JPWO2017090431A1 - 還元水の製造装置および還元水の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 アノード室と、カソード室と、アノード室とカソード室との間に配置されるフッ素系イオン交換膜である隔膜と、アノード室において隔膜に接するように配置される多孔性アノード極と、カソード室に配置されるカソード極とを備える電解槽内の隔膜とカソード極との間に水を供給し、カソード極に対し、10kHz以下の電流平均値がゼロ以上である交流成分を有する電流を付与して水の電解還元を行い水素を発生させること、およびカソード極に対し直流成分を有する電流を付与して水の電解還元を行い水素を発生させるとともに、カソード極の表面に30kHz以上10MHz以下の超音波領域にある機械的振動を付与することのうち少なくともいずれかを行うことを含む、水素を含有する還元水の製造方法。
【選択図】図1
Description
電解還元により生成した還元水は大気と接触しているので、水中の溶存水素分子濃度は1.5ppmよりかなり下がる。例えば、電解還元した還元水をペットボトル等に保管した場合、水中の溶存水素分子濃度は一定時間経過後0.5ppm以下となる。このように水素水を大気と接触して保管した場合、一部の溶存水素分子は大気中に揮散していくので溶存水素分子濃度が低下する。
そのため、得られた水素水における溶存水素分子濃度の低下を抑えることを目的として例えば特許文献1に記載の技術が提案されている。
[1] アノード室と、カソード室と、前記アノード室と前記カソード室との間に配置されるフッ素系イオン交換膜である隔膜と、前記アノード室において前記隔膜に接するように配置される多孔性アノード極と、前記カソード室に配置されるカソード極とを備える電解槽と、
前記カソード極に対し、10kHz以下の電流平均値がゼロ以上である交流成分を有する電流を付与して前記隔膜と前記カソード極との間に供給された水の電解還元を行い水素を発生させること、および前記カソード極に対し直流成分を有する電流を付与して前記隔膜と前記カソード極との間に供給された水の電解還元を行い水素を発生させるとともに、前記カソード極の表面に30kHz以上10MHz以下の超音波領域にある機械的振動を付与することのうち少なくともいずれかを実行する濃度低下抑制部とを備える還元水製造装置。
[2] [1]に記載の装置において、
10kHz以下の電流平均値がゼロ以上である交流成分を有する電流が、電流最低値がゼロ以上である交流成分を有する電流である還元水製造装置。
[3] [1]または[2]に記載の装置において、
10kHz以下の電流平均値がゼロ以上である交流成分を有する電流が、半波整流又は全波整流された交流電流である還元水製造装置。
[4] [1]から[3]のいずれか1つに記載の装置において、
前記濃度低下抑制部は、前記カソード極に対し、半波整流又は全波整流された10kHz以下の交流電流を付与して水の電解還元を行うとともに、前記カソード極の表面に30kHz以上10MHz以下の超音波領域にある機械的振動を付与する還元水製造装置。
[5] [1]から[4]のいずれか1つに記載の装置において、
前記隔膜と前記カソード極の間にイオン交換樹脂が充填されている還元水製造装置。
[6] [5]に記載の装置において、
前記濃度低下抑制部は、前記イオン交換樹脂の中に埋め込まれている超音波振動子を有しており、
前記濃度低下抑制部は、前記超音波振動子からの前記カソード極の表面への30kHz以上10MHz以下の超音波領域にある機械的振動の付与を行う還元水製造装置。
[7] [1]から[4]のいずれか1つに記載の装置において、
前記カソード室が隔膜と対向する面において複数の突出部を有し、前記カソード極は前記突出部の先端において前記突出部と接触するように配置されており、前記カソード極と前記隔膜との間の前記隔膜と直行する方向における距離が1mm以下である還元水製造装置。
[8] [7]に記載の装置において、
前記カソード極が多孔性カソード極であり、
