JP2017170272A - 電解水生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】３室型の電解槽の陰極室におけるスケール析出を抑制する電解水生成装置を提供することである。
【解決手段】本実施形態に係る電解水生成装置は、２つの隔膜で仕切られた電解液室と、電解液室の両側の陽極室および陰極室と、陽極室に設けられた陽極と、陰極室に設けられた陰極とを備える電解槽と、陽極室に給水する第１給水部と、陽極室で生成された陽極生成水の少なくとも一部を陰極室に給水する第２給水部と、陰極室内の生成水を陰極室から排水する排出部と、を備える。
【選択図】図１

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付与する電解水が知られている。例えば、アルカリイオン水では飲料や洗浄防錆の機能を有する電解水として、次亜塩素酸水では殺菌除臭の機能を有する電解水として、これら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、電解槽（電解セル）を用いて、水中の電解質を電解して得た電解生成水により様々な機能を付与した電解水を生成している。電解槽としては、１対の電極が設けられた１つの電解液室を有する１室型の電解槽、１対の電極の間に１つの隔膜を設けて電解液室が陽極室と陰極室に区切られた２室型の電解槽、さらには１対の電極の間に２つの隔膜を設けて陽極室と陰極室の間に２つの隔膜で区切られた電解液室を備えた３室型の電解槽が提案されている。

電解質としては、水そのもの以外にも原水中のイオン成分や故意に添加した塩化物、酸化物、アルカリ塩、炭酸塩、有機酸などがある。１室型電解槽では、電解質を含んだ電解液を供給し、これを電解して電解生成水を生成して排出する。

２室型電解槽では、電解液を２室の両方あるいは一方に供給し、電解生成水として陽極生成水と陰極生成水とを分離して２室から排出する。３室型電解槽では、電解液を中央の電解液室だけに供給し、陽極生成水および陰極生成水を電解質も分離した形態で陽極室および陰極室から排出する。

このような電解槽において、陰極室では、陰極生成水がアルカリ性であるため長期使用すると水中の硬度成分がスケールとして析出し、電解槽や配管を詰まらせる現象が発生する。

特許第３７９８４８６号公報 特許第３７１６０４２号公報 特許第３５００１７３号公報

本発明の実施形態が解決しようとする課題は、３室型の電解槽の陰極室におけるスケール析出を抑制する電解水生成装置を提供することである。

本実施形態に係る電解水生成装置は、２つの隔膜で仕切られた電解液室と、前記電解液室の両側の陽極室および陰極室と、前記陽極室に設けられた陽極と、前記陰極室に設けられた陰極とを備える電解槽と、前記陽極室に給水する第１給水部と、前記陽極室で生成された陽極生成水の少なくとも一部を前記陰極室に給水する第２給水部と、前記陰極室内の生成水を前記陰極室から排水する排出部と、を備える。

図１は、第１の実施形態に係る電解水生成装置の一例を概略的に示す図である。 図２は、変形例１に係る電解水生成装置の一例を概略的に示す図である。 図３は、変形例２に係る電解水生成装置の一例を概略的に示す図である。 図４は、第２の実施形態に係る電解水生成装置の一例を概略的に示す図である。 図５は、第３の実施形態に係る電解水生成装置の一例を概略的に示す図である。

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。
（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の一例を概略的に示す図である。
本実施形態に係る電解水生成装置は、電解槽（電解セル）を備え、電解液から電解生成水（陽極生成水および陰極生成水）を生成する装置である。電解水生成装置は、例えば、電解液としての塩水より、陽極生成水（陽極水、又は酸性水）として次亜塩素酸水、および陰極生成水（陰極水、又はアルカリ性水）として水酸化ナトリウム水を生成する装置である。電解水生成装置は、３室型の電解槽１１と、電解槽１１の中間室１５ａに電解液、例えば、飽和食塩水を供給する電解液供給部１９と、電解槽１１の陽極室１５ｂおよび陰極室１５ｃに電解原水、例えば、水を供給する原水供給部２１と、陽極１４および陰極２０に正電圧および負電圧をそれぞれ印加する電流供給部（電源）２３と、大気に開放した貯水容器、例えば、貯水タンク（貯水槽、又は貯水容器）２７とを備えている。なお、貯水タンク２７は、密閉されていてもよい。

