JP2018030044A - 電解水生成装置および電解水生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生成する水のｐＨを正確に調整可能な電解水生成装置および電解水生成方法を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、電解水生成装置は、陽極１４が設けられた陽極室１５ｂと、陰極２０が設けられた陰極室１５ｃと、を有し、陰極室は、陽極室に接する陽極の面積よりも小さい面積で陰極にそれぞれ接する第１陰極室３０ａおよび第２陰極室３０ｂを含み、陰極は第１陰極室に接する第１陰極３１ａと第２陰極室に接する第２陰極３１ｂとを有している電解槽１１と、第１陰極室および第２陰極室のいずれか一方で生成された陰極生成物質と陽極室で生成された陽極生成物質とを混合して排出する混合排出部３１と、陽極および陰極に電流を印加する電流供給部２３と、を備えている。電流供給部は、第１陰極および第２陰極に流れる電流の比率を調整する調整器を有している。
【選択図】図１

Description

ここで述べる実施形態は、電解水生成装置および電解水生成方法に関する。

水を電解して得られる様々な機能を有したものには、次亜塩素酸水、アルカリイオン水、水素水などがあり、電解水と呼ばれている。電解水の生成方法としては、例えば、塩素を含む電解液を電解することにより陽極で塩素ガスを生成し、この塩素ガスと水を反応させて次亜塩素酸水と塩酸水を生成する方法が知られている。次亜塩素酸水の利用法としては、殺菌消毒、除臭などが知られている。

しかしながら、生成した次亜塩素酸水は、塩酸を含むため酸性であり、ｐＨ５より酸性度が高くなると、次亜塩素酸と塩素ガスとの平衡反応により、酸性度に応じて塩素ガスを生じてしまう。そこで、従来では、次亜塩素酸水の次亜塩素酸濃度を、塩素ガスが人体に影響しない範囲、具体的には１００ｐｐｍ以下としているが、この場合、次亜塩素酸水の殺菌性などが制約されてしまう。

酸性の次亜塩素酸を中和する手段としては、酸性水にアルカリ性水を混合する方法が知られている。しかし、次亜塩素酸生成効率の高い電解槽では相対的に塩酸生成が抑制される。そのため、酸性水にアルカリ性水を全量混合してしまうと、混合水はアルカリ性となり、次亜塩素酸が殺菌性の弱い次亜塩素酸イオンに代わってしまう。陽極での塩素ガス生成を抑制して酸素ガス生成を増やすことで次亜塩素酸生成効率を低下させて塩酸生成を増やすことが考えられる。この場合、酸性水にアルカリ水を全量混合したときのｐＨを中性側にある程度調整することはできるが、次亜塩素酸生成の効率が著しく低下してしまう問題を生じる。また、供給する水の水質によっても、生成する電解水のｐＨが変動する場合がある。

特許第３２８７６４９号公報 特許第３５００１７３号公報 特許第４５９０６６８号公報 特許第４２１６８９２号公報

この発明の一態様の課題は、生成する水のｐＨを正確に調整可能な電解水生成装置および電解水生成方法を提供することにある。

実施形態によれば、電解水生成装置は、陽極が設けられた陽極室と、陰極が設けられた陰極室と、を有し、前記陰極室は、前記陽極室に接する前記陽極の面積よりも小さい面積で前記陰極にそれぞれ接する第１陰極室および第２陰極室を含み、前記陰極は前記第１陰極室に接する第１陰極と前記第２陰極室に接する第２陰極とを有している電解槽と、前記第１陰極室および第２陰極室のいずれか一方で生成された陰極生成物質と前記陽極室で生成された陽極生成物質とを混合して排出する混合排出部と、前記陽極および陰極に電流を印加する電流供給部であって、前記第１陰極および第２陰極に流れる電流の比率を調整する調整器を有する電流供給部と、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、第１の実施形態に係る電解水生成装置の電解槽を示す斜視図。 図３は、前記電解槽の分解斜視図。 図４は、図２の線Ａ−Ａに沿った前記電解槽の断面図。 図５は、前記電解槽の陰極室を構成する陰極カバー、シール材、陰極を示す分解斜視図。 図６は、前記電解槽の陽極室を構成する陽極カバーを示す斜視図。 図７は、純水および市水について、アルカリ水混合比率と混合水のｐＨとの関係を示す図。 図８は、第１変形例に係る電解水生成装置の電流供給部を概略的に示すブロック図。 図９は、第２変形例に係る電解水生成装置の電流供給部を概略的に示すブロック図。

