JP3551625B2

JP3551625B2 - 電解水生成装置

Info

Publication number: JP3551625B2
Application number: JP15515896A
Authority: JP
Inventors: 徳美永瀬
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-06-17
Filing date: 1996-06-17
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2016-06-17
Also published as: JPH10472A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水道水、井戸水等の原水を電気分解して、殺菌洗浄水として利用する強酸性水を製造する電解水生成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、水道蛇口等に接続されて利用される電解水生成装置の従来の技術については、特開平４−３３０９８７号公報に開示されており、図８を用いながら以下に説明する。
【０００３】
図中の１は電解槽で、内部を隔膜２で第１室３と第２室４に仕切られ、その両室３、４に内壁と一体または別個に電極板５、６が設けられている。この両室３、４には水道水、井戸水等の原水を供給する原水供給手段７が接続される。原水は継ぎ手１０で供給管９と分岐管１１を介してそれぞれ第１室３、第２室４に供給される。また、原水供給管９には継ぎ手８が接続され、継ぎ手８にはポンプ２２と塩水タンク２３が接続される。
【０００４】
前記第１室３、第２室４の上部には、それぞれ第１排水管１２および第２排水管１３が接続され、それぞれ第１開閉弁１８、第２開閉弁２０を介して酸性水側排水管１６とアルカリ水側排水管１７に接続される。
【０００５】
前記第１開閉弁１８の上流側の第１排水管１２には、バイパス管１２ａが接続され、そのバイパス管１２ａが第３開閉弁２１を介してアルカリ水側排水管１７に接続される。また第２開閉弁２０の上流側の第２排水管１３には、バイパス管１３ａが接続され、そのバイパス管１３ａが第４開閉弁１９を介して酸性側排水管１６に接続される。
【０００６】
電解槽１の電極板５、６には電極端子２４、２５を介して正逆電圧切り換え器１４が接続されるとともに、その正逆電圧切り換え器１４に直流電源１５が接続される。この正逆電圧切り換え器１４は直流電源１５の正負を交互に、たとえば２時間置きに切り換えて電極端子２４、２５間に印加するとともに、その切り換えに連動して第１〜第４開閉弁１８、１９、２０、２１を開閉するもので、たとえば電極端子２４がプラスで、電極端子２５がマイナスのときは、第１開閉弁１８と第２開閉弁２０を開、第３開閉弁２１と第４開閉弁１９を閉とし、逆に、電極端子２５がプラスで、電極端子２４がマイナスのときは、第１開閉弁１８と第２開閉弁２０を閉、第３開閉弁２１と第４開閉弁１９を開に切り換える。
【０００７】
このような構成の電解水生成装置にあって、食塩タンク２３内の食塩水が原水に混合希釈されて電解槽１内の第１室３、第２室４に供給された状態において、電極端子２４がプラスで電極端子２５がマイナスになるように直流電源１５を印加し、同時に第１開閉弁１８と第２開閉弁２０を開とし、第３開閉弁２１と第４開閉弁１９を閉とすると、電解槽１では第１室３が陽極室、第２室４が陰極室となり、第１室３では酸性水が、第２室４ではアルカリ水が製造され、製造された酸性水とアルカリ水はそれぞれ酸性水側排水管１６、アルカリ水側排水管１７より取り出される。
【０００８】
