JP2006075723A - 強酸性水生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 水の流量を制御する汎用の安価な電磁ポンプ等が使用でき、電解質を溶解した水溶液の高精度の濃度制御により、安定した濃度の水溶液を電解槽に供給する。
【解決手段】 塩化ナトリウム等の電解質を溶解した水溶液を電解槽４にて電気分解して強アルカリ水と強酸性水とを得る強酸性水生成装置において、前記水溶液は電解質タンク２の上部に貯蔵された電解質が汎用ポンプ１にて供給される水により下部から溶解して得られるように構成したことにより、電解質タンク２に貯蔵された塩化ナトリウム等の電解質が下部から供給された水により徐々に溶解し、電気分解に必要な量だけの電解質が水溶液に溶け出して無用な溶解が抑制され、電解質の浪費が防止されて低コストとなる上、電解質が溶解される水溶液の流量は、電解質タンク２に供給される水を汎用ポンプ１にて供給量制御を行えばよく、低廉な汎用ポンプが使用できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、塩化ナトリウム等の電解質を溶解した水溶液を電解槽にて電気分解して強アルカリ水と強酸性水とを得る強酸性水生成装置に関する。

強酸性水（電解水）は、残留性が殆どなく高い安全性と速効的な除菌効果が得られることから、食品分野、医療分野、農業分野さらには公共分野において、除菌・洗浄剤として広く使用されている。特に、すでに認可を受けている次亜鉛素酸ナトリウムに続き、酸性電解水の１つである次亜鉛素酸水が、食品の殺菌を目的とした食品添加物として平成１４年６月に厚生労働省の認可を受けてから、前記各施設等における酸性水による除菌・洗浄の需要が増大している。現在、様々な酸性水生成装置が提案されて使用されている。そのような酸性水生成装置およびそれによって生成された電解生成殺菌水として典型的なものに、下記特許文献１に開示されたものがある。
特許第２６２６７７８号（請求項１参照）

前記特許文献１に開示された酸性水生成装置およびそれによって生成された電解生成殺菌水を図７によって簡単に説明する。図７（Ａ）は第１実施例、図７（Ｂ）は第２実施例である。図７（Ｂ）では、陽極室側導出パイプ１１６には、バルブ１１７の直前で、バルブ１１８を介して、陽極側原水導入パイプ１１１とフィードバックパイプ１１９によって接続されたものである。フィードバックパイプ１１９により、電解前の原水に水溶性電離性無機物質を添加して、その原水の電気伝導度を高くすることによって、ｐＨ値の低い酸性水を効率よく作り出すようにした。電解室１０１は、底板１０２と、外周を囲む陰極板１０３と、蓋板１０４とから構成され、蓋板１０４から内部に延出されて陽極板１０５が取り付けられ、上端部に陽極側ターミナル１０６が設けられる。一方。陰極板１０３には陰極側ターミナル１０７が設けられる。電解室１０１内には陽極板１０５を囲んで隔膜１０８が配置される。これにより、陽極室１０９と陰極室１１０とが区画される。

隔膜１０８はＣａ⁺⁺、Ｍｇ⁺ 、Ｎａ ⁺、Ｋ⁺ 等を陽極室１０９から陰極室１１０に通過させ、Ｃｌ^- 、ＳＯ₄ ^--、ＨＣＯ₃ ^- 等を陰極室１１０から陽極室１０９に通過させ、陽極側ターミナル１０６および陰極側ターミナル１０７に所定の電圧を印加することにより、陽極室１０９内には酸性水が、陰極室１１０内にはアルカリ水が電解により分離されることになる。このような構成の酸性水生成装置によって、原水に水溶性の電離性無機物質を添加して、これを電解することによって得られる酸性水であって、そのｐＨ値が１．５以上３．１以下で、かつ、電解後の酸性水の電気伝導度と、前記原水に水溶性の電離性無機物質を添加した電解前の水の電気伝導度との差が、２００〜１４，１２０μＳ／ｃｍである電解生成殺菌水が得られ、高い殺菌効果のある酸性水が効率よく、大量に、安価に得られることとなった。

