JP7010529B2

JP7010529B2 - 水電解装置及び水電解装置を用いた殺菌洗浄方法並びに有害物質分解・除去方法

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Publication number: JP7010529B2
Application number: JP2021502281A
Authority: JP
Inventors: 文雄岡田
Original assignee: Kogakuin University
Current assignee: Kogakuin University
Priority date: 2019-02-22
Filing date: 2020-02-25
Publication date: 2022-01-26
Anticipated expiration: 2040-02-25
Also published as: US11939687B2; US20220098745A1; CN113474487A; CN113474487B; EP3929330A1; WO2020171238A1; EP3929330A4; WO2020171239A1; JPWO2020171238A1

Description

本発明は、水電解装置及び水電解装置を用いた殺菌洗浄方法並びに有害物質分解・除去方法に関する。
に関する。

特開２０１８－７６５７５号公報には、水電解セルに、角形の金属メッシュ電極を設け、金属メッシュ電極の面に対して水平に水を流通させることで、金属メッシュ電極内で微泡化されたオゾンと水とを接触させ、オゾン水の高濃度化を図るという発明が記載されている。

本発明は、角形の金属メッシュ電極を用いた場合と比べて、水電解セルを小型化するとともに水電解セル内での圧力損失を低減させて、小型の装置ながら大流量の機能水を生成することを課題とする。また本発明は、角形の金属メッシュ電極を用いた場合と比べて、少ない配管数で効率良く水電解できるようにすることを課題とする。また、本発明は、簡易な装置、方法で河川水等の汚染水を殺菌、洗浄することを課題とする。また、本発明は、簡易な装置、方法で工場等から排水される排水中の有害物質を分解・除去することを課題とする。

本発明の第１の態様は、外部より原料水が流入される第１の流入口と、外部より原料水が流入される第２の流入口と、陽極側電解水が外部に流出される第１の流出口と、陰極側電解水が外部に流出される第２の流出口と、前記第１および第２の流入口と前記第１および第２の流出口との間に介在された水電解部と、を備え、前記水電解部は、陽極と、前記陽極の厚み方向に設けられた高分子電解質膜と、前記陽極と前記高分子電解質膜との間に形成され、外周開口部が前記第１の流入口または前記第１の流出口の一方に連通する陽極側電解領域と、前記陽極側電解領域に設けられ、当該陽極側電解領域の内側に内側開口部を有し、当該内側開口部が前記第１の流入口または前記第１の流出口の他方に連通する陽極側メッシュ電極と、前記高分子電解質膜の厚み方向に設けられた陰極と、前記高分子電解質膜と前記陰極との間に形成され、外周開口部が前記第２の流入口または前記第２の流出口の一方に連通する陰極側電解領域と、前記陰極側電解領域に設けられ、当該陰極側電解領域の内側に内側開口部を有し、当該内側開口部が前記第２の流入口または前記第２の流出口の他方に連通する陰極側メッシュ電極と、を備えた水電解装置である。

本発明の第２の態様は、外部より原料水が流入される流入口と、電解水が外部に流出される流出口と、前記流入口と前記流出口との間に介在された水電解部と、を備え、前記水電解部は、陽極と、前記陽極の厚み方向に設けられ、前記流入口に連通する内側開口部が形成された高分子電解質膜と、前記陽極と前記高分子電解質膜との間に形成され、外周開口部が前記流出口に連通する陽極側電解領域と、前記陽極側電解領域に設けられ、当該陽極側電解領域の内側に内側開口部を有し、当該内側開口部が前記高分子電解質膜の内側開口部に連通する陽極側メッシュ電極と、前記高分子電解質膜の厚み方向に設けられた陰極と、前記高分子電解質膜と前記陰極との間に形成され、外周開口部が前記流出口に連通する陰極側電解領域と、前記陰極側電解領域に設けられ、当該陰極側電解領域の内側に内側開口部を有し、当該内側開口部が前記高分子電解質膜の内側開口部に連通する陰極側メッシュ電極と、を備えた水電解装置である。

本発明の第３の態様は、外部より原料水が流入される流入口と、電解水が外部に流出される流出口と、前記流入口と前記流出口との間に介在された水電解部と、を備え、前記水電解部は、陽極と、前記陽極の厚み方向に設けられ、前記流出口に連通する内側開口部が形成された高分子電解質膜と、前記陽極と前記高分子電解質膜との間に形成され、外周開口部が前記流入口に連通する陽極側電解領域と、前記陽極側電解領域に設けられ、当該陽極側電解領域の内側に内側開口部を有し、当該内側開口部が前記高分子電解質膜の内側開口部に連通する陽極側メッシュ電極と、前記高分子電解質膜の厚み方向に設けられた陰極と、前記高分子電解質膜と前記陰極との間に形成され、外周開口部が前記流入口に連通する陰極側電解領域と、前記陰極側電解領域に設けられ、当該陰極側電解領域の内側に内側開口部を有し、当該内側開口部が前記高分子電解質膜の内側開口部に連通する陰極側メッシュ電極と、を備えた水電解装置である。

本発明の第４の態様は、第１の態様から第３の態様のいずれかにおいて、前記陽極側メッシュ電極および前記陰極側メッシュ電極の電極面は、前記高分子電解質膜の面に対して平行である。

本発明の第５の態様は、第１の態様から第３の態様のいずれかにおいて、前記陽極と、前記陽極側メッシュ電極と、前記高分子電解質膜と、前記陰極側メッシュ電極と、前記陰極は、前記厚み方向に垂直な平面でみて外形が円形または略円形である。

本発明の第６の態様は、第２の態様または第３の態様において、前記流入口と前記流出口との間に前記水電解部が複数介在され、一方の前記水電解部の前記陽極側電解領域および前記陰極側電解領域における水の流れと、他方の前記水電解部の前記陽極側電解領域および前記陰極側電解領域における水の流れが並列となるように配置されている。

本発明の第７の態様は、第６の態様において、一方の前記水電解部の前記陰極または前記陽極が、他方の水電解部の前記陰極または前記陽極と共通である。

本発明の第８の態様は、第２の態様において、筐体に前記流入口および前記流出口が設けられ、前記筐体内に、前記水電解部が配置され、前記筐体内にあって、前記水電解部と前記流出口の間に、気液混合部が介在され、前記気液混合部は、前記水電解部の前記陽極側電解領域および前記陰極側電解領域の外周開口部に連通する気液混合入口部と、気液混合された流体を排出し、前記流出口に連通する気液混合出口部と、を備えている。

本発明の第９の態様は、第３の態様において、筐体に前記流入口および前記流出口が設けられ、前記筐体内に、前記水電解部が配置され、前記筐体内にあって、前記水電解部と前記流出口の間に、気液混合部が介在され、前記気液混合部は、前記高分子電解質膜の内側開口部に連通する気液混合入口部と、気液混合された流体を排出し、前記流出口に連通する気液混合出口部と、を備えている。

本発明の第１０の態様は、第８の態様または第９の態様において、前記気液混合部は、前記気液混合入口部と前記気液混合出口部との間に介在された複数の仕切り部であって、複数の開口を有し、前記筐体の軸方向に間隔をあけて設けられ、前記筐体内を前記軸方向に仕切る複数の仕切部と、前記軸方向に隣接する前記仕切部の間に配置され、前記仕切部の間の間隔を保持するための保持部材と、を備えている。

本発明の第１１の態様は、第１０の態様において、前記仕切部は、複数の開口が形成された仕切部材によって構成されている。

本発明の第１２の態様は、第１の態様から第１１の態様のいずれかにおいて、前記陽極側電解領域には、１枚以上の金属メッシュ電極と、複数の孔が形成された基板電極に、ボロンドープダイヤモンドが成膜されたボロンドープダイヤモンド基板電極とが配置されている。

本発明の第１３の態様は、第１の態様から第１１の態様のいずれかにおいて、前記陽極側メッシュ電極は、金属メッシュ上にボロンドープダイヤモンド粉が担持されたボロンドープダイヤモンドメッシュ電極を含んでいる。

本発明の第１４の態様は、第１の態様から第１３の態様のいずれかにおいて、前記陰極側電解領域には、チタンまたは/およびステンレスの金属メッシュ電極または/およびボロンドープダイヤモンドが少なくとも表面に形成されたメッシュ電極または基板電極が配置されている。

本発明の第１５の態様は、第１の態様から第１３の態様のいずれかにおいて、前記陰極側メッシュ電極は、プラチナの金属メッシュ電極を含んでいる。

本発明の第１６の態様は、第２の態様において、前記水電解部が複数設けられ、複数の前記水電解部は、それぞれの前記内側開口部が共通の前記流入口に連通し、かつそれぞれの前記外周開口部が共通の前記流出口に連通して配置されている。

本発明の第１７の態様は、第３の態様において、前記水電解部が複数設けられ、複数の前記水電解部は、それぞれの前記内側開口部が共通の前記流出口に連通し、かつそれぞれの前記外周開口部が共通の前記流入口に連通して配置されている。

本発明の第１８の態様は、第１６の態様において、前記複数の前記水電解部のうちの少なくとも２つの前記水電解部は、前記厚み方向に重ねられて配置され、前記少なくとも２つの前記水電解部の前記陽極または前記陰極が共通の電極で構成される。

本発明の第１９の態様は、第１７の態様において、前記複数の前記水電解部のうちの少なくとも２つの前記水電解部は、前記厚み方向に重ねられて配置され、前記少なくとも２つの前記水電解部の前記陽極または前記陰極が共通の電極で構成される。

本発明の第２０の態様は、第１６の態様において、ｎ個の前記水電解部は、前記厚み方向に重ねられて配置され、ｎ個の前記水電解部の前記厚み方向に隣り合う前記水電解部の前記陽極または前記陰極が共通の電極で構成され、ｎ個の前記水電解部がｎ＋１個の電極を含んで構成される。

本発明の第２１の態様は、第１７の態様において、ｎ個の前記水電解部は、前記厚み方向に重ねられて配置され、ｎ個の前記水電解部の前記厚み方向に隣り合う前記水電解部の前記陽極または前記陰極が共通の電極で構成され、ｎ個の前記水電解部がｎ＋１個の電極を含んで構成される。

本発明の第２２の態様は、第１６の態様において、筐体に前記共通の前記流入口および前記共通の前記流出口が設けられ、前記筐体内に、前記複数の前記水電解部が配置され、前記筐体内にあって、前記複数の前記水電解部と前記共通の前記流出口の間に、気液混合部が介在され、前記気液混合部は、前記複数の前記水電解部それぞれの前記外周開口部に連通する気液混合入口部と、気液混合された流体を排出し、前記共通の前記流出口に連通する気液混合出口部と、を備えた水電解装置である。

本発明の第２３の態様は、第１７の態様において、筐体に前記共通の前記流入口および前記共通の前記流出口が設けられ、前記筐体内に、前記複数の前記水電解部が配置され、前記筐体内にあって、前記複数の前記水電解部と前記共通の前記流出口の間に、気液混合部が介在され、前記気液混合部は、前記複数の前記水電解部それぞれの前記内側開口部に連通する気液混合入口部と、気液混合された流体を排出し、前記共通の前記流出口に連通する気液混合出口部と、を備えた水電解装置である。

本発明の第２４の態様は、第１６の態様において、前記複数の前記水電解部の陽極側に、ボロンドープダイヤモンドを含む触媒電極が設けられる。

本発明の第２５の態様は、第１７の態様において、前記複数の前記水電解部の陽極側に、ボロンドープダイヤモンドを含む触媒電極が設けられる。

本発明の第２６の態様は、第２４の態様において、水電解装置の前記共通の前記流入口に、菌および/またはウイルスを含む汚染水を供給し、当該水電解装置の前記共通の前記流出口から、ＡＴＰ（アデノシン三リン酸）値が低下した水を流出させる水電解装置を用いた殺菌洗浄方法である。

本発明の第２７の態様は、第２５の態様において、水電解装置の前記共通の前記流入口に、菌および/またはウイルスを含む汚染水を供給し、当該水電解装置の前記共通の前記流出口から、ＡＴＰ（アデノシン三リン酸）値が低下した水を流出させる水電解装置を用いた殺菌洗浄方法である。

本発明の第２８の態様は、第２４の態様において、水電解装置を用いて前記電解水として、オゾンと過酸化水素が共存する促進酸化水を生成し、生成された前記促進酸化水を、菌および/またはウイルスを含む汚染水と混合して、ＡＴＰ（アデノシン三リン酸）値を低下させる水電解装置を用いた殺菌洗浄方法である。

本発明の第２９の態様は、第２５の態様において、水電解装置を用いて前記電解水として、オゾンと過酸化水素が共存する促進酸化水を生成し、生成された前記促進酸化水を、菌および/またはウイルスを含む汚染水と混合して、ＡＴＰ（アデノシン三リン酸）値を低下させる水電解装置を用いた殺菌洗浄方法である。

本発明の第３０の態様は、第２４の態様において、水電解装置の前記共通の前記流入口に、有機物および/またはアンモニアおよび/またはシアンを含む汚染水を供給し、当該水電解装置の前記共通の前記流出口から、有機物および/またはアンモニアおよび/またはシアンが分解・除去された水を流出させる水電解装置を用いた有害物質分解・除去方法である。

本発明の第３１の態様は、第２５の態様において、水電解装置の前記共通の前記流入口に、有機物および/またはアンモニアおよび/またはシアンを含む汚染水を供給し、当該水電解装置の前記共通の前記流出口から、有機物および/またはアンモニアおよび/またはシアンが分解・除去された水を流出させる水電解装置を用いた有害物質分解・除去方法である。

本発明の第３２の態様は、第２４の態様において、水電解装置を用いて前記電解水として、オゾンと過酸化水素が共存する促進酸化水を生成し、生成された前記促進酸化水を、有機物および/またはアンモニアおよび/またはシアンを含む汚染水と混合して、汚染水中の有機物および/またはアンモニアおよび/またはシアンを分解・除去する水電解装置を用いた有害物質分解・除去方法である。

本発明の第３３の態様は、第２５の態様において、水電解装置を用いて前記電解水として、オゾンと過酸化水素が共存する促進酸化水を生成し、生成された前記促進酸化水を、有機物および/またはアンモニアおよび/またはシアンを含む汚染水と混合して、汚染水中の有機物および/またはアンモニアおよび/またはシアンを分解・除去する水電解装置を用いた有害物質分解・除去方法である。

本発明の第１の態様から第５の態様によれば、角形のメッシュ電極を用いた場合と比べて、水の流入断面積を大きくすることができる。このため、水電解装置を通過する水の圧力損失が小さくなり、小型の装置ながら大流量の機能水を生成できる。また角形のメッシュ電極を用いた場合と比べて、流体のデッド部やガス溜まりが生じにくいため、少ない配管数で効率良く水電解することができる。

特に第２の態様、第３の態様によれば、陽極側と陰極側で水の入口と出口が共通化されるため、さらに配管数を減らし、省スペース化を図ることができる。また陽極側電解水、陰極側電解水を合流させて利用できるため水を節約することができる。

本発明の第６の態様、第７の態様によれば、単体の水電解部を用いた場合と比べて、水の流入断面積を大きくすることができる。このため、水電解装置を通過する水の圧力損失が小さくなり、小型の装置ながら大流量の機能水を生成できる。

本発明の第８の態様、第９の態様によれば、水電解部と気液混合部を配管で接続する場合と比べて、省スペース化を図ることができる。

本発明の第１０の態様、第１１の態様によれば、高効率にガスが水に溶解する。このため溶解度が大きい電解水を生成することができる。

本発明の第１２の態様によれば、陽極側でオゾンと過酸化水素を生成でき、オゾンと過酸化水素が共存する促進酸化水を生成することができる。

本発明の第１３の態様によれば、促進酸化水を生成するための触媒電極を安価に製造することができる。

本発明の第１４の態様によれば、陰極側で過酸化水素を生成でき、過酸化水素を含んだ機能水を生成することができる。

本発明の第１５の態様によれば、陰極側で水酸化物イオンの生成速度を抑制できｐＨの上昇を抑制できるため陰極側にミネラル分が電析することを抑制することができる。

本発明の第１６の態様、第１７の態様によれば、単体の水電解部を用いた場合と比べて、水の流入断面積を大きくすることができる。このため、水電解装置を通過する水の圧力損失が小さくなり、小型の装置ながら大流量の機能水を生成できる。また、単体の水電解部を用いた場合と比べて、電極面積を大きくすることができる。このため、オゾンと過酸化水素の生成量が増加する。これにより、大流量で高濃度の促進酸化水を製造することが可能となる。また、水電解部への水を供給する流入口と水電解部からの水を排出する流出口が共通化されるため、流入口と流出口の配管がそれぞれ一本ずつで済む。これにより複数の水電解装置を並列に並べた場合と比べて、配管数が減り省スペース化を図ることができる。また陽極側電解水、陰極側電解水を合流させて利用する構造であるため、水を節約することができる。

本発明の第１８の態様から第２１の態様によれば、陽極または陰極が共通化されるため、電極、ターミナル(電極端子)、電源コード、電源等の数が減る。このため、水電解装置の部品点数を減らすことができるとともに小型化することができる。

本発明の第２２の態様、第２３の態様によれば、水電解部と気液混合部を配管で接続する場合と比べて、省スペース化を図ることができる。また高効率にガスが水に溶解する。このため溶解度が大きい電解水を生成することができる。このためオゾンの溶解度が大きく、オゾンガスが発生しない安全な促進酸化水を生成することができる。

本発明の第２４の態様、第２５の態様によれば、陽極側でオゾンと過酸化水素を生成でき、オゾンと過酸化水素が共存する促進酸化水を生成することができる。

本発明の第２６の態様から第２９の態様によれば、河川水、井戸水等の汚染水を簡易な装置、方法で殺菌、洗浄することができる。

本発明の第３０の態様から第３３の態様によれば、工場等から排水される排水中の有害物質を簡易な装置、方法で分解・除去することができる。

第１の実施形態の水電解装置を側面からみた断面図である。陽極側電解領域における水の流れを説明する図である。従来の角型のメッシュ電極を用いて水電解部を構成した場合の水の流れを説明する図である。第１の実施形態の水電解部の水の流れを説明する図である。第２の実施形態の水電解部の水の流れを説明する図である。第３の実施形態の水電解部の水の流れを説明する図である。第４の実施形態の水電解部の水の流れを説明する図である。第５の実施形態の水電解部の水の流れを説明する図である。第６の実施形態の水電解部の水の流れを説明する図である。第７の水電解部の水の流れを説明する図である。第９の実施形態を示す図で、図１の筐体内に配置される水電解部の構成例を示す分解図である。第１０の実施形態の水電解部の構成例を示す分解図である。第２の実施形態の水電解部と気液混合部を筐体内に配置した第１１の実施形態の水電解装置の構成例を示す図で、側面からみた断面図である。チタン（Ｔｉ）メッシュ上にボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉が担持されたボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）担持メッシュ電極を製造する方法を説明する図である。チタン（Ｔｉ）メッシュ上にボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉が担持されたボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）担持メッシュ電極を製造する方法を説明する図である。チタン（Ｔｉ）メッシュ上に、酸化イリジウム（ＩｒＯ_２）粉が担持されたメッシュ電極を製造する方法を説明する図である。チタン（Ｔｉ）メッシュ上に、酸化イリジウム（ＩｒＯ_２）粉が担持されたメッシュ電極を製造する方法を説明する図である。実施例１を説明する図で、水電解部の分解図である。実施例１の水電解装置の電圧-電流特性を示す図である。実施例１において、生成された機能水中の溶存オゾン濃度を示す図である。実施例１において、気相オゾン生成速度を示す図である。実施例１において、気相オゾン、液相オゾンおよび気相オゾンと液相オゾンの合計それぞれのオゾン生成電流効率を示す図である。実施例１において、生成した機能水中の過酸化水素濃度を示す図である。実施例２において、陽極側電解水と陰極側電解水のｐＨを示す図である。実施例２において、高分子電解質膜に接触する陰極側メッシュ電極としてプラチナ（Ｐｔ）メッシュ電極とチタン（Ｔｉ）メッシュ電極を用いた場合の水酸化物イオンＯＨ^－の生成速度の違いを示す図である。実施例３を説明する図で、水電解部の分解図である。実施例３の水電解装置の電圧-電流特性を示す図である。実施例３において、気相オゾン生成速度を示す図である。実施例３において、電流密度０．２Ａ／ｃｍ^２（１．７Ａ)で水電解を２４時間継続した場合の溶存オゾン濃度を示す図である。実施例３において、電流密度０．２Ａ／ｃｍ^２（１．７Ａ)で２４時間運転したときの過酸化水素の濃度を示す図である。実施例３において、電流密度０．２Ａ／ｃｍ^２（１．７Ａ)で２４時間運転したときのオゾン生成電流効率の経時変化を示す図である。実施例４の耐久試験における電圧の経時変化を示す図である。実施例４において、時間の経過に伴う溶存オゾン濃度の減少の様子を示す図である。実施例５において、各電流密度における液相のオゾン（Ｏ_３）と過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）の濃度を表として示す図である。実施例５の耐久試験における電圧の経時変化を示す図である。図３０Ｂに示すロール状電極部を拡大するとともに、平坦にして断面構造を示す図である。水電解部の断面図である。筐体内に水電解部を配置した構成を示す図である。筐体と水電解部の間に配置されるスペーサの平面図である。第１３の実施形態の水電解部の構成例を示す分解図である。第１３の実施形態の水電解部の水の流れを説明する図である。筐体内に水電解部を配置した構成を示す図である。第１４の実施形態を示す断面図で、水電解部と気液混合部を筐体内に配置した水電解装置の構成例を示す図である。電極保持部の上面図である。電極保持部の側面図である。電極の側面図である。電極の上面図である。電極保持部の側面図である。電極の側面図である厚み方向に隣り合う２つの電極保持部の側面断面図である。実施例７の水電解装置の構成を示す図である。実施例７の水電解装置の電圧-電流特性を示す図である。実施例７の水電解装置で生成される促進酸化水中の溶存オゾン濃度の経時変化を示す図である。実施例７の水電解装置におけるオゾン生成電流効率の経時変化を示す図である。実施例８において殺菌実験結果を表１として示した図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る一実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の水電解装置１を側面からみた断面図である。

水電解装置１は、水道水、純水またはイオン交換水（軟水）等の水を水電解してオゾン水、水素水、オゾンと過酸化水素を混合した促進酸化水などの機能水を電解水として生成する装置である。

水電解装置１は、図１に示されるように、筐体３００と水電解部１００とから構成されている。筐体３００は、円筒形状に形成されている。水電解部１００は円柱形状に形成されている。筐体３００は、図中上方からみて円形の上板３３０と、図中下方からみて円形の下板３４０と、上板３３０と下板３４０の間の円筒部３５０とを含んで構成される。

筐体３００内に水電解部１００が配置されている。筐体３００には、流入口３１０と流出口３２０が、筐体３００の外部と筐体３００の内部を連通するように設けられている。

流入口３１０は筐体３００の上板３３０に設けられている。流出口３２０は筐体３００の下板３４０に設けられている。流入口３１０は、たとえば筐体３００の上板３３０の中心に形成された貫通孔である。この貫通孔をネジ孔とし、ネジ部を有した流入用配管の継ぎ手を螺合してもよい。流出口３２０は、たとえば筐体３００の下板３４０の中心に形成された貫通孔である。この貫通孔をネジ孔とし、ネジ部を有した流出用配管の継ぎ手を螺合してもよい。流入口３１０と流出口３２０は、その中心が筐体３００の鉛直中心軸に一致または略一致するように配置されている。なお、流入口３１０と流出口３２０は、その中心が筐体３００の鉛直中心軸からずれて配置されていてもよい。

流入口３１０には、外部から原料水が流入される。水電解部１００は、流入口３１０と流出口３２０との間に介在されている。流出口３２０からは、水電解部１００で生成された電解水が外部に流出される。

