JP2011230076A - 電解水生成装置及び電解水生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】殺菌効果を有し、かつ、生理的な中性領域（例えば、弱酸性、微酸性、中性）のｐＨを有する生体利用に適した電解水を安全に、かつ簡便に、しかも構成によっては、強酸性電解水及び強アルカリ性電解水と同時に生成することができる電解水生成装置、及び電解水生成方法を提供する。
【解決手段】電解水生成装置１は、例えば一方端が開放され、かつ、電解用の原水が供給又は貯留された電解槽２、及び電源３を備えており、電解槽には、例えば流量調整弁を有する配管を介して原水供給源が接続されている。電解槽の内部は、複数の隔膜によって複数の領域に区画されており、各隔膜の両側には陽極１０ａ、２０ａ及び陰極１０ｂ、２０ｂが設けられている。そして、電解槽のある領域においては、陽極と陰極が隔膜を介さずに互いに対向配置されており、電解用の原水の電気分解により、その領域において、電解中に、中性領域の所望のｐＨを有する電解水が生成される。
【選択図】図１

Description

本開示は、電解水（又は電解イオン水）の生成装置、及び、電解水の生成方法に関する。

一般に、例えば水道水等に電解補助剤としての食塩（塩化ナトリウム）等を添加した水溶液が貯留された電解槽内に、陽極と陰極とからなる電極対を設置し、それらの電極間に隔膜を設け、所定の条件下でその水溶液を電気分解することにより、陽極側には強酸性電解水（ＳＡＥＷ：Strong Acidic Electrolyzed Water）が生成され、陰極側には強アルカリ性電解水が生成される（いわゆる、有隔膜電解）。この陽極側に生成した強酸性電解水には、塩素（Ｃｌ）が溶解しており、この塩素を含む次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）によって、種々のウイルスや菌類等の微生物を殺菌し、強力な洗浄・消毒作用を発現することが知られている。より具体的には、強酸性電解水は、例えば、院内感染の原因であるメチシリン耐性黄色ブドウ球菌（ＭＲＳＡ：Methicillin Resistant Staphylococcus Aureus）や、Ｂ型肝炎ウイルス（ＨＢＶ：Hepatitis B Virus）、Ｃ型肝炎ウイルス（ＨＣＶ：Hepatitis C Virus）等の殆どの菌やウイルスに対して殺菌作用を示す殺菌水として、低濃度高活性の次亜塩素酸水としての認識が広まっている。

さらに、かかる効能を有する強酸性電解水は、食塩水等を電気分解するだけで簡易に生成することができるので、低コストで製造することができ、また、皮膚粘膜に対する剌激が少ないことから安全性が高く、環境にも優しいことが知られている。またさらに、強酸性電解水は、医療分野では、手指の殺菌洗浄や内視鏡の殺菌洗浄に用いることが可能なものとして、薬事法における認可（医療用具認可）も取得している。また、陰極側に生成する強アルカリ性電解水も、水道水等に比して洗浄能力が高いと言われている。

ここで、例えば、特許文献１には、食塩水を無隔膜電解することによって生じた次亜塩素酸ナトリウム水溶液、又は予め用意した次亜塩素酸ナトリウム水溶液を電解用の原水として使用し、それを電気分解する電解水生成装置が提案されている。

特開２０００−７０９４７号公報

しかしながら、上述のようにして得られる強酸性電解水は、そもそも、その液性が非生理的なｐＨ（水素イオン濃度指数、水素イオン指数）領域にあるため、そのまま生体利用（生体に使用）することにはやや不向きである。そこで、強酸性電解水のｐＨを生理的ｐＨに近づけるために、適宜のｐＨ調整剤を使用することが考えられるものの、かかるｐＨ調整剤の取り扱いには注意を要し、また、そのようなｐＨ調整剤を使用することから、煩雑な作業が避けられない。また、電解槽の他に、そのようなｐＨ調整剤を貯留・投入するための機器・容器が必要となり、装置の規模が大型化したり、そのメンテナンスが必要となったり、或いは、煩雑であったり、また、強酸性電解水（ＳＡＥＷ）を生成するための電気分解に塩素ガス（Ｃｌ₂）が発生するといった理由から、実際のところ、医療現場や一般家庭で使用するには障壁が多く、未だ殆ど普及していないのが現状である。

一方、上記従来の特許文献１に記載された電解水生成装置では、陰極側に生成した水素イオン濃度が低い（ｐＨが大きい）電解水を取水し、残った電解水のｐＨを２〜６程度に調整する手法が行われているが、この場合、陰極側の電解水を取水するための計量及び分量調整用の容器が必要となり、ｐＨの調整作業が難しく、また、その作業も煩雑であり、しかも、装置構成が複雑となってしまい、取扱性にも劣るといった問題が想定される。また、残った電解水のｐＨを、生理的な中性領域のｐＨに調整するためには、取水したｐＨが大きい（アルカリ性）電解水と、ｐＨが小さい（酸性）電解水とを混合させる必要も考えられ、所望の中性の電解水を調製することが難しいばかりではなく、装置構成や取り扱いがますます煩雑となることが予想される。

そこで、持続力のある殺菌効果を有し、かつ、生理的な中性領域（例えば、弱酸性、微酸性、中性）のｐＨを有する生体利用に適した電解水を、安全に、かつ、簡便に、しかも構成によっては、強酸性電解水及び強アルカリ性電解水と同時に生成することができる電解水生成装置、及び電解水生成方法が望まれる。

上記課題を解決するために、本開示による電解（電気分解）水生成装置は、電解用の原水（食塩水等。但し、これに限定されない。）が供給又は貯留される電解槽（容器、チャンバ）と、少なくとも１つの電源とを備えており、その電解槽の内部に設置され、前記少なくとも１つの電源に接続され、かつ、隔膜を挟んで陽極と陰極が配置された電極対を複数有する。なお、この電解槽には、電解用の原水を保持するタンク等の原水供給源が、例えば、必要に応じて流量調整弁等を有する配管等で接続されていてもよく、原水が混合物（例えば、水と食塩を含む食塩水等）の場合、その原水供給源に各材料物質の供給源が接続されていてもよいし、或いは、各材料物質の供給源が電解槽に接続されていてもよい。