前記カソード室が、前記カソード室内から水を流入させる複数の原料水供給部と、電解還元された水を前記カソード室内から流出させる複数の還元水排出部とを備え、前記原料水供給部と前記還元水排出部とは前記突出部を間に介して配置されている還元水製造装置。
[9] [1]から[8]のいずれか1つに記載の装置において、
前記電解槽が、前記アノード室と、前記カソード室と、前記アノード室と前記カソード室の間に配置され、前記隔膜によって前記アノード室および前記カソード室と隔てられる中間室を有する三室型電解槽であり、前記中間室に還元性物質が存在している還元水製造装置。
[10] アノード室と、カソード室と、前記アノード室と前記カソード室との間に配置されるフッ素系イオン交換膜である隔膜と、前記アノード室において前記隔膜に接するように配置される多孔性アノード極と、前記カソード室に配置されるカソード極とを備える電解槽内の前記隔膜と前記カソード極との間に水を供給し、
前記カソード極に対し、10kHz以下の電流平均値がゼロ以上である交流成分を有する電流を付与して水の電解還元を行い水素を発生させること、および前記カソード極に対し直流成分を有する電流を付与して水の電解還元を行い水素を発生させるとともに、前記カソード極の表面に30kHz以上10MHz以下の超音波領域にある機械的振動を付与することのうち少なくともいずれかを行うことを含む、水素を含有する還元水の製造方法。
[11] [10]に記載の方法において、
10kHz以下の電流平均値がゼロ以上である交流成分を有する電流が、電流最低値がゼロ以上である交流成分を有する電流である還元水の製造方法。
[12] [10]または[11]に記載の方法において、
10kHz以下の電流平均値がゼロ以上である交流成分を有する電流が、半波整流又は全波整流された交流電流である還元水の製造方法。
[13] [10]から[12]のいずれか1つに記載の方法において、
前記カソード極に対し、半波整流又は全波整流された10kHz以下の交流電流を付与して水の電解還元を行うとともに、前記カソード極の表面に30kHz以上10MHz以下の超音波領域にある機械的振動を付与する還元水の製造方法。
[14] [10]から[13]のいずれか1つに記載の方法において、
前記隔膜と前記カソード極の間にイオン交換樹脂が充填されている還元水の製造方法。
[15] [14]に記載の方法において、
前記カソード極の表面への30kHz以上10MHz以下の超音波領域にある機械的振動の付与が行われ、当該機械的振動の付与は前記イオン交換樹脂の中に埋め込まれている超音波振動子から付与する還元水の製造方法。
[16] [10]から[13]のいずれか1つに記載の方法において、
前記カソード室が隔膜と対向する面において複数の突出部を有し、前記カソード極は前記突出部の先端において前記突出部と接触するように配置されており、前記カソード極と前記隔膜との間の前記隔膜と直行する方向における距離が1mm以下である前記電解槽内の前記隔膜と前記カソード極との間に水を供給する還元水の製造方法。
[17] [16]に記載の方法において、
前記カソード極が多孔性カソード極であり、
前記カソード室が、前記カソード室内から水を流入させる複数の原料水供給部と、電解還元された水を前記カソード室内から流出させる複数の還元水排出部とを備え、前記原料水供給部と前記還元水排出部とは前記突出部を間に介して配置されている還元水の製造方法。
[18] [10]から[17]のいずれか1つに記載の方法において、
前記電解槽が、前記アノード室と、前記カソード室と、前記アノード室と前記カソード室の間に配置され、前記隔膜によって前記アノード室および前記カソード室と隔てられる中間室を有する三室型電解槽であり、前記中間室に還元性物質が存在している還元水の製造方法。
次に、本発明の1つの実施形態について説明する。
第1の実施形態は、アノード室と、カソード室と、アノード室とカソード室との間に配置されるフッ素系イオン交換膜である隔膜と、アノード室において隔膜に接するように配置される多孔性アノード極と、カソード室に配置されるカソード極とを備える電解槽と、
