JP5859177B1

JP5859177B1 - 電解装置および電解水生成方法

Info

Publication number: JP5859177B1
Application number: JP2015537862A
Authority: JP
Inventors: 横田　昌広; 昌広横田; 英男太田; 千草　尚; 尚千草; 松田　秀三; 秀三松田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2014-09-22
Filing date: 2015-02-23
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2035-02-23
Also published as: JPWO2016047161A1

Abstract

実施形態の電解装置は、電解質液を流す中間室(18a)と陽極室(18b)とに区画する第１隔膜(17a)と、前記中間室(18a)と陰極室(18c)とに区画する第２隔膜(17b)と、第１隔膜(17a)に対向して陽極室(18b)に設けられた陽極(15a)と、第２隔膜(17b)に対向して陰極室(18c)に設けられた陰極(15b)と、を具備する電解槽(10)と、陽極室(18b)および陰極室(18c)に水を供給するとともに、陽極室(18b)および陰極室(18c)の少なくとも一方への水の供給排出量を間欠的に変動させる水供給部(80)と、中間室(18a)へ電解質液を供給および排出する電解質液供給部(20)と、陽極室(18b)および陰極室(18c)の少なくとも一方において水の供給排出量が小さくなっているか又は静水している状態で、陽極(15a)および陰極(15b)に電圧を印加して電解質液を電解する制御部(500)と、を備える。

Description

ここで述べる実施形態は、電解装置および電解水生成方法に関する。

（関連出願の引用）
本出願は、２０１４年９月２２日に出願した先行する日本国特許出願第２０１４−１９２９３９号を基礎とし、その優先権の利益を求めているとともに、この日本国特許出願の内容全体は引用により本出願に包含される。

従来、アルカリイオン水、オゾン水または次亜塩素酸水などを生成する装置として、３室型の電解槽を有する電解水生成装置が用いられている。３室型の電解槽は、陽イオン交換膜および陰イオン交換膜からなる隔膜によって、ケーシング内が陽極室、中間室および陰極室と３室に区切られる。陽極室および陰極室には、陽極および陰極がそれぞれ配置されている。

このような電解水生成装置では、例えば、中間室に塩水を流し、左右の陰極室および陽極室に水を流して、中間室の塩水を陰極および陽極で電解することにより、陽極室で発生した塩素ガスから次亜塩素酸水を生成するとともに、陰極室で水酸化ナトリウム水を生成する。生成した次亜塩素酸水は殺菌消毒水として、水酸化ナトリウム水は洗浄水として活用される。上述した技術に関連する文献を下記に示し、内容全体を引用によりここに包含する。

特許第３５００１７３号公報

しかしながら、中間室と陽極室とを区画する陰イオン交換膜は、陽極で発生する塩素ガスや酸アルカリへの耐久性に乏しい。また、上記のような３室型の電解槽では、電解槽に水および電解質液を送水する際に生じる陽極室および／または陰極室と中間室との水圧差等により、電極とイオン交換膜との間に隙間が生じ、電解特性が変動する場合がある。

本実施形態が取り扱う課題は、耐久性又は電解効率の向上を図る電解装置又は電解水生成方法を提供することである。

実施形態によれば、電解装置は、電解質液を流す中間室と陽極室とに区画する第１隔膜と、前記中間室と陰極室とに区画する第２隔膜と、前記第１隔膜に対向して前記陽極室に設けられた陽極と、前記第２隔膜に対向して前記陰極室に設けられた陰極と、を具備する電解槽と、前記陽極室および前記陰極室に水を供給するとともに、前記陽極室および前記陰極室の少なくとも一方への水の供給排出量を間欠的に変動させる水供給部と、前記中間室へ電解質液を供給および排出する電解質液供給部と、前記陽極室および前記陰極室の少なくとも一方において前記水の供給排出量が小さくなっているか又は静水している状態で、前記陽極および前記陰極に電圧を印加して前記電解質液を電解する制御部と、を備える。

図１は、第１の実施形態に係る電解装置の概略的な構成図である。図２は、第２の実施形態に係る電解装置の概略的な構成図である。図３は、第３の実施形態に係る電解装置の概略的な構成図である。図４は、第４の実施形態に係る電解装置の概略的な構成図である。