このように構成された電解水生成装置においては、電解用の原水が供給又は貯留される電解槽の内部に複数の電極対が設置されており、各電極対は、その陽極と陰極が隔膜によって隔てられているので、電解槽の内部は、各隔膜によって、複数の領域（室）によって区画（区分け）される。なお、各領域は、完全に閉じていなくてもよい。例えば、電解槽が例えば平面矩形をなし、電極対が例えば一方向に並置されていれば、電解槽は、隔膜＋１の数の領域に区画され、或いは、電解槽が例えば平面円形をなし、電極対及び隔膜が例えば電解槽の中心から放射状に配置されていれば、電解槽は、隔膜の数の領域に区画される。このとき、各隔膜によって区画された複数の領域のうち少なくとも１つの領域においては、複数の電極対の一の電極対の陽極と、他の電極対の陰極が、隔膜を挟むことなく又は隔膜が介することなく、対向配置される。よって、その領域においては、陽極で生成される強酸性電解水と、陰極で生成される強アルカリ性電解水が適度に混合され、電解中に、強酸性の電解水と強アルカリ性の電解水が混合されて、液性生理的な中性領域（例えば、弱酸性、微酸性、中性）のｐＨを有する所望の電解水が得られる。

或いは、本開示による電解水生成装置は、電解槽が、複数の電極対の隔膜によって、少なくとも３つの領域に区画され、その少なくとも３つの領域のうちの少なくとも１つの領域内に、複数の電極対のうちの一の電極対の陽極と、複数の電極対のうちの他の電極対の陰極とが（隔膜を）対向配置されてもよい。このようにしても、隔膜によって区画された少なくとも３つの領域のうちの少なくとも１つの領域において、複数の電極対の一の電極対の陽極と、他の電極対に陰極が、隔膜を挟むことなく又は隔膜が介することなく、対向配置されるので、その領域においては、陽極で生成される強酸性電解水と、陰極で生成される強アルカリ性電解水が適度に混合され、電解中に、液性が生理的な中性領域（例えば、弱酸性、微酸性、中性）のｐＨを有する電解水が得られる。

また、複数の電極対は、対向配置された陽極と陰極との距離が調節可能に設けられていてもよい。本発明者の知見によれば、隔膜によって区画された領域内に対向配置された陽極と陰極との距離を変化させることにより、定電圧でも、電気分解における電流値を変化させて有意に調整することができ、その領域内で生成される電解水のｐＨを適宜調整することが可能であることが判明した。すなわち、例えば、電極対の陽極と陰極の距離を増大させる（より離間させる）ことにより、抵抗が増大するため、複数の各電極対に定電圧を供給する場合でも、隔膜を介さないで互いに対向する陽極側の酸性（酸性度）と陰極側のアルカリ性（アルカリ度）が、完全に中和する当量から変化（ずれ）するので、その領域において、所望のｐＨを有する生理的な中性領域（例えば、弱酸性、微酸性、中性）の電解水、つまり、生理的ｐＨに近い種々のｐＨを有する多彩な電解水を、より簡便に生成させることができる。

このように、電解中の電流を変化させるには、対向配置された陽極と陰極との距離を調節することに加えて、又は、代えて、各電極対に供給する電源の出力（電圧）を調整可能に設けてもよい。この場合にも、隔膜を介さないで互いに対向する陽極側における反応の程度（反応量、反応速度）つまり酸性（酸性度）と、陰極側における反応の程度（反応量、反応速度）つまりアルカリ性（アルカリ度）を、有意にかつ所望に調節することが可能となり、この場合でも、その領域において、所望のｐＨを有する生理的な中性領域（例えば、弱酸性、微酸性、中性）の電解水、つまり、生理的ｐＨに近いｐＨを有する種々多彩な中性領域の電解水を、より簡便に生成させることができる。

すなわち、複数の電極対のうちの一の電極対の陽極と、複数の電極対のうちの他の電極対の陰極とが対向配置される少なくとも１つの領域内において、所望のｐＨ（又は水素イオン濃度）を有する電解水が生成されるように、一の電極対の陽極側の反応と、他の電極対の陰極側の反応が制御されるように構成されていてもよい。

具体的には、上述の如く、複数の電極対は、各電極対の陽極と陰極との距離が調節可能に設けられていてもよく、及び／又は、少なくとも１つの電源が、複数の電極対のそれぞれに、同じ電力若しくは電圧、又は、異なる電力若しくは電圧を印加するように構成されていてもよい。

さらに、複数の電極対を１つの電源に接続するようにして、装置構成を更に簡易化して装置を更に小型化してもよい。

また、以上のことから、本開示による電解水生成装置は、電解用の原水が供給又は貯留される電解槽と、電源とを備えており、電解槽の内部に設置され、電源に接続され、かつ、隔膜を挟んで陽極と陰極が配置された電極対を２つ有しており、電解槽が、２つの電極対の隔膜によって、３つの領域（３室）に区画され、３つの領域のうち１つの領域において、２つの電極対のうちの一の電極対の陽極と、２つの電極対のうちの他の電極対の陰極とが、隔膜を挟むことなく又は隔膜が介することなく、対向配置されていてもよい。

また、本開示による電解水生成方法は、電解用の原水が供給又は貯留される電解槽を準備し、電解槽内に前記原水を供給又は貯留し、電解槽の内部に、陽極及び陰極からなる電極対を、陽極と陰極が隔膜を挟んで配置されるように複数設置し、複数の電極対が原水に接触した状態で、複数の電極対に電力を供給して電解用の原水を電解する。

