JP3786863B2 - 洗浄水の製造装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械・金属・エレクトロニクスをはじめとする洗浄分野全般、特に工業部品洗浄及び食品加工工業に用いて好適な洗浄水の製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
機械・金属・エレクトロニクス分野では、それぞれの生産過程で様々な洗浄工程があるが、例えば、フロンやエタンなどの有機塩素化合物（揮発性有機化合物）は法規制により使用が禁止あるいは制限されており、短時間に高い清浄度が得られ、しかも生物や環境に安全である代替洗浄剤の開発が求められてきた。
【０００３】
上記の有機塩素化合物に代って登場した炭化水素洗浄剤も代替洗浄剤のひとつであるが、引火性や作業環境の面で問題をかかえている。また、近年、界面活性剤を用いた水系洗浄も注目を集め、用途に合せた工業用洗剤が市販され実用化が進んでいる。しかし、水系洗浄は洗浄効果を上げる為に界面活性剤等の薬品を使用するため、この界面活性剤を洗い流すリンス工程が必要となり、大量のリンス水が必要となる。又、界面活性剤は有機物であるため排水基準であるＢＯＤ．ＣＯＤに該当し、排水基準を満たす為には大規模な排水処理設備を必要とする問題がある。
【０００４】
そこで、水を電気分解することによって生成した生成水を洗浄水として用いることが考えられ、既に、特開平７−７３４０９号公報、特開平７−１６６１９７号公報、特開平９−１３７２８７号、及び、特開平１０−１９２８６０号公報等に見られるように幾つかの出願も成されているが、しかし、これ等の出願に記載の発明では、洗浄力の基準をｐＨやＯＲＰ、表面張力といった数値のみで洗浄力を判断しており、洗浄力と電気分解における相関もあいまいであった。
【０００５】
例えば、上記の特開平１０−１９２８６０号公報には、水のｐＨが８．０〜１３．０以下、酸化還元電位が−１００〜−１０００ｍｖ、残留塩素濃度が５ｐｐｍ以下、表面張力が３０〜７０ｄｙｎ／ｃｍを範囲とし、塩類を０〜４００ｐｐｍ添加して直流４０〜８０ｖで電気分解するという記述がある。
【０００６】
ところが、ＪＩＳ Ｋ３３６２洗浄試験に基づき本出願人独自の方法にて洗浄試験を各条件での電解水に対して行ったところ、ｐＨが１１を超える強アルカリであり、且つ、酸化還元電位が−８００ｍｖを超えている電解水においても、電解条件の違いによっては洗浄力に大きな違いがあることが判った。このことは、ｐＨや酸化還元電位だけでは洗浄力を判断する材料にならないことを意味している。
【０００７】
ｐＨがアルカリということは、水素イオン濃度が低い＝水酸化物イオン濃度が高いということであるが、水酸化物イオンを有する水酸化カルシウムの様に洗浄剤として通常使用しない化合物も有り、全てが洗浄に寄与している訳ではない。従ってｐＨがアルカリであるということによって洗浄力がある可能性を示すことは出来るが、断定することは出来ない。
【０００８】
また、酸化還元電位が低いということは還元性があるということである。しかし還元性物質の中には洗浄力を持たないチオ硫酸Ｎａ等も含まれるため、還元性があるからといって、必ずしも洗浄力があるとはいえない。隔膜電解における陰極水は還元電位が極めて低くなり、薬品等で処理した水との相違点としての判断は可能であるが、洗浄力との相関については、２次３次的な要素であり直接的な判断材料ではないと考えられる。
【０００９】
また、残留塩素濃度５ｐｐｍ以下という基準については、塩素発生自体が陽極側のみの反応であることが周知の事実であることから、記述にあるように塩類の添加量によるものではなく、陰極側での塩素反応は、陽極側からの流出することが原因であると考えることが出来る。要するに、塩素イオンは洗浄力を左右するものではなく、錆の要因であって、少い方がよいだけである。
【００１０】
更に上記の公報には、表面張力について（３０〜７０ｄｙｎ／ｃｍ）の記述があるが、低い表面張力が洗浄効果を上げることは事実である。しかし幾つかの試験条件において、７０ｄｙｎ／ｃｍ以下の電解水を生成することが出来なかった（神奈川県産業技術研究所協力による）。一般的に無機物は表面張力が高く、有機物は低いことが知られている。界面活性剤や溶剤は全て有機物であり、電気分解において添加する塩類は全て無機物である。無機物を電気分解して有機物を生成することは常識では不可能であり、このことからも電気分解において表面張力を大きく下げることは難しいものと考えられる。
【００１１】
以上述べたように、洗浄力には絶対数値がなく、物理的な洗浄作用を加えれば純水、市水のみでも洗浄効果を得ることができる。しかし実際は市販の洗浄剤等と比較し運用を行う必要がある以上、一定以上の洗浄効果を有する洗浄水と、その製造方法及び製造装置が不可欠であるという結論に至った。
【００１２】
そこで本件出願人は、先の特願２００１−１６８９５６に見られるように、市販の洗浄剤に対応できる優れた洗浄能力を備えた洗浄水と、その製造方法及び製造装置の開発に成功した。
【００１３】
