JP3888252B2

JP3888252B2 - 電解水生成装置

Info

Publication number: JP3888252B2
Application number: JP2002217851A
Authority: JP
Inventors: 岳見桶田; 一繁中村
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-07-26
Filing date: 2002-07-26
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2022-07-26
Also published as: JP2004057895A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被電解水を滞留状態で電気分解して電解水を生成するバッチ式の電解水生成装置に関し、特に電気分解で発生する塩素ガスを除去可能な電解水生成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電解水生成装置には、水道等の給水設備に接続され、流水状態で電解を行い、酸性水やアルカリ水を生成する流水式と、給水設備に接続しない簡易、低コスト構造で水を滞留状態で電解するバッチ方式がある。流水方式では即座に電解水が取水できるメリットがあるが、酸化力の強い酸性水や還元力の強いアルカリ水を得ようとした場合、電極の大型化が必要となり大電力が必要となるとともに複雑な構成が必要となり、装置全体のコストアップとなる。一方、バッチ方式では滞留状態で電解するため長時間にわたる電解が可能であり、簡易な構成で上記酸性水やアルカリ水が得られやすい。
【０００３】
しかし、バッチ式では、滞留状態で電解するため、効率的に電解水を生成できる変わりに塩素ガスの発生量も流水式に比較して多く、使用の際に不快感を感じる場合がある。
【０００４】
従来の塩素ガス除去装置を有する電解装置としては、特開平７−１３６６５４号公報に記載されているようなものがあった。
【０００５】
この電解装置は図３に示すように、電解水生成装置１は内部に電解槽２を備え、電極３を陰極、電極４を陽極とし、これらの電極の間に隔膜５を配置している。電解槽２には陰極で生成したアルカリ水を排水する流路６と酸性水を排出する流路７とが接続されている。電気分解に用いる食塩水はタンク８に貯蔵しており、流路９で電解槽２と接続されている。また、流路９には、タンク８の食塩水を電解水に送り込むポンプ１０と、電解槽２に送り込む食塩水と水道水を混合する混合手段１１を配置しており、流路１２にある弁１３とポンプ１０の動作を制御装置１４で調節することで電解槽２に送り込む食塩の濃度を調節している。
【０００６】
電解槽２はタンク１５と流路７で接続されており、電解槽２で生成した酸性水１６はタンク１５内で貯蔵されている。そして、タンク１５内の酸性水を使用する場合には、バルブ１７を開くことで、採取可能としている。また、タンク１５内に酸性水を貯蔵することによって、酸性水１６から塩素ガスが発生し、この上側の気相の塩素ガスが混合されている。そのため、タンク１５は塩素ガスを排出するための流路１８と送風機１９が備えられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来のバッチ式電解装置では、電解中ないし電解後に陽極から発生する塩素ガスが外部に排出される構成では、発生した塩素ガスは希釈させるが、残ってしまうので、一般家庭ならびに、気密性の高い空間や、狭い空間で使用すると、雰囲気中の塩素ガス濃度が高くなり、使用者が不快感を感じやすく、長時間の使用が不可能という課題があった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するもので、電解水から発生する塩素ガスを効率的に除去することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、陽極と陰極を備え塩素イオンを含む水を電気分解して電解水を生成する電解槽と、塩素ガス除去手段を有し、前記塩素ガス除去手段を介して前記電解槽内に水を供給する給水部と前記電解槽内の気体を外部に排出する排気部を有する構成において、前記塩素ガス除去手段は塩素ガス除去材を備え、前記塩素ガス除去材が湿潤部と乾燥部とを有している。