JP2008080216A

JP2008080216A - 電解水生成装置

Info

Publication number: JP2008080216A
Application number: JP2006261481A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Noguchi; 弘之野口; Juichi Nishikawa; 壽一西川
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-09-26
Filing date: 2006-09-26
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2026-09-26
Also published as: JP4665880B2

Abstract

【課題】アルカリ性電解水を生成するにあたり、ｐＨの上昇を抑制しつつ水素を安定且つ高効率に生成させることができ、且つ簡便な構成を有する電解水生成装置を提供する。
【解決手段】陽極１が配設された陽極室２、陰極３が配設された陰極室４、及び前記陽極室２と陰極室４とを仕切るように配設された透水性の隔膜５を備える電解槽６を具備する。前記電解槽６の陰極室４のみに原水を供給する原水供給路７を具備する。前記陽極室２からこの陽極室２内で生成された酸性電解水を吐出する酸性水吐出路８を具備する。前記陰極室４からこの陰極室４内で生成されたアルカリ性電解水を吐出するアルカリ水吐出路９とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、水道水等の原水を電解して水素を含むアルカリ性電解水を生成する電解水生成装置に関するものである。

従来、原水を電気分解してアルカリ性電解水や酸性電解水を生成する電解水生成装置には、電極や隔膜を備えた電解槽に原水を連続的に通水しながら電極間に電圧を印加することで電解水を連続的に生成するものがある。

従来の一般的な電解水生成装置の構成の模式図を図７に示す。この電解水生成装置では電解槽６内は隔膜５により陰極室４と陽極室２とに隔てられ、陰極室４には陰極３が、陽極室２には陽極１が、それぞれ配設されている。

このような電解水生成装置では、水道水等のカルシウムイオンを含む飲用可能な水（原水）を電解槽６内に通水しながら、陰極３と陽極１との間に電圧を印加することにより原水に直流電流を通電すると、原水に含まれるカルシウムイオン等の陽イオンは陰極３に、陰イオンは陽極１に引き寄せられて、電極の表面において接触している水は電気分解されて下記に示した反応が起こる。

陰極反応
２Ｈ₂Ｏ＋２ｅ^-→Ｈ₂＋２ＯＨ^-
陽極反応
Ｈ₂Ｏ→１／２Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^-
すなわち、電気分解によって陰極室４では水酸化物イオン、水素ガスを含有したｐＨ値がアルカリ性のアルカリ性電解水を生成し、陽極室２では酸素ガスを含有したｐＨ値が酸性の酸性電解水を生成する。

なお、原水の電気伝導率が低い場合には、所定のｐＨ値のアルカリ性電解水を生成するために電解補助剤としてカルシウム化合物等を添加する必要がある。

図８は電解水生成装置の構成の一例を示したものである。図示の例では、電解槽６内は隔膜５により陰極室４と陽極室２とに隔てられ、陰極室４には陰極３が、陽極室２には陽極１が、それぞれ配設されている。電解槽６に原水を供給する原水供給路７は、陰極室４に直接連通する陰極側原水供給路７ａと、陽極室２に直接連通する陽極側原水供給路７ｂとに分岐されている。また、原水供給路７には浄水部１７と電解質供給装置１８が設けられている。浄水部１７は、原水中に含まれる有機物、無機物あるいは次亜塩素酸などの臭気成分を除去するものであり、通常、抗菌活性炭フィルタ及び中空糸膜などのマイクロフィルターにて構成されている。また電解質供給装置１８は、原水の電気伝導率が低い場合に所定のｐＨ値のアルカリ性電解水を生成するため、原水に電解補助剤としてカルシウム化合物等を添加するものである。また、陰極室４にはこの陰極室４で生成されたアルカリ性電解水を吐出する吐水経路（アルカリ水吐出路９）が接続され、また陽極室２にはこの陽極室２で生成された酸性電解水を吐出する吐水経路（酸性水吐出路８）が接続されている。

このように構成される電解水生成装置では、陰極３及び陽極１の間に電圧が印加された状態で、原水供給路７を通水する原水が浄水部１７にて浄化された後、陰極側原水供給路７ａ及び陽極側原水供給路７ｂを通じてそれぞれ陰極室４及び陽極室２へ供給される。このとき原水に含まれるカルシウムイオン等の陽イオンは陰極３に、陰イオンは陽極１に引き寄せられ、電極の表面において接触している水は電気分解されて上記と同様の電極反応が起こり、陰極室４ではアルカリ性電解水を生成し、陽極室２では酸性電解水を生成する。