極性切り換えを行い、電極端子２４がマイナスで、電極端子２５がプラスになるように直流電源１５を印加し、同時に、第１開閉弁１８と第２開閉弁２０を閉とし、第３開閉弁２１と第４開閉弁１９を開とすると、電解槽１では第１室３が陰極室、第２室４が陽極室となり、第１室３ではアルカリ水が、第２室４では酸性水が製造され、製造された酸性水とアルカリ水はそれぞれ酸性水側排水管１６、アルカリ水側排水管１７より取り出される。
【０００９】
この酸性水生成において、添加する塩（ＮａＣｌ）は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安定化させる作用を有するが、最も大きい効果は、電気分解によって殺菌力や消毒作用を有するジ亜塩素酸（ＨＣｌＯ）を生成するためのＣｌイオンを供給することである。すなわち、原水中にクロル（Ｃｌ）イオンが無い場合には、ジ亜塩素酸（ＨＣｌＯ）は生成されない。
【００１０】
一般的に、殺菌や消毒や抗菌に効果のある強酸性水（ｐＨ≒２．５、ＯＲＰ≒１１００ｍＶ、ジ亜塩素酸（ＨＣｌＯ）≒１０〜３０ｐｐｍ）を得る場合は、塩水添加混合希釈後の塩（ＮａＣｌ）の濃度を５００〜２０００ｐｐｍにして電気分解することが必要である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように従来の技術では、塩水を原水に混合希釈するので、塩水はアルカリ水を生成する陰極側および酸性水を生成する陽極側に同時に同濃度で供給されている。
【００１２】
ここで、アルカリ水は殺菌や消毒や抗菌にはほとんど使用されないので廃棄されることになるが、前述のように酸性水側と同量の塩分を含んでいる。
【００１３】
一般に、ナトリウム（Ｎａ）イオンは５０ｐｐｍ、クロル（Ｃｌ）イオンは２００ｐｐｍを超えると植物に対して発芽抑制等の塩害を発生すると言われており、塩水添加混合希釈後の５００〜２０００ｐｐｍの塩水は、廃棄するのは好ましくない。
【００１４】
また、電気分解作用は必ず電極板表面でのみ生じる。すなわち、電極板表面付近により多くのクロル（Ｃｌ）イオンを集めておくことがジ亜塩素酸（ＨＣｌＯ）生成の効率改善に結び付く。
【００１５】
さらに、強酸性水としてジ亜塩素酸（ＨＣｌＯ）生成に必要な最低量の塩水に絞り込むと、同量の強酸性水生成に必要な塩水量も削減できるので、装置の運転において人手を必要とする塩水の準備作業が軽減され、かつ、１度の塩水供給によってより多くの強酸性水を連続して生成することができ、省人化にもつながる。
【００１６】
この点において、従来の技術のように電解槽１に流入する前に原水に塩水２３を均一に混合希釈することは望ましいとは言えない。
【００１７】
本発明は、このような強酸性水生成において、強酸性水を生成する陽極室の電極表面付近の塩分（ＮａＣｌ）濃度を積極的に高め、上記従来の技術の課題を解決する電解水生成装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、内部に対向する電極板を有する電解槽と、前記電解槽に原水を通水する手段と、前記電解槽内の原水に直流電圧を印加して直流電流を流す手段を備え、前記電解槽内の原水に電極板表面から塩水を供給する手段を設けた電解水生成装置の構成とする。
【００１９】
本発明によれば、電極板表面近傍のクロル（Ｃｌ）イオン濃度を増加させて電解効率を改善するとともに消費する塩水量を少なくして、塩害の抑制および塩水追加頻度の削減に有効となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、内部に対向する電極板を有する電解槽と、前記電解槽に原水を通水する手段と、前記電解槽内の原水に直流電圧を印加して直流電流を流す手段を備え、前記対向する各電極板に印加する直流電圧の極性切り替え手段と、前記対向する各電極板に形成した通水部より電解槽内の原水に塩水を加える手段と、前記対向する各電極板の通水部へ供給する塩水の供給切り替え手段とを設け、前記極性切り替え手段と塩水の供給切り替え手段の切り替え動作を同期させたことを特徴とする電解水生成装置としたものであり、電極板表面付近の塩水濃度を高めて消費する塩の量を減らし、効率良くジ亜塩素酸（HClO）を生成させることができ、廃棄されるアルカリ水側の塩分を少なくして塩害を抑制する作用を有している、とともに、極性切り替え動作と塩水の供給する電極を切り替えを同期させて、連続的に強酸性水を生成することができ、活用効率を高める作用を有している。
