JPH11271267A - 残留塩素濃度算出方法、残留塩素濃度算出装置及び電解水生成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 残留塩素濃度を所定値に高精度に維持する。 【解決手段】 水溶液供給手段28から塩素イオンを含む
水溶液が供給される電解槽10に直流電源26から電解電力
を供給して、水溶液を電解する。水溶液の電解時の電解
電圧を電圧計54が検出する。複数パターンの電解電圧に
おける塩素イオンの酸化による塩素ガスの生成反応比率
と、これに対応する前記電圧とを記憶部60が記憶してい
る。電圧計54によって検出された電圧に相当する塩素ガ
スの生成反応比率を、記憶部60の記憶値に基づいて決定
する。演算部58が、塩素ガスの生成反応比率を変数と
し、塩素ガスが水溶液に溶解する溶解速度係数を定数と
する残留塩素濃度算出式に、決定された塩素ガスの生成
反応比率を代入して、残留塩素濃度を算出する。設定部
64によって設定された、電解槽10で生成すべき電解水の
残留塩素濃度と、算出した残留塩素濃度とを演算部58が
比較する。この比較結果によって、電源26が供給する電
圧または電流または水溶液供給手段28からの流量を制御
部62が制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水溶液を電解（電
気分解）して、酸性水とアルカリ性水とからなる電解水
を得る電解水生成装置と、この電解水の残留塩素濃度を
測定する方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、塩素イオン濃度の測定技術の一例
として、例えば特開平８−１２２２９９号公報に開示さ
れているものがある。この測定技術は、イオン感応膜を
挿着した塩素イオン電極を被検液に接触させ、塩素イオ
ン濃度に応じて生じる塩素イオン電極の出力電位を測定
することによって、被検液中の塩素イオン濃度を決定す
る。また特開平７−２０９２３１号公報には、電解水の
導電率と塩素濃度との間に因果関係があることを利用し
て、電解水の導電率と電解電流値とを測定し、導電率と
電解電流値との関係から塩素濃度を測定する技術が開示
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平８−１
２２２９９号公報の技術では、被検液中に含まれている
妨害成分の影響を受けて、塩素イオン濃度が正確に測定
できない。また、基準液と被検液との電位差を測定する
ための装置が、別に必要であり、装置の構成が複雑にな
る。また、塩素イオン電極の表面の洗浄や、基準溶液の
補充等のメンテナンスを頻繁に行わなければならない。
また、応答時間が長く、流水式の電解水生成装置では、
実用が困難である。

【０００４】特開平７−２０９２３１号公報の技術で
は、電解水の伝導率は、残留塩素以外に電解水に含まれ
ている溶存成分、例えばＨ⁺ 、ＯＨ^- 、Ｎａ⁺ 、原水に
含まれるその他の金属イオンの影響を受けるので、導電
率と電解電流との関係だけでは、精度のよい塩素濃度の
測定は、困難であった。

【０００５】本発明は、メンテナンスが容易で、電解水
の残留塩素濃度を迅速に、かつ高精度に測定できる残留
塩素濃度の測定方法及び装置を提供することを目的とす
る。また、このようにして求めた残留塩素濃度を所定値
に維持する電解水生成装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、残留塩素濃度測定方法は、塩素イオンを含む水溶
液を電解して電解水を得ているときの電解条件を検出す
る段階と、前記検出された電解条件における前記塩素イ
オンの酸化による塩素ガスの生成反応比率を決定する段
階と、前記塩素ガスが前記水溶液に溶解する溶解速度係
数を決定する段階と、前記塩素ガスの生成反応比率を変
数とし、前記溶解速度係数を定数とする、前記水溶液中
の残留塩素濃度算出式に、前記塩素ガスの生成反応比率
と、前記電解条件とを代入し、前記電解水の残留塩素濃
度を算出する段階とを、備えている。

【０００７】電解条件としては、少なくとも、電解電圧
値と、電解電流値と、前記水溶液の電解質濃度のいずれ
かを含むものとすることができる。これに加えて、前記
電解条件は、前記水溶液の流量を含むものとできる。ま
た、水溶液の流量に代えて、前記電解条件は、前記水溶
液の温度を含むものとできる。

【０００８】本発明による残留塩素濃度測定装置は、電
解槽に水溶液供給手段から塩素イオンを含む水溶液を供
給し、前記電解槽に電解電力を電源手段から供給して、
前記水溶液を電解する電解水生成装置において、前記水
溶液の電解時の電解条件を検出する電解条件検出手段
と、複数パターンの電解条件における前記塩素イオンの
酸化による塩素ガスの生成反応比率と、これに対応する
前記電解条件とを記憶する記憶手段と、前記電解条件検
出手段によって検出された電解条件に相当する前記塩素
ガスの生成反応比率を、前記記憶手段の記憶値に基づい
て決定し、前記塩素ガスの生成反応比率を変数とし、前
記塩素ガスが前記水溶液に溶解する溶解速度係数を定数
とする残留塩素濃度算出式に、前記決定された塩素ガス
の生成反応比率と電解条件とを代入して、残留塩素濃度
を算出する演算手段とを、具備するものである。

