JP6169762B1 - 水素水の生成方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記陰極室にミネラル成分を含む水を連続して供給するとともに、前記陽極室に、
1)不純物含有量を超える量のミネラル成分を含まない水を供給し、又は
2)前記陽極室にミネラル成分を含む水又は不純物含有量を超える量のミネラル成分を含まない水を貯留し、
前記陽極及び前記陰極に直流電圧を印加して、前記陰極室で生成された水素水を配水することにより、上記課題を解決する。
前記陰極室にミネラル成分を含む水を連続して供給するとともに、少なくとも前記陽極と前記隔膜との間に、不純物含有量を超える量のミネラル成分を含まない水又はミネラル成分を含む水を供給し、前記陽極及び前記陰極に直流電圧を印加して、前記陰極室で生成された水素水を配水することにより、上記課題を解決する。
前記陰極室に不純物含有量を超える量のミネラル成分を含まない水又はミネラル成分を含む水を連続して供給するとともに、前記陽極室にミネラル成分を含む水を供給し、前記陽極及び前記陰極に直流電圧を印加して、前記陰極室で生成された水素水を配水する水素水の生成方法において、
前記陽極室に供給する水の流量を調節することにより、上記課題を解決する。
また本発明は、ミネラル成分を含む水を電気分解することにより生成したpH8超の水を、
筐体、前記筐体の内部を区画する隔膜、前記隔膜により区画されることで前記筐体の内部に形成された陽極室及び陰極室、陽極室側の前記隔膜の面に接触又は僅かな隙間を介して設けられた陽極、及び陰極室側の前記隔膜の面に接触又は僅かな隙間を介して設けられた陰極を含む少なくとも一の電解槽の、前記陰極室に供給し、
ミネラル成分を含む水を電気分解することにより生成した水を、前記陽極室に供給し、
前記陽極及び前記陰極に直流電圧を印加して、前記陰極室で生成された水素水を配水することにより、上記課題を解決する。
本発明の第1実施形態に係る水素水生成方法は、pH6〜8の中性範囲の水素水を生成する方法であり、
(1)筐体20、前記筐体20の内部を区画する隔膜25、前記隔膜25により区画されることで前記筐体20の内部に形成された陽極室21及び陰極室22、前記陽極室21側の前記隔膜25の面に接触又は僅かな隙間を介して設けられた陽極23、及び前記陰極室22側の前記隔膜25の面に接触又は僅かな隙間を介して設けられた陰極24を含む少なくとも一の電解槽2を用いてpH6〜8の中性範囲の水素水を生成する方法において、
前記陰極室22にミネラル成分を含む水を連続して供給するとともに、前記陽極室21に、不純物含有量を超える量のミネラル成分を含まない水を供給し、前記陽極23及び前記陰極24に直流電圧を印加して、前記陰極室22で生成された水素水を配水する、
(2)筐体20、前記筐体20の内部を区画する隔膜25、前記隔膜25により区画されることで前記筐体20の内部に形成された陽極室21及び陰極室22、前記陽極室21側の前記隔膜25の面に接触又は僅かな隙間を介して設けられた陽極23、及び前記陰極室22側の前記隔膜25の面に接触又は僅かな隙間を介して設けられた陰極24を含む少なくとも一の電解槽2を用いてpH6〜8の中性範囲の水素水を生成する方法において、
前記陰極室22にミネラル成分を含む水を連続して供給するとともに、前記陽極室21にミネラル成分を含む水を貯留し、前記陽極23及び前記陰極24に直流電圧を印加して、前記陰極室22で生成された水素水を配水する、
(3)筐体20、前記筐体20の内部と外部とを区画する隔膜25、前記隔膜25により区画されることで前記筐体20の内部に形成された陰極室22、前記筐体20の外部の前記隔膜25の面に接触又は僅かな隙間を介して設けられた陽極23、及び前記陰極室22側の前記隔膜25の面に接触又は僅かな隙間を介して設けられた陰極24を含む少なくとも一の電解槽2を用いてpH6〜8の中性範囲の水素水を生成する方法において、
