JP6731443B2

JP6731443B2 - ディスク型電解槽における水素分子の再溶解方法及び装置

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Publication number: JP6731443B2
Application number: JP2018098007A
Authority: JP
Inventors: 徐文星
Original assignee: 徐文星
Priority date: 2018-05-22
Filing date: 2018-05-22
Publication date: 2020-07-29
Anticipated expiration: 2038-05-22
Also published as: JP2019202258A

Description

本発明のディスク型電解槽における水素分子の再溶解方法及び装置は、主として、電解還元水における水素分子（マイナス水素イオンを含む）の総溶解量を増加させる技術に応用される。

近年、水素分子医学は予防医学研究における新たなトピックとして注目されており、最近では様々な動物の疾病パターンについて、水素の吸入や水素生理食塩水の注入による保護及び緩和効果が実証されている。水素分子は、無臭・無色・無味・無毒性の安全な気体であり、宇宙空間で最小の抗酸化剤でもあるほか、万病の元となるフリーラジカルを除去する能力も有している。そのため、世界各地の専門家や学者らが続々と研究に参入しており、論文発表や臨床実証を通じて、水素分子がヘルスケア、美容及び疾病予防において良好な効果を奏することが確認されている。また、将来的には水分子医学による新たな段階が切り開かれるであろうことが予測されている。

水素分子の機能研究やその病理メカニズムについては次第に明らかになっているが、上述の吸入式水素又は水素生理食塩水の注入には専門的な技術や機器が必要とされる。そこで、水素分子を日々の飲用水に導入することができれば、経済的且つ手軽なヘルスケア方法となり、健康産業に新たな光明がもたらされるだけでなく、水素産業における新たな希望ともなるはずである。

しかしながら、現状ではハード面において早急に克服すべき課題が数多く存在する。これまで常用されている電気分解デバイスとしては、従来の流水型多孔式電解槽、静置型水素水電解カップ、多孔式流水型電解槽がある。ところが、水素は水中への溶解度が非常に低いため、一般的な電気分解デバイスで生成される電解還元水は水素分子の総溶解量が十分でない。以下に、従来常用されている上記３種類の電解槽で生じる問題点について述べる。

従来の流水型多孔式電解槽の場合、電極孔は大体において円形、方形、長方形に設計されるか、メッシュ状電極で構成される。陰極水と陽極水の流路はいずれも電極板の表面に設けられるため、当該電極孔の孔径垂直断面には大量の凹部が出現し、「停滞域」が形成されてしまう。「停滞域」とは、水流が緩慢となる領域のことをいう。当該領域によって、陰極で発生した水素には凝集現象が生じ、更にはより大きな気泡が生成されてしまう。換言すると、陰極で生成されたばかりの水素は迅速に水中へ溶解することができず、この現象によって陰極水中の水素分子の溶解量は徐々に減少することになる。

また、水平に架設される電解槽について静置型水素水電解カップを例にあげると、現状では主として次のような課題に直面している。即ち、気体は水よりも質量が軽いことから、水素又は酸素のいずれにしても軽いものが上昇するとの物性を有しており、下記のような現象が生じてしまう。

１．まず、当該陰極の上方で発生した水素（水素分子又はマイナス水素イオン）は凝集現象によって気泡を形成し、急速にカップの上方まで上昇するため、陰極で発生した水素は実際のところ完全には水中に溶解しない。結果、当該カップで生成される水素分子の含有量が不足するとの事態が招来される。

２．当該陽極の下方で発生した酸素は上方の圧力不足によって円滑には導出されず、往々にして陽極下方の孔（垂直断面）に停滞してしまう。そして、この現象によって電極のインピーダンスが急速に増加することになる。

３．当該陽極の下方（即ち、陽極室内）で必要とされる電解液は、陰極の上方、即ちカップ内から孔又は親水性のイオン膜を経由して当該陽極室に導入される。ここで、前記孔は実際のところ陰陽の極室を連通しているため、次のような矛盾が生じてしまう。即ち、孔が小さすぎると上方の電解液が下方の陽極室に導入されにくくなる一方で、孔が大きすぎると水は導入しやすいが、下方の陽極で発生した酸素とオゾンが上昇して上方の陰極水中に混入しやすくもなり、汚染が生じてしまう。また、当該陽極室で必要とされる電極液が親水性のイオン膜を介して導入される場合には、膜のインピーダンスの関係上、当該陽極室上方のイオン膜は比較的長時間にわたり漬け置かなければ十分に湿潤されない。そのため、カップでの電気分解においては一定時間（約１０分以上）の休息が必須となる。この現象により、カップの場合には水素水（ＨｙｄｒｏｇｅｎＷａｔｅｒ）を連続生成できず、これが最大の弊害となっている。

