JPH09225463A - 水電解装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 水電解装置において、アルカリ性水生成部に
発生するスケールを排除しつつ自動運転できる水電解装
置を得ようとする。 【構成】 電解槽１を陽イオン変換膜の隔膜２で区画
し、各区画３、４に電極５、６を挿入する。電極５、６
は切替スイッチを介して直流電源に接続する。各区画内
の生成水は、アルカリ性になるか又は酸性になるかに従
って第１三方弁３０、第２三方弁３１を切替えてアルカ
リ性水継手３４、酸性水継手３６に向わせる。切替スイ
ッチ、第１及び第２三方弁の切替えを電極５、６間に印
加される直流電圧の変化に基づいて自動的に行なわせ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、水を電気分解して酸
性水とアルカリ性水とを得る水電解装置（以下単に装置
という）に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば少量の塩（Ｎａｃｌ）を溶解して
導電性を持たせた水（この明細書ではこれを導電性水と
いう）を電解槽に入れ、この槽内を多孔隔膜又はイオン
交換膜等の隔膜で仕切り、仕切られた両側の区画内の導
電性水にそれぞれ電極を挿入し、電極の１つを直流電源
の正端子に、他の電極を負端子に接続して通電すると、
導電性水は電気分解されて、正電極の入った区画の水は
酸性となり、負電極の入った区画の水はアルカリ性とな
る。

【０００３】このようにして水を電気分解して得た酸性
水は殺菌作用があるため、多数の患者が出入する病院の
ように雑菌が散布される危険の多い場所において、床を
拭いたり待合室の椅子、テーブルを拭いたりする時にこ
の酸性水を使用することが行なわれている。

【０００４】このため、病院では酸性水を多量に造るこ
とのできる大型の水電解装置を設ける例が多い。アルカ
リ性水は、通常、捨てられている。

【０００５】図６は、水電解装置Ａの構成を原理的に略
示している。１は隔膜２で仕切られた電解槽で、仕切ら
れた２つの区画３、４には電極５、６を挿入している。
各電極５、６は、切替スイッチ７を介して装置外にある
直流電源の正端子８、負端子９に接続される。各区画
３、４には、原水１０を入れた装置外の原水タンク１１
に挿入した管１２を継手１３を介して装置内の原水管１
４に接続し、装置内の原水ポンプ１５により原水を吸引
して供給する。尤も原水として水道水を使用できるとき
は、水圧のある水道水を使用することにより、ポンプ１
５、原水タンク１１は不要になる。原水管１４には、図
７のように側面に塩水管１６を接続し、装置外に設けた
塩水タンク１７内の塩水１８を吸引する管１９を継手２
０を介して接続し、装置内の塩水ポンプ２１により原水
１０に適量に混入し原水に導電性を持たせて電解槽１へ
送るようにしている。塩水ポンプ２１としては簡単なた
め図８のような逆止弁２２、２２を設けた塩水管１６の
側面でダイヤフラム２３を往復動させる型の自吸式（ダ
イヤフラム式。その他にピストン式、プランジャ式もあ
る）のポンプが使用されている。

【０００６】電極５を正端子８に接続し、電極６を負端
子９に接続すると、電解槽１内の導電性水は電気分解さ
れて、区画３に酸性水が、区画４にアルカリ性水が生成
されるから、これらの液を採取して使用することができ
る。

【０００７】電気分解を長時間行なっていると、負端子
９に接続された電極に次第にスケールが付着し両電極間
の通電が次第に行なわれなくなる。又アルカリ性水の流
路内にもスケールが蓄積されて通水が阻害されるから、
そのときは切替スイッチ７を切替えて両電極を逆性の電
源端子に接続すると、電極、流路内に蓄積されたスケー
ルを除いて通電及び通水を回復させることができる。

