JPH09299953A

JPH09299953A - 電解水生成装置

Info

Publication number: JPH09299953A
Application number: JP8118717A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Inatani; 正敏稲谷; Hisaaki Gyoten; 久朗行天
Original assignee: Matsushita Refrigeration Co; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-05-14
Filing date: 1996-05-14
Publication date: 1997-11-25

Abstract

(57)【要約】【課題】人体への安全性、廃棄時の環境汚染を考慮
し、中性に近い酸化・還元性を有する殺菌および洗浄力
の強い電解水を生成する。【解決手段】陰極１５を持つカソード室１６と、陽極
１３を持つアノード室１４と、カソード室１６とアノー
ド室１４とを仕切る隔壁１８を水素イオン伝導型膜１７
で構成したことを特徴とする電解槽１２で、電解槽１２
に電解液又は浄水、イオン交換水、蒸溜水、純水を満た
し、陰極１５と陽極１３に直流電圧を付加し電解水を処
理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種汚染物質の殺
菌洗浄や工業材料の表面処理等を目的に、水を電気分解
して製造される殺菌洗浄用処理液の製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】食塩水を隔膜にて区画したアノード室お
よびカソード室を有する電解槽にて電気分解すると、特
開平６−２３７７４７号公報に例示されているように、
アノード室からは酸性の生成水が得られるとともに、カ
ソード室側からはアルカリ性の生成水が得られる。この
ようにして得られた生成水は酸化・還元能が高く、この
水の酸化・還元能が医療器具や厨房機器の洗浄や工業材
料の表面処理、微生物の消毒殺菌、植物などの成長に影
響を与えていることは知られている。

【０００３】洗浄や表面処理の対象となる汚染物質は医
療器具ではたんぱく質や体液等の脂質があり、厨房では
生鮮食品の土壌菌や、水垢等のぬめりや魚介類等の洗浄
液、さらには油汚れがある。工業材料としては半導体表
面のイオン状物質や反応生成物、液状、粒子状物質の汚
れが主体となる。

【０００４】酸性のアノード室側生成水は殺菌作用を融
資、また、アルカリ性のカソード室側生成水は魚介類に
対する色合いの悪変防止作用およびドリップの発生防止
作用、野菜類の色合いの悪変防止作用を有する。このた
め、これらの各生成水は生鮮植物用の蘇生液等の処理液
としてそれぞれ単独で使用される。

【０００５】イオン状物質の汚染形態にはガラス表面等
に見られるイオン交換による吸着、半導体や金属の表面
に見られるイオンの静電的引力による付着、及び半導
体、金属、セラミックスの表面層へのイオンの拡散によ
る侵入と言ったものが挙げられる。このようなイオン状
物質は薬剤洗浄した後、仕上げとして純水又は超純水に
よって洗浄されるのが一般的である。例えば半導体の洗
浄に際しては、電気抵抗率が約１８ＭΩ／ｃｍの超純水
が用いられる。そして、シリコンウエハ等に付着する液
体、又は被膜状の汚染物質の除去には、この汚染物質を
酸化分解したり、溶解させると言った方法が適用されて
おり、酸化分解に用いられる薬剤としては、硫酸と過酸
化水素とを組み合わせたもの、水酸化アンモニウムと過
酸化水素とを組み合わせたもの等、過酸化水素の酸化力
を利用されている。

【０００６】これらの酸化力を付加する洗浄液の製法に
食塩水を電気分解して製造した電解水の利用も考えられ
るが、従来の隔膜電解において電気分解を円滑に行うた
めには食塩等の電解質を数％添加することが不可欠とな
っていた。この為、得られた電解水中には電解質イオン
がかなり含まれることになり、例えば洗浄に利用しよう
とすると、電解質イオンが残留し、被洗浄物の表面に付
着残留する。そして、この残留イオンによる種類の問題
が起きる。例えば金属材料の腐食や劣化、生鮮食品の変
食、さらに食塩等の塩化物を電解質に利用した場合には
塩素臭などの異臭の問題が起こる。

【０００７】上記問題点を解決する方法として図６で示
す特開平７−７５７８４号公報の様にカチオン型イオン
交換膜１とアニオン型イオン交換型２で仕切られた食塩
水等の電解液３が介在する中間室４を挟み、陰極５をも
つカソード室６と陽極７をもつアノード室８とで構成し
た電解槽９で、前記カチオン型イオン交換膜１に陽極７
を、アニオンイオン交換膜２に陰極５を密接してなるも
ので、両電極に直流電源１０で直流電圧を印可させ電解
処理を行うというものが考案されている。

【０００８】図６を元に上記公報の電解処理装置の動作
を説明する。カソード室６とアノード室８とに注入する
水溶液としては純水製造装置（図示せず）を使ってそそ
ぎ込まれる純水であり、中間室４には電解液３として食
塩水が介在している。陽極７と陰極５とに直流電圧をか
け電気分解を行うと、中間室４の電解液３の食塩水中の
カチオンであるナトリウムイオンは陰極５側にアニオン
イオンである塩素イオンは陽極７側に引き寄せられる。
しかし陽極７側にはカチオン型イオン交換膜１が介在す
るため塩素イオンの移動は遮断され、アノード室８の水
分解により生じた水素イオンがアノード室８側から中間
室４側に移動する。また、陰極２側にはアニオン型イオ
ン交換膜２が介在するためナトリウムイオンの移動は遮
断され、カソード室６側から中間室４に水酸基イオンが
移動することとなる。すなわち、中間室４では水素イオ
ンと水酸基イオンの反応で水が生成し食塩水は生成した
水により薄められる。このような水素イオン及び水酸基
イオンの移動が生じることにより陰極５と陽極７との間
に電流が流れ、陽極７から酸素ガスが、陰極５から水素
ガスが発生することとなり水の電気分解がおこなわれ
る。

【０００９】この陽極７表面での酸素生成反応におい
て、酸素ラジカル、過酸化水素、オゾン等の酸化性物質
が中間生成物として生じることとなり、酸菌洗浄効果の
ある電解水の生成が可能になるというものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように食塩水を電解液として用い、カチオン型またはア
ニオン型のイオン交換膜を介して電気分解する方法であ
れば、直流電圧を付加しない場合には濃度差による浸透
圧の影響により、アノード室側にはナトリウムイオン等
のカチオンイオンが流入し、またカソード側には塩素イ
オン等のアニオンイオンが流入することとなり、カソー
ド室やアノード室に満たされた純水の性能レベルを低下
させる。

【００１１】また、電気分解動作中においてもカチオン
型イオン交換膜の分離能は１００％完璧なものではな
く、現行の市場品の実力は９０〜９５％程度のものであ
り、陰極側には数％のカチオンであるナトリウムイオン
がアニオン型イオン交換膜を通して侵入し、また陽極を
もつアノード室側には数％のアニオンイオンである塩素
イオンが侵入してします。

【００１２】このようにして侵入した塩素イオンによ
り、カソード室は強酸性を示すことになり、またこの塩
素イオンは陽極で電子を奪われると塩素ガスとして変化
する。さらに塩素ガスは水に溶解し殺菌効果を示す次亜
塩素酸として変化するが、塩素臭としての悪臭を発生す
すると共に、ナトリウムイオンと塩を形成し被処理物へ
の残留物として腐食や電子部品等への悪影響を及ぼすこ
とになる。

【００１３】また、強酸性水や強アルカリ性水は多少の
殺菌効果は認められるものの、反面人体への刺激や浸透
性による細胞膜の破壊を引き起こす原因となるもので、
長期間使用していると人体に損傷を与えかねないため、
取扱いに注意を要する。

【００１４】さらに、酸性水やアルカリ性水は公害問題
の一因となり、排水においては中和工程が必要となるな
ど、排水処理の手間がかかる課題も有していた。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、陰極を持つカ
ソード室と、陽極を持つアノード室と、前記カソード室
とアノード室とを仕切る隔壁を水素イオン伝導型膜で構
成したことを特徴とする電解槽で、前記電解槽に電解液
または浄水、イオン交換水、蒸溜水、純粋を満たし、前
記陰極と陽極に直流電圧を付加することによって電解液
を処理する電解水生成装置で、中性に近い酸化・還元性
を有する電解水を生成する特徴を持つものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】この発明の請求項１に記載の発明
は、陰極を持つカソード室と、陽極を持つアノード室
と、前記カソード室とアノード室とを仕切る水素イオン
伝導型膜で構成した隔壁とを有する電解槽で、前記電解
槽に食塩水等の電解液を満たし前記陰極と陽極に直流電
圧を付加する電解水生成装置であり、水素イオン伝導型
膜は水素イオンだけを通過させる性質をもつため、陽極
では塩素ガスや酸素ガスを発生するとともに水の分解で
水素イオンが生じ、陰極では水の分解で生じた水素イオ
ンに電子が授与され水素ガスが発生することとなり、陽
極と陰極の間で水素イオンの伝達が起こり、水素イオン
伝導型膜の水素イオンだけの伝達する働きによりカソー
ド室ではアルカリ金属の増加によりアルカリ性になるこ
となくアノード室においても塩素イオンの増加で酸性と
なることはなく比較的中性を保つこととなり、排水が容
易で人体への影響も少ない強還元性の電解水と強酸化性
の電解水を得ることができる。

【００１７】請求項２記載の発明は、陰極を持つカソー
ド室を電解液で満たし、陽極を持つアノード室は浄水又
はイオン交換水又は蒸溜水又は純水で満たし、陽極は貫
通穴を有するメッシュ状に形成し、隔壁の水素イオン伝
導型膜に密着させてなる電解槽を特徴とするもので、水
素イオン伝導型膜に密着させることにより導電性を確保
すると共に、水の分解で生じる水素イオンを水素イオン
伝導型膜に陽極の貫通穴を通じて効率よく伝達するもの
であり、アノード室の浄水又はイオン交換水又は蒸溜水
又は純水は強酸化性をもつと共に不純物の非常に少ない
電解水となり、半導体等の洗浄に使用しても残分が残ら
ず使用が可能となるものである。

