JP2004148295A - 水改質装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 マグネシウム材からなる電極と不溶性の導電性材料からなる電極とを組み合わせることで、溶存水素濃度の高いアルカリ水に改質する水改質装置を実現する。
【解決手段】 改質する水が導入される電解槽１１と、マグネシウム材からなる一対の第１電極１２ａ、１２ｂと、不溶性の導電性材料からなる一対の第２電極１３ａ、１３ｂとを備え、第１電極１２ａ、１２ｂ間および第２電極１３ａ、１３ｂ間に電圧を印加させて、第１電極１２ａ、１２ｂからＭｇ^２＋イオンを溶解させるとともに、第２電極１３ａ、１３ｂでＯ_２とＨ_２とを発生させて、電解槽１１内の水を酸化還元電位が低く、かつミネラル成分が含まれるアルカリ水に改質する。これにより、溶存水素濃度の高いアルカリ水に改質できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水道水などの原水を電気分解によりミネラル成分が含まれるアルカリ水に改質する水改質装置に関するものである。

従来のこの種の水改質装置としては、改質する水が導入される電解槽内に第１、第２、第３電極を配置させて、第１，第２電極間に交流を印加して、第３電極を接地し、第１、第２電極と第３電極との間の水に直流電圧を発生させ、第１および第２電極と第３電極間の間の水に直流電流を流して、水を電気分解して該水の酸化還元電位を下げるようにしている。

これは、第１，第２電極間、つまり、第１電極と第２電極では金属イオンの溶解と水素ガスＨ_２の発生、および第３電極では水素ガスＨ_２と酸素ガスの発生が起きている。しかも、この第３電極で発生する酸素ガスは、被処理水が飽和状態、またはこれに近い場合には、ほとんど水中に溶け込むことはなく大気中に放出される。一方、上記電気分解によって生じた水素ガスＨ_２は、ほとんど過飽和の状態で被処理水中に溶け込んでいる。従って、酸化体である酸素に比べて還元体である水素が増加して、被処理水の酸化還元電位が低下するものである（例えば、特許文献１参照。）。
特許公報２６１５３０８号明細書

しかしながら、上記特許文献１によれば、第１，第２電極と第３電極との間の水に直流電圧を発生させて水素ガスＨ_２を発生するようにしているため、導入される水が電気分解されて酸化還元電位が低下するまでに数分間の時間を要するとともに、第１，第２電極と第３電極との対向面積が大きくとれず、水素ガスＨ_２の発生が少ない問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、マグネシウム材からなる電極と不溶性の導電性材料からなる電極とを組み合わせることで、溶存水素濃度の高いアルカリ水に改質する水改質装置を提供することにある。

上記、目的を達成するために、請求項１ないし請求項８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、改質する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マグネシウム材からなる一対の第１電極（１２ａ、１２ｂ）と、電解槽（１１）内に対向して配設され不溶性の導電性材料からなる一対の第２電極（１３ａ、１３ｂ）とを備え、
第１電極（１２ａ、１２ｂ）間および第２電極（１３ａ、１３ｂ）間に電圧を印加させて、第１電極（１２ａ、１２ｂ）からＭｇ^２＋イオンを溶解させるとともに、第２電極（１３ａ、１３ｂ）でＯ_２とＨ_２とを発生させて、電解槽（１１）内の水を酸化還元電位が低く、かつミネラル成分が含まれるアルカリ水に改質することを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、まず、改質された水の良否は、酸化還元電位を低くするのが望ましい。そこで、本発明では、それぞれ一対の第１電極（１２ａ、１２ｂ）と一対の第２電極（１３ａ、１３ｂ）とを設けて、一方の第１電極（１２ａ、１２ｂ）間に電圧を印加させて水を電気分解すると、マグネシウムでからなる第１電極（１２ａ、１２ｂ）の高電位側からＭｇ^２＋イオンが溶解されて、ＯＨ⁻イオンと反応して水中にＭｇ（ＯＨ）_２が生成される。このＭｇ（ＯＨ）_２はアルカリ性であるとともに、水酸化マグネシウムよりなるミネラル成分を含んでいる。また、このときに、第１電極（１２ａ、１２ｂ）の低電位側近傍では、水素ガスＨ_２が発生するが、この水素ガスＨ_２は過飽和の状態になるまで水中に溶け込んでいる。

そして、第２電極（１３ａ、１３ｂ）の低電位側近傍には、上記同様に水素ガスＨ_２が発生して溶存水素濃度が高められる。これにより、酸化体である酸素に比べて還元体である水素が増加することで、電解槽（１１）内の水の酸化還元電位が低下できるとともに、ミネラル成分を含んだアルカリ水に改質できる。

また、マグネシウムからなる一対の第１電極（１２ａ、１２ｂ）と不溶性の金属材料からなる一対の第２電極（１３ａ、１３ｂ）とを電解槽（１１）内に配設させて電気分解させることにより、それぞれの電極間の電解能力が充分に発揮されることで、迅速に溶存水素濃度を高めることができる。従って、酸化還元電位の低下を迅速にできる。

