JP4075392B2 - 電解水生成装置 - Google Patents

Description

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。
【０００１】
【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。
【０００２】
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。
【０００３】
従来の塩素除去手段を有する電解水生成装置としては、例えば、特開平７−１３６６５４号公報に記載されるようなものがあった。図４は前記公報に記載された従来の電解水生成装置を示すものである。図４において電解水生成装置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。
【０００４】
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内でを貯蔵されている。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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記従来の電解水生成装置では、発生した塩素ガスは希釈されて排気されるものの、電解後の電解水を利用する際あるいは、捨てる際に発生する塩素ガスは外部に排出される構成なので、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って、使用者に不快感を感じさせ、長時間の使用が困難な場合があるという課題があった。
【０００６】
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ようにした電解水生成装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【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、陽極と陰極を備えるとともに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、前記電解水を排水する排水手段と、前記排水手段で排水された電解水を貯留する排水タンクとを有し、前記排水タンクに、前記電気分解により発生する塩素ガスを除去する塩素ガス除去手段を配置するものである。この構成によって、発生した塩素ガスを含む電解水が、排水タンクから排出される際に、塩素ガス除去手段を通り、分解、吸着、溶解によって塩素ガスが除去されるので、効率的な塩素除去が可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、陽極と陰極を備えるとともに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、前記電解水を排水する排水手段と、前記排水手段で排水された電解水を貯留する排水タンクとを有し、前記排水タンクに、前記電気分解により発生する塩素ガスを除去する塩素ガス除去手段を配置したので、電解水から発生した塩素ガスが、塩素ガス除去手段によって除去されるので利用者に不快感を与えない。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、特に請求項１に記載の排水タンクに貯留した電解水を排出する排出口を備え、塩素ガス除去手段は前記排出口に配置したので、発生した塩素ガスを含む電解水が、排水タンクから排出口を通して排出される際に、塩素ガス除去手段によって塩素ガスが除去されるので、効率的な塩素除去が可能となる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、特に請求項１または２の記載において、貯留した電解水を排出する排出口を排水タンクに備え、前記排出口に、排水タンク内の電解水が排水タンク外部に漏れなくするためのキャップを設けたので、排出口に塩素ガス除去手段を備え忘れたり、塩素ガス除去材を備え忘れた場合でも、塩素臭が外部に漏れないので利用者や周囲の人に不快感を与えず、誤使用防止となる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、特に請求項１〜３に記載の塩素ガス除去手段は、排水タンク内の電解水と接触しない位置に設置されているので、電解水によって塩素ガス除去材が消 費して寿命を縮めることがないので、経済的である。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、特に請求項１〜４のいずれか１項に記載の排水タンクに、エア溜まり部を設け、前記エア溜まり部上方に塩素ガス除去手段を配置したので、電解水と塩素ガス除去材が接触することはなく、電解水によって塩素ガス除去材が消費して寿命を縮めることがないので、経済的である。