【０００８】このスケール蓄積の程度を知るために、従
来はアルカリ性水の流量を測定することによってアルカ
リ性水配管内のスケール付着状況を監視したり、アルカ
リ性水流量を計測し、その減少からアルカリ性水配管内
のスケール蓄積を予測したりして、適時に切替スイッチ
７を人手で切替えてスケール除去の操作を行なうように
していた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記の方法では、スケ
ール除去操作の時期を適確に知ることが難しいうえに、
その操作に人手を要することが多かったので、装置を自
動で運転することができなかった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、自動運転さ
せようとする対象装置におけるスケール除去操作を自動
化しようとしたもので、電極切替を行なうべき時期を確
実に知るために、対象装置を使用して実験して自動化の
ためのデータを得、これに基づいて装置を構成すると共
に、電源切替え時には酸性液、アルカリ性液にはスケー
ルが混入するため液が不純になるから、これを短時間排
出してきれいな酸性液、アルカリ性液を得るようにする
操作をも自動的に行なえる構成を得たものであって、酸
性水流量、アルカリ性水流量、印加電圧、酸性水のｐ
Ｈ、ＯＲＰ（酸化還元電位）の値と時間との関係を調べ
た実験データに基づいて、適当時間に電源端子の切替、
不純水の排出、弁の切替等の制御を自動的に行なう装置
を構成したものである。即ち、負電源に接続される電極
に接続されてアルカリ性水を造る電極及びアルカリ性水
管路に蓄積されるスケールのため生成水の通路が閉塞に
近づくに従って両電極間に印加される電圧が低下する現
象を利用して、電圧低下に対応して２つの電極に接続さ
れる電源の極性を切替え、且つ極性切替時から少時間の
間スケールを混入した不純生成水を排出してから目的の
酸性水又はアルカリ性水を採取しすることを特徴とする
水電解装置を得たものである。

【００１１】

【作用】実験データによると、装置の運転時間が長くな
りスケール蓄積量が多くなると、電極への印加電圧が急
激に下り、その直後にアルカリ性水通路の閉鎖が起るこ
とが判った。そこでこの発明の装置は、電圧が急速に低
下する時期に電極に接続する直流電源の極性を切替え、
三方弁、弁、ポンプを制御することにより、装置を自動
的に動作させ得るようにした。

【００１２】又、この極性切替え時に、負電極やアルカ
リ性水管に蓄積されたスケールが生成水中に入り、酸性
水及びアルカリ性水を濁らせて不純にするから、極性切
替えから水がきれいになるまでの一定の短時間は、装置
外のドレンポンプ（図示せず）を動かしてドレン管２８
から電解槽内の水を排出し、又はドレン管を下方に設け
てポンプを使用しないでも電解槽内の水が流出するよう
にして、生成水を排出して採取しない操作をも自動的に
行なわせることができる。

【００１３】

【実施例】水の電気分解に関する実験の概要は次の通り
である。実験を行なった装置は、図１、図２に略示する
ように構成される。図６〜図８の従来装置と同等部分は
同符号で示すと共に説明を省略して次にこれを説明す
る。

【００１４】電解槽１は陽イオン交換膜の隔膜２で区画
３、４に仕切られており、両区画３、４には、白金を主
成分とする合金をコーティングした電極５、６がそれぞ
れ挿入されている。電極５、６は、図１、図２には省略
したが、図６と同様に切替スイッチを介して直流電源の
正負の端子に接続される。原水を受取る原水管１４は、
装置外の水管１２に継手１３を介して接続される。この
実験では、原水として硬度１００の井戸水をポンプによ
り圧送して使用した。原水管継手１３に接続される原水
管１４には順次減圧弁２４、電磁弁２５、フロースイッ
チ２６を設け、途中のａ部において塩水管１６を接続し
て塩水ポンプ２１により送られる塩水を原水に混入した
後、両区画３、４に送給する。塩水は塩水管継手２０を
介して装置外に設けた塩水タンクから塩水管１６に供給
される。２７はドレン管２８を装置外の排水管に接続す
るドレン管継手で、この装置外の排水管に設けた弁を開
いて塩水管内の塩水を排出するのに使用する。区画３内
の水を取出す第１取出管２９は第１三方弁３０及び第２
三方弁３１の各Ａ口に接続され、区画４内の水を取出す
第２取出管３２は、第１三方弁３０及び第２三方弁３１
の各Ｂ口に接続される。第１三方弁３０のＣ口にはアル
カリ性水管３３が接続される。この管３３はアルカリ性
水管継手３４を経て装置外のアルカリ性水ホースに接続
される。第２三方弁３１のＣ口には酸性水管３５が接続
され、この管３５は、酸性水管継手３６を経て装置外の
酸性水ホースに接続される。

【００１５】上記のように構成される装置において、電
極５を負端子に、電極６を正端子に接続すると、図１の
ように、区画３で生成されたアルカリ性水は第１取出管
２９から第１三方弁３０のＡ口に入り、この三方弁を矢
印方向に通ってＣ口からアルカリ性水管３３に入り、ア
ルカリ性水管継手３４から装置外のアルカリ性水ホース
により取出される。

【００１６】区画４で生成された酸性水は、第２取出管
３２から第２三方弁３１のＢ口に入り、この三方弁を矢
印方向に通ってＣ口から酸性水管３５に入り酸性水管継
手３６から装置外の酸性水ホースにより取出される。

