JP6614538B2

JP6614538B2 - 電解水生成装置

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Publication number: JP6614538B2
Application number: JP2018100672A
Authority: JP
Inventors: 実長田; 俊輔森; 賢一郎稲垣; 哲也前川; 真未黒田
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-05-25
Filing date: 2018-05-25
Publication date: 2019-12-04
Anticipated expiration: 2038-05-25
Also published as: JP2019202296A

Description

本開示は、水の電気分解により電解水を生成する電解水生成装置に関する。

従来から、水の電気分解により電解水を生成する電解水生成装置の開発が行われている。従来の電解水生成装置には、たとえば、平板形状の陽極、平板形状の陽イオン交換膜、および平板形状の陰極を含む積層構造を備えているものがある。この積層構造においては、陽イオン交換膜は、陽極上に積み重なるように配置される。陰極は、イオン交換膜上に積み重なるように配置される。陽イオン交換膜は、厚さ方向に貫通する膜孔を有している。陰極は、イオン交換膜の膜孔に連通するように厚さ方向に貫通する陰極孔を有している

特開２０１２−１２６９５号公報特開２０１１−２４６７９９号公報

上記した従来の電解水生成装置においては、陰極孔の内周面が水の中に含まれる陽イオンを引き寄せる。それにより、陰極孔内に陽イオンが滞留する。そのため、陰極孔の内周面に滞留した陽イオンと水の中に含まれる陰イオンとが結合する。その結果、陰極孔内でスケールが生成される。多量のスケールが陰極孔内で滞留すると、陽極への水の供給および生成された陰極孔を経由した電解水の流出が不十分となる。この場合、電解水の生成能力が低下する。

本開示は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本開示の目的は、陰極孔内でのスケールの生成に起因した電解水の生成能力の低下を抑制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。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る電解水生成装置は、平板状の陽極と、前記陽極上に積層され、厚さ方向に貫通する膜孔を有する陽イオン交換膜と、前記イオン交換膜上に積層され、前記膜孔に連通するように厚さ方向に貫通する陰極孔を有する平板状の陰極と、前記陰極孔の内周面は、前記陰極の電気抵抗値よりも高い電気抵抗値を有する高電気抵抗材料によって覆われている。

本開示によれば、陰極孔内でのスケールの生成に起因した電解水の生成能力の低下を抑制することができる。

実施の形態１の電解水生成システムの外観斜視図である。実施の形態１の電解水生成装置の縦断面図である。実施の形態１の電解水生成装置の積層構造の分解斜視図である。実施の形態１の電解水生成装置の積層構造の拡大縦断面図である。実施の形態１の電解水生成装置の化学的作用を説明するための第１の図である。実施の形態１の電解水生成装置の化学的作用を説明するための第２の図である。実施の形態１の電解水生成装置の化学的作用を説明するための第３の図である。実施の形態１の電解水生成装置の他の例の陰極の斜視図である。実施の形態１の電解水生成システムの制御態様を説明するためのタイミングチャートである。実施の形態２の電解水生成システムの概略図である。実施の形態２の他の例の電解水生成システムの概略図である。実施の形態２の電解水生成システムの間欠運転動作および連続運転動作のそれぞれにおける、陽極と陰極との間に印加される電圧と、電圧が印加される時間との関係を示すグラフである。実施の形態２の電解水生成システムの間欠運転動作および連続運転動作のそれぞれにおける、生成されるオゾンの濃度と、陽極と陰極との間に電圧が印加される時間との関係を示すグラフである。実施の形態２の電解水生成システムの電解水生成装置の陽イオン交換膜の化学式である。実施の形態２の電解水生成装置の内部で生じる化学的作用を説明するための第１の図である。実施の形態２の電解水生成装置の内部で生じる化学的作用を説明するための第２の図である。実施の形態２の電解水生成装置の内部で生じる化学的作用を説明するための第３の図である。

以下、図面を参照しながら、各実施の形態の電解水生成システムおよびそれに用いられている電解水生成装置を説明する。以下の複数の実施の形態においては、同一の参照符号が付された部分同士は、図面上における形状に多少の相違があっても、特段の記載がない限り、互いに同一の機能を有するものとする。

（実施の形態１）
図１〜図９を用いて、実施の形態１の電解水生成システム１０００を説明する。

（システムの構造）
図１に示されるように、電解水生成システム１０００は、水が流れる流路を備えている。電解水生成システム１０００に設けられた流路は、幹流路１５、上流側の第１の枝流路１０Ａ、下流側の第１の枝流路２０Ａ、および上流側の第２の枝流路１０Ｂ、下流側の第２の枝流路２０Ｂによって構成されている。幹流路１５は、ポンプＰによって送り出された原水を受け入れる。第１の枝流路１０Ａおよび第２の枝流路１０Ｂは、それぞれ、幹流路１５から分岐している。

第１の枝流路１０Ａ，２０Ａは、上流側の第１の枝流路１０Ａと下流側の第１の枝流路２０Ａとを含んでいる。上流側の第１の枝流路１０Ａと下流側の第１の枝流路２０Ａとの間に、第１の電解水生成装置１００Ａが接続されている。第２の枝流路１０Ｂ，２０Ｂは、上流側の第２の枝流路１０Ｂと下流側の第２の枝流路２０Ｂとを含んでいる。上流側の第２の枝流路１０Ｂと下流側の第２の枝流路２０Ｂとの間に、第２の電解水生成装置１００Ｂが接続されている。幹流路１５、上流側の第１の枝流路１０Ａ、下流側の第１の枝流路２０Ａ、上流側の第２の枝流路１０Ｂ、および下流側の第２の枝流路２０Ｂは、それぞれ、アクリル樹脂製の中空の角筒である。

電解水生成システム１０００は、幹流路１５と上流側の第１の枝流路１０Ａとの分岐部であって、かつ、幹流路１５と上流側の第２の枝流路１０Ｂとの分岐部に流路変更機構Ｖを備えている。本実施の形態においては、流路変更機構Ｖは、流路切替弁として機能する三方弁である。本実施の形態の電解水生成システム１０００においては、幹流路１５を流れる原水が、流路変更機構Ｖを経由して、上流側の第１の枝流路１０Ａおよび上流側の第２の枝流路１０Ｂのいずれかに流れ込む。

上流側の第１の枝流路１０Ａに流れ込んだ原水は、第１の電解水生成装置１００Ａに流れ込む。第１の電解水生成装置１００Ａに流れ込んだ原水は、第１の電解水生成装置１００Ａを通過すると、電解水に変化して、下流側の第１の枝流路２０Ａへ流れ込む。

上流側の第２の枝流路１０Ｂに流れ込んだ原水は、第２の電解水生成装置１００Ｂに流れ込む。第２の電解水生成装置１００Ｂに流れ込んだ原水は、第２の電解水生成装置１００Ｂを通過すると、電解水に変化して、下流側の第２の枝流路２０Ｂへ流れ込む。

（制御部）
図１に示されるように、電解水生成システム１０００は、制御部ＣＡ，ＣＢ，ＣＣ，ＣＤを備えている。制御部ＣＡは、第１の電解水生成装置１００Ａを制御する。制御部ＣＢは、第２の電解水生成装置１００Ｂを制御する。制御部ＣＣは、流路変更機構Ｖを制御する。制御部ＣＤは、ポンプＰを制御する。本実施の形態においては、制御部ＣＡ，ＣＢ，ＣＣ，ＣＤは、別個の部品として描かれているが、一体的に形成された１つの部品からなる１つの制御部であってもよい。

電解水生成システム１０００は、操作者が操作する入力部Ｉを備えている。入力部Ｉは、操作者の操作に基づいて、制御部ＣＡ，ＣＢ，ＣＣ，ＣＤのそれぞれへ指令信号を送信する。制御部ＣＡおよび制御部ＣＢのそれぞれは、センサＳ、メモリＭ、およびプロセッサＰＲ等を有している。制御部ＣＡ，ＣＢは、プロセッサＰＲがメモリＭに記憶されたプログラムを用いて、交流電力ＡＣから直流電力ＤＣを生成する。それにより、制御部ＣＡ，ＣＢは、第１の電解水生成装置１００Ａおよび第２の電解水生成装置１００Ｂのそれぞれ内の陽極１Ａ（図２参照）および陰極１Ｃ（図２参照）に直流電圧を印加する。図示されていないが、制御部ＣＣおよび制御部ＣＤのそれぞれも、センサ、メモリ、およびプロセッサ等を有している。

