JP2012052183A - 電気分解装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電極が水と接触し易く、効率良く水の電気分解を行うことができる電気分解装置を提供する。
【解決手段】電気分解装置１は、水を収容する容器１０と、容器の底部１１に電気絶縁性のホルダー３０を介して支持されている、共に環状で同心の一対の電極２１，２２とを具備し、ホルダーは、一対の電極間に所定の電極間空隙２５が形成され、且つ、電極間空隙が容器の内部空間内で上方及び下方に開放している状態で、一対の電極を保持している。
【選択図】図１

Description

本発明は、飲用水を電気分解する電気分解装置に関するものである。

水素が豊富に溶存している水は、水素が活性酸素と結び付いて水となることによって、飲用により体内の活性酸素を低減させることが期待され、健康志向の高い人々に着目されている。ここで、活性酸素は、Ｏ_２ ⁻イオンやヒドロキシル遊離基など、不安定で酸化力の強い分子種であり、その増加は老化、発癌、免疫力の低下などに関係していると言われている。

水素が豊富に溶存している水としては、水素ガスを圧入した水が容器に封入された状態で市販されている他、ポット型やピッチャー型などの容器に収容した水を電気分解し、水中で水素を発生させる装置が種々提案され、実施されている（例えば、特許文献１，２参照）。これらの装置は、水を収容する容器内に一対の電極を設置し、この一対の電極に電圧を印加するものである。ここで、特許文献２の技術は、それ以前の装置において電極が容器内で上下方向に突設されており、撹拌の支障となっていたことを解決すべき課題とし、電極の形状を容器の側壁に向けて延伸する板状体としたものである。

しかしながら、特許文献２の装置では、水を収容する容器の底部の表面、或いは、容器の底部に取り付けられるベースの表面に、板状体の一面が接触する状態で、電極が取り付けられている。そのため、電極において水と接触する面は上面に限られ、電極周りの水が電気分解された後は新たな水が電極と接触しにくく、電気分解の効率が低下するおそれがあると考えられた。

そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、電極が水と接触し易く、効率良く水の電気分解を行うことができる電気分解装置の提供を、課題とするものである。

上記の課題を解決するため、本発明にかかる電気分解装置は、「水を収容する容器と、該容器の底部に電気絶縁性のホルダーを介して支持されている、共に環状で同心の一対の電極とを具備し、前記ホルダーは、前記一対の電極間に所定の電極間空隙が形成され、且つ、該電極間空隙が前記容器の内部空間内で上方及び下方に開放している状態で、前記一対の電極を保持している」ものである。

「ホルダー」は、電気絶縁性の材料で形成するものであり、例えば、樹脂製、ガラス製、セラミックス製とすることができる。

電極の形状の「環状」としては、円環状、楕円形の環状、或いは、多角形状の環状を例示することができる。また、「環状」は、閉じた環であることを要するものではなく、途中で切れた環状であっても良い。

上記構成により、電解質を僅かに含有する水を容器内に収容し、一対の電極に電圧を印加すれば、水が電気分解されて陰極で水素が発生する。本発明では、一対の電極間に電極間空隙が形成されるように電極がホルダーに保持されており、その電極間空隙は容器の内部空間内で上方及び下方に開放している。そのため、水は、電極間空隙を通って流通することができる。これにより、容器内で水の自然な対流が生じやすく、電極で発生した気体が上昇するのに伴い、電極周りに水が供給され、水の電気分解を効率よく継続的に進行させることができる。

本発明にかかる電気分解装置は、上記構成において、「前記ホルダーは、前記底部に接続された基部、及び、該基部の上端から外側に張り出して設けられた電極支持部を備え、該電極支持部は、内側環状部、該内側環状部と同心の外側環状部、該外側環状部の下端と前記内側環状部の下端とを部分的に連結している複数の連結部、及び、該連結部それぞれの中間部で上方に向けて突設されたスペーサ部を備えており、前記一対の電極の一方は、前記内側環状部と前記スペーサ部との間で複数の前記連結部に載置され、前記一対の電極の他方は、前記外側環状部と前記スペーサ部との間で複数の前記連結部に載置されている」ものとすることができる。

