(57)【要約】【課題】原水を電解処理することで水素ガスを含有する電解水を生成する際に無駄水を実質的に生じさせることのない電解水生成装置を提供する。【解決手段】本発明の電解水生成装置１１は、陽極板２１、陰極板２３、陽極板２１に当接させて設けた隔膜２５を備え、陰極室２４を流通する原水を電解処理することで陰極板２３で生じた水素ガスを含有する電解水を生成する装置である。陽極板２１、陰極板２３、及び隔膜２５を所定の位置に保持するための筐体２７は、陽極板２１の周縁部２１ａを支持する支持部２７ａ１，２７ｂ１を有する。隔膜２５の周縁部２５ａは、支持部２７ａ１，２７ｂ１及び押し付け部材２９の間に位置している。筐体２７には、隔膜２５の周縁部２５ａを介して陽極板２１及び隔膜２５の間隙２２に原水を導くための副室３３が、隔膜２５の周縁部２５ａを臨むように備わっている。【選択図】図１
2018015718.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源に接続された陽極板及び陰極板と、前記陽極板及び前記陰極板の間に、少なくとも当該陽極板に当接させて設けた隔膜とを備え、前記陰極板が存する陰極室を流通する原水を電解処理することで当該陰極板で生じた水素ガスを含有する電解水を生成する電解水生成装置であって、
前記陽極板、陰極板、及び隔膜を所定の位置に保持するための筐体と、
前記隔膜の周縁部を前記陽極板に所定の力で押し付けるための押し付け部材と、を備え、
前記筐体は、前記陽極板の周縁部を支持する支持部を有し、
前記隔膜の周縁部は、前記支持部及び前記押し付け部材の間に位置しており、
前記筐体には、前記隔膜の周縁部を介して前記陽極板及び前記隔膜の間隙に原水を導くための副室が、前記隔膜の周縁部を臨むように備わっている
ことを特徴とする電解水生成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電解水生成装置であって、
前記陽極板には、前記隔膜との間隙に原水の電解処理により当該陽極板で生じた酸素を放出するための孔があけられており、
陽イオン交換膜である前記隔膜の外形寸法は、前記陽極板の外形寸法と比べて小さく形成され、
前記陰極板の外形寸法は、前記隔膜の外形寸法と比べて小さく形成されている
ことを特徴とする電解水生成装置。
【請求項３】
直流電源に接続された陽極板及び陰極板の間に、当該陽極板及び当該陰極板に当接させて隔膜を設け、当該陽極板及び当該隔膜の間隙に導かれた原水を電解処理することで前記陰極板が存する陰極室に水素を発生させる水素発生装置であって、
前記陽極板、陰極板、及び隔膜を所定の位置に保持するための筐体と、
前記隔膜の周縁部を前記陽極板に所定の力で押し付けるための押し付け部材と、を備え、
前記筐体は、前記陽極板の周縁部を支持する支持部を有し、
前記隔膜は陽イオン交換膜からなり、
前記陽極板には、前記隔膜に導かれた原水の電解処理により当該陽極板で生じた酸素を放出するための孔があけられており、
前記陰極板には、前記隔膜に導かれた原水の電解処理により当該陰極板で生じた水素を放出するための孔があけられており、
前記隔膜の周縁部は、前記支持部及び前記押し付け部材の間に位置しており、
前記筐体には、前記隔膜の周縁部を介して前記陽極板及び前記隔膜の間隙に原水を導くための副室が、前記隔膜の周縁部を臨むように備わっている
ことを特徴とする水素発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原水を電解処理することで水素ガスを含有する電解水を生成する電解水生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原水を電解処理することで電解水を生成する電解水生成装置が知られている。例えば特許文献１には、隔膜で仕切られた陰極室及び陽極室を有する電解槽内に導入された原水を、陰極板及び陽極板間に電圧を印加することで電解処理することにより、陰極室の陰極板で生じた水素ガスを含有する電解水（陰極水）を生成する電解水生成装置が開示されている。この電解水（陰極水）は、健康増進等を図る目的で主として飲用に供される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１２６６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に係る技術では、電解槽内に導入された原水を電解処理する際に、陽極室の陽極板で生じた酸素を含有する電解水（陽極水）も副次的に生成される。この電解水（陽極水）は通常廃棄される。そのため、廃棄水（無駄水）が多量に生じるという問題があった。
【０００５】
本発明は、原水を電解処理することで水素ガスを含有する電解水を生成する際に無駄水を実質的に生じさせることのない電解水生成装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、原水を電解処理することで水素を生成する際に無駄水を実質的に生じさせることのない水素発生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】