以下に、図面を参照しながら、種々の実施形態について説明する。なお、実施形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。なお、本願において、「静水」は、必ずしも流体が完全に静的な状態であることを要求しない。静水とは、透過することを望まないイオン物質が、イオン選択性の無い多孔質膜を、所定の時間内に、十分にわずかにしか移動しない程度に、流体の運動が穏やかであることを意味してもよく、或いは、流体の圧力が十分に小さいことを意味してもよい。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電解装置１全体の構成を概略的に示す図である。図１に示すように、電解装置１は、３室型の電解槽１０を備えている。この電解槽１０は、例えば、ほぼ矩形箱状のケーシングを備える。ケーシング内は、第１隔膜１７ａおよび第２隔膜１７ｂにより、中間室１８ａと、中間室１８ａの両側に位置する陽極室１８ｂおよび陰極室１８ｃと、に仕切られている。本実施形態において、第１隔膜１７ａおよび第２隔膜１７ｂは、同じ仕様の多孔質膜でそれぞれ構成している。陽極室１８ｂ内には第１隔膜１７ａに近接して陽極１５ａが設けられ、陰極室１８ｃ内には第２隔膜１７ｂに近接して陰極１５ｂが設けられている。

中間室１８ａは、電解質液が流入する第１流入口１４ａおよび中間室１８ａ内を流れた電解質液を排出する第１流出口１４ｂを有する。陽極室１８ｂは、電解水が流入する第２流入口１２ａおよび陽極室１８ｂ内を流れた電解水を排出する第２流出口１２ｂを有する。陰極室１８ｃは、電解水が流入する第３流入口１６ａおよび陰極室１８ｃ内を流れた電解水を排出する第３流出口１６ｂを有する。第１の実施形態では、陽極室１８ｂおよび陰極室１８ｃの容量は、双方とも５００ｃｃである。一般的に、陽極室１８ｂおよび陰極室１８ｃの容量が、２００ｃｃ以上であると、下で説明する間欠動作のサイクルが短くならず、制御が容易になる。

多孔質膜１７は、例えば、酸化物セラミック、ＰＶＤＦ（polyvinylidenedifluoride）樹脂、ＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）樹脂といった塩素ガスなどに対して耐性のある材質を選ぶことができる。多孔質膜の透水性は、例えば、１０ｍｌ／分／ｃｍ2／ＭＰａのものを使用することができる。基本的に、多孔質膜は、イオン選択透過性は無いが、塩素ガスに対する耐性のある材料を選定することができる。ただし、電解槽の隔膜として使うには、電解質が透過できなければならないため、イオン選択性が無いため結果的に透水性のある多孔質膜の選択が不可欠となる。

一方、イオン選択性は無いが透水性はある多孔質膜を使用した場合、隔膜の両側の水圧差により、余分な物質、たとえば、陽極室にとって不要な陽イオンも透過することになる。そのため、中間室１８ａに食塩水を用いた場合、水圧差によっては不要な塩分が陽極室１８ｂあるいは陰極室１８ｃに混入する懸念があった。

上記の透水性を有した多孔質膜を使用すれば、中間室１８ａの陽極室１８ｂおよび陰極室１８ｃに対する相対的な水圧を２ｋＰａ以下とすることによって、陽極室１８ｂおよび陰極室１８ｃにて生成するアルカリ性水および酸性水への塩分の混入が３００ｐｐｍ以下となり、水道水基準を満たすことができる。更に、透水性が０．１〜１０ｍｌ／分／ｃｍ²／ＭＰａの範囲内であり、孔径が２〜１００ｎｍの範囲内である多孔質膜を使用すれば、上記相対的な水圧が１〜１０ｋＰａの範囲内であっても、塩分混入を防止することができる。上記の透水性及び孔径を有する多孔質膜としては、例えば、限外ろ過膜を使用することが望ましい。

本実施形態の電解装置１は、下に説明するように、中間室１８ａ内の食塩水および陽極室１８ｂ並びに陰極室１８ｃ内の水を静水させた状態で電解することが可能である。換言すると、上記相対的な水圧が０ｋＰａの状態、または、十分に小さい圧力で電解することが可能であり、その場合、透水性が０．１〜１００ｍｌ／分／ｃｍ²／ＭＰａの範囲内であり、孔径が２〜１０００ｎｍの範囲内である多孔質膜を使用しても、塩分混入を防止することができる。また、透水性が１００ｍＬ／分／ｃｍ²／ＭＰａを超える多孔質膜では、水圧差を無くしても拡散により不要な塩分が混入してしまう。透水性が０．１ｍＬ／分／ｃｍ²／ＭＰａ以下の多孔質膜では電解に必要な電解質が十分透過できず所望の電解ができなくなる。

