JP2004066078A

JP2004066078A - 電解水生成装置

Info

Publication number: JP2004066078A
Application number: JP2002227361A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Kondo; 近藤　浩明
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-08-05
Filing date: 2002-08-05
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】添加溶液と電解槽内の水道水とのイオン濃度差によって適量の塩素イオンを電解槽内に供給させることで、添加剤の使用量を抑制するとともに高濃度の次亜塩素酸を含む電解水を生成できる電解水生成装置を実現する。
【解決手段】水道水が導入される電解槽１１および電解槽１１内に配設され互いに極性の異なる電極１２、１３を有し、電解槽１１内の水道水を電気分解することにより次亜塩素酸を含む電解水を生成する電解水生成装置において、添加剤を投入して飽和または過飽和の添加溶液を貯える添加剤溶解槽２０が設けられ、添加剤溶解槽２０は、電解槽１１内の水道水と陰イオンを通過する陰イオン交換膜２１を介して連通するように構成した。これにより、添加剤の使用量を抑制するとともに高濃度の次亜塩素酸を含む電解水を生成できる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水道水を電気分解することにより次亜塩素酸を含む電解水を生成する電解水生成装置に関するものであり、特に、安定した塩素イオンの供給に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の電解水生成装置として、例えば、特開平１０−３２８６６６号公報に記載のものが開示されている。この公報では、被処理水を入れる電解槽と、この電解槽内に対向して配設される互いに極性の異なる不溶性の電極を有し、電解槽内に所定量の食塩などの添加剤を添加させた被処理水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する装置であって、次亜塩素酸の濃度に応じて電解電流値が求められることで、電極間に流れる電解電流値を検知し、この電解電流値の大きさによって次亜塩素酸の生成時間を制御する制御手段が設けられている。
【０００３】
そして、電解電流値が所定の範囲内にあるときに、電解電流値に応じて生成時間を制御させて所定濃度の次亜塩素酸を含む電解水が生成されるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、次亜塩素酸の生成量は被処理水である水道水に含まれる塩素イオン濃度によって左右される。因みに、この塩素イオン濃度が低いと次亜塩素酸の生成量が少なく、塩素イオン濃度が高いと次亜塩素酸の生成量が多くなることが知られている。また、この水道水の塩素イオン濃度は各地の水道局によってバラツキがあり、しかも、同一の場所においても季節によってもバラツキが大きくて、常時一定量の濃度ではなく、しかも濃度の計量も容易にできないため、上記公報のように、一度に所定量の食塩などの添加剤を添加する装置であると、水道水に含まれるバラツキの大きい塩素イオンの量が加算され、概して所望する濃度を超えた次亜塩素酸が生成されるとともに、併せて添加する食塩などの添加剤の使用量が概して多くなってしまう問題がある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上記点に鑑みたものであり、添加溶液と電解槽内の水道水とのイオン濃度差によって適量の塩素イオンを電解槽内に供給させることで、添加剤の使用量を抑制するとともに高濃度の次亜塩素酸を含む電解水を生成できる電解水生成装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記、目的を達成するために、請求項１ないし請求項３に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、水道水が導入される電解槽（１１）およびこの電解槽（１１）内に対向して配設され導電性金属からなる互いに極性の異なる電極（１２、１３）を有し、電解槽（１１）内に導入された水道水を電気分解することにより次亜塩素酸を含む電解水を生成する電解水生成装置において、