生成したアルカリ性電解水及び酸性電解水は、アルカリ水吐出路９及び酸性水吐出路８から吐出されるものであり、このように電解水が連続的に生成されるものである。生成されるアルカリ性電解水は胃腸症状の改善に有効な医療用物質（治療用水）であり、ｐＨ９〜１０の範囲で飲用に供される。

このような電解水生成装置としては、例えば特許文献１に開示されているように、生成された電解水のｐＨを算出し、この算出したｐＨが所定値となるように電解電圧値、電解電流値、原水供給量等を調整し、所望のｐＨの電解水を生成するものがある。

ところで、アルカリ性電解水の特性値としては、ｐＨのほか、ミネラル量、酸化還元性電位、及び水素含有量が挙げられる。特にアルカリ性電解水の酸化還元電位の指標において還元性を示す物質量である水素量に着目すべき場合もある。すなわち、近年では生体内におけるスーパーオキサイドアニオンラジカル（Ｏ₂ ^-）或いはハイドロキシラジカル（ＯＨ・）と水素との反応が検証されつつあり、その安全性の高さからもアルカリ性電解水は水素の抗酸化活性力による他疾患への適用も視野に入れた検討が進められている。

また飲用に供する場合のみならず、食品の保存・安定化の維持等の食品加工等も視野に入れた場合、水素を高効率に生成してアルカリ性電解水に安定量を含有させることができる電解水生成装置が望まれている。

しかし、単に電解時の通電量を増大させたり電解時間を長くするなどして電解効率を図っただけでは、アルカリ性電解水のｐＨがアルカリ側に大きく傾き過ぎて飲用に向かないアルカリ性電解水が生成されてしまう。このため、ｐＨを所定範囲に維持しつつ水素生成効率を向上することが望まれるようになってきている。

そこで、水素に着目した電解方法として、例えば特許文献２に示されるように水道水から純水を調製し、更にＮａＣｌを加えてその電解効率を１００μＳ／ｃｍ以上に調整した上で電気分解し、得られたアルカリ性電解水を中性に調整するといった方法もあるが、装置が大がかりとなってしまい、一般家庭で使用するためには更に簡便な構成の装置が求められる。
特開平１１−６４２７４号公報特開平１０−１１８６５３号公報

本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、アルカリ性電解水を生成するにあたり、ｐＨの上昇を抑制しつつ水素を安定且つ高効率に生成させることができ、且つ簡便な構成を有する電解水生成装置を提供することを目的とするものである。

請求項１に係る電解水生成装置は、陽極１が配設された陽極室２、陰極３が配設された陰極室４、及び前記陽極室２と陰極室４とを仕切るように配設された透水性の隔膜５を備える電解槽６と、前記電解槽６の陰極室４のみに原水を供給する原水供給路７と、前記陽極室２からこの陽極室２内で生成された酸性電解水を吐出する酸性水吐出路８と、前記陰極室４からこの陰極室４内で生成されたアルカリ性電解水を吐出するアルカリ水吐出路９とを具備することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１において、アルカリ水吐出路９を通じた陰極室４からのアルカリ性電解水の吐出量と、酸性水吐出路８を通じた陽極室２からの酸性電解水の吐出量との比を変更する吐出量比変更手段１０を具備することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、上記原水供給路７を通じた陰極室４への原水の供給量を調整する供給量調整手段１１を具備することを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、陽極室２へは原水は直接は供給されず、陰極室４から透水性の隔膜５を介して原水が供給されることから、生成されるアルカリ性電解水のｐＨの上昇が抑制されて、ｐＨの値に比して更に水素含有量が高いアルカリ性電解水を得ることができるものである。

請求項２に係る発明によれば、酸性水吐出路８を通じた陽極室２からの酸性電解水の吐出量に対して、アルカリ水吐出路９を通じた陰極室４からのアルカリ性電解水の吐出量を増大させることで、アルカリ性電解水中のｐＨに対する水素含有量を増大させることができ、このため、アルカリ水吐出路９を通じた陰極室４からのアルカリ性電解水の吐出量と酸性水吐出路８を通じた陽極室２からの酸性電解水の吐出量との比と、通電量とを変更することで、所望のｐＨと水素含有量とを有するアルカリ性電解水を得ることができるものである。

請求項３に係る発明によれば、原水供給路７を通じた陰極室４への原水の供給量を低減すると、陰極室４内におけるアルカリ性電解水の滞留時間が長くなることから、アルカリ性電解水の電解効率が向上し、アルカリ性電解水中の水素含有量を更に増大させることができ、このため前記原水の供給量を調整することで所望のｐＨと水素含有量とを有するアルカリ性電解水を得ることができるものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１に第一の実施形態を示す。本実施形態では、電解槽６内に陰極３と陽極１とが間隔をあけて対向して配設されている。陽極１の周囲には透水性の隔膜５が設けられている。すなわち、前記透水性の隔膜５の内側にて形成される陽極室２内に陽極１が配設されており、電解槽６内の前記陽極室２を除く部分にて構成される陰極室４内に陰極３が配設されている。前記透水性の隔膜５としては、例えば適宜の多孔質膜が設けられる。

