JP2016168568A - 電解装置、電解装置を用いた空気清浄機、及び電解水生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 効率的に電解水を生成すること、或いは良好な空気清浄作用を得ること。【解決手段】 一実施形態における電解装置は、筐体と、隔膜と、第１電極と、第２電極と、液体供給部と、気泡発生部と、排出部と、を備えている。上記隔膜は、上記筐体内に第１室及び第２室を形成する。上記第１電極は、上記第１室に配置される。上記第２電極は、上記第２室に配置され、上記第１電極と対向する。上記液体供給部は、上記第１室に電解水の生成元となる液体を供給する。上記気泡発生部は、上記第１電極及び上記第２電極に通電する電解時において、上記第１室の液体中に、上記第１電極に沿って上昇する気泡を発生させる。上記排出部は、上記気泡として液体中を通過した気体を上記第１室から排出する。【選択図】 図３

Description

本発明の実施形態は、電解装置、電解装置を用いた空気清浄機、及び電解水生成方法に関する。

電解装置は、電解により次亜塩素酸水、アルカリイオン水、或いはオゾン水などの電解水を生成する。この種の電解装置としては、例えば、イオン交換膜により筐体内を陽極が配置される陽極室及び陰極が配置される陰極室の２室に区切る２室型の電解槽や、一対のイオン交換膜により筐体内を陽極室及び陰極室に加えてこれらの間に介在する中間室の３室に区切る３室型の電解槽を備えるものが知られている。陽極室及び陰極室に対しては、例えばポンプなどの送液装置により液体の供給及び排出が行われる。生成された電解水は、例えば殺菌消毒など、種々の目的で利用することができる。電解水を空気清浄に用いる技術も提案されている。

電解装置においては、所望の量或いは性質の電解水を効率的に生成することが望まれている。電解水の生成効率を向上させる一つの手法として、陽極室或いは陰極室において液体を偏りなく流し、陽極或いは陰極の面積を有効的に利用することが考えられる。この手法は、例えば、液体を陽極或いは陰極の各部に接するように流す流路を陽極室或いは陰極室に形成することで実現できる。しかしながら、この場合には流路により圧力損失が増すため送液装置の能力を増大させる必要が生じるなど、他の問題を生じ得る。このように、電解水の生成効率を向上させる技術については、検討の余地がある。

特開２００５−３０５１００号公報

本発明の一態様における目的は、効率的に電解水を生成すること、或いは良好な空気清浄作用を得ることが可能な電解装置、空気清浄機、及び電解水生成方法を提供することである。

一実施形態における電解装置は、筐体と、隔膜と、第１電極と、第２電極と、液体供給部と、気泡発生部と、排出部と、を備えている。上記隔膜は、上記筐体内に第１室及び第２室を形成する。上記第１電極は、上記第１室に配置される。上記第２電極は、上記第２室に配置され、上記第１電極と対向する。上記液体供給部は、上記第１室に電解水の生成元となる液体を供給する。上記気泡発生部は、上記第１電極及び上記第２電極に通電する電解時において、上記第１室の液体中に、上記第１電極に沿って上昇する気泡を発生させる。上記排出部は、上記気泡として液体中を通過した気体を上記第１室から排出する。

図１は、第１実施形態における電解装置を概略的に示す図である。 図２は、第１実施形態における電解槽の断面の一例を示す図である。 図３は、図２におけるIII−III線に沿う陽極室の断面を示す図である。 図４は、実験Ｉの結果を示す図である。 図５は、実験ＩＩにて用いた空気清浄機の概略的な構成を示す図である。 図６は、実験ＩＩの結果を示す図である。 図７は、気泡の直径の分布の一例を示す図である。 図８は、第２実施形態に係る電解装置を説明するための図である。 図９は、第３実施形態に係る電解装置を説明するための図である。 図１０は、第４実施形態に係る電解装置を説明するための図である。 図１１は、第５実施形態に係る電解装置を説明するための図である。 図１２は、第６実施形態に係る電解装置を説明するための図である。 図１３は、図１２におけるＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿う断面の一例を示す図である。 図１４は、第７実施形態に係る電解装置を説明するための図である。 図１５は、第８実施形態に係る電解装置を説明するための図である。 図１６は、第９実施形態に係る電解装置を説明するための図である。 図１７は、第１０実施形態に係る電解装置を説明するための図である。 図１８は、第１１実施形態に係る電解装置を概略的に示す図である。

いくつかの実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各実施形態を通して、同一或いは類似する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。各図は、実施形態の理解に資することを目的とした模式図であり、各図に示された要素の形状及び寸法などは実際の装置と異なる場合があるが、これらは以下の開示と公知技術等を参酌して適宜に変更し得る。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る電解装置１を概略的に示す図である。この電解装置１は、空気清浄機に用いることができるものであって、陽極室１０を有する電解槽２を備えている。

電解装置１は、さらに、陽極室１０を含む流路に関連する要素として、送液ポンプ３と、送気ポンプ４と、塵埃フィルタ５と、気液分離装置６と、塩素除去装置７と、を備えている。

送液ポンプ３は、タンク或いは水道配管などの給水源ＷＳから供給される電解水の生成元となる液体、例えば水を陽極室１０に送る。送気ポンプ４は、吸気口８から取り込んだ気体、例えば電解装置１の外部の空気を陽極室１０に送る。塵埃フィルタ５は、吸気口８と送気ポンプ４との間に介在し、吸気口８から取り込まれた空気に含まれる塵埃を除去する。これにより、送気ポンプ４及び陽極室１０等への塵埃の侵入が防がれる。

送液ポンプ３は陽極室１０に液体を送る送液装置の一例であり、送気ポンプ４は陽極室１０に気体を送る送気装置の一例である。送液装置及び送気装置は、電磁弁などの他種の装置であっても良い。

陽極室１０においては、例えば次亜塩素酸水（次亜塩素酸及び塩酸を含む水）である電解水が生成される。この電解水を含む液体と陽極室１０に供給された空気を含む気体とから成る気液混合流体は、気液分離装置６に送られる。気液分離装置６は、例えば、供給される気液混合流体を溜める容器を備える。この容器の内部には、重力方向Ｇの下側に気液混合流体中の液体からなる液層が、上側に気液混合流体中の気体からなる気層が形成される。このように気液混合流体から分離された液体（次亜塩素酸水）は、図示せぬタンクなどの排出場所に排出される。一方で、気液混合流体から分離された気体は、塩素除去装置７に送られる。この気体は電解時に生じる塩素（塩素ガス）を含み得るものであり、塩素除去装置７はこの気体から塩素を除去する。このような塩素除去装置７としては、例えば活性炭フィルタを用いることができる。塩素が除去された気体（空気）は、排気口９から電解装置１の外部に排出される。

吸気口８は、気液分離装置６よりも重力方向Ｇにおいて高い位置に配置されている。これにより、例えば停電時などに送気ポンプ４が停止した場合であっても、流路内の液体が吸気口８から漏洩することを防止できる。

例えば塵埃フィルタ５が吸気口８から奥まった管路の途中に配置されている場合、送気ポンプ４が停止した状態においては塵埃フィルタ５の表面に外気が流通しにくい。また、塵埃フィルタ５が吸気口８の近傍に配置されている場合でも、少なくとも塵埃フィルタ５の下流側（送気ポンプ４側）の一面には外気が流通しにくい。したがって、これらいずれの場合であっても、塵埃フィルタ５は一旦濡れると乾きにくい。塵埃フィルタ５が長時間に亘って濡れた状態に置かれると、雑菌やカビが繁殖する可能性があるため好ましくない。また、塵埃フィルタ５が濡れた状態では、水分による目詰まりにより、塵埃フィルタ５に空気を通すときの圧力損失が上昇し、送気ポンプ４を稼働させた際に所定の空気流量を得ることができなくなる。さらには、塵埃フィルタ５が紙などの耐水性が低い材料で形成されている場合には、水分によって塵埃フィルタ５が破損する可能性がある。これらのことから、塵埃フィルタ５が濡れることを防止する手段を講じることが好ましい。本実施形態において、塵埃フィルタ５は、気液分離装置６の気体出口と重力方向Ｇにおいて同等か或いは高い位置に配置されている。このようにすることで、例えば停電時などに送気ポンプ４が停止した場合においても流路内の液体が塵埃フィルタ５に到達せず、塵埃フィルタ５が濡れることを防止できる。

