(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向して配置された陰極及び陽極、陰極及び陽極の間で陽極に接触させて配設された電解質膜、並びに陰極が配設される陰極室を備える電解槽と、陰極室に直接連通して陰極室に原水を連続的に流入させる原水経路と、陰極室に直接連通して陰極表面にて生成された水素を溶存する電解水素溶解水を電解槽から流出させる電解水吐出流路とを具備し、前記陰極を電解質膜と間隔をあけて配設し、陰極室内における陰極と電解質膜との間に、原水経路から電解水吐出流路へと向かう水の流路として流通経路を設けて成ることを特徴とする電解水素溶解水生成装置。
【請求項２】
流通経路の、陰極表面と直交する方向の幅方向の寸法を、１〜５ｍｍに形成して成ることを特徴とする請求項１に記載の電解水素溶解水生成装置。
【請求項３】
電解質膜と接触して配設される電極を、平板状電極にて形成して成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の電解水素溶解水生成装置。
【請求項４】
電解質膜と接触して配設される電極を、電解質膜に塗布された導電体、あるいはこの導電体と導電体に接合された金属材にて形成して成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電解水素溶解水生成装置。
【請求項５】
電解質膜と接触して配設される電極を、電解質膜にめっきにより形成された導電体、あるいはこの導電体と導電体に接合された金属材にて形成して成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電解水素溶解水生成装置。
【請求項６】
電解質膜と接触して配設される電極を、電解質膜に圧着された導電体、あるいはこの導電体と導電体に接合された金属材にて形成して成ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電解水素溶解水生成装置
【請求項７】
陰極と陽極の少なくとも一方を、少なくとも表面が白金にて形成された電極にて形成して成ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の電解水素溶解水生成装置。
【請求項８】
陰極における電流密度が、５Ａ／ｄｍ2以下となるように陽極と陰極との間に電圧を印加する電解槽を具備して成ることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の電解水素溶解水生成装置。
【請求項９】
陽極表面にて生成されるガスを電解槽の外部に排出する排出機構を具備して成ることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の電解水素溶解水生成装置。
【請求項１０】
陽極の電解質膜とは反対側に陽極室を設けて成ることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の電解水素溶解水生成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解により連続して溶存水素を含む電解水素溶解水を生成する電解水素溶解水生成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水の電解により電解水を生成する電解水生成装置として、特開昭５５−１８２２号公報等に開示されているようなものが提案されている。このような電解水生成装置では、電解質膜により陰極室と陽極室とに区画された電解槽を具備しており、陰極室には陰極が、陽極室には陽極が、それぞれ配設される。一般に原水とされる水道水はこのような電解槽の各電極室に導入され、電極間に電圧が印加されることにより原水中にイオン種、ガス成分、活性種等が生成されて、電解水が調製されるものであり、このような電解水を電解槽から吐出させて利用することができる。電解槽に対して原水を供給するにあたっては、原水を直接電解槽に供給する場合もあるが、活性炭等が充填されている吸着除去部や中空糸膜等が配設されている濾過部等を通過させることにより水中の不純物を除去した後に電解槽に供給するものもある。
【０００３】
このような電解水生成装置では、通常、電解槽における水の電気分解反応によって、陽極表面で水素イオン及び酸素が生成すると共に陰極表面では水酸化物イオン及び水素が発生し、その結果、陽極室では陽極水として水素イオンリッチな酸性の酸素溶存水が生成され、一方、陰極室では陰極水として水酸化物イオンリッチなアルカリ性の水素溶存水が生成されるものである。
【０００４】
電解槽に設けられる電解質膜は、主として不織布等の電気的に中性の膜が使用されるが、陽イオン交換膜、陰イオン交換膜等のように特定のイオン種の膜の通過を阻害するものも用いられる。中性の膜は水の電解により生じた水素イオン、水酸化物イオン等が水の拡散、水流等により混じってしまって所望の水質の電解水が得られなくなることを防止するために用いられ、イオン交換膜は陽イオン又は陰イオンの移動を阻止して所望の水質の電解水を更に効率良く得るために用いられる。
【０００５】
