JP4249657B2

JP4249657B2 - 電解水生成装置

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Publication number: JP4249657B2
Application number: JP2004152358A
Authority: JP
Inventors: 公一宮下
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2024-05-21
Also published as: JP2005329375A

Description

本発明は、イオン透過性隔膜を介して対向配置された１対の電解室に設けられた１対の電極に直流電圧を印加し、各電解室に供給された原水を電解することにより電解水を得る電解水生成装置に関するものである。

従来、イオン透過性隔膜を介して対向配置された１対の電解室に、それぞれ該イオン透過性隔膜から離間して電極を設け、両電極間に直流電圧を印加して、各電解室に供給された原水を電解する電解水生成装置が知られている。前記電解水生成装置で飲用のアルカリ性電解水を生成させる場合には、両電極間に印加される電圧を調整することにより、陰極側の電解室から飲用のアルカリ性電解水を得ることができる。しかし、このとき同時に陽極側の電解室から得られる酸性電解水は、若干のアストリンゼント効果は認められるものの、残留塩素濃度が低いために十分な殺菌効果を得ることができない。このため、前記酸性電解水に、別途次亜塩素酸ナトリウムを添加することにより殺菌力を付与することも行われている（例えば特許文献１参照）。

前記電解水生成装置では、両電極間に印加される電圧を高くすれば、陽極側の電解室から殺菌力のある酸性電解水を得ることができる。しかし、この場合には陰極側の電解水から得られるアルカリ性電解水はｐＨが高く、飲用に供することができない。

そこで、１つの装置から飲用のアルカリ性電解水と、殺菌力のある酸性電解水との両方を得るために、複数の電解槽を直列に多段に設ける電解水生成装置が知られている（例えば特許文献２参照）。

しかしながら、複数の電解槽を直列に多段に設けると、装置構成が複雑になり、装置全体が大型になることが避けられないという不都合がある。
特開平７−３１９８０号公報特開平７−５１６７０号公報

本発明は、かかる不都合を解消して、簡単な装置構成により１つの装置から飲用のアルカリ性電解水と、殺菌力のある酸性電解水との両方を得ることができる電解水生成装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明は、イオン透過性隔膜を介して対向配置された１対の電解室と、各電解室に原水を供給する原水供給手段と、該隔膜を挟んで各電解室に設けられた１対の電極と、両電極に直流電圧を印加して該原水供給手段により各電解室に供給された原水を電解することにより得られた電解水を各電解室から取り出す電解水取出手段とを備える電解水生成装置において、該イオン透過性隔膜としての陽イオン交換膜と、陽極側の電解室に該陽イオン交換膜と別体に設けられた第１の電極と、陰極側の電解室に該陽イオン交換膜の表面と一体となるように密着して設けられた第２の電極とを備え、該第２の電極は、チタン化合物からなる電極基材に、白金黒またはイリジウム黒からなる触媒を分散させ、さらに結着剤と混合して得られたペースト状の電極材料を前記陽イオン交換膜の表面に塗布し、加熱、加圧することにより形成された多孔質体であり、該原水供給手段は、少なくとも陽極側の電解室に塩化物水溶液を供給する陽極側原水供給手段を備えることを特徴とする。

本発明の電解水生成装置では、陽極側の電解室には、第１の電極が前記陽イオン交換膜と別体に設けられており、前記陽極側原水供給手段から塩化物水溶液が供給されている。前記第１の電極は、例えば、メッシュ状または多孔質状の固体電極である。

一方、陰極側の電解室には、第２の電極が前記陽イオン交換膜の表面と一体となるように密着して設けられている。前記第２の電極は、チタン化合物からなる電極基材に、白金黒またはイリジウム黒からなる触媒を分散させ、さらに結着剤と混合して得られたペースト状の電極材料を前記陽イオン交換膜の表面に塗布し、加熱、加圧することにより形成された多孔質体である。また、陰極側の電解室には、前記原水供給手段により原水が供給されている。前記原水は、飲用となるものであれば、例えば井水でも水道水でもよく、またそれらを活性炭と中空糸膜とで処理した浄水であってもよい。

そこで、第１、第２の両電極に直流電圧を印加すると、前記陽極側の電解室では、式（１）、（２）に示すように、水の電解により酸素（Ｏ₂ ）と水素イオン（Ｈ⁺ ）とが生成する一方、前記塩化物由来の塩素イオン（Ｃｌ^- ）から塩素（Ｃｌ₂ ）が生成する。

