JP2990993B2 - 無隔膜型の連続式イオンリッチ水生成装置 - Google Patents

無隔膜型の連続式イオンリッチ水生成装置

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JP2990993B2
JP2990993B2 JP5059498A JP5949893A JP2990993B2 JP 2990993 B2 JP2990993 B2 JP 2990993B2 JP 5059498 A JP5059498 A JP 5059498A JP 5949893 A JP5949893 A JP 5949893A JP 2990993 B2 JP2990993 B2 JP 2990993B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の目的】
【産業上の利用分野】本発明は、広義には、電気分解に
より上水を改質し、上水の水素イオン濃度(pH)を調
整する装置に関する。より詳しくは、本発明は、上水の
電気分解により水素イオンリッチの酸性水および水酸イ
オンリッチのアルカリ性水を生成するようになったイオ
ンリッチ水生成装置に関する。本発明は、特に、無隔膜
型で連続式のイオンリッチ水生成装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】水酸イオン(OH)リッチのアルカリ
性水は、従来“アルカリイオン水”とも呼ばれており、
飲料に供する場合には健康増進に効果があり、お茶・コ
ーヒー等や料理に使用する場合には味を引き立たせる効
果があると考えられている。また、水素イオン(H
リッチの酸性水は、麺類をゆでたりするのに適するもの
として知られており、特に水素イオン濃度の高い強酸性
の水は台所のまな板や布巾の滅菌・殺菌等に有用である
として注目されている。
【0003】このため、従来、種々の形式のイオンリッ
チ水生成装置(業界では、しばしば、イオン水生成装置
と呼ばれる)が市販され、或いは、提案されている。イ
オンリッチ水生成装置は水の電気分解を利用したもの
で、図1に示したように、陽極と水との界面において
は、水の電離により水中に存在するOHは陽極に電子
を与えて酸化され、酸素ガスとなって系から除去され
る。その結果、陽極と水との界面ではH濃度が高ま
り、Hリッチの酸性水が生成される。他方、陰極と水
との界面では、Hは陰極板から電子を受け取って水素
に還元され、水素ガスとなって除去されるので、OH
濃度が高まり、陰極側にはOHリッチのアルカリ性水
が生成される。
【0004】初期のイオンリッチ水生成装置はバッチ処
理式のものであったが、今日では連続処理式の装置が一
般的である。連続式イオンリッチ水生成装置は、隔膜型
と無隔膜型の2種に分類することができる。
【0005】隔膜型の装置においては、例えば、実開昭
56-80292号、特開昭58-189090号、実公昭58-47985号に開
示されているように、陽極と陰極との間に形成された通
水路(電解室として作用する)はイオン浸透性で不透水
性の隔膜によって仕切られており、電解により陽極側に
生成した酸性水と陰極側に生成したアルカリ性水とが混
合しないようになっている。隔膜型装置の難点は、(1)
隔膜のところで細菌や微生物が繁殖しやすいので、衛生
的でないこと、(2)隔膜の存在により電極間隔が大きく
なるので、装置の消費電力が大きいこと、(3)隔膜によ
って分離された陽極側通水路および陰極側通水路の夫々
においては、生成された異なるpH値のイオンリッチ水
の層は均一に混合された上で夫々の出口から排出される
ので、強アルカリ性水または強酸性水を得ることができ
ないこと、である。
【0006】そこで、従来技術においては、無隔膜型の
装置が提案されている。実公昭58-47984号、特開昭60-9
9385号、特開昭60-106582号に開示された無隔膜型の装
置においては、陰極または陽極の一方には多孔性の円筒
形電極が使用してあり、円筒形電極近傍に生成したイオ
ンリッチ水を電極の開口を介して電極の反対側に押し出
した後に回収するようになっている。斯る構造の装置
は、隔膜がないので衛生的であるという利点があるが、
多孔性電極により乱流が発生するので、強アルカリ性ま
たは強酸性の上水を得るのに適していない。
