JP2015226887A - 電解水生成システム及び電解水生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】塩酸の混合を防止し、ｐＨのばらつきを抑制することができる電解水生成システム及び電解水生成方法を提供する。【解決手段】本発明に係る電解水生成システムは、陽極及び陰極を有し、当該陽極と陰極との間に隔膜が設けられていない電解槽と、電解槽に塩酸を含む電解液を供給する供給管と、電解槽において電解処理により生成された電解生成物を、当該電解槽から排出する第１排出管と、第１排出管の先端部に取付けられ、気体と液体の混合物のうち、気体のみを通過させるように構成され、前記電解生成物に含有される塩酸を通過させず、前記電解生成物に含有される気体成分を排出可能な塩酸除去部と、前記塩酸除去部から前記気体成分を排出する第２排出管と、生成気体を被処理水に混合し、酸性電解水を生成する混合部と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、電解水生成システム及び電解水生成方法に関する。

近年、衛生上の観点から殺菌を目的とした、種々の電解水の生成方法が提案されている。例えば、特許文献１では、陰極と陽極とが収容された電解槽に、塩酸を含む電解水を供給し、電解処理により酸性の電解水を生成する装置が提案されている。この装置は、陽極と陰極との間に隔膜を有しない、いわゆる一室型の電解槽を採用したものであり、塩酸、塩素などが電解処理液として排出される。また、特許文献１のように、電解処理液を直接殺菌水として利用するほか、電解槽から排出された電解処理液を，水道水などに混合して電解水を生成する方法も提案されている。

特開平１０−１２８３３６号公報

しかしながら、電解処理液を水道水に混合する場合には、次のような問題がある。すなわち、上記のような一室型の電解槽からは、電解水の生成に必要な塩素のほか、塩酸も排出される。したがって、水道水には塩酸が混合されるため、生成される電解水のｐＨがばらつき、所望のｐＨの電解水を得るのが困難であるという問題があった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、塩酸の混合を防止し、ｐＨのばらつきを抑制することができる電解水生成システム及び電解水生成方法を提供することを目的とする。

本発明に係る電解水生成システムは、陽極及び陰極を有し、当該陽極と陰極との間に隔膜が設けられていない電解槽と、前記電解槽に塩酸を含む電解液を供給する供給管と、前記電解槽において電解処理により生成された電解生成物を、当該電解槽から排出する第１排出管と、前記第１排出管の先端部に取付けられ、気体と液体の混合物のうち、気体のみを通過させるように構成され、前記電解生成物に含有される塩酸を通過させず、前記電解生成物に含有される気体成分を排出可能な塩酸除去部と、前記塩酸除去部から前記気体成分を排出する第２排出管と、前記気体成分を被処理水に混合し、酸性電解水を生成する混合部と、を備えている。

この構成によれば、電解槽で生成された電解生成物が塩酸除去部に送られた後、塩酸を除去するように構成されている。そして、電解生成物から塩酸が除去された生成気体が、混合部において被処理水と混合されることにより、酸性電解液が生成される。ここで、本発明のような一室型の電解槽では、電解処理により、例えば、塩酸のほか、例えば、塩素及び水素などを含有した電解生成物が生成されるため、これが第１排出管を介して塩酸除去部に送られる。そして、塩酸除去部では、電解生成物に含有される液体である塩酸が貯留されるため、その他の気体成分は第２排出管から排出される。したがって、混合部において塩酸が被処理水に混合されるのを防止することができる。その結果、生成された酸性電解水のｐＨのばらつきを抑制することができる

上記塩酸除去部は、種々の構成にすることができるが、例えば、前記第１排出管の断面積よりも大きい内部空間を有する収容体を備え、前記第２排出管を、前記内部空間の上部に連結したものとすることができる。この構成によれば、電解生成物が収容体の内部空間に入ると、液体である塩酸が内部空間の下部に貯留され、その他の気体成分は、内部空間の上部に連結された第２排出管から排出される。したがって、混合部において塩酸が被処理水に混合されるのを確実に防止することができる。

