JP2001286868A

JP2001286868A - 電解水製造方法および電解水

Info

Publication number: JP2001286868A
Application number: JP2000108971A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Sano; 洋一佐野
Original assignee: FIRST OCEAN KK
Current assignee: FIRST OCEAN KK
Priority date: 2000-04-11
Filing date: 2000-04-11
Publication date: 2001-10-16
Anticipated expiration: 2020-04-11
Also published as: JP4090665B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】殺菌力保持期間が長く、金属腐食を起しにくい
酸性電解水をスケール防止して製造する方法、及び新規
な酸性電解水を提供する。【解決手段】陽極室Ｄと中間室Ｆと陰極室Ｅの三室から
なり、ＤとＦを隔離する隔膜１が陰イオン交換膜であ
り、Ｄ及びＥに多数の孔がある電極板がそれぞれ設置さ
れ、陽極板３は２枚以上の電極板同士が電気的に導通し
た状態で配置され、且つＦに電解質を収納した電解槽を
用いて電解水を製造する。その際、陽極側に供給する原
水５を電解処理用水６と非電解処理水７（原水の１／４
以下）とに分流し、陽極に６の１リットル当たり１５０
０クーロン以上の直流電流を負荷させ、またＥに供給す
る電解処理の水１０の量（Ｌ／分）を、負荷する直流電
流（アンペア秒）を１５００クーロンで除した数値以下
にする。また、ｐＨが３〜５、遊離塩素濃度が１５ｐｐ
ｍ以上、塩素イオン濃度が１００ｐｐｍ以下である酸性
電解水。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、水を電気分解して
電解水を製造する方法に関する。また殺菌力の保持時間
が長く、金属腐食を起こしにくい酸性電解水に関する。

【０００２】

【従来技術】少量の塩素系電解質、例えば食塩を添加し
た水を電気分解して得られる電解水は、遊離塩素を含有
し、強い酸性で高い酸化還元電位（ＯＲＰ）を呈し、大
腸菌など各種の細菌やバクテリアに対して強力な殺菌効
果を有する。そのため、医療分野、農業分野、酪農分野
等で広く滅菌に使用され始めている。一般的な酸性電解
水の物性は、ｐＨ値が２．７以下であり、酸化還元電位
が１１００ｍＶ以上であって、含有する遊離塩素濃度は
１０〜６０ｐｐｍで、塩素イオン濃度は３５５ｐｐｍ
（０．０１モル）以上である。しかし、最近の学会等で
の発表によれば、酸性電解水が強い殺菌力を示す主たる
原因は、含有している遊離塩素（Ｃｌ₂、ＨＣｌＯ）に
よるものと言われている。一方、高い酸化還元電位（Ｏ
ＲＰ）が殺菌力に寄与しているとの発表もある。したが
って、殺菌力の強い酸性電解水の必要条件は、遊離塩素
濃度と酸化還元電位を一定以上に高く保つことである。

【０００３】酸性電解水を製造する方法には、次の如き
方法が知られている。すなわち、中間に配置した隔膜で
陽極室と陰極室に仕切った二室構造の水電気分解装置
に、あらかじめ電解質を添加した水を通水して電気分解
する方法。また、２枚の隔膜で仕切って陽極室と中間室
と陰極室とを設けた三室構造の水電気分解装置を用い、
中間室に電解質を収納し、陽極室には陽極を、陰極室に
は陰極を設け、陽極室及び陰極室に電解質を添加しない
原水を通水しながら、同時に両極に直流電流を負荷し
て、中間室に収納した電解質を電気泳動により電解処理
用水に供給しながら電気分解する方法などである。

【０００４】本発明者は、三室構造の水電気分解装置を
用い、原水の通水方法として、陽極側及び陰極側にそれ
ぞれ供給した原水を、電解処理する水（以下、電解処理
用水ということがある。）と電解処理しない水（以下、
非電解処理水ということがある）とに分流させ、電解処
理用水だけを陽極室及び陰極室に通水させ、該電解処理
用水に対して１リットル当たり１５００クーロン以上の
直流電流を負荷させる電気分解方法を提案した（特願平
１１−５２５５０号）。この方法により、従来より酸性
電解水中の遊離塩素濃度を高めたり、電気分解効率を高
め消費電力を減らしたり、スケールが陰極板に付着する
トラブルを防止することができる。また、電気分解効率
は従来に比べて大幅に向上し、例えば消費電力で比較す
ると二室構造の電解方式の場合の１リットル当たりの消
費電力が５００〜１０００Ｗであるのに対して１０分の
１の５０〜１００Ｗにでききる。また、生産量は７．５
アンペアの電流負荷量で約１リットル／分の能力がえら
れている。しかし、更なる消費電力の節約と生産能力の
向上が望まれている。