また、常用されている多孔式流水型電解槽の場合には、電極の大部分が直立して架設されている。即ち、電極が左右に１つずつの構造配置となるよう設計されおり、水流が下から上に向かうようになっている。つまり、電解槽の下方から給水され、電解槽の上方から排水されるよう設計されている。この場合、気体は電極から離れた後、軽いものほど上昇するとの物性にしたがって水流とともに急速に下から上へと向かい、当該陰極室で水中に溶解しなかった水素が急速に導出されてしまう。これは、主として、電解槽内の電極の左右両側に気体収容空間を設けにくいことに起因する。そこで、一般的には陰極水を電解槽の外部に導出した後、特別に設計された気体収容室に導入することで水素分子の溶解量を増加させている。上記の構造は、主として従来の電解槽における先天的な不足を補うためのものであるが、空間が不要に増大するとの課題が存在するほか、構造コストも増加してしまう。よって、依然として克服すべき課題及び瑕疵が存在している。

本発明の発明者は、関連製品の製造・設計に現在携わっており、長年にわたる実務経験と習得の蓄積がある。そこで、上述の従来常用されている電解槽に存在する課題及び瑕疵について革新と改良の精神を積極的に投入した結果、ディスク型電解槽における水素分子の再溶解方法及び装置を完成させた。

本発明が第一の課題を解決するために応用する技術手段及び従来技術に対する効果としては、まず、陰極水中に完全には溶解していない電解還元水の水素分子について、相互溶解現象に複数層の環状水素溶解室及び圧力上昇を組み合わせることで、より多くの水素分子を水中に再溶解させる。

本発明が第二の課題を解決するために応用する技術手段及び従来技術に対する効果としては、環状の陰・陽電極板に放射状の孔を切り欠いて陰・陽極室を形成する。また、当該陰・陽極室は陰・陽極水流路を構成するため、発生期状態の水素を迅速に陰極室から持ち去ることで、水素の凝集現象によるより大きな気泡の生成を回避可能となる。これにより、水素の溶解量が効果的に増加する。

本発明が第三の課題を解決するために応用する技術手段及び従来技術に対する効果としては、陽極電極板の下方に気体収集導水室を設けることで、陽極電極板で生成された酸素及びオゾンを迅速に収容し、上方の陰極水に対する当該酸素及びオゾンの混入を回避する。実験により、上記のような対策で陰極水中の水素分子の溶解量を効果的に増加させられるとともに、陰極水中の水素分子の純度を確保可能であることが証明された。

図１は、本発明の実施例１にかかる底面視の立体組立図である。図２は、本発明の実施例１にかかる正面視の立体組立断面図である。図３は、本発明の実施例１におけるベースと下方気体収集導水盤の立体組立断面図である。図４は、本発明の実施例１にかかる立体分解図及びＡ部、Ｋ部・・・Ｇ部の拡大図である。図５は、本発明の実施例１にかかる立体分解図及びＳ部の拡大図である。図６は、本発明の実施例１における陰・陽極電極板の導電状態を示す組立断面図である。図７は、本発明の実施例１における電気分解時の原水供給を示す組立断面図とＣ部及びＹ部の拡大図である。図８は、図７のＥ−Ｅ断面を示す組立図である。図９は、本発明の実施例１における電気分解時の陰極水及び陽極水の導出を示す組立断面図である。図１０は、図９のＪ−Ｊ断面を示す組立図である。図１１は、図９のＦ−Ｆ断面を示す組立図である。図１２は、図９のＲ−Ｒ断面を示す組立図である。図１３は、本発明の実施例２の立体分解図である。図１４は、本発明の実施例２の組立断面図及びＨ部の拡大図である。

当業者が本発明の構造の詳細及び達成可能な機能・効果を理解しやすいよう、具体的実施例を挙げつつ、図面を組み合わせて以下の通り詳述する。

ディスク型電解槽における水素分子の再溶解方法及び装置について、図１〜５を参照する。主として、ベース１０、導電体２０、下方気体収集導水盤３０、陽極電極板４０、イオン膜５０、陰極電極板６０、上方気体収集導水盤７０、カバー体８０、給排水コネクタ９０及び複数の止水ワッシャＱを含む。