上記出願に係る発明によれば、電気伝導度が２０〜５００ｍｓ／ｍの範囲で、塩化ナトリウム水溶液を０．２〜１．２クーロンの範囲で電気分解することにより、アルカリ濃度が０．００３ｍｏｌ／１〜０．０２ｍｏｌ／１で、アルカリ比が０．３〜０．０５の範囲内の洗浄水、即ち、水道水よりも腐食性が少くて人体に対する影響が少く、使用上安全で、且つ、優れた洗浄力を発揮することができる洗浄水（電解アルカリ性水）を提供できると共に、隔膜として電気抵抗が０．０１〜０．０００１Ωｃｍ2であり、平均孔径が０．２〜３．５μｍの範囲内のものを用いて生成するため、陽極水が陰極室側に混入することがなく、また、電気抵抗もあまり大きくすることなく、洗浄水を安定した状態で生成できる特徴を備えている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、実際に洗浄水（電解アルカリ性水）のアルカリ濃度やアルカリ比を洗浄の現場で測定するには、例えば、ＪＩＳ標準試薬や特級試薬スルファミン酸を用いてモル（ｍｏｌ）濃度を算出したり、指示薬（ＢＴＢ溶液）を加えたスルファミン酸標準溶液に、ナトリウム水溶液（原水）を滴下して濃度を算出するといった、高度な専門知識を必要とする滴定法が不可欠であるため、各数値を測定するには、手間と時間が掛る問題があって、洗浄現場での取扱いを難しくしていた。
【００１５】
そこで本発明の技術的課題は、電解槽から生成される電解アルカリ性水のアルカリ濃度を自動的に算出できると共に、電解アルカリ性水のアルカリ濃度を自動的に所定値内に維持できるように工夫した洗浄水の製造装置を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の技術的課題を解決するために本発明で講じた手段は以下の如くである。
【００１７】
ナトリウム化合物又はカリウム化合物を主成分とする電解質を、水道水又は純水に添加して電気伝導度が２０〜５００ｍｓ／ｍに成るように調整した原水を、陽陰両極間に隔膜が存在する有隔膜電解槽に入れて電気分解することにより、陰極側より電解アルカリ性水を生成するように構成した洗浄水の製造装置であって、
【００１８】
（１） 上記電解槽の隔膜を、電気抵抗が０．０１〜０．０００１Ωｃｍ2で、平均孔径が０．２〜３．５μｍに構成し、上記電解アルカリ性水の出水側にｐＨ計を設け、上記原水の導入側又は電解アルカリ性水の出水側のいずれかに水温計を設けると共に、装置に設けた演算装置に、上記ｐＨ計及び水温計が検出した各データと、下記の計算式に基づいて、電解アルカリ性水のアルカリ濃度を算出するアルカリ濃度算出手段と、
【数１】
上記電解槽の電解電流値、上記電解質の供給量、或は、上記原水の供給量のいずれか、又は、これ等の組合せを制御することにより、上記電解アルカリ性水のアルカリ濃度を所定値内に維持するアルカリ濃度制御手段を具備せしめること。（請求項１）
【００１９】
（２） 電解槽の陰極側で生成された電解アルカリ性水を、洗浄装置の洗浄槽に給水して各種の洗浄を行うように構成すると共に、上記電解アルカリ性水のｐＨ値と水温を上記洗浄槽に設けたｐＨ計と水温計で検出して、これ等各検出データと前述した計算式とに基づいて、上記電解アルカリ性水のアルカリ濃度を検出し、アルカリ濃度の劣化が見られた際に、上記電解槽による電解アルカリ性水の生成と給水を再開して、上記洗浄槽内に収容されている既存の電解アルカリ性水をオーバーフロー等によって排水するように構成すること。（請求項２）
【００２０】
（３） アルカリ濃度の劣化によって洗浄槽から排水される使用済み電解アルカリ性水を、電解質を添加しながら再び電解槽の陰極側に循環させて電気分解するように構成すること。（請求項３）
【００２１】
上記（１）で述べた請求項１に係る手段によれば、電解槽の隔膜として、電気抵抗が０．０１〜０．０００１Ωｃｍ２で、平均孔径が０．２〜３．５μｍのものを使用するため、陽極水が陰極室側に混入することがなく、且つ、電気抵抗をあまり大きくすることなく、洗浄水（電解アルカリ性水）を安定した状態で生成することができる。
また、装置に設けた演算装置が、ｐＨ計と水温計から得られたデータより補正ｐＨを算出して、前述した計算式によって上記電解アルカリ性水のアルカリ濃度を算出できると共に、この算出したアルカリ濃度を生成装置側にフィードバックさせて生成条件を可変調節することによって、安定したアルカリ濃度を保つことができるため、洗浄に適したアルカリ濃度の電解アルカリ性水を、面倒な手間を掛けることなく自動的に生成することを可能にする。
【００２２】
上記（２）で述べた請求項２に係る手段によれば、電解アルカリ性水のアルカリ濃度を、ワーク洗浄によって劣化した洗浄槽の中で確認することができ、劣化が見られた際には電解槽による生成と給水を再開して、洗浄槽に収容されている旧洗浄水（使用済み電解アルカリ性水）をオーバーフロー等で排水するため、洗浄槽内に於ける洗浄水のアルカリ濃度を一定に保って、安定した洗浄作用を発揮することを可能にする。
【００２３】
上記（３）で述べた請求項３に係る手段によれば、洗浄槽からオーバーフロー等によって排水される電解アルカリ性水を、再び電解槽に送り戻して利用する循環式を採用しているため、アルカリ濃度が所定値以下となった電解アルカリ性水をそのまま排水する流水式に比較して、リサイクル的観念から優れた安定性と、経済性を発揮することを可能にする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に、上述した本発明に係る洗浄水の製造装置を図面と共に説明すると、図１は本発明の装置の基本構成を説明した構成図であって、図中、１は有隔膜電解槽（以下単に電解槽と言う）、１Ｔはその電解槽１の内部を陽極室２と陰極室３の左右２室に仕切る隔膜で、この隔膜１Ｔは電気抵抗が０．０１〜０．０００１Ωｃｍ2、平均孔径が０．２〜３．５μｍに構成されている。
【００２５】
４は水道水又は純水に対して、ナトリウム化合物やカリウム化合物等から成る電解質を添加した原水を、上記の電解槽１に供給する給水パイプで、１Ｈはこの給水パイプ４に通じる各陽極室２と陰極室３の入水口（入水パイプ）を示す。
【００２６】
