JPH11128938A - 電解水生成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】スケール除去のために電解電流の極性を反転さ
せたときに、電極触媒の損耗を確実に防止できる電解水
生成方法を提供する。 【解決手段】隔膜２を介して陽極板５と陰極板６とを設
けた電解槽１に電解質を含む原水を供給し、両極板５，
６間に通電して電解し、電解水を生成する通常電解と、
両極板５，６の極性を反転させて電解し該スケールを除
去するスケール除去電解とからなる。スケール除去電解
は、原水のｐＨにおけるマグネシウムがイオン化する電
位より高く、前記極板に担持される電極触媒がイオン化
する電位より低い一定の電圧を両極板間に印加して行
う。電解触媒は、酸化白金、酸化ルテニウム、酸化イリ
ジウムから選択される１種または２種以上からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、イオン透過性の隔
膜を介して陽極板と陰極板とを設けた電解槽に電解質を
含む原水を供給し、両極板間に通電して電解することに
より電解水を生成する電解水生成方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、イオン透過性の隔膜を介して陽極
板と陰極板とを設けた電解槽に、電解質として塩化ナト
リウム（ＮａＣｌ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）等の塩化
物を添加した原水を供給して電解することにより、陽極
側から一般の殺菌、消毒、消臭及び土壌、農作物、草花
等の殺菌、消毒等に用られる電解機能水を製造する方法
が知られている。

【０００３】前記技術によれば、前記電解槽の陽極側に
は、前記塩化物の電解生成物として、塩素（Ｃｌ₂ ）、
次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）等を含む電解機能水が得られ、
該電解機能水は特に塩素及び次亜塩素酸により、強い殺
菌性を発揮する。

【０００４】ところで、前記電解を行うと、陰極側では
マグネシウム、カルシウム等の水酸化物等のスケールが
析出し、陰極板の表面に付着するために経時的に電解効
率が低減する。そこで、前記スケールを除去するため
に、両極板間に供給される電流の極性を定期的に反転さ
せることが行われている。

【０００５】前記陽極板及び陰極板は、通常、チタン等
の基材上に前記電解における過電圧を低減する電極触媒
が担持されているが、前記の様にスケール除去のため
に、両極板間に供給される電流の極性を反転させると前
記電極触媒が溶解して損耗する。そこで、前記電流の極
性反転に伴う前記電極触媒の損耗を抑制する方法が種々
提案されている。

【０００６】例えば、特開平５−２３７４７７号公報に
は、定電流回路により印加電圧を制御して前記陽極板と
陰極板との間に流れる電流を一定にして前記電解水を生
成する通常電解を行う一方、該通常電解の印加電圧が予
め設定された電圧に達するか、或いは該印加電圧が設定
された電圧に達することによる電流の低下を検知したと
きに、両極板間に供給される電流の極性を反転させる方
法が記載されている。

【０００７】また、特開平６−２５４５６１号公報に
は、前記通常電解を行うときに、前記陽極板と陰極板と
の間の電圧あるいは両極板間に流れる電流を検出し、そ
の検出値を前記スケールが付着する前の初期条件下にお
ける両極板間の電圧或いは電流と比較し、両者の差が所
定値以上になったときに両極板間に供給される電流の極
性を反転させる方法が記載されている。

【０００８】しかしながら、前記各公報に記載の方法
は、いずれもスケールを除去するために適した時期を検
出することにより電流の極性反転に伴う前記電極触媒の
損耗を抑制することはできるものの、前記スケールが不
均一に付着していると前記スケールが付着していない部
分で前記電極触媒が損耗するという不都合がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる不都
合を解消して、スケールを除去するために電解電流の極
性を反転させたときに、電極触媒の損耗を効果的に抑制
することができる電解水生成方法を提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明の電解水生成方法は、イオン透過性の隔膜
を介して陽極板と陰極板とを設けた電解槽に電解質を含
む原水を供給し、両極板間に通電して電解することによ
り電解水を生成する通常電解と、陰極板にスケールが付
着したときに両極板の極性を反転させて電解し該スケー
ルを除去するスケール除去電解とからなる電解水生成方
法において、前記スケール除去電解は、前記原水のｐＨ
におけるマグネシウムがイオン化する電位より高く、前
記極板に担持される電極触媒がイオン化する電位より低
い一定の電圧を両極板間に印加して行うことを特徴とす
る。

