JP4246780B2

JP4246780B2 - 電解水生成装置およびそれに用いられる隔膜付き電極セット

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Publication number: JP4246780B2
Application number: JP2007551889A
Authority: JP
Inventors: 三樹彦長谷; 三郎奥田
Original assignee: ココロカ株式会社
Priority date: 2006-05-09
Filing date: 2007-05-09
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2027-05-09
Also published as: CN101437762A; JPWO2007129727A1; WO2007129727A1

Description

本発明は、イオン透過性隔膜の両側に陽極と陰極とを配置した電解槽に電解質を含む水溶液を供給し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およびそれに用いられる隔膜付き電極セットに関する。

電解水生成装置は、水に少量の塩素系電解物質を溶かした水溶液（被電解水）を電気分解することにより、酸性の電解水とアルカリ性の電解水とを生成する装置である。電解水生成装置を用いて電解水を生成するには、まず、電解槽内を隔膜で仕切ることにより陽極槽と陰極槽とに分け、陽極槽内に陽極板を配置し、陰極槽に陰極板を配置する。そして、陽極槽及び陰極槽内に少量の塩素系電解物質を溶かした水溶液水を供給した後、陽極と陰極との間に直流を流す。すると、被電解水が電気分解されて、陽極槽から有効塩素を含む酸性の電解水を、陰極槽から水酸化ナトリウムを含むアルカリ性の電解水を得ることができる（例えば、特許文献１参照）。このとき、電解条件にもよるが、ｐＨ（水素イオン濃度）が２．０〜３．５の酸性電解水を、水素イオン濃度が１０．５〜１２．０のアルカリ性電解水を得ることができる。なお、有効塩素とは、殺菌効果のある塩素系物質をいい、酸性電解水中には、ＨＣｌＯ（次亜塩素酸）、ＣｌＯ⁻（次亜塩素酸イオン）などの有効塩素が含まれている。

ここで、被電解水として水に０．２％以下のＮａＣｌを溶かした水溶液を用い、生成した酸性電解水のｐＨが２．２〜２．７で、有効塩素濃度２０〜６０ｍｇ／ｋｇを含む場合には、生成した強酸性電解水は厚生労働省から食品添加物として認可される。

ところで、従来の電解水生成装置の中には、小型で可搬型に構成され、どこでも手軽に電解水を生成することができるバッチ式電解水生成装置も知られている。例えば、特開２００３−１５９５９１号公報（特許文献１）には、電解槽内にイオン透過性の隔膜を固定する隔膜固定板を配置し、この隔膜固定板で電解槽を２つの槽に仕切った各槽内にそれぞれ電極（陽極板、陰極板）を配置した電解水生成装置が記載されている。

電解槽を仕切る隔膜固定板は、例えば、ポリフェニレンサルファイド素材を用いて射出成形法により製造されている。この理由は、ポリフェニレンサルファイドが耐熱性、耐薬品に優れる材料であり、かつ強度、剛性が高いため、射出成形法で寸法安定性に優れる隔膜固定板を製造できるからである。また、ポリフェニレンサルファイドにガラス繊維を添加した素材（ガラス繊維強化ポリフェニレンサルファイド）を用いて、射出成形法により、更に高強度、高剛性、寸法安定性に優れた（変形しにくい）隔膜固定板も製造されている。

また、従来の電解水生成装置では、電極板の極性をそのまま固定して電気分解を継続すると陰極側の電極板に炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムなどの塩基性化合物の析出物からなるスケールが付着し、次第に電解効率が低減する。このため、電解効率が低減した場合には電極板の極性を切り替えてから電気分解を行う洗浄モードにより電極板に付着したスケールを溶解させて電極を洗浄し、低下した電気分解効率を回復している（例えば、特許文献２）。
特開２００３−１５９５９１号公報特開平１１−３１４０８９号公報

しかしながら、ガラス繊維強化ポリフェニレンサルファイド素材を用いて射出成形法により製造された隔膜固定板の使用や洗浄モードの使用には以下の問題がある。

射出成形法の問題は、射出成形の難しさと成形費用がかさむ点である。ガラス繊維強化ポリフェニレンサルファイド素材を用いて製造された隔膜固定板は、優れた特性（高強度、高剛性、寸法安定性）を有するが、その特性を実現するためには、射出成形時に、ガラス繊維を隔膜固定板中に均質に分散させること、緻密な射出成形体を作製することが条件となる。この条件を満足するためには、高度な射出成形技術が必要となる。そのため、射出成形法で隔膜固定板を製造する製造メーカは限られてしまう。また、高強度、高剛性のガラス繊維強化ポリフェニレンサルファイド素材を用いると、金型や成型機の摩耗劣化が早くなる。そのため金型の寿命が短くなり成型機のメンテナンスも頻繁に行う必要があるため、隔膜固定板の製造価格が上昇する。従って、ガラス繊維強化ポリフェニレンサルファイド素材を用いる場合には、製造メーカが限定され、製造価格が上昇するため、手軽で安価に隔膜固定板の製造委託をすることができなくなる。また、ガラス繊維強化ポリフェニレンサルファイド素材を用いて射出成形法で製造された隔膜固定板は長期安定性に欠ける場合がある。これは、ガラス繊維は強酸性の電解水に侵されるため、この隔膜固定板を長期間使用するとガラス繊維が徐々に溶解し、隔膜固定板中にクラックが入って損傷する場合があるからである。

一方、洗浄モードを用いて低下した電解効率を回復するときの問題は、スケールの付着と共に得られる電解水の性能が徐々に低下することや、洗浄モードでスケールを溶解する期間は電解水を生成することができないことなどがあげられる。そのためスケールの付着を低減することによる電解水性能の低下の低減や洗浄モードの使用回数を減らすことが望まれる。

本発明は、上記説明した従来技術の問題点を解決することを出発点としてなされたものであり、その目的は、繰り返し電気分解水を製造する場合において安定した特性の電解水を長期間にわたって得ることができる電解水生成装置およびそれに用いられる隔膜付き電極セットを提供することである。