上記構成により、ホルダーは「前記一対の電極間に所定の電極間空隙が形成され、且つ、該電極間空隙が前記容器の内部空間内で上方及び下方に開放している状態」で一対の電極を保持する。すなわち、一対の電極は電極支持部において共に連結部に載置されており、一対の電極間にはスペーサ部が存在する。そして、スペーサ部は、電気絶縁性のホルダーの構成部分であるため、一対の電極がスペーサの厚さ分以上に離隔することにより、電極の短絡が防止される。また、スペーサ部の設けられている連結部は、内側環状部及び外側環状部の下端を部分的に連結しているため、連結部のない部分では、一対の電極間には空隙（電極間空隙）が形成される。

加えて、電極支持部は基部の上端から外側に張り出すように設けられており、連結部に載置された電極は、少なくとも連結部の高さ以上は容器の底部から離隔している。これにより、電極の下端は容器の底部に接することはなく、連結部のない部分で電極間空隙は容器の内部空間内で上下方向に開放することとなる。

また、一対の電極は、それぞれ複数の連結部に載置されることにより下方から支持される構成である。そのため、電極が上方から吊り下げ支持される場合や、側方から片持ち支持される場合に比べて、電極自体にはさほど機械的強度が求められない。これにより、電極を薄く形成することができ、電極に用いる材料を節減することが可能となる。

本発明にかかる電気分解装置は、上記構成において、「前記容器の側壁部が透明であると共に、前記底部の少なくとも一部は透明であり、透明な前記底部を介して、前記電極間空隙を含む前記容器の内部空間に投光する光源部を更に具備する」ものとすることができる。

「光源部」としては、発光ダイオードや豆電球を使用することができる。

上記構成では、容器の底部の透明な部分を介して投光された光が、電極において発生する気体の泡によって反射され、泡の上昇及び水の対流に伴い反射光の方向が多様に変化する。これにより、透明な容器の側壁部を通して水中の泡がキラキラと輝いて見え、気体の発生を視覚的に楽しむことができる。特に、本発明では、電極間空隙が上方及び下方に開放しているため、底部を介して投光された光は電極間空隙をも通過する。そのため、電極で発生する泡が光を受けやすく、泡で光が反射される上記の作用効果をより効果的に奏するものとなっている。

以上のように、本発明の効果として、電極が水と接触し易く、効率良く水の電気分解を行うことができる電気分解装置、を提供することができる。

本発明の一実施形態の電気分解装置の一部切り欠き斜視図である。 図１の電気分解装置の縦断面図である。 図２におけるＸ範囲の拡大図である。 図１の電気分解装置の電極を支持した状態のホルダー及びホルダーキャップの斜視図である。 図１の電気分解装置のベース部の斜視図である。 図１の電気分解装置の電極を支持した状態のホルダーの（ａ）平面図、及び、（ｂ）左側にＰ−Ａ端面、右側にＰ−Ｂ端面を示した端面図である。

以下、本発明の一実施形態である電気分解装置１について、図１乃至図６を用いて説明する。電気分解装置１は、水を収容する容器１０と、容器１０の底部１１に電気絶縁性のホルダー３０を介して支持されている、共に環状で同心の一対の電極２１，２２とを具備し、ホルダー３０は、一対の電極２１，２２間に所定の電極間空隙２５が形成され、且つ、電極間空隙２５が容器１０の内部空間内で上方及び下方に開放している状態で、一対の電極２１，２２を保持している。そして、上記構成において、ホルダー３０は、底部１１に接続された基部３１、及び、基部３１の上端から外側に張り出して設けられた電極支持部４０を備え、電極支持部４０は、内側環状部４１、内側環状部４１と同心の外側環状部４２、外側環状部４２の下端と内側環状部４１の下端とを部分的に連結している複数の連結部４３、及び、連結部４３それぞれの中間部で上方に向けて突設されたスペーサ部４４を備えており、一対のうち一方の電極２１は内側環状部４１とスペーサ部４４との間で複数の連結部４３に載置されており、他方の電極２２は外側環状部４２とスペーサ部４４との間で複数の連結部４３に載置されている。