【0007】実公昭57-8957号、特開平4-284889号、実
開平4-110189号には、対向配置された1対の電極板間の
通水路に層流の形で水を流すことにより、隔膜を用いる
ことなく酸性水とアルカリ性水とを分離するようになっ
た、無隔膜型のイオンリッチ水生成装置が開示されてい
る。実公昭57-8957号の装置においては、陽極板に沿っ
て生成された酸性水と陰極板に沿って生成されたアルカ
リ性水とは楔形の分離板によって分離され、夫々の出口
から回収されるようになっている。特開平4-284889号お
よび実開平4-110189号の装置においては、通水路の端部
に面して邪魔板が設けてあり、アルカリ性水は通水路の
延長に配置されたアルカリ性水出口へ流れ、酸性水は邪
魔板に衝突して折り返し出口から排出されるようになっ
ている。実開平4-110189号においては、アルカリ性水出
口と酸性水出口に流量絞りを設け、アルカリ性水または
酸性水がもっぱら他方に混入するように絞りを設定する
ことにより、混入のないアルカリ性水または酸性水を得
ることが提案されている。しかしながら、本発明者が特
開平4-284889号の装置を試験したところ、pH値の高い
アルカリ性水は容易に得ることができたが、pH値の低
い強酸性水を得ることは不可能ないし非常に困難であっ
た。おそらくは、邪魔板への衝突により酸性水の層に乱
流が発生し、異なる濃度の酸性水の層(強酸性水の層か
ら弱酸性水の層まで漸変する層)が不可避的に混合する
ので、強酸性水の層だけを選択的に回収するのが困難な
ためであると考えられる。本発明者の知るところによれ
ば、本発明前には、強酸性水を選択的に得る技術は業界
では確立されていない。従って、殺菌の用途に適したp
H3前後の強酸性水を生成することの可能なイオンリッ
チ水生成装置が要望されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、水の
電気分解により生成された強酸性水の層だけを選択的に
回収することが可能で、殺菌の用途に適した強酸性の水
素イオンリッチ水を供給することの可能な、無隔膜型の
連続式イオンリッチ水生成装置を提供することである。
【0009】他の観点においては、本発明の目的は、消
費電力が小さく、使用モードに応じ殺菌の用途に適した
強酸性の水素イオンリッチ水を生成することの可能な、
無隔膜型の連続式イオンリッチ水生成装置を提供するこ
とである。
【0010】本発明の他の目的は、強アルカリ性水から
強酸性水までにわたる広いpH範囲のイオンリッチ水を
集約的に製造することの可能な、小型で消費電力の小さ
い、無隔膜型の連続式イオンリッチ水生成装置を提供す
ることである。
【0011】
【発明の構成】
【課題を解決するための手段および作用の概要】本発明
のイオンリッチ水生成装置は電解槽を備え、この電解槽
は陽極板と陰極板とを、隔膜を介在させることなく、互
いに近接して対向配置することにより形成される。好ま
しくは、陽極板と陰極板との間の間隔は約0.5mmで
ある。このように電極間隔を小さくすれば、12Vとい
う低い電極間電位で高濃度のイオンリッチ水を生成でき
るので、従来の隔膜型の装置に比べて消費電力を約1/
4に低減することができる。
【0012】陽極板と陰極板との間には、それらの全長
に沿って通水路が形成される。この通水路は前述したよ
うに約0.5mmと狭いので、そこに通水すると、陽極
板と陰極板に沿った層流を形成しながら水が流れる。こ
の通水路は電解室として作用するもので、陽極板と陰極
板との間に印加される直流電圧により水は電気分解さ
れ、陽極板の近傍は水素イオンリッチとなり、陰極板の
近傍は水酸イオンリッチとなる。
【0013】本発明は、斯る層流中において陽極板近傍
に生成される所望pH値(例えば、pH3)の強酸性水
の層は非常に薄いものであり、しかも、その厚さは陰極
板近傍に形成される所望pH値(例えば、pH10)の
強アルカリ性水に比べてかなり小さい、という知見に立
脚するものである。
【0014】即ち、図1を参照して前述したように、水
の電気分解により陽極板と水との界面ではH+濃度が高
まり、陰極板と水との界面ではOH-濃度が高まるが、
本発明者の考えによれば、このように電解により陽極板
および陰極板と水との界面に夫々生成されたH+および
