JP2018158281A

JP2018158281A - 電解水生成装置

Info

Publication number: JP2018158281A
Application number: JP2017055892A
Authority: JP
Inventors: 大治雨森; Daiji Amemori
Original assignee: Nihon Trim Co Ltd
Current assignee: Nihon Trim Co Ltd
Priority date: 2017-03-22
Filing date: 2017-03-22
Publication date: 2018-10-11
Also published as: US20200361795A1; WO2018174034A1; EP3578519A4; EP3578519A1; CN110114314A

Abstract

【課題】白金ナノコロイド等の水素吸蔵金属コロイドを多く含有する電解水を簡素な構成で気軽に生成できる電解水生成装置の提供。【解決手段】電気分解される水が供給される電解室４０と、電解室４０内で、互いに対向して配置され、極性の異なる第１給電体４１及び第２給電体４２と、第１給電体４１と第２給電体４２との間に配され、かつ、電解室４０を第１給電体４１側の第１極室４０ａと、第２給電体４２側の第２極室４０ｂとに区分する隔膜４３と、第１給電体４１及び第２給電体４２の極性を、陽極又は陰極に切り替える制御手段を備え、第１給電体４１及び第２給電体４２の表面は、水素吸蔵金属によって形成され、制御手段は、電解室４０において電気分解を開始する毎に、極性を切り替える動作モードを有する電解水生成装置１。【選択図】図１

Description

本発明は、水素吸蔵金属コロイドを含む電解水を生成する電解水生成装置に関する。

従来、コロイド状の水素吸蔵金属を含む電解水について、種々の研究開発がなされている。例えば、特許文献１では、電気分解前の電解質水溶液にコロイドを添加する技術が提案されている。

特許第３５６９２７０号公報

しかしながら、上記技術では、電解質水溶液にコロイドを添加する工程を伴うため、電解水生成装置の構成が複雑化すると共に、取り扱いが煩雑となるおそれがあり、改良の余地が残されている。

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、水素吸蔵金属コロイドを多く含有する電解水を簡素な構成で気軽に生成できる電解水生成装置を提供することを主たる目的としている。

本発明の第１発明は、電気分解される水が供給される電解室と、前記電解室内で、互いに対向して配置され、極性の異なる第１給電体及び第２給電体と、前記第１給電体と前記第２給電体との間に配され、かつ、前記電解室を前記第１給電体側の第１極室と、前記第２給電体側の第２極室とに区分する隔膜と、前記第１給電体及び前記第２給電体の前記極性を、陽極又は陰極に切り替える極性切替手段とを備えた電解水生成装置であって、前記第１給電体及び前記第２給電体の表面は、水素吸蔵金属によって形成され、前記極性切替手段は、前記電解室において電気分解を開始する毎に、前記極性を切り替える動作モードを有することを特徴とする。

前記電解水生成装置において、前記水素吸蔵金属は、白金を含む金属であることが望ましい。

前記電解水生成装置において、前記第１極室及び前記第２極室のうち陽極側の極室で生成された電解水を取り出すための陽極水管と、前記第１極室及び前記第２極室のうち陰極側の極室で生成された電解水を取り出すための陰極水管と、前記第１極室及び前記第２極室と前記陽極水管及び前記陰極水管との接続を切り替える流路切替手段をさらに有することが望ましい。

前記電解水生成装置において、前記第１極室及び前記第２極室のうち陽極側の極室に供給される水量を制限する水量制限手段をさらに備えることが望ましい。

前記電解水生成装置において、前記第１極室及び前記第２極室のうち陽極側の極室から流出した水を、前記陽極側の前記極室に戻す帰還水管をさらに備えることが望ましい。

本発明の第２発明は、水中で互いに対向して配置された第１給電体と第２給電体との間に電圧を印加することにより、電解水を生成する電解水生成方法であって、電気分解を開始する毎に、前記第１給電体及び前記第２給電体の極性を切り替える極性切替ステップを含むことを特徴とする。

