(57)【要約】【課題】中性又はアルカリ性の水素水を生成できる水素水の生成方法を提供する。【解決手段】筐体２０、前記筐体の内部を区画する隔膜２５、前記隔膜により区画されることで前記筐体の内部に形成された陽極室２１及び陰極室２２、陽極室側の前記隔膜の面に接触又は僅かな隙間を介して設けられた陽極２３、及び陰極室側の前記隔膜の面に接触又は僅かな隙間を介して設けられた陰極２４を含む少なくとも一の電解槽２を用いてｐＨ６〜８の水素水を生成する方法において、前記陰極室にミネラル成分を含む水を連続して供給するとともに、前記陽極室に、不純物含有量を超えない量のミネラル成分を含まない水を供給し、前記陽極及び前記陰極に直流電圧を印加して、前記陰極室で生成された水素水を配水する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体、前記筐体の内部を区画する隔膜、前記隔膜により区画されることで前記筐体の内部に形成された陽極室及び陰極室、陽極室側の前記隔膜の面に接触又は僅かな隙間を介して設けられた陽極、及び陰極室側の前記隔膜の面に接触又は僅かな隙間を介して設けられた陰極を含む少なくとも一の電解槽を用いてｐＨ８超の水素水を生成する方法において、
前記陰極室に不純物含有量を超える量のミネラル成分を含まない水又はミネラル成分を含む水を連続して供給するとともに、前記陽極室にミネラル成分を含む水を供給し、前記陽極及び前記陰極に直流電圧を印加して、前記陰極室で生成された水素水を配水する水素水の生成方法。
【請求項２】
一の電解槽を有し、
前記陰極に流れる電流を６Ａ以上、前記陰極室への水の供給量を１．０リットル／分以下、陰極室へ供給される水の圧力を０．１ＭＰａ以上に設定して水素水を生成する請求項１に記載の水素水の生成方法。
【請求項３】
二の電解槽を有し、
前記陰極のそれぞれに流れる電流を６Ａ以上、前記陰極室への水の供給量を１．０リットル／分以下、陰極室へ供給される水の圧力を０．１ＭＰａ以上に設定するか、又は、
前記陰極のそれぞれに流れる電流を６Ａ以上、前記陰極室への水の供給量を２．０リットル／分以下、陰極室へ供給される水の圧力を０．２ＭＰａ以上に設定して水素水を生成する請求項１に記載の水素水の生成方法。
【請求項４】
０を超える任意の時間、前記陽極及び前記陰極に直流電圧を印加して、前記陰極室で生成された水素水を配水したのち、
前記陽極と前記陰極の極性を反転した直流電圧を所定時間印加し、
前記陽極と前記陰極の極性を元に戻して直流電圧を印加して、前記陰極室で生成された水素水を配水する請求項１〜３のいずれか一項に記載の水素水の生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素水の生成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
容器の内部に隔膜を挟んで陽電極板と陰電極板とを設け、容器に供給した水を電気分解して陰電極板で水素を発生させて、水素を含有する水素水を生成する水素水生成装置が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２２３５５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の水素水生成装置は、陰極で発生した水素を陰極室に供給された水に含ませて水素水を生成するものであるから、ｐＨが８を超えるアルカリ性の水素水である。しかしながら、必要に応じてアルカリ性の水素水以外にもｐＨ６〜８の中性範囲の水素水を要求されることもあるが、上記従来の水素水生成装置ではｐＨ６〜８の中性範囲の水素水は生成することができなかった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、ｐＨ６〜８の中性範囲又はｐＨ８超のアルカリ性の水素水を生成できる水素水の生成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、筐体、前記筐体の内部を区画する隔膜、前記隔膜により区画されることで前記筐体の内部に形成された陽極室及び陰極室、前記陽極室側の前記隔膜の面に接触して設けられた陽極、及び前記陰極室側の前記隔膜の面に接触して設けられた陰極を含む少なくとも一の電解槽を用いてｐＨ６〜８の水素水を生成する方法において、
前記陰極室にミネラル成分を含む水を連続して供給するとともに、前記陽極室に、
１）不純物含有量を超えない量のミネラル成分を含まない水を供給し、又は
２）前記陽極室にミネラル成分を含む水又は不純物含有量を超えない量のミネラル成分を含まない水を貯留し、
前記陽極及び前記陰極に直流電圧を印加して、前記陰極室で生成された水素水を配水することにより、上記課題を解決する。
【０００７】
本発明は、筐体、前記筐体の内部と外部とを区画する隔膜、前記隔膜により区画されることで前記筐体の内部に形成された陰極室、前記筐体の外部の前記隔膜の面に接触して設けられた陽極、及び前記陰極室側の前記隔膜の面に接触して設けられた陰極を含む少なくとも一の電解槽を用いてｐＨ６〜８の水素水を生成する方法において、
前記陰極室にミネラル成分を含む水を連続して供給するとともに、少なくとも前記陽極と前記隔膜との間に、不純物含有量を超えない量のミネラル成分を含まない水又はミネラル成分を含む水を供給し、前記陽極及び前記陰極に直流電圧を印加して、前記陰極室で生成された水素水を配水することにより、上記課題を解決する。
【０００８】