水電解部１００は、陽極１１０と、高分子電解質膜１２０と、陽極側電解領域１３０と、陽極側メッシュ電極１４０と、陰極１５０と、陰極側電解領域１６０と、陰極側メッシュ電極１７０とを含んで構成される。なお、図７で後述するように陽極１１０を陽極保持部内に収容して保持してもよい。同様に陰極１５０を陰極保持部内に収容して保持してもよい。

陽極１１０は、図示しない直流電源のプラス端子に電源コード１１１、陽極端子１１９を介して電気的に接続された陽極側電極板としての陽極側ターミナルプレートである。

高分子電解質膜１２０は、陽極１１０の厚み方向に設けられ、流出口３２０に連通する内側開口部１２１が形成されている。高分子電解質膜１２０としては、例えば、ナフィオン膜（例えばナフィオン１１７膜；ナフィオンは登録商標）などの固体高分子電解質膜が用いられる。高分子電解質膜１２０としては、ナフィオン膜に限らず、種々の固体電解質膜を用いることができる。

陽極側電解領域１３０は、陽極１１０と高分子電解質膜１２０との間に形成され、外周開口部１３１が流入口３１０に連通している。

陽極側メッシュ電極１４０は、陽極側電解領域１３０に設けられ、この陽極側電解領域１３０の内側に内側開口部１４１を有しており、この内側開口部１４１が高分子電解質膜１２０の内側開口部１２１に連通している。

陰極１５０は、上記直流電源のマイナス端子に電源コード１５１、陰極端子１５９を介して電気的に接続された陰極側電極板としての陰極側ターミナルプレートである。陰極１５０は、高分子電解質膜１２０の厚み方向に設けられている。陰極１５０には、高分子電解質膜１２０の内側開口部１２１に連通する内側開口部１５２が形成されている。

陰極側電解領域１６０は、高分子電解質膜１２０と陰極１５０との間に形成され、外周開口部１６１が流入口３１０に連通している。

陰極側メッシュ電極１７０は、陰極側電解領域１６０に設けられ、この陰極側電解領域１６０の内側に内側開口部１７１を有し、この内側開口部１７１が高分子電解質膜１２０の内側開口部１２１に連通している。

陽極側メッシュ電極１４０および陰極側メッシュ電極１７０の電極面は、高分子電解質膜１２０の面に対して平行となっている。

陽極１１０と、陽極側メッシュ電極１４０と、高分子電解質膜１２０と、陰極側メッシュ電極１７０と、陰極１５０は、厚み方向に垂直な平面でみて、つまり図中上方からみて外形が円形または略円形に形成されている。陽極側メッシュ電極１４０、高分子電解質膜１２０、陰極側メッシュ電極１７０、陰極１５０それぞれの内側開口部１４１、１２１、１７１、１５２は、円形または略円形に形成されている。内側開口部１４１、１２１、１７１、１５２は、たとえば陽極側メッシュ電極１４０、高分子電解質膜１２０、陰極側メッシュ電極１７０、陰極１５０それぞれの中心に形成された貫通孔である。陽極側メッシュ電極１４０、高分子電解質膜１２０、陰極側メッシュ電極１７０、陰極１５０は、厚み方向に垂直な平面でみて、つまり図中上方からみて、円環状または略円環状に形成されている。陽極側メッシュ電極１４０、高分子電解質膜１２０、陰極側メッシュ電極１７０、陰極１５０は、それぞれの内側開口部１４１、１２１、１７１、１５２の中心が、筐体３００の鉛直中心軸方向に一致または略一致するように配置されている。なお、陽極側メッシュ電極１４０、高分子電解質膜１２０、陰極側メッシュ電極１７０、陰極１５０は、それぞれの内側開口部１４１、１２１、１７１、１５２の中心が筐体３００の鉛直中心軸からずれて配置されていてもよい。

陽極側メッシュ電極１４０は、たとえば１つのメッシュ電極で構成することができる。メッシュ電極１４０は、その上面が陽極１１０に接触し、その下面が高分子電解質膜１２０に接触するように配置されている。

陰極側メッシュ電極１７０は、たとえば２つのメッシュ電極で構成することができる。陰極側メッシュ電極１７０の各メッシュ電極は、互いに厚み方向に接触し、上方のメッシュ電極の上面が高分子電解質膜１２０に接触し、下方のメッシュ電極の下面が陰極１５０に接触するように配置されている。

陽極側メッシュ電極１４０を構成するメッシュ電極の数は、１以上の任意の数のメッシュ電極で構成することができる。同様に陰極側メッシュ電極１７０を構成するメッシュ電極の数は、１以上の任意の数のメッシュ電極で構成することができる。

陽極側メッシュ電極１４０を陽極１１０と高分子電解質膜１２０の間に挟み、陰極側メッシュ電極１７０を高分子電解質膜１２０と陰極１５０の間に挟み、陽極１１０、陰極１５０、筐体３００の下板３４０に形成されたネジ孔にボルト１８０のネジ部を螺合する。ボルト１８０をねじ込み、厚み方向に締結することで、水電解部１００が、筐体３００の下板３４０に固定される。なお後述するように陽極保持部と陰極保持部にボルト１８０をねじ込み固定してもよい。

水電解装置１では、陽極１１０と筐体３００の上板３３０の間に隙間としての流路３０１が形成される。また陽極１１０および陰極１５０と筐体３００の円筒部３５０の間に隙間としての流路３０２が形成される。また陰極１５０と筐体３００の下板３４０の間に隙間としての流路３０３が形成される。

陰極１５０と筐体３００の下板３４０の間の隙間として流路３０３は、Ｏリング３６０によってシールされる。Ｏリング３６０の内側上方に、陰極１５０の内側開口部１５２が位置し、Ｏリング３６０の内側下方に、流出口３２０が位置するように、Ｏリング３６０が配置される。

陽極側メッシュ電極１４０、陰極側メッシュ電極１７０は、生成しようとする機能水の種類に応じて材料が選定される。陽極側メッシュ電極１４０、陰極側メッシュ電極１７０としては、例えば、水の電気分解活性に優れた触媒電極が用いられる。この触媒電極としては、例えば、Ｐｔ、Ｎｉ、ステンレス等の金属、ＰｂＯ_２、ＮｉやＳｂをドープしたＳｎＯ_２、ＩｒＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＴａＯｘ等の酸化物、活性化炭素、ボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）等の炭素電極などが用いられる。陽極側メッシュ電極１４０、陰極側メッシュ電極１７０としては、水中へのガス成分の溶解を促進するため、平織り、あるいは複数本を束ねて綾織りにした構造のものがよい。また織り込みのないエキスパンドメタルなどを使用してもよい。陽極側メッシュ電極１４０、陰極側メッシュ電極１７０としては、液体（水）がメッシュ面を通過する際に気体（ガス）が液体（水）中に効率よく溶解する構造ものであればよい。例えば、平織りや綾織りなどで板状（扁平状）かつメッシュ状（網状）の電極が用いられる。

例えば、オゾン水を生成したい場合には、陽極側メッシュ電極１４０としてプラチナ（Ｐｔ）等の金属やＰｂＯ₂等の金属酸化物のメッシュを使うことができる。同じく、酸素水を生成したい場合には、陽極側メッシュ電極１４０としてＩｒＯ₂等の金属酸化物のメッシュを使うことができる。特に、ＩｒＯ_２メッシュは、人体に有害なオゾンガスをほとんど生成しないので酸素水を安全に作ることができる。また、オゾンと過酸化水素が共存する促進酸化水を生成する場合には、ボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉を担持したメッシュ電極や孔あきＮｂ基板上にボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）を成膜した電極を陽極側の電極として使うことができる。これらのボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）触媒電極は、高分子電解質膜１２０の面にボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）触媒電極面を接触させた状態で設置する。

以上のように構成された水電解装置１は、以下のように動作する。

原料水源、たとえば図示しない貯留タンク、水道の蛇口等から原料水が流入口３１０に供給される。また直流電源によって、陽極１１０と陰極１５０の間に電圧が印加される。これにより、直流電源のプラス端子から電源コード１１１、陽極１１０、陰極１５０、電源コード１５１を経て直流電源のマイナス端子に電流が流れ、水電解部１００の陽極側電解領域１３０および陰極側電解領域１６０で水電解が行われる。

図３Ａは、水電解部１００の水の流れを説明する図である。以下、図１と併せ参照して説明する。

流入口３１０に流入した原料水は、流路３０１、流路３０２、陽極側電解領域１３０の外周開口部１３１を介して陽極側電解領域１３０に流入する。

一方、図２Ａは、陽極側電解領域１３０における水の流れを説明する図である。以下、図１、図３Ａと併せ参照して説明する。

陽極側電解領域１３０では、外周開口部１３１から陽極側メッシュ電極１４０の内側開口部１４１に向かう径方向の流れが形成される。陽極側メッシュ電極１４０の電極面に対して水平な流れが形成される。

陽極側電解領域１３０において水電解により発生したオゾン、酸素等のガス及び過酸化水素が、陽極側電解領域１３０において原料水に溶解され、陽極側電解水が生成される。陽極側メッシュ電極１４０で微泡化されたオゾン、酸素等のガス及び過酸化水素が原料水と接触して高濃度の陽極側電解水が生成される。陽極側電解領域１３０で生成された陽極側電解水は、陽極側メッシュ電極１４０の内側開口部１４１に流入する。

一方、流入口３１０に供給された原料水は、流路３０１、流路３０２、陰極側電解領域１６０の外周開口部１６１を介して陰極側電解領域１６０に流入する。

陰極側電解領域１６０では、外周開口部１６１から陰極側メッシュ電極１７０の内側開口部１７１に向かう径方向の流れが形成される。陰極側メッシュ電極１７０の電極面に対して水平な流れが形成される。

陰極側電解領域１６０において水電解より発生した水素ガス、過酸化水素等が、陰極側電解領域１６０において原料水に溶解され、陰極側電解水が生成される。陰極側メッシュ電極１７０で微泡化された水素ガス、過酸化水素等が原料水と接触して高濃度の陰極側電解水が生成される。陰極側電解領域１６０で生成された陰極側電解水は、陰極側メッシュ電極１７０の内側開口部１７１に流入する。

陽極側メッシュ電極１４０の内側開口部１４１に流入した陽極側電解水は、高分子電解質膜１２０の内側開口部１２１を介して、陰極側メッシュ電極１７０の内側開口部１７１に流入された陰極側電解水と合流する。合流した電解水は、陰極１５０の内側開口部１５２、流路３０３、流出口３２０を介して外部に流出される。

図２Ｂは、従来の角型のメッシュ電極５００を用いて水電解部を構成した場合の水の流れを説明する図である。

メッシュ電極５００の電極面積を８ｃｍ^２とし、水の入口部の幅を２ｃｍ、水の流れ方向の奥行きを４ｃｍとする。この場合、水の流入断面積は「２ｃｍ×メッシュ電極の厚み」となる。

これに対して図２Ａに示すように、第１の実施形態において、角型のメッシュ電極５００と同じ電極面積８ｃｍ^２の陽極側メッシュ電極１４０を用い内側開口部１４１の直径を１ｃｍにした場合、水の流入断面積が「３．１４ｃｍ×メッシュ電極の厚み」以上になる。陽極側メッシュ電極１４０の内側から外側に向かうほど水の流入断面積が大きくなるので水を流す際の抵抗が減少する。したがって角型のメッシュ電極５００と比べて同じ電極面積ながら水の流入断面積が大きくなり、圧力損失の少ない水電解部を構成でき、多くの水量を流すことが可能となる。陰極側メッシュ電極１７０についても同様である。

このように第１の実施形態によれば、メッシュ電極の外周と内側開口部との間で径方向に流れが形成される。このため、従来の角形のメッシュ電極を用いた場合よりも、水の流入断面積を大きくすることができる。このため、水電解装置を通過する水の圧力損失が小さくなり、小型の装置ながら大流量の機能水を生成できる。また流体のデッド部やガス溜まりが生じにくい。このため、従来の角形のメッシュ電極を用いた場合よりも、少ない配管数で効率良く水電解することができる。

第１の実施形態の場合には、陽極側と陰極側で水の入口と出口が共通化され、流入口３１０、流出口３２０がそれぞれ１つとなり、水の流入配管、流出配管をそれぞれ１つとすることができる。このため、さらに配管数を減らし、省スペース化を図ることができる。また陽極側電解水、陰極側電解水を合流させて利用できるため水を節約することができる。

以上、陽極側メッシュ電極１４０、高分子電解質膜１２０、陰極側メッシュ電極１７０の形状が円環状あるいは略円環状である構成例について説明した。

しかし、陽極側メッシュ電極１４０、高分子電解質膜１２０、陰極側メッシュ電極１７０の形状はどのようなものでもよい。例えば陽極側メッシュ電極１４０、高分子電解質膜１２０、陰極側メッシュ電極１７０の外周形状および内側開口部の形状は四角形、三角形、楕円形であってもよい。また、筐体３００の形状についても円筒形状に限定されることなく、四角形、三角形、楕円形等であってもよい。

また図１に示す水電解装置１は、水の流れが図中上から下へ流れる構造となっている。

しかし、図中下から陰極側メッシュ電極１７０の内側開口部１７１、高分子電解質膜１２０の内側開口部１２１、陽極側メッシュ電極１４０の内側開口部１４１に水を流す構造をとってもよい。この場合、陽極側電解領域１３０の外周開口部１３１、陰極側電解領域１６０の外周開口部１６１から電解水が外方へ流出され、図中上方に向けて水が流出される。この実施形態については第２の実施形態で後述する。

（第２の実施形態）

第１の実施形態では、図３Ａに示すように、メッシュ電極の外周から内側開口部に向けて径方向に流れが形成される構成について説明した。

しかし、図３Ｂに示すように、メッシュ電極の内側開口部から外周に向けて径方向に流れが形成される構成とする実施も可能である。

図３Ｂは、第２の実施形態の水電解部１００の水の流れを説明する図である。以下、図１に示される構成要素と同様の構成要素には同一の符号を付与し、第１の実施形態と異なる構成について説明する。

第２の実施形態では、流入口３１０が、陰極１５０の内側開口部１５２を介して、陰極側メッシュ電極１７０の内側開口部１７１、高分子電解質膜１２０の内側開口部１２１、陽極側メッシュ電極１４０の内側開口部１４１に連通している。また陽極側電解領域１３０の外周開口部１３１、陰極側電解領域１６０の外周開口部１６１が流出口３２０に連通している。

したがって、流入口３１０に流入した原料水は、陰極１５０の内側開口部１５２、陰極側メッシュ電極１７０の内側開口部１７１を介して陰極側電解領域１６０に流入する。また原料水は、陰極側メッシュ電極１７０の内側開口部１７１、高分子電解質膜１２０の内側開口部１２１、陽極側メッシュ電極１４０の内側開口部１４１を介して陽極側電解領域１３０に流入する。

陰極側電解領域１６０では、陰極側メッシュ電極１７０の内側開口部１７１から外周開口部１６１に向かう径方向の流れが形成される。陰極側メッシュ電極１７０の電極面に対して水平な流れが形成される。

陰極側電解領域１６０において水電解より発生した水素ガス、過酸化水素等が、陰極側電解領域１６０において原料水に溶解され、陰極側電解水が生成される。陰極側メッシュ電極１７０で微泡化された水素ガス、過酸化水素等が原料水と接触して高濃度の陰極側電解水が生成される。陰極側電解領域１６０で生成された陰極側電解水は、陰極側電解領域１６０の外周開口部１６１から外方に流出される。

一方、陽極側電解領域１３０では、陽極側メッシュ電極１４０の内側開口部１４１から外周開口部１３１に向かう径方向の流れが形成される。陽極側メッシュ電極１４０の電極面に対して水平な流れが形成される。

陽極側電解領域１３０において水電解より発生したオゾン、酸素等のガス及び過酸化水素が、陽極側電解領域１３０において原料水に溶解され、陽極側電解水が生成される。陽極側メッシュ電極１４０で微泡化されたオゾン、酸素等のガス及び過酸化水素が原料水と接触して高濃度の陽極側電解水が生成される。陽極側電解領域１３０で生成された陽極側電解水は、陽極側電解領域１３０の外周開口部１３１から外方に流出される。

陽極側電解領域１３０の外周開口部１３１から外方に流出された陽極側電解水は、陰極側電解領域１６０の外周開口部１６１から外方に流出された陰極側電解水と合流する。合流した電解水は、流出口３２０を介して外部に流出される。

第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、メッシュ電極の外周と内側開口部との間で径方向に流れが形成されるため、水電解装置を通過する水の圧力損失が小さくなり、小型の装置ながら大流量の機能水を生成できる。また流体のデッド部やガス溜まりが生じにくいため、従来の角形のメッシュ電極を用いた場合よりも、少ない配管数で効率良く水電解することができる。陽極側と陰極側で水の入口と出口が共通化されているため、さらに配管数を減らし、省スペース化を図ることができる。また陽極側電解水、陰極側電解水を合流させて利用できるため水を節約することができる。

（第３の実施形態）
第１の実施形態、第２の実施形態では、陽極側と陰極側で水の入口と出口を共通化する構成について説明した。

しかし、陽極側と陰極側で水の入口と出口を別々に設け、陽極側電解水、陰極側電解水を合流させることなく別々の室で生成する二室型の水電解部とする実施も可能である。この場合、陽極側の室と陰極側の室は、高分子電解質膜１２０によって仕切られる。

図４Ａは、第３の実施形態の水電解部１００の水の流れを説明する図である。以下、図１に示される構成要素と同様の構成要素には同一の符号を付与し、第１の実施形態と異なる構成について説明する。

第３の実施形態では、第１の流入口３１０Ａ、第２の流入口３１０Ｂが設けられ、第１の流出口３２０Ａ、第２の流出口３２０Ｂが設けられる。

第１の流入口３１０Ａが、陽極１１０の内側開口部１１２を介して、陽極側メッシュ電極１４０の内側開口部１４１に連通している。また第２の流入口３１０Ｂが、陰極１５０の内側開口部１５２を介して、陰極側メッシュ電極１７０の内側開口部１７１に連通している。

陽極側電解領域１３０の外周開口部１３１が、第１の流出口３２０Ａに連通している。また陰極側電解領域１６０の外周開口部１６１が第２の流出口３２０Ｂに連通している。

したがって、第１の流入口３１０Ａに流入した原料水は、陽極側メッシュ電極１４０の内側開口部１４１を介して陽極側電解領域１３０に流入する。また第２の流入口３１０Ｂに流入した原料水は、陰極１５０の内側開口部１５２、陰極側メッシュ電極１７０の内側開口部１７１を介して陰極側電解領域１６０に流入する。

陽極側電解領域１３０では、陽極側メッシュ電極１４０の内側開口部１４１から外周開口部１３１に向かう径方向の流れが形成される。陽極側メッシュ電極１４０の電極面に対して水平な流れが形成される。

陽極側電解領域１３０において水電解より発生したオゾン、酸素等のガス及び過酸化水素が、陽極側電解領域１３０において原料水に溶解され、陽極側電解水が生成される。陽極側メッシュ電極１４０で微泡化されたオゾン、酸素等のガス及び過酸化水素が原料水と接触して高濃度の陽極側電解水が生成される。陽極側電解領域１３０で生成された陽極側電解水は、陽極側電解領域１３０の外周開口部１３１から外方に流出される。陽極側電解領域１３０の外周開口部１３１から外方に流出された陽極側電解水は、第１の流出口３２０Ａを介して外部に流出される。

一方、陰極側電解領域１６０では、陰極側メッシュ電極１７０の内側開口部１７１から外周開口部１６１に向かう径方向の流れが形成される。陰極側メッシュ電極１７０の電極面に対して水平な流れが形成される。

陰極側電解領域１６０において水電解より発生した水素ガス、過酸化水素等が、陰極側電解領域１６０において原料水に溶解され、陰極側電解水が生成される。陰極側メッシュ電極１７０で微泡化された水素ガス、過酸化水素等が原料水と接触して高濃度の陰極側電解水が生成される。陰極側電解領域１６０で生成された陰極側電解水は、陰極側電解領域１６０の外周開口部１６１から外方に流出される。陰極側電解領域１６０の外周開口部１６１から外方に流出された陰極側電解水は、第２の流出口３２０Ｂを介して外部に流出される。

第３の実施形態によれば、第１の実施形態、第２の実施形態と同様に、メッシュ電極の外周と内側開口部との間で径方向に流れが形成されるため、水電解装置を通過する水の圧力損失が小さくなり、小型の装置ながら大流量の機能水を生成できる。また流体のデッド部やガス溜まりが生じにくいため、従来の角形のメッシュ電極を用いた場合よりも、少ない配管数で効率良く水電解することができる。また陽極側電解水、陰極側電解水を合流させることなく別々に生成するため、陽極側電解水、陰極側電解水を合流させた場合と比べて、高濃度なオゾン水、水素水等の機能水を生成することができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態は、第３の実施形態と同様に、陽極側と陰極側で水の入口と出口を別々に設け、陽極側電解水、陰極側電解水を合流させることなく別々に生成する二室型の水電解部とする実施の形態である。第３の実施形態では、図４Ａに示すように、メッシュ電極の内側開口部から外周に向けて径方向に流れが形成される構成について説明した。

しかし、図４Ｂに示すように、メッシュ電極の外周から内側開口部に向けて径方向に流れが形成される構成とする実施も可能である。

図４Ｂは、第４の実施形態の水電解部１００の水の流れを説明する図である。以下、図１に示される構成要素と同様の構成要素には同一の符号を付与し、第１の実施形態と異なる構成について説明する。

第４の実施形態では、第１の流入口３１０Ａ、第２の流入口３１０Ｂが設けられ、第１の流出口３２０Ａ、第２の流出口３２０Ｂが設けられる。

第１の流入口３１０Ａが、陽極側電解領域１３０の外周開口部１３１に連通している。また第２の流入口３１０Ｂが、陰極側電解領域１６０の外周開口部１６１に連通している。

第１の流出口３２０Ａが、陽極１１０の内側開口部１１２を介して、陽極側メッシュ電極１４０の内側開口部１４１に連通している。また第２の流出口３２０Ｂが、陰極１５０の内側開口部１５２を介して、陰極側メッシュ電極１７０の内側開口部１７１に連通している。

したがって、第１の流入口３１０Ａに流入した原料水は、陽極側電解領域１３０の外周開口部１３１を介して陽極側電解領域１３０に流入する。

陽極側電解領域１３０において水電解より発生したオゾン、酸素等のガス及び過酸化水素が、陽極側電解領域１３０において原料水に溶解され、陽極側電解水が生成される。陽極側メッシュ電極１４０で微泡化されたオゾン、酸素等のガス及び過酸化水素が原料水と接触して高濃度の陽極側電解水が生成される。陽極側電解領域１３０で生成された陽極側電解水は、陽極側メッシュ電極１４０の内側開口部１４１、陽極１１０の内側開口部１１２、第１の流出口３２０Ａを介して外部に流出される。

一方、第２の流入口３１０Ｂに流入した原料水は、陰極側電解領域１６０の外周開口部１６１を介して陰極側電解領域１６０に流入する。

陰極側電解領域１６０において水電解より発生した水素ガス、過酸化水素等が、陰極側電解領域１６０において原料水に溶解され、陰極側電解水が生成される。陰極側メッシュ電極１７０で微泡化された水素ガス、過酸化水素等が原料水と接触して高濃度の陰極側電解水が生成される。陰極側電解領域１６０で生成された陰極側電解水は、陰極側メッシュ電極１７０の内側開口部１７１、陰極１５０の内側開口部１５２、第２の流出口３２０Ｂを介して外部に流出される。

