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技術 測定方法、測定装置、プログラム、およびコンピュータ読み取り可能な記憶媒体

出願人 小川陽吉有冨正憲
発明者 小川陽吉有冨正憲
出願日 2019年4月19日 (1年9ヶ月経過) 出願番号 2019-079745
公開日 2020年10月29日 (3ヶ月経過) 公開番号 2020-176931
状態 未査定
技術分野 半透膜を用いた分離 水処理一般 電気化学的な材料の調査、分析
主要キーワード 応用実施 時間積算値 溶存水素量 溶存量 水素水中 電流閾値 積算処理 イオン化傾向
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (7)

課題

水中の溶存水素量を測定することができる測定方法測定装置プログラムコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を提供することを目的とする。

解決手段

水素水中溶存する水素溶存量を測定する測定装置1であって、水素が溶存する水素水中に所定の電極23,24を浸漬しつつ定電圧印加して通電する定電圧供給部20と、定電圧供給部20における電極23,24を流れる電流電流値Aを測定する測定部30と、電流値Aに基づいて水素の溶存量を演算する演算部45と、を含むことを特徴とする。

概要

背景

昨今の健康志向から水素水が広く一般に利用されている。水素水は、電気分解水素を水にバブリングする方法等により製造されることが知られているが、水素水の品質を確認する観点からも水素水中溶存水素量を測定することが重要となっている。このため、特許文献1に開示されるような水中の溶存水素量を測定する技術が提案されている。

概要

水中の溶存水素量を測定することができる測定方法測定装置プログラムコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を提供することを目的とする。水素水中に溶存する水素の溶存量を測定する測定装置1であって、水素が溶存する水素水中に所定の電極23,24を浸漬しつつ定電圧印加して通電する定電圧供給部20と、定電圧供給部20における電極23,24を流れる電流電流値Aを測定する測定部30と、電流値Aに基づいて水素の溶存量を演算する演算部45と、を含むことを特徴とする。

目的

特開2018−179830号公報






近年は、水中の溶存水素量を更に別の方法により測定する技術の提案が望まれていた

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

水中に溶存する水素溶存量を測定する測定方法であって、前記水素が溶存する水中に所定の電極を浸漬しつつ電圧印加して通電する電圧供給テップと、前記電圧供給ステップにおける前記電極を流れる電流電流値を測定する測定ステップと、前記電流値に基づいて前記水素の溶存量を演算する演算ステップと、を含むことを特徴とする測定方法。

請求項2

水中に溶存する水素の溶存量を測定する測定装置であって、前記水素が溶存する水中に所定の電極を浸漬しつつ電圧を印加して通電する電圧供給部と、前記電圧供給部における前記電極を流れる電流の電流値を測定する測定部と、前記電流値に基づいて前記水素の溶存量を演算する演算部と、を含むことを特徴とする測定装置。

請求項3

予め定められた前記水中に溶存する水素の溶存量と前記所定の電極を流れる電流の電流値との相関関係を示すデータを記憶する記憶部を含み、前記演算部は、前記予め定められた前記水中に溶存する水素の溶存量と前記所定の電極を流れる電流の電流値との相関関係を示すデータと、前記測定部において測定された電流値と、に基づいて前記水中に溶存する水素の溶存量の演算を行うことを特徴とする請求項2に記載の測定装置。

請求項4

前記電流値を積算する積算部を含み、前記演算部は、前記積算された電流値に基づいて前記溶存量の演算を行うことを特徴とする請求項3または請求項3に記載の測定装置。

請求項5

前記積算部は、前記測定部において、前記測定された電流値が所定の電流閾値以下となるまで前記積算を行うことを特徴とする請求項4に記載の測定装置。

請求項6

前記電流閾値は、純水における前記所定の電極を流れる電流の電流値とすることを特徴とする請求項5に記載の測定装置。

請求項7

前記電圧は、前記水の電気分解が起こらない電圧とすることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の測定装置。

請求項8

前記水の電気分解が起こらない電圧は、前記水の電気分解が起こる最小の電圧よりも小さい電圧とすることを特徴とする請求項7に記載の測定装置。

請求項9

前記水素が溶存する水を精製する精製部を含み、前記電圧供給部は、前記精製部により精製された水を用いて通電を行うことを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の測定装置。

