JP6675112B2

JP6675112B2 - 電解原水貯留式電解装置

Info

Publication number: JP6675112B2
Application number: JP2016021271A
Authority: JP
Inventors: 優章荒井
Original assignee: 優章荒井
Priority date: 2016-01-21
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2020-04-01
Anticipated expiration: 2036-01-21
Also published as: JP2017127850A

Description

本発明は、電解原水貯留式電解装置に関し、とりわけタンクや容器等の貯留槽に溜めた電解原水に電極部を浸漬して高純度次亜塩素酸水を生成することを図った電解原水貯留式電解装置に関する。

この種の次亜塩素酸水を生成する電解水生成装置として、特許文献１および特許文献２に開示されているように、一隔膜二室型のものと二隔膜三室型のものとが知られている。

一隔膜二室型の電解水生成装置は、陰イオン透過膜を介して対向配置された陽極室と陰極室とを備え、陽極室には、食塩水を混合した原水が供給され、陰極室には電解原水のみが供給される。そして、電極に直流電流を印加することにより、陽極室では、次亜塩素酸を含む酸性電解水が生成され、陰極室では、アルカリ性電解水が生成される。

二隔膜三室型の電解水生成装置は、電解質水溶液が収容される中間室と、中間室の片側に陽イオン透過膜を隔壁として陰極を配設した陰極室と、中間室を挟んだ反対側に陰イオン透過膜を隔壁として陽極を配設した陽極室からなるものである。

この二隔膜三室型の電解水生成装置は、２枚の隔膜で仕切ることによって陽極室と中間室と陰極室とを設けた装置であり、陽極室と陰極室には電解原水が供給され、中間室には高濃度の電解質水溶液が充填される。陽極室では、酸性電解水（次亜塩素酸水（ＨＣｌＯ））が生成され、陰極室では、アルカリ性電解水が生成される。

陽極室における電解次亜塩素酸水の生成原理について説明すると、まず、陰イオン透過膜から塩化物イオンが導き出される。この塩化物イオンは、すぐに陽極に電子を引き抜かれて塩素原子となる。

この塩素原子は、原子の空席を埋めるために、即座に塩素原子同士が結合して塩素ガス（Ｃｌ２）の気泡を生成する。この塩素ガス気泡は、水に溶け易い性質を持っており、電極表面から陽極室内に放出される。

一方、給液口から陽極室内に給液された電解原水は、０．１秒以内の高速で陽極室内から室外に排出される。その短時間に、電解原水の水分子は電子を陽極に引き抜かれ、水素と酸素原子として浮遊し酸性水として存在する。

そこで、前述した塩素ガス気泡は酸性水に含まれる酸素と水素または水酸イオンと結合し（気液接触し）、酸性水に溶け込み、酸性の次亜塩素酸水を合成する。

特開２００５−３２９３７５号公報特開２０００−２４６２４９号公報

しかしながら、このような電解水の生成装置によれば以下のような課題があった。
（１）電解装置の外部から電解原水を供給して装置内で対流させて使用する形を取っており、少なくとも電解装置の近傍に電解原水に流速を与えて供給する供給手段（例えば、水道水設備や電解原水供給タンク等）を備えていなければならず、必要なところに電解装置を持ち運んで電解水を生成することができないと言う問題があった。

（２）もちろん、容器に電解原水を溜め、流れの無い原水中に電極を直接浸漬して電解することも可能である。その場合、陽極表面近傍に浮力が小さく目視しにくい微細な塩素ガスが発生して電極に付着し、陽電極に付着した浮力が小さく微細な塩素ガスは、電解を続けると、電解原水が対流しないため塩素ガス気泡が徐々に大きくなり、電解原水に溶解しきれなかった塩素ガス気泡は、気泡の浮力が増して電極表面から分離し、電解原水表面に出て気泡は即座に破裂し、電解水タンク表面からタンク内に充満して、それが原因で、電解電気量（クーロン量）に対して得られる次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）の濃度低下と、消費電力ロスの発生、および危険な塩素ガスを室内に拡散させてしまうと言う問題がある。

