JP2001321771A - 副生ガス処理機能を有する電解水生成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】次亜塩素酸を含み殺菌性を有する電解水を特に
大型の製造装置で生成させる時に、副生する塩素ガス及
び水素ガスが衛生及び環境管理上問題となる場合がある
ため、これらの副生ガスを吸収除去しまたは無害な状態
として排出させる機能を付加した電解水製造方法及び装
置を提供する。 【解決手段】ナトリウム、カリウム、カルシウム及びマ
グネシウムからなる群より選ばれた、少なくとも１つの
金属の塩化物の水溶液を電気分解することにより、次亜
塩素酸を含有する電解水を生成させる工程である。この
工程で副生する塩素ガスはアルカリ水に吸収させて除去
し、副生水素ガスは空気と混合し爆発下限以下の濃度に
希釈後大気中へ排出することを特徴とする電解水製造方
法及び製造装置である。ここで、電解槽として無隔膜電
解槽及び隔膜電解槽を含む２段方式の電解工程を含む電
解水製造方法及び製造装置も本発明に含まれている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は殺菌性を有する電解
水の製造方法及び製造装置に関するもので、更に詳しく
述べると、ナトリウム、カリウム、カルシウム及びマグ
ネシウムからなる群より選ばれた、少なくとも１つの金
属の塩化物の水溶液を電気分解することにより、次亜塩
素酸を含有した殺菌効果が高い電解水を製造する方法及
び装置である。特に大型の電解水製造装置や大量に電解
水を使用するプール、病院などの公共施設における殺菌
・衛生管理、食品工場における殺菌・衛生管理におい
て、副生する塩素ガスや水素ガスの影響が無視できない
ため、これらの副生ガスを処理する機能を含む電解水の
製造方法及び製造装置である。

【０００２】

【従来の技術】現在様々な水溶液の電気分解装置が開発
され、生成された電解水の有効性に関する評価がなされ
その技術進歩には著しいものがある。例えば、特開平2-
111708号や特開平5-237475の開示等である。特に電解水
の殺菌性能に着目してその用途展開も着実に進展し装置
の大型化も積極的に図られている。電解水製造装置が大
型化するにつれ電解工程で副生する水素ガスや、水溶液
に吸収されなかった塩素ガスによる影響が問題となって
いるが、従来は換気等消極的な対策がなされているに過
ぎなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】最近の電気分解装置の
大型化、多段化に伴い副生する塩素ガス及び水素ガスの
量も増大し爆発の危険性、人体、環境への影響がクロー
ズアップされ、これに対応する装置の開発が重要な課題
となっている。大きな技術課題の1 つとして特に塩素ガ
スの毒性、金属腐食性の問題は深刻であり、人体への影
響として呼吸器系障害や粘膜異常が挙げられ、その他、
金属類の錆、プラスチック類の劣化、脱色等も挙げられ
ている。水素ガスについても広範な爆発範囲を有するた
め使用環境によっては危険性を危ぶむ声も聞かれその対
策が迫られている。これらの問題のため電解装置は導入
したが、使用を躊躇しているといった状況さえも実際に
みられる。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者等はこれらの問
題点にかんがみその解決方法について検討した結果、次
亜塩素酸を含む電解水を生成する際に生成されるアルカ
リ性の電解水に着目して、副生する塩素ガスをアルカリ
性の排水に吸収させて除去すると共に、水素ガスを爆発
下限以下の濃度に希釈する方法について研究し、電解水
の製造方法及びその装置の構成、そのシステム化等につ
いても検討して本発明に到達した。

【０００５】すなわち、ナトリウム、カリウム、カルシ
ウム及びマグネシウムからなる群より選ばれた、少なく
とも１つの金属の塩化物の水溶液を電気分解することに
より、次亜塩素酸を含有する電解水を生成させる工程で
ある。この工程で副生塩素ガスはアルカリ水に吸収させ
て除去し、副生水素ガスは空気と混合し爆発下限以下の
濃度に希釈後大気中へ排出することを特徴とする電解水
製造方法である。

【０００６】更に、ナトリウム、カリウム、カルシウム
及びマグネシウムからなる群より選ばれた、少なくとも
１つの金属の塩化物の水溶液を、無隔膜電解槽で電気分
解して生成した電解液を隔膜電解槽の陽極側に導入し、
又は更にこれらの金属塩化物の水溶液の少なくとも１つ
を該隔膜電解槽の陰極側に導入して電気分解することに
よって、陽極側に次亜塩素酸を含有する電解水を製造す
る工程である。この工程で電解水から生成した副生塩素
ガスはアルカリ水に吸収させて除去し、陰極側に生成し
たアルカリ水から分離した副生水素ガスは、空気と混合
し爆発下限以下の濃度に希釈後大気中へ排出することを
特徴とする電解水製造方法も本発明に含まれている。