電解槽１１は、例えば、３室型の電解槽である。電解槽１１は、偏平な矩形箱状に形成され、その内部を、陰イオン交換膜（第１隔膜）１６および陽イオン交換膜（第２隔膜）１８により、中間室１５ａと、中間室１５ａの両側に位置する陽極室１５ｂ、及び陰極室１５ｃとの３室に仕切られている。陰イオン交換膜１６は、少なくとも陰イオンを透過させる隔膜であり、陽イオン交換膜１８は、少なくとも陽イオンを透過させる隔膜である。陰イオン交換膜１６、及び陽イオン交換膜１８は、望ましくは、所定のイオン以外のイオンや、液体を透過させない隔膜であるが、生成水の水質に大きく影響しない範囲のイオンや、液体を透過する隔膜であってもよい。

電解槽１１は、電解電極として、陽極１４、および陰極２０とを備えている。陽極１４および陰極２０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。陽極１４は、陽極室１５ｂ内に設けられ、陰イオン交換膜１６に対向している。陽極１４は、陽極室１５ｂ内に設けられ、陰イオン交換膜１６に密着して設けられていてもよいし、あるいは、陰イオン交換膜１６との間に不織布等を挟んで設けられていてもよい。一方、陰極２０は、陰極室１５ｃ内に設けられ、陽イオン交換膜１８に対向している。陽極１４と同様に、陰極２０は、陽イオン交換膜１８に密着して設けられていてもよいし、陽イオン交換膜１８との間に不織布等を挟んで設けられていてもよい。

電解液供給部１９は、飽和食塩水を生成する電解水（塩水）タンク２５と、塩水タンク２５から中間室１５ａの下部に電解液（飽和食塩水）を導く供給配管１９ａと、中間室１５ａ内を流れた塩水を中間室１５ａの上部から排出する排出配管１９ｂと、排出配管１９ｂ中に設けられた電磁弁１０１と、を備えている。

原水供給部２１は、水を供給する図示しない給水源と、給水源から陽極室１５ｂの下部に水を導く第１給水配管２１ａと、第１給水配管２１ａ中に設けられた電磁弁２０１と、第１給水配管２１ａ中の逆流を防止する逆止弁２０１ａ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２１ｂと、第１排水配管２１ｂを流れた水（陽極水）を貯水する貯水タンク２７と、貯水タンク２７に貯水された水（陽極水）を陰極室１５ｃに導く第２給水配管２１ｃと、第２給水配管２１ｃ中に設けられた第１送水ポンプ２９ａ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２１ｄと、を備えている。電磁弁２０１は、電気的制御により給水源からの給水を遮断する。原水供給部２１において、給水源、第１給水配管２１ａ、電磁弁２０１、および逆止弁２０１ａ等を含む陽極室１５ｂに水を供給する手段を第１給水部と称し、第１排水配管２１ｂ、第２給水配管２１ｃ、貯水タンク２７、及び第１送水ポンプ２９ａ等を含む陽極室１５ｂで生成された陽極水を陰極室１５ｃに給水する手段を第２給水部と称する場合もある。なお、原水供給部２１は、陽極室１５ｂへの流量を調整する流量調整部、例えば、減圧弁や流量調整弁を備えていてもよい。

電流供給部２３は、電解水生成装置の各部に接続され、各部へ供給する電流及び電圧を制御し、電流及び電圧の変化を検知する。電流供給部２３は、電源部２３ａと、検知部２３ｂと、制御部２３ｃとを備える。電源部２３ａは、電解電極に電流（直流電流）を供給し、プラス側に陽極１４が接続され、マイナス側に陰極２０が接続されている。検知部２３ｂは、電流及び電圧の変化を検知し、これら電流及び／又は電圧の変化に基づいて電解水の消費量等を検知する。検知部２３ｂは、電流及び電圧が変化するタイミング、又は所定の時間間隔のタイミングで、電解水の消費量を検知する。制御部２３ｃは、検知部２３ｂで検知された検知結果に基づいて、各部へ印加する電流値及び電圧値を調整することで、電解水生成装置の各部を制御することができる。例えば、制御部２３ｃは、電解、第１送水ポンプ２９ａの駆動動作、並びに、電磁弁１０１、２０１のＯＮ／ＯＦＦや、開閉の切換えを制御する。なお、検知部２３ｂ及び制御部２３ｃは、それぞれ、電流供給部２３と別に設置されていてもよい。