電解槽に水を供給する際に塩素ガス除去材に付着した水の表面張力により、塩素ガス除去材の湿潤部では気体が通過するときの圧力損失が大きくなり、気体が通過しにくくなる。一方乾燥部の圧力損失は変わらないので、電解槽内に溜まった気体が通過しやすいので、電解槽に容易に水を供給することができると同時に、電解槽内の塩素ガスは、塩素ガス除去材の乾燥部で除去されるので、効率的な塩素ガス除去が可能となる。よって、装置を使用している雰囲気中の塩素ガス濃度が上昇することが無いので、快適に使用できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、陽極と陰極を備え塩素イオンを含む水を電気分解して電解水を生成する電解槽と、塩素ガス除去手段を有し、前記塩素ガス除去手段を介して前記電解槽内に水を供給する給水部と前記電解槽内の気体を外部に排出する排気部を有する構成において、前記塩素ガス除去手段は塩素ガス除去材を備え、前記塩素ガス除去材が湿潤部と乾燥部とを有しているので、電気分解で生成した塩素ガスなどの気体は塩素ガス除去材の乾燥部から装置外へ容易に排出可能となる。すなわち、塩素ガス除去材が水にぬれ、湿潤すると、ここに付着した水の表面張力により湿潤部では気体が通過するときの圧力損失が大きくなり、気体が通過しにくくなるので、電解槽内の空気と供給する水の置換が困難となり、電解槽内に水を入れるのに時間がかかる。一方、塩素ガス除去材に乾燥部をもうけることで、電解槽内に溜まった気体が容易に通過するので、電解槽に水をすみやかに供給することができると同時に、電解槽内の塩素ガスが塩素ガス除去材の乾燥部で除去されるので、効率的な塩素ガス除去が可能となる。よって、装置を使用している雰囲気中の塩素ガス濃度が上昇することが無いので、快適に使用できる。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、塩素ガス除去手段と電解槽とを密着させているので、電気分解で生成した塩素ガスを含む気体が塩素ガス除去手段を通過せずに装置外に排出されるということがなくなるので、装置を使用している雰囲気中の塩素ガス濃度が上昇することが無いので、快適に使用できる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、塩素ガス除去手段は給水部と排気部の間に隔壁を設けているので、塩素ガス除去材の乾燥部と湿潤部との接触をなくすことができる。よって、湿潤部から乾燥部への水の移行がなくなるので、乾燥部に気体が通過するときの圧力損失が低い状態を維持することができるので、電解槽に水をすみやかに供給することができると同時に、電解槽内の塩素ガスが塩素ガス除去材の乾燥部で除去されるので、効率的な塩素ガス除去が可能となる。よって、装置を使用している雰囲気中の塩素ガス濃度が上昇することが無いので、快適に使用できる。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明は、塩素ガス除去材の形状を粒状としているので、容積あたりの表面積を増やすことが出きるので、効率的な塩素ガス除去が可能となる。よって、装置を使用している雰囲気中の塩素ガス濃度が上昇することが無いので、快適に使用できる。
【００１４】
また、請求項５に記載の発明は、塩素ガス除去材の比重が水の比重よりも高くしているので、電解槽に水を供給する際の塩素ガス除去材の巻きあがりを防止することができる。よって、電解槽への水の供給時に雰囲気中の塩素ガス濃度が上昇することが無いので、快適に使用できる。
【００１５】
また、請求項６に記載の発明は、塩素ガス除去材をアルカリ金属化合物としているので、アルカリ金属化合物と反応して分解され、アルカリ金属の塩素化合物となる。よって、装置を使用している雰囲気中の塩素ガス濃度が上昇することが無いので、快適に使用できる。
【００１６】
