JP2016168534A - 電解水生成装置および電解水生成装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電解効率の低下を抑制することが可能な電解槽を備えた電解水生成装置を提供する。【解決手段】陽極が設けられた陽極室、第１部分電極および第２部分電極を有する陰極が設けられた陰極室、前記陽極室と前記陰極室の間に位置し電解液を収容する中間室、前記陽極室と前記中間室との間に設けられた第１隔膜、および前記陰極室と前記中間室との間に設けられた第２隔膜、を備える電解槽と、電解水生成運転時に前記陽極に正電位を、前記陰極に負電位を供給し、スケール除去運転時に前記第１部分電極に正電位を、前記第２部分電極に負電位を供給、または前記第１部分電極に負電位を、前記第２部分電極に正電位を供給する電源ユニットと、を備える電解水生成装置。【選択図】 図２

Description

本発明の実施形態は、電解水生成装置および電解水生成装置の駆動方法に関する。

近年、水を電解して様々な機能を有する電解水、例えば、アルカリイオン水、オゾン水、水素水または次亜塩素酸水などを生成する電解水生成装置が提供されている。このような電解水を生成する電解水生成装置としては、１隔膜２室型の電解槽や、２隔膜３室型の電解槽を備える電解装置がある。２隔膜３室型の電解槽では、陽極室と陰極室との間に塩水などの電解液を満たした中間室を配置し、中間室と陽極室との間を陰イオン交換膜、中間室と陰極室との間を陽イオン交換膜で隔てることで、生成された酸性水およびアルカリ性水に塩分が混入するのを防いでいる。このように２隔膜３室型の電解槽を備えた電解水生成装置は、塩分混入の少ない、高品位の酸性水およびアルカリ性水を同時に生成することができる。

電解水生成装置の累積電解時間が長くなると、原水中のアルカリ分がスケールとして陰極上に析出する。スケールは絶縁性のため、スケールの析出が進むと、電解効率の低下や通電が不能になり、電解水生成が行えなくなるという状況を引き起こす恐れがある。

特開２００１−７９５４８号公報 特開平４−３３０９８７号公報 特許第３５１８９０７号公報

スケール対策として、陽極と陰極を定期的に入れ替えることでスケール除去を行う、１隔膜２室型の電解槽を採用した電解水生成装置が提案されている。しかし、陽極の電解反応を促進する電極触媒として広く用いられている、酸化イリジウムは、陰極として使用すると劣化するという課題がある。また、陽極劣化対策として、スケール除去のための専用電極を設けた電解水生成装置が提案されている。しかし、この場合、装置が複雑になるほか、電解槽の体積が大きくなるという課題がある。しかし、２隔膜３室型の電解槽においては、陽極と陰極の極性を定期的に入れ替えるスケール対策は、一部の特殊な構成でしか実施できないという課題も有している。

本発明は以上の点を鑑みてなされたものであり、その課題は、スケールを容易に除去でき電解効率の低下を抑制することが可能な電解槽を有する電解水生成装置およびその駆動方法を提供することにある。

本実施形態によれば、電解水生成装置は、
陽極が設けられた陽極室、第１部分電極および第２部分電極を有する陰極が設けられた陰極室、前記陽極室と前記陰極室の間に位置し電解液を収容する中間室、前記陽極室と前記中間室との間に設けられた第１隔膜、および前記陰極室と前記中間室との間に設けられた第２隔膜、を備える電解槽と、電解水生成運転時に前記陽極に正電位を、前記陰極に負電位を供給し、スケール除去運転時に前記第１部分電極に正電位を、前記第２部分電極に負電位を供給、または前記第１部分電極に負電位を、前記第２部分電極に正電位を供給する電源ユニットと、を備える。

図１は、第１の実施形態に係る電解水生成装置を示すブロック図である。 図２は、第１の実施形態に係る電解水生成装置の電解槽および電源ユニットを概略的に示すブロック図である。 図３は、第１の実施形態に係る電解水生成装置の電解水生成運転時の通電状態を概略的に示す図である。 図４は、第１の実施形態に係る電解水生成装置の第１スケール除去運転時の通電状態を概略的に示す図である。 図５は、第１の実施形態に係る電解水生成装置の第２スケール除去運転時の通電状態を概略的に示す図である。 図６は、電源ユニットがタイマーを備える電解水生成装置を示すブロック図である。 図７は、タイマーによる運転切替え例を示す図である。 図８は、第２の実施形態に係る電解水生成装置を示すブロック図である。 図９は、第３の実施形態に係る電解水生成装置を示すブロック図である。 図１０は、第４の実施形態に係る電解水生成装置を示すブロック図である。 図１１は、第４の実施形態に係る電解水生成運転の様子を示す図である。 図１２は、第４の実施形態に係る第１スケール除去運転の様子を示す図である。 図１３は、第４の実施形態に係る電解水生成装置を示すブロック図である。

