JP4696276B2 - 電解水生成方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、酸性又はアルカリ性の電解水を生成する方法及びそれに用いる電解水生成装置に関する。

従来、陰イオン透過膜等の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電極を配設し、各電解室にそれぞれ原水を供給すると共に、両電極間に電圧を印加して、各電解室に供給された原水を電解する電解水生成方法が知られている。この方法によれば、前記原水に塩化ナトリウム等の塩化物を電解質として添加しておくことにより、陽極側の電解室からは次亜塩素酸を含む酸性の電解水を得ることができ、陰極側の電解室からはアルカリ性の電解水を得ることができる。

前記酸性の電解水は、前記次亜塩素酸の酸化力等により優れた殺菌性を示し、医療機関等における消毒等の用途に用いられる。また、前記アルカリ性の電解水は、洗浄等の用途に用いられる。ところが、前記酸性の電解水と前記アルカリ性の電解水とを同時に必要とする用途は少なく、一般には、酸性又はアルカリ性の一方の電解水のみが使用され、他方の電解水は捨て水となる。この場合、原水の半量が捨て水となるので、省資源の面で問題がある。

前記問題を解決するために、一方の電解室のみに原水を供給し、他方の電解室には電解質を含む水溶液（以下、電解質水溶液と略記する）を循環させて、原水及び電解質水溶液の電気分解（電解）を行い、原水が供給される側の電解室で生成する電解水を取り出す電解水生成方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この電解水生成方法では、例えば酸性の電解水を必要とするときには、前記原水が供給される側の電解室に配設された電極を陽極とし、前記電解質水溶液が循環される側の電解室に配設された電極を陰極として電気分解を行う。この結果、前記原水が供給される側（陽極側）の電解室では、酸性の電解水が生成され、該電解水が該電解室から取出される。このとき、他方の電解室ではアルカリ性の電解水が生成されるが、該電解水は前記電解質水溶液と共に循環されるので、捨て水とされることなく、資源を有効に利用することができる。
特開平９−２２０５７２号公報

しかしながら、特許文献１記載の方法では、一方の電解室のみに原水を供給し、他方の電解室には電気分解の際に生成される電解質水溶液を循環させるので、供給される原水の電気伝導度によって、電解電流の発生の度合が変化する。しかも、原水の水質は地域によって大きく異なる。例えば、原水となる水の電気伝導度が、10［mS／m（ミリジーメンス／メートル）］以下と極めて低いところもあれば、40〜50［mS／m］と高い値を示すところもある。このため、電解電流が発生しにくい場合、特許文献１記載の方法では、電気分解により必要とする特性を持つ電解水を得るために、１対の電極に印加する電圧（電解電圧）を高くすることが必要である。そして、多様な地域に対応するためには、大容量の電解用電源を用いる必要があり、電解水生成装置の小型・軽量化やコスト低減が難しいという不都合があった。

本発明の目的は、上記事情に鑑み、原水の水質等によらず、電解用電源の容量を抑えて、装置の小型・軽量化やコスト低減を可能としつつ、必要とする性質の電解水を生成できる電解水生成方法及び装置を提供することである。

本発明の電解水生成方法は、イオン透過性の隔膜を介在させて対向配置された１対の電解室の第１の電解室に電解質を含有する電解質水溶液を循環させると共に、第２の電解室に原水を供給し、該隔膜を挟んで各電解室に設けられた１対の電極に電圧を印加して該原水及び電解質水溶液を電気分解することにより、該第２の電解室で電解水を生成する方法において、前記電気分解の開始後、所定の第１時間を経過したとき、該電気分解により発生する電解電流が所定電流値よりも小さい場合には、該第１時間の経過後、電解電流が所定電流値以上となるまで、前記１対の電極に印加される電圧を所定電圧値に保持しながら、前記電解質の供給量を増加させることを特徴とする。

本発明の電解水生成方法では、前記１対の電解室のうち、第２の電解室に配設された電極の極性に対応して、第２の電解室に酸性又はアルカリ性の電解水が生成される。そこで、第２の電解室から前記電解水を取出し、該電解水の液性に対応する用途に利用される。

一方、第１の電解室では、第２の電解室と反対の液性の電解水が生成されるが、該電解水は前記電解質水溶液と共に前記第１の電解室に循環されるので、捨て水とされることがなく、資源を有効に利用することができる。

ここで、電気分解により必要とする特性を持つ電解水を得るためには、必要とする電解水に応じた電解電流が得られるように、１対の電極に印加する電圧（電解電圧）を制御する必要がある。このとき、第２の電解室に供給される原水の電気伝導度によっては、電解電流が発生しにくく、電解電圧を高く上げないと、必要とする電解電流（必要とする性質を持つ電解水）が得られない。すなわち、必要とする電解電流が得られるように電解電圧を制御している際に、原水の電気伝導度が低い等の理由によってにより電解電流が発生しにくく、電気分解の開始後、所定の第１時間を経過したときに、電解電流が所定電流値よりも小さい場合が想定される。

