JP2005177597A - アルカリイオン水生成装置並びに酸性イオン水生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】処理水の電気分解によるアルカリイオン化或いは酸性イオン化処理を円筒状隔膜の密閉管路内で一方向へ連続的に単位時間当たり大量に処理水を通過させて強イオン水を生成処理可能な生成装置を提供する。
【解決手段】棒状又はパイプ状の負の中心電極１１の中心軸に円筒型に成形された円筒状（イオン交換）隔膜１０の中心軸を合わせて所定の間隙距離を維持して配設し、
その円筒状隔膜１０の外側に円筒型に成形されたメッシュ状又は電解溶液透過性の正の外側筒電極１２の中心軸を合わせて所定の間隙距離を維持して配設し、
前記円筒状隔膜１０の外側では電解質溶液１７を循環させ、その隔壁の内側では下部より処理水を流入させて、前記正・負電極１１、１２間に直流電圧を印加して、電気分解を行わせ、隔壁上部より処理水をアルカリイオン化して流出させることを特徴とする強イオン水生成装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、電解槽の陽極、陰極間に隔膜を介し電圧を印加して、水の電気分解によるアルカリイオン水生成装置並びに酸性イオン水生成装置に関する。

ｐＨ２前後の強酸性或いはｐＨ１２前後の強アルカリ性を、長期間にわたり安定したｐＨ値を保つイオン水を生成する製造装置と製造方法として、特許文献１が開示されている。

特許文献１の製造装置は、モンモリロナイトなどの結晶性粘土鉱物を主成分とするセラミックのイオン交換隔膜を用いて、その成分を溶解させることにより安定したｐＨ値を保つイオン水を生成している。また、特殊素材のセラミックイオン交換隔膜を円筒形の密閉壺に形成して、同一の電解槽内に複数個配設し、処理水を密閉壺内に導き、電気分解を連続して行うことにより、ｐＨ値を高めていた。

特許文献２には、処理容量が限られた特許文献１の欠点、及び汚染水の浄化などによる反応物（沈殿物）が回収可能な構造の電気分解を用いる水改質ユニットが開示されている。この発明では、平板状のモンモリロナイトなどの結晶性粘土鉱物を主成分とするセラミックのイオン交換隔膜を用いたユニットが提案されている。

これらの、長期安定した強いアルカリ性或いは酸性のｐＨ値の処理水を得るイオン水生成装置は、特殊なセラミック隔膜の制約から小型の壺状電解室或いは２０〜３０ｃｍ角の小型板状隔膜で仕切られた電解室を電解槽中に並べて電気分解を連続して行う方法がとられていた。

このため、廃水処理、水質維持処理などを単位時間当たり大量に行う場合は、限られた前記小型方形の隔膜による電解槽空間で、密閉状態で行う従来のイオン水生成装置では、利用ができない問題があった。

特開平８−２４８６５号公報（第２，３，４頁、第１図） 特願２００２−３８０３５７号公報（第２，３，４頁、第１図）

本発明は、前記の問題に鑑みてなされたもので、処理水の電気分解によるアルカリイオン化或いは酸性イオン化処理を円筒状隔膜の密閉管路内で一方向へ連続的に単位時間当たり大量に処理水を通過させて強イオン水を生成処理可能な生成装置を提供することを課題とする。

また、電気分解ユニットを複数直列或いは並列に接続して、河川水或は坑道廃水などの大量の流水をイオン化する生成装置を提供することを課題とする。

本発明のアルカリイオン水生成装置は、棒状又はパイプ状の負の中心電極の中心軸に円筒型に成形されたイオン交換隔膜の中心軸を合わせて所定の間隙距離を維持して配設し、
その円筒状隔膜の外側に円筒型に成形されたメッシュ状又は電解溶液透過性の正の外側筒電極の中心軸を合わせて所定の間隙距離を維持して配設し、
前記円筒状隔膜の外側では電解質溶液を循環させ、その隔壁の内側では下部より処理水を流入させて、前記正・負電極間に直流電圧を印加して、電気分解を行わせ、隔壁上部より処理水をアルカリイオン化して流出させるアルカリイオン水生成装置であって、
前記隔膜は、最大長が０．５〜２ｍｍ径の範囲に入る粒状或いは破砕された結晶性粘土鉱物を主体としたセラミックに対し、８５〜９５℃に加熱した水溶性高分子材を１０〜３０重量％混入して混練し、補強用布状繊維上に圧出成形して平板成形材とし、直後に円筒状の型材に捲き付けて乾燥させた、円筒状のセラミック混入樹脂バインダー層からなる隔膜構造を備え、
その隔膜の下部には、そのフランジから上下方向にそれぞれ所定長のパイプを有し、そのパイプの外径は、前記隔膜の内径に合わせ、上側パイプは隔膜下端円周内側に接続可能とし、下側パイプは前記処理水の流入パイプの内側に接続可能とする下部接続部材を備え、
前記隔膜の上部には、外径が前記隔膜内径に合わせたパイプを有し、そのパイプ下側と隔膜上端円周内側に接続可能とし、そのパイプ上側端部は前記負の中心電極端子接続用フランジを有し、さらに処理水のアルカリイオン水流出口パイプ接続部とを有する上部接続部材を備え、
前記隔膜円筒部外側には、前記正の外円筒電極が前記所定の間隙距離を維持するための隔膜の外側の上下端２ヶ所に嵌められた電気絶縁性のリングスペーサを備え、
前記隔膜の外側まで前記正の外円筒電極を透過して電解質溶液を循環させる為の電解質溶液を収容する電解槽を備え、
前記上部接続部材のパイプ中間部には、その上部接続部材と、その上側でフランジにより連結する負の中心電極端子板および負の中心電極端子と、上部接続部材の下側にフランジとスペーサにより連結する隔膜及び正の外円筒電極と、前記隔膜の下端部に下部接続部材を介して連結する処理水流入パイプと、それを連結する処理水入口パイプ接続部とを接続した電気分解ユニットをそのまま保持する状態で溶着されたユニット保持板材を備え、
前記電解槽の上部には、前記保持部材に保持された、前記電気分解ユニットを装着したまま、その電解槽の上側から挿入して電気分解ユニットを電解質溶液に沈めて、前記保持板材の周縁を電解槽の上側に載せてネジ留できる保持板材受口部と、前記電解質溶液から発生する外円筒極側ガス抜き孔部とを備えることを特徴とする。

