(57)【要約】【課題】溶存水素濃度をその場で容易に確認でき、安価に製造することが可能な水素水生成装置を提供する。【解決手段】同一材料による陽極及び陰極を用いた無隔膜の電気分解により水から水素水を生成する水素水生成装置は、電気分解終了後に陽極及び陰極間を第１の所定時間の間短絡させる短絡手段と、この短絡手段による短絡を終了して第２の所定時間経過した後、これら陽極及び陰極間に挿入接続された所定抵抗値の抵抗の端子間電圧を計測する電圧計測手段と、電圧計測手段から得られた計測値を演算して溶存水素濃度を求める演算手段とを備えている。【選択図】図１
2016049517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一材料による陽極及び陰極を用いた無隔膜の電気分解により水から水素水を生成する水素水生成装置であって、電気分解終了後に前記陽極及び前記陰極間を第１の所定時間の間短絡させる短絡手段と、該短絡手段による短絡を終了して第２の所定時間経過した後、前記陽極及び前記陰極間に挿入接続された所定抵抗値の抵抗の端子間電圧を計測する電圧計測手段と、該電圧計測手段から得られた計測値を演算して溶存水素濃度を求める演算手段とを備えていることを特徴とする水素水生成装置。
【請求項２】
前記第１の所定時間が１５〜６０秒であることを特徴とする請求項１に記載の水素水生成装置。
【請求項３】
前記所定抵抗値が１〜１００ｋΩであることを特徴とする請求項１又は２に記載の水素水生成装置。
【請求項４】
前記第２の所定時間が３０〜２４０秒であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の水素水生成装置。
【請求項５】
同一材料による陽極及び陰極を用いた無隔膜の電気分解により水から水素水を生成する水素水生成装置であって、電気分解終了後に前記陽極及び前記陰極間を第１の所定時間の間短絡させる短絡手段と、該短絡手段による短絡を終了して第２の所定時間経過した後、前記陽極及び前記陰極間に挿入接続された所定抵抗値の抵抗の端子間電圧を計測する第１の電圧計測手段と、該第１の電圧計測手段の計測から第３の所定時間経過した後、前記抵抗の端子間電圧を計測する第２の電圧計測手段と、前記第１の電圧計測手段から得られた第１の計測値及び前記第２の電圧計測手段から得られた第２の計測値間の差を演算して溶存水素濃度を求める演算手段とを備えていることを特徴とする水素水生成装置。
【請求項６】
前記第１の所定時間が１５〜６０秒であることを特徴とする請求項５に記載の水素水生成装置。
【請求項７】
前記所定抵抗値が１〜１００ｋΩであることを特徴とする請求項５又は６に記載の水素水生成装置。
【請求項８】
前記第２の所定時間が３０〜１２０秒であり、前記第３の所定時間が６０〜１２０秒であることを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の水素水生成装置。
【請求項９】
前記演算手段によって求めた溶存水素濃度を表示する表示手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の水素水生成装置。
【請求項１０】
前記表示手段が前記求めた溶存水素濃度に応じて点灯するＬＥＤ表示器であることを特徴とする請求項９に記載の水素水生成装置。
【請求項１１】
前記陽極及び前記陰極が、白金電極、イリジウム電極又は白金めっきしたチタン電極であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の水素水生成装置。
【請求項１２】
前記水が水道水又は地下水であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の水素水生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生成した水素水の溶存水素濃度を表示する水素水生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば水道水等の飲料水を電気分解することにより、水素を含有する水素水を製造する水素水生成装置については、本願の発明者等によって既に提案されている（例えば特許文献１及び２）。
【０００３】
特許文献１には、水を収容する容器中に、直流電源に接続された１対の電極を設け、これら１対の電極が容器内の底部から上側に突設されずに、底部側において側壁側に延伸した状態にある板状体表面に形成されている還元水（水素水）生成装置が記載されている。
【０００４】
特許文献２には、水道水を収容する処理槽内に電気分解用の電極を設け、この電極に流す電流の電流密度を０．７５Ａ／ｄｍ２以下に制御するようにした水素水生成装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２３３５１６号公報
【特許文献２】特開２０１３−０９９７３５号公報
【特許文献３】特許第４５０５２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これら特許文献１及び２に開示された水素水生成装置によれば、水道水から電気分解によって飲用に適する水素水を生成できるが、生成された水素水の溶存水素濃度をその場で知ることはできない。
【０００７】
