JP3791311B2

JP3791311B2 - 電解水生成装置

Info

Publication number: JP3791311B2
Application number: JP2000244980A
Authority: JP
Inventors: 弘之野口; 康弘才原; 憲次菊地
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1998-11-25
Filing date: 2000-08-11
Publication date: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2019-11-25
Also published as: JP2001070944A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は連続して陰極水と陽極水、即ち、電解水を生成する電解水生成装置に関するものであり、更に詳しくは、還元側の電位を有する陰極水として、活性酸素等の存在下においても還元型物質の酸化を抑制し、還元状態を維持することができ、あるいは酸化型物質を還元型物質に還元し、還元型物質を有効に再生産することができる陰極水を生成することができる電解水生成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電解水生成装置１の構造の一例を、図１により概略説明する。電解水生成装置１は電解槽２、浄水装置３、電解質供給装置６などから構成される。電解槽２は、隔膜５により、陰極１２Ａが配置された陰極室１４と、陽極１２Ｂが配置された陽極室１８とに区画されている。一般に原水とされる水道水は、浄水装置３を通して電解槽２の陰極室１４と陽極室１８とに導入される。浄水装置３は、水道水中にふくまれる有機物、無機物あるいは次亜塩素酸などの臭気成分を除去するものであり、通常、抗菌活性炭フィルタ及び中空糸膜などのマイクロフィルターにて構成されている。また、浄水装置３から流出した原水は、陰極室１４に直接連通した陰極室流入路２０と、陽極室１８に連通した陽極室流入路２２とに分流される。この原水の電極室流入側には、電極室上流に設けた電解質供給装置６により連続的に電解質が供給される。一般的に、電解質としては乳酸カルシウムまたはグリセロリン酸カルシウムなどのカルシウム塩が使用される。電解槽２に通水された水を陰極１２Ａと陽極１２Ｂに電流を流して電気分解することにより、陰極室１４に陰極水が、陽極室１８に陽極水が生成する。陰極水は流出路２３から、陽極水は流出路２１からそれぞれ別々の経路を通って吐出される。上記中、図１においては、浄水装置３から流出した原水が、陰極室１４に直接連通した陰極室流入路２０と、陽極室１８に連通した陽極室流入路２２とに分流される前段即ち上流側に電解質供給装置６を配設したものである。尚装置によっては、主として飲用等に使用される陰極水中に、電気分解による電気泳動によりカルシウムイオンのみが含有されるように、陽極室１８に流入する水にのみ電解質を添加するようにして、電解質を添加した水を陽極室１８に流入させ、陰極水にはカルシウムイオンのみ添加し、乳酸イオンは酸性水とともに排出する様にしたものもある。
【０００３】
陰極水を生成すると同時に生成される酸性水については乳酸イオンが添加され、アストリンゼント効果を有することによりその目的に利用される。尚、図１において８Ａ、８Ｂは電気化学的水質測定器を示しており、これにより各種の吐出水の水質、例えばｐＨ、酸化還元電位、カルシウム濃度、電気伝導率等を知ることができ、装置によればこれらからの水質測定結果を基に、電解電圧や流量などの電解条件をコントロールすることもなされている。
【０００４】
以上のような従来例の構造を有する電解水生成装置１においては、電解処理により製造される飲用に用いられる陰極水には、胃腸内異常発酵、慢性下痢、胃酸過多等に関する効果が期待できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の陰極水には、一般的に還元性の電位を有する性質はあるものの、その期待される還元電位に起因する効果、即ち生体内における還元型物質の酸化の抑制による還元状態の維持、著しくは酸化型物質を還元型物質に還元し、還元型物質を有効に再生産することなどについては不明瞭であった。ここでスーパーオキサイドやヒドロキシラジカル、過酸化水素等の活性酸素の存在下においても、このような酸化反応による抑制効果の期待できる電解水を製造することができれば、それは消化器系障害の間接的な予防効果、特に粘膜障害（体内微生物に起因するもの含め）の抑制などの効果まで期待できると考えられる。
【０００６】
また、酸化性、還元性の指標である酸化還元電位をモニタリングする、白金電極による手法も従来は見られたが、上記の作用・効果を及ぼす要因を測定してモニタリングし、そのモニタリングデータにより電解条件（電流密度、通過水量など）をフィードバックして上記の要因をコントロールすることができれば、常に上記効果が期待され、安定した品質の電解水の製造が可能となる。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、還元側の電位を有する陰極水として、活性酸素等の存在下においても還元型物質の酸化を抑制し、還元状態を維持することができ、あるいは酸化型物質を還元型物質に還元し、還元型物質を有効に再生産することができる陰極水を生成することができる電解水生成装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る電解水生成装置１は、陽極１２Ｂが配設された陽極室１８と、陰極１２Ａが配設された陰極室１４と、陽極室１８と陰極室１４を仕切るように配設された、陽イオンと陰イオンのうち少なくとも一方を通過させ得る隔膜５とを備える電解槽２を具備し、溶存イオンを含む原水から、有隔膜電解により陽極水と陰極水を生成すると共に陰極室１４にて生成される陰極水中に溶存水素ガス粒子を含ませることができる電解水生成装置１であって、原水中に酸化還元物質として、鉄化合物を添加する酸化還元物質添加装置を具備して成ることを特徴とするものである。
【０００９】
また本発明の請求項２に係る電解水生成装置１は、請求項１の構成に加えて、酸化還元物質添加装置として、原水中に無機系化合物に加えて、酸化還元物質を添加する電解質供給装置６を具備して成ることを特徴とするものである。
【００１０】
また本発明の請求項３に係る電解水生成装置１は、請求項２の構成に加えて、酸化還元物質添加装置として、原水中に無機系化合物及び酸化還元物質に加えて、界面活性剤を添加する電解質供給装置６を具備して成ることを特徴とするものである。
【００１２】
また本発明の請求項４に係る電解水生成装置１は、請求項１乃至３のいずれかの構成に加えて、原水中に酸化還元物質として、無機系鉄化合物を添加する酸化還元物質添加装置を具備して成ることを特徴とするものである。
【００１３】
また本発明の請求項５に係る電解水生成装置１は、請求項１乃至３のいずれかの構成に加えて、原水中に酸化還元物質として、有機系鉄化合物を添加する酸化還元物質添加装置を具備して成ることを特徴とするものである。
【００１４】
また本発明の請求項６に係る電解水生成装置１は、請求項１乃至５のいずれかの構成に加えて、原水中に酸化還元物質として、水溶性生化学物質を添加する酸化還元物質添加装置を具備して成ることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
先ず本発明の電解水生成装置１の基本構成の一例を、図１により説明する。
【００１７】
この図１に示す電解水生成装置１は電解槽２、浄水装置３及び電解質供給装置６を備えている。電解槽２は、隔膜５により、陰極１２Ａが配置された陰極室１４と、陽極１２Ｂが配置された陽極室１８とに区画されている。原水とされる水道水は、浄水装置３が設けられた電極室流入路４を通して電解槽２の陰極室１４と陽極室１８とに導入される。また、電極室流入路４の下流側には、陰極室１４に直接連通する陰極室流入路２０と、陽極室１８に直接連通する陽極室流入路２２とを分岐して設けるものであり、電極室流入路４、陰極室流入路２０、陽極室流入路２２にて原水流路７が構成される。電極室流入路４を通じて浄水装置３から流出した原水は、陰極室１４に直接連通した陰極室流入路２０と、陽極室１８に連通した陽極室流入路２２とに分流される。この原水には、電極室の上流側に設けられた電解質供給装置６により連続的に電解質及び界面活性剤が供給される。そして電解槽２に供給された原水を陰極１２Ａと陽極１２Ｂの間に電流を流して電気分解することにより、陰極室１４に陰極水が、陽極室１８に陽極水が生成する。陰極水は陰極室１４に連通して接続された陰極室流出路２３から、陽極水は陽極室１８に連通して接続された陽極室流出路２１からそれぞれ吐出される。上記中、図１においては、浄水装置３から流出した原水が、陰極室１４に直接連通した陰極室流入路２０と、陽極室１８に連通した陽極室流入路２２とに分流される前段即ち、電極室流入路４における浄水装置３の下流側に電解質供給装置６を配設したものである。