この場合に、本発明によれば、第１時間の経過後、電解電流が所定電流値以上となるまで、１対の電極に印加される電圧を所定電圧値に保持しながら、電解質の供給量を増加させる。これにより、電解電流が発生しやすいように（第２の電解室から第１の電解室へイオンを透過させて電気分解が行われるように）電解質水溶液の濃度を調整することができる。このとき、電解電圧は所定電圧値に保持されることから、電解電圧を高くしないで済むので、電解用電源の容量を抑えることができる。

従って、本発明によれば、電解電流が発生しにくい場合でも、電解質の供給を増加させて、電解電流が発生しやすいように電解質水溶液の濃度を調整することで、電解電圧が過大となるのを防ぐと共に、電解用電源の容量を抑えて装置の小型・軽量化やコスト低減を可能としつつ、必要とする性質の電解水を生成できる。

また、本発明の電解水生成方法において、前記電気分解の開始後、前記第１時間を経過するまでは、前記電解質を間欠的に供給し、該第１時間の経過後は該電解質を連続的に供給することが好ましい。

この場合、電気分解の開始後、第１時間を経過するまでは、電解質の供給は、例えば電解質水溶液の濃度を所定の範囲に維持することを目的として行われるので、時間に比較的余裕があり、電解質を間欠的に供給すれば十分である。これに対し、第１時間の経過後は、電解質の供給は、電解電流を所定電流値まで上げることを目的として行われる。この場合、電解電流を速やかに所定電流値に到達させるため、電解質を連続的に供給して電解質の供給をより迅速に行うことが必要である。したがって、電気分解の開始後、第１時間を経過するまでは、電解質を間欠的に供給し、第１時間の経過後は電解質を連続的に供給することで、電解質の供給に要するポンプ等を効率良く駆動させて電解質の供給に要する負荷を低減しつつ、必要とする性質の電解水を生成できる。

また、本発明の電解水生成方法において、前記第１時間の経過後、前記電解電流が前記所定電流値以上になったときは、再び前記電解質を間欠的に供給することが好ましい。

この場合、第１時間の経過後、電解電流が所定電流値以上となったときには、電解電流は所定電流値に到達しているので、電解質の供給を迅速に行う必要がなくなる。よって、この場合、電解質を再び間欠的に供給するように切り替えることで、電解質の供給に要するポンプ等を効率良く駆動させて電解質の供給に要する負荷を低減しつつ、必要とする性質の電解水を生成できる。

また、本発明の電解水生成方法において、前記第１時間の経過後、所定の第２時間を経過しても、前記電解電流が前記所定電流値以上とならない場合、前記電気分解を停止することが好ましい。

すなわち、第１時間を経過後、所定の第２時間を経過しても、電解電流が所定電流値以上とならない場合は、電解質の供給が過剰となり、電解質水溶液が強アルカリ性又は強酸性となる可能性や、原水の電気伝導度が極端に低く、さらに電解質を供給して電気分解を継続しても、必要とする性質の電解水が得られない可能性がある。このような場合には、電気分解を停止することで、電解質水溶液が強アルカリ性又は強酸性となる状態や、不要な電気分解が継続される状態を防止することができる。

なお、前記電気分解の停止に先立って、使用者に警報を出力することが好ましい。この場合、第２時間が経過して電気分解を停止する前に、電気分解が停止される可能性がある旨を使用者に認知させることができる。

次に、本発明の電解水生成装置は、例えば、イオン透過性の隔膜を介在させて対向配置された１対の電解室と、第１の電解室に電解質を含有する電解質水溶液を循環させる電解質水溶液循環手段と、第２の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、両電極に電圧を印加して該原水及び電解質水溶液を電気分解することにより、第２の電解室で電解水を生成する電解水生成手段とを備え、前記電気分解の開始後、所定の第１時間を経過したときに、該電気分解により発生する電解電流が所定電流値よりも小さい場合に、該第１時間の経過後、該電解電流が該所定電流値以上となるまで、前記１対の電極に印加される電圧を所定電圧値に保持しながら、前記電解質の供給量を増加させる電解制御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には、例えば、前記電解質を供給するための、間欠駆動と連続駆動とを切り替え可能な電解質供給手段を備え、前記電解制御手段は、電気分解の開始後、前記第１時間を経過するまでは、前記電解質供給手段の作動を間欠駆動とし、該第１時間の経過後は、該電解質供給手段の作動を連続駆動とするものを用いることができる。

また、前記電解制御手段は、前記第１時間の経過後、前記電解電流が前記所定電流値以上になったときは、再び前記電解質供給ポンプの作動を間欠駆動に切り替えることが好ましい。

