JPH08127886A - 電解水製造装置 - Google Patents

電解水製造装置

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JPH08127886A
JPH08127886A JP6265809A JP26580994A JPH08127886A JP H08127886 A JPH08127886 A JP H08127886A JP 6265809 A JP6265809 A JP 6265809A JP 26580994 A JP26580994 A JP 26580994A JP H08127886 A JPH08127886 A JP H08127886A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 殺菌、金属表面の酸化防止、固体表面に付着
した各種汚染物質の除去等に適した酸性で酸化性の水溶
液、あるいはアルカリ性で還元性の水溶液を効率よく製
造する三槽式電解装置を提供する。 【構成】 アノード室６、カノード室８、これらアノー
ド室とカソード室の間に一対の隔膜により区分して設け
た中間室７の三室からなる三槽式電解槽に、これら三室
夫々に純水等の原水を供給するように設けた供給配管
９，１０，１１のうち、アノード室６への供給配管９、
あるいはカソード室８への供給配管１１の少なくともい
ずれか一方に、電解質を注入する手段１２，１３を付設
した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、殺菌、金属表面の酸化
防止、固体表面に付着した各種汚染物質の洗浄等に適し
た電解水を供給する電解水製造装置に関する。
【０００２】
【従来技術】本明細書における以下の説明においては、
水又は水溶液に直流電流を通電して電気分解を行う電気
分解装置において、正の電圧を印加する電極をアノー
ド、負の電圧を印加する電極をカソードと呼び、電気分
解を行った際にアノード付近より得られる水をアノード
水、カソード付近より得られる水をカソード水と呼ぶ。
また、電気分解を行った際に、電解槽より得られる水又
は水溶液を総称して電解水と呼ぶ。尚、本明細書におい
ては、電気分解とは単に水又は水溶液へ直流電圧を印加
することを意味しており、必ずしもその結果として直流
電流が通電され、水が酸素及び水素に分解される等の電
気分解反応が起こる場合のみを意味するものではない。
また電解槽内において、アノードとカソードが、セルロ
ースや合成高分子材料（ポリエチレン、ポリプロピレ
ン、ポリエステル、ポリスチレン、フッ素樹脂等）やセ
ラミックス等の無機材料等よりなる隔膜によって区分さ
れている場合、隔膜によって区切られた電解槽の部分の
内、アノードを配する部分をアノード室と呼び、カソー
ドを配する部分をカソード室と呼ぶ。
【０００３】一般に、アノード水は酸化性を有するため
高い酸化還元電位を示し、カソード水は還元性を有する
ために低い酸化還元電位を示す。上記の酸化性あるいは
還元性に加えて、電解槽へ供給される原水が電解質を含
有している場合には、一般に、アノード水は酸性のｐＨ
を示し、カソード水はアルカリ性のｐＨを示す。アノー
ド水が酸化性を示すのは、アノード表面で発生する酸
素、オゾン、及びその他のアノード付近に存在した物質
がアノード表面で酸化されて生成する酸化性生成物のた
めであり、またカソード水が還元性を示すのは、カソー
ド表面で発生する水素、及びその他のカソード付近に存
在した物質がカソード表面で還元されて生成する還元性
生成物のためである。また、アノード水が酸性のｐＨを
示すのは、アノードの正の電荷に陰イオンが引き寄せら
れるのと同時に陽イオンが排除され、アノード付近にお
いて水素イオン濃度の上昇をもたらすためであり、カソ
ード水がアルカリ性のｐＨを示すのは、カソードの負の
電荷に陽イオンが引き寄せられるのと同時に陰イオンが
排除され、カソード付近において水酸化物イオン濃度の
上昇をもたらすためである。
【０００４】上記の水又は水溶液を電気分解したときに
得られるアノード水は、酸化性を有するために強力な殺
菌作用を示し、病院や歯科医院、食堂や食品加工工場等
で殺菌力を有する水として広く利用されている。また、
カソード水は、還元性を有することから、金属部品製造
工程等で、金属表面等を大気中の酸素等による酸化から
保護する作用があることが知られている。更に、上記の
電解水は、固体表面に付着した各種汚染物質の洗浄にも
有効に利用できることが知られている。
【０００５】固体表面に付着した各種汚染物質、例えば
金属、微粒子、油等の汚染物質は、これらを洗浄除去し
ようとする場合、洗浄液の酸化還元電位やｐＨを洗浄目
的に合わせて適宜調整することで効率よく除去できる。
例えば、酸性で且つ酸化性の洗浄液を用いれば、固体表
面に付着した金属不純物をイオン化して溶解除去するこ
とが可能であり、また油等の有機系汚染物質は、酸化性
の洗浄液で酸化分解除去することができる。
【０００６】微粒子は、一般に固体表面と反対符号に帯
電することにより固体表面に静電気的に付着しているも
のが多いが、アルカリ性で且つ還元性の洗浄液を用いる