OH-は、イオンの拡散と電気泳動により、生成と同時
に夫々の電極から離散する方向に移動し始める。本発明
者が解析したところ、電極間隔0.5mm、電極間電位
12Vの条件下では、H+の移動速度は約5.9mm/se
cであるのに対して、OH-の移動速度は約3.7mm/s
ecであり、従って、H+の移動速度の方が大きいことが
明らかになった。このように、H+の移動速度が大き
く、イオンの拡散と電界の作用によりHは陽極板と水
との界面からより速やかに離散するので、陽極板と陰極
板との間における等pH線の分布は図2に示したように
なり、強アルカリ性水の厚い層に比べ、陽極板と水との
界面に存在する強酸性水の層(望ましくは、pH3の
層)は非常に薄くなるものと考えられる。従来の装置に
おいて、強アルカリ性水を比較的容易に得ることはでき
ても、強酸性水を得ることが非常に困難であったことの
原因は、ここにあったものと考えられる。殺菌の用途に
使用可能な強酸性の水素イオンリッチ水を得るという本
発明の課題は、陽極板近傍に生成するこのように薄い強
酸性水の層だけを如何に効率良く回収するかの問題であ
る。上記の如く電極間隔を約0.5mm程度に小さくし
た場合には、例えばpH3の強酸性水の層は非常に薄い
ものであることが理解されよう。
【0015】本発明の原理は、図2に示したように、陽
極板の下流側エッジよりも上流側において陽極板に強酸
性水の回収口を設け、陽極板表面に沿って流れる強酸性
水の薄層が陽極板の下流側エッジに到達する前にこの回
収口から強酸性水の薄層を流出させることにより、強酸
性水のみを選択的に回収しようというものである。好ま
しくは、強酸性水回収口は陽極板の端部の近傍に形成し
たスリットからなり、このスリットは通水方向に垂直な
方向に延長している。
【0016】本発明の上記特徴や効果、ならびに、他の
特徴や利点は、以下の実施例の記載に従い更に明らかと
なろう。
【0017】
【実施例】本発明の実施例を示す図3以下の図面を参照
しながら、本発明をより詳しく説明する。図3は本発明
の無隔膜型の連続式イオンリッチ水生成装置の電解槽の
分解斜視図;図4は同電解槽の背面図;図5から図7
は、夫々、図4のV−V線、VI−VI線、VII−VII線に沿っ
た断面図;図8は図5の円A内部分の拡大断面図であ
り;図5においては図面簡素化のため電極板とスペーサ
は省略してある。
【0018】主として図3および図4を参照するに、イ
オンリッチ水生成装置10は縦長の電解槽12を有す
る。この電解槽12は、樹脂製の耐圧ケース14の凹み
に、第1陽極板16と陰極板18と第2陽極板20との
3枚の電極板を複数の樹脂製スペーサ22を挟みながら
順次配置し、カバー24をケース14に液密にねじ止め
することにより構成される。陰極板18の両側に陽極板
16と20を夫々配置したことによりこの電解槽12は
いわばタンデム構造になっており、陰極板18の両面を
有効利用することで処理能力を倍増しながらも小さなス
ペースに格納できるようになっている。
【0019】電極板相互の間隔は例えば5本のスペーサ
22によって定められるもので、この実施例ではスペー
サ22は約0.5mmの厚さを有し、従って、電極間隔
が約0.5mmになるようになっている。好ましくは、
電極板16、18、20は、チタン金属板に白金を被覆
することにより製作され、夫々約5.8×13.5cmの
寸法を有する。電極板16、18、20には端子16
A、18A、20Aが夫々固定してある。これらの端子
16A、18A、20Aの端部はいづれもケース14の
正面に向かって延長するようになっており、ケースの正
面側のみにて装置10の直流電源(図示せず)に接続で
きるようになっている。
【0020】図4からよく分かるように、ケース14に
は、上水入口26、アルカリ性水出口28、酸性水出口
30が形成してある。上水入口26は断面略三角形の上
水分配通路32に連通しており、この上水分配通路32
は、図5からよく分かるように、ケース14とカバー2
4によって形成されており、電極板の上下方向全長にわ
たって延長している。イオンリッチ水生成装置10の使
用に際しては、上水入口26はホース等により水道管に
接続することができる。或いは、イオンリッチ水生成装
置10を浄水器の下流に接続し、浄水器によって浄化さ
れた水を装置10の上水入口26に導入してもよい。
