JP5690942B2 - 電解水製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、塩素イオンを含有する原料水である電解質水溶液を電気分解して電解水を製造するための電解水製造装置に関する。
本願は、２０１１年８月２４日に日本に出願された特願２０１１−１８２４９２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

従来、食品製造分野等では、電解水製造装置で種々の電解質水溶液（塩素イオンを含有する原料水）を電気分解して電解殺菌水（電解水）を製造し、この電解殺菌水を殺菌消毒などに用いている。例えば、塩化ナトリウム水溶液、塩酸水溶液などの塩素イオンを含有する電解質水溶液を電気分解すると、電解酸化作用により塩素ガスが発生し、この塩素ガスが水に溶解して次亜塩素酸が生成される。生成された次亜塩素酸を含む電解殺菌水は、次亜塩素酸ソーダを水に溶解して調製した殺菌水と比較し、低塩素濃度であっても優れた殺菌効果を発揮し、また、使用する度に微妙な濃度調整を行う必要がないなどの多くの利点を有している。

電解水製造装置は、電解質水溶液を電気分解するための電解槽と、電解質水溶液を電解槽に供給する給水設備とを備えている。また、電解槽として、複数の電極板を直列配置した複極式（直列式）の電解槽が多用されている。この複極式電解槽は、複数の電極板がケーシング内に間隔をあけて並設され、軸線方向一端側の電極板に陽極の電極棒を、他端側の電極板に陰極の電極棒をそれぞれ溶接して配設し、一端側の電極板（陽極）から中間の電極板を経由して他端側の電極板（陰極）に向けて通電するように構成されている。

この電解水製造装置では、給水設備から電解槽のケーシング内に電解質水溶液を供給し、順次流通させながら塩化物を含む電解質水溶液に所定の電圧をかけることにより電流を流し、陽極側の酸化反応で塩素ガスを発生させる。この塩素ガス（又は塩素ガスが混濁した液体）を電解槽から取り出し、水と混合することにより、水中に次亜塩素酸が生成されて電解殺菌水が製造される。

一方、電解槽の電極間の電圧印加を遮断して電気分解を停止させ、また、電解槽に電解質水溶液を供給するためのポンプを停止させた際に、電解槽内には、高濃度の塩素ガスや次亜塩素酸、未電解の塩酸等が混在している電解液が残留する（なお、本発明においては、かかる電解槽の残留液を電解液と表記する）。電解槽とポンプの稼動を停止させた際に、電解槽とポンプを接続する配管（チューブ）内に、電解槽の電解液が逆流する場合がある。電解液が逆流することによって、塩素ガス等によりポンプなどの構成部材に腐食が生じ、構成部材が短寿命化する可能性がある。

これに対し、従来、電解槽とポンプを接続する配管に逆止弁を設ける対策や、電解槽の電極間の電圧印加を停止させ、所定時間経過した後で電解質水溶液を供給するポンプの駆動を停止させるように制御する対策を講じて、電解槽からの電解液の逆流を防止している（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−２９９４５８号公報

しかしながら、逆止弁などの逆止機構によって電解槽の電解液の逆流を防止する対策を講じているにもかかわらず、電解水製造装置の運転停止後、直ちに、電解液が電解槽から配管内に侵入して、逆止弁やポンプ、配管（チューブ）、パッキン、Ｏリングなどの構成部材に腐食が生じる場合がある。

この現象は、電解液の逆流や、単なる濃度平衡に伴う拡散だけによって生じたものではないことが構成部材の腐食状態などから確認されている。このため、その原因を解明し、構成部材の腐食を防止する対策を講じることが強く求められている。

一方、電解水製造装置の運転においては、次の課題が存在する。従来、電解水製造装置の稼動中に電気分解の操作を一時停止した状態から再開（運転）した際、電解槽内に過電流が発生して装置全体が異常停止する場合がある。このような異常停止を予防することは、電解水製造装置を安定して運転するために不可欠である。このような異常停止の予防も電解水製造装置の課題となっている。

本発明の第１の態様によれば、電解水製造装置は、塩素イオンを含有する原料水を電気分解して電解水を製造する装置であり、電解槽と、前記電解槽に前記原料水を供給する原料ポンプと、前記原料水を吐出する前記原料ポンプの吐出口と前記電解槽に前記原料水を流入させる流入口とを接続する配管と、を備える。また、前記流入口に対して前記吐出口を下方に配して前記原料ポンプが設けられている。そして、前記原料水が所定の電解質濃度になるように前記原料水に混合させる希釈水を供給する希釈水ポンプと、前記希釈水を吐出する前記希釈水ポンプの第２吐出口と前記電解槽に前記希釈水を流入させる第２流入口とを接続する第２配管と、をさらに備える。また、前記第２流入口に対して前記第２吐出口を上方に配して前記希釈水ポンプが設けられている。

本発明の第２の態様によれば、上記第１の態様において、電解水製造装置は、前記電解槽に着脱可能に取り付けられるブラケットをさらに備える。また、前記ブラケットには、前記原料ポンプを着脱可能に取り付けるとともに前記流入口に対して前記吐出口を所定位置に配して位置決め保持するポンプ位置決め保持部が設けられている。

本発明の第３の態様によれば、上記第２の態様において、電解水製造装置は、前記電解槽に着脱可能に取り付けられる第２ブラケットをさらに備える。また、前記第２ブラケットには、前記希釈水ポンプを着脱可能に取り付けるとともに前記第２流入口に対して前記第２吐出口を所定位置に配して位置決め保持する第２ポンプ位置決め保持部が設けられている。

本願の発明者は、後述の通り、逆止機構で電解槽の電解液の逆流を防止しているにもかかわらず、電解水製造装置の運転停止後に電解液が電解槽から配管内に侵入する現象の原因が、電解液の移流にあることを解明した。これに基づき、本発明の第１の態様における電解水製造装置においては、電解槽の流入口に対して原料ポンプの吐出口を下方に配して原料ポンプを設けている。そのため、運転停止後直ちに、電解槽から電解液が原料ポンプに接続した配管内に移流することを防止できる。

