JP6420870B1 - 電解水生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電解水素水を低コストで稲作や水耕栽培に用いることができる電解水生成装置を提供する。【解決手段】電解水生成装置１は、極性が互いに異なる陽極給電体及び陰極給電体を有し、水を電気分解する電解ユニット２と、光を受けて発電し、陽極給電体及び陰極給電体に電流を供給する光発電装置３１と、を備え、電解ユニット２は、陽極給電体と陰極給電体との間に配された固体高分子膜をさらに有し、植物の栽培に用いられる水中に投入され、陽極給電体によって生成された陽極電解水と、陰極給電体によって生成された電解水とを水中に放出する。陽極給電体と陰極給電体との間には、固体高分子膜が配されている。【選択図】図１

Description

本発明は、水を電気分解することにより電解水素水を生成する電解水生成装置に関する。

水を電気分解して水素分子が溶け込んだ還元性の電解水素水を生成できる電解水生成装置が知られている。電解水素水は、活性酸素の除去に適しているとして注目されている。

一方、農業分野においても、電解水素水の利用が鋭意研究されており、各種の提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。

ところが、稲作に電解水を用いる場合、電解水生成装置から水田までホース等を敷設すると共に、ポンプ等を用いて電解水素水を圧送する必要があり、設備が大掛かりになると共に、電気代等の運営費が嵩むという問題がある。また、近年では、水槽等の水中で植物を栽培する水耕栽培も広く実施されており、かかる水耕栽培にあっても、上記と同様の問題がある。

さらにまた、陽極側の電解室で生成された電解水は、排水路を介して排出されており、水の有効利用という点でも改良の余地が残されていた。

特開２０１７−０４２６９２号公報

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、電解水を低コストで稲作や水耕栽培に用いることができる電解水生成装置を提供することを主たる目的としている。

本発明の電解水生成装置は、極性が互いに異なる陽極給電体及び陰極給電体を有し、水を電気分解する電解ユニットと、光を受けて発電し、前記陽極給電体及び前記陰極給電体に電流を供給する光発電装置と、を備え、前記電解ユニットは、前記陽極給電体と前記陰極給電体との間に配された固体高分子膜をさらに有し、植物の栽培に用いられる水中に投入され、前記陽極給電体によって生成された陽極電解水と、前記陰極給電体によって生成された陰極電解水とを前記水中に放出する、ことを特徴とする。

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記電解ユニットは、前記陽極給電体及び前記陰極給電体の周辺領域を取り囲む囲み部材を含み、前記囲み部材は、該囲み部材の内外で前記水の行き来が可能に形成されていることが望ましい。

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記電解ユニットに浮力を付与する浮力発生手段をさらに備えることが望ましい。

本発明の電解水生成装置では、互いに異なる陽極給電体及び陰極給電体を有する電解ユニットを備える。電解ユニットは植物の栽培に用いられる水中に投入され、電気分解によって陽極電解水及び陰極電解水がそれぞれ生成され、水中に放出される。従って、ホースやポンプを設けることなく、電解水を低コストで稲作や水耕栽培に用いることが可能となる。また、水中に放出された陽極電解水は、陰極電解水と共に植物の成育に有用とされ、水の有効利用が図られる。

また、電解ユニットでの電気分解に必要な電力は、光発電装置によって発生されるので、電解水生成装置に外部電源装置から電力を供給する必要がなくなる。これにより、電解水生成装置の運営費を容易に低減でき、また、外部電源装置と電解水生成装置とを接続する電源ケーブルが不要となる。さらに、陽極給電体と陰極給電体との間に固体高分子膜が配されているので、低電圧で電気分解が実行され、電力効率が向上すると共に、陰極給電体へのスケールの付着及び陽極給電体の周辺部での次亜塩素酸の発生が抑制されうる。

本発明の電解水生成装置の概略構成を示す図である。 図１の電解水生成装置の電気的構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
図１は、本実施形態の電解水生成装置１の概略構成を示している。図２は、電解水生成装置１の電気的構成を示している。

電解水生成装置１は、生物の育成する水中環境に生成した電解水を供給し、その育成を促進させる装置である。生物の育成には、植物の栽培や動物の飼育が含まれる。

本実施形態の電解水生成装置１は、水Ｗを電気分解する電解ユニット２と、電解ユニット２に電気分解のための電力を供給する電源部３と、電源部３等の制御を司る制御部４を備える。

