JP5858304B2 - 酸性水電解槽及びその酸性水の利用方法 - Google Patents

Description

本発明は、酸性水電解槽及びその酸性水の利用方法（ＥＬＥＣＴＲＯＬＹＴＩＣ ＢＡＴＨ ＦＯＲ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ ＡＣＩＤ ＷＡＴＥＲ ＡＮＤ ＴＨＥ ＵＳＩＮＧ ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＴＨＥ ＷＡＴＥＲ）に関し、より詳しくは、イオン交換樹脂を使用せず、水道水は勿論のこと、伝導度の低い純水（ＲＯ）や超純水（ＤＩ）を電気分解して高濃度の酸性水を得ることができ、一度の電気分解過程によって脱気効果と電気分解効果が同時に得られ、安定した高純度の酸性水を得ることができる。

水を電気分解して得られた酸性水とアルカリ水が人体に有益であって、殺菌など多様な目的として使用されるにつれて、このような機能水が得られる電解槽の開発が盛んに行われている。特許文献１及び特許文献２にはアルカリ性還元水を得るための構成が、特許文献３には酸性水とアルカリ水の電解水の出水量を調節する構成が、そして特許文献４には酸性酸化水と酸性還元水を得ることができる構成が、それぞれ開示されている。

特許文献１は、アルカリ性還元水を生成する電解槽に関するものであって、電解液に接する陰極電極面積は電解液に接する陽極電極面積よりもさらに大きく形成され、前記陽極電極は上部が開放された陽極室に載置され、前記陰極電極が載置された陰極室は前記陽極室の側面に連続的に配置され、前記陽極室に形成された出口は隣接した前記陰極室の入口に連通するように形成され、連続的に配置されるｎ−１番目の前記陰極室の出口は隣接するｎ番目の前記陰極室の入口と連通する構成である。これにより、化学薬品の添加なしに液性が変えられ、このように得られたアルカリ性還元水は、半導体ウエハやフォトマスクなどの表面微粒子の洗浄に有用であり、超純水または純水のみを原料水として使用したので、パターンのダメージ及び表面の酸化防止を解決することができる効果があり、特に排水された水を低コストで再使用することができて環境問題を減少させる効果がある。

特許文献２は、水を２回電気分解して飲用可能な弱アルカリ水が得られるようにした電気分解浄水器に関するものであって、特に流入水の流量変化による印加電圧の自動制御で、安定的な電気分解を可能とすることで、良質の弱アルカリ水を安定的かつ経済的に生成して供給可能としたものである。

特許文献３は、強・弱の電解により電解槽から生成されて出水された酸性水・アルカリ水の流量を流量変更バルブで調節して流路変更バルブに出水されるようにする強・弱の電解による酸性水・アルカリ水の電解水の出水量を調節することができる電解槽に関するものであって、強電解水が必要な場合、２つの製品を使用しなければならない不便を解消すると同時に、製品購入コストが節減されることで経済性を向上することができる。

特許文献４は、従来の電解槽が触媒材を用いて電気分解を行うと、陽極側では酸性ながら酸化力を、陰極側ではアルカリ性ながら還元力の物性が得られるのに対して、触媒材を使用せずにカソード側の物性を酸性ながら還元力を有する水（酸性還元水）と、陽極側では酸性ながら酸化力を有する水（酸性酸化水）とが得られる酸性水電解槽及びその酸性還元水の利用方法を提供する。

しかし、従来の電解槽には次のような問題があった。

（１）従来の電解槽は、純水（ＲＯ）や超純水（ＤＩ）を原水として用いるので、これらの原水の伝導度が低くて伝導性を高めるためにはイオン交換樹脂を利用しなければならなかった。

（２）このようなイオン交換樹脂は、電解槽で繰り返し使用すると、イオン交換樹脂の耐熱性が低下してその寿命に制約を受ける。

（３）一般に、電気分解は、陰極と陽極の電極表面で分解反応が起きる。しかし、従来の電解槽は、電極表面と直接接触しない部分では電解効率が低下される問題があった。

（４）水道水や純水、そして超純水を原水として電解槽で電気分解を行うと、陰極側で還元水である水素水が得られるが、このときの水素水は、還元力と水素溶存能力が低くてその維持時間が短く、水素水としての寿命が短かった。

（５）特に、このような還元水は、高温の雰囲気において水素が、水中に溶けていた気体と反応して活性を失ったり気化したりするので、このような還元電位や溶存能力の維持時間がさらに短縮された。

