JP6051386B2 - 電解装置 - Google Patents
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Description
本実施形態の電解装置1は、一般家庭内等における活性酸素除去や成人病予防などのための吸引用、理化学実験用、臨床実験用等を目的として、少量(平均2〜3ml/min、最大約3ml/min)かつ高純度(約99%)の水素ガスを長時間(例えば約6時間)かつ低圧(大気圧+約100Pa程度(1mm水柱≒10Paにて換算した。))で発生させるための装置である。そのため、本実施形態の電解装置1には、小型、軽量、携帯性、操作容易性、低価格など、水素ガスを吸引する患者が場所や時間を問わず、気軽かつ安全に使用できることが要求される。
図1は、本実施形態の電解装置1の内部を示す縦断面図である。図2は、本実施形態の電解装置1の内部の概略を示す側面図である。なお、図2においては、理解を容易にするため、吸液部材4を除いている。
一対の電極板500は、陽極板501及び陰極板502により構成される。電気分解板5により被電解液13としての純水(13)が電気分解された場合、陽極板501側から酸素ガス(O2)が発生し、陰極板502側から水素ガス(2H2)が発生する。
次に、一対の電極板500に設けられる複数の通過孔503を説明する。
イオン交換膜510は、図1に示すように、純水(13)の吸収により膨張する平滑な弾性膜である。イオン交換膜510としては種々の市販品を利用することができる。本実施形態のイオン交換膜510は、デュポン社製イオン交換膜「Nafion N−117CS」である。この場合、イオン交換膜510は、純水(13)の吸収により約12〜15%膨張する。また、本実施形態のイオン交換膜510は、一対の電極板500よりも一回り大きく、高さ100mm×幅40mm×厚さ0.17mmに設定されている。
吸液部材4は、図1に示すように陽極板501の表面及び陰極板502の表面にそれぞれ密着している。この吸液部材4は、電極板500と電極板500の相対位置に設けられた電解槽6の内壁との間に配置されていることが好ましい。また、吸液部材4は、電極板500から電解槽6の内壁までの距離と同等以上の厚さに構成されていることが好ましい。
本実施形態の電解槽6は、図1に示すように、電気分解板5を仕切板として、陰極側ガス発生槽602及び陽極側ガス発生槽601の2室に仕切られている。陰極側ガス発生槽602は、陰極側発生ガスとしての水素ガスが発生する陰極板502側に形成される槽である。また、陽極側ガス発生槽601は、陽極側発生ガスとしての酸素ガスが発生する陽極板501側に形成される槽である。これら陰極側ガス発生槽602及び陽極側ガス発生槽601は、所定の水位(液位)に保たれた被電解水をそれぞれ貯蔵している。被電解液13は、導電性の有無に関係なく、液体であればよい。本実施形態においては、水素ガスを発生させるため、被電解液13として純水(13)が用いられている。
2個の分割ケース611は、図1及び図2に示すように、縦長(上下方向)に伸びる中空直方体形状の略閉じた容器を上下方向に分割して得た形状に形成されている。略閉じた容器とは、陰極側発生ガス排出口622、陽極側発生ガス排出口621、及び、接続チューブ8の接続口を除き、閉じた容器の意味である。この分割ケース611は、アクリル樹脂等の透明プラスチック製であり、電気分解板5から水素ガス及び酸素ガスの発生、電解槽6内の純水(13)の水位等が確認可能になっている。また、分割ケース611の寸法は、それぞれ、図2に示すように、電解槽6の正面から見て、高さ100mm×幅40mm×奥行き8mmに設定されている。
締結部612は、図1に示すように、2個の分割ケース611を締結する。締結部612としては、図1に示すように、陰極側ガス発生槽602又は陽極側ガス発生槽601を正面から見たときの分割ケース611の周縁において2個の分割ケース611を貫通する複数のボルト及びナットであることが好ましい。
陰極側発生ガス排出口622は、図1に示すように、陰極側ガス発生槽602の上部に設けられる。この陰極側発生ガス排出口622は、陰極側発生ガスとしての水素ガスを鼻や口その他の吸引口に導くカニューレに接続されていることが好ましい。