請求項２に記載の発明では、改質する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マグネシウム材からなる一対の第１電極（１２ａ、１２ｂ）と、第１電極（１２ａ、１２ｂ）間に配設されマグネシウム材からなる一枚または複数枚の第１中間電極（１４）と、電解槽（１１）内に対向して配設され、不溶性の導電性材料からなる一対の第２電極（１３ａ、１３ｂ）と、この第２電極（１３ａ、１３ｂ）間に配設され不溶性の導電性材料からなる一枚または複数枚の第２中間電極（１５）とを備え、
第１電極（１２ａ、１２ｂ）間および第２電極（１３ａ、１３ｂ）間に電圧を印加させて、第１電極（１２ａ、１２ｂ）および第１中間電極（１４）からＭｇ^２＋イオンを溶解させるとともに、第２電極（１３ａ、１３ｂ）および第２中間電極（１５）でＯ_２とＨ_２とを発生させて、電解槽（１１）内の水を酸化還元電位が低く、かつミネラル成分が含まれるアルカリ水に改質することを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、第１電極（１２ａ、１２ｂ）間にマグネシウム材からなる一枚または複数枚の第１中間電極（１４）を設けることにより、マグネシウム材の電極面積が広く取れ、多量のＭｇ^２＋イオンを溶解させることができるため、Ｍｇ（ＯＨ）_２の生成およびＨ_２の発生が活発となり、短時間に電解槽（１１）内の水を酸化還元電位が低く、かつミネラル成分が含まれるアルカリ水に改質することができる。

また、マグネシウム材からなる第１中間電極（１４）は、マグネシウムの溶解による電極の消耗が大きいため２枚以上の複数枚設けることにより、メンテナンス期間を長くすることができる。

請求項３に記載の発明では、改質する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、不溶性の導電性材料からなる一対の第２電極（１３ａ、１３ｂ）と、この第２電極（１３ａ、１３ｂ）間に配設されマグネシウム材からなる一枚または複数枚の第１中間電極（１４）とを備え、
第２電極（１３ａ、１３ｂ）間に電圧を印加させて、第１中間電極（１４）からＭｇ^２＋イオンを溶解させるとともに、第２電極（１３ａ、１３ｂ）でＯ_２とＨ_２とを発生させて、電解槽（１１）内の水を酸化還元電位が低く、かつミネラル成分が含まれるアルカリ水に改質することを特徴としている。

請求項３に記載の発明によれば、不溶性の導電性材料からなる一対の第２電極（１３ａ、１３ｂ）の間にマグネシウム材からなる第１中間電極（１４）を配設されることにより、第２および第１中間電極（１３ａ、１４）が一体に形成できるため、電解槽（１１）を小型化できる。

請求項４に記載の発明では、改質する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マグネシウム材からなる一対の第１電極（１２ａ、１２ｂ）と、電解槽（１１）内に対向して配設され不溶性の導電性材料からなる一対の第２電極（１３ａ、１３ｂ）とを備え、
第１電極（１２ａ、１２ｂ）間に電圧を印加させ、第１電極（１２ａ、１２ｂ）からＭｇ^２＋イオンを溶解させて、電解槽（１１）内の水をミネラル成分が含まれるアルカリ水に改質するか、または第２電極（１３ａ、１３ｂ）間に電圧を印加させ、第２電極（１３ａ、１３ｂ）でＯ_２とＨ_２とを発生させて、電解槽（１１）内の水を酸化還元電位が低いアルカリ水に改質するかのいずれか一方を選択できることを特徴としている。

請求項４に記載の発明によれば、上述した請求項１ないし請求項３においては、改質する水を第１電極（１２ａ、１２ｂ）から第２電極（１３ａ、１３ｂ）に直列に流通させてアルカリ水に改質したが、これに限らず、マグネシウム材からなる第１電極（１２ａ、１２ｂ）と不溶性の導電性材料からなる第２電極（１３ａ、１３ｂ）とのいずれか一方を選択することでも良い。これにより、ミネラル成分が含まれるアルカリ水、または、酸化還元電位が低いアルカリ水のいずれかを容易に選択できる。従って、ミネラル成分の含有を必要としないで、短時間に酸化還元電位が低いアルカリ水の改質もできる。

請求項５に記載の発明では、改質する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マグネシウム材からなる一対の第１電極（１２ａ、１２ｂ）と、この第１電極（１２ａ、１２ｂ）間に配設されマグネシウム材からなる一枚または複数枚の第１中間電極（１４）と、電解槽（１１）内に対向して配設され、不溶性の導電性材料からなる一対の第２電極（１３ａ、１３ｂ）とを備え、
第１電極（１２ａ、１２ｂ）間に電圧を印加させ、第１電極（１２ａ、１２ｂ）および第１中間電極（１４）からＭｇ^２＋イオンを溶解させて、電解槽（１１）内の水をミネラル成分が含まれるアルカリ水に改質するか、または第２電極（１３ａ、１３ｂ）間に電圧を印加させ、第２電極（１３ａ、１３ｂ）でＯ_２とＨ_２とを発生させて、電解槽（１１）内の水を酸化還元電位が低いアルカリ水に改質するかのいずれか一方を選択できることを特徴としている。

請求項５に記載の発明によれば、請求項２と同様の効果を奏する。

請求項６に記載の発明では、改質する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、不溶性の導電性材料からなる一対の第３電極（１２ｃ、１２ｄ）と、この第３電極（１２ｃ、１２ｄ）間に配設されマグネシウム材からなる一枚または複数枚の第１中間電極（１４）と、電解槽（１１）内に対向して配設され、不溶性の導電性材料からなる一対の第２電極（１３ａ、１３ｂ）とを備え、
第３電極（１２ｃ、１２ｄ）間に電圧を印加させ、第１中間電極（１４）からＭｇ^２＋イオンを溶解させて、電解槽（１１）内の水をミネラル成分が含まれるアルカリ水に改質するか、または第２電極（１３ａ、１３ｂ）間に電圧を印加させ、第２電極（１３ａ、１３ｂ）でＯ_２とＨ_２とを発生させて、電解槽（１１）内の水を酸化還元電位が低いアルカリ水に改質するかのいずれか一方を選択できることを特徴としている。