また、前記処理水流入パイプには、堆積物をエアリフトさせる圧縮空気入力用パイプ端子を備えることを特徴とする。

また、前記電解層の横方向に沿って一端側から順次前記処理水パイプ接続部、処理水流水パイプ及び正電極（端子）、負電極（端子）及び隔膜、アルカリイオン水流出口パイプ接続部が一列に配列される構造の単位電気分解ユニットを備えて、
その電解槽の奥行方向に沿って、前記単位電気分解ユニットをｎ段配設できるように、前記電解槽の上部にｎヶ所の前記保持板材受口部を備え、
各単位電気分解ユニットの前記処理水入り口部に接続し、ｎ段分の処理水を流入させる総処理水入口パイプ部と、
各単位電気分解ユニットの前記アルカリイオン水流出口部に接続し、ｎ段分のアルカリイオン水を流出させる総アルカリイオン水出口パイプ部とを備え、
ｎ段の単位電気分解ユニットを並列に動作させることを特徴とする。

また、前記電解槽の第ｎ段目の単位電気分解ユニットに近い位置から電解質溶液をポンプで汲み上げ、第１段目の単位電気分解ユニットに近い位置へ、その電解質溶液を循環させる循環パイプを備えることを特徴とする。

また、前記電解槽の横方向に沿って、一端側から順次前記アルカリイオン水流出口部、イオン水流出パイプ、負の中心電極（端子）及び正電極（端子）、処理水入口部が一列に配列される構造の第１の単位電気分解ユニットと、さらに、前記単位電気分解ユニットに順次接続する前記処理水入口部、正電極（端子）、負電極（端子）及び隔膜、アルカリイオン水出口部、イオン水流出パイプ部が一列に配列される反転構造の第２の単位電気分解ユニットを備え、
その電解槽の奥行方向に沿って直列に接続した前記第１及び第２の単位電気分解ユニットをｎ段配設できるように前記電解槽の上部には横方向に２ヶ所の前記保持板材受口部を奥行き方向にｎ段、合計ｎ×２ヶ所備え、
第１の単位電気分解ユニットの前記アルカリイオン水流出部に接続し、ｎ段分の処理水を流入させる横方向一端側に配設する第１のイオン水パイプ入口部と、
第２の単位電気分解ユニットの前記アルカリイオン水流出部に接続し、ｎ段分の処理水を流入させる横方向他端側に配設する第２のイオン水パイプ入口部と、
第１及び第２の単位電気分解ユニットの前記処理水流出口部に接続し、ｎ段×２個のアルカリイオン水を流出させる総処理水出口パイプ部とを備え、
ｎ段×２個の単位電気分解ユニットを、２個直列ｎ段並列に動作させることを特徴とする。

また、棒状又はパイプ状の負の中心電極の中心軸に円筒型に成形されたイオン交換隔膜の中心軸を合わせて所定の間隙距離を維持して配設し、
その円筒状隔膜の外側に円筒型に成形されたメッシュ状又は電解溶液透過性の正の外円筒電極の中心軸を合わせて所定の間隙距離を維持して配設し、
前記円筒状隔膜の外側には電解質溶液を循環させ、その隔壁の内側には処理水を流入させて、前記正・負電極間に電圧を印加して、電気分解を行わせ、処理水をアルカリイオン化して流出させるアルカリイオン水生成装置であって、
前記隔膜は、０．５〜２ｍｍ径の粒状或いは破砕された結晶性粘土鉱物を主体としたセラミックに対し、８５〜９５℃に加熱した水溶性高分子材を１０〜３０重量％に混入して混練し、補強用布状繊維上に圧出成形して平板成形材とし、直後に円筒状の型材に捲き付けて乾燥させた、円筒状のセラミック混入樹脂バインダー層からなる隔膜構造を備え、
その隔膜の下部には、そのフランジから上下方向にそれぞれ所定長のパイプを有し、そのパイプの外径は、前記隔膜の内径に合わせ、上側パイプは隔膜下端円周内側に接続可能とし、下側パイプは前記処理水流入パイプの内側に接続可能とする下部接続部材を備え、
前記隔膜の上部には、外径が前記隔膜内径に合わせたパイプを有し、そのパイプ下側と隔膜上端円周内側に接続可能とし、そのパイプ上側端部は前記負電極端子接続用フランジを有し、さらに処理水のアルカリイオン水流出口を有する上部接続部材を備え、
前記隔膜円筒部外側には、前記正電極が前記所定の間隙距離を維持するための隔膜の外側の上下端２ヶ所に嵌められた電気絶縁性のリングスペーサを備え、
前記上部接続部材と、その上側でフランジにより連結する負電極端子板及び負電極と、上部接続部材の下側に連結する隔膜及び正電極と、前記隔膜の下端部に下部接続部材を介して連結する処理水流入パイプと、それに連結する処理水入力部とを接続した高密度用電気分解ユニットを備え、
その電気分解ユニットを横方向にｍ列、奥行き方向にｎ列、ｍ×ｎ個の行列に電解に配設し、
各電気分解ユニットの上部のアルカリイオン水流出口ｍ×ｎ個を総合する総合アルカリイオン水流出口パイプと、
各電気分解ユニットの下部の処理水入口ｍ×ｎ個を総合する総合処理水流入口パイプと、
各電気分解ユニットの負電極ｍ×ｎ個を接続した負電極端子と、
各電気分解ユニットの正電極ｍ×ｎ個を接続した正電極端子とを備えることを特徴とする。