【０００９】電解条件検出手段としては、少なくとも、
電解電圧値検出手段と、電解電流値検出手段と、前記電
解槽内の水溶液の電解質濃度の検出手段との、いずれか
を利用することができる。これに加えて、前記電解条件
検出手段は、前記電解槽内の水溶液の流量の測定手段を
含むものとできる。流量の測定手段に代えて、前記電解
条件検出手段は、前記電解槽内の水溶液の温度測定手段
を含むものとできる。また前記演算手段によって算出し
た残留塩素濃度を表示する表示手段を備えることもでき
る。

【００１０】本発明による電解水生成装置は、水溶液供
給手段から塩素イオンを含む水溶液が供給される電解槽
と、この電解槽に電解電力を供給して、前記水溶液を電
解する電源手段と、上述した残留塩素濃度測定装置と同
様な電解条件検出手段、記憶手段と、演算手段とを有
し、さらに、前記電解槽で生成すべき電解水の残留塩素
濃度が設定される設定手段と、この設定された残留塩素
濃度と、前記演算手段により算出した残留塩素濃度とを
比較する比較手段と、この比較手段による比較結果によ
って、前記電源手段が供給する電解電圧または電解電流
または前記水溶液供給手段からの流量を制御する制御手
段とを、具備している。

【００１１】塩素イオンを含む溶液を電解した場合、陽
極側では、水酸化物イオンの酸化により酸素ガスが発生
し、塩素イオンの酸化により塩素ガスが発生する。この
塩素ガスが水に溶解する。上記の測定方法、測定装置及
び電解水生成装置において使用される算出式は、後述す
るように、上記塩素イオンの酸化による塩素ガスの発生
比率と、塩素ガスの溶液への溶解速度係数とを考慮した
ものである。塩素イオンの酸化による塩素ガスの発生比
率は、電解条件によって値が変化する。一方、溶解速度
係数は、後述するようにほぼ定数と見なすことができ
る。そこで、電解条件を検出し、この電解条件に適応し
た塩素ガスの発生比率を、上記算出式に代入し、残留塩
素濃度を算出している。

【００１２】

【発明の実施の形態】まず、本発明の基礎となる水の電
解反応とイオンの物質移動について考える。図２に示す
ような電解槽では、それの内部に、互いに対向するよう
に正の板状の電極（陽電極）２と、負の板状の電極（陰
電極）４が配置され、これら電極２、４の中間にイオン
のみを通過させる膜６が配置されている。膜厚はδで、
膜６と電極２、４との間の距離はそれぞれｄ／２であ
る。両電極２、４に直流電源が供給されて、電解槽に供
給されている塩素イオンを含む溶液、例えば食塩水の電
解が行われ、生成された酸性水とアルカリ性水とが電解
槽から吐出されている。即ち、流水式の電解水生成装置
である。

【００１３】この電解槽で電解を行うと、図２内に示す
反応式で表されるように、水素イオン、水酸化物イオ
ン、ナトリウムイオン、塩素イオンのような各種イオン
が発生する。これらのイオンの濃度は、ｘ方向、即ち電
極２、４の方向に一定で、ｚ方向、即ち供給液の流れ方
向のみの関数とする。また、ｘ方向のイオン濃度及び電
位勾配は、膜６内のみで存在するとする。また、供給さ
れる溶液の速度分布はｘ方向に一様で、ｚ方向に速度ｖ
で流れているとする。

【００１４】図２において、正電極２での水の酸化反応
による水素イオンの生成反応は、比率ｆ₁ で、同水酸化
物の酸化反応は、比率ｆ₂ で、塩素イオンの酸化による
塩素ガスの発生反応は、比率（１−ｆ₁ −ｆ₂ ）でそれ
ぞれ発生するものとする。負極４側では、水の還元によ
る水酸化物イオンの生成反応は比率ｇ₁ で、水素イオン
の還元は、比率（１−ｇ₁ ）で起こるものとする。

【００１５】例えば、水素イオンは陽極２で速度ｆ₁ ・
Ｊｅ／Ｆで生成される。但し、Ｊｅは電流密度、Ｆはフ
ァラデー定数である。これらの反応により、陽極２側で
酸素ガス及び塩素ガスが発生し、陰極側で水素ガスが発
生する。これらの気体の気泡が占める体積の全体積に対
する比率を陽極２側ではε^A 、陰極４側ではε^B とす
る。陽極２側では、塩素ガスが水に溶解し、さらに溶解
した塩素の加水分解が起こり、次亜塩素酸、水素イオ
ン、塩素イオンが生成される。