【０００７】また、前記の電解水を生成させる装置が電
解水を生成させる電解水生成ブロック、副生塩素ガスを
アルカリ水に吸収させて除去すると共に、副生水素ガス
と空気を混合して爆発下限以下の濃度に希釈後大気中へ
排出する、副生ガス処理ブロックから構成されている電
解水製造装置である。更に、この副生ガス処理ブロック
が、電解水から副生塩素ガスを分離する副生塩素ガス分
離ブロック及び、副生塩素ガスをアルカリ水に吸収させ
て除去すると共に、副生水素ガスは空気と混合して爆発
下限以下の濃度に希釈後大気中へ排出する副生ガス処理
ブロックからなる、電解水製造装置も本発明に含まれて
いる。以下、本発明について詳しく説明する。

【０００８】本発明の方法によって得られた電解水は高
い殺菌性を有し、しかも使用後環境を害する分解生成物
が全く発生しない特徴を有するものである。この電解水
の製造方法においては原料としてナトリウム、カリウ
ム、カルシウム及びマグネシウムからなる群より選ばれ
た、少なくとも１つの金属の塩化物の水溶液を使用する
必要がある。また、本発明の殺菌性を有する電解水は塩
化ナトリウム水溶液等、アルカリ金属またはアルカリ土
類金属塩化物の水溶液のみから容易に得られることも、
本発明の大きな特徴の一つである。

【０００９】例えば、塩化ナトリウムまたは塩化カリウ
ム水溶液の濃度は特に限定しないが２〜30％が好まし
い。２％以下に低下すると陽極から塩素ガスが発生し更
に、酸素ガスも発生して電極を消耗させる原因となるか
らである。また、電気抵抗も高くなって電流効率が低下
する傾向がある。塩化ナトリウム水溶液の濃度が２〜30
％の範囲内であれば、電解における塩素の電流効率を 9
5 ％以上に保持することができ、電力を有効に使用でき
るからである。

【００１０】ここで、原料としてアルカリ金属塩化物の
水溶液を調整する場合には、イオン交換水で塩化物を溶
解すれば、その他の金属イオン等不純物を含まないので
好ましく使用できる。

【００１１】本発明において塩化ナトリウムまたは塩化
カリウム等の水溶液の電解は１段階の工程でも可能であ
るが、得られた次亜塩素酸を含有する溶液の成分上２段
階からなる電解工程が好ましい。この工程においては塩
化ナトリウム等の水溶液は先ず電解槽の内部に隔膜が設
けられていない電解槽に供給されて電気分解される。こ
の際陰極側には水酸化ナトリウムが生成され、また陽極
側で塩素ガスが発生する。

【００１２】陽極側で生成した塩素ガスは大部分が混合
液中に吸収されて次亜塩素酸イオンとなり、次亜塩素酸
イオン濃度が著しく上昇する。第一段階の電解工程が無
隔膜電解槽でなされるのは、槽内の電解液をアルカリ性
とすることによって陽極側で発生する塩素ガスの吸収を
促進し、次亜塩素酸イオンの生成を促進させるためであ
る。このため電解液は陰極側で発生した水酸化ナトリウ
ムのため強アルカリ性となっている。

【００１３】無隔膜電解槽で得られた多量の次亜塩素酸
イオンを含む強アルカリ性溶液は、第二の電解工程であ
る隔膜電解槽の陽極側に導入される。この際また原料の
塩化ナトリウム等の水溶液の一部を第二の隔膜電解槽の
陰極側に直接供給することが可能であり、後述の様に殺
菌性を高めるための次亜塩素酸溶液の pH 調節の観点か
らこの方式がより好ましい。電解によって陽極側の水酸
イオンを減少させることにより、溶液の pH を低下させ
て中性領域に保持するためである。中性領域では溶液中
に存在する次亜塩素酸イオンは殆ど次亜塩素酸分子の状
態となっているために高い殺菌性を示す。

