(57)【要約】【課題】水性液体に投入することによって水素水を利用することを可能にする水素ガス生成装置を提供する。【解決手段】  開示される水素ガス生成装置は、ケース１０１と、ケース１０１内に設けられた電解槽１１０と、電解槽１１０内に配置された、第１の電極１２１、第２の電極１２２、およびセパレータ１２３とを含む。電解槽１１０は、セパレータ１２３を含む仕切り１２５によって、第１の電極１２１が配置された第１の槽１１１と第２の電極１２２が配置された第２の槽１２２とに仕切られている。第１の電極１２１と第２の電極１２２とは、セパレータ１２３を挟んで対向している。ケース１０１には、取水口１０１ａと放水口１０１ｂとが形成されている。第１の槽１１１を通って取水口１０１ａと放水口１０１ｂとを結ぶ流路１３０が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水性液体中に投入され、前記水性液体中で水を電気分解することによって水素ガスを生成する水素ガス生成装置であって、
ケースと、
前記ケース内に設けられた電解槽と、
前記電解槽内に配置された、第１の電極、第２の電極、およびセパレータと、を含み、
前記電解槽は、前記セパレータを含む仕切りによって、前記第１の電極が配置された第１の槽と前記第２の電極が配置された第２の槽とに仕切られており、
前記第１の電極と前記第２の電極とは、前記セパレータを挟んで対向しており、
前記ケースには、取水口と放水口とが形成されており、
前記第１の槽を通って前記取水口と前記放水口とを結ぶ流路が形成されている、水素ガス生成装置。
【請求項２】
下方から上方に向かって、前記第１の電極、前記セパレータ、および前記第２の電極がこの順に配置されている、請求項１に記載の水素ガス生成装置。
【請求項３】
前記セパレータが延びる方向と水平方向とがなす角度が、５〜４５°の範囲にある、請求項１または２に記載の水素ガス生成装置。
【請求項４】
前記流路は、前記第１の槽の一端と前記取水口とを結ぶ第１の流路、前記第１の槽、および、前記第１の槽の他端と前記放水口とを結ぶ第２の流路によって構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の水素ガス生成装置。
【請求項５】
前記水を電気分解することによって前記第２の電極で生成されたガスを前記ケースの外部に放出するためのガス流路が、前記第２の槽に接続されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の水素ガス生成装置。
【請求項６】
前記ガス流路を通って前記ケースの前記外部に放出される流体の流量を調節するための流量調節器具が前記ガス流路に配置されている、請求項５に記載の水素ガス生成装置。
【請求項７】
前記放水口に着脱可能なチューブをさらに含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の水素ガス生成装置。
【請求項８】
前記水素ガスを生成する際に、前記第１の電極がカソードとなり前記第２の電極がアノードとなるように、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の水素ガス生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素ガス生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、溶存水素濃度が高い水（水素水）の効能が注目されており、水素水を製造するための装置について提案がなされている（たとえば特許文献１）。従来の装置は主に、飲用するための水素水を製造する装置であった。従来、水素水の溶存水素濃度は、たとえば０．４ｐｐｍ（質量比）以上（たとえば０．４ｐｐｍ〜１．６ｐｐｍの範囲や０．７ｐｐｍ〜１．６ｐｐｍの範囲）であった。
【０００３】
しかし、水素水を飲用に利用するだけでなく、他の方法で水素水を利用することも考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１０５２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような状況において、本発明は、水性液体に投入することによって水素水を利用することを可能にする水素ガス生成装置を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態による水素ガス生成装置は、水性液体中に投入され、前記水性液体中で水を電気分解することによって水素ガスを生成する水素ガス生成装置であって、ケースと、前記ケース内に設けられた電解槽と、前記電解槽内に配置された、第１の電極、第２の電極、およびセパレータと、を含み、前記電解槽は、前記セパレータを含む仕切りによって、前記第１の電極が配置された第１の槽と前記第２の電極が配置された第２の槽とに仕切られており、前記第１の電極と前記第２の電極とは、前記セパレータを挟んで対向しており、前記ケースには、取水口と放水口とが形成されており、前記第１の槽を通って前記取水口と前記放水口とを結ぶ流路が形成されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の水素ガス生成装置を水性液体中に投入することによって、任意の水性液体の溶存水素濃度を上昇させることができる。そのため、本発明の装置によれば、様々な水性液体（たとえば浴槽内の湯など）の溶存水素濃度を上昇させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の水素ガス生成装置の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、図１に示した装置の上面図である。
