WO1999010286A1

WO1999010286A1 - Electrolytic cell and electrolyzed water generating device

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Publication number: WO1999010286A1
Application number: PCT/JP1998/002324
Authority: WO
Inventors: Humitake Satoh; Kazuyoshi Arai; Tomoyuki Yanagihara; Tatsuya Naitoh
Original assignee: Miz Co Ltd
Current assignee: Miz Co Ltd
Priority date: 1997-08-27
Filing date: 1998-05-27
Publication date: 1999-03-04
Anticipated expiration: 2000-02-27
Also published as: CA2270199C; JP3349710B2; CA2270199A1; US6251259B1

Description

明糸田書電解槽および電解水生成装置技術分野

本発明は、飲料水や点滴液、注射液等に用いて好ましい還元性電解水やその他の電解水を生成するための電解槽および電解水生成装置に関する。背景技術

水を電気分解して得られるアルカリ性電解水は、胃腸内の異常醱酵ゃ消化不良、下痢、胃酸過多などを抑制するといつた医療的効果があることが報告されていたが、その原因については、アルカリ性電解水に含まれるカルシウム、ナトリウム、マグネシウム、力リゥム等のミネラル成分が陽イオンとして存在することであると考えられていた。そのため、かかる医療的効果を得るためのアルカリ性電解水は、専ら含有金属イオンと p H値とが制御対象とされ、カルシウム等が添加された水を p Hが 9程度又はそれ以上に達するまで電気分解を行うことにより生成されていた。

しかしながら、病気は、生体内に生じた活性酸素が生体分子を酸化することにより当該生体分子が損傷を受けることが主な原因であり、こうした活性酸素は、水素イオンとの還元反応によって無毒の水に戻すことができる。そして、この反応をより促進すれば医療的効果が発揮され、そのためには、酸化還元電位（O R P ) がマイナスで、絶対値が大きい電解水（たとえば O R Pがー 3 0 O m V以下）を用いることが望ましいことが本願出願人の研究により判明した。

ところで、この種の還元性を有する電解水を飲料水、点滴液、注射液、透析液等に使用する場合、 p Hは極力中性に維持することが望ましいとされる。しかしながら従来の電解水生成装置では、 p Hが中性で酸化還元電位がマイナス側に小さい電解水を生成することができなかった。すなわち、従来の電解水生成装置で水を電気分解すると、 p Hと O R Pとが相関的に変化し、 p Hを 1 0程度まで大きくすると O R Pも一 5 0 () m V程度まで小さくなるが、 p Hが 6〜8といった中性付近の電解水では、〇RPが最小でも一 1 5 OmV程度にしか低下しなかつた。つまり、従来の電解水生成装置では pHと OR Pとを互いに独立して制御することができなかった。発明の開示

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、 pHと〇 R Pとを互いに独立して制御できる電解槽および電解水生成装置を提供することを目的とする。

[1] 上記目的を達成するために、本発明の電解槽は、被電解原水が導入される電解室と、前記電解室内と前記電解室外とのそれぞれに隔膜を挟んで設けられた少なくとも一対の電極板とを有し、前記電解室外の電極板が前記隔膜に接触または僅かな隙間を介して設けられていることを特徴とする。

本発明の電解槽では、電解室内と電解室外とのそれぞれに隔膜を挟んで電極板対が設けられ、当該隔膜の外部に一方の電極板が接触または僅かな隙間を介して設けられている。そして、電解室に原水を流しながら電極板対に電流を流すことで電気分解が行われる。

ここで、隔膜を挟んで設けられた電極板対の間、特に電解室外の電極板と隔膜との間には、隔膜の含水性や電極板と隔膜との間における毛細管現象によつて被電解原水が介在するので、両電極板間に電流が流れることになる。

このとき生じる化学反応を、電解室内の電極板をマイナス、電解室外の電極板をブラスとした場合で説明する。

まず電極板対に直流電圧を印加すると、電解室内の陰極板の表面では、

2 〇+2 e— →20H- +H₂ † … （1)

なる反応が生じ、隔膜を挟んだ電解室外の電極板の表面、すなわち当該電極板と隔膜との.間においては、

H₂ 〇一 2 e— — 2H丄 + 1/2 ·〇₂ † … (2)

なる反応が生じる。

本発明の電解槽では、隔膜と電解室外の電極板（陽極）とがほぼ接触しているので、その間で生じた上記（2) 式の H+ イオン（実際にはォキソニゥムイオン H_;! O— の形で存在する。）は陽極板で強く反発することになり、隔膜方向へ比較的大きな電気的力が加わる。これにより、 H+ イオンは隔膜に含蓄されながらここを通過し、その一部が陰極板から電子 e— を受容して、下記（3) 式のとおり水素ガスとなって陰極側の生成電解水中に溶け込む。

2H + 2 e - -→Η₂ ΐ ··· (3)

これにより、陰極側（すなわち電解室内）で生成される電解水は、通常よりも酸化還元電位（ORP) が低い（OR Ρがマイナスで、絶対値が大きい電解水、以下、電解還元水ともいう。 ) となる。

ちなみに、上記隔膜を通過した H+ イオンの残余は、電解室中の〇H— イオンと反応して水に戻るため（2H+ +OH- →H₂ O) 、電解室で生成される電解還元水の P Hは若干中性に近づくことになる。

[2] また、本発明の電解槽において、隔膜および電極板対を少なくとも二対設ければ、電解室内に少なくとも 2つの電極板が設けられることになるので、これら同極性の電極板間においても上記（ 1) 式の反応が進行する。したがって、隔膜を挟んで一対の電極板を設けた場合に比べて、単位容積当たりの電解反応面積が増加し、電解効率が向上するとともに電解槽をコンパク卜に構成することができる。

