JP3888183B2

JP3888183B2 - Electrolytic hydrogen dissolved water generator

Info

Publication number: JP3888183B2
Application number: JP2002048824A
Authority: JP
Inventors: 喜典田中; 輝行尾持; 憲次菊地
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2002-02-25
Filing date: 2002-02-25
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2022-02-25
Also published as: JP2003245669A

Description

【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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrolytic hydrogen dissolved water generating device that generates electrolytic hydrogen dissolved water containing dissolved hydrogen continuously by electrolysis.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as an electrolyzed water generating apparatus for generating electrolyzed water by electrolysis of water, an apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-1822 has been proposed. Such an electrolyzed water generating apparatus includes an electrolytic cell that is divided into a cathode chamber and an anode chamber by an electrolyte membrane, and a cathode is disposed in the cathode chamber, and an anode is disposed in the anode chamber. In general, tap water, which is used as raw water, is introduced into each electrode chamber of such an electrolytic cell, and by applying a voltage between the electrodes, ionic species, gas components, active species, etc. are generated in the raw water. Can be used by discharging such electrolyzed water from the electrolytic cell. In supplying raw water to the electrolytic cell, raw water may be supplied directly to the electrolytic cell, but an adsorption removal unit filled with activated carbon or a filtration unit provided with a hollow fiber membrane or the like may be used. Some of them are supplied to the electrolytic cell after removing impurities in the water by passing them through.
[0003]
In such an electrolyzed water generating apparatus, hydrogen ions and oxygen are usually generated on the anode surface and hydroxide ions and hydrogen are generated on the cathode surface by the electrolysis reaction of water in the electrolytic cell. In this case, acidic oxygen-dissolved water rich in hydrogen ions is generated as anode water, while alkaline hydrogen-dissolved water rich in hydroxide ions is generated as cathode water in the cathode chamber.
[0004]
The electrolyte membrane provided in the electrolytic cell is mainly an electrically neutral membrane such as a non-woven fabric, but inhibits the passage of a membrane of a specific ionic species such as a cation exchange membrane or an anion exchange membrane. Things are also used. The neutral membrane is used to prevent hydrogen ions, hydroxide ions, etc. generated by electrolysis of water from being mixed due to water diffusion, water flow, etc., so that electrolyzed water of the desired water quality cannot be obtained. The ion exchange membrane is used to prevent the movement of cations or anions to obtain electrolyzed water having a desired water quality more efficiently.
[0005]
Such electrolyzed water has been conventionally evaluated on the basis of the concentration of ionic species, particularly hydrogen ions and hydroxide ions, that is, pH, but in recent years, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-218270. In addition, focusing on dissolved hydrogen molecules existing in the electrolyzed water (hereinafter referred to as “dissolved hydrogen”), hydrogen gas particles are generated in the electrolyzed water by bringing the dissolved hydrogen in the electrolyzed water into a supersaturated state. In addition, the idea that dissolved hydrogen in the cathode water is a major factor in the effectiveness of the cathode water is spreading. Furthermore, cathodic water used for drinking is usually used more frequently than anodic water, and it is necessary to produce a large amount of cathodic water than anodic water. Therefore, an electrolytic hydrogen-dissolved water generating device capable of generating a large amount of high cathode water has been demanded.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the degree of electrolysis in the electrolytic cell is increased in order to increase the concentration of dissolved hydrogen in the cathode water generated in the cathode chamber of the electrolyzed water generator, the hydroxide ion concentration in the cathode water increases accordingly. End up. Here, according to the research on the efficacy effect of alkaline ionized water ("Basic clinical trial of alkaline ionized water" Hirokazu Tashiro et al., Functional Water Symposium '95 Kyoto Conference Preliminary Proceedings p.20), water with pH 10 or higher is not suitable for drinking Therefore, if the degree of electrolysis is increased to increase the dissolved hydrogen concentration, the pH of the cathodic water may exceed 10 and become a value unsuitable for drinking.
[0007]
The present invention has been made in view of the above points, and provides an electrolytic hydrogen-dissolved water generating apparatus capable of generating electrolytic hydrogen-dissolved water having a high dissolved hydrogen concentration and a pH that does not increase excessively. It is for the purpose.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The electrolytic hydrogen-dissolved water generating apparatus according to the present invention includes a cathode 2 and an anode 3 disposed opposite to each other, an electrolyte membrane 4 disposed in contact with the anode 3 between the cathode 2 and the anode 3, and the cathode 2 An electrolytic cell 1 having a cathode chamber 5 disposed therein, a raw water path 7 that directly communicates with the cathode chamber 5 and continuously flows raw water into the cathode chamber 5, and communicates directly with the cathode chamber 5 on the surface of the cathode 2. And an electrolyzed water discharge flow path 8 through which electrolyzed hydrogen-dissolved water dissolving the produced hydrogen flows out from the electrolytic cell 1.
[0009]
  Further, the cathode 2 is disposed at a distance from the electrolyte membrane 4, and a water flow path from the raw water path 7 to the electrolyzed water discharge flow path 8 between the cathode 2 and the electrolyte film 4 in the cathode chamber 5. As a distribution channel 6It is characterized by.
ThisIn this case, it is preferable that the dimension in the width direction of the flow path 6 in the direction perpendicular to the surface of the cathode 2 is 1 to 5 mm.
[0013]
It is also preferable that the electrode disposed in contact with the electrolyte membrane 4 is a flat electrode.
[0014]
It is also preferable that the electrode disposed in contact with the electrolyte membrane 4 is formed of a conductor applied to the electrolyte membrane 4 or a metal material joined to the conductor and the conductor.
[0015]
It is also preferable that the electrode disposed in contact with the electrolyte membrane 4 is formed of a conductor formed by plating on the electrolyte membrane 4 or a metal material joined to the conductor and the conductor.