しかしながら、前記従来の酸性水生成装置では、原水に塩化ナトリウム等の水溶性の電離性無機物質を添加するのに、格別に制御することなく水溶液として混合・添加するため、水溶性の電離性無機物質が原水に大量に溶解されてしまい、電離性無機物質が多量に必要とされた。また、電解室１０１に電離性無機物質が添加された水溶液を供給するため、専用の高価なケミカルポンプ等を必要として、コストアップを招いていた。

そこで本発明は、前記従来の酸性水生成装置における諸課題を解決して、水道水等の原水の流量を制御する汎用の安価なポンプが使用でき、電解質を溶解した水溶液の高精度の濃度制御により、安定した濃度の水溶液を電解槽に供給することを可能にした強酸性水生成装置を提供することを目的とする。

そのため本発明は、塩化ナトリウム等の電解質を溶解した水溶液を電解槽にて電気分解して強アルカリ水と強酸性水とを得る強酸性水生成装置において、前記水溶液は電解質タンクの上部に貯蔵された電解質が汎用ポンプにて供給される水により下部から溶解して得られるように構成したことを特徴とする。また本発明は、前記電解質タンクを交換可能に複数個設置するとともに、これらの電解質タンクが配管内にて順次切換え使用されるように構成したことを特徴とする。また本発明は、前記水溶液は、前記汎用ポンプの上流から分岐した給水元からの分岐水と混合されて濃度が調整されることを特徴とする。また本発明は、前記濃度の調整は、前記汎用ポンプの給水量制御により行われることを特徴とする。また本発明は、前記水溶液と分岐水との混合は、混合水が底部において回転の接線方向に放射されるように構成された溶液混合槽にてなされることを特徴とする。また本発明は、前記溶液混合槽にて回転混合された混合水の略中央から吸引して、電解槽に供給することを特徴とする。また本発明は、前記混合水の濃度を検出して、前記汎用ポンプの給水量制御を行うように構成したことを特徴とするもので、これらを課題解決のための手段とするものである。

本発明では、塩化ナトリウム等の電解質を溶解した水溶液を電解槽にて電気分解して強アルカリ水と強酸性水とを得る強酸性水生成装置において、前記水溶液は電解質タンクの上部に貯蔵された電解質が汎用ポンプにて供給される水により下部から溶解して得られるように構成したことにより、電解質タンクに貯蔵された塩化ナトリウム等の電解質が下部から供給された水により徐々に溶解し、電気分解に必要な量だけの電解質が水溶液に溶け出して無用な溶解が抑制されるので、電解質の浪費が防止されて低コストとなる上、電解質が溶解される水溶液の流量は、電解質タンクに供給される水を汎用ポンプにて供給量制御を行えばよいので、低廉な汎用ポンプが使用できて低コストである。

また、前記電解質タンクを交換可能に複数個設置するとともに、これらの電解質タンクが配管内にて順次切換え使用されるように構成した場合は、卓上用のガスカートリッジボンベのようにワンタッチ式にて装着可能に構成して、複数の電解質カートリッジタンクの接続を自動的に切り換え、断続することなく連続運転が可能になる。さらに、前記水溶液が、前記汎用ポンプの上流から分岐した給水元からの分岐水と混合されて濃度が調整される場合は、単純な配管にて構成される分岐水に対する汎用ポンプの給水量制御により、比較的簡単に混合水の濃度を制御することが可能になる。さらにまた、前記濃度の調整が、前記汎用ポンプの給水量制御により行われる場合は、分岐水側を格別に給水量制御を行わずとも、水溶液側の汎用ポンプのみの給水量制御だけで、最適な混合水の濃度が得られる。また、前記水溶液と分岐水との混合が、混合水が底部において回転の接線方向に放射されるように構成された溶液混合槽にてなされる場合は、溶液混合槽内において混合水が効果的に回転し、電解質と水との混合が促進される。

さらに、前記溶液混合槽にて回転混合された混合水の略中央から吸引して、電解槽に供給する場合は、遠心力が比較的作用しない回転中心部近傍の電解質濃度の安定した部位の混合水を電解槽に供給するので、比較的ばらつきのないｐＨの酸性水が常時得られる。さらにまた、前記混合水の濃度を検出して、前記汎用ポンプの給水量制御を行うように構成した場合は、濃度センサーの検出値を効果的にフィードバックして最適な汎用ポンプの給水量制御を行うことにより、前記分岐水との間の供給量配分を適正に行って水溶液の濃度をさらに最適にすることができる。

