JP4967050B2

JP4967050B2 - 電解イオン水生成装置

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Publication number: JP4967050B2
Application number: JP2010182952A
Authority: JP
Inventors: 民男松澤
Original assignee: KABUSHIKI KAISHA E-PLAN
Current assignee: KABUSHIKI KAISHA E-PLAN
Priority date: 2010-08-18
Filing date: 2010-08-18
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2030-08-18
Also published as: CN102372341B; JP2012040489A; CN102372341A

Description

本願発明は、電解イオン水（アルカリイオン水、アルカリ性電解水）生成装置に関する。

電解イオン水は洗浄効果に優れており、飲料水としても適することが知られており、排水されても地球環境に悪影響を与えない洗浄水或いは飲料水として注目されている。

電解イオン水生成装置の一つとして電解イオン水生成装置（特許文献１）がある。この電解イオン水生成装置は図３に示すように電解槽Ａがイオン交換膜Ｂで陰極室Ｃと陽極室Ｆに仕切られ、陰極室Ｃに陰極板Ｅが、陽極室Ｆに陽極板Ｄが配設され、陰極板Ｅに直流電源Ｇのマイナスが、陽極板Ｄに直流電源Ｇのプラスが接続されている。陰極室Ｃには流量調整弁Ｈを介して外部から原水（例えば純水や水道水）が連続して供給され、陽極室ＦにはタンクＩ内の電解質水溶液（例えば、炭酸カリウム水溶液や炭酸ナトリウム水容液）が循環ポンプＰによって連続して供給されると、電気分解により生成されるカリウムイオンが前記イオン交換膜Ｂを透過して陰極室Ｃ側に入り、陰極室Ｃ内にアルカリ性電解水が生成され、生成されたアルカリ性電解水は陰極室Ｃに設けられた出口配管Ｊから排出される。一方、陽極室Ｆを通過してオーバーフローした電解質水溶液は、陽極室Ｆに設けられた戻り配管Ｋから電解質水溶液タンクＩに戻る。

特開２００４−４２０２５号公報

通常、イオン交換膜Ｂは図４のようにその両面に絶縁材製のメッシュ状のスペーサＳが配置され、その外側に陰極板Ｅと陽極板Ｄが配置され、その両外側から保持板Ｌで保持され、陰極板Ｅに接続されているマイナス電極Ｔ１に直流電源のマイナスが、陽極板Ｄのプラス電極Ｔ２にプラス電位が印加されるようにしてある。供給される原水はイオン交換膜ＢとスペーサＳと陰極板Ｅの間の隙間を通過し、電解質水溶液はイオン交換膜Ｂと陽極板ＤとスペーサＳの間の隙間を通過する。

原水として水道水を使用した場合、水道水にはカルシウムやマグネシウムといった不純物が含まれているため、これら不純物が前記イオン交換膜Ｂ、スペーサＳ、陰極板Ｅに付着して固化し、それらの間の隙間が詰まって原水が通りにくくなり、通水量が減少するとか、これら固形物の影響で電極への通電が不十分になって、所望ｐＨ値の電解イオン水が得られないという難点がある。また、陽極側には生成中に酸素ガスが発生し、それが微細な気泡となって電解質水溶液中に溶存し、その気泡が電解質水溶液と共に狭い隙間に流れ込むため電気分解が阻害され、電解効率が低下し、電解イオン水の生成効率が低下するという難点もあった。また、陰極側には水素ガスが微細な気泡となって、イオン交換膜Ｂと陰極板ＥとスペーサＳの隙間に発生するため電気分解が阻害され、電解効率が低下する。