また、前記第１時間の経過後、所定の第２時間を経過しても、前記電解電流が前記所定電流値以上とならない場合、前記電気分解を停止する電解停止手段を備えることが好ましい。この場合、前記電解停止手段による電気分解の停止に先立って、使用者に警報を出力する警報出力手段を備えるとよい。

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方法に用いる電解水生成装置を示す模式図である。また、図２は、図１の電解水生成装置の制御システムを示すブロック図である。また、図３〜図８は、図１の電解水生成装置の電解水生成処理を示すフローチャートである。また、図９は、図３の電解水生成処理における電解電流の経時変化を示すグラフである。

図１に示すように、本実施形態の電解水生成装置１は、イオン透過性の隔膜２を介在して対向配置された１対の電解室３ａ，３ｂを備える電解槽４と、電解室３ａに電解質を含有する電解質水溶液を循環させる電解質水溶液循環系５と、電解室３ｂに原水を供給する原水供給系６とを備えている。１対の電解室３ａ，３ｂには、隔膜２を挟んで１対の電極７ａ，７ｂが配設されており、電極７ａ，７ｂはそれぞれ導線８ａ，８ｂを介して後述の電解用電源５２及び電解制御ユニット５４に接続されている。両電極７ａ，７ｂの近傍には、電極７ａ，７ｂの温度をそれぞれ測定する電極温度センサ３２ａ，３２ｂが取り付けられている。

また、電解室３ｂには、両電極７ａ，７ｂに電圧を印加して、原水及び電解質水溶液を電気分解することにより電解室３ｂ内で生成した電解水を取り出す電解水取出導管９が設けられている。電解水取出導管９は、電解室３ｂの上部に接続されており、電解水取出導管９の途中には、上流側から順にアウトレットジョイント２６、三方弁２７が備えられている。そして、電解水取出導管９は、生成された電解水を貯留する貯水タンク３０の上部に接続されている。貯水タンク３０には、中に貯留されている電解水の満水状態を検知する満水レベルスイッチ２８と、渇水状態を検知する渇水レベルスイッチ２９が取り付けられている。満水レベルスイッチ２８は、電解水が所定の満水レベル以上貯留されている状態で検知状態となり、満水レベルに達しない状態で非検知状態となる。渇水レベルスイッチ２９は、電解水が所定の渇水レベル以上貯留されている状態で検知状態となり、渇水レベルに達しない状態で非検知状態となる。

電解質水溶液循環系５は、電解質水溶液タンク１０と、電解質水溶液タンク１０に貯留されている電解質水溶液を電解質水溶液タンク１０から取り出して電解室３ａの底部に供給する電解質水溶液供給導管１１と、電解室３ａ内の電解質水溶液を電解室３ａの上部から取り出して電解質水溶液タンク１０の上部に還流する電解質水溶液還流導管１２とを備えている。電解質水溶液供給導管１１は、途中にポンプ１３が介装されていると共に、ポンプ１３の下流側に流量センサ１４ａを備え、さらに流量調整弁１５ａを介して電解室３ａの底部に接続されている。

電解質水溶液タンク１０には、電解室３ａに循環される電解質水溶液に供給する電解質が貯留された電解質タンク１６が、電解質供給導管１７を介して接続されている。電解質タンク１６には、中に貯留されている電解質のレベルを検知する電解質タンクレベルスイッチ３１が取り付けられている。電解質タンクレベルスイッチ３１は、電解質が所定レベル以上貯留されている状態で検知状態となり、所定レベルに達しない状態で非検知状態となる。電解質供給導管１７の途中には、電解質タンク１６内に貯留されている電解質を電解室３ａに供給する電解質供給ポンプ１８が介装されいる。電解質供給ポンプ１８は、その作動が間欠駆動と連続駆動を切替可能となっている。本実施形態では、電解質タンク２０から電解質水溶液タンク１０の中へ電解質（水溶液）を供給することで、電解質供給ポンプ１８として、一般にこの種の装置に使われている逆流防止弁付メータリングポンプを使用することなく、チューブポンプ等の簡単で安価なポンプを使って電解質水溶液循環系５に電解質を供給できる。

なお、タンク１０，１６は、それぞれの上部にエア抜き弁１９，２０を備えている。

原水供給系６は、図示しない水道栓等の原水供給源から供給される原水を電解室３ｂの底部に供給する原水供給導管２１を備え、原水供給導管２１の途中には、上流側から順にインレットジョイント２５、水温センサ２４、減圧弁２２、シャット弁２３、流量センサ１４ｂが備えられている。そして、原水供給導管２１は、流量調整弁１５ｂを介して電解室３ｂの底部に接続されている。

なお、本実施形態では、電解質供給導管１７の途中に電解質供給ポンプ１８を設けるようにしているが、電解質供給ポンプ１８に代えて開閉弁を設けるようにしてもよい。この場合、タンク１０，１６の位置関係は、タンク１６がタンク１０の上部に設置される必要がある。