カソード極に対し、10kHz以下の電流平均値がゼロ以上である交流成分を有する電流を付与して隔膜とカソード極との間に供給された水の電解還元を行い水素を発生させる濃度低下抑制部とを備える還元水製造装置に関する。
図1は当該システムの構成の概要を示す図である。
第1実施形態に係るシステムは、電解槽100と、当該電解槽100のカソード室3に原料となる水を供給する原料水生成送液部200とを備える。なお、製造される還元水(水素水)を飲用とする際により好ましいとの観点から、以下の説明においては、電解槽100に電導度が200μS/cm以下である水を供給する場合を例に挙げて説明しているが、これに限定されるものではない。
なお、給水ポンプ130、逆浸透膜フィルター140、水道ライン150は公知のものを用いることができ、特に限定されない。また、当該原料水生成送液部200の構成は一例であり、他の構成によって原料水を電解槽100に供給するようにしてもよい。
なお、アノード室1およびカソード室3の各容量、多孔性アノード極21、カソード極4の素材、大きさ、多孔性アノード極21における孔の大きさや数などについては特に限定されず、当業者が適宜設定することができる。
また、アノード極21とカソード極4には電源110から電流が供給されることにより電圧が付与される。これにより電解槽100において水の電気分解が行われ、カソード室3においては還元反応が進行して水素が生成される。一方、アノード室1においては、酸化反応が行われる(公知の構成を利用することができるため、詳細な説明および図示を省略する)。
ここで、半波整流および全波整流とは、交流電流/電圧において負の方向の電流/電圧成分をゼロまたはゼロより大きい正側に変換する処理をいう。
なお、電流平均値がゼロ以上である交流成分を有する電流は半波整流又は全波整流された交流電流のみに限られず、例えばパルス電流などであってもよい。一方で、高コストになるため、半波整流又は全波整流された10kHz以下の交流電流を付与して水の電解還元を行い水素を発生させることが好ましい。
次に、第2の実施形態について説明する。第1の実施形態と共通する部分は同じ符号を付して説明を省略する。
なお、カソード極4に付与される電流については直流成分を有する電流である限り特に限定されず、第1実施形態の半波整流又は全波整流された10kHz以下の交流電流のほか、直流電流等であってもよい。一方で、溶存水素分子濃度の低下をさらに抑える観点から、カソード極4に付与される電流については半波整流又は全波整流された10kHz以下の交流電流であることが好ましい。図2においては半波整流又は全波整流された10kHz以下の交流電流を付与する場合を例示している。
図3においては、機械的振動付与部8は、電解槽100外部においてカソード極4と接する位置に配置されている。また、図4においては、機械的振動付与部8は、カソード室3内のイオン交換樹脂31内に埋め込まれ、カソード極4の表面近傍に配置されている。なお、図2においては機械的振動付与部8がカソード室3内のイオン交換樹脂31内に埋め込まれている場合を例示している。
このうち、カソード極4の表面に直接機械的振動を与えることでより溶存水素濃度を高めることができるため、図4に例示されるようにカソード室内部に機械的振動付与部8が設置されることが好ましい。
次に、第3の実施形態について説明する。第1の実施形態と共通する部分は同じ符号を付して説明を省略する。
図5に第3の実施形態に係るシステムの概要を示す。
第3の実施形態に係るシステムは、第1実施形態に係る二室型の電解槽100に代えて、三室型電解槽300を有する。当該三室型電解槽300は、アノード室1、カソード室3に加えて、アノード室1とカソード室3の間に配置され、隔膜51、52によってアノード室1およびカソード室3と隔てられる中間室6を有する。なお、第1の実施形態の場合と同様に、第3の実施形態において、電解槽300は、例えば特許文献1に記載されている三室型電解槽とすることができる。中間室6にはイオン交換樹脂が充填されており、カルシウムイオン等のアルカリ土類金属を含めた2価以上の金属イオンを除去した浄化水が供給されるようにすることができる(アノード室1の場合と同様、中間室6についても公知の構成を利用することができるため、詳細な説明および図示を省略する。)。