請求項６に記載の発明によれば、第３電極（１２ｃ、１２ｄ）間にマグネシウム材からなる一枚または複数枚の第１中間電極（１４）を設けることにより、マグネシウム材の電極面積が広く取れ、多量のＭｇ^２＋イオンを溶解させることができるため、Ｍｇ（ＯＨ）_２の生成が活発となり、短時間に電解槽（１１）内の水をミネラル成分が含まれるアルカリ水に改質することができる。

また、マグネシウム材からなる第１中間電極（１４）は、マグネシウムの溶解による電極の消耗が大きいため２枚以上の複数枚設けることにより、メンテナンス期間を長くすることができる。

請求項７に記載の発明では、電解槽（１１）は、第３電極（１２ｃ、１２ｄ）のいずれか一方と、第２電極（１３ａ、１３ｂ）のいずれか一方とが兼用できるように構成したことを特徴としている。請求項７に記載の発明によれば、電極本数の低減が図れるとともに、電解槽（１１）を小型化とすることができる。

請求項８に記載の発明では、電解槽（１１）は、浴槽内の浴水を循環させて浄化する浴水浄化装置（３０）に設けられたことを特徴としている。請求項８に記載の発明によれば、改質する水を浴水浄化装置（３０）に用いることにより、ミネラル成分が含まれるアルカリ水と、酸化還元電位が低いアルカリ水のいずれかを選択することができるため、入浴者（使用者）に体感差を楽しませることができる。

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。

（第１実施形態）
以下、水道水をアルカリ水に改質するアルカリ整水器に本発明を適用した第１実施形態について図１に基づいて説明する。図１は、本実施形態の水改質装置であるアルカリ整水器１０の全体構成を示す模式図である。

アルカリ整水器１０は、図１に示すように、改質される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る一対の第１電極１２ａ、１２ｂと、この第１電極１２ａ、１２ｂの下流側に配設される一対の第２電極１３ａ、１３ｂと、第１電極１２ａ、１２ｂ間、および第２電極１３ａ、１３ｂ間に電圧を印加する制御手段である制御装置１６と、制御装置に直流電源を供給する電源手段１７ａとから構成されている。

電解槽１１は、耐食性に優れた材料、例えば、アルカリに強いプラスチックなどの材料で形成された管路であり、上流端が図示しない給水配管に開閉弁（図示せず）を介して接続されて、水道水を電解槽１１内に流入させる流入口１１ａと、下流端が開口し改質されたアルカリ水を流通させる流出口１１ｂとが設けられ、電解槽１１内に流入された水道水を電気分解させてアルカリ水に改質するための容器である。

また、電解槽１１には、連通口１１ｃを設け、この連通口１１ｃにより、電解槽１１内を第１電解槽１１ｄと第２電解槽１１ｅとに区画されている。そして、第１電解槽１１ｄ内には一対の第１電極１２ａ、１２ｂが配設され、第２電解槽１１ｅ内には一対の第２電極１３ａ、１３ｂが配設されている。一対の第１電極１２ａ、１２ｂは、共にマグネシウムの材料で板状に形成され、一方の一対の第２電極１３ａ、１３ｂは、共に不溶性の導電性金属材で板状に形成されている。

因みに、この不溶性の導電性金属材として、例えば、Ｔｉ製の基材の表面にＰｔメッキを施すか、あるいはＴｉ製の基材の表面にＰｔを焼成したいずれかにより形成している。これにより、電気分解のときに、第１電極１２ａ、１２ｂでは、水中にマグネシウムが溶解されるが、第２電極１３ａ、１３ｂでは、Ｔｉ材が溶解されることはない。そして、第１電極１２ａ、１２ｂおよび第２電極１３ａ、１３ｂは、制御装置１６に電気的に接続されている。

次に、制御装置１６は、電源手段１７ａから供給される直流電源を第１電極１２ａ、１２ｂ間および第２電極１３ａ、１３ｂ間に所定の直流電圧を印加するとともに、印加電圧の極性が交互に切り換えられるように制御している。具体的には、一対の第１電極１２ａ、１２ｂおよび第２電極１３ａ、１３ｂのうち、まず、第１電極１２ａおよび第２電極１３ａに高電位電圧（例えば、ＤＣ２４Ｖ）を印加するとともに、他方の第１電極１２ｂおよび第２電極１３ｂに低電位電圧（例えば、ＤＣ０Ｖ）を印加する。

そして、所定時間（例えば、５分）経過後に、第１電極１２ａおよび第２電極１３ａに低電位電圧（例えば、ＤＣ０Ｖ）を印加するとともに、他方の第１電極１２ｂおよび第２電極１３ｂに高電位電圧（例えば、ＤＣ２４Ｖ）を印加する。このように所定時間毎に極性を交互に切り換えるように制御されている。

なお、電源手段１７ａは、図示しない商用の交流電源に接続させて、その交流電力から所定電圧の直流電力に変換させても良い。また、電解性能は水道水の水質等の条件によって変動するため、性能を安定させるために、第１電極１２ａ、１２ｂ間および第２電極１３ａ、１３ｂ間に印加する直流電圧を制御装置１６により制御させ、それぞれの電極間に流れる直流電流が一定に保つ機構を設けても良い。また、制御装置１６は、図示しない操作パネルに接続され、操作パネルからの操作信号に基づいて、第１電極１２ａ、１２ｂ間および第２電極１３ａ、１３ｂ間に直流電圧の印加がされる。

