(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極室と陰極室とを隔てる陽イオン透過膜を有する第１の電解装置と、
陽極室と陰極室とを隔てる陰イオン透過膜を有する第２の電解装置と、
前記第１の電解装置と前記第２の電解装置に電解質水溶液を供給する供給槽とを一体として備えたことを特徴とする電解水の製造装置。
【請求項２】
前記第１の電解装置及び前記第２の電解装置は、前記陽極室又は前記陰極室のどちらか一方と前記供給槽とを接続させるための複数の連通孔を有することを特徴とする請求項１記載の電解水の製造装置。
【請求項３】
前記第１の電解装置及び前記第２の電解装置は、相互に独立した電源を有し、個別に電解水の生成を制御することができる制御部を有することを特徴とする請求項１または２記載の電解水の製造装置。
【請求項４】
前記第１の電解装置及び前記第２の電解装置は、電解原水を供給するための供給口と、生成された電解水を吐出するための吐出口をそれぞれ有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電解水の製造装置。
【請求項５】
前記吐出口には、吐出量を調整するための調整バルブを備えていることを特徴とする請求項４記載の電解水の製造装置。
【請求項６】
前記第１の電解装置及び前記第２の電解装置は、装置本体の大きさが異なっていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の電解水の製造装置。
【請求項７】
前記第１の電解装置と前記第２の電解装置の前記吐出口は、連通管で連通していることを特徴とする請求項４記載の電解水の製造装置。
【請求項８】
前記連通管は、管内の電解水の流量を調整するための流量調整バルブが設けられていることを特徴とする請求項７記載の電解水の製造装置。
【請求項９】
前記供給槽には、複数の前記第１の電解装置及び前記第２の電解装置が接続されており、前記第１の電解装置と前記第２の電解装置とがそれぞれ一対となって連通していることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の電解水の製造装置。
【請求項１０】
前記第１の電解装置及び前記第２の電解装置は、それぞれ電力供給量を異ならせることで、電解水の生成量や濃度、ｐＨ、酸化還元電位を調整することができることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の電解水の製造装置。
【請求項１１】
前記第１の電解装置及び前記第２の電解装置の陰極室の上部には、該陰極室で発生する水素ガスを回収するための回収室を備えており、
該回収室は、水蒸気から水素ガスを分離させるための気液分離部と、
分離された水素ガスを外部へ排出するための排出部を有することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の電解水の製造装置。
【請求項１２】
前記供給槽は、前記第１の電解装置及び前記第２の電解装置に対して前記電解質水溶液を循環供給することを特徴とする請求項１から１１のいずれかに項に記載の電解水の製造装置。
【請求項１３】
前記第１の電解装置及び前記第２の電解装置が有する電極は、多孔質体から形成されており、前記陽極室及び前記陰極室のそれぞれに隙間なく充填されて格納されており、
電解原水と電解質水溶液を前記多孔質体内に通過させて電解反応を行うことを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の電解水の製造装置。
【請求項１４】
前記多孔質体で構成された電極は、金属チタンの粒子及び繊維を多孔質状に固めた焼結体であることを特徴とする請求項１３記載の電解水の製造装置。
【請求項１５】
前記多孔質体で構成された電極は、孔の平均口径が０．３ｍｍ〜３ｍｍの範囲であり、気孔率が２０％以上で、かつ、厚みが１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１３または１４に記載の電解水の製造装置。
【請求項１６】
前記陽極室及び前記陰極室に設けられる電極は、前記多孔質体の電極同士の組み合わせもしくは、前記多孔質体の電極と平板状の電極との組み合わせ、前記多孔質体の電極とパンチング加工された電極もしくはハーフパンチング加工された電極との組み合わせであることを特徴とする請求項１３から１５のいずれかに記載の電解水の製造装置。
【請求項１７】
前記陽極室及び前記陰極室は、厚みのある立体形状の前記多孔質状で構成された電極を収容できる容積を有することを特徴とする請求項１３から１６のいずれかに記載の電解水の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解水を製造する製造装置及び製造方法に関し、特に、一隔膜二室型の電解装置で酸性又はアルカリ性の電解水を選択的に、かつ、単独で生成することができ、所望のｐＨや濃度の電解水を生成することができる電解水の製造装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の酸性電解水とアルカリ性電解水を製造することができる電解水の製造装置として、一隔膜二室型の製造装置や二隔膜三室型の製造装置がある。
