DE19540469A1

DE19540469A1 - Vorrichtung zur Erzeugung von elektrolytisch ionisiertem Wasser

Info

Publication number: DE19540469A1
Application number: DE19540469A
Authority: DE
Inventors: Hidemitsu Aoki; Koji Yamanaka; Takashi Imaoka; Takashi Futatsuki; Yukinari Yamashita
Original assignee: Organo Corp; NEC Corp
Current assignee: NEC Electronics Corp; Organo Corp
Priority date: 1994-10-28
Filing date: 1995-10-30
Publication date: 1996-05-02
Anticipated expiration: 2015-10-31
Also published as: JPH08127887A; CN1053166C; DE19540469B4; TW386068B; CN1129746A; GB2294473B; GB2294473A; KR100223694B1; GB9522012D0; JP3181796B2; SG38884A1; US5616221A; KR960014414A

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeu gung von elektrolytisch ionisiertem Wasser (nachstehend als EIW bezeichnet), das verwendbar ist zum Sterilisieren, zur Durchführung einer Antioxidationsbehandlung von Metal loberflächen und zum Waschen und Entfernen verschiedener Verunreinigungen, die an Oberflächen von festen Substraten (Gegenständen) und dgl. haften.

Beschreibung des verwandten Standes der Technik

Unter dem hier verwendeten Ausdruck "Anode" ist eine Elek trode zu verstehen, an die in einem Elektrolysator, in dem eine Elektrolyse durchgeführt wird, durch Fließenlassen eines Gleichstroms in Wasser oder in eine wäßrige Lösung, eine positive Spannung angelegt wird.

Unter dem hier verwendeten Ausdruck "Kathode" ist eine Elektrode zu verstehen, an die eine negative Spannung an gelegt wird.

Während der Elektrolyse wird eine um die Anode herum vor handene wäßrige Lösung als "Anodenkammer-EIW" bezeichnet, während eine um die Kathode herum angeordnete wäßrige Lö sung als "Kathodenkammer-EIW" bezeichnet wird.

An die Anode werden positive Ladungen angelegt, während an die Kathode negative Ladungen angelegt werden. Die Anode funktioniert insbesondere in der Weise, daß Elektronen aus dem Anodenkammer-EIW abgezogen werden, während die Kathode in der Weise funktioniert, daß Elektronen dem Kathodenkam mer-EIW zugeführt werden.

Das Wasser oder die wäßrigen Lösungen, die bei der Elektrolyse erhalten werden, werden allgemein als "elektrolytisch ionisiertes Wasser (EIN)" bezeichnet. Au ßerdem ist unter dem Ausdruck "Elektrolyse" einfach das Anlegen einer Gleichspannung an Wasser oder eine wäßrige Lösung zu verstehen, sie ist jedoch nicht notwendigerweise beschränkt auf ein solches Verfahren, bei dem ein Gleich strom nach dem Anlegen der Gleichspannung fließt, um elek trolytische Reaktionen hervorzurufen, wodurch das Wasser oder die wäßrige Lösung zu Sauerstoff und Wasserstoff zer setzt wird. Wenn eine Anodenkammer und eine Kathodenkammer in einem Elektrolysator durch ein Diaphragma aus einem synthetischen Polymer (z. B. aus Polyethylen, Polypropylen, Polyester, Polystyrol, Fluorharz und dgl.) oder einer an organischen Substanz wie Keramiken voneinander getrennt sind, ist die Anode in der Anodenkammer untergebracht, während die Kathode in der Kathodenkammer untergebracht ist.

Allgemein ist das Anodenkammer-Wasser oxidierend und hat ein hohes Oxidations-Reduktions-Potential, während das Ka thodenkammer-Wasser reduzierend ist und ein niedriges Oxi dations-Reduktions-Potential aufweist. Zusätzlich zu den Oxidations- und Reduktions-Eigenschaften der Kammer-EIW hat dann, wenn ein Zulauf-Wasser zu einem Elektrolysator Elektrolyten enthält, das Anodenkammer-EIW einen sauren pH-Wert, während das Kathodenkammer-EIW einen alkalischen pH-Wert hat. Der Grund dafür, warum das Anodenkammer-EIW oxidierend ist, ist der, daß oxidierende Produkte an der Oberfläche der Anode vorhanden sind, die umfassen Sauer stoff und Ozon, die auf der Anodenoberfläche gebildet wor den sind, und andere oxidierende Substanzen, die durch Oxidation auf den Oberflächen der Anode gebildet worden sind. Andererseits ist der Grund dafür, warum das Katho denkammer-EIW reduzierend ist, der, daß reduzierende Pro dukte auf der Oberfläche der Kathode vorliegen, die umfas sen Wasserstoff, der auf den Kathodenoberflächen gebildet wird, und andere reduzierende Substanzen, die durch Re duktion auf den Oberflächen der Kathode gebildet worden sind.

Das durch die Elektrolyse gebildete Anodenkammer-EIW hat stark sterilisierende Eigenschaften wegen seiner oxidie renden Natur und es wird in großem Umfange als Sterilisie rungswasser in Hospitälern, Zahnkliniken, Restaurants, Le bensmittelverarbeitungsindustrien und dgl. verwendet. Es ist bekannt, daß das Kathodenkammer-EIW wirksam ist in be zug auf die Verhinderung der Oxidation von Metalloberflä chen durch den Sauerstoff in der Atmosphäre in der Metall teile-Herstellungsindustrie und dgl. Außerdem ist bekannt, daß das obengenannte Anoden- und Kathoden-EIW auf wirksame Weise verwendet werden können zum Abwaschen verschiedener Verunreinigungen, die an den Oberflächen von festen Sub straten (Gegenständen) haften.

Verschiedene Verunreinigungen wie Metalle, Teilchen, Öl und dgl. auf den festen Substraten (Gegenständen) können wirksam abgewaschen werden durch Verwendung von Reini gungslösungen, deren Oxidations-Reduktions-Potential und deren pH-Wert auf die Oberflächen-Bedingungen der zu rei nigenden Substrate (Gegenstände) eingestellt werden. So ist beispielsweise ein saures und oxidierendes Reinigungs mittel wirksam bei der Ionisierung, Auflösung und Entfer nung von metallischen Verunreinigungen von einem festen Substrat (Gegenstand). Außerdem können organische Verun reinigungen wie Öl wirksam oxidiert, zersetzt und entfernt werden durch Verwendung von oxidierenden Reinigungslösun gen.

Die meisten teilchenförmigen Substanzen sind in der Regel in einer Ladung entgegengesetzt zur Ladung der Oberfläche eines festen Substrats (Gegenstandes) aufgeladen und sie werden elektrostatisch davon angezogen. Eine alkalische und reduzierende Reinigungslösung kann häufig die elektro statische Anziehung der Teilchen an dem festen Substrat (Gegenstand) verringern, sie darin suspendieren und zum Aufschwimmen bringen und sie von der Oberfläche des festen Substrats (Gegenstandes) entfernen.

Die Fig. 2 und 3 der beiliegenden Zeichnungen zeigen Beispiele für EIW erzeugende Vorrichtungen des Standes der Technik. Insbesondere umfaßt die Vorrichtung gemäß Fig. 2 einen Elektrolysator 101 mit zwei Elektrolysekammern, wäh rend die Vorrichtung gemäß Fig. 3 einen Elektrolysator 201 mit drei Elektrolysekammern umfaßt.

In der Fig. 2 weist der Elektrolysator 101 eine Anodenkam mer 106 und eine Kathodenkammer 108 auf, die durch ein Diaphragma 102 voneinander getrennt sind. Die Anodenkammer 106 umgibt eine Anode 104, während die Kathodenkammer 108 eine Kathode 105 umgibt. In jede dieser Kammern 106 und 108 fließt durch eine Einlaßleitung 109 Zulauf-Wasser. Das Wasser, das in diesen Kammern 106 und 108 elektrolysiert worden ist, strömen jeweils über die Auslaßleitungen 114 und 116 daraus heraus. Über Energiezuführungsleitungen 118 und 119 wird eine Gleichspannung an die Anode 104 bzw. an die Kathode 105 angelegt.