上記目的を達成するための本発明の電解水生成装置は、以下の構成を有する。すなわち、電解質を含む水溶液を電気分解して酸性電解水とアルカリ性電解水とを生成する電解水生成装置であって、電解槽を陽極部と陰極部とに分離するイオン透過性の隔膜と、前記隔膜を固定する一対の隔膜保持板と、前記隔膜の両側に離れてそれぞれ配置されている２つの電極と、前記隔膜の両側に配置されている、前記隔膜と前記電極との間隔を予め決められた間隔に保持するための間隔保持手段であって、第１表面で前記隔膜と接触し前記第１表面と反対側の第２表面で前記２つの電極に接触する間隔保持手段と、前記隔膜の両側に離れてそれぞれ配置されている２つの電極を前記間隔保持手段にそれぞれ弾性により押しつけて固定するクリップと、を有し、前記隔膜保持板は、前記隔膜の周囲部分を保持する隔膜保持枠と、前記間隔保持手段が配置されている開口部とを有し、前記隔膜保持板は前記クリップを固定するためのクリップ固定溝を有し、前記クリップはクリップ基部とクリップ先端部とを有し、前記クリップは前記クリップ基部を前記クリップ固定溝にはめ込むことによって前記間隔保持手段に固定され、前記隔膜と、前記一対の隔膜保持板と、前記２つの電極と、前記間隔保持手段と、前記クリップとが一体に組み立てられて、前記電解槽を陽極部と陰極部に分離する隔膜付き電極セットが形成され、前記隔膜付き電極セットの一対の隔膜保持板はテーパ形状を有し、電解槽は、前記隔膜付き電極セットの前記テーパ形状を有する一対の隔膜保持板を固定するテーパ形状の溝を有する第１固定部と、前記クリップ先端部を固定する溝を有する第２固定部とを有することを特徴とする。

ここで例えば、前記間隔保持手段は、前記開口部に格子目状に配置されているリブであることが好ましい。

ここで例えば、前記リブの格子目状の交差部には予め決められた高さを有するボスが配置され、前記隔膜と前記電極との間隔は、前記リブから前記ボスまでの高さによって決められることが好ましい。

ここで例えば、前記リブの前記電極に接触する部分の面積の割合が前記電極の面積の１５％以下となるように設定されていることが好ましい。

ここで例えば、前記隔膜保持板と前記間隔保持手段とは耐蝕性のポリプロピレン素材を用いる成形加工により一体に作製されることが好ましい。

ここで例えば、前記隔膜付き電極セットの前記第１固定部と接触する部分には、前記陽極部と陰極部の電解水が互いに混合しないように密閉する耐蝕性のパッキンが配置されていることが好ましい。

ここで例えば、前記クリップが複数使用されていることが好ましい。

ここで例えば、前記パッキンは三元フッ素ゴムを含むフッ素化合物によって形成されていることが好ましい。

また、本発明の電解水生成装置に用いる隔膜付き電極セットは、電解質を含む水溶液を電気分解して酸性電解水とアルカリ性電解水とを生成する電解水生成装置に用いる隔膜付き電極セットであって、電解槽を陽極部と陰極部とに分離するイオン透過性の隔膜と、前記隔膜を固定する一対の隔膜保持板と、前記隔膜の両側に離れてそれぞれ配置されている２つの電極と、前記隔膜の両側に配置されている、前記隔膜と前記電極との間隔を予め決められた間隔に保持するための間隔保持手段であって、第１表面で前記隔膜と接触し前記第１表面と反対側の第２表面で前記２つの電極に接触する間隔保持手段と、前記隔膜の両側に離れてそれぞれ配置されている２つの電極を前記間隔保持手段にそれぞれ弾性により押しつけて固定するクリップと、を有し、前記隔膜保持板は、前記隔膜の周囲部分を保持する隔膜保持枠と、前記間隔保持手段が配置されている開口部とを有し、前記隔膜保持板は前記クリップを固定するためのクリップ固定溝を有し、前記クリップは、クリップ基部とクリップ先端部とを有し、前記クリップは前記クリップ基部を前記クリップ固定溝にはめ込むことによって前記間隔保持手段に固定され、前記隔膜と、前記一対の隔膜保持板と、前記２つの電極と、前記間隔保持手段と、前記クリップとが一体に組み立てられて、電解槽を陽極部と陰極部に分離する前記隔膜付き電極セットが形成され、前記隔膜付き電極セットの一対の隔膜保持板はテーパ形状を有し、前記隔膜付き電極セットの前記隔膜付き電極セットの前記テーパ形状を有する一対の隔膜保持板が、前記電解槽のテーパ形状の溝を有する第１固定部に固定され、前記クリップ先端部が、前記電解槽の前記クリップ先端部を固定する溝を有する第２固定部に固定されることを特徴とする。

本発明によれば、繰り返し電気分解水を製造する場合において安定した特性の電解水を長期間にわたって得ることができる電解水生成装置およびそれに用いられる隔膜付き電極セットを提供することができる。

本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。

添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
隔膜付き電極セットの全体構成を説明する斜視図である。図１Ａの隔膜付き電極セットの正面図と断面図である。図１Ｂの断面図の中央付近の部分拡大図である。第２隔膜保持板にＯ−リングを取り付ける工程を説明する図である。第２隔膜保持板に隔膜を取付けた後、第２隔膜保持板に第１隔膜保持板を重ねる工程を説明する図である。第１隔膜保持板と第２隔膜保持板とを重ね合わせた状態を説明する図である。第１隔膜保持板と第２隔膜保持板とを重ねた状態で、電極槽との接触部に電解水漏止用のパッキングを設置した状態を説明する図である。２つの隔膜保持板の両側に陰極板と陽極板を設置後、陰極板と陽極板をクリップで固定する工程を説明する図である。隔膜付き電極セットを設置する前の電解槽の構成を説明する図である。隔膜付き電極セットを設置した電解槽の構成を説明する図である。電解水生成装置の全体構成を説明する図である。電解水生成装置内部の電解槽とピッチャーの位置関係を説明する図である。電解槽と駆動部の接続関係および電解槽で生成した電解水を駆動部が取り出す動作を説明する図であり、駆動部が多段中空パイプを伸ばして電解槽の開閉弁とピッチャー開閉部を開いた状態（陽極部）と、駆動部が多段中空パイプを縮めて電解槽の開閉弁とピッチャー開閉部を閉じた状態（陰極部）を説明する図である。駆動部とピッチャーとの接続関係および電解槽で生成した電解水を各ピッチャーに移送する動作を説明する図であり、駆動部が多段中空パイプを伸ばして電解槽の開閉弁とピッチャー開閉部とを開いた状態（陰極部）と、駆動部が多段中空パイプを縮めて電解槽の開閉弁とピッチャー開閉部を閉じた状態（陽極部）を説明する図である。