【００１８】請求項３記載の発明は、カソード室及びア
ノード室を浄水又はイオン交換水又は蒸溜水又は純水で
満たし、陰極と陽極は貫通穴を有するメッシュ状に形成
し隔壁の水素イオン伝導型膜に密着させてなるもので、
両極とも水素イオン伝導型膜に密着させることにより導
電性を確保し、陽極側の水の分解で生じる水素イオンを
水素イオン伝導型膜に貫通穴を通じて効率よく伝達し、
また陰極で生成する水素ガスを水素イオン伝導型膜と貫
通穴を通じてカソード室内に生じせしめる様にしたもの
で、アノード室の浄水又はイオン交換水又は蒸溜水また
は純水は強酸化性をもつと共に、カソード室の浄水又は
イオン交換水又は蒸溜水又は純水は強還元性を有する電
解水を得るものであり、両室共に不純物の非常に少ない
殺菌洗浄力を有する電解水となる。

【００１９】請求項４記載の発明は、電解液で満たさ
れ、陽極が浸漬してなるアノード室と、貫通穴を有する
メッシュ状に形成した陰極との間に水素イオン伝導型膜
を介在させ、前記陰極は前記水素イオン伝導型膜に密着
し、前記陰極表面に酸素を含むガスを順次送り込む吸排
気機構とを設けた電解槽で、前記陰極と陽極に直流電圧
を付加する電解水生成装置であり、アノード室の電解液
は中性の酸菌洗浄用電解水となるもので、陰極は吸排気
機構と貫通穴により送り込まれる酸素と水素イオン伝導
膜を開始アノード室より伝達される水素イオンと電子と
の反応で水の生成が起こるものであり、アノード室にで
きる電解水は中和された安全で排水において問題のない
酸化水であり、陰極側では酸素を送り込むことにより水
を生成させることができるので非常に構造的に簡素化が
できるものである。

【００２０】請求項５記載の発明は、電解液を食塩、ク
エン酸、ほう酸、酢酸等の導電性食品添加物の水溶液と
することで、厨房機器の洗浄殺菌に使用したとき食品に
接触しても食品衛生状安全に取扱いできるものとしたも
のである。

【００２１】請求項６記載の発明は、浄水又はイオン交
換水又は蒸溜水又は純水で満たされたアノード室に浸漬
する陽極と陰極との間に水素イオン伝導型膜を介在さ
せ、前記陽極と陰極は貫通穴を有するメッシュ状に形成
され前記水素イオン伝導型膜に密着してなり、前記陰極
表面に酸素を含むガスを順次送り込む吸排気機構とを設
けた電解槽で、前記陰極と陽極に直流電圧を付加する電
解水生成装置であり、水素イオン伝導型膜に密着させる
ことにより導電性を確保し、水の分解で生じる水素イオ
ンを水素イオン伝導型膜に陽極の貫通穴を通じて効率よ
く伝達するもので、アノード室の浄水又はイオン交換水
又は蒸溜水又は純水は強酸化性をもつと共に不純物の非
常に少ない電解水となり、半導体等の洗浄にも残分が残
らず使用が可能となるものである。そしてさらに陰極側
では酸素を送り込むことにより水を生成させ水素ガスの
発生がなく安全で、且つ非常に構造的に簡素化ができる
ものである。

【００２２】請求項７記載の発明は、電解槽のカソード
室及び／又はアノード室に電解質又は浄水又はイオン交
換水又は蒸溜水又は純水を順次送り込む注入機構と順次
排出する排出機構とを設け循環させたもので、循環水を
利用することにより連続的に必要な電解水を確保できる
ようにしたものである。

【００２３】以下本発明の一実施例の形態について、図
面を参照しながら説明する。（実施の形態１）図１は本発明の一実施の形態である電
解水生成装置１１の概要図と電解槽１２部の横断面図を
示すものである。

【００２４】電解槽１２は陽極１３を持つアノード室１
４と陰極１５を持つカソード室１６とで構成されてお
り、アノード室１４とカソード室１６は水素イオン伝導
型膜１７で形成する隔壁１８で仕切られている。水素イ
オン伝導型膜１７はスルホン酸基を有するテフロン系の
樹脂が主体の膜であり、スルホン酸基の水素イオンが自
由に出入りする性質を利用して水素イオン伝導型膜１７
として開発されたものである。この水素イオン伝導型膜
１７は水素イオンのみを伝達する性質をもつ樹脂であ
り、その他のイオンを伝導したり、透過したりすること
はない。今回使用した水素イオン伝導型膜１７はデュポ
ン者からナフィオン膜との名で販売されている高分子膜
を用いた。

【００２５】１９は陽極１３に正電位を、陰極１５に負
の電位を付加する直流電源であり、アノード室１４の電
解液Ａ２０に浸漬された酸化電位測定電極２１の信号を
酸化電位計２２で計測し、またカソード室１６の電解液
Ｂ２３に浸漬した還元電位測定電極２４の信号を還元電
位計２５で計測し、稼働と停止を制御するものである。
陽極１３と陰極１５の材質はチタンの板に白金をコーテ
ィングしたものを用いた。

【００２６】２６は食塩の濃度を所定の濃度に調整する
電解源液調整装置Ａ２７と、フロートスイッチＡ２８に
より自動的に開閉する開閉バルブＡ２９とで構成する注
入機構Ａであり、調整電解源水である電解液２０をアノ
ード室１４へ順次送り込むものである。

