JP2006519090A

JP2006519090A - 高電界電解セル

Info

Publication number: JP2006519090A
Application number: JP2004569170A
Authority: JP
Inventors: 健二福井; 一成納屋
Original assignee: エフアールエスウォーターウェアインコーポレイテッド
Priority date: 2003-03-04
Filing date: 2003-03-04
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2023-03-04
Also published as: CN1780938A; EP1613793A1; US20070017801A1; WO2004079051A1; JP4392354B2; AU2003225659A1; US20090266706A1; EP1613793A4

Abstract

高電界電解セル（HEFE）が、洗浄、脱臭、及び殺菌用フリーラジカル溶液(FRS)水へ変えるための水の電解用に提供される。HEFEセルは、電極と陽イオン交換膜を備える対応する構造において備える平坦なイオン交換膜上に取り付けられた(又は被膜された)一対のフラット電極からなる。この構造は、浄化された水を取り入れるための少なくとも1つのインレット・チャネル、及び電解された水及び水素リッチ水の出力用の２つのアウトレット・チャネルからなる。HEFEセルは、さらに、再利用又は電力発生用の水素リッチ水のリサイクル機構を提供する。FRS製品の量及び質は、FRS水の生産用に適当なパラメータ値を自動的にモニター及び維持する外部制御回路で制御される。

Description

本発明は水を電解するための装置及び方法に関し、より詳細には、高電界電解（ＨＥＦＥ）セルに関する。加えて、本発明はＨＥＦＥセルによって作り出されるフリーラジカル溶液水を用いて電気を発生する装置及び方法にも関する。

水の電気分解は、電気を用いて水をその成分要素、即ち、水素及び酸素に分解する技術名である。水の分解は水中に電流を通過させることによって達成される。電気は負帯電端子であるカソードで水に入り、水中を通過して、正帯電端子であるアノードを介して出る。水素はカソードで集められ、酸素はアノードで集められる。電解セルにおいて、アノードは正電極であり、カソードは負電極である（ガルバニ電池では逆も真である）。国際慣例に従えば、アノード上の電流は正電流と考えられ、カソード上の電流は負電流と考えられる。しかしながら電気分析化学では、アノード電流はしばしば負であると考えられる一方、カソード電流は正と考えられる。

電気分解は、以下の関係に従ってアノードで水を酸化することによって、エレクトロニクス、製薬、並びに、食品の各種産業において使用される非常に純粋な水素を作り出す。
２Ｈ_２Ｏ＝＞Ｏ_２＋４Ｈ⁻＋４ｅ⁻
そして以下の関係に従ってカソードで水を還元する。
４Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻＝＞２Ｈ_２＋４ＯＨ⁻
こうして、水の分解は酸化還元プロセス、即ち、一方の電極酸化反応が生じ、他方の電極で還元反応が生ずる。

水の電気分解に使用可能な今日用いられている電解セルには、幾つかの相互に異なるタイプがあり、例えば、水銀電池、隔膜電解槽、並びに、膜セルを含む。膜セル電気分解において、イオン交換膜がアノード分室及びカソード分室を分離する。イオンは電気的に帯電している化学粒子（原子、分子、または分子断片）と負に帯電しているイオンは「アニオン」として知られ、そして正電荷を有するものは「カチオン」として知られる。イオン交換膜は、一般に、アノード及びカソードの間に配置された二重層膜である。それはイオン交換樹脂から形成されたプラスチック・シートである。イオン交換樹脂は重合樹脂であり、重合体の主鎖に固定的に結着された電気的に帯電された断片（「固定イオン」）を含み、樹脂が浸漬された溶液相中における結着された可動性「対イオン」によって電気的な中性が達成される。それ故に、そうした膜の有用性は、それらが正イオン（カチオン交換膜）か、または負イオン（アニオン交換膜）の何れかだけを優先的に透過できると云うそれらの特性に基づいている。そうした樹脂の実際的な用途は、不要なイオンを他のイオンで置き換えることによって溶液から不要イオンを除去することである。例えば、結着された可動性ナトリウムイオンによって固定された負電荷を含むカチオン交換樹脂は、もしカルシウムイオン及びマグネシウムイオンがその樹脂により強力に引き付けられ、それ故にナトリウムイオンと置き換わることとなれば、水から「硬度」を除去すべく使用され得る。結局、ナトリウムイオン全ては溶液中に入り、イオン交換プロセスが終了する。樹脂は高濃度ナトリウム塩溶液中に浸かることによって再生され得る。そうしたプロセスは、また、汚染された水流から不要イオンを除去すべく使用され得る。