次に、以上の構成によるアルカリ整水器１０の作動について説明する。まず、アルカリ水を生成させたいときには、図示しない操作パネルの運転スイッチを操作させることで、制御装置１６により、流入口１１ａの上流に設けられた開閉弁（図示）が開いて水道水が電解槽１１内に導入される。そして、制御装置１６により、電圧を印加する開始信号を出力するとともに、第１電極１２ａ、１２ｂ間および第２電極１３ａ、１３ｂ間に直流電圧の印加がされると、第１電極１２ａ、１２ｂ間および第２電極１３ａ、１３ｂ間の水道水が以下に示すように電気分解される。

因みに、第１電極１２ａ、１２ｂ間および第２電極１３ａ、１３ｂ間に印加される電圧の極性は所定時間（例えば、５分）毎に切り換えられるが、説明の便宜上、一方の第１電極１２ａおよび第２電極１３ａが陽極、もう一方の第１電極１２ｂおよび第２電極１３ｂが陰極の状態を例に、電気分解による電解水生成の化学反応について説明する。

図１に示すように、まず、マグネシウム材からなる第１電極１２ａ、１２ｂが配設される第１電解槽１１ｄ内では、電圧Ｖ_０が印加されると高電位側の第１電極１２ａからＭｇ^２＋イオンが溶解し、下記化学反応式（１）、（２）によって示されるように、Ｍｇ^２＋イオンがＯＨ⁻イオンと反応してＭｇ(ＯＨ)_２が生成し、第１電解槽１１ｄ内の水道水がアルカリ性に改質される。なお、このＭｇ(ＯＨ)_２には水酸化マグネシウムよりなるミネラル成分であるため、ミネラル成分を含むアルカリ水に改質される。

（化１） Ｍｇ→Ｍｇ^２＋＋２ｅ⁻

（化２） Ｍｇ^２＋＋２ＯＨ⁻→Ｍｇ（ＯＨ）_２
また、一方の低電位側の第１電極１２ｂ近傍では、下記化学式（３）、（４）に示すように、水素イオン２Ｈ^＋が電子を受け取って水素ガスＨ_２になる反応が起きている。この水素ガスＨ_２は、水道水中に過飽和の状態となるまで溶存される。

（化３） ２Ｈ_２Ｏ→２Ｈ^＋＋２ＯＨ⁻

（化４） ２Ｈ^＋＋２ｅ⁻→Ｈ_２↑
なお、第１電極１２ａ、１２ｂの極性が反転したときには、第１電極１２ａでは、化学式（３）、（４）に示す水素ガスＨ_２になる反応が起き、第１電極１２ｂでは化学式（１）、（２）で示す反応が起こるので、説明は省略する。

これにより、高電位側の電極からＭｇ^２＋イオンが溶解することにより、第１電極１２ａ、１２ｂの材料であるマグネシウムが消耗してしまうが、本実施形態では、高電位側と低電位側とを交互に極性を切り換えて通電を行なうことにより、第１電極１２ａ、１２ｂが交互に溶解するため均等に消耗するように構成されている。そして、アルカリ水に改質された水道水が連通口１１ｃをオーバーフローして第２電解槽１１ｅ内に流出される。

次に、Ｐｔ／Ｔｉからなる第２電極１３ａ、１３ｂが配設された第２電解槽１１ｅ内では、電圧Ｖ_０が印加されると高電位側の第１電極１２ａの近傍には、金属イオンの溶解がないので化学式（３）に示すＯＨ⁻イオンが析出される。このＯＨ⁻イオンは、一部が酸素ガスＯ_２になって水道水中にある程度溶存される。

また、一方の低電位側の第２電極１３ｂ近傍では、再度化学式（３）、（４）で示す水素ガスＨ_２になる反応が起きている。そして、過飽和の状態となるまで水道水中に溶存されるが、過飽和を超えると図示しない排気口から外部に排出される。

従って、第１電解槽１１ｄおよび第２電解槽１１ｅにおいて、それぞれの第１、第２電極に電圧を印加させて電解槽１１内の水道水を電気分解することでマグネシウムの溶解により、ミネラル成分を含むＭｇ(ＯＨ)_２が生成されるとともに、アルカリ水に改質された処理水が酸化体である溶存酸素に比べて還元体である溶存水素が高められることで酸化還元電位が低くなるものである。

また、ミネラル成分、特に、マグネシウムの溶けた水は溶存水素濃度が増加し易いとも言われている。なお、この酸化還元電位は、一般的に電位が低いほど水中に含まれる有機化合物を浄化する指標であって、酸化還元電位が低くなるほど濁り度が低下する。また、この水は殺菌力の高い水に改質されている。

従って、電解槽１１内を流通した水道水は、第１電極１２ａ、１２ｂと第２電極１３ａ、１３ｂとの電気分解によって、酸化還元電位が低く、かつミネラル成分を含むアルカリ水に改質された水道水が流出口１１ｂから流出される。また、アルカリ水の生成を停止させたいときには、運転スイッチ（図示せず）を停止操作することにより、開閉弁（図示せず）が閉じられるとともに、制御装置１６より電圧の印加も停止される。なお、アルカリ水の生成の操作を運転スイッチ（図示せず）を操作させて開閉弁（図示せず）を制御したが、これに限らず、流出口１１ｂの下流端に吐水弁を設けて、この吐水弁を開閉操作することでアルカリ水の生成および停止をさせても良い。

また、本実施形態では、第１電解槽１１ｄと第２電解槽１１ｅとを区画するために連通口１１ｃを設けたが、これに限らず、電解槽１１内の上方に連通通路を形成した区画板を配設させて第１電解槽１１ｄと第２電解槽１１ｅとを区画しても良い。

