JP4544793B2

JP4544793B2 - 電解水生成装置

Info

Publication number: JP4544793B2
Application number: JP2001228407A
Authority: JP
Inventors: 賢治中村; 一雄 ▲徳▼島; 憲一鈴木; 富美男清水
Original assignee: Denso Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Denso Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2001-07-27
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2021-07-27
Also published as: JP2003039068A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解水を生成する電解水生成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
正電極が配される酸性水生成部と、負電極が配されるアルカリ水生成部とを電解隔膜で区画した電解槽を使用して、酸性水とアルカリ水とを生成する電解水生成装置（従来技術１）が従来から知られている。
また、陰イオン交換膜を使用してアルカリ水のみを生成する電解水生成装置（従来技術２）も知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術１の電解水生成装置では、アルカリ水と同量の酸性水が（あまり使われない）発生するため、経済的ではない。
また、上記従来技術２の電解水生成装置では、陰イオン交換膜、電解促進助剤、流量センサが必要であるとともに、複雑な制御を行う必要がある。
【０００４】
本発明の目的は、比較的簡単な構成で、捨て水になり易い酸性水の吐出を防止した電解水生成装置の提供にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１について〕
電解槽は、電解隔膜により槽内を二つの区画部に分離し、各区画部に電極を配置している。
【０００６】
電圧印加手段により、電極間に直流電圧を印加し、各区画部に原水を導入すると、電極に正の電圧を印加する側の区画部で酸性の電解水が生成し、電極に負の電圧を印加する側の区画部でアルカリ性の電解水が生成する。
【０００７】
電極に正の電圧を印加する側の区画部からは、捨て水として捨てられ易い酸性の電解水が吐出するが、改質器がこの酸性の電解水を、中性またはアルカリ性の改質水に改質する。
この改質水は、そのまま利用しても良く、アルカリ性の電解水に混合して利用しても良い。
これにより、電解水生成装置は、比較的簡単な構成で、捨て水になり易い酸性水の吐出を防止することができる。
【０００８】
特に、改質器は、マグネシウムを主体とする、１つまたは複数の溶解体を改質槽内に入れたものである。
【０００９】
酸性〜中性水溶液中では、溶解体が活発な自然溶解により水溶液のｐＨを上昇させる。
これにより、電極に正の電圧を印加する側の区画部から吐出する酸性の電解水が、中性またはアルカリ性の改質水に改質する。
そして、水溶液がアルカリ域になると、Ｍｇ（ＯＨ）₂を主とする皮膜形成により安定化して自然溶解が止まる。
【００１０】
〔請求項２について〕
改質器は、改質槽と、改質槽内に対向して配される第１、第２電極板と、第１、第２電極板間に対向して配される、マグネシウムを主体とする一枚または複数枚の中間電極板と、第１、第２電極板間に直流電圧を印加する改質用の電圧印加手段とを備える。
【００１１】
第１、第２電極板間に直流電圧が印加されると、隣り合う電極間に電位差が発生するので、中間電極板からＭｇ²⁺イオンが溶解し、下記の様にＯＨ^-と反応してＭｇ（ＯＨ）₂が生成されて水に混じる。
これにより、電極に正の電圧を印加する側の区画部から吐出する酸性の電解水が、中性またはアルカリ性の改質水に改質する。
【００１２】
なお、第１、第２電極板を、貴金属で形成すれば、溶解による第１、第２電極板の消耗を防止できる。