以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電解水生成装置を示すブロック図である。

図１に示すように、電解水生成装置は、いわゆる２隔膜３室型の電解槽１００を備えている。電解槽１００は、偏平な矩形箱状に形成され、その内部は、第１隔膜１６０および第２隔膜１７０により、中間室１５０と、中間室１５０の両側に位置する陽極室１３０および陰極室１４０とに仕切られている。陽極室１３０内に陽極１１０が設けられ、第１隔膜１６０に対向している。陰極室１４０内に陰極１２０が設けられ、第２隔膜１７０に対向している。陰極１２０は、第１部分電極１２１および第２部分電極１２２を備えている。陽極１１０および陰極１２０は、中間室１５０を挟んで、互いに対向している。

電解水生成装置は、電解槽１００の中間室１５０に塩素イオンを含む電解液、例えば、飽和食塩水を供給する電解液供給部２２０と、陽極室１３０および陰極室１４０に電解原水、例えば、水道水を供給する原水供給部２１０と、陽極１１０および陰極１２０に電圧を印加する電源ユニット３００と、を備えている。

電解液供給部２２０は、飽和食塩水を生成する塩水タンク２２３と、塩水タンク２２３から中間室１５０の第１入口１５１に飽和食塩水を導く供給配管２２１と、供給配管２２１中に設けられた送液ポンプ２２４と、中間室１５０内を流れた電解液を中間室１５０の第１出口１５２から塩水タンク２２３に送る排水配管２２２と、を備えている。なお、電解質は、塩素イオンを含んでいれば、食塩に限定されることはなく、例えば塩酸、塩化カリウム等を用いることも可能であるまた、濃度も飽和濃度に限定されるものではなく、電解槽１００での電解反応を妨げない範囲で濃度を変更しても構わない。

原水供給部２１０は、水道水を供給する図示しない給水源と、給水源から陽極室１３０の第２入口１３１および陰極室１４０の第３入口１４１に原水を導く給水配管２１１と、陽極室１３０で電解された原水を陽極室１３０の第２出口１３２から排出する第１排水配管２１２と、陰極室１４０で電解された原水を陰極室１４０の第３出口１４２から排出する第２排水配管２１３と、第２排水配管２１３中に設けられた気液分離器２１４と、を備えている。

上記のように構成された電解水生成装置により、実際に食塩水を電解質として電解して次亜塩素酸および塩酸を含む陽極水と水酸化ナトリウムを含む陰極水を生成する動作について説明する。
図１に示すように、送液ポンプ２２４を作動させ、電解槽１００の中間室１５０に飽和食塩水を供給するとともに、陽極室１３０および陰極室１４０に原水を給水する。同時に、電源ユニット３００によって、陽極１１０に正電位が供給され、陰極１２０に負電位が供給される。

中間室１５０へ流入した食塩水中において電離しているナトリウムイオンは、陰極１２０に引き寄せられ、第２隔膜１７０を透過して、陰極室１４０へ流入する。そして、陰極室１４０において、陰極１２０で原水が電気分解されて水素ガスを生成する際に発生する水酸イオンと反応して水酸化ナトリウムとなり、原水に溶解して水酸化ナトリウム水溶液が生成される。このようにして生成された水酸化ナトリウム水溶液および水素ガスは、第３出口１４２を通って第２排水配管２１３に流出し、気液分離器２１４により、水酸化ナトリウム水溶液と水素ガスとに分離される。分離されたアルカリ性の陰極水（水酸化ナトリウム水溶液）は、第２排水配管２１３を通って排出される。

また、中間室１５０内の塩水中において電離している塩素イオンは、陽極１１０に引き寄せられ、第１隔膜１６０を透過して、陽極室１３０へ流入する。そして、陽極１１０にて塩素イオンが酸化され塩素ガスが発生する。その後、塩素ガスは陽極室１３０内で原水と反応して次亜塩素酸と塩酸を生じる。このようにして生成された、酸性で殺菌作用を有する陽極水（次亜塩素酸水および塩酸）は、第２出口１３２を通って第１排水配管２１２に流出する。

次に、電解槽１００および電源ユニット３００のより詳細な構造について説明する。
図２は、第１の実施形態に係る電解水生成装置の電解槽および電源ユニットを概略的に示すブロック図である。

陰極１２０は、第１の実施形態においては、互いに分離して形成された２つの部分電極（第１部分電極１２１、第２部分電極１２２）を有している。本実施形態において、第１部分電極１２１および第２部分電極１２２は、互いに同一の大きさ、寸法に形成されている。第１部分電極１２１は第３出口１４２側に配置され、第２部分電極１２２は第３入口１４１側に配置されている。第１および第２部分電極１２１、１２２は、陰極室１４０の内部において互いに接触しないように、例えば１ｍｍ程度の間隔を空けて配置されている。