前記酸素、水素イオン、塩素はいずれも第１の電極の近傍で生成するが、第１の電極を第２の電極のように前記陽イオン交換膜の表面と一体となるように密着して設けると、前記陽イオン交換膜と電極との間で反応が進むために、塩化物水溶液の該電極内への拡散が遅くなり、式（１）で示される水の酸化反応が支配的になる。そこで、この場合には式（２）で示される塩素の生成は少なくなる。

この点について、本発明の電解水生成装置では、陽極側の電解室には、第１の電極が前記陽イオン交換膜と別体に設けられているので、通常の電解水生成装置と同様に、式（１）、（２）の両方の反応が起こり、式（２）の反応で生成した塩素が水に溶解して、次式（３）に示すように次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）となる。

また、前記陽極側の電解室で生成した水素イオンの一部は、前記陽イオン交換膜を透過して、前記陰極側の電解室に移動するが、塩素イオンは陰イオンであるために前記陽イオン交換膜を透過することができず、該陽極側の電解室にとどまっている。この結果、前記陽極側の電解室では、適度の次亜塩素酸を含み、殺菌力のある弱酸性の電解水を得ることができる。

一方、前記陰極側の電解室では、式（４）、（５）に示すように、水の電解により水素（Ｈ₂ ）と水酸イオン（ＯＨ^- ）とが生成する一方、前記陽イオン交換膜を介して前記陽極側の電解室から移動してくる水素イオンが第２の電極の近傍で還元されて水素となる。

このとき、第２の電極が前記陽イオン交換膜の表面に密着して形成されていることにより、式（４）で示される水の電解と、式（５）で示される水素イオンの還元とでは、式（５）の水素イオンの還元の方が支配的になり、式（４）による水酸イオンの生成が抑制される。

この結果、前記陰極側の電解室では、水素（Ｈ₂ ）に富み、飲用に適した弱アルカリ性の電解水を得ることができる。尚、前記弱アルカリ性の電解水の健康への好ましい影響（健腸作用等）は、該弱アルカリ性の電解水中に含まれている水素が大きな効果をもたらしているということが最近の研究で着目されている。

次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は本実施形態の電解水生成装置の一構成例を示すシステム構成図であり、図２は本実施形態の電解水生成装置の他の構成例を示す説明的断面図、図３乃至図４は比較例の電解水生成装置の構成例を示す説明的断面図である。

図１に示すように、本実施形態の電解水生成装置１は、陽イオン交換膜２を介して対向配置された陽極側電解室３と陰極側電解室４とからなる電解槽５を備え、陽極側電解室３には陽イオン交換膜２の表面から離間して陽極側電極６が設けられ、陰極側電解室４には陽イオン交換膜２の表面と一体となるように密着して陰極側電極７が設けられている。電極６，７は、電源装置８に接続され、電極６，７間に直流電極が印加されるようになっている。

電解水生成装置１は原水供給手段９を備え、原水供給手段９は水道水を供給する主導管１０から分岐して陽極側電解室３に原水を供給する陽極側原水供給導管１１と、主導管１０から分岐して陰極側電解室４に原水を供給する陰極側原水供給導管１２とからなる。陽極側原水供給導管１１は、途中に食塩水添加装置１３を備え、原水の食塩濃度を調整できるようになっている。食塩水添加装置１３は、食塩水タンク１４と、ポンプ１５とからなり、食塩水タンク１４からポンプ１５を介して陽極側原水供給導管１１に食塩水を添加するようになっている。

一方、陰極側原水供給導管１２は、途中にフィルター１６を備えている。フィルター１６は、水道水中の塩素、有機物等を吸着して除去する活性炭フィルターと、比較的大きな分子や微生物等を除去する中空糸膜フィルターとを備えており、水道水中の塩素、有機物が実質的に除去された浄水が原水として陰極側電解室４に供給される。フィルター１６は、陰極側原水供給導管１２とは別に飲料水導管１７を備えており、前記浄水はフィルター１６から飲料水導管１７を介して取り出され、そのまま飲用にも供される。

電解槽５には、陽極側電解室３から酸性電解水を取り出す酸性電解水取出導管１８と、陰極側電解室４からアルカリ性電解水を取り出すアルカリ性電解水取出導管１９とが備えられている。アルカリ性電解水取出導管１９は、三方弁２０を介して飲料水導管１７に接続されており、飲料水導管１７は三方弁２０によりフィルター１６から得られる浄水の供給と、陰極側電解室４から得られるアルカリ性電解水の供給とを自在に切り替えることができる。

