JP2017170270A - アルカリ水生成装置およびアルカリ水生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水道設備とは切り離された持ち運び可能な静水式のアルカリ水生成装置およびアルカリ水生成方法を提供する。【解決手段】実施形態によれば、アルカリ水生成装置は、水を静水状態で貯溜する貯水容器１２と、貯水容器内に配置される電極ユニット１６と、を備えている。電極ユニットは、貯水容器内の水から分離した陽極室２４と貯水容器内に開放した陰極室２６とを有する筐体２０と、筐体内に設けられ陽極室と陰極室との間を仕切る正負両イオンを透過可能な隔膜２２と、陽極室に設けられ隔膜に対向する陽極２８ａと、陰極室に設けられ隔膜に隙間を置いて対向する陰極２８ｂと、を備えている。陰極と隔膜との間隔は、陽極と隔膜との間隔と同等以上に形成されている。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、静水式のアルカリ水生成装置およびこれを用いたアルカリ水生成方法に関する。

胃腸症状改善や還元力による酸化抑制の効果を有する水としてアルカリイオン水が知られている。アルカリイオン水はｐＨ９〜１０の還元性の水である。このようなアルカリイオン水は、隔膜を介して対向した陽極室と陰極室にそれぞれ陽極と陰極を配置し、陽極室と陰極室に水道水（カルシウム塩などを添加する場合もある）を流水しながら電解することで水道水中のイオン電流により水を電解して陰極室側にアルカリ性で水素を含有した水として生成されるものである。アルカリ成分としては水道水中のカルシウムなどのカチオンと結合した水酸イオンであり、還元力としては溶存水素による酸化還元電位によっている。
また、ｐＨ１０を超えるアルカリ水は洗浄力があることが知られている。洗浄アルカリ水としては、上述したような電解により炭酸塩などの電解質を電解することで陰極室側にアルカリ水を生成するものがある。アルカリ水の洗浄力は水酸基濃度に依存し、ｐＨ１１を超える濃度で洗浄力が上昇する。しかし、高濃度のアルカリ水は強アルカリとして劇物指定されるため、通常はｐＨ１１．５〜１３．５程度のアルカリ水を生成する。

国際公開第２００９／００８３１８号 特開平９−３２７６７０号公報

アルカリイオン水は飲用であることから適正ｐＨ範囲（９〜１０）が決められている。従来のアルカリイオン整水器では、水道水中のイオン成分（少ない場合はカルシウム塩などを添加）で水電解のイオン電流を得るため、常に流水した状態でアルカリイオン水を生成している。このため、アルカリイオン整水器を水道設備に接続しなければならず、設置に手間が掛かり、また、整水器を持ち運ぶことが困難となっている。

洗浄アルカリ水も適正ｐＨ範囲（１１．５〜１３．５）が決められている。従来の洗浄アルカリ水生成装置では、電極近傍に生成物が滞留しないように常に流水した状態で生成しているため、上記と同様に、生成装置を水道設備に接続することが必要となる。

この発明の実施形態の課題は、水道設備とは切り離された持ち運び可能な静水式のアルカリ水生成装置およびアルカリ水生成方法を提供することにある。

実施形態によれば、アルカリ水生成装置は、水を静水状態で貯溜するための貯水容器と、前記貯水容器内に配置される電極ユニットと、を備えている。前記電極ユニットは、前記貯水容器内の水から分離した陽極室と前記貯水容器内に開放する陰極室とを有する筐体と、前記筐体に設けられ前記陽極室と陰極室との間を仕切る正負両イオンを透過可能な隔膜と、前記陽極室内に設けられ前記隔膜に対向する陽極と、前記陰極室内に設けられ前記隔膜に隙間を置いて対向する陰極と、を備え、前記陰極と隔膜との間隔は、前記陽極と隔膜との間隔と同等以上に形成されている。