本発明の酸性イオン水生成装置は、請求項１、３、５、６記載のアルカリイオン水生成装置において、正・負電極端子を逆電極に接続することにより、処理水を酸性イオン化して、アルカリイオン水流出口部に酸性イオン水を生成することを特徴とする。

本発明のアルカリイオン水或いは酸性水生成装置は、処理水を円筒状隔膜管路内で連続して、安定的なＰｈ値を維持するイオン化水とすることができる。また、複数の単位電気分解ユニットを並列・直列を自在に連結できる構造であるため、単位時間当たり大量の水のイオン化が可能であり、処理目的に合わせて、最適な規模の生成装置を安価に提供することができる。

本発明のアルカリイオン水生成装置ならびに酸性イオン水生成装置の実地の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明のアルカリイオン水生成装置の第１の実施の形態を示し、（ａ）は使用している円筒状隔膜１０（イオン交換隔膜）の円筒中心軸を通る断面図、（ｂ）は平面図である。

ここで、その円筒中心軸には棒状またはパイプ状の負の中心電極１１が配設される。負の中心電極１１は例えばステンレス製など腐食に強い金属を用いる。

負の中心電極１１と円筒状隔膜１０とは、その間で所定の間隙距離１１ｄを維持できるようにその上端側は後述する中心電極端子１１ａにより中心電極１１の下端部を固定している。

なお、その中心電極１１の下端部も、後述する中心電極支持用羽根部材３００ａ（図６（ａ）の図示参照）を使用し、さらに、正確に間隙距離１１ｄを維持するようにしてもよい。

その円筒状隔膜１０の外側には、円筒状に成形され、電解溶液が自由に通過できるメッシュ状（例えば、カーボン繊維などで製作した円筒、或いは複数の小径口孔を明けた金属円筒、或いは金属網で製作した円筒）又は電解溶液透過性の正の外円筒電極１２の中心軸を合わせて、円筒状隔膜１０との所定の間隙距離１２ｄを維持して配設する。

１６は電解槽を示し、その中に電解質溶液１７がその溶液水位１７ａまで入っている。

ここでイオン水生成動作を説明する。すなわち、円筒状隔膜１０の外側では電解質溶液１７を循環させ、円筒状隔膜１０の内側では、その下部（処理水隔膜入口１０ｉｎ）より処理水を流入させ、正、負電極端子１２ａ、１１ａ間に直流電圧を印加して電気分解を行わせ、円筒状隔膜１０の上部（イオン水隔膜出口１０ｏｕｔ）より処理水をアルカリイオン化して流出させる。

ここで用いる円筒状隔膜１０について説明する。円筒状隔膜１０は、予め珪酸４面体とアルミナ８面体とが結合した結晶性粘土鉱物を焼成したセラミックを最大長が０．５〜２ｍｍの範囲に入る粒状に加工しておき、その粒状セラミックに対して８５〜９５℃に加熱した水溶性高分子材を１０〜３０重量％混合して混練し、補強用布状織物上に圧出成形して、平板成形材とし、さらに、その直後に円筒状の型枠に捲きつけて、８５〜９５℃以下の温度で成形乾燥させたセラミック混入樹脂バインド層の隔膜構造である。

前記水溶性高分子材は、少なくとも、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリエチレンオキサイドのいずれかの高分子材か、又は寒天、澱粉、カゼイン、ゼラチン、アラビアガムなどの天然高分子材である。

また、前記補強用布状織物は、ガラス繊維、炭素繊維、ポリプロピリン系繊維、ビニロン系繊維、アラミド系繊維のいずれかの素材からなる補強用布状織物である。

尚、前記水溶性高分子材は、温度が８５〜９５℃では、前記補強用布状織物に浸透し、その織物の表側、裏側の表面及び内部に含浸して、その後乾燥されて隔膜を形成する。電解槽内の円筒状隔膜１０は、水温では固体膨潤状態となる。

以上のように製作された円筒状隔膜１０は、電解槽１６の中で電極に直流電圧が印加されて動作している際に、その円筒状隔膜１０中に混入されているセラミック粒子の前記結晶性粘土鉱物分子を電解質溶液１７中に溶解させる。そこで、直流電圧印加により生成されるマイナスイオンまたはプラスイオンを安定状態に保つ。この現象により円筒状隔膜１０の内側に流された処理水を安定したアルカリイオン水または酸性イオン水にすることができる。すなわち、従来の電気分解水のように、短時間（或いは数日）でｐＨが中性化することがない。

その円筒状隔膜１０の下部（図１（ａ）に示す処理水隔膜入口１０ｉｎ）には、フランジ１３ａから上下方向にそれぞれ所定長延びるパイプ１３ｂを有して、そのパイプ１３ｂの外径は円筒状隔膜１０の内径に合わせて上側のパイプ１３ｂの円筒状隔膜１０下端円筒内側に挿入され接続可能・着脱可能とし、下側のパイプ１３ｂは前記処理水の流入パイプ１８の内側へ挿入され接続可能・着脱可能な下部接続部材１３を備える。

