JP2018108562A - 電解水生成装置及び電解水生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ３槽型の電気分解部における中間室に供給された電解質水溶液を再利用できる。【解決手段】本発明の電解水生成装置は、アノード室とカソード室と、中間室とを有する第１の電気分解部と、アノード室及びカソード室に対して原水を供給する第１の原水供給部と、中間室に対して電解質が溶解した電解質水溶液を供給すると共に、電解質水溶液を回収して循環させる電解質循環部と、無隔膜電解室を有する第２の電気分解部と、無隔膜電解室に対して原水を供給する第２の原水供給部と、無隔膜電解室に対して電解質循環部から電解質水溶液を供給する電解質供給経路とを有する。【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば弱酸性又は微酸性の電解水を生成する電解水生成装置及び電解水生成方法に適用して好適なものである。

従来、電解水生成装置としては、カソード室、アノード室及び中間室の３室を有する３槽型の電気分解部を用いて塩化ナトリウム水溶液等の電解質水溶液を電気分解する技術が広く知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００７−２０９５４６号

かかる構成の電解水生成装置では、中間室に電解質水溶液を供給すると共に、循環させるのが一般的である。この循環された電解質水溶液は、ある程度循環された後に廃棄される。しかしながら、環境的及びコスト的観点から、かかる廃棄物はできるだけ生じさせないことが望ましい。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的は、３槽型の電気分解部における中間室に供給された電解質水溶液を再利用できる電解水生成装置及び電解水生成方法を提供するものである。

かかる課題を解決するため、本発明の電解水生成装置は、
陽極を有するアノード室と陰極を有するカソード室と、隔膜で隔てられ前記アノード室と前記カソード室の中間に設けられた中間室とを有する第１の電気分解部と、
前記アノード室及び前記カソード室に対して原水を供給する第１の原水供給部と、
前記中間室に対して電解質が溶解した電解質水溶液を供給すると共に、前記電解質水溶液を回収して循環させる電解質循環部と、
陽極及び陰極を備えた無隔膜電解室を有する第２の電気分解部と、
前記無隔膜電解室に対して原水を供給する第２の原水供給部と、
前記無隔膜電解室に対して前記電解質循環部から前記電解質水溶液を供給する電解質供給経路とを有することを特徴とする。

また、本発明の電解水生成方法は、原水と３槽型の電解槽において使用された電解質水溶液とを含有する混合水を、１槽型の電解槽によって電気分解することにより電解水を生成することを特徴とする。

本発明は、３槽型の電気分解部における中間室に供給された電解質水溶液を再利用できる電解水生成装置及び電解水生成方法を実現できる。

第１の実施の形態による電解水生成装置の構成を示す略線図である。 第２の実施の形態による電解水生成装置の構成を示す略線図である。 第３の実施の形態による電解水生成装置の構成を示す略線図である。

次に本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。

＜第１の実施の形態＞
図１において１０は、全体として本発明の電解水生成装置を示している。電解水生成装置１０は、３槽型の電気分解部１２と、１槽型の電気分解部１６とによって電気分解を行い、電解水を生成する。電解水生成装置１０では、電気分解部１２で使用された電解質水溶液が電気分解部１６で再利用されることにより、電解質水溶液の廃液が発生しないようになされている。

なお図示しないが、電解水生成装置１０は、図示しないＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）から構成される制御部２０（図示せず）が電解水生成装置１０の全体を統括的に制御するようになされている。

原水供給部１１は、制御部２０による開閉機構４１及び５４の開閉制御により、電解水を生成するときにのみ原水を電気分解部１２及び１６に供給する。原水供給部１１は、圧力をかけた状態で電気分解部１６に対して原水を供給する。また、接続された水道水などの水圧が高すぎる場合には、減圧バルブなどの減圧機構を構成しても良い。

原水としては、水道水や電解水、純水、精製水など種々のものを使用できる。また、原水供給部１１の一部として各種フィルターを設置することにより、不純物などの不要成分を除去した水を使用しても良い。