また、本発明の電解槽では、隔膜と電解室外の電極板（陽極）とがほぼ接触して設けられ、隔膜と電解室外の電極板との間に介在する水のみが通電媒体となることから、上記（2) 式で生じた酸素ガスはそのまま大気中に放出されることになる。したがって、いわゆる無隔膜電解に比べると、生成される電解水中の溶存酸素量が著しく少なくなり、さらに酸化還元電位が低くなる。

これと同時に、上記（2) 式右辺の H⁺ イオンおよび酸素ガスが、隔膜と電解室外の電極板との間から排出されると、化学平衡の点から（2) 式の右方向への反応が活発になる傾向がある。これにより、陰極板から水分子 H₂ Oへの電子供与能と、陽極板の水分子 H₂ Oから受ける電子受容能とが活性化されるので、長時間の電気分解を行っても通電量が低下することなく、安定した電解水を得ることができる。

本発明の電解槽において、隔膜および電極板対を少なくとも二対設ける場合、電解室外に設けられた少なくとも 2つの電極板の何れか一つが、第 2の電解室に設けられていることがより好ましい。そして、この第 2の電解室に被電解原水 (必要に応じて電解質を添加しても良い。）を供給し、上述した本来の電解室 (以下、便宜的に第 1の電解室ともいう。）に被電解原水を流しながら、二対の電極板のそれぞれに電流を流すことで電気分解を行う

ここで、第 1の電解室内の電極板をマイナス、第 1の電解室外の電極板をブラスとした場合を例に挙げて説明すると、第 2の電解室に設けられた陽極板とこれと対をなす陰極板との間で行われる電気分解については、両電解室に充分な被電解原水が供給されているので、陰極板近傍で生成される電解還元水の P Hが上昇するとともに O R Pも低下し、さらにミネラル成分が凝縮される。

これに対して、他方の陽極板とこれと対をなす陰極板との間で行われる電気分解については、陽極板が設けられた室が大気解放されているので、陰極板近傍で生成される電解還元水の p Hはさほど上昇せず、ミネラル成分も変化しないが、上述した理由により O R Pは低下する。

一般に、電解水の O R Pは、 p Hが高いほど容易に低くすることができるので、大きな還元電位を有する電解水を生成したい場合には p Hを高くすることが有利である

このように、一^ 3の電解槽内に異なる物性値を有する電解水を生成する電極板対が存在するので、これらの電極板対を必要に応じて適宜制御することで、 p H および O R Pを被電解原水の水質（ 1ぉょび0 1^ ? ) の違いに影響されることなくコントロールすることができる。

この場合、被電解原水が導入され隔膜により仕切られた第 1の電解室および第 2の電解室と、前記第 1の電解室と前記第 2の電解室とのそれぞれに隔膜を挟んで設けられた少なくとも一対の電極板とを有する第 1の電解槽と、前記第 1の電解槽の前記第 1の電解室で生成された電解水が導入される第 3の電解室と、前記第 3の電解室内と前記第 3の電解室外とのそれぞれに隔膜を挟んで設けられた少なくとも一対の電極板とを有し、前記第 3の電解室外の電極板が前記隔膜に接触または僅かな隙間を介して設けられている第 2の電解槽とを備えたことを特徴とする電解槽とすることで、 p Hと O R Pとの組み合わせの自由度をより高めることができる。

[ 3 ] 本発明の電解槽には限定されないが、電解槽の逆洗浄方法として、たとえば、電解室内に設けられた電極板の一方に陽極または陰極の何れか一方の電圧を印加するとともに電極板の他方に陽極または陰極の何れか他方の電圧を印加して第 1の逆洗浄を行ったのち、電極板の印加電圧極性を反転させて第 2の逆洗浄を行うことが好ましい。このとき、特に限定されないが、第 1および第 2の逆洗浄中に電解室外に設けられた電極板には電圧を印加しないことが好ましい。逆洗浄の一般的手法は、印加極性を単に反転させ、それまで陰極が印加されてスケールが付着した電極板に陽極を印加することで、その付着したスケールを電気的に溶出させるものである。したがって、上述した本発明の電解槽でもこうした逆洗浄の手法を採用することは可能である。

しかしながら、逆洗浄中においても陰極が印加された電極板にはスケールが付着することになる。上述した本発明の電解槽では、正電解に移行してこの電極板に陽極が印加されたときに、当該電極板には被電解原水が供給されないので、一旦付着したスケールは除去し難い。このため、第 1の電解室内に設けられた少なくとも 2つの電極板を用いて、この電極板のみに逆洗浄電流を流すことでこれらの電極板に付着したスケールを除去する。

こうすると、第 1の電解室外に設けられた電極板にはスケールが付着せず、また、逆洗浄も第 1の電解室内に設けられた電極板のみに電流を流すことで行えるので電力が半分で足り、または同じ電流であれば逆洗浄時間を半分に短縮することができる。

[ 4 ] 上述した本発明の電解槽は単独でも使用できるが、複数の電解槽と、前記電解槽の各電解室に並列的に原水を導入する給水系と、前記各電解室で生成された電解水を並列的に取り出す取水系とを備えたことを特徴とする電解水生成装置として構成することもできる。

本発明の電解槽および電解水生成装置にぉレ、て、電解室外の電極板は隔膜に接触または僅かな隙間を介して設けられているが、これは隔膜の表面に電極膜を形成することも含む概念である。

本発明の電解槽および電解水生成装置に用いられる隔膜としては、特に限定さ J 9 れないが、多孔性膜、陽イオン交換膜、陰イオン交換膜などを挙げることができる。要するに、本発明に係る隔膜は、少なくとも水分子が通過できる多孔性と含水性を有するものであればよい。

また、本発明の電解槽おょぴ電解水生成装置において、電極板の隔膜に対面する主面に他の導体や半導体を積層することもできる。本発明ではこれらを含めて電極板と称するものとする。