符号の説明

１０電解水生成装置
１１−１ピッチャー（陰極水）
１１−２ピッチャー（陽極水）
１２本体上蓋
１３目盛
１４固定部
１５電解槽
１６陽極部
１７陰極部
１８筐体部
１９クリップ固定部
２０電解水取出口
２１電解水取出口
２２電解水取出口の開閉弁
２３電解水取出口の開閉弁
２４多段中空パイプ（ピッチャー開閉部の開閉パイプ）
２５多段中空パイプ（ピッチャー開閉部の開閉パイプ）
２６駆動部
２７第１シャフト
２８第２シャフト
２９第３シャフト
３０第４シャフト
１００隔膜付き電極セット
１０１クリップ
１０２ａ陽極板
１０２ｂ陰極板
１０３隔膜
１０４パッキン
１０５ａ第１隔膜保持板
１０５ｂ第２隔膜保持板
１０７ａ陽極端子
１０７ｂ陰極端子
１０９−１、１０９−２格子目状リブ
１１０逆止弁
１１１球溝
１１２−１，１１２−２ボス
１１３溝
１１４−１，１１４−２電極支持台
１１５Ｏ−リング
１１７テフロン（登録商標）精密球
１１８逆止弁カバー

本実施形態の隔膜付き電極セット及びそれを用いる電解水生成装置について説明する。以下の説明では、電解水生成装置の一例として、２リットルの原料水溶液（水に少量のＮａＣｌを溶かした被電解水）を電解槽で電気分解し、陽極部から有効塩素を含む強酸性電解水（陽極水）を、陰極部から強アルカリ性電解水（陰極水）を生成するバッチ式の電解水生成装置を用いて説明する。

しかし、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明の電解槽の隔膜付き電極セットを用いて電気分解するものであれば、連続式の電解水生成装置であってもよい。また、以下に示す構成は一例であり、本発明の技術的思想を満足するものであれば、その構成や配置は適時変更が可能である。

［特徴］
まず、本実施形態の隔膜付き電極セットの特徴について説明する。隔膜付き電極セットの一例を図１Ａ（斜視図）、図１Ｂ（正面図、断面図）図１Ｃ（部分拡大図）に示す。

本実施形態の隔膜付き電極セットは、電解槽に設置して、電解槽を陽極部と陰極部に分離するものであり、電解槽を陽極部と陰極部とに分離するイオン透過性の隔膜を両側から挟んで固定する隔膜保持板に、隔膜の両側に離れてそれぞれ配置されている２つの電極を弾性素材で作られたクリップでその弾性により押しつけて電極間の距離を一定に保ちながら固定する点が特徴である。

隔膜保持板は、隔膜の周囲部分を保持する隔膜保持枠と隔膜保持枠以外の部分である開口部とからなり、開口部には、隔膜と電極との間隔を予め決められた間隔に保持する間隔保持部が配置されている。隔膜保持板の開口部に形成された間隔保持部は、図１Ｃに示すように格子目状リブ（１０９−１，１０９−２）と格子目状リブの交差部の上に形成されたボス（１１２−１，１１２−２）とからなり、クリップ１０１が２つの電極（１０２ａ，１０２ｂ）をクリップで挟んで隔膜保持板に弾性により押しつける構造となっている。そのため、クリップで２つの電極を挟んで隔膜保持板に押しつけると、各電極が対応するボスと接触し、格子目状リブが対応する隔膜表面に接触する。その結果、２つの電極は隔膜保持板の間隔保持部と隔膜とを介して互いに固定されるため、２つの電極間の距離は一定に保たれる。

本実施形態の隔膜付き電極セットを用いる電解水生成装置は、上記の構成にしたことで、２つの電極間の距離が電気分解の間に安定して一定に保持され、電極間の距離が不安定な場合に発生するスケールの付着を抑制することができるため、電解水を繰り返し製造しても常に安定した性能の電解水を得ることができ、電解効率を回復するための洗浄モードを行うまでの期間（時間間隔）を長くすることができる。例えば、２リットルの電解水の製造を洗浄モード無しに１００回繰り返し行っても、得られる酸性電解水の有効塩素量は、４０〜６０ｐｐｍと常に安定しており、電解水の性能劣化は認められなかった。

また、隔膜保持板は、ガラス繊維強化ポリフェニレンサルファイド素材に比べて、耐薬品性および成形性に優れるポリプロピレン素材を用いて射出成形法により一体成形されたものであるので、成形加工が容易となり、金型や成型機の損傷を低減することができる。また、製造メーカの委託先を増やすこともできる。なお、弾性を有するポリプロピレン素材は、ガラス繊維強化ポリフェニレンサルファイド素材に比べてやや強度、剛性が低い（柔らかい）が、本実施形態の隔膜付き電極セットでは、クリップを用いて２つの電極を間隔保持部に弾性により押しつけて一定間隔に固定する構造および隔膜保持板を伸縮自在のパッキンを介して隔膜保持板に押しつけて固定する構造とすることで隔膜保持板の変形を低減している。

［隔膜付き電極セット：図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ］
以下、本実施形態の隔膜付き電極セットについて説明し、次に、本実施形態の隔膜付き電極セットを用いる電解水生成装置について説明する。