結果として、構成部材が電解液によって腐食することを防止でき、構成部材の長寿命化を図ることが可能になる。また、構成部材の交換頻度を低くすることができ、耐久性、経済性、及び信頼性に優れた電解水製造装置を提供することが可能になる。

また、前記のとおり、本願の発明者は電解液が電解槽から配管に侵入する現象の原因が電解液の移流にあることを解明した。さらに、このように電解槽から配管に向かって電解液が移流する現象とともに、逆に配管から電解槽に向かって原料水や希釈水が移流する現象が発生していることが見いだされた。このような配管から電解槽への原料水や希釈水の移流が、電解槽内における塩素イオン濃度の上下方向での偏在を引き起こし、この偏在の結果、停止している電気分解を再開した際に電解槽内に過電流が発生して異常停止する原因になっていることが突き止められた。

従って、前記の原料ポンプの配置は、電解槽から原料水配管に向かって電解液が移流する現象を抑止するとともに、逆に原料水配管から電解槽に向かって原料水が移流する現象を抑止する。そのため、電解槽内で塩素イオン濃度が偏在することを抑止できる。この結果、電解槽を再度運転し始めたときの過電流の発生とそれに伴う装置の異常停止を予防でき、より安定した運転ができる電解水製造装置を提供することが可能になる。

本発明の第２の態様における電解水製造装置においては、本願の発明者が解明した前記現象の原因に基づき、電解槽の第２流入口に対して希釈水ポンプの第２吐出口を上方に配して希釈水ポンプを設けている。そのため、運転停止後直ちに、電解槽から電解液が希釈水ポンプに接続した第２配管内に移流することを防止できる。

結果として、構成部材が電解液によって腐食することを防止でき、さらなる構成部材の長寿命化を図ることが可能になる。また、構成部材の交換頻度を低くすることができ、さらに耐久性、経済性、及び信頼性に優れた電解水製造装置を提供することが可能になる。

また、上記のような希釈水ポンプの配置は、電解槽から希釈水配管（第２配管）に向かって電解液が移流する現象を抑止するとともに、逆に希釈水配管から電解槽に向かって希釈水が移流する現象を抑止する。そのため、電解槽内で塩素イオン濃度が偏在することを抑止できる。この結果、電解槽を再度運転し始めたときの過電流の発生とそれによる装置の異常停止を予防でき、より安定した運転ができる電解水製造装置を提供することが可能になる。

本発明の第３または第４の態様における電解水製造装置においては、ブラケットのポンプ位置決め保持部に原料ポンプや希釈水ポンプを着脱可能に取り付けるだけで、電解槽における原料水や希釈水の流入口に対して吐出口を所定位置に配して原料ポンプや希釈水ポンプを容易に配設することができる。また、ブラケットに原料ポンプや希釈水ポンプが着脱可能に取り付けられるため、メンテナンス性の向上を図ることも可能になる。

本発明の一実施形態に係る電解水製造装置を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電解水製造装置の電解槽を示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係る電解水製造装置を示す斜視図である。 図３のＸ１−Ｘ１線矢視図である。 本発明の一実施形態に係る電解水製造装置を示す分解斜視図である。 第一電解液挙動確認試験において、電解液の投下直後の様子を示す図である。 第一電解液挙動確認試験において、２０時間経過後の様子を示す図である。 第一電解液挙動確認試験において、５０時間経過後の様子を示す図である。 第一電解液挙動確認試験において、１００時間経過後の様子を示す図である。 第一電解液挙動確認試験において、電解液の投下直後の様子を示す図である。 第一電解液挙動確認試験において、２０時間経過後の様子を示す図である。 第一電解液挙動確認試験において、５０時間経過後の様子を示す図である。 第一電解液挙動確認試験において、１００時間経過後の様子を示す図である。 第二電解液挙動確認試験において、電解液の投下直後の様子を示す図である。 第二電解液挙動確認試験において、２０時間経過後の様子を示す図である。 第二電解液挙動確認試験において、５０時間経過後の様子を示す図である。 第二電解液挙動確認試験において、７０時間経過後の様子を示す図である。 第二電解液挙動確認試験において、１００時間経過後の様子を示す図である。 第二電解液挙動確認試験において、２００時間経過後の様子を示す図である。 第二電解液挙動確認試験において、電解液の投下直後の様子を示す図である。 第二電解液挙動確認試験において、２０時間経過後の様子を示す図である。 第二電解液挙動確認試験において、５０時間経過後の様子を示す図である。 第二電解液挙動確認試験において、７０時間経過後の様子を示す図である。 第二電解液挙動確認試験において、１００時間経過後の様子を示す図である。 第二電解液挙動確認試験において、２００時間経過後の様子を示す図である。 電解槽の運転を停止した際の電解液、原料水、及び希釈水の相互の移流の様子を説明する原理図である。 電解槽の運転を停止した際の電解液、原料水、及び希釈水の相互の移流の様子を説明する原理図である。 本発明の一実施形態に係る電解水製造装置における電解液の侵入防止対策の考え方を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電解水製造装置における電解液の侵入防止対策の考え方を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電解水製造装置における電解液の侵入防止対策の考え方を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電解水製造装置における電解液の侵入防止対策の考え方を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電解水製造装置における効果を説明する原理図である。 本発明の一実施形態に係る電解水製造装置における効果を説明する原理図である。

以下、図１から図１３Ｂを参照し、本発明の一実施形態に係る電解水製造装置について説明する。本実施形態は、塩素イオンを含有する原料水である電解質水溶液を電気分解して電解水を製造するための電解水製造装置に関し、特に、次亜塩素酸を含む電解殺菌水を製造するための電解水製造装置に関する。

