(57)【要約】【課題】電極表面のガスの除去を行い効率の高い電解水生成装置を構成する。【解決手段】筒状電極Ｂとイオン交換膜Ｃと中央電極Ｄとを本体ケースＡに収容した。筒状電極Ｂと中央電極Ｄとの間に電圧を印加する電解電源ユニットＥを備え、筒状電極Ｂを第１電動モータＭ１で駆動回転し、中央電極Ｄを第２電動モータＭ２で駆動回転する駆動電源ユニットＦを備えた。夫々が回転することにより、筒状電極Ｂの内面に付着する気泡を除去し、中央電極Ｄの外周の電極プレート２２に付着する気泡を除去して電解効率を高める。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内面に電極が形成された筒状電極と、この筒状電極の内部に配置される筒状のイオン交換体と、このイオン交換体の内部に配置され外面に電極が形成された中央電極とを備え、前記筒状電極と前記中央電極とに電圧を印加する電解電源ユニットを備え、
前記筒状電極を、筒状形状の中心となる第１軸芯周りで回転させ、中央電極を、この中央電極の中心となる第２軸芯周りで駆動回転させる駆動回転機構を備えている電解水生成装置。
【請求項２】
前記第１軸芯と前記第２軸芯とが同軸芯上に配置されると共に、前記筒状電極の内壁が前記第１軸芯に沿う方向視で多角形となる電極面を備えている請求項１記載の電解水生成装置。
【請求項３】
前記中央電極が、前記第２軸芯に沿う方向視で環状に配置される複数の短冊状の電極プレートを備えている請求項１又は２記載の電解水生成装置。
【請求項４】
前記筒状電極が有底筒状に成形された容器として構成され、前記イオン交換体が有底筒状に形成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の電解水生成装置。
【請求項５】
前記駆動回転機構が、前記筒状電極を駆動回転する第１電動モータと、前記中央電極を回転させる第２電動モータとを備え、前記筒状電極と前記中央電極とを逆方向に回転させる駆動電源ユニットを備えている請求項１〜４のいずれか一項に記載の電解水生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解水生成装置に関し、詳しくは、電解水の生成効率を高める技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のように構成された電解水生成装置として特許文献１には、外側の第１の円筒電極と、内側の第２の円筒電極とを備え、これらの間に円筒隔膜を配置した構成が示されている。また、回転底板に備えた内周隔膜保持体に円筒隔膜を支持している。
【０００３】
この特許文献１では、第１の円筒電極に正電圧を第２の円筒電極に負電圧を印加することによりアルカリイオン水が生成される。このように電圧が印加されている状態で回転底板と共に円筒隔膜を回転させることで、電気分解によって生じる水素や酸素や塩素ガスの滞留を抑制し、電気分解動作が不安定になる現象を防ぐ点が記載されている。
【０００４】
電解水生成装置に関連する技術として特許文献２には、貯留部に被電解水を貯留した状態で内部の電解用電極に電圧を印加することで電解水を生成する吐出容器が示されている。この吐出容器は、貯留部の電解水を吐出部から外部に吐出する構造を有し、貯留部には磁性体で成る撹拌子が投入される。吐出容器を支持する本体の上面には電解用電極に電圧を印加するための端子が設けられると共に、撹拌子を回転させるための回転磁界を付与するコイルを備えている。
【０００５】
この特許文献２では、本体の上面に吐出用容器を載置し、端子を介して電解用電極に直流電圧を印加することでオゾン等の活性酸素が生成され、これと同時に、酸素及び水素が発生する。このように活性酸素を生成する際にはコイルで回転磁界を作用させることにより撹拌子を回転させ、生成効率を高める点が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平０８−１３２０４０号公報  （段落番号〔００１５〕〜〔００１８〕、図１、図２）
