JP5750510B2 - 電解水製造装置 - Google Patents
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Description
本願は、2011年8月24日に日本に出願された特願2011−182493号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本発明の第8の態様によれば、上記第2または第4の態様において、前記第2電解液移流抑止部が、水平方向に延びる中心軸周りに巻回される環状に形成されている。
本発明の第9の態様によれば、上記第2または第4の態様において、前記第2電解液移流抑止部が、水平方向に延びる中心軸周りで湾曲するU字状部及び逆U字状部の少なくとも一方を備えて形成されている。
本発明の第10の態様によれば、上記第2または第4の態様において、前記第2電解液移流抑止部が、鉛直方向に延びる中心軸周りに巻回される環状に形成されている。
以下、図1から図8Bを参照し、本発明の第1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。
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(原料水配管)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(希釈水配管)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。
(1)10mL試験管46、47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46、47に5mLずつ注液した。3本の試験管46を第1セット、3本の試験管47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46、47内に注液した。染色電解液W4’の投入直後の様子を図4A,5Aに示す。このとき、図4Aに示すように、3本の試験管46(第1セット)には、染色電解液W4’を試験管46内の上から液面に添加(注液)した。また、図5Aに示すように、残りの3本の試験管47(第2セット)には、染色電解液W4’を試験管47の液底に添加した。
(5)各試験管46、47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4B,5Bに、50時間経過後の様子を図4C,5Cに、100時間経過後の様子を図4D,5Dに示す。
そのため、図4A〜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。
(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6A〜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7A〜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6A,7A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6B,7Bに、50時間経過後の様子を図6C,7Cに、70時間経過後の様子を図6D,7Dに、100時間経過後の様子を図6E,7Eに、200時間経過後の様子を図6F,7Fに示す。
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。
電解槽2の流入口26に接続した他端32bから電解液W4が原料水チューブ32に向かって移流すると、電解液W4は原料水チューブ32内を矢印X方向に流動し逆U字状部42に達する(図3参照)。しかしながら、その先には下向勾配管路32cが存在している。この下向勾配管路32cは下向きの方向に管路を形成しているため電解液W4はそれ以上は進むことができない。よって、下向勾配管路32cによって、電解液W4が原料水チューブ32の一端32a側にさらに流動することが抑止される。
電解槽2の流入口26に接続した他端34bから電解液W4が希釈水チューブ34に向かって移流すると、電解液W4は希釈水チューブ34内を矢印Y方向に流動しU字状部44に達する(図3参照)。しかしながら、その先には上向勾配管路34cが存在している。この上向勾配管路34cは上向きの方向に管路を形成しているため電解液W4はそれ以上は進むことができない。よって、上向勾配管路34cによって、電解液W4が希釈水チューブ34の一端34a側にさらに流動することが抑止される。
この場合においても、電解槽2の流入口26に接続した他端32b側から原料水チューブ32内を矢印X方向で流動する電解液W4が、下向勾配管路32cに到達すると、管路が下向きであるため電解液W4はそれ以上は進むことができない。このため、電解液W4が原料水チューブ32の一端32a側にさらに流動することを抑止でき、本実施形態と同様の作用効果を得ることが可能である。