第４の実施形態によれば、第１の実施形態、第２の実施形態、第３の実施形態と同様に、メッシュ電極の外周と内側開口部との間で径方向に流れが形成されるため、水電解装置を通過する水の圧力損失が小さくなり、小型の装置ながら大流量の機能水を生成できる。また流体のデッド部やガス溜まりが生じにくいため、従来の角形のメッシュ電極を用いた場合よりも、少ない配管数で効率良く水電解することができる。また陽極側電解水、陰極側電解水を合流させることなく別々に生成するため、陽極側電解水、陰極側電解水を合流させた場合と比べて、高濃度なオゾン水、水素水等の機能水を生成することができる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態は、第３の実施形態、第４の実施形態と同様に、陽極側と陰極側で水の入口と出口を別々に設け、陽極側電解水、陰極側電解水を合流させることなく別々に生成する二室型の水電解部とする実施の形態である。

第５の実施形態は、図５Ａに示すように、陽極側については、第３の実施形態と同様に構成され、メッシュ電極の内側開口部から外周に向けて径方向に流れが形成される。一方、陰極側については、第４の実施形態と同様に構成され、メッシュ電極の外周から内側開口部に向けて径方向に流れが形成される。

したがって、第１の流入口３１０Ａに流入した原料水は、陽極側メッシュ電極１４０の内側開口部１４１を介して陽極側電解領域１３０に流入する。

陽極側電解領域１３０において水電解より発生したオゾン、酸素等のガス及び過酸化水素が、陽極側電解領域１３０において原料水に溶解され、陽極側電解水が生成される。陽極側メッシュ電極１４０で微泡化されたオゾン、酸素等のガス及び過酸化水素が原料水と接触して高濃度の陽極側電解水が生成される。

陽極側電解領域１３０で生成された陽極側電解水は、陽極側電解領域１３０の外周開口部１３１から外方に流出される。陽極側電解領域１３０の外周開口部１３１から外方に流出された陽極側電解水は、第１の流出口３２０Ａを介して外部に流出される。

第５の実施形態によれば、第１の実施形態、第２の実施形態、第３の実施形態、第４の実施形態と同様に、メッシュ電極の外周と内側開口部との間で径方向に流れが形成されるため、水電解装置を通過する水の圧力損失が小さくなり、小型の装置ながら大流量の機能水を生成できる。また流体のデッド部やガス溜まりが生じにくいため、従来の角形のメッシュ電極を用いた場合よりも、少ない配管数で効率良く水電解することができる。また陽極側電解水、陰極側電解水を合流させることなく別々に生成するため、陽極側電解水、陰極側電解水を合流させた場合と比べて、高濃度なオゾン水、水素水等の機能水を生成することができる。

（第６の実施形態）
第６の実施形態は、第３の実施形態、第４の実施形態、第５の実施形態と同様に、陽極側と陰極側で水の入口と出口を別々に設け、陽極側電解水、陰極側電解水を合流させることなく別々に生成する二室型の水電解部とする実施の形態である。

第６の実施形態は、図５Ｂに示すように、陽極側については、第４の実施形態と同様に構成され、メッシュ電極の外周から内側開口部に向けて径方向に流れが形成される。一方、陰極側については、第３の実施形態と同様に構成され、メッシュ電極の内側開口部から外周に向けて径方向に流れが形成される。

一方、第２の流入口３１０Ｂに流入した原料水は、陰極１５０の内側開口部１５２、陰極側メッシュ電極１７０の内側開口部１７１を介して陰極側電解領域１６０に流入する。

第６の実施形態によれば、第１の実施形態、第２の実施形態、第３の実施形態、第４の実施形態、第５の実施形態と同様に、メッシュ電極の外周と内側開口部との間で径方向に流れが形成されるため、水電解装置を通過する水の圧力損失が小さくなり、小型の装置ながら大流量の機能水を生成できる。また流体のデッド部やガス溜まりが生じにくいため、従来の角形のメッシュ電極を用いた場合よりも、少ない配管数で効率良く水電解することができる。また陽極側電解水、陰極側電解水を合流させることなく別々に生成するため、陽極側電解水、陰極側電解水を合流させた場合と比べて、高濃度なオゾン水、水素水等の機能水を生成することができる。

（第７の実施形態）
図６は、図４Ｂに示す第４の実施形態の構成例を第７の実施形態として示す。

以下、図１、図４Ｂに示される構成要素と同様の構成要素には同一の符号を付与し、異なる構成について説明する。

第７の実施形態の水電解装置１の筐体３００は、上板としての陽極側フランジ３３０と、下板としての陰極側フランジ３４０とを含んで構成される。

陽極側フランジ３３０の外周には、陰極側フランジ３４０のフランジ凸部３４０Ｆに対向するフランジ凸部３３０Ｆが形成されている。フランジ凸部３３０Ｆの対向面には、高分子電解質膜１２０の外周に当接するＯリング３７０Ａを収容する円環状の溝が形成されている。フランジ凸部３３０Ｆの側壁には第１の流入口３１０Ａが形成されている。フランジ凸部３３０Ｆの内側には、第１の流入口３１０Ａに連通する円環状の溝凹部３３２が形成されている。溝凹部３３２の内側には、陽極側メッシュ電極１４０に当接する凸部３３０Ｄが形成されている。凸部３３０Ｄには、円環状の陽極１１０を収容する円環状の凹部３３１が形成される。凸部３３０Ｄの中央にあって凹部３３１の内側中心には、第１の流出口３２０Ａが形成されている。

一方、陰極側フランジ３４０の外周には、陽極側フランジ３３０のフランジ凸部３３０Ｆに対向するフランジ凸部３４０Ｆが形成されている。フランジ凸部３４０Ｆの対向面には、高分子電解質膜１２０の外周に当接するＯリング３７０Ｂを収容する円環状の溝が形成されている。フランジ凸部３４０Ｆの側壁には第２の流入口３１０Ｂが形成されている。フランジ凸部３４０Ｆの内側には、第２の流入口３１０Ｂに連通する円環状の溝凹部３４２が形成されている。溝凹部３４２の内側には、陰極側メッシュ電極１７０に当接する凸部３４０Ｄが形成されている。凸部３４０Ｄには、円環状の陰極１５０を収容する円環状の凹部３４１が形成される。凸部３４０Ｄの中央にあって凹部３４１の内側中心には、第２の流出口３２０Ｂが形成されている。

陽極側フランジ３３０のフランジ凸部３３０Ｆと陰極側フランジ３４０のフランジ凸部３４０Ｆは、ボルト１８１により締結される。陽極側の室と陰極側の室は、高分子電解質膜１２０によって仕切られ、それぞれＯリング３７０Ａ、Ｏリング３７０Ｂによってシールされる。

陽極側フランジ３３０のフランジ凸部３３０Ｆの対向面から凸部３３０Ｄの当接面までの距離（深さ）が、陽極側メッシュ電極１４０の収容枚数を規定する。たとえば厚さ０．３ｍｍの陽極側メッシュ電極１４０を５枚収容する場合には、上記の距離（深さ）を１．５ｍｍにすればよい。同様に陰極側フランジ３４０のフランジ凸部３４０Ｆの対向面から凸部３４０Ｄの当接面までの距離（深さ）が、陰極側メッシュ電極１７０の収容枚数を規定する。

例えば陽極側メッシュ電極１４０を３枚で構成し、陰極側メッシュ電極１７０を６枚で構成し、陰極側メッシュ電極１７０の枚数を陽極側メッシュ電極１４０の枚数の２倍とし、陰極側の室に陽極側の室よりも多くの流量を流す実施が可能である。陰極側の室に陽極側の室よりも多くの流量を流すことで、陰極側電解水のｐＨ上昇が抑制され、ミネラル分が陰極側に電析することが抑制される。ミネラル分の電析を抑制する実施形態については後述する。

以上、図６を用いて、図４Ｂに示す第４の実施形態の構成例を説明した。

しかし、図６の構成例は、図４Ａに示す第３の実施形態、図５Ａに示す第５の実施形態、図５Ｂに示す第６の実施形態にも同様にして適用することができる。

（第８の実施形態）
上記第１の実施形態乃至第７の実施形態においてミネラル分の電析を抑制する実施形態について説明する。

陰極側メッシュ電極１７０の種類と枚数並びに水電解の条件（陰極側電解水の流量と電流密度）を変化させることによって水酸化物イオンＯＨ^－の生成速度を調整し、陰極側電解水のｐＨ上昇を抑制することが可能である。

陰極側での水酸化物イオンＯＨ^－の生成反応は、下記（１）式で与えられる。

例えば、水素過電圧がほぼゼロであるプラチナ（Ｐｔ）メッシュ、又は水素過電圧が約０．１Ｖのステンレスメッシュを陰極側メッシュ電極１７０として用いて低電流密度で水電解する。これにより陰極側電解水中での水酸化物イオンＯＨ^－の生成速度を低くすることが可能である。この結果、陰極側電解水のｐＨの上昇を最低限に抑制して、ｐＨ上昇に伴う炭酸カルシウムＣａＣＯ_３や水酸化マグネシウムＭｇ(ＯＨ)_２等のミネラル分の飽和溶解度の低下が抑制される。これにより陰極側にこれらミネラル分が電析することを防止できる。このような運転を行うことにより、長時間にわたって水電解装置１を安定的に稼動することが可能となる。

一方、チタン（Ｔｉ）、ボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）等の水素過電圧が高いメッシュを用いると、過酸化水素の生成には有利になる反面、上式（１）による水酸化物イオンＯＨ^－の生成速度が大きくなる。このため陰極側電解水のｐＨが上昇し、炭酸カルシウムＣａＣＯ_３や水酸化マグネシウムＭｇ(ＯＨ)_２等のミネラル分の飽和溶解度が低下する。この結果、ミネラル分が陰極側に電析しやすくなる。特に、原料水としてＣａ^２＋とＭｇ^２＋イオン濃度の高い硬水を使用する場合は、ｐＨ上昇をゼロに近づける必要がある。このためには、陰極側メッシュ電極１７０にプラチナ（Ｐｔ）メッシュ又はステンレスメッシュを用いたり、更に、電流密度を下げたり、陰極側電解水の流量を増やしたりする等の運転を行うことが望ましい。これによりミネラル分の電析が防止される。

原料水として硬水を利用する場合には、第１の実施形態、第２の実施形態の合流式の水電解装置を用いると、ミネラル分の電析を防止するために、電流密度が低く、かつ、陰極側電解水の流量が多い運転を行う必要がある。このためオゾン水の濃度を高めることが困難となる。

一方、第３の実施形態乃至第６の実施形態の二室型の水電解装置を用いると、陽極側で生成されるオゾン水が陰極側電解水と合流することが無く、陽極側電解水を単独で取り出すことができる。このため原料水として硬水を利用する場合に、ミネラル分の電析を防止するために陰極側電解水の流量が多い運転を行っても陽極側には影響がない。このためオゾン水の濃度を高めることが容易となる。

陰極側メッシュ電極１７０の材料如何にかかわらず、水電解の条件を最適化して陰極側電解水のｐＨ上昇を制御し、ミネラル分の陰極側への電析を防止することが、長時間の運転を行う上で重要となる。

陽極側での過酸化水素の生成反応については、下記（２）式で表すことができる。

陽極側にボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）電極を用いると、（２）式の反応が促進され、陽極側で過酸化水素が生成される。

陰極側で水素を効率よく生成する場合には、高分子電解質膜１２０の面に接触させる陰極側メッシュ電極１７０として水素過電圧が低いプラチナ（Ｐｔ）メッシュを用いるとよい。これにより電極への印加電圧が抑制され水素生成の電力効率を高くすることができる。

また、水素過電圧が低いＰｔメッシュを陰極側メッシュ電極１７０として用いることにより、（１）式による水酸化物イオンＯＨ^－の生成を抑制できる。このため陰極側電解水の流量を増加させることなく陰極側電解水のｐＨの上昇を抑制でき、ミネラル分の電析を防止できる。

一方、陰極側でも過酸化水素を生成したい場合には、チタン（Ｔｉ）、ボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）等の水素過電圧が高い電極を用いればよい。これらの触媒電極も、高分子電解質膜１２０に接触させた状態で設置する。

陰極側では、原料水中の溶存酸素と水素イオンＨ^＋が下記（３）式によって反応して過酸化水素を生成する。

上記（３）式の標準電位E₀から、陰極側に水素過電圧の高い電極を用いれば、より多くの過酸化水素を生成できると予想される。特に、ボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）電極は、水素過電圧が－１Ｖ程度なので陰極側で効率良く過酸化水素を生成できる。

陽極側と陰極側に設置するメッシュ電極の枚数は、陽極側と陰極側へ流す水量の比によって決定すればよい。例えば、陰極側に陽極側の２倍の水量を流したい場合には、陰極側に設置されるメッシュ電極の合計枚数を、陽極側に設置されるメッシュ電極の合計枚数の２倍とする。これによって、陰極側への水量を確保することができるので、陰極側電解水のｐＨ上昇を抑制することが可能となる。そして、水電解で生成される炭酸カルシウムＣａＣＯ_３や水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）_２等のミネラル分が陰極側に析出することを防止できる。

陰極側電解水のｐＨが９以上に上昇すると、水への水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）_２の飽和溶解度が低くなる。このため局部的にｐＨが低くなっている陰極側の電極上に水酸化マグネシウムＭｇ(ＯＨ)_２が析出してしまう。また、炭酸カルシウムＣａＣＯ_３の原料となる水中のＣＯ_２ ^３－イオンの濃度は炭酸Ｈ_２ＣＯ_３の解離平衡で決まる。

しかし、ｐＨが８．３程度まで高められると、水道水中に存在する炭酸Ｈ_２ＣＯ_３の１％程度しかＣＯ_２ ^３－イオンにならない。

したがって、水流量、電流密度、並びに陰極側の触媒種を調整して、陰極側電解水のｐＨを８．３近傍に調整することにより、水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）_２と炭酸カルシウムＣａＣＯ_３の両物質の電析を抑制することができる。

（第９の実施形態）
図７は、図１の筐体３００内に配置される水電解部１００の構成例を示す分解図である。

円環状の陽極１１０が、陽極保持部１１８に形成された円環状凹部１１８Ａ内に収容される。一方、円環状の陰極１５０が、陰極保持部１５８に形成された円環状凹部１５８Ａ内に収容される。

陽極保持部１１８、陰極保持部１５８は、たとえばアクリル樹脂製である。陽極１１０は、たとえばチタン（Ｔｉ）製のターミナルプレートとして構成される。陰極１５０は、たとえばステンレス製のターミナルプレートとして構成される。

陽極１１０には、圧着端子として構成される陽極端子１１９が、例えばネジ１１７（たとえばＭ３ネジ）によって、ねじ込み固定される。陰極１５０には、圧着端子として構成されるマイナス端子１５９が、例えばネジ１５７（Ｍ３ネジ）によって、ねじ込み固定される。

陽極側には、陽極側メッシュ電極１４０として２枚のチタン（Ｔｉ）メッシュ電極（たとえば８０メッシュ）と１枚の基板電極１４０Ｐが設けられている。基板電極１４０Ｐには、高分子電解質膜１２０の内側開口部１２１および陽極側メッシュ電極１４０の内側開口部１４１に連通する内側開口部１４１Ｐが形成されている。基板電極１４０Ｐは、複数の貫通孔１４１Ｈが厚み方向に形成された基板電極であり、ニオブ（Ｎｂ）を材料とし、ニオブ（Ｎｂ）基板上にボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）の薄膜が成膜されている。基板電極１４０Ｐは、高分子電解質膜１２０に接触するように配置される。

ボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）の基板電極１４０Ｐを用いる場合には、物質移動が速やかに行われるようにする必要がある。このため、基板電極１４０Ｐのボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）膜形成面（高分子電解質膜１２０との接触面）とニオブ（Ｎｂ）の剥き出し面（メッシュ電極１４０との接触面）を貫通する細かい貫通孔１４１Ｈを開ける必要がある。例えば、直径１ｍｍの丸い貫通孔や、一辺が１ｍｍの四角い貫通孔が２ｍｍ程度のピッチの間隔で開けられたものを基板電極１４０Ｐとして用いる。

なお、陽極側に配置すべき陽極側メッシュ電極１４０としては、流路断面積を確保するために、基板電極１４０Ｐ以外に少なくとも１枚のメッシュ電極が配置されていればよい。

また、陰極側には、陰極側メッシュ電極１７０として４枚のチタン（Ｔｉ）メッシュ電極（たとえば８０メッシュ）が設けられている。

以上のような材質のメッシュ電極等を選択している理由は、オゾンと過酸化水素が共存した促進酸化水を生成するためである。

図７に示される水電解部１００は、図１に示される筐体３００内に配置される。

陽極側メッシュ電極１４０および基板電極１４０Ｐを陽極１１０と高分子電解質膜１２０の間に挟み、陰極側メッシュ電極１７０を高分子電解質膜１２０と陰極１５０の間に挟み、陽極保持部１１８、陰極保持部１５８、筐体３００の下板３４０に形成されたネジ孔にボルト１８０（たとえばＭ３ネジ）のネジ部を螺合する。ボルト１８０をねじ込み、厚み方向に締結することで、水電解部１００が、筐体３００の下板３４０に固定される。

筐体３００の材料は、オゾン耐性のあるテフロン（登録商標）が好ましい。しかし、溶存オゾン濃度が低い場合には、筐体３００の材料をアクリルやポリプロピレン等の汎用樹脂で構成してもよい。特に、アクリル樹脂で筐体３００を構成した場合には、１０ｍｇ／Ｌ程度の濃度のオゾン水に数年間さらされても劣化しない。またテフロン（登録商標）のように圧力によって変形することがない。また加工性もよいため筐体３００の材料に適している。

筐体３００の上板３３０および下板３４０の中央部にはそれぞれ、流入口３１０、流出口３２０が開口され、内周面に継ぎ手接続用のメネジが切られている。筐体３００は、本実施形態では、透明なアクリル樹脂製である。流入口３１０、流出口３２０にそれぞれ継ぎ手を接続して、継ぎ手に配管またはチューブを接続する。

筐体３００は、たとえば内径が５０ｍｍで、上板３３０と下板３４０との間隔が３５ｍｍである。この筐体３００の中に、図７に示される外径４７ｍｍ、高さ２２ｍｍの円柱形の水電解部１００が配置される。陽極１１０、陰極１５０の厚さを、たとえば、それぞれ６ｍｍにすることができる。

陽極側メッシュ電極１４０、基板電極１４０Ｐ、陰極側メッシュ電極１７０の外径を３．５ｃｍ、内径（内側開口部の直径）を１．１ｃｍにすることができる。このときメッシュ電極および基板電極の面積は、８．６ｃｍ^２程度となる。

陽極側には、２～４枚のメッシュ電極を設けるとともに、陰極側には、４～８枚のメッシュ電極を設けて水路を形成する。厚さ０．５ｍｍの基板電極１４０Ｐを使用することができる。高分子電解質膜１２０には、厚さ０．２ｍｍのナフィオン１１７膜等を使用することができる。水電解部１００と筐体３００の下板３４０との隙間は、Ｏリング３６０によってシールされる。

水電解部１００の陽極１１０と陰極１５０には、それぞれ、たとえば直径３ｍｍ程度の太さの電源コード１１１、１５１が電気的に接続され、筐体３００に開けた孔３４８，３４９を介して電源コード１１１、１５１がそれぞれ外部に引き出される。電源コード１１１、１５１と孔３４８、３４９の間の隙間は、接着剤などで封止される。電源コード１１１、１５１はそれぞれ、可変電源あるいは定電圧直流電源のプラス端子、マイナス端子に電気的に接続される。

陽極側電解水と陰極側電解水の流量比は、陽極側電解領域１３０の外周開口部１３１と陰極側電解領域１６０の外周開口部１６１の流路断面積の比、つまりメッシュ電極の枚数比に応じて定められる。陽極側に、２枚のメッシュ電極を設けるとともに、陰極側に、４枚のメッシュ電極を設けると、水電解部１００に流れる陽極側電解水と陰極側電解水の流量比は、（陽極側電解水の流量）／（陰極側電解水の流量）＝１／２となる。

陽極側に比べて陰極側へ２倍の流量の水をより多く流すことにより、陰極側電解水のｐＨ上昇が抑制され、炭酸カルシウムＣａＣＯ_３や水酸化マグネシウムMg(ＯＨ)₂等のミネラル分の析出が防止される。

なお図７に示される水電解部１００では、メッシュ電極以外に、基板電極１４０Ｐが用いられている。この場合、基板電極１４０Ｐに対して水が水平に流れるため基板電極１４０Ｐに相当する断面積部分は、水を堰き止めることになり、上記流路断面積には含まれない。したがって陽極側電解水と陰極側電解水の流量比は、基板電極１４０Ｐを除いたメッシュ電極の枚数比で定まる。

水電解部１００では、陽極側で生成された陽極側電解水と陰極側で生成された陰極側電解水が合流して、陰極保持部１５８の内側開口部１５２を介して外部に流出される。オゾン、酸素、水素の３種類のガスと過酸化水素が溶解した機能水を得ることができる。

陽極側で生成されたオゾン水と陰極側で生成された水素水が合流して、オゾンと水素が溶解した電解水が得られる。

また陽極側に、高分子電解質膜１２０に接触する触媒電極としてボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）を用い、陰極側に、高分子電解質膜１２０に接触する触媒電極としてチタン（Ｔｉ）やステンレス、あるいはボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）を担持したメッシュ電極を用いると、両極で過酸化水素を生成することができる。これにより過酸化水素の濃度を高めることができる。

図７に示す水電解部１００では、陽極側電解領域１３０、陰極側電解領域１６０に存在する陽極側電解水と陰極側電解水が高分子電解質膜１２０により仕切られている。このため電解水が陽極側と陰極側の間を互いに行き来することはない。水電解が終了すると、水電解部１００の中央の内側開口部で陽極側電解水と陰極側電解水が合流して図中下側の陰極保持部１５８の内側開口部１５２から流出される。このため水電解反応中にオゾンと酸素が水素イオン（Ｈ⁺）で還元されることが抑制される。

図７に示す水電解部１００を図１に示す筐体３００に配置した構成の水電解装置１では、図中上方から水を供給しているが、図中下方から水を供給してもよく、水を供給する方向は任意である。水電解部１００を横向きに配置してもよく、配置の角度も任意に設定することができる。このため水電解装置１をゴムホース等につなげてシャワーや散水の用途に使用することができる。

（第１０の実施形態）
第１０の実施形態の変形例について説明する。図８は、第１０の実施形態の水電解部４００の構成例を示す分解図である。

水電解部４００は、流入口３１０と流出口３２０との間に、２つの水電解部１００、１００´が介在されて構成されている。

水電解部４００は、図中の対称軸Ｃを対称中心に上下対称に構成されている。対称軸Ｃの上方には、図７に示される水電解部１００と同様の水電解部１００（一方の電解部１００という）が設けられている。対称軸Ｃの下方には、図７に示される水電解部１００と同様の水電解部１００´（他方の電解部という）が設けられている。他方の水電解部１００´の各構成要素のうち、一方の水電解部１００の構成要素と同じ構成要素には、ダッシュを付与している。

一方の水電解部１００の陽極側電解領域１３０および陰極側電解領域１６０における水の流れと、他方の水電解部１００´の陽極側電解領域１３０´および陰極側電解領域１６０´における水の流れが並列となるように配置されている。

一方の水電解部１００の陰極１５０は、他方の水電解部１００´の陰極と共通となっている。

一方の水電解部１００の構成は以下のとおりである。

円環状の陽極１１０が、陽極保持部１１８に形成された円環状凹部１１８Ａ内に収容されている。

陽極１１０には、圧着端子として構成される陽極端子１１９が、例えばネジ１１７によって、ねじ込み固定される。陰極１５０には、圧着端子として構成されるマイナス端子１５９が、例えばネジ１５７によって、ねじ込み固定される。

陽極側には、陽極側メッシュ電極１４０として２枚のメッシュ電極と１枚の基板電極１４０Ｐが設けられている。基板電極１４０Ｐには、高分子電解質膜１２０の内側開口部１２１および陽極側メッシュ電極１４０の内側開口部１４１に連通する内側開口部１４１Ｐが形成されている。基板電極１４０Ｐは、高分子電解質膜１２０に接触するように配置されている。