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、特に請求項１〜５のいずれか１項に記載の塩素ガス除去手段は、塩素ガスを少なくとも吸着又は分解又は溶解するための塩素ガス除去材と、前記塩素ガス除去材を収納する塩素ガス除去材収納容器から成り、前記塩素ガス除去材収納容器は、電解水を通過させる開孔部を備えるとともに排水タンクから脱着可能としているので、使用者が塩素ガス除去材を容易に交換したり、補充したりすることができる。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、特に請求項１〜６のいずれか１項に記載の排水タンクは、電解水が流入する流入口を備え、前記流入口より高い位置に、貫通孔を設けたので、電解槽からの電解水を排水する際に、時間をかけることなく短時間で容易に排水ができて便利である。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、特に請求項1〜７に記載の排水タンクに、内部の水位が外部から確認できる水位確認窓を設けたので、排水タンク内部の水量が確認できて便利である。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、特に請求項６に記載の塩素ガス除去材はアルカリ金属化合物とするので、塩素ガスと反応しやすく塩素ガスを除去し易い。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図１〜３を参照しながら説明する。
【００１８】
（実施例１）
図１は本発明の第１の実施例における電解水生成装置の構成図を示す。図１において、１９は電解槽であり、隔膜２０によって陽極室２１と陰極室２２が形成され、各々陽極２３および陰極２４が隔膜２０を介して対向して配置されている。電解槽１９には電解槽蓋２５が設けられていて、電解槽蓋２５と電解槽１９との間には、電解中および電解後に発生する塩素ガスを除去するためのフィルタ２６が備えられている。
【００１９】
２７は食塩タンク２８に蓄えられた食塩２９の溶液を電解槽１９に供給する食塩供給ポンプである。本実施例では電解質として食塩２９を用いるが、電解質としては食塩２９のほかに珪酸塩、炭酸塩、重炭酸塩などの水溶性電解質を用いることができる。
【００２０】
また３０は、アルカリ水を陰極室２２から洗浄水用容器３１に抽出するアルカリ水供給ポンプ、３２は残ったアルカリ水と酸性水を排水するための排水手段、３３は排水された電解水３４を貯留するための排水タンクで、電解水３４が流入する流入口３５と、電解水３４を排出する排出口３６が設けられている。排出口３６には電解水３４がこぼれないように覆うためのキャップ３７と、電解水３４から発生する塩素ガスを除去するための塩素ガス除去手段３８が備えられている。排水タンク３３は装置本体より脱着可能な構成となっている。
【００２１】
次に、動作、作用について説明する。
【００２２】
電気分解前に電解槽蓋２５を開け、電解槽１９の所定水位まで原水を供給する。そしてメインスイッチ（図示せず）を投入すると、食塩２９の溶液が食塩供給ポンプ２７によって陽極室２１に自動で所定量供給され、陽極室２１の水は所定濃度の食塩希釈水となる。
【００２３】
次いで電源装置が動作して一対の電極２３と２４の間に直流電圧が所定時間印加され、電気分解される。電気分解時に陽極室２１では（化式１）に示した反応が生じて酸性水が生成される。
【００２４】
（化式１）
２Ｃｌ^-→Ｃｌ₂↑＋２ｅ^-
Ｃｌ₂＋Ｈ₂Ｏ→ＨＣｌ＋ＨＣｌＯ
２Ｈ₂Ｏ→Ｏ₂↑＋４Ｈ＋＋４ｅ^-
一方、陰極室２２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２０を通過して移動し、アルカリ水が生成される。
【００２５】
（化式２）
２Ｈ₂Ｏ＋２ｅ^-→Ｈ₂↑＋２ＯＨ^-
Ｎａ⁺＋ｅ^-→Ｎａ
２Ｎａ＋２Ｈ₂Ｏ→２ＮａＯＨ＋Ｈ₂↑
ここで、この装置では、陽極室２１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２３と陰極２４間に電圧が印加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２３、２４と逆極性のイオンが隔膜２０を通過して移動することとなる。したがって陽極室２１に導入された食塩２９に含まれるＮａイオンは隔膜２０を経て陰極室２１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２３、２４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。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。
