JP5244038B2

JP5244038B2 - 電解水混合装置

Info

Publication number: JP5244038B2
Application number: JP2009161745A
Authority: JP
Inventors: 洋一佐野
Original assignee: ファースト・オーシャン株式会社
Priority date: 2009-07-08
Filing date: 2009-07-08
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2029-07-08
Also published as: JP2011016065A

Description

本発明は、電解槽で生成した電解水を、流水管内において、原水と混合する装置に関する。更に詳しくは、流水管を流れる原水の一部を取り出して電解槽で電解し、生成した電解水を再び流水管に戻して原水と混合する電解水混合装置に関する。

従来、電解槽で製造した電解水は、そのまま或いは原水例えば水道水と混合して、殺菌処理や洗浄処理などに使用している。電解水を水道水と混合して使用するには、バッチ式で混合する場合と、電解水を水道水の流水中に加えて混合する場合がある。そして、後者のノズルやシャワーなどから出る水道水に電解水を混合して使用する場合は、予め電解水を生成し、更には一旦電解水を容器に貯水し、ポンプや高低差により生ずる水圧により水道水の流水中に押し込んで混合する方式が採用されている。この方法を採用する場合は、電解水を貯水する貯水タンク液面のレベルのコントロールが必要だったり、電解水を水道水の流水中に押し込む高圧ポンプの使用が必要である。そして、水道水の水圧は、使用装置により千差万別であり、又食事時刻や入浴時など時刻によって水の使用量が大きく変化し、水圧もそれに応じて変動し、これが電解水を生成する際の不安定要素となり、水圧変動に対応した複雑なコントロールシステムが必要であった。

また、従来から、電解水を生成する方法は、種々提案されている。例えば、本出願人は、隔膜によって陽極室と陰極室に仕切られ、陽極室には陽極板を配置し、陰極室には陰極板を配置した電解槽を備え、且つ陽極側に供給する原水を電解処理する水と電解処理しない水とに分流させ、電解処理する水を陽極室に通水させ、陽極室から排出した水を上記の電解処理しない水と合流させる構造にし、また陰極側に供給する原水を電解処理する水と電解処理しない水とに分流させ、電解処理する水を陰極室に通水させ、陰極室から排出した水を上記の電解処理しない水と合流させる構造にした水電気分解装置を用いて、電解処理する水に電解質を存在させて、電気分解し、酸性電解水とアルカリ性電解水を製造する方法を提案した（特許文献１）。また、本出願人は、多数の孔を有する陽電極板、複数のスリット状切れ目を有する保護膜、陰イオン交換膜製隔膜及び陰電極板をこの順に積層し一体構造になした電極によって区切られた陽極室と陰極室を有する電解槽を用い、塩分を含まない酸性電解水をバッチ式で製造する方法を提案した（特許文献２）。

特許第３１１３６４５号明細書特許第４０２４２７８号明細書

本発明は、流水管中を流れる原水例えば水道水を、その水圧に影響されることなく、安定に電解質に供給し、安定に電解水を生成させ、この電解水を再び流水管を流れる原水に返して、原水と電解水とを混合する電解水混合装置を提供することを目的とする。

本発明は、流水管と電解槽とからなる電解水混合装置であって、前記流水管は、流水感知センサーと原水取出口と電解水受入口を備えた流水管であり、前記電解槽は、多数の孔を有する陽電極板、陰イオン交換膜製隔膜、及び多数の孔を有する陰電極板を順次に積層し一体構造になした電極によって区切られた陽極室と陰極室を有し、前記陰極室は電解質溶液で満たされており、前記陽極室は原水を導入する原水導入口と、該原水を電解した電解水を排出する電解水排出口を備えた電解槽であり、前記流水管の原水取出口と前記電解槽の原水導入口とが、流水感知センサーの流水感知で作動する定量ポンプを介して管で接続しており、また前記電解槽の電解水排出口と前記流水管の電解水受入口とが管で接続していることを特徴とする電解水混合装置である。定量ポンプはダイアフラムポンプが好ましい。上記の流水管の原水取出口と電解水受入口とは近接させて設置するのが好ましい。