図１Ａ、図１Ｂに、本実施形態の隔膜付き電極セット１００の全体構成の一例を示す。図１Ａは、隔膜付き電極セット１００の全体構成を説明する斜視図であり、図１Ｂは、図１Ａの隔膜付き電極セットの正面図と断面図である。なお、図１Ｂの断面図では、図を見やすくするため隔膜は省略してある（図１Ｃ参照）。隔膜付き電極セット１００は、後述の電解槽１５の固定部１４に設置して、電解槽１５を陽極部１６と陰極部１７に分離するものであり、クリップ１０１、陽極端子１０７ａを有する陽極板１０２ａ、陰極端子１０７ｂを有する陰極板１０２ｂ、隔膜１０３、パッキン１０４、第１隔膜保持板１０５ａ，第２隔膜保持板１０５ｂなどから構成されている。

第１隔膜保持板１０５ａ（図２Ｂ参照）と第２隔膜保持板１０５ｂ（図２Ａ参照）は、類似の形状を有するものであり、隔膜１０３の周囲部分を保持する隔膜保持枠１２０−１、１２０−２と開口部１２１−１，１２１−２とからなる。第１および第２隔膜保持板１０５ａ、１０５ｂは、耐薬品性および成形性に優れるポリプロピレン素材を用いて射出成形法により一体成形されたものであり、その間に隔膜１０３を挟んで組み合わることにより隔膜１０３が固定される。開口部１２１−１，１２１−２には、隔膜１０３間と各電極との間隔を予め決められた間隔に保持する間隔保持部１２２−１、１２２−２が配置されている。

図１Ｃは、図１Ｂの断面図の隔膜付き電極セット１００の中央付近の部分拡大図である。間隔保持部１２２−１、１２２−２は、図１Ｃに示すように格子目状リブ１０９−１、１０９−２と格子目状リブの交差部（図２Ｂ参照）の上に形成されたボス１１２−１，１１２−２とからなる。クリップ１０１で挟んで２つの電極を挟むと２つの電極１０２ａ、１０２ｂがクリップ１０１のバネ機構により隔膜保持板１０５ａ、１０５ｂに押しつけられ、電極１０２ａ、１０２ｂは対応するボス１１２−１，１１２−２と接触し、格子目状リブ１０９−１、１０９−２が隔膜１０３と接触する。その結果、２つの電極１０２ａ、１０２ｂは、間隔保持部１２２−１、１２２−２と隔膜１０３とを介してクリップ１０１により押しつけられて固定されるため、２つの電極間の距離は一定に保たれる。

図１Ｃの例では、隔膜１０３、陽極板１０２ａおよび陰極板１０２ｂの厚さは０．５ｍｍであり、電極間の距離が５．５ｍｍに一定に保たれている。隔膜１０３は、隔膜付き電極セット１００の中央部に配置され、隔膜１０３の周辺部に配置されるＯ−リング１１５（図２Ａ参照）によって平面状にかつ隙間から電解水が漏れないように保持されている。

次に、上記説明した隔膜付き電極セット１００を構成する各部品について説明する。

［隔膜保持板図２Ａ、図２Ｂ］
第１および第２隔膜保持板１０５ａ、１０５ｂは、図２Ａおよび図２Ｂに示す類似する形状を有するものであり、互いに重ね合わることにより隔膜付き電極セット１００が形成される。各隔膜保持板の大きさは、２リットルの原料水溶液を電気分解する場合、例えば、縦（電極槽の深さ方向）が約１００ｍｍ、横（電極槽の幅方向）が約１３０ｍｍである。各隔膜保持板は、耐薬品性および成形性に優れるポリプロピレン素材を用いて射出成形法により一体成形される。

第２隔膜保持板１０５ｂは、図２Ａに示すように、隔膜を保持する枠１２０−１、Ｏ−リング１１５，Ｏ−リングを保持する溝１１３，電極を支持する電極支持台１１４−１、隔膜を保持する帯状の格子目状リブ１０９−１、格子目状リブ１０９−１の交差部の電極に接触する側に配置されるボス１１２−１、陰極部上方から供給される原料水溶液を陽極部に供給する逆止弁１１０，テフロン（登録商標）精密球１１７を保持する球溝１１１より構成される。第１隔膜保持板１０５ａは、図２Ｂに示すように、隔膜を保持する枠１２０−２、電極を支持する電極支持台１１４−２、隔膜を保持する帯状の格子目状リブ１０９−２、格子目状リブ１０９−２の交差部の電極に接触する側に配置されるボス１１２−２、逆止弁カバー１１８，テフロン（登録商標）精密球１１７より構成される。

間隔保持部１２２−１、１２２−２は、格子目状リブ１０９−１、１０９−２とボス１１２−１、１１２−２により構成され、図２Ａ、２Ｂに示すように開口部１２１−１，１２１−２に配置され、隔膜１０３を平面上に保持し、かつ、２つの電極（陽極板と陰極板）１０２ａ、１０２ｂ間の距離を一定に保つ。ただし、間隔保持部１２２−１、１２２−２が対応する電極（陽極板と陰極板）１０２ａ、１０２ｂに接触する部分の面積の割合が大きいと電極の実際に利用できる有効面積が減少し、各電極で発生した水素や塩素ガスが格子目状リブ上に滞留する割合が増加して電気分解の効率が低下する。そのため、本実施形態では、リブ部の全面積は、電極の全面積の１５％以下となるように設定して、電気分解を高効率としている。一例を示せば、格子目状リブ１０９−１、１０９−２は、図に示すような格子目状の形状で開口部１２１−１，１２１−２に配置され、その幅は１ｍｍ程度、高さは１．５ｍｍ程度であり、ボス１１２−１、１１２−２は、円柱状の形状を有し、直径と高さは、例えば、約１ｍｍである。