電解槽６内に原水を供給する原水供給路７は陰極室４に接続され、陽極室２には直接は接続されていない。このため、原水は原水供給路７を介してまず陰極室４に供給され、陰極室４から隔膜５を介して陽極１に供給されるようになっている。

この原水供給路７には、原水中に含まれる有機物、無機物あるいは次亜塩素酸などの臭気成分を除去するための浄水部１７が設けられている。この浄水部１７は例えば抗菌活性炭フィルタ及び中空糸膜などのマイクロフィルターにて構成することができる。また、この原水供給路７には供給量調整手段１１として、原水供給路７を通水する原水の通水量を調整するための流量調整弁１１ａが設けられている。供給量調整手段１１は、原水供給路７を通じた陰極室４への原水の供給量を調整する機能を有する。

また、陰極室４にはこの陰極室４にて生成されたアルカリ性電解水を電解槽６の外部へ吐出するためのアルカリ水吐出路９が接続されており、一方陽極室２にはこの陽極室２にて生成された酸性電解水を電解槽６の外部へ吐出するための酸性水吐出路８が接続されている。前記アルカリ水吐出路９には、吐出量比変更手段１０として、このアルカリ水吐出路９におけるアルカリ性電解水の通水量を調整するための流量調整弁１０ａが設けられている。この吐出量比変更手段１０は、アルカリ水吐出路９を通じた陰極室４からのアルカリ性電解水の吐出量と、酸性水吐出路８を通じた陽極室２からの酸性電解水の吐出量との比を変更するものである。

このように構成される電解水生成装置の動作を説明する。まず陰極３と陽極１との間に電圧が印加された状態で、原水が原水供給路７を通じて電解槽６の陰極室４に供給される。このとき原水は浄水部１７を通過することで有機物、無機物、次亜塩素酸等の臭気成分などが除去される。

陰極室４に供給された原水は、陰極室４内を満たすと共に透水性の隔膜５を介して陽極室２内にも供給されてこの陽極室２内も満たす。

このとき電解槽６内では陰極室４内の陰極３表面で下記に示す陰極反応が生じると共に、陽極室２内の陽極１表面で下記に示す陽極反応が生じる。

陰極反応
２Ｈ₂Ｏ＋２ｅ^- →Ｈ₂＋２ＯＨ^-
陽極反応
Ｈ₂Ｏ→１／２Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^-
これにより、陰極室４内では水素を含むアルカリ性電解水が生成され、陽極室２内では酸性電解水が生成される。

そして、アルカリ性電解水はアルカリ水吐出路９を通じて電解槽６の外部へ吐出され、酸性電解水は酸性水吐出路８を通じて電解槽６の外部へ吐出される。

このとき、上記の陰極反応では水素ガスと水酸化物イオンの生成量の比率は一定であるため、通常はアルカリ性電解水のｐＨ及び水素含有量は前記生成量の比率に応じた値となるはずであるが、図１に示す電解水生成装置では生成されるアルカリ性電解水のｐＨの上昇が抑制されて、ｐＨの値に比して水素含有量が高いアルカリ性電解水を得ることができる。その理由は以下の通りであると推察される。

この電解水生成装置では、陽極室２へは原水は直接は供給されず、陰極室４から透水性の隔膜５を介して原水が供給されるため、陽極室２内の圧力は陰極室４内の圧力に比して負圧となる。このため陽極室２にて生成される酸性電解水の酸性水吐出路８を通じた吐出量は、陰極室４にて生成されるアルカリ性電解水のアルカリ水吐出路９を通じた吐出量に比して少なくなり、陰極室４内でのアルカリ性電解水の滞留時間よりも陽極室２内での酸性電解水の滞留時間が長くなるため、陽極室２内の酸性電解水中の水素イオン濃度は、陰極室４内でのアルカリ性電解水中の水酸化物イオン濃度よりも高くなる。すると、透水性の隔膜５付近における電位勾配が大きくなってこの隔膜５付近における水酸化物イオンと水素イオンとの中和反応が促進され、陽極室２内のアルカリ性電解水のｐＨの上昇が抑制されると考えられる。また、電解槽６に通水しながら原水の電解を行う過程では、陽極室２内には陰極室４にて生成されたアルカリ性電解水が透水性の隔膜５を通じて流入することとなるため、このとき陰極室４内の水酸化物イオンが陽極室２内に流入すると共に陰極室４内の水素はそのまま陰極室４内に残留し、これにより水素の発生量に比してアルカリ性電解水のｐＨの上昇が抑制されるとも考えられる。