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。

（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全体の構成を概略的に示す図である。始めに、電解水生成装置全体の構成を説明する。図１に示すように、電解水生成装置は、いわゆる３室型の電解槽１１を備えている。電解槽１１は、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）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および陰極室１５ｃとに仕切られている。陽極室１５ｂ内に陽極１４が設けられ、陰イオン交換膜１６に対向している。陰極室１５ｃ内に陰極２０が設けられ、陽イオン交換膜１８に対向している。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。

本実施形態において、陰極室１５ｃは、隔壁３２により、第１陰極室３０ａおよび第２陰極室３０ｂの２つに区画されている。第１陰極室３０ａおよび第２陰極室３０ｂは、陰極２０の面積の５０％ずつに２分して、陰極２０にそれぞれ接している。すなわち、第１および第２陰極室の陰極２０に接する各々の面積は、陽極室１５ｂが陽極１４に接する面積よりも小さく、陽極面積（陰極面積）の５０％となっている。

ここで述べている面積とは、陰極或いは陽極における電解水の生成に寄与する有効反応領域の面積のことであり、陰極におけるその有効反応領域の全面積と、陽極におけるその有効反応領域の全面積とを、ほぼ等しい大きさにしている。そして、本実施形態では、これら第１および第２陰極室において前記陰極に接する部分の面積を同じにすることで、個々の第１および第２陰極室における有効反応領域の面積のそれぞれの大きさが、陽極室に接する陽極の有効反応領域の全面積の大きさよりも小さく、約半分（５０％）ほどになっている。

更に、本実施形態において、陰極２０自体は、その中央部に設けられた絶縁部により、第１陰極３１ａおよび第２陰極３１ｂに２分割されている。第１陰極３１ａは第１陰極室３０ａに対向および接触し、第２陰極３１ｂは第２陰極室に対向および接触している。

電解水生成装置は、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、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２３と、を備えている。更に、電解水生成装置は、陽極室１５ｂで生成された酸性水（陽極生成物質）と第１および第２陰極室３０ａ、３０ｂのいずれか一方、例えば、第２陰極室３０ｂで生成されたアルカリ性水（陰極生成物質）とを混合した後、排出する混合排出部３１を備えている。

電流供給部２３は、電源４５および調整器として機能する２つの電流制御回路４６ａ、４６ｂを有している。電源４５のプラス側は陽極１４に接続され、電源４５のマイナス側は電流制御回路４６ａ、４６ｂを介して第１陰極３１ａおよび第２陰極３１ｂにそれぞれ接続さている。電流制御回路４６ａ、４６ｂは、第１陰極３１ａおよび第２陰極３１ｂに印加する電流を制御し、第１陰極３１ａと第２陰極３１ｂとに流れる電流の比率を個別に調整する。第１陰極３１ａに流れる電流と第２陰極３１ｂに流れる電流を加算した電流の絶対値と、陽極１４に流れる電流の絶対値とは同じ値となる。陰極２０および電流供給部２３をこのような構成とすることにより、第１陰極室３０ａと第２陰極室３０ｂとで生成されるアルカリ性水の濃度、すなわちｐＨを自由に制御することができる。

電解液供給部１９は、飽和食塩水を生成する塩水タンク２５と、塩水タンク２５から中間室１５ａの下部に飽和食塩水を導く供給配管１９ａと、供給配管１９ａ中に設けられた送液ポンプ２９と、中間室１５ａ内を流れた電解液を中間室１５ａの上部から塩水タンク２５に送る排水配管１９ｂ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の下部および第１陰極室３０ａの下部に水を導く給水配管２１ａと、第１陰極室３０ａを流れた水を第１陰極室３０ａの上部から排出する第１排水配管２１ｂと、第１排水配管２１ｂ中に設けられた気液分離器２７と、を備えている。

混合排出部３１は、陽極室１５ｂで生成された水を陽極室１５ｂの上部から排出し第２陰極室３０ｂの下部に導入する混合配管２１ｆと、第２陰極室３０ｂを流れた水を第２陰極室３０ｂの上部から排出する第２排水配管２１ｃ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、実際に塩水を電解して酸性水（次亜塩素酸および塩酸）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２９を作動させ、電解槽１１の中間室１５ａに飽和食塩水を供給するとともに、陽極室１５ｂおよび第１陰極室３０ａに水を給水する。同時に、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。