また、第１、第２電極板も、マグネシウムを主体とするものにすると、改質効率が上がる。
【００１３】
〔請求項３について〕
電解槽の酸性水出口と改質器の入口とを酸性水配管を介して接続し、電解槽のアルカリ水出口に上流端を接続したアルカリ性水配管の途中に、改質器の出口に上流端を接続した改質水配管の下流端を接続している。
これにより、アルカリ水の吐出口を一カ所にすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の第１実施例（請求項２、３に対応）を図１に基づいて説明する。
電解水生成装置Ａは、図１に示す様に、アルカリ水および酸性水を生成する電解槽１と、酸性水をアルカリ性に改質する改質器２と、電圧印加手段３、４とを備える。
【００１５】
電解槽１は、ケーシング１００が酸やアルカリに強い電気絶縁材で形成され、中空の直方体形状を呈する。
この電解槽１の槽内中央には電解隔膜１１（中性膜）が配され、槽内を区画部１２、１３に分離している。
【００１６】
区画部１２、１３内には、電解槽１上部から同量の原水１０が導入される。
そして、区画部１２の槽側内壁の近傍に電極板１４が垂直に配され、区画部１３の槽側内壁の近傍に電極板１５が垂直に配されている。
【００１７】
電極板１４、１５は、白金チタンで形成され、電圧印加手段３により直流電圧（Ｍａｘ１７Ｖ）が印加される。
２０分間の通常運転では、電極板１４に正の電圧、電極板１５に負の電圧が印加される。これにより、陽極側と陰極側では、下記に示す反応が起き、酸性水とアルカリ水が生成され、酸性水配管１６から酸性水１７が吐出し、アルカリ性水配管１８からアルカリ水１９が吐出する。
【００１８】
電極板１４（陽極側）
▲１▼水道水等の原水に含まれるＣｌ^-イオン、ＳＯ₄ ^2-イオン等が陰極側の区画部から電解隔膜１１（中性膜）を通過して泳動し、陽極区画部で濃化する。
▲２▼同時に、２Ｈ₂Ｏ→４Ｈ⁺＋Ｏ₂＋４ｅ^-によりＨ⁺が生成される。
▲３▼Ｈ⁺＋Ｃｌ^-→ＨＣｌで塩酸が生成され、
２Ｈ⁺＋ＳＯ₄ ^2-→Ｈ₂ＳＯ₄ で硫酸が生成され、ｐＨが降下（酸性化）する。
【００１９】
電極板１５（陰極側）
▲１▼上記原水に含まれるＮａ⁺イオン、Ｃａ²⁺イオン等が陽極側の区画部から電解隔膜１１（中性膜）を通過して泳動し、陰極側の区画部で濃化する。
▲２▼同時に、２Ｈ₂Ｏ＋２ｅ^-→２ＯＨ^-＋Ｈ₂によりＯＨ^-が生成される。
▲３▼Ｎａ⁺＋ＯＨ^-→ＮａＯＨで水酸化ナトリウムが生成され、
Ｃａ²⁺＋２ＯＨ^-→Ｃａ（ＯＨ）₂ で水酸化カルシウムが生成され、ｐＨが上昇（アルカリ性化）する。
【００２０】
また、スラッジ等の電極板１４、１５への付着防止を図るための、つぎの３分間の極性逆転運転では、電極板１４に負の電圧、電極板１５に正の電圧が印加される。
なお、この極性逆転運転では、酸性水配管１６およびアルカリ性水配管１８の上流端が閉塞され、別途に設けた排出管により廃液が系外に排出される。
【００２１】
改質器２は、改質槽２１が酸やアルカリに強い電気絶縁材で形成され、電解槽１の区画部１２の酸性水出口３１と、改質器２の入口３６とを酸性水配管１６を介して接続している。
また、改質器２の出口３７に上流端２８を接続した改質水配管２７の下流端２９を、区画部１３のアルカリ水出口３２に上流端３３を接続したアルカリ性水配管１８の途中に接続している。
【００２２】
この改質器２は、改質槽２１と、対向する様に垂直に改質槽２１内に配されるマグネシウム製の電極板２２、２３（第１、第２電極板）と、電極板２２、２３間に対向して垂直に配されるマグネシウム製の電極板２４、２５、２６（中間電極板）と、電極板２２、２３間に直流電圧を印加する改質用の電圧印加手段４とを備える。
【００２３】
電極板２２- 電極板２３間に直流電圧が印加されると、結線していない中間電極でもバイポーラ電解が起こり、陽極となる各電極板面からＭｇ²⁺イオンが溶解し、下記の様にＯＨ^-と反応してＭｇ（ＯＨ）₂が生成されて水に混じる。
Ｍｇ²⁺＋２ＯＨ^-→Ｍｇ（ＯＨ）₂
なお、電圧印加停止時において、酸性水１７がアルカリ性の改質水に改質されると、Ｍｇ（ＯＨ）₂を主とする皮膜形成により安定化してＭｇ²⁺イオンの溶解が止まる。