上記のように構成された電解水生成装置により、実際に塩水を電解して陽極水（次亜塩素酸および塩酸）と陰極水（水酸化ナトリウム）とを生成する動作について説明する。
図１に示すように、電解水生成装置は、塩水タンク２５から電解槽１１の中間室１５ａに電解液（飽和食塩水）を供給するとともに、陽極室１５ｂに水を給水する。同時に、電解水生成装置は、電流供給部２３から正電圧および負電圧を陽極１４および陰極２０にそれぞれ印加する。さらに、電解水生成装置は、陽極室１５ｂで生成された水（陽極水）を陽極室１５ｂから排出するとともに、第１送水ポンプ２９ａを作動し、貯水タンク２７から陰極室１５ｃに送水する。

中間室１５ａには、電解槽１１よりも上部に設置された塩水タンク２５から、水頭圧により供給配管１９ａに塩水が送水される。中間室１５ａに送水された塩水は、排出配管１９ｂにより外部に排水される。中間室１５ａ内の所定の量の塩水が電解により消費されたことを検知した場合、電流供給部２３は、電磁弁１０１を開放する。電磁弁１０１が開放されることによって、塩水が流れ、消費された塩水が、装置の外部に排出されるとともに、塩水タンク２５の水頭圧により、新しい塩水が、中間室１５ａに供給される。

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１４に引き寄せられ、陰イオン交換膜１６を通過して、陽極室１５ｂへ流入する。陽極室１５ｂに流入する際に、塩素イオンが陽極１４で還元され、塩素ガスが発生する。その後、塩素ガスは、陽極室１５ｂ内で水と反応して次亜塩素酸水と塩酸とを生じる。このようにして生成された次亜塩素酸水および塩酸を含む陽極水は、陽極室１５ｂから第１排水配管２１ｂを通って貯水タンク２７に排出され、適時貯水タンクから取り出されて活用される。

貯水タンク２７には、陽極室１５ｂから排出された水、例えば、陽極水が貯水され、貯水された水に第２給水配管２１ｃの一端部が挿入されている。第１送水ポンプ２９ａが作動することで、貯水タンク２７に貯水された陽極水が第２給水配管２１ｃに吸水され、陰極室１５ｃに給水される。

中間室１５ａへ流入した塩水中において電離しているナトリウムイオンは、陰極２０に引き寄せられ、陽イオン交換膜１８を通過して、陰極室１５ｃへ流入する。陰極室１５ｃに流入する際に、水が陰極２０で電気分解されて、水素ガスと水酸化ナトリウム水溶液とが生成される。陰極室１５ｃには上述した陽極水を給水するが、給水量を少量とすることで陽極水に含まれる酸性物質は中和され、アルカリ性の陰極水となる。このようにして生成された水素ガスと水酸化ナトリウム水溶液とを含む陰極水は、第２排水配管２１ｄを流れて装置外部に排出され、活用される。

また、装置停止時には電解を停止した後もしばらく第１送水ポンプ２９ａを作動させ、第２給水配管２１ｃと陰極室１５ｃと第２排水配管２１ｄとの内部の液体を陽極水に置換してから停止させる。

このような構成により、アルカリ性水（陰極水）中に析出したカルシウム成分を陽極水で溶解させる。すなわち、スケール沈着が抑制される。

一般的に、スケール沈着は、ｐＨ１１を超えると短時間で発生する。例えば、実施形態の電解水生成装置では、陽極１４と陰極２０との間に８Ａの電解電流を流し、第１排水配管２１ｂ内を２．２Ｌ／ｍの流量で陽極水を流し、これに対して第１送水ポンプ２９ａで陰極室１５ｃに送水する陽極水量を、陽極水の全流量の１／１０である０．２Ｌ／ｍの流量で流す。このとき、電解水生成装置は、有効塩素濃度５０ｍｇ／ｋｇの陽極水（次亜塩素酸水）を２Ｌ／ｍで貯水タンク２７に貯水、又は第１排水配管２１ｂに排水するとともに、０．２Ｌ／ｍで排水される陰極水のｐＨを１０程度に抑制することができる。したがって、第２排水配管２１ｄ内でのスケール沈着が、抑制され、停止時に容易に陽極水によりスケールが溶解される。なお、陽極水の流量の１／１０の流量で、陰極水を流すとしたが、陽極水の流量と同等の流量で陰極水を流した場合、陰極水のｐＨは、９まで下がる。しかしながら、陽極水の量を確保するために、陰極水量は、陽極水量の１／２〜１／１００の範囲の水量であることが望ましい。一方、電解水生成装置が停止時には、陰極室１５ｃ及び第２排水配管２１ｄは、陽極水（酸性水）により満たされる。すなわち、電解水生成装置が停止時には、陰極室１５ｃ及び第２排水配管２１ｄは、内部で生成された陰極水（アルカリ性水）が陽極水に置換される。酸性水は、ｐＨ３〜６．５の弱〜微酸性であるためスケール成分は溶解された状態である。そのため、電解水生成装置が停止時でも、スケール沈着が、抑制される。