溶存水素濃度を知るには、例えば特許文献３に記載されているように、酸化還元電位を測定する特別の測定装置を生成された水素水の流路に付加するか、市販の溶存水素濃度計を用いて測定する必要がある。前者は飲用水素水を生成する簡易型の水素水生成装置では設置が難しく、装置の製造コストが大幅に上昇してしまうという問題があり、後者は溶存水素濃度計を別途用意する必要があるため、簡易型の水素水生成装置では実現が難しいという問題があった。
【０００８】
従って本発明の目的は、溶存水素濃度をその場で容易に確認でき、安価に製造することが可能な水素水生成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による水素水生成装置の特徴点は、電気分解で使用した電極をそのまま使用して溶存水素濃度を計測し、表示することにある。これにより、飲用水素水の概略濃度を表示でき、飲用者へ安心感及び満足感を与えることができる。即ち、いわゆる「水素濃度の見える化」をねらったものであり、飲用水素水サーバ等においてこのような「水素濃度の見える化商品」は、今まで存在しなかった。
【００１０】
本発明によれば、同一材料による陽極及び陰極を用いた無隔膜の電気分解により水から水素水を生成する水素水生成装置は、電気分解終了後に陽極及び陰極間を第１の所定時間の間短絡させる短絡手段と、この短絡手段による短絡を終了して第２の所定時間経過した後、これら陽極及び陰極間に挿入接続された所定抵抗値の抵抗の端子間電圧を計測する電圧計測手段と、電圧計測手段から得られた計測値を演算して溶存水素濃度を求める演算手段とを備えている。
【００１１】
陽極及び陰極間に電圧を印加して水の電気分解を行い、その後、これら陽極及び陰極間を第１の所定時間の間短絡させ、この短絡を終了して第２の所定時間経過した後、これら陽極及び陰極間に挿入接続された所定抵抗値の抵抗の端子間電圧を計測して演算することにより、溶存水素濃度を求めている。このように測定装置を別途付加することなく、電気分解を行った後にこの電気分解で使用した陽極及び陰極を流用し、短絡後にそれらの間に挿入された抵抗の端子電圧を計測して、溶存水素濃度を得ているため、装置構成が簡易化でき、装置製造コストを低減化することができる。
【００１２】
第１の所定時間が１５〜６０秒であることが好ましく、また、所定抵抗値が１〜１００ｋΩであることも好ましく、第２の所定時間が３０〜２４０秒であることも好ましい。
【００１３】
本発明によれば、さらに、同一材料による陽極及び陰極を用いた無隔膜の電気分解により水から水素水を生成する水素水生成装置は、電気分解終了後に陽極及び陰極間を第１の所定時間の間短絡させる短絡手段と、この短絡手段による短絡を終了して第２の所定時間経過した後、これら陽極及び陰極間に挿入接続された所定抵抗値の抵抗の端子間電圧を計測する第１の電圧計測手段と、第１の電圧計測手段の計測から第３の所定時間経過した後、抵抗の端子間電圧を計測する第２の電圧計測手段と、第１の電圧計測手段から得られた第１の計測値及び第２の電圧計測手段から得られた第２の計測値間の差を演算して溶存水素濃度を求める演算手段とを備えている。
【００１４】
陽極及び陰極間に電圧を印加して水の電気分解を行い、その後、これら陽極及び陰極間を第１の所定時間の間短絡させ、この短絡を終了して第２の所定時間経過した後、これら陽極及び陰極間に挿入接続された所定抵抗値の抵抗の端子間電圧を計測し、さらに第３の所定時間経過した後、この抵抗の端子間電圧を計測し両計測値の差を演算することにより、溶存水素濃度を求めている。このように測定装置を別途付加することなく、電気分解を行った後にこの電気分解で使用した陽極及び陰極を流用し、短絡後にそれらの間に挿入された抵抗の減衰端子電圧を計測して、溶存水素濃度を得ているため、装置構成が簡易化でき、装置製造コストを低減化することができる。
【００１５】
第１の所定時間が１５〜６０秒であることが好ましく、また、所定抵抗値が１〜１００ｋΩであることも好ましく、さらに、第２の所定時間が３０〜１２０秒であり、第３の所定時間が６０〜１２０秒であることも好ましい。
【００１６】
演算手段によって求めた溶存水素濃度を表示する表示手段をさらに備えていることも好ましい。この表示手段が求めた溶存水素濃度に応じて点灯するＬＥＤ表示器であることがより好ましい。
【００１７】
陽極及び陰極が、白金電極、イリジウム電極又は白金めっきしたチタン電極であることも好ましい。
【００１８】
飲料水が水道水であることも好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、溶存水素濃度をその場で容易に確認でき、かつ装置構成が簡易化できると共に装置製造コストを低減化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の水素水生成装置の一実施形態における装置構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】図１の水素水生成装置における演算制御装置の処理動作を概略的に示すフローチャートである。
【図３】図１の水素水生成装置の変更態様における演算制御装置の処理動作を概略的に示すフローチャートである。
【図４】本発明の水素水生成装置の他の実施形態における装置構成を概略的に示すブロック図である。