大韓民国登録特許第０６６０６０９号（登録日：２００６年１２月１５日） 大韓民国登録特許第０９２８６８５号（登録日：２００９年１１月１９日） 大韓民国登録特許第１１７８８８０号（登録日：２０１２年０８月２７日） 大韓民国特許出願公開第１０−２０１４−０００８７７０号（公開日：２０１４年０１月２２日）

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、純水や超純水であっても別途の触媒材やイオン交換樹脂を用いずに、十分な伝導性を確保して水道水だけでなく純水や超純水も電気分解することができ、特に、一度の電気分解を介して脱気効果とともに電気分解効果を介してイオンと気体との間の反応を最小化することで、酸性水の伝導性を高め、還元電位と溶存能力時間を向上させて安定した酸性還元水の酸性水（水素水）が得られる酸性水電解槽及びその酸性水の利用方法を提供することにその目的がある。

また、本発明は、このように得られた酸性水の一部を循環させて再び脱気効果と電気分解効果が得られるようにするか、原水が電気分解のための隔室内にできるだけ長く留まるように構成することで、脱気効果とともに電気分解した後にイオン交換が十分になされるようにして酸性水の伝導度と水素濃度をさらに高めるようにした酸性水電解槽及びその酸性水の利用方法を提供することに他の目的がある。

そして、本発明は、脱気とイオン交換で水素イオンが分離された酸性酸化水を、イオン交換で得られた水素水である前記酸性還元水に混合されるように構成することで、電気分解で得ることができるイオン及び分子とともに、過酸化水素とオゾンのような成分を酸性還元水に含有させて飲料だけでなく洗浄用水などとしても活用できるようにした酸性水電解槽及びその酸性水の利用方法を提供することにさらに他の目的がある。

このような目的を達成するための本発明に係る酸性水電解槽は、内部に２つのイオン交換膜１１１が、予め決められた間隔を置いて配置して区分された第１隔室〜第３隔室１１０ａ〜１１０ｃを有し、前記第１隔室１１０ａには第１入水口１１２ａと第１出水口１１３ａを有し、前記第２隔室１１０ｂには第２入水口１１２ｂと第２出水口１１３ｂを有し、前記第３隔室１１０ｃには第３入水口１１２ｃと第３出水口１１３ｃを有したハウジング１００と、前記各イオン交換膜１１１と予め決められた間隔Ｗ１ほど離隔するように位置し、互いに対向するように第２隔室１１０ｂに設け、それぞれ（＋）極を受ける２つの第１電極２００と、前記各イオン交換膜１１１と隣接するように、残りの第１及び第３隔室１１０ａ、１１０ｃに設け、（−）極を受ける２つの第２電極３００と、それぞれの前記第２電極３００と予め決められた間隔Ｗ２ほど離隔するように、残りの第１及び第３隔室１１０ａ、１１０ｃに設け、（−）極を受ける２つの第３電極４００とを含み、前記第１出水口１１３ａが前記第３入水口１１２ｃと連結されることを特徴とする。

特に、前記間隔Ｗ１は０．１〜２．０ｍｍで水が通過するようにして充填空間として利用し、前記間隔Ｗ２は０．１〜１００．０ｍｍで原水が通過するようにして充填空間として用いることを特徴とする。

また、前記第１及び第３隔室１１０ａ、１１０ｃは、内部で流体の流れ方向を変えて滞留時間を長くするように、予め決められた位置に少なくとも１つの隔壁１１４を備えることを特徴とする。

そして、前記第３出水口１１３ｃには、分岐管１２０を構成して外部から原水を受ける前記第１入水口１１２ａと混合されるように連結し、前記分岐管１２０には分岐した酸性水を選択的に第１入水口１１２ａに供給または遮断できるように第１バルブ１２１が設けられ、前記第１入水口１１２ａには第３出水口１１３ｃから排出する酸性水が第１隔室１１０ａに供給されるとき、外部から前記第１入水口１１２ａを介して行われる原水供給を選択的に遮断したり供給したりすることができる第２バルブ１２２を設けることを特徴とする。

また、前記第２出水口１１３ｂと前記第３出水口１１３ｃは、１つに 連結したことを特徴とする。このとき、前記 連結した第２及び第３出水口１１３ｂ、１１３ｃを介して排出される酸性水にはＨ_２・Ｈ^＋・Ｈ_２Ｏ_２・Ｏ_３が含まれることを特徴とする。

また、前記イオン交換膜１１１は、フッ素系カチオン交換膜であることを特徴とする。

そして、前記第１ないし第３電極２００、３００、４００は、 多孔性 白金電極またはメッシュ白金電極であることを特徴とする。

一方、前記第１出水口１１３ａから出水される酸性水の電気伝導度は０．０６７〜２．０００μｓ／ｃｍであり、前記第３出水口１１３ｃから排出される酸性水の電気伝導度は０．１〜５０．０μｓ／ｃｍであることを特徴とする。