【０００５】一方、上記の方法で製造された酸性電解水
は、その優れた殺菌力を活用すべく各分野での需要が高
まってきているが、この水の最大の欠点は殺菌力の保持
時間が短いこと、医療器具などの金属に対する腐食性が
高いことである。この従来の酸性電解水の殺菌力の保持
時間が短い原因は遊離塩素のうちの塩素ガス（Ｃｌ₂）
の形態になったものが容易に蒸発してしまうためであ
り、また金属腐食を起こす原因の一つは酸性電解水に含
有されている電解質濃度（塩分や塩素イオン等の陰イオ
ン）が高いことが挙げられる。通常、上記の二室構造の
水電気分解装置に、原水にあらかじめ電解質を添加し通
水して電気分解する方法で製造された酸性電解水には、
５００ｐｐｍから１０００ｐｐｍの塩分が含有されてい
る。このため、殺菌力の保持時間が極端に短く、金属腐
食が発生しやすい欠点がある。また、上記の三室構造の
水電気分解装置を用い、陽極室及び陰極室に電解質を添
加しない原水を通水し、両極に直流電流を負荷すること
により、中間室に収納した電解質を電気泳動により電解
処理用水に供給しながら電気分解する方法で製造される
酸性電解水の場合であっても、１００ｐｐｍを越える電
解質（塩素イオン等の陰イオン）が含有されているのが
普通である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の事情
に鑑みなされたもので、上記の三室構造の水電気分解装
置を用いて、電解効率の大幅な改善と生産性の向上を達
成でき、且つ殺菌力を確保する上で最も重要な遊離塩素
濃度を十分に高く（１５ｐｐｍ以上）保ち、しかも含有
する電解質、特に塩素イオン量を極力少なく（１００ｐ
ｐｍ以下）した、殺菌力の保持時間が長く、金属腐食を
起こしにくい酸性電解水を、スケール発生のトラブルを
起すことなく製造する方法、及び新規な酸性電解水を提
供することを目的とする。

【０００７】

【発明が解決するための手段】本発明者は、上記の目的
を達成させるべく研究を進めた結果、三室構造の水電気
分解装置を用い、使用する隔膜の種類、電極の設置方
法、原水の通水方法及び電気分解条件を工夫して本発明
を完成させた。また、従来は、酸性電解水が示す強い殺
菌力の原因は、低いｐＨ値と高い酸化還元電位値である
と考えられ、ｐＨ値を２．７以下に保つことが必要であ
る考えられていたが、酸性電解水が持つ強力な殺菌力を
示す最大の要因はｐＨ値や酸化還元電位値よりもむし
ろ、次亜塩素酸の形態で含有されている遊離塩素で、遊
離塩素濃度を一定値以上に高めればｐＨ値は多少高くて
も十分に殺菌力を保てることを知り、本発明を完成し
た。

【０００８】すなわち本発明は、２枚の隔膜で仕切られ
た陽極室と中間室と陰極室との三室からなり、（１）陽
極室と中間室を隔離する隔膜が陰イオン交換膜であり、
（２）中間室と陰極室を隔離する隔膜が陽イオン交換膜
又は不織布や織布であり、（３）陽極室には多数の孔が
ある陽極板が、また陰極室には多数の孔がある陰極板が
それぞれ設置され、該陽極室の陽極板は少なくとも２枚
の電極板同士が電気的に導通した状態で配置されたもの
であり、且つ（４）中間室には塩素イオンを含む電解質
を収納した電解槽を用いて電解水を製造する方法であっ
て、陽極側に供給する原水を電解処理用水と非電解処理
水とに分流させ、該電解処理用水を原水の１／４以下の
割合で陽極室に通水させ、陽極室から排出した電解処理
水を再び非電解処理水と合流させ、また上記の陽極に電
解処理用水１リットル当たり１５００クーロン以上の直
流電流を負荷することを特徴とする電解水製造方法であ
る。

【０００９】また本発明は、２枚の隔膜で仕切られた陽
極室と中間室と陰極室との三室からなり、（１）陽極室
と中間室を隔離する隔膜が陰イオン交換膜であり、
（２）中間室と陰極室を隔離する隔膜が陽イオン交換膜
又は不織布や織布であり、（３）陽極室には多数の孔が
ある陽極板が、また陰極室には多数の孔がある陰極板が
それぞれ設置され、且つ（４）中間室には塩素イオンを
含む電解質を収納した電解槽を用いて電解水を製造する
方法であって、（ａ）陽極側に供給する原水を電解処理
用水と非電解処理水とに分流させ、該電解処理用水を原
水の１／４以下の割合で陽極室に通水させ、陽極室から
排出した電解処理水を再び非電解処理水と合流させ、ま
た（ｂ）陰極側に供給する原水を電解処理用水と非電解
処理水とに分流させ、該電解処理用水を陰極室に通水さ
せ、陰極室から排出した電解処理水を再び非電解処理水
と合流させ、且つ（ｃ）陰極室に供給する電解処理の水
量（リットル／分）を、負荷する直流電流（アンペア
秒）を１５００クーロンで除した数値以下にすることを
特徴とする電解水製造方法である。

【００１０】また本発明は、水を電気分解して得られる
電解水であって、ｐＨ値が３〜５、遊離塩素濃度が１５
ｐｐｍ以上、且つ塩素イオン濃度が１００ｐｐｍ以下で
あることを特徴とする酸性電解水である。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の酸性電解水の製造におい
ては、（ｉ）陽極室と中間室を隔離する隔膜として陰イ
オン交換膜を使用する、（ii）陽極室の陽極は少なくと
も２枚の電極板同士が電気的に導通した状態で配置す
る、（iii）陽極室に供給する原水を電解処理用水と非
電解処理水とに分流させ、該電解処理用水を原水の１／
４以下の割合で陽極室に通水させ、陽極室から排出した
電解処理水を再び非電解処理水と合流させる方式にし、
電解処理用水１リットル当たり１５００クーロン以上の
直流電流を負荷させる、の三条件を組み合わせること
で、大幅な電解効率改善及び生産性の向上が行え、且つ
遊離塩素濃度が１５ｐｐｍ以上であり、塩素イオン濃度
が１００ｐｐｍ以下である酸性電解水を製造できる。

