JP2017164711A - 電解水生成システムおよび電解水生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本実施形態は、汚濁水のような被処理水および無機塩化物水溶液から汚濁物や不純物が混入しない被電解水を簡便に調製し、この被電解水を用いて電解水を生成する電解水生成システムを提供する。【解決手段】実施形態によると、陽極および陰極を備える電解槽と、前記陽極と陰極の間に電圧を印加する電源と、正浸透膜、前記正浸透膜で区画され、被処理水が供給される第１のチャンバおよび無機塩化物水溶液が供給される第２のチャンバを備える水処理装置と、前記第２のチャンバおよび前記電解槽に接続されるタンクとを備える電解水生成システムが提供される。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電解水生成システムおよび電解水生成方法に関する。

近年、塩化物イオンを含む水溶液や水道水のような、いわゆる被電解水を直流電圧で電解処理して様々な機能を有する電解水を生成する電解水生成装置が知られている。電解水のうち、例えば酸性電解水、中性電解水、若しくはアルカリ性電解水は洗浄消毒に使用され、またはアルカリ性電解水は飲用向けに使用される。

このような電解水生成において、被電解水に汚濁物や不純物が混入すると電解水の生成能力が低下する。そのため、イオン交換樹脂などを用いて被電解水に含まれる汚濁物や不純物を取り除いてから電解処理する電解水生成装置が知られている。

また、逆浸透膜と電解槽とを備える電解水生成装置が提案されている（例えば、特許文献１，２）。特許文献１には、逆浸透膜で濃縮した水を電解槽に導入し電解処理して電解水を生成し、当該電解水と逆浸透膜を透過した水とを混合させて所望のｐＨ値の電解水を供給することが記載されている。特許文献２では、逆浸透膜で分離した処理水と電解水を電解槽に導入して電解水を生成し、高度に浄化され、不純物の少ない電解水を得ることが記載されている。

特開２００６−２７２０２９号公報 特開２０１３−７０９号公報

本実施形態は、汚濁水のような被処理水および無機塩化物水溶液から汚濁物や不純物が混入しない被電解水を簡便に調製し、この被電解水を用いて電解水を生成する電解水生成システムおよび電解水生成方法を提供する。

実施形態によると、陽極および陰極を備える電解槽と、記陽極と陰極の間に電圧を印加する電源と、正浸透膜、前記正浸透膜で区画され、被処理水が供給される第１のチャンバおよび無機塩化物水溶液が供給される第２のチャンバを備える水処理装置と、前記第２のチャンバおよび前記電解槽に接続されるタンクとを備える電解水生成システムが提供される。

別の実施形態によると、（i）陽極および陰極を備える電解槽と、前記陽極と陰極の間に電圧を印加する電源と、正浸透膜、前記正浸透膜で区画され、被処理水が供給される第１のチャンバおよび無機塩化物水溶液が供給される第２のチャンバを備える水処理装置と、前記第２のチャンバおよび前記電解槽に接続されるタンクとを備える電解水生成システムを準備する工程と、（ii）前記被処理水を前記第１のチャンバに供給し、前記無機塩化物水溶液を前記第２のチャンバと前記タンク間で循環させ、前記被処理水と前記無機塩化物水溶液との浸透圧差によって、前記第１のチャンバ内の被処理水中の真水を正浸透膜を通して前記第２のチャンバ内の前記無機塩化物水溶液中に移動させて当該無機塩化物水溶液を希釈し、希釈された無機塩化物水溶液を前記タンクから前記電解槽へ送出し、前記電源から前記陽極と前記陰極との間に電圧を印加し、前記希釈された無機塩化物水溶液を電気分解する工程とを含む電解水生成方法が提供される。

実施形態に係る電解水生成システムの概略的に示す図。 実施形態に係る電解水生成システムの被電解水生成の流れを示すフローチャート。 実施形態に係る電解水生成システムの電解水生成の流れを示すフローチャート。 実施形態に係る電解水生成システムの正浸透膜洗浄の流れを示すフローチャート。 別の実施形態に係る電解水生成システムを概略的に示す図。

以下に実施形態に係る電解水生成システムを説明する。

実施形態に係る電解水生成システムは、陽極および陰極を備える電解槽を具備する。電源は、陽極と陰極の間に電圧を印加する。水処理装置は、正浸透膜、当該正浸透膜で区画され、被処理水が供給される第１のチャンバおよび無機塩化物水溶液が供給される第２のチャンバを備える。タンクは、第２のチャンバに接続され、無機塩化物水溶液を当該第２のチャンバとの間で循環させる。また、当該タンクは電解槽に接続され、当該タンク内の無機塩化物水溶液を電解槽に送出する。

陽極と陰極は、例えば矩形板の形態、１つ以上の貫通孔を有する矩形板の形態が挙げられる。陽極と陰極が１つ以上の貫通孔を有する矩形板である場合、被電解水との接触面積が増大して電解効率を向上できる。陽極と陰極は、例えばその一部または全部が、電解槽に収容される被電解水に含まれる位置に、互いに対向するようにして配置される。

陽極と陰極は、例えば亜鉛、チタン、クロム、タングステン若しくはアルミニウム、またはそれらの合金などが挙げられる。さらにそれ自身の表面に、電解効率を向上させる貴金属化合物を塗布または蒸着させてもよい。貴金属化合物は、例えば金または白金を含む化合物が挙げられる。

電解槽は、例えば二槽式、または一槽式のものを用いることができる。二槽式の電解槽は、例えば、隔膜と、当該隔膜で区画された陽極を有する陽極室および陰極を有する陰極室とを備える。二槽式の電解槽は、例えば陽極室で酸性電解水を生成し、陰極室でアルカリ性電解水を生成する。一槽式の電解槽は、一室内に陽極と陰極とを備える。