前記陰極室22にミネラル成分を含む水を連続して供給するとともに、少なくとも前記陽極23と前記隔膜25との間に、不純物含有量を超える量のミネラル成分を含まない水又はミネラル成分を含む水を供給し、前記陽極23及び前記陰極24に直流電圧を印加して、前記陰極室22で生成された水素水を配水する、
といった3形態が考えられる。なお、上記(1)〜(3)の符号は図1〜図3に示す水素水生成装置に付された符号に対応する。なお、中性とはpH≒7の液体をいうが、本明細書及び特許請求の範囲における「中性範囲」とは、かかる中性(≒7)を含むpH6〜8の範囲をいうものとする。
本発明の第2実施形態に係る水素水生成方法は、pH8超のアルカリ性の水素水を生成する方法であり、
(1)筐体、前記筐体の内部を区画する隔膜、前記隔膜により区画されることで前記筐体の内部に形成された陽極室及び陰極室、前記陽極室側の前記隔膜の面に接触又は僅かな隙間を介して設けられた陽極、及び前記陰極室側の前記隔膜の面に接触又は僅かな隙間を介して設けられた陰極を含む少なくとも一の電解槽を用いてpH8超のアルカリ性の水素水を生成する方法において、
前記陰極室にミネラル成分を含む水を連続して供給するとともに、前記陽極室にミネラル成分を含む水を供給し、前記陽極及び前記陰極に直流電圧を印加して、前記陰極室で生成された水素水を配水する、
(2)pH8超のアルカリ性の水に水素含有ガスを溶解させる、
といった2形態が考えられる。なお、上記(1)及び(2)の符号は図1〜図3に示す水素水生成装置に付された符号に対応する。なお、アルカリ性とはpH>7の液体をいうが、本明細書及び特許請求の範囲におけるアルカリ性とは、なかでもpH8超のアルカリ性をいい、特にpH9.2〜9.8のアルカリ性であることが望ましい。
上述した第1実施形態の中性の水素水を生成する方法及び第2実施形態のアルカリ性の水素水を生成する方法を使用する水素水生成装置の一例を説明する。なお、本発明の水素水生成方法の実現は、以下に説明する水素水生成装置のみに限定されるものではない。
切換器8を、水道源41からのミネラル成分を含む水を供給する位置に設定し、水素水生成装置1の陽極室21及び陰極室22のいずれにもミネラル成分を含む水を供給し、陽極23と陰極24に直流電圧を印加すると、陽極23及び陰極24のそれぞれにおいて下記反応が生じる。
[数1]
陽極:2OH−→H2O+O2/2+2e− (又は、H2O−2e−→2H++O2/2)
陰極:2H2O+2e−→H2+2HO−
水素水生成装置1の陰極室22にミネラル成分を含む水を供給し、陽極23と陽イオン交換膜25との間に、ミネラル成分を含む水又は実質的にミネラル成分を含まない水を供給し、陽極23と陰極24に直流電圧を印加すると、陽極23及び陰極24のそれぞれにおいて上記反応が生じる。ここで、陰極室22では、陰極室22に供給された水に含まれたミネラル成分(例えば、カルシウムイオンCa2+やマグネシウムイオンMg2+ほか)と水酸イオンOH−とがイオン結合することでアルカリ性を呈する化合物Ca(OH)2,Mg(OH)2が生成される。しかしながら、これと同時に陽極23と陽イオン交換膜25との間に供給された水に含まれた水素イオンは、陽イオン交換膜25を通過して陰極室22に移動する。そして、陰極室22において、水酸イオンOH−と、陽極室21から陰極室22に移動した水素イオンH+とが結合して水になる。これにより、陰極室22の配水はアルカリ性から中性に近づくことになる。このことは、陽極23と陽イオン交換膜25との間にミネラル成分を含む水を供給した場合も、実質的にミネラル成分を含まない水を供給した場合も、妥当する。すなわち、陽極23と陽イオン交換膜25との間にミネラル成分を含む水を供給しても、その含有量は僅かであるし、時間の経過とともに減少するからである。
陽極室21に供給する水を実質的にミネラル成分を含まない水とした場合に陰極室22で生成される水素水のpHは、6.91〜7.11と中性を呈する。これに対して、陽極室21に供給する水をミネラル成分を含む水(具体的には水道水)とした場合に陰極室22で生成される水素水のpHは、7.88〜9.86とアルカリ性を呈する。