【図５】図４の水素水生成装置における陽極及び陰極部分の構成を概略的に示す（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ−Ａ線断面図である。
【図６】実施例１における溶存水素濃度と電圧計測値との関係を示す特性図である。
【図７】実施例１において、短絡から６０秒後の溶存水素濃度と電圧計測値との関係を示す特性図である。
【図８】比較例１における溶存水素濃度と電圧計測値との関係を示す特性図である。
【図９】比較例２における溶存水素濃度と電圧計測値との関係を示す特性図である。
【図１０】実施例２における溶存水素濃度と電圧計測値との関係を示す特性図である。
【図１１】実施例２において、電気分解終了から９０秒後の溶存水素濃度と電圧計測値との関係を示す特性図である。
【図１２】実施例２において、溶存水素濃度と１８０−９０秒減衰電圧との関係を示す特性図である。
【図１３】実施例２において、溶存水素濃度と１８０−９０秒減衰電圧との関係及びその計測誤差を示す特性図である。
【図１４】比較例３における短絡終了時からの時間と電圧計測値との関係を示す特性図である。
【図１５】比較例４における電気分解終了からの時間と電圧計測値との関係を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は本発明の水素水生成装置の一実施形態における装置構成を概略的に示している。この実施形態は、互いに対向する平板状の陽極及び陰極を用いて無隔膜の直接電気分解により水素水を生成する水素水生成装置の例である。
【００２２】
同図において、１０は直流電圧を発生する電気分解用電源装置、１１は電気分解処理と溶存水素濃度の計測処理との切替を行うための切替スイッチ、１２は電気分解用の容器、１３は容器１２内に収容された水をそれぞれ示している。容器１２には、電気分解用の陽極１２ａ及び陰極１２ｂが電気分解すべき水に浸漬するように設けられ、またその底面にはこの水を攪拌するための回転式の攪拌器１２ｃが設けられている。
【００２３】
本実施形態の水素水生成装置は、さらに、切替スイッチ１１の端子間に接続された短絡スイッチ１４と、この短絡スイッチ１４に並列接続された抵抗１５と、抵抗１５の両端子間に接続されその端子間電圧を計測する電圧計測器１６と、電圧計測器１６の出力側に接続されこの電圧計測器１６からの電圧の計測値を時系列的に記憶する時系列記録装置１７と、時系列記録装置１７の出力側に接続されこの時系列記録装置１７に記憶されている計測値から溶存水素濃度を演算すると共に、切替スイッチ１１及び短絡スイッチ１４の動作を制御する演算制御装置１８と、この演算制御装置１８の出力側に接続され演算して求められた溶存水素濃度に応じて複数のＬＥＤ素子１９ａを点灯させて表示するＬＥＤ表示器１９とを備えている。
【００２４】
切替スイッチ１１は電気分解用電源装置１０の出力端子と、短絡スイッチ１４の両端と、陽極１２ａ及び陰極１２ｂとの間に挿入接続され、陽極１２ａ及び陰極１２ｂを電気分解用電源装置１０の正及び負の出力端子にそれぞれ接続するか、陽極１２ａ及び陰極１２ｂを短絡スイッチ１４の両端に接続するかを切替するスイッチである。この切替スイッチ１１は、演算制御装置１８からの指示によって切替制御される。
【００２５】
本実施形態においては、陽極１２ａ及び陰極１２ｂは、互いに対向して配置された平板電極であり、白金めっきしたチタンからなる同一材料の電極を使用しているが、その他に白金又はイリジウムからなる同一材料の電極を使用しても良い。このような材料を用いることにより、陽極に生じる酸素や次亜塩素によって陽極が腐食したり不導体化することを防ぐことができる。
【００２６】
また、水素を発生させる陰極は、水素の発生と共にアルカリ性となり、水道水等に含まれるカルシウムやマグネシウムのスケールが付着することがあるため、所定時期に逆電圧をかけて酸性とすることによってスケールの溶解が行われる。逆電圧印加時には本来の陰極が陽極となることから、これは白金電極や白金めっきしたチタン電極が隔膜無しで電気分解する際の陰極としても使用される。本実施形態のように、陽極及び陰極共に白金や白金めっきしたチタン等による同一材料電極を使用すると、溶存水素濃度を計測時にどちらの極が陰極となり、陽極となるかが定まらない現象が発生する。そこで、本実施形態では、電圧印加による電気分解後に電極上に残存している水素ガスや酸素ガスの濃淡電池作用を利用して陽極及び陰極を定め、両極間に生じる電位差を計測することにより水中の溶存水素の概算濃度を求めている。
【００２７】
水１３は、本実施形態において、飲用の水道水又は地下水である。
【００２８】
短絡スイッチ１４は、電気分解後の所定時間の間閉成することによって、陽極１２ａ及び陰極１２ｂ間を短絡するためのものである。この短絡スイッチ１４は、演算制御装置１８からの指示によって開閉制御される。
【００２９】
抵抗１５は、１〜１００ｋΩ程度の所定抵抗値を有する固定抵抗である。
【００３０】
電圧計測器１６は、抵抗１５の端子間電圧を計測し、デジタルの電圧計測値を出力するように構成されている。
【００３１】
時系列記録装置１７は、電圧計測器１６から間欠的に取得したデジタル電圧計測値を時系列的に記憶する記憶手段である。
【００３２】
演算制御装置１８は、時系列記録装置１７から取得したデジタル電圧計測値から溶存水素濃度を算出してＬＥＤ表示器１９へ送ると共に、切替スイッチ１１の切替動作、短絡スイッチ１４の開閉動作、及び攪拌器１２ｃの作動を制御するように構成されている。この演算制御装置１８は、プログラム制御される一般的なコンピュータ装置で構成可能である。