中間室6を備えることで、アノード室1で生成された酸素等の酸化性物質がカソード室3に移行することを防止することが可能となる。
次に、第4の実施形態について説明する。第2の実施形態と共通する部分は同じ符号を付して説明を省略する。
図6、7は、第4実施形態に係る電解槽300の概要を示す図である。第4の実施形態においても、第2の実施形態と同様に、機械的振動付与部8を配置する位置は特に限定されず、適宜設定することができ、例えば図6、7で示す位置に配置することができる。
図6においては、機械的振動付与部8は、電解槽300外部においてカソード極4と接する位置に配置されている。また、図7においては、機械的振動付与部8は、カソード室3内のイオン交換樹脂31内に埋め込まれ、カソード極4表面近傍に配置されている。
次に、第5の実施形態について説明する。第3、4の実施形態と共通する部分は同じ符号を付して説明を省略する。
第5の実施形態では、溶存水素分子濃度の低下をより抑えるために、三室型電解槽300の中間室6に有機酸還元性物質を存在させる。これによりカソード水が弱酸性となるため、溶存水素分子濃度の低下をさらに抑えることができる。
図8に第5の実施形態に係るシステムの概要を示す。
第5の実施形態においては、有機酸還元性水溶液を中間室6に通水させ、さらに中間室6出口から排出された還元性水溶液を中間室6に導水して還元性水溶液を循環させることにより、有機酸還元性水溶液を中間室6に充填している。これにより還元性物質が中間室6に存在することとなる。
第5の実施形態では、有機酸還元性水溶液を循環させるために循環ライン190を有している。この循環ライン190に中間室液循環ポンプ180と中間室液貯水タンク170を設け、還元性の水溶液を循環させる。
有機酸還元性物質としては例えばアスコルビン酸、乳酸、グルコン酸等を挙げることができ、本実施形態においてはこれらの水溶液を循環させるようにすることができる。
以上のとおり本発明についていくつかの実施形態を挙げて説明したが他の実施形態とすることも可能である。
例えば第1〜5の実施形態において、電導度が200μS/cm以下である水を用いての還元において好ましい構成として、電解槽はカソード室においてカソード極と隔膜の間にイオン交換樹脂が充填されている構成を備える。これに代えて他の構成であってもよい。
例えば、イオン交換樹脂を充填しないで、通水と低電圧電解の両者を可能にする改良型カソード極を用いることができる。具体的には、カソード室が隔膜と対向する面において複数の突出部を有し、カソード極は突出部の先端において突出部と接触するように配置されており、カソード極と隔膜との間の隔膜と直行する方向における距離が1mm以下となるようにすることができる。このようなカソード室の例として、具体的には、特許文献1において記載される波型の表面を有するカソード極や櫛形のカソード極を備えるカソード室を挙げることができる。
図9は当該態様に係る電解槽の概要を示す図であり、図10は当該態様に係るシステムの概要を示す図である。
図9に示すように、当該態様の還元水製造装置においては、カソード室フレーム400に複数の開口部を有する多孔性カソード極4を接触させて配置しており、多孔性カソード極4と隔膜5との間の隔膜5と直行する方向における距離が1mm以下に設定される。具体的には、カソード室フレーム400は、隔膜5と対向する面においてそれぞれ複数の突出部320を有しており、多孔性カソード極4は突出部320の先端において突出部320と接触しているとともに隔膜5と対向するように配置される。
また、カソード室フレーム400の多孔性カソード極4と対向する面におけるカソード極4と接触していない非突出部分には、複数の原料水供給ライン302と複数の還元水排出ライン303が繋がっており、原料水供給ライン302と還元水排出ライン303は多孔性カソード極4に接触している突出部320を間に介して配置される。