本発明は、筐体、前記筐体の内部を区画する隔膜、前記隔膜により区画されることで前記筐体の内部に形成された陽極室及び陰極室、前記陽極室側の前記隔膜の面に接触して設けられた陽極、及び前記陰極室側の前記隔膜の面に接触して設けられた陰極を含む少なくとも一の電解槽を用いてｐＨ８超の水素水を生成する方法において、
前記陰極室にミネラル成分を含む水を連続して供給するとともに、前記陽極室にミネラル成分を含む水を供給し、前記陽極及び前記陰極に直流電圧を印加して、前記陰極室で生成された水素水を配水することにより、上記課題を解決する。
【０００９】
本発明は、ｐＨ８超の水に水素含有ガスを溶解させることにより、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、陽極室にミネラル成分を含まない水を供給するか又はミネラル成分を含む水を貯留すると、陰極室においてｐＨ６〜８の水素水を生成することができる。また、陰極室のみを有する電解槽の陽極と隔膜との間に水を供給しても、陰極室においてｐＨ６〜８の水素水を生成することができる。一方において、陽極室にミネラル成分を含む水を供給すると、陰極室においてｐＨ８超の水素水を生成することができる。また、ｐＨ８超の水に水素含有ガスを溶解させることによっても、アルカリ性の水素水を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る水素水生成方法を使用した水素水生成装置の一実施の形態を示す全体構成図である。
【図２Ａ】本発明に係る水素水生成方法を使用した水素水生成装置の他の実施の形態を示す全体構成図である。
【図２Ｂ】本発明に係る水素水生成方法を使用した水素水生成装置のさらに他の実施の形態を示す全体構成図である。
【図３】本発明に係る水素水生成方法を使用した水素水生成装置のさらに他の実施の形態を示す全体構成図である。
【図４】本発明に係る水素水生成方法を使用した水素水生成装置のさらに他の実施の形態を示す全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に説明する本発明に係る水素水の生成方法及びこれを用いた一実施の形態である水素水生成装置１は、たとえば、細胞や臓器を含む生体（人及び動物）の健康維持、機能維持、疾病改善、機能改善、健康診断、又は機能測定を目的に、生成した水素水を生体に供給するために用いることができる水素水の生成方法及び水素水生成装置である。生成された水素水の生体への供給手段としては、飲用による供給、注射や点滴による供給、液状薬剤や臓器保存液などのような、生体に適用されることを前提とした生体適用液へ水素水を添加することによる供給などが含まれる。ただし、本発明は、上述したとおりｐＨ６〜８の中性範囲の水素水とｐＨ８超のアルカリ性の水素水を選択的に生成できる水素水の生成方法及び水素水生成装置１を提供することを目的とすることから、生成された水素水の用途については上記用途に何ら限定されることはない。
【００１３】
《第１実施形態（中性の水素水の生成方法）》
本発明の第１実施形態に係る水素水生成方法は、ｐＨ６〜８の中性範囲の水素水を生成する方法であり、
（１）筐体２０、前記筐体２０の内部を区画する隔膜２５、前記隔膜２５により区画されることで前記筐体２０の内部に形成された陽極室２１及び陰極室２２、前記陽極室２１側の前記隔膜２５の面に接触又は僅かな隙間を介して設けられた陽極２３、及び前記陰極室２２側の前記隔膜２５の面に接触又は僅かな隙間を介して設けられた陰極２４を含む少なくとも一の電解槽２を用いてｐＨ６〜８の中性範囲の水素水を生成する方法において、
前記陰極室２２にミネラル成分を含む水を連続して供給するとともに、前記陽極室２１に、不純物含有量を超えない量のミネラル成分を含まない水を供給し、前記陽極２３及び前記陰極２４に直流電圧を印加して、前記陰極室２２で生成された水素水を配水する、
（２）筐体２０、前記筐体２０の内部を区画する隔膜２５、前記隔膜２５により区画されることで前記筐体２０の内部に形成された陽極室２１及び陰極室２２、前記陽極室２１側の前記隔膜２５の面に接触又は僅かな隙間を介して設けられた陽極２３、及び前記陰極室２２側の前記隔膜２５の面に接触又は僅かな隙間を介して設けられた陰極２４を含む少なくとも一の電解槽２を用いてｐＨ６〜８の中性範囲の水素水を生成する方法において、
前記陰極室２２にミネラル成分を含む水を連続して供給するとともに、前記陽極室２１にミネラル成分を含む水を貯留し、前記陽極２３及び前記陰極２４に直流電圧を印加して、前記陰極室２２で生成された水素水を配水する、
（３）筐体２０、前記筐体２０の内部と外部とを区画する隔膜２５、前記隔膜２５により区画されることで前記筐体２０の内部に形成された陰極室２２、前記筐体２０の外部の前記隔膜２５の面に接触又は僅かな隙間を介して設けられた陽極２３、及び前記陰極室２２側の前記隔膜２５の面に接触又は僅かな隙間を介して設けられた陰極２４を含む少なくとも一の電解槽２を用いてｐＨ６〜８の中性範囲の水素水を生成する方法において、
前記陰極室２２にミネラル成分を含む水を連続して供給するとともに、少なくとも前記陽極２３と前記隔膜２５との間に、不純物含有量を超えない量のミネラル成分を含まない水又はミネラル成分を含む水を供給し、前記陽極２３及び前記陰極２４に直流電圧を印加して、前記陰極室２２で生成された水素水を配水する、
といった３形態が考えられる。なお、上記（１）〜（３）の符号は図１〜図３に示す水素水生成装置に付された符号に対応する。なお、中性とはｐＨ≒７の液体をいうが、本明細書及び特許請求の範囲における「中性範囲」とは、かかる中性（≒７）を含むｐＨ６〜８の範囲をいうものとする。