また、請求項７記載の発明は、アルカリ金属化合物を酸化マグネシウムとしているので、このことにより、電気分解で発生した塩素ガスと反応すると水に溶解する塩化マグネシウムが生成される。そして、ここで生成された塩化マグネシウムは人体に対する毒性がないので、塩素ガス除去手段から電解槽内へ混入した場合でも、電解で生成された電解水の安全性を維持できる。これと同時に装置を使用している雰囲気中の塩素ガス濃度が上昇することが無いので、快適に使用できる。
【００１７】
また、請求項８記載の発明は、アルカリ金属化合物を酸化ナトリウムとしているので、塩素ガスと反応しても塩化ナトリウムが生成されるだけなので、安全性が高い。さらに、この塩化ナトリウムは、水に混入してもスケール成分とはならないので、電解性能への影響がない。これと同時に装置を使用している雰囲気中の塩素ガス濃度が上昇することが無いので、快適に使用できる。
【００１８】
また、請求項９記載の発明は、排気部の排気出口を給水部の給水口よりも高くしているので、給水部が溢れた場合でも排気部から水が入り乾燥部が濡れてしまうことがないので、電解槽への水の供給を常に円滑に行うことができる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００２０】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１における電解水生成装置の構成図である。本実施例では、電極間に隔膜を有した場合について説明する。
【００２１】
同図において、２０は電解槽であり、隔膜２１によって陽極室２４と陰極室２５が形成されており、各々陽極２２および陰極２３が隔膜２１を介して対向は位置されている。電解槽２０の下方には陽極水出口２６と陰極水出口２７が設けられている。これらの下流には陽極室２４、陰極室２５内の水を排出する排水弁２８が設置されている。この排水弁には排水路２９が接続されている。
【００２２】
電解槽２０の上方には塩素ガス除去手段の反応槽３０があり、電解槽２０に密着するように備えられており、電気分解で生成した塩素ガスを含む気体が反応槽３０と接触可能となっている。
【００２３】
また、電解槽２０の陽極室２４に食塩を供給手段としては、食塩水が過飽和状態で充填された食塩タンク３１、食塩ポンプ３２と食塩供給路３３を有している。そして食塩ポンプ３２を駆動することで、水の入った水槽３４から食塩タンク３１に水を送りこみ、飽和濃度の食塩水を食塩供給路３３から陽極室２４に供給している。
【００２４】
また、陰極室２５は陰極２３より上の体積が大きくなっており、ここに電気分解で生成したアルカリ水をボトル３５に吐出する吐出ポンプ３６を備えており、アルカリ水が流路３７と通ってボトル３５に入る。
【００２５】
また、排水弁２８の下流には電解水を貯留する排水タンク３９があり、排水弁２８を開くことで排水タンク３８に水をためることができる。
【００２６】
図２に本実施例で用いた反応槽３０の断面図を示した。
【００２７】
反応槽３０には、水を供給する供給部である給水口４０と給水出口４１、排気部である排気出口４２、排気入口４３と、隔壁４４を有している。反応槽３０内には、塩素ガス除去材としてアルカリ金属化合物である酸化マグネシウムが備えられており、隔壁４４で湿潤部である湿潤した酸化マグネシウム４５と乾燥部である乾燥した酸化マグネシウム４６が備えられている。これらの酸化マグネシウムは粒状のものを用いている。
【００２８】
上記構成において次に動作、作用について説明する。
【００２９】
電解前に電解槽２０に水を入れる。次に、電源スイッチ（図示せず）を投入すると、電解動作が開始される。電解動作について説明する。電解スイッチが投入されると、まず食塩ポンプ３２が所定時間だけ駆動され、水槽３４の水が食塩供給路３３を経て食塩タンク３１に送られる。水が送りこまれることにより飽和状態の食塩水が食塩供給路３３から陽極室２４内に所定量供給され、所定濃度の食塩希釈水となる。その後、所定時間だけ電気分解される。電解時の陽極室２４では（化１）に示した反応が生じて酸性水が生成される。
【００３０】
【化１】

【００３１】
一方、陰極室２５では（化２）に示した反応が生じて水酸基ＯＨ⁻を中和する
ためＮａ^＋が隔膜２１を通過して移動し、アルカリ水が生成される。
【００３２】
【化２】

【００３３】