【特許文献２】特開２００３‐２６６０７３号公報  （段落番号〔００３４〕〜〔００５７〕、〔００９９〕、〔０１００〕、図１〜図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電解水生成装置では、電極に電圧を印加することで電解水が生成されるため電極に流れる電流により水が電気分解され、水素や酸素のガスが気泡となって発生する。このように発生したガスは、特許文献１に記載されるように内周隔膜の枠体部に滞留して作動が不安定になることもある。
【０００８】
このガスは電極の表面で発生するものであるため、ガスが気泡となって電極に付着した場合には電極の近傍に電極と水との接触を阻害する層が作り出される結果、通電が妨げられ電解水の生成効率を低下させることもあった。そこで、特許文献１に記載されるように円筒隔膜を回転させる構成も考えられるが、この回転では電極と離間した部位で円筒隔膜が回転する構成であるため、強い水流の作用を期待することもできず電極面のガスの除去が困難であった。
【０００９】
更に、特許文献２に示されるように撹拌子を電解槽の内部に投入して回転させることも考えられる。しかしながら、撹拌子を用いて撹拌するものでは、撹拌子の回転が不安定であるばかりでなく、撹拌によって作り出される水流を電極の電極面に均等に作用させることが困難であり、ガスの除去を効率的に行えないものであった。特に、２つの電極の間にイオン交換体が配置された装置では、イオン交換体で隔絶される２つの空間に水が貯留される形態となるので撹拌体を２つ必要とすることになり改善の余地がある。
【００１０】
本発明の目的は、電極表面のガスの除去を行い効率の高い電解水生成装置を合理的に構成する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の特徴は、内面に電極が形成された筒状電極と、この筒状電極の内部に配置される筒状のイオン交換体と、このイオン交換体の内部に配置され外面に電極が形成された中央電極とを備え、前記筒状電極と前記中央電極とに電圧を印加する電解電源ユニットを備え、前記筒状電極を、筒状形状の中心となる主軸芯周りで回転させ、中央電極を、この中央電極の中心となる副軸芯周りで駆動回転させる駆動回転機構を備えている点にある。
【００１２】
この構成によると、筒状電極と中央電極とが駆動回転機構で回転されることにより、外部から水流を作用させるものと比較して、夫々の電極面と水との接触部分において比較的大きい相対速度を作り出し、筒状電極と中央電極との表面全体に強い水流を作用させることで気泡を電極から分離させ、この気泡層の完全な除去、あるいは、気泡層の厚さを低減できる。従って、電極表面のガスの除去により電解効率の高い電解水生成装置が構成された。
【００１３】
本発明は、前記主軸芯と前記副軸芯とが同軸芯上に配置されると共に、前記筒状電極の内壁が前記主軸芯に沿う方向視で多角形となる電極面を備えても良い。これによると、円筒状に成形されたものと比較して、筒状電極の内壁の面積を増大させる。また、隣り合う電極面の境界の隅部において水流の乱れを作り出し、この水流の乱れを気泡に作用させることにより、電極面の気泡の除去と、イオン交換体の内面に付着する気泡の除去も行える。
【００１４】
本発明は、前記中央電極が、前記副軸芯に沿う方向視で環状に配置される複数の短冊状の電極プレートを備えても良い。これによると、円柱状に成形されたもののように表面が平滑なものと比較して、中央電極の面積を増大させる。また、回転時には短冊状の電極が水中を運動することで気泡の除去を良好に行えると共に、回転方向に向かう水の流れを作り出し、イオン交換体の内面に付着する気泡の除去も行える。
【００１５】
本発明は、前記筒状電極が有底筒状に成形された容器として構成され、前記イオン交換体が有底筒状に形成されても良い。これによると、筒状電極を電解槽とすることで、筒状電極の外側にタンク構造を備える必要がなく、装置全体の小型化が実現する。
【００１６】