【００１８】
本発明の電解水生成装置１は、上記のような構成において、生成される陰極水中に、陰極水中の水素含有量が、理論飽和濃度より高い状態となるようにして、陰極水中に水素ガスの気泡の粒子（以下、溶存水素ガス粒子とする）を分散させると共に、溶存水素ガス粒子の粒径を５〜１０００ｎｍの範囲において分布させるように構成することが好ましいものであり、そのためには、好ましくは本発明の電解水生成装置１を下記のように構成するものである。
【００１９】
陰極１２Ａ及び陽極１２Ｂとしては、チタニウム製の基材に焼成等による白金コーティング或いは電気メッキ、化学メッキ等による白金メッキを施したものが用いられる。ここで、焼成や化学メッキ等の場合には、結晶性の白金が形成され、電気メッキの場合には、アモルファスの白金が形成されるが、陰極１２Ａを形成するにあたり、アモルファスの白金を適用すると、陰極水における水素ガスの発生量を増大させることができ、陰極水中の溶存水素ガス粒子の濃度を効率よく上昇させることができる。このことを証明する実験結果を図１９に示す。
【００２０】
図１９は、焼成による結晶性の白金を用いて形成された陰極１２Ａを用いた場合と、電気メッキによるアモルファスの白金を用いて形成された陰極１２Ａとを用いた場合の、電解電流密度に対する陰極水中の水素ガス濃度の変化を示すものであり、横軸は電解電流密度を、縦軸は陰極水中の水素ガスの濃度をそれぞれ示す。ここで電解に供する原水としては、１．７ｍｍｏｌ／リットルのＮａＣｌ溶液を用いている。図中の○は結晶性の白金を用いて形成された陰極１２Ａを用いた場合の水素ガスの濃度を、△は、アモルファスの白金を用いた場合の水素ガスの濃度をそれぞれ示す。図示の通り、同一の電解電流密度条件において、アモルファスの白金を用いた場合の方が、水素ガスの発生量が増大していることがわかる。
【００２１】
また、隔膜５としては中性多孔質膜か、或いは陽イオン交換膜等のイオン選択透過膜が用いられる。
【００２２】
ここで隔膜５として中性多孔質膜を使用する場合においては、ポリエチレン製のものや、ポリスルフォン製のものを用いることができるが、特に電気浸透速度の大きさを示す、ヴィーデマン定数の値が小さい隔膜を選定することが望ましいものであり、例えば、ヴィーデマン定数が−０．１５ｃｍ³・ｓ^-1・Ａ^-1であるフッ化ビニリデンでコートしたポリエステルシートや、ヴィーデマン定数が０．２１ｃｍ³．ｓ^-1・Ａ^-1であるポリテトラフルオロエチレンとポリエチレンテレフタレートを混紡したシート（それぞれ実測値）を用いることができ、このようなものを用いると、陽極水中に含まれる溶存塩素分子、次亜塩素酸、過酸化水素、溶存酸素等の成分の流入を抑制することができるものである。ここで電気浸透度をα、液の比伝導率をκ、電流値をｉとすると、単位時間あたりに膜を通過する液量ｖは、ｖ＝α・（ｉ／κ）で示されるものであり、ヴィーデマン定数βは、β＝α／κで表されるものである。
【００２３】
また隔膜５として陽イオン交換膜を使用する場合は、例えばデュ・ポン社製のナフィオン膜のような、ベース材料をポリテトラフルオロエチレンとした陽イオン交換基ペルフルオロスルホン酸膜や、旭化成製のフレミオン膜のような、陽イオン交換基ビニルエーテルとテトラフルオロエチレンの共重合体等を用いることができる。隔膜５としてこのようなイオン選択透過膜を用いると、陽極水中に含まれる溶存塩素分子、次亜塩素酸、過酸化水素、溶存酸素等の成分の流入を防止することができるものである。
【００２４】
更に隔膜５としては、水素イオンと水酸化物イオンの少なくとも一方を選択的に透過するイオン交換膜を用いることもでき、この場合、陰極水における水素ガスの発生量を増大させて溶存水素ガス粒子の濃度を上昇させると共に陰極水のｐＨの上昇を抑制して、飲用に適した陰極水を得ることができる。すなわち、電解槽２内において原水の電解を行った場合に、陰極室１４において陰極水が生成されるものであり、この陰極水中には、電解による２Ｈ₂Ｏ＋２ｅ^-→Ｈ₂＋２ＯＨ^-の反応によって、水素ガスが発生すると共にｐＨが上昇する。ここで水素ガスの発生量を増大させて溶存水素ガス粒子の濃度を上昇させるために電解反応の進行度を大きくすると、ｐＨが飲用に適さない値（ｐＨ１０以上）まで上昇するおそれがあるが、隔膜５として水素イオンと水酸化物イオンの少なくとも一方を選択的に透過するイオン交換膜を用いると、陽極室１８にて発生した水素イオンが電気浸透により隔膜５を通過して陰極室１４に移動し、あるいは陰極室１４にて発生した水酸化物イオンが電気浸透により隔膜５を通過して陽極室１８に移動して、水酸化物イオンが水素イオンにより中和され、陰極水のｐＨの上昇が抑制されるものである。
【００２５】
更に、隔膜５として水素イオンを選択的に透過するイオン交換膜を用いて、陰極水中に水素イオンが供給されるようにすると、陰極室１４において、Ｏ₂＋４Ｈ⁺＋４ｅ^-→２Ｈ₂Ｏの反応により、陰極水中の溶存酸素濃度が低減されるものであり、この場合、後述するように水質測定器８Ａによって陰極水の酸化還元電位を測定する場合に、攪乱因子となる溶存酸素濃度を低減することができ、陰極水の酸化還元電位の測定精度を向上することができるものである。
【００２６】
また浄水装置３は、原水として電解水生成装置１に供給される水道水等の中に含まれる有機物、無機物あるいは次亜塩素酸などの臭気成分を除去するものであり、蒸留装置、中空糸膜として形成されたろ過膜、イオン交換樹脂、活性炭等の組み合わせにより成るもので、通常、抗菌活性炭フィルタ及び中空糸膜などのマイクロフィルターにて構成されている。
【００２７】
また図２のように、原水流路７に、下流側に浄水装置３としてろ過膜３３を設けると共に、上流側にポンプ３２を設け、また原水流路７の上流側の端部をタンク３１内に配置し、イオン交換処理及び蒸留処理を行って生成された純水を、一旦、タンク３１に貯水し、ポンプ３２により電解槽２に供給するようにしても良い。この場合は、ろ過膜３３としては、望ましくは孔径２５〜５０ｎｍの、ポリエチレンやポリサルフォン等の多孔質高分子膜等により形成されるメンブランフィルターを用いると良い。ここで、浄水装置３を通過させて得られた原水は、電気伝導率を、３００μＳ／ｃｍ以下とすることが好ましく、更に好ましくは、浄水装置３としてイオン交換膜を備えるものを使用することにより、原水の電気伝導率が２０μＳ／ｃｍ以下になるように処理されるようにする。このようにすると、原水中の気泡成長の核となるような不純物を低減して、原水を電解して生成される陰極水中の溶存水素ガス粒子の成長を抑制し、陰極水中に粒径が小さい溶存水素ガス粒子を長時間維持できるようにすることができるものである。この原水の電気伝導率は、低ければ低いほど良いものであるが、実際上の下限は１μＳ／ｃｍとなると考えられる。
【００２８】
浄水装置３から流出した原水は、陰極室１４に直接連通した陰極室流入路２０と、陽極室１８に連通した陽極室流入路２２とに分流される。各流入路２０、２２には、電極室上流に設けた電解質供給装置６により連続的に電解質が供給される。
【００２９】
ここで、図１，２に示す実施形態における電解水生成装置１では、電極室流入路４における浄水装置３の下流側に、電解質供給装置６を配設したものであり、つまり浄水装置３から流出した原水が、陰極室１４に直接連通した陰極室流入路２０と、陽極室１８に連通した陽極室流入路２２とに分流される前段即ち上流側に電解質供給装置６を配設したものであるが、陽極室流入路２２と、陰極室流入路２０とに分流された後の下流側で、陰極室１４に流入する陰極室流入路２０かまたは陽極室１８に流入する陽極室流入路２２の少なくとも一方に、電解質供給装置６を配設しても良い。
【００３０】