ことにより、多くの場合において、微粒子と固体表面の
静電気的引力を緩和し、微粒子を洗浄液中に懸濁浮遊さ
せて除去する事ができる。
【０００７】上述のような効果を有する電解水を製造す
るために、従来は図２に示したような二槽式の電解水製
造装置、又は図３に示したような三槽式の電解水製造装
置が用いられていた。
【０００８】上記した図２の二槽式の電気分解装置１０
１は、隔膜１０２により左右に分けられた一方がアノー
ド１０４の配置されているアノード室１０６、他方がカ
ソード１０５の配置されているカソード室１０８をな
し、これらの各室に原水供給管１０９から原水が供給さ
れる。そして電解された各室の処理水は排出管１１４，
１１６から排水される。なお１１８，１１９はアノード
１０４，カソード１０５に直流電圧を印加するための電
源電線である。
【０００９】また図３の三槽式の電気分解装置２０１
は、中間室２０７の左右に、一対の隔膜２０２，２０３
により分けられたアノード２０４の配置されているアノ
ード室２０６、及びカソード２０５の配置されているカ
ソード室２０８を有し、これらの各室に原水供給管２０
９から純水等の原水が供給される。そして電解された各
室の処理水は排出管２１４，２１５，２１６から排水さ
れる。なお２１８，２１９はアノード２０４，カソード
２０５に直流電圧を印加するための電源電線である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように殺菌、金属表面の酸化防止、固体表面の各種汚染
物質の洗浄除去等に有効な電解水を、上記図２又は図３
に示したような電解水製造装置で製造する場合には、以
下に示すような問題があった。
【００１１】すなわち、前者の二槽式の電解水製造装置
は、アノード室１０６とカソード室１０８が例えば多孔
性高分子膜などの隔膜１０２によって区分されているの
みであるため、アノード表面で生成した酸化性物質やカ
ソード表面で生成した還元性物質の一部が、隔膜を透過
して反対側の電極室へ拡散することが避けられず、この
拡散のために、電解によって生成させた有用な酸化性、
又は還元性の生成物の一部をお互いの酸化還元反応によ
って消滅させてしまうことによる効率低下を招くという
問題がある。
【００１２】これに対し、後者の三槽式の電解水製造装
置によれば、アノード室とカソード室の間に位置する中
間室に通水することで、電解によって生成した有用な酸
化性又は還元性の生成物の一部、例えばアノード室の酸
化性物質がカソード室に拡散し酸化還元反応によって還
元性物質を消滅させてしまうことを回避でき、上記した
効率低下の問題を防止することは可能である。しかし、
この電解水製造装置においても、目的に応じた広い範囲
での酸化還元電位、ｐＨ等の電解水の性質の選択ができ
ない。
【００１３】この問題は、電解水を洗浄目的に適用する
場合に特に大きな問題となる。
【００１４】すなわち、工業的に有用な洗浄効果を得る
には、被洗浄物である固体表面の材質、表面処理の状
態、及び付着している不純物の種類や付着の状態を充分
に検討し、各々の洗浄目的に最適な酸化還元電位やｐＨ
等の性質を有する洗浄液を選定する必要があり、更に、
一般に固体表面の汚染は、金属、微粒子、油等が混在し
ている場合が多く、この場合には、性質の異なる複数の
洗浄液を順次組み合わせて用いることにより、初めて顕
著な洗浄効果を得ることが可能となる。このため、洗浄
に供されるアノード水とカソード水の酸化還元電位やｐ
Ｈ等の電解水の性質は、各々独立して広い範囲で自由に
設定できることが望ましいのに対し、上記図３に示した
三槽式の電解水製造装置では、各電解室から排出される
電解水の性質を独立して設定することは不可能である。
【００１５】また電解槽に供する原水を電解質を含むも
のとしても、製造される電解水の性質は、有用なアノー
ド水の製造条件を決めればカソード水の性質がその運転
条件によりほとんど決まってしまい、洗浄に有効なカソ
ード水の性質を独立して選定することは非常に困難であ
る。反対に、カソード水の性質を基準として運転条件を
決めれば同時に製造されるアノード水の性質はその運転
条件でほとんど決まってしまうから、上記いずれの場合
にも、アノード水，カソード水としていずれにも有効な
洗浄水を製造する装置運転条件が必ずしも同一でない結
果として、上述した図３の装置を用いて同時に二つの要
求を満たす各電解水を製造することができないので、工
業的規模での実施においてはこのことが大きな障害とな
る。
【００１６】以上のこととは別に、図２，図３で説明し
た従来の電解水製造装置により製造した電解水を用いて
洗浄を行う場合には、薬品が無駄になることが避けられ
ないという問題と、極めて清浄な表面を洗浄するために
はこれに適した洗浄用水が得られないという問題が指摘
される。
【００１７】このことは次ぎのように説明される。すな
わち、図２に示す二槽式の電解装置や図３に示す三槽式
の電解装置を用いて酸性で且つ酸化性のアノード水と、
アルカリ性で且つ還元性のカソード水とを同時に製造す
るためには、供給原水に、水素イオン以外の陽イオンと
水酸化物イオン以外の陰イオンよりなる塩の水溶液を用
い、電解槽内におけるこれらのイオンの泳動によってア