本発明の電解槽および電解水生成装置にて生成された電解水の用途は特に限定されず、飲料用や医療用の他にも医療分野、食品分野、農業分野、工業分野など、幅広い分野に適用することができる。

なお、本発明の電解槽および電解水生成装置により得られる電解水は、酸化還元電位の値が P Hに依存しない点に特長があることから、本明細書では、陰極側で生成される電解水をアル力リ性電解水ではなく電解還元水と、陽極側で生成される電解水を電解酸化水ではなく電解酸化水と称することとする。図面の簡単な説明

図 1は本発明の第 1実施形態を示す断面図、

図 2および図 3は第 1実施形態の逆洗浄方法を説明するための断面図、図 4は本発明の第 2実施形態を示す断面図、

図 5は本発明の第 3実施形態を示すシステム図、

図 6は本発明の第 4実施形態を示す断面図、

図 7は連続運転時間に対する p H値の変化を示すグラフ、

図 8は連続運転時間に対する O R Pの変化を示すグラフ、

図 9は比較例として用いた従来の電解槽を示す縦断面図、

図 1 0は本発明の第 4実施形態の具体例を示す縦断面図、

図 1 1は本発明の第 4実施形態の他の具体例を示す縦断面図、

図 1 2は本発明の第 5実施形態を示す縦断面図、

図 1 3は本発明の第 6実施形態を示すシステム図、

図 1 4は本発明に係る隔膜および電極の他の例を示す断面図、

図 1 5は第 2実施形態の変形例を示す断面図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

[第 1実施形態]

図 1は本発明の第 1実施形態を示す縦断面図であり、本発明の電解槽の基本的構造を示すものである。

本実施形態の電解槽 1 1には、原水を導入する導入口 1 1 1と生成された電解水を取り出すための導出口 1 1 2とが形成されており、これら導入口 1 1 1と導出口 1 1 2との間に電解室 1 1 3が形成されている。特に限定はされないが、本例の電解槽 1 1では、ケーシング 1 1 4の底面に、図示する紙面に対して垂直方向に原水が導入されるように導入口 1 1 1が形成され、ケ一シング 1 1 4の頂面に、図示する紙面に対して垂直方向に電解水が取水されるように導出口 1 1 2力 S 形成されている。

また、電解槽 1 1の左右の側壁には多孔性隔膜 1 1 5が設けられており、この隔膜 1 1 5の室外のそれぞれに電極板 1 1 6が接触した状態で設けられている。他方の電極板 1 1 7は、その主面が一方の電極板 1 1 6にそれぞれ対面するように電解室 1 1 3内に設けられている。

これら二対の電極板 1 1 6， 1 1 7には、直流電源 1 2が接続されており、隔膜 1 1 5を挟んで対向する一対の電極板 1 1 6 . 1 1 7の一方に陽極が、他方の電極板に陰極が印加されるようになっている。例えば、電解室 1 1 3にて電解還元水を生成する場合には、図 1に示されるように、電解室 1 1 3内に設けられた電極板 1 1 7に直流電源の陰極が接続され、電解室 1 1 3外に設けられた電極板 1 1 6に陽極が接続される。

なお、電解室 1 1 3にて電解酸化水を生成する場合には、電解室 1 1 3内に設けられた電極板 1 1 7に直流電源の陽極を接続し、電解室 1 1 3外に設けられた電極板 1 1 6に陰極を接続すれば良い。

本実施形態で用いられる隔膜 1 1 5は、電解室 1 1 3に流される水がしみ込みやすく、かっしみ込んだ水が垂れ難い性質のものが好ましい。すなわち、本実施形態の電解槽 1 1では、電解中において隔膜 1 1 5自体および隔膜 1 1 5と電極板 1 1 6の僅かな隙間 Sに水膜が形成され、この水膜を介して両電極板 1 1 6, 1 1 7に電流が流れる。したがって、この水膜を構成する水が順次入れ替わることが電解効率を高める上で重要となる。また、隔膜 1 1 5にしみ込んだ水が、隔膜 1 1 5と電極板 1 1 6との間から漏れるとその処理が必要となるため、しみ込んだ水が垂れ落ちない程度の含水性を有することが好ましい。

隔膜 1 1 5の一例として、骨材がポリエステル不織布またはポリエチレンスクリーン、膜材質が塩素化工チレンまたはポリフッ化ビニリデンと酸化チタンあるいはポリ塩化ビニルであって、厚さが 0. 1〜0. 3 mm、平均孔径が 0. 05 〜1. O μm、透水量がl . O c cZc m² · m i n以下の多孔性膜を例示することができる。

一方、こうした隔膜 1 1 5を挟んで対向して配置される一対の電極板 1 1 6，

1 1 7の板間距離は、（）mm〜5. 0 mm, より好ましくは 1. 5mmである。ここで電極板 1 1 6， 1 1 7の板間距離が 0 mmとは、たとえば図 1 4に示されるように隔膜 1 1 5の両主面のそれぞれに電極膜を直接形成したゼロギャップ電極を用いた場合であり、実質的には隔膜 1 1 5の厚さ分の距離を有することをいう。ゼロギャップ電極は隔膜 1 1 5の一方の主面のみに電極を形成しても良い。また、このようなゼロギャップ電極を採用する場合には、電極表面から発生するガスを隔膜 1 1 5とは反対の背面側へ逃がすための孔または隙間を電極板 1 1 6，