電解装置１は、さらに、コントローラＣＴＬを備えている。コントローラＣＴＬは、例えば、電解装置１の制御の中枢を担うプロセッサ、各種の設定条件やプロセッサが実行するコンピュータプログラムを記憶したメモリ、各部に供給する電圧を生成する電源装置、表示灯或いはディスプレイなどの表示装置、ボタン或いはスイッチ等の入力装置などを備えている。コントローラＣＴＬは、送液ポンプ３及び送気ポンプ４を駆動することで、陽極室１０に流入する液体及び気体の流量を調整することができる。

このような電解装置１において、陽極室１０を経て排気口９から排出される気体は、次亜塩素酸水によって清浄化（殺菌、消毒等）されている。また、電解により生成される次亜塩素酸水などの電解水は、洗浄などの用途で利用することができる。

続いて、電解槽２の構造の一例について説明する。
図２は、電解槽２の断面の一例を示す図である。電解槽２は、筐体２０を備えている。例えば、筐体２０は、底壁２０ａと、底壁２０ａに対向する頂壁２０ｂと、これら底壁２０ａ及び頂壁２０ｂの間を繋ぐ複数の側壁とを有した箱状に形成されている。電解装置１の使用時において、電解槽２は、底壁２０ａが重力方向Ｇにおける下側に位置し、頂壁２０ｂが重力方向Ｇにおける上側に位置するように配置される。

電解槽２は、第１隔膜２１と、第２隔膜２２と、陽極２３と、陰極２４と、を備えている。第１隔膜２１及び第２隔膜２２は、底壁２０ａから頂壁２０ｂに亘って延び、筐体２０の内部を３つの空間に仕切っている。第１隔膜２１及び筐体２０によって囲われた図中左側の空間は陽極室１０に相当し、第２隔膜２２及び筐体２０によって囲われた図中右側の空間は陰極室１１に相当し、第１隔膜２１、第２隔膜２２及び筐体２０によって囲われた陽極室１０及び陰極室１１の間の空間は中間室１２に相当する。陽極室１０は第１室の一例であり、陰極室１１は第２室の一例である。

陽極２３は、第１電極の一例であり、陽極室１０において第１隔膜２１に近接して配置されている。陰極２４は、第２電極の一例であり、陰極室１１において第２隔膜２２に近接して配置されている。陽極２３及び陰極２４は、第１隔膜２１及び第２隔膜２２を介して対向している。例えば、第１隔膜２１は陰イオン交換膜として機能する多孔質膜であり、第２隔膜２２は陽イオン交換膜として機能する多孔質膜である。

筐体２０は、陽極室１０に連通する流入口１０ａ及び流出口１０ｂと、陰極室１１に連通する流入口１１ａ及び流出口１１ｂと、中間室１２に連通する流入口１２ａ及び流出口１２ｂと、を備えている。図２の例において、流入口１０ａ，１１ａ，１２ａはいずれも底壁２０ａの近傍に設けられており、流出口１０ｂ，１１ｂ，１２ｂはいずれも頂壁２０ｂの近傍に設けられている。

陽極室１０には、送液ポンプ３により送られる電解水の生成元となる液体、例えば水が流入口１０ａを介して流入する。陰極室１１にも、電解水の生成元となる液体、例えば水が流入口１１ａを介して流入する。陰極室１１に流入する液体は、送液ポンプ３により送られる液体が分流されたものであっても良いし、他の送液ポンプや水頭圧などを利用して送られるものであっても良い。中間室１２には、例えば塩水などの電解液が流入口１２ａを介して流入する。この電解液は、例えばタンクなどから送液ポンプや水頭圧などを利用して送られる。

陽極２３及び陰極２４の間に電位差が形成されると、中間室１２の電解液中において電離している塩素イオンが陽極２３に引き寄せられ、第１隔膜２１を通過して陽極室１０の液体に流入する。そして、陽極２３において塩素イオンが還元されて塩素ガスが発生し、この塩素ガスが陽極室１０の液体と反応して次亜塩素酸水等の電解水を生じる。一方、中間室１２の電解液中において電離しているナトリウムイオンが陰極２４に引き寄せられ、第２隔膜２２を通過して陰極室１１の液体に流入する。そして、陰極２４で液体が電気分解されて水素ガスと水酸化ナトリウム水溶液等の電解水とを生じる。なお、陽極室１０及び陰極室１１において生成される電解水は次亜塩素酸水及び水酸化ナトリウム水溶液に限られず、陽極室１０、陰極室１１、及び中間室１２に供給する液体の適宜の選択により、種々の性質を有した電解水を得ることができる。

陽極室１０の液体は、流出口１０ｂを介して陽極室１０から流出し、気液分離装置６に送られる。陰極室１１の液体は、流出口１１ｂを介して陰極室１１から流出する。流出した液体は、例えば、タンクなどの排液場所に排出される。この排出された液体、すなわちアルカリ性水等の電解水は、洗浄などの用途で利用することができる。中間室１２の液体、例えば電解に使用され濃度が低下した塩水等の電解液は、流出口１２ｂを介して中間室１２から流出する。この液体は、タンクなどの排液場所に排出される。中間室１２を含む流路は、液体に電解質を補充しながら循環する循環流路であっても良い。

図３は、図２におけるIII−III線に沿う陽極室１０の断面を示す図である。筐体２０は、陽極室１０に接するとともに互いに対向する第１側壁２０ｃ及び第２側壁２０ｄをさらに有している。第１側壁２０ｃ及び第２側壁２０ｄは、底壁２０ａ及び頂壁２０ｂの端部を繋いでいる。

図３の例において、流入口１０ａ及び流出口１０ｂは、第１側壁２０ｃに設けられている。さらに、第２側壁２０ｄには、底壁２０ａの近傍に気体の流入口１０ｃが設けられている。流入口１０ａには送液ポンプ３に繋がる管路２５が接続され、流入口１０ｃには送気ポンプ４に繋がる管路２６が接続され、流出口１０ｂには気液分離装置６に繋がる管路２７が接続されている。

コントローラＣＴＬは、陽極２３及び陰極２４に通電する電解時において、送液ポンプ３を駆動し流入口１０ａを介して陽極室１０に液体を送るとともに、送気ポンプ４を駆動し流入口１０ｃを介して陽極室１０に気体を送る。このとき流入口１０ａから流入する液体と、流入口１０ｃから流入する気体は、互いに反対方向（図中の左右方向）の速度成分を有している。陽極２３及び陰極２４への通電によって、陽極室１０には例えば次亜塩素酸水である電解水が生成され、陰極室１１には例えば水酸化ナトリウム水溶液である電解水が生成される。

例えば、送気ポンプ４が陽極室１０に送る気体の第１体積流量は、送液ポンプ３が陽極室１０に送る液体の第２体積流量よりも大きい。一例として、第１体積流量は第２体積流量の約１００倍以上の流量とすることができる。

流入口１０ｃから陽極室１０に流入した空気は気泡（図３において円形で示した複数の“Ｂ”）となって、陽極室１０内を重力方向Ｇの上側、すなわち頂壁２０ｂに向けて陽極２３に沿って浮力により上昇する。この気泡は、陽極室１０の液体とともに流出口１０ｂを介して排出される。

以上のような構成の電解装置１において、送液ポンプ３、液体の流入口１０ａ、及びこれらを繋ぐ管路２５などは、陽極室１０に液体（水）を供給する液体供給部を構成する。また、送気ポンプ４、気体の流入口１０ｃ、及びこれらを繋ぐ管路２６などは、陽極室１０に気泡を発生させる気泡発生部を構成する。さらに、流出口１０ｂ及び流出口１０ｂと気液分離装置６とを繋ぐ管路２７などは、陽極室１０から液体（酸性水）及び気体（空気）を排出する排出部を構成する。