請求項10

前記精製部は、所定の膜を用いて前記水を精製することを特徴とする請求項9に記載の測定装置。

請求項11

前記所定の膜は、逆浸透膜RO膜)とすることを特徴とする請求項10に記載の測定装置。

請求項12

前記電極は、陰極および陽極を含み、前記陽極は、イオン化傾向が水よりも低い材料とすることを特徴とする請求項1乃至請求項11のいずれか一項に記載の測定装置。

請求項13

前記電極は、陽極および陰極を含み、前記陽極は、セラミックス系の材料とすることを特徴とする請求項1乃至請求項11のいずれか一項に記載の測定装置。

請求項14

前記セラミックス系の材料は、更に多孔質系の材料とすることを特徴とする請求項13に記載の測定装置。

請求項15

前記電圧供給部は、電圧供給槽を含み、前記電圧供給槽を密閉して通電を行うことを特徴とする請求項1乃至請求項14のいずれか一項に記載の測定装置。

請求項16

前記電圧供給部は、電圧供給槽を含み、前記電圧供給槽に水を気密に充填させて通電を行うことを特徴とする請求項1乃至請求項14のいずれか一項に記載の測定装置。

請求項17

水中に溶存する水素の溶存量を測定する測定装置におけるコンピュータを、前記水素が溶存する水中に所定の電極を浸漬しつつ電圧を印加して通電する電圧供給部における前記電極を流れる電流の電流値に基づいて前記水素の溶存量を演算する演算部として機能させることを特徴とするプログラム

請求項18

請求項17に記載のプログラムを記憶することを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体

技術分野

0001

本発明は、測定方法測定装置プログラム、およびコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関し、特に水中に溶存する水素溶存量を測定する測定方法、測定装置、プログラム、およびコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関する。

背景技術

0002

昨今の健康志向から水素水が広く一般に利用されている。水素水は、電気分解や水素を水にバブリングする方法等により製造されることが知られているが、水素水の品質を確認する観点からも水素水中溶存水素量を測定することが重要となっている。このため、特許文献1に開示されるような水中の溶存水素量を測定する技術が提案されている。

先行技術

0003

特開2018−179830号公報

発明が解決しようとする課題

0004

近年は、水中の溶存水素量を更に別の方法により測定する技術の提案が望まれていた。

0005

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、水中の溶存水素量を測定することができる測定方法、測定装置、プログラム、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

上記目的を達成するため、本発明者は、鋭意研究した結果、水素が溶存する水に通電したときの電極を流れる電流値と水中に溶存する水素の溶存量との間に相関関係があることを見出し、発明を完成するに至った。

0007

すなわち、本発明に係る測定方法は、水中に溶存する水素の溶存量を測定する測定方法であって、前記水素が溶存する水中に所定の電極を浸漬しつつ電圧印加して通電する電圧供給テップと、前記電圧供給ステップにおける前記電極を流れる電流の電流値を測定する測定ステップと、前記電流値に基づいて前記水素の溶存量を演算する演算ステップと、を含むことを特徴とする。

0008

本発明によれば、上記ステップにより、水中の溶存水素量を測定することができる。

0009

上記目的を達成するため、本発明に係る測定装置は、水中に溶存する水素の溶存量を測定する測定装置であって、前記水素が溶存する水中に所定の電極を浸漬しつつ電圧を印加して通電する電圧供給部と、前記電圧供給部における前記電極を流れる電流の電流値を測定する測定部と、前記電流値に基づいて前記水素の溶存量を演算する演算部と、を含むことを特徴とする。

0010

本発明によれば、上記構成により、水中の溶存水素量を測定することができる。

0011

ここで、予め定められた前記水中に溶存する水素の溶存量と前記所定の電極を流れる電流の電流値との相関関係を記憶する記憶部を含み、前記演算部は、前記予め定められた前記水中に溶存する水素の溶存量と前記所定の電極を流れる電流の電流値との相関関係と、前記測定部において測定された電流値と、に基づいて前記水中に溶存する水素の溶存量の演算を行うことができる。

0012

前記電流値を積算する積算部を含み、前記演算部は、前記積算された電流値に基づいて前記溶存量の演算を行うことができる。

0013

前記積算部は、前記測定部において、前記測定された電流値が所定の電流閾値以下となるまで前記積算を行うことができる。

0014

すなわち、前記電流閾値は、純水における前記所定の電極を流れる電流の電流値とすることができる。

0015

前記電圧は、前記水の電気分解が起こらない電圧とすることにより、測定された電流値における水の電気分解の影響を少なくすることができる。

0016

前記水の電気分解が起こらない電圧は、前記水の電気分解が起こる最小の電圧よりも小さい電圧とすることができる。

0017

水素が溶存する水を精製する精製部を含み、前記電圧供給部は、前記精製部により精製された水に電圧を供給して通電することにより、水中の不純物を除去して通電を行うことができる。これにより、測定された電流値における不純物の影響を少なくすることができる。

