JP2005152867A - 電解水生成手段 - Google Patents

Abstract

【課題】 構造がシンプルでかつコンパクトで、電解質や電解液のメンテナンス性に優れ、安定した品質の電解水を生成し、酸性水やアルカリ性水の切替が容易である電解水生成手段を提供する。
【解決手段】 予め第一電解室１０の所定の位置まで所定の濃度の原電解液３１を収容する。原水流入手段Ｐ１を介して、原水を第二電解室２０に送り、電解液供給手段３０から原電解液３１を第一電解室１０に供給する。直流電源Ｄと制御手段Ｃにより、第一電極１２を陰極として第二電極２３を陽極として、直流電圧を印加し、第一電解液１３と第二電解液２４が所定時間電気分解される。第一電解室１０で生成したアルカリ水または強アルカリ水は原電解液３１の希釈用として使われ第一電解液１３となり、第二電解室２０で生成した酸性水または強酸性水は電解水流出手段Ｐ２とポンプ手段Ｐにより吐水Ｗ２として吐水され利用される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電解水を生成する手段としての電解槽において、前記電解槽は、電解液供給手段からの原電解液と第一電極と第一電解液とを備えた第一電解室と、隔膜と第二電極と第二電解液とを備えた第二電解室とで構成され、前記第一電解室は容器部や排水手段を備え、前記第二電解室は容器部や原水供給手段や電解水流出手段を備えたことを特徴とする、電解水生成手段に関するものである。

塩化化合物を代表とする電解質を水に溶かした電解質溶液（以下、電解液と略す）を電気分解し、酸性水やアルカリ水などの電解水を製造する方法は公知である。その電解水製造装置も多数販売されており、電解水生成手段にも種々のものが知られているが、特にｐＨ２〜ｐＨ３前後の酸性水には消毒または殺菌または除菌効果が公知であり、強酸性水の名称で滅菌手段や消毒手段や殺菌手段として活用されていて、例えば、医療用殺菌水として手指消毒に認められていて、残留性のない事や耐性菌ができない等の評価を得て一部の医師により手術時の切創の消毒水としても使用されていることが知られている。

また、原理的にはアルカリ水や強アルカリ水または酸性水や強酸性水といった電解水を製造させる装置の電解槽の構造は、イオンを透過可能な隔膜により一対のイオン室に区画された電解槽とこの各イオン室に個々に設けられた一対の電極つまり陽極と陰極とから成り、この陽極と陰極を変えるか電極に供給する直流の極を変えることによって両機能を得ることができる。
さらに、電解槽を同一とし、アルカリ水や強アルカリ水または酸性水や強酸性水を製造するための装置とすることが可能になり、一般的に使用されている電解水製造装置としては、電解槽に所定量の水を貯水しておき、貯水しておいた水を所定時間電解することにより電解水を製造するバッチ式電解水生成装置か、水道の蛇口から直結させて通水しながら水道水を電解水に変えて使用する通水式電解水製造装置が知られている。

また、近年では、ただ単に電解水が製造できればよいだけではなく、電解水の濃度を変化させて色々な用途に使えるようようにできるようにした、電解水製造装置の開発案件が増えてきた。
例えば、強電解イオン水生成装置の電解電極と電解質液の収容容器及び隔膜をユニットとして一体化し、水道水等の原水を入れた任意の容器中へ一体化ユニットを投入し、直流電気を通じて電気分解することにより、次亜塩素酸濃度の高い強電解酸性水を得る技術の提供を目的とし、解決手段としては、溶かした食塩水を収容した容器の中に陰極板を封入し、アニオン交換隔膜を陽極板と陰極板の間に挟み固定し、さらに陽極板を透水性の保護層で被覆して一体化ユニットとし、これを任意水量の容器中に浸漬して直流電源から電圧を印加することで、目的成分を高濃度に含む強酸性水が製造される、強電解水生成装置の電解方法が知られている。（特開２００３−３４８８９号公報を参照する）

