JP3653129B2

JP3653129B2 - 電解水生成装置

Info

Publication number: JP3653129B2
Application number: JP29716295A
Authority: JP
Inventors: 裕鈴木
Original assignee: Hoshizaki Electric Co Ltd
Current assignee: Hoshizaki Electric Co Ltd
Priority date: 1995-11-15
Filing date: 1995-11-15
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2015-11-15
Also published as: JPH09136089A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、次亜塩素酸、次亜塩素酸ナトリウム等を主要成分として含有し、殺菌作用、消毒作用を有するｐＨ３〜７の範囲の酸性〜中性の電解水を製造するための電解水生成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
次亜塩素酸、次亜塩素酸ナトリウム等を主要成分として含有し、殺菌作用、消毒作用を有する電解水を製造するための電解水生成装置の一形式として、特公平４−４２０７７号公報に示されているように、電解槽内をイオン透過能を有する隔膜にて区画して形成された一対の隔室にそれぞれ電極を配置して陽極室と陰極室とを構成し、これら両電極室に供給される希薄食塩水を両電極間で電解する電解水生成装置がある。当該電解水生成装置においては、陽極室内で生成される電解水が主として次亜塩素酸を含む酸性水であり、また陰極室内で生成される電解水がアルカリ性水である。
【０００３】
当該電解水生成装置において、陽極室側生成水はｐＨが２〜３という強い酸性となる。次亜塩素酸、次亜塩素酸ナトリウム等を主要成分として含む水溶液ではｐＨが低い程殺菌力は高く、殺菌力の点からすれば低いｐＨ程好ましいが、処理すべき食品等の特性の点から最適なｐＨは異なる。例えば、野菜類では、水溶液が低ｐＨである場合には褐色に変色し易く、その最適ｐＨは６〜７である。
【０００４】
このため、当該電解水生成装置においては、陽極室側生成水のｐＨを調整して酸性〜中性にする手段が採られている。すなわち、当該電解水生成装置では、陽極室側生成水のｐＨを調整する手段として、酸性である陽極室側生成水と、アルカリ性である陰極室側生成水と、原水とを、規定された量だけ互いに混合する手段が採られている。しかしながら、かかる混合手段を採用するには、これらの陽極室側生成水、陰極室側生成水、および原水を規定量だけ混合するための各制御バルブが必要であるとともに、これらの各水の混合量を正確に制御するための制御装置、および面倒な制御が必要となる。
【０００５】
本出願人は、このような各種の制御バルブ、制御装置、および面倒な制御を要することなく、運転条件によりｐＨが３〜７の酸性〜中性の範囲の任意の値の電解水を生成するための電解水生成装置を、本出願の先願である特願平６−２４５６０２号出願にて提案している。
【０００６】
当該電解水生成装置は、イオン透過能を有する隔膜にて区画して形成された一対の隔室を有する電解槽と、同電解槽の一方の隔室に互いに対向して配設されて同隔室を第１の電極室に構成する第１の電極および第２の電極と、前記電解槽の他方の隔室に配設されて同隔室を第２の電極室に構成する第３の電極を備え、前記第１の電極室内で食塩水の無隔膜電解を行うとともに、前記第１および第２の電極室間で電気透析を行うように構成されている。
【０００７】
当該電解水生成装置においては、第１の電極室内で生成された弱アルカリ性の電解水中のナトリウムイオン等の陽イオン成分が第２の電極室内へ移動し、陽イオン成分の移動量に応じて第１の電極室内の電解水のｐＨが低下する。このため、陽イオン成分の移動量を調整することにより、第１の電極室内の電解水のｐＨが３〜７の範囲の任意の値に調整できる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、当該電解水生成装置においては、第１の電極室の第１，第２の電極間で無隔膜電解を行うものであることから、両電極のうちに陽極側で生成される酸性水が水塊の状態で対流して陰極側の電極の近傍へ移動する。この場合、陰極側の電極が一般に採用される白金イリジウム等の貴金属を被覆してなる貴金属被覆電極であると、貴金属の被覆膜に水素が吸入されて同被覆膜が劣化しまた剥離を引き起こす。この劣化および剥離する傾向は、特にチタニウムを素材とする焼成被覆電極において顕著である。