陽極側発生ガス排出口621は、陽極側ガス発生槽601に設けられる。この陽極側発生ガス排出口621は、陽極側発生ガスとしての酸素ガスを排出すると共に、被電解液13の供給口として用いられる。被電解液13の供給は、スポイトや注射器を用いて行われる。
接続チューブ8は、陰極側ガス発生槽602及び陽極側ガス発生槽601の各下部を接続する。接続チューブ8が陰極側ガス発生槽602及び陽極側ガス発生槽601の各下部で接続される理由は、陰極側ガス発生槽602又は陽極側ガス発生槽601の一方から他方に陰極側発生ガスとしての水素ガス又は陽極側発生ガスとしての酸素ガスを移動させないためである。
直流電圧供給回路3は、図3に示すように、電源301、直流電圧調節回路306、電流計307、及び、警告手段308、を備える。
電源301は、電気分解をするための電力を電気分解板5に供給するものである。この電源301は、携帯型バッテリ305及び電源スイッチ303により構成されていることが好ましい。携帯型バッテリ305としては、アルカリ乾電池などの乾電池、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池など、電解装置1の保護筐体に内蔵される寸法に構成されていることが好ましい。また、携帯型バッテリ305の電源電圧はDC約3〜6Vに設定されており、その消費電流は0〜2Aに設定されている。携帯型バッテリ305の充電方法としては、携帯型バッテリ305にACアダプタを接続し、コンセントから給電することが好ましい。
直流電圧調節回路306は、電源301から所定の直流電圧を供給する回路である。所定の直流電圧は、電解装置1から排出される水素ガスが爆発しない程度の排出量(例:最大10ml/min程度)及び排気圧(150〜500Pa)を最大値の基準として設定されている。所定の直流電圧の値は、図2に示すように、直流電圧供給回路3に接続された設定用ボリューム302により制御することが可能である。
電流計307は、発生ガスの発生量(ml/min)が電流値(A)に比例するという試験結果に基づき、電流値(A)を発生ガスの発生量(ml/min)で表示する。電流計307としては、アナログ計及びデジタル計のいずれであってもよい
警告手段308は、被電解液13の液位が所定以下に下降したことにより、被電解液13の不足を警告する。この警告手段308は、検出回路309、抵抗器310、LED311を有する。検出回路309は、電圧が大幅に降下したことを検出したときに電源301からの電力をLED311に供給する回路である。抵抗器310は、陽極側リード線521に直列に接続されていると共に、検出回路309に並列に接続されている。抵抗器310としては、低抵抗(例えば約0.1Ω)であることが好ましい。LED311は、検出回路309に接続されており、検出回路309から電力が供給されたときに発光する。
図1に示すように、電源スイッチ303をオンにすると、確認ランプ304が点灯し、図2に示すように、直流電圧供給回路3から所定の直流電圧及び電流が電気分解板5に供給される。直流電圧供給回路3から供給される所定の直流電圧及び電流の変更は、図1及び図2に示すように、設定用ボリューム302の操作によって可能になっている。
一対の電極板500は、エキスパンドメタルにより構成されている。このエキスパンドメタルは、頂角504が45度以下に設定された複数の通過孔503(メッシュ)503を有する。そのため、気泡径ナノレベルの水素ガス及び酸素ガスの気泡15が初期段階で発生し、図6に示すように、気泡径ミリレベルの気泡15に成長する前に、気泡径マイクロレベルの気泡15の状態で一対の電極板500から離脱する。
また、気泡15は、上記の通り、電極板500の通過孔503内において電極板500とイオン交換膜510との接触面側から各電極板500の外側に移動する。そのため、電極板500の厚さが薄くなるほど、気泡15が通過孔503内に滞留し難くなるので、通過孔503から気泡15が発生しやすくなることが容易に理解できる。これは、従来の電気分解板5において、イオン交換膜510との密着性を向上させるため、厚手の電極板500を用いていた従来の考え方とは大きく異なる革新的な考え方である。
一対の電極板500と電解槽6の内壁との間には、吸液部材4が挿入されている。
吸液部材4が挿入される主な理由は以下の(A)〜(C)である。