このような電解水は、従来はイオン種、特に水素イオンと水酸化物イオンの濃度、即ちｐＨに基づいて評価されていたが、近年では、例えば特開２０００−２１８２７０公報に開示されているように、電解水中に存在する溶存水素分子（以下、「溶存水素」という）に着目して、電解水中の溶存水素を過飽和度状態とすることにより電解水中に水素ガス粒子を生成させるようにしたものがあり、そのほかにも、陰極水中の溶存水素が陰極水の有効性発現の大きな要因であるとする考えが広まってきている。更には、飲用に供される陰極水は、通常は陽極水よりも利用頻度が高く、陰極水は陽極水よりも多量に生成することが必要とされるものであり、このため、溶存水素濃度が高い陰極水を多量に生成することができる電解水素溶解水生成装置が求められるようになってきている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電解水生成装置の陰極室にて生成される陰極水中の溶存水素濃度を上昇させるために電解槽における電解度合いを上昇させると、それに伴って陰極水中の水酸化物イオン濃度が上昇してしまう。ここで、アルカリイオン水の効能効果の研究（「アルカリイオン水の基礎臨床試験」  田代博一ら  機能水シンポジウム’９５京都大会予稿集ｐ．２０）によると、ｐＨ１０以上の水は飲用に適しないとされており、溶存水素濃度を上昇させるために電解度合いを上昇させると陰極水のｐＨが１０を超えて飲用に適さない値となってしまうおそれがあった。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、溶存水素濃度が高く、かつｐＨが過剰に上昇することがない電解水素溶解水を生成することができる電解水素溶解水生成装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電解水素溶解水生成装置は、対向して配置された陰極２及び陽極３、陰極２及び陽極３の間で陽極３に接触させて配設された電解質膜４、並びに陰極２が配設される陰極室５を備える電解槽１と、陰極室５に直接連通して陰極室５に原水を連続的に流入させる原水経路７と、陰極室５に直接連通して陰極２表面にて生成された水素を溶存する電解水素溶解水を電解槽１から流出させる電解水吐出流路８とを具備して成ることを特徴とするものである。
【０００９】
また、陰極２を電解質膜４と間隔をあけて配設し、陰極室５内における陰極２と電解質膜４との間に、原水経路７から電解水吐出流路８へと向かう水の流路として流通経路６を設けることを特徴とする。
このとき、流通経路６の、陰極２表面と直交する方向の幅方向の寸法を、１〜５ｍｍに形成することが好ましい。
【００１３】
また、電解質膜４と接触して配設される電極を、平板状電極にて形成することも好ましい。
【００１４】
また、電解質膜４と接触して配設される電極を、電解質膜４に塗布された導電体、あるいはこの導電体と導電体に接合された金属材にて形成することも好ましい。
【００１５】
また、電解質膜４と接触して配設される電極を、電解質膜４にめっきにより形成された導電体、あるいはこの導電体と導電体に接合された金属材にて形成することも好ましい。
【００１６】
また、電解質膜４と接触して配設される電極を、電解質膜４に圧着された導電体、あるいはこの導電体と導電体に接合された金属材にて形成することも好ましい。
【００１７】
また、陰極２と陽極３の一方又は双方を、少なくとも表面が白金にて形成された電極にて形成することが好ましい。
【００１８】
また、陰極２における電流密度が、５Ａ／ｄｍ2以下となるように陽極３と陰極２との間に電圧を印加する電解槽１を具備するものとすることも好ましい。
【００１９】
また、陽極３表面にて生成されるガスを電解槽１の外部に排出する排出機構を具備するようにすることも好ましい。
【００２０】
更に、陽極３の電解質膜４とは反対側に陽極室１２を設けるようにすることも好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１に示す電解水素溶解水生成装置では電解槽１には、電解槽１の内面に接する陰極２と陽極３とが互いに対向するように配設されており、この陰極２と陽極３との間には電解質膜４が配設されている。この電解質膜４は陽極３と接触して配設され、陰極２とは間隔をあけて対向している。これにより電解槽１内には電解質膜４の陰極２側に、陰極２が配設された陰極室５が形成され、この陰極室５内には、水が流通する流通経路６が陰極２と電解質膜４との間に形成される。
【００２２】
上記の電解質膜４は、少なくとも水分子、酸素分子及び水素イオンが透過可能なものが設けられるものであり、例えばデュポン社製の商品名「ナフィオン」等のカチオン交換膜を用いることができる。またガラス基材に水素イオン透過性を付与する処理を施したものなどのような、セラミック膜を用いることもできる。
【００２３】
電解槽１には、原水流路７が連通して接続されており、原水が、原水流路７を通じて電解槽１に供給されるようになっている。このとき原水流路７は陰極室５にのみ接続され、陰極室５のみに原水が供給されるようになっている。また電解槽１には陰極室５に電解水吐出流路８が接続されており、陰極室５にて生成された水素を溶存する電解水（電解水素溶解水）が電解水吐出流路８を通じて電解水素溶解水生成装置外に吐出されるようになっている。
【００２４】