この場合においても、電解槽2の流入口26に接続した他端34b側から希釈水チューブ34内を矢印Y方向で流動する電解液W4が、上向勾配管路34cに到達すると、管路が上向きであるため電解液W4はそれ以上は進むことができない。このため、電解液W4が希釈水チューブ34の一端34a側にさらに流動することを抑止でき、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、図13(及び図11)に示すように、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。
上記のように構成した場合においても、本実施形態と同様に原料水チューブ32や希釈水チューブ34に電解液移流抑止部40、45を形成することによって、本実施形態と同様の作用効果を得ることが可能である。
次に、図1、図2、図17を参照し、本発明の第2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、第1実施形態と同様に、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ており、第1実施形態に対して電解液移流抑止部の構成のみが異なる。よって、第1実施形態と同様の構成に対しては、その詳細な説明を省略する。
また、希釈水チューブ34(希釈水配管)が、一端34a(又は吐出口4b)と他端34b(又は流入口26)との間に、一端34a側に対して他端34b側を下方に配して構成される第2電解液移流抑止部45を形成して配設されている。
また、希釈水チューブ34は、他端34bから一端34aに向かうに従い上方に延びるように、中心軸O7回りに巻回された環状(ループ状)に形成されている。この環状の希釈水チューブ34の形状が、他端34b側(又は流入口26側)から一端34a側(又は吐出口4b側)に向かうに従い上昇する上向勾配管路34cを形成している。この上向勾配管路34cが、第2電解液移流抑止部45の要部となっている。すなわち、第2電解液移流抑止部45の少なくとも一部に、上向勾配管路34cが設けられている。
したがって、本実施形態の電解水製造装置Aにおいても、第1実施形態と同様に、原料ポンプ3の吐出口3bが電解槽2の流入口26よりも上方に配されるように原料ポンプ3を設けた場合であっても、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に接続した配管32内に流動することを抑止できる。また、希釈水ポンプ4の吐出口4bが電解槽2の流入口26よりも下方に配されるように希釈水ポンプ4を設けた場合であっても、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に接続した配管34内に流動することを抑止できる。
上記のように構成した場合においても、本実施形態と同様に原料水チューブ32や希釈水チューブ34に電解液移流抑止部40、45を形成することによって、本実施形態と同様の作用効果を得ることが可能である。
次に、図1、図2、図20を参照し、本発明の第3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、第1、第2実施形態に対して電解液移流抑止部の構成のみが異なる。よって、第1、第2実施形態と同様の構成に対しては、その詳細な説明を省略する。
また、希釈水チューブ34は、他端34bから一端34aに向かうに従い、下方に進み始めた後に中心軸O9回りで巻回されて環状(ループ状)に形成されている。この環状の希釈水チューブ34における下方に進んだ後に上方に進み始める部位が、他端34b側(又は流入口26側)から一端34a側(又は吐出口4b側)に向かうに従い上昇する上向勾配管路34c(第2勾配配管)を形成している。この上向勾配管路34cが、第2電解液移流抑止部45の要部となっている。
したがって、本実施形態の電解水製造装置Aにおいても、第1、第2実施形態と同様に、原料ポンプ3の吐出口3bが電解槽2の流入口26よりも上方に配されるように原料ポンプ3を設けた場合であっても、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に接続した配管32内の電解液移流抑止部40より先へ流動することを抑止できる。また、希釈水ポンプ4の吐出口4bが電解槽2の流入口26よりも下方に配されるように希釈水ポンプ4を設けた場合であっても、運転停止後直ちに、電解槽2から電解液W4が希釈ポンプ4に接続した配管34内の第2電解液移流抑止部45より先へ流動することを抑止できる。
上記のように構成した場合においても、本実施形態と同様に原料水チューブ32や希釈水チューブ34に電解液移流抑止部40、45を形成することによって、本実施形態と同様の作用効果を得ることが可能である。
次に、図1、図2、図29を参照し、本発明の第4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、第1、第2、第3実施形態に対して電解液移流抑止部の構成のみが異なる。よって、第1、第2、第3実施形態と同様の構成に対しては、その詳細な説明を省略する。