７は上記の電解質を収容した電解添加剤タンク、８はこのタンク７と給水パイプ４の間を結ぶ連結パイプ、７Ｐは連結パイプ８の途中に設けたポンプで、ポンプ７Ｐは制御プログラムを格納した制御基板１３からの指令に従って、必要量の電解質を連結パイプ８を通して上記の水道水、又は、純水に添加することにより、電気伝導度が２０〜５００ｍｓ／ｍになるように調整した原水を作って、上記電解槽１に給水する仕組成っている。
【００２７】
１４は上記陽極室２と陰極室３の内部に設けた各電極２Ｘ，３Ｘ用の電源基板で、この電源基板１４は前述した制御基板１３に制御されて、各電極２Ｘ，３Ｘに供給する電気量を１ｍｌ当り０．２〜１．２クーロンの範囲に調節する仕組に成っており、その結果、上記電解槽１の陰極室３側からは、アルカリ濃度が０．００３ｍｏｌ／ｌ〜０．０２ｍｏｌ／ｌで、アルカリ比が０．３〜０．０５の範囲内の電解アルカリ性水、即ち、本発明に係る洗浄水が生成される仕組に成っている。
【００２８】
１０と１１は、上述した陽極室２と陰極室３の各取出し側（出水側）に接続した出水パイプ（出水口）で、電解アルカリ性水が生成されて出水される陰極室３側の出水パイプ１１には、電解アルカリ性水のｐＨを測定するｐＨ計１２が設けられ、上記給水パイプ４の原水導入口近くには、原水の水温を検出する水温計５と、原水の水量を前記制御基板１３からの電気信号によって調節する調節弁６が設けられている。水温計５は、通常の場合サーミスターを使用した金属であり、水量調節弁６も同じく金属製であって、いずれも腐食の懸念があるため、図１に示した実施例では原水導入口近くに配置されている。
【００２９】
上記電解アルカリ性水のｐＨを測定するｐＨ計１２は、ガラス電極に発生する起電力によって測定を行う。ガラス電極内の溶液は温度によって変化する為、温度による起電力の変化を補償する機能が付随しており、温度補償機能と呼ばれている。しかし同一サンプルにて温度の変化によりｐＨ値が変る場合がありその場合はサンプル水の温度特性を加味し補正を行う必要がある。これが補正ｐＨである。本発明の場合、サンプル水は電解アルカリ性水である為、先ず公式に基づく計算式を作成し、その後、実際に電解アルカリ性水の測定データを照合させ、計算式の妥当性を評価して多少の補正を加えた。
【００３０】
次に、補正ｐＨからアルカリ濃度への変換について記述する。
アルカリ濃度の測定方法は水酸化ナトリウム濃度の測定方法と同一である。これは電解槽１の陰極室３側に生成される物質を水酸化ナトリウムであると想定し行う測定であり、本発明でも同様にｐＨから水酸化ナトリウム濃度を算出する公式に当てはめて演算を行った。また、計算式の妥当性については補正ｐＨと同様の電解アルカリ性水の測定データと照らし合せて補正を行った。
【００３１】
以上の考え方に基づき、上述したｐＨ計１２と水温計５が測定した電解アルカリ性水のｐＨと水温より補正ｐＨを算出し、この値よりアルカリ濃度への変換を行う。得られたアルカリ濃度は、必要に応じてｍｏｌ／１やｐｐｍ等の単位を付加し、装置表示部（図示省略）にて表示すると共に、得られた濃度情報から、アルカリ濃度が所定の範囲内から逸脱している場合には、制御基板１３（演算装置）が生成条件を可変させて、アルカリ濃度を所定の範囲内に調整する仕組に成っている。
【００３２】
上記制御基板１３による生成条件の可変は、単位水量あたりの電気量（Ｃ／ｍｌ）及び電解質の添加量による電気伝導度が望ましい。電気量については電解電流（Ａ）及び生成水量（１／ｍｉｎ）により算出される為、電源基板１４を制御して電解電流値又は生成流量をコントロールすることで性状を可変させることが可能となる。電解質の添加量による電気伝導度の可変は、電解質を溶解させた水溶液を移送するポンプ７Ｐの吐水量をコントロールすることで実現が可能となる。
【００３３】
上記補正ｐＨからアルカリ濃度を算出する計算式を以下に示す。
【数１】
尚、図７は測定温度（ｔ）に於ける上記電解水のイオン積値（Ｋ）を導くための実験式を現わしたグラフである。
【００３４】
図２は、本発明に係る洗浄水の製造装置の他の実施例を示したものであって、前記図１に示した基本構成とは、水温計５を電解アルカリ性水の出水パイプ１１側に設けた点で、構成が相違する。
電気分解の条件にもよるが、電気エネルギーが熱に変って水温が数度上昇する場合があり、その為、水温をより正確に測定するには、電解槽１の出水側に水温計５を設けて水温を測定するのが望ましい。また、水温計５のサーミスタは、耐薬品性の高いものを用いるのが望ましい。
【００３５】
図３は、本発明の他の実施例を示したものであって、前記図１に示した基本構成とは、水温計５と、水量調節弁６，６を電解槽１の出水パイプ１０，１１側に設けた点で、構成が相違する。
水温計５は水温をより正確に測定するために、電解槽１の出水側に設けることが望ましく、また、水量調節は電解槽１の外部負荷によって、酸とアルカリ水量の変動が生じることを考えに入れると、水量調節弁６，６を出水パイプ１０，１１に設けて、２系統制御することが望ましい。尚、これ等各水量調節弁６，６も、上記水温計５のサーミスタと同様に耐薬品性の高いものを用いることが望ましい。
【００３６】
図４は、前記請求項２に係る発明に対応する構成を示したものであって、図中、１５は洗浄装置の洗浄槽で、電解槽１の陰極室３で生成された電解アルカリ性水は、出水パイプ１１を通して洗浄槽１５に送り込まれて、各種洗浄に使用される仕組に成っている。
【００３７】