前記課題を解決するため、本発明に係る電解水生成装置は、直流電源に接続された陽極板及び陰極板と、前記陽極板及び前記陰極板の間に、少なくとも当該陽極板に当接させて設けた隔膜とを備え、前記陰極板が存する陰極室を流通する原水を電解処理することで当該陰極板で生じた水素ガスを含有する電解水を生成する電解水生成装置であって、前記陽極板、陰極板、及び隔膜を所定の位置に保持するための筐体と、前記隔膜の周縁部を前記陽極板に所定の力で押し付けるための押し付け部材と、を備え、前記筐体は、前記陽極板の周縁部を支持する支持部を有し、前記隔膜の周縁部は、前記支持部及び前記押し付け部材の間に位置しており、前記筐体には、前記隔膜の周縁部を介して前記陽極板及び前記隔膜の間隙に原水を導くための副室が、前記隔膜の周縁部を臨むように備わっていることを最も主要な特徴とする。
【０００７】
本発明に係る電解水生成装置は、陰極板が存する陰極室を有するが、陽極板が存する陽極室を、独立した室として有していない。陽極板での電解処理反応は、陽極室に代えて、陽極板及び隔膜の間隙（陽極板及び隔膜の当接面に生じた間隙；以下、同様。）で行われる。筐体に設けられて隔膜の周縁部を臨む副室が、隔膜の周縁部を介して、陽極板及び隔膜の間隙に原水を導くように構成されている。
【０００８】
陽極板及び隔膜の間隙に導かれた原水に対し、直流電源に接続された陽極板及び陰極板間に直流電圧を印加することで電解処理が行われる。陽極板及び隔膜の間隙に導かれた原水は、電解処理によって消費される。すると、副室が有する導水機能の発揮によって陽極板及び隔膜の間隙に原水が導かれる。その結果、電解処理を継続的に行うことができる。
【０００９】
ここで、陽極板の周縁部は、筐体の支持部によって支持されている。隔膜の周縁部は、筐体の押し付け部材によって陽極板に押し付けられている。副室は、支持部及び押し付け部材の間に位置する隔膜の周縁部を臨むように筐体に備わっている。副室から陽極板及び隔膜の間隙への原水の導入は、隔膜の周縁部を介して行われる。
【００１０】
前記原水の導入を妨げる要因がある。押し付け部材による、所定の力（陽極板に対する隔膜の押し付け力）の働きがそれである。この所定の力が大きすぎると、陽極板及び隔膜の間隙への原水の導入が妨げられる。一方、前記所定の力が小さすぎると、陽極板及び隔膜の間隙への原水の導入量が過剰（無駄水が生じる）になる。そのため、前記所定の力は、陽極板及び隔膜の間隙への原水の導入が過剰に妨げられることのないこと、及び、陽極板及び隔膜の間隙への原水の導入量が過剰にならないことを考慮して、実験やシュミレーションによって適宜の値に設定される。
前記所定の力が適切に設定されると、陽極板及び隔膜の間隙に対し、電解処理による原水の消費量に見合った適量の原水を、無駄水を生じさせることなく導入することができる。
【００１１】
前記副室は、隔膜の周縁部に沿って環状に形成すればよい。この場合、陽極板及び隔膜の間隙に導入される原水の貯留空間が、隔膜の周縁部を全周に亘って臨むように筐体に設けられる。その結果、陽極板及び隔膜の間隙に原水を安定して導入する効果を期待することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、原水を電解処理することで水素ガスを含有する電解水を生成する際に無駄水を実質的に生じさせることのない電解水生成装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る電解水生成装置の主要部である電解槽の縦断面図である。
【図２】図１に示す電解槽のうち、陽極板、隔膜、押し付け部材、陰極板のサイズに係る相互関係を表す概念図である。
【図３】図１に示す電解槽の主要部を表す拡大図である。
【図４】本発明の実施形態に係る水素発生装置の主要部である電解槽の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態に係る電解水生成装置、及び水素発生装置について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
＜本発明の実施形態に係る電解水生成装置の構成＞
まず、本発明の実施形態に係る電解水生成装置１１について、図１〜図３を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る電解水生成装置の主要部である電解槽の縦断面図である。図２は、図１に示す電解槽のうち、陽極板、隔膜、押し付け部材、陰極板のサイズに係る相互関係を表す概念図である。図３は、図１に示す電解槽の主要部を表す拡大図である。
【００１６】
本発明の実施形態に係る電解水生成装置１１は、図１に示すように、原水の電解処理が行われる電解槽１３と、電解処理のための直流電源１５を供給する制御装置１７と、を備えて構成されている。電解水生成装置１１は、電解槽１３内に導入された原水を電解処理することにより、無駄水（陽極水）を実質的に生じさせることなしに水素ガスを含有する電解水（陰極水）を生成する機能を有する。