制御部ＣＡ，ＣＢは、それぞれ、陽極１Ａと陰極１Ｃとの間で流れる電流を、抵抗器（ｒ）を経由して受け取る。それにより、制御部ＣＡ，ＣＢは、それぞれ、センサＳによって検出された陽極１Ａと陰極１Ｃとの間で流れる電流の値の情報に基づいて、陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に印加される電圧の値を制御する。具体的には、制御部ＣＡ，ＣＢは、それぞれ、陽極１Ａと陰極１Ｃとの間で流れる電流の値が所定値になるように、陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に印加される電圧の値を制御する。電解水の濃度、たとえば、オゾン水の濃度は、陽極１Ａと陰極１Ｃとの間で流れる電流の値に比例すると推定される。したがって、利用できる電解水の濃度をほぼ一定値に維持するために、制御部ＣＡ，ＣＢは、それぞれ、陽極１Ａと陰極１Ｃとの間で流れる電流の値をほぼ一定値に維持するように陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に印加される電圧を変化させる。

たとえば、第１の電解水生成装置１００Ａおよび第２の電解水生成装置１００Ｂのいずれか一方を使用し続けると、センサＳによって検出された電流の値が所定値よりも低くなる場合がある。この場合、使用し続けられている制御部ＣＡおよび制御部ＣＢのいずれか一方は、陽極１Ａと陰極１Ｃとの間で流れる電流の値が所定値まで増加するように、陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に印加される電圧の値を増加させる制御を実行する。

制御部ＣＡは、入力部Ｉから受信した指令信号に基づいて、第１の電解水生成装置１００Ａを制御する。制御部ＣＢは、入力部Ｉから受信した指令信号に基づいて、第２の電解水生成装置１００Ｂを制御する。制御部ＣＣは、入力部Ｉから受信した指令信号に基づいて、流路変更機構Ｖを制御する。制御部ＣＤは、入力部Ｉから受信した指令信号に基づいて、ポンプＰを制御する。

制御部ＣＡ，ＣＢ，ＣＣ，ＣＤは、満水状態または電気的接続等の異常事態が発生した場合に、第１の電解水生成装置１００Ａおよび第２の電解水生成装置１００Ｂを停止する。制御部ＣＡ，ＣＢ，ＣＣ，ＣＤは、異常事態が発生しなければ、その後の通常行われる処理を実行する。

（流路変更機構）
図１に示される流路変更機構Ｖは、制御部ＣＣに制御されることによって、幹流路１５から上流側の第１の枝流路１０Ａへ原水を導く第１の状態および幹流路１５から上流側の第２の枝流路１０Ｂへ原水を導く第２の状態のいずれかを選択的に形成する。流路変更機構Ｖは、本実施の形態においては、１つの三方弁、すなわち流路切替弁であるが、上流側の第１の枝流路１０Ａおよび上流側の第２の枝流路１０Ｂにそれぞれ設けられた２つの開閉弁であってもよい。この場合、制御部ＣＣは、２つの開閉弁の開閉動作が流路切替弁の流路切替動作と同じになるように、２つの切替弁の開閉動作を制御する。

（電解水生成装置の構造）
図２に示される実施の形態１の第１の電解水生成装置１００Ａおよび第２の電解水生成装置１００Ｂを説明する。第１の電解水生成装置１００Ａおよび第２の電解水生成装置１００Ｂは、いずれも、複数の電解水生成装置の一例として示されている。したがって、３以上の電解水生成装置のいずれか１つが選択的にかつ順次電解水を生成する生成状態に制御されてもよい。

第１の電解水生成装置１００Ａおよび第２の電解水生成装置１００Ｂは、いずれも、電解水としてオゾン水を生成するオゾン水生成装置として機能する。本実施の形態においては、第１の電解水生成装置１００Ａおよび第２の電解水生成装置１００Ｂは、同一の構造を有しているが、互いに異なる構造を有していてもよい。

第１の電解水生成装置１００Ａおよび第２の電解水生成装置１００Ｂは、いずれも、ハウジング１０１とハウジング１０１内に設けられた積層構造１とを備えている。ハウジング１０１は、電極ケース１０２と電極ケース１０２の上方の開口を塞ぐ電極ケース蓋１０３とを有している。

（電極ケース）
図２に示されるように、第１の電解水生成装置１００Ａおよび第２の電解水生成装置１００Ｂの電極ケース１０２は同一構造を有している。電極ケース１０２は、アクリル樹脂製である。電極ケース１０２は、上面が開口している容器構造を有している。

第１の電解水生成装置１００Ａの電極ケース１０２の対向する２つの側面に上流側の第１の枝流路１０Ａおよび下流側の第１の枝流路２０Ａがそれぞれ接続されている。第２の電解水生成装置１００Ｂの電極ケース１０２の対向する２つの側面に上流側の第２の枝流路１０Ｂおよび下流側の第２の枝流路２０Ｂがそれぞれ接続されている。電極ケース１０２の内部に積層構造１を支持するリブ（図示しない）を有している。

電極ケース１０２は、その底面に２つの貫通孔１０４，１０５を有している。給電用シャフト１０６，１０７は、それぞれ、２つの貫通孔１０４，１０５を経由して、電極ケース１０２の外部へ延びている。また、第１の電解水生成装置１００Ａの給電用シャフト１０６，１０７の先端から延びる配線（図示せず）が制御部ＣＡに電気的に接続されている。第２の電解水生成装置１００Ｂの給電用シャフト１０６，１０７から延びる配線が制御部ＣＢに電気的に接続されている。

（積層構造）
図２および図３に示されるように、第１の電解水生成装置１００Ａおよび第２の電解水生成装置１００Ｂのそれぞれは、同一の積層構造１を内包している。積層構造１は、給電体１Ｓ、陽極１Ａ、陽イオン交換膜５、および陰極１Ｃを備えている。給電体１Ｓの一方の主表面上には、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって、陽極１Ａが形成されている。給電体１Ｓは、ボロンドープ型の導電性ダイヤモンド材料である。陽極１Ａの上に陽イオン交換膜５が積層されている。陽イオン交換膜５の上に陰極１Ｃが積層されている。

図２に示されるように、上流側の第１の枝流路１０Ａが第１の電解水生成装置１００Ａの上流側の流入口に接続されている。上流側の第１の枝流路２０Ａが第１の電解水生成装置１００Ａの下流側の流出口に接続されている。第１の電解水生成装置１００Ａは、上流側の第１の枝流路１０Ａを流れる原水から第１の電解水を生成する第１の生成状態および第１の電解水を生成しない第１の非生成状態のいずれかに切替えられる。

図２に示されるように、第２の枝流路１０Ｂが第２の電解水生成装置１００Ｂの上流側の流入口に接続されている。第２の枝流路２０Ｂが第２の電解水生成装置１００Ｂの下流側の流出口に接続されている。第２の電解水生成装置１００Ｂは、第２の枝流路１０Ｂを流れる原水から第２の電解水を生成する第２の生成状態および第２の電解水を生成しない第２の非生成状態のいずれかに切替えられる。

図２から分かるように、積層構造１は、原水を電気分解して電解水としてのオゾン水を生成する。積層構造１は、１０ｍｍ×５０ｍｍ×１．２ｍｍの薄肉板状をなしている。積層構造１は、後に詳細に述べられるように、陰極１Ｃおよび陽イオン交換膜５を貫通して、その底面に陽極１Ａの表面が露出する穴部、より具体的には、溝部またはスリットを有している。

図２の断面図から推測されるように、陰極１Ｃの陰極孔１ＣＴＨとしてのスリットと陽イオン交換膜５の膜孔５ＴＨとしてのスリットとが平面視において重畳するように、陰極１Ｃと陽イオン交換膜５とが配置されている。そのため、積層構造１の前述の穴部は、陰極１Ｃの上側の流路から陽極１Ａの上面まで連通している。