[0016]
It is also preferable that the electrode disposed in contact with the electrolyte membrane 4 is made of a conductor bonded to the electrolyte membrane 4 or a metal material joined to the conductor and the conductor.
[0017]
Moreover, it is preferable to form one or both of the cathode 2 and the anode 3 with an electrode having at least a surface formed of platinum.
[0018]
The current density at the cathode 2 is 5 A / dm.²It is also preferable that the electrolytic cell 1 for applying a voltage between the anode 3 and the cathode 2 is provided so as to be as follows.
[0019]
It is also preferable to provide a discharge mechanism for discharging the gas generated on the surface of the anode 3 to the outside of the electrolytic cell 1.
[0020]
Furthermore, it is also preferable to provide the anode chamber 12 on the opposite side of the anode 3 from the electrolyte membrane 4.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the electrolytic hydrogen-dissolved water generating apparatus shown in FIG. 1, a cathode 2 and an anode 3 that are in contact with the inner surface of the electrolytic cell 1 are disposed in the electrolytic cell 1 so as to face each other. An electrolyte membrane 4 is disposed between them. The electrolyte membrane 4 is disposed in contact with the anode 3 and is opposed to the cathode 2 with a gap. As a result, a cathode chamber 5 in which the cathode 2 is disposed is formed in the electrolytic cell 1 on the cathode 2 side of the electrolyte membrane 4, and a flow path 6 through which water flows is connected to the cathode 2 in the cathode chamber 5. It is formed between the electrolyte membrane 4.
[0022]
The electrolyte membrane 4 is provided with a material that allows at least water molecules, oxygen molecules, and hydrogen ions to pass therethrough. For example, a cation exchange membrane such as a product name “Nafion” manufactured by DuPont can be used. In addition, a ceramic film such as a glass substrate that has been subjected to a treatment for imparting hydrogen ion permeability can be used.
[0023]
A raw water flow path 7 is connected to the electrolytic cell 1 so that the raw water is supplied to the electrolytic cell 1 through the raw water flow path 7. At this time, the raw water channel 7 is connected only to the cathode chamber 5, and the raw water is supplied only to the cathode chamber 5. In addition, an electrolytic water discharge channel 8 is connected to the cathode chamber 5 in the electrolytic cell 1, and electrolyzed water (electrolytic hydrogen-dissolved water) dissolving hydrogen generated in the cathode chamber 5 passes through the electrolytic water discharge channel 8. It is discharged outside the electrolytic hydrogen-dissolved water generating device.
[0024]
In the electrolytic hydrogen dissolved water generating apparatus configured as described above, raw water such as tap water, river water, and well water is continuously supplied from the upstream side of the raw water flow path 7 to the electrolytic cell 1 and the anode 3 and the cathode 2 When a voltage is applied between the raw water, the raw water is supplied to the cathode chamber 5 through the raw water flow path 7, and electrolytic hydrogen-dissolved water is generated in the cathode chamber 5 by electrolysis in the process of flowing through the flow path 6 in the cathode chamber 5, The electrolytic hydrogen-dissolved water is discharged out of the electrolytic hydrogen-dissolved water generating device through the electrolytic water discharge flow path 8.
[0025]
At this time, in the electrolysis process in the electrolytic cell 1, water in the cathode chamber 5 (distribution path 6) permeates the electrolyte membrane 4 and comes into contact with the surface of the anode 3. Water is decomposed by a chemical reaction.
[0026]
2H₂O → 4H⁺+ O₂+ 4e^-
Further, on the surface of the cathode 2 in the cathode chamber 5, water is decomposed by the following electrochemical reaction to generate hydrogen.
[0027]
2H₂O + 2e^-→ H₂+ 2OH^-
As a result of such an electrochemical reaction, hydrogen generated in the cathode chamber 5 is dissolved in water to generate electrolytic hydrogen-dissolved water. Further, hydroxide ions are generated in the cathode chamber 5, but hydrogen ions generated on the surface of the anode 2 are introduced into the cathode chamber 5 through the electrolyte membrane 4, thereby suppressing fluctuations in pH of the electrolytic hydrogen-dissolved water. Is done. For this reason, even if the degree of electrolysis increases, it is possible to suppress the increase in pH of the electrolytic hydrogen-dissolved water and prevent the alkalinity from increasing so that it is not suitable for drinking. It is possible to obtain electrolytic hydrogen-dissolved water having a pH value suitable for drinking even if the pH is improved.
[0028]
Here, in the above-described configuration, the electrolyte membrane 4 and the anode 3 are arranged in contact with each other, thereby preventing the generation of liquid resistance between the electrolyte membrane 4 and the anode 3, and the power during electrolysis. Consumption can be suppressed, and hydrogen ions generated on the surface of the anode 3 can be rapidly introduced into the cathode chamber 5.
[0029]
  Electrolytic hydrogen dissolved water generator shown in FIG.Reference exampleIn the electrolytic cell 1, a cathode 2 and an anode 3 are disposed so as to face each other, and an electrolyte membrane 4 is disposed between the cathode 2 and the anode 3. The electrolyte membrane 4 is disposed in contact with the anode 3 and the cathode 2 and has a structure in which the anode 3, the electrolyte membrane 4, and the cathode 2 are sequentially laminated. The surface of the anode 3 opposite to the electrolyte membrane 4 is formed so as to be in contact with the inner surface of the electrolytic cell 1, and the cathode chamber 5 is formed on the opposite side of the cathode 2 from the electrolyte membrane 4. . In the cathode chamber 5, a flow path 6 through which water flows is formed on the opposite side of the cathode 2 from the electrolyte membrane 4.
[0030]
The electrolyte membrane 4 is formed so as to be in contact with the water in the cathode chamber 5. For example, a cathode 2 having a large number of pores communicating the electrolyte membrane 4 side and the cathode chamber 5 side is used. The electrolyte membrane 4 and the water in the cathode chamber 5 are brought into contact with each other through the pores.
[0031]
A raw water flow path 7 is connected to the electrolytic cell 1 so that the raw water is supplied to the electrolytic cell 1 through the raw water flow path 7. At this time, the raw water channel 7 is connected only to the cathode chamber 5, and the raw water is supplied only to the cathode chamber 5. In addition, an electrolytic water discharge channel 8 is connected to the cathode chamber 5 in the electrolytic cell 1, and electrolyzed water (electrolytic hydrogen dissolved water) containing dissolved hydrogen generated in the cathode chamber 5 passes through the electrolytic water discharge channel 8. It is discharged outside the electrolytic hydrogen-dissolved water generating device.
