JP2002316160A

JP2002316160A - 電解水生成装置

Info

Publication number: JP2002316160A
Application number: JP2001123813A
Authority: JP
Inventors: Kazushige Nakamura; 一繁中村; Keijiro Kunimoto; 啓次郎國本; Takemi Oketa; 岳見桶田; Koji Oka; 浩二岡; Shigeru Shirai; 白井　　滋
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-04-23
Filing date: 2001-04-23
Publication date: 2002-10-29

Abstract

(57)【要約】【課題】大量の電解質を必要とせずに、短時間で効率
よく陽イオン濃度の高い強アルカリ水を得ること。【解決手段】隔膜１２を介して陽極室１３と陰極室１
４を形成し、少なくとも１組の電極１５、１６を配設
し、陽極室１３と陰極室１４の水を電解する電解槽１１
において、陽極室１３内の圧力を陰極室１４内の圧力と
同等あるいは高くすることによって、陽イオンの移動を
促進させることができるので、大量の電解質を用いなく
ても短時間で効率よく陽イオン濃度の高い強アルカリ水
を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電解水を生成する
電解水生成装置に関し、特に還元力の強いアルカリ水を
容易に生成できる電解水生成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電解水生成装置には、水道等の給水設備
に接続され、流水状態で電解を行い、酸性水やアルカリ
水を生成する流水式と、給水設備に接続しない簡易、低
コスト構造で水を滞留状態で電解するバッチ方式があ
る。流水方式では即座に電解水が取水できるメリットが
あるが、酸化力の強い酸性水や還元力の強いアルカリ水
を得ようとした場合、電極の大型化が必要となり大電力
が必要となるとともに複雑な構成が必要となり、装置全
体のコストアップとなる。一方、バッチ方式では滞留状
態で電解するため長時間にわたる電解が可能であり、簡
易な構成で上記酸性水やアルカリ水が得られやすい。

【０００３】従来のバッチ方式の電解水生成装置として
は、特開平８−３１９９５８号公報に記載されているよ
うなものがあった。この電解装置は図４に示すように、
隔膜１によって陽極室２と陰極室３を形成するとともに
陽極室２には陽極４を、また陰極室３には陰極５が隔膜
１を介して対向配置されている。６は開閉自在な蓋であ
り、電解時の生成ガスを外部に排出する穴７が設けられ
ている。８は制御回路であり、陽極４と陰極５に通電さ
れる。生成された電解水はそれぞれ酸性水出口９および
アルカリ水出口１０より取水される構成となっている。

【０００４】この構成において、電解に際しては蓋６を
開放して電解質としての手作業によって所定濃度に調整
した食塩水を電解槽に充填し、制御回路８によって陽極
４と陰極５間に電圧が印可され、電気量（電流と時間の
積）に応じて所望のpHとなるように水が電解されて陽極
室２には酸性水が、陰極室３にはアルカリ水が生成さ
れ、それぞれ酸性水出口９およびアルカリ水出口１０よ
り取水される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の電解水生成装置では、ある程度電解が行われ、陽極側
と陰極側のイオンの濃度差が少なくなるとイオンが移動
しにくくなるので、pHの高い強アルカリ水やpHの低い強
酸性水を得るためには大量の電力と時間そして大量の電
解質を必要とするという課題を有していた。

【０００６】本発明ではイオンの移動を促進することに
よって大量の電解質を必要とせず短時間に効率よく強ア
ルカリ水や強酸性水を得る電解水生成装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記従来の課題を解決す
るために、本発明の電解水生成装置は、陽極室内の圧力
を陰極室内に圧力と同等あるいは高くするものである。

【０００８】これによって、陽イオンの移動が促進され
るため、陽極側と陰極側の陽イオンの濃度差が少なくな
っても、容易に陽イオンが移動するので、大量の電解質
を必要とせず、効率的に陽イオン濃度の高い強アルカリ
水や陽イオン濃度の低い強酸性水を得ることができる。