1 1 7に設けておくことが望ましレ、 ₌

また、電解室 1 1 3内に設けられる電極板 1 1 7， 1 1 7の板間距離は、特に限定されないが、（）. 5mm〜5mm、より好ましくは 1 mmである。

このような電解槽 1 1を用いて電解還元水を生成する場合には、まず、電解室

1 1 3内に設けられた 2枚の電極板 1 1 7， 1 1 7に直流電源 1 2の陰極（一）を接続するとともに、電解室 1 1 3外に設けられた電極板 1 1 6, 1 1 6に直流電源 1 2の陽極（+ ) を接続し、隔膜 1 1 5を挟んでそれぞれ対向する二対の電極板 1 1 6， 1 1 7に電圧を印加する。そして、導入口 1 1 1から水道水などの水を導入すると、電解室 1 1 3では水道水の電気分解が行われ、電極板 1 1 7の表面及びその近傍で、上述した（1) 式の反応が生じる。また、隔膜 1 1 5を挟んだ電解室 1 1 3外の電極板 1 1 6の表面、すなわち当該電極板 1 1 6と隔膜 1 1 5との間においては、上述した（2 ) 式の反応が生じる。

この H イオンは、隔膜 1 1 5に含蓄されながらここを通過し、その一部が陰極板 1 1 7から電子 e— を受容して、水素ガスとなって陰極側の生成電解水中に溶け込む。これにより、陰極側（すなわち電解室 1 1 3内）で生成される電解水は、通常よりも酸化還元電位（O R P ) が低い電解還元水となる。

また、隔膜 1 1 5を通過した H十イオンの残余は、電解室 1 1 3中の〇H— ィオンと反応して水に戻るため、電解室 1 1 ³で生成される電解還元水の P Hは、若干中性に近づくことになる。つまり、 p Hはさほど高くないが O R Pが低い電解還元水が得られることになる。このようにして生成された水酸化物ィオンを含む電解還元水は、導出口 1 1 2から供給される。

ところで、水道水を被電解原水として電気分解を続けると、水道水に含まれたカルシウムイオンやマグネシウムイオンが陰極板 1 1 7の表面に析出し、これがスケールとなって電解効率が低下する原因となる。このため、ある時間電気分解を行ったら陰極板 1 1 7に析出したスケールを除去する、いわゆる逆洗浄を行うことが行われる。本実施形態の電解槽 1 1についても、こうした逆洗浄をある間隔で実施する。

最も単純な逆洗浄の方法として、それまで印加されていた極性を単に反転させる方法が考えられる。すなわち、上述したアルカリ性電解水を生成する場合についていえば、電解室 1 1 3内に設けられた 2枚の電極板 1 1 7， 1 1 7に直流電源 1 2の陽極（+ ) を接続するとともに、電解室 1 1 3外に設けられた電極板 1 1 6， 1 1 6に直流電源 1 2の陰極（一）を接続し、隔膜 1 1 5を挟んでそれぞれ対向する二対の電極板 1 1 6， 1 1 7に電圧を印加する。これにより、それまで陰極が印加されてスケールが付着した電極板 1 1 7においては、付着したブラスの金属イオンは、陽極が印加されることで水道水中に溶出し、導出口 1 1 2力ら排出されることになる。

本発明の電解槽では、こうした逆洗浄方式も勿論採用することができるが、電解室 1 1 3外に設けられた電極板 1 1 6に陰極を印加すると、今度は逆洗浄中に当該電極板 1 1 6にスケールが析出することになり、図 1に示す構造のものでは、次に行われる正電解において、電極板 1 1 6に析出したスケールを除去するのが困難となる。これを続けると、電極板 1 1 6に析出するスケールが徐々に増加し、電解効率の低下を招くおそれもある。

そこで、本実施形態の逆洗浄は、図 2及び図 3に示すように、電解室 1 1 3内に設けられた 2枚の電極板 1 1 7， 1 1 7にのみ電圧を印加してスケール除去を行うこととしている。すなわち、まず図 2に示すように、電解室 1 1 3内に設けられた 2枚の電極板 1 1 7， 1 1 7のうちの一方（ここでは左側の電極板 1 1 7 ) の極性はそのままマイナスとし、他方（ここでは右側の電極板 1 1 7 ) の極性を反転させてプラスの電圧を印加する。これにより、電解室 1 1 3内では、 2枚の電極板 1 1 7， 1 1 7間に電流が流れ、プラスの電圧が印加された右側の電極板

1 1 7に析出したスケールが水道水中に溶出する。

これを一定時間続けたのち、図 3に示すように、今度は 2枚の電極板 1 1 7，

1 1 7の印加極性を反転させる。つまり、左側の電極板 1 1 7にプラス電圧、右側の電極板 1 1 7にマイナス電圧を印加し、 2枚の電極板 1 1 7 , 1 1 7間に電流を流すことで、今度は左側の電極板 1 1 7に析出したスケールを除去する。こうした逆洗浄方式を採ることで、逆洗浄時に消費される電力が半分となり、または同じ消費電力を使用するとすれば逆洗浄時間が半分となる。また、逆洗浄時に電解室 1 1 :3外に設けられた電極板 1 1 6には通電しないので、当該電極板

1 1 6は専ら陽極電圧のみが印加されることになる。したがって、耐久性能の点から、両極での使用が可能な高価な板材を用いる必要がなく、あるいは貴金属コ一ティングを施す場合にあっては膜厚を薄くすることができる。

ちなみに、上述した実施形態では電解還元水を生成する場合を例に挙げて本発明の電解槽 1 1を説明したが、本発明の電解槽 1 1は電解酸化水を生成する場合にも適用できる。この場合には、電解室 1 1 3内に設けられた 2枚の電極板 1 1

7 , 1 1 7に直流電源 1 2の陽極（+ ) を接続するとともに、電解室 1 1 3外に設けられた電極板 1 1 6， 1 1 6に直流電源 1 2の陰極（一）を接続し、隔膜 1