当該ベース１０は円盤状をなしており、中央に給排水コネクタ９０を覆接するための中空の覆接凸部１１が下方に延伸するよう設けられている。当該覆接凸部１１の外部には溝１１１が２つ設けられており、２つの止水ワッシャＱにより止水されている。また、当該覆接凸部１１の外部には給排水コネクタ９０を係止するためのほぞ１１２が２つ設けられている。当該ベース１０の上面には等間隔の放射状に配置された複数の仕切り板１２が設けられており、各仕切り板１２の間に陽極水流路１２１が形成されている。当該ベース１０上面の両側には、陽極電極板４０における２つの正極導電部４５が挿通されて２つのスペーサＲと２つのナットＮによりベース１０に締結されるよう、挿通孔１３が２つ設けられている。当該覆接凸部１１には、内から外に向かって、導電スペーサ管１４、原水給水スペーサリング１５及び陽極水排水スペーサリング１６が順に設けられている。当該導電スペーサ管１４の内部には、導電体２０を締結するための雌ネジ１４１が設けられている。当該原水給水スペーサリング１５の内壁と導電スペーサ管１４の間には、当該原水給水スペーサリング１５の内壁に原水給水流路１５２が形成されるよう、等間隔のスペーサリブ１５１が複数設けられている。また、当該陽極水排水スペーサリング１６の内壁と原水給水スペーサリング１５の間には、当該陽極水排水スペーサリング１６の内壁に陽極水排水流路１６２が形成されるよう、等間隔のスペーサリブ１６１が複数設けられている。当該陽極水排水スペーサリング１６のうち陽極水流路１２１に対応する箇所には陽極水排水口１６３が設けられている。また、当該陽極水排水流路１６２の底部のうち覆接凸部１１の円周外縁に対応する箇所には、等間隔の陽極水排水孔１６４が複数設けられている。また、当該ベース１０の上面には、複数の仕切り板１２の外縁に対応してフランジ１７が設けられている。これにより、ベース１０の内壁とフランジ１７の間に、下方気体収集導水盤３０を組み合わせるための結合溝１７１が形成される。当該ベース１０の外壁のうちカバー体８０の内壁に対応する箇所には、ベース１０とカバー体８０を対合するための雄ネジ１８が設けられている。当該ベース１０のうち雄ネジ１８の上方に対応する箇所には、止水ワッシャＱを圧設可能であって、ベース１０とカバー体８０の対合時に止水に用いられる溝１９が設けられている。

当該導電体２０の上端には、止水ワッシャＱとナットＮを陰極電極板６０の中央位置に緊締可能とする雄ネジ２１と位置決め凸縁２２が設けられている。また、当該導電体２０の下端には、ベース１０中央の導電スペーサ管１４における雌ネジ１４１に緊締可能となるよう、雄ネジ２３と位置決め凸縁２４が設けられている。当該２つの位置決め凸縁２２，２４の間には、止水ワッシャＱを圧設して止水可能とする溝２５が形成されている。また、当該導電体２０の下端には導電部２６が設けられている。

当該下方気体収集導水盤３０は円盤状をなしており、当該下方気体収集導水盤３０のうちベース１０の２つの挿通孔１３に対応する箇所には、２つの孔付スタッド３１が設けられている。当該２つの孔付スタッド３１の外径は２つの挿通孔１３の内径に相当しており、当該２つの孔付スタッド３１を２つの挿通孔１３に貫設可能である。当該２つの孔付スタッド３１の内部には、陽極電極板４０における２つの正極導電部４５を挿通可能となるよう、貫通した２つの魚眼孔３１１が設けられている。また、当該２つの魚眼孔３１１の上方には、止水のための止水ワッシャＱが２つ設けられている。当該下方気体収集導水盤３０の中央には原水給水スペーサリング３２が設けられており、当該原水給水スペーサリング３２における外壁の円周を等分した箇所には、複数の原水給水口３３が設けられている。当該原水給水口３３の円周外縁には原水給水溝３４が設けられている。原水は複数の原水給水口３３から原水給水溝３４に進入した後、原水給水溝３４から放射状に内から外へと流出する。また、当該下方気体収集導水盤３０上面の円周内壁には、上方気体収集導水盤７０を嵌設及び位置決めするための等間隔の位置決め嵌設溝３５が複数設けられている。当該下方気体収集導水盤３０上面の円周外縁には、等間隔の陽極水排水口３６が複数設けられている。当該陽極水排水口３６の円周内縁には、複数の陽極水排水流路３６１が設けられている。また、当該複数の陽極水排水口３６の円周外縁には、イオン膜５０を止水するための突設リング３６２が設けられている。当該原水給水スペーサリング３２の下方のうちベース１０の原水給水スペーサリング１５の内壁に対応する箇所には、止水ワッシャＱを圧設して止水可能とする溝３２１が設けられている。当該下方気体収集導水盤３０の外壁のうちベース１０の結合溝１７の内壁に対応する箇所には、止水ワッシャＱを圧設して止水可能とする溝３７が設けられているため、陰極水と陽極水の混合が防止される。当該下方気体収集導水盤３０の上面のうち複数の陽極水排水口３６の円周に対応する箇所にはフランジ３８が設けられている。フランジ３８を用いることで陽極水の水位が上昇するため、イオン膜５０を十分に湿潤させられる。当該下方気体収集導水盤３０の底面のうち複数の陽極水排水口３６の円周内縁に対応する箇所には遮断縁３９が設けられている。これにより、下方気体収集導水盤３０の底面に、酸素分子の収集及び陽極水の導水のための気体収集導水室３９１が形成されることから、陽極電極板４０で生成された酸素及びオゾンが急速に収容される。よって、上方の陰極水に対する当該酸素及びオゾンの混入が回避される。