Der Elektrolysator 201 in Fig. 3 weist eine Anodenkammer 206, eine Zwischenkammer 207 und eine Kathodenkammer 208 auf. Die Zwischenkammer 207 ist sandwichartig zwischen der Anodenkammer 206 und der Kathodenkammer 208 angeordnet und durch Diaphragmen 202 und 203 von diesen Kammern getrennt. Das Zulauf-Wasser, beispielsweise Leitungswasser, entio nisiertes Wasser oder dgl., wird über eine Einlaßleitung 209 diesen Kammern 206, 207 und 208 zugeführt. Aus diesen Kammern fließen drei Arten von EIW über die Auslaßleitun gen 214, 215 und 216 aus. Die Bezugsziffern 218 und 219 bezeichnen Energiezuführungsleitungen zum Anlegen einer Gleichspannung an die Anode 204 bzw. die Kathode 205.

Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten konventionellen Vorrichtungen haben die folgenden Nachteile, wenn sie zur Erzeugung von EIW verwendet werden, das zur Verhinderung einer Oxidation von Metalloberflächen, zur Reinigung von festen Substraten (Formkörpern), die verschiedene Verun reinigungen darauf tragen, und dgl. verwendet wird.

So sind beispielsweise in dem Elektrolysator gemäß Fig. 2 die Anodenkammer 106 und die Kathodenkammer 108 einfach durch ein Diaphragma 102 aus z. B. einer porösen Polymer membran voneinander getrennt. Auf diese Weise können ein Teil der oxidierenden Substanzen, die auf der Anode gebil det werden, und ein Teil der reduzierenden Substanzen, die auf der Kathode gebildet werden, durch das Diaphragma 102 hindurch unvermeidlich in die angrenzenden Kammern 108 und 106 wandern. Auf diese Weise kann ein Teil der wertvollen (nützlichen) oxidierenden Materialien oder reduzierenden Materialien verschwinden als Folge der Oxidations-Redukti ons-Reaktion der oxidierenden und reduzierenden Substan zen. Dies bedeutet einen verminderten Wirkungsgrad der Bildung des EIW. Außerdem ist es schwierig, die Eigen schaften des EIW, beispielsweise einen breiten Bereich der Oxidations-Reduktions-Potentiale, der pH-Werte und dgl., selektiv festzulegen.

Dagegen kann in einem Elektrolysator vom Drei-Kammer-Typ der obengenannte Nachteil überwinden werden, d. h. es kann verhindert werden, daß ein Teil der wertvollen (nützlichen) oxidierenden Substanzen oder ein Teil der re duzierenden Substanzen in die angrenzende Kammer wandert wegen der Anwesenheit der Zwischenkammer, welcher das Zu lauf-Wasser zugeführt wird. Aber auch mit dieser Vorrich tung ist es schwierig, die Eigenschaften des EIW, bei spielsweise einen breiten Bereich der Oxidations-Reduk tions-Potentiale, der pH-Werte und dgl., selektiv festzu legen. Wenn beispielsweise entionisiertes Wasser elektro lysiert wird, weisen das resultierende Anodenkammer-Wasser und Kathodenkammer-Wasser Oxidation-Reduktions-Potentiale und pH-Werte in sehr begrenzten Bereichen auf. Außerdem ist es dann, wenn entionisiertes Wasser verwendet wird, das mit einem Elektrolyten versetzt worden ist, sehr schwierig, die Oxidations-Reduktions-Potentiale und die pH-Werte des Anodenkammer-Wassers und des Kathodenkammer-Wassers in dem gewünschten Maße selektiv und beliebig festzulegen.

Dieses Problem ist schwerwiegend, wenn das EIW zu Reini gungszwecken verwendet wird. Um die Reinigungswirkungen in einem industriellen Maßstab zu verbessern, müssen die Ma terialien, die Oberflächenbehandlung der zu reinigenden Substrate(Gegenstände) und die Art und der Zustand der an den Substraten (Gegenständen) haftenden Verunreinigungen geprüft werden, und die Eigenschaften der Waschlösungen müssen so gewählt werden, daß das Oxidations-Reduktions-Potential, der pH-Wert und dgl. für die zu reinigenden Substrate (Gegenstände) am besten geeignet sind. Außerdem sind die Verunreinigungen von festen Substraten (Gegenständen) in der Regel ein Gemisch von Metallen, teilchenförmigen Substanzen, Öl und dgl. In einem solchen Fall müßte eine Vielzahl von Reinigungslösungen nacheinan der in Kombination verwendet werden, um die gewünschten Reinigungsergebnisse zu erzielen. Aus diesem Grunde ist es bevorzugt, daß die Eigenschaften, d. h. das Oxidations-Re duktions-Potential, der pH-Wert und dgl., des Anodenkammer-EIW und des Kathodenkammer-EIW unabhängig voneinander und selektiv auf die gewünschten Bereiche eingestellt werden können. Die obengenannte Elektrolysator-Vorrichtung vom Drei-Kammer-Typ kann diese Bedingung jedoch nicht erfül len, d. h. es ist nicht möglich, die Eigenschaften des aus jeder Kammer austretenden Wassers voneinander unabhängig festzulegen, wenn die Betriebsbedingungen, beispielsweise die Menge der zuzuführenden Elektrolyte, und die Konzen tration oder der pH-Wert des EIW nach der Einführung des zu elektrolysierten Zulauf-Wassers auf der Basis der ge wünschten Eigenschaften des Anodenkammer-EIW, das zum Rei nigen verwendet werden soll, festgelegt werden, hängen die Eigenschaften des Kathodenkammer-EIW, das gleichzeitig mit dem Anodenkammer-EIW entsteht, unvermeidlich von den Be triebsbedingungen zur Herstellung des gewünschten Anoden kammer-EIW ab. Es ist daher sehr schwierig, die Eigen schaften des zum Reinigen verwendbaren Kathodenkammer-EIW unabhängig und selektiv festzulegen. Das gleiche gilt für den Fall, daß die Eigenschaften des Kathodenkammer-Wassers als Kriterium verwendet werden. Es ist daher praktisch un möglich, das Anodenkammer-EIW und das Kathodenkammer-Was ser, das die gewünschten Eigenschaften hat, unter Verwen dung der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Vorrichtun gen auf wirksame Weise zu erzeugen. Dies ist deshalb so, weil die Betriebsbedingungen zur Erzeugung des gewünschten Anodenkammer-EIW verschieden sind von denjenigen zur Er zeugung des gewünschten Kathodenkammer-Wassers. Das oben genannte Problem ist ein Hindernis für die Anwendung einer Vorrichtung zur Erzeugung von elektrolysiertem Wasser in industriellem Maßstab.

Außerdem treten weitere Probleme in bezug auf die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Vorrichtungen zur Erzeugung von EIW auf. Ein Problem besteht insbesondere darin, daß die für die Reinigungslösung verwendeten Elektrolyten be seitigt(weggeworfen)werden müssen, und ein weiteres Pro blem besteht darin, daß Reinigungslösungen, die zur Ge währleistung hochreiner Substrate (Gegenstände) geeignet sind, schwierig herzustellen sind, wie nachstehend be schrieben.