上記電解水生成システムにおいて、前記第１排出管は、前記収容体の内部空間の下部に連結することができる。これにより、内部空間の下部に電解生成物の塩酸が溜まりやすくなり、電解生成物に含まれた気体成分は、泡として内部空間の上部に上がり、第２排出管から排出される。したがって、電解生成物から塩酸を分離しやすくなる。

上記電解水生成システムにおいては、前記収容体の内部空間における塩酸の貯留部分または前記第１排出管と、前記電解槽とを連通し、前記塩酸を前記電解槽に返送する返送管をさらに備えることができる。

このようにすると、塩酸除去部の内部空間に貯留された塩酸または第１排出管にある電解槽に戻すことができるため、この塩酸を電解槽における電解処理に再度用いることができる。したがって、塩酸の効率的な利用が可能となる。

本発明に係る電解水生成方法は、陽極及び陰極を有し、当該陽極と陰極との間に隔膜が設けられていない電解槽に、塩酸を含有する電解液を供給するステップと、前記電解槽において、電解処理を行い、電解生成物を生成するステップと、前記電解生成水を前記電解槽から排出するステップと、前記電解生成物を、気体と液体の混合物のうち、気体のみを通過させるように構成された塩酸除去部に供給するステップと、前記塩酸除去部において、前記電解生成物に含有される塩酸を通過させず、前記電解生成物に含有される気体成分を排出するステップと、前記気体成分を被処理水に混合し、酸性電解水を生成するステップと、を備えている。

本発明によれば、塩酸の混合を防止し、ｐＨのばらつきを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る電解水生成システムの概略構成図である。 図１の電解槽の分解図である。 図２の電解槽の断面図である。 図１の電解水生成システムの他の例を示す概略構成図である。

＜１．電解水生成システムの概要＞
以下、本発明に係る電解水生成システムの一実施形態について図面を参照しつつ説明する。

まず、この電解水生成システムの概略構成について、図面を参照しつつ説明する。図１はこの電解水生成システムの概略構成図である。同図に示すように、このシステムは、電極を含む電解槽１を備えている。この電解槽１には、塩酸を含む電解液が供給管２により供給され、この電解液を電解槽１で電解処理することで、塩酸、塩素、及び水素を含有する電解生成物が生成される。そして、この電解生成物は、電解槽１に接続された第１排出管３により外部に排出される。第１排出管３は、塩酸除去部４に接続され、この塩酸除去部４を通過し、電解生成物から抽出された塩素及び水素が第２排出管５を介して、水エジェクタ６に供給される。また、水エジェクタ６には、水道水が供給され、第２排出管５から供給された塩素及び水素が混合されることで、酸性電解水が生成され、水エジェクタ６から排出される。以下、このシステムを構成する各部材について、詳細に説明する。

はじめに、電解槽１について説明する。図２は電解槽の分解図、図３は電解槽の断面図である。図２及び図３に示すように、この電解槽１は、第１及び第２支持ブロック１１，１２を備えており、これらが組み合わされることで形成された内部空間１３に、電極及び電解液が収容される。より詳細には、以下の通りである。

第１支持ブロック１１は、正方形状に形成された一対の面が対向する直方体状に形成されている。以下では、一方の正方形状の面のうち、第２支持ブロック１２と対向する面を内面１１１、それとは反対側の面を外面１１２と称することとする。また、この名称は、第２支持ブロック１２においても同じである。第１支持ブロック１１と第２支持ブロック１２とは概ね同様の構成であるため、以下では、第１支持ブロック１１について、詳細に説明し、第２支持ブロック１２については、相違点のみ説明する。

第１支持ブロック１１の内面１１１には、円形の第１凹部１１３が形成されており、この第１凹部１１３の底面にさらに矩形状の第２凹部１１４が形成されている。また、第１凹部１１３の底面、及び第２凹部１１４の底面には、第１貫通孔１１５，及び第２貫通孔１１６がそれぞれ形成されており、内面１１１側と外面１１２側とを連通するようになっている。なお、第１貫通孔１１５は、第２凹部１１４の下側に形成されている。