図１は、第１の実施形態に係る静水式のアルカリ水生成装置を示す断面図。 図２は、前記アルカリ水生成装置における電極ユニットの電極の一例を示す斜視図。 図３は、変形例に係る電極を示す斜視図。 図４は、電極ユニットの陽極と隔膜とのギャップＡおよび陰極と隔膜とのギャップＢを種々変更した場合のそれぞれについて、電解時間に対する電圧値の推移を示したグラフ。 図５は、図４に示した測定結果から要点となるケース（陽極と隔膜との間隔が０の場合や陰極と隔膜との間隔が０の場合）を抜き出して比較した図。 図６は、図４に示した測定結果から要点となるケース（陽極と隔膜との間隔が１ｍｍ以上の場合や陰極と隔膜との間隔が１ｍｍ以上の場合）を抜き出して比較した図。 図７は、陽極と隔膜との間隔（ギャップＡ）と、陰極と隔膜との間隔（ギャップＢ）の様々な組み合わせにより、炭酸水素ナトリウムを１Ａで２０分間電解したとき(投入電荷量: １２００Ｃ)の陰極水ｐＨの測定結果を示す図。

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。

（実施形態）
図１は、実施形態に係るアルカリ水生成装置を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態において、アルカリ水生成装置１０は、例えば、１Ｌのアルカリ水を生成する静水式あるいはバッチ式のアルカリ水生成装置として構成されている。アルカリ水生成装置１０は、水道水等の液体を静水状態に貯溜する貯水容器（水槽）１２と、貯水容器１２の上端開口に脱着自在に装着され、この上端開口を閉塞した蓋体１４と、蓋体１４に支持され貯水容器１２内に配置される電極ユニット１６と、この電極ユニット１６の電極に電解電力を供給する駆動部１８と、を備えている。駆動部１８は、図示しない直流電源等に接続される。

貯水容器１２は、例えば、ホウケイ酸ガラスや塩化ビニールやポリプレンやポリエチレンなどの耐アルカリ性に優れたガラスや樹脂により形成され、円錐台状に形成されている。蓋体１４は、例えば、塩化ビニールやポリプレンやポリエチレンなどの耐アルカリ性に優れた樹脂により形成され、扁平な円形状に形成されている。この蓋体１４は、貯水容器１２の上部開口１２ａに脱着自在に装着される。

図１に示すように、電極ユニット１６は、筐体２０を備え、この筐体２０は、例えば、塩化ビニールやポリプレンやポリエチレンなどの耐酸性、耐アルカリ性に優れた合成樹脂により矩形箱状に形成されている。筐体２０の一側面は、外部に開口している。筐体２０内に隔膜２２が設けられ、この隔膜２２により、筐体２０内の空間を陽極室２４と陰極室２６とに仕切っている。隔膜２２は、正負両イオン（アニオン、カチオン）を透過可能な隔膜、例えば、多孔質隔膜を用いている。

陽極室２４は、筐体２０および隔膜２２によって、周囲の空間から分離され、すなわち、貯水容器１２内に収容される水から分離されている。陽極室２４の容量は、貯水容器１２の容量よりも小さく、例えば、貯水容器１２の容量の１／５〜１／２００に設定している。一方、陰極室２６は、筐体２０の側面開口を通して外部に開放している、すなわち、貯水容器１２内に連通している。

筐体２０は、その上端壁から上方に延出した注入管２３を一体に備えている。注入管２３は、陽極室２４に連通している。注入管２３は、蓋体１４を貫通して上方に延出している。この注入管２３を通して、陽極室２４に水道水あるいは電解液を注入および導入することができる。

電極ユニット１６は、陽極室２４に設けられた板状の陽極２８ａと、陰極室２６に設けられた板状の陰極２８ｂと、を更に備えている。陽極２８ａは、隔膜２２の一方の表面と対向して設けられている。この際、陽極２８ａは、隔膜２２に接触して、あるいは、僅かなギャップ（間隔）Ａを置いて、対向配置されている。陽極２８ａの接続端子２９ａは、蓋体１４を貫通して上方に延出している。また、陽極２８ａの下端は、筐体２０の底壁から離間して位置している。