また、本発明は、流水管と電解槽とからなる電解水混合装置であって、前記流水管は、流水感知センサーと原水取出口と電解水受入口を備えた流水管であり、前記電解槽は、多数の孔を有する陽電極板、陽イオン交換膜製隔膜、及び多数の孔を有する陰電極板を順次に積層し一体構造になした電極によって区切られた陽極室と陰極室を有し、前記陽極室は電解質溶液で満たされており、前記陰極室は原水を導入する原水導入口と、該原水を電解した電解水を排出する電解水排出口を備えた電解槽であり、前記流水管の原水取出口と前記電解槽の原水導入口とが、流水感知センサーの流水感知で作動する定量ポンプを介して管で接続しており、また前記電解槽の電解水排出口と前記流水管の電解水受入口とが管で接続していることを特徴とする電解水混合装置である。定量ポンプはダイアフラムポンプが好ましい。上記の流水管の原水取出口と電解水受入口とは近接させて設置するのが好ましい。

本発明の電解水混合装置によれば、流水管中を流れる原水例えば水道水を、その水圧に影響されることなく、安定に電解槽に供給し、安定に電解水を生成させることができ、またこの生成した電解水を再び流水管を流れる原水に返して、原水と電解水とを円滑に混合することができる。本発明の電解水混合装置は、手洗器、シャワー、トイレなどで使用する洗浄水、歯科ユニットのウォーターシリンジなどに適用することができる。

本発明の電解水混合装置の一例を示す模式図本発明の電解水混合装置における電解槽の電極の一例の断面図

本発明の電解水混合装置の一例を図１に示す。図１は、本発明の電解水混合装置を手洗器に適用した場合の模式図である。１は流水管である。流水管１の元は例えば水道管につながっており、流水管１の先は、この例では、手洗器７のノズル６につながっている。２は流水感知センサーである。３は原水（例えば、水道水）取出口で、流水管１に接続している。４は電解水受入口で、流水管１に接続している。５は止水弁である。８は電解槽である。９は電極である。電解槽は電極９によって、陽極室１０と陰極室１１とに２分されている。１２は陽極室１０に原水を導入するための原水導入口であり，１３は生成した電解水を陽極室１０から排出させるための電解水排出口である。流水管１の原水取出口３は、定量ポンプ１７を介して、陽極室１０の原水導入口１２に接続している。また、陽極室１０の電解水排出口１３は、流水管１の電解水受入口４に接続している。図２は、電極９の断面図である。この電極９は、多数の孔を有する陽電極板９１、陰イオン交換膜製隔膜９２、及び多数の孔を有する陰電極板９３を順次に積層し一体構造になした電極である。

定量ポンプ１７は、原水を電解槽に常時一定の水量で供給するために用いられる。この定量ポンプとしては、構造が簡単なダイアフラムポンプのような逆止弁を用いた方式のポンプが好ましい。そして、このようなポンプを使用する場合、ポンプの入口の水圧が高いと、ポンプの入口及び出口に設けられている逆止弁を通過して、過剰の水量が送水され、また逆にポンプ出口の水圧が高いと、ポンプの送水量が不足する。そのため、このポンプを用いて常時一定の水量を送るようにするには、ポンプの入口とポンプの出口との圧力差をなくするのが好ましく、それには、流水管１の原水取出口３と電解水受入口４との取り付け位置は近接していることが望ましい。