本実施の形態の第１の電解水生成装置１００Ａおよび第２の電解水生成装置１００Ｂのそれぞれにおいては、陽極１Ａと陽イオン交換膜５とが接触しており、かつ、陽イオン交換膜５と陰極１Ｃとが接触している。しかしながら、陽極１Ａと陽イオン交換膜５とが距離を置いて設けられていてもよい。また、陽イオン交換膜５と陰極１Ｃとが距離を置いて設けられていてもよい。

（給電体）
図２および図３に示される給電体１Ｓは、積層構造１の陽極１Ａに正の電荷を付与する。給電体１Ｓは、１０ｍｍ×５０ｍｍ×０．５ｍｍの薄肉板状をなしている。給電体１Ｓの一つの縁部の延出部が、シャフト取付片１ＳＡを構成している。給電体１Ｓは、チタンからなる。給電体１Ｓの表面上にプラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法によって、陽極１Ａが形成される。給電体１Ｓは電極ケース１０２に支持される。シャフト取付片１ＳＡから引き出された給電用シャフト１０６は、制御部ＣＡまたは制御部ＣＢに電気的に接続される。

（陽極）
図２および図３に示される陽極１Ａは、制御部ＣＡ，ＣＢからの正の電荷を受けて電解水としてのオゾンの気泡を生成する。陽極１Ａは、１０ｍｍ×５０ｍｍ×３μｍの薄肉板状をなしている。陽極１Ａは、ボロンドープ型の導電性ダイヤモンド膜である。

（陽イオン交換膜）
図２および図３に示される陽イオン交換膜５は、陽極１Ａと陰極１Ｃとに挟まれた状態で保持されている。正の電荷は、陽極１Ａから陰極１Ｃへ移動する。陽イオン交換膜５は、１０ｍｍ×５０ｍｍ×０．２ｍｍの薄肉板状をなしている。陽イオン交換膜５は、その上面からその下面へ貫通するスリットの膜孔５ＴＨを有している。

スリット状の膜孔５ＴＨの長手方向は陰極１Ｃの長手方向と直交する方向である。スリット状の膜孔５ＴＨの寸法は７ｍｍ×１ｍｍ×０．５ｍｍである。膜孔５ＴＨは、図とは異なるが、陽イオン交換膜５の１０か所の位置に設けられる。隣接する膜孔５ＴＨ同士を連結する隙間Ｃ１または隙間Ｃ２を構成する溝または切欠きが設けられている。この溝または切欠きは、製造工程において必然的に形成されるくぼみであってもよい。

(陰極)
図２および図３に示される陰極１Ｃは、陽イオン交換膜５を通過した正の電荷を受けて水素の気泡を生成する。陰極１Ｃは、１０ｍｍ×５０ｍｍ×０．５ｍｍの薄肉板状をなしている。陰極１Ｃの一つの縁部の延部が、シャフト取付片１ＳＣを構成する。陰極１Ｃは、陰極１Ｃの上面から陰極１Ｃの下面へ貫通するスリット状の陰極孔１ＣＴＨを有している。陰極孔１ＣＴＨの長手方向は陰極１Ｃの長手方向と直交する方向である。

スリット状の陰極孔１ＣＴＨの寸法は、７ｍｍ×１ｍｍ×０．５ｍｍである。図面とは異なるが、陰極孔１ＣＴＨは、陰極１Ｃの１０か所の位置に設けられている。陰極孔１ＣＴＨの内周面には樹脂製のコーティング材料である高電気抵抗材料Ｒが塗布されている。高電気抵抗材料Ｒは陰極１Ｃよりも電気抵抗が大きい。陰極１Ｃは、ステンレス製である。陰極１Ｃのシャフト取付片１ＳＣから引き出された給電用シャフト１０７は、制御部ＣＡまたは制御部ＣＢに電気的に接続される。

（化学的作用）
図４に示されるように、第１の電解水生成装置１００Ａおよび第２の電解水生成装置１００Ｂのそれぞれにおいて、陽極１Ａと陰極１Ｃとに電圧が印加されておらず、かつ、原水が流れていないときには、化学的作用はほとんど生じていない。

図５に示されるように、陽極１Ａと陰極１Ｃとに電圧が印加されると、次のような化学的作用が生じる
陽極１Ａ側３Ｈ_２Ｏ→Ｏ_３＋６Ｈ^＋＋６ｅ⁻
２Ｈ_２Ｏ→Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻
陰極１Ｃ側２Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻→Ｈ_２＋２ＯＨ⁻
つまり、第１の電解水生成装置１００Ａおよび第２の電解水生成装置１００Ｂのそれぞれにおいては、陽極１Ａの近傍で酸素とオゾンが発生し、陰極１Ｃの近傍で水素が発生する。陽極１Ａの近傍でオゾンが発生するか否かは、陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に印加される電圧に依存する。本実施の形態においては、陽極１Ａと陽イオン交換膜５との界面でオゾンが発生する程度の電圧が陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に印加されるものとする。ただし、陽極１Ａと陽イオン交換膜５との界面でオゾンが発生しない程度の電圧が陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に印加されてもよい。なお、オゾンを生成するための電極としては、二酸化鉛電極、ダイヤモンド電極、白金電極、または酸化タンタル電極などが用いられ得る。

図６に示されるように、陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に電圧が印加されていない状態で、原水が陽イオン交換膜５に供給され続けると、陽イオン交換膜５は、原水の中に含まれる金属陽イオン（Ｍ^＋）を取り込み、水素イオン（Ｈ^＋）を原水中に放出する。水素イオン（Ｈ+）同士が結合すると、水素（Ｈ_２）が生成される。金属陽イオン（Ｍ^＋）は、たとえば、カルシウムイオン（Ｃａ^２＋）またはナトリウムイオン（Ｎａ^＋）等である。

その後、陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に電圧が印加されると、陽極１Ａと陽イオン交換膜５との界面の近傍では、２Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻＋Ｍ^２＋→Ｈ_２＋Ｍ（ＯＨ）_２という化学反応が生じる。つまり、原水の中に含まれる金属陽イオン（たとえば、Ｃａ^２＋またはＮａ^＋）が陽極１Ａの近傍で水酸化物イオン（ＯＨ⁻）と結合し、金属水酸化物Ｍ（ＯＨ）_２が生成される。

たとえば、金属陽イオン（Ｍ^２＋）がカルシウムイオン（Ｃａ^２＋）である場合、水中の炭酸イオン（ＣＯ^２−）とカルシウムイオン（Ｃａ^２＋）とが結合する。そのため、図６に二点鎖線で示されるように、スケール（ＣａＣＯ_３）が陰極１Ｃと陽イオン交換膜５との界面の近傍の膜孔５ＴＨおよび陰極孔１ＣＴＨの内周面に付着することがある。しかしながら、本実施の形態の第１の電解水生成装置１００Ａおよび第２の電解水生成装置１００Ｂによれば、後述される高電気抵抗材料Ｒの存在により、スケール（ＣａＣＯ_３）の膜孔５ＴＨおよび陰極孔１ＣＴＨの内周面への付着が抑制されている。その結果、膜孔５ＴＨおよび陰極孔１ＣＴＨがスケールによって狭められることに起因したオゾン生成効率の低下が抑制されている。

（隙間）
図７から理解されるように、陽極１Ａと陽イオン交換膜５とは互いに接触している。これは、電解水の生成効率を高めるために、陽極１Ａから陽イオン交換膜５への正の電荷の移動の効率を高めることが好ましいからである。したがって、陽極１Ａと陽イオン交換膜５との接触面同士の間の水が流れないわずかの空間でオゾンの気泡が滞留するおそれがある。そのため、本実施の形態においては、陽極１Ａと陽イオン交換膜５との間に水の流れが生じるように、陽極１Ａと陽イオン交換膜５との間に隙間Ｃ１が設けられている。その結果、陽極１Ａの接触面と陽イオン交換膜５の接触面との間に存在するオゾンが、陽極１Ａおよび陽イオン交換膜５のそれぞれの接触面に平行な方向に隙間Ｃ１を通過する水の流れに起因したサイフォン作用によって、水の中へ自然に混入される。したがって、オゾンが陽極１Ａと陽イオン交換膜５との間に滞留することが抑制される。以上のことから、電解水生成のために必要な陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に印加される電圧の増加を抑制することができる。