電解ユニット２は、極性が互いに異なる第１給電体２１及び第２給電体２２を有している。第１給電体２１及び第２給電体２２の極性は、制御部４によって制御される。制御部４は、第１給電体２１及び第２給電体２２のうち、一方を陽極給電体として、他方を陰極給電体として機能させる。

電解ユニット２は、水耕栽培等が行われる水中に投入される。これにより、第１給電体２１及び第２給電体２２の表面及び周辺は水で満たされ、この状態で第１給電体２１及び第２給電体２２に電流が印加されると、電解ユニット２内の水が電気分解される。

電解ユニット２内で電気分解が実行されると、陽極給電体によって陽極電解水が生成され、陰極給電体によって陰極電解水が生成される。これらの電解水は、電解ユニット２外の水中に放出される。従って、ホースやポンプを設けることなく、電解水を低コストで稲作や水耕栽培に用いることが可能となる。

上記電解水のうち、陽極電解水には電気分解によって生じた酸素ガスが溶け込み、陰極電解水には電気分解によって生じた水素ガスが溶け込んでいる。これらの陽極電解水及び陰極電解水は、いずれも生物の成育に有用とされる。従って、陽極電解水及び陰極電解水が水中に放出されることにより、水の有効利用を図りつつ、生物の成育に適した水中環境が容易に得られる。

電解ユニット２は、第１給電体２１及び第２給電体２２の周辺領域（電解領域）を取り囲む囲み部材２３を含んでいる。囲み部材２３によって、水中の生物が電解領域に侵入することが抑制される。

囲み部材２３は、該囲み部材２３の内外で水の行き来が可能に形成されている。このような囲み部材２３は、例えば、網状又は柵状の部材によって構成されうる。囲み部材２３は、貫通穴が形成された箱状の部材によって構成されていてもよい。囲み部材２３の内外で水の行き来が可能であることにより、電解ユニット２内で生成された電解水が電解ユニット２外に放出されると共に、電解ユニット２の周辺の水が電解ユニット２内に供給され、電気分解が継続される。

本実施形態の電解ユニット２は、第１給電体２１と第２給電体２２との間に配された隔膜２４を含んでいる。隔膜２４は、電解ユニット２内の領域を陽極領域と陰極領域とに隔離する。

隔膜２４には、例えば、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂からなる固体高分子膜が適用されうる。隔膜２４が固体高分子膜によって構成されることにより、低電圧で電気分解が実行され、電力効率が向上する。また、陰極給電体へのスケールの付着及び陽極給電体の周辺部での次亜塩素酸の発生が抑制されうる。

電源部３は、光発電装置３１を含んでいる。光発電装置３１は、照射にされた光を受けて発電する、すなわち光エネルギーを電気エネルギーに変換する素子を有する。本実施形態では、光発電装置３１として、いわゆるソーラーパネルが適用されている。従って、電解ユニット２での電気分解に必要な電力は、光発電装置３１によって発生されるので、電解水生成装置１に発電機や商用電源等の外部電源装置から電力を供給する必要がなくなる。これにより、電解水生成装置１の運営費を容易に低減でき、また、外部電源装置と電解水生成装置１とを接続する電源ケーブルが不要となる。

光発電装置３１に照射される光は、太陽Ｓ等から照射される自然光の他、蛍光灯や発光ダイオード等の照明装置から照射される人工光が含まれる。電解水生成装置１が植物の栽培に用いられる場合、植物の光合成と、電解水の生成とが同時に行われ、植物の育成が促進される。

電源部３には、蓄電池（図示せず）が設けられていてもよい。蓄電池には、光発電装置３１によって生成された余剰電力が適宜貯えられ、日没後又は消灯後、蓄電池に貯えられた電力が電解ユニット２に供給される。

電解ユニット２と電源部３とは、フレーム５によって接合されている。本実施形態では、電解ユニット２の上方に電源部３が配されている。これにより、光発電装置３１の受光効率が高められる。

制御部４は、フレーム５に取り付けられている。本実施形態では、制御部４は、光発電装置３１の裏面に配されている。制御部４は、例えば、各種の演算処理、情報処理等を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）及びＣＰＵの動作を司るプログラム及び各種の情報を記憶するメモリ等を有している。制御部４の各種の機能は、ＣＰＵ、メモリ及びプログラムによって実現される。

制御部４は、第１給電体２１及び第２給電体２２の極性を定期的に切り替える。これにより、陰極給電体の表面へのスケールの付着が抑制される。

フレーム５は、電解水生成装置１が配設される水田や水槽（以下、水田等とする）の側壁等に固定されうる。これにより、電解水生成装置１の位置及び姿勢が固定され、電解水生成装置１のメンテナンスが容易となる。