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。そして、陽極１４にて塩素イオンが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を生じる。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から混合配管２１ｆを通って第２陰極室３０ｂに流入する。

また、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、第１および第２陰極室３０ａ、３０ｂへ流入する。陰極室１５ｃにおいて、陰極２０で水が電気分解されて水素ガスと水酸化ナトリウム水溶液が生成される。ここで、陰極室１５ｃは、陰極２０を５０％ずつ２分した第１陰極室３０ａと第２陰極室３０ｂの２つで構成されている。同時に、陰極２０は、第１陰極３１ａおよび第２陰極３１ｂに２分割され、第１陰極室３０ａに第１陰極３１ａが、第２陰極室３０ｂに第２陰極３１ｂが設けられている。更に、第１陰極３１ａおよび第２陰極３１ｂに印加する負電流は、電流制御回路４６ａ、４６ｂにより、所望の電流比に調整している。すなわち、第２陰極３１ｂに印加する電流値は、第２陰極室３０ｂ内で所望のｐＨのアルカリ性水が生成されるように調整している。具体的にはｐＨが５から７程度の微酸性となるように調整され、次亜塩素酸水から塩素ガスが発生しにくく、かつ、次亜塩素酸が次亜塩素酸イオンに変化しにくいｐＨとしている。また、このｐＨ調整を行う適正な比率は原水の水質に大きく影響を受けるため、地域毎に設定した時点で適時電流比を調整している。

第１陰極室３０ａで生成された水酸化ナトリウム水溶液および水素ガスは、第１陰極室３０ａから第１排水配管２１ｂに流出し、気液分離器２７により、水酸化ナトリウム水溶液と水素ガスとに分離される。分離された水酸化ナトリウム水溶液（アルカリ性水）は、第１排水配管２１ｂを通って排出される。

一方、第２陰極室３０ｂで生成された水酸化ナトリウム水溶液および水素ガスは、陽極室１５ｂから送られた酸性水と混合され、混合された水は第２陰極室３０ｂから第２排水配管２１ｃを通って排水される。

このように、陰極室１５ｃで生成されたアルカリ性水の５０％は、第１排水配管２１ｂから排出され、残り５０％は、陽極室１５ｂで生成された酸性水の１００％と混合され、所望のｐＨの酸性水に調整した後、排出される。

次に、電解槽１１の構成を詳細に説明する。図２は、電解槽の斜視図、図３は電解槽の分解斜視図、図４は図２の線Ａ−Ａに沿った電解槽の断面図である。
図２ないし図４に示すように、電解槽１１は、矩形枠状の中間フレーム２２と、中間フレーム２２とほぼ等しい外径寸法を有し中間フレームの一側面を覆う矩形板状の陽極カバー２４と、中間フレーム２２とほぼ等しい外径寸法を有し中間フレームの他側面を覆う矩形板状の陰極カバー２６と、を有している。中間フレーム２２は、その内周面により中間室１５ａを形成している。陽極カバー２４は、その内面に形成された凹所により陽極室１５ｂを形成し、陰極カバー２６はその内面に形成された凹所により陰極室１５ｃを形成している。

中間フレーム２２の下端に、中間室１５ａに連通する第１流入口３４が形成され、上端に中間室１５ａに連通する第１流出口３６が設けられている。これら第１流入口３４および第１流出口３６に供給配管１９ａおよび排水配管１９ｂ（図１参照）がそれぞれ接続される。

中間フレーム２２と陽極カバー２４との間に、第１隔膜として陰イオン交換膜１６が配置され、中間室１５ａと陽極室１５ｂを隔てている。陽極１４は、陰イオン交換膜１６と陽極カバー２４との間に配置され、陽極室１５ｂに対面しているとともに陰イオン交換膜１６に近接対向している。

中間フレーム２２と陰極カバー２６との間に第２隔膜として陽イオン交換膜１８が配置され、中間室１５ａと陰極室１５ｃを隔てている。陰極２０は、陽イオン交換膜１８と陰極カバー２６との間に配置され、陰極室１５ｃに対面しているとともに陽イオン交換膜１８に近接対向している。

各構成部材間、すなわち、陽極カバー２４の周縁部と陽極１４の周縁部との間、陽極１４および陰イオン交換膜１６の周縁部と中間フレーム２２との間、中間フレーム２２と陰極２０および陽イオン交換膜１８の周縁部との間、および、陰極２０の周縁部と陰極カバー２６の周縁部との間に、水漏れを防止するための枠状のシール材４０、４０ａがそれぞれ配置されている。