陰極２８ｂは、隔膜２２の他方の表面と隙間（間隔、ギャップＢ）を置いて対向配置されている。陰極２８ｂの接続端子２９ｂは、蓋体１４を貫通して上方に延出している。また、陰極２８ｂの下端は、筐体２０の底壁から離間して位置している。これにより、陰極２８ｂの下端と筐体２０の底壁との間に取入れ口３０が形成され、この取入れ口３０を通して、貯水容器１２内の水を陰極２８ｂと隔膜２２との間の空間に取込むことができる。

図２は、電極（陰極２８ｂ、陽極２８ａ）を示す斜視図である。図１および図２に示すように、各電極、例えば、陰極２８ｂは、細長い矩形板状に形成されている。陰極２８ｂの鉛直方向の上端部に、矩形状の開口３１が形成されている。この開口３１は、筐体２０の上端壁近傍で、陰極２８ｂと隔膜２２との間の空間を貯水容器１２内に連通し、生成されたアルカリ水を貯水容器１２内に流出するための流出口を構成している。図１に矢印で示したように、陰極２８ｂの隔膜２２側で電解により生じた水素ガスは、陰極室２６を浮上するとともに生成された水酸化ナトリウムや溶存した水素を含む水を押し上げて対流を引き起こす。これらアルカリ水は水素ガス浮力により開口３１から貯水容器１２に排出されるとともに、新たな水が取り入れ口３０から引き込まれる。

図３は、変形例に係る電極（陰極２８ｂ、陽極２８ａ）を示している。図３に示すように、陰極２８ｂおよび陽極２８ａは、全面に亘って多数の透孔を有するパンチングメタルで構成してもよい。このように陰極２８ｂ全域に透孔あるいは開口を施しても、陰極室２６に発生する水素ガス浮力により上述した対流が引き起こされ、陰極２８ｂの上方の透孔からアルカリ水や水素ガスが排出され、同時に陰極２８ｂの下方から新たな水が引き込まれる。すなわち、開口あるいは透孔は電極の上下部に限るものではなく、上下部を含む形態であれば電極の全域に開口あるいは透孔があってもよく、少なくとも上下に離間した２つ以上の開口あるいは透孔があればよい。

図１に示すように、筐体２０の上端壁において、陰極２８ｂと隔膜２２との間の空間に対向する領域に、１つ、あるいは複数の透孔（排出孔）３４が形成されている。この透孔３４は、陰極２８ｂと隔膜２２との間の空間の延長方向上端部に連通している。これにより、透孔３４は、上記空間内に生じる気泡を排出するための排出孔として機能することができる。

図１に示すように、陽極２８ａおよび陰極２８ｂの接続端子２９ａ、２９ｂは、それぞれ配線を介して、駆動部１８の電源１７に接続されている。

以上のように構成されたアルカリ水生成装置１０によりアルカリ水を生成する場合、まず、貯水容器１２に水道水を満たし静水状態にするとともに、電極ユニット１６および蓋体１４を貯水容器１２に装着し、電極ユニット１６を水道水内に浸漬する。これにより、貯水容器１２内の水道水が陰極室２６内に流入し、陰極室２６を水道水で満たす。貯水容器１２内の水道水は、静水状態となり、電極ユニット１６の陽極室２４および陰極室２６よりも高い位置に水面を形成する。更に、注入管２３を通して、陽極室２４に水道水を導入および充填する。

この状態で、駆動部１８から陽極２８ａに正電圧を、陰極２８ｂに負電圧を印加し、所定電荷量だけ電解するように駆動する。これにより、陰極室２６内でアルカリ水が生成され、生成したアルカリ水を順次、貯水容器１２内の水道水に対流拡散する。これにより、貯水容器１２の水から飲用アルカリイオン水を生成するものである。

ここで、本実施形態において、陽極２８ａと隔膜２２との間隔（ギャップＡ）は０〜２ｍｍ、陰極２８ｂと隔膜２２との間隔（ギャップＢ）は１〜３ｍｍとし、かつ陽極２８ａと隔膜２２との間のギャップＡよりも陰極２８ｂと隔膜２２との間のギャップＢが大きくなるように構成している。これにより、静水状態の水でも適度に水を対流させ、水中のイオン成分を使いまわすことで、適正な電力でイオン電流を持続させて、飲用に適したｐＨのアルカリイオン水を生成することができる。以下に、生成作用について詳細に説明する。