一隔膜二室型の製造装置は、例えば、特許文献１に開示されているように、陽イオン透過膜を介して対向配置された陽極室と陰極室とを備え、陽極室には、食塩水を混合した原水が供給され、陰極室には電解原水のみが供給される。そして、電極に直流電流を印加することにより、陽極室では、次亜塩素酸を含む酸性電解水が生成され、陰極室では、アルカリ性電解水が生成される。
【０００３】
また、二隔膜三室型の製造装置は、特許文献２に開示されているように、２枚の隔膜で仕切ることによって陽極室と中間室と陰極室とを設けた電解槽を備えた水電気分解装置であり、陽極室と陰極室には原水が供給され、中間室には高濃度の電解質水溶液が充填されている。この装置でも一隔膜二室型の装置と同様に、陽極室では、酸性電解水が生成され、陰極室では、アルカリ性電解水が生成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３２９３７５号公報
【特許文献２】特開２０００−２４６２４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１及び特許文献２で開示された装置では、酸性電解水とアルカリ性電解水の両方を同時に生成してしまうことから、一方の電解水のみを必要とした場合に他方の電解水は不必要となり、廃棄せざるを得ない。また、各電極室内において電解原水や電解質水溶液の滞留時間が非常に短いために、電極付近では十分な電解反応が起こるが、電極と離れたところでは電極に接触できる機会が極端に少なくなるために電解原水や電解質水溶液が未電解のままで電解水とともに排出されてしまうといった問題がある。
【０００６】
また、従来の一隔膜二室型の電解装置では、陽極室又は陰極室の一方に電解原水を供給し、他方に電解質水溶液を供給して、電解原水を供給した電解室のみから酸性又はアルカリ性の電解水を生成するという発想がなかった。
【０００７】
また、陽極室又は陰極室の一方に電解原水を供給し、他方に電解質水溶液を供給して、電解原水を供給した電解質のみから酸性又はアルカリ性の電解水を生成することができる一隔膜二室型の電解装置を２台組み合わせて、一方の電解装置で酸性電解水を単独で生成させ、他方の電解装置でアルカリ性電解水を単独で生成させるという発想もなかった。
さらに、このような電解装置の一方の電解室に電解質水溶液を循環供給させるといった発想もなかった。
【０００８】
本発明は係る問題に鑑みてなされたものであり、一隔膜二室型の電解装置で酸性又はアルカリ性の電解水を選択的に、かつ、単独で生成することができると共に、電解効率を向上させることで所望のｐＨや濃度の電解水を生成することができる電解水の製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の電解水の製造装置は、陽極室と陰極室とを隔てる陽イオン透過膜を有する第１の電解装置と、陽極室と陰極室とを隔てる陰イオン透過膜を有する第２の電解装置と、前記第１の電解装置と前記第２の電解装置に電解質水溶液を供給する供給槽とを一体として備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の電解水の製造装置は、前記第１の電解装置及び前記第２の電解装置は、前記陽極室又は前記陰極室のどちらか一方と前記供給槽とを接続させるための複数の連通孔を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の電解水の製造装置は、前記第１の電解装置及び前記第２の電解装置は、相互に独立した電源を有し、個別に電解水の生成を制御することができる制御部を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の電解水の製造装置は、前記第１の電解装置及び前記第２の電解装置は、電解原水を供給するための供給口と、生成された電解水を吐出するための吐出口をそれぞれ有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の電解水の製造装置は、前記吐出口には、吐出量を調整するための調整バルブを備えていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の電解水の製造装置は、前記第１の電解装置及び前記第２の電解装置は、装置本体の大きさが異なっていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の電解水の製造装置は、前記第１の電解装置と前記第２の電解装置の前記吐出口は、連通管で連通していることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の電解水の製造装置は、前記連通管は、管内の電解水の流量を調整するための流量調整バルブが設けられていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の電解水の製造装置は、前記供給槽には、複数の前記第１の電解装置及び前記第２の電解装置が接続されており、前記第１の電解装置と前記第２の電解装置とがそれぞれ一対となって連通していることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の電解水の製造装置は、前記第１の電解装置及び前記第２の電解装置は、それぞれ電力供給量を異ならせることで、電解水の生成量や濃度、ｐＨ、酸化還元電位を調整することができることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の電解水の製造装置は、前記第１の電解装置及び前記第２の電解装置の陰極室の上部には、該陰極室で発生する水素ガスを回収するための回収室を備えており、該回収室は、水蒸気から水素ガスを分離させるための気液分離部と、分離された水素ガスを外部へ排出するための排出部を有することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の電解水の製造装置は、前記供給槽は、前記第１の電解装置及び前記第２の電解装置に対して前記電解質水溶液を循環供給することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の電解水の製造装置は、前記第１の電解装置及び前記第２の電解装置が有する電極は、多孔質体から形成されており、前記陽極室及び前記陰極室のそれぞれに隙間なく充填されて格納されており、電解原水と電解質水溶液を前記多孔質体内に通過させて電解反応を行うことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の電解水の製造装置は、前記多孔質体で構成された電極は、金属チタンの粒子及び繊維を多孔質状に固めた焼結体であることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の電解水の製造装置は、前記多孔質体で構成された電極は、孔の平均口径が０．３ｍｍ〜３ｍｍの範囲であり、気孔率が２０％以上で、かつ、厚みが１ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の電解水の製造装置は、前記陽極室及び前記陰極室に設けられる電極は、前記多孔質体の電極同士の組み合わせもしくは、前記多孔質体の電極と平板状の電極との組み合わせ、前記多孔質体の電極とパンチング加工された電極もしくはハーフパンチング加工された電極との組み合わせであることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の電解水の製造装置は、前記陽極室及び前記陰極室は、厚みのある立体形状の前記多孔質状で構成された電極を収容できる容積を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、異なるイオン透過膜を配設した２台の電解装置を一体化させ、電解質水溶液を供給する供給槽を連通させ、電解水を生成する電極室のみに電解原水を供給することにより、例えば、陰イオン透過膜を隔膜に採用した一隔膜二室型電解装置では、未電解の電解物質を含まない高純度の次亜塩素酸のみを含む酸性電解水、または、陽イオン透過膜を隔膜に採用した一隔膜二室型電解装置からは高純度の水酸化ナトリウムを含んだアルカリ性電解水の生成を一隔膜二室型の電解装置で実現することができる。
【００２８】
また、イオン透過膜の異なった２台の電解装置のうち一方のみを稼働させることができるため、必要とする酸性又はアルカリ性のどちらかの電解水を所望のｐＨや濃度で生成することができる。さらに、多孔質体の電極を採用することで、陽極室及び陰極室に供給される電解原水が、多孔質体の複雑な形状によって電解原水の流れに対して大きな抵抗となり多孔質体内をゆっくりと移動し、電極表面に時間をかけて接触するためイオンを含んだ電解原水に対して十分な電流効率（クーロン量）を与えることができるため、析出又は溶解機能により電極表面にスケールの付着を防止することができる。これにより、電極表面に気泡が発生し、この気泡が電解原水と電極表面との接触を阻害し、電解原水に含まれる金属が陰極に付着するのを防ぐことができる。電解原水と電極との接触時間が長いため効率の良い低消費電力の電解を実現することができる。これにより電解効率を飛躍的に向上させることができる。さらに、低電力による電解に伴い、電極本体の温度上昇を抑制し、電極と共に繊細なイオン透過膜の劣化損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１の実施形態に係る電解水の製造装置の構成を示した図である。
【図２】図２（ａ）は、多孔質体の電極の構成を示した図であり、図２（ｂ）は、第１の電解装置における原水及び電解イオン物質の挙動を示した図であり、図２（ｃ）は、第２の電解装置における原水及び電解イオン物質の挙動を示した図である。