隔膜は、食塩製造や飲料水製造、医薬・食塩の精製、燃料電池などで利用されているイオン交換膜であり、フッ素樹脂などを用いることができる。

水処理装置の正浸透膜は、例えば酢酸セルロースまたはポリアミドなどの高分子によって構成される。三酢酸セルロースによって構成される正浸透膜は、例えば親水性、耐塩素性、および汚濁物質が付着しにくい性質などを有する。正浸透膜の形状は、例えば平膜、中空糸膜、スパイラル膜またはチューブラー膜が挙げられる。

被処理水は、例えば湖水、河川水、沼水、生活排水、若しくは産業排水、またはそれらの混合物が挙げられる。

無機塩化物水溶液は、例えば塩化ナトリウム水溶液、または塩化カリウム水溶液を用いることができる。

第２のチャンバに供給される無機塩化物水溶液は、第１のチャンバに供給される被処理水の浸透圧以上の濃度になるように調製することが好ましい。第１のチャンバに供給される被処理水と第２のチャンバに供給される無機塩化物水溶液との間で生じる浸透圧差により、第１のチャンバ内の被処理水中の真水が正浸透膜を透過して第２のチャンバ内の無機塩化物水溶液中に移動して、当該無機塩化物水溶液を希釈する。

実施形態において、タンクは第２のチャンバに接続され、無機塩化物水溶液を当該第２のチャンバとの間で循環させる第１のタンクと、第１のタンクおよび電解槽に接続され、当該第１のタンク内の無機塩化物水溶液を当該電解槽に送出する第２のタンクとを備える。

上記のように構成された実施形態に係る電解水生成システムは、さらに以下の構成要素を備えていてもよい。

第１のタンクは、さらに当該第１のタンクに収容される無機塩化物水溶液の濃度を検出する濃度検出センサを備える。濃度検出センサは、当該濃度検出センサの検出値に基づいて、被処理水中の真水を正浸透膜に透過させ、無機塩化物水溶液中に移動させるための工程を開始または停止することができる。濃度検出センサは、例えば電気導電率計が挙げられる。

第１のタンクは、さらに当該第１のタンクに収容される無機塩化物水溶液の容量を検出する容量検出センサを備える。容量検出センサを備える第１のタンクは、容量検出センサの検出値に基づいて、無機塩化物水溶液を第２のタンクに排出する際、所望の容量の無機塩化物水溶液を第１のタンクに残留させることができる。

容量検出センサは、例えば所望容量のポイントを検出するレベルスイッチ、または容量の連続値として検出するレベル計を挙げることができる。容量検出センサは、例えばフロート式、超音波式、静電容量式、または圧力式などが挙げられる。

第１のタンクは、さらに当該第１のタンクに接続され、無機塩化物または高濃度の無機塩化物水溶液を収容する無機塩化物補給部を備える。補給部内の無機塩化物等は、第１のタンク内に残留され、希釈した無機塩化物水溶液を高濃度にするために使用される。無機塩化物は、例えば塩化ナトリウム、または塩化カリウムが挙げられる。無機塩化物の形態は、例えば粉末状である。高濃度の無機塩化物水溶液は、例えば０．２重量％以上の濃度の無機塩化物水溶液である。

第１のタンクは、さらに撹拌装置を備えてもよい。撹拌装置は、例えば撹拌羽根である。撹拌装置は、当該第１のタンクに収容される無機塩化物水溶液の濃度を均一にすることを可能にする。

実施形態に係る電解水生成システムにおいて、電解槽を水処理装置の第１のチャンバに接続してもよい。これによって、電解槽で生成された電解水を第１のチャンバに供給できるようにし、第１のチャンバ側から正浸透膜の表面を洗浄してもよい。正浸透膜の洗浄には酸性電解水のみを使用する、またはアルカリ電解水を用いてから酸性電解水を使用することができる。

次に、実施形態に係る電解水生成方法を説明する。

（i）陽極および陰極を備える電解槽と、陽極と陰極の間に電圧を印加する電源と、正浸透膜、前記正浸透膜で区画され、被処理水が供給される第１のチャンバおよび無機塩化物水溶液が供給される第２のチャンバを備える水処理装置と、第２のチャンバおよび電解槽に接続されるタンクとを備える電解水生成システムを準備する。

（ii）第１のチャンバに被処理水を供給するとともに、第２のチャンバに前記被処理水よりも高い浸透圧の濃度に調製した無機塩化物水溶液を供給する。つづいて、被処理水と無機塩化物水溶液との間で生じる浸透圧差により、第１のチャンバ内の被処理水中の真水を正浸透膜を透過させて第２のチャンバ内の無機塩化物水溶液中に移動させ、当該無機塩化物水溶液を希釈する。無機塩化物水溶液が所望の濃度に希釈されるまで、被処理水の供給と無機塩化物水溶液の循環を継続する。

（iii）第２のチャンバ内の無機塩化物水溶液が所望の濃度に希釈されたとき、被処理水と無機塩化物水溶液の循環を停止する。つづいて、希釈された無機塩化物水溶液をタンクから電解槽へ送出する。つづいて、電源から陽極と陰極との間に電圧を印加し、希釈された無機塩化物水溶液を電気分解して電解水を生成する。

実施形態において、電解水生成システムのタンクは第２のチャンバに接続され、無機塩化物水溶液を当該第２のチャンバとの間で循環させる第１のタンクと、第１のタンクおよび電解槽に接続され、第１のタンク内の無機塩化物水溶液を電解槽に送出するための第２のタンクとを備え、被処理水を第１のチャンバに供給し、無機塩化物水溶液を第２のチャンバと第１のタンク間で循環させ、被処理水と無機塩化物水溶液との浸透圧差によって、第１のチャンバ内の被処理水中の真水を正浸透膜を通して第２のチャンバ内の無機塩化物水溶液中に移動させて当該無機塩化物水溶液を希釈し、第１のタンクに収容される無機塩化物水溶液が所望の濃度に希釈されるとき、希釈された無機塩化物水溶液を第１のタンクから第２のタンクへ送出し、さらに希釈された無機塩化物水溶液を第２のタンクから前記電解槽へ送出する。