【００３３】
ＬＥＤ表示器１９は、演算制御装置１８から取得した溶存水素濃度に応じて（例えば溶存水素濃度が所定量増える毎に１素子点灯するように）、複数のＬＥＤ素子１９ａを順次点灯させるように構成されている。なお、ＬＥＤ表示器に代えて他の種類の濃度表示器、例えばメータ式表示器等を用いることも可能である。
【００３４】
次に、図２の演算制御装置の処理動作を概略的に示すフローチャートを参照して本実施形態の水素水生成装置の動作を説明する。
【００３５】
容器１２内には、電気分解すべき飲用の水道水又は地下水である水１３が収容されているとする。
【００３６】
まず、切替スイッチ１１が図１に示されている状態、即ち陽極１２ａ及び陰極１２ｂが電気分解用電源装置１０の正及び負の出力端子にそれぞれ接続されている状態、で電気分解用電源装置１０から直流電圧を陽極１２ａ及び陰極１２ｂ間に所定時間Ｔ１の間印加して電気分解を行う（ステップＳ１）。この所定時間Ｔ１は、Ｔ１＝１０〜２０分程度である。その際、演算制御装置１８からの指示により攪拌器１２ｃを作動させて、水１３を攪拌する。この電気分解により、陽極１２ａには酸素が発生し、陰極１２ｂには水素が発生して水中に溶解し、水素水が生成される。
【００３７】
所定時間Ｔ１経過後、演算制御装置１８からの指示により切替スイッチ１１の切替を行い、陽極１２ａ及び陰極１２ｂを計測側である短絡スイッチ１４の両端に接続すると共に、演算制御装置１８からの指示により短絡スイッチ１４を閉成する（ステップＳ２）。この間も攪拌器１２ｃを作動させて、水１３を攪拌する。
【００３８】
切替を行った直後は、陽極１２ａの側は酸素ガス濃度が高く、陰極１２ｂの側は水素濃度が高くなっているため、酸素−水素濃淡電池が形成されており、電気分解時の陽極が計測時の陽極、電気分解時の陰極が計測時の陰極となる。切替スイッチ１１の切替と同時に短絡スイッチ１４を閉成して陽極１２ａ及び陰極１２ｂ間を短絡させる。
【００３９】
攪拌器１２ｃを作動させて水１３を攪拌している状態で、この短絡を所定時間Ｔ２ａの間行う（ステップＳ３）。次いで、演算制御装置１８からの指示により攪拌を停止した状態で、さらに、この短絡を所定時間Ｔ２ｂの間行う（ステップＳ４）。この所定時間Ｔ２ａ及びＴ２ｂは、Ｔ２ａ＋Ｔ２ｂ＝１５〜６０秒程度である。単なる一例であるが、例えばＴ２ａ＝２０秒、Ｔ２ｂ＝１０秒である。この短絡を行うことにより、電気分解時の残留印加電圧を除去することができる。換言すれば、電極表面上の過大なるガス濃淡差をリセットすることができる。
【００４０】
次いで、演算制御装置１８からの指示により短絡スイッチ１４を開成する（ステップＳ５）。短絡スイッチ１４を開成することにより、陽極１２ａ及び陰極１２ｂ間には抵抗１５が直列に接続された状態となる。この状態で、短絡終了から所定時間Ｔ３経過後の抵抗１５の端子電圧を電圧計測器１６によって計測しそのデジタルの電圧計測値を出力する（ステップＳ６）。この所定時間Ｔ３は、Ｔ３＝３０〜２４０秒程度である。電圧計測にあたって抵抗１５を挿入しないと、電池効果が優先して電圧が蓄積されるため、溶存水素濃度との演算が難しくなる。このため、一定の抵抗値（１〜１００ｋΩ）の抵抗挿入し、時間経過と共に減衰する抵抗端子電圧を計測することにより溶存水素濃度を演算している。実際には、電圧計測器１６は、抵抗１５の端子電圧を連続的に計測しており、そのデジタルの電圧計測値を間欠的に時系列記録装置１７へ送っている。時系列記録装置１７は、電圧計測器１６から受け取った間欠的なデジタル電圧計測値を時系列的に記憶している。従って、ステップＳ６では、電圧計測器１６によって計測され時系列記録装置１７に記憶されている、短絡終了から所定時間Ｔ３経過後のデジタル電圧計測値を時系列記録装置１７から読み出して取得する。
【００４１】
次いで、演算制御装置１８は、このようにして時系列記録装置１７から得られたデジタル電圧計測値から溶存水素濃度を演算する（ステップＳ７）。短絡終了から所定時間Ｔ３経過後の電圧計測値と、溶存水素濃度との間には、例えば、溶存水素濃度（ｍｇ／Ｌ）＝ａ×電圧計測値（ｍＶ）＋ｂの一次演算式が成り立つことが確認されている。ただし、ａ及びｂは定数である。
【００４２】
その後、求めた溶存水素濃度に応じてＬＥＤ表示器１９の複数のＬＥＤ素子１９ａを点灯させて溶存水素濃度の表示を行う（ステップＳ８）。例えば、溶存水素濃度が０．２ｍｇ／Ｌ増える毎にＬＥＤ素子１９ａの点灯数を増加させて表示を行う。ＬＥＤ素子１９ａが異なる発光色を有する場合は、求めた溶存水素濃度に応じた発光色のＬＥＤ素子１９ａを点灯させるように構成しても良い。
【００４３】
次に、図３の演算制御装置の処理動作を概略的に示すフローチャートを参照して本実施形態の水素水生成装置の変更態様の動作を説明する。
【００４４】
図３のステップＳ１１〜Ｓ１５の動作は、図２のステップＳ１〜Ｓ５の動作と全く同じであるため、説明を省略する。
【００４５】