【図３】第２の実施形態に係る電解水の製造装置の構成を示した図である。
【図４】第３の実施形態に係る電解水の製造装置の構成を示した図である。
【図５】第４の実施形態に係る電解水の製造装置の構成を示した図である。
【図６】第５の実施形態に係る電解水の製造装置の構成を示した図である。
【図７】第６の実施形態に係る電解水の製造装置の構成を示した図である。
【図８】第７の実施形態に係る電解水の製造装置の構成を示した図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
次に、図面を参照して、本実施形態に係る電解水の製造装置及び製造方法について説明する。
【００３１】
＜第１の実施形態＞
（電解装置の概略構成）
図１は、第１の実施形態に係る電解水の製造装置を示した図である。
図１に示すように、第１の実施形態に係る電解水の製造装置は、アルカリ性電解水を生成する第１の電解装置１００と、酸性電解水を生成する第２の電解装置２００と、これら第１及び第２の電解装置１００，２００のそれぞれ一方の電極室に対して電解質水溶液（例えば、塩化ナトリウム水溶液）を供給する供給槽３００とから構成されている。なお、第１及び第２の電解装置１００，２００は、隔壁４００を介して一体化されている。また、供給槽３００は、第１の電解装置１００と、第２の電解装置とのどちらか一方、又は両方同時に電解質水溶液を供給することができる構成となっている。
【００３２】
（第１の電解装置）
第１の電解装置１００には、陽極１０４を収容した陽極室１０１と、陰極１０５を収容した陰極室１０２とが配設され、中央部に陽極室１０１と陰極室１０２とを隔てるとともに陽極室１０１に供給された電解質水溶液に含まれる陽イオンのみを透過させるための陽イオン透過膜１０３が設けられている。
陽極１０４及び陰極１０５は、後述する多孔質体の電極から構成されており、陽極室１０１及び陰極室１０２のそれぞれにほぼ隙間なく充填されるようにして収容されている。そして、電源を備える制御部１０に陽極１０４及び陰極１０５が接続されている。また、陽極室１０１の上部には、供給槽３００と連通し飽和電解質水溶液を供給する供給口１０６が設けられるとともに、陽極室１０１内を通過した電解質水溶液を供給槽３００に回収するための回収口１０７が設けられている。
一方、陰極室１０２の上部には、陰極室１０２に電解原水を供給するための原水供給口１０８が設けられ、下部には陰極室１０２内で生成されたアルカリ性電解水を吐出させるための吐出口１０９が設けられている。なお、図では原水供給口１０８及び吐出口１０９をそれぞれ１つ設けた構成を示しているが、これに限られるわけではなく、それぞれ複数設けてもよい。また、原水供給口１０８及び吐出口１０９のそれぞれの口径を異ならせるようにしてもよい。
【００３３】
（第２の電解装置）
第２の電解装置２００には、第１の電解装置１００と同様に、陽極２０４を収容した陽極室２０１と陰極２０５を収容した陰極室２０２とが配設され、中央部に陽極室２０１と陰極室２０２とを隔てるとともに陰極室２０２に供給された電解質水溶液に含まれる陰イオンのみを透過させるための陰イオン透過膜２０３が設けられている。
陽極２０４及び陰極２０５は、後述する多孔質体の電極から構成されており、陽極室２０１及び陰極室２０２のそれぞれにほぼ隙間なく充填されるようにして収容されている。そして、電源を備える制御部２０に陽極２０４及び陰極２０５が接続されている。また、陰極室２０２の上部には、供給槽３００と連通し飽和電解質水溶液を供給する供給口２０６が設けられるとともに、陰極室２０２内を通過した電解質水溶液を供給槽３００に回収するための回収口２０７が設けられている。
一方、陽極室２０１の上部には、陽極室２０１に電解原水を供給するための原水供給口２０８が設けられ、下部には陽極室２０１内で生成された酸性電解水を吐出させるための吐出口２０９が設けられている。なお、図では原水供給口２０８及び吐出口２０９をそれぞれ１つ設けた構成を示しているが、これに限られるわけではなく、それぞれ複数設けてもよい。また、原水供給口２０８及び吐出口２０９のそれぞれの口径を異ならせるようにしてもよい。
【００３４】
なお、上記した第１の電解装置１００及び第２の電解装置２００の各電極室は、縦長であることが望ましく、直交する方向の幅よりも高さの方が大きいことが望ましい。電極室の幅に対する高さの比（高さ／幅）は、例えば、１．５以上、好ましくは１．５〜５．０とすることができる。このように第１の電解装置１００及び第２の電解装置２００の各電極室を縦長とすることにより、発生し上昇する塩素ガス（Ｃｌ２）と水との接触時間を長くすることができ、その結果、塩素と水との反応を確実に行うことができる。
【００３５】
なお、第１の電解装置１００及び第２の電解装置２００が有する制御部１０，２０は、各電極に対して供給する電力量を調整することが可能である。例えば、第１の電解装置１００と第２の電解装置２００とで電力供給量を変えることで、それぞれの電解装置で生成される電解水の濃度やｐＨ、酸化還元電位等を調整することができる。