上記のような実施形態に係る電解水生成方法は、さらに以下の工程を含んでいてもよい。

実施形態に係る電解水生成システムは、さらに第１のタンクに収容される無機塩化物水溶液の濃度を検出するための濃度検出センサを備える。濃度検出センサが電解槽での電気分解に適した無機塩化物水溶液の濃度（第１の濃度設定値）を検出すると、それに基づいて第１のチャンバへの被処理水の供給および第１の濃度設定値の無機塩化物水溶液の循環を停止し、引き続いて第１の濃度設定値の無機塩化物水溶液を第１のタンクから第２のタンクに送出する。

無機塩化物水溶液の第１の濃度設定値は、例えば０．１〜１．０重量％である。

実施形態に係る電解水生成システムは、さらに第１のタンクに収容される無機塩化物水溶液の容量を検出する容量検出センサを備える。第１の濃度設定値の無機塩化物水溶液が、第１のタンクから第２のタンクに送出され、容量検出センサが例えば第１のタンクの容量の５〜２０％の容量（容量設定値）を検出すると、それに基づいて第１のタンクから第２のタンクへの送出が停止される。それによって、第１のタンクには容量設定値の無機塩化物水溶液が残留する。

実施形態に係る電解水生成システムは、第１のタンクに接続され、無機塩化物または高濃度の無機塩化物水溶液を収容する無機塩化物補給部をさらに備える。第１のタンク内に第１の濃度設定値を有し、容量設定値を持つ無機塩化物水溶液が残留すると、無機塩化物補給部は無機塩化物または高濃度の無機塩化物水溶液を第１のタンク内の無機塩化物水溶液に補給する。無機塩化物等の補給は、第１のタンク内の無機塩化物水溶液が被処理水の浸透圧以上の濃度、例えば０．２〜５．０重量％（第２の濃度設定値）になるまで継続される。濃度検出センサが、無機塩化物水溶液の第２の濃度設定値を検出すると、無機塩化物等の補給は停止される。

以上、実施形態に係る電解水生成システムおよび電解水生成方法によれば、水処理装置を用いて汚濁水のような被処理水および無機塩化物水溶液から汚濁物や不純物が混入しない被電解水を簡便に調製し、この被電解水を用いて電解水を生成することができる。

次に、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、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箇所があるが、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システム１００の構成を概略的に示す図である。電解水生成システム１００は、水処理装置１１と第１のタンク３１と、第２のタンク４１と電解槽５１とを備えている。

水処理装置１１は、密閉容器１２を備えている。密閉容器１２は、正浸透膜１３により左右に区画され、左側の密閉容器１２には第１のチャンバ１４が形成され、右側の密閉容器１２には第２のチャンバ１５が形成されている。

被処理水（例えば汚濁水）のタンク１６は、第１のパイプライン１０１ａにより第１のチャンバ１４が位置する密閉容器１２の上部に接続され、タンク１６内の汚濁水は、第１のパイプライン１０１ａを通して第１のチャンバ１４に供給される。第１の開閉弁１０２ａおよび第１のポンプ１０３ａは、第１のパイプライン１０１ａに汚濁水の流れ方向にこの順序で設けられている。第１のチャンバ１４が位置する密閉容器１２の下部には、濃縮した汚濁水を外部に排出するための第２のパイプライン１０１ｂが接続されている。

第１のタンク３１は、その下部から第３のパイプライン１０１ｃにより第２のチャンバ１５が位置する密閉容器１２の下部に接続され、第１のタンク３１内の無機塩化物水溶液、例えば塩化ナトリウム水溶液（ドロー水溶液）が第３のパイプライン１０１ｃを通して供給される。第２の開閉弁１０２ｂおよび第２のポンプ１０３ｂは、第３のパイプライン１０１ｃに塩化ナトリウム水溶液の流れ方向にこの順序で設けられている。第２のチャンバ１５が位置する密閉容器１２の上部は、第４のパイプライン１０１ｄにより第１のタンク３１に接続され、第２のチャンバ１５内の塩化ナトリウム水溶液が第４のパイプライン１０１ｄを通して第１のタンク３１に戻される。なお、第１のタンク３１には後述する塩化ナトリウム粉末の供給時にその粉末の溶解を促進するためにモータ（図示せず）で回転する撹拌羽根（図示せず）が設けられている。

塩化ナトリウム水溶液の濃度検出センサ（例えば導電率計測センサ）３２は、第１のタンク３１内の底部付近に挿入されている。第１のタンク３１内の塩化ナトリウム水溶液の容量を計測するためのセンサ、例えばフロート式レベルセンサ３３は第１のタンク３１内にその深さ方向に沿って挿入されている。塩化ナトリウム補給部（例えば塩化ナトリウム粉末収納タンク）３４は、第５のパイプライン１０１ｅにより第１のタンク３１の上部に接続されている。第３の開閉弁１０２ｃは、第５のパイプライン１０１ｅに設けられている。なお、塩化ナトリウム粉末収納タンク３４には塩化ナトリウム粉末が収納され、第３の開閉弁１０２ｃを開くことにより、塩化ナトリウム粉末が第５のパイプライン１０１ｅを通して自重で落下して第１のタンク３１に供給される。第１のタンク３１に収納される塩化ナトリウムは、塩化ナトリウム粉末の代わりに高濃度（例えば０．５重量％〜室温下の飽和濃度）の塩化ナトリウム水溶液を収容してもよい。