１４は、陰極室１１に電解質水溶液を導入するための電解質水溶液導入口であり、１５は、陰極室１１から電解質水溶液を排出させるための電解質水溶液排出口である。１６は電解質水溶液貯蔵容器である。陰極室１１の電解質水溶液導入口１４は、循環ポンプ１８を介して電解質水溶液貯蔵容器１６に接続している。陰極室１１の電解質水溶液排出口１５は、電解質水溶液貯蔵容器１６に接続している。したがって、循環ポンプ１８を作動させることにより、電解質水溶液を、陰極室１１と電解質水溶液貯蔵容器１６との間で循環させて、陰極室１１に電解質水溶液を満たした状態にすることができる。この例では、循環ポンプ１８を作動させて電解質水溶液を循環させているが、循環ポンプ１８を用い循環させることなく、電解質水溶液を陰極室１１に存在させるだけでもよい。電解質には、塩素イオンを含有する塩酸、塩化ナトリウムや塩化カリウムなどが用いられる。

手洗器を使用すべく、止水弁５を開き、ノズル６から原水（例えば、水道水）を流出させる。これにより流水管１中を原水が流水する。この流水管１中の流水を流水感知センサー２が感知すると電源スイッチが働き、定量ポンプ１７及び循環ポンプ１８の作動を開始させ、また電解槽の稼働を開始させる。すなわち、定量ポンプ１７の作動によって、流水管１中を流れる原水の一部が、原水取出口３から取り出されて原水導入口１２から陽極室１０に送られる。一方、陰極室には、循環ポンプ１８の作動によって電解質水溶液貯蔵容器１６から食塩水が送られ、満たされる。また、電解槽に直流電流が負荷され、陽極室１０に入った原水は電気分解されて電解水（次亜塩素酸を含む電解酸性水）となり、電解水排出口１３から排出される。この排出された電解水は、流水管１の電解水受入口４から流水管１に戻されて、流水管１中で原水と混合する。この混合された水は、殺菌力の有る次亜塩素酸水を含む水となりノズル６から流出する。

そして、手洗器の使用を中止すべく止水弁５を閉じると、流水管１中を原水が流水しなくなり、この流水中止を流水感知センサー２が感知し、この感知が定量ポンプ１７及びポンプ１８の作動を中止させ、また電解槽の稼働を中止させる。このときは、電解水受入口４とノズル６との間の流水管１は、原水と電解水が混合された殺菌力の有る次亜塩素酸水を含む水が満たされ滞留した状態にある。そして、手洗器を使用すべく、止水弁５を開くと、この滞留した水がノズル６から流出するとともに上述した動作が開始される。したがって、止水弁５を開くときは、絶えずノズル６から電解水が混合した水道水、すなわち殺菌力の有る次亜塩素酸水を含む水を流出させることができる。

上記の図１の例は、陰極室を電解質水溶液（食塩水）で満たし、陽極室で電解水（次亜塩素酸を含む電解酸性水）を生成させ、ノズル６から、原水（水道水）と電解水（次亜塩素酸を含む電解酸性水）を流出させる例である。これとは逆に、陽極室を電解質水溶液で満たし、陰極室で電解水を生成させることもできる。すなわち、隔膜として陰イオン交換膜製隔膜に代えて陽イオン交換膜製隔膜を使用し、陽極室を電解質水溶液で満たし、陰極室に通水して電解する。この場合は、ノズル６からは、原水（水道水）と電解水（水酸化ナトリウムと水素ガスを含む電解アルカリ性水）とが混合されたアルカリ洗浄水が流出する。このとき、電解質にナトリウムやカリウムイオンを含有する炭酸化合物や炭酸水素化合物、例えば炭酸水素ナトリウム水溶液を使用した場合は、陰極室で強アルカリ性の電解水が生成する。また電解質にクエン酸やリンゴ酸等の有機酸を使用した場合は、陰極室で弱アルカリ性の電解水が生成する。この例では、ノズル６をアルカリ水取水器として利用できる。