（３）電解電力１０〜２０ワットと言う範囲の微弱電力により、溜水１Ｌ／２ｍｉｎ電解により、次亜塩素酸濃度２０〜４０ｐｐｍを生成しうる電解装置を、太陽光発電や自動車バッテリーやバイクバッテリー等使用し、様々な消毒が必要な被災地の現場で井戸水や湧水や持参した飲用水等を電解生成し、停電などの災害現場で無害で殺菌できる消毒水をふんだんに生成して使用する事が出来ない現状の問題が有る。

発明の目的

従って、本発明の目的は、必要なところに電解装置と電解質を持ち運んで停電環境でも電解水を生成することができ、塩素ガスを溶解させ、次亜塩素酸に変換させ、塩素ガスの発生を抑え、安全で、少ない消費電力で、効率良く、高い殺菌濃度の次亜塩素酸を生成することができる電解原水貯留式電解装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

本発明は、上記の目的を達成するために、陽極が配置される陽極室と陰極が配置される陰極室と電解質が供給される中間室とからなる電解装置を電解原水が貯留された貯留槽内に浸漬して電解を行う電解原水貯留式電解装置であって、前記陽極室と前記中間室の隔壁には、陰イオンを該中間室から該陽極室に透過させる陰イオン透過膜を有し、前記陰極室と前記中間室の隔壁には、陽イオンを該中間室から該陰極室に透過させる陽イオン透過膜を有し、前記陽極室の下部には、所定の流速付与装置で電解原水を取り入れる電解原水取り入れ口を有し、前記陽極室の上部には、電解により生成した未溶解塩素ガスを含んだ電解水を排出する電解水排出口を有し、前記電解水排出口には、前記陽極の表面で発生し浮遊する未溶解塩素ガスと未溶解塩素ガスを含んだ電解水との気液接触促進の撹拌を行う気液撹拌体が接続されている、ことを特徴とする電解原水貯留式電解装置を提供する。

この場合、前記電解原水取り入れ口には、前記貯留槽内に浸漬され取り入れられた前記電解原水に前記所定の流速を付与するスクリュー又は水中ポンプによる電解原水供給口あるいは前記貯留槽外に配設したポンプの吐出口が接続されていることを特徴とする。

また、前記気液撹拌体は、網状またはスポンジ状の樹脂であることを特徴とする。

また、前記気液撹拌体は、ホースに詰め込まれて前記陽極室上部に設けられた酸性電解水排出口に接続されていることを特徴とする。

また、前記中間室内部には、前記各電極と前記各イオン透過膜を固定するスペーサーが配設されていることを特徴とする。

また、前記中間室は、上部に電解質水溶液を供給する電解質水溶液供給口が設けられ、下部に電解質水溶液を収納する電解質水溶液収納室が配設されていることを特徴とする。

また、前記陰極室は、上部に電解原水取り入れ用の小さな孔が配設されていることを特徴とする。

また、前記陽極は、母材にチタンを使用し、太さ０．３ｍｍ以下の太さの線を網状および／または線の圧着等に加工して単層および／または多層にし、表面処理にイリジウムメッキを施されていることを特徴とする。

