JP2007307517A - 液体の交流電気分解方法及びその装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】接地電極に付着するスケールをより多く除去してクリーニングできるようにすると共に、液体の電気分解をできない時間を減少させて電気分解の効率を向上させること。
【解決手段】液体中に酸化還元電位を低下させる金属からなる二対の電極を配設し、交流印加回路と接地電位回路とに接続を切り換え可能な接続切換手段に前記二対の電極をそれぞれ接続し、該二対の電極のうちの一方の電極間に交流を印加すると共に、他方の電極を接地の電位にし、これら二対の電極のそれぞれの電極における交流印加と接地電位とを前記接続切換手段により周期的に切り換えつつ、前記液体の酸化還元電位を下げることにより、電極をクリーニングすると共に、液体の電気分解をできない時間を減少できる。
【選択図】図１
【解決手段】液体中に酸化還元電位を低下させる金属からなる二対の電極を配設し、交流印加回路と接地電位回路とに接続を切り換え可能な接続切換手段に前記二対の電極をそれぞれ接続し、該二対の電極のうちの一方の電極間に交流を印加すると共に、他方の電極を接地の電位にし、これら二対の電極のそれぞれの電極における交流印加と接地電位とを前記接続切換手段により周期的に切り換えつつ、前記液体の酸化還元電位を下げることにより、電極をクリーニングすると共に、液体の電気分解をできない時間を減少できる。
【選択図】図１
Description
本発明は、例えば、湖沼、河川もしくは工業廃水等の汚水、またはミネラル水もしくは飲料水等の液体を交流で電気分解し、酸化還元電位の低い液体にする方法及びその装置に関するものである。
従来、液体の改質をする方法としては、例えば、液体中に酸化還元電位を低下させる金属からなる一対の電極と、少なくとも１つの第１の接地する電極とを配設し、前記一対の電極間には交流を印加し、該交流の周波数を制御し、且つ前記第１の接地する電極を周期的に接地の電位からプラスの電位に制御して液体の酸化還元電位を下げることを特徴とする液体の交流電気分解方法がある（特許文献１参照）。
この特許文献１の公知技術においては、液体中に含有されるスケール等は主に接地電位である電極に付着するが、接地電極の電位を周期的に短時間プラスの電位にすることによって、接地電極に付着したスケール等を除去してクリーニングすることで、スケール等の付着により低下される電気分解の効率を改善するものである。
しかしながら、前記特許文献１の公知技術においては、接地電極の電位を周期的に短時間プラスの電位にすることにより接地電極をクリーニングすることはできるが、この接地電極がプラスの電位になっている時間は液体を電気分解して改質することはできず、また、接地電極をプラスの電位にしている時間は液体の電気分解ができないことから、その時間を長時間にすることは効率上好ましくなく、接地電極をプラスの電位にしている時間の設定が短時間になるため、接地電極に付着したスケール等の量が多い場合には、その除去が十分に行えないことがあるという問題点を有している。
従って、従来の液体の交流電気分解方法においては、接地電極に付着するスケール等をより多く除去してクリーニングできるようにすると共に、液体の電気分解をできない時間を減少させて電気分解の効率を向上させるということに解決しなければならない課題を有している。
上記した従来例の課題を解決する具体的手段として本発明に係る第１の発明として、液体中に酸化還元電位を低下させる金属からなる二対の電極を配設し、交流印加回路と接地電位回路とに接続を切り換え可能な接続切換手段に前記二対の電極をそれぞれ接続し、該二対の電極のうちの一方の電極間に交流を印加すると共に、他方の電極を接地の電位にし、これら二対の電極のそれぞれの電極における交流印加と接地電位とを前記接続切換手段により周期的に切り換えつつ、前記液体の酸化還元電位を下げることを特徴とする液体の交流電気分解方法を提供するものである。
また、第２の発明として、液体中に酸化還元電位を低下させる金属からなる二対の電極を配設し、交流印加回路と接地電位回路とに接続を切り換え可能な接続切換手段に前記二対の電極をそれぞれ接続し、該二対の電極のうちの一方の電極間に交流を印加すると共に、他方の電極を接地の電位にし、これら二対の電極のそれぞれの電極における交流印加と接地電位とを前記接続切換手段により周期的に切り換えつつ、前記液体の酸化還元電位を下げる構成にしたことを特徴とする液体の交流電気分解装置を提供するものである。
