JP5871766B2 - 電解層、電解水製造装置及び電解水の製造方法 - Google Patents
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Description
殺菌水としては、アルコールを希釈した液が一般家庭等に広く普及しているが、その他にも、低塩素濃度でありながら高い殺菌効果を有する電解水が知られている。この電解水は、電解水製造装置により製造することができ、人に対しても安全性が高く食品又は食品加工機器の他多くの用途に用いることができることから、業者間で広く用いられているが、一般家庭等においても一層活用されることが期待されている。
連続式の電解水製造装置は、一定の濃度の原料水を電解槽の供給口に連続的に供給し、電解生成物を導出口より連続的に取り出す方法を用いた装置であり、電解槽内で一定濃度の原料水を電気分解するため、自動制御が容易で、均一な濃度の電解水を大量に得られるようになっている(例えば下記特許文献1)。
バッチ式の電解水製造装置は、電解槽内に所定量供給された原料水を一度に全て電気分解するようになっている。そして、所定量の原料を全て電気分解した際に得られる電解生成物の量を算定し、これを所定量の希釈水によって希釈し、所望する濃度の電解水を得るようにしている。すなわち、バッチ式の場合は、電解槽内の原料を全て分解してしまうことにより、得られる電解生成物の量を確定させて製造する電解水の濃度を定められるようになっている(例えば下記特許文献2)。
また、連続式の電解水製造装置は、比較的少量利用の一般家庭用等にとってはオーバースペックになるという問題があった。
一方、バッチ式の電解水製造装置では、比較的小規模生産に適しているが、電解槽に供給された原料水全量を一度に連続して電気分解し電解水とするものであるため、小規模ながらも家庭において1回で使用する分以上、又は女性や子供にとって持ち運びが容易な量以上の相当量の電解水を溜めおくことになる。片や、1バッチで生成される電解生成物の量を少量にするべく、電解槽内の原料水の量を少量にすると、電気分解をする毎に新たに原料水を充填することが必要である。この作業は、業務用の取り扱いをする業者にとっては特に問題はないが、塩酸等の原料水の取り扱いに不慣れな一般のユーザーには倦厭される。すなわち、従来のバッチ式の電解水製造装置は、家庭での利用に適した量に区切って少量ずつ電解水を製造できるようにすると、原料水の充填又は電解槽の交換が頻繁に必要となって取り扱いが煩雑となり、1バッチ分の原料水を多めにすると生成された電解水の貯留スペースを多く取り、又は持ち運びに不便となるため、一般家庭用として利用され難いものであるという問題があった。
また、電解水製造装置に用いられる電解槽の仕様によって、得られる電解水の量が固定的となり、1回で得られる電解水の量又は電解水の濃度を調整又は変更できないという課題があった。
そこで本発明は、電解水の1回の使用量が少ない一般家庭等において使い勝手が良く、簡単に利用及びメンテナンスすることのできる電解層及び電解水製造装置を提供すること並びに電解水の製造方法を提供することを課題とする。
請求項2の発明は、前記導出口と連通させる貫通孔が形成された連結部を有し、前記電解槽が着脱自在に装着される装着部が備えられ、前記電解槽又は前記連結部を相対的に移動させることによって、前記導出口と前記貫通孔とが連通され又は連通解除されることを特徴とする。
請求項3の発明は、前記装着部には、前記導出口と前記貫通孔とが連通する方向に前記電解槽を誘導するガイド部が備えられ、前記導出口と前記貫通孔とが連通された際に前記電解槽を前記装着部に固定する係止部が前記電解槽又は前記装着部のいずれか一方又は両方に設けられていることを特徴とする。
請求項4の発明は、前記一定電流値及び前記単位時間のいずれか一方又は両方が設定可能とされ、前記一定電流値及び前記単位時間のいずれか一方又は両方を設定することにより、前記電気分解をする回数が設定されることを特徴とする。
請求項6の発明は、前記混合部は、前記希釈水を貯留する容器とされ、この容器を着脱自在に設置する設置部が設けられていることを特徴とする。
請求項7の発明は、電解水製造装置に着脱自在であり、筐体の内部に複数の電極板と、これら複数の電極板の一方の板面を一方向に向けてこれら複数の電極板を間隔をおいて配列するスペーサとを備え、前記電極板同士の間に電解室が形成され、この電解室において原料水を電気分解し電解生成物を発生させ前記筐体に設けられた導出口から排出させる電解槽において、前記筐体に形成された原料水の供給口から前記筐体内に予め所定量の原料水が充填された状態でこの筐体が液密に封止され、通電可能状態とされたときに前記供給口から前記原料水を追加不能とした状態で前記電解生成物が前記導出口から排出可能とされていることを特徴とする。
請求項8の発明は、前記電解室の外に前記原料水を貯留する空間が形成されていることを特徴とする。
請求項9の発明は、前記空間は、前記電解室の側方及び上方の少なくともいずれか一方に設けられていることを特徴とする。
請求項10の発明は、前記電極板同士の間に前記スペーサが複数配置されていることを特徴とする。
請求項12の発明は、前記電解水を繰り返し製造する工程の後に、前記電解槽の交換時期を通知する工程を有することを特徴とする。
請求項13の発明は、前記電解槽の交換時期を通知する工程が、前記電解槽に流れる電流の電圧値または電流値をモニターして、前記電解槽の交換時期を通知する工程を有することを特徴とする。
請求項14の発明は、前記電解槽の交換時期を通知する工程が、前記電気分解工程の回数、または前記単位時間の累計をモニターして、前記電解槽の交換時期を通知する工程を有することを特徴とする。
請求項15の発明は、前記電気分解工程における一定電流値および単位時間は、その一方または両方を変更して設定可能であり、該設定された一定電流値と単位時間に応じて、前記電解槽の交換時期までの、電気分解工程の回数または単位時間の累計を設定することを特徴とする。
請求項17の発明は、前記電解槽が、筐体の内部に複数の電極板を備え、該複数の電極板は一方の板面を一方向に向けて間隔をおいて配列されており、前記電極板の枚数が変更可能であり、該枚数の変更に応じて前記単位時間を変更することを特徴とする。
