JP2013138981A

JP2013138981A - イオン水生成装置

Info

Publication number: JP2013138981A
Application number: JP2011290219A
Authority: JP
Inventors: Kenkichi Kagawa; 謙吉香川; Masaya Nishimura; 政弥西村
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2011-12-29
Filing date: 2011-12-29
Publication date: 2013-07-18

Abstract

【課題】水の電気分解でイオン水を生成するイオン水生成装置において、電解槽内における細菌の繁殖を抑制する。
【解決手段】電解槽（20）に電極ユニット部（1）と超音波発生部（94）とを設ける。電極ユニット部（1）は電源部（4）から電極対（2,3）へ電圧を印加することにより、電解槽（20）の水中に電気分解を起して電極対（2,3）間に放電場を含む電流経路を形成すると共に、放電場で生起した放電によって水酸ラジカルを発生するように構成されている。超音波発生部（94）は、超音波を水中に照射することにより、該水中に生成した水酸ラジカルが変化して生成される過酸化水素を水酸ラジカルに変換する。
【選択図】図１

Description

本発明は、イオン水生成装置に関し、特にイオン水生成装置の電解槽内における細菌の繁殖を抑制するイオン水生成装置に関する。

従来より、水の電気分解を利用してイオン水を生成するイオン水生成装置が知られている。イオン水生成装置には、特許文献１に示すような、電解槽内の微生物の繁殖を防止する構成を持つイオン水生成装置が知られている。

特許文献１に示されるイオン水生成装置は、電解槽と接続される吸気管を有している。この吸気管を通じて電解槽内に外部空気が吸入されることにより、該電解槽で生成されたイオン水が外部へと排出される。特許文献１においては、吸気管に空気を濾過するフィルタが取り付けられている。このフィルタにより、電解槽内に流入される空気に含まれる細菌が除去されて、電解槽内への細菌の流入が抑制される。その結果、電解槽内における微生物の繁殖が防止される。

特開２００７−１３６３９１号公報

しかしながら、電解槽内に流入される空気を浄化できたとしても、電解槽に供給される水道水は、該水道水の水質基準で所定数以下の一般細菌が許容される。このため、場合によっては、電解槽内に一般細菌が混入してしまうことがある。一方、電解槽内においては、上述したように電気分解が行われて、電解槽内における水道水の残留塩素が分解して減少する。この残留塩素の減少によって、電解槽内で一般細菌が繁殖してしまうという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑み、その目的は、水の電気分解でイオン水を生成するイオン水生成装置において、電解槽内における細菌の繁殖を抑制することにある。

第１の発明は、電解槽（20）と、上記電解槽（20）に位置する電極対（2,3,64,64a,64b,65,65a,65b）と該電極対（2,3,64,64a,64b,65,65a,65b）に電気的に接続された電源部（4,70,70a,70,70c）とを有する電極ユニット部（1）と、超音波発生部（94）とを備え、電極ユニット部（1）は、電源部（4,70,70a,70,70c）から電極対（2,3,64,64a,64b,65,65a,65b）へ電圧を印加することにより、電解槽（20）の水中に電気分解を起こして電極対（2,3,64,64a,64b,65,65a,65b）間に放電場が介在した電流経路を形成すると共に、放電場で生起した放電によって水酸ラジカルを発生するように構成され、超音波発生部（94）は、超音波を水中に照射することにより、該水中に生成した水酸ラジカルが変化して生成される過酸化水素を水酸ラジカルに変換する。

第１の発明では、電解槽（20）の水中に電極対（2,3,64,64a,64b,65,65a,65b）が配置されている。この電極対（2,3,64,64a,64b,65,65a,65b）に直流電圧が印加された場合には、水の電気分解が生じると共に電極対（2,3）間には放電場が介在した電流経路が形成される。この水の電気分解により、電解槽（20）内でイオン水（酸性水及びアルカリ水）が生成される。尚、この生成時に水（水道水）中に含まれる残留塩素が減少する。

また、この電流経路内の放電場では放電が生起している。この放電によって、電解槽（20）内に過酸化水素が生成して電解槽（20）内に拡散する。これにより、電解槽（20）内の水が殺菌及び浄化される。また、放電によって、電解槽（20）内に水酸ラジカル等の活性種も生成する。この活性種によって電解槽（20）内の水に含まれる有害物質（例えば硫黄系化合物）が酸化分解されて除去される。その上、水中に照射された超音波によって、水中に生成した水酸ラジカルが変化して生成される過酸化水素が水酸ラジカルに変換されるため、殺菌能力がさらに向上する。

第２の発明は、第１の発明において、電解槽（20）内を第１室（12）及び第２室（13）に区画する導電性の区画部材（11）を備え、電極対（2,3）のうち、電源部（4）の正極側に接続された電極が第１室（12）に配置され、電源部（4）の負極側に接続された電極が第２室（13）に配置されている。

第２の発明では、電解槽（20）内が第１室（12）と第２室（13）に区画されている。これにより、電極対（2,3）に対する直流電圧の印加が止まった場合に、電源部（4）の正極側における電極の近傍で生成していた酸性水が第１室（12）内で拡散し、電源部（4）の負極側における電極の近傍で生成していたアルカリ水が第２室（13）内で拡散するようになる。つまり、電極対（2,3）に対する直流電圧の印加が止まっても、酸性水とアルカリ水とが混じり合って中和することがない。尚、区画部材（11）は導電性であるため、この区画部材（11）を通じて、電解槽（20）の水中に放電場が介在した電流経路が形成される。

第３の発明は、第２の発明において、導電性の区画部材（11）には、該区画部材（11）を貫通して第１室（12）及び第２室（13）を連通する貫通孔部（14）が設けられている。

第３の発明では、放電によって、電源部（4）の正極側における電極の近傍で発生した過酸化水素が、区画部材（11）の貫通孔部（14）を通じて、第１室（12）から第２室（13）へ拡散するようになる。

第４の発明は、第１の発明において、電解槽（20）内を第１室（12）及び第２室（13）に区画する絶縁性の区画部材（15）を備え、区画部材（15）には、該区画部材（15）を貫通して第１室（12）及び第２室（13）を連通する貫通孔部（16）が設けられる一方、電極対（2,3）のうち、電源部（4）の正極側に接続された電極が第１室（12）に配置され、電源部（4）の負極側に接続された電極が第２室（13）に配置されている。

第４の発明では、区画部材（15）が絶縁部材であることから、この電極対（2,3）に直流電圧が印加されると、この区画部材（15）の貫通孔部（16）を介して、電極対（2,3）間に放電場が介在した電流経路が形成される。つまり、この貫通孔部（16）は、第３の発明とは違い、第１室（12）で発生した過酸化水素を第２室（13）へ拡散させるだけでなく、第１室（12）から第２室（13）へ電気を流すことを可能にする。

第５の発明は、第１の発明において、電解槽（20）内を第１室（12）及び第２室（13）に区画するイオン透過性の隔膜（17）と、第１室（12）の水から酸性水を生成し、且つ第２室（13）の水からアルカリ水を生成する電気分解ユニット部（30）とを備え、放電部（62）の電極対（64,64a,64b,65,65a,65b）は、第１室（12）及び第２室（13）の少なくとも一方に配置されている。

第５の発明では、電気分解ユニット部（30）により、電解槽（20）の第１室（12）に酸性水が生成され、且つ第２室（13）にアルカリ水が生成される。また、第１室（12）の酸性水及び第２室（13）のアルカリ水は、電極ユニット部（1）で発生する過酸化水素によって殺菌及び浄化される。

第６の発明は、第１又は第５の発明において、電極対（2,3,64,64a,64b,65,65a,65b）に印加する電圧のオン又はオフを制御する第１制御部（41）と、超音波発生部（94）の動作を制御する第２制御部（45）とをさらに備え、第１制御部（41）及び第２制御部（45）は、電解槽（20）の水中に含まれる過酸化水素の濃度が所定の上限値を超えないように、電極対（2,3,64,64a,64b,65,65a,65b）に印加する電圧のオン又はオフ及び超音波発生部（94）の動作をそれぞれ制御する。

第７の発明は、第６の発明において、電解槽（20）の水中に含まれる過酸化水素の濃度をモニタするセンサ（47）をさらに備え、第１制御部（41）は、センサ（47）によるモニタ結果に応じて電極対（2,3,64,64a,64b,65,65a,65b）に印加する電圧のオン又はオフを制御し、第２制御部（45）は、センサ（47）によるモニタ結果に応じて超音波発生部（94）の動作を制御する。

第８の発明は、第７の発明において、少なくとも水中の過酸化水素の濃度が上限値を越えた場合には、第１制御部（41）が電極対（2,3,64,64a,64b,65,65a,65b）に印加する電圧をオフにして放電を停止させると共に、第２制御部（45）が超音波発生部（94）を動作させる。

第９の発明は、第６乃至第８の発明のいずれか１つにおいて、第２制御部（45）は、電解槽（20）の水中に含まれる過酸化水素の濃度が上限値よりも低い所定の下限値を超える期間に、超音波発生部（94）をオン状態にする。