【００１１】前記通常電解において、まず、前記電解槽
の陽極側では、主として水の電解により酸素（Ｏ₂ ）が
発生し、水素イオン（Ｈ⁺ ）を生成する。前記水の電解
と同時に、例えば原水中に電解質として塩化ナトリウム
（ＮａＣｌ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）等の塩化物を添
加した場合には、塩素イオン（Ｃｌ^- ）が酸化され塩素
（Ｃｌ₂ ）、次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）等が生成する。前
記電解槽の陽極側での反応を下式に示す。

【００１２】

【化１】

【００１３】また、前記電解槽の陰極側では、主として
水の電解により水素が発生すると共に、水酸イオン（Ｏ
Ｈ^- ）が生成する。前記陰極での反応を下式に示す。

【００１４】

【化２】

【００１５】この結果、前記電解槽の陽極側からは塩素
及び塩素化合物を含む酸性の電解水が得られ、陰極側か
らはアルカリ性の電解水が得られる。

【００１６】ところで、前記原水としては、通常、純
水、蒸留水等の加工された水を除く、市水、工業用水、
井戸水等が用いられるが、このような原水には、前記電
解質として添加される塩化ナトリウム、塩化カリウムに
由来するナトリウム、カリウム等の他、カルシウム、マ
グネシウム等が溶解している。前記原水に含まれる物質
のうち、イオン化傾向が相対的に小さい物質は、前記電
解槽の陰極側で生成する電解水がアルカリ性となるため
に、水酸化物を生成して析出し、これがスケールとして
陰極板の表面に付着する。前記スケールを形成する物質
としては、前記ナトリウム、カリウム化合物（水酸化
物）に比較して溶解度積が小さく比較的多量に存在する
カルシウム、マグネシウムが水酸化物として析出しやす
く、カルシウム、マグネシウム両者の内でもさらに溶解
度積の小さなマグネシウムの水酸化物が析出しやすい。

【００１７】そこで、陰極板にスケールが付着したとき
には、該スケールを除去するために前記スケール除去電
解を行う。前記スケール除去電解において、両極板の極
性を反転させて電解を行うと、前記スケールを形成して
いるマグネシウムの水酸化物が溶解することにより、極
板表面から除去される。

【００１８】このとき、両極板間に印加される電圧が十
分に高いと、前記陰極板及び陰極板に担持されている電
極触媒も電気化学的に溶解し、電極及び電極触媒の損耗
が生じる。しかし、前記電極は一般にチタン、白金等の
貴金属からなり、前記電極触媒は白金系金属の貴金属の
酸化物であって、いずれもそのイオン化傾向はマグネシ
ウムよりもはるかに小さい。

【００１９】そこで、本発明の電解水生成方法は、前記
スケール除去電解を、前記原水のｐＨにおけるマグネシ
ウムがイオンとして溶出する電位（酸化還元電位）より
高く、前記極板に担持される電極触媒がイオンとして溶
出する電位（酸化還元電位）より低い一定の電圧を両極
板間に印加して行う。このようにすることにより、前記
スケールを形成しているマグネシウムの水酸化物が選択
的に溶解されると共に、前記電極触媒の溶解を防止し
て、その損耗が確実に防止される。

【００２０】本発明の電解水生成方法によれば、前記の
様に両極板間の電流の極性を反転しても前記電極触媒が
電離、溶解することがないので、スケールの付着が不均
一であっても前記電極触媒の損耗を防止することがで
き、電極の長寿命化を図ることができる。また、両極板
間の電流の極性を反転させる時期を任意に設定すること
ができる。

【００２１】また、本発明の電解水生成方法は、前記電
解触媒が、酸化白金、酸化ルテニウム、酸化イリジウム
から選択される１種または２種以上からなることを特徴
とする。尚、酸化白金は白金化合物を空気中で熱処理す
ることにより形成されるが、前記白金化合物はその全て
が酸化物とはならず、白金と白金の酸化物とが混在する
状態を示す。そこで、本明細書では、「酸化白金」との
用語は、前記のように、白金と白金の酸化物とが混在す
る状態を意味する。