【００２５】
本発明の請求項２に記載の発明は、内部に対向する電極板を有し、かつ、隔膜を持たない電解槽と、前記電解槽に原水を通水する手段と、前記電解槽内の原水に前記各電極板により直流電圧を印加して直流電流を流す手段と、前記各電極板に印加する直流電圧の極性切り替え手段と、前記電解槽内の原水に各電極板に形成した各通水部より塩水を加える手段と、前記各通水部に供給する塩水の切り替え手段と、電解槽内部の原水の通水時の流れを層流化する手段を設け、前記極性切り替え手段と塩水の切り替え手段の切り替え動作を同期させたことを特徴とする電解水生成装置としたものであり、電解槽内部の通水時の流れを層流化して電極板近傍の塩水（ＮａＣｌ）の通水流れによる拡散を抑制するとともに、隔膜を不要とし、層流化で電解槽下流側においても電極板付近のクロル（ Cl ）イオン濃度を高く維持することができ、より一層効率を改善することができるという作用を有している、ともに、隔膜を持たない電解槽において、電極板の極性切り替え動作と塩水の切り替え動作を同期させたことで、効率良くしかも連続的に強酸性水を生成することができ、より一層の効率化と連続的な強酸性水生成によって活用効率を高める作用を有している。
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図７を用いて説明する。なお、従来例の構成部と同一構成部には同じ符号を付して説明する。
【００２７】
（実施の形態１）
図１に本発明の実施の形態１の電解水生成装置の構成図を示す。
【００２８】
図中の１は電解槽で、隔膜２で第１室３と第２室４の２室に仕切られ、その両室３、４にその内壁と一体または別個に電極板５、６が設けられている。この両室３、４には水道水、井戸水等の原水を供給する原水供給手段７が接続される。第１室３、第２室４の上部には、それぞれ第１排水管１２および第２排水管１３が接続される。また、強酸性水を生成する陽極室となる第２室４の電極板６の上流部分には小さな多数の穴を有する塩水供給部３２が設けられており、塩水供給部３２には塩水配管３０、ポンプ２２を介して塩水タンク２３が接続される。図中の１４は正逆電圧切り換え器、１５は直流電源、２４と２５は電極端子である。
【００２９】
このような電解水生成装置にあって、電解槽１内の第１室３、第２室４に原水供給手段７から原水が供給された状態において、電極端子２４がマイナスで、電極端子２５がプラスになるように直流電源１５を印加し、同時に塩水ポンプ２２を動作させて塩水供給部３２から塩水２３を適量に供給すると、電解槽１では第１室３が陰極室、第２室４が陽極室となり、第１室３ではアルカリ水が、第２室４では強酸性水が生成され、生成されたアルカリ水と強酸性水はそれぞれ第１および第２排水管１２、１３へ流される。
【００３０】
ここで、図１の電解槽のＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’断面におけるクロル（Ｃｌ）イオン濃度の分布状況を図２に示す。図中のｍｘは各部のクロル（Ｃｌ）イオン濃度、Ｍ０は供給する塩水のクロル（Ｃｌ）イオン濃度で、その相対値を百分率化したものが縦軸のスケールであり、横軸は電極板５、６のＰＱ点間位置を示す。
【００３１】