本実施形態の電解水製造装置Ａは、図１に示すように、塩酸水溶液、塩化ナトリウム水溶液などの原液Ｗ１（塩素イオンを含有する原料水）を貯留するタンク１と、原液Ｗ１と水Ｗ２（希釈水）を混合した電解質水溶液Ｗ３（塩素イオンを含有する原料水）が供給され、この電解質水溶液Ｗ３を電気分解する電解槽２と、タンク１から電解槽２に向けて原液Ｗ１を送液するための原料ポンプ３と、を備える。さらに、電解水製造装置Ａは、タンク１と電解槽２の間に水Ｗ２を送液して原液Ｗ１を所定濃度に稀釈し、電解質水溶液Ｗ３を生成するための希釈水ポンプ４と、電解槽２に電力を供給するための電解電源５と、電解槽２で電解質水溶液Ｗ３を電気分解して発生した塩素ガス（あるいは塩素ガスが混合した電解液Ｗ４）と処理水Ｗ２を混合して電解殺菌水Ｗ５（電解水）を生成する混合器６と、を備える。

電解槽２は、複数の電極板を直列配置した複極式の電解槽である。電解槽２は、図１及び図２に示すように、内部に電解質水溶液Ｗ３を流通させるケーシング１０と、このケーシング１０内に軸線Ｏ１方向に間隔をあけて並設される複数の電極板１１、１２と、電極板１１、１２を軸線Ｏ１方向に間隔をあけて並設した状態で保持する複数のスペーサ１３、１４、１５と、ケーシング１０の中央部を外側から内側に貫設した電極棒挿入孔１６に挿入設置されるとともに軸線Ｏ１方向での両端側に位置する一対の電極板１１、１２にそれぞれ接続して設けられ、電解電源５から電極板１１、１２に電力を供給する一対の電極棒１７、１８と、を備える。

ケーシング１０は、塩化ビニル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、アクリル樹脂等の合成樹脂を用いて形成されている。ケーシング１０は、図２に示すように、その中心軸が軸線Ｏ１方向に向けて配される円筒状の胴体２０と、胴体２０の開口部を密閉するように胴体２０の軸線Ｏ１方向両端側に一体に取り付けられる一対の側体２１、２２とを備える。

また、一方の側体２１には、下端部側（電極棒挿入孔１６の下側）に、軸線Ｏ１方向を向き外面から内面に貫通する流入口２６が形成されている。他方の側体２２には、上端部側（電極棒挿入孔１６の上側）に、軸線Ｏ１方向を向き外面から内面に貫通する取出口２７が形成されている。

複数の電極板１１、１２は、チタン合金等の金属製の板体であり、それぞれ、方形板状に形成されている。また、これら電極板１１、１２は、所定の間隔を空けて対向して配置された側体２１、２２間に、それぞれの板面を側体２１、２２の対向方向（軸線Ｏ１方向）に向けて並設されている。軸線Ｏ１方向での両端側に配置される電極板１１、１２の中央部には、金属製の電極棒１７、１８が固定して接続されている。

複数のスペーサ１３、１４、１５はそれぞれ、ケーシング１０の胴体２０の内径と略同径の外径を備える略円板状に形成されている。また、各スペーサ１３、１４、１５には、その中央に、一方の面から他方の面に貫通して電解室２８となる方形状の貫通孔が形成されている。また、貫通孔（２８）よりも上方に、一方の面から他方の面に貫通する取出口２７が、貫通孔（２８）よりも下方に、一方の面から他方の面に貫通する流入口２６が形成されている。これら取出口２７と流入口２６はそれぞれ、一方の面に形成された溝状の流通路３０を介して電解室２８となる貫通孔に連通している。

本実施形態の給水設備の原料ポンプ３は、図１、図２、図３及び図４に示すように、タンク１と原液Ｗ１を吸入する吸入口３ａとをチューブ３１で接続し、原液Ｗ１を吐出する吐出口３ｂ（吐出口）と電解槽２の電解室２８に電解質水溶液Ｗ３を流入させる流入口２６（流入口）とをチューブ３２（配管）およびチューブ３６（配管）で接続して設けられている。希釈水ポンプ４は、給水源と水Ｗ２を吸入する吸入口４ａとをチューブ３３で接続し、水Ｗ２を吐出する吐出口４ｂ（第２吐出口）と電解槽２の流入口２６（第２流入口）とをチューブ３４（第２配管）およびチューブ３６（第２配管）で接続して設けられている。

また、本実施形態の給水設備の原料ポンプ３と希釈水ポンプ４には、チューブポンプが用いられている。すなわち、本実施形態の電解水製造装置Ａでは、運転停止すると同時に原料ポンプ３や希釈水ポンプ４がチューブを挟み込んだ状態で静止することによって逆止機能が発揮される。このため、従来のように原料ポンプ３や希釈水ポンプ４の吐出口３ｂ、４ｂと電解槽２の流入口２６とを接続する配管経路に逆止弁は設けられていない。なお、本発明は、このように逆止機構が設けられた密閉系の装置に適用する方がより効果的であり好ましい。

さらに、本実施形態では、原料ポンプ３の吐出口３ｂと希釈水ポンプ４の吐出口４ｂに接続した各チューブ３２、３４をチーズ継手３５（図４参照）に接続し、このチーズ継手３５と電解槽２の流入口２６（流入口、第２流入口）とをチューブ３６（配管、第２配管）で接続している。これにより、チーズ継手３５で原液Ｗ１と希釈水Ｗ２を混合して電解質水溶液Ｗ３が生成され、電解槽２に供給される。
なお、本実施形態では、原料ポンプ３の吐出口３ｂと電解槽２の流入口２６とを接続するチューブ３２、３６を一つの配管とみなすことができる。同様に、希釈水ポンプ４の吐出口４ｂと電解槽２の流入口２６とを接続するチューブ３４、３６を一つの配管（第２配管）とみなすことができる。また、流入口２６は、原液Ｗ１を電解槽２に流入させる流入口と、水Ｗ２を電解槽２に流入させる流入口（第２流入口）としての働きをいずれも有している。