【００２２】また、本発明の電解水生成方法は、前記電
解触媒が２成分以上からなるときには、該電解触媒を構
成する各成分のイオン化し溶出する電位のうち最も小さ
い電位を基準として電解することを特徴とする。このよ
うにすることにより、前記スケール除去電解は、前記原
水のｐＨにおける水酸化マグネシウムがイオン化し溶出
する電位（酸化還元電位）より高く、前記極板に担持さ
れる電極触媒を構成する各成分のイオン化する電位のう
ち最も小さい電位（酸化還元電位）より低い一定の電圧
を両極板間に印加して行うことになり、前記電極触媒を
構成する各成分の電離、溶解を効果的に抑制することが
できる。

【００２３】

【発明の実施の形態】次に、添付の図面を参照しながら
本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図
１は本実施形態に用いる電解水生成装置のシステム構成
図であり、図２は図１示の電解水生成装置の作動を示す
フローチャートであり、図３はｐＨと各状態のマグネシ
ウムの酸化還元電位との関係を示すグラフである。

【００２４】本実施態様の電解水生成装置は、図１示の
ように、電解槽１をイオン交換膜等のイオン透過性の隔
膜２により、陽極室３と陰極室４とに二分し、各室に電
極を配設することにより、前記隔膜２を介して陽極板５
と陰極板６とを設けたものである。陽極板５及び陰極板
６は電解槽１の側壁を貫通して外部に導かれた引出端子
５ａ，６ａにより電源装置７に接続され、電源装置７は
制御装置８により制御されるようになっている。また、
陽極室３及び陰極室４の底部には原水供給導管９が接続
され、上部にはそれぞれ電解水取出導管１０，１１が接
続されている。原水供給導管９には流量調整弁１２及び
逆止弁１３を介して市水が供給され、電解質としての塩
化ナトリウム水溶液が塩水槽１４からポンプ１５を介し
て添加できるようになっている。さらに、原水供給導管
９にはフローセンサ１６が設けられている。

【００２５】また、本実施形態の電解水生成装置では、
前記陽極板５及び陰極板６はメッシュ状のチタン基板上
に酸化イリジウムまたは酸化ルテニウムからなる電極触
媒を担持させたものが用いられる。

【００２６】次に、本実施形態の電解水生成装置の作動
について説明する。

【００２７】本実施形態の電解水生成装置では、まず、
原水供給導管９から陽極室３及び陰極室４に原水として
の市水を供給する。前記市水は、流量調整弁１２及びフ
ローセンサ１６により、常に一定の流量で陽極室３及び
陰極室４に供給されるようになっている。また、このと
き、前記市水はポンプ１５により塩水槽１４から塩化ナ
トリウム溶液が添加され、例えば、０．８ｇ／リットル
の濃度で塩化ナトリウムを含むようにされている。

【００２８】次に、陽極室３及び陰極室４が前記市水で
満たされたならば、原水供給導管９から陽極室３及び陰
極室４に連続的に前記市水を供給しながら、制御装置８
が作動され電解水の生成が開始される。

【００２９】制御装置８は、図２示のように、まず、前
記市水を電解して電解水を生成する通常電解を開始す
る。このとき、制御装置８は電源装置７を制御して、陽
極板５及び陰極板６の間に一定の電流が流れるように、
定電流制御を行う。

【００３０】前記通常電解により、陽極室３では主とし
て水の電解により酸素（Ｏ₂ ）が発生し、水素イオン
（Ｈ⁺ ）を生成すると同時に、電解質として添加された
塩化ナトリウムから生成する塩素イオン（Ｃｌ^- ）が酸
化され塩素（Ｃｌ₂ ）、次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）等を含
む酸性の電解水が生成する。また、陰極室４では主とし
て水の電解により水素が発生すると共に、水酸イオン
（ＯＨ^- ）が生成し、アルカリ性の電解水が生成する。