【００１２】まず、図面を用いて本発明の酸性電解水製
造方法を説明する。図１及び図２は本発明で使用する水
電気分解用電解槽の断面図である。図１は、原水を陽極
側、陰極側においてそれぞれ電解処理する水（電解処理
用水）と電解処理しない水（非電解処理水）に分流し、
分流した電解処理用水を、陽極室及び陰極室に通水後、
それぞれの非電解処理水と合流する構造の例であり、図
２は、上記通水方式において、陽極室と陰極室のそれぞ
れに冷却室を設け、該冷却室に非電解処理水を通水する
例である。

【００１３】図１は、本発明方法で使用する水電気分解
装置の一例の断面図である。この水電気分解装置は、２
枚の隔膜で仕切ることによって陽極室と中間室と陰極室
とを設けた電解槽を備えている。（Ａ）、（Ｂ）及び
（Ｃ）はそれぞれ電解槽の壁である。この電解槽は隔膜
（１）及び隔膜（２）によって、陽極室（Ｄ）、中間室
（Ｆ）及び陰極室（Ｅ）に仕切られている。隔膜（１）
には陰イオン交換膜を使用する。また、隔膜（２）には
陽イオン交換膜又は不織布や織布を使用する。（３）及
び（４）は電極板であり、電極板（３）は陽極、電極板
（４）は陰極である。各電極板には多数の孔があいてい
る。陽極室の電極板（３）は、２枚以上の電極板（３）
が相互に接触した状態で、すなわちそれぞれの電極板同
士が電気的に導通した状態で配置されている。この２枚
以上の電極板の配置は任意で、電解処理用水の通水方向
に並行に配置されていてもよいし、そうでなくてもよ
い。また、電極板（３）と隔膜（１）の間隔、及び電極
板（４）と隔膜（２）の間隔は、離れていても、密着し
ていてもよい。図１は密着している場合を示したもので
ある。

【００１４】上記の水電気分解装置の電解槽の陽極室
（Ｄ）及び陰極室（Ｅ）のそれぞれに電解処理用水を通
水させて電気分解処理するが、本発明においては、水電
気分解装置の陽極側及び陰極側に供給された原水を、電
解処理用水と非電解処理水とに分流して電解操作する。
すなわち、陽極側へ供給された原水（５）は電解処理用
水（６）と非電解処理水（７）とに分流される。電解処
理用水（６）は陽極室（Ｄ）を通過し、電解処理された
後、非電解処理水（７）と合流し希釈されて所定の酸性
電解水（８）となる。一方、陰極側に供給された原水
（９）は電解処理用水（１０）と非電解処理水（１１）
とに分流される。電解処理用水（１０）は陰極室（Ｅ）
を通過し、電解処理された後、非電解処理水（１１）と
合流し所定アルカリ性電解水（１２）となる。
（６’）、（７’）、（１０’）及び（１１’）はそれ
ぞれ水量を調節するためのバルブである。バルブの代わ
りにオリフィスや細管を用いて水量を調節してもよい。
中間室（Ｆ）には、塩素イオンを含有する高濃度の電解
質水溶液を充填する。通常は塩化カリウムや塩化ナトリ
ウムの１０％以上の水溶液を使用し、別に設けた水溶液
貯槽からポンプ等を使用して送給してもよい。

【００１５】電気分解に際しての陽極室（Ｄ）に通水す
る電解処理用水（６）の水量は、陽極側に供給する原水
（５）の１／４以下になるようにし、直流電流（アンペ
ア秒）は電解処理用水１リットル当り１５００クーロン
以上の値になるように負荷する。また、電気分解に際し
て、陰極室（Ｅ）に通水する電解処理用水（１０）の水
量（リットル／分）は、負荷した直流電流（アンペア
秒）を１５００クーロンで除して算出した数値以下にす
るのが好ましい。陽極側では、中間室（Ｆ）内に充填し
た電解質水溶液に含有している塩素イオンなどの陰イオ
ンが各イオンの輸率に基づき陽極室（Ｄ）内に電気泳動
で移動し、次に電極表面に於いて陰イオン及び水が電気
分解される。一方、陰極側では、中間室（Ｆ）内の電解
質水溶液に含有しているナトリウムイオンなどの陽イオ
ンが各イオンの輸率に基づき陰極室（Ｆ）内に移動し、
次に電極表面に於いて陽イオン及び水が電気分解され
る。

【００１６】陽極室及び陰極室で電気分解されて生成さ
れる水は、それぞれ濃縮された酸性電解水及びアルカリ
性電解水であり、それぞれ非電解処理水（７）及び（１
１）と混合されて所定の濃度の酸性電解水及びアルカリ
性電解水となる。本発明においては、陽極室（Ｄ）と中
間室（Ｆ）を仕切る隔膜（１）として陰イオン交換膜を
使用することにより、中間室（Ｆ）に存在するナトリウ
ム等の陽イオンが陽極室に移動するのが防げ、また電気
泳動で移動する塩素イオン以外に、拡散力等で余分なイ
オンが隔膜を透過して陽極室に移動するのが防げる。そ
のため、酸性電解水に含まれる電解質の混入量を最小限
度に押さえることができる効果がある。

【００１７】本発明においては、陽極側では、電解用水
量に対して１５００クーロン／リットル以上の直流電流
を負荷する。１５００クーロン／リットル以上の直流電
流を負荷する理由は、電解効率を低下させる原因の一つ
である水の輸液現象を防止するのに必要な電流負荷量を
調べた結果、その値が１５００クーロン／リットル以上
であったこと、遊離塩素の生成効率が１５００クーロン
／リットル以上で高まる現象を示したこと、また陰極側
において電解用水量に対して１５００クーロン／リット
ル以上の直流電流を負荷すると陰極におけるスケールの
付着が見られなくいなるからである。そして、１５００
クーロン／リットル以上の電流負荷時における陽極室内
で生成する強酸性電解水のｐＨ値は１．９以下になり、
陰極室内の強アルカリ性電解水のｐＨ値は１２．１以上
になる。本発明では、この陽極室内で生成した強酸性電
解水及び強アルカリ性電解水は、それぞれ非電解処理水
と合流して希釈されて所定ｐＨ値の酸性水及びアルカリ
水にすることができる。