Um gleichzeitig sowohl das saure und oxidierende Anoden kammer-EIW als auch das alkalische und reduzierende Katho denkammer-EIW in einer Vorrichtung zu erzeugen, müssen als Zulauf-Wasser wäßrige Salzlösungen verwendet werden, die aus anderen Kationen als Wasserstoffionen und anderen Anionen als Hydroxidionen bestehen, um das Anodenkammer-Wasser und das Kathodenkammer-EIW sauer bzw. alkalisch zu machen durch Wandern der Elektrolyt-Ionen in die Elektro lysekammern. Wenn jedoch ein solches Zulauf-Wasser verwen det wird, würde unvermeidlich eine verhältnismäßig große Menge von anderen Kationen als Wasserstoffionen, die in dem Zulauf-Wasser enthalten sind, in dem gebildeten An odenkammer-EIW verbleiben. In entsprechender Weise würde unvermeidlich eine verhältnismäßig große Menge von anderen Anionen als Hydroxidionen in dem Kathodenkammer-Wasser verbleiben. Um den pH-Wert des Anodenkammer-Wassers auf den angestrebten Wert einzustellen, sind andere Anionen als Hydroxidionen erforderlich, um die verbliebenen Katio nen zu neutralisieren und den gewünschten pH-Wert zu er zielen. In dem Kathodenkammer-Wasser sind andere Kationen als Wasserstoffionen erforderlich, um die verbliebenen Anionen zu neutralisieren und den gewünschten pH-Wert zu erzielen. Dies bedeutet, daß eine beträchtliche Menge an Chemikalien erforderlich ist, um die überzähligen Ionen zu neutralisieren. Diese Chemikalien sind nicht vorteilhaft für die ursprünglichen Funktionen der EIW erzeugenden Vor richtungen.

Im Falle von elektronischen Einrichtungen, die extrem sau ber sein sollten, werden durch die Anwesenheit von Verun reinigungen in den Reinigungslösungen die Eigenschaften und die Leistung (Ausbeute) der elektronischen Einrichtun gen stark beeinflußt. Die Reinigungslösungen sollten daher im wesentlichen frei von irgendwelchen Verunreinigungen sein. Wenn jedoch das Anodenkammer-EIW von Wasserstoffio nen verschiedene restliche Kationen, die aus dem Zulauf-Wasser stammen, enthält oder wenn das Kathodenkammer-EIW von Hydroxidionen verschiedene restliche Anionen, die auf das Zulauf-Wasser zurückzuführen sind, enthält, werden diese restlichen Ionen zu Verunreinigungen und haben die Neigung, sich auf den Oberflächen der elektronischen Vor richtung als feste Salze oder als Ionenkristalle abzuscheiden, wenn die elektronischen Einrichtungen ge trocknet werden. Durch die Abscheidung solcher fester Salze würden die Eigenschaften und die Leistung (Ausbeute) der elektronischen Einrichtungen in nachteiliger Weise beeinflußt werden.

Derzeit wird die Abscheidung der obengenannten Ionenkri stalle auf elektronischen Einrichtungen vermieden durch Verwendung von Reinigungslösungen, in denen Alkali wie Am moniak oder Säure wie Chlorwasserstoffsäure oder Schwefel säure und Wasserstoffperoxid in bestimmten Verhältnissen miteinander gemischt sind. In diesem Fall werden die Reinigungslösungen mit hochreinem Wasser verdünnt.

Wenn EIW (d. h. Anodenkammer-EIW und Kathodenkammer-EIW) die durch die Vorrichtung gemäß Fig. 2 oder Fig. 3 in die ein Elektrolyt-Einlaufwasser eingeführt wird, erzeugt wer den, zum Reinigen von elektronischen Einrichtungen an stelle der obengenannten Reinigungslösungen verwendet wer den, ist es dennoch unmöglich, das Problem zu lösen, wo nach die Abscheidung von ionischen Kristallen auf den ge trockneten elektronischen Einrichtungen die Eigenschaften und Leistung (Ausbeute) der elektronischen Einrichtungen in nachteiliger und schwerwiegender Weise beeinflußt.

Selbst wenn man annimmt, daß alle obengenannten Probleme gelöst wären, ist es sehr schwierig, in einem kommerziel len Maßstab elektrolysiertes Wasser ohne Verunreinigungen herzustellen so lange Elektrolyt-Zulaufwasser für die Vor richtung gemäß Fig. 2 oder 3 verwendet wird. Dies ist des halb so, weil Verunreinigungen die Neigung haben, während der Herstellung der elektrolytischen Lösung aus dem Zulauf zugemischt zu werden.

Wenn eine Elektrolyt-Wasser-Lösung als Zulauf-Wasser für die elektrolysiertes Wasser erzeugende Vorrichtung verwen det wird, muß der Zulauf im wesentlichen frei von Verunreinigungen sein. Zur Herstellung eines solchen Zu lauf-Wassers ist es zweckmäßig, hochreine Elektrolyten zu entionisiertem Wasser oder hochreinem Wasser zuzusetzen. Chemikalien (Elektrolyte), die für die Verwendung zur Rei nigung von elektronischen Einrichtungen rein genug sind und in industriellem Maßstab verfügbar sind, sind haupt sächlich wäßrige Lösungen von Säuren und Basen. Um jedoch unter Verwendung der Vorrichtung gemäß Fig. 2 oder Fig. 3 gleichzeitig saures und oxidierendes Anodenkammer-EIW und alkalisches reduzierendes Kathodenkammer-Wasser zu erzeu gen, sollten andere Kationen als Wasserstoffionen und an dere Anionen als Hydroxidionen gleichzeitig in dem Zulauf-Wasser vorhanden sein. Daher müssen eine wäßrige Säurelö sung und eine wäßrige Basenlösung in einem vorgegebenen Verhältnis miteinander gemischt werden. Dafür ist eine An lage zum Mischen solcher Lösungen erforderlich. Dadurch wird nicht nur das Verfahren zur Erzeugung von EIW kompli ziert, sondern es tritt auch das Problem auf, daß die Elektrolyt-Wasser-Lösung während des Mischverfahrens ver unreinigt werden kann.

Zusammenfassung der Erfindung

Mit der vorliegenden Erfindung sollen die obengenannten Probleme gelöst werden, die auftreten in einem Elektroly sator vom Zwei- oder Drei-Kammer-Typ gemäß Stand der Tech nik.

Ein erstes Ziel der Erfindung besteht darin, eine neue Vorrichtung zur Erzeugung von EIW bereitzustellen, mit der das Verschwinden von wertvollen (nützlichen) oxidierenden oder reduzierenden Substanzen, die bei der Elektrolyse als Folge der Oxidations- oder Reduktionsreaktionen in Elektro lysekammern erzeugt werden, verhindert werden kann und die so aufgebaut ist, daß das Oxidations-Reduktions-Potential, der pH-Wert und andere Eigenschaften mindestens des An odenkammer-EIW oder des Kathodenkammer-EIW unabhängig und selektiv kontrolliert (gesteuert) werden können.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Erzeugung von EIW bereitzu stellen, die einen sauren und oxidierenden Anodenkammer-EIW und/oder einen alkalischen und reduzierenden Kathoden kammer-EIW erzeugen kann, ohne daß Chemikalien vergeudet werden.

Ein drittes Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vor richtung zur Erzeugung von EIW für die Herstellung von Reinigungslösungen bereitzustellen, die auf Einrichtungen anwendbar sind, die sehr saubere Oberflächen erfordern, die frei von unnötigen Ionen sind und keine Kristalle ent stehen lassen, die auf der Oberfläche der gereinigten und getrockneten Einrichtungen zurückbleiben könnten.

Ein viertes Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vor richtung zur Erzeugung von elektrolysiertem Wasser zu schaffen, mit der die Probleme gelöst werden können, die auftreten, wenn eine wäßrige Lösung, die ein Gemisch aus hochreiner Säure und hochreiner Base enthält, als Zulauf-Wasser zugeführt wird, und die EIW erzeugen kann, ohne daß ein Verfahren zum Zumischen von hochreiner Säure und hoch reiner Base zur Herstellung einer wäßrigen Lösung erfor derlich ist zur Erzeugung von EIW, das in idealer Weise verwendet werden kann für die Durchführung einer Sterili sation und einer Antioxidationsbehandlung und zur Entfer nung von Verunreinigungen, die auf den Oberflächen von fe sten Substraten (Gegenständen) haften.

