JP4641003B2

JP4641003B2 - 電解水の生成方法および電解水の生成器

Info

Publication number: JP4641003B2
Application number: JP2006140576A
Authority: JP
Inventors: 至明松尾; 幸吉花岡; 一郎庄田; 紀彦戸田; 俊治石川
Original assignee: 一郎庄田
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2006-05-19
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2026-05-19
Also published as: JP2007307502A

Description

本発明は、電解槽内に供給された原水が電気分解されて例えばアルカリイオン水のような陰極水や例えば酸性水のような陽極水などの電解水の生成方法および電解水の生成器に関する。

従来から、原水を電気分解して得られる陰極水や陽極水等の電解水が知られているが、例えば陰極水は飲用に用いられることが多く、水道水などの原水を電解を行う電解槽に流入する前に、活性炭や中空糸などを使ったフィルターを用いて浄化している。

ところが、近頃、原水として用いられる水道水中にはウィルスやトリハロメタン・硝酸性窒素・亜硝酸性窒素，ダイオキシン，環境ホルモン、ヒ素、水銀、鉛などの有害物か含まれていることが問題となり、これらは現状のフィルター構成では除去しきれないという問題があった。

そこで、これらの有害物を除去するための手段として逆浸透膜などを使用して除去することが考えられ、例えば、特開２０００−０６１４７号公報、特開平１１−１９２４８５号公報、特開平１１−０５７７２２号公報、特開平０７−２８４７７２号公報などに、逆浸透膜により処理した原水を利用した電解水の生成器や、電解後に逆浸透膜を使用する装置などが提示されている。

ところが、逆浸透膜を通水した後に電解槽に入水するタイプは、水に溶け込んでいる不純物を取り除いた純水に近い水溶液を使用して電解を行うことになり、陰極水のように飲用目的とした電解水においては、生体に必要な微量成分まで除去する結果となり、薬事法上で謳われている効能効果の発現に疑問が残ってしまう。

また、仮に効能効果が立証されたとしても、飲料水本来の微量成分摂取の目的が果たせないこととなり、製品化には不向きであると考えられた。逆浸透膜を使用するこれらの逆浸透膜を使用することによって、水中に含まれるイオン成分も除去されてしまい、水の電気伝導度が低下してしまうため、電圧を印加しても電流が流れにくく電解しづらい問題があった。そのため、規定されたｐＨが得られにくく陰極水生成器としての製品化が困難であった。

更に、低い電気伝導度の水を用いて電解する場合は、電解電圧を高くして電解を行うか、電極間を限りなく近づけたゼロギャップ電極などを使用する必要があった。しかし、高電圧を印加すると電解熱が発生して高温になるなどの危険性が発生して、家庭で用いるには不適当であった。

一方、逆浸透膜通水後に電解質を添加して原水の電気伝導度を高くし、電解する方法においては、主に試験などの検証を行う場合に、そのプロセス上で阻害要因が極力無い状態が望ましいという必要性があり、電解質の選定や供給に手間が掛かり、特定機器の製品でしか存在しえないと考えられる。殊に、原水の中に含まれている微量な有用成分まで取り除くことになり、現在陰極水の効能効果の作用機序がはっきりとしていない中で、カルシウムなども取り除くこと、その効能効果が有効であるかが疑問となる。現在、陰極水で効能効果の因子となっている活性水素や溶存水素の因子においても、他の微量成分との相関関係が必要と考えられる。

更にまた、逆浸透膜通水後に生成された処理水に電解質を添加して電気伝導度を高くし、電解する方法においては、主に試験などの検証を行う場合に、そのプロセス上で阻害要因が極力無い状態が望ましいために必要性があり、電解質の選定や供給の手間が掛かり、特定機器の製品でしか存在し得ないと考えられる。
特開２０００−０６１４７号公報特開平１１−１９２４８５号公報特開平１１−０５７７２２号公報特開平０７−２８４７７２号公報

本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、従来の高電圧電解方式やゼロギャップ電極に頼ることなく、また有用成分を残しながら、原水中に存在している有害物質を取り除き、一般家庭においても安全に電解水を得ることができる電解水の生成方法および生成器を提供することを課題とする。

前記課題を解決するためになされた本発明である電解水の製造方法は、電解槽を隔膜で仕切って形成した陽極室と陰極室とに原水を導入するとともに前記陽極室と陰極室とにそれぞれ配置した陽極と陰極とに所定の電流を流して電解することにより陰極水または陽極水の少なくとも一方を得る電解水の生成方法において、前記電解槽を形成する陽極室または陰極室の一方に原水として逆浸透膜による処理水を導入するとともにもう一方に原水として前記逆浸透膜による濃縮水を導入することを特徴とする。

