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松下電工株式会社
田中 喜典
平成 16年 3月 25日
平成15年度トライアルユース成果報告会
<内容>
1.アルカリイオン整水器について
2.Spring-8での屈折イメージング法による水電解の
水素溶解過程の可視化 (滋賀県立大と共同研究)
3.まとめと今後の展開
電極近傍での水素気泡の成長と減衰
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アルカリイオン整水器について
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年 事 項
昭和27年昭和29年昭和33年昭和37年昭和41年昭和53年昭和54年平成4年
・水電気分解装置 第1号で動植物体への影響実験・シンノオル電子農機発売・人体用のシンノオル液製造機発売・厚生省認可 ⇒ 「医療用物質生成器」として品目に追加・シンノオル液製造機 第1号 承認・工業会内に、効能効果調査研究専門委員会設置・連続電解水生成器が製造承認、その後浄水機能追加・日本テレビ アルカリイオン水「驚異の水」紹介・国民生活センターが商品テスト・アルカリイオン整水器協議会 発足・アルカリイオン整水器検討委員会による再検討
アルカリイオン整水器の効用と歴史■原理及び構造・陽極液に乳酸カルシウム溶液、陰極液に水を入れて素焼隔膜下に電解すると、陰極液は石灰水(アルカリ性)溶液となり、陽極液は弱酸性液となる。■効能及び使用上の注意・陰極(石灰水飽和溶液)液は、飲用して慢性下痢、消化不良、胃腸内異常醗酵、制酸、胃酸過多に有効である。・陽極液は弱酸性のアストリンゼントとして美容用に用いられる。
(昭和40年10月8日薬発第763号厚生省薬務局長通知、 昭和60年3月19日一部改訂)
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腹部愁訴の総合改善度
田代、北洞、藤山、馬場、 「消化と吸収」 23, p. 52 (2000)
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便性状の変化
国立大蔵病院 北洞医長、滋賀医科大 藤山教授ら糸川嘉則 機能水研究, 2, p. 59, (2004)
0
20
40
60
80
100
飲用前 4週間後0
20
40
60
80
100
飲用前 4週間後
(%)
硬便 普通便 軟便
(%)
0
20
40
60
80
100
飲用前 4週間後0
20
40
60
80
100
飲用前 4週間後
(%)
硬便 普通便 軟便硬便硬便 普通便普通便 軟便軟便
(%)
1)アルカリイオン水群 2)プラセボ群図5 飲用前後における便性状の変化
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アルカリイオン水の生理的効能評価2
Y. Naito, T. Yoshikawa, et al. J. Clin. Biochem. Nutr., 32, p. 69 (2002)
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<浄水カートリッジ>
抗菌活性炭フィルター
中空系膜フィルター
<電解槽>
隔膜
陽(+)極板 陰(-)極板
アルカリイオン水
酸性イオン水<カルシウム添加筒>
++ ---
2.カルシウムを添加 3.電 気 分 解1.不純物を除去 ⇒ ⇒
●活性炭…カルキ・カビ臭 トリハロメタンなど
●中空系膜…ニゴリ・赤サビ・雑菌など
●乳酸カルシウム (食品添加物)
●陰極側…アルカリイオン水
●陽極側…酸性イオン水
アルカリイオン水の生成原理
Cathode(Alkarin-Ionized-Water)2H2O + 2e- → H2 + 2OH-
Anode 2H2O → 1/2O2 + 2H+ + 2e-
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アルカリアルカリイオン水イオン水
酸性酸性イオン水イオン水
pHpH酸化還元酸化還元 電位 電位
原水中の原水中の陽イオン陽イオン
原水中の原水中の陰イオン陰イオン
溶存気体溶存気体
88~~1010
44~~66
低い低い
高い高い
増加増加
減少減少
減少減少
増加増加
水素水素
酸素酸素塩素塩素
アルカリイオン水の性状
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SPring-8の屈折イメージング法による水電解の水素溶解過程の可視化
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水素気泡の可視化
-極 (水素生成) クラック部分に気泡が生成
気泡が成長 電極から離れる
colloidal particle 生成に大きな影響を与えていると考えられる。
アルカリイオン水 水素溶解水=≠
水の電気分解により陰極から水素が生成し、水中に溶解する。
<これまでの研究> 電解で溶解した水素ガスには非常に微小なcolloidal particle 状態のものがあり、
数時間存在する。 K. Kikuchi et al., J.Appl. Electrochem. 31 (2001) 1301.
