JP2017056423A - 電解水生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス臭の発生を抑制し、安定して電解液を供給可能な電解水生成装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、電解水生成装置の電解液供給装置は、電解液を貯溜する第１タンク４０ａと、第１タンクから電解槽へ電解液を導く供給配管３４ａと、電解槽から第１タンクへ電解液を回収する排水配管３４ｂと、電解液を貯溜する第２タンク４０ｂと、第２タンク内の電解液を第１タンクへ供給する供給流路、および供給流路を開閉する開閉機構と、を備えている。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、電解水生成装置に関する。

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。このような電解水生成装置は、例えば、３室型の電解槽を備えている。３室型の電解槽は、電解液を流す中間室と、この中間室の両側に位置する陽極室および陰極室とに仕切られている。陽極室および陰極室には、陽極および陰極がそれぞれ設けられている。

電解水として、例えば、次亜塩素酸水を生成する場合、中間室に塩水を循環し、陽極室および陰極室にそれぞれ水を流通する。中間室の塩水を陰極および陽極で電解することで、陽極で発生した塩素ガスから次亜塩素酸水を生成するとともに、陰極室で水酸化ナトリウム水を生成する。この際、塩水を生成する塩水タンクと中間室との間で、塩水を循環することで、中間室に塩水を供給している。

特許第３５００１７３号公報 特開２０１２−４６７７３号公報

上記のような電解水生成装置において、循環している塩水は、時間経過とともに有効塩素濃度が上昇するとともに、液性が酸性となる。そのため、塩素ガスが発生する。発生した塩素ガスは、刺激臭を伴うため、外部に流出しないことが望ましい。

本実施形態の課題は、ガス臭の発生を抑制し、安定した電解液の供給が可能な電解水生成装置を提供することにある。

実施形態によれば、電解水生成装置の電解液供給装置は、電解液を貯溜する第１タンクと、前記第１タンクから電解槽へ電解液を導く供給配管と、前記電解槽から前記第１タンクへ電解液を回収する排水配管と、電解液を貯溜する第２タンクと、前記第２タンク内の電解液を前記第１タンクへ供給する供給流路および前記供給流路を開閉する開閉機構と、を備えている。

図１は、第１の実施形態に係る電解水生成装置を概略的に示すブロック図。 図２は、上記電解水生成装置の電解液供給装置を概略的に示す断面図。 図３は、塩水補充時における電解液供給装置を示す断面図。 図４は、塩水補充後の電解液供給装置を示す断面図。

以下に、図面を参照しながら、種々の実施形態について説明する。なお、実施形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。

図１は、実施形態に係る電解水生成装置の構成を概略的に示す図である。
図１に示すように、電解水生成装置１０は、３室型の電解槽１１を備えている。電解槽１１は、例えば、偏平な矩形箱状に形成され、その内部は、陰イオン交換膜（第１隔膜）１６ａおよび陽イオン交換膜（第２隔膜）１６ｂにより、中間室（電解液室）１５ａと、中間室１５ａの両側に位置する陽極室（第１電極室）１５ｂおよび陰極室（第２電極室）１５ｃと、に仕切られている。陽極室１５ｂ内に陽極（第１電極）１８ａが設けられ、陰イオン交換膜１６ａに隣接対向している。陰極室１５ｃ内に陰極（第２電極）１８ｂが設けられ、陽イオン交換膜１６ｂに隣接対向している。陽極１８ａおよび陰極１８ｂは、ほぼ等しい大きさの矩形板状に形成され、中間室１５ａを挟んで、互いに対向している。

電解水生成装置１０は、電解槽１１の陽極室１５ｂおよび陰極室１５ｃに、電解原水（被電解水）、例えば、水を供給する給水部２０と、中間室１５ａにハロゲンイオンを含む電解液、例えば、塩水、を供給する電解液供給装置３０と、陽極１８ａおよび陰極１８ｂに正電圧および負電圧をそれぞれ印加する電源２３と、電源２３および後述する流量調整弁、送液ポンプ等を制御するコントローラ２４と、を備えている。

給水部２０は、所定の水圧で水を供給する図示しない給水源（例えば、水道栓あるいは給水設備）から陽極室１５ｂの下部および陰極室１５ｃの下部に水を導く給水配管２１ａと、それぞれ陽極室１５ｂおよび陰極室１５ｃの近傍で、給水配管２１ａに設けられた２つ流量調整弁（絞り弁）２５ａ、２５ｂと、陽極室１５ｂを流れた水を陽極室１５ｂの上部から排出する第１排水配管２２ａと、陰極室１５ｃを流れた水を陰極室１５ｃの上部から排出する第２排水配管２２ｂと、第１排水配管２２ａに設けられた流量調整弁（絞り弁）２４ａと、第２排水配管２２ｂに設けられた流量調整弁（絞り弁）２４ｂと、を備えている。

