JP3906731B2

JP3906731B2 - 電解水生成装置

Info

Publication number: JP3906731B2
Application number: JP2002110159A
Authority: JP
Inventors: 一繁中村; 岳見桶田; 浩二岡; 信弘林; 治田中; 勝川上; 雅弘梶; 白井　　滋; 啓次郎國本
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-04-12
Filing date: 2002-04-12
Publication date: 2007-04-18
Anticipated expiration: 2022-04-12
Also published as: JP2003305469A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被電解水を電気分解して電解水を生成する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代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】
従来のバッチ方式の電解装置としては、特開平８−２９９９５８号公報に記載されているようなものがあった。この電解装置は図２に示すように、隔膜１によって陽極室２と陰極室３を形成するとともに陽極室２には陽極４を、また陰極室３には陰極５が隔膜１を介して対向配置されている。６は開閉自在な蓋であり、電解時の生成ガスを外部に排出する穴７が設けられている。８は制御回路であり、陽極４と陰極５に通電される。生成された電解水はそれぞれ酸性水出口９およびアルカリ水出口１０より取水される構成となっている。
【０００５】
この構成において、電解に際しては蓋６を開放して所定濃度に調整した食塩水を電解槽に充填し、制御回路８によって陽極４と陰極５間に電圧が印可され、電気量（電流と時間の積）に応じて所望のｐＨとなるように水が電気分解されて陽極室２には酸性水が、陰極室３にはアルカリ水が生成され、それぞれ酸性水出口９およびアルカリ水出口１０より取水される。
【０００６】
【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室から発生する塩素ガスが外部に排出される構成であるため、発生した塩素ガスにより、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であるという課題があった。
【０００７】
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活性炭で効率よく除去することを目的としている。
【０００８】
【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に、隔膜を介して陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室とを形成し、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、電解槽の略上方に設けられ使用者が電解槽へ水を供給するための給水口と、電解槽と給水口の間に設けられ、電気分解により発生する塩素ガスを排気する排ガス口と、排ガス口下流に塩素ガスを吸着する活性炭を設け、活性炭は、電解槽よりも下方に設けたものである。この構成によって、陽極室で生成した電解水から発生した塩素ガスを含む気体が、活性炭によって吸着されるため、本体外部へは塩素ガスが除去された気体が排出されるので、使用者が快適に装置を用いることができる。また、活性炭は安価であり、さらに、活性炭が分解されてなくなるまで吸着能力が持続するので、長期間塩素ガスを処理することができるため、メンテナンスを含めたコストを軽減することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は、隔膜を介して陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室とを形成し、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、前記電解槽の略上方に設けられ使用者が前記電解槽へ水を供給するための給水口と、前記電解槽と前記給水口との間に設けられ、前記電気分解により発生する塩素ガスを排気する排ガス口と、前記排ガス口下流に前記塩素ガスを吸着する活性炭を設け、前記活性炭は前記電解槽よりも下方に設けたものである。
【００１０】
そして、塩素ガスは空気よりも重いため、電解槽で発生した塩素ガスは下方に設けられた活性炭の方に自重により移動し、ファン等の送風装置を用いずとも効果的に活性炭に吸着されるため、本体外部へは塩素ガスが除去された気体が排出されるので、使用者が快適に装置を用いることができる。また、活性炭は安価であり、さらに、活性炭が分解されてなくなるまで吸着能力が持続するので、長期間塩素ガスを処理することができるため、メンテナンスを含めたコストを軽減することができる。
【００１１】
【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。
【００１２】
