JP5583859B2

JP5583859B2 - 電解水生成装置

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Publication number: JP5583859B2
Application number: JP2013544911A
Authority: JP
Inventors: 紳勝森澤
Original assignee: Nihon Trim Co Ltd
Current assignee: Nihon Trim Co Ltd
Priority date: 2012-06-07
Filing date: 2012-06-07
Publication date: 2014-09-03
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Description

本発明は、水を電気分解することによって電解還元水および電解酸性水を生成する、電解水生成装置に関する。

現在、医療機器として認可されている家庭用の電解水生成装置は、水道水を浄水し、さらに電気分解して電解還元水と電解酸性水とを生成するように構成されている。電解水生成装置は、たとえば、隔膜により隔てられた陰極室と陽極室とを備える電解槽を備え、水の電気分解により、陰極室から電解還元水、陽極室から電解酸性水が得られる。

しかしながら、このような電解水生成装置では、使用するに従って、対向して配置された電極（陰極室の陰極および陽極室の陽極）に異物が付着する。特に、陰極の表面には、水に含まれるカルシウムなどの金属イオンが付着する。このような異物が電極の表面に付着すると、電極表面の電気抵抗が増加し、対向して配置された電極に流れる電流が減少する。これにより、得られる電解還元水、電解酸性水のイオン濃度が低下してしまう。このため、従来の電解水生成装置では、一定時間使用した後には、電極の極性を反転させて電気分解を行なうことで、電極を洗浄する必要があった。

たとえば特許第２６１８３２１号（特許文献１）では、定期的に電極の極性を反転させ、それに応じて電解還元水および電解酸性水を取り出すための水路を切り換える技術（ダブル・オート・チェンジ・クロスライン方式）を採用した電解水生成装置が提案されている。特許文献１に開示された電解水生成装置では、隔膜により隔てられた、第１の電極を有する第１の電極室および第２の電極を有する第２の電極室と、電解還元水を取り出すための電解還元水取出口と、電解酸性水を取り出すための電解酸性水取出口と、第１の電極室と電解還元水取出口との間に設けられ、第１の電極室で生じた電解水を電解還元水取出口へ向けて流す第１の水路と、第２の電極室と電解酸性水取出口との間に設けられ、第２の電極室で生じた電解水を電解酸性水取出口へ向けて流す第２の水路と、第２の電極室と電解還元水取出口との間に設けられ、第２の電極室で生じた電解水を電解還元水取出口へ向けて流す第３の水路と、第１の電極室と電解酸性水取出口との間に設けられ、第１の電極室で生じた電解水を電解酸性水取出口へ流す第４の水路と、前記第１の水路および前記第２の水路が開いているときは、前記第３の水路および前記第４の水路は閉じ、一方、前記第１の水路および前記第２の水路が閉じているときは、前記第３の水路および前記第４の水路は開くように、水路を切換える切換弁と、前記第１の電極と前記第２の電極との間の供給電圧が反転すれば、前記切換弁を動作させるように制御する制御手段とを備えるように構成される。これにより、電極表面の洗浄のために、電極の極性を反転させて電気分解を行なったとしても、常に電解還元水取出口からは電解還元水、電解酸性水取出口からは電解酸性水を取り出すことができる電解水生成装置が提供される。

特許第２６１８３２１号

特許文献１に開示された技術を採用した電解水生成装置では、上述のように電解槽の前後に複数の水路（クロスライン）を設置し、電極の極性の切り換えに応じて、電解槽への流入路・電解槽からの流出路を切り換えるように構成されている。このような電解水生成装置は、第１の電極室と第２の電極室との容積比率は、それぞれ陰極室、陽極室に交互に切り換わるため、通常、１：１としている。また、このような電解水生成装置には、通常、クロスラインの前後には流量調整バルブが設置され、この流量調整バルブにより電解還元水と電解酸性水との取水比率を変更できるように構成されている。電解還元水と電解酸性水との取水比率は、第１の電極室および第２の電極室の容積比率との関係から電解還元水：電解酸性水＝１：１〜５：１程度が限度であり、これ以上に電解還元水を高い比率で取水しようとすると、電解還元水に次亜塩素酸が混入してしまい、実用的ではなかった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、次亜塩素酸が混入することなく高い取水比率で電解還元水を生成することができる電解水生成装置を提供することである。

