JP2021030182A

JP2021030182A - 電解水素水生成装置

Info

Publication number: JP2021030182A
Application number: JP2019155875A
Authority: JP
Inventors: 英夫安堂; Hideo Ando
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-08-28
Filing date: 2019-08-28
Publication date: 2021-03-01

Abstract

【課題】原水を電気分解して生成した電解水素溶解水の溶存水素濃度を向上しつつ、pHの過剰上昇を防止した電解水素生成装置を提供する。【解決手段】陽極と陰極を対向配置した第１電解部で、原水を電気分解して陰極室で生成したアルカリ性水を、陽極と陰極を対向配置した第２電解部によって電気分解することにより、ｐＨ濃度を上げることなく溶存水素濃度を増加させた飲用アルカリ性水を取水する。【選択図】図２

Description

本発明は、水を電気分解して酸性水およびアルカリ性水を生成する電解槽を具備する電解水生成装置に関するものである。

図１に従来の電解水生成装置の模式説明図を示す。給水管１から導入した原水を浄水槽２により浄化し、送水管３を介して電解槽４に供給する。電解槽４は陽極５を配設した陽極室６と、陰極７を配設した陰極室８とを隔膜９を介して区画されている。陽極室６に連通した酸性水取水管１０から酸性水を得ることができる。一方陰極室８で生成したアルカリ性水は、アルカリ水取水管１１で吐水される。
この装置を用いて水道水などを電気分解した場合、陽極・陰極では下記の電気分解反応が生じており、陽極室からは酸性水を、陰極室からは水素を含むアルカリ性電解水が得られる。アルカリ性電解水は還元性を有していることから、生体内の酸化的状態から引き起こされ得る異常や疾患に効用が期待されている。

陽極：２H_２O → O_２＋４H^＋＋４e⁻ 式１
陰極：４H_２O＋４e^― → ２H_２＋４OH^ー式２

陰極でOH⁻が発生するため、電気分解が進むにつれ．アルカリ性電解水のpHは上昇する。一方、pH10以上のアルカリ性電解水は飲用不適とされているので、電気分解の電流や時間増大による溶存水素濃度向上には限界があった。

このため、pH上昇を抑え、溶存水素濃度を増す方法が下記のように試みられている。
特開２００１−０７０９４４イオン交換膜からなる隔膜を用いて、陽極室で発生した水素イオンを電気浸透により陰極室に移動させ、陰極水（アルカリ性水）中に溶存水素ガス粒子を含ませる。さらに原水中に酸化還元物質を添加して水素ガスの発生増大化する。特開２００３−２４５６６９陽極と陽極に接触させた水素イオン透過電解質膜と陰極が配設される陰極室を備える電解槽を具備する。特開２００５−４０７８１第1電解部で生成した酸性水およびアルカリ性水を第２電解部に導水する。第2電解部に配設したイオン交換膜の表裏に導電性を付与した電気化学セルの陽極側で酸性水を電気分解して発生した水素が前記電気化学セルのイオン交換膜を通ってアルカリ性水中に移動することにより溶存水素濃度が増大する。特開２００９−１６０５０３強電解アルカリ水に浄水や酸性水を混合して飲用最適化を図る。特開２０１８−９０９０５固体高分子膜電極で電気分解する場合の陽極および陰極では下記の反応が起こる。陽極：H２O → 1/2 O２＋２H＋＋２e− 式３陰極：２H＋＋２e― → H２式４カチオン交換膜を固体高分子膜に用いた場合、通電に伴いH＋が陽極から陰極へ供給され、H2Oに比べてH+が電解還元されやすいため、陰極室においてOH−の発生を抑えて電解水素水が得られる。

水電解法による水素製造技術の開発動向「燃料学会誌」第70巻第6号(1991) 水電解技術の現状と課題水素エネルキ゛ーシステム Vol.36, No.1 (2011)

水を電気分解する方法として高価なイオン交換膜や固体高分子膜電極を用いる以外にアルカリ水電解がある。アルカリ水電解では、陽極・陰極で発生する酸素・水素の混合防止と電極間絶縁のために設置する隔膜や鉄・ニッケルなどを用いる電極など、安価材料で電解システムを構築できる。

アルカリ水電解によって電解水素溶解水のpH上昇を抑える方法を模索した。水を電気分解する方法の一つとして、アルカリ水電解が知られている。アルカリ水を電気分解する場合の陽極および陰極では下記の反応が起こる。

陽極：２OH^― → H_２O＋1/2O_２＋２e⁻ 式５
陰極：２H_２O＋２e^― → H_２＋２OH^― 式６

陽極では水酸化物イオンから水と酸素が生成し、陰極では水素と水酸化物イオンOH^―が発生する。通電に伴いOH^―が陽極に供給されるため、アルカリ度を上昇させずに溶存水素濃度が増大する。
電極は軟鋼やニッケルメッキした軟鋼が、隔膜は多孔質材料などが用いられている。

本発明では陽極と陰極を対向配置した第１電解部に連通した第２電解部とから構成されている。第１電解室で連続生成されたアルカリ水を第２電解室で電解することとした。

本発明の第１電解部と第２電解部とは互いに連通させただけの簡単な構成であり、従来の電解水生成装置を第１電解室として得たアルカリ水を、電極や隔膜が安価材料で構築できる第２電解室で電解する。このため、簡単な構成と安価な材料で溶存水素濃度が増大した飲料アルカリ性電解水を連続的に生成することが可能となる。

従来の電解水生成装置の模式説明図である。本発明の実施例の模式説明図である。本発明の試験方法の模式図である。

図２は本発明の実施例の模式説明図である。
給水管１から導入した原水を浄水槽２により浄化し、送水管３を介して電解槽４に供給する。電解槽４は陽極５を配設した陽極室６と、陰極７を配設した陰極室８とを隔膜９を介して区画されている。陽極室６に連通した酸性水取水管１０から酸性水を得ることができる。一方陰極室８で生成したアルカリ水は、アルカリ水取水管１１で連通したアルカリ水電解槽１２に送られる。アルカリ水電解槽１２は陽極１３を配設した陽極室１４と、陰極１５を配設した陰極室１６とを隔膜１７を介して区画されている。陽極室１４に連通した酸性水取水管１８から酸性水を得ることができる。一方陰極室１６で生成した溶存水素増量水は、吐水管１９から供給される。

常温（２３．６℃）の水道水を電気分解して、溶存水素濃度３１５〜３２０ｐｐｂ、ｐＨ９．０〜９．５のアルカリ水を３．８Ｌ／分吐水する従来型水素水生成装置を、第１、２電解槽に用いた本実施例の試験結果を下記に述べる。
図３の試験方法模式図に示すように、水温２３．６℃の水道水を第１電解槽で電解して得た溶存水素濃度３１５〜３２０ｐｐｂ、ｐＨ９．０〜９．５のアルカリ水を第２電解槽で再度電解した結果、溶存水素濃度」５５０ｐｐｂ．ｐＨ９．５の溶存水素増量水を得た。反応式５，６でしめすようにアルカリ水の電解により、アルカリ度を上昇させずに連続的に溶存水素濃度を高めることができる。
なお、溶存水素量はTRUSTLEX製ポータブル溶存水素計 ENH-1000 にて測定した。

11 アルカリ水取水管
12 アルカリ水電解槽
13 陽極
14 陽極室
15 陰極
16 陰極室
17 隔膜
18 酸性水取水管
19 吐水管

Claims

陽極と陰極を対向配置した第１の電解部の陰極室で生成したアルカリ性水を、陽極と陰極を対向配置した第２の電解部で電解する電解水素水生成装置。