JP3177645U - 特殊水生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】目的用途に応じたｐＨ１１．０〜１３．０の電解強アルカリ性水を定量的に生成することができる特殊水生成装置を提供する。
【解決手段】内部に対向する一対の陰極板１５及び陽極板１６を有し、かつ内部が隔膜１２で陰極室１３と陽極室１４に仕切られた電解槽１１とを有する。さらに、陰極室に原水を通水し、陰極室から排出された陰極水を、再び陰極室に循環させる陰極水循環手段１７，１８，１９，２０，２１と、陽極室に電気分解促進水を通水し、陽極室から排出された陽極水を、再び陽極室に循環させる陽極水循環手段２２，２３，２４，２５とを有する。直流電源手段３１によって、一対の陰極板及び陽極板に直流電圧を印加し、陰極室内の原水に直流電流を流し、電気分解によって陰極水から強アルカリ性水を生成する。
【選択図】図１

Description

本考案は、特殊水生成装置に係り、特に、電気分解により強アルカリ性水を生成する特殊水生成装置に関する。

従来から、水を電気分解することにより、電解アルカリ性水を生成できることが知られている。電気分解によって生成するｐＨ値の高い強アルカリ性水は洗浄力に優れているといわれており、特許文献１に記載されているような洗浄力があった。

昨今、電解強アルカリ性水は、工業界から注目をされ、従来の有機塩素系溶剤（トリクロロエチレン等）や炭化水素系溶剤（ＩＰＡ等）及び洗剤に代替しうる脱脂洗浄水及び防錆水として注目され、期待されている。しかしながら、工業界では、多種多様の材質があり、例えば鉄鋼、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、樹脂、ガラス等だけでなく、アルミニウム・銅・真鍮のように両極腐食性金属もある。高位のアルカリ性水は、脱脂洗浄後の両極腐食性金属にとっては、かえって材質表面の腐食を惹起するなどの問題点も指摘されていた。一方、鉄鋼などでは、低位のアルカリ性水は、脱脂洗浄不良や脱脂後の錆の問題点が指摘されていた。

また、被電解水を電気分解して生成する高アルカリ性の電解水を生成する電解水生成装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特許文献２に記載されている電解水生成装置は、水道等の給水設備に接続され、流水状態で電解を行い、酸性水やアルカリ性水を生成する「流水式（連続式）」と言われるものであり、ｐＨ１２．０程度のアルカリ性水を生成することができるものである。

この連続式タイプの電解水生成装置は、図２に示すように、水道水や純水等の原水を通水する電解槽５１の内部に対向して陰極板５２、陽極板５３を設け、この電解槽５１の内部に、食塩水や塩化カリウム水等の各種の電解質溶液５４を電解質ポンプ５５によって添加する構成となっている。
なお、５６は陽イオン交換膜、５７は原水給水路、５８は酸性水が排水される第１排水管、５９はアルカリ性水が排水される第２排水管、６０は陰極板５２，陽極板５３に直流電圧を印加する直流電源、６１はポンプ５５の圧力を制御して電解質溶液５４の添加量を制御する制御部である。

この構成において、原水給水路５７から原水を電解槽５１内に流しながら、陽イオンと陰イオンに分離しやすい食塩水などの電解質溶液５４を、陽極板５２近傍に添加することで、原水の電気抵抗を低くして電気分解時の電圧を低下させて電気分解を効率よく安定化させる作用と、電気分解の陽極反応により食塩水の塩素イオンから塩素ガスが生成され、この塩素ガスが原水に溶解することによって除菌力を有する次亜塩素酸を効率よく生成するよう作用をする。

特開２０００−２８２０９４号公報 特開平１０−４７２号公報

しかしながら、図２に示す従来の電解水生成装置は、原水の流量に比例して食塩の添加量を調整しなければ、原水の塩分濃度が変化し安定した電解水生成ができない。そのために原水の流量調整や食塩の添加量制御など高度の制御が必要となってしまう。