水道水の代わりに純水を使用する場合、水道水を純水にする作業が必要になるため、時間、コストがかかるといった難点があった。

本願発明の解決課題は、所望ｐＨ値のアルカリ性電解水を、効率良く、低コストで生成することのできる電解イオン水生成装置を提供することにある。

本願発明は、生成タンク内に原水を貯留し、生成タンク内の原水内にイオン交換膜を備えた電解質タンクを絶縁状態で浸漬し、電解質タンク内に電解質水溶液を貯留し、前記イオン交換膜はその両面にメッシュ状のスペーサが配置され、夫々のスペーサの外側に、通孔が全面又はほぼ全面に開口された陰極板と陽極板が配置されて、スペーサと陰極板の間に陰極側隙間が形成され、スペーサと陽極板の間に陽極側隙間が形成され、そのイオン交換膜を電解質タンクに取付けることにより、前記イオン交換膜により前記生成タンク内の原水と電解質タンク内の電解質水溶液を区画し、陰極板側を生成タンク内の原水と接触させて、前記原水が前記陰極板の通孔を通して前記陰極側隙間を通過し、電解質水溶液が前記陽極板の通孔を通して前記陽極側隙間を通過するようにし、前記陰極板に直流電源のマイナス側を、陽極板に直流電源のプラス側を接続して、両電極間に直流電圧を印加して前記原水と電解質水溶液を電気分解し、その電気分解により陽極側（電解質タンク内）に生成される陽イオンが前記イオン交換膜を透過して陰極側（生成タンク内）に透過して、生成タンク内に電解イオン水を生成させ、生成タンク内に生成された電解イオン水を生成タンクから取り出し、その後に生成タンク内に新たに原水を貯留して、前記電気分解を行うことにより、生成タンク内に電解イオン水を繰返し生成できるようにしたものである。

本願発明の電解イオン水生成装置は、原水を貯留できる生成タンクと、電解質水溶液を貯留できる電解液貯留室と、イオン交換膜を備えた電解質タンクを備え、前記イオン交換膜の両面にメッシュ状の絶縁性のスペーサが配置され、夫々のスペーサの外側に通孔が開口された陰極板と陽極板が配置され、前記陽極板は電解液貯留室内の電解質水溶液と接触できるように電解液貯留室側に配置され、前記陰極板は生成タンク内の原水と接触できるように原水側に配置され、前記スペーサと陰極板の間に陰極側隙間が形成され、スペーサと陽極板の間に陽極側隙間が形成され、前記陰極板と陽極板の上端部が上側保持具で挟まれて電解質タンクに固定され、陰極板と陽極板の下端部が下側保持具で挟まれ電解質タンクに固定され、前記電解質タンクが前記生成タンク内の原水内に絶縁状態で浸漬されて、前記生成タンク内の原水と電解質タンクの電解液貯留室内の電解質水溶液が前記イオン交換膜により区画され、前記原水が前記陰極板の通孔を通して前記陰極側隙間を通過でき、電解質水溶液が前記陽極板の通孔を通して前記陽極側隙間を通過でき、前記陰極板に直流電源のマイナス側を、陽極板に直流電源のプラス側を接続して、両電極間に直流電圧を印加することにより前記原水と電解質水溶液が電気分解され、その電気分解により陽極側（電解質タンク内）に生成される陽イオンが前記イオン交換膜を透過して陰極側（生成タンク内）に透過して、生成タンク内に電解イオン水を生成させることができ、前記生成タンク内に生成された電解イオン水を生成タンクから取り出し、その後に生成タンク内に新たに原水を貯留して前記電気分解を行うことにより、生成タンク内に電解イオン水を繰返し生成できるようにしたものである。

本願発明の電解イオン水生成装置は、前記電解イオン水生成装置の生成タンクと電解質タンクの双方または一方を絶縁材製にして、生成タンクとその原水内に浸漬される電解質タンクを絶縁状態にすることができる。

本願発明の電解イオン水生成装置は、前記電解イオン水生成装置において、電解イオン水生成装置のイオン交換膜と、そのイオン交換膜の両外側に配置されたスペーサと、それらスペーサの両外側に配置して当該イオン交換膜及びスペーサを挟んだ陽極板と陰極板は一つに組み立てられたカートリッジ式部品であり、そのカートリッジ式部品が電解質タンクに脱着可能とすることができる。

本願発明の電解イオン水生成装置は、前記電解イオン水生成装置において、電解質タンクがＺ字状又はほぼＺ字状であり、その上部が開口し、下端部側面に請求項４記載のカートリッジ式部品が縦向きに取付けられ、電解質タンクが生成タンク内の原水内に絶縁状態で浸漬されると、前記生成タンク内の原水と電解質タンクの電解液貯留室内の電解質水溶液が前記イオン交換膜により区画され、前記原水が前記陰極板の通孔を通して前記陰極側隙間を通過でき、電解質水溶液が前記陽極板の通孔を通して前記陽極側隙間を通過できるものとすることもできる。