【００１４】
《第２実施形態（アルカリ性の水素水の生成方法）》
本発明の第２実施形態に係る水素水生成方法は、ｐＨ８超のアルカリ性の水素水を生成する方法であり、
（１）筐体、前記筐体の内部を区画する隔膜、前記隔膜により区画されることで前記筐体の内部に形成された陽極室及び陰極室、前記陽極室側の前記隔膜の面に接触又は僅かな隙間を介して設けられた陽極、及び前記陰極室側の前記隔膜の面に接触又は僅かな隙間を介して設けられた陰極を含む少なくとも一の電解槽を用いてｐＨ８超のアルカリ性の水素水を生成する方法において、
前記陰極室にミネラル成分を含む水を連続して供給するとともに、前記陽極室にミネラル成分を含む水を供給し、前記陽極及び前記陰極に直流電圧を印加して、前記陰極室で生成された水素水を配水する、
（２）ｐＨ８超のアルカリ性の水に水素含有ガスを溶解させる、
といった２形態が考えられる。なお、上記（１）及び（２）の符号は図１〜図３に示す水素水生成装置に付された符号に対応する。なお、アルカリ性とはｐＨ＞７の液体をいうが、本明細書及び特許請求の範囲におけるアルカリ性とは、なかでもｐＨ８超のアルカリ性をいい、特にｐＨ９．２〜９．８のアルカリ性であることが望ましい。
【００１５】
《水素水生成方法を使用した水素水生成装置の一例》
上述した第１実施形態の中性の水素水を生成する方法及び第２実施形態のアルカリ性の水素水を生成する方法を使用する水素水生成装置の一例を説明する。なお、本発明の水素水生成方法の実現は、以下に説明する水素水生成装置のみに限定されるものではない。
【００１６】
図１は、本発明に係る水素水生成方法を使用する水素水生成装置１の一例を示す全体構成図である。本例の水素水生成装置１は、電解槽２と、電解槽２に設けられた一対の陽極２３及び陰極２４に直流電圧を印加する電源３と、電解槽２に設けられた陰極室２２にミネラル成分を含む水又は不純物含有量を超えない量のミネラル成分を含まない水を連続して供給する第１供給系統４と、陰極室２２で生成された水素水を配水する配水系統５と、電解槽２に設けられた陽極室２１に、不純物含有量を超えない量のミネラル成分を含まない水を供給する第２供給系統６と、陽極室２１にミネラル成分を含む水を供給する第３供給系統７と、陽極室２１への水の供給系統を、少なくとも第２供給系統６と第３供給系統７との間で切換える切換器８とを備える。
【００１７】
電解槽２は、筐体２０、この筐体２０内に形成され被電解水Ｗａが導入される陽極室２１、筐体２０内に陽極室２１とは別に設けられ被電解水Ｗｃが導入される陰極室２２、筐体２０内の陽極室２１と陰極室２２との間に設けられた隔膜２５（以下、陽イオン交換膜ともいう。）、陽極室２１に設けられた陽極２３及び陰極室２２に設けられた陰極２４、を含んで構成されている。筐体２０は、プラスチックなどの電気絶縁性材料により形成され、後述する被電解水Ｗａの入口２１１及び出口２１２、被電解水Ｗｃの入口２２１及び出口２２２を除き、水密及び気密の状態が維持されている。
【００１８】
筐体２０の内部は、陽イオン交換膜２５により陽極室２１と陰極室２２とに仕切られている。また本実施形態の一対の陽極２３及び陰極２４は、いずれも平板状とされ、いずれも陽イオン交換膜２５の表面に接触又は僅かな隙間を介して設けられている。僅かな隙間とは、陽極２３又は陰極２４と陽イオン交換膜２５との間に水膜が生成される程度の隙間をいう。そして、被電解水Ｗａが導入される陽極室２１に設けられた陽極２３には、直流電源の陽極（＋）が接続され、陰極室２２に設けられた陰極２４には直流電源の陰極（−）が接続されている。
【００１９】
本実施形態の陽イオン交換膜２５としては、水素イオン及びミネラル成分イオンは透過させる一方で水酸イオンは透過させない陽イオン交換膜である。また、イオン伝導性、物理強度、ガスバリア性、化学的安定性、電気化学的安定性、熱的安定性等の諸要因を考慮すると、電解質基としてスルホン酸基を備えた全フッ素系スルホン酸膜を好適に使用できる。このような膜としては、スルホン酸基を有するパーフルオロビニルエーテルとテトラフルオロエチレンとの共重合体膜であるナフィオン膜（登録商標、デュ・ポン社製）、フレミオン膜（登録商標、旭硝子社製）、アシプレックス膜（登録商標、旭化成社製）などが挙げられる。
【００２０】
また、本実施形態の一対の陽極２３及び陰極２４は、たとえば、チタン板を基材とし、白金、イリジウム、パラジウムなどの群から選ばれる１種又は２種以上の貴金属膜を被覆したものを用いることができる。ただし、これにのみ限定されるものではなく、たとえば無垢のステンレス板を用いてもよい。なお既述したが、陽極室２１に設けられた陽極２３及び陰極室２２に設けられた陰極２４は、必ずしも陽イオン交換膜２５に圧着させる必要はなく、陽イオン交換膜２５との間に水膜が形成される程度に僅かな隙間をもっていてもよい。
【００２１】
電源３は、商用交流電源などに接続されるコンセント３１と、この商用交流電流を直流電流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ３２とを含んで構成されている。ただし、ポータブルな（どこにでも持ち運びが可能な）水素水生成装置１を提供するために、電源３として、コンセント３１及びＡＣ／ＤＣコンバータ３２に代えて、一次電池又は二次電池などの直流電源を用いることもできる。
【００２２】