当該陽極電極板４０は円盤状をなしている。当該陽極電極板４０の中央には軸孔４１が設けられており、当該軸孔４１の内径は下方気体収集導水盤３０の原水給水スペーサリング３２の外径に相当している。当該陽極電極板４０の円周面には複数の中空且つ放射状に配置される陽極室４２が設けられている。当該陽極室４２はＶ字形状としてもよい。これにより、下方気体収集導水盤３０の原水給水溝３４に対応する箇所には複数の給水口４３が形成され、原水を複数の給水口４３から複数の陽極室４２へと導入可能となる。当該陽極電極板４０の円周外縁には、陰極電極板６０との位置合わせ時において案内に用いられる複数の等間隔に配置される凹陥状の位置決め部４４が設けられている。当該陽極電極板４０のうちベース１０の２つの挿通孔１３及び下方気体収集導水盤３０の２つの魚眼孔３１１に対応する箇所には、２つの正極導電部４５が設けられている。当該２つの正極導電部４５には、ナットＮを緊締するための２つの雄ネジ４６が設けられている。

当該イオン膜５０の中央には丸孔５１が設けられており、当該丸孔５１の内径は下方気体収集導水盤３０の原水給水スペーサリング３２の内径に相当している。当該イオン膜５０としてはプロトン交換膜が可能である。当該イオン膜５０の外径は陽極電極板４０及び陰極電極板６０の外径よりも大きい。電気分解時には、水素分子がイオン膜５０を通過可能であるのに対し、酸素分子はイオン膜５０を通過不可能である。よって、陽極電極板４０で生成された酸素及びオゾンが上方の陰極水に混入するとの事態を回避可能である。

当該陰極電極板６０は円盤状をなしている。当該陰極電極板６０の中央には軸孔６１が設けられており、当該軸孔６１の内径は導電体２０上端の雄ネジ２１の外径に相当している。当該導電体２０の上端の雄ネジ２１を陰極電極板６０の軸孔６１に挿通すると、止水ワッシャＱとナットＮを陰極電極板６０の中央位置に緊締可能となる。当該陰極電極板６０の円周面には複数の中空且つ放射状に配置される陰極室６２が設けられている。当該陰極室６２はＶ字形状としてもよい。当該陽極電極板４０の陽極室４２及び当該陰極電極板６０の陰極室６２は、形状、大きさ及び位置が完全に同一となっている。当該陰極電極板６０のうち軸孔６１と複数の陰極室６２の間には等間隔に配置される複数の給水口６３が設けられており、原水を複数の給水口６３から複数の陰極室６２へと導入可能である。当該陰極電極板６０の円周外縁には、陽極電極板４０の位置決め部４４との位置合わせを案内するための複数の等間隔に配置される凹陥状の位置決め部６４が設けられている。これにより、当該陽極電極板４０の陽極室４２及び当該陰極電極板６０の陰極室６２を完全に噛合させられる。

当該上方気体収集導水盤７０は円盤状をなしている。当該上方気体収集導水盤７０のうち下方気体収集導水盤３０における複数の位置決め嵌設溝３５に対応する箇所には、上方気体収集導水盤７０と下方気体収集導水盤３０を嵌設及び位置決めするための複数の位置決め嵌設ブロック７１が設けられている。当該上方気体収集導水盤７０のうち下方気体収集導水盤３０の突設リング３６２に対応する箇所には、止水ワッシャＱを圧設可能とする溝７２が設けられている。これにより、当該イオン膜５０を当該上方気体収集導水盤７０の止水ワッシャＱと下方気体収集導水盤３０の突設リング３６２で圧設することで止水作用が形成され、陰極水と陽極水の混流を回避可能となる。当該上方気体収集導水盤７０の底面中央には、導電体２０上端の雄ネジ２１とナットＮを収容するための収容凹溝７３が設けられている。当該上方気体収集導水盤７０の底面のうち陰極電極板６０の複数の給水口６３に対応する箇所には、原水給水溝７４が設けられている。原水は複数の原水給水口６３から原水給水溝７４に給水された後、原水給水溝７４から放射状に内から外へと流出可能である。当該上方気体収集導水盤７０の円周外縁には、等間隔の陰極水排水口７５が複数設けられている。当該上方気体収集導水盤７０の底面のうち複数の当該陰極水排水口７５の円周内縁に対応する箇所には、等間隔の陰極水排水流路７６が複数設けられている。当該上方気体収集導水盤７０の上面のうち複数の陰極水排水口７５の円周内縁に対応する箇所には、上方気体収集導水盤７０の上面に複数の気体収集導水室７８が形成されるよう、複数の円環状遮断縁７７が設けられている。当該複数の円環状遮断縁７７の上面には、水素分子の収集及び陰極水の導水のための複数の切欠き７９が設けられているため、陰極電極板６０で生成された水素が迅速に収容される。