第１発明の電解水生成装置では、第１給電体及び第２給電体の表面が水素吸蔵金属によって形成されているので、電気分解の際、陽極側の極室では、水素吸蔵金属がイオン化する。このとき生ずる水素吸蔵金属のイオンの一部は、電気分解の終了後も上記極室内に留まる。そして、次回の電気分解の開始時には、極性切替手段が極性を切り替える。これに伴い、陽極として水素吸蔵金属をイオン化させた給電体は、陰極となって水素吸蔵金属のイオンに電子を供給する。これにより、上記極室では、コロイド状の水素吸蔵金属が析出し、水素吸蔵金属コロイドを多く含有する電解水が生成される。

第２発明の電解水生成方法では、水中で互いに対向して配置された第１給電体と第２給電体との間に電圧を印加することにより、陽極側の給電体の表面では、水素吸蔵金属がイオン化する。このとき生ずる水素吸蔵金属のイオンの一部は、電気分解の終了後も上記給電体の表面に付着している。そして、次回の電気分解の開始時には、極性切替ステップが実行され、第１給電体及び第２給電体の極性が切り替えられる。これに伴い、水素吸蔵金属のイオンが付着している給電体は、陰極となって水素吸蔵金属のイオンに電子を供給する。これにより、上記給電体の表面では、コロイド状の水素吸蔵金属が析出し、水素吸蔵金属コロイドを多く含有する電解水が生成される。

本発明の電解水生成装置の一実施形態の流路構成を示す図である。図１の電解水生成装置の電気的構成を示すブロック図である。図２の制御手段の処理手順の一実施形態を示すフローチャートである。図１の電解水生成装置の変形例の流路構成を示す図である。

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
図１は、本実施形態の電解水生成装置１の概略構成を示している。図２は、電解水生成装置１の電気的構成を示している。電解水生成装置１は、電気分解される水が供給される電解室４０と、極性の異なる第１給電体４１及び第２給電体４２と、電解室４０を区分する隔膜４３と、電解水生成装置１の各部の制御を司る制御手段５とを備えている。

電解室４０は、電解槽４の内部に形成されている。電解室４０には、電気分解前の原水が供給される。原水には、一般的には水道水が利用されるが、その他、例えば、井戸水、地下水等を用いることができる。電解室４０の上流側には、電解室４０に供給される水を浄化する浄水カートリッジが設けられていてもよい。

第１給電体４１及び第２給電体４２は、電解室４０内で、互いに対向して配置されている。第１給電体４１及び第２給電体４２の表面は、水素吸蔵金属によって形成されている。水素吸蔵金属とは、例えば、白金、パラジウム、バナジウム、マグネシウム、ジルコニウムであり、これらを成分とする合金も含まれる。本実施形態では、第１給電体４１及び第２給電体４２の表面には、白金のめっき層が形成されている。

隔膜４３は、第１給電体４１と第２給電体４２との間に配されている。隔膜４３は、電解室４０を第１給電体４１側の第１極室４０ａと、第２給電体４２側の第２極室４０ｂとに区分する。隔膜４３は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）親水膜によって構成されている。第１給電体４１と第２給電体４２との間に直流電圧が印加されると、電解室４０内で水が電気分解され、電解水が得られる。

例えば、図１に示される状態では、第１給電体４１には正の電荷が帯電し、第１極室４０ａは、陽極室として機能している。一方、第２給電体４２には負の電荷が帯電し、第２極室４０ｂは、陰極室として機能している。これにより、第２極室４０ｂでは発生した水素ガスが溶け込んだ還元性の電解水素水が、第１極室４０ａでは発生した酸素ガスが溶け込んだ電解酸性水がそれぞれ生成される。

図２に示されるように、第１給電体４１及び第２給電体４２と制御手段５とは、電流供給ラインを介して接続されている。第１給電体４１と制御手段５との間の電流供給ラインには、電流検出手段４４が設けられている。電流検出手段４４は、第２給電体４２と制御手段５との間の電流供給ラインに設けられていてもよい。電流検出手段４４は、第１給電体４１、第２給電体４２に供給する直流電流（電解電流）を検出し、その値に相当する電気信号を制御手段５に出力する。

制御手段５は、例えば、各種の演算処理、情報処理等を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）及びＣＰＵの動作を司るプログラム及び各種の情報を記憶するメモリ等を有している。制御手段５の各種の機能は、ＣＰＵ、メモリ及びプログラムによって実現される。