本願発明は次のような効果がある。
（１）原水を生成タンク内に、電解質水溶液を生成タンク内の電解質タンク内に貯留して電気分解するので、電解イオン水を生成タンク内に必要量だけバッチ式で生成することができるので、生成タンク内の原水量と、電解質タンク内の電解質水溶液の濃度が一定の場合、電気分解の時間を調節するだけで所望ｐＨのアルカリ性電解水を生成することができる。
（２）原水も電解質水溶液も貯留させた状態で電気分解するので、イオン交換膜と電極の間の隙間を、原水と電解質水溶液を連続供給する連続式生成方法の場合よりも広くすることができ、原水も電解質水溶液も隙間を通過し易く、原水にカルシウムやマグネシウムなどが含まれている水道水であっても、電極やイオン交換膜にカルシウムやマグネシウムが付着しにくい。このため、電気分解の時間経過により電気分解効率が低下しにくい。また、前記隙間を広くすることにより、酸素ガスが陽極側に、水素ガスが陰極側に夫々気泡となって発生しても、それらが隙間から拡散するので気泡で閉塞されにくくなる。このため、電解イオン水の生産性が連続式に比して向上する。
（３）カルシウムやマグネシウムなどが付着しにくいので、定期掃除の期間を長くすることができ、メンテナンスが容易であり、定期掃除により頻繁に生成が中断されないので、電解イオン水の生産性も低下しない。

本願発明の電解イオン水生成装置には次のような効果がある。
（１）原水を貯留できる生成タンクと、電解質水溶液を貯留できる電解質タンクと、生成タンク内の原水と、その原水に浸漬した電解質タンクの電解質水溶液を区画できるイオン交換膜を備えているので、所望ｐＨのアルカリ性電解水を必要な量だけ、バッチ式で生成することができる。
（２）生成タンクに原水を貯留し、電解質タンクに電解質水溶液を貯留して、電解イオン水を生成できるので、イオン交換膜と陰極板の隙間、イオン交換膜と陽極板の隙間を、広くして原水、電解質水溶液がそれら隙間を通過し易くすることができ、単位時間当たりの液体通過量が多くなり、両電極に接触する原水や電解質水溶液の総量が多くなるので、所望ｐＨのアルカリ性電解水を、連続生成方式に比して短時間で生成でき、生成の生産性が高い。
（３）前記隙間を広くすることができるので、原水にカルシウムやマグネシウムなどが含まれていても、カルシウムやマグネシウムが電極や陽イオン交換膜に付着しにくくなり、隙間が閉塞し難くなり、電気分解効率を長時間維持することができ、アルカリ性電解水の生成効率の向上に資する。また、カルシウムやマグネシウムなどが付着しても、掃除やメンテナンスが容易であり、酸性水などで洗浄することで付着物を容易に取り除くことができる。定期清掃の期間を長くすることができ、メンテナンスが容易である。頻繁に定期点検する場合は、その都度、アルカリ性電解水の生成が一時的に停止されるが、その頻度が少なくなるため生産性も低下しない。更には、陽極側に酸素ガスの気泡、陰極側に水素ガスの気泡が発生しても、それら気泡で前記隙間が閉塞されにくくなるので、前記隙間を通過する電解質水溶液が遮断されにくくなり、電解イオン水の生産性が低下しにくい。
（４）電解イオン水をバッチ式で生成できるため、電圧値と電流値を一定にし、電解質水溶液の濃度を一定にすれば、通電時間を調節するだけで、所望のｐＨ値のアルカリ性電解水を生成することができる。
（５）前記電解イオン水生成装置の生成タンクと電解質タンクの双方または一方を絶縁材製にしたので、生成タンクとその原水内に浸漬される電解質タンクを確実に絶縁することができる。
（６）電解イオン水生成装置のイオン交換膜と、イオン交換膜を挟んだ陽極板と陰極板を電解質タンクに取付け、陽極板を電解質タンクの内面側に、陰極板を電解質タンクの外面側に配置すれば、イオン交換膜を電解質タンクごと交換することができる。
（７）イオン交換膜と陽極板と陰極板を一つに組み立てられたカートリッジ式部品にして、電解質タンクに脱着可能としてあるので、イオン交換膜の交換が容易になる。