一方、その円筒状隔膜１０の上部（図１（ａ）に示すイオン水隔膜出口１０ｏｕｔ）には、外径が円筒状隔膜１０内径に合わせたパイプ１４ａを有し、そのパイプ１４ａ下側を円筒状隔膜１０上端円周内側に挿入され接続可能・着脱可能とし、そのパイプ１４ａの上側端部は、負の中心電極端子接続用フランジ１４ｂを有し、さらに、そのパイプ１４ａの側面には処理水のアルカリイオン水流出口パイプ接続部１４ｃを有する上部接続部材１４を備える。

円筒状隔膜１０の円筒部外側には、正の外円筒電極１２が所定の間隙距離１２ｄを維持するための隔膜の外側の上下端２ヶ所に嵌められた電気絶縁性のリングスペーサ１５を備える。

上部接続部材１４のパイプ１４ａの中間位置にはユニット保持部材１９が半田付けなどで溶着されている。ねじ等によりパッキングを介して固定する密着構造であってもよい。電解質溶液が密封されるような構造であればよい。

そのユニット保持部材１９には電気分解ユニット２０が溶着されている。図２にもその電気分解ユニット２０が図示されているが、単位電気分解ユニットとして接続されている部材群を以下に説明する。

その部材群は、上下接続部材１４と、その上側でフランジ１４ｂにより連結する負の中心電極端子板１１ｂ及び負の中心電極端子１１ａと、上部接続部材１４の下側外周で連結する円筒状隔膜１０及び前記リングスペーサ１５を介して連結する正の外円筒電極１２と、円筒状隔膜１０の下端部に下部接続部材１３を介して連結する処理水入口パイプ１８と、それと連結する処理水入口パイプ接続部１８ａとを少なくとも接続した部材からなる。

以上の部材群からなる電気分解ユニット２０がユニット保持部材１９に溶着されている状態を図２に示す。図２では、保持部材１９を電解槽１６の上部にある保持板受口部１６ａの周辺にあるネジ受１６ｃから固定ネジ１９ａを取外し上方へ引き上げた状態を示す。

保持部材１９を上方へ引き上げることにより電気分解ユニット２０を電解質溶液１７から引き上げ、部材の調整或いは取替え、再組立・修理を容易に行うことができる。

なお、図１（ｂ）の平面図には、電解槽１６の上面にある保持板受口部１６ａが破線で示されている。

図１、図２において，１２ａは正の外円筒電極端子を示し、電解槽１６の内部で電線により正の外円筒電極１２と接続されている。

処理水流水パイプ１８は第１実施例ではＪ字状で円筒状隔膜１０の下部からユニット保持板材１９を通り抜け、その保持部材１９にハンダ付け或いは溶着されている。

その処理水流水パイプ１８の出口付近には圧縮空気入力用バルブ端子２２（電解槽１６の上部側面に設けてある）からのエアーを入れる空気入力口２２ａがある。時々、エアーを入れることにより処理水流水パイプ１８の底面付近に蓄積された沈殿固体物を取り除くことができる。

２１は、補強アングル材（ＰＶＣ）を示し、電気分解ユニット２０の重量を受けるユニット保持部材１９による電解槽１６の受口部１６ａの耐荷重を増加させる。

図１に示した第１の実施例のアルカリイオン水生成装置の動作は以下のようになる。電解質溶液１７は電解槽１６の中で循環させる（図１には図示していない）。また、正の外円筒電極端子１２ａと負の中心電極端子１１ａ間に直流電圧を印加しておく。

アルカリイオン水に処理したい水を、処理水入口パイプ接続部１８ａから流入させる。この流入水は処理水流水パイプ１８を通り、円筒状隔膜１０の下部１０ｉｎに達する。ここで、その処理水は円筒状隔膜１０と負の中心電極の間を上昇し、その円筒状隔膜１０の上部１０ｏｕｔに到達する。その間に処理水はアルカリイオンによりイオン化して、イオン水流出口パイプ接続部１４ｃから流出する。

次に、図３に本発明の第２の実施の形態を示す。単位となる電気分解ユニット２０をｎ段並列に接続した多段型アルカリイオン水生成装置を示す。図３において第１段だけならば図１に示した第１実施例と同様な構成となる。

多段用電解槽１６０は、その上部に図３に示すようにｎヶ所の保持板受口部１６ａが設けられ、それぞれの受口部１６ａへ単位電気分解ユニット２０を挿入して、固定ネジ１９ａによりネジ孔１９ｂを通して電解槽１６０のネジ受１６ｃへネジ止めする。

ｎ個の単位電気分解ユニット２０をｎ段並列に動作させることにより、図１に示した１段で処理できる流入量のｎ倍の処理水を同一時間内に処理し、ｎ倍のイオン水を流出させるものである。

図３に示す各単位電気分解ユニット２０はすべて、それらのユニットの処理水入口パイプ接続部１８ａとイオン水流出口パイプ接続部１４ｃとは配置方向が同一となるようにして、電解槽１６０の保持板受口部１６ａへ挿入されている。

それらのパイプ接続部１８ａ及び１４ｃにはそれぞれ水流開閉コック３０が接続され、ｎ個のパイプ接続部１８ａはそれぞれ水流開閉コック３０を介して処理水入口ｎ個のパイプ接続部１８ａへ分岐する総処理水入口パイプ部１８０へ接続される。処理水入力は開閉コック１８０ａを介して行われる。

