JP2005152685A - 電解水生成方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 無隔膜方式の電解水生成方法であって、一対の不溶性電極DP1および少なくとも陽極を炭素電極とした電極DP2を有する電解槽DS1,DS2と、不溶性電極DP1および炭素電極DP2に直流電圧を印加するための直流電源11,21とを備え、電解槽DS1において、不溶性電極DP1による水の直流電解によって、電解水に含有されるHClOおよび ClO- の濃度を増大させる増大工程と、電解槽DS2において、炭素電極DP2による水の直流電解により炭酸ガスを生成して、該炭酸ガスを電解水に溶解させることで、電解水のpH調整を行うpH調整工程とを備える。
【選択図】 図1
Description
一方、隔膜を用いない無隔膜方式により、食塩水を電解処理して塩素成分を増やし、殺菌力を有する電解水を生成する方法が知られている。
したがって、電解水のpHを下げる(酸性側へ移行させる)ことにより、殺菌力の強い次亜塩素酸(HClO)の比率を増やして殺菌力の強い電解水を得ることができる。かかる方法の一例として下記の文献が知られている。
この態様によれば、増大工程における電解や新たな水の補給により電解水のpHが変化した後に、pH調整工程において電解水のpHを調整するので、pH調整が容易になり、安定した殺菌力を有する電解水を得ることができる。
このようにすれば、前記増大工程を行った後に、前記pH調整工程を行う場合と同様にpH調整が容易になると共に、増大工程における電解とpH調整工程における電解とが同時に進行するので、電解時間を短縮することができる。
したがって、本発明における「塩素成分を含む水」とは、電解のために食塩などの塩素化合物を別途添加した水溶液ではなく、塩素消毒により塩素成分を含有した水道水を意味し、この水道水としては上水の他、中水・雨水・地下水を塩素消毒した水も含まれる。
このようにすれば、原水のpHの変化に応じて炭素電極への電解電流(印加電圧)を変化させてpH調整量を制御することができるので、電解水のpHを常に最適な値に維持することが可能となる。したがって、安定した殺菌力を有する電解水を得られる。
かかる構成とすれば、電解により消耗する炭素電極にリード線(電力線)を取り付ける必要がなくなり、炭素電極の交換が容易になるから、メンテナンス性が向上する。
このようにすれば、炭素電極を特定の形状(たとえば、板状や棒状)に成形する必要がなくなるから手間がかからない。しかも、粒状炭としては、活性炭や木炭のクズなど種々の炭化物を用いることができ、たとえば、家屋を取り壊した際に出る廃材をリサイクルすることができるので、コストが安くなると共に、環境に配慮した装置とすることができる。
本装置は、貯水用のタンクT、第1電解槽DS1、第2電解槽DS2、pHセンサ(pH測定手段)41およびコントローラ(判別手段)42を備えている。前記タンクTと各電解槽DS1,DS2とは、それぞれ、第1および第2循環管路14,24を介して互いに連結されている。
なお、前記不溶性電極DP1としては、基材をステンレス材としたものや、被覆材を白金やルテニウム(Ru)などの白金族としたもの、あるいは、被覆材を使用せず単体の貴金属元素からなる電極を採用することができる。
コントローラ42は、前記第2直流電源21と電気的に接続され、前記pHセンサ41の測定値に応じて、前記第2直流電源21から前記炭素電極DP2に供給される供給電力の給電量を制御するものである。コントローラ42は、図示しない記憶手段を備え、予め定められたpHの目標値である所定のpH値範囲TPを前記記憶手段に記憶している。コントローラ42は、pHセンサ41から測定値が送られてくると、該測定値が前記pH値範囲TPにあるか否かを判別し、その判別結果に応じて、前記第2直流電源21の給電量を制御する。
まず、本装置を初めて使用する際には、バルブVを開弁してタンクT内に水道水(原水)を供給する。タンクT内に水道水が所定量貯水された時点で、バルブVを閉じて水道水の供給を停止する。この状態で、ポンプP1,P2を駆動させると、タンクT内の水は、第1および第2循環管路14,24を通って、各電解槽DS1,DS2に送出され、タンクTと各電解槽DS1,DS2との間で循環される。
増大工程
前記ポンプP1により、タンクTから第1電解槽DS1内に水が供給されて満たされた状態で、第1直流電源11から不溶性電極DP1に電圧が印加されると、水が電気分解されて塩素ガスが発生する。この塩素ガスが水酸化イオンや水と反応して、HClOおよび ClO- が生成される。このように、第1電解槽DS1内で生成された電解水は第1循環管路14を通って、タンクTへ流出される。その後、タンクTと第1電解槽DS1との間で所定時間、たとえば、15分間水を循環させながら不溶性電極DP1による電解を続けることで、電解水中のHClOおよび ClO- の濃度が増大する。