図２に示すように、電解水生成装置１は、各種の演算処理を行うコンピュータ（ＣＰＵ，メモリ，入出力回路等からなる演算処理回路、或いはこれらの機能を集約したマイクロコンピュータ）等により構成された電子ユニットである電解制御ユニット５４を備えている。

そして、電解制御ユニット５４は、センサやスイッチによる入力に基づいて、ポンプや弁を制御して、電解水を生成する処理等を実行する。これらの処理は、電解制御ユニット５４のメモリに予め実装されたプログラムを電解制御ユニット５４により実行することにより実現される。

電解制御ユニット５４には、上述の水温センサ２４、電極温度センサ３２ａ，３２ｂ、水道流量センサ１４ｂ、循環流量センサ１４ａ、貯水タンク満水レベルスイッチ２８、貯水タンク渇水レベルスイッチ２９、電解質タンクレベルスイッチ３１が接続されており、これらのセンサによる検知データが電解制御ユニット５４に入力される。また、電解制御ユニット５４には、上述の三方弁２７、循環ポンプ１３、電解質供給ポンプ、遮断弁２３が接続されており、電解制御ユニット５４によりこれらの弁・ポンプの作動が制御される。

また、電解制御ユニット５４には、使用者の操作に応じて電解水を生成する処理の開始と停止を指示する電解開始停止スイッチ４５と、使用者の操作に応じて電解水を生成する処理の実行時間を設定する電解停止タイマスイッチ４４が接続されている。

また、電解制御ユニット５４には、電源投入時や警報時に鳴るブザー４６、電源表示ＬＥＤ４７、電解動作表示ＬＥＤ４８、電解質タンク空表示ＬＥＤ４９、貯水タンク表示ＬＥＤ５０、故障表示ＬＥＤ５１が接続されている。電源状態表示ＬＥＤ４７は、電解用電源５２がオン状態（電解開始可能なスタンバイ状態）のときに点灯され、オフ状態で消灯される。電解動作表示ＬＥＤ４８は、電解開始状態で点灯され、電解停止状態で消灯される。電解質タンク空表示ＬＥＤ４９は、電解質タンクレベルスイッチ３１が検知状態で点灯され、非検知状態で消灯される。貯水タンク表示ＬＥＤ５０は、貯水タンク満水レベルスイッチ２８が検知状態にある場合、又は貯水タンク渇水レベルスイッチ２９が非検知状態にある場合に点灯され、それ以外は消灯される。故障表示ＬＥＤ５１は、故障時に点灯され、正常時に消灯される。

また、電解制御ユニット５４には、導線８ａ，８ｂを介して電極７ａ，７ｂに電圧を印加する電解用電源５２と、電解用電源５２から供給される電流・電圧値を測定する電流・電圧センサ５３が接続されている。

また、電解制御ユニット５４には、電解制御ユニット５４、循環ポンプ１３、電解質供給ポンプ１８、三方弁２７、遮断弁２３を動作させる電圧を供給するシステム用電源４３が接続されている。そして、電解用電源５２及びシステム用電源４３には、電源メインスイッチ４２を介して、家庭用電源（ＡＣ１００Ｖ）から電圧が供給される。

より詳しくは、電解制御ユニット５４は、その機能として、電解制御手段５５と電解停止手段５６とを備える。電解制御手段５５は、電気分解の開始後、所定の第１時間Ｔ₁を経過したとき、電気分解により発生する電解電流が所定電流値Ｉ_Aよりも小さい場合には、第１時間Ｔ₁の経過後、電解電流が所定電流値Ｉ_A以上となるまで、電解用電源５２から１対の電極７ａ，７ｂに印加される電圧を所定電圧値Ｖ_Aに保持しながら、電解質供給ポンプ１８を制御して電解質の供給量を増加させる。また、電解停止手段５６は、第１時間Ｔ₁の経過後、所定の第２時間Ｔ₂を経過しても、電解電流が所定電流値Ｉ_A以上とならない場合、電解用電源５２、三方弁２７、電解質供給ポンプ１８、循環ポンプ１３、遮断弁２３を制御して、電気分解を停止する。

次に、本実施形態の電解水生成装置１の全体的な作動（電解水生成処理）を、図３のフローチャートに従って説明する。

図３に示すように、ＳＴＥＰ１で、電解開始停止スイッチ４５が押下られたか否かが判断される。ＳＴＥＰ１の判断結果がＮＯの場合は、ＳＴＥＰ１の判断結果がＹＥＳとなるまで、ＳＴＥＰ１が繰り返される。