【０００９】同様に、陰極室内の圧力を陽極室内に圧力
と同等あるいは高くすることによって、陰イオンの移動
が促進されるため、効率的に陰イオン濃度の高い強酸性
水や陰イオン濃度の低い強アルカリ水を得ることができ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、隔膜を
介して陽極室と陰極室を形成し、少なくとも１組の電極
を配設し、陽極室と陰極室の水を電解する電解槽におい
て、陽極室内の圧力を陰極室内の圧力と同等あるいは高
くすることで、陽極室から陰極室への陽イオンの移動を
促進させることができるので、陰極室には陽イオン濃度
の高い強アルカリ水が、陽極室には陽イオン濃度の低い
強酸性水ができる。

【００１１】請求項２に記載の発明は、隔膜が陽イオン
交換膜であることで、陽イオンのみを移動させることが
できるので、陽極室と陰極室の圧力差によって陰イオン
が陽極室から陰極室に移動することを防ぐことができる
ためより効果的に強アルカリ水と強酸性水を得ることが
できる。

【００１２】請求項３に記載の発明は、隔膜を介して陽
極室と陰極室を形成し、少なくとも１組の電極を配設
し、陽極室と陰極室の水を電解する電解槽において、陰
極室内の圧力を陽極室内の圧力と同等あるいは高くする
ことで、陰極室から陽極室への陰イオンの移動を促進さ
せることができるので、陽極室には陰イオン濃度の高い
強酸性水が、陰極室には陰イオン濃度の低い強アルカリ
水ができる。

【００１３】請求項４に記載の発明は、隔膜が陰イオン
交換膜であることで、陰イオンのみを移動させることが
できるので、陽極室と陰極室の圧力差によって陽イオン
が陰極室から陽極室に移動することを防ぐことができる
ためより効果的に強アルカリ水と強酸性水を得ることが
できる。

【００１４】請求項５に記載の発明は、電解中に陽極室
内と陰極室内とに圧力差を有することで、イオンの移動
により圧力差が無くなったり逆転したりすることが無い
ため、効果的にイオンの移動を行うことができる。

【００１５】請求項６に記載の発明は、電解終了後、陽
極室内と陰極室内との圧力差を解除することで、電解終
了後に圧力差によって隔膜から電解水が染み出し強酸性
水と強アルカリ水が混ざることを防ぐことができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。

【００１７】（実施例１）図１は、本発明の第１の実施
例における電解水生成装置の構成図を示すものである。
図１において、１１は電解槽であり、隔膜１２によって
陽極室１３と陰極室１４が形成されており、それぞれの
水位にはｈだけ差がついている。また、陽極１５および
陰極１６が隔膜１２を介して対向配置されている。な
お、隔膜としては陽イオン交換膜を用いている。電解槽
の下方には陽極水出口１７と陰極水出口１８が設けられ
ており、上方には給水口１９を有する着脱自在の蓋２０
が設けられている。蓋２０には原水に含まれる異物を濾
過するフィルタ部材２１が設けられており、ここでは原
水のスケール成分となる陽イオンを除去して軟水化する
イオン交換樹脂が設けられている。また、蓋２０には、
給水口１９より供給された水を電解槽１１に注水するた
めの注水口２２が陽極室１３の上部に設けられている。
また注水口２２は、電解時に陽極室から生成される塩素
ガスや酸素ガス、陰極室から生成される水素ガスを外部
に排気する役割も担っている。陰極室１４には、所定量
以上に供給された水を排水するための排水口２３が設け
られており、所定量以上の水は排水路２４より排出され
る。

【００１８】２５は着脱自在のキャップ２６および電解
質床２７を有する食塩タンクであり、ここでは電解質と
して食塩（塩化ナトリウム）が充填されている。食塩タ
ンク２５には陽極室１３の上部に設けられた給水口２８
からパルスポンより構成される給液手段２９によって電
解槽１１に入れられた原水が導入路３０を経て食塩タン
ク２５の上方に送られる。導入された水は食塩と混合し
て過飽和食塩水となり、電解質床２７および給塩路３１
を通じて食塩供給口３２から食塩溶液が陽極室１３に供
給される構成となっている。