陽極側電極６は、メッシュ状または多孔質状の固体電極であり、例えば、チタン製金網に白金とイリジウムとを被覆したものを用いることができる。

陰極側電極７は、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）等のチタン化合物からなる電極基材に、白金黒、イリジウム黒等の触媒を分散させ、さらに結着剤と混合して得られたペースト状体を、陽イオン交換膜２の表面に所定の形状に塗布し、加熱、加圧することにより形成された多孔質体である。前記結着剤としては、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、酢酸セルロース（ＣＡ）等のポリマーを用いることができる。

電解水生成装置１では、陽極側原水供給導管１１から陽極側電解室３に所定濃度の食塩水を供給すると共に、陰極側原水供給導管１２から陰極側電解室４に実質的に塩素と有機物とを含まない浄水を供給する。そして、電源装置８により電極６，７間に所定の直流電圧を印加して、電解を行うことにより、酸性電解水取出導管１８から適度の次亜塩素酸を含み、殺菌力のある弱酸性（例えばｐＨ３以上）の電解水を取り出すことができる。また、電解水生成装置１では、前記電解により、アルカリ性電解水取出導管１９から水素に富み、飲用に適した弱アルカリ性（例えばｐＨ９以下）の電解水を取り出すことができる。

尚、陽極側電極６は、メッシュ状または多孔質の固体電極を使用する等、構造を工夫することにより、陽イオン交換膜２の表面と接触する位置に配置しても、陽イオン交換膜２の表面から離間して配置した場合と同様の効果を期待することができる。

次に、本発明の実施例と比較例とを示す。

本実施例では、図２に示す構成の電解水生成装置２１を用いて電解水を生成させた。電解水生成装置２１は、図１に示す電解水生成装置１を簡略化したものであり、陽イオン交換膜２を介して対向配置された陽極側電解室３と陰極側電解室４とからなる電解槽５を備え、陽極側電解室３には陽イオン交換膜２の表面から離間して陽極側電極６が設けられ、陰極側電解室４には陽イオン交換膜２の表面と一体となるように密着して陰極側電極７が設けられている。電極６，７は、電源装置８に接続されている。

陽極側電解室３は、原水として別途調製された所定濃度の食塩水を図示しないポンプにより供給する陽極側原水供給導管１１と、電解により得られた酸性電解水を取り出す酸性電解水取出導管１８とを備えている。また、陰極側電解室４は、原水として塩素、有機物が実質的に除去された浄水を図示しないポンプにより供給する陰極側原水供給導管１２と、電解により得られたアルカリ性電解水を取り出すアルカリ性電解水取出導管１９とを備えている。

電解水生成装置２１において、陽イオン交換膜２はデュポン社製ナフィオン（登録商標）１１７であり、陽極側電極６はチタン製金網に白金とイリジウムとを被覆した固体電極である。また、陰極側電極７は、３２５メッシュ以下の炭化チタン（ＴｉＣ）からなる電極基材と、白金黒とイリジウム黒とを３：７の重量比で混合した触媒と、２％−ポリビニルアルコール溶液からなる結着剤とを、１００：５：７の重量比で混合したペースト状混合物を、陽イオン交換膜２上に塗布し、乾燥させた後、８０℃、１０ＭＰａで３０分間加熱、加圧することにより形成されている。

次に、陽極側原水供給導管１１から０．０１Ｍの食塩水を陽極側電解室３に１００ｍｌ／分の流量で供給すると共に、陰極側原水供給導管１２から塩素、有機物が実質的に除去された浄水を陰極側電解室４に１００ｍｌ／分の流量で供給し、電源装置８により電極６，７間に５Ｖの直流電圧を印加して電解を行った。電流密度は３０ｍＡ／ｃｍ²であった。

この結果、酸性電解水取出導管１８からは有効塩素濃度２５〜３０ｐｐｍ、ｐＨ３．４の殺菌力のある酸性電解水が得られ、アルカリ性電解水取出導管１９からはｐＨ８．４の飲用に適したアルカリ性電解水が得られた。
〔比較例１〕
本比較例では、図３に示す構成の電解水生成装置２２を用いて電解水を生成させた。電解水生成装置２２は、陰極側電解室４に陽イオン交換膜２の表面から離間して陰極側電極２３が設けられていること以外は、図２に示す電解水生成装置２１と全く同一の構成を備えている。陰極側電極２３は、実施例１の陽極側電極６と全く同一の個体電極である。

次に、電解水生成装置２２を用いた以外は、実施例１と全く同一にして電解を行ったが、電流密度は２〜４ｍＡ／ｃｍ²であって電解効率が低く、実質的に電解水を得ることができなかった。

そこで、電解水生成装置２２を用い、電源装置８により電極６，７間に１５Ｖの直流電圧を印加した以外は、実施例１と全く同一にして電解を行った。電流密度は５０ｍＡ／ｃｍ²であった。