第２のタンク４１の下部側壁は、第６のパイプライン１０１ｆにより第１のタンク３１の側壁に接続され、当該第１のタンク３１内の塩化ナトリウム水溶液が第６のパイプライン１０１ｆを通して第２のタンク４１に供給される。第４の開閉弁１０２ｄおよび第３のポンプ１０３ｃは、第６のパイプライン１０１ｆに塩化ナトリウム水溶液の流れ方向にこの順序で設けられている。

例えば１隔膜２室型の電解槽５１は、密閉容器５２を備えている。密閉容器５２は、隔膜５３により左右に区画され、例えば左側に陽極室５４が、右側に陰極室５５がそれぞれ形成されている。陽極室５４には、陽極５６が収納され、陰極室５５には陰極５７が収納されている。直流電源５８は、その正極が陽極５６に接続され、負極が陰極５７に接続されている。

第２のタンク４１は、第７のパイプライン１０１ｇおよびこれから分岐した第１、第２の分岐パイプライン１０４ａ，１０４ｂにより陽極室５４が位置する密閉容器５２および陰極室５５が位置する密閉容器５２にそれぞれ接続され、当該第２のタンク４１内の塩化ナトリウム水溶液を第７のパイプライン１０１ｇおよび第１、第２の分岐パイプライン１０４ａ、１０４ｂを通して陽極室５４および陰極室５５にそれぞれ供給する。第５の開閉弁１０２ｅおよび第４のポンプ１０３ｄは、第７のパイプライン１０１ｇに塩化ナトリウム水溶液の流れ方向にこの順序で設けられている。

電解槽５１の陽極室５４で生成される酸性水は、第８のパイプライン１０１ｈを通してユーザ側に排出される。第６の開閉弁１０２ｆおよび第１のマスフローコントローラ１０５ａは第８のパイプライン１０１ｈに設けられている。第３の分岐パイプライン１０４ｃは、第８のパイプライン１０１ｈの途中で分岐され、第９のパイプライン１０１ｉに接続されている。第７の開閉弁１０２ｇは、第３の分岐パイプライン１０４ｃに設けられている。第５のポンプ１０３ｅは、第３の分岐パイプライン１０４ｃの接続近傍の第９のパイプライン１０１ｉに設けられている。陰極室５５で生成されるアルカリ性水は、第１０のパイプライン１０１ｊを通してユーザ側に排出される。第８の開閉弁１０２ｈおよび第２のマスフローコントローラ１０５ｂは第１０のパイプライン１０１ｊに設けられている。第４の分岐パイプライン１０４ｄは、第１０のパイプライン１０１ｊの途中で分岐され、第９のパイプライン１０１ｉに接続されている。第９の開閉弁１０２ｉは、第４の分岐パイプライン１０４ｄに設けられている。第９のパイプライン１０１ｉの他端は、水処理装置１１の第１のチャンバ１４が位置する密閉容器１２の底部に接続されている。

制御部８０は、塩化ナトリウム水溶液の濃度検出センサ３２およびレベルセンサ３３からの検出値に基づいて第１〜第５の開閉弁１０２ａ〜１０２ｅの開閉制御および第１〜第４のポンプ１０３ａ〜１０３ｄの駆動、停止の制御を行う。

すなわち、濃度検出センサ３２で第１のタンク３１内の塩化ナトリウム水溶液の濃度を検出した検出信号は、第１の信号線Ｓ１を通して制御部８０に出力される。制御部８０では、主に電解槽での電気分解に適した無機塩化物水溶液の濃度（例えば０．５重量％）に設定する（第１の濃度設定値Ｃ１）ことと、塩化ナトリウム水溶液が被処理水（汚濁水）の浸透圧以上の濃度（例えば３重量％）に設定する（第２の濃度設定値Ｃ２）こととが行なわれる。

なお、第１の濃度設定値Ｃ１は、水処理装置１１による汚濁水を第１のチャンバ１４に供給し、塩化ナトリウム水溶液を第２のチャンバ１５に循環させたとき、汚濁水中の真水が正浸透膜１３を浸透して第２のチャンバ１５内の塩化ナトリウム水溶液に移動して当該塩化ナトリウム水溶液が真水で希釈されることにより浸透圧が低下する濃度でもある。

また、第２の濃度設定値Ｃ２は汚濁水中の真水が正浸透膜１３を浸透圧で浸透して第２のチャンバ１５内の塩化ナトリウム水溶液に移動するときの、最も浸透圧の高い塩化ナトリウム水溶液の濃度の値である。

制御部８０からは、第１、第２の開閉弁１０２ａ，１０２ｂを開閉制御するための信号が第２、第３の信号線Ｓ２，Ｓ３を通して当該第１、第２の開閉弁１０２ａ，１０２ｂに出力される。制御部８０からは、第１、第２のポンプ１０３ａ，１０３ｂを駆動および停止の制御を行うための信号が第４、第５の信号線Ｓ４，Ｓ５を通して当該第１、第２のポンプ１０３ａ，１０３ｂに出力される。制御部８０からは、第４の開閉弁１０２ｄを開閉制御するための信号が第６の信号線Ｓ６を通して当該第４の開閉弁１０２ｄに出力する。制御部８０からは、第３のポンプ１０３ｃを駆動および停止の制御を行うための信号が第７の信号線Ｓ７を通して当該第３のポンプ１０３ｃに出力される。制御部８０からは、第３の開閉弁１０２ｃを開閉制御するための信号が第８の信号線Ｓ８を通して当該第３の開閉弁１０２ｃに出力される。

従って、制御部８０では前記第１、第２の濃度設定値Ｃ１，Ｃ２を指標とし、濃度検出センサ３２による濃度検出値（検出信号）に基づいて、塩化ナトリウム水溶液が第２のチャンバ１５と第１のタンク３１の間で循環するときの制御、つまり第１、第２の開閉弁１０２ａ，１０２ｂの開閉制御および第１、第２のポンプ１０３ａ，１０３ｂの駆動および停止の制御と、第１のタンク３１から第２のタンク４１に塩化ナトリウム水溶液を送出するための第４の開閉弁１０２ｄの開制御および第３のポンプ１０３ｃの駆動の制御と、塩化ナトリウム粉末収納タンク３４から塩化ナトリウム粉末を第１のタンク３１に補給、停止のための第３の開閉弁１０２ｃの開閉制御を行う。