原料水供給ライン302は、原料水供給用マニホールド304と連通している。原料水供給用マニホールド304へは、連通する原料水入口306から原料水が供給される。原料水は、原料水供給用マニホールド304を介して原料水供給ライン302からカソード室3内に流入するとともに、多孔性カソード極4の突出部320との非接触部分における開口部を介して多孔性カソード極4表面における電解面301に供給される。
また、還元水排出ライン303は、還元水排出用マニホールド305と連通している。電解面で生成された還元水は多孔性カソード極4の突出部320との非接触部分における開口部、還元水排出ライン303を介して、還元水排出用マニホールド305へと流入する。還元水排出用マニホールド305には還元水出口307が連通しており、当該還元水出口307から生成された還元水が排出される。なお、例示している実施形態においては、原料水供給ライン302、原料水供給用マニホールド304が視認できる断面においては還元水排出ライン303、還元水排出用マニホールド305を視認できない。そのため、図9、図10では還元水排出ライン303、還元水排出用マニホールド305を破線で示している。
すなわち、当該態様においては、原料水供給ライン302からカソード室内に流入された原料水が多孔性カソード極4の突出部320との非接触部分における開口を介して電解面301に供給される。また、電解面301において生成された還元水は、多孔性カソード極4の突出部320との非接触部分における開口を介して還元水排水ライン303からカソード室外に排出される。このような態様によれば、電解面であるカソード極表面の流速をより大きくすることができる。その結果、カソード電極近傍の高溶存水素分子濃度水をより効率良くバルク水に移行させることができるので、溶存水素分子濃度の低下をさらに抑えることができる。
図11に示すように、大気圧で常温の条件下で、水素ガスの平衡論的溶解度は1.5〜1.6ppmである。
本発明者は鋭意研究の結果、電気分解して水素を発生させるときに、還元反応に関与する電解槽中のカソード極に対して電流平均値がゼロ以上である交流成分を有する電流を付与して電解還元を進行させる、あるいは直流成分を有する電流をカソード極に付与して電解還元を進行させてカソード極近傍において水素を生成させるとともに、当該カソード極に所定の超音波による振動を与えることにより、溶存水素分子濃度の低下を抑えることができることを見出し、本発明を完成させた。以下、この点について詳細に説明する。
バルクの水のなかで、溶存水素濃度は平衡論値以下となるが、電解中のカソード極表面の溶存水素濃度は平衡値以上となる。さらに、水素ガスの径は初期の段階ではnmオーダーであるが、時間の経過にともない微少な水素ガスがお互いに合体をして、水素ガスの大きさは大きくなる。
アノード極:2H2O → O2 + 4H+ + 4e-
カソード極:2H+ + 2e- → H2
例えば、図12において例示するように、ヘルムホルツ層10において生成した水素分子または極小径(nmオーダー)の水素分子気泡11は、電気二重層9に移動していく過程でより大きな径を有する水素分子気泡13となり、カソード極4との距離がさらに離れるにつれて水素分子気泡13よりも大きな水素分子気泡12となる。このような動的な過程では、溶存水素濃度は平衡論的観点での値より大きくなることが予測される。
更に、才原らの報告書は、カソード電極表面では、200nmの大きさの水素ガスが観測されたことを記述している。水素ガスの大きさが200nm以下になると、目視的に均一透明となり、水素ガスが電解した水のなかでの安定性が向上することが報告されている。この安定性は水素分子が溶解した水のビジネスを展開するうえで水素ガス残留の寿命の点で重要である。
(1) 超音波印加
ヘルムホルツ層及び電気二重層(拡散層)が超音波振動により攪拌され、この攪拌によりヘルムホルツ層内の小さな径の水素ガス気泡が電気二重層(拡散層)に移動し、電気二重層において小さな径の水素ガス気泡濃度が高まる。この結果としてバルク水中の小さな径の水素ガス濃度が高まり、得られた還元水における溶存水素濃度も高まる。