また電解質供給装置６としては、アルカリ金属イオンかもしくはハロゲン化合物イオン等の電解質となり得る無機系化合物を原水流路７を流れる原水に添加するものを用いるものである。このとき例えば、ナトリウム濃度が５ｍｇ／リットル以上、４００ｍｇ／リットル以下になるように、規定量の塩化ナトリウムかまたは水酸化ナトリウムを加えるか、またはそれらの混合物を加えて調整するものを用いるものである。ここでナトリウム濃度が５ｍｇ／リットルに満たないと、電解に必要な最低限の電流密度を確保することが困難となり、電解効率が低下するおそれがあるものであり、また４００ｍｇ／リットルを超えると、電解水を飲用として用いる場合に電解質の味を感じるようになってしまい、また溶存水素ガス粒子は一種のコロイド状態で分散しているため、塩析現象により溶存水素ガス粒子の電気二重層が電荷的に中和されてしまい、粒子状態の維持が困難となるおそれがあり、好ましくない。
【００３１】
尚、電解質供給装置６として、周期表２族の元素（アルカリ土類金属）のイオンの電解質となり得る化合物を原水流路７を流れる原水に添加するものを用いても良いが、対イオンとして有機系化合物を選定する際には、食品添加物への適合性に注意する必要がある。
【００３２】
また、電解質供給装置６として、塩素イオン濃度が５ｍｇ／リットル以上、４００ｍｇ／リットル以下になるように、規定量の塩化ナトリウムかまたは塩化リチウム、あるいはそれらの混合物を、原水流路７を流れる原水に添加するものを用いても良いものである。ここで塩素イオン濃度が５ｍｇ／リットルに満たないと、電解に必要な最低限の電流密度を確保することが困難となり、電解効率が低下するおそれがあるものであり、また４００ｍｇ／リットルを超えると、電解水を飲用として用いる場合に電解質の味を感じるようになってしまい、また溶存水素ガス粒子は一種のコロイド状態で分散しているため、塩析現象により溶存水素ガス粒子の電気二重層が電荷的に中和されてしまい、粒子状態の維持が困難となるおそれがあり、好ましくない。
【００３３】
更に、電解質供給装置６として、塩素イオン濃度が２０ｍｇ／リットル以上となるように、規定量の塩化カルシウムかまたは塩化ナトリウム、あるいはそれらの混合物を、原水流路７を流れる原水に添加するものを用いても良いものである。この場合、電解時に、広い電解電流密度範囲に亘って、陰極水において充分な量の水素ガスを発生させて、陰極水中に安定して溶存水素ガス粒子を発生させることができる。
【００３４】
図２１は、原水として、１．７ｍｍｏｌ／リットルの塩化ナトリウム溶液と、０．５７ｍｍｏｌ／リットルの塩化カルシウム溶液（塩素イオン濃度４０．４ｍｇ／リットル）を用いた場合の、電解電流密度に対する陰極水中の水素ガスの濃度を示すものであり、横軸は電解電流密度を、縦軸は陰極水中の水素ガスの濃度をそれぞれ示す。図中の○は塩化ナトリウム溶液を用いた場合の水素ガスの濃度を、△は塩化カルシウム溶液を用いた場合の水素ガスの濃度をそれぞれ示す。ここで、塩化ナトリウム溶液と塩化カルシウム溶液の濃度を異ならせているのは、両溶液のイオン強度を揃えるためである。
【００３５】
図示の通り、塩化ナトリウム溶液を用いた場合は、電解電流密度を高くして電解反応の反応速度を速くすると、水素ガスの濃度が逆に低下してしまうものであるが、塩化カルシウム溶液を用いた場合は、電解電流密度を高くしても水素ガスの濃度の低下が抑制されるものであり、広い電解電流密度範囲に亘って充分な量の水素ガスが発生し、陰極水中に安定して溶存水素ガス粒子が発生しているものである。
【００３６】
図２２は、種々の濃度の塩化カルシウム溶液を用いた場合における、電解電流密度に対する陰極水中の水素ガスの濃度を示すものであり、横軸は電解電流密度を、縦軸は陰極水中の水素ガスの濃度をそれぞれ示す。図中の○は０．５７ｍｍｏｌ／リットル（塩素イオン濃度４０．４ｍｇ／リットル）、◇は２．０ｍｍｏｌ／リットル（塩素イオン濃度１４１．８ｍｇ／リットル）、×は５．０ｍｍｏｌ／リットル（塩素イオン濃度３５４．５ｍｇ／リットル）、△は５．７ｍｍｏｌ／リットル（塩素イオン濃度４０４．１ｍｇ／リットル）、□は１５．０ｍｍｏｌ／リットル（塩素イオン濃度１０６３．５ｍｇ／リットル）の濃度の塩化カルシウム溶液を用いた場合の水素ガスの濃度をそれぞれ示す。図示の通り、塩化カルシウム濃度を高くすると、電解電流密度を高くするに従って水素ガスの濃度が高くなる傾向が現れ、電解電流密度に応じた水素ガスを発生させることができるようになる。
【００３７】
ここで塩素イオン濃度が２０ｍｇ／リットルに満たないと、電解電流密度を高くした場合に陰極水中の水素ガスの濃度が低下する傾向が現れるようになる。また塩素イオン濃度が高くなるほど、電界電流密度を高くするに従って水素ガスの濃度が高くなる傾向が現れるが、電解水を飲用として用いる場合に電解質の味を感じないようにするためには、塩素イオン濃度の上限を１０００ｍｇ／リットルとすることが好ましい。
【００３８】
電解質供給装置６の、原水中の電解質の濃度を上記のように制御するための構成としては、例えば図２に示すものにおいてタンク３１に規定濃度の電解質を溶解させた原水を入れておくか、あるいは電解質供給装置６に、規定の高濃度の電解質溶液を入れておき、例えば別途設けられたポンプ等により、原水流路７に高濃度の電解質溶液を随時添加していく等の構成を適用することができる。ここで電解質の添加量の計算方法としては、電解質の分子量をＭ［ｇ／ｍｏｌ］、電解質イオンの原子量をｍ［ｇ／ｍｏｌ］、原水流路７の流速をａ［リットル／ｍｉｎ］、電解質供給装置６からの電解質の供給量をｂ［ミリリットル／ｍｉｎ］として、原水中に添加する所望の電解質イオン濃度をＸ［ｍｇ／リットル］とすると、電解質としての添加量は、
｛（Ｍ／ｍ）・Ｘ｝・ａ＝（Ｍ・ａ・Ｘ）／ｍ［ｍｇ／ｍｉｎ］
となり、このとき電解質の供給量がｂ［ミリリットル／ｍｉｎ］であるため、
（Ｍ・ａ・Ｘ）／（ｂ・ｍ）［ｇ／リットル］
の濃度の高濃度の電解質溶液を電解質供給装置６から原水流路７に供給するようにすれば良いものである。
【００３９】
また、電解質供給装置６として、原水流路７を流れる原水に、電解質と共に、生成水中に含まれる溶存水素ガス粒子の安定化のために、界面活性剤を添加するものを用いることもできる。
【００４０】
界面活性剤として、ショ糖脂肪酸エステル類を添加するものを使用し、このときその原水への添加濃度を、それぞれのＣＭＣ（クリティカル・ミセル・コンセントレーション：限界ミセル濃度）以下に制御するものを用いることが望ましい。すなわち、界面活性剤はＣＭＣ以下の濃度であれば、原水を電解する前の時点においてはミセル化せず、電解により陰極水中に溶存水素ガス粒子が発生すると、疎水コロイドである溶存水素ガス粒子を中心にして１０〜１００ｎｍ程度の大きさでミセル化し、溶存水素ガス粒子の状態を、より安定に維持することができるものである。ここで界面活性剤の濃度がＣＭＣ以上であると、界面活性剤は溶存水素ガス粒子が発生する前からミセル化してしまい、溶存水素ガス粒子を安定化させるためには一旦ミセル化した界面活性剤がバラバラの状態になってから更に溶存水素ガス粒子を中心にミセル化しなければならず、溶存水素ガス粒子の安定化の効率が低減するものである。また界面活性剤の添加量の下限は、１．０×１０^-6ｍｏｌ／リットルとすることが好ましい。
【００４１】
具体的なショ糖脂肪酸エステル類の添加濃度としては、モノラウレートであれば、２３．８×１０^-5ｍｏｌ／リットル以下、硬化牛脂脂肪酸のモノエステルであれば、１．３×１０^-4ｍｏｌ／リットル以下、モノミリステートであれば、１５．５×１０^-5ｍｏｌ／リットル以下、モノパルミテートであれば、９．５×１０^-5ｍｏｌ／リットル以下、モノステアリートであれば、６．６×１０^-5ｍｏｌ／リットル以下であることが望ましいといえる。
【００４２】
電解質供給装置６の、原水中の界面活性剤の濃度を上記のように制御するための構成としては、例えば図２に示すものにおいてタンク３１に規定濃度の界面活性剤を溶解させた原水を入れておくか、あるいは電解質供給装置６に、規定の高濃度の界面活性剤溶液を入れておき、例えば別途設けられたポンプ等により、原水流路７に高濃度の界面活性剤溶液を随時添加していく等の構成を適用することができる。ここで界面活性剤の添加量の計算方法としては、界面活性剤の分子量をＭ´［ｍｏｌ］、原水流路７の流速をａ［リットル／ｍｉｎ］、電解質供給装置６からの界面活性剤の供給量をｂ´［ミリリットル／ｍｉｎ］として、原水中に添加する所望の界面活性剤濃度をＸ´［ｍｇ／リットル］とすると、界面活性剤の添加量は、
（Ｍ´・Ｘ´）・ａ［ｍｇ／ｍｉｎ］
となり、このとき界面活性剤の供給量がｂ´［ミリリットル／ｍｉｎ］であるため、
（Ｍ´・ａ・Ｘ´）／ｂ´ ［ｇ／リットル］
の濃度の高濃度の界面活性剤溶液を電解質供給装置６から原水流路７に供給するようにすれば良いものである。
【００４３】