フロート式レベルセンサ３３で第１のタンク３１内の塩化ナトリウム水溶液の容量を検出した検出信号は、第９の信号線Ｓ９を通して制御部８０に出力される。制御部８０では、第１のタンク３１内における塩化ナトリウム水溶液の最小容量（例えばタンク容量に対して１５％）に設定する（容量設定値Ｖ）ことを行う。容量設定値Ｖは、第１のタンク３１内の塩化ナトリウム水溶液を第２のタンク４１に送出するときの容量（送出容量）の指標となる。

従って、制御部８０では前記容量設定値Ｖを指標とし、レベルセンサ３３による容量検出値（検出信号）に基づいて、第１のタンク３１から第２のタンク４１に塩化ナトリウム水溶液を送出するのを停止するために第６のパイプライン１０１ｆに設けた第４の開閉弁１０２ｄの閉制御および第３のポンプ１０３ｃの停止の制御を行う。

次に、前述した構成の電解水生成システム１００による電気分解に適した塩化ナトリウム水溶液（被電解水）の生成を図２に示すフローチャートを参照して説明する。

まず、制御部８０からの制御信号の出力により第１、第２の開閉弁１０２ａ，１０２ｂを開き、第１、第２のポンプ１０３ａ，１０３ｂを駆動させる（ステップＳ１１）。これにより、タンク１６から被処理水（例えば汚濁水）が第１のパイプライン１０１ａを通して水処理装置１１の第１のチャンバ１４に供給する動作が開始される。同時に、第１のタンク３１と水処理装置１１の第２のチャンバ１５の間で汚濁水よりも高い浸透圧の濃度を有する塩化ナトリウム水溶液が第３のパイプライン１０１ｃを通して循環する動作が開始される。このとき、汚濁水と塩化ナトリウム水溶液との間で生じる浸透圧差により、第１のチャンバ１４内の汚濁水中の真水が正浸透膜１３を透過して第２のチャンバ１５内の塩化ナトリウム水溶液中に移動し、当該塩化ナトリウム水溶液が希釈される。なお、第１のチャンバ１４で濃縮された汚濁水は第２のパイプライン１０１ｂを通して排出される。

濃度検出センサ３２で第１のタンク３１内の塩化ナトリウム水溶液の濃度が検出される（ステップＳ１２）。このとき、濃度検出値は第１の信号線Ｓ１を通して制御部８０に出力される。制御部８０では塩化ナトリウム水溶液の濃度検出値が電気分解に適した塩化ナトリウム水溶液の濃度（例えば０．５重量％）である第１の濃度設定値Ｃ１に達したか否かを比較し、ＮＯの場合はステップＳ１１に戻って、汚濁水からの真水による塩化ナトリウム水溶液の希釈が続行される。

ＹＥＳの場合、制御部８０からの制御信号により第１、第２の開閉弁１０２ａ，１０２ｂを閉じ、第１、第２のポンプ１０３ａ，１０３ｂの駆動を停止させる（ステップＳ１３）。これにより、タンク１６からの汚濁水の第１のチャンバ１４への供給、第１のタンク３１と第２のチャンバ１５の間での塩化ナトリウム水溶液の循環が停止される。

また、ＹＥＳの場合は引き続いて制御部８０からの制御信号により第４の開閉弁１０２ｄを開き、第３のポンプ１０３ｃを駆動させる（ステップＳ１４）。これによって、第１のタンク３１内の電気分解に適した濃度の塩化ナトリウム水溶液（被電解水）が第６のパイプライン１０１ｆを通して第２のタンク４１への送出が開始される。

フロート式レベルセンサ３３で第１のタンク３１内の塩化ナトリウム水溶液の容量が検出される（ステップＳ１５）。このとき、容量検出信号は第９の信号線Ｓ９を通して制御部８０に出力される。制御部８０では第１のタンク３１内における塩化ナトリウム水溶液の最小容量（例えばタンク容量に対して１５％）である容量設定値Ｖに達したか否かを比較し、ＮＯの場合はステップＳ１４に戻って、第１のタンク３１内の電気分解に適した濃度の塩化ナトリウム水溶液が第６のパイプライン１０１ｆを通して第２のタンク４１に送出する動作が続行される。

ＹＥＳの場合、制御部８０からの制御信号により第３のポンプ１０３ｃの駆動を停止し、第４の開閉弁１０２ｄを閉じる（ステップＳ１６）。これにより、第１のタンク３１中の大部分の容量の塩化ナトリウム水溶液が第２のタンク４１に送出され、かつ第１のタンク３１には適切な容量（例えばタンク容量に対して１５％）が残留する。

また、ＹＥＳの場合は引き続いて制御部８０からの制御信号により第３の開閉弁１０２ｃを開く（ステップＳ１７）。これによって、塩化ナトリウム粉末収納タンク３４から塩化ナトリウム粉末が第５のパイプライン１０１ｅを通して第１のタンク３１に補給する動作が開始される。このとき、第１のタンク３１内の塩化ナトリウム水溶液は図示しないモータで回転する撹拌羽根によって撹拌され、濃度の均一化が図られる。

濃度検出センサ３２で第１のタンク３１内の塩化ナトリウム水溶液の濃度が検出される（ステップＳ１８）。このとき、濃度検出値は第１の信号線Ｓ１を通して制御部８０に出力される。制御部８０では塩化ナトリウム水溶液の濃度検出値が汚濁水の浸透圧以上の濃度（例えば３重量％）である第２の濃度設定値Ｃ２に達したか否かを比較し、ＮＯの場合はステップＳ１７に戻って、塩化ナトリウム粉末の第１のタンク３１への補給が続行される。

