JP2022071920A - 次亜塩素酸水生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電解槽にて生成させた塩素ガスを原水に溶解させて次亜塩素酸水を生成する次亜塩素酸水供給装置で、電解槽から流出する電解残液によって生成される次亜塩素酸水の性質に影響を与えにくくする。【解決手段】次亜塩素酸水生成装置１０は、塩酸を含む被電解水を電気分解して塩素ガスを生成させる電解槽２０と、電解槽２０に塩酸を含む塩酸水溶液を供給する塩酸供給器３０と、電解槽２０で生成させた塩素ガスを溶解させて次亜塩素酸水を生成するための原水を供給する給水管路５０と、電解槽２０で生成させた塩素ガスを給水管路５０に供給する塩素ガス供給管路５３とを備え、給水管路５０にて原水に塩素ガスを溶解させて次亜塩素酸水を生成するものであり、電解槽２０から流出する電解残液を受けて中和液によって中和する中和槽４０を設け、中和槽４０にて中和処理された中和処理液を給水管路５０で生成された次亜塩素酸水に混合させた。【選択図】図１

Description

本発明は、原水に塩素ガスを溶解させて次亜塩素酸水を生成する次亜塩素酸水生成装置に関する。

特許文献１には電解水製造装置（次亜塩素酸水生成装置）の発明が開示されており、この電解水製造装置は、原料水を電気分解して電解生成物を生成させる電解槽と、電解槽で得られた電解生成物を希釈させて電解水とするタンクとを備えている。この電解水製造装置は、原料となる塩素イオンを含有した原料水として、塩化ナトリウム水溶液または塩酸水溶液を電気分解し、電解酸化の作用により塩素ガスを生成させ、生成させた塩素ガスを水に溶解させて水中に次亜塩素酸を含む電解水を生成する。

国際公開第２０１４－０５０８６５号公報

特許文献１に記載の電解水製造装置は、電解槽内で塩酸水溶液を電気分解させて塩素ガスを生成させている。電解槽で生成させた塩素ガスは電解槽から外側に漏出しやすく、漏出した塩素ガスが装置の各部品を酸化させて錆を発生させるとともに塩素臭を発生させる問題がある。また、次亜塩素酸を生成させた電解水を生成するのに応じて、電解槽内には塩酸水溶液が供給されているが、電解槽からは塩酸水溶液が供給されるのに伴って電解残液が溢れ出て、溢れ出た電解残液を次亜塩素酸を生成させた電解水と混合すると、電解水のｐＨが電解残液によって大幅に下り、電解水が例えば食品添加物として認められる要求特性を満たさないおそれがある。電解槽から溢れ出る電解残液を電解水と混合することなく外部に排出すれば、電解水のｐＨも大幅に下がることがないが、電解残液はｐＨが低いとともに高濃度の次亜塩素酸を含んでいるので、電解残液を何らの処理をすることなく排出するのは好ましくなかった。本発明は、電解槽にて生成させた塩素ガスを原水に溶解させて次亜塩素酸水を生成する次亜塩素酸水供給装置で、電解槽から流出する電解残液によって生成される次亜塩素酸水の性質に影響を与えにくくすることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、塩酸を含む被電解水を電気分解して塩素ガスを生成する電解槽と、電解槽に塩酸を含む塩酸水溶液を供給する塩酸供給器と、電解槽で生成させた塩素ガスを溶解させて次亜塩素酸水を生成するための原水を供給する給水管路と、電解槽で生成させた塩素ガスを給水管路に供給する塩素ガス供給管路とを備え、給水管路にて原水に塩素ガスを溶解させて次亜塩素酸水を生成する次亜塩素酸水供給装置であって、電解槽から流出する電解残液を受けて中和する中和槽を設け、中和槽にて電解残液を中和液によって中和処理した中和処理液を給水管路で生成された次亜塩素酸水に混合させたことを特徴とする次亜塩素酸水生成装置を提供するものである。