この場合、複数の電極対の隔膜によって、電解槽を、少なくとも３つの領域（３室）に区画し、少なくとも３つの領域のうちの少なくとも１つの領域内に、複数の電極対のうちの一の電極対の陽極と、複数の電極対のうちの他の電極対の陰極とを、隔膜を挟むことなく又は隔膜が介することなく、対向配置させるように、複数の電極対を設置してもよい。

さらに、複数の電極対のうちの一の電極対の陽極と、複数の電極対のうちの他の電極対の陰極とが対向配置される少なくとも１つの領域内において、所望のｐＨを有する電解水が生成されるように、一の電極対の陽極側の反応と、他の電極対の陰極側の反応を制御してもよい。

具体的には、複数の電極対の各電極対の陽極と陰極との距離を調節するようにしてもよく、及び／又は、複数の電極対のそれぞれに、同じ電力若しくは電圧、又は、異なる電力若しくは電圧を印加するようにしてもよい。

また、以上のことから、本開示による電解水生成方法は、電解用の原水が供給又は貯留される電解槽を準備し、電解槽内に原水を供給又は貯留し、電解槽の内部に、陽極及び陰極からなる電極対を、陽極と陰極が隔膜を挟んで配置されるように２つ設置し、各隔膜によって、電解槽を３つの領域に区画し、かつ、３つの領域のうちの１つの領域において、２つの電極対のうちの一の電極対の陽極と、２つの電極対のうちの他の電極対の陰極とを、隔膜を挟むことなく又は隔膜が介することなく、対向配置させ、２つの電極対が原水に接触した状態で、２つの電極対に電力を供給して電解用の原水を電解してもよい。

本開示による電解水生成装置の一実施形態の構成を模式的に示す概略図（一部鉛直断面）である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ線における概略断面図である。 電解水のｐＨと有効塩素（ＡＣ）濃度との関係における電解水の分類の一例を示す一種の状態図である。 陽極側電解槽である領域Ｒ１で得られた強酸性電解水の電解時間に対するｐＨとＡＣ濃度との関係を示すグラフである。 中央（中間）電解槽である領域Ｒ２で得られた中性領域の電解水の電解時間に対するｐＨとＡＣ濃度との関係を示すグラフである。 陰極側電解槽である領域Ｒ３で得られた強アルカリ性電解水の電解時間に対するｐＨとＡＣ濃度との関係を示すグラフである。 （Ａ）乃至（Ｄ）は、それぞれ、通常培養した黄色ブドウ球菌の菌コロニーが形成された状態のシャーレ、０．１％食塩水（電解用の原水Ｇ）を用いて培養した黄色ブドウ球菌の菌コロニーが形成された状態のシャーレ、強酸性電解水（ＳＡＥＷ）を混合して黄色ブドウ球菌の培養を試みた状態のシャーレ、及び、中性電解水を混合して黄色ブドウ球菌の培養を試みた状態のシャーレを示す上面写真である。 本開示による電解水生成装置の他の実施形態の一部（電解槽）の構成を模式的に示す概略平面断面図である。 本開示による電解水生成装置の他の実施形態の一部（電解槽）の構成を模式的に示す概略平面断面図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、図面中、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。また、以下の実施の形態は、本開示を説明するための例示であり、本開示をその実施の形態のみに限定する趣旨ではない。さらに、本開示は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。

図１は、本開示による電解水生成装置の一実施形態の構成を模式的に示す概略図（一部鉛直断面）であり、図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線における概略断面図である。電解水生成装置１は、例えば一方端（図示上方端）が開放された（換言すれば、図示下方端が閉塞された）略直方体の角筒状をなし、電解用の原水Ｇとして例えば希薄な食塩水が供給又は貯留される電解槽２、及び電源装置３（電源）を備えており、電解槽２には、適宜の例えば流量調整弁（図示せず）を有する配管を介して、原水Ｇが収容された原水供給源Ｓが接続されている。

また、電解槽２の内部は、２つの隔膜Ｄ１，Ｄ２によって、３つの領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に区画されている（３室に区分けされている。）。これらの隔膜Ｄ１，Ｄ２のうち、隔膜Ｄ１の両側には陽極１０ａ及び陰極１０ｂ（これらから電極対１０が構成されている。）が設けられており、隔膜Ｄ２の両側には陽極２０ａ及び陰極２０ｂ（これらから電極対２０が構成されている。）が設けられている。このように、電極対１０においては、隔膜Ｄ１を挟んで、陽極１０ａと陰極１０ｂが配置されており、また、電極対２０においては、隔膜Ｄ２を挟んで、陽極２０ａと陰極２０ｂが配置されている。かかる構成により、電解槽２の領域Ｒ２においては、陽極２０ａと陰極１０ｂとが、隔膜を挟まずに又は隔膜を介さずに対向配置されている。さらに、図２に示す如く、電極対１０，２０は、例えば、電解槽２の短手方向に略平行に配設されており、かつ、電解槽２の長手（延在）方向に沿って連設（併設）されている。

また、図１に示す如く、これらの電極対１０，２０の陽極１０ａ，２０ａ及び陰極１０ｂ，２０ｂは、電源装置３の電流／電圧調整器３１に電気的に接続されており、この電流／電圧調整器３１は、電源装置３に備わる直流（ＤＣ）電源３２（これが本開示における電源でもよい。）に電気的に接続されている。

このように３つの領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に区画された電解槽２（言わば、３室式又は３槽式の電解槽）において、各電極対１０，２０に電力（電圧）が印加されると、各電極対１０，２０の陽極１０ａ，２０ａ及び陰極１０ｂ，２０ｂによって、電子の授受が行なわれ、以下に示す反応が生起され、電解用の原水Ｇ（希薄な食塩水の場合）が電気分解される。