本実施形態によれば、電解水生成装置は、３室型の電解槽１１と、陽極室１５ｂに水を給水する第１給水部と、陽極室１５ｂで生成された陽極水を陰極室１５ｃに給水する第２給水部とを備える。電解水生成装置は、陰極室１５ｃに所定の量の陽極水を給水し、陰極水のｐＨを調整する。その結果、本実施形態の電解水生成装置は、スケール析出、又は沈着を抑制できる。

また、電解水生成装置は、陽極室１５ｂで生成された陽極水を一旦大気に開放した貯水タンク２７に格納し、貯水タンク２７から陽極水を陰極室１５ｃに供給する。したがって、電解水生成装置は、水圧が安定しているため、一般的なポンプを使用して、容易に陰極室１５ｃの水の水質、例えば、ｐＨを調整できる。その結果、電解水生成装置は、構造的な自由度が増すとともに、コストを削減することができる。
次に第１の実施形態に係る電解水生成装置の変形例について説明する。変形例において、第１の実施形態と同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
（変形例１）
変形例１の電解水生成装置は、貯水タンク２７の水を循環させながら、貯水タンク２７の水の水質を調整する構成である。
図２は、変形例１に係る電解水生成装置の一例を概略的に示す図である。
変形例１の電解水生成装置において、原水供給部２１は、水を給水する図示しない給水源と、給水源から貯水タンク２７に水を導く第１給水配管２１ａ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２１ｂと、貯水タンク２７に貯水された水を陰極室１５ｃに導く第２給水配管２１ｃと、第２給水配管２１ｃ中に設けられた第１送水ポンプ２９ａと、第２給水配管２１ｃから分岐して陽極室１５ｂに水を導く第３給水配管２１ｅと、第３給水配管２１ｅ中に設けられた第２送水ポンプ２９ｂと、陰極室１５ｃを流れた水を陰極室１５ｃから装置の外部に排出する第２排水配管２１ｄと、第２排水配管２１ｄ中に設けられた電磁弁２０３と、第２排水配管２１ｄから分岐して貯水タンク２７に水を導く第３排水配管２１ｆと、第３排水配管２１ｆ中に設けられた電磁弁２０５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、陽極水と陰極水とを生成する動作について説明する。
図２に示すように、電解水生成装置は、塩水タンク２５から電解槽１１の中間室１５ａに電解液（飽和食塩水）を供給するとともに、貯水タンク２７に水を給水する。同時に、電解水生成装置は、第１及び第２送水ポンプ２９ａ、２９ｂを作動し、貯水タンク２７から陽極室１５ｂ、および陰極室１５ｃに送水する。このとき、電解水生成装置は、電流供給部２３から正電圧および負電圧を陽極１４および陰極２０にそれぞれ印加する。陽極室１５ｂで生成された水（陽極水）は、第２送水ポンプ２９ｂにより貯水タンク２７との間を循環し、時間を経るごとに貯水タンク２７の陽極水の有効塩素濃度が上昇し、所定時間を経て所定濃度となったところで電解を停止する。陰極室１５ｃでは、第１送水ポンプ２９ａにより貯水タンク２７の生成途上の陽極水を少量汲み上げ、流量により所定濃度に調整された陰極水を生成する。この陰極室１５ｃで生成された陰極水は、装置の外部へ排出されて活用されるが、電磁弁２０３と電磁弁２０５との開閉を切り換えて、一部を貯水タンク２７に送水することもできる。このように陰極水の一部を貯水タンク２７の陽極水に混合することで、任意のｐＨ、たとえば中性の次亜塩素酸水を生成することができる。また、装置停止時には電解停止後に陰極室１５ｃ系統の配管に陽極水を置換してスケール除去を行う構成は前述した通りである。