【００１８】そして、本発明においては、上記の如く、
陽極室に供給する原水を電解処理用水と非電解処理水と
に分流させ、該電解処理用水を原水の１／４以下の割合
で陽極室に通水させ、陽極室から排出した電解処理水を
再び非電解処理水と合流させるが、このとき、電解処理
用水を原水の１／４以下の割合にするのは、電解用水量
に対して１５００クーロン／リットル以上の直流電流を
負荷させるためである。すなわち、１リットル／分の酸
性電解水を製造するに必要な直流電流の経験値は６．２
５アンペア以上であって、これは３７５クーロン／リッ
トル以上に相当するが、直流電流負荷を変えずに電解処
理水を１／４以下にすれば、該電解処理水１リットル当
りのクーロン量が３７５×４＝１５００クーロン以上に
なる。

【００１９】陽極及び陰極に直流電流が負荷されると、
中間室内の塩素イオン等の陰イオンは電流に比例して電
気泳動により陽極室に移動し、ナトリウム等の陽イオン
は陰極に移動する。陽極室内では、以下に示す反応式に
基づいて水及び塩素イオンが陽極表面で反応する。２Ｈ₂Ｏ − ４ｅ~ → Ｏ₂ ＋４Ｈ⁺ ・・・・・・（ａ）２Ｃｌ~ − ２ｅ~ → Ｃｌ₂ ・・・・・・・・・（ｂ）４Ｈ₂Ｏ ⇔ ４Ｈ⁺ ＋４ＯＨ~ ・・・・・・・・（ｃ）４ＯＨ~ − ４ｅ~ → Ｏ₂ ＋２Ｈ₂Ｏ・・・・・（ｄ）（ｂ）式の反応で生成する塩素ガスは（ｅ）式に基づ
き、水と反応して塩酸と次亜塩素酸を生成する。また、
次亜塩素酸の一部は、（ｆ）式に基づく平衡反応で水素
イオンと次亜塩素酸イオンに解離する。Ｃｌ₂ ＋Ｈ₂Ｏ ⇔ ＨＣｌ＋ＨＣｌＯ・・・・（ｅ）ＨＣｌＯ ⇔ Ｈ⁺ ＋ＣｌＯ~ ・・・・・・・・・（ｆ）

【００２０】遊離塩素には、（ｅ）式、（ｆ）式で示す
ごとく、Ｃｌ₂、ＨＣｌＯ、ＣｌＯ~の三つの形態があ
る。これらには殺菌力に差があり、ＣｌＯ~は、他の二
つに比べて１／８０程度の殺菌力と言われている。図３
は、一般によく使われている遊離塩素の存在比を表した
Kumpora,Linzの図である。この図は、ｐＨ値の変化に対
するＣｌ₂、ＨＣｌＯ、ＣｌＯ~の三つの形態の遊離塩素
の存在比を示している。しかし、この図は単にｐＨ値だ
けを因子としているが、（ｅ）式を化学平衡の観点から
分析して見るとｐＨ値以外にＣｌ~イオンも化学平衡に
関与している。すなわち、（ｅ）式を更に分解して表現
すると、次式（ｅ’）式となる。Ｃｌ₂ ＋Ｈ₂Ｏ ⇔ Ｈ⁺ ＋Ｃｌ~ ＋ＨＣｌＯ・・・・（ｅ’）

【００２１】（ｅ’）式に基づく化学平衡の場合、ｐＨ
値が低い（水素イオン濃度が高い；Ｈ⁺が多い）と化学
平衡は左に移行してＣｌ₂が増加し、またＣｌ~イオンが
増加しても化学平衡は左に移行してＣｌ₂が増加する。
この関係を詳細に計算して示したものが図４である。先
に説明した図３は、ｐＨ値が５以上であると殺菌力の弱
いＣｌＯ~イオンの割合が増加して好ましくないことを
示している。図４は、ｐＨ値が低下すると遊離塩素を構
成する塩素ガス（Ｃｌ₂）の比率が高くなること、及
び、含有する塩素イオン（Ｃｌ~イオン）の量が増加す
る〔図４では、３５．５ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、１８０
ｐｐｍ、３５５ｐｐｍ、及び６０７ｐｐｍ（＝ＮａＣ
ｌ：１０００ｐｐｍ）と増加している〕と遊離塩素を構
成する塩素ガス（Ｃｌ₂）の比率が高くなることを示し
ている。しかして、塩素ガス（Ｃｌ₂）は、次亜塩素酸
（ＨＣｌＯ）に比べて蒸発しやすいので、殺菌力の保持
期間が短い。そのため、塩素ガス（Ｃｌ₂）の生成は好
ましくないので、塩素ガス（Ｃｌ₂）の生成を押さえ
る。

