JPWO2016136161A1 - 電解水生成装置および電解水 - Google Patents

Abstract

電解水生成装置１は、陰極６ａを備える第１電極室Ｄａと、第１電極室Ｄａに接続され、外部から原水を第１電極室Ｄａに供給する第１入水路４ａと、第１電極室Ｄａに接続され、電気分解により第１電極室Ｄａにおいて生成した電解水素水を外部へ取り出す第１取出水路７ａと、電解槽Ｄに接続され、電気分解を行う際に、電解水素水に付与する電荷量を調整するための電荷量調整装置１０とを備えている。電荷量調整装置１０は、原水の流量に基づいて、電解電流または電解電圧を制御することにより、電解水素水の単位取水量あたりの電荷量が一定となるように調整することを特徴とする。

Description

本発明は、水を電気分解することにより電解水を生成する電解水生成装置および電解水に関する。

従来、原水を電気分解することにより、アルカリ性の電解水と酸性の電解水を生成する電解水生成装置が使用されている。この電解水生成装置は、一対の電極（陽極と陰極）と隔膜を備えた電解槽に対して、原水を連続的に通水し、一対の電極間に電圧を印加することにより、原水に直流電流を通電し、水素ガスを含有するアルカリ性電解水と、酸素ガスを含有する酸性電解水を生成する構成となっている。

ここで、ｐＨ表示器を使用して、生成した電解水のｐＨをデジタル数値により表示して確認することができるが、ｐＨ表示器から離れると数値が見えにくくなり、また、ｐＨの程度（例えば、アルカリ水がどの程度に強いアルカリ性を示しているのか）を感覚的に判定することが困難であるという問題があった。

そこで、電離槽を通過して排出される水のｐＨを検出して表示するｐＨ表示器と、ｐＨを色表示するカラー表示パネルとを備え、カラー表示パネルにおいて、排出される水のｐＨを表示する電解水生成装置が開示されている。そして、このような構成により、離れた位置においても、色でｐＨの程度を判定できるため、数字のように読み間違えることなく、安心して安全にアルカリ水や酸性水のｐＨの程度を認識することができる、と記載されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第４３６９５７９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の電解水生成装置においては、電気分解を行う際の電解電流が一定であるため、原水の流量に基づいて、原水に付与する電荷量が変化してしまう。従って、所望の電解水（例えば、原水に対して所定の電荷量が付与されることにより生成した農業用電解水）を生成することが困難であるという問題があった。

そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、原水の取水量に対応させて、所定の電荷量を有する電解水を容易に生成することができる電解水生成装置および電解水を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の電解水生成装置は、陰極を備える第１電極室と、陽極を備える第２電極室と、第１電極室と第２電極室を仕切る隔膜とを内部に備える電解槽と、第１電極室に接続され、外部から原水を第１電極室に供給する第１入水路と、第２電極室に接続され、外部から原水を第２電極室に供給する第２入水路と、第１電極室に接続され、電気分解により第１電極室において生成した電解水素水を外部へ取り出す第１取出水路と、第２電極室に接続され、電気分解により第２電極室において生成した電解酸性水を外部へ取り出す第２取出水路と、電解槽に接続され、電気分解を行う際に、電解水素水に付与する電荷量を調整するための電荷量調整装置とを備え、電荷量調整装置は、前記原水の流量に基づいて、電解電流または電解電圧を制御することにより、電解水素水の単位取水量あたりの電荷量が一定となるように調整することを特徴とする。

同構成によれば、電気分解を行う際に、原水の流量に対応させて、電解電流または電解電圧を制御することにより、所望の（即ち、一定の）単位取水量あたりの電荷量を有する電解水素水を容易に生成することができる。

本発明によれば、所望の電荷量を有する電解水を容易に生成することが可能になる。

本発明の実施形態に係る電解水生成装置を示す図である。 本発明の実施形態に係る電荷量調整装置による電荷量の調整方法を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る電解水生成装置を示す図である。

電解水生成装置１は、浄水器により浄化された原水に対して、電気分解処理を行うことにより、例えば、農業用に使用される水素が溶存した水（農業用電解水）を生成するためのものである。