図７から理解されるように、陽イオン交換膜５と陰極１Ｃとは互いに接触している。これは、電解水の生成効率を高めるために、陽イオン交換膜５から陰極１Ｃへの正の電荷の移動の効率を高めることが好ましいからである。したがって、陽イオン交換膜５と陰極１Ｃとの接触面同士の間の水が流れないわずかの空間で水素の気泡が滞留するおそれがある。そのため、本実施の形態においては、陽イオン交換膜５と陰極１Ｃとの間に水の流れが生じるように、陽イオン交換膜５と陰極１Ｃとの間に隙間Ｃ２が設けられている。それにより、陽イオン交換膜５の接触面と陰極１Ｃの接触面との間に存在する水素が、陽イオン交換膜５および陰極１Ｃのそれぞれの接触面に平行な方向に隙間Ｃ２を通過する水の流れに起因したサイフォン作用によって、水の中へ自然に混入される。そのため、水素が陽イオン交換膜５と陰極１Ｃとの間に滞留することが抑制される。その結果、電解水生成のために必要な陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に印加される電圧の増加を抑制することができる。

図７に示されるように、隙間Ｃ１は、陽極１Ａに対向する陽イオン交換膜５の表面に設けられた溝または切欠きである。ただし、隙間Ｃ１は、陽イオン交換膜５に対向する陽極１Ａの表面に形成された溝または切欠きであってもよい。また、隙間Ｃ１は、陽極１Ａに対向する陽イオン交換膜５の表面に形成された溝または切欠きおよび陽イオン交換膜５に対向する陽極１Ａの表面に形成された溝または切欠きの双方であってもよい。隙間Ｃ１は、製造時に陽極１Ａと陽イオン交換膜５との間に自然に形成されたものであってもよい。

隙間Ｃ１は、図面で描かれているような大きな溝または切欠きとは異なり、実際には、陽イオン交換膜５を構成する不織布に形成された多数の細かな切欠きまたは溝である。隙間Ｃ１の位置および大きさは、陽極１Ａと陽イオン交換膜５との間に水の流れが生じ、かつ、陽極１Ａと陽イオン交換膜５とが接触する部分を有していれば、いかなるものであってもよい。

図７に示されるように、隙間Ｃ２は、陰極１Ｃに対向する陽イオン交換膜５の表面に設けられた溝または切欠きである。ただし、隙間Ｃ２は、陽イオン交換膜５に対向する陰極１Ｃの表面に形成された溝または切欠きであってもよい。また、隙間Ｃ２は、陰極１Ｃに対向する陽イオン交換膜５の表面に形成された溝または切欠きおよび陽イオン交換膜５に対向する陰極１Ｃの表面に形成された溝または切欠きの双方であってもよい。隙間Ｃ２は、製造時に陰極１Ｃと陽イオン交換膜５との間に自然に形成されたものであってもよい。

隙間Ｃ２は、図面で描かれているような大きな溝または切欠きとは異なり、実際には、陽イオン交換膜５を構成する不織布に形成された多数の細かな切欠きまたは溝である。隙間Ｃ２の位置および大きさは、陽イオン交換膜５と陰極１Ｃとの間に水の流れが生じ、かつ、陽イオン交換膜５と陰極１Ｃとが接触する部分を有していれば、いかなるものであってもよい。

図７に示されるように、陽極１Ａおよび陰極１Ｃは、それぞれ、平板状をなしている。平板状の陽極１Ａ、陽イオン交換膜５、および平板状の陰極１Ｃは、この順番で積層された積層構造１を形成している。陽イオン交換膜５は、陽イオン交換膜５の厚さ方向に貫通する複数の膜孔５ＴＨを有している。陰極１Ｃは、陰極１Ｃの厚さ方向に貫通し、複数の膜孔５ＴＨにそれぞれ連通する複数の陰極孔１ＣＴＨを有している。したがって、陽イオン交換膜５側の陽極１Ａの表面、複数の膜孔５ＴＨの内面、および複数の陰極孔１ＣＴＨの内面は、それぞれが底面および周面からなる複数の穴部を構成している。

図７に示されるように、陽極１Ａと陽イオン交換膜５との間の隙間Ｃ１は、積層構造１に形成された複数の穴部のうちの隣接する穴部同士を連通させている。そのため、陽極１Ａと陽イオン交換膜５との間に存在するオゾンを効率的に水の流れの中へ混入させることができる。陽イオン交換膜５と陰極１Ｃとの間の隙間Ｃ２は、積層構造１に形成された複数の穴部のうちの隣接する穴部同士を連通させる。そのため、陽イオン交換膜５と陰極１Ｃとの間に存在する水素を効率的に水の中へ入り込ませることができる。

（高電気抵抗材料）
図４〜図８から分かるように、陰極孔１ＣＴＨの内周面は、陰極１Ｃの電気抵抗値よりも高い電気抵抗値を有する高電気抵抗材料Ｒによって覆われている。そのため、陰極孔１ＣＴＨの内周面が水の中に含まれる陽イオンを引き寄せる力が弱まる。それにより、陰極孔１ＣＴＨ内に陽イオンが滞留することが抑制される。そのため、陰極孔１ＣＴＨの内周面に滞留した陽イオンと水の中に含まれる陰イオンとの結合が抑制される。その結果、陽イオンと陰イオンとの結合に起因したスケールの発生が抑制される。したがって、陰極孔１ＣＴＨ内でスケールが滞留することに起因した電解水の生成能力の低下を抑制することができる。

本実施の形態は、高電気抵抗材料Ｒは、陰極１Ｃを構成するステンレスの陰極孔１ＣＴＨの内周面が加熱または化学反応によって変化させられたものであってもよい。陰極孔１ＣＴＨの内周面の全体が高電気抵抗材料Ｒによって覆われていることが好ましい。高電気抵抗材料Ｒは、絶縁材料であることが好ましい。

陰極１Ｃと陽イオン交換膜５との接触面のうち陰極孔１ＣＴＨの内周面の周囲の部分、たとえば、陰極１Ｃの下面の一部および上面も高電気抵抗材料Ｒによって覆われていてもよい。ただし、陰極１Ｃと陽イオン交換膜５とがいずれかの位置で接触しているため、陽イオン交換膜５から陰極１Ｃへの陽イオンの伝達が可能である。これによれば、スケールの発生をより確実に抑制することができる。複数の陰極孔１ＣＴＨのそれぞれの内周面の全体が、高電気抵抗材料Ｒによって覆われていることが好ましい。これによれば、電解水の生成効率を高めながら、スケールの発生をより確実に抑制することができる。

高電気抵抗材料Ｒは、陰極１Ｃに塗布されたコーティング材料である。そのため、陰極１Ｃの内周面への高電気抵抗材料Ｒの付着を容易に行うことができる。高電気抵抗材料Ｒは、絶縁材料であれば、スケールの発生をより確実に抑制することができる。

本実施の形態においては、陰極１Ｃは、ステンレス材料で形成され、高電気抵抗材料Ｒは、フッ素樹脂材料で形成されている。そのため、陰極１Ｃとコーティング材料との付着強度の値および必要なコーティング材料の電気抵抗の値の双方を所望の大きさに設定することができる。

（他の例の陰極および高電気抵抗材料）
図８に示されるように、第１の電解水生成装置１００Ａおよび第２の電解水生成装置１００Ｂは、他の例の陰極１Ｃを含んでいてもよい。他の例の陰極１Ｃは、枠形状を有している。枠形状を有する他の例の陰極１Ｃの下面は、陽イオン交換膜５の上面に接するように設けられている。この場合、陽イオン交換膜５の隙間Ｃ１および隙間Ｃ２を設けなくてもよい。

高電気抵抗材料Ｒは、枠形状の陰極１Ｃの内周面を覆うように枠形状の陰極１Ｃ内に嵌め込まれている。高電気抵抗材料Ｒは、格子窓のような構造を有している。具体的には、高電気抵抗材料Ｒは、板状部材の外形を有しており、複数の膜孔５ＴＨにそれぞれ連通する複数の連通孔ＲＴＨを有している。高電気抵抗材料Ｒは、陰極の電気抵抗値よりも高い電気抵抗値を有する。