演算制御装置１８からの指示により短絡スイッチ１４を開成し（ステップＳ１５）、陽極１２ａ及び陰極１２ｂ間には抵抗１５が直列に接続された状態で、短絡終了から所定時間Ｔ３経過後の抵抗１５の端子電圧を電圧計測器１６によって計測しそのデジタルの電圧計測値を出力する（ステップＳ１６）。この所定時間Ｔ３は、Ｔ３＝３０〜１２０秒程度である。電圧計測にあたって抵抗１５を挿入しないと、電池効果が優先して電圧が蓄積されるため、溶存水素濃度との演算が難しくなる。このため、一定の抵抗値（１〜１００ｋΩ）の抵抗挿入し、時間経過と共に減衰する抵抗端子電圧を計測することにより溶存水素濃度を演算している。実際には、電圧計測器１６は、抵抗１５の端子電圧を連続的に計測しており、そのデジタルの電圧計測値を間欠的に時系列記録装置１７へ送っている。時系列記録装置１７は、電圧計測器１６から受け取った間欠的なデジタル電圧計測値を時系列的に記憶している。従って、ステップＳ１６では、電圧計測器１６によって計測され時系列記録装置１７に記憶されている、短絡終了から所定時間Ｔ３経過後のデジタル電圧計測値を時系列記録装置１７から読み出して取得する。
【００４６】
次いで、さらに、所定時間Ｔ４経過後の抵抗１５の端子電圧を電圧計測器１６によって計測する（ステップＳ１７）。この所定時間Ｔ４は、Ｔ４＝６０〜１２０秒程度である。前述のように、実際には、ステップＳ１７では、電圧計測器１６によって計測され時系列記録装置１７に記憶されている、短絡終了から所定時間Ｔ３＋Ｔ４経過後のデジタル電圧計測値を時系列記録装置１７から読み出して取得する。
【００４７】
次いで、このようにして時系列記録装置１７から得られた２つの電圧計測値の差から溶存水素濃度を演算する（ステップＳ１８）。短絡終了から所定時間Ｔ３経過後の電圧計測値と、さらに所定時間Ｔ４経過後の電圧計測値との差は電圧の減衰値を表しており、この電圧減衰値と、溶存水素濃度との間には、例えば、溶存水素濃度（ｍｇ／Ｌ）＝ｃ×電圧減衰値（ｍＶ）＋ｄの一次演算式が良好に成り立つことが確認されている。ただし、ｃ及びｄは定数である。
【００４８】
その後、求めた溶存水素濃度に応じてＬＥＤ表示器１９の複数のＬＥＤ素子１９ａを点灯させて溶存水素濃度の表示を行う（ステップＳ１９）。例えば、溶存水素濃度が０．２ｍｇ／Ｌ増える毎にＬＥＤ素子１９ａの点灯数を増加させる。ＬＥＤ素子１９ａが異なる発光色を有する場合は、溶存水素濃度に応じた発光色のＬＥＤ素子１９ａを点灯させるように構成しても良い。
【００４９】
図４は本発明の水素水生成装置の他の実施形態における装置構成を概略的に示しており、図５は本実施形態の水素水生成装置における陽極及び陰極部分の構成を概略的に示している。図５（Ａ）は平面を、図５（Ｂ）はＡ−Ａ線断面をそれぞれ示している。この実施形態は、平板状の陽極及び陰極を水平に配置し無隔膜の直接電気分解により水素水を生成する水素水生成装置の例である。本実施形態において、図１の実施形態の場合と同様の構成要素には同じ参照番号が用いられている。
【００５０】
これらの図において、１０は直流電圧を発生する電気分解用電源装置、１１は電気分解処理と溶存水素濃度の計測処理との切替を行うための切替スイッチ、４２は電気分解用の容器、４３は容器４２内に収容された水をそれぞれ示している。容器４２の底部には、互いに平行となるように水平に配置された電気分解用の陽極４２ａ及び陰極４２ｂが電気分解すべき水に浸漬するように設けられている。
【００５１】
本実施形態の陽極４２ａ及び陰極４２ｂは、図５（Ａ）に示すように、多孔質材料による基板４２ｄ上に同心円輪形状の平板として水平に形成されている。陽極４２ａは直径幅４．８ｃｍ〜４．０ｃｍの白金めっきによるチタン電極（電極面積を０．２２ｄｍ２に調整）、陰極４２ｂは直径幅５．６５ｃｍ〜５．０ｃｍの白金めっきによるチタン電極（電極面積０．２２ｄｍ２に調整）でそれぞれ構成され、陽極４２ａ及び陰極４２ｂ間の最短距離は１ｍｍに調整されている。本実施形態においては、これら陽極４２ａ及び陰極４２ｂは、白金めっきしたチタンからなる同一材料の電極を使用しているが、その他に白金又はイリジウムからなる同一材料の電極を使用しても良い。このような材料を用いることにより、陽極に生じる酸素や次亜塩素によって陽極が腐食したり不導体化することを防ぐことができる。
【００５２】
また、水素を発生させる陰極は、水素の発生と共にアルカリ性となり、水道水等に含まれるカルシウムやマグネシウムのスケールが付着することがあるため、所定時期に逆電圧をかけて酸性とすることによってスケールの溶解が行われる。逆電圧印加時には本来の陰極が陽極となることから、これは白金電極や白金めっきしたチタン電極が隔膜無しで電気分解する際の陰極としても使用される。本実施形態のように、陽極及び陰極共に白金や白金めっきしたチタン等による同一材料電極を使用すると、溶存水素濃度を計測時にどちらの極が陰極となり、陽極となるかが定まらない現象が発生する。そこで、本実施形態では、電圧印加による電気分解後に電極上に残存している水素ガスや酸素ガスの濃淡電池作用を利用して陽極及び陰極を定め、両極間に生じる電位差を計測することにより水中の溶存水素の概算濃度を求めている。
【００５３】
本実施形態の水素水生成装置は、さらに、図１の実施形態及びその変更態様の場合と同様の構成及び動作を行う抵抗１５と、電圧計測器１６と、時系列記録装置１７と、演算制御装置１８と、ＬＥＤ表示器１９とを備えている。これら各要素の構成等は図１の実施形態及びその変更態様の場合と同様であるため、説明を省略する。また、本実施形態における水素水生成装置の動作も、図３を用いて説明したものと同様であるため、説明を省略する。
【実施例】
【００５４】