当該カバー体８０の内壁のうちベース１０の雄ネジ１８に対応する箇所には、カバー体８０とベース１０を対合するための雌ネジ８１が設けられている。当該カバー体８０のうち上方気体収集導水盤７０の複数の円環状遮断縁７７に対応する箇所に複数の互い違いに配置される円環状遮断縁８２が設けられることで、カバー体８０内部の上方位置には複数の水素溶解室８３が形成されている。当該複数の円環状遮断縁８２の上面には、水素分子の収集及び陰極水の導水のための複数の切欠き８４が設けられている。陰極水は、複数の気体収集導水室７８と複数の水素溶解室８３において上下及び上下に連続したＳ字形状をなすよう流動可能であり、水素の上昇と陰極水の下降により発生する相互溶解現象によって、より多くの水素分子が水中に溶解する。当該カバー体８０の中央には、上方に延伸する貫通した陰極水排水コネクタ８５が設けられている。当該陰極水排水コネクタ８５の外部には、止水ワッシャＱを圧設可能であって、陰極水排水チューブ（図示しない）を連接するための溝８６が設けられている。これにより、活性水素を豊富に含んだ陰極水を、陰極水排水コネクタ８５と陰極水排水チューブ（図示しない）から導出可能となる。

当該給排水コネクタ９０の中央のうちベース１０の導電スペーサ管１４に対応する箇所には中空軸柱９１が設けられている。当該中空軸柱９１には弾性部材Ｓと負極導電柱９８（図６参照）が設けられており、当該弾性部材Ｓの弾性力によって、当該負極導電柱９８の上端を導電体２０の導電部２６に対ししっかりと接触させられる。また、当該導電柱９８の下端には負極電線（図示しない）を接続可能である。当該給排水コネクタ９０の上面には、弾性を有する２つの正極導電片９９（図６参照）が陽極電極板４０の２つの正極導電部４５に対応して設けられている。これにより、当該陽極電極板４０における２つの正極導電部４５の下端を２つの正極導電片９９にしっかりと接触させられる。また、当該２つの正極導電片９９の下端には正極電線（図示しない）を接続可能である。当該給排水コネクタ９０のうちベース１０の覆接凸部１１に対応する箇所には覆接凹部９２が設けられており、当該ベース１０の覆接凸部１１の外径が給排水コネクタ９０の覆接凹部９２の内径に相当している。当該覆接凹部９２のうち２つのほぞ１１２に対応する箇所には、２つのほぞ溝９３が設けられている。２つのほぞ１１２は２つのほぞ溝９３に対し回入又は回出可能であり、給排水コネクタ９０の迅速な着脱に用いられる。当該覆接凹部９２の内部には、陽極水排水溝９４と原水給水溝９５が同軸に設けられている。当該陽極水排水溝９４の内径は原水給水溝９５よりも大きい。当該給排水コネクタ９０の外部のうち陽極水排水溝９４に対応する箇所には、陽極水排水コネクタ９６が設けられている。当該陽極水排水コネクタ９６には、陽極水排水チューブ（図示しない）を連接可能である。当該給排水コネクタ９０の外部のうち原水給水溝９５に対応する箇所には、原水給水コネクタ９７が設けられている。

上記各部品構造を組み合わせてなる本発明は、ディスク型電解槽における水素分子の再溶解方法及び装置を提供する。なお、実際の操作にあたっては次のように応用される。

本発明の実施例１における電気分解時の原水供給を示す組立断面図とＣ部及びＹ部の拡大図である図７、及び、図７のＥ−Ｅ断面を示す組立図である図８を参照する。原水流入時には、原水を給排水コネクタ９０の原水給水コネクタ９７から原水給水溝９５に導入し、まずはベース１０の原水給水スペーサリング１５の内壁により形成される原水給水流路１５２を経由して下方から上方へと流入させる。大部分の水は陰極電極板６０の複数の給水口６３から上方気体収集導水盤７０の原水給水溝７４に導入された後、原水給水溝７４から陰極電極板６０における放射状に配置された複数の陰極室６２に流入する。また、少量の水は下方気体収集導水盤３０における原水給水スペーサリング３２の外縁の複数の原水給水口３３から原水給水溝３４に流入した後、原水給水溝３４から陽極電極板４０の複数の給水口４３を経由して放射状に配置された複数の陽極室４２に流入する。

