JP6037419B1 - 電解水生成装置および電解水生成貯留装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アルカリが強くなり過ぎずオゾン臭を抑制しつつ、所望の気体が効率的に水中で溶存することが可能な電解水生成装置を提供する。【解決手段】本発明の電解水生成装置は、上側電極と、前記上側電極と平行に対向して配置される下側電極と、前記上側電極と前記下側電極との間に配置される隔膜と、前記下側電極と前記隔膜との間の第１空間で発生する気体を流通させる気体排出導管と、前記第１空間を覆う密閉部材と、電源から電力を受けることによって、前記上側電極と前記下側電極との間に所定の電圧を印加する制御を行う制御装置と、を具備し、少なくとも前記隔膜は、前記気体排出導管が固定される側の第１端部が高位となるよう重力方向に対して傾いて配置され、且つ、前記密閉部材により第１空間の密閉が維持されて前記気体が前記気体排出導管へ排出されることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、電気分解を用いて水などの液体を電気分解して電解水を生成する技術に関し、より具体的には隔膜を挟持する一対の電極を備えた電解水生成装置および電解水生成貯留装置に関するものである。

近年の世界的な健康志向の高まりを受け、人や植物、あるいは動物などの健康・発育増進に有効な機能水が注目されている。
このような機能水の１つとして、例えば水素が溶存したアルカリ水、または酸素が溶存したオゾン水などの電解水が知られている。

かような電解水は、例えば一対の電極を水の中へ含浸させて当該一対の電極の間で所定の電圧を印加することで生成される。このとき、例えば隔膜を介して一対の電極を挟持することで、陽極側には酸素が発生して周囲の水に溶解（溶存）することでオゾン水が生成される。一方で陰極側では、水素が発生して周囲の水に溶解（溶存）することでアルカリ水が生成される。

一対の電極を用いて電解水を生成する装置としては、次に示すような方式が従来から知られている。
まず第１の方式としては、例えば特許文献１や特許文献２に示すごとき、一対の電極が重力方向に対して９０度となるように配置された、いわゆる平置き配置タイプの装置である。
より具体的に特許文献１では、飲料水１００を貯蔵可能な飲料容器２と、飲料容器２の内部において略水平に配置される陽極板３１及び陰極板３２を有する構成が開示されている。また、特許文献２では、電解容器１内に陽極及び陰極から成る電気分解部４が設けられ、陽極と陰極とが重力方向に対して直角配置された構成が開示されている。

次に第２の方式としては、例えば特許文献３や特許文献４に示すごとき、一対の電極が重力方向に対して平行となるように配置された、いわゆる縦置き配置タイプの装置である。
より具体的に特許文献３では、電解槽１０には隔膜１１にて区画される一対の電極室１２、１３にそれぞれ電極１４、１５を備えられるとともに、この一対の電極は電解槽１０内で立設された構成が開示されている。また、特許文献４では、円筒隔膜９を第１の円筒電極８と第２の円筒電極１０の間に挿入するとともに、一対の電極は電解槽７内で立設された構成が開示されている。

そして近年では、上記第１および第２の方式の欠点を改良した第３の方式として、例えば特許文献５や特許文献６に示すごとき、隔膜を挟持する一対の電極板が重力方向に対して斜めに傾斜して配置される、傾斜配置タイプの装置が散見されるようになってきた。例えば特許文献５では、ガス発生部の高位部１０ａが水平方向に対して上方向に位置するように、ガス発生部が水平方向に対して傾斜配置された構成が開示されている。同様に特許文献６においても、主生成ガスｂ１が上側電極の側で発生するとともに副生成ガスｂ２が下側電極の側で発生するガス溶存水生成装置１において導電部材に近い側が水平方向に対して上向きに傾斜するようにガス発生部が構成されている。

特開２０１４−２２６５７５号公報 特開２０１４−０６５９６６号公報 特開２００３−１６４８７１号公報 特開平０８−１３２０４０号公報 特開２０１６−０００３７６号公報 特開２０１５−１８８７９７号公報

このように電解水生成装置には種々のタイプがあるが、以下に説明するとおり未だにそれぞれ課題を有しており改善の余地は大きいと言える。
すなわち、まず上記した平置き配置タイプの装置においては、電解水を生成するために一対の電極間に電圧を印加すると、それぞれの極で気体が発生する。このうち、下側に配置された電極から発生する気体は水中で上昇するが、直上に位置する隔膜によって移動が阻害されてしまい、当該隔膜と下側電極との間で気体層が形成されてしまう。この気体層は絶縁層として機能するので、電解水の生成効率が著しく低下してしまう課題がある。

次に上記した縦置き配置タイプの装置においては、横置き配置タイプで懸念される気体層の問題は解消するが、高さ方向から見た面積が相対的に小さくなるため、電極で発生する気体が水中で充分に溶存しないという課題を有する。この点に関しては撹拌装置など適用すればある程度は上記課題も解消するが、余計なコストやメンテナンスなどの負荷が生じてしまうことは避けられない。

上記した課題を解決可能な構成が傾斜配置タイプの装置であるが、特許文献５や特許文献６の構成においては、単に副生成ガスを効率的に集めて水中に戻しているだけであり、これにより主生成ガス（水素）によって水中のアルカリ化が強くなり過ぎることは抑制できるものの、主生成ガスを水中で効率的に溶存できているわけではない。
また、ガス発生部１０の高位部１０ａと傾斜張り出し部２４及び傾斜支持部２３とが密閉状態となっていない。このため、副生成ガスが溶存した領域が周囲に拡散してしまう、あるいは副生成ガスが酸素の場合はオゾン臭が水中に付加されてしまうなどといった課題も有している。