ノード水を酸性とし、カソード水をアルカリ性とする必
要がある。しかしこのような供給原水を使用すると、製
造されたアノード水中には供給原水中に存在している水
素イオン以外の陽イオンが相当量残留し、また同様に、
製造されたカソード水中には原水中に存在した水酸化物
イオン以外の陰イオンが相当量残留することが避けられ
ない。そこで、これらの各電解水のｐＨを目標値に設定
するためには、前者では残留する陽イオンを中和した上
で更に目標ｐＨ値とするための水酸化物イオン以外の陰
イオンが必要とされ、また後者では残留する陰イオンを
中和した上で更に目標ｐＨ値とするための水素イオン以
外の陽イオンが必要とされ、これらの中和のために相当
量の薬品が必要となって無駄が避けられない。
【００１８】また、電子デバイスのような極めて清浄で
あることが要求される表面洗浄の場合、洗浄液中の不純
物は製品の性能や製品製造の歩留まりに多大な悪影響を
与えるため、洗浄液は不純物濃度を極限まで低減させた
純度の高いものを用いなければならないが、上述のよう
にアノード水中に原水由来の水素イオン以外の陽イオ
ン、あるいはカソード水中に原水由来の水酸化物イオン
以外の陰イオンが相当量残留する場合には、これらのイ
オンが洗浄液中の不純物となるばかりでなく、被洗浄物
（電子デバイス等の製品）を乾燥させた場合にこれがイ
オン性の結晶である固体の塩として製品表面に折出する
可能性があって、このような塩の析出は製品性能や製品
製造の歩留まりに致命的な悪影響を及ぼす虞れとなる。
【００１９】現在一般には、電子デバイスのような極め
て清浄な表面を要求される被洗浄物の洗浄液としては、
アンモニア、塩酸、硫酸等のアルカリや酸と、過酸化水
素等とを目的に応じて所定の割合で混合したものを、超
純水等の高純度水で希釈して用いることで上述の製品乾
燥時のイオン性結晶の生成は回避されているが、このよ
うな洗浄液に代えて、原水として電解質水溶液を用いた
図２，図３で示したような電解水製造装置で得られる電
解水（アノード水，カソード水）を用いる場合には、製
品乾燥時のイオン性結晶の生成が製品の性能や製品製造
の歩留まりに致命的な悪影響を及ぼす可能性があるとい
う上記問題が解決されていない。
【００２０】更に以上のような問題がいずれも解決され
たとしても、電子デバイスのような極めて清浄な表面が
要求される被洗浄物洗浄のために、上記図２，図３の電
解水製造装置に供給する原水に電解質水溶液を用いて酸
性でかつ酸化性のアノード水と、アルカリ性で還元性の
カソード水を同時に製造する場合には、各々のｐＨの調
整を原水中に含まれるイオンの泳動によって行なわなけ
ればならないために、原水としては、水素イオン以外の
陽イオンと水酸化物イオン以外の陰イオンよりなる塩の
水溶液を用いる必要があり、その水溶液の調整のための
工程において不純物の混入の虞れがあるために工業的な
実施が容易でないという問題もある。
【００２１】すなわち、極めて清浄な表面が要求される
電子デバイスのような被洗浄物の洗浄液を得るためにア
ノード水等を製造する電解水製造装置を用いる場合、原
水としては、言うまでもなく不純物の殆ど混入していな
い純粋な塩の水溶液が必要とされる。この原水を調整す
るためには、純水あるいは超純水に高純度な電解質を添
加する方法が考えられるが、しかし、上記のような極め
て清浄な表面が要求される洗浄分野での使用が可能な純
度を有し且つ工業的に入手可能な薬品は、現在において
は酸又は塩基の水溶液がほとんどであり、塩の水溶液と
するためには、入手した高純度の酸及び塩基の水溶液を
一定の割合で一旦混合して調整する必要がある。したが
ってこのような塩の水溶液を電解水製造装置の原水供給
口に供給するには、酸又は塩基の水溶液混合のための手
段が必要となる。これでは、電解水製造の工程が煩雑に
なるだけでなく、混合の過程において汚染による薬品純
度の低下が危倶されるという問題が避けられないのであ
る。
【００２２】本発明者は、以上のような従来の二槽式，
三槽式の電解水製造装置をそのまま用いたのでは上述し
た解決することができない種々の問題を検討し、本発明
をなすに至ったものである。
【００２３】すなわち本発明の目的の一つは、電解によ
って生成せしめた有用な酸化性又は還元性の生成物が、
電解槽内においてお互いの酸化還元反応によって消滅し
てしまうことを防止できると共に、製造されるアノード
水，カソード水の少なくともいずれかの酸化還元電位や
ｐＨ等の性質を、それぞれの有効な性質を各独立に調整
して製造することが可能かつ容易であるように工夫され
た構造を有する新規な電解水製造装置を提供するところ
にある。
【００２４】また本発明の別の目的は、上記のように、
酸性で且つ酸化性のアノード水及び／又はアルカリ性で
且つ還元性のカソード水を、薬品を無駄にすることなく
製造することができる新規な電解水製造装置を提供する
ところにある。
【００２５】本発明の別の目的は、極めて清浄な表面が
求められる被洗浄物の洗浄に適した洗浄液として、不必
要なイオンの存在を必要とせずしたがって製品乾燥時の
結晶の生成の心配がない、電解水を製造することができ
る新規な電解水製造装置を提供するところにある。