陽極室１０において発生した気泡は、陽極室１０内の液体を撹拌する。したがって、この気泡により、陽極２３の表面における物質伝達を向上させることができる。

気泡は、陽極室１０における流体駆動をアシストする役割も担う。すなわち、仮に送液能力が低い送液ポンプ３を用いた場合であっても、浮力によって上昇する気泡によって、流入口１０ａから流出口１０ｂに向かう液体の流れが促進される。

さらに、図３の例においては、気泡の流れにより、流入口１０ｃが設けられた第２側壁２０ｄの近くで頂壁２０ｂに向けた相対的に速い液体の流れが生じるために、矢印Ａで示すような循環流が生じる。このような循環流により、液体が陽極室１０内で滞留する時間が長くなり、高い濃度の電解水を生成することができる。例えばコントローラＣＴＬの制御の下で、陽極室１０に供給される気体の量を送気ポンプ４の回転数などによって調整し、ユーザが任意に設定する濃度の電解水を得るようにしても良い。

また、上記の循環流によって、陽極２３の表面全体に沿って万遍なく液体が流れ、圧力損失上昇の原因となる複雑な流路を陽極室１０内に形成せずとも、効率よく電解水を生成することができる。仮に、陽極室１０内に複雑な流路を形成して液体を偏りなく流そうとした場合には、圧力損失が上昇するので送液ポンプ３の動力を高めなければならず、筐体２０の各部を繋ぐシール材等に負荷がかかる。これに対し、本実施形態の構成であれば送液ポンプ３の動力を高める必要がないので、シール材等への負荷を低減できる。

このように、本実施形態の電解装置１及びこの電解装置１により実行される電解水生成方法（或いは空気清浄方法）によれば、気泡発生部が発生する気泡により得られる種々の好適な作用により、効率的に電解水を生成することができる。

また、本実施形態のように、吸気口８から取り込んだ空気を陽極室１０の酸性水を通過させ、排気口９から排出する構成によれば、良好な空気清浄作用を得ることができる。発明者らは、この作用に関する２通りの実験を行った。以下に、これらの実験について説明する。

［実験Ｉ］
実験Ｉにおいては、実験対象場所の空気を、容器に溜められた液体の中を気泡の状態で通過させ、容器の外に排出する実験装置を用いた。この実験装置において、容器から空気を排出する排気口に培地を入れたシャーレを配置し、一定時間に亘り菌を培養した。この実験は、容器の液体として次亜塩素酸水（６０ｐｐｍ）を用いた場合と、容器の液体として中性の水（市水）を用いた場合の２通りで実施した。さらに、比較のために、液体を通さずにそのまま実験対象場所の空気をシャーレの培地に吹き付け、一定時間に亘り菌を培養した。

図４に実験Ｉの結果を示す。この図は上記の３通りの実験におけるシャーレの中を撮影したものであり、図４（ａ）は容器の液体として次亜塩素酸水を用いた場合、図４（ｂ）は容器の液体として水を用いた場合、図４（ｃ）は液体を通さない場合に相当する。

図４（ａ）のように、次亜塩素酸水を用いた場合には菌が殆ど培養されなかった。これに対し、図４（ｃ）のように、液体を通さない場合には多量の菌が培養された。水を用いた場合には、図４（ｂ）に示すように、液体を通さない場合ほどではないものの、菌の培養が確認された。

この実験Ｉから、本実施形態のように空気等の気体を次亜塩素酸水に通すことで、この気体に対する高い除菌効果が得られることが判る。

［実験ＩＩ］
実験ＩＩにおいては、１ｍ^３の密閉された空間内に煙草の煙を充満させ、この空間内の空気を気泡として次亜塩素酸水を通過させる実験装置を用いて、アンモニアの除去効果を検証した。比較のために、加湿機能付きの空気清浄機を用いた実験も行った。図５は、この空気清浄機１００の概略的な構成を示す図である。空気清浄機１００は、給水源ＷＳからの水を送液ポンプ１０１により電解槽１０２に供給し、この電解槽１０２の陽極室１０３にて生成された次亜塩素酸水を噴霧装置１０４により空気流路１０５に噴霧する。空気流路１０５には送気ファン１０６が設けられており、この送気ファン１０６の駆動に伴い外気が空気流路１０５に導入され、噴霧された次亜塩素酸水とともに空気流路１０５から外気に送り出される。空気流路１０５にはフィルタが設けられていない。この空気清浄機１００により煙草の煙が充満した上記空間内に次亜塩素酸水を噴霧し、アンモニアの除去効果を検証した。さらに、煙草の煙が充満した上記空間内の空気におけるアンモニアの自然減衰についても検証した。

図６に実験ＩＩの結果を示す。図示したグラフにおいて、横軸は時間［分］であり、縦軸はアンモニアの残存率［％］である。円形のプロットは、上記実験装置にて１８０ｐｐｍの次亜塩素酸水に気泡を通した場合における、上記空間中の空気に含まれるアンモニアの残存率である（気泡方式）。気泡として次亜塩素酸水に通した空気の流量は、０．４ｍ^３／ｍｉｎである。四角形のプロットは、上記空気清浄機１００にて６０ｐｐｍの次亜塩素酸水を噴霧した場合における、上記空間中の空気に含まれるアンモニアの残存率である（噴霧方式）。次亜塩素酸水の噴霧に用いた空気の流量は、５．１ｍ^３／ｍｉｎである。三角形のプロットは、上記空間中の空気に含まれるアンモニアの自然減衰に係る残存率である。

このグラフから明らかなように、気泡方式及び噴霧方式の双方において、アンモニアの残存率は数分の間に急激に低下し、１０分〜２０分の間で殆ど除去された。一方で、自然減衰の場合には、３０分が経過した時点でもアンモニアの残存率が高い状態で維持された。気泡方式においては、空気の流量が噴霧方式に比べて低いにも関わらず、噴霧方式と同等の結果が得られたことは注目に値する。

以上の実験Ｉ，ＩＩから、本実施形態に係る電解装置１のように外部から取り込んだ空気を気泡として酸性水に通し、再び外部に排出する構成においては、良好な空気清浄作用が得られることが判る。

また、本実施形態に係る電解装置１は、上記の噴霧方式のように次亜塩素酸水を空気中に放出せずとも空気を清浄化できる。次亜塩素酸水を噴霧した場合には、液滴が電解装置１の周囲の床、壁、家具、或いは電子機器等を濡らしてしまう可能性があるが、本実施形態に係る電解装置１においてはそのような心配がない。
以上説明した他にも、本実施形態からは種々の好適な作用が得られる。

発明者らは、陽極室１０に発生させる気泡のサイズについて検討した。以下に、この検討の概要について述べる。
気泡の水中での上昇速度は、気泡が球形であり、気泡周辺の液体の流れが層流であると仮定すると、気泡に働く浮力と抗力との釣り合いから求めることができる。気泡に働く浮力Ｆ１［Ｎ］は、空気（陽極室１０に供給される気体）の密度が、水（陽極室１０に供給される液体）に対して著しく小さく無視できると仮定すると、次の（１）式にて表すことができる。
Ｆ１＝ρｇ（１／６）πｄ^３・・・（１）
ここに、ρは水の密度［ｋｇ・ｍ^３］、ｄは気泡の直径［ｍ］、ｇ（≒９．８）は重力加速度［ｍ／ｓ^２］である。

一方、上昇する気泡に対する抗力係数ＣＤはＣＤ＝２４／Ｒｅと表すことができ、レイノルズ数ＲｅはＲｅ＝Ｕｄ／νと表すことができる。したがって、気泡に働く抗力Ｆ２［Ｎ］は、次の（２）式にて表すことができる。
Ｆ２＝ＣＤ（１／２）ρＵ^２（πｄ^２／４）＝３πνρＵｄ・・・（２）
ここに、νは水の動粘性係数［ｍ^２／ｓ］、Ｕは気泡上昇速度Ｕ［ｍ／ｓ］である。常温において、動粘性係数νは０．８５７×１０^−６ｍ^２／ｓである。