水素ガス貯留部710の上方に貯留された水素ガスは、図1に示すように、カニューレを介して、人体等に供給される。
被電解液13である純水(13)が不足すると(例えば液位が30%未満になった場合)、図3に示すように、陽極側リード線521に接続された抵抗器310に流れる電流が大幅に低下する(例えば、設定電流の50%以下に低下する。)。これにより、検出回路309が抵抗器310を介して大幅な電流降下を検知するので、LED311は点滅又は点滅により電解装置1の利用者に被電解液13が不足したことを警告する。
卓上水素電解装置1からの水素ガスの発生を停止させる場合、図1に示すように、電源スイッチ303をオフにし、確認ランプ304が消灯することを確認する。
3 直流電圧供給回路
4 吸液部材
5 電気分解板
6 電解槽
8 接続チューブ
13 純水
15 気泡
301 電源
302 設定用ボリューム
303 電源スイッチ
305 携帯型バッテリ
306 直流電圧調節回路
307 電流計
308 警告手段
309 検出手段
310 抵抗器
311 LED
500 一対の電極板
501 陽極板
502 陰極板
503 通過孔
504 頂角
506 電極板の周縁部
510 イオン交換膜
601 陽極側ガス発生槽
602 陰極側ガス発生槽
611 分割ケース
612 締結部
613 溝部
621 陽極側発生ガス排出口
622 陰極側発生ガス排出口
801 液体排出口
802 排出キャップ
Claims (8)
- 陽極板及び陰極板からなる一対の電極板と、前記一対の電極板に密着すると共に液体及び気体の通過孔を有しないイオン交換膜と、を有する電気分解板と、
前記陽極板及び前記陰極板の各表面に密着する吸液部材と、
略閉じた容器を上下方向に切断することにより横に分割して得たような形状に形成されており、前記一対の電極板よりも一回り大きな前記イオン交換膜の周縁部をシール部材として挟むと共に、前記一対の電極板の周縁部を前記イオン交換膜に押し付ける2個の分割ケースと、前記2個の分割ケースを一体に締結する締結部と、を有しており、被電解液を貯蔵する電解槽と、
を備えることを特徴とする電解装置。 - 前記吸液部材は、前記電極板と前記電極板の相対位置に設けられた前記電解槽の内壁との間に配置されていると共に、前記電極板から前記電解槽の内壁までの距離と同等以上の厚さに構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の電解装置。 - 前記吸液部材は、吸液繊維である
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電解装置。 - 前記電解槽は、
前記電気分解板によって仕切られる陰極側ガス発生槽及び陽極側ガス発生槽と、
前記陰極側ガス発生槽及び前記陽極側ガス発生槽にそれぞれ設けられる陰極側発生ガス排出口及び陽極側発生ガス排出口と、
前記陰極側ガス発生槽及び前記陽極側ガス発生槽の各下部を接続する接続チューブと、を有する
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電解装置。 - 前記被電解液は、純水であり、
前記陰極側発生ガス排出口は、陰極側発生ガスとしての水素ガスを鼻や口その他の吸引口に導くカニューレに接続されており、
前記陽極側発生ガス排出口は、陽極側発生ガスとしての酸素ガスを排出すると共に、前記被電解液の供給口として用いられる
ことを特徴とする請求項4に記載の電解装置。 - 前記接続チューブは、前記被電解液を排出する液体排出口を有する
ことを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の電解装置。 - 前記被電解液の液位が所定以下に下降したことにより前記被電解液の不足を警告する警告手段と、を更に備える
ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の電解装置。 - 前記電気分解板に電解電力を供給すると共に、前記電解装置に内蔵される携帯型バッテリと、を更に備える
ことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の電解装置。
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