また、容器１０の側壁部１２及び底部１１は透明であり、底部１１を介して電極間空隙２５を含む容器１０の内部空間に投光する光源部（図示しない）を更に具備している。

より詳細に説明すると、容器１０は上方に開口する有底筒状で、横断面の外形は底部１１から開口部１３に向かって拡径する略楕円形である。また、開口部１３は着脱自在な蓋部１９によって被覆される。この容器１０は、底部１１も含めて透明な樹脂製であり、底部１１は側壁部１２の下端より高く位置する、いわゆる上げ底に形成されている。そして、底部１１の中央には、ホルダー３０の基部３１を嵌挿させる貫通孔部１５が穿設されている。

ホルダー３０の基部３１は円筒状であり、下端側の外周面にはネジ山３１ｂが形成されている。ホルダー３０は、基部３１のネジ山３１ｂと螺合するネジ溝３８ｂが形成されたナット状の締結具３８によって、容器１０の底部１１に固定される。すなわち、ホルダー３０の基部３１を貫通孔部１５に挿通した上で、底部１１の裏面側で、基部３１のネジ山３１ｂと締結具３８のネジ溝３８ｂを螺合させて留め付ける。これにより、ホルダー３０は、基部３１の一部及び電極支持部４０を底部１１より上に位置させた状態で、底部１１に固定される。なお、図示は省略するが、ホルダー３０と底部１１の上面との間、及び、底部１１の裏面と締結具３８との間の一方または双方に、ゴムパッキン等のシール材を介在させることにより、貫通孔部１５を介しての水の漏出を防止する。

基部３１の上端は、基部３１の外周円より径の大きい円板形の基部上面部３４で閉塞されており、この基部上面部３４の外周縁から立ち上がるように、円環状の内側環状部４１が設けられている。また、外側環状部４２は内側環状部４１と同心の円環状であり、内側環状部４１と同程度の高さを有している。そして、外側環状部４２の下端と内側環状部４１の下端とは、外側環状部４２と内側環状部４１との間に所定の間隔があけられた状態で、複数箇所（本実施形態では八箇所）で連結部４３によって連結されている。それぞれの連結部４３には、その中間部において、外側環状部４２及び内側環状部４１と同程度の高さのスペーサ部４４が突出しており、スペーサ部４４と外側環状部４２との間、及びスペーサ部４４と内側環状部４１との間には、それぞれ０．５ｍｍ〜１ｍｍの間隙があけられている。また、スペーサ部４４は、何れも約１ｍｍの厚さ（外側環状部４２及び内側環状部４１の径方向の長さ）を有している。

スペーサ部４４と内側環状部４１との間、及び、スペーサ部４４と外側環状部４２との間には、それぞれ円環状の電極２１，２２が、複数の連結部４３の上に載置された状態で支持されている。すなわち、一対の電極２１，２２間は、スペーサ部４４の厚さより僅かに大きな距離だけ離隔しており、その間隙はスペーサのない部分では空隙（電極間空隙２５）となっている。また、連結部４３のない部分で、電極２１，２２の下端は、連結部４３の高さと、基部３１のうち底部１１より上まで出ている部分の高さとを合わせた高さ分だけ、容器１０の底部１１から離隔している。従って、電極２１，２２の下端は容器１０の底部１１に接しておらず、電極間空隙２５は上下方向に開放している。