また上記のように電解槽２に導入された原水を陰極１２Ａと陽極１２Ｂの間に電流を流して電気分解することにより、陰極室１４に陰極水が、陽極室１８に陽極水が生成することになるが、目的とする陰極水中に、陽極水が混入することは望ましくない。従って、この際の原水の供給方法として、特に隔膜５に中性多孔質膜を使用する場合では、電解部に供給される溶存イオンを含む原水は、電解槽２中において、陰極水を生成する陰極室１４から陽極水を生成する陽極室１８への流れが確保されるように供給させるようにする。即ち、図１又は図２中において、陽極室流入路２２の内部配管径を、陰極室流入路２０の内部配管径よりも小さく設定するか、もしくは陰極室流出路２３の内部配管径を、陽極室流出路２１の内部配管径よりも小さく設定する。このように設定することにより、陰極室１４側の内部が加圧され、隔膜５を通した両電解水間の流れが、隔膜５における溶存イオンの電気浸透流に抗して、全て陰極室１４側から陽極室１８側に流れるようにしている。
【００４４】
また本発明の電解水生成装置１としては、電気分解処理時の電流密度を、０．０２〜１．２Ａ／ｄｍ²に設定できるものを用いることが好ましく、更に好ましくは０．６〜１．２Ａ／ｄｍ²に設定できるものを用いるものである。尚、電解槽２への原水の流速が低流速（例えば７〜２０ミリリットル／ｍｉｎ）の通水条件において電圧を印加する場合と比べ、高流速（例えば、上記低流速の場合の１０〜１００倍）の通水条件において電圧を印加する場合は、当然ながら印加電圧は高く設定する必要がある。
【００４５】
また、陰極室流出路２３や陽極室流出路２１等の、電解槽２以降の配管経路の内面は、テフロン等のポリエチレンテレフタレート樹脂や可塑剤が低減された塩化ビニル樹脂等の、気体吸着作用または消泡作用のない材料にて形成することが好ましく、例えば、シリコンチューブなど、表面張力を低下させて気体の粒子を維持することを阻害する消泡作用のある材質は適さない。
【００４６】
また、図２において８Ａ、８Ｂは電気化学的水質測定器を示した。これは、製造した陰極水中に含有する、溶存水素ガスの濃度などを測定するものであるが、この測定器の検出原理等に関しては後述する。
【００４７】
上記の実施形態において、浄水装置３による処理後、電解質添加前の原水の電気伝導率が２０μＳ／ｃｍとなり、また原水の流速を２０ミリリットル／ｍｉｎとした条件で電解水生成装置１により生成された陰極水に関する種々の測定結果を以下に示す。
【００４８】
溶存している粒子、即ち溶存水素ガス粒子の、動的光散乱法（ＤＬＳ）により測定した粒径分布を示す典型的なグラフとして、濃度１．７ｍｍｏｌ／リットルとなるようにＮａＣｌが添加された原水を、電解電流密度１．２Ａ／ｄｍ²にて電解して生成した陰極水中の、溶存水素ガス粒子の、動的光散乱法（ＤＬＳ）により測定した粒径分布を図７に示す。ここで動的散乱法は、陰極水にレーザ光を照射し、チンダル現象による散乱光の散乱強度と波長の揺らぎを解析処理することにより、陰極水中の粒子の粒径分布を測定したものである。図７（ａ）は、横軸を粒径をｎｍ単位で示し、縦軸は散乱光の割合比率を示した、散乱強度分布を示すいわゆるｇ−ｇａｍｍａのグラフである。また図７（ｂ）は、図７（ａ）のグラフを、縦軸を粒子の数平均値に換算したものである。図７（ａ）に示すグラフでは、２つのピークが認められ、図７（ｂ）では、粒径の小さい範囲、即ち５〜５０ｎｍの範囲に集中していることが確認できる。粒径の小さい溶存水素ガス粒子は、後述するように還元活性が高くこのように粒径の小さい溶存水素ガス粒子の存在割合を、粒径の大きい溶存水素ガスの存在割合よりも多くすると、陰極水の還元活性を向上することができる。またこのとき粒径の大きい溶存水素ガス粒子も、粒径が小さいものほどではないが、陰極水の還元活性の向上に寄与するものである。尚、この溶存水素ガス粒子は、原水に電解質を添加したのみで、電気分解処理を行わない水に関しては、動的光散乱法（ＤＬＳ）では何も検出されない。ここで粒径の小さい溶存水素ガス粒子は、電気分解時の電極表面で生成し、粒径の大きい溶存水素ガス粒子は、この小さい粒径の溶存水素ガス粒子が会合して生成されるものと推測される。
【００４９】
図８は、陰極水中の溶存水素ガス粒子の粒径の平均値の時間的変動を、動的光散乱法による測定結果を基にして導出したものを示したものである。ここで図中の○は、ＮａＣｌ濃度が１．５７ｍｍｏｌ／リットルとなるように電解質が添加された原水を電解電流密度０．６０Ａ／ｄｍ²で電解して生成した陰極水、△はＣａＣｌ₂濃度が１．５７ｍｍｏｌ／リットルとなるように電解質が添加された原水を電解電流密度１．２０Ａ／ｄｍ²で電解して生成した陰極水、□はＮａＮＯ₃濃度が１．５７ｍｍｏｌ／リットルとなるように電解質が添加された原水を電解電流密度１．２０Ａ／ｄｍ²で電解して生成した陰極水に関する測定結果をそれぞれ示すものである。このように時間的な変動を見ても、粒径の小さい範囲の分布と大きい範囲の分布は保持されており、特に電解後、８時間経過しても、溶存水素ガス粒子は１０ｎｍ程度の大きさで存在し続けていることも確認できる。
【００５０】
これらの溶存水素ガス粒子について、Ｙｏｕｎｇ−Ｌａｐｌａｃｅ式より粒子内部圧力について計算すると、１００ｎｍの時には３０気圧で、水素分子の個数は３７００個となる。本来、内部の圧力が高いと粒子の溶解度は大きくなり、粒子中の水素は水溶液中に拡散し、溶解していくと考えられるが、電流密度が大きい電気分解条件であれば、電極表面の水素の過飽和度が大きくなるため、溶存水素ガス粒子の粒径分布は、粒径の小さいものの分布が大きくなる傾向があると推測される。ここでＹｏｕｎｇ−Ｌａｐｌａｃｅ式は、粒子の内部圧力をｐ″、粒子の外側圧力をｐ′、溶媒の表面張力をγ、粒子の半径をｒとし、ｐ″−ｐ′＝２γ／ｒで示される式である。
【００５１】
尚、ここにおいて１０００ｎｍ以上の粒子径であると比重が小さいため、また微小な粒子径のものと比較して浮力の掛かり方が大であるため、溶液中に安定に存在している微小な粒子径のものと２層分離を起こし、溶液外に散逸するため、溶液中に安定して存在できない。
【００５２】
図９は、図８における場合と同様の条件で生成した陰極水の溶存水素ガス粒子の粒径分布測定結果から得られたヒストグラムである。ここにおいて、電解質としてはＮａＣｌを用いた。この結果より、粒径分布は大きく２つの分布に分かれることが確認され、溶存水素ガス粒子の粒径が小さい方の分布は１０〜３０ｎｍ、大きい方の分布は３００〜ｌ０００ｎｍに亘っている。尚、図１０は塩化リチウムを電解質として用いた場合の溶存水素ガス粒子の粒径分布データ及びヒストグラムであるが、このとき原水中のＬｉＣｌ濃度が１．５７ｍｍｏｌ／リットルとなるようにし、電解電流密度１．２０Ａ／ｄｍ²としたものである。このように電解質の種類によっては、分布が分かれることなく全体に分布させることもできる。
【００５３】
図１１は、原水中に１００ｐｐｍ（約１０ｍｇ／リットル）の濃度となるようにＮａＣｌを添加し、電解電流密度を変化させて電解した場合の、横軸に電解の電流密度を、縦軸に溶存水素ガス粒子の粒径を示したものである。またグラフの○は粒径の大きい溶存水素ガス粒子の分布を示し、●は粒径の小さい溶存水素ガス粒子の分布を示すものである。尚、ここで縦軸に示す粒径は、全測定時間の平均値としたものである。電流密度０．０２〜１．２Ａ／ｄｍ²の範囲において、粒径の小さい分布に関しては、顕著な変化は認められないが、粒径の大きい分布に関しては、電流密度が大きくなるに伴って、小さくなり、０．６Ａ／ｄｍ²以上で一定となる傾向が確認された。電流密度が小さいときには、電極表面の水素の過飽和度は小さく、大きな水素ガス粒子が生成することが知られており、このことにより、電流密度が小さい方が、水素ガスの粒径が大きくなると考えられる。一方、電流密度が大きく、過飽和度が大きくなると、小さな粒径の水素ガス粒子は増加するが、大きな粒径の水素ガス粒子は電解後の気泡成長によって、一定になってくるものと考えられる。つまり、溶存水素ガス粒子の、より小さな粒径分布を確保して生成するためには、電解電流密度０．０２〜１．２Ａ／ｄｍ²とすることが好ましいものであるが、更に望ましくは０．６Ａ／ｄｍ²以上と設定することが望ましいものである。ここで電解電流密度が０．０２Ａ／ｄｍ²に満たないと、電極間に水素発生過電圧以上の電圧を印加することが困難となり、電解を進行させることが困難となるものであり、また１．２Ａ／ｄｍ²を超えると、陰極水のｐＨが１１を超えてしまって、飲用レベルを超えてしまうおそれがあり、いずれも好ましくない。
【００５４】