このとき、前記第３出水口１１３ｃから排出される酸性水は０〜１００℃で酸化還元電位が−１００〜−７００ｍＶであり、溶存水素濃度が０．２〜３．０ｐｐｍであることを特徴とする。そして、前記酸性水は０〜１００℃でｐＨが４．０〜７．５であることを特徴とする。

最後に、本発明は、このような酸性水電解槽を介して得られる酸性水を、飲料原料水や、半導体ウエハ・ウエハキャリア・ＬＣＤガラス・光学用レンズ・有機ＥＬ（ＯＬＥＤ）の有機物とパーティクル除去用の洗浄用水または帯電防止用水として用いることを特徴とする。

本発明に係る酸性水電解槽及びその酸性水の利用方法によれば、以下のような効果がある。

（１）１つのハウジング内に３つの隔室を構成し、一度の電気分解過程を介して脱気作用とともに電気分解作用が同時になされながら酸性水を得ることができるようにし、電気伝導度が高くて高純度の酸性還元水を得ることができる。

（２）特に、このように電気伝導度と高純度の酸性還元水の一部を循環させて再び電気分解することができるように構成することで、本発明で得られた酸性水は二度にわたって電気分解した効果を得ることができて水素イオン濃度を高くし電気伝導度と高純度の酸性還元水を得ることができる。

（３）また、電気分解した後にイオン交換を介して得られた酸性還元水が通る隔室に、この酸性還元水の流動方向を変えられるように少なくとも１つの隔壁を設けることで、酸性還元水が隔室に留まる滞留時間を長くしイオン分離効果を高めて高純度の酸性水を得ることができる。

（４）脱気作用と電気分解作用で得られた酸性還元水と酸性酸化水が 混合された酸性水を提供し、水素イオンを介したイオン効果以外にも水素イオンと水酸化イオン、そして酸素と水素の反応によって過酸化水素とオゾンのような成分をさらに含む酸性水を得ることができる。

（５）イオン交換樹脂を使用せずイオン交換膜を利用するので、従来のイオン交換樹脂と異なって耐久性低下のような問題が発生せず寿命を延長して使用することができる。

（６）電気分解する原水として異物が多く、伝導度が高い水道水だけでなく伝導度が低い純水（ＲＯ）や超純水（ＤＩ）を原水として用いて電気分解することができる。

（７）本発明で得られた酸性水は、飲料原料水や半導体ウエハ・ウエハキャリア・ＬＣＤガラス・光学用レンズ・有機ＥＬ（ＯＬＥＤ）の有機物とパーティクル除去用洗浄用水または帯電防止用水として利用することができる。

（８）本発明は、予め決められた間隔ほど離隔されるように設けられた電極との間に原水が流動するによってこの電極の表面で反応が起きるようにし、高濃度の酸性水を得ることができる。

本発明の実施例１に係る酸性水電解槽の全体構成を示す概略的な概念図。 本発明の実施例２に係る酸性水電解槽の全体構成を示す概略的な概念図。 本発明の実施例３に係る酸性水電解槽の全体構成を示す概略的な概念図。 本発明の実施例４に係る酸性水電解槽の全体構成を示す概略的な概念図。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例について詳細に説明する。その前に、本明細書及び請求範囲に使用する用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈してはならず、発明者は、その自分の発明を最も最善な方法で説明するために用語の概念を適切に定義するという原則において本発明の技術的思想に符合する意味と概念として解釈すべきである。

したがって、本明細書に記載された実施例と図面に示す構成は、本発明の好適な一実施例に過ぎず、本発明の技術的思想をすべて代弁するものではなく、本出願時点においてこれらを代替することができる多様な均等物と変更例があり得ることを理解すべきである。

（構成）
本発明の実施例１に係る酸性水電解槽は、図１のように、２つのイオン交換膜１１１で区分した３つの第１隔室〜第３隔室１１０ａ〜１１０ｃを有したハウジング１００、前記第２隔室１１０ｂに各イオン交換膜１１１と予め決められた間隔Ｗ１ほど離隔するように設けられた２つの第１電極２００、前記第１及び第３隔室１１０ａ、１１０ｃに各イオン交換膜１１１と隣接するようにそれぞれ設けられた２つの第２電極３００、及び前記第１及び第３隔室１１０ａ、１１０ｃに設けられたそれぞれの第２電極３００と予め決められた間隔Ｗ２ほど離隔するように設けられた２つの第３電極４００を含む。