一方、ｎ個のイオン水流出口パイプ接続部１４ｃはそれぞれ開閉コック３０を介してイオン水出口ｎ個のイオン水流出口パイプ接続部１４ｃへ分岐する総アルカリイオン水出口パイプ部１４０へ接続される。イオン水流出は開閉コック１４０ａを介して行われる。

なお、１９０はイオン水出口側の発生ガス回収口である。また、電解槽１６０の一方の側面下部には、電解質溶液１７の汲上げ出力コック１７０ａを設け、循環用ポンプＰによりその汲上げ電解質溶液を戻す循環用入力コック１７０ｂが他方の側面上部に設けてある。

ｎ段の単位電気分解ユニット２０−１，２０−２、２０−３、・・・・２０−（ｎ−２），２０−（ｎ−１），２０−ｎは、それぞれ一端側から順次処理水入口パイプ接続部１８ａ、処理水流水パイプ部１８、正電極１２及びその端子１２ａ、負電極１１及びそのフランジ１１ｂ、端子１１ａ及び円筒状隔膜１０、アルカリイオン水流出口パイプ接続部１４ｃが一列に配列されている。

この第２実施例のｎ段型アルカリイオン水生成装置は１段のみのアルカリイオン水生成装置に比べて単位時間当たりｎ倍の処理水処理を行うことができる。

動作させる場合は各段のｎ個の正電極端子１２ａを接続して直流電源の＋に接続する。一方各段の負電極端子１１ａを接続して直流電源の−に接続する。

図４は、本発明の第３の実施の形態の複式多段型アルカリイオン水生成装置を示す。第１の電気分解ユニット２００ａと、そのユニット２０内に接続されている各部材群の配置が反転している第２の電気分解ユニット２００ｂとが図４に示すように直列に接続して第１段の複式ユニット２００ａ＋２００ｂとする。この複式ユニット２００ａ＋２００ｂをｎ段並列に接続し、複式多段型アルカリイオン水生成装置となる。つぎに、それらの接続について詳細に説明する。

先ず、電気分解ユニット２００ａとその反転配置電気分解ユニット２００ｂとをそれぞれの処理水入口パイプ接続部１８ａに水流の開閉コック３０を接続し、それら開閉コック３０を４方向接続フランジを介して接続する。これによって電気分解ユニット２００ａと電気分解ユニット２００ｂが直列に接続される。

更に、前記４方向接続フランジを介して第１段から第ｎ段まで、順次接続する。この一端は総処理水入口パイプ部１８０に接続され、さらに開閉コック１８０ａを介して処理水入口に至る。なお、その間に３方向接続フランジがあり処理水量流量調節弁２１０が設けられている。

一方、直列に接続されたユニット２００ａと２００ｂのイオン水流出口パイプ接続部１４ｃは、それぞれ水流の開閉コック３０を接続し、電解槽１６０の両方の側面上部付近にあるパイプ支持台１４０ｂ（図５参照）上にそれぞれｎ個のパイプ分岐管を有する総アルカリイオン水出口パイプ部１４０−１及び１４０−２のそれぞれの分岐部に両側それぞれｎ個ある開閉コック３０を接続する。このとき、パイプ分岐管の代わりに３方向接続フランジを使用しても良い。

総アルカリイオン水出口パイプ部１４０−１及び１４０−２は、それぞれ開閉コック１４０ａを介して１本のパイプに接続されアルカリイオン水出口へ通ずる。

１７０ａ、１７０ｂは図３と同様に電解質溶液１７を循環させるための汲上げ出力コック、循環用入力コックである。

１６ｂは、電解槽１６０のガス抜孔回収部である。１９０はイオン水出口側の発生ガス回収口である。

図５は、図４に示した複式多段型アルカリイオン水生成装置の電気分解ユニット２００ａ及びその反転配置された第２の電気分解ユニット２００ｂが連結する各段の状態を示す断面図である。

電気分解ユニット２００ａ及び２００ｂは、そのメンテナンス時には２枚のユニット保持板材１９のそれぞれの固定ネジ１９ａを外し、上方へ吊り上げ、電解槽１６０より取り外し、保守（隔膜や電極の交換など）を行なう。

複式直列接続の各段は、その保守したい段の両端に接続する水流の開閉コック３０を取り外せば、その段だけ上方へ吊上げることができる。

第３の実施の形態の複式多段（ｎ段）型アルカリイオン水生成装置と、第１の実施の形態を比較すれば、同一寸法の電気分解ユニット２０を用いて、単位時間当たり２ｎ倍の処理水をイオン化処理することができる。

次に、本発明の第４の実施の形態の高密度用電気分解ユニット３００をｍ行ｎ列にｍ×ｎ個配設したアルカリイオン水生成装置を図６及び図７に基き説明する。

図６（ａ）は、高密度電気分解ユニット３００の構造図である。高密度電気分解ユニット３００は、円筒状隔膜１０、その中心軸に配設した負の中心電極１１、円筒状隔膜１０の外側にリングスペーサ１５を介して配設した陽の外円筒電極１２からなる。また、以上の円筒状隔膜１０、中心電極１１、外円筒電極１２の各電極の間隙距離１１ｄ、１２ｄを所定長に維持し、一体化して高密度電気分解ユニット３００を形成する為の上部接続部材３００ｂ、下部接続部材３００ｃを設ける。この上下接続部材３００ｂ、ｃとリングスペーサ１５により外円筒電極１２と円筒状隔膜１０が固定される。