電解水生成装置１は、水田等に固定されず、風等の外力により水田等を漂うように構成されていてもよい。この場合、電解ユニット２に浮力を付与する浮力発生手段６をさらに備えることが望ましい。

浮力発生手段６は、例えば、発泡樹脂等の水よりも比重が小さい物質により、形成されうる。浮力発生手段６は、例えば、電解ユニット２と電源部３との間で、フレーム５に固着されている。

浮力発生手段６が発生する浮力を調整することによって、水面からの電解ユニット２の深さ位置を容易に調整可能となる。これにより、生物の成育に適した水深で電解水を生成することが可能となる。また、浮力発生手段６が発生する浮力によって、電解ユニット２が水田等の底に定着することが抑制され、電解水生成装置１が水槽等を漂い易くなる。これにより、水田等の内部で電解水が均一に分布し易くなり、植物等の生育状態が均一化されうる。

なお、本実施形態では、外部電源装置から電力の供給を受けることなく電解水生成装置１を運転できるため、外部電源装置と電解水生成装置１とを繋ぐ電源ケーブルが不要であり、電源ケーブルによって電解水生成装置１の移動が妨げられることがない。

また、電解水生成装置１には、電源部３から供給される電力を受けて、電解水生成装置１を駆動する推進装置が別途設けられていてもよい。この場合、電解水が攪拌され、より一層均一に分布させることが可能となる。

図１に示されるように、第１給電体２１、第２給電体２２及び隔膜２４は、水面に対して垂直に配されている。このような電解ユニット２では、電気分解により生じた水素ガス又は酸素ガスが浮力によって上方に移動し、隔膜２４の表面に溜まりにくくなるため、電気分解が妨げられることが抑制される。また、第１給電体２１、第２給電体２２及び隔膜２４の表面に泥等が溜まりにくくなり、電解ユニット２のメンテナンスが容易となる。

第１給電体２１、第２給電体２２及び隔膜２４は、水面に対して平行に配されていてもよい。このような電解ユニット２は、その高さ寸法が小さく、浅底の水槽等に容易に配設できる。第１給電体２１、第２給電体２２及び隔膜２４は、水面に対して傾いた姿勢で配されていてもよい。このような電解ユニット２は、電気分解により生じた水素ガス若しくは酸素ガス又は泥等が隔膜２４の表面に溜まりにくくなり、また、浅底の水槽等に容易に配設できる。

以上、本発明の電解水生成装置１が詳細に説明されたが、本発明は上記の具体的な実施形態に限定されることなく種々の態様に変更して実施される。すなわち、電解水生成装置１は、少なくとも、極性が互いに異なる陽極給電体及び陰極給電体を有し、水を電気分解する電解ユニット２と、光を受けて発電し、陽極給電体及び陰極給電体に電流を供給する光発電装置３１と、を備え、電解ユニット２は、陽極給電体と陰極給電体との間に配された固体高分子膜をさらに有し、植物の栽培に用いられる水中に投入され、陽極給電体によって生成された陽極電解水と、陰極給電体によって生成された陰極電解水とを水中に放出するように構成されていればよい。

１ ：電解水生成装置
２ ：電解ユニット
６ ：浮力発生手段
２１ ：第１給電体
２２ ：第２給電体
２４ ：隔膜（固体高分子膜）
３１ ：光発電装置

Claims (3)

1. 極性が互いに異なる陽極給電体及び陰極給電体を有し、水を電気分解する電解ユニットと、光を受けて発電し、前記陽極給電体及び前記陰極給電体に電流を供給する光発電装置と、を備えた電解水生成装置であって、
   前記電解ユニットと前記光発電装置とは、フレームによって接合され、前記電解ユニットの上方に前記光発電装置が配され、
   前記電解ユニットは、前記陽極給電体と前記陰極給電体との間に配された固体高分子膜をさらに有し、植物の栽培に用いられる水中に投入され、前記陽極給電体によって生成された酸素ガスが溶け込む陽極電解水と、前記陰極給電体によって生成された水素ガスが溶け込む陰極電解水とを前記水中に放出する、
   電解水生成装置。
2. 前記電解ユニットは、前記陽極給電体及び前記陰極給電体の周辺領域を取り囲む囲み部材を含み、
   前記囲み部材は、該囲み部材の内外で前記水の行き来が可能に形成されている請求項１記載の電解水生成装置。
3. 前記電解ユニットに浮力を付与する浮力発生手段をさらに備えた請求項１又は２に記載の電解水生成装置。

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