また、水温計５とｐＨ計１２はこの洗浄槽１５に設けられていて、洗浄に用いる電解アルカリ性水（洗浄水）のｐＨと水温を計測して、ワーク洗浄によるアルカリ濃度の劣化具合を監視し、アルカリ濃度が所定値以下（例えば０．００３ｍｏｌ／１以下）に劣化した場合には、制御基板１３が電解槽１を再起動して電気分解を再開し、新たに生成した電解アルカリ性水を洗浄槽１５に送り込んで、使用済みの電解アルカリ性水をオーバーフローパイプ１６等を通して外部に排出し、洗浄槽１５内の洗浄水のアルカリ濃度を一定に維持するように構成されている。
【００３８】
図５は、図４に示した使用済み電解アルカリ性水を排水する流水式タイプの装置に代えて、アルカリ濃度が劣化した使用済み電解アルカリ性水を再び電解槽１の陰極室３に循環して、再利用するように工夫したリサイクル式（循環式）装置を示したものであって、図中、１５Ｓと１７Ｓは洗浄槽１５と電解酸性水のタンク１７内に設けたフロートスイッチで、これ等フロートスイッチ１５Ｓ，１７Ｓが水位の下限を検知すると、制御基板１３が電源基板１４に信号を送って電解槽１による電気分解を再開し、生成された各電解水が洗浄槽１５及び酸性水タンク１７に給水される仕組に成っている。
【００３９】
更に図中、１９と６Ｃは洗浄槽１５から排水される使用済みの電解アルカリ性水、或は、給水パイプ４より入水電磁弁２０Ｂ及び入水パイプ６Ｂを通って送り込まれて来る水道水又は純水のいずれか一方、又は両方を、ポンプ１９′の作動によって電解槽１の陰極室３に送り込むことができる循環パイプと供給パイプで、循環パイプ１９の途中に上述した水温計５とｐＨ計１２が設けられ、供給パイプ６Ｃの途中に、電解添加剤タンク７内の電解質をポンプ７Ｐによって送り込む連結パイプ８が接続されている。
【００４０】
また、６Ａは供給パイプ４を通して送られて来る水道水又は純水を、電解槽１の陽極室２に送り込む給水パイプ、２０Ａはこの給水パイプ６Ａに設けた入水電磁弁、１８は酸性水タンク１７内の電解酸性水を、上記の給水パイプ６Ａに循環する循環ポンプで、図面には一部省略されているが、上述した計３個のポンプ７Ｐ，１８，１９′と、入水電磁弁２０Ａ，２０Ｂ、及び、フロートスイッチ１５Ｓ，１７Ｓの全てが制御基板１３（演算装置）に接続されていて、水温計５とｐＨ計１２から送られて来るデータと、前述した計算式に基づいて、制御基板１３が演算した洗浄水のアルカリ濃度が所定値以下に下がると、制御基板１３がこれ等の各部を制御作動して電気分解を再開し、常に一定のアルカリ濃度を維持した一定水量の電解アルカリ性水を、洗浄槽１５内に貯水して、洗浄作業に供する仕組に成っている。
【００４１】
図６は、本発明に係る洗浄水の製造装置の動作を説明したフローチヤートであって、ステップＳ１で採取した電解アルカリ性水の水温とｐＨ値を、ステップＳ２及びＳ３で測定すると、ステップＳ４でこれ等各データと前記計算式に基づいて電解アルカリ性水のアルカリ濃度が演算処理され、次のステップＳ５でこのアルカリ濃度が表示される。ステップＳ６では演算されたアルカリ濃度が設定値内であるか否かが判定され、ＯＫの場合はステップＳ１に戻り、ＮＧの場合はステップＳ７に進む。
【００４２】
ステップＳ７では、演算されたアルカリ濃度が設定値の範囲よりも低いか高いかの判定を行い、低い（ＬＯＷ）場合は、ステップＳ８に進んでアルカリ濃度上昇手段を行使してステップＳ１に戻り、高い（ＨＩＧＨ）場合は、ステップＳ９に進んでアルカリ濃度下降手段を行使してステップＳ１に戻る。
【００４３】
上記ステップＳ８のアルカリ濃度上昇手段には、１：設定水量を下げる。２：電解電流値を上げる。３：電解質添加濃度を上げる。等の手段がある。また、上記ステップＳ９のアルカリ濃度下降手段には、１：設定水量を上げる。２：電解電流値を下げる。３：電解質添加濃度を下げる。等があり、これ等の各手段は、いずれも制御基板１３がプログラムに従って全て自動的に行う仕組に成っている。
【００４４】
【発明の効果】
以上述べた次第で、本発明に係る洗浄水の製造装置によれば、電気分解によって生成される洗浄水（電解アルカリ性水）のアルカリ濃度を算出することができ、また、この洗浄水のアルカリ濃度を所定値内に維持することができるため、洗浄に適したアルカリ濃度の洗浄水を安定提供して、優れた洗浄効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る洗浄水の製造装置の基本的な構成を説明した構成図である。
【図２】本発明の他の実施例の構成を説明した構成図である。
【図３】本発明の他の実施例の構成を説明した構成図である。
【図４】本発明の他の実施例の構成を説明した構成図である。
【図５】循環式に構成した本発明の実施例の構成を説明した構成図である。
【図６】本発明の動作を説明したフローチヤートである。
【図７】測定温度（ｔ）に於ける電解水のイオン積値を示したグラフである。
【符号の説明】
１ 電解槽
１Ｔ 隔膜
２ 陽極室
３ 陰極室
４ 給水パイプ
５ 水温計
６ 水量調節弁
７ 電解添加剤タンク
７Ｐ ポンプ
１２ ｐＨ計
１３ 制御基板
１４ 電源基板
１５ 洗浄槽
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械・金属・エレクトロニクスをはじめとする洗浄分野全般、特に工業部品洗浄及び食品加工工業に用いて好適な洗浄水の製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
機械・金属・エレクトロニクス分野では、それぞれの生産過程で様々な洗浄工程があるが、例えば、フロンやエタンなどの有機塩素化合物（揮発性有機化合物）は法規制により使用が禁止あるいは制限されており、短時間に高い清浄度が得られ、しかも生物や環境に安全である代替洗浄剤の開発が求められてきた。