制御手段５は、例えば、電流検出手段４４から出力された電気信号に基づいて、第１給電体４１及び第２給電体４２に印加する直流電圧（電解電圧）を制御する。より具体的には、制御手段５は、ユーザー等によって設定された溶存水素濃度に応じて、電流検出手段４４によって検出される電解電流が所望の値となるように、第１給電体４１及び第２給電体４２に印加する電圧をフィードバック制御する。例えば、電解電流が過大である場合、制御手段５は、上記電圧を減少させ、電解電流が過小である場合、制御手段５は、上記電圧を増加させる。これにより、第１給電体４１及び第２給電体４２に供給する電解電流が適切に制御され、電解室４０で所望の溶存水素濃度の水素水が生成される。

第１給電体４１及び第２給電体４２の極性は、制御手段５によって制御される。すなわち、制御手段５は、第１給電体４１及び第２給電体４２の極性を切り替える極性切替手段として機能する。制御手段５が第１給電体４１及び第２給電体４２の極性を適宜切り替えることにより、第１給電体４１及び第２給電体４２が陽極室又は陰極室として機能する機会が均等化される。これにより、第１給電体４１及び第２給電体４２等へのスケールの付着が抑制される。以下、本明細書では、特に断りのない限り、第１給電体４１が陽極給電体として、第２給電体４２が陰極給電体として、それぞれ機能している場合が説明される。

図１に示されるように、電解水生成装置１は、電解槽４の上流側に設けられた入水部２と、電解槽４の下流側に設けられた出水部６とをさらに備えている。

入水部２は、給水管２１と、流量センサー２２と、分岐部２３と、流量調整弁２５等を有している。給水管２１は、電気分解される水を電解室４０に供給する。流量センサー２２は、給水管２１に設けられている。流量センサー２２は、電解室４０に供給される水の単位時間あたりの流量（以下、単に「流量」と記すこともある）Ｆを定期的に検出し、その値に相当する信号を制御手段５に出力する。

分岐部２３は、給水管２１を給水管２１ａ、２１ｂの二方に分岐する。流量調整弁２５は、給水管２１ａ、２１ｂを第１極室４０ａ又は第２極室４０ｂに接続する。第１極室４０ａ及び第２極室４０ｂに供給される水の流量は、制御手段５の管理下で、流量調整弁２５によって調整される。本実施形態では、流量センサー２２は、分岐部２３の上流側に設けられているので、第１極室４０ａに供給される水の流量と第２極室４０ｂに供給される水の流量との総和、すなわち、電解室４０に供給される水の流量Ｆを検出する。

出水部６は、第１出水管６１と、第２出水管６２と、流路切替弁６５とを有する。

図１において、第１出水管６１は、第１極室４０ａ及び第２極室４０ｂのうち陰極側の極室で生成された電解水（すなわち電解水素水）を取り出すための陰極水管として機能している。一方、第２出水管６２は、第１極室４０ａ及び第２極室４０ｂのうち陽極側の極室で生成された電解水を取り出すための陽極水管として機能している。

流路切替弁６５は、電解槽４の下流に設けられている。流路切替弁６５は、第１極室４０ａ及び第２極室４０ｂと第１出水管６１及び第２出水管６２との接続を切り替える流路切替手段として機能する。

本実施形態では、制御手段５が、第１給電体４１及び第２給電体４２の極性の切り替えと流路切替弁６５による流路の切り替えとを同期させることにより、ユーザーによって選択された電解水（例えば、図１では電解水素水）が常に一方の水管（図１では、第１出水管６１）から吐出されうる。

第１給電体４１及び第２給電体４２の極性の切り替えにあたっては、制御手段５が、流量調整弁２５と流路切替弁６５とを、連動して動作させる形態が望ましい。これにより、極性の切り替え前後において、第１出水管６１に接続されている極室への水の供給量を十分に確保しつつ、第２出水管６２に接続されている極室への水の供給量を抑制して、水の有効利用を図ることが可能となる。