図１２は、陰極水中に含有する水素濃度の時間的変動を示したものであり、縦軸は陰極水中の水素の濃度を示し、横軸は時間を日の単位で示したものである。また図中の○は原水中にＮａＣｌＯ₄を１．７ｍｍｏｌ／リットルの濃度となるように添加したもの、△はＮａＣｌを１．７ｍｍｏｌ／リットルの濃度となるように添加したもの、□はＮａ₂ＳＯ₄を０．５７ｍｍｏｌ／リットルの濃度となるように添加したものについての、それぞれの水素濃度を示すものである。図１２に示すように、陰極水中には、飽和濃度０．７４ｍｍｏｌ／リットルに対して、７割程度の濃度で、長期間（測定データでは３０日間）安定に溶存していることが確認できる。ここでこの実験で、水素濃度が飽和濃度の７割程度の濃度となっているのは、溶存酸素の影響を除くために、高純度窒素ガスをバブリングして溶存させているため、溶存窒素と溶存水素の分圧の和が１気圧になるよう、平衡状態に達したためである。
【００５５】
上述のような、陰極水中の溶存水素ガス粒子の存在は、流量１．０〜３．０リットル／ｍｉｎのような高流量の場合（上記低流速の場合の１０〜１００倍）では、印加する電圧は高く設定することにより、確保することが可能となる。
【００５６】
尚、原水に溶存酸素が含有された水質を供給する場合では、溶存水素ガス粒子の安定性に関して、その溶存酸素濃度が重要な因子となるため、注意が必要である。
【００５７】
このようにして得られた、溶存水素ガス粒子を含有する陰極水の、還元活性についての測定結果を、図１３に示した。この実験では、１．５ｍｍｏｌ／リットルのＦｅ（ＮＨ₄）（ＳＯ₄）₂溶液中において、陰極水又は水素をバブリングすることにより飽和させた飽和水素溶液と３価の鉄イオンとを反応させてその反応速度を調べた結果を示すものである。図中の縦軸は３価の鉄イオンの反応量を、ｍｏｌ単位で示したものであり、３価の鉄イオンが還元されることによって発生する２価の鉄イオンを、クロム酸カリウムにて滴定することにより導出したものである。また横軸は、反応時間を時間の単位で示したものである。また図中の○は、飽和水素溶液、◇は原水中にＨＣｌを０．０１ｍｏｌ／リットルの濃度となるように添加したものを電解電流密度０．６Ａ／ｄｍ²で電解して得られた陰極水、●は原水中にＨＣｌを０．０１ｍｏｌ／リットルの濃度となるように添加したものを電解電流密度１．２Ａ／ｄｍ²で電解して得られた陰極水についての測定結果をそれぞれ示すものである。図中に示されるように、このようにして得られる陰極水は、飽和水素溶液よりも還元反応速度が大きいものであり、また電解時の電流密度が大きいと、還元速度反応が大きくなることが確認された。
【００５８】
尚、図１４は２価及び３価の鉄イオンそれぞれについての、スーパーオキサイド存在下におけるその消去活性を示したものである。ここにおいて、スーパーオキサイドの発生は、ヒポキサンチン（Ｈｙｐ）−キサンチンオキシダーゼ（ＸＯＤ）系により発生させ、発生したスーパーオキサイドとウミホタル・ルシフェリン誘導体（ＣＬＡ）を反応させ、その発光強度を計測することにより調べたものであり、縦軸に発光強度、横軸に反応時間を分の単位で示したものである。また各成分は、リン酸塩緩衝剤４０ｍｍｏｌ／リットル、ヒポキサンチン０．５ｍｍｏｌ／リットル、ＥＤＴＡ０．２ｍｍｏｌ／リットル、ウミホタル・ルシフェリン誘導体１μｍｏｌ／リットル、キサンチンオキシダーゼ９ｍＵ／ミリリットルの条件下で測定を行ったものである。また図中、Ｆｅ²⁺ ｗｉｔｈｏｕｔＸＯＤと示されている曲線は、キサンチンオキシダーゼを添加しない状態においての０．６ｍｇ／リットルのＦｅ²⁺イオンの反応を測定したものであり、またＦｅ²⁺と示されている曲線は、キサンチンオキシダーゼを添加した状態の０．６ｍｇ／リットルのＦｅ²⁺イオンの反応を測定したものであり、またＦｅ³⁺と示されている曲線は、キサンチンオキシダーゼを添加した状態の０．６ｍｇ／リットルのＦｅ³⁺イオンの反応を測定したものである。またｂｌａｎｋと示しているのは、鉄イオンと反応させない場合の測定結果を示したものである。
【００５９】
この図中に示す測定結果より、２価の鉄イオンのみにおいても、即ち、キサンチンオキシダーゼ（ＸＯＤ）の酵素活性がなくても、スーパーオキサイドの発生は認められるが、キサンチンオキシダーゼ（ＸＯＤ）存在下においては、２価鉄イオンの発光強度の方が３価鉄イオンと比べて小さい。即ち、全体としてスーパーオキサイドの除去には、２価鉄イオンの方が有効であることが認められる。
【００６０】
これらの反応機構を整理すると、下記の通りとなる。
Ｆｅ²⁺＋Ｏ₂→Ｆｅ³⁺＋Ｏ₂ ^- ・・・（１）
Ｆｅ²⁺＋Ｏ₂ ^-＋２Ｈ⁺→Ｆｅ³⁺＋Ｈ₂Ｏ₂ ・・・（２）
Ｆｅ³⁺＋Ｏ₂ ^-→Ｆｅ²⁺＋Ｏ₂ ・・・（３）
Ｆｅ²⁺＋Ｈ₂Ｏ₂＋Ｈ⁺→Ｆｅ³⁺＋Ｈ₂Ｏ＋・ＯＨ・・・（４）
Ｆｅ²⁺＋・ＯＨ＋Ｈ⁺→Ｆｅ³⁺＋Ｈ₂Ｏ・・・（５）
２Ｏ₂ ^-＋２Ｈ⁺→Ｈ₂Ｏ₂＋Ｏ₂ ・・・（６）
２Ｆｅ³⁺＋Ｈ₂→２Ｆｅ²⁺＋２Ｈ⁺ ・・・（７）
２価の鉄イオンのみの場合であれば、（１）式の反応が進み、スーパーオキサイドが発生するが、（２）式のように、２価鉄イオンとキサンチンオキシダーゼが存在する場合では、スーパーオキサイドが消去される。また、３価の鉄イオンとキサンチンオキシダーゼが存在する場合においても、（３）式のようにスーパーオキサイドが消去される反応が進行するが、図１４に示す結果より、（１）、（３）式の反応よりも（２）式の反応速度の方が大である。
【００６１】
また、（２）式の反応に続いて、（４）、（５）式の反応が進行するため、全体としては、活性酸素の消去には、２価の鉄イオンの働きが重要であると考えられる。
【００６２】
先に示したように、溶存水素ガス粒子は３価の鉄と反応して、２価の鉄を再生産するため、本発明において得られる陰極水は、生体内において、活性酸素種の存在下において活性酸素を消去するために重要な役割を示す２価の鉄イオンを再生産し、生体内の活性水素を消去するのに有効なものであると考えられる。特に、一般に、容易に細胞膜を通過できる粒子の大きさは１０〜２０ｎｍ程度であるといわれており、溶存水素ガス粒子は、細胞膜に接触した時点で溶解し、容易に細胞膜内部に入ることが可能であると考えられるが、前述した例により製造された陰極水中に含有される溶存水素ガス粒子の場合では、その粒径分布データより、５０ｎｍ以下で存在し、著しくは３０ｎｍ以下の範囲における存在比率が高くなっているため、上記のような還元反応速度が大である陰極水中の溶存水素ガス粒子は、生体内においての細胞膜透過性及び還元性に関し、より有利な挙動をすることができると考えられる。
【００６３】
また、生体内における各種の還元性物質、例えばビタミン類で挙げれば、レチノールや総カロテン等のビタミンＡ類、アスコルビン酸（ビタミンＣ）、トコフェノール類（ビタミンＥ）などの還元性物質についても、活性酸素種と反応するものであり、上記の鉄イオンの事例に準じて検討すれば、溶存水素ガス粒子含有の陰極水により、再度、還元活性を有する形に有効再生産できるといった可能性も期待される。
【００６４】
また、電解水生成装置１には、原水中に上記のような、生体内においてスーパーオキサイドを還元させることができる酸化還元物質を添加することができる酸化還元物質添加装置を設けるものである。この場合、電解質供給装置６として原水中に無機系化合物、あるいは無機系化合物及び界面活性剤に加えて、酸化還元物質を添加するものを設けることにより、電解質供給装置６を酸化還元物質添加装置と兼用することができる。このようにすると、陰極水中には、生体内でスーパーオキサイドを還元することができる酸化還元物質と、スーパーオキサイドとの反応により酸化された酸化還元物質を還元して、再度、還元活性を有する形に再生産する溶存水素ガス粒子とが含まれることとなる。そのため、この陰極水を飲用に供することにより、陰極水中の成分のみにて、生体内のスーパーオキサイドを効率よく還元することができる。
【００６５】
この酸化還元物質としては、水溶性で、生体内においてスーパーオキサイドとの酸化還元反応によりスーパーオキサイドを還元し、また反応後の酸化還元物質が溶存水素ガス粒子によって還元されて還元活性が回復される物質を選択するものである。また、飲用に供するために、安全性に問題のないものが選択される。
【００６６】
このような酸化還元物質としては、鉄化合物と、水溶性生化学物質とを挙げることができ、更に鉄化合物としては無機系鉄化合物と有機系鉄化合物とを挙げることができる。
【００６７】