電解装置１は、電解槽１０に加えて、電解槽１０の中間室１８ａに電解質液、例えば、飽和食塩水を供給する電解質液供給部２０と、陽極室１８ｂおよび陰極室１８ｃに電解水、例えば、水を供給する水供給部８０と、陽極１５ａおよび陰極１５ｂに正電圧および負電圧をそれぞれ印加する電源４０と、を備えている。

電解質液供給部２０は、飽和食塩水を生成および収容する塩水タンク（電解質液タンク）７０、塩水タンク７０から第１流入口１４ａを通して中間室１８ａに飽和食塩水を導く供給配管２０ａ、供給配管２０ａ中に設けられた送液ポンプ５０、および、中間室１８ａを流れた食塩水を第１流出口１４ｂから再び塩水タンク７０に循環させる排出配管２０ｂを備えている。図１に示した通り、第１の実施形態に係る電解装置１では、電解質液である食塩水が送液ポンプ５０によって、中間室１８ａと塩水タンク７０との間を循環する仕様である。

給水配管８０ａに設けられた後述の電磁弁１００および送液ポンプ５０は、制御部５００に接続され、この制御部５０によって動作が制御される。送液ポンプ５０は、電磁弁１００と連動し、稼働および停止を、それぞれ５秒ごとに行う。即ち、送液ポンプ５０は、１０秒を１サイクルとして稼働および停止を繰り返す。送液ポンプ５０を稼働した時の中間室１８ａの水圧は、５〜１５ｋＰａ程度であり、送液ポンプ５０を停止した時の中間室１８ａの水圧は０ｋＰａまたは限りなく小さい水圧である。なお、中間室１８ａ内の食塩水は、送液ポンプ５０の停止とともに、速やかに静水状態となる。

送液ポンプ５０の送水圧力および電磁弁１００の開閉時間は、電解槽１０の容量に応じて決定してもよい。しかし、電解質液に飽和食塩水を用いた場合、消費される電解質は流水量に比べて極めて微量であるため、送液ポンプ５０の稼働は必ずしも電磁弁１００の開く時間に一致させる必要はない。たとえば、送液ポンプ５０の稼働時間を２秒とし停止時間を８秒としてもよいし、２〜１０サイクル、すなわち２０〜１００秒間隔に１度だけ電磁弁１００が開いたタイミングで送液ポンプ５０を稼働するように、稼働頻度を間引いて送液ポンプ５０を稼働してもよい。

本実施形態では送液ポンプ５０の稼働と停止により送水と静水を切り替える方式としているが、実施形態の本質は流水量を間欠的に変えることで水圧を制御することである。従って、電解装置１は、必ずしも送液ポンプ５０の稼働および停止のみで制御しなくてもよい。例えば、たとえば、インバータ回路を用いて送液ポンプ５０の送水量を変動させ、送水量を多くする時間と送水量を少なくする時間とを間欠的に行うようにしてもよい。すなわち、実施形態に係る電解装置１は、適切な水圧制御が間欠的に切り替えられればよい。

水供給部８０は、水を供給する図示しない給水源と、給水源から陽極室１８ｂおよび陰極室１８ｃの下部に水を導く給水配管８０ａと、給水配管８０ａ中に設けられた電磁弁１００と、陽極室１８ｂを流れた水を陽極室１８ｂの第２流出口１２ｂから排出する第１排水配管８０ｂと、陰極室１８ｃを流れた水を陰極室１８ｃの第３流出口１６ｂから排出する第２排水配管８０ｃと、第１排水配管８０ｂおよび第２排水配管８０ｃ中に設けられた逆止弁４００ｂおよび４００ｃと、を備えている。

給水配管８０ａは、電磁弁１００より先が２枝に分岐し、分岐した配管の一端は陽極室１８ｂに設けられた第２流入口１２ａに接続され、もう一端は陰極室１８ｃに設けられた第３流入口１６ａに接続されている。

第１排水配管８０ｂおよび第２排水配管８０ｃに設けられた逆止弁４００ｂ、４００ｃの存在により、生成した酸性水およびアルカリ性水は、陽極室１８ｂおよび陰極室１８ｃの水圧が所定の値よりも高い場合に排出されるが、下流側から陽極室１８ｂおよび陰極室１８ｃ側には逆流しない。そのため、電解時に発生するガスによる配管系統の内圧上昇、および生成した酸性水ならびにアルカリ性水の逆流を抑制できる。また、逆止弁４００ｂおよび４００ｃにより、外部からの虫や空気の混入も防げる。