（変形例２）
変形例２の電解水生成装置は、実施形態１とほぼ同等の構成であり、第１排水配管２１ｂから第２給水配管２１ｃが分岐する点が異なる。
図３は、変形例２に係る電解水生成装置の一例を概略的に示す図である。
変形例２の電解水生成装置において、原水供給部２１は、第１の実施形態の原水供給部２１とほぼ同等の構成であるが、第１排水配管２１ｂから分岐して陰極室１５ｃに水を導く第２給水配管２１ｃと、第２給水配管２１ｃ中に設けられている定量ポンプ２９ｃとを備えている。定量ポンプ２９ｃは、体積移送型のような所定量の水を強制的に移送するタイプ（定量輸送型ポンプ）を選定することで、第１排水配管２１ｂの圧力（水圧）状況に依存せずに所定の量の水（陽極水）を陰極室１５ｃに送水できる。

上記のように構成された電解水生成装置により、陽極水と陰極水とを生成する動作について説明する。
図３に示すように、電解水生成装置は、塩水タンク２５から電解槽１１の中間室１５ａに塩水を供給するとともに、陽極室１５ｂに水を給水する。同時に、電解水生成装置は、電流供給部２３から正電圧および負電圧を陽極１４および陰極２０にそれぞれ印加する。さらに、電解水生成装置は、陽極室１５ｂで生成された水（陽極水）を陽極室１５ｂから排出するとともに、定量ポンプ２９ｃを作動し、第１排水配管２１ｂから分岐して陰極室１５ｃに一定量の陽極水を送水する。

変形例２によれば、電解水生成装置は、第１排水配管２１ｂから第２給水配管２１ｃが分岐し、第２給水配管２１ｃ中に定量ポンプ２９ｃが設けられている。したがって、電解水生成装置は、定量ポンプ２９ｃにより、陰極室１５ｃに第１排水配管２１ｂの圧力に依らずに、陰極室１５ｃに一定量の陽極室を吸水できる。また、電解水生成装置は、前述の実施形態よりも、配管構成を簡易化することができる。

次に他の実施形態に係る電解水生成装置について説明する。他の実施形態において、前述の実施形態と同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
（第２の実施形態）
第２の実施形態の電解水生成装置は、塩水タンクと、３室型の電解槽と、貯水タンクとを一体化して構成されている。
図４は、第２の実施形態に係る電解水生成装置の一例を概略的に示す図である。
第２の実施形態では、電解水生成装置は、第１の実施形態の電解水生成装置とほぼ同等であるが、各部が一体に形成されており、陽極室１５ｂが貯水タンク２７を兼ねる構成である。

電解槽１１は、陰極室１５ｃよりも上側に水面がくるように大きい矩形箱状に形成された陽極室１５ｂと、中間室１５ａの上側に陽極室１５ｂの外壁部と一体に設けられた塩水タンク２５とを備えている。陽極室１５ｂは、陽極室１５ｂ内の上部に水位検知センサ３１を有している。

電解液供給部１９は、電解槽１１に含まれる塩水タンク２５と、塩水タンク２５から中間室１５ａの上部に飽和食塩水を導く供給配管１９ａと、中間室１５ａ内を流れた電解液を中間室１５ａの下部から排出する排出配管１９ｂと、排出配管１９ｂ中に設けられた電磁弁１０１と、を備えている。本実施形態では、便宜上、図では簡易的に排出配管１９ｂの中間室１５ａとの接続部を下部に示しているが、実際には気泡が溜まる不具合を回避するため上部に接続している。中間室１５ａには塩水タンク２５の水頭圧が掛かっており、電磁弁１０１を適時開放することで水頭圧により中間室１５ａの消費された塩水が塩水タンク２５の新鮮な塩水に送水ポンプ無しに置換される仕組みになっている。