本発明は、前記駆動回転機構が、前記筒状電極を駆動回転する第１電動モータと、前記中央電極を回転させる第２電動モータとを備え、前記筒状電極と前記中央電極とを逆方向に回転させる駆動電源ユニットを備えても良い。これによると、筒状電極と中央電極とが逆方向に回転することにより、回転開始時や回転停止時に装置に筒状電極と中央電極とから作用する回転力を相殺して装置に作用する衝撃を軽減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、純水生成装置３１で生成された純水が陰極室ＲＣに供給される電解水生成装置を備えると共に、この電解水生成装置の陰極室ＲＣで生成された電解水（アルカリイオン水）を取り出して電解水タンク３７に貯留し、この電解水生成装置の陽極室ＲＡに対して電解質溶液タンク３３の電解質溶液の給排を行う給排系を備えて電解水生成システムが構成されている。
【００１８】
〔電解水生成装置の本体構成〕
電解水生成装置は、図１〜図３に示すように本体ケースＡの内部に筒状電極Ｂと、イオン交換膜Ｃと、中央電極Ｄとを備えると共に、筒状電極Ｂと中央電極Ｄとの間に電圧を印加する電解電源ユニットＥを備え、筒状電極Ｂと中央電極Ｄとを駆動回転する駆動電源ユニットＦを備えている。
【００１９】
本体ケースＡは、上方に開放する有底筒状の主ケース１と、この主ケース１の上部の外周に配置されるリング体２と、主ケース１の上部を覆うカバー体３とを備えている。図面には示していないが、本体ケースＡのカバー体３にはガス排出孔が形成され、電解水の生成時に発生するガスを外部に放出できるように構成されている。
【００２０】
前記筒状電極Ｂは、アノードとして機能するように筒状部１０と、底壁部１１とを一体的に形成した有底筒状に成形されると共に、底壁部１１の底面の中央には下方に下部駆動軸１２が突設されている。また、下部駆動軸１２と主ケース１との間に軸受１３を備え、筒状部１０の上端部と主ケース１の間に軸受１３を備えることで、筒状電極Ｂは本体ケースＡに対して縦向き姿勢の第１軸芯Ｘ１周りで回転自在に支持されている。
【００２１】
筒状電極Ｂの筒状部１０は第１軸芯Ｘ１に沿う方向視で（上面視）で多角形に形成され、内面には平坦な複数の電極面１０Ｓと、この電極面１０Ｓに挟まれる隅領域とが形成される。
【００２２】
この筒状電極Ｂは内部に水を貯留し、内面を電極として機能させるため、内面の耐食性を高め、水に対して電極面から不純物が融け込む現象を抑制するように例えば、銅合金等の良導体の内面側に白金やイリジウムが鍍金等の技術によって形成されたものが使用される。
【００２３】
イオン交換膜Ｃは、イオン交換体の一例であり、イオンの透過を許す樹脂薄膜等の素材を用いて有底筒状に成形され、本体ケースＡのリング体２に上端が支持されている。また、樹脂膜として保形性の低いものが用いられる場合には、保形性を高めるようにフレームを用いることで筒状の形を維持しても良い。尚、このイオン交換体としてセラミックス電解板を用いても良い。
【００２４】
中央電極Ｄは、カソードとして機能するものであり、上壁と底壁と筒状壁とを有した密封構造のドラム状部材２０を備えている。また、このドラム状部材２０の外面に複数の連結体２１を取り付け、これら複数の連結体２１に対して短冊状の電極プレート２２を取り付けることで、複数の電極プレート２２を第２軸芯Ｘ２に沿う方向視で複数の環状に配置した構造を有している。ドラム状部材の上壁の中央には上方に向けて上部駆動軸２３が突設されている。カバー体３に形成したブラケット４と上部駆動軸２３との間に軸受２４を備えることで、中央電極Ｄは本体ケースＡに対して縦向き姿勢の第２軸芯Ｘ２周りで回転自在に支持されている。
【００２５】
この第２軸芯Ｘ２は第１軸芯Ｘ１と平行する関係で配置されても良いが、この実施形態では、第２軸芯Ｘ２は第１軸芯Ｘ１と同一の直線上に配置されている。
【００２６】
ドラム状部材２０と、連結体２１と、電極プレート２２とは良導体で製造され、これらのうち水に接触する部位の耐食性を高め、水に対して電極面から不純物が融け込む現象を抑制するようにドラム状部材２０の外面、連結体２１、電極プレート２２の表面には白金やイリジウムが鍍金等の技術によって形成されている。
【００２７】
この電解水生成装置は、中央電極Ｄの電極プレート２２の外面と、筒状電極Ｂの筒状部１０の内面との距離（筒状電極Ｂの半径方向での距離）が３０ｍｍ程度に設定されている。また、筒状電極Ｂとイオン交換膜Ｃとの間の空間を陽極室ＲＡと称し、イオン交換膜Ｃと中央電極Ｄとの間の空間を陰極室ＲＣと称しており、これらを併せて電解槽と称する。