このように構成される電解水素溶解水生成装置では、原水流路７の上流側から水道水、河川水、井戸水等の原水を電解槽１に連続的に供給すると共に陽極３と陰極２との間に電圧を印加すると、原水は原水流路７を通じて陰極室５に供給され、陰極室５内の流通経路６を流通する過程において電解により陰極室５にて電解水素溶解水が生成されて、電解水吐出流路８を通じて電解水素溶解水が電解水素溶解水生成装置外に吐出される。
【００２５】
このとき、電解槽１における電解過程において、陰極室５（流通経路６）内の水が電解質膜４を浸透して陽極３の表面に接触し、陽極３表面においては、次のような電気化学的反応によって水が分解される。
【００２６】
２Ｈ2Ｏ→４Ｈ+＋Ｏ2＋４ｅ-
また陰極室５の陰極２表面では、次のような電気化学的反応によって水が分解されて水素が発生する。
【００２７】
２Ｈ2Ｏ＋２ｅ-→Ｈ2＋２ＯＨ-
このような電気化学的反応が起こる結果、陰極室５内に発生する水素が水中に溶解して電解水素溶解水が生成される。また陰極室５では水酸化物イオンが生成するが、陽極２表面で生成された水素イオンが電解質膜４を通過して陰極室５内に導入されて、電解水素溶解水のｐＨの変動が抑制される。このため、電解度合いを上昇しても、電解水素溶解水のｐＨの上昇を抑制して、飲用に適しない程アルカリ度合いが増大することを防止することができ、電解水素溶解水中の溶存水素濃度を向上しても飲用に適したｐＨ値を有する電解水素溶解水を得ることができるものである。
【００２８】
ここで、上記の構成においては、電解質膜４と陽極３とを接触させて配設していることにより、電解質膜４と陽極３との間の液抵抗の発生を防いで、電解時における電力消費量を抑制することができ、また陽極３表面に生成された水素イオンを陰極室５内に速やかに導入することができるものである。
【００２９】
図２に示す電解水素溶解水生成装置の参考例では、電解槽１には、陰極２と陽極３とが互いに対向するように配設されており、この陰極２と陽極３との間には電解質膜４が配設されている。この電解質膜４は陽極３と陰極２とに接触して配設され、陽極３、電解質膜４、陰極２が順に積層した構造となっている。また、陽極３の電解質膜４とは反対側の面は電解槽１の内面に接するように形成されており、また陰極２の電解質膜４とは反対側には陰極室５が形成されている。この陰極室５内には、水が流通する流通経路６が、陰極２の電解質膜４とは反対側に形成される。
【００３０】
また、電解質膜４は陰極室５内の水と接するように形成されるものであり、例えば陰極２として電解質膜４側と陰極室５側とを連通する多数の細孔を有するものを用い、この細孔を介して電解質膜４と陰極室５内の水とが接するようにする。
【００３１】
電解槽１には、原水流路７が連通して接続されており、原水が、原水流路７を通じて電解槽１に供給されるようになっている。このとき原水流路７は陰極室５にのみ接続され、陰極室５のみに原水が供給されるようになっている。また電解槽１には陰極室５に電解水吐出流路８が接続されており、陰極室５にて生成された溶存水素を含む電解水（電解水素溶解水）が電解水吐出流路８を通じて電解水素溶解水生成装置外に吐出されるようになっている。
【００３２】
このように構成される電解水素溶解水生成装置では、原水流路７の上流側から水道水、河川水、井戸水等の原水を電解槽１に連続的に供給すると共に陽極３と陰極２との間に電圧を印加すると、原水は原水流路７を通じて陰極室５に供給され、陰極室５内の流通経路６を流通する過程において電解により陰極室５にて電解水素溶解水が生成されて、電解水吐出流路８を通じて電解水素溶解水が電解水素溶解水生成装置外に吐出される。
【００３３】
このとき、電解槽１における電解過程において、陰極室５（流通経路６）内の水が陰極２の細孔を介するなどして、電解質膜４を浸透して陽極３の表面に接触し、陽極３表面においては、次のような電気化学的反応によって水が分解される。
【００３４】
２Ｈ2Ｏ→４Ｈ+＋Ｏ2＋４ｅ-
この電気化学反応により生成した水素イオンは、正の電荷を有することから、電解質膜４内において陰極２側に移動し、陰極２表面で次のような電気化学的反応により水素が発生する。
【００３５】
２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2
このような電気化学的反応が起こる結果、陰極２の表面に生成された水素が水中に溶解すると共に陰極２の細孔を介するなどして陰極室５内に拡散し、電解水素溶解水が生成される。
【００３６】
このとき、陰極２と陽極３とが電解質膜４を介して積層されていることから、陽極３にて生成された水素イオンが速やかに陰極２の表面に導入されて、陰極２において上記のような水素生成反応が支配的に生じることになり、次のような水酸化物イオンの生成反応が抑制されて、電解水素溶解水のｐＨの上昇が抑制される。
【００３７】
２Ｈ2Ｏ＋２ｅ-→Ｈ2＋２ＯＨ-
このため、電解度合いを上昇しても、電解水素溶解水のｐＨの上昇を抑制して、飲用に適しない程アルカリ度合いが増大することを防止することができ、電解水素溶解水中の溶存水素濃度を向上しても飲用に適したｐＨ値を有する電解水素溶解水を得ることができるものである。
【００３８】