0018

前記精製部は、所定の膜を用いて前記水を精製することができ、前記所定の膜は、逆浸透膜RO膜)とすることができる。逆浸透膜を用いて水を精製することにより、水素を溶存した状態を維持しつつ水中の不純物を除去することが可能となる。

0019

前記電極は、陽極および陰極を含み、前記陽極は、イオン化傾向が水よりも低い材料とすることにより、また、前記陽極は、セラミックス系の材料とすることにより、電極の溶出を少なくすることができ、電流値を正確に測定することが可能となる。

0020

前記セラミックス系の材料は、更に多孔質系の材料とすることができる。

0021

前記電圧供給部は、電圧供給槽を含み、前記電圧供給槽を密閉して通電を行うことにより、空気中の酸素により電極が酸化し溶出することを少なくすることができる。

0022

前記電圧供給部は、電圧供給槽を含み、前記電圧供給槽に水を気密に充填させて通電することにより、電極の酸化を更に少なくすることができる。

0023

上記目的を達成するため、本発明に係るプログラムは、水中に溶存する水素の溶存量を測定する測定装置におけるコンピュータを、前記水素が溶存する水中に所定の電極を浸漬しつつ電圧を印加して通電する電圧供給部における前記電極を流れる電流の電流値に基づいて前記水素の溶存量を演算する演算部として機能させることを特徴とする。

0024

上記目的を達成するため、本発明に係るコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、前記プログラムを記憶することを特徴とする。

発明の効果

0025

本発明によれば、水中の溶存水素量を測定することができる。

図面の簡単な説明

0026

本発明の実施形態に係る測定装置の概要を示す概念図である。
同測定装置における電圧供給部の構成を示す図である。
同測定装置における各機能部を示すブロック図である。
同測定装置における測定部および積算部における電流値の測定方法および積算方法を示す図である。
同測定装置による測定方法を説明するためのフローチャートである。
本発明の応用例を説明するための図である。

実施例

0027

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明の実施形態に係る測定装置の概要を示す概念図、図2は、同測定装置における電圧供給部の構成を示す図、図3は、同測定装置における各機能部を示すブロック図、図4は、同測定装置における測定部および積算部における電流値の測定方法および積算方法を示す図である。

0028

図1を参照して本発明の測定装置1の概要を説明すると、測定装置1は、水素水中に溶存する水素の溶存量を測定する測定装置1であって、精製部10と、電圧供給部20より詳しくは定電圧供給部20と、測定部30と、処理部40と、を有している。

0029

すなわち、本発明の測定装置1においては、精製部10により精製された水素水22に定電圧供給部20により定電圧(一定の電圧)を供給して通電し、この定電圧供給で電極23に流れた電流値を測定部30が測定するとともに、処理部40が測定された電流値Aに基づいて水素の溶存量Bを演算する構成となっている。

0030

精製部10は、水素が溶存する水より詳しくは水素水22を精製する機能を有しており、所定の膜を用いて水素水22を精製することができる。所定の膜は、逆浸透膜(RO膜)とすることができ、逆浸透膜を用いて水素水22を精製することにより、水素が溶存した状態を維持しつつ水素水22中の不純物を除去することが可能となる。

0031

定電圧供給部20は、精製部10により精製された水素水22に定電圧を供給して通電を行う機能を有している。すなわち、定電圧供給部20は、図2に示すように、定電圧供給槽21に精製された水素水22を満たした状態とし、水素水22中に所定の電極23を浸漬しつつ定電圧を印加して通電することができる。定電圧供給槽21は、箱型で上面21aが開口して開放された構成となっている。

0032

ここで、電極23は、陽極23aおよび陰極23bを含み、電極23に印加する電圧は、水より詳しくは純水の電気分解が起こらない電圧とする。水(純水)の電気分解が起こらない電圧は、水(純水)の電気分解が起こる最小の電圧よりも小さい電圧とすることができる。このような観点から電極23の印加電圧は1.20V以下とすることが好ましく、1.10V以下とすることが更に好ましい(電極23には、1.20V以下、若しくは1.10V以下の定電圧が印加される)。

0033

すなわち、水(純水)の電気分解が起こる1.20V以上の電圧を印加した場合、数1に示すように、陽極23aでは純水中の水酸化物イオン(OH−)が酸化されて酸素(酸素ガス)が発生し、陰極23bでは水(H2O)が還元されて水素(水素ガス)が発生する。このとき、陽極23aにおける酸化反応により生じた電子が陽極23aから陰極23bへ移動することにより電流が流れることとなる。