上記のように構成した次亜塩素酸水生成装置においては、電解槽から流出する電解残液を受けて中和する中和槽を設け、中和槽にて電解残液を中和液によって中和処理した中和処理液を給水管路で生成された次亜塩素酸水に混合させるようにしている。電解槽内から流出する電解残液は中和槽で中和されてから給水管路を通過する次亜塩素酸水と混合されるので、電解残液は何らかの処理がされることなく排出されないようになるとともに、給水管路で生成された次亜塩素酸水は電解残液を中和した中和処理液が混合されてもｐＨが大幅にほとんど変化しないため、生成された次亜塩素酸水の性質を変わりにくくすることができる。

上記のように構成した次亜塩素酸水生成装置においては、中和槽は電解槽に隣接する位置に配設され、電解槽内の電解残液を中和槽に溢出させるようにするのが好ましい。このようにしたときには、中和槽には電解槽に供給した塩酸水溶液の供給量に応じた電解残液が溢出して流出するようになるので、中和槽に一度に大量の電解残液が流入しないようになる。

上記のように構成した次亜塩素酸水生成装置においては、給水管路を原水が通過するときのベンチュリ効果により、電解槽内の塩素ガスを塩素ガス供給管路を通して給水管路に吸引させるのが好ましい。このようにしたときには、電解槽内の塩素ガスは塩素ガス供給管路を通って給水管路に吸引されるので、電解槽から塩素ガスが漏出しにくくなる。また、給水管路を原水が通過するときのベンチュリ効果により、電解槽内の塩素ガスを給水管路に吸引しているので、給水管路を通過する原水の量に応じて塩素ガスを流入させることができる。

上記のように構成した次亜塩素酸水生成装置においては、中和槽内の中和処理液を給水管路に送出する中和処理液管路を設け、給水管路を原水が通過するときのベンチュリ効果により、中和槽の中和処理液を中和処理液管路を通して給水管路に吸引させるのが好ましい。このようにしたときには、給水管路を通過する原水の量に応じて中和処理液を流入させることができる。

上記のように構成した次亜塩素酸水生成装置においては、塩素ガス供給管路は中和槽を介して電解槽に接続してもよい。

本発明の次亜塩素酸水生成装置の概略図である。 制御装置のブロック図である。 他の実施形態の次亜塩素酸水生成装置の概略図である。

以下に、本発明の次亜塩素酸水生成装置の一実施形態を添付図面を参照して説明する。本実施形態の次亜塩素酸水生成装置１０は、原水に塩素ガスを溶解させて次亜塩素酸水を生成するものであり、ｐＨ５．０～６．５、有効塩素濃度（ＡＣＣ）１０～８０ｐｐｍの微酸性の次亜塩素酸水を生成するものである。次亜塩素酸水生成装置１０は、電解槽２０内で塩酸を含む被電解水を電気分解して生成させた塩素ガスを水道等の給水源から供給される原水に溶解させて次亜塩素酸水を生成するものである。

次亜塩素酸水生成装置１０は、塩素ガスを生成させる電解槽２０と、電解槽２０に塩酸を含む塩酸水溶液を供給する塩酸供給器３０と、電解槽２０の電解残液を受けて中和する中和槽４０と、電解槽２０で生成させた塩素ガスを溶解させるための原水を供給する給水管路５０と、電解槽２０内の電極に直流電圧を印加する電源装置６０とを備えている。電解槽２０は、無隔膜の電解槽であり、被電解水を電気分解して塩素ガスを生成させるものである。電解槽２０は、一対の電極２１，２２を備え、電解槽２０内の被電解水は一対の電極２１，２２の間を流れる電流によって電気分解される。