以下、本発明の強酸性水生成装置の実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明の強酸性水生成装置の第１実施例を示す要部配管回路図、図２は電解槽における電解状態を示す概略図、図３は溶液濃度制御のためにポンプの吐出量を電流値制御により適正化する関係式を示す図、図４は強酸性水生成装置の外観概略図、図５は本発明の強酸性水生成装置の第２実施例を示す強酸性水生成装置の外観概略図、図６は溶液混合槽の側断面図および平断面図ならびに変形例の側断面図である。本発明の強酸性水生成装置は、図１に示すように、塩化ナトリウム等の電解質を溶解した水溶液を電解槽４にて電気分解して強アルカリ水と強酸性水とを得る強酸性水生成装置において、前記水溶液は電解質タンク２の上部に貯蔵された電解質が汎用ポンプ（電磁ポンプ）１にて供給される水により下部から溶解して得られるように構成したことを特徴とする。

以下、詳細に説明する。図１は本発明の強酸性水生成装置の第１実施例を示す要部配管回路図である。図示外のＡＣ電源からの電力を得てＤＣ電源部にて直流に変換された電源により、電解槽４の電解質が溶解された水溶液中に配置された陽極と陰極に印加することで、陽極側から酸性水を、陰極側からアルカリ水を得る。濃度センサー１９によりｐＨが検出される。符号６、７は、それぞれ酸性水の切換弁、アルカリ水の切換弁で、必要なもの（本発明では酸性水であるが、あるいはアルカリ水）を得て、不要なもの（アルカリ水あるいは酸性水）を廃棄するために配設される。また、前記電源により電解槽４の電解制御と、後述する混合水の濃度の調整のための電磁ポンプ１の供給量制御を行う。

水道水等の給水元からの水がストレーナー９により不要物が取り除かれて減圧弁１０にて所定の適正圧に調整される。分岐点Ｃにて分岐した一方は遮断弁１１を介して上方の汎用ポンプである電磁ポンプ１へ向かい、他方はそのまま分岐水として水平方向に遮断弁１２、流量スイッチ（フロースイッチ）１４、流量調整弁１５、逆止弁１６に向かう。前記電磁ポンプ１側に向かった供給水は、逆止弁１３を経て電解質タンク２の下部から流入する。電解質タンク２には上部の電解質投入口１７から塩化ナトリウム（塩）等の水溶性電解質が投入・貯蔵されている。電解質タンク２の下部からは電解質を溶解した水溶液が逆止弁（図示省略）等を経て、前記分岐水と合流点Ｄにて合流・混合される。合流点Ｄにて合流した混合水は、溶液混合槽（混合器）３に下部から流入して供給される。混合水は溶液混合槽３にてさらに均一に混合されて電解槽４に供給される。濃度センサー１８が溶液混合槽３と電解槽４との間に配設され、溶液混合槽３にて混合された均一な濃度がより正確に把握できるようにされる。Ｃの分岐点については、遮断弁１１を省略してＣ’の分岐点で分岐させ、電磁ポンプ１に連結させる回路も有効である。

前述したように、電解質タンク２では上部の電解質投入口１７から塩化ナトリウム（塩）等の水溶性電解質が投入・貯蔵されるため、電解質タンク２の下部から流入した供給水は貯蔵された電解質の下部から必要な量だけ溶解して水溶液が構成され、該水溶液は同様に電解質タンク２の下部から溶液混合槽３に向かうので、下部が溶解して落下した分だけの電解質を、上部の電解質投入口１７から補充すればよいので、補充が簡便であり、従来のように予め電解質を溶解した水溶液を大量に供給するものに比較して、電解質の消費も最小限に抑制することができて経済的である。

電解質タンク２を出た水溶液と前記分岐水とは合流点Ｄにて混合される。この合流点Ｄの下流での濃度センサー１８により電解質の濃度が測定される。この測定値が電気制御部Ａの前記制御回路部５にフィードバックされ、電磁ポンプ１の吐出量を調整して電解質タンク２への水の供給量を制御し、前記合流点Ｄにおける分岐水との混合比率を調整する。これにより、混合水の濃度を適正に行える。したがって、電解質の水溶液における濃度制御が、水の供給量を制御する汎用の電磁ポンプにて簡便に行え、高価なケミカルポンプが不要となり低コストである。電解質の溶液濃度制御については、同様の目的として濃度センサー１８に代わる電流値を検出して最適制御を行うことも可能である。つまり、図３に示すように、最適電流値Ａｓｏになるべく、電磁ポンプの吐出量を予め給水量に合わせて調整しておくことができる。使用中の電流値増減に応じて電磁ポンプの吐出量を適量になるようフィードバックコントロールすることが可能となる。