特に、前記第１隔室ないし第３隔室１１０ａ〜１１０ｃには、それぞれ１つずつの入水口１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃと１つの出水口１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃを構成することになるが、前記第１隔室１１０ａに形成された第１出水口１１３ａを前記第３隔室１１０ｃに形成された第３入水口１１２ｃと連結することで、一度の電気分解が行われる間に中央に位置した第２隔室１１０ｂを基準に両方に配置した２つの第１及び第３隔室１１０ａ、１１０ｃに水素イオンが交換されながら脱気作用をし、続いて、このように脱気作用が行われた水素水の酸性還元水を再び前記第３隔室１１０ｃに供給して電気分解が行われるようにして水素濃度を高めるようにした。

以下に、このような構成についてより詳細に説明する。

ハウジング１００は、図１のように、内部が空の中空状からなり、内部には２つのイオン交換膜１１１で区分された３つの第１〜第３隔室１１０ａ〜１１０ｃを有する。そして、それぞれの第１〜第３隔室１１０ａ〜１１０ｃには、それぞれ１つの入水口１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃと１つの出水口１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃが形成される。

特に、２つのイオン交換膜１１１で囲まれた中央の第２隔室１１０ｂを除いた残りの２つの第１及び第３隔室１１０ａ、１１０ｃは、互いに連結されるように構成される。すなわち、前記第１隔室１１０ａに形成された第１出水口１１３ａは、前記第３隔室１１０ｃに形成された第３入水口１１２ｃと連結される。

本発明の好適な実施例において、前記イオン交換膜１１１では、水素イオンを交換することができる膜であれば、いかなるものでも使用することができ、例示的に、フッ素系カチオン交換膜（デュポン社製のナピオン１１７）を用いることができる。

第１電極２００は、図１のように、２つのイオン交換膜１１１で区画された第２隔室１１０ｂに２つを設ける。このとき、第１電極２００は、各イオン交換膜１１１と予め決められていた間隔Ｗ１ほど離隔するように設ける。これは第１電極２００とイオン交換膜１１１との間に予め決められた大きさの充填空間を確保し、これに注入された原水が電気分解されることによってイオン交換が容易に行われるようにする。

そのために、前記第１電極２００とイオン交換膜１１１との間の間隔Ｗ１を０．１〜２．０ｍｍほど離隔されるように設ける。これは、間隔Ｗ１がこれより広くなると後述する第２電極３００との電気分解性能が低下するからである。

このような第１電極２００は、電気分解に多く用いる 多孔性 白金電極またはメッシュ白金電極を利用することが好ましく、これは後述する第２及び第３電極３００、４００も同一電極を用いる方が好ましい。このように、電極を 多孔 やメッシュ状に製作したものを使用する理由は、実質に電気分解が行われる電極表面を広げて電気分解効果を高めるためである。

このように設けられた第１電極２００は、前記第２隔室１１０ｂ内に設けられ、（＋）極を印加する。

第２電極３００は、図１のように、前記２つの第１及び第３隔室１１０ａ、１１０ｃにそれぞれ１つずつ２つを設ける。このとき、これらの第２電極３００は、各イオン交換膜１１１と隣接するように設けられて上述の第１電極２００と予め決められた間隔を維持することが好ましい。

そして、このような第２電極３００は、前記第１電極２００と反対に（−）極を印加し、上述のような第１電極２００と同一材質で製作したものを使用することが好ましい。

第３電極４００は、図１のように、前記２つの第１及び第３隔室１１０ａ、１１０ｃにそれぞれ１つずつ、２つを設ける。このとき、これらの第３電極４００は、それぞれの第２電極３００と予め決められた間隔Ｗ２ほど離隔するように設ける。このときの間隔Ｗ２は０．１〜１００．０ｍｍに形成してその間をイオンの充填空間として活用する。

そして、このような第３電極４００は、前記第２電極３００と同様に（−）極を印加し、上述のような第１電極２００と同一材質で製作したものを使用することが好ましい。

（作動）
本発明の実施例１に係る酸性水電解槽は、図１のように、第１入水口１１２ａと第２入水口１１２ｂを介して原水を受け、このとき、第１電極２００に（＋）極を、第２電極３００と第３電極４００に、それぞれ（−）極を印加すると電気分解される。

このとき、本発明に係る酸性水電解槽は、第１隔室１１０ａと第２隔室１１０ｂ社と、第２隔室１１０ｂと第３隔室１１０ｃとの間でそれぞれ電気分解とイオン交換が行われる。すなわち、第２隔室１１０ｂに設けられた（＋）極の第１電極２００と、第１及び第３隔室１１０ａ、１１０ｃにそれぞれ設けられた（−）極の第２及び第３電極３００、４００との間で電気分解が行われる。そして、イオン交換は、第２隔室１１０ｂから第１及び第３隔室１１０ａ、１１０ｃに水素イオンが移動しながら行われる。