電解槽２０には塩酸供給器３０が接続されており、塩酸供給器３０は、塩酸水溶液を貯える塩酸タンク３１と、塩酸タンク３１内の塩酸水溶液を電解槽２０に送出するための塩酸供給管３２と、塩酸供給管３２に介装されて塩酸タンク３１内の塩酸水溶液を電解槽２０に送り出すための送出ポンプ３３とを備えている。塩酸タンク３１内には電解質成分となる塩酸が１０％（塩酸の濃度は１０％に限られず濃度を変更したものであってもよい）含まれた塩酸水溶液が収容されている。なお、塩酸タンク３１内に食塩（塩化ナトリウム）が飽和状態で含まれるとともに塩酸が１０％（塩酸の濃度は１０％に限られず濃度を変更したものであってもよい）で含まれる塩酸水溶液を用いてもよい。塩酸タンク３１内の塩酸水溶液は送出ポンプ３３の作動によって塩酸供給管３２を通って電解槽２０に送出される。

電解槽２０内では塩酸タンク３１から供給される塩酸水溶液が電気分解されると、
陽極側の電極２１では
２Ｃｌ^- →Ｃｌ₂ ＋２ｅ^-
陰極側の電極２２では
２Ｈ⁺ ＋２ｅ^- →Ｈ₂
の反応が生じる。電解槽２０内で生成された塩素は被電解水のｐＨによって形態を変え、ｐＨが低いほど塩素ガスとして存在し、ｐＨが４付近から次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）となり、ｐＨが８以上では次亜塩素酸イオン（ＨＣｌＯ^- ）となる。電解槽２０内の被電解水のｐＨは１～３程度となっているので、電解槽２０で塩酸水溶液が電気分解されたときに生成される塩素は電解槽２０内の上部空間で塩素ガスとなって貯まる。

電解槽２０に隣接する位置には中和槽４０が設けられている。中和槽４０には中和液として炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃）水溶液が収容されており、電解槽２０内の電解残液は中和槽４０内の中和液によって中和される。中和槽４０の上部には上部開口部４０ａが設けられており、中和槽４０の上部開口部４０ａは電解槽２０の上部に設けた上部開口部２０ａと対向する位置に配置されている。電解槽２０内の被電解水は塩酸供給器３０から塩酸水溶液を追加することにより徐々に上昇し、電解槽２０内の被電解水が上部開口部２０ａ及び上部開口部４０ａの上端を越えると溢出して電解残液として中和槽４０内に流入する。

中和槽４０内で電解残液に含まれる塩酸は中和液に含まれる炭酸カルシウムと下式の反応のように中和される。
２ＨＣｌ＋ＣａＣＯ₃ →Ｈ₂ＣＯ₃ ＋ＣａＣｌ₂
このように、中和槽４０内では電解残液に含まれる塩酸は炭酸カルシウムによって中和されて炭酸（Ｈ₂ＣＯ₃）と塩化カルシウム（ＣａＣｌ₂ ）とが生成される。中和槽４０内の炭酸（Ｈ₂ＣＯ₃）は微酸性成分であり、塩化カルシウム（ＣａＣｌ₂）は中性成分であり、中和槽４０内で中和された電解残液は中性よりも少し酸性側の微酸性の中和処理液となる。

給水管路５０は、電解槽２０で生成させた塩素ガスを溶解させて次亜塩素酸水を生成するための原水を供給するものであり、水道等の給水源から導出されている。給水管路５０には給水弁５１が介装されており、水道等の給水源の原水は給水弁５１を開放することによって給水管路５０に送られる。給水管路５０には他の部分よりも内径の小さな第１及び第２小径部５２，５４が設けられている。給水管路５０の第１小径部５２には電解槽２０の上部空間から導出された塩素ガス供給管路５３が接続されており、電解槽２０の上部空間は塩素ガス供給管路５３によって給水管路５０に連通されている。給水管路５０の第２小径部５４には中和槽４０の上下方向の中間部から導出された中和処理液管路５５が接続されており、中和槽４０は中和処理液管路５５によって給水管路５０に連通されている。