0034

[数1]
陽極:4OH−→O2+2H2O+4e−
陰極:2H2O+2e−→H2+2OH−

0035

一方、水素水22においては、活性な水酸化物イオンH3O2-(H2O・OH-)と水素イオン(H+)とが遊離しやすい状態にあると考えられる。そして、電極23の印加電圧を1.20V以下とした場合は、原則として水(純水)の電気分解は起こらないものの、数1と同様の反応が起こり、水素水22に起因する活性な水酸化物イオンH3O2-(H2O・OH-)が酸化されて陽極23aから酸素(酸素ガス)が発生するとともに、水素水22に起因する水素イオン(H+)が還元されて陰極23bから水素(水素ガス)が発生すると考えられる。

0036

つまり、電極23の印加電圧を1.20V以下とした場合においては、陽極23aから陰極23bに流れる電流値Aに応じて、水素水22に起因する活性な水酸化物イオンH3O2-(H2O・OH-)に基づく酸素ガスが発生するとともに、活性な水素イオン(H+)に基づく水素ガスが発生することとなる。

0037

ここで、陽極23aは、イオン化傾向が水(純水)よりも低い材料および/またはセラミックス系の材料とすることができる(陽極23aは、イオン化傾向が水(純水)よりも低い材料、セラミックス系の材料、若しくはこれらを組み合わせた材料とすることができる)。

0038

すなわち、電極23の印加電圧を水(純水)の電気分解が起こらない電圧とし、陽極23aを水(純水)よりもイオン化傾向の高い材料(例えば銅)とした場合にあっては、陽極23aでは電極の溶出(酸化)が生じてしまい、電流値Aに基づく水素水22中の水素溶存量の演算に誤差を生じる恐れがある。

0039

そこで、本発明においては、陽極23aは、イオン化傾向が水(純水)よりも低い材料および/またはセラミックス系の材料とすることとして、陽極23aの溶出を少なくすることとしている。

0040

ここで、陽極23aを構成するセラミックス系の材料は、多孔質系の材料とすることができる。

0041

測定部30は、定電圧供給部20における電極23を流れる電流の電流値Aを測定する機能を有している。測定部30は、電極23を流れる電流の電流値Aをリアルタイムに測定することができる。測定部30は、出力インターフェースを介して電流値Aを示すデータを処理部40に送信する。

0042

処理部40は、図3に示すように、入力部41、記憶部42、積算部43、判断部44、および演算部45を有している。処理部40は、コンピュータとしての一般的な構成を備えており、CPU、メモリハードディスク表示装置ディスプレー)を有している。メモリ、ハードディスク(後述する記憶部42)は、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体として機能する。

0043

入力部41は、測定部30により測定された電流値Aを示すデータを入力インターフェースを介して入力する機能を有している。

0044

記憶部42は、予め測定された水素水22中に溶存する水素の溶存量bと電極23を流れる電流の電流値aとの相関関係cを示すデータを記憶する機能を有している。

0045

すなわち、本発明者は、純水に水素を溶存させた水素水を、水の電気分解の起こらない印加電圧(1.20V以下)の下で、陽極23aをイオン化傾向が水(純水)よりも低い材料および/またはセラミックス系の材料として定電圧を供給し通電したときの水素水22中に溶存する水素の溶存量bと電極23を流れる電流の電流値aとの相関関係cを予め測定により明らかとしている。

0046

そして、記憶部42は、予め測定された水素水22中に溶存する水素の溶存量bと電極23を流れる電流の電流値aとの相関関係cを所定のデータベースや数2の如く数式で記憶することとしている。
[数2]
c=f(a,b)

0047

積算部43は、測定された(入力された)電流値Aをリアルタイムに時間で積算し電流値Aの時間積算値ATを演算する機能を有している。積算部43は、図4に示すように、測定部30において、測定された電流値Aが所定の電流閾値X以下となるまで積算を行うことができる(電流値Aが電流閾値X以下となるまで積算した時間積算値をATXとする)。

0048

すなわち、電流閾値Xは、純水における電極23を流れる電流の電流値とすることができる。

0049

より詳しくは、電流閾値Xは、純水において、水の電気分解の起こらない印加電圧(1.20V以下)の下で、陽極23aをイオン化傾向が水(純水)よりも低い材料および/またはセラミックス系の材料として電気分解したときの電極23を流れる電流値であり、通常は0となるが、純水にごく僅かに不純物が含まれる場合等には、一定の電流値に設定されることがある。