【００１４】隔膜電解槽に設ける隔膜には残留塩素成分
に対して強い耐性を有するフッ素系陽イオン交換膜の使
用が好ましく、隔膜寿命の延長、電気抵抗の低減などの
効果が得られる。この様な隔膜としては、例えばデュポ
ン社製「ナフィオン」等が使用可能である。

【００１５】ここで、第一及び第二段階の電解槽への塩
化ナトリウム水溶液の供給量及び濃度、またその電解条
件を調節することによって、電解槽の陽極側から取り出
された溶液の pH をほぼ中性となる様に保持することが
できる。この様な中性の電解液には多量の次亜塩素酸が
含まれているため高い殺菌性を示す。この溶液はそのま
ま殺菌用に使用することも可能であるが、使用目的に適
した殺菌性に調整して使用することが好ましく、通常は
多量の水道水等浄水で希釈して次亜塩素酸の濃度を低下
させて使用されることが多い。

【００１６】図１に本発明の副生ガス処理機能を持つ電
解水の製造装置の一様態のフローシートを示す。本発明
の方法によって得られた電解水は高い殺菌性を有する点
で特徴を有するものである。本発明の副生ガス処理機能
を持つ殺菌性を有する電解水の製造装置は、電解水生成
ブロック16、電解水の貯液機能も有する副生ガス分離ブ
ロック17、副生ガス処理ブロック18の３つの部分から構
成されている。

【００１７】電解水生成ブロック16において、ナトリウ
ム、カリウム、カルシウム及びマグネシウムからなる群
より選ばれた、少なくとも１つの金属塩化物の水溶液は
貯蔵槽１から金属塩化物水溶液供給ポンプ２を経て電解
槽４に送られる。電解槽には電解用電源装置５より供給
される電圧が印加されて電気分解され、次亜塩素酸を含
有する電解水が生成される。電解水生成ブロック16で生
成された電解水および電解水に溶けきれなかった塩素ガ
スは電解水貯蔵槽８へと導かれる。特に電解水を多量に
使用する場合、この電解水貯蔵槽８に一定時間貯め置き
することで、遊離塩素ガスとして分離できるので、塩素
臭のない電解水を供給することができる。また、電解水
供給管15を使用目的に応じて、水道水や脱イオン水と混
合希釈するための装置に接続し、希釈液として使用する
ことも可能である。

【００１８】副生塩素ガス分離ブロック17においては、
電解水貯蔵槽８で電解水に溶解できなかった塩素ガス及
び水素ガスが連結管12を介して、副生ガス処理ブロック
18のアルカリ水貯蔵槽９に導入される。尚、第１段階は
無隔膜電解槽、第２段階には隔膜電解槽からなる２段階
方式の電解槽を使用する場合には、電解水貯蔵槽８から
発生するガスは殆ど塩素ガスのみであり、また、アルカ
リ水貯蔵槽９で発生するガスは殆ど水素ガスのみとな
る。

【００１９】２段階方式の電解槽を使用する場合、第２
段階の電解槽として隔膜電解槽を採用した場合は、金属
塩化物水溶液貯蔵槽１から金属塩化物水溶液を陰極側に
供給して生成された強アルカリ性水溶液をアルカリ水貯
蔵槽９の水溶液として用いることができる。この時、電
解水貯蔵槽８から導かれた連結管12を強アルカリ性水溶
液中に沈めておくことにより、電解水貯蔵槽８の気相部
に蓄積した塩素ガスは強アルカリ性水溶液中へと導かれ
反応・溶解して除去される。

【００２０】ここで塩素ガスは強アルカリ性水溶液に吸
収されて塩化ナトリウムや塩化カリウム等が生成され
る。原料のアルカリ金属塩等の有効に活用するため、塩
素ガスを吸収させたアルカリ水貯蔵槽９の中和水溶液を
原料の金属塩化物水溶液の一部としてリサイクルするこ
とも可能である。

【００２１】また、１段階方式の電解槽を使用して電解
水貯蔵槽８で水素ガスが生成した場合には、塩素ガスと
共にアルカリ水貯蔵槽９へと導かれる。また、隔膜式電
解槽を用いた場合、陰極側で発生する水素ガスもアルカ
リ水貯蔵槽９へと導かれて空気と混合された後排出され
る。

【００２２】アルカリ水貯蔵槽９に滞留する水素ガスの
濃度は、生成量、滞留時間等によるが通常 0.1〜10％と
なる。水素ガスは４％以上になると爆発下限を超え爆発
する危険性があるため、ファン13によりエァーを送風し
希釈混合して、水素ガス濃度を４％以下として排気管14
より排気される。尚、電解水が電解水供給管15を通じて
送られる際には電解槽８が負圧となるおそれがあるた
め、負圧防止用の逆止弁11の設置が好ましい。