給水配管８０ａ、第１排水配管８０ｂおよび第２排水配管８０ｃは、供給源の水圧が、レギュレータなどによって標準水圧である０．２ＭＰａに調整してある場合、標準流量が１Ｌ／５秒となるように設定されている。この際、陽極室１８ｂおよび陰極室１８ｃの水圧が２０〜３０ｋＰａとなるように流路および配管が構成されている。

また、電磁弁１００は送液ポンプ５０と連動して５秒開いては５秒閉じる動作を繰り返えす。その結果、電磁弁１００が開いている間は陽極室１８ｂおよび陰極室１８ｃ内の水が５秒間で１Ｌ押出され、各５００ｃｃの容量である陽極室１８ｂおよび陰極室１８ｃ内の水が完全に入れ替わるようにしている。

従って、陽極室１８ｂおよび陰極室１８ｃの水圧は、電磁弁１００が閉じている場合、０ｋＰａであるか、または、限りなく小さい水圧であり、電磁弁１００が開いている場合、２０〜３０ｋＰａとなる。一方、中間室１８ａの水圧は、送液ポンプ５０が停止していれば、０ｋＰａまたは限りなく小さい水圧であり、送液ポンプ５０が稼働していれば、５〜１５ｋＰａである。このため、送液ポンプ５０が稼働しているタイミングでは必ず電磁弁１００が開いており、陽極室１８ｂおよび陰極室１８ｃの水圧が、中間室１８ａの水圧と比較して高くなり、中間室１８ａから陽極室１８ｂおよび／または陰極室１８ｃへ多孔質膜を介して塩分が混入することがないようにしている。

なお、上の説明では電磁弁１００の開閉により、陽極室１８ｂおよび陰極室１８ｃに供給排出する水は、間欠的に、送水と静水とを繰り返すとした。しかしながら、本実施形態の電解装置は流水圧力を間欠的に制御することがより重要である。流水圧力の制御は、陽極室１８ｂ、陰極室１９ｃおよび中間室１８ａへの供給水量を少なくすることによって実現してもよい。例えば、給水配管８０ａに送水ポンプを設け、送水ポンプの送水量をインバータ制御により制御し、電解時は送水量を小さくして水圧を所定値以下にしてもよい。換言すると、陽極室１８ｂおよび陰極室１８ｃへの水の供給排出量が小さくなっている状態で、陽極１５ａおよび陰極１５ｃに電圧を印加して電解質液を電解してもよい。

以下、上記のように構成された電解装置１により、実際に食塩水を電解して酸性水（次亜塩素酸および塩酸）とアルカリ性水（水酸化ナトリウム）を生成する動作について説明する。なお、第１の実施形態において、送液ポンプ５０と、電源４０と、電磁弁１００とは、制御部５００によって制御されており、液の給水排出、弁の開閉、電圧の印加は適切に同期されているとする。

先ず、給水源の水圧をレギュレータ等によって標準水圧の０．２ＭＰａとなるように設定し、電磁弁１００を開いたときに、例えば、送水量が２４Ｌ／分となるように圧力調整しておく。続いて、送液ポンプ５０の稼働／停止と電磁弁１００の開／閉とを同期させ、電解槽１０の中間室１８ａに飽和食塩水を供給するとともに、陽極室１８ｂおよび陰極室１８ｃに水を給水する。送液ポンプ５０の稼働時間と電磁弁１００の開口時間とは、それぞれ５秒間とする。続いて、送液ポンプ５０の停止と電磁弁１００の閉塞とを同時に５秒間行う。即ち、送液ポンプ５０の稼働停止および電磁弁１００の開閉を、それぞれ、同期させながら１０秒間を１サイクルとして繰り返し実施する。送液ポンプ５０の稼働停止および電磁弁の開閉サイクルは、陽極室１８ｂ、陰極室１８ｃおよび中間室１８ａの容量および／又は給水源の水圧などとの兼ね合いで適時調整してよい。