また、第１凹部１１３の外周縁には、円形の溝１１７が形成されており、この溝１１７にＯリング１９が配置される。第２凹部１１４には、板状の陽極１４が嵌め込まれ、この陽極１４には外面から第２貫通孔１１６に挿入された導線１４１が接続されている。そして、第２凹部１１４に嵌め込まれる陽極１４の表面、つまり第２支持ブロック１２を向く面は、第１支持ブロック１１の内面１１１よりも深い位置にある。また、第１貫通孔１１５には、上述した供給管２が連結されている。

第２支持ブロック１２も第１支持ブロック１１と同様に形成されており、相違点は、以下の通りである。まず、第２支持ブロック１２の第１凹部１２３には、第２凹部１２４の上側に第１排出管３が連結される第１貫通孔１２５が形成されている。また、第２凹部１２４には、板状の陰極１５が収容され、この陰極１５には外面１２２から第２貫通孔１２６に挿入された導線１５１が接続されている。また、第１支持ブロック１１と同様に、第２凹部１２４に嵌め込まれる陰極１５の表面、つまり第１支持ブロック１１を向く面は、第２支持ブロック１２の内面１２１よりも深い位置にある。

以上のように構成された第１及び第２支持ブロック１１，１２は、内面１１１，１２１同士が接触するように配置され、第１凹部１１３，１２３の外側に形成された複数の第３貫通孔１１８，１２８に挿通されるボルト１７とナット１６によって互いに固定される。そして、図３に示すように、各支持ブロック１１，１２に形成された第１凹部１１３，１２３が組み合わされることで、電解槽１に内部空間１３が形成される。このとき、各第１凹部１１３，１２３の外周に形成された溝１１７，１２７に、上述したガスケット１９が配置されるため、このガスケット１９により、内部空間１３は液密に保持される。また、上述したように、陽極１４及び陰極１５の表面は、それぞれ、第１支持ブロック１１及び第２支持ブロック１２の内面よりも深い位置にあるため、内部空間１３においては、陽極１４と陰極１５との間には隙間が形成される。そして、第１支持ブロック１１の第１貫通孔１１５に連結された供給管２からは、内部空間１３に電解液が供給される。一方、第２支持ブロック１２の第１貫通孔１２５に連結された第１排出管３からは、内部空間１３で生成された電解生成物が排出される。

なお、電極１４，１５を構成する材料は、特には限定されず、公知の材料が用いられる。こうして、上記電解槽１は、いわゆる一室型の電解槽として電解処理に用いられる。

次に、塩酸除去部４について説明する。塩酸除去部４は、内部空間４１１を有する直方体状の容器（収容体）４１を備えており、この容器４１の下面に上述した第１排出管３が連結され、容器４１の内部空間４１１に電解槽１から排出された電解生成物が供給される。一方、容器４１の上面には、上述した第２排出管５が連結されており、内部空間４１１に連通している。

内部空間４１１は、第１排出管３の断面積よりも大きい断面積を有するものであり、後述するように、塩酸が貯留するスペースを有している。なお、内部空間４１１の断面積とは、内部空間４１１の平面視の断面積であり、図１に示すように、第１排出管３が連結されている部分における断面積であるほか、例えば、内部空間が漏斗状に形成される場合のように、いずれかの部分で平面視の断面積が第１排出管３よりも大きければよい。

次に、水エジェクタ６について説明する。水エジェクタ６は、公知のものを用いることができ、高圧の液体を供給することで、低圧の気体を吸引し、液体が混合された気体を排出するものである。図１に示すように、本実施形態に係る水エジェクタ６は、水道水が通過する主管６１と、この主管６１の外周面に対し垂直に連結された連結管６２とを備えている。そして、主管６１の一端部の供給孔６１１から水道水が高圧で供給されるとともに、連結管６２には、上述した第２排出管５が連結されている。

＜２．電解水生成システムの動作＞
次に、上記のように構成されたシステムの動作について説明する。まず、陽極１４及び陰極１５に通電する。続いて、供給管２から電解槽１へ電解液を供給する。ここで用いられる電解液は、例えば、２〜６％の濃度の希塩酸とすることができる。