【００２６】本発明の更に別の目的は、極めて清浄な表
面が求められる被洗浄物の洗浄に適した電解水の製造に
おいて、上記電解水製造装置の原水として高純度の酸，
塩基の水溶液の混合操作を経ずに使用することが可能
な、殺菌、金属表面の酸化防止、又は固体表面に付着し
た各種汚染物質の洗浄等に適した電解水を供給する電解
水製造装置を提供することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明に係わる殺菌、金属表面の酸化防止、又は固
体表面に付着した各種汚染物質の洗浄除去等に適した電
解水を供給する電解水製造装置の特徴は、アノード電極
を配したアノード室、カソード電極を配したカソード
室、これらアノード室とカソード室の間に一対の隔膜に
より区分された中間室の三室で構成された電気分解装置
と、これら三室に夫々原水を供給する供給配管と、これ
ら三室から各々処理水を排出する排出配管と、上記アノ
ード室及び／又はカソード室への供給配管夫々に設けら
れた電解質添加手段とを備え、該電解質添加手段は、添
加する電解質の組成，濃度，添加量，ｐＨのうちの少な
くともいずれかを制御可能に設けたという構成をなすと
ころにある。
【００２８】上記構成の電解水製造装置によれば、アノ
ードの表面で生成される酸化性物質の一部と、カソード
の表面で生成される還元性物質の一部は、隔膜を通過し
て中間室へ拡散するが、中間室供給配管より中間室へ導
入され排出配管で排出される水と共に外部に排出される
ため、これらの酸化性物質及び還元性物質が反対側の電
極室にまで拡散し、お互いの酸化還元反応によって消滅
してしまうことによる効率の低下を防止できる。
【００２９】また、電解質の組成、濃度、添加量、ｐＨ
の内の少なくともいずれかが制御可能な電解質添加手段
がアノード室，カソード室への供給配管に設けられてい
るので、アノード室及び／又はカソード室への供給原水
中の電解質の種類、組成、濃度、ｐＨ等を各々独立して
設定することが可能となり、目的とする有用なアノード
水，カソード水の酸化還元電位、ｐＨ等の性質を同時に
独立して選択することが容易になる。
【００３０】上記の電解槽は、供給する原水や電解質、
及び生成する電解水に対して耐性を有するものであれば
なんら限定されるものではないが、例えばポリ塩化ビニ
ル（ＰＶＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、アクリル樹脂
等の有機材料や、セラミックス、ガラス等の無機材料、
及び接液面にゴムライニングや酸化皮膜処理等の表面処
理を施した金属材料等を用いて構成することができる。
【００３１】隔膜としては、例えばセルロース、ポリエ
チレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリスチレ
ン、フッ素樹脂等の高分子材料や、セラミックス等の無
機材料等よりなるフィルタ又は有孔性フィルム、イオン
交換膜等を用いることができるが、特に、アノード室及
び／又はカソード室への供給水中の電解質濃度が低い場
合等には、イオン交換膜を用いれば、イオン交換膜の導
電性によって電解電圧を低下させ、一定の電解電流を流
す場合の消費電力を節約できる。電極とイオン交換膜を
密着させるように配置すれば、更に電解電圧を低下さ
せ、消費電力を節約することも可能である。また、アノ
ード室と中間室を区分する隔膜にカチオン交換膜を用
い、カソード室と中間室を区分する隔膜にアニオン交換
膜を用いた場合には、各々の膜のイオン排除効果によ
り、アノード室及びカソード室より、中間室へ拡散する
酸化性及び還元性物質の量を低減することもできる。カ
チオン交換膜としては、フッ素樹脂母体に−ＳＯ3 -基を
導入した強酸性カチオン交換膜、例えばＮａｆｉｏｎ
（商品名：デュポン社製）ｌ１７やＮａｆｉｏｎ３５０
等や、又はスチレン−ジビニルベンゼン共重合体母体に
−ＳＯ3 -基を導入した強酸性カチオン交換膜、例えばネ
オセプタＣＭＸ（徳山曹達社製）等を用いることがで
き、アニオン交換膜としては、フッ素樹脂母体に陰イオ
ン交換基を導入したアニオン交換膜、例えばＴＯＳＦＬ
ＥＸ ＩＥ−ＳＡ，ＴＯＳＦＬＥＸ ＩＥ−ＤＦ，ＴＯ
ＳＦＬＥＸ ＩＥ−ＳＦ（東ソー社製）等や、又はスチ
レン−ジビニルベンゼン共重合体を母体とするアニオン
交換膜、例えばネオセプタＡＭＨ（徳山曹達社製）等を
用いることができる。
【００３２】アノード，カソードの電極としては、金
属、合金、金属酸化物等、あるいはこれらの金属等の基
板に上記いずれかの金属等をメッキ又はコーティングし
たものや、焼結炭素等の導電性材料を用いることがで
き、その形状としては、板状、パンチングプレート、メ
ッシュ等のものを用いることができる。特に、アノード
の材質としては、耐酸性に優れ、酸化されにくいもので
あることが望ましく、例えばＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、β−Ｐ
ｂＯ2 、ＮｉＦｅ2 Ｏ4 等を好適に用いることができ、
カソードの材質としては、耐アルカリ性に優れたもので
あることが望ましく、例えばＰｔ、Ｐｄ、Ａｕ、炭素