一般的に、陽極室１８ｂおよび陰極室１８ｃの容量が、２００ｃｃ以上であると、上記間欠動作のサイクルが長くなり、制御が容易になる。また、間欠動作のサイクルが長いと、装置負担が軽減し、送液ポンプの寿命が延びる。なお、電磁弁１００を開いて送水する水の量は、陽極室１８ａの容量と陰極室１８ａの容量との合計の２倍である２０００ｃｃ程度とする。換言すると、各室の容量の２倍程度の量の水を余分に送水して新しい水と入れ替える。

送液ポンプ５０が停止し、電磁弁１００が閉じている間、中間室１８ａおよび陽極室１８ｂ並びに陰極室１８ｃ内の食塩水および水は静水となり、各室の水圧は０ｋＰａまたは十分に小さい水圧となる。この間、陽極１５ａおよび陰極１５ｂには、電圧が印加され、電解が行われる。第１送液ポンプ５０の停止と電磁弁１００を閉塞することと陽極１５ａおよび陰極１５ｂに電圧が印加されることとは、制御部５００によって同期される。上記の設定では、平均すると陽極室１８ｂおよび陰極室１８ｃは、それぞれ、６Ｌ／分の酸性水およびアルカリ性水を生成する。

上述したとおり、送液ポンプ５０の送水圧は、およそ５〜１５ｋＰａであり、給水原の送水圧は、およそ２０〜３０ｋＰａである。そのため、透水性のある多孔質膜１７ａ、１７ｂを用いても食塩水および水を電解槽１０に送水している時は、陽極室１８ｂおよび陰極室１８ｃの水圧が、中間室１８ａの水圧と比較して高くなり、中間室１８ａから陽極室１８ｂおよび／または陰極室１８ｃへ塩分が混入することがない。また、食塩水および水が静水状態であるときも、各室の水圧差が無いため中間室１８ａから陽極室１８ｂおよび／または陰極室１８ｃへ塩分が混入しない。

陽極１５ａおよび陰極１５ｂに電圧が印加され、電解が行われている間、中間室１８ａへ流入した食塩水中において電離しているナトリウムイオンは、陰極１５ｂに引き寄せられ、第２隔膜１７ｂを通過して、陰極室１８ｃへ流入する。そして、陰極室１８ｃにおいて、水が分解して水素ガスを生じ、水酸化ナトリウム水溶液を生成する。同時に透水性のある第２隔膜１７ｂを塩素イオンや水も通過できるが、電解時は各室の水圧がゼロであるため、塩素イオンの通過量は水道水基準以下のわずかな量に抑制される。このようにして生成された水酸化ナトリウム水溶液および水素ガスは、陰極室１８ｃの第３流出口１６ｂから第２排出配管８０ｃを通って排出される。

また、中間室１８ａ内の食塩水中で電離している塩素イオンは、陽極１５ａに引き寄せられ、多孔質膜１７ａを通過して、陽極室１８ｂへ流入する。そして、陽極１５ａにて塩素ガスが発生し、塩素ガスは陽極室１８ｂ内で水と反応して次亜塩素酸と塩酸を生じる。同時に透水性のある多孔質膜１７ａをナトリウムイオンや水も通過できるが、電解時は各室の水圧がゼロであるためナトリウムイオンの通過量は水道水基準以下のわずかな量に抑制される。このようにして生成された酸性水（次亜塩素酸および塩酸）は、陽極室１８ｂの第２流出口１２ｂから第１排出配管８０ｂを通って流出する。
以後、上で述べた処理を繰り返す。以上が第１の実施形態の電解装置１を使用した場合の、一連の電解水生成動作の説明である。

上記のとおり、第１の実施形態に係る電解装置１では、食塩水および水のそれぞれが静水状態であるときのみならず、食塩水および水のそれぞれが送水されている時であっても、陽極室１８ｂおよび陰極室１８ｃの水圧が、中間室１８ａの水圧と比較して高くなり、中間室１８ａから陽極室１８ｂおよび陰極室１８ｃへ塩分が混入することが防止される。

上記の構成を採用された本発明の第１の実施形態によれば、３室型電解槽を備える電解装置１は、高耐性で透水性のある多孔質膜を第１隔膜および第２隔膜として使用するとともに、電解時は各室の水流を静水して水圧差を無くし、かつ、送水時には中間室が他室より陰圧になるようにして、陽極室および陰極室への塩分の混入を防ぎつつ且つ塩素ガス等で隔膜が棄損されにくい、安定的な電解を実施できる構成としている。

