JP2010214355A

JP2010214355A - アルカリ水の生成方法

Info

Publication number: JP2010214355A
Application number: JP2009093426A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Nakano; 一誠中野; Seiji Furudate; 清次古舘; Masashi Fujita; 昌史藤田; Kazuhiro Nobuyama; 和大信山
Original assignee: CHIYODA NEWTEC KK; Ibaraki University NUC
Current assignee: CHIYODA NEWTEC KK; Ibaraki University NUC
Priority date: 2009-03-13
Filing date: 2009-03-13
Publication date: 2010-09-30

Abstract

【課題】従来の水の電気分解では、アルカリ水の生成と同時に通常は廃棄される酸性水も同時に生成され、無駄になっている。
【解決手段】相対面する電極の一方に、通常の電気分解において負極側で起こる反応電圧（負電圧）以下の電圧を印加し、その対面電極にはこの電圧に対し反応が生ずる電位差のある負の電圧を印加して、酸性水の生成を抑制する。
【選択図】図３

Description

本発明は、アルカリ水の生成方法に関し、更に詳しくは複数の負電極を使用して酸性水の生成を生じず、原水の全てをアルカリ水とする水の電気分解方法に関する。

従来の水の電気分解は、原水（水道水）に、電解隔膜を中間に介在させた２個の電極を入れ、その各々の電極に正、負の電圧を印加し、陰極側にはアルカリ水が生成され、陽極側には酸性水が同時に生成される方法である。

以下、図１により従来の電気分解方法について説明する。図において水槽１の内側は電解隔膜５により仕切られており、その各々に電極３，４が配置され、内部には水の電気伝導度を高めるために電解促進補助剤が添加された原水（水道水）６を充填している。

この状態で、電源７から電極３，４に正、負の直流電圧を印加すると、負極側では水の還元作用が起こり水素ガスが発生してアルカリ水が生成される。一方正極側では水の酸化反応が起り酸素ガスが発生して酸性水が生成される。

同時に生成された酸性水は、用途が限られているため、せっかく生成されたものが廃棄される場合が多く、投入エネルギーや水資源の有効利用の観点からも無駄になっている。

この酸性水の無駄をなくするために、生成された酸性水とアルカリ水を混合して弱アルカリ水とする混合装置や、酸性水をアルカリ水に改質する改質器などが提案されているが、投入エネルギーはさらに効率の悪いものになっている。
従来存在している電気分解によるアルカリ水の生成装置としては、次の特許文献が存在するが、何れも正負電極を用いたもので、無駄な酸性水を生成するものであり、酸性水が生成しないアルカリ水の生成方法の提供が望まれていた。

特開２０００−１１７２５４特開２００３−３９０６８

以上述べた従来の電気分解では、アルカリ水を生成する際に、酸性水の生成が余儀なくされており、無駄になっていたものである。

本発明は、このように無駄になってしまう酸性水は生成されずに、原水（水道水）の全てをアルカリ水とすることができ、かつ、生成過程で排出されてしまう水素ガスを回収できるようにしたアルカリ水の生成方法を提供することを目的としてなされたものである。

本発明は、前記目的を達成するために、水道水など原水を入れた容器と、この容器に入れられた原水に、少なくとも相対面する一対の電極を浸漬し、各々の電極に何れも負電圧で電位差のある電圧を印加して、原水を全てアルカリ水に生成するアルカリ水の生成方法である。

前述した本発明の方法によれば、無駄になってしまう酸性水は生成されずに、原水（水道水）の全てをアルカリ水とすることができ、また、生成過程で排出されてしまう水素ガスを回収できるようにしたアルカリ水の生成方法を提供することができたものである。

従来の水の電気分解方式の概念図。本発明の一実施例における電極形状図。本発明の一実施例における実施装置図同上におけるマイナス直流電圧説明図。同上におけるマイナス全波整流電圧説明図。同上における水温とｐＨ上昇の関係図。同上におけるＮａＣｌ濃度とｐＨ上昇の関係図。本発明の一実施例における水素ガス回収形アルカリ水生成装置の概念図。

以下、本発明の実施の形態を図２〜図８に基づいて説明するが、その前に、アルカリ水生成の原理及び作用を説明する。
通常の水の電気分解では、負極で起こる反応（２Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻→Ｈ_２＋２ＯＨ⁻）に必要な電位
Ｅ_１は
Ｅ_１＝（−０．５９１４ｐＨ）〔Ｖ〕である。（ｐＨ＝７のとき、Ｅ_１＝−０．４１４〔Ｖ〕）
一方正極で起こる反応（Ｈ_２Ｏ→１／２Ｏ_２＋２Ｈ^＋＋２ｅ⁻）に必要な電位Ｅ_２は
Ｅ_２＝（１．２２９−０．０５９１４ｐＨ）〔Ｖ〕である。（ｐＨ＝７のとき、Ｅ_２＝０．８１５〔Ｖ〕）
そしてＥ２−Ｅ１＝１．２３〔Ｖ〕であることから、ｐＨにかかわらず１．２３〔Ｖ〕以上の電圧を印加すれば両極でこれらの反応が起こる。