第１０の発明は、第１又は第５の発明において、電極対（2,3,64,64a,64b,65,65a,65b）に印加する電圧のオン又はオフの制御、及び超音波発生部（94）の動作の制御を行う制御部をさらに備え、制御部は、電解槽（20）の水中に含まれる過酸化水素の濃度が所定の上限値を超えないように、電極対（2,3,64,64a,64b,65,65a,65b）に印加する電圧のオン又はオフ、及び超音波発生部（94）の動作を制御する。

第１１の発明は、第１０の発明において、制御部は、電解槽（20）の水中に含まれる過酸化水素の濃度が所定の上限値を超えた場合には、電極対（2,3,64,64a,64b,65,65a,65b）に印加する電圧をオフにして放電を停止させる一方、水中に含まれる過酸化水素の濃度が上限値よりも低い所定の下限値を超える期間に、超音波発生部（94）をオン状態にする。

第１２の発明は、第１及び第６乃至第１１の発明のいずれか１つにおいて、電解槽（20）の水中に泡を吐出する吐出手段（119）と、吐出手段（119）に気体を送る送出手段（99）とをさらに備え、電極対（64,65）は、板状であって、互いに対向するように配置されており、電源部（4）は電極対（64,65）にパルス電圧を印加し、吐出手段（119）は、電極対（64,65）の間であって、電解槽（20）の底部に配置されている。

本発明によれば、電極ユニット部（1）により、電解槽（20）の水中で電気分解が生じ、電極対（2,3,64,64a,64b,65,65a,65b）間に放電場が介在した電流経路が形成される。この水の電気分解によってイオン水が生成されると共に電解槽（20）内の水に含まれる残留塩素が減少する。また、放電場で生起した放電によって水酸ラジカルが生成され、超音波の照射によって、水酸ラジカルが変化して生成された過酸化水素を水酸ラジカルに変換させることができる。

これにより、電解槽（20）内の残留塩素が減少したとしても、過酸化水素及び活性種によって電解槽（20）内の水を殺菌及び浄化することができ、電解槽（20）内における細菌の繁殖を抑制することができる。

第２の発明によれば、電極対（2,3）に対する直流電圧の印加が止まっても、電解槽（20）内の酸性水及びアルカリ水が混り合わないようにすることができる。ここで、仮に、電解槽（20）に区画部材（11）が設けられていない場合には、電極対（2,3）に対する直流電圧の印加が止まると、電解槽（20）内の酸性水及びアルカリ水が混じり合って中和してしまう。この場合には、電極対（2,3）に対する直流電圧の再印加によって、この中和した水を再び電気分解しなければならず、電極ユニット部（1）の電力を無駄に消費してしまう。

また、第２の発明によれば、電解槽（20）内の酸性水及びアルカリ水が混り合わないので、電極対（2,3）に対する直流電圧の再印加の必要がなく、電極ユニット部（1）の省電力化を図ることができる。

また、第３の発明によれば、区画部材（11）の貫通孔部（14）を通じて、放電によって発生した水酸ラジカル及び過酸化水素、並びに超音波の照射によって生成された水酸ラジカルを第１室（12）から第２室（13）へ拡散させることができる。これにより、第１室（12）の酸性水だけでなく、第２室（13）のアルカリ水も過酸化水素で殺菌及び浄化することができる。

また、第４の発明によれば、絶縁性の区画部材（15）で電解槽（20）内を区画した場合であっても、電極対（2,3）間に放電場が介在した電流経路を形成することができる。

また、第５の発明によれば、電気分解ユニット部（30）により、電解槽（20）の第１室（12）に酸性水が生成され、且つ第２室（13）にアルカリ水が生成される。第１室（12）の酸性水及び第２室（13）のアルカリ水は、電極ユニット部（1）で発生する過酸化水素及び超音波の照射によって過酸化水素から生成される水酸ラジカルによって殺菌及び浄化される。これにより、電解槽（20）内における細菌の繁殖を抑制することができる。

第６の発明によれば、イオン水生成装置から外部へと供給される水中の過酸化水素の濃度が上限値以下に抑えられるため、過酸化水素を除去するための処理が容易となる。

第７の発明によれば、第１制御部（41）及び第２制御部（45）が、電解槽（20）の水中の過酸化水素濃度に応じて放電の制御及び超音波照射の制御をそれぞれ行うため、水中の過酸化水素濃度が所望の範囲内になるよう制御しながら、浄化処理を行うことができる。

第８の発明によれば、水中の過酸化水素の濃度が上限値を超えた場合に、放電を停止させて過酸化水素の生成を停止させるため、水中の過酸化水素濃度を上限値以下にすることができ、生成されたイオン水から過酸化水素の除去が容易となる。

第９の発明によれば、水中の過酸化水素濃度を下限値以上に制御することができるため、超音波を照射した場合に水酸ラジカルを効率良く発生させることが可能となる。

第１０の発明によれば、水中の過酸化水素の濃度が上限値を超えないように制御部によって制御されるため、過酸化水素を除去するための処理が容易となる。

第１１の発明によれば、水中の過酸化水素濃度を下限値以上に制御することができるため、超音波を照射した場合に水酸ラジカルを効率良く発生させることが可能となる。

第１２の発明によれば、電極対（64,65）にパルス電圧を印加する場合であっても放電を生起させることができるので、水中で水酸ラジカルを効率的に発生させ、超音波照射と組み合わせることにより、浄化効果をより一層高めることができる。

図１は本発明の実施形態１に係るイオン水生成装置の概略を示す断面図である。図２は本発明の実施形態１に係る放電電極を収容する絶縁ケーシングを示す斜視図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）は超音波発生部の具体例を示す拡大断面図である。図４は本発明の実施形態１に係るイオン水生成装置の概略を示し、電極ユニット部が放電を開始して気泡が形成された状態を示す断面図である。図５は本発明の実施形態１の変形例１に係るイオン水生成装置の概略を示す断面図である。図６は本発明の実施形態１の変形例２に係るイオン水生成装置の概略を示す断面図である。図７は本発明の実施形態２に係るイオン水生成装置の概略を示す断面図である。図８は本発明の実施形態２に係るイオン水生成装置を構成する水浄化ユニットの概略を示す断面図である。図９は本発明に係るイオン水生成装置による運転動作の基本サイクルを示す図である。図１０（ａ）は水中の過酸化水素の濃度を用いてフィードバック制御を行う場合の運転制御の一例を示すタイムチャートである。図１０（ｂ）は、水中の過酸化水素の濃度変化の測定値を用いてフィードフォワード制御を行う場合の運転制御の一例を示すタイムチャートである。図１１は本発明の実施形態３に係るイオン水生成装置を構成する水浄化ユニットの概略を示す断面図である。図１２は本発明の実施形態４に係るイオン水生成装置を構成する水浄化ユニットの概略を示す断面図である。図１３は本発明の実施形態５に係るイオン水生成装置を構成する水浄化ユニットの概略を示す断面図である。図１４は他の実施形態に係るイオン水生成装置の概略を示す断面図である。図１５は他の実施形態に係るイオン水生成装置を構成する電極ユニット部の概略を示す断面図である。図１６は他の実施形態に係るイオン水生成装置を構成する電極ユニット部の概略を示し、電極ユニット部が放電を開始して気泡が形成された状態を示す断面図である。

本願発明者らは、水中での放電による細菌の繁殖の抑制効果をさらに検討した結果、水中での放電によって該水中の過酸化水素の濃度が増加すること、及びその際の過酸化水素の濃度は水を電気分解する場合と比べて条件によっては１００倍程度にもなることを実験的に確認した。これは、放電によって生じた水酸ラジカル及び酸素ラジカルが最終的に過酸化水素になったためと考えられる。

さらに、殺菌能力は、過酸素水素よりも水酸ラジカルの方が高いため、水に超音波を照射して、過酸化水素から水酸ラジカルに戻すことにより、水の浄化能力がより高まることを突き止めた。

本願発明者らは、これらのことを考え合わせ、放電と超音波照射とを組み合わせることにより、水酸ラジカルによる効果的且つ継続的に水を浄化することができると共に、水の過酸化水素濃度を所定の範囲に制御することができることに想到した。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

《発明の実施形態１》
本発明の実施形態１を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は実施形態１に係るイオン水生成装置（10）の概略構成を示している。イオン水生成装置（10）は、電解槽（20）と電極ユニット部（1）と超音波発生部（94）とを備えている。

〈電解槽〉
電解槽（20）は、水を貯留する貯水室（21）を有している。この電解槽（20）の上部に給水管（22）が接続されている。この給水管（22）を通じて水道水が必要に応じて貯水室（21）へ供給される。また、電解槽（20）の底部には、第１排水管（23）及び第２排水管（24）が接続されている。

〈電極ユニット部〉
電極ユニット部（1）は、電極対（2,3）と電源部（4）と絶縁ケーシング（5）とを備えている。

−電極対−
電極対（2,3）は、水中で放電を生起するための電極であり、放電電極（2）及び対向電極（3）とからなる。放電電極（2）は、貯水室（21）の吸水管側（左寄り）に配置された絶縁ケーシング（5）の内部に収容されている。放電電極（2）は、板状に形成され、例えばステンレス又は銅等の導電性を有する金属により構成されている。また、絶縁ケーシング（5）の下方には、第１排水管（23）の開口部が設けられている。一方、対向電極（3）は、貯水室（21）の放電電極（2）と対向する面側（右寄り）に配置されている。対向電極（3）は、例えばステンレス又は真鍮等の導電性を有する金属により構成されている。また、対向電極（3）の下方には、第２排水管（24）の開口部が設けられている。