このように、電気分解が行われることによって、第２隔室１１０ｂに提供された原水には、水素イオン（Ｈ^＋）がほとんどなく、通常に原水に含まれたイオン気体原子、そして分子などが含まれて、まるで脱気のような作用をする。

すなわち、第１入水口１１２ａと第２入水口１１２ｂを介してそれぞれの第１隔室１１０ａと第２隔室１１０ｂに供給された原水には、電気分解されることによって水素イオン（Ｈ^＋）・水酸化イオン（ＯＨ⁻）・オゾン（Ｏ_３）・酸素分子（Ｏ_２）などが存在するが、このとき、水素イオン（Ｈ^＋）はイオン交換膜１１１を介して第１隔室１１０ａや第３隔室１１０ｃに移動し、残りは第２隔室１１０ｂに移動する。よって、第１隔室１１０ａの第１出水口１１３ａと第３隔室１１０ｃの第３出水口１１３ｃでは、水素イオン（Ｈ^＋）を有した酸性還元水が排出され、前記第２隔室１１０ｂの第２出水口１１３ｂでは、水素イオン（Ｈ^＋）がほとんどなく、水酸化イオン（ＯＨ⁻）・オゾン（Ｏ_３）・酸素分子（Ｏ_２）などを含まれた酸性酸化水が排出される。

したがって、本発明に係る酸性水は、前記第１出水口１１３ａと第３出水口１１３ｃに排出されるものを使用するので、この酸性水には殆ど水素イオン（Ｈ^＋）だけが入っていて、まるで脱気作用を行ったような効果が得られる。

一方、本発明の実施例では、前記第１出水口１１３ａから排出した酸性水を第３入水口１１２ｃと連結して第３隔室１１０ｃに供給する。これは、上述のように、脱気作用を行わせる電気分解作用をするとき、このように脱気作用により所定の水素濃度を有した酸性還元水を循環させて一緒に電気分解することで、この酸性還元水の水素濃度をより高めることができる。

このように、本発明に係る酸性水電解槽は、一度の電気分解が行われる間に脱気作用とこれにより得られる酸性還元水である酸性水を再び循環させて電気分解が同時に行われるようにすることで、水素イオンの濃度を高めることだけでなく、このような濃度差から得られる高い電位差は一般に使用される水道水だけでなく伝導度が低い純水（ＲＯ）や超純水（ＤＩ）を電気分解するにも有用に用いられる。

本発明の好適な実施例において、前記脱気作用後の第１出水口１１３ａを介して排出する酸性還元水は、電気伝導度が０．０６７〜２．０００μｓ／ｃｍであり、この酸性還元水を受けて電気分解後の他の第３出水口１１３ｃに排出する酸性水の電気伝導度は０．１〜５０．０μｓ／ｃｍであることが好ましい。

また、本発明の好適な実施例において、前記第３出水口１１３ｃを介して排出される酸性水は、温度０〜１００℃で酸化還元電位が−１００〜−７００ｍＶであり、溶存水素濃度が０．２〜３．０ｐｐｍであり、ｐＨが４．０〜７．５であることが好ましい。

以下に、このように行われた本発明に係る酸性水の物性特性を調べる。

＜脱気した原水を用いた電気分解結果に対する電気伝導度の試験結果＞
このように動作する本発明に係る酸性水電解槽を利用して陰極側、すなわち上述の隔室１１０ｃで得られた酸性水に対し、間隔Ｗ２の変化による物性変化を得るために次のように試験を行った。

原水：水（伝導度１０μｓ／ｃｍ以下、ｐＨ７．０、ＯＲＰ＋２３０ｍＶ、温図２５．５℃）
電源：ＤＣ２４Ｖ、２０Ａ
流速（流量）：０．３ｌ／ｍｉｎ
測定器：ＴＯＡ社の計測器
ｐＨ：ＴＯＡ−２１Ｐ
ＯＲＰ：ＴＯＡ−２１Ｐ
ＤＨ：ＴＯＡ ＤＨ−３５Ａ

次は、その測定結果を示す表である。

上記表１のように、本発明の実施例１に係る酸性水は、全般的に酸性を示していて、特に間隔Ｗ２が小さくなるほど次第に強酸性を示し、酸化還元電位差（ＯＲＰ）また間隔Ｗ２が大きくなるにつれて高くなることをわかる。