【００２７】３０はカソード室１６に食塩の濃度を所定
に調整した電解源水の電解液２３を順次送り込む注入機
構Ｂであり、電解源液調整装置Ｂ３１とフロートスイッ
チＢ３２により開閉する開閉バルブＢ３３で構成され
る。

【００２８】３４はアノード室１４の電解水を順次排出
する排水機構Ａであり、３５はカソード室１６の電解水
を同様に順次排出する排水機構Ｂとなっている。

【００２９】また３６はアノード室１４の電解により発
生する酸素ガス又は塩素ガスの排機口Ａであり、３７は
カソード室１６の電解で発生する水素ガスを排出する排
気口Ｂである。

【００３０】以下、上記で説明した実施の形態１の電解
水生成装置１１の作用と電解槽１２中の科学反応につい
て説明する。

【００３１】まず、電解源液調整装置Ａ２７を稼働し食
塩水の濃度を決める。今回は厨房機器の殺菌洗浄水を狙
い、０．９％の生理食塩水並みの濃度に設定した。次に
電解液Ａ２０を開閉バルブＡ２９の開放によりアノード
室１４に注入する。開閉バルブＡ２９はフロートスイッ
チＡ２８が満水を検知するまで開放されており、アノー
ド室１４が電解液で満水になると自動的に閉鎖されるこ
ととなる。

【００３２】カソード室１６についても同様に電解源液
調整装置Ｂ３１を稼働し、調整源液を０．９％の生理食
塩水並みの濃度に設定した。次に電解液Ｂ２３を開閉バ
ルブＢ３３の開放によりカソード室１６に注入する。開
閉バルブＢ３３はフロートスイッチＢ２８が満水を検知
するまで開放されており、カソード室１４が満水になる
と自動的に閉鎖されることとなる。

【００３３】次に直流電源１９の本体電源端子３８を商
用電源につなぎ電気分解の運転を開始する。今回、陽極
１３を正電位とし陰極１５を負電位とし陽極１３と陰極
１５との間に直流電圧３Ｖを付加した。

【００３４】陽極１３及び陰極１５の表面材質は腐食電
位の高い白金で形成されており、電極材の溶解は殆ど無
く、陽極１３の表面においては電解液２０中の塩素イオ
ンと水分子を酸化し、（化１）〜（化４）の反応が見ら
れ、陽極１３表面から塩素ガスや酸素ガスを発生する。
また、電解水中には殺菌力を持つ次亜塩素酸や次亜塩素
イオンと水素イオンが生じる。

【００３５】

【化１】

【００３６】

【化２】

【００３７】

【化３】

【００３８】

【化４】

【００３９】

【化５】

【００４０】ここでは、水素イオンの対イオンである塩
素イオンの増加はほとんどないため過剰となる水素イオ
ンはイオン伝導型膜１７を通じてカソード室１６に移動
する。そのため、アノード室１４内では水素イオン濃度
の増加は見られず強酸性水にはならない。

【００４１】陰極１５の表面においては（化５）の科学
反応が起こり、水素ガスを発生すると共に電解液２３中
には水酸基イオンを生じる。この水酸基イオンはアノー
ド室１６で生成し、水素イオン伝導型膜１７を通過して
きた過剰の水素イオンと反応することにより水となり、
中和されるためカソード室の電解水２３のアルカリ性へ
の変化も緩和される。しかし水素ガスの発生過程におけ
る中間生成物として水素ラジカルなどの還元剤が生成さ
れているため、殺菌力を有する電解水を得ることができ
る。

【００４２】尚、酸化電位測定電極２１と酸化電位計２
２により酸化電位を測定した結果が水素電極に大使１２
００ｍＶ以上で、還元電位測定電極２４と還元電位計に
より還元電位を測定した結果が−９００ｍＶ以下となれ
ば、電解をストップするようにした。

【００４３】以上のように水素イオン伝導型膜１７を電
解槽１２の隔壁１８として利用することにより、水素イ
オンの移動が起こるだけで、食塩水に含まれるナトリウ
ムイオンや塩素イオンの移動が遮断されることにより、
アノード室１４の電解水が強酸性水になることがなく、
またカソード室１６の電解水が強アルカリ水になること
もないので取扱いも容易で、排水についても中和処理も
必要としない電解水を得ることができる。尚、この電解
水は０．９％の生理的食塩水を使用しているので食塩の
電気分解で生じる塩素、次亜塩素酸、次亜塩素酸イオン
により強力な殺菌効果を有するもので、また、カソード
室１６の電解水も水素ラジカルによる還元能をもつもの
で殺菌効果を有するものである。

【００４４】（実施の形態２）図２は本発明の他の実施
例の形態である電解水生成装置１１の概要図と電解槽１
２部の横断面図を示すものである。尚、実施の形態１と
同じ構成部分については説明を省略する。

【００４５】電解槽１２は実施の形態１同様にアノード
室１４とカソード室１６とで構成されており、アノード
室１４とカソード室１６とは水素イオン伝導型膜１７で
形成する隔壁１８で仕切られている。陽極３９は貫通穴
を有する多孔性のメッシュ状のチタン材に白金をコーテ
ィングしたものを用い、水素イオン伝導型膜１７に密着
して取りつけられている。陽極３９材としてはパンチメ
タル等のチタン電極に白金をコーティングしたものが利
用できる。