以上の第１実施形態のアルカリ整水器１０によれば、改質する水の良否は、濁り度を低下するために酸化還元電位を低くするのが望ましい。そこで、本発明では、マグネシウムからなる一対の第１電極１２ａ、１２ｂと不溶性の金属材料からなる一対の第２電極１３ａ、１３ｂとを設けて、一方の第１電極（１２ａ、１２ｂ）間に電圧を印加させて水を電気分解すると、第１電極１２ａ、１２ｂの高電位側からＭｇ^２＋イオンが溶解されて、ＯＨ⁻イオンと反応して水中にＭｇ（ＯＨ）_２が生成される。このＭｇ（ＯＨ）_２はアルカリ性であるとともに、水酸化マグネシウムよりなるミネラル成分を含んでいる。

また、このときに、第１電極１２ａ、１２ｂの低電位側近傍では、水素Ｈ^＋イオンが析出されて水素ガスＨ_２が発生するが、この水素ガスＨ_２は過飽和の状態になるまで水中に溶け込んでいる。

すなわち、マグネシウムからなる一対の第１電極１２ａ、１２ｂと不溶性の金属材料からなる一対の第２電極１３ａ、１３ｂとを組み合わせることで、それぞれの電極間の電解能力が充分に発揮されることで、導入された水道水を迅速にアルカリ水に改質することができる。しかも、第２電極１３ａ、１３ｂの低電位側近傍には、上記同様に水素ガスＨ_２が発生して溶存水素濃度が高められる。これにより、酸化体である溶存酸素に比べて還元体である溶存水素が増加することで、電解槽１１内の水の酸化還元電位が低下できるとともに、ミネラル成分を含んだアルカリ水に改質できる。

また、印加電圧の極性を所定時間（例えば、５分）毎に交互に切り換えることにより、マグネシウム材からなる第１電極１２ａ、１２ｂの磨耗が互いに同等レベルとすることができるため第１電極１２ａ、１２ｂの寿命を延長することができる。

（第２実施形態）
以上の第１実施形態では、第１電極１２ａ、１２ｂおよび第２電極１３ａ、１３ｂを一対で構成したが、これに限らず、この一対の電極１２ａ、１２ｂおよび１３ａ、１３ｂ間に、中間電極を設けても良い。具体的には、図２に示すように、第１電解槽１１ｄ内に配設される第１電極１２ａ、１２ｂ間にマグネシウムからなる第１中間電極１４が設けられるともに、第２電解槽１１ｅ内に配設される第２電極１３ａ、１３ｂ間にＴｉ製の基材の表面にＰｔメッキを施すか、あるいはＴｉ製の基材の表面にＰｔを焼成したいずれか一方からなる第２中間電極１５が設けられている。なお、図中に示す符号は、第１実施形態と同じ構成のものは同一符合で示し説明は省略する。

以上の構成によれば、マグネシウム材の電極面積が広く取れ、多量のＭｇ^２＋イオンを溶解させることができるため、Ｍｇ（ＯＨ）_２の生成および水素ガスＨ_２の発生が活発となり、短時間に電解槽１１内の水を酸化還元電位が低く、かつミネラル成分が含まれるアルカリ水に改質することができる。

また、本実施形態では、第１中間電極１４および第２中間電極１５をそれぞれ一枚設けたが２枚以上の複数枚設けても良い。これによると、マグネシウムの溶解による消耗に伴うメンテナンス期間を長くすることができる。

また、第１中間電極１４および第２中間電極１５は、制御装置１６と電気的な接続はしなかったが、図３に示すように、第１中間電極１４および第２中間電極１５と制御装置１６に電気的に接続しても良い。

（第３実施形態）
以上の実施形態では、電解槽１１を第１電解槽１１ｄと第２電解槽１１ｅとに区画して、第１電解槽１１ｄに第１電極１２ａ、１２ｂを、第２電解槽１１ｅに第２電極１３ａ、１３ｂを配設させて説明したが、これに限らず、図４に示すように、不溶性の導電性金属材料（Ｐｔ／Ｔｉ）からなる一対の第２電極１３ａ、１３ｂ間にマグネシウム材からなる第１中間電極１４を配設させても良い。

また、以上の実施形態では、第２電極１３ａ、１３ｂに印加する電源を直流電源の電源手段１７ａにより供給したが、本実施形態では、第２電極１３ａ、１３ｂに印加する電源を交流電源とするために交流電源（例えば、ＡＣ６０Ｈ_ＺまたはＡＣ３０Ｈ_Ｚ）を供給する電源手段１７ｂが設けられている。

これにより、直流電圧を印加させた以上の実施形態では、制御装置１６により所定時間（例えば、５分）毎に極性を切り換えていたが、交流電源を印加させることで、極性が切り換わるので制御装置１６により極性の切換制御が不要となる。また、第２電極１３ａ、１３ｂと第１中間電極１４とを一体にすることで、電解槽１１内を区画する必要はない。

以上の構成によるアルカリ整水器１０の作動は、第２電極１３ａ、１３ｂ間に交流電源の交流電圧を印加させて電気分解を行なうと、第１、第２実施形態と同じように、マグネシウムからなる第１中間電極１４の高電位側からＭｇ^２＋イオンが溶解されて、ＯＨ⁻イオンと反応して水中にＭｇ（ＯＨ）_２が生成される。