全ての先行技術に係る電解セルは、不適切な電極位置付けを伴う不十分な大きさの円筒状イオン交換膜を有する。それらセルの大きさは、増大された電解水の生成には十分でない。加えて、それらの独特な物理的特性によって、先行技術に係る電解セルのイオン交換膜及び電極の周りの水流を制御することは難しい。更には、カチオン（＋）側で発生される排水は、一般に、アニオン（−）側で発生されるオゾン水と同等か、または該オゾン水の少なくとも１／４である。先行技術に係る電解セルは不要オゾンガスをも作り出す。

本発明は、清浄、脱臭、並びに、殺菌消毒のために、水を電気分解して、それをフリーラジカル溶液（ＦＲＳ）水に変換するために高電界電解セルを提供すべく追求するものである。

また本発明は、水を電気分解して、電気エネルギーの発生用にＦＲＳ水を作り出すための高電界電解セルの提供を求めるものである。

加えて、本発明はその寸法とＦＲＳ水の出力ボリュームが容易に変更され得る高電界電解セルの提供を求めるものである。

本発明の原理に従って、先行技術の電解セルの短所を克服する独特な高電界電解（ＨＥＦＥ）セルが提示される。本発明のＨＥＦＥセルは、電極及び陽子イオン交換膜を収容する対応するセル構造内に取り囲まれた平坦な陽子イオン交換膜に結着（又は被覆）された平坦な電極対を含む。この電解セル構造は、純化された水を受け入れる少なくとも１つのインレット・チャネルと、電解ＦＲＳ水及び水素富裕水の出力のための２つのアウトレット・チャネルとを含む。本発明の高電界電解セルは、再利用または電力発生用に水素富裕水のリサイクリングのための機構を更に提供する。

本発明のこれら及びその他の目的、局面、並びに、長所等は、図面及び特許請求の範囲を考慮した好適な非制限的実施例の以下の詳細な説明から、当業者には明らかであろう。

添付図面は例示目的のみで使用され、発明の制限を規定するものとしては使用されていないことを理解すべきである。

図を参照する際、同様の参照番号は全ての図にわたって対応する部分を表している。

図１は、本発明の高電界電解（ＨＥＦＥ）セル１０の典型的な概略図である。図示されるように、ＨＥＦＥセル１０は、その装置を任意の領域に適切に収容すべく、または、発生されるＦＲＳ水のボリュームに関しての生成要件に適切に合致すべく変更され得る寸法を伴う平坦構造である。処理された水（純化または軟水）はインレット・チャネル２を通じてＨＥＦＥセル１０に流れ、電解されたフリーラジカル溶液水は、第２アウトレット・チャネル６を通じて排水される豊富水素水によって第１アウトレット・チャネル４を通じてＨＥＦＥセルから流出する。インレット・チャネル２を通じて処理水が流入すると、ＨＥＦＥセル１０内部の陽子イオン交換膜８が入ってくる水を仕切る。本発明の陽子イオン交換膜８は一般に平坦であって、約１０μｍ〜５００μｍの厚みを有する固体高分子電解質から形成される。殆どの硬水（または通常水）に見られるカルシウムイオン及びマグネシウムイオンが透過性ではなく、陽子イオン交換膜８の多孔質表面を塞ぐ傾向があって、その性能を劣化するので、ＨＥＦＥ用には軟水または純化水が推奨される。