無機系鉄化合物としては、塩化第二鉄（ＦｅＣｌ₂）、三二酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）、硫酸第一鉄（ＦｅＳＯ₃）等を例示することができ、これらは食品の鉄分補強材として用いられる安全性の高いものである。これらの無機系鉄化合物は、二価の鉄イオンの状態で生体内に吸収される。ここで塩化第二鉄及び三二酸化鉄については、三価の鉄イオンの化合物であるが、陰極水中の溶存水素ガス粒子によって還元されて２価の鉄イオンとなり、スーパーオキサイドに対して還元活性を有するものとなる。三価の鉄イオンは有機物と錯体形成反応をおこして沈殿する傾向があるため、二価の鉄イオンの状態であることは、鉄イオンを陰極水中に溶存させ得る点で有利であり、また二価の鉄イオンは生体内への吸収性が良いことが医学的に知られているので、陰極水の生体への吸収を促進することできる点でも有利である。
【００６８】
また、有機系鉄化合物としては、クエン酸鉄（ＦｅＣ₆Ｈ₅Ｏ₇）、クエン酸鉄アンモニウム（Ｆｅ（ＮＨ₄）₂Ｈ（Ｃ₆Ｈ₅Ｏ₇）₂）、鉄クロロフィリンナトリウム（Ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌａ，ｂ−Ｆｅ）、ピロリン酸第一鉄（Ｆｅ₂Ｐ₂Ｏ₇）、ピロリン酸第二鉄（Ｆｅ₄（Ｐ₂Ｏ₇）₃）等を挙げることができ、これらは食品の鉄分補強材として用いられる安全性の高いものである。これらの無機系鉄化合物は、二価の鉄イオンの状態で生体内に吸収される。ここでクエン酸鉄、クエン酸鉄アンモニウム、鉄クロロフィリンナトリウム及びピロリン酸第二鉄については、三価の鉄イオンの化合物であるが、陰極水中の溶存水素ガス粒子によって還元されて２価の鉄イオンとなり、スーパーオキサイドに対して還元活性を有するものとなる。特に、クエン酸やピロリン酸等を対とする化合物においては、陰極水のｐＨを酸性側にシフトさせる働きを有するものであり、この場合、鉄と有機物との錯体形成による沈殿の形成を防止する効果が期待できる。すなわち、上述の三価の鉄イオンと有機物との錯体形成は、アルカリ領域であるほど進行しやすいものであり、このため、陰極水のｐＨを酸性側にシフトさせることにより、鉄と有機物との錯体形成による沈殿を防止できるものである。尚、酸化還元物質等を添加することにより原水のｐＨが変動したとしても、陰極水における水素ガスの発生量はほとんど変化せず、陰極水中の溶存水素ガス粒子の発生量にはほとんど影響は及ばないものである。このことを証明する実験結果を図２３に示す。
【００６９】
図２３は、種々のｐＨを有する溶液を原水として用いた場合の、電解電流密度に対する陰極水中の水素ガス濃度を示すものであり、横軸は電解電流密度を、縦軸は陰極水中の水素ガスの濃度をそれぞれ示す。図中の○は塩化カルシウムの５．７ｍｍｏｌ／リットル溶液（ｐＨ７）、△は塩酸の１０ｍｍｏｌ／リットル溶液（ｐＨ２．１）、□は水酸化ナトリウムの１０ｍｍｏｌ／リットル溶液（ｐＨ１２）をそれぞれ原水として用いた場合の水素ガス濃度を示す。図示の通り、原水のｐＨが変動しても陰極水における水素ガスの発生量はほどんど変化せず、陰極水中の溶存水素ガス粒子の発生量にほとんど影響を与えないことがわかる。
【００７０】
また、水溶性生化学物質とは、酵素反応により生成され得る水溶性の物質であり、生体内における各種の還元性物質のうちの水溶性の物質である。このような水溶性生化学物質としては、アスコルビン酸ナトリウム（Ｃ₆Ｈ₇ＮａＯ₆）等を挙げることができる。
【００７１】
また、図１、２に示す電解水生成装置１には、陰極室流出路２３に水質測定器８Ａを設けると共に、陽極室流出路２１に水質測定器８Ｂを設けている。陰極室流出路２３に設けた水質測定器８Ａは生成した陰極水中に含有する溶存水素ガスの濃度を測定するもので、陽極室流出路２１に設けた水質測定器８Ｂは溶存酸素もしくは溶存塩素を測定するものある。陰極室流出路２３に設けた水質測定器８Ａに関する詳細について、図３（ａ）（ｂ）を用いて説明する。
【００７２】
図３（ａ）は、陰極水流出路２３に配設された水質測定器８Ａを示したものである。水質測定器８Ａの容器本体４５は、陰極室流出路２３に連通するように設けるものであり、この容器本体４５中には内部基準溶液４６として飽和ＫＣｌ溶液を満たしておく。ここで容器本体４５には、容器本体４５に形成した開口を塞ぐ蓋体４８を設け、この蓋体４８を開けることにより、容器本体４５に内部基準用液４６を入れるようにしている。また容器本体４５と陰極室流出路２３との間には、作用電極４０を配置して、容器本体４５の内部と陰極室流出路２３の内部とを仕切るようにしている。ここで作用電極４０は、白金４２の片面に水素ガスが透過できる有機高分子膜４１を設けた２層から成るものを用いるものであり、白金４２を本体容器４５内の内部基準溶液４６側に、有機高分子膜４１を陰極室流出路２３内の陰極水側に配置するものである。ここで水素イオンが透過できる有機高分子膜としては、イオン選択透過膜を使用することができ、例えばデュ・ポン社製のナフィオン膜のような、ベース材料をポリテトラフルオロエチレンとした陽イオン交換基ペルフルオロスルホン酸膜や、旭化成製のフレミオン膜のような、陽イオン交換基ビニルエーテルとテトラフルオロエチレンの共重合体等を用いることができる。
【００７３】
尚、図３には、水質測定器８Ａを陰極水が連続的に流れる流路に設けたものを示したが、陰極室流出路２３に、陰極水が滞留する滞留部を設け、この滞留部に水質測定器８Ａを設けても良いものである。
【００７４】
作用電極４０の詳細を、図４乃至６を示して説明する。図４は、作用電極４０を、有機高分子膜４１の片面に、有機高分子膜４１と同一寸法の白金板を接触させて添着することにより形成したものである。また図５は、作用電極４０を、有機高分子膜４１の片面に白金４２をメッキ処理により形成したものである。また図６は、有機高分子膜４１の片面に、ドーナツ状の白金板を添着することにより形成し、白金板を高分子膜の固定用として用いたものである。いずれの場合においても、白金４２側を内部基準溶液４６側に配置し、有機高分子膜４１側を陰極室流出路２３に配設している。
【００７５】
また容器本体４５の内部の内部基準溶液４６内には、半電池である参照電極４３としてＡｇ／ＡｇＣｌ電極を配置している。ここにおいて、有機高分子膜４１を透過した溶存水素ガス粒子は、作用電極４０の白金４２の表面において、下記の反応が進行し、結果として作用電極４０に起電力が発生することとなる。
Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-
また、参照電極４３であるＡｇ／ＡｇＣｌ電極の表面では、次の反応が進行する。
Ａｇ＋Ｃｌ^-→ＡｇＣｌ＋ｅ^-
ＡｇＣｌ＋ｅ^-→Ａｇ＋Ｃｌ^-
上記反応の結果、作用電極４０と参照電極４３との間に電位差を生じることとなり、この間に、溶存水素ガス粒子の濃度に比例した電流が流れることとなり、この電流を電流計４９にて測定することにより、溶存水素ガス粒子の濃度を測定するものである。ここで実際には、１０ｍＡオーダーの電流が流れることとなる。
【００７６】
図３（ｂ）は、半電池反応の電極電位が既知である第３の電極、すなわち、図３（ｂ）中における参照電極４３としてＡｇ／ＡｇＣｌ電極を配置して、アース代わりの電位基準とすると共に、対極４４として、Ａｇ／ＡｇＣｌ電極等の任意の電極を配置したものであり、また作用電極４０、対極４４、及び参照電極４３を、ポテンシオスタット５０に接続し、作用電極４０と対極４４との間の電位差Ｖ´を一定に保つように作用電極４０と参照電極４３との間の電位差Ｖを任意に制御し、作用電極４０と参照電極４３との間の電位差Ｖを測定することにより、作用電極４０におけるＨ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-の反応に起因する電極電位を測定し、溶存水素ガス粒子の濃度を測定するものである。
【００７７】
そして上記のような水質測定器８Ａによる、陰極水中の溶存水素ガス粒子の濃度の測定結果により、所望の溶存水素ガス粒子濃度を有する陰極水を生成することができるように、電解条件を制御できるフィードバック機構を設けることにより、電解水生成装置１にて得られた陰極水中の溶存水素ガス粒子の濃度を、所望の濃度とするように、水質測定器８Ａの測定結果を基にして電解条件を随時制御することができるものであり、また酸化性、還元性の指標である酸化還元電位をモニタリングする手法とは異なり、陰極水の生体内における還元活性に直接効果を及ぼす溶存水素ガスの溶存濃度を直接的に測定し、モニタリングすることができるため、安定した品質の電解水の製造が可能となる。
【００７８】