【００１６】各種イオンは、膜６内における電気化学ポ
テンシャルを推進力として移動する従って、膜６内にお
けるイオンｉ（Ｎａ⁺ 、Ｃｌ^- 、Ｈ⁺ 、ＯＨ^- ）の物質
流速Ｎ_i ^f は、数１で示される。

【００１７】

【数１】

【００１８】ここで、Ｃ_i ^A 、Ｃ_i ^B は、イオン種ｉの
濃度、Ｋ_i ^A 、Ｋ_i ^B は、膜６の境界相におけるｉ成分
の分配係数で、Ａは酸性（陽極２）側、Ｂはアルカリ
（陰極４）側を示す。ω_i はイオン種ｉのモル移動度、
α_i は電荷数、Ｒは気体定数、Ｔは温度、Ｆはファラデ
ー定数、Δφ^f は電位差を表す。

【００１９】図３は、酸性側、アルカリ側におけるイオ
ンの移動の模式図で、同図に示すＮ_i は、イオンｉのｚ
方向での物質流速、Ｎ_i ⁰ 、Ｎ_i ^d はそれぞれ負電極
４、正電極２でのイオンの発生流速である。Ｎ_i ^f はイ
オンｉのｚ方向での流速である。

【００２０】電解槽内の微小部分における流速の関係
は、各種イオンの物質収支を考慮すると、数２、数３に
よって表すことができる。

【００２１】

【数２】

【数３】

【００２２】ここで、ｖは食塩水の流速、ｂは電極２、
４の幅である。Ｑ＝ｖｄ／２と置き、かつ溶解した塩素
の加水分解によるイオンの生成速度Ｒ_i を考慮して、数
２、数３を整理すると、数４、数５となる。

【００２３】

【数４】

【数５】

【００２４】Ｒ_i は数６によって与えられる。

【００２５】

【数６】

【００２６】但し、Ｒ_NA ⁺ ＝Ｒ_OH- ＝０である。

【００２７】電解槽の電解質溶液入口ｚ＝０における境
界条件は、Ｃ_i ^A ＝Ｃ_i ^B ＝Ｃ_i ⁰である。境界条件Ｃ
_i ⁰ は供給液のＮａＣｌの濃度によって変化する。

【００２８】各相における物質収支式及び境界条件を用
い、各種イオンに対する基礎式を導出する。まず、水素
イオンの場合について述べる。電解による水素イオン
は、陽極２側では水の酸化反応によって生成されると共
に、塩素の加水分解による次亜塩素酸の発生によっても
生成される。陰極４側では水素イオンは、還元反応によ
り水素ガスとなるため、水素イオンは減少する。陽極２
における反応式を数７、数８に、陰極４における反応式
を数９に示す。

【００２９】

【数７】

【数８】

【数９】

【００３０】これらの反応から電極における水素イオン
の生成速度Ｎ_i ⁰ 、Ｎ_i ^d は、数１０、数１２によって
表される。

【００３１】

【数１０】

【数１１】

【００３２】溶解した塩素の加水分解によるイオンの生
成速度Ｒ_i も考慮すると、水素イオンの移動に対する基
礎式として数１２、数１３が得られる。

【００３３】

【数１２】

【数１３】

【００３４】次に水酸化物イオンについて考える。陽極
２において水酸化物イオンの酸化により１モルの水酸化
物から０．２５モルの酸素ガスと０．５モルの水が生成
され、陰極４において水の還元反応により水酸化物イオ
ンが生成される。陽極２における反応式を数１４に、陰
極４における反応式を数１５に示す。

【００３５】

【数１４】

【数１５】

【００３６】これらの反応から電極２、４における水酸
化物イオンの生成速度Ｎ_i ⁰ 、Ｎ_i ^d は、数１６、数１
７によって表される。

【００３７】

【数１６】

【数１７】

【００３８】従って、水酸化物イオンの移動に対する基
礎式として、数１８、数１９が得られる。

【００３９】

【数１８】

【数１９】

【００４０】次に、ナトリウムイオンについて考える。
ナトリウムイオンは、陽極２及び陰極４において電解に
よっては生じないので、Ｎ_i ⁰ ＝Ｎ_i ^d ＝０である。よ
って、ナトリウムイオンの移動の基礎式は、数２０、数
２１によって表される。

【００４１】

【数２０】

【数２１】

【００４２】次に塩素イオンについて考える。陽極２に
おける塩素イオンの酸化反応により塩素ガスが発生し、
この塩素ガスが水に溶解し、加水分解し、次亜塩素酸と
水素イオンと塩素イオンとを発生する。陰極４側では、
この反応は生じない。陽極２における反応式を数２２、
数２３に示す。