【００３６】
（供給槽）
供給槽３００は、飽和電解質水溶液を収容している。そして、供給槽３００には、この飽和電解質水溶液を第１の電解装置１００の陽極室１０１へ供給するためのポンプ３０１と、第２の電解装置２００の陰極室２０２へ飽和電解質水溶液を供給するためのポンプ３０２が設けられている。ポンプ３０１は、第１の電解装置１００の陽極室１０１に設けられた供給口１０６と連通しており、ポンプ３０２は、第２の電解装置２００の陰極室２０２に設けられた供給口２０６と連通している。また、供給槽３００は、第１の電解装置１００の陽極室１０１の回収口１０７と連通しており、同様に、第２の電解装置２００の陰極室２０２の回収口２０７と連通している。
【００３７】
供給槽３００は、各電極室１０１，２０２に対し、飽和電解質水溶液を循環供給しており、第１の電解装置１００においては、陽イオン透過膜１０３を介して陰極室１０２に陽イオン（Ｎａ＋）を供給し、第２の電解装置２００においては、陰イオン透過膜２０３を介して陰イオン（Ｃｌ−）を供給する。
【００３８】
また、供給槽３００は、ポンプ３０１及びポンプ３０２の開閉により、第１の電解装置１００または第２の電解装置２００のどちらか一方又は、両方同時に飽和電解質水溶液を供給することができる。これにより、取水したい電解水を生成する電解装置に対してのみ飽和電解質水溶液を供給することができる。
なお、時間経過と共に、供給槽３００内の飽和電解質水溶液の濃度が薄くなるため、一定の濃度を維持するために絶えず外部から電解質水溶液を補充する構成にすることもできる。
【００３９】
なお、供給槽３００には、複数の第１及び第２の電解装置１００，２００を接続させてもよい。この場合、それぞれの第１及び第２の電解装置１００，２００とを一対として各吐出口１０９，２０９を連通管３０３で連通させる。
これにより、大量に電解水を生成することができ、また、生成した電解水を大量に混合させることができる。
【００４０】
（電極）
次に、電極及び電極室内での電解原水と電解イオン物質の挙動について説明する。
図２（ａ）は、電極の構成を示す図であり、図２（ｂ）〜（ｃ）は、電極室内での電解原水と電解イオン物質の挙動を示した図である。
図に示すように、この多孔質体の電極は、チタン製やステンレス製の金網を多層にわたって重ねたものや、金属チタンの粒子及び繊維を多孔質状に固めた焼結体でかつ、立体形状で構成されている（図２（ａ））。さらに、この電極は、立体形状を十分に収容できる容積を備えた電極室にほぼ隙間なく充填されるようにして収容されている。そして、この多孔質体の電極は、孔の平均口径が０．３ｍｍ〜３ｍｍの範囲の大きさであり、気孔率が２０％以上、厚みが１ｍｍ以上である。この構成によって図２（ｂ）に示すように、第１の電解装置では、陽極室１０１に供給槽３００から供給される飽和電解質水溶液が多孔質体の電極内を直線的に移動することができず、流体抵抗の大きな多孔質体の内部で孔をくぐりぬけながら、陽極室１０１内上部から下部へ向かって、ゆっくりと電極と気泡に接触しながら移動する。また、電気泳動により、飽和電解質水溶液に含まれる電解イオン物質の陽イオン（Ｎａ＋）が陽イオン透過膜１０３を介して陰極室１０２へ移動する。このとき、飽和電解質水溶液は陽極室１０１をゆっくり移動するため高濃度の状態で陽イオン（Ｎａ＋）が陰極室１０２へ移動することができる。（図２（ｂ））。さらに、陰極室１０２でも、電解原水が多孔質体の電極内をゆっくり移動するために、陰極室１０２に移動してきた陽イオン（Ｎａ＋）と電解原水（Ｈ２Ｏ）に十分な電位を印加することが可能となり良好な電解反応が行われる。
【００４１】
また、図２（ｃ）に示すように、第２の電解装置２００では、陰極室２０２に供給される飽和電解質水溶液は、陰極室２０２の上部から下部へ向かって多孔質体の電極（陰極２０５）内をゆっくり移動する。このとき、飽和電解質水溶液に含まれる電解イオン物質の陰イオン（Ｃｌ−）が陰イオン透過膜２０３を介して陰イオンだけを選択して高純度で陽極室２０１へ移動する。陽極室２０１では電解原水が供給され、同様に多孔質体の電極（陽極２０４）内をゆっくり移動するため、高濃度及び高純度の状態で移動してきた陰イオン（Ｃｌ−）と十分な電解反応が行われる（図２（ｃ））。
【００４２】
ところで、上記した多孔質体の電極の気孔率は、本発明者の実験によると、気孔率が２０％以下の場合では、流体抵抗が大きすぎるために電解原水が多孔質体の電極内をスムーズに通過できない。さらに、電解原水と電極との接触面積も少なく、十分な電位を与えることができない。
【００４３】
しかし、気孔率２０％以上の場合では、電解原水が多孔質体の電極内をスムーズに通過でき、かつ、電極内をくまなく通過するために、電解原水に十分な電位を与えることができる。これにより、電解原水に対して十分な電位を与えることができ、水素イオン濃度（ｐＨ）や酸化還元電位（ＯＲＰ）を高濃度にすることができる。本発明者の実験によると、この電極の気孔率の範囲は６０％〜９０％が好適であると確認されている。９０％以上になると流体抵抗が小さくなり過ぎるので、電解原水の流速が極端に速くなりすぎるために電解効率に影響を及ぼすことになる。