これによれば、枠形状を有する陰極１Ｃの内周面と陽イオン交換膜５の複数の膜孔５ＴＨのそれぞれの内周面とが高電気抵抗材料Ｒによって絶縁されている。したがって、膜孔５ＴＨの近傍でのスケールの発生のおそれを低下させることができる。なお、膜孔５ＴＨの下方の水に露出した陽極１Ａの上面で発生したオゾンは、複数の連通孔ＲＴＨを通過して陰極１Ｃの上方を流れる水に混入される。

（システムの切替制御）
図９に示されるように、制御部ＣＤが、ポンプＰを駆動（ＯＮ）することによって、幹流路１５に原水が送り込まれる。流路変更機構Ｖは、制御部ＣＣによって、第１の状態および第２の状態のいずれかに選択的に切り替えられている。本実施の形態においては、第１の状態は、流路変更機構Ｖが幹流路１５から上流側の第１の枝流路１０Ａへ原水を導く状態である。また、第２の状態は、流路変更機構Ｖが幹流路１５から上流側の第２の枝流路１０Ｂへ原水を導く状態である。

まず、制御部ＣＣは、流路変更機構Ｖを閉じられた状態から前述の第１の状態へ切り替える。それにより、原水が幹流路１５から上流側の第１の枝流路１０Ａへ導かれる。その後、原水は、第１の電解水生成装置１００Ａに供給される。

次に、制御部ＣＡは、流路変更機構Ｖが前述の第１の状態になっている期間のいずれかにおいて、第１の電解水生成装置１００Ａが電解水を生成する制御を実行する。つまり、第１の電解水生成装置１００Ａの陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に電圧を印加する。第１の電解水生成装置１００Ａにおいては、陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に電圧が印加（ＯＮ）されることにより、電解水が生成される。

また、制御部ＣＢは、流路変更機構Ｖが前述の第１の状態になっているときには、第２の電解水生成装置１００Ｂが電解水を生成しない制御を実行する。つまり、第２の電解水生成装置１００Ｂの陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に電圧が印加されない。言い換えると、第２の電解水生成装置１００Ｂは、停止（ＯＦＦ）状態である。

その後、制御部ＣＤは、ポンプＰを停止する制御を実行し、かつ、制御部ＣＣは、流路変更機構Ｖを閉じる状態に切り替える。このとき、第１の電解水生成装置１００Ａおよび第２の電解水生成装置１００Ｂのそれぞれにおいては、制御部ＣＡ，ＣＢは、それぞれ、陰極１Ｃと陽極１Ａとの間に電圧を印加しない。

次に、制御部ＣＤがポンプＰを駆動する制御を実行している状態で、制御部ＣＣは、流路変更機構Ｖを前述の第２の状態に切り替える。それにより、原水が幹流路１５から上流側の第２の枝流路１０Ｂへ導かれる。その後、原水は、第２の電解水生成装置１００Ｂに供給される。

制御部ＣＡは、流路変更機構Ｖが前述の第２の状態になっているときには、第１の電解水生成装置１００Ａが電解水を生成しない制御を実行する。つまり、第１の電解水生成装置１００Ａの陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に電圧が印加されない。言い換えると、第１の電解水生成装置１００Ａは、停止（ＯＦＦ）状態である。

また、制御部ＣＢは、流路変更機構Ｖが前述の第２の状態になっている期間のいずれかにおいて、第２の電解水生成装置１００Ｂが電解水を生成する制御を実行する。つまり、第２の電解水生成装置１００Ｂの陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に電圧を印加する。第２の電解水生成装置１００Ｂにおいては、陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に電圧が印加（ＯＮ）されることにより、電解水が生成される。

一般に、第１の電解水生成装置１００Ａおよび第２の電解水生成装置１００Ｂを連続して使用し続けると、電解水のｐＨの増加に起因したスケールの陰極１Ｃ等へ付着が生じる。スケールには、カルシウムスケール、マグネシウムスケール、および硬度成分スケールと言われるものがある。これらのスケールの一例としては、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸カルシウム、水酸化マグネシウム、およびリン酸カルシウム、または、鉄塩スケール（鉄錆）と言われるスケールの一例としての水酸化鉄および酸化鉄等が含まれる。

スケールが発生すると、陽極１Ａと陰極１Ｃとの間で流れる電流の値が低下するため、制御部ＣＡまたはＣＢは、陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に印加される電圧の値を増加させる制御を実行する。したがって、第１の電解水生成装置１００Ａまたは第２の電解水生成装置１００Ｂを連続して使用し続けると、第１の電解水生成装置１００Ａまたは第２の電解水生成装置１００Ｂの電解水の生成の効率が低下する。

以上のことから、スケールの発生を抑制するためには、第１の電解水生成装置１００Ａおよび第２の電解水生成装置１００Ｂのそれぞれを連続して利用する時間を短くすることが考えられる。そのため、電解水を生成する電解水生成装置と電解水を生成しない電解水生成装置とを時間分割して切り替えている。これによれば、１つの電解水生成装置を使用する時間を短くしながら、電解水生成システム１０００全体としては、電解水を継続的に生成することができる。その結果、所望の濃度の電解水を得るために陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に印加する電圧の増加を抑制しながら、電解水の生成能力を維持することができる。

（システムの間欠運転制御）
図９に示されるように、第１の電解水生成装置１００Ａの制御部ＣＡおよび第２の電解水生成装置１００Ｂの制御部ＣＢは、いずれも、陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に電圧を間欠的に印加する。そのため、陽極１Ａと陰極１Ｃとの間の電圧の印加が停止されている間に、陽極１Ａと陽イオン交換膜５との間に滞留しているオゾンが水の中に流れ出し、かつ、陽イオン交換膜５と陰極１Ｃとの間に滞留している水素が水の中に流れ出す。その結果、オゾンが陽極１Ａと陽イオン交換膜５との間に滞留することが抑制され、かつ、水素が陽イオン交換膜５と陰極１Ｃとの間に滞留することが抑制される。

図９に示されるように、制御部ＣＡ，ＣＢ，ＣＣ，ＣＤは、ポンプＰおよび流路変更機構Ｖを制御する。それにより、陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に電圧が印加されいてる期間にだけでなく、電圧の印加が停止されている期間の一部においても、電解水生成装置１００Ａ，１００Ｂへ原水が導かれる。より具体的には、陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に電圧を印加している期間に加えて、陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に電圧を印加している期間の前後の所定期間においても、電解水生成装置１００Ａ，１００Ｂへ原水が導かれる。そのため、オゾンが陽極１Ａと陽イオン交換膜５との間に滞留することがより確実に抑制され、かつ、水素が陽イオン交換膜５と陰極１Ｃとの間に滞留することがより確実に抑制される。ただし、制御部ＣＤは、電圧の印加のオン／オフと同期して、幹流路１５に原水を送り出すようにポンプＰのオン／オフを制御してもよい。

（電解水生成システムの動作）
操作者は、入力部Ｉを操作し、指令信号を入力部Ｉから制御部ＣＡ，ＣＢ，ＣＣ，ＣＢへ送信する。それにより、まず、ポンプＰが駆動し、第１の電解水生成装置１００Ａに原水が送り込まれる。その後、第１の電解水生成装置１００Ａの陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に電圧が印加される。これにより、第１の電解水生成装置１００Ａ内で電解水が生成される。本実施の形態の場合、第１の電解水生成装置１００Ａ内の陽イオン交換膜５と陽極１Ａとの界面の近傍でオゾンの気泡が生成される。また、第１の電解水生成装置１００Ａ内の陽イオン交換膜５と陰極１Ｃとの界面の近傍で水素が発生する。オゾンの気泡および水素の気泡は原水に溶解する。その結果、電解水としてオゾン水が生成される。

オゾンの気泡は、第１の電解水生成装置１００Ａの陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に電圧が印加される状態で、時間が経過するにつれて、陽極１Ａと陽イオン交換膜５との間の不可避の隙間に滞留する。不可避の隙間は、図示できないほど小さい。このオゾンの気泡は、陽極１Ａと陰極１Ｃとの間で絶縁物として機能してしまう。しかしながら、陽極１Ａと陽イオン交換膜５との間の不可避の隙間に滞留するオゾンは、隙間Ｃ１を流れる水の流れに起因したサイフォン作用によって、水の中へ吸引され、第１の電解水生成装置１００Ａから下流側の第１の枝流路２０Ａへ流れ出る。