【０００９】
また、第１の電極室では、第１，第２の両電極が互いに対向して配設されるために接近し、また両電極は電解効率を考慮してできるかぎり接近させることことから、電解時に両電極では電流が局部的に集中することある。このため、両電極の貴金属の被覆膜が電流の局部的な集中により、局部的に劣化しまた剥離を引き起こす。この劣化および剥離する傾向も、特にチタニウムを素材とする焼成被覆電極において顕著である。
【００１０】
従って、本発明の目的は、食塩水の電解と電気透析とを同時に行って、ｐＨ３〜７の酸性〜中性の電解水を生成する電解水生成装置において、各電極を保護してそれらの寿命を向上させることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は電解水生成装置に関するもので、当該電解水生成装置は、イオン透過能を有する隔膜にて区画して形成された一対の隔室を有する電解槽と、同電解槽の一方の隔室に互いに対向して配設されて同隔室を第１の電極室に構成する第１の電極および第２の電極と、前記電解槽の他方の隔室に配設されて同隔室を第２の電極室に構成する第３の電極を備え、前記第１の電極室内で食塩水の電解を行うとともに、前記第１および第２の電極室間で電気透析を行う電解水生成装置である。
【００１２】
しかして、本発明に係る電解水生成装置は、前記第１の電極室に前記第１の電極と第２の電極を隔離する第２の隔膜を配設して、同第１の電極室内に前記第１の電極を収容する第１の収容室と、前記第２の電極を収容する第２の収容室と、これら両収容室の下流側にて両収容室が一体となる共通領域を形成したことを特徴とするものである。
【００１３】
当該電解水生成装置においては、前記第１の電極を直流電源の一方の極側に接続するとともに、前記第２，第３の電極を前記直流電源の他方の極側に接続し、かつ前記第３の電極の前記直流電源に対する接続回路に可変抵抗器を介装することが好ましい。この場合、前記第１の電極を直流電源の正極側に接続するとともに、前記第２，第３の電極を前記直流電源の負極側に接続し、前記第１の電極室内で希薄食塩水の電解を行うように構成することができ、また前記第１の電極を直流電源の負極側に接続するとともに、前記第２，第３の電極を前記直流電源の正極側に接続し、前記第１の電極室内で高濃度食塩水の電解を行うように構成することができる。
【００１４】
これらの電解水生成装置のうち、前者の電解水装置においては、前記第１の電極室内に希薄食塩水を供給するとともに、前記第２の電極室内に希薄食塩水または水を供給するように構成することができ、また後者の電解水生成装置においては、前記第１の電極室内に高濃度食塩水を供給するとともに、前記第２の電極室内に水を供給するように構成し、かつ高濃度食塩水を前記第１の電極室内に所定時間滞留させるとともに、この間水を前記第２の電極室内を流通させるように構成することができる。
【００１５】
【発明の作用・効果】
このように構成した電解水生成装置においては、直流電源から各電極に電流が付与されて第１の電極室内で電解が行われるとともに、第１の電極室および第２の電極室間で電気透析が行われる。第１の電極室内での電解は、第２の隔膜を介在させた有隔膜電解であって、各収容室の一方では酸性水が生成されるとともに、各収容室の他方ではアルカリ性水が生成されるが、これらの生成水は両収容室が一体となる共通領域にて混合して弱アルカリ性の電解水となる。
【００１６】
当該電解水生成装置において、第１の電極が陽極で、第２，第３の電極が陰極である場合には、第１の電極室内のナトリウムイオン等の陽イオン成分が第２の電極室内へ移動し、第１の電極室内の共通領域の電解水は、陽イオン成分の移動量に応じてｐＨが漸次低くなって中性〜酸性水となる。これに対して、第２の電極室では、陽イオン成分の移動量に応じてアルカリ性が漸次高くなり、アルカリ性水が生成される。
【００１７】
従って、陽イオン成分の移動量を調整することにより、第１の電極室の共通連通領域内の電解水のｐＨを３〜７の範囲の任意の値に調整することができる。この電解時においては、第１の電極室内へは希薄食塩水を供給し、かつ第２の電極室内へは希薄食塩水または水を供給することが好ましい。
【００１８】
また、当該電解水生成装置において、第１の電極が陰極で、第２，第３の電極が陽極である場合には、第１の電極室内の塩素イオン、塩素酸イオン等の陰イオン成分が第２の電極室内へ移動し、第１の電極室内の共通領域での電解水は、陰イオン成分の移動量に応じてｐＨが漸次高くなってアルカリ性水となる。これに対して、第２の電極室では、陰イオン成分の移動量に応じて酸性が漸次高くなって、酸性水が生成される。