ここで、上記の構成においては、電解質膜４と陽極３とを接触させて配設していることにより、電解質膜４と陽極３との間の液抵抗の発生を防いで、電解時における電力消費量を抑制することができ、また陽極３表面に生成された水素イオンを陰極室５内に速やかに導入することができるものである。
【００３９】
図２に示す参考例のように、電解質膜４と陰極２とを接触させて配設する場合には、陰極２として、電解質膜４側と陰極室５側とを貫通する複数の細孔を有するものを用いることができる。このようにして形成された陰極２では、細孔を通じて陰極室５内の水が電解質膜４に供給され、これにより上記のような電気化学的反応が行われる。また、電解質膜４中で生成された水素をこの細孔を通じて陰極室５内に速やかに導入して拡散させることができるものである。
【００４０】
また、図１に示すように電解質膜４と陽極３とを接触して配設する場合の陽極３、あるいは図２に示すように陰極２及び陽極３を電解質膜４と接触して配設する場合の陰極２及び陽極３のうちの少なくとも一方を、平板状の電極にて形成することも好ましい。このように電解質膜４と接触する電極を平板状に形成することで、陰極２、陽極３の少なくとも一方と電解質膜４とから構成される積層構造の剛性を確保し、電解槽１内への電極の組み込みを容易にすると共に、電解過程における電気分解反応を安定に維持することができるものである。
【００４１】
このとき、陰極２を平板状に形成すると共に細孔を形成する場合には、陰極２は、メッシュ状に成形された金属等の導電体や、多孔質状の導電体にて形成することができ、例えば多孔質状の導電体としてはカーボン繊維からなる成形体や、カーボングラファイト、発泡金属、あるいは金属粉末や金属繊維を真空中で焼結して得られる多孔性金属成形体等を用いることができる。
【００４２】
また、図１に示すように電解質膜４と陽極３とを接触して配設し、あるいは図２に示すように電解質膜４と、陰極２及び陽極３とを接触して配設する場合には、電解質膜４に接触して配設される電極を、電解質膜４に導電体の塗膜を形成することにより設けることができる。このようにすれば、電解隔膜４と、これと接触して形成される電極との間に隙間が生じることを確実に防止することができ、電解質膜４と電極との間の液抵抗の発生を防いで、電解時における電力消費量を抑制することができる。このときは例えばＰｔ系、Ｉｒ系、Ｒｕ系、Ｎｉ系等の金属又は合金の粉体と、樹脂粉末、水等を混合した溶液を、電解質膜４の表面に塗布した後に乾燥することにより電解質膜４の表面に導電体の塗膜を形成することができる。また上記のような溶液をまず樹脂シートの表面に塗布して乾燥させることにより塗膜を形成した後、この塗膜の表面に電解質膜４の材料の溶液を塗布して乾燥させることにより、導電体の塗膜の表面に電解質膜４を成形することもできる。また、このとき電解質膜４に形成された導電体の塗膜に更に金属材を接合することにより、この導電体と金属材にて陽極３あるいは陰極２を構成することもできる。金属材を接合するにあたっては、導電体の塗膜の表面に金属材を接触させて配置することができ、また塗膜と金属材とをリード線にて接合しても良い。この金属材は、例えば白金めっきを施したニッケル材、チタン材等で形成することができる。
【００４３】
また、電解質膜４の表面に、めっきにて導電体の被膜を形成することにより陽極３あるは陰極２を形成することもできる。このようにすれば、電解隔膜４と、これと接触して形成される電極との間に隙間が生じることを確実に防止することができ、電解質膜４と電極との間の液抵抗の発生を防いで、電解時における電力消費量を抑制することができる。この導電性被膜は、Ｐｔ系、Ｉｒ系、Ｒｕ系、Ｎｉ系等の金属又は合金のめっきにて形成することができる。めっきは無電解めっきにて行うことができる。これは金属イオンを素地表面で還元剤により還元析出させて導電体の被膜を形成するものである。還元剤としては、水素化ホウ素ナトリウム、ヒドラジン等を用いることができる。無電解めっきを行うにあたっては、例えば予め電解質膜４自体に金属イオンを吸着させた上で、還元剤を含む液中に浸漬することにより膜表面で還元析出させる方法や、電解質膜４の片面を還元剤と接触させておき、反対面から金属イオンを染み込ませて還元剤との接触面で還元析出させる方法などがある。また、このとき電解質膜４に形成された導電体の被膜に更に金属材を接合することにより、この導電体の被膜と金属材にて陽極３を構成することもできる。金属材を接合するにあたっては、導電性被膜の表面に金属材を接触させて配置することができ、また導電体の被膜と金属材とをリード線にて接合しても良い。この金属材は、例えば白金めっきを施したニッケル材、チタン材等にて形成することができる。
【００４４】