電解水生成装置１は、電解槽Ｄを備えており、この電解槽Ｄの内部には、薄いシート状の隔膜Ｓｐと、この隔膜Ｓｐにより隔てられた第１電極室（陰極室）Ｄａ及び第２電極室（陽極室）Ｄｂが設けられている。

この隔膜Ｓｐは、いわゆる「セパレータ」と呼ばれ、水を電気分解した際に発生するイオンを透過させる材料により形成された薄いシート材により構成されている。

また、図１に示すように、第１電極室Ｄａには第１電極である陰極６ａが設けられるとともに、第２電極室Ｄｂには第２電極である陽極６ｂが設けられている。この陰極６ａと陽極６ｂは、隔膜Ｓｐを介して、互いに対向して配置されている。

陰極６ａと陽極６ｂの材料としては、特に限定されず、例えば、チタンを白金またはイリジウムでコーティングしたものが挙げられるが、電極の電解耐久性の観点から、チタンを白金イリジウムでメッキ加工したものを使用することが好ましい。

また、電解水生成装置１は、図１に示すように、第１電極室Ｄａに接続され、外部から原水（浄水器により浄化された原水）を第１電極室Ｄａに供給する第１入水路４ａと、第２電極室Ｄｂに接続され、外部から原水（浄水器により浄化された原水）を第２電極室Ｄｂに供給する第２入水路４ｂを備えている。

また、電解水生成装置１は、図１に示すように、第１電極室Ｄａに接続され、電気分解により、第１電極室Ｄａにおいて生成した電解水素水（還元水）を外部へ取り出す第１取出水路７ａと、第２電極室Ｄｂに接続され、電気分解により、第２電極室Ｄｂにおいて生成した電解酸性水を外部へ取り出す第２取出水路７ｂを備えている。

そして、本実施形態においては、第１電極室Ｄａにおいて生成した電解水素水を第１取出水路７ａより取り出し、電解水として使用する。なお、電気分解により、陽極６ｂ側で発生した電解酸性水は、第２取出水路７ｂを介して、外部へと排出される。

ここで、本実施形態においては、上述の電解水生成装置１を使用して電気分解を行う際に、原水の流量に基づいて、電解電流を制御して、電解水素水の単位取水量あたりの電荷量［Ｃ／Ｌ］が一定となるように調整することにより、電解水（電解水素水）を得る点に特徴がある。

ここで、「単位取水量あたりの電荷量」とは、電気分解を行う際に第１電極室Ｄａを通過し取水される水１Ｌに対して付与する電荷量のことを言う。なお、電荷量は下記の式（１）により算出することができる。

上記の式（１）において、Ｃは電荷量、Ｉは電解電流、Ｓは、電解槽を含む装置内を通過し、水（原水）１Ｌが第１電極室Ｄａに入水する際にかかる時間（以下、「取水時間」という。）を示している。即ち、Ｓは、第１電極室Ｄａへ水（原水）の供給が開始され、水（原水）１Ｌが第１電極室Ｄａに入水するまでにかかる時間を示している。

より具体的には、図１に示すように、本実施形態における電解水生成装置１は、電気分解を行う際に、電解水素水に付与する電荷量が一定となるように調整するための電荷量調整装置１０を備えている。

また、電荷量調整装置１０は、電解水生成装置１による電気分解処理の電解電流を決定する電解電流決定手段１１と、電解電流決定手段１１、及び電解槽Ｄに接続され、電解槽Ｄに対して電解電流を供給する電解電流供給手段１２と、電解電流決定手段１１に接続され、単位取水量あたりの電荷量の目標値のデータを記憶する記憶手段１３とを備えている。

また、電荷量調整装置１０は、第１及び第２入水路４ａ，４ｂに設けられ、第１及び第２電極室Ｄａ，Ｄｂに供給される原水の流量［Ｌ／Ｓ］を測定するセンサー１４と、電解電流決定手段１１及びセンサー１４に接続され、上述の取水時間を算出する取水時間算出手段１５とを備えている。