また、水素の気泡が、第１の電解水生成装置１００Ａの陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に電圧が印加される状態で、時間が経過するにつれて、陽イオン交換膜５と陰極１Ｃとの間の不可避の隙間に滞留する。不可避の隙間は、図示できないほど小さい。この水素の気泡は、陽極１Ａと陰極１Ｃとの間で絶縁物として機能してしまう。しかしながら、陰極１Ｃと陽イオン交換膜５との不可避の隙間に滞留する水素は、隙間Ｃ２を流れる水の流れに起因したサイフォン作用によって、水の中へ吸引され、第１の電解水生成装置１００Ａから下流側の第１の枝流路２０Ａへ流れ出る。

また、上記の場合、水酸化物イオン濃度が増加する。その結果、第１の電解水生成装置１００Ａの積層構造１の膜孔５ＴＨ、陰極孔１ＣＴＨ（または連通孔ＲＴＨ）および陽極１Ａの表面によって構成される穴部、すなわちスリット内において、水酸化物塩（スケール）が一次的に滞留する。本実施の形態においては、陰極孔１ＣＴＨの内周面が高抵抗材料Ｒによって覆われている。そのため、発生したスケールは、陰極孔１ＣＴＨに付着することなく、電解水の中へ混入され、第１の電解水生成装置１００Ａから下流側の第１の枝流路２０Ａへ電解水とともに流れ出る。

第１の電解水生成装置１００Ａに原水が送り込まれている場合には、第２の電解水生成装置１００Ｂに原水が送り込まれない。そのため、第２の電解水生成装置１００Ｂの陽イオン交換膜５に原水中に含まれる金属陽イオンの蓄積が抑制される。たとえば、第２の電解水生成装置１００Ｂの陽イオン交換膜５の水素イオン（Ｈ^＋）と原水中のカルシウムイオン（Ｃａ^２＋）との交換が抑制される。

第１の電解水生成装置１００Ａの陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に電圧が印加されてから所定時間が経過すると、第１の電解水生成装置１００Ａの陽極１Ａと陰極１Ｃとの間の電圧の印加が停止される。これにより、陽極１Ａと陽イオン交換膜５との間でのオゾンの発生および陽イオン交換膜５と陰極１Ｃとの間での水素の発生が停止される。その後、所定時間だけポンプＰは駆動され続ける。その結果、第１の電解水生成装置１００Ａの陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に電圧の印加が停止された状態で、原水が第１の電解水生成装置１００Ａに送り込まれる。これにより、陽極１Ａと陽イオン交換膜５との間に滞留しているオゾンの気泡のほとんどは、原水の中へ流れ出た後、第１の電解水生成装置１００Ａから原水とともにほぼ完全に排出される。また、陽イオン交換膜５と陰極１Ｃとの間に滞留している水素の気泡のほとんどは、原水の中へ流れ出た後、第１の電解水生成装置１００Ａから原水とともにほぼ完全に排出される。

第１の電解水生成装置１００Ａの陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に電圧の印加が停止されてから所定時間が経過すると、ポンプＰが停止される。それにより、原水は、第１の電解水生成装置１００Ａへ送り込まれなくなる。これにより、第１の電解水生成装置１００Ａから水酸化物イオン（ＯＨ⁻）が完全に排出される。その結果、第１の電解水生成装置１００Ａの内部のアルカリ性が緩和される。したがって、第１の電解水生成装置１００Ａ内のスケールの発生が抑制される。

その後、制御ＣＤがポンプＰを駆動する制御を実行し続けている状態で、制御部ＣＣが流路変更機構Ｖを切替る制御を実行することにより、第１の電解水生成装置１００Ａに送り込まれていた原水が第２の電解水生成装置１００Ｂへ送り込まれる。その後、第２の電解水生成装置１００Ｂの陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に電圧が印加される。

これにより、第２の電解水生成装置１００Ｂ内で電解水が生成される。本実施の形態の場合、陽イオン交換膜５と陽極１Ａとの界面の近傍でオゾンの気泡が生成される。オゾンの気泡は原水に溶解する。その結果、オゾン水が生成される。

オゾンの気泡は、第２の電解水生成装置１００Ｂの陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に電圧が印加される状態で、時間が経過するにつれて、陽極１Ａと陽イオン交換膜５との間の不可避の隙間に滞留する。なお、不可避の隙間は、図示できないほど小さい。このオゾンの気泡は、陽極１Ａと陰極１Ｃとの間で絶縁物として機能してしまう。しかしながら、陽極１Ａと陽イオン交換膜５との間の不可避の隙間に滞留するオゾンは、隙間Ｃ１を流れる水の流れに起因したサイフォン作用によって、水の中へ吸引され、第２の電解水生成装置１００Ｂから下流側の第２の枝流路２０Ｂへ流れ出る。

また、第２の電解水生成装置１００Ｂの陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に電圧が印加される状態で、時間が経過するにつれて、水素の気泡が、第２の電解水生成装置１００Ｂの陰極１Ｃと陽イオン交換膜５との不可避の隙間に滞留する。なお、不可避の隙間は、図示できないほど小さい。この水素の気泡は、陽極１Ａと陰極１Ｃとの間で絶縁物として機能してしまう。しかしながら、陰極１Ｃと陽イオン交換膜５との不可避の隙間に滞留する水素は、隙間Ｃ２を流れる水の流れに起因したサイフォン作用によって、水の中へ吸引され、第２の電解水生成装置１００Ｂから下流側の第２の枝流路２０Ｂへ流れ出る。

また、上記の場合、第２の電解水生成装置１００Ｂの積層構造１の穴部、すなわちスリット内において、水酸化物イオン濃度が増加する結果として、水酸化物塩（スケール）が滞留する。

第２の電解水生成装置１００Ｂに原水が送り込まれている場合には、第１の電解水生成装置１００Ａに原水が送り込まれない。そのため、第１の電解水生成装置１００Ａの陽イオン交換膜５に原水中に含まれる金属陽イオンの蓄積が抑制される。たとえば、第１の電解水生成装置１００Ａの陽イオン交換膜５の水素イオン（Ｈ^＋）と原水中のカルシウムイオン（Ｃａ^２＋）との交換が抑制される。

第２の電解水生成装置１００Ｂの陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に電圧が印加されてから所定時間が経過すると、第２の電解水生成装置１００Ｂの陽極１Ａと陰極１Ｃとの間の電圧の印加が停止される。これにより、陽極１Ａと陽イオン交換膜５との間でのオゾンの発生および陽イオン交換膜５と陰極１Ｃとの間の水素の発生が停止する。その後、所定時間だけポンプＰは駆動され続ける。その結果、第２の電解水生成装置１００Ｂの陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に電圧の印加が停止された状態で、原水が第２の電解水生成装置１００Ｂに送り込まれる。

これにより、陽極１Ａと陽イオン交換膜５との間に滞留しているオゾンの気泡のほとんどは、原水の中へ流れ出た後、第２の電解水生成装置１００Ｂから原水とともにほぼ完全に排出される。また、陽イオン交換膜５と陰極１Ｃとの間に滞留している水素の気泡のほとんどは、原水の中へ流れ出た後、第２の電解水生成装置１００Ｂから原水とともにほぼ完全に排出される。

第２の電解水生成装置１００Ｂの陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に電圧の印加が停止されてから所定時間が経過すると、ポンプＰが停止される。それにより、原水は、第２の電解水生成装置１００Ｂへ送り込まれなくなる。これにより、第２の電解水生成装置１００Ｂから水酸化物イオン（ＯＨ⁻）が排出される。その結果、第２の電解水生成装置１００Ｂの内部のアルカリ性が緩和される。また、第２の電解水生成装置１００Ｂ内のスケールの発生が抑制される。

その後、制御ＣＤがポンプＰを駆動する制御を実行し続けている状態で、制御部ＣＣが流路変更機構Ｖを切替る制御を実行することにより、第２の電解水生成装置１００Ｂに送り込まれていた原水が第１の電解水生成装置１００Ａへ再び送り込まれる。その後、第１の電解水生成装置１００Ａの陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に電圧が再び印加される。