1 5を挟んでそれぞれ対向する二対の電極板 1 1 6， 1 1 7に電圧を印加すればよい。

そして、導入口 1 1 1から水道水などの水を導入すると、電解室 1 1 3では水道水の電気分解が行われ、電極板 1 1 7の表面及びその近傍で、上記（2 ) 式の反応が生じる一方、隔膜 1 1 5を挟んだ電解室 1 1 3外の電極板 1 1 6の表面、すなわち当該電極板 1 1 6と隔膜 1 1 5との間の水膜においては、上述した（1) 式の反応が生じる。

この OH— イオンは、隔膜 1 1 5に含蓄されながらここを通過し、その一部が陰極板 1 1 7に電子 e— を受渡して、酸素ガスとなって陽極側の生成電解水中に溶け込む。これにより、陽極側（すなわち電解室 1 1 3内）で生成される電解水は、通常よりも酸化還元電位（ORP) が高い電解酸化水となる。

また、隔膜 1 1 5を通過した OH— イオンの残余は、電解室 1 1 3中の H+ ィオンと反応して水に戻るため、電解室 1 1 3で生成される電解酸化水の pHは、若干中性に近づくことになる。つまり、 pHはさほど低くないが ORPが高い電解酸化水が得られることになる。こうして生成された水素イオンを含んだ電解酸化水は、導出口 1 1 2から供給される。

本実施形態の電解槽 1 1をさらに具体的に説明する。

図 1に示す基本的構造を有する電解槽 1 1を用い、 pHが 7. 9、 ORPが + 473 mVの水道水を 4リットル Zm i n流し、 1枚の面積が 24 cm² の電極板 1 1 6， 1 1 7に電圧を印加して 1 4 Aの一定電流にて電気分解を行った。また、隔膜 1 1 5として、骨材がポリエステル不織布、膜材質がポリフッ化ビ二リデンと酸化チタン、厚さが 0. 1 2mm、平均孔径が 0. 4 μιη、透水量が (). 3 c c / c m · m i n以下の多孔性膜を用い、電極板 1 1 6， 1 1 7の距離は、 l mm、電極板 1 1 7， 1 1 7の距離は l mmとした。

この結果、生成直後において、 pH=9. 03、〇RP =— 55 OmVの電解還元水が得られた。また、この電解還元水を静置し、 5分後、 10分後および 3 0分後の p Hおよび OR Pを測定したところ、表 1のようになった。

これによれば、電解初期において p Hは 9を越えていたが、すぐに pHが下がり pH=8で安定した。これは、隔膜 1 1 5と陽極板 1 1 6との間の水膜で生じた H+ イオンが隔膜 1 1 5を通過して電解室 1 1 3に移動し、当該電解室 1 1 3 内の OH— イオンと中和反応することが原因であると考えられる。 0刀伎上り刀伎 π 4>

p H 9 . 0 3 8 . 1 4 8 . 1 1 8 . 0 2

O R P (mV) 一 5 5 0 - 5 6 2 — 5 7 0 - 5 7 1

[第 2実施形態]

本発明の電解槽は、図 1に示す基本的構造を有するが、実施化に際しては種々の形態が考えられる。図 4は本発明の第 2実施形態を示す縦断面図であり、図 1 に示す本発明の電解槽 1 1の基本構成と共通する部材には同一の符号を付してあ本実施形態の電解槽 1 1では、電解室 1 1 3外に設けられた電極板 1 1 6， 1 1 6の一方の電極板 1 1 6 (ここでは左側）力第 2の電解室 1 1 8に設けられている点が上記第 1実施形態と相違している。この第 2の電解室 1 1 8は、ケ一シング 1 1 4の一方の側壁に形成され、ここに被電解原水が導入される。この第 2の電解室 1 1 8への被電解原水の導入は、通水であっても、単に被電解原水を満たすだけであっても良い。

こうした電解槽 1 1によれば、右側の電極板対 1 1 6および 1 1 7により生成される電解還元水は、既述したように p Hをさほど上昇させることなく O R Pを特異的にマイナス側に大きくできる。これに対して、左側の電極板対 1 1 6および 1 1 7により生成される電解還元水は、 p Hが大きく O R Pもマイナス側に大きくなる。

したがって、本電解槽 1 1の導出口 1 1 2からは、これら 2種類の電解還元水が混合されたものが取水されるので、右側の電極板対 1 1 6および 1 1 7と左側の電極板対 1 1 6および 1 1 7とのそれぞれに流す電流を制御することで、 p H および O R Pの組み合わせを任意に調節することができる。このことは、特に被電解原水の水質が異なる場合に有効である。たとえば、被電解原水の p Hや OR Pは地域や季節によってそのバランスが大きく変動することが少なくなく、こうした場合に本実施形態の電解槽 1 1を用いれば、 p Hと O R Pとのバランスを所望の値に制御することができる。

本実施形態の電解槽 1 1をさらに具体的に説明する。

図 4に示す基本的構造を有する電解槽 1 1を用い、 p Hが 7. 9、 OR Pが + 4 7 3 mVの水道水を電解室 1 1 3に 4リツトル i n流すとともに、第 2の電解室 1 1 8には 1 リットル Zm i n流し、 1枚の面積が 2 4 c m² の電極板 1 1 6， 1 1 7に電圧を印加して 7 Aの一定電流にて電気分解を行った。

また、隔膜 1 1 5として、骨材がポリエステル不織布、膜材質がポリフッ化ビユリデンと酸化チタン、厚さが 0. 1 2mm、平均孔径が 0. 4 μ πι、透水量が 0. 3 c c / c m² · m i n以下の多孔性膜を用い、電極板 1 1 6， 1 1 7の距離は、 1 mm、電極板 1 1 7， 1 1 7の距離は 1 mmとした。

この結果、生成直後において、 p H= 9. 5 7、 ORP -— 6 5 7 mVの電解還元水が得られた。また、この電解還元水を静置し、 5分後および 1 0分後の p Hおよび OR Pを測定したところ、表 2のようになつた。