[0032]
In the electrolytic hydrogen dissolved water generating apparatus configured as described above, raw water such as tap water, river water, and well water is continuously supplied from the upstream side of the raw water flow path 7 to the electrolytic cell 1 and the anode 3 and the cathode 2 When a voltage is applied between the raw water, the raw water is supplied to the cathode chamber 5 through the raw water flow path 7, and electrolytic hydrogen-dissolved water is generated in the cathode chamber 5 by electrolysis in the process of flowing through the flow path 6 in the cathode chamber 5, The electrolytic hydrogen-dissolved water is discharged out of the electrolytic hydrogen-dissolved water generating device through the electrolytic water discharge flow path 8.
[0033]
At this time, in the electrolysis process in the electrolytic cell 1, the water in the cathode chamber 5 (distribution path 6) penetrates the electrolyte membrane 4 through the pores of the cathode 2 and contacts the surface of the anode 3, and the anode On the three surfaces, water is decomposed by the following electrochemical reaction.
[0034]
2H₂O → 4H⁺+ O₂+ 4e^-
Since hydrogen ions generated by this electrochemical reaction have a positive charge, they move to the cathode 2 side in the electrolyte membrane 4, and hydrogen is generated on the surface of the cathode 2 by the following electrochemical reaction.
[0035]
2H⁺+ 2e^-→ H₂
As a result of this electrochemical reaction, hydrogen generated on the surface of the cathode 2 dissolves in water and diffuses into the cathode chamber 5 through the pores of the cathode 2 to generate electrolytic hydrogen-dissolved water. Is done.
[0036]
At this time, since the cathode 2 and the anode 3 are laminated via the electrolyte membrane 4, hydrogen ions generated at the anode 3 are promptly introduced into the surface of the cathode 2, and the cathode 2 As a result, the following generation reaction of hydroxide ions is suppressed, and an increase in pH of the electrolytic hydrogen-dissolved water is suppressed.
[0037]
2H₂O + 2e^-→ H₂+ 2OH^-
For this reason, even if the degree of electrolysis increases, it is possible to suppress the increase in pH of the electrolytic hydrogen-dissolved water and prevent the alkalinity from increasing so that it is not suitable for drinking. It is possible to obtain electrolytic hydrogen-dissolved water having a pH value suitable for drinking even if the pH is improved.
[0038]
Here, in the above-described configuration, the electrolyte membrane 4 and the anode 3 are arranged in contact with each other, thereby preventing the generation of liquid resistance between the electrolyte membrane 4 and the anode 3, and the power during electrolysis. Consumption can be suppressed, and hydrogen ions generated on the surface of the anode 3 can be rapidly introduced into the cathode chamber 5.
[0039]
  As shown in FIG.Reference exampleAs described above, when the electrolyte membrane 4 and the cathode 2 are arranged in contact with each other, the cathode 2 having a plurality of pores penetrating the electrolyte membrane 4 side and the cathode chamber 5 side is used. it can. In the cathode 2 formed in this way, water in the cathode chamber 5 is supplied to the electrolyte membrane 4 through the pores, whereby the electrochemical reaction as described above is performed. Further, hydrogen generated in the electrolyte membrane 4 can be quickly introduced and diffused into the cathode chamber 5 through the pores.
[0040]
Further, the anode 3 in the case where the electrolyte membrane 4 and the anode 3 are arranged in contact as shown in FIG. 1 or the cathode 2 and the anode 3 are arranged in contact with the electrolyte membrane 4 as shown in FIG. It is also preferable to form at least one of the cathode 2 and the anode 3 with a flat electrode. Thus, by forming the electrode in contact with the electrolyte membrane 4 in a flat plate shape, the rigidity of the laminated structure composed of at least one of the cathode 2 and the anode 3 and the electrolyte membrane 4 is ensured, In addition to facilitating the incorporation of the electrode, the electrolysis reaction in the electrolysis process can be stably maintained.
[0041]
At this time, when the cathode 2 is formed in a flat plate shape and the pores are formed, the cathode 2 may be formed of a conductor such as a metal formed in a mesh shape or a porous conductor. For example, as a porous conductor, a carbon fiber molded body, carbon graphite, foam metal, or a porous metal molded body obtained by sintering metal powder or metal fiber in a vacuum is used. Can do.
[0042]
Further, when the electrolyte membrane 4 and the anode 3 are arranged in contact as shown in FIG. 1, or when the electrolyte membrane 4 is arranged in contact with the cathode 2 and anode 3 as shown in FIG. The electrode disposed in contact with the electrolyte membrane 4 can be provided by forming a conductive coating on the electrolyte membrane 4. In this way, it is possible to reliably prevent a gap from being formed between the electrolytic diaphragm 4 and the electrode formed in contact therewith, and generation of liquid resistance between the electrolyte membrane 4 and the electrode. This can prevent power consumption during electrolysis. In this case, for example, a solution obtained by mixing a powder of metal or alloy such as Pt-based, Ir-based, Ru-based, Ni-based, etc., resin powder, water, etc., is applied to the surface of the electrolyte membrane 4 and then dried. A conductive film can be formed on the surface of the film 4. In addition, a coating film is formed by first applying the solution as described above to the surface of the resin sheet and drying it, and then applying a solution of the material of the electrolyte membrane 4 to the surface of the coating film to dry the conductive film. The electrolyte membrane 4 can also be formed on the surface of the body coating. At this time, the anode 3 or the cathode 2 can also be constituted by this conductor and the metal material by further joining a metal material to the coating film of the conductor formed on the electrolyte membrane 4. In joining the metal material, the metal material can be placed in contact with the surface of the coating film of the conductor, and the coating film and the metal material may be joined by a lead wire. This metal material can be formed of, for example, a nickel material, a titanium material, or the like subjected to platinum plating.
[0043]