上記のような本実施の形態の電解水生成システム１０００は、通常の水を使用せず、殺菌用のオゾン水のみを使用する場所、たとえば、トイレの便器の洗浄水のために使用される。

（実施の形態２）
本実施の形態の電解水生成システム１０００は、実施の形態１の電解水生成システム１０００とほぼ同様である。以下、本実施の形態の電解水生成システム１０００と実施の形態１の電解水生成システム１０００とが異なっている点を主に説明する。なお、本実施の形態の電解水生成装置１００Ａは、実施の形態１の第１の電解水生成装置１００Ａおよび第２の電解水生成装置１００Ｂと同一であるものとする。

しかしながら、本実施の形態の電解水生成装置１００Ａは、実施の形態１の第１の電解水生成装置１００Ａおよび第２の電解水生成装置１００Ｂとは異なるものであってもよい。たとえば、電解水生成装置１００Ａは、白金製の金網からなる陽極の外側にイオン交換膜および金網製の陰極がそれぞれこの順番で圧接によって巻き付けられたものであってもよい。

図１０に示されるように、電解水生成システム１０００は、幹流路１５、上流側の第１の枝流路１０Ａ、下流側の第１の枝流路２０Ａ、電解水生成装置１００Ａ、上流側の第２の枝流路１０Ｂ、および下流側の第２の枝流路２０Ｂを備えている。電解水生成システム１０００は、流路変更機構Ｖを備えている。流路変更機構Ｖは、開閉弁Ｖ１および開閉弁Ｖ２を備えている。本実施の形態においては、開閉弁Ｖ１は、上流側の第１の枝流路１０Ａに設けられている。開閉弁Ｖ２は、上流側の第２の枝流路１０Ｂに設けられている。ただし、開閉弁Ｖ１および開閉弁Ｖ２の代わりに、実施の形態１の流路切替弁としての三方弁が幹流路１５と上流側の第１の枝流路１０Ａおよび上流側の第２の枝流路１０Ｂのそれぞれとの分岐部に設けられていてもよい。

図１０に示されるように、幹流路１５は、原水を受け入れる。上流側の第１の枝流路１０Ａは、幹流路１５から分岐している。電解水生成装置１００Ａは、陽極１Ａ、陰極１Ｃ、および陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に設けられた陽イオン交換膜５を含んでいる。電解水生成装置１００Ａは、上流側の第１の枝流路１０Ａおよび下流側の第１の枝流路２０Ａに接続されている。

電解水生成装置１００Ａは、上流側の第１の枝流路１０Ａを流れる原水から電解水を生成する生成状態および電解水を生成しない非生成状態のいずれかに切替えられる。上流側の第２の枝流路１０Ｂは、幹流路１５から分岐し、幹流路１５を流れる原水を下流へ導く。開閉弁Ｖ１，Ｖ２は、制御部Ｃによって、第１の状態および第２の状態のいずれか一方に変化する。第１の状態は、開閉弁Ｖ１が開かれ、かつ、開閉弁Ｖ２が閉じられている状態であり、原水が幹流路１５から上流側の第１の枝流路１０Ａへ導かれる状態である。第２の状態は、開閉弁Ｖ１が閉じられ、かつ、開閉弁Ｖ２が開かれている状態であり、原水が幹流路１５から上流側の第２の枝流路１０Ｂへ導かれる状態である。

上記の構成によれば、陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に電圧が印加されていないときに、陽イオン交換膜５に原水が供給されないように、開閉弁Ｖ１，Ｖ２を前述の第２の状態に切替えることができる。つまり、制御部Ｃは、開閉弁Ｖ１を閉状態にし、開閉弁Ｖ２を開状態にする。それにより、電解水生成装置Ａ内の陽イオン交換膜５が原水の中に含まれる不可避の陽イオンを取り込んでしまうことを抑制することができる。

そのため、電解水生成装置１００Ａが電解水を生成しているときに、すなわち、陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に電圧が印加されたときに、陽イオン交換膜５に取り込まれた陽イオンが電解水へ放出されることが抑制される。その結果、陽イオン交換膜５から電解水への陽イオンの放出に起因したスケールの生成が抑制される。また、電解水生成装置１００Ａが電解水を生成していないときに、第２の枝流路２０Ｂから電解水ではない水を取り出すことができる。したがって、電解水生成装置１００Ａが電解水を生成していないときに、スケールの生成を抑制しながら、電解水ではない水、たとえば、オゾン水ではない水を利用することができる。

図１０に示されるように、電解水生成システム１０００は、浄化装置２００を備えている。浄化装置２００は、上流側の第２の枝流路１０Ｂと下流側の第２の枝流路２０Ｂとの間に接続され、第２の枝流路１０Ｂ，２０Ｂを流れる原水を浄化水として下流の幹流路１５へ流出させる。そのため、電解水生成装置１００Ａが電解水を生成しないときに、原水ではなく、浄化水を利用することができる。なお、浄化装置２００は設けられていなくてもよい。

上記のような本実施の形態の電解水生成システム１０００は、家庭の台所で使用する水道水のために用いることができる。この場合、キッチンシンクの内面をオゾン水で殺菌洗浄することができる一方、オゾンを含まない水道水を食器等の洗浄に利用することができる。

（他の例の電解水生成システム）
図１１に示されるように、実施の形態２の他の例の電解水生成システム１０００は、浄化装置２００を備えている。浄化装置２００は、幹流路１５に接続されている。浄化装置２００は、幹流路１５を流れる原水を浄化水として下流の幹流路１５へ流出させる。なお、浄化装置２００は設けられていなくてもよい。

他の例の電解水生成システム１０００においては、電解水生成装置１００Ａは、原水の代わりに浄化水から電解水を生成する。そのため、電解水生成装置１００Ａの内部に異物が入り込むおそれを低減することができる。また、電解水生成装置１００Ａが電解水を生成しないときに、原水ではなく、浄化水を利用することができる。

図１２および図１３を用いて、オゾンの生成効率を比較する。図１２および図１３は、オゾンを生成している延べ時間が同一である条件の下で、１つの電解水生成装置において連続してオゾンを生成する場合と間欠的にオゾンを生成する場合とのオゾン水の生成能力の低下の態様を比較するためのグラフである。連続的にオゾン水を生成することは、電解水生成装置１００Ａの陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に連続して電圧を印加することを意味する。間欠的にオゾン水を生成することは、電解水生成装置１００Ａの陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に間欠的に印加することを意味する。

図１２は、電極（１Ａ，１Ｃ）がＯＦＦのときに、ポンプＰがＯＮの状態であってかつ開閉弁Ｖ１を開状態にした場合の電解水生成装置１００Ａにおける時間と電圧との関係を示している。また、図１２は、電極（１Ａ，１Ｃ）がＯＦＦのときに、ポンプＰがＯＦＦの状態であるかまたはポンプＰがＯＮの状態であってかつ開閉弁Ｖ１を閉状態にした場合の電解水生成装置１００Ａにおける時間と電圧との関係も示している。図１３は、電極（１Ａ，１Ｃ）がＯＦＦのときに、ポンプＰがＯＮの状態であってかつ開閉弁Ｖ１を開状態にした場合の電解水生成装置１００Ａにおける時間とオゾンの生成量との関係を示している。また、図１３は、電極（１Ａ，１Ｃ）がＯＦＦのときに、ポンプＰがＯＦＦの状態であるかまたはポンプＰがＯＮの状態であってかつ開閉弁Ｖ１を閉状態にした場合の電解水生成装置１００Ａにおける時間とオゾンの生成量との関係も示している。

図１２および図１３において、「電極（１Ａ，１Ｃ）がＯＦＦのとき」とは、電解水生成装置１００Ａの陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に電圧が印加されていない状態を意味する。図１２および図１３において、「ポンプＰがＯＮの状態」とは、ポンプＰが駆動されることにより、幹流路１５に原水が流れている状態である。「開閉弁Ｖ１が開状態である」とは、開閉弁Ｖ１が開かれることにより、電解水生成装置１００Ａに原水が流れ込んでいる状態である。「開閉弁Ｖ１が閉状態である」とは、開閉弁Ｖ１が閉じられることにより、電解水生成装置１００Ａに原水が流れ込んでいない状態である。