また、このようにして得られた酸性水は酸性還元担当が分かる。

＜温度変化による酸化還元電位（ＯＲＰ）変化＞
本発明の実施例１に係る酸化水電解槽の陰極が備えられた隔室１１０ｃを介して排出される酸性水（実施例）と比較例の酸化還元電位（ＯＲＰ）を温度変化に従って測定した結果である。そして、次に、これによる測定条件を示す。

原水：水（伝導度１０μｓ／ｃｍ以下、ｐＨ６．８、ＯＲＰ＋２３０ｍＶ、２５．５℃）
電源：ＤＣ２４Ｖ、２０Ａ
流速（流量）：０．３ｌ／ｍｉｎ
測定器：ＴＯＡ社の計測器
ＤＨ：ＴＯＡＤＨ−３５Ａ
ＯＲＰ：ＴＯＡ−２１Ｐ

次の表２は実施例の測定結果を示し、表３は比較例の測定結果をそれぞれ示す。ここで、比較例は本出願人が出願した特許文献４の図１のように、２つの隔室と各隔室にそれぞれの入水口と出水口を構成した酸性水電解槽に介して測定したものである。

上記表２及び上記表３のように、低温の場合、実施例よりも比較例の場合、ＯＲＰが低いが、温度が高くなるにつれて比較例は、その大きさの幅が次第に大きくなって結局８０℃では陽の値（＋）に反転されたことを確認することができる。しかし、実施例の場合、９５℃でも５℃と比べて高くなったが、その変化幅が比較例と比較することのできない位に、著しく低くなったことを確認することができる。すなわち、実施例の場合、温度変化に殆ど影響を受けないといえる。

したがって、本発明の実施例による酸性水の場合、酸化還元される傾向が比較例の場合よりも低くて結果的により高純度の酸性水が得られる。

＜酸性水の溶存水素濃度（ＤＨ）比較＞
実施例と比較例の溶存水素濃度ＤＨは、上述の酸化還元電位を測定した方法と同一方法で行い、その結果として、実施例の溶存水素濃度（ＤＨ）変化は表４に、そして比較例は表５に表示した。

上記表４及び上記表５のように、低温状態から高温状態に行くほど実施例と比較例両方とも溶存水素濃度ＤＨが低くなることをわかる。特に、このような溶存水素濃度（ＤＨ）は、温度が上がるにつれて実施例の場合、次第に低下して行くが、比較例は溶存水素濃度が急激に低下することをわかる。その結果、高温では、実施例の濃度が比較例の濃度よりも約１．３倍位高い溶存水素濃度差を示す。

＜電気伝導度の変化比較＞
本発明に係る酸性水電解槽で陰極側、すなわち、上述の隔室１１０ｃで得られた酸性水に対して電気伝導度の変化を得るために、次のように電気伝導度を測定した。

原水：水（伝導度０．０５７μｓ／ｃｍ、ｐＨ７．０、温図２５．５℃）
電源：ＤＣ２４Ｖ、２０Ａ
流速（流量）：０．５ｌ／ｍｉｎ
測定器：ＴＯＡ／ＤＫＫＣＭ−３０Ｒ

次は、本発明に印加する電流を表６のように、異なるようにしながら前記測定器で電流変化による伝導度を測定した結果である。

上記表６のように、実施例は、本発明に係る酸性水電解槽に印加する電流の強さを高めることによってイオン水が増加し、これにより電気伝導度を高くする割合がさらに大きくなることがわかる。

以上のように、本発明は、一度の電気分解過程によって脱気作用とともに電気分解作用で得られる酸性還元水の酸性水を得ることで、水素イオン濃度が高いだけでなく、高伝導の酸性水を得ることができる。

本発明の実施例２による酸性水電解槽は、図２のように、実施例１と比較した場合、第１及び第３隔室１１０ａ、１１０ｃに、それぞれ少なくとも１つの隔壁１１４をさらに構成したものである。これにより、実施例１のような構成については、同一図面符号を付与し、その詳細な説明は省略する。

ここでは、追加構成の隔壁１１４についてのみ説明する。隔壁１１４は第１及び第３隔室１１０ａ、１１０ｃに、それぞれ少なくとも１つを予め決められた位置に形成する。これは、これらの第１及び第３隔室１１０ａ、１１０ｃを通る酸性水がそれぞれ第１及び第３隔室１１０ａ、１１０ｃに留まる滞留時間を長く維持するようにし、イオン交換が最も多く行われるようにしたものである。

したがって、第１及び第３隔室１１０ａ、１１０ｃで多くの水素イオンとイオン交換ができて酸性水に含有された水素イオンの濃度をより高めたものである。

本発明の実施例３に係る酸性水電解槽は、図３のように、実施例２の構成で分岐管１２０と第１バルブ１２１及び第２バルブ１２２をさらに構成したものである。これにより、実施例２のような構成については同一図面符号を付与して、その詳細な説明を省略し、追加構成の分岐管１２０についてのみ説明する。