このように構成される電解水生成装置では、隔膜５のうち陰極３と陽極１とに挟まれた位置に配置されている部分と陽極１との間の距離が、前記部分と陰極３との間の距離よりも小さくなるようにすることが好ましい。この場合、陰極３と隔膜５との間の空間よりも陽極１と隔膜５との間の空間が狭くなって流路抵抗がより大きくなり、このため陽極室２における酸性電解水の流速が遅くなる。そのため、陽極室２内における酸性電解水の滞留時間がより長くなり、それに伴って陰極室４内のアルカリ性電解水のｐＨの上昇が更に抑制される。

また、この電解水生成装置にて生成されるアルカリ性電解水のｐＨと水素含有量は、陰極３と陽極１との間の通電量、陰極室４への原水の供給量、並びに陰極室４からのアルカリ性電解水の吐出量と陽極室２からの酸性電解水の吐出量との比を変更することで制御することができる。陰極室４への原水の供給量は原水供給路７の流量調整弁１１ａを調整することにより変更することができ、また陰極室４からのアルカリ性電解水の吐出量と陽極室２からの酸性電解水の吐出量との比はアルカリ水吐出路９の流量調整弁１０ａを調整することで変更することができる。

図２は本実施形態において、陰極室４への原水の供給量を一定とした状態で、陰極３と陽極１との間の通電量、及び陰極室４からのアルカリ性電解水の吐出量と陽極室２からの酸性電解水の吐出量との比を変更した場合の、生成されるアルカリ性電解水のｐＨと水素含有量を測定した結果を示す。このとき、原水の水温は２０℃、陰極室４への原水の供給量は２．５Ｌ／ｍｉｎとし、陰極３と陽極１との間の通電量は０．１〜４．０Ａの範囲で変更したものである。また、この図２のグラフ中のイは（アルカリ性電解水の吐出量）：（酸性電解水の吐出量）の比を２：１とした場合、ロはこの比を４：１とした場合、ハはこの比を８：１とした場合の結果を示す。

このグラフで示されるように、電極間の通電量を増大させることでアルカリ性電解水のｐＨが上昇すると、それに伴って水素含有量も上昇するが、酸性電解水の吐出量に対してアルカリ性電解水の吐出量が増大している場合には、水素イオン含有量の上昇に比してｐＨの上昇が抑制される。このため、流量調整弁１０ａを調整して前記吐出量を変更すると共に通電量を変更することで、所望のｐＨと水素含有量とを有するアルカリ性電解水を得ることができるものである。

また、更に流量調整弁１１ａを調整して陰極室４への原水の供給量を低減すると、陰極室４内におけるアルカリ性電解水の滞留時間が長くなることから、アルカリ性電解水の電解効率が向上し、アルカリ性電解水中の水素含有量を更に増大させることができるものである。

本実施形態において吐出量比変更手段１０及び供給量調整手段１１として設けられている各流量調整弁１０ａ，１１ａは、流量を連続的に変更させることができるもの、流量を段階的に変更させることができるものの、いずれであっても良い。特に流量を連続的に変更させることができる流量調整弁１０ａ，１１ａを設ければ、この流量調整弁１０ａ，１１ａを調整することで、アルカリ性電解水のｐＨと水素含有量を細かく調整することが可能となる。

また、アルカリ性電解水の吐出量と酸性電解水の吐出量との比を変更するための吐出量比変更手段１０としては、上記のようにアルカリ水吐出路９に流量調整弁１０ａを設けるほか、酸性水吐出路８に流量調整弁１０ａを設けたり、アルカリ水吐出路９と酸性水吐出路８に共に流量調整弁１０ａを設けるようにしても良い。またその他適宜の手段を設けて前記吐出量の比を変更することもできる。

また、陰極３への原水の供給量を変更するための供給量調整手段１１としても、上記のように原水供給路７に流量調整弁１１ａを設けるほか、適宜の手段を採用してこの原水の供給量を変更しても良い。

図３に第二の実施形態を示す。本実施形態では、電解槽６内に複数の陰極３と陽極１とが交互に間隔をあけて一列に配設されている。隣り合う陰極３と陽極１との間は隔膜５を設けて仕切られている。これにより、陰極３が配設された複数の陰極室４と、陽極１が配設された複数の陽極室２とが交互に一例に配設され、各陰極室４と陽極室２とが隔膜５にて仕切られている。図示の例では合計三つの陽極室２が設けられていると共に各陽極室２の間に陰極室４が合計二つ設けられている。