ところが、一般的に知られている電解水生成手段は、構造が複雑だったりメンテナンス性に問題があったりで、購入しやすくかつ利用しやすい製品は無いものかという消費者の声が増えてきた。
また、装置が高価であるため、例えば、殺菌効果と安全性が証明されているにも関わらず強酸性水は特定の企業や商店等で採用されているだけに留まり、一般的にはまだ広く普及していない。

また、特開２００３−３４８８９号の強電解水生成装置の電解方法では、溶かした食塩水を収容した容器の中に陰極板を封入し、アニオン交換隔膜を陽極板と陰極板の間に挟み固定し、さらに陽極板を透水性の保護層で被覆して一体化ユニットとし、これを任意水量の容器中に浸漬して直流電源から電圧を印加することで、目的成分を高濃度に含む強酸性水が製造されることを特徴とするが、このタイプでは電解質や電解液の交換性や陽極板や陰極板のメンテナンス性に問題があるという指摘を受けている。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、例えば、構造がシンプルでかつコンパクトであり、電解質や電解液のメンテナンス性に優れ、安定した品質の電解水を生成可能であり、酸性水やアルカリ性水の切替が容易であることを可能とする、電解水生成手段の提供を目標とする。

課題を解決するための第一の手段として、電解水を生成する手段としての電解槽において、前記電解槽は、電解液供給手段からの原電解液と第一電極と第一電解液とを備えた第一電解室と、隔膜と第二電極と第二電解液とを備えた第二電解室とで構成され、前記第一電解室は容器部や排水手段を備え、前記第二電解室は容器部や原水供給手段や電解水流出手段を備えたことを特徴とする、電解水生成手段の提供を目的とする。

なお、本発明での電解水生成手段に関しては、所定量の原水に所定量の電解質を添加した電解質液を電解液供給手段により陰極と陽極に供給され直流電流により電気分解し電解水（酸性水または／およびアルカリ水）を得る装置のことをいい、本発明では、原水が貯水タンクまたは水道水からの水でありこの水を所定時間電解することにより電解水を生成するが、バッチ式電解水生成手段でも通水式し電解水生成手段でもどちらでも適用可能である。
前記電解液供給手段に関しては、電解質液を陰極や陽極に供給されるようになっていれば公知の手段を用いればよい。
また、本発明での電解槽に関しては、前記電解水生成手段の主要部分であり、電気分解のみを行う装置であるが、一般的で公知の手段の電解槽は、容器、一対の電極、電解液、隔膜からなる。

また、前記第一容器部と前記第二容器部の材質に関しては絶縁体であることや耐酸性または耐アルカリ性であることが好ましいので、プラスチック製であることが好ましい。なお、前記第一容器部と前記第二容器部の形状や寸法は、求められる電解水の製造量や電解強度に合わせて設計され、プラスチック形成手段に関しては、所定の形状や寸法の金型を用いて押出し成型される。
また、前記第一電極や前記第二電極に関しては、夫々陰極または陽極として用いられ、白金またはその合金、チタンまたはその合金、耐酸性や耐アルカリ性を有する金属またはその合金、導電性プラスチック、導電性セラミック、炭素などから選択して用いればよく、公知の手段で前記電解水生成手段に備えられた電源ユニットや制御手段に接続され、所定の電流・電圧により制御され前記第一電解液や前記第二電解液を電気分解する。

前記隔膜に関しては、公知になっているか、一般的に市販されているタイプを用いればよい。
本発明において「原水」とは、水道水、地下水、伏流水、脱塩水、蒸留水、精製水、純水、これらの中から少なくとも１種を選択して用いた水等であって、実質的に電解質を含有しない水の意味でもある。
また、前記隔膜に関しては、前記原電解液、前記第一電解液、前記第二電解液を電気分解するときに、前記電極の反応生成物が混合して副反応をするのを防ぐために、前記電極の間に置きイオン透過性を備えた多孔質の隔壁のことであり、本発明では公知の材質の中から選択して用いればよい。

課題を解決するための第二の手段として、前記第二容器部は第一電解液に満たされた第一容器部の内部に収納され、前記第二容器部の内部は第二電解液に満たされた状態で電解処理されることで、前記第一電解室には所定量の第一電解水が生成され、前記第二電解室には所定量の第二電解水が生成されることを特徴とする、課題を解決するための第一の手段に記載の電解水生成手段の提供を目的とする。