【００２２】図５は、原水に食塩を約１０００ｐｐｍ
(Ｃｌ~イオン＝６０７ｐｐｍ）を添加してｐＨ２．２に
設定して製造した従来法による酸性電解水（Ａ）と、塩
素イオン（Ｃｌ~イオン）含有量が１８０ｐｐｍ、ｐＨ
が２．６の本発明方法で製造した酸性電解水（Ｂ）と、
塩素イオン（Ｃｌ~イオン）含有量が６０ｐｐｍ、ｐＨ
が３．２の本発明方法で製造した本発明の酸性電解水
（Ｃ）とについて、それぞれの酸性電解水を開放したペ
ットボトルに入れ、各酸性電解水の遊離塩素濃度の経時
変化を測定したグラフである。図５によると、上記の説
明のとおり、殺菌力に最も関係する遊離塩素濃度の保持
期間は、（Ａ）＞（Ｂ）＞（Ｃ）の順序になっている。
図６は、酸性電解水のｐＨ値と酸化還元電位（ＯＲＰ）
との関係をプロットしたものである。酸化還元電位値を
１０００ｍＶ以上に保つにはｐＨ値を４．５以下にする
必要があることを示している。

【００２３】また本発明では、陽極室内に陽電極とし
て、２枚以上の電極板を相互に接触させ電気的に導通す
るように配置したので、陽極室内に移動した塩素イオン
に、上記（ｂ）式に基づく反応を効率良く行わせること
ができる。すなわち、本発明では水電気分解装置に供給
された原水から少量の電解処理用水を分流させ、この少
量の電解処理用水を１５００クーロン／リットル以上の
電流負荷のもとで電解処理するが、このような場合に
は、陽極室に単に１枚の電極を配置したのみでは、電極
表面で電解することなく電極に開けた多数の孔を通過し
てしまう塩素イオンが多く存在し、そのため製造した酸
性電解水中の塩素イオン濃度が高くなる。ところが、陽
極室に２枚以上の電極板を相互に電気的に導通するよう
に配置すると、塩素イオンを効率良く補足し、したがっ
て上記（ｂ）式の反応を効率的に行せることができる。
そのため、製造した酸性電解水中の遊離塩素濃度を１５
ｐｐｍ以上に高め、一方塩素イオン濃度を１００ｐｐｍ
以下に低下させることができる。また、陽極室に２枚以
上の電極板を相互に電気的に導通するように配置するこ
とにより、電解電圧を下げ、電解効率を高めることがで
きる。

【００２４】また、陰極側に供給する原水を非電解処理
水と電解処理水とに分けて、陰極室に通す電解処理水の
水量（リットル／分）を、負荷した直流電流（アンペア
秒）を１５００クーロンで除して算出した数値以下にな
るようにすることによって、陰極におけるスケールの付
着が見られなくなる。すなわち、本発明方法によると、
陰極にスケールは付着するトラブルを解消することがで
きる。この作用効果は、陽極室の電極の配置に関係な
く、すなわち陽極室に１枚の電極板が配置されたもので
あっても２枚以上の電極板が電気的に導通した状態で配
置されたものであっても発揮される。この陰極に対する
スケールの付着現象を減少させ得る理由を説明する。陰
極において行われる主な電気分解反応は以下の通りであ
る。２Ｈ₂Ｏ＋２ｅ~ → Ｈ₂＋２ＯＨ~ ・・・・・・・（ｉ）Ｎａ⁺＋ｅ~ → Ｎａ・・・・・・・・・・・・（ｊ）２Ｎａ＋２Ｈ₂Ｏ → ２Ｎａ⁺＋２ＯＨ~＋Ｈ₂ ・・（ｋ）上記の反応式のように、陰極では、水酸イオンや水素ガ
スの発生と共に、ナトリウム等の金属イオンが還元され
て一旦金属となり、更に水と反応する現象が起こる。こ
のとき水中にカルシウム、マグネシウム、シリカ等のイ
オンが存在するとそれらのイオンも同様な反応で還元さ
れ金属化されたり、カルシウム、マグネシウム等の成分
が水酸化物を生成したりするため、これらがしばしば電
極表面にスケールとして沈着する。

【００２５】このように、従来から水の電気分解の際に
陰極にスケールが付着する現象は不可避なものとして考
えられており、付着防止対策としては、軟水装置等を用
いて原水中に含有する硬度成分を除去したり、電極に付
着したスケールを酸で洗うなり、電極の極性を反転させ
てスケールを剥離させるなりの対策がとられている。従
来の方法による電気分解でアルカリ性電解水を生成する
場合の、陰極室に通水する電解用水に対して負荷する電
流量は、およそ毎分１リットル当たり１２アンペア程度
（７２０クーロン／リットル）であるが、この条件の場
合にはしばしば陰極板の表面に析出しスケールとなるの
が観察されている。陰極室の側壁を透明の材料で製作し
た電解槽を用いて電気分解時の電極表面を目視観察し、
陰極にスケールを析出させない条件を研究した結果、通
水量に対して１５００クーロン／リットル以上、好まし
くは１８００クーロン／リットル以上の電流を負荷し、
陰極室のｐＨを１２．１以上の強アルカリ性にするとス
ケールが電極表面に析出しないことを確認した。この理
由は、強アルカリ条件のもとでは、多くのスケール成分
は溶解しているか、或は結晶を析出させにくいためであ
ると推測される。更に、陽極側の隔膜に比べて陰極側の
隔膜のイオン透過率の方が大きいものを選択し、中間室
内の水溶液のｐＨ値を酸性に保つこともスケールの発生
を防ぐ効果がある。