アルカリイオン水を電解生成する場合、水に所定量の電流を流す必要がある。水のイオン積はわずかであるので（純水では絶縁物）、電流は水道水に含まれる水以外の電離したイオン成分が担うことになる。一般的な水道水の導電率は１００〜５００μＳ／ｃｍ程度である。また、水道水のイオン成分は、カチオンとしてはカルシウムやナトリウムなどのミネラルイオン、アニオンとしては塩素イオンや炭酸イオンであり、濃度としては１０〜１００ｍｇ／ｋｇ程度である。電解時には、イオン成分が陽極２８ａおよび陰極２８ｂに流れて電荷を運ぶとともに、陰極２８ｂでは水が分解されて水酸イオンと水素ガスが発生する。水酸イオンは、カルシウムなどアルカリ成分である水酸化物を形成するとともに、水素ガスが水中に溶存して酸化還元電位を低下させる。

しかしながら、静水状態では水の流れが無いために幾つかの不具合を生じる。
まず、イオン成分の総量が限定されているため、電解電流を維持するために繰り返しイオン成分を電流の担い手として使いまわす必要がある。本実施形態のアルカリ水生成装置１０では、貯水容器１２の水を１Ｌとしているが、一般的な水道水では１Ｌに含まれるイオン成分は電荷量にして１０Ｃ（クーロン）程度しかない。一方、１Ｌの水を十分な還元力（酸化還元電位−０．２Ｖ以下）を持つアルカリイオン水にするためには、少なくとも１００Ｃ以上の電荷量を与える必要がある。このため、隔膜２２としてはカチオンとアニオンの両方に透過性を有する多孔質膜を用いて、隔膜２２を逆拡散させることで再度イオン電流としてこれらイオン成分を再利用できるようにしている。また、貯水容器の水が流水しないため、水に含まれるイオン成分量が制限されていて使いまわしているため、過剰に電荷量を投入しても最終的には水に含まれるイオン成分量に応じたアルカリ水となり、強アルカリ性にはならない。一般的な水道水であればｐＨ９〜９．５の範囲でｐＨは飽和する。このため、投入電荷量を過剰気味（３００〜５００Ｃ程度）とすることで、地域毎に異なるイオン成分量の水であっても安定してアルカリイオン水のｐＨを９〜９．５とすることができ、溶存水素により酸化還元電位も安定して還元電位とすることができる。

このような繰り返し水中のイオン成分を使いまわす必要がある静水式では、隔膜２２と陰極２８ｂを密着させてしまうと、イオン循環の動きを妨げてしまうため、電流が流れなくなる。また、強制的に大きな電圧を電極に印加すると、水自体を分解して酸素ガスと水素ガスを出すだけとなってしまう。このため、陰極２８ｂと隔膜２２との間に、１〜３ｍｍほどの間隔（ギャップＢ）を設けている。このギャップＢは陰極室２６に対流を引き起こすためにも必須であり、対流により静水状態でありながらアルカリ水を貯水容器１２に拡散させることができる。また、ギャップＢが大き過ぎるとイオン循環の問題はなくなるが、陰極２８ｂと陽極２８ａとのイオン輸送抵抗が大きくなっていくため、電圧が上昇してしまう。このため、ギャップＢは大きくても３ｍｍ程度とすることが望ましい。