【００１９】ここで、給塩路３１の食塩供給口３２近傍
には陽極室１３の原水の侵入を阻止する方向に逆止弁３
３が設けられている。陰極水出口１８の下流にはギヤー
ドポンプなどの比較的大流量を制御する吐出手段３４が
設けられており、駆動されることで吐出路３５を通じて
電解水が吐出口３６から電解水容器３７に取水される。
また陽極水出口１７の下流には排水弁３８が設けられて
おり、排水弁３８を開くことにより排水保留部３９、排
水路２４を通じて陽極水を排出する。

【００２０】４０は後述する操作パネル４１と制御回路
４２から成る制御手段であり、電解水容器３７の存在を
検知する容器検知手段４３の信号が制御回路４２に入力
され、容器検知手段４３によって電解水容器３７が吐出
口３６の対向位置に存在する時のみ取水動作を行うよう
に構成されている。また４４はパルスポンプからなる給
液手段２９の駆動パルスをカウントするパルスカウンタ
であり、累積パルス数をカウントすることで食塩の消費
量が擬似的に検出され、所定パルス数に達した時点で食
塩補給の報知を行うように構成されている。

【００２１】操作パネル４１は図２に示すように電源ス
イッチ４５と電解スイッチ４６および取水スイッチ４７
を有するとともに容器検知手段４３によって電解水容器
が存在することを報知する容器セット報知手段４８とパ
ルスカウンタ４４の累積パルスが所定値に達した時点で
食塩補給を報知する食塩補給報知手段４９を有してお
り、電解スイッチ４６を投入することで制御回路４２が
動作して給液手段２９、陽／陰極１５、１６が駆動され
るように構成されている。そして、取水スイッチ４７を
投入することで、吐出手段３４が駆動されるように構成
されている。

【００２２】以上のように構成された電解水生成装置に
ついて、以下その動作、作用を説明する。

【００２３】電解前に給水口１９から電解槽１１の所定
水位まで原水を入れる。この際、原水は陽イオン交換樹
脂からなるフィルタ部材２１を通過することとなり、原
水に含まれる比較的大きな異物が濾過されるとともに、
カルシウム、マグネシウムイオンなどの陽イオンが除去
されて軟水化される。バッチ方式では水道に直結せず、
食塩水生成時点で異物が混入する可能性があり、電解に
よってその異物が隔膜に付着して隔膜を劣化させる場合
があるが、フィルタ部材２１で濾過することにより異物
混入が防止されて隔膜の長寿命化が図れる。

【００２４】また、水道水の硬度（導電率）には大きな
ばらつきがあり、例えば硬水では水酸化カルシウムなど
のスケール成分を多く含み、陰極へのスケール析出にば
らつきが発生するとともに、所定時間電解した場合、硬
度によってpH値にばらつきが生じるが、給水時に陽イオ
ン交換樹脂を通過することで、軟水化されるので硬度差
によるpH値のばらつきが解消されるとともに、陰極１６
へのスケール析出を低減できる。

【００２５】そして、フィルタ部材２１を通過した水
は、まず陽極室１３の上部に設けられた注水口２２を通
り陽極室１３に注ぎ込まれる。そして、陽極室１３から
あふれ出た水が陰極室１４に流れ込むことにより電解槽
１１に水が供給される。もし使用者が所定量以上の水を
電解槽１１に供給した場合、余分な水は排水口２５から
排出される。このことにより、使用者は水位差を付ける
ことを意識することなく、容易に陽極室１３と陰極室１
４の水位にｈだけ差をつけることができる。