各構成部材の周縁部を貫通して複数の固定ボルト５０が挿通され、例えば、陽極カバー２４側から挿通され、その先端部が陰極カバー２６から突出している。各固定ボルト５０の先端部にナット５２がねじ込まれている。締結部材としての固定ボルト５０およびナット５２により、各構成部材の周縁部同士が互いに締結され、中間室１５ａ、陽極室１５ｂ、陰極室１５ｃの水密性を保持している。

次に、各構成部材についてより詳細に説明する。
図２ないし図４に示すように、陰イオン交換膜１６および陽イオン交換膜１８は、それぞれ中間フレーム２２とほぼ等しい外径を有し、膜厚が約１００〜２００μｍ程度の薄い矩形平板状に形成されている。陰イオン交換膜１６および陽イオン交換膜１８は、特定のイオンのみを通過させる特性を有している。陰イオン交換膜１６および陽イオン交換膜１８の周縁部には、それぞれ固定ボルト５０を挿通する複数の貫通孔が形成されている。

陰イオン交換膜１６は、中間フレーム２２の片面側に対向して配置され、その周縁部は、シール材４０を介して、中間フレーム２２に密着している。同様に、陽イオン交換膜１８は、中間フレーム２２の他面側に対向して配置され、その周縁部は、シール材４０を介して、中間フレーム２２に密着している。なお、第１隔膜および第２隔膜は、イオン交換膜に限らず、透水性を有する多孔質膜を用いてもよい。

陽極１４は、厚さ１ｍｍ程度の金属製の平板で形成され、中間フレーム２２の外径とほぼ同一の外径を有する矩形状に形成されている。陽極１４の中央部（有効領域）には液体を通過させるための微細な貫通孔が形成され、電極の周縁部には固定ボルト５０を挿通するための複数の貫通孔が形成されている。陽極１４は、その一側縁から突出する接続端子１４ｂを有している。この接続端子１４ｂは電源４５に接続される。陽極１４は、陰イオン交換膜１６に対向して配置され、陰イオン交換膜１６に密着している。

図５は、陰極２０および陰極カバーの内面側を示す分解斜視図である。図４および図５に示すように、陰極２０は、中央に形成された細長い絶縁部３１ｃと、この絶縁部３１ｃにより２分割された第１陰極３１ａおよび第２陰極３１ｂと、を有している。第１陰極３１ａと第２陰極３１ｂとは、絶縁部３１ｃにより電気的に絶縁分離している。そして、これら第１陰極３１ａ、第２陰極３１ｂおよび絶縁部３１ｃが一体に平板に形成されている。陰極２０の厚さは陽極１４と同じ１ｍｍ程度であり、陰極２０は、中間フレーム２２の外径とほぼ同一の外径を有する矩形状に形成されている。

第１陰極３１ａの中央部（有効領域）、および第２陰極３１ｂの中央部（有効領域）には、液体を通過させるための微細な貫通孔が形成されている。陰極２０の周縁部には固定ボルト５０を挿通するための複数の貫通孔が形成されている。また、第１陰極３１ａおよび第２陰極３１ｂは、それぞれ、一側縁から突出する接続端子２０ｂ、２０ｃを有している。これらの接続端子２０ｂ、２０ｃは、電流供給部２３の電流制御回路４６ａ、４６ｂにそれぞれ接続される。これにより、第１陰極３１ａおよび第２陰極３１ｂに、各々異なる電流を流すことができる。
陰極２０は、陽イオン交換膜１８に対向して配置され、陽イオン交換膜１８に密着している。なお、第１陰極３１ａおよび第２陰極３１ｂは、絶縁部３１ｃを挟んで互いに連結した構成としたが、これに限らず、互いに分離独立した電極としてもよい。

図３ないし図５に示すように、陰極カバー２６は、陰極２０に対向する内面２６ａと、反対側の外面と、を有している。陰極カバー２６の内面２６ａに矩形状の凹所が形成され、この凹所により陰極室１５ｃを形成している。凹所の中央部に鉛直方向に延びる隔壁３２が設けられ、この隔壁３２により、陰極室１５ｃは、第１陰極室３０ａと第２陰極室３０ｂとに２分されている。第１および第２陰極室３０ａ、３０ｂは、それぞれ矩形状に形成され、ほぼ水平方向に並んで位置している。第１陰極室３０ａおよび第２陰極室３０ｂは、第１陰極３１ａおよび第２陰極３１ｂにそれぞれ対向し接している。すなわち、第１陰極室３０ａおよび第２陰極室３０ｂは、陽極室１５ｂに接する陽極１４の面積よりも小さい面積で陰極２０にそれぞれ接している。