【0021】図8の拡大断面図からよく分かるように、
第1陽極板16と陰極板18との間には第1通水路34
が形成され、陰極板18と第2陽極板20との間には第
2通水路36が形成される。これらの通水路34および
36は、電極板16、18、20と協動して電解室とし
て作用するものである。夫々の通水路34および36は
水平方向に延長する例えば5本のスペーサ22により上
下4つのサブ通水路に分割される。図5から理解される
ようにこれらの通水路34および36の上流側端部は上
水分配通路32に連通しているので、上水入口26から
分配通路32に沿って流下した上水は夫々の通水路34
および36の4つのサブ通水路に分配され、図8に示し
たように水平方向に流入する。電極間隔が0.5mmと
十分に狭いのに対して分配通路32の容量が大きいの
で、通水路34および36を水平方向に流れる水流は層
流となる。
【0022】図5および図8に示したように、電解室と
して作用する通水路34および36の下流側端部は、ケ
ース14とカバー24によって形成された断面略5角形
のアルカリ性水回収通路38に開放されている。このア
ルカリ性水回収通路38はアルカリ性水出口28に連通
しており、上水分配通路32と同様に電極板の上下方向
全長にわたって延長している。図5および図8からよく
分かるように、アルカリ性水回収通路38の容量(断面
積)は通水路34および36の流量(流路断面積)に対
して十分に大きくしてあり、乱流を発生させることなく
通水路34および36の末端からアルカリ性水回収通路
38に向かってアルカリ性水をスムースに流出させるよ
うになっている。
【0023】図5からよく分かるように、ケース14お
よびカバー24には、更に、陽極板16および20の上
下方向全長にわたって延長する溝40および42が夫々
形成してあり、陽極板と夫々協動して酸性水回収通路4
4および46を形成するようになっている。これらの酸
性水回収通路44および46の下端は連絡ポート48に
て合流し(図6〜7)、更に酸性水出口30に連通して
いる(図4)。
【0024】図3および図8からよく分かるように、陽
極板16および20には、それらの下流側エッジ16B
および20Bよりも上流側において、酸性水回収口とし
て作用するスリット16Cおよび20Cが夫々形成して
あり、スリット16Cおよび20Cを通過した水が酸性
水回収通路44および46に流入するようになってい
る。図5および図8からよく分かるように、これらの酸
性水回収通路44および46の容量もスリット16Cお
よび20Cの流路断面積に対して十分に大きくしてあ
り、スリットから回収された強酸性水が乱流を生じるこ
となく酸性水回収通路44および46内にスムースに流
入するようになっている。スリット16Cおよび20C
から流出した強酸性水は陽極板の上下方向ほぼ全長にわ
たって酸性水回収通路44および46内に回収され、そ
こから更に酸性水出口30へと送られる。
【0025】電解槽12の上水入口26への上水の供給
は従来型の手動又は電動の制御弁(図示せず)によって
制御することができ、このイオンリッチ水生成装置10
を家庭用に使用する場合には例えば約5リッター/分の
流量で上水を供給することができる。電解槽12のアル
カリ性水出口28および酸性水出口30には従来型の流
量制御バルブ50および52を夫々接続することができ
る。いづれか一方の流量制御バルブ50または52によ
り、アルカリ性水出口28と酸性水出口30との間の流
量比を分配してもよい。2つの流量制御バルブ50およ
び52を使用する場合には、それらを連動させることが
好ましい。
【0026】このイオンリッチ水生成装置10の使用に
際しては、陰極板18と陽極板16および20との間に
約12Vの直流電圧を印加することができる。上水入口
26から導入された上水は、前述したように、分配通路
32により電極板16、18、20の上下方向全長にわ
たって通水路34および36の入口(上流側端部)に均
一に分配され、通水路34および36内に層流となって
水平方向に流入する。電極板は長方形で、縦長に配置し
てあり、従って、通水路34および36の長方形の長辺
に垂直な水平方向に水が流入するようになっているの
で、最小限の通水抵抗でより大きな流量を確保すること
ができる。
【0027】通水路34および36内に通水しながら電