ＳＴＥＰ１の判断結果がＹＥＳの場合は、ＳＴＥＰ２に進み、ポンプ・弁起動時作動処理が実行される。ポンプ・弁起動時作動処理は、図４に示すように行われる。ポンプ・弁起動時作動処理において、まず、ＳＴＥＰ２１で、遮断弁２３が開放される。次に、ＳＴＥＰ２２で、循環ポンプ１３の作動が開始される。次に、ＳＴＥＰ２３で、電解質ポンプ作動タイマが起動され、電解質ポンプ１０の作動が間欠駆動で開始される。間欠駆動は、例えば、動作時間Ｔ_onを10［sec］、インターバル時間T_intを50［sec］として行われる。これによりポンプ・弁起動時作動処理が終了される。

図３に戻り、次に、ＳＴＥＰ３で、ソフトスタート電源処理が実行される。ソフトスタート電源処理は、図５に示すように行われる。ソフトスタート電源処理において、まず、ＳＴＥＰ３１で、電解用電源５２から電極７ａ，７ｂに印加される電解電圧が、所定の電圧増加率Ｋで上昇される。電圧増加率Ｋとしては、例えば、0.5［V／sec］が用いられる。次に、ＳＴＥＰ３２で、電解電圧が、予め設定された所定の目標電圧Ｖ₀以上であるか否かが判断される。目標電圧Ｖ₀としては、例えば20［V］が用いられる。ＳＴＥＰ３２の判断結果がＮＯの場合は、ＳＴＥＰ３１に戻り、ＳＴＥＰ３２の判断結果がＹＥＳとなるまでＳＴＥＰ３１〜３２の処理が繰り返される。すなわち、所定の第１時間Ｔ₁を経過するまで、ＳＴＥＰ３１〜３２の処理が行われる。第１時間Ｔ₁は、電圧増加率Ｋと目標電圧Ｖ₀から定まる所定値である（Ｔ₁＝Ｖ₀／Ｋ）。ＳＴＥＰ３２の判断結果がＹＥＳの場合、ＳＴＥＰ３３に進み、電解電圧の上昇が停止される。これによりソフトスタート電源処理が終了される。

図３に戻り、次に、ＳＴＥＰ４で、電気分解により発生する電解電流が、予め定められた所定電流値Ｉ_A以上であるか否かが判断される。ＳＴＥＰ４の判断結果がＮＯの場合、ＳＴＥＰ５に進み、低電気伝導度水対応処理が実行され、ＳＴＥＰ４に戻る。

低電気伝導度水対応処理は、図６に示すように行われる。低電気伝導度水対応処理において、まず、ＳＴＥＰ４１で、電解質供給ポンプ１８が連続駆動に切り替えられる。次に、ＳＴＥＰ４２で、電解電圧が所定電圧値Ｖ_Aとなるように制御される。電圧値Ｖ_Aとしては、例えば、20［V］が用いられる。次に、ＳＴＥＰ４３で、電解開始後、所定の第２時間Ｔ₂が経過したか否かが判断される。第２時間Ｔ₂としては、例えば、180［sec］が用いられる。ＳＴＥＰ４３の判断結果がＮＯの場合、低電気伝導度水対応処理が終了される。ＳＴＥＰ４３の判断結果がＹＥＳの場合、ＳＴＥＰ４４に進み、警報出力が行われる。次に、ＳＴＥＰ４５で、電解停止処理が行われ、電気分解が停止されて、低電気伝導度水対応処理が終了される。

電解停止処理は、図７に示すように行われる。電解停止処理において、まず、ＳＴＥＰ５１で三方弁２７の排水側が開放され、貯水側が遮断される。次に、ＳＴＥＰ５２で、電解電圧及び電解電流が遮断される。次に、ＳＴＥＰ５３で、電解質供給ポンプ１８が停止される。次に、ＳＴＥＰ５４で、循環ポンプ１３が停止される。次に、ＳＴＥＰ５５で、遮断弁２３が閉鎖される。これにより電解停止処理が終了される。

図３に戻り、ＳＴＥＰ４の判断結果がＹＥＳの場合、ＳＴＥＰ６に進み、電解質供給ポンプ１８が間欠駆動中であるか否かが判断される。ＳＴＥＰ６の判断結果がＮＯ場合は、ＳＴＥＰ７に進み、電解質供給ポンプ１８の間欠駆動の作動タイマが再起動され、ＳＴＥＰ８に進む。ＳＴＥＰ６の判断結果がＹＥＳの場合は、そのままＳＴＥＰ８に進む。

次に、ＳＴＥＰ８で、三方弁２７の貯水タンク側が開放される。次に、ＳＴＥＰ９で、電解電流一定制御処理が実行される。電解電流一定制御処理は、図８に示すように行われる。