さらに、本実施形態では、原料ポンプ３の吐出口３ｂが電解槽２の流入口２６に対して下方に配されるように原料ポンプ３が配設されている。換言すれば、流入口２６が位置する水平面よりも、吐出口３ｂは下方に位置している。また、希釈水ポンプ４の吐出口４ｂが電解槽２の流入口２６に対して上方に配されるように希釈水ポンプ４が配設されている。換言すれば、流入口２６が位置する水平面よりも、吐出口４ｂは上方に位置している。

さらに、本実施形態の電解水製造装置Ａは、図３から図５に示すように、電解槽２の各側体２１、２２の下端側に固定爪４０によって着脱可能に取り付けられて、電解槽２を支持する電解槽ブラケット４１と、電解槽２の一方の側体２２にネジなどによって着脱可能に取り付けられ、且つ、電解槽ブラケット４１に固定爪４０によって着脱可能に取り付けられて、原料ポンプ３及び希釈水ポンプ４を所定位置に設置するためのポンプブラケット（ブラケット、第２ブラケット）４２とを備えている。

また、ポンプブラケット４２は、原料ポンプ３を挿入して係合させることによって着脱可能に原料ポンプ３を取り付けるとともに位置決め保持するためのポンプ位置決め保持孔４３（ポンプ位置決め保持部）と、希釈水ポンプ４を挿入して係合させることによって着脱可能に希釈水ポンプ４を取り付けるとともに位置決め保持するためのポンプ位置決め保持孔４４（第２ポンプ位置決め保持部）とを備えている。原料ポンプ３と希釈水ポンプ４を各ポンプ位置決め保持孔４３、４４に係合させてポンプブラケット４２に取り付けるだけで、電解槽２の流入口２６に対して各ポンプ３、４の吐出口３ｂ、４ｂが所定位置に配設される。

上記構成を備える本実施形態の電解水製造装置Ａにおいては、電解電源５から電解槽２の電極棒１７、１８に電力を供給するとともに、原料ポンプ３の駆動によってタンク１から原液Ｗ１が送液され、希釈水ポンプ４の駆動によって水源から水Ｗ２が送液される。チューブ３２、３４を流通した原液Ｗ１と希釈水Ｗ２がチーズ継手３５で混合し、所定の電解質濃度に調整された電解質水溶液Ｗ３が電解槽２の流入口２６からケーシング１０内の電解室２８に供給されて流通する。

電極棒１７、１８に電力が供給された状態で電解質水溶液Ｗ３が複数の電解室２８を流通すると、電気分解されて塩素ガスが発生する。この塩素ガス（あるいは塩素ガスが混合した電解液Ｗ４）が電解槽２の取出口２７から取り出され、混合器６で処理水Ｗ２と混合して電解殺菌水Ｗ５が生成される。

従来の電解水製造装置では、運転を停止すると、直ちに、電解液Ｗ４が電解槽２からチューブ３２、３４内に移流する可能性がある。そのため、本実施形態のように、ポンプ３、４にチューブポンプを用いた場合には、チューブの変色や膨潤といった劣化等が発生する場合がある。一方、逆止弁を用いた場合では、パッキンや弁体の短寿命化等が発生する場合がある。

これに対し、本願の発明者らは、この現象を解明するため、第一電解液挙動確認試験と第二電解液挙動確認試験を実施した。

はじめに、図６Ａ〜Ｄ及び図７Ａ〜Ｄを参照して第一電解液挙動確認試験について説明する。この第一電解液挙動確認試験では、次の（１）〜（５）に示す手順で試験を行った。
（１）１０ｍＬ試験管４５、４６を３本ずつ用意し、水（水道水）と、３％塩酸溶液と、２１％塩酸溶液とをそれぞれ、試験管４５、４６に５ｍＬずつ注液した。３本の試験管４５を第１セット、３本の試験管４６を第２セットとする。
（２）３％塩酸溶液を電解質水溶液Ｗ３として用い、この電解質水溶液Ｗ３を電解水製造装置Ａの電解槽２に入れて３時間連続運転し、連続運転後の電解液Ｗ４を電解槽２から採取した。なお、採取した電解液Ｗ４は、その有効塩素濃度が２６５．５ｐｐｍであった。
（３）採取した電解液Ｗ４を室温まで冷却した後、ヨウ化カリウムを添加し、電解液Ｗ４中の次亜塩素酸と反応させて染色した。染色後の電解液Ｗ４を、染色電解液Ｗ４’とする。
（４）染色電解液Ｗ４’を１ｍＬずつ、（１）の各試験管４５、４６内に注液した。染色電解液Ｗ４’の投入直後の様子を図６Ａ，７Ａに示す。このとき、図６Ａに示すように、３本の試験管４５（第１セット）には、染色電解液Ｗ４’を試験管４５内の上方から液面に添加（注液）した。また、図７に示すように、残りの３本の試験管４６（第２セット）には、染色電解液Ｗ４’を試験管４６の液底に添加した。
（５）各試験管４５、４６を静置した状態で、染色電解液Ｗ４’の投入時から２０時間、５０時間、１００時間後の着色状態の経時変化を観察、記録した。２０時間経過後の様子を図６Ｂ，７Ｂに、５０時間経過後の様子を図６Ｃ，７Ｃに、１００時間経過後の様子を図６Ｄ，７Ｄに示す。

この第一電解液挙動確認試験では、図６Ａ〜Ｄに示すように、水の液面に染色電解液Ｗ４’を添加した場合は、電解液Ｗ４’が試験管４５の底部に向けて拡散しながら移流し、底部で沈降した。添加後すぐには拡散しきれず時間をかけて試験管全体に拡散したが、移流した電解液Ｗ４’の沈降は１００時間経過後にも観察された。これに対し、３％塩酸溶液と２１％塩酸溶液の液面にそれぞれ染色電解液Ｗ４’を添加した場合は、添加後、染色電解液Ｗ４’は移流せず、液面近くで滞留した。また、徐々に時間をかけて電解液Ｗ４’が下方に拡散する様子が観察された。