ｐＨ７の水が反応するのに必要な電位をまとめると下表のようになる。

上記のことから、Ｅ_２（負の低電圧側）には−０．４１４〔Ｖ〕以下の電位を印加し、Ｅ_１（負の高電圧側）にはＥ_２より１．２３〔Ｖ〕以上のマイナス電位を印加することで、酸性水の生成を抑制することができる。

また、本発明の方法では、従来方法の電気分解では必然的に発生する酸素ガスの発生はなく、両極から水素ガスのみの発生となるため発生量は２倍となり、効率のよい水素ガス回収形アルカリ水生成方法となる。

先ず、図３に示すように、容器１２に原水（水道水）１３を１，０００ｃｃ入れ、その水の中に図２に示す形状のフェライト電極１４，１５を間隔１ｍｍで浸漬セットする。そして、これらの電極１３，１４に電源１６から負の電圧を通電して電気分解を行なった。尚、原水には電解促進補助剤は添加していない。

水の電気分解には通常直流電源を使用するため、本発明では図４に示すマイナス−マイナスの直流電圧を印加することとしているが、今回は電源製作の都合上、図５に示すマイナス−マイナスの全波整流電圧を印加し、Ｅ_１（負低圧側）に−０．４５〔Ｖ〕、Ｅ_２〔負高圧側〕に−７．９〔Ｖ〕を印加した。

通電中に、水中のＮａ^＋、Ｃａ^＋などの陽イオンが電極１４，１５に集積してスケールを形成することで、電気分解効率を低下させる可能性も考えられるため、この対策として両極の電圧を１分間隔で切り替えた。

水道水はｐＨを７付近に調整したものを使用、水温は一定になるまで恒温槽内に静置した。

ｐＨは３０分間隔で測定した。測定方法は一定時間の通電後、電極１４，１５を取り出し、攪拌棒で攪拌してからｐＨ計で測定した。

水の電気分解では水の電気伝導率の影響が大きいため、この伝導率向上の一因である水温の影響も把握するため、水温を１０℃、２０℃、３０℃としその各々につき同一条件で測定した。

この結果を図６に示す。図６で見るごとく、水温のいずれの条件でもｐＨが上昇（アルカリ化）し、もくろみ通り酸性水の生成が抑制できたものと考えられ、本発明が推測どおりに作用していることが実証された。ただし、ｐＨの上昇に水温依存性があり、１０℃付近では上昇率が低く、２０℃程度以上が好ましいことが判った。尚、２０℃と３０℃ではあまり差が出ていないので製品化に際しての参考とすればよい。

水の電気分解では水の電気伝導率の影響が大きいため、この伝導率向上のため水に電解促進補助剤を添加するのが通常である。本発明の方法でもその効果を確認するため、電解促進補助剤としてＮａＣｌを用い、０．２％、２．０％の溶液を作り、水温２０℃として上記方法と同一条件で５分間隔で測定した。

この結果を図７に示す。図７で見るごとく、電解促進補助剤の効果は顕著で、従来の電気分解と同様、本発明の電気分解方式でもその有用性が確認できた。尚、０．２％溶液と２．０％溶液ではその効果にほとんど差がでていないことから、電解促進補助剤の選定や溶液濃度などの適正値を把握する必要がある。

上述のごとく、本発明では酸性水の生成がなく原水の全量がアルカリ水になるということが確認された。つまり、生成過程では酸素ガス（Ｏ_２）の発生がなく、水素ガス（Ｈ_２）のみが発生していることであり、従来の水の電気分解による水素ガスの取得方法と比較すれば、はるかに効率よく水素ガスを取得できることになる。

そこで図８に見るごとく、密閉した電気分解槽２０の上部に水素ガスの収集口２１を設ければ、アルカリ水の生成過程で水素ガスの取得もでき、投入エネルギーの効率も格段に向上した水の電気分解装置とすることができる。

本発明アルカリ水は、界面活性剤を使用していないため、排水処理費用が不要であり、広い応用分野に適用される。

３，４電極
５電解隔膜
１４，１５電極
１６電源
２０密閉電解槽
２１水素ガス収集口

Claims

水道水など原水を入れた容器と、この容器に入れられた原水に、少なくとも相対面する一対の電極を浸漬し、各々の電極に何れも負電圧で電位差のある電圧を印加して、原水を全てアルカリ水に生成するアルカリ水の生成方法。
前記容器を密閉し、容器の上部に水素ガス取り出し口を設け、水素ガスの回収も可能とした前記請求項１記載のアルカリ水生成方法。