Gemäß einem Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen neuen Elektrolysator, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er umfaßt eine Anodenkammer, die eine Anode um gibt, eine Kathodenkammer, die eine Kathode umgibt, und eine Zwischenkammer, die sandwichartig zwischen der Anodenkammer und der Kathodenkammer, getrennt davon durch ein Paar von Diaphragmen, angeordnet ist, eine Vielzahl von Einlaßleitungen zur Einführung des Zulauf-Wassers in jede der obengenannten drei Kammern, Auslaßleitungen zum Austragen von drei Arten von Wasser, das in der Anodenkam mer, in der Zwischenkammer und in der Kathodenkammer be handelt wird, und Elektrolyt-Zugabe-Einheiten, die mit der (den) Auslaßleitung(en) aus der Anodenkammer und/oder der Kathodenkammer verbunden sind. Die Elektrolyt-Zugabe-Ein heit(en) können mindestens die Menge der zuzugebenden Elektrolyten und die Zusammensetzung, die Konzentration oder den pH-Wert des EIW nach der Zugabe der Elektrolyten steuern (kontrollieren).

Die EIW erzeugende Vorrichtung der Erfindung umfaßt insbe sondere eine Anode und eine Kathode; einen Elektrolysator mit einer Anodenkammer, welche die Anode umgibt, mit einer Kathodenkammer, welche die Kathode umgibt, und einer Zwi schenkammer, die zwischen der Anodenkammer und der Ka thodenkammer angeordnet ist, wobei die Zwischenkammer durch ein Paar von Diaphragmen von der Anodenkammer und der Kathodenkammer abgeteilt ist; eine Vielzahl von Ein laßleitungen zur Einführung jeweils eines Zulauf-Wassers in die Anodenkammer, in die Kathodenkammer und in die Zwi schenkammer in dem Elektrolysator; eine Vielzahl von Aus laßleitungen für den Austrag jeweils eines behandelten Wassers aus den jeweiligen Kammern in dem Elektrolysator; und eine Elektrolyt-Zugabe-Einheit(en), die in den mit der Anodenkammer und/oder der Kathodenkammer verbundenen Auslaßleitung(en) angeordnet ist (sind).

Die Elektrolyt-Zugabe-Einheit(en) steuern (kontrollieren) mindestens die Menge der zuzugebenden Elektrolyten und die Zusammensetzung, die Konzentration oder den pH-Wert des EIW nach der Zugabe der Elektrolyten. Die Elektrolyt-Zugabe-Einheit kann nicht nur die obengenannten Faktoren, sondern auch andere Faktoren unabhängig davon oder gemein sam damit steuern (kontrollieren).

Bei dem obengenannten Vorrichtungs-Aufbau können die Aus laßleitungen aus der Anodenkammer und/oder der Kathoden kammer in eine Vielzahl von Verzweigungen aufgeteilt wer den, die jeweils mit Elektrolyt-Zugabe-Einheiten teilweise oder vollständig verbunden werden können. Dies ermöglicht die Erzeugung von EIW mit unterschiedlichen Eigenschaften.

In der Vorrichtung zur Erzeugung von EIW können ein Teil der auf der Oberfläche der Anode oxidierten Substanzen und ein Teil der auf der Oberfläche der Kathode reduzierten Substanzen durch die Diaphragmen hindurch in die Zwischen kammer wandern, sie werden jedoch durch deren Auslaßlei tung zusammen mit dem Wasser, das über deren Einlaßleitung in die Zwischenkammer eingeführt worden ist, ausgetragen. Auf diese Weise kann verhindert werden, daß sowohl die oxidierten Substanzen als auch die reduzierten Substanzen in die entgegengesetzten Kammern wandern und durch die wechselseitige Oxidations-Reduktions-Reaktion neutrali siert werden.

Die Elektrolyt-Zugabe-Einheiten können unabhängig und se lektiv mindestens die Menge der zuzugebenden Elektrolyte und die Zusammensetzung, die Konzentration oder den pH-Wert des EIW nach der Zugabe der Elektrolyte steuern (kontrollieren). Auf diese Weise können Eigenschaften, z. B. die Oxidations-Reduktions-Potentiale und der pH-Wert des Anodenkammer-EIW und des Kathodenkammer-EIW unabhängig und selektiv leicht festgelegt werden.

Die Elektrolysekammern können aus beliebigen Materialien hergestellt sein, die gegenüber dem zuzuführenden Zulauf-Wasser und gegenüber dem EIW, das durch die Vorrichtung zur Erzeugung von EIW gebildet wird, beständig sind. Die Elektrolysekammern können beispielsweise hergestellt sein aus organischen Materialien, wie Polyvinylchlorid (PVC), Polypropylen (PP) und Acrylharz, aus anorganischen Mate rialien, wie Keramiken und Glas, oder Metallen, deren Oberfläche mit Kautschuk verkleidet oder mit einem Be schichtungsmaterial beschichtet ist.

Die Diaphragmen können hergestellt sein aus Polymeren, wie Cellulose, Polyethylen, Polypropylen, Polyester, Polysty rol und Fluorharz, Filtern oder porösen Filmen, bestehend aus anorganischen Materialien wie Keramiken oder Ionenaus tauschmembranen. Wenn zur Herstellung der Diaphramen Io nenaustauschmembranen verwendet werden, können sie wegen ihrer elektrischen Leitfähigkeit die elektrolytische Span nung verringern, wodurch der Energieverbrauch vermindert werden kann, wenn während der Elektrolyse ein konstanter elektrolytischer Strom aufrechterhalten wird. Ionenaus tauschmembranen sind deshalb besonders bevorzugt, wenn die Elektrolytkonzentration des Zulauf-Wassers niedrig ist. Wenn entweder die Anode oder die Kathode in engem Kontakt mit der Ionenaustauschmembran angeordnet ist, kann ferner die elektrolytische Spannung weiter herabgesetzt und der Energieverbrauch vermindert werden. Wenn eine Kationenaus tauschmembran als Diaphragma zwischen der Anodenkammer und der Zwischenkammer verwendet wird und wenn eine Anionen austauschmembran als Diaphragma zwischen der Kathodenkam mer und der Zwischenkammer verwendet wird, können diese Membranen aufgrund ihres Ionenausschlusses die Menge an oxidierten Substanzen und reduzierten Substanzen, die aus der Anodenkammer und der Kathodenkammer in die Zwischen kammer wandern, vermindern. Die Kationenaustauschmembran kann sein eine stark saure Kationenaustauschmembran, her gestellt aus Fluorharz, das mit funktionellen Gruppen, z. B. -SO₃⁻ modifiziert worden ist, eine stark saure Katio nenaustauschmembran aus NAFION 117 (Handelsname für ein Produkt der Firma Du Pont Co., Ltd.) und NAFION 350 oder Styrol/Divinylbenzol-Copolymeren, die funktionelle -SO₃⁻-Gruppen aufweisen, z. B. NEOSEPTA CMX (hergestellt von der Firma Tokuyama Soda, Co., Ltd.).

Die Anionenaustausch-Membranen können sein eine stark ba sische Anionenaustausch-Membran, hergestellt aus einem Fluorharz mit funktionellen Anionenaustausch-Gruppen, z. B. TOSFLEX IE-SA, TOSFLEX IE-DF, TOSFLEX IE-SF (hergestellt von der Firma Tasoh Corporation) oder Styrol-Divinylben zol-Copolymeren mit funktionellen Anionenaustausch-Grup pen, wie Neosepta AMH (hergestellt von der Firma Tokuyama Soda Co., Ltd.).