【００２４】
これにより、電極板１４に正の電圧を印加する区画部１２から吐出する酸性水１７がアルカリ性の改質水に改質され、アルカリ性水配管１８中を流れるアルカリ水１９に合流する。
なお、電極板２２、２３を貴金属で形成すれば、電極板２２、２３が溶解せず、電極板の消耗を防止できる。
【００２５】
本実施例の電解水生成装置Ａは、以下の利点を有する。
電解水生成装置Ａは、酸性水１７が改質器２でアルカリ性の改質水に改質され、アルカリ性水配管１８中を流れるアルカリ水１９に合流させる構成であるので、捨て水になり易い酸性水１７の吐出を防止することができる。また、改質器２を介設するだけであるので構造が比較的簡単である。
また、電解水生成装置Ａは、アルカリ性の改質水３８＋アルカリ水１９の混合水３４が吐出する吐出口は一カ所であるので使い勝手が良い。
【００２６】
なお、アルカリ性の混合水３４は、風呂水、飲料用、水耕栽培水、農業水、濁水の凝集浄化、および土壌改良水（火山地域における酸性土壌の改良）として使用することができる。
【００２７】
つぎに、本発明の第２実施例（請求項１、３に対応）を図２に基づいて説明する。
電解水生成装置Ｂは、以下に示す点が電解水生成装置Ａと異なる。
改質器２は、マグネシウム製の電極板２２、２３、２４、２５、２６（溶解体）を、対向状態で垂直に改質槽２１内に配している。
【００２８】
改質器２に酸性水１７が導入されると、マグネシウム製の電極板２２、２３、２４、２５、２６が活発な自然溶解を起こし、Ｍｇ²⁺イオンが溶解し、下記の様にＯＨ^-と反応してＭｇ（ＯＨ）₂が生成されて水に混じる。
Ｍｇ²⁺＋２ＯＨ^-→Ｍｇ（ＯＨ）₂
【００２９】
これにより、電極板１４に正の電圧を印加する区画部１２から吐出する酸性水１７のｐＨが改質器２中で上昇してアルカリ性の改質水２７２に改質され、改質水２７２はアルカリ性水配管１８中を流れるアルカリ水１９に合流する。
【００３０】
本実施例の電解水生成装置Ｂは、以下の利点を有する。
電解水生成装置Ｂは、酸性水１７が改質器２でアルカリ性の改質水３９に改質され、アルカリ性水配管１８中を流れるアルカリ水１９に合流させる構成であるので、捨て水になり易い酸性水１７の吐出を防止することができる。
また、改質器２に電圧印加手段４を設けていないので構造が更に簡単である。
なお、アルカリ性の混合水３５は、風呂水、飲料用、水耕栽培水、農業水、濁水の凝集浄化、および土壌改良水（火山地域における酸性土壌の改良）として使用することができる。
【００３１】
つぎに、本発明の第３実施例（請求項２に対応）を図３に基づいて説明する。
電解水生成装置Ｃは、以下に示す点が電解水生成装置Ａと異なる。
【００３２】
改質水配管２７の下流端２９がアルカリ性水配管１８に接続されず、改質器２の出口３７に上流端２８を接続した改質水配管２７の下流端２９からアルカリ性の改質水３８が吐出する。
【００３３】
電解水生成装置Ｃは、酸性水１７が改質器２でアルカリ性の改質水に改質され、改質水配管２７の下流端２９からアルカリ性の改質水３８が吐出する構成であるので、捨て水になり易い酸性水１７の吐出を防止することができる。
【００３４】
アルカリ水１９は、風呂水、飲料用、洗浄水として使用することができる。
また、アルカリ性の改質水３８は、風呂水、飲料用、水耕栽培水、農業水、濁水の凝集浄化、および土壌改良水（火山地域における酸性土壌の改良）として使用することができる。
【００３５】
つぎに、本発明の第４実施例（請求項１に対応）を図４に基づいて説明する。
電解水生成装置Ｄは、以下に示す点が電解水生成装置Ｂと異なる。
【００３６】
改質水配管２７の下流端２９がアルカリ性水配管１８に接続されず、改質器２の出口３７に上流端２８を接続した改質水配管２７の下流端２９からアルカリ性の改質水３９が吐出する。
【００３７】
電解水生成装置Ｄは、酸性水１７が改質器２でアルカリ性の改質水３９に改質され、改質水配管２７の下流端２９からアルカリ性の改質水３９が吐出する構成であるので、捨て水になり易い酸性水１７の吐出を防止することができる。また、改質器２を介設するだけであるので構造が比較的簡単である。
【００３８】
アルカリ水１９は、風呂水、飲料用、洗浄水として使用することができる。