［陽極１０ａ，２０ａ側］
Ｈ₂Ｏ → １／２Ｏ₂ ＋ ２Ｈ⁺ ＋２ｅ^-
２Ｃｌ^- → Ｃｌ₂ ＋ ２ｅ^-
Ｃｌ₂（aq） ＋ Ｈ₂Ｏ ⇔ ＨＣｌ ＋ ＨＣｌＯ
このように、陽極１０ａ，２０ａ側では、水（Ｈ₂Ｏ）が電気分解されて水素イオン（Ｈ⁺）と酸素ガス（Ｏ₂）になり、また、塩素イオン（Ｃｌ^-）から塩素ガス（Ｃｌ₂）が生じ、さらに、塩素ガス（Ｃｌ₂）は水（Ｈ₂Ｏ）と反応して可逆的に塩酸（ＨＣｌ）と次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）が生成されることにより、強酸性電解水（ＳＡＥＷ）が生じる。なお、上記式中、「⇔」は、当該反応が可逆反応であることを示す（以下同様）。

［陰極１０ｂ，２０ｂ側］
Ｈ₂Ｏ ＋ ２ｅ^- → １／２Ｈ₂ ＋ ＯＨ^-
Ｎａ⁺＋ＯＨ^- ⇔ ＮａＯＨ
一方、陰極１０ｂ，２０ｂ側では、水（Ｈ₂Ｏ）が電気分解されて水素ガス（Ｈ₂）と水酸化物イオン（ＯＨ^-）が発生し、また、ナトリウムイオン（Ｎａ⁺）は水酸化物イオン（ＯＨ^-）と反応して可逆的に水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）が生成され、強アルカリ性電解水が生じる。

すなわち、電解槽２における領域Ｒ１においては、電極対１０の陽極１０ａ側の反応により、徐々に、強酸性電解水が生じて蓄積されていき、同領域Ｒ３においては、電極対２０の陰極２０ｂ側の反応により、徐々に、強アルカリ性電解水が生じて蓄積されていく。他方、電解槽２における領域Ｒ２においては、電極対２０の陽極２０ａ側で生じる塩酸（ＨＣｌ）及び次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）／水素イオン（Ｈ⁺）が、電極対１０の陰極１０ｂ側で生じる水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）／水酸化物イオン（ＯＨ^-）によって中和され、徐々に、中性領域の電解水が生じて蓄積していく。したがって、電解水生成装置１によれば、単一の電解槽２を用いて、２組の電極対１０，２０を備える簡易な構成によって、持続力のある殺菌効果を有し、かつ、生理的な中性領域のｐＨを有する生体利用に適した電解水を、安全に、かつ、簡便に、しかも、強酸性電解水及び強アルカリ性電解水と同時に生成することが可能となる。これらのことから、電解槽２の領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を、それぞれ、陽極側電解槽、中央（中間）電解槽、陰極側電解槽ということもでき、この点においても、電解槽２は、３室式又は３槽式の電解槽であると言ってもよい。

なお、ここで、「電解水」とは、一般に、電解槽内で例えば水道水や上述した希薄な食塩水等を直流電気分解して得られる水溶液の総称であり、電解水生成装置や電解方式の相違により、種々の種類のものが生成され得る。このような電解水は、そのｐＨと有効塩素（ＡＣ）濃度によって、例えば、図３に示す如く分類されることがある。

また、より具体的には、図３に示す各電解水は、以下のとおり定義することもできる（ただし、これらに限定されない。）。

［強酸性電解水（ＳＡＥＷ）］
原則として、「水道水・第４条（水質基準）」に定められた要件を満たす水道水に、食塩（塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）の純度が９９．９％以上で、かつ、添加物を含まないもの）を微量添加した食塩水（ＮａＣｌ濃度０．１％以下）を、電解槽２のような有隔膜式電解槽内で電気分解し、陽極側で生じる次亜塩素酸を主成分とする酸性（ｐＨ：２．２ 〜 ２．７）の水溶液をいう。なお、次亜塩素酸は、塩素ガスが溶解することによって生成し、溶液のｐＨにより、遊離型の塩素として塩素ガス（Ｃｌ₂）、次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）、次亜塩素酸イオン（ＣｌＯ^-）の状態で存在し得る。ＨＣｌＯ及びＣｌＯ^-は共に殺菌力を有するが、その殺菌力は、ＣｌＯ^-に比してＨＣｌＯの方が圧倒的に強い傾向にある。

［強アルカリ性電解水］
強酸性電解水（ＳＡＥＷ）と同様に、上述した水道水に食塩を微量添加した食塩水（ＮａＣｌ濃度０．１％以下）を、有隔膜式電解槽内で電気分解し、陰極側で生じる水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を主成分とするアルカリ性（ｐＨ：１１〜１１．５）の水溶液をいう。

［電解次亜水］
上述した水道水に食塩を微量添加した食塩水（ＮａＣｌ濃度０．１％以下）を、無隔膜電解層内で電気分解し、陽極側で生じる塩素（Ｃｌ₂）と陰極側で生じる水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）との反応で生成される次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）を主成分とするｐＨ７．５以上のアルカリ性水溶液をいう。

［弱酸性電解水］
上述した水道水に食塩を微量添加した食塩水（ＮａＣｌ濃度０．１％以下）を、無隔膜電解層内で電気分解し、陽極側で生じる塩素（Ｃｌ₂）と陰極側で生じる水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）との反応で生成されるｐＨ２．７〜５．０の弱酸性を示す電解水をいう。

［微酸性電解水］
上述した水道水に食塩を微量添加した食塩水（ＮａＣｌ濃度０．１％以下）を、無隔膜電解層内で電気分解し、陽極側で生じる塩素（Ｃｌ₂）と陰極側で生じる水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）との反応で生成されるｐＨ５．０〜６．５の微酸性を示す電解水をいう。