イオン交換膜８の一方側に結着されているメッシュ（またはネット）・タイプのアノード電極（＋）１６はアニオン（−）を引き付け、イオン交換膜８の他方側に結着されているメッシュ（またはネット）・タイプのカソード（−）電極１４はカチオン（＋）を引き付ける。電極１４，１６は、陽子イオン交換膜８内への水の取り入れのために、メッシュ（またはネット）のひも或いはワイヤの間における複数の穴或いは開口スペースから構成されている。アノード（＋）電極１６及びカソード（−）電極１４への（約５ボルトから２０ボルトの）電力の付与に及んで、電流（電子の流れ）が水を通過し、水分子をアノード（＋）電極上及び／またはアノード（＋）電極近傍で正イオン及び負イオンに分解する。正の水素カチオン（＋）はカソード（−）電極１４に向かって移行して、電子と混合して水素原子を形成する。２つの水素原子が組み合わせられてカソード（−）電極１４付近に水素分子Ｈ_２を作り出し、アウトレット・チャネル６を通じて排出される水素リッチ水を発生する。Ｏ_２ ⁻またはＯＨ⁻ラジカル等の水酸化物イオン（アニオン（−））はアノード（＋）電極１６に向かって移動し、幾つかの電子と陽子とを失って酸素原子及び他のフリーラジカルを形成し、そしてＦＲＳ水として第２のアウトレット・チャネル４を通じて除去される。一般に、正に帯電したアノード（＋）電極１６（アニオン（−）側）での水流は、負に帯電したカソード（−）電極１４（カチオン（＋）側）での水流の１／１０未満である。電解セルは、ヒドロキシルラジカル、超酸化物、一重項酸素、過ヒドロキシラジカル、ヒドロキシルイオン、ヒドロペルオキシラジカル、水素過酸化物、オゾン、並びに、活性酸素を発生する。

図２は、高電界電解セル１０に使用された他の構成要素に加えて、電極１４及び１６の詳細な層状構造を図示している。一般に、電極１４，１６はプラチナ或いは他の貴金属で被覆或いは形成されており、陽子イオン交換膜８及び転換ガイド２０の間に配置されている。この転換ガイド２０は、典型的には、アクリル樹脂製であるが、ステンレスまたはチタニウム等の他の適切な材料で置き換えられ得る。電極１４，１６は、プレス結着機構（不図示）または単に陽子イオン交換膜８上への被覆によって該陽子イオン交換膜８に固定及び結着され得る。簡略化のためにカソード（−）電極１４のみが図２に図示されているが、理解して頂きたいことは、同様の構成が陽子イオン交換膜８及び転換ガイド２０に関してアノード（＋）電極１６の配置に対して為される。更には、図２に図示されているカソード（−）電極１４の構造に対する説明もそのアノード（＋）電極１６に適用される。図２におけるＡ−Ａ’断面に図示されているように、本発明の各メッシュ電極１４，１６は、イオン交換膜８での、またはイオン交換膜８近傍での水の流れに乱れを発生する粗い非平滑表面層２２，２６で構成されている。第１の粗表面層は非常に小さな（または微細な）突出部２２で構成され、その他が比較的に粗い（またはより大きな）隆起物２６を伴っている。各電極のより小さな突出物メッシュ層２２は陽子イオン交換膜８と対向すると共にそれに結着し、より大きな隆起物メッシュ層側２６は水流と対向し、イオン交換膜８から遠ざかって近接している。水流上に、それら大小の突起メッシュ層２６，２２の双方が小さな矢印で図示されている水の無秩序な乱流を作り出し、水を陽子イオン交換膜８内に付勢している。水流と直接対向しているより粗い（またはより大きな突起）表面メッシュ層２６はこの水流の「道」内にあって、水流内に最大限の乱流を作り出している。この構造は陽子イオン交換膜表面または陽子イオン交換膜表面近傍における無秩序な流れ促進し、真水のその中への取り入れの効率を改善している。加えて、水取り入れの乱れた流れは余剰酸素の膜８内への吸収を可能とし、水の溶解酸素（ＤＯ）レベルを増大することで電解の効率を改善し、次いでそれは水の酸化還元ポテンシャル（ＯＲＰ）・レベルを改善する。