一方、陽極２８ａでは、小容量の陽極室２４に貯水容器１２の全てのアニオンが集約するためアニオン濃度が上昇するため、イオン循環に対して必要な間隔（陽極２８ａと隔膜２２の間隔：ギャップＡ）が小さくてよい。さらには、陽極２８ａにおける反応では水分解による酸素生成とともに水中の塩素イオンによる塩素ガス生成が起こる。塩素ガスは瞬時に水と反応して次亜塩素酸と塩酸を生じるためにガスを出さない。陽極２８ａでのガス生成自体が少ないため、ガス浮力による対流撹拌はあまり期待できない。このため、陽極２８ａは隔膜２２に接するように組み立ててもわずかな隙間より高濃度のアニオンが循環し得るため、ギャップＡは０〜２ｍｍ程度でよい。
静水式のアルカリ水生成装置では、陰極室として作用する貯水容器１２の容量（実施形態では１Ｌ）を、陽極室２４の容量（実施形態では２０ｍＬ）より大きくする。この場合、イオン濃度の関係から、大きい容量の領域に設けられる電極のギャップを小さい容量の領域に設けられる電極のギャップよりも大きくとることが望ましい。また、陽極２８ａの表面に設けられる触媒は、酸素ガス生成より塩素ガス生成の過電圧が低く、塩素ガス生成を優先するような触媒、例えば、イリジウム触媒が望ましい。

流水式の生成装置では、電極の周囲に生成された物質は流水により移動させているが、静水した状態では流水による物質の移動が期待できない。このため、陰極２８ｂでは、隔膜２２との間に最低１ｍｍのギャップＢを設けることで、陰極２８ｂの隔膜２２側で生じた水素ガスが浮力で陰極２８ｂと隔膜２２との間の空間を浮上して対流を起こす構造としている。ギャップＢが小さいと、陰極２８ｂの表面に水素ガスが滞留してしまい、陰極２８ｂ表面の液接触面積が低下し、電解が阻害される。本実施形態においては、陰極２８ｂと隔膜２２との間のギャップＢを１〜３ｍｍに設定することにより、静水状態でも、水素ガスの浮力により陰極２８ｂと隔膜２２との間の水を対流させることができる。この浮力対流により、陰極２８ｂの下部の取入れ口３０から貯水容器１２の水を給水し、上部の開口３１から水素ガスとともにアルカリ生成物を貯水容器１２内に適時排出できるようにしている。更に、水素ガスの一部は、筐体２０の透孔３４を通して筐体２０の外部、すなわち、貯水容器１２内に排出される。これにより、陰極２８ｂの上部に水素ガスの気泡が滞留することを防止できる。

一方、陽極２８ａと隔膜２２との間にも同様にギャップＡを設けることが望ましいが、陽極室２４は貯水容器１２に内装されるため、貯水容器１２に対して数１０分の１の小さい容量としており、数１０倍にイオン濃度が濃縮されるため、陰極２８ｂ側ほど致命的な問題ではない。また、ギャップＡが大きくなると、イオン拡散抵抗が大きくなって電解に必要な電圧が増大する。このため、陰極室２６（貯水容器１２内の空間を含む）が陽極室２４より大きい容量を有する静水式のアルカリ水生成装置においては、陰極２８ｂ側のギャップＢは１〜３ｍｍ、陽極２８ａ側のギャップＡは０〜２ｍｍとし、更に、陰極２８ｂ側のギャップＢを陽極２８ａ側のギャップＡよりも大きくとることが望ましい。

図４は、電極ユニット１６の陽極２８ａと隔膜２２とのギャップＡおよび陰極２８ｂと隔膜２２とのギャップＢを種々変えた場合の各々について、印加電圧の時間変動を測定した結果を示している。この場合、貯水容器１２の容量を１Ｌ、陽極室２４の容量を２０ｍＬとし、４００μＳ／ｃｍの水道水を用いて、０．５Ａで２０分（投入電荷量は６００Ｃ）電解したときの電圧時間変動を示したものである。図４において、電圧が３０Ｖでフラットになっているデータが示されているが、これは電圧値が上限（３０Ｖ）に達するほど抵抗が高くなった状態であり、電流が０．５Ａに到達していないことを示している。
図５および図６は、図４に示した測定結果の要点となるケースを抜粋して示している。図５は、陽極２８ａと隔膜２２との間のギャップＡが０ｍｍのケース、および陰極２８ｂと隔膜２２とのギャップＢが０ｍｍのケースを示している。