［中性電解水］
中性電解水は、一般に、強酸性電解水（ＳＡＥＷ）や強アルカリ性電解水のような定義は特に定められておらず、本開示においては、一例として、図３に示す各電解水の規格基準の例より、ｐＨ６．５〜７．５の範囲にある電解水を中性電解水とする。

これらの各電解水の性状をまとめて表１に示す。なお、表中、「酸化還元電位」（ＯＲＰ：Oxidation Reduction Potential）とは、溶液の酸化力（又は還元力）の強さを表す量であり、このＯＲＰが大きな正の値を有するほど酸化力が強いことを示す。また、ＯＲＰは、弱酸性電解水、微酸性電解水、中性電解水、及び電解次亜水については、一般に値としては定められていない。また、「有効塩素（ＡＣ）濃度」とは、遊離型塩素と結合型塩素に含まれる塩素を合わせた濃度を示し、通常、殺菌に有効に関与する塩素濃度を表す。ここで、塩素を水に溶解すると、塩素ガス（Ｃｌ₂）、次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）、及び次亜塩素酸イオン（ＣｌＯ^-）になる傾向にあり、これらを総称して「遊離型塩素」という。また、塩素が窒素化合物等と反応すると、モノクロラミン（ＮＨ₂Ｃｌ）、ジクロラミン（ＮＨＣｌ₂）、及びトリクロラミン（ＮＨＣｌ₃）の３形態の化学種が生成される傾向にあり、これらを総称して「結合型塩素」という。

［電解水生成装置１の試作］
次に、電解水生成装置１の構成が具現化された試作機を用いて、電解槽２の各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３で生成されるそれぞれの電解水の性状を評価した。電解槽２としては、例えば、アクリル製の直方体上の角筒容器（約２００ｍｍ×約３００ｍｍ×約６０ｍｍｈ）を準備し、電極対１０の陽極１０ａ及び陰極１０ｂ間の距離Ｌ１、電極対１０の陰極１０ｂ及び電極対２０の陽極２０ａ間の距離Ｌ２、電極対２０の陽極２０ａ及び電極対２０の陰極２０ｂ間の距離Ｌ３を、適宜変化させた（例えば、上記の電解槽２のサイズの場合、距離Ｌ１＝約６０〜約９０ｍｍ、距離Ｌ２＝約６０〜約９０ｍｍ、距離Ｌ３＝約６０〜約９０ｍｍ）。これらの距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の少なくともいずれか１つを変化させることにより、電極対１０，２０に定電圧を供給しても、領域Ｒ２において、所望のｐＨを有する中性領域の電解水、つまり、上述した弱酸性電解水、微酸性電解水、及び中性電解水のいずれかを得ることができる。

なお、陽極１０ａ，２０ａ及び陰極１０ｂ，２０ｂの材料としては、特に制限されず、例えば、チタン白金コーティング材等の導体を用いた。また、電極対１０の陽極１０ａと陰極１０ｂとの間の隔膜Ｄ１、及び、電極対２０の陽極２０ａと陰極２０ｂとの間の隔膜Ｄ２の材料も、特に制限されないが、例えばシリコン樹脂やグラシン紙等が挙げられる。さらに、電極対１０，２０の固定には、電解槽２の材料と同じ例えばアクリル板を用い、隔膜Ｄ１，Ｄ２の固定には、適宜の樹脂材料（例えばポリプロピレン）を用いた。

また、電源装置３としては、特に限定されず、例えば、商用電源（交流規格値１００Ｖ）を取り込み、これをＡＣ−ＤＣコンバータで直流に変換して電源３２とし、電流／電圧調整器３１で電流を調節しながら、電解槽２へ送電した（電極対１０，２０に電力又は電圧を印加した。）。この場合、各電極対１０，２０に印加する電力又は電圧を互いに異ならしめても、領域Ｒ２において、所望のｐＨを有する中性領域の電解水、つまり、上述した弱酸性電解水、微酸性電解水、及び中性電解水のいずれかを得ることができる。

さらに、電解用の原水Ｇとしては、例えば、上述した希薄な食塩水を用いることとした。以上のような、試験的な条件で、電解水生成装置１を運転し、電解槽２の各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３において電解用の原水Ｇの電気分解を行なった。この際、電解槽２の各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３には、適宜の弁を有する取水口（又は取水管）を設け、各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３で得られた各電解水の物性について、その物性の評価を行った。

［各電解水の物性評価］
電解開始から５分（ｍｉｎ）、１０分、及び１５分の時点で、各電解水を取水し、それらのｐＨ、有効塩素（ＡＣ）濃度、及び酸化還元電位（ＯＲＰ）を計測した。ｐＨ及びＯＲＰの測定には、ｐＨメータ（例えば、堀場製作所製：Ｄ−５５）を用いた。

また、ＡＣ濃度の測定には、吸光光度法を用いた。この場合、有効塩素（ＡＣ）濃度計測の基準となるブランクを作成した。ブランクは、まず、リン酸緩衝液（例えば、和光純薬社製：Ｎｏ．１６１−２０１８５）を適宜量マイクロピペットで試験管に分注し、それに、ジエチル−ｐ−フェニレンジアミン（ＤＰＤ）試薬粉末（例えば、和光純薬社製：Ｎｏ．０４２−２８００２）、ヨウ化カリウム（ＫＩ：例えば、和光純薬社製：Ｎｏ．１６４−０３９７２）、及び蒸留水を各適宜量加えて混合し、ＤＰＤ試薬粉末が溶解してから、一定量をガラスセルや石英セルに収容し、吸光光度計（例えば、島津製作所製：紫外可視分光光度計ＵＶ−１７００）にセットする。次に、同量のリン酸緩衝液をマイクロピペットで比色管に分注し、それに、同量のＤＰＤ試薬粉末、適宜量の電解水、同量のヨウ化カリウムを加えて混合し、適宜の時間放置して測定用の比色溶液を得る。この比色溶液の一定量を、ガラスセルや石英セルに収容し、同じ吸光光度計にセットして例えば５１１ｎｍの吸収極大における吸光度（ＡＢＳ）を測定し、得られた吸光度値と、予め作成しておいた検量線から、各電解水の有効塩素（ＡＣ）濃度を求めた。