食塩などの添加剤を投入して飽和または過飽和の添加溶液を貯える添加剤溶解槽（２０）が設けられ、この添加剤溶解槽（２０）は、電解槽（１１）内の水道水と陰イオンを通過するイオン交換膜（２１）を介して連通するように構成したことを特徴としている。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、水道水に含まれる塩素イオンの濃度にバラツキがあっても安定した高濃度の次亜塩素酸を生成するために、本発明では、添加溶液を貯える添加剤溶解槽（２０）と電解槽（１１）内の水道水とをイオン交換膜（２１）を介して連通するように構成したことにより、添加溶液と水道水とのイオン濃度差に基づいた最適な塩素イオンを添加剤溶解槽（２０）から水道水側に供給できるため、食塩などの添加剤を過剰に投入することはなく高濃度の次亜塩素酸を含む電解水が生成できる。
【０００８】
また、添加剤溶解槽（２０）へ添加剤を過って過剰に投入してもイオン交換膜（２１）によって電解槽（１１）内の水道水に応じた添加溶液を供給するため、無駄にはならない。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、添加剤溶解槽（２０）は、イオン交換膜（２１）の上方に貯えられた添加溶液をオーバフローするための溢水管（２２）が設けられ、この溢水管（２２）は、電解槽（１１）内の水道水に連通するように構成したことを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、上述のイオン交換膜（２１）は、添加溶液と水道水とのイオン濃度差による浸透圧により、電解槽（１１）内の水道水が添加剤溶解槽（２０）が移動する。そこで、本発明では、添加剤溶解槽（２０）に溢水管（２２）を設け、かつ電解槽（１１）内に連通するように構成したことにより、添加剤溶解槽（２０）の液面が上昇したときに、添加溶液をオーバフローさせることで高濃度の次亜塩素酸を含む電解水が生成できる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、添加剤溶解槽（２０）は、溢水管（２２）およびイオン交換膜（２１）を有する連通管（２３）によって、電解槽（１１）に隣接して設けたことを特徴としている。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、添加剤溶解槽（２０）と電解槽（１１）とが隣接して設けられたことにより、搬送手段であるポンプなどを用いることなく、添加溶液を電解槽（１１）に供給できる。
【００１３】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１および図２に基づいて説明する。図１は、本実施形態の電解水生成装置１０の全体構成を示す模式図である。図１に示すように、電解水生成装置１０は、水道水を電気分解することにより抗菌作用を有する次亜塩素酸を含む電解水を生成する装置であって、水道水が導入される電解槽１１と、この電解槽１１内に対向して配設され互いに極性の異なる電極１２、１３と、これらの電極１２、１３に直流電圧を印加する電圧印加手段１４と、添加剤を投入して飽和または過飽和の添加溶液を貯える添加剤溶解槽２０および制御手段である制御装置３０から構成している。
【００１５】
電解槽１１は、アルカリ性に強いプラスチックまたは耐食性の優れる金属などの材料で形成された容器であり、導入された水道水を電気分解する槽である。電解槽１１には、図示しない給水配管に接続され、水道水を導入する導入口１１ａおよび生成された次亜塩素酸を含む電解水を吐出する吐出口（図示せず）が形成されている。
【００１６】
電解槽１１内に配設される電極１２、１３は、導電性金属（例えば、Ｔｉ材にＰｔメッキかＰｔを焼成したもの）を板状に形成されている。そして、それぞれが電源である電圧印加手段１４に接続されている。この電圧印加手段１４は、電解効率の低下を防止するために、電極１２、１３に印加される電圧の極性が所定時間Ｔ１（例えば５分）ごとに陽極から陰極に極性が反転するように制御装置３０によって制御される。これにより、陰極側へのスケールの付着を防止して電解性能を維持するようにしてある。また、制御装置３０には、図示していないが電極１２、１３間に流れる電解電流値を検知する電流値検知手段が設けられている。
【００１７】
添加剤溶解槽２０は、所定量の添加剤として食塩を投入し飽和または過飽和の添加溶液（食塩水）を貯える槽であって、電解槽１１に適量の添加溶液（食塩水）を供給するように隣接して設けられている。因みに、図１に示すように、添加剤溶解槽２０の上方に溢水管２２と添加剤溶解槽２０の下方に連通管２３とが設けられて、電解槽１１内の水道水に連通するように構成されている。