【００１９】
従って、陰イオン成分の移動量を調整することにより、第２の電極室内にてｐＨ３〜７の範囲の任意の値ｐＨの電解水を生成することができる。この電解時においては、第１の電極室内へは高濃度食塩水を供給して、所定時間同電極室内に滞留させた状態で電解および電気透析を行えば、電解時に生成されるアルカリ性水の排出量を低減し得て、使用する食塩に対する電解効率を著しく向上させることができる。
【００２０】
なお、当該電解水生成装置において、第３の電極と直流電源との接続回路に可変抵抗器を介装するように構成すれば、可変抵抗器による抵抗の変更により、第１の電極室内での電解水の生成量、第１の電極室内から第２の電極室内へ移動する陽イオン成分、陰イオン成分の移動量を調整することができるため、可変抵抗器の操作により第１の電極室内または第２の電極室内で生成される電解水のｐＨを任意の範囲に調整することができる。
【００２１】
ところで、電解水生成装置においては、第１の電極室の陽極側では強酸性の電解水が生成されるとともに、陰極側では強アルカリ性の電解水が生成される。この場合、強酸性の電解水が陰極側である電極に接触すると、同電解水中の水素が陰極側の電極に吸入されて、被覆膜の下でガスとなって同被覆膜を剥離させ、かつ水素の一部は同電極の基材と反応して被覆膜を劣化させるとともに剥離させる。しかしながら、当該電解水生成装置においては、第１，第２の電極は第２の隔膜にて形成された各収容室に配設されていて、陰極側の電極は強酸性の電解水から隔離されているため、同電極は強酸性の電解水と接触することがなく、同電解水との接触に起因する被覆膜の剥離および劣化が防止される。
【００２２】
また、第１の電極室では、第１，第２の両電極が互いに対向して配設されるために接近ており、また電解効率を考慮して両電極をできるかぎり接近させたとしても、両電極は第２の隔膜を挟んで互いに対向しているため、電解時に両電極で電流が局部的に集中することはない。このため、両電極の被覆膜が電流の局部的な集中により、局部的に劣化しまた剥離することが防止される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面に基づいて説明するに、図１には本発明に係る電解水生成装置の一例が示されている。当該電解水生成装置は、電解槽１１、２枚の隔膜１２ａ，１２ｂ、および３枚の電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃを備えている。各隔膜１２ａ，１２ｂはイオン透過能を有するものであって、第１隔膜１２ａは電解槽１１内の略中央部に配設されて電解槽１１内を２つの隔室に区画しており、これらの隔室の一方には第１電極１３ａと第２電極１３ｂが配設され、かつこれらの隔室の他方には第３電極１３ｃが配設されている。
【００２４】
第１電極１３ａは第１隔膜１２ａから離れて配設されているとともに、第２電極１３ｂは第１隔膜１２ａに近接して、第１電極１３ａとは所定の間隔を保持して対向して配設されている。また、第３電極１３ｃは第１隔膜１２ａから離れて配設されている。これにより、一方の隔室は第１電極室１４ａに構成され、かつ他方の隔室は第２電極室１４ｂに構成されている。
【００２５】
第１電極室１４ａにおいては、その略中央部に第２隔膜１２ｂが配設されていて、第１電極室１４ａ内を第１電極１３ａを収容する第１収容室１４ａ1と、第２電極１３ｂを収容する第２収容室１４ａ2とに区画しているとともに、これら両収容室１４ａ1，１４ａ2の下流側に両収容室１４ａ1，１４ａ2を一体とする共通領域１４ａ3を形成している。
【００２６】
第１収容室１４ａ1内の第１電極１３ａは直流電源１５ａの正極側に接続されているとともに、第２収容室１４ａ2内の第２電極１３ｂは直流電源１５ａの負極側に接続されており、かつ第２電極室１４ｂ内の第３電極１３ｃは直流電源１５ａの負極側に接続されている。また、第３電極１３ｃと直流電源１５ａの接続回路には可変抵抗器１５ｂが介装されている。なお、各電極においては、第１，第３電極１３ａ，１３ｃとして平板状の電極が採用され、第２電極としてラスメタルの電極が採用されている。
【００２７】