Die Diaphragmen können aus beliebigen Materialien herge stellt sein, so lange sie Ionen zwischen den Kammern auf ihren beiden Seiten übertragen (transportieren) können. Außerdem müssen die Diaphragmen selbst nicht immer die Form einer Membran haben, sondern können eine beliebige Form (Gestalt) haben, so lange sie eine direkte Vermi schung der Wasser in den Kathoden- und Anoden-Kammern ver hindern können.

Die Anode und die Kathode können aus einem Metall, einer Legierung, einem Metalloxid, Metallsubstraten, die mit Me tall, einer Legierung oder einem Metalloxid plattiert oder beschichtet sind, oder elektrisch leitenden Materialien, z. B. gesintertem Kohlenstoff, hergestellt sein. Diese Elektroden können in Form einer Platte, einer Lochplatte (perforierten Platte) eines Gitters und dgl. vorliegen. Insbesondere sollte die Anode vorzugsweise aus Materialien hergestellt sein, die gegenüber Säure beständig sind und nicht leicht oxidiert werden. Bevorzugt sind Pt, Pd, Ir, β-PbO₂ und NiFe₂O₄. Die Kathode sollte aus Materialien hergestellt sein, die gegenüber Alkali beständig sind. Bevorzugt sind Pt, Pd, Au, Stahl, -Kohlenstoff-Stahl, Ag, Cu, Graphit und glasartiger Kohlenstoff.

Als Elektrolyte, die der (den) mit der Anodenkammer und/oder der Kathodenkammer verbundenen Auslaßleitung(en) zugesetzt werden soll(en), können verschiedene Säuren, Ba sen, Salze oder Gemische dieser Materialien in einem ge eigneten Verhältnis ausgewählt werden. Im allgemeinen hat der Elektrolyt eine Konzentration von 0,001 mg bis 100 g pro 1, vorzugsweise von 0,01 mg bis 10 g pro Liter. Die Säuren können anorganische Säuren, wie Chlorwasserstoff säure, Schwefelsäure, Kohlensäure und Salpetersäure, oder organische Säuren, wie Essigsäure, Citronensäure und Oxal säure, sein. Die Basen können sein Ammoniak und Aminbasen. Außerdem kann ein Teil des Elektrolyten durch die Elektro lysereaktion in ein wertvolleres Material umgewandelt wer den. Wenn beispielsweise ein Elektrolyt ein Halogenid ent hält, wird er der Auslaßleitung aus der Anodenkammer zuge setzt und in der Anodenkammer wird eine Halogensäure ge bildet.

Außerdem kann der Elektrolyt bestehen aus Salzen, die eine pH-Pufferfunktion haben, wie Ammoniumsalz, Carbonat und Oxalat oder Gemische dieser Salze mit Säure oder Base. Dann beeinflussen die Elektrolysebedingungen, bei spielsweise der elektrolytische Strom, den pH-Wert der elektrolysierten Lösung nicht in nachteiliger Weise. Des halb können die Eigenschaften des Anodenkammer-EIW und des Kathodenkammer-EIW leicht unabhängig voneinander festge legt (bestimmt) werden.

Wie vorstehend beschrieben, werden die Elektrolyte einer oder beiden Auslaßleitungen aus der Anodenkammer und der Kathodenkammer zugesetzt. Wenn beispielsweise ein EIW zur Sterilisierung verwendet wird, ist im allgemeinen ein sau res und oxidierendes Anodenkammer-EIW erforderlich. Die Elektrolyt-Zugabeeinheit ist dann nur mit der Auslaßlei tung aus der Anodenkammer verbunden, während keine Elek trolyt-Zugabeeinheit mit der Auslaßleitung aus der Katho denkammer verbunden ist. Wenn andererseits das EIW zur Verhinderung der Oxidation von Metalloberflächen verwendet wird, ist die Elektrolyt-Zugabeeinheit nur mit der Aus laßleitung aus der Kathodenkammer verbunden, so daß ein alkalisches und reduzierendes Kathodenkammer-EIW erzeugt wird, und mit der Auslaßleitung der Anodenkammer ist keine derartige Einheit verbunden. In diesen Fällen ist es mög lich, die Anzahl der Elektrolyt-Zugabeeinheiten zu verrin gern, wodurch der Aufbau der EIW erzeugenden Vorrichtung vereinfacht wird.

Die Elektrolyt-Zugabeeinheiten können mit den Auslaßlei tungen der Anodenkammer und der Kathodenkammer verbunden sein oder eine Elektrolyt-Aufgabeeinheit kann mit der Aus laßleitung entweder der Anodenkammer oder der Kathodenkam mer, wie vorstehend beschrieben, verbunden sein. In jedem dieser Fälle können die Elektrolyt-Zugabeeinheiten auch mit den Einlaßleitungen sowohl der Anodenkammer als auch der Kathodenkammer verbunden sein, oder eine Elektrolyt-Zugabeeinheit kann mit der Einlaßleitung entweder der An odenkammer oder der Kathodenkammer verbunden sein.

Die vorliegende Erfindung ist auch dann wirksam, wenn die Elektrolyte den Auslaßleitungen der Anodenkammer und der Kathodenkammer und den Einlaßleitungen der Anodenkammer und der Kathodenkammer zugeführt werden.

Wenn ein Elektrolyt als eine wäßrige Elektrolyt-Lösung verwendet wird, umfaßt die Elektrolyt-Zugabeeinheit einen wäßrigen Elektrolyt-Lösungs-Vorratsbehälter und eine Pumpe zur Einführung dieser Lösung in die Auslaßleitung entweder der Anodenkammer oder der Kathodenkammer. Der wäßrige Elektrolyt-Lösungs-Vorratsbehälter kann aus irgendeinem beliebigen Material hergestellt sein, so lange er nicht abgebaut oder aufgelöst wird durch die darin zu lagernde Elektrolyt-Lösung. So ist beispielsweise ein Vorratsbehäl ter aus Polyethylen mit hoher Dichte bevorzugt. Die Pumpe zur Einführung der wäßrigen Elektrolytlösung kann eine solche eines beliebigen Typs sein und sie kann aus irgend einem beliebigen Material bestehen, so lange sie gegenüber der zu pumpenden Elektrolytlösung beständig ist und die erforderliche Menge Elektrolytlösung transportieren kann.

So ist beispielsweise eine Kolbenpumpe mit konstantem Vo lumen bevorzugt.

Wenn die Quelle für den Elektrolyten Ammoniakgas, Kohlen dioxid-Gas oder dgl. ist, umfaßt die Elektrolyt-Zugabeein heit einen Gaszylinder, eine Rohrleitung zum Verbinden des Zylinders mit der Auslaßleitung der Anoden- oder Kathoden kammer, in der ein Gasdruck-Regulator und eine Gasströ mungs-Kontrolleinrichtung in die Rohrleitung montiert sind, um den Druck und die Strömungsgeschwindigkeit des Gases, das in die Auslaßleitung eingeführt werden soll, zu steuern (kontrollieren).

Die Menge des zuzuführenden Elektrolyten, die Zusammenset zung, die Konzentration und der pH-Wert des EIW nach der Zugabe des Elektrolyten werden so gesteuert, daß die ge wünschten Eigenschaften, beispielsweise das Oxidations-Re duktions-Potential und der pH-Wert des EIW, die für einen speziellen Zweck erforderlich sind, eingestellt (festgelegt) werden. Wenn man beispielsweise annimmt, daß eine Vielzahl von Ionen dem Elektrolysator zugegeben wird, werden die Konzentrations- und Dosierungswerte jedes Elek trolyten so eingestellt, daß ein optimales Ionengleichge wicht erzielt wird, wodurch ein EIW erzeugt wird, das für einen speziellen Verwendungszweck am besten geeignet ist. Der pH-Wert des EIW wird so eingestellt (kontrolliert), daß die durch die Elektrolyse gebildeten oxidierenden und reduzierenden Substanzen in einem stabilen und wirksamen Zustand gehalten werden, bis das EIW verwendet wird. Es kann einer oder eine Vielzahl der obengenannten Faktoren für den gewünschten Verwendungszweck eingestellt werden.