電解電流一定制御処理において、まず、ＳＴＥＰ６１で、電解電流が電解電流が予め設定された所定の目標電流Ｉ_Bとなるように制御される。目標電流Ｉ_Bとしては、例えば、10［A］が用いられる。次に、ＳＴＥＰ６２で、電解電圧が予め設定された所定の目標電圧Ｖ₁以上であるか否かが判断される。目標電圧Ｖ₁としては、例えば、20［V］が用いられる。ＳＴＥＰ６２の判断結果がＹＥＳの場合、ＳＴＥＰ６３に進み、電解質供給ポンプ１８の作動が間欠駆動に切り替えられ、ＳＴＥＰ６５に進む。ＳＴＥＰ６２の判断結果がＮＯの場合、ＳＴＥＰ６４に進み、電解質供給ポンプ１８の作動が連続駆動に切り替えられ、ＳＴＥＰ６５に進む。

次に、ＳＴＥＰ６５で、電解電圧が所定の目標電圧Ｖ₂以上であるか否かが判断される。目標電圧Ｖ₂としては、例えば、22［V］が用いられる。ＳＴＥＰ６５の判断結果がＹＥＳの場合、電解電流一定制御処理が終了され、図３に戻る。

ＳＴＥＰ６５の判断結果がＮＯの場合、ＳＴＥＰ６６に進み、警報出力（ブザー４６を鳴らす等）が行われる。次に、ＳＴＥＰ６７に進み、上述の図７で示した電解停止処理が行われる。そして、電気分解が停止されて電解電流一定制御処理及び電解水生成処理が終了される。

図３に戻り、次に、ＳＴＥＰ１０で、電解開始停止スイッチ４５が押下されたか否かが判断される。ＳＴＥＰ１０の判断結果がＮＯの場合、ＳＴＥＰ４に戻り、ＳＴＥＰ４〜９の処理が繰り返される。

ＳＴＥＰ１０の判断結果がＹＥＳの場合、ＳＴＥＰ１１に進み、上述の図７で示した電解停止処理が行われる。そして、電気分解が停止されて電解水生成処理が終了される。

以上が、電解水生成装置１における電解水生成処理である。

次に、上述の電解水生成処理について、図９のグラフを用いて具体的に説明する。

以下では、図１の隔膜２は陰イオン交換膜であり、電解室３ａに配設された電極７ａは陰極とされ、電解室３ｂに配設された電極７ｂは陽極とされる場合を例にして説明する。この結果、電解室３ａが陰極側電解室、電解室３ｂが陽極側電解室となる。

この場合において、まず、電解質水溶液の循環及び電解水の生成の概要について説明する。例えば、電解質水溶液循環系５により前記電解質水溶液として塩化ナトリウム水溶液を電解室３ａに循環させる一方、原水供給導管２１により原水として水道水を電解室３ｂに供給する。そして、電解用電源５２により、電極７ａ，７ｂ間に所定の電圧を印加することにより、前記塩化ナトリウム水溶液及び水道水の電気分解を行う。

このようにすると、陰極側電解室３ａでは、次式に示すように塩化ナトリウムの電離によりナトリウムイオン（Ｎａ^＋）と塩素イオン（Ｃｌ⁻）とが生成される一方、水の電解により水素（Ｈ_２）と水酸イオン（ＯＨ⁻）とが生成され、アルカリ性の電解水が得られる。

ＮａＣｌ → Ｎａ^＋ ＋ Ｃｌ⁻
２Ｈ_２Ｏ ＋ ２ｅ⁻ → Ｈ_２ ＋ ２ＯＨ⁻
電解室３ａ，３ｂの間には陰イオン交換膜が隔膜２として配設されているので、前記ナトリウムイオンは前記陰イオン交換膜に阻止されて陽極側電解室３ｂに移動することができず、塩素イオンのみが陽極側電解室３ｂに移動する。この結果、陽極側電解室３ｂでは、次式に示すように、塩素イオンから生成した塩素（Ｃｌ_２）がさらに水と反応して次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）を生成する一方、水の電解により酸素（Ｏ_２）と水素イオン（Ｈ^＋）とが生成し、酸性の電解水が得られる。

２Ｃｌ⁻ → Ｃｌ_２ ＋ ２ｅ⁻
Ｃｌ_２ ＋ ２Ｈ_２Ｏ → ２ＨＣｌＯ ＋ ２Ｈ^＋
Ｈ_２Ｏ → １／２Ｏ_２ ＋ ２Ｈ^＋ ＋ ２ｅ⁻
従って、電解水取出導管９により、陽極側電解室３ｂの上部から、次亜塩素酸を含む酸性の電解水を取り出すことができる。このとき、前述のようにナトリウムイオンは陽極側電解室３ｂに移動することができないので、前記酸性の電解水は実質的に塩化ナトリウムを含んでおらず、金属の腐食促進を防止することができる。また、陰極側電解室３ａでは、前記塩化ナトリウム水溶液が電解質水溶液循環系５により循環されているので、生成したアルカリ性の電解水は該塩化ナトリウム水溶液に流入して循環されることとなり、捨て水となることがない。