図２および図５から、陰極２８ｂと隔膜２２との間のギャップＢが０ｍｍの場合、電圧が大きすぎて水道水に所定電流を流すことができず、アルカリイオン水を生成できないことが解る。これは、ギャップＢが０ｍｍであるため、イオン電流として使われたイオンが循環するための拡散やこれを支援する水素ガス浮力による対流が起こり難く、イオンが枯渇して電解電流が確保できないためである。このことから、陰極２８ｂと隔膜２２との間にギャップＢを設けることにより、静水状態の限られた容量の水道水であっても、イオン電流として移動したイオンを再度逆側に拡散させてイオン電流として再利用するとともに、水素ガスの浮力で対流させ、水素ガスを排出して新鮮な水を循環させることができる。

図４および図６に示すように、ギャップＢが２ｍｍ以上であると、電解初期から対流が始まり電圧は低くなる。ギャップＢが１ｍｍの場合、対流が生じるまでに時間を要し、４分程度経過すると、対流の支援によりイオン循環が良好になり電圧が低く安定する。ギャップＢが大きくなると、対流は電解初期から良好となり初期から電圧は安定するが、陰極２８ｂと陽極２８ａの間隔が開くことでイオン拡散抵抗が上昇して電圧自体が高くなる。このため、陰極２８ｂと隔膜２２との間のギャップＢは１〜３ｍｍが好ましい。

一方、図４ないし図６に示すように、陽極２８ａと隔膜２２との間のギャップＡは零であっても問題はなく、ギャップＡが大きいとイオン拡散抵抗のため電圧が上昇する。これは、陽極室２４の容積が２０ｍＬと貯水容器１２の容積１Ｌに対して極めて小さく、水中のアニオンが陽極室２４に高濃度に集中するためである。すなわち、アニオンが集中することにより、陽極２８ａでは水電解による酸素生成よりも、塩素イオン電解による次亜塩素酸生成が優先される。塩素イオン電解で生じた塩素ガスは、瞬時に水と反応して次亜塩素酸と塩酸になるためガスを生じない。このように、陽極室２４ではアニオンを高濃度に集約するとともに塩素電解で生成ガス自体が少ないため、陽極２８ａと隔膜２２との間のギャップＡはゼロにしても支障はなくなる。ギャップＡの実用上の最適範囲としては０〜２ｍｍであり、また、陽極室の容量は、貯水容器１２の容量の１／５〜１／２００が好ましい。更に、図５および図６から、貯水容器１２に電極ユニット１６を内装するような、すなわち陽極室２４の容量が貯水容器１２の容量より小さい場合では、陽極２８ａと隔膜２２との間のギャップＡよりも陰極２８ｂと隔膜２２との間のギャップＢが大きいことが好ましいといえる。

以上のように構成された静水式のアルカリ水生成装置によれば、静水状態の水でも飽和濃度近くまで水素を溶存させたｐＨ９〜９．５のアルカリイオン水を生成することができる。また、アルカリ生成装置は、水道設備に接続する必要がなく、容易に持ち運びすることが可能となる。
なお、上述した実施形態では、電極ユニット１６を貯水容器１２に挿入する形態としたが、これに限らず、電極ユニット１６は貯水容器１２の内部に据え付けた構成としてもよい。

また、図１に示した静水式のアルカリ水生成装置１０を用いて洗浄アルカリ水を生成することができる。すなわち、水道水の代わりに、電解液を陽極室２４に充填し、この電解液を電解することにより、洗浄アルカリ水を生成することができる。電解液としては、ナトリウムなどアルカリ金属類を含有し、塩素を含まない物質、例えば、ナトリウム含有であれば、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、硫酸ナトリウム、硝酸ナトリウム、燐酸ナトリウムなどの少なくとも１つを用いることができる。このような電解液を電解すると、陽極室２４で塩素ガスを生じることなく、貯水容器１２に洗浄効果のあるｐＨ１１．５〜１３．５のアルカリ水が得られる。

