JP4249658B2

JP4249658B2 - 電解水生成装置

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Publication number: JP4249658B2
Application number: JP2004152359A
Authority: JP
Inventors: 公一宮下
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2024-05-21
Also published as: JP2005329376A

Description

本発明は、イオン透過性隔膜を介して対向配置された１対の電解室に設けられた１対の電極に直流電圧を印加し、各電解室に供給された原水を電解することにより電解水を得る電解水生成装置に関するものである。

従来、イオン透過性隔膜を介して対向配置された１対の電解室に、それぞれ該イオン透過性隔膜から離間して電極を設け、両電極間に直流電圧を印加して、各電解室に供給された原水を電解する電解水生成装置が知られている。前記電解水生成装置によれば、両電極間に印加される電圧を調整することにより、陰極側の電解室から飲用のアルカリ性電解水を得ることができる（例えば特許文献１参照）。

しかしながら、前記電解水生成装置では、アルカリ性電解水の生成過程で遊離塩素が混入すると、電解室内でクロロホルム等のトリハロメタンが生成し、前記飲用のアルカリ性電解水に混入する虞がある。
特開平７−３１９８０号公報

本発明は、かかる不都合を解消して、飲用のアルカリ性電解水を得ることができ、しかも電解室内でトリハロメタンが生成することのない電解水生成装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明は、イオン透過性隔膜を介して対向配置された１対の電解室と、各電解室に原水を供給する原水供給手段と、該隔膜を挟んで各電解室に設けられた１対の電極と、両電極に直流電圧を印加して該原水供給手段により各電解室に供給された原水を電解することにより得られた電解水を各電解室から取り出す電解水取出手段とを備える電解水生成装置において、該イオン透過性隔膜としての陽イオン交換膜と、少なくとも陰極側の電解室に該陽イオン交換膜の表面と一体となるように密着して設けられた電極とを備え、該電極は、チタン化合物からなる電極基材に、白金黒またはイリジウム黒からなる触媒を分散させ、さらに結着剤と混合して得られたペースト状の電極材料を前記陽イオン交換膜の表面に塗布し、加熱、加圧することにより形成された多孔質体であり、該原水供給手段は、少なくとも陰極側の電解室に浄水を供給する陰極側原水供給手段を備えることを特徴とする。

本発明の電解水生成装置では、陰極側の電解室には、電極が前記陽イオン交換膜の表面と一体となるように密着して設けられており、前記陰極側原水供給手段から活性炭と中空糸膜とで処理された浄水が供給されている。前記浄水は、例えば水道水等の塩素を含む原水を活性炭と中空糸膜とで処理したものである。また、前記電極は、チタン化合物からなる電極基材に、白金黒またはイリジウム黒からなる触媒を分散させ、さらに結着剤と混合して得られたペースト状の電極材料を前記陽イオン交換膜の表面に塗布し、加熱、加圧することにより形成された多孔質体である。

一方、陽極側の電解室には、陰極側の電解室と同一にして、前記陽イオン交換膜の表面に密着して設けられた電極が備えられていてもよく、該陽イオン交換膜の表面と別体に設けられた、メッシュ状または多孔質状の固体電極を備えていてもよい。また、陽極側の電解室には、前記原水供給手段により、食塩水等の塩化物水溶液、水道水等の塩素を含む原水が供給されていてもよく、該原水を活性炭と中空糸膜とで処理した浄水が供給されていてもよい。

そこで、前記両電解室に備えられた１対の電極に直流電圧を印加すると、前記陽極側の電解室では、式（１）に示すように、水の電解により酸素（Ｏ₂ ）と水素イオン（Ｈ⁺ ）とが生成する。また、前記原水が塩素を含む場合には、式（２）に示すように、塩素イオン（Ｃｌ^- ）から塩素（Ｃｌ₂ ）が生成する。

前記陽極側の電解室で生成した水素イオンの一部は、前記陽イオン交換膜を透過して、前記陰極側の電解室に移動するが、塩素イオンは陰イオンであるので前記陽イオン交換膜を透過することができず、該陽極側の電解室にとどまっている。

一方、前記陰極側の電解室では、式（３）、（４）に示すように、水の電解により水素（Ｈ₂ ）と水酸イオン（ＯＨ^- ）とが生成する一方、前記陽イオン交換膜を介して前記陽極側の電解室から移動してくる水素イオンが前記陽イオン交換膜の表面に密着して設けられた電極の近傍で還元されて水素となる。

このとき、前記電極が前記陽イオン交換膜の表面に密着して形成されていることにより、式（３）で示される水の電解と、式（４）で示される水素イオンの還元とでは、式（４）の水素イオンの還元反応の方が支配的になり、式（３）による水酸イオンの生成が抑制される。