Alternatively, the anode 3 or the cathode 2 can be formed by forming a conductive film on the surface of the electrolyte membrane 4 by plating. In this way, it is possible to reliably prevent a gap from being formed between the electrolytic diaphragm 4 and the electrode formed in contact therewith, and generation of liquid resistance between the electrolyte membrane 4 and the electrode. This can prevent power consumption during electrolysis. This conductive film can be formed by plating a metal or alloy such as Pt, Ir, Ru, or Ni. Plating can be performed by electroless plating. In this method, metal ions are reduced and deposited on the substrate surface by a reducing agent to form a conductor film. As the reducing agent, sodium borohydride, hydrazine and the like can be used. In performing electroless plating, for example, a method in which metal ions are adsorbed on the electrolyte membrane 4 itself in advance and immersed in a liquid containing a reducing agent to reduce and deposit on the surface of the membrane, or one surface of the electrolyte membrane 4 is applied. There is a method of contacting with a reducing agent, impregnating metal ions from the opposite surface, and reducing and precipitating on the contact surface with the reducing agent. At this time, by further joining a metal material to the conductor film formed on the electrolyte membrane 4, the anode 3 can be constituted by the conductor film and the metal material. In joining the metal material, the metal material can be placed in contact with the surface of the conductive coating, or the conductor coating and the metal material may be joined by a lead wire. This metal material can be formed of, for example, a nickel material, a titanium material, or the like subjected to platinum plating.
[0044]
Alternatively, the anode 3 or the cathode 2 can be formed by pressing a conductor on the surface of the electrolyte membrane 4. In this way, it is possible to reliably prevent a gap from being formed between the electrolytic diaphragm 4 and the electrode formed in contact therewith, and generation of liquid resistance between the electrolyte membrane 4 and the electrode. This can prevent power consumption during electrolysis. As this conductor, a Pt-based, Ir-based, Ru-based, Ni-based or the like formed of a metal or alloy can be used. For example, a sheet-shaped conductor layer made of such a metal or alloy is used. The electrolyte membrane 4 and the conductor can be provided in contact with each other by being laminated with the electrolyte membrane 4 such as “Nafion” (trade name) manufactured by DuPont and thermocompression bonded. At this time, by further joining a metal material to the conductor formed on the electrolyte membrane 4, the anode 3 can be constituted by this conductor and the metal material. In joining the metal material, the metal material can be placed in contact with the surface of the conductor, or the conductor and the metal material may be joined by a lead wire. In particular, when a metal material is brought into contact with and joined to the surface of the conductor, the rigidity of the laminated structure composed of the electrolyte membrane 4 and the electrodes is ensured, the electrodes can be easily incorporated into the electrolytic cell 1, and the electrolysis in the electrolysis process is performed. The reaction can be maintained stably. This metal material can be formed of, for example, a nickel material, a titanium material, or the like subjected to platinum plating.
[0045]
When the electrode is formed of a conductor or a conductor and a metal material as described above, the electrolyte membrane 4 and the cathode 2 are arranged in contact with each other and the pores are formed in the cathode 2 as shown in FIG. In this case, pores can be formed in the conductor constituting the cathode 2.
[0046]
For example, when the cathode 2 is formed of a conductor made of a plating film, when the pores are formed in the cathode 2, for example, the surface of the electrolyte membrane 4 before the conductor is formed is subjected to sand blasting to form irregularities. By doing so, cracks can be generated in the plating film at the convex portions of the electrolyte membrane 4, and pores can be formed by the cracks. Further, by adjusting the plating conditions such as the plating bath temperature, cracks can be generated in the formed plating film, and pores can be formed by these cracks. In addition, a soluble substance such as a polymer or an inorganic substance that dissolves in a specific solvent is mixed in the plating bath, so that the soluble substance is mixed in the plated film, and the obtained plated film is used as the specific solvent. It is also possible to form pores by dissolving and removing soluble substances by treatment.
[0047]
When the cathode 2 is formed by further joining a metal material to the surface of the conductor thus formed with pores, for example, using a metal material formed in a lattice shape, the conductor Are exposed to the outside.
[0048]
Further, in forming the pores in the cathode 2 disposed in contact with the electrolytic diaphragm 4, by setting the diameter of the pores in the range of 10 nm to 1 mm, the electrolytic efficiency is ensured and the electrolytic hydrogen dissolved water The amount of dissolved hydrogen dissolved in can be increased.
[0049]
That is, as shown in FIG. 2, when the electrolyte membrane 4 and the cathode 2 are disposed in contact with each other and the cathode 2 is provided with pores, the hydrogen generated on the electrolyte membrane 4 side of the cathode 2 passes through the pores to the cathode. In this case, when bubbles 9 are generated without hydrogen being dissolved in water as shown in FIG. 3, the diameter of the bubbles 9 greatly depends on the diameter of the pores of the cathode 2. .
[0050]
Here, according to Young-Laplace formula,
p ″ −p ′ = 2γ / r
(P ″: bubble internal pressure, p ′: bubble external pressure, γ: solvent surface tension, r: bubble radius)
That is, the internal pressure of the bubbles 9 in water depends on the diameter. At this time, when the diameter of the bubble 9 is 10 nm, the internal pressure is about 288 atm, and when the diameter is 1 mm, the internal pressure is 1 atm. Thus, when the diameter of the bubble 9 is reduced, the internal pressure thereof is increased, the hydrogen gas constituting the bubble 9 is easily dissolved in water, and the dissolved hydrogen concentration in the electrolytic hydrogen-dissolved water is improved. When the diameter of the gas bubble increases and the diameter exceeds 1 mm, the difference between the internal pressure and the water pressure disappears, and the hydrogen gas constituting the bubbles 9 is difficult to dissolve in water. For this reason, in order to ensure the dissolution of the hydrogen gas constituting the bubbles 9, it is preferable that the diameter of the bubbles 9 led out from the pores is 1 mm or less, and the pores formed in the cathode 2 for this purpose. The diameter is preferably 1 mm or less. Further, as the diameter of the pore is reduced, the diameter of the hydrogen gas bubble 9 can be reduced to facilitate the dissolution of the hydrogen gas. However, if the diameter of the bubble derived from the pore is too small and the internal pressure becomes too large. The pressure required to push out the bubbles into the cathode chamber 5 becomes large and it becomes difficult to lead the bubbles into the cathode chamber 5, and if the pores are too small, the electrolyte membrane 4 and the cathode chamber 4 Since it is difficult to ensure the flow of water between them and the electrolysis efficiency may be reduced, the diameter of the pores is preferably 10 nm or more.
