還元電位の低い電解水が得られることが分かる。さらに、陽極板と陰極板を１枚ずつ有する比較例１の電気分解水生成装置を２台連結した場合に比べて、実施例では、水素濃度が高く、酸化還元電位の低い電解水が得られた。また、実施例と比較例とでは、入力電圧がほぼ同じにもかかわらず、実施例では電極間に流れる電流が大きく、効率的に電気分解が行われていることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の電気分解水生成装置は、電極板の面積や個数に対する水素水の生成効率が高く、高濃度の水素水を生成できるので、特に電気分解水生成装置の小型化に有用である。また、作動時の温度上昇による影響を抑制できるので、作動時の安定性を高め、高濃度水素水を安定して製造できる。
【符号の説明】
【００３０】
１１  陽極板
２１  第１陰極板
２２  第２陰極板
３１  イオン交換膜
３２  イオン交換膜
４０  筐体
５１  陽極板
６１  陰極板
７１  イオン交換膜
１０１  第１電解室
１０２  第２電解室
１０３  第３電解室
１０４  第４電解室
１０５  電解室
１０６  電解室
１ａ  第１電解室供給口（排出口）
１ｂ  第１電解室排出口（供給口）
２ａ  第２電解室供給口（排出口）
２ｂ  第２電解室排出口（供給口）
３ａ  第３電解室供給口（排出口）
３ｂ  第３電解室排出口（供給口）
４ａ  第４電解室排出口（供給口）
４ｂ  第４電解室供給口（排出口）
５ａ  電解室１０５供給口
５ｂ  電解室１０５排出口
６ａ  電解室１０６供給口
６ｂ  電解室１０６排出口
１０１’  第１電解室内蛇行水路
１０２’  第２電解室内蛇行水路
１０３’  第３電解室内蛇行水路
１０４’  第４電解室内蛇行水路
１０５’  電解室１０５内蛇行水路
１０６’  電解室１０６内蛇行水路
【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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【手続補正書】
【提出日】平成29年8月31日(2017.8.31)
【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】
陽極板、多孔質の第１の陰極板及び第２の陰極板を備え、
前記第１の陰極板及び第２の陰極板は、前記陽極板をはさんで反対側に設置され、
前記陽極板と前記第１の陰極板との間に第１電解室、前記陽極板と前記第２の陰極板との間に第２電解室、前記第１の陰極板の前記陽極板と反対側に第３電解室、及び前記第２の陰極板の前記陽極板と反対側に第４電解室が形成され、
前記陽極板は、前記第１電解室と第２電解室の間で水の出入を遮断できる陽極板であり、
前記第１電解室内及び前記第２電解室内には、陰極板に接し、前記陽極板との間には水の流れる空間が形成されるようにイオン交換膜が配置され、
第１の水路が、水が前記第１電解室に供給され、前記第１電解室内を通って排出されるように形成され、
第２の水路が、水が前記第２電解室に供給され、前記第２電解室内を通って排出されるように形成され、
第３の水路が、水が前記第３電解室及び前記第４電解室のいずれか一方の電解室に供給され、前記電解室内を通って排出された処理水が、他方の電解室へ供給され、前記他方の電解室内を通って排出されるように形成された、
ことを特徴とする電気分解水生成装置。
【請求項２】
第１電解室、第２電解室、第３電解室及び第４電解室内に形成される水路が蛇行していることを特徴とする請求項１記載の電気分解水生成装置。
【請求項３】
第３電解室内の水の流れる方向と第４電解室内の水の流れる方向とが逆向きになるように、第３の水路が形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載の電気分解水生成装置。
【請求項４】
第１電解室内の水の流れる方向と第３電解室内の水の流れる方向が逆向きになり、第２電解室内の水の流れる方向と第４電解室内の水の流れる方向が逆向きになるように第１の水路及び第２の水路が形成されたことを特徴とする請求項３記載の電気分解水生成装置。
【請求項５】
陽極板とイオン交換膜との間隔が０．１〜２ｍｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の電気分解水生成装置。
【国際調査報告】
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