この第２の発明において、前記酸化還元電位を低下させる金属は、亜鉛、リチウム、マグネシウム、アルミニウム合金、銅、鉄、ニッケルもしくはステンレスからなる溶解性の高い金属、または、チタン、白金もしくは白金をメッキしたチタンからなる溶解性のない金属であることを付加的な要件として含むものである。
本発明に係る液体の交流電気分解方法及びその装置においては、液体中に酸化還元電位を低下させる金属からなる二対の電極を配設し、交流印加回路と接地電位回路とに接続を切り換え可能な接続切換手段に前記二対の電極をそれぞれ接続し、該二対の電極のうちの一方の電極間に交流を印加すると共に、他方の電極を接地の電位にし、これら二対の電極のそれぞれの電極における交流印加と接地電位とを前記接続切換手段により周期的に切り換えつつ、前記液体の酸化還元電位を下げるようにしているため、交流を印加する対の電極と接地電位の対の電極とが所定の時間で周期的に交互に切り換えられるので、その切り換え前に接地電位であった電極に付着したスケール等は、次の周期で接地電位に切り換えられるまでの間に除去しクリーニングできるので、より長い時間クリーニングできるようになることから、より多くのスケール等を除去してクリーニングできるようになり、更に、交流印加の電極と接地電位の電極とが交互に切り換えられることから、液体の電気分解をできない時間が実質的になくなり、電気分解の効率を向上できることから、長時間に亘って安定した液体の電気分解をすることが可能になって、液体の酸化還元電位を極めて低くする、即ち、該液体中に水素（活性水素）をより多く発生させることができると共に、電極の清掃等のメンテナンスを容易にし、その回数も削減できるようになるという優れた効果を奏する。
次に、本発明を具体的な実施の形態に基づいて詳しく説明する。
本発明の実施の形態に係る液体の交流電気分解装置の構成を回路図と共に略示的に示したを図１に示す。尚、本発明に係る液体の交流電気分解方法及びその装置は、同一出願人による特許第２６１５３０８号の交流による水の改質方法を基本の発明としたものであるが、本発明においては、配設させた電極にスケール等を吸着しづらくすることによって、水の酸化還元電位を下げる効果、即ち、水素（活性水素）を発生させる効果が低くなることを防ぐことを目的としたものである。
本発明の実施の形態に係る液体の交流電気分解装置の構成を回路図と共に略示的に示したを図１に示す。尚、本発明に係る液体の交流電気分解方法及びその装置は、同一出願人による特許第２６１５３０８号の交流による水の改質方法を基本の発明としたものであるが、本発明においては、配設させた電極にスケール等を吸着しづらくすることによって、水の酸化還元電位を下げる効果、即ち、水素（活性水素）を発生させる効果が低くなることを防ぐことを目的としたものである。
交流電気分解装置の電気回路には、対をなす電極が２組、即ち二対の電極１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂが設けられており、これら二対の電極１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂは、図示していない液体中に配設されている。これら電極１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂに用いる金属としては、例えば、亜鉛、リチウム、マグネシウム、アルミニウム合金、銅、鉄、ニッケルもしくはステンレス等の溶解性の高い金属、または、チタン、白金もしくは白金をメッキしたチタン等の溶解性のない金属からなる酸化還元電位を低下させる金属を使用することができ、また、電極１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂの形状としては、例えば、板状、円盤状または棒状等の形状にすれば良い。
チタン及び白金は、溶解性のない安定した金属であるため液体に溶け込むことがなく、更に、チタンにおいては、耐蝕性及び耐久性に優れており、白金はその表面に酸化した被膜が形成されないため、長期間にわたって安定した交流電気分解をできるのである。
これら二対の電極１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂは、接続切換手段３の切換スイッチ３ａ〜３ｄに接続されている。これら切換スイッチ３ａ〜３ｄは、接続切換手段３のリレー３ｅにより制御されており、該リレー３ｅからの信号で前記切換スイッチ３ａ〜３ｄの切り換えが同時に行われるようになっている。