【０００３】
上記の有機塩素化合物に代って登場した炭化水素洗浄剤も代替洗浄剤のひとつであるが、引火性や作業環境の面で問題をかかえている。また、近年、界面活性剤を用いた水系洗浄も注目を集め、用途に合せた工業用洗剤が市販され実用化が進んでいる。しかし、水系洗浄は洗浄効果を上げる為に界面活性剤等の薬品を使用するため、この界面活性剤を洗い流すリンス工程が必要となり、大量のリンス水が必要となる。又、界面活性剤は有機物であるため排水基準であるＢＯＤ．ＣＯＤに該当し、排水基準を満たす為には大規模な排水処理設備を必要とする問題がある。
【０００４】
そこで、水を電気分解することによって生成した生成水を洗浄水として用いることが考えられ、既に、特開平７−７３４０９号公報、特開平７−１６６１９７号公報、特開平９−１３７２８７号、及び、特開平１０−１９２８６０号公報等に見られるように幾つかの出願も成されているが、しかし、これ等の出願に記載の発明では、洗浄力の基準をｐＨやＯＲＰ、表面張力といった数値のみで洗浄力を判断しており、洗浄力と電気分解における相関もあいまいであった。
【０００５】
例えば、上記の特開平１０−１９２８６０号公報には、水のｐＨが８．０〜１３．０以下、酸化還元電位が−１００〜−１０００ｍｖ、残留塩素濃度が５ｐｐｍ以下、表面張力が３０〜７０ｄｙｎ／ｃｍを範囲とし、塩類を０〜４００ｐｐｍ添加して直流４０〜８０ｖで電気分解するという記述がある。
【０００６】
ところが、ＪＩＳ Ｋ３３６２洗浄試験に基づき本出願人独自の方法にて洗浄試験を各条件での電解水に対して行ったところ、ｐＨが１１を超える強アルカリであり、且つ、酸化還元電位が−８００ｍｖを超えている電解水においても、電解条件の違いによっては洗浄力に大きな違いがあることが判った。このことは、ｐＨや酸化還元電位だけでは洗浄力を判断する材料にならないことを意味している。
【０００７】
ｐＨがアルカリということは、水素イオン濃度が低い＝水酸化物イオン濃度が高いということであるが、水酸化物イオンを有する水酸化カルシウムの様に洗浄剤として通常使用しない化合物も有り、全てが洗浄に寄与している訳ではない。従ってｐＨがアルカリであるということによって洗浄力がある可能性を示すことは出来るが、断定することは出来ない。
【０００８】
また、酸化還元電位が低いということは還元性があるということである。しかし還元性物質の中には洗浄力を持たないチオ硫酸Ｎａ等も含まれるため、還元性があるからといって、必ずしも洗浄力があるとはいえない。隔膜電解における陰極水は還元電位が極めて低くなり、薬品等で処理した水との相違点としての判断は可能であるが、洗浄力との相関については、２次３次的な要素であり直接的な判断材料ではないと考えられる。
【０００９】
また、残留塩素濃度５ｐｐｍ以下という基準については、塩素発生自体が陽極側のみの反応であることが周知の事実であることから、記述にあるように塩類の添加量によるものではなく、陰極側での塩素反応は、陽極側からの流出することが原因であると考えることが出来る。要するに、塩素イオンは洗浄力を左右するものではなく、錆の要因であって、少い方がよいだけである。
【００１０】
更に上記の公報には、表面張力について（３０〜７０ｄｙｎ／ｃｍ）の記述があるが、低い表面張力が洗浄効果を上げることは事実である。しかし幾つかの試験条件において、７０ｄｙｎ／ｃｍ以下の電解水を生成することが出来なかった（神奈川県産業技術研究所協力による）。一般的に無機物は表面張力が高く、有機物は低いことが知られている。界面活性剤や溶剤は全て有機物であり、電気分解において添加する塩類は全て無機物である。無機物を電気分解して有機物を生成することは常識では不可能であり、このことからも電気分解において表面張力を大きく下げることは難しいものと考えられる。
【００１１】
以上述べたように、洗浄力には絶対数値がなく、物理的な洗浄作用を加えれば純水、市水のみでも洗浄効果を得ることができる。しかし実際は市販の洗浄剤等と比較し運用を行う必要がある以上、一定以上の洗浄効果を有する洗浄水と、その製造方法及び製造装置が不可欠であるという結論に至った。
【００１２】
そこで本件出願人は、先の特願２００１−１６８９５６に見られるように、市販の洗浄剤に対応できる優れた洗浄能力を備えた洗浄水と、その製造方法及び製造装置の開発に成功した。
【００１３】
上記出願に係る発明によれば、電気伝導度が２０〜５００ｍｓ／ｍの範囲で、塩化ナトリウム水溶液を０．２〜１．２クーロンの範囲で電気分解することにより、アルカリ濃度が０．００３ｍｏｌ／１〜０．０２ｍｏｌ／１で、アルカリ比が０．３〜０．０５の範囲内の洗浄水、即ち、水道水よりも腐食性が少くて人体に対する影響が少く、使用上安全で、且つ、優れた洗浄力を発揮することができる洗浄水（電解アルカリ性水）を提供できると共に、隔膜として電気抵抗が０．０１〜０．０００１Ωｃｍ2であり、平均孔径が０．２〜３．５μｍの範囲内のものを用いて生成するため、陽極水が陰極室側に混入することがなく、また、電気抵抗もあまり大きくすることなく、洗浄水を安定した状態で生成できる特徴を備えている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、実際に洗浄水（電解アルカリ性水）のアルカリ濃度やアルカリ比を洗浄の現場で測定するには、例えば、ＪＩＳ標準試薬や特級試薬スルファミン酸を用いてモル（ｍｏｌ）濃度を算出したり、指示薬（ＢＴＢ溶液）を加えたスルファミン酸標準溶液に、ナトリウム水溶液（原水）を滴下して濃度を算出するといった、高度な専門知識を必要とする滴定法が不可欠であるため、各数値を測定するには、手間と時間が掛る問題があって、洗浄現場での取扱いを難しくしていた。