この電解槽６には、各陰極室４に原水を供給する原水供給路７が設けられている。このとき原水供給路７は終端部で分岐して各陰極室４に接続されている。この原水供給路７は陰極室４のみに接続され、陽極室２には直接は接続されていない。このため、原水は原水供給路７を介してまず陰極室４に供給され、陰極室４から隔膜５を介して陽極１に供給されるようになっている。

この原水供給路７には、原水中に含まれる有機物、無機物あるいは次亜塩素酸などの臭気成分を除去するための浄水部１７が設けられている。また、この原水供給路７には供給量調整手段１１として、原水供給路７を通水する原水の通水量を調整するための流量調整弁１１ａが設けられている。

また、陰極室４にはこの陰極室４にて生成されたアルカリ性電解水を電解槽６の外部へ吐出するためのアルカリ水吐出路９が接続されており、一方陽極室２にはこの陽極室２にて生成された酸性電解水を電解槽６の外部へ吐出するための酸性水吐出路８が接続されている。このときアルカリ水吐出路９は始端側で分岐して各陰極室４に接続され、酸性水吐出路８は始端側で分岐して各陽極室２に接続されている。また、前記アルカリ水吐出路９には、吐出量比変更手段１０として、このアルカリ水吐出路９におけるアルカリ性電解水の通水量を調整するための流量調整弁１０ａが設けられている。

また、各陰極３及び陽極１には、この陰極３と陽極１との間に電圧を印加するための直流電源３２が電気配線を介して接続されている。このとき、陽極１に接続されている電気配線には、電流密度分布変更手段１２として、この電気配線の通電をオンオフするスイッチ１３が設けられている。図示の例では二つの陽極１に接続されている各電気配線にそれぞれスイッチ１３が設けられているが、一方の陽極１に接続されている電気配線のみにスイッチ１３を設けても良い。

このように構成される電解水生成装置の動作を説明する。まず陰極３と陽極１との間に電圧が印加された状態で、原水が原水供給路７を通じて電解槽６の陰極室４に供給される。このとき原水は浄水部１７を通過することで有機物、無機物、次亜塩素酸等の臭気成分などが除去される。陰極室４に供給された原水は、陰極室４内を満たすと共に透水性の隔膜５を介して陽極室２内にも供給されてこの陽極室２内も満たす。

このように陰極室４及び陽極室２に原水が供給されると、電解槽６内では陰極室４内の陰極３表面で上記電極反応が生じ、陰極室４内では水素を含むアルカリ性電解水が生成され、陽極室２内では酸性電解水が生成される。アルカリ性電解水はアルカリ水吐出路９を通じて電解槽６の外部へ吐出され、酸性電解水は酸性水吐出路８を通じて電解槽６の外部へ吐出される。

本実施形態でも、上記各実施形態と同様に陽極室２へは原水は直接は供給されず、陰極室４から透水性の隔膜５を介して原水が供給されることから、生成されるアルカリ性電解水のｐＨの上昇が抑制されて、ｐＨの値に比して更に水素含有量が高いアルカリ性電解水を得ることができる。また生成されるアルカリ性電解水のｐＨと水素含有量を、陰極３と陽極１との間の通電量、陰極室４への原水の供給量、並びに陰極室４からのアルカリ性電解水の吐出量と陽極室２からの酸性電解水の吐出量との比を変更することで制御することができる。

また、このとき上記スイッチ１３が全て閉じている場合には、複数の陰極３と陽極１のうち全ての陰極３と陽極１との間で通電が生じ、上記の電極反応が生じる。このとき、各電極の表面には全体としてほぼ均一な電流密度の分布が生じている。そして、各陰極室４で生成したアルカリ性電解水が合流して混合されてアルカリ水吐出路９を通じて電解槽６の外部へ吐出され、また各陽極室２で生成した酸性電解水が合流して混合されて酸性水吐出路８を通じて電解槽６の外部へ吐出されるものである。

一方、二つのスイッチ１３のうち一方をオンにすると共に他方をオフにする場合には、オフにしたスイッチ１３が設けられている電気配線に接続されている陽極１と、この陽極１と隣り合う陰極３との間には通電が生じなくなる。すなわち、この陰極３の表面と、この陰極３に対向する各陽極１の表面における電流密度が０となり、陰極３全体では通電が生じている面と通電が生じていない面が生じるという電流密度の粗密の分布が生じ、陽極１全体でも通電が生じている面と通電が生じていない面が生じるという電流密度の粗密の分布が生じる。この場合、通電が生じている陰極３と陽極１の表面間では上記電極反応が生じて陰極室４でアルカリ性電解水が生成されると共に陽極室２で酸性電解水が生成されるが、通電が生じていない陰極３と陽極１の表面間では上記電極反応は生じず、アルカリ性電解水と酸性電解水は生成されない。