浮力Ｆ１と抗力Ｆ２とが釣り合うとき、次の（３）式が成り立つ。
ρｇ（１／６）πｄ^３＝３πνρＵｄ・・・（３）
さらにこの（３）式を整理すると、次の（４）式を得ることができる。
Ｕ＝ｇｄ^２／（１８ν）・・・（４）
続いて、図３に示したように、陽極室１０内で水（陽極室１０内の液体）を循環させるときの水の流速を求める。陽極室１０の下部から流入した水が室内を一巡した後に上部から排出される場合に、図３に示したように陽極室１０内の右側領域（側壁２０ｄ側の領域）を上昇した水の半分が排出口２７から排出され、もう半分が陽極室１０内の左側領域（側壁２０ｃ側の領域）を下降すると仮定する。そのとき、陽極室１０内の右側領域を上昇する水の平均速度Ｕｗ［ｍ／ｓ］は、次の（５）式で表すことができる。
Ｕｗ＝４Ｑｗ／Ａ・・・（５）
ここに、Ａは陽極室１０の水平断面積［ｍ^２］、Ｑｗは水の体積流量［ｍ^３／ｓ］である。

気泡により水の流れをアシストするためには、気泡の上昇速度Ｕが水の平均速度Ｕｗよりも大きくなければならない。このとき、上記（４）（５）式に基づけば、ｇｄ^２／（１８ν）＞４Ｑｗ／Ａが成り立つ。これを整理して得られる次の（６）式に示す条件を満たすように、気泡の直径ｄを定めることが好ましい。
ｄ＞√（７２νＱｗ／（Ａｇ））・・・（６）
次に、空気清浄作用の面から気泡のサイズを検討する。気泡の表面積Ｓ［ｍ^２］はＳ＝πｄ^２であり、気泡の体積Ｖ［ｍ^３］はＶ＝（１／６）πｄ^３である。したがって、陽極室１０内で単位時間あたりに発生する気泡の数Ｎ［個／ｓ］は、次の（７）式にて表すことができる。
Ｎ＝Ｑ／Ｖ＝６／（πｄ^３）・・・（７）
ここに、Ｑは陽極室１０に導入される空気の体積流量［ｍ^３／ｓ］である。

また、気泡が陽極室１０内を直線的に上昇した後に排出されると仮定すると、気泡が陽極室１０内に滞留する時間Δｔ［ｓ］は、次の（８）式によって表すことができる。
Δｔ＝Ｌ／Ｕ＝１８νＬ／（ｇｄ^２）・・・（８）
ここに、Ｌは陽極室１０の高さ［ｍ］である。

上記（７）式及び（８）式等を用いれば、空気と水が接触している面積Ｓｃ［ｍ^２］は、次の（９）式のように表すことができる。
Ｓｃ＝ＮＳΔｔ＝１０８νＬ／（ｇｄ^３）・・・（９）
面積Ｓｃが大きいほど空気清浄作用が高まるため、（９）式に基づけば、気泡の直径ｄが小さいほど良好な空気清浄作用を得られることが分かる。

なお、冬季の空調された室内の温度と水道水の温度との関係のように、空気よりも水の温度が低いときには、取り込まれた空気が気泡となって水中に放出された際に小さくなる。空気は、概ね絶対温度に比例して膨張収縮する。常温２７℃（絶対温度３００Ｋ）付近で最大３０℃程度の温度低下が生じる可能性を想定すると、気泡のサイズは、上記（７）式及び（８）式等に基づいて定める目標値よりも、体積Ｖで約１０％、気泡の直径ｄで約３％大きく設定することが好ましい。

図７に示すように、気泡の直径ｄの分布がｄ＝０を−３σ（σは標準偏差）の位置に対応させた正規分布であると仮定する。この分布のうち−２σ以上の領域の気泡、すなわち発生した気泡の約８５％（ハッチングを付した領域）が上記条件を満たすという条件を追加すると、気泡の直径ｄの目標値は、約５０％大きく設定する必要がある。なお、気泡サイズの分布に関しては、例えば「日本機械学会論文集Vol.80 No.819,2014 “二次元ベンチュリ管におけるマイクロバルブ生成機構”黒島，大高，門」において所定の実験条件下で測定されており、図７の正規分布はこのような測定値等を勘案して定義することができる。

以上のことから、気泡の直径ｄ、より正確にはサイズに分布のある気泡の直径ｄの平均値が次の（１０）式を満たすように電解装置１を設計することで、水の流れのアシストと高い空気清浄作用とを両立できる。
ｄ＞√（７２νＱｗ／（Ａｇ））＊１．５４・・・（１０）
ここに、式中の“１．５４”は温度と気泡サイズの分布とを掛け合わせた係数である。

例えば、陽極室の高さＬを１００ｍｍ、水平断面積Ａを１０ｍｍ×１００ｍｍ、水の流量Ｑｗを１Ｌ／ｍｉｎ（１．６７×１０^−５ｍ^３／ｓ）とした場合においては、上記（１０）式により、ｄ＞４．９９８×１０^−４となる。この場合においては、例えば気泡の直径ｄの平均値は、約０．５ｍｍとすることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。以下の説明においては主に第１実施形態と異なる構成に着目し、第１実施形態と同一又は類似する要素には同一の符号を付して重複する説明を省略することがある。

図８は、第２実施形態に係る電解装置１を説明するための図であって、陽極室１０及びその近傍の管路の断面を示している。本実施形態に係る電解装置１は、送液ポンプ３によって送られる水と、送気ポンプ４によって送られる空気とが共通の流入口１０ｄを通じて陽極室１０に流入する点で、第１実施形態と相違する。

流入口１０ｄは、底壁２０ａの近傍において第２側壁２０ｄに設けられている。流入口１０ｄには、送液ポンプ３に繋がる管路２５が接続されている。この管路２５には、送気ポンプ４に繋がる管路２６が接続されている。管路２５と管路２６との接続部分には、例えば一般的な枝配管部品を用いることができる。

このような構成においては、送液ポンプ３によって流入口１０ｄに送られる液体に対して、送気ポンプ４によって送られる気体が合流する。合流した気体は気泡となって、流入口１０ｄから液体とともに陽極室１０に放出される。この場合であっても、第１実施形態と同じく矢印Ａで示すような循環流が生じる。

本実施形態の構成であれば、陽極室１０に繋がる配管の本数が減るので電解槽２の構成が単純となり、コストの低減と信頼性の向上を実現できる。その他、本実施形態からは第１実施形態と同様の作用を得ることができる。

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。以下の説明においては主に第１実施形態と異なる構成に着目し、第１実施形態と同一又は類似する要素には同一の符号を付して重複する説明を省略することがある。

図９は、第３実施形態に係る電解装置１を説明するための図であって、陽極室１０及びその近傍の管路の断面を示している。本実施形態に係る電解装置１は、陽極室１０内に配置された気体管２８を備え、送気ポンプ４によって送られる気体がこの気体管２８を通じて陽極室１０に流入する点で、第１実施形態と相違する。気体管２８は、管路２６を介して送気ポンプ４に接続されている。気体管２８と管路２６とは、一体的に形成されたものであっても良い。

気体管２８は、例えば中空の円管であり、多数の小孔２８ａを有している。送気ポンプ４から管路２６を介して気体管２８に送られた気体は、小孔２８ａから気泡として陽極室１０の液体内に放出される。本実施形態において、送気ポンプ４、気体管２８、及びこれらを繋ぐ管路２６などは、陽極室１０に気泡を発生させる気泡発生部を構成する。

図９の例においては、第１側壁２０ｃの近傍まで気体管２８が延び、且つ概ね等間隔で小孔２８ａが設けられている。この場合、底壁２０ａの近傍から陽極室１０内に万遍なく気泡を発生させることができ、気体と液体との接触が良好となって、気体に対する高い除菌能力を得ることができる。