また、電解質膜４の表面に、導電体を圧着させることにより、陽極３あるは陰極２を形成することもできる。このようにすれば、電解隔膜４と、これと接触して形成される電極との間に隙間が生じることを確実に防止することができ、電解質膜４と電極との間の液抵抗の発生を防いで、電解時における電力消費量を抑制することができる。この導電体としては、Ｐｔ系、Ｉｒ系、Ｒｕ系、Ｎｉ系等の金属又は合金から形成されるものを用いることができ、例えばこれらの金属又は合金からなるシート状の導電体の層を、デュポン社製の商品名「ナフィオン」等の電解質膜４と積層し、加熱圧着することにより電解質膜４と導電体とを接触して設けることができる。また、このとき電解質膜４に形成された導電体に更に金属材を接合することにより、この導電体と金属材にて陽極３を構成することもできる。金属材を接合するにあたっては、導電体の表面に金属材を接触させて配置することができ、また導電体と金属材とをリード線にて接合しても良い。特に導電体の表面に金属材を接触させて接合すると、電解質膜４と電極からなる積層構造の剛性を確保し、電解槽１内への電極の組み込みを容易にすると共に、電解過程における電気分解反応を安定に維持することができるものである。この金属材は、例えば白金めっきを施したニッケル材、チタン材等にて形成することができる。
【００４５】
上記のようにして電極を導電体あるいは導電体と金属材にて形成するにあたり、特に図２に示すように電解質膜４と陰極２とを接触して配設すると共に陰極２に細孔を形成する場合には、陰極２を構成する導電体に細孔を形成することができる。
【００４６】
例えば、めっき被膜からなる導電体により陰極２を形成する場合に、この陰極２に細孔を形成する場合には、例えば導電体形成前の電解質膜４の表面にサンドブラスト処理を施して凹凸を形成することにより、電解質膜４の凸部においてめっき被膜に亀裂を生じさせて、この亀裂にて細孔を形成することができる。まためっき浴温度等のめっき条件を調整することにより、形成されるめっき被膜に亀裂を生じさせて、この亀裂にて細孔を形成することもできる。まためっき浴中に、特定の溶剤にて溶解する高分子や無機物質等の可溶性物質を混入させることにより、めっき被膜中にこの可溶性物質を混入させ、得られためっき被膜を前記特定の溶剤にて処理することにより可溶性物質を溶解除去することにより、細孔を形成することもできる。
【００４７】
また、このように導電体に細孔を形成したものの表面に、更に金属材を接合して陰極２を形成する場合には、例えば格子状に形成された金属材を用いるなどして、導電体の細孔が外部に露出するようにするものである。
【００４８】
また、電解隔膜４と接触して配設される陰極２に細孔を形成するにあたっては、その細孔の直径を１０ｎｍ〜１ｍｍの範囲とすることにより、電解効率を確保すると共に電解水素溶解水中における溶存水素の溶解量を増大させることができる。
【００４９】
すなわち、図２に示すように電解質膜４と陰極２とを接触させて配設すると共に陰極２に細孔を設けた場合、陰極２の電解質膜４側で生成された水素は細孔を通じて陰極室５に導入されるものであり、このとき図３に示すように水素が水中に溶解せずに気泡９が発生した場合、この気泡９の直径は陰極２の細孔の直径に大きく依存する。
【００５０】
ここで、Ｙｏｕｎｇ−Ｌａｐｌａｃｅ式によると、
ｐ″−ｐ′＝２γ／ｒ
（ｐ″：気泡の内部圧力、ｐ′：気泡の外部圧力、γ：溶媒の表面張力、ｒ：気泡の半径）
すなわち、気泡９の水中での内部圧力はその径に依存することとなる。このとき気泡９の直径が１０ｎｍであると内部圧力は約２８８ａｔｍとなり、直径が１ｍｍであると内部圧力は１ａｔｍとなる。このように気泡９の直径が小さくなるとその内部圧力が大きくなり、気泡９を構成する水素ガスが水中に溶解しやすくなって電解水素溶解水中の溶存水素濃度が向上し、これに対して気泡９の直径が大きくなって直径が１ｍｍを超えるとその内部圧力と水圧との差がなくなり、気泡９を構成する水素ガスが水中に溶解しにくくなる。このため、気泡９を構成する水素ガスの溶解を確保するために、細孔から導出される気泡９の直径を１ｍｍ以下とすることが好ましいものであり、そのために陰極２に形成される細孔の直径を１ｍｍ以下とすることが好ましいものである。また細孔の直径を小さくするほど水素ガスの気泡９の直径を小さくして水素ガスの溶解を促進できるが、細孔から導出する気泡の直径があまりにも小さくなって内部圧力が大きくなりすぎると、気泡を陰極室５内に押し出すために必要とされる圧力が大きくなって気泡を陰極室５内に導出させることが困難となり、また細孔が小さすぎると電解質膜４と陰極室４との間の水の流通が確保しにくくなって電解効率が低下するおそれがあるので、細孔の直径は１０ｎｍ以上とすることが好ましいものである。
【００５１】
上記のように電解槽１に配設される陰極２や陽極３等の電極は、白金等の不活性金属（不溶性金属）にて構成することが好ましい。特に陽極３は電解時に酸化反応が生じるために、陽極３を構成する金属が鉄やＳＵＳ等である場合には酸化されて金属イオンが生成し、電解水素溶解水中にこの金属イオンが混入するおそれがあるが、陽極３を白金等の不活性金属にて構成すると、このような金属イオンの発生が防止される。また、原水として水道水、河川水、井戸水等を用いて電解を行う場合には、スケール防止等のために陰極２と陽極３との間に逆電圧を印加する場合があるため、陰極２も白金等の不活性金属で構成することが好ましい。このように電極を白金にて形成する場合は、必ずしも電極全体を白金で形成する必要はないが、少なくとも外部に露出する表面を白金にて形成するものである。
【００５２】
また、図１に示すように流通経路６を陰極室５内における陰極２と電解質膜４との間に形成する場合は、この流通経路６の、水流方向と直交する面における、陰極表面と直交する方向の幅方向の寸法を、１〜５ｍｍに形成することが好ましい。
【００５３】