各電解水について得られた測定結果のうち、ｐＨと有効塩素（ＡＣ）濃度を、まとめて図４乃至図６に示す。図４は、陽極側電解槽である領域Ｒ１で得られた強酸性電解水の電解時間に対するｐＨとＡＣ濃度との関係を示すグラフであり、図５は、中央（中間）電解槽である領域Ｒ２で得られた中性領域の電解水の電解時間に対するｐＨとＡＣ濃度との関係を示すグラフであり、図６は、陰極側電解槽である領域Ｒ３で得られた強アルカリ性電解水の電解時間に対するｐＨとＡＣ濃度との関係を示すグラフである。また、この際、陽極１０ａ，２０ａ側及び陰極１０ｂ，２０ｂで電流値をモニターしたところ、両極側ともに、時間の経過とともに電流値が略直線状に（リニアに）徐々に増大することが確認された。これらの結果より、強酸性電解水（図４）、中性領域の電解水（ 図５）、及び強アルカリ性電解水（図６）は、電解時間の経過とともに、ｐＨ及び有効塩素（ＡＣ）濃度が変化することが確認された。

［電解水による殺菌作用の効果］
次いで、得られた強酸性電解水（ＳＡＥＷ）と中性領域の電解水（ここでは、中性電解水を用いた。）に対し、微生物の殺菌作用について評価を行った。また、微生物の一例として黄色ブドウ球菌（Staphylococcus aureus、S.aureus）の菌液を作成した。まず、カジトン培地（例えば、栄研化学社製：Ｅ−ＭＰ７７株）にて保存されている黄色ブドウ球菌の菌株を白金耳にて採取し、標準寒天平面培地（例えば、栄研器材製：ＭＢ６５００パールコア標準寒天培地）に塗りつけ、その後、インキュベータにて例えば３８℃、４８時間培養し菌を復元した。それから、標準寒天平板培地に形成された菌コロニーから１個を白金耳にて採取し、例えばその９ｍｌを滅菌希釈水に混入させた。なお、黄色ブドウ球菌は、グラム陽性球菌であり、ブドウの房状に不規則に配列した形状を有しており、健康人の皮膚や粘膜に広く分布し、ヒトの鼻や皮膚表面に存在する常在菌の一種である。しかし、この菌が食物上で増殖するときに生産する耐熱性エンテロトキシンにより食中毒を発症することがある。また、黄色ブドウ球菌の中でも、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌による院内感染症（ＭＲＳＡ）等が知られている。

菌数濃度の測定は、まず、適宜量の菌液を採取し、いわゆる標準平板菌数測定法にて１０倍段階希釈した菌液中の菌数濃度を測定した。この際の希釈には、適宜の減菌希釈水（例えば栄研器材社製：ＴＰ２０００）を用いることができる。ここで、生菌数は、食品の衛生学的品質を評価する衛生指数菌、又は環境衛生管理上の汚染指数菌とされており、標準寒天培地を用いて、好気的な条件で発育した中温性の細菌数を示し、一般生菌数又は標準平板菌数（ＳＰＣ：Standard Plate Count）とも呼ばれている。食品衛生法では、標準平板菌数測定法（公定法）が定められており、試料原液を滅菌希釈水によって１０倍段階希釈を順次行い、希釈試料液の調製を行う。菌数の状況が予測できない場合には、通常１０⁵〜１０⁶まで希釈を行なう。同一希釈段階について通常２枚ずつのシャーレを用意し、それぞれに各希釈試料液を例えば１ｍｌずつ分注する。その後、予め高圧蒸気滅菌した後、そのシャーレに、例えば４５〜５０℃で保持しておいた標準寒天培地(例えば約１５〜２０ｍｌ)を流し込み、直ちに希釈試料液と培地がよく混ざり合うように混和し、培地が完全に固まるまで静置する。それから、インキュベータで例えば３７℃、２４時間好気培養を行い、最後にシャーレ内の菌コロニーが例えば３０〜３００個の平板を計測する。

次に、上述した希釈された菌液の適宜量と、電解槽２の陽極側電解槽である領域Ｒ１で生成された強酸性電解水（ＳＡＥＷ）の適宜量を混合する。その後、その混合液から適宜量を採取し、これを滅菌シャーレ（例えば、積水化学社製：滅菌シャーレ９０）に入れ、恒温層(例えば、ＡＳ ＯＮＥ社製：ＴＨＥＭＯ ＭＡＸ ＴＭ−１）にて約４０℃に保温した普通寒天液体培地（例えば、栄研器材社製：パールコア標準寒天培地ＭＢ６５００）と混和する。その後、シャーレをインキュベータにて例えば３８℃、４８時間の培養を試みた。そして、２日後に標準平板菌数測定法にて菌コロニー数を計測した。同様にして、強酸性電解水に代えて、電解槽２の中央（中間）電解槽である領域Ｒ２で生成された中性電解水を用いて、菌培養を試み、菌数計測を実施した。また、強酸性電解水に代えて、０．１％食塩水（電解用の原水Ｇ）を用いて、菌培養を行い、菌数計測を実施した。得られた結果を、表２にまとめて示す。なお、表中、「ＣＦＵ」は、菌コロニーの形成単位を示し、「Colony Forming Unit」の略である。