逆止弁１１０、球溝１１１、テフロン（登録商標）精密球１１７および逆止弁カバー１１８は陰極部から供給される原料供給水を陽極部に一定方向に供給するものであり、供給された原料供給水の逆流を防止するものである。すなわち、逆止弁１１０の球溝１１１はテフロン（登録商標）精密球１１７を保持し、その上に逆止弁カバー１１８を配置することによってテフロン（登録商標）精密球１１７の動きを制御している。電極支持台１１４−１，１１４−２はそれぞれ陰極板１０２ｂと陽極板１０２ａを保持する台である。

［Ｏ−リング］
Ｏ−リング１１５は、図２Ａに示す形状を有し、耐蝕性の三元フッ素ゴムによって作製されたものである。Ｏ−リング１１５はＯ−リング用の溝１１３に設置され、第１および第２隔膜保持板１０５ａ，１０５ｂを組み合わせて隔膜付き電極セット１００が形成されたときに隔膜１０３を密閉保持する。

［隔膜］
隔膜１０３は、不織布よりなるイオン透過性の薄膜である。隔膜１０３の大きさは、２リットルの原料水溶液を電気分解する場合、例えば、縦が１００ｍｍ、横が１３０ｍｍ、厚さが０．５ｍｍである。

［陽極板と陰極板］
陽極板１０２ａと陰極板１０２ｂは、図１Ａに示すような陽極端子１０７ａと陰極端子１０７ｂを有するチタン製の薄板である。陽極板１０２ａと陰極板１０２ｂの電極部分の大きさは、それぞれ２リットルの原料水溶液を電気分解する場合、例えば、縦（電解水の深さ方向）が約９０ｍｍ、横が約１００ｍｍ（電解水の幅方向）、厚さが０．５ｍｍである。なお本実施形態の例は、電極間の間隔が５．５ｍｍ、電極と隔膜との間隔がそれぞれ２．７５ｍｍとなるように配置される。

［クリップ］
クリップ１０１は図２Ｅに示すようなクリップ基部１０１ａとクリップ先端部１０１ｂを有し、クリップ基部１０１ａの幅は電極間の距離と同じあるいはやや短めであることが好ましい。クリップ１０１は弾性材料であるポリプロピレン素材を用いて射出成形法により形成される。クリップ１０１は弾性を有するため２つの電極間の距離を一定に保持するものである。すなわち、クリップ１０１は隔膜の両側に離れてそれぞれ配置されている２つの電極を間隔保持部にそれぞれクリップの弾性により押しつけて固定することができる。また、クリップ１０１は後述する図３のクリップ固定部１９にはめ込められることにより、２つの電極を間隔保持部により強く押しつけて固定することができる。なお、図２Ｅに示すクリップ１０１の数およびその形状は一例であり、電解槽１５の大きさによりその数とその形状を適時変化することができる。

［隔膜付き電極セットの製造工程：図２Ａ〜２Ｅ］
次に、上記説明した各部品を用いて隔膜付き電極セット１００を製造する工程について図２Ａ〜２Ｅを用いて説明する。

まず、図２Ａに示すように、第２隔膜保持板１０５ｂのＯ−リング用の溝１１３にＯ−リング１１５をはめ込む。次に、図２Ｂに示すように、第２隔膜保持板１０５ｂに隔膜１０３を図に示すように取付ける。続いて、テフロン（登録商標）精密球１１７を球溝１１１にのせてから第２隔膜保持板１０５ｂに第１隔膜保持板１０５ａを図の矢印方向に移動して重ねて図２Ｃに示すように隔膜付き電極セット１００を組み立てる。次に、図２Ｄに示すように第１隔膜保持板１０５ａと第２隔膜保持板１０５ｂとを組み合わせた状態で電解槽と接触する部分に電解水漏止用のパッキン１０４を設置する。次に、図２Ｅに示すように第１隔膜保持板１０５ａと第２隔膜保持板１０５ｂの両側に陰極板１０２ｂと陽極板１０２ａを電極支持台１１４−１、１１４−２上に配置する。その後、クリップ１０１で２つの電極を挟んで隔膜保持板に弾性により押しつけて固定する。すなわち、クリップ基部１０１ａをクリップ固定溝１２０ａ、１２０ｂにはめ込み、陰極板１０２ｂと陽極板１０２ａにクリップ先端部１０１ｂを弾性により押しつけて固定する。その結果、図１Ａに示す隔膜付き電極セット１００を製造することができる。

［電解槽の構造：図３、４］
次に、上記説明した隔膜付き電極セット１００を電解槽１５に配置する方法について図３，図４を用いて説明する。

図３は隔膜付き電極セット１００を設置する前の電解槽１５の構成を説明する図であり、図４は、隔膜付き電極セット１００を設置した電解槽１５の構成を説明する図である。なお、以下の説明では、電解槽１５の大きさに一例として、電解槽１５の大きさが２リットル、陽極部１６が１７５０ｍｌ、陰極部が２５０ｍｌの場合を例に説明する。ここで、電解槽１５の大きさの一例を示せば、長さが約１４０ｍｍ、高さが約１００ｍｍ、幅が約１３０ｍｍ（陽極部）、約３７ｍｍ（陽極部）である。

図３に示すように、電解槽１５の両端部の壁側にはテーパ形状を有する固定部１４がそれぞれ配置され、電解槽１５の中央部の底部にはクリップ固定部１９が２つの配置されている。なお、クリップ固定部１９の数はクリップの数に応じて変更することができる。そこで、固定部１４に隔膜付き電極セット１００をはめ込むことにより電解槽１５は陽極部１６と陰極部１５とに分割される。

図４は、電解槽１５を隔膜付き電極セット１００で陽極部１６と陰極部１７に仕切った状態を示している。隔膜付き電極セット１００は、２つの固定部１４の間に耐蝕性の三元フッ素ゴム製のパッキン１０４を介して固定される。このとき、パッキン１０４は収縮して隔膜付き電極セット１００を固定部１４に密着固定するため、その隙間からの電解水の漏れを防止する。また、電解槽１５内には図３に示すようにクリップ固定部１９が配置され、２つの電極間の距離を一定に保持するクリップ固定部１９を動かないように固定する。この結果、隔膜付き電極セット１００は固定部１４とクリップ固定部１９によって位置ずれしないように固定されているため、隔膜付き電極セット１００に外部から力が働いても電極間の距離はほぼ一定に保持される。