【００２６】
また陽極室２１のみに食塩２９の溶液が供給されることで陰極室２２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２１のみに食塩２９の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。
【００２７】
そして、陽極室２１では塩素ガスＣｌ₂↑、酸素ガスＯ₂↑が生成され、陰極室２２では水素ガスＨ₂↑が生成される。ここで、陽極室２１から発生する塩素ガスは、その発生濃度によって悪臭や刺激臭となり、利用者に不快感を与えるため、電解槽１９の上部には、塩素ガスを除去するためのフィルタ２６が設けられている。
【００２８】
陰極室２２で生成されたアルカリ水の一部は、所定時間電気分解された後、直ちにアルカリ水供給ポンプ３０が一定時間駆動して、洗浄水用容器３１に自動で供給する。これにより隔膜２０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て、所定のｐＨのアルカリ水が確実に抽出可能となる。なお、アルカリ水供給ポンプ３０がアルカリ水の一部を抽出する方法としては、抽出口を陰極室２２の底部から所定の高さに設け、そこから取水する方法が挙げられる。
【００２９】
その後、生成されたアルカリ水と酸性水の強い腐食性をやわらげるために、残ったアルカリ水や酸性水に対し逆極性、つまり陽極２３側を−極、陰極２４側を＋極として電圧を印加する、いわゆる逆電解が所定時間実施される。なお、この逆電解によって、先に実施した電気分解によって陰極２４の表面に析出したスケール成分は酸化還元されてこれを洗浄することもできる。すなわち、原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２２側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２４や隔膜２０の表面に析出し、電解電流の妨害因子となるが、逆電解を所定時間行うことでスケール成分が分解され、電極の長寿命化が実現できる。
【００３０】
このような逆電解が実施された上で、残ったアルカリ水や酸性水は排水手段３２によって互いに混合されながら電解槽１９から排水される。混合されながら排水された電解水３４は、流入口３５より排水タンク３３に流入し、排水タンク３３内に貯留される。そして、排水タンク３３内から電解水３４を排出させる際には、排水タンク３３を装置本体より取り外し、キャップ３７を開け、排水タンク３３を傾けながら排出口３６より排出させる。この時、電解水３４は排出口３６に設けられた塩素ガス除去手段３８を通りながら排出される。
【００３１】
以上のように逆電解を実施したり、アルカリ水と酸性水を互いに混合することでそれぞれが中性に近づけられるため、電解水３４からの塩素ガスの発生はある程度抑えられる上、排水タンク３３の排水口３６に塩素ガス除去手段３８が設けられているため、キャップ３７を開けた際や、排出口３６から電解水３４を排出させる際に塩素ガスが発生しても、塩素ガスは塩素ガス除去手段３８によって効率良く除去されるので、排出作業時に周囲にある金属や、シンクなどのステンレス製品を腐食させたり、変質させたりするのを防止でき、また、使用者に不快感を与えずに済む。
【００３２】
なお排水手段３２の具体的構成としては、陽極室２１、陰極室２２、排水タンク３３のそれぞれに連通する三方弁を操作することで、排水作業を行う方法などがある。また、装置本体に備えられた、装置本体から脱着可能な排水タンク３３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もできる。さらに、この電解水３４は、次亜塩素酸成分を含んでいるので、布巾の除菌や、茶渋の着いた食器などの漂白に利用することができる。
【００３３】
（実施例２）
基本的な構成は実施例１と同様であるため省略するものとし、実施例１と異なる部分のみ説明する。図２、３は本発明の第２の実施例における排水タンク３３の構成を示す概略図である。
【００３４】
図２において、３９は粒状の塩素ガス除去材、４０は塩素ガス除去材３９を入れる通気性を有した袋、４１は袋４０に入れられた塩素ガス除去材３９を収納する塩素ガス除去材収納容器で、外周部に突起４２と、開孔部４３とが設けられている。４４は塩素ガス除去材収納容器４１を覆うためのリング体である。
【００３５】
排水タンク３３には、タンク内部の水位を確認するための水位確認窓４５と、排水タンク３３に電解水３４が流入する際、タンク内部の空気を排気するための貫通孔４６が備えられている。なお、排水タンク３３の排出口３６とキャップ３７にはそれぞれねじ４７が設けられていて、両者はねじ４７によって螺合、着脱自在にされる。