特に、前記発明において、前記逆浸透膜による濃縮水、または原水に電解質を添加してなるものであるとよい。

また、本発明である電解水の生成器は、電解槽を隔膜で仕切って形成した陽極室および陰極室に陽極と陰極とをそれぞれ配置し、前記陽極室および陰極室に原水の導入口と電解により生成した電解水の流出口をそれぞれ有する電解水生成器であって、前記陽極室と陰極室とに形成された原水の導入口の一方に処理水を導入するとともにもう一方の原水の導入口に濃縮水を導入するための逆浸透膜による浄水器を有することを特徴とする。

或いは、電解槽を隔膜で仕切って形成した陽極室および陰極室に陽極と陰極とをそれぞれ配置し、前記陽極室および陰極室に原水の導入口と電解により生成した電解水の流出口をそれぞれ有する電解水生成器において、前記陽極室と陰極室とに形成された原水の導入口の一方に処理水を導入するための逆浸透膜による浄水器を有するもの、更には、前記原水または濃縮水の導入口の一方に電解質を導入するための電解質添加装置を有するものであってもよい。

ところで、従来から電解に使用する金属電極は電子伝導体として電子のやり取りを行うことで、水または溶け込んでいる物質の分解生成をつかさどっている。水電解を行う場合には、通常下記の反応式によって行われる。
陰極（水素発生）２Ｈ₂Ｏ → Ｈ₂↑＋２ＯＨ^-＋２ｅ^-
陽極（酸素発生）２Ｈ₂Ｏ → Ｏ₂↑＋４Ｈ⁺＋４ｅ^-
そして、電極表面で行われる電子のやり取りは、陰極と陽極でそのエネルギー収支が等価でならなければならないが、陰極室と陽極室の電気伝導度が不均一の場合に、電子のやり取りがバランスを崩した状態に陥り、結果として電解電流が得られないと考えられていた。

そこで、図１に示したような貯水式の電解槽を用いて、陰極室と陽極室の電気伝導度が不均一な下記条件下で電解電流を測定した結果、不均一な濃度にも関わらず電解電流を得られることが判明した。

尚、測定は電極として不活性電極である白金コーティングされたチタン電極を用い、隔膜にはポリエステル不織布の中性膜を用い、試料水は、水道水および芳香族ポリアミド系複合膜を用いたルーズ逆浸透膜を用いた逆浸透膜処理水、逆浸透膜濃縮水を使用して、電解電源は直流安定化電源を用いて行った。
各水溶液の電気伝導度を表１に、測定結果を表２に示す。

また、食塩水を使用して、片側に添加した場合と添加しない水溶液を用いて電解を行った。
使用水は逆浸透膜で処理した水を使用して、食塩添加したもの（電気伝導度８０mＳ／ｍ）と添加していないもの（電気伝導度０．６２mＳ／ｍ）を用意した。測定結果を表３に示す。

次に、流水下で逆浸透膜を使用した水溶液を用いて電解を行った結果を表４に示す。
尚、使用した電極は不活性電極である白金コーティングされたチタン電極を用い、隔膜にはイオン交換膜（アルサンセップＧ―３）を用い、電解槽を用いて、逆浸透膜での処理水（電気伝導度０．８mＳ／ｍ）を毎分１．２リットルの流水下で陰極室側入水口へ導入し、逆浸透膜での濃縮水（電気伝導度１８．４mＳ／ｍ）を陽極室側入水口へ導入して、下記条件化で電解電流を測定した。

通常、電気伝導度の高い水溶液の場合は、溶液のインピーダンスが低いために、反応熱の発生が低いと考えられるが、本測定結果においては逆の結果が生じており、電気伝導度の高い水すなわち塩濃度の高い水溶液が、電子のやり取りを行うためのトリガー的な役割を果たすことで、塩濃度の希薄な水溶液が強制的に分解生成を始めると考えられる。但し、イオン交換膜を使用する場合は、イオン種によって選択性が強まるために、条件によって電解電流が低くなることが考えられた。

即ち、陰極室における金属イオンなどの電解質濃度が低い場合は、
２Ｈ⁺＋２ｅ^-→ Ｈ₂↑
の反応が主に起こると考えられ、
２Ｈ₂０ → Ｈ₂↑＋２０Ｈ^-＋２ｅ^-
の反応によって陰極室の水溶液がアルカリ性を示す。