本発明の実施例１における電気分解時の陰極水及び陽極水の導出を示す組立断面図である図９と、図９のＪ−Ｊ、Ｆ−Ｆ、Ｒ−Ｒ断面を示す組立図である図１０、図１１、図１２を参照する。原水の電気分解時には、原水がそれぞれ陰極電極板６０における複数の陰極室６２と陽極電極板４０における複数の陽極室４２で電気分解されることで、複数の陰極室６２では水素及び陰極水が、複数の陽極室４２では酸素、オゾン及び陽極水がそれぞれ生成される。陰極電極板６０と陽極電極板４０はイオン膜５０を隔てているため、電気分解時には、水素分子がイオン膜５０を通過可能であるのに対し、酸素分子はイオン膜５０を通過不可能となる。これにより、陽極電極板４０で生成された酸素及びオゾンが上方の陰極水に混入するとの事態が回避される。また、陰極水は、陰極室６２で生成された発生期状態の水素を迅速に溶解して持ち去り、まずは上方気体収集導水盤７０の陰極水排水流路７６から陰極水排水口７５に流入した後、陰極水排水口７５を経由して、下方から上方に向かって円環状遮断縁７７の切欠き７９から上方の気体収集導水室７８に導入される。これにより、水素分子を水素溶解室８３の上方に収集可能となる。また、陰極水は、複数の気体収集導水室７８と複数の水素溶解室８３において上下及び上下に連続したＳ字形状をなすよう流動し、水素の上昇と陰極水の下降により発生する相互溶解現象によってより多くの水素分子を水中に溶解させつつ、圧力を加えることで更に多くの水素分子を陰極水に再溶解させて、陰極水中の水素分子濃度を上昇させる。最後に、水素を豊富に含んだ陰極水を陰極水排水コネクタ８５と陰極水排水チューブ（図示しない）から導出すればよい。一方、陽極室４２で生成された酸素とオゾンは陽極水により迅速に持ち去られ、まずは下方気体収集導水盤３０の陽極水排水流路３６１から陽極水排水口３６に流入した後、陽極水排水口３６を経由して上方から下方に向かって遮断縁３９から下方の気体収集導水室３９１に導入される。酸素及びとオゾンは急速に気体収集導水室３９１の上方に収容されるため、当該酸素及びオゾンが上方の陰極水に混入するとの事態が回避される。また、陽極水を利用して、酸素及びオゾンを給排水コネクタ９０の陽極水排水溝９４と陽極水排水コネクタ９６及び陽極水排水チューブ（図示しない）から排出する。更には、フランジ３８を用いることで陽極水の水位が上昇するため、イオン膜５０を十分に湿潤させられる。

本発明で提供するディスク型電解槽における水素分子の再溶解装置について、本発明の実施例２の立体分解図である図１３と、本発明の実施例２の組立断面図及びＨ部の拡大図である図１４を参照する。当該陽極電極板４０の陽極室４２及び当該陰極電極板６０の陰極室６２は多孔型としてもよい。当該下方気体収集導水盤３０と上方気体収集導水盤７０には、多孔型の陽極室４２及び陰極室６２に対応して複数の放射状に配置されるスペーサリブ３４１，７４１が設けられている。これにより、複数のスペーサリブ３４１，７４１の間にはそれぞれ複数の陽極水流路３４２と陰極水流路７４２が形成されるため、多孔型の陽極室４２で生成された酸素及びオゾンを陽極水によって迅速に持ち去り可能であるとともに、多孔型の陰極室６２で生成された発生期状態の水素が陰極水によって迅速に溶解され、持ち去られる。

以上述べたように、本発明で提供するディスク型電解槽における水素分子の再溶解方法及び装置は実際に作製が完了しており、陰極中の水素分子の総溶解量を効果的に３０％以上にまで上昇可能なことが実証されている。また、本発明では水素溶解室と気体収集室を一体化して完全にモジュール化している。そのため、コストダウンのみならず、迅速な着脱が可能なことからアフターサービスが容易となり、将来的な水素産業への貢献が期待される。更に、本発明は現市場には存在しない初の創造であり、産業上の利用価値を有しているため、発明特許の実用性及び進歩性の成立要件を満たしている。したがって、特許法の規定に基づき貴局に対しこれを特許出願する。

