(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水口及び吐水口を各々設けた貯水タンクを含み、前記貯水タンク内に少なくとも一対の陰極と陽極を設ける微細気泡水素製造装置であって、一対の陰極と陽極間に透水性多孔質膜を隙間なく挟持し、前記透水性多孔質膜の前記陰極或いは前記陽極と対向する側面の面積が前記陰極或いは前記陽極の前記透水性多孔質膜と対向する側面の面積より小さく、前記透水性多孔質膜の厚みは５ｍｍより小さく、前記陽極は黒鉛、又は活性炭の炭素材料で構成された不活性電極を用いることを特徴とする微細気泡水素製造装置。
【請求項２】
前記透水性多孔質膜の透水孔径が、２ミリメートルより小さいか又は等しく、且つ１ナノメートルより大きいか又は等しいことを特徴とする請求項１に記載の微細気泡水素製造装置。
【請求項３】
前記陰極と前記陽極のいずれかの表面に開孔することを特徴とする請求項１に記載の微細気泡水素製造装置。
【請求項４】
前記透水性多孔質膜と前記陰極と前記陽極内の最小面積比が４：５〜３：５とすることを特徴とする請求項１に記載の微細気泡水素製造装置。
【請求項５】
前記陰極、陽極が、直流電源で給電することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の微細気泡水素製造装置。
【請求項６】
前記陰極は、円形のチタン基体に白金族金属酸化物を被覆して製造された不活性電極を用い、前記透水性多孔質膜は平均疎水孔径が０．０１〜０．０５マイクロメートルの円形平面限外ろ過膜を用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の微細気泡水素製造装置。
【請求項７】
前記透水性多孔質膜が、単層或いは多層とすることを特徴とする請求項１に記載の微細気泡水素製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解設備技術分野に属し、水素製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水電解による水素（及び酸素）製造は、幅広く応用されている。両電極間に直流電解電圧を印加して水を電気分解した時、陰極で水素、陽極で酸素が発生する。水電解による水素製造方法は、従来の無隔膜電解、有隔膜電解、ゼロギャップ電解、固体高分子電解質水電解の水素（酸素）製造技術等の様々な方法がある。現在水電解装置を通じて１ｍ３の水素を製造した際、実際の消費電力が約４．５〜５．５Ｋｗｈとなる。理論上、水電解による水素製造の効率は、約５０％であるが、実際の効率はこの理論値よりはるかに低いため（約２０〜３０％）、主に高純度水素の製造時に使用されている。
【０００３】
一方、水素豊富水はまた還元水でもあり、その酸化還元電位が非常に低く、マイナスであり、国内外の大量の科学研究成果により、水素が豊富な還元水を飲むと、人体内で発生している有害活性酸素を効果的に除去できるため、健康に有益であることが証明されている。
【０００４】
現在水素が豊富な還元水を製造する方法は、非常に多く、例えば、高圧により水素ガスをアルミ箔類の貯蔵容器内に注入することによる水素(ガス)が豊富な還元水であり、有隔膜又は無隔膜、２電極法或いは３電極法で水素豊富水を製造すること、多孔質の極性物質（例えば活性炭）を担体とし、水素を貯蔵してから水中でゆっくり放出する特殊な吸蔵法で水素豊富水を製造すること、また特定用途とする高濃度の水素豊富水（酸化還元電位が−５００ｍｖ以下で、溶存水素濃度が１０００ＰＰＢを上回る）等がある。
【０００５】
しかし、上記従来の水電解による水素の製造においては、同時に大量の酸素が発生し、水素発生量がなおも不足し、且つ気泡が比較的大きい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
よって、本発明が解決しようとする技術的課題は、大量の超微細気泡水素を生成でき、且つ酸素生成が比較的少ない装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記技術的課題を解決するため、本発明で提出した実施態様として、大量の超微細気泡水素製造装置であって、給水口及び吐水口を各々設けた貯水タンクを含み、前記貯水タンク内に少なくとも一対の陰極と陽極を設け、一対の陰極と陽極間に透水性多孔質膜を隙間なく挟持し、前記透水性多孔質膜の前記陰極或いは陽極と対向する側面の面積が前記陰極或いは陽極の透水性多孔質膜と対向する側面の面積より小さく、前記透水性多孔質膜の厚みは５ｍｍより小さい。
【０００８】
上記実施態様において、前記透水性多孔質膜も透水膜又は透水性分離膜と呼ばれ、水分子を透過できる隔膜を指し、その透水孔径がミリメートルスケールからナノスケールまでとし、日常水処理に使用され、例えば、限外ろ過膜（ＵＦ）、ナノろ過膜（ＮＦ）及び精密ろ過膜（ＭＦ）等の各種ろ過膜を包括する。
【０００９】
前記本発明の実施態様において、前記透水性多孔質膜の透水孔径が２ミリメートルより小さいか又は等しく、且つ１ナノメートルより大きいか又は等しいことが好ましい。
【００１０】
前記本発明の実施態様において、前記陰極と陽極のいずれかの表面に開孔することがより好ましい。
【００１１】
前記本発明の実施態様において、前記透水性多孔質膜と前記陰極と陽極内の最小面積比は４：５〜３：５とすることがさらに好ましい。