実施例３において、分岐管１２０は、図３のように、前記第３出水口１１３ｃと前記第１入水口１１２ａとの間に連結される。このとき、分岐管１２０は第３出水口１１３ｃを介して分岐した酸性水を、第１入水口１１２ａを介して外部から供給される原水と選択的に混合されるように構成し、さらに第３出水口１１３ｃを介して酸性水が排出されるように連結する。

このために、前記分岐管１２０には第１バルブ１２１を構成し、前記第３出水口１１３ｃを介して排出する酸性水の一部を選択的に第１入水口１１２ａに分岐されるようにする。また、前記第１入水口１１２ａには、第２バルブ１２２を構成し、第１入水口１１２ａを介して外部から第１隔室１１０ａに原水が入って行くことを選択的に遮断されるようにする。このようなバルブの作動は次の表７のようである。

このように、実施例３は、分岐管１２０と第１及び第２バルブ１２１、１２２を介して水素濃度をより高める必要がある場合に排出される酸性水の一部を循環させて水素濃度を高めるか、水素濃度とともに排出される酸性水量を調節することができる。

本発明の実施例４に係る酸性水電解槽は、図４のように、実施例１の構成で第２出水口１１３ｂ’と第３出水口１１３ｃとを 連結 したものである。これにより、実施例１のような構成に対しては、同一図面符号を付与して、その詳細な説明を省略し、互いに 連結された第２出水口１１３ｂ’と第３出水口１１３ｃについてのみ説明する。

実施例４は、図４のように、従来にそれぞれ酸性酸化水を排出した第２出水口１１３ｂ’と酸性還元水を排出した第３出水口１１３ｃを１つに 連結して酸性酸化水と酸性還元水とを混合排出されるようにする。

これは、第３出水口１１３ｃを介して出水する水素水の酸性還元水に電気分解で分離した、残りの物質、すなわち、ＯＨ⁻・Ｏ_２・Ｏ_３などを反応させて多様な成分を有する酸性水を得るためのものである。すなわち、原水は、電気分解をすると、基本的に、水素イオン（Ｈ^＋）と（ＯＨ⁻）に分解されるが、前記第３出水口１１３ｃを介して排出される酸性水は、水素イオン（Ｈ^＋）と水素分子（Ｈ_２）を有する酸性還元水であり、前記第２出水口１１３ｂ’に排出される酸性水は、水酸化イオン（ＯＨ⁻）と酸素分子（Ｏ_２）とオゾン（Ｏ_３）などを含有した酸性酸化水である。これに、この酸性還元水と酸性酸化水を混合することで、これらが有する基本成分、すなわち水素イオン（Ｈ^＋）・水素分子（Ｈ_２）・水酸化イオン（ＯＨ⁻）・オゾン（Ｏ_３）以外に、これらが下のような反応を介して過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）をさらに含む。下記の反応式１と反応式２は、このような過酸化水素が生成される反応過程を示すものである。

反応式１

Ｏ_２＋ｅ⁻→Ｏ_２ ⁻

反応式２

２Ｈ^＋＋Ｏ_２ ⁻−→Ｈ_２Ｏ_２

これは、本発明に係る酸性水電解槽で得られた酸性水を飲料だけでなく、産業用水などとして使用可能とにするためである。

本発明に係る電解槽で得られた酸性水は、飲料原料水や、半導体ウエハ・ウエハキャリア・ＬＣＤガラス・光学用レンズ・有機ＥＬ（ＯＬＥＤ）の有機物とパーティクル除去用産業用洗浄用水または帯電防止用水として用いられる。

以上のように、本発明は、充填空間を介して電気分解したイオンを充填して電位差を高めて酸性還元水を得ることができる。

また、本発明は、一度の電気分解過程中に脱気作用が一緒に行われるようにすることで、電気分解などで電解槽の内部温度が上昇しても溶存気体が酸性水と反応することを最小化するようにしたものである。これにより安定的な高純度の酸性水が得られる。

そして、本発明は、このように脱気作用が行われた酸性水を再び循環させて脱気作用を起こさせながら電気分解がともに行われるようにすることで、高伝導の酸性水を得ることができる。

１００ ハウジング
１１０ａ〜１１０ｃ 第１隔室〜第３隔室
１１１ イオン交換膜
１１４ 隔壁
１１２ａ〜１１２ｃ 第１入水口〜第３入水口
１１３ａ〜１１３ｃ 第１出水口〜第３出水口
１２０ 分岐管
２００ 第１電極
３００ 第２電極
４００ 第３電極