また、陰極側には、陰極側メッシュ電極１７０として２枚のメッシュ電極が設けられている。

他方の水電解部１００´の構成は以下のとおりである。

一方の水電解部１００の各構成要素と同じ構成要素が、対称軸Ｃを対称中心にして、他方の水電解部１００´の構成要素として対称に配置されている。

ただし他方の水電解部１００´の陽極保持部１１８´には、流出口３２０および陽極側メッシュ電極１４０´の内側開口部１４１´に連通する内側開口部１１５が形成されている。

流入口３１０に上方から水が流入されると、一方の水電解部１００の陽極側電解領域１３０および陰極側電解領域１６０と、これらと並列に配置された他方の水電解部１００´の陽極側電解領域１３０´および陰極側電解領域１６０´で、同時に水が流れ、水電解が同時に行われる。

一方の水電解部１００で生成された電解水と、他方の水電解部１００´で生成された電解水は合流して、他方の水電解部１００´の陽極保持部１１８´の内側開口部１１５、流出口３２０を介して外部に流出される。

図８に示される水電解部４００を、図１に示される筐体３００内に配置して水電解装置１を構成してもよい。

また図８に示される水電解部４００に対して、図中上方から水を供給してもよく、図中下方から水を供給してもよい。水電解部４００に対して水を供給する方向は任意である。水電解部４００を横向きに配置してもよく、配置の角度も任意に設定することができる。

第１０の実施形態の水電解部４００は、同じ電極面積を有する水電解部１００、１００´が２つ設けられている。このため流路断面積が、単一の水電解部１００の２倍となり、圧力損失を飛躍的に小さくでき、大流量の電解水を生成することができる。

図８の構成例では、一方の水電解部１００の陰極１５０を、他方の水電解部１００´の陰極１５０と共通としている。しかし、陽極１１０を共通電極とする実施も可能である。一方の水電解部１００の陽極１１０を、他方の水電解部１００´の陽極と共通として水電解部４００を構成してもよい。

また図８の構成例では、並列に配置された二段の水電解部１００、１００´で構成したが、必要に応じて３段、４段、あるいはそれ以上の段数の水電解部で構成してもよい。

（第１１の実施形態）
第１の実施形態および第２の実施形態では、筐体３００内に、水電解部１００を配置した構成例について説明した。

しかし、筐体３００内に水電解部１００と気液混合部を配置する実施も可能である。気液混合部は、水電解部１００から流出される電解水中に水電解部１００で生成されたガスを再溶解させるために設けられる。

図９は、第２の実施形態の水電解部１００と気液混合部２００を筐体３００内に配置した水電解装置１の構成例を示す図であり、水電解装置１を側面からみた断面図である。水電解部１００は、図７に示す第９の実施形態の構造のものを適用することができる。

図９に示すように、筐体３００の下板３４０に流入口３１０が設けられ、上板３３０に流出口３２０が設けられている。

筐体３００内に、水電解部１００が配置され、筐体３００内にあって、水電解部１００と流出口３２０の間に、気液混合部２００が介在されている。

気液混合部２００は、水電解部１００の陽極側電解領域１３０の外周開口部１３１および陰極側電解領域１６０の外周開口部１６１に連通する気液混合入口部２０２を備えている。気液混合部２００は、気液混合された流体を排出し、流出口３２０に連通する気液混合出口部２０３を備えている。

気液混合部２００は、特願２０１７-１６５６５１号に開示された構成のものを適用することができる。

気液混合部２００は、気液混合入口部２０２と気液混合出口部２０３との間に介在された複数の仕切部２３０を備えている。複数の仕切部２３０は、複数の開口２３０Ａを有しており、筐体３００の軸方向（図中上下方向）に間隔をあけて設けられ、筐体３００内を軸方向に仕切っている。

保持部材２１０は、軸方向に隣接する仕切部２３０間に配置されており、仕切部２３０間の間隔を保持する。

仕切部２３０は、複数の開口２３０Ａが形成された仕切部材２２０によって構成されている。

仕切部材２２０は、平織りあるいは綾織りのメッシュ、エキスパンドメタル、複数の貫通孔が形成された板状部材等を用いることができる。仕切部材２２０を、たとえばチタン（Ｔｉ）のメッシュを２枚重ねたもので構成することができる。

保持部材２１０は、Ｏリング、パッキンを用いることができる。保持部材２１０は、たとえばオゾン耐性のあるテフロン（登録商標）のＯリングで構成することができる。

気液混合部２００の気液混合入口部２０２は、リング部材２０１によって形成される。たとえば断面角状のリング部材２０１が筐体３００の円筒部３５０の内周面に、接着等により固定される。リング部材２０１の内径、つまり気液混合入口部２０２の径は、円筒部３５０の内径よりも小さくなる。リング部材２０１は、たとえばアクリル樹脂で構成することができる。リング部材２０１は、気液混合部２００の最下部に設けられた保持部材２１０に当接され、複数の保持部材２１０および複数の仕切部２３０を下方より支持する支持部材として機能する。

気液混合部２００の気液混合出口部２０３の径は、筐体３００の円筒部３５０の内径と等しくなっている。流出口３２０の径は、気液混合部２００の気液混合出口部２０３の径よりも小さくなっている。

以上のように構成された水電解装置１の流入口３１０に原料水が供給されると、水電解部１００の陽極側電解領域１３０の外周開口部１３１および陰極側電解領域１６０の外周開口部１６１から電解水が流出される。

水電解部１００から流出された電解水は、気液混合部２００の気液混合入口部２０２に流入する。

気液混合部２００の仕切部２３０、たとえば２枚の仕切部材２２０（２枚のチタン（Ｔｉ）のメッシュ）の面に対して垂直方向に電解水が流れる。これにより軸方向に隣接する仕切部２３０間の空間部に水電解部１００で生成されたガスがトラップされてガス溜まりを形成する。気液混合部２００の仕切部２３０を電解水が通過すると、電解水が開口２３０Ａ（例えばメッシュ孔）により微滴化（細分化）される。微滴化（細分化）され、気液接触面積が大きくなった電解水が、ガス溜まりの中を流れることにより、電解水がガスを吸収する。

複数の仕切部２３０を電解水が通過する毎に電解水へのガスの吸収が行われ、ガスと電解水との混合が促進され、高効率にガスが電解水に溶解する。

高効率にガスが溶解された電解水は、気液混合部２００の気液混合出口部２０３、流出口３２０を介して外部に流出される。

第１１の実施形態によれば、水電解部と気液混合部を配管で接続する場合と比べて、省スペース化を図ることができる。また、高効率にガスが水に溶解し、溶解度が大きい電解水を生成することができる。

また、気液混合部２００の流路断面積は、筐体３００の円筒部３５０の内径から保持部材２１０の面積を除いた面積であるため、流路断面積が大きく圧力損失を低減することができる。水電解部１００それ自体の圧力損失が小さく、小型の装置ながら大流量の機能水を生成できる。

これにより、小型であるにもかかわらず、低圧力損失で、気体の溶解度が大きい水電解装置を実現することができる。

保持部材２１０（たとえばテフロン（登録商標）製Ｏリング）と仕切部材２２０（たとえばチタン（Ｔｉ）メッシュ）の数としての段数（組数）は、生成しようとするオゾン水等の濃度によって決定することができる。例えば、０.５ｍｇ／Ｌ程度の低濃度オゾン水を生成する場合には１２～１３段とすればよい。また、２ｍｇ／Ｌ程度の中濃度オゾン水を生成する場合には、２０～２５段にすればよい。気液混合部２００の段数と内径を大きくすればするほど、ガスの溶解性能は向上する。

しかし、気液混合部２００の内径を大きくし過ぎて、大流量の電解水を流すと、水流によってチタン（Ｔｉ）メッシュで構成された仕切部材２２０が凹んでしまい、偏流が生じる虞がある。この結果、ガスの溶解効率が低下する。そのような場合には、チタン（Ｔｉ）メッシュを支持する目的で、０.５ｍｍ程度の厚みのチタン（Ｔｉ）あるいはステンレス製のマイクロエキスパンドメタルを用いてチタン（Ｔｉ）メッシュを支えればよい。

外径４７ｍｍの水電解部１００と１３段の気液混合部２００を用いて図９に示す水電解装置１を構成すると、筐体３００は内径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍの寸法となり、非常に小型となる。

図９に示す水電解装置１に、水道水を３Ｌ／ｍｉｎ程度の流量（陽極側電解水と陰極側電解水の合計）で流し、電源コード１１１、１５１を介して陽極１１０、陰極１５０間に直流８Ｖ程度の電圧を印加すると、１．７７Ａ（０．２Ａ/ｃｍ²）程度の電流が流れる。これにより水電解が起こり、０．５ｍｇ／Ｌの溶存オゾン、０．２ｍｇ／Ｌの溶存水素、１０ｍｇ／Ｌの溶存酸素、０．２～０．３ｍｇ／Ｌの過酸化水素を含んだ機能水が生成される。

オゾンガスは、すべて機能水中に溶解しているため、有害な気相のオゾンガスは、水電解装置１からは発生しない。

ただし、この機能水を容器等に貯めておくと溶解していたオゾンが徐々にガスとして蒸散する。４Ｌの洗面器に機能水を流し続けた状態で、洗面器直上１０ｃｍでの気相オゾン濃度は０．０５ｐｐｍｖ程度となる。この値は、環境基準の瞬間最大値である０．１ｐｐｍｖをクリアしている。

また、洗面器直上２０ｃｍでの気相オゾン濃度は、０ｐｐｍｖへと低下し、２４時間平均規制値である０．０５ｐｐｍｖを下回るので、安全面での問題は全くない。

なお、図９の構成例では、気液混合部２００として、特願２０１７-１６５６５１号に開示された構成のものを適用した。

しかし、筐体３００内に配置すべき気液混合部２００としては、特願２０１７-１６５６５１号に開示された構成のものに限定されるわけではない。筐体３００内に配置すべき気液混合部２００としては、水電解部１００との間の配管を不要とすることができる構成のものであればよい。

以上、第２の実施形態の水電解部１００と気液混合部２００を組み合わせた構成例について説明した。

また、第１の実施形態の水電解部１００と気液混合部２００を組み合わせ、筐体３００内にこれらを配置して水電解装置１を構成してもよい。

たとえば、図１に示される第１の実施形態の水電解部１００を、図中上下を逆にして、図９に示す水電解装置１の筐体３００内に第２の実施形態の水電解部１００の代わりに配置すればよい。

また、以上説明した第１１の実施形態を第８の実施形態、第９の実施形態、第１０の実施形態と組み合わせて実施してもよい。

（第１２の実施形態）
第９の実施形態、第１０の実施形態では、陽極側に、ボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）の薄膜が成膜された基板電極１４０Ｐを配置し、促進酸化水を生成する例について説明した。

しかし、多数の貫通孔１４１Ｈが形成されたボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）成膜基板は高価であり、水電解装置全体のコストが上昇する。

そこで、促進酸化水を生成するための触媒電極を安価に製造することができる実施形態について説明する。

チタン（Ｔｉ）メッシュ上にボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉が担持されたボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）担持メッシュ電極１４７を製造する方法について図１０を用いて以下説明する。ボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉は安価に入手できる。

（工程１）
ボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉を用意する。ボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉は疎水性であり、水から界面力を受けるため水面に浮く。このような水面に浮くボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉を用意する。ボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉を、篩過等により、水面に浮く所定の粒度分布に整粒してもよい。

（工程２）
図１０（Ａ）に示すように、ボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉１４５を、水面に浮かせる。ボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉１４５は、界面力によって自己組織化し、重なり合うことなく一層（単層）に、かつ緻密に水面に自己配列する。

一方で、水中に、ボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉１４５の粒子よりも更に目の細かいメッシュの金属メッシュを配置する。水中に、たとえば８０メッシュのチタン（Ｔｉ）メッシュ１４６を、水面上のボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉１４５の下方に位置するように配置する。

（工程３）
図１０Ｂに示すように、チタン（Ｔｉ）メッシュ１４６を、水中から上方に引き上げ、チタン（Ｔｉ）メッシュ１４６により、水面のボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉１４５をすくい取る。

（工程４）
チタン（Ｔｉ）メッシュ１４６によりすくい取られたボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉１４５に、高分子電解質膜１２０の溶液（ナフィオン溶液等）を噴霧するなどして、チタン（Ｔｉ）メッシュ１４６上に固定する。

このようにしてチタン（Ｔｉ）メッシュ１４６上にボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉１４５が担持されたボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）担持メッシュ電極１４７が製造される。チタン（Ｔｉ）メッシュ１４６上には、ボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）の微粒子が一層（単層）で均一に配列されている。

このボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）担持メッシュ電極１４７を各実施形態の水電解部１００の陽極側に配置することで、促進酸化水を生成することができる。触媒粒子が必要最小量で済むため、触媒電極を安価に製造することができる。

高分子電解質膜１２０上にボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉１４５を単層に担持させる実施も可能である。このような触媒電極付き高分子電解質膜１２０の製造方法について以下説明する。たとえば、高分子電解質膜１２０上にボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉１４５を転写させる方法を用いる。

まず、上記工程１、工程２、工程３を実施して、チタン（Ｔｉ）メッシュ１４６上にボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉１４５を配列させる。

つぎに、膨潤させた高分子電解質膜上に、チタン（Ｔｉ）メッシュ１４６上に配列されたボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉１４５を転写させる。

つぎに、膨潤させた高分子電解質膜上に転写されたボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉１４５に対して高分子電解質膜の溶液（ナフィオン溶液等）を噴霧するなどして固定する。

膨潤させた高分子電解質膜上に高分子電解質膜の溶液を噴霧すると、膜にしわや凸凹が生じやすい。そこで、高分子電解質膜の変形を防止するため、エアーチャックで高分子電解質膜を固定することが望ましい。

また、つぎのような方法でもよい。この方法は、エアーチャックを使わずに高分子電解質膜の変形を防止できる。

まず、ボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉１４５の転写を行う前に、高分子電解質膜の溶液を塗布したガラス上に高分子電解質膜を貼り付けて乾燥、固定しておく。

つぎに、ガラス上の高分子電解質膜の表面に対して高分子電解質膜の溶液を塗布する。

つぎに、高分子電解質膜の溶液が塗布された高分子電解質膜に、チタン（Ｔｉ）メッシュ１４６上に配列されたボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉１４５を転写する。

つぎに、ホットプレートを用いて、１２０℃程度で圧着して高分子電解質膜１２０とボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉１４５を一体化させる。

このようにして高分子電解質膜１２０上にボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉１４５が単層に担持された触媒電極付き高分子電解質膜が製造される。この触媒電極付き高分子電解質膜の触媒電極面を各実施形態の水電解部１００の陽極側に配置することで、促進酸化水を生成することができる。触媒粒子が必要最小量で済むため、触媒電極を安価に製造することができる。

なお、以上は、メッシュ電極としてチタン（Ｔｉ）メッシュを使用したが、チタン（Ｔｉ）以外の金属メッシュを用いる実施も可能である。

またボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉を担持する実施について説明したが、他の疎水性の触媒粒子を担持する実施も同様にして可能である。

以上、疎水性の触媒粒子を担持する実施形態について説明したが、親水性の触媒粒子を担持する実施も可能である。

チタン（Ｔｉ）メッシュ上に、金属酸化物等の親水性の触媒粒子、例えば酸化イリジウム（ＩｒＯ_２）粉が担持されたメッシュ電極１４９を製造する方法について図１１を用いて以下説明する。

（工程１）
図１１Ａに示すように、シリコン油等の油中の底面、シリコン油等の油と水との界面に、チタン（Ｔｉ）メッシュ１４６を浮かべる。これによりチタン（Ｔｉ）メッシュ１４６の表面に油分を浸み込ませる。

（工程２）
チタン（Ｔｉ）メッシュ１４６の上方に、酸化イリジウム（ＩｒＯ_２）粉１４８を撒く。酸化イリジウム（ＩｒＯ_２）粉１４８は親水性であるため、水と油の界面に一層（単層）で、かつ緻密に自己配列される。

（工程３）
チタン（Ｔｉ）メッシュ１４６を、一旦、水中に沈める。図１１Ｂに示すように、水中からチタン（Ｔｉ）メッシュ１４６を、上方に引き上げ、チタン（Ｔｉ）メッシュ１４６により、水と油の界面に自己配列された酸化イリジウム（ＩｒＯ_２）粉１４８をすくい取る。

（工程４）
チタン（Ｔｉ）メッシュ１４６によりすくい取られた酸化イリジウム（ＩｒＯ_２）粉１４８に、高分子電解質膜の溶液（ナフィオン溶液等）を噴霧するなどして、チタン（Ｔｉ）メッシュ１４６上に固定する。

このようにしてチタン（Ｔｉ）メッシュ１４６上に酸化イリジウム（ＩｒＯ_２）粉１４８が担持された酸化イリジウム（ＩｒＯ₂）担持メッシュ電極１４９が製造される。チタン（Ｔｉ）メッシュ１４６上には、酸化イリジウム（ＩｒＯ_２）の微粒子が一層（単層）で均一に配列されている。この酸化イリジウム（ＩｒＯ₂）担持メッシュ電極１４９を各実施形態の水電解部１００の陽極側に配置することで、酸素水を生成することができる。触媒粒子が必要最小量で済むため、触媒電極を安価に製造することができる。

高分子電解質膜１２０上に酸化イリジウム（ＩｒＯ_２）粉１４８を単層に担持させる実施も可能である。このような触媒電極付き高分子電解質膜の製造方法については、上述した高分子電解質膜１２０上にボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉１４５を転写させる方法と同様の方法を適用することができる。

また酸化イリジウム（ＩｒＯ_２）粉を担持する実施について説明したが、他の金属酸化物等の親水性の触媒粒子を担持する実施も同様にして可能である。

第１２の実施形態の触媒粒子担持メッシュ電極あるいは触媒電極付き高分子電解質膜を、第１の実施形態乃至第１１の実施形態に適用することができる。

各実施形態の水電解装置１の大きさは、水の流量に応じて定められる。大流量の水を流す場合には、筐体３００と水電解部１００を大きくし、電極面積と気液混合部２００の容積を増やせばよい。

各実施形態の水電解装置１は、圧力損失を考慮して製造することができる。例えば、図９に示す水電解装置１を、１０Ｌ／ｍｉｎの水を流す装置として製造しようとすると、圧力損失は０．１ＭＰａ程度となる。圧力損失を更に低減したい場合には、筐体３００、水電解部１００、気液混合部２００の断面積を大きくしたり、図８に示す並列型の水電解部４００を用いればよい。

以下、各実施例について説明する。

（実施例１）
図１に示す構成の内径５０ｍｍの筐体３００の中に、図１２に示す構成の外径４７ｍｍ、高さ２２ｍｍの水電解部１００を設置して水電解装置１を構成した。

図１２は、図７と同様に水電解部１００を分解図で示す。陽極側には、２枚の８０メッシュのチタン（Ｔｉ）メッシュ電極１４０と、０．５ｍｍ厚のボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）基板電極１４０Ｐを設置した。陰極側には、８枚の８０メッシュのチタン（Ｔｉ）メッシュ電極１７０を設置した。陽極側メッシュ電極１４０、基板電極１４０Ｐ、陰極側メッシュ電極１７０は、外径３５ｍｍ、内径（内側開口部の径）１１ｍｍの円環状である。陽極側と陰極側の間に、高分子電解質膜１２０としてナフィオン１１７膜を挿入した。高分子電解質膜１２０のサイズは、内径１０ｍｍ、外径３６ｍｍである。

図１に示す筐体３００の上側の流入口３１０から水道水を２．４Ｌ／ｍｉｎの流量で流し、図１２に示す陽極１１０、陰極１５０間に１～３Ａの電流を流して水電解を行った。筐体３００の下側の流出口３２０から陽極水と陰極水が混合した電解水としての機能水を取り出した。

陽極側へは０．５Ｌ／ｍｉｎの流量、陰極側へは１．９Ｌ／ｍｉｎの流量の水が流れたものと考えられる。

実施例１の水電解装置１の電圧-電流特性を図１３に示す。

図１３から、水電解装置１の抵抗は少なく、電圧６．２Ｖで１Ａ（０．１２Ａ/ｃｍ^２）の電流が流れ、電圧８．４Ｖで３Ａ（０．３５Ａ/ｃｍ^２）の電流が流れたことがわかる。また、電圧に比例して電流が増加しているのがわかる。

生成された機能水中の溶存オゾン濃度を図１４に示す。

図１４から、電流密度が０．２Ａ/ｃｍ^２を上回ると溶存オゾン濃度が顕著に増加することがわかる。

気相オゾン生成速度を図１５に示す。

図１５から、電流密度が０．１２Ａ/ｃｍ^２（１Ａ）～０．１７Ａ/ｃｍ^２（１．５Ａ）では、気相オゾンの生成が少なく安全に装置を運転できることがわかる。しかし、電流密度が、０．２３Ａ/ｃｍ^２（２Ａ）を越えると気相オゾンの生成が多くなり、危険であることがわかる。

図１６に気相オゾン、液相オゾンおよび気相オゾンと液相オゾンの合計それぞれのオゾン生成電流効率を示す。

図１６からわかるように、電流密度が０．３５Ａ/ｃｍ^２（３Ａ）のときに２０％近い電流効率が得られたが、低い電流密度では５％未満の電流効率である。

なお、いずれの電流密度の場合でも、気相オゾンと液相オゾンの生成効率は、ほぼ同等（約１：１）であり、オゾンガスが水中に良く溶けずに気体として放出されていた。この原因は、陽極側への水流量が少なかったので気液混合が促進されなかった、あるいは、気体が陽極側メッシュ電極間に溜まって電極を覆い、有効触媒面積が低下した、等の理由によると考えられる。

図１７に生成した機能水中の過酸化水素濃度を示す。

図１７から、０.２３Ａ/ｃｍ^２（２Ａ）以下の電流密度では、溶存オゾンよりも過酸化水素の方が多く生成されていることがわかる。

実施例１によれば、簡素な水電解装置１でも運転条件を選べば、２０％近いオゾン生成電流効率（図１６参照）を得られることが明らかとなった。また溶存オゾンと同程度の濃度の過酸化水素を生成できることがわかった。また陽極側の水の流量を増加させるべきことが明らかになった。

（実施例２）
陰極側に用いる電極の材質、陰極側へ流す水の流量、電流密度が、水電解時に生成される陰極側電解水のｐＨに与える影響を調べる実験を行った。

この実験では、図６に示す二室型の水電解装置１と同様の二室型の水電解装置１を用いた。

陽極側には、２枚の８０メッシュのチタン（Ｔｉ）メッシュ電極（陽極側メッシュ１４０）と、１枚の０．５ｍｍ厚のボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）基板電極１４０Ｐを設置した。陰極側には、陰極１５０側に、３枚の８０メッシュのチタン（Ｔｉ）メッシュ電極（陰極側メッシュ１７０）を配置した。

陰極側には、高分子電解質膜１２０（ナフィオン１１７膜）に接する電極として、８０メッシュのチタン（Ｔｉ）メッシュ電極１７０を１枚または８０メッシュのプラチナ（Ｐｔ）メッシュ電極１７０を１枚配置することで、陰極側の電極の材質の違いによる陰極側電解水のｐＨの変化を調べた。陽極側メッシュ電極１４０、陽極側基板電極１４０Ｐ、陰極側メッシュ電極１７０は、いずれも円環状に形成された電極である。いずれの電極も電極面積は、７．６ｃｍ^２である。

水電解装置１に流す水道水の流量は、陽極側が１．１Ｌ/ｍｉｎ、陰極側が２．０Ｌ/ｍｉｎとして、図６に示すように陽極側メッシュ電極１４０、陰極側メッシュ電極１７０の外周側から内側開口部に向けて水を流した。