電解液供給装置３０は、塩水を収容する塩水タンク３２と、塩水タンク３２から中間室１５ａの下部に塩水を導く供給配管３４ａと、供給配管３４ａ中に設けられた送液ポンプ３６と、中間室１５ａ内を流れた塩水を中間室１５ａの上部から塩水タンク３２に送る第１排水配管３４ｂと、第１排水配管３４ｂから分岐した第２排水配管３４ｃと、分岐部と塩水タンク３２との間で第１排水配管３４ｂに設けられた流量調整弁（絞り弁）３８ａと、第２排水配管３４ｃに設けられた流量調整弁（絞り弁）３８ｂと、を備えている。

電解水生成装置１０により、塩水を電解して酸性水（次亜塩素酸水および塩酸）とアルカリ性水（水酸化ナトリウム）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３６を作動させ、塩水タンク３２から電解槽１１の中間室１５ａに塩水を供給して中間室１５ａを塩水で満たすとともに、給水部２０により陽極室１５ｂおよび陰極室１５ｃに水を給水し、陽極室１５ｂおよび陰極室１５ｃを水で満たす。同時に、電源２３から正電圧および負電圧を陽極１８ａおよび陰極１８ｂにそれぞれ印加する。

中間室１５ａ内の塩水中において電離している塩素イオンは、陽極１８ａに引き寄せられ、陰イオン交換膜１６ａを通過して、陽極室１５ｂへ流入する。そして、陽極１８ａにて塩素イオンが還元され塩素ガスが発生する。発生した塩素ガスは陽極室１５ｂ内で水と反応して次亜塩素酸水および塩酸、すなわち、ハロゲン化合物、を生成する。このようにして生成された酸性水（次亜塩素酸水および塩酸）は、陽極室１５ｂから第１排水配管２２ａを通って貯溜タンク等に流出する。

また、中間室１５ａ内の塩水中において電離しているナトリウムイオンは、陰極１８ｂに引き寄せられ、陽イオン交換膜１６ｂを通過して、陰極室１５ｃへ流入する。陰極室１５ｃにおいて、陰極１８ｂで水が電気分解されて水素イオンが生じ、この水素イオンが電子を受け取って水素ガスとなる。発生した水素ガスは、陰極室１５ｃ内で水と反応して水酸化ナトリウム水溶液を生成する。このようにして生成された水酸化ナトリウム水溶液（アルカリ性水）および水素ガスは、陰極室１５ｃから第２排水配管２２ｂに流出し、この第２排水配管２２ｂを通って排出される。

塩水は、電解液供給装置３０により、供給配管３４ａ、中間室１５ａ、第１排水配管３４ｂ、塩水タンク３２を通して循環される。また、塩水の一部は、流量調整弁３８ｂおよび第２排水配管３４ｃを通して排水可能である。
次に、電解液供給装置３０について詳細に説明する。
図２は、電解液供給装置を概略的に示す断面図である。この図に示すように、電解液供給装置３０は、塩水タンク３２を構成する第１タンク４０ａおよび第２タンク４０ｂを有し、これらのタンクは、合成樹脂等により一体に形成されている。第１タンク４０ａは、供給配管３４ａおよび第１排水配管３４ｂに接続され、循環する塩水を収容する循環タンクとして機能する。また、第２タンク４０ｂは、未使用の塩水を収容する塩水供給タンクとして機能する。

第１タンク４０ａは、ほぼ水平な底壁４２ａと、底壁４２ａに立設された複数の側壁４２ｂと、タンクを閉じる天井壁４２ｃと、を有している。一方の側壁４２ｂにはオーバーフロー開口４３が形成され、他方の側壁４２ｂ下部に流通口（供給流路）４４が形成されている。第１タンク４０ａ内に、流通口４４を開閉する開閉機構、例えば、一方向弁４６が設けられている。電解液供給装置３０の供給配管３４ａは、天井壁４２ｃを通して第１タンク４０ａ内に挿通され、底壁４２ａの近傍まで延出している。同様に、第１排水配管３４ｂは、天井壁４２ｃを通して第１タンク４０ａ内に挿通され、底壁４２ａの近傍まで延出している。なお、供給配管３４ａおよび第１排水配管３４ｂは、第１タンク４０ａの天井壁４２ｃに限らず、第１タンクの他の壁部を通して第１タンク４０ａ内に挿通されてもよい。