また、アルカリ性の改質水３９は、風呂水、飲料用、水耕栽培水、農業水、濁水の凝集浄化、および土壌改良水（火山地域における酸性土壌の改良）として使用することができる。
【００３９】
本発明は、上記実施例以外に、つぎの実施態様を含む。
ａ．電解水生成装置Ａ、Ｃの改質器２において、図５に示す如く、櫛歯状を呈する二個のマグネシウム製の構造物５１、５２を、左右方向または上下方向から非接触状態に嵌め合わせたものを改質槽２１内に配置し、構造物５１- 構造物５２間に電圧印加手段３、若しくは電圧印加手段４で直流電圧を印加する構成であっても良い。
【００４０】
ｂ．電解水生成装置Ｂ、Ｄの改質器２において、図６に示す如く、櫛歯状を呈する二個のマグネシウム製の構造物５１、５２を、左右方向または上下方向から非接触状態に嵌め合わせたもの、或いは何方か一方を改質槽２１内に配置した構成であっても良い。
【００４１】
ｃ．マグネシウムを主体とする、電極板（第１、第２電極板、中間電極板）や溶解体は、マグネシウムに、マグネシウム以外のアルカリ土類金属（Ｃａ等）を０．１％〜２０重量％含有させたものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る電解水生成装置の説明図である。
【図２】本発明の第２実施例に係る電解水生成装置の説明図である。
【図３】本発明の第３実施例に係る電解水生成装置の説明図である。
【図４】本発明の第４実施例に係る電解水生成装置の説明図である。
【図５】改質器の他の例を示す説明図である。
【図６】改質器の他の例を示す説明図である。
【符号の説明】
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ電解水生成装置
１電解槽
２改質器
３電圧印加手段
４電圧印加手段（改質用の電圧印加手段）
１０原水
１１電解隔膜（中性膜）
１２、１３区画部
１４、１５電極板（電極）
１６酸性水配管
１７酸性水（酸性の電解水）
１８アルカリ性水配管
１９アルカリ水（アルカリ性の電解水）
２２電極板（第１電極板、溶解体）
２３電極板（第２電極板、溶解体）
２４〜２６電極板（溶解体、中間電極板）
２７水配管
２８改質水配管の上流端
２９改質水配管の下流端
３１酸性水出口
３２アルカリ水出口
３６改質器の入口
３７改質器の出口
１００改質槽（ハウジング）

Claims

電解隔膜により槽内を二つの区画部に分離し、各区画部に電極を配置した電解槽と、
電極間に直流電圧を印加する電圧印加手段とを備え、
各区画部に原水を導入し、電極に正の電圧を印加する側の区画部で酸性の電解水を生成し、電極に負の電圧を印加する側の区画部でアルカリ性の電解水を生成する電解水生成装置において、
電極に正の電圧を印加する側の区画部から吐出する酸性の電解水を、中性またはアルカリ性の改質水に改質する改質器を設けており、
前記改質器は、マグネシウムを主体とする、１つまたは複数の溶解体を改質槽内に入れたものであることを特徴とする電解水生成装置。
電解隔膜により槽内を二つの区画部に分離し、各区画部に電極を配置した電解槽と、
電極間に直流電圧を印加する電圧印加手段とを備え、
各区画部に原水を導入し、電極に正の電圧を印加する側の区画部で酸性の電解水を生成し、電極に負の電圧を印加する側の区画部でアルカリ性の電解水を生成する電解水生成装置において、
電極に正の電圧を印加する側の区画部から吐出する酸性の電解水を、中性またはアルカリ性の改質水に改質する改質器を設けており、
前記改質器は、改質槽と、改質槽内に対向して配される第１、第２電極板と、第１、第２電極板間に対向して配される、マグネシウムを主体とする一枚または複数枚の中間電極板と、第１、第２電極板間に直流電圧を印加する改質用の電圧印加手段とを備えることを特徴とする電解水生成装置。
前記電解槽の酸性水出口と前記改質器の入口とを酸性水配管を介して接続し、前記電解槽のアルカリ水出口に上流端を接続したアルカリ性水配管の途中に、前記改質器の出口に上流端を接続した改質水配管の下流端を接続したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電解水生成装置。