電解槽２の筐体２０は、陽極室２１の下部に設けられた被電解水Ｗａの入口２１１と、上部に設けられた被電解水Ｗａの出口２１２と、陰極室２２の下部に設けられた被電解水Ｗｃの入口２２１と、上部に設けられた被電解水Ｗｃの出口２２２と、を含む。そして、陰極室２２の入口２２１には、電解槽２に設けられた陰極室２２にミネラル成分を含む水を連続して供給する第１供給系統４が接続され、陰極室２２の出口２２２には、陰極室２２で生成された水素水を配水する配水系統５が接続されている。
【００２３】
第１供給系統４は、水道などの水道源４１と、配管４２と、開閉バルブ４３とを含み、開閉バルブ４３を開くことで、ミネラル成分を含む水道水を陰極室２２に連続して供給する。なお図示は省略するが、陰極室２２に実質的にミネラル成分を含まない水を供給するには、例えば開閉バルブ４３の前又は後の配管４２に、水道水に含まれたミネラル成分を除去するイオン交換樹脂又は逆浸透膜を有する軟水器又は純水器を設ければよい。また、配水系統５は、配管５１と、溶解部５２と、流量調節弁５３と、配水口５４とを含み、流量調節弁５３を開くことで目的とする水素水を配水する。溶解部５２は、配管５１の内径より大きい内径を有する筒状体であり、内部にメンブレンフィルタなどの細孔を有する混合体を備える。陰極室２２で発生した水素ガスと水との気液混合物がメンブレンフィルタなどの細孔を通過する際に水素ガスが微粒化し、これにより水と接触する表面積が増加する。また、水道源４１による加圧力と流量調節弁５３の開度によって微粒化した水素ガスと水とが加圧されるので、水素濃度が高くなる。このようにして高濃度となった水素水は、配水口５４から目的とする部位へ供給される。なお、溶解部５２は必要に応じて省略してもよい。
【００２４】
第２供給系統６は、不純物含有量を超えない量のミネラル成分を含まない水を貯水したタンク６１と、配管６２と、ポンプ６３とを含み、配管６２の先端は三方弁からなる切換器８に接続されている。これに対して、第３供給系統７は、第１供給系統４の配管４２から分岐した配管７１からなり、当該配管７１の先端は三方弁からなる切換器８に接続されている。切換器８は三方弁からなり、陽極室２１への水の供給系統を、少なくとも第２供給系統６と第３供給系統７との間で切換える。すなわち、陽極室２１の入口２１１には、タンク６１に貯水された実質的にミネラル成分を含まない水を供給する位置か、水道源４１からのミネラル成分を含む水を供給する位置かの何れかに切り換わる。なお、図１に示す例では第３供給系統７を、第１供給系統４を共用した構成としたが、第１供給系統４の水道源４１とは別の水道源を設けて第１供給系統４とは独立した構成としてもよい。または水道水を用いることに代えて、ミネラル成分を含む水をタンクに貯水しておき、ここから陽極室２１へミネラル成分を含む水を供給してもよい。また、陽極室２１へミネラル成分を含む水又は実質的にミネラル成分を含まない水を供給するのを手作業で行ってもよい。本発明に係る水素水の生成方法において、陽極室２１に不純物含有量を超えない量のミネラル成分を含まない水を供給するのを第１モードと称し、陽極室２１にミネラル成分を含む水を供給するのを第２モードと称するが、これら第１モード及び第２モードの実現及びその切り換えは、第２供給系統６及び第３供給系統７並びに切換器８によるほか、これら第２供給系統６及び第３供給系統７並びに切換器８を設けないで、操作者が手作業で実施してもよい。
【００２５】
本実施形態の水素水生成装置１に用いられる被電解水Ｗａ，Ｗｃは、水の電気分解反応によって陰極２４に水素ガスを生成させることができる水である。このうち、ミネラル成分（亜鉛・カリウム・カルシウム・クロム・セレン・鉄・銅・ナトリウム・マグネシウム・マンガン・モリブデン・ヨウ素・リン）を含む水としては、代表的に水道水、浄水を挙げることができる。また、不純物含有量を超えない量のミネラル成分を含まない水（以下、実質的にミネラル成分を含まない水ともいう）としては、精製水、イオン交換水、ＲＯ水、蒸留水、純水などを挙げることができる。
【００２６】
ちなみに、陽極室２１の出口２１２には、排水系統９が接続されている。排水系統９は、配管９１と開閉バルブ９２とを含み、実質的にミネラル成分を含まない水を陽極室２１に供給して電気分解を行ったのちに、ミネラル成分を含む水を陽極室２１に供給する場合や、ミネラル成分を含む水を陽極室２１に供給して電気分解を行ったのちに、実質的にミネラル成分を含まない水を陽極室２１に供給する場合や、ミネラル成分を含む水を陽極室２１に供給して電気分解を行っている途中において、開閉バルブ９２を開いて陽極室２１の被電解水Ｗａを排水する。また、ミネラル成分を含む水を陽極室２１に貯留する場合は、切換器８を閉じて水道源４１からの給水を止めればよい。
【００２７】
次に作用を説明する。
切換器８を、水道源４１からのミネラル成分を含む水を供給する位置に設定し、水素水生成装置１の陽極室２１及び陰極室２２のいずれにもミネラル成分を含む水を供給し、陽極２３と陰極２４に直流電圧を印加すると、陽極２３及び陰極２４のそれぞれにおいて下記反応が生じる。
［数１］
陽極：２ＯＨ−→Ｈ２Ｏ＋Ｏ２／２＋２ｅ−  （又は、Ｈ２Ｏ−２ｅ−→２Ｈ＋＋Ｏ２／２）
陰極：２Ｈ２Ｏ＋２ｅ−→Ｈ２＋２ＨＯ−
【００２８】