前記原電解液に関しては、所定量の固体または液体の電解質を所定量の原水で浸出または希釈して用いられ、濃度に関しては任意である。
前記電解質に関しては、塩化ナトリウムや塩化カリウムや塩化カルシウムや塩化水素を代表とする塩化化合物または硫酸ナトリウムや硫酸カルシウムを代表とする硫化化合物や各種酸類の中から選択して使用でき、さらに化合物や混合物としても使用可能である。
前記第一電極を陰極として前記第二電極を陽極として用いて夫々の極の直流電圧を印加することで、前記第一電解水はアルカリ水または強アルカリ水として生成され、前記第二電解水は酸性水または強酸性水として生成される。
前記第一電極を陽極として前記第二電極を陰極として用いて夫々の極の直流電圧を印加することで、前記第一電解水は酸性水または強酸性水として生成され、前記第二電解水はアルカリ水または強アルカリ水として生成される。

課題を解決するための第三の手段として、前記第一電解室において電解開始前では所定量で所定濃度の原電解液が第一電解液となり、電解開始後では前記原電解液と前記第一電解水との混合液体が第一電解液となり、前記第二電解室において電解開始前では所定量の原水と前記原電解液との混合液体が第二電解液となり、電解開始後では前記原水と前記第二電解水と前記第二電解液の混合液体が第二電解液となることを特徴とする、課題を解決するための第一の手段または課題を解決するための第二の手段に記載の電解水生成手段の提供を目的とする。

電解開始後における前記混合第一電解液は、例えば、前記原電解液が塩化ナトリウム水溶液で前記第一電解水がアルカリ水または強アルカリ水である場合には前記２液の混合液体であり、例えば、前記原電解液が塩化ナトリウム水溶液で前記第一電解水が酸性水または強酸性水である場合には前記２液の混合液体である。
電解開始後における前記混合第二電解液は、例えば、前記原水が水道水で前記第二電解水がアルカリ水または強アルカリ水で前記第二電解液が塩化ナトリウム水溶液である場合には前記３液の混合液体であり、例えば、前記原水が水道水で前記第二電解水が酸性水または強酸性水で前記第二電解液が塩化ナトリウム水溶液である場合には前記３液の混合液体である。

課題を解決するための第四の手段として、前記第二容器部は方形体であり、一方向に前記隔膜を設け、他方向は密封構造になるように形成されることを特徴とする、課題を解決するための第一の手段または課題を解決するための第二の手段に記載の電解水生成手段の提供を目的とする。

前記の他方向は密封構造に関しては、前記方形体の前記隔膜を設けた面以外の各面には、本発明で必要とされると判断されると配線や配管が設けられる場合が出てくるが、前記第二容器部の外部の液体が内部に侵入したり前記第二容器部の内部の液体が外部に浸出したりしないような構造も含む。

課題を解決するための第五の手段として、前記第一電極と前記隔膜とは略平行になるように設けられ、または前記隔膜と前記第二電極とは略平行になるように設けられ、または前記第一電極と前記第二電極とは略平行になるように設けられることを特徴とする、課題を解決するための第一の手段または課題を解決するための第二の手段に記載の電解水生成手段の提供を目的とする。

前記略平行に関しては、前記第一電極と前記隔膜とのそれぞれの面の傾きがそれぞれ±７度以内である場合は略平行であるとし、または前記隔膜と前記第二電極とのそれぞれの面の傾きがそれぞれ±７度以内である場合は略平行であるとし、または前記第一電極と前記第二電極とのそれぞれの面の傾きがそれぞれ±７度以内である場合は略平行であるとする。

なお、本発明によって得られた電解水は、
前記内部容器部の所定の部位に設けられた電解水出水手段により前記電解水製造装置に備えられたポンプ手段に送られ前記電解水製造装置の外に吐水され使用される。
以上、本発明の課題を解決するための手段を説明してきたが、本発明の具体的な構成は、以下の本実施の形態に示されるが、限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