また、図７Ａ〜Ｄに示すように、水の液底に染色電解液Ｗ４’を添加した場合は、添加後、染色電解液Ｗ４’が移流せずに試験管４６の底部で滞留した。移流がおこらずに拡散だけが生じ、徐々に時間をかけて電解液Ｗ４’は上方に拡散するが、１００時間経過した段階でも全体に拡散するには至らない様子が確認された。一方、３％塩酸溶液と２１％塩酸溶液の液底にそれぞれ染色電解液Ｗ４’を添加した場合は、添加後、染色電解液Ｗ４’は、わずかに拡散しながら液面に向けて移流し、この移流によりすぐに液面まで上昇し、一旦液面に滞留した後、時間経過とともに下方に拡散する様子が観察された。

上記の試験結果から、水中では電解液Ｗ４’が下方に移流しかつ液底に溜まりやすく、塩酸溶液中では電解液Ｗ４’が上方に移流しかつ液面に溜まりやすいことが確認された。また、時間経過とともに電解液Ｗ４’が全体に拡散してゆくことが確認された。

図６Ａ〜Ｄ及び図７Ａ〜Ｄに示すように、電解液Ｗ４’の移流は、密度の差により鉛直方向で起きる。表１に、試験で使用した水、塩酸、電解液の比重を示す。表１に示す塩酸と電解液では、塩酸の濃度にかかわらず塩酸の比重は電解液より大きいので、塩酸溶液中での電解液Ｗ４’は、添加後すぐに液面まで上昇する挙動（拡散ではなく移流）を示した。

水と電解液Ｗ４’では、接液部において、Ｈ_２Ｏ＋Ｃｌ_２→ＨＣｌＯ＋ＨＣｌの反応が起こり、電解液Ｗ４’に解けた塩素ガスが水と反応して、次亜塩素酸分子が生成される。水と電解液Ｗ４’との反応物（次亜塩素酸水）は水単独よりも比重が大きくなる。
そのため、図６Ａ〜Ｄのように電解液Ｗ４’を水に液面から添加した場合には、電解液Ｗ４’の塩素分子が、水分子と反応し次亜塩素酸分子が生成されて、次亜塩素酸とヨウ化カリウムの反応に伴う呈色が、液底まで沈降する挙動（拡散を伴う移流）を示した。

また、図７Ａ〜Ｄのように電解液Ｗ４’を水の液底から添加した場合は、電解液の塩素分子が水分子と反応して、次亜塩素酸分子が生成されて、水単独よりも比重が大きくなるので、液底に留まる挙動（移流）を示した。正確には、化学反応式が平衡に達するまで、塩素ガス⇔次亜塩素酸の反応が繰り返される。

次に、図８Ａ〜Ｆ及び図９Ａ〜Ｆを参照して第二電解液挙動確認試験について説明する。この第二電解液挙動確認試験では、次の（１）〜（８）に示す手順で試験を行った。
（１）ＰＦＡチューブ（フッ素樹脂チューブ）をバーナーで熱し高さ１５０ｍｍのＵ字状に成形し、水または３％塩酸溶液を充填（注液）した。
（２）水または３％塩酸溶液を充填したＰＦＡチューブの一端部をバーナーで溶かして密閉した。
（３）３％塩酸溶液を電解質水溶液Ｗ３として用い、この電解質水溶液Ｗ３を電解水製造装置Ａの電解槽２に入れて３時間連続運転し、連続運転後の電解液Ｗ４を電解槽２から採取した。なお、採取した電解液Ｗ４は、その有効塩素濃度が２６５．５ｐｐｍであった。
（４）採取した電解液Ｗ４を室温まで冷却した後、ヨウ化カリウムを添加し、電解液Ｗ４中の次亜塩素酸と反応させて染色した。染色後の電解液Ｗ４を、染色電解液Ｗ４’とする。
（５）一端部を密閉した各ＰＦＡチューブに、他端部から染色電解液Ｗ４’を３００μＬ注液した。
（６）水を充満したＰＦＡチューブは、電解液Ｗ４’を注入した他端部をパラフィルムを用いて密閉した。また、３％塩酸溶液を充満したＰＦＡチューブは、その他端部をバーナーで溶かして密閉した。なお、水を充填したチューブは、バーナーによる加熱溶融での密閉を行うと電解液Ｗ４’が上昇してしまうため、パラフィルムを用いて他端部の密閉を行うようにしている。
（７）水を充填したチューブは、図８Ａ〜Ｆに示すように逆Ｕ字の姿勢で静置し、３％塩酸溶液を充填したチューブは、図９Ａ〜Ｆに示すようにＵ字の姿勢で静置した。これは、第一電解液挙動確認試験の結果に基づいている。染色電解液Ｗ４’の投入直後の様子を図８Ａ，９Ａに示す。
（８）染色電解液Ｗ４’の投入から２０時間、５０時間、７０時間、１００時間、２００時間における着色状態の経時変化を観察、記録した。２０時間経過後の様子を図８Ｂ，９Ｂに、５０時間経過後の様子を図８Ｃ，９Ｃに、７０時間経過後の様子を図８Ｄ，９Ｄに、１００時間経過後の様子を図８Ｅ，９Ｅに、２００時間経過後の様子を図８Ｆ，９Ｆに示す。

この第二電解液挙動確認試験において、水を充填したケースでは、図８Ａ〜Ｆに示すように、他端部（下端部）に添加した染色電解液Ｗ４’が下方で滞留し、移流がおこらずに拡散だけが生じた。徐々に時間をかけて電解液Ｗ４’が上方に拡散してゆくが、２００時間を経過しても、逆Ｕ字のチューブ頂部には達しない様子が観察された。