ここで、陰極室２２では、陰極室２２に供給された水に含まれたミネラル成分に加えて、陽極室２１に供給されたミネラル成分が陽イオン交換膜２５を通過して陰極室２２に移動する。これと同時に陽極室２１の水素イオンも陽イオン交換膜２５を通過して陰極室２２に移動する。そして、陰極室２２において、水酸イオンＯＨ−とミネラル成分のイオン（例えば、カルシウムイオンＣａ２＋やマグネシウムイオンＭｇ２＋ほか）とがイオン結合することでアルカリ性を呈する化合物Ｃａ（ＯＨ）２，Ｍｇ（ＯＨ）２が生成される。このとき、水酸イオンＨＯ−と、陽極室２１から陰極室２２に移動した水素イオンＨ＋とが結合して水になるが、ミネラル成分のイオン濃度に比べると水素イオン濃度は低いことから、陰極室２２の配水はアルカリ性を呈することになる。このことは、陽極室２１にミネラル成分を含む水を供給し、陰極室２２に実質的にミネラル成分を含まない水を供給した場合も、妥当する。すなわち、陰極室２２では、陰極室２２に供給された水にはミネラル成分は含まれないが、陽極室２１に供給されたミネラル成分が陽イオン交換膜２５を通過して陰極室２２に移動する。そして、陰極室２２において、水酸イオンＯＨ−とミネラル成分のイオン（例えば、カルシウムイオンＣａ２＋やマグネシウムイオンＭｇ２＋ほか）とがイオン結合することでアルカリ性を呈する化合物Ｃａ（ＯＨ）２，Ｍｇ（ＯＨ）２が生成される。このとき、水酸イオンＨＯ−と、陽極室２１から陰極室２２に移動した水素イオンＨ＋とが結合して水になるが、ミネラル成分のイオン濃度に比べると水素イオン濃度は低いことから、陰極室２２の配水はアルカリ性を呈することになる。
【００２９】
これに対して、切換器８を、タンク６１に貯水された実質的にミネラル成分を含まない水を供給する位置に設定し、水素水生成装置１の陰極室２２にはミネラル成分を含む水を供給するが、陽極室２１には実質的にミネラル成分を含まない水を供給し、陽極２３と陰極２４に直流電圧を印加すると、陽極２３及び陰極２４のそれぞれにおいて上記反応が生じる。ここで、陰極室２２では、陰極室２２に供給された水に含まれたミネラル成分（例えば、カルシウムイオンＣａ２＋やマグネシウムイオンＭｇ２＋ほか）と水酸イオンＯＨ−とがイオン結合することでアルカリ性を呈する化合物Ｃａ（ＯＨ）２，Ｍｇ（ＯＨ）２が生成される。しかしながら、これと同時に陽極室２１の水素イオンは陽イオン交換膜２５を通過して陰極室２２に移動する。そして、陰極室２２において、水酸イオンＨＯ−と、陽極室２１から陰極室２２に移動した水素イオンＨ＋とが結合して水になる。これにより、陰極室２２の配水はアルカリ性から中性に近づくことになる。このことは、陽極室２１にミネラル成分を含む水を供給し、陰極室２２に実質的にミネラル成分を含まない水を供給した場合も、妥当する。すなわち、陰極室２２に供給された水にミネラル成分が含まれないので、アルカリ性を呈する化合物Ｃａ（ＯＨ）２，Ｍｇ（ＯＨ）２は生成されない。しかも、水酸イオンＨＯ−と、陽極室２１から陰極室２２に移動した水素イオンＨ＋とが結合して水になるから、陰極室２２の配水は中性を呈することになる。
【００３０】
また、切換器８を、水道源４１からのミネラル成分を含む水を供給する位置に設定し、水素水生成装置１の陽極室２１及び陰極室２２のいずれにもミネラル成分を含む水を供給するが、切換器８を閉じて水道源４１からの給水を止め、陽極室２１にミネラル成分を含む水を貯留する（すなわち通水しない）。そして、陽極２３と陰極２４に直流電圧を印加すると、陽極２３及び陰極２４のそれぞれにおいて上記反応が生じる。
【００３１】
ここで当初は、陰極室２２では、陰極室２２に供給された水に含まれたミネラル成分に加えて、陽極室２１に供給されたミネラル成分が陽イオン交換膜２５を通過して陰極室２２に移動する。これと同時に陽極室２１の水素イオンも陽イオン交換膜２５を通過して陰極室２２に移動する。そして、陰極室２２において、水酸イオンＯＨ−とミネラル成分のイオン（例えば、カルシウムイオンＣａ２＋やマグネシウムイオンＭｇ２＋ほか）とがイオン結合することでアルカリ性を呈する化合物Ｃａ（ＯＨ）２，Ｍｇ（ＯＨ）２が生成される。このとき、水酸イオンＨＯ−と、陽極室２１から陰極室２２に移動した水素イオンＨ＋とが結合して水になるが、ミネラル成分のイオン濃度に比べると水素イオン濃度は低いことから、陰極室２２の配水はアルカリ性を呈することになる。
【００３２】
しかしながら、時間の経過とともに陽極室２１に貯留された水に含まれるミネラル成分は減少し、やがてゼロとなる。したがって、時間が経過すると、陽極室２１にミネラル成分を含まない水を供給した場合と同じことになり、陰極室２２の配水は中性を呈することになる。なお、同様の作用により、陽極室２１にミネラル成分を含む水を貯留すること以外にも、陽極室２１に供給するミネラル成分を含む水の流量を少なくすることで、陰極室２２の配水は中性を呈することになる。
【００３３】
図２Ａは、本発明に係る水素水生成方法を使用した水素水生成装置の他の実施の形態を示す全体構成図である。図２Ａに示す水素水生成装置１は、２つの電解槽２を直列に接続したものであり、その他の構成については図１に示す実施形態と同じであるため、ここにその記載を援用する。また、図２Ｂは、本発明に係る水素水生成方法を使用した水素水生成装置のさらに他の実施の形態を示す全体構成図である。図２Ａに示す水素水生成装置１は、２つの電解槽２を直列に接続したものであるが、図２Ａに示す実施形態のものと相違し、１段目の電解槽２の陽極２３と陰極２４は隔膜２５に接触しないタイプの電解槽である。このような１段目の電解槽２の陰極室２２で生成される水はアルカリ性を呈し、陽極室２１で生成される水は酸性を呈するが、アルカリ性の水を２段目の電解槽２の陰極室２２に供給することで、アルカリ性の水素水を配水することができる。
【００３４】