また、前記陰極は、母材にステンレスを使用し、太さ０．３ｍｍ以下の太さの線を網状に加工して単層および／または多層にされていることを特徴とする。

また、前記電解に使用する電源は、電圧が２．５〜７．０Ｖの範囲で、電流は２〜１０Ａ範囲の直流電源を用いることを特徴とする。

また、前記電解質は、純度９９％以上の塩または塩化カリウムであることを特徴とする。

また、前記陽極室内を通過する電解原水は、流速が１０〜１００ｃｍ／ｓｅｃ範囲の速さであることを特徴とする。

発明の効果

本発明の電解原水貯留式電解装置によれば、陽極が配置される陽極室と陰極が配置される陰極室と電解質が供給される中間室とからなる電解装置を電解原水が貯留された貯留槽内に浸漬して電解を行う電解原水貯留式電解装置であって、前記陽極室と前記中間室の隔壁には、陰イオンを該中間室から該陽極室に透過させる陰イオン透過膜を有し、前記陰極室と前記中間室の隔壁には、陽イオンを該中間室から該陰極室に透過させる陽イオン透過膜を有し、前記陽極室の下部には、所定の流速付与装置で電解原水を取り入れる電解原水取り入れ口を有し、前記陽極室の上部には、電解により生成した未溶解塩素ガスを含んだ電解水を排出する電解水排出口を有し、前記電解水排出口には、前記陽極の表面で発生し浮遊する未溶解塩素ガスと未溶解塩素ガスを含んだ電解水との気液接触促進の撹拌を行う気液撹拌体が接続されているので、塩素ガスの多くは電解原水に溶解し、高濃度の次亜塩素酸として効率的に生成され、気化して廃棄される塩素ガスが微量な為に消費電力が少なくて済み、更に電解質の消費量も少なく、室内に危険な塩素ガスが充満する危険の恐れも無い安全性と低コストの高効率電解により、携帯用の電解水生成装置として停電状態の被災地等の使用現場で消毒水として常に供給を可能にすることができる。

陽極室に取り込んだ電解原水に流速を発生させるスクリューおよびまたは水中ポンプを配設し、陽極室で発生して塩素ガスと電解原水を気液接触させる気液撹拌部を陽極室上部に配設した場合の電極上部から見た場合の電解装置の断面模式図である。図１に記載の電解装置を横断面から見た場合の模式図である。図１および図２に示した電解装置の電極を電解原水を貯留する貯留槽に浸漬した場合の側面から見た模式図である。図３に示した電解装置の陽極室に電解原水を供給循環させ電解槽外部にポンプを配設した場合の側面から見た断面図である。図５に示した電解装置は、電源として太陽光発電又はバイク用バッテリー自動車用バッテリ及び風力発電等を使用する場合の模式図である。

以下、本発明の電解原水貯留式電解装置の実施の形態の添付図面を参照しながら説明する。
図１は、陽極室に取り込んだ電解原水に流速を発生させるスクリューおよびまたは水中ポンプを配設し、陽極室で発生して塩素ガスと電解原水を気液接触させる気液撹拌部を陽極室上部に配設した場合の電極上部から見た場合の電解装置の断面模式図であり、図２は、図１に記載の電解装置を横断面から見た場合の模式図である。

図に示すように、電解原水貯留式電解装置１０は、陰極２００が配置される陰極室１００と、陽極２０１が配置される陽極室１０１と、陰極室１００と陽極室１０１の中間に配置されスペーサ（隔壁）が内蔵される中間室３０とからなる三室型の電解装置である。

陰極室１００と中間室３０との間には陽イオンを陰極室１００に透過させる陽イオン透過膜３００が設けられており、陽極室１０１と中間室３０との間には陰イオンを陽極室１０１に透過させる陰イオン透過膜３０１が設けられている。

陽極室１０１には、その下部に電解原水を取り入れる電解原水取り入れ口（図示せず）が設けられており、この電解原水取り入れ口には所定の流速で陽極室１０１に電解原水を送水するスクリュー５０が設けられており、その上部に生成された電解水を排出する電解水排出口（図示せず）が設けられている。

この電解水排出口には陽極の表面で発生し浮遊する塩素ガスと電解原水との気液撹拌を行う網状またはスポンジ状の気液撹拌体６０が長さ１０〜３０ｃｍのホースに詰め込まれて接続されている。１０〜３０ｃｍのホースとしたのは、陽極室１０１から排出された微細な塩素ガスを含んだ電解原水に塩素ガスが滞留して溶解するのに必要な長さであるからである。

中間室３０には、その上部に電解質を投入するため口電解質投入口２０が設けられており、その下部には電解質を収容する電解質収容タンク４０が設けられている。

陰極２００を収納した陰極室１００上部には、電解原水が供給されるだけの小さな給排水口（図示せず）が設けられている。

陽極２０１は、母材にチタンを使用し、太さ０．３ｍｍ以下の太さの線を網状に加工して単層および／または多層にし、表面処理にイリジウムメッキを施されている。

陰極２００は、母材にステンレスを使用し、太さ０．３ｍｍ以下の太さの線を網状に加工して単層および／または多層にされている。

電解に使用する電源は、電圧が３〜７Ｖの範囲で、電流は２〜１０Ａ範囲の直流電源を用いる。

電解質は、純度９９％以上の塩または塩化カリウムを用いる。

陽極室１０１内を通過する電解原水は、陽極２０１の表面に発生する目視が難しい微細な塩素ガス気泡を陽極２０１の表面から分離させるための流速、即ち、１０〜１００ｃｍ／ｓｅｃの速さで通過させるようにする。