第１小径部５２はベンチュリ効果により給水管路５０を流れる原水が通過するときに減圧状態（負圧状態）となり、電解槽２０の上部空間の塩素ガスは塩素ガス供給管路５３を通って給水管路５０に吸引（負圧吸引）される。給水管路５０を通過する原水に電解槽２０で生成された塩素ガス（Ｃｌ₂ ）が溶解すると下記の反応が生じる。
Ｈ₂Ｏ＋Ｃｌ₂ → Ｈ⁺ ＋Ｃｌ^- ＋ＨＣｌＯ
給水管路５０を通過する原水には次亜塩素酸と塩酸が生成されるために、給水管路５０にはｐＨが酸性側に傾いた状態で次亜塩素酸が含まれる微酸性の次亜塩素酸水が生成される。

第２小径部５４はベンチュリ効果により給水管路５０を流れる原水が通過するときに減圧状態（負圧状態）となり、中和槽４０の中和処理液は中和処理液管路５５を通って給水管路５０に吸引される。給水管路５０を流れる原水は第１小径部５２を通過したときに微酸性の次亜塩素酸水となり、第１小径部５２を通過した微酸性の次亜塩素酸水に第２小径部を通過するときに中和槽４０で中和処理された中和処理液が流入しても、微酸性の次亜塩素酸水のｐＨは中和処理液の微酸性の炭酸と中性の塩化カルシウムによって大幅に変化しにくくなっている。

電源装置６０は電解槽２０内の陽極側の電極２１に直流電圧を印加して被電解水を電気分解するものである。電源装置６０と電極との間には電流計６１が接続されており、電流計６１は電源装置６０から電極２１を接続する配線を流れる電流を計測することで、電解槽２０内の電極２１，２２の間の電解電流を計測するものである。一対の電極２１，２２を接続する配線の間には電圧計６２が接続されており、電圧計６２は電極２１，２２の間の電圧を計測することで、電解槽２０の電解電圧を計測するものである。

図２に示したように、次亜塩素酸水生成装置１０は制御装置７０を備えており、制御装置７０は、送出ポンプ３３、給水弁５１、電源装置６０、電流計６１及び電圧計６２に接続されている。制御装置７０はマイクロコンピュータ（図示省略）を有しており、マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続されたＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びタイマ（いずれも図示省略）を備えている。制御装置７０は、ＲＯＭに次亜塩素酸水を生成する際の電解槽２０での被電解水を電気分解する電解制御プログラムを備えており、電解制御プログラムは被電解水を電気分解するときの設定電流と設定電圧が設定されている。

上記のように構成した次亜塩素酸水生成装置１０においては、制御装置７０は給水弁５１を開放させているときに、塩酸供給器３０の送出ポンプ３３を作動させるように制御しており、塩酸タンク３１内の塩酸水溶液は塩酸供給管３２を通って電解槽２０に供給される。なお、送出ポンプ３３を連続的に作動させて、塩酸タンク３１内の塩酸水溶液を塩酸供給管３２から電解槽２０に常時供給するようにしてもよい。また、制御装置７０は、塩酸タンク３１内の塩酸が電解槽２０に供給されるのに応じて、電源装置６０から陽極側の電極２１に電圧を印加することにより、電解槽２０内の被電解水は電気分解される。上述したように、電解槽２０内で塩酸水溶液よりなる被電解水が電気分解されると、電解槽２０の上部には塩素ガスが貯まるようになる。

また、電解槽２０内で被電解水を電気分解させるために、塩酸タンク３１内の塩酸水溶液が被電解水として電解槽２０内に供給されると、電解槽２０内の被電解水が増加して電解残液として上部開口部２０ａから溢出して中和槽４０内に送出される。電解槽２０から溢出した塩酸を多く含む電解残液は中和槽４０内の中和液と反応して中和されて中和処理液となる。

次亜塩素酸水を生成するときに給水弁５１を開放させると、水道等の給水源の原水が給水管路５０を流れる。給水管路５０を流れる原水が第１小径部５２を通過するときに、電解槽２０の上部空間の塩素ガスは塩素ガス供給管路５３を通って給水管路５０に吸引される。給水管路５０を流れる原水には電解槽２０の上部空間から吸引された塩素ガスが溶解し、給水管路５０を流れる原水は塩素が溶解することによって微酸性の次亜塩素酸水となる。