本発明は、上記した問題を一例として解決することを鑑みて為されたものであり、アルカリが強くなることを抑制しながらオゾン臭も抑制しつつ、所望の気体（例えば水素）を効率的に水中へ溶存することが可能な電解水生成装置および電解水生成貯留装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一実施形態にかかる電解水生成装置は、（１）水を貯留する容器内に少なくとも一部が配置され、前記水を電気分解して電解水を生成する電解水生成装置であって、上側電極と、前記上側電極と平行に対向して配置される下側電極と、前記上側電極と前記下側電極との間に配置される隔膜と、前記下側電極と前記隔膜との間の第１空間で発生する気体を流通させる気体排出導管と、前記第１空間を覆う密閉部材と、電源から電力を受けることによって、前記上側電極と前記下側電極との間に所定の電圧を印加する制御を行う制御装置と、を具備し、少なくとも前記隔膜は、前記気体排出導管が固定される側の第１端部が高位となるよう重力方向に対して傾いて配置され、且つ、前記下側電極で発生して前記隔膜に沿って移動する気体が大きな気泡となった後に前記気体排出導管を流通するように、当該気泡を一時的に貯留する凸状の空気溜まりを更に有し、前記密閉部材により第１空間の密閉が維持されて前記気体が前記気体排出導管へ排出されることを特徴とする。

なお、上記した（１）の電解水生成装置においては、（２）前記気体排出導管には、管の伸長方向に沿って、内外を貫通する複数の液体流入孔が形成されていることが好ましい。
また、上記した（２）の電解水生成装置においては、（３）前記複数の液体流入孔は、それぞれ管の内側から外側に向かうにつれて電極側の端部へ向かうよう傾斜して前記気体排出導管に設けられていることが好ましい。

また、上記した（１）〜（３）のいずれかに記載の電解水生成装置においては、（４）前記気体が前記気体排出導管へ排出されるに伴って、前記第１空間のうち前記気体排出導管とは反対側から前記第１空間に向けて前記容器内の水が流入することが好ましい。
さらに、上記した（１）〜（４）のいずれかに記載の電解水生成装置においては、（５）前記気体排出導管のうち前記下側電極側の端部とは反対側に設けられる把持部をさらに有し、前記把持部内に前記制御装置が収容されることで携帯可能とされたことが好ましい。

さらに上記課題を解決するため、本発明の一実施形態にかかる電解水生成貯留装置は、液体を収容可能な容器と、前記容器内に収容された上記（１）〜（４）のいずれかに記載の電解水生成装置と、前記電解水生成装置へ電力を供給するための外部接続コネクタと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、電気分解によって電解水を生成するときアルカリが強くなり過ぎずオゾン臭が付与されてしまうことも抑制することが可能となり、さらには所望の気体（例えば水素）を効率的に水中に溶存させることが可能となる。

第１実施形態に係る電解水生成貯留装置１００の全体構成図である。 電解水生成貯留装置１００のうち電極部３０および下側容器２の詳細を示す模式図である。 電解水生成貯留装置１００のうち電極部３０と気体排出導管４０の詳細を示す模式図である。 電解水生成貯留装置１００のうち電極部３０と気体排出導管４０の他の例を示す模式図である。 電解水生成貯留装置１００のうち気体排出導管４０の詳細を示す模式図である。 電極部３０による水の電気分解に伴う容器１内における水の流れを説明する模式図である。 制御装置５０による電極部３０への電圧印加の態様を示す図である。 電源５１と電極部３０との電気的接続関係を説明する模式図である。 第２実施形態にかかる電解水生成装置２００の全体構成図である。 変形例１にかかる電極部３０の構成図である。 変形例２にかかる電極部３０の構成図である。 変形例３にかかる電極部３０の構成図である。

以下、本発明を実施するための実施形態を一例として説明する。なお、説明の便宜上、以下の説明中において、重力方向をＺ方向とし、このＺ方向と交差する方向をそれぞれＸ方向およびＹ方向として規定したが、本発明の権利範囲を減縮するものでないことは言うまでもない。

≪第１実施形態≫
図１は、本発明の第１実施形態に係る電解水生成貯留装置１００の全体構成図である。
本実施形態の電解水生成貯留装置１００は、水を貯留する容器１内に少なくとも一部が配置され、この貯留された水を電気分解して電解水を生成する機能を有している。より具体的に電解水生成貯留装置１００は、上側電極３１、下側電極３２、隔膜３３、気体排出導管４０、および制御装置５０を含む電解水生成装置を有して構成されている。なお、以下で詳述する構成以外については、例えば特開２０１６−０００３７６号公報や特開２０１５−１８８７９７号公報等の公知の装置構成を適宜参照してもよい。

容器１は、電気分解される液体（水などが例示できる。以下では一例として水を用いて説明する。）を収容可能な容器であり、例えばガラスやプラスチックなどから形成されている。本実施形態においては、容器１の下側は開口となっておりそして当該開口にはネジ１１が形成されている。なお容器１の外形は円筒状となっているが、開口部分が円筒状であればそれ以外は角柱状となっていてもよい。この容器１の内部に、後述する電極部３０の少なくとも一部や気体排出導管４０が収容される。

下側容器２は、容器１のネジ１１と噛み合う雌ネジ２１が上部に形成された容器である。この下側容器２は、例えばガラス、プラスチックなどの樹脂材料あるいは金属材料で形成されている。本実施形態では、電極部３０が傾斜支持部２３ａおよび固定部材（固定ネジ３６）を介して下側容器２に設置される。
また、下側容器２には、後述する制御装置５０と、電源５１としての二次電池が収容されている。この制御装置５０および電源５１は、図２を用いて後述するとおり、電極部３０とは隔離された状態で下側容器２に収容されており、これにより容器１に貯留された水が制御装置５０および電源５１に侵入することは防止されている。