請求項18の発明は、前記電解槽を交換した後の1回目の電気分解工程は、2回目以降の電気分解工程よりも単位時間を長くすることを特徴とする。
請求項19の発明は、着脱可能な電解槽と、該着脱可能な電解槽で得られた電解生成物を希釈水と混合して電解水とする混合部とを備えた電解水製造装置を用い、前記電気分解工程の前に、前記電解槽に所定量の原料水を充填して封止する工程と、該封止した電解槽を前記電解水製造装置に装着する工程を有することを特徴とする。
請求項20の発明は、前記原料水が、濃度0.75〜21質量%の希塩酸であることを特徴とする。
また、所定値の電流を単位時間に区切って電解槽に複数回数通電するものであるため、電気分解の度毎に電解槽に原料水を追加し又は交換する必要がない。したがって、原料水の追加又は交換頻度を抑えて簡便に電解水を製造することが可能となるという効果を奏する。
以下、本発明の電解水製造装置の第1の実施形態について、図1〜図9を参照して説明する。なお、電解槽の筐体内部の詳細は、図3〜図6,図24においてのみ示し、図7,図8、図16〜図20,図22においては、同内部の詳細は省略して示している。
本発明に係る電解水製造装置は、例えば、塩化ナトリウム水溶液、塩酸水溶液等の塩素イオンを含有する原料水を電気分解し、電解酸化の作用により塩素ガス(電解生成物)を発生させ、発生した塩素ガスを水等の希釈水に溶解させて、水中に次亜塩素酸を生成させるものである。以下に説明する各実施形態においては、希塩酸を原料水として塩素ガスを生成し、塩素ガスを水道水に溶解させて次亜塩素酸を生成させる電解水製造装置を例として説明する。
筐体30は、側板34A、34Bと胴体35とを備えてなるものであり、これらは塩化ビニル樹脂、カーボネイト樹脂、アクリル樹脂等の合成樹脂により形成されている。
胴体35は、断面視長方形でスペーサ33よりも高さ寸法が大きく形成された筒状の部材であって、その一端部側に側板34Aが固定され、他端部側に側板34Bが固定されている。
また、図4に示すように、側部35aに対向する側部35bには、取っ手40が設けられている。
各電極板31・・は、所定の間隔をおいて対向する側板34A,34B間に、それぞれ板面を側板34A,34B間方向の一方向に向けて並べて配列されており、各電極板31・・のうち、両端に配置される電極板31には、その中央部に金属製の電極棒45が固定されている。
図5に示すように、電極棒45は、一端部に頭部46が形成され、他端部外面に雄螺子部47が形成されたものであり、頭部46が電極板31の中央部に固定されている。
スペーサ33の一方向の板面33aには、その厚み方向に凹む段部50が形成されている。段部50は、一定の幅寸法をもって中空孔32の各辺に沿って凹んでおり、この段部50内には、図5に示すように電極板31が嵌合されるようになっている。
下方切欠53は、スペーサ33の板面33a,33b間方向に貫通している。この下方切欠53と中空孔32との間は、板面33bに形成された下方流路53aによって結ばれており、後述するように下方切欠53を流動する原料水が下方流路53aを通って中空孔32内に導かれるようになっている。
下方流路53aは、下方切欠53から中空孔32へ向けて3路に分岐している。
上方流路54aも、下方流路53aと同様の構成であり、上方切欠54から中空孔32へ向けて3路に分岐している。
側方切欠55も、上述した下方切欠53、上方切欠54と同様にスペーサ33の板面33a,33b間方向に貫通している。この側方切欠55と中空孔32との間も板面33bに形成された側方流路55aによって結ばれている。
側方流路55aも、下方流路53a、上方流路54aと同様の構成であり、側方切欠55から中空孔32へ向けて3路に分岐している。
すなわち、電解槽3は、電極板31をスペーサ33の段部50に嵌合させ、この段部50に配された電極板31の端縁を覆うように、他のスペーサ33を当接させた状態でこれら電極板31及びスペーサ33を胴体35内に配置している。そして、胴体35の開口端を側板34A,34Bに挟み込ませて、液密に封止している。
なお、側板34Aに一番近い電極板31は、側板34Aの段部56内に嵌合している。
また、各スペーサ33の下方流路53a及び上方流路54aは、それぞれ電極板31及び隣接するスペーサ33によって覆われ、下方切欠53及び電解室C内、並びに、上方切欠54及び電解室C内をそれぞれ連通させる流体通路となっている。そして、互いに隣り合うスペーサ33,33の下方切欠53及び上方切欠54がそれぞれ連通しているため、隣り合う電解室Cは、下方流路53a及び上方流路54a並びに下方切欠53及び上方切欠54を介して互いに連通している。
電解槽3は、筐体30内の電解室C及び筐体30内の上部の空間S1に連通した導出口2のみにおいて開口しており、その他の箇所においては液密に封止されている。
挿通部13は、装着部6の開口部14から後端側Y方向中央部に至るまで形成されたスリットであり、中央部から開口部14近傍までは電極棒45よりも僅かに大きい一定寸法とされ、開口部14近傍で漸次上下に拡開するように切り欠かれて形成されている。
上記した天壁9、底壁10、側壁11、挿通部13は、電解槽3を装着部6内に誘導しつつ、突出壁部37を嵌着凹部25に嵌入させるためのガイド部Gを構成している。
係止部16A,16Bの下面及び上面には、天壁9の前端及び底壁10の前端近傍に爪部18,18が設けられている。
連結部19の内部には、連結部19の突出方向に凹み、電解槽3の突出壁部37を嵌着させる嵌着部25が形成されている。嵌着部25には、矢印X方向に突出する接続管28が突設されている。接続管28の貫通孔26の基端側は、貫通孔20に連通し、接続管28の貫通孔26の先端側は開口している。また、接続管28の先端開口部を形成する周壁には矢印X−Y方向に切り欠かれた切欠28aが形成されている。
また、電解槽3を装着部6から引き出す(すなわち、電解槽3を連結部19に対し相対的に移動させた)際には、天壁9、側壁11,11及び側壁11,11の挿入部13,13が電解槽3をガイドして、突出壁部37を嵌着部25から矢印X方向に引き抜き、弁体27Bから接続管28が離れることによって弁体27Bが弁座27Aに再び付勢して閉弁し、導出口2と貫通孔20,26との連通を解除するようになっている。