【００４４】
また、従来の装置では、電極と原水との接触を多くするために、ある程度の電極の大きさが必要であり、それに伴い電解室も大きくなってしまう。しかし、多孔質体の電極を採用することで、従来の装置に用いる電極より小さくても電極と原水との接触は大幅に増加させることができるため、電解室を二分の一以下にさせることが可能である。
【００４５】
さらに、ゆっくり流れた電解原水は電極室における滞留時間が長いため、十分な電流を供給することができ、電極表面に猛烈な気泡を発生させ、その気泡が電解原水と電極表面の接触を阻害し、陰極側へのスケールの付着を防止することができる。また、電解原水と電極との接触時間が長いため、少ない電気量で効率良く従来の濃度を生成することができる。これにより、電極の温度上昇を抑えることができ、イオン透過膜の劣化の防止、電極表面の劣化の防止をすることができる。
【００４６】
以上のことからすると、従来の電解装置では電極付近では、電解イオン物質は高濃度で存在するが、自然拡散及び強制的な拡散により電極から離れ希釈されてしまう。また、電極近傍では当然高い電流密度が存在し、電解イオン物質と電解原水の電子の授受が高い密度で行われるが、電極から離れた位置では、電解イオン物質の濃度は希薄であり、電解原水も電極と接触することができないために、効率的な電解反応を行うことができない。
しかし、多孔質体の電極の場合では、高濃度の電解イオン物質が電極内の全体で電解イオン物質が高濃度で存在し、かつ、電解原水も電極内をくまなく通過しながら電極と接触することにより、電子の授受を高い密度で行うことができ、効率的に電解反応を起こすことができる。
【００４７】
また、従来の電極室では、電極と電極室との空間が３〜５ｍｍ程度の距離があり、電解原水が電極と接触せずに排出されてしまう。ところが、電極室内にほぼ隙間なく充填されるように配設されている多孔質体の電極では、微細孔を通過する電解原水と電極との距離が、０．３ｍｍ径の孔の場合、原水と電極間との距離は、最大で半径の０．１５ｍｍと電流密度の濃い電極近傍を通過するため、電解イオン物質と電解原水の電子の授受が効率的に行われる。
【００４８】
従って、多孔質体の電極を採用することで、電解効率を向上させることができるため、得られる電解水のｐＨや酸化還元電位を向上させることができ、未電解の電解イオン物質の排出を防止することができる。また、電解室に飽和電解質水溶液を供給することで省電力で電解反応を起こすことができ、電極やイオン透過膜への損傷を防止することができる。さらに、装置本体の小型化を図ることができる。
【００４９】
（電解装置の動作）
次に、電解水の製造装置の動作について説明する。
まず、アルカリ性電解水を生成する第１の電解装置１００の動作について説明する。
第１の電解装置１００において、陽極室１０１に供給槽３００からポンプ３０１を介して飽和電解質水溶液が供給され、陰極室１０２に電解原水が供給される。そして、制御部１０によって陽極１０４及び陰極１０５に電流を印加する。
【００５０】
（陽極室）
陽極室１０１では、供給された飽和電解質水溶液に含まれる塩化物イオン（Ｃｌ−）が下記に示す反応式に基づいて陽極１０４表面で反応する。
２Ｃｌ−→Ｃｌ２＋２ｅ−・・・（１）
また、発生する塩素ガス（Ｃｌ２）は、下記式に基づき、水と反応して塩酸と次亜塩素酸を生成する。
Ｃｌ２＋Ｈ２Ｏ→ＨＣｌ＋ＨＣｌＯ・・・（２）
（２）式で得られた塩酸（ＨＣｌ）と次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）は、陽極室１０１の下部に設けられている回収口１０７を介して供給槽３００へ回収される。
【００５１】
（陰極室）
一方、陰極室１０２では、陽極室１０１に供給された飽和電解質水溶液に含まれる電解イオン物質（Ｎａ＋）が電気泳動によって陽イオン透過膜１０３を通過して陰極室１０２に高濃度の状態で供給される。
Ｎａ＋＋ｅ−→Ｎａ・・・（３）
２Ｎａ＋２Ｈ２Ｏ→２Ｎａ＋＋２ＯＨ−＋Ｈ２・・・（４）
式（４）に示すように、水素ガス（Ｈ２）の発生と共に水酸化ナトリウム水溶液（ＮａＯＨ）がアルカリ性の電解水として生成され、吐出口１０９から回収される。
【００５２】
次に、酸性電解水を生成する第２の電解装置２００の動作について説明する。
第２の電解装置２００において、陰極室２０２に供給槽３００からポンプ３０２を介して飽和電解質水溶液が供給され、陽極室２０１に電解原水が供給される。そして、制御部２０によって陽極２０４及び陰極２０５に電流を印加する。
【００５３】
（陰極室）
陰極室２０２では、供給された飽和電解質水溶液に含まれる陽イオン（Ｎａ＋）が下記に示す反応式に基づいて陰極２０５表面で反応する。
Ｎａ＋＋ｅ−→Ｎａ・・・（５）
２Ｎａ＋２Ｈ２Ｏ→２Ｎａ＋＋２ＯＨ−＋Ｈ２・・・（６）
式（６）に示すように、水素ガス（Ｈ２）の発生と共に水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）が生成され、回収口２０７から供給槽３００へ回収される。