Claims (14)

1. 内部に、水素イオンを交換する２つのイオン交換膜１１１が予め決められた間隔を置いて配置して区分された第１隔室〜第３隔室１１０ａ〜１１０ｃを有し、前記第１隔室１１０ａには第１入水口１１２ａと第１出水口１１３ａを有し、前記第２隔室１１０ｂには第２入水口１１２ｂと第２出水口１１３ｂを有し、前記第３隔室１１０ｃには第３入水口１１２ｃと第３出水口１１３ｃを有したハウジング１００と、前記各イオン交換膜１１１と予め決められた間隔Ｗ１ほど離隔するように位置して互いに対向するように第２隔室１１０ｂに設けられ、それぞれ（＋）極を受ける２つの第１電極２００と、前記各イオン交換膜１１１と隣接するように残りの第１及び第３隔室１１０ａ、１１０ｃに設けられ、（−）極を受ける２つの第２電極３００と、それぞれの前記第２電極３００と予め決められた間隔Ｗ２ほど離隔するように残りの第１及び第３隔室１１０ａ、１１０ｃに設けられ、（−）極を受ける２つの第３電極４００と、を含み、
   前記第１出水口１１３ａは前記第３入水口１１２ｃと連結されたことを特徴とする酸性水電解槽。
   
2. 前記間隔Ｗ１は０．１〜２．０ｍｍで水が通過するようにして充填空間として用いることを特徴とする請求項１に記載の酸性水電解槽。
3. 前記間隔Ｗ２は０．１〜１００．０ｍｍで原水が通過するようにして充填空間として用いることを特徴とする請求項１に記載の酸性水電解槽。
4. 前記第１及び第３隔室１１０ａ、１１０ｃは、内部で流体の流れ方向を変えて滞留時間を長くするように予め決められた位置に少なくとも１つの隔壁１１４を備えることを特徴とする請求項１に記載の酸性水電解槽。
5. 前記第３出水口１１３ｃには、分岐管１２０を構成して外部から原水を受ける前記第１入水口１１２ａと混合されるように連結し、
   前記分岐管１２０には、分岐した酸性水を選択的に第１入水口１１２ａに供給または遮断することができるように第１バルブ１２１が設けられ、
   前記第１入水口１１２ａには、第３出水口１１３ｃから排出される酸性水が第１隔室１１０ａに供給されるとき、外部からこの第１入水口１１２ａを介して行われる原水供給を選択的に遮断または供給することができるように第２バルブ１２２を設けることを特徴とする請求項１に記載の酸性水電解槽。
6. 前記第２出水口１１３ｂと前記第３出水口１１３ｃが１つに 連結したことを特徴とする請求項１に記載の酸性水電解槽。
7. 前記 連結した第２及び第３出水口１１３ｂ、１１３ｃを介して排出される酸性水には、Ｈ_２・Ｈ^＋・Ｈ_２Ｏ_２・Ｏ_３を含むことを特徴とする請求項６に記載の酸性水電解槽。
8. 前記イオン交換膜１１１がフッ素系カチオン交換膜であることを特徴とする請求項１に記載の酸性水電解槽。
   
9. 前記第１ないし第３電極２００、３００、４００が 多孔性 白金電極またはメッシュ白金電極であることを特徴とする請求項１に記載の酸性水電解槽。
10. 前記第１出水口１１３ａから出水される酸性水の電気伝導度が０．０６７〜２．０００μｓ／ｃｍであり、
    前記第３出水口１１３ｃから排出される酸性水の電気伝導度が０．１〜５０．０μｓ／ｃｍであることを特徴とする請求項１に記載の酸性水電解槽。
11. 前記第３出水口１１３ｃから排出される酸性水は０〜１００℃で酸化還元電位が−１００〜−７００ｍＶであることを特徴とする請求項１０に記載の酸性水電解槽。
12. 前記酸性水は０〜１００℃で溶存水素濃度が０．２〜３．０ｐｐｍであることを特徴とする請求項１１に記載の酸性水電解槽。
13. 前記酸性水は０〜１００℃でｐＨが４．０〜７．５であることを特徴とする請求項１１に記載の酸性水電解槽。
14. 請求項１項〜１３のいずれか１項による酸性水電解槽で得られた酸性水は、飲料原料水や、半導体ウエハ・ウエハキャリア・ＬＣＤガラス・光学用レンズ・有機ＥＬ（ＯＬＥＤ）の有機物とパーティクル除去用洗浄用水または帯電防止用水として用いることを特徴とする利用方法。