なお、小孔２８ａは不規則（例えばランダム）に配置されても良いし、第２側壁２０ｄから第１側壁２０ｃに向けて小孔２８ａを多くするなどして、小孔２８ａの配置密度を変化させても良い。また、例えば第２側壁２０ｄ寄りの位置に気体管２８の先端を位置させるなど、気体管２８の形状は種々の態様に変形することができる。小孔２８ａを設ける位置や密度、或いは気体管２８の形状等を調整することで、第１実施形態と同様の循環流を陽極室１０内に生じさせることもできる。小孔２８ａの形状及びサイズは、例えば小孔２８ａから発生する気泡が上記（６）式或いは上記（１０）等を満たすように定めれば良い。
その他、本実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用を得ることができる。

（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。以下の説明においては主に第１実施形態と異なる構成に着目し、第１実施形態と同一又は類似する要素には同一の符号を付して重複する説明を省略することがある。

図１０は、第４実施形態に係る電解装置１を説明するための図であって、陽極室１０及びその近傍の管路の断面を示している。本実施形態に係る電解装置１は、流入口１０ｃが第１側壁２０ｃに設けられ、且つ底壁２０ａ寄りの位置に仕切板２９が配置されている点で、第１実施形態と相違する。

図１０の例において、流入口１０ｃは、流入口１０ａよりも底壁２０ａよりの位置に設けられている。仕切板２９は、流入口１０ａ，１０ｃの間において底壁２０ａと概ね平行に配置され、陽極室１０の内部を第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とに仕切っている。流入口１０ａから流入する液体は第１領域Ａ１に導入され、流入口１０ｃから流入する空気は第２領域Ａ２に導入される。

仕切板２９は、多数の小孔２９ａを有している。送気ポンプ４から管路２６及び流入口１０ｃを介して第２領域Ａ２に送られた気体は、小孔２９ａから気泡として陽極室１０の液体内に放出される。本実施形態において、送気ポンプ４、流入口１０ｃ、これらを繋ぐ管路２６、及び仕切板２９などは、陽極室１０に気泡を発生させる気泡発生部を構成する。

図１０の例においては、仕切板２９が第１側壁２０ｃと第２側壁２０ｄの間に亘って延び、且つ概ね等間隔で小孔２９ａが設けられている。この場合、底壁２０ａの近傍から陽極室１０内に万遍なく気泡を発生させることができ、気体と液体との接触が良好となって、気体に対する高い除菌能力を得ることができる。

なお、小孔２９ａは不規則（例えばランダム）に配置されても良いし、第２側壁２０ｄから第１側壁２０ｃに向けて小孔２９ａを多くするなどして、小孔２９ａの配置密度を変化させても良い。また、仕切板２９を底壁２０ａに対して傾けるなど、仕切板２９の配置態様を変形しても良い。小孔２９ａを設ける位置や密度、或いは仕切板２９の配置態様等を調整することで、第１実施形態と同様の循環流を陽極室１０内に生じさせることもできる。小孔２９ａの形状及びサイズは、例えば小孔２９ａから発生する気泡が上記（６）式或いは上記（１０）等を満たすように定めれば良い。
その他、本実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用を得ることができる。

（第５実施形態）
第５実施形態について説明する。以下の説明においては主に第１実施形態と異なる構成に着目し、第１実施形態と同一又は類似する要素には同一の符号を付して重複する説明を省略することがある。

図１１は、第５実施形態に係る電解装置１を説明するための図であって、陽極室１０及びその近傍の管路の断面を示している。本実施形態に係る電解装置１は、第２実施形態と同じく送液ポンプ３によって送られる液体と送気ポンプ４によって送られる気体とが共通の流入口１０ｄを通じて陽極室１０に流入する点、及び、陽極室１０内に複数の流路壁３０が配置されている点で、第１実施形態と相違する。

流入口１０ｄは、底壁２０ａの近傍において第１側壁２０ｃに設けられている。流路壁３０は、底壁２０ａと頂壁２０ｂとの間において、例えば等間隔で且つ底壁２０ａ及び頂壁２０ｂと平行に配置されている。図１１の例において、底壁２０ａの側から奇数番目の流路壁３０は第１側壁２０ｃに接続されるとともに第２側壁２０ｄとの間に隙間を形成し、偶数番目の流路壁３０は第２側壁２０ｄに接続されるとともに第１側壁２０ｃとの間に隙間を形成している。これにより、第１側壁２０ｃと第２側壁２０ｄとの間で複数回に亘って往復するように曲がった流路が陽極室１０内に形成される。

本実施形態の構成においては、流路壁３０によって形成される流路により、陽極室１０内で液体を万遍なく流し、陽極２３の面積を有効に活用することができる。他の実施形態に比べて流路抵抗が増加し得るが、流入口１０ｄから供給される気泡によって液体の流れがアシストされるため、送液ポンプ３の能力を左程増大させる必要はない。

第１側壁２０ｃ或いは第２側壁２０ｄに接続された流路壁３０の一端よりも他端が頂壁２０ｂ側に位置するように各流路壁３０を傾ければ、気泡の浮力をより有効に活用して、高いアシスト能を得ることができる。その他、流路壁３０の形状、位置、及び姿勢などは、種々の態様に変形することができる。

（第６実施形態）
第６実施形態について説明する。以下の説明においては主に第１実施形態と異なる構成に着目し、第１実施形態と同一又は類似する要素には同一の符号を付して重複する説明を省略することがある。

図１２は、第６実施形態に係る電解装置１を説明するための図であって、陽極室１０及びその近傍の管路の断面を示している。本実施形態に係る電解装置１は、第５実施形態と同じく送液ポンプ３によって送られる液体と送気ポンプ４によって送られる気体とが共通の流入口１０ｄを通じて陽極室１０に流入する点、及び、流出口１０ｂに代えて液体の流出口１０ｅと気体の流出口１０ｆとが設けられている点で、第１実施形態と相違する。

図１２の例において、流出口１０ｅ，１０ｆは、いずれも第１側壁２０ｃに設けられている。流出口１０ｆは流出口１０ｅよりも頂壁２０ｂ側に位置している。本実施形態に係る電解装置１は気液分離装置６を備えておらず、流出口１０ｅと電解水の排出場所とが管路３１によって接続され、流出口１０ｆと塩素除去装置７とが管路３２によって接続されている。送液ポンプ３により送られる液体の流量、送気ポンプ４により送られる気体の流量、流出口１０ｅ，１０ｆの径、及び管路３１，３２の径などは、流出口１０ｅ，１０ｆの間に液面が位置する液層Ｌ１と、流入口１０ｄから気泡として供給される空気が溜まった気層Ｌ２とが陽極室１０内に形成されるように調整されている。

このような構成においては、液層Ｌ１に連通する流出口１０ｅを介して液体が陽極室１０から排出されるとともに、気層Ｌ２に連通する流出口１０ｆを介して気体が陽極室１０から排出される。流出口１０ｅは、図１２に示した位置よりも、さらに底壁２０ａ寄りに設けることができる。一例として、流出口１０ｅは、底壁２０ａ及び頂壁２０ｂから等距離にある位置よりも底壁２０ａ側に設けても良い。流入口１０ｄ及び流出口１０ｅを設ける位置や陽極室１０に供給される空気の流量等を調整することで、第１実施形態と同様の循環流を陽極室１０内に生じさせることもできる。

本実施形態において、流出口１０ｅ，１０ｆ及びこれらに繋がる管路３１，３２などは、陽極室１０から液体及び気体を排出する排出部を構成する。さらに、この排出部は、気液分離装置の機能を兼ねている。

図１２の例においては、流出口１０ｅと流出口１０ｆとの間において、複数の小孔３３ａを有する押え部材３３が配置されている。押え部材３３は、液層Ｌ１の液面に対向しており、気泡が液面に到達した際の液体の跳ねや液面の揺れを抑える役割を担う。このような押え部材３３としては、例えば金属線などを所定間隔で交差させて網の目（小孔３３ａ）を形成した部材や、板状の部材にドリル等で小孔３３ａを設けたものを用いることができる。