（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に係る電解装置１の概略的な構成図である。第２の実施形態に係る電解装置１は、第１排水配管８０ｂおよび第２排水配管８０ｃに、容量が２Ｌである陽極補助室９０ｂおよび陰極補助室９０ｃがさらに設けられている。第２の実施形態において、電解装置１の他の構成は、第１の実施形態に係る電解装置１と同様である。

上記のように、陽極補助室９０ｂおよび陰極補助室９０ｃを設けると、陽極室１８ｂおよび陰極室１８ｃの容量を小さくコンパクトにしても一度に送水する水の量を多くすることができ、電磁弁１００の開閉など間欠動作の周期を、例えば、３０秒（例えば、電磁弁１００を６秒開き２４秒閉じる）と長くすることができる。即ち、第２の実施形態に係る電解装置１では、装置負担が軽減されている。電磁弁１００の開閉周期は、上記３０秒に限らず、２０秒、４０秒、５０秒または６０秒であってもよい。また、電磁弁１００を開く時間と閉じる時間の比は、上記１：４に限らず適宜変更可能である。例えば、給水配管８０ａおよび第１排水配管８０ｂおよび第２排水配管８０ｃの径を太くすることにより、電磁弁１００を開く時間を短くすることも可能である。

間欠送水動作では電解槽１０の水を入れ替える際に、電解槽１０の容量より多めの水を送水しないとうまく入れ替わらない。このため、電解質液を入れ替えるために、電解槽１０の容量より余分に送水する量を見込み、電解生成物が目的の濃度より濃くなるようにアルカリ性水および酸性水を生成する。一方で、陽極室１８ｂで生成される次亜塩素酸水は、過度に濃度を高くすると酸性度が上がり、次亜塩素酸の一部が塩素ガスになって次亜塩素酸の生成効率が落ちてしまう。

第２の実施形態では、電解槽１０とは別に排水配管中に補助室をもうけて電解槽１０と連通した状態としている。このため陽極室１８ｂ（陰極室１８ｃ）と陽極補助室９０ｂ（陰極補助室９０ｂ）とをあわせた容量が大きくなり、送水時の余分な水を減らすとともに次亜塩素酸水が高濃度になりにくい構成としている。

上記構成を採用した第２の実施形態に係る電解装置１は、間欠動作のサイクルが長いため装置負担が軽減され、かつ陽極室１８ｂの電解生成効率が高い水準で維持される。

第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様、３室型電解槽を備える電解装置１は、陽極室および陰極室への塩分の混入を防ぎつつ且つ塩素ガス等で隔膜が棄損されにくく、安定的な電解を実施できる。

（第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態に係る電解装置１の概略的な構成図である。第３の実施形態に係る電解装置１によれば、電解槽１０の第１隔膜および第２隔膜として、遮水性のイオン交換膜１３ａおよび１３ｂを使用し、電解槽１０内の部屋を区画している。また、送液ポンプ５０を間欠動作させず、常時稼働させるようにした。即ち、中間室１８ａに常に飽和食塩水が流入されるようにした。第３の実施形態において、電解装置１の他の構成は、第１の実施形態に係る電解装置１と同様である。

第３の実施形態に係る電解装置１では、中間室１８ａに常に１０ｋＰａの水圧が印加されている一方、陽極室１８ｂおよび陰極室１８ｃには、電磁弁１００により間欠的に水が送水され、電解は、陽極室１８ｂおよび陰極室１８ｃ内の水が静水状態であり水圧が０ｋＰａの時に行われる。従って、電解時には中間室１８ａの水圧が陽極室１８ｂおよび陰極室１８ｃより高い状態にあり、イオン交換膜は水圧により電極に密着している。そのため、アルカリ性水および酸性水の生成効率や水質安定性が向上する。

一般的に廉価なポンプは、送水圧力が１０ｋＰａ程度と低く、陽極室１８ｂや陰極室１８ｃに流水した状態では中間室１８ａ側の水圧が低くなってしまう。しかしながら、図３の実施形態であれば電解時は陽極室１８ｂおよび陰極室１８ｃ内に流水圧力がないため、中間室１８ａが陽極室１８ｂおよび陰極室１８ｃに対して陽圧となる望ましい状態で電解することができる。

第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様、３室型電解槽を備える電解装置１は、陽極室および陰極室への塩分の混入を防ぎつつ安定的な電解を実施できる。