微小なcolloidal particleの生成メカニズムは?
水素の物質移動が 異なるのでは? 水溶液中 → 気泡 電極表面上 → 気泡
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平板電解槽陰極表面上での水素粒子可視化
条件 20 mAで5 min 電解後に 電流Off
・Top view
・Side viewCathode Anode
3.3 mMNa2SO4
NafionN117
1mm
電極表面に付着した気泡のイメージング (経時での測定)
・・・・・気泡の生成過程は早いので 付着気泡の収縮を測定し、 気泡から電極表面への物質移動から 生成速度を推測する。
NafionN-117
Cathode Anode
X-Ray
72 µm
150 µm
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水素ガス飽和状態(5 min 電解後)
平板電解槽陰極表面上での水素気泡挙動
電極表面
付着気泡
Pt電極表面屈折コントラストイメージ法を用いて測定した電極付着の気泡電流切断 (a)直後 (b) 8分後 (c) 28分後
15 µm 72 µm
90 µm 150 µm 72 µm
(a) (b) (c)
成長 収縮
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0 10000
100
200
Time/sec
Dia
met
er/μ
m
Fig. Relation of standing time on increase and decrease rates of hydrogen bubbles.
平板電解気泡直径の経時変化
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0 1000
0.1
0.2
Diameter/μm
k avc
m s
–1at
m–1
Fig. Relation of diameter and mass transfer coefficient○:observed, ●:calculation
水素気泡平均物質移動係数の解析結果
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Pt以外に付着の気泡
0 1500 3000 4500 60000
100
200
300
400
500
diam
eter
/ µm
Time / s
B7 (Not attached Pt) /Micro m B8 (Not attached Pt) /Micro m B9 (Not attached Pt) /Micro m
0 1500 3000 4500 60000
100
200
300
400
500
600
700
800
diam
eter
/ µm
Time / s
B1 / Micro m B2 / Micro m B3 / Micro m B4 / Micro m B5 / Micro m B6 / Micro m
Pt 以外(アクリル)に付着の気泡Pt に付着の気泡
0 500 1000 1500 2000 25000
100
200
300
400
500
600
700
800
diam
eter
/ µm
Time / s
B1 / Micro m B2 / Micro m B3 / Micro m B4 / Micro m B5 / Micro m B6 / Micro m
Au に付着の気泡
Pt 、Au、アクリルなど付着対象物により気泡の収縮速度が異なる
→ 電極・気泡界面の水素移動速度が異なる。
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まとめと今後の展開
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1.放射光を使った屈折イメージング法により、水電解時における 電極表面上の水素気泡の挙動を可視化することができた。
2.気泡の液相への溶解と拡散現象のシミュレーションを行い、気泡径と平均物質移動係数の関係を解析し実験データと比較検討した。
3.電極材質差による気泡生成速度の違いを捉えることが出来た。
<SPring8においての今後の展開>
1.電極材料による生成速度の違いを明確にする。
2.電解水質の違いによる気泡生成挙動の違いを明確にする。
3.colloidal particleの安定性を明確にする。
<まとめ>
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研究に対してご指導いただきました
京都大学大学院工学研究科 小久見 善八 教授
共同研究者
滋賀県立大学工学部 菊地 憲次 助教授、桂史織 氏
松下電工株式会社 才原康弘 氏、
測定に対して多大なご支援をいただきました
JASRI 古宮 聰 先生
梅咲 則正 先生
梶原 堅太郎 先生
に深謝いたします。
謝辞