封止部材の他の例としては、導出口2を覆う膜状のシール材を例示することができる。このようなシール材を導出口2を覆うように導出口2に冠着すれば、シール材によって導出口2からの原料水の液漏れを防止することができる。電解槽3を装着部6に装着する際には、電解槽3を装着部6の開口部14に挿入するとともに導出口2を覆うシール材に接続管28を当接させ、電解槽3をそのまま装着部6に挿入していくことにより接続管28を導出口2の基端側(矢印X方向)に向けて相対的に押し込み、接続管28の先端によってシール材を破断する。接続管28がシール材を破断すれば、接続管28を介して導出口2と貫通孔20とが連通する。
図1に示すように、希釈水Wを貯留するタンク4は、電解水の製造時に希釈水Wを貯留させ、電解生成物を混合及び保持させる容器であり、タンク4の設置部4Jに着脱自在に設置されている。設置部4Jの下部には、配管5を通じて塩素ガス(電解生成物)を導入させる導入口8が設けられている。タンク4内には、ポンプ57が設けられており、希釈水と電解生成物とを撹拌、混合できるようになっている。
タンク4は、例えば図2に示すように、PET等の樹脂製ボトルで、電解水の製造後に設置部4Jから取り外して持ち運べるように構成されている。
タイマー42は、電源スイッチQがONにされ、定電流装置41を介して電解槽3に電力が供給され始めてから、予め設定された所定の単位時間(すなわち連続して通電される1回の電気分解の時間)を測定し、所定の単位時間が経過した時に通電を自動停止するようになっている。
本発明において、「電解槽3に一定電流値の電流(定電流ともいう。)を通電する」とは、電解槽3に流れる電流値が、予め設定された値(定電流値ともいう。)に保持されるように、電解槽3に印加される電圧(電解電圧ともいう。)を制御しながら通電することを意味する。本実施形態において、電流計Aによって測定される値が、電解槽3に流れる電流値である。
または、電解槽3と定電流装置41との間に設けられた電流計Aにカウンター43の機能を兼用させることによって、単位時間毎に区切って通電される電流が、電解槽3に何回流れたかをカウントし、所定の回数に達した時点で電解槽3の交換時期と判断する態様にすることもできる。
そのために、定電流装置41とタイマー42は、それぞれ電流値と単位時間の長さを所望の値に設定することができ、また必要に応じて変更できるようになっている。
すなわち、ファラデーの法則より、電気分解において電解槽3内を移動した電気量C(単位:クーロン)は、電流I(単位:アンペア)を流した時間をt(単位:秒)とすると、C=I・tである。1価イオンの1モルを分解するのに要する電気量(電子1molの電気量(電荷))はファラデー定数で表され、約96500クーロンである。
したがって、3L(リットル)の水を有効塩素濃度20ppmの電解水にするには、20×3/0.368=163となり、約163クーロンの電気量が必要ということになる。C=I・tであるため、制御部7においては、上記のとおり必要な電気量Cを算定し、電極板31の枚数及び電流効率を勘案して、通電する定電流の電流値(I)及び単位時間(t)を設定することができる。電流効率とは、電解槽3に流れた電流のうち、目的とする電極反応に利用された分を百分率で表わしたもので、陽極側で実際に発生した塩素量と、塩素の理論発生量の比で定義される。電流効率は実測値に基づく値であり、同一構成の電解槽3(電極板)においては同一の値となる。
そこで本発明者等は、定電流電気分解における塩素発生量の経時変化を調べるために、下記試験例1〜3を行った。
本例で用いた電解槽3は、電極板31の板面寸法が50mm×50mmであり、電極板31,31間距離が3mm、セル数が9、電流効率は50%である。電解槽内の希塩酸(原料水)の量は52ml、該希塩酸(原料水)の通電開始前の塩酸濃度は6質量%、定電流値は1.0Aとした。
通電を開始してからの時間経過と定電流の電圧(電解電圧)との関係並びに時間経過と有効塩素濃度との関係を図10に示す。
試験例1において、希塩酸(原料水)の通電開始前の塩酸濃度を0.75〜21質量%、定電流値を1.5Aに変更した。
図12は、通電開始前の原料水(希塩酸)の塩酸濃度が異なる場合の時間経過と電解電圧との関係を示したものである。
本例で用いた電解槽3は、電極板31の板面寸法を50mm×50mmとし、電極板31,31間距離を3mm,6mm,9mm,または12mmとし、3つの電解室Cを設けた。電流効率は50%である。電解槽3内の希塩酸(原料水)の量はそれぞれ17ml,35ml,52ml,70ml、該希塩酸(原料水)の通電開始前の塩酸濃度は9質量%、定電流値は2.5Aとした。
図13は、電極板31,31間の距離が異なる場合の時間経過と電解電圧との関係を示したものである。
したがって、隣接する電極板どうしの距離を変更することによって、塩素ガスが効率良く生成する電解電圧に達するまでの時間を調整することができる。
この際、電極棒45,45は、挿通部13,13に進入して端子接続部15,15に摺接しながら矢印Y方向に進行する。
次に、電解水製造装置1Aを用いて電解水を製造する方法の実施形態について説明する。
まず図5に示す電解槽3を用意する。具体的には、電解槽3に所定量の原料水(所定濃度の希塩酸)を充填して封止する。
電解水製造装置1Aを運転するには、図8(a)に示すように電解槽3を装着部6に装着させて、同図(b)に示すように、電解槽3の電極棒45,45を端子接続部15,15に接続し、通電可能状態とする(電解槽装着工程)。
そして、電解槽3に一定電流値の電流(定電流)を、予め設定された単位時間だけ通電させて原料水(希塩酸)の電気分解を行う(電気分解工程)。1回の単位時間(1回あたりの通電時間)は、電解槽3内の原料水(希塩酸)中の反応成分の一部が消費される時間とし、該電解槽3に原料水を追加供給することなく、電気分解工程を複数回行う。
すなわち、図1、図9に示すように、まず、制御部7の定電流装置41の電流値及びタイマー42の単位時間を設定して電源スイッチQを入れ、電解槽3に定電流を通電する。すると、タイマー42(カウンター43)が作動し1回目の通電をカウントする。