前記ポンプP2により、タンクTから第2電解槽DS2内に水が供給されて満たされた状態で、第2直流電源21から炭素電極DP2に電圧が印加されると、電極(陽極)の炭素が水分子中の酸素原子と結合して炭酸ガスが発生する。この炭酸ガスが水に溶解することで酸性の炭酸が生成され、電解水のpHが下がる。このように、第2電解槽DS2内でpH調整された電解水は第2循環管路24を通って、タンクTへ流出される。その後、タンクTと第2電解槽DS2との間で所定時間、たとえば、15分間水を循環させながら炭素電極DP2による電解を続けることで、電解水のpHがさらに下がる。
しかし、被電解水である水道水のpHの値は一定でなく、地方や季節等によって変化するので、決められた電解時間内で電解水のpHを所望の値とするためには、炭素電極DP2の電解電流を変化させる必要がある。
前記第2電解槽DS2で電解された電解水は、タンクTに循環されてタンクT内の水と混合される。pHセンサ41は、このタンクT内の水のpHの値を測定し、その測定値をコントローラ42に出力する。図1(b)に示すように、コントローラ42は、pHセンサ41からの測定値が前記所定のpH値範囲TPにあるか否か(測定値がpH値範囲TPよりも大きいか否か)を判別する。前記コントローラ42は、前記測定値が前記pH値範囲TPよりも大きいと判別した場合、図1(b)に示すように、電気分解量がある程度小さくなるように予め設定された設定値Eよりも第2直流電源21の供給電力(印加電圧)の給電量を大きくするように制御する。これにより、炭素電極DP2における電解に寄与する電力(電解電流)が大きくなるので、電解水のpH変化(pHの低下)が大きくなる。
このように、タンクT内のpHを監視し、炭素電極DP2への電解電流を調整することで、無駄なく安定した殺菌力を持つ電解水が得られる。
図2(b)の手順では、まず、ポンプP1を駆動させずにポンプP2だけを駆動させてpH調整工程を行った後に、ポンプP2を停止してポンプP1だけを駆動して増大工程を行った。このとき、各工程に要する電解時間は15分ずつだから、10Lの電解水を生成するのに要する総電解時間は30分となる。
図2(c)の手順では、まず、ポンプP2を駆動させずにポンプP1だけを駆動させて増大工程を行った後に、ポンプP1を停止してポンプP2だけを駆動してpH調整工程を行った。このとき、各工程に要する電解時間は15分ずつだから、10Lの電解水を生成するのに要する総電解時間は30分となる。
図2(d)から本発明の方法により生成された電解水は、図2(a)〜(c)のいずれの手順により生成されたものかにかかわらず、比較例の電解水と比べて著しくHClOの濃度が高い値となることが分かる。また、増大工程を行った後にpH調整工程を行った場合のHClOの濃度が最も高い値となっていることから、図2(c)の手順を採用することで、最も殺菌効果の強い電解水を生成できることが分かる。ただし、図2(a)の手順により生成した電解水も十分なHClOの濃度を有し、かつ、総電解時間が図2(a),(b)の手順の半分(15分)で済むことから、図2(a)の手順を採用するメリットは大きい。
また、前記増大工程およびpH調整工程は、所定の電解が完了した後は停止しているが、タンクT内の電解水の減少に応じて再び電解を行う。このとき、水道管Sから水道水を補水する必要があるが、この水道水の補水は、タンクT内に設けた図示しない液面センサによりタンクT内の水位を検知して、この検知結果に応じてバルブVを自動的に開閉することで、減少した分だけ水道水を補水するようにするのが好ましい。なお、バルブVは、ボールタップ(球栓)を用いて機械的に開閉するようにしてもよい。
この実施例によれば、各電解槽DS1,DS2を通過する水の流速を遅くすれば十分な殺菌力を有する電解水が得られる。
なお、炭素電極DP2を効率的に分極させるために、前記炭素電極DP2および固定電極DP3は、各々、平板状に形成して各電極DP2,DP3の面が互いに平行な状態で対面するように配置し、かつ、各電極DP2,DP3間の間隙をできる限り小さくするのが好ましい。
また、増大工程およびpH調整工程のいずれか一方の工程を行った後、もう一方の工程を行う前に新たな原水を補水して混合してから、もう一方の工程を行うことで最終的な電解水を生成する手順や、第1および第2電解槽DS1,DS2の各々に原水を供給して、増大工程およびpH調整工程を、それぞれ、別々に行って、各電解槽DS1,DS2において生成された電解水を最後に混合することで最終的な電解水を生成する手順を採用してもよい。