【００１５】
そこで本発明の技術的課題は、電解槽から生成される電解アルカリ性水のアルカリ濃度を自動的に算出できると共に、電解アルカリ性水のアルカリ濃度を自動的に所定値内に維持できるように工夫した洗浄水の製造装置を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の技術的課題を解決するために本発明で講じた手段は以下の如くである。
【００１７】
ナトリウム化合物又はカリウム化合物を主成分とする電解質を、水道水又は純水に添加して電気伝導度が２０〜５００ｍｓ／ｍに成るように調整した原水を、陽陰両極間に隔膜が存在する有隔膜電解槽に入れて電気分解することにより、陰極側より電解アルカリ性水を生成するように構成した洗浄水の製造装置であって、
【００１８】
（１） 上記電解槽の隔膜を、電気抵抗が０．０１〜０．０００１Ωｃｍ2で、平均孔径が０．２〜３．５μｍに構成し、上記電解アルカリ性水の出水側にｐＨ計を設け、上記原水の導入側又は電解アルカリ性水の出水側のいずれかに水温計を設けると共に、装置に設けた演算装置に、上記ｐＨ計及び水温計が検出した各データと、下記の計算式に基づいて、電解アルカリ性水のアルカリ濃度を算出するアルカリ濃度算出手段と、
【数１】
【００１９】
（２） 電解槽の陰極側で生成された電解アルカリ性水を、洗浄装置の洗浄槽に給水して各種の洗浄を行うように構成すると共に、上記電解アルカリ性水のｐＨ値と水温を上記洗浄槽に設けたｐＨ計と水温計で検出して、これ等各検出データと前述した計算式とに基づいて、上記電解アルカリ性水のアルカリ濃度を検出し、アルカリ濃度の劣化が見られた際に、上記電解槽による電解アルカリ性水の生成と給水を再開して、上記洗浄槽内に収容されている既存の電解アルカリ性水をオーバーフロー等によって排水するように構成すること。（請求項２）
【００２０】
（３） アルカリ濃度の劣化によって洗浄槽から排水される使用済み電解アルカリ性水を、電解質を添加しながら再び電解槽の陰極側に循環させて電気分解するように構成すること。（請求項３）
【００２１】
上記（１）で述べた請求項１に係る手段によれば、電解槽の隔膜として、電気抵抗が０．０１〜０．０００１Ωｃｍ２で、平均孔径が０．２〜３．５μｍのものを使用するため、陽極水が陰極室側に混入することがなく、且つ、電気抵抗をあまり大きくすることなく、洗浄水（電解アルカリ性水）を安定した状態で生成することができる。
また、装置に設けた演算装置が、ｐＨ計と水温計から得られたデータより補正ｐＨを算出して、前述した計算式によって上記電解アルカリ性水のアルカリ濃度を算出できると共に、この算出したアルカリ濃度を生成装置側にフィードバックさせて生成条件を可変調節することによって、安定したアルカリ濃度を保つことができるため、洗浄に適したアルカリ濃度の電解アルカリ性水を、面倒な手間を掛けることなく自動的に生成することを可能にする。
【００２２】
上記（２）で述べた請求項２に係る手段によれば、電解アルカリ性水のアルカリ濃度を、ワーク洗浄によって劣化した洗浄槽の中で確認することができ、劣化が見られた際には電解槽による生成と給水を再開して、洗浄槽に収容されている旧洗浄水（使用済み電解アルカリ性水）をオーバーフロー等で排水するため、洗浄槽内に於ける洗浄水のアルカリ濃度を一定に保って、安定した洗浄作用を発揮することを可能にする。
【００２３】
上記（３）で述べた請求項３に係る手段によれば、洗浄槽からオーバーフロー等によって排水される電解アルカリ性水を、再び電解槽に送り戻して利用する循環式を採用しているため、アルカリ濃度が所定値以下となった電解アルカリ性水をそのまま排水する流水式に比較して、リサイクル的観念から優れた安定性と、経済性を発揮することを可能にする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に、上述した本発明に係る洗浄水の製造装置を図面と共に説明すると、図１は本発明の装置の基本構成を説明した構成図であって、図中、１は有隔膜電解槽（以下単に電解槽と言う）、１Ｔはその電解槽１の内部を陽極室２と陰極室３の左右２室に仕切る隔膜で、この隔膜１Ｔは電気抵抗が０．０１〜０．０００１Ωｃｍ2、平均孔径が０．２〜３．５μｍに構成されている。
【００２５】
４は水道水又は純水に対して、ナトリウム化合物やカリウム化合物等から成る電解質を添加した原水を、上記の電解槽１に供給する給水パイプで、１Ｈはこの給水パイプ４に通じる各陽極室２と陰極室３の入水口（入水パイプ）を示す。
【００２６】
７は上記の電解質を収容した電解添加剤タンク、８はこのタンク７と給水パイプ４の間を結ぶ連結パイプ、７Ｐは連結パイプ８の途中に設けたポンプで、ポンプ７Ｐは制御プログラムを格納した制御基板１３からの指令に従って、必要量の電解質を連結パイプ８を通して上記の水道水、又は、純水に添加することにより、電気伝導度が２０〜５００ｍｓ／ｍになるように調整した原水を作って、上記電解槽１に給水する仕組成っている。
【００２７】
１４は上記陽極室２と陰極室３の内部に設けた各電極２Ｘ，３Ｘ用の電源基板で、この電源基板１４は前述した制御基板１３に制御されて、各電極２Ｘ，３Ｘに供給する電気量を１ｍｌ当り０．２〜１．２クーロンの範囲に調節する仕組に成っており、その結果、上記電解槽１の陰極室３側からは、アルカリ濃度が０．００３ｍｏｌ／ｌ〜０．０２ｍｏｌ／ｌで、アルカリ比が０．３〜０．０５の範囲内の電解アルカリ性水、即ち、本発明に係る洗浄水が生成される仕組に成っている。
【００２８】