ここで、陽極２８ａと隔膜２２との間のギャップＡは１〜２．５ｍｍ、陰極２８ｂと隔膜２２との間のギャップＢは１〜２．５ｍｍとし、かつギャップＡよりギャップＢが大きくなるように電極ユニット１６を構成している。陽極２８ａ側のギャップＡを最低１ｍｍ以上としたのは、塩素成分を含まない電解液を用いると、陽極２８ａ側に酸素ガスが多く生じることを考慮してのものである。なお、塩素成分を含む電解液を使う場合は、ギャップＡをゼロとしてもよい。

上記のような電解液を用いる場合でも、貯水容器１２内に静水状態で収容されている水を適度に対流させ、電解液中のイオン成分を使いまわすことで、適正な電力でイオン電流を持続させることができる。電流は、電解液、例えば、純水を溶媒とした炭酸水素ナトリウム水溶液、に含まれる電離したイオン成分が担い、カチオンとしてはナトリウムイオン、アニオンとしては重炭酸イオンや炭酸イオンである。電解時には、イオン成分が陽極２８ａおよび陰極２８ｂに流れて電荷を運ぶとともに、陰極２８ｂでは水が分解されて水酸イオンと水素ガスが発生し、水酸イオンはナトリウムと水酸化物を形成するとともに、水素ガスが水中に溶存して酸化還元電位を低下させる。

電解液中に十分なイオン成分が存在しているため、投入電荷量を１２００Ｃ程度とすることで安定してｐＨ１１．４〜１２．０のアルカリ水を生成することができる。また、強アルカリ水を生成する場合は多量の電荷量を投入するため、陽極２８ａ上に多量の酸素ガスが発生する。静水した状態では、陽極２８ａ周囲の酸素ガスも滞留しやすく、陽極表面の液接触面積を低下させて電解を阻害する。このため、本実施形態においては、陽極２８ａと隔膜２２との間のギャップＡを１〜２．５ｍｍに設定することにより、酸素ガスの浮力により静水状態でも適時、酸素ガスを排出できるようにしている。また、この酸素ガスの浮力により、陽極２８ａと隔膜２２との間のギャップＡ内の水を対流させ、電解電流として活用できるようにしている。

図７は、ギャップＡとギャップＢの様々な組み合わせにより、炭酸水素ナトリウムを１Ａで２０分間、電解したとき（投入電荷量: １２００Ｃ）の生成水のｐＨを測定した実験結果を示している。これらの実験結果から、陽極２８ａと隔膜２２との間のギャップＡおよび陰極２８ｂと隔膜２２との間のギャップＢが共に０ｍｍの場合、あるいは、ギャップＡ＞ギャップＢの場合、生成水のｐＨは１１．５が上限となる。

一方、ギャップＡ≦ギャップＢの場合では、ｐＨ１２．０に達する条件もあり、より強アルカリ性の洗浄液が得られる。ただし、ギャップＡ、Ｂにはそれぞれ最適な範囲があり、陽極２８ａと隔膜２２との間のギャップＡは、１≦Ａ≦２.５ｍｍ、陰極２８ｂと隔膜２２との間のギャップＢは、１≦Ｂ≦２.５ｍｍが好ましい。このように、ギャップＡ≦ギャップＢ（ただし、１≦Ａ≦３ｍｍおよび１≦Ｂ≦３ｍｍ)の条件のとき、より強アルカリ性(ｐＨ１１．７〜１２．０)の洗浄液を生成することができる。なお、最適なギャップ値は、ＡおよびＢがともに２．５ｍｍの場合で、ｐＨ１２．０の高い洗浄力を有するアルカリ洗浄水を作製することが可能である。

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。
例えば、貯水容器は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の容器、水槽、その他、水を貯められるものであれば適用することができる。電極ユニットの筐体、および電極は、矩形状に限定されることなく、他の種々の形状を選択可能である。

１０…電解水生成装置、１２…貯水容器、１４…蓋体、１６…電極ユニット、
１８…駆動部、２０…筐体、２２…隔膜、２３…注入管、２４…陽極室、
２６…陰極室、２８ａ…陽極、２８ｂ…陰極