電気分解部１２は、陰極２４を有するカソード室２１と、陽極２５を有するアノード室２２と、カソード室２１及びアノード室２２との中間に位置し隔膜２６及び２７によって隔てられた中間室２３とを有する３槽型の電解槽である。

電解質循環部１３は、制御部２０による制御により、電解質水溶液を電気分解部１２に供給する。電解質としては特に制限されず、水に溶解して電解質としての特性を示す既知の化合物を適宜使用することができる。便宜上、電解質として塩化ナトリウムを使用した場合について説明するが、これに限られない。

電解質供給部１４は、電解質循環部１３よりも容量の大きいタンクを有しており、制御部２０の制御により電解質水溶液を電解質循環部１３へ供給する。なお、電解水生成装置１０では、制御部２０の制御によってポンプ４７、４９及び５３が駆動され、電解質水溶液が必要量だけ電気分解部１２及び１６へ供給される。

すなわち、電気分解部１２は、原水供給部１１から配管４２及び４３を介してカソード室２１及びアノード室２２に原水が供給されると、電気分解を行い、配管４４を介してアルカリ性電解水をアルカリ性電解水排出口１７へ供給する一方、配管４５を介して酸性電解水を酸性電解水排出口１８へ供給する。この結果、アルカリ性電解水排出口１７からはアルカリ性電解水が、酸性電解水排出口１８からは酸性電解水が供給される。なお、アルカリ性電解水を使用しない場合には、アルカリ性電解水排出口１７は廃棄用の配管に接続され、廃棄されてもよい。

このとき、電解質循環部１３から中間室２３に供給された電解質水溶液中の電解質が隔膜２６及び２７を介してカソード室２１及びアノード室２２に供給され、電解質の一部が消費されると共に、配管４６を介して電解質循環部１３へと戻される。

ここで、電解質循環部１３には、電気分解部１２の稼動時間に応じて電解質供給部１４から電解質水溶液が配管５０を介して供給される。電解質循環部１３は、所定量の電解質水溶液を電気分解部１２に供給し、同量の電解質水溶液が戻るため、電解質供給部１４から供給される電解質水溶液の分量だけオーバーフローする。このオーバーフローした電解質水溶液は、配管５２を介して電気分解部１６へと供給される。

電気分解部１６は、陰極３４及び陽極３５を備える無隔膜電解室３１を有しており、原水が配管５５を介して供給される。この配管５５には、配管５２と配管５７とが接続されており、電解質循環部１３から供給される電解質水溶液と電解補助液供給部１５から供給される電解補助液とが混合された状態で、原水を無隔膜電解室３１に供給する。

電解補助液供給部１５には、電解質が溶解された電解補助液が貯留されている。電解補助液としては、特に限定されず、水に溶解して電解質としての特性を示す既知の化合物を適宜使用することができる。電解水として微酸性電解水を生成したい場合には、塩酸水溶液又は塩酸・塩化ナトリウム混合水溶液が好適に使用される。その濃度や割合に制限はなく、取り扱いの容易さや用途に応じた塩素濃度になるように適宜選択される。例えば、５〜２０重量％の塩化ナトリウムと、１０％塩酸に換算して５〜３０重量％の塩酸が溶解した塩酸・塩化ナトリウム混合水溶液が使用される。

電気分解部１６は、供給される原水を電気分解し、微酸性電解水を配管５７を介して配管４５へ供給し、配管４５を介して酸性電解水排出口１８へ供給する。この結果、酸性電解水排出口１８からは、電気分解部１２によって生成された酸性電解水と電気分解部１６によって生成された微酸性電解水が混合された状態で供給される。

このように、３槽型の電気分解部１２で循環使用した電解質水溶液を１槽型の電気分解部１６で再利用することにより、本来必要であった電解質水溶液の排出経路が不要となる。また、電解質水溶液を循環使用することにより、電解質水溶液のｐＨが低下することが知られているが、電解質水溶液を廃棄しないため、廃棄の際に設置する必要のあった中和槽が不要となる。このため、電解水生成装置１０では、電解質水溶液を廃棄すること無く有効利用できると共に、構成を簡易にすることができる。