１０と１１は、上述した陽極室２と陰極室３の各取出し側（出水側）に接続した出水パイプ（出水口）で、電解アルカリ性水が生成されて出水される陰極室３側の出水パイプ１１には、電解アルカリ性水のｐＨを測定するｐＨ計１２が設けられ、上記給水パイプ４の原水導入口近くには、原水の水温を検出する水温計５と、原水の水量を前記制御基板１３からの電気信号によって調節する調節弁６が設けられている。水温計５は、通常の場合サーミスターを使用した金属であり、水量調節弁６も同じく金属製であって、いずれも腐食の懸念があるため、図１に示した実施例では原水導入口近くに配置されている。
【００２９】
上記電解アルカリ性水のｐＨを測定するｐＨ計１２は、ガラス電極に発生する起電力によって測定を行う。ガラス電極内の溶液は温度によって変化する為、温度による起電力の変化を補償する機能が付随しており、温度補償機能と呼ばれている。しかし同一サンプルにて温度の変化によりｐＨ値が変る場合がありその場合はサンプル水の温度特性を加味し補正を行う必要がある。これが補正ｐＨである。本発明の場合、サンプル水は電解アルカリ性水である為、先ず公式に基づく計算式を作成し、その後、実際に電解アルカリ性水の測定データを照合させ、計算式の妥当性を評価して多少の補正を加えた。
【００３０】
次に、補正ｐＨからアルカリ濃度への変換について記述する。
アルカリ濃度の測定方法は水酸化ナトリウム濃度の測定方法と同一である。これは電解槽１の陰極室３側に生成される物質を水酸化ナトリウムであると想定し行う測定であり、本発明でも同様にｐＨから水酸化ナトリウム濃度を算出する公式に当てはめて演算を行った。また、計算式の妥当性については補正ｐＨと同様の電解アルカリ性水の測定データと照らし合せて補正を行った。
【００３１】
以上の考え方に基づき、上述したｐＨ計１２と水温計５が測定した電解アルカリ性水のｐＨと水温より補正ｐＨを算出し、この値よりアルカリ濃度への変換を行う。得られたアルカリ濃度は、必要に応じてｍｏｌ／１やｐｐｍ等の単位を付加し、装置表示部（図示省略）にて表示すると共に、得られた濃度情報から、アルカリ濃度が所定の範囲内から逸脱している場合には、制御基板１３（演算装置）が生成条件を可変させて、アルカリ濃度を所定の範囲内に調整する仕組に成っている。
【００３２】
上記制御基板１３による生成条件の可変は、単位水量あたりの電気量（Ｃ／ｍｌ）及び電解質の添加量による電気伝導度が望ましい。電気量については電解電流（Ａ）及び生成水量（１／ｍｉｎ）により算出される為、電源基板１４を制御して電解電流値又は生成流量をコントロールすることで性状を可変させることが可能となる。電解質の添加量による電気伝導度の可変は、電解質を溶解させた水溶液を移送するポンプ７Ｐの吐水量をコントロールすることで実現が可能となる。
【００３３】
上記補正ｐＨからアルカリ濃度を算出する計算式を以下に示す。
【数１】
【００３４】
図２は、本発明に係る洗浄水の製造装置の他の実施例を示したものであって、前記図１に示した基本構成とは、水温計５を電解アルカリ性水の出水パイプ１１側に設けた点で、構成が相違する。
電気分解の条件にもよるが、電気エネルギーが熱に変って水温が数度上昇する場合があり、その為、水温をより正確に測定するには、電解槽１の出水側に水温計５を設けて水温を測定するのが望ましい。また、水温計５のサーミスタは、耐薬品性の高いものを用いるのが望ましい。
【００３５】
図３は、本発明の他の実施例を示したものであって、前記図１に示した基本構成とは、水温計５と、水量調節弁６，６を電解槽１の出水パイプ１０，１１側に設けた点で、構成が相違する。
水温計５は水温をより正確に測定するために、電解槽１の出水側に設けることが望ましく、また、水量調節は電解槽１の外部負荷によって、酸とアルカリ水量の変動が生じることを考えに入れると、水量調節弁６，６を出水パイプ１０，１１に設けて、２系統制御することが望ましい。尚、これ等各水量調節弁６，６も、上記水温計５のサーミスタと同様に耐薬品性の高いものを用いることが望ましい。
【００３６】
図４は、前記請求項２に係る発明に対応する構成を示したものであって、図中、１５は洗浄装置の洗浄槽で、電解槽１の陰極室３で生成された電解アルカリ性水は、出水パイプ１１を通して洗浄槽１５に送り込まれて、各種洗浄に使用される仕組に成っている。
【００３７】
また、水温計５とｐＨ計１２はこの洗浄槽１５に設けられていて、洗浄に用いる電解アルカリ性水（洗浄水）のｐＨと水温を計測して、ワーク洗浄によるアルカリ濃度の劣化具合を監視し、アルカリ濃度が所定値以下（例えば０．００３ｍｏｌ／１以下）に劣化した場合には、制御基板１３が電解槽１を再起動して電気分解を再開し、新たに生成した電解アルカリ性水を洗浄槽１５に送り込んで、使用済みの電解アルカリ性水をオーバーフローパイプ１６等を通して外部に排出し、洗浄槽１５内の洗浄水のアルカリ濃度を一定に維持するように構成されている。
【００３８】
図５は、図４に示した使用済み電解アルカリ性水を排水する流水式タイプの装置に代えて、アルカリ濃度が劣化した使用済み電解アルカリ性水を再び電解槽１の陰極室３に循環して、再利用するように工夫したリサイクル式（循環式）装置を示したものであって、図中、１５Ｓと１７Ｓは洗浄槽１５と電解酸性水のタンク１７内に設けたフロートスイッチで、これ等フロートスイッチ１５Ｓ，１７Ｓが水位の下限を検知すると、制御基板１３が電源基板１４に信号を送って電解槽１による電気分解を再開し、生成された各電解水が洗浄槽１５及び酸性水タンク１７に給水される仕組に成っている。
【００３９】