（第４の実施形態）
図４は、第４の実施形態に係る電解装置１の概略的な構成図である。第４の実施形態に係る電解装置１では、陽極室１８ｂの第２流入口１２ａに接続される給水配管８０ａに電磁弁１００が設けられ、陽極室１８ｂのみが間欠的に水を送水される。第４の実施形態では、陰極室１８ｃは所定の流量が常に流水する構成とした。この場合、陰極室１８ｃと中間室１８ａとには水圧差が生じるが、陽極室１８ｂと中間室１８ａとには水圧差が生じない。従って、陽極室１８ｂに塩分が混入するのを防止できる。また、第１隔膜として、塩素ガスに耐性のある多孔質膜１７ａを利用すれば、安定な電解を行うことができる。また、水酸化ナトリウム水を活用することを考慮し、陰極室１８ｃと中間室１８ａとを区画する第２隔膜は、水圧差があっても透水性がなく塩分混入しない陽イオン交換膜１３ｂを用いた。この場合、使用する隔膜の種類が陽極室１８ｂと陰極室１８ｃとで異なることから、電解に供した食塩水はｐＨが変動しやすい。そのため、食塩水は基本的に静水状態で電解に供され、食塩水の消費が限度に達した時点で食塩水を入れ替えて（例えば、３０分に１回、第１送液ポンプ５０を稼働する）廃棄する構成とした。このため、供給配管２０ａには中間室１８ａから水質変動した食塩水が逆拡散しないように逆止弁４００を設けている。第４の実施形態において、電解装置１の他の構成は、第１の実施形態に係る電解装置１と同様である。

第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様、３室型電解槽を備える電解装置１は、陽極室１８ｂおよび陰極室１８ｃへの塩分の混入を防ぎつつ且つ塩素ガス等で隔膜が棄損されにくく、安定的な電解を実施できる。

本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

たとえば、電解質液は食塩水以外のものでもよく、用途に応じて適時選定することができる。更にまた、生成する電解水も次亜塩素酸水や水酸化ナトリウム水に限らず、用途に応じて適時選定することができる。

また、上記の各実施形態で説明した、電磁弁１００の開閉時間、電解に供する時間は、目的に応じて適宜変更可能である。例えば、生成したい次亜塩素酸の濃度を倍に変更する場合は、陽極１５ａに印加する電圧の値を倍にしてもよく、印加する電圧の値を変更せずに電磁弁１００を閉塞する時間を２倍程度に長くしてもよい。また、送液ポンプ５０の送水圧力の設定値を大きくすることによって、電磁弁１００を開口する時間を短くすることも可能である。