すなわち、上部接続部材３００ｂ、下部接続部材３００ｃにはそれぞれ円筒溝３００ｄが設けてある。この円筒溝３００ｄの外側の溝壁径は外円筒電極１２の外径に合わせ、円筒溝３００ｄの内側の溝壁径は円筒状隔膜１０の内径に合わせておく。以上のようにすればそれらの円筒溝３００ｄに図６（ａ）に示すようにリングスペーサ１５と外円筒電極１２及び円筒状隔膜１０を挿入して、上下の接続部材３００ｂ、３００ｃにより一体化させることができる。

また、その上下の接続部材３００ｂ、３００ｃの内周壁部３００ｌに中心電極支持用羽根部材３００ａをそれぞれ挿入して固着する。それら羽根部材３００ａの中心孔へ中心電極１１の両端を挿入して中心電極１１を固定する。この羽根部材３００ａは処理水が流入、流出する間隙を有しているので、処理水の流れがスムーズに行われると同時に中心電極１１を中心位置に固定する機能とを併せ持つ。

さらに、その中心電極１１と負の中心電極端子１１ａを外被絶縁管の導線で接続する。また、正の外円筒電極端子１２ａと外被絶縁管の導線で接続する。以上で高密度電気分解ユニット３００の１単位とする固着された構造となる。

図６（ｂ）は、図６（ａ）の高密度電気分解ユニット３００をｍ行×ｎ列に配設した高密度型のアルカリイオン水生成装置を示し、（ｂ）には、ｍ行に配設されたｎ個の高密度電気分解ユニット３００の各中心軸を通る断面図と、電解槽３６０の上方から見た平面図とを示す。

ｍ×ｎ個の高密度電気分解ユニット３００は、電解槽３６０の底面に設けらたｍ×ｎ個の孔にそれぞれ接続部材３００ｃの先端を挿入し電解槽３６０中に固定し、反対側の接続部材３００ｂをｍ×ｎ個の孔を有する電解槽３６０の上面蓋に挿入するようにして高密度電気分解ユニット３００をその上下の孔で固定する。

また、処理水入口から開閉コックを介して総処理水入口パイプ１８０を経由して電解槽３６０の下側にある各高密度電気分解ユニット３００の下部の接続部材３００ｃへ接続させる。

図では、第１列分岐管からｍ個の各ユニット３００は処理水が入力され、・・・・第ｎ列分岐管からｍ個の各ユニットへ処理水が分流する。

一方、それぞれのｍ×ｎ個の各ユニット３００の下側から円筒状隔膜１０に流入された処理水は、イオン化されながら上部の接続部材３００ｂから流出し、第ｍ行のｎ個の各ユニット３００のイオン水が集められ総アルカリイオン水出口パイプ部１４０の第ｍ行分岐管へ流出させ、・・・・第１行のｎ個の各ユニット３００のイオン水が集められ総アルカリイオン水出口パイプ部１４０の第１行分岐管へ流出させ、全てのアルカリイオン水を出口パイプ部１４０に集めて流出させる。

図７は、高密度電気分解ユニット３００を４行３列に配設したときのアルカリイオン水生成装置を示す。すなわち、高密度電気分解ユニット３００は１２個使用し、その構成上小型でコンパクトな構造で、単位時間当たり大量の処理水をイオン化することができる。図７は斜視図で、その外観を示すが、その電解槽３６０を一点鎖線で示す。

また、処理水入口から総処理水入口パイプ部１８０を経由して１２個の高密度電気分解ユニット３００へ分流させているが、その水流パイプは線で示してある。各高密度電気分解ユニット３００への接続は１２個の３方向接続フランジを用いる。

一方、１２個の各高密度電気分解ユニット３００の円筒状隔膜１０中を通りイオン化して流出したイオン水は、それぞれ１２個の３方向フランジを通して総アルカリイオン水出口パイプ部１４０に集められる。

各高密度電気分解ユニット３００のメンテナンスにおいては、それぞれのユニット３００の上下に接続されている３方向接続フランジのネジ止めを取れば容易にそのユニット３００を電解槽３６０より取り出し、部品の点検交換等を行なえる。

図１〜図７については外円筒電極１２を陽電極として、中心電極を負電極として、円筒状隔膜１０の円筒内に処理水を流せばアルカリイオン水として生成する装置を述べたが、これらの外円筒電極１２を負電極とし、中心電極１１を陽電極として動作させ円筒状隔膜１０の円筒内に処理水を流入させれば強酸性イオン水を生成させることができる。すなわち、単位時間当たり大量の強酸性イオン水を生成させる酸性イオン水生成装置となる。

本発明の電気分解用セラミック隔膜を用いれば、電気分解による強アルカリイオン水或いは強酸性水の製造に加えて、電気分解による脱燐、脱窒素、重金属分離、Ｐｈ調整などの工業用排水・廃液処理、坑道廃水処理、冷却塔循環水の水質維持装置として多様な形状、容積（小型化）で利用することができる。

本発明の第１の実施の形態のアルカリイオン水生成装置の構造を示し、（ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図である。 アルカリイオン水生成装置のユニット取り出し状態の説明図である。 本発明の第２の実施の形態の多段型アルカリイオン水生成装置の構造を示す平面図である。 本発明の第３の実施の形態の複式多段型アルカリイオン水生成装置の構造を示す平面図である。 図４の複式多段型アルカリイオン水生成装置の断面図である。 本発明の第４の実施の形態の高密度陽電気分解ユニットを配列したアルカリイオン水生成装置を示し、（ａ）はユニットの断面図、（ｂ）は装置の断面図、（ｃ）は装置の平面図である。 本発明の第４の実施の形態のアルカリイオン水生成装置の構造を示す斜視図である。