また、前記陰極側原水供給手段から供給される浄水は、前記活性炭により塩素や有機物が吸着除去され、また前記中空糸膜によりイオンや微細な分子以外の比較的大きな分子や細菌等の微生物が濾過除去される。また、前記陽極側の電解室に塩素イオンを含む原水が流入した場合でも、該塩素イオンは陽イオン交換膜を通過することができないので、陰極側の電解室に塩素イオンが流入することはない。また、陽極側の電解室で生成した塩素（分子）または次亜塩素酸も前記陽イオン交換膜を通過することができないので、陰極側に流入することはない。従って、陰極側の電解室には遊離塩素が流入することがなく、トリハロメタンの生成条件を満たさない。

この結果、本発明の電解水生成装置によれば、前記陰極側の電解室内でトリハロメタンが生成することがなく、水素（Ｈ₂ ）に富み、飲用に適した弱アルカリ性の電解水を得ることができる。尚、前記弱アルカリ性の電解水の健康への好ましい影響（健腸作用等）は、該弱アルカリ性の電解水中に含まれている水素が大きな効果をもたらしているということが最近の研究で着目されている。

次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は本実施形態の電解水生成装置の一構成例を示すシステム構成図であり、図２乃至図３は本実施形態の電解水生成装置の他の構成例を示す説明的断面図、図４は比較例の電解水生成装置の構成例を示す説明的断面図である。

図１に示すように、本実施形態の電解水生成装置１は、陽イオン交換膜２を介して対向配置された陽極側電解室３と陰極側電解室４とからなる電解槽５を備え、陽極側電解室３には陽イオン交換膜２の表面から離間して陽極側電極６が設けられ、陰極側電解室４には陽イオン交換膜２の表面と一体となるように密着して陰極側電極７が設けられている。電極６，７は、電源装置８に接続され、電極６，７間に直流電極が印加されるようになっている。

電解水生成装置１は原水供給手段９を備え、原水供給手段９は水道水を供給する主導管１０から分岐して陽極側電解室３に原水を供給する陽極側原水供給導管１１と、主導管１０から分岐して陰極側電解室４に原水を供給する陰極側原水供給導管１２とからなる。陽極側原水供給導管１１は、途中に食塩水添加装置１３を備え、原水の食塩濃度を調整できるようになっている。食塩水添加装置１３は、食塩水タンク１４と、ポンプ１５とからなり、食塩水タンク１４からポンプ１５を介して陽極側原水供給導管１１に食塩水を添加するようになっている。

一方、陰極側原水供給導管１２は、途中にフィルター１６を備えている。フィルター１６は、水道水中の塩素、有機物等を吸着して除去する活性炭フィルターと、比較的大きな分子や微生物等を除去する中空糸膜フィルターとを備えており、水道水中の塩素、有機物が実質的に除去された浄水が原水として陰極側電解室４に供給される。フィルター１６は、陰極側原水供給導管１２とは別に飲料水導管１７を備えており、前記浄水はフィルター１６から飲料水導管１７を介して取り出され、そのまま飲用にも供される。

電解槽５には、陽極側電解室３から酸性電解水を取り出す酸性電解水取出導管１８と、陰極側電解室４からアルカリ性電解水を取り出すアルカリ性電解水取出導管１９とが備えられている。アルカリ性電解水取出導管１９は、三方弁２０を介して飲料水導管１７に接続されており、飲料水導管１７は三方弁２０によりフィルター１６から得られる浄水の供給と、陰極側電解室４から得られるアルカリ性電解水の供給とを自在に切り替えることができる。

陽極側電極６は、メッシュ状または多孔質状の固体電極であり、例えば、チタン製金網に白金とイリジウムとを被覆したものを用いることができる。

陰極側電極７は、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）等のチタン化合物からなる電極基材に、白金黒、イリジウム黒等の触媒を分散させ、さらに結着剤と混合して得られたペースト状体を、陽イオン交換膜２の表面に所定の形状に塗布し、加熱、加圧することにより形成された多孔質体である。前記結着剤としては、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、酢酸セルロース（ＣＡ）等のポリマーを用いることができる。

電解水生成装置１では、陽極側原水供給導管１１から陽極側電解室３に所定濃度の食塩水を供給すると共に、陰極側原水供給導管１２から陰極側電解室４に実質的に塩素と有機物とを含まない浄水を供給する。そして、電源装置８により電極６，７間に所定の直流電圧を印加して、電解を行うことにより、アルカリ性電解水取出導管１９から前記電解によるトリハロメタンの混入がなく、水素に富み、飲用に適した弱アルカリ性（例えばｐＨ９以下）の電解水を取り出すことができる。また、電解水生成装置１では、前記電解により、酸性電解水取出導管１８から適度の次亜塩素酸を含み、殺菌力のある弱酸性（例えばｐＨ３以上）の電解水を取り出すことができる。