本発明の電解水生成装置は、隔膜により隔てられた、第１の電極を含む第１の電極室と第２の電極を含む第２の電極室とを備え、隔膜が、第１の電極および第２の電極の間で、第１の電極および第２の電極に対し略平行な状態を保持したまま移動可能に構成されていることを特徴とする。

本発明の電解水生成装置は、電解還元水を取り出すための電解還元水取出口と、電解酸性水を取り出すための電解酸性水取出口と、第１の電極室と電解還元水取出口との間に設けられ、第１の電極室で生じた電解水を電解還元水取出口へ向けて流す第１の水路と、第２の電極室と電解酸性水取出口との間に設けられ、第２の電極室で生じた電解水を電解酸性水取出口へ向けて流す第２の水路と、第２の電極室と電解還元水取出口との間に設けられ、第２の電極室で生じた電解水を電解還元水取出口へ向けて流す第３の水路と、第１の電極室と電解酸性水取出口との間に設けられ、第１の電極室で生じた電解水を電解酸性水取出口へ向けて流す第４の水路と、前記第１の水路および前記第２の水路が開いているときは、前記第３の水路および前記第４の水路は閉じ、一方、前記第１の水路および前記第２の水路が閉じているときは、前記第３の水路および前記第４の水路は開くように、水路を切換える切換弁と、前記第１の電極と前記第２の電極との間の供給電圧が反転すれば、前記切換弁を動作させるように制御する制御手段とをさらに備えることが、好ましい。

本発明の電解水生成装置は、交互に配置された第１の電極室、第２の電極室の少なくともいずれかを複数備え、互いに隣り合う第１の電極室と第２の電極室とは隔膜で隔てられ、隔膜の少なくともいずれかが第１の電極および第２の電極に対し略平行な状態を保持したまま移動可能に構成されていることが、好ましい。

本発明の電解水生成装置は、隔膜が、互いに隣り合う第１の電極室と第２の電極室との間の圧力差に応じて移動するように構成されていることが好ましい。

本発明によれば、次亜塩素酸が混入することなく高い取水比率で電解還元水を生成することができ、電解酸性水の排出量を減少させることで環境にも貢献できる。

本発明の好ましい一例の電解水生成装置における電解槽１を模式的に示す図である。図１に示す電解水生成装置の電極の極性を反転させた状態を模式的に示す図である。ダブル・オート・チェンジ・クロスライン方式における水路の切換を説明するための模式図である。本発明の好ましい他の例の電解水生成装置における電解槽５１を模式的に示す図である。図４に示す電解水生成装置の電極の極性を反転させた状態を模式的に示す図である。

図１は、本発明の好ましい一例の電解水生成装置における電解槽１を模式的に示す図であり、図２は、図１に示す電解水生成装置の電極の極性を反転させた状態を模式的に示す図である。本発明の電解水生成装置は、隔膜２により隔てられた、第１の電極３を含む第１の電極室４と第２の電極５を含む第２の電極室６とを備え、隔膜２が、第１の電極３および第２の電極５の間で、第１の電極３および第２の電極５に対し略平行な状態を保持したまま移動可能に構成されていることを特徴とする。