【００２６】次に、図２に示した操作パネル４１の電源
スイッチ４５を投入し、電解スイッチ４６を投入するこ
とで電解動作が開始される。

【００２７】洗浄水生成時の電解動作について図３に示
したタイムチャートに基づいて説明する。電解スイッチ
４６を投入すると、まず給液手段２９が所定時間ｔｐだ
け駆動され、陽極室１３の原水が導入路３０を経て食塩
タンク２５に送られる。食塩タンク２５は水密状態に構
成されており、原水が導入されることにより飽和状態の
食塩水が電解質床２７、給塩路３１、逆止弁３３を経て
食塩供給口３２から陽極室１３内に所定量供給され、所
定濃度の食塩希釈水となる。次いで制御回路４２が動作
して陽極１５と陰極１６間に逆極性、つまり陽極１５側
を−極、陰極１６側を＋極として電流が所定時間ｔｒ印
可される。これにより前回の電解によって陰極１６の表
面に析出したスケール成分が酸化還元されて洗浄され
る。すなわち、原水には各種のイオンが含まれており、
特にカルシウムイオンやマグネシウムイオンなどの陽イ
オンは陰極室１４側の水酸基と反応して水酸化カルシウ
ムや水酸化マグネシウムとなり、溶解限界を越えると陰
極１６や隔膜１２の表面に析出し、電解電流の妨害因子
となるが、電解前に逆電洗浄を所定時間ｔｒ行うことで
良好に洗浄されてスケール成分が分解され、電極の長寿
命化が実現できる。

【００２８】その後通常極性ので所定時間ｔｅだけ電解
される。電解時の陽極室１３では（化１）に示した反応
が生じて酸性水が生成される。

【００２９】（化１）２Ｃｌ^-→Ｃｌ₂↑＋２ｅ^- Ｃｌ₂＋Ｈ₂Ｏ→ＨＣｌ＋ＨＣｌＯ２Ｈ₂Ｏ→Ｏ₂↑＋４Ｈ⁺＋４ｅ^- 一方、陰極室１４では化式２に示した反応が生じて水酸
基ＯＨ^-を中和するためナトリウムイオンが隔膜１２を
通過して移動し、アルカリ水が生成される。

【００３０】（化２）２Ｈ₂Ｏ＋２ｅ^-→Ｈ₂↑＋２ＯＨ^- Ｎａ⁺＋ｅ_-→Ｎａ２Ｎａ＋２Ｈ₂Ｏ→２ＮａＯＨ＋Ｈ₂↑ ここで、陽極室１３のみに食塩溶液が供給されるので短
時間に還元力の強いアルカリ水が得られる。すなわち、
陽極１５と陰極１６間に電圧が印可されると被電解水に
含まれるイオンは電気吸引力により陽／陰極１５、１６
と逆極性のイオンが隔膜１２を通過して移動することと
なる。したがって陽極室１３に導入された食塩に含まれ
るナトリウムイオンは隔膜１２を経て陰極室１４へと即
座に移動する。この電気吸引力以外にも例えば拡散理論
にしたがえば、ナトリウムイオンが拡散によってイオン
濃度を均一にするように作用する。

【００３１】しかし、陰極室１４内の圧力が陽極室１３
内の圧力よりも高い場合、ナトリウムイオンの移動が妨
げられ、陰極室１４に生成されるアルカリ水のナトリウ
ムイオン濃度が減り、その結果pHが低くなってしまう。
２Ａの電流を１０分間流し、４００ｃｃのアルカリ水を
得る場合、陰極室１４の水位を陽極室１３の水位よりも
４０mm高くすると、アルカリ水のナトリウムイオン濃度
は５１０ppmであり、pHは１２．０であった。

【００３２】そこで、本実施例のように陽極室１３内の
圧力が陰極室１４内の圧力より高くなるように水位差を
つけると、陽極室１３から陰極室１４へのナトリウムイ
オンの移動が促進されるため、ナトリウムイオン濃度が
高く、pHの高いアルカリ水を得ることができる。前述の
例の場合、水位差ｈを４０mmに設定すると、アルカリ水
のナトリウムイオン濃度は３０％増の６７０ppmであ
り、pHは１２．２であった。これは、電解効率で１．６
倍の値である。