また、下側容器２の外周面には外部接続コネクタ２２が形成されている。
外部接続コネクタ２２は、外部の電源から給電を受けるためのインターフェースであり、例えばＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）などが例示される。なお、外部接続コネクタ２２を介して給電を行うのみに限られず、例えば外部の端末（ＰＣや携帯電子機器など）からの制御信号を受信するように構成されていてもよい。これにより外部の端末を操作して電解水生成貯留装置２００を駆動させることが可能となる。

気体排出導管４０は、後述する電極部３０の一端と接続されるとともに、隔膜３３と下側電極３２との間の第１空間で発生する気体を容器１の上部へ排出する機能を有している。本実施形態の気体排出導管４０は、例えばゴムやプラスチックなどの樹脂材料やガラス、金属材料などで形成可能であるが、可撓性を有して安価であることが望ましいことから樹脂材料が好適である。なお、気体排出導管４０と電極部３０との接続部の詳細については、図３を後いて後述する。また、気体排出導管４０の長さは任意の値を取り得るが、例えば容器１の許容水位よりも若干上側に端部が位置できる長さが好ましい。

制御装置５０は、電源５１を搭載するとともに、この電源５１を介して上記した上側電極３１および下側電極３２に所定の電圧を付与する機能を有している。このように本実施形態の制御装置５０は不図示のＣＰＵが搭載された基板であり、このＣＰＵ内のメモリに記憶された各種プログラムを実行することが可能となっている。
電源５１は、本実施形態では高容量・高出力の観点からリチウムイオン二次電池が適用される。しかしながら電源５１はリチウムイオン二次電池に限られず、例えば鉛蓄電池やニッケル・水素蓄電池など公知の他の二次電池を適用してもよい。

なお電源５１は制御装置５０に搭載されずに独立して下側容器２に配置されていてもよい。
また、本実施形態では充放電可能な電源５１を用いて上側電極３１および下側電極３２に所定の電圧を付与しているが、電源５１として一次電池を用いてもよい。この場合には、下側容器２から一次電池を容易に取り換え可能なように、下側容器２の底面が開閉可能に構成されていることが好ましい。
さらには、電源５１は省略して外部接続コネクタ２２を介して外部電源（商用電源など）から直接給電を受けるように構成してもよい。

次に図２を用いて本実施形態の電極部３０について詳述する。
図２に示すとおり、電極部３０は、上側電極３１、下側電極３２、隔膜３３、上部保護枠３４および下部保護枠３５を含んで構成されている。そして本実施形態では、電極部３０のうち少なくとも隔膜３３（の主面）が、気体排出導管４０が固定される側の第１端部（端部４２）が高位となるよう重力方向に対して傾いて配置されている。なお、上部保護枠３４および下部保護枠３５は必須ではなく、適宜これらを省略してもよい。また、上側電極３１、隔膜３３および下側電極３２は、互いに平行となるように配置されることが望ましい。

上側電極３１は、例えば金属などの導電性材料で構成されて、Ｚ方向に関して隔膜３３よりも上方に配置される。本実施形態の上側電極３１は、表面積を確保するためメッシュ状（格子状）になっており、固定ネジ３６を介して電源５１と電気的に接続される。したがって図２に示すとおり、上側電極３１にはネジ孔３１ａおよび３１ｂが形成されており、ネジ孔３１ａには固定ネジ３６ａが挿通されるとともにネジ孔３１ｂには固定ネジ３６ｂが挿通されることになる。

なお後に図８を用いて説明するとおり、固定ネジ３６ｂと上側電極３１は電気的に接続されておらず、絶縁リング３８ｂ（図８参照）を介して固定ネジ３６ｂは上側電極３１を固定している。一方で、固定ネジ３６ａと上側電極３１は電気的に接続されており、制御装置５０の制御の下で固定ネジ３６ａを介して上側電極３１に所望の極性が付与される。これにより、容器１に収容された水を電気分解する際には、上側電極３１は陽極または陰極として機能する。

下側電極３２は、例えば金属などの導電性材料で構成されて、Ｚ方向に関して隔膜３３よりも下方に配置される。本実施形態の下側電極３２は、上側電極３１と平行に対向して配置され、上側電極３１と同じ形状のメッシュ状（格子状）となっている。また、下側電極３２は、固定ネジ３６を介して電源５１と電気的に接続される。より具体的に図２に示すとおり、下側電極３２にはネジ孔３２ａおよび３２ｂが形成されており、ネジ孔３２ａには固定ネジ３６ａが挿通されるとともにネジ孔３２ｂには固定ネジ３６ｂが挿通されることになる。

また、後に図８を用いて説明するとおり、固定ネジ３６ａと下側電極３２は電気的に接続されておらず、絶縁リング３８ａ（図８参照）を介して固定ネジ３６ａは下側電極３２を固定している。一方で、固定ネジ３６ｂと下側電極３２は電気的に接続されており、制御装置５０の制御の下で固定ネジ３６ｂを介して下側電極３２に所望の極性が付与される。これにより、容器１に収容された水を電気分解する際には、下側電極３２は上側電極３２の対極となって陰極または陽極として機能する。

なお、上記した上側電極３１および下側電極３２の形状は必ずしも格子状である必要はなく、例えば平板状としてもよいし、スリット状としてもよい。
また、下側電極３２の外形は、上側電極３１の外形とほぼ同じであることが望ましいが、いずれか一方の外形が他方の外形より大きくなるように形成してもよい。
また、本実施形態では、固定ネジ３６は、電源５１と上側電極３１または下側電極３２とを電気的に結ぶ配線として機能している。しかしながら固定ネジ３６を配線として利用する形態に限られず、例えば公知の金属配線などを別途設けてもよい。