次に、図 4において第 2の電解室 1 1 8に設けられた対の電極板 1 1 6, 1 1 7に流れる電流値を 3 Aおよび 5 Aとして、上記と同様の条件で電解水を生成した..：この結果を表 2に示す

これによれば、電極板対に流す電流値をそれぞれ適宜調節することにより、所望の p Hおよび OR Pの電解水を生成することができる。

表 2

上述した第 2実施形態の変形例として、 2以上の電解槽を直列的に接続することも考えられる。たとえば図 1 5に示す電解槽 1 1は、一般的な通水式電解槽 1 1 A (第 1の電解槽）と第 1実施形態の電解槽 1 1 B (第 2の電解槽）とを直列に接続したものである。

第 1の電解槽 1 1 Aのケーシング 1 1 4 Aの一端には、水道水などの被電解原水が導入される導入口 1 1 1 Aが形成され、また、ケ一シング 1 1 4 A内には、隔膜 1 1 5 Aを挟んで対をなす電極板 1 1 6 A， 1 1 7 Aが設けられている。本例では、ケーシング 1 1 4 Aの両側に 2対の隔膜 1 1 5 Aおよび電極板対 1 1 6 A, 1 1 7 Aが設けられている。これにより、 2つの隔膜 1 1 5 A, 1 1 5 Aの間に電解室 1 1 3 Aが形成されるとともに、隔膜 1 1 5 A, 1 1 5 Aの外側に第 2の電解室 1 1 8 A, 1 1 8 Aが形成される。

なお、第 2の電解室の下流に位置するケ一シング 1 1 4 Aには、当該第 2の電解室 1 1 8 Aで生成された電解水を系外へ排出するための排出口 1 1 8 A aが設けられている。

第 1の電解槽 1 1 Aの下流側には上述した第 1実施形態（図 1参照）の電解槽 1 1 Bが接続されており、同一部材には同一の符号を付してある。

図 1 5に示すように、第 1の電解槽 1 1 Aと第 2の電解槽 1 1 Bとを直列に接続し、この電解槽 1 1で O R Pが小さい電解還元水を生成すると、まず第 1の電解槽 1 1 Aでは p Hが大きい（アルカリ性）電解水が生成され、これを被電解原水として第 2の電解槽 1 1 Bに導入すると、当該第 2の電解槽 1 1 Bでは主として O R Pをマイナス側に大きくすることができる。すなわち、第 1の電解槽 1 1 Aにて p H調整を実施し、第 2の電解槽 1 1 Bにて O R Pの調整を実施することができ、さらに p Hと O R Pとの組み合わせ自由度の高い電解水が得られる。

[第 3実施形態]

図 5は上述した本発明の電解槽 1 1を用いて構成した電解水生成装置 1の実施形態を示すシステム図であり、上述した第 1又は第 2実施形態の電解槽 1 1が並列的に接続されており、これら電解槽 1 1のそれぞれの導入口 1 1 1に被電解原水を供給する給水系 1 3が設けられている。

この給水系 1 3は、メイン給水配管 1 3 1とここから分岐された複数の分岐給水配管 1 3 2とからなり、メイン給水配管 1 3 1には、被電解原水中の異物を濾過するためのストレーナ 1 3 3が設けられ、先端には手動バルブ 1 3 4が設けられてドレインを構成している。

各分岐給水配管 1 3 2には、減圧弁 1 3 5および電磁弁 1 3 6が設けられ、この先でさらに分岐されて、定流量弁 1 3 7および手動バルブ 1 3 8が設けられてレヽる。

一方、並列的に設けられた電解槽 1 1の導出口 1 1 2には取水系 1 4が設けられている。この取水系 1 4は、電解槽 1 1のそれぞれの導出口 1 1 2を集約するメイン取水配管 1 4 1と、その先端に設けられた電動バルブ 1 4 2と、このメイン取水配管 1 4 1から分岐されたドレイン配管 1 4 3と、このドレイン配管 1 4 3に設けられた電動バルブ 1 4 4とから構成されている。なお、図示は省略するが、各電解槽 1 1には図 1又は図 4に示す直流電源 1 2 が接続されている。

こうした電解水生成装置 1を用いて所望の電解水を生成するには、まずメイン給水配管 1 31の先端の手動バルブ 1 34を閉じ、各分岐給水配管 132の手動バルブ 1 38を開いておく。そして、メイン給水配管 1 31に原水を供給し、各分岐給水配管 1 32の電磁弁 1 36および取水系 1 4の電動バルブ 142を制御する。

特に限定はされないが、運転方法の一例として、何れか一^ 3の電解槽 1 1を順に逆洗浄することが好ましい。つまり、何れか一つの電解槽 1 1は常に逆洗浄中であり、残りの電解槽 1 1が電解水を生成中であるように制御すると、取水系 1 4で取り出される電解水の水質が常に一定となる。

[第 4実施形態]

図 6は本発明の電解槽の第 4実施形態を示す断面図であり、図 1に示す電解槽 1 1の基本構成と共通する部材には同一の符号を付してある。本例は、隔膜 1 1 5および電極板 1 1 6, 1 1 7がー対のみ設けられている点が第 1実施形態と相違する。

' こうした電解槽 1 1を用いても基本的には上述した第 1実施形態と同様の作用効果を奏するが、本実施形態をさらに具体化して説明する。

実施例 1として、図 6に示す基本的構造を有する電解槽を用い、 pHが 7. 2、 ◦ RPが +45 OmVの水道水を 4リットル Zm i n流し、 3 OVの電圧を印加して電気分解を行った。両電極板 1 1 6， 1 1 7に流れた電流は 4 A ( 12 OW) であった。また、隔膜 1 1 5として、骨材がポリエステル不織布、膜材質がポリフッ化ビニリデンと酸化チタン、厚さが 0. 1 2mm、平均孔径が 0. 4 m、透水量が 0. 3 c cZc m² . m i n以下の多孔性膜を用い、電極板 1 1 6， 1 1 7の距離は、 1 mmとした。