ＹＥＳの場合、制御部８０からの制御信号により第３の開閉弁１０２ｃを閉じる（ステップＳ１９）。これによって、第１のタンク３１内の塩化ナトリウム水溶液は高濃度化され、汚濁水の浸透圧以上の濃度（例えば３重量％）になる。

ステップＳ１９の後、ステップＳ１１に戻り、ステップＳ１１からＳ１９の動作が繰り返される。

次に、前述した図２のステップＳ１１からＳ１６により第２のタンクに送出された塩化ナトリウム水溶液を被電解水として電解槽で電気分解して酸性電解水とアルカリ性電解水を生成する操作を図３のフローチャートを参照して説明する。

制御部８０からの制御信号により第３のポンプ１０３ｃの駆動を停止し、第４の開閉弁１０２ｄを閉じる（ステップＳ２１）。これによって、第２のタンク４１を第１のタンク３１に対して隔絶する。

第６〜第９の開閉弁１０２ｆ〜１０２ｉを閉じる（ステップＳ２２）。これによって、電解槽５１の陽極室５４および陰極室５５を外部に延びるパイプラインと遮断する。

第５の開閉弁１０２ｅを開き、第４のポンプ１０３ｄを駆動する（ステップＳ２３）。これによって、第２のタンク４１内の電気分解に適した濃度の塩化ナトリウム水溶液（被電解水）を第７のパイプライン１０１ｇおよび第１、第２の分岐パイプライン１０４ａ，１０４ｂを通して陽極室５４、陰極室５５にそれぞれ送給する動作が開始される。

直流電源５８をオン（ステップＳ２４）。これによって、直流電源５８から陽極５６および陰極５７間に直流電圧が印加され、陽極５６および陰極５７が収納された陽極室５４および陰極室５５で供給された被電解水の電気分解がなされ、陽極室５４で酸性電解水、陰極室５５でアルカリ性電解水がそれぞれ生成される。

第４のポンプ１０３ｄを一定時間駆動（ステップＳ２５）。これによって、ステップＳ１４の電気分解が一定時間続行される。

第６、第７の開閉弁１０２ｆ、１０２ｇを開く（ステップＳ２６）。これによって、陽極室５４内の酸性電解水は第８のパイプライン１０１ｈを通してユーザ側に排出され、陰極室５５内のアルカリ性電解水は第１０のパイプライン１０１ｊを通してユーザ側に排出される。これらの電解水は、パイプライン１０１ｈ、１０１ｊを流通する間、第１、第２のマスフローコントローラ１０５ａ，１０５ｂで流量調整される。

第４のポンプ１０３ｄを停止、第５の開閉弁１０２ｅを閉じる。（ステップＳ２７）。これによって、第２のタンク４１の塩化ナトリウム水溶液の陽極室５４および陰極室５５への供給が停止される。

なお、第１のタンク３１から塩化ナトリウム水溶液が第２のタンク４１に引き続いて送出すれば、第４のポンプ１０３ｄを停止し、第５の開閉弁１０２ｅを閉じることなく、酸性電解水およびアルカリ性電解水の生成を続行できる。

以上、実施形態に係る電解水生成システムによれば、水処理装置１１において汚濁水のような被処理水および無機塩化物水溶液（例えば塩化ナトリウム水溶液）から汚濁物や不純物が混入しない被電解水を簡便に調製し、この被電解水を用いて電解水を生成することができる。

実施形態のように第１のタンク３１内に制御部８０に接続される濃度検出センサ３２を設け、第１のタンク３１内の無機塩化物水溶液の濃度を電解槽での電気分解に適した濃度に制御部８０でフィードバック制御すれば、被電解水を電解槽５１でより適切に電気分解して酸性電解水およびアルカリ性電解水を得ることができる。

実施形態のように第１のタンク３１内に制御部８０に接続される濃度検出センサ３２を設け、かつ第１のタンク３１内に無機塩化物粉末等の補給するための補給部（塩化ナトリウム粉末収納タンク３４）を設け、第１のタンク３１内の無機塩化物水溶液の濃度を被処理水の浸透圧以上の濃度に制御部でフィードバック制御すれば、水処理装置１１での被処理水と無機塩化物水溶液との間で生じる浸透圧差により、第１のチャンバ１４内の被処理水中の真水を正浸透膜１３を透過させて第２のチャンバ１５内の無機塩化物水溶液中に移動させ、当該無機塩化物水溶液を希釈する操作を繰り返すことができる。

さらに、実施形態のように第１のタンク３１内に制御部８０に接続される濃度検出センサ３２および容量検出センサ３３を設け、かつ第１のタンク３１内に無機塩化物粉末等の補給するための補給部（塩化ナトリウム粉末収納タンク３４）を設けることによって、前述した図２のフローチャートで説明した水処理装置１１と第１のタンク３１の間での電気分解に適した濃度の無機塩化物水溶液（被電解水）の調製、および被処理水（汚濁水）の浸透圧以上の高濃度化された塩化ナトリウム水溶液の調製と、図３のフローチャートで説明した第２のタンク４１から電気分解に適した濃度の無機塩化物水溶液（被電解水）の電解槽５１への送出、および電解槽５１の電気分解による酸性電解水およびアルカリ性電解水の生成と、を同時並列的に実行することが可能になる。

実施形態に係る電解水生成システムは、図１に示すように電解槽５１で生成した酸性電解水等を水処理装置の第１のチャンバに戻して、同第１のチャンバに露出する正浸透膜を洗浄することができる。これを、図４に示すフローチャートを参照して説明する。

まず、制御部８０からの制御信号により第３のポンプ１０３ｃの駆動を停止し、第４の開閉弁１０２ｄを閉じ、引き続いて第１、第２の開閉弁１０２ａ，１０２ｂを閉じる（Ｓ３１）。これによって、汚濁水の第１のチャンバ１４への供給を停止する。