【００４３】

【数２２】

【数２３】

【００４４】これらの反応から陽極２における塩素イオ
ンの生成速度Ｎ_i ⁰ 、Ｎ_i ^d は、数２４、数２５によっ
て表される。

【００４５】

【数２４】

【数２５】

【００４６】溶解塩素の加水分解によるイオンの生成速
度Ｒ_i を考慮すると、塩素イオンの移動に対する基礎式
は、数２６、数２７によって表される。

【００４７】

【数２６】

【数２７】

【００４８】次に塩素ガス及び溶解塩素について考え
る。陽極２における塩素イオンの酸化によって発生する
塩素ガスの一部は、或る溶解度で溶液に溶解し、溶解し
た塩素の一部が加水分解され、次亜塩素酸となる。陰極
４では、この反応は起こらない。これらの反応を数２
７、数２８、数２９に示す。

【００４９】

【数２８】

【数２９】

【数３０】

【００５０】陽極２において酸素と塩素の２種類の気体
が発生する。この２種類の気体からなる気泡の全圧は大
気圧に等しく、酸素は塩素と比較して水に溶解しにくい
ので、無視する。図４に塩素ガスの溶液への吸収の模式
図を示す。図４におけるＰ_Cl2 は気相における塩素の分
圧を、Ｃ_Cl2 は液相における溶解塩素Ｃｌ_2(aq) の濃度
である。気体と液体との界面近傍において気相及び液相
に境膜が存在し、この境膜において濃度勾配が生じてい
る。気液界面では平衡が保たれており、界面における分
圧をＰⁱ _Cl2 、濃度をＣⁱ _{Cl2 (aq)} とする。気相側及
び液相側における境膜物質移動係数をそれぞれｋ_G 、ｋ
_L とし、濃度差との関係から数３１に示す物質移動速度
の式を得ることができる。

【００５１】

【数３１】

【００５２】数３１におけるａは、気液接触面積を示
す。Ｐ_Cl2 に平衡な濃度をＣ_Cl2 ^* 、Ｃ_Cl2(aq) に平衡
な分圧をＰ_Cl2 ^* と仮定し、Ｐ_Cl2 とＰ_Cl2 ^* との差、
Ｃ_Cl2 ^* とＣ_Cl2(aq) の差を総括推進力にとり、気相側
及び液相側における総括物質移動係数Ｋ_G 、Ｋ_L を定義
すると、数３２のようになる。

【００５３】

【数３２】

【００５４】溶液の温度が２９８Ｋとすると、気体の全
圧が大気圧であるので、塩素ガスの限界温度圧力から値
が離れている。よって、分圧によって気体の溶液に対す
る溶解度が決まり、ヘンリーの法則が成立する。ヘンリ
ーの法則は気体の分圧とモル分率との関係で成り立つ
が、塩素の吸収においてモル分率の代わりにモル濃度を
用いる。ヘンリーの法則から、数３３、数３４に示す関
係が得られる。

【００５５】

【数３３】

【数３４】

【００５６】数３３、数３４におけるＨ’はヘンリー定
数である。数３３、数３４を数３１、数３２に代入し、
整理すると、数３５が得られる。

【００５７】

【数３５】

【００５８】数３５を整理すると、境膜物質係数ｋ_G 、
ｋ_L と総括物質移動係数Ｋ_G 、Ｋ_Lとの関係を数３６に
よって得ることができる。

【００５９】

【数３６】

【００６０】塩素ガスの溶解度は非常に大きく、ヘンリ
ー定数Ｈ’は１．１８５ｘ１０^-6ｋｍｏｌ／Ｊと非常に
小さい値を持つので、Ｋ_G ＝ｋ_G となる。よって塩素ガ
スの物質移動速度は、Ｎ_Cl2 ＝ｋ_G ａ（Ｐ_Cl2 −Ｈ’Ｃ
_Cl2(aq) ）となる。

【００６１】気相の占める体積比を考慮し、上記の塩素
ガスの物質移動速度と陽極２における生成速度の関係か
ら塩素ガスの分圧Ｐ_Cl2 及び液相中の溶解塩素（残留塩
素）濃度Ｃ_Cl2(aq) はそれぞれ数３７、数３８によって
表すことができる。

【００６２】

【数３７】

【数３８】

【００６３】便宜上、液相と気相の全体積基準とした塩
素ガスの濃度をＣ_Cl2(g)＝ε^A Ｐ_Cl2(g)／ＲＴで定義す
ると、数３７、数３８は、数３９、数４０で表される。

【００６４】

【数３９】

【数４０】

【００６５】ここで、ｋ_G ａＲＴ／ε^A をｈ_a 、ｋ_G ａ
Ｈ’をｈ_d とおいている。塩素ガス及び溶解塩素濃度に
対する境界条件は、ｚ＝０において、Ｃ_Cl2(g)＝Ｃ
_Cl2(aq)＝０である。

【００６６】次に、電解槽内の気泡が占める空間率を考
える。陽極２の表面において塩素ガスと酸素ガスの２種
類の気体からなる気泡が発生する。この気泡内における
塩素ガスと酸素ガスのモル数は、数４１、数４２で表さ
れる。