次に、電荷量調整装置１０による電荷量の調整方法について説明する。

図２は、本発明の実施形態に係る電荷量調整装置による電荷量の調整方法を説明するためのフローチャートである。

まず、センサー１４が、第１及び第２電極室Ｄａ，Ｄｂに供給される原水の流量［Ｌ／ｓ］を測定する（ステップＳ１）。

次に、センサー１４により測定された原水の流量のデータが、取水時間算出手段１５に送信される（ステップＳ２）。

次に、取水時間算出手段１５が、入力された原水の流量のデータに基づいて、取水時間［ｓ／Ｌ］を算出する（ステップＳ３）。例えば、原水の流量が２［Ｌ／ｓ］の場合、取水時間は０．５［ｓ／Ｌ］となる。

次に、算出された取水時間のデータが、電解電流決定手段１１に送信される（ステップＳ４）。

次に、電解電流決定手段１１が、記憶手段１３に記憶された単位取水量あたりの電荷量の目標値のデータを読み出す（ステップＳ５）。

次に、電解電流決定手段１１は、単位取水量あたりの電荷量が、上述の目標値となるように（即ち、一定の電荷量となるように）、電解槽Ｄにおける電気分解処理の電解電流を決定する（ステップＳ６）。より具体的には、入力された取水時間のデータと単位取水量あたりの電荷量の目標値のデータを使用して、上記式（１）に従い、電解電流を決定する。

例えば、農業用電解水においては、ｐＨの上昇に起因して、電解水素水を用いた培養液において白色沈殿が発生する等の不都合を回避するとの観点から、電解水素水の単位取水量あたりの電荷量は、８〜３００Ｃ／Ｌが好ましいため、農業用電解水の電荷量の目標値を３００Ｃ／Ｌに設定するとともに、取水時間が０．５［ｓ／Ｌ］の場合、電解電流は、３００／０．５＝６００［Ｃ／ｓ］＝６００［Ａ］に決定される。

そして、電解電流決定手段１１は、電解槽Ｄに対して電解電流を供給する電解電流供給手段１２へ、決定した電解電流に関する信号を送信する（ステップＳ７）。

次に、電解電流供給手段１２は、入力された信号に基づく電解電流を、電解槽Ｄへ供給し、電解槽Ｄにおいて、単位取水量あたりの電荷量が目標値となるように、電気分解処理が行われ、電解水素水が生成される（ステップＳ８）。

以上のように、本実施形態においては、電解水生成装置１を使用して電気分解を行う際に、上述の取水量に対応させて、電解電流を制御することにより、所望の（即ち、一定の）単位取水量あたりの電荷量を有する電解水素水を容易に得ることができる。

また、本実施形態の電解水生成装置１は、図１に示すように、電解電流決定手段１１に接続された制御手段１６と、制御手段１６に接続され、電気分解を行う際に原水に付与した電荷量を表示する表示手段１７とを備えている。そして、表示手段に１７による電荷量の表示が、制御手段１６により制御される構成となっている。

より具体的には、上述のステップＳ５において、電解電流決定手段１１により読み出された、記憶手段１３に記憶された単位取水量あたりの電荷量の目標値のデータが、電解電流決定手段１１から制御手段１６へと送信される。

そして、制御手段１６は、入力されたデータに基づいて、上述の単位取水量あたりの電荷量の目標値を表示手段１７に表示する。

上記特許文献１に記載の電解水生成装置においては、生成した電解水のｐＨは認識できるものの、電気分解を行う際に原水に付与した電荷量を認識することができないため、所望の電解水（例えば、原水に対して所定の電荷量が付与されることにより生成した農業用電解水）が生成しているか否かを認識することができない、という問題があった。

一方、本実施形態においては、上述のごとく、記憶手段１３に記憶された単位取水量あたりの電荷量の目標値を表示手段１７に表示する構成としているため、電気分解を行う際に原水に付与した電荷量を認識することが可能になる。従って、所望の電荷量が付与された電解水が生成しているか否かを、外部から容易に認識することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更しても良い。

上記実施形態においては、第１電極室Ｄａに供給される原水の流量に基づいて、取水時間を算出する構成としたが、第１電極室Ｄａと第２電極室Ｄｂへ入水する原水の入水量の比率に基づいて、取水時間を算出する構成としてもよい。

例えば、第１及び第２電極室Ｄａ，Ｄｂに供給される全ての原水の流量が２［Ｌ／ｓ］、第１電極室Ｄａと第２電極室Ｄｂへ入水する原水の入水量の比率が４：１の場合、電解水素水が生成する第１電極室Ｄａへ供給される原水の流量は２×０．８＝１．６［Ｌ／ｓ］となるため、取水時間算出手段１５において、０．６２５［ｓ／Ｌ］の取水時間が算出される。