この結果、酸性電解水取出導管１８からは有効塩素濃度３０〜３５ｐｐｍ、ｐＨ２．７の殺菌力のある酸性電解水が得られたが、アルカリ性電解水取出導管１９から得られたアルカリ性電解水は、ｐＨ１０．７で飲用に不適なものであった。アルカリ性電解水は、ｐＨ１０以上になると、飲用により血中カリウム濃度が高くなった例が報告されていて、飲用に対して不適であるとされている。
〔比較例２〕
本比較例では、図４に示す構成の電解水生成装置２４を用いて電解水を生成させた。電解水生成装置２４は、陽極側電解室３に陽イオン交換膜２の表面と一体となるように密着して陽極側電極２５が設けられていること以外は、図２に示す電解水生成装置２１と全く同一の構成を備えている。陽極側電極２５は、実施例１の陰極側電極７と全く同一にして形成されている。

次に、電解水生成装置２４を用いた以外は、実施例１と全く同一にして電解を行った。電流密度は１２６ｍＡ／ｃｍ²であった。

この結果、アルカリ性電解水取出導管１９からはｐＨ８．７の飲用に適したアルカリ性電解水が得られたが、酸性電解水取出導管１８からはｐＨ３．４で、有効塩素濃度１ｐｐｍ以下のほとんど殺菌力のない酸性電解水が得られた。本比較例では、電解室３，４のいずれにおいても水の電解が支配的であり、陽極側電解室３では塩素イオンの酸化反応は殆ど起きていないものと考えられる。

本実施例では、図１に示す構成の電解水生成装置１を用いて電解水を生成させた。電解水生成装置１は、図２に示す電解水生成装置２１と全く同一の陽イオン交換膜２、陽極側電極６、陰極側電極７を備えている。

次に、陽極側原水供給導管１１から０．０１Ｍの食塩水を陽極側電解室３に２５０ｍｌ／分の流量で供給すると共に、陰極側原水供給導管１２から塩素、有機物が実質的に除去された浄水を陰極側電解室４に２５０ｍｌ／分の流量で供給し、電源装置８により電極６，７間に５Ｖの直流電圧を印加して電解を行った。水道水のｐＨは７．１であり、電流密度は３０ｍＡ／ｃｍ²であった。

この結果、酸性電解水取出導管１８からは有効塩素濃度２６ｐｐｍ、ｐＨ３．４の殺菌力のある酸性電解水が得られ、アルカリ性電解水取出導管１９からはｐＨ８．３の飲用に適したアルカリ性電解水が得られた。

尚、前記実施例１、実施例２では、陰極側原水供給導管１２から陰極側電解室４に、水道水を活性炭フィルターと中空糸膜フィルターとで処理した浄水を供給するようにしているが、飲用となるものであれば例えば井水でも水道水であってもよい。

本発明の電解水生成装置の一構成例を示すシステム構成図。本発明の電解水生成装置の他の構成例を示す説明的断面図。比較例の電解水生成装置の一構成例を示す説明的断面図。比較例の電解水生成装置の他の構成例を示す説明的断面図。

符号の説明

１…電解水生成装置、２…イオン透過性隔膜（陽イオン交換膜）、３…陽極側の電解室、４…陰極側の電解室、６…第１の電極、７…第２の電極、１１…陽極側原水供給手段、１２…陰極側原水供給手段、１８，１９…電解水取出手段。

Claims

イオン透過性隔膜を介して対向配置された１対の電解室と、各電解室に原水を供給する原水供給手段と、該隔膜を挟んで各電解室に設けられた１対の電極と、両電極に直流電圧を印加して該原水供給手段により各電解室に供給された原水を電解することにより得られた電解水を各電解室から取り出す電解水取出手段とを備える電解水生成装置において、
該イオン透過性隔膜としての陽イオン交換膜と、陽極側の電解室に該陽イオン交換膜と別体に設けられた第１の電極と、陰極側の電解室に該陽イオン交換膜の表面と一体となるように密着して設けられた第２の電極とを備え、
該第２の電極は、チタン化合物からなる電極基材に、白金黒またはイリジウム黒からなる触媒を分散させ、さらに結着剤と混合して得られたペースト状の電極材料を前記陽イオン交換膜の表面に塗布し、加熱、加圧することにより形成された多孔質体であり、
該原水供給手段は、少なくとも陽極側の電解室に塩化物水溶液を供給する陽極側原水供給手段を備えることを特徴とする電解水生成装置。
前記第１の電極は、メッシュ状または多孔質状の固体電極であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電解水生成装置。