【００６７】

【数４１】

【数４２】

【００６８】数４１、数４２において、ｌは電解槽の長
さ、ｖは供給液の流速である。ガスの占める体積は、数
４１、数４２の解析解を用い、気体の状態方程式から数
４３で表される。

【００６９】

【数４３】

【００７０】陽極２側における気泡の占める体積比ε^A
は、数４４によって表される。

【００７１】

【数４４】

【００７２】気泡の占める体積比が最も大きな値を持つ
条件として、電解槽の長さｌ＝０．４ｍ、陽極２と陰極
４の距離ｄ＝８ｍｍ、水の酸化による水素イオンの生成
反応の比率ｆ₁ ＝０．７８、水酸化物の酸化による酸素
ガスの生成反応の比率ｆ₂ ＝５ｘ１０^-4、ファラデー定
数Ｆ＝９６４８５Ｃ／ｍｏｌ、気体の圧力Ｐ＝１．０１
３ｘ１０⁵ Ｐａ、温度Ｔ＝２９８Ｋ、供給液の流速ｖ＝
４．１７ｘ１０^-1ｍ／ｓ、電流密度Ｊｅ＝２８００Ｃ／
ｓ・ｍ² を、数４４に代入すると、気泡の占める体積比
ε^A は約０．０２５となる。陰極４の表面において発生
する水素ガスは陽極２の表面において発生する気体と比
較して発生量が少ない。よって、気泡の占める体積比ε
^A 、ε^B は非常に小さい値を持つので、各種イオンの移
動に対する基礎式を解析し、それぞれの濃度を算出する
ときには、無視できる。

【００７３】各種イオンの物質収支式は、全て連立方程
式からなりたっており、ラプラス変換することによって
容易に解くことができる。各種イオンの陽極２側におけ
る濃度Ｃ_i ^A と陰極４側における濃度Ｃ_i ^B 及び塩素ガ
スと溶解塩素濃度は、数４５、数４６、数４７、数４
８、数４９、数５０、数５１、数５２、数５３、数５４
によって表される。

【００７４】

【数４５】

【数４６】

【数４７】

【数４８】

【数４９】

【数５０】

【数５１】

【数５２】

【数５３】

【数５４】

【００７５】数４５、数４６、数４７、数４８、数４
９、数５０、数５１、数５２、数５３に現れている
Ｄ⁺ 、Ｄ^- 、Ｗ₁ 、Ｗ₂ 、Ｌ₁ 、Ｍ₁ 、Ｕ₁ 、Ｍ、Ｎ
は、数５５、数５６、数５７、数５８、数５９、数６
０、数６１、数６２、数６３、数６４によって定義さ
れ、定数である。

【００７６】

【数５５】

【数５６】

【数５７】

【数５８】

【数５９】

【数６０】

【数６１】

【数６２】

【数６３】

【数６４】

【００７７】残留塩素濃度は、数５４から計算すること
ができる。数５４において未知数であるのは、Ｃ
_Cl2(aq) ⁰ 、Ｃ_Cl2(g) ⁰、ｆ₁ 、ｆ₂ 、ｈ_a 、ｈ_d であ
る。Ｊｅは、電解中に測定できる。Ｃ_Cl2(aq) ⁰ 、Ｃ
_Cl2(g) ⁰は、陰極４周辺の残留塩素の濃度、塩素ガスの
濃度であるが、陰極４側では塩素は発生していないの
で、０と見なせる。ｆ₂ は陽極２側での水酸化物イオン
の酸化による酸素ガスの生成反応比率である。陽極２側
では、この水酸化物イオンの酸化による酸素ガスの生成
反応が起こりにくいので、ｆ₂ は０とみなせる。結局、
残留塩素濃度を求めるために必要な値は、ｆ₁ 、ｈ_a 、
ｈ_d である。

【００７８】上述したように、ｆ₁ は、陽極２側での水
の酸化による水素イオンの生成反応比率である。またｈ
_a は上述したようにｋ_G ａＲＴで表され、ｈ_d はｋ_G ａ
Ｈ’である。従って、気相側における境膜物質移動係数
ｋ_G を求めれば、ｈ_a 、ｈ_dを求められる。上述したよ
うに、ｋ_G はＫ_G にほぼ等しいので、気相側における総
括物質移動係数を求めることにもなる。このようにｋ_G
またはＫ_G を求めることは、塩素ガスが水溶液に溶解す
る溶解速度係数を求めることになる。