【００２３】尚、水素ガスの危険性を考慮して電解槽の
陰極側の液の取出口とアルカリ水貯蔵槽の間に、水素ガ
スの分離槽を設け水素収蔵合金によって予めアルカリ水
中に同伴される水素ガスを分離した後、電解水貯蔵槽で
発生した塩素ガスを吹き込む方式とすることもできる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、実施例を挙げて本発明を更
に具体的に説明する。

【００２５】（実施例１）金属塩化物水溶液貯蔵槽１に
10％の塩化ナトリウム水溶液及び塩酸によりPH１に調整
した金属塩化物水溶液を注入し、この水溶液を金属塩化
物水溶液供給ポンプ２により100 ml/minで電解槽４へ送
液する。電解槽は無隔膜電解方式を使用し、電解電流40
Ａを印加して電解した。電解水の生成量は 100 ml/min
で電解水貯蔵槽８へ送液されて電解水約 60 Ｌが生成さ
れた。電解水中の有効塩素濃度は 15,000 ppm 、PH 6.2
であった。

【００２６】電解水貯蔵槽８の気相部に溜まった副生ガ
スは連結管12を通り、アルカリ水貯蔵槽９へと導かれ
る。アルカリ水貯蔵槽９には、１％の水酸化ナトリウム
を貯液しその液中に連結管が沈められている。このアル
カリ水貯蔵槽９の気相部へは、ファン 13 により空気を
1.2 m³/min で送風した。アルカリ水貯蔵槽９の排気管
14から出てくる副生ガス濃度を測定した結果、塩素ガス
濃度は検知管測定法の下限である0.5 ppm 以下、水素ガ
ス濃度も同じく0.5 ％以下であった。

【００２７】（実施例２）金属塩化物水溶液貯蔵槽１に
10 ％の塩化ナトリウム水溶液を注入し、この水溶液を
金属塩化物水溶液供給ポンプ２，３により各 100 ml/mi
n で電解槽４へ送液する。電解槽としては第１段階が無
隔膜電解方式であり、第２段階が隔膜電解方式を組み合
わせた構造のものを使用した。電解槽には電解電流40Ａ
を印加して電解した。隔膜電解槽の陽極側及び陰極側か
らから取り出された電解水は、各 100ml/min で電解水
貯蔵槽８及びアルカリ水貯蔵槽９へ送液され、各貯蔵槽
の液量が約 60 Ｌとなる迄電解した。得られた電解水中
の有効塩素濃度は、20,000 ppm、PH 6.8であった。

【００２８】電解水貯蔵槽８の気相部に溜まった副生塩
素ガスは連結管12を通り、アルカリ水貯蔵槽９へと導か
れた。アルカリ水貯蔵槽９には、隔膜電解槽の陰極側か
ら取り出された強アルカリ水( 0.4 ％の水酸化ナトリウ
ム水溶液 )が貯液され、その液中に連結管が沈められて
いる。このアルカリ水貯蔵槽９の気相部へは、ファン13
により空気を1.2 m³/minで送風した。アルカリ水貯蔵槽
９の排気管14からの排出ガスの組成を分性した結果、塩
素ガス濃度は検知管測定法の下限である 0.5 ppm以下、
水素ガス濃度も同じく0.5 ％以下であった。

【００２９】（比較例１）連結管12を取り外し電解水貯
蔵槽８及びアルカリ水貯蔵槽９の代わりに、それらのタ
ンクと同容量のバッファー槽を設けた以外は実施例２と
同様の実験を行った。電解水を約 60 Ｌを生成させて電
解水貯蔵槽８に貯液した時点で、気相部の副生ガス濃度
を測定した。気相部の塩素ガス濃度は、400 ppm で強い
塩素臭がした。水素ガス濃度は７％で爆発範囲内の濃度
となっていた。またアルカリ水貯蔵槽９の気相部の塩素
ガス濃度は０ppm 、水素ガス濃度は９％であった。