Um die obengenannten Faktoren zu steuern (kontrollieren), kann eine vorgegebene Menge des Elektrolyten mit einer vorgegebenen Konzentration dem Zulauf-Wasser zugesetzt werden unter Verwendung der Pumpe mit konstantem Volumen. Wenn es bevorzugt ist, die vorher eingestellten Werte in dem gewünschten Maße zu variieren, können ein automati scher Densitometer, ein pH-Messer oder ein Oxidations-Re duktions-Potential-Messer und dgl. in der Elektrolyt-Zu führungsleitung stromabwärts von dem Elektrolyt Zugabe punkt angeordnet sein. Dann kann eine Vorrichtung-zum Va riieren der Menge des zugeführten Elektrolyten in der Elektrolyt-Zugabeeinheit vorgesehen sein, um dadurch die Dosierungsmenge des Elektrolyten entsprechend dem abgele senen Wert des Densitometers, des pH-Messers, des ORP-Mes sers und dgl. einzustellen. Da die Eigenschaften des EIW mit dem Elektrolysestrom variieren, können die obengenann ten Faktoren hergestellt (kontrolliert) werden durch Ver ändern des Elektrolysestroms zusätzlich zur Kontrolle der Dosismenge des Elektrolyten.

Das Zulauf-Wasser, wie Leitungswasser, Industriewasser, Grundwasser, entionisiertes Wasser oder hochreines Wasser, kann entsprechend dem speziellen Verwendungszweck des EIW der erzeugenden Vorrichtung zugeführt werden. Wenn beispielsweise das EIW zum Sterilisieren in Krankenhäu sern, Zahnkliniken, Restaurants und in der Lebensmittel verarbeitungsindustrie oder zur Durchführung einer Antio xidationsbehandlung von Metalloberflächen, die in Stufen zur Herstellung von Metallteilen angewendet wird, verwen det wird, können Leitungswasser, Industriewasser und Grundwasser zuverlässig als Zulauf-Wasser verwendet wer den. Ein solcher Zulauf kann den Anforderungen in bezug auf Konzentration der Verunreinigungen des EIW der für die obengenannten Zwecke verwendet wird, genügen. Außerdem wird eine Vielzahl von Ionen, die in dem Zulauf-Wasser enthalten sind, für die pH-Einstellung verwendet oder sie können als Ausgangsmaterial für oxidierende oder reduzie rende Substanzen, die durch die Elektrolyse gebildet wer den, verwendet werden.

Wenn sie zum Reinigen von elektronischen Einrichtungen verwendet wird, die sehr saubere Oberflächen aufweisen sollten, sollte eine Reinigungslösung eine niedrige Kon zentration an Verunreinigungen aufweisen. In einem solchen Fall ist die Verwendung von entionisiertem Wasser oder von hochreinem Wasser als Zulauf-Wasser für die EIW erzeugende Vorrichtung bevorzugt.

Das entionisierte Wasser wird erhalten durch Behandeln von Leitungswasser, Industriewasser, Grundwasser und dgl. mit Ionenaustauscherharzen oder durch Umkehrosmose. Ein sol ches entionisiertes Wasser sollte vorzugsweise eine elek trische Leitfähigkeit von 10 µS/cm oder weniger aufweisen. Wenn das EIW eine sehr niedrige Konzentration an Verunrei nigungen aufweisen sollte, können ferner ein hochreines Wasser erzeugendes System, das umfaßt einen Ionenaustau scher, einen Membranseparator, eine Ultraviolett-Bestrah lungseinrichtung, eine Entgasungseinrichtung und dgl., zum weiteren Reinigen des obengenannten entionisierten Wassers verwendet werden, um dadurch hochreines Wasser zu erzeu gen, das frei von Spuren Ionen, Bakterien, organischem Ma terial, Feinteilen und gelösten Gasen ist. In diesem Fall ist es möglich, die Eigenschaften des EIW genau zu charak terisieren, da nur die durch die Elektrolyt-Zugabeein heit(en) zugegebenen Elektrolyte in dem Wasser in den Aus laßleitungen stromabwärts von den Elektrolyt-Zugabeein heit(en) enthalten ist. Außerdem kann dann, wenn das so erhaltene EIW durch eine Mikrofiltrationsmembran, durch eine Ultrafiltrationsmembran oder dgl. filtriert wird, es im wesentlichen frei von Verunreinigungen wie Teilchen sein und eine hohe Reinheit aufweisen. Hochreines Wasser als Zulauf-Wasser erfordert eine entsprechend höhere elektrolytische Spannung. In einem solchen Fall ist es bevorzugt, daß ein fester Elektrolyt die Mittelkammer füllt, um so die elektrolytische Spannung aufgrund der höheren elektrischen Leitfähigkeit des festen Elektrolyten herabzusetzen. Die Verwendung eines festen Elektrolyten ist nicht auf den vorgenannten Fall beschränkt.

Der feste Elektrolyt kann ein Ionenaustauscherharz, eine Ionenaustauscherfaser oder dgl. sein. Das Ionenaustau scherharz besteht vorzugsweise aus einem Fluorharz, insbe sondere aus einem stark sauren Kationenaustauscherharz, das funktionelle -SO₃⁻-Gruppen aufweist, wie NAFION NR50, hergestellt von der Firma Du Pont Co., Ltd. Das Ionenaustauscherharz kann aber auch aus einem anderen Ma terial als NAFION NR50 bestehen. Außerdem kann das Ionenaustauscherharz aus einem stark sauren Kationenaus tauscherharz aus einem Styrol/Divinylbenzol-Polymer, das funktionelle -SO₃⁻-Gruppen aufweist wie AMBERLITE (Handelsname) IR-120B, IR-124, 200, aus einem stark basi schen Anionenaustauscherharz aus einem Styrol-Divinylben zol-Polymer, das funktionelle quaternäre Ammoniumgruppen aufweist, wie AMBERLITE IRA-400, IRA-402BL, IRA-900 und dgl., bestehen.

Die erfindungsgemäße, EIW erzeugende Vorrichtung ist sehr geeignet für die Herstellung von Wasser, das zum Reinigen von elektronischen Einrichtungen verwendet wird, die ex trem saubere Oberflächen aufweisen müssen. Bei einer sol chen Anwendung müssen sowohl ein saures oxidierendes An odenkammer-EIN als auch ein alkalisches reduzierendes Kathodenkammer-EIW gleichzeitig gebildet werden. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Bedingung genügt werden durch Zugabe von wäßrigen Lösungen einer hochreinen Säure oder Base zu dem elektrolysierten Anodenkammer- und Kathodenkammer-EIW mit Verdünnen bis auf eine gegebene Konzentration oder ohne jede Verdünnung. Um zu verhindern, daß sich Kristalle auf den getrockneten Oberflächen von elektronischen Einrichtungen abscheiden, werden Basen wie Ammoniak, Amine oder dgl. dem Kathodenkammer-EIW zugesetzt und Säuren, wie Chlorwasserstoffsäure, Schwefelsäure, Sal petersäure, Kohlensäure oder dgl., werden dem Anodenkam mer-EIW zugesetzt.