【００７９】ｆ₁ 、ｈ_a 、ｈ_d の算出は次のように行
う。まず、或る温度における経験的に適当と思われるｆ
₁ 、ｈ_a 、ｈ_d の値を仮に決定し、これらと或る電流密
度Ｊｅと流速ｖ（Ｑに関連している）を数５４に代入
し、残留塩素濃度を算出する。実際に上記或る温度にお
ける上記の電流密度Ｊｅ、流速ｖでの残留塩素濃度を測
定する。実測値と計算値とを比較し、その差に基づいて
ｆ₁ 、ｈ_a 、ｈ_d を変更する。この変更されたｆ₁ 、ｈ
_a 、ｈ_d によって再び残留塩素濃度を算出する。この作
業を何回か行って、ｈ_a 、ｈ_d の値を決定する。そし
て、ｈ_a と 上記或る温度から、ｋ_G を決定する。この
ｋ_G は、電解条件、例えば電解電圧、電解電流、供給液
の流速、温度等によって変動しないと見なせるので、固
定値とする。

【００８０】一方、ｆ₁ は電解条件によって変動すると
考えられるので、様々な電解条件におけるｆ₁ を測定
し、実際に電解を行うときの電解条件に対応するｆ₁ を
測定する必要がある。

【００８１】そこで、数５４において、例えば、或る温
度で、Ｑ（これは流速ｖに関連している）を一定とし、
電流密度Ｊｅ（これは電解電圧、電解電流によって変化
する）を種々に変化させて、それぞれ残留塩素濃度を計
算する。そして、また実際の残留塩素濃度を測定する。
この計算値と実測値とから、様々な電流密度におけるｆ
₁ を決定する。このようにして決定されたｆ₁ と各電流
密度とを対応させて、適当な記憶手段に記憶させてお
き、実際に電解が行われているときの電流密度を測定
し、この測定された電流密度に対応するｆ₁ と上記のｋ
_G とを用いて、この電流密度における残留塩素濃度を算
出する。なお、記憶させるｆ₁ の数を減少させたい場合
には、例えば適当な間隔ごとに電流密度を測定すると共
に、この電流密度に対応するｆ₁ を記憶させ、測定され
ていない電流密度によって電解が行われているときは、
補間演算によって求めるようにしてもよい。

【００８２】また、上記の説明では、電流密度を電解条
件として変化させたが、電解電圧、電解電流、水溶液の
初期濃度、流量（流速ｖに関連している）のいずれか１
つを変化させてもよい。

【００８３】また、上記の説明では、変化させた電解条
件は１つだけであるが、複数の電解条件を変化させて、
ｆ₁ を決定してもよい。例えば電解電圧、電解電流、水
溶液の初期濃度のうちいずれか１つと、温度Ｔまたは水
溶液の流速（流量）とを変化させ、これらに対応してｆ
₁ を記憶させ、実際に電解が行われているときに、電解
電圧、電解電流、水溶液の初期濃度のうちいずれか１つ
と、温度Ｔまたは水溶液の流速（流量）とを測定し、こ
れら両測定値に対応するｆ₁ を求めて、上述したのと同
様にして、残留塩素濃度を算出してもよい。無論、全て
の電解条件を変化させてもよいし、適切に選択した３以
上の電解条件を変化させてもよい。

【００８４】図１に、上述した残留塩素濃度の測定方法
を実施した残留塩素濃度測定装置を備えた電解水生成装
置を示す。この電解水生成装置は、流水式のもので、電
解槽１０を有している。この電解槽１０は、その内部に
対向配置された陽電極１２と陰電極１４とを有してい
る。これら正電極１２と陰電極１４との中間に、イオン
のみを通過させる隔膜１６が配置され、電解槽１０を陽
極室１８と陰極室２０とに分離している。電解槽１０
は、後述するように、供給された塩素イオンを含む水溶
液を電解し、陽極室１８に酸性水を、陰極室２０にアル
カリ性水をそれぞれ生成する。生成された酸性水を吐出
するための酸性水吐出管２２が陽極室１８に設けられ、
生成されたアルカリ性水を吐出するためのアルカリ性水
吐出管２４が、陰極室２０に設けられている。電解する
ために、陽電極１２が、直流電源２６の正極に接続さ
れ、陰電極１４が直流電源２６の負極に接続されてい
る。

【００８５】電解槽１０には、電解される水溶液が水溶
液供給手段２８によって供給されている。水溶液供給手
段２８は、原水、例えば水道水を導入するための原水導
入管３０を有し、さらに例えば塩水タンク３２から塩水
を導入するための塩水導入管３４も有している。これら
原水と塩水とは、混合部３６に供給される。混合部３６
は、例えばベンチュリー効果を利用したエゼクターで、
原水に塩水を混合した水溶液を生成し、この水溶液を給
水管３８を介して電解槽１０に供給する。無論、陽電極
１２、陰電極１４それぞれに水溶液が接触するように、
電解槽１０に水溶液が供給されている。

【００８６】原水導入管３０には、原水の流量を調整す
るための流量調整弁３９と、原水の混合部３６への供給
開始、停止を行うための開閉弁４０とが設けられてい
る。同様に、塩水導入管３４にも流量調整弁４２と開閉
弁４４とが設けられている。これら流量調整弁３９、４
２によって原水及び塩水の流量を調整することにより、
水溶液の流量や濃度を調整することができる。