符号の説明

１０ 円筒状隔膜（イオン交換隔膜）
１０ｉｎ 処理水隔膜入口
１０ｏｕｔ イオン水隔膜出口
１１ 中心電極
１１ａ 中心電極端子
１１ｂ 中心電極端子板
１１ｄ 間隙距離
１２ 外円筒電極
１２ａ 外円筒電極端子
１２ｄ 間隙距離
１３ 下部接続部材
１３ａ フランジ
１３ｂ 上下部パイプ
１４ 上部接続部材
１４ａ パイプ
１４ｂ 中心電極端子接続用フランジ
１４ｃ イオン水流出口パイプ接続部
１５ リングスペーサ
１６ 電解槽
１６ａ 保持板受口部
１６ｂ ガス抜孔回収部
１６ｃ ネジ受
１７ 電解質溶液
１７ａ 溶液水位
１８ 処理水流出パイプ
１８ａ 処理水入口パイプ接続部
１９ ユニット保持板材
１９ａ 固定ネジ
１９ｂ ネジ孔
２０ 単位電気分解ユニット
２０−１，２０−ｎ 第１段ユニット〜第ｎ段ユニット
２１ 補強アングル材
２２ 圧縮空気入力用パイプ端子
２２ａ 空気入力口
３０ 開閉コック
１４０、１４０−１，ｎ 総アルカリイオン水出口パイプ部
１４０ａ 開閉コック
１４０ｂ パイプ支持台
１６０ 電解槽（多段用）
１７０ａ 汲上げ出力コック
１７０ｂ 循環用入力コック
１８０ 総処理水入口パイプ部
１８０ａ 開閉コック
１９０ 発生ガス回収口
２００ａ 第１の電気分解ユニット
２００ｂ 第２の電気分解ユニット
２１０ 処理水流量調整弁
３００ 高密度用電気分解ユニット
３００ａ 中心電極支持用羽根部材
３００ｂ 上部接続部材
３００ｃ 下部接続部材
３００ｄ 円筒溝
３００ｅ 内周壁部
３６０ 高密度用電解槽

Claims (7)