陽極室21に流量1.0リットル/分で水道水を通水している間は、pHが8.50程度のアルカリ性水素水であるが、通水を停止した直後からpHが中性に近づき、通水停止1分でpHが7.2、通水停止3分でpHが7.03の中性となった。
図3に示す水素水生成装置を用いると、陽極23と陽イオン交換膜25との間に精製水又はミネラル成分を含む水のいずれを供給しても、DH=1.6の中性の水素水が得られた。
長時間放置した水素水生成装置を起動すると通水直後はアルカリ性の高い水素水が生成されるが、4分もすればpHが減少する。しかしながら、逆洗を実施して陰極24に付着したミネラル成分を除去すると、再びアルカリ性の高い水素水が生成される。
陽極室21に供給するミネラル成分を含む水の流量を調節することで、すなわち陽極室21に供給するミネラル成分を含む水の流量を多くすることで(例えば、陽極室21の流量の陰極室22の流量に対する比が1以上になると)、陰極室22から配水される水素水のアルカリ性が高くなり、逆に陽極室21に供給するミネラル成分を含む水の流量を少なくすると(例えば、陽極室21の流量の陰極室22の流量に対する比が1未満になると)、陰極室22から配水される水素水は中性になるか又は近づく。特に、陽極室21の流量を少なくして中性の水素水を生成する場合には、陽極室21からの捨て水(排水量)を少なくすることができる。またアルカリ性の水素水を生成する場合は、排水の手間を省くために、陰極室22で生成された水素水に混ぜて配水してもよい。
表1に示す電解槽が1槽のものでは、水素濃度とアルカリ性の両方を高める条件が限定されるが、本例によれば、水素濃度が飽和濃度で、且つアルカリ性の高い水素水を生成することができる。
2…電解槽
20…筐体
21…陽極室
211…被電解水Waの入口
212…被電解水Waの出口
22…陰極室
221…被電解水Wcの入口
222…被電解水Wcの出口
23…陽極
24…陰極
25…隔膜
3…電源
31…コンセント
32…AC/DCコンバータ
4…第1供給系統
41…水道源
42…配管
43…開閉バルブ
5…配水系統
51…配管(気液混合管)
52…溶解部
53…流量調節弁
54…配水口
6…第2供給系統
61…タンク
62…配管
63…ポンプ
7…第3供給系統
71…配管
8…切換器
9…排水系統
91…配管
92…開閉バルブ
Wa,Wc…被電解水
Claims (10)
- 筐体、前記筐体の内部を区画する隔膜、前記隔膜により区画されることで前記筐体の内部に形成された陽極室及び陰極室、陽極室側の前記隔膜の面に接触又は僅かな隙間を介して設けられた陽極、及び陰極室側の前記隔膜の面に接触又は僅かな隙間を介して設けられた陰極を含む少なくとも一の電解槽を用いてpH6〜8の水素水を生成する方法において、
前記陰極室にミネラル成分を含む水を連続して供給するとともに、前記陽極室に、不純物含有量を超える量のミネラル成分を含まない水を供給し、前記陽極及び前記陰極に直流電圧を印加して、前記陰極室で生成された水素水を配水する水素水の生成方法。 - 一の電解槽を有し、
前記陰極に流れる電流を6A以上、前記陰極室への水の供給量を1.0リットル/分以下、陰極室へ供給される水の圧力を0.2MPa以上に設定して水素水を生成する請求項1に記載の水素水の生成方法。 - 二の電解槽を有し、
前記陰極のそれぞれに流れる電流を6A以上、前記陰極室への水の供給量を1.0リットル/分以下、陰極室へ供給される水の圧力を0.1MPa以上に設定するか、又は、
前記陰極のそれぞれに流れる電流を6A以上、前記陰極室への水の供給量を2.0リットル/分以下、陰極室へ供給される水の圧力を0.2MPa以上に設定して水素水を生成する請求項1に記載の水素水の生成方法。 - 筐体、前記筐体の内部を区画する隔膜、前記隔膜により区画されることで前記筐体の内部に形成された陽極室及び陰極室、陽極室側の前記隔膜の面に接触又は僅かな隙間を介して設けられた陽極、及び陰極室側の前記隔膜の面に接触又は僅かな隙間を介して設けられた陰極を含む少なくとも一の電解槽を用いてpH6〜8の水素水を生成する方法において、