[0051]
As described above, the electrodes such as the cathode 2 and the anode 3 disposed in the electrolytic cell 1 are preferably composed of an inert metal (insoluble metal) such as platinum. In particular, since the anode 3 undergoes an oxidation reaction during electrolysis, when the metal constituting the anode 3 is iron, SUS, or the like, it is oxidized to generate metal ions, which may be mixed into the electrolytic hydrogen-dissolved water. However, when the anode 3 is made of an inert metal such as platinum, the generation of such metal ions is prevented. In addition, when electrolysis is performed using tap water, river water, well water, or the like as raw water, a reverse voltage may be applied between the cathode 2 and the anode 3 for scale prevention or the like. It is preferably composed of an inert metal such as platinum. When the electrode is formed of platinum as described above, the entire electrode is not necessarily formed of platinum, but at least the surface exposed to the outside is formed of platinum.
[0052]
In addition, when the flow path 6 is formed between the cathode 2 and the electrolyte membrane 4 in the cathode chamber 5 as shown in FIG. 1, the flow path 6 is perpendicular to the cathode surface in the plane orthogonal to the water flow direction. It is preferable to form the dimension of the width direction of a direction to 1-5 mm.
[0053]
More specifically, hydrogen produced by the electrochemical reaction at the cathode 2 is supplied from the cathode 2 toward the flow path 6 in the cathode chamber 5, and some of the hydrogen molecules are produced from the cathode 2. From the cathode 2 which dissolves quickly in water and diffuses in the flow path 6, and forms and attaches bubble nuclei on the surface of the cathode 2, and receives bubbles of hydrogen molecules from the cathode 2 and grows bubbles. Some of them are desorbed and diffused into the flow path 6.
[0054]
At this time, when the area of the surface perpendicular to the water flow direction in the flow path 6 is large, the flow rate of water in the flow path 6 becomes slow as shown in FIG. It becomes difficult to detach | desorb from the surface of the cathode 2, and as shown in FIG.4 (b), after the bubble 9 grows large, it will diffuse in the distribution channel 6. Since hydrogen that diffuses in the flow path 6 in the state of the bubbles 9 becomes difficult to dissolve in water when the diameter of the bubbles 9 increases as described above, the surface area perpendicular to the water flow direction is large in this way. Causes less hydrogen to dissolve in water.
[0055]
On the other hand, as shown in FIG. 5, when the dimension in the width direction in the direction orthogonal to the cathode surface is reduced in the plane orthogonal to the water flow direction and the dimension is formed to be 1 to 5 mm, The water flow rate is maintained at a sufficient speed, and bubbles can be taken into the water flow and desorbed from the surface of the cathode 2 before the hydrogen gas bubbles 9 attached to the surface of the cathode 2 grow too much. . For this reason, the hydrogen gas which comprises the bubble 9 can be rapidly dissolved in water, and the hydrogen concentration in electrolytic hydrogen solution water can be improved.
[0056]
In addition, when the flow path 6 is formed on the opposite side of the cathode 2 from the electrolyte membrane 4 in the cathode chamber 5 as shown in FIG. 2, the surface of the cathode on the surface perpendicular to the water flow direction of the flow path 6 It is preferable to form the dimension of the width direction of a direction orthogonal to 1-5 mm.
[0057]
More specifically, in the case shown in FIG. 2 as well, as in the case shown in FIG. 1, hydrogen generated by the electrochemical reaction in the cathode 2 is supplied from the cathode 2 toward the flow path 6 in the cathode chamber 5. However, some of these hydrogen molecules are generated from the cathode 2 and then quickly dissolved in water and diffused in the flow path 6, and bubble nuclei form on the surface of the cathode 2 and adhere to it. In some cases, after bubbles are grown by receiving the supply of hydrogen molecules, they are detached from the cathode 2 and diffused into the flow path 6.
[0058]
At this time, when the area of the surface orthogonal to the water flow direction in the flow path 6 is large, the flow rate of water in the flow path 6 becomes slow as shown in FIG. It becomes difficult to detach from the surface, and the bubbles 9 are diffused into the flow path 6 after they grow large. Since hydrogen that diffuses in the flow path 6 in the state of the bubbles 9 becomes difficult to dissolve in water when the diameter of the bubbles 9 increases as described above, the surface area perpendicular to the water flow direction is large in this way. Causes less hydrogen to dissolve in water.
[0059]
On the other hand, as shown in FIG. 7, when the dimension in the width direction in the direction perpendicular to the cathode surface is reduced in the plane perpendicular to the water flow direction and the dimension is formed to be 1 to 5 mm, The water flow rate is maintained at a sufficient speed, and bubbles can be taken into the water flow and desorbed from the surface of the cathode 2 before the hydrogen gas bubbles 9 attached to the surface of the cathode 2 grow too much. . For this reason, the hydrogen gas which comprises the bubble 9 can be rapidly dissolved in water, and the hydrogen concentration in electrolytic hydrogen solution water can be improved.
[0060]
In the above case, the flow rate of water in the flow path 6 depends on the supply amount of raw water supplied to the electrolytic cell 1, but in order to efficiently form electrolytic hydrogen-dissolved water. The supply amount of raw water supplied to the electrolytic cell 1 is in the range of 1 to 4 L / min. In such a supply amount of raw water, the flow path 6 has a surface perpendicular to the water flow direction. When the dimension in the width direction perpendicular to the cathode surface is in the range of 1 to 5 mm, a sufficient flow rate of water can be secured in the flow path 6. Further, in order to ensure a sufficient flow rate of water in the flow path 6 in this way, the dimension of the flow path 6 in the direction parallel to the surface of the cathode 2 on the plane orthogonal to the water flow direction is formed in the range of 1 to 10 cm. It is preferable to do.
[0061]