従来の電解水生成装置において、取水比率を電解還元水：電解酸性水＝５：１程度以上に高めると、電解還元水に次亜塩素酸が混入してしまっていた。次亜塩素酸は、通常、陽極室で得られる電解酸性水に混入しており、電気分解の際には陰極室内の水圧は加圧となるように設定されているため、理論的には陰極室には次亜塩素酸は混入しない筈である。しかしながら、現実には電解還元水に次亜塩素酸が混入していた理由としては、電解槽において陽極室と陰極室の容積比率が１：１となっており、取水比率を高めると、陰極室を通過する電解還元水と陽極室を通過する電解酸性水との速度の差が大きくなり（電解還元水側が取水比率に比例して早くなる）、この速度差により隔膜を通して、次亜塩素酸が陽極室より陰極室へと引き込まれるのではないかと考えられる。

これに対し、本発明の電解水生成装置では、隔膜２を第１の電極３および第２の電極５に対し略平行な状態を保持したまま移動可能とすることで、状況に応じて陰極室と陽極室との容積の比率を変化させ、上述したような電解還元水と電解酸性水との速度の差を低くすることができる。これによって、高い比率で電解還元水を取水したとしても、電解還元水に次亜塩素酸が混入しない、電解水生成装置が提供される。

本発明の電解水生成装置は、ダブル・オート・チェンジ・クロスライン方式を採用したものであることが好ましい。ここで、図３は、ダブル・オート・チェンジ・クロスライン方式におけるクロスライン１０の切換を説明するための模式図である。すなわち、本発明の電解水生成装置は、電解還元水を取り出すための電解還元水取出口１１と、電解酸性水を取り出すための電解酸性水取出口１２とを備える。本発明の電解水生成装置は、さらに、以下の水路（クロスライン１０）を備える。

・第１の電極室４と電解還元水取出口１１との間に設けられ、第１の電極室４で生じた電解水を電解還元水取出口１１へ向けて流す第１の水路１３、
・第２の電極室６と電解酸性水取出口１２との間に設けられ、第２の電極室６で生じた電解水を電解酸性水取出口１２へ向けて流す第２の水路１４、
・第２の電極室６と電解還元水取出口１１との間に設けられ、第２の電極室６で生じた電解水を電解還元水取出口１１へ向けて流す第３の水路１５、
・第１の電極室４と電解酸性水取出口１２との間に設けられ、第１の電極室４で生じた電解水を電解酸性水取出口１２へ向けて流す第４の水路１６。

図３に示す例では、本発明の電解水生成装置は、第１の水路１３および第２の水路１４が開いているときは、第３の水路１５および第４の水路１６は閉じ（図３（ａ））、一方、第１の水路１３および第２の水路１４が閉じているときは、第３の水路１５および第４の水路１６は開く（図３（ｂ））ように、水路を切換える切換弁１７と、第１の電極３と第２の電極５との間の供給電圧が反転すれば、切換弁１７を動作させるように制御する制御手段（図示せず）とをさらに備える。

たとえば、図１には、第１の電極３を陽極、第２の電極５を陰極とした場合を例示している。この場合、陽極室である第１の電極室４に供給された原水２１は電気分解により電解酸性水２３として取り出され、図３（ｂ）の状態の切換弁１７により、第４の水路１６を通って、電解酸性水取出口１２へと流される。一方、陰極室である第２の電極室６に供給された原水２２は電気分解により電解還元水２４として取り出され、図３（ｂ）の状態の切換弁１７により、第３の水路１５を通って、電解還元水取出口１１へと流される。この場合、陰極室となる第２の電極室６からの電解還元水２４の取水効率を上げると、第２の電極室６内の圧力が高まり、図１中に矢符Ａで示す方向の圧力が生じる。本発明の電解水生成装置では、この際、隔膜２が、第１の電極３および第２の電極５に対し略平行な状態を保持したまま、前記圧力によって、第１の電極３側に移動する。これにより、陰極室である第２の電極室６の容積を、陽極室である第１の電極室４よりも広くすることができ、電解還元水２４の取水効率を電解還元水：電解酸性水＝５：１程度以上に上げたとしても、陰極室（この場合には第２の電極室６）を通過する電解還元水２４と陽極室（この場合には第１の電極室４）を通過する電解酸性水２３との速度の差を小さくすることができ、得られる電解還元水２４に次亜塩素酸が混入することもない。