本願発明の電解イオン水生成装置の一例を示す説明図。図１のイオン交換膜部分の詳細図。従来の電解イオン水生成装置の一例を示す説明図。従来の電解イオン水生成装置に使用されるイオン交換膜の一例を示す説明図。

（電解イオン水生成装置の実施形態）
本願発明の電解イオン水生成装置の実施形態の一例について、図１、図２を参照しながら説明する。この実施形態の電解イオン水生成装置は、原水１を貯留できる生成タンク２と、生成タンク２とは別体の電解質タンク（電解液タンク）３とを備えるものである。電解質タンク３は電解質水溶液を貯留できる電解液貯留室４を備えている。原水１は純水、水道水、地下水等のいずれでもよい。

前記生成タンク２は上面開口の箱型ケースであり、内部に原水１を貯留することができる。生成タンク２の上面５は開口している。生成タンク２の底面には生成された電解イオン水を抜き出すためのドレイン６が設けられている。生成タンク２には水量の上限及び下限が分かるようにリミットスケール（ＬＳ）が表示されている。この場合、水量がＬＳに達したことを知らせるための報知手段（図示しない）を設けることもできる。図１に示す生成タンク２は、１０リットル用のものであるが、その容量は１０リットルより多くても少なくてもよい。生成タンク２は絶縁材製のものが好ましい。生成タンク２は内部が視認できるように、透明のものとすることもできる。

電解質タンク３はＺ字状であり、上端と側面が開口しており、その側面開口部に陽イオン交換膜（イオン交換膜）７が取付けられている。この電解質タンク３はその周壁とイオン交換膜７により囲われた電解液貯留室４が形成されている。電解質タンク３も絶縁材製のものが好ましい。また、内部の状態を視認可能な透明のものとすることもできる。図１に示す電解質タンク３の形状は一例であり、これ以外の形状であってもよい。電解質タンク３の形状、サイズは任意に変更することができる。

陽イオン交換膜７には既存のものとか新たなものを使用することができる。イオン交換膜７は前記生成タンク２と電解質タンク３の電解液貯留室４とを区画するものであり、水は通さず陽イオンのみを通す性質を有する交換膜である。イオン交換膜７には既存のもの又は新規のものを使用することができ、例えば、旭硝子株式会社製の「セレミオン」（登録商標）や、デュポン株式会社製の交換膜等を使用することができる。

イオン交換膜７は図２のように、その両面に絶縁材製のメッシュ状のスペーサＳが配置され、その外側に陰極板Ｅと陽極板Ｄが配置され、陰極板Ｅと陽極板Ｄの上端部が二つの保持具８ａ、８ｂで挟まれそれら保持具８ａ、８ｂと電解質タンク３の上方取付け部９がボルトＢ１とナットＮ１で締め付けられて電解質タンク３の上方取付け部９に固定され、陰極板Ｅと陽極板Ｄの下端部が二つの保持具１０ａ、１０ｂで挟まれ、それら保持具１０ａ、１０ｂと電解質タンク３の下方取付け部１２がボルトＢ２とナットＮ２で締め付けられて電解質タンク３の下方取付け部１２に固定されている。前記陰極板Ｅには螺子式の陰極ターミナルＴ１が、陽極板Ｄには螺子式の陽極ターミナルＴ２が取付けられている。前記イオン交換膜７と陰極板Ｅの間にはスペーサＳによって陰極側隙間Ｇ１が形成され、前記イオン交換膜７と陽極板Ｄの間にはスペーサＳによって陽極側隙間Ｇ２が形成されており、陰極側隙間Ｇ１内を原水が、陽極側隙間Ｇ２内を電解質水溶液が通過できるようにしてある。保持具８ａ、８ｂ、１０ａ、１０ｂはＡＢＳ樹脂製、それ以外の樹脂製とすることができる。