【００３１】この結果、陽極室３側の電解水取出導管１
０からは前記酸性の電解水が連続的に取り出され、陰極
室４側の電解水取出導管１１からは前記アルカリ性の電
解水が連続的に取り出される。前記通常電解において、
本実施形態では前記の様に、陽極室３及び陰極室４に常
に一定流量の前記市水が供給されるようになっているの
で、性状の安定した前記電解水を得ることができる。前
記酸性の電解水は、前記の様に、塩素、次亜塩素酸等を
含むので、殺菌剤、漂白剤等の用途に用いられる。

【００３２】一方、陰極室４では前記のようにアルカリ
性の電解水が生成するので、長時間に亘る電解によって
前記市水中に含まれるマグネシウムが主として水酸化マ
グネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）₂ ）の形で析出し、わずかづ
つであるが陰極板６の表面にスケールとして付着する。
陰極板６の表面に前記スケールが付着すると、前記スケ
ールは通電の障害となるので、陽極板５及び陰極板６の
間に一定の電流が流れる様にするためには、所要電圧が
次第に上昇し、電解効率が低下する。

【００３３】そこで、制御装置８は、前記陽極板５及び
陰極板６の間の電圧を検出し、該電圧が予め設定されて
いる電圧以上になったならば、通電を停止し、スケール
除去電解を開始する。尚、制御装置８は通常電解開始と
同時に図示しないタイマを作動させ、前記電圧が所定の
電圧以上にならなくとも、該タイマにより計時される電
解時間が所定時間に達したならば、該タイマをリセット
して、通電を停止し、スケール除去電解を開始する。

【００３４】前記スケール除去電解では、制御装置８
は、まず、陽極板５及び陰極板６に供給される電流の極
性を逆転させると共に、陽極板５及び陰極板６の間に前
記市水のｐＨにおけるマグネシウムがイオン化する電位
より高く、陰極板６に担持される電極触媒がイオン化す
る電位より低い一定の電圧を印加するように電源装置７
を制御し、定電圧制御通電を開始する。

【００３５】この結果、陰極室４では、陰極板６の表面
に付着した水酸化マグネシウム（スケール）は選択的に
電気化学的な反応により溶解され、マグネシウムイオン
（Ｍｇ²⁺）を生成する。そして、前記マグネシウムイオ
ンは連続的に供給される市水により電解水取出導管１１
から電解槽１外に除去される。

【００３６】制御装置８は、スケール除去電解の開始と
同時に図示しないタイマを作動させ、該タイマにより計
時される電解時間が所定時間に達したならば、該タイマ
をリセットして、通電を停止する。そして、再び陽極板
５及び陰極板６に供給される電流の極性を逆転させ、通
常電解を再開する。

【００３７】次に、前記スケール除去電解における定電
圧制御通電について説明する。図３は、ｐＨと各状態の
マグネシウムの酸化還元電位との関係を示すグラフであ
り、ｐＨ８．５以上の領域では、ラインＩで示される酸
化還元電位以上で水酸化マグネシウム（Ｍｇ（Ｏ
Ｈ）₂ ）、前記電位以下では金属マグネシウム（Ｍｇ）
となることを示している。また、ｐＨ８．５以下の領域
では、ラインＩＩＩで示される酸化還元電位以上でマグ
ネシウムイオン（Ｍｇ²⁺）、前記電位以下では金属マグ
ネシウム（Ｍｇ）となることを示している。尚、ライン
ａ，ｂは水の酸化還元電位を示している。

【００３８】図３から、前記スケール除去電解の陰極室
４に略中性（約ｐＨ７）の市水が供給されている状態に
おいて、マグネシウムがイオン化する電位はラインＩＩ
Ｉで示される−２．４Ｖとなる。

【００３９】次に、陰極板６に酸化イリジウムからなる
電極触媒が担持されているとき、酸化イリジウムのイオ
ン化反応は下記式（７）で示される。

【００４０】

【化３】

【００４１】そして、式（７）に対応する酸化還元電位
は、マルセル・プールベ著（英語版ジェームズ・エー・
フランクリン訳）「水溶液中の電気化学的平衡の図解
（英語版第２版）」（ナショナル・アソシエイション・
オブ・コロージョン・エンジニアズ，米国テキサス州ヒ
ューストン，１９７４，ｐ．３７４）によれば、下記式
（８）で示される。