この結果、 pH=8〜9、 ORP =— 22 OmVの電解還元水が得られた。また、この電気分解を 1時間継続したが、図 7および 8に示すように、 pHおよび OR Pの値は殆ど変化しなかった（実施例 1参照）。なお、図 7に示すように電解初期において pHが 9を越える電解水が得られたが、すぐに pHが下がり pH =9で安定した。これは、隔膜 1 1 5と陽極板 1 1 6との間の水膜で生じた H + イオンが隔膜 1 1 5を通過して電解室 1 1 3に移動し、当該電解室 1 1 3内の O H一イオンと中和反応することが原因であると考えられる。

これに対する比較例 1として、図 9に示すように電極板 1 1 6側にも電解室 1 1 3' を有し、電極板 1 1 6と隔膜 1 1 5との距離が大きい（0. 5mm) 電解槽を作製し、実施例 1と同様に、 pHが 7. 2、 ORPが + 45 OmVの水道水を 4リツトル/ m i n流し、 1 2 Vの電圧を印加して電気分解を行った。両電極板 1 1 6， 1 1 7に流れた電流は 10 A ( 1 20 W) であった。隔膜 1 1 5は実施例 1 と同じものを用い、電極板 1 1 6, 1 1 7の距離は 1 mmとし、隔膜 1 1 5が中央に位置するようにセットした。

この結果、電解初期には、 pH=8〜9、〇RP=— 200mVのアルカリ性の電解水が得られた。しかしながら、この電気分解を 1時間継続すると、図 7および 8に示すように 20分経過したところで p Hおよび OR Pが変動し始め、それ以上電気分解できなかった。これは、電解室 1 1 3' 内が電解酸化水で飽和状態となつたためと考えられる。

ちなみに実施例 2として、実施例 1 と同じ電解槽を用い、電極板 1 1 6， 1 1 7への印加電圧極性を反転させ、また被電解原水として pHが 7. 4、 QRPが + 350 m V , DO (溶存酸素量）が 6. 4 p p mの水道水を用いた以外は、実施例 1 と同じ条件で電気分解を行った。これを 1時間継続したが、 pHが 6. 9、 0 ？が+ 560 ¥、 DOが 10. 0 p pmの安定した電解酸化水を得ることができた。

第 4実施形態の電解槽を実施するに際しては、種々の形態が考えられ、図 10 はその一例を示す縦断面図、図 1 1は他の例を示す縦断面図であり、図 1に示す本発明の電解槽の基本構成と共通する部材には同一の符号を付してある。

図 1 0に示す電解槽 1 1は、縦断面が直方体形状に形成されたケーシング 1 1 4を有し、その下端には、紙面に垂直に延在する被電解原水の導入口 1 1 1 (具体的には原水の導入用パイプ）が設けられ、上端には、同じく紙面に垂直に延在する電解水の導出口 1 1 2 (具体的には電解水の導出用パイプ）が設けられている。

また、この電解槽 1 1内には、一対の電極板 1 1 6， 1 1 7が固定されており、さらに一方の電極板 1 1 6には隔膜 1 1 5がたとえば一体的に取り付けられている。これら電極板 1 1 7と隔膜 1 1 5との間が電解室 1 1 3となるが、一体的に構成された隔膜 1 1 5と電極板 1 1 6との間に隙間 Sが形成され、ここにも水が存在することになる。

電極板 1 1 6および隔膜 1 1 5を一体的に組み立てるとともに、後述するガス室 1 1 9との水密性を確保するために、これら電極板 1 1 6および隔膜 1 1 5の周囲にはパッキン 1 5 1が嵌合されている。また、他方の電極板 1 1 7を電解槽 1 1のケ一シング 1 1 4に固定するために、当該電極板 1 1 7の周囲にもパツキン 1 5 2が嵌合されている。

特に本実施形態の電解槽 1 1では、電解室 1 1 3の外部にガス室 1 1 9が形成されており、電極板 1 1 6側の表面、すなわち隙間 Sで生じたガスを当該ガス室 1 1 9へ効率よく集約できるようになつている。「 1 1 9 a」はガス室 1 1 9に放出されたガスを所望の部位へ排出するための排出口である。

ちなみに、隔膜 1 1 5と接触していない電極板 1 1 7の背面にも室 1 1 9 ' 力 S 形成されているが、これは必須のものではなく省略することもできるが、電解槽 1 1を対称形にすることで陽極と陰極との互換性を高めるために好ましく用いることができる。たとえば、電解還元水と電解酸化水との両電解水が生成できる装置とする場合、電極板 1 1 6 , 1 1 7への印加回路に極性反転回路を設ければ足りるが、これを設けることができない場合には、図 7に示す電極板 1 1 6および隔膜 1 1 5のュニットと電極板 1 1 7とを差し替えることで対応することができる。なおこの場合、室 1 1 9 ' の上部に開設された排出口 1 1 9 a ' は不要であるため、プラグ 1 5 3などで閉塞しても良い。

これに対して、図 1 1に示す電解槽 1 1では円筒状のケーシング 1 1 4が採用されている。また、この円筒形のケーシング 1 1 4に応じて、上下端が開口した円筒形の電極板 1 1 6と、同じくこれに接触するとともに上下端が開口した円筒形隔膜 1 1 5を有し、さらに電解室 1 1 3の中央にはたとえば中実状の電極棒 1 1 7が設けられている。電解槽 1 1の下端には被電解原水の導入口 1 1 1が設けられ、上端には電解水の導出口 1 1 2が設けられており、導入口 1 1 1から導入された被電解原水は、電極棒 1 1 7と円筒状隔膜 1 1 5との間に形成された円筒状の電解室 1 1 3を通過して電解されたのち、導出口 1 1 2力ら取り出される。