(2) 電気的振動(変動電解電流)印加
当該方法は、電流平均値がゼロ以上である交流成分を有する電流をカソード極に付与することで、還元水における溶存水素濃度を高める。
当該方法においては、一定の電解電流を印加するのではなく、電解電流をゼロにする期間を設ける。当該方法に係る電流付与および発生する水素ガスについての一例であるグラフを図13に示す。図13は、後述する実験例1において半波整流電流をカソード極に付与した場合に対応するグラフであり、図13では、点線電流値で示す様に半波整流電流をカソード極に印加している。この電流の変化に対応して大きな気泡の水素ガス(1μmより大きい)が生成される。通電されているとき、常に小さい水素ガス気泡(1μm以下)が供給されるので、大きい径の水素ガス気泡が生成される。電極表面に通水すると、大きな径の水素ガスが除去される。しかし、ヘルムホルツ層および電気二重層の界面層は流速が大幅に低減するために小さな径の水素ガスは部分的に残留する。通電しないときガスの成長は止まり小さい径の水素ガスのみを除去することが可能となる。その結果、還元水中には、通電しないときに除去される水素ガスよりもさらに小さな径の水素ガスがより残留するようになり、溶存水素濃度を高めることができる。なお、更に、溶存水素濃度をあげるためにはカソード室内の圧力を上げることがのぞましく、具体的にはカソード室の圧力を0.01〜0.1kg/cm2とすることが好ましい。
以上の説明は溶存水素濃度を上げるためには交流が望ましいことを示す。しかし、ここで注意しなければならないことはカソード電解反応を対象にしているので、交流の中で、通常の交番電流を用いると、アノード反応が混入することになり、溶存水素分子濃度を高めることが困難になる。従って、カソード電解電流が最低でも大きな径の水素ガス気泡が目視的に観測されにくい値まで電解電流の値を下げることが必要である。具体的には、電流平均値がゼロ以上である交流成分を有する電流をカソード極に付与するようにすることができ、好ましくは電流最低値がゼロ以上である交流成分を有する電流、より好ましくは半波整流又は全波整流された交流電流をカソード極に付与する。したがって、例えば、電流平均値がゼロ以上である交流成分を有する電流の電源として、整流化交流電源またはパルス電源を用いることができる。
本発明では水素ガス気泡の効率的移動に着目しているので、周波数上限に関して限界がある。一般的に物質移動を伴う現象の周波数依存性を測定すると、約10kHz以下の領域で電解に対して交流又はパルス電流の効果が現れる。
上述の第1の実施形態に基づくシステムを構築した。
逆浸透膜フィルター140として、Seemsbionics社製逆浸透膜フィルターを利用した。電源として直流電源、または50Hz交流電源を用いた。交流は、無整流、全波整流または半波整流とし、比較を行った。また、電解槽の大きさは、アノード室およびカソード室とも、6×8×約1cmとした。電極の外寸は8×6cm2(素材:チタン板に白金メッキが施されている)とした。アノード極は、6mmφの孔を同一間隔で130個開けた多孔性アノード極とした。電解電流を4Aに設定した。電流密度は0.83mA/cm2となる。
還元水中の溶存水素分子濃度はメチレンブルー試薬で測定した。
結果を表1に示す。
この実験例2では溶存水素分子濃度に対する機械的振動の効果を説明する。
約250Hzの振動装置(WILD ONE社製)と約2.1MHzの超音波振動子(本多電子株式会社、HM2412(C))を用いた。基本的なシステムの構成は実験例1と同様である。カソード極表面に機械的振動を与える方法は以下の通りとした。対照である約250Hzの低周波機械的振動の場合、振動装置を電解槽外部においてカソード電極に接する位置に配置し、電解槽外側から振動を与えた。約2.4MHzの超音波振動の場合、二室型電解槽においては図3と図4の二通りの構造を検討した。すなわち、図3に示すように超音波振動子を電解槽外部においてカソード電極に接する位置に取り付けたものと、図4に示すように、超音波振動子をカソード室内のカソード極表面近傍においてイオン交換樹脂の中に埋め込んで設置したものとを準備した。