【００３６】
また図３において、４８は排水タンク３３がキャップ３７を装着している場合、電解水３４に浸水されないエア溜まり部で、内部に塩素ガス除去手段３８を備えている。
【００３７】
次に、動作、作用について説明する。
【００３８】
塩素ガス除去材３９は、袋４０に入れられて塩素ガス除去材収納容器４１に収納される。塩素ガス除去材収納容器４１は、排水タンク３３に脱着可能で、排水タンク３３の排出口３６に装着される。この時、塩素ガス除去材収納容器４１には周囲上部に排出口３６内径よりわずかに大きな径を形成するように突起４２が設けられていて、この突起４２が排出口３６の内側に、きつくはまるため、塩素ガス除去材収納容器４１は排水口３６から容易に取り外されず、電解水３４の排水作業時に誤って塩素ガス除去材収納容器４１が落ちたり、利用者が誤って塩素ガス除去材収納容器４１を取り外せないようになっている。このように本実施の形態では塩素ガス除去材収納容器４１は、その周囲に、排水タンク３３の排出口３６と圧入嵌合する突起４２を備え、排水タンク３３から容易に取り外せない構成にしたので、使用者が塩素ガス除去材収納容器４１を不要な際に誤って取り外せないので、煩わしくなくて良い。
【００３９】
また、塩素ガス除去材収納容器４１には開孔部４３が設けられているため、電解水３４排出時に通水の妨げになることはない。なお、開孔部４３は、塩素ガス除去材収納容器４１底部及び、周囲下部に設けられている。周囲部の内、開孔部４３が設けられるのは、塩素ガス除去材収納容器４１の底部から半分ほどの高さまでで、これは、装置が使用限度使用され、塩素ガス除去材３９が消費されて量が減った場合でも、塩素ガスが塩素ガス除去材３９を通って排出される程の高さとなる。このように本実施の形態では、開孔部４３を、塩素ガス除去材収納容器周囲下部に、１つまたは複数個設けられているので、塩素ガス除去材３９が消費されて減った場合でも、塩素ガス除去材と接触することなく塩素ガスが排出されないようにできるので、使用者に不快感を与えない。
【００４０】
さらに、塩素ガス除去材収納容器４１にはリング体４４が設けられていて、排水タンク３３にキャップ３７を装着し忘れた場合でも、中に納められた袋４０や塩素ガス除去材３９が外に落ちないようになっている。普段は、塩素ガス除去材収納容器４１にリング体４４をかぶせた上、排水タンク３３にキャップ３７が装着される。
【００４１】
ここで、キャップ３７と排水タンク３３には、ねじ４７が設けられているので、キャップ３７は容易にそして確実に排出口３６を開閉することができる。このように本実施の形態では、排水タンク３３の排出口３６とキャップ３７は、螺合により着脱自在とした構成なので、誤ってキャップ３７をはずさないようにでき、誤使用防止となる。
【００４２】
また、本実施の形態では塩素ガス除去材収納容器４１に、塩素ガス除去材３９が外れないようリング体４４を設けたので、塩素ガス除去材３９を収納した後、排水タンク３３のキャップ３７が無い場合でも、塩素ガス除去材をこぼさないで済む。
【００４３】
また、本実施の形態では、塩素ガス除去材３９を粒状としたので、表面積が稼げるので塩素ガスを除去し易く効果的である。
【００４４】
また、本実施の形態では、塩素ガス除去材３９を通気性を有する袋４０に納められた構成としているので、粒をこぼしたり無くしたりすることがなく、取り扱いが容易である。
【００４５】
排水タンク３３に電解水３４を排水する場合、利用者は排水手段３２を操作して排水作業を実施する。この時、排水タンク３３内の電解水３４の水位が徐々に上昇し、満水の表示位置までくると、利用者はそこで排水作業を中断し、一度排水タンク３３内の電解水３４を排出してから、引き続き排水作業を行う。この満水の表示位置は、この排水タンク３３の貯留限界となる。なお、塩素ガス除去手段３８や塩素ガス除去材３９は、この貯留限界よりも高い位置に設置されているので、これらが電解水３４に浸かることはなく、塩素ガス除去手段３８を誤って破損させたり、塩素ガス除去材３９を必要以上に消費させなくて済む。このように本実施の形態では塩素ガス除去手段３８の設置位置を、排水タンク３３の貯留上限よりも高くしたので、貯水時に電解水３４と塩素ガス除去材３９が接触することはなく、電解水によって塩素ガス除去材が消費して寿命を縮めることがないので、経 済的である。
【００４６】
一方、塩素ガス除去手段３８を、排水タンク３３内に設けた空気が溜まって抜けないエア溜まり部４８に備えることで、同様の効果が得られる。エア溜まり部４８は、例えば円筒形をした排水口３６の上からをキャップ３７を閉めて形成したような閉空間のことをいう。
【００４７】