ここで、陽極室２４のみに食塩溶液が供給されるので短時間に還元力の強いアルカリ水が得られる。すなわち、陽極２２と陰極２３間に電圧が印可されると被電解水に含まれるイオンは電気吸引力により陽／陰極２２、２３と逆極性のイオンが隔膜２１を通過して移動することとなる。したがって陽極室２４に導入された食塩に含まれるＮａイオンは隔膜２１を経て陰極室２５へと即座に移動する。この結果、陽／陰極２２、２３間に流れる電流が増加し、短時間に還元力の強いアルカリ水が得られる。実験によれば５００ＣＣ程度の水を１．５Ａで８分間電解することでｐＨ１２．０±０．２のアルカリ水が得られた。この還元力の強いアルカリ水は油脂の鹸化や乳化作用および蛋白質に対する加水分解作用を有し、家具や住宅建材、電気製品などの表面の洗浄水として利用する。
【００３４】
陰極室２５に生成されたアルカリ水は、所定時間電解された後、直ちに吐水ポンプ３６が駆動されて流路３７を通じてボトル３５に送りこまれる。
【００３５】
電解槽２０に残った電解水は、排水弁２８を開くことで排水タンク３８に貯留することができる。ここで得られた混合水は、除菌漂白用に用いることができる。
【００３６】
また、電解槽２０で電気分解を行うと、陽極室２４には酸性水が生成され、陰極室２５にはアルカリ水が生成されるが、これと同時に、陽極室２４には塩素ガスＣｌ_２↑、酸素ガスＯ_２↑が、そして陰極室２５に生成される水素ガスＨ_２↑が生成される。これらのガスは、電解中も耐えず発生しており、塩素臭の原因となる。
【００３７】
電気分解で発生するガスは、水素、酸素、塩素ガスの３種類がほとんどであり、これらが陽極室２４及び陰極室２５の上に対流する。これらのガスは、電解の進行と共に発生するので、生成したガスは、上方向にある反応槽３０と接触する。反応槽３０には、アルカリ金属化合物の湿潤酸化マグネシウム４６が入っており、電気分解で発生した塩素ガスを含む気体が反応槽３０に入り、この酸化マグネシウム４５、４６と反応して分解され、アルカリ金属の塩素化合物である塩化マグネシウムとなる。よって、装置外には塩素ガスが出ることが無いので、雰囲気中の塩素ガス濃度が上昇することが無く、快適に使用できる。
【００３８】
また、本実施例では、隔膜２１を介して陽極２２を備えた陽極室２４と陰極２３を備えた陰極室２５とを形成し、食塩を含む水（塩素イオンを含む水）を電気分解して電解水を生成しているので、陽極室２４のｐＨが低く（ｐＨ３以下）なるので、溶存している塩素化合物（次亜塩素酸、次亜塩素酸イオン）が塩素ガスとなって発生しやすいので、塩素ガスの発生量が多く、塩素臭いが強くなる状態である。このような構成では特に有効である。
【００３９】
なお、電解槽２０と密着させているので、発生した塩素ガスが酸化マグネシウム４５、４６を接触して装置外に排出される。よって、装置を使用している雰囲気中の塩素ガス濃度が上昇することが無いので、快適に使用できる。特に、アルカリ金属化合物を酸化マグネシウムとしたことにより、電気分解で発生した塩素ガスと反応して生成する塩素化合物は塩化マグネシウムであり、ここで生成された塩化マグネシウムは人体に対する毒性がないので、塩素ガス除去手段から電解槽内へ混入した場合でも、電解で生成された電解水の安全性を維持できる。これと同時に装置を使用している雰囲気中の塩素ガス濃度が上昇することが無いので、快適に使用できる。
【００４０】
なお、酸化マグネシウムを用いることで、電解槽２０内に水酸化物が生成されるので、水質によっては、電解槽２０の掃除の頻度が上がる。そこで、酸化ナトリウムを用いることでこの問題は解消される。すなわち、酸化ナトリウムが塩素ガスと反応すると塩化ナトリウムがせいせいされるので、安全性が高く、この塩化ナトリウムは、水に混入してもスケール成分とはならないので、電解性能への影響がない。これと同時に装置を使用している雰囲気中の塩素ガス濃度が上昇することが無いので、快適に使用できる。電解槽２０へのスケール付着、異物付着が気にならないのであれば、酸化カルシウムなどを用いても良い。なお、塩素ガス除去材の形状を粒状としているので、容積あたりの表面積を増やすことが出きるので、効率的な塩素ガス除去が可能となる。よって、装置を使用している雰囲気中の塩素ガス濃度が上昇することが無いので、快適に使用できる。