【００４６】４０は純水を創る純水製造装置４１と、フ
ロートスイッチＡ２８により自動的に開閉する開閉バル
ブＡ２９とで構成する注入機構Ｃであり、純水をアノー
ド室１４へ順次送り込むものである。

【００４７】尚、カソード室１６については実施の形態
１と同様の構造となっている。次にかかる構成での電解
水生成装置１１の作用と電解槽１２中の化学反応につい
て説明するが、実施の形態１と同様部分は省略する。

【００４８】今回は半導体製造工程のセラミックの表面
を洗浄するのに使用される超純水の酸化力の向上を狙う
電解水の製造であり、まず純粋製造装置４１を稼働す
る。次に純水である電解液Ａ２０を開閉バルブＡ２９の
開放によりアノード室１４に注入する。開閉バルブＡ２
９はフロートスイッチＡ２８が満水を検知するまで開放
されており、アノード室１４が電解液で満水になると自
動的に閉鎖されることとなる。

【００４９】次に、直流電源１９の本体電源端子３８を
商用電源につなぎ電気分解の運転を開始する。今回、陽
極３９を正電位とし陰極１５を負電位とし陽極３９と陰
極１５との間に直流電圧３Ｖを付加した。

【００５０】陽極３９及び陰極１５の表面材質は腐食電
位の高い白金で形成されており、電極材の溶解は殆ど無
く、陽極３９の表面においては水分子を酸化し、（化
６）〜（化８）の反応が見られ、陽極３９表面から酸素
ガスが発生する。また、電解水中には水素イオンの他
に、殺菌力を持つ酸素ラジカルや水酸基ラジカル、さら
に過酸化水素やオゾンが生成する。

【００５１】

【化６】

【００５２】

【化７】

【００５３】

【化８】

【００５４】水素イオンの対イオンは元から存在しない
ため、過剰となる水素イオンはアノード室には存在でき
ず、水素イオン伝導型膜１７を通じてカソード室１６に
移動する。よってアノード室１４内では水素イオン濃度
の増加は見られず強酸性水にはならない。

【００５５】尚、陽極３９に貫通穴を有するメッシュ状
の材料とし、水素イオン伝導膜１７に密着させることに
より、不導電体の純水でも電解水２０と接する陽極３９
の表面で生成する水素イオンを円滑に水素イオン伝導型
膜１７に伝達することが可能となるものである。すなわ
ち、陽極３９と水素イオン伝導膜１７とを隔離すると水
素イオンの移動が不導電体の純水層に邪魔されて円滑に
行かず、また貫通穴が無いと純水に接する面から水素イ
オン伝導膜１７への水素イオンの移動を陽極３９自身が
遮断するため円滑な水素イオンの移動ができなくなる。

【００５６】実施の形態１と同様に、陰極１５の表面に
おいては（化５）の化学反応が起こり、水素ガスを発生
すると共に電解水２３中には水酸基イオンを生じる。こ
の水酸化基イオンはアノード室１６で生成し、水素イオ
ン伝導型膜１７を通過してきた過剰の水素イオンと反応
することにより水となり、中和されるためカソード室の
電解水２３のアルカリ性への変化も緩和される。しかし
水素ガスの発生過程における中間生成物として水素ラジ
カルなどの還元剤が生成されているため、殺菌力を有す
る電解水を得ることができる。

【００５７】以上のように陽極３９として貫通穴を有す
る多孔性のメッシュ状のチタン材に白金をコーティング
したものを用い、水素イオン伝導型膜１７に密着して取
りつけることにより、不導電体である純水の電気分解で
生成する水素イオンを円滑に陰極１５に移動させ電気分
解を可能とすることで、酸素の生成時に生じる酸素ラジ
カルやオゾンを酸化力を利用できる純水電解水を製造で
きる。また、この電解水が中性であることから人体への
影響も少なく、排水における公害の問題が生じないもの
となる。

【００５８】（実施の形態３）図３は本発明の他の一実
施の形態である電解水生成装置１１の概要図と電解槽１
２部の横断面図を示すものである。尚、実施の形態１又
は２と同じ構成部分については説明を省略する。

【００５９】電解槽１２は実施の形態１同様にアノード
室１４とカソード室１６とで孔性されており、アノード
室１４とカソード室１６とは水素イオン伝導型膜１７で
形成する隔壁１８で仕切られている。陽極３９と同様に
陰極４２も貫通穴を有する多孔性のメッシュ状のチタン
材に白金をコーティングしたものを用い、水素イオン伝
導型膜１７に密着して取りつけられている。

【００６０】４３は純水を創る純粋製造装置４４と、フ
ロートスイッチＢ３２により自動的に開閉する開閉バル
ブＢ３３とで構成する注入機構Ｄであり、純水をカソー
ド室１６へ順次送り込むものである。