なお、循環使用した電解質水溶液を１槽型の電気分解部１６で再利用した場合であっても、電解補助液のみを使用した場合と同程度の性能の電解水が得ることが可能であることが、本願発明人によって確認されている。

＜第２の実施の形態＞
次に、図２を用いて第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では、電解補助液供給部１５がない点と、電解質水溶液の内容が図１に示した第１の実施の形態と相違している。第１の実施の形態と同一箇所に同一符号を附し、説明を省略する。

図２に示すように、電解水生成装置１０Ｘは、電解補助液供給部１５を有していないため、電気分解部１６には、電解質循環部１３から供給される電解質水溶液と原水とが供給される。第２の実施の形態において、電解質水溶液は、例えば電気分解部１６の電解補助液として使用するのに適した塩化ナトリウム・塩酸水溶液が使用される。

制御部２０は、電気分解部１６が必要とするだけの量の電解質水溶液を電解質供給部１４から電解質循環部１３に供給してオーバーフローさせる。この結果、電気分解部１６が必要とする量の電解質水溶液が供給される。

これにより、第１の実施の形態と同様、電解質水溶液を廃棄しなくて済むと共に、電解補助液供給部１５が不要となり、電解水生成装置１０Ｘの構成を簡易にすることができる。

＜第３の実施の形態＞
次に、図３を用いて第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態では、循環使用した電解質水溶液が電解補助液供給部１５に供給される点と、電気分解部１２及び１６によって生成される電解水が別々の酸性電解水排出口１８Ａ及び１８Ｂから排出される点が図１に示した第１の実施の形態と相違している。第１の実施の形態と同一箇所に同一符号を附し、説明を省略する。

図３に示すように、電解水生成装置１０Ｙでは、電解質循環部１３に接続された配管５２が電解補助液供給部１５に接続され、当該電解補助液供給部１５から接続された配管５６が配管５５に接続されている。すなわち、電解質循環部１３から電気分解部１６へと延びる配管上に電解補助液供給部１５が設けられている。

従って、電解質循環部１３でオーバーフローした電解質水溶液は、電解補助液供給部１５に貯留され、電解補助液として電気分解部１６へ供給される。

また、電気分解部１２によって生成された酸性電解水は酸性電解水排出口１８Ａから、電気分解部１６によって生成された酸性電解水は酸性電解水排出口１８Ｂからそれぞれ排出される。

図示しない操作部に対する操作により、弱酸性の酸性電解水又はアルカリ性電解水を供給する旨のユーザの操作要求を認識すると、制御部２０は開閉機構４１を開状態に遷移させて原水を電気分解部１２に供給すると共に、電解質供給部１４から電解質循環部１３へ電解質水溶液を供給する。このとき、電解質循環部１３においてオーバーフローした電解質水溶液は、電解補助液供給部１５に貯留される。

一方、図示しない操作部に対する操作により、微酸性の酸性電解水を供給する旨のユーザの操作要求を認識すると、制御部２０は開閉機構５４を開状態に遷移させて原水を電気分解部１６に供給すると共に、電解補助液供給部１５から電気分解部１６へ電解補助液を供給させる。もちろん、電気分解部１２及び１６を同時に稼動させることも可能である。

また図示しないが、配管４５及び５７を混合及び切替が可能な混合切替弁によって接続し、一つの酸性電解水排出口１８から弱酸性の酸性電解水、微酸性の酸性電解水又はこれらの混合電解水の３種類の酸性電解水を供給することも可能である。

このように、循環使用した電解質水溶液を電解補助液供給部１５に貯留することにより、電解質水溶液の再利用ができると共に、電気分解部１２及び１６をそれぞれ別個に動作させやすくできる。

＜動作及び効果＞
以下、上記した実施形態から抽出される発明群の特徴について、必要に応じて課題及び効果等を示しつつ説明する。なお以下においては、理解の容易のため、上記各実施形態において対応する構成を括弧書き等で適宜示すが、この括弧書き等で示した具体的構成に限定されるものではない。また、各特徴に記載した用語の意味や例示等は、同一の文言にて記載した他の特徴に記載した用語の意味や例示として適用しても良い。