たとえば、電解槽を必ずしも2つ設ける必要はなく、1つの電解槽に不溶性電極および炭素電極の双方を設けるようにしてもよい。また、タンクT内に不溶性電極および炭素電極の双方を設けて、タンクT自体を電解槽としてもよい。ただし、前記各実施例のように、電解槽を2つに分けて設けることで、メンテナンス性が向上すると共に、各電極に対する水の流れを制御し易くなるというメリットがある。
また、pH調整工程における電極は、前記実施例のように両極を炭素電極とする必要はなく、少なくとも陽極が炭素電極とされていればよい。陰極は導電性を有する材質で形成された電極であれば、金属、非金属を問わず使用することができる。
また、電解により電極の陰極側に付着するスケールを除去するために、不溶性電極および炭素電極の各々の電極における極性を定期的に切り替えるようにしてもよい。
したがって、そのような変更および修正は、請求の範囲から定まる本発明の範囲内のものと解釈される。
41:pH測定手段
42:コントローラ(判別手段)
DS1、DS2:電解槽
DP1:不溶性電極
DP2:炭素電極
E:設定値
TP:pH値範囲
Claims (7)
- 電解槽内を陽極室と陰極室とに区分する隔膜を用いずに、塩素成分を含む水を電気分解して殺菌力を有する電解水を生成する無隔膜方式の電解水生成方法であって、
一対の不溶性電極および少なくとも陽極を炭素電極とした電極を有する電解槽と、
前記不溶性電極および炭素電極に直流電圧を印加するための直流電源とを備え、
前記電解槽において、前記不溶性電極による水の直流電解によって、電解水に含有されるHClOおよびClO - の濃度を増大させる増大工程と、
前記電解槽において、前記炭素電極による水の直流電解により炭酸ガスを生成して、該炭酸ガスを電解水に溶解させることで、電解水のpH調整を行うpH調整工程と、
を備えていることを特徴とする電解水の生成方法。 - 電解槽内を陽極室と陰極室とに区分する隔膜を用いずに、塩素成分を含む水を電気分解して殺菌力を有する電解水を生成する無隔膜方式の電解水生成方法であって、
一対の不溶性電極を有する第1電解槽と、
前記不溶性電極に直流電圧を印加するための第1直流電源と、
1以上の炭素電極を有する第2電解槽と、
前記炭素電極に直流電圧を印加するための第2直流電源とを備え、
前記第1電解槽において、前記不溶性電極による水の直流電解によって、電解水に含有されるHClOおよびClO - の濃度を増大させる増大工程を行った後に、
前記第2電解槽において、前記炭素電極による水の直流電解により炭酸ガスを生成して、該炭酸ガスを電解水に溶解させることで、電解水のpH調整を行うpH調整工程を行うことを特徴とする電解水の生成方法。 - 電解槽内を陽極室と陰極室とに区分する隔膜を用いずに、塩素成分を含む水を電気分解して殺菌力を有する電解水を生成する無隔膜方式の電解水生成方法であって、
一対の不溶性電極を有する第1電解槽と、
前記不溶性電極に直流電圧を印加するための第1直流電源と、
1以上の炭素電極を有する第2電解槽と、
前記炭素電極に直流電圧を印加するための第2直流電源とを備え、
前記第1電解槽において、前記不溶性電極による水の直流電解によって、電解水に含有されるHClOおよびClO - の濃度を増大させる増大工程と、
前記第2電解槽において、前記炭素電極による水の直流電解により炭酸ガスを生成して、該炭酸ガスを電解水に溶解させることで、電解水のpH調整を行うpH調整工程とを同時に行うことを特徴とする電解水の生成方法。 - 請求項2もしくは3において、
前記pH調整工程において生成された電解水のpHを測定するpH測定手段と、
pH測定手段の測定値が所定のpH値範囲にあるか否かを判別する判別手段とを設け、
前記判別手段の判別結果に応じて、前記第2直流電源からの前記炭素電極における電解に寄与する供給電力の給電量を変化させる電解水の生成方法。 - 請求項4において、
前記測定値が所定のpH値範囲よりも大きい場合は、予め設定された設定値よりも前記第2直流電源の給電量を大きくし、
前記測定値が所定のpH値範囲以下の場合は、前記第2直流電源の給電量を前記設定値以下にするか、あるいは、給電を停止する電解水の生成方法。 - 請求項2ないし5のいずれか1項に記載された方法を用いた電解水生成装置であって、
前記pH調整工程における炭素電極は、前記第2直流電源に接続された一対の固定電極の間に抜き差し可能に挿入され、かつ、電源に接続されていない1以上の炭素電極により構成されていることを特徴とする電解水生成装置。 - 請求項2ないし5のいずれか1項に記載された方法を用いた電解水生成装置であって、
前記pH調整工程における炭素電極は、前記第2直流電源に接続された一対の固定電極の間に抜き差し可能に挿入され、かつ、袋に充填された多数の粒状炭により構成されていることを特徴とする電解水生成装置。
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