図２は電解槽における電解状態を示す概略図である。電解槽４は略中央に配置された隔膜４Ｃにより区画され、溶液混合槽３から供給された電解質混合水中に浸された陽極４Ａと陰極４Ｂとに印加された電荷により電解質混合水が電気分解されて、電解質が塩化ナトリウムの場合、図示のような化学反応が行われる。陽極４Ａ側では、塩素が発生するとともに強酸性水が生じる。陰極４Ｂ側では、水素が発生するとともに強アルカリ性水が生じる。電気制御部Ａの切換弁６を操作して強酸性水を取り出し、図示省略の各種施設における除菌・洗浄配管に供給される。直接に除菌・洗浄配管に供給してもよいが、一時的に強酸性水を貯蔵するタンクを配設してもよい。

図４は強酸性水生成装置の外観概略図である。制御回路５等の電気部品と電磁ポンプ１や各種切換弁６、７が下部に収納され、上部には、電解質タンク２および溶液混合槽３と電解槽４が上下一体化された収納スペース内に配設されている。このように構成することにより、ドレン排水も容易になり、各種制御部品を下部に、各種槽を上部にまとめることができて、保守点検がより簡便になった。

図５は本発明の第２実施例を示す強酸性水生成装置の外観概略図で、図５（Ａ）は前面全体斜視図、図５（Ｂ）はその背面全体斜視図である。前記図４の第１実施例のものが、電解質タンク２の上部の電解質投入口１７から電解質をタンクに充填するのに対して、本実施例のものでは、図５（Ｂ）に示すように、装置の背面側に電解質充填済みの２連式の電解質カートリッジタンク２Ａ、２Ｂを、あたかも卓上用のガスカートリッジボンベの装着のごとく、ワンタッチ式にて装着可能に構成したものである。第１の電解質カートリッジタンク２Ａの残量がなくなった時点で、第２の電解質カートリッジタンク２Ｂに接続が自動的に切り換わり、断続することなく連続運転が可能になる。第１、第２電解質カートリッジタンク２Ａ、２Ｂは共通仕様で、予め使用量に応じた供給が可能である。

図６により混合水を溶液混合槽３の下部から流入させるように構成した点について説明する。図６（Ａ）は溶液混合槽３の側断面図、図６（Ｂ）はその平断面図、図６（Ｃ）は溶液混合槽３の変形例の側断面図である。溶液混合槽３内にて前記合流点Ｄからの水溶液と分岐水とが混合される。溶液混合槽３の中心から遠い位置の底部に前記合流点Ｄ（図１）からの導入管３Ａがほぼ鉛直に接続される。該導入管３Ａの吐出口を覆って溶液混合槽３の底部には整流板３Ｂが設置され、図６（Ｂ）の矢印のように、混合水８が回転方向の接線方向に流出するように整流される。整流板３Ｂは流出方向のみが開放され三方が閉塞されている。図６（Ａ）に示すように、混合水８が溶液混合槽３内に導入されると回転混合されて均一な濃度になる。混合水８の上面は外周側が上位となる。遠心力が比較的作用しない回転中心部近傍にある電解質濃度の安定した部位の混合水を吸引管３Ｃにより吸引する。これを電解槽４に供給して電気分解に供するので、比較的ばらつきのないｐＨの酸性水が常時得られる。

図６（Ｃ）は溶液混合槽３の変形例で、図６（Ａ）のような溶液混合槽３内にまで延びる吸引管はない。したがって、本変形例のものでは、ほぼ鉛直な導入管３Ａから導入された混合水８は、溶液混合槽３の底部の整流板３Ｂにて水平方向に整流される。そして、さらに図６（Ｂ）の矢印のように、混合水８が回転方向の接線方向に流出して、上方に流れつつ回転混合されていく。充分に混合された混合水８は、上端部の管３Ｃ’から電解槽へ供給される。