【００１７】電極５、６の極性を切替えると、図２のよ
うに、区画３で生成された酸性水は、第１取出管２９を
通って第２三方弁３１のＡ口に入り、これを矢印方向に
通って酸性水管３５に入り、酸性水管継手３６を経て取
出される。

【００１８】区画４で生成されたアルカリ性水は、第２
取出管３２から第１三方弁３０のＢ口に入り、これを矢
印方向に通ってＣ口からアルカリ性水管３３に入り、ア
ルカリ性水管継手３４から取出される。

【００１９】塩水は、塩水管継手２０を介して塩水管１
６に接続される装置外の管１９を介して供給される。塩
水管１６には塩水ポンプ２１を設けて塩水タンクから塩
水を吸引し、原水管１４に流入させる。

【００２０】この電解装置を昼夜連続してアルカリ性水
管がスケールで閉塞されるまで運転した。運転条件は次
の通りである。 電解強度設定： 中（印加電流１０Ａ） 酸性水生成流量： １±０．１Ｌ／ｍｉｎ 塩水濃度： 塩化ナトリウム２００ｇ／Ｌ 使用原水： 井戸水（硬度１００） 配管洗浄モード： 自動配管洗浄（２時間毎に１分間ア
ルカリ性水管に電解酸性水を通す）

【００２１】アルカリ性水管は、連続運転開始後８３７
時間で基準値を越える項目が出たため自動停止した。そ
れまでの酸性水及びアルカリ性水の生成流量（Ｌ／ｍｉ
ｎ）、印加電圧、電解酸性水のｐＨ値及びＯＲＰ値（基
準値はｐＨ２．３〜２．７、ＯＲＰ１１００ｍＶ）を経
時測定した結果は、図３、４のグラフの通りである。こ
の実験結果から次のことが判った。

【００２２】(1) 図３から、アルカリ性水流路が閉塞す
る時期（運転開始後８３０時間）の約２５時間前からア
ルカリ性水の流量が徐々に減少し、約２時間前からこの
流量減少は急激になる。これに対して酸性水の流量変化
の程度は小さく、若干ではあるが時間と共に増加してい
る。 (2) アルカリ性水管の閉塞は急激に発生する。 (3) アルカリ性水の流量と印加電圧との間には、相関関
係がある。印加電圧の変化に基づいてアルカリ性水流路
の閉塞する時期を予測できることが推測できる。 (4) アルカリ性水通路の閉塞する２時間前位に、酸性水
のｐＨ値が適当値（２．３〜２．７）の上限値を越える
に到る。

【００２３】以上の結果から、アルカリ性水流路の閉塞
警告を、印加電圧が１０Ｖから８．５Ｖに低下した時
（運転時間８２８時間）に出すようにするのが妥当であ
ると考え、印加電圧の変化を計測しつつ電解操作を行な
うように装置を構成した。

【００２４】この実験は特定の装置について行なったた
め、各部の寸法、特に配管の太さ、三方弁の構造、寸法
等により、電圧の経時変化に相違を生じることがあると
考えられるが、その傾向は同じであると考えられる。

【００２５】上記のように本発明の電解装置は、電極
５、６への印加電圧の変化に基づいて装置を制御するよ
うに構成したものであるが、原水、塩水の合流部を図７
のように構成したのでは塩水と原水との混合が均等にな
り難く、印加電圧の測定値の変動が大きかった。そのた
め印加電圧の変化に基づいてアルカリ性水流路の閉塞時
期を予測するのが困難であった。

【００２６】そこで本発明による装置では、図５のよう
に原水と塩水との合流部を構成した。即ち、原水管１４
に接続される塩水管１６の先端をＬ形に曲げ、折曲げ部
を原水管１４の直線部に平行に、且つその中心に位置さ
せ、又その開口を原水管１４の上流側に向けたものであ
る。図５は、この構成の具体例を示すもので、塩水管１
６は、ソケット３７を介して原水管１４の側面の開口部
に取付けられている。塩水管１６の端部にはＬ形管３８
の入口部３８ａを嵌着し、Ｌ形管の出口部３８ｂを、開
口を原水管１４の上流側に向け、且つ原水管の直線部に
平行させてその中心に位置させる。