第２タンク４０ｂは、第１タンク４０ａの底壁４２ａと共通の底壁４８ａと、底壁４８ａに立設された複数の側壁４８ｂと、上部開口４８ｃと、を有している。１つの側壁４８ｂは、第１タンク４０ａの側壁４２ｂと共通あるいは一体の側壁で構成されている。

本実施形態では、電解液供給装置３０は、塩水タンク３２に塩水を充填あるいは補充する脱着自在な充填カセット５０を備えている。充填カセット５０は、例えば、円筒形状あるいは角筒形状に形成され、下端部に給水口５２が設けられている。また、充填カセット５０内に、給水口５２を開閉する可動栓５４および可動栓５４を閉塞位置に付勢する閉じばね５５が設けられている。充填カセット５０内に所定量の塩水が貯溜されている。

第２タンク４０ｂの底壁４８ａに押圧ピン５６が立設されている。また、第２タンク４０ｂの上部開口４８ｃの近傍で、側壁４８ｂに台座５８が設けられている。充填カセット５０の下部は、第２タンク４０ｂの上部開口４８ｃに装着され、台座５８上に載置される。この際、第２タンク４０ｂの押圧ピン５６により充填カセット５０の可動栓５４が押上げられ、給水口５２を開放する。これにより、充填カセット５０内の塩水は、給水口５２から第２タンク４０ｂ内に充填される。
第１タンク４０ａ内および第２タンク４０ｂ内に予め所定量の塩水を充填してもよく、あるいは、上述した充填カセット５０から第２タンク４０ｂおよび第１タンク４０ａに塩水を充填するようにしてもよい。充填カセット５０から第２タンク４０ｂに塩水を充填すると、第２タンク４０ｂ内の水圧により一方向弁４６が開放し、流通口４４を通して第２タンク４０ｂから第１タンク４０ａ内に塩水が流入する。

塩水を充填した状態において、第１タンク４０ａ内の塩水の液面と、第２タンク４０ｂ内の塩水の液面とは同一の高さとなっている。また、この液面は、オーバーフロー開口４３の下端位置と同等以下の高さにある。

電解液供給装置３０は、第１タンク４０ａ内の塩水量を検知する液量センサ６２、および警報器６４（図１参照）を備えていてもよい。液量センサ６２により、第１タンク４０ａ内および塩水タンク３２内の塩水量が所定量以下であることが検知された場合に、警報器６４により警報等を表示あるいは発信する。液量センサ６２の検出信号は前述したコントローラ２４に入力され、コントローラ２４は検出信号に応じて警報器６４を作動する、すなわち、塩水タンク３２内の塩水が所定の水量よりも少なくなった時点で、あるいは、空となった時点で、警報器６４を作動する。

上記構成の電解液供給装置３０は、電解水生成時、ポンプ３６により第１タンク４０ａ内の塩水を供給配管３４ａを通して電解槽１１に供給し、電解槽１１内を流れた塩水を第１排水配管３４ｂを通して第１タンク４０ａに回収する。すなわち、電解液供給装置３０は、第１タンク４０ａ内の塩水を電解槽１１の中間室１５ａを通して循環させる。循環する塩水の一部は、第２排水配管３４ｃを通して排水、廃棄される。排水量は、流量調整弁３８ｂにより適宜調整する。また、第１タンク４０ａ内で塩水量が過大となった場合は、オーバーフロー開口４３を通して過剰分の塩水を排水する。

電解による塩水消費、および塩水の微少量廃棄により、第１タンク４０ａ内の塩水の水位が下がると、図３に示すように、第２タンク４０ｂ内の塩水との水位差により一方向弁４６が開き、流通口４４が開放される。これにより、第２タンク４０ｂ内の新しい塩水（未使用の塩水）が流通口４４から第１タンク４０ａ内に流入し、第１タンク４０ａに充填される。同時に、充填カセット５０内の塩水が第２タンク４０ｂ内に流入し、第２タンク４０ｂに補充される。第２タンク４０ｂ内の塩水が所定の水位に達した時点で、充填カセット５０からの塩水の補充が停止する。これにより、図４に示すように、第２タンク４０ｂから第１タンク４０ａに所定の水位まで新しい塩水が充填され、同時に、充填カセット５０から第２タンク４０ｂに所定の水位まで塩水が補充される。第１タンク４０ａ内の水位と第２タンク４０ｂ内の水位とが概略等しくなった時点で、一方向弁４６が閉じて流通口４４を閉塞する。