詳しく説明すると、陰極２における電気化学的反応で生成される水素は、陰極２から陰極室５内の流通経路６に向けて供給されるが、この水素分子のなかには、陰極２から生成された後に速やかに水中に溶解して流通経路６内に拡散するものと、陰極２の表面に気泡核を形成して付着し、陰極２からの水素分子の供給を受けて気泡が成長した後に陰極２から脱離して流通経路６内に拡散するものとがある。
【００５４】
このとき、流通経路６における、水流方向と直交する面の面積が大きい場合には、図４（ａ）に示すように流通経路６における水の流速が遅くなって、水素ガスからなる気泡９が陰極２の表面から脱離しにくくなり、図４（ｂ）に示すように気泡９が大きく成長してしまってから流通経路６内に拡散することとなる。気泡９の状態で流通経路６内に拡散する水素は、既述のように気泡９の直径が大きくなると水中に溶解しにくくなるため、このように水流方向と直交する面の面積が大きい場合には水中に溶解する水素が少なくなってしまう。
【００５５】
これに対して、図５に示すように、水流方向と直交する面における、陰極表面と直交する方向の幅方向の寸法を小さくして、その寸法を１〜５ｍｍに形成すると、流通経路６内における水の流速が十分な速さに維持されて、陰極２の表面に付着した水素ガスの気泡９が成長しすぎる前に気泡を水流内に取り込んで陰極２の表面から脱離させることができる。このため、気泡９を構成する水素ガスを速やかに水中に溶解させることができ、電解水素溶解水中の水素濃度を向上することができる。
【００５６】
また、図２に示すように流通経路６を陰極室５における陰極２の電解質膜４とは反対側に形成する場合にも、この流通経路６の、水流方向と直交する面における、陰極表面と直交する方向の幅方向の寸法を、１〜５ｍｍに形成することが好ましい。
【００５７】
詳しく説明すると、図２に示す場合も、図１に示す場合と同様に、陰極２における電気化学的反応で生成される水素は、陰極２から陰極室５内の流通経路６に向けて供給されるが、この水素分子のなかには、陰極２から生成された後に速やかに水中に溶解して流通経路６内に拡散するものと、陰極２の表面に気泡核を形成して付着し、陰極２からの水素分子の供給を受けて気泡が成長した後に陰極２から脱離して流通経路６内に拡散するものとがある。
【００５８】
このとき、流通経路６における、水流方向と直交する面の面積が大きい場合には、図６に示すように流通経路６における水の流速が遅くなって、水素ガスからなる気泡９が陰極２の表面から脱離しにくくなり、気泡９が大きく成長してしまってから流通経路６内に拡散することとなる。気泡９の状態で流通経路６内に拡散する水素は、既述のように気泡９の直径が大きくなると水中に溶解しにくくなるため、このように水流方向と直交する面の面積が大きい場合には水中に溶解する水素が少なくなってしまう。
【００５９】
これに対して、図７に示すように、水流方向と直交する面における、陰極表面と直交する方向の幅方向の寸法を小さくして、その寸法を１〜５ｍｍに形成すると、流通経路６内における水の流速が十分な速さに維持されて、陰極２の表面に付着した水素ガスの気泡９が成長しすぎる前に気泡を水流内に取り込んで陰極２の表面から脱離させることができる。このため、気泡９を構成する水素ガスを速やかに水中に溶解させることができ、電解水素溶解水中の水素濃度を向上することができる。
【００６０】
尚、上記のような場合においては、流通経路６内における水の流速は、電解槽１に供給される原水の供給量にも依存するものではあるが、電解水素溶解水を効率良く形成するためには、電解槽１に供給される原水の供給量を１〜４Ｌ／分の範囲とするものであり、このような原水の供給量においては、流通経路６の、水流方向と直交する面における、陰極表面と直交する方向の幅方向の寸法を１〜５ｍｍの範囲とすると、流通経路６において十分な水の流速が確保できるものである。またこのように流通経路６における十分な水の流速を確保するためには、流通経路６の、水流方向と直交する面における、陰極２表面と平行な方向の寸法を１〜１０ｃｍの範囲に形成することが好ましい。
【００６１】
また、陰極２と陽極３間に電圧を印加して電解を行う際には、陰極２の表面における電解電流密度を５Ａ／ｄｍ2以下となるようにすることが好ましい。電解電流密度が大きくなると、陰極２における水素生成量は増大するが、図１０に示すように、生成する水素全体に対する、水中に溶解する水素の割合は逆に減少すると共に、気泡として水中に混入する水素の割合が増大してしまう。尚、図１０における横軸は電解電流密度を示し、縦軸は、単位時間あたりに生成される水素全体に対する、水中に溶解する水素及び気泡として水中に混入する水素の比率（ｍｏｌ基準）を示す。また■は気泡として水中に混入する水素についての結果を示し、◇は水中に溶解する水素についての結果を示す。
【００６２】
この結果から明らかなように、電解電流密度が５Ａ／ｄｍ2を超えると、水中に溶解する水素の比率は０．１未満となってしまい、電解に要する消費電力に対する水中への水素の溶解効率が低下し、電解水素溶解水の生成効率が低下してしまう。これに対して、上記のように電解電流密度を５Ａ／ｄｍ2以下となるように電解槽１を形成すると、電解時に生成する水素全体に対する、水中に溶解する水素の割合が低下しすぎないようにして、電解水素溶解水の生成効率を十分な程度に維持することができるものである。