図３及び図４は、水素等のカチオン（＋）が蓄積するＨＥＦＥセル１０のカソード電極（−）側１４からの水素ガスの脱気を図示している。水素の即時脱気はアウトレット・チャネル６から出力される排水の酸化還元ポテンシャルを改善し、その水が再使用のために（図２に示された）インレット・チャネル２へ向かってリサイクルされることを可能としている。アウトレット・チャネル６からインレット・チャネル２までの水素リッチ水の転送は、排水アウトレット・チャネル６をインレット・チャネル２に接続するプラスチック、金属、ステンレス銅、または、他の金属等の適切な材料から構成されるある種の管状或いはパイピング機構を含む様々な機構によって為される。真空ポンプ（不図示）等の既知の水素脱気機構が使用され得て、領域３０における圧力を低減すべく使用され得て、水素ガスの除去を促進している。図３に図示された実施例は、更なるリサイクルのためにアウトレット・チャネル６を通じて排出される前に、水から水素の脱気を更に補助する既知のガス伝達または気液分離膜３６の使用もまた示している。他の既知の脱気機構は水素の脱気のための閉チャンバーの使用を含む。

図４は本発明に従った水素脱気の第２実施例を図示している。この実施例によって、カソード（−）電極１４（またはカチオン（＋）側）は外気に開放され、水素ガスが単純に水から外側の空気に蒸発する。この実施例によって、水レベル３８はあふれを防止すべく制御される。カソード（−）電極１４で水素分子等のカチオン（＋）が発生し、水素ガスが水中に浮かぶ。水素ガスや陽子イオン交換膜８の小さな開口を貫通するナトリウム等のその他のかすかな物質を洗い流すのに、水を使用することができる。

以下はフリーラジカルやアウトレット・チャネル４で出力されるＦＲＳ水におけるそれらの変換パターンのリストまたは表である。以下に図示された変換パターンは、電気分解プロセス中及び電気分解プロセス後の双方で無作為に反復的に生ずる。各フリーラジカルはＲＦＳ水中におけるＨ_２Ｏ水分子の変換の結果であり、ＦＲＳ水及び通常水（Ｈ_２Ｏ分子変化が全く生じない）の間の差を図示している。
変換パターン：発生フリーラジカル：
２Ｈ_２Ｏ→Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻ 酸素
３Ｈ_２Ｏ→Ｏ_３＋６Ｈ^＋＋６ｅ⁻ オゾン
２Ｈ_２Ｏ→Ｈ_２Ｏ_２＋２Ｈ^＋＋２ｅ⁻ 水素過酸化物
２Ｈ_２Ｏ→^＊Ｏ_２ ⁻＋４Ｈ^＋＋３ｅ⁻ 超酸化物アニオン
Ｈ_２Ｏ→ＨＯ^＊＋Ｈ^＋＋ｅ⁻ ヒドロキシル・ラジカル
２Ｈ_２Ｏ→２Ｏ＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻→２Ｈ_２＋^１Ｏ_２一重項酸素
^＊Ｏ_２ ⁻＋Ｈ^＋→^＊Ｏ_２Ｈ過ヒドロキシル・ラジカル
ＨＯ^＊＋Ｈ_２Ｏ＋ｅ⁻→Ｈ_３Ｏ_２ ⁻ ヒドロキシル・イオン
^＊Ｏ_２ ⁻＋Ｈ^＋→ＨＯＯまたはＨＯ_２ ^＊ヒドロペルオキシ・ラジカル
フリーラジカルの発生は無作為であり、この順序である必要性はない。フリーラジカルは無作為に相互に即座に且つ頻繁に変換される。超酸化物アニオン及びヒドロキシル・ラジカルはＲＦＳ水中でフリーラジカルとして漂い、オゾンまたは水素過酸化物に変換することによって最終的には安定する。更には、水素過酸化物及びオゾンも以下のようにして電気分解後にそれらの変換を続行する。
Ｈ_２Ｏ_２→Ｈ^＋＋ＨＯ_２ ⁻ （水素過酸化物の変換）
Ｏ_３＋ＨＯ_２→ＨＯ^＊＋Ｏ_２ ⁻＋Ｏ_２（オゾンの変換）
発生したフリーラジカルは非常に不安定であり、安定化のためにそれらを取り巻く他の分子または原子と結合しがちである。この現象は病原性細菌等の様々な感染性バクテリア疾病を滅菌すべく使用される。感染領域へのＦＲＳ水の適用はＦＲＳ水中のフリーラジカルをバクテリア及びその他の分子と結合させて、その感染領域を滅菌する。水が電気分解されると、酸素がＨ_２Ｏ水分子から強制的に除去され、それを取り巻く他の原子または分子と結合する傾向がある不安定なフリーラジカル原子の内の１つに変換させられる。酸素等のフリーラジカルの病原性細菌等の他の分子と結合によって、そのバクテリアを酸化して滅菌する。フリーラジカルの全ての変換パターンは無作為であり、電気分解後、少なくとも二（２）時間の間、殆ど同一レベルで続行して反復する。それ故に、ＦＲＳ水は、製造後、二（２）時間の間、滅菌液として使用され得て、例えば超酸性水等の既存の電解水と比較して使用の点で実質的に実用的な有益性がある。超酸性水に対するＯＲＰレベルは、製造後、直ちに低減され、それは滅菌能力に関する損失を意味する。詳細には、超酸性水は、製造後、１０から１５分だけ９００ｍＶＯＲＰを維持できる。本発明のＲＦＳ水のＯＲＰレベルは製造後に通常１０から１５分でそのピークＯＲＰに到達し、その後、少なくとも２時間９００ｍＶレベル以上を維持し、非常に高いフリーラジカル反応を含む。