本実施形態では、ぞれぞれの電極２１，２２について、高さを約６ｍｍ、厚さを約０．５ｍｍの設定としている。

基部上面部３４には、基部３１の内部に向かって延びる、一対の筒状の導線挿通部３５が開口しており、一対の電極２１，２２のうち陽極となる電極に一端を接続した導線が一方の導線挿通部３５に挿通されると共に、陰極となる電極に一端を接続した導線が他方の導線挿通部３５に挿通される。それぞれの導線挿通部３５の下端には端子３６が取り付けられており、これら一対の端子３６にそれぞれ導線の他端が接続される。ここで、一対の端子３６は、その下端が基部３１の下端より僅かに突出するよう取り付けられている。

なお、本実施形態の電気分解装置１は、基部上面部３４の上方を被覆するホルダーキャップ３９を備えている。このホルダーキャップ３９は、内側環状部４１の外径とほぼ等しい径を有する円板状であり、下方に突出した爪部３９ｂの弾性変形によって、内側環状部４１の内周面に嵌め込まれる。

上記のように、ホルダー３０を介して電極２１，２２が取り付けられた容器１０は、ベース部５０の上に設置される。ここで、ベース部５０は、内部に空間を有する扁平な箱体であり、上面には電極２１，２２への通電のオン・オフを操作する操作部５２が設けられている。そして、ベース部５０の内部には、操作部５２での操作に応じて電極２１，２２への通電を切り換える電気回路部（図示しない）が収容されている。この電気回路部は、ベース部５０の上面から露呈している一対の端子５６に電気的に接続されていると共に、ＡＣ−ＤＣアダプタ（図示しない）を介して、外部の商用電源から電力を供給可能に構成されている。

また、ベース部５０の上面には、容器１０の側壁部１２の下端の寸法及び形状に対応した凹部５１が設けられており、この凹部５１に側壁部１２の下端を嵌め込むようにして、ベース部５０上に容器１０が載置される。上述のように容器１０の底部１１は上げ底となっているが、底部１１が高くなっている高さは、ホルダー３０の基部３１が底部１１より下に突出している高さ、及び、基部３１のネジ山３１ｂと螺合している締結具３８の高さとほぼ等しく設定されている。そのため、容器１０をベース部５０上に載置した状態で、基部３１の下端及び締結具３８の下端はベース部５０の上面に当接し、導線挿通部３５に取り付けられた端子３６が、ベース部５０の上面から露呈している端子５６に圧接される。

なお、容器１０のベース部５０上への設置に関しては、容器１０を１８０度回転させた状態でも、ベース部５０の凹部５１に容器１０を嵌め込むことが可能となっている。これにより、容器１０を１８０度回転させてベース部５０に載置すると、ＡＣ−ＤＣアダプタを介して外部の商用電源と接続されている一対の端子５６と、一対の電極２１，２２の一方とそれぞれ導線を介して接続されている一対の端子３６との間で、接触する組み合わせが切り換わる。

ここで、水を用いる何らかの装置では、使用を継続するうちに、水中にイオンとして含まれているカルシウムが炭酸カルシウムとして析出することがある。そして、電気分解装置においては、析出したカルシウムが電極に付着すると、水の電気分解が妨げられる。そこで、従来の電気分解装置には、使用者が操作部のボタン等を操作することにより、一対の電極に印加する電圧の向きを逆転させる電気回路を備えているタイプのものがあり、電極の極性を切り換えることによって、カルシウムを電極から除去している。

これに対し、本実施形態の電気分解装置１では、上記のように容器１０をベース部５０に設置する向きを１８０度回転させるだけで、電極２１，２２の極性を切り換えることができるため、電圧の向きを逆転させる電気回路やこれを制御するソフトウェアを備える必要がない。すなわち、極めて簡易な構成でありながら、電極に付着したカルシウムの除去を行うことが可能な構成となっている。