これら切換スイッチ３ａ〜３ｄは、一方の端子が接地電位である回路に接続されており、他方の端子が交流を印加するための回路に接続されている。これら切換スイッチ３ａ〜３ｄが、例えば、図１でみて左側の端子に接続された場合には、対の電極１ａ、１ｂ（第１の対電極）が交流を印加するための回路に接続され、対の電極２ａ、２ｂ（第２の対電極）が接地電位である回路に接続され、また、図１でみて右側の端子に接続された場合には、対の電極１ａ、１ｂが接地電位である回路に接続され、対の電極２ａ、２ｂが交流を印加するための回路に接続されるのである。つまり、二対の電極１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂのうちの一方の対の電極間に交流が印加されているときは、他方の対の電極が接地電位になっており、周期的に切換スイッチ３ａ〜３ｄを切り換えることで、これら交流印加と接地電位との電極を切り換えるのである。
前記リレー３ｅは、接続切換手段３のタイマー回路３ｆに接続されており、該タイマー回路３ｆから発信されるパルス信号により制御されている。つまり、例えば、このタイマー回路３ｆでセットされた所定の時間毎に該タイマー回路３ｆからリレー３ｅにパルス信号を発信することによって、該リレー３ｅからの信号で前記切換スイッチ３ａ〜３ｄが所定の時間で周期的に交流印加回路側または接地電位回路側のいずれかに交互に切り換えられるようになるのである。
切換スイッチ３ａ〜３ｄと直流電源４との間、即ち切換スイッチ３ａ〜３ｄを介して対の電極１ａ、１ｂまたは２ａ、２ｂと直流電源４との間には、可変抵抗５を介して、直流電源４からの直流電流を高周波の交流に変換して対の電極１ａ、１ｂまたは２ａ、２ｂに印加する高周波スイッチ６ａ、６ｂが接続されている。
これら高周波スイッチ６ａ、６ｂは、トランジスタ７ａ、８ａと、７ｂ、８ｂとでそれぞれ構成されている。対の電極１ａ、１ｂまたは２ａ、２ｂには、コンデンサ９を介して接続されており、対の電極１ａ、１ｂまたは２ａ、２ｂの電極間に交流を印加する。直流電源４は処理対象である液体の用途に応じて１０〜５０Ｖの範囲で選択調整しつつ用いることができる。
高周波スイッチ６ａ、６ｂには、抵抗１０ａ、１０ｂをそれぞれ介して高周波スイッチ６ａ、６ｂに高周波の切換指令を与えるフリップフロップ回路よりなる高周波切換指令回路１１が接続され、この高周波切換指令回路１１には制御信号に応動して発振周波数が変化する電圧制御発振器（ＶＣＯ）からなる高周波発振回路１２が接続されている。この高周波発振回路１２にはランダム電圧発生器を内蔵した制御回路１３が接続されている。
高周波発振回路１２は可変周波数形の発振回路であって、電圧制御発振器（ＶＣＯ）に与えられる制御信号の電圧値によってその発振周波数を制御できる。この時の周波数の変動幅は、例えば、中心周波数（略３０ＫＨｚ）の上下に略３〜５ＫＨｚ程度である。
制御回路１３は高周波発振回路１２にその発振周波数を制御するための制御電圧を供給するものである。この制御回路１３はランダム信号発生器を内蔵していて、それが発生するランダム信号に応じて電圧値の変化する制御信号を出力する。
シフトレジスタ１４（ＳＦＲ）は１６ステージ構成のものであり、その蓄積情報は端子Ｑ０〜Ｑ１５より並列に読み取ることができるように構成されている。このシフトレジスタ１４（ＳＦＲ）のシフト動作はシフトレジスタ１４（ＳＦＲ）の端子ＣＫにパルス発生器１５（ＰＧ）より供給されるシフトパルスによって制御される。また、フリップフロップ１６はパルス発生器１５のパルスにより反転動作を行ない、反転する毎に急激な周波数変動を行なっている。
ゲート（ＧＴ）は両入力端子に入力される信号が同一であれば「１」、相違すれば「０」の信号を出力する。所謂排他的論理和の動作を行なうゲートであり、一致検出回路として作用する。このゲート（ＧＴ）の入力端子の一方にはシフトレジスタ１４（ＳＦＲ）の偶数ステージ、例えば、第６ステージの端子Ｑ６より出力される信号が、また、他方には奇数ステージ、例えば、第９ステージの端子Ｑ９より出力される信号が夫々入力される。このゲート（ＧＴ）による一致検出の結果はシフトレジスタ１４（ＳＦＲ）の端子Ｄより最下位の第０ステージへ入力される。この情報を逐次上位へシフトしてゆくことによってシフトレジスタ１４（ＳＦＲ）内に乱数情報が蓄えられる。