こうして、電解槽3内で発生した電解生成物は、配管5を介して電解槽3と連結されたタンク4内に取り込まれ、ポンプ57によってタンク4内の希釈水Wに攪拌、混合されて溶解し、電解水となる(混合工程)。
定電流装置41の電源を入れてから所定の単位時間が経過すると、タイマー42によって定電流装置41の電源が自動的に切られる。電源が切られた後、タンク4を取り外し、タンク4内の電解水を所望の用途に使用する。
すなわち、所定量の希釈水Wが充填されたタンク4を設置部4Jに設置し、再び定電流装置41の電源を入れると、上記と同様にポンプ57、タイマー42(カウンター43)が作動し、所定の単位時間だけ、前回と同じ電流値の直流電流が電解槽3に通電され、電解生成物が発生する(電気分解工程)。生成された電解生成物は、1回目の電気分解で充満していた電解生成物と共に電解槽3内に充満し、次々に生成される電解生成物によってスペーサ33,33・・間に形成された上方流路54a、導出口2に向けて押し出され、図7(a)に示す装着部6の連結部19に形成された貫通孔26及び貫通孔20を通って配管5に流動する。
さらに、タンク4を、新たな所定量の希釈水Wが充填されたタンク4に交換して(希釈水の交換)、電気分解工程、および混合工程を繰り返すことにより、電解槽3を交換せずに、すなわち原料水を追加供給することなく、電解水の製造を繰り返し行うことができる。
何回目の単位時間で所望濃度の電解水が得られるようになるかは、予め、実際の製造時と同条件で、電解水の濃度(有効塩素濃度)を測定しながら、試験的に電気分解を行うことで知ることができる。
上記の要領で、単位時間の電気分解を繰り返すと、電解槽3に予め充填された原料水中の反応成分は漸次消耗していくので、電解槽3の交換が必要となる。したがって、電解水を繰り返し製造する工程の後に、電解槽3の交換時期を通知する工程を有することが好ましい。
電解槽3の交換時期は、例えば、電気分解工程の回数または単位時間(通電時間)の累計をモニターする方法で検知することができる。好ましくは以下のようにして検知することができる。
単位時間に原料水に流れる電気量は、電解槽3の構成(電解槽3の構造、原料水(希塩酸)の量および濃度)が一定であれば、電解槽3に通電される電流値(定電流値)と通電時間の一方または両方が変更されることよって変わる。
電気分解工程における電流値(定電流値)と単位時間の一方または両方を変更して設定可能に構成されている場合は、該電流値または単位時間が変更されると、変更後の設定値に応じて、電解槽3の交換時期までの、電気分解工程の回数(N)または通電時間の累計(T)が新たに設定されるように構成される。
したがって、電解槽3の構成が変更されて、原料水の量と濃度の一方または両方が変更されたときは、変更後の値に応じて、電解槽3の交換時期までの、電気分解工程の回数(N)または通電時間の累計(T)が新たに設定されるように構成される。
また、電解槽3内の電極板の枚数によって電解効率が変化する。したがって、得ようとする電解水の有効塩素濃度が一定であれば、電解槽3内の電極板の枚数を変更することによって、該有効塩素濃度を得るための電解時間(単位時間)を変えることができる。
すなわち、単位時間の電気分解を繰り返して原料水中に存在する反応成分の量が少なくなると、電流は流れ難くなり、定電流の電圧値が上昇する。したがって電解槽3に流れる定電流の電圧値が予め設定されたしきい値より高くなったことを検知したら、または電流値が予め設定されたしきい値より低くなったことを検知したら、表示用のランプを点灯させるなどして、使用者に電解槽3の交換時期に達したことを通知する。該電圧値のしきい値は、例えば上記試験例1の結果に基づけば、極間電圧が2.7V以上が好ましく、2.4V以上がより好ましい。
なお、電解槽の交換時期を適知する手段・方法としては、以上述べてきたもののほか、生成する電解水の有効塩素濃度やpH等を測定するまたは検知するなどの手段・方法を採用することもできる。
また、封入された希塩酸の濃度又は容量が異なる電解槽3を選択して装着部6に装着することにより、電解槽3で製造できる電解水の濃度、製造回数等を容易に変更することができる。したがって、家庭等での電解水製造装置の使用が格段に便宜的となるという効果が得られる。
このように、電解水製造装置1Aによれば、電解槽3を係止部16A,16Bが係止するまで装着部6に挿入するだけで、ワンタッチで必要な接続、すなわち、電解槽3とタンク4に接続された配管5との接続及び電極棒45と端子接続部15との電気的接続を行うことができるという効果が得られる。
次に、上記第1の実施形態の変形例1〜9について説明する。これらの変形例の説明においては、前述した第1の実施形態の電解水製造装置1Aと異なる点についてのみ説明し、同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。
図14に示すように、変形例1においては、電解槽3を装着部6aに挿入完了し所定の設置位置に配置した際の電解槽3の係止及び固定方法において第1の実施形態の電解水製造装置1Aと異なっている。
以上の構成の下に、本変形例1においては、電解槽3を装着部6aに装着した後に、スライド蓋60を装着部6aの開口部14に嵌着させて電解槽3を装着部6aに容易かつ確実に固定することができる。
図15に示すように、変形例2においては、電解槽3を装着部6b内の所定の設置位置に配置した際に電解槽3を係止及び固定する方法において第1の実施形態の電解水製造装置1Aと異なっている。
この回動蓋70は、軸受部71と、この軸受部71を支点として回動し開口部14の上下方向に跨って電解槽3を保持する保持固定部72と、装着部6bの天壁9に係止して回動蓋70自体を固定する係止爪部73とを有している。
保持固定部72は、電解槽3の取っ手40を間に挟んで開口部14の上下方向に跨る帯状に形成された平板の板状体であり、電解槽3に当接してこれを装着部6b内に保持固定するようになっている。
係止爪部73は、回動蓋70が開口部14を閉じた状態において保持固定部72の端部から前方X方向に延出した後、U字状に折曲して後方Y方向に延在しており、Y方向に延在している平板部73aの下面に天壁9に係止可能な爪部73bを有している。
一方、装着部6bの天壁9の前端側には、係止爪部73を上方に位置させた際に係止爪部73bを係止させるための孔部9tが形成されている。