鋼、ステンレス、Ａｇ、Ｃｕ、グラファイト、ガラス質
カーボン等の使用が望ましい。
【００３３】アノード室への供給配管及び／又はカソー
ド室への供給配管に添加される電解質としては、各種の
酸、塩基、塩、又はこれらの任意の割合の混合物の中か
ら目的に応じて選定することができ、その濃度も特に限
定されるものではないが、一般的には濃度０．００１ｍ
ｇ／ｌ〜１００ｇ／ｌ、好ましくは０．０１ｍｇ／ｌ〜
１０ｇ／ｌ程度の範囲から選択される。酸としては、例
えば塩酸、硫酸、炭酸、硝酸等の無機酸、あるいは酢
酸、クエン酸、蓚酸等の有機酸等が用いられ、塩基とし
ては、アンモニア、アミン系等の塩基を用いることがで
きる。例えばアノード室供給配管に添加する電解質とし
てハロゲン化物イオンを含有する電解質を用い、アノー
ド反応によってハロゲン酸を生成せしめる場合のよう
に、添加する電解質の一部を電解室内における反応によ
り更に有用な物質に変化させることもできる。
【００３４】電解質としては上記の他に、ｐＨ緩衝能の
ある塩、例えばアンモニウム塩、炭酸塩、蓚酸塩等、又
はこれらの塩と酸あるいは塩基の混合物を用いることも
でき、電解電流等の電解条件が電解水のｐＨへ与える影
響を少なくすることができ、アノード水及びカソード水
の性質を独立して設定することをより容易とすることが
できる。
【００３５】また電解質の添加は、アノード室への供給
配管とカソード室への供給配管の双方に行うこともでき
る他、いずれか一方についてだけ行うこともできる。例
えば、殺菌等を主たる目的とする装置の場合には、酸性
で且つ酸化性のアノード水を製造すればよいから、アノ
ード室への供給配管にのみ電解質の添加手段を設けて、
カソード室への供給配管への電解質添加手段を不要とで
きる。逆に金属表面の酸化防止等を主たる目的とする装
置の場合には、アルカリ性で且つ還元性のカソード水を
製造すればよいから、電解質の添加手段をカソード室へ
の供給配管のみに設けて、アノード室への供給配管への
電解質添加手段の設置を不要とできる。これらの場合に
は、電解質添加手段を削減することで、電解水製造装置
の構成を簡略化することができる。
【００３６】これらの電解質添加手段としては、電解質
水溶液を添加する場合には、電解質水溶液を貯留する薬
品タンクと、電解質水溶液を該薬品タンクよりアノード
室又はカソード室への供給配管に注入すべく設けられた
電解質水溶液注入ポンプの組合せ等を用いることができ
る。また、アンモニアや炭酸ガス等の気体を用いること
もでき、これらを注入する場合には、注入する気体を充
満させたガスボンベ、及び該ボンベとアノード室又はカ
ソード室への供給配管に接続した気体注入配管であっ
て、その途中に圧力調節機構及び注入量調節機構を設け
たもの等を用いることができる。電解質水溶液を添加す
る場合、薬品タンクの材質は、用いる電解質水溶液によ
り溶解あるいは変質する材質のものでなければ何ら制限
されるものではないが、例えば高密度ポリエチレン製の
タンク等を好適に用いることができる。また、電解質水
溶液注入ポンプの材質や型式も、用いる電解質水溶液に
対する充分な耐性があり、必要な添加量が確保される吐
出能力を備えたものであれば、何ら制限されるものでは
ないが、例えば往復動型定量ポンプ等を好適に用いるこ
とができる。
【００３７】原水に添加される電解質の組成、濃度、添
加量、ｐＨの制御は、目的とする使用に有効な電解水の
酸化還元電位、ｐＨ等の性質の設定のために行われ、例
えば、組成は複数のイオンを添加する場合に、最適なイ
オンバランスを調整するために、濃度及び添加量は、目
的とする使用に有効な性質の電解水を製造するために必
要な電解質の濃度と量を確保するために、ｐＨは得られ
る電解水のｐＨを予備的に調整すると共に、電解によっ
て生成する有効な酸化性及び還元性生成物を安定に保持
し使用に際してこれらを有効に作用せしめるために制御
される。これらはその一つを制御できるものであっても
よく、複数を制御できるようにしてもよい。
【００３８】電解室入口側において電解室へ導入される
供給水に上記のように添加される電解質の組成、濃度、
添加量、ｐＨの設定値への制御は、予め所定の濃度に調
整した電解質水溶液を、所定の量定量ポンプによって添
加するか、又は設定値を可変としたい場合には、添加す
る電解質の種類に応じた自動濃度計測器又はｐＨ計等に
よって電解質添加後の供給水の電解質濃度又はｐＨ等を
測定し、当該計測器又はｐＨ計等の指示値によって、電
解質注入量を可変する機構等を電解質添加手段に設ける
こと等によって達成することができる。また電解水排出
配管に、添加する電解水の種類に応じた自動濃度計測
器、ｐＨ計又は酸化還元電位計等を設けて、排出される
電解水の水質を計測し、その指示値によって電解質添加
量を可変する機構を設けてもよい。なお、電解水の水質
は電解電流によっても変化し得るので、電解質添加量を
可変することに加えて、電解電流を可変とするようにし
てもよい。
【００３９】電解水製造装置へ供給する原水は、目的に
応じてその水質を選択することができ、例えば水道水、
工業用水、地下水、純水、超純水等を挙げることができ
る。例えば、病院や歯科医院、食堂や食品加工工場等に