このシフトレジスタ１４（ＳＦＲ）内に蓄えられた乱数情報は適当に選択された約半数のステージから抵抗器ｒによって取り出される。本実施例においては、第１、第３、第８、第１０、第１２〜１５の各ステージから信号を取り出している。抵抗器ｒはこれら各ステージの端子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ８、Ｑ１０、Ｑ１２〜Ｑ１５を共通の接続点Ａに接続している。この接続点Ａは高周波発振回路１２を構成する電圧制御発振器（ＶＣＯ）に接続されている。また一方、電圧制御発振器（ＶＣＯ）はパルス発生器１５に接続されたフリップフロップ回路１６にも接続されている。
従って、これら各ステージに蓄積された乱数情報のパターンが変化すると、高レベルと低レベルとに接続される抵抗器ｒの合成値が夫々変化するため、接続点Ａの電圧がこれに応じて変動してランダム信号が作成される。この動作はコンピューター等によって再現しても良い。
パルス発生器１５は、例えば５Ｈｚを中心周波数とする連続パルスを送出し、電圧制御発振器（ＶＣＯ）からなる高周波発振回路１２に入力される信号の電圧値に従ってパルスの繰返し周期が変化するように構成されている。この周波数の変動範囲は中心周波数の上下に夫々数ヘルツ程度のものとなっている。このパルス発生器１５の端子には、接続点Ａの電圧が抵抗器ｒ２を介して与えられる。
従って、このパルス発生器１５は、シフトレジスタ１４（ＳＦＲ）によるランダム信号に応じてそのパルスの繰返し周期が変動することになる。シフトレジスタ１４（ＳＦＲ）はこのパルス発生器１５の出力をシフトパルスとして用いている。従って、電圧制御発振器（ＶＣＯ）に出力される制御信号はその電圧値、変動周期共に全くランダムに変化することになるとともに、フリップフロップ回路１６により急変化部分を作りだしている。
ここで、この制御回路１３においては、制御信号をシフトレジスタ１４（ＳＦＲ）の約半数のステージに蓄積された乱数情報のパターンを利用して作成しており、その採用ステージにも偏りがあり、さらに前述のようにシフトレジスタ１４（ＳＦＲ）の入力情報として、偶数、奇数の各々から１ステージずつ選ばれた情報の一致検出結果を用いているため、電圧値が急上昇して急降下するような極めて変動の激しい部分が頻繁に現われ、また、短期間で同一の変化パターンを繰返すようなことはない。
前述のように構成された交流電気分解装置の直流電源４のスイッチがオンされると、制御回路１３が前述のように動作してランダム信号に対応した制御信号が高周波発振回路１２に送出され、発振周波数が制御されてランダムに変化する。そして高周波発振回路１２から高周波切換指令回路１１にランダムに変化する高周波信号が与えられる。高周波切換指令回路１１にランダムな高周波信号が与えられると、高周波切換指令回路１１から高周波の切換指令が出され、高周波スイッチ６ａ、６ｂに交互に与えられ、これら高周波スイッチ６ａ、６ｂが高周期でオン、オフされてランダムに変化する高周波交流が形成され、液体中に配置された対の電極１ａ、１ｂまたは２ａ、２ｂに切換スイッチ３ａ〜３ｄを介して交互に印加（交流印加）される。
ここで、高周波発振回路１２から送出される発振周波数は、その電圧値及びその電圧値の持続時間が全くランダムに変化するとともに、電圧値が急上昇してから急降下する極めて激しく変動する部分を頻繁に含んでいる。
本発明においては、対の電極１ａ、１ｂまたは２ａ、２ｂに交流を印加できれば良いが、特許第３３３７４２２号公報のように、前述のように発信周波数を変化させた場合には、電極表面への白い付着物が発信周波数を変化させない場合よりも顕著に少ないことが肉眼で確認され、更に、対の電極１ａ、１ｂまたは２ａ、２ｂによって発生する酸素及び水素等の気泡が細分化されるようになり、酸化還元電位、即ち、発生した水素（活性水素）が長時間に亘って安定するため、処理した液体の長期間の保存ができるようになって好ましいのである。
要するに、電極表面への白い付着物を少なくできるため、長時間使用した場合であっても水の酸化還元電位を低下させる効果が低くなることを防止できる、即ち、長期間安定して水素を発生させ、該発生する水素の量を多くすることができる。従って、単に、交流を印加させても良いが、特許第３３３７４２２号公報と同様にして、発信周波数を変化させる方が良い。
このように、対の電極１ａ、１ｂまたは２ａ、２ｂのうちの一方の電極間に交流を印加すると共に、他方の電極を接地の電位にして液体を交流で電気分解することにより、対の電極１ａ、１ｂまたは２ａ、２ｂ間で