図３は、本発明に係る水素水生成方法を使用した水素水生成装置のさらに他の実施の形態を示す全体構成図である。本例の水素水生成装置１は、電解槽２と、電解槽２に設けられた一対の陽極２３及び陰極２４に直流電圧を印加する電源３と、電解槽２に設けられた陰極室２２にミネラル成分を含む水又は不純物含有量を超えない量のミネラル成分を含まない水を連続して供給する第１供給系統４と、陰極室２２で生成された水素水を配水する配水系統５と、電解槽２の外部に設けられた陽極２３と隔膜２５との間に、ミネラル成分を含む水又は不純物含有量を超えない量のミネラル成分を含まない水を供給する第２供給系統６とを備える。
【００３５】
電解槽２は、筐体２０、この筐体２０内に形成され被電解水Ｗｃが導入される陰極室２２、筐体２０の内部と外部とを区画する隔膜２５（以下、陽イオン交換膜ともいう。）、筐体２０の外部に設けられた陽極２３及び筐体２０の内部である陰極室２２に設けられた陰極２４、を含んで構成されている。筐体２０は、プラスチックなどの電気絶縁性材料により形成され、後述する被電解水Ｗａの入口２１１及び出口２１２、被電解水Ｗｃの入口２２１及び出口２２２を除き、水密及び気密の状態が維持されている。図１及び図２に示す電解槽２に比べ、陽極室２１が省略された点が相違し、その他の構成は同じである。
【００３６】
第１供給系統４は、水道などの水道源４１と、配管４２と、開閉バルブ４３とを含み、開閉バルブ４３を開くことで、ミネラル成分を含む水道水を陰極室２２に連続して供給する。なお図示は省略するが、陰極室２２に実質的にミネラル成分を含まない水を供給するには、例えば開閉バルブ４３の前又は後の配管４２に、水道水に含まれたミネラル成分を除去するイオン交換樹脂又は逆浸透膜を有する軟水器又は純水器を設ければよい。また、配水系統５は、配管５１と、溶解部５２と、流量調節弁５３と、配水口５４とを含み、流量調節弁５３を開くことで目的とする水素水を配水する。溶解部５２は、配管５１の内径より大きい内径を有する筒状体であり、内部にメンブレンフィルタなどの細孔を有する混合体を備える。陰極室２２で発生した水素ガスと水との気液混合物がメンブレンフィルタなどの細孔を通過する際に水素ガスが微粒化し、これにより水と接触する表面積が増加する。また、水道源４１による加圧力と流量調節弁５３の開度によって微粒化した水素ガスと水とが加圧されるので、水素濃度が高くなる。このようにして高濃度となった水素水は、配水口５４から目的とする部位へ供給される。なお、溶解部５２は必要に応じて省略してもよい。
【００３７】
第２供給系統６は、ミネラル成分を含む水又は不純物含有量を超えない量のミネラル成分を含まない水のいずれか一方を貯水したタンク６１と、配管６２と、ポンプ６３とを含み、配管６２の先端は、陽極２３と陽イオン交換膜２５との間に向かって設置され、これらの水を陽極２３と陽イオン交換膜２５との間に連続的又は間欠的に供給する。なお、陽極２３と陽イオン交換膜２５との間へミネラル成分を含む水又は実質的にミネラル成分を含まない水を供給するのを手作業で行ってもよい。
【００３８】
次に作用を説明する。
水素水生成装置１の陰極室２２にミネラル成分を含む水を供給し、陽極２３と陽イオン交換膜２５との間に、ミネラル成分を含む水又は実質的にミネラル成分を含まない水を供給し、陽極２３と陰極２４に直流電圧を印加すると、陽極２３及び陰極２４のそれぞれにおいて上記反応が生じる。ここで、陰極室２２では、陰極室２２に供給された水に含まれたミネラル成分（例えば、カルシウムイオンＣａ２＋やマグネシウムイオンＭｇ２＋ほか）と水酸イオンＯＨ−とがイオン結合することでアルカリ性を呈する化合物Ｃａ（ＯＨ）２，Ｍｇ（ＯＨ）２が生成される。しかしながら、これと同時に陽極２３と陽イオン交換膜２５との間に供給された水に含まれた水素イオンは、陽イオン交換膜２５を通過して陰極室２２に移動する。そして、陰極室２２において、水酸イオンＯＨ−と、陽極室２１から陰極室２２に移動した水素イオンＨ＋とが結合して水になる。これにより、陰極室２２の配水はアルカリ性から中性に近づくことになる。このことは、陽極２３と陽イオン交換膜２５との間にミネラル成分を含む水を供給した場合も、実質的にミネラル成分を含まない水を供給した場合も、妥当する。すなわち、陽極２３と陽イオン交換膜２５との間にミネラル成分を含む水を供給しても、その含有量は僅かであるし、時間の経過とともに減少するからである。
【００３９】
図４は、本発明に係る水素水生成方法を使用した水素水生成装置のさらに他の実施の形態を示す全体構成図である。本例の水素水生成装置１は、アルカリ性の水に水素含有ガスを溶解させるアルカリ性水素水の生成方法を使用するものである。本例のアルカリ性水素水の生成装置１は、電解槽５０１と、隔膜５０２と、この隔膜５０２を挟む一対の陽極板５０３及び陰極板５０４と、陽極板５０３及び陰極板５０４に直流電力を供給する直流電源５０５と、電解槽５０１に貯留される被電解液Ｗとを備える電解水生成器５０をアルカリ性の水の供給源として用いる。アルカリ性水の液体供給管５０６には、脱気モジュール５０７と真空ポンプ５０８が設けられ、アルカリ性水に含まれた気体を脱気する。
【００４０】
水素供給源５１０は、主成分として水素成分を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）を供給するものであり、例えば水素ガスボンベ、水素吸蔵合金、燃料改質器、電解水生成器などを例示することができる。これら水素供給源５１０から供給される水素含有ガスは、水素供給管５１３により合流部５１４に送られる。水素供給管５１３には逆止弁５１１が設けられており、逆止弁５１１を通過した水素含有ガスは水素供給源５１０には戻らない。また、水素供給源５１０から合流部５１４に対する水素含有ガスの供給圧力を調整するために、水素供給管５１３に流体加圧ポンプ５１２が設けられている。