一方の第２電極１３ａ、１３ｂの低電位側近傍には、水素ガスＨ_２が発生して溶存水素濃度が高められる。これにより、酸化体である溶存酸素に比べて還元体である溶存水素が増加することで、電解槽１１内の水の酸化還元電位が低下できる。ここで、以上の構成によるアルカリ整水器１０に交流電源（例えば、ＡＣ６０Ｈ_ＺおよびＡＣ３０Ｈ_Ｚ）を用いて、電気分解を行ない改質された水道水のｐＨ値と酸化還元電位との関係を、交流電源をパラメータとして実験によって測定した実験結果の特性図を図５に示す。

図５に示すように、交流電源がＡＣ３０Ｈ_Ｚの特性が実線で示すＩであり、ＡＣ６０Ｈ_Ｚの特性が破線で示すＩＩである。いずれの周波数であってもｐＨ値が８以上のアルカリ水となると酸化還元電位が０以下となって低下している。これにより、不溶性の導電性金属材料（Ｐｔ／Ｔｉ）からなる一対の第２電極１３ａ、１３ｂ間にマグネシウム材からなる第１中間電極１４を配設する本実施形態の構成であっても、以上の実施形態と同じように、酸化還元電位の低下を迅速にできるとともに、ミネラル成分を含むアルカリ水に改質できる。

また、以上の構成の方第１、第２実施形態よりも第２電極１３ａ、１３ｂ間に第１中間電極１４を配設するため電解槽１１および装置全体を小型にすることができる。なお、電解槽１１は電気分解を行なう容器としたが、これに限らず、流入口１１ａに対して流出口１１ｂを対向させて配設することで、水道水が流通する管路であっても良い。これにより、第２電極１３ａ、１３ｂおよび第１中間電極１４を管路に沿って長手方向に伸ばすように形成することで、コンパクトな電解槽１１を形成できる。

さらに、Ｍｇ^２＋イオンの溶解を多くするために、図６に示すように、マグネシウム材からなる第１中間電極１４を少なくとも２枚以上複数枚設けて、電極の総面積を増加させても良い。またこのときに、図７に示すように、第１中間電極１４と制御装置１６とを電気的に接続しても良い。因みに、図６のように、第１中間電極１４と制御装置１６とを電気的に接続しない方が第１中間電極１４の定期的交換時に、その交換作業が容易に行なうことができる。

しかも、複数枚の第１中間電極１４を電気絶縁材料、例えば、絶縁樹脂などからなるスペーサに固定してユニット化し、複数枚の第１中間電極１４を一体に構成すれば定期的交換時に、その交換作業が容易に行なうことができる。

（第４実施形態）
以上の実施形態では、電解槽１１を第１電解槽１１ｄと第２電解槽１１ｅとに区画して、第１電解槽１１ｄに第１電極１２ａ、１２ｂを、第２電解槽１１ｅに第２電極１３ａ、１３ｂを配設させて、改質する水を第１電解槽１１ｄから第２電解槽１１ｅに直列に流通させて電気分解を行なう説明をしたが、これに限らず、図８および図９に示すように、第１電解槽１１ｄと第２電解槽１１ｅとを区画して、第１電解槽１１ｄを迂回して第２電解槽１１ｅに改質する水を流通できるように構成しても良い。

具体的には、図８に示すように、流入口１１ａの上流側に三方弁１９、およびこの三方弁１９と連通口１１ｃとに接続される第１電解槽１１ｄを迂回するパイパス経路２０を設けるとともに、第２電解槽１１ｅ内に隔膜１８および流出口１１ｆを配設したものである。

三方弁１９は、改質する水道水を第１電解槽１１ｄに流通させるか、第１電解槽１１ｄを迂回させるかの流通方向を必要に応じて切り換えるための切り換え弁であり、制御装置１６により制御される。隔膜１８は、電気分解により第２電極１３ａ、１３ｂ間に生成される陰イオンを透過させる交換膜である。なお、図中に示す符号は、第１実施形態と同じ構成のものは同一符合で示し説明は省略する。

以上の構成による第４実施形態のアルカリ整水器１０によれば、第１、第２、第３実施形態と同じように、電解槽１１内を流通した水道水は、第１電極１２ａ、１２ｂと第２電極１３ａ、１３ｂとの電気分解によって、酸化還元電位が低く、かつミネラル成分を含むアルカリ水に改質された水道水が得られるとともに、必要に応じて、第２電解槽１１ｅのみに流通させることで、ミネラル成分の含有を必要としない酸化還元電位が低いアルカリ水に改質された水道水を得られることもできる。

なお、図９に示す実施形態は、図８に対して、第１電極１２ａ、１２ｂの間に一枚または２枚以上の複数枚の中間電極１４を設けたもので、上述した第２実施形態と同様にマグネシウム材の電極面積が広く取れ、多量のＭｇ^２＋イオンを溶解させることができるため、Ｍｇ（ＯＨ）_２の生成および水素ガスＨ_２の発生が活発となり、短時間に電解槽１１内の水を酸化還元電位が低く、かつミネラル成分が含まれるアルカリ水に改質することができる。

また、第２電解槽１１ｅ内に隔膜１８を配設することにより、ＯＨ⁻イオンが隔膜１８を透過され易いため、水素ガスＨ_２になる反応が活発に行なわれより短時間に電解槽１１内の水を酸化還元電位が低くすることができる。

（第５実施形態）
本実施形態では、図１０に示すように、以上の実施形態のほかに、第１電解槽１１ｄと第２電解槽１１ｅとを区画して、改質する水道水を第１電解槽１１ｄへ流通させるか、または第２電解槽１１ｅへ流通させるかのいずれか一方を選択するように構成したものである。