おける殺菌を目的とした使用や、金属部品製造工程等で
の金属表面等の酸化防止を目的とする場合等では、水道
水、工業用水、地下水等を原水としても、これらの分野
で通常要求される電解水の不純物濃度からして充分にそ
の目的を達成することができるし、原水に含まれる各種
のイオンを電解処理することでｐＨの調整剤として利用
したり、電解によって生成される酸化性生成物や還元性
生成物の原料として利用することができるといった利点
もある。
【００４０】極めて清浄な表面が要求される電子デバイ
ス等を洗浄する場合等にあっては、洗浄液は不純物濃度
を低減させた純度の高いものを用いることが要求される
ので、原水には純水又は超純水を使用することが望まし
い。この場合には、電解室入口においては、添加した電
解質のみが水中に存在するので、電解水の性質をより正
確に設定することができる。
【００４１】純水としては、例えば水道水、工業用水、
地下水等をイオン交換樹脂に通水するか、又は逆浸透膜
で脱塩処理し、その導電率をｌ０μＳ／ｃｍ以下とした
ものを好適に用いることができる。更に低い不純物濃度
が要求される場合には、上記の純水をイオン交換、膜処
理、紫外線照射、脱気等の各装置を組み合わせた超純水
製造システムによって精製し、微量イオン、細菌、有機
物、微粒子、溶存気体を除去したいわゆる超純水を用い
ることができる。尚、電解水排出配管に、精密濾過膜、
限外濾過膜等によるろ過器を設置し、電解水をろ過した
後、目的の使用に供するようにすれば、微粒子等の不純
物を除去した更に純度の高い電解水を供給することが可
能である。
【００４２】上記電解槽において、中間室には固体電解
質を充填することができ、これにより固体電解質の導電
性によって電解電圧を低下させて低電圧で電解を行うよ
うにすることができる。
【００４３】中間室に充填する固体電解質としては、イ
オン交換樹脂やイオン交換繊維等を用いることができ、
イオン交換樹脂としては、フッ素樹脂母体のイオン交換
樹脂が適しており、特にフッ素樹脂母体に−ＳＯ3 -基を
導入した強酸性カチオン交換樹脂、具体的にはデュポン
社製のＮａｆｉｏｎ（前出） ＮＲ５０等を代表的なも
のとして挙げることができるがこれに限定されるもので
はない。イオン交換樹脂の他のものとしては、例えばス
チレン−ジビニルベンゼン共重合体母体に−ＳＯ3 -基を
導入した強酸性カチオン交換樹脂、具体的にはアンバー
ライト（登録商標）ＩＲ−１２０Ｂ，ＩＲ−１２４，２
００や、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体母体に第
四級アンモニウム塩基を導入した強塩基性アニオン交換
樹脂、具体的にはアンバーライトＩＲＡ−４００，ＩＲ
Ａ−４０２ＢＬ，ＩＲＡ−９００等を挙げることができ
る。
【００４４】本発明の電解水製造装置は、上記電子デバ
イスのような極めて清浄な表面を要求される洗浄用水の
製造には極めて有利であり、製品乾燥時の結晶の生成の
心配がないように、電解質としては、カソード室への供
給配管には、アンモニア、アミン系等の塩基、アノード
室への供給配管には塩酸、硫酸、硝酸、炭酸等の酸を添
加することが好ましい。
【００４５】
【実施例】以下本発明を、アノード室及びカソード室へ
の原水供給配管にそれぞれ電解質を添加するように設け
た一実施例の電解水製造装置により更に説明する。
【００４６】図１は、本実施例の電解水製造装置の構成
概要を示したものであり、１は三槽式の電気分解装置で
あり、アノード４が配置されたアノード室６、中間室
７、カソード５が配置されたカソード室８の三室からな
り、これら併設された各室は隔膜２，３により区分され
ている。なお１８，１９はアノード４，カソード５に直
流電圧を印加するための電源電線である。
【００４７】９，１０，１１は、上記の三室に原水を供
給するための供給配管であり、共通の原水配管から、ア
ノード室への原水供給配管９、中間室への原水供給配管
１０、カソード室への原水供給配管１１に分岐されてい
る。
【００４８】また１４，１５，１６は上記三室の処理水
を排出するための排出配管であり、１４はアノード室か
らの処理水排出配管、１５は中間室からの処理水排出配
管、１６はカソード室からの処理水排出配管である。
【００４９】２０，２１は、アノード水排出配管１４と
カソード水排出配管２１に設けられたろ過用フィルター
であり、例えば精密濾過膜等の膜処理装置を用いて、こ
れらのアノード水，カソード水に含まれる微粒子等を除
去するために設けられている。このような膜処理装置
は、本例装置を電子デバイス等の極めて清浄な表面の洗
浄水の製造に用いる場合には好ましく採用される場合が
多い。
【００５０】そして本例の特徴は、アノード室６への原
水の供給配管９に電解質添加手段１２から電解質が添加
されるように設けられ、また同様に、カソード室８への
原水の供給配管１１に電解質添加手段１３から電解質が
添加されるように設けられているところにある。
【００５１】以上のように設けられた本例装置によれ
ば、電気分解装置１が中間室７を有する三槽式に設けら
れていることにより、アノード４の表面で生成される酸
化性物質の一部と、カソード５の表面で生成される還元