【００４１】
合流部５１４は、水素供給管５１３と液体供給管５０６との配管継ぎ手で構成されている。合流部５１４に至った水素含有ガスと液体は、気液混合管５１に流れ込み、当該気液混合管５１に設けられた流体加圧ポンプ５１５により下流側へ向かって圧送される。気液混合管５１の流体加圧ポンプ５１５の下流側には、溶解部５２が設けられている。また、気液混合管５１の溶解部５２の下流側には流量調節弁５３が設けられている。
【００４２】
溶解部５２は、気液混合管５１の内径より大きい内径を有する筒状体であり、内部にメンブレンフィルタなどの細孔を有する混合体を備える。水素含有ガスと液体との気液混合物がメンブレンフィルタなどの細孔を通過する際に水素含有ガスが微粒化し、これにより液体と接触する表面積が増加する。また、流体加圧ポンプ５１５の加圧力と流量調節弁５３の開度によって微粒化した水素含有ガスと液体とが加圧されるので、水素濃度が高くなる。このようにして高濃度となった水素含有液体は、配水口５４から目的とする部位へ供給される。
【実施例】
【００４３】
ここで、ミネラル成分を含む水として、鎌倉市の水道水（アメリカ硬度表記でカルシウム硬度が４２．５ｐｐｍ，マグネシウム硬度が１８．５ｐｐｍ，ｐＨが７．１）を用い、実質的にミネラル成分を含まない水として精製水（オルガノ社製純水カートリッジＧ−２０）を用い、水素水生成装置１として図１に示す電解槽２が１つのものと、図２に示す電解槽２が２つのものを用い、陰極２４に流れる電流、陽極室２１の水の種類、陰極室２２の水の流量、陰極室２２の内部の水圧を変化させた場合の、陰極室２２で生成される水の水素濃度ＤＨ（ｍｇ／Ｌ）とｐＨを測定した。この結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
2018020311.tif 000003
【００４５】
《考  察》
陽極室２１に供給する水を実質的にミネラル成分を含まない水とした場合に陰極室２２で生成される水素水のｐＨは、６．９１〜７．１１と中性を呈する。これに対して、陽極室２１に供給する水をミネラル成分を含む水（具体的には水道水）とした場合に陰極室２２で生成される水素水のｐＨは、７．８８〜９．８６とアルカリ性を呈する。
【００４６】
また、図１に示す電解槽２が１つの場合であって、陽極室２１に供給する水を実質的にミネラル成分を含まない水とした場合に、陰極２４に流れる電流を６Ａ以上、陰極室２２への水の供給量を１．０リットル／分以下、陰極室２２へ供給される水の圧力を０．２ＭＰａ以上に設定して水素水を生成すると、水素水の濃度ＤＨが１．６ｍｇ／Ｌ以上となる。また、図２に示す電解槽２が２つの場合であって、陽極室２１に供給する水を実質的にミネラル成分を含まない水とした場合に、陰極２４のそれぞれに流れる電流を６Ａ以上、陰極室２２への水の供給量を１．０リットル／分以下、陰極室２２へ供給される水の圧力を０．１ＭＰａ以上に設定するか、又は、陰極２４のそれぞれに流れる電流を６Ａ以上、陰極室２２への水の供給量を２．０リットル／分以下、陰極室２２へ供給される水の圧力を０．２ＭＰａ以上に設定して水素水を生成すると、水素水の濃度ＤＨが１．６ｍｇ／Ｌ以上となる。
【００４７】
また、図１に示す電解槽２が１つの場合であって、陽極室２１に供給する水をミネラル成分を含む水とした場合に、陰極２４に流れる電流を６Ａ以上、陰極室２２への水の供給量を１．０リットル／分以下、陰極室２２へ供給される水の圧力を０．３ＭＰａ以上に設定して水素水を生成すると、水素水の濃度ＤＨが１．６ｍｇ／Ｌ以上となる。また、図２に示す電解槽２が２つの場合であって、陽極室２１に供給する水をミネラル成分を含む水とした場合に、陰極２４のそれぞれに流れる電流を６Ａ以上、陰極室２２への水の供給量を１．０リットル／分以下、陰極室２２へ供給される水の圧力を０．１ＭＰａ以上に設定するか、又は、陰極２４のそれぞれに流れる電流を６Ａ以上、陰極室２２への水の供給量を２．０リットル／分以下、陰極室２２へ供給される水の圧力を０．２ＭＰａ以上に設定して水素水を生成すると、水素水の濃度ＤＨが１．６ｍｇ／Ｌ以上となる。
【００４８】
次に、ミネラル成分を含む水として、鎌倉市の水道水（アメリカ硬度表記でカルシウム硬度が４２．５ｐｐｍ，マグネシウム硬度が１８．５ｐｐｍ，ｐＨが７．０１）を用い、水素水生成装置１として図１に示す電解槽２が１つのものを用い、陽極室２１に当該水道水を貯留して（開閉バルブ９２を閉塞）、陰極２４に流れる電流を６Ａ、陰極室２２の水の流量を１リットル／分、陰極室２２の内部の水圧を０．２ＭＰａとした場合の、陰極室２２で生成される水の水素濃度ＤＨ（ｍｇ／Ｌ）とｐＨを、時間の経過とともに測定した。この結果を表２に示す。
【００４９】
【表２】
2018020311.tif 000004
【００５０】
《考  察》
陽極室２１に流量１．０リットル／分で水道水を通水している間は、ｐＨが８．５０程度のアルカリ性水素水であるが、通水を停止した直後からｐＨが中性に近づき、通水停止１分でｐＨが７．２、通水停止３分でｐＨが７．０３の中性となった。
【００５１】