Claims

電解質液を流す中間室と陽極室とに区画する第１隔膜と、前記中間室と陰極室とに区画する第２隔膜と、前記第１隔膜に対向して前記陽極室に設けられた陽極と、前記第２隔膜に対向して前記陰極室に設けられた陰極と、を具備する電解槽と、
前記陽極室および前記陰極室に水を供給するとともに、前記陽極室および前記陰極室の少なくとも一方への水の供給排出量を間欠的に変動させる水供給部と、
前記中間室へ電解質液を供給および排出する電解質液供給部と、
前記陽極室および前記陰極室の少なくとも一方において前記水の供給排出量が小さくなっているか又は静水している状態で、前記陽極および前記陰極に電圧を印加して前記電解質液を電解する制御部と、
を備える電解装置。
前記水供給部は、給水源から前記陽極室および前記陰極室に水を導く給水配管と、前記給水配管に設けられ前記給水配管を開閉する電磁弁とを備え、
前記制御部は、前記電磁弁を所定時間、間欠的に開放および閉塞し、前記陽極室および前記陰極室の少なくとも一方へ間欠的な給水排出を制御する請求項１に記載の電解装置。
前記間欠的な給水排出をされる前記陽極室および前記陰極室の少なくとも一方は、前記水の供給排出量が小さくなっているか又は静水している時の水圧が１０ＫＰａ以下である請求項１または２に記載の電解装置。
前記間欠的な給水排出をされる前記陽極室および前記陰極室の少なくとも一方は、前記水の供給排出量が小さくなっているか又は静水しているときの水圧が前記中間室の水圧よりも低い請求項１ないし３の何れか１項に記載の電解装置。
前記間欠的な給水排出をされる前記陽極室および前記陰極室の少なくとも一方は、前記水の供給排出量が大きくなったときの水圧が、前記水の供給排出量が大きくなったときの前記中間室の水圧より高い請求項１ないし４の何れか１項に記載の電解装置。
前記間欠的な給水排出をされる前記陽極室および前記陰極室の少なくとも一方は、前記中間室と透水性を有する多孔質膜によって区画されている請求項１ないし５の何れか１項に記載の電解装置。
前記多孔質膜の透水性は、０．１ないし１００ｍＬ／分／ｃｍ²／ＭＰａの範囲内である請求項６に記載の電解装置。
前記多孔質膜の孔径は２ないし１０００ｎｍの範囲内である請求項６または７に記載の電解装置。
前記間欠的な給水排出をされる前記陽極室および前記陰極室の少なくとも一方の容積は、２００ｃｃ以上である請求項１ないし８の何れか１項に記載の電解装置。
前記間欠的な給水排出をされる前記陽極室および前記陰極室の少なくとも一方に接続される排水配管は補助室を有し、前記陽極室の容積および前記陰極室の容積は、前記補助室の容積と併せて２００ｃｃ以上である請求項１ないし８の何れか１項に記載の電解装置。
前記間欠的な給水排出をされる前記陽極室および前記陰極室の少なくとも一方の容積よりも、前記間欠的に行う水の供給量が多い請求項１ないし１０の何れか１項に記載の電解装置。
前記間欠的な給水排出をされる前記陽極室および前記陰極室の少なくとも一方に接続される排水配管は逆止弁が設けられている請求項１ないし１１の何れか１項に記載の電解装置。
前記逆止弁は所定の水圧以上で開く安全弁であり、前記間欠的な給水排出をされる前記陽極室および前記陰極室の少なくとも一方は、前記水が静水している時に所定の水圧が印加される請求項１２に記載の電解装置。
前記所定の水圧は、１０ＫＰａ以下である請求項１３に記載の電解装置。
前記中間室に供給される前記電解質液は、電解時に前記電解質液を送水する量が小さくなっているか又は静水している状態である請求項１ないし１４の何れか１項に記載の電解装置。
前記電解質液供給部は、電解質液を貯溜する電解質液タンクと、前記電解質液タンクの電解質液を前記中間室に導く供給配管と、前記供給配管に設けられた送水ポンプと、を備え、前記制御部は、前記送水ポンプにより前記電解質液を間欠的に前記中間室に供給する請求項１ないし１５の何れか１項に記載の電解装置。
前記電解質液供給部は、前記中間室内を流れた電解質液を前記中間室から排出する排出配管と、前記排出配管に設けられた逆止弁と、を備えている請求項１ないし１６の何れか１項に記載の電解装置。
前記逆止弁は、前記間欠的な給水排出をされる前記陽極室および前記陰極室の少なくとも一方に供給される水の供給排出量が小さくなっているか又は静水しているときの水圧よりも高い水圧で開く安全弁である請求項１７に記載の電解装置。
第１隔膜および第２隔膜により仕切られた中間室と、この中間室の両側に位置する陽極室および陰極室と、前記第１隔膜に対向して前記陽極室に設けられた陽極と、前記第２隔膜に対向して前記陰極室に設けられた陰極と、を具備する電解槽を備える電解装置により電解水を生成する電解水生成方法であって、
前記中間室に電解質液を供給し、
前記陽極室および陰極室に水を供給し、
前記陽極室および前記陰極室の少なくとも一方への水の供給排出量を間欠的に変動させ、
前記陽極室および前記陰極室の少なくとも一方において前記水の供給排出量が小さくなっているか又は静水している状態で、前記陽極および前記陰極に電圧を印加して前記中間室内の電解質液を電解し、前記陽極室および前記陰極室の少なくとも一方において電解水を生成する電解水生成方法。
前記陽極室および陰極室の少なくとも一方に、所定時間ごとに間欠的に給水および給水停止し、給水停止している状態で、前記陽極および陰極に電圧を印加する請求項１９に記載の電解水生成方法。
前記給水および給水停止に同期して、前記中間室に電解質液を間欠的に給水および給水停止する請求項２０に記載の電解水生成方法。
前記陽極室および陰極室の少なくとも一方において、前記水の供給排出量が小さくなっているか又は静水しているときの水圧を、前記中間室の水圧よりも低くする請求項１９ないし２１の何れか１項に記載の電解水生成方法。
前記間欠的な給水排出をされる前記陽極室および前記陰極室の少なくとも一方において、前記水の供給排出量が大きくなったときの水圧を前記中間室の水圧よりも高くする請求項１９ないし２２の何れか１項に電解水生成方法。