【００２８】
〔回転駆動機構と電源ユニット〕
下部駆動軸１２に対してギヤ減速機構１４を介して回転力を伝える第１電動モータＭ１を主ケース１の下部に備えており、この下部駆動軸１２の外周には下部リング電極１５が形成され、これに接触する良導体で成る下部ブラシ１６が主ケース１に支持されている。
【００２９】
また、上部駆動軸２３に対してギヤ減速機構２５を介して回転力を伝える第２電動モータＭ２を本体ケースＡの外部に備えており、この上部駆動軸２３の外周には上部リング電極２６が形成され、これに接触する良導体で成る上部ブラシ２７が主ケースのカバー体３に支持されている。
【００３０】
下部ブラシ１６、下部リング電極１５を介して筒状電極Ｂにプラスの電圧を印加すると同時に、上部ブラシ２７、上部リング電極２６を介して中央電極Ｄにマイナスの電圧を印加する電解電源回路２９を備えて電解電源ユニットＥが構成されている。また、第１電動モータＭ１と、第２電動モータＭ２と、これらに電力を供給する駆動電源回路３０とで駆動電源ユニットＦが構成されている。
【００３１】
第１電動モータＭ１と第２電動モータＭ２とはステッピングモータ等の同期モータが用いられ、駆動電源回路３０は、筒状電極Ｂと中央電極Ｄとを互いに逆方向に向けて等しい回転速度で回転させるように第１電動モータＭ１と第２電動モータＭ２とに供給する電力を制御する。この第１電動モータＭ１と第２電動モータＭ２と駆動電源回路３０とで本発明の駆動回転機構が構成されている。尚、回転数は６０〜１８０ｒｐｍ程度に設定される。
【００３２】
この電解水生成装置は、筒状電極Ｂと中央電極Ｄとは逆方向に回転させる必要はなく、夫々を同じ方向に回転させるように回転方向を設定しても良い。また、筒状電極Ｂと中央電極Ｄとの回転方向に拘わらず回転速度を等しくする必要はなく、異なる回転速度で回転させても良い。
【００３３】
電解電源回路２９は、定電流回路を備えており、筒状電極Ｂと中央電極Ｄとの間に１アンペア程度の定電流を継続的に供給する。
【００３４】
〔水の給排系〕
電解水生成装置に水の給排を行う給排系が以下のように構成されている。つまり、図１に示すように前記純水生成装置３１は原水から純水を生成する機能を有し、この純水生成装置３１と、純水を陰極室ＲＣに供給する供給管３２とで純水供給部が構成されている。また、陰極室ＲＣで生成された電解水（アルカリイオン水）を取り出して前記電解水タンク３７貯留する電解水貯留部が構成され、前記陽極室ＲＡに対して前記電解質溶液タンク３３の電解質溶液の給排を行う電解質溶液給排部が構成されている。
【００３５】
電解質溶液給排部は、電解質溶液タンク３３の電解質溶液を第１ポンプＰ１と補給管３４とを介して陽極室ＲＡに電解質溶液を供給する供給系と、陽極室ＲＡの電解質溶液を第２ポンプＰ２と排出管３５とを介して電解質溶液タンク３３に戻す排出系とを備えている。尚、電解質溶液タンク３３には水に対して水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム等の電解質を１ｗｔ％程度溶解した溶液が貯留される。尚、電解質の溶解量Ｑとしては0＜Q≦2.0wt％程度が実用的な値である。
【００３６】
電解水貯留部は、陰極室ＲＣで生成された電解水（アルカリイオン水）を取り出す第３ポンプＰ３と抽出管３６とを備えると共に、取り出した電解水を貯留する電解水タンク３７を備えている。この電解水タンク３７に貯留された電解水は飲料用や医療用、あるいは、化粧水に用いることが可能となる。
【００３７】
〔稼動形態・実施の形態の効果〕
上記のような構成から、この電解水生成装置で電解水を生成する際には、純水生成装置３１からの純水を陰極室ＲＣに供給すると共に、電解質溶液タンク３３の電解質溶液を陽極室ＲＡに供給する。この状態で電解電源ユニットＥから筒状電極Ｂをプラスと、中央電極Ｄをマイナスとして電圧を印加し、更に、駆動電源回路３０から第１電動モータＭ１と第２電動モータＭ２とに電力を供給する。
【００３８】
これにより、筒状電極Ｂと中央電極Ｄとが互いに逆方向に向けて設定速度で回転すると同時に、筒状電極Ｂと中央電極Ｄとに印加する電圧により陰極室ＲＣに電解水が生成される。