また、流水式（連続式）のため、陽イオン交換膜５６近傍は、主に原水が流れるため食塩水（電解質溶液）５４の濃度は高くならず、ナトリウムイオンが陰極板５３側へ移動しにくい構成となっている。この方法では、電解質溶液５４の濃度をかなり上げないと、アルカリ性水のｐＨ値が高くならず、ｐＨ１２．８以上のｐＨ値にはならない。したがって、このアルカリ性水を洗浄水として利用するには適さない構成となっていた。

本考案は、上述した課題を解決するものであり、その目的は、目的用途に応じたｐＨ１１．０〜１３．０の電解強アルカリ性水を定量的に生成することができ、特に、従来のｐＨ１２．０〜１２．５のアルカリ性水と比較して金属の防錆や脱脂効果に優れたｐＨ１２．８以上の強アルカリ性水を生成することができる特殊水生成装置を提供する。

上記目的を達成するため、本考案は、内部に対向する一対の陰極板（１５）及び陽極板（１６）を有し、かつ内部が隔膜（１２）で陰極室（１３）と陽極室（１４）に仕切られた電解槽（１１）と、前記陰極室に原水を通水し、前記陰極室から排出された陰極水を、再び前記陰極室に循環させる陰極水循環手段（１７，１８，１９，２０，２１）と、前記陽極室に電気分解促進水を通水し、前記陽極室から排出された陽極水を、再び前記陽極室に循環させる陽極水循環手段（２２，２３，２４，２５）と、前記一対の陰極板及び陽極板に直流電圧を印加し、前記陰極室内の原水に直流電流を流す直流電源手段（３１）とを備え、電気分解によって前記陰極水から強アルカリ性水を生成することを特徴とする特殊水生成装置を提供する。

本考案に係る特殊水生成装置によれば、目的用途に応じたｐＨ１１．０〜１３．０の電解強アルカリ性水を定量的に生成することができ、特に、従来のｐＨ１２．０〜１２．５のアルカリ性水と比較して金属の防錆や脱脂効果に優れたｐＨ１２．８以上の強アルカリ性水を生成することができる。

好ましい態様では、前記直流電源手段を制御する制御手段（３３）を、更に備えることを特徴とする。

このような構成によれば、直流電源手段から一対の陰極板及び陽極板に印加する直流電圧を制御することで、陰極室内の原水に流す直流電流を自動制御できる。

上記態様では、前記制御手段は、前記陰極水循環手段及び前記陽極水循環手段による循環時間を可変制御することが好ましい。

このような構成によれば、陰極水循環手段及び陽極水循環手段による循環時間を、任意の循環時間に自動制御できる。

上記態様では、前記制御手段は、前記陰極室内の原水に流す直流電流の総量を可変制御することが好ましい。

このような構成によれば、陰極室内の原水に流す直流電流の総量を、任意の総量に自動制御できる。

上記態様では、前記電解槽は、一対の陰極板及び陽極板と、内部を仕切る隔膜とを備えた構成を、複数設けた構造であることが好ましい。

このような構成によれば、一対の陰極板及び陽極板を増やすことで、陰極板の総面積が増え、アルカリ性水を生成するエリアを増やすことができる。また、陰極板の両面にそれぞれ対向するように陽極板を設けるように配置構成すれば、１枚の陰極板の両面にアルカリ性水を生成するエリアをつくることができ、陰極板及び陽極板を含む電極板の総表面積に対する電解動作する面積割合が増加し、結果的に同じ強アルカリ性水の生成量においては、電解槽を小型化できる。

本考案の特殊水生成装置によれば、目的用途に応じたｐＨ１１．０〜１３．０の電解強アルカリ性水を定量的に生成することができ、特に、従来のｐＨ１２．０〜１２．５のアルカリ性水と比較して金属の防錆や脱脂効果に優れたｐＨ１２．８以上の強アルカリ性水を生成することができる。