陽極１１０、第１および第２部分電極１２１、１２２は、例えば、厚さ１ｍｍ程度の金属製の平板で形成されている。第１および第２部分電極１２１、１２２は、耐食性を有し、かつ陽極としても機能させることができるという条件の下、その表面が白金族系金属で覆われていることが好ましい。このような第１および第２部分電極１２１、１２２は、例えば、表面が白金めっきされたチタン電極が用いられる。ただし、第１および第２部分電極１２１、１２２は、表面が白金めっきされたチタン電極に限定されるものではなく、上記の条件を満たしさえすれば他の耐食性電極や酸化物系電極が用いられてもよい。

陽極１１０は、生成した電解水に耐性を有し、陽極反応を円滑に進めることが可能であれば、その材質は特に限定されるものではなく、例えば、表面を白金−酸化イリジウムでめっきされたチタン電極が用いられる。図示していないが、陽極１１０には、電解生成物や被電解水の流通を促進して、反応効率を改善することを目的として、多数の貫通孔を穿孔させることが望ましい。貫通孔の形状としては、円形、楕円形、矩形等種々の形状を用いることが可能である。また、貫通孔として、電極の両面の孔の大きさが等しいストレート孔、貫通孔の電極板内の壁面がテーパー形状を有し、電極両面の孔の大きさが等しくないテーパー孔を用いることも可能である。さらに貫通孔の配置も規則正しく並べるのみでなく、ランダムに並べて形成してもよい。第１および第２部分電極１２１、１２２にも、同様の貫通孔が形成されていることが好ましい。

なお、電気量の集中による電極の部分的な劣化を抑制する観点から、陽極１１０の面積は、第１部分電極１２１の面積および第２部分電極１２２の面積の合計と等しいことが好ましい。

第１隔膜１６０は、イオン透過性を有していれば特に限定されないが、陰イオン交換膜を用いることが好ましい。陰イオン交換膜はナトリウムイオンの透過を妨げ、陽極水への塩分混入を低減することができる。陰イオン交換膜としては株式会社アトムス製 ＡＭＸ膜、ＡＨＡ膜等を用いることが可能である。第２隔膜１７０は、イオン透過性を有していれば特に限定されることはないが、スケール除去を効率よく行うために、陽イオンと陰イオンの両方が透過する多孔膜であることが好ましい。

多孔膜の材質や孔径は、特に限定されず、用途や要求水準に応じて適宜選択することができるが、化学的に安定な無機酸化物を、バインダーで固定して連続的な無機酸化物多孔質膜としたものを用いることが可能である。無機酸化物としては酸化チタン、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ニッケル等種々のものを用いることができるが、特に酸化チタン、酸化ケイ素、および酸化アルミニウムの中から選ばれた少なくとも１つの無機材料を含む材料で形成されることが好ましい。またこれらの、無機酸化物の他に、塩素系やフッ素系のハロゲン化高分子を有する多孔質ポリマー膜等を用いることもできる。

陽極１１０および陰極１２０と電気的に接続された電源ユニット３００は、第１電源３１０、第２電源３２０、第１電源および第２電源と電極との接続を切替える切替えスイッチ３３０、および、切替えスイッチ３３０に切替え信号を入力する入力部３３３を備えている。第１電源３１０のプラス極は陽極１１０に接続され、マイナス極は切替えスイッチ３３０に接続されている。第２電源３２０のプラス極およびマイナス極は、切替えスイッチ３３０を介して陰極１２０に接続可能となっている。

切替えスイッチ３３０は、例えば、２回路３接点型の切替えスイッチとして構成され、３接点Ａ１、Ｂ１、Ｃ１に切替え可能な第１可動端子３３１を有する第１回路と、３接点Ａ２、Ｂ２、Ｃ２に切替え可能な第２可動端子３３２を有する第２回路と、を有している。第１可動端子３３１は、第１共通端子Ｔ１を介して第１部分電極１２１に電気的に接続されている。第１可動端子は、入力部３３３からの切替え信号に基づいて、第１共通端子Ｔ１の接続先を、接点Ａ１、Ｂ１、又はＣ１に切替える。第２可動端子３３２は、第２共通端子Ｔ２を介して第２部分電極１２２に電気的に接続されている。第２可動端子３３２は、入力部３３３からの切替え信号に基づいて、第２共通端子Ｔ２の接続先を、接点Ａ２、Ｂ２、Ｃ２に切替える。

接点Ａ１およびＡ２は、互いに繋がっており、第１電源３１０のマイナス極に繋がっている。接点Ｂ１およびＣ２は、第２電源３２０のプラス極と繋がっている。接点Ｃ１およびＢ２は、第２電源３２０のマイナス極と繋がっている。