【００６１】次にかかる構成での電解水生成装置１１の
作用と電解槽１２中の化学反応について説明するが、実
施の形態１又は２と同様部分は省略する。

【００６２】半導体製造工程のセラミックの表面を洗浄
するのに使用される超純水の酸化力及び還元力の向上を
狙う電解水の製造を目的とするものであり、まず純水製
造装置４４を稼働する。次に純水である電解液Ｂ２３を
開閉バルブＢ３３の開放によりカソード室１６に注入す
る。開閉バルブＢ３３はフロートスイッチＢ３２が満水
を検知するまで開放されており、カソード室１６が電解
液で満水になると自動的に閉鎖されることとなる。

【００６３】尚、アノード室１４と注水機構Ｃ４０につ
いては実施の形態２と同様の構造となっている。

【００６４】次に、直流電源１９の本体電源端子３８を
商用電源につなぎ電気分解の運転を開始する。陽極３９
を正電位とし陰極４２を負電位とし陽極３９と陰極４２
との間に直流電圧３Ｖを付加した。

【００６５】陽極３９及び陰極４２の表面材質は腐食電
位の高い白金で形成されており、電極材の溶解は殆ど無
く、陽極３９の表面においては実施の形態２と同様の反
応が起こる。陰極４２については（化５）の反応が陰極
表面で起こり、水素イオンが水素ガスとなる反応の過程
では中間生成物として還元性を有する水素ラジカルが生
成し殺菌力を有する電解水となる。

【００６６】尚、陰極４２に貫通穴を有するメッシュ状
の材料とし、水素イオン伝導型膜１７に密着させること
により、純水である電解水２３と接する陰極４２の表面
で生成する水酸基イオンと円滑に水素イオン伝導膜１７
を通過してくる水素イオンと反応させることが可能とな
るものである。すなわち、陰極４２と水素イオン伝導型
膜１７とを隔離すると水酸基イオン又は水素イオンの移
動が不導電体の純水層に邪魔されて円滑に行かず、また
貫通穴が無いと純水に接する面から水素イオン伝導型膜
１７への水酸基イオンの移動を陰極４２自身が遮断する
ため円滑な水酸基イオンと水素イオンの移動ができなく
なる。

【００６７】実施の形態２と同様に、陽極３９の表面に
おいては（化６）〜（８）の化学反応が起こり、酸素ガ
スを発生すると共に電解液２０中に水素イオンを生じ
る。この水素イオンは水素イオン伝導型１７を通過しカ
ソード室１６で生じた水酸基イオンと反応することによ
り水となり中和されるためカソード室１６の電解液２３
のアルカリ性への変化は緩和される。しかし水素ガスの
発生過程における中間生成物として水素ラジカルなどの
還元剤が生成されているため、殺菌力を有する電解水を
得ることができる。

【００６８】以上のように陰極４２として貫通穴を有す
る多孔性のメッシュ状のチタン材に白金をコーティング
したものを用い、水素イオン伝導型膜１７に密着して取
りつけることにより、不導電体である純水の電気分解で
生成する水酸基イオンとアノード室１４から伝達される
水素イオンとを円滑に中和させることができ、水の電気
分解が可能となることで、アノード室１４では酸素の生
成時に生じる酸素ラジカルやオゾンや過酸化水素水の酸
化力を持つ純水の電解水が製造でき、カソード室１６で
は還元性を持つ純水の電解水が製造ができる。また、こ
の電解水は中性であることから人体への影響も少なく、
排水における公害の問題が生じないものとなる。

【００６９】（実施の形態４）図４は本発明の他の一実
施の形態である電解水生成装置１１の概要図と電解層１
２部の横断面図を示すものである。尚、実施の形態１又
は２又は３と同じ構成部分については説明を省略する。

【００７０】電解槽１２は実施の形態１同様にアノード
室１４とカソード室１６とで構成されており、アノード
室１４とカソード室１６とは水素イオン伝導型膜１７で
形成する隔壁１８で仕切られている。陽極１３はチタン
板に白金をコーティングしたものを使用し、陰極４２は
貫通穴を有する多孔性のメッシュ状のものとして電極面
での反応を大きくするために、表面に白金超微粒子を担
持したカーボン粉末とフッ素樹脂粉末の混合物を加圧成
形して適度な発水性を持たせた多孔質ガス拡散電極を用
い、陰極は水素イオン伝導型膜１７に密着して取りつけ
られている。

【００７１】２６は実施の形態１と同様の電解源液調整
装置Ａ２７とフロートスイッチＡ２８により自動的に開
閉する開閉バルブＡ２９とで構成する注入機構Ａであ
り、調整電解源水である電解液２０をアノード室１４へ
順次送り込むものである。

【００７２】４５は吸入口４６に取りつけられたフィル
ター４７を介して外気を吸入する吸入ファン４８と、陰
極表面にガスを均一に導入するバランスダクト４９と排
気口５０とからなるカソード室１６に酸素を含むガスを
順次送り込む吸排気機構である。

【００７３】次にかからる構成での電解水生成装置１１
の作用と電解槽１２中の化学反応について説明するが、
実施の形態１又は２又は３と同様部分は省略する。

【００７４】まず、電解源液調整装置Ａ２７を稼働し所
定の食塩水濃度を決めるが、以下アノード室１４側の作
用と化学反応ついては実施の形態１と同様であり説明は
省略する。この電解水の主要な用途は厨房および機器の
殺菌洗浄水で野菜の蘇生水として、また食器やまな板の
洗浄殺菌用である。