［化１］
２Ｈ２Ｏ＋２ｅ＝２ＯＨ−＋Ｈ２
の化学変化がおき、液体中に水素（活性水素）を発生させて、該液体の酸化還元電位を下げることができるのである。
［化１］
２Ｈ２Ｏ＋２ｅ＝２ＯＨ−＋Ｈ２
の化学変化がおき、液体中に水素（活性水素）を発生させて、該液体の酸化還元電位を下げることができるのである。
本発明においては、接続切換手段３により所定時間毎に周期的に二対の電極１ａ、１ｂと、２ａ、２ｂとの接続を交流印加または接地電位のいずれかに交互に切り換えることで、その切り換え前に接地電位であった電極、例えば、対の電極１ａ、１ｂには、接続切換手段３による接続の切り換えにより交流が印加されるようになるため、対の電極１ａ、１ｂに付着したスケール等は、次の周期で接地電位に切り換えられるまでの間に除去しクリーニングできるようになる、即ち、従来のように例えば交流を印加する時間が接地の状態である時間に対して略１／１０〜１／１０００程度の時間という一時的なクリーニングではなく、より長い時間、即ち交流印加の時間と接地電位の時間とが１対１の時間でクリーニングできるようになることから、より多くのスケール等を除去してクリーニングできるようになり、更に、交流印加の電極と接地電位の電極とが交互に切り換えられることから、液体の電気分解をできない時間が実質的になくなり、電気分解の効率を向上できることから、長時間に亘って安定した液体の電気分解をすることが可能になって、液体の酸化還元電位を極めて低くする、即ち、該液体中に水素（活性水素）をより多く発生させることができると共に、電極の清掃等のメンテナンスを容易にし、その回数も削減できるようになるのである。
１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂ 対の電極
３ 接続切換手段
３ａ〜３ｄ 接続切換手段の切換スイッチ
３ｅ 接続切換手段のリレー
３ｆ 接続切換手段のタイマー回路
４ 直流電源
５ 可変抵抗
６ａ、６ｂ 高周波スイッチ
７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂ トランジスタ
９ コンデンサ
１０ａ、１０ｂ 抵抗
１１ 高周波切換指令回路
１２ 高周波発振回路
１３ 制御回路
１４ シフトレジスタ（ＳＦＲ）
１５ パルス発生器（ＰＧ）
１６ フリップフロップ
３ 接続切換手段
３ａ〜３ｄ 接続切換手段の切換スイッチ
３ｅ 接続切換手段のリレー
３ｆ 接続切換手段のタイマー回路
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６ａ、６ｂ 高周波スイッチ
７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂ トランジスタ
９ コンデンサ
１０ａ、１０ｂ 抵抗
１１ 高周波切換指令回路
１２ 高周波発振回路
１３ 制御回路
１４ シフトレジスタ（ＳＦＲ）
１５ パルス発生器（ＰＧ）
１６ フリップフロップ
Claims (3)
- 液体中に酸化還元電位を低下させる金属からなる二対の電極を配設し、
交流印加回路と接地電位回路とに接続を切り換え可能な接続切換手段に前記二対の電極をそれぞれ接続し、
該二対の電極のうちの一方の電極間に交流を印加すると共に、他方の電極を接地の電位にし、
これら二対の電極のそれぞれの電極における交流印加と接地電位とを前記接続切換手段により周期的に切り換えつつ、前記液体の酸化還元電位を下げること
を特徴とする液体の交流電気分解方法。 - 液体中に酸化還元電位を低下させる金属からなる二対の電極を配設し、
交流印加回路と接地電位回路とに接続を切り換え可能な接続切換手段に前記二対の電極をそれぞれ接続し、
該二対の電極のうちの一方の電極間に交流を印加すると共に、他方の電極を接地の電位にし、
これら二対の電極のそれぞれの電極における交流印加と接地電位とを前記接続切換手段により周期的に切り換えつつ、前記液体の酸化還元電位を下げる構成にしたこと
を特徴とする液体の交流電気分解装置。 - 前記酸化還元電位を低下させる金属は、
亜鉛、リチウム、マグネシウム、アルミニウム合金、銅、鉄、ニッケルもしくはステンレスからなる溶解性の高い金属、または、チタン、白金もしくは白金をメッキしたチタンからなる溶解性のない金属であること
を特徴とする請求項２に記載の液体の交流電気分解装置。
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