以下の実施例１及び２並びに比較例１〜４において使用された試験水の水質は、下記の表１に示す通りである。
【００５５】
【表１】
2016049517.tif 000003
【００５６】
（実施例１）
図１に示すような構成の水素水生成装置を作成した。各要素の構成は以下の通りである、
使用試験水        ：  地下水、
陽極材質          ：  チタン板（０．８ｍｍｔ）に白金めっき、
陰極材質          ：  チタン板（０．８ｍｍｔ）に白金めっき、
電極浸漬長さ      ：  １２０ｍｍ、
浸漬電極面積      ：  ２５ｍｍ×１２０ｍｍ、
試験水量          ：  １．６Ｌ、
試験方法          ：  試験水１．６Ｌを容器１２に採取し、組込電極１２ａ、１２ｂを撹拌浸漬し、一定時間、撹拌しながら電圧を印加して電気分解し、電気分解停止後撹拌を継続しつつ、初期２０秒間は撹拌した状態で陽極及び陰極間を短絡し、その後、１０秒間は攪拌無しで短絡を継続した後、短絡を終了し、１０ｋΩの抵抗を陽極及び陰極間に接続した状態で短絡終了時からの経過時間に対する抵抗端子間電圧を計測し記録した、
電極間距離        ：  ２．０ｍｍ、
電気分解電圧      ：  ６．０Ｖ、
電気分解電流      ：  ０．２Ａ、
電圧印加時間      ：  試験毎に変更、
電気分解時撹拌    ：  電気分解時は連続して撹拌実施（６００ｒｐｍ）、
短絡時撹拌        ：  初期２０秒間は連続して撹拌実施（６００ｒｐｍ）、その後１０秒間は撹拌無し、
計測時撹拌        ：  無し、
計測時短絡        ：  ３０秒、
計測時抵抗        ：  １０ｋΩ、
溶存水素実測計器  ：  有限会社共栄電子研究所  溶存水素計ＫＭ２１００ＤＨ。
【００５７】
この実施例１の試験結果を、下記の表２及び図６に示す。表２において、横方向には電気分解の時間（分）従って溶存水素濃度実測計器による溶存水素濃度の実測値（ｍｇ／Ｌ）が示されており、縦方向には短絡終了時からの経過時間（秒）が示されており、各欄の数値は電圧計測値（ｍＶ）を示している。また、図６において、横軸は溶存水素濃度（ｍｇ／Ｌ）、縦軸は電圧計測値（ｍＶ）を示しており、各線についての凡例の数値は短絡終了時からの時間（秒）を示している。
【００５８】
【表２】
2016049517.tif 000004
【００５９】
この試験結果より、図７に示すように、短絡終了して６０秒後の計測結果における、溶存水素濃度と電圧計測値との関係が直線に近いことが分かった。即ち、溶存水素濃度（ｍｇ／Ｌ）＝０．００３５×電圧計測値（ｍＶ）−０．３３３（電圧計測値をｙ、溶存水素濃度をｘとすると、ｙ＝２８６．５７ｘ＋９５．４０３）の一次演算式が導き出された。
【００６０】
陽極及び陰極の両方が白金電極の場合、電気分解等による電圧印加が行われなければ、後述する比較例２のように、電極の正負反転現象が生じるが、電気分解等による電圧印加後であれば電圧印加時の陽極が計測時の陽極となり、電圧印加時の陰極が計測時の陰極となる。本実施例１では、溶存水素濃度が０．０１〜０．５ｍｇ／Ｌの広い範囲で、溶存水素濃度と電圧計測値との関係が一次演算式で求められ、電気分解によって生成した溶存水素濃度が概算でどの程度であるかということを表示できる実用可能なインジケータを提供できた。
【００６１】
（比較例１）
使用試験水        ：  水素ガスを溶解させた地下水、
陽極材質          ：  チタン板（０．８ｍｍｔ）に白金めっき、
陰極材質          ：  チタン電極(０．６ｍｍｔ) 、
電極浸漬長さ      ：  １２０ｍｍ、
浸漬電極面積      ：  ２５ｍｍ×１２０ｍｍ、
試験水量          ：  １．１Ｌ、
試験方法          ：  地下水に別の装置で水素ガスを溶解させて作製した水素水１．１Ｌを容器１２に採取し、組込電極を５秒間撹拌浸漬し、撹拌停止から３０秒間は静置した状態で陽極及び陰極間を短絡し、その後、短絡を終了し、１０ｋΩの抵抗を陽極及び陰極間に接続した状態で短絡終了時からの経過時間に対する抵抗端子間電圧を計測し記録した、
電極間距離        ：  ５．０ｍｍ、
電極投入時撹拌時間：  ５秒、
計測時短絡        ：  ３０秒、
計測時抵抗        ：  １０ｋΩ、
溶存水素実測計器  ：  有限会社共栄電子研究所  溶存水素計ＫＭ２１００ＤＨ。
【００６２】
この比較例１の試験結果を、下記の表３及び図８に示す。表３において、横方向には溶存水素濃度実測計器による溶存水素濃度の実測値（ｍｇ／Ｌ）が示されており、縦方向には短絡終了時からの経過時間（秒）が示されており、各欄の数値は電圧計測値（ｍＶ）を示している。また、図８において、横軸は溶存水素濃度（ｍｇ／Ｌ）、縦軸は電圧計測値（ｍＶ）を示しており、各線についての凡例の数値は短絡終了時からの時間（秒）を示している。
【００６３】
【表３】
2016049517.tif 000005
【００６４】
チタン電極と白金電極では、電極の材質差により酸素−水素濃淡電池が自然に得られ、溶存水素濃度と電圧計測値との関係は、溶存水素濃度０．５〜０．９ｍｇ／Ｌという限定された狭い範囲でのみ一次演算式となった。
【００６５】
（比較例２）
使用試験水        ：  水素ガスを溶解させた水道水、
陽極材質          ：  チタン板（０．８ｍｍｔ）に白金めっき、