また、陰極室流出路２３に設ける水質測定器８Ａとしては、図１６に示すような、電気化学的原理によりｐＨ、酸化還元電位、特定のイオンのイオン濃度を測定するものや電気伝導率を測定するものを用いることもできる。ここでは、水質測定器８Ａとして電気化学的原理によりｐＨを測定するｐＨセンサ５１と、電気化学的原理により酸化還元電位を測定する酸化還元電位センサ５２とを備えるものを用いる。
【００７９】
図１６に示すように、ｐＨセンサ５１は、塩化カリウムの飽和水溶液にＡｇ／ＡｇＣｌ電極を浸漬した比較電極５３と、特殊ガラス電極に塩化カリウムの飽和水溶液を満たした作用電極５４と、液絡部５５とを備えるものであり、ハウジング５６に設けた流路５７に作用電極５４および液絡部５５を臨ませることにより流路５７を通過する水の水素イオン濃度に比例した電圧が比較電極５３と作用電極５４との間に起電力として発生するようになっている。この起電力は適宜の増幅率を有する増幅器を用いて増幅されることによりｐＨ値に応じた０〜５Ｖの電圧に変換されて検出される。
【００８０】
また、酸化還元電位センサ５２は、白金のような不溶性電極をガラスに封入した作用電極５８を備え、作用電極５８をハウジング５６内の流路５７に臨ませてある。酸化還元電位センサ５２の比較電極はｐＨセンサ５１の比較電極５３を共用して用いており、比較電極５３と作用電極５８との間の相対電位差を酸化還元電位として検出する。検出された電位差は適宜の増幅率を有する増幅器により増幅され酸化還元電位に応じた０〜５Ｖの範囲の電圧に変換されて検出される。
【００８１】
このように形成される水質測定器８Ａを、流路５７の二つの開口部５７ａ，５７ａを陰極室流出路２３の配管途中に連通させることにより流路５７にて陰極室流出路２３をバイパスし、流路５７に流入する陰極水のｐＨと酸化還元電位を検出するものである。
【００８２】
このよう構成される水質測定器８Ａによる陰極水の測定結果に基づいて、電解槽２における電解条件をフィードバック制御することにより、陰極水中に溶存水素ガス粒子を安定して存在させるようにすることができる。以下、その理由を詳述する。
【００８３】
水の電気分解による水素発生領域は、その水の酸化還元電位が、図１８に示すプルべーダイアグラムにおける２Ｈ⁺＋２ｅ^-⇔Ｈ₂の反応の、各ｐＨ値における反応電位を下回っている領域であるから、ｐＨセンサ５１によって陰極水のｐＨを測定すると共に酸化還元電位センサ５２によって陰極水の酸化還元電位を測定し、陰極水の酸化還元電位がそのｐＨ値における２Ｈ⁺＋２ｅ^-⇔Ｈ₂の反応電位以下となっている場合（すなわち、酸化還元電位が水素発生領域にある場合）に、陰極水中において水素の濃度が飽和濃度に達して溶存水素ガス粒子が発生しているものである。従って、陰極水のｐＨ値と酸化還元電位とを測定することにより、陰極水中に溶存水素ガス粒子が発生しているか否かが、判断できるものである。例えば、陰極水のｐＨが１０である場合は、陰極水の酸化還元電位がＡｇ／ＡｇＣｌ電極基準で約−７７０ｍＶ以下である場合に、陰極水中において水素の濃度が飽和濃度に達して溶存水素ガス粒子が発生しているものである。
【００８４】
そして、この水質測定器８Ａによる測定結果をフィードバックして電解槽２における電解条件を制御するようにし、水質測定器８Ａによる測定結果によって、陰極水の酸化還元電位がそのｐＨ値における水素発生領域の電位よりも高くなっていること（すなわち、陰極水中に溶存水素ガス粒子が存在しないこと）が確認されたら電解条件を変動させて、陰極水中における溶存水素ガス粒子の発生量を増大させるようにするものである。
【００８５】
ここで、図１６に示すような水質測定器８Ａを用いて陰極水の酸化還元電位を測定する場合は、陰極水中の溶存酸素が攪乱要因となり、この溶存酸素濃度が高いと酸化還元電位を正確に測定することが困難となるが、既述のように隔膜５として水素イオンのみの選択的に透過するイオン交換膜を用いることにより陰極水中の溶存酸素濃度を低減すると、陰極水の酸化還元電位の測定精度を向上することができる。
【００８６】
図１５に示す電解水生成装置１は、図１の構成に加えて、原水流路７から陰極１２Ａを冷却するための陰極冷却流路４９を設けたものである。
【００８７】
図１５に示す例では、陰極冷却流路４９は、原水流路７を構成する陽極室流入路２２から分岐し、陰極室１４を通過した後、電解水生成装置１に導出されるように配設されており、陰極室１４内において、陰極冷却流路４９の管壁が陰極１２Ａに接するように陰極１２Ａの外面に沿って配設されている。このようにして陰極水冷却路４９を設けると、原水流路７を流通する原水の一部は、陰極冷却流路４９に流入し、陰極１２Ａの側方を流通する際に管壁を介して陰極１２Ａを冷却することとなる。
【００８８】
このようにして陰極１２Ａを冷却するための陰極冷却流路４９を設けると、陰極水中に発生する溶存水素ガス粒子の濃度を向上することができるものである。このことを証明する実験結果を図２０に示す。
【００８９】
図２０は、１．７ｍｍｏｌ／リットルの塩化ナトリウム溶液を原水として用いた場合の、陰極１２Ａの温度と陰極水中の溶存水素ガス粒子の濃度との関係を示すものであり、横軸は電解電流密度、縦軸は陰極水中の溶存水素ガス粒子の濃度をそれぞれ示す。図中の○は陰極１２Ａの温度を２５℃に保った場合の溶存水素ガス粒子の濃度を、△は陰極１２Ａの温度を３０℃に保った場合の溶存水素ガス粒子の濃度をそれぞれ示す。
【００９０】
図示のように、陰極１２Ａの温度が低いほど、溶存水素ガス粒子の濃度が高くなるものであるが、原水の電解を継続的に行うと、陰極１２Ａの温度がジュール熱によって上昇し、陰極水１２Ａ中に発生する溶存水素ガス粒子の濃度が徐々に低減することとなる。
【００９１】
そこで、図１５に示すように、陰極冷却流路４９を設けることによって、電解中の陰極１２Ａを冷却することにより、陰極水中に発生する溶存水素ガス粒子の濃度を向上することができるものである。
【００９２】
ここで、陰極冷却流路４９の管壁は、陰極１２Ａを効率良く冷却するために、金属等の熱伝導率の高い材質にて形成することが好ましく、例えばチタンや銅等の材質にて形成することが好ましい。
【００９３】
図１７は、陰極冷却流路４９の他の構成の例を示すものである。
【００９４】
図１７（ａ）では、隔膜５の両側に陰極室１４と陽極室１８を形成して、陽極室１８に陽極１２Ｂを、陰極室１４に陰極１２Ａをそれぞれ配設したものである。陰極１２Ａは中空に形成されて、この中空部分が陰極冷却流路４９として形成されている。
【００９５】
また図１７（ｂ）では、筒状に形成された隔膜５の内側に陰極室１４を、外側に陽極室１８をそれぞれ形成し、隔膜５の内側の陰極室１４に陰極１２Ａを配設すると共に、隔膜５の外側を囲むように陽極室１８に筒状の陽極１２Ｂを配設したものである。この陰極１２Ａも中空に形成されて、この中空部分が陰極冷却流路４９として形成されている。
【００９６】
これらのようにして陰極冷却流路４９を陰極１２Ａの内部を通過するように形成すると、陰極１２Ａと陰極冷却流路４９との接触面積が大きくなり、陰極冷却流路４９を流通する原水によって陰極１２Ａを効率よく冷却することができるものである。
【００９７】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に係る電解水生成装置は、陽極が配設された陽極室と、陰極が配設された陰極室と、陽極室と陰極室を仕切るように配設された、陽イオンと陰イオンのうち少なくとも一方を通過させ得る隔膜とを備える電解槽を具備し、溶存イオンを含む原水から、有隔膜電解により陽極水と陰極水を生成すると共に陰極室にて生成される陰極水中に溶存水素ガス粒子を含ませることができる電解水生成装置であって、原水中に酸化還元物質を添加する酸化還元物質添加装置を具備するものであり、この溶存水素ガス粒子が、生体内において、活性酸素種により酸化された、酸化還元反応を受ける化学種の酸化反応を抑制し、還元状態を維持し、更に酸化型物質を還元型物質に還元し、還元型物質を有効に再生産することができるものであり、スーパーオキサイドやヒドロキシラジカル、過酸化水素等の活性酸素の存在下においても、このような酸化還元反応に関する制御効果が期待でき、このような陰極水を飲用に供することにより、消化器系障害、特に体内微生物に起因するもの含めた粘膜障害の抑制などの効果まで期待できるものである。
【００９８】
更に、陰極水中には、生体内でスーパーオキサイドを還元することができる酸化還元物質と、スーパーオキサイドとの反応により酸化された酸化還元物質を還元して、再度、還元活性を有する形に再生産する溶存水素ガス粒子とが含まれることとなり、この陰極水を飲用に供することにより、陰極水中の成分のみにて、生体内のスーパーオキサイドを効率よく還元することができるものである。