第１陰極室３０ａおよび第２陰極室３０ｂには、それぞれ水を流す複数の流路が設けられている。すなわち、第１陰極室３０ａを形成している凹所の底面に複数の直線状のリブ３３ａが立設され、例えば、鉛直方向に延びている。これらのリブ３３ａは、互いに平行に、かつ、所定の間隔を置いて、設けられている。隣合う２つのリブ３３ａ間に、それぞれ鉛直方向に延びる直線状の第１流路３４ａが形成されている。

また、凹所の底面には、それぞれ第１陰極室３０ａの側縁に沿って延びた上下一対の横溝３５ａが形成されている。各横溝３５ａは第２流路を形成し、前述した複数の第１流路３４ａに連通している。横溝３５ａは、第１流路３４ａよりも深く形成され、複数の第１流路３４ａそれぞれに均一に水量が分配されるように設計されている。

陰極カバー２６の一側面下部に第２流入口３９ａが形成され、下側の横溝３５ａの一端に連通している。陰極カバー２６の一側面上部に第２流出口４１ａが形成され、上側の横溝３５ａの一端に連通している。これら第２流入口３９ａおよび第２流出口４１ａに給水配管２１ａおよび第１排水配管２１ｂがそれぞれ接続される。

同様に、第２陰極室３０ｂを形成している凹所の底面に複数の直線状のリブ３３ｂが立設され、互いに平行に、かつ、所定の間隔を置いて、設けられている。隣合う２つのリブ３３ｂ間に、それぞれ鉛直方向に延びる直線状の第１流路３４ｂが形成されている。また、凹所の底面には、それぞれ第２陰極室３０ｂの側縁に沿って延びた上下一対の横溝３５ｂが形成されている。各横溝３５ｂは第２流路を形成し、前述した複数の第１流路３４ｂに連通している。横溝３５ｂは、第１流路３４ｂよりも深く形成されている。

陰極カバー２６の他側面下部に第３流入口３９ｂが形成され、下側の横溝３５ｂの一端に連通している。陰極カバー２６の他側面上部に第３流出口４１ｂが形成され、上側の横溝３５ｂの一端に連通している。これら第３流入口３９ｂおよび第３流出口４１ｂに混合配管２１ｆおよび第２排水配管２１ｃがそれぞれ接続される。

なお、図５に示すように、陰極２０と陰極カバー２６との間に挟持するシール材４０ａは、枠体の中央部を延びる棒状の連結部４０ｃを一体に有している。この連結部４０ｃは、陰極２０の絶縁部３１ｃと陰極カバー２６の隔壁３２との間に挟まれ、第１陰極室３０ａと第２陰極室３０ｂとの間を液密にシールする。

図６は、陽極カバーの内面側を示す斜視図である。図４および図６に示すように、陽極カバー２４は、陽極１４に対向する内面２４ａと、反対側の外面と、を有している。陽極カバー２４の内面２４ａに矩形状の凹所が形成され、この凹所により陽極室１５ｂを形成している。陽極室１５ｂは、陽極１４の有効反応領域の面積の１００％に接している。すなわち、陽極室１５ｂの面積は、陽極１４の有効反応領域の面積にほぼ一致している。

陽極室１５ｂには、それぞれ水を流す複数の流路が設けられている。すなわち、陽極室１５ｂは、それぞれ鉛直方向に延びる複数のリブ４６により規定された複数の直線状の第１流路３７と、陽極室１５ｂの底面に形成された上下一対の横溝３８ａおよび左右一対の縦溝３８ｂにより規定された第２流路とを有している。各横溝３８ａは、複数の第１流路３７に連通している。

陽極カバー２４の側面下部に第４流入口４２が形成され、下側の第２流路に連通している。陽極カバー２４の側面上部に第４流出口４４が形成され、上側の第２流路に連通している。これら第４流入口４２および第４流出口４４に給水配管２１ａおよび混合配管２１ｆがそれぞれ接続される。