図16(a)、(b)に示すように、変形例3においては、電解槽3を装着部6c内の所定の設置位置に配置した際に電解槽3を係止及び固定する方法において第1の実施形態の電解水製造装置1Aと異なっている。
装着部6cの前端部は、装着部6cの天壁9,底壁10及び両側壁11,11が外方に張り出したフランジ80となっている。フランジ80の内側は電解槽3をその挿入方向に内包し得る大きさの円形の開口部81とされており、矢印X方向に向かって小径孔83と大径孔84とが形成されている。大径孔84の周面には、雌螺子部85が形成されている。
蓋82は、大径部86と小径部87とにより構成されている。大径部86の外周面には雄螺子部88が形成され、小径部87の外周面には溝89が形成され、この溝89にOリング90が装着されている。
図17に示すように、変形例4においては、装着部6dに設けられた端子接続部100と電解槽3に設けられた端子104において第1の実施形態の電解水製造装置1Aと異なっている。
なお、端子接続部100と端子104は、底壁10側又は側壁11側に上記と同様の要領で設けた場合であっても、同様の効果が得られる。
図18(a)、(b)に示すように、変形例5においては、装着部6eに設けられた端子接続部110と電解槽3に設けられた端子114において第1の実施形態の電解水製造装置1Aと異なっている。
一方、電解槽3の端子114は、導電性のある金属部材により板状に形成され、端子挟持部111の隙間112に挿入可能な位置及び向きで、筐体30の側部35aから突出するように固定されている。この端子114は、図示しないリード線により電極棒45と電気的導通がとられている。
図19(a)、(b)に示すように、変形例6においては、電解槽3の装着部6fへの装着方法において電解水製造装置1Aと異なっている。すなわち、装着部6fは、電解槽3を回動可能に掛止させる固定掛止部120を有している。そして、電解槽3は、固定掛止部120に掛止する可動掛止部121を有しており、固定掛止部120を支点として電解槽3を回動させて装着部6fに装着できるようになっている。
装着部6fは、電解槽3を上方から挿入し嵌着させるようになっているため、天壁9を有していない。また、図19(b)に示すように、側壁11,11には、可動掛止部121の先端部を固定掛止部120の先端部に掛止させた状態で、可動掛止部121の先端を中心とする電極棒45の回動軌跡上に金属製の端子接続部123を備えた挿通部124が形成されている。
可動掛止部121は、電解槽3の後端側において上面から立ち上がった後、Y方向に折曲し、その先端部で固定掛止部120に巻きつくように下方に折曲している。
図20に示すように、変形例7においては、電解槽3の導出口130と装着部6gの連結部131において第1の実施形態の電解水製造装置1Aと異なる。
電解槽3の導出口130は、水平方向に形成される図6に示す空間S1から鉛直方向に形成され、筐体30の上壁部に下方に凹む嵌着凹部132内で開口するように形成されている。また、筐体30の前端には、X−Y方向に直交する仮想軸線L1に沿って円周面を形成するように膨出した膨出部139を有している。この膨出部139は、装着部6gの後述する板バネ137を係止する係止部を構成している。
連結部131は、その内部に貫通孔131Rを有し、後端壁12に設けられた軸受部136に回動可能に取り付けられた板バネ137に固定されている。
板バネ137は、軸受部136から前端側X方向に向かって延在し、先端部において円弧を描くように湾曲した後に再び矢印X方向に延在している。この先端部は、電解槽3を固定する被係止部138を構成している。
そして、電解槽3を装着部6gに装着し、電解槽3の導出口130と連結部131の貫通孔131Rとを気密に連通させるにあたっては、板バネ137を持ち上げて装着部6gを開口した状態で電解槽3を設置する。その後、板バネ137を下降させて電解槽3の嵌着凹部132に突出壁部133を嵌着させるとともに、被係止部138を膨出部139に係止させる。この変形例によっても、電解槽3を装着部6に簡便に装着することができる。
図22に示すように、変形例8においては、電解槽3の筐体140が円柱形に形成され、装着部6hが筐体140の形状に合わせて形成された天壁141と側壁142とを備えている。
電解槽3の筐体140には、円柱形の中心軸線を共通の軸線L2とする円柱形状の突出壁部143が上壁部に形成されている。突出壁部143には、不図示の流路に連通する導出口144が形成されている。
また、突出壁部143の外周面上には、雄螺子部143aが形成されている。
また、電解槽3の下壁部の中心部分には円形の導電性金属板からなる端子151が配置されており、またその外周にはリング状の導電性金属板からなる端子152が配置されている。これらの端子151及び152は、電解槽3内部の電極にそれぞれ結線されている。
連結部145には、突出壁部143を嵌着させる嵌着部146が形成されており、突出壁部143を螺合させるための雌螺子部147が嵌着部146の周面に形成されている。
図23に示すように、側壁142の下端部には、図8に示す係止部16A,16Bと同様に係止部149,149.が形成され、電解槽3を保持できるようになっている。また、係止部149,149間方向に直交する方向には、図15に示す回動蓋70と同様に形成された回動蓋150が設けられ、電解槽3を一層確実に保持できるようになっている。
この回動蓋150には、円柱形状の端子接続部150a及び150bが貫通しており、この端子接続部150a及び150bは不図示のリード線により制御部7(図1参照)に結線されている。
また、係合部149及び回動蓋150によって電解槽3をより確実に保持することができるという効果が得られる。
図24(a)に示すように、変形例9においては、電解槽3iの筐体30i内に設置された複数の電極板31,31・・及びスペーサ33,33・・を隣接配置して形成される複数の電解室C(図5参照。以下同様)の外に、電気分解の対象となる原料水を貯留させる貯留スペースMが形成されたものであってもよい。
電解槽3iには、各電解室Cとこの貯留スペースMとに全体として略均一な濃度の原料水が充填されている。