そして、陰極室４で生成したアルカリ性電解水が電解されていない水と合流して混合することにより希釈された状態でアルカリ水吐出路９を通じて電解槽６の外部へ吐出され、また陽極室２で生成した酸性電解水が電解されていない水と合流して混合することにより希釈された状態で酸性水吐出路８を通じて電解槽６の外部へ吐出されるものである。

このように電極全体において電流密度の粗密を発生させた場合に、電流密度の粗密が生じていない場合と比べて、電流密度の低い部分（電流密度が０の部分）が生じていることから、その分だけ電流密度が高い部分での電流密度を増大させる必要があるが、このとき生成されるアルカリ性電解水のｐＨの値に対応する水素含有量が増大することとなる。すなわち、同一のｐＨの値を有するアルカリ性電解水を生成する場合、電流密度に粗密を発生させた方が、アルカリ性電解水中に含まれる水素含有量が増大するものである。その理由は次の通りであると推察される。

陰極３と陽極１との間で電解反応が生じて陰極室４でアルカリ性電解水が生成すると共に陽極室２で酸性電解水が生成する場合、この陰極室４と陽極室２とを仕切る隔膜５付近では、陰極室４で生成した水酸化物イオンと陽極室２で生成した水素イオンとの間で中和反応が生じ、この中和反応にて消費された水酸化物イオンと水素イオンの分だけ、アルカリ性電解水のｐＨが増大されると共に酸性電解水のｐＨが低減される。このとき、隔膜５を介して対向する陰極３と陽極１の各表面における電流密度が増大すると、隔膜５付近における水酸化物イオンと水素イオンの濃度が増大して中和反応が促進される。この中和反応の反応速度は化学反応速度論によれば、水酸化物イオンと水素イオンの各濃度にそれぞれ比例するため、例えば水酸化物イオンと水素イオンの各濃度がそれぞれ２倍になると、中和反応は４倍の速度で進行することとなり、水酸化物イオンと水素イオンの濃度上昇の度合いよりも、中和反応で消費される水酸化物イオンと水素イオンの量の増大の度合いの方が大きくなる。このため、電流密度の粗密の分布を大きくした状態で同一のｐＨのアルカリ性電解水を得ようとすると、電流密度の粗密の分布がない場合やこの分布が小さい場合と比べて、電解槽６内における全体の通電量を増大させて上記の電極反応を促進する必要がある。そして、このように全体の通電量を増大させると、電解反応によって陰極３表面で生成する水素の全体量も増大する。このため、電解槽６から吐出されるアルカリ性電解水の水素含有量が、ｐＨの値に比して増大するものである。

従って、本実施形態の電解水生成装置では、上記スイッチ１３をオフにして電極表面における電流密度の粗密を増大させることで（すなわち一部の電極における電流密度を０にすることで）、生成されるアルカリ性電解水のｐＨの値に比してその水素含有量を更に増大させることができる。また、スイッチ１３をオフにした状態とオンにした状態とを切り替えることで、ｐＨに対する水素含有量を変更し、所望のｐＨ及び水素含有量を有するアルカリ性電解水を生成することができるものである。

ここで、図４は本実施形態と同様の構成により複数枚の陰極３及び陽極１を設けた電解水生成装置において、陰極室４への原水の供給量を２．５Ｌ／ｍｉｎとした状態で、陰極３と陽極１との間の通電量を０．１〜４．０Ａの範囲で変更した場合の、生成されるアルカリ性電解水のｐＨと水素含有量を測定した結果を示す。このとき、複数の電極のうちの一部について通電をオンオフすることにより、互いに対向し合う陰極３及び陽極１の表面のうち通電が生じている領域と生じていない領域とを発生させると共に、この通電の生じていない領域の、電極全体に対する割合を変化させている。図４のグラフ中のイは電極表面の総面積に対する、通電が生じている領域の割合を１００％とした場合、ロはこの割合を７０％とした場合、ハはこの割合を４０％とした場合の結果を示す。

このグラフで示されるように、電極間の通電量を増大させることでアルカリ性電解水のｐＨが上昇すると、それに伴って水素含有量も上昇し、またこのとき電極表面における通電の生じていない領域の割合が低くなって電極全体における電流密度の粗密の偏りが大きくなる程、水素イオン含有量の上昇に比してｐＨの上昇が抑制される。このため、一部の電極への通電のオンオフを制御することにより、アルカリ性電解水におけるｐＨと水素含有量とを所望の値になるように調整することができるものである。