また、給水管路５０の第１小径部５２を通過して生成された微酸性の次亜塩素酸水が第２小径部５４を通過するときに、中和槽４０の中和処理液は中和処理液管路５５を通って給水管路５０に吸引される。第１小径部５２を通過した後の給水管路５０を流れる微酸性の次亜塩素酸水には中和槽４０から吸引された中和処理液が混ざるが、中和処理液は微酸性の炭酸と中性の塩化カルシウムよりなるので、給水管路５０を流れる微酸性の次亜塩素酸水のｐＨはほとんど変化しない。

上記のように構成した次亜塩素酸水生成装置１０は、塩酸を含む被電解水を電気分解して塩素ガスを生成させる電解槽２０と、電解槽２０に塩酸を含む塩酸水溶液を供給する塩酸供給器３０と、電解槽２０で生成させた塩素ガスを溶解させて次亜塩素酸水を生成するための原水を供給する給水管路５０と、電解槽２０で生成させた塩素ガスを給水管路５０に供給する塩素ガス供給管路５３とを備え、給水管路５０にて原水に塩素ガスを溶解させて次亜塩素酸水を生成するものである。

この次亜塩素酸水生成装置１０においては、電解槽２０から流出する電解残液を受けて中和する中和槽４０を設け、中和槽４０にて電解残液を中和液によって中和処理した中和処理液を給水管路５０で生成された次亜塩素酸水に混合させている。電解槽２０内から流出する電解残液は中和槽４０で中和されてから給水管路５０を通過する微酸性の次亜塩素酸水と混合されるので、電解残液は何らかの処理がされることなく排出されないようになる。また、電解残液を中和処理することなく給水管路５０に吸引させると、この実施形態では次亜塩素酸水のｐＨが４．０で有効塩素濃度が２３ｐｐｍとなり、塩酸電解による微酸性の次亜塩素酸水の要求特性であるｐＨが５．０～６．５から逸脱することになるが、微酸性の次亜塩素酸水に電解残液が中和液によって中和処理された後の中和処理液が混合しても、微酸性の次亜塩素酸水のｐＨは５．５で有効塩素濃度２３ｐｐｍで性質がほとんど変化しないので、塩酸電解による微酸性の次亜塩素酸水の要求特性であるｐＨが５．０～６．５の範囲を満たすことができる。

また、この次亜塩素酸水生成装置１０においては、中和槽４０は電解槽２０に隣接する位置に配設され、中和槽４０の上部開口部４０ａを電解槽２０の上部開口部２０ａと対向させるようにし、電解槽２０内の電解残液を上部開口部２０ａ，４０ａを通して中和槽４０に溢出させるようにしている。このように、中和槽４０には電解槽２０に供給した塩酸水溶液の供給量に応じた電解残液が溢出して流入するようになるので、中和槽４０に大量の電解残液が流入しないようになる。これにより、中和槽４０で中和処理しきれない電解残液が給水管路５０に流入するのを防ぐことができる。

また、この次亜塩素酸水生成装置１０においては、給水管路５０を原水が通過するときのベンチュリ効果により、電解槽２０の上部空間の塩素ガスを塩素ガス供給管路５３を通して給水管路５０に吸引するようにしている。具体的には、給水管路５０には第１小径部５２が設けられ、第１小径部５２には電解槽２０の上部空間から導出された塩素ガス供給管路５３が接続されている。電解槽２０の上部空間の塩素ガスは、原水が第１小径部５２を通過するときに生じるベンチュリ効果によって給水管路５０に吸引されるので、電解槽２０に塩素ガスを送り出すための装置を設けることなく、電解槽２０内の塩素ガスを給水管路５０の原水の流量に応じて溶解させることができるようになる。なお、塩素ガス供給管路５３に塩素ガスを送出するポンプを設けることにより、給水管路５０に小径部を設けることによるベンチュリ効果によらずに塩素ガスを送出するようにしてもよい。