【００１２】
前記本発明の実施態様において、前記陰極、陽極が直流電源で給電することが好適である。
【００１３】
前記本発明の実施形態において、前記陰極は円形のチタン基体に白金族金属酸化物を被覆して製造された不活性電極を用い、前記陽極が黒鉛、活性炭等の炭素材料で製造された不活性電極を用い、前記透水性多孔質膜は平均疎水孔径が０．０１〜０．０５マイクロメートルの円形平面限外ろ過膜を用いることがより好適である。
【００１４】
前記本発明の実施形態において、前記透水性多孔質膜は単層或いは多層とすることがさらに好適である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る大量の超微細気泡水素製造装置の有益な効果は、水を電気分解する時、大量の水素を主とする超微細気泡を形成できる。該有益な効果の原理説明は、後記の具体的実施形態内の製造原理に関する分析を参照にする。
【００１６】
以下、添付図面を組み合わせて本発明に係る大量の超微細気泡水素製造装置に対し更に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例に係る大量の超微細気泡水素製造装置の構造を示す模式図である。
【図２】本発明の実施例に係る大量の超微細気泡水素製造装置の変形構造を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
＜実施例１＞
図１を参照すると、本実施例の大量の超微細気泡水素製造装置は、給水口５及び吐水口６を各々設けた貯水タンク１を含み、貯水タンク１が開放型タンクである。貯水タンク１内に一対の陰極２と陽極３を設け、前記一対の陰極２と陽極３間に透水性多孔質膜４が隙間なく挟持され、透水性多孔質膜４の陰極２或いは陽極３と対向する側面の面積が陰極２或いは陽極３の透水性多孔質膜４と対向する側面の面積より小さく、本実施例の透水性多孔質膜と陰極と陽極内の最小面積比が４：５（３：５もよい）とする。透水性多孔質膜４の厚さが４ｍｍ（一般的に５ｍｍより小さいこと）とする。透水性多孔質膜４の透水孔径が２ミリメートルより小さいか又は等しく、且つ１ナノメートルより大きいか又は等しい。
【００１９】
本実施例の陰極２は円形のチタン基体に白金族金属酸化物を被覆して製造された不活性電極を用い、陽極３は黒鉛、活性炭等の炭素材料で製造された不活性電極を用い、透水性多孔質膜４は平均疎水孔径が０．０１〜０．０５マイクロメートルの単層の円形平面限外ろ過膜を用いる。
【００２０】
本実施例の陰極２、陽極３は、直流電源で給電する。
【００２１】
本実施例の大量の超微細気泡水素製造装置の製造原理分析について、次の通り分析する。
【００２２】
１、透水性多孔質膜４の外縁側において、陰極２と陽極３間は無隔膜電解法を用い、陰極で水素、陽極で酸素が発生する。ただし、電極間の隙間が非常に小さいため、電解反応は一般的な状況より激しく、非常に小さな電解電圧で非常に大きな電解電流を発生できる。
【００２３】
２、開孔しない陰極、陽極内に隙間なく(ゼロギャップ)挟持される透水性多孔質膜４は、無数の微小な空隙で構成される薄型貯水立体空間を形成する。水分子が各微細孔の空間内に制限されて電気分解する。ゼロギャップ電解により、陰極２で水素ガス、陽極３で酸素ガスが発生する過程は進行しにくいため、イオン動態で微細孔の空間に蓄積、或いはまた結合して水に還元してから再度水素イオンと水酸化物イオンに電気分解する。このような繰り返しの結果、透水性多孔質膜の内部で激しく反応するプラズマ状態（気体状態、原子状態、イオン状態が共存）の環境を形成することにより、局部の圧力及び温度は上昇し、透水性多孔質膜４の外縁側と陰陽極間の空間に比べると、一定の圧力差、温度差が存在している。よって、微細孔の空間内に制限されて多態が共存する水酸化物イオン等は、透水性多孔質膜４の半径方向外側に向かって拡散し、透水性多孔質膜４の外縁と両電極間の空間の無隔膜電解反応内に加わる。
【００２４】
３、透水性多孔質膜４内に拡散イオンが加わることにより、透水性多孔質膜４の外縁と陰陽極間の空間の無隔膜電解反応がより激しくなる。水素の分子量が小さいため、激しい反応においてより容易に陰極で電子を得て水素になって溢れ出し、水の中での従来の電解方法より遥かに多い水素（気泡）を生成する。
【００２５】
４、陽極３の炭素材料自体の強烈な吸着作用により、水中で発生する酸素因子が大幅に減少することで、酸素生成も大幅に減少する。
【００２６】
以上の分析から分かるように、本実施例の大量の超微細気泡水素製造装置は、水の中で大量の水素を主とする超微細気泡を形成できる。
≪実施例２≫
【００２７】
図２に示すように、本実施例の大量の超微細気泡水素製造装置と実施例１の相違点は、１）陰極２と陽極３のいずれかの表面に開孔し、２）貯水タンク１を密閉型タンクとすることである。
【００２８】
本発明の大量の超微細気泡水素製造装置は、上記実施例に記載の具体的実施態様に限られるものではなく、例えば、１）陰極２及び陽極３が二対以上とすることでもよく、２）透水性隔膜４が２層又は多層の限外ろ過膜を積層してからなることでもよく、３）限外ろ過膜の形状が方形とすることでもよい等である。均等物による置換で形成した実施態様は、均しく本発明が請求する保護範囲に属する。
【図１】
0006303066.tif 000002
【図２】
0006303066.tif 000003