図１３は、陰極室１１に対して陽極室１０と同様の構造を採用した例を説明するための図であって、図１２におけるＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿う断面の一例を示している。この図の例において、筐体２０は、陰極室１１に連通する流出口１１ｃ，１１ｄを有している。流入口１１ａからは、液体とともに気泡が供給される。流出口１１ｄは流出口１１ｃよりも頂壁２０ｂ側に位置している。陰極室１１には、流出口１１ｃ，１１ｄの間に液面が位置する液層Ｌ１と、流入口１１ａから気泡として供給される気体や陰極２４において発生したガスが溜まった気層Ｌ２とが形成されている。さらに、陰極室１１には、流出口１１ｃと流出口１１ｄとの間に液層Ｌ１の液面と対向する押え部材３３が配置されている。陰極室１１の液層Ｌ１の液体は流出口１１ｃを介して排出され、陰極室１１の気層Ｌ２の気体は流出口１１ｄを介して排出される。

図１３の例においては、例えば流入口１２ａから中間室１２に気泡が供給されることにより、中間室１２においても液層Ｌ１と気層Ｌ２とが形成されている。中間室１２の流出口１２ｂは、中間室１２の液層Ｌ１及び気層Ｌ２の双方に連通しており、液層Ｌ１の電解液と気層Ｌ２の気体とがこの流出口１２ｂを介して排出される。

また、図１３の例においては、陽極室１０、陰極室１１、及び中間室１２の液層Ｌ１の液面が揃っている。このような状態においては、陽極室１０、陰極室１１、及び中間室１２の圧力が概ね同じとなる。中間室１２の液面を陽極室１０及び陰極室１１の液面よりも高い位置とすることで、中間室１２を陽極室１０及び陰極室１１に対して陽圧としても良い。

本実施形態のように電解槽２に気液分離装置としての機能を持たせることで、別途の気液分離装置６を設ける必要がなくなり、電解装置１をコンパクト化できる。その他、本実施形態からは第１実施形態等と同様の作用を得ることができる。

（第７実施形態）
第７実施形態について説明する。以下の説明においては主に第１実施形態と異なる構成に着目し、第１実施形態と同一又は類似する要素には同一の符号を付して重複する説明を省略することがある。

図１４は、第７実施形態に係る電解装置１を説明するための図であって、陽極室１０及びその近傍の管路の断面を示している。本実施形態に係る電解装置１は、第６実施形態と同じく流出口１０ｂに代えて流出口１０ｅ，１０ｆが設けられている点、底壁２０ａの近傍に気泡生成壁３４が設けられている点、及び、頂壁２０ｂの形状を変更した点で、第１実施形態と相違する。

図１４の例において、気泡生成壁３４は、ドーム状（半球状）の断面形状を有している。気体の流入口１０ｃは、底壁２０ａに設けられ、気泡生成壁３４で覆われた領域に連通している。気泡生成壁３４は、多数の小孔３４ａを有している。流入口１０ｃから気泡生成壁３４と底壁２０ａとで囲われた領域に流入した気体は、小孔３４ａから気泡となって陽極室１０の液体中に放出される。気泡生成壁３４において小孔３４ａを設ける位置は、例えばランダムであっても良いし、規則的であっても良い。

気体の流出口１０ｆは、頂壁２０ｂに設けられている。頂壁２０ｂは、流出口１０ｆに向けて先細るテーパ形状を有している。液体の流出口１０ｅは、第２側壁２０ｄに設けられている。陽極室１０内には、第６実施形態と同様に、液層Ｌ１と気層Ｌ２とが形成されている。液層Ｌ１は、頂壁２０ｂに接している。この陽極室１０に、図１２に示したような押え部材３３をさらに設けても良い。流入口１０ｃや気泡生成壁３４を設ける位置、気泡生成壁３４の形状、気泡生成壁３４において小孔３４ａを設ける位置や密度等を調整することで、第１実施形態と同様の循環流を陽極室１０内に生じさせることもできる。小孔３４ａの形状及びサイズは、例えば小孔３４ａから発生する気泡が上記（６）式或いは上記（１０）等を満たすように定めれば良い。

本実施形態の構成においても、電解槽２に気液分離装置としての機能を持たせることができる。さらに、図１４に示す構成では、流出口１０ｆが重力方向Ｇにおいて陽極室１０内で最も高い位置にある。したがって、陽極室１０内の空気を流出口１０ｆから円滑に排出することができる。

また、図１４に示す気泡生成壁３４の形状であれば、陽極室１０内の広範囲に気泡を供給することができる。その他、本実施形態からは第１実施形態等と同様の作用を得ることができる。

（第８実施形態）
第８実施形態について説明する。以下の説明においては主に第１実施形態と異なる構成に着目し、第１実施形態と同一又は類似する要素には同一の符号を付して重複する説明を省略することがある。

図１５は、第８実施形態に係る電解装置１を説明するための図であって、陽極室１０及びその近傍の管路の断面を示している。本実施形態に係る電解装置１は、第５実施形態と同じく送液ポンプ３によって送られる液体と送気ポンプ４によって送られる気体とが共通の流入口１０ｄを通じて陽極室１０に流入する点、第６実施形態と同じく流出口１０ｂに代えて流出口１０ｅ，１０ｆが設けられている点、及び、電解槽２が傾けられている点で、第１実施形態と相違する。

図１５の例において、筐体２０は、底壁２０ａ、頂壁２０ｂ、第１側壁２０ｃ、及び第２側壁２０ｄにより囲われた直方体形状の陽極室１０を形成する。液体の流出口１０ｅは、頂壁２０ｂ及び第１側壁２０ｃが成す第１角部Ｃ１において、第１側壁２０ｃに設けられている。気体の流出口１０ｆは、頂壁２０ｂ及び第２側壁２０ｄが成す第２角部Ｃ２において、第２側壁２０ｄに設けられている。液体及び気体の流入口１０ｄは、底壁２０ａ及び第１側壁２０ｃが成す第３角部Ｃ３において、第１側壁２０ｃに設けられている。頂壁２０ｂ（或いは底壁２０ａ）から流出口１０ｅ，１０ｆまでの距離は、概ね同一である。

図１５の例において、電解槽２は、第１側壁２０ｃ及び第２側壁２０ｄが重力方向に対して反時計回りに角度θ（鋭角）で傾くように設置されている。これにより、気体の流出口１０ｆが液体の流出口１０ｅよりも重力方向Ｇにおいて上側に位置する。また、液体及び気体の流入口１０ｄは、重力方向Ｇにおいて最も低い角部に位置することとなる。陽極室１０内には、第６実施形態と同様に液層Ｌ１と気層Ｌ２とが形成され、流出口１０ｅが液層Ｌ１に連通し、流出口１０ｆが気層Ｌ２に連通している。液層Ｌ１の液面は、例えば、頂壁２０ｂと第２側壁２０ｄとに接している。この陽極室１０に、図１２に示したような押え部材３３をさらに設けても良い。流入口１０ｄ及び流出口１０ｅを設ける位置、陽極室１０に供給される空気の流量、及び角度θ等を調整することで、第１実施形態と同様の循環流を陽極室１０内に生じさせることもできる。

本実施形態の構成においても、電解槽２に気液分離装置としての機能を持たせることができる。さらに、本実施形態の構成であれば、直方体形状の陽極室１０を有する電解槽２を傾けることでこの機能を得られるので、装置設計を簡略化できる。また、電解槽２に各種管路を接続した後に電解槽２を傾ける角度θを調整することで、気液分離に適した流出口１０ｅ，１０ｆの位置関係を実現することもできる。その他、本実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用を得ることができる。

（第９実施形態）
第９実施形態について説明する。以下の説明においては主に第１実施形態と異なる構成に着目し、第１実施形態と同一又は類似する要素には同一の符号を付して重複する説明を省略することがある。

図１６は、第９実施形態に係る電解装置１を説明するための図であって、陽極室１０及びその近傍の管路の断面を示している。本実施形態に係る電解装置１は、陽極室１０が筐体２０を周面とし第１隔膜２１を円形面（底面或いは上面）とした円柱形状に形成されている点で、第１実施形態と相違する。