なお、この場合、入水比率の情報は、例えば、上述の記憶手段１３に記憶しておき、上述のステップＳ３において、取水時間算出手段１５が、記憶手段１３に記憶された入水比率のデータを読み出し、入力された原水の流量のデータと入水比率のデータに基づいて、取水時間［ｓ／Ｌ］を算出する構成とすることができる。

また、上記実施形態においては、第１及び第２入水路４ａ，４ｂに、共通のセンサー１４を設ける構成としたが、第１入水路４ａと第２入水路４ｂの各々に、別々のセンサーを設ける構成としてもよい。

また、上記実施形態においては、電解電流を制御して、定電流電解により、電解水素水を生成する構成としたが、所望の単位取水量あたりの電荷量を有する電解水素水を生成することが可能であれば、上述の原水の取水量に対応させて、電解電圧を制御して、定電位電解により、電解水素水を生成する構成としてもよい。

本発明は、水を電気分解することにより電解水を生成する電解水生成装置および電解水に有用である。

１ 電解水生成装置
４ａ 第１入水路
４ｂ 第２入水路
６ａ 陰極
６ｂ 陽極
７ａ 第１取出水路
７ｂ 第２取出水路
１０ 電荷量調整装置
１１ 電解電流決定手段
１２ 電解電流供給手段
１３ 記憶手段
１４ センサー
１５ 取水時間算出手段
１６ 制御手段
１７ 表示手段
Ｄ 電解槽
Ｄａ 第１電極室（陰極室）
Ｄｂ 第２電極室（陽極室）
Ｓｐ 隔膜

Claims (4)

1. 陰極を備える第１電極室と、陽極を備える第２電極室と、該第１電極室と該第２電極室を仕切る隔膜とを内部に備える電解槽と、
   前記第１電極室に接続され、外部から原水を該第１電極室に供給する第１入水路と、
   前記第２電極室に接続され、外部から前記原水を第２電極室に供給する第２入水路と、
   前記第１電極室に接続され、電気分解により該第１電極室において生成した電解水素水を外部へ取り出す第１取出水路と、
   前記第２電極室に接続され、電気分解により該第２電極室において生成した電解酸性水を外部へ取り出す第２取出水路と、
   前記電解槽に接続され、電気分解を行う際に、前記電解水素水に付与する電荷量を調整するための電荷量調整装置と
   を備え、
   前記電荷量調整装置は、前記原水の流量に基づいて、電解電流または電解電圧を制御することにより、前記電解水素水の単位取水量あたりの前記電荷量が一定となるように調整することを特徴とする電解水生成装置。
2. 前記電荷量調整装置は、
   前記第１及び第２入水路に設けられ、前記第１及び第２電極室に供給される前記原水の流量を測定するセンサーと、
   前記センサーに接続され、前記原水１Ｌが前記第１電極室に入水する際にかかる時間を算出する取水時間算出手段と、
   前記取水時間算出手段に接続され、電気分解を行う際の電解電流を決定する電解電流決定手段と、
   前記電解電流決定手段、及び前記電解槽に接続され、該電解槽に対して電解電流を供給する電解電流供給手段と、
   前記電解電流決定手段に接続され、前記単位取水量あたりの電荷量の目標値のデータを記憶する記憶手段と
   を備え、
   前記取水時間算出手段は、前記原水の流量のデータに基づいて、前記原水１Ｌが前記第１電極室に入水する際にかかる時間を算出し、
   前記電解電流決定手段は、前記取水時間算出手段により算出された前記原水１Ｌが前記第１電極室に入水する際にかかる時間と前記記憶手段に記憶された溶存水素濃度の目標値に基づいて、前記電解電流を決定し、
   前記電解電流供給手段は、前記電解電流決定手段により決定された前記電解電流を前記電解槽に供給することを特徴とする請求項１に記載の電解水生成装置。
3. 前記電解水素水の前記単位取水量あたりの電荷量が８〜３００Ｃ／Ｌであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電解水生成装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電解水生成装置により生成された電解水。

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