ここで４０は従来の技術における塩水添加の場合のクロル（Ｃｌ）イオン濃度特性を、４１は本発明における塩水添加の場合のＡ−Ａ’断面のクロル（Ｃｌ）イオン濃度特性を、４２は本発明における塩水添加の場合のＢ−Ｂ’断面のクロル（Ｃｌ）イオン濃度特性を示す。
【００３２】
従来の技術による塩水添加の場合のクロル（Ｃｌ）イオン濃度特性４０は、予め電解槽へ入るまえに塩水２３を混合希釈するので、電解槽１内の濃度分布はほぼ一様で、陽極室側の電極板６の表面付近のクロル（Ｃｌ）イオン濃度を十分に高くするために、電解槽１内全体に比較的濃度の高い状態にする必要がある。
【００３３】
一方、本発明における塩水添加の場合のＡ−Ａ’断面のクロル（Ｃｌ）イオン濃度特性４１は、陽極室側の電極板６の表面付近のみクロル（Ｃｌ）イオン濃度を高くでき、電解槽１全体としての濃度は相対的に低く抑えられる。
【００３４】
また、電解槽１内が平行平板構造あるいは同心円筒構造とした場合は極端な乱流とはならないので、電解槽１の下流側Ｂ−Ｂ’断面のクロル（Ｃｌ）イオン濃度特性４２においても陽極室側の電極板６の表面付近のクロル（Ｃｌ）イオン濃度を高く維持することができる。
【００３５】
このように、陽極室側の電極板６の表面付近のクロル（Ｃｌ）イオン濃度を高くすることは、それだけ電気分解時にジ亜塩素酸（ＨＣｌＯ）の生成効率が良くなる。そしてジ亜塩素酸（ＨＣｌＯ）生成に関わることの無い、いわゆるむだな塩分を少なくすることができ、特に、アルカリ水を生成する陰極側の第１室３内の塩分を非常に少なくすることが可能である。
【００３６】
（実施の形態２）
図３に本発明の実施の形態２の電解水生成装置の電解槽付近の構成図を示す。この電解水生成装置の特徴的構成は、図示のように２つ目のシェルの電極端子２４ａを備え、また、電解槽１内の両側に２つ目のシェルの室３ａ、４ａを設け、中央部には内部が中空で、かつ、両面に塩水供給部を備える中空電極３３を設けている。
【００３７】
ここでシェルとは、プラスおよびマイナスを印加する１対の電極板で構成されるその１組のことである。
【００３８】
本実施の形態２の電解水生成装置は、電解槽１内に２つのシェルを構成することができる。すなわち、実施の形態１で述べたような電極板近傍のみクロル（Ｃｌ）イオン濃度を高くできるエリアを、中空電極３３の両面に作り出すことが可能となる。よって、電極の総表面積に対する電解動作する面積割合が増加し、結果的に同じ生成量においては電解槽１を小型化することが可能となる。
【００３９】
（実施の形態３）
図４に本発明の実施の形態３の電解水生成装置の構成図を示す。この実施の形態３において、電解槽１の下流側の構成と動作状況は従来の技術と同じである。
【００４０】
特徴的構成としては、第１室３側への塩水供給部３２ａと、第２室４側への塩水供給部３２ｂを設け、塩水供給部３２ａには塩水を供給する塩水配管３０ａを接続し、塩水供給部３２ｂには塩水を供給する塩水配管３０ｂを接続している。そしてポンプ２２からの塩水２３を塩水配管３０ａ、３０ｂのどちらかに切り替えるための塩水用開閉弁３１ａ、３１ｂを設けたことにある。
【００４１】
このような電解水生成装置にあって、原水が電解槽１内の第１室３、第２室４に供給された状態において、電極端子２４がプラスで、電極端子２５がマイナスになるように直流電源１５を印加し、同時に塩水用開閉弁３１ａを開、塩水開閉弁３１ｂを閉としてポンプ２２からの塩水２３を塩水配管３０ａを介して塩水供給部３２ａから第１室３内に供給し、第１開閉弁１８と第２開閉弁２０を開とし、第３開閉弁２１と第４開閉弁１９を閉とすると、電解槽１では第１室３が陽極室、第２室４が陰極室となり、第１室３では強酸性水が、第２室４ではアルカリ水が生成され、生成された強酸性水とアルカリ水はそれぞれ酸性水側排水管１６、アルカリ水側排水管１７より取り出される。
【００４２】