前記陰極室にミネラル成分を含む水を連続して供給するとともに、前記陽極室にミネラル成分を含む水又は不純物含有量を超える量のミネラル成分を含まない水を貯留し、前記陽極及び前記陰極に直流電圧を印加して、前記陰極室で生成された水素水を配水する水素水の生成方法。 - 一の電解槽を有し、
前記陰極に流れる電流を6A以上、前記陰極室への水の供給量を1.0リットル/分以下、陰極室へ供給される水の圧力を0.2MPa以上に設定して水素水を生成する請求項4に記載の水素水の生成方法。 - 筐体、前記筐体の内部と外部とを区画する隔膜、前記隔膜により区画されることで前記筐体の内部に形成された陰極室、前記筐体の外部の前記隔膜の面に接触又は僅かな隙間を介して設けられた陽極、及び陰極室側の前記隔膜の面に接触又は僅かな隙間を介して設けられた陰極を含む少なくとも一の電解槽を用いてpH6〜8の水素水を生成する方法において、
前記陰極室にミネラル成分を含む水を連続して供給するとともに、少なくとも前記陽極と前記隔膜との間に、不純物含有量を超える量のミネラル成分を含まない水又はミネラル成分を含む水を供給し、前記陽極及び前記陰極に直流電圧を印加して、前記陰極室で生成された水素水を配水する水素水の生成方法。 - 一の電解槽を有し、
前記陰極に流れる電流を6A以上、前記陰極室への水の供給量を1.0リットル/分以下、陰極室へ供給される水の圧力を0.2MPa以上に設定して水素水を生成する請求項6に記載の水素水の生成方法。 - 筐体、前記筐体の内部を区画する隔膜、前記隔膜により区画されることで前記筐体の内部に形成された陽極室及び陰極室、陽極室側の前記隔膜の面に接触又は僅かな隙間を介して設けられた陽極、及び陰極室側の前記隔膜の面に接触又は僅かな隙間を介して設けられた陰極を含む少なくとも一の電解槽を用いて水素水を生成する方法であって、
前記陰極室に不純物含有量を超える量のミネラル成分を含まない水又はミネラル成分を含む水を連続して供給するとともに、前記陽極室にミネラル成分を含む水を供給し、前記陽極及び前記陰極に直流電圧を印加して、前記陰極室で生成された水素水を配水する水素水の生成方法において、
前記陽極室に供給する水の流量を前記陰極室に供給する水の流量より多くし、pH8超の水素水を配水し、
前記陽極室に供給する水の流量を前記陰極室に供給する水の流量より少なくし、pH6〜8の水素水を配水する水素水の生成方法。 - 筐体、前記筐体の内部を区画する隔膜、前記隔膜により区画されることで前記筐体の内部に形成された陽極室及び陰極室、陽極室側の前記隔膜の面に接触又は僅かな隙間を介して設けられた陽極、及び陰極室側の前記隔膜の面に接触又は僅かな隙間を介して設けられた陰極を含む少なくとも一の電解槽を用いて水素水を生成する方法であって、
前記陰極室に不純物含有量を超える量のミネラル成分を含まない水又はミネラル成分を含む水を連続して供給するとともに、前記陽極室にミネラル成分を含む水を供給し、前記陽極及び前記陰極に直流電圧を印加して、前記陰極室で生成された水素水を配水する水素水の生成方法において、
前記陽極室に供給する水の流量を、0を超える値に設定し、pH8超の水素水を配水し、
前記陽極室に供給する水の流量を0に設定し、pH6〜8の水素水を配水する水素水の生成方法。 - ミネラル成分を含む水を電気分解することにより生成したpH8超の水を、
筐体、前記筐体の内部を区画する隔膜、前記隔膜により区画されることで前記筐体の内部に形成された陽極室及び陰極室、陽極室側の前記隔膜の面に接触又は僅かな隙間を介して設けられた陽極、及び陰極室側の前記隔膜の面に接触又は僅かな隙間を介して設けられた陰極を含む少なくとも一の電解槽の、前記陰極室に供給し、
ミネラル成分を含む水を電気分解することにより生成した水を、前記陽極室に供給し、
前記陽極及び前記陰極に直流電圧を印加して、前記陰極室で生成された水素水を配水する水素水の生成方法。
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