以上のように構成された電解槽１１において、電解動作時、給水配管２１ａから第４流入口４２を通して陽極室１５ｂに供給された水は、陽極１４に接触しながら第２流路および第１流路３７を通って流れ、塩素ガスと反応して酸性水を生成する。この酸性水は、第４流出口４４から混合配管２１ｆに送られ、更に、第３流入口３９ｂから第２陰極室３０ｂに流入する。酸性水は、第２陰極３１ｂに接触しながら第２流路３５ｂおよび第１流路３４ｂを流れる。第２陰極室３０ｂにおいて、酸性水は第２陰極３１ｂで生成される水素ガスおよび水酸化ナトリウム水と混合される。このようにアルカリ性水が混合された酸性水は、第３流出口４１ｂから第２排水配管２１ｃを通り排出される。

また、給水配管２１ａから第２流入口３９ａを通して第１陰極室３０ａに供給された水は、第１陰極３１ａに接触しながら第２流路３５ａおよび第１流路３４ａを通って流れる。第１陰極室３０ａにおいて、第１陰極３１ａで水が電気分解されて水素ガスと水酸化ナトリウム水溶液が生成される。第１陰極室３０ａで生成された水酸化ナトリウム水溶液および水素ガスは、第２流出口４１ａから第１排水配管２１ｂに流出し、気液分離器２７により、水酸化ナトリウム水溶液と水素ガスとに分離される。分離された水酸化ナトリウム水溶液（アルカリ性水）は、第１排水配管２１ｂを通って排出される。

ここで、アルカリ性水が混合された酸性水（次亜塩素酸水）のｐＨについて、詳細に説明する。
通常、生成する次亜塩素酸水がｐＨ５より酸性度の強い水である場合、次亜塩素酸から塩素ガスが酸性度に応じて発生する。そのため、高濃度の次亜塩素酸は塩素ガス被毒の可能性を生じる。次亜塩素酸からの塩素ガス発生は、ｐＨ５以上ではほとんど生じないことから、アルカリ性水を混合した後の次亜塩素酸水のｐＨは５以上が必要となる。また、ｐＨ８を超えてアルカリ側になると、次亜塩素酸は次亜塩素酸イオンに変化して殺菌機能の著しい低下を招く。このため、次亜塩素酸水のｐＨとしては６〜７程度とすることが好ましい。

また、電解に用いられる水の水質も混合水のｐＨに影響を与える。図７は、一般的な電解水生成装置で生成された酸性水とアルカリ性水との混合比率と混合水のｐＨとの関係を示している。図７において、横軸は酸性水に混合したアルカリ水の混合比率を、縦軸はその混合水のｐＨを示している。純水を使用した場合を実線で、市水を使用した場合を点線で示している。この図から、純水と市水とでは混合水のｐＨが大きく異なることがわかる。その理由は、純水と市水の硬度の違いであり、市水に含まれるカルシウムやマグネシウムなどによる緩衝効果により、市水のｐＨの感度が低く抑えられるためである。すなわち、電解に用いられる水質により電解水のｐＨは大きく変化する。更に、地域により水質は異なるため、地域により生成される電解水のｐＨが異なってしまう。

上述したように、混合水のｐＨは使用する水質（硬度）に依存する。よって、市水を用いる場合は、混合水のｐＨを６〜７程度とするためには、図７から、アルカリ水混合量を略０〜２０％とし、純水を使用する場合は、アルカリ水混合量を略６０〜７０％とすることが望ましい。

一方、本実施形態の電解水生成装置においては、第１陰極室３０ａおよび第２陰極室３０ｂの体積は固定されているため、混合するアルカリ性水の量は一定であるが、電流供給部２３により第２陰極３１ｂに流れる電流を調整できる、すなわち、第２陰極室３０ｂで生成されるアルカリ性水の濃度、ｐＨを調整することができる。そのため、このアルカリ性水を混合して生成される次亜塩素酸水のｐＨを制御することができる。

図７から分かるように、市水を用いる場合、第１陰極３１ａおよび第２陰極３１ｂに流れる電流の比は、例えば、９：１程度に調整し、第２陰極室３０ｂで生成されるアルカリ性水の濃度、ｐＨを低く設定する。純水を用いる場合、電流の比を３．５：６．５程度に調整し、第２陰極室３０ｂで生成されるアルカリ性水の濃度、ｐＨをやや高く設定する。市水の場合は地域毎に水質が異なるため、設定する地域により次亜塩素酸水のｐＨが５から８程度になるようにこの電流比を適時調整する。これにより、アルカリ生成水を混合した混合水（次亜塩素酸水）のｐＨを５〜８程度に、より望ましくは、６〜７程度に調整することができる。
なお、市水は地域により硬度の差があるため、上記の電流比（９：１）は、地域の水質に応じて最適な値に調整する。また、第１陰極３１ａに印加する負電流および第２陰極３１ｂに印加する負電流の合計の絶対値は、陽極１４に印加する正電流の絶対値と同一に設定することが望ましい。