極性切り換えを行い、電極端子２４がマイナスで、電極端子２５がプラスになるように直流電源１５を印加し、同時に、塩水用開閉弁３１ａを閉、塩水用開閉弁３１ｂを開としてポンプ２２からの塩水２３を塩水配管３０ｂを介して塩水供給部３２ｂから第２室４内に供給し、第１開閉弁１８と第２開閉弁２０を閉とし、第３開閉弁２１と第４開閉弁１９を開とすると、電解槽１では第１室３が陰極室、第２室４が陽極室となり、第１室３ではアルカリ水が、第２室４では強酸性水が製造され、生成された強酸性水とアルカリ水はそれぞれ酸性水側排水管１６、アルカリ水側排水管１７より取り出される。
【００４３】
この構成によれば、実施の形態１の効果に追加して、連続して強酸性水を生成でき、装置の利用効率も改善される。
【００４４】
（実施の形態４）
図５に本発明の実施の形態４の電解水生成装置の電解槽付近の構成図を示す。本発明の実施の形態５の特徴は、電解槽１内部の水の流れを層流化して、実施の形態１の効果をより高めるものである。
【００４５】
このため電解槽１の入り口部の水の圧力および流れを穏やかににして均一化する導水部３４を設け、その下流側に整流板３５を設けたものである。
【００４６】
この構成において、電解槽１に原水を供給すると、電解槽１内の流れは、水の縦方向の流れに対して垂直（横）方向への移動が極めて少なくなり、すなわち、層流を形成する。このような層流を形成する流れ中に塩水供給部３２から静かに塩水２３を供給すると、塩水２３は電極板６に沿って拡散することなく下流側（図中では上方向）へ流れていく。
【００４７】
図２に電解槽１内の断面Ｃ−Ｃ’およびＤ−Ｄ’のクロル（Ｃｌ）イオン濃度の分布状況を示す。図中の４３は本実施の形態４における塩水添加の場合のＣ−Ｃ’断面のクロル（Ｃｌ）イオン濃度特性を、４４は本実施の形態４における塩水添加の場合のＤ−Ｄ’断面のクロル（Ｃｌ）イオン濃度特性を示す。
【００４８】
本実施の形態４では、電解槽１内の流れを層流化しているので、実施の形態１に比較して、一層電極板６の表面付近がより高いクロル（Ｃｌ）イオン濃度となっており、さらに、横方向への移動も少ないので、下流側においてもその状態を維持できるものである。すなわち、実施の形態１で示す効果がさらに高められる。
【００４９】
（実施の形態５）
図６に本発明の実施の形態５の電解水生成装置の電解槽付近の構成図を示す。
【００５０】
本実施の形態５は、実施の形態４の層流化の手段と実施の形態２の中空電極３３の採用を組み合わせた構成としたものであり、高効率で、かつ、小型化を可能にするものである。
【００５１】
ここで中空電極３３の両面には層流が形成される。よって、塩水２３は電解槽１内に静かに供給されると中空電極３３の表面にそって流れていくので、実施の形態４と同様に電極板６の表面付近がより高いクロル（Ｃｌ）イオン濃度となっており、かつ、両面で電解作用させることができるので、２つあるいは複数のシェルを形成することによって、電解槽１を小型化することができる。
【００５２】
（実施の形態６）
図７に本発明の実施の形態６の電解水生成装置の構成図を示す。
【００５３】
本実施の形態６の特徴は、実施の形態４の層流化の手段と実施の形態３の電圧極性切り替え動作に同期させた塩水供給手段を組み合わせた構成としたものである。
【００５４】
ここで電解槽１内は横方向の移動のない層流が形成されており、電極板５または電極板６の塩水供給部３２ａまたは３２ｂから静かに塩水２３を供給すると、塩水は電極板５または電極板６の表面に沿って流れ、実施の形態４と同様に電極板５、または電極板６の表面付近がより高いクロル（Ｃｌ）イオン濃度となっており、かつ、塩水２３を供給する塩水供給部３２ａまたは塩水供給部３２ｂの切り替えを電圧極性切り替えと同期させることによって、より高効率で、かつ、連続的に強酸性水を生成することが可能となる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明の電解水生成装置は、電解槽内の電極板表面から塩水を供給できるようにする。