【００１７】
この機能を実現するために、電解槽１３は、図１に示すように、直流電源１５に接続された陽極板２１及び陰極板２３と、隔膜２５とを備えて構成されている。隔膜２５は、陽極板２１及び陰極板２３の間に位置して、陽極板２１に当接させて設けられている。この電解槽１３は、図１に示すように、陰極板２３が存する陰極室２４を有するが、陽極板２１が存する陽極室を、独立した室として有していない。
【００１８】
陽極板２１は、導体からなる略角丸長方形状の板状部材である。陽極板２１は、例えば、チタン板を素材として用い、その表面に白金、イリジウム、パラジウム等の群から選ばれる１又は２以上の組み合わせに係る貴金属をメッキ、又は焼成被覆して構成すればよい。陽極板２１には、板厚方向に貫通する貫通孔２１ｂが複数開設されている。貫通孔２１ｂは、陽極板２１における原水の電解処理によって生じた酸素ガスを、隔膜２５に対して陽極板２１の背面側の大気に放出する役割を果たす。貫通孔２１ｂの数及び形状は特に限定されない。
貫通孔２１ｂが開設される陽極板２１の領域は、主として陰極板２３と対面する領域である。陽極板２１の電解処理では、陰極板２３と対面する陽極板２１の領域において酸素ガスが発生するからである。副室３３を臨む陽極板２１の領域には貫通孔２１ｂを開設しない。副室３３の原水が陽極板２１の貫通孔２１ｂを通して漏れるのを防ぐためである。
陽極板２１は、配線（不図示）を通じて直流電源１５に接続されている。陽極板２１は、電解槽１３を用いた電解処理において陽極として用いられる。
【００１９】
陰極板２３は、陽極板２１と同様に、導体からなる略角丸長方形状の板状部材である。陰極板２３は、陽極板２１と同様に、例えば、チタン板を素材として用い、その表面に白金、イリジウム、パラジウム等の群から選ばれる１又は２以上の組み合わせに係る貴金属をメッキ、又は焼成被覆して構成すればよい。陰極板２３には、陽極板２１とは異なり、板厚方向に貫通する貫通孔が開設されていない。ただし、陰極板２３にも、陽極板２１と同様に、貫通孔を開設しても構わない。
陰極板２３は、配線（不図示）を通じて直流電源１５に接続されている。陰極板２３は、電解槽１３を用いた電解処理において陰極として用いられる。
【００２０】
隔膜２５は、原水の透過を妨げるが陽イオンの透過を許す機能を有し、かつ、可撓性を有する陽イオン交換膜からなる。陽イオン交換膜としては、特に限定されないが、例えば、フッ素系の陽イオン交換膜を採用することができる。
【００２１】
陽極板２１、陰極板２３、及び隔膜２５のそれぞれを、所定の位置に保持するために、電解槽１３は、図１に示すように、筐体２７と、押し付け部材２９と、シール部材３１と、締結部材（不図示）と、を有する。
【００２２】
筐体２７は、略角丸長方形状の枠部を有する陽極板側筐体２７ａと、略角丸長方形状の枠部及びこの枠部に連なる皿状凹部２７ｂ２を有する陰極板側筐体２７ｂとを、互いの枠部同士を対面接合して構成されている。陽極板側筐体２７ａ及び陰極板側筐体２７ｂが有する環状の枠部の接合部分には、陽極板２１の周縁部２１ａを、シール部材３１を介して挟み保持するための環状の収容凹部２７ａ１，２７ｂ１（本発明の「支持部」に相当する。）がそれぞれ設けられている。
なお、陽極板側筐体２７ａ及び陰極板側筐体２７ｂを区別して言及することを要しない場合には、これらを「筐体２７」と総称する（以下、同様。）
【００２３】
押し付け部材２９は、略角丸長方形状の枠部を有する。押し付け部材２９は、陽極板２１に隔膜２５を当接させた状態で、隔膜２５の周縁部２５ａを陽極板２１に所定の力で押し付ける役割を果たす。なお、押し付け部材２９に対する陽極板２１の背面側には、陽極板側筐体２７ａの一部が位置するように延び出している。
具体的には、陽極板側筐体２７ａ及び陰極板側筐体２７ｂの間は、押し付け部材２９を電解槽１３の内部空間に位置させた状態で、ねじやクランプ部材等の締結部材によって締め付けられる。この締め付け力が、本発明の「所定の力」（押し付け力）を生み出すことになる。陽極板２１に隔膜２５を押し付ける押し付け部材２９による押し付け力は、押し付け部材２９の幅寸法（図１の紙面左右方向の寸法）を変更することで適宜調整すればよい。前記の押し付け力は、陽極板２１及び隔膜２５の間隙２２への原水の導入が過剰に妨げられることのないこと、陽極板２１及び隔膜２５の間隙２２への原水の導入量が過剰にならないこと等を考慮して、実験やシュミレーションによって適宜の値に設定される。
また、押し付け部材２９は、電解槽１３の内部空間を、陰極室２４及び副室３１に仕切る機能を有する。この仕切る機能について、詳しくは後記する。
【００２４】