図１８に、高分子電解質膜１２０に接触する陰極側メッシュ電極（陰極側メッシュ１７０）として８０メッシュのプラチナ（Ｐｔ）メッシュ電極（陰極側メッシュ１７０）を用いた場合の陽極側電解水と陰極側電解水のｐＨを示す。

図１９に、高分子電解質膜１２０に接触する陰極側メッシュ電極１７０としてプラチナ（Ｐｔ）メッシュ電極とチタン（Ｔｉ）メッシュ電極を用いた場合の水酸化物イオンＯＨ^－の生成速度の違いを示す。なお、図中のカッコ（）内の数値は、陰極側電解水の流量である。

水電解装置１の陽極１１０、陰極１５０間に２Ａ、４Ａ、６Ａの電流を流して、陰極側電解水のｐＨ変化および水酸化物イオンＯＨ^－の生成速度を測定した。

図１８から、陰極側に８０メッシュのプラチナ（Ｐｔ）メッシュ電極１７０を使用すると、いずれの電流密度においても陰極側電解水のｐＨの上昇は少ないことがわかる。陰極側電解水のｐＨは、原料水中に含まれるＭg^２+イオン（約５ｍｇ/Ｌ）が全て水酸化マグネシウムＭｇ(ＯＨ)_２になった場合に予想される飽和溶解度であるｐＨ値８．６を下回っているのがわかる。

図１８から、陰極側メッシュ電極１７０にプラチナ（Ｐｔ）メッシュを用いれば、陰極側の電極上へのミネラルの電析なしに、長時間運転することが可能であると判断される。

一方、高分子電解質膜１２０に接触する陰極側メッシュ電極１７０として８０メッシュのチタン（Ｔｉ）メッシュ電極（陰極側メッシュ１７０）を用いると、図１９に示すように、陰極側電解水のｐＨ、つまり水酸化物イオンＯＨ^－の生成速度が増加した。

図１９から、プラチナ（Ｐｔ）メッシュ電極（陰極側メッシュ電極１７０）を用いた場合の水酸化物イオンＯＨ^－の生成速度は、チタン（Ｔｉ）メッシュ電極（陰極側メッシュ電極１７０）を用いた場合の水酸化物イオンＯＨ^－の生成速度の約半分であることがわかる。

また、陰極側電解水の流量は、水酸化物イオンＯＨ^－の生成速度に影響は無く、水酸化物イオンＯＨ^－の生成速度は電極の材質と電流密度によって定まることがわかる。

特に、プラチナ（Ｐｔ）メッシュ電極（陰極側メッシュ電極１７０）を用いた場合には、電流密度を０．５Ａ/ｃｍ^２以下にすれば、水酸化物イオンＯＨ^－の生成速度をほぼゼロに近づけることが可能である。

したがって陰極側メッシュ電極１７０にプラチナ（Ｐｔ）メッシュ電極を用いた水電解装置１は、中国や欧州の水道水のような硬度の高い水を電解する用途に最適である。

実施例２の実験では、軟水を原料水として用いたため、プラチナ（Ｐｔ）メッシュ電極およびチタン（Ｔｉ）メッシュ電極のいずれかを陰極側メッシュ電極１７０として用いてもミネラル分の電析は発生しなかった。

しかし、中国や欧州の水道水のような硬度の高い原料水を使用する場合には、陰極側メッシュ電極１７０にプラチナ（Ｐｔ）メッシュ電極を用いることが望ましい。陰極側メッシュ電極１７０にプラチナ（Ｐｔ）メッシュ電極を用い、かつ、０．５Ａ/ｃｍ^２以下の低電流密度で水電解を行うことによって、ミネラル分の電析を防止することができると考えられる。

なお、日本の水道水のような硬度が低い軟水を原料水として用いる場合には、陰極側メッシュ電極１７０に比較的水素過電圧が高いチタン（Ｔｉ）メッシュ電極やステンレスメッシュ電極等を用いることが可能である。

図１９から、例えばチタン（Ｔｉ）メッシュ電極を陰極側メッシュ電極１７０に用いる場合には、電流密度を０．７５Ａ/ｃｍ^２以下とし、陰極側に１Ｌ/ｍｉｎ以上の流量の水を流せばミネラル分の電析を抑制する上で好ましいことがわかる。

このときの水酸化物イオンＯＨ^－の生成速度は、２×１０^－８ｍｏｌ/ｍｉｎであることから、原料水となる水道水のｐＨが８．０と高めであったとしても、陰極側電解水のｐＨは８．５程度となり、ミネラル分の電析を抑制できると考えられる。

（比較例１）
実施例２に対する比較例を説明する。

陰極側メッシュ電極１７０として比較的水素過電圧が高いボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）を使用した場合に、ミネラル分の電析が問題になるか否かを調べる実験を行った。

この実験では、実施例２と同じく、図６に示す二室型の水電解装置１を用いた。

陽極側には、２枚の８０メッシュのチタン（Ｔｉ）メッシュ電極（陽極側メッシュ電極１４０）と、１枚の０．５ｍｍ厚のボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）基板電極１４０Ｐを設置した。陰極側には、陰極１５０に、２枚の８０メッシュのチタン（Ｔｉ）メッシュ電極（陰極側メッシュ電極１７０）を接触するように配置した。

陰極側には、高分子電解質膜１２０（ナフィオン１１７膜）に接する電極として、１枚の０．５ｍｍ厚のボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）基板電極１７０Ｐを配置した。

陽極側メッシュ電極１４０、陽極側基板電極１４０Ｐ、陰極側メッシュ電極１７０、陰極側基板電極１７０Ｐは、いずれも円環状に形成された電極である。いずれの電極も電極面積は、７．６ｃｍ^２である。

水電解装置１に流す原料水となる水道水の流量は、２Ｌ/ｍｉｎとし、陽極側が１Ｌ/ｍｉｎ、陰極側が１Ｌ/ｍｉｎとして、図６に示すように陽極側メッシュ電極１４０、陰極側メッシュ電極１７０の外周側から内側開口部に向けて水を流した。

この水電解装置１に０．４Ａ/ｃｍ^２（３Ａ）の電流を流したところ、陰極側電解水のｐＨが９．３に上昇し、４時間の運転中に電圧が９Ｖから１３Ｖへと上昇し、水電解装置１の劣化が確認された。

運転停止後に、水電解装置１を分解、点検したところ、陰極側のボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）基板電極１７０Ｐおよび高分子電解質膜１２０の陰極面に多量のミネラル分が電析していた。

このように、陰極側に、ボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）基板電極１７０Ｐを使用すると、水酸化物イオンＯＨ^－の生成速度が大きくなって、陰極側電解水のｐＨが上昇し、ミネラル分の析出が発生するので好ましくないと判断される。陰極側には、水素過電圧が低いプラチナ（Ｐｔ）やチタン（Ｔｉ）等の材質の電極を用いる方がミネラル分の電析を抑制する上で望ましい。

（実施例３）

実施例１、実施例２および比較例１の結果を踏まえて、水電解装置１に用いられるメッシュ電極の種類と運転条件を最適化して促進酸化水を生成する実験を行った。

この実験では、図９に示す筐体３００内に水電解部１００と気液混合部２００を配置した水電解装置１を用いた。

図９に示す構成の内径５０ｍｍの筐体３００の中に、図２０に示す構成の外径４７ｍｍの水電解部１００を設置した。図２０は、図７、図１２と同様に水電解部１００を分解図で示す。

陽極側には、３枚の８０メッシュのチタン（Ｔｉ）メッシュ電極１４０と、１枚の０．５ｍｍ厚のボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）基板電極１４０Ｐを設置した。陰極側には、陰極１５０に、６枚の８０メッシュのチタン（Ｔｉ）メッシュ電極１７０を接触するように配置した。

陰極側には、高分子電解質膜１２０（ナフィオン１１７膜）に接する電極として、８０メッシュのプラチナ（Ｐｔ）メッシュ電極（陰極側メッシュ電極１７０）を１枚配置した。

陽極側メッシュ電極１４０、陽極側基板電極１４０Ｐ、陰極側メッシュ電極１７０は、外径３５ｍｍ、内径１１ｍｍの円環状であり、電極面積は８．６ｃｍ^２である。

図９に示すように、水電解装置１の下側から水を供給し、陽極側メッシュ電極１４０、陰極側メッシュ電極１７０の内側開口部から外周側に向けて水を流した。

原料水として３．０L/ｍｉｎの水道水を供給し、陽極１１０、陰極１５０間に０．１２Ａ/ｃｍ²～０．３５Ａ/ｃｍ²(１～３Ａ)の電流を流して水電解を行った。筐体３００の流出口３２０からオゾンと過酸化水素が混合された促進酸化水を取り出した。

実施例３の水電解装置１の電圧-電流特性を図２１に示す。

図２１から、実施例３では電極の構造が最適化されたことにより、図１７の実施例１における電圧－電流特性と比べて、低い電圧で１～３Ａの電流を流せることがわかる。

電流密度を変化させて気相オゾンの生成速度を調べた。気相オゾン生成速度を図２２に示す。

気相オゾンフリーとなる気相オゾン生成速度の目安は、０．０１ｍＬ/ｍｉｎと考えられる。図２２から、電流密度を０．２Ａ/ｃｍ^２(１．７Ａ)以下にすれば、気相オゾンをフリーにできることがわかる。

気相オゾンをフリーにできる電流密度である０．２Ａ/ｃｍ^２(１．７Ａ)で水電解を２４時間継続した場合の溶存オゾン濃度を図２３に示す。

また、過酸化水素の濃度を図２４に示す。

これら図２３、図２４から、実施例３の水電解装置１によれば、０．５ｍｇ/Ｌのオゾンと０．２ｍｇ/Ｌの過酸化水素を含んだ促進酸化水を気相オゾンフリーの状態で安定的に生成されることがわかる。

電流密度０．２Ａ/ｃｍ^２(１．７Ａ)で２４時間運転したときのオゾン生成電流効率の経時変化を図２５に示す。

図２５から、オゾン生成電流効率の平均は、２１．３％という高い状態で安定していることが明らかである。

このように、実施例３の水電解装置１によれば、高効率に促進酸化水を生成することができる。

（実施例４）

実施例３の水電解装置１を用いて、水電解装置１の高分子電解質膜１２０（ナフィオン１１７膜）のみを新品状態にして耐久試験を行った。

水の流量等の条件を実施例３と同一とし、０．２Ａ/ｃｍ^２という定電流密度で１２０時間（７，２００分）の連続運転を行った。

連続運転の間、４．０Ｌ/ｍｉｎの流量で水を供給したときを除いて、安定的に０．５ｍｇ/Ｌの溶存オゾンと０．２ｍｇ/Ｌの過酸化水素を含んだ促進酸化水を生成できた。

この耐久試験における電圧の経時変化を図２６に示す。

図２６から、水の流量を４．０L/ｍｉｎに増やすと、電圧が０．２～０．３Ｖ程度上がるものの、水の流量を元の３．０L/ｍｉｎに戻すと、電圧も元に戻ることがわかる。

１２０時間運転後のオゾン生成電流効率は、２０．６％であり実施例３とほぼ同等の値である。これにより水電解装置１の劣化は、全く発生しなかったことがわかる。

なお、４．０Ｌ/ｍｉｎの水流量では、０．４ｍｇ/Ｌの濃度の溶存オゾンを含む促進酸化水を生成することができた。

１２０時間連続運転をした後に、電極へのミネラル分の電析の有無を電子天秤で調べた。測定の結果、電析は全く発生しておらず、実験前後での陰極側のメッシュ電極の重量に変化はなかった。

このように水電解装置１に用いられる触媒の種類と運転条件を最適化することにより、長時間、安定的な運転が可能であることがわかった。

実験中に生成した促進酸化水を４Ｌのバケツに流してオーバーフローさせながら、北川式オゾンガス検知器を用いて、バケツの水面直上１０ｃｍおよび２０ｃｍの高さでオゾンガス濃度を調べた。その結果、オゾンガス濃度は、バケツの直上１０ｃｍで０．０５ｐｐｍｖ、直上２０ｃｍで０ｐｐｍｖであり、安全であることが確認できた。

また、運転の途中で促進酸化水を光路長１ｃｍの分光セルに採取して、その中の溶存オゾン濃度の経時変化を調べた。

時間の経過に伴う溶存オゾン濃度の減少の様子を図２７に示す。

初期のオゾンの吸光度（Ａｂｓ．）は、０．０３４(溶存オゾン濃度；０．５４ｍｇ/Ｌ)であり、それが半減するまでにわずか１５分しかかからなかった。

通常のオゾン水中のオゾンの半減期は４５～６０分程度であるため、過酸化水素による促進酸化反応でオゾンが消費されていることが確認できた。

以上のことから、実施例３の水電解装置１は、安全な促進酸化水を効率良く長時間にわたって生成できることが確認された。

（実施例５）

実施例３の水電解装置１と同じ装置を用い、陽極のボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）基板電極１４０Ｐのみをボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）担持メッシュ電極１４７（８０メッシュのチタン（Ｔｉ）メッシュ）に置き換えて水電解の実験を行った。

チタン（Ｔｉ）メッシュ１４６上にボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉１４５を担持する方法は、図１０で説明した通りである。

ボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉１４５は、Ｃｈａｎｇｓｈａ３ＢｅｔｔｅｒＵｌｔｒａ－ｈａｒｄＭａｔｅｒｉａｌｓＣo., Ｌｔｄ. 製を使用した。

ボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉１４５の粒子サイズは、４０/４５（４０メッシュは通り抜けるが、４５メッシュは通り抜けない大きさ）である。ボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉１４５を担持した後のメッシュ電極１４７の厚みは、０．５３ｍｍになった。

ボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）担持メッシュ電極１４７は、陽極側メッシュ電極１４０、陰極側メッシュ電極１７０と同様に、外径３５ｍｍ、内径１１ｍｍの円環状であり、電極面積は８．６ｃｍ^２である。

実験で用いたボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉１４５は、抵抗が大きくなるようにボロンのドーパント濃度が低く調整されたものである。

しかし、実施例４と同じ条件（水道水の流量；３．０Ｌ/ｍｉｎ）で水電解した場合でも、１７．５Ｖで１Ａ（０．１１５Ａ/ｃｍ^２）、２０Ｖで１．３２Ａ（０．１５３Ａ/ｃｍ^２）の電流を流すことができた。また、オゾン生成電流効率は、電流密度によって若干変化したが、全体的に７～１０%が得られた。

このように抵抗が大きくなるようにボロンのドーパント濃度が低く調整されたボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉１４５を用いても、オゾンと過酸化水素を含む促進酸化水を安定して生成できるのが確認された。

各電流密度における液相のオゾン（Ｏ_３）と過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）の濃度を図２８に表として示す。

図２８から、電流が１Ａ（０．１１５Ａ/ｃｍ^２）のときに、０．１２５ｍｇ/Ｌのオゾンと０．１５ｍｇ/Ｌの過酸化水素が含まれた機能水を生成できたことがわかる。

また、電流が１．３２Ａ（０．１５３Ａ/ｃｍ^２）のときには、溶存オゾン濃度が０．１９３ｍｇ/Ｌに増加した。

なお、気相オゾン生成速度は、気相オゾンフリーの目安となる０．０１ｍＬ/ｍｉｎを大きく下回り、どの条件でも安全に機能水を生成することが確認された。この理由は、オゾン生成量が少なかったので、その大部分が水に溶解したためと考えられる。

水電解装置１の高分子電解質膜１２０（ナフィオン１１７膜）のみを新品状態にして耐久試験を行った。

電流を１．５Ａ（０．１１５Ａ/ｃｍ^２）の定電流とし、原料水となる水道水を流量３．０Ｌ/ｍｉｎに設定して、水電解装置１を４時間連続運転した。

この耐久試験における電圧の経時変化を図２９に示す。

図２９から、電圧が安定しており水電解装置１で劣化が生じないことが確認された。定電流で４～５時間の運転を行って電圧が安定していれば、その後も水電解装置１の劣化は発生しないと考えられる。

４時間の運転後に水電解装置１を分解してミネラル分の電析の有無を調べた。この結果、電析は全く生じていないことが確認された。

したがってボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）担持メッシュ電極１４７を陽極側に使用した水電解装置１は、０．１１５Ａ/ｃｍ^２の電流密度下であれば、安定的に長時間運転ができることが確認された。

さらにボロンのドーパント濃度が高く、かつ低抵抗なボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉を用いれば、高品質のボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）担持メッシュ電極１４７を製造することができる。このような高品質のメッシュ電極１４７を、水電解装置１に配置することで、高濃度にオゾンと過酸化水素が溶存した促進酸化水を、長時間、水電解装置１に劣化が生じることなく、生成できるものと予測される。

（参考例）
以下に、参考例の水電解装置について説明する。

実施例３によれば、原料水として３．０Ｌ/ｍｉｎの水道水を供給し、電流密度を０．２Ａ/ｃｍ^２(１．７Ａ)以下にすれば、０．５ｍｇ/Ｌのオゾンと０．２ｍｇ/Ｌの過酸化水素を含んだ促進酸化水を安定的に生成することができる。このとき気相オゾンフリーの状態で高分子電解質膜１２０（ナフィオン１１７膜）の損傷は確認されなかった。

実施例３の水電解装置１の電極面積は８．６ｃｍ^２と小さく、小型化を達成している。

そこで、以下の点を課題とする参考例について説明する。

（課題）
（１）促進酸化水中の溶存オゾン（ＤＯ_３）と過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）の濃度を向上させること
（２）水の流量を増やすこと
（３）電解質膜１２０（ナフィオン１１７膜）の損傷を防止すること

上記（１）、（２）、（３）を達成するためには、水電解部の電極面積を大きくする必要がある。

しかし、電極面積は大きいけれども小型であるという、相反した特性を兼ね備えた水電解装置を提供することを課題とする。

（促進酸化水の製造目標）
上記（１）、（２）を達成するために促進酸化水中の溶存オゾン（ＤＯ_３）と過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）の濃度および水の流量の目標値を以下のとおりとする。

（４）溶存オゾン（ＤＯ_３）の濃度＝１．０ｍｇ/Ｌ、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）の濃度＝０．４～０．６ｍｇ/Ｌ程度
（５）促進酸化水流量＝１０Ｌ/ｍｉｎ以上

（制約条件）
筐体３００の大きさ等、以下の制約条件を課す。

（６）筐体３００の内径を６０ｍｍを超えないこと
気液混合部２００を筐体３００内に配置することを前提にすると、仕切部材２２０にエキスパンドメタルを使用しないで済む大きさとする。チタン（Ｔｉ）製のエキスパンドメタルメタルは高価であり、コスト低減のためである。
（７）エキスパンドメタルを使用する場合でも筐体３００の内径が８０ｍｍ以下であること
（８）第１２の実施形態のボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）担持メッシュ電極１４７、触媒電極付き高分子電解質膜と同様に、チタン（Ｔｉ）メッシュ上又は電解質膜１２０（ナフィオン１１７膜）上にボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉を担持したものを使用する。

これは、電極が大面積となるため、触媒電極に、高価なプラチナ（Ｐｔ）メッシュを使用することを回避して、コスト低減を図るためである。

（必要電流値、電極面積の計算）
（９）比較例
実施例３の水電解装置１を比較例とし、電極面積＝８．６ｃｍ^２、電流密度＝０．２Ａ/ｃｍ^２、電流値＝１．７３Ａで、溶存オゾン（ＤＯ_３）の濃度＝０．５ｍｇ/Ｌ、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）の濃度＝０．２ｍｇ/Ｌの促進酸化水を、流量３Ｌ/ｍｉｎで生成できる。オゾン生成電流効率は、２０％程度である。

（１０）参考例の水電解装置１に必要な電流値と電極面積
必要となる電流値をΧ［Ａ］とすると、上記（４）、（５）、（９）の数値を用いて、１．７３：(３Ｌ/ｍｉｎ×０．５ｍｇ/Ｌ)＝Χ：(１０Ｌ/ｍｉｎ×１ｍｇ/Ｌ)となる。したがって、必要な電流値は、Χ＝１１．５［Ａ］となる。１５Ａの電流を流せるようにすることが望ましい。

電解質膜１２０（ナフィオン１１７膜）の損傷を防止するため、０．１Ａ/ｃｍ^２という低電流密度で運転することにした場合、必要となる電極面積は、

１５[Ａ]÷０．１[Ａ/ｃｍ²]＝１５０[ｃｍ²]となる。これは、比較例の電極面積（＝８．６ｃｍ^２）の約１７．４倍となる。

（参考例の水電解部の構成）
参考例の水電解部を各比較例の水電解部の構成と対比する。
（１１）比較例１：一段の水電解部１００（第９の実施形態等）

第９の実施形態等の一段の水電解部１００で構成された水電解装置１を比較例１とする。

メッシュ電極のサイズを、外径＝１４ｃｍ、内径（開口部の径）＝２ｃｍとすると、電極面積＝１５０．８ｃｍ^２となり、参考例の水電解装置１の必要電極面積（＝１５０ｃｍ^２）を実現できる。

ネジ孔の設置と筐体３００内におけるクリアランスを考慮すると、筐体３００の内径は、２０ｃｍとなる。

（１２）比較例２：三段の水電解部（第１０の実施形態）
第１０の実施形態では、二段の水電解部で構成された水電解装置１とともに、三段の水電解部で構成された水電解装置１を説明した。

メッシュ電極のサイズを、外径＝８ｃｍ、内径（開口部の径）＝１ｃｍとして、水電解部１００を３段並列に配置した構造にする。電極面積は、

｛（８^２－１^２）／４｝π×３＝１４８．４[ｃｍ^２]

となる。この電極面積は、参考例の水電解装置１の必要電極面積（＝１５０ｃｍ^２）を満足できる。

ネジ孔の設置と筐体３００内におけるクリアランスを考慮すると、筐体３００の内径は、１１ｃｍとなる。

（１３）参考例の水電解部１５００の構成
図３０に、参考例の水電解部１５００の構成を示す。

図３０Ｂは、水電解部１５００の断面図で、図３０Ａは、図３０Ｂに示すロール状電極部１５０１を、拡大するとともに、平坦にして断面構造を示す図である。

図３０Ｂに示すように、水電解部１５００は、円柱状の心棒１５９０と、ロール状電極部１５０１を含んで構成される。

ロール状電極部１５０１は、心棒１５９０に巻き付けられ、密着される。ロール状電極部１５０１は、心棒１５９０側（内側）を裏面１５０１Ｂとし、対向する反対側の外側を表面１５０１Ａとして、内側のロール状電極１５０１の表面１５０１Ａが、外側のロール状電極１５０１の裏面１５０１Ｂに重なるように、巻き付けられる。

図３０Ａに示すように、ロール状電極部１５０１は、表面１５０１Ａ側から、裏面１５０１Ｂ側に向けて、セパレータ１５１０、陰極側メッシュ電極１５４０、触媒電極付き高分子電解質膜１５６０、陽極側メッシュ電極１５２０の順番で厚み方向に積層され、密着されて構成されている。

セパレータ１５１０は、電気的に絶縁性のある材料で構成されている。内側のロール状電極１５０１の表面１５０１Ａが、外側のロール状電極１５０１の裏面１５０１Ｂに重なるように、巻き付けられる。この際に、セパレータ１５１０は、内側のロール状電極１５０１の陰極側と、外側のロール状電極１５０１の陽極側とが電気的に接触して、短絡等することを防止する。

陽極側メッシュ電極１５２０は、実施形態の陽極側メッシュ電極１４０に相当する。メッシュ電極の材料、枚数等は任意である。

陰極側メッシュ電極１５４０は、実施形態の陰極側メッシュ電極１７０に相当する。メッシュ電極の材料、枚数等は任意である。

触媒電極付き高分子電解質膜１５６０は、第１２の実施形態のボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）の触媒電極付き高分子電解質膜に相当する。触媒電極付き高分子電解質膜１５６０は、電解質膜１２０（ナフィオン１１７膜）上にボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉を担持して構成される。触媒電極付き高分子電解質膜１５６０の触媒電極面（ボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉）が陽極側に配置される。