気分解を進行させるに伴い、図2を参照して前述したよ
うに、陽極板と陰極板との間の電界に垂直な方向にpH
の漸変する流れが生成し、陽極板16および20の表面
近傍には強酸性水の極めて薄い流れが生成する。
【0028】酸性水出口30において殺菌の用途に適し
たpH3程度の強酸性水を得たい場合には、アルカリ性
水出口28で得られるアルカリ性水の流量と酸性水出口
30で得られる酸性水の流量との比が約4:1になるよ
うに流量制御バルブ50および/又は52を制御するの
が好ましい。このような流量条件では、陽極板表面近傍
を流れる強酸性水の薄層は酸性水回収スリット16Cお
よび20Cに到達すると、図8に矢印で示したようにス
リット16Cおよび20Cを介して酸性水回収通路44
および46内に流入する。このように、強酸性水の薄層
は陽極板16および20の下流側エッジ16Cおよび2
0Cに到達する前にスリット16Cおよび20Cから回
収され、従って、通水路34および36内に層流が十分
に維持されている状態で残余の層から取り出されるの
で、陽極板表面近傍に生成された強酸性水の層のみが酸
性水出口30に送られる。
【0029】アルカリ性水出口28においてpH10程
度の強アルカリ性水を得たい場合には、アルカリ性水出
口28と酸性水出口30の流量比が例えば約3:2にな
るように流量制御バルブ50および/又は52を制御す
ることができる。
【0030】以上に記載した実施例の無隔膜型電解槽1
2を、アルカリ性水流量4リッター/分、酸性水流量1
リッター/分の条件下で印加電圧を変えながら試験した
ところ、図9のグラフに示すような結果が得られた。こ
のグラフから分かるように、本発明によれば、50W以
下の消費電力においてpH3の強酸性水を得ることがで
きる。また、スリット16Cおよび20Cに代えて小径
の円形ポートを一列に穿孔した陽極板を用いて試験した
ところ、ほぼ同様の好ましい結果が得られた。従って、
スリット16Cおよび20Cに代えて円形ポートにより
酸性水回収口を形成してもよい。
【0031】以上には本発明の特定の実施例について記
載したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本
発明の範囲内で種々の設計変更を加えることができる。
【0032】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
強酸性水回収モードにおいては、水素イオン濃度の高い
層を選択的に回収することができるので、従来の装置で
は得られなかったような強酸性の水を得ることができ
る。
【0033】従って、本発明の装置は、殺菌の用途に適
した強酸性のイオンリッチ水から、強アルカリ性のイオ
ンリッチ水までにわたる、広いpH範囲のイオンリッチ
水を提供することができるので、イオンリッチ水の用途
に応じ使用者の要請により良く応えることができる。
【0034】また、電解槽は無隔膜型であり、しかも、
電極間隔が小さいので、小さな消費電力で作動させるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、水の電気分解によるイオンリッチ水生
成の原理と生成したイオンの移動を示す模式図である。
【図2】図2は、本発明の無隔膜型連続式イオンリッチ
水生成装置の原理を示す模式図である。
【図3】図3は、本発明の無隔膜型連続式イオンリッチ
水生成装置の電解槽の分解斜視図である。
【図4】図4は、図3に示した電解槽の背面図である。
【図5】図5は、図4のV−V線に沿った断面図であり、
図面簡素化のため電極板とスペーサは省略してある。
【図6】図6は、図4のVI−VI線に沿った断面図であ
る。
【図7】図7は、図4のVII−VII線に沿った断面図であ
る。
【図8】図8は、図5の円内部分の拡大図である。
【図9】図9は、本発明の装置の試験結果を示すグラフ
で、横軸は消費電力を表し、縦軸はpHを表す。
【符号の説明】
10: イオンリッチ水生成装置 12: 電解槽 16、20: 陽極板 16B、20B: 陽極板の下流側エッジ 16C、20C: 酸性水回収スリット 18: 陰極板 34、36: 通水路(電解室)