隔膜３３は、上側電極３１と下側電極３２の間に介在するように配置される。本実施形態の隔膜３３は、公知の中性隔膜が適用可能である。しかしながら隔膜３３は中性である必要はなく、例えばイオン交換膜を用いてもよい。なお、隔膜３３の外形は、上記した上側電極１および下側電極３２の外形より若干大きな外径で、かつ上側電極１および下側電極３２とは相似の形状となっている。しかしながら隔膜３３は、上側電極３１と下側電極３２とが接触しない限りにおいて、上側電極３１や下側電極３２と相似形状とされておらずともよい。

また、上側電極３１や下側電極３２と同様、隔膜３３にはネジ孔３３ａおよび３３ｂが形成されており、ネジ孔３３ａには固定ネジ３６ａが挿通されるとともにネジ孔３３ｂには固定ネジ３６ｂが挿通されることになる。
図２に示すとおり、本実施形態では、上側電極３１と下側電極３２は、隔膜３３を介して互いに平行となるように配置されることが望ましい。これにより電極間距離が一定となり、平面方向における各電極の表面からまんべんなく気体が発生することが可能になる。

上部保護枠３４は、例えばプラスチックなどの樹脂で形成されており、電極部３０のカバーとして機能している。本実施形態の上部保護枠３４は、出来るだけ上側電極３１が容器１内の水と接触できるようになっていれば特に形状の制限はなく、例えばハブ＆スポーク状などのように肉抜きされた形態となっていてもよい。また、上部保護枠３４も、上側電極３１や下側電極３２などと同様に、ネジ孔３４ａおよび３４ｂを有し、このネジ孔３４ａには固定ネジ３６ａが挿通されるとともにネジ孔３４ｂには固定ネジ３６ｂが挿通されることになる。

下部保護枠３５は、上部保護枠３４と同様に例えばプラスチックなどの樹脂で形成されており、電極部３０のカバーとして機能している。本実施形態の下部保護枠３５は、特にその形状に制限はなく、例えば上部保護枠３４と同じ形態となっていてもよい。また、下部保護枠３５も、上部保護枠３４などと同様に、ネジ孔３５ａおよび３５ｂを有し、このネジ孔３５ａには固定ネジ３６ａが挿通されるとともにネジ孔３５ｂには固定ネジ３６ｂが挿通されることになる。

そして図２に示すとおり、上記した下部保護枠３５、下側電極３２、隔膜３３、上側電極３１および上部保護枠３４は、この順でＺ方向下側から積層されて、下側容器２の電極収容部２３内に配置される。
なお、上側電極３１と隔膜３３の間、および下側電極３２と隔膜３３の間の少なくとも一方に、補強などを目的として樹脂などで形成された保護枠を更に追加してもよい。
電極収容部２３は、下側容器２内に設けられるとともに、上記した電極部３０が内部に収容される。そして本実施形態では、電極部３０が傾斜して電極収容部２３に収容されるように、電極収容部２３には傾斜支持部２３ａが設けられている。

また、傾斜支持部２３ａには不図示の雌ネジが形成されており、図１または図２に示すように、固定ネジ３６ｂがこの雌ネジにねじ込まれることで、電極部３０は重力方向に対して傾斜して設置可能となっている。一方で、電極収容部２３内には固定ネジ３６ａに対応する雌ネジ（不図示）も設けられており、電極部３０が電極収容部２３内に収容された後にこの雌ネジに対して固定ネジ３６ａがねじ込まれる。
なお電極収容部２３内における傾斜支持部２３ａの高さは適宜設定が可能であるが、電極部３０（本実施形態では、上側電極３１、下側電極３２および隔膜３３）が水平方向（ＸＹ平面）に対して５°〜３０°程度傾斜するほどの高さであることが好ましい。

次に電極部３０と気体排出導管４０との接続関係について、図３を用いて詳述する。
同図に示されるとおり、気体排出導管４０のうち一方の端部４２は、傾斜した電極部３０のうちＺ方向に関して高位の側で接続されている。
ここで、電極部３０のうち隔膜３３と下側電極３２との間の第１空間は、密閉部材３７で周囲が覆われており、これにより流入口３７ａから気体排出導管４０にかけて流路が形成されている。

密閉部材３７は、例えばビニールなどの非透過性樹脂膜で形成されており、上記した第１空間内で発生する気体を気体排出導管４０へ導く機能を有している。図３に示すように、本実施形態の密閉部材３７は、上側電極３１と下側電極３２との間に配置されている。
そして密閉部材３７と気体排出導管４０の端部４２とは、例えばヒートシールなどによって接着されている。なお、密閉部材３７と気体排出導管４０の端部４２との接続態様は、ヒートシールに限られず、例えば難溶性の接着剤を介して接着されていてもよい。
なお、密閉部材３７の材質は上記に限られず、例えばプラスチックや薄板状の金属板で構成されていてもよい。

このように本実施形態では、隔膜３３と下側電極３２との間を密閉部材３７で覆うことで流路を形成し、且つこの流路の一方の端部を開口（流入口３７ａ）としつつ他方の端部を気体排出導管４０の端部４２と接続させている。これにより、重力方向に対して傾斜した電極部３０のうち第１空間（隔膜３３と下側電極３２の間）で発生した気体は、電極３０から容器１内の水中へ拡散せずに（換言すれば密閉性を維持して）気体排出導管４０へ排出されることが可能となっている。