Claims (14)

1. 水を静水状態で貯溜する貯水容器と、前記貯水容器内に配置される電極ユニットと、を備え、
   前記電極ユニットは、前記貯水容器内の水から分離した陽極室と前記貯水容器内に開放した陰極室とを有する筐体と、前記筐体内に設けられ前記陽極室と陰極室との間を仕切る正負両イオンを透過可能な隔膜と、前記陽極室内に設けられ前記隔膜に対向する陽極と、前記陰極室内に設けられ前記隔膜に隙間を置いて対向する陰極と、を備え、
   前記陰極と隔膜との間隔は、前記陽極と隔膜との間隔と同等以上であるアルカリ水生成装置。
2. 前記陰極と隔膜との間隔は、前記陽極と隔膜との間隔よりも大きい請求項１に記載のアルカリ水生成装置。
3. 前記陰極と前記隔膜との間隔が１〜３ｍｍである請求項２に記載のアルカリ水生成装置。
4. 前記陽極と前記隔膜との間隔が０〜２ｍｍである請求項２又は３に記載のアルカリ水生成装置。
5. 前記陽極室の容量は、前記貯水容器の容量の１／５〜１／２００である請求項１から４のいずれか１項に記載のアルカリ水生成装置。
6. 前記筐体は、鉛直方向の上端部に形成され前記陰極と前記隔膜との間の空間に連通した気泡排出用の透孔を備えている請求項１から５のいずれか１項に記載のアルカリ水生成装置。
7. 前記陰極は、前記陰極室の鉛直方向の上端部に設けられた開口を有している請求項１から６のいずれか１項に記載のアルカリ水生成装置。
8. 前記陰極は、前記陰極のほぼ全面に亘って設けられた複数の透孔を有している請求項１から６のいずれか１項に記載のアルカリ水生成装置。
9. 前記筐体は、前記陽極室に水あるいは電解液を導入するための注入管を備えている請求項１から８いずれか１項に記載のアルカリ水生成装置。
10. 前記陽極は、酸素ガス生成より塩素ガス生成の過電圧が小さい触媒を含んでいる請求項１から９のいずれか１項に記載の静水式アルカリ水生成装置。
11. 前記筐体は、前記陽極室に電解液を導入するための注入管を備え、
    前記陰極と前記隔膜との間隔が１〜３ｍｍ、前記陽極と前記隔膜との間隔が１〜３ｍｍである請求項１に記載のアルカリ水生成装置。
12. （生成方法）
    請求項１から１０のいずれか１項に記載のアルカリ水生成装置を用いてアルカリ水を生成するアルカリ水生成方法であって、
    前記貯水容器内に配置された前記電極ユニットの陽極室に水道水を充填し、
    前記貯水容器に水道水を給水し、前記電極ユニットの陰極室を水道水で満たすとともに前記貯水容器内で前記陰極室および陽極室よりも高い位置に水面を形成し、
    前記陽極および陰極に通電して前記水道水を電解し、前記陰極室内および前記貯水容器内の水道水から、還元性でｐＨ９〜１０のアルカリ水を生成するアルカリ水生成方法。
13. （生成方法）
    請求項１又は１１に記載のアルカリ水生成装置を用いてアルカリ水を生成するアルカリ水生成方法であって、
    前記貯水容器内に配置された前記電極ユニットの陽極室に電解液を充填し、
    前記貯水容器に水道水を給水し、前記電極ユニットの陰極室を水道水で満たすとともに前記貯水容器内で前記陰極室および陽極室よりも高い位置に水面を形成し、
    前記陽極および陰極に通電して前記水道水および電解液を電解し、前記陰極室内および前記貯水容器内の水道水から、ｐＨ１１．５〜１３．５のアルカリ水を生成するアルカリ水生成方法。
14. 前記電解液は、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、硫酸ナトリウム、硝酸ナトリウム、燐酸ナトリウムから選ばれた少なくとも１つを含み、塩素を含まないアルカリ化合物の水溶液を用いる請求項１３に記載のアルカリ水生成方法。

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