また、この次亜塩素酸水生成装置１０においては、中和槽４０の中和処理液を給水管路５０を原水が通過するときのベンチュリ効果により中和処理液管路５５を通して給水管路５０に吸引するようにしている。具体的には、給水管路５０には第２小径部５４が設けられ、第２小径部５４には中和槽４０から導出された中和処理液管路５５が接続されている。中和槽４０の中和処理液はベンチュリ効果により給水管路５０を通過する原水の流量に応じて給水管路５０に吸引されるので、中和槽４０に中和処理液を送り出すための装置を設けることなく、中和槽４０内の中和処理液を給水管路５０の原水の流量に応じて送出させることができるようになる。なお、中和処理液管路５５に中和処理液を送出するポンプを設けることにより、給水管路５０に小径部を設けることによるベンチュリ効果によらずに中和処理液を送出するようにしてもよい。

上記の実施形態の次亜塩素酸水生成装置１０は、塩素ガス供給管路５３は電解槽２０から導出させて第１小径部５２に接続されているが、これに限られるものでなく、図３に示したように、塩素ガス供給管路５３を中和槽４０から導出させることで、塩素ガス供給管路５３を中和槽４０を介して電解槽２０に接続するようにしてもよい。このようにしたときには、電解槽２０内で生成された塩素ガスは上部開口部２０ａ，４０ａを通過して中和槽４０の上部空間に吸引され、中和槽４０の上部空間の塩素ガスは塩素ガス供給管路５３によって給水管路５０に吸引されるようになり、上述した実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

１０…次亜塩素酸水生成装置、２０…電解槽、３０…塩酸供給器、５０…給水管路、５３…塩素ガス供給管路、５５…中和処理液管路。

Claims (5)

1. 塩酸を含む被電解水を電気分解して塩素ガスを生成する電解槽と、
   前記電解槽に塩酸を含む塩酸水溶液を供給する塩酸供給器と、
   前記電解槽で生成させた塩素ガスを溶解させて次亜塩素酸水を生成するための原水を供給する給水管路と、
   前記電解槽で生成させた塩素ガスを前記給水管路に供給する塩素ガス供給管路とを備え、前記給水管路にて原水に塩素ガスを溶解させて次亜塩素酸水を生成する次亜塩素酸水供給装置であって、
   前記電解槽から流出する電解残液を受けて中和液によって中和する中和槽を設け、
   前記中和槽にて電解残液を中和液によって中和処理した中和処理液を前記給水管路で生成された次亜塩素酸水に混合させたことを特徴とする次亜塩素酸水生成装置。
2. 請求項１に記載の次亜塩素酸水生成装置において、
   前記中和槽は前記電解槽に隣接する位置に配設され、前記電解槽内の電解残液を前記中和槽に溢出させるようにしたことを特徴とする次亜塩素酸水生成装置。
3. 請求項１または２に記載の次亜塩素酸水生成装置において、
   前記給水管路を原水が通過するときのベンチュリ効果により、前記電解槽内の塩素ガスを前記塩素ガス供給管路を通して前記給水管路に吸引させるようにしたことを特徴とする次亜塩素酸水生成装置。
4. 請求項１～３の何れか１項に記載の次亜塩素酸水生成装置において、
   前記中和槽内にて電解残液を中和後の中和処理液を前記給水管路に送出する中和処理液管路を設け、
   前記給水管路を原水が通過するときのベンチュリ効果により、前記中和槽の中和処理液を前記中和処理液管路を通して前記給水管路に吸引させるようにしたことを特徴とする次亜塩素酸水生成装置。
5. 請求項１～４の何れか１項に記載の次亜塩素酸水生成装置において、
   前記塩素ガス供給管路は前記中和槽を介して前記電解槽に接続されたことを特徴とする次亜塩素酸水生成装置。

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