なお本実施形態では、図３に示すとおり、気体排出導管４０の端部４２は隔膜３３と下側電極３２の間で接続されているが、この接続態様に限定されない。
例えば図４に示すとおり、気体排出導管４０の端部４２が固定ネジ３６ａを覆うように接続する形態としてもよい。
すなわち、図４（１）に示すとおり、固定ネジ３６ｂとネジ孔３３ｂ、３１ｂおよび３４ｂとの密閉度合いを緩めることで、このときに生じる隙間から気体が上方へ移動可能なように構成できる。

したがって、上記した第１空間で発生する気体は、傾斜した電極部３０の作用でネジ孔３３ｂへと移動するとともに、各層におけるネジ孔と固定ネジ３６ｂとの隙間を通過して固定ネジ３６ｂの上方へと移動する。
そして電極３０の外（上部保護枠３４の上部）へ出た気体は、そのまま気体排出導管４０へと導かれて上方へと移動していくことになる。

なお図４（２）に示すとおり、この例では上部保護枠３４のうち気体排出導管４０の端部４２が接続される部位は非メッシュ状とされている。また、上部保護枠３４と気体排出導管４０とは、例えばヒートシールなどによって接着されているが、この接続態様はヒートシールに限られず例えば難溶性の接着剤を介して接着する形態でもよい。
また、上部保護枠３４は、少なくとも気体排出導管４０の端部４２が密閉性を維持して接続可能であればメッシュ状でもよく、この場合は気体排出導管４０の端部４２との接続部位周辺だけメッシュが細かい仕様となっていてもよい。
この図４に示す態様によっても、電極３０の外で意図せず気体が漏えいしないので、隔膜３３と下側電極３２の間の第１空間の密閉が維持されて気体が気体排出導管４０へと排出されると言うことができる。

図３に戻り、気体排出導管４０の詳細な説明を継続する。
同図のとおり、気体排出導管４０には、長さ方向（管の伸長方向）に沿ってその外周面には内外を貫通する細孔（液体流入孔４１）が複数形成されている。これにより本実施形態では、容器１内の水を電気分解する際に、容器１内の水のうちアルカリ性が強まった水（水素が溶解した水）が液体流入孔４１から気体排出導管４０の内部へ侵入することが可能となっている。

より具体的な液体の流入態様について、図５に基づいて説明する。
＜気体排出導管４０への液体流入作用＞
まず電極部３０に所定の電圧が印加されると、容器１内の水が電気分解されることで、上側電極３１と下側電極３２とでそれぞれ気体が発生する。例えば上側電極３１を陰極とし、下側電極３２を陽極となるように制御装置５０が制御すれば、陰極では水素が発生するとともに陽極では酸素が発生する。
このうち、陰極としての上側電極３１で発生した水素は、そのまま上方へと浮上して容器１内の水に溶解することでアルカリ水が生成される。

一方、陽極としての下側電極３２で発生した酸素は、上述のとおり気体排出導管４０へと導かれて気体排出導管４０内を上昇していく。
このとき、図５に示すように、気体排出導管４０内ではエアーリフト作用が発生し、矢印で示す液体と気体の流れが形成される。
ここで本実施形態の液体流入孔４１は、図５に示すように、それぞれ管の内側から外側に向かうにつれて電極側の端部へ向かうよう傾斜して気体排出導管４０に設けられている。
したがって、気体排出導管４０内を上昇する気体（酸素）は液体流入孔４１へは侵入せずに上昇を続ける一方で、この液体流入孔４１を介して外側から水（アルカリ水）が気体排出導管４０内へと流入することとなる。

このように、気体排出導管４０内は、電極部３０で発生した酸素やオゾンが溶解した水が通過していくが、この酸素・オゾン溶解水に対して液体流入孔４１を介してアルカリ水が流入することになる。したがって、容器１内でアルカリ水となった水の一部が気体排出導管４０内へと流入するため、アルカリが過度に強まることが抑制される。
さらに本実施形態によれば、電極部３０で発生した酸素は気体排出導管４０を介して容器１の上方へと導かれるため、容器１内の水にオゾン臭が付与されてしまうことも抑制することが可能となっている。

次に図６を用いて、上記した電気分解の際における容器１内の水の流れを説明する。なお、説明の便宜上、図６においてはいくつかの部材が省略されている。また、図６においては隔膜３３には後述する空気溜まり３３ｃが形成されているが、この空気溜まり３３ｃは省略してもよい。
図５で説明したとおり、上側電極３１に−の電位が付与されるとともに下側電極３２に＋の電位が付与された場合、容器１内の水が電気分解されて陰極では水素Ｈが発生し、陽極では酸素Ｏが発生する。

このうち水素Ｈはそのまま上方へ浮上するのは既述のとおりであるが、陽極で発生した酸素Ｏは隔膜３３の存在によって上昇が遮られて隔膜３３の傾斜に沿って移動する。このとき、移動の過程で細かい気泡であった酸素Ｏは互いが結びつくことで大きな気泡として成長していく。
隔膜３３の端部から気体排出導管４０へと入った酸素Ｏの気泡はエアーリフト作用を発揮しながら気体排出導管４０内を上昇する。

一方で、第１空間（隔膜３３と下側電極３２の間の空間）に存在する水（酸素やオゾンが溶解した中性の水）は、上記したエアーリフト作用によって第１空間から気体排出導管４０への流れ込むことになる。このように、第１空間に存在する水が気体排出導管４０へ排出されるに伴って、新たな水が流入口３７ａを介して第１空間へと流れ込むことになる。
なお、気体排出導管４０の上端（Ｚ方向における最高位）まで流れた水は、そのままあふれて容器１内の水と合流することとなるが、このときはすでにある程度アルカリ水（水素が溶解した水）となっている。
このように本実施形態によれば、電極部３０で発生する気体にエアーリフト作用を発揮させることで、容器１内の水を循環させることが可能となっている。