陽極（陽極２５）を有するアノード室（アノード室２２）と陰極（陰極２４）を有するカソード室（カソード室２１）と、隔膜（隔膜２６及び２７）で隔てられ前記アノード室と前記カソード室の中間に設けられた中間室（中間室２３）とを有する第１の電気分解部（電気分解部１２）と、
前記アノード室及び前記カソード室に対して原水を供給する第１の原水供給部（原水供給部１１）と、
前記中間室に対して電解質が溶解した電解質水溶液を供給すると共に、前記電解質水溶液を回収して循環させる電解質循環部（電解質循環部１３）と、
陽極（陽極３５）及び陰極（陰極３４）を備えた無隔膜電解室（無隔膜電解室３１）を有する第２の電気分解部（電気分解部１６）と、
前記無隔膜電解室に対して原水を供給する第２の原水供給部（原水供給部１１）と、
前記無隔膜電解室に対して前記電解質循環部から前記電解質水溶液を供給する電解質供給経路（配管５２）と
を有することを特徴とする電解水生成装置。

これにより、第１の電気分解部で使用した電解質水溶液を第２の電気分解部で使用することができる。

前記電解質循環部に対して電解質水溶液を供給する電解質供給部（電解質供給部１４）を有することを特徴とする。

これにより、自動的に電解質水溶液の供給を行うことができ、自動での長時間の稼働が可能となる。

前記無隔膜電解室に対して電解補助液を供給する電解補助液供給部（電解補助液供給部１５）を有することを特徴とする。

これにより、第２の電気分解部に適した電解補助液を用いて電解水を生成できる。

前記電解質水溶液は、塩化ナトリウム水溶液であることを特徴とする。

これにより、安価で安全な塩化ナトリウム水溶液を用いて電解水を生成できる。

前記電解補助液は、塩酸を含有することを特徴とする。

これにより、第２の電気分解部によって微弱性の酸性電解水を生成することができる。

前記電解質循環部は、前記第２の電気分解部が消費する電解質の全量を前記無隔膜電解室に供給することを特徴とする。

これにより、電解補助液供給部が不要となるため、電解水生成装置としての構成を簡易にすることができる。

前記電解質水溶液は、塩酸及び塩化ナトリウム水溶液であることを特徴とする。

これにより、第１の電気分解部によって弱酸性の酸性電解水を、第２の電気分解部によって微酸性の酸性電解水を生成することができる。

ユーザの操作に応じて、前記第１の電気分解部又は前記第２の電気分解部のいずれか一方、若しくは両方を稼動させるよう、前記第１の電気分解部及び前記第２の電気分解部を制御する制御部とを有することを特徴とする。

これにより、弱酸性の酸性電解水、微酸性の酸性電解水及びこれらを混合した酸性電解水を自在に供給することができる。

前記電解質循環部から供給される前記電解質水溶液を貯留して電解補助液の一部とし、前記前記無隔膜電解室に対して電解補助液を供給する電解補助液供給部を有することを特徴とする。

これにより、第１の電気分解部のみを稼動して生成された使用済みの電解質水溶液を貯留できるため、第１の電気分解部と第２の電気分解部とを別個に稼動させることが容易となる。

電解水生成方法では、原水と３槽型の電解槽において使用された電解質水溶液とを含有する混合水を、１槽型の電解槽によって電気分解することにより電解水を生成することを特徴とする。

これにより、３槽型の電解槽において使用された電解質水溶液を１槽型の電解槽によって再利用することができ、環境的にもコスト的にも有利に電解水を生成できる。

＜他の実施の形態＞

上述実施形態では、生成された電解水をそのまま排出するようにしたが、後段にナノバブル生成器を設けて、ナノバブルを含有させて気泡電解水を生成しても良い。かかる気泡電解水生成装置は、例えば特許文献２（特願２０１４−５１０９９６号）に記載されている。