セパレータ１５１０と触媒電極付き高分子電解質膜１５６０の間に形成された領域は、陰極側電解領域１５５０を構成する。陰極側電解領域１５５０は、実施形態の陰極側電解領域１６０に相当する。

触媒電極付き高分子電解質膜１５６０と、内側のロール状電極部１５０１の表面１５０１Ａに配置されたセパレータ１５１０の間に形成された領域は、陽極側電解領域１５３０を構成する。陽極側電解領域１５３０は、実施形態の陽極側電解領域１３０に相当する。

図３０に示す水電解部１５００に対して、紙面の垂直方向に原料水が流され、水が陽極側電解領域１５３０および陰極側電解領域１５５０内を紙面の表面から裏面に向けて、あるいは紙面の裏面から表面に向けて流通して、電気分解が行われる。

例えば、直径３ｃｍ（半径１．５ｃｍ）、長さ５ｃｍのフィルムケースのような心棒５９０に幅５ｃｍのロール状電極部５０１を３周巻き付けて、水電解部５００が構成される。この水電解部１５００の電極面積は、

２×π×１．５[ｃｍ]×５[ｃｍ]×３=１４１．４[ｃｍ^２]

これにより、小さな水電解部１５００でありながら、大きな電極面積を持たせることが可能となる。水流路である陽極側電解領域１５３０、陰極側電解領域１５５０の流入断面積が広いため、圧力損失が小さく大流量の水を流すことができる。

（参考例の水電解装置１の構成）
図３１に、参考例の水電解装置１の構成を示す。

図３１Ａは、筐体３００内に水電解部１５００を配置した構成を示す。筐体３００については、第１１の実施形態等の構成要素と同じものには同じ符号を付与している。

図３１Ｂは、筐体３００と水電解部１５００の間に配置されるスペーサ３９１の平面図である。すなわち、図３１Ｂは、図３１Ａのスペーサ３９１を上面または下面からみた図である。

図３１Ａに示すように、筐体３００内には、水電解部１５００が、図３０Ｂの紙面に対する垂直方向が、図３１Ａの図中の上下方向となるように配置される。

筐体３００の内部上端には、図中上面からみて十字状のスペーサ３９１が配置されている。スペーサ３９１は、上板３３０と水電解部１５００の上端の間に配置される。

スペーサ３９１は、上板３３０に設けられた流入口３１０と、水電解部１５００の上端の水流入口（陽極側電解領域１５３０、陰極側電解領域１５５０の流入口）とを連通する流路を形成する。

筐体３００の内部下端には、図中下面からみて十字状のスペーサ３９１が配置されている。スペーサ３９１は、下板３４０と水電解部１５００の下端の間に配置される。

スペーサ３９１は、下板３４０に設けられた流出口３２０と、水電解部１５００の下端の水流出口（陽極側電解領域１５３０、陰極側電解領域１５５０の流出口）とを連通する流路を形成する。

筐体３００の内部上側および内部下側にはそれぞれ、Ｏリング３９２が、円筒部３５０の内周に設けられている。Ｏリング３９２は、水電解部１５００の外周に密着されている。

図３１Ａの図中上側の流入口３１０に、原料水として例えば水道水を供給する。これにより水電解部１５００に対して、図中下方向に原料水が流される。

ロール状電極部１５０１の陽極側には、電源コード１５８１の一端が電気的に接続され、電源コード１５８１の他端が図示しない直流電源のプラス端子に電気的に接続される。ロール状電極部１５０１の陰極側には、電源コード１５８２の一端が電気的に接続され、電源コード１５８２の他端が上記直流電源のマイナス端子に電気的に接続される。上記直流電源のプラス端子から電源コード１５８１、ロール状電極部１５０１の陽極側、ロール状電極部１５０１の陰極側、電源コード１５８２を経て上記直流電源のマイナス端子に電流が流れ、水電解部１５００の陽極側電解領域１５３０および陰極側電解領域１５５０で水電解が行われる。

水が陽極側電解領域１５３０および陰極側電解領域１５５０内を図中上側から下側に向けて流通しながら当該領域１５３０、１５５０において電気分解が行われる。水電解が行われた電解水、たとえば促進酸化水は、図３１Ａの図中下側の流出口３２０から外部に流出される。

水電解部１５００を、心棒１５９０に、ロール状電極部１５０１を３巻きして構成する。

ロール状電極部１５０１の一巻き分の厚みを２．８ｍｍとすると、３巻きしたロール状電極部１５０１は、８．４ｍｍの厚さとなる。また心棒１５９０の直径を３０ｍｍとする。

このとき水電解部１５００の外径は、４７ｍｍとなる。したがって、内径５０ｍｍの筐体３００内に水電解部１５００を収めることができる。

したがって電極面積は大きいけれども小型であるという、相反した特性を兼ね備えた水電解装置１を提供することができる。

第１１の実施形態等と同様に、図３０Ａの筐体３００内にあって、水電解部１５００と流出口３２０の間に、気液混合部２００を介在させて水電解装置１を構成してもよい。

（実施例６）
以下に、電極を大面積化して大流量の水を流すことができる水電解装置の実施例について説明する。本実施例６は、上述した各実施形態および各実施例および参考例に適用することができる

（電極材料の選定）
水電解部の大型化を図る際には、電極材料の特性に注意する必要がある。大面積の電極を用いて、高いオゾン生成効率を上げるためには、少なくとも８Ｖ以上、できれば１０Ｖ以上の電圧を印加する必要がある。

そこで、水電解部の陽極側に用いられる電極の材料毎に、電流-電圧の特性（以下、Ｉ-Ｖ特性）を比較、検討した。

（実施例と比較例）
実施例：陽極側に、チタン（Ｔｉ）メッシュ上にボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉を担持したボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）担持メッシュ電極を用いる。ボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）担持メッシュ電極は、実施例５と同様に、抵抗が大きくなるようにボロンのドーパント濃度が低く調整されたボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉を用いたものである。８ｃｍ^２の電極面積で１７Ｖ－１．０Ａ程度のＩ-Ｖ特性となる。

比較例１：陽極側に、プラチナ（Ｐｔ）メッシュ電極を用いる。８ｃｍ^２の電極面積で１０Ｖ－１５Ａ程度のI-Ｖ特性となる。

比較例２：陽極側に、ニオブ（Ｎｂ）基板上にボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）の薄膜が成膜されたボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）基板電極を用いる。８.６ｃｍ^２の電極面積８Ｖ－１.７３Ａ程度のＩ－Ｖ特性となる。

(制約条件）
参考例と同様に、以下を条件とする。

（１）溶存オゾン（ＤＯ_３）の濃度＝１．０ｍｇ/Ｌ、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）の濃度＝０．４～０．６ｍｇ/Ｌ程度
（２）促進酸化水流量＝１０Ｌ/ｍｉｎ以上
（３）電解質膜１２０（ナフィオン１１７膜）の損傷を防止するため、０．１Ａ/ｃｍ^２という低電流密度で運転する。

したがって、必要となる電極面積は、１５０[ｃｍ^２]となり、１５０[ｃｍ^２]の電極面積に対して１５Ａ（０.１Ａ/ｃｍ^２）の電流を流す必要がある。

またオゾン生成効率を上げるため、８Ｖ以上の電圧を陽極と陰極間に印加する必要がある。

(印加電圧と電流の計算結果）
上記制約条件のもとに、比較例１、比較例２、実施例について印加電圧と電流を計算する。

(比較例１)
８[ｃｍ^２]の電極面積のプラチナ（Ｐｔ）メッシュ電極の抵抗値は、１０[Ｖ]/１５[Ａ]＝０．６６７[Ω]となる。

１５０[ｃｍ^２]の電極面積の電極と、８[ｃｍ^２]の電極面積の電極の電極面積比は、１５０[ｃｍ^２]÷８[ｃｍ^２]=１８．８倍となる。

よって、１５０[ｃｍ^２]の電極面積のプラチナ（Ｐｔ）メッシュ電極を用いた水電解部の抵抗値Rは、並列回路であるとして、

１/Ｒ＝（１/０．６６７[Ω]）×１８．８＝２８．２

Ｒ＝１/２８．２＝０．０３５４[Ω]となる。

したがって電流１５Ａを流したときの印加電圧は、１５×０．０３５４＝０．５３[Ｖ]となる。

この電圧０．５３[Ｖ]では、オゾンは全く生成されないと考えられる。また２～３Ｖの印加電圧で水電解が始まった瞬間に、制約条件の上限である１５Ａが流れてしまうことになる。

(比較例２)
８．６[ｃｍ^２]の電極面積のボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）基板電極の抵抗値は、比較例１のプラチナ（Ｐｔ）メッシュ電極の約７倍である。その抵抗値は、

８[Ｖ]/１．７３[Ａ]＝４．６２[Ω]となる。

１５０[ｃｍ^２]の電極面積の電極と、８．６[ｃｍ^２]の電極面積の電極の電極面積比は、１５０[ｃｍ^２]÷８．６[ｃｍ^２]=１７．４倍となる。

よって、１５０[ｃｍ^２]の電極面積のボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）基板電極を用いた水電解部の抵抗値Rは、並列回路であるとして、
１／Ｒ＝（１/４．６２[Ω]）×１７．４＝３．７８
Ｒ＝１/３．７８＝０．２６５[Ω]となる。

したがって電流１５Ａを流したときの印加電圧は、１５×０．２６５＝３．９７[Ｖ]となる。

この電圧３．９７[Ｖ]は、わずかにオゾンが生成し始める値であり、オゾン生成電流効率は、ほぼゼロであると考えられる。

(実施例)
８[ｃｍ^２]の電極面積のボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）担持メッシュ電極の抵抗値は、比較例２のボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）基板電極の約２．４倍である。その抵抗値は、１４[Ｖ]/１．５[Ａ]＝９．３３[Ω]となる。

１４０[ｃｍ^２]の電極面積の電極と、８[ｃｍ^２]の電極面積の電極の電極面積比は、１４０[ｃｍ^２]÷８[ｃｍ²]=１７．５倍となる。

よって、１４０[ｃｍ^２]の電極面積のボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）担持メッシュ電極を用いた水電解部の抵抗値Rは、並列回路であるとして、

１／Ｒ＝（１/９．３３[Ω]）×１７．５＝１．８８
Ｒ＝１/１．８８＝０．５３１[Ω]となる。

したがって電流１５Ａを流したときの印加電圧は、１５×０．５３１＝７．９７[Ｖ]となる。

この電圧７．９７[Ｖ]程度を陽極、陰極間に印加すれば、十分にオゾンを生成することができる。オゾン生成電流効率は、９% 程度になると思われる。ただし、消費電力は１２０Ｗとなる。なお、電流２０Ａ（０.１３３Ａ/ｃｍ^２）を流す場合の印加電圧は、１０.６Ｖまで上昇する。このため、上記電圧７．９７[Ｖ]を陽極、陰極間に印加して、オゾン生成電流効率が低い場合には、電流密度を少し上げて運転すればよい。

本実施例では、ボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉を担持したメッシュ電極を水電解装置の陽極側に配置した構成について説明した。

しかし、ボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉を担持した電極であればよい。電解質膜（ナフィオン膜）上にボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉を担持して構成される触媒電極付き高分子電解質膜の触媒電極面を陽極側に配置する実施でもよい。

以上のように、本実施例によれば、水電解装置の陽極側に、０．５３１[Ω]以上の抵抗値が得られるようにボロンのドーパント濃度が低く調整されたボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉を担持した電極であって、１４０[ｃｍ^２]以上の電極面積の電極を配置した。このため、つぎのような顕著な作用効果が得られる。

１）１０L/ｍｉｎ以上の流量の促進酸化水を生成することができる。

２）７．９７[Ｖ]以上の電圧を陽極、陰極間に印加して、オゾン生成電流効率を、９％以上にすることができる。

３）０．１Ａ/ｃｍ^２以下の低電流密度で運転されるため、電解質膜（ナフィオン膜）の損傷が抑制される。水電解装置を安定して長時間運転することができる。

２０１９年２月２２日に出願された日本国特許出願２０１９－０３１０２９に開示された第１の実施形態～第１２の実施形態及び実施例１～実施例６に、
下記の実施形態及び実施例を追記する。以下において、同一の構成要素には同一の符号を付与して適宜同様な説明を省略する。また、以下において、各構成要素の長さ、面積等の数値、材料名等が明示されているが、これらの明示によって請求の範囲が何ら制限されるものではない。

（第１３の実施形態）
第１の実施形態～第９の実施形態、第１１の実施形態および第１２の実施形態では、単一の水電解部１００に金属メッシュ電極１４０、１７０を設け、金属メッシュ電極１４０、１７０の面に対して水平に水を流通させることで、金属メッシュ電極１４０、１７０内で微泡化されたオゾン及び過酸化水素と水とを接触させ、電解水として例えば促進酸化水が製造される。さらに第１０の実施形態では、並列に配置された二段の水電解部１００、１００´を構成し（図８の構成例）、あるいは、必要に応じて３段、４段、あるいはそれ以上の段数の水電解部を構成することにより、電解水として例えば促進酸化水の更なる大流量の生成が可能になることを説明した。

図３２は、水電解部を並列に三段重ねた水電解装置の分解図である。図８に示す水電解部１００、１００´の図中上方、水電解部１００、１００´の厚み方向に重ねて、水電解部１００-３が設けられる。図８に示す水電解部１００、１００´をそれぞれ、水電解部１００-１、１００-２で置き換えている。したがって、全体の水電解部４００は、厚み方向に重ねられて配置された３段の水電解部１００-１、１００-２、１００-３で構成される。以下では図８の構成例について説明したのと重複した説明は適宜省略する。

水電解部４００は、流入口３１０と流出口３２０との間に、介在されている。図８と異なり、図中下に配置された流入口３１０から上方に原料水が流入し、図中上に配置された流出口３２０から電解水が流出する。

図８の構成例と同様に、最下段の水電解部１００-１の陰極１５０の長手方向中心軸を対称中心にして、最下段の水電解部１００-１の各構成要素および中段の水電解部１００-２の各構成要素は上下対称に構成されている。最下段の水電解部１００-１の各構成要素のうち、中段の水電解部１００-２の各構成要素と同じ構成要素には、同一の符号にダッシュを付与している。

厚み方向に隣り合う２つの水電解部１００-１、１００-２の陰極１５０は共通の電極で構成されている。

中段の水電解部１００-２の陽極１１０の長手方向中心軸を対称中心にして、最上段の水電解部１００-３の各構成要素および中段の水電解部１００-２の各構成要素は上下対称に構成されている。最上段の水電解部１００-３の各構成要素のうち、中段の水電解部１００-２の各構成要素と同じ構成要素には、同一の符号にダッシュを付与している。

厚み方向に隣り合う２つの水電解部１００-２、１００-３の陽極１１０は共通の電極で構成されている。

最上段の水電解部１００-３の円環状の陰極１５０´は、陰極保持部１５８´に形成された円環状凹部１５８Ａ´内に収容される。陰極１５０´および共通の陰極１５０には、圧着端子として構成されるマイナス端子１５９´、１５９が、例えばネジ１５７´、１５７（Ｍ３ネジ）によって、ねじ込み固定される。マイナス端子１５９´、１５９には電源コード１５１が電気的に接続される。

図８の構成例と同様に、最下段の水電解部１００-１の円環状の陽極１１０´は、陽極保持部１１８´に形成された円環状凹部１１８Ａ´内に収容される。陽極１１０´および共通の陽極１１０には、圧着端子として構成される陽極端子１１９´、１１９が、例えばネジ１１７´、１１７（たとえばＭ３ネジ）によって、ねじ込み固定される。

陽極保持部１１８´には、流入口３１０および陽極側メッシュ電極１４０´の内側開口部１４１´に連通する内側開口部１１５が形成されている。

水電解部４００の図中最下位に配置される陽極保持部１１８´および図中最上位に配置される陰極保持部１５８´は、たとえばアクリル樹脂製である。共通の陽極１１０、陽極１１０´は、たとえばチタン（Ｔｉ）製のターミナルプレートとして構成される。共通の陰極１５０、陰極１５０´は、たとえばステンレス製のターミナルプレートとして構成される。

陽極側には、陽極側メッシュ電極１４０、１４０´として３枚のチタン製のメッシュ電極と１枚のボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）が成膜等にて担持された穴開き基板電極１４０Ｐ、１４０Ｐ´が設けられている。基板電極１４０Ｐ、１４０Ｐ´は、水電解部の陽極側に設けられたボロンドープダイヤモンドを含む触媒電極を構成する。また、陰極側には、陰極側メッシュ電極１７０、１７０´として３枚のチタン製のメッシュ電極が設けられている。

なお、触媒電極としては、穴開き金属基板（例えば、Nb）上にＢＤＤを成膜したＢＤＤ基板電極を用いてもよく、高分子電解質膜上にＢＤＤ粉を担持した膜電極一体型触媒電極を用いてもよく、金属メッシュ上にボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）粉を担持したメッシュ型ＢＤＤ触媒電極を用いてもよい。これによりオゾンと過酸化水素が共存した促進酸化水を製造することができる。また陰極側メッシュ触媒電極には、プラチナまたはステンレスあるいはチタンの金属メッシュ触媒電極を用いることができる。

図３３は、図３２に示す三段の水電解部１００-１、１００-２、１００-３で構成された水電解部４００の他の構成例と水の流れを示したものである。

最上位の陰極１５０´、最下位の陽極１１０´のみならず、共通の陰極１５０、共通の陽極１１０についても、陰極保持部１５８´、陽極保持部１１８´と同様の陰極保持部１５８、陽極保持部１１８によって保持されている。

陰極保持部１５８´、陽極保持部１１８、陰極保持部１５８、陽極保持部１１８´は、それぞれに形成されたネジ孔にボルト１８０のネジ部が螺合されることで厚み方向に共締めされる。

３つの水電解部１００-１、１００-２、１００-３のそれぞれに形成されたメッシュ電極、触媒電極、高分子電解質膜の内側開口部１４１´、１４１Ｐ´、１２１´、１７１´、１４１、１４１Ｐ、１２１、１７１は、共通の流入口３１０に連通している。さらに、３つの水電解部１００-１、１００-２、１００-３のそれぞれの外周開口部１３１、１６１、１３１´、１６１´は、共通の流出口３２０に連通している。

共通の流入口３１０に下方から水が流入されると、各内側開口部１４１´、１４１Ｐ´、１２１´、１７１´、１４１、１４１Ｐ、１２１、１７１を介して、最下段の水電解部１００-１の陽極側電解領域１３０´および陰極側電解領域１６０´、中段の水電解部１００-２の陽極側電解領域１３０および陰極側電解領域１６０、最上段の水電解部１００-３の陽極側電解領域１３０´および陰極側電解領域１６０´それぞれに水が流れ、水電解が行われる（図３２参照）。

最下段の水電解部１００-１、中段の水電解部１００-２、最上段の水電解部１００-３それぞれで生成された電解水は、各外周開口部１３１、１６１、１３１´、１６１´を介して合流して、共通の流出口３２０から外部に流出される。

原料水が各水電解部１００-１、１００-２、１００-３の陽極側メッシュ電極１４０、１４０´の隙間に流れて電解されると、オゾン及び酸素並びに過酸化水素を含む陽極水となる。

原料水が各水電解部１００-１、１００-２、１００-３の陰極側メッシュ電極１７０、１７０´の隙間に流れて電解されると、水素及び過酸化水素を含む陰極水となる。それら陽極水と陰極水は、合流して、共通の流出口３２０から流出される。したがって本実施形態によれば、節水型の小型促進酸化水製造装置を構成することができる。また本実施形態によれば、電極メッシュ及び触媒電極の全面に水を流すことが可能となり、水電解の効率を低下させる気泡溜まり、つまり水の流れのデッド部の形成を防止でき、高効率な水電解装置を構成することができる。

図３２、図３３の構成例では、水電解部１００-１、１００-２、１００-３の各内側開口部に原料水を流入させ、各外周開口部から電解水を流出させる構成をとっている。

しかし、図８の構成例と同様に、水電解部１００-１、１００-２、１００-３の各外周開口部に原料水を流入させ、各内側開口部から電解水を流出させる構成をとってもよい。

この構成をとる場合には、３つの水電解部１００-１、１００-２、１００-３のそれぞれに形成されたメッシュ電極、触媒電極、高分子電解質膜の内側開口部１４１´、１４１Ｐ´、１２１´、１７１´、１４１、１４１Ｐ、１２１、１７１を、共通の流出口３１０に連通させるようにする。さらに、３つの水電解部１００-１、１００-２、１００-３のそれぞれの外周開口部１３１、１６１、１３１´、１６１´を、共通の流入口３２０に連通させるようにする。

図３４は、図３２、図３３の三段並列型の水電解部４００を円筒形のアクリル製筐体３００（缶体）内に収納した促進酸化水製造装置の側面図である。

例えば水電解部４００の直径を５．６ｃｍとした場合、筐体３００の内径を６ｃｍ、内径高さを７～８ｃｍ程度にすればよい。これにより非常に小型な促進酸化水製造装置を構成できる。また水の配管は、筐体３００の流入口３１０、流出口３２０にそれぞれ一つだけつなげるだけでよい。

水電解部４００を、例えば図１に示される筐体３００と同様に構成された筐体３００内に配置して水電解装置を構成してもよい。

筐体３００は、円筒形状に形成されている。筐体３００は、例えばアクリル樹脂で構成される。水電解部４００も同様に円柱形状に形成されている。筐体３００は、図中上方からみて円形のフランジ付きの上板３３０と、図中下方からみて円形のフランジ付きの下板３４０と、上板３３０と下板３４０の間のフランジ付きの円筒部３５０とを含んで構成される。上板３３０に流出口３２０が設けられ、下板３４０に流入口３１０が設けられている。上板３３０と円筒部３５０の各フランジ同士、円筒部３５０と下板３４０の各フランジ同士がネジ止め等によって接合されて、筐体３００が構成される。

陽極保持部１１８´と下板３４０の間の隙間として流路３０３は、Ｏリング３６０によってシールされる。また円筒部３５０と下板３４０との間の隙間は、Ｏリング３６０によってシールされる。

図３４に示す水電解装置に、水道水、純水またはイオン交換水（軟水）等の原料水を流し、数～２０ボルト程度の電圧をかけて水電解することにより、オゾンと過酸化水素を含有した促進酸化水などの機能水を生成することができる。

この水電解装置は、原料水から機能水を生成するだけでなく、排水、河川水並びに井戸水などの水を浄化、殺菌する機能も有する。例えば、有機物や酸・アルカリで汚染された排水を浄化する場合には、排水を図３４に示す水電解装置に導入して直接電解する。この際に、排水中の汚染物質がオゾン並びに過酸化水素と反応することにより分解・除去される。また、バクテリアや大腸菌等を含んだ河川水や井戸水を図３４に示す水電解装置３４に流して直接電解することにより、水道水レベルにまで殺菌浄化することができる。

本第１３の実施形態の水電解部４００は、同じ電極面積を有する水電解部が３つ設けられている。このため流路断面積が、単一の水電解部１００の３倍となり、圧力損失を飛躍的に小さくでき、大流量の電解水を生成することができる。必要に応じて４段、５段あるいはそれ以上の段数の水電解部で構成してもよい。

本第１３の実施形態の水電解部４００は、厚み方向に隣り合う２つの水電解部１００-２、１００-３の陽極１１０を共通の電極で構成し、厚み方向に隣り合う２つの水電解部１００-１、１００-２の陰極１５０を共通の電極で構成している。