また、原水中に酸化還元物質として、鉄化合物を添加する酸化還元物質添加装置を具備するものであり、陰極水中には、生体内でスーパーオキサイドを還元することができる鉄化合物と、スーパーオキサイドとの反応により酸化された鉄化合物を還元して、再度、還元活性を有する形に再生産する溶存水素ガス粒子とが含まれることとなり、この陰極水を飲用に供することにより、陰極水中の成分のみにて、生体内のスーパーオキサイドを効率よく還元することができるものである。
【００９９】
また本発明の請求項２に係る電解水生成装置は、請求項１の構成に加えて、酸化還元物質添加装置として、原水中に無機系化合物に加えて、酸化還元物質を添加する電解質供給装置を具備するものであり、陰極水中には、生体内でスーパーオキサイドを還元することができる酸化還元物質と、スーパーオキサイドとの反応により酸化された酸化還元物質を還元して、再度、還元活性を有する形に再生産する溶存水素ガス粒子とが含まれることとなり、この陰極水を飲用に供することにより、陰極水中の成分のみにて、生体内のスーパーオキサイドを効率よく還元することができるものである。
【０１００】
また本発明の請求項３に係る電解水生成装置は、請求項２の構成に加えて、酸化還元物質添加装置として、原水中に無機系化合物及び酸化還元物質に加えて、界面活性剤を添加する電解質供給装置を具備するものであり、陰極水中の溶存水素ガス粒子を界面活性剤により安定に維持することができるものである。
【０１０２】
また本発明の請求項４に係る電解水生成装置は、請求項１乃至３のいずれかの構成に加えて、原水中に酸化還元物質として、無機系鉄化合物を添加する酸化還元物質添加装置を具備するものであり、陰極水中には、生体内でスーパーオキサイドを還元することができる無機系鉄化合物と、スーパーオキサイドとの反応により酸化された無機系鉄化合物を還元して、再度、還元活性を有する形に再生産する溶存水素ガス粒子とが含まれることとなり、この陰極水を飲用に供することにより、陰極水中の成分のみにて、生体内のスーパーオキサイドを効率よく還元することができるものである。
【０１０３】
また本発明の請求項５に係る電解水生成装置は、請求項１乃至３のいずれかの構成に加えて、原水中に酸化還元物質として、有機系鉄化合物を添加する酸化還元物質添加装置を具備するものであり、陰極水中には、生体内でスーパーオキサイドを還元することができる有機系鉄化合物と、スーパーオキサイドとの反応により酸化された有機系鉄化合物を還元して、再度、還元活性を有する形に再生産する溶存水素ガス粒子とが含まれることとなり、この陰極水を飲用に供することにより、陰極水中の成分のみにて、生体内のスーパーオキサイドを効率よく還元することができるものである。
【０１０４】
また本発明の請求項６に係る電解水生成装置は、請求項１乃至５のいずれかの構成に加えて、原水中に酸化還元物質として、水溶性生化学物質を添加する酸化還元物質添加装置を具備するものであり、陰極水中には、生体内でスーパーオキサイドを還元することができる水溶性生化学物質と、スーパーオキサイドとの反応により酸化された水溶性生化学物質を還元して、再度、還元活性を有する形に再生産する溶存水素ガス粒子とが含まれることとなり、この陰極水を飲用に供することにより、陰極水中の成分のみにて、生体内のスーパーオキサイドを効率よく還元することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態の他例を示す概略図である。
【図３】（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明にて用いる水質測定器の例を示す概略断面図である。
【図４】本発明にて用いる作用電極の一例を示す斜視図である。
【図５】本発明にて用いる作用電極の他例を示す斜視図である。
【図６】本発明にて用いる作用電極の更に他例を示す斜視図である。
【図７】本発明の電解水生成装置にて生成された陰極水中の溶存水素ガス粒子の動的光散乱法による測定結果を示すグラフであり、（ａ）は粒径に対する光散乱強度の分布を、（ｂ）は粒径に対する数平均値の分布をそれぞれ示したものである。
【図８】本発明の電解水生成装置にて生成された陰極水中の溶存水素ガス粒子の動的光散乱法による測定結果を示すグラフであり、粒径の平均値の経時変化を示すものである。
【図９】本発明の電解水生成装置にて生成された陰極水中の溶存水素ガス粒子の動的光散乱法による測定結果を示すグラフであり、粒径の分布を示すヒストグラムである。
【図１０】本発明の電解水生成装置にて生成された陰極水中の溶存水素ガス粒子の動的光散乱法による測定結果を示すグラフであり、（ａ）は粒径の平均値の経時変化を、（ｂ）は粒径の分布を示すヒストグラムをそれぞれ示すものである。
【図１１】本発明の電解水生成装置にて生成された陰極水中の溶存水素ガス粒子の動的光散乱法による測定結果を示すグラフであり、電解電流密度に対する粒径の変化を示すものである。
【図１２】本発明の電解水生成装置にて生成された陰極水中の溶存水素濃度の経時変化を示すグラフである。
【図１３】本発明の電解水生成装置にて生成された陰極水と、Ｆｅ³⁺イオンとの反応速度を示すグラフである。
【図１４】Ｆｅ²⁺イオン及びＦｅ³⁺イオンと、活性酸素との反応性を示すグラフである。
【図１５】本発明の実施の形態の更に他例を示す概略図である。
【図１６】本発明にて用いる水質測定器の他例を示すものであり、（ａ）は正面の断面図、（ｂ）は側面の断面図である。
【図１７】（ａ）（ｂ）はそれぞれ、陰極冷却流路の構成を説明する概略の斜視図である。
【図１８】水の電気分解による酸素及び水素の発生のプルべーダイアグラムを示すグラフである。
【図１９】本発明の電解水生成装置において、陰極の材質を変更した場合の電解電流密度に対する陰極水中の溶存水素ガス粒子の濃度の変化を示すグラフである。
【図２０】本発明の電解水生成装置において、陰極の温度を変更した場合の電解電流密度に対する陰極水中の溶存水素ガス粒子の濃度の変化を示すグラフである。
【図２１】本発明の電解水生成装置において、原水中の電解質を変更した場合の電解電流密度に対する陰極水中の溶存水素ガス粒子の濃度の変化を示すグラフである。
【図２２】本発明の電解水生成装置において、電解質として塩化カルシウムを用いた場合の原水中の塩化カルシウム濃度を変更した場合の電解電流密度に対する陰極水中の溶存水素ガス粒子の濃度の変化を示すグラフである。
【図２３】本発明の電解水生成装置において、原水のｐＨ値を変更した場合の電解電流密度に対する陰極水中の溶存水素ガス粒子の濃度の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１電解水生成装置
２電解槽
５隔膜
６電解質供給装置
１２Ａ陰極
１２Ｂ陽極
１４陰極室
１８陽極室

Claims

陽極が配設された陽極室と、陰極が配設された陰極室と、陽極室と陰極室を仕切るように配設された、陽イオンと陰イオンのうち少なくとも一方を通過させ得る隔膜とを備える電解槽を具備し、溶存イオンを含む原水から、有隔膜電解により陽極水と陰極水を生成すると共に陰極室にて生成される陰極水中に溶存水素ガス粒子を含ませることができる電解水生成装置であって、原水中に酸化還元物質として、鉄化合物を添加する酸化還元物質添加装置を具備して成ることを特徴とする電解水生成装置。
酸化還元物質添加装置として、原水中に無機系化合物に加えて、酸化還元物質を添加する電解質供給装置を具備して成ることを特徴とする請求項１に記載の電解水生成装置。
酸化還元物質添加装置として、原水中に無機系化合物及び酸化還元物質に加えて、界面活性剤を添加する電解質供給装置を具備して成ることを特徴とする請求項２に記載の電解水生成装置。
原水中に酸化還元物質として、無機系鉄化合物を添加する酸化還元物質添加装置を具備して成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電解水生成装置。
原水中に酸化還元物質として、有機系鉄化合物を添加する酸化還元物質添加装置を具備して成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電解水生成装置。
原水中に酸化還元物質として、水溶性生化学物質を添加する酸化還元物質添加装置を具備して成ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電解水生成装置。