図３は、図１および図２に示した電解装置に電解原水を貯留する貯留槽５００に浸漬した場合の側面から見た模式図である。
図において、符号４００は陽極２０１および陰極２００の電源端子、６００は各種制御機器を収納し貯留槽５００を載置する置き台であり、７００はこの電解原水貯留式電解装置１０の電源スイッチであり、８００は各種電源から受ける電気をコントロール部に安全に送るための整流器で、９００は太陽光発電パネルを電源とし、９０１はバイクのバッテリーを電源とし、９０２は自動車のバッテリーを電源にした。

以上の構成を有する電解原水貯留式電解装置の動作を説明する。
まず、中間室３０に電解質水溶液を供給し、電極全体を電解原水に浸漬させ、電源スイッチ７００により電解電源をＯＮさせる。

電極全体が貯留槽５００内の電解原水に浸漬し電解を開始したら、陽極室１０１の下部に設けられたスクリュー５０をＯＮし、陽極室１０１内に取り入れられる電解原水に一定速度以上の流速を与える。

一定速度以上の流速を与えられた電解原水は、陽極２０１の電極表面に発生している塩素ガスを微細気泡の内に電極から分離させる。

分離し電解原水に浮遊した塩素ガス気泡を含んだ電解原水は、陽極室１０１上部に接続された気液撹拌体６０に誘導され、この気液撹拌体６０を通過する際に塩素ガスが電解原水に溶解する。これにより、微細な塩素ガスは電解原水に溶解し易くなり、危険な塩素ガスとして空中に出ることを防ぐことができる。

その結果、無駄なく次亜塩素酸の生成に繋がる。また、電解された電解水を含む電解原水は塩素ガスの極微量な状態となり貯留槽５００に還流し、再度、同様に電解することにより、次亜塩素酸濃度を上昇させることができる。これにより、殆ど塩素ガス臭を感じ無いレベルまで処理できる。

図４は、本発明の他の例を示す図であり、陽極室１０１に電解原水を供給循環させ貯留槽５００外部にポンプを配設した場合の側面から見た断面図である。
図３と同一の内容については同一の符号を付し重複する説明は省略するが、符号５１は電解された電解原水を給水する給水管であり、５２は給水した電解原水を陽極室１０１に排出する排出管である。

図５は、本発明の他の例を示す図であり、８００は各種電源から受ける電気をコントロール部に安全に送るための整流器で、９００は太陽光発電パネルを電源とし、９０１はバイクのバッテリーを電源とし、９０２は自動車のバッテリーを電源にした模式図である。

このように、バッチ式電解方式で、陽極を被い陽極室を設け、陽極と中間室の間の隔壁とイオン滞留体を設け、中間室と反対側の電極表面に流速の有る電解原水を流す方法に電解原水に非浸漬したポンプでタンク内の電解原水を循環させて陽極表面に付着した塩素ガスを分離させるようにしても良い。