また図２には、図１に示した例と電極の極性を反転させ、第１の電極３を陰極、第２の電極５を陽極とした場合を例示している。この場合、陰極室である第１の電極室４に供給された原水２１は電気分解により電解還元水２４として取り出され、図３（ａ）の状態の切換弁１７により、第１の水路１３を通って、電解還元水取出口１１へと流される。一方、陽極室である第２の電極室６に供給された原水２２は電気分解により電解酸性水２３として取り出され、図３（ａ）の状態の切換弁１７により、第２の水路１４を通って、電解酸性水取出口１２へと流される。この場合、陰極室となる第１の電極室４からの電解還元水２４の取水効率を上げると、第１の電極室４内の圧力が高まり、図２中に矢符Ｂで示す方向の圧力が生じる。本発明の電解水生成装置では、この際、隔膜２が、第１の電極３および第２の電極５に対し略平行な状態を保持したまま、前記圧力によって、第２の電極５側に移動する。これにより、陰極室である第１の電極室４の容積を、陽極室である第２の電極室６よりも広くすることができ、電解還元水２４の取水効率を電解還元水：電解酸性水＝５：１程度以上に上げたとしても、陰極室（この場合には第１の電極室４）を通過する電解還元水２４と陽極室（この場合には第２の電極室６）を通過する電解酸性水２３との速度の差を小さくすることができ、得られる電解還元水２４に次亜塩素酸が混入することもない。

隔膜２を第１の電極３および第２の電極５に対し略平行な状態を保持したまま移動可能とする手段は特に制限されるものではなく、従来公知の適宜の手段を用いて実現することができる。たとえば、図１および図２に示す例では、隔膜２の図１および図２の紙面に関して上下方向の端部にリブ３１ａ（上側）およびリブ３１ｂ（下側）が設けられるとともに、電解槽１内の図１および図２の紙面に関して上側にパッキン３２ａ（第１の電極３側），３３ａ（第２の電極５側）が設けられ、下側にパッキン３２ｂ（第１の電極３側），３３ｂ（第２の電極５側）が設けられる。パッキン３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂは、それぞれ、第１の電極３および第２の電極５に対し略平行な方向に伸び、隔膜２の端部のリブ３１ａ，３１ｂがそれぞれ係止し得る形状を有している。これにより、図１に示す状態では、上述のように隔膜２は第１の電極３側に移動し、上側のリブ３１ａが上側の第１の電極３側のパッキン３２ａに係止し、下側のリブ３１ｂが下側の第１の電極３側のパッキン３２ｂに係止する。また図２に示す状態では、上述のように隔膜２は第２の電極５側に移動し、上側のリブ３１ａが上側の第２の電極５側のパッキン３３ａに係止し、下側のリブ３１ｂが第２の電極５側のパッキン３３ｂに係止する。図１、２に示すいずれの状態でも、隔膜２は、第１の電極３および第２の電極５に対し略平行に保持される。このように本発明の電解水生成装置では、隔膜２が、互いに隣り合う第１の電極室４と第２の電極室６との間の圧力差に応じて移動するように構成されていることが、好ましい。

本発明の電解水生成装置は、隔膜により互いに隔てられた第１の電極室、第２の電極室を交互に複数備え、複数の隔膜のうちの少なくともいずれかが第１の電極および第２の電極に対し略平行な状態を保持したまま移動可能に構成されていてもよい。ここで、図４は、本発明の好ましい他の例の電解水生成装置における電解槽５１を模式的に示す図であり、図５は、図４に示す電解水生成装置の電極の極性を反転させた状態を模式的に示す図である。図４および図５に示す例の電解水生成装置は、第１の電極５４が、２つの第２の電極５５，５６の間に略平行に挟まれ、かつ、第１の電極５４と第２の電極５５との間には隔膜５２、第１の電極５４と第２の電極５６との間には隔膜５３が設けられている。