流量調整弁２５と流路切替弁６５とは、例えば、特許第５８０９２０８号公報に記載されているように、一体に形成され、単一のモーターによって連動して駆動される形態が望ましい。すなわち、流量調整弁２５及び流路切替弁６５は、円筒形状の外筒体と内筒体等によって構成される。内筒体の内側及び外側には、流量調整弁２５及び流路切替弁６５を構成する流路が形成され、各流路は、流量調整弁２５及び流路切替弁６５の動作状態に応じて適宜交差するように構成されている。このような弁装置は、「ダブルオートチェンジクロスライン弁」と称され、電解水生成装置１の構成及び制御の簡素化に寄与し、電解水生成装置１の商品価値をより一層高める。

制御手段５は、複数の「動作モード」で、第１給電体４１及び第２給電体４２の極性を制御する。上記動作モードには、例えば、水素吸蔵金属コロイドを多く含有する電解水を生成するのに適した「コロイド水モード」が含まれる。

コロイド水モードでは、制御手段５は、電解室４０において電気分解を開始する毎に、前記極性を切り替える。すなわち、電解室４０において電気分解を実行するにあたって、第１給電体４１及び第２給電体４２の極性が、毎回切り替えられる。コロイド水モード以外の動作モードでは、予め定められた複数回数の電気電解を開始する毎に、すなわち複数回の電気分解を行なった後、第１給電体４１及び第２給電体４２の極性が切り替えられる。

既に述べたように、第１給電体４１及び第２給電体４２の表面は、水素吸蔵金属によって形成されているので、電気分解の際、陽極側の極室（例えば、図１では、第１極室４０ａ）では、水素吸蔵金属がイオン化する。このとき生ずる水素吸蔵金属のイオン（本実施形態では、白金イオン）の一部は、電気分解の終了後も上記第１極室４０ａ内に留まり、上記給電体の表面に付着している。

そして、コロイド水モードで次回の電気分解の開始すると、制御手段５が第１給電体４１及び第２給電体４２の極性を切り替えるので、水素吸蔵金属のイオンが存在する第１極室４０ａ内に配されている第１給電体４１は、陰極となって水素吸蔵金属のイオンを引き寄せて電子を供給する。これに伴い、第１極室４０ａでは、コロイド状の水素吸蔵金属が析出し、直径がナノメートルレベルの微小な水素吸蔵金属コロイド（本実施形態では、白金ナノコロイド）を多く含有する電解水が生成される。

図３は、コロイド水モードで動作する制御手段５の処理手順の一実施形態を示すフローチャートである。まず、流量センサー２２が予め定められた第１閾値以上の流量を検出すると（Ｓ１）、制御手段５は、給水管２１が接続されている水栓がユーザーによって開かれたと判断する。そして制御手段５は、第１給電体４１及び第２給電体４２の極性を切り替え（Ｓ２）、流量調整弁２５及び流路切替弁６５を同期制御した後（Ｓ３）、第１給電体４１及び第２給電体４２への電解電圧を印加して電気分解を開始する（Ｓ４）。Ｓ２及びＳ３の処理は、同時又は逆の順序で実行されてもよい。

さらに、制御手段５は、電流検出手段４４によって検出される電流が所望の値となるように、第１給電体４１及び第２給電体４２に印加する電解電圧をフィードバック制御（Ｓ５）し、流量センサー２２が検出する流量が予め定められた第２閾値未満となると（Ｓ６においてＹＥＳ）、第１給電体４１及び第２給電体４２への電解電圧の印加を停止する（Ｓ７）。

上記Ｓ２では、流量調整弁２５によって陽極側の極室に供給される水量が制限される。すなわち、電解水生成装置１において、流量調整弁２５は、陽極側の極室に供給される水量を制限する水量制限手段として機能する。流量調整弁２５が陽極側の極室に供給される水量を制限することによって、Ｓ４からＳ７に至るステップで陽極側の極室内の電解水中での水素吸蔵金属イオンの濃度が高められる。これにより、次回の電気分解において、容易に水素吸蔵金属コロイドを多く含有する電解水が生成されうる。

図４は、図１に示される電解水生成装置１の変形例である電解水生成装置１Ａを示している。電解水生成装置１Ａのうち、以下で説明されてない部分については、上述した電解水生成装置１の構成が採用されうる。