【００７５】この実施の形態においては直流電源１９の
本体電源端子３８を商用電源につなぎ電気分解の運転を
開始するが、陽極１３と陰極４２との間に直流電圧３Ｖ
を付加し、直流電源１９はアノード室１４の酸化電位測
定電極２１と酸化電位計２２により酸化電位を測定し、
アノード室１４の電解水の酸化電位が１２００ｍＶ以上
になった時、運転を停止するように制御されている。

【００７６】陽極１３では（化１）〜（化４）の反応が
起こり、塩素がスと酸素ガスを生成すると共に殺菌力の
ある時亜塩素酸の次亜塩素酸イオンを生成し、また水素
イオンを生成する。水素イオンの対イオンである塩素イ
オンは原理的に増加することは考えられないので過剰の
水素イオンは水素イオン伝導型膜１７を通過してカソー
ド室１６側に移動する。

【００７７】カソード室１６の陰極４２表面では吸排気
機構４５により送り込まれてくる酸素と、直流電源１９
の負の電位として流れてくる電子と、水素イオン伝導型
膜１７をアノード室から通過してくる水素イオンとの３
つの成分がぶつかり、（化９）の反応を起こすことによ
り水を生成する。生成した水は水素イオン伝導型膜１７
に吸着するか、蒸気となって排気口５０から排出され
る。

【００７８】

【化９】

【００７９】又、電気分解によって発生した水素イオン
が陰極４２の表面で酸素ガスと反応して水分に変換する
際、十分に反応が起こらず未反応の水素が残存する可能
性を想定して陰極４２の水素イオン伝導型膜１７との逆
面に白金触媒を担持したカーボン性ハニカム状集電体を
圧着させるとよい。

【００８０】尚、陰極４２は貫通穴を有する多孔性のメ
ッシュ状のものとして、表面に白金超微粒子を担持した
カーボン粉末とフッ素樹脂粉末の混合物を加圧成形して
適度な発水性を持たせた多孔質ガス拡散電極を用い、水
素イオン伝導型膜１７に密着して取りつけることによ
り、酸素を含むガスと、陰極４２に運ばれた電子と、水
素イオン伝導型膜１７を通過してくる水素イオンとを円
滑に反応させることが可能となるものである。すなわ
ち、陰極４２と水素イオン伝導型膜１７とを隔離すると
水素イオンの移動が不導電体のガス層に邪魔されて円滑
に行かず、また貫通穴が無いとガスに接する面から水素
イオン伝導膜１７への酸素の移動を陰極４２自身が遮断
するため円滑な３つの成分の反応ができなくなる。

【００８１】以上のように陰極４２として多孔質ガス拡
散電極のような貫通穴を有する多孔性メッシュ状のもの
を用い、水素イオン伝導型膜１７に密着して取りつける
ことにより、吸排気機構４５で送り込まれる酸素と、ア
ノード質１４から水素イオン伝導型膜１７を通過してく
る水素イオンと陰極に運ばれる電子により水分を生成す
ることは、陰極４２表面からの水素ガスの発生をなくす
ことになり、水素ガスによる火災や爆発の危険から逃れ
ることができる。またカソード質１６には電解液や浄
水、イオン交換水、蒸溜水、純水などの濃度管理や調整
が必要でなくなるため、非常に電解槽の構造が簡素化で
き、設備費用が削減できる。

【００８２】また、当然アノード室１４では酸素の生成
時に生じる酸素ラジカルやオゾンや過酸化水素水の酸化
力を利用できる純水の電解水が製造でき、この電解水は
中性に近いことからも人体への影響も少なく、排水にお
ける公害の問題が生じないものとなる。

【００８３】（実施の形態５）図５は本発明の他の一実
施の形態である電解水生成装置１１の概要図と電解槽１
２部の横断面図を示すものである。尚、実施の形態１〜
４と同じ構成部分については説明を省略する。

【００８４】電解槽１２は実施の形態１同様にアノード
室１４とカソード室１６とで構成されており、アノード
室１４とカソード室１６とは水素イオン伝導型膜１７で
形成する隔壁１８で仕切られている。陽極３９は貫通穴
を有する多孔性のメッシュ状のチタン材に白金をコーテ
ィングしたものを用い、陰極４２は貫通穴を有する多孔
性のメッシュ状のものとして、表面に白金超微粒子を担
持したカーボン粉末とフッ素樹脂粉末の混合物を加圧成
形して適度な発水性を持たせた多孔質ガス拡散電極を用
い、また、両極とも水素イオン伝導型膜１７に密着して
取りつけられている。

【００８５】アノード室１４は実施の形態２と同様のも
のであり、カソード室１６は実施の形態の４と同様のも
ので、これら二つの形態を組み合わせたものである。

【００８６】以上の組合せの形態であれば超純水の電気
分解により生じる酸素ラジカル、過酸化水素水、オゾン
の酸化性のある中性の殺菌洗浄材が製造可能となり、カ
ソード室１６には酸素を含むガスを送り込むだけで水溶
液の濃度管理や調整が必要でなくなり、水素の発生がな
いことにより火災や爆発の危険も少ない電解水生成装置
１１を提供することができる。