次に、図７を用いて本実施形態の制御装置５０による制御の一例を説明する。
上記したとおり、容器１内の水を電気分解する際は、上側電極３１を陰極にするとともに下側電極３２を陽極とする制御を行う。
しかしながら本実施形態では、上側電極３１が常時陰極となる制御をせずに、電極表面の洗浄などを目的として間欠的に電極の極性を反転する制御を行ってもよい。

すなわち、図７に示すとおり、まず時刻ｔ１で容器１内の水の電気分解が開始される。時刻ｔ１からしばらくは、上側電極３１には電圧−Ｖ_１が印加されて陰極として機能するとともに、下側電極３２には電圧Ｖ_１が印加されて陽極として機能する。
そして時刻ｔ２となったとき、制御装置５０の制御の下で、上側電極３１と下側電極３２の極性が反転され、この状態が時刻ｔ３まで継続される。これにより、水に含まれるミネラル分が電極に付着するのを抑制することが可能となる。

そして時刻ｔ３では、再び制御装置５０の制御の下で、上側電極３１には電圧−Ｖ_１が印加されるとともに下側電極３２には電圧Ｖ_１が印加されて、上記した上側電極３１を陰極とした電気分解が再開される。
なお、時刻ｔ１〜ｔ２および時刻ｔ３〜ｔ４の間隔としては、例えば数分〜数時間が好ましい。また、時刻ｔ２〜ｔ３の間隔としては、数秒〜数分程度が好ましい。
また、上記した再開後の電圧は、再開前の電圧と等しくしてもよいし、例えば再開後は相対的に低くするなど再開前とは異なる電圧としてもよい。
また、極性反転のタイミングとしては、１時間に数回〜数十回、一日に数回〜数十回など任意の回数を設定してもよい。いずれにしても、上側電極３１を陰極とした電気分解を行う時間のほうが、極性反転した際の時間よりも多くなるように制御装置５０によって電圧印加が制御されることが好ましい。

＜電極部３０と電源との電気的な接続態様＞
次に、図８を用いて電極部３０における電気的接続について説明する。
図８は、本実施形態における電極部３０を構成する上側電極３１および下側電極３２と電源としての電源５１との電気的接続を示す模式図である。
上述したとおり、上側電極３１および下側電極３２が配置される空間（容器１内）と、制御装置５０および電源５１が配置される空間とは隔離されている。

そして電極を固定する固定ネジ３６は、それぞれ制御装置５０および電源５１が配置される空間まで延伸している。したがって本実施形態では、電源５１の＋極は配線Ｌ_１を介して固定ネジ３６ｂと電気的に接続される一方で、電源５１の−極は配線Ｌ_２を介して固定ネジ３６ａと電気的に接続される。
このとき、下側電極３２は、絶縁リング３８ａを介して固定ネジ３６ａで固定されるため、下側電極３２によってショートしてしまうことが防止されている。同様に、上側電極３１は、絶縁リング３８ｂを介して固定ネジ３６ｂで固定されるため、上側電極３１によってショートしてしまうことも防止されている。

なお、図８では電源５１の向きは上記のとおりであるが、制御装置５０の制御の下でこれらの極性が任意に反転可能であることは既述したとおりである。
また、本実施形態では、外部接続コネクタ２２を介して電源５１に給電が可能となっているが、この電源５１を省略して制御装置５０が外部コネクタ２２から直接的に上側電極３１と下側電極３２に所望の電位を付与する制御を行ってもよい。

≪第２実施形態≫
図９は、本発明の第２実施形態に係る電解水生成装置２００の全体構成図である。この電解水生成装置２００は、上記第１実施形態の電解水生成貯留装置１００に比して容器１および下側容器２が省略され、把持部内に制御装置が収容されることで携帯可能とされた点に主な特徴がある。
したがって、以下では相違点について主として説明し、第１実施形態と同じ構成及び機能を有する要素については同一の符号を付してその説明を適宜省略する。

図９に示すとおり、本実施形態の電解水生成装置２００は、電極部３０（上部保護枠３４、上側電極３１、隔膜３３、下側電極３２、下部保護枠３５および密閉部材３７）、気体排出導管４０および把持部６０を含んで構成されている。なお、少なくとも上部保護枠３４と下部保護枠３５は、省略することが可能である。また、後述するとおり本実施形態の電解水生成装置２００は把持部６０を手で把持して操作することが可能であるため、第１空間内の水の流れを手動で起こすようにすれば、密閉部材３７を省略してもよい。

把持部６０は、気体排出導管４０のうち下側電極３２側の端部とは反対側に設けられている。本実施形態ではコップや水筒などの飲料容器に電解水生成装置２００を装着するため、人が把持部６０を手で把持することが可能となっている。
なお、把持部６０の材質としては特に制限はないが、例えばプラスチックや硬質ゴムなどの樹脂材料が好適である。

本実施形態では、把持部６０は中空の形状となっており、この把持部６０内には制御装置６３が収容されている。
制御装置６３には、ＣＰＵなどの制御部６２と、リチウムイオン二次電池などの電源部６２が含まれている。なお電源部６２はリチウムイオン二次電池に限られず他の二次電池でもよいし、二次電池に代えて一次電池を用いてもよい。

なお、電源部６２は省略が可能であり、その場合には外部接続コネクタ２２を介して外部から直接給電してもよい。また、制御部６２には不図示のメモリが搭載されて各種のプログラムが実行可能とされている。したがって、上記した洗浄処理を含む水の電気分解処理が実行可能となっている。
また、把持部６０に押圧式ボタンまたはタッチパネル型液晶表示装置などを設置して、このボタンを押圧することで上記した電極への電圧印加による電気分解処理や極性反転による洗浄処理を実行させるようにしてもよい。