次に、図９のグラフを参照して、上述の場合における、電解質の供給及び電解電圧・電解電流の制御について説明する。

図９（ａ）（ｂ）は、電解水生成処理における電解電流の経時変化を示すグラフである。図９（ａ）（ｂ）において、横軸は経過時間［sec］を示し、縦軸は電解電流［A］を示す。図９（ａ）は、電解室３ｂに供給される原水（水道水）が低電気伝導度水の場合（例えば、電気伝導度7〜15［mS／m］）であり、図９（ｂ）は、電解室３ｂに供給される原水（水道水）が通常の電気伝導度水の場合（例えば、電気伝導度20〜30［mS／m］）を示す。

まず、図９（ｂ）の通常の電気伝導度水の場合について説明する。この場合、時刻ｔ１に電解開始停止スイッチ４５が押下されると、ポンプ・弁起動時作動処理が行われ、次いで、第１時間Ｔ₁を経過するまで、ソフトスタート電源処理が行われる。第１時間Ｔ₁が経過した時刻ｔ２において、電解電流が所定電流値Ｉ_Aに到達しているので、時刻ｔ２以降は電解電流一定制御処理が行われる。なお、電解電流一定制御処理では、実際には、目標電流まで徐々に電流値を増加させる。

このとき、時刻ｔ１の電解開始後、前記塩化ナトリウム水溶液を前述のように循環させていると、経時的に水酸イオン濃度が上昇し、該塩化ナトリウム水溶液が強アルカリ性を呈するようになる。そこで、本実施形態では、電解質タンク１６に塩酸を貯留しておき、前記塩化ナトリウム水溶液に該塩酸を添加することにより、該塩化ナトリウム水溶液の濃度が所定の範囲に維持されると共に、ｐＨが所定の領域に維持されるようにする。前記塩酸の濃度は、２モル／ｌ以下、例えば１モル／ｌとされる。

なお、電解質供給ポンプ１８は間欠駆動とされる。具体的には、所定時間（例えば１分）の間に１回、動作時間Ｔ_on（例えば１０秒）で動作する。間欠駆動における動作時間Ｔ_onは、所定時間におけるアルカリの生成量とほぼ同等となる酸量を添加できる時間として定められる。

これにより、循環を繰り返しても、前記塩化ナトリウム水溶液が強アルカリ性となることを防止することができる。

次に、図９（ａ）の低電気伝導度水の場合について説明する。この場合、時刻ｔ１に、図９（ｂ）の場合と同様に、電解開始停止スイッチ４５が押下されると、ポンプ・弁起動時作動処理が行われ、次いで、第１時間Ｔ₁を経過するまで、ソフトスタート電源処理が行われる。第１時間Ｔ₁を経過するまでは、図９（ｂ）の場合と同様に、電解質供給ポンプ１８は間欠駆動とされ、電解質タンク１６に貯留されている塩酸を、前記塩化ナトリウム水溶液に添加することにより、該塩化ナトリウム水溶液の濃度が所定の範囲に維持されると共に、ｐＨが所定の領域に維持されるようにする。

第１時間Ｔ₁が経過した時刻ｔ２において、図９（ａ）の例では、低電気伝導度水が供給されるため、電解電流が発生しにくく、電解電流が所定電流値Ｉ_Aに到達しない。よって、低電気伝導度水対応処理が行われる。すなわち、電解質供給ポンプ１８が連続駆動に切り替えられ、電解電流が所定電流値Ｉ_A以上となるまで、電解電圧を所定電圧値Ｖ_Aに保持しながら、電解質の供給量を増加させる。これにより、電解質の供給を増加させて、電解電流が発生しやすいように電解質水溶液の濃度を調整することで、電解電圧を上げることなく、必要とする性質の電解水が得られる電解電流とすることができる。

そして、時刻ｔ３において、電解電流が所定電流値Ｉ_A以上となると、電解電流一定制御処理が行われる。このとき、電解電流一定制御処理において、電解電圧が目標電圧Ｖ₁より小さい場合には、図９（ａ）の場合と同様に、電解質供給ポンプ１８は間欠駆動とされ、電解質タンク１６に貯留されている塩酸を、前記塩化ナトリウム水溶液に添加することにより、該塩化ナトリウム水溶液の濃度が所定の範囲に維持されると共に、ｐＨが所定の領域に維持されるようにする。

一方、電解電圧が目標電圧Ｖ₁以上の場合には、電解質供給ポンプ１８は連続駆動とされる。すなわち、供給される原水の電気伝導度が低いので、陰極側（循環タンク側）から陽極側へイオンを透過させ電気分解を行う必要が生じることが想定される。このとき、電解質供給ポンプ１８の作動を連続駆動とすることで、電解質水溶液タンク１０内への電解質の供給を増やしている。