また、図７（Ａ）乃至（Ｄ）は、それぞれ、通常培養した黄色ブドウ球菌の菌コロニーが形成された状態のシャーレ、０．１％食塩水（電解用の原水Ｇ）を用いて培養した黄色ブドウ球菌の菌コロニーが形成された状態のシャーレ、強酸性電解水（ＳＡＥＷ）を混合して黄色ブドウ球菌の培養を試みた状態のシャーレ、及び、中性電解水を混合して黄色ブドウ球菌の培養を試みた状態のシャーレを示す上面写真である。これらの結果より、強酸性電解水（ＳＡＥＷ）及び中性電解水を混合した場合、黄色ブドウ球菌は殆ど増殖（培養）されず、強酸性電解水（ＳＡＥＷ）及び中性電解水ともに、黄色ブドウ球菌等の微生物に対して優れた殺菌作用を発現することが確認された。

さらに、本開示によって得られる強酸性電解水（ＳＡＥＷ）及び中性領域の電解水は、黄色ブドウ球菌以外にも、例えば、セレウス菌（Bacillus cereus、B.cereus）に対しても優れた殺菌作用を有することが確認された。なお、セレウス菌は、グラム陽性桿菌で芽胞（endospore）を有しており、土壌、塵、埃等、自然界に広く分布する大型桿菌であり、連鎖になり易い。また、セレウス菌は、日和見感染として、敗血病、髄膜炎、気管支肺炎等を引き起こす可能性があり、また、セレウス菌が産生する毒素による食中毒も知られている。この食中毒は、臨床例として、２つの型、すなわち、潜伏期が８〜１６時間で下痢腹痛を起こす下痢型 (海外で多い)、及び、潜伏期が１〜５時間で嘔吐を主症状とする嘔吐型 (日本で多い) に大別され得る。

このように構成された本開示に係る電解水生成装置１及びそれを用いた本開示の電解水生成方法によれば、１つの電解槽２が隔膜Ｄ１，Ｄ２によって３つの領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に区画され、それぞれの領域が電解槽として機能する３室式又は３槽式の電解水生成装置が構成され、中央（中間）電解槽である領域Ｒ２において、中性領域の電解水が電解中に自ずと生成されるので、極めて簡易な装置構成によって、持続力のある殺菌効果を有し、かつ、生理的な中性領域のｐＨを有する生体利用に適した多様な電解水（例えば、弱酸性電解水、微酸性電解水、中性電解水）を、所望に、さらに、安全に、かつ、簡便に、しかも、領域Ｒ１において強酸性電解水を、及び、領域Ｒ３において強アルカリ性電解水をも同時に生成することが可能となる。

よって、中性領域の電解水を得るために、従来使用していたｐＨ調整剤を用いたり、強酸性電解水及び強アルカリ性電解水を生成した後、別途、それらを混合して所望のｐＨに調整された電解水を調製したりといった手間がかかる煩雑な作業が不要となるので、装置のメンテナンスが簡略化され、また、取扱性を向上させることができるとともに、弱酸性電解水、微酸性電解水、中性電解水といった中性領域の電解水の製造における工数及び製造コストを大幅に低減することが可能となる。また、このように簡便に所望のｐＨを有する中性領域の電解水を得ることができるので、電解水を、医療分野での洗浄・消毒、一般家庭での、例えば、傷の消毒、うがい、手洗い、食材の除菌、台所用品や調理器具の洗浄・殺菌、便器の洗浄・消毒といった様々な用途に応用して、世の中に広く普及させることに資することができる。

なお、上述したとおり、本開示は上記の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない限度において、これまでに適宜述べたとおり、様々な変形が可能である。例えば、電解槽２は、角筒状に制限されず、例えば、一方端が開放（又は閉塞）された円筒状であってもよい。

ここで、図８及び図９は、本開示による電解水生成装置の他の実施形態の一部（電解槽）の構成を模式的に示す概略平面断面図である。図８に示す電解水生成装置１００は、電解槽２に代えて電解槽１０２を備えること以外が、図１及び図２に示す電解水生成装置１と同様に構成されたものである（よって、電源装置３等は表示を割愛した。）。電解槽１０２は、上述の如く、一方端が開放又は閉塞された円筒状をなす容器であって、その内部が、隔壁Ｄ１０１，Ｄ１０２，Ｄ１０３によって区画されている。区画された３つの領域Ｒ１０１，Ｒ１０２，Ｒ１０３は、図示においては、例えば、それぞれ中心角が約１２０°の平面扇状をなしている。また、電解槽１０２内には、３つの電極対３０，４０，５０が設置されており、隔壁Ｄ１０１，Ｄ１０２，Ｄ１０３を挟むように、それぞれ、電極対３０の陽極３０ａ及び陰極３０ｂ、電極対４０の陽極４０ａ及び陰極４０ｂ、並びに、電極対５０の陽極５０ａ及び陰極５０ｂが配設されている。

このように構成された電解水生成装置１００によれば、電解槽１０２の領域Ｒ１０１において、強酸性電解水（ＳＡＥＷ）が優位的に（支配的に）生成され、同領域Ｒ１０２においては、陽極５０ａと陰極３０ｂとの間に隔膜が存在しない状態で互いに対向配置されているので、中性領域の電解水（つまり、例えば、弱酸性電解水、微酸性電解水、中性電解水）が優位的に生成され、そして、同領域Ｒ１０３において、強アルカリ性電解水が優位的に生成され得る。また、装置構成も簡略であり、電解槽１０２が円筒状をなすので、設置エリアを更に低減することが可能となる。

一方、図９に示す電解水生成装置２００は、電解槽１０２内において、電極対４０における陽極４０ａと陰極４０ｂが逆配置されていること以外は、図８に示す電解水生成装置１００と同様の構成を有するものである。かかる構成の電解水生成装置２００によれば、電解槽１０２の３つの領域Ｒ２０１，Ｒ２０２，Ｒ２０３のいずれにおいても、陽極と陰極が、隔膜を介さない状態で互いに対向配置されているので、中性領域の電解水が優位的に生成され得る。よって、極めてコンパクトな装置構成により、生理的な中性領域のｐＨを有する生体利用に適した多様な電解水をより高い生産効率で製造することが可能となる。