−電源部−
電源部（4）は、電極対（2,3）に所定の直流電圧を印加する直流電源により構成されている。すなわち、電源部（4）は、電極対（2,3）に対して瞬時的に高電圧を繰り返し印加するようなパルス電源ではなく、電極対（2,3）に対して常に数キロボルト程度の直流電圧を印加する直流電源である。電源部（4）の正極側に放電電極（2）が接続され、負極側に対向電極（3）が接続されている。また、電源部（4）の負極側はアースと接続されている。電源部（4）には、電極対（2,3）の放電電力を所定の値に制御する定電力制御部が設けられている（図示せず）。

−絶縁ケーシング−
図１に示すように、絶縁ケーシング（5）は、例えばセラミックス等の絶縁材料により構成されている。絶縁ケーシング（5）は、一の面（右側の面）が開放された容器状のケース本体（6）と、該ケース本体（6）の右側方の開放部を閉塞する板状の蓋部（7）とを有している。

ケース本体（6）は、断面方形状の筒壁部（6a）と、該筒壁部（6a）の左側開口部を閉塞する左側壁部（6b）とを有している。放電電極（2）は、左側壁部（6b）の内面に取り付けられている。絶縁ケーシング（5）においては、蓋部（7）と左側壁部（6b）との間の左右方向の距離が、放電電極（2）の厚さよりも長くなっている。つまり、放電電極（2）と蓋部（7）との間には、所定の間隔が確保されている。これにより、絶縁ケーシング（5）の内部では、放電電極（2）とケース本体（6）と蓋部（7）との間に空間（S）が形成される。

図１及び図２に示すように、絶縁ケーシング（5）の蓋部（7）には、該蓋部（7）を厚さ方向に貫通する１つの開口部（8）が形成されている。この開口部（8）により、放電電極（2）と対向電極（3）との間で電界の形成が許容されている。蓋部（7）の開口部（8）の内径は、０．０２ｍｍ以上且つ０．５ｍｍ以下であることが好ましい。以上のような開口部（8）は、電極対（2,3）の間の電流経路の電流密度を上昇させる電流密度集中部を構成する。

以上のように、絶縁ケーシング（5）は、電極対（2,3）のうちの一方の電極（放電電極（2））のみを内部に収容し、且つ電流密度集中部としての開口部（8）を有する絶縁部材を構成している。加えて、絶縁ケーシング（5）の開口部（8）内では、電流経路の電流密度が上昇することにより、水がジュール熱によって気化して気泡（B）が形成される（図３を参照。）。すなわち、絶縁ケーシング（5）の開口部（8）は、該開口部（8）に気相部としての気泡（B）を形成する気相形成部として機能する。この気泡（B）の内部が放電場となり、この放電場で放電が行われる。

〈超音波発生部〉
超音波発生部（94）は、板状の圧電セラミックス（95）と、厚さ方向の両側から圧電セラミックス（95）を挟むように設けられた一対の金属板（96a,96b）とから構成される。超音波発生部（94）を封入するケース（97）は密閉され、電解槽（20）の底部に配置される。

金属板（96a,96b）には、増幅器（49）によって増幅された超音波波形発生部（48）の出力信号（交流電圧）が供給される。これにより、超音波発生部（94）は任意の周波数の超音波を電解槽（20）の水に照射する。但し、過酸化水素を分解して水酸ラジカルを効率良く発生させるには、超音波の周波数が１００ｋＨｚ以上程度であれば特に好ましい。

尚、超音波発生部（94）は、電解槽（20）の水に超音波を照射できる範囲で任意の位置に設置されていてもよい。例えば、図３（ａ）に示すように、超音波発生部（94）が電解槽（20）の底部外側に設置されていてもよい。超音波発生部（94）が電解槽（20）の底部の外側に設置されている場合は、超音波は電解槽（20）の底部及び壁面を介して水中に伝達される。

また、超音波発生部（94）の構成は、図１に示す例に限られない。例えば、図３（ｂ）に示すように、金属ケース（97a）の上部と金属板（96）とによって板状の圧電セラミックス（95）を挟み、両者の間に交流電圧を供給する構成であってもよい。

−運転動作−
次に、実施形態１のイオン水生成装置（10）の運転動作について説明する。

実施形態１のイオン水生成装置（10）は、給水管（22）を通じて、電解槽（20）の貯水室（21）に水道水が供給される。この水道水が所定量に達し、絶縁ケーシング（5）の内部の空間（S）が浸水した状態（図１を参照）になると、電極ユニット部（1）が作動する。電極ユニット部（1）が作動することにより、電源部（4）から電極対（2,3）へ所定の直流電圧（例えば１ｋＶ）が印加されて、電極対（2,3）の間に電界が形成される。上述したように、放電電極（2）の周囲は、絶縁ケーシング（5）によって覆われている。このため、電極対（2,3）の間での漏れ電流が抑制されると共に、絶縁ケーシング（5）の開口部（8）における電流経路の電流密度が上昇した状態となる。

絶縁ケーシング（5）の開口部（8）における電流密度が上昇すると、開口部（8）内のジュール熱が大きくなる。その結果、絶縁ケーシング（5）においては、開口部（8）の近傍において、水の気化が促進されて気泡（B）が形成される。形成された気泡（B）は、図４に示すように、開口部（8）のほぼ全域を覆う状態となり、対向電極（3）と導通する負極側の水道水と、正極側の放電電極（2）との間に気泡（B）が介在する。従って、この状態では、気泡（B）が、放電電極（2）と対向電極（3）との間での水道水を介した導電を阻止する抵抗として機能する。これにより、放電電極（2）と対向電極（3）との間の漏れ電流が抑制され、電極対（2,3）の間では、所望とする電位差が保たれることになる。すると、気泡（B）内では、絶縁破壊に伴って放電が発生する。

以上のようにして、気泡（B）内で放電が行われると、対向電極（3）の近傍では、次式（１）に示す反応が生じる。この反応により、水素イオン（Ｈ^＋）が消費されて減少する。その結果、水素イオン指数（ｐＨ）が増大して、アルカリ水が生成される。生成したアルカリ水は、電解槽（20）の第２排水管（24）を通じて外部に排出される。

４Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻ → ２Ｈ_２＋４ＯＨ⁻（１）
一方、気泡（B）における気液界面の近傍においては、次式（２）に示す反応が生じる。この反応により、水酸化イオン（ＯＨ⁻）が減少して水素イオン（Ｈ^＋）が増加する。その結果、水素イオン指数が減少して、酸性水が生成される。生成された酸性水は、電解槽（20）の第１排水管（23）を通じて外部に排出される。

２Ｈ_２Ｏ → Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻（２）
気泡（B）における気液界面の近傍においては、水酸ラジカル等の活性種及び過酸化水素等が生成される。水酸ラジカル等の活性種及び過酸化水素は、放電に伴う熱によって貯水室（21）内を対流する。これにより、水中での活性種及び過酸化水素の拡散が促される。また、気泡（B）内で放電が行われると、該放電に伴って、気泡（B）によるイオン風が生成され易くなる。従って、貯水室（21）においては、生成されたイオン風を利用して、活性種及び過酸化水素の拡散効果を更に向上することができる。

さらに、実施形態１においては、超音波発生部（94）を作動させて、水に超音波を照射する。これにより、放電によって生成した水酸ラジカルが変化して生成される過酸化水素が分解されて、再度、水酸ラジカルに変換される。この変換された水酸ラジカルによって、酸性水及びアルカリ水をより効果的に浄化することができる。さらに、過酸化水素の存在下で超音波を継続的に照射することにより、継続的に水酸ラジカルを生成することができるので、強い浄化能力を維持することができる。

以上のようにして、放電電極（2）の近傍においては酸性水が生成され、対向電極（3）の近傍においてはアルカリ水が生成される。また、放電電極（2）の近傍から拡散した水酸ラジカル等の活性種は、酸性水又はアルカリ水に含まれる被処理成分（例えばアンモニア等）を酸化分解して酸性水又はアルカリ水の浄化に利用される。

また、放電電極（2）の近傍から拡散した過酸化水素は、酸性水又はアルカリ水の殺菌に利用される。これにより、実施形態１に係るイオン水生成装置（10）においては、貯水室（21）内の清浄度が保たれる。

尚、超音波振動は、水からは直接に水酸ラジカルを生成しないため、過酸化水素の濃度がある程度高くなった後に、超音波の照射を開始することが好ましい。逆に、放電のみを継続すると、水中の過酸化水素の濃度が高くなり過ぎる場合がある。従って、水中の過酸化水素の濃度をモニタすることにより、放電と超音波の照射とを制御しながら運転することが好ましい。この好ましい制御方法を、後述の実施形態２において説明する。