電解槽１１においては、第１電極室１４ａおよび第２電極室１４ｂに希薄食塩水を供給するための供給管路１６ａ，１６ｂと、各電極室１４ａ，１４ｂの生成水を流出させるための流出管路１７ａ，１７ｂが接続されている。各供給管路１６ａ，１６ｂは供給ポンプ１６ｃを介して希薄食塩水の貯溜タンク１８に接続されている。また、貯溜タンク１８は水道水の供給源に接続されていて、貯溜タンク１８内にて所望濃度の希薄食塩水が調製し得るようになっている。なお、符号１６ｄ，１６ｅは流量調整バルブを示す。
【００２８】
このように構成した電解水生成装置においては、希薄食塩水が貯溜タンク１８から各供給管路１６ａ，１６ｂを通して電解槽１１の各電極室１４ａ，１４ｂへ供給されるとともに、直流電源１５ａから各電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃに所定値の電流が付与されて電解処理が行われ、各電極室１４ａ，１４ｂ内で生成された電解水は各流出管路１７ａ，１７ｂを通して外部へ流出する。この場合、第１電極室１４ａ内では希薄食塩水の電解が行われ、かつ第１電極室１４ａと第２電極室１４ｂ間で電気透析が行われる。
【００２９】
第１電極室１４ａ内での電解は、第２隔膜１２ｂを介在させた有隔膜電解であって、第１収容室１４ａ1内では強酸性水が生成されるとともに、第２収容室１４ａ2内では強アルカリ性水が生成されるが、これらの生成水は両収容室１４ａ1，１４ａ2が一体となる共通領域１４ａ3にて混合して弱アルカリ性の電解水となる。また、電気透析により、第１電極室１４ａ内の生成水中のナトリウムイオン等の陽イオン成分が第２電極室１４ｂ内へ移動し、第１電極室１４ａの共通領域１４ａ3内の電解水は、陽イオン成分の移動量に応じてｐＨが漸次低くなって中性〜酸性水となり、流出管路１７ａを通して外部へ流出する。これに対して、第２電極室１４ｂでは、陽イオン成分の移動量に応じてアルカリ性が漸次高くなり、アルカリ性水が生成される。第２電極室１４ｂ内のアルカリ性水は、流出管路１７ｂを通して外部へ流出する。
【００３０】
従って、陽イオン成分の移動量を調整することにより、第１電極室１４ａの共通領域１４ａ3内の電解水のｐＨを３〜７の範囲の任意の値に調整することができる。この場合、第３電極１３ｃと直流電源１５ａとの接続回路に介装した可変抵抗器１５ｂを操作して抵抗を適宜調整することにより、第１電極室１４ａ内での電解水の生成量、第１電極室１４ａ内から第２電極室１４ｂ内へ移動する陽イオン成分の移動量を調整することができて、第１電極室１４ａの共通領域１４ａ3内で生成される電解水のｐＨを任意の範囲に調整することができる。
【００３１】
ところで、電解水生成装置においては、第１電極室１４ａの第１収容室１４ａ1側では強酸性の電解水が生成されるとともに、第２収容室１４ａ2側では強アルカリ性の電解水が生成される。しかしながら、各電極１３ａ，１３ｂは第２隔膜１２ｂにて形成された各収容室１４ａ1，１４ａ2に配設されているため、第２電極１３ｂは強酸性の電解水から隔離されていて同電解水とは接触することがなく、同電解水との接触に起因して電極の被覆膜が剥離したり、劣化するようなおそれはない。
【００３２】
また、当該電解水生成装置においては、第１電極室１４ａでは、第１，第２両電極１３ａ，１３ｂが互いに対向して配設されるために接近しており、また電解効率を考慮して両電極１３ａ，１３ｂはできるかぎり接近させたとしても、両電極１３ａ，１３ｂは第２隔膜１２ｂを挟んで互いに対向しているため、電解時に両電極１３ａ，１３ｂで電流が局部的に集中することはない。このため、両電極１３ａ，１３ｂの被覆膜が電流の局部的な集中により、局部的に劣化しまた剥離するようなことがない。
【００３３】
図２には、本発明に係る電解水生成装置の他の一例が示されている。当該電解水生成装置は上記した電解水生成装置と同様に、電解槽１１、各隔膜１２ａ，１２ｂ、各電極１３ａ〜１３ｃ、各電極室１４ａ，１４ｂ、直流電源１５ａ、可変抵抗器１５ｂにより構成されている。しかしながら、当該電解水生成装置においては上記した電解水生成装置とは、各電極１３ａ〜１３ｃの直流電源１５ａに対する接続関係、および採用する被電解水を異にしている。
【００３４】
当該電解水生成装置において、第１電極１３ａは直流電源１５ａの負極側に接続され、かつ第２電極１３ｂと第３電極１３ｃとは直流電源１５ａの正極側に接続されていて、第３電極１３ｃと直流電源１５ａの接続回路には可変抵抗器１５ｂが介装されている。
【００３５】