原水供給部２１は、水を供給する図示しない給水源と、給水源から陽極室１５ｂの上部に水を導く第１給水配管２１ａと、第１給水配管２１ａ中に設けられた電磁弁２０１と、陽極室１５ｂ内を流れた水、例えば、酸性電解水を陽極室１５ｂの下部から装置の外部に排出する第１排水配管２１ｂと、第１排水配管２１ｂ中に設けられた電磁弁２０７と、陽極室１５ｂ内を流れた水を陽極室１５ｂの下部から陰極室１５ｃの下部に水を導く第２給水配管２１ｃと、陰極室１５ｃを流れた水を陰極室１５ｃの上部から装置の外部に排出する第２排水配管２１ｄと、第２排水配管２１ｄから分岐して陽極室１５ｂに水を導く第３排水配管２１ｆと、第３排水配管２１ｆ中に設けられた電磁弁２０５と、第２排水配管２１ｄから上部に向かって分岐している排気配管２１ｇと、排気配管２１ｇの分岐点よりも陰極室１５ｃ側の位置の第２排水配管２１ｄ中に設けられた電磁弁２０９と、を備えている。また、陽極室１５ｂには図示しないオーバーフロー配管が設けられており、過剰な原水供給時の余剰水排水や給水排水時の気圧調整を行っている。

上記のように構成された電解水生成装置により、陽極水と陰極水とを生成する動作について説明する。
図４に示すように、電解水生成装置は、塩水タンク２５から電解槽１１の中間室１５ａに電磁弁１０１を所定時間だけ開放して電解液（飽和食塩水）を供給するとともに、水位検知センサ３１等により陽極室１５ｂの水位量を検知し、外部の給水源から陽極室１５ｂに適量の水を給水する。同時に、電解水生成装置は、電流供給部２３から正電圧および負電圧を陽極１４および陰極２０にそれぞれ印加する。

中間室１５ａの塩水は、陽極室１５ｂの陽極水を生成する間は静水状態のまま塩消費され、陽極室１５ｂの水を入れ換えるタイミングにあわせて電磁弁１０１を所定時間開放して塩水タンク２５の水頭圧により消費した塩水を排出配管１９ｂを通して装置外部に排水し、新鮮な塩水に置換する。

陽極室１５ｂ内では、貯水された水を所定時間だけ電解することにより次亜塩素酸水と塩酸とが生成される。このようにして生成された次亜塩素酸水と塩酸とを含む陽極水は、陽極室１５ｂから第１排水配管２１ｂを通って装置の外部に排出される。

陰極室１５ｃでは、陽極室１５ｂより少量の陽極水を吸水し、電解により水素ガスと水酸化ナトリウム水溶液とが生成される。このようにして生成された水素ガスと水酸化ナトリウム水溶液とを含む陰極水は、第２排水配管２１ｄを流れて第３排気配管で水素ガスと分離されて装置外部に排出されるが、電磁弁２０５，２０９の開閉により陰極水の一部は陽極室１５ｂで陽極水と混合して塩酸を中和させてもよい。陰極水は、陽極室１５ｂの水頭圧に加えて、陰極２０で電解により生成された水素の浮力により陰極室１５ｃの上部から第２排水配管２１ｄを通って送水ポンプ無しで排出される。陰極水の流量は、配管の流水抵抗のほかに電磁弁２０５あるいは２０９の開閉時間などで適時調整することができる。陰極水中に含まれる水素の分離は、第２排水配管２１ｄを通る途中で、浮力により第２排水配管２１ｄから上部に分岐する排気配管２１ｇから排気される。

本実施形態によれば、電解水生成装置は、塩水タンク２５、電解槽１１、及び貯水タンク２７を一体に構成され、水頭圧や陰極室１５ｃで生成された水素ガスの浮力により送水しており、ポンプ等を必要としない。また、陽極室１５ｂが貯水タンク２７を兼ねており、貯水タンク２７と陽極室１５ｂを接続する配管が不要である。

また、装置停止時には電解停止後にも陽極水を供給しつづけ、陰極室１５ｃや第２排水配管２１ｄなどの水を陽極水に置換してスケールを溶解することは第１の実施形態と同じである。