筐体２７、及び、押し付け部材２９としては、下記の要件を充足することが好ましい。すなわち、第１は、押し付け部材２９を挟んだ状態での締結部材による陽極板側筐体２７ａ及び陰極板側筐体２７ｂ間の締め付けによる変形量がじゅうぶんに小さいことである。第２は、電解槽１３内への原水の導入による水圧に耐えうる強度を有することである。第３は、曲げ強さや圧縮強さに優れていることである。第４は、硬くかつ粘り強い性質を有することである。第５は、成形加工性が良好であることである。
前記の要件を考慮すると、筐体２７、及び、押し付け部材２９としては、特に限定されないが、例えば、ポリカーボネイト、ポリアセタール、ポリアミド等のエンジニアリングプラスチック、ＡＢＳ樹脂、硬質塩化ビニール、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素系樹脂等の樹脂素材を適宜採用すればよい。
ただし、筐体２７、及び、押し付け部材２９の樹脂素材は、相互に異なるものであってもよい。実際には、押し付け部材２９の樹脂素材は、割れや欠けを防ぐために、筐体２７の樹脂素材と比べて、より柔軟性を有する方が好ましい。
【００２５】
シール部材３１は、陽極板２１の周縁部２１ａを受け入れる溝部３１ａを内周部分にわたって有する環状の弾性部材である。シール部材３１は、陽極板側筐体２７ａ及び陰極板側筐体２７ｂの間に作用する締結部材の締め付け力により、収容凹部２７ａ１，２７ｂ１において弾性変形する。このシール部材３１の弾性変形によって、シール部材３１は、陽極板２１の周縁部２１ａを筐体２７に対して水密に保つ機能を発揮する。
【００２６】
正面視での隔膜２５の外形（輪郭、以下同様。）寸法は、図２に示すように、正面視での陽極板２１の外径寸法と比べて小さく形成されている。また、正面視での押し付け部材２９の外形寸法は、正面視での隔膜２５の外径寸法と比べて小さく形成されている。さらに、正面視での陰極板２３の外形寸法は、正面視での隔膜２５及び押し付け部材２９の両者の外形寸法と比べて小さく形成されている。
なお、正面視での筐体２７の外形寸法は、図２に示すように、正面視での陽極板２１、隔膜２５、押し付け部材２９、及び陰極板２３の外径寸法と比べて大きく形成されている。
【００２７】
陰極板側筐体２７ｂが有する皿状凹部２７ｂ２には、図１に示すように、陰極板２３及び押し付け部材２９を収容可能な空間が形成されている。この皿状凹部２７ｂ２は、図１に示すように、陰極板２３及び押し付け部材２９を収容した状態で、陽極板２１及び隔膜２５によって蓋がされている。陽極板２１は、シール部材３１を介して、筐体２７の収容凹部２７ａ１，２７ｂ１（支持部）によって支持されている。陽極板側筐体２７ａ及び陰極板側筐体２７ｂの間は、前記した通り、締結部材（不図示）によって締め付け固定されている。
【００２８】
電解槽１３には、図１に示すように、押し付け部材２９が有する空間仕切り機能によって、陰極板２３及び原水が収容される陰極室２４と、陽極板２１及び隔膜２５の間隙２２に原水を導くための副室３３と、がそれぞれ独立形成されている。
【００２９】
副室３３は、陰極板側筐体２７ｂ、押し付け部材２９、並びに、陽極板２１及び隔膜２５により囲まれて、環状に連なって区画形成されている。副室３３は、収容凹部２７ａ１，２７ｂ１及び押し付け部材２９の間に位置する隔膜２５の周縁部２５ａ（図３参照）を臨むように筐体２７に備わっている。これにより、副室３３から陽極板２１及び隔膜２５の間隙２２への原水の導入が、隔膜２５の周縁部２５ａを介して行われる。
【００３０】
陰極室２４へ原水を流入させるために、陰極板側筐体２７ｂが有する皿状凹部２７ｂ２には、図１に示すように、流入口３５が設けられている。この流入口３５は、電解槽１３が鉛直方向に延びて位置する縦置きの場合（図１参照）、皿状凹部２７ｂ２のうち陰極室２４に相当する領域の下方側に設けられる。
【００３１】
一方、陰極室２４で生成された電解水（陰極水）を吐出させるために、陰極板側筐体２７ｂが有する皿状凹部２７ｂ２には、図１に示すように、吐出口３７が設けられている。この吐出口３７は、電解槽１３が縦置きの場合（図１参照）、皿状凹部２７ｂ２のうち陰極室２４に相当する領域の上方側に設けられる。
【００３２】
また、副室３３に原水を貯留させるために、陰極板側筐体２７ｂが有する皿状凹部２７ｂ２には、図１に示すように、一対の開口３９ａ，３９ｂが設けられている。これらの開口３９ａ，３９ｂは、電解槽１３が縦置きの場合（図１参照）、皿状凹部２７ｂ２のうち副室３３に相当する領域の上方側及び下方側にそれぞれ設けられる。
【００３３】
＜電解槽１３での電解処理反応＞
次に、電解槽１３での電解処理反応について説明する。
陽極板２１では、陽極板２１及び隔膜２５間に導入された原水の電解処理が行われる。陽極板２１における原水の電解処理反応式を次に示す。
２Ｈ２Ｏ→Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ-      （式１）
【００３４】
陽極板２１における原水の電解処理によって、陽極板２１では酸素ガスと水素イオンが生じる。隔膜２５は陽イオン交換膜からなるため、陽極板２１における原水の電解処理によって生じた水素イオンの一部は隔膜２５を透過して陰極室２４の側へ移動する。