（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を示す。同図において、２０は電解水生成装置本体を示している。そして、２１は電解槽であり、隔膜２２によって陽極室２３と陰極室２４が形成されており、各々陽極２５および陰極２６が隔膜２２を介して対向配置されている。また、電解槽２１には第三槽２７が設けられている。そして、電解槽２１には塩素ガスを排出するための排ガス口２８が設けられており、電解槽２１よりも下方に設けられた活性炭保持部２９と連通している。活性炭保持部２９内には、表面に酸化マグネシウムが担持された粒状の活性炭３０が保持されている。ここで、活性炭として粒状のものを用いているため、フィルタ状のものなどと比べて表面積が大きくなるので、少ないスペースで効果的に塩素ガス除去を行うことができる。そして、活性炭３０によって塩素ガスが吸着された後の気体を排気するための排気口３１が、本体２０底部に設けられている。
【００１３】
陰極室２４の中水位部には陰極水取出し口３２と吐水手段３３が設られており、この水位までのアルカリ水を電解水容器３４に供給する。また、陽極室２３の下方には陽極水出口３５が、陰極室２４の下方には陰極水出口３６が設られており、それぞれの排水は混合手段３７にて合流して混合され排水口３８から排水タンク３９に排出される。
【００１４】
また、電解槽２１の上方には電解槽２１に水を供給するための給水口４０を設け、この上面には開閉自在の蓋４１が設けられている。そして、給水口４０と蓋４１の間には陽極室から生成される塩素ガスを還元する還元材４２が設けられており、ここでは酸化マグネシウムが用いられている。
【００１５】
４３は着脱自在のキャップ４４および電解質床４５を有する電解質タンクであり、ここでは電解質として食塩が充填されている。そして、第三槽２７に供給された水が、食塩ポンプ４６によって、第三槽２７に設けられた食塩タンク給水口４７から、導入路４８を経て、電解質タンク４３の上方に送られる。導入された水は食塩と混合して飽和食塩水となり、電解質床４５および給液路４９を通じて電解質供給口５０から飽和食塩水が陽極室２３に供給される構成となっている。ここで、導入路４８の電解質タンク４３の近傍には食塩水の食塩ポンプ４６への侵入を阻止する方向に逆止弁５１が、給液路４９の電解質供給口５０近傍には陽極室２３の酸性水の侵入を阻止する方向に逆止弁５２が設けられている。
【００１６】
５３は操作パネル（図示せず）と制御回路（図示せず）から成る制御手段であり、排気口３１よりも上方に設けられている。そのため、電解により発生する塩素ガスの全てを活性炭３０で吸着し切れなかった場合でも、塩素ガスは空気よりも重いので、排気口３１より上方に設けられた制御手段５３が塩素ガスによって腐食することはない。
【００１７】
上記構成において次に動作、作用について説明する。
【００１８】
先ず初めに、使用者は、蓋４１を開け、給水口４０から電解槽２１へ所定水位まで水を入れる。ここで、給水口４０と排ガス口２８が異なる位置に設けられているので、給水の際に電解槽２１に残った塩素ガスが、給水口４０から逆流して装置外に漏れ出ることがない。また、排ガス口２８が、電解槽２１内の空気の逃げ口となるため、水の供給が容易になる。ここで、活性炭３０としてフィルタ状のものを使用すると、圧損が大きくなり、空気が逃げにくくなってしまうが、本実施例では粒状の活性炭を用いているため、圧損が小さく、簡単に空気を逃がすことができるため、水の供給がより容易になっている。そして、操作パネルの電解スイッチ（図示せず）を投入することで電解動作が開始される。
【００１９】
次に、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４６が所定時間だけ駆動され、第三槽２７の水が食塩タンク給水口４７、導入路４８を経て電解質タンク４３に送られる。電解質タンク４３は水密状態に構成されており、水が導入されることにより過飽和状態の食塩水が電解質床４５および給液路４９、逆止弁５２を経て電解質供給口５０から陽極室２３内に所定量供給され、陽極室２３内が所定濃度の食塩希釈水となる。
【００２０】
その後、制御回路が動作して陽極２５と陰極２６間に所定時間だけ電気を印可することによって、陽極室２３および陰極室２４内の水が電解される。電解時の陽極室２３では化式１に示した反応が生じて酸性水が生成される。
【００２１】
（化式１）
２Ｃｌ⁻→Ｃｌ_２↑＋２ｅ⁻
Ｃｌ_２＋Ｈ_２Ｏ→ＨＣｌ＋ＨＣｌＯ
２Ｈ_２Ｏ→Ｏ_２↑＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻
一方、陰極室２４では化式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２２を通過して移動し、アルカリ水が生成される。
【００２２】
（化式２）
２Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻→Ｈ_２↑＋２ＯＨ⁻
Ｎａ^＋＋ｅ⁻→Ｎａ
２Ｎａ＋２Ｈ_２Ｏ→２ＮａＯＨ＋Ｈ_２↑
化式１、化式２で示したように、陽極室２３には塩素ガスＣｌ_２↑、酸素ガスＯ_２↑が、そして陰極室２４には水素ガスＨ_２↑が生成される。この塩素ガスが外に漏れ出すと、使用者が不快感を感じることになるので、活性炭３０で塩素ガスを吸着させた後、外部に排気する構成を取っている。具体的には、化式１に示した反応により生じた塩素ガスは、電解槽２１に設けられた排ガス口２８から排出され、活性炭保持部２９内の活性炭３０と接触する。ここで、活性炭保持部２９が電解槽２１よりも下方に設けられていることにより、電解槽２１で発生した塩素ガスは活性炭保持部２９の方に自重により移動するので、ファン等の送風装置を用いずとも効果的に活性炭に吸着される。これは、塩素ガスが空気よりも重い性質を利用したものである。
【００２３】