【００５６】
これによって、電極板表面近傍のクロル（Ｃｌ）イオン濃度を増加させて電解効率を改善するとともに消費する塩水量を少なくして、塩害の抑制および塩水追加頻度の削減に有効となる。
【００５７】
また、電極を中空として内部を塩水の通路とし、電極両面から塩水を供給できるようにする。これによって電解槽の小型化を可能にする。
【００５８】
または、表面から塩水を供給できる電極板を電解槽の両側に用いて、電極の極性切り替えと同期させて塩水の供給電極を選択させるようにする。
【００５９】
これによって、電極切り替えを行いながら連続的に強酸性水を生成できる。
また、電解槽内の流れの状態を層流とし、電極表面付近の乱流を抑制する電解槽に前記電極表面から塩水を供給できる手段を用いるようにする。
【００６０】
これによって、電解槽内の下流側であっても電極板付近のクロル（Ｃｌ）イオン濃度を高く維持することができ、より一層効率を改善することができる。
【００６１】
また、電解槽内の流れの状態を層流とし、電極表面付近の乱流を抑制する電解槽に前記電極表面から塩水を供給できる手段において、電極を中空として内部を塩水の通路とし、電極両面から塩水を供給できるようにする。
【００６２】
これによって高効率で、かつ、電解槽の小型化を可能にする。
また、電解槽内の流れの状態を層流とし、電極表面付近の乱流を抑制する電解槽に前記電極表面から塩水を供給できる手段において、表面から塩水を供給できる電極板を電解槽の両側に用いて、電極の極性切り替えと同期させて塩水の供給電極を選択させるようにする。
【００６３】
これによって、高効率で、かつ、電極切り替えを行いながら連続的に強酸性水を生成する電解水生成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の電解水生成装置の構成図
【図２】本発明における電解槽内のクロル（Ｃｌ）イオンの濃度分布図
【図３】本発明の実施の形態２の電解水生成装置の電解槽付近の構成図
【図４】本発明の実施の形態３の電解水生成装置の構成図
【図５】本発明の実施の形態４の電解水生成装置の電解槽付近の構成図
【図６】本発明の実施の形態５の電解水生成装置の電解槽付近の構成図
【図７】本発明の実施の形態６の電解水生成装置の構成図
【図８】従来の電解水生成装置の構成図
【符号の説明】
１電解槽
２隔膜
３第１室
４第２室
５電極板
６電極板
７原水供給手段
１２第１排水管
１３第２排水管
１４正逆電圧切り換え器
１５直流電源
２２ポンプ
２３塩水
２４電極端子
２５電極端子
３０塩水配管
３２塩水供給部

Claims

内部に対向する電極板を有する電解槽と、前記電解槽に原水を通水する手段と、前記電解槽内の原水に直流電圧を印加して直流電流を流す手段を備え、前記対向する各電極板に印加する直流電圧の極性切り替え手段と、前記対向する各電極板に形成した通水部より電解槽内の原水に塩水を加える手段と、前記対向する各電極板の通水部へ供給する塩水の供給切り替え手段とを設け、前記極性切り替え手段と塩水の供給切り替え手段の切り替え動作を同期させたことを特徴とする電解水生成装置。
内部に対向する電極板を有し、かつ、隔膜を持たない電解槽と、前記電解槽に原水を通水する手段と、前記電解槽内の原水に前記各電極板により直流電圧を印加して直流電流を流す手段と、前記各電極板に印加する直流電圧の極性切り替え手段と、前記電解槽内の原水に各電極板に形成した各通水部より塩水を加える手段と、前記各通水部に供給する塩水の切り替え手段と、電解槽内部の原水の通水時の流れを層流化する手段を設け、前記極性切り替え手段と塩水の切り替え手段の切り替え動作を同期させたことを特徴とする電解水生成装置。