なお、陽極部１６と陰極部１７の底部にはそれぞれ電解水取出口２０、２１が配置されている。電解水取出口２０、２１は電解槽１５に原料水溶液が供給され、電解槽１５で原料水溶液を電気分解して電解水を生成する際には、電解水取出口の開閉弁２２，２３（図７参照）によって閉じられている。また、電解槽１５において供給された原料水溶液の電気分解によって電解水の生成が終了すると、生成した電解水は、電解水取出口の開閉弁２２，２３を開くことにより陽極水用ピッチャー１１−２と陰極水用ピッチャー１１−１に供給される。この生成した電極水を陽極水用ピッチャー１１−２と陰極水用ピッチャー１１−１に供給する方法については後述する。

上記説明した方法により製造された隔膜付き電極セット１００を図３に示す固定部１４とクリップ固定部１９にはめ込むことにより、図４に示す電解槽１５が完成する。次に、上記説明した隔膜付き電極セット１００を用いた電解水の製造方法について説明する。

［電解水生成装置：図５、図６］
図５は、電解水生成装置１０の全体構成を説明する図であり、図６は、電解水生成装置内部の電解槽とピッチャーの位置関係を説明する図である。図６に示されるように電解水生成装置１０の上部の本体上蓋１２の下には電解槽１５が配置され、電解槽１５の下部に陰極水用と陽極水用ピッチャー１１−１，１１−２が配置されている。目盛１３は電解槽１５中の電解水量を示す。

本電解水生成装置１０で電解水を生成する場合には、まず、図４の電解槽１５の陰極部１７に原料水溶液が供給される。すると、陰極部１７から逆止弁１１０（図２Ａ）を経由して陽極部１６に原料水溶液が供給される。

次に、電解槽１５内で電気分解により各種用途に応じたｐＨや有効塩素量の異なる電解水を生成する。本電解水生成装置で所望のｐＨや有効塩素量を得るためには、例えば、電気分解時間を変化させて行えばよい。一例を示せば、ｐＨが３．５の酸性電解水を製造する場合には、電解槽に２リットルの原料水溶液（少量の塩化ナトリウムを含む）を入れて、２分間電気分解を行えばよく、ｐＨが２．５のより強酸性電解水を製造する場合には、１０分間電気分解を行えばよい。

電気分解終了後に、生成した陽極水と陰極水の混合を防ぐため、ただちに駆動部（ＡＣソレノイド）が作動して、電解水取出口２０，２１に設置された電解水取出口の開閉弁２２，２３が開くとともにピッチャー開閉部に開閉パイプ２４，２５が伸びてピッチャー１１−１，１１−２の各ピッチャー開閉部を開く。そして、生成した各電解水を密閉性の良い各ピッチャーに移送して保持する。この詳細は図７，８を用いて後述する。

［電解槽からピッチャーへの電解水の供給：図７、８］
次に、図７と図８を用いて電解槽１５で生成した電極水（陽極水と陰極水）を陽極水用ピッチャー１１−２と陰極水用ピッチャー１１−１とに供給する工程について説明する。

図７は、電解槽１５と駆動部２６との接続関係および電解槽１５で生成した電解水（陽極水と陰極水）を駆動部２６が取り出す動作を説明する図である。なお図７では説明をわかりやすくするため隔膜付き電極セット１００を除いている。

図７の陰極部（左側）は、駆動部２６が多段中空パイプを縮めて開閉弁２３を電解槽１５の下方向に移動し電解水取出口２１が閉じた状態を示している。この状態において、多段中空パイプ（ピッチャー開閉部の開閉パイプ）２５はピッチャー１１−１の上方に保持されているためピッチャー開閉部２（図８の陽極部参照）は閉じた状態となっている。そこで、多段中空パイプ２４，２５を縮めた状態にして、原料水溶液が電解槽１５内に注入される。続いて、電解槽１５で電気分解が行われ、陽極部１６と陰極部１７で各電解水が生成する。一方、図７の陽極部１６（右側）は、駆動部２６が多段中空パイプを伸ばして開閉弁２２を電解槽１５の上方向に移動して電解水取出口２０を開いた状態を示している。この状態において、ピッチャー１１−２の上方に配置される多段中空パイプ（ピッチャー開閉部の開閉パイプ）２４は、下方向に移動しピッチャー開閉部２（図８の陰極部参照）を開いた状態にする。このように駆動部が多段中空パイプを伸ばす状態において、電解槽１５で生成した陽極水は電解水取出口２０からピッチャー開閉部２を介してピッチャー１１−２に供給される。

［駆動部とピッチャーの接続関係：図８］
図８は、駆動部２６とピッチャー１１−１，１１−２との接続関係および電解槽１５で生成した電解水を各ピッチャーに移送する動作を説明する図である。

図８の陽極部（右側）は、駆動部２６が多段中空パイプを縮め開閉弁２２を電解槽１５の下方向に移動し電解水取出口２０を閉じた状態を示している。この状態において、多段中空パイプ（ピッチャー開閉部の開閉パイプ）２４はピッチャー１の上方に保持されているためピッチャー開閉部２を閉じた状態にする。このように駆動部が多段中空パイプを縮めて電解水取出口２０を閉じた状態（電解水取出口２０も同様に閉じた状態）にした後で、原料水溶液が電解槽１５に注入される。続いて、電解槽１５で電気分解が行われ、陽極部と陰極部で各電解水が生成する。一方、図８の陰極部１７（左側）は、電解水生成後に駆動部２６が多段中空パイプを伸ばして開閉弁２３を電解槽１５の上方向に移動して電解水取出口２１を開いた状態を示している。この状態において、ピッチャー１１−２の上方に配置されるピッチャー開閉部の開閉パイプ（多段中空パイプ）２５は、下方向に移動しピッチャー開閉部２を開いた状態にする。その結果、電解槽１５で生成した電解水（陰極水）は、開かれた電解水取出口２１からピッチャー開閉部２を介してピッチャー１１−１に供給される。なお、電解槽１５で生成した電解水（陽極水）も、同様の方法により、ピッチャー１１−２に供給される。