【００３９】
この稼動により電解槽では図４に示す反応が行われ電解水（同図では強還元水として記載）が生成される。同図に示す如く陽極室ＲＡでは酸素ガスが発生し、陰極室ＲＣでは水素ガスが発生する。このガスは電極の表面に生成されるため、ガスの気泡が付着することにより電極と電解質溶液や純水との通電が妨げられ、電解水の生成効率を低下させる原因となる。このような理由から、この電解水生成装置では、筒状電極Ｂと中央電極Ｄとを回転させることで、筒状電極Ｂと中央電極Ｄとの電極面の全面において水流を作り出す。
【００４０】
これにより、局部的に水流を作用させる現象を招くことなく、電極の全面に等しく強い水流を作用させることで電極に付着したガスの気泡層を電極面から分離させ、気泡層を除去することや気泡層の厚さの低減が可能となる、これにより通電の妨げを解消し良好な通電を行い電解水の生成効率を向上させている。尚、電極から分離した気泡は液面から大気に放出させることになる。
【００４１】
また、筒状電極Ｂを多角形に成形することにより、円周状の平滑な内周面で電極を形成するものと比較して、電極として機能する面積を増大させて電解性能を向上させる。特に、筒状電極Ｂが駆動回転することにより、電極面１０Ｓが陽極室ＲＡに水流を作り出すと同時に電極面１０Ｓの境界部分の隅部において水流に乱れを作り出す。これにより、水流の乱れを筒状電極Ｂの電極面１０Ｓとイオン交換膜Ｃの外面とに作用させ電極面１０Ｓとイオン交換膜Ｃの外面との気泡（気泡層）の除去を一層効率的に行える。
【００４２】
更に、中央電極Ｄの外周面には外方に突出する形態で複数の短冊状の電極プレート２２を備えているので、円周状の外周面で電力を形成するものと比較して、電極として機能する面積を増大させて電解性能を向上させる。また、中央電極Ｄが駆動回転する際には短冊状の電極プレート２２が水中を移動することになり、陰極室ＲＣに乱れた水流を作り出す。これにより、水流の乱れを電極プレート２２とイオン交換膜Ｃの内面とに作用させ、電極プレート２２とイオン交換膜Ｃの内面との気泡（気泡層）の除去を効率的に行える。
【００４３】
この電解水生成装置は、陰極室ＲＣに設定量の純水を貯留し、陽極室ＲＡに設定量の電解質溶液を貯留し、この状態で決まった時間だけ稼動させた後に陰極室ＲＣから電解水を取り出すバッチ処理を行って良い。これとは異なり、稼動時には陰極室ＲＣから決まった量の電解水を取り出すと同時に陰極室ＲＣに純水を供給する連続処理を行っても良い。尚、連続処理では陽極室ＲＡの電解質溶液の一部を電解質溶液タンク３３に戻しながら、この電解質溶液タンク３３の電解質溶液を陽極室ＲＡに供給する処理が行われる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、家庭に設置するもののように少量の電解水を生成するものだけではなく、大量の電解水を生成するように構成できる。また、バッチ処理によって電解水を生成する処理と、連続処理によって電解水を生成する処理とを切り換えるようにも構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】電解水生成システムの構成の概要を示す図
【図２】電解水生成装置の縦断面
【図３】電解水生成装置の横断面図
【図４】電解水の生成の概要を示す図
【符号の説明】
【００４６】
１０Ｓ      電極面
２２        電極プレート
Ｂ          筒状電極
Ｃ          イオン交換体（イオン交換膜）
Ｄ          中央電極
Ｅ          電解電源ユニット
Ｆ          駆動電源ユニット
Ｍ１        第１電動モータ
Ｍ２        第２電動モータ
Ｘ１        第１軸芯
Ｘ２        第２軸芯
【図１】
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【図２】
2010149016.tif 000004
【図３】
2010149016.tif 000005
【図４】
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