陰極材質          ：  チタン板（０．８ｍｍｔ）に白金めっき、
電極浸漬長さ      ：  １２０ｍｍ、
浸漬電極面積      ：  ２５ｍｍ×１２０ｍｍ、
試験水量          ：  １．１Ｌ、
試験方法          ：  水道水に別の装置で水素ガスを溶解させて作製した水素水１．１Ｌを容器１２に採取し、組込電極を５秒間撹拌浸漬し、撹拌停止から３０秒間は静置した状態で陽極及び陰極間を短絡し、その後、短絡を終了し、１０ｋΩの抵抗を陽極及び陰極間に接続した状態で短絡終了時からの経過時間に対する抵抗端子間電圧を計測し記録した、
電極間距離        ：  １．５ｍｍ、
電極投入時撹拌時間：  ５秒、
計測時短絡        ：  ３０秒、
計測時抵抗        ：  １０ｋΩ、
溶存水素実測計器  ：  有限会社共栄電子研究所  溶存水素計ＫＭ２１００ＤＨ。
【００６６】
この比較例２の試験結果を、下記の表４及び図９に示す。表４において、横方向には溶存水素濃度実測計器による溶存水素濃度の実測値（ｍｇ／Ｌ）が示されており、縦方向には短絡終了時からの経過時間（秒）が示されており、各欄の数値は電圧計測値（ｍＶ）を示している。また、図９において、横軸は溶存水素濃度（ｍｇ／Ｌ）、縦軸は電圧計測値（ｍＶ）を示しており、各線についての凡例の数値は短絡終了時からの時間（秒）を示している。
【００６７】
【表４】
2016049517.tif 000006
【００６８】
陽極及び陰極の両方が白金電極の場合、同じ水素濃度であってもどちらの極が陽極となるか陰極となるかが定まらず、再現性のない電圧測定となり、溶存水素濃度と電圧計測値との関係を示す演算式が導き出せなかった。
【００６９】
（実施例２）
図４に示すような構成の水素水生成装置を作成した。各要素の構成は以下の通りである、
使用試験水        ：  地下水及び水道水、
試験方法          ：  試験水１Ｌを容器４２に採取し、一定時間電圧を印加して電気分解し、電気分解停止後３０秒間静置した後に陽極及び陰極間を短絡し、その後、短絡を終了し、１０ｋΩの抵抗を陽極及び陰極間に接続した状態で短絡終了時からの経過時間に対する抵抗端子間電圧を計測し記録した、
電気分解電流      ：  １３５ｍＡ（定電流供給）、
電流供給時間      ：  試験毎に変更、
撹拌作業          ：  一切無し、
計測時短絡        ：  ３０秒、
計測時抵抗        ：  １０ｋΩ、
溶存水素実測計器  ：  有限会社共栄電子研究所  溶存水素計ＫＭ２１００ＤＨ。
【００７０】
この実施例２の試験結果を、下記の表５及び表６並びに図１０、図１１、図１２及び図１３に示す。ただし、表５は使用試験水が井戸水の場合、表６は使用試験水が水道水の場合である。また、表５及び表６において、横方向には電気分解の時間（分）従って溶存水素濃度実測計器による溶存水素濃度の実測値（ｍｇ／Ｌ）が示されており、縦方向には短絡終了時からの経過時間（秒）が示されており、各欄の数値は電圧計測値（ｍＶ）を示している。さらに、図１０及び図１１において、横軸は溶存水素濃度（ｍｇ／Ｌ）、縦軸は電圧計測値（ｍＶ）を示しており、各線についての凡例の数値は短絡終了時からの時間（秒）を示している。また、図１２及び図１３において、横軸は溶存水素濃度（ｍｇ／Ｌ）、縦軸は電圧計測値の差である減衰電圧（ｍＶ）を示しており、各線についての凡例の数値は短絡終了時からの時間（秒）を示している。
【００７１】
【表５】
2016049517.tif 000007
【００７２】
【表６】
2016049517.tif 000008
【００７３】
図１０は表５及び表６に示した試験結果をまとめてグラフ表示した図である。同図より、例えば短絡終了して９０秒後の計測結果における、溶存水素濃度と電圧計測値との関係をグラフ表示すると、図１１に示すようになり、溶存水素濃度全域にわたって電圧計測値が７００〜１０００ｍＶの間にばらついてしまっている。従って、このような方法では、短絡が終了してから一定時間経過時の電圧計測値をもって、溶存水素濃度と関連づけることは非常に難しかった。
【００７４】
しかしながら、短絡が終了してから一定時間経過時の電圧計測値とその時からさらに時間経過時の電圧計測値との差、即ちその間の電圧減衰値と、溶存水素濃度との関係を求めると有意の関係の得られることが見出された。例えば、短絡終了して９０秒後の電圧計測値を基準とし、短絡終了して１２０秒後までの減衰電圧（１２０−９０減衰電圧）、短絡終了して９０秒後の電圧計測値を基準とし、短絡終了して１８０秒後までの減衰電圧（１８０−９０減衰電圧）、短絡終了して９０秒後の電圧計測値を基準とし、短絡終了して２４０秒後までの減衰電圧（２４０−９０減衰電圧）をそれぞれ求めると、下記の表７に示すようになり、このうち、１８０−９０秒減衰電圧をグラフ表示すると図１２に示すようになる。
【００７５】
【表７】
2016049517.tif 000009
【００７６】
図１２に示すように、溶存水素濃度と１８０−９０秒減衰電圧との関係が、溶存水素濃度（ｍｇ／Ｌ）＝（１８０−９０秒減衰電圧（ｍＶ）−１８１．２６）／（−３７６．１４）（減衰電圧をｙ、溶存水素濃度をｘとすると、ｙ＝−３７６．１４ｘ＋１８１．２６）という一次演算式で表されることが分かる。
【００７７】