切替えスイッチ３３０は、電解水生成運転を設定するための第１切替え位置と、第１スケール除去運転を設定するための第２切替え位置と、第２スケール除去運転を設定するための第３切替え位置と、へ切替えられる。電解水生成運転においては、切替えスイッチ３３０は第１切替え位置に切替えられ、第１可動端子３３１は接点Ａ１に接続し、第２可動端子３３２は接点Ａ２に接続する。これにより、第１電源３１０のマイナス極は、切替えスイッチ３３０を介して第１および第２部分電極１２１、１２２に接続される。

第１スケール除去運転においては、切替えスイッチ３３０は第２切替え位置に切替えられ、第１可動端子３３１は接点Ｂ１に接続し、第２可動端子３３２は接点Ｂ２に接続する。これにより、第１電源３１０は第１部分電極１２１および第２部分電極１２２から切り離されるため、電解水の生成は行われなくなる。同時に第２電源３２０のプラス極およびマイナス極は、それぞれ切替えスイッチ３３０を介して第１部分電極１２１および第２部分電極１２２に接続される。

第２スケール除去運転においては、切替えスイッチ３３０は第３切替え位置に切替えられ、第１可動端子３３１は接点Ｃ１に接続し、第２可動端子３３２は接点Ｃ２に接続する。これにより、第２電源３２０のプラス極およびマイナス極は、それぞれ切替えスイッチ３３０を介して第２部分電極１２２および第１部分電極１２１に接続される。

上記のように、切替えスイッチ３３０は、アクチュエータとしての入力部３３３により第１可動端子３３１および第２可動端子３３２を切替える、機械的な２回路３接点型の切替えスイッチである。しかし、切替えスイッチ３３０は、作用が同一であれば特に上記構成に限定されるものではなく、トランジスタやＦＥＴ等の半導体を用いた切換え回路、電磁リレーを用いた切換え回路であってもよい。

本実施形態においては、電源ユニット３００は、第１電源３１０と第２電源３２０との２つの電源を備えているが、第１電源３１０として機能し、かつ第２電源３２０としても機能する１つの電源を備えていてもよい。第１電源３１０としての機能と第２電源３２０としての機能は、例えば、２回路２接点切替えスイッチを設けることで切替え可能である。

なお、本実施形態において、第１部分電極とは第１スケール除去運転時に正電位が供給される電極であり、第２部分電極とは第１スケール除去運転時に負電位が供給される電極である。陰極１２０を構成する第１部分電極および第２部分電極の数は、それぞれ１つに限定されるものではなく、２つ以上であってもよい。また、第１部分電極の数と第２部分電極の数とは、同数でなくてもよい。ただし、第１部分電極と第２部分電極とは、互いに交互に並んでいることが好ましい。

図３は、第１の実施形態に係る電解水生成装置の電解水生成運転時の通電状態を概略的に示す図である。
電解水生成運転時に、切替えスイッチ３３０は第１切替え位置に切替えられ、第１電源３１０は、陽極１１０に正電位を供給し、第１部分電極１２１および第２部分電極１２２に負電位を供給している。第１部分電極１２１および第２部分電極１２２は、互いに電気的に導通し、同一の負電位が供給される。電解水生成運転時、電解水の生成と共に、原料となる原水中に溶存しているカルシウム、マグネシウム等のアルカリ分が、炭酸カルシウムや炭酸マグネシウム等の不溶性塩を形成し、スケールとして析出する。スケールは、カルシウムイオンやマグネシウムイオンが陽イオンであるため、特に陰極１２０上に析出する。スケールは絶縁性のため、陰極１２０上でスケールの析出が進むと、陰極１２０の有効電極面積が減少して電気化学反応が阻害され、電解水の生成効率（電解効率）が低下する。最終的には通電不能という状況となり、電解が行えない状態となる恐れがある。このため、良好な電解効率を維持するためには、定期的に陰極１２０上のスケールを除去する必要がある。

次に、陰極１２０上のスケール除去方法について説明する。
図４は、第１の実施形態に係る電解水生成装置の第１スケール除去運転時の通電状態を概略的に示す図である。
第１スケール除去運転時に、切替えスイッチ３３０は第２切替え位置に切替えられる。これにより、第２電源３２０は、第１部分電極１２１に正電位を供給し、第２部分電極１２２に負電位を供給している。第１部分電極１２１が陽極として機能して第２部分電極１２２が陰極として機能する電解反応によって、第１部分電極１２１上のスケールが除去される。このメカニズムの詳細は不明であるが、次の様に推察される。まず、中間室１５０から第２隔膜１７０を通じて陰極室１４０へ微量流出した電解質の塩素イオンが第１部分電極１２１で電解されて次亜塩素酸、塩酸等の酸を発生させる。次に、この酸が第１部分電極１２１近傍を酸性とし、第１部分電極１２１上のスケールを化学的に溶解する。同時に、低塩素イオン濃度時に活発となる酸素発生反応により生成する水素イオンが発生し、第一電極１２１近傍を酸性とし、第１部分電極１２１上のスケールを化学的に溶解する。また、この酸素発生により生成したガス状酸素が第１部分電極１２１からスケールを剥離させる力として作用する。この結果、スケールは、溶解と剥離の同時進行により、第１部分電極１２１から除去される。