【００２６】本発明の請求項３の発明は、ｐＨ値が３〜
５であり、遊離塩素濃度が１５ｐｐｍ以上、且つ塩素イ
オン濃度が１００ｐｐｍ以下の酸性電解水である。本請
求項１発明の製造方法では、上記したように、陽極室内
でｐＨ１．９以下の強酸性水を生成させることができ
る。そして、原水と電解処理用水との割合、すなわち電
解処理水を非電解処理水と合流させ希釈するときの割合
を加減することによって、種々のｐＨ値の酸性水にする
ことができる。本請求項３発明では前述した殺菌力の強
いＨＣｌＯ生成の観点から、また殺菌力に関係すると言
われている酸化還元電位を１０００ｍＶ以上に保ち易い
と言う観点から、酸性電解水のｐＨ値を３〜５、好まし
くは３．１〜４．５にする。

【００２７】本発明の上記の陽極側に供給した原水を電
解処理用水と非電解処理水とに分流させて電解処理する
方式、陽極室内に陽極板を２枚以上配置する方式を採用
することによって、上記の希釈割合を高めてｐＨ値を３
〜５と高くしても、その酸性電解水の遊離塩素濃度を１
５ｐｐｍ以上、且つ塩素イオン濃度を１００ｐｐｍ以下
に維持できる。従来の酸性電解水はｐＨ値が２．７以下
である。また、従来の酸性電解水の遊離塩素濃度は１０
〜６０ｐｐｍで、塩素イオン濃度は３３５ｐｐｍ（０．
０１モル）以上であり、金属を錆びさせたり、殺菌力の
保持期間が短い問題点があったが、本発明の酸性電解水
は、ｐＨ値が３〜５と高くても、遊離塩素が多いため殺
菌性に優れており、塩素イオン濃度が１００ｐｐｍ以下
と小さいためＨＣｌＯが安定に存在し、蒸発しやすい塩
素ガスの生成が少なく、殺菌力の保持期間を長く保てる
し、金属に腐食、錆びを生じさせることが少ない。

【００２８】図２は、本発明方法で使用する水電気分解
装置の他の例の断面図で、図１の電解槽の側壁（Ａ、
Ｂ）の内側に非電解処理水の流路を設けた例である。す
なわち、陽極側では、側壁（Ａ）の内側に隔壁（１３）
を設け、側壁（Ａ）と隔壁（１３）の隙間に非電解処理
水（７）を通水する流路（Ｇ）も設けた例である。陽極
室に通水する電解処理用水（６）は陽極室（Ｄ）に導入
され、一方非電解処理水（７）は流路（Ｇ）に導入さ
れ、陽極室で電気分解された電解処理水と流路を通過し
た非電解処理水（７）は出口付近で再び混合され、配管
（８）で排出される構造である。なお、電解処理水と非
電解処理水との混合は、電解槽から出たところで配管内
で混合してもよいし、隔壁（１３）の上部出口付近に孔
を設け、この孔を通して電解処理水を流路（Ｇ）に導
き、ここで非電解処理水と混合し、配管（８）から排出
させてもよい。また、電解用水（６）の導入方法は３通
り有り、陽極室の下部に設けた入口から直接導入しても
良いし、原水をまず流路（Ｇ）に導入して、隔壁（１
３）の下部に設けた孔から陽極室に導入しても良いし、
隔壁（１３）の上部に設けた出口用の孔から電解後の生
成水及びガスと置換させて導入してもよい。

【００２９】また、陰極側では、側壁（Ｂ）の内側に隔
壁（１４）を設け、側壁（Ｂ）と隔壁（１４）の隙間に
非電解処理水（１１）を通水する流路（Ｈ）を設ける。
陰極室に通水する電解処理用水（１０）は陰極室（Ｅ）
に導入され、一方非電解処理水（１１）は流路（Ｈ）に
導入される。そして、陰極室（Ｅ）で電気分解された電
解処理水と流路（Ｈ）を通過した非電解処理水は出口付
近で再び混合され、配管（１２）で排出される構造であ
る。なお、電解処理水と非電解処理水との混合は、電解
槽から出たところで配管内で混合してもよいし、隔壁
（１４）の上部出口付近に孔を設け、この孔を通して電
解処理水を流路（Ｈ）に導き、ここで非電解処理水と混
合し、配管（１２）から排出させてもよい。また、電解
用水（１０）の導入方法は３通り有り、陰極室の下部に
設けた入口から直接導入しても良いし、原水をまず流路
（Ｈ）に導入してから隔壁（１４）の下部に設けた孔か
ら陰極室に導入してもよいし、隔壁（１４）の上部に設
けた出口用の孔から電解後の生成水及びガスと置換させ
て導入しても良い。また、陽極側を図２の装置とし、陰
極側を図１の装置とするように、組み合わせて用いても
よい。

【００３０】図２の水電気分解装置を用いて水電気分解
する方法は、図１で説明した方法に準じて行うことがで
きる。また、図２の水電気分解装置においては、流路
（Ｇ）、流路（Ｈ）が設けられている。流路（Ｇ）及び
流路（Ｈ）を流れる水は、電気分解の際に陽極室内及び
陰極内室に生じる熱を冷却する作用、効果がある。

【００３１】本発明の水電解処理装置で使用する電極板
について説明する。電極板の材料は、例えば銅、鉛、ニ
ッケル、クロム、チタン、タンタル、金、白金、酸化
鉄、ステンレス鋼、炭素繊維やグラファイトの板などが
用いられる。特に、陽極板の材料としてはチタンに白金
族の金属をメッキしたり焼き付けしたりしたものが好ま
しく用いられる。また、陰極板の材料としては高クロム
ステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）やニッケルを使用しても
よい。また、電極板には孔径１．０〜３．０ｍｍの孔が
多数設けられている。電極板は網状でもよい。また、本
発明の水電解処理装置で使用する隔膜としては、陽極室
と中間室を仕切る隔膜には陰イオン交換膜を使用する。
また、中間室と陰極室を仕切る隔膜には陽イオン交換膜
を使用するのが好ましいが、ポリ弗化ビニル系繊維、ア
スベスト、グラスウール、ポリ塩化ビニル繊維、ポリ塩
化ビニリデン繊維、ポリエステル繊維、芳香属ポリアミ
ド繊維、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、ポリエチレ
ン繊維からなる織布や不織布を使用することもできる。
電極板と隔膜とは密着させても、させなくてもよい。