【００３０】

【発明の効果】本発明は塩化ナトリウム水溶液等、アル
カリ金属またはアルカリ土類金属塩化物の水溶液のみか
ら、次亜塩素酸を含有した殺菌効果が高い電解水が製造
できる方法及び装置である。特に大型の電解水製造装置
や大量に電解水を使用するプール、病院などの公共施設
や食品工場においては、副生する塩素ガスや水素ガスの
衛生及び環境上の影響が無視できないが、本発明の製造
装置はこれらの副生ガスを処理する機能を含むため衛生
及び環境管理上の問題も解消することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の副生ガス処理機能を有する電解水生成
装置の一態様のフローシートを示す。

【符号の説明】

１ 金属塩化物水溶液貯蔵槽 ２、３ 金属塩化物水溶液供給ポンプ ４ 電解槽 ５ 電解用電源装置 ６ 電解水送水管 ７ アルカリ水送水管 ８ 電解水貯蔵槽 ９ アルカリ水貯蔵槽 10 エアー送風管 11 逆止弁 12 連結管 13 空気ファン 14 排気管 15 電解水供給管 16 電解水生成ブロック 17 副生ガス分離ブロック 18 副生ガス処理ブロック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西谷 典孝 兵庫県神戸市西区室谷１−６−３アサヒプ リテック株式会社テクノセンター内 Ｆターム(参考） 4D061 DA03 DB10 EA02 EB12 EB14 EB39 ED12 GA30 GC02 GC12 GC19 GC20

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ナトリウム、カリウム、カルシウム及びマ
   グネシウムからなる群より選ばれた、少なくとも１つの
   金属の塩化物の水溶液を電気分解することにより、次亜
   塩素酸を含有する電解水を生成させる工程において、副
   生塩素ガスはアルカリ水に吸収させて除去し、副生水素
   ガスは空気と混合して爆発下限以下の濃度に希釈後大気
   中へ排出することを特徴とする電解水製造方法。
2. 【請求項２】ナトリウム、カリウム、カルシウム及びマ
   グネシウムからなる群より選ばれた、少なくとも１つの
   金属の塩化物の水溶液を電気分解することにより、次亜
   塩素酸を含有する電解水を生成させる電解水生成ブロッ
   ク、副生塩素ガスをアルカリ水に吸収させて除去すると
   共に、副生水素ガスと空気を混合して爆発下限以下の濃
   度に希釈後大気中へ排出する、副生ガス処理ブロックか
   ら構成されてなる電解水製造装置。
3. 【請求項３】ナトリウム、カリウム、カルシウム及びマ
   グネシウムからなる群より選ばれた、少なくとも１つの
   金属の塩化物の水溶液を、無隔膜電解槽で電気分解して
   生成した電解液を隔膜電解槽の陽極側に導入し、又はさ
   らにナトリウム、カリウム、カルシウム及びマグネシウ
   ムからなる群より選ばれた、少なくとも１つの金属の塩
   化物の水溶液を、該隔膜電解槽の陰極側に導入して電気
   分解することによって陽極側に次亜塩素酸を含有する電
   解水を生成させる工程において、電解水から生成した副
   生塩素ガスはアルカリ水に吸収させて除去し、陰極側に
   生成したアルカリ水から分離した副生水素ガスは空気と
   混合して爆発下限以下の濃度に希釈後、大気中へ排出す
   ることを特徴とする電解水製造方法。
4. 【請求項４】ナトリウム、カリウム、カルシウム及びマ
   グネシウムからなる群より選ばれた、少なくとも１つの
   金属の塩化物の水溶液を無隔膜電解槽で電気分解して生
   成した電解液を、隔膜電解槽の陽極側に導入し、又はさ
   らにナトリウム、カリウム、カルシウム及びマグネシウ
   ムからなる群より選ばれた、少なくとも１つの金属の塩
   化物の水溶液を、該隔膜電解槽の陰極側に導入して電気
   分解することによって、陽極側に次亜塩素酸を含有する
   電解水を生成させる電解水生成ブロック、電解水から生
   成した副生塩素ガスを分離してアルカリ水に吸収させて
   除去すると共に、陰極側に生成したアルカリ水から分離
   した副生水素ガスと、空気を混合して爆発下限以下の濃
   度に希釈後大気中へ排出する、副生ガス処理ブロックか
   ら構成されてなる電解水製造装置。
5. 【請求項５】副生ガス処理ブロックが、電解水から副生
   塩素ガスを分離する副生ガス分離ブロック及び、副生塩
   素ガスをアルカリ水に吸収させて除去すると共に、副生
   水素ガスは空気と混合して爆発下限以下の濃度に希釈後
   大気中へ排出する副生ガス処理ブロックからなる、請求
   項２または４記載の電解水製造装置。