図５は、第１の実施形態に係る電解水生成装置の第２スケール除去運転時の通電状態を概略的に示す図である。
第１スケール除去運転により第１部分電極１２１上のスケールが除去された頃、今度は図５に示すように、第２スケール除去運転によって第２部分電極１２２上のスケールをする。第２スケール除去運転においては、切替えスイッチ３３０は第３切替え位置に切替えられる。これにより、第１および第２部分電極１２１、１２２の極性が、第１スケール除去運転時の極性から反転している。すなわち、第２スケール除去運転時に、第２電源３２０は、第１部分電極１２１に負電位を供給し、第２部分電極１２２に正電位を供給している。これにより、第１スケール除去運転と同様に、陽極となる第２部分電極１２２上のスケールが除去される。以上の様に、第１スケール除去運転と第２スケール除去運転とを行うことにより、陰極１２０の全ての部分電極上からスケールを除去することができる。

図６は、電源ユニット３００がタイマーを備える電解水生成装置を示すブロック図である。
電源ユニット３００は、運転の切替えタイミングを指示するタイマー信号を、スイッチ３３０へ出力するタイマー３４０を備えている。タイマー３４０は、予め設定されている運転時間、あるいは、ユーザにより設定された運転時間をカウントし、運転時間が経過した時点で、タイマー信号を、スイッチ３３０へ出力する。入力部３３３は、タイマー３４０からのタイマー信号を受けて、切替えスイッチ３３０の第１可動端子３３１および第２可動端子３３２へ切替え信号を入力する。第１可動端子３３１および第２可動端子３３２は、入力部３３３からの入力に基づいて、第１共通端子Ｔ１および第２共通端子Ｔ２の接続先を切替える。タイマー３４０は、例えば機械式のタイマー、電気式のタイマーなど、予め設定した時間で切替え信号が出力できればその形式は問わない。ただし、タイマー３４０は、設定自由度の高さから、電気式のタイマーが好ましく、マイコン式のタイマーが更に好ましい。このとき、切替え信号は、電気信号として出力される。また、スイッチ３３０は、タイマー３４０からの電気信号で切替えが行えるようにするため、電磁リレーや半導体スイッチであることが好ましい。

図７は、タイマー３４０による運転切替え例を示す図である。なお、この図において、電解は電解水生成運転に相当し、除去１は第１スケール除去運転に相当し、除去２は第２スケール除去運転に相当する。停止は、陽極１１０および陰極１２０に電位が供給されていない運転停止の状態に相当する。

運転例１においては、予めタイマー３４０にて設定された運転時間だけ電解水生成運転が実施される。次いで、タイマー３４０から入力部３３３へタイマー信号が出力され、運転が切替わり、第１スケール除去運転が実施される。第１スケール除去運転を所定時間実行した後、タイマー３４０により運転が切替わり、第２スケール除去運転が実施される。第１スケール除去運転および第２スケール除去運転で第１および第２部分電極１２１、１２２のスケールが除去された後、再び電解水生成運転が実施される。この運転例１において、１回の電解水生成運転による連続運転時間は、予め電解に使用される原水中のアルカリ分の溶解量、運転水温、電極電流密度などから適宜設定することができる。ただし、この連続運転時間は、スケールの過剰析出に起因する電極や隔膜の損傷保護の観点から、短めにすることが好ましい。また、第１および第２部分電極１２１、１２２の一方のみが損耗することを抑制する観点から、第１スケール除去運転および第２スケール除去運転の運転時間は、同じにすることが好ましい。すなわち、第１スケール除去運転時に第１部分電極へ供給される電極単位面積当たりの通電電気量は、第２スケール除去運転時に第２部分電極へ供給される電極単位面積当たりの通電電気量と等しいことが好ましい。

運転例２では、第１スケール除去運転及び第２スケール除去運転を繰り返し実施する例を示している。スケールが大量に析出した場合やスケール除去を完全に行う必要がある場合には、第１スケール除去運転および第２スケール除去運転の運転時間を長くする必要がある。ただし、第１スケール除去運転と第２スケール除去運転とを交互に繰り返し実施して、累積運転時間を長くする方が好ましい。また、第１スケール除去運転および第２スケール除去運転の累積運転時間は、同じにすることが好ましい。

運転例３では、電解水生成装置を運転停止する際にスケールの除去を行う例を示している。スケールが析出した状態で長時間放置されるとスケールが緻密化し除去が困難となる恐れがある。このため、タイマー３４０は、運転例３のような運転が行えるように設定し、運転停止中はスケールが電極上に析出していない状態とすることが好ましい。