このように、本実施形態に係る電解水生成装置によれば、使用する水の水質（例えば、硬度）に応じて、第１陰極３１ａおよび第２陰極３１ｂに流れる電流の比を調整することで、生成する次亜塩素酸水のｐＨを正確に制御することができ、水質に影響を受けることなく常に中性域の次亜塩素酸水を生成することが可能となる。
以上のことから、本実施形態によれば、生成する電解水のｐＨを正確に調整でき、中性域の次亜塩素酸水を生成することが可能な電解水生成装置および電解水生成方法を提供することができる。

なお、上述した実施形態では、２隔膜３室型の電解槽を用いているが、電解槽は、これに限らず、１隔膜２室型の構成としてもよい。電解液は塩水、生成水は次亜塩素酸水としたが、これらに限定されることなく、種々の電解液、生成水を適用することができる。本生成装置は、陰極を分割し各陰極に個別の電流を流し、正確にｐＨが調整されたアルカリ生成物質を酸生成物質に混合するものであり、この作用が適用できるものであれば、どのような電解液、生成水でも適用可能である。

第１の実施形態では、陽極室で生成された酸性水を第２陰極室に導きアルカリ性水と混合する構成としたが、流水する順序を限定するものではなく、酸性水を第１陰極室に送り、第１陰極室でアルカリ性水と混合するようにしてもよい。また、混合排出部３１は、陽極室で生成された酸性水を排出する排出配管に、第１陰極室あるいは第２陰極室で生成されたアルカリ性水を排出する排出配管を接続し、排出配管内で酸性水とアルカリ性水とを混合する構成としてもよい。更に、第１陰極室および第２陰極室への配管、送水を適宜、切り替える構成としてもよい。このように陰極室を交互に切り替える場合、陰極のスケール防止を図ることができる。

第１の実施形態では、第１陰極室３０ａと第２陰極室３０ｂとは同じ体積としているが、これに限定されることなく、第１陰極室３０ａと第２陰極室３０ｂとの体積比率は適宜変更可能である。なぜなら、本電解水生成装置は、第１陰極３１ａと第２陰極３１ｂとに流れる電流を調整することが可能であり、第１陰極室および第２陰極室の体積に影響を受けることなく自由にアルカリ性水のｐＨ調整が可能なためである。
また、第１の本実施形態では、陰極室を２分割としているが、これに限定されることなく、陰極室は、３分割以上としてもよい。陰極室を３分割以上とした場合、複数のｐＨの電解水が得られる。

次に、変形例に係る電解水生成装置の電流供給部について説明する。以下に説明する変形例において、前述した第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し、第１の実施形態と異なる部分を中心に詳しく説明する。

（第１変形例）
図８は、第１変形例に係る電解水生成装置を概略的に示すブロック図である。第１変形例によれば、電流供給部２３は、電源４５、および調整器として機能する可変抵抗器６０を備えている。電源４５のプラス側は、陽極１４に接続され、電源４５のマイナス側は可変抵抗器６０に接続されている。更に、可変抵抗器６０の一端は、第１陰極３１ａに接続され、他端は第２陰極３１ｂに接続されている。
可変抵抗器６０により、第１陰極３１ａおよび第２陰極３１ｂに印加する電流の分流比を調整し、第１陰極３１ａおよび第２陰極３１ｂに流れる電流の比を任意に調整することができる。

（第２変形例）
図９は、第２変形例に係る電解水生成装置を概略的に示すブロック図である。第２変形例によれば、電流供給部２３は、調整器として機能する２つの第１電源４５ａおよび第２電源４５ｂを備えている。第１電源４５ａのプラス側は、陽極１４に接続され、マイナス側は第１陰極３１ａに接続されている。第２電源４５ｂのプラス側は、陽極１４に接続され、マイナス側は第２陰極３１ｂに接続されている。
第１電源４５ａおよび第２電源４５ｂの出力比を調整することにより、第１陰極３１ａおよび第２陰極３１ｂに流れる電流の比を調整することができる。