一方、３％塩酸溶液を充填したケースでは、図９Ａ〜Ｆに示すように、他端部（上端部）に添加した染色電解液Ｗ４’が上方で滞留し、移流がおこらずに拡散だけが生じた。徐々に時間をかけて電解液Ｗ４’が下方に拡散してゆくが、２００時間を経過しても、Ｕ字のチューブ底部には達しない様子が観察された。

すなわち、この第二電解液挙動確認試験の結果は、第一電解液挙動確認試験における電解液の挙動と同様であった。

第一及び第二電解液挙動確認試験の結果によれば、原料ポンプ３が電解槽２より上にあると、運転停止後直ちに電解槽２から電解液Ｗ４がチューブ３２内の電解質水溶液Ｗ３（塩酸溶液）中に移流してしまうことが推定される。電解液Ｗ４がチューブ３２内へ移流することにより、チューブ３２等の構成部材が腐食する可能性がある。

また、第一及び第二電解液挙動確認試験の結果によれば、希釈水ポンプ４が電解槽２より下にあると、運転停止後直ちに電解槽２から電解液Ｗ４がチューブ３４内の水中に移流してしまうことが推定される。電解液Ｗ４がチューブ３４内へ移流することにより、チューブ３４等の構成部材が腐食する可能性がある。

第一及び第二電解液挙動確認試験の結果から、従来、その原因が不明であった原料ポンプ３や希釈水ポンプ４の吐出口３ｂ、４ｂと電解槽２の流入口２６を接続するチューブ３２、３４の変色や膨潤といった劣化の発生、チューブ３２、３４の内壁から剥離した剥離物によるチューブ３２、３４の閉塞等の発生が、電解液Ｗ４の移流に起因していることが判明した。さらに、電解液Ｗ４の移流は、原料ポンプ３が電解槽２より上にあること、または、希釈水ポンプ４が電解槽２の下にあることにより発生すると判明した。

一方、電解液Ｗ４の移流は、他の好ましくない状況を引き起こす可能性があることも判明した。図１０Ａは電解槽２の運転を停止した直後の状態を示し、図１０Ｂは電解槽２から配管３２、３４へ電解液Ｗ４の移流が進んだ状態を示す。図１０Ａに示すように、電解槽２の運転が停止した際、前記のように電解槽２の中に残った電解液Ｗ４が原料水配管３２や希釈水配管３４に向かって移流を始める。ところが、電解水製造装置の停止中は原料水配管３２と希釈水配管３４とは図示しない逆止機構によって逆止されており配管３２、３４内は密閉状態にある。このため、電解液Ｗ４が電解槽２から配管３２、３４に移流すると、図１０Ｂに示すように、逆に原料水配管３２から電解槽２に原料水Ｗ３（Ｗ１）が移流し、また希釈水配管３４から電解槽２に希釈水Ｗ２が移流する。

電解槽２に移流した原料水Ｗ３は電解槽２内で下部に滞留し、また希釈水Ｗ２は電解槽２内で上部に滞留する。原料水Ｗ３は塩素イオン濃度が高い液であるので、電解槽２の内部において、下部は塩素イオン濃度が高く、上部は塩素イオン濃度が低くなり、電解槽２内部に上下方向に塩素イオン濃度の偏在が生じる。この塩素イオンの偏在により電解槽２の運転を再開した際に過電流が発生し、電解水製造装置が異常停止を起こす可能性がある。

以上のように、本願の発明者らは、第一及び第二電解液挙動確認試験の結果から、電解液Ｗ４の移流が、原料ポンプ３や希釈水ポンプ４の部品や接続チューブ３２、３４の劣化、チューブ３２、３４の閉塞等の原因になるとともに、電解液Ｗ４の移流に伴って生じる原料水Ｗ３や希釈水Ｗ２の移流が停止状態にある電解水製造装置の運転を再開したときの異常停止の原因になっていることをも突き止めた。
なお、移流の発生にかかわらず、拡散は起きている。すなわち、移流と同時に拡散が起きるか、拡散だけが起きるかの違いはあるが、移流の有無とは無関係に拡散は起きている。ただし、拡散は物質の移動速度が遅く、また、電解液Ｗ４が原液Ｗ１、希釈水Ｗ２、または電解質水溶液Ｗ３で希釈されるので、移流に比べれば電解水製造装置に与える影響の程度は小さい。

本願の発明者は、上述の通り、逆止機構で電解槽２の電解液Ｗ４の逆流を防止しているにもかかわらず、電解水製造装置Ａの運転停止後に、電解液Ｗ４が電解槽２からチューブ３２内に侵入する現象の原因を解明した。これに基づき、本実施形態の電解水製造装置Ａにおいては、電解槽２の流入口２６に対して原料ポンプ３の吐出口３ｂを下方に配して原料ポンプ３を設けている。そのため、運転停止後直ちに、電解槽２から電解液Ｗ４が原料ポンプ３に接続したチューブ３２内に侵入することを防止できる。

結果として、構成部材が電解液Ｗ４によって腐食することを防止でき、構成部材の長寿命化を図ることが可能になる。また、構成部材の交換頻度を低くすることができ、耐久性、経済性、及び信頼性に優れた電解水製造装置Ａを提供することが可能になる。

また、本願の発明者が解明した上記現象の原因に基づき、電解槽２の流入口２６に対して希釈水ポンプ４の吐出口４ｂを上方に配して希釈水ポンプ４を設けている。そのため、運転停止後直ちに、電解槽２から電解液Ｗ４が希釈水ポンプ４に接続したチューブ３４内に侵入することを防止できる。

結果として、構成部材が電解液Ｗ４によって腐食することを防止でき、さらなる構成部材の長寿命化を図ることが可能になる。また、構成部材の交換頻度を低くすることができ、さらに耐久性、経済性、及び信頼性に優れた電解水製造装置Ａを提供することが可能になる。