たとえば、図４には、第１の電極５４を陰極、第２の電極５５，５６を陽極とした場合を例示している。この場合、陰極室である第１の電極５４と隔膜５２との間の第１の電極室６１および陰極室である第１の電極５４と隔膜５３との間の第１の電極室６２に供給された原水７１は、電気分解により電解還元水７４として取り出され、図３（ａ）の状態の切換弁１７により、第１の水路１３を通って、電解還元水取出口１１へと流される。一方、陽極室である隔膜５２と第２の電極５５との間の第２の電極室６３に供給された原水７２、ならびに、陽極室である隔膜５３と第２の電極５６との間の第２の電極室６４に供給された原水７３は、電気分解により電解酸性水７５として取り出され、図３（ａ）の状態の切換弁１７により、第２の水路１４を通って、電解酸性水取出口１２へと流される。この場合、陰極室である第１の電極室６１，６２からの電解還元水７４の取水効率を上げると、第１の電極室６１，６２内の圧力が高まり、図４中に矢符Ｃ１，Ｃ２でそれぞれ示す方向の圧力が生じる。本発明の電解水生成装置では、この際、隔膜５２が、第１の電極５４および第２の電極５５，５６に対し略平行な状態を保持したまま、第２の電極５５側に移動し、隔膜５３が、第１の電極５４および第２の電極５５，５６に対し略平行な状態を保持したまま、第２の電極５６側に移動する。これにより、陰極室である第１の電極室６１，６２の容積を、陽極室である第２の電極室６３，６４よりも広くすることができ、電解還元水７４の取水効率を電解還元水：電解酸性水＝５：１程度以上に上げたとしても、陰極室（この場合には第１の電極室６１，６２）を通過する電解還元水７４と陽極室（この場合には第２の電極室６３，６４）を通過する電解酸性水７５との速度の差を小さくすることができ、得られる電解還元水７４に次亜塩素酸が混入することもない。

また図５には、図４に示した例と電極の極性を反転させ、第１の電極５４を陽極、第２の電極５５，５６を陰極とした場合を例示している。この場合、陽極室である第１の電極５４と隔膜５２との間の第１の電極室６１および陽極室である第１の電極５４と隔膜５３との間の第１の電極室６２に供給された原水７１は、電気分解により電解酸性水７５として取り出され、図３（ｂ）の状態の切換弁１７により、第４の水路１６を通って、電解酸性水取出口１２へと流される。一方、陰極室である隔膜５２と第２の電極５５との間の第２の電極室６３に供給された原水７２、ならびに、陰極室である隔膜５３と第２の電極５６との間の第２の電極室６４に供給された原水７３は、電気分解により電解還元水７４として取り出され、図３（ｂ）の状態の切換弁１７により、第３の水路１５を通って、電解還元水取出口１１へと流される。この場合、陰極室である第２の電極室６３，６４からの電解還元水７４の取水効率を上げると、第２の電極室６３，６４内の圧力が高まり、図５中に矢符Ｄ１，Ｄ２でそれぞれ示す方向の圧力が生じる。本発明の電解水生成装置では、この際、隔膜５２が、第１の電極５４および第２の電極５５，５６に対し略平行な状態を保持したまま、第１の電極５４側に移動し、隔膜５３が、第１の電極５４および第２の電極５５，５６に対し略平行な状態を保持したまま、第１の電極５４側に移動する。これにより、陰極室である第２の電極室６３，６４の容積を、陽極室である第１の電極室６１，６２よりも広くすることができ、電解還元水７４の取水効率を電解還元水：電解酸性水＝５：１程度以上に上げたとしても、陰極室（この場合には第２の電極室６３，６４）を通過する電解還元水７４と陽極室（この場合には第１の電極室６１，６２）を通過する電解酸性水７５との速度の差を小さくすることができ、得られる電解還元水７４に次亜塩素酸が混入することもない。