図２は、前述のとおり、本発明で使用する電解槽の電極９の断面図であるが、多数の孔を有する陽電極板９１の孔９４の形状は、任意であり、円形が好ましく、円形の場合の直径は１〜５ｍｍが好ましい。陽極板の材料としては、チタン、金、白金、酸化鉄、グラファイト等が挙げられるが、チタンを母材にして白金族のコーティングをしたものが好ましい。特に有効塩素の発生効率を高めるための触媒として酸化イリジウムやパラジウム、ルテニウム等の白金族を使用することが更に望ましい。使用する金属の厚みは０．１〜５ミリメートル程度が適当である。陰極板９３にも、陽極板９１と同様の多数の孔が穿たれている。陰極板９３の素材には、陽極板９１と同じ材料が使用できるが、溶液がアルカリ性の場合、酸には腐蝕されやすい鉄、ステンレス、スズ、銅等でも短期間使用目的なら使用可能である。また、隔膜は、陰極室で電解水を生成させる場合には、陰イオン交換膜製隔膜に代えて陽イオン交換膜製隔膜が用いられる。

また、陽極板９１と陰イオン交換膜製隔膜９２との間に、非導電性材料からなるシートにスリット状切れ目を設けた保護膜を配置するのが好ましい。保護膜は、非導電性材料からなるシートにスリット状切れ目を設けたものである。スリット状切れ目の向きは、上下、左右、斜めなどどの方向でもよい。更に微細な孔を多数設けてもよい。スリット状切れ目の間隔は、任意であるが、あまり細かいとスリット状切れ目間に目開きが生じて塩素ガスが陰イオン交換膜製隔膜に接触するチャンスを増やすことになり、少ないと、ガスや液体の排出が不十分となり、電解電圧上昇の原因となる。一般には、その間隔は１〜７ｍｍが好ましい。この保護膜は、陽極板面で発生する塩素ガスが陰イオン交換膜製隔膜に直接接触するのを防止し、陰イオン交換膜製隔膜が塩素ガスで劣化するのを防ぐもので、保護膜と陰イオン交換膜製隔膜との中間に液体またはガスが貯まると保護膜が多少変形し、中の液体またはガスを排出させる機能を持たせたものである。保護膜の材質はアスベスト、グラスウール、ポリ塩化ビニル繊維、ポリ塩化ビニリデン繊維、ポリエステル繊維、芳香族ポリアミド繊維、フッ素系繊維或はそれらの不織布であり、紙、セロハン紙なども用いられる。イオン透過性の良い不織布が特に望ましい。

通常の電解水の生成装置は、流水管から水を取水して少量の電解質を添加し、電解装置により電解酸性水および電解アルカリ性水を同時に生成する。生成した電解水は貯水タンクや流し等の開放空間に排出されるのが通常である。従って生成したいずれか一方の電解水を流水に返水する場合には、返水しようとする電解水を一旦貯水タンクに貯めてからポンプで流水ラインに返水する必要があり、貯水タンクはレベル計により貯水量を監視し電解槽の稼動をコントロールする等システムは複雑になる。本発明では、一旦流水管から水を取水し、電解処理して生成した電解水を再び流水管に返水するシステムを取っている。そして、電解酸性水或いは電解アルカリ性水のどちらか一種類だけの電解水を生成するに適した電解槽、すなわち、多数の孔を有する陽電極板、イオン交換膜及び多数の孔を有する陰電極板をこの順に積層し一体構造になした電極によって仕切られた陽極室と陰極室を有する型式の電解槽を使用し、一方の電解室に電気分解をしようとする電解用水を通水し、他方の電解室に電解質水溶液を通水する方式としている。また、流水管中の水の流れ（流水）を流水感知センサーで感知し、この感知が、電解槽に直流電流を負荷して稼動させ、電解槽の電解質に原水を供給する定量ポンプや電解質水溶液を循環させる循環ポンプを駆動させる。流水管から取り出された原水は、定量ポンプによって常時一定の水量で電解槽に供給されるので、安定した電解が行える。解槽の電解室に供給された原水は、電解処理後に再び取水位置の近傍に返水する。この方式の採用により、複雑な流量制御システムや電解水貯蔵槽を使用せずに、流水の水圧の変動に左右されることがなく、円滑な電解水混合が行える。