1. 棒状又はパイプ状の負の中心電極の中心軸に円筒型に成形されたイオン交換隔膜の中心軸を合わせて所定の間隙距離を維持して配設し、
   その円筒状隔膜の外側に円筒型に成形されたメッシュ状又は電解溶液透過性の正の外側筒電極の中心軸を合わせて所定の間隙距離を維持して配設し、
   前記円筒状隔膜の外側では電解質溶液を循環させ、その隔壁の内側では下部より処理水を流入させて、前記正・負電極間に直流電圧を印加して、電気分解を行わせ、隔壁上部より処理水をアルカリイオン化して流出させるアルカリイオン水生成装置であって、
   前記隔膜は、最大長が０．５〜２ｍｍ径の範囲に入る粒状或いは破砕された結晶性粘土鉱物を主体としたセラミックに対し、８５〜９５℃に加熱した水溶性高分子材を１０〜３０重量％混入して混練し、補強用布状繊維上に圧出成形して平板成形材とし、直後に円筒状の型材に捲き付けて乾燥させた、円筒状のセラミック混入樹脂バインダー層からなる隔膜構造を備え、
   その隔膜の下部には、そのフランジから上下方向にそれぞれ所定長のパイプを有し、そのパイプの外径は、前記隔膜の内径に合わせ、上側パイプは隔膜下端円周内側に接続可能とし、下側パイプは前記処理水の流入パイプの内側に接続可能とする下部接続部材を備え、
   前記隔膜の上部には、外径が前記隔膜内径に合わせたパイプを有し、そのパイプ下側と隔膜上端円周内側に接続可能とし、そのパイプ上側端部は前記負の中心電極端子接続用フランジを有し、さらに処理水のアルカリイオン水流出口パイプ接続部とを有する上部接続部材を備え、
   前記隔膜円筒部外側には、前記正の外円筒電極が前記所定の間隙距離を維持するための隔膜の外側の上下端２ヶ所に嵌められた電気絶縁性のリングスペーサを備え、
   前記隔膜の外側まで前記正の外円筒電極を透過して電解質溶液を循環させる為の電解質溶液を収容する電解槽を備え、
   前記上部接続部材のパイプ中間部には、その上部接続部材と、その上側でフランジにより連結する負の中心電極端子板および負の中心電極端子と、上部接続部材の下側にフランジとスペーサにより連結する隔膜及び正の外円筒電極と、前記隔膜の下端部に下部接続部材を介して連結する処理水流入パイプと、それを連結する処理水入口パイプ接続部とを接続した電気分解ユニットをそのまま保持する状態で溶着されたユニット保持板材を備え、
   前記電解槽の上部には、前記保持部材に保持された、前記電気分解ユニットを装着したまま、その電解槽の上側から挿入して電気分解ユニットを電解質溶液に沈めて、前記保持板材の周縁を電解槽の上側に載せてネジ留できる保持板材受口部と、前記電解質溶液から発生する外円筒極側ガス抜き孔部とを備えることを特徴とするアルカリイオン水生成装置。
2. 前記処理水流入パイプには、堆積物をエアリフトさせる圧縮空気入力用パイプ端子を備えることを特徴とする請求項１記載のアルカリイオン水生成装置。
3. 前記電解層の横方向に沿って一端側から順次前記処理水パイプ接続部、処理水流水パイプ及び正電極（端子）、負電極（端子）及び隔膜、アルカリイオン水流出口パイプ接続部が一列に配列される構造の単位電気分解ユニットを備えて、
   その電解槽の奥行方向に沿って、前記単位電気分解ユニットをｎ段配設できるように、前記電解槽の上部にｎヶ所の前記保持板材受口部を備え、
   各単位電気分解ユニットの前記処理水入り口部に接続し、ｎ段分の処理水を流入させる総処理水入口パイプ部と、
   各単位電気分解ユニットの前記アルカリイオン水流出口部に接続し、ｎ段分のアルカリイオン水を流出させる総アルカリイオン水出口パイプ部とを備え、
   ｎ段の単位電気分解ユニットを並列に動作させることを特徴とする請求項１又は２に記載のアルカリイオン水生成装置。
4. 前記電解槽の第ｎ段目の単位電気分解ユニットに近い位置から電解質溶液をポンプで汲み上げ、第１段目の単位電気分解ユニットに近い位置へ、その電解質溶液を循環させる循環パイプを備えることを特徴とする請求項３記載のアルカリイオン水生成装置。
5. 前記電解槽の横方向に沿って、一端側から順次前記アルカリイオン水流出口部、イオン水流出パイプ、負の中心電極（端子）及び正電極（端子）、処理水入口部が一列に配列される構造の第１の単位電気分解ユニットと、さらに、前記単位電気分解ユニットに順次接続する前記処理水入口部、正電極（端子）、負電極（端子）及び隔膜、アルカリイオン水出口部、イオン水流出パイプ部が一列に配列される反転構造の第２の単位電気分解ユニットを備え、
   その電解槽の奥行方向に沿って直列に接続した前記第１及び第２の単位電気分解ユニットをｎ段配設できるように前記電解槽の上部には横方向に２ヶ所の前記保持板材受口部を奥行き方向にｎ段、合計ｎ×２ヶ所備え、
   第１の単位電気分解ユニットの前記アルカリイオン水流出部に接続し、ｎ段分の処理水を流入させる横方向一端側に配設する第１のイオン水パイプ入口部と、
   第２の単位電気分解ユニットの前記アルカリイオン水流出部に接続し、ｎ段分の処理水を流入させる横方向他端側に配設する第２のイオン水パイプ入口部と、
   第１及び第２の単位電気分解ユニットの前記処理水流出口部に接続し、ｎ段×２個のアルカリイオン水を流出させる総処理水出口パイプ部とを備え、
   ｎ段×２個の単位電気分解ユニットを、２個直列ｎ段並列に動作させることを特徴とする請求項１又は２に記載のアルカリイオン水生成装置。
6. 棒状又はパイプ状の負の中心電極の中心軸に円筒型に成形されたイオン交換隔膜の中心軸を合わせて所定の間隙距離を維持して配設し、
   その円筒状隔膜の外側に円筒型に成形されたメッシュ状又は電解溶液透過性の正の外円筒電極の中心軸を合わせて所定の間隙距離を維持して配設し、
   前記円筒状隔膜の外側には電解質溶液を循環させ、その隔壁の内側には処理水を流入させて、前記正・負電極間に電圧を印加して、電気分解を行わせ、処理水をアルカリイオン化して流出させるアルカリイオン水生成装置であって、
   前記隔膜は、０．５〜２ｍｍ径の粒状或いは破砕された結晶性粘土鉱物を主体としたセラミックに対し、８５〜９５℃に加熱した水溶性高分子材を１０〜３０重量％に混入して混練し、補強用布状繊維上に圧出成形して平板成形材とし、直後に円筒状の型材に捲き付けて乾燥させた、円筒状のセラミック混入樹脂バインダー層からなる隔膜構造を備え、
   その隔膜の下部には、そのフランジから上下方向にそれぞれ所定長のパイプを有し、そのパイプの外径は、前記隔膜の内径に合わせ、上側パイプは隔膜下端円周内側に接続可能とし、下側パイプは前記処理水流入パイプの内側に接続可能とする下部接続部材を備え、
   前記隔膜の上部には、外径が前記隔膜内径に合わせたパイプを有し、そのパイプ下側と隔膜上端円周内側に接続可能とし、そのパイプ上側端部は前記負電極端子接続用フランジを有し、さらに処理水のアルカリイオン水流出口を有する上部接続部材を備え、
   前記隔膜円筒部外側には、前記正電極が前記所定の間隙距離を維持するための隔膜の外側の上下端２ヶ所に嵌められた電気絶縁性のリングスペーサを備え、
   前記上部接続部材と、その上側でフランジにより連結する負電極端子板及び負電極と、上部接続部材の下側に連結する隔膜及び正電極と、前記隔膜の下端部に下部接続部材を介して連結する処理水流入パイプと、それに連結する処理水入力部とを接続した高密度用電気分解ユニットを備え、
   その電気分解ユニットを横方向にｍ列、奥行き方向にｎ列、ｍ×ｎ個の行列に電解に配設し、
   各電気分解ユニットの上部のアルカリイオン水流出口ｍ×ｎ個を総合する総合アルカリイオン水流出口パイプと、
   各電気分解ユニットの下部の処理水入口ｍ×ｎ個を総合する総合処理水流入口パイプと、
   各電気分解ユニットの負電極ｍ×ｎ個を接続した負電極端子と、
   各電気分解ユニットの正電極ｍ×ｎ個を接続した正電極端子とを備えることを特徴とするアルカリイオン水生成装置。
7. 請求項１、３、５、６記載のアルカリイオン水生成装置において、正・負電極端子を逆電極に接続することにより、処理水を酸性イオン化して、アルカリイオン水流出口部に酸性イオン水を生成することを特徴とする酸性イオン水生成装置。

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