また、このようにスイッチ１３をオフにしてアルカリ性電解水を生成するにあたり、本実施形態のように複数（二つ）のスイッチ１３を設けている場合には、各スイッチ１３を繰り返し交互にオンオフさせることもできる。この場合、電極表面における電解反応が生じる電極反応が生じる面とこの電解反応が生じない面とが交互に入れ替わることとなり、電極寿命を延ばすことができる。この場合、例えば原水の電解を開始してから一定時間が経過するごとにスイッチ１３のオンオフを切り替えたり、或いは電解槽６の通水量が一定量となるごとにスイッチ１３のオンオフを切り替えたりすることができる。

尚、本実施形態では陽極１に接続されている電気配線にスイッチ１３を設けたが、勿論陰極３に接続される電気配線にスイッチ１３を設けても良い。また、本実施形態では陽極１を二個設けて各陽極１に接続される電気配線にスイッチ１３を設けたが、三個以上の陽極１又は陰極３を設けてそれぞれ接続される電気配線にスイッチ１３を設け、オンにするスイッチ１３の個数を１個、２個、３個・・・と変更するようにすれば、アルカリ性電解水におけるｐＨの値に対する水素含有量を更に細かく変更して所望のｐＨ及び水素含有量を有するアルカリ性電解水を生成することができるものである。

図５に第三の実施形態を示す。本実施形態では、第一の実施形態の構成に加えて、第二の実施形態とは異なる構成を有する電流密度分布変更手段１２が設けられている。本実施形態では、電流密度分布変更手段１２として遮蔽部材１４が設けられている。この遮蔽部材１４は板状に形成され、電解槽６内における陽極１と陰極３との間の空間に向けてこの電極間の対向方向と直交する方向に進退移動可能に形成されている。また遮蔽部材１４の前記進退移動を駆動するための適宜のアクチュエータ等からなる駆動装置１９が設けられている。ここで、遮蔽部材１４は陰極３と陽極１との間の空間の外側に配置されて陰極３と陽極１の間に介在していない状態から、前記空間に向けて移動することにより前記空間において陰極３と陽極１の間に介在してこの陰極３と陽極１の間を一部遮蔽している状態の間で移動可能なものであり、また遮蔽部材１４の前記空間に向けての突出寸法を調整することで、前記空間における遮蔽部材１４にて遮蔽される領域の面積を調整することができる。

本実施形態でも、第一の実施形態と同様にしてアルカリ性電解水と酸性電解水を生成して吐出することができ、このとき第一の実施形態と同様にアルカリ性電解水のｐＨの上昇が抑制されて、ｐＨの値に比して水素含有量が高いアルカリ性電解水を得ることができ、且つ所望のｐＨ及び水素含有量を有するアルカリ性電解水を得ることができる。

ここで、遮蔽部材１４が陰極３と陽極１との間の空間の外側に配置されていて陰極３と陽極１の間に介在していない状態であれば、陰極３と陽極１の各対向面ではほぼ均一な通電が生じ、この表面で上記の電極反応が生じる。

一方、遮蔽部材１４が陰極３と陽極１の間の空間に突出して陰極３と陽極１の間に介在することによりこの陰極３と陽極１の間を一部遮蔽している状態では、陰極３と陽極１の各対向面における遮蔽部材１４にて遮蔽されている領域では電流密度が相対的に低減され、この対向面における遮蔽部材１４にて遮蔽されていない領域では電流密度が相対的に増大するという、電流密度の粗密の分布が生じる。

このように電極全体において電流密度の粗密を発生させた場合に、電流密度の粗密が生じていない場合と比べて、電流密度の低い部分が生じていることから、その分だけ電流密度が高い部分での電流密度を増大させる必要があるが、このとき生成されるアルカリ性電解水のｐＨの値に対応する水素含有量が増大することとなる。すなわち、同一のｐＨの値を有するアルカリ性電解水を生成する場合、電流密度に粗密を発生させた方が、アルカリ性電解水中に含まれる水素含有量が増大するものである。その理由は、第二の実施形態において電流密度の粗密を発生させた場合と同様であると推察される。

また、遮蔽部材１４の陰極３と陽極１との間の空間に向けての突出寸法を調整すると、電極における電流密度の粗密の分布を変動させることができる。これにより、アルカリ性電解水におけるｐＨの値に対する水素含有量を変更して所望のｐＨ及び水素含有量を有するアルカリ性電解水を生成することができるものである。このとき、前記突出寸法を大きくして遮蔽部材１４により陰極３と陽極１の間が遮蔽される領域を増大させる程、電流密度の分布の偏りを大きくして、生成されるアルカリ性電解水のｐＨの値に対応する水素含有量をより増大させることができる。