逆に、陽極室における電解質濃度が高い場合は、
例えば、ハロゲンの場合に、
２Ｃｌ^-→Ｃｌ₂＋２ｅ^-
の反応などが考えられ、水に含まれるイオン種の生成分解反応が主たる反応と考えられる（但し、濃度依存的な面も考慮されるために断定はできない）。
同時に、
２Ｈ₂０ → ０₂↑＋４Ｈ⁺＋４ｅ^-
などの反応も起こり、水溶液が酸性を示す。
そして、上記の反応の電子収支が、陰極と陽極において等価であるように電解反応を行っていると考えられる。

尚、水中に溶け込んでいる電解質の濃度差を電解槽に流入する方法には、逆浸透膜を使用して処理した水と濃縮水を流入する他に、電解質をポンプ添加するなどして、電気伝導度を高くして片側に流入することでその条件を作ることが出来ることは言うまでもない。

また、電極間にある隔膜はポリエステルなどの中性膜やイオン交換膜を使用して、電解時に電気浸透する有用イオン成分のみを片側に引き寄せることが可能であり、逆浸透膜を使用する場合に反対側の廃液は循環経路を設けて、再利用することができることは言うまでもない。陰極水の場合は、逆浸透膜によって除去された有用成分を再度電解することによって、陰極側に集まるために、有害物質を取り除いた水で有用な成分を含んだ陰極水が生成できる。このため、従来から知られている陰極水としての効能効果が維持されることになる。

本発明によれば、例えば陰極水では、通常、陰極側の水を例えばアルカリイオン水として飲用に用いるが、陽極側の水は飲用として使用しない。そこで、陰極側だけに処理水を流入して、陽極側はその濃縮水を使用することによって、電解したときに電気浸透する有用成分のみを通過させる構造を持たせることによって、従来の陰極水生成器の構造を変更することなく、フィルター性能をアップすることが可能となった。

特に、通常の場合に原水として用いられる水道水に含まれているウイルスやトリハロメタン・硝酸性窒素・亜硝酸性窒素、ダイオキシン、環境ホルモン、ヒ素、水銀、鉛などの有害成分は逆浸透膜によって除去することが可能になり、従来使用されている活性炭や中空糸などのマイクロフィルターの物理ろ過以下の不純物を除去することが出来る。

更に、陰極側に処理水を導入することによって、高濃度のカルシウムやマグネシウムが流入されないため、電極表面で析出されるスケールが低減される。それによって従来行っていた、逆極性による電解洗浄の頻度が減少することにより、ポール変換時における白金溶出が抑えられるため、結果として電極の寿命が延命されることにもなり、電解時に陽極側に濃縮水を使用する場合には、カルシウムなどの有用成分のみを陰極側に引き寄せることが可能となり、陰極水としての水質も維持できる。

以下、本発明を実施するための形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図２は、陰極水生成器をモデルとした本発明の実施形態に係る電解水の生成器についての好ましい実施施形態の概略を示すものであり電解槽１を例えばイオン交換膜（アルサンセップＧ−３）からなる隔膜１１で仕切って形成した陽極室１２と陰極室１３とに不活性電極である白金コーティングされたチタン電極からなる陽極１４と陰極１５とがそれぞれ配置されており、陽極室１４と陰極室１５とに原水の導入口１６，１７と電解により生成した電解水の流出口１８，１９をそれぞれ有している。

また、図中、符号２は芳香族ポリアミド系複合膜を用いたルーズ逆浸透膜による浄水器であり、入水口２１の上流にプレフィルタ３を有するとともに処理水出口２２が加圧タンク（貯水タンク）４、ポストフィルタ５、止水弁６および流量センサー７を介して前記電解槽１の陰極室１３に設けられた原水の導入口１７に接続されている。

そして、前記浄水器２の濃縮水取出口２３が前記電解槽１の陽極室１２に設けられた原水の導入口１６に接続されている。

更に詳細に説明すると、浄水器２に導入される原水（水道水）は初めにプレフィルター（活性炭フィルタなど）３によって、残留塩素や異物などが除去される。そのため、浄水器２に装備されている逆浸透膜の負荷が軽減されて逆浸透膜の性能を維持することができ、寿命を延命させることが可能となる。

また、逆浸透膜を用いるには膜に対して浸透圧を加えるために、加圧ポンプを使用して通常０．４〜４Ｍｐａ程度の加圧下に処理されるが、本実施形態では逆浸透膜として低圧・高い阻止性能を有する芳香族ポリアミド系複合膜を用いたルーズ逆浸透膜を採用することにより通常の水道水圧力である０．３〜１Ｍｐａ程度で使用可能であり、特別な加圧ポンプを必要とせず、経済的であるとともに小型に形成でき、家庭などでの使用にも何ら問題がない。