0050

図4に示すように、測定部30により測定される電流値Aは、時間の経過とともに低下し、電流値Aが電流閾値Xに達したときに、積算部43による積算処理が終了する。

0051

判断部44は、測定部30により測定された電流値Aが電流閾値Xに達したか否かを判断する機能を有している。

0052

演算部45は、電流値Aが電流閾値Xに達したときの積算された電流値Aの時間積算値ATに基づいて水素の溶存量BTを演算する機能を有している。

0053

より詳しくは、演算部45は、予め測定された水素水22中に溶存する水素の溶存量bと電極23を流れる電流の電流値aとの相関関係cを示すデータと、測定部30において測定された電流値Aと、に基づいて演算を行うことができる。

0054

更に詳しくは、演算部45は、数3に示すように、積算された電流値Aの時間積算値ATXに数2で得られた相関関係cを乗じて積算された溶存量BTの演算を行うことができる。

0055

[数3]
BT=ATX×c

0056

なお、本発明においては、測定装置1より詳しくは処理部40におけるコンピュータを、入力部41、記憶部42、積算部43、判断部44、および演算部45として機能させるプログラムが記憶部42に記憶されており、同プログラムを実行することにより、各機能部41,42,43,44,45を機能させることができる。

0057

次に、測定装置1による測定方法を図5に示すフローチャートに基づいて詳細に説明する。

0058

すなわち、まずステップ10においては、精製部10が、水素が溶存する水素水22を精製する。この精製は逆浸透膜を用いて行う(精製ステップ)。

0059

次いで、ステップS20において、定電圧供給部20が、ステップS10で精製された水素水22に定電圧を供給し通電を行う。この定電圧供給は、水素水22中に電極23を浸漬しつつ定電圧を印加して行う。電圧は純水の電気分解が起こらない電圧とし、1.20V以下とする(定電圧供給ステップ)。

0060

続いて、ステップS30において、測定部30が、定電圧供給により電極23を流れる電流の電流値Aを測定する(測定ステップ)。

0061

次に、ステップS40において、入力部41が、ステップS30で測定された電流値Aを入力する(入力ステップ)。

0062

次いで、ステップS50において、積算部43が入力された電流値Aをリアルタイムに積算し、電流値Aの時間積算値ATXを演算する(積算ステップ)。この時間積算値ATXの演算は、ステップS60において、判断部44が、電流値Aが電流閾値X以下と判断したときに終了する(判断ステップ)。

0063

続いて、ステップS70において、演算部45が、ステップS60で積算された電流値Aの時間積算値ATに基づいて数4により水素の溶存量Bより詳しくは積算された水素の溶存量BTを演算する(演算ステップ)。

0064

以上説明したように、本発明の測定方法および測定装置1によれば、水素水22中に電極23を浸漬しつつ定電圧を印加して通電する定電圧供給部20(定電圧供給ステップ)と、定電圧供給部20における電極23を流れる電流の電流値Aを測定する測定部30(測定ステップ)と、電流値Aに基づいて水素の溶存量Bを演算する演算部45(演算ステップ)と、を含むこととしたので、水素水22中の溶存水素量を測定することができる。

0065

また、水素が溶存する水素水22を精製する精製部10を含み、定電圧供給部20は、精製部10により精製された水素水22に定電圧を供給して通電を行うこととしたので、水素水22中の不純物を除去して通電を行うことができる。これにより、測定された電流値Aにおける不純物の影響を少なくすることができる。

0066

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形実施、応用実施が可能であることは勿論である。

0067

例えば、図6に示すように、定電圧供給部20は、定電圧供給槽21の開放された上面21aを板状体21b等により密閉するように閉塞し通電を行うことにより、空気中の酸素により電極23が酸化し溶出することを少なくすることができる。また、図6からも明らかなように、定電圧供給部20は、定電圧供給槽21に水素水22を気密に充填させて通電を行うことにより、電極23の酸化を更に少なくすることができる。なお、図6に示す電圧供給槽21においては、通電により生じた水素ガスや酸素ガスを所定に抜気する構成を有している。

0068

A:電流値
a:電流値
B:水素の溶存量
b:水素の溶存量
c:相関関係
1:測定装置
10:精製部
20:定電圧供給部
21:定電圧供給槽
21a:上面
22:水素水
23:電極
23a:陽極
23b:陰極
30:測定部
40:処理部
41:入力部
42:記憶部
43:積算部
44:判断部
45:演算部

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