図25に示すように、電解水製造装置1Bは、希釈水を貯留するタンク4が、配管5を介して電解槽3の上方に着脱不能に設けられ、タンク4の底部に連結された取水口160をから電解液が取り出されるようになっている。
図26に示すように、電解水製造装置1Cは、希釈水の供給源とする貯留部170と、電解槽3及びこれを着脱させる装着部6と、貯留部170内の希釈水及び電解槽3の電解生成物を取り出す配管(混合部)5と、不図示の制御部と、前記電解生成物と希釈水とを混合させて収容するポット171と、貯留部170、電解槽3、装着部6及び配管5を内部に収容するとともに、ポット171を載置させる台座172となる筐体173を備えている。
配管5は、一端部5aがポンプ174を介して貯留部170に接続されるとともに、軸線が上下方向に配置され、上端において折曲して水平方向に延びている。
配管5の一端部5aと他端部5bとの間には、分岐管5Gが設けられておりこの分岐管5Gに電解槽3の突出壁部37が接続されている。
筐体173は、貯留部170を収容するとともにポット171を着脱自在に載置させる台座部173Aと、配管5、不図示の制御部及び電解槽3を収容する駆動機構部173Bとを備えている。
したがって、電解水製造装置1Cは、希釈水の1回の汲み出し量に応じて電解生成物の量を決定し、更に電解槽3へ通電する単位時間及び電流値を設定する。そして、希釈水を上方に向けて汲み出し、電解生成物と合流させた後に、ポット171に落下させつつ注入することができる。したがって、このように注入することによって希釈水と電解生成物とをポット171内において確実に混合させることができるという効果が得られる。
第4の実施形態に係る電解水製造装置は、原料水を電気分解し電解生成物を発生させこの電解生成物を導出口から排出させる電解槽と、この電解槽の動作を制御する制御部と、前記電解槽と連結されこの電解槽で得られた前記電解生成物を希釈水と混合し電解水とする混合部と、この混合部に貯留された前記希釈水を吸水する吸水配管と、吸水配管に具備されたポンプと、前記吸水配管により吸水された前記希釈水と前記電解槽から導出された前記電解生成物とを合流させ導出させる導出配管とを備え、
前記電解槽と、前記ポンプと、前記導出配管とはケーシング内に固定され、
このケーシングは、前記混合部に着脱自在に設置されるとともに、この混合部に装着された際に、前記吸水配管の管路と前記導出配管の管路とがそれぞれ前記混合部内に連通されてこれら吸水配管と導出配管とにより前記混合部内に貯留された前記希釈水を吸水及び導出可能とされている。
そして、前記電解槽は、この電解槽に形成された前記原料水の供給口から内部に所定量の前記原料水が予め充填された状態で前記導出配管に接続され、前記供給口から新たな原料水が追加不能とされ、前記制御部は、前記予め充填された原料水を電気分解する時間を所定の単位時間毎に区切り、前記予め充填された原料水を電気分解する回数を複数回に設定するとともに、前記電解槽に前記単位時間毎に一定電流値の電流を通電することを特徴としている。
ポンプ180は、吸水配管5Bに設けられている。吸水配管5Bは、電解槽3に接続された導出配管5Aに接続されており、ポンプ180から汲み上げられた希釈水Wと、希釈水Wと電解槽3で得られた電解生成物とが導出配管5Aにおいて合流し、ポット182内に向けて導出されるようになっている。また、ポンプ180は、吸水の有無を検出する検出部(不図示)を備えており、検出結果を制御部7に送信するようになっている。
制御部7は、ポンプ180により吸水が検知された場合には電解槽3に通電し、ポンプ180により吸水が検知されなかった場合には電解槽3に通電しないよう設定されている。
容器部186は、電解槽3を1回又は所定回数通電し、所定の濃度の電解水を混合させることができる希釈水を貯留することができる内容積を有しており、その上端の一部に製造された電解水を注水させることができる注水口188を備えている。
蓋部187は、連結部189aに固定された配管5Cと、連結部189bに固定された配管5Dとを備えている。
一方、配管5Dは、その一端部5aにおいて折曲し、導出配管5A及び配管5D内を流動する希釈水Wと電解生成物とが一端部5aの壁部に衝突し、乱流を起こすことによってよく混ざるように構成されている。なお、導出配管5Aは、一端部5a以外においても屈曲した部分を有し、希釈水Wと電解生成物とを衝突させてよりよく混合させ得るようになっていてもよい。
また、電解槽3内の原料水が使用済みになった場合に、ケーシング181を取り外して電解槽3のみを交換できるように構成されていてもよい。
この場合、電解槽3及び制御部7は、水道水の吐水管202の下方等の取水を妨げない位置に配置させるようになっている。制御部7は、乾電池等のバッテリ及び電源スイッチ(不図示)を備えている。制御部7への給電は、バッテリに代えて配線等を用いて外部電源に接続されるものであってもよい。
このような構成とすることで、水道水に簡便に電解水製造装置1Fを装着し、例えば手洗い時等、任意のときに不図示の電源スイッチを入れることにより簡便に電解水を使用することができる。
このような構成とすることにより、電解槽3内に保持できる希塩酸の量を変更することができるので、一の電解槽3で製造できる電解水の製造回数を容易に変更することができるという効果が得られる。
このような構成であっても、電解槽3をワンタッチで装着できることによる効果を除いて電解水製造装置1Aと同様の効果が得られる。
例えば、図8、図17、18等に示す端子と端子接続部との接続構造は、変形例6の電解槽3及び装着部6に採用できる。
実施例1〜3は、所定の条件で電解槽3に定電流を通電させた場合、実際に得られる有効塩素濃度を理論上算出される有効塩素濃度から推定することが可能かを検証したものである。また、実施例4〜9は、希塩酸が封入された一の電解槽3によって、3リットルの微酸性電解水を何回製造できるかを調べたものである。
有効塩素濃度は、官報第3378号(平成14年6月10日)「次亜塩素酸水の成分規格」に示された測定方法によって測定した。なお、ヨウ素滴定法(社団法人日本水道協会、「上水試験方法 1993年版」、第218〜219頁、平成5年11月15日)によっても測定することができる。
(電解水製造装置)