【００３３】また、時間と共に陽極室１３と陰極室１４
のナトリウムイオン濃度差が少なくなり、さらにナトリ
ウムイオンは移動の際に少量の水分子を伴って移動する
ため、陽極室１３の水位が下がり陰極室１４の水位が上
がっていく。そのため、ナトリウムイオンの移動が困難
になってしまう。そこで、あらかじめ電解中は陽極室１
３と陰極室１４の水位が等しくなったり、水位差が逆転
しないような水位差（ｈ）を設定することが望ましい。

【００３４】この結果、短時間に還元力の強いアルカリ
水が得られる。この還元力の強いアルカリ水は油脂の鹸
化や乳化作用および蛋白質に対する加水分解作用を有
し、家具や住宅建材、電気製品などの表面の洗浄水とし
て利用できる。

【００３５】また陽極室１３のみに食塩溶液が供給され
ることで陰極室１４には塩素イオン濃度の低いアルカリ
水が生成される。塩素イオンは洗浄力を阻害する因子と
なるため、陽極室１３のみに食塩溶液が供給することで
洗浄力の高いアルカリ水を生成できる。

【００３６】さらに、本実施例では隔膜として陽イオン
交換膜を用いることにより、陽極室１３の水位が陰極室
１４の水位よりも高くても塩素イオンが陽極室１３から
陰極室１４に移動することを防いでいる。しかし、陽極
室１３と陰極室１４の水位差（ｈ）が大きすぎると圧力
差によって塩素イオンが陽極室１３から陰極室１４へ染
み出してしまう。そこで、水位差（ｈ）は大きくても８
０mm以下であることが望ましい。これは、水位差（ｈ）
が８０mm以上であると、水位差が無いあるいは陽極室１
３の水位が陰極室１４の水位よりも高い場合に比べて３
倍以上もの塩素イオンがアルカリ水中に含まれてしまう
からである。

【００３７】陽極室１３に生成される塩素ガスＣｌ
₂↑、酸素ガスＯ₂↑および陰極室１４に生成される水素
ガスＨ₂↑は注水口２２、フィルタ部材２１を通過して
外部に排出される。

【００３８】そして、所定時間ｔｅ電解を行った後、排
水弁３８が制御手段４０によって一定時間作動し、排水
保留部３９に所定量だけ酸性水を流入させる。このこと
により、電解終了後に水位差が解除されるため、隔膜を
介しての酸性水とアルカリ水の浸透混入が防止できる。
そして、使用者が取水スイッチ４７を押すと、吐水手段
３４が駆動し、吐出路３５を通過して吐出口３６から電
解水容器３７に注入される。なお、この時電解水容器３
７が吐出口３６に対向する位置に載置されていない場合
は容器検知手段４３によって検出され、取水動作に移行
しない。これにより誤って容器外に電解水を吐出するこ
とがなくなる。なお、取水スイッチを設けず、制御手段
４０により、電解終了後直ちに吐水手段３４を駆動し、
アルカリ水を取り出す方式にしてもよい。この場合も電
解隔膜を介しての酸性水とアルカリ水の浸透混入が防止
でき、pH値の劣化が防止できる。また、電解水容器３７
には噴霧機構（図示せず）を設けて被洗浄面に直接スプ
レー噴霧して使用することもできる。

【００３９】本実施例では、陽極室１３で生成される酸
性水は排水弁３８を開くことにより排水路２４より排出
される。しかし、陽極室１３の陽イオンが陰極室１４に
移動するため、この酸性水は塩素イオンリッチでpHの低
い強酸性水であるので、殺菌水として利用してもよい。

【００４０】また、パルスカウンタ４４はパルスポンプ
から構成される給液手段２９の駆動信号であるパルス数
をカウントする。このパルス数によって食塩の消費量が
決まり、所定パルス数すなわち食塩タンク２５内の食塩
残量が少なくなった時点で操作パネル４１の食塩補給報
知手段４９が点灯もしくは点滅し、食塩の補給が使用者
に報知される。