【００３５】
陰極板２３では、陰極室２４内に流入された原水の電解処理が行われる。陰極板２３における原水の電解処理反応式を次に示す。
２Ｈ２Ｏ＋２ｅ-→Ｈ２＋２ＯＨ-      （式２）
【００３６】
陰極板２３における原水の電解処理によって、陰極板２３では水素ガスと水酸化物イオンが生じる。陰極板２３における原水の電解処理によって生じた水酸化物イオンの一部は、隔膜２５を透過して陰極室２４の側へ移動した水素イオンと反応して水となる。その結果、電解水（陰極水）の液性は、原水の液性を維持したものとなる。
ちなみに、通常の電解水生成装置では、電解水（陰極水）の液性は、原水の液性と比べて（水酸化物イオンの豊富化により）アルカリ性の側へ傾いたものとなる。
【００３７】
＜本発明の実施形態に係る電解水生成装置１１の動作＞
次に、本発明の実施形態に係る電解水生成装置１１の動作について説明する。図１に示す実線矢印は、電解槽１１内での水の流れを表している。
電解水生成処理が開始されると、制御装置１７の指令に従う給水用電磁弁（不図示）及び送水ポンプ（不図示）の少なくとも一方（両者を含む）の動作によって、電解槽１３の陰極室２４及び副室３３のそれぞれに原水が供給される。
なお、副室３３において、陽極板２１及び隔膜２５の間隙２２に導かれる原水の電解処理による消費量（電解処理で陽極板２１に供給した電気量に相関する。）は、さほど多くない。そのため、副室３３への原水の単位時間あたりの供給量は、副室３３を常時原水で満たすことを考慮して、適宜の値を設定すればよい。
【００３８】
電解槽１３の陰極室２４及び副室３３のそれぞれに原水が満たされると、制御装置１７の指令に従う直流電源１５の動作によって、電解槽１３において原水の電解処理が行われる。
【００３９】
すなわち、陽極板２１における原水の電解処理によって、陽極板２１では酸素ガスと水素イオンが生じる。こうして生じた水素イオンの一部は、隔膜２５を透過して陰極室２４の側へ移動する。その結果、陽極板２１及び隔膜２５の間隙２２には酸素ガスが残る。この酸素ガスは、陽極板２１に開設された貫通孔２１ｂを通じて大気に放出される。
【００４０】
一方、陰極板２３における原水の電解処理によって、陰極板２３では水素ガスと水酸化物イオンが生じる。こうして生じた水酸化物イオンの一部は、隔膜２５を透過して陰極室２４の側へ移動した水素イオンと反応して水に戻る。その結果、電解水（陰極水）の液性は、原水の液性を維持したものとなる。また、陰極板２３における原水の電解処理によって生じた水素ガスの少なくとも一部は電解水（陰極水）に溶存する。すなわち、水素ガスを含有する電解水（陰極水）が生成される。こうして生成された水素ガスを含有する電解水（陰極水）は、吐出口３７から吐出され、飲用等の所要の用途に供される。
【００４１】
ところで、陽極板２１及び隔膜２５の間隙２２には、隔膜２５の周縁部２５ａを介して、毛細管現象によって原水が導入される。また、陽極板２１及び隔膜２５の間隙２２では、電解処理によって原水が消費される。こうして原水が消費されると、原水の減少を補うように、隔膜２５の周縁部２５ａを介して、新たな原水が副室３３から間隙２２へと毛細管現象によって導入される。これにより、陽極板２１及び隔膜２５の間隙２２における原水の電解処理を継続させることができる。
【００４２】
本実施形態に係る電解槽１３では、押し付け部材２９による押し付け力（本発明の「所定の力」に相当する。）が、陽極板２１に隔膜２５を押し付けるように働いている。これにより、隔膜２５の周縁部２５ａを介しての、陽極板２１及び隔膜２５の間隙２２への原水の流入が規制されている。
【００４３】
ところが、陽極板２１及び隔膜２５の間隙２２の原水が減少すると、陽極板２１及び隔膜２５の間隙２２へと副室３３から原水を引き込もうとする力が生じる。その結果、隔膜２５の周縁部２５ａを介して、陽極板２１及び隔膜２５の間隙２２へと新たな原水が導入されて、間隙２２が新たな原水で満たされる。
【００４４】
本発明の実施形態に係る電解水生成装置１１によれば、陽極板２１及び隔膜２５の間隙２２に対し、電解処理による原水の消費量に見合った適量の原水を、無駄水（陽極水）を生じさせることなく継続的に導入することができる。その結果、原水を電解処理することで水素ガスを含有する電解水を生成する際に、無駄水を実質的に生じさせることのない電解水生成装置１１を得ることができる。
【００４５】
＜本発明の実施形態に係る水素発生装置の構成＞
次に、本発明の実施形態に係る水素発生装置１１１について、図４を参照して説明する。図４は、本発明の実施形態に係る水素発生装置の主要部である電解槽の縦断面図である。図４に示す実線矢印は、電解槽１１内での水の流れを表す一方、同図の点線矢印は、電解槽１１内での水素ガスの流れを表している。
【００４６】
前記した本発明の実施形態に係る電解水生成装置１１と、本発明の実施形態に係る水素発生装置１１１とは、前者が水素ガスを含有する電解水（陰極水）を生成する機能を有するのに対し、後者が水素ガスを発生する機能を有する点で、その機能が異なっている。ただし、前者の電解槽１３の構成と、後者の電解槽１１３の構成とでは、共通の部材が多く存在する。