【００３２】

【実施例】実施例１図２に示す水電気分解装置を用いた本発明の実施例を説
明する。陽極用の電極板（３）には、有効面積が５０ｃ
ｍ²の多数の孔（孔径１．０〜３．０ｍｍ）を有するの
チタン板に白金／酸化イリヂウムを焼成した電極を用い
た。陽極の電極板は、２枚、３枚又は５枚使用し、それ
ぞれの場合について測定した。電極を複数枚使用する場
合は、それぞれの電極板の一部が接触していて電気的に
導通した状態とした。陰極用の電極板（４）には有効面
積が５０ｃｍ²（平方センチメートル）である多数の孔
（孔径１．０〜３．０ｍｍ）を有するのチタン板に白金
メッキした電極を使用した。陽極室と中間室の仕切の隔
膜（１）には陰イオン交換樹脂膜を使用し、陰極室と中
間室の仕切の隔膜（２）には陽イオン交換樹脂膜を使用
し、中間室（Ｆ）には電解質として濃度約３０％の塩化
ナトリウム水溶液を充填した。

【００３３】電極板に負荷する直流電流は７．５アンペ
アに統一し、陽極側に供給した原水は、電解処理用水と
非電解処理水に分流し、電解処理用水の水量を１００ｃ
ｃ／分に固定し、非電解処理水の水量を調節して両者を
混合し生成する酸性電解水のｐＨ値が２．６〜２．７の
範囲になるようにコントロールした。また、陰極側に供
給した原水は電解処理用水と非電解処理用水に分流し、
それぞれの水量を電解処理用水１００ｃｃ／分、非電解
処理用水９００ｃｃ／分とした。また、同時に比較例と
して陽極の電極板が１枚の場合（Ｎｏ．１，２）、及び
陽極室と中間室の仕切の隔膜に不織布（Ｎｏ．１）を使
用した場合を示した。表１は、酸性電解水の製造条件
（電極枚数、隔膜の種類、電流）、消費電力及び酸性電
解水の生成量、並びに得られた酸性電解水のｐＨ、酸化
還元電位（ＯＲＰ）、遊離塩素含有量、塩素イオン濃度
の測定値を表にしたものである。

【００３４】

【表１】

【００３５】以上の結果から明らかなように、陽極室と
中間室の仕切の隔膜に不織布（Ｎｏ．１）を使用した場
合に比べ、陰イオン交換樹脂膜（Ｎｏ．２）を使用する
と、消費電力量が改善され、酸性電解水中に含まれる塩
素イオンの濃度が減少する。また、陽極に使用する電極
枚数を増加させる（Ｎｏ．３〜５）と消費電力の改善及
び製造能力が増加する。しかし、２枚（Ｎｏ．３）、３
枚（Ｎｏ．４）、５枚（Ｎｏ．５）の比較では遊離塩素
濃度の多少の増加が見られるがその他はほぼ同じであ
る。むしろ５枚の場合にやや消費電力の増加がみられ
る。いずれの場合も塩素イオン濃度は１枚の例に比べて
減少している。また、陰極へのスケールの付着は見られ
なかった。

【００３６】実施例２ｐＨ値を３．１以上とし、遊離塩素を１５ｐｐｍ以上に
保ち、塩素イオン濃度を１００ｐｐｍ以下に抑えた新し
い物性を示す酸性電解水の製造条件及びそのデータの一
例を表２に示す。

【００３７】

【表２】

【００３８】この表２に示す本発明の酸性電解水は、ｐ
Ｈ値が３．１７、遊離塩素が２５ｐｐｍ、塩素イオン濃
度は６０ｐｐｍである。そして、図５のに示すごとく、
ｐＨ値を３．１以上とし、遊離塩素を１５ｐｐｍ以上に
保ち、塩素イオン濃度を１００ｐｐｍ以下に抑えた酸性
電解水（図５のＣ）は、殺菌力に有効な遊離塩素濃度の
保持期間が、従来の二室構造の電解装置で製造され一般
に使用されているｐＨ値２．７以下、酸化還元電位約１
１００ｍＶ、遊離塩素１０〜４０ｐｐｍ、塩素イオン濃
度３００〜７００ｐｐｍの酸性電解水（図５のＡ）に比
べてはるかに長期間である。

【００３９】実施例３本発明の製造方法で製造した酸性電解水と、従来の市販
の製造装置で製造した酸性電解水を用いて、金属腐食試
験を行い比較した。腐食試験用の金属として、ＳＵＳ３
０４ステンレススチール製のスプーン及び銅板を用い
た。腐食試験方法はそれぞれのコップにサンプル水を入
れ、その中にスプーン及び銅板をそれぞれ５日間浸し
て、水並びにスプーン及び銅板の変質を観察した。その
結果を表３に示す。