【図３】図３は、本発明の装置に用いられる仕切りの一例を示す平面図である。
【図４】図４は、本発明の装置に用いられる電解槽の一例の形状について説明するための図である。
【図５】図５は、台座を含む装置の一例を模式的に示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の装置に用いられる電解槽の他の一例を模式的に示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の水素ガス生成装置の他の一例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の説明では、本発明の実施形態について例を挙げて説明するが、本発明は以下で説明する例に限定されない。以下の説明において特定の数値や特定の材料を例示する場合があるが、本発明はそれらの例示に限定されない。
【００１０】
（水素ガス生成装置）
本発明の水素ガス生成装置は、水性液体中に投入され、水性液体中で水を電気分解することによって水素ガスを生成する。この装置は、ケース、ケース内に設けられた電解槽、第１の電極、第２の電極、およびセパレータを含む。第１の電極、第２の電極、およびセパレータは、電解槽内に配置されている。電解槽は、セパレータを含む仕切りによって、第１の電極が配置された第１の槽と第２の電極が配置された第２の槽とに仕切られている。第１の電極と第２の電極とは、セパレータを挟んで対向している。ケースには、取水口と放水口とが形成されている。第１の槽を通って取水口と放水口とを結ぶ流路（以下では「流路（Ｆ）」と称する場合がある）が形成されている。以下では、本発明の水素ガス生成装置を、「本発明の装置」と称する場合がある。別の観点では、本発明の装置（水素ガス生成装置）は、水性液体の溶存水素濃度を上昇させる装置であって、投入式の装置である。
【００１１】
本発明の装置が投入される水性液体に特に限定はない。水性液体は水を含む液体であり、たとえば水である。水性液体の溶媒中の水の含有率は、通常、５０質量％（８０質量％以上や９０質量％以上や１００質量％）である。水性液体の好ましい例は、人や動物（ペット等）が体を浸漬するための液体を含む。具体的には、入浴や足湯用の槽に配置される液体であってもよい。そのような液体の例には、水（たとえば水道水）や、浴剤が添加された水や、温泉の水が含まれる。換言すれば、本発明の装置は、浴槽（足湯槽を含む）内の水性液体中に投入されてもよい。なお、この明細書において、水性液体（たとえば水）には、温められた水性液体（たとえば湯）が含まれる。
【００１２】
ケースは、たとえば樹脂で形成される。本発明の構成を実現できる限りケースの形状に特に限定はない。装置全体の大きさは、一片が２０ｃｍ（たとえば１５ｃｍ）の立方体内に収まる大きさであってもよい。
【００１３】
以下では、第１の電極、第２の電極、およびセパレータからなる構成を「電極部」という場合がある。電極部は、電解槽内に配置される。電解槽の好ましい一例では、第１および第２の槽がそれぞれ、１つの平面（以下では「平面（Ｐ）と称する場合がある」）に沿って広がる薄い箱状の形状を有する。全体としてシート状である平らなセパレータを用いる場合、そのセパレータが延びる方向を含む面を、１つの平面（Ｐ）とみなすことができる。
【００１４】
第１および第２の電極は、水を電気分解するための電極である。電極は金属電極であってもよい。電極に用いられる金属の例には、チタン、ニッケル、白金、および電極に用いることが可能なその他の金属が含まれる。水の電気分解を容易にするために、電極の表面には白金が存在することが好ましい。好ましい電極の一例は、白金でコートされた金属（たとえばチタン）で構成された電極である。第１の電極と第２の電極とは、同じであってもよいし、異なってもよい。
【００１５】
第１および第２の電極が白金層でコートされている場合、白金層の厚さを、たとえば０．１μｍ〜２０μｍの範囲（たとえば０．３μｍ〜２０μｍの範囲）としてもよい。電気分解によって白金層は徐々に薄くなる。そのため、長期の使用を可能にするためには、白金層の厚さを０．３μｍ以上とすることが好ましい。
【００１６】
第１の電極の電位と第２の電極の電位との間の電位差を、水の電気分解が生じる電圧以上とすることによって、水を電気分解できる。第１および第２の電極の一方がアノードとなり他方がカソードとなるように直流電圧を印加することによって、カソードにおいて水素ガスおよび水酸化物イオン（ＯＨ-）を生成し、アノードにおいて酸素ガスおよび水素イオン（Ｈ+）を生成できる。
【００１７】