フロントページの続き (72)発明者 安藤 茂 福岡県北九州市小倉北区中島2丁目1番 1号 東陶機器株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−284889(JP,A) 実開 平2−133494(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C02F 1/46 - 1/48

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 対をなす陽極板と陰極板とを隔膜を介在
    させることなく通水時に層流が形成されるように互いに
    近接して平行に対向配置し、前記陽極板と陰極板との間
    に電解室として作用する通水路(34)を形成してなる電
    解槽(12)を備え、前記通水路に通水しながら水の電気
    分解によりイオンリッチ水を生成するようになった無隔
    膜型の連続式イオンリッチ水生成装置(10)において: 前記陽極板および陰極板の一方(16)のみにその下流側
    エッジ(16B)よりも上流側においてイオンリッチ水の
    回収口(16C)を設け、水の電気分解により生成され
    記一方の電極板(16)表面に沿って流れるイオンリッチ
    水の層が前記一方の電極板(16)の下流側エッジ(16
    B)に到達する前に前記一方の電極板(16)近傍のイオ
    ンリッチ水層を前記回収口(16C)から選択的に回収す
    るようにしたことを特徴とする無隔膜型連続式イオンリ
    ッチ水生成装置。
  2. 【請求項2】 前記回収口は、前記一方の電極板(16)
    の下流側エッジ(16B)よりも上流側において前記一方
    の電極板(16)の下流側エッジ(16B)に近接して前記
    一方の電極板(16)に形成したスリット(16C)からな
    る請求項1に基づくイオンリッチ水生成装置。
  3. 【請求項3】 前記スリット(16C)はそこを通過する
    イオンリッチ水の流量に対して大きな容量のイオンリッ
    チ水回収通路(44)に連通していることを特徴とする請
    求項1又は2に基づくイオンリッチ水生成装置。
  4. 【請求項4】 前記通水路(34)の上流側端部は該通水
    路の流量に対して大きな容量の水分配通路(32)に連通
    していることを特徴とする請求項1から3のいづれかに
    基づくイオンリッチ水生成装置。
  5. 【請求項5】 前記通水路(34)の下流側端部は該通水
    路の流量に対して大きな容量のイオンリッチ水回収通路
    (38)に開放されており、前記通水路を通過したイオン
    リッチ水が前記イオンリッチ水回収通路(38)に滑らか
    に流出するようになっていることを特徴とする請求項1
    から4のいづれかに基づくイオンリッチ水生成装置。
  6. 【請求項6】 前記陽極板および陰極板は長方形であ
    り、通水は長方形の長辺に垂直な方向に行われることを
    特徴とする請求項1から5のいづれかに基づくイオンリ
    ッチ水生成装置。
  7. 【請求項7】 陽極板(16)と陰極板(18)との間隙は
    約0.5mmである請求項1から6のいづれかに基づく
    イオンリッチ水生成装置。
  8. 【請求項8】 対をなす陽極板と陰極板とを隔膜を介在
    させることなく通水時に層流が形成されるように互いに
    近接して平行に対向配置し、前記陽極板と陰極板との間
    に通水路を形成してなる電解槽を備え、前記陽極板と陰
    極板との間に直流電圧を印加しながら前記通水路に通水
    することにより、水の電気分解により陽極板に沿って水
    素イオンリッチの酸性水を生成し陰極板に沿って水酸イ
    オンリッチのアルカリ性水を生成するようになった無隔
    膜型の連続式イオンリッチ水生成装置において: 前記陽極板の下流側エッジよりも上流側において前記陽
    極板のみに強酸性水回収用スリットを設け、陽極板表面
    に沿って流れる強酸性水の層が陽極板の下流側エッジに
    到達する前に前記スリットから強酸性水の層を選択的に
    回収するようにしたことを特徴とする無隔膜型連続式イ
    オンリッチ水生成装置。
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