In addition, when electrolysis is performed by applying a voltage between the cathode 2 and the anode 3, the electrolytic current density on the surface of the cathode 2 is 5 A / dm.²It is preferable to be as follows. As the electrolysis current density increases, the amount of hydrogen produced at the cathode 2 increases. However, as shown in FIG. 10, the ratio of hydrogen dissolved in water to the total amount of produced hydrogen is reduced and mixed into the water as bubbles. The ratio of hydrogen to increase will increase. In addition, the horizontal axis in FIG. 10 shows the electrolysis current density, and the vertical axis shows the ratio (mol basis) of hydrogen dissolved in water and hydrogen mixed in water as bubbles with respect to the total hydrogen generated per unit time. . ■ indicates the result for hydrogen mixed in water as bubbles, and ◇ indicates the result for hydrogen dissolved in water.
[0062]
As is apparent from this result, the electrolytic current density is 5 A / dm.²If the ratio exceeds 1, the ratio of hydrogen dissolved in water will be less than 0.1, the efficiency of dissolving hydrogen in water with respect to the power consumption required for electrolysis will be reduced, and the generation efficiency of electrolytic hydrogen dissolved water will be reduced. . In contrast, the electrolytic current density is 5 A / dm as described above.²When the electrolytic cell 1 is formed so as to be as follows, the ratio of hydrogen dissolved in water to the total hydrogen generated during electrolysis is not reduced excessively, and the generation efficiency of electrolytic hydrogen dissolved water is maintained at a sufficient level. It is something that can be done.
[0063]
The lower limit of the electrolysis current density is not particularly limited. However, if the electrolysis current density is too small, the cathode area required for dissolving hydrogen at a desired concentration in the electrolysis hydrogen-dissolved water becomes too large. The current density during electrolysis on the surface of the cathode 2 is 0.1 A / dm.²It is preferable to be as described above.
[0064]
In each of the above embodiments, it is preferable to provide an oxygen discharge mechanism for discharging oxygen generated at the anode 3 from the electrolytic cell 1.
[0065]
Specifically, as shown in FIGS. 1 and 2, in the process of decomposing water at the anode 3, when oxygen is generated simultaneously with hydrogen ions and no oxygen exhaust mechanism is provided, FIG. As shown in FIG. 2B, oxygen is mixed in the electrolytic hydrogen-dissolved water. At this time, if oxygen becomes bubbles and adheres to the electrode surface, the electrolysis efficiency is lowered. On the other hand, when an oxygen discharge mechanism is provided, it is possible to prevent oxygen bubbles from adhering to the electrode surface and maintain electrolysis efficiency.
[0066]
For example, those shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b) show the oxygen discharge mechanism provided in the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, respectively. The anode 3 is the cathode 2 and the electrolyte membrane 4 is used. A plurality of pores are formed in the same manner as in the case where the pores are provided and the anode 3 is arranged in contact with the outer surface of the electrolyte membrane 4.
[0067]
A gas storage tank 12 is connected to the electrolytic cell 1, and the surface of the anode 3 opposite to the electrolyte membrane 4 is exposed in the gas storage tank 12 on the outer surface of the electrolytic cell 1. A gas exhaust pipe 11 is connected to the gas storage tank 12.
[0068]
In the electrolytic hydrogen-dissolved water generating apparatus configured as described above, even if oxygen generated in the anode 3 during the electrolysis process becomes bubbles on the surface of the anode 3, it enters the gas storage tank 12 through the inside of the anode 3 having pores. Introduced and exhausted from the gas exhaust pipe 11, it is possible to prevent oxygen bubbles from adhering to the anode 3 and lowering the electrolysis efficiency.
[0069]
  Each of the above embodimentsAnd reference examples, The anode 2 is separated from the flow path 6 through which the water supplied to the electrolytic cell 1 circulates through the electrolyte membrane 4, and the anode 2 only forms the electrochemical system in contact with the electrolyte membrane 4. In this case, water is not supplied to the side of the anode 2 opposite to the electrolyte membrane 4, so that no electrolytic water is generated on the anode 2 side, and all the raw water is electrolyzed in the cathode chamber 5 by electrolysis. It can be prepared as dissolved water.
[0070]
An anode chamber 12 can also be provided on the opposite side of the anode 2 from the electrolyte membrane 4. For example, what is shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b) is the one provided with the anode chamber 12 in the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, respectively. A plurality of pores are formed in the same manner as in the case where the pores are provided and the anode 3 is arranged in contact with the outer surface of the electrolyte membrane 4. The anode chamber 12 is provided on the side of the anode 2 opposite to the electrolyte membrane 4, and the surface of the anode 3 opposite to the electrolyte membrane 4 is exposed in the anode chamber 12. A branch channel 13 branched from the raw water channel 7 is connected to the anode chamber 12 and a discharge channel 14 is connected to the anode chamber 12. The branch channel 13 has a channel cross-sectional area smaller than that of the raw water channel 7, and the supply amount of the raw water supplied to the anode chamber 12 is smaller than the raw water supplied to the cathode chamber 5. It is supposed to be.
[0071]
In the electrolytic hydrogen dissolved water generating apparatus thus formed, the anode chamber 12 is filled with raw water in the process of generating electrolytic hydrogen dissolved water in the cathode chamber 5 by electrolysis, and this raw water passes through the pores of the anode 3. It is supplied to the electrolyte membrane 5. For this reason, water is supplied to the electrolyte membrane 5 from both the anode chamber 12 side and the cathode chamber 5 side, and the electrochemical reaction in the vicinity of the electrolyte membrane 4 is promoted. In particular, when the cathode 2 is disposed in contact with the electrolytic diaphragm 4 as shown in FIG. 9B, both surfaces of the electrolytic diaphragm 4 are closed by the cathode 2 and the anode 3 so as to be in direct contact with water. Therefore, by supplying water to the electrolytic diaphragm 4 through the respective pores of the cathode 2 and the anode 3, the electrolysis efficiency is remarkably improved.
[0072]
【The invention's effect】