以上説明したように、第１の実施形態によれば、電解水生成装置は、陽極室１３０に設置された陽極１１０、陰極室１４０に設置された第１および第２部分電極１２１、１２２を有する陰極１２０、陰イオン交換膜である第１隔膜１６０、多孔膜である第２隔膜１７０、を備えている。電解水生成運転時には陽極１１０と陰極１２０とに電位が供給され、第１および第２スケール除去運転時には第１部分電極１２１と第２部分電極１２２とに電位が供給される。このため、第１の実施形態は、陰極室１４０の中に電解水生成運転に寄与しない電極を備えることなく陰極１２０のスケールを除去することができる、２隔膜３室型の電解槽１００を備えた電解水生成装置を提供することができる。すなわち、電解水生成装置は、電解槽１００の構造の複雑化や体積の増加を伴うことなく、電解効率の低下を抑制することができる。また、電解水生成装置は、更にタイマー３４０を備えることで、効率的にスケールを除去することができる。

以上のように、第１の実施形態によれば、電解効率の低下を抑制することが可能な電解槽を備えた電解水生成装置を提供することができる。

次に、第２の実施形態について、図８を用いて説明する。なお、以下に記述する全ての実施形態において、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

（第２の実施形態）
図８は、第２の実施形態に係る電解水生成装置を示すブロック図である。

第２の実施形態は、電源ユニット３００が電流検出回路３５０を備えている点で、第１の実施形態と相違している。電流検出回路３５０は、例えば第１共通端子Ｔ１と部分電極１２１とを繋ぐ回路上に配置される。電流検出回路３５０は、電解水生成運転時に陽極１１０および陰極１２０に流れる電流を測定する。スケールが析出すると、陰極１２０の有効電極面積が減少し電流が低下する。電流検出回路３５０は、その電流変化を検出し、あらかじめ設定しておいた基準値を下回ったことを検出するとタイマー３４０を起動し、タイマー３４０から入力部３３３へタイマー信号を入力する。タイマー信号を受けた入力部３３３は、切替えスイッチ３３０を第２切替え位置に切替え、第１スケール除去運転を開始する。これによって、電解水生成装置は、原水の水質変化に伴いスケール析出速度が変化しても、自動的にスケール除去運転を実施することができる。

電流検出回路３５０は、タイマー３４０を介さずに、切替えスイッチ３３０へ運転の切替えタイミングを指示してもよい。例えば、電流検出回路３５０は、電解水生成運転時に陽極１１０および陰極１２０に流れる電流を測定して、検出信号を入力部３３３へ出力する。更に、第１スケール除去運転および第２スケール除去運転時には第１部分電極１２１および第２部分電極１２２に流れる電流を測定して、検出信号を入力部３３３へ出力する。検出信号を受けた入力部３３３は、切替えスイッチ３３０を第１乃至第３切替え位置に切替え、運転を切替える。なお、第１スケール除去運転および第２スケール除去運転時に、スケールの除去が進むと、第１部分電極１２１および第２部分電極１２２に流れる電流が上昇する。電流検出回路３５０は、第１および第２スケール除去運転時に電流が基準値を上回ったことが検出されたら、検出信号を介して入力部３３３へ切替え信号を出力させる。このように、電流検出回路３５０は、電解水生成運転時に電流の低下を検出し、第１および第２スケール除去運転時に電流の上昇を検出する。これによって、電解水生成装置は、第１及び第２部分電極１２１、１２２へ過剰な電流を流すことなく、自動的にスケール除去運転を実施することができる。

以上の様な第２の実施形態によれば、電解水生成運転中の水質の変化にも自動で対応することができる。また、第１および第２スケール除去運転時に過剰な電解による電極や隔膜の損耗を抑制することができる。

次に、第３の実施形態について、図９を用いて説明する。
（第３の実施形態）
図９は、第３の実施形態に係る電解水生成装置を示すブロック図である。

第３の実施形態は、第１電源３１０が個別電源３１１、３１２を備えている点で、第１の実施形態と相違している。個別電源３１１は、電解水生成運転時に、陽極１１０に正電位を供給し、第１部分電極１２１に負電位を供給する。個別電源３１２は、電解水生成運転時に、陽極１１０に正電位を供給し、第２部分電極１２２に負電位を供給する。

以上の様な第３の実施形態によれば、電極配置や電解槽形状に起因して電解がムラになる場合に、ムラを抑制するように第１および第２部分電極１２１、１２２に流れる電流を個別に設定することで、第１および第２部分電極１２１、１２２近傍で生成される電解水の性状を調製することが可能となる。また、第１および第２部分電極１２１、１２２の形状や大きさが異なっていたとしても、電解水生成運転時に、第１部分電極１２１へ供給される電極単位面積当たりの通電電気量と、第２部分電極１２２へ供給される電極単位面積当たりの通電電気量とを等しくすることができる。これにより、第１および第２部分電極１２１、１２２の一方が損耗することを抑制することができる。