Erfindungsgemäß können die Eigenschaften des Anoden- und Kathodenkammer-EIW, beispielsweise das Oxidations-Redukti ons-Potential und der pH-Wert, unabhängig voneinander ge steuert (kontrolliert) werden durch die Elektrolyt-Zugabe einheiten, die stromabwärts von dem Elektrolysator ange ordnet sind. Daher können die Eigenschaften des Anoden- und Kathodenkammer-EIW unabhängig voneinander eingestellt (kontrolliert) werden, so daß sie für die vorgesehenen Verwendungszwecke geeignet sind. Außerdem können die EIW in einem Großindustrie-Maßstab hergestellt werden.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von EIW wird das Problem gelöst, daß die oxidierenden Produkte und reduzierenden Produkte nicht mehr verschwinden als Folge der wechselseitigen Oxidations-Reduktions-Reaktionen in den Kammern des Elektrolysators. Außerdem sind das An odenkammer-EIW und das Kathodenkammer-EIW frei von unnöti gen restlichen Ionen, so daß das EIW wunschgemäß erzeugt werden kann, ohne daß überflüssige Elektrolyte zugegeben werden müssen.

Erfindungsgemäß ist die EIW erzeugende Vorrichtung in fol gender Hinsicht vorteilhaft.

Die Vorrichtung kann leicht elektrolysierte EIW erzeugen, die geeignet sind zum Reinigen von Gegenständen, deren Oberflächen sehr sauber gehalten werden sollten, und sie führt nicht zur Bildung von Kristallen auf gereinigten Ge genständen, weil überflüssige Ionen fehlen.

Die Elektrolyt-Aufgabeeinheit(en) kann (können) mit der Auslaßleitung entweder der Anodenkammer oder der Kathoden kammer verbunden werden, je nach dem vorgesehenen Verwen dungszweck des EIW. Dadurch wird die Vorrichtung zur Er zeugung des EIW vereinfacht.

Wenn entionisiertes Wasser oder hochreines Wasser als Zu lauf der Anodenkammer, der Zwischenkammer und der Katho denkammer zugeführt wird, kann die Vorrichtung ein EIW er zeugen, das im wesentlichen frei von irgendwelchen Verun reinigungen ist und sie kann die Eigenschaften des EIW ge nauer steuern (kontrollieren).

Wenn die Diaphragmen zwischen den drei Kammern Ionenaus tauschmembranen sind, ist es möglich, die elektrolytische Spannung und den Energieverbrauch herabzusetzen wegen der elektrischen Leitfähigkeit der Ionenaustauschmembranen.

Die Elektrolyse kann durchgeführt werden ohne Anwendung einer hohen Spannung, wenn die Zwischenkammer mit einem festen Elektrolyten gefüllt ist und entionisiertes Wasser oder hochreines Wasser als Zulauf-Wasser verwendet wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm, das den Aufbau ei ner Vorrichtung zur Erzeugung von EIW gemäß einer Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm, das den Aufbau ei nes Beispiels für eine Vorrichtung zur Erzeugung von EIW vom Zwei-Kammer-Typ gemäß Stand der Technik zeigt; und

Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm, das den Aufbau ei nes Beispiels für eine Vorrichtung zur Erzeugung von EIW vom Drei-Kammer-Typ gemäß Stand der Technik zeigt.

Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungs form

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezug nahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben, bei der Elektrolyte dem Anodenkammer-EIW und dem Kathoden kammer-EIW zugesetzt werden.

In der Fig. 1 umfaßt die Vorrichtung zur Erzeugung von EIW einen Drei-Kammer-Elektrolysator 1, der eine Anodenkammer 6, die eine Anode 4 umgibt, eine Zwischenkammer 7, eine Kathodenkammer 8, die eine Kathode 5 umgibt, und Diaphrag men 2 und 3, welche die obengenannten drei Kammern vonein ander trennen, umfaßt. An die Anode 4 und die Kathode 5 wird mittels Energiezuführungsleitungen 18 und 19 eine Gleichspannung angelegt.

Durch Einlaßleitungen 9, 10 und 11, die von einem gemein samen Beschickungsrohr abzweigen, wird ein Zulauf-Wasser den drei Kammern zugeführt.

Das EIW aus der Anodenkammer 6 fließt durch eine Aus laßleitung 4 aus, ein Ablauf aus der Zwischenkammer 7 wird durch eine Auslaßleitung 15 ausgetragen und der EIW aus der Kathodenkammer 8 fließt ab durch eine Auslaßleitung 16.

In den Auslaßleitungen 14 und 16 sind jeweils Filter 20 und 21 angeordnet, bei denen es sich um Mikrofiltrations membranen handelt, um Feinteile und dgl., die in dem EIW aus den Anoden- und Kathodenkammern 6 und 8 enthalten sind, zu entfernen. Die Verwendung dieser Membranen ist bevorzugt wenn Reinigungslösungen für elektronische Einrichtungen, die sehr saubere Oberflächen aufweisen sollten, hergestellt werden.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Elek trolyt-Zugabeeinheit 12 stromaufwärts von dem Filter 20, d. h. zwischen der Anodenkammer 6 und dem Filter 20, mit der Auslaßleitung 14 verbunden ist, um dadurch Elek trolyt(en) dem EIW aus der Anodenkammer 6 zuzuführen. In entsprechender Weise ist eine Elektrolyt-Zugabeeinheit 13 stromaufwärts von dem Filter 21 mit der Auslaßleitung 16 verbunden, um Elektrolyt(en) dem EIW aus der Katho denkammer 8 zuzusetzen.

Erfindungsgemäß können ein Teil der oxidierenden Substan zen, die auf der Oberfläche der Anode 4 gebildet werden, und ein Teil der reduzierenden Materialien, die auf der Oberfläche der Kathode 5 gebildet werden, durch die Dia phragmen 2 und 3 hindurch in die Zwischenkammer 7 wandern. Die wandernden oxidierenden oder reduzierenden Substanzen werden jedoch aus dem Elektrolysator 1 durch das Zulauf-Wasser, welches der Zwischenkammer 7 durch die Einlaßlei tung 10 zugeführt wird, mitgerissen und durch die Einlaß leitung 15 ausgetragen. Auf diese Weise ist es möglich, das Problem zu verhindern, wonach die oxidierenden Sub stanzen und die reduzierenden Substanzen in die Kammern mit zueinander entgegengesetzten Polaritäten wandern kön nen und durch die wechselseitigen Oxidations- und Redukti ons-Reaktionen zum Verschwinden gebracht werden.

Die Elektrolyt-Zugabeeinheiten 12 und 13, die mit den Aus laßleitungen 14, 16 der Anoden- und Kathodenkammern 6, 8 verbunden sind, können unabhängig voneinander und selektiv mindestens einen der Parameter Menge der zuzuführenden Elektrolyte und Zusammensetzung, Konzentration und pH-Wert des EIW nach der Zugabe der Elektrolyten zu den Anoden- und Kathodenkammern 6, 8, steuern (kontrollieren). Auf diese Weise können die Elektrolyte in den Anoden- und Ka thodenkammer-EIW unabhängig voneinander in bezug auf ihre Zusammensetzungen, Konzentrationen, pH-Werte und dgl. ge steuert (kontrolliert) werden. Deshalb können die Eigen schaften des Anodenkammer-EIW und des Kathodenkammer-EIW, beispielsweise das Oxidations-Reduktions-Potential und der pH-Wert, gewünschtenfalls leicht, voneinander unabhängig, gleichzeitig und selektiv gesteuert (kontrolliert) werden.

Beispiel 1

Ein EIW wurde unter den nachstehend angegebenen Bedingun gen unter Verwendung der Vorrichtung gemäß Fig. 1 erzeugt. Der Elektrolysator 1 war aus einem Polypropylenmaterial hergestellt und die Diaphragmen 2 und 3 waren Kationenaus tauschmembranen (NAFION 350, hergestellt von der Firma Du Pont Co., Ltd.). Die Anode 4 und die Kathode 5 waren Pla tin-Gitter-Elektroden einer Größe von 180 mm × 240 mm. In die Zwischenkammer 7 wurde ein Kationenaustauscherharz (NAFION NR 50) eingefüllt.