【００６３】
また、電解電流密度の下限は特に制限はされないが、電解電流密度があまりにも小さくなると、電解水素溶解水中に所望の濃度で水素を溶解させるために必要とされる陰極面積が大きくなりすぎて装置が大型化してしまうため、陰極２の表面における電解時の電流密度を０．１Ａ／ｄｍ2以上となるようにすることが好ましい。
【００６４】
また、上記のような各実施形態においては、陽極３にて発生する酸素を電解槽１から排出するための酸素排出機構を設けることが好ましい。
【００６５】
詳しく説明すると、図１，２にも示すように陽極３における水の分解過程においては、水素イオンと同時に酸素が生成し、酸素排出機構が設けられていない場合には、図１（ｂ）あるいは図２（ｂ）に示すように、酸素は電解水素溶解水中に混入される。このとき酸素が気泡となって電極表面に付着すると、電解効率が低下してしまうものである。これに対して、酸素排出機構を設けると、電極表面における酸素の気泡の付着を防止し、電解効率を維持することができる。
【００６６】
例えば図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すものは、それぞれ図１、２に示す実施形態において酸素排出機構を設けたものを示すものであり、陽極３は、陰極２を電解質膜４に接触させると共に細孔を設ける場合と同様にして、複数の細孔が形成され、このような陽極３が電解質膜４の外面に接触して配置されている。
【００６７】
また電解槽１にはガス収容槽１２が連設されており、陽極３は、電解質膜４とは反対側の面が電解槽１の外面におけるガス収容槽１２内に露出している。このガス収容槽１２には、ガス排気管１１が接続されている。
【００６８】
このように構成される電解水素溶解水生成装置では、電解過程において陽極３にて生成された酸素が陽極３表面で気泡となっても、細孔を有する陽極３の内部を通じてガス収容槽１２に導入されると共にガス排気管１１から排気されることとなり、陽極３に酸素の気泡が付着して電解効率が低下することを防ぐことができるものである。
【００６９】
上記の各実施形態及び参考例においては、陽極２は電解槽１に供給された水が流通する流通経路６と電解質膜４を介して隔てられており、陽極２は電解質膜４と接する面のみが電気化学系を構成するものであって、陽極２の電解質膜４とは反対側には水が供給されないものであり、このため、陽極２側では電解水が生成されず、原水は全て電解により陰極室５内で電解水素溶解水として調製することができる。
【００７０】
また、陽極２の電解質膜４とは反対側に、陽極室１２を設けることもできる。例えば図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すものは、それぞれ図１、２に示す実施形態において陽極室１２を設けたものを示すものであり、陽極３は、陰極２を電解質膜４に接触させると共に細孔を設ける場合と同様にして、複数の細孔が形成され、このような陽極３が電解質膜４の外面に接触して配置されている。陽極室１２は、この陽極２の電解質膜４とは反対側に設けられており、陽極３は、電解質膜４とは反対側の面が陽極室１２内に露出している。この陽極室１２には、原水流路７から分岐した分岐流路１３が接続されており、また吐出流路１４が接続されている。この分岐流路１３は流路断面積は、原水流路７によりも小さく形成されており、陰極室５に供給される原水よりも陽極室１２に供給される原水の方が、供給量が少なくなるようになっている。
【００７１】
このように形成される電解水素溶解水生成装置では、電解により陰極室５にて電解水素溶解水を生成する過程において、陽極室１２が原水にて満たされ、この原水が陽極３の細孔を通じて電解質膜５に供給される。このため、電解質膜５には陽極室１２側と陰極室５側の両面から水が供給されることとなり、電解質膜４の付近における電気化学反応が促進されることとなる。特に図９（ｂ）に示すように陰極２を電解隔膜４に接触させて配設する場合には、電解隔膜４はその両面が陰極２と陽極３とによって閉塞されて水と直接接することがないので、陰極２と陽極３のそれぞれの細孔を通じて電解隔膜４に水が供給されるようにすることにより、電解効率が著しく向上するものである。
【００７２】
【発明の効果】
上記のように本発明に係る電解水素溶解水生成装置は、対向して配置された陰極及び陽極、陰極及び陽極の間で陽極に接触させて配設された電解質膜、並びに陰極が配設される陰極室を備える電解槽と、陰極室に直接連通して陰極室に原水を連続的に流入させる原水経路と、陰極室に直接連通して陰極表面にて生成された水素を溶存する電解水素溶解水を電解槽から流出させる電解水吐出流路とを具備するため、電解により陰極室内に発生する水素が水中に溶解して電解水素溶解水を生成することができ、このとき電解水素溶解水のｐＨの変動が抑制されて、電解度合いを上昇しても、電解水素溶解水のｐＨの上昇を抑制することができて、飲用に適しない程アルカリ度合いが増大することを防止することができるものであり、電解水素溶解水中の溶存水素濃度を向上しても飲用に適したｐＨ値を有する電解水素溶解水を得ることができるものである。
【００７３】