次に、第４の実施形態について、図１０乃至１２を用いて説明する。

（第４の実施形態）
図１０は、第４の実施形態に係る電解水生成装置を示すブロック図である。

第４の実施形態は、陰極１２０が４つの部分電極（第１部分電極１２１および１２３と、第２部分電極１２２および１２４）を備えている点で、第１の実施形態と相違している。第１部分電極１２１は第３出口１４２側に配置され、第２部分電極１２４は第３入口１４１側に配置されている。第２部分電極１２２は第１部分電極１２１と隣り合っており、第１部分電極１２３は第２部分電極１２２および１２４と隣り合っている。第１共通端子Ｔ１は、第１部分電極１２１および１２３の両方と繋がっている。第２共通端子Ｔ２は、第２部分電極１２２および１２４の両方と繋がっている。

図１１は、第４の実施形態に係る電解水生成運転の様子を示す図である。

電解水生成運転時に、第１電源３１０は、陽極１１０に正電位を供給し、第１部分電極１２１および１２３と、第２部分電極１２２および１２４に負電位を供給している。第１部分電極１２１および１２３と、第２部分電極１２２および１２４は、同電位の陰極として機能し、電解反応によって陰極水を生成する。同時に、第１部分電極１２１および１２３と、第２部分電極１２２および１２４との上にスケールが析出する。

図１２は、第４の実施形態に係る第１スケール除去運転の様子を示す図である。

第１スケール除去運転時に、第２電源３２０は、第１部分電極１２１および１２３に正電位を供給し、第２部分電極１２２および１２４に負電位を供給している。第１部分電極１２１および１２３が陽極として機能して第２部分電極１２２および１２４が陰極として機能する電解反応によって、第１部分電極１２１および１２３上のスケールが除去される。

なお、図示を省略しているが、第２スケール除去運転時には、第１部分電極１２１および１２３と、第２部分電極１２２および１２４との極性は、第１スケール除去運転時の極性から反転している。すなわち、第１部分電極１２１および１２３が陰極として機能して第２部分電極１２２および１２４が陽極として機能する電解反応によって、第２部分電極１２２および１２４上のスケールが除去される。

電極面積が大きくなると、水の抵抗の影響でスケール除去運転を行う際、対極から遠い場所と近い場所では電流密度が異なってくる。電流密度が密な領域ではスケール除去が短時間で終了するのに対し、電流密度が疎な領域ではスケール除去に長時間を要する。第１部分電極および第２部分電極の数を増やすことで、第１および第２スケール除去運転時の電流密度のムラを改善することができる。なお、第１部分電極と第２部分電極とは、互いに交互に並んでいることが好ましい。また、第１部分電極および第２部分電極が略同一の面積となることが好ましい。これによって、更に第１および第２スケール除去運転時の電流密度のムラを改善することができる。
以上の様な第４の実施形態においては、スケール除去に要する時間を短縮することができる。

次に、第５の実施形態について、図１３を用いて説明する。
（第５の実施形態）
第５の実施形態は、第１部分電極１２１と第２部分電極１２２の面積が第１の実施形態と相違している。例えば、第１部分電極１２１の面積は、第２部分電極１２２の面積より大きい。なお、本実施形態においては、電解水生成運転時に、第１部分電極１２１と第２部分電極１２２とは、個別の負電位が供給されているが、互いに通電していてもよい。電解水生成運転時、陰極室１４０内ではｐＨの偏りが生じる。第３入口１４１近傍の水は、原水の濃度が高いため、中性に近い。第３出口１４２近傍の水は、第３入口１４１近傍で生成した陰極水が流れてくるため、陰極水の濃度が高まるためアルカリ性に傾き、ｐＨは高い。このため、陰極１２０上のスケール析出は、第３出口１４２に近いほど早く進む。電解水生成運転時、第１部分電極１２１のスケール析出量は第２部分電極１２２のスケール析出量より多いが、第１部分電極１２１の面積が第２部分電極１２２の面積より大きいため、第１部分電極１２１の有効電極面積の変化率は小さい。従って、第５の実施形態によれば、第３出口１４２の近くに配置された第１部分電極１２１において、電気量の集中による部分的な劣化を抑制することができる。また、第３出口１４２側に配置された第１部分電極１２１に正電位を供給する第１スケール除去運転の時間を、第２スケール除去運転の時間より長くすることで、陰極１２０上に析出したスケールの除去効率を向上させることができる。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００…電解槽 １１０…陽極 １２０…陰極 １２１…第１部分電極
１２２…第２部分電極 １３０…陽極室 １４０…陰極室 １５０…中間室
１６０…第１隔膜 １７０…第２隔膜 ３００…電源ユニット ３１０…第１電源
３２０…第２電源 ３３０…スイッチ Ｔ１…第１共通端子 Ｔ２…第２共通端子
３３１…第１可動端子 ３３２…第２可動端子 ３３３…入力部