１０ベース
１１覆接凸部
１１１溝
１１２ほぞ
１２仕切り板
１２１陽極水流路
１３挿通孔
１４導電スペーサ管
１４１雌ネジ
１５原水給水スペーサリング
１５１スペーサリブ
１５２原水給水流路
１６陽極水排水スペーサリング
１６１スペーサリブ
１６２陽極水排水流路
１６３陽極水排水口
１６４陽極水排水孔
１７フランジ
１７１結合溝
１８雄ネジ
１９溝
２０導電体
２１雄ネジ
２２位置決め凸縁
２３雄ネジ
２４位置決め凸縁
２５溝
２６導電部
３０下方気体収集導水盤
３１孔付スタッド
３１１魚眼孔
３２原水給水スペーサリング
３２１溝
３３原水給水口
３４原水給水溝
３５位置決め嵌設溝
３６陽極水排水口
３６１陽極水排水流路
３６２突設リング
３７溝
３８フランジ
３９遮断縁
３９１気体収集導水室
４０陽極電極板
４１軸孔
４２陽極室
４３給水口
４４位置決め部
４５正極導電部
４６雄ネジ
５０イオン膜
５１丸孔
６０陰極電極板
６１軸孔
６２陰極室
６３給水口
６４位置決め部
７０上方気体収集導水盤
７１位置決め嵌設ブロック
７２溝
７３収容凹溝
７４原水給水溝
７５陰極水排水口
７６陰極水排水流路
７７円環状遮断縁
７８気体収集導水室
７９切欠き
８０カバー体
８１雌ネジ
８２円環状遮断縁
８３水素溶解室
８４切欠き
８５陰極水排水コネクタ
８６溝
９０給排水コネクタ
９１中空軸柱
９２覆接凹部
９３ほぞ溝
９４陽極水排水溝
９５原水給水溝
９６陽極水排水コネクタ
９７原水給水コネクタ
９８負極導電柱
９９正極導電片
Ｓ弾性部材
Ｒスペーサ
Ｎナット
Ｑ止水ワッシャ