本考案の一実施形態に係る特殊水生成装置の構成を示す図である。 従来の電解水生成装置の構成を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本考案の一実施の形態について詳細に説明する。なお、本考案の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、本考案の実施形態の記載をもって、実用新案登録請求の範囲に記載された考案の内容を限定するものではない。

図１は本考案の一実施形態に係る特殊水生成装置の構成を示す図である。
図１において、１１は電解槽で、陽イオン交換膜１２で陰極室１３と１陽極室１４に仕切られ、その両室１３，１４の内壁近くに一対の電極板（陰極板，陽極板）１５，１６が設けられている。なお、電極板１５，１６は、両室１３，１４の内壁と一体に設けられていてもよい。電極板１５，１６は、通常、チタン合金に白金をメッキしたものを使用する。
なお、電解槽１１は、上記した一対の電極板（陰極板，陽極板）１５，１６と、内部を仕切る陽イオン交換膜１２とからなる構成（一対の電極板の組）を、複数設けた構造の電解槽としてもよい。

このように一対の電極板の組を複数設けた構造の電解槽とすることで、例えば、１枚の陰極板１５の両面にそれぞれ対向するように２枚の陽極板１６，１６を設けるように配置構成すれば、１枚の陰極板１５の両面にアルカリ性水を生成するエリアをつくることが可能なる。よって、電極板（陰極板，陽極板）１５，１６の総表面積に対する電解動作する面積割合が増加し、結果的に同じ強アルカリ性水の生成量においては、電解槽１１を小型化することが可能になる。

１７はアルカリ水循環タンクで、このアルカリ水循環タンク１７には水道水や純水等の原水を供給する原水給水路１８が接続され、水道水や純水等の原水が貯水される。
アルカリ水循環タンク１７と陰極室１３の間には、アルカリ水循環ポンプ１９を備えたアルカリ水給水管２０及びアルカリ水排水管２１が接続され、アルカリ水循環タンク１７内の水がアルカリ水給水管２０を通って陰極室１３に供給され、陰極室１３から排出されたアルカリ水がアルカリ水排水管２１を通ってアルカリ水循環タンク１７に循環する「陰極水循環系（陰極水循環システム）」を構成するようになっている。

２２は電解質溶液循環タンクで、この電解質溶液循環タンク２２には、水道水または純水に、炭酸カリウム（Ｋ_２ＣＯ_３）が飽和域まで投入された電解質溶液が貯水される。
電解質溶液循環タンク２２と陽極室１４の間には、電解質溶液循環ポンプ２３を備えた電解質溶液給水管２４及び酸性水排水管２５が接続され、電解質溶液循環タンク２２内の水が電解質溶液給水管２４を通って陽極室１４に供給され、陽極室１４から排出された酸性水が酸性水排水管２５を通って電解質溶液循環タンク２２に循環する「陽極水循環系（陽極水循環システム）」を構成するようになっている。

直流電源装置３１は、交流（ＡＣ）入力を直流に変換して直流電圧を出力する。直流電源装置３１のマイナス電極（−）は陰極板１５に接続され、プラス電極（＋）は電流計３２を介して陽極板１６に接続され、それぞれマイナス電圧とプラス電圧が印加されるようにしている。

制御部３３は、直流電源装置３１に接続されて、循環時間可変部３４や電流可変部３５からの指示に基づいて、直流電源装置３１の出力制御を行い、電気分解の開始や停止を制御すると共に、陰極水循環系及び陽極水循環系による循環時間を可変制御し、更に、電解槽１１内の原水及び電解質溶液に流す直流電流の総量を可変制御する。