Claims (16)

1. 陽極が設けられた陽極室、第１部分電極および第２部分電極を有する陰極が設けられた陰極室、前記陽極室と前記陰極室の間に位置し電解液を収容する中間室、前記陽極室と前記中間室との間に設けられた第１隔膜、および前記陰極室と前記中間室との間に設けられた第２隔膜、を備える電解槽と、
   電解水生成運転時に前記陽極に正電位を、前記陰極に負電位を供給し、スケール除去運転時に前記第１部分電極に正電位を、前記第２部分電極に負電位を供給、または前記第１部分電極に負電位を、前記第２部分電極に正電位を供給する電源ユニットと、
   を備える電解水生成装置。
2. 前記電源ユニットは、電解水生成運転時に前記陽極に正電位を供給し前記陰極に負電位を供給する第１電源と、スケール除去運転時に前記第１部分電極に正電位を供給し前記第２部分電極に負電位を供給する第２電源と、および前記第１電源および第２電源と前記陰極との接続状態を切替える切替えスイッチと、を備える請求項１に記載の電解水生成装置。
3. 前記陰極は、複数の前記第１部分電極、又は複数の前記第２部分電極を備えている、請求項１又は２に記載の電解水生成装置。
4. 前記第１部分電極と前記第２部分電極とは、互いに交互に並んでいる、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
5. 前記電解槽内において、前記陽極の面積は、前記第１部分電極の面積および前記第２部分電極の面積の合計に等しい、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
6. 前記第２隔膜は、多孔膜である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
7. 前記電解水生成運転時に、前記第１部分電極および前記第２部分電極は、互いに電気的に導通し、同一の負電位が供給される、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
8. 前記電解水生成運転時に、前記第１部分電極へ供給される電極単位面積当たりの通電電気量は、前記第２部分電極へ供給される電極単位面積当たりの通電電気量と等しい、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
9. 前記第２部分電極の表面は、白金族系金属で覆われている、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
10. 前記切替えスイッチは、前記電解水生成運転に前記第１電源の負極を前記第１部分電極および前記第２部分電極に接続する第１切替え位置と、第１スケール除去運転時に前記第２電源の正極および負極を前記第１部分電極および前記第２部分電極に接続する第２切替え位置と、第２スケール運転時に前記第２電源の正極および負極を前記第２部分電極および前記第１部分電極に接続する第３切替え位置と、を有している請求項２に記載の電解水生成装置。
11. 前記第１スケール除去運転時に前記第１部分電極へ供給される電極単位面積当たりの通電電気量は、前記第２スケール除去運転時に前記第２部分電極へ供給される電極単位面積当たりの通電電気量と等しい、請求項１０に記載の電解水生成装置。
12. 前記電源ユニットは、更に、運転の切替えタイミングを指示するタイマー信号を前記スイッチへ出力するタイマーを備えている、請求項２、１０、１１のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
13. 前記電源ユニットは、更に、前記陰極に流れる電流の変化を検出する電流検出回路を備えている、請求項２、１０乃至１２のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
14. 前記陰極室は、更に、原水を前記陰極室に供給する入口と、電解水を前記陰極室から排水する出口と、を備えており、
    前記出口側に配置された前記第１部分電極又は前記第２部分電極の面積は、前記入口側に配置された前記第１部分電極又は前記第２部分電極の面積よりも広い、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
15. 前記第１電源は、複数の個別電源を備え、
    前記電解水生成運転時に、前記第１部分電極および前記第２部分電極は、異なる前記個別電源と接続されている、請求項２、１０乃至１３のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
16. 陽極が設けられた陽極室、第１部分電極および第２部分電極を有する陰極が設けられた陰極室、前記陽極室と前記陰極室の間に位置し電解液を収容する中間室、前記陽極室と前記中間室との間に設けられた第１隔膜、および前記陰極室と前記中間室との間に設けられた第２隔膜を備える電解槽と、前記陽極および前記陰極に電圧を印加する電源ユニットと、を備える電解水生成装置の駆動方法であって、
    電解水生成運転時は、前記電源ユニットによって、前記陽極に正電位が供給され、前記陰極に負電位が供給されて電解水が生成され、
    第１スケール除去運転時は、前記電源ユニットによって、前記第１部分電極に正電位が供給され、前記第２部分電極に負電位が供給されてスケールが除去され、
    第２スケール除去運転時は、前記電源ユニットによって、前記第１部分電極に負電位が供給され、前記第２部分電極に正電位が供給されてスケールが除去され、
    前記電解水生成運転と前記第１スケール除去運転と前記第２スケール除去運転とは、前記スイッチによって切替えられる、電解水生成装置の駆動方法。

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