各種施設における除菌・洗浄の例を説明する。衛生管理システムとしては、電解槽４から供給される強酸性水はオプションにより追加設置される貯蔵タンクに貯蔵され、各施設においてラインに流される。病院・養護老人ホームや保育所等の公共施設では、医者の手指や施設側の器具の除菌・洗浄、患者や利用者自身および各種衣服の除菌・洗浄、院内感染対策等に使用される。厨房・食品加工工場では、食品、調理機器、調理器具、手指、調理施設、床等の除菌・洗浄や工場内の衛生管理に使用される。生鮮食品出荷工場では、生鮮野菜、鮮魚、手指、施設、床等の除菌・洗浄や工場内の衛生管理に使用される。

以上、本発明の実施例について説明してきたが、本発明の趣旨の範囲内にて、塩化ナトリウム等の電解質の種類（塩化カリウム、塩化カルシウム、塩酸、硫酸等）、電解槽の形状（隔膜の配設形態、電極の配設形態、電解槽自体の形状例えば円筒形状や方形ボックス形状等）、形式、電解質タンクの形状（電解質投入口の配設形態、電解質タンク自体の円筒形状や方形ボックス形状、電解質タンクの下部に設置される水の供給口および水溶液の吐出口の配設形態等）、形式、汎用ポンプの形状、形式（電磁ポンプの他、適宜の流量調整可能な水流ポンプが使用可能である）およびその水の供給量制御形態、配管中の分岐および合流形態、濃度センサーの形状、形式、溶液混合槽の形状（混合水の導入管の配設形態、整流板の形状、電解質タンク自体の円筒形状、攪拌を促進するために円周に邪魔板を設置することもできる。吸引管の設置形態等）、各種減圧弁、遮断弁、調整弁、切換弁、排水弁等については適宜選定することができる。

本発明の強酸性水生成装置の第１実施例を示す要部配管回路図である。 同、電解槽における電解状態を示す概略図である。 同、溶液濃度制御のためにポンプの吐出量を電流値制御により適正化する関係式を示す図である。 同、強酸性水生成装置の外観概略図である。 本発明の第２実施例を示す強酸性水生成装置の外観概略図で、図５（Ａ）は前面全体斜視図、図５（Ｂ）はその背面全体斜視図である。 同、溶液混合槽の側断面図および平断面図ならびに変形例の側断面図である。 従来の電解生成殺菌水の生成装置の断面図である。

符号の説明

１ ポンプ
２ 電解質タンク
２Ａ 電解質カートリッジタンク
２Ｂ 電解質カートリッジタンク
３ 溶液混合槽
３Ａ 導入管
３Ｂ 整流板
３Ｃ 吸引管
４ 電解槽
４Ａ 陽極
４Ｂ 陰極
４Ｃ 隔膜
５ 制御回路部（電気部品）
８ 混合水
１７ 電解質投入口
１８ 濃度センサー
１９ 濃度センサー
Ｃ 分岐点
Ｄ 合流点

Claims (7)

1. 塩化ナトリウム等の電解質を溶解した水溶液を電解槽にて電気分解して強アルカリ水と強酸性水とを得る強酸性水生成装置において、前記水溶液は電解質タンクの上部に貯蔵された電解質が汎用ポンプにて供給される水により下部から溶解して得られるように構成したことを特徴とする強酸性水生成装置。
2. 前記電解質タンクを交換可能に複数個設置するとともに、これらの電解質タンクが配管内にて順次切換え使用されるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の強酸性水生成装置。
3. 前記水溶液は、前記汎用ポンプの上流から分岐した給水元からの分岐水と混合されて濃度が調整されることを特徴とする請求項１または２に記載の強酸性水生成装置。
4. 前記濃度の調整は、前記汎用ポンプの給水量制御により行われることを特徴とする請求項３に記載の強酸性水生成装置。
5. 前記水溶液と分岐水との混合は、混合水が底部において回転の接線方向に放射されるように構成された溶液混合槽にてなされることを特徴とする請求項３または４に記載の強酸性水生成装置。
6. 前記溶液混合槽にて回転混合された混合水の略中央から吸引して、電解槽に供給することを特徴とする請求項５に記載の強酸性水生成装置。
7. 前記混合水の濃度を検出して、前記汎用ポンプの給水量制御を行うように構成したことを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載の強酸性水生成装置。
   

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