以下で説明するように、通常、水素ガスを生成する際に、第１の電極がカソードとなり第２の電極がアノードとなるように、第１の電極と第２の電極との間に電圧が印加される。換言すれば、通常、水素ガスを生成する際に、第１の電極がカソードとなり第２の電極がアノードとなるように、第１および第２の電極が電源に接続される。この場合、第１の槽において水素ガスが生成され、第２の槽において酸素ガスが生成される。
【００１８】
第１の槽で生成された水素ガスの気泡は、水性液体と共に放水口から放出される。すなわち、溶存水素濃度が高い水性液体と水素ガスの気泡とが放水口から放出される。その結果、放水口近傍の水性液体の溶存水素濃度が上昇する。以下では、溶存水素濃度が高い水性液体を「水素水」と称する場合がある。溶存水素濃度を高めることによって水性液体の酸化還元電位（ＯＲＰ）を低下させることができる。
【００１９】
第１の電極と第２の電極との間に印加される直流電圧は、３Ｖ〜６０Ｖの範囲（たとえば５Ｖ〜２４Ｖの範囲）にあってもよい。これらの電圧は、電源から供給される。本発明の装置は、電源（直流電源）を含んでもよい。電源は、後述する電池部であってもよい。あるいは電源は、コンセントから供給される交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ−ＤＣコンバータであってもよい。
【００２０】
電極の形状に特に限定はない。第１および第２の電極はそれぞれ、２次元方向に広がる電極であることが好ましい。２次元方向に広がる電極は、典型的には、全体として平らな形状を有する電極である。別の観点では、２次元方向に広がる電極の一例は、１つの平面に沿った形状を有する電極である。そのような電極の例には、板状の電極が含まれる。また、そのような電極の例には、複数の金属線を１つの平面に沿うように配置することによって形成された電極も含まれる。具体的には、電極は、ネット状の電極であってもよい。あるいは電極は、エキスパンドメタルであってもよい。２次元方向に広がる電極の例には、全体として２次元方向に広がる電極が含まれる。そのような電極の例には、全体として面状の形状を有する電極が含まれ、たとえば、１つのなだらかな曲面に沿って形成された電極が含まれる。
【００２１】
第１の電極と第２の電極との間の短絡を防止するために、セパレータは絶縁性の材料からなる。セパレータの形状に限定はないが、第１の電極と第２の電極との間に配置される部分は、通常、シート状である。シート状のセパレータの例には、織布や不織布などの布状のセパレータが含まれる。
【００２２】
セパレータは、液体を通過させる一方で、液体に浸漬された状態において気泡の通過を抑制するセパレータであることが好ましい。そのようなセパレータの例には、布状のセパレータが含まれ、たとえば、親水性の布（織布、不織布、その他の布）からなるセパレータが含まれる。親水性の布の例には、綿からなる布や、親水性樹脂の繊維からなる布が含まれる。セパレータは、イオン交換能を有さない材料で形成される。すなわち、セパレータはイオン交換膜ではない。ガスの通過を抑制するセパレータを用いることによって、第１の電極で生成されたガスの気泡と第２の電極で生成されたガスの気泡とが混合されることを抑制できる。
【００２３】
ここで、以下の条件での電気分解を考える。
（１）下方から、第１の電極、セパレータ、および第２の電極がこの順に配置されている。それらは互いに平行であり且つ水平方向（液面の方向）に対して３０°傾いている。第１の電極、第２の電極、およびセパレータはそれぞれ、全体として平らな形状である。
（２）第１の電極の上方のすべてを覆うようにセパレータが配置されている。
（３）第１の電極、セパレータ、および第２の電極のすべてが水（たとえば水道水）の中に配置された状態で水を電気分解する。このとき、第１の電極がカソードとなるように電圧を印加する。
【００２４】
上記の条件で水を電気分解したときに、セパレータは、第１の電極で生成された水素ガスの気泡の５０体積％以上（たとえば、７０体積％〜１００体積％や、９０体積％〜１００体積％）を透過させないことが好ましい。ガスの透過性は、たとえば、セパレータの親水性、セパレータの面密度、目の粗さ、透気度などによって制御できる。セパレータの親水性が高いほどガスが透過しにくく、面密度が高いほどガスが透過しにくく、目が細かいほどガスが透過しにくい。
【００２５】
好ましい一例では、セパレータは、仕切りとなる部分のみに配置される。あるいは、セパレータは、第１の電極と第２の電極との間に配置されたシート状の第１のセパレータと、第１のセパレータとは異なるシート状の第２のセパレータとを含んでもよい。第１のセパレータと第２のセパレータとは、第２の電極を挟むように配置されてもよい。
【００２６】
電解槽を第１の槽と第２の槽とに仕切る仕切りは、セパレータを含む。仕切りは、セパレータのみで構成されてもよい。あるいは、仕切りは、セパレータ以外の部材を含んでもよい。たとえば、仕切りは、仕切り板とセパレータとを含んでもよい。仕切り板は、ガスおよび液体を通過させない板である。仕切り板は、通常、絶縁性の樹脂からなる。
【００２７】