電解槽 1 1の外部には、上述した図 1 0に示す例と同じガス室 1 1 9が全周にわたって形成されており、円筒状隔膜 1 1 5と円筒状電極板 1 1 6とで形成された円筒状の隙間 S (ここに水膜が形成される）で生じたガスが集約され、排出口 1 1 aから排出される。

このような円筒状電解槽 1 1によっても同じ作用効果が得られる。

[第 5実施形態]

上述した第 1〜第 4実施形態は、本発明を通水型電解槽に適用した例であったが、本発明はバッチ型電解槽にも適用することができる。図 1 2は本発明の電解槽をバツチ型電解槽に応用する際の基本構成を示す概念図であり、図 1に示す基本構成と共通する部材には同一の符号を付している。この種のバッチ型電解槽によっても目的とする特性、なかでも p H値に依存することなく酸化還元電位の絶対値が大きい電解還元水または電解酸化水を長時間にわたって生成することができる。

[第 6実施形態]

本発明の電解槽を備えた電解水生成装置は、リアルタイムで電解水を供給する他、貯留タンクに投入した被電解原水を循環することで多量の電解水を生成する場合にも適用することができる。

図 1 3は本発明の電解水生成装置の第 6実施形態を示す図であり、本発明を飲料用として応用したものである。家庭用あるいは業務用として用いられる飲料水の代わりに電解還元水を用いることができるが、この場合、同図に示すように貯水タンク 5 0に水道水を溜め、これをポンプ Pにより本発明の電解水生成装置 1 に導き、上述したような電気分解を行って電解還元水を生成し、これを貯水タンク 5 0に戻す。この循環をある時間継続すると、 p Hが中性に近く、 O R Pが低い電解還元水が得られる。

より具体的に説明すると、 _P Hが 7 . 2、 O R Pが+ 4 5 0 m V、 D Oが 7 . 0の水道水 20リツトルを貯水タンク 50に投入し、第 4実施形態で説明した電解槽を有する電解水生成装置を用いて 2 5分間ポンプを作動させ、貯水タンク 5 ()内の水を電解水生成装置 1に循環させながら電気分解を行った。電解水生成装置 1の生成量は 4リットル Z分、電極板間に流れた電流は 1 O A (—定）であつた。貯水タンク 5 0内に貯留された電解水の p H、 ORP (mV) 、 DO (p p m) を測定したところ、表 3に示す結果が得られ、洗浄力に影響がある OR Pの低い電解水が生成された。

表 3

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

Claims

言青求の範囲

1 . 被電解原水が導入される電解室と、前記電解室内と前記電解室外とのそれぞれに隔膜を挟んで設けられた少なくとも一対の電極板とを有し、前記電解室外の電極板が前記隔膜に接触または僅かな隙間を介して設けられていることを特徴とする電解槽。

2 . 前記隔膜および前記電極板対を少なくとも二対備えたことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の電解槽。

3 . 前記電解室外の電極板の一方が、第 2の電解室に設けられていることを特徴とする請求の範囲第 2項に記載の電解槽。

4 . 前記電解室内に設けられた電極板に陽極又は陰極の何れか一方の電圧を印加するとともに、前記電解室外に設けられた電極板に陽極又は陰極の何れか他方の電圧を印加する電源回路を有することを特徴とする請求の範囲第 1項〜第 3項の何れかに記載の電解槽。

5 . 前記電源回路は、前記電解室内に設けられた電極板の一方に陽極または陰極の何れか一方の電圧を印加するとともに前記電極板の他方に陽極または陰極の何れか他方の電圧を印加して第 1の逆洗浄を行ったのち、前記電極板の印加電圧極性を反転させて第 2の逆洗浄を行う逆洗浄回路を有することを特徴とする請求の範囲第 4項に記載の電解槽

6 . 前記逆洗浄回路は、前記第 1および第 2の逆洗浄中に、前記電解室外に設けられた電極板に電圧を印加しないことを特徴とする請求の範囲第 5項に記載の電解槽。

7 . 被電解原水が導入され隔膜により仕切られた第 1の電解室および第 2の電解室と、前記第 1の電解室と前記第 2の電解室とのそれぞれに隔膜を挟んで設けられた少なくとも一対の電極板とを有する第 1の電解槽と、

前記第 1の電解槽の前記第 1の電解室で生成された電解水が導入される第 3の電解室と、前記第 3の電解室内と前記第 3の電解室外とのそれぞれに隔膜を挟んで設けられた少なくとも一対の電極板とを有し、前記第 3の電解室外の電極板が前記隔膜に接触または僅かな隙間を介して設けられている第 2の電解槽とを備えたことを特徴とする電解槽。

8 . 請求の範囲第 1項〜第 7項の何れかに記載の複数の電解槽と、前記電解槽の各電解室に並列的に原水を導入する給水系と、前記各電解室で生成された電解水を並列的に取り出す取水系とを備えたことを特徴とする電解水生成装置。

9 . 被電解原水が導入される電解室と、前記電解室内と前記電解室外とのそれぞれに隔膜を挟んで設けられた少なくとも二対の電極板とを有する電解槽の逆洗浄方法において、前記電解室内に設けられた電極板の一方に陽極または陰極の何れか一方の電圧を印加するとともに前記電極板の他方に陽極または陰極の何れか他方の電圧を印加して第 1の逆洗浄を行ったのち、前記電極板の印加電圧極性を反転させて第 2の逆洗浄を行うことを特徴とする電解槽の逆洗浄方法。

1 0 . 前記第 1および第 2の逆洗浄中において、前記電解室外に設けられた電極板に電圧を印加しないことを特徴とする請求の範囲第 9項に記載の電解槽の逆洗浄方法。