その結果、本実施形態の電解水生成装置は、前述の実施形態と比較して、装置の配管構成を簡易化することができ、且つポンプ等の設置コストを削減することができる。

また、本実施形態の電解水生成装置は、第２排水配管２１ｄの電磁弁２０９と、第３排水配管２１ｆの電磁弁２０５とを適時開閉することで、陽極室１５ｂ内の陽極水のｐＨを適時調整することができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態の電解水生成装置は、貯水タンク２７内に電解槽１１を備える。
図５は、第３の実施形態に係る電解水生成装置の一例を概略的に示す図である。
本実施形態では、電解水生成装置は、電解液供給部１９と、原水供給部２１と、電流供給部２３と、貯水タンク２７とを備えている。
貯水タンク２７は、矩形箱状に形成され、その内部に、３室型の電解槽１１を備えている。電解槽１１は、陽極１４と、陰イオン交換膜１６と、陽イオン交換膜１８と、陰極２０とを備えている。電解槽１１は、その内部を、陽極１４に対向して設けられた陰イオン交換膜１６および陰極２０に対向して設けられた陽イオン交換膜１８により、中間室１５ａと、中間室１５ａの両側に位置する陽極室１５ｂ、及び陰極室１５ｃとの３室に仕切られている。陽極室１５ｂは、その壁部に貯水タンク２７に連通する開口部を備え、この開口部が陽極室１５ｂ給水配管および陽極室１５ｂ排水配管を兼ねている。陰極室１５ｃは、その壁部の上部及び下部のそれぞれに貯水タンク２７に連通した上部開口部と、下部開口部とを備えており、これらは陰極室１５ｃ給水配管および陰極水混合配管を兼ねている。また、陰極室１５ｃには第２排水配管２１ｄが設けられており、第２排水配管２１ｄ中に設置された定量ポンプ２９ｃにより上述の開口部から陽極水を陰極室１５ｃ内に引き込むとともに、定量ポンプ２９ｃ停止時には陰極で生じる水素ガスの浮力により下部開口から陽極水を引き込んで上部開口から水素ガスとともに陰極水を貯水タンク２７に排出することで、陽極水のｐＨを調整することができる。

電解液供給部１９は、貯水タンク２７の上部に設けられた塩水タンク２５と、塩水タンク２５から中間室１５ａに塩水を導く供給配管１９ａと、中間室１５ａ内を流れた電解液を中間室１５ａから排出する排出配管１９ｂと、排出配管１９ｂ中に設けられた電磁弁１０１と、を備えている。

本実施形態では、便宜上、図では簡易的に描いているが、排出配管１９ｂの中間室１５ａへの接続部は泡溜まりを考慮し実際には中間室１５ａの上部に接続している。

原水供給部２１は、水を供給する図示しない給水源と、給水源から貯水タンク２７内の陽極室１５ｂに水を導く第１給水配管２１ａと、第１給水配管中に設けられた電磁弁２０１と、貯水タンク２７を流れた水、例えば、微酸性電解水を貯水タンク２７の下部から排出する第４排水配管２１ｈと、第４排水配管２１ｈ中に設けられた電磁弁２１１と、陰極室１５ｃの水、例えば、酸性水置換のアルカリ性水（陰極水）を陰極室１５ｃの上部から排出する第２排水配管２１ｄと、第２排水配管２１ｄ中に設けられた定量ポンプ２９ｃと、を備えている。便宜上、図では簡易的に描いているが、実際には図示しない水位センサやオーバーフロー配管が設けられており、適量の給水検知や、過剰な水供給時の余剰水排水や、給水排水時の貯水タンク２７内の気圧調整ができるようになっている。

上記のように構成された電解水生成装置により、陽極水と陰極水とを生成する動作について説明する。
まず、貯水タンクと中間室に水と塩水を供給する。貯水タンクへの給水は、電磁弁２０１を開放し、図示しない水位センサで貯水タンクに適量の水が供給されたことを検知して電磁弁２０１を閉じる。中間室への給水は、電磁弁１０１を開放し、塩水タンク２５の水頭圧により中間室１５ａの古い塩水を排出置換した後、電磁弁１０１を閉じる。

次に、
電流供給部２３から正電圧および負電圧を陽極１４および陰極２０にそれぞれ印加するとともに、定量ポンプを作動させ陰極水を送排水する。貯水タンク２７の水は時間経過とともに有効塩素濃度が高まり、所定濃度に達したのちに電解を停止するが、定量ポンプの送水は電解停止後もしばし継続し、第２排水配管２１ｄに陽極水を満たしてから停止する。

なお、電解中に適時定量ポンプを停止することで、陰極室１５ｃで生成した陰極水を陽極水に混合させ、陽極水中の塩酸を水酸化ナトリウムで中和して次亜塩素酸水のｐＨを適時調整することができる。

本実施形態によれば、陰極室１５ｃや関連配管に陽極水を供給することでスケール抑制を行うとともに、貯水タンク２７内に電解槽１１を設置することで両者を接続する配管を削除するとともに、水頭圧やガス浮力を活用することでポンプ類も削減することができ、装置を大幅に簡易化することができる。