ＨＥＦＥセルはバッテリ等の電気エネルギーの源として使用され得る。図５はＨＥＦＥセルを用いて電気を発生すべく使用される原理を図示している。水素ガスが水から除去されるまたは蒸発されることを可能とする代わりに、図３及び図４に図示されているように、カソード（−）電極側１４での水素リッチ水はリサイクルされてアノード（＋）電極側１６に移動させられ、アノード（＋）電極１６での酸素豊富水はカソード（−）側１４に移動させられる。９００ｍＶ以上のＦＲＳ水の非常に高いＯＲＰレベルのため、カソード（−）電極側１６でのＨ_２水素分子４２はそれらの電子を解放し、正に帯電された形態の２Ｈ^＋のカチオン（＋）分子に変換する。解放された電子は獲得されてロード４０に移動させられ、それによってこのロードに対する電力を発生する。ロード４０からの電子は閉電気的復帰経路を通じて復帰されて、酸素４４及び水素イオン２Ｈ^＋と結合し、水４６を形成する。各電極での分子の変換は以下の如くである：
カソード（−）で：２Ｈ_２＝＞４Ｈ^＋＋４ｅ⁻
アノード（＋）で：４ｅ⁻＋４Ｈ^＋＋Ｏ_２＝＞２Ｈ_２Ｏ
ｅ⁻＋Ｈ^＋＋₋ＯＨ→Ｈ_２Ｏ_２
２ｅ⁻＋２Ｈ^＋＋Ｈ_２Ｏ_２→２Ｈ_２Ｏ
６ｅ⁻＋６Ｈ^＋＋Ｏ_３→３Ｈ_２Ｏ

カチオン（＋）側でＦＲＳ水に酸素ガスを付加する機構によって、全システムの効率が殆どの再循環水素リッチ水が電気を発生すべくアニオン（−）側で使用され得る点まで向上する。先のプロセスは少なくとも２つのＨＥＦＥセルを相互に鎖状につなげることによって改善され得る。例えば、一次ＨＥＦＥセルが二次ＨＥＦＥセルに接続され得て、ＦＲＳ水が第１ＨＥＦＥを通じて効果的に発生させられ、第２ＨＥＦＥセルを通じて電気が発生させられる。