また、段部51が、他端34b側(又は流入口26側)から一端34a側(又は吐出口4b側)に向かうに従い上昇する上向勾配管路34cを形成し、第2電解液移流抑止部45の要部となっている。
したがって、本実施形態の電解水製造装置Aにおいても、第1、第2、第3実施形態と同様に、原料ポンプ3の吐出口3bが電解槽2の流入口26よりも上方に配されるように原料ポンプ3を設けた場合であっても、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に接続した配管32内の電解液移流抑止部40より先へ流動することを抑止できる。また、希釈水ポンプ4の吐出口4bが電解槽2の流入口26よりも下方に配されるように希釈水ポンプ4を設けた場合であっても、運転停止後直ちに、電解槽2から電解液W4が希釈ポンプ4に接続した配管34内の第2電解液移流抑止部45より先へ流動することを抑止できる。
上記のように構成した場合においても、本実施形態と同様に原料水チューブ32や希釈水チューブ34に電解液移流抑止部40、45を形成することによって、本実施形態と同様の作用効果を得ることが可能である。
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 原料水チューブ(原料水配管)
32a 一端
32b 他端
32c 下向勾配管路(勾配配管)
33 チューブ
34 希釈水チューブ(希釈水配管)
34a 一端
34b 他端
34c 上向勾配管路(第2勾配配管)
35 チーズ継手
36 チューブ(原料水配管、希釈水配管)
40 電解液移流抑止部
41 U字状部
42 逆U字状部
43 逆U字状部
44 U字状部
45 第2電解液移流抑止部
46 試験管
47 試験管
50 段部
51 段部(第2段部)
A 電解水製造装置
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 (12)
- 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、前記原料水を流入させる前記電解槽の流入口とを接続する原料水配管と、
前記原料水配管において、前記吐出口と前記流入口との間に形成される電解液移流抑止部と、を備え、
前記吐出口が前記流入口よりも上方に配されるように前記原料ポンプが設けられ、
前記電解液移流抑止部の少なくとも一部に、前記吐出口側よりも前記流入口側を上方に配し、電解液が電解槽から原料ポンプに接続した配管内に移流することを抑止する勾配配管が設けられている電解水製造装置。 - 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を希釈するための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、前記希釈水を流入させる前記電解槽の第2流入口とを接続する希釈水配管と、
前記希釈水配管において、前記第2吐出口と前記第2流入口との間に形成される第2電解液移流抑止部と、をさらに備え、
前記第2吐出口が前記第2流入口よりも下方に配されるように前記希釈水ポンプが設けられ、
前記第2電解液移流抑止部の少なくとも一部に、前記第2吐出口側よりも前記第2流入口側を下方に配した第2勾配配管が設けられている請求項1に記載の電解水製造装置。 - 前記電解液移流抑止部を形成した状態で前記原料水配管を固定する固定手段をさらに備える請求項1に記載の電解水製造装置。
- 前記第2電解液移流抑止部を形成した状態で前記希釈水配管を固定する第2固定手段をさらに備える請求項2に記載の電解水製造装置。
- 前記電解液移流抑止部が、水平方向に延びる中心軸周りに巻回される環状に形成されている請求項1から4のいずれか一項に記載の電解水製造装置。
- 前記電解液移流抑止部が、水平方向に延びる中心軸周りで湾曲するU字状部及び逆U字状部の少なくとも一方を備えて形成されている請求項1から4のいずれか一項に記載の電解水製造装置。
- 前記電解液移流抑止部が、鉛直方向に延びる中心軸周りに巻回される環状に形成されている請求項1から4のいずれか一項に記載の電解水製造装置。
- 前記第2電解液移流抑止部が、水平方向に延びる中心軸周りに巻回される環状に形成されている請求項2又は4に記載の電解水製造装置。
- 前記第2電解液移流抑止部が、水平方向に延びる中心軸周りで湾曲するU字状部及び逆U字状部の少なくとも一方を備えて形成されている請求項2又は4に記載の電解水製造装置。
- 前記第2電解液移流抑止部が、鉛直方向に延びる中心軸周りに巻回される環状に形成されている請求項2又は4に記載の電解水製造装置。
- 前記電解液移流抑止部が、前記吐出口から前記流入口に向かうに従い上方に傾斜する段部を備えて形成されている請求項1から4のいずれか一項に記載の電解水製造装置。
- 前記第2電解液移流抑止部が、前記第2吐出口から前記第2流入口に向かうに従い下方に傾斜する第2段部を備えて形成されている請求項2または4に記載の電解水製造装置。
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