【００１８】
溢水管２２は、添加剤溶解槽２０内の添加溶液（食塩水）がオーバーフローしたときに電解槽１１内へ溢れさせるオーバーフロー管である。一方の連通管２３には、イオン交換膜である陰イオン交換膜２１が設けられ、この陰イオン交換膜２１にて、電解槽１１内の水道水と添加剤溶解槽２０内の添加溶液（食塩水）とを区画している。
【００１９】
この陰イオン交換膜２１は、水道水と添加溶液（食塩水）との陰イオンの濃度差によって、添加剤溶解槽２０から電解槽１１へ陰イオン（Ｃｌ⁻）を通過させて電解槽１１内の水道水の陰イオン（Ｃｌ⁻）濃度を高めるものである。また、陰イオン交換膜２１は、陰イオンの濃度差による浸透圧によって、電解槽１１内の水道水が添加剤溶解槽２０側に透過する。これにより、添加剤溶解槽２０側の液面が上昇するが、一定水位を超えると溢水管２２から電解槽１１内へ排出される。これにより、電解槽１１内の水道水に飽和または過飽和の食塩水が供給される。従って、電解槽１１内の水道水は、添加剤溶解槽２０内の塩素イオン濃度とほぼ同等の塩素イオン濃度を有する液質となる。
【００２０】
次に、以上の構成による電解水生成装置１０の作動について説明する。ところで、電解水生成装置１０によって生成される次亜塩素酸の生成量は水道水に含まれる塩素イオン濃度によって左右される。因みに、この塩素イオン濃度が低いと次亜塩素酸の生成量が少なく、塩素イオン濃度が高いと次亜塩素酸の生成量が多くなることが知られている。
【００２１】
しかも、図示しない給水配管から電解槽１１内に導入される水道水の塩素イオン濃度は、各地の水道局によってバラツキがあり、さらに、同一の場所においても季節によってもバラツキが大きくて、常時一定量の濃度ではない。従って、水道水に含まれる塩素イオンのみでは生成される次亜塩素酸の生成にバラツキが生じてしまい所望する濃度の次亜塩素酸の生成ができない。
【００２２】
そこで、本発明の電解水生成装置１０では、高濃度の次亜塩素酸を生成するために、食塩などの添加剤を投入して飽和または過飽和の添加溶液を貯える添加剤溶解槽２０を設けるとともに、添加剤溶解槽２０内の添加溶液と、電解槽１１内の水道水とを陰イオン交換膜２１を介して区画させたものである。
【００２３】
本発明では、予め、図示しない投入口から所定量の食塩と水道水を添加剤溶解槽２０内に投入させて飽和または過飽和の食塩水を貯めておく。そして、図示しない給水配管から水道水が電解槽内１１内に導入されると、陰イオン交換膜２１によって、添加剤溶解槽２０内から電解槽内１１内に塩素イオンが透過されるとともに、溢水管２２から飽和または過飽和の食塩水が流入することで電解槽内１１内の塩素イオン濃度を高めることができる。
【００２４】
そして、電圧印加手段１４に電源が通電され、電極１２、１３間に電圧が印加されると、電極１２、１３間の水道水が以下に示すように電気分解される。因みに、電極１２、１３間に印加される電圧の極性は所定時間Ｔ１（例えば、５分）毎に陽極から陰極に反転するように切り換えられるが、説明の便宜上、以下電極１３が陰極側の極性に、電極１２が陽極側の極性となっているときの電気分解による次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）が生成される化学式について図１に基づいて説明する。
【００２５】
図１に示すように、陽極側の電極１２近傍では、下記化学式（１）によって示されるように水酸化物イオン（ＯＨ⁻）が分解され、相対的に水素イオン（Ｈ^＋）濃度が高まることによって強酸性水が生成されるとともに、化学式（２）、（３）によって示すように、塩素イオン（Ｃｌ⁻）がいったん塩素ガス（Ｃｌ_２↑）となった後、水と反応し抗菌成分である次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）が生成される。
【００２６】
【化１】４ＯＨ⁻＋４ｅ^＋→Ｏ_２↑＋Ｈ_２Ｏ
【００２７】
【化２】２Ｃｌ⁻＋２ｅ^＋→Ｃｌ_２↑
【００２８】
【化３】Ｈ_２Ｏ＋Ｃｌ_２→ＨＣｌＯ＋Ｈ^＋＋Ｃｌ⁻
一方の陰極側の電極１３近傍では、下記化学式（４）に示すように、水素イオン（Ｈ^＋）が水素ガス（Ｈ_２↑）に分解され、相対的に水酸化イオン（ＯＨ⁻）の濃度が高められアルカリイオン水が生成される。
【００２９】
【化４】２Ｈ^＋＋２ｅ⁻→Ｈ_２↑
なお、電極１２、１３の陽陰が反転したときには、電極１３では化学式（１）〜（３）で示す反応が起こり、電極１２では化学式（４）で示す反応が起こるので、説明は省略する。また、陰極側に発生した水素ガス（Ｈ_２↑）は、図示しない排気口から大気に排出される。