As described above, the electrolytic hydrogen-dissolved water generating apparatus according to the present invention includes a cathode and an anode disposed opposite to each other, an electrolyte membrane disposed in contact with the anode between the cathode and the anode, and a cathode. An electrolytic cell having a cathode chamber, a raw water path that communicates directly with the cathode chamber and continuously flows raw water into the cathode chamber, and an electrolytic hydrogen that directly communicates with the cathode chamber and dissolves hydrogen generated on the cathode surface. Since it has an electrolyzed water discharge passage for allowing dissolved water to flow out of the electrolytic cell, hydrogen generated in the cathode chamber by electrolysis can be dissolved in water to generate electrolytic hydrogen-dissolved water. Even if the fluctuation of the pH is suppressed and the degree of electrolysis is increased, the increase in pH of the electrolytic hydrogen-dissolved water can be suppressed, and the alkalinity can be prevented from increasing so that it is not suitable for drinking. Electrolytic hydrogen dissolution To improve the dissolved hydrogen concentration in which it is possible to obtain the electrolytic hydrogen dissolved water having a pH value suitable for drinking in.
[0073]
In addition, if the cathode is disposed at a distance from the electrolyte membrane and a flow path is provided between the cathode and the electrolyte membrane in the cathode chamber as a water flow path from the raw water path to the electrolyzed water discharge flow path, During the electrolysis process in the tank, the water in the cathode chamber penetrates the electrolyte membrane and contacts the surface of the anode.₂O → 4H⁺+ O₂+ 4e^-And 2H on the cathode surface.₂O + 2e^-→ H₂+ 2OH^-As a result, hydrogen generated in the cathode chamber is dissolved in water to generate electrolytic hydrogen-dissolved water, and hydrogen ions generated on the surface of the anode pass through the electrolyte membrane 4 and enter the cathode chamber 5. In this way, fluctuations in the pH of the electrolytic hydrogen-dissolved water are suppressed by being combined with hydroxide ions in the cathode chamber.
[0074]
At this time, if the dimension in the width direction in the direction perpendicular to the cathode surface of the flow path is 1 to 5 mm, the flow rate of water in the flow path is maintained at a sufficient speed and adheres to the surface of the cathode. Before the hydrogen gas bubbles grow too much, they can be taken into the water stream and desorbed from the surface of the cathode, and the hydrogen gas constituting the bubbles can be quickly dissolved in water, so that electrolytic hydrogen dissolution It is possible to improve the hydrogen concentration in water.
[0079]
In addition, when the electrode disposed in contact with the electrolyte membrane is formed of a flat electrode, the rigidity of the laminated structure composed of the electrode and the electrolyte membrane is ensured, and the electrode can be easily incorporated into the electrolytic cell. In addition, the electrolysis reaction in the electrolysis process can be stably maintained.
[0080]
It is also preferable that the electrode disposed in contact with the electrolyte membrane is formed of a conductor applied to the electrolyte membrane or a metal material joined to the conductor and the conductor.
[0081]
Further, when the electrode disposed in contact with the electrolyte membrane is formed of a conductor formed by plating on the electrolyte membrane or a metal material joined to the conductor and the conductor, the electrode and the electrolyte membrane It is possible to prevent generation of a gap between the electrodes, prevent generation of liquid resistance between the electrolyte membrane and the electrode, and suppress power consumption during electrolysis.
[0082]
Further, when the electrode disposed in contact with the electrolyte membrane is formed of a conductor bonded to the electrolyte membrane or a metal material joined to the conductor and the conductor, the electrode is disposed between the electrode and the electrolyte membrane. It is possible to prevent the generation of a gap, prevent the generation of liquid resistance between the electrolyte membrane and the electrode, and suppress the power consumption during electrolysis.
[0083]
Further, when one or both of the cathode and the anode are formed of an electrode having at least a surface formed of platinum, the metal ions constituting the electrode can be prevented from being mixed in the electrolytic hydrogen-dissolved water. .
[0084]
The current density at the cathode is 5 A / dm.²When an electrolytic cell for applying a voltage between the anode and the cathode is provided so as to be as follows, the ratio of hydrogen dissolved in water to the total hydrogen generated during electrolysis does not decrease too much, so that electrolytic hydrogen dissolved water The production efficiency of can be maintained at a sufficient level.
[0085]
In addition, when a discharge mechanism for discharging the gas generated on the anode surface to the outside of the electrolytic cell is provided, it is possible to prevent oxygen bubbles from adhering to the anode and lowering the electrolysis efficiency.
[0086]
Furthermore, if an anode chamber is provided on the side of the anode opposite to the electrolyte membrane, water can be supplied to the electrolytic membrane from the anode side, and the electrolysis efficiency can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a sectional view showing an example of an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is an enlarged view of a portion A in FIG.
FIG. 2 (a) shows the present invention.Reference example(B) is an enlarged view of a portion A of (a).
FIG. 3 shows in FIG.Reference exampleFIG. 6 is a partial cross-sectional view for explaining the operation.
FIGS. 4A and 4B are cross-sectional views showing the relationship between the flow rate of water in the flow path and the generation of bubbles made of hydrogen gas.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing still another example of the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the relationship between the flow rate of water in the flow path and the generation of bubbles made of hydrogen gas.
[Fig. 7] of the present invention.Reference exampleIt is sectional drawing which shows another example of these.
[Fig. 8] (a)Still another example of the embodiment of the present invention, (B) is another example of the reference example.It is sectional drawing shown.
FIG. 9 (a)Still another example of the embodiment of the present invention, (B) is another example of the reference example.It is sectional drawing shown.
FIG. 10 is a graph showing the current density on the cathode surface during electrolysis and the ratio of hydrogen dissolved in water and hydrogen mixed in water as bubbles to the total amount of hydrogen generated at the cathode.
[Explanation of symbols]
  1 Electrolysis tank
  2 Cathode
  3 Anode
  4 Electrolyte membrane
  5 Cathode chamber
  6 Distribution channels
  7 Raw water route
  8 Electrolyzed water discharge flow path
  12 Anode chamber