また、図９に示すとおり、電源６２から配線６４および配線６５が引き出されており、気体排出導管４０に沿って延伸してそれぞれ電極と電気的に接続される。より具体的には、配線６４を介して電源６２の陰極が上側電極３１と電気的に接続される一方で、配線６５を介して電源６２の陽極が下側電極３２と電気的に接続される。
これにより、制御装置６３の制御の下で、電源６２から所望の電位を上側電極３１と下側電極３２とに付与することが可能となっている。

さらに本実施形態では、気体排出導管４０の上端（電極部３０とは反対側）は開放されておらず流れ止め部６７が形成されている。さらにこの流れ止め部６７の手前において、気体排出導管４０には排出口６６が形成されている。
したがって、電極部３０からエアーリフト作用で上昇した水や気体は、この流れ止め部６７でせき止められるとともに排出口６６を介して外部へ排出される。

この第２実施形態に係る電解水生成装置２００によれば、コップや水筒などの飲料容器に電極部３０および気体排出導管４０の少なくとも一部を含浸させた状態で容器内の水を電気分解することが可能となる。
換言すれば、把持部６０を人が把持することで、いわば容器内の水にスプーンを浸すがごとき態様で容器内の水をアルカリ水（水素が溶解した水）に変化させることが可能となっている。
なお、容器内の水を電気分解している最中には、排出口６６から酸素やオゾンが溶解した水および酸素が排出されるが、酸素はそのまま大気中に拡散され、酸素やオゾンが溶解した水は気体排出導管４０を伝わって容器へと還流される。

上記した各実施形態は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。以下、各実施形態に適宜適用が可能な変形例について説明する。なお、以下の変形例においては既述の構成と同じ機能・作用を奏するものはその記載を省略するか同じ参照番号を付け、更にその説明も適宜省略する。
≪変形例１≫
図１０は変形例１を説明する図であり、主面が平らな電極および隔膜に代えて、中央が凹んだ上側電極３１、隔膜３３および下側電極３２を用いてもよい。より具体的には、変形例１にかかる上側電極３１、隔膜３３および下側電極３２は、中央が窪んだ円錐状となっていてもよい。

この場合、図１０に示すとおり、紙面両側（Ｘ方向側）の端部には一対の気体排出導管４０が接続されている。換言すれば、変形例１にかかる電極部３０は、複数の気体排出導管４０を有していると言える。
一方で、隔膜３３と下側電極３２との間の第１空間は密閉部材３７（不図示）で覆われており、さらには紙面を貫く側（Ｙ方向側）の端部には一対の流入口３７ａ（不図示）が設けられている。換言すれば、変形例１にかかる電極部３０は、Ｘ方向の端部にそれぞれ気体排出導管４０を有するとともに、Ｙ方向の端部にはそれぞれ流入口３７ａを有していると言える。

なお、変形例１の電極部３０は、複数の気体排出導管４０を備えずともよく、単一の気体排出導管４０を備えるようにしてもよい。また、変形例１の電極部３０は、複数の流入口３７ａを備えずともよく、単一の流入口３７ａを備えるようにしてもよい。あるいは、変形例１の電極部３０は、１つの気体排出導管４０に対して複数の流入口３７ａを備えていてもよいし、逆に１つの流入口３７ａに対して複数の気体排出導管４０を備えていてもよい。

≪変形例２≫
図１１は変形例２を説明する図であり、変形例１と同様に、主面が平らな電極および隔膜に代えて、中央が凹んだ上側電極３１、隔膜３３および下側電極３２を用いてもよい。そして変形例１にかかる電極部３０では下側に凸となるように円錐状の上側電極３１、隔膜３３および下側電極３２が設置されていたが、本変形例２にかかる電極部３０では上側に凸となるように円錐状の上側電極３１、隔膜３３および下側電極３２が設置されている。

また、変形例２においては、電極部３０のうち凸部の頂点（円錐の頂点でありＺ方向において最も高位の箇所）に気体排出導管４０が接続されている。より具体的には、電極部３０を構成する上側電極３１と隔膜３３のうち凸部の頂点付近には気体排出導管４０を挿入する挿入孔があいており、この挿入孔に気体排出導管４０が挿入されることで第１空間（下側電極３２と隔膜３３の間の空間）と気体排出導管４０とが挿通される。
一方で、隔膜３３と下側電極３２との間の第１空間は密閉部材３７（不図示）で覆われており、さらには円錐状の周方向における側面には１又は複数の流入口３７ａ（不図示）が設けられている。

なお、隔膜３３の中央に設けられる挿入孔と気体排出導管４０は密着されることが望ましいが、上側電極３１の中央に設けられる挿入孔は所定の間隙を有して気体排出導管４０が挿入されてもよい。これにより、上側電極３１のうち底面側（図１１で隔膜３３と対向する側）で発生する気体が、電極部３０の内部に滞留せずに上記間隙を介して上方へ移動することが可能となる。
また、上記説明では、上側電極３１と隔膜３３の中央に挿入孔が形成される例を説明したが、下側電極３２の中央にも貫通孔が形成されていてもよい。これにより、下側電極３２のうち底面側（図１１で隔膜３３とは反対側）で発生する気体が、下側電極３２における凸部の先端（頂点）で滞留せずに上記貫通孔を介して気体排出導管４０へ移動することが可能となる。