図7に示す三室型電解槽を備える還元水製造システムを構成した。アノード室、カソード室および中間室について、大きさを6×8×約1cmとした。中間室には浄化水とアスコルビン酸50gを添加した(濃度:約5%)。この水溶液を常時循環した。その他の構成等は実験例1と同様とした。
この状態で全波整流50Hz、4Aをカソード極に付与し、0.5l/min.通水をした。電解槽の出口のバルブを調整して、カソード室の圧力を0.1kg/cm2に調整した。過渡的溶存水素分子濃度測定値は、中間室液循環前の2.3ppmに比較して2.6ppm上昇した。
図9に示すカソード室フレーム(6X8cm2)を利用した電解槽において還元水の製造を行った。フッ素系カチオン交換膜と多孔性カソード極の間は1mmとした。逆浸透膜フィルターを用いて水道水を処理した原料水を電解槽カソード室に0.5l/minで供給した。図9に示すように5個の突出部を設けた。全波整流50Hz、4Aで通電したところ、溶存水素濃度は2.7ppmとなった。この様に突出部を設けて、カソード極表面の流量を高めることにより、さらに溶存水素濃度を上げることが可能である。
1:アノード室
3:カソード室
4:カソード極
5:隔膜
51:アノード室側隔膜
52:カソード室側隔膜
6:中間室
8:機械的振動付与部
21:アノード極
31:イオン交換樹脂
110:電源
120:貯水タンク
130:給水ポンプ
140:逆浸透膜フィルター
150:水道水ライン
160:バルブ
200:原料水生成送液部
301:電解面
302:原料水供給ライン
303:還元水排出ライン
304:原料水供給用マニホールド
305:還元水排出用マニホールド
306:原料水入口
307:還元水出口
400:カソード室フレーム
Claims (18)
- アノード室と、カソード室と、前記アノード室と前記カソード室との間に配置されるフッ素系イオン交換膜である隔膜と、前記アノード室において前記隔膜に接するように配置される多孔性アノード極と、前記カソード室に配置されるカソード極とを備える電解槽と、
前記カソード極に対し、10kHz以下の電流平均値がゼロ以上である交流成分を有する電流を付与して前記隔膜と前記カソード極との間に供給された水の電解還元を行い水素を発生させること、および前記カソード極に対し直流成分を有する電流を付与して前記隔膜と前記カソード極との間に供給された水の電解還元を行い水素を発生させるとともに、前記カソード極の表面に30kHz以上10MHz以下の超音波領域にある機械的振動を付与することのうち少なくともいずれかを実行する濃度低下抑制部とを備える還元水製造装置。 - 請求項1に記載の装置において、
10kHz以下の電流平均値がゼロ以上である交流成分を有する電流が、電流最低値がゼロ以上である交流成分を有する電流である還元水製造装置。 - 請求項1または2に記載の装置において、
10kHz以下の電流平均値がゼロ以上である交流成分を有する電流が、半波整流又は全波整流された交流電流である還元水製造装置。 - 請求項1から3のいずれか1つに記載の装置において、
前記濃度低下抑制部は、前記カソード極に対し、半波整流又は全波整流された10kHz以下の交流電流を付与して水の電解還元を行うとともに、前記カソード極の表面に30kHz以上10MHz以下の超音波領域にある機械的振動を付与する還元水製造装置。 - 請求項1から4のいずれか1つに記載の装置において、
前記隔膜と前記カソード極の間にイオン交換樹脂が充填されている還元水製造装置。 - 請求項5に記載の装置において、
前記濃度低下抑制部は、前記イオン交換樹脂の中に埋め込まれている超音波振動子を有しており、
前記濃度低下抑制部は、前記超音波振動子からの前記カソード極の表面への30kHz以上10MHz以下の超音波領域にある機械的振動の付与を行う還元水製造装置。 - 請求項1から4のいずれか1つに記載の装置において、