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。

１１…電解槽、１４…陽極、１５ａ…中間室、１５ｂ…陽極室、１５ｃ…陰極室、１６…陰イオン交換膜、１８…陽イオン交換膜、１９…電解液供給部、１９ａ…供給配管、１９ｂ…排出配管、２０…陰極、２１…原水供給部、２１ａ…第１給水配管、２１ｂ…第１排水配管、２１ｃ…第２給水配管、２１ｄ…第２排水配管、２１ｅ…第３給水配管、２１ｆ…第３排水配管、２１ｇ…排気配管、２１ｈ…第４排水配管、２３…電流供給部、２３ａ…電源部、２３ｂ…検知部、２３ｃ…制御部、２７…貯水タンク（貯水槽）、２９ａ…第１送水ポンプ、２９ｂ…第２送水ポンプ、２９ｃ…定量ポンプ、１０１、２０１、２０３、２０５、２０７、２０９、２１１…電磁弁、２０１ａ…逆止弁。

Claims (14)

1. ２つの隔膜で仕切られた電解液室と、前記電解液室の両側の陽極室および陰極室と、前記陽極室に設けられた陽極と、前記陰極室に設けられた陰極とを備える電解槽と、
   前記陽極室に給水する第１給水部と、
   前記陽極室で生成された陽極生成水の少なくとも一部を前記陰極室に給水する第２給水部と、
   前記陰極室内の生成水を前記陰極室から排水する排出部と、を備える電解水生成装置。
2. 第２給水部は、電解水生成装置の停止時に、電解を停止したのちも前記陰極室への給水を継続してから停止する、ことを特徴とする請求項１に記載の電解水生成装置。
3. 陽極水を貯水する貯水槽をさらに備え、
   前記第２給水部は、前記貯水槽から前記陽極生成水を前記陰極室に給水する、ことを特徴とする請求項１に記載の電解水生成装置。
4. 陽極水の生成は、前記貯水槽に所定量の水を給水し、この所定量の水を前記貯水槽と前記陽極室の間で循環させることで陽極水を生成する、ことを特徴とする請求項３に記載の電解水生成装置。
5. 前記第２給水部は、前記貯水槽に所定量の水を給水する第１配管と、この所定量の水を前記貯水槽から前記陽極室に導く第２配管と、前記貯水槽と前記陽極室との間で水を循環させるために、前記陽極室から前記貯水槽に前記陽極室を導く第３配管と、を備える、ことを特徴とする請求項３に記載の電解水生成装置。
6. 前記電解槽は、前記貯水槽に一体形成されているか、あるいは前記貯水槽内に設置されている、ことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１に記載の電解水生成装置。
7. 前記陰極室は、前記貯水槽に連通する開口を有している、ことを特徴とする請求項６に記載の電解水生成装置。
8. 前記第２給水部は、前記排出部から排出される前記生成水を前記陽極生成水に混合可能に構成されている、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１に記載の電解水生成装置。
9. 前記第２給水部は、前記排出部に接続された第４配管と、前記第４配管中に設けられた弁とを備え、前記弁の切換えることにより、前記陽極生成水に混合する前記生成水の混合量を調整する、ことを特徴とする請求項８に記載の電解水生成装置。
10. 前記第２給水部は、前記排出部に前記生成水を吸水するポンプを備え、ポンプのＯｎ／Ｏｆｆにより、前記陽極生成水に混合する前記生成水の混合量を調整する、ことを特徴とする請求項８に記載の電解水生成装置。
11. 前記第２給水部は、定量輸送型ポンプを備え、前記定量輸送型ポンプによって、前記陽極生成水を前記陰極室に給水する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の電解水生成装置。
12. 前記第２給水部は、前記陰極室の前記陰極による電解で生じるガスの浮力により前記陰極室に前記陽極生成水を給水するように構成されている、ことを特徴とする請求項１又は６に記載の電解水生成装置。
13. 前記排出部は、前記陰極室の上部に設けられ、
    前記第２給水部は、前記排出部から前記生成水を排出するとともに、前記陰極室の下部から前記陽極生成水を給水する、ことを特徴とする請求項１２に記載の電解水生成装置。
14. 前記第２給水部は、前記陽極室に供給する水量に対して１／２から１／１００まで範囲の水量で前記陽極生成水を前記陰極室に給水する、ことを特徴とする請求項１に記載の電解水生成装置。

Images