なお、さらに電解電圧がＶ₂を超えた場合には、安全を考慮して、電解停止処理が行われる。

以上のように、実施形態の電解水生成方法と、それを実施する電解水生成装置によれば、供給される原水が低電気伝導度水で電解電流が発生しにくい場合でも、電解質の供給を増加させて、電解電流が発生しやすいように電解質水溶液の濃度を調整することで、電解電圧が過大となることを防ぐことができる。よって、供給される原水の水質等によらず、電解用電源の容量を抑えて、装置の小型・軽量化やコスト低減を可能としつつ、必要とする性質の電解水を生成できる。

本発明の電解水生成方法に用いる電解水生成装置の一構成例を示す模式図。 図１の電解水生成装置の制御システムを示すブロック図。 図１の電解水生成装置の全体的な作動（電解水生成処理）を示すフローチャート。 図３の電解水生成処理におけるポンプ・起動時作動処理を示すフローチャート。 図３の電解水生成処理におけるソフトスタート電源処理を示すフローチャート。 図３の電解水生成処理における低電気伝導度水対応処理を示すフローチャート。 図６の低電気伝導度水対応処理における電解停止処理を示すフローチャート。 図３の電解水生成処理における電解電流一定制御処理を示すフローチャート。 図３の電解水生成処理における電解電流の経時変化を示すグラフ。

符号の説明

１…電解水生成装置、２…隔膜、３ａ…第１の電解室、３ｂ…第２の電解室、４…電解槽（電解水生成手段）、５…電解質水溶液循環系（電解質水溶液循環手段）、６…原水供給系（原水供給手段）、７ａ，７ｂ…電極、１８…電解質供給ポンプ（電解質供給手段）、５４…電解制御ユニット、５５…電解制御手段、５６…電解停止手段。

Claims (8)

1. イオン透過性隔膜を介在させて対向配置された１対の電解室の第１の電解室に電解質を含有する電解質水溶液を循環させると共に、第２の電解室に原水を供給し、該隔膜を挟んで各電解室に設けられた１対の電極に電圧を印加して該原水及び電解質水溶液を電気分解することにより、該第２の電解室で電解水を生成する方法において、
   前記電気分解の開始後、所定の第１時間を経過したとき、該電気分解により発生する電解電流が所定電流値よりも小さい場合には、該第１時間の経過後、該電解電流が該所定電流値以上となるまで、前記１対の電極に印加される電圧を所定電圧値に保持しながら、前記電解質の供給量を増加させることを特徴とする電解水生成方法。
2. 請求項１記載の電解水生成方法において、
   前記電気分解の開始後、前記第１時間を経過するまでは、前記電解質を間欠的に供給し、該第１時間の経過後は該電解質を連続的に供給することを特徴とする電解水生成方法。
3. 請求項２記載の電解水生成方法において、
   前記第１時間の経過後、前記電解電流が前記所定電流値以上になったときは、再び前記電解質を間欠的に供給することを特徴とする電解水生成方法。
4. 請求項１〜３のうちいずれか記載の電解水生成方法において、
   前記第１時間の経過後、所定の第２時間を経過しても、前記電解電流が前記所定電流値以上とならない場合、前記電気分解を停止することを特徴とする電解水生成方法。
5. イオン透過性隔膜を介在させて対向配置された１対の電解室と、第１の電解室に電解質を含有する電解質水溶液を循環させる電解質水溶液循環手段と、第２の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、両電極に電圧を印加して該原水及び電解質水溶液を電気分解することにより、第２の電解室で電解水を生成する電解水生成手段とを備える電解水生成装置において、
   前記電気分解の開始後、所定の第１時間を経過したとき、該電気分解により発生する電解電流が所定電流値よりも小さい場合には、該第１時間の経過後、該電解電流が該所定電流値以上となるまで、前記１対の電極に印加される電圧を所定電圧値に保持しながら、前記電解質の供給量を増加させる電解制御手段を備える
   ことを特徴とする電解水生成装置。
6. 請求項５記載の電解水生成装置において、
   前記電解質を供給するための、間欠駆動と連続駆動とを切り替え可能な電解質供給手段を備え、
   前記電解制御手段は、前記電気分解の開始後、前記第１時間を経過するまでは、前記電解質供給手段の作動を間欠駆動とし、該第１時間の経過後は、該電解質供給手段の作動を連続駆動とすることを特徴とする電解水生成装置。
7. 請求項５又は６記載の電解水生成装置において、
   前記電解制御手段は、前記第１時間の経過後、前記電解電流が前記所定電流値以上になったときは、再び前記電解質供給手段の作動を間欠駆動に切り替えることを特徴とする電解水生成装置。
8. 請求項５〜７のうちいずれか記載の電解水生成装置において、
   前記第１時間の経過後、所定の第２時間を経過しても、前記電解電流が前記所定電流値以上とならない場合、前記電気分解を停止する電解停止手段を備えることを特徴とする電解水生成装置。

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