−実施形態１の効果−
実施形態１によれば、電極ユニット部（1）により、電極対（2,3）の間の水中に放電場が介在した電流経路が形成される。形成された電流経路によって水の電気分解が起こり、放電場で放電が起こる。実施形態１においては、放電場が絶縁ケーシング（5）の開口部（8）に生成される気泡（B）である。放電前の水の電気分解によって電解槽（20）内の水に含まれる残留塩素が減少する一方、放電によって過酸化水素及び活性種が生成される。さらに、過酸化水素が生じた水中への超音波の照射により、過酸化水素から、より殺菌力が高い水酸ラジカルを生成することができる。

これにより、電解槽（20）内の残留塩素が減少したとしても、過酸化水素及び活性種によって電解槽（20）内の水を殺菌及び浄化することができるので、電解槽（20）内における細菌の繁殖を抑制することができる。

−実施形態１の変形例１−
変形例１のイオン水生成装置（10）は、図５に示すように、該イオン水生成装置（10）の貯水室（21）が、該貯水室（21）の内部に設けられた導電性を有する隔壁（区画部材）（11）によって酸性室（第１室）（12）及びアルカリ室（第２室）（13）に区画されている。酸性室（12）には放電電極（2）が配置され、アルカリ室（13）には対向電極（3）が配置される。酸性室（12）には第１排水管（23）が開口し、アルカリ室（13）には第２排水管（24）が開口している。また、酸性室（12）には第１給水管（22a）が開口し、アルカリ室（13）には第２給水管（22b）が開口している。

本変形例１においては、気泡（B）における気液界面の近傍で生成していた酸性水が酸性室（12）内で拡散し、電源部（4）の負極側における電極の近傍で生成していたアルカリ水がアルカリ室（13）内で拡散するようになる。すなわち、電極対（2,3）に対する直流電圧の印加が止まっても、酸性水とアルカリ水とが混じり合って中和することがない。尚、区画部材（11）は導電性であるため、この区画部材（11）を通じて、電解槽（20）の水中に放電場を含む電流経路が形成される。

ここで、実施形態１において、電極対（2,3）に対する直流電圧の印加が止まると、電解槽（20）内の酸性水及びアルカリ水が混じり合って中和してしまう。このような場合には、電極対（2,3）に対する直流電圧の再印加によって、中和した水を再び電気分解しなければならず、電極ユニット部（1）の電力を無駄に消費してしまう。本変形例１によれば、電解槽（20）内の酸性水及びアルカリ水が混り合わないため、電極対（2,3）に対する直流電圧の再印加の必要がなく、電極ユニット部（1）の省電力化を図ることができる。

−実施形態１の変形例２−
変形例２のイオン水生成装置（10）では、図６に示すように、変形例１に係る導電性の隔壁（11）に貫通孔部（14）が形成されている。形成された貫通孔部（14）により、酸性室（12）とアルカリ室（13）とが連通している。

本変形例２においては、放電によって、気泡（B）における気液界面の近傍で発生した過酸化水素が、導電性の隔壁（11）の貫通孔部（14）を通じて、酸性室（12）からアルカリ室（13）へ拡散するようになる。これにより、酸性室（12）の酸性水だけでなく、アルカリ室（13）のアルカリ水も過酸化水素で殺菌及び浄化することができる。

尚、変形例２においては、超音波発生部（94）を酸性室（12）に配置したが、これとは逆に、アルカリ室（13）に配置してもよい。

《発明の実施形態２》
図７は、実施形態２に係るイオン水生成装置（10）の概略構成を示している。実施形態１に係るイオン水生成装置（10）は、電解槽（20）と電気分解ユニット部（30）と水浄化ユニット（60）と制御部（40）とを備えている。

〈電解槽〉
電解槽（20）は、水を貯留する貯水室（21）を有している。貯水室（21）には、該貯水室（21）を酸性室（12）とアルカリ室（13）とに区画するイオン交換膜（17）が設けられている。また、電解槽（20）の上部に第１給水管（22a）及び第２給水管（22b）が接続されている。第１給水管（22a）は酸性室（12）に開口しており、該第１給水管（22a）を通じて酸性室（12）に水道水が供給される。第２給水管（22b）はアルカリ室（13）に開口しており、該第２給水管（22b）を通じてアルカリ室（13）に水道水が供給される。

電解槽（20）の底部には、第１排水管（23）及び第２排水管（24）が接続されている。第１排水管（23）は酸性室（12）に開口しており、この第１排水管（23）を通じて酸性室（12）で生成された酸性水を外部へ排出する。第２排水管（24）はアルカリ室（13）に開口しており、この第２排水管（24）を通じてアルカリ室（13）で生成されたアルカリ水を外部へ排出する。

〈電気分解ユニット部〉
電気分解ユニット部（30）は、電気分解用の電極対（31,32）と電気分解用の電源部（33）とを備えている。電気分解用の電極対（31,32）は、水中で電気分解を起こすために設けられており、陽電極（31）と陰電極（32）とからなる。陽電極（31）は酸性室（12）に配置されている。一方、陰電極（32）は、イオン交換膜（17）を挟んでアルカリ室（13）に配置されている。

電気分解用の電源部（33）は、電気分解用の電極対（31,32）に所定の電圧を印加する。電気分解用の電源部（33）の正極側には陽電極（31）が接続され、負極側には陰電極（32）が接続されている。

〈水浄化ユニット〉
水浄化ユニット（60）の構成について、図８を用いて説明する。

図８に示すように、水浄化ユニット（60）は、電極ユニット部（1）と、電解槽（20）の水中に超音波を照射する超音波発生部（94）とを有している。水浄化ユニット（60）は、電解槽（20）の酸性室（12）及びアルカリ室（13）に１つずつ設けられている。尚、水浄化ユニット（60）は、酸性室（12）及びアルカリ室（13）の少なくとも一方でもよい。

−電極ユニット部−
電極ユニット部（1）は、電極Ａ（64）及び電極Ｂ（65）とからなる電極対（64,65）を有する放電部（62）と、電極対（64,65）と接続され、電圧を印加する高電圧発生部（電源部）（70）と、電極Ａ（64）を内部に収容する絶縁ケーシング（71）とを備えている。

放電部（62）を構成する電極Ａ（64）及び電極Ｂ（65）は、水中で放電を生起する。電極Ａ（64）は、絶縁ケーシング（71）の内部に配置されている。電極Ａ（64）は板状に形成され、高電圧発生部（70）と接続されている。

電極Ｂ（65）は、絶縁ケーシング（71）の外部に配置されている。電極Ｂ（65）は、電極Ａ（64）の上方に設けられている。電極Ｂ（65）は、板状であって、且つ上下に複数の貫通孔（66）を有するメッシュ状又はパンチングメタル状に構成されている。電極Ａ（65）は、電極Ｂ（64）とほぼ平行に配設されている。電極Ｂ（65）は、高電圧発生部（70）と接続されている。これらの電極（64,65）は、耐腐食性が高い導電性の材料により構成されている。

高電圧発生部（70）は、例えば電極対（64,65）に所定の電圧を印加する電源により構成されていてもよい。即ち、高電圧発生部（70）は、電極対（64,65）に対して瞬時的に高電圧を繰り返し印加するようなパルス電源ではなく、電極対（64,65）に対して常に数キロボルトの電圧を印加する電源であってもよい。また、高電圧発生部（70）には、電極対（64,65）の放電電流を一定に制御する定電流制御部が設けられている（図示省略）。

絶縁ケーシング（71）は、電解槽（20）の底部に設置されている。絶縁ケーシング（71）は、例えばセラミックス等の絶縁材料によって構成されている。絶縁ケーシング（71）は、一面（上面）が開放された容器状のケース本体（72）と、該ケース本体（72）の上方の開放部を閉塞する板状の蓋部（73）とを有している。

ケース本体（72）は、角型筒状の側壁部（72a）と、該側壁部（72a）の底面を閉塞する底部（72b）とを有している。電極Ａ（64）は、底部（72b）の上側に敷設されている。絶縁ケーシング（71）では、蓋部（73）と底部（72b）との間の上下方向の距離が、電極Ａ（64）の厚さよりも長くなっている。つまり、電極Ａ（64）と蓋部（73）との間には、所定の間隔が確保されている。これにより、絶縁ケーシング（71）の内部では、電極Ａ（64）とケース本体（72）と蓋部（73）との間に空間が形成される。

また、絶縁ケーシング（71）の蓋部（73）には、該蓋部（73）を厚さ方向に貫通する少なくとも１つの開口部（74）が形成されている。この開口部（74）により、電極Ａ（64）と電極Ｂ（65）との間の電界の形成が許容されている。蓋部（73）の開口部（74）の内径は、０．０２ｍｍ以上且つ０．５ｍｍ以下であることが好ましい。以上のような開口部（74）は、電極対（64,65）の間の電流経路の電流密度を上昇させる電流密度集中部を構成する。

以上のように、絶縁ケーシング（71）は、電極対（64,65）のうちの一方の電極（電極Ａ（64））のみを内部に収容し、且つ電流密度集中部としての開口部（74）を有する絶縁部材を構成している。

加えて、絶縁ケーシング（71）の開口部（74）内では、電流経路の電流密度が上昇することにより、水がジュール熱によって気化して気泡が形成される。つまり、絶縁ケーシング（71）の開口部（74）は、該開口部（74）に気相部としての気泡を形成する気相形成部として機能する。