また、陰極を電解質膜と間隔をあけて配設し、陰極室内における陰極と電解質膜との間に、原水経路から電解水吐出流路へと向かう水の流路として流通経路を設けると、電解槽における電解過程において、陰極室内の水が電解質膜を浸透して陽極の表面に接触して、陽極表面で２Ｈ2Ｏ→４Ｈ+＋Ｏ2＋４ｅ-の反応が生じると共に、陰極表面では、２Ｈ2Ｏ＋２ｅ-→Ｈ2＋２ＯＨ-の反応が生じ、この結果、陰極室内に発生する水素が水中に溶解して電解水素溶解水が生成され、また、陽極表面で生成された水素イオンが電解質膜４を通過して陰極室５内に導入されて、陰極室中の水酸化物イオンと結びつくことにより、電解水素溶解水のｐＨの変動が抑制されるものである。
【００７４】
またこのとき、流通経路の、陰極表面と直交する方向の幅方向の寸法を、１〜５ｍｍに形成すると、流通経路内における水の流速が十分な速さに維持されて、陰極の表面に付着した水素ガスの気泡が成長しすぎる前に気泡を水流内に取り込んで陰極の表面から脱離させることができ、気泡を構成する水素ガスを速やかに水中に溶解させることができて、電解水素溶解水中の水素濃度を向上することができるものである。
【００７９】
また、電解質膜と接触して配設される電極を、平板状電極にて形成すると、電極と電解質膜とから構成される積層構造の剛性を確保し、電解槽内への電極の組み込みを容易にすると共に、電解過程における電気分解反応を安定に維持することができるものである。
【００８０】
また、電解質膜と接触して配設される電極を、電解質膜に塗布された導電体、あるいはこの導電体と導電体に接合された金属材にて形成することも好ましい。
【００８１】
また、電解質膜と接触して配設される電極を、電解質膜にめっきにより形成された導電体、あるいはこの導電体と導電体に接合された金属材にて形成すると、電極と電解質膜との間における隙間の発生を防止して電解質膜と電極との間の液抵抗の発生を防止し、電解時における電力消費量を抑制することができるものである。
【００８２】
また、電解質膜と接触して配設される電極を、電解質膜に圧着された導電体、あるいはこの導電体と導電体に接合された金属材にて形成すると、電極と電解質膜との間における隙間の発生を防止して電解質膜と電極との間の液抵抗の発生を防止し、電解時における電力消費量を抑制することができるものである。
【００８３】
また、陰極と陽極の一方又は双方を、少なくとも表面が白金にて形成された電極にて形成すると、電極を構成する金属イオンが電解水素溶解水中に混入することを防止することができるものである。
【００８４】
また、陰極における電流密度が、５Ａ／ｄｍ2以下となるように陽極と陰極との間に電圧を印加する電解槽を具備すると、電解時に生成する水素全体に対する、水中に溶解する水素の割合が低下しすぎないようにして、電解水素溶解水の生成効率を十分な程度に維持することができるものである。
【００８５】
また、陽極表面にて生成されるガスを電解槽の外部に排出する排出機構を具備すると、陽極に酸素の気泡が付着して電解効率が低下することを防ぐことができるものである。
【００８６】
更に、陽極の電解質膜とは反対側に陽極室を設けるようにすると、電解隔膜に陽極側から水を供給することができ、電解効率を向上することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （ａ）は本発明の実施の形態の一例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ部分の拡大図である。
【図２】  （ａ）は本発明の参考例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ部分の拡大図である。
【図３】  図２に示す参考例の動作を説明する一部の断面図である。
【図４】  （ａ）（ｂ）は、流通経路における水の流速と、水素ガスからなる気泡の生成との関係を示す断面図である。
【図５】  本発明の実施の形態の更に他例を示す断面図である。
【図６】  流通経路における水の流速と、水素ガスからなる気泡の生成との関係を示す断面図である。
【図７】  本発明の参考例の更に他例を示す断面図である。
【図８】  （ａ）は本発明の実施の形態の更に他例を、（ｂ）は参考例の更に他例をそれぞれ示す断面図である。
【図９】  （ａ）は本発明の実施の形態の更に他例を、（ｂ）は参考例の更に他例をそれぞれ示す断面図である。
【図１０】  電解時の陰極表面における電流密度と、陰極で発生する水素の総量に対する、水中に溶解する水素及び気泡として水中に混入する水素の比率を示すグラフである。
【符号の説明】
１  電解槽
２  陰極
３  陽極
４  電解質膜
５  陰極室
６  流通経路
７  原水経路
８  電解水吐出流路
１２  陽極室
【図１】
0003888183.tif 000002
【図２】
0003888183.tif 000003
【図３】
0003888183.tif 000004
【図４】
0003888183.tif 000005
【図５】
0003888183.tif 000006
【図６】
0003888183.tif 000007
【図７】
0003888183.tif 000008
【図８】
0003888183.tif 000009
【図９】
0003888183.tif 000010
【図１０】
0003888183.tif 000011