従って、このような電流密度分布変更手段１２を設けることで、生成されるアルカリ性電解水のｐＨの値に対する水素含有量を更に向上することができ、簡便な構成にてｐＨの値の上昇を抑制しつつ高い水素含有量を有するアルカリ性電解水を得ることができる。また、電流密度の粗密の分布を調整することで生成されるアルカリ性電解水のｐＨと水素含有量を調整することができ、所望のｐＨと水素含有量とを有するアルカリ性電解水を得ることができるものである。

図６に第四の実施形態を示す。本実施形態では、第一の実施形態の構成に加えて、第二及び第三の実施形態とは異なる構成を有する電流密度分布変更手段１２が設けられている。本実施形態における電流密度分布変更手段１２は、対向して配置されている陽極１と陰極３のうち少なくとも一方を、この電極の対向方向と直交する方向に移動させるものであり、図示の例では陰極３を電極間の対向方向と直交する方向に移動可能に形成し、また電極位置変位手段１５として前記陰極３の移動を駆動する適宜のアクチュエータ等からなる駆動装置１９が設けられている。

ここで、陰極３の陽極１側の面全体と陽極１の陰極３側の面全体とが正対している状態では、陰極３と陽極１の各対向面ではほぼ均一な通電が生じ、この表面で上記の電極反応が生じる。

一方、電極位置変位手段１５により陰極３の位置を電極間の対向方向と直交する方向に変位させると、陰極３の陽極１側の面における陽極１と正対している領域、並びに陽極１の陰極３側の面における陰極３と正対している領域が低減する。そうすると、陰極３の陽極１側の面における陽極１と正対している領域では電流密度が相対的に増大し、前記陽極１側の面における陽極１と正対していない領域では電流密度が相対的に低減するという、電流密度の粗密が生じる。また陽極１の陰極３側の面における陰極３と正対している領域では電流密度が相対的に増大し、前記陰極３側の面における陰極３と正対していない領域では電流密度が相対的に低減するという、電流密度の粗密が生じる。

また、陰極３の電極間の対向方向と直交する方向での変位量を調整すると、電極における電流密度の粗密の分布を変動させることができる。これにより、アルカリ性電解水におけるｐＨの値に対する水素含有量を変更して所望のｐＨ及び水素含有量を有するアルカリ性電解水を生成することができるものである。このとき、陰極３の陽極１側の面における陽極１と正対している領域、並びに陽極１の陰極３側の面における陰極３と正対している領域を低減させる程、電流密度の分布の偏りを大きくして、生成されるアルカリ性電解水のｐＨの値に対応する水素含有量をより増大させることができる。

本発明の第一の実施形態を示す概略断面図である。同上の実施形態において、陰極室からのアルカリ性電解水の吐出量と陽極室からの酸性電解水の吐出量との比を変更した場合での、生成されるアルカリ性電解水のｐＨと水素含有量の関係を測定した結果を示すグラフである。本発明の第二の実施形態を示す概略断面図である。同上の実施形態において、複数の電極のうちの一部について通電をオンオフすることにより、互いに対向し合う陰極及び陽極の表面のうち通電が生じている領域と生じていない領域とを発生させると共に、この通電の生じていない領域の電極全体に対する割合を変化させた場合での、生成されるアルカリ性電解水のｐＨと水素含有量の関係を測定した結果を示すグラフである。（ａ）及び（ｂ）は本発明の第三の実施形態を示す概略断面図である。（ａ）及び（ｂ）は本発明の第四の実施形態を示す概略断面図である。従来技術の一例を示す模式図である。従来技術の他例を示す概略断面図である。

符号の説明

１陽極
２陽極室
３陰極
４陰極室
５隔膜
６電解槽
７原水供給路
８酸性水吐出路
９アルカリ水吐出路
１０吐出量比変更手段
１１供給量調整手段

Claims

陽極が配設された陽極室、陰極が配設された陰極室、及び前記陽極室と陰極室とを仕切るように配設された透水性の隔膜を備える電解槽と、前記電解槽の陰極室のみに原水を供給する原水供給路と、前記陽極室からこの陽極室内で生成された酸性電解水を吐出する酸性水吐出路と、前記陰極室からこの陰極室内で生成されたアルカリ性電解水を吐出するアルカリ水吐出路とを具備することを特徴とする電解水生成装置。
アルカリ水吐出路を通じた陰極室からのアルカリ性電解水の吐出量と、酸性水吐出路を通じた陽極室からの酸性電解水の吐出量との比を変更する吐出量比変更手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の電解水生成装置。
上記原水供給路を通じた陰極室への原水の供給量を調整する供給量調整手段を具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の電解水生成装置。