この一次演算式における、溶存水素濃度±０．０５ｍｇ／Ｌの範囲をグラフ表示すると、図１３に示すようになり、計測誤差±０．０５ｍｇ／Ｌ内に収まることが分かる。数値的に表すと、表８に示すようになる。
【００７８】
【表８】
2016049517.tif 000010
【００７９】
この結果より、実測した溶存水素濃度と、１８０−９０秒減衰電圧から演算して得た溶存水素濃度とが近似していることが分かり、これは、電気分解に使用した白金電極を陽極及び陰極を使用して、電気分解後の溶存水素濃度を推定することが可能な計測及び演算手法が提供されることを表している。
【００８０】
（比較例３）
使用試験水        ：  水道水、
試験方法          ：  試験水１Ｌを容器４２に採取し、一定時間電圧を印加して電気分解し、電気分解停止後の時間経過における電圧計測値の変化を記録した。電圧計測値の変化は１０ｋΩの抵抗を陽極及び陰極間に接続した場合と抵抗を入れない場合の２種類の試験を行った、
電気分解電流      ：  １３５ｍＡ（定電流供給）、
電流供給時間      ：  試験毎に変更、
撹拌作業          ：  一切無し、
計測時抵抗        ：  抵抗挿入時試験のみ１０ｋΩ抵抗を挿入、
溶存水素実測計器  ：  有限会社共栄電子研究所  溶存水素計ＫＭ２１００ＤＨ。
【００８１】
この比較例３の試験結果を、下記の表９及び図１４に示す。表９において、横方向には抵抗の有り無し及び溶存水素濃度実測計器による溶存水素濃度の実測値（ｍｇ／Ｌ）が示されており、縦方向には短絡終了時からの経過時間（秒）が示されており、各欄の数値は電圧計測値（Ｖ）を示している。また、図１４において、横軸は短絡終了時からの時間（計測経過時間、秒）、縦軸は電圧計測値（Ｖ）を示しており、各線についての凡例は抵抗の有無及び実測した溶存水素濃度（ｍｇ／Ｌ）を示している。
【００８２】
【表９】
2016049517.tif 000011
【００８３】
このように非常に高い電圧を計測した。これは、電気分解における電圧印加時の電圧がそのまま計測に影響した結果と判断される。従って、計測にあたっては、印加電圧の消去が必要であることが分かる。また、抵抗を挿入した場合（抵抗有）の方が明らかに消費されるカーブがなだらかであり、抵抗を挿入することにより安定した計測結果が得られることが分かる。
【００８４】
（比較例４）
使用試験水        ：  水道水、
試験方法          ：  試験水１Ｌを容器４２に採取し、一定時間電圧を印加して電気分解し、電気分解停止後、数秒間静置した後に陽極及び陰極間を短絡し、その後、短絡を終了し、１０ｋΩの抵抗を陽極及び陰極間に接続した状態で短絡終了時からの経過時間に対する抵抗端子間電圧を計測し記録した、
電気分解電流      ：  １３５ｍＡ（定電流供給）、
電圧印加時間      ：  ２０分、
短絡時間          ：  ２０秒〜４０秒で変化、
撹拌作業          ：  一切無し、
計測時抵抗        ：  １０ｋΩ、
溶存水素実測計器  ：  有限会社共栄電子研究所  溶存水素計ＫＭ２１００ＤＨ。
【００８５】
この比較例４の試験結果を、下記の表１０及び図１５に示す。表１０において、横方向には短絡時間、従って溶存水素濃度実測計器による溶存水素濃度の実測値（ｍｇ／Ｌ）が示されており、縦方向には短絡終了時からの経過時間（秒）が示されており、各欄の数値は電圧計測値（ｍＶ）を示している。また、図１５において、横軸は電気分解終了時からの時間（電解後の時間、秒）、縦軸は電圧計測値（ｍＶ）を示しており、各線についての凡例の数値は短絡時間（秒）を示している。
【００８６】
【表１０】
2016049517.tif 000012
【００８７】
短絡工程が入ることにより、安定した減衰カーブが得られた。この結果では、３０秒の短絡を行うことが良いと判断できる。
【００８８】
以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【符号の説明】
【００８９】
１０  電気分解用電源装置
１１  切替スイッチ
１２、４２  容器
１２ａ、４２ａ  陽極
１２ｂ、４２ｂ  陰極
１２ｃ  攪拌器
１３、４３  水
１４  短絡スイッチ
１５  抵抗
１６  電圧計測器
１７  時系列記録装置
１８  演算制御装置
１９  ＬＥＤ表示器
１９ａ  ＬＥＤ素子
４２ｄ  基板
【図１】
2016049517.tif 000013
【図２】
2016049517.tif 000014
【図３】
2016049517.tif 000015
【図４】
2016049517.tif 000016
【図５】
2016049517.tif 000017
【図６】
2016049517.tif 000018
【図７】
2016049517.tif 000019
【図８】
2016049517.tif 000020
【図９】
2016049517.tif 000021
【図１０】
2016049517.tif 000022
【図１１】
2016049517.tif 000023
【図１２】
2016049517.tif 000024
【図１３】
2016049517.tif 000025
【図１４】
2016049517.tif 000026
【図１５】
2016049517.tif 000027