性物質の一部は、隔膜２又は隔膜３を通過して中間室７
へ拡散するが、中間室供給配管１０より該中間室７へ導
入され中間室排出配管１５より排出される水によって電
気分解装置１の外部へ排出されるため、これら酸化性物
質及び還元性物質が極性が反対の電極室にまで拡散して
お互いの酸化還元反応により消滅してしまうような効率
低下の問題が防止されるという利点が得られる。
【００５２】また、アノード室６への供給配管９及びカ
ソード室８への供給配管１１にそれぞれ独立した、電解
質の組成、濃度、添加量、ｐＨの内の少なくともいずれ
かを制御可能な電解質添加手段を有することにより、ア
ノード室及びカソード室への供給原水中の電解質の種
類、組成、濃度、添加量、ｐＨなどを各々独立して設定
することが可能となり、目的とする有用なアノード水及
びカソード水の酸化還元電位、ｐＨ等の性質を同時に独
立して選択することが容易になる。
【００５３】参考例１ 図１の構成を有する装置を用いて、電解槽、電解電流、
電解質などの電解条件を以下のように設定して電解水を
製造した。
【００５４】すなわち、電解槽１をポリプロピレン製の
材料を用いて構成し、隔膜２，３にカチオン交換膜（Ｎ
ａｆｉｏｎ ３５０（デュポン社製））を用いた。電極
４，５は１８０×２４０ｍｍの８０メッシュの網状の白
金製電極を用い、また中間室７にカチオン交換樹脂（Ｎ
ａｆｉｏｎ ＮＲ５０）を充填した。
【００５５】またアノード室６への供給配管９に電解質
として塩酸を添加し、カソード室８への供給配管１１に
電解質としてアンモニア水を添加するものとした。これ
らの電解質の添加手段１２，１３としては、ポリエチレ
ン製の薬品タンクに塩酸あるいはアンモニア水を所定の
濃度に希釈して貯留し、往復動型定量ポンプ（図示せ
ず）により各供給配管９，１１に注入させる構成とし
た。なお原水としては超純水（１８ＭΩ・ｃｍ）を用い
た。
【００５６】電解条件 電解電流・・・１０Ａ（電解電流密度 ２．３Ａ／ｄｍ
2 ） 通水流量・・・各室１００リットル／ｈ 通水温度・・・室温 なお、アノード室又はカソード室入口における電解質
（塩酸，アンモニア）の濃度は、定量ポンプによる注入
量を変化させることで下記表１のように変化させた。
【００５７】以上のようにして電解水（アノード水，カ
ソード水）を製造した結果を下記表１に示す。
【００５８】
【表１】
【００５９】なお、表中において酸化還元電位は標準水
素電極（ＮＨＥ）に対する電位で示した。また電解質濃
度０ｍｇ／ｌ（すなわち電解質非添加）の場合は、比抵
抗１８ＭΩ・ｃｍの超純水のｐＨは測定できないので、
参考値として（ｐＨ７）を記載した。
【００６０】上記の表１の結果から分かるように、アノ
ード室６への供給配管９に添加する塩酸の添加量を調整
（０〜１４６０ｍｇ・ＨＣｌ／ｌ）したときに現れるア
ノード水のｐＨ変化は１．４〜７の範囲であり、塩酸の
添加量を調整することでこの範囲でｐＨを調整できる。
また、酸化還元電位は５５０〜１２５０ｍＶ（対ＮＨ
Ｅ）の範囲で調整可能であった。また同時に製造したカ
ソード水の水質は、カソード室８への供給配管１１に添
加するアンモニア水の添加量を調整（水中アンモニア濃
度を０〜６８０ｍｇＮＨ3 ／ｌに変化）することで、ｐ
Ｈ７〜１０．９、酸化還元電位−６３０〜−４００ｍＶ
（対ＮＨＥ）の範囲で調整可能であった。なお、上記の
アノード水の水質はアノード室入口における塩酸の濃度
によって決定され、そのとき同時にカソード室への供給
配管に添加されているアンモニアの量によって影響され
ない。また同様に、上記のカソード水の水質は、カソー
ド室入口におけるアンモニアの濃度により決定され、そ
のとき同時にアノード室へに供給配管に添加されている
塩酸の量には影響されなかった。更に、アノード水及び
カソード水を分析したところ、アノード水中のアンモニ
ア及びカソード水中の塩化物イオンは各々１μｇ／ｌ以
下で検出されなかった。
【００６１】比較例１ 比較のために、参考例１における電解質添加手段１２，
１３を設けていない電解水製造装置を用いて、電解槽の
各三室に供給する原水として超純水に塩化アンモニウム
水溶液を添加したものを供給し、かつこの供給原水中の
塩化アンモニウムの濃度を下記表２にように変化させた
以外は参考例１と同じ条件で電解水を製造した。
【００６２】
【表２】
【００６３】この表２に示したように、原水の塩化アン
モニウム濃度を変化させることにより、製造された電解
水のｐＨや酸化還元電位を変化させることは可能である
が、アノード水とカソード水の水質を独立して調整する
ことはできない。
【００６４】また表２に示したように、アノード水中に
は相当量のアンモニウムが混入し、カソード水中には相
当量の塩化物イオンが混入していた。
【００６５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の電解水製
造装置によれば、製造されるアノード水，カソード水の
双方の酸化還元電位やｐＨ等の性質を、アノード室及び
／又はカソード室への供給原水に電解質を添加する手段
を夫々独立して設けたことにより、例えば酸性で酸化性
のアノード水、アルカリ性で還元性のカソード水として