本第１３の実施形態では、すべての厚み方向に隣り合う水電解部について電極（陽極及び陰極）を共通にするように構成した。しかし、厚み方向に隣り合う少なくとも２つの水電解部について電極を共通にする構成も可能である。例えば、厚み方向に隣り合う一方の２つの水電解部１００-２、１００-３の陽極１１０を共通の電極で構成するが、厚み方向に隣り合う他方の２つの水電解部１００-１、１００-２については、それぞれ個別の陰極で構成する実施も可能である。

第１３の実施形態の水電解部４００と同様にして、ｎ個の水電解部１００-１、１００-２、１００-３・・・１００-ｎを、厚み方向に重ねて水電解部４００を構成することができる。

ｎ個の水電解部１００-１、１００-２、１００-３・・・１００-ｎの厚み方向に隣り合う水電解部の陽極または陰極を共通の電極で構成すると、全ての電極数をｎ＋１個で構成することができる。

３個の水電解部１００-１、１００-２、１００-３の場合には、電極の数が４個となる。４個の水電解部の場合には、電極の数が５個となる。５個の水電解部の場合には、電極の数が６個となる。

以上のように構成された水電解部４００は、陽極１１０および陰極１５０が共通化されているため、単体の水電解部１００をそのまま並列に配置した場合と比べて、少ない部品数で構成できる。単体の水電解部１００をそのまま並列にｎ個配置した場合には、電極数は、２ｎ個となるからである。これにより装置の小型、軽量化、低価格化が可能となる。小型でありながら、単体の水電解部１００に比べて流路断面積とＢＤＤ基板電極の面積を大きくすることがきる。したがって大流量で高濃度な促進酸化水を生成することができる。

（第１４の実施形態）
図３５は、並列に５段重ねた水電解部４００と気液混合部２００を同一の筐体（缶体）３００内に収容したミキサー内蔵型五段並列型水電解装置の断面図である。

図９の構成例と同様に、筐体３００内に水電解部４００と気液混合部２００が配置される。以下では図９の構成例について説明したのと重複した説明は適宜省略する。

気液混合部２００は、水電解部４００から流出される電解水中に水電解部４００で生成されたガスを再溶解させるために設けられる。

水電解部４００は、五段の水電解部１００-１、１００-２、１００-３、１００-４、１００-５で構成される。図３２、図３３に示す三段の水電解部１００-１、１００-２、１００-３の図中上方に、メッシュ電極等同様の構成要素で構成された水電解部１００-４、１００-５が順次厚み方向に重ねられて構成される。各水電解部１００-１～１００-５の陽極側には、ボロンドープダイヤモンドを含む触媒電極が設けられる。

厚み方向に隣り合う２つの水電解部１００-１、１００-２の陰極１５０は共通の電極で構成されている。厚み方向に隣り合う２つの水電解部１００-２、１００-３の陽極１１０は共通の電極で構成されている。厚み方向に隣り合う２つの水電解部１００-３、１００-４の陰極１５０は共通の電極で構成されている。厚み方向に隣り合う２つの水電解部１００-４、１００-５の陽極１１０は共通の電極で構成されている。

図３５の図中最下位の陽極１１０は、電極保持部５００によって保持されている。最上位の陰極１５０は、電極保持部５００´によって保持されている。共通の陽極１１０、共通の陰極１５０は、電極保持部６００によって保持されている。電極保持部が陽極、陰極を保持する構成例については図３６Ａ、３６Ｂ、３７Ａ、３７Ｂ、３８Ａ、３８Ｂを参照して説明する。

以下では説明の便宜上、図３５の図中上から下に配置される６個の電極保持部を、その上から下の順序で、第１の電極保持部５００´、第２の電極保持部６００、第３の電極保持部６００、第４の電極保持部６００、第５の電極保持部６００、第６の電極保持部５００と適宜呼ぶものとする。

図３６Ａ、３６Ｂは、図３５の図中最下位の陽極１１０を保持する第６の電極保持部５００を示している。図３６Ａは、図３５の上面から電極保持部５００を見た上面図で、図３６Ｂの矢視Ａ図である。図３６Ｂは、電極保持部５００の側面図である。

図３７Ａは、円環状の陽極１１０または陰極１５０の側面図で、図３７Ｂはその上面図で、図３７Ａの矢視Ａ図である。図３７Ａ、３７Ｂに示すように円環状の電極１１０、陰極１５０の中心あるいは略中心には、貫通孔としての内側開口部１１２、１５２が形成されている。円環状の陽極１１０、陰極１５０の側面には、陽極端子用のネジ１１７、陰極端子用のネジ１５７のネジ部に螺合するネジ穴１１７Ｈが形成されている。

電極保持部５００には、円環状の陽極１１０又は陰極１５０が嵌合される円状凹部１１８Ｂが形成されている。なお、円状凹部１１８Ｂは、円環状の陽極１１０又は陰極１５０が篏合された際に容易に脱着しない程度の嵌め合い公差で設計されるのが望ましい。円状凹部１１８Ｂの深さは、例えば円環状の陽極１１０、陰極１５０の厚さと同一あるいは略同一となるように形成される。

円状凹部１１８Ｂの中心あるいは略中心には、円環状の陽極１１０又は陰極１５０が円状凹部１１８Ｂに篏合された際にその内側開口部１１２、１５２に連通する貫通孔としての内側開口部１１５が形成されている。内側開口部１１５は、例えば内側開口部１１２、１５２と同径、同一中心となるように形成される。

電極保持部５００の外周部５９０には、陽極端子１１９又はマイナス端子１５９が篏合される切欠き５１１が形成されている。切欠き５１１は、外周部５９０の外側側面から円状凹部１１８Ｂに連通するとともに、厚み方向に連通するように形成されている。

図３６Ａ中では、電源コード１１９、１５９を紙面で示しているが、陽極端子１１９、マイナス端子１５９が切欠き５１１に篏合された際に電源コード１１９、１５９は図３６Ａ中の紙面奥方向に配置される。

電極保持部５００の外周部５９０には、厚み方向に貫通し、電源コード１１９、１５９を挿通させるための切欠き５１２、５１３、５１４、５１５、５１６が形成されている。

切欠き５１１～５１６は、その番号順に、反時計回りに同ピッチ（６０度）で外周部５９０の周方向に形成されている。

電極保持部５００の外周部５９０には、陽極側メッシュ電極１４０、ＢＤＤ触媒電極の外周をガイドするガイド爪５３０が形成されている。ガイド爪５３０は、円状凹部１１８Ｂの開口側、円環状の陽極１１０、陰極１５０の挿入側に形成される。ガイド爪５３０は、外周部５９０の周方向に、例えば同ピッチで６個形成されている。

電極保持部５００の外周部５９０には、厚み方向に貫通し、ボルト１８０のネジ部が螺合されるネジ孔５２０が形成されている。ネジ孔５２０は、外周部５９０の周方向に、例えば同ピッチで６個形成されている。

図３５の図中最上位の第１の電極保持部５００´についても図３６Ａ、３６Ｂに示した第６の電極保持部５００と同様に構成される。ただし、第１の電極保持部５００´では、内側開口部１１５は形成されず、陰極１５０を保持するための円状凹部１１８Ｂのみが形成された厚み方向に非貫通のもので構成される。また第１の電極保持部５００´では、第６の電極保持部５００にあった電源コード１１９、１５９を挿通させるための切欠き５１２、５１３、５１４、５１５、５１６の形成は省略される。

つぎに図３５の図中上から５番目の第５の電極保持部６００について説明する。

図３８Ａ、図３８Ｂはそれぞれ図３６Ａ、３６Ｂに対応する上面図、断面図であり、共通の陽極１１０、共通の陰極１５０を保持する電極保持部６００の構成を示す図である。図３６Ａ、３６Ｂと同一の構成要素には同一の符号を付与して適宜説明を省略する。

電極保持部６００には、貫通孔として形成され、円環状の陽極１１０又は陰極１５０が嵌合される円状開口部１１８Ｃが形成されている。なお、円状開口部１１８Ｃは、円環状の陽極１１０又は陰極１５０が篏合された際に容易に脱着しない程度の嵌め合い公差で設計されるのが望ましい。円状開口部１１８Ｃの深さ、つまり電極保持部６００の厚さは、例えば円環状の陽極１１０、陰極１５０の厚さと同一あるいは略同一となるように形成される。

またガイド爪５３０は、電極保持部６００の両面に設けられる（図３８Ｂ参照）。また第５の電極保持部６００では、第６の電極保持部５００にあった電源コード１１９、１５９を挿通させるための切欠き５１２の形成は省略され切欠き５１３～５１６が形成される。

図３５の図中上から４番目の第４の電極保持部６００についても図３８Ａ、３８Ｂに示した第５の電極保持部６００と同様に構成される。ただし、第４の電極保持部６００では、第６の電極保持部５００にあった電源コード１１９、１５９を挿通させるための切欠き５１２、５１３の形成は省略され切欠き５１４～５１６が形成される。

図３５の図中上から３番目の第３の電極保持部６００についても図３８Ａ、３８Ｂに示した第５の電極保持部６００と同様に構成される。ただし、第３の電極保持部６００では、第６の電極保持部５００にあった電源コード１１９、１５９を挿通させるための切欠き５１２、５１３、５１４の形成は省略され切欠き５１５、５１６が形成される。

図３５の図中上から２番目の第２の電極保持部６００についても図３８Ａ、３８Ｂに示した第５の電極保持部６００と同様に構成される。ただし、第２の電極保持部６００では、第６の電極保持部５００にあった電源コード１１９、１５９を挿通させるための切欠き５１２、５１３、５１４、５１５の形成は省略され切欠き５１６が形成される。

第１の電極保持部５００´の切欠き５１１には、マイナス端子１５９が篏合される。マイナス端子１５９にはネジ１５７が螺合され、円環状の陰極１５０のネジ穴１１７Ｈに螺合される。これにより電極保持部５００´の陰極１５０に電源コード１５１が電気的に接続される。

以下同様にして、第２の電極保持部６００の陽極１１０に電源コード１１１が電気的に接続される。第３の電極保持部６００の陰極１５０に電源コード１５１が電気的に接続される。第４の電極保持部６００の陽極１１０に電源コード１１１が電気的に接続される。第５の電極保持部６００の陰極１５０に電源コード１５１が電気的に接続される。第６の電極保持部５００の陽極１１０に電源コード１１１が電気的に接続される。

以下では、説明の便宜上、第１の電極保持部５００´、第２の電極保持部６００、第３の電極保持部６００、第４の電極保持部６００、第５の電極保持部６００、第６の電極保持部５００に形成された切欠き５１１～５１６は、図３５の上方からみて反時計回りに、５１１～５１６の番号順に配列されているものとして扱う。

第２の電極保持部６００は、図３５の上方からみて第１の電極保持部５００´の切欠き５１１の位置が、第２の電極保持部６００の切欠き５１６の位置に相当するように反時計回りに６０度ずらして配置される。第１の電極保持部５００´に電気的に接続された電源コード１５１は、第２の電極保持部６００の切欠き５１６に挿通される。

同様に第３の電極保持部６００は、第２の電極保持部６００に対して反時計回りに６０度ずらして配置される。第１の電極保持部５００´に電気的に接続された電源コード１５１は、第３の電極保持部６００の切欠き５１５に挿通され、第２の電極保持部６００に電気的に接続された電源コード１１１は、第３の電極保持部６００の切欠き５１６に挿通される。

同様に第４の電極保持部６００は、第３の電極保持部６００に対して反時計回りに６０度ずらして配置される。第１の電極保持部５００´に電気的に接続された電源コード１５１は、第４の電極保持部６００の切欠き５１４に挿通され、第２の電極保持部６００に電気的に接続された電源コード１１１は、第４の電極保持部６００の切欠き５１５に挿通される。第３の電極保持部６００に電気的に接続された電源コード１５１は、第４の電極保持部６００の切欠き５１６に挿通される。

同様に第５の電極保持部６００は、第４の電極保持部６００に対して反時計回りに６０度ずらして配置される。第１の電極保持部５００´に電気的に接続された電源コード１５１は、第５の電極保持部６００の切欠き５１３に挿通され、第２の電極保持部６００に電気的に接続された電源コード１１１は、第５の電極保持部６００の切欠き５１４に挿通される。第３の電極保持部６００に電気的に接続された電源コード１５１は、第５の電極保持部６００の切欠き５１５に挿通される。第４の電極保持部６００に電気的に接続された電源コード１１１は、第５の電極保持部６００の切欠き５１６に挿通される。

同様に第６の電極保持部５００は、第５の電極保持部６００に対して反時計回りに６０度ずらして配置される。第１の電極保持部５００´に電気的に接続された電源コード１５１は、第６の電極保持部６００の切欠き５１２に挿通され、第２の電極保持部６００に電気的に接続された電源コード１１１は、第６の電極保持部６００の切欠き５１３に挿通される。第３の電極保持部６００に電気的に接続された電源コード１５１は、第６の電極保持部６００の切欠き５１４に挿通される。第４の電極保持部６００に電気的に接続された電源コード１１１は、第６の電極保持部６００の切欠き５１５に挿通される。第５の電極保持部６００に電気的に接続された電源コード１５１は、第６の電極保持部６００の切欠き５１６に挿通される。

第１の電極保持部５００´、第２の電極保持部６００、第３の電極保持部６００、第４の電極保持部６００、第５の電極保持部６００、第６の電極保持部５００は、それぞれに形成されたネジ孔５２０にボルト１８０のネジ部が螺合されることで厚み方向に共締めされる。

なお、図３４に示す３段の水電解部で構成された水電解装置に対して、同様の電極保持部５００、５００´、６００を適用して構成することができる。この場合、図３４に示す陰極保持部１５８´、陽極保持部１１８、陰極保持部１５８、陽極保持部１１８´をそれぞれ電極保持部５００´、電極保持部６００、電極保持部６００、電極保持部５００に置換すればよい。ただし電源コード１１１、１５１を挿通するための切欠きは最大で３つあればよい。図３４の図中最下位の陽極保持部１１８´に同様の陽極端子１１９、マイナス端子１５９を篏合する切欠き５１１、電源コード１１１、１５１を挿通する切欠き５１２、５１３、５１４を周方向に同ピッチで形成する。図３４の図中上から三番目の
陰極保持部１５８では、切欠き５１２が省略され、切欠き５１３、５１４が形成される。図３４の図中上から二番目の陽極保持部１１８では、切欠き５１２、５１３が省略され、切欠き５１４が形成される。図３４の図中最上位の陰極保持部１５８´では、切欠き５１２、５１３、５１４が省略される。そして、各電極保持部１５８´、陽極保持部１１８、陰極保持部１５８、陽極保持部１１８´を同ピッチで順次ずらして配置し、図３４の図中上方の電極保持部の電源コード１１１、１５１を図中下方の電極保持部の切欠き５１２、５１３、５１４に挿通させればよい。

図３９は、厚み方向に隣り合う２つの電極保持部６００、６００の側面断面図である。一方の電極保持部６００のガイド爪５３０と、これに対面する他方の電極保持部６００のガイド爪５３０によって高分子電解質膜１２０が挟み込まれる。そして、一方の電極保持部６００のガイド爪５３０によって、陽極側メッシュ電極１４０、ボロンドープダイヤモンドを含む触媒電極１４０Ｐの外周がガイドされ、図中横方向の動きが規制される。同様に他方の電極保持部６００のガイド爪５３０によって、陰極側メッシュ電極１７０の外周がガイドされ、図中横方向の動きが規制される。他の厚み方向に隣り合う２つの電極保持部５００、６００及び５００´、６００についても同様に構成される。

このように構成された５段の水電解部１００-１～１００-５のそれぞれに形成されたメッシュ電極１４０、１７０、触媒電極１４０Ｐ、高分子電解質膜１２０の内側開口部は、図３５の筐体３００の共通の流入口３１０に連通している。さらに、５段の水電解部１００-１～１００-５それぞれの外周開口部１３１、１６１は、気液混合部２００を介して筐体３００の共通の流出口３２０に連通している。

筐体３００内にあって、５段の水電解部１００-１～１００-５と、共通の流出口３２０の間に、気液混合部２００が介在されている。

気液混合部２００の気液混合入口部２０２は、５段の水電解部１００-１～１００-５それぞれの外周開口部１３１、１６１に連通している。気液混合部２００の気液混合出口部２０３は、筐体３００の共通の流出口３２０に連通している。

共通の流入口３１０に下方から水が流入されると、図３３に示したのと同様に、各内側開口部を介して、各水電解部１００-１～１００-５の陽極側電解領域および陰極側電解領域それぞれに水が流れ、水電解が行われる。

各水電解部１００-１～１００-５それぞれで生成された電解水は、各外周開口部１３１、１６１を介して合流して、気液混合部２００の気液混合入口部２０２に流入される。

気液混合部２００では、ガスと電解水との混合が促進され、高効率にガスが電解水に溶解する。高効率にガスが溶解された電解水は、気液混合出口部２０３、共通の流出口３２０を介して外部に排出される。

各水電解部１００-１～１００-５の陽極側メッシュ電極１４０の隙間に流れて電解されると、オゾン及び酸素並びに過酸化水素を含む陽極水となる。原料水が各水電解部１００-１～１００-５の陰極側電極メッシュ１７０の隙間に流れて電解されると、水素及び過酸化水素を含む陰極水となる。それら陽極水と陰極水は、合流して、共通の流出口３２０から流出される。

図３５の構成例では、水電解部１００-１～１００-５の各内側開口部に原料水を流入させ、各外周開口部１３１、１６１から電解水を流出させる構成をとっている。

しかし、図８の構成例と同様に、水電解部１００-１～１００-５の各外周開口部１３１、１６１に原料水を流入させ、各内側開口部から電解水を流出させる構成をとってもよい。

この構成をとる場合には、水電解部１００-１～１００-５のそれぞれに形成されたメッシュ電極、触媒電極、高分子電解質膜の内側開口部を、気液混合部２００の気液混合入口部２０２に連通させ、気液混合入口部２０２を介して共通の流出口３２０に連通させるようにする。さらに、水電解部１００-１～１００-５のそれぞれの外周開口部１３１、１６１を、共通の流入口３１０に連通させるようにする。

前述したように本実施形態の構成をとることなく、水電解部１００が一つだけの水電解装置を５基並列に接続して使用する場合、アノードとカソードのターミナルとしての陽極１１０、陰極１５０は計１０枚必要となる。これに伴い継ぎ手類も数多く必要となる。しかし、図３５に示す水電解装置では、陽極１１０、陰極１５０を共有できる。このため、ターミナルとしての陽極１１０、陰極１５０の枚数は計６枚で済み、継ぎ手も共通の流入口３１０と共通の流出口３２０の２箇所のみ設けるだけで済む。

図３５に示す水電解装置の一例では、筐体３００の内径が１０ｃｍで、水電解部４００は、その外径が９.４ｃｍのもので構成される。オゾンガスを水中に十分に溶解させるために、気液混合部２００は、その長さが３０ｃｍのもので構成される。

金属メッシュ電極１４０、１７０及びＢＤＤ基板電極１４０Ｐ並びに高分子電解質膜１２０の内径と外径はそれぞれ２ｃｍ、７.３５ｃｍであり、五段の水電解部１００-１～１００-５の合計の電極面積は１９６ｃｍ² である。

ここで実施例１等の電極面積が８.６ｃｍ²の一段型の水電解装置と比較する。本実施形態によれば、水電解部を５段に重ね、さらに一段あたりの電極の径を大きくすることにより、一段型の水電解装置と比べて電極面積を２２.８倍（１９６ｃｍ²）にも大きくすることが可能となる。

また水電解部が一つだけの水電解装置を５基並列に接続する場合に比べて、はるかに小型、軽量で安価な装置にすることができる。

さらに気液混合部２００により発生したオゾンガスが全て水に溶解されるため、気相オゾンがほぼなくなり安全な促進酸化水を製造することができる。また、水電解部４００と気液混合部２００の配管接続が不要となる。

本実施形態によれば、小型でオゾンガスを発生しない安全な促進酸化水製造装置を市場に提供できる。また、排水や汚染された河川水並びに井戸水を殺菌する用途に使用することができる。この用途に使用する場合も処理装置から出る水からのオゾンガスの発生が抑制され、安全な処理水を得ることができる。

（実施例７）
図４０は、図３４に示す三段並列型水電解装置１の共通の流出口３２０に、日本国特開２０１９-４２６２８号に開示された気液混合装置２０の入口部２８を連通させるように配管接続した装置構成を示す。気液混合装置２０は気液混合部２００と同様に構成される。

三段並列型水電解装置１の共通の流入口３１０に水道水が流入される。気液混合装置２０の出口部３０から促進酸化水が流出され、容器７００に貯留される。

可変電源８００は、三段並列型水電解装置１の陽極１１０と陰極１５０の間に直流の電圧を印加する。可変電源８００によって陽極１１０と陰極１５０の間に印加される電圧Ｖは、その大きさを調整することができる。

３段の水電解部１００-１～１００-３それぞれの陽極側には、５枚の１００メッシュのチタン（Ｔｉ）メッシュ電極１２０と、１枚のボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）基板電極１４０Ｐが設置されている。陰極側には、３枚の１００メッシュのチタン（Ｔｉ）メッシュ電極１７０が設置されている。陽極側メッシュ電極１４０、基板電極１４０Ｐ、陰極側メッシュ電極１７０は、外径３．９５ｃｍ、内径１．２ｃｍの円環状である。

三段の水電解部１００-１～１００-３の合計の電極面積は３４ｃｍ² である。気液混合装置２０には、テフロン(登録商標)製のＯリングで構成された保持部材２１０が３３段設けられる。また気液混合装置２０には、チタン（Ｔi）製の１００メッシュで構成された仕切り部材２２０が３３段（６６枚）設けられる。気液混合装置２０は、内径が８ｃｍ、高さが２４ｃｍである。

三段並列型水電解装置１の共通の流入口３１０に水道水を１０Ｌ／ｍｉｎの流量で流し、陽極１１０、陰極１５０間に電流を流して水電解を行った。実施例７の三段並列型水電解装置１の電圧-電流特性を図４１に実線にて示す。三段並列型水電解装置１で生成される促進酸化水中の溶存オゾン濃度の経時変化を図４２に示す。また、三段並列型水電解装置１におけるオゾン生成電流効率の経時変化を図４３に示す。

（比較例３）
実施例７に対応する比較例３には、電極面積が８.６ｃｍ²の一段の水電解部１００と気液混合部２００が筐体３００内に内蔵された一段型の水電解装置を用いた。この一段型の水電解装置も陽極側に１枚のボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）基板電極１４０Ｐが設置されている。この一段型の水電解装置の流入口３１０に水道水を４Ｌ／ｍｉｎの流量で流し、陽極１１０、陰極１５０間に電流を流して水電解を行った。

比較例３の一段型水電解装置の電圧-電流特性を図４１に破線にて示す。図４１から、一段型水電解装置と比べると、三段並列型水電解装置１は、電極面積が大きいために同一の電圧下で３．９倍の電流を流せることがわかる。

図４２からわかるように、三段並列型水電解装置１に電流密度が０．２Ａ/ｃｍ^２の電流を流した場合には、０．９ｍｇ/Ｌの溶存オゾンを含有した促進酸化水を１０Ｌ／ｍｉｎという高流量で生成できる。

また図４３から、三段並列型水電解装置１の０．２Ａ/ｃｍ^２の電流密度におけるオゾン生成電流効率は、２５％以上であった。なお、促進酸化水中の過酸化水素濃度は、０.２～０.３ｍｇ/Ｌであった。

一方、一段型水電解装置に電流密度が０．２Ａ/ｃｍ^２の電流を流した場合、４Ｌ／ｍｉｎの流量で生成される促進酸化水中の溶存オゾン濃度は、０．４８ｍｇ/Ｌで、過酸化水素濃度は０．２ｍｇ/Ｌであった。

したがって三段並列型の水電解装置１は、一段型の水電解装置に比べて流量を高流量化することができ、溶存オゾン濃度を高濃度することができる。

三段並列型の水電解装置１で生成された促進酸化水を殺菌用途に用いた場合に十分な殺菌洗浄力があることが確認された。したがって実施例７の水電解装置によれば、十分な殺菌洗浄力を有する促進酸化水を１０Ｌ／ｍｉｎという高流量で生成できることがわかった。