第６〜第９の開閉弁１０２ｆ〜１０２ｉを閉じる（ステップＳ３２）。これによって、電解槽５１の陽極室５４および陰極室５５を外部に延びるパイプラインと遮断する。

第５の開閉弁１０２ｅを開き、第４のポンプ１０３ｄを駆動する（ステップＳ３３）。これによって、第２のタンク４１内の電気分解に適した濃度の塩化ナトリウム水溶液（被電解水）を第７のパイプライン１０１ｇおよび第１、第２の分岐パイプライン１０４ａ，１０４ｂを通して陽極室５４、陰極室５５にそれぞれ送給する動作が開始される。

直流電源５８をオン（ステップＳ３４）。これによって、直流電源５８から陽極５６および陰極５７間に直流電圧が印加され、陽極５６および陰極５７が収納された陽極室５４および陰極室５５で供給された電解水の電気分解がなされ、陽極室５４で酸性電解水、陰極室５５でアルカリ性電解水がそれぞれ生成される。

第４のポンプ１０３ｄを一定時間駆動（ステップＳ３５）。これによって、ステップＳ１４の電気分解が一定時間続行される。

第７の開閉弁１０２ｇを開き、第５のポンプ１０３ｅを駆動する（ステップＳ３６）。これによって、電解槽５１の陽極室５４で生成された酸性電解水を第８のパイプライン１０１ｈ、第３の分岐パイプライン１０４ｃおよび第９のパイプライン１０１ｉを通して水処理装置１１の第１のチャンバ１４に供給する。これによって、第１のチャンバ１４に露出された正浸透膜１３の面が酸性電解水により洗浄される。洗浄後の酸性電解水は第２のパイプライン１０１ｂを通して外部に排出される。

第５のポンプ１０３ｅを停止し、第７の開閉弁１０２ｇを閉じる（ステップＳ３７）。これによって、陽極室５４で生成された酸性電解水の第１のチャンバ１４への返送が停止され、正浸透膜１３の洗浄が終了する。

水処理装置１１の第１のチャンバ１４から第２のチャンバ１５への真水移動速度が減少した場合は、正浸透膜１３がファウリングしていると考えられる。前述した図４のフローチャートに示すように第１のチャンバ１４に露出する正浸透膜１３を酸性電解水で洗浄することによって、正浸透膜１３の真水移動速度を回復することが可能になる。

なお、前記膜洗浄は酸性電解水で洗浄する場合に限定されない。例えば、アルカリ性電解水と酸性電解水の混合電解水で膜洗浄したり、アルカリ性電解水で洗浄した後、酸性電解水で洗浄して膜洗浄したり、してもよい。また、酸性電解水を混合した被処理水を水処理装置１１の第１のチャンバ１４に供給してもよい。被処理水に酸性電解水（例えば次亜塩素酸水）を混合することによって、膜ファウリングが生じにくくなる利点がある。

図５を参照して別の実施形態に係る電解水生成システム２００を説明する。なお、図５において図１と同様な部材は同符号を付して説明を省略する。

別の実施形態に係る電解水生成システム２００は、一槽式の電解槽６１を備える。電解槽６１は、密閉容器６２と、密閉容器６２内に互いに対向して配置された陽極６３および陰極６４とを備える。第１１のパイプライン１０１ｋは、密閉容器６２の底部に接続されている。第１０の開閉弁１０２ｊおよびマスフローコントローラ１０５は第１１のパイプライン１０１ｋに電解水の流れ方向にこの順序で設けられている。第１１のパイプライン１０１ｋは第９のパイプライン１０１ｉに接続されている。第１１の開閉弁１０２ｋは、第１０の開閉弁１０２ｊ近傍の第９のパイプライン１０１ｉに設けられている。第９のパイプライン１０１ｉの他端は、水処理装置１１の第１のチャンバ１４が位置する密閉容器１２の底部に接続されている。

このような別の実施形態に係る電解水生成システム２００によれば、１種類の電解水が電解槽６１で生成される以外、前述した図１に示す実施形態と同様な作用、効果を奏する。

本発明のい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、その他の種々の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。

１１…水処理装置、１３…正浸透膜、１４…第１のチャンバ、１５…第２のチャンバ、３１…第１のタンク、３２…濃度検出センサ、３３…フロート式レベルセンサ、３４…塩化ナトリウム粉末収納タンク、４１…第２のタンク、５１，６１…電解槽、５３…隔膜、５６，６３…陽極、５７，６４…陰極、５８…直流電源、８０…制御部、１００，２００…電解水生成システム

Claims (17)