【００８７】原水導入管３０には、原水の流量を検出す
る原水流量センサ４６が設けられている。給水管３８に
は、水溶液の流量を検出するための流量計４８と、水溶
液の濃度を検出するための濃度計５０が設けられてい
る。また、電解槽１０には、水溶液の温度を検出するた
めの温度計５２が設けられている。さらに、電解槽１０
の両電極１２、１４間に印加されている電圧を検出する
ための電圧計５４が設けられ、両電極１２、１４を流れ
る電流を検出するための電流計５６も設けられている。

【００８８】これら原水流量センサ４６、流量計４８、
濃度計５０、温度計５２、電圧計５４、電流計５６から
の各検出信号は、演算部５８に供給されている。演算部
５８は、供給された各検出信号と、ｆ₁ とｋ_G とを用い
て、上述した残留塩素濃度の算出を行うように構成され
ている。

【００８９】演算部５８には、記憶部６０が接続されて
おり、これには上述したように、特定の電解条件、例え
ば電解電圧を一定値ごとに変化させ、各電解電圧とこれ
ら電解電圧に対応するｆ₁ とを記憶させてある。また、
ｋ_G も記憶部６０に記憶させてある。この他、数５１に
おいて使用する各種定数も記憶部６０に記憶されてい
る。従って、電圧計５４によって検出された電圧を表す
検出信号が演算部５８に供給されたとき、演算部５８
は、これに対応するｆ₁ を記憶部６０から読み出す。電
圧検出信号が、記憶されている電圧に対応しないときに
は、演算部５８は補間法を用いて、供給された電圧検出
信号に対応するｆ₁ を算出する。この算出したｆ₁ と、
記憶部６０に記憶されているｋ_G と、流量計４８、温度
計５２、電圧計５４、電流計５６の各検出信号とを、数
５４に代入して、そのときの残留塩素濃度を算出する。

【００９０】算出された残留塩素濃度は、制御部６２に
供給される。制御部６２には、電解水生成装置から吐出
させようとする酸性水の残留塩素濃度が残留塩素濃度設
定部６４によって設定されている。制御部６２は、この
設定された残留塩素濃度と、演算部５８から供給された
実際の残留塩素濃度とが一致するように、電源２６から
電解槽１０に供給している電解電圧または電解電流の値
を調整するか、或いは流量調整弁３９、４２を調整し
て、混合部３６から供給されている水溶液の流量を調整
する。従って、この電解水生成装置から吐出される酸性
水の残留塩素濃度は、設定部６４によって設定された濃
度に維持される。残留塩素濃度を調整するために、他の
電解条件を変更することも考えられるが、電解電圧、電
解電流または流量を調整するのが最も容易である。ま
た、算出された残留塩素濃度は、残留塩素濃度表示部６
６に表示される。

【００９１】なお、演算部５８、制御部６２は、例えば
マイクロコンピュータによって実現できる。その場合、
演算部５８及び制御部６２としてマイクロコンピュータ
を機能させるためのプログラムは、記憶部６０に記憶さ
れている。また、電解電圧とｆ₁ との関係を記憶部６０
に記憶させたが、電解電流とｆ₁ との関係または水溶液
の濃度とｆ₁ との関係を記憶させてもよいし、電解電
圧、電解電流または水溶液の濃度と、電解槽内の水溶液
の温度または水溶液の流量と、ｆ₁ との関係を、記憶部
６０に記憶させてもよい。或いは各電解条件のうち３つ
以上のものとｆ₁との関係を、記憶部６０に記憶させて
もよい。

【００９２】

【発明の効果】以上のように、本発明の測定方法及び装
置によれば、塩素イオンの酸化による塩素ガスの生成反
応比率と、塩素ガスが水溶液に溶解する溶解速度係数と
を考慮して、残留塩素濃度を決定しているので、単に電
解電流と導電率との関係のみから残留塩素の濃度を求め
るものよりも高精度に測定できる。また、残留塩素の濃
度を決定するために必要な測定器も通常使用されている
ものを使用できるので、構成が簡単であり、メンテナン
スも容易である。また、測定結果が得られるまでの時間
も短く、迅速に残留塩素濃度を測定できる。また、本発
明の電解水生成装置によれば、残留塩素濃度を高精度に
測定し、その結果に基づいて電解条件を変更しているの
で、設定した濃度に残留塩素濃度を高精度に制御でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電解水生成装置の１実施の形態の
ブロック図である。

【図２】電解槽における電解反応のモデルを示す図であ
る。

【図３】電解槽におけるイオンの移動の模式図である。

【図４】塩素ガスの溶液への吸収の模式図である。

【符号の説明】

１０ 電解槽 １２ 陽電極 １４ 陰電極 １６ 隔膜 ２６ 直流電源 ２８ 水溶液供給手段 ４８ 流量計 ５０ 濃度計 ５２ 温度計 ５４ 電圧計 ５６ 電流計 ５８ 演算部 ６０ 記憶部 ６４ 残留塩素設定部 ６６ 残留塩素表示部