電解槽１１においては、第１電極室１４ａに供給管路１６ａおよび流出管路１７ａが接続され、かつ第２電極室１４ｂに供給管路１６ｂおよび流出管路１７ｂが接続されているが、第１電極室１４ａ内には貯溜タンク１８から高濃度食塩水（１０重量％〜２０重量％）が供給管路１６ａを通して供給される。供給された高濃度食塩水は、第１電極室１４ａ内に所定時間滞留してこの間電解と電気透析を受け、所定時間経過後に流出管路１７ａを通して排出される。また、第２電極室１４ｂ内へは供給管路１６ｂを通して水道水が供給され、第２電極室１４ｂ内で生成された電解水は流出管路１７ｂを通して順次流出される。
【００３６】
このように構成した電解水生成装置においては、第１電極室１４ａ内では滞留している高濃度の食塩水が電解されるとともに、同電極室１４ａ内で生成された塩素イオン、塩素酸イオン等の陰イオン成分が第２電極室１４ｂ内へ移動し、第１電極室１４ａ内の電解水は陰イオン成分の移動量に応じてｐＨが漸次高くなる。これに対して、第２電極室１４ｂ内に供給された水道水は陰イオン成分の移入量に応じて酸性側に移行する。これにより、第２電極室１４ｂ内では酸性水が生成される。
【００３７】
従って、当該電解水生成装置においては、第１電極室１４ａ内から第２電極室１４ｂ内への陰イオン成分の移動量を調整することにより、第２電極室１４ｂ内においてｐＨ３〜７の範囲の任意の値の電解水を生成することができる。
【００３８】
このように、当該電解水生成装置においては、第１電極室１４ａ内へは高濃度の食塩水を供給して、所定時間第１電極室１４ａ内に滞留させた状態で電解および電気透析を行うものであるから、食塩を最大限電解に利用することができるとともに、生成されるアルカリ性水の排出量を低減し得て、使用する食塩に対する電解効率を著しく向上させることができる。
【００３９】
なお、当該電解水生成装置における各電極の保護、およびその他の作用効果については、上記した第１の例における電解水生成装置と同様である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例に係る電解水生成装置の概略構成図である。
【図２】本発明の他の一例に係る電解水生成装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１１…電解槽、１２ａ，１２ｂ…隔膜、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…電極、１４ａ，１４ｂ…電極室、１４ａ1，１４ａ2…収容室、１４ａ3…共通領域、１５ａ…直流電源、１５ｂ…可変抵抗器、１６ａ，１６ｂ…供給管路、１７ａ，１７ｂ…流出管路。

Claims

イオン透過能を有する隔膜にて区画して形成された一対の隔室を有する電解槽と、同電解槽の一方の隔室に互いに対向して配設されて同隔室を第１の電極室に構成する第１の電極および第２の電極と、前記電解槽の他方の隔室に配設されて同隔室を第２の電極室に構成する第３の電極を備え、前記第１の電極室内で食塩水の電解を行うとともに、前記第１および第２の電極室間で電気透析を行う電解水生成装置であり、前記第１の電極室に前記第１の電極と第２の電極を隔離する第２の隔膜を配設して、同第１の電極室内に前記第１の電極を収容する第１の収容室と、前記第２の電極を収容する第２の収容室と、これら両収容室の下流側にて両収容室が一体となる共通領域を形成したことを特徴とする電解水生成装置。
請求項１に記載の電解水生成装置において、前記第１の電極を直流電源の一方の極側に接続するとともに、前記第２，第３の電極を前記直流電源の他方の極側に接続し、かつ前記第３の電極の前記直流電源に対する接続回路に可変抵抗器を介装したことを特徴とする電解水生成装置。
請求項２に記載の電解水生成装置において、前記第１の電極を直流電源の正極側に接続するとともに、前記第２，第３の電極を前記直流電源の負極側に接続し、前記第１の電極室内で希薄食塩水の電解を行うように構成したことを特徴とする電解水生成装置。
請求項３に記載の電解水生成装置において、前記第１の電極室内に希薄食塩水を供給するとともに、前記第２の電極室内に希薄食塩水または水を供給するように構成したことを特徴とする電解水生成装置。
請求項２に記載の電解水生成装置において、前記第１の電極を直流電源の負極側に接続するとともに、前記第２，第３の電極を前記直流電源の正極側に接続し、前記第１の電極室内で高濃度食塩水の電解を行うように構成したことを特徴とする電解水生成装置。
請求項５に記載の電解水生成装置において、前記第１の電極室内に高濃度食塩水を供給するとともに、前記第２の電極室内に水を供給するように構成したことを特徴とする電解水生成装置。
請求項６に記載の電解水生成装置において、高濃度食塩水を前記第１の電極室内に所定時間滞留させるとともに、この間水を前記第２の電極室内を流通させるように構成したことを特徴とする電解水生成装置。