図４および図５はあくまでも多相構造の一例であって、多層構造の本発明の電解水生成装置はこれに限定されるものではない。なお、多相構造の場合にも、隔膜を第１の電極および第２の電極に対し略平行な状態を保持したまま移動可能とする手段は、図１および図２に例に挙げたように、リブおよびパッキンによる係止構造を利用してもよい（図４および図５にはその場合を示している）が、これに限定されるものではない。

１電解槽、２隔膜、３第１の電極、４第１の電極室、５第２の電極、６第２の電極室、１０クロスライン、１１電解還元水取出口、１２電解酸性水取出口、１３第１の水路、１４第２の水路、１５第３の水路、１６第４の水路、１７切換弁、２１，２２原水、２３電解酸性水、２４電解還元水、３１ａ，３１ｂリブ、３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂパッキン、５１電解槽、５２隔膜、５４第１の電極、５５，５６第２の電極、６１，６２第１の電極室、６３，６４第２の電極室、７１，７２，７３原水、７４電解還元水、７５電解酸性水。

Claims

隔膜（２，５２，５３）により隔てられた、第１の電極（３，５４）を含む第１の電極室（４，６１，６２）と第２の電極（５，５５，５６）を含む第２の電極室（６，６３，６４）とを備え、隔膜（２，５２，５３）が、第１の電極（３，５４）および第２の電極（５，５５，５６）の間で、第１の電極（３，５４）および第２の電極（５，５５，５６）に対し略平行な状態を保持したまま移動可能に構成されており、
隔膜（２，５２，５３）が、互いに隣り合う第１の電極室（４，６１，６２）と第２の電極室（６，６３，６４）との間の圧力差に応じて移動するように構成されている、電解水生成装置。
電解還元水（２４，７４）を取り出すための電解還元水取出口（１１）と、
電解酸性水（２３，７５）を取り出すための電解酸性水取出口（１２）と、
第１の電極室（４，６１，６２）と電解還元水取出口（１１）との間に設けられ、第１の電極室（４，６１，６２）で生じた電解水を電解還元水取出口（１１）へ向けて流す第１の水路（１３）と、
第２の電極室（６，６３，６４）と電解酸性水取出口（１２）との間に設けられ、第２の電極室（６，６３，６４）で生じた電解水を電解酸性水取出口（１２）へ向けて流す第２の水路（１４）と、
第２の電極室（６，６３，６４）と電解還元水取出口（１１）との間に設けられ、第２の電極室（６，６３，６４）で生じた電解水を電解還元水取出口（１１）へ向けて流す第３の水路（１５）と、
第１の電極室（４，６１，６２）と電解酸性水取出口（１２）との間に設けられ、第１の電極室（４，６１，６２）で生じた電解水を電解酸性水取出口（１２）へ向けて流す第４の水路（１６）と、
前記第１の水路（１３）および前記第２の水路（１４）が開いているときは、前記第３の水路（１５）および前記第４の水路（１６）は閉じ、一方、前記第１の水路（１３）および前記第２の水路（１４）が閉じているときは、前記第３の水路（１５）および前記第４の水路（１６）は開くように、水路を切換える切換弁（１７）と、
前記第１の電極（３，５４）と前記第２の電極（５，５５，５６）との間の供給電圧が反転すれば、前記切換弁（１７）を動作させるように制御する制御手段とをさらに備える、請求項１に記載の電解水生成装置。
交互に配置された第１の電極室（６１，６２）、第２の電極室（６３，６４）の少なくともいずれかを複数備え、互いに隣り合う第１の電極室（６１，６２）と第２の電極室（６３，６４）とは隔膜（５２，５３）で隔てられ、隔膜（５２，５３）の少なくともいずれかが第１の電極（５４）および第２の電極（５５，５６）に対し略平行な状態を保持したまま移動可能に構成されている、請求項１または２に記載の電解水生成装置。