図１６の例において、筐体２０は、底壁２０ａ，頂壁２０ｂ、第１側壁２０ｃ、及び第２側壁２０ｄに代えて、断面が円形の周壁２０ｅを有している。第１隔膜２１及び陽極２３は、周壁２０ｅに対応した円形に形成されている。

液体の流入口１０ａ及び気体の流入口１０ｃは、周壁２０ｅの重力方向Ｇにおける下側寄りに設けられている。液体及び気体の流出口１０ｂは、周壁２０ｅの重力方向Ｇにおいて最も高い位置に設けられている。流入口１０ａから流入する液体と、流入口１０ｃから流入する気体は、互いに反対方向の速度成分を有している。そのため、気泡と液体の混合が促進され、空気清浄作用を高めることができる。図１６に示すように、陽極室１０内で気泡が偏って発生することで、矢印Ａで示すような循環流が陽極室１０内に生じる。

陽極室１０を円柱形状とすれば、陽極室１０内に角部が形成されないので、循環流が生じやすい。また、陰極室１１及び中間室１２も陽極室１０と同様の円柱形状とし、陽極室１０、陰極室１１及び中間室１２の周壁に相当する個別の枠部材をシール材を介して接続する場合においては、矩形などの枠部材を用いる場合に比べて均等にシール材を潰すことができ、電解槽２の信頼性が向上する。その他、本実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用を得ることができる。

陽極室１０内に例えば図１１に示したような流路を形成しない場合においては、陽極室１０の外形を比較的自由に選択できるため、図１６に示したものの他にも陽極室１０ないし電解槽２には種々の形状を採用できる。

（第１０実施形態）
第１０実施形態について説明する。以下の説明においては主に第１実施形態と異なる構成に着目し、第１実施形態と同一又は類似する要素には同一の符号を付して重複する説明を省略することがある。

図１７は、第１０実施形態に係る電解装置１を説明するための図であって、電解槽２の概略的な構成を示している。説明のために、電解槽２を構成する要素の一部を破断している。本実施形態に係る電解装置１は、陽極室１０及び中間室１２が円筒形状（中空形状）を有し、陰極室１１が円柱形状（中実形状）を有する点で、第１実施形態と相違する。

図１７の例において、筐体２０は、円形の底壁２０ａ及び頂壁２０ｂと、底壁２０ａ及び頂壁２０ｂの間を繋ぐ円筒形状の周壁２０ｆを有している。第１隔膜２１及び陽極２３も円筒形状であり、周壁２０ｆの内部において周壁２０ｆと一定の間隔を空けて配置されている。さらに、第２隔膜２２及び陰極２４も円筒形状であり、第１隔膜２１の内部において第１隔膜２１と一定の間隔を空けて配置されている。このような構成においては、周壁２０ｆを外周面とし、第１隔膜２１を内周面とし、これら外周面と内周面の間に陽極２３が配置された円筒形状の陽極室１０が形成される。また、第１隔膜２１を外周面とし、第２隔膜２２を内周面とした円筒形状の中間室１２が形成され、第２隔膜２２を外周面とした円柱形状の陰極室１１が形成される。

陽極室１０への液体の流入口１０ａ及び気体の流入口１０ｃは、底壁２０ａの近傍において周壁２０ｆに設けられている。陽極室１０の液体及び気体の流出口１０ｂは、頂壁２０ｂの近傍において周壁２０ｆに設けられている。図１７の例において、管路２５，２６は、液体及び気体（気泡）が陽極２３の周方向に向けた速度成分を持って陽極室１０に流入するように、周壁２０ｆに対して傾けて流入口１０ａ，１０ｃに接続されている。

このような構成において、陽極室１０に供給された液体及び気体は、矢印Ａで示すような旋回流となって、頂壁２０ｂに向けて螺旋状に上昇する。これにより、陽極室１０内での液体及び気体の滞留時間が長くなり、気体に対する除菌性能が向上するとともに、陽極室１０内での流速の偏りを低減することができる。

陰極室１１への液体の流入口１１ａは底壁２０ａに設けられ、陰極室１１からの液体の流出口１１ｂは頂壁２０ｂに設けられている。流入口１１ａには陰極室１１に液体を供給する管路３５が接続され、流出口１１ｂには陰極室１１から液体を排出する管路３６が接続されている。陰極室１１においても陽極室１０と同様の旋回流が生じるように、管路３５，３６の接続態様等を調整しても良い。この場合において、陰極室１１には陽極室１０と逆回りの旋回流を生じさせても良い。

中間室１２への電解液の流入口１２ａは底壁２０ａに設けられ、中間室１２からの電解液の流出口１２ｂは頂壁２０ｂに設けられている。流入口１２ａには中間室１２に電解液を供給する管路３７が接続され、流出口１２ｂには中間室１２から電解液を排出する管路３８が接続されている。図１７の例においては、管路３７，３８が重力方向Ｇにおいてずれた位置に配置されている。このようにすることで、中間室１２において周方向への電解液の流れを生成し、局所的な電解液の滞留を防ぐことができる。
以上説明した他にも、本実施形態によれば第１実施形態と同様の作用を得ることができる。

（第１１実施形態）
第１１実施形態について説明する。以下の説明においては主に第１実施形態と異なる構成に着目し、第１実施形態と同一又は類似する要素には同一の符号を付して重複する説明を省略することがある。

図１８は、第１１実施形態に係る電解装置１を概略的に示す図である。本実施形態に係る電解装置１は、陽極室１０内の液体を冷却する冷却器４０と、熱交換器４１とをさらに備える点で、第１実施形態と相違する。

冷却器４０は、例えば陽極室１０の内部を通る配管を備え、この配管を流れる冷媒により陽極室１０内の液体及び気体から熱を奪うことで、陽極室１０内を冷却する。上記配管は、例えば陽極室１０の外部に配置された空冷式の熱交換器に接続され、陽極室１０内で冷媒が得た熱をこの熱交換器において排熱させ、排熱後の冷媒を再び陽極室１０内に送る。冷媒を送る手段としては、例えばポンプを用いることができる。上記配管として、板状の多数の伝熱体が取り付けられたフィンチューブを用いても良い。冷却器４０の構成はここで述べたものに限られず、陽極室１０の内壁面等に取り付けられたペルチェ素子等であっても良い。また、冷却器４０は、陽極室１０に供給される液体又は気体を陽極室１０の外部において冷却するものであっても良い。以上のような冷却器４０は、冷却装置の一例である。

熱交換器４１は、送液ポンプ３によって陽極室１０に送られる水と、気液分離装置６から排出される液体（次亜塩素酸水）とを熱交換させる。気液分離装置６から排出される液体は、冷却器４０によって冷却されたものであるため、給水源ＷＳから供給される水よりも温度が低い。したがって、この熱交換により陽極室１０に供給される水の温度が下がり、冷却器４０の消費エネルギを低減できる。

本実施形態の構成においては、冷却器４０を設けたことにより、陽極室１０内の液体及び気体の温度が低下する。これにより、陽極室１０の気体に水蒸気が含まれにくくなるため、陽極室１０から排出される気体の絶対湿度が低下する。さらに、電解装置１から排出されて室温まで上昇した気体の相対湿度が低下し、室内の過度の湿度上昇を防ぐことができる。

また、陽極室１０内の液体を冷却することで、陽極２３において発生した塩素が水に溶け易くなり、次亜塩素酸水の生成効率を向上させる効果も期待できる。その他にも、本実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用を得ることができる。

なお、本実施形態において、電解槽２には第１乃至第１０実施形態にて開示したいずれの構成も採用できる。電解槽２が気液分離装置の機能を兼ねる場合には、図１８に示した気液分離装置６を設けなくても良い。

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。

例えば、各実施形態にて開示した構成は適宜に組み合わせることができる。さらに、各実施形態においては主に陽極室１０に着目したが、これら実施形態にて開示した構成は陰極室１１及び中間室１２にも適用することができる。

また、各実施形態においては３室型の電解槽２を備える電解装置１を開示したが、中間室を備えない２室型の電解槽を備える電解装置にも同様の構成を適用できる。２室型の電解槽においては、陽極室及び陰極室に、例えば塩水などの電解液が供給されても良い。