排水タンク３３の流入口３５よりも高い位置には、空気抜き用の貫通孔４５が設けられているので、排水作業時の排気や、排出作業時の吸気がスムーズに行え、便利である。
【００４８】
塩素ガス除去材３９の具体的材質としては、酸化マグネシウム（マグネシア：ＭｇＯ）が挙げられる。ＭｇＯによる塩素ガス除去を表す化学反応式は（化式３）の通りである。
【００４９】
（化式３）
Ｃｌ₂＋ＭｇＯ→ＭｇＣｌ₂＋１ / ２Ｏ₂↑
また、ＭｇＯは塩素ガスを除去するだけでなく、（化式４）のように塩酸が持つ腐食性をやわらげることもできる。
【００５０】
（化式４）
２ＨＣｌ＋ＭｇＯ→ＭｇＣｌ₂＋Ｈ₂Ｏ
ここで、ＭｇＯ以外に塩素除去が可能なアルカリ金属化合物としては、Ｍｇ（ＯＨ）₂２、Ｎａ₂Ｏ、ＣａＯなどが挙げられる。このように本実施の形態では、アルカリ金属化合物を、酸化マグネシウムとするので、塩素ガスと反応後に有害な物質が生成されず、安心である。
【００５１】
なお、粒状の塩素ガス除去材３９の粒径としては例えば０．５〜３ｍｍのものが利用でき、よって袋４０の目開きはこの粒状の塩素ガス除去材３９が外に漏れ出ない大きさとなる。その材質としては、酸に比較的強いポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロンなどが利用できる。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように、請求項１〜９に記載の発明によれば、電気分解を行ってアルカリ水の一部を利用しつつ、残った電解水を排水タンクに排水させ、この電解水を排水タンクから排出する際に塩素ガスが発生して悪臭や刺激臭に悩まされたり、金属やステンレス製品が腐食するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１におけるは電解水生成装置の構成図
【図２】 本発明の実施例２における電解水生成装置の排水タンクの構成図
【図３】 同電解水生成装置における排水タンクの要部断面図
【図４】 従来の電解水生成装置の構成図
【符号の説明】
１９ 電解槽
２３ 電極（陽極）
２４ 電極（陰極）
３２ 排水手段
３３ 排水タンク
３４ 電解水
３５ 流入口
３６ 排出口
３７ キャップ
３８ 塩素ガス除去手段
３９ 塩素ガス除去材
４０ 袋
４１ 塩素ガス除去材収納容器
４２ 突起
４３ 開孔部
４４ リング体
４５ 水位確認窓
４６ 貫通孔
４７ ねじ

Claims (9)

1. 陽極と陰極を備えるとともに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、前記電解水を排水する排水手段と、前記排水手段で排水された電解水を貯留する排水タンクとを有し、前記排水タンクに、前記電気分解により発生する塩素ガスを除去する塩素ガス除去手段を配置した電解水生成装置。
2. 貯留した電解水を排出する排出口を排水タンクに備え、塩素ガス除去手段は前記排出口に配置した請求項１に記載の電解水生成装置。
3. 貯留した電解水を排出する排出口を排水タンクに備え、前記排出口に、排水タンク内の電解水が排水タンク外部に漏れなくするためのキャップを設けた請求項１または２に記載の電解水生成装置。
4. 塩素ガス除去手段は、排水タンク内の電解水と接触しない位置に設置された請求項１〜３のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
5. 排水タンクにエア溜まり部を設け、前記エア溜まり部上方に塩素ガス除去手段を配置した請求項１〜４のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
6. 塩素ガス除去手段は、塩素ガスを少なくとも吸着又は分解又は溶解するための塩素ガス除去材と、前記塩素ガス除去材を収納する塩素ガス除去材収納容器から成り、前記塩素ガス除去材収納容器は、電解水を通過させる開孔部を備えるとともに排水タンクから脱着可能とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
7. 排水タンクは電解水が流入する流入口を備え、前記流入口より高い位置に、貫通孔を設けた請求項１〜６のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
8. 排水タンクに、内部の水位が外部から確認できる水位確認窓を設けた請求項１〜７のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
9. 塩素ガス除去材はアルカリ金属化合物とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の電解水生成装置。

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