≪変形例３≫
図１２は変形例３を説明する図である。
本変形例３にかかる電極部３０では、上側電極３１、隔膜３３および下側電極３２のうち重力方向に関して高位となる側に空気溜まりを有する点に特徴がある。この空気溜まりはＺ方向上側に向かって凸となるように窪んだ部位であり、電極で発生した気体がいったん空気溜まりに貯留されることで大きな気泡へと成長することが可能となる。

より具体的には、図１２に示すように、下側電極３２のうち上記した高位側には空気溜まり３２ｃが形成され、隔膜３３のうち上記した高位側には空気溜まり３３ｃが形成され、上側電極３１のうち上記した高位側には空気溜まり３１ｃが形成されている。
なお、気体排出導管４０へ排出される気体（本例では酸素）が少なくとも空気溜まりに貯留されればよい観点から、少なくとも隔膜３３に空気溜まり３３ｃが形成されていればよい。しかしながら電極間距離を一定にするとともに電極部３０の構造を安定させる観点からは、隔膜３３の空気溜まりに対応するよう上側電極３１および下側電極３２にも上記した空気溜まりが形成されていることが望ましい。

この変形例３によれば、密閉部材３７（不図示）で覆われた第１空間を移動する気体（酸素）は、空気溜まり３３ｃで一時的に貯留することで比較的大きな気泡となり、その後に気体排出導管４０へと排出されることになる。
これにより、上記実施形態や変形例などに比して大きなエアーリフト作用を奏することが可能となる。

≪変形例４≫
上記第１実施形態、第２実施形態、および変形例１〜３は、容器内の液体（水）に水素を溶存させる一方で、陽極から発生する酸素は気体排出導管を介して排出する構成となっていた。
しかしながら本発明は上記に限定されず、容器内の液体（水）に酸素を溶存させる一方で、陽極から発生する水素は気体排出導管を介して排出する構成としてもよい。
すなわち、上記した各実施形態および各変形例において、電極部３０における陽極と陰極が反対の構成とすることができる。この場合においては、図７で説明した極性反転の制御についても、それぞれ陽極と陰極が反対の構成となる。

より具体的には、本発明における電解水生成装置の制御装置は、電極部３０のうち上側電極３１が陽極となる一方で下側電極３２が陰極となるように、それぞれの電極に電位を付与する制御を行ってもよい。
これにより、容器１や飲料容器内の水を酸素が多く溶存した水に変化させることができる。なお、かような酸素が多く溶存した水は、人に限られず、植物や動物に用いる水としても発育上において有効となる。

以上で説明した各実施形態および各変形例は適宜組み合わせて電解水生成装置や電解水生成貯留装置を構成してもよい。
また、上記では容器に注入される液体として水を用いて説明したが、この水には食塩など公知の種々の添加剤が添加されていてもよい。

以上説明したように、本発明の電解水生成装置および電解水生成貯留装置は、例えば低コストでオゾン臭の抑制されたアルカリ水や、酸素を溶存する水を生成する装置を構築するのに適している。

Ｌ_１、Ｌ_２ 配線
Ｂ 気泡
Ｈ 水素
Ｏ 酸素
１ 容器
２ 下側容器
１１ ネジ
２１ 雌ネジ
２２ 外部接続コネクタ
２３ 電極収容部
３１ 上側電極
３２ 下側電極
３３ 隔膜
３４ 上部保護枠
３５ 下部保護枠
３６ 固定ネジ
３７ 密閉部材
３８ 絶縁リング
４０ 気体排出導管
４１ 液体流入孔
５０、６３ 制御装置
５１、６２ 電源
１００ 電解水生成貯留装置
２００ 電解水生成装置

Claims (6)

1. 水を貯留する容器内に少なくとも一部が配置され、前記水を電気分解して電解水を生成する電解水生成装置であって、
   上側電極と、
   前記上側電極と平行に対向して配置される下側電極と、
   前記上側電極と前記下側電極との間に配置される隔膜と、
   前記下側電極と前記隔膜との間の第１空間で発生する気体を流通させる気体排出導管と、
   前記第１空間を覆う密閉部材と、
   電源から電力を受けることによって、前記上側電極と前記下側電極との間に所定の電圧を印加する制御を行う制御装置と、を具備し、
   少なくとも前記隔膜は、前記気体排出導管が固定される側の第１端部が高位となるよう重力方向に対して傾いて配置され、且つ、
   前記下側電極で発生して前記隔膜に沿って移動する気体が大きな気泡となった後に前記気体排出導管を流通するように、当該気泡を一時的に貯留する凸状の空気溜まりを更に有し、
   前記密閉部材により第１空間の密閉が維持されて前記気体が前記気体排出導管へ排出されることを特徴とする電解水生成装置。
2. 前記気体排出導管には、管の伸長方向に沿って、内外を貫通する複数の液体流入孔が形成されている請求項１に記載の電解水生成装置。
3. 前記複数の液体流入孔は、それぞれ管の内側から外側に向かうにつれて電極側の端部へ向かうよう傾斜して前記気体排出導管に設けられている請求項２に記載の電解水生成装置。
4. 前記気体が前記気体排出導管へ排出されるに伴って、前記第１空間のうち前記気体排出導管とは反対側から前記第１空間に向けて前記容器内の水が流入する請求項１〜３のいずれか一項に記載の電解水生成装置。
5. 前記気体排出導管のうち前記下側電極側の端部とは反対側に設けられる把持部をさらに有し、
   前記把持部内に前記制御装置が収容されることで携帯可能とされた請求項１〜４のいずれか一項に記載の電解水生成装置。
6. 液体を収容可能な容器と、
   前記容器内に収容された請求項１〜４のいずれか一項に記載の電解水生成装置と、
   前記電解水生成装置へ電力を供給するための外部接続コネクタと、
   を有することを特徴とする電解水生成貯留装置。