イオン交換膜７の両面に設けられたスペーサＳは前記隙間Ｇ１、Ｇ２を確保すると共に、陰極板Ｅ、陽極板Ｄが直にイオン交換膜７に接触して、通電時にイオン交換膜７が焦げるのを防止するためのものでもある。図１に示すスペーサＳにはナイロン製の５ｍｍ角のネットをはじめとして、各種絶縁材製で、各種網目サイズのものを使用することができる。ネット以外のものであってもよい。

陰極板Ｅ、陽極板Ｄはチタン製のエキスパンドメタル（通孔がある）の表面を白金メッキしたものが適するが、これ以外の材質、構造のものであってもよい。前記ターミナルＴ１はボルトを陰極板Ｅに、前記ターミナルＴ２はボルトを陽極板Ｔ２に夫々溶接固定されており、それらに螺合したナット１３によりリード線を接続できるようにしてある。

（電解イオン水生成装置の使用例）
本願発明の電解イオン水生成装置を使用して、電解イオン水を生成するには次のようにすることができる。
（１）図１に示すように電解質タンク３を生成タンク２内に収容する。この場合、電解質タンク３は任意の固定具（図示しない）を使って生成タンク２の上周縁に係止するなどして固定する。
（２）生成タンク２内に原水（水道水）１を供給する。原水１が生成タンク２上方に表示されたＬＳ付近まで達したら停止する。このとき、原水１の水面がイオン交換膜７の上端よりも高い位置にあることを確認する。原水１には純水、水道水、その他の液体を使用することができる。
（３）電解質タンク３の電解液貯留室４内に炭酸カリウム水溶液（電解質水溶液１４）を供給する。このとき、炭酸カリウム水溶液の水面が、生成タンク２内の原水１の水面よりも高い位置にあることを確認する。また、電解質タンク３に取付けてある陰極板Ｅが生成タンク２内の原水１に接触（浸漬）するようにして、陰極板Ｅを原水１に、陽極板Ｄを電解質タンク３内の電解質水溶液に接触（浸漬）させる。前記イオン交換膜７は水を通さない性質のものであるため、電解質タンク３を生成タンク２内の原水１に浸漬しても電解質水溶液１４と原水１は混ざることはない。電解質水溶液１４には、炭酸カリウム水溶液、炭酸ナトリウム水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液、炭酸水素カリウム水溶液、重曹アルカリ塩などを溶解した水溶液等を使用することができる。
（４）図１の直流電源のマイナス極をターミナルＴ１を介して陰極板Ｅに、プラス極をターミナルＴ２を介して陽極板Ｄに接続する。
（５）前記接続状態で電源スイッチを入れて、陰極板Ｅ、陽極板Ｄ間に直流電流を供給する。直流電流が供給されると電気分解により電解液貯留室４内に生成されるカリウムイオンが前記イオン交換膜７を透過して生成タンク２側に入り、生成タンク２内に電解イオン水が生成される。
（６）生成された電解イオン水は生成タンク２に設けられたドレイン６から外部のタンクや容器等に取り出すことができる。
（７）電解イオン水を取り出した後の生成タンク２には新たに原水を入れる。電解質タンク３には必要に応じて電解質水溶液１４を補給する。この状態で前記（４）〜（６）の作業を繰返して、バッチ方式で電解イオン水は生成することができる。

本願発明の電解イオン水生成装置は、環境を汚染しない洗浄水として、機械加工後の部品洗浄や農作物の農薬洗浄、室内の清掃、身体の洗浄などに広く用いられるが、特に各種機械の冷却水、塗装ブースの水洗水などに使用された汚れた水（ｐＨ値が酸性になり悪臭が発生した汚水）を原水として取り入れ、直接電気分解することによって、当該汚水のｐＨ値を１０〜１２程度まで還元することができる。還元した水を洗浄機、各種機械、塗装ブース等の元のタンクに戻すことで、元のタンク内の水がｐＨ５の酸性からｐＨ１０以上のアルカリ性に還元される。これにより、バクテリアが死滅してタンクの腐敗した環境が、悪臭が発生しないクリーンな環境に改善される。また、液交換の回数も減り、産業廃棄物量を大幅に削減することができる。