前記カソード室が隔膜と対向する面において複数の突出部を有し、前記カソード極は前記突出部の先端において前記突出部と接触するように配置されており、前記カソード極と前記隔膜との間の前記隔膜と直行する方向における距離が1mm以下である還元水製造装置。 - 請求項7に記載の装置において、
前記カソード極が多孔性カソード極であり、
前記カソード室が、前記カソード室内に水を流入させる複数の原料水供給部と、電解還元された水を前記カソード室内から流出させる複数の還元水排出部とを備え、前記原料水供給部と前記還元水排出部とは前記突出部を間に介して配置されている還元水製造装置。 - 請求項1から8のいずれか1つに記載の装置において、
前記電解槽が、前記アノード室と、前記カソード室と、前記アノード室と前記カソード室の間に配置され、前記隔膜によって前記アノード室および前記カソード室と隔てられる中間室を有する三室型電解槽であり、前記中間室に還元性物質が存在している還元水製造装置。 - アノード室と、カソード室と、前記アノード室と前記カソード室との間に配置されるフッ素系イオン交換膜である隔膜と、前記アノード室において前記隔膜に接するように配置される多孔性アノード極と、前記カソード室に配置されるカソード極とを備える電解槽内の前記隔膜と前記カソード極との間に水を供給し、
前記カソード極に対し、10kHz以下の電流平均値がゼロ以上である交流成分を有する電流を付与して水の電解還元を行い水素を発生させること、および前記カソード極に対し直流成分を有する電流を付与して水の電解還元を行い水素を発生させるとともに、前記カソード極の表面に30kHz以上10MHz以下の超音波領域にある機械的振動を付与することのうち少なくともいずれかを行うことを含む、水素を含有する還元水の製造方法。 - 請求項10に記載の方法において、
10kHz以下の電流平均値がゼロ以上である交流成分を有する電流が、電流最低値がゼロ以上である交流成分を有する電流である還元水の製造方法。 - 請求項10または11に記載の方法において、
10kHz以下の電流平均値がゼロ以上である交流成分を有する電流が、半波整流又は全波整流された交流電流である還元水の製造方法。 - 請求項10から12のいずれか1つに記載の方法において、
前記カソード極に対し、半波整流又は全波整流された10kHz以下の交流電流を付与して水の電解還元を行うとともに、前記カソード極の表面に30kHz以上10MHz以下の超音波領域にある機械的振動を付与する還元水の製造方法。 - 請求項10から13のいずれか1つに記載の方法において、
前記隔膜と前記カソード極の間にイオン交換樹脂が充填されている還元水の製造方法。 - 請求項14に記載の方法において、
前記カソード極の表面への30kHz以上10MHz以下の超音波領域にある機械的振動の付与が行われ、当該機械的振動の付与は前記イオン交換樹脂の中に埋め込まれている超音波振動子から付与する還元水の製造方法。 - 請求項10から13のいずれか1つに記載の方法において、
前記カソード室が隔膜と対向する面において複数の突出部を有し、前記カソード極は前記突出部の先端において前記突出部と接触するように配置されており、前記カソード極と前記隔膜との間の前記隔膜と直行する方向における距離が1mm以下である前記電解槽内の前記隔膜と前記カソード極との間に水を供給する還元水の製造方法。 - 請求項16に記載の方法において、
前記カソード極が多孔性カソード極であり、
前記カソード室が、水を流入させる複数の原料水供給部と、電解還元された水を流出させる複数の還元水排出部とを備え、前記原料水供給部と前記還元水排出部とは前記突出部を間に介して配置されている還元水の製造方法。 - 請求項10から17のいずれか1つに記載の方法において、
前記電解槽が、前記アノード室と、前記カソード室と、前記アノード室と前記カソード室の間に配置され、前記隔膜によって前記アノード室および前記カソード室と隔てられる中間室を有する三室型電解槽であり、前記中間室に還元性物質が存在している還元水の製造方法。
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