Mit der Elektrolyt-Zugabeeinheit 12 wurde Chlorwasser stoffsäure der Auslaßleitung 14 aus der Anodenkammer 6 zu geführt. In entsprechender Weise wurden mit der Elektro lyt-Zugabeeinheit 13 Ammoniak-Wasser in die Auslaßleitung 16 aus der Kathodenkammer 8 eingeführt. Die Chlorwas serstoffsäure und das Ammoniak-Wasser wurden auf die ge wünschten Konzentrationen verdünnt und in Polyethylen-Vor ratsbehältern aufbewahrt. Mit den Elektrolyt-Zugabeein heiten 12 und 13 wurden diese Elektrolyte unter Verwendung von Kolbenpumpen mit einem konstanten Volumen (nicht dar gestellt) den Auslaßleitungen 14 und 16 zugeführt. Als Zu lauf-Wasser wurde hochreines Wasser verwendet (spezifischer Widerstand 18 MΩ·cm).

Elektrolyse-Bedingungen

Elektrolytischer Strom: 10 A (Stromdichte 2,3 A/dm²) Strömungsgeschwindigkeit: 50 l/h in jeder Kammer Betriebstemperatur: Raumtemperatur
Die Konzentrationen der Elektrolyte (Chlorwasserstoffsäure und Ammoniak) in dem EIW wurden geändert durch Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit der Pumpen der Elektrolyt-Zugabeeinheiten 12 und 13, wie in der Tabelle I angegeben, in der die Eigenschaften des erzeugten Anodenkammer-EIW und des erzeugten Kathodenkammer-EIW angegeben sind.

Tabelle I

In der Tabelle I sind die Oxidations-Reduktions-Potentiale angegeben als Potentiale, die auf eine Normal-Wasserstoff-Elektrode (NHE) bezogen sind. Wenn die Elektrolyt-Konzen tration 0 mg/l beträgt (ohne jede Elektrolyten), kann der pH-Wert des hochreinen Wassers mit 18 MΩ·cm nicht gemessen werden. Deshalb ist (pH 7) nur als Bezugs-Wert angegeben.

Wie aus der Tabelle I ersichtlich, variiert der pH-Wert des Anodenkammer-EIW zwischen 1,4 und 7, wenn der Dosie rungswert der Chlorwasserstoffsäure, die der Auslaßleitung 14 aus der Anodenkammer 6 zugeführt wird, geändert wird von 0 bis 1460 mg HCl/l. Das heißt mit anderen Worten, der pH-Wert des Anodenkammer-EIW kann eingestellt werden durch Einstellung der Dosismenge der zuzugebenden Chlorwasser stoffsäure. Das Oxidations-Reduktions-Potential ist ein stellbar zwischen 1050 und 1330 mV (gegen NHE). Die Eigen schaften des Kathodenkammer-EIW sind wie folgt einstell bar: der pH-Wert ist einstellbar zwischen 7 und 10,7 und das Oxidation-Reduktions-Potential ist einstellbar zwi schen -630 und -500 mV (vs. NHE) durch Steuerung (Kontrolle) der Dosismenge des Ammoniaks,das in die Aus laßleitung 16 der Kathodenkammer 8 eingeführt wird (d. h. durch Änderung, der Ammoniak-Konzentration von 0 bis 680 mg NH₃/l in dem Kathodenkammer-EIW).

In diesem Beispiel I wird Chlorwasserstoffsäure der Auslaßleitung 14 zugeführt, während Ammoniak der Auslaß leitung 16 zugeführt wird. Deshalb können die Eigenschaf ten des Anodenkammer-EIW und des Kathodenkammer-EIW unabhängig voneinander eingestellt (kontrolliert) werden, so daß keine Ammoniumionen dem Anodenkammer-EIW zugemischt werden und keine Chloridionen dem Kathodenkammer-EIW zuge mischt werden.

Vergleichsbeispiel 1

Als Vergleichsbeispiel wurde ein EIW nach einem anderen, konventionellen Verfahren erzeugt. In diesem Beispiel wur den die in Beispiel 1 verwendete Elektrolyt(e) nicht zuge geben. Es wurde eine wäßrige Ammoniumchloridlösung zu dem hochreinen Wasser des Beispiels 1 zugegeben zur Herstel lung eines Zulauf-Wassers, das in die drei Kammern des Elektrolysators 1 mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 100 l/h eingeführt wurde. Die Konzentrationen der wäßrigen Ammoniumchloridlösung (Zulauf-Wasser) wurden wie in der Tabelle II angegeben geändert. Die übrigen Bedingungen wa ren die gleichen wie diejenigen in Beispiel 1.

Tabelle II

Wie in der Tabelle II angegeben, war es möglich, den pH-Wert und das Oxidations-Reduktions-Potential des EIW zu ändern durch Ändern der Konzentration an Ammoniumchlorid in dem Zulauf-Wasser. Es war jedoch unmöglich, die Eigen schaften des Anodenkammer-EIW und des Kathodenkammer-EIW unabhängig voneinander zu steuern (zu kontrollieren).

In dem Anodenkammer-EIW war eine beträchtliche Menge Ammo nium vorhanden und in entsprechender Weise war in dem An odenkammer-EIW eine beträchtliche Menge an Chloridionen vorhanden.

Claims

1. Elektrolytisch ionisiertes Wasser (EIW) erzeugende Vorrichtung, gekennzeichnet durch
mindestens eine Anode (4) und mindestens eine Kathode (5);
einen Elektrolysator (1), der eine Anodenkammer (6), wel che die Anode (4) umgibt, eine Kathodenkammer (8), welche die Kathode (5) umgibt, und eine Zwischenkammer (7), die zwischen der Anodenkammer (6) und der Kathodenkammer (8) angeordnet ist, aufweist, wobei die Zwischenkammer (7) durch Diaphragmen (2, 3) von der Anodenkammer (6) und der Kathodenkammer (8) getrennt ist;
eine Vielzahl von Einlaßleitungen (9, 10, 11) zur Einfüh rung von Zulauf-Wasser in die Anodenkammer (4), in die Kathodenkammer (5) und in die Zwischenkammer (7) in dem Elektrolysator (1);
eine Vielzahl von Auslaßleitungen (14, 15, 16) zum Austra gen von Ablauf-Wasser aus den jeweiligen Kammern in dem Elektrolysator (1); und
eine oder mehrere Elektrolyt-Zugabeeinheit(en) (12, 13), die in der (den) Auslaßleitung(en) angeordnet ist (sind), die mit der Anodenkammer und/oder der Kathodenkammer ver bunden ist (sind), wobei die Elektrolyt-Zugabeeinheit(en) (12, 13) mindestens die Dosierungsmenge der zuzuführenden Elektrolyt(e), die Zusammensetzung, die Konzentration des (der) Elektrolyten oder den pH-Wert des EIW nach der Zugabe des (der) Elektrolyt(en) steuert (kontrolliert).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolyt-Zugabeeinheit(en) (12, 13) die Dosierungsmenge der zuzugebenden Elektrolyten, die Zusammensetzung und die Konzentration des (der) Elektroly ten oder den pH-Wert des EIW nach der Zugabe des (der) Elektrolyten steuert (kontrolliert).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolyt-Zugabeeinheit(en) (12, 13) den pH-Wert des EIW nach Zugabe des (der) Elektrolyten zu dem EIW kontrollieren (steuern) kann.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß den Auslaßleitungen ein oder mehrere saure Elektrolyte zugeführt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß den Auslaßleitungen ein oder mehrere alkalische Elek trolyte zugeführt wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Leitungswasser, entionisiertes Wasser oder ultrareines Wasser als Zulauf-Wasser der Anodenkam mer, der Kathodenkammer und der Zwischenkammer zugeführt wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Diaphragmen Ionenaustauschmembra nen sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenkammer mit einem oder meh reren festen Elektrolyten gefüllt ist.