実施例1においては、電解槽3として、容量が52ml、10枚の電極板31,31・・による9つの電解室Cを有するものを用いた。タンク4としては、2リットル容量のペットボトルを用いた。希塩酸としては、3%の塩酸を電解槽3に封入した。該電解槽3の電流効率は50%である。電流値は、0.8A,1.6A,2.4Aから選択的に設定できるようにした。
3%の希塩酸が充填され封止された電解槽3を装着部6に装着した。ペットボトルに2リットルの水道水を入れ開口部に逆流防止弁を取り付けて設置した。その上で、所定の電流値の定電流を通電させ、希塩酸を15秒間電気分解して、逆流防止弁を外した。電流値[A]=(必要有効塩素濃度[ppm]×必要製造量[L]/(35.5/96500×1000×電解時間[sec]×セル数×電流効率[%]/100)であるので、10ppmを得るには0.805A、20ppmを得るには1.610A、30ppmを得るには、2.416Aの電流を流すことが必要となる。
総塩素量の理論値は、総塩素量[mg]=電解電流値[A]×35.5/96500×1000×セル数×電解時間[sec]で求められる。
電気分解の結果は、表1に示すように、電流値が0.8Aの場合、総塩素量の理論値が39.7mg、電流効率を考慮した有効塩素濃度の理論値が9.9ppmとなるところ、実際に測定された有効塩素濃度は、9.6ppmであった。
また、電流値が1.6Aの場合、総塩素量の理論値が79.5mg、電流効率を考慮した有効塩素濃度の理論値が19.9ppmとなるところ、実際に測定された有効塩素濃度は、17.9ppmであった。
以上のとおり、いずれの場合にも、ほぼ理論値から想定される範囲の有効塩素濃度の電解水が得られた。
(電解水製造装置)
本例においては、電解槽3として、容量が35ml、7枚の電極板31,31・・による6つの電解室Cを有するものを用いた。タンク4としては、3リットル容量のものを用いた。希塩酸としては、6%の塩酸を電解槽3に封入した。電流値は、2.5Aとし、単位時間(電解電圧印加時間)は、10秒,20秒,30秒から選択的に設定できるようにした。
6%の希塩酸が充填され封止された電解槽3を装着部6に装着した。タンクに3リットルの水道水を入れ水中ポンプで攪拌を開始した。電流値2.5Aを所定の単位時間流して電気分解した。電解時間(秒)=(必要有効塩素濃度[ppm]×必要製造量[L]/(35.5/96500×1000×電流値[A]×セル数×電流効率[%]/100)であるので、10ppmを得るには10.9秒、20ppmを得るには21.7秒、30ppmを得るには、30.6秒電流を流すことが必要となる。
電気分解の結果は、表2に示すように、単位時間が10秒の場合、総塩素量の理論値が55.2mg、電流効率を考慮した有効塩素濃度の理論値が9.2ppmとなるところ、実際に測定された有効塩素濃度は、13.3ppmであった。
また、単位時間が20秒の場合、総塩素量の理論値が110.4mg、電流効率を考慮した有効塩素濃度の理論値が18.4ppmとなるところ、実際に測定された有効塩素濃度は、22.8ppmであった。
以上のとおり、いずれの場合にも、ほぼ理論値から想定される範囲の有効塩素濃度の電解殺菌水を製造することができた。
(電解水製造装置)
実施例3においては、電解槽3として、容量が140ml、25枚の電極板31,31・・による24の電解室Cを有するものを用いた。タンク4としては、400リットル容量(内寸1000×850×500mm)の水槽を用いた(満水で約400Lの水槽に8割の水位で使用した)。希塩酸としては、6%の塩酸を電解槽3に封入した。電流値は、2.5Aとし、単位時間(電解電圧印加時間)は150秒とした。
6%の希塩酸が充填され封止された電解槽を設置した。水槽に深さ400mm(約340リットル)の水道水を入れ水中ポンプで攪拌を開始した。電流値2.5Aを150秒流して電気分解した。電気分解後、水中ポンプを1分攪拌して終了した。電解槽を交換することなく、タンク4としての水槽を交換して再び同様の電気分解を行った。この操作を繰り返して合計3回の電気分解を行った。
24セルの電解槽に2.5Aの電流を1秒流すと、総塩素量(理論値)は2.5×35.5/96500×1000×24×1=22.08mgとなり、340Lを5ppmにするには、塩素量5×340=1700mgが必要となる。
電気分解の結果は、表3に示すように、単位時間を150秒として電気分解を行い、水槽の水道水に塩素を溶解させたところ、1回目の電気分解では、総塩素量の理論値が3312mg、電流効率を考慮した有効塩素濃度の理論値が4.9ppmとなるところ、実際に測定された有効塩素濃度は、5.8ppmであった。
また、同様にして3回目の電気分解をしたところ実際に測定された有効塩素濃度は、6.2ppmであった。
以上のとおり、いずれの場合にも、ほぼ理論値から想定される範囲の有効塩素濃度の電解殺菌水を製造することができた。
(電解水製造装置)
実施例4〜9は、希塩酸が封入された一の電解槽3によって、3リットルの電解水(微酸性電解水)を何回製造できるかを調べたものである。実施例4〜9の電解槽3、電流値[A]、単位時間[秒]、塩酸濃度[%]の条件は表4に示すとおりである。
3リットルのタンクに水道水を貯留させて、本体に設置し、水中ポンプで攪拌を開始した。所定の電流値で所定の単位時間電気分解した。電気分解後、水中ポンプを10秒攪拌して終了した。その後、タンクの電解水(次亜塩素酸水)をペットボトル等の別の容器に移して空にした。上記の手順を繰り返し、定電流が維持できなくなった時点で電解槽3の使用を終了した。
表5に示すように、それぞれの実施例において、電解槽3に1回の希塩酸充填のみで、複数回の電気分解が可能であり、さらに一定範囲の有効塩素濃度の電解水を生成できることが確認できた。
また、電流値と単位時間の調整によって、塩素濃度を調整することができることが分かった。具体的に例えば、pH4.0〜7.5(好ましくはpH4.0〜7.5)、塩素濃度1〜60ppm(好ましくは10〜30ppm、とくに好ましくは10〜20ppm)の次亜塩素酸水がタンク4に生成することが可能であることが分かった。
2,130,144 導出口
3 電解槽
6,6a〜6h 装着部
9 天壁
10 底壁
11 側壁
16A,16B,70,82,125,139,149 係止部
19,131,145,106 連結部