上述した第１変形例および第２変形例において、電流供給部２３を除く電解水生成装置の他の構成は、第１の実施形態に係る電解水生成装置の構成と同一である。第１変形例および第２変形例においても、生成する電解水のｐＨを正確に調整でき、中性域の次亜塩素酸水を生成することが可能な電解水生成装置を提供することができる。
なお、電流供給部の調整器は、第１の実施形態、第１変形例、および第２変形例に限定されることなく、他の種々の調整器を適用することができる。

本発明は上述した実施形態および変形例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、上記実施形態および変形例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。

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、２０…陰極、２１ａ…給水配管、
２１ｂ…第１排水配管、２１ｃ…第２排水配管、２１ｆ…混合配管、
２２…中間フレーム、２３…電流供給部、２４…陽極カバー、２６…陰極カバー、
３０ａ…第１陰極室、３０ｂ…第２陰極室、３１ａ…第１陰極、３１ｃ…絶縁部
３１ｂ…第２陰極、３１ｃ…絶縁部、３１…混合排出部、４５…電源、
４５ａ…第１電源、４５ｂ…第２電源、４６ａ、４６ｂ…電流制御回路、
６０…可変抵抗器

Claims (13)

1. 陽極が設けられた陽極室と、陰極が設けられた陰極室と、を有し、前記陰極室は、前記陽極室に接する前記陽極の面積よりも小さい面積で前記陰極にそれぞれ接する第１陰極室および第２陰極室を含み、前記陰極は前記第１陰極室に接する第１陰極と前記第２陰極室に接する第２陰極とを有している電解槽と、
   前記第１陰極室および第２陰極室のいずれか一方で生成された陰極生成物質と前記陽極室で生成された陽極生成物質とを混合して排出する混合排出部と、
   前記陽極および陰極に電流を印加する電流供給部であって、前記第１陰極および第２陰極に流れる電流の比率を調整する調整器を有する電流供給部と、
   を備える電解水生成装置。
2. 前記調整器は、前記第１陰極および第２陰極にそれぞれ接続された２つの電流制御回路を備えている請求項１に記載の電解水生成装置。
3. 前記調整器は、前記陽極および第１陰極に接続される第１電源と、前記陽極および第２陰極に接続される第２電源と、を備えている請求項１に記載の電解水生成装置。
4. 前記調整器は、電源と前記第１陰極および第２陰極との間に接続された可変抵抗器を備えている請求項１に記載の電解水生成装置。
5. 前記混合により生成される電解水のｐＨが５〜８である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
6. 前記混合により生成される電解水のｐＨが６〜７である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
7. 前記第１陰極および第２陰極は、絶縁部を挟んで互いに連結されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
8. 前記混合排出部は、前記陽極室で生成される水を前記一方の陰極室に導入する混合配管と、前記一方の陰極室内で混合された水を排出する第１排水配管と、を備えている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
9. 前記電解槽は、電解液を収容する中間室と、前記中間室と陽極室との間に設けられた第１隔膜と、前記中間室と第１および第２陰極室との間に設けられた第２隔膜と、を備えている請求項１ないし８のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
10. 前記調整器は、電解に用いられる水の水質に応じて、前記第１陰極および第２陰極に流れる電流の比率を調整する請求項１ないし９のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
11. 前記調整器は、電解に用いられる水の硬度に応じて、前記第１陰極および第２陰極に流れる電流の比率を調整する請求項１０に記載の電解水生成装置。
12. 陽極が設けられた陽極室と、陰極が設けられた陰極室と、を有し、前記陰極室は、前記陽極室に接する前 記陽極の面積よりも小さい面積で前記陰極にそれぞれ接する第１陰極室および第２陰極室を含み、前記陰極は前記第１陰極室に接する第１陰極と前記第２陰極室 に接する第２陰極とを有している電解槽と、
    前記第１陰極室および第２陰極室のいずれか一方で生成された陰極生成物質と前記陽極室で生成された陽極生成物質とを混合して排出する混合排出部と、
    前記陽極および陰極に電流を印加する電流供給部であって、前記第１陰極および第２陰極に流れる電流の比率を調整する調整器を有する電流供給部と、
    を備える電解水生成装置による電解水生成方法であって、
    前記調整器が、電解に用いられる水の水質に応じて、前記第１陰極および第２陰極に流れる電流の比率を調整する電解水生成方法。
13. 電解に用いられる水の硬度に応じて、前記第１陰極および第２陰極に流れる電流の比率を調整する請求項１２に記載の電解水生成方法。

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