更に図中、１９と６Ｃは洗浄槽１５から排水される使用済みの電解アルカリ性水、或は、給水パイプ４より入水電磁弁２０Ｂ及び入水パイプ６Ｂを通って送り込まれて来る水道水又は純水のいずれか一方、又は両方を、ポンプ１９′の作動によって電解槽１の陰極室３に送り込むことができる循環パイプと供給パイプで、循環パイプ１９の途中に上述した水温計５とｐＨ計１２が設けられ、供給パイプ６Ｃの途中に、電解添加剤タンク７内の電解質をポンプ７Ｐによって送り込む連結パイプ８が接続されている。
【００４０】
また、６Ａは供給パイプ４を通して送られて来る水道水又は純水を、電解槽１の陽極室２に送り込む給水パイプ、２０Ａはこの給水パイプ６Ａに設けた入水電磁弁、１８は酸性水タンク１７内の電解酸性水を、上記の給水パイプ６Ａに循環する循環ポンプで、図面には一部省略されているが、上述した計３個のポンプ７Ｐ，１８，１９′と、入水電磁弁２０Ａ，２０Ｂ、及び、フロートスイッチ１５Ｓ，１７Ｓの全てが制御基板１３（演算装置）に接続されていて、水温計５とｐＨ計１２から送られて来るデータと、前述した計算式に基づいて、制御基板１３が演算した洗浄水のアルカリ濃度が所定値以下に下がると、制御基板１３がこれ等の各部を制御作動して電気分解を再開し、常に一定のアルカリ濃度を維持した一定水量の電解アルカリ性水を、洗浄槽１５内に貯水して、洗浄作業に供する仕組に成っている。
【００４１】
図６は、本発明に係る洗浄水の製造装置の動作を説明したフローチヤートであって、ステップＳ１で採取した電解アルカリ性水の水温とｐＨ値を、ステップＳ２及びＳ３で測定すると、ステップＳ４でこれ等各データと前記計算式に基づいて電解アルカリ性水のアルカリ濃度が演算処理され、次のステップＳ５でこのアルカリ濃度が表示される。ステップＳ６では演算されたアルカリ濃度が設定値内であるか否かが判定され、ＯＫの場合はステップＳ１に戻り、ＮＧの場合はステップＳ７に進む。
【００４２】
ステップＳ７では、演算されたアルカリ濃度が設定値の範囲よりも低いか高いかの判定を行い、低い（ＬＯＷ）場合は、ステップＳ８に進んでアルカリ濃度上昇手段を行使してステップＳ１に戻り、高い（ＨＩＧＨ）場合は、ステップＳ９に進んでアルカリ濃度下降手段を行使してステップＳ１に戻る。
【００４３】
上記ステップＳ８のアルカリ濃度上昇手段には、１：設定水量を下げる。２：電解電流値を上げる。３：電解質添加濃度を上げる。等の手段がある。また、上記ステップＳ９のアルカリ濃度下降手段には、１：設定水量を上げる。２：電解電流値を下げる。３：電解質添加濃度を下げる。等があり、これ等の各手段は、いずれも制御基板１３がプログラムに従って全て自動的に行う仕組に成っている。
【００４４】
【発明の効果】
以上述べた次第で、本発明に係る洗浄水の製造装置によれば、電気分解によって生成される洗浄水（電解アルカリ性水）のアルカリ濃度を算出することができ、また、この洗浄水のアルカリ濃度を所定値内に維持することができるため、洗浄に適したアルカリ濃度の洗浄水を安定提供して、優れた洗浄効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る洗浄水の製造装置の基本的な構成を説明した構成図である。
【図２】本発明の他の実施例の構成を説明した構成図である。
【図３】本発明の他の実施例の構成を説明した構成図である。
【図４】本発明の他の実施例の構成を説明した構成図である。
【図５】循環式に構成した本発明の実施例の構成を説明した構成図である。
【図６】本発明の動作を説明したフローチヤートである。
【図７】測定温度（ｔ）に於ける電解水のイオン積値を示したグラフである。
【符号の説明】
１ 電解槽
１Ｔ 隔膜
２ 陽極室
３ 陰極室
４ 給水パイプ
５ 水温計
６ 水量調節弁
７ 電解添加剤タンク
７Ｐ ポンプ
１２ ｐＨ計
１３ 制御基板
１４ 電源基板
１５ 洗浄槽
Claims (3)
- ナトリウム化合物又はカリウム化合物を主成分とする電解質を、水道水又は純水に添加して電気伝導度が２０〜５００ｍｓ／ｍに成るように調整した原水を、陽陰両極間に隔膜が存在する有隔膜電解槽に入れて電気分解することにより、陰極側より電解アルカリ性水を生成するように構成した洗浄水の製造装置であって、
上記電解槽の隔膜を、電気抵抗が０．０１〜０．０００１Ωｃｍ2で、平均孔径が０．２〜３．５μｍに構成し、上記電解アルカリ性水の出水側にｐＨ計を設け、上記原水の導入側又は電解アルカリ性水の出水側のいずれかに水温計を設けると共に、装置に設けた演算装置に、上記ｐＨ計及び水温計が検出した各データと、下記の計算式に基づいて、電解アルカリ性水のアルカリ濃度を算出するアルカリ濃度算出手段と、
- 電解槽の陰極側で生成された電解アルカリ性水を、洗浄装置の洗浄槽に給水して各種の洗浄を行うように構成すると共に、上記電解アルカリ性水のｐＨ値と水温を上記洗浄槽に設けたｐＨ計と水温計で検出して、これ等各検出データと前述した計算式とに基づいて、上記電解アルカリ性水のアルカリ濃度を検出し、アルカリ濃度の劣化が見られた際に、上記電解槽による電解アルカリ性水の生成と給水を再開して、上記洗浄槽内に収容されている既存の電解アルカリ性水をオーバーフロー等によって排水するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の洗浄水の製造装置。
- アルカリ濃度の劣化によって洗浄槽から排水される使用済み電解アルカリ性水を、電解質を添加しながら再び電解槽の陰極側に循環させて電気分解するように構成したことを特徴とする請求項２に記載の洗浄水の製造装置。
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