30,30i 筐体
Claims (20)
- 原料水を電気分解し電解生成物を発生させこの電解生成物を導出口から排出させる電解槽と、この電解槽の動作を制御する制御部と、前記電解槽と連結され、この電解槽で得られた前記電解生成物を希釈水と混合し電解水とする混合部とを備えた電解水製造装置において、
前記電解槽は、この電解槽に形成された前記原料水の供給口から内部に所定量の前記原料水が予め充填され、前記供給口から新たな原料水が追加不能に閉口された状態で前記混合部に着脱自在に連結され、前記制御部は、前記予め充填された原料水を電気分解する時間を所定の単位時間毎に区切り、前記予め充填された原料水を電気分解する回数を複数回に設定するとともに、前記電解槽に前記単位時間毎に一定電流値の電流を通電することを特徴とする電解水製造装置。 - 前記導出口と連通させる貫通孔が形成された連結部を有し、前記電解槽が着脱自在に装着される装着部が備えられ、
前記電解槽又は前記連結部を相対的に移動させることによって、前記導出口と前記貫通孔とが連通され又は連通解除されることを特徴とする請求項1に記載の電解水製造装置。 - 前記装着部には、前記導出口と前記貫通孔とが連通する方向に前記電解槽を誘導するガイド部が備えられ、
前記導出口と前記貫通孔とが連通された際に前記電解槽を前記装着部に固定する係止部が前記電解槽又は前記装着部のいずれか一方又は両方に設けられていることを特徴とする請求項2に記載の電解水製造装置。 - 前記一定電流値及び前記単位時間のいずれか一方又は両方が設定可能とされ、
前記一定電流値及び前記単位時間のいずれか一方又は両方を設定することにより、前記電気分解をする回数が設定されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電解水製造装置。 - 前記一定電流値又は前記単位時間は、前記電解槽の電気的な接続が解除された際に変更可能とされていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の電解水製造装置。
- 前記混合部は、前記希釈水を貯留する容器とされ、
この容器を着脱自在に設置する設置部が設けられていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の電解水製造装置。 - 電解水製造装置に着脱自在であり、筐体の内部に複数の電極板と、これら複数の電極板の一方の板面を一方向に向けてこれら複数の電極板を間隔をおいて配列するスペーサとを備え、前記電極板同士の間に電解室が形成され、この電解室において原料水を電気分解し電解生成物を発生させ前記筐体に設けられた導出口から排出させる電解槽において、
前記筐体に形成された原料水の供給口から前記筐体内に予め所定量の原料水が充填された状態でこの筐体が液密に封止され、
通電可能状態とされたときに前記供給口から前記原料水を追加不能とした状態で前記電解生成物が前記導出口から排出可能とされていることを特徴とする電解槽。 - 前記電解室の外に前記原料水を貯留する空間が形成されていることを特徴とする請求項7に記載の電解槽。
- 前記空間は、前記電解室の側方及び上方の少なくともいずれか一方に設けられていることを特徴とする請求項8に記載の電解槽。
- 前記電極板同士の間に前記スペーサが複数配置されていることを特徴とする請求項7〜9のいずれか1項に記載の電解槽。
- 電解水製造装置に着脱自在で所定量の原料水が充填された電解槽に、一定電流値の電流を、予め設定された単位時間だけ通電させて前記原料水の電気分解を行う電気分解工程と、
前記電気分解工程で発生した電解生成物を所定量の希釈水と混合して電解水を製造する混合工程とを有し、
前記原料水を電解槽に追加供給することなく、前記電気分解工程および混合工程を複数回行うことによって電解水を繰り返し製造する工程と、
該繰り返し製造した後の電解槽を、所定量の原料水が充填された別の電解槽に交換する工程を有することを特徴とする電解水の製造方法。 - 前記電解水を繰り返し製造する工程の後に、前記電解槽の交換時期を通知する工程を有することを特徴とする請求項11に記載の電解水の製造方法。
- 前記電解槽の交換時期を通知する工程が、前記電解槽に流れる電流の電圧値または電流値をモニターして、前記電解槽の交換時期を通知する工程を有する、請求項12に記載の電解水の製造方法。
- 前記電解槽の交換時期を通知する工程が、前記電気分解工程の回数、または前記単位時間の累計をモニターして、前記電解槽の交換時期を通知する工程を有する、請求項12記載の電解水の製造方法。
- 前記電気分解工程における前記一定電流値および単位時間は、その一方または両方を変更して設定可能であり、
該設定された一定電流値と単位時間に応じて、前記電解槽の交換時期までの、電気分解工程の回数または単位時間の累計を設定する、請求項14に記載の電解水の製造方法。 - 前記原料水は、量および濃度の一方または両方を変更して電解槽に充填可能であり、
電解槽に充填されている原料水の量と濃度に応じて、前記電解槽の交換時期までの、電気分解工程の回数または単位時間の累計を設定する、請求項14または15に記載の電解水の製造方法。 - 前記電解槽が、筐体の内部に複数の電極板を備え、該複数の電極板は一方の板面を一方向に向けて間隔をおいて配列されており、
前記電極板の枚数が変更可能であり、該枚数の変更に応じて単位時間を変更する、請求項11〜16のいずれか一項に記載の電解水の製造方法。 - 前記電解槽を交換した後の1回目の電気分解工程は、2回目以降の電気分解工程よりも単位時間を長くする、請求項11〜17のいずれか一項に記載の電解水の製造方法。
- 着脱可能な電解槽と、該着脱可能な電解槽で得られた電解生成物を希釈水と混合して電解水とする混合部とを備えた電解水製造装置を用い、
前記電気分解工程の前に、前記電解槽に所定量の原料水を充填して封止する工程と、該封止した電解槽を前記電解水製造装置に装着する工程を有する、請求項11〜18のいずれか一項に記載の電解水の製造方法。 - 前記原料水が、濃度0.75〜21質量%の希塩酸である、請求項11〜19のいずれか一項に記載の電解水の製造方法。
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