【００８７】また、又、当然アノード室１４では酸素の
生成時に生じる酸素ラジカルやオゾンや過酸化水素水の
酸化力を利用できる純水の電解水が製造でき、この電解
水は中性に近いことから人体への影響も少なく、排水に
おける公害の問題が生じないものとなる。

【００８８】また、本実施の形態事例で紹介した電解液
は食塩水を主体に説明したが、電解により塩素ガスと酸
素ガスを発生する電解液であれば同様の効果が得られる
ものである。しかし、厨房用の殺菌洗浄剤として使用す
るには食品の安全性面から考慮して食塩、クエン酸、ほ
う酸、酢酸等の導電性食品添加物の水溶液を電解液に使
用することが望まれる。

【００８９】また、図１で示すように電解槽１２から順
次電解液を排水できる排水機構Ａ３４および排水機構Ｂ
３５により、連続的に電解水を使用すると電解液２０の
推移が下がりフロートスイッチ２８が働き、自動的に電
解水供給装置２７から新たな電解液２０がそそがれるこ
ととなる。また、新たな電解液２０の注入により酸化電
位が下がると酸化電位計２２が酸化電位の低下を示し、
停止していた電解も自動的に再開されるようになる。こ
のように、電解液、浄水、イオン交換水、蒸留水、純水
を順次送り込む注入機構と順次排出する排出機構とで連
続的に循環するようにすることにより効率良く電解水が
生成される。

【００９０】

【発明の効果】以上のように本発明の電解水生成装置
は、陰極を持つカソード室と、陽極を持つアノード室
と、前記カソード室とアノード室とを仕切る隔壁を水素
イオン伝導型膜で構成したことを特徴とする電解槽で、
前記電解槽に電解液または浄水、イオン交換水、蒸溜
水、純水を満たし、前記陰極と陽極に直流電圧を付加す
ることによって電解液を処理する電解水生成装置で、中
性に近い、酸化・還元性を有する殺菌および洗浄力の強
い電解水を生成する特徴を持つ装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における電解水生成
装置と電解槽の横断面図

【図２】本発明の第２の実施の形態における電解水生成
装置と電解槽の横断面図

【図３】本発明の第３の実施の形態における電解水生成
装置と電解槽の横断面図

【図４】本発明の第４の実施の形態における電解水生成
装置と電解槽の横断面図

【図５】本発明の第５の実施の形態における電解水生成
装置と電解槽の横断面図

【図６】従来の実施の形態における電解水生成装置の電
解槽の横断面図

【符号の説明】

１１電解水生成装置１２電解槽１３，３９陽極１４アノード室１５，４２陰極１６カソード室１７水素イオン伝導型膜１８隔壁２０，２３電解液２６，３０，４０，４３注入機構３３，３４排水機構４５吸排気機構

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】陰極を持つカソード室と、陽極を持つア
ノード室と、前記カソード室とアノード室とを仕切る水
素イオン伝導型膜で構成した隔壁とを有する電解槽で、
前記電解槽に電解液を満たし前記陰極と陽極に直流電圧
を付加する電解水生成装置。
【請求項２】陰極を持つカソード室を電解液で満た
し、陽極を持つアノード室は浄水又はイオン交換水又は
蒸溜水又は純水で満たし、陽極は貫通穴を有するメッシ
ュ状に形成し隔壁の水素イオン伝導型膜に密着させてな
る電解槽を特徴とする請求項１記載の電解水生成装置。
【請求項３】カソード室及びアノード室を浄水又はイ
オン交換水又は蒸溜水又は純水で満たし、陰極と陽極は
貫通穴を有するメッシュ状に形成し隔壁の水素イオン伝
導型膜に密着させてなる電解槽を特徴とする請求項１記
載の電解水生成装置。
【請求項４】電解液で満たされ、陽極が浸漬してなる
アノード室と、貫通穴を有するメッシュ状に形成した陰
極との間に水素イオン伝導型膜を介在させ、前記陰極は
前記水素イオン伝導型膜に密着し、前記陰極表面委酸素
を含むガスを順次送り込む吸排気機構ととを設けた電解
槽で、前記陰極と陽極に直流電圧を付加する電解水生成
装置。
【請求項５】電解液を食塩、クエン酸、ほう酸、酢酸
等の導電性食品添加物の水溶液とした請求項１又は請求
項２又は請求項４記載の電解水生成装置。
【請求項６】浄水又はイオン交換水又は蒸溜水又は純
水で満たされたアノード室に浸漬する陽極と陰極との間
に水素イオン伝導型膜を介在させ、前記陽極と陰極は貫
通穴を有するメッシュ状に形成され、前記水素イオン伝
導型膜に密着してなり、前記陰極表面に酸素を含むガス
を順次送り込む吸排気機構とを設けた電解槽で、前記陰
極と陽極に直流電圧を付加する電解水生成装置。
【請求項７】電解槽のカソード室及び／又はアノード
室に、電解液又は浄水又はイオン交換水又は純水を順次
送り込む注入機構と、順次排出する排水機構とを設けた
請求項１から請求項６に記載の電解水生成装置。