Claims

ディスク型電解槽における水素分子の再溶解装置であって、
ディスク型電解槽は、円盤状のベースとカバー体で構成される空間の内部に、１つのイオン膜と、該１つのイオン膜を上下方向から挟んで配置される陰・陽極の２つの電極板と、及び該２つの電極板を更に上下方向から挟んで配置される、上方と下方の２つの気体収集導水盤とが組み付けられ、
該ベースの外部に給排水コネクタが設けられ、
該ベースの上方には該下方気体収集導水盤と陽極電極板が設けられ、該ベースの中央には給排水コネクタが下方に延伸するよう設けられ、
該カバー体の下方には該上方気体収集導水盤と陰極電極板が設けられ、該カバー体の中央には陰極水排水コネクタが上方に延伸するよう設けられ、
該２つの気体収集導水盤の、該ベースの上方及び該カバー体の下方に対応する箇所には下方と上方の２つの気体収集導水室が設けられ、
該上方気体収集導水室には、同心円状に配置される複数の円環状遮断縁を設けることで複数の水素溶解室が形成され、該複数の円環状遮断縁には、陰極水の導入及び水素分子の収集のための複数の切欠きが設けられ、陰極水は、該上方気体収集導水室に設けられた該複数の水素溶解室の中を上下に連続したＳ字形状をなすように流動可能であり、陰極水と水素分子の上昇と下降により発生する相互溶解現象によって、より多くの水素分子が水中に溶解し、
該２つの電極板の中央には給水口が設けられ、該２つの電極板の対向面には中空の放射状に配置される複数の陰・陽極室が設けられ、
該給排水コネクタには原水給水コネクタと陽極水排水コネクタが設けられ、原水は２つの電極板の給水口からそれぞれ該複数の陰・陽極室に導入され、電気分解後に発生する水素分子及び酸素分子は、陰極水及び陽極水により持ち去られるとともに、上下に配置される該２つの気体収集導水室のそれぞれで合流し、該２つの気体収集導水室のそれぞれにおいて水素分子と陰極水に相互溶解作用を発生させて、より多くの水素分子を陰極水に再溶解させることで、陰極水中の水素分子の濃度を上昇させる、ディスク型電解槽における水素分子の再溶解装置。
該２つの電極板の極性は、互いに入れ替え可能である、請求項１に記載のディスク型電解槽における水素分子の再溶解装置。
該ベースの上面には等間隔の放射状に配置された複数の仕切り板が設けられるとともに、各仕切り板の間に陽極水流路が形成され、該ベースの中央には、内から外に向かって、導電スペーサ管、原水給水スペーサリング及び陽極水排水スペーサリングが順に設けられ、該原水給水スペーサリングの内壁と該導電スペーサ管の間には、該原水給水スペーサリングの内壁に原水給水流路が形成されるように、等間隔のスペーサリブが複数設けられ、該陽極水排水スペーサリングの内壁と該原水給水スペーサリングの間には、該陽極水排水スペーサリングの内壁に陽極水排水流路が形成されるように、等間隔のスペーサリブが複数設けられ、該陽極水排水スペーサリングのうち該陽極水流路に対応する箇所には陽極水排水口が設けられ、該陽極水排水流路の底部における円周外縁には等間隔の陽極水排水孔が複数設けられる、請求項１に記載のディスク型電解槽における水素分子の再溶解装置。
該ベースの上面における内縁円周箇所にフランジが設けられることで、該ベースの内壁と該フランジの間に該２つの気体収集導水盤を組み合わせるための結合溝が形成され、該２つの気体収集導水盤の外壁のうち該結合溝に対応する箇所には、止水ワッシャを圧設して陰極水と陽極水の混合を防止可能とする溝が設けられる、請求項１に記載のディスク型電解槽における水素分子の再溶解装置。
該ベースの中央には覆接凸部が下方に延伸するよう設けられ、該給排水コネクタの中央には覆接凹部が設けられ、該覆接凸部と該覆接凹部の対応箇所には、給排水コネクタを該ベースに対して迅速に係接可能とするほぞ、及びほぞ溝が設けられる、請求項１に記載のディスク型電解槽における水素分子の再溶解装置。
該ベース及び該カバー体には、該ベースと該カバー体を結合するための対応する雄ネジ及び雌ネジが設けられる、請求項１に記載のディスク型電解槽における水素分子の再溶解装置。
該２つの電極板の円周外縁には、該２つの電極板の陰・陽極室が対応して噛合可能となるように、該２つの電極板の位置合わせを案内するための複数の等間隔に配置された位置決め部が設けられる、請求項１に記載のディスク型電解槽における水素分子の再溶解装置。
該イオン膜としてはプロトン交換膜が可能であり、該1つのイオン膜の外径は該２つの電極板の外径よりも大きく、該２つの気体収集導水盤の外縁円周箇所には対応する突設リングと溝が設けられ、該溝には止水ワッシャを圧設可能であり、該イオン膜を該２つの気体収集導水盤の突設リングと該止水ワッシャで圧設することで止水作用を形成し、陰極水と陽極水の混流を回避可能とする、請求項１に記載のディスク型電解槽における水素分子の再溶解装置。
該２つの気体収集導水盤の円周における対応箇所には、該２つの気体収集導水盤を互いに嵌設及び位置決めするための複数の位置決め嵌設溝と位置決め嵌設ブロックが設けられる、請求項１に記載のディスク型電解槽における水素分子の再溶解装置。
該陰極電極板の中央には導電体が設けられ、該導電体の下端には導電部が設けられ、該ベースの中央には導電スペーサ管が設けられ、該導電スペーサ管の内部には該陰極電極板の導電体を締結可能とする雌ネジが設けられ、該ベースの両側には、該陽極電極板の両側の２つの導電部を挿通可能な２つの挿通孔が設けられ、該給排水コネクタの中央の該導電スペーサ管に対応する箇所には中空軸柱が設けられ、該中空軸柱には弾性部材と導電柱が設けられ、該弾性部材の弾性力によって該導電柱の上端は該導電体の導電部に接触可能となり、該導電柱の下端には負極電線を接続可能であり、該給排水コネクタの上面には、弾性を有する２つの正極導電片が該陽極電極板の該２つの導電部に対応して設けられ、該２つの正極導電片の下端には正極電線を接続可能である、請求項１に記載のディスク型電解槽における水素分子の再溶解装置。
該２つの陰・陽極電極板における陰・陽極室はＶ字形状をなす、請求項１に記載のディスク型電解槽における水素分子の再溶解装置。
該２つの陰・陽極電極板における陰・陽極室は多孔型であり、該２つの気体収集導水盤には該陰・陽極室に対応して放射状に配置されるスペーサリブが設けられ、該複数のスペーサリブの間にはそれぞれ複数の陰・陽極水流路が形成される、請求項１に記載のディスク型電解槽における水素分子の再溶解装置。
該２つの気体収集導水盤のうち該２つの電極板の給水口に対応する箇所には２つの原水給水溝が設けられ、該２つの気体収集導水盤の外縁円周箇所には、等間隔の陰・陽極水排水口が複数設けられ、該陰・陽極水排水口の内縁円周箇所には等間隔の陰・陽極水排水流路が複数設けられ、原水は、該２つの電極板の給水口から該２つの気体収集導水盤における２つの原水給水溝にそれぞれ流入した後、該２つの給水口から放射状に内から外へ該２つの電極板における該陰・陽極室に流入し、最後に、該陰・陽極水排水流路から該陰・陽極水排水口を経由して流出可能である、請求項１に記載のディスク型電解槽における水素分子の再溶解装置。
該ベースに対応する気体収集導水盤の底面のうち複数の陽極水排水口の円周内縁に対応する箇所に遮断縁が設けられることで、該２つの気体収集導水盤の底面に酸素分子の収集及び陽極水の導水のための該２つの気体収集導水室が形成され、該陽極電極板で生成された酸素及びオゾンが急速に収容されることから、上方の陰極水に対する該酸素及びオゾンの混入が回避される請求項１３に記載のディスク型電解槽における水素分子の再溶解装置。
該ベースに対応する下方気体収集導水盤の上面のうち複数の陽極水排水口の円周内縁に対応する箇所にはフランジが設けられ、該フランジを用いて陽極水の水位を上昇させることで、該１つのイオン膜を十分に湿潤させる請求項１３に記載のディスク型電解槽における水素分子の再溶解装置。