Claims

An electrolytic cell including a cathode and an anode disposed opposite to each other, an electrolyte membrane disposed in contact with the anode between the cathode and the anode, and a cathode chamber in which the cathode is disposed; A raw water path for continuously flowing raw water into the cathode chamber, and an electrolyzed water discharge passage for directly flowing into the cathode chamber and flowing out the electrolytic hydrogen-dissolved water dissolving the hydrogen generated on the cathode surface from the electrolytic cell. The cathode is disposed at a distance from the electrolyte membrane, and a flow path is provided between the cathode and the electrolyte membrane in the cathode chamber as a water flow path from the raw water path to the electrolyzed water discharge flow path. An electrolytic hydrogen-dissolved water generator characterized by that.

The electrolytic hydrogen-dissolved water generating apparatus according to claim 1 , wherein a dimension of the flow path in the width direction in a direction perpendicular to the cathode surface is formed to 1 to 5 mm.

3. The electrolytic hydrogen-dissolved water generating device according to claim 1, wherein the electrode disposed in contact with the electrolyte membrane is a flat electrode.

The electrode disposed in contact with the electrolyte membrane is formed of a conductor applied to the electrolyte membrane or a metal material joined to the conductor and the conductor. 4. The electrolytic hydrogen-dissolved water generator according to any one of 3 above.

The electrode disposed in contact with the electrolyte membrane is formed of a conductor formed by plating on the electrolyte membrane or a metal material joined to the conductor and the conductor. The electrolytic hydrogen dissolved water generating apparatus according to any one of 1 to 4 .

The electrode disposed in contact with the electrolyte membrane is formed of a conductor bonded to the electrolyte membrane or a metal material bonded to the conductor and the conductor. The electrolytic hydrogen-dissolved water generating device according to any one of 5

At least one of the cathode and the anode, at least the surface of electrolytic hydrogen dissolved water generator according to any one of claims 1 to 6, characterized by comprising forming at electrode formed in platinum.

The electrolysis apparatus according to any one of claims 1 to 7 , further comprising an electrolytic cell for applying a voltage between the anode and the cathode so that a current density at the cathode is 5 A / dm ² or less. Hydrogen dissolved water generator.

Electrolytic hydrogen dissolved water generator according to any one of claims 1 to 8, characterized by comprising comprises a discharge mechanism for discharging the gas produced by the anode surface to the outside of the electrolytic cell.

Electrolytic hydrogen dissolved water generator according to any one of claims 1 to 9, characterized in that it comprises providing an anode chamber on the opposite side of the electrolyte membrane of the anode.