そこで、共通の部材間には共通の符号を付し、その説明を省略すると共に、前者と後者間で相違する構成部材について説明することで、本発明の実施形態に係る水素発生装置１１１の説明に代えることとする。
【００４７】
水素発生装置１１１は、電解槽１１３内に導入された原水を電解処理することにより、無駄水（陽極水及び陰極水）を実質的に生じさせることなしに、水素ガスを発生する機能を有する。
【００４８】
この機能を実現するために、水素発生装置１１１の電解槽１１３は、図４に示すように、陽極板２１及び陰極板１２３と、隔膜２５とを備えて構成されている。隔膜２５は、陽極板２１及び陰極板１２３の間に位置して、陽極板２１及び陰極板１２３に当接させて設けられている。この電解槽１１３は、図４に示すように、陰極板１２３が存する陰極室１２４を有するが、陽極板２１が存する陽極室を、独立した室として有していない。
【００４９】
陰極板１２３には、板厚方向に貫通する貫通孔１２３ａが、陽極板２１と対面する陰極板１２３の領域にわたり複数開設されている。陰極板１２３の電解処理では、陽極板２１と対面する陰極板１２３の領域において水素ガスが発生するからである。貫通孔１２３ａは、陰極板１２３における原水の電解処理によって生じた水素ガスを、隔膜２５に対して陰極板１２３の背面側の陰極室１２４に放出する役割を果たす。貫通孔１２３ａの数及び形状は特に限定されない。
【００５０】
陰極板１２３が存する陰極室１２４には、原水が流入されずに、陰極板１２３における原水の電解処理によって生じた水素ガスが貯められる。
陰極室１２４及び隔膜２５の間隙１２２（図４参照）への原水の導入経路は、陽極板２１及び隔膜２５の間隙２２への原水の導入経路とは異なる。
陰極室１２４及び隔膜２５の間隙１２２への原水の導入経路は、電解処理の過程で生じた水である。電解処理の過程で生じた水とは、陽極板２１における原水の電解処理によって生じ、隔膜２５を透過して陰極室１２４の側へ移動した水素イオンが、陰極板１２３における原水の電解処理によって生じた水酸化物イオンと反応して生じた水である。
【００５１】
陰極室１２４で生じた水素ガスを吐出させるために、陰極板側筐体２７ｂが有する皿状凹部２７ｂ２には、図４に示すように、吐出口１３５，１３７が設けられている。これらも吐出口１３５，１３７は、電解槽１１３が鉛直方向に延びて位置する縦置きの場合（図４参照）、皿状凹部２７ｂ２のうち陰極室１２４に相当する領域の下方側及び上方側にそれぞれ設けられる。
【００５２】
＜本発明の実施形態に係る水素発生装置１１１の動作＞
次に、本発明の実施形態に係る水素発生装置１１１の動作について説明する。
水素発生処理が開始されると、制御装置１７の指令に従う給水用電磁弁及び送水ポンプの少なくとも一方（両者を含む）の動作によって、電解槽１３の副室３３に原水が供給される。
【００５３】
電解槽１３の副室３３に原水が満たされると、制御装置１７の指令に従う直流電源１５の動作によって、電解槽１３において原水の電解処理が行われる。
【００５４】
すなわち、陽極板２１における原水の電解処理によって、陽極板２１では酸素ガスと水素イオンが生じる。こうして生じた水素イオンの一部は、隔膜２５を透過して陰極室１２４の側へ移動する。その結果、陽極板２１及び隔膜２５の間隙２２には酸素ガスが残る。この酸素ガスは、陽極板２１に開設された貫通孔２１ｂを通じて大気に放出される。
【００５５】
一方、陰極板１２３では、陰極板１２３における原水の電解処理によって生じた水酸化物イオンと反応して生じた水の電解処理によって、水素ガスと水酸化物イオンが生じる。こうして生じた水酸化物イオンの一部が、隔膜２５を透過して陰極室２４の側へ移動した水素イオンと反応して水に戻る。この水が、陰極板１２３における原水の電解処理に用いられる。陰極板１２３で発生した水素ガスは、吐出口１３５，１３７から吐出され、吸引等の所要の用途に供される。
【００５６】
本発明の実施形態に係る水素発生装置１１１によれば、陽極板２１及び隔膜２５の間隙２２に対し、電解処理による原水の消費量に見合った適量の原水を、無駄水（陽極水）を生じさせることなく継続的に導入することができる。その結果、原水を電解処理することで水素ガスを含有する電解水を生成する際に、無駄水（陽極水及び陰極水）を実質的に生じさせることのない水素発生装置１１１を得ることができる。
【００５７】
〔その他の実施形態〕
以上説明した実施形態は、本発明の具現化の例を示したものである。したがって、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならない。本発明はその要旨又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形態で実施することができるからである。
【００５８】