図６はＨＥＦＥセル１０への電力供給のための制御回路の概略線図である。ＨＥＦＥセル１０に供給される電力は電力供給源６０をスイッチングすることによって起動され、次いで該電力供給源はパルス幅変調（ＰＷＭ）増幅器６２を起動して、ＨＥＦＥセル１０に電力供給する。ＨＥＦＥセル１０の電極１４及び１６に供給される電力は、その中に電界を作り出して、水を電気分解して、ＦＲＳ水を発生する。ＨＥＦＥセル１０に供給される電圧は様々なセンサ６６乃至７２から受け取る情報に基づきＨＥＦＥセル１０への電力を遮断または維持すべく行動する制御回路７４によって制御される。酸化還元ポテンシャル（ＯＲＰ）センサ６６は、ＦＲＳ水のＯＲＰレベルの量を測定する。もしＯＲＰレベルが１２００ｍＶ以上まで増大するかまたは７００ｍＶ以下に減少すると、制御回路７４はＰＷＭ増幅器６２を遮断し、それによってＨＥＦＥセル電極１４及び１６への電力を遮断する。ｐＨセンサ６８はＦＲＳ水の水素イオン濃度（ＨＩＣ）レベルを測定し、それを６から８ｐＨの間に維持する。流量センサ７０及び温度センサ７２は水流及びその温度の量（または数量）をそれぞれ測定する。もし水流が所定の閾値水流率の１０％未満まで減少すれば、制御回路７４はＰＷＭ増幅器６２を遮断し、フロー・バルブ８０を制御する。４５°Ｃ以上の水温の増大は制御回路７４による電力の遮断をトリガーする。結果としての検知された情報は、制御回路７４によって制御される、ＬＣＤ或いはその他等のＬＥＤ或いはその他の機構から構成され得るＬＥＤディスプレイ７６によって見ることができる。

制御回路７４によって遮断をトリガーし得る他の要因（または発生）としては、過電流（またはセル当たり１０Ａ／ｃｍ^２以上の電流）、過電圧（セル当たり２０Ｖを上回る増大電圧）、或いは、ヒューマン・インターフェースによるものなどが挙げられる。ＨＥＦＥセルに供給される最大許容電力は１２０Ｖ＋／−２０％ｐの範囲内であり、１５ｍＡの最大許容電気的リークを伴う。ここに示されたこれらパラメータの閾値レベルからの逸脱は、制御回路７４によるＨＥＦＥセル１０への電力の遮断をトリガーし得る。例えば電流、電圧を含む様々なセンサや電力センサはそうした発生を検出すべく使用される。これらセンサは制御回路７４の一体的な部分であり得る。

ＨＥＦＥセルは、多数のセルを直列に接続することによって電解のより高い性能を獲得し得る。図７は多数のセルを直列に接続するための典型的な実施例を図示する。図７に示されたこの実施例において、２つのセルは接続されている。第１セル（No.1セル）はＦＲＳのＯＲＰを増大し、次いで、第２のセル（No.2セル）はＯＲＰを更により高いレベルまでに高める。高められた性能は、生水の品質等の動作状況に依存して変動される。図８は、１ユニットにおける多数セルの典型的な層状構造を図示している。図８に示されたこの実施例において、１ユニットに２つのセルがある。カソード（−）電極は１つの平坦な層であるが、アノード（＋）電極は２片に分離されている。これら分離されたアノード（＋）電極はそれぞれ独立して作動する。図９は二重セル・プロセスを通じて製造されたＦＲＳのＯＲＰ測定のための標本チャートである。このチャートも、第１セル及び第２セルに対して付与された電流に対するＦＲＳのＯＲＰの関係を示している。ＯＲＰは各セルに対して所与された電流の様々な組み合わせによって微細に調整及び制御され得る。