−超音波発生部−
超音波発生部（94）の具体的な構成は実施形態１に係るイオン水生成装置（10）に設けた超音波発生部（94）と同等である。

尚、実施形態２において、イオン水を連続して生成する場合は、超音波発生部（94）を放電部（62）よりも排水管（23,24）側に配置すると良い。これにより、放電によって生じた過酸化水素から超音波照射により効果的に水酸ラジカルを発生させることができる。また、実施形態２においては、水浄化ユニット（60）を電解槽（20）の底部に配置したが、底部寄りの壁面上に配置してもよい。また、水浄化ユニット（60）を構成する電極ユニット部（1）及び超音波発生部（94）のうち少なくとも電極ユニット部（1）を電解槽（20）の底部寄りの壁面上に配置してもよい。

−制御部−
制御部（40）は、高電圧発生部（70）と接続された放電波形発生部（43）と、放電部（62）の電極対（64,65）に印加する電圧のオン又はオフを制御する制御部(41)と、増幅器（49）を介して超音波発生部（94）に所定の周波数の交流電圧を供給する超音波波形発生部（48）と、該超音波波形発生部（48）を介して超音波発生部（94）の動作を制御する制御部（45）と、電解槽（20）の水中の過酸化水素濃度をモニタするセンサ（47）とを有している。尚、図示しないが、センサ（47）のモニタ結果に基づいて制御部（41,45）を制御する中央演算装置（ＣＰＵ）が設けられていてもよい。

制御部（41,45）による放電部（62）及び超音波発生部（94）に対する制御方法は、後述する。また、いわゆるフィードフォワード制御を行う場合は、センサ（47）は必ずしも設けられなくてもよい。

−運転動作−
次に、実施形態２に係るイオン水生成装置（10）の運転動作について説明する。

図９は、実施形態２に係るイオン水生成装置による運転動作の基本サイクルを示している。図９に示す基本サイクルによると、電解槽（20）に溜められた水は、まず、電気分解ユニット部（30）によって電気分解されて、イオン水が生成される。生成されたイオン水は、電極対（64,65）の間に生起される放電によって浄化される。この際に、放電によってイオン水中に水酸ラジカル等の活性種が生成し、有機物等の分解及び殺菌等が行われる（図９中のステップSt1、St2）。水酸ラジカルは、短時間で過酸化水素に変化する（ステップSt3）。

次に、超音波発生部（94）から水中に超音波を伝搬させ、水中の過酸化水素を分解して、水酸ラジカルに変化させる（ステップSt4）。超音波の照射により発生した水酸ラジカルは、再度過酸化水素に変化する。但し、除菌等、水の浄化反応に使われた水酸ラジカルは水に変化するため、放電を停止して超音波照射のみを行った場合には、過酸化水素の濃度は低下して行くことになる。

尚、上記のイオン水の生成は、１回ごとに電解槽（20）の水を全て入れ替える、いわゆるバッチ処理により行ってもよい。また、第１給水管（22a）及び第２給水管（22b）から電解槽（20）への注水と電解槽（20）から第１排水管（23）及び第２排水管（24）への水の流出を連続的に行う連続処理によって生成してもよい。

以下、放電と超音波処理とを組み合わせたイオン水生成装置の運転制御の具体例について説明する。図１０（ａ）は、水中の過酸化水素の濃度を用いてフィードバック制御を行う場合の運転制御の一例を示すタイムチャートである。以下の方法では、水中の過酸化水素はセンサ（47）によって検知される。

まず、実施形態２に係るイオン水生成装置（10）には、第１給水管（22a）及び第２給水管（22b）を通じて、電解槽（20）の貯水室（21）に水道水が供給される。供給された水道水が所定量に達し、電気分解ユニット部（30）及び絶縁ケーシング（71）内の空間が浸水した状態となると、電気分解ユニット部（30）及び電極ユニット部（1）が作動する。

電気分解ユニット部（30）が作動すると、電気分解用の電極対（31,32）に電圧が印加されて、水の電気分解が起こる。これにより、陽電極（31）の近傍で酸性水が生成されると共に、陰電極（32）の近傍でアルカリ水が生成される。

一方、電極ユニット部（1）の作動時には、上述したように、絶縁ケーシング（71）内の空間が浸水した状態となっている。高電圧発生部（70）から電極対（64,65）に所定の電圧（例えば１ｋＶ）が印加されると、開口部（74）の内部の電流密度が上昇する。

この状態から、電極対（64,65）へ更に電圧が継続して印加されると、開口部（74）内の水が気化されて気泡が形成される。この状態では、気泡が開口部（74）のほぼ全域を覆う状態となり、負極側の水と、電極Ａ（64）との間に気泡による抵抗が付与される。これにより、電極Ａ（64）と電極Ｂ（65）との間の電位差が保たれ、気泡で放電が発生する。その結果、酸性室（12）及びアルカリ室（13）においては、水酸ラジカル及び過酸化水素が生成される。尚、この段階では、超音波発生部（94）はオフ状態にしておく。これにより、水が浄化されると共に、水中の過酸化水素の濃度が上昇する。

尚、電極ユニット部（1）において、放電電極（64）の近傍において酸性水が生成され、一方、対向電極（3）の近傍においてアルカリ水が生成される。生成された酸性水とアルカリ水とは中和しやすい。このため、実施形態２に係るイオン水生成装置（10）においては、実質的に酸性水とアルカリ水を生成するのは電気分解ユニット部（30）である。

その後、水中の過酸化水素濃度が、あらかじめ設定された下限値を超えた場合は、制御部（41）は電極対（64,65）への電圧の供給を継続させ、且つ、制御部(45)は、超音波発生部（94）をオン状態として水中に超音波を照射させる。これにより、放電により生成された水酸ラジカルと、過酸化水素から生成された水酸ラジカルとによって水が浄化される。放電によって生成される過酸化水素の量は、超音波によって分解される過酸化水素の量よりも多いため、この期間にも水中の過酸化水素の濃度は上昇する。

次に、水の過酸化水素濃度があらかじめ設定された上限値を超えた場合は、制御部（41）は電極対（64,65）への電圧の供給を停止して、放電を停止させる。一方、制御部（45）は、引き続き超音波発生部（94）をオン状態として水中に超音波を照射させる。これにより、過酸化水素から生成された水酸ラジカルによって水が浄化される。この期間には、超音波によって過酸化水素が分解されるため、水中の過酸化水素の濃度は減少する。

その後、水の過酸化水素濃度が上述の下限値を下回った時点で、制御部（41）は電極対（64,65）への電圧の供給を再開する。これにより、水中の過酸化水素の濃度は再び上昇する。これ以後、同様に超音波照射のみを行う期間と超音波照射と放電とを組み合わせる期間とを繰り返すことにより、水中の過酸化水素濃度を下限値以上、且つ上限値以下の範囲に制御しながら、水を浄化することができる。

−実施形態２の効果−
実施形態２によれば、電気分解ユニット部（30）により、電解槽（20）の酸性室（12）に酸性水が生成されて、アルカリ室（13）にアルカリ水が生成される。酸性室（12）の酸性水及びアルカリ室（13）のアルカリ水は、各電極ユニット部（1）で発生する過酸化水素と、超音波発生部（94）からの超音波による水酸ラジカルとによって殺菌及び浄化される。これにより、電解槽（20）内における細菌の繁殖を抑制することができる。

さらに、実施形態２の制御方法によれば、制御部（41）は、運転の開始後に水の過酸化水素濃度が上限値に達するまでは放電を生起させて水酸ラジカルを発生させ、水を浄化することができる。また、制御部（45）は、水中の過酸化水素濃度が所定の下限値を超える期間に超音波発生部（94）をオン状態にする、言い換えれば、過酸化水素濃度が所定の下限値を下回る期間には超音波発生部（94）をオフ状態にする。つまり、水中に十分な過酸化水素が存在する場合に、超音波によって過酸化水素から水酸ラジカルを発生させるため、水を効果的に浄化することができる。さらに、十分な濃度の過酸化水素の存在下で超音波を継続的に照射することにより、継続的に水酸ラジカルを生成することができるので、強い浄化能力を所定の期間維持することができる。

さらに、上述の方法によれば、電解槽（20）から第１排水管（23）及び第２排水管（24）へと供給される水中の過酸化水素の濃度を上限値以下に抑えることができるため、過酸化水素を除去するための工程を容易にすることができる。

実施形態２に係るイオン水生成装置によれば、上述のように、水中での放電と、水中への超音波照射とを組み合わせることにより、水の過酸化水素濃度を上昇させることなく、浄化能力の向上を図ることが可能となる。

尚、水を連続処理する場合には、超音波発生部（94）を放電部（62）よりも排水管側に配置することにより、放電によって生じた過酸化水素から超音波照射により効果的に水酸ラジカルを発生させることができる。

また、図８においては、電極対（64,65）に印加する電圧のオン又はオフを制御する制御部（41）と、超音波発生部（94）の動作を制御する制御部（45）とを別個に設けたが、１つの制御部で放電部（62）に印加する電圧のオン又はオフと超音波発生部（94）の動作とを制御することもできる。