第１の槽（水素ガスが生成される槽）において水性液体が流れる空間を狭くすることによって、第１の槽における流速を速くしてもよい。第１の槽における流速を速くすると、生成された水素ガスの気泡が電極から離れ易くなるため、水素ガスの気泡がより小さくなり、マイクロバブルとなり易い。この微小な気泡は、水性液体の流れに乗って装置の外部に放出される。装置の外部の水（たとえば浴槽中の水）に放出された微小な気泡は、サイズが小さいために、水中に長時間留まって水に溶解しやすい。そのため、溶存水素濃度が効率的に上昇する。
【００２８】
第１の槽における水性液体の流速を高めるために、第１の槽を薄くしてもよい。たとえば、第１の槽の厚さＤ（ｍｍ）を、第１の槽の長さＬ（ｍｍ）の０．２％〜１０％の範囲（たとえば０．５％〜５％の範囲）としてもよい。厚さＤおよび長さＬについては、図４に示す。
【００２９】
第１の槽の内容積Ｖ１（ｃｍ3）を、第２の槽の内容積Ｖ２（ｃｍ3）以下としてもよい。たとえば、内容積Ｖ１を、内容積Ｖ２の０．１〜１倍の範囲（一例では０．３〜０．９倍の範囲）としてもよい。
【００３０】
第１の電極と第２の電極とはセパレータを挟んで対向している。好ましい一例では、第１の電極と第２の電極とを結ぶすべての直線上にセパレータが存在している。好ましい一例では、第１の電極、セパレータ、および第２の電極が互いに平行に配置される。たとえば、これらは、上記の平面（Ｐ）と平行に配置されてもよい。第１の電極と第２の電極との間隔を狭くすることによって、両電極間の電圧降下を低減できる。第１の電極と第２の電極との間隔は、たとえば０．０５〜５ｍｍの範囲にあってもよく、０．１〜３ｍｍの範囲にあってもよい。
【００３１】
電極部は交換可能としてもよい。たとえば、電極部をユニット式として、電極部全体を簡単に交換できるようにしてもよい。その場合、ユニット化された電極部をケースにセットしたときに電極部の電気的接続が同時になされるように構成することが好ましい。電極部をユニット式とすることによって、電極の交換が容易になる。
【００３２】
ケースには、取水口と放水口とが形成されている。水性液体中のごみなどが電解槽に導入されることを抑制するため、取水口にはフィルタが配置されることが好ましい。フィルタの例には、ネット状のフィルタ、スポンジ状のフィルタ、活性炭フィルタ、およびこれらを組み合わせたフィルタが含まれる。
【００３３】
放水口から放出される水素ガスの気泡が取水口から取り込まれることを抑制するため、取水口と放水口とは離して形成されることが好ましい。ケース表面に沿って取水口と放水口とを最短距離で結んだときの長さＬｗは、３ｃｍ以上（たとえば５ｃｍ以上）であることが好ましい。この場合、取水口と放水口との間の直線距離が３ｃｍ未満であってもよい。長さＬｗの上限に限定はなく、たとえば２０ｃｍ以下であってもよい。
【００３４】
取水口と放水口とは、距離をおいて並ぶように配置されてもよい。あるいは、取水口と放水口とは、並ばないように配置されてもよい。たとえば、第１の面と第２の面とを含むケースを用いたときに、第１の面に取水口を配置し、第２の面に放水口を配置してもよい。この場合、第１の面が下面であり第２の面が上面であってもよい。
【００３５】
典型的には、本発明の装置は、取水口と第２の槽とを結ぶ流路を含まない。すなわち、取水口から取り込まれた水性液体は、第１の槽のみに接続された流路を介して第１の槽に供給される。第１の槽へ供給された水性液体の一部は、セパレータを通って第２の槽に供給される。しかし、取水口から取り込まれた水性液体は、主に第１の槽を流れる。
【００３６】
使用時における装置の好ましい向きが決まっている場合がある。以下で説明する方向および位置関係は、特に説明がない限り、本発明の装置を好ましい向きにおいたときの方向および位置関係である。本発明の装置を好ましい向きに配置した場合、以下の構成（１）が満たされることが好ましく、（１）および（２）の両方が満たされてもよい。
（１）下方から上方に向かって、第１の電極、セパレータ、および第２の電極がこの順に配置されている。すなわち、セパレータの下方に第１の電極が配置され、セパレータの上方に第２の電極が配置される。この場合、第１の槽は仕切りの下方に配置され、第２の槽は仕切りの上方に配置される。
（２）セパレータが延びる方向と水平方向（重力の方向に対して垂直な方向）とがなす角度Ｘ（鋭角）が、５〜４５°の範囲にある。
【００３７】
上記（１）の構成では、セパレータの下方にある第１の電極において水素ガスが生成され、セパレータの上方にある第２の電極において酸素ガスが生成される。上記（１）および（２）の構成では、第１の電極で生成された水素ガスが、傾いているセパレータに沿って第１の槽内を上昇する。
【００３８】
流路（Ｆ）は、第１の槽の一端と取水口とを結ぶ第１の流路、第１の槽、および第１の槽の他端と放水口とを結ぶ第２の流路を含んでもよく、それらによって構成されてもよい。第１の槽で生成された水素ガスは、水性液体と共に、流路（Ｆ）を通って放水口から放出される。
【００３９】
本発明の装置では、電気分解によって第２の電極で生成されたガスをケースの外部に放出するためのガス流路が、第２の槽に接続されていてもよい。このガス流路を、以下では「ガス流路（Ｇ）」という場合がある。第２の電極で生成された酸素ガスは、ガス流路（Ｇ）を通ってケースの外部に放出される。なお、第２の槽の一端がケースの表面で開放されている場合、その部分をガス流路（Ｇ）とみなすことが可能である。