また、ベース部５０の上面には、容器１０の底部１１の下方となる位置に孔部５５が設けられており、この孔部５５を介して光を投射するように、ベース部５０内の空間に光源部が設置されている。本実施形態では、光源部として青色と白色の発光ダイオードを使用し、投光される光の色が青色と白色との間で変化する設定としている。

上記のように、本実施形態の電気分解装置１によれば、一対の電極２１，２２間に電極間空隙２５が存在し、電極間空隙２５は上方及び下方に開放しているため、電極間空隙２５が水の流通路となる。これにより、水の自然な対流が生じ易く、電極２１，２２が水と接触し易いものとなり、効率良く継続的に水の電気分解を行うことができる。

また、電極２１，２２は連結部４３に載置支持される構成であるため、機械的強度はさほど求められず、本実施形態では厚さを約０．５ｍｍという薄い厚さとすることが可能となっている。これにより、電極２１，２２として使用する材料を節減することができ、白金など高価な金属を、無駄なく電極として使用することができる。

加えて、本実施形態では、底部１１を含めて容器１０全体が透明であり、ベース部５０の内部に設置された光源部から、孔部５５及び底部１１を介して、容器１０内の水に光が投射される。これにより、電極２１，２２から発生した泡によって光が反射され、電気分解による気体の発生を視覚的に楽しむことができる。特に本実施形態では、投射される光を青色と白色との間で変化させているため、海の底のような雰囲気を醸し出すものとなっている。

ここで、投光に関する他の態様として、ベース部５０の上面において、容器１０の側壁部１２の下端の外周縁に光源部を設けることにより、側壁部１２を介して斜めに投光する態様も想到し得るところ、この場合は湾曲する側面部１２によって光が反射してしまい、泡で光を反射させることが難しい。これに対し、本実施形態では、底部１１の真下から、底部１１に直交する方向に光を投射するため、容器１０内の水に光が十分に投射され、光で泡を効果的に浮かび上がらせることができる。

以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。

例えば、上記の実施形態では、電極２１，２２、電極支持部４０の内側環状部４１及び外側環状部４２を何れも円環状としたが、これに限定されず、楕円の円環状や多角形の円環状とすることもできる。また、上記では、電極２１，２２が閉じた円環状である場合を示したが、Ｃリングのように途中で切れた円環状とすることも可能である。

１ 電気分解装置
１０ 容器
１１ 底部
１２ 側壁部
２１，２２ 電極
２５ 電極間空隙
３０ ホルダー
３１ 基部
４０ 電極支持部
４１ 内側環状部
４２ 外側環状部
４３ 連結部
４４ スペーサ部

特開２００３−３０５４７３号公報 特開２００９−２３３５１６号公報

Claims (3)

1. 水を収容する容器と、
   該容器の底部に電気絶縁性のホルダーを介して支持されている、共に環状で同心の一対の電極とを具備し、
   前記ホルダーは、前記一対の電極間に所定の電極間空隙が形成され、且つ、該電極間空隙が前記容器の内部空間内で上方及び下方に開放している状態で、前記一対の電極を保持している
   ことを特徴とする電気分解装置。
2. 前記ホルダーは、前記底部に接続された基部、及び、該基部の上端から外側に張り出して設けられた電極支持部を備え、
   該電極支持部は、内側環状部、該内側環状部と同心の外側環状部、該外側環状部の下端と前記内側環状部の下端とを部分的に連結している複数の連結部、及び、該連結部それぞれの中間部で上方に向けて突設されたスペーサ部を備えており、前記一対の電極の一方は、前記内側環状部と前記スペーサ部との間で複数の前記連結部に載置され、前記一対の電極の他方は、前記外側環状部と前記スペーサ部との間で複数の前記連結部に載置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気分解装置。
3. 前記容器の側壁部が透明であると共に、前記底部の少なくとも一部は透明であり、
   透明な前記底部を介して、前記電極間空隙を含む前記容器の内部空間に投光する光源部を更に具備する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気分解装置。

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