さらに、ブラケット４２のポンプ位置決め保持孔４３、４４に原料ポンプ３や希釈水ポンプ４を着脱可能に取り付けるだけで、電解槽２の流入口２６に対して吐出口３ｂ、４ｂを所定位置に配して原料ポンプ３や希釈水ポンプ４を容易に配設することができる。また、ブラケット４２に原料ポンプ３や希釈水ポンプ４が着脱可能に取り付けられるため、メンテナンス性の向上を図ることも可能になる。

また、本実施形態の電解槽製造装置Ａにおいては、電解槽２からチューブ３２やチューブ３４に向けての電解液Ｗ４の移流を抑止できるので、同時にチューブ３２やチューブ３４から電解槽２に向けての原料水Ｗ３や希釈水Ｗ２の移流も抑止できる。このため、電解水製造装置Ａの停止中に電解槽２内に原料水Ｗ３や希釈水Ｗ２が侵入することがなく、電解槽２内部で塩素イオンが上下方向に偏在してしまう現象を防止できる。従って、電解水製造装置Ａを停止状態から運転を再開したときに過電流の発生により装置が異常停止することを抑止できる。このため、従来よりも安定した運転ができる電解水製造装置Ａを提供することが可能になる。

電解槽２に対する原料ポンプ３の高さ位置は、チューブ３２内の原料ポンプ３の吐出口３ｂ側に残っている原料液面よりも上方に、チューブ３２内の電解槽２の流入口２６側に侵入した電解液Ｗ４の最も低い液面が配されるようにすればよい。すなわち、図１１Ａに示すように、原料ポンプ３の吐出口３ｂと電解槽２の流入口２６の各中心高さの差分が吐出口３ｂの半径と流入口２６の半径の和以上となるように、電解槽２に対して原料ポンプ３を下方に配設すればよい。なお、原料ポンプ３の吐出口３ｂと電解槽２の流入口２６が同径である場合には、図１１Ｂに示すように、原料ポンプ３の吐出口３ｂと電解槽２の流入口２６の各中心高さの差分を吐出口３ｂや流入口２６の内径１つ分以上にすればよい。

また、電解槽２に対する希釈水ポンプ４の高さ位置は、チューブ３４内の希釈水ポンプ４の吐出口４ｂ側に残っている水Ｗ２の液面よりも下方に、チューブ３４内の電解槽２の流入口２６側に侵入した電解液Ｗ４の最も高い液面が配されるようにすればよい。すなわち、図１２Ａに示すように、希釈水ポンプ４の吐出口４ｂと電解槽２の流入口２６の各中心高さの差分が吐出口４ｂの半径と流入口２６の半径の和以上となるように、電解槽２に対して希釈水ポンプ４を上方に配設すればよい。なお、希釈水ポンプ４の吐出口４ｂと電解槽２の流入口２６が同径である場合には、図１２Ｂに示すように、希釈水ポンプ４の吐出口４ｂと電解槽２の流入口２６の各中心高さの差分を吐出口４ｂや流入口２６の内径１つ分以上にすればよい。

上記原理を本発明の一実施形態に係る電解水製造装置Ａに基づいて説明する。例えば、電解槽２に対して原液Ｗ１を流入させるチューブ３２と希釈水Ｗ２を流入させるチューブ３４とが、各々チーズ継手３５を介して接続されている状態を説明する。図１３Ｂは本発明の一実施形態の状態であり、図１３Ａは比較するための対照例である。

図１３Ａの対照例のように、原液Ｗ１を供給する原料ポンプ３の吐出口３ｂ（図１３Ａ，Ｂでは図示せず）が電解槽２の流入口２６よりも高い位置にあり、かつ希釈水Ｗ２を供給する希釈水ポンプ４の吐出口４ｂ（図１３Ａ，Ｂでは図示せず）が電解槽２の流入口２６よりも低い位置にあると、電解槽２の運転が停止した際に、電解槽２に残留した電解液Ｗ４はチーズ継手３５に移流する。さらに、電解液Ｗ４はチューブ３２を上方に移流し、かつチューブ３４を下方に移流する。逆にチューブ３２からは原液Ｗ１が電解槽２内に移流し、かつチューブ３４からは希釈水Ｗ２が電解槽２内に移流する。

一方、図１３Ｂの本発明の一実施形態のように、原液Ｗ１を供給する原料ポンプ３の吐出口３ｂが電解槽２の流入口２６よりも低い位置にあり、かつ希釈水Ｗ２を供給する希釈水ポンプ４の吐出口４ｂが電解槽２の流入口２６よりも高い位置にあると、電解槽２に残留した電解液Ｗ４はチーズ継手３５まで移流したとしても、チューブ３２を下方に移流することはなく、かつチューブ３４を上方に移流することがない。従って、チューブ３２から原液Ｗ１が電解槽２内に移流することもなく、またチューブ３４から希釈水Ｗ２が電解槽２内に移流することもない。
なお、図１３Ａ，Ｂのいずれの場合であっても拡散の現象は生じるが、拡散についての電解水製造装置Ａに対する影響は移流に比べて僅かである。

以上、本発明に係る電解水製造装置の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で適宜変更可能である。

例えば、本実施形態では、原液Ｗ１や希釈水Ｗ２を供給する原料ポンプ３や希釈水ポンプ４がチューブポンプであったが、他の種類のポンプを原料ポンプ３や希釈水ポンプ４に用いてもよい。これらポンプ３、４の吐出口３ｂ、４ｂと電解槽２の流入口２６を接続するチューブ３２、３４（配管、第２配管）に逆止弁を設けて電解水製造装置Ａが構成されていてもよい。この場合においても、原料ポンプ３や希釈水ポンプ４を電解槽２に対して本実施形態と同様の位置関係で配設することによって、本実施形態と同様の作用効果を得ることが可能である。