【００４０】
ガス流路（Ｇ）の一端は第２の槽に接続され、他端（以下では「ガス放出口（ｇ）」という場合がある）はケースの外部に開放される。ガス流路（Ｇ）は、ケースの外部に突出する管を含んでもよい。その場合、ガス放出口（ｇ）は、ケースの表面から離れた位置に配置される。
【００４１】
ガス流路（Ｇ）を流れるガスおよび液体の流量を調整してもよい。たとえば、ガス流路（Ｇ）を細くすることによって、流量を小さくしてもよい。あるいは、流量を制御するための機構（コックなど）をガス流路（Ｇ）に設けてもよい。流量を小さくすることによって、ガス流路（Ｇ）から放出される液体の量を少なくできる。後述するように、第２の槽内の水性液体は電気分解によってｐＨが低下する。ガス流路（Ｇ）から放出される液体の量を少なくすることによって、ケースの外の水性液体のｐＨが低下することを抑制できる。この場合、第２の槽の水素イオン濃度を高く維持できる。その結果、電極間の電圧降下を抑制でき、効率よく電気分解することが可能である。
【００４２】
本発明の装置では、ガス流路（Ｇ）を通ってケースの外部に放出される流体（第２の電極で生成されたガスおよび第２の槽内の水性液体）の流量を調節するための流量調節器具がガス流路（Ｇ）に配置されていてもよい。流量調節器具の例には、公知の流量調節器具（たとえばコック）が含まれる。ガス流路（Ｇ）のガス放出口（ｇ）は、本発明の装置が投入された水性液体の外部の領域に配置されてもよい。すなわち、ガス流路（Ｇ）は、第２の電極で生成されたガスとともに第２の槽内の水性液体を、本発明の装置が投入された水性液体の外部の領域に放出するための流路であってもよい。たとえば、浴槽内の水に本発明の装置が投入された場合には、ガス放出口（ｇ）は、浴槽外に配置されてもよい。そうすることによって、第２の槽から放出される酸性水を、本発明の装置が投入された水性液体の外部に放出できる。
【００４３】
ガス放出口（ｇ）と放水口との間の距離が短い場合、ガス放出口（ｇ）から放出される酸素ガスの気泡によって放水口近傍の溶存水素濃度が低下する恐れがある。ガス放出口（ｇ）と放水口とを離すことが好ましい。ケース表面に沿ってガス放出口（ｇ）と放水口とを最短距離で結んだときの長さＬｇは、３ｃｍ以上（たとえば５ｃｍ以上）であることが好ましい。この場合、ガス放出口（ｇ）と放水口との間の直線距離が３ｃｍ未満であってもよい。長さＬｇの上限に限定はなく、たとえば２０ｃｍ以下であってもよい。
【００４４】
本発明の装置では、以下の（３）および／または（４）の構成を含んでもよい。本発明の装置は、好ましくは、上記（１）および（２）の構成に加えて、以下の（３）および／または（４）の構成をさらに含む。
（３）第１の槽の下方の一端に第１の流路が接続され、第１の槽の上方の他端に第２の流路が接続される。この構成によれば、第１の槽内を下方から上方に向かって水性液体が流れる。
（４）第２の槽の上方の一端にガス流路（Ｇ）が接続される。この場合、第２の槽の上方にガスを溜める空間が形成されていてもよい。この構成によれば、第２の電極で生成された酸素ガスが空間に溜められて放出される。
【００４５】
本発明の装置は、流路に配置されたポンプをさらに含んでもよい。ポンプは、第１の流路に設けられてもよい。ケースの外部に存在する水性液体が、ポンプによって、取水口から取り込まれ、第１の槽を通り、放水口から放出される。
【００４６】
本発明の装置は、放水口に着脱可能なチューブをさらに含んでもよい。放水口からは、水素水および水素ガスの気泡が放出される。放水口にチューブを接続することによって、放水口から放出された水性液体を、チューブを通して任意の場所に移動させることができる。たとえば、身体の特定の部位を、簡単に水素水にさらすことができる。
【００４７】
本発明の装置は、ケースとは別個に設けられた電池部をさらに含んでもよい。この電池部は、第１および第２の電極と電気コードによって接続されている。電池部と水素発生部（ケース）とを分離することによって、水素生成部（内部に電解槽が配置されたケース）の取り扱いが容易になる。
【００４８】
電池部は、電池が配置されるための空間（電池ボックス）であってもよいし、電池を含んでもよい。電池部には、一次電池や二次電池（リチウムイオン電池やニッケル水素電池など）が配置される。風呂等での使用を考慮し、電池部は通常、防水構造を有する。電池部は、必要とされる直流電圧を印加できるように構成される。
【００４９】
なお、電池部は、ケース（装置本体）と一体となるように配置されていてもよい。たとえば、電池部は、ケースの内部に配置されていてもよいし、ケースの外部に固定されていてもよい。
【００５０】
本発明の装置は、装置を使用していないときにケース（装置本体）を置くための台座を含んでもよい。そのような台座を用いることによって、ケース内部の水切りおよび乾燥が容易になる。
【００５１】
本発明の装置は、通常、電極部への直流電圧の供給をオン／オフするためのスイッチを含む。このスイッチは、電極部への直流電圧の印加方向を反転させることができるものであってもよい。電圧の印加方向を固定して電気分解を続けると、電極にスケールが堆積することがある。電圧の印加方向を一時的に反転させることによって、堆積したスケールを除去しやすくなる。