＜まとめ＞
本発明によれば、危険な塩素ガスの発生しにくい電解水の生成に大きな効果が有る。

また、本発明によれば、必要なときに必要な濃度の次亜塩素酸水を数分で出来る極短時間で卓上でも可能にした。

また、本発明によれば、必要なときに必要な場所で必要な量だけ電解水を生成出来る効果が得られる。

また、本発明によれば、持ち歩き等して移動先でバケツなどに溜めた水道水などを簡便に電解する事が出来る。

また、本発明より太陽光パネルが一枚有ればその場で殺菌できる次亜塩素酸水の生成が出来る。

電解質は多くの場所でも入手可能な塩（ＮａＣｌ）を使用できるので取扱いや保管に神経を使う必要が無く、安全で安心して殺菌水を生成する事が出来る。

また、電解する必要なタンクは特別な物が不要で、バケツや鍋や洗面器など電極全体が浸漬出来る一定の深さが有る事で生成する事が出来る。

また、電源は太陽光発電パネルから得られた電気や、バイクのバッテリーや自動車バッテリーから得る事が出来る。

１０、電解原水貯留式電解装置
２０、電解質投入口
３０、中間室
４０、電解質収容タンク
５０、スクリュー及び水中ポンプ
５１、給水管
５２、排出管
６０、気液撹拌体
１００、陰極室
１０１、陽極室
２００、陰極
２０１、陽極
３００、陽イオン透過膜
３０１、陰イオン透過膜
４００、電源端子
５００、貯留槽
６００、制御機器収容部
７００、電源スイッチ
８００、整流器
９００、太陽光発電パネル
９０１、バイクバッテリー
９０２、自動車バッテリー

Claims

陽極が配置される陽極室と陰極が配置される陰極室と陽極室と陰極室に電解質を供給する中間室とからなる電極部を電解原水が貯留された貯留槽内に浸漬して電解を行う電解原水貯留式電解装置であって、
前記陽極室と前記中間室の隔壁には、陰イオンを該中間室から該陽極室に透過させる陰イオン透過膜を有し、
前記陰極室と前記中間室の隔壁には、陽イオンを該中間室から該陰極室に透過させる陽イオン透過膜を有し、
前記陽極室の下部には、所定の流速付与装置で電解原水を取り入れる電解原水取り入れ口を有し、
前記陽極室の上部には、電解により生成した未溶解塩素ガスを含んだ電解水を排出する電解水排出口を有し、
前記電解水排出口には、前記陽極の表面で発生し浮遊する未溶解塩素ガスと未溶解塩素ガスを含んだ電解水との気液接触促進の撹拌を行う気液撹拌体が接続されている、ことを特徴とする電解原水貯留式電解装置。
前記電解原水取り入れ口には、前記貯留槽内に浸漬され取り入れられた前記電解原水に前記所定の流速を付与するスクリューまたは水中ポンプの吐出口あるいは前記貯留槽外に配設したポンプの吐出口が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電解原水貯留式電解装置。
前記気液撹拌体は、網状またはスポンジ状の樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の電解原水貯留式電解装置。
前記気液撹拌体は、ホースに詰め込まれて前記電解水排出口に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の電解原水貯留式電解装置。
前記中間室には、前記各電極と前記各イオン透過膜を固定するスペーサーが配設されていることを特徴とする請求項１に記載の電解原水貯留式電解装置。
前記中間室は、上部に電解質水溶液を陽極室と陰極室に供給する電解質水溶液供給口が設けられ、下部に電解質水溶液を収納する電解質水溶液収納室が配設されていることを特徴とする請求項１または５に記載の電解原水貯留式電解装置。
前記陰極室は、上部に電解原水取り入れ用の小さな孔が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の電解原水貯留式電解装置。
前記陽極は、母材にチタンを使用し、太さ０．３ｍｍ以下の太さの線を網状に加工および／またはエキスバンド状に加工した何れかを単層および／または多層にし、表面処理にイリジウムメッキを施されていることを特徴とする請求項１に記載の電解原水貯留式電解装置。
前記陰極は、母材にステンレスを使用し、太さ０．３ｍｍ以下の太さの線を網状に加工および／またはエキスバンド状に加工した何れかを単層および／または多層にされていることを特徴とする請求項１に記載の電解原水貯留式電解装置。
前記電解に使用する電源は、電圧が３〜７Ｖの範囲で、電流は２〜１０Ａ範囲の直流電源を用いることを特徴とする請求項１に記載の電解原水貯留式電解装置。
前記電解に使用する電源は、家庭用に引かれた電源や、太陽光発電パネルや風力発電やバイクのバッテリー及び自動車バッテリー等を電源とすることを特徴とする請求項１に記載の電解原水貯留式電解装置。
前記電解質は、純度９９％以上の塩または塩化カリウムであることを特徴とする請求項１に記載の電解原水貯留式電解装置。
前記陽極室内を通過する電解原水は、流速が１０〜１００ｃｍ／ｓｅｃの速さであることを特徴とする請求項１または２に記載の電解原水貯留式電解装置。