こうして、電解液が電解槽１に供給されると、電解槽１の内部空間１３において電解処理が行われる。具体的には、陽極１４及び陰極１５において以下の反応が生じ、塩酸、塩素、及び水素を含む電解生成物が生成される。なお、塩素は次亜塩素酸が水中で分解することで発生する。
２ＨＣｌ＋Ｈ₂Ｏ → ＨＣｌＯ＋ＨＣｌ＋Ｈ₂

こうして、生成された電解生成物は、第２支持ブロック１２の第１貫通孔１２５から第１排出管３へ排出され、塩酸除去部４へ供給される。そして、塩酸除去部４の容器４１内には、下方から、液体である塩酸、気体である塩素及び水素が供給される。このとき、液体である塩酸は、容器４１の下部に貯まっていく。そして、この容器４１内に貯留されている間は、容器４１の上方に連結された第２排出管５側へは排出されない。一方、気体成分である塩素と水素は、塩酸を通過して容器４１の上部から第２排出管５へと排出される。したがって、この塩酸除去部４においては、電解生成物から塩酸が除去され、塩素と水素が第２排出管５へ排出される。

こうして、塩素が除去された後の塩素と水素を含有する気体（気体成分）は、第２排出管５を通じてエジェクタ６に供給される。ここで、エジェクタ６の主管６１には水道水が圧送されているため、主管６１には連結管６２から塩素と水素が吸引され、水道水に混合される。そして、塩素と水素が混合された水道水は、酸性電解水としてエジェクタの主管６１の排出孔６１２から排出される。

＜３．特徴＞
以上のように、本実施形態によれば、塩酸除去部４には、電解槽１から排出された電解生成物のうち、液体である塩酸が貯まるため、容器４１の上部に連結された第２排出管５へは塩酸は排出されない。そのため、第２排出管５へは気体である塩素と水素が排出され、これらの気体がエジェクタ６において水道水と混合される。したがって、エジェクタ６において塩酸が水道水に混合されるのを防止することができる。その結果、生成された酸性電解水のｐＨのばらつきを抑制することができる

＜４．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。

＜４−１＞
例えば、上記実施形態では、塩酸除去部４において、塩酸を貯留しているが、この塩酸を電解槽１に戻すことができる。例えば、図４に示すように、塩酸除去部４の容器４１において、塩酸が貯留されている部分、つまり容器４１の下部と、電解槽１の内部空間１３とを連結する返送管９を設けることができる。このとき、返送管９を介して塩酸を電解槽１に戻すためには、種々の方法があるが、例えば、塩酸除去部４を電解槽１よりも上方に配置し、塩酸除去部４内の塩酸を自重により電解槽１に戻すことができる。この場合、返送管９には逆止弁が設けられることが好ましい。あるいは、返送管９にポンプを設け、このポンプを駆動することで、塩酸除去部４から電解槽１へ塩酸を戻すこともできる。

＜４−２＞
電解槽１の構成は、特には限定されず、塩酸を含有する電解液によって電解処理を行うことができる一室型の電解槽であれば、本発明に適用することができる。

＜４−３＞
また、上記実施形態では、エジェクタ６を用いて気体と水道水とを混合しているが、これに限定されるものではなく、気体と液体とを混合できる装置を用いればよい。また、気体を混合する媒体として、水道水を用いているが、電解水用に準備された水道水以外の水であってもよい。

＜４−４＞
塩酸除去部４の構成は、上記実施形態に限定されず、少なくとも第１排出管３の断面積よりも大きい内部空間を有する容器であればよく、使用中に、塩酸が上部の第２排出管５から排出されない程度の容積を有していれば、その形状、材質などは特には限定されない。例えば、直方体のほか、漏斗状、球状、多角柱状、円錐状、多角錐状など、種々の形状にすることができる。

このほか、本発明の塩酸除去部は、液体及び気体のうち、液体を通過させず、気体を排出可能に構成することで、液体である塩酸を通過させないように構成されていればよい。例えば、収容体を設けず、第１排出管３の先端部に気体のみが通過可能な膜を設け、これを塩酸除去部とすることもできる。これにより、気体である塩素や水素のみが第２排出管を介して水エジェクタに供給される。このとき、第１排出管と膜との連結部分の近傍に上述した返送管を設ければ、塩酸が第１排出管に貯まるのを防止できる。