【００５２】
本発明の装置は、電極部が水性液体に浸漬されているかどうかを検知するセンサ（水センサ）を含んでもよい。電極部が水性液体に充分に浸漬されていない状態で電気分解を行うと、電気分解の効率が低下したり、電極部が劣化したりする恐れがある。そのため、電極部が水性液体に浸漬されていないことが水センサによって検知された場合には、電極部への電圧供給を停止してもよい。本発明の装置は、電圧印加を制御するコントローラを備えてもよい。コントローラは、様々な公知の装置で用いられているため、それらで用いられている技術を適用できる。一例のコントローラは、演算処理装置および記憶装置（演算処理装置と一体となっていてもよい）を含み、さらに入力装置、表示装置、その他の装置を含んでもよい。記憶装置には、所定の処理を行うためのプログラムが格納される。
【００５３】
電極部が水性液体に浸漬されていない場合や、電極部周囲の水性液体が少ない場合には、電極間の抵抗が高くなる。そのため、電極間に定電流を流す場合には、所定の電圧上昇を検知したときにその後の電圧印加を停止してもよい。あるいは、電極間に定電圧を印加する場合には、所定の電流減少を検知したときにその後の電圧印加を停止してもよい。
【００５４】
好ましい一例では、以下の（１）および（２）を満たす条件で水が電気分解される。換言すれば、本発明の装置の好ましい一例は、以下の（１）および（２）を満たす条件で水が電気分解されるように構成される。たとえば、本発明の装置は、以下の流速が満たされるように水性液体を送り出すポンプと、以下の電流密度が満たされるように電圧を印加する電源とを含んでもよく、ポンプおよび／または電源を制御するコントローラをさらに含んでもよい。以下の（１）および（２）を満たす条件で水を電気分解する場合、微小な水素ガスの気泡を多量に発生させることが可能となり、水性液体の溶存水素濃度を効率よく上昇させることが可能となる。以下の（１）および（２）で２つずつ例示している範囲は、任意の組み合わせ（全部で４通りの組み合わせ）で組み合わせることができる。
（１）第１の槽を流れる水性液体の流速が、２０ｍｍ／秒〜１０００ｍｍ／秒の範囲（たとえば４０ｍｍ／秒〜５００ｍｍ／秒の範囲）にある。
（２）電極間の電流密度が、２０ｍＡ／ｃｍ2〜３００ｍＡ／ｃｍ2の範囲（たとえば３０ｍＡ／ｃｍ2〜２００ｍＡ／ｃｍ2の範囲）にある。
【００５５】
本発明の装置の実施形態の例について、図面を参照しながら以下に説明する。なお、以下で説明する実施形態は本発明の一例であり、実施形態の各構成は、上述した他の構成に置き換えることができる。以下の説明において、同様の部分については同一の符号を付して重複する説明を省略する場合がある。また、以下の図では、パッキンや配線などの一部の部品の図示を省略する場合がある。以下では、水性液体として中性の水を用いる場合について説明しているが、水以外の水性液体を用いてもよい。
【００５６】
（実施形態１）
実施形態１では、本発明の水素ガス生成装置の一例について説明する。図１は、実施形態１の装置１０の構成を模式的に示す断面図である。以下では、図１の上方を上方と称し、図１の下方を下方と称する。図２は、装置１０を上方から見たときの図である。
【００５７】
装置１０は、ケース１０１、電解槽１１０、第１の電極１２１、第２の電極１２２、およびセパレータ１２３、流路１３０、ポンプ１３５、およびガス流路１４０を含む。電極１２１および１２２は、図示しない電気コード（配線）によって、ケース１０１とは別個の電源（図示せず）に接続されている。ケース１００の表面には、電圧の印加をオン／オフするためのスイッチ（図示せず）が設けられている。なお、電気コードの途中にスイッチを設けたり、電波によって電源のオン／オフをコントロールしたりしてもよい。
【００５８】
図１は、装置１０の使用状態において装置１０を好ましい向きに配置したときの状態を表す。すなわち、ケース１０１の上面１０１ｓｔが上方に配置され、ケース１０１の下面１０１ｓｂが下方に配置される。装置１０の好ましい使用状態の一例では、図１の向きにある装置１０が、浴槽等の底に配置される。この場合、下面１０１ｓｂは、水平方向と平行となる。
【００５９】
第１の電極１２１、第２の電極１２２、およびセパレータ１２３はそれぞれ、ほぼ平らな形状を有する。それらは、電解槽１１０内に配置されている。電解槽１１０は、仕切り１２５によって第１の槽１１１と第２の槽１１２とに仕切られている。仕切り１２５は、セパレータ１２３と仕切り板１２４とによって構成されている。第１の電極１２１と第２の電極１２２とは、セパレータ１２３を挟んで対向している。仕切り１２５の一例の平面図を図３に示す。仕切り板１２４は、窓部１２４ｗを有し、その窓部１２４ｗはセパレータ１２３によって覆われている。
【００６０】
電極１２１および１２２はそれぞれ、複数の金属ワイヤによって構成されたネット状の電極であってもよいし、エキスパンドメタルであってもよい。それらは、白金によってコートされたチタンで構成されていてもよい。セパレータ１２３は、上述した材料で形成されたシート状のセパレータであり、たとえば絶縁性の不織布である。セパレータ１２３は、液体は容易に通過させるが、液体中において気泡を通過させにくいセパレータである。