尚、実施形態２に係るイオン水生成装置（10）においては、放電及び超音波照射によって生じる水酸ラジカルによって、水の浄化処理と同時に電解槽（20）内に繁殖する細菌等を効果的に殺菌することもできる。

−実施形態２の変形例−
以下、実施形態２に係るイオン水生成装置の運転動作の一変形例について説明する。

図１０（ｂ）は、過酸化水素の濃度変化の測定値を用いてフィードフォワード制御を行う場合の運転制御の一例を示すタイムチャートである。

フィードフォワード制御されるイオン水生成装置には、必ずしもセンサ（47）が設けられていなくてもよい。但し、放電のみを行った場合に電解槽（20）の水中の過酸化水素の濃度が０から下限値に達するまでに要する時間Ｔ１、放電と超音波照射とを同時に行った場合に水中の過酸化水素の濃度が下限値から上限値になるまでに要する時間Ｔ２、及び超音波照射のみを行った場合に上限値から下限値に達するのに要する時間Ｔ３を、それぞれあらかじめ測定しておき、それらの測定データを制御部（41,45）の内部又は外部に設けられたメモリ等（図示せず）に保持しておく。制御部（41,45）は、測定データに基づいて以下の制御を行う。また、制御部（41,45）の内部又は外部には、時間をカウントするタイマを設けておく。

本変形例に係る制御方法において、まず、制御部（41）は、電極対(64,65)の間に所定の電圧を印加させ、放電を生起させる。この際、超音波発生部（94）はオフ状態にしておく。これにより、水が浄化されると共に、水中の過酸化水素の濃度が上昇する。

次に、運転開始から時間Ｔ１が経過した時点で、制御部（41）は電極対（64,65）への電圧の供給を継続させ、制御部(45)は、超音波発生部（94）をオン状態にして水中に超音波を照射させる。これにより、放電により生成された水酸ラジカルと、過酸化水素から生成された水酸ラジカルとによって水が浄化される。この期間も水中の過酸化水素の濃度は上昇する。

次に、時間Ｔ２が経過した時点で、制御部（41）は電極対（64,65）への電圧の供給を停止し、放電を停止させる。制御部（45）は、引き続き超音波発生部（94）をオン状態として水中に超音波を照射させる。これにより、過酸化水素から生成された水酸ラジカルによって水が浄化される。この期間に、水中の過酸化水素の濃度は減少する。

次に、さらに時間Ｔ３が経過した時点で、制御部（41）は電極対（64,65）への電圧の供給を再開し、この状態を時間Ｔ２の間だけ継続する。これにより、水中の過酸化水素の濃度は再び上昇する。これ以後、同様に超音波照射のみを行う期間（時間Ｔ３）と超音波照射と放電とを組み合わせる期間（時間Ｔ２）とを繰り返すことにより、水中の過酸化水素濃度を下限値以上且つ上限値以下の範囲に制御しつつ、水を浄化する。

以上の制御方法によっても、水中の過酸化水素の濃度を下限値以上、且つ上限値以下の範囲に制御しながら、水を浄化することができる。尚、これは運転動作の一変形例であって、他の方法によっても水（イオン水）の浄化を行うことができる。

《発明の実施形態３》
図１１は、本発明の実施形態３に係るイオン水生成装置を構成する水浄化ユニット（60）の概略構成を示している。図１１においては、実施形態２に係る水浄化ユニット（60）と同等の構成については、図８と同一の符号を付している。また、制御部（40）は、図１１においては図示を省略しているが、実際には実施形態３に係るイオン水生成装置に設けられている。以下では、主に実施形態２に係る水浄化ユニット（60）と異なる点について説明する。

実施形態３に係る水浄化ユニット（60）は、電解槽（20）の底部寄りに配置された電極対（64a,65a）と、該電極対（64a,65a）と接続された高電圧発生部（電源部）（70a）と、電解槽（20）の底部に設置された超音波発生部（94）とを有している。

電極（64a）は絶縁ケーシング（71a）の内部に収納され、電極（65a）は絶縁ケーシング（71b）の内部に収納されている。電極（64a）及び電極（65a）は、それぞれ板状に形成されている。また、電極（64a）及び電極（65a）は耐腐食性が高い導電性材料により構成されている。高電圧発生部（70a）は、数キロボルト程度の電圧を電極対（64a,65a）に供給する。

絶縁ケーシング（71a,71b）は、例えばセラミックス等の絶縁材料により構成されており、図８に示す絶縁ケーシング（71）と同等の構成を有している。

すなわち、絶縁ケーシング（71a）は、一面（図１１では右側の面）が開放された容器状のケース本体（180a）と、該ケース本体（180a）の開放部を閉塞する板状の蓋部（73a）とを有している。また、絶縁ケーシング（71b）は、一面（図１１では左側の面）が開放された容器状のケース本体（180b）と、該ケース本体（180b）の開放部を閉塞する板状の蓋部（73b）とを有している。

絶縁ケーシング（71a）の蓋部（73a）には、該蓋部（73a）を厚さ方向に貫通する１つの開口部（74a）が形成されている。絶縁ケーシング（71b）の蓋部（73b）にも、該蓋部（73b）を厚さ方向に貫通する１つの開口部（74b）が形成されている。これらの開口部（74a,74b）により、電極（64a）と電極（65a）との間の電界の形成が許容されている。開口部（74a,74b）の内径は、０．０２ｍｍ以上且つ０．５ｍｍ以下であることが好ましい。以上のような開口部（74a,74b）は、電極対（64a,65a）の間の電流経路の電流密度を上昇させる電流密度集中部を構成する。

絶縁ケーシング（71a,71b）は、電解槽（20）内に、蓋部（73a,73b）同士が対向するように設置されている。言い換えれば、一の電極（64a）と他の電極（65a）とは互いに対向するよう配置されている。

絶縁ケーシング（71a,71b）の開口部（74a,74b）内では、電流経路の電流密度が上昇することで、水がジュール熱によって気化して気泡が形成される。つまり、絶縁ケーシング（71a,71b）の開口部（74a,74b）は、該開口部（74a,74b）に気相部としての気泡を形成する気相形成部として機能する。この構成により、電圧が電極対（64a,65a）に供給された場合に電極対（64a,65a）の間の気泡内に放電を生起させることができる。

尚、超音波発生部（94）の具体的な構成は実施形態１に係るイオン水生成装置（10）と同等である。

−実施形態３の効果−
このように、実施形態３に係るイオン水生成装置を、図１０（ａ）又は図１０（ｂ）に示す制御方法によって運転することにより、水中の過酸化水素の濃度を所定の範囲内に保持しながら、電解槽（20）の水を効果的に浄化することができる。

《発明の実施形態４》
図１２は、本発明の実施形態４に係るイオン水生成装置を構成する水浄化ユニット（60）の概略構成を示している。図１２においては、実施形態２に係る水浄化ユニット（60）と同等の構成については、図８と同一の符号を付している。また、制御部（40）は、図１２においては図示を省略しているが、実際には実施形態４に係るイオン水生成装置に設けられている。以下では、主に実施形態２に係る水浄化ユニット（60）と異なる点について説明する。

実施形態４に係る水浄化ユニット（60）は、電解槽（20）の底部寄りに配置された電極対（64,65）と、該電極対（64,65）と接続された高電圧発生部（電源部）（70b）と、電解槽（20）の底部に設置された超音波発生部（94）とを有している。

実施形態４に係る水浄化ユニット（60）においては、電極Ａ（64）及び電極Ａ（65）が高電圧発生部（70b）の正極側及び負極側にそれぞれ接続され、高電圧発生部（70b）から電極対（64,65）に高電圧のパルス電圧が供給される。

また、電極Ａ（64）には、該電極Ａ（64）を囲む絶縁ケーシング(71)は設けられない。電極Ａ（64）及び電極Ｂ（65）は共に板状であり、電解槽（20）内に、互いに対向するように設置される。

さらに、水浄化ユニット（60）には、例えば電解槽（20）の底部等の、少なくとも電極対（64,65）の間であって、該電極対（64,65）よりも低い位置に設けられたノズル（吐出手段）（119）と、該ノズル（119）に空気等の気体を送るエアポンプ（送出手段）（99）とが設けられている。エアポンプ（99）によって電解槽（20）内の気体は、ノズル（119）を介して循環される。但し、エアポンプ（99）によって電解槽（20）に外部から気体を供給してもよい。

超音波発生部（94）の構成は、実施形態１に係るイオン水生成装置（10）と同等である。超音波発生部（94）は、電解槽（20）の底部に設置されていてもよい。尚、電解槽（20）の水に超音波を照射できる限りは、任意の位置に設置可能である。

ノズル（119）からは、少なくとも放電処理を行う期間に、水中へ泡が吐出される。水中に泡が存在する状態で、電極対（64,65）にパルス電圧を供給することにより、泡の内部で放電が生起されて、水酸ラジカルが生成する。

実施形態４に係るイオン水生成装置は、実施形態２に係るイオン水生成装置と基本的に同一の制御方法、すなわち、図１０（ａ）又は図１０（ｂ）に示す制御方法により、放電と超音波照射とを組み合わせたイオン水の浄化が行われる。但し、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示す放電処理の期間には、高電圧発生部（70b）から電極対（64,65）へとパルス電圧が間欠的に供給され、電極対（64,65）の間には放電が間欠的に生起される。