本発明の電解槽を用いて生成した強酸性水の性格とその特徴について説明する。
従来の手段であれば陰極（−）側で生成された強アルカリ電解水は捨て水となるがこの方法では必要最低量の水をオーバーフロー管を経由して本体外に捨てる以外、有効利用できるので、経済的に有利である。

構造が簡単なので、低コストで生産可能である。

電解精度が上がることによって、生成される水の質が極めて高く（ＰＨ、残留塩素）且つ極めて長時間の保存が可能である。（高殺菌能力維持が可能である）

未分解の食塩をほとんど含まない為、腐食させにくい酸性水または強酸性水またはアルカリ水または強アルカリ水としての特長を有する。

本発明によって、第二電解室で酸性水が生成される場合には第一電解室で生成されるアルカリ水の排出は必要最小限度とし、第二電解室でアルカリ水が生成される場合には第一電解室で酸性水の排出は不要とすることを特徴とする。

以下、本発明の実施の形態について、図１に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態例を説明する構成概要図である。

図１より、Ｅは本発明の電解水を生成する手段としての電解槽であり、電解槽Ｅは公知の電解水生成手段や公知の電解水製造装置には組み込まれることが可能であることよって、本発明の電解槽Ｅは公知の手段や公知の装置に設けられている制御手段Ｃやポンプ手段Ｐや直流電源Ｄが利用できる。よって、電解槽Ｅにはポンプ手段Ｐが接続され制御手段Ｃにより制御され、制御手段Ｃやポンプ手段Ｐは直流電源Ｄに接続され、直流電源ＤはＡＣ電源に接続される。また、ポンプ手段Ｐと電解槽Ｅは原水流入手段Ｐ１と電解水流出手段Ｐ２で接続されることで、ポンプ手段Ｐに流入した原水Ｗ１は制御手段Ｃにより原水流入手段Ｐ１を介して電解槽Ｅに流入した後に電解処理され電解水流出手段Ｐ２を介してポンプ手段Ｐにより吐水Ｗ２として吐水され利用される。

また、図１より、電解槽Ｅは、公知の電解液供給手段３０からの原電解液３１と制御手段Ｃに制御される第一電極１２と原電解液３１や第一電解液１３とを備えた第一電解室１０と、隔膜２２と制御手段Ｃに制御される第二電極２３と第二電解液２４とを備えた第二電解室２０とで形成される。

また、図１より、第一容器部１１は第一電解室１０及び電解槽Ｅの外部を構成し、第一容器部１１に設けられた電解液供給手段３０からの原電解液３１や、第一容器部１１に設けられた原水流入手段Ｐ１からの原水Ｗ１のオーバーフロー用として機能する排水手段１５が設けられる。

また、図１より、第二容器部２１は第二電解室２０の外部または電解槽Ｅ及び第一容器部１１の内部を構成し、第一電解液１３に満たされた第一容器部１１の液中に収納される。さらに、第二容器部２１の内部は第二電解液２４に満たされた状態で第一電極１２と第二電極２３に所定の直流電圧が印加されることで、第一電解室１０には所定量及び所定濃度の第一電解水１４が生成され、第二電解室２０には所定量及び所定濃度の第二電解水２５が生成される。
本発明は以上の構成による。

図１より、まず、一例として、本発明の電解水生成手段で酸性水または強酸性水を生成し吐水させる場合の動作例を説明する。
予め第一電解室１０の所定の位置まで所定の濃度の原電解液３１を収容する。まず直流電源Ｄと制御手段Ｃにより、原水流入手段Ｐ１を介して、原水Ｗ１が第二電解室２０に送られ、電解液供給手段３０から原電解液３１が第一電解室１０に送られ、直流電源Ｄと制御手段Ｃにより、第一電極１２を陰極として第二電極２３を陽極として用いて夫々の極の直流電圧を印加することで、第一電解液１３と第二電解液２４が所定時間電気分解される。第一電解室１０で生成したアルカリ水または強アルカリ水は原電解液３１の希釈用として使われ第一電解液１３となり、第二電解室２０で生成した酸性水または強酸性水は電解水流出手段Ｐ２とポンプ手段Ｐにより吐水Ｗ２として吐水され利用される。なお、本発明の使用後には不要になった電解室１０の内部の液体や第二電解室２０の内部の液体は排水手段１５を介して排水される。
次に具体的な実施例を以下に示す。