（実施例８）
図４０に示す実施例７の三段並列型の水電解装置を用いて、汚染水の殺菌洗浄効果について評価した。

殺菌洗浄方法は、三段並列型の水電解装置１の共通の流入口３１０に、水道水の代わりに、菌および/またはウイルスを含む汚染水を直接供給し、三段並列型の水電解装置１の共通の流出口３２０から、ＡＴＰ（アデノシン三リン酸）値が低下された（殺菌洗浄された）処理後の汚染水を流出させるという方法を採った。この汚染水の殺菌洗浄方法を第１の殺菌洗浄方法というものとする。

汚染水の殺菌洗浄の手順は、以下のとおりである。
１）汚染原水として、河川の水を採取する。河川水は採取してから室内で一昼夜静置し、菌数を安定化させる。
２）汚染原水中の菌数を安定化させた後に、三段並列型の水電解装置１の共通の流入口３１０に、２Ｌ／ｍｉｎの流量で汚染原水を供給する。三段並列型の水電解装置１の陽極１１０、陰極１５０間に電流密度が０．２Ａ/ｃｍ^２の電流７Ａを流す。
３）容器７００に貯留された処理後の汚染水の殺菌洗浄効果を評価する。評価方法は、あらゆる生物のエネルギー代謝に必須な物質であるＡＴＰ（アデノシン三リン酸）の濃度を測定する方法である。この方法は、一般的に「ルミノール反応」と呼ばれている。なお、環境が無菌ではなく、サンプル採取に使用したビーカー類も滅菌処理していないため、河川水が完全殺菌されてもＡＴＰ指示値はゼロにはならない。そこで、水道水のＡＴＰ値（ＲＬＵ＝７）を殺菌レベルの指標とし、ＡＴＰ値が７を下回れば河川水を完全殺菌できたものと判断した。

三段並列型水電解装置１の殺菌実験結果を図４４に表１として示す。三段並列型の水電解装置１に汚染原水を供給して、処理後の汚染水を評価したところ、処理前の汚染原水のＡＴＰ値３５７から、処理後汚染水のＡＴＰ値７まで低下した。三段並列型の水電解装置１に同じ流量、同じ電流密度の運転条件で水道水を供給して水道水を電解して促進酸化水を生成した場合には、生成された促進酸化水中の溶存オゾン濃度は２.７ｍｇ/Ｌで、過酸化水素濃度は０.４２ｍｇ/Ｌであった。したがって、溶存オゾン濃度は２.７ｍｇ/Ｌで、過酸化水素濃度は０.４２ｍｇ/Ｌの促進酸化水を生成する装置であれば、ＡＴＰ値３５７の汚染水を、強い殺菌力で完全に殺菌洗浄することが確認された。

汚染水を直接電解して殺菌洗浄する第１の殺菌洗浄方法を用いて汚染水を殺菌洗浄する方法を説明したが、促進酸化水と汚染水を混合する第２の殺菌洗浄方法を用いてもよい。

第２の殺菌洗浄方法では、三段並列型の水電解装置１の共通の流入口３１０に、水道水を供給して、促進酸化水を生成する。つぎに生成された促進酸化水を、菌および/またはウイルスを含む汚染水と混合して、ＡＴＰ（アデノシン三リン酸）値を例えば７以下まで低下させる（殺菌洗浄する）。

さらに促進酸化水を生成できるように構成すれば、本明細書に開示された各実施形態、各実施例の任意の形態の水電解装置を用いて第１の殺菌洗浄方法および第２の殺菌洗浄方法を実施することができる。促進酸化水を汚染水の殺菌洗浄の用途に用いることができる。

溶存オゾンと過酸化水素が共存する促進酸化水は、汚染水中の有機物および/またはアンモニアおよび/またはシアンを分解・除去する用途に用いても、有用である。

たとえば図３４に示す三段並列型水電解装置１を用いて、以下の第１の分解・除去方法あるいは第２の分解・除去方法が実施される。

（第１の分解・除去方法）
三段並列型の水電解装置１の共通の流入口３１０に、水道水の代わりに、有機物および/またはアンモニアおよび/またはシアンを含む汚染水を直接供給し、三段並列型の水電解装置１の共通の流出口３２０から、三段並列型の水電解装置１の共通の流出口３２０から、有機物および/またはアンモニアおよび/またはシアンが分解・除去された水を流出させる。

（第２の分解・除去方法）
三段並列型の水電解装置１の共通の流入口３１０に、水道水を供給して、促進酸化水を生成する。つぎに生成された促進酸化水を、有機物および/またはアンモニアおよび/またはシアンを含む汚染水と混合して、汚染水中の有機物および/またはアンモニアおよび/またはシアンを分解・除去する。

さらに促進酸化水を生成できるように構成すれば、本明細書に開示された各実施形態、各実施例の任意の形態の水電解装置を用いて第１の分解・除去方法および第２の分解・除去方法を実施することができる。

第１の殺菌洗浄方法、第２の殺菌洗浄方法、第１の分解・除去方法、第２の分解・除去方法は、併用して実施することができる。第１の殺菌洗浄方法および／または第２の殺菌洗浄方法および／または第１の分解・除去方法および／または第２の分解・除去方法の実施により、アンモニアと大腸菌を含んだ汚染水の飲用化が可能になる。例えば、０.０３％程度の濃度のアンモニアが添加された水道水を、図３４に示す三段並列型の水電解装置１に供給すると、アンモニアが完全分解された無臭の水を得ることができた。

また有機物、シアンを含んだ排水を、図３４に示す三段並列型の水電解装置１に供給すると、排水中の有機物、シアンを分解・除去することができた。したがって、本明細書に開示された水電解装置を排水処理の用途に用いることができる。

（実施例９）
図３５に示す気液混合部内蔵型の五段並列型水電解装置１を用いて大流量の促進酸化水を生成する実施例を説明する。

５段の水電解部１００-１～１００-５それぞれの陽極側には、６枚の１００メッシュのチタン（Ｔｉ）メッシュ電極１２０と、１枚のボロンドープダイヤモンド（ＢＤＤ）を担持したチタン（Ti）メッシュ電極１４０Ｐが設置されている。陰極側には、３枚の１００メッシュのチタン（Ｔｉ）メッシュ電極１７０が設置されている。五段の水電解部１００-１～１００-５の合計の電極面積は１９６ｃｍ² である。

五段並列型水電解装置１の共通の流入口３１０に水道水を３０Ｌ／ｍｉｎの流量で流し、陽極１１０、陰極１５０間に電流密度が０．１５Ａ/ｃｍ^２の電流３０Ａを流して水電解を行い、促進酸化水を生成した。

五段並列型水電解装置１の共通の流入口３１０から流出促進酸化水を生成した。この運転の条件における五段並列型水電解装置１の圧力損失は、０.０２ＭＭＰaと小さいものであった。生成された促進酸化水中には、０.９ｍｇ/Ｌの溶存オゾンと０.３ｍｇ/Ｌの過酸化水素が含まれていた。生成された促進酸化水を殺菌洗浄用途に用いたところ、十分な殺菌力があることが確認された。

別の運転条件では、五段並列型水電解装置１の共通の流入口３１０に水道水を５０Ｌ／ｍｉｎの流量で流して、水電解を行い、促進酸化水を生成した。

この運転の条件で生成された促進酸化水中の溶存オゾン濃度は、０.５ｍｇ/Ｌで、過酸化水素濃度は０.２ｍｇ/Ｌであった。生成された促進酸化水を殺菌洗浄用途に用いたところ、十分な殺菌力があることが確認された。

いずれの運転の条件においても、気液混合部２００で効率良くオゾンガスを水中に溶解する。このため人体に有害な気相オゾンの生成はみられなかった。また、オゾン生成電流効率は、１５～１７％であった。

このように大流量の促進酸化水を生成できる水電解装置は、農産物、魚、肉、カット野菜等の加工食品の殺菌の用途、レストラン等の厨房や食器の殺菌の用途に用いることができる。特に塩素系殺菌洗浄剤の使用規制がある場合に、本実施形態の水電解装置は有用である。また気相オゾン濃度に規制がある場合に、気相オゾンの生成がほぼない本実施形態の水電解装置は有用である。

以上の説明では、水電解装置厚み方向に隣り合う少なくとも２つの水電解部について電極を共通にする構成も可能である。例えば、厚み方向に隣り合う一方の２つの水電解部１００-２、１００-３の陽極１１０を共通の電極で構成するが、厚み方向に隣り合う他方の２つの水電解部１００-１、１００-２については、それぞれ個別の陰極で構成する実施も可能である。

第１０の実施形態、第１３の実施形態、第１４の実施形態、実施例７、実施例８、実施例９では、厚み方向に隣り合う少なくとも２つの水電解部について電極を共通にする構成とした。

しかし、複数の水電解部を並列に設ける構成では、必ずしも電極を共通にすることを必須とするものではない。たとえば、複数の水電解部を並列に設ける構成では、複数の水電解部は、それぞれの内側開口部が共通の流入口に連通し、かつそれぞれの外周開口部が共通の流出口に連通して配置されていればよい。あるいは、複数の水電解部は、それぞれの内側開口部が共通の流出口に連通し、かつそれぞれの外周開口部が共通の流入口に連通して配置されていればよい。
２０１９年２月２２日に出願された日本国特許出願２０１９－０３１０２９の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

１水電解装置
１００、１００´、４００水電解部
２００気液混合部
３００筐体
３１０流入口
３２０流出口
１１０陽極
１２０高分子電解質膜
１２１、１４１、１７１内側開口部
１３０陽極側電解領域
１３１、１６１外周開口部
１４０陽極側メッシュ電極
１５０陰極
１６０陰極側電解領域
１７０陰極側メッシュ電極

Claims

外部より原料水が流入される第１の流入口と、
外部より原料水が流入される第２の流入口と、
陽極側電解水が外部に流出される第１の流出口と、
陰極側電解水が外部に流出される第２の流出口と、
前記第１および第２の流入口と前記第１および第２の流出口との間に介在された水電解部と、
を備え、
前記水電解部は、
陽極と、
前記陽極の厚み方向に設けられた高分子電解質膜と、
前記陽極と前記高分子電解質膜との間に形成され、外周開口部が前記第１の流入口または前記第１の流出口の一方に連通する陽極側電解領域と、
前記陽極側電解領域に設けられ、当該陽極側電解領域の内側に内側開口部を有し、当該内側開口部が前記第１の流入口または前記第１の流出口の他方に連通する陽極側メッシュ電極と、
前記高分子電解質膜の厚み方向に設けられた陰極と、
前記高分子電解質膜と前記陰極との間に形成され、外周開口部が前記第２の流入口または前記第２の流出口の一方に連通する陰極側電解領域と、
前記陰極側電解領域に設けられ、当該陰極側電解領域の内側に内側開口部を有し、当該内側開口部が前記第２の流入口または前記第２の流出口の他方に連通する陰極側メッシュ電極と、
を備え、
前記陽極側電解領域の前記外周開口部と前記陽極側メッシュ電極の前記内側開口部は、連通し、前記陽極側電解領域の前記外周開口部から前記陽極側メッシュ電極の前記内側開口部に向かう径方向の流れ又は前記陽極側メッシュ電極の前記内側開口部から前記陽極側電解領域の前記外周開口部に向かう径方向の流れが形成され、
前記陰極側電解領域の前記外周開口部と前記陰極側メッシュ電極の前記内側開口部は、連通し、前記陰極側電解領域の前記外周開口部から前記陰極側メッシュ電極の前記内側開口部に向かう径方向の流れ又は前記陰極側メッシュ電極の前記内側開口部から前記陰極側電解領域の前記外周開口部に向かう径方向の流れが形成される、
水電解装置。
外部より原料水が流入される流入口と、
電解水が外部に流出される流出口と、
前記流入口と前記流出口との間に介在された水電解部と、
を備え、
前記水電解部は、
陽極と、
前記陽極の厚み方向に設けられ、前記流入口に連通する内側開口部が形成された高分子電解質膜と、
前記陽極と前記高分子電解質膜との間に形成され、外周開口部が前記流出口に連通する陽極側電解領域と、
前記陽極側電解領域に設けられ、当該陽極側電解領域の内側に内側開口部を有し、当該内側開口部が前記高分子電解質膜の内側開口部に連通する陽極側メッシュ電極と、
前記高分子電解質膜の厚み方向に設けられた陰極と、
前記高分子電解質膜と前記陰極との間に形成され、外周開口部が前記流出口に連通する陰極側電解領域と、
前記陰極側電解領域に設けられ、当該陰極側電解領域の内側に内側開口部を有し、当該内側開口部が前記高分子電解質膜の内側開口部に連通する陰極側メッシュ電極と、
を備え、
前記陽極側電解領域の前記外周開口部と前記陽極側メッシュ電極の前記内側開口部は、連通し、前記陽極側メッシュ電極の前記内側開口部から前記陽極側電解領域の前記外周開口部に向かう径方向の流れが形成され、
前記陰極側電解領域の前記外周開口部と前記陰極側メッシュ電極の前記内側開口部は、連通し、前記陰極側メッシュ電極の前記内側開口部から前記陰極側電解領域の前記外周開口部に向かう径方向の流れが形成される、
水電解装置。
外部より原料水が流入される流入口と、
電解水が外部に流出される流出口と、
前記流入口と前記流出口との間に介在された水電解部と、
を備え、
前記水電解部は、
陽極と、
前記陽極の厚み方向に設けられ、前記流出口に連通する内側開口部が形成された高分子電解質膜と、
前記陽極と前記高分子電解質膜との間に形成され、外周開口部が前記流入口に連通する陽極側電解領域と、
前記陽極側電解領域に設けられ、当該陽極側電解領域の内側に内側開口部を有し、当該内側開口部が前記高分子電解質膜の内側開口部に連通する陽極側メッシュ電極と、
前記高分子電解質膜の厚み方向に設けられた陰極と、
前記高分子電解質膜と前記陰極との間に形成され、外周開口部が前記流入口に連通する陰極側電解領域と、
前記陰極側電解領域に設けられ、当該陰極側電解領域の内側に内側開口部を有し、当該内側開口部が前記高分子電解質膜の内側開口部に連通する陰極側メッシュ電極と、
を備え、
前記陽極側電解領域の前記外周開口部と前記陽極側メッシュ電極の前記内側開口部は、連通し、前記陽極側電解領域の前記外周開口部から前記陽極側メッシュ電極の前記内側開口部に向かう径方向の流れが形成され、
前記陰極側電解領域の前記外周開口部と前記陰極側メッシュ電極の前記内側開口部は、連通し、前記陰極側電解領域の前記外周開口部から前記陰極側メッシュ電極の前記内側開口部に向かう径方向の流れが形成される、
水電解装置。
前記陽極側メッシュ電極および前記陰極側メッシュ電極の電極面は、前記高分子電解質膜の面に対して平行である、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の水電解装置。
前記陽極と、前記陽極側メッシュ電極と、前記高分子電解質膜と、前記陰極側メッシュ電極と、前記陰極は、前記厚み方向に垂直な平面でみて外形が円形または略円形である、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の水電解装置。
前記流入口と前記流出口との間に前記水電解部が複数介在され、
一方の前記水電解部の前記陽極側電解領域および前記陰極側電解領域における水の流れと、他方の前記水電解部の前記陽極側電解領域および前記陰極側電解領域における水の流れが並列となるように配置されている、
請求項２または３に記載の水電解装置。
一方の前記水電解部の前記陰極または前記陽極が、他方の水電解部の前記陰極または前記陽極と共通である、
請求項６に記載の水電解装置。
筐体に前記流入口および前記流出口が設けられ、
前記筐体内に、前記水電解部が配置され、
前記筐体内にあって、前記水電解部と前記流出口の間に、気液混合部が介在され、
前記気液混合部は、
前記水電解部の前記陽極側電解領域および前記陰極側電解領域の外周開口部に連通する気液混合入口部と、
気液混合された流体を排出し、前記流出口に連通する気液混合出口部と、
を備えた請求項２に記載の水電解装置。
筐体に前記流入口および前記流出口が設けられ、
前記筐体内に、前記水電解部が配置され、
前記筐体内にあって、前記水電解部と前記流出口の間に、気液混合部が介在され、
前記気液混合部は、
前記高分子電解質膜の内側開口部に連通する気液混合入口部と、
気液混合された流体を排出し、前記流出口に連通する気液混合出口部と、
を備えた請求項３に記載の水電解装置。
前記気液混合部は、
前記気液混合入口部と前記気液混合出口部との間に介在された複数の仕切部であって、複数の開口を有し、前記筐体の軸方向に間隔をあけて設けられ、前記筐体内を前記軸方向に仕切る複数の仕切部と、
前記軸方向に隣接する前記仕切部の間に配置され、前記仕切部の間の間隔を保持するための保持部材と、
を備え、前記軸方向に隣接する仕切部の間の空間部が、前記水電解部で生成されたガスをトラップしてガス溜まりを形成する室として機能する、
請求項８または９に記載の水電解装置。
前記仕切部は、複数の開口が形成された仕切部材によって構成されている、
請求項１０に記載の水電解装置。
前記陽極側電解領域には、１枚以上の金属メッシュ電極と、複数の孔が形成された基板電極に、ボロンドープダイヤモンドが成膜されたボロンドープダイヤモンド基板電極とが配置されている、
請求項１から１１のいずれか一項に記載の水電解装置。
前記陽極側メッシュ電極は、金属メッシュ上にボロンドープダイヤモンド粉が担持されたボロンドープダイヤモンドメッシュ電極を含んでいる、
請求項１から１１のいずれか一項に記載の水電解装置。
前記陰極側電解領域には、チタンの金属メッシュ電極及びステンレスの金属メッシュ電極及びボロンドープダイヤモンドが少なくとも表面に形成されたメッシュ電極及びボロンドープダイヤモンドが少なくとも表面に形成された基板電極のうちの少なくとも一つが配置されている、
請求項１から１３のいずれか一項に記載の水電解装置。
前記陰極側メッシュ電極は、プラチナの金属メッシュ電極を含んでいる、
請求項１から１３のいずれか一項に記載の水電解装置。
前記水電解部が複数設けられ、
複数の前記水電解部は、それぞれの前記内側開口部が共通の前記流入口に連通し、かつそれぞれの前記外周開口部が共通の前記流出口に連通して配置されている、
請求項２に記載の水電解装置。
前記水電解部が複数設けられ、
複数の前記水電解部は、それぞれの前記内側開口部が共通の前記流出口に連通し、かつそれぞれの前記外周開口部が共通の前記流入口に連通して配置されている、
請求項３に記載の水電解装置。
前記複数の前記水電解部のうちの少なくとも２つの前記水電解部は、前記厚み方向に重ねられて配置され、
前記少なくとも２つの前記水電解部の前記陽極または前記陰極が共通の電極で構成される、
請求項１６に記載の水電解装置。
前記複数の前記水電解部のうちの少なくとも２つの前記水電解部は、前記厚み方向に重ねられて配置され、
前記少なくとも２つの前記水電解部の前記陽極または前記陰極が共通の電極で構成される、
請求項１７に記載の水電解装置。
ｎ個の前記水電解部は、前記厚み方向に重ねられて配置され、
ｎ個の前記水電解部の前記厚み方向に隣り合う前記水電解部の前記陽極または前記陰極が共通の電極で構成され、
ｎ個の前記水電解部がｎ＋１個の電極を含んで構成される、
請求項１６に記載の水電解装置。
ｎ個の前記水電解部は、前記厚み方向に重ねられて配置され、
ｎ個の前記水電解部の前記厚み方向に隣り合う前記水電解部の前記陽極または前記陰極が共通の電極で構成され、
ｎ個の前記水電解部がｎ＋１個の電極を含んで構成される、
請求項１７に記載の水電解装置。
筐体に前記共通の前記流入口および前記共通の前記流出口が設けられ、
前記筐体内に、前記複数の前記水電解部が配置され、
前記筐体内にあって、前記複数の前記水電解部と前記共通の前記流出口の間に、気液混合部が介在され、
前記気液混合部は、
前記複数の前記水電解部それぞれの前記外周開口部に連通する気液混合入口部と、
気液混合された流体を排出し、前記共通の前記流出口に連通する気液混合出口部と、
を備えた請求項１６に記載の水電解装置。
筐体に前記共通の前記流入口および前記共通の前記流出口が設けられ、
前記筐体内に、前記複数の前記水電解部が配置され、
前記筐体内にあって、前記複数の前記水電解部と前記共通の前記流出口の間に、気液混合部が介在され、
前記気液混合部は、
前記複数の前記水電解部それぞれの前記内側開口部に連通する気液混合入口部と、
気液混合された流体を排出し、前記共通の前記流出口に連通する気液混合出口部と、
を備えた請求項１７に記載の水電解装置。
前記複数の前記水電解部の陽極側に、ボロンドープダイヤモンドを含む触媒電極が設けられる、
請求項１６に記載の水電解装置。
前記複数の前記水電解部の陽極側に、ボロンドープダイヤモンドを含む触媒電極が設けられる、
請求項１７に記載の水電解装置。
請求項２４の水電解装置の前記共通の前記流入口に、菌および/またはウイルスを含む汚染水を供給し、
当該水電解装置の前記共通の前記流出口から、アデノシン三リン酸値が低下した水を流出させる、
請求項２４に記載の水電解装置を用いた殺菌洗浄方法。
請求項２５の水電解装置の前記共通の前記流入口に、菌および/またはウイルスを含む汚染水を供給し、
当該水電解装置の前記共通の前記流出口から、アデノシン三リン酸値が低下した水を流出させる、
請求項２５に記載の水電解装置を用いた殺菌洗浄方法。
請求項２４の水電解装置を用いて前記電解水として、オゾンと過酸化水素が共存する促進酸化水を生成し、
生成された前記促進酸化水を、菌および/またはウイルスを含む汚染水と混合して、アデノシン三リン酸値を低下させる、
請求項２４に記載の水電解装置を用いた殺菌洗浄方法。
請求項２５の水電解装置を用いて前記電解水として、オゾンと過酸化水素が共存する促進酸化水を生成し、
生成された前記促進酸化水を、菌および/またはウイルスを含む汚染水と混合して、アデノシン三リン酸値を低下させる、
請求項２５に記載の水電解装置を用いた殺菌洗浄方法。
請求項２４の水電解装置の前記共通の前記流入口に、有機物および/またはアンモニアおよび/またはシアンを含む汚染水を供給し、
当該水電解装置の前記共通の前記流出口から、有機物および/またはアンモニアおよび/またはシアンが分解・除去された水を流出させる、
請求項２４に記載の水電解装置を用いた有害物質分解・除去方法。
請求項２５の水電解装置の前記共通の前記流入口に、有機物および/またはアンモニアおよび/またはシアンを含む汚染水を供給し、
当該水電解装置の前記共通の前記流出口から、有機物および/またはアンモニアおよび/またはシアンが分解・除去された水を流出させる、
請求項２５に記載の水電解装置を用いた有害物質分解・除去方法。
請求項２４の水電解装置を用いて前記電解水として、オゾンと過酸化水素が共存する促進酸化水を生成し、
生成された前記促進酸化水を、有機物および/またはアンモニアおよび/またはシアンを含む汚染水と混合して、汚染水中の有機物および/またはアンモニアおよび/またはシアンを分解・除去する、
請求項２４に記載の水電解装置を用いた有害物質分解・除去方法。
請求項２５の水電解装置を用いて前記電解水として、オゾンと過酸化水素が共存する促進酸化水を生成し、
生成された前記促進酸化水を、有機物および/またはアンモニアおよび/またはシアンを含む汚染水と混合して、汚染水中の有機物および/またはアンモニアおよび/またはシアンを分解・除去する、
請求項２５に記載の水電解装置を用いた有害物質分解・除去方法。