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 塩素イオンを含む水溶液を電解して電解
   水を得ているときの電解条件を検出する段階と、 前記検出された電解条件における前記塩素イオンの酸化
   による塩素ガスの生成反応比率を決定する段階と、 前記塩素ガスが水溶液に溶解する溶解速度係数を決定す
   る段階と、 前記塩素ガスの生成反応比率を変数とし、前記溶解速度
   係数を定数とする、前記水溶液中の残留塩素濃度算出式
   に、前記塩素ガスの生成反応比率と、前記電解条件を代
   入し、前記電解水の残留塩素濃度を算出する段階とを、
   備える残留塩素濃度算出方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の残留塩素濃度算出方法に
   おいて、 前記電解条件は、少なくとも、電解電圧値と、電解電流
   値と、前記水溶液の電解質濃度のいずれかを含むことを
   特徴とする残留塩素濃度算出方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載の残留塩素濃度算出方法に
   おいて、 前記電解条件は、前記水溶液の流量を含むことを特徴と
   する残留塩素濃度算出方法。
4. 【請求項４】 請求項２記載の残留塩素濃度算出方法に
   おいて、 前記電解条件は、前記水溶液の温度を含むことを特徴と
   する残留塩素濃度算出方法。
5. 【請求項５】 電解槽に水溶液供給手段から塩素イオン
   を含む水溶液を供給し、前記電解槽に電解電力を電源手
   段から供給して、前記水溶液を電解する電解水生成装置
   において、 前記水溶液の電解時の電解条件を検出する電解条件検出
   手段と、 複数パターンの電解条件における前記塩素イオンの酸化
   による塩素ガスの生成反応比率と、これに対応する前記
   各電解条件とを記憶する記憶手段と、 前記電解条件検出手段によって検出された電解条件に相
   当する前記塩素ガスの生成反応比率を、前記記憶手段の
   記憶値に基づいて決定し、前記塩素ガスの生成反応比率
   を変数とし、前記塩素ガスが前記水溶液に溶解する溶解
   速度係数を定数とする残留塩素濃度算出式に、前記決定
   された塩素ガスの生成反応比率と前記電解条件とを代入
   して、残留塩素濃度を算出する演算手段とを、具備する
   残留塩素濃度算出装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の残留塩素濃度算出装置に
   おいて、 前記電解条件検出手段は、少なくとも、電解電圧値検出
   手段と、電解電流値検出手段と、前記電解槽内の水溶液
   の電解質濃度の検出手段との、いずれかを備えているこ
   とを特徴とする残留塩素濃度算出装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載の残留塩素濃度算出装置に
   おいて、 前記電解条件検出手段は、前記電解槽内の水溶液の流量
   の測定手段を含むことを特徴とする残留塩素濃度算出装
   置。
8. 【請求項８】 請求項６記載の残留塩素濃度算出装置に
   おいて、 前記電解条件検出手段は、前記電解槽内の水溶液の温度
   測定手段を含むことを特徴とする残留塩素濃度算出装
   置。
9. 【請求項９】 請求項５記載の残留塩素濃度算出装置に
   おいて、 前記演算手段によって算出した残留塩素濃度を表示する
   表示手段を備えていることを特徴とする残留塩素濃度算
   出装置。
10. 【請求項１０】 水溶液供給手段から塩素イオンを含む
    水溶液が供給される電解槽と、 この電解槽に電解電力を供給して、前記水溶液を電解す
    る電源手段と、 前記水溶液の電解時の電解条件を検出する電解条件検出
    手段と、 複数パターンの電解条件における前記塩素イオンの酸化
    による塩素ガスの生成反応比率と、これらに対応する前
    記電解条件とを記憶する記憶手段と、 前記電解条件検出手段によって検出された電解条件に相
    当する前記塩素ガスの生成反応比率を、前記記憶手段の
    記憶値に基づいて決定し、前記塩素ガスの生成反応比率
    を変数とし、前記塩素ガスが前記水溶液に溶解する溶解
    速度係数を定数とする残留塩素濃度算出式に、前記決定
    された塩素ガスの生成反応比率と前記電解条件とを代入
    して、残留塩素濃度を算出する演算手段と、 前記電解槽で生成すべき電解水の残留塩素濃度が設定さ
    れる設定手段と、 この設定された残留塩素濃度と、前記演算手段により算
    出した残留塩素濃度とを比較する比較手段と、 この比較手段による比較結果によって、前記電源手段が
    供給する電解電圧または電解電流または前記水溶液供給
    手段からの流量を制御する制御手段とを、具備する電解
    水生成装置。