上述実施形態では、電解室循環部１３をオーバーフローさせることにより、電解室水溶液を無隔膜電解室３１又は電解補助液供給部１６へ供給するようにしたが、必ずしもオーバーフローさせる必要は無く、必要量だけをポンプなどにより圧送したり、一定回数循環させた後、全量を配管５２上に設けられた電解補助液供給部１５に供給しても良い。

上述実施形態では、第１の電気分解部としての電気分解部１２と、第１の原水供給部及び第２の原水供給部としての原水供給部１１と、電解質循環部としての電解質循環部１３と、第２の電気分解部としての電気分解部１６と、電解質供給経路としての配管５２とによって電解水生成装置としての電解水生成装置１０を構成した。本発明はこれに限らず、その他種々の構成でなる、第１の電気分解部と、第１の原水供給部及び第２の原水供給部と、電解質循環部と、第２の電気分解部と、電解質供給経路とによって本発明の電解水生成装置を構成しても良い。

本発明は、例えば工場などで主に酸性電解水を生成する電解水生成装置などに使用することができる。

１０、１０Ｘ、１０Ｙ：電解水生成装置
１１ ：原水供給部
１２ ：電気分解部
１３ ：電解質循環部
１４ ：電解質供給部
１５ ：電解補助液供給部
１６ ：電気分解部
１７ ：アルカリ性電解水排出口
１８、１８Ａ、１８Ｂ：酸性電解水排出口
２０ ：制御部
２１ ：カソード室
２２ ：アノード室
２３ ：中間室
２４ ：陰極
２５ ：陽極
２６ ：隔膜
３１ ：無隔膜電解室
３４ ：陰極
３５ ：陽極
４１ ：開閉機構
４２、４４、４５、４６、５０、５２、５５、５６、５７：配管
４７、４９、５３：ポンプ
５４ ：開閉機構

Claims (10)

1. 陽極を有するアノード室と陰極を有するカソード室と、隔膜で隔てられ前記アノード室と前記カソード室の中間に設けられた中間室とを有する第１の電気分解部と、
   前記アノード室及び前記カソード室に対して原水を供給する第１の原水供給部と、
   前記中間室に対して電解質が溶解した電解質水溶液を供給すると共に、前記電解質水溶液を回収して循環させる電解質循環部と、
   陽極及び陰極を備えた無隔膜電解室を有する第２の電気分解部と、
   前記無隔膜電解室に対して原水を供給する第２の原水供給部と、
   前記無隔膜電解室に対して前記電解質循環部から前記電解質水溶液を供給する電解質供給経路と
   を有することを特徴とする電解水生成装置。
2. 前記電解質循環部に対して前記電解質水溶液を供給する電解質供給部
   を有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. 前記無隔膜電解室に対して電解補助液を供給する電解補助液供給部
   を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電解水生成装置。
4. 前記電解質水溶液は、
   塩化ナトリウム水溶液である
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電解水生成装置。
5. 前記電解補助液は、
   塩酸を含有する
   ことを特徴とする請求項３〜４のいずれかに記載の電解水生成装置。
6. 前記電解質循環部は、
   前記第２の電気分解部が消費する電解質の全量を前記無隔膜電解室に供給する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電解水生成装置。
7. 前記電解質水溶液は、
   塩酸及び塩化ナトリウム水溶液である
   ことを特徴とする請求項６に記載の電解水生成装置。
8. ユーザの操作に応じて、前記第１の電気分解部又は前記第２の電気分解部のいずれか一方、若しくは両方を稼動させるよう、前記第１の電気分解部及び前記第２の電気分解部を制御する制御部と
   を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の電解水生成装置。
9. 前記電解質循環部から供給される前記電解質水溶液を貯留して電解補助液の一部とし、前記前記無隔膜電解室に対して電解補助液を供給する電解補助液供給部
   を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の電解水生成装置。
10. 原水と３槽型の電解槽において使用された電解質水溶液とを含有する混合水を、１槽型の電解槽によって電気分解することにより電解水を生成する
    ことを特徴とする電解水生成方法。

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