しかも、図１０に示すように、第１電解槽１１ｄ内に不溶性の導電性材料からなる一対の第３電極１２ｃ、１２ｄと、この第３電極１２ｃ、１２ｄ間に配設されマグネシウム材からなる一枚または複数枚の第１中間電極１４を配設し、第２電解槽１１ｅ内に不溶性の導電性材料からなる一対の第２電極１３ａ、１３ｂを配設するとともに、第３電極１２ｃ、１２ｄのいずれか一方と、第２電極１３ａ、１３ｂのいずれか一方とが兼用できるように構成したものである。

因みに、兼用となる電極１２ｄ、１３ｂは、第１電解槽１１ｄと第２電解槽１１ｅとを区画する区画板１１ｇに、板状の一方の片面が第１電解槽１１ｄに、他方の片面が第２電解槽１１ｅに接するように配設している。なお、本実施形態の三方弁１９は、改質する水道水を第１電解槽１１ｄまたは第２電解槽１１ｅのいずれか一方に切り換えるための切り換え弁である。

以上の構成による第５実施形態のアルカリ整水器１０によれば、必要に応じて、
つまり、ミネラル成分を含むアルカリ水を得たいときは、第１電解槽１１ｄに流通させ、酸化還元電位が低いアルカリ水を得たいときは、第２電解槽１１ｅに流通させることで両者のいずれかを選択できる。

（第６実施形態）
本実施形態では、第５実施形態によるアルカリ整水器１０を浴槽内の浴水を循環させて浄化する浴水浄化装置に設けたものであり、浴槽内の浴水を浴水浄化装置により浄化するとともに、必要に応じて、ミネラル成分を含むアルカリ水か、または酸化還元電位が低いアルカリ水のいずれか一方に改質させるものである。

具体的には、図１１に示すように、浴槽３５内の浴水を送水する循環ポンプ３１、浴水に含まれる浮遊物を濾過する濾過手段３２、浴水を加熱する加熱手段３３、および浴水を浴槽３５からくみ上げて浴槽３５に戻す浴水循環経路３４から構成される浴水浄化装置３０にアルカリ整水器１０を配設したものである。

これによれば、必要に応じて、つまり、ミネラル成分を含むアルカリ水か、または酸化還元電位が低いアルカリ水のいずれか一方に濾過された浴水を改質させることができる。因みに、アルカリ水に改質された浴水によって入浴者（使用者）に体感差を楽しませることができる。

なお、本実施形態では、ミネラル成分を含むアルカリ水か、または酸化還元電位が低いアルカリ水のいずれか一方に浴水を改質したが、図１２に示すように、流入口１１ａの上流側に添加剤供給槽２１を設けてアルカリ水に改質する浴水にメタケイ酸ナトリウムなどのぬるぬる感創出物質などの添加物を添加させて必要に応じて入浴者（使用者）が体感差を感受できるように構成しても良い。また、本実施形態では、浴水浄化装置にアルカリ整水器１０を設けたが、浴水を直にアルカリ整水器１０に循環させて浴水をアルカリ水に改質させても良い。

（他の実施形態）
以上の実施形態では、各種電極の形状を板状に形成させたが、これに限らず、板状に限定されることなく、例えば螺旋状など他の形状であっても良い。

また、以上の実施形態では、本発明による水改質装置を主として水道水をアルカリ水に改質するアルカリ整水器１０、および浴水を浄化する浴水浄化装置に適用させて説明したが、飲料用水改質装置や浴水浄化装置に限定するものではなく、他の用途、例えば、栽培作物に散水する農業用水改質用などに適用しても良い。

本発明の第１実施形態におけるアルカリ整水器１０の全体構成を示す模式図である。 本発明の第２実施形態におけるアルカリ整水器１０の全体構成を示す模式図である。 本発明の第２実施形態におけるアルカリ整水器１０の全体構成を示す模式図である。 本発明の第３実施形態におけるアルカリ整水器１０の全体構成を示す模式図である。 図４に示すアルカリ整水器１０を用いたときの電極に印加する電源をパラメータとして、ｐＨ値と酸化還元電位との関係を示す特性図である。 本発明の第３実施形態におけるアルカリ整水器１０の全体構成を示す模式図である。 本発明の第３実施形態におけるアルカリ整水器１０の全体構成を示す模式図である。 本発明の第４実施形態におけるアルカリ整水器１０の全体構成を示す模式図である。 本発明の第４実施形態におけるアルカリ整水器１０の全体構成を示す模式図である。 本発明の第５実施形態におけるアルカリ整水器１０の全体構成を示す模式図である。 本発明の第６実施形態におけるアルカリ整水器１０の全体構成を示す模式図である。 本発明の第６実施形態におけるアルカリ整水器１０の全体構成を示す模式図である。

符号の説明

１１…電解槽
１２ａ、１２ｂ…第１電極
１２ｃ、１２ｄ…第３電極
１３ａ、１３ｂ…第２電極
１４…第１中間電極
１５…第２中間電極
３０…浴水浄化装置

Claims (8)