また、各実施形態において開示した電解槽２等の構成は、空気清浄機以外の電解装置にも適用することができる。同様に、各実施形態において開示した電解装置１にて実行される電解水生成方法は、空気清浄以外の用途のために利用することができる。陽極室１０、陰極室１１及び中間室１２にそれぞれ供給される液体や気体は、電解装置の用途に応じて適宜に選択することができる。

１…電解装置、２…電解槽、３…送液ポンプ、４…送気ポンプ、５…塵埃フィルタ、６…気液分離装置、７…塩素除去装置、１０…陽極室、１０ａ…液体の流入口、１０ｂ…液体及び気体の流出口、１０ｃ…気体の流入口、１１…陰極室、１２…中間室、２０…筐体、２０ａ…底壁、２０ｂ…頂壁、２０ｃ…第１側壁、２０ｄ…第２側壁、２１…第１隔膜、２２…第２隔膜、２３…第１陽極、２４…第２陰極。

Claims (20)

1. 筐体と、
   前記筐体内に第１室及び第２室を形成する隔膜と、
   前記第１室に配置された第１電極と、
   前記第２室に配置され、前記第１電極と対向する第２電極と、
   前記第１室に電解水の生成元となる液体を供給する液体供給部と、
   前記第１電極及び前記第２電極に通電する電解時において、前記第１室の液体中に、前記第１電極に沿って上昇する気泡を発生させる気泡発生部と、
   前記気泡として液体中を通過した気体を前記第１室から排出する排出部と、
   を備える電解装置。
2. 前記第１電極は陽極であり、前記第２電極は陰極である、
   請求項１に記載の電解装置。
3. 前記気泡発生部が前記第１室に送る気体の第１体積流量は、前記液体供給部が前記第１室に送る液体の第２体積流量よりも大きい、
   請求項１又は２に記載の電解装置。
4. 前記液体供給部は、前記第１室に連通する第１流入口と、前記第１流入口に液体を送る送液装置と、を含み、
   前記気泡発生部は、前記第１室に連通する第２流入口と、気体を前記第２流入口に送る送気装置と、を含み、
   前記第２流入口に送られた気体が気泡となって前記第１室の液体中に放出される、
   請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の電解装置。
5. 前記筐体は、前記第１室に接するとともに互いに対向する第１側壁及び第２側壁を含み、
   前記第１流入口は、前記第１側壁に設けられ、
   前記第２流入口は、前記第２側壁に設けられた、
   請求項４に記載の電解装置。
6. 前記排出部は、前記第１側壁に設けられ前記第１室に連通する流出口を含み、この流出口を介して前記第１室から液体とともに前記気泡を排出する、
   請求項５に記載の電解装置。
7. 前記第１室は、前記筐体が外周面を形成するとともに前記隔膜が内周面を形成する円筒形状を有し、
   前記第１電極は、前記外周面及び前記内周面の間に配置された円筒形状を有し、
   前記送液装置によって送られる液体は、前記第１電極の周方向に向けた速度成分を有して前記第１流入口から前記第１室に流入し、
   前記送気装置によって送られる気体は、前記第１電極の周方向に向けた速度成分を有して前記第２流入口から前記第１室に流入する、
   請求項４に記載の電解装置。
8. 前記液体供給部は、前記第１室に設けられた流入口と、前記流入口に液体を送る送液装置と、を含み、
   前記気泡発生部は、前記送液装置によって前記流入口に送られる液体に気体を合流させる送気装置を含み、
   液体に合流した気体が気泡となって、前記流入口から前記第１室の液体中に放出される、
   請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の電解装置。
9. 前記気泡発生部は、前記第１室に配置されるとともに複数の小孔が設けられた気体管と、気体を前記気体管に送る送気装置と、を含み、
   前記気体管に送られた気体が前記小孔から気泡となって前記第１室の液体中に放出される、
   請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の電解装置。
10. 前記液体供給部は、前記第１室に連通する第１流入口と、前記第１流入口に液体を送る送液装置と、を含み、
    前記気泡発生部は、前記第１室に連通する第２流入口と、気体を前記第２流入口に送る送気装置と、前記第１室を前記第１流入口に送られる液体が流入する第１領域および前記第２流入口に送られる気体が流入する第２領域に仕切るとともに複数の小孔が設けられた仕切板と、を含み、
    前記第２領域の気体が前記小孔から気泡となって前記第１室の液体中に放出される、
    請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の電解装置。
11. 前記第１室には、液層及び気層が形成され、
    前記排出部は、前記液層に連通する第１流出口と、前記気層に連通する第２流出口と、を含み、前記第１流出口を介して前記液層の液体を前記第１室から排出するとともに、前記第２流出口を介して前記気層の気体を前記第１室から排出する、
    請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の電解装置。
12. 前記第１流出口及び前記第２流出口は、重力方向において異なる高さ位置に設けられ、
    前記第１流出口と前記第２流出口との間において前記液層の液面に対向して配置された、複数の小孔を有する押え部材をさらに備える、
    請求項１１に記載の電解装置。
13. 前記筐体は、前記気層に接するとともに前記第２流出口が設けられ、前記第２流出口に向けて先細る頂壁を含む、
    請求項１１に記載の電解装置。
14. 前記筐体は、互いに対向する第１側壁及び第２側壁と、前記第１側壁及び前記第２側壁の端部をそれぞれ繋ぐ底壁及び頂壁と、を含み、前記第１側壁、前記第２側壁、前記底壁及び前記頂壁により囲われた直方体形状の前記第１室を形成し、
    前記第１流出口は、前記第１側壁及び前記頂壁が成す第１角部に設けられ、
    前記第２流出口は、前記第２側壁及び前記頂壁が成す第２角部に設けられ、
    前記第２流出口が前記第１流出口よりも重力方向において上側に位置するように、前記筐体が前記重力方向に対して傾けられた、
    請求項１１に記載の電解装置。
15. 前記筐体及び前記隔膜は、前記筐体を周面とし前記隔膜を円形面とした円柱形状の前記第１室を形成する、
    請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の電解装置。
16. 前記第１室の液体又は気体を冷却する冷却装置をさらに備える、
    請求項１乃至１５のうちいずれか１項に記載の電解装置。
17. 筐体と、前記筐体内に第１室及び第２室を形成する隔膜と、前記第１室に配置された第１電極と、前記第２室に配置され、前記第１電極と対向する第２電極と、前記第１室に電解水の生成元となる液体を供給する液体供給部と、前記第１電極及び前記第２電極に通電する電解時において、前記第１室の液体中に、前記第１電極に沿って上昇する気泡を発生させる気泡発生部と、前記気泡として液体中を通過した気体を前記第１室から排出する排出部と、を有する電解装置と、
    前記気泡の発生元となる気体から塵埃を除去するフィルタと、
    前記排出部により排出された気体から、電解時に生じた塩素を除去する塩素除去装置と、
    を備える空気清浄機。
18. 前記排出部は、気体及び液体が混合した気液混合流体を前記第１室から排出し、
    前記排出部から排出された前記気液混合流体を気体と液体に分離する気液分離装置をさらに備える、
    請求項１７に記載の空気清浄機。
19. 筐体と、前記筐体内に第１室及び第２室を形成する隔膜と、前記第１室に配置された第１電極と、前記第２室に配置され前記第１電極と対向する第２電極と、を備える電解槽において電解水を生成する方法であって、
    前記第１室に電解水の生成元となる液体を供給することと、
    前記第１室に前記第１電極に沿って上昇する気泡を発生させ、この気泡により前記第１室の液体を撹拌或いは前記第１室において循環させることと、
    前記第１電極及び前記第２電極に通電し、前記第１室に電解水を生成することと、
    を含む電解水生成方法。
20. 前記気泡の発生元となる気体から塵埃を除去することと、
    前記気泡として液体中を通過した気体を前記第１室から排出することと、
    前記第１室から排出された気体から、電解時に生じた塩素を除去することと、
    をさらに含む請求項１９に記載の電解水生成方法。

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