【００６１】
水の溶存水素濃度を高める際には、第１の電極１２１がカソードとなり第２の電極１２２がアノードとなるように両者の間に直流電圧を印加して水を電気分解する。この電気分解によって、第１の電極１２１において水素ガスおよび水酸化物イオンが生成され、第２の電極１２２において酸素ガスおよび水素イオンが生成される。
【００６２】
第１の槽１１１および第２の槽１１２はそれぞれ、セパレータ１２３（平面（Ｐ））に沿って延びる略直方体状の形状を有する。セパレータ１２３は、水平に対して傾いており、セパレータ１２３が延びる方向（平面（Ｐ））と水平とがなす角度Ｘは、上述した範囲にあってもよい。
【００６３】
ケース１０１には、取水口１０１ａと放水口１０１ｂとが形成されている。図１には、下面１０１ｓｂに取水口１０１ａが形成され、上面１０１ｓｔに放水口１０１ｂが形成されている一例を示しているが、本発明はその構成に限定されない。たとえば、取水口１０１ａおよび放水口１０１ｂは共に、上面１０１ｓｔに形成されてもよい。図１に示す例では、取水口１０１ａから水を取り込みやすくするために、ケース１０１の下面１０１ｓｂに足部が設けられている。図２に示すように、放水口１０１ｂは複数の孔で構成されていてもよい。
【００６４】
流路１３０は、第１の流路１３１と第２の流路１３２とを含む。第１の流路１３１には、流路１３０に水性液体を流すためのポンプ１３５が配置されている。ポンプ１３５は、図示しない電気コード（配線）によって図示しない電源に接続されている。取水口１０１ａと第１の槽１１１とは、第１の流路１３１で接続されている。取水口１０１ａの部分にはフィルタ１３６が配置されている。第１の槽１１１のうち下方の一端に第１の流路１３１が接続される。放水口１０１ｂと第１の槽１１１とは、第２の流路１３２で接続されている。第１の槽１１１のうち上方の一端に第２の流路１３２が接続される。
【００６５】
以上のように、第１の流路１３０は、第１の槽１１１を通って取水口１０１ａと放水口１０１ｂとを結ぶ。１つの観点では、第１の流路１３１、第１の槽１１１、および第２の流路１３２によって流路１３０が構成されている。装置１０を水に投入した状態でポンプ１３５を作動させることによって、水は、取水口１０１ａ、第１の流路１３１、第１の槽１１１、第２の流路１３２、および放水口１０１ｂの順に流れる。第１の槽１１１内の水は、セパレータ１２３を通って第２の槽１１２にも流れる。その結果、電解槽１１０内が水で満たされる。
【００６６】
電解槽１１０は、セパレータ１２３を含む仕切り１２５で仕切られている。第１の流路１３１および第２の流路１３２はそれぞれ、第１の槽１１１の下端および上端に接続されている。これらの構成によって、電解槽１１０内における水の流れは、第１の槽１１１内における流れが主となる。さらに、電解槽１１０は、水平に対して傾いているため、水は主に、第１の槽１１１内を、セパレータ１２３と平行に下方から上方に向かって流れる。以上のことから、第１の電極１２１で生成された水素ガスの気泡は、水流に乗って速やかに第２の流路１３２へと運ばれ、放水口１０１ｂから放出される。そのため、水素ガスは、微小なマイクロバブルの状態で放水口１０１ｂから放出されやすくなる。マイクロバブルは単位体積あたりの表面積が大きいため、マイクロバブルの状態で水素ガスを放出することによって、水の溶存水素濃度が上昇しやすくなる。
【００６７】
第１の槽１１１における水の流速を高めるために、第１の槽１１１を薄くしてもよい。たとえば、第１の槽１１１の厚さＤ（ｍｍ）と第１の槽１１１の長さＬ（ｍｍ）との比率を、上述した比率としてもよい。図４に示すように、厚さＤは、セパレータ１２３（平面（Ｐ））に垂直な方向における第１の槽１１１の内部の長さ（通常、セパレータ１２３の表面から第１の槽１１１の外壁までの長さ）である。長さＬは、水が流れる方向における第１の槽１１１の内部の長さである。
【００６８】
図１に示すように、第２の槽１１２の上方の部分には、ガス流路１４０の一端１４０ａが接続されている。ガス流路１４０の他端１４０ｂはケース１０１の表面で開放されており、ガス放出口（ｇ）として機能する。第２の電極１２２で生成された酸素ガスは、ガス流路１４０を通ってケース１０１の外部に放出される。このとき、酸素ガスと共に、第２の槽１１２内の水も排出される場合がある。すなわち、ガス流路１４０は、少なくともガスが通る流路であり、ガスと共に水が流れてもよい。
【００６９】
第２の電極１２２で生成された酸素ガスが第２の槽１１２内に蓄積されると、電気分解の効率が低下する場合がある。そのため、第２の槽１１２から酸素ガスが速やかに放出されるようにガス流路１４０が形成されることが好ましい。具体的には、ガス流路１４０の一端１４０ａは第２の槽１１２の上方の部分に接続されることが好ましく、ガス流路１４０の他端１４０ｂは、一端１４０ａよりも上方に配置されることが好ましい。なお、第２の電極１２２を第１の電極１２１の上方に配置することは、酸素ガスを速やかに放出できる点で好ましい。
【００７０】