このような構成の特殊水生成装置にあって、アルカリ水循環タンク１７に原水給水路１８から供給された原水が貯水され、電解質溶液循環タンク２２に電解質溶液（水道水または純水に炭酸カリウムを投入した溶液）が貯水された状態において、直流電源装置３１により、陰極板１５がマイナスで、陽極板１６がプラスになるように直流電圧を印加し、同時にアルカリ水循環ポンプ１９と電解質溶液循環ポンプ２３を動作させ、電解槽１１に給水が開始されると、陰極室１３を通水する原水に直流電流が流れ、電気分解が開始される。

アルカリ水循環ポンプ１９を動作させることにより、「陰極水循環系（陰極水循環システム）」による循環が開始し、アルカリ水循環タンク１７に貯水された原水は、アルカリ水給水管２０を通って電解槽１１の陰極室１３を通過し、アルカリ水が生成され、生成されたアルカリ性水がアルカリ水排水管２１に排出され、アルカリ水循環タンク１７に戻り、再び、アルカリ水給水管２０を通って電解槽１１の陰極室１３へと循環される。

また、電解質溶液循環ポンプ２３を動作させることにより、「陽極水循環系（陽極水循環システム）」による循環が開始し、電解質溶液循環タンク２２に貯水された電解質溶液は、電解質溶液給水管２４を通って電解槽１１の陽極室１４を通過し、酸性水が生成され、生成された酸性水が酸性水排水管２５に排出され、電解質溶液循環タンク２２に戻り、再び、電解質溶液給水管２４を通って電解槽１１の陽極室１４へと循環される。
「陽極水循環系（陽極水循環システム）」による循環時間により、電気分解を促進する電気分解促進剤としての電解質溶液が電解槽１１内に定期的に補充されることになる。

上記したように電解槽１１の陰極室１３でアルカリ性水が生成され、アルカリ水循環タンク１７に戻り、循環されるが、循環時間が経過するとともに、アルカリ水循環タンク１７内に貯水されたアルカリ性水はｐＨ値が上昇していく。
この時、制御部３３により、陰極水循環系及び陽極水循環系の循環時間を制御することで、電解槽１１内での電解電圧の可変制御と電解電流の総量制御で、目的用途に応じたｐＨ１１．０〜１３．０のアルカリ性水を、必要最低限の電力で任意に生成することができる。

直流電源装置３１による直流電圧の印加を停止し、アルカリ水循環ポンプ１９と電解質溶液循環ポンプ２３の動作を停止させると、「陰極水循環系（陰極水循環システム）」及び「陽極水循環系（陽極水循環システム）」の循環が停止し、電気分解が行われなくなり、アルカリ性水の生成が止まる。

＜基礎検証＞
以下、上記した特殊水生成装置で生成した強アルカリ性水の脱脂洗浄性及び腐食防錆性について、その基礎的な検証を行う。検証方法は次の通りである。
（ａ）各試材：アルミニウム［５０５２］、黄銅（真鍮）［Ｃ２６００］、ステンレス［ＳＵＳ３０４］、鉄［Ｓ４５Ｃ］／各３０×３０×２ｔ（ｍｍ）
（ｂ）対象材：各試材をスライド油（出光興産製 バクトラＮｏ．２）に１０分間浸漬させる。その後、油中より各試材を取り出し、ドライヤーで５分間熱風乾燥させたものを各対象材とする。
（ｃ）試料水：上記した本考案の特殊水生成装置により、ｐＨ１１．０／ｐＨ１２．０／ｐＨ１３．０（但し、２５℃温度補正時のｐＨ値とする）の強アルカリ性水を生成した。

（ｄ）検証方法：
（１）眼鏡洗浄用超音波装置（４２ｋＨｚ／３５Ｗタイプ）に各試料水（ｐＨ１１．０／ｐＨ１２．０／ｐＨ１３．０の強アルカリ性水）を適量投入する。次に、各対象材を、同装置内で各２分間、超音波洗浄を実施し、水道水の流水にて３０秒間、リンスを行った。
（２）上記の処理をした各対象材を室内にて放置して自然乾燥させ、４８時間後に、各対象材について、以下の方法で評価し、その結果を表１に示す。
脱脂洗浄性；墨塗り試験法で目視評価
腐食防錆性；目視評価