１原水
２生成タンク
３電解質タンク
４電解液貯留室
５上面
６ドレイン
７イオン交換膜
８ａ、８ｂ保持具
９上方取付け部
１０ａ、１０ｂ保持具
１２下方取付け部
１３ナット
１４電解質水溶液
Ａ電解槽
Ｂイオン交換膜
Ｂ１、Ｂ２ボルト
Ｃ陰極室
Ｄ陽極板
Ｅ陰極板
Ｆ陽極室
Ｇ直流電源
Ｇ１、Ｇ２隙間
Ｈ流量調整弁
Ｉタンク
Ｊ出口配管
Ｋ配管
Ｌ保持板
Ｎ１、Ｎ２ナット
Ｐ循環ポンプ
Ｓスペーサ
Ｔ１、Ｔ２電極ターミナル

Claims

原水を貯留できる生成タンクと、
電解質水溶液を貯留できる電解液貯留室と、
イオン交換膜を備えた電解質タンクを備え、
前記イオン交換膜の両面にメッシュ状の絶縁性のスペーサが配置され、
夫々のスペーサの外側に通孔が開口された陰極板と陽極板が配置され、前記陽極板は電解液貯留室内の電解質水溶液と接触できるように電解液貯留室側に配置され、前記陰極板は生成タンク内の原水と接触できるように原水側に配置され、前記スペーサと陰極板の間に陰極側隙間が形成され、スペーサと陽極板の間に陽極側隙間が形成され、
前記陰極板と陽極板の上端部が上側保持具で挟まれて電解質タンクに固定され、陰極板と陽極板の下端部が下側保持具で挟まれ電解質タンクに固定され、
前記電解質タンクが前記生成タンク内の原水内に絶縁状態で浸漬されて、前記生成タンク内の原水と電解質タンクの電解液貯留室内の電解質水溶液が前記イオン交換膜により区画され、前記原水が前記陰極板の通孔を通して前記陰極側隙間を通過でき、電解質水溶液が前記陽極板の通孔を通して前記陽極側隙間を通過でき、
前記陰極板に直流電源のマイナス側を、陽極板に直流電源のプラス側を接続して、両電極間に直流電圧を印加することにより前記原水と電解質水溶液が電気分解され、その電気分解により陽極側（電解質タンク内）に生成される陽イオンが前記イオン交換膜を透過して陰極側（生成タンク内）に透過して、生成タンク内に電解イオン水を生成させることができ、
前記生成タンク内に生成された電解イオン水を生成タンクから取り出し、その後に生成タンク内に新たに原水を貯留して前記電気分解を行うことにより、生成タンク内に電解イオン水を繰返し生成でき、
電解イオン水生成装置のイオン交換膜と、そのイオン交換膜の両外側に配置されたスペーサと、それらスペーサの両外側に配置して当該イオン交換膜及びスペーサを挟んだ陽極板と陰極板は一つに組み立てられたカートリッジ式部品であり、そのカートリッジ式部品が電解質タンクに脱着可能である、
ことを特徴とする電解イオン水生成装置。
請求項１記載の電解イオン水生成装置において、
生成タンクと電解質タンクの双方または一方を絶縁材製にして、生成タンクとその原水内に浸漬される電解質タンクを絶縁できるようにした、
ことを特徴とする電解イオン水生成装置。
請求項１又は請求項２記載の電解イオン水生成装置において、
電解質タンクがＺ字状又はほぼＺ字状であり、その上部が開口し、下端部側面に請求項１又は請求項２記載のカートリッジ式部品が縦向きに取付けられ、電解質タンクが生成タンク内の原水内に絶縁状態で浸漬されると、前記生成タンク内の原水と電解質タンクの電解液貯留室内の電解質水溶液が前記イオン交換膜により区画され、前記原水が前記陰極板の通孔を通して前記陰極側隙間を通過でき、電解質水溶液が前記陽極板の通孔を通して前記陽極側隙間を通過できる、
ことを特徴とする電解イオン水生成装置。