塩水の微少廃棄量は、循環系の塩水の容積と廃棄量に応じて、また、排出される塩水の塩素濃度(塩素臭）の上昇時間に応じて、決定する。例えば、微少破棄量は約２ｍｌ／分に設定している。また、循環側の塩水流量は、２００〜３００ｍｌ／分程度に設定する。これにより、充填カセット５０の容量を５００ｍｌとした場合、充填カセット５０の交換間隔を４時間確保することができる。

なお、塩水消費により、充填カセット５０内の塩水が空となり、また、第１タンク４０ａおよび第２タンク４０ｂ内の塩水が所定量以下、例えば、空となった場合、液量センサ６２から検出信号に基づいて、コントローラ２４は警報器６４を作動させ、使用者に塩水の不足および充填カセット５０の交換を報知する。

以上のように構成された電解水生成装置および電解液供給装置によれば、循環する塩水を貯溜する第１タンクと、塩水を供給する第２タンクとを個別に設け、循環する塩水が減った時に、第２タンクから第１タンクへ塩水を供給する構成としている。また、循環塩水用の第１タンク４０ａは、極力密閉構造とし、塩素ガスが装置外に漏れない構造としている。装置外へ流出する塩素ガスは、第２排水配管３４ｃから排出する微少量の塩水から発生する分だけとなり、従来方式に比べ簡単な構成で、ランニングコストもかからずに、塩素臭（ガス臭、刺激臭）の発生を抑えることができる。

以上のことから、本実施形態によれば、ガス臭の発生を抑制しつつ、電解液を安定して供給することが可能な電解液供給装置、およびこれを備える電解水生成装置を提供することができる。

本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
上述した実施形態において、塩水タンクを構成する第１タンクおよび第２タンクは互いに連結された構成としたが、これに限らず、第１タンクと第２タンクとを独立して設け、これらを連通配管等で連通する構成としてもよい。第２タンクへの電解液の補充は、充填カセットに限らず、ポンプ等により外部から電解液を充填してもよい。また、電解液は塩水以外のものでもよく、生成する電解水も次亜塩素酸水以外の電解水としてもよい。

１０…電解水生成装置、１１…電解槽、１５ａ…中間室、１５ｂ…陽極室、
１５ｃ…陰極室、１６ａ…第１隔膜、１６ｂ…第２隔膜、１８ａ…陽極、
１８ｂ…陰極、２０…給水部、３０…電解液供給装置、３２…塩水タンク、
３４ａ…供給配管、３４ｂ…第１排水配管、３６…送液ポンプ、４０ａ…第１タンク、
４０ｂ…第２タンク、４６…一方向弁、５０…充填カセット、５４…可動栓、
６２…液量センサ

Claims (7)

1. 電解液を収容する電解液室と、電極を収容する電極室と、を有する電解槽と、
   前記電極室に電解原水を供給する給水部と、
   前記電解液室に電解液を供給する電解液供給装置と、を備え、
   前記電解液供給装置は、
   電解液を貯溜する第１タンクと、
   前記第１タンクから前記電解液室へ電解液を導く供給配管と、
   前記電解液室から前記第１タンクへ電解液を回収する排水配管と、
   電解液を貯溜する第２タンクと、
   前記第２タンク内の電解液を前記第１タンクへ供給する供給流路および前記供給流路を開閉する開閉機構と、
   を備えている電解水生成装置。
2. 前記電解液供給装置は、電解液を収容した充填カセットであって、前記第２タンクに脱着自在に装着され、前記第２タンクに電解液を補充する充填カセットを更に備える請求項１に記載の電解水生成装置。
3. 前記開閉機構は、前記第１タンク内に設けられ、前記第１タンク内の水位と第２タンク内の水位との差に応じて前記供給流路を開放する開閉弁を有している請求項１又は２に記載の電解水生成装置。
4. 前記第１タンクおよび第２タンクは、共通の底壁と、共通の側壁と、前記共通の側壁に形成され第１タンク内と第２タンク内とを連通する流通口と、を備えている請求項１から３のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
5. 前記電解液供給装置は、前記供給配管に設けられた送液ポンプを備えている請求項１から４のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
6. 前記電解液は塩水である請求項１から５のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
7. 前記電解槽は、前記電解液を収容する前記電解液室と、前記電解液室の両側に設けられ陰極および陽極をそれぞれ収納した第１電極室および第２電極室と、を備えている請求項１から６のいずれか１項に記載の電解水生成装置。

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