次に、図７及び図８で説明した駆動部２６について詳しく説明する。駆動部２６は図８に示すように陰極水の制御と陽極水の制御を行う同じ構造の２系統（多段中空パイプ２４，２５）があるが、以下の説明では、主に陰極水の制御（多段中空パイプ２５）を例に取り説明する。駆動部２６は、駆動部２６，多段中空パイプ２５、第１シャフト２７，第２シャフト２８，第３シャフト２９，第４シャフト３０から構成されている。多段中空パイプ２５は第１端部２５ａと反対側の第２端部２５ｂとを有し、第１端部２５ａは開閉弁２３に接続されており、駆動部は第１端部２５ａと第２端部２５ｂ間の長さを変更可能である。また、多段中空パイプの第１端部２５ａは第３シャフト２９と接続され、多段中空パイプの第２端部２５ｂ（ピッチャー開閉部の開閉パイプ）は第４シャフト３０と接続され、第３シャフト２９は第２シャフト２８と接続され、第２シャフト２８は第１シャフト２７と接続され、第１シャフト２７は駆動部２６と接続されている。駆動部２６は、第３シャフト２９と第４シャフト３０との距離を変えることにより多段中空パイプ２５の長さを変更することができる。なお、電解水取出口の開閉弁２３とピッチャー開閉部の開閉パイプ２５とは同一直線上に配置されている。

このため、駆動部２６が図７の左側のように第３シャフト２９と第４シャフト３０とを互いに接触させる（多段中空パイプを縮める）ように駆動すると電解水取出口の開閉弁２３は下部方向に移動し、同時に、ピッチャー開閉部の開閉パイプ２５が上部方向に移動するため、電解水取出口２１とピッチャー開閉部２とは閉じた状態となる。一方、図７の右側のように駆動部２６が第３シャフト２９と第４シャフト３０とを互いに離れる（多段中空パイプを伸ばす）ように駆動すると電解水取出口の開閉弁２２は上部方向に移動し、同時に、ピッチャー開閉部の開閉パイプ２４が下部方向に移動するため、電解水取出口２０とピッチャー開閉部２とは開いた状態となる。

次に、図８を用いて駆動部２６が電解槽１５で生成した電解水をピッチャに供給する動作について説明するが、その前に図８の陽極部を用いて、駆動部２６が原料水溶液を電解槽に注入する前に行う動作を説明する。駆動部２６は、第３シャフト２９と第４シャフト３０とを互いに接するまで駆動（多段中空パイプを縮める）する。この動作により電解水取出口の開閉弁２２とピッチャー開閉部の開閉パイプ２４は最も接近し、電解水取出口の開閉弁２２は電解槽１５の下方向に移動して電解水取出口２０を閉じ、開閉パイプ２４はピッチャー開閉部２の上方向に移動して開口部３を閉じる。

次に、図８の陰極部を用いて、駆動部２６が電解槽１５の陰極部で生成した電解水をピッチャー１１−１に供給する際に行う動作を説明する。駆動部２６は、第３シャフト２９と第４シャフト３０とを互いに最も離れるまで移動（多段中空パイプを伸ばす）する。この動作より電解水取出口の開閉弁２３とピッチャー開閉部の開閉パイプ２５とは最も離れ、電解水取出口の開閉弁２３は電解槽１５の上方向に移動して電解水取出口２１を開き、ピッチャー開閉部の開閉パイプ２５は下方向に移動しピッチャー開閉部２の連結部２ｂに接触して開口部３を開く。そこで、陰極部と陽極部に接続された各駆動部が電解槽１５への原料水溶液の供給前に多段中空パイプを縮める動作を行い、陰極部と陽極部で生成した陰極水と陽極水とを各ピッチャーに供給する前に多段中空パイプを伸ばす動作を行うことにより、電解水生成装置で電解水を生成し、生成した電解水をピッチャーで貯水することができる。

［隔膜付き電極セットの性能］
最後に、上記説明した隔膜付き電極セット１００を用いる電解水生成装置１０の性能について説明する。

本電解水生成装置１０の性能は、電気分解を繰り返し行ったときの得られる電解水の特性から評価した。具体的には、電解槽に２リットルの原料水溶液を入れ、１０分間の電気分解を行って電解水を生成した。そして、得られた陽極電解水の有効塩素量を調べた。本条件では、本電解水生成装置１０が正常に動作すると、酸性電解水のｐＨは２．４〜２．６、有効塩素量は４０〜６０ｐｐｍが得られる。そこで、上記ｐＨと有効塩素量を目標値に設定し、上記目標値に達しない場合、例えば、ｐＨ＝２．７以上、有効塩素量＝４０ｐｐｍ未満に低下した場合を、本電解水生成装置１０の性能が低下したと判断し、この低下するまでに何回、電解水を繰り返して製造することができるか否か調べた。

その結果、上記条件で１００回連続して電解水を生成しても上記目標値を達成する電解水が得られることがわかった。また、電極には、スケールの付着が見られなかった。以上の結果から、上記説明した隔膜付き電極セット構造を有する本電解水生成装置は、繰り返し電解水を生成しても所望の特性を有する電解水を安定に製造できることが分かった。なお、本電解水生成装置１０では電解水の性能が低下したと判断された場合には、洗浄モードにて電極に付着したスケールを除去すれば電解水の性能を回復することができる。ここで、洗浄モードとは、電解効率が低減した場合には電極板の極性を切り替えてから電気分解を行うことにより電極板に付着したスケールを溶解させて電極を洗浄し、低下した電気分解効率を回復する処理のことである。