上述したように、ガス流路１４０から水が放出されることを抑制してもよい。そのために、ガス流路１４０を流れる流体の流量を制御してもよい。たとえば、流量を制御するためのコックをガス流路１４０に設けてもよい。あるいは、ガス流路１４０を細くしてもよい。
【００７１】
水の電気分解を開始する際には、ポンプ１３５を作動させた後に水の電気分解を開始してもよい。そのように制御することによって、電極近傍に水素ガスおよび酸素ガスが滞留することを抑制できる。
【００７２】
水の電気分解を終了する際には、ポンプ１３５を停止した後に電圧印加を停止してもよい。そのように制御することによって、第２の槽１１２内の酸性水がセパレータ１２３を通って第１の槽１１１に流れ込み、第１の電極１２１に付着したスケールなどが溶解しやすくなる。
【００７３】
電気分解が終了した後は、ケース１０１内に残留した水を、取水口１０１ｂから放出できる。必要に応じて排液用の開口部をケース１０１に形成し、残留した水をその開口部から放出してもよい。
【００７４】
本発明の装置は、不使用時に装置本体（ケース）を保持するための台座を含んでもよい。そのような台座を図５に示す。図５の台座１５１は、ケース１０１を配置できる形状を有する。さらに、台座１５１は、ケース１０１を配置したときにケース１０１の下側に空間１５１ｓが確保される形状を有する。台座１５１は、ケース１０１を配置した状態で空間１５１ｓを大気が通過する形状を有する。このような形状を有する台座１５１を用いることによって、不使用時に、装置内部を乾燥しやすくなる。
【００７５】
酸素ガスが水に溶解して溶存酸素濃度が上昇すると、溶存水素濃度が低下する。そのため、水への酸素ガスの溶解を抑制することが好ましい。放出される酸素ガスの気泡を大きくすることによって、酸素ガスが水に溶解することを抑制できる。酸素ガスの気泡を大きくするために、ガス流路１４０の一端１４０ａと第２の槽１１２との接続部に、酸素ガスを溜めるための空間が形成されてもよい。そのような空間を備える電解槽の一例を図６に示す。図６の電解槽１１０は、ガス流路１４０の一端と第２の槽１１２との接続部に、空間１１２ｓを有する。空間１１２ｓは、第２の槽１１２の空間よりも厚くなっている。
【００７６】
第２の電極１２２で生成された酸素ガスは、空間１１２ｓに溜められ、さらにガス流路１４０へと流れる。空間１１２ｓによって、酸素ガスの気泡をより大きくできるとともに、水がガス流路１４０へ流れることを抑制できる。一方、水の電気分解によって第２の槽１１２内の水は酸性となる。そのため、第２の槽１１２内の水をガス流路１４０を通して意図的に外部（たとえば水が配置されている浴槽の外部）に放出することによって、第１の槽１１１から放出される水素水のｐＨを上昇させることができる。その結果、ケース１０１が投入されている水（たとえば浴槽内の湯）をアルカリ性にできる。この場合、ケース１０１が投入されている水を、アルカリ性の水であって且つ還元性の水（ＯＲＰが低い水）にすることが可能である。さらに、第２の槽１１２から外部に放出された酸性の水を必要に応じて薄めて、弱酸性のアストリンゼンとして使用することも可能である。
【００７７】
なお、図６に示す電解槽１１０は、凹部を有する樹脂板１１０ａおよび樹脂板１１０ｂを、仕切り板１２４を挟むように配置することによって形成されている。それらの樹脂板と仕切り板１２４との間は、パッキンによってシールされている。
【００７８】
本発明の水素ガス生成装置は、放水口１０１ｂに着脱可能なチューブをさらに含んでもよい。そのようなチューブが装着された水素ガス生成装置の一例を図７に示す。図７の水素ガス生成装置１０ａは、図１に示した水素ガス生成装置１０と比較して、チューブ１６１を含む点で異なる。チューブ１６１の一端１６１ａは、放水口１０１ｂの全体を覆うようにケース１０１に固定される。放水口１０１ｂの周囲には、一端１６１ａを着脱自在に固定する係止部（図示せず）が形成されている。必要に応じて、一端１６１ａには、ケース１０１の係止部と係合する係止部が形成される。
【００７９】
水の電気分解時には、チューブ１６１内を、水素ガスの気泡を含む水素水が流れる。チューブ１６１を用いることによって、水素水を所望の場所に供給できる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、水素ガス生成装置に利用できる。
【符号の説明】
【００８１】
１０  水素ガス生成装置
１０１  ケース
１１０  電解槽
１１１  第１の槽
１１２  第２の槽
１２１  第１の電極
１２２  第２の電極
１２３  セパレータ
１２５  仕切り
１３０  流路
１３１  第１の流路
１３２  第２の流路
１４０  ガス流路
１６１  チューブ
【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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【図６】
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【図７】
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