【００５４】
（陽極室）
陽極室２０１では、陰極室２０２に供給された飽和電解質水溶液に含まれる陰イオン（Ｃｌ−）が電気泳動によって陰イオン透過膜２０３を通過して陽極室２０１に高濃度状態で供給される。そして塩化物イオン（Ｃｌ−）が下記に示す反応式に基づいて陽極２０４表面で反応する。
２Ｃｌ−→Ｃｌ２＋２ｅ−・・・（７）
また、発生する塩素ガス（Ｃｌ２）は、下記式に基づき、水と反応して塩酸と次亜塩素酸を生成する。
Ｃｌ２＋Ｈ２Ｏ→ＨＣｌ＋ＨＣｌＯ・・・（８）
式（８）に示すように、生成された次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）が酸性の電解水として吐出口２０９から吐出される。
【００５５】
以上の説明から、第１の実施形態における電解水の製造装置は、第１の電解装置１００を稼働させた場合には、アルカリ性電解水を生成することができ、第２の電解装置２００を稼働させた場合には、酸性電解水を生成することができる。これにより、酸性又はアルカリ性の必要とする電解水のみを生成させることができ、不必要な電解水の生成を防止することができる。
【００５６】
また、多孔質体の電極内は原水の移動抵抗が高いため、原水の供給口が一つの場合、電極内をくまなく移動させることが困難であるため、原水供給口１０８，２０８を複数設けることで多孔質体の電極内の隅々まで原水を移動させることができる。これに伴い、吐出口１０９，２０９も複数設けることで、多孔質体の電極内をくまなく通過して生成された電解水をスムーズに吐出させることができる。
さらに、供給口１０８，２０８の口径よりも吐出口１０９，２０９の口径を大きくすることで原水の供給圧力による電解装置への負担を軽減させることができる。
【００５７】
＜第２の実施形態＞
図３を参照して、第２の実施形態に係る電解水の製造装置について説明する。なお、図１に示した符号と同一の符号を付したものは同一の機能を有するものであるので、ここでは重複する説明を省略する。
図に示すように、第２の実施形態に係る電解水の製造装置は、第１の電解装置１００及び第２の電解装置２００のそれぞれの原水供給口１０８，２０８に電解原水の給水量を調整するための給水量調整バルブ１１０，２１０を設けている点において第１の実施形態に係る電解水の製造装置と異なる。第２の実施形態に係る電解水の製造装置では、この給水量調整バルブ１１０，２１０によって原水の給水量を調整すると、例えば、第１の電解装置１００において、電解原水の供給量を減少させるとｐＨの高いアルカリ性の電解水を生成することができ、一方で、第２の電解装置２００において、電解原水の給水量を減少させるとｐＨの高い酸性の電解水を生成させることができる構成となっている。
【００５８】
また、それぞれの吐出口１０９，２０９には電解水の吐出量を調整するための吐出量調整バルブ１１１，２１１が設けられており、さらに吐出口１０９，２０９を連通させる連通管３０３を設けている。この連通管３０３には、連通管３０３内の流量を調整する流量調整バルブ３０４を備えられており、この吐出量調整バルブ１１１，２１１と流量調整バルブ３０４による調整によって、アルカリ性電解水と酸性電解水のｐＨを自在に調整することができ、従来の電解装置では実現することができなかったアルカリ性電解水に次亜塩素酸を混合させた電解水を生成することができ、使用目的に必要な範囲で混合生成をすることが可能となる。
【００５９】
＜第３の実施形態＞
図４を参照して、第３の実施形態に係る電解水の製造装置について説明する。なお、図１および図３に示した符号と同一の符号を付したものは同一の機能を有するものであるので、ここでは重複する説明を省略する。
図に示すように、第３の実施形態に係る電解水の製造装置は、第１の電解装置１００と同様に第２の電解装置２００とが陽イオン透過膜１０３，２０３ａによって陽極室２０１と陰極室２０２とに隔てられており、供給槽３００から飽和電解質水溶液が陽極室２０１へ供給される点において第１及び第２の実施形態に係る電解水の製造装置と異なる。即ち、第３の実施形態に係る電解水の製造装置では、第１の電解装置１００と第２の電解装置２００とが共にアルカリ性の電解水を生成する構成となる。
この実施形態によれば、両方の電解装置１００，２００を稼働させることで、短時間で大量のアルカリ性の電解水を生成することができる。また、少量のアルカリ性の電解水を生成したい場合には、一方の電解装置のみを稼働させることもできる。
【００６０】
＜第４の実施形態＞
図５を参照して、第４の実施形態に係る電解水の製造装置について説明する。なお、図１、図３および図４に示した符号と同一の符号を付したものは同一の機能を有するものであるので、ここでは重複する説明を省略する。
図に示すように、第４の実施形態に係る電解水の製造装置は、第１の電解装置１００と第２の電解装置２００とが陰イオン透過膜１０３ａ，２０３によって陽極室１０１と陰極室１０２とに隔てられており、供給槽３００から飽和電解質水溶液が陰極室１０２へ供給される点において第３の実施形態に係る電解水の製造装置と異なる。即ち、第４の実施形態に係る電解水の製造装置では、第１の電解装置１００と第２の電解装置２００とが共に酸性の電解水を生成する構成となる。