また、本実施形態では、原料ポンプ３で供給した原液Ｗ１に希釈水ポンプ４で供給した希釈水Ｗ２を混合させて所定濃度の電解質水溶液Ｗ３を生成し、生成した電解質水溶液Ｗ３を電解槽２に流入させるように電解水製造装置Ａが構成されている。

これに対し、原料ポンプ３と希釈水ポンプ４をそれぞれ個別に電解槽２に接続し、原料ポンプ３から供給した原液Ｗ１と、希釈水ポンプ４から供給した希釈水Ｗ２とを電解槽２内で混合させ、所定濃度の電解質水溶液Ｗ３を電解槽２内で流通させるように電解水製造装置Ａが構成されていてもよい。また、電解槽２に、原液Ｗ１を流入させる流入口と、希釈水Ｗ２を流入させる第２流入口がそれぞれ設けられていてもよい。原料ポンプ３の吐出口と電解槽２の流入口とが配管で接続され、希釈水ポンプ４の第２吐出口と電解槽２の第２流入口とが第２配管で接続される。この場合でも、流入口に対して吐出口を下方に配置し、第２流入口に対して第２吐出口を上方に配置すれば、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

さらに、予め原液Ｗ１と希釈水Ｗ２を混合して所定濃度に調整した電解質水溶液Ｗ３を原料ポンプ３で電解槽２に供給するように電解水製造装置Ａが構成されていてもよい。すなわち、希釈水ポンプ４を備えていなくてもよい。これら構成の電解水製造装置Ａにおいても、本実施形態と同様の位置関係でポンプ３、４、電解槽２を配設することで、本実施形態と同様の作用効果を得ることが可能である。

また、吐出口３ｂが流入口２６よりも下方に配されていたとしても、チューブ３２の中間部が流入口２６よりも上方（流入口２６が位置する水平面よりも上方）に配されていた場合は、この中間部と流入口２６との間で、原液Ｗ１と電解液Ｗ４との移流が生じる可能性がある。この移流をも防止する必要がある場合は、チューブ３２を全て流入口２６が位置する水平面よりも下方に配置すればよい。
同様に、吐出口４ｂが流入口２６よりも上方に配されていたとしても、チューブ３４の中間部が流入口２６よりも下方（流入口２６が位置する水平面よりも下方）に配されていた場合は、この中間部と流入口２６との間で、希釈水Ｗ２と電解液Ｗ４との移流が生じる可能性がある。この移流をも防止する必要がある場合は、チューブ３４を全て流入口２６が位置する水平面よりも上方に配置すればよい。

また、本発明の実施形態では、原料ポンプ３と希釈水ポンプ４のいずれもがポンプブラケット４２に取り付けられている。一方、原料ポンプ３と希釈水ポンプ４がそれぞれ異なるブラケットに取り付けられ、それぞれのブラケットを介して電解槽２に設けられていてもよい。

本発明は、塩素イオンを含有する原料水を電気分解して電解水を製造する電解水製造装置に広く利用することができる。

１ タンク
２ 電解槽
３ 原料ポンプ
３ａ 吸入口
３ｂ 吐出口
４ 希釈水ポンプ
４ａ 吸入口
４ｂ 吐出口（第２吐出口）
５ 電解電源
６ 混合器
１０ ケーシング
１１，１２ 電極板
１３，１４，１５ スペーサ
１６ 電極棒挿入孔
１７，１８ 電極棒
２０ 胴体
２１，２２ 側体
２６ 流入口（流入口、第２流入口）
２７ 取出口
２８ 電解室
３０ 流通路
３１ チューブ
３２ チューブ（配管）
３３ チューブ
３４ チューブ（第２配管）
３５ チーズ継手
３６ チューブ（配管、第２配管）
４０ 固定爪
４１ 電解槽ブラケット
４２ ポンプブラケット（ブラケット、第２ブラケット）
４３ ポンプ位置決め保持孔（ポンプ位置決め保持部）
４４ ポンプ位置決め保持孔（第２ポンプ位置決め保持部）
４５ 試験管
４６ 試験管
Ａ 電解水製造装置
Ｏ１ 軸線
Ｗ１ 原液（原料水）
Ｗ２ 水（希釈水）
Ｗ３ 電解質水溶液（原料水）
Ｗ４ 電解液
Ｗ５ 電解殺菌水（電解水）

Claims (3)

1. 塩素イオンを含有する原料水を電気分解して電解水を製造する電解水製造装置であって、
   電解槽と、
   前記電解槽に前記原料水を供給する原料ポンプと、
   前記原料水を吐出する前記原料ポンプの吐出口と、前記電解槽に前記原料水を流入させる流入口とを接続する配管と、を備え、
   前記流入口に対して前記吐出口を下方に配して前記原料ポンプが設けられ、
   前記原料水が所定の電解質濃度になるように前記原料水に混合させる希釈水を供給する希釈水ポンプと、
   前記希釈水を吐出する前記希釈水ポンプの第２吐出口と、前記電解槽に前記希釈水を流入させる第２流入口とを接続する第２配管と、をさらに備え、
   前記第２流入口に対して前記第２吐出口を上方に配して前記希釈水ポンプが設けられている電解水製造装置。
2. 前記電解槽に着脱可能に取り付けられるブラケットをさらに備え、
   前記ブラケットには、前記原料ポンプを着脱可能に取り付けるとともに前記流入口に対して前記吐出口を所定位置に配して位置決め保持するポンプ位置決め保持部が設けられている請求項１に記載の電解水製造装置。
3. 前記電解槽に着脱可能に取り付けられる第２ブラケットをさらに備え、
   前記第２ブラケットには、前記希釈水ポンプを着脱可能に取り付けるとともに前記第２流入口に対して前記第２吐出口を所定位置に配して位置決め保持する第２ポンプ位置決め保持部が設けられている請求項２に記載の電解水製造装置。