電解水生成装置１Ａは、第１出水管６１及び第２出水管６２のうち、陽極水管として機能している管（図４では、第２出水管６２）と給水管２１ａとを接続する帰還水管７をさらに備える。第１極室４０ａ及び第２極室４０ｂのうち陽極側の極室から流出した水は、流路切替弁６５、陽極水管、帰還水管７、給水管２１ａ及び流量調整弁２５を経由して、陽極側の極室に帰還する。これにより、陽極側の極室にて発生した水素吸蔵金属のイオンは、流路切替弁６５、陽極水管、帰還水管７、給水管２１ａ及び流量調整弁２５を循環して陽極側の極室に帰還する。従って、図３に示されるＳ４からＳ７に至るステップで陽極側の極室内の電解水中での水素吸蔵金属イオンの濃度が高められる。これにより、次回の電気分解において、容易に水素吸蔵金属コロイドを多く含有する電解水が生成されうる。

以上、本発明の電解水生成装置１が詳細に説明されたが、本発明は上記の具体的な実施形態に限定されることなく種々の態様に変更して実施される。すなわち、電解水生成装置１は、少なくとも、電気分解される水が供給される電解室４０と、電解室４０内で、互いに対向して配置され、極性の異なる第１給電体４１及び第２給電体４２と、第１給電体４１と第２給電体４２との間に配され、かつ、電解室４０を第１給電体４１側の第１極室４０ａと、第２給電体４２側の第２極室４０ｂとに区分する隔膜４３と、第１給電体４１及び第２給電体４２の極性を、陽極又は陰極に切り替える制御手段５を備え、第１給電体４１及び第２給電体４２の表面は、水素吸蔵金属によって形成され、制御手段５は、電解室４０において電気分解を開始する毎に、極性を切り替える動作モードを有するように構成されていればよい。

１：電解水生成装置
１Ａ：電解水生成装置
５：制御手段（極性切替手段）
７：帰還水管
２５：流量調整弁（水量制限手段）
４０：電解室
４０ａ：第１極室
４０ｂ：第２極室
４１：第１給電体
４２：第２給電体
４３：隔膜
６５：流路切替弁（流路切替手段）

Claims

電気分解される水が供給される電解室と、
前記電解室内で、互いに対向して配置され、極性の異なる第１給電体及び第２給電体と、
前記第１給電体と前記第２給電体との間に配され、かつ、前記電解室を前記第１給電体側の第１極室と、前記第２給電体側の第２極室とに区分する隔膜と、
前記第１給電体及び前記第２給電体の前記極性を、陽極又は陰極に切り替える極性切替手段とを備えた電解水生成装置であって、
前記第１給電体及び前記第２給電体の表面は、水素吸蔵金属によって形成され、
前記極性切替手段は、前記電解室において電気分解を開始する毎に、前記極性を切り替える動作モードを有する、
電解水生成装置。
前記水素吸蔵金属は、白金を含む金属である請求項１記載の電解水生成装置。
前記第１極室及び前記第２極室のうち陽極側の極室で生成された電解水を取り出すための陽極水管と、
前記第１極室及び前記第２極室のうち陰極側の極室で生成された電解水を取り出すための陰極水管と、
前記第１極室及び前記第２極室と前記陽極水管及び前記陰極水管との接続を切り替える流路切替手段をさらに有する請求項１又は２に記載の電解水生成装置。
前記第１極室及び前記第２極室のうち陽極側の極室に供給される水量を制限する水量制限手段をさらに備えた請求項１乃至３のいずれかに記載の電解水生成装置。
前記第１極室及び前記第２極室のうち陽極側の極室から流出した水を、前記陽極側の前記極室に戻す帰還水管をさらに備えた請求項１乃至３のいずれかに記載の電解水生成装置。
水中で互いに対向して配置された第１給電体と第２給電体との間に電圧を印加することにより、電解水を生成する電解水生成方法であって、
電気分解を開始する毎に、前記第１給電体及び前記第２給電体の極性を切り替える極性切替ステップを含む、
電解水生成方法。