尚、陽極側電極６は、メッシュ状または多孔質の固体電極を使用する等、構造を工夫することにより、陽イオン交換膜２の表面と接触する位置に配置しても、陽イオン交換膜２の表面から離間して配置した場合と同様の効果を期待することができる。

次に、本発明の実施例と比較例とを示す。

本実施例では、図２に示す構成の電解水生成装置２１を用いて電解水を生成させた。電解水生成装置２１は、図１に示す電解水生成装置１を簡略化したものであり、陽イオン交換膜２を介して対向配置された陽極側電解室３と陰極側電解室４とからなる電解槽５を備え、陽極側電解室３には陽イオン交換膜２の表面から離間して陽極側電極６が設けられ、陰極側電解室４には陽イオン交換膜２の表面と一体となるように密着して陰極側電極７が設けられている。電極６，７は、電源装置８に接続されている。

陽極側電解室３は、原水として別途調製された所定濃度の食塩水を図示しないポンプにより供給する陽極側原水供給導管１１と、電解により得られた酸性電解水を取り出す酸性電解水取出導管１８とを備えている。また、陰極側電解室４は、原水として塩素、有機物が実質的に除去された浄水を図示しないポンプにより供給する陰極側原水供給導管１２と、電解により得られたアルカリ性電解水を取り出すアルカリ性電解水取出導管１９とを備えている。

電解水生成装置２１において、陽イオン交換膜２はデュポン社製ナフィオン（登録商標）１１７であり、陽極側電極６はチタン製金網に白金とイリジウムとを被覆した固体電極である。また、陰極側電極７は、３２５メッシュ以下の炭化チタン（ＴｉＣ）からなる電極基材と、白金黒とイリジウム黒とを３：７の重量比で混合した触媒と、２％−ポリビニルアルコール溶液からなる結着剤とを、１００：５：７の重量比で混合したペースト状混合物を、陽イオン交換膜２上に塗布し、乾燥させた後、８０℃、１０ＭＰａで３０分間加熱、加圧することにより形成されている。

次に、陽極側原水供給導管１１から０．０１Ｍの食塩水を陽極側電解室３に１００ｍｌ／分の流量で供給すると共に、陰極側原水供給導管１２から塩素、有機物が実質的に除去された浄水を陰極側電解室４に１００ｍｌ／分の流量で供給し、電源装置８により電極６，７間に５Ｖの直流電圧を印加して電解を行った。電流密度は３０ｍＡ／ｃｍ²であった。

この結果、アルカリ性電解水取出導管１９からはｐＨ８．４で、実質的にトリハロメタンを含まず、飲用に適したアルカリ性電解水が得られた。一方、酸性電解水取出導管１８からは有効塩素濃度２５〜３０ｐｐｍ、ｐＨ３．４の殺菌力のある酸性電解水が得られた。

本実施例では、図３に示す構成の電解水生成装置２２を用いて電解水を生成させた。電解水生成装置２２は、陽極側電解室３に陽イオン交換膜２の表面に密着して陽極側電極２３が設けられていること以外は、図２に示す電解水生成装置２１と全く同一の構成を備えている。陽極側電極２３は、実施例１の陰極側電極７と全く同一にして形成されている。

次に、電解水生成装置２２を用いた以外は、実施例１と全く同一にして電解を行った。電流密度は１２６ｍＡ／ｃｍ²であった。

この結果、アルカリ性電解水取出導管１９からはｐＨ８．７で、実質的にトリハロメタンを含まず、飲用に適したアルカリ性電解水が得られた。一方、酸性電解水取出導管１８からはｐＨ３．４の酸性電解水が得られたが、該酸性電解水は有効塩素濃度１ｐｐｍ以下でほとんど殺菌力のないものであった。

本比較例では、電解室３，４のいずれにおいても水の電解が支配的であり、陽極側電解室３では塩素イオンの酸化反応は殆ど起きていないものと考えられる。

本実施例では、電解水生成装置２２を用い、陽極側原水供給導管１１から陽極側電解室３に供給する食塩水の濃度を０．００２Ｍとした以外は、実施例１と全く同一にして電解を行った。前記食塩水の濃度は非常に希薄であり前記浄水に近いが、電流密度は１２０ｍＡ／ｃｍ²で十分に電解が可能であった。