1. 改質する水が導入される電解槽（１１）と、
   前記電解槽（１１）内に対向して配設されマグネシウム材からなる一対の第１電極（１２ａ、１２ｂ）と、
   前記電解槽（１１）内に対向して配設され不溶性の導電性材料からなる一対の第２電極（１３ａ、１３ｂ）とを備え、
   前記第１電極（１２ａ、１２ｂ）間および前記第２電極（１３ａ、１３ｂ）間に電圧を印加させて、前記第１電極（１２ａ、１２ｂ）からＭｇ^２＋イオンを溶解させるとともに、前記第２電極（１３ａ、１３ｂ）でＯ_２とＨ_２とを発生させて、前記電解槽（１１）内の水を酸化還元電位が低く、かつミネラル成分が含まれるアルカリ水に改質することを特徴とする水改質装置。
2. 改質する水が導入される電解槽（１１）と、
   前記電解槽（１１）内に対向して配設されマグネシウム材からなる一対の第１電極（１２ａ、１２ｂ）と、
   前記第１電極（１２ａ、１２ｂ）間に配設されマグネシウム材からなる一枚または複数枚の第１中間電極（１４）と、
   前記電解槽（１１）内に対向して配設され、不溶性の導電性材料からなる一対の第２電極（１３ａ、１３ｂ）と、
   前記第２電極（１３ａ、１３ｂ）間に配設され不溶性の導電性材料からなる一枚または複数枚の第２中間電極（１５）とを備え、
   前記第１電極（１２ａ、１２ｂ）間および前記第２電極（１３ａ、１３ｂ）間に電圧を印加させて、前記第１電極（１２ａ、１２ｂ）および前記第１中間電極（１４）からＭｇ^２＋イオンを溶解させるとともに、前記第２電極（１３ａ、１３ｂ）および前記第２中間電極（１５）でＯ_２とＨ_２とを発生させて、前記電解槽（１１）内の水を酸化還元電位が低く、かつミネラル成分が含まれるアルカリ水に改質することを特徴とする水改質装置。
3. 改質する水が導入される電解槽（１１）と、
   前記電解槽（１１）内に対向して配設され、不溶性の導電性材料からなる一対の第２電極（１３ａ、１３ｂ）と、
   前記第２電極（１３ａ、１３ｂ）間に配設されマグネシウム材からなる一枚または複数枚の第１中間電極（１４）とを備え、
   前記第２電極（１３ａ、１３ｂ）間に電圧を印加させて、前記第１中間電極（１４）からＭｇ^２＋イオンを溶解させるとともに、前記第２電極（１３ａ、１３ｂ）でＯ_２とＨ_２とを発生させて、前記電解槽（１１）内の水を酸化還元電位が低く、かつミネラル成分が含まれるアルカリ水に改質することを特徴とする水改質装置。
4. 改質する水が導入される電解槽（１１）と、
   前記電解槽（１１）内に対向して配設されマグネシウム材からなる一対の第１電極（１２ａ、１２ｂ）と、
   前記電解槽（１１）内に対向して配設され不溶性の導電性材料からなる一対の第２電極（１３ａ、１３ｂ）とを備え、
   前記第１電極（１２ａ、１２ｂ）間に電圧を印加させ、前記第１電極（１２ａ、１２ｂ）からＭｇ^２＋イオンを溶解させて、前記電解槽（１１）内の水をミネラル成分が含まれるアルカリ水に改質するか、または前記第２電極（１３ａ、１３ｂ）間に電圧を印加させ、前記第２電極（１３ａ、１３ｂ）でＯ_２とＨ_２とを発生させて、前記電解槽（１１）内の水を酸化還元電位が低いアルカリ水に改質するかのいずれか一方を選択できることを特徴とする水改質装置。
5. 改質する水が導入される電解槽（１１）と、
   前記電解槽（１１）内に対向して配設されマグネシウム材からなる一対の第１電極（１２ａ、１２ｂ）と、
   前記第１電極（１２ａ、１２ｂ）間に配設されマグネシウム材からなる一枚または複数枚の第１中間電極（１４）と、
   前記電解槽（１１）内に対向して配設され、不溶性の導電性材料からなる一対の第２電極（１３ａ、１３ｂ）とを備え、
   前記第１電極（１２ａ、１２ｂ）間に電圧を印加させ、前記第１電極（１２ａ、１２ｂ）および前記第１中間電極（１４）からＭｇ^２＋イオンを溶解させて、前記電解槽（１１）内の水をミネラル成分が含まれるアルカリ水に改質するか、または前記第２電極（１３ａ、１３ｂ）間に電圧を印加させ、前記第２電極（１３ａ、１３ｂ）でＯ_２とＨ_２とを発生させて、前記電解槽（１１）内の水を酸化還元電位が低いアルカリ水に改質するかのいずれか一方を選択できることを特徴とする水改質装置。
6. 改質する水が導入される電解槽（１１）と、
   前記電解槽（１１）内に対向して配設され、不溶性の導電性材料からなる一対の第３電極（１２ｃ、１２ｄ）と、
   前記第３電極（１２ｃ、１２ｄ）間に配設されマグネシウム材からなる一枚または複数枚の第１中間電極（１４）と、
   前記電解槽（１１）内に対向して配設され、不溶性の導電性材料からなる一対の第２電極（１３ａ、１３ｂ）とを備え、
   前記第３電極（１２ｃ、１２ｄ）間に電圧を印加させ、前記第１中間電極（１４）からＭｇ^２＋イオンを溶解させて、前記電解槽（１１）内の水をミネラル成分が含まれるアルカリ水に改質するか、または前記第２電極（１３ａ、１３ｂ）間に電圧を印加させ、前記第２電極（１３ａ、１３ｂ）でＯ_２とＨ_２とを発生させて、前記電解槽（１１）内の水を酸化還元電位が低いアルカリ水に改質するかのいずれか一方を選択できることを特徴とする水改質装置。
7. 前記電解槽（１１）は、前記第３電極（１２ｃ、１２ｄ）のいずれか一方と、第２電極（１３ａ、１３ｂ）のいずれか一方とが兼用できるように構成したことを特徴とする請求項６に記載の水改質装置。
8. 前記電解槽（１１）は、浴槽内の浴水を循環させて浄化する浴水浄化装置（３０）に設けられたことを特徴とする請求項４ないし請求項７のいずれか一項に記載の水改質装置。

Images