求められる有効な性質を、各独立に調整して製造するこ
とが可能かつ容易となり、工業的規模での実施に極めて
有利となる効果が得られる。
【００６６】また、電気分解装置を三槽式に設けること
により電解によって生成された酸化性又は還元性の生成
物が電解槽内においてお互いの酸化還元反応によって消
滅してしまう不具合がなく、しかも、製造されたアノー
ド水やカソード水には不要なイオンが存在しないので、
薬品を無駄にすることなく所望の用水、すなわち有効な
酸化還元電位、ｐＨ等の性質を有するアノード水及びカ
ソード水を独立して製造できるという効果が得られる。
【００６７】また更に、特に極めて清浄な表面が求めら
れる被洗浄物の洗浄に適した用水として、不必要なイオ
ンが存在せずしたがって製品乾燥時の結晶の生成の心配
がない用水を、容易に製造できるという効果も得られ
る。
【００６８】以上のことに加えて以下の効果も奏され
る。
【００６９】： 電解水の使用目的に応じて、アノー
ド室又はカソード室への供給配管のいずれか一方にのみ
電解質添加手段を設けることもでき、この場合には、電
解水製造装置の構成を簡略化することができる。
【００７０】： アノード室、カソード室及び中間室
に供給する原水を、純水又は超純水とすれば、不純物の
少ない電解水を供給できる上に電解水の性質をより正確
に設定することができる。
【００７１】： アノード室，カソード室と中間室と
を区分する隔膜をイオン交換膜とした場合には、イオン
交換膜の導電性によって電解電圧を低下させ消費電力を
節約することができる。
【００７２】： 中間室に固体電解質を充填した場合
には、添加する電解質の量が非常に少なく、中間室に供
給する水として超純水を用いる場合であっても高電圧を
要することなく電解を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる電解水製造装置の構造概要を示
した図である。
【図２】従来の二槽式電解水製造装置の構造概要を示し
た図である。
【図３】従来の三槽式電解水製造装置の構造概要を示し
た図である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成７年１０月２４日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１８】また、電子デバイスのような極めて清浄で
あることが要求される表面洗浄の場合、洗浄液中の不純
物は製品の性能や製品製造の歩留まりに多大な悪影響を
与えるため、洗浄液は不純物濃度を極限まで低減させた
純度の高いものを用いなければならないが、上述のよう
にアノード水中に原水由来の水素イオン以外の陽イオ
ン、あるいはカソード水中に原水由来の水酸化物イオン
以外の陰イオンが相当量残留する場合には、これらのイ
オンが洗浄液中の不純物となるばかりでなく、被洗浄物
（電子デバイス等の製品）を乾燥させた場合にこれがイ
オン性の結晶である固体の塩として製品表面に析出する
可能性があって、このような塩の析出は製品性能や製品
製造の歩留まりに致命的な悪影響を及ぼす虞れとなる。
フロントページの続き (72)発明者 山下 幸福 埼玉県戸田市川岸１丁目４番９号 オルガ ノ株式会社総合研究所内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 アノード電極を配したアノード室、カソ
    ード電極を配したカソード室、これらアノード室とカソ
    ード室の間に一対の隔膜により区分された中間室の三室
    で構成された電気分解装置と、これら三室に夫々原水を
    供給する供給配管と、これら三室から各々処理水を排出
    する排出配管と、上記アノード室及び／又はカソード室
    への供給配管夫々に設けられた電解質添加手段とを備
    え、該電解質添加手段は、添加する電解質の組成，濃
    度，添加量，ｐＨのうちの少なくともいずれかが制御可
    能に設けられていることを特徴とする電解水製造装置。
  2. 【請求項２】 請求項１において、アノード室、カノー
    ド室及び中間室に供給する原水が純水又は超純水である
    ことを特徴とする電解水製造装置。
  3. 【請求項３】 請求項ｌ又は２において、アノード室及
    び／又はカソード室と、中間室とを区分する隔膜が、イ
    オン交換膜であることを特徴とする電解水製造装置。
  4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
    中間室には固体電解質が充填されていることを特徴とす
    る電解水製造装置。
  5. 【請求項５】 請求項ｌないし４のいずれかにおいて、
    アノード室への供給配管に設けた電解質添加手段は、酸
    を添加するものであることを特徴とする電解水製造装
    置。
  6. 【請求項６】 請求項ｌないし４のいずれかにおいて、
    カソード室への供給配管に設けた電解質添加手段は、塩
    基を添加するものであることを特徴とする電解水製造装
    置。
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