【００４０】

【表３】

【００４１】

【発明の効果】本発明方法によると、殺菌力を確保する
上で最も重要な遊離塩素濃度を十分に高く（１５ｐｐｍ
以上）保ち、しかも含有する電解質、特に塩素イオン量
を極力少なく（１００ｐｐｍ以下）した、殺菌力の保持
期間が長く、金属腐食を起こしにくい酸性電解水を、電
解効率の大幅な改善と生産性の向上のもとに製造するこ
とができる。また、本発明の酸性電解水は、ｐＨ値が３
〜５と高いにも関わらず、殺菌性に優れている。そし
て、塩素イオン含有量が少ないので、殺菌力の保持期間
が長く、金属腐食を起こしにくい。したがって、医療器
具の殺菌処理に好適であり、その他農業用分野などでの
殺菌処理にも適用できる。

【００４２】また、電気分解により陰極にスケールが付
着するトラブルが発生しやすいという従来の水電気分解
の欠点を改善して、所定のｐＨ２．０〜５．０の酸性電
解水とｐＨ１０．５〜１２．０のアルカリ性電解水を効
率よく製造することができる。またスケールの付着を防
止できるので、従来行われている定期的な電極の極の反
転や、酸で洗うなどの操作が不要となり、また電解処理
する原水の軟化装置も不要となる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いる水電気分解装置の一例の断面図

【図２】本発明で用いる水電気分解装置の他の例の断面
図

【図３】遊離残留塩素の存在比を示すグラフ

【図４】遊離塩素とｐＨと塩素イオンとの関係を示すグ
ラフ

【図５】酸性電解水中の遊離塩素の経時変化を示すグラ
フ

【図６】酸性電解水の酸化還元電位とｐＨとの関係を示
すグラフ

【符号の説明】

Ａ，Ｂ，Ｃ電解槽の壁、Ｄ陽極室、Ｅ中間室、Ｆ
陰極室、Ｇ，Ｈ流路、１，２隔膜、３陽極板、
４陰極板、５陽極側への原水、６電解処理用水、
７非電解処理水、８酸性電解水、９陰極側への原
水、１０電解処理用水、１１非電解処理水、１２、
アルカリ性電解水、６’，７’，１０’，１１’ バル
ブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０２Ｆ 5/00 ６１０Ｃ０２Ｆ 5/00 ６１０Ｅ６２０６２０Ｂ６２０ＣＣ２５Ｂ 1/04 Ｃ２５Ｂ 1/04 1/26 1/26 Ｃ 9/00 11/03 11/03 15/02 ３０２ 15/02 ３０２ 9/00 ＡＦターム(参考） 4C058 AA12 AA21 BB02 BB07 EE26 JJ07 4D006 GA16 HA48 JA42A JA45Z JA59A KA17 KA33 KA41 KA64 KD30 KE01R KE02Q KE12Q KE15P KE18R MA03 MA13 MA14 MA40 MC03 MC04 MC22 MC26 MC27 MC29 MC48 MC54 MC55 PB02 PC41 PC80 4D061 DA02 DB07 DB09 EA02 EB01 EB04 EB13 EB17 EB19 EB28 EB29 EB30 EB31 EB33 EB35 EB37 EB39 ED13 GA21 GA22 GA23 GC02 GC12 GC18 4K011 AA10 AA11 AA21 AA22 AA23 AA32 CA04 DA01 4K021 AA03 AB07 AB08 BA02 BB03 BC01 CA05 DB01 DB06 DB31 DB36 DC07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２枚の隔膜で仕切られた陽極室と中間室と
陰極室との三室からなり、（１）陽極室と中間室を隔離
する隔膜が陰イオン交換膜であり、（２）中間室と陰極
室を隔離する隔膜が陽イオン交換膜又は不織布や織布で
あり、（３）陽極室には多数の孔がある陽極板が、また
陰極室には多数の孔がある陰極板がそれぞれ設置され、
該陽極室の陽極板は少なくとも２枚の電極板同士が電気
的に導通した状態で配置されたものであり、且つ（４）
中間室には塩素イオンを含む電解質を収納した電解槽を
用いて電解水を製造する方法であって、陽極側に供給す
る原水を電解処理用水と非電解処理水とに分流させ、該
電解処理用水を原水の１／４以下の割合で陽極室に通水
させ、陽極室から排出した電解処理水を再び非電解処理
水と合流させ、また上記の陽極に電解処理用水１リット
ル当たり１５００クーロン以上の直流電流を負荷するこ
とを特徴とする電解水製造方法。
【請求項２】２枚の隔膜で仕切られた陽極室と中間室と
陰極室との三室からなり、（１）陽極室と中間室を隔離
する隔膜が陰イオン交換膜であり、（２）中間室と陰極
室を隔離する隔膜が陽イオン交換膜又は不織布や織布で
あり、（３）陽極室には多数の孔がある陽極板が、また
陰極室には多数の孔がある陰極板がそれぞれ設置され、
且つ（４）中間室には塩素イオンを含む電解質を収納し
た電解槽を用いて電解水を製造する方法であって、
（ａ）陽極側に供給する原水を電解処理用水と非電解処
理水とに分流させ、該電解処理用水を原水の１／４以下
の割合で陽極室に通水させ、陽極室から排出した電解処
理水を再び非電解処理水と合流させ、また（ｂ）陰極側
に供給する原水を電解処理用水と非電解処理水とに分流
させ、該電解処理用水を陰極室に通水させ、陰極室から
排出した電解処理水を再び非電解処理水と合流させ、且
つ（ｃ）陰極室に供給する電解処理の水量（リットル／
分）を、負荷する直流電流（アンペア秒）を１５００ク
ーロンで除した数値以下にすることを特徴とする電解水
製造方法。
【請求項３】水を電気分解して得られる電解水であっ
て、ｐＨ値が３〜５、遊離塩素濃度が１５ｐｐｍ以上、
且つ塩素イオン濃度が１００ｐｐｍ以下であることを特
徴とする酸性電解水。