【００３０】
これにより、本発明の電解水生成装置１０では、水道水よりも高めの塩素イオン濃度とすることで次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）の生成量が大となる。因みに、図２は、本発明の電解水生成装置１０による電解性能を示した特性図であって、生成された電解水にて遊離残留塩素濃度と経過時間との関係を測定したものである。一般的に、図示していないが水道水のみのときには次亜塩素酸の生成量が少ないために遊離残留塩素濃度の上昇が僅かであるが、本実施形態では図２に示すように、高濃度の遊離残留塩素が得られるものである。
【００３１】
以上の一実施形態の電解水生成装置１０によれば、添加溶液である食塩水を貯える添加剤溶解槽２０と電解槽１１内の水道水とを陰イオン交換膜２１を介して連通するように構成したことにより、添加溶液と水道水とのイオン濃度差に基づいた最適な塩素イオンを添加剤溶解槽２０から水道水側に供給できるため、食塩などの添加剤を過剰に投入することはなく高濃度の次亜塩素酸を含む電解水が生成できる。
【００３２】
また、添加剤溶解槽２０へ添加剤を過って過剰に投入しても陰イオン交換膜２１によって電解槽１１内の水道水に応じた添加溶液を供給するため、無駄にはならない。
【００３３】
また、陰イオン交換膜２１は、添加溶液と水道水とのイオン濃度差による浸透圧により、電解槽１１内の水道水が添加剤溶解槽２０に移動する。そこで、本発明では、添加剤溶解槽２０に溢水管２２を設け、かつ電解槽１１内に連通するように構成したことにより、添加剤溶解槽２０の液面が上昇したときに、添加溶液をオーバフローさせることで高濃度の次亜塩素酸を含む電解水が生成できる。
【００３４】
また、添加剤溶解槽２０と電解槽１１とが隣接して設けられたことにより、搬送手段であるポンプなどを用いることなく、添加溶液を電解槽１１に供給できる。しかも、添加剤に安価な食塩を用いるのみであるため維持費の低コスト化が図れる。
【００３５】
（他の実施形態）
以上の一実施形態では、電解槽１１と添加剤溶解槽２０とを別体で設けて、溢水管２１および連通管２３にてそれぞれを連通するように構成したが、これに限らず、電解槽１１と添加剤溶解槽２０とを一体に形成しても良い。具体的には、図３に示すように、電解槽１１と添加剤溶解槽２０とを区画板１１ｂによって容器内を区画し、その区画板１１ｂに電解槽１１と添加剤溶解槽２０とを連通する一実施形態の溢水管２２である溢水部２２ａと、同じように連通管２３である連通部２３とが設けられるとともに、この連通部２３に陰イオン交換膜２１が設けられている。これにより、一実施形態よりも低コストの電解槽１１および添加剤溶解槽２０が提供できる。なお、図中の符号は、一実施形態と同じ構成のものは、一実施形態と同じ符号を付して説明は省略している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における電解水生成装置１０の全体構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態における電解水生成装置１０の電解性能を示す特性図である。
【図３】他の実施形態における電解水生成装置１０の全体構成を示す模式図である
【符号の説明】
１１…電解槽
１２、１３…電極
２０…添加剤溶解槽
２１…陰イオン交換膜（イオン交換膜）
２２…溢水管、溢水部
２３…連通管、連通部

Claims

水道水が導入される電解槽（１１）および前記電解槽（１１）内に対向して配設され導電性金属からなる互いに極性の異なる電極（１２、１３）を有し、前記電解槽（１１）内に導入された水道水を電気分解することにより次亜塩素酸を含む電解水を生成する電解水生成装置において、
食塩などの添加剤を投入して飽和または過飽和の添加溶液を貯える添加剤溶解槽（２０）が設けられ、前記添加剤溶解槽（２０）は、前記電解槽（１１）内の水道水と陰イオンを通過するイオン交換膜（２１）を介して連通するように構成したことを特徴とする電解水生成装置。
前記添加剤溶解槽（２０）は、前記イオン交換膜（２１）の上方に貯えられた添加溶液をオーバフローするための溢水管（２２）が設けられ、前記溢水管（２２）は、前記電解槽（１１）内の水道水に連通するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の電解水生成装置。
前記添加剤溶解槽（２０）は、前記溢水管（２２）および前記イオン交換膜（２１）を有する連通管（２３）によって、前記電解槽（１１）に隣接して設けたことを特徴とする請求項２に記載の電解水生成装置。