（注）評価：○−良好、 △−不十分、 ×−ＮＧ

本検証より、生成した試料水のｐＨ値が高位になれば、脱脂洗浄性能が上昇することが分かる。しかし、アルミニウム、真鍮等の両極腐食性金属については、変色・腐食等の問題点が発生した。
一方、鉄等においては、生成した試料水のｐＨ値が低位になれば、錆の発生が確認された。よって、本考案のように目的用途に応じた生成水を利用できれば、多方面での洗浄利用を可能とする。

上記したように、本考案の特殊水生成装置は、電解槽１１内における基本要素（対象水の電導率、流水量、電解電流）により、陰極側にアルカリ性水が生成され、陽極側に酸性水が生成される原理を援用し、陽極水循環系（陽極水循環システム）に適量の電気分解促進剤（例えば、炭酸カリウムなどの炭酸塩）を補充し、陰極水循環系（陰極水循環システム）を併用するものであり、本考案では、これをＷライン循環電解方式という。
この時、循環時間を制御することで、電解槽１１内での電解電圧の可変制御と電解電流の総量で、目的用途に応じたｐＨ１１．０〜１３．０のアルカリ水を、必要最低限の電力で生成することができる。

以上、本考案の一実施の形態について説明したが、本考案は上述の実施の形態に限定されず、その要旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
例えば、陰極水循環系及び陽極水循環系の循環時間は、上述した実施形態のように、制御部３３により自動制御しても良いし、操作者による手動操作により、循環時間や電解電流の総量を制御するようにしてもよい。

本考案に係る特殊水生成装置は、電気分解により高ｐＨ値の電解水を生成する電解水生成装置として有用である。

１１ 電解槽
１２ 陽イオン交換膜
１３ 陰極室
１４ 陽極室
１５ 電極板（陰極板）
１６ 電極板（陽極板）
１７ アルカリ水循環タンク
１８ 原水給水路
１９ アルカリ水循環ポンプ
２０ アルカリ水給水管
２１ アルカリ水排水管
２２ 電解質溶液循環タンク
２３ 電解質溶液循環ポンプ
２４ 電解質溶液給水管
２５ 酸性水排水管
３１ 直流電源装置
３２ 電流計
３３ 制御部
３４ 循環時間可変部
３５ 電流可変部

Claims (5)

1. 内部に対向する一対の陰極板（１５）及び陽極板（１６）を有し、かつ内部が隔膜（１２）で陰極室（１３）と陽極室（１４）に仕切られた電解槽（１１）と、
   前記陰極室に原水を通水し、前記陰極室から排出された陰極水を、再び前記陰極室に循環させる陰極水循環手段（１７，１８，１９，２０，２１）と、
   前記陽極室に電気分解促進水を通水し、前記陽極室から排出された陽極水を、再び前記陽極室に循環させる陽極水循環手段（２２，２３，２４，２５）と、
   前記一対の陰極板及び陽極板に直流電圧を印加し、前記陰極室内の原水に直流電流を流す直流電源手段（３１）とを備え、
   電気分解によって前記陰極水から強アルカリ性水を生成することを特徴とする特殊水生成装置。
2. 前記直流電源手段を制御する制御手段（３３）を、更に備えることを特徴とする請求項１に記載の特殊水生成装置。
3. 前記制御手段は、前記陰極水循環手段及び前記陽極水循環手段による循環時間を可変制御することを特徴とする請求項２に記載の特殊水生成装置。
4. 前記制御手段は、前記陰極室内の原水に流す直流電流の総量を可変制御することを特徴とする請求項２または３に記載の特殊水生成装置。
5. 前記電解槽は、前記一対の陰極板及び陽極板と、前記隔膜とからなる構成を、複数設けてなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の特殊水生成装置。
   

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