【００４１】
また、電解槽２０内に水を入れるときには、反応槽３０の給水口４０から水を入れる。このことにより、水が酸化マグネシウム４５を通過して陽極室２４、陰極室２５、水槽３５入る。こうすることで酸化マグネシウム４５が常に湿った状態になる。塩素ガスは陽極２２ではっせいするので、このすぐ上に有る酸化マグネシウム４５に接触する量が多くなるが、このような構成をとることで、酸化マグネシウムを湿潤させているので、この表面に塩化物が生成しても、水に溶解さることができるので、電気分解で発生した塩素ガスとアルカリ金属化合物とを常に反応させることが可能となる。これと同時に表面が洗い流されるので、この表面に塩化物が蓄積するとこがないく、塩素ガス除去性能を長期間維持できる。よって、装置を使用している雰囲気中の塩素ガス濃度が上昇することが無いので、快適に使用できる。
【００４２】
また、反応槽３０には電解槽２０内の気体を外に排出可能な排気部の４２、４３をもうけ、この間に乾燥状態の酸化マグネシウム４６が備わっている。この酸化マグネシウム４６が乾燥しているので、気体が通過するときの圧力損失が小さく、電解槽２０に水を供給する際に槽内の気体と供給される水との置換が円滑に行われる。さらに、この気体に塩素ガスが残留した場合でも酸化マグネシウムと塩素ガスの反応により分解除去が可能であり、装置外には塩素ガスがほとんど排出されない。しかし、この酸化マグネシウム４６が濡れてしまうと、圧力損失が大きくなるので、電解槽２０への水の供給が極めて困難になる。そこで、給水口４０よりも排気出口４２を高くすることにより、給水口４０から水が溢れた場合でも排気出口に水が入らない構成としている。このことにより、酸化マグネシウム４６の圧力損失の上昇を抑えている。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の電解水生成装置によれば、電気分解により発生する塩素ガスを効率的に除去可能なので、塩素ガスが装置を使用している雰囲気中にほとんど残らないので、一般家庭ならびに、気密性の高い空間や、狭い空間で使用しても雰囲気中の塩素ガス濃度が高くなることがなく、使用者が不快感を感じたりすることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における電解水生成装置の構成図
【図２】同実施例における反応槽の断面図
【図３】従来の電解水生成装置の構成図
【符号の説明】
２０電解槽
２１隔膜
２２陽極
２３陰極
２４陽極室
２５陰極室
３０反応槽（塩素ガス除去手段）
４０給水部
４１給水出口
４２排気出口（排気部）
４３排気入口（排気部）
４５、４６酸化マグネシウム（塩素ガス除去材）

Claims

陽極と陰極を備え塩素イオンを含む水を電気分解して電解水を生成する電解槽と、塩素ガス除去手段を有し、前記塩素ガス除去手段を介して前記電解槽内に水を供給する給水部と前記電解槽内の気体を外部に排出する排気部を有する構成において、前記塩素ガス除去手段は塩素ガス除去材を備え、前記塩素ガス除去材が湿潤部と乾燥部とを有していることを特徴とする電解水生成装置。
塩素ガス除去手段と電解槽とを密着させたことを特徴とする請求項１記載の電解水生成装置。
塩素ガス除去手段は給水部と排気部の間に隔壁を設けた請求項１ないし２のいずれか一項記載の電解水生成装置。
塩素ガス除去材の形状を粒状としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の電解水生成装置。
塩素ガス除去材の比重が水の比重よりも高いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の電解水生成装置。
塩素ガス除去材をアルカリ金属化合物とした請求項１〜５のいずれか一項記載の電解水生成装置。
アルカリ金属化合物を酸化マグネシウムとした請求項６記載の電解水生成装置。
アルカリ金属化合物を酸化ナトリウムとした請求項６記載の電解水生成装置。
排気部の気体出口を給水部の給水口よりも高くしたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項記載の電解水生成装置。