以上、本発明の例示的実施例が説明されたが、数多くの変更及び代替の実施例が当業者には思いつくであろう。例えば、電極に対する２層の円形（または球形）隆起として示された突起は球状である必要もなく、或いは、示されるように対称的な行として配列される必要もない。インレット及びアウトレットのチャネルの数は変更し得る。例えば、３つのアウトレット・チャネルが使用され得て、その内の１つはＦＲＳ水を出力し、第２のものが水素リッチ水を出力し、そして第３のものが脱気水素水を出力する。水素リッチ水は発電用に再使用され得て、脱気水素水はインレット・チャネルに戻されるように再循環させられ得る。ＨＥＦＥセルの物理的構造は図示の如くに矩形状-立方体である必要性はない。それは丸められた縁のものを含む。他のセンサも先に記載されたセンサに加えて使用され得る。これらは、ＦＲＳ水における溶解酸素の最大レベルを最適化且つ維持すべく大気圧を検出すべく圧力センサを含み得る。そうした変更及び代替の実施例が意図されており、本発明の精神、範疇、並びに、特許請求の範囲から逸脱することなしに為され得る。

図１は、本発明に従った高電界電解セルの典型的な概略図解である。図２は、図１に図示された高電界電解セル内の他の構成要素に対する電極の詳細な層状構造を図示している。図３は、本発明に従った水素リッチ水の脱気の一実施例を図示している。図４は、本発明に従った水素リッチ水の脱気の別の実施例を図示している。図５は、本発明に従った高電界電解セルを用いて電気を発生すべく使用される原理を図示している。図６は、本発明に従った高電界電解セルへの電力の供給のための制御回路の概略線図である。図７は、本発明に従った多数セルを直列に接続するための典型的な実施例を図示している。図８は、本発明に従った１ユニット内における多数セルの典型的な層状構造を図示している。図９は、二重セル・プロセスを通じて製造されたＦＲＳのＯＲＰ測定のための標本チャートである。

Claims

電解セルであって、
水を取り入れるための少なくとも１つのインレット・チャネル、水素リッチ水の出力のための第１アウトレット・チャネル、並びに、フリーラジカル溶液水の出力のための第２アウトレット・チャネルを有する構造を備え、
前記構造が２つの平坦メッシュ電極の間に配置された平坦な陽子イオン交換膜を収容し、
前記電極への電力の付与が前記インレット・チャネルを通じて流れる水を電気分解し、前記第１アウトレット・チャネルを通じて出力されるフリーラジカル溶液水と前記第２アウトレット・チャネルを通じて出力される水素リッチ水とを発生することから成る電解セル。
前記平坦メッシュ電極の各々が、大きな隆起を有する第１層と、該第１層のより大きな隆起と比較してより小さな隆起を有する第２層との２層から構成されている、請求項１に記載の電解セル。
大きな隆起を伴う前記第１層が前記陽子イオン交換膜面から離れた遠位に近接されて、前記陽子イオン交換膜に隣接する水の流れに乱れを作り出している、請求項２に記載の電解セル。
より小さな隆起を伴う前記第２層が、前記陽子イオン交換膜に対向して近接されている、請求項２に記載の電解セル。
前記第２アウトレット・チャネルを通じて出力される前記水素リッチ水が再使用のために脱気される、請求項１に記載の電解セル。
前記水素リッチ水の前記脱気が水素及び水を作り出し、前記水素が電力の発生用に使用され、前記水が前記インレット・チャネルを通じて前記電解セルに戻されるように再循環させられる、請求項５に記載の電解セル。
前記電気分解への電力が制御回路によって制御されている、請求項１に記載の電解セル。
前記制御回路が、インレット水流及び電力、またはそれらの内の一方を調整して、ＦＲＳ水及び水素リッチ水の最も効果的な製造を維持するか、或いは、様々なパラメータ値を検出する多数のセンサからの情報信号に基づくと共に、予めプログラムされた閾値レベルからの正規パラメータ値の逸脱に基づく出力検知信号に基づき、前記電解セルの前記電極への電力を遮断すべく電力遮断信号をトリガーする、請求項７に記載の電解セル。