この結果、アルカリ性電解水取出導管１９からはｐＨ８．４で、実質的にトリハロメタンを含まず、飲用に適したアルカリ性電解水が得られた。一方、酸性電解水取出導管１８からはｐＨ３．８の酸性電解水が得られたが、該酸性電解水は遊離塩素濃度０．２ｐｐｍ以下であり、陽極側電解室３では実質的に塩素イオンの酸化反応が起きていないものと考えられる。
〔比較例１〕
本比較例では、図４に示す構成の電解水生成装置２４を用いて電解水を生成させた。電解水生成装置２４は、陰極側電解室４に陽イオン交換膜２の表面から離間して陰極側電極２５が設けられていること以外は、図２に示す電解水生成装置２１と全く同一の構成を備えている。陰極側電極２５は、実施例１の陽極側電極６と全く同一の個体電極である。

次に、電解水生成装置２４を用いた以外は、実施例１と全く同一にして電解を行ったが、電流密度は２〜４ｍＡ／ｃｍ²であって電解効率が低く、実質的に電解水を得ることができなかった。

そこで、電解水生成装置２４を用い、電源装置８により電極６，７間に１５Ｖの直流電圧を印加した以外は、実施例１と全く同一にして電解を行った。電流密度は５０ｍＡ／ｃｍ²であった。

この結果、酸性電解水取出導管１８からは有効塩素濃度３０〜３５ｐｐｍ、ｐＨ２．７の殺菌力のある酸性電解水が得られたが、アルカリ性電解水取出導管１９から得られたアルカリ性電解水はｐＨ１０．７で飲用に不適なものであった。アルカリ性電解水は、ｐＨ１０以上になると、飲用により血中カリウム濃度が高くなった例が報告されていて、飲用に対して不適であるとされている。

本実施例では、図１に示す構成の電解水生成装置１を用いて電解水を生成させた。電解水生成装置１は、図２に示す電解水生成装置２１と全く同一の陽イオン交換膜２、陽極側電極６、陰極側電極７を備えている。

次に、陽極側原水供給導管１１から０．０１Ｍの食塩水を陽極側電解室３に２５０ｍｌ／分の流量で供給すると共に、陰極側原水供給導管１２から塩素、有機物が実質的に除去された浄水を陰極側電解室４に２５０ｍｌ／分の流量で供給し、電源装置８により電極６，７間に５Ｖの直流電圧を印加して電解を行った。水道水のｐＨは７．１であり、電流密度は３０ｍＡ／ｃｍ²であった。

この結果、アルカリ性電解水取出導管１９からはｐＨ８．３で、実質的にトリハロメタンを含まず、飲用に適したアルカリ性電解水が得られた。一方、酸性電解水取出導管１８からは有効塩素濃度２６ｐｐｍ、ｐＨ３．４の殺菌力のある酸性電解水が得られた。

尚、実施例１〜４では、いずれも陽極側電解室３に食塩水を供給するようにしているが、本発明の電解水生成装置では、少なくとも陰極側電解室４に原水を活性炭と中空糸膜等で処理した浄水が供給されていればよく、陽極側電解室３に供給される原水はどのようなものであってもよい。例えば、陽極側電解室３には、水道水、前記食塩水等の塩素を含む原水が供給されてもよく、陰極側電解室４に供給されるものと同一の浄水が供給されてもよい。

本発明の電解水生成装置の一構成例を示すシステム構成図。本発明の電解水生成装置の他の構成例を示す説明的断面図。本発明の電解水生成装置のさらに他の構成例を示す説明的断面図。比較例の電解水生成装置の一構成例を示す説明的断面図。

符号の説明

１…電解水生成装置、２…イオン透過性隔膜（陽イオン交換膜）、４…陰極側の電解室、７…電極、１２…陰極側原水供給手段、１８，１９…電解水取出手段。

Claims

イオン透過性隔膜を介して対向配置された１対の電解室と、各電解室に原水を供給する原水供給手段と、該隔膜を挟んで各電解室に設けられた１対の電極と、両電極に直流電圧を印加して該原水供給手段により各電解室に供給された原水を電解することにより得られた電解水を各電解室から取り出す電解水取出手段とを備える電解水生成装置において、
該イオン透過性隔膜としての陽イオン交換膜と、少なくとも陰極側の電解室に該陽イオン交換膜の表面と一体となるように密着して設けられた電極とを備え、
該電極は、チタン化合物からなる電極基材に、白金黒またはイリジウム黒からなる触媒を分散させ、さらに結着剤と混合して得られたペースト状の電極材料を前記陽イオン交換膜の表面に塗布し、加熱、加圧することにより形成された多孔質体であり、
該原水供給手段は、少なくとも陰極側の電解室に浄水を供給する陰極側原水供給手段を備えることを特徴とする電解水生成装置。
前記浄水は、塩素を含む原水が活性炭と中空糸膜とで処理されたものであることを特徴とする請求項１記載の電解水生成装置。
陽極側の電解室に、前記陽イオン交換膜と別体に設けられた、メッシュ状または多孔質状の固体電極を備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電解水生成装置。