なお、上記説明で使用した構成は、一例であり、本発明の技術的思想を満足するものであれば、その構成や配置は適時変更が可能である。例えば、開閉弁の代わりに逆止弁などを使用してもよい。また、吸着剤の形状は、適時、変更することができる。

本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。

Claims

電解質を含む水溶液を電気分解して酸性電解水とアルカリ性電解水とを生成する電解水生成装置であって、
電解槽を陽極部と陰極部とに分離するイオン透過性の隔膜と、
前記隔膜を固定する一対の隔膜保持板と、
前記隔膜の両側に離れてそれぞれ配置されている２つの電極と、
前記隔膜の両側に配置されている、前記隔膜と前記電極との間隔を予め決められた間隔に保持するための間隔保持手段であって、第１表面で前記隔膜と接触し前記第１表面と反対側の第２表面で前記２つの電極に接触する間隔保持手段と、
前記隔膜の両側に離れてそれぞれ配置されている２つの電極を前記間隔保持手段にそれぞれ弾性により押しつけて固定するクリップと、を有し、
前記隔膜保持板は、前記隔膜の周囲部分を保持する隔膜保持枠と、前記間隔保持手段が配置されている開口部とを有し、
前記隔膜保持板は前記クリップを固定するためのクリップ固定溝を有し、前記クリップはクリップ基部とクリップ先端部とを有し、前記クリップは前記クリップ基部を前記クリップ固定溝にはめ込むことによって前記間隔保持手段に固定され、
前記隔膜と、前記一対の隔膜保持板と、前記２つの電極と、前記間隔保持手段と、前記クリップとが一体に組み立てられて、前記電解槽を陽極部と陰極部に分離する隔膜付き電極セットが形成され、
前記隔膜付き電極セットの一対の隔膜保持板はテーパ形状を有し、前記電解槽は、前記隔膜付き電極セットの前記テーパ形状を有する一対の隔膜保持板を固定するテーパ形状の溝を有する第１固定部と、前記クリップ先端部を固定する溝を有する第２固定部とを有することを特徴とする電解水生成装置。
前記間隔保持手段は、前記開口部に格子目状に配置されているリブであることを特徴とする請求項１に記載の電解水生成装置。
前記リブの格子目状の交差部には予め決められた高さを有するボスが配置され、前記隔膜と前記電極との間隔は、前記リブから前記ボスまでの高さによって決められることを特徴とする請求項２に記載の電解水生成装置。
前記リブの前記電極に接触する部分の面積の割合が前記電極の面積の１５％以下となるように設定されていることを特徴とする請求項３に記載の電解水生成装置。
前記隔膜保持板と前記間隔保持手段とは耐蝕性のポリプロピレン素材を用いる成形加工により一体に作製されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちのいずれか１項に記載の電解水生成装置。
前記電解槽の前記陽極部と前記陰極部の容量比率が１７５０ｍｌ対２５０ｍｌであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちのいずれか１項に記載の電解水生成装置。
前記電解槽の前記陽極部および前記陰極部は、それぞれ
電解水取出口と、
前記電解水取出口に連結された電解水取出口の開閉弁と、
前記電解水取出口の開閉弁に接続された多段中空パイプと、
前記電解水取出口の開閉弁と前記多段中空パイプとを制御する駆動部と、
前記多段中空パイプにより開閉されるピッチャー開閉部を備えるピッチャーとを有し、
前記駆動部は、前記電気分解が終了すると、直ちに前記電解水取出口の開閉弁を開くとともに前記多段中空パイプを伸ばして前記ピッチャー開閉部を開いて前記電解水取出口から生成した電解水を前記ピッチャーに供給するように前記電解水取出口の開閉弁と前記多段中空パイプとを制御することを特徴とする請求項１乃至請求項６のうちのいずれか１項に記載の電解水生成装置。
前記隔膜付き電極セットの前記第１固定部と接触する部分には、前記陽極部と陰極部の電解水が互いに混合しないように密閉する耐蝕性のパッキンが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電解水生成装置。
前記クリップが複数使用されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のうちのいずれか１項に記載の電解水生成装置。
前記パッキンは三元フッ素ゴムを含むフッ素化合物によって形成されていることを特徴とする請求項８に記載の電解水生成装置。
電解質を含む水溶液を電気分解して酸性電解水とアルカリ性電解水とを生成する電解水生成装置に用いる隔膜付き電極セットであって、
電解槽を陽極部と陰極部とに分離するイオン透過性の隔膜と、
前記隔膜を固定する一対の隔膜保持板と、
前記隔膜の両側に離れてそれぞれ配置されている２つの電極と、
前記隔膜の両側に配置されている、前記隔膜と前記電極との間隔を予め決められた間隔に保持するための間隔保持手段であって、第１表面で前記隔膜と接触し前記第１表面と反対側の第２表面で前記２つの電極に接触する間隔保持手段と、
前記隔膜の両側に離れてそれぞれ配置されている２つの電極を前記間隔保持手段にそれぞれ弾性により押しつけて固定するクリップと、を有し、
前記隔膜保持板は、前記隔膜の周囲部分を保持する隔膜保持枠と、前記間隔保持手段が配置されている開口部とを有し、前記隔膜保持板は前記クリップを固定するためのクリップ固定溝を有し、前記クリップは、クリップ基部とクリップ先端部とを有し、前記クリップは前記クリップ基部を前記クリップ固定溝にはめ込むことによって前記間隔保持手段に固定され、前記隔膜と、前記一対の隔膜保持板と、前記２つの電極と、前記間隔保持手段と、前記クリップとが一体に組み立てられて、電解槽を陽極部と陰極部に分離する前記隔膜付き電極セットが形成され、
前記隔膜付き電極セットの一対の隔膜保持板はテーパ形状を有し、前記隔膜付き電極セットの前記テーパ形状を有する一対の隔膜保持板が、前記電解槽のテーパ形状の溝を有する第１固定部に固定され、前記クリップ先端部が、前記電解槽の前記クリップ先端部を固定する溝を有する第２固定部に固定されることを特徴とする電解水生成装置に用いる隔膜付き電極セット。