次に、ミネラル成分を含む水として、鎌倉市の水道水（アメリカ硬度表記でカルシウム硬度が４２．５ｐｐｍ，マグネシウム硬度が１８．５ｐｐｍ，ｐＨが７．０４）を用い、水素水生成装置１として図３に示す電解槽２が１つのものを用い、陽極２３と陽イオン交換膜２５との間に、精製水、０．０１％硫酸カルシウム、０．１％硫酸カルシウムを供給し、陰極２４に流れる電流を６Ａ、陰極室２２の水の流量を１リットル／分、陰極室２２の内部の水圧を０．２ＭＰａとした場合の、陰極室２２で生成される水の水素濃度ＤＨ（ｍｇ／Ｌ）とｐＨを測定した。この結果を表３に示す。
【００５２】
【表３】
2018020311.tif 000005
【００５３】
《考  察》
図３に示す水素水生成装置を用いると、陽極２３と陽イオン交換膜２５との間に精製水又はミネラル成分を含む水のいずれを供給しても、ＤＨ＝１．６の中性の水素水が得られた。
【００５４】
次に、ミネラル成分を含む水として、鎌倉市の水道水（アメリカ硬度表記でカルシウム硬度が４２．５ｐｐｍ，マグネシウム硬度が１８．５ｐｐｍ，ｐＨが７．１）を用い、水素水生成装置１として図２に示す電解槽２が１つのものを用い、各陰極２４に流れる電流を６Ａ、陰極室２２の水の流量を１リットル／分、陰極室２２の内部の水圧を０．２ＭＰａとし、２日間放置してミネラル成分が陽イオン交換膜２５、陽極２３、陰極２４に付着した水素水生成装置１を用いて、５分間水素水を生成したのち、極性を反転させた逆洗を３０秒実施し、再び極性を戻し、１分間水素水を生成した。このときの陰極室２２で生成される水の水素濃度ＤＨ（ｍｇ／Ｌ）とｐＨの測定結果を表４に示す。
【００５５】
【表４】
2018020311.tif 000006
【００５６】
《考  察》
長時間放置した水素水生成装置を起動すると通水直後はアルカリ性の高い水素水が生成されるが、４分もすればｐＨが減少する。しかしながら、逆洗を実施して陰極２４に付着したミネラル成分を除去すると、再びアルカリ性の高い水素水が生成される。
【００５７】
次に、ミネラル成分を含む水として、鎌倉市の水道水（アメリカ硬度表記でカルシウム硬度が４２．５ｐｐｍ，マグネシウム硬度が１８．５ｐｐｍ，ｐＨが７．０８）を用い、水素水生成装置１として図１に示す電解槽２が１つのものを用い、陽極室２１に供給する水道水の流量を０．５リットル／分，１．０リットル／分，１．５リットル／分の各流量とし、陰極２４に流れる電流を６Ａ、陰極室２２の水の流量を１リットル／分、陰極室２２の内部の水圧を０．２ＭＰａとした場合の、陰極室２２で生成される水の水素濃度ＤＨ（ｍｇ／Ｌ）とｐＨを測定した。この結果を表５に示す。
【００５８】
【表５】
2018020311.tif 000007
【００５９】
《考  察》
陽極室２１に供給するミネラル成分を含む水の流量を調節することで、すなわち陽極室２１に供給するミネラル成分を含む水の流量を多くすることで（例えば、陽極室２１の流量の陰極室２２の流量に対する比が１以上になると）、陰極室２２から配水される水素水のアルカリ性が高くなり、逆に陽極室２１に供給するミネラル成分を含む水の流量を少なくすると（例えば、陽極室２１の流量の陰極室２２の流量に対する比が１未満になると）、陰極室２２から配水される水素水は中性になるか又は近づく。特に、陽極室２１の流量を少なくして中性の水素水を生成する場合には、陽極室２１からの捨て水（排水量）を少なくすることができる。またアルカリ性の水素水を生成する場合は、排水の手間を省くために、陰極室２２で生成された水素水に混ぜて配水してもよい。
【００６０】
次に、ミネラル成分を含む水として、鎌倉市の水道水（アメリカ硬度表記でカルシウム硬度が４２．５ｐｐｍ，マグネシウム硬度が１８．５ｐｐｍ，ｐＨが７．０８）を用い、水素水生成装置１として図２Ｂに示す電解槽２が２つのものを用い、２段目の電解槽２の陽極室２１に供給する水道水の流量を０．４３リットル／分とし、１段目の電解槽２の陰極２４に流れる電流を１．５Ａ、２段目の電解槽２の陰極２４に流れる電流を６Ａ、２段目の電解槽２の陰極室２２の水の流量を１リットル／分、２段目の電解槽２の陰極室２２の内部の水圧を０．２ＭＰａとした場合の、２段目の電解槽２の陰極室２２で生成される水の水素濃度ＤＨ（ｍｇ／Ｌ）とｐＨを測定した。この結果を表６に示す。
【００６１】
【表６】
2018020311.tif 000008
【００６２】
《考  察》
表１に示す電解槽が１槽のものでは、水素濃度とアルカリ性の両方を高める条件が限定されるが、本例によれば、水素濃度が飽和濃度で、且つアルカリ性の高い水素水を生成することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１…水素水生成装置
２…電解槽
２０…筐体
２１…陽極室
２１１…被電解水Ｗａの入口
２１２…被電解水Ｗａの出口
２２…陰極室
２２１…被電解水Ｗｃの入口
２２２…被電解水Ｗｃの出口
２３…陽極
２４…陰極
２５…隔膜
３…電源
３１…コンセント
３２…ＡＣ／ＤＣコンバータ
４…第１供給系統
４１…水道源
４２…配管
４３…開閉バルブ
５…配水系統
５１…配管（気液混合管）
５２…溶解部
５３…流量調節弁
５４…配水口
６…第２供給系統
６１…タンク
６２…配管
６３…ポンプ
７…第３供給系統
７１…配管
８…切換器
９…排水系統
９１…配管
９２…開閉バルブ
Ｗａ，Ｗｃ…被電解水
【図１】
2018020311.tif 000009
【図２Ａ】
2018020311.tif 000010
【図２Ｂ】
2018020311.tif 000011
【図３】
2018020311.tif 000012
【図４】
2018020311.tif 000013