例えば、本発明に係る電解水生成装置１１の電解槽１３に、陽極板２１、陰極板２３、及び隔膜２５からなる一組の電解ユニットを設ける例をあげて説明したが、本発明はこの例に限定されない。本発明に係る電解水生成装置１１は、ひとつの電解槽１３に、複数組の電解ユニットを連ねて設ける構成を採用してもよい。
【００５９】
また、本発明に係る電解水生成装置１１の電解槽１３に対し、副室３３に対する給排水用開口３９ａ，３９ｂを設ける例をあげて説明したが、本発明はこの例に限定されない。副室３３に対する給水用開口３９ａを、流入口３５を介して陰極室２４に導入された原水の一部を分岐させ副室３３へ導く形態として設けてもよい。また、副室３３に対する排水用開口３９ｂを、吐出口３７に連なる経路へ合流させ排水する形態として設けてもよい。
副室３３に貯留された原水では、電解処理反応による水質の変化が起こらない（例えば、ｐＨの変化、電解質の量的変化が起こらない）。このため、仮に、副室３３に貯留された原水が、陰極室２４から吐出した電解水と合流・混合しても、電解水の水質にほとんど影響を与えない。
【００６０】
また、本発明に係る電解水生成装置１１の電解槽１３において、副室３３に対する給排水の形態は前記した例に限定されない。副室３３に対する給排水が可能な限りにおいて、いかなる形態を採用してもかまわない。
【００６１】
一般に、電解水生成装置（本発明に係る電解水生成装置１１を含む）では、電解処理を継続的に行うと、陰極板等にスケール成分が付着し、電解処理の効率を悪化させることが知られている。そこで、従来の電解水生成装置では、陰極板等に付着したスケール成分を除去するために、いわゆる逆洗電解処理が行われる。逆洗電解処理では、陰極板が陽極板になる一方、陽極板が陰極板になるように、直流電源の極性を反転させる。
本発明に係る電解水生成装置１１においても、従来の電解水生成装置と同様に、適宜のタイミングで逆洗電解処理が行われる。
【符号の説明】
【００６２】
１１    電解水生成装置
１３    電解槽
１５    直流電源（電源）
２１    陽極板
２１ａ  陽極板の周縁部
２１ｂ  陽極板の貫通孔
２２    陽極板及び隔膜の間隙
２３    陰極板
２４    陰極室
２５    隔膜
２５ａ  隔膜の周縁部
２７ａ  陽極板側筐体（筐体）
２７ｂ  陰極板側筐体（筐体）
２７ａ１  収容凹部（支持部）
２７ｂ１  収容凹部（支持部）
２９    押し付け部材
３３    副室
１１１    水素発生装置
１１３    電解槽
１２３    陰極板
１２３ａ  陰極板の貫通孔
１２４    陰極室
【図１】
2018015718.tif 000003
【図２】
2018015718.tif 000004
【図３】
2018015718.tif 000005
【図４】
2018015718.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成29年7月12日(2017.7.12)
【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】
直流電源に接続された陽極板及び陰極板と、前記陽極板及び前記陰極板の間に、当該陽極板に当接させて設けた隔膜とを備え、前記陰極板が存する陰極室を流通する原水を電解処理することで当該陰極板で生じた水素ガスを含有する電解水を生成する電解水生成装置であって、
前記陽極板、陰極板、及び隔膜を所定の位置に保持するための筐体と、
前記隔膜の周縁部を前記陽極板に所定の力で押し付けるための押し付け部材と、を備え、
前記隔膜に当接する前記陽極板の背面側は大気に開放されており、
前記筐体は、前記陽極板の周縁部を支持する支持部を有し、
前記隔膜は原水の透過を妨げる機能を有し、
前記隔膜の周縁部は、前記支持部及び前記押し付け部材の間に位置しており、
前記筐体には、前記隔膜の周縁部を介して前記陽極板及び前記隔膜の間隙に原水を導くための副室が、前記隔膜の周縁部を臨むように備わっており、
前記副室から前記陽極板及び前記隔膜の間隙への原水の導入は、前記隔膜の周縁部を介して行われる
ことを特徴とする電解水生成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電解水生成装置であって、
前記陽極板には、前記隔膜との間隙に原水の電解処理により当該陽極板で生じた酸素を放出するための孔があけられており、
陽イオン交換膜である前記隔膜の外形寸法は、前記陽極板の外形寸法と比べて小さく形成され、
前記陰極板の外形寸法は、前記隔膜の外形寸法と比べて小さく形成されている
ことを特徴とする電解水生成装置。
【請求項３】
直流電源に接続された陽極板及び陰極板の間に、当該陽極板及び当該陰極板に当接させて隔膜を設け、当該陽極板及び当該隔膜の間隙に導かれた原水を電解処理することで前記陰極板が存する陰極室に水素を発生させる水素発生装置であって、
前記陽極板、陰極板、及び隔膜を所定の位置に保持するための筐体と、
前記隔膜の周縁部を前記陽極板に所定の力で押し付けるための押し付け部材と、を備え、