【００４２】

【化４】

【００４３】式（８）で、ｐＨ≒７であり、イリジウム
がイオン化しないことが前提であって（Ｉｒ³⁺）は無視
できることから、Ｅ＝−１．４２１８（Ｖ）となる。

【００４４】従って、陰極板６に酸化イリジウムからな
る電極触媒が担持されているときには、前記スケール除
去電解における定電圧制御通電は、陽極板５と陰極板６
との間に印加される電圧が−２．４〜−１．４Ｖの範囲
で一定に維持されるようにすればよいことがわかる。

【００４５】また、陰極板６に酸化ルテニウムからなる
電極触媒が担持されているとき、酸化ルテニウムのイオ
ン化反応は下記式（９）で示される。

【００４６】

【化５】

【００４７】そして、式（９）に対応する酸化還元電位
は、前記「水溶液中の電気化学的平衡の図解（英語版第
２版）」（ｐ．３４５）によれば、下記式（１０）で示
される。

【００４８】

【化６】

【００４９】式（１０）から、前記イリジウムの場合と
同様にして、Ｅ＝＋０．２９２６（Ｖ）となる。

【００５０】従って、陰極板６に酸化ルテニウムからな
る電極触媒が担持されているときには、前記スケール除
去電解における定電圧制御通電は、陽極板５と陰極板６
との間に印加される電圧が−２．４〜＋０．２９Ｖの範
囲で一定に維持されるようにすればよいことがわかる。

【００５１】また、陰極板６に担持されている電極触媒
が２成分以上である場合には、陽極板５と陰極板６との
間に印加される電圧の上限は、前記電極触媒を形成する
成分の酸化還元電位のうち、最も小さいものに合わせれ
ばよい。

【００５２】尚、前記酸化還元電位は標準電極電位と陰
極板６との間の電位であるので、実際に陽極板５と陰極
板６との間に印加される電圧は、電極間距離等の条件に
より多少異なるが、それぞれ前記範囲よりも多少大きく
なる。

【００５３】また、本実施形態では、前記スケール除去
電解を、陽極板５及び陰極板６の間の電圧が予め設定さ
れている電圧以上になったとき、または通常電解の開始
から所定時間経過したときに行う様にしているが、本発
明の電解水生成方法によれば、前記の様に両極板間の電
流の極性を反転しても前記電極触媒が溶解することを効
果的に抑制できるので、前記スケール除去電解を任意の
時期に行うようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に用いる電解水生成装置のシステム
構成図。

【図２】図１示の電解水生成装置の作動を示すフローチ
ャート。

【図３】ｐＨと各状態のマグネシウムの酸化還元電位と
の関係を示すグラフ。

【符号の説明】

１…電解槽、 ２…隔膜、 ５…陽極板、 ６…陰極
板。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】イオン透過性の隔膜を介して陽極板と陰極
   板とを設けた電解槽に電解質を含む原水を供給し、両極
   板間に通電して電解することにより電解水を生成する通
   常電解と、陰極板にスケールが付着したときに両極板の
   極性を反転させて電解し該スケールを除去するスケール
   除去電解とからなる電解水生成方法において、 前記スケール除去電解は、前記原水のｐＨにおけるマグ
   ネシウムがイオン化する電位より高く、前記極板に担持
   される電極触媒がイオン化する電位より低い一定の電圧
   を両極板間に印加して行うことを特徴とする電解水生成
   方法。
2. 【請求項２】前記電解触媒は、酸化白金、酸化ルテニウ
   ム、酸化イリジウムから選択される１種または２種以上
   からなることを特徴とする請求項１記載の電解水生成方
   法。
3. 【請求項３】前記電解触媒が２成分以上からなるとき
   に、該電解触媒を構成する各成分のイオン化する電位の
   うち最も小さい電位を、該電極触媒がイオン化する電位
   とすることを特徴とする請求項２記載の電解水生成方
   法。