そして、塩素ガスが活性炭３０と接触すると、空気中の水と反応し、化式３に示す反応が起こる。この反応は活性炭が分解されて無くならない限り続くので、長期間メンテナンスをしなくても塩素ガスの処理を行うことができる。また、活性炭自体も安価であるため、メンテナンスコストを含めた装置の低価格化を行うことができる。
【００２４】
（化式３）
２Ｃｌ_２↑＋２Ｈ_２Ｏ＋Ｃ＝４ＨＣｌ＋ＣＯ_２↑
また、本実施例では、表面に金属化合物が担持された活性炭を用いているため、活性炭による吸着作用の他に分解作用が加わるので、塩素ガス処理能力を向上させることができる。また、金属化合物としてアルカリ金属化合物である酸化マグネシウムを用いているので、化式４に示す反応が起こり、活性炭３０の反応により生成される塩酸を中和することができるので、安全に長期間使用することができる。この反応は他のアルカリ金属化合物を活性炭３０に担持させても起こるが、酸化マグネシウム・水酸化マグネシウム・酸化ナトリウム・酸化カルシウムのように毒性のないものを用いることが安全上望ましい。
【００２５】
（化式４）
２ＨＣｌ＋ＭｇＯ＝ＭｇＣｌ_２＋Ｈ_２Ｏ
そして、活性炭３０と反応した後に排出される二酸化炭素は排気口３１から排出される。ここで、排気口３１が、電解水生成装置２０の底部に設けられているため、塩素ガスが活性炭３０によって吸着し切れなかった場合、または、長期間の使用で活性炭３０の吸着性能が減退した場合などに塩素ガスが外部に排気された場合でも、使用者が塩素ガスによる不快感を感じにくい構成になっている。
【００２６】
また、本実施例では給水口４０と蓋４１の間に塩素ガスを還元する還元材４２（酸化マグネシウム）が設けられているため、給水口４０側から塩素ガスが漏れ出た場合でも、還元材４２によって塩素ガスが還元されるため、使用者が塩素ガスによる不快感を感じることがない。
【００２７】
化式２で示された反応により、陰極室２４にアルカリ水が生成されるが、陽極室２３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２５と陰極２６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２４、２５と逆極性のイオンが隔膜２２を通過して移動することとなる。したがって陽極室２３に導入された食塩に含まれるＮａイオンは隔膜２２を経て陰極室２５へと即座に移動する。この電気吸引力以外にも例えば拡散理論にしたがえば、Ｎａイオンが拡散によってイオン濃度を均一にするように作用する。この結果、陽／陰極２４、２５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の水を１Ａで５分間電解することでｐＨ１２．１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できる。
【００２８】
また、陽極室２３のみに食塩溶液が供給されることで陰極室２４には塩素イオンＣｌ⁻濃度の低いアルカリ水が生成される。Ｃｌ⁻は洗浄力を阻害する因子となるため、陽極室２３のみに食塩溶液が供給することで洗浄力の高いアルカリ水を生成できる。
【００２９】
陰極室１４に生成されたアルカリ水は、所定時間電解された後、直ちに吐水手段３３が駆動されて電解水容器３４に注入される。これにより隔膜２２を介しての酸性水とアルカリ水の浸透混入が防止でき、ｐＨ値の劣化が防止できる。なお、電解水容器３４には噴霧機構（図示せず）を設けて被洗浄面に直接スプレー噴霧して使用することができる。
【００３０】
アルカリ水取水後、制御回路が動作して陽極２５と陰極２６間に逆極性、つまり陽極２５側を−極、陰極２６側を＋極として電流が所定時間印可される。これにより電解によって陰極２６の表面に析出したスケール成分が酸化還元されて洗浄される。すなわち、電解槽２１に供給される水には各種のイオンが含まれており、特にカルシウムイオンやマグネシウムイオンなどの陽イオンは陰極室２４の水酸基と反応して水酸化カルシウムや水酸化マグネシウムとなり、溶解限界を越えると陰極２６や隔膜２２の表面に析出し、電解電流の妨害因子となるが、電解後に逆電洗浄を所定時間行うことで良好に洗浄されてスケール成分が分解され、電極の長寿命化が実現できる。
【００３１】
最後に、使用者が混合手段３７を開くことにより、陽極室２３と陰極室２４の電解水がそれぞれ陽極水出口３５と陰極水出口３６から排出され、混合手段３７によって混合された後、排水口３８から排水タンク３９に排水される。なお、排水タンク３９に排水される酸性水とアルカリ水の混合水は次亜塩素酸を含む弱酸性水であるため、殺菌・漂白作用があるので、弱酸性殺菌・漂白水として利用することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、電解水から発生する塩素ガスを活性炭で効率的に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における電解水生成装置の構成図
【図２】従来の電解水生成装置の構成図
【符号の説明】
２１電解槽
２２隔膜
２３陽極室
２４陰極室
２５陽極
２６陰極
２８排ガス口
３０活性炭
４０給水口

Claims

隔膜を介して陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室とを形成し、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、前記電解槽の略上方に設けられ使用者が前記電解槽へ水を供給するための給水口と、前記電解槽と前記給水口との間に設けられ、前記電気分解により発生する塩素ガスを排気する排ガス口と、前記排ガス口下流に前記塩素ガスを吸着する活性炭を設け、前記活性炭は前記電解槽よりも下方に設けられる電解水生成装置。