前記隔膜に当接する前記陽極板の背面側は大気に開放されており、
前記筐体は、前記陽極板の周縁部を支持する支持部を有し、
前記隔膜は、原水の透過を妨げる機能を有する陽イオン交換膜からなり、
前記陽極板には、前記隔膜に導かれた原水の電解処理により当該陽極板で生じた酸素を放出するための孔があけられており、
前記陰極板には、前記隔膜に導かれた原水の電解処理により当該陰極板で生じた水素を放出するための孔があけられており、
前記隔膜の周縁部は、前記支持部及び前記押し付け部材の間に位置しており、
前記筐体には、前記隔膜の周縁部を介して前記陽極板及び前記隔膜の間隙に原水を導くための副室が、前記隔膜の周縁部を臨むように備わっており、
前記副室から前記陽極板及び前記隔膜の間隙への原水の導入は、前記隔膜の周縁部を介して行われる
ことを特徴とする水素発生装置。 
【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】
前記課題を解決するため、本発明に係る電解水生成装置は、直流電源に接続された陽極板及び陰極板と、前記陽極板及び前記陰極板の間に、当該陽極板に当接させて設けた隔膜とを備え、前記陰極板が存する陰極室を流通する原水を電解処理することで当該陰極板で生じた水素ガスを含有する電解水を生成する電解水生成装置であって、前記陽極板、陰極板、及び隔膜を所定の位置に保持するための筐体と、前記隔膜の周縁部を前記陽極板に所定の力で押し付けるための押し付け部材と、を備え、前記隔膜に当接する前記陽極板の背面側は大気に開放されており、前記筐体は、前記陽極板の周縁部を支持する支持部を有し、前記隔膜は原水の透過を妨げる機能を有し、前記隔膜の周縁部は、前記支持部及び前記押し付け部材の間に位置しており、前記筐体には、前記隔膜の周縁部を介して前記陽極板及び前記隔膜の間隙に原水を導くための副室が、前記隔膜の周縁部を臨むように備わっており、前記副室から前記陽極板及び前記隔膜の間隙への原水の導入は、前記隔膜の周縁部を介して行われることを最も主要な特徴とする。 
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明に係る電解水生成装置は、陰極板が存する陰極室を有するが、陽極板が存する陽極室を、独立した室として有していない。隔膜に当接する陽極板の背面側は大気に開放されているからである。陽極板での電解処理反応は、通常は陽極室で行われるところ、本発明に係る電解水生成装置では、陽極室に代えて、陽極板及び隔膜の間隙（陽極板及び隔膜の当接面に生じた間隙；以下、同様。）で行われる。筐体に設けられて隔膜の周縁部を臨む副室が、隔膜の周縁部を介して、陽極板及び隔膜の間隙に原水を導くように構成されている。 
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
ここで、陽極板の周縁部は、筐体の支持部によって支持されている。原水の透過を妨げる機能を有する隔膜の周縁部は、筐体の押し付け部材によって所定の力をもって陽極板に押し付けられている。副室は、支持部及び押し付け部材の間に位置する隔膜の周縁部を臨むように筐体に備わっている。副室から陽極板及び隔膜の間隙への原水の導入は、隔膜の周縁部を介して行われる。 
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
この機能を実現するために、電解槽１３は、図１に示すように、直流電源１５に接続された陽極板２１及び陰極板２３と、隔膜２５とを備えて構成されている。隔膜２５は、陽極板２１及び陰極板２３の間に位置して、陽極板２１に当接させて設けられている。この電解槽１３は、図１に示すように、陰極板２３が存する陰極室２４を有するが、陽極板２１が存する陽極室を、独立した室として有していない。隔膜２５に当接する陽極板２１の背面側は大気に開放されているからである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
この機能を実現するために、水素発生装置１１１の電解槽１１３は、図４に示すように、陽極板２１及び陰極板１２３と、隔膜２５とを備えて構成されている。隔膜２５は、陽極板２１及び陰極板１２３の間に位置して、陽極板２１及び陰極板１２３に当接させて設けられている。この電解槽１１３は、図４に示すように、陰極板１２３が存する陰極室１２４を有するが、陽極板２１が存する陽極室を、独立した室として有していない。隔膜２５に当接する陽極板２１の背面側は大気に開放されているからである。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
陰極室１２４で生じた水素ガスを吐出させるために、陰極板側筐体２７ｂが有する皿状凹部２７ｂ２には、図４に示すように、吐出口１３５，１３７が設けられている。これらの吐出口１３５，１３７は、電解槽１１３が鉛直方向に延びて位置する縦置きの場合（図４参照）、皿状凹部２７ｂ２のうち陰極室１２４に相当する領域の下方側及び上方側にそれぞれ設けられる。