以下、本発明に係る実施例について説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されない。

以下の実施例においては、図１〜図３で示したシステムを用いて酸性電解水を生成した。また、比較例として、実施例のシステムから塩酸除去部を取り外したシステムを用いた。その他の構成において、実施例と比較例とは同じである。

システムの構成は、以下の通りである。
・陽極及び陰極 ５ｃｍ×５ｃｍの板材
・陽極と陰極との距離 ２ｍｍ
・陽極と陰極に対する電気の設定 電圧１．９４Ｖ，電流５Ａ
・水道水の流量 ２Ｌ／ｍｉｎ
・電解液である希塩酸の濃度 ６％
・第１排出管の内径 ４ｍｍ
・第２排出管の内径 ４ｍｍ
・塩酸除去具の容器の形状 内部空間が縦４２ｍｍ，横４２ｍｍ，高さ５０ｍｍの直方体
・供給管から電解槽へ電解液を供給するためのポンプ吐出量 １．２８ｍＬ/ｍｉｎ

以上の構成のシステムを用い、エジェクタから排出される酸性電解水を電解処理の開始から、５秒おきに採取し、水温、ｐＨ，有効塩素濃度を測定した。結果は、以下の通りである。

表１によれば、実施例に係るシステムでは、ｐＨ及び有効塩素濃度がとも一定であるが、比較例は、ｐＨ及び有効塩素濃度がともにばらついており、特に、ｐＨについては最大値と最小値との差が、３．１９にも広がっている。したがって、実施例に係るシステムでは、塩酸除去部が有効に作用し、生成された酸性電解水のｐＨが安定していることが分かった。

１ 電解槽
３ 第１排出管
４ 塩酸除去部
４１ 容器（収容体）
４１１ 内部空間
５ 第２排出管
６ エジェクタ（混合部）

Claims (5)

1. 陽極及び陰極を有し、当該陽極と陰極との間に隔膜が設けられていない電解槽と、
   前記電解槽に塩酸を含む電解液を供給する供給管と、
   前記電解槽において電解処理により生成された電解生成物を、当該電解槽から排出する第１排出管と、
   前記第１排出管の先端部に取付けられ、気体と液体の混合物のうち、気体のみを通過させるように構成され、前記電解生成物に含有される塩酸を通過させず、前記電解生成物に含有される気体成分を排出可能な塩酸除去部と、
   前記塩酸除去部から前記気体成分を排出する第２排出管と、
   前記気体成分を被処理水に混合し、酸性電解水を生成する混合部と、
   を備えている
   電解水生成システム。
2. 前記塩酸除去部は、前記第１排出管の断面積よりも大きい内部空間を有する収容体を備え、前記第２排出管は、前記内部空間の上部に連結されている、請求項１に記載の電解水生成システム。
3. 前記第１排出管は、前記収容体の内部空間の下部に連結されている、請求項２に記載の電解水生成システム。
4. 前記収容体の内部空間における塩酸の貯留部分または前記第１排出管と、前記電解槽とを連通し、前記塩酸を前記電解槽に返送する返送管をさらに備えている、請求項１から３のいずれかに記載の電解水生成システム。
5. 陽極及び陰極を有し、当該陽極と陰極との間に隔膜が設けられていない電解槽に、塩酸を含有する電解液を供給するステップと、
   前記電解槽において、電解処理を行い、電解生成物を生成するステップと、
   前記電解生成物を前記電解槽から排出するステップと、
   前記電解生成物を、気体と液体の混合物のうち、気体のみを通過させるように構成された塩酸除去部に供給するステップと、
   前記塩酸除去部において、前記電解生成物に含有される塩酸を通過させず、前記電解生成物に含有される気体成分を排出するステップと、
   前記気体成分を被処理水に混合し、酸性電解水を生成するステップと、
   を備えている、電解水生成方法。