−実施形態４の効果−
実施形態４に係る水浄化ユニット（60）を有するイオン水生成装置の構成及び方法によれば、電極対（64,65）の間にパルス放電を発生させる場合でも効率良く水酸ラジカルを発生させることができるので、超音波照射と組み合わせることにより、水中の過酸化水素の濃度を上昇させることなく、高い浄化能力を発揮することができる。

《発明の実施形態５》
図１３は、本発明の実施形態５に係るイオン水生成装置を構成する水浄化ユニット（60）の概略構成を示している。図１３においては、実施形態２及び実施形態３に係る水浄化ユニット（60）と同等の構成については、図８及び図１１と同一の符号を付している。また、制御部（40）は、図１３においては図示を省略しているが、実際には実施形態５に係るイオン水生成装置に設けられている。以下では、主に実施形態３に係る水浄化ユニット（60）と異なる点について説明する。

実施形態５に係る水浄化ユニット（60）は、電解槽（20）の底部寄りに配置された電極対（64b,65b）と、該電極対（64b,65b）と接続された高電圧発生部（電源部）（70c）と、電解槽（20）の底部に設置された超音波発生部（94）とを有している。

一の電極（64b）と他の電極（65b）とは、それぞれ電解槽（20）の底部寄りに互いに対向するように設置されている。

電極（64b）は、少なくとも１つの導電部（164）と、該導電部（164）を囲む絶縁部（165）とを有している。

同様に、電極（65b）は、少なくとも１つの導電部（166）と、該導電部（166）を囲む絶縁部（167）とを有している。

以上のように、電極（64b）における導電部（164）の露出面、及び電極（65b）における導電部（166）の露出面の面積は共に小さいため、交流電圧を電極対（64b,65b）に供給した場合には、導電部（164,166）の表面で電流密度の集中部が形成される。このため、導電部（164,166）の各表面では水がジュール熱によって気化して泡が形成される。この泡によって、導電部（164,166）の各露出面が覆われた状態で高電圧発生部（70c）からの電圧供給を継続することにより、泡の内部で放電が生起される。

−実施形態５の効果−
実施形態５に係るイオン水生成装置は、図１０（ａ）又は図１０（ｂ）に示す制御方法を用いて運転することにより、イオン水中の過酸化水素の濃度を所定の範囲内に保持しながら、電解槽（20）のイオン水を効果的に浄化することができる。

以上の構成によっても、電極対（64b,65b）の間での放電と超音波照射と組み合わせることにより、水中の過酸化水素の濃度を上昇させることなく、高い浄化能力を発揮することができる。

《他の実施形態》
以下のような構成を採る実施形態であってもよい。

−実施形態１の他の変形例−
実施形態１の変形例２においては、電解槽（20）が導電性の隔壁（11）で区画されていたが、これに限定する必要はなく、図１４に示すように、電解槽（20）が絶縁性の隔壁（区画部材）（15）で区画されていてもよい。この場合にも、実施形態１の変形例２と同様に、隔壁（15）には貫通孔部（16）が設けられる。

この場合には、電解槽（20）の隔壁（15）が絶縁部材であることから、電極ユニット部（1）の電極対（2,3）に直流電圧が印加されると、隔壁（15）の貫通孔部（16）を介して、電極対（2,3）の間に放電場を含む電流経路が形成される。すなわち、貫通孔部（16）は、酸性室（12）で発生した過酸化水素をアルカリ室（13）へ拡散させるだけでなく、酸性室（12）からアルカリ室（13）へ電気を流すことを可能にする。このように、電解槽（20）を絶縁性の隔壁（15）を用いても区画することができる。

また、実施形態１の変形例２においては、電解槽（20）を区画部材（11）として貫通孔部（16）が形成された隔壁（15）を用いていたが、これに限定される必要はなく、例えばイオン交換膜であってもよい。この場合には、イオン交換膜の微細孔が、過酸化水素を酸性室（12）からアルカリ室（13）へ拡散させるための連通孔となる。

−実施形態２の他の変形例−
実施形態２においては、酸性室（12）及びアルカリ室（13）に水浄化ユニット（60）が１つずつ設けられていたが、これに限定される必要はなく、酸性室（12）及びアルカリ室（13）のどちらか一方に水浄化ユニット（60）を配置してもよい。この場合には、電解槽（20）の一方の室の水を殺菌及び浄化することができる。これにより、電極ユニット部（1）を２つ設ける場合と比べて、イオン水生成装置の省エネルギー性を確保することができる。

また、実施形態２に示した水浄化ユニット（60）を構成する電極ユニット部（1）に代えて、図１５に示す電極ユニット（1）を設けてもよい。

図１５に示すように、本実施形態に係る電極ユニット部（1）は、電極部（25）と放電用の電源部（4）とを備えている。

電極部（25）は、電解槽（20）の酸性室（12）及びアルカリ室（13）に１つずつ設けられている。電極部（25）は、電解槽（20）の外部から内部に向かって嵌合される、いわゆるフランジユニット式に構成されている。また、電極部（25）は、図１７に示すように、放電電極（2）と対向電極（3）と絶縁ケーシング（5）とが一体的に組立てられている。

本実施形態の絶縁ケーシング（5）は、大略の外形状が円筒状に形成されている。絶縁ケーシング（5）は、ケース本体（6）と蓋部（7）とを有している。

本実施形態のケース本体（6）は、ガラス質又は樹脂製の絶縁材料で構成されている。ケース本体（6）は、円筒状の基部（6c）と、該基部（6c）から電解槽（20）側に向かって突出する筒状壁部（6d）と、該筒状壁部（6d）の外縁部から更に電解槽（20）側に向かって突出する環状凸部（6e）とを有している。また、ケース本体（6）には、環状凸部（6e）の先端側に先端筒部（6g）が一体に形成されている。基部（6c）の軸心部には、円柱状の挿入口（6f）が軸方向に延びて貫通形成されている。筒状壁部（6d）の内側には、挿入口（6f）と同軸となり、且つ挿入口（6f）よりも大径となる円柱状の空間（S）が形成されている。

実施形態２の蓋部（7）は、ほぼ円板状に形成されて環状凸部（6e）の内側に嵌合している。蓋部（7）は、セラミックス材料により構成されている。蓋部（7）の軸心には、該蓋部（7）を上下に貫通する平面円形状の１つの開口部（8）が形成されている。

放電電極（2）は、軸直角断面が円形状となる縦長の棒状電極により構成されている。放電電極（2）は、ケース本体（6）における基部（6c）の挿入口（6f）に嵌合されている。これにより、放電電極（2）は、絶縁ケーシング（5）の内部に収容される。実施形態２においては、放電電極（2）のうち電解槽（20）とは反対側の端部が、電解槽（20）の外部に露出される状態となる。このため、電解槽（20）の外部に配置される放電用の電源部（4）と、放電電極（2）とを電気配線によって容易に接続することができる。

放電電極（2）のうち電解槽（20）側の端部（2a）は、絶縁ケーシング（5）の内部の空間（S）に臨んでいる。尚、実施形態２においては、放電電極（2）の端部（2a）が、挿入口（6f）の開口面よりも上側（電解槽（20）側）に突出している。但し、放電電極（2）の端部（2a）は、その先端面を挿入口（6f）の開口面とほぼ面一としてもよく、また、端部（2a）を挿入口（6f）の開口面よりも下側に陥没させてもよい。また、放電電極（2）は、実施形態１と同様に、開口部（8）を有する蓋部（7）との間に所定の間隔が確保されている。

対向電極（3）は、円筒状の電極本体（3a）と、該電極本体（3a）から径方向外方へ突出する鍔部（3b）とを有している。電極本体（3a）は、絶縁ケーシング（5）のケース本体（6）に外嵌している。鍔部（3b）は、電解槽（20）の壁部に固定されて電極部（25）を保持する固定部を構成している。電極部（25）が電解槽（20）に固定された状態では、対向電極（3）の電極本体（3a）の一部が浸水された状態となる。

対向電極（3）は、電極本体（3a）よりも小径の内側筒部（3c）と、該内側筒部（3c）と電極本体（3a）との間に亘って形成される連接部（3d）とを有している。内側筒部（3c）及び連接部（3d）は、電解槽（20）内の水中に浸漬している。内側筒部（3c）は、その内部に円柱空間（26）を形成している。内側筒部（3c）の軸方向の一端は、蓋部（7）と当接して該蓋部（7）を保持する保持部を構成している。また、電極本体（3a）と内側筒部（3c）と連接部（3d）の間には、ケース本体（6）の先端筒部（6g）が内嵌している。内側筒部（3c）の軸方向の他端側には、円柱空間（26）を覆うようにメッシュ状の漏電防止材（27）が設けられている。漏電防止材（27）は、対向電極（3）と接触することにより、実質的にアースされている。これにより、漏電防止材（27）は、電解槽（20）の内部の空間（水中）のうち、円柱空間（26）の内側から外側への漏電を防止している。