更に、浄水器２では逆浸透膜を通過した処理水と、膜通過時に水中に含まれていた不純物を取り除き集合した濃縮水に分離され、濃縮水はそのまま電解槽１における陽極室１２側の入水口１６に導入されて逆浸透膜が処理している時のみ流通し、陽極室１２の陽極側出口１８またその先の配管（図示せず）は、常に開放状態である。

また、逆浸透膜は、ろ過処理水量が通常のフィルターに比べて少ない為、実際の使用環境に対応させるためには貯水タンク（加圧タンク）４を設ける場合が一般的であり、使用していない時間に処理水を貯めるため、本実施形態では水栓６が閉じている時には逆浸透膜で処理された水が貯水タンク４に貯水される。貯水タンク４に溜まった処理水は、止水弁６が開いたときに貯水タンクに溜まっていた処理水がポストフィルター５を通過して、臭い等の除去を行い流量センサー７に導入され、流量センサー７に処理水が一定量以上通水された場合、電解槽１において電極１４，１５に電圧を印加して電解を行い、隔膜板１１で仕切られた陰極室１３では陰極水が生成され、陽極室１２では陽極水が生成される。このとき隔膜板１１はイオン交換膜の作用により陰イオンの通過を阻止して、カルシウムなどの陽イオンのみを通過させることによって、従来の陰極水と同等な水質を維持して不純物の少ないものを提供することができる。

尚、原水（水道水）と処理水の配管経路にシャットオフバルブなどを使って、ある一定圧力に達した場合に、原水の止水や通水を制御することはいうまでもない。

次に、本実施形態である電解水の生成器を用いて実施して得た電解水につき以下の表５および表６にその性状を示す。

使用した原水は相模原市上水（ｐＨ７．６２、電気伝導度１５．０１ｍＳ／ｍ、水温１８．９℃、硝酸性窒素２．３ｍｇ/Ｌ、カルシウム硬度２５ｍｇ/Ｌ）を用い、逆浸透膜で処理した透過処理水および濃縮水の水質は以下の表５に示す通りである。

以上の測定結果から、不純物が少なく、安全なアルカリ水（陰極水）を得ることができた。

また、図３は本発明の異なる実施形態を示すものであり、全体の構成は前記図１に示した本発明の実施形態とほぼ同様であるが電解質を供給するための電解補助液槽８とポンプ９を備えた点が異なり、逆浸透膜を備えた浄水器２からの濃縮水に電解質を加えて陰極室１３へ導入するものである。陽極室において得られた強酸性電解水（陽極水）の性状を表９に示す。

尚本実施形態に使用した原水は相模原市上水（ｐＨ７．２２、電気伝導度１５．３４ｍＳ／ｍ、水温１７．２℃、硝酸性窒素２．３ｍｇ/Ｌ、カルシウム硬度２５ｍｇ/Ｌ）を用い、逆浸透膜で処理した透過処理水および濃縮水の水質は以下の表８に示した通りである。

以上の測定結果から、不純物が少なく、安全な強酸性水を得ることができた。

本発明の原理を説明するための概略図である。本発明の一実施形態を示すブロック図である。本発明の異なる実施形態を示すブロック図である。

符号の説明

１電解槽、２浄水器、３プレフィルタ、４加圧タンク、５ポストフィルタ、６導入口、７流量センサー、８電解補助液槽、９ポンプ、１１隔膜、１２陽極室、１３陰極室、１４陽極、１５陰極、１６導入口、１７導入口、１８流出口、１９流出口、２１入水口、２２処理水出口

Claims

電解槽を隔膜で仕切って形成した陽極室と陰極室とに水道水である原水を導入するとともに前記陽極室と陰極室とにそれぞれ配置した陽極と陰極とに所定の電流を流して電解することにより陰極水または陽極水の少なくとも一方を得る電解水の生成方法において、前記電解槽を形成する陽極室または陰極室の一方に原水として逆浸透膜による処理水を導入するとともにもう一方に原水として前記逆浸透膜による濃縮水を導入することを特徴とする電解水の生成方法。
前記もう一方の原水である逆浸透膜による濃縮水に電解質を添加してなる請求項１記載の電解水の生成方法。
電解槽を隔膜で仕切って形成した陽極室および陰極室に陽極と陰極とをそれぞれ配置し、前記陽極室および陰極室に原水の導入口と電解により生成した電解水の流出口をそれぞれ有する電解水生成器であって、前記陽極室と陰極室とに形成された原水の導入口の一方に処理水を導入するとともにもう一方の原水の導入口に濃縮水を導入するための逆浸透膜による浄水器を有することを特徴とする電解水の生成器。
前記原水の導入口の一方に電解質を導入するための電解質添加装置を有する請求項３記載の電解水の生成器。