【００４１】また、給塩路３１に逆止弁３３を設けたの
で陽極室１３への給水時に食塩タンク２５側への原水の
逆流が防止され、電解質溶液の原水逆流による希釈が防
止される。この結果、常に所望の濃度の電解質溶液が精
度良く食塩供給口３２から電解槽へ供給されることとな
り、安定したpH値が得られる。

【００４２】さらに、陽極室１３側の水を食塩タンク２
５に供給する構成としているので、陰極１６や陰極室１
４内に生成されるスケール片による給液手段２９の目詰
まりを防止できる。すなわち電解を行うことで原水に含
まれるカルシウムやマグネシウムイオンが水酸基と反応
して水酸化カルシウムや水酸化マグネシウムなどのスケ
ールとなって陰極１６や陰極室１４壁面に付着し、電解
槽１１に原水を入れる際の剥離作用によって微少なスケ
ール片となって原水に混入される場合がある。したがっ
て陰極室１４側の水を食塩タンク２５に供給する構成と
した場合、微少流量を制御する給液手段２９にスケール
片が堆積して目詰まりが発生し、電解質溶液が供給され
なくなる場合があるが、陽極室１３側の水を食塩タンク
２５に供給することで上記不具合が防止され、給液手段
２９の長寿命化が図れる。

【００４３】なお、本実施例では陽極室１３の水位を陰
極室１４の水位よりもｈだけ高くし、ナトリウムイオン
の移動を促進させて強アルカリ水と強酸性水を得る構成
にしたが、陰極室１４の水位を陽極室１３の水位よりも
高くすることで、塩素イオンの移動を促進させて強酸性
水と強アルカリ水を得る構成にしてもよい。なお、この
場合は隔膜として陰イオン交換膜を用いることで、より
効果的に塩素イオンを移動させることができる。また、
陰極室１４に供給される水道水中の塩素イオンも陽極室
１３に移動するため、塩素イオン濃度の低い強アルカリ
水を得ることができる。

【００４４】

【発明の効果】以上のように、請求項１から６に記載の
発明によれば、陽極室内の圧力を陰極室内に圧力と同等
あるいは高くすることで、陽イオンの移動が促進される
ので、大量の電解質を用いずに、効率的に陽イオン濃度
の高い強アルカリ水や陽イオン濃度の低い強酸性水を得
ることができる。

【００４５】同様に、陰極室内の圧力を陽極室内に圧力
と同等あるいは高くすることによって、陰イオンの移動
が促進されるため、効率的に陰イオン濃度の高い強酸性
水や陰イオン濃度の低い強アルカリ水を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における電解水生成装置の構
成図

【図２】同電解水生成装置の操作パネルの構成図

【図３】同電解水生成装置の給液手段、電解電流、吐出
手段の動作を示すタイムチャート

【図４】従来の電解水生成装置の構成図

【符号の説明】

１１電解槽１２隔膜１３陽極室１４陰極室１５陽極１６陰極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者桶田岳見大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者岡浩二大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者白井滋大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 4D061 DA03 DB08 EA03 EA04 EB13 EB19 ED13 FA08 FA13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】隔膜を介して陽極室と陰極室を形成し、
少なくとも１組の電極を配設し、前記陽極室と前記陰極
室の水を電解する電解槽を備え、前記陽極室内の圧力を
前記陰極室内の圧力と同等あるいは高くする電解水生成
装置。
【請求項２】隔膜が陽イオン交換膜である請求項１記
載の電解水生成装置。
【請求項３】隔膜を介して陽極室と陰極室を形成し、
少なくとも１組の電極を配設し、前記陽極室と前記陰極
室の水を電解する電解槽を備え、前記陰極室内の圧力を
前記陽極室内の圧力と同等あるいは高くする電解水生成
装置。
【請求項４】隔膜が陰イオン交換膜である請求項３記
載の電解水生成装置。
【請求項５】電解中に陽極室内と陰極室内とに圧力差
を有する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電解
水生成装置。
【請求項６】電解終了後陽極室内と陰極室内との圧力
差を解除する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の
電解水生成装置。