対向電極（3）は、電極本体（3a）の一部が電解槽（20）の外部に露出される状態となる。このため、対向電極（3）と放電用の電源部（4）とを電気配線によって容易に接続することができる。

次に、本実施形態のイオン水生成装置（10）の運転動作について説明する。

本実施形態に係るイオン水生成装置（10）においては、第１給水管（22a）及び第２給水管（22b）を通じて、電解槽（20）の貯水室（21）に水道水が供給される。供給された水道水が所定量に達し、電気分解ユニット部（30）及び電極部（25）内の空間（S）が浸水した状態となると、電気分解ユニット部（30）及び電極ユニット部（1）が作動する。

一方、電極ユニット部（1）の作動時には、上述したように、電極部（25）の空間（S）が浸水した状態となっている（図８を参照）。電源部（4）から電極対（2,3）に所定の直流電圧（例えば１ｋＶ）が印加されると、開口部（8）の内部の電流密度が上昇する。

図１５に示す状態から、電極対（2,3）へ更に直流電圧が継続して印加されると、開口部（8）内の水が気化されて気泡（B）が形成される（図１６を参照。）。この状態では、気泡（B）が開口部（8）のほぼ全域を覆う状態となり、円柱空間（26）内の負極側の水と、放電電極（2）との間に気泡（B）による抵抗が付与される。これにより、放電電極（2）と対向電極（3）との間の電位差が保たれ、気泡（B）で放電が発生する。その結果、酸性室（12）及びアルカリ室（13）においては、水酸ラジカル及び過酸化水素が生成される。

尚、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物又はその用途の範囲を制限することを意図しない。

本発明は、イオン水生成装置に関し、特にイオン水生成装置の電解槽内における細菌の繁殖を抑制する技術について有用である。

1 電極ユニット部
2 放電電極
2a 端部
3 対向電極
3a 電極本体
3b 鍔部
3c 内側筒部
3d 連接部
4 電源部
5 絶縁ケーシング
6 ケース本体
6a 筒壁部
6b 左側壁部
6c 基部
6d 筒状壁部
6e 環状凸部
6f 挿入口
6g 先端筒部
7 蓋部
8 開口部
10 イオン水生成装置
11 隔壁（区画部材）
12 酸性室（第１室）
13 アルカリ室（第２室）
14 貫通孔部
15 隔壁（区画部材）
16 貫通孔部
17 イオン交換膜（隔膜）
20 電解槽
21 貯水室
22 吸水管
22a 第１給水管
22b 第２給水管
23 第１排水管
24 第２排水管
25 電極部
26 円柱空間
27 漏電防止材
30 電気分解ユニット部
31 陽電極
32 陰電極
33 電源部
40 制御部
41 制御部
43 放電波形発生部
45 制御部
47 センサ
48 超音波波形発生部
49 増幅器
60 水浄化ユニット
62 放電部
64 電極Ａ
64a,64b 電極
65 電極Ｂ
65a,65b 電極
66 貫通孔
70 電源部
70a,70b,70c 高電圧発生部
71,71a,71b 絶縁ケーシング
72 ケース本体
72a 側壁部
72b 底部
73,73a,73b 蓋部
74,74a,74b 開口部
94 超音波発生部
95 圧電セラミック
96,96a,96b 金属板
97 ケース
97a 金属ケース
99 エアポンプ
119 ノズル
164,166 導電部
165,167 絶縁部
180a,180b ケース本体

Claims

電解槽（20）と、
上記電解槽（20）に位置する電極対（2,3,64,64a,64b,65,65a,65b）と該電極対（2,3,64,64a,64b,65,65a,65b）に電気的に接続された電源部（4,70,70a,70,70c）とを有する電極ユニット部（1）と、
超音波発生部（94）とを備え、
上記電極ユニット部（1）は、上記電源部（4,70,70a,70,70c）から上記電極対（2,3,64,64a,64b,65,65a,65b）へ電圧を印加することにより、上記電解槽（20）の水中に電気分解を起こして上記電極対（2,3,64,64a,64b,65,65a,65b）間に放電場が介在した電流経路を形成すると共に、上記放電場で生起した放電によって水酸ラジカルを発生するように構成され、
上記超音波発生部（94）は、超音波を上記水中に照射することにより、該水中に生成した水酸ラジカルが変化して生成される過酸化水素を水酸ラジカルに変換することを特徴とするイオン水生成装置。
請求項１において、
上記電解槽（20）内を第１室（12）及び第２室（13）に区画する導電性の区画部材（11）を備え、
上記電極対（2,3）のうち、上記電源部（4）の正極側に接続された電極が上記第１室（12）に配置され、上記電源部（4）の負極側に接続された電極が上記第２室（13）に配置されていることを特徴とするイオン水生成装置。
請求項２において、
上記導電性の区画部材（11）には、該区画部材（11）を貫通して上記第１室（12）及び上記第２室（13）を連通する貫通孔部（14）が設けられていることを特徴とするイオン水生成装置。
請求項１において、
上記電解槽（20）内を第１室（12）及び第２室（13）に区画する絶縁性の区画部材（15）を備え、
上記区画部材（15）には、該区画部材（15）を貫通して上記第１室（12）及び上記第２室（13）を連通する貫通孔部（16）が設けられる一方、
上記電極対（2,3）のうち、上記電源部（4）の正極側に接続された電極が上記第１室（12）に配置され、上記電源部（4）の負極側に接続された電極が上記第２室（13）に配置されていることを特徴とするイオン水生成装置。
請求項１において、
上記電解槽（20）内を第１室（12）及び第２室（13）に区画するイオン透過性の隔膜（17）と、
上記第１室（12）の水から酸性水を生成し、且つ上記第２室（13）の水からアルカリ水を生成する電気分解ユニット部（30）とを備え、
上記電極ユニット部（1）の電極対（64,64a,64b,65,65a,65b）は、上記第１室（12）及び上記第２室（13）の少なくとも一方に配置されていることを特徴とするイオン水生成装置。
請求項１又は５において、
上記電極対（2,3,64,64a,64b,65,65a,65b）に印加する電圧のオン又はオフを制御する第１制御部（41）と、
上記超音波発生部（94）の動作を制御する第２制御部（45）とをさらに備え、
上記第１制御部（41）及び上記第２制御部（45）は、上記電解槽（20）の上記水中に含まれる過酸化水素の濃度が所定の上限値を超えないように、上記電極対（2,3,64,64a,64b,65,65a,65b）に印加する電圧のオン又はオフ及び上記超音波発生部（94）の動作をそれぞれ制御することを特徴とするイオン水生成装置。
請求項６において、
上記電解槽（20）の上記水中に含まれる過酸化水素の濃度をモニタするセンサ（47）をさらに備え、
上記第１制御部（41）は、上記センサ（47）によるモニタ結果に応じて上記電極対（2,3,64,64a,64b,65,65a,65b）に印加する電圧のオン又はオフを制御し、
上記第２制御部（45）は、上記センサ（47）によるモニタ結果に応じて上記超音波発生部（94）の動作を制御することを特徴とするイオン水生成装置。
請求項７において、
少なくとも上記水中の過酸化水素の濃度が上記上限値を越えた場合には、上記第１制御部（41）が上記電極対（2,3,64,64a,64b,65,65a,65b）に印加する電圧をオフにして上記放電を停止させると共に、上記第２制御部（45）が上記超音波発生部（94）を動作させることを特徴とするイオン水生成装置。
請求項６乃至８のいずれか１つにおいて、
上記第２制御部（45）は、上記電解槽（20）の上記水中に含まれる過酸化水素の濃度が上記上限値よりも低い所定の下限値を超える期間に、上記超音波発生部（94）をオン状態にすることを特徴とするイオン水生成装置。
請求項１又は５において、
上記電極対（2,3,64,64a,64b,65,65a,65b）に印加する電圧のオン又はオフの制御、及び上記超音波発生部（94）の動作の制御を行う制御部をさらに備え、
上記制御部は、上記電解槽（20）の上記水中に含まれる過酸化水素の濃度が所定の上限値を超えないように、上記電極対（2,3,64,64a,64b,65,65a,65b）に印加する電圧のオン又はオフ、及び上記超音波発生部（94）の動作を制御することを特徴とするイオン水生成装置。
請求項１０において、
上記制御部は、上記電解槽（20）の上記水中に含まれる過酸化水素の濃度が所定の上限値を超えた場合には、上記電極対（2,3,64,64a,64b,65,65a,65b）に印加する電圧をオフにして上記放電を停止させる一方、上記水中に含まれる過酸化水素の濃度が上記上限値よりも低い所定の下限値を超える期間に、上記超音波発生部（94）をオン状態にすることを特徴とするイオン水生成装置。
請求項１、及び６乃至１１のいずれか１つにおいて、
上記電解槽（20）の水中に泡を吐出する吐出手段（119）と、
上記吐出手段（119）に気体を送る送出手段（99）とをさらに備え、
上記電極対（64,65）は、板状であって、互いに対向するように配置されており、
上記電源部（4）は、上記電極対（64,65）にパルス電圧を印加し、
上記吐出手段（119）は、上記電極対（64,65）の間であって、上記電解槽（20）の底部に配置されていることを特徴とするイオン水生成装置。