【００２７】このように構成すると、塩水管１６から送
られてきた塩水は、Ｌ形管の出口部３６ｂの開口からそ
の半径方向に均等に流出し原水管１４の上流から流れて
来る原水中に均等に流入する。図７のように原水管１
４、塩水管１６を接続すると、原水と塩水との混合状態
が、塩水管１６の開口に近い位置で塩水が濃く、開口を
離れると薄くなるので、塩水が均等に混合せず、印加電
圧にばらつきを生じるようになる。図５のように構成す
れば、原水と塩水との混合は均等になり、印加電圧の計
測時の変動を少なくして装置の制御を安定させることが
できる。

【００２８】又、この装置では、アルカリ性水流路にお
けるスケール蓄積量を少なくするために、電極５、６へ
の通電後２時間毎に切替スイッチ７を切替えて、それま
でのアルカリ性水流路に酸性水を流通させてその流路を
洗浄すると共に、酸性水流通により浮上ったスケールを
混入して不純となった酸性水を２分間排出して使用しな
いようにしている。

【００２９】

【発明の効果】

(1) 以上のように、水の電解装置において、アルカリ性
水の流路にスケールが蓄積されて管が閉塞する前に印加
電圧が減少する現象があることが判ったから、本発明の
装置は、電圧の変化を利用して、電極への印加電圧があ
る程度まで降下したとき電極の極性を切替えたり、この
切替によるスケールが混入して不純になった酸性水、ア
ルカリ性水を一定時間排出する動作を自動的に行なわ
せ、装置の稼働を自動化して手動操作を省き、効率のよ
い酸性水、アルカリ性水の製造を行なうことができる。

【００３０】(2) 塩水管の原水管への挿入部をＬ形に曲
げて、折曲部を原水管に平行にその中心に位置させ、そ
の開口を上流側に向わせたから、原水と塩水との混合を
平均に行なわせ、水の導電性の変動を少なくすることが
でき、従って電極間の印加電圧の変動が小さくなり、こ
の電圧変化に基づく装置制御を有効に行なうことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用する電解装置の構成及び作用を示
す略図。

【図２】電極の極性を変えたときのこの装置の略図。

【図３】アルカリ性水管が閉塞されるまでの生成水量、
印加電圧の経時変化を示すグラフ。

【図４】アルカリ性水管が閉塞されるまでの生成酸性水
のｐＨ値、ＯＲＰ値の経時変化を示すグラフ。

【図５】図１、図２のａ部の構造例を示す縦断面図。

【図６】従来の電解装置を原理的に示す略図。

【図７】図６のｂ部の構造を示す縦断面図。

【図８】吸引式ポンプの構造を略示する縦断面図。

【符号の説明】

Ａ 水電解装置 １ 電解槽 ２ 隔膜 ３、４ 区画 ５、６ 電極 ７ 切替スイッチ ８ 正端子 ９ 負端子 １０ 原水 １１ 原水タンク １２ 管 １３ 継手 １４ 原水管 １５ 原水ポンプ １６ 塩水管 １７ 塩水タンク １８ 塩水 １９ 管 ２０ 継手 ２１ 塩水ポンプ ２２ 逆止弁 ２３ ダイヤフラム ２４ 減圧弁 ２５ 電磁弁 ２６ フロースイッチ ２７ ドレン管継手 ２８ ドレン管 ２９ 第１取出管 ３０ 第１三方弁 ３１ 第２三方弁 ３２ 第２取出管 ３３ アルカリ性水管 ３４ アルカリ性水管継手 ３５ 酸性水管 ３６ 酸性水管継手 ３７ ソケット ３８ Ｌ形管 ３８ａ 入口部 ３８ｂ 出口部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 隔膜で仕切られた電解槽の２つの区画に
   それぞれ電極を挿入し、各電極を正負の直流電源に接続
   し、電解槽に入れた導電性水を電気分解して各区画に酸
   性水とアルカリ性水とを造る水電解装置において、負電
   源に接続される電極に接続されてアルカリ性水を造る電
   極及びアルカリ性水管路に蓄積されるスケールのため生
   成水の通路が閉塞に近づくに従って両電極間に印加され
   る電圧が低下する現象を利用して、電圧低下に対応して
   ２つの電極に接続される電源の極性を切替え、且つ極性
   切替時から少時間の間スケールを混入した不純生成水を
   排出してから目的の酸性水又はアルカリ性水を採取しす
   ることを特徴とする水電解装置。
2. 【請求項２】 原水に導電性を持つ水を混入するために
   原水管の側面に接続される導電性水管の先端をＬ形に曲
   げ、その先端開口を原水の上流側に向けると共に、折曲
   げ部を原水管に平行させ且つその中心に位置させたこと
   を特徴とする水電解装置における導電性水管と原水管と
   の接続部の構成。