図１の構成で、事前に原電解液３１として０．２％の食塩水を約５００ｍｌ第一容器部１１内に収容し、第一電極１２は１ｍｍ厚のチタン板で陽極として使用し、第二電極２３は１ｍｍ厚のチタン板に白金メッキしたもので陰極として使用し、隔膜にはアルミナタイプの３ｍｍ厚のセラミック板を用いて、水道水を原水Ｗ１として原水流入手段Ｐ１を介して１００ｍｌ／分の流量で通水しながら制御手段Ｃを介して、前記の各電極に印加電圧５Ｖで１０分間通電したところ、約１０００ｍｌの強酸性水を生成し、この強酸性水約１０００ｍｌを２５ｃｍ開放ビーカに入れ、日当たり良い所、即ち電解水にとって最悪の環境条件のもとで、ｐＨの変化や特性を測定して、表１の実施例１の実験室データを得た。

図１の構成で、事前に原電解液３１として０．２％の食塩水を約５００ｍｌ第一容器部１１内に収容し、第一電極１２は１ｍｍ厚のチタン板で陽極として使用し、第二電極２３は１ｍｍ厚のチタン板に白金メッキしたもので陰極として使用し、隔膜にはアルミナタイプの３ｍｍ厚のセラミック板を用いて、水道水を原水Ｗ１として原水流入手段Ｐ１を介して通水量を変化させながら制御手段Ｃを介して、前記の各電極に印加電圧１２Ｖで１０分間通電して、ｐＨの変化や特性を測定して、表２の実施例２の実験室データを得た。

市販の電解水を生成する手段や電解水を製造する装置への組込みが可能なので、従来の手段や装置のコストを低下させることが可能であり、性能を向上させることができる。

本発明の実施の形態例を説明する構成概要図である。

符号の説明

Ｅ‥電解槽、Ｃ‥制御手段、Ｐ‥ポンプ手段、Ｄ‥直流電源、
Ｐ１‥原水流入手段、Ｐ２‥電解水流出手段、Ｗ１‥原水、Ｗ２‥吐水
１０‥第一電解室、１１‥第一容器部、１２‥第一電極、１３‥第一電解液
１４‥第一電解水、１５‥排水手段、２０‥第二電解室、２１‥第二容器部
２２‥隔膜、２３‥第二電極、２４‥第二電解液、２５‥第二電解水
３０‥電解液供給手段、３１‥原電解液

Claims (5)

1. 電解水を生成する手段としての電解槽において、前記電解槽は、電解液供給手段からの原電解液と第一電極と第一電解液とを備えた第一電解室と、隔膜と第二電極と第二電解液とを備えた第二電解室とで構成され、前記第一電解室は容器部や排水手段を備え、前記第二電解室は容器部や原水流入手段や電解水流出手段を備えたことを特徴とする、電解水生成手段。
2. 前記第二容器部は第一電解液に満たされた第一容器部の内部に収納され、前記第二容器部の内部は第二電解液に満たされた状態で電解処理されることで、前記第一電解室には所定量の第一電解水が生成され、前記第二電解室には所定量の第二電解水が生成されることを特徴とする、請求項１に記載の電解水生成手段。
3. 前記第一電解室において電解開始前では所定量で所定濃度の原電解液が第一電解液となり、電解開始後では前記原電解液と前記第一電解水との混合液体が第一電解液となり、前記第二電解室において電解開始前では所定量の原水と前記原電解液との混合液体が第二電解液となり、電解開始後では前記原水と前記第二電解水と前記第二電解液との混合液体が第二電解液となることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の電解水生成手段。
4. 前記第二容器部は方形体であり、一方向に前記隔膜を設け、他方向は密封構造になるように形成されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の電解水生成手段。
5. 前記第一電極と前記隔膜とは略平行になるように設けられ、または前記隔膜と前記第二電極とは略平行になるように設けられ、または前記第一電極と前記第二電極とは略平行になるように設けられることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の電解水生成手段。

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