また、上記各実施形態においては、陽極及び陰極の形状は、単純な平板状に制限されず、電解槽２，１０２等の形状に応じて、適宜の形状とすることができ、また、電極対の員数も図示に制限されない。さらに、電解水生成装置１，１００，２００を多段に設けてユニット化しても構わない。またさらに、各電極対に個別に電源装置３を接続してもよい。加えて、電源装置３を、電極対１０，２０，３０，４０，５０毎に設けても構わない。

以上説明した通り、本開示の電解水生成装置及び電解水製造方法は、中性領域のｐＨを有する種々の電解水を、安全に、かつ、簡便に、しかも構成によっては、強酸性電解水及び強アルカリ性電解水と同時に生成することができるので、微生物等の殺菌や除菌が望まれる医療分野（医療施設、在宅医療、老人看護施設）や一般家庭、更には、精密機器の製造・洗浄・維持といった種々の分野（これらに限定されない）に広く利用することが可能となる。

１，１００，２００…電解水生成装置、２，１０２…電解槽、３…電源装置（電源）、１０，２０，３０，４０，５０…電極対、１０ａ，２０ａ，３０ａ，４０ａ，５０ａ…陽極、１０ｂ，２０ｂ，３０ｂ，４０ｂ，５０ｂ…陰極、３１…電流／電圧調整器、３２…直流電源、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１０１，Ｄ１０２，Ｄ１０３…隔壁、Ｇ…電解用の原水、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ１０１，Ｒ１０２，Ｒ１０３，Ｒ２０１，Ｒ２０２，Ｒ２０３…領域、Ｓ…原水供給源。

Claims (13)

1. 電解用の原水が供給又は貯留される電解槽と、
   電源と、
   を備えており、
   前記電解槽の内部に設置され、前記電源に接続され、かつ、隔膜を挟んで陽極と陰極が配置された電極対を２つ有しており、
   前記電解槽が、前記２つの電極対の隔膜によって、３つの領域に区画され、
   前記３つの領域のうち１つの領域において、前記２つの電極対のうちの一の電極対の陽極と、前記２つの電極対のうちの他の電極対の陰極とが対向配置される、
   電解水生成装置。
2. 電解用の原水が供給又は貯留される電解槽と、
   少なくとも１つの電源と、
   を備えており、
   前記電解槽の内部に設置され、前記少なくとも１つの電源に接続され、かつ、隔膜を挟んで陽極と陰極が配置された電極対を複数有する、
   電解水生成装置。
3. 前記電解槽が、前記複数の電極対の隔膜によって、少なくとも３つの領域に区画され、
   前記少なくとも３つの領域のうちの少なくとも１つの領域内に、前記複数の電極対のうちの一の電極対の陽極と、前記複数の電極対のうちの他の電極対の陰極とが対向配置される、
   請求項２記載の電解水生成装置。
4. 前記複数の電極対のうちの一の電極対の陽極と、前記複数の電極対のうちの他の電極対の陰極とが対向配置される前記少なくとも１つの領域内において、所望のｐＨを有する電解水が生成されるように、前記一の電極対の陽極側の反応と、前記他の電極対の陰極側の反応が制御される、
   請求項３記載の電解水生成装置。
5. 前記複数の電極対は、各電極対の陽極と陰極との距離が調節可能に設けられている、
   請求項２記載の電解水生成装置。
6. 前記少なくとも１つの電源は、前記複数の電極対のそれぞれに、同じ電力若しくは電圧、又は、異なる電力若しくは電圧を印加するように構成されている、
   請求項２記載の電解水生成装置。
7. 前記複数の電極対が、２つであり、
   前記電解槽が、３つの領域に区画される、
   請求項３記載の電解水生成装置。
8. 電解用の原水が供給又は貯留される電解槽を準備し、
   前記電解槽内に前記原水を供給又は貯留し、
   前記電解槽の内部に、陽極及び陰極からなる電極対を、該陽極と該陰極が隔膜を挟んで配置されるように２つ設置し、該各隔膜によって、前記電解槽を３つの領域に区画し、かつ、前記３つの領域のうちの１つの領域において、前記２つの電極対のうちの一の電極対の陽極と、前記２つの電極対のうちの他の電極対の陰極とを対向配置させ、
   前記２つの電極対が前記原水に接触した状態で、前記２つの電極対に電力を供給して前記電解用の原水を電気分解する、
   電解水生成方法。
9. 電解用の原水が供給又は貯留される電解槽を準備し、
   前記電解槽内に前記原水を供給又は貯留し、
   前記電解槽の内部に、陽極及び陰極からなる電極対を、該陽極と該陰極が隔膜を挟んで配置されるように複数設置し、
   前記複数の電極対が前記原水に接触した状態で、前記複数の電極対に電力を供給して前記電解用の原水を電気分解する、
   電解水生成方法。
10. 前記複数の電極対の隔膜によって、前記電解槽を、少なくとも３つの領域に区画し、
    前記少なくとも３つの領域のうちの少なくとも１つの領域内に、前記複数の電極対のうちの一の電極対の陽極と、前記複数の電極対のうちの他の電極対の陰極とを対向配置させるように、前記複数の電極対を設置する、
    請求項９記載の電解水生成方法。
11. 前記複数の電極対のうちの一の電極対の陽極と、前記複数の電極対のうちの他の電極対の陰極とが対向配置される前記少なくとも１つの領域内において、所望のｐＨを有する電解水が生成されるように、前記一の電極対の陽極側の反応と、前記他の電極対の陰極側の反応を制御する、
    請求項１０記載の電解水生成装置。
12. 前記複数の電極対の各電極対の陽極と陰極との距離を調節する、
    請求項９記載の電解水生成装置。
13. 前記複数の電極対のそれぞれに、同じ電力若しくは電圧、又は、異なる電力若しくは電圧を印加する、
    請求項９記載の電解水生成装置。