図１に示す装置を用いた。電極９には、電極面積が２０平方センチメートルである多数の孔（孔の大きさ１．５ｍｍ径、孔の数４００）を有する陽電極板と、陰イオン交換膜製隔膜と、多数の孔（孔の大きさ１．５ｍｍ径、孔の数４００）を有する陰電極板が順に積層配置し一体構造になした電極を用いた。陰極室１１には、食塩とクエン酸を混合した電解質水溶液を存在させた。流水管１を水道水ラインに接続した。止水弁５が開き、流水管１に取り付けた流水感知センサー２で流水が検知すると、振動式定量ポンプ１７が駆動して流水管１の水道水取出口３より１８０ｃｃ／分の水量の水が取水され、電解槽８の陽極室１０に送られた。４アンペアの直流電流を電極に負荷して電気分解させた。陽極室１０で酸素ガスおよび塩素ガスが発生し、塩素ガスは水と反応して次亜塩素酸を形成した。生成した次亜塩素酸を含む電解水は、電解水排出口１３から電解水受入口４を通して流水管１に戻した。これによって、流水管１内で水道水と次亜塩素酸を含む電解水が混合し、この電解水混合水はノズル６からは手洗器７に流出し、手洗いに用いられた。水道水の量を１．５リットル／分程度に調節すると、約２０ｐｐｍの次亜塩素酸を含有する殺菌用水が流出した。

１流水管、２流水感知センサー、３原水取出口、４電解水受入口、５止水弁、６ノズル、７手洗器、８電解槽、９電極、１０陽極室、１１陰極室、１２原水導入口、１３電解水排出口、１４電解質水溶液導入口、１５電解質水溶液排出口、１６電解質水溶液貯蔵容器、１７定量ポンプ、１８循環ポンプ、９１陽電極板、９２陰イオン交換膜製隔膜、９３陰電極板、９４孔

Claims

流水管と電解槽とからなる電解水混合装置であって、前記流水管は、流水感知センサーと原水取出口と電解水受入口を備えた流水管であり、前記電解槽は、多数の孔を有する陽電極板、陰イオン交換膜製隔膜、及び多数の孔を有する陰電極板を順次に積層し一体構造になした電極によって区切られた陽極室と陰極室を有し、前記陰極室は電解質溶液で満たされており、前記陽極室は原水を導入する原水導入口と、該原水を電解した電解水を排出する電解水排出口を備えた電解槽であり、前記流水管の原水取出口と前記電解槽の原水導入口とが、流水感知センサーの流水感知で作動する定量ポンプを介して管で接続しており、また前記電解槽の電解水排出口と前記流水管の電解水受入口とが管で接続していることを特徴とする電解水混合装置。
流水管と電解槽とからなる電解水混合装置であって、前記流水管は、流水感知センサーと原水取出口と電解水受入口を備えた流水管であり、前記電解槽は、多数の孔を有する陽電極板、陽イオン交換膜製隔膜、及び多数の孔を有する陰電極板を順次に積層し一体構造になした電極によって区切られた陽極室と陰極室を有し、前記陽極室は電解質溶液で満たされており、前記陰極室は原水を導入する原水導入口と、該原水を電解した電解水を排出する電解水排出口を備えた電解槽であり、前記流水管の原水取出口と前記電解槽の原水導入口とが、流水感知センサーの流水感知で作動する定量ポンプを介して管で接続しており、また前記電解槽の電解水排出口と前記流水管の電解水受入口とが管で接続していることを特徴とする電解水混合装置。
定量ポンプがダイアフラムポンプである請求項１又は２記載の電解水混合装置。
流水管の原水取出口と電解水受入口とが近接している請求項１〜３のいずれかに記載の電解水混合装置。