この実施形態によれば、両方の電解装置１００，２００を稼働させることで、短時間で大量の酸性の電解水を生成することができる。また、少量の酸性の電解水を生成した場合には、一方の電解装置のみを稼働させることもできる。
【００６１】
＜第５の実施形態＞
図６を参照して、第５の実施形態に係る電解水の製造装置について説明する。なお、図１、図３〜図５に示した符号と同一の符号を付したものは同一の機能を有するものであるので、ここでは重複する説明を省略する。
図に示すように、第５の実施形態に係る電解水の製造装置は、第１の電解装置１００及び第２の電解装置２００に陽イオン透過膜２０３ａを配設し、供給槽３００からの飽和電解質水溶液の供給を陽極室１０１，２０１へ行い、第１の電解装置１００と第２の電解装置２００とが共にアルカリ性電解水を生成することができる構成となっている点において第３の実施形態と同じであるが、第５の実施形態に係る電解水の製造装置では、第１の電解装置１００と第２の電解装置２００とを異なる大きさにし、陰極室１０２，２０２の上部に、各陰極室１０２，２０２で発生する水素を回収するための回収室１１２，２１２を設けるようにしている。この回収室１１２，２１２は、気液分離部１１３，２１３と排出部１１４，２１４とから構成されている。気液分離部１１３，２１３が、陰極室１０２，２０２で発生する水素ガスを水蒸気から分離して回収し、回収された水素ガスは排出部１１４，２１４によって外部に排出される。
これより、回収される水素ガスは燃料として使用することができ、生成されたアルカリ性電解水はエマルジョン燃料の混合物として使用することができる。
【００６２】
＜第６の実施形態＞
図７を参照して、第６の実施形態に係る電解水の製造装置について説明する。なお、図１、図３〜図６に示した符号と同一の符号を付したものは同一の機能を有するものであるので、ここでは重複する説明を省略する。
図に示すように、第６の実施形態に係る電解水の製造装置は、第１の電解装置１００と第２の電解装置２００とを異なる大きさにすることで、電解水の生成量を変えることができるものである。
この実施形態によれば、第１の電解装置１００で少量の酸性の電解水を生成し、第２の電解水２００で大量のアルカリ性の電解水を生成するものである。そして、連通管３０３を介して第１の電解装置１００で生成された少量の酸性の電解水を第２の電解装置２００で生成された大量のアルカリ性の電解水に混合させることで、次亜塩素酸が混合されたアルカリ性の電解水を生成することができる。
【００６３】
＜第７の実施形態＞
図８を参照して、第７の実施形態に係る電解水の製造装置について説明する。
図に示すように、第７の実施形態に係る電解水の製造装置は、第６の実施形態に係る電解水の製造装置と同様に、第１の電解装置１００と第２の電解装置２００とを異なる大きさにすることで、電解水の生成量を変えることができるものである。
この実施形態によれば、第１の電解装置１００と第２の電解装置２００とでそれぞれで生成する電解水を生成量に差をつけることができる。これにより、第２の電解装置２００で生成した酸性の電解水に第１の電解装置１００で生成したアルカリ性の電解水を連通管３０３を介して混合することができる。この実施形態では、主にｐＨを調整した酸性の電解水を大量に生成する場合であって、酸性の電解水にアルカリ性の電解水を混合させてｐＨを例えば５．０〜６．０の範囲で調整することができるものである。
【００６４】
なお、上記した実施形態は、第１の電解装置１００と第２の電解装置２００の両方に供給槽３００が接続されており、酸性又はアルカリ性の電解水を生成することができる構造となっているが、必ずしも両方の電解水の製造が必要でなければ、第１の電解装置１００又は第２の電解装置２００の一方のみに供給槽３００を接続したものを用意することも可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１０、２０    制御部
１００    第１の電解装置
１０１、２０１    陽極室
１０２、２０２    陰極室
１０３、２０３ａ    陽イオン透過膜
１０３ａ、２０３    陰イオン透過膜
１０４、２０４    陽極
１０５、２０５    陰極
１０６、２０６    供給口
１０７、２０７    回収口
１０８、２０８    原水供給口
１０９、２０９    吐出口
１１０、２１０    給水量調整バルブ
１１１、２１１    吐出量調整バルブ
１１２、２１２    回収室
１１３、２１３    水素ガス収容部
１１４、２１４    排出部
３００    供給槽
３０１、３０２    ポンプ
３０３    連通管
３０４    流量調整バルブ
４００    隔壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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