1. 陽極および陰極を備える電解槽；
   前記陽極と陰極の間に電圧を印加する電源；
   正浸透膜と、前記正浸透膜で区画され、被処理水が供給される第１のチャンバと、無機塩化物水溶液が供給される第２のチャンバとを備える水処理装置；および
   前記第２のチャンバおよび前記電解槽に接続されるタンク；
   を具備する電解水生成システム。
2. 前記第２のチャンバに供給される前記無機塩化物水溶液の浸透圧は、前記第１のチャンバに供給される前記被処理水の浸透圧よりも高い請求項１に記載の電解水生成システム。
3. 前記タンクは、前記第２のチャンバに接続され、前記無機塩化物水溶液を当該第２のチャンバとの間で循環させる第１のタンクと、前記第１のタンクおよび前記電解槽に接続され、前記第１のタンク内の無機塩化物水溶液を前記電解槽に送出するための第２のタンクとを備える請求項１または２に記載の電解水生成システム。
4. 前記第１のタンクは、前記無機塩化物水溶液の濃度を検出する濃度検出センサをさらに備える請求項３に記載の電解水生成システム。
5. 前記第１のタンクは、当該第１のタンク内の前記無機塩化物水溶液の容量を検出する容量検出センサをさらに備える請求項３または４に記載の電解水生成システム。
6. 前記第１のタンクに接続され、無機塩化物または高濃度の無機塩化物水溶液を収容する無機塩化物補給部をさらに備える請求項３〜５いずれか１項に記載の電解水生成システム。
7. 前記電解槽は、隔膜で区画された前記陽極を有する陽極室と前記陰極を有する陰極室とを備える請求項１〜６いずれか１項に記載の電解水生成システム。
8. 前記電解槽は、前記第１のチャンバに接続される請求項１〜７いずれか１項に記載の電解水生成システム。
9. 前記正浸透膜は、三酢酸セルロースから作られる請求項１〜８いずれか１項に記載の電解水生成システム。
10. （i）陽極および陰極を備える電解槽と、前記陽極と陰極の間に電圧を印加する電源と、正浸透膜、前記正浸透膜で区画され、被処理水が供給される第１のチャンバおよび無機塩化物水溶液が供給される第２のチャンバを備える水処理装置と、前記第２のチャンバおよび前記電解槽に接続されるタンクとを備える電解水生成システムを準備する工程；および
    （ii）前記被処理水を前記第１のチャンバに供給し、前記無機塩化物水溶液を前記第２のチャンバと前記タンク間で循環させ、前記被処理水と前記無機塩化物水溶液との浸透圧差によって、前記第１のチャンバ内の被処理水中の真水を正浸透膜を通して前記第２のチャンバ内の前記無機塩化物水溶液中に移動させて当該無機塩化物水溶液を希釈し、希釈された無機塩化物水溶液を前記タンクから前記電解槽へ送出し、前記電源から前記陽極と前記陰極との間に電圧を印加し、前記希釈された無機塩化物水溶液を電気分解する工程；
    を含む電解水生成方法。
11. 前記電解水生成システムの前記タンクは、前記第２のチャンバに接続され、前記無機塩化物水溶液を当該第２のチャンバとの間で循環させる第１のタンクと、前記第１のタンクおよび前記電解槽に接続され、前記第１のタンク内の無機塩化物水溶液を前記電解槽に送出するための第２のタンクとを備え、前記被処理水を前記第１のチャンバに供給し、前記無機塩化物水溶液を前記第２のチャンバと前記第１のタンク間で循環させ、前記被処理水と前記無機塩化物水溶液との浸透圧差によって、前記第１のチャンバ内の被処理水中の真水を正浸透膜を通して前記第２のチャンバ内の前記無機塩化物水溶液中に移動させて当該無機塩化物水溶液を希釈し、前記第１のタンクに収容される無機塩化物水溶液が所望の濃度に希釈されるとき、前記希釈された無機塩化物水溶液を前記第１のタンクから前記第２のタンクへ送出し、さらに希釈された無機塩化物水溶液を前記第２のタンクから前記電解槽へ送出する請求項１０記載の電解水生成方法。
12. 前記電解水生成システムは前記第１のタンクに収容される前記無機塩化物水溶液の濃度を検出するための濃度検出センサをさらに備え、当該濃度検出センサで前記希釈された無機塩化物水溶液の濃度を検出し、その濃度検出値に基づいて前記第１のチャンバへの前記被処理水の供給および前記希釈された無機塩化物水溶液の循環を停止した後、前記電解槽での電気分解に適した濃度の無機塩化物水溶液を前記第１のタンクから前記第２のタンクに送出する請求項１１に記載の電解水生成方法。
13. 前記電解水生成システムは前記第１のタンクに収容される前記無機塩化物水溶液の容量を検出する容量検出センサをさらに備え、当該容量検出センサで無機塩化物水溶液を前記第１のタンクから前記第２のタンクに送出する間に前記第１のタンク内の前記希釈された無機塩化物水溶液の容量を検出し、その容量検出値に基づいて前記第１のタンクから前記第２のタンクへの希釈された無機塩化物水溶液の送出を停止し、所望容量の希釈された無機塩化物水溶液を前記第１のタンクに残留させる請求項１１または１２に記載の電解水生成方法。
14. 前記電解水生成システムは前記第１のタンクに接続される、無機塩化物または高濃度の無機塩化物水溶液を収容する無機塩化物補給部をさらに備え、前記無機塩化物補給部から前記第１のタンク内の前記残留した無機塩化物水溶液に無機塩化物または高濃度の無機塩化物水溶液を補給しながら、前記濃度検出センサで前記第１のタンク内の無機塩化物水溶液の濃度を検出し、当該濃度検出値に基づいて前記無機塩化物補給部から前記第１のタンクへの無機塩化物または高濃度の無機塩化物水溶液の補給を停止し、前記被処理水に比べて高い浸透圧を有する濃度の高い無機塩化物水溶液を調製する請求項１３に記載の電解水生成方法。
15. 前記第１のタンク内で濃度の高い無機塩化物水溶液を調製した後、前記被処理水を前記第１のチャンバに供給し、前記無機塩化物水溶液を前記第２のチャンバと前記タンク間で循環させ、前記被処理水と前記無機塩化物水溶液との浸透圧差によって、前記第１のチャンバ内の被処理水中の真水を正浸透膜を通して前記第２のチャンバ内の前記無機塩化物水溶液中に移動させて当該無機塩化物水溶液を希釈する工程を実行する請求項１４に記載の電解水生成方法。
16. 前記電解水生成システムは、前記電解槽が前記第１のチャンバに接続され、前記電解水を前記第１のチャンバに供給し、前記第１のチャンバ側から前記正浸透膜の表面を洗浄する請求項１０〜１５いずれか１項に記載の電解水生成方法。
17. 前記正浸透膜の洗浄は、酸性電解水を使用するか、またはアルカリ電解水を用い、その後酸性電解水を使用するか、いずれかにより行う請求項１６に記載の電解水生成方法。

Images