図１２においては、電極（１Ａ，１Ｃ）がＯＦＦのときに開閉弁Ｖ１を開状態にした場合、電極（１Ａ，１Ｃ）がＯＦＦのときに開閉弁Ｖ１を閉状態にした場合に比較して、より短い時間で陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に印加される電圧が増加している。図１２から、陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に電圧が印加されていないときに、電解水生成装置１００Ａへの原水の供給を停止すると、所望の濃度のオゾンを生成するために必要な陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に印加する電圧の増加を抑制できることが分かる。これは、陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に電圧が印加されていないときの陰極１Ｃの近傍でのスケールの発生が抑制されるためである。

図１３においては、電極（１Ａ，１Ｃ）がＯＦＦのときに開閉弁Ｖ１を開状態にした場合、電極がＯＦＦのときに開閉弁Ｖ１を閉状態にした場合に比較して、より短い時間で電解水生成装置１００Ａの下流で得られるオゾンの濃度が低下している。言い換えると、図１３から、陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に電圧が印加されていないときに、電解水生成装置１００Ａに原水の供給を停止すると、オゾンの濃度の低下を抑制することができることが分かる。これは、陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に電圧が印加されていないときの陰極１Ｃの近傍でのスケールの発生が抑制されるためである。

図１４に示されるように、他の例の電解水生成装置１００Ａの陽イオン交換膜５は、スルホン酸基（−ＳＯ_３Ｈ）を有している。図１５に示されるように、陽イオン交換膜５は、陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に電圧が印加されていないと、水の中の金属陽イオン（Ｃａ^２＋，Ｎａ^＋）を受け入れ、水素イオン（Ｈ^＋）を水へ放出する。つまり、陽イオンが置換される。

図１５に示されるように、他の例の第１の電解水生成装置１００Ａにおいては、陽極１Ａ、陽イオン交換膜５、および陰極１Ｃは、積層構造ではなく、互いに離れて配置されていてもよい。また、陽極１Ａおよび陰極１Ｃは、平板状ではなく、メッシュ状をなしている。他の例の第１の電解水生成装置１００Ａにおいて、オゾンの発生はなく、水素と酸素とが水中に生成されてもよい。

図１６に示されるように、陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に電圧が印加された直後においては、陽極１Ａの近傍で水（Ｈ_２Ｏ）が水酸基（ＯＨ⁻）と水素イオン（Ｈ^＋）とに分解される。その結果、陽イオン交換膜５は、水素イオン（Ｈ^＋）を取り込み、水中に金属陽イオン（Ｃａ^２＋，Ｎａ^＋）を放出する。また、陰極１Ｃの近傍で水素（Ｈ_２）が発生する。そのため、図１６に示される状態では、水中の金属陽イオン（Ｃａ^２＋，Ｎａ^＋）の濃度が増加し、水のｐＨが上昇する。

図１７に示されるように、陽極１Ａと陰極１Ｃとの間に電圧が印加された状態が継続されると、水中への金属陽イオン（Ｃａ^２＋，Ｎａ^＋）の放出は停止する。図１７に示される状態では、水中の金属陽イオン（Ｃａ^２＋，Ｎａ^＋）の濃度が低下し、水のｐＨが低下する。

図１４〜図１７に示される他の例の電解水生成装置１００Ａを用いる場合においても、実施の形態１の第１の電解水生成装置１００Ａおよび第２の電解水生成装置１００Ｂと同様に、スケールの発生を抑制することができる。具体的には、前述の本実施の形態１と同様に、流れている水に含まれる陽イオン交換膜５の金属陽イオン（Ｃａ^２＋，Ｎａ^＋）の取り込みに起因したスケールの発生を抑制することができる。

以下、実施の形態の電解水生成装置１００Ａ，１００Ｂおよび電解水生成システム１０００の特徴的構成およびそれにより得られる効果を説明する。

（１）電解水生成装置１００Ａ，１００Ｂは、陽極１Ａ、陽イオン交換膜５、および陰極１Ｃを備えている。陽イオン交換膜５は、陽極１Ａに接触するように設けられ、陽極１Ａに向けて貫通する膜孔５ＴＨを有している。陰極１Ｃは、陽イオン交換膜５に接触するように設けられ、膜孔５ＴＨに連通するように貫通する陰極孔１ＣＴＨを有している。陰極孔１ＣＴＨの内周面は、陰極１Ｃの電気抵抗値よりも高い電気抵抗値を有する高電気抵抗材料Ｒによって覆われている。

上記の構成によれば、陰極孔１ＣＴＨの内周面が水の中に含まれる陽イオンを引き寄せる力が弱まる。それにより、陰極孔１ＣＴＨ内に陽イオンが滞留することが抑制される。そのため、陰極孔１ＣＴＨの内周面に滞留した陽イオンと水の中に含まれる陰イオンとの結合が抑制される。その結果、陽イオンと陰イオンとの結合に起因したスケールの発生が抑制される。したがって、陰極孔１ＣＴＨ内でスケールが滞留することに起因した電解水の生成能力の低下を抑制することができる。

（２）高電気抵抗材料Ｒは、陰極１Ｃの内周面に塗布されたコーティング材料であってよい。これによれば、陰極１Ｃの内周面への高電気抵抗材料Ｒの付着を容易に行うことができる。

（３）電解水生成装置１００Ａ，１００Ｂは、陽極１Ａ、陽イオン交換膜５、および陰極１Ｃを備えている。陽イオン交換膜５は、陽極１Ａに接触するように設けられ、陽極１Ａに向かって貫通する膜孔５ＴＨを有する。陰極１Ｃは、陽イオン交換膜５に接するように設けられ、枠形状を有する。高電気抵抗材料Ｒは、枠形状の内周面を覆うように枠形状内に嵌め込まれている。高電気抵抗材料Ｒは、膜孔５ＴＨに連通する連通孔ＲＴＨを有している。高電気抵抗材料Ｒは、陰極の電気抵抗値よりも高い電気抵抗値を有する。これによれば、連通孔ＲＴＨ内でスケールが滞留することに起因した電解水生成能力の低下を抑制することができる。

（４）陰極１Ｃは、ステンレス材料で形成され、高電気抵抗材料Ｒは、フッ素樹脂材料で形成されていてもよい。これによれば、陰極１Ｃとコーティング材料との付着強度の値および必要な電気抵抗の値の双方を所望の大きさに設定することができる。

１Ａ陽極
１Ｃ陰極
１ＣＴＨ陰極孔
５陽イオン交換膜
５ＴＨ膜孔
１００Ａ，１００Ｂ電解水生成装置
Ｒ高電気抵抗材料
ＲＴＨ連通孔

Claims

陽極と、
前記陽極に接するように設けられ、前記陽極に向かって貫通する膜孔を有する陽イオン交換膜と、
前記陽イオン交換膜に接するように設けられ、前記膜孔に連通するように貫通する陰極孔を有する陰極と、を備え、
前記陰極孔の内周面は、前記陰極の電気抵抗値よりも高い電気抵抗値を有し、水の中に含まれる陽イオンを前記内周面が引き寄せる力を弱めて前記陰極孔内に陽イオンが滞留することを抑制する高電気抵抗材料によって覆われている、電解水生成装置。
前記高電気抵抗材料は、前記陰極の内周面に塗布されたコーティング材料である、請求項１に記載の電解水生成装置。
陽極と、
前記陽極に接するように設けられ、前記陽極に向かって貫通する膜孔を有する陽イオン交換膜と、
前記陽イオン交換膜に接するように設けられ、枠形状を有する陰極と、
前記枠形状の前記陰極の内周面を覆うように前記枠形状の前記陰極内に嵌め込まれ、前記膜孔に連通する連通孔を有し、前記陰極の電気抵抗値よりも高い電気抵抗値を有する高電気抵抗材料と、を備えた、電解水生成装置。
前記陰極は、ステンレス材料で形成され、
前記高電気抵抗材料は、フッ素樹脂材料で形成された、請求項１〜３のいずれかに記載の電解水生成装置。