(57)【要約】【課題】希薄食塩水等を被電解水とし、同被電解水を有隔膜電解して電解生成酸性水と電解生成アルカリ性水を同時に生成する有隔膜電解を対象とし、主たる目的は、高い殺菌能を有するが塩素ガスを揮発し難いｐＨが比較的高い電解生成酸性水と、高い洗浄能を有する強アルカリ性の電解生成アルカリ性水とを同時に生成することにある。【解決手段】有隔膜電解に使用する有隔膜電解槽として、陽極側電解室Ｒ1と陰極側電解室Ｒ2を区画形成する隔膜１２が電解生成水を透水可能な透水性膜である有隔膜電解槽１０を採用して、陰極側電解室Ｒ2内で生成される電解生成アルカリ性水の一部を陽極側電解室Ｒ1に移動させつつ電解して、ｐＨを比較的高く調整された電解生成酸性水を生成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機塩化物塩の希薄水溶液を被電解水とし、同被電解水を有隔膜電解して電解生成酸性水と電解生成アルカリ性水を同時に生成する電解水生成方法であり、有隔膜電解に使用する有隔膜電解槽として、陽極側電解室と陰極側電解室を区画する隔膜が電解生成水を透水可能な透水性膜である有隔膜電解槽を採用することを特徴とする電解水生成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の電解水生成方法であり、前記有隔膜電解槽の陰極側電解室内で生成される電解生成アルカリ性水の一部を、前記透水性膜を透して陽極側電解室内へ移動させつつ有隔膜電解することを特徴とする電解水生成方法。
【請求項３】
請求項２に記載の電解水生成方法であり、前記有隔膜電解槽の陰極側電解室内の電解生成アルカリ性水を陽極側電解室内へ移動させる手段として、前記陰極側電解室内から流出管路を通して流出する電解生成アルカリ性水の流出量を制御する手段を採用することを特徴とする電解水生成方法。
【請求項４】
無機塩化物塩の希薄水溶液を被電解水とし、同被電解水を有隔膜電解して電解生成酸性水と電解生成アルカリ性水を同時に生成する電解水生成装置であり、有隔膜電解槽として、陽極側電解室と陰極側電解室を区画する隔膜が電解生成水を透水可能な透水性膜である有隔膜電解槽が採用されていることを特徴とする電解水生成装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電解水生成装置であり、前記有隔膜電解槽における陰極側電解室内の電解生成アルカリ性水を陽極側電解室内へ移動させる手段として、前記陰極側電解室内から電解生成アルカリ性水を流出させる流出管路に配設された流量調整弁を備えていることを特徴とする電解水生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機塩化物塩の希薄水溶液を被電解水とし、同被電解水を有隔膜電解して電解生成酸性水と電解生成アルカリ性水を同時に生成するための電解水生成方法、および、当該電解水生成方法を実施するための電解水生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電解水生成方法の一方式として、無機塩化物塩の希薄水溶液を被電解水として、同被電解水を有隔膜電解にて電解して、電解生成酸性水と電解生成アルカリ性水を同時に生成する方式の電解水生成方法があり、また、当該電解水生成方法を実施するための電解水生成装置として、有隔膜電解槽を主体とする形式の電解水生成装置がある。
【０００３】
当該方式の電解水生成方法および当該形式の電解水生成装置は、殺菌能が高い電解生成酸性水と洗浄能が高い電解生成アルカリ性水を同時に生成することができる点で、極めて有用な方法および装置であるものと認められている。当該方式の電解水生成方法および当該形式の電解水生成装置では、当然のことながら、有隔膜電解には有隔膜電解槽が使用されるが、有隔膜電解槽としては、陽極側電解室と陰極側電解室を区画する隔膜として、陽イオンおよび陰イオンの双方を通過させるが透水性のない中性膜を採用した有隔膜電解槽を使用するのが一般である（特許文献１を参照）。特殊な例としては、陽極側電解室と陰極側電解室を区画する隔膜として陽イオン交換膜（非透水性）を採用した有隔膜電解槽を使用する例もある（特許文献２を参照）。
【０００４】
有隔膜電解のために使用される基本的な有隔膜電解槽は、上記した特許文献１に開示されている有隔膜電解槽（隔膜：非透水性の中性膜）であって、当該有隔膜電解槽を使用した有隔膜電解では、ｐＨ２．７以下という強酸性の電解生成酸性水と、ｐＨ１１．３以上という強アルカリ性の電解生成アルカリ性水とが同時に生成される。これらの電解生成水は、生成された状態のまま使用されることがあるが、使い勝手から、ｐＨを調整して使用されることが多い。電解生成酸性水のｐＨ調整では、電解生成酸性水と被電解水またはその原水を混合する手段や、電解生成酸性水と電解生成アルカリ性水と被電解水またはその原水を混合する手段が採られる。
【０００５】
このような電解生成酸性水のｐＨ調整の主たる目的は、強酸性の電解生成酸性水のｐＨを高めることにある。電解生成酸性水は、強酸性である場合には、溶存する塩素成分が塩素ガスとして揮発し易く、揮発した塩素ガスは周囲の環境を汚染するおそれがあり、特に、器機類を腐食するおそれがある。従って、上記したｐＨ調整では、電解生成酸性水のｐＨを、塩素ガスの発生が大幅に抑制されるが、殺菌能が損なわれることがない範囲に調整することを意図している。
【０００６】
しかしながら、当該有隔膜電解では、強酸性の電解生成酸性水が必然的に生成され、当該電解生成酸性水は、ｐＨ調整を終えるまでは塩素ガスを揮発し易い状態にあることから、塩素ガスの揮発に起因する問題は十分には解消できない。また、有隔膜電解槽の両電解室を形成している隔膜が非透水性であることから、両電極間では電気抵抗が大きく、両電極間に電流を流すためには高い電圧が必要であって、電源が大型化することになる。
【０００７】
一方、上記した特許文献２に開示されている、特殊な隔膜（隔膜：陽イオン交換膜）を採用してなる有隔膜電解槽を使用する意図は、陰極側電解室で生成される電解生成アルカリ性水を濃縮した状態に保持することによって、電解生成アルカリ性水の排出量を大幅に減少させることにある。従って、当該有隔膜電解は、電解生成アルカリ性水の使用価値を認識していない状況下において成立するものであって、電解生成アルカリ性水の使用をも意図している場合には成立しない電解である。
【０００８】
当該有隔膜電解では、隔膜として陽イオン交換膜を使用することによって電解生成アルカリ性水を濃縮することから、結果として、電解生成酸性水のｐＨが上昇する。このため、結果として、生成される電解生成酸性水のｐＨが高くて、塩素ガスの揮発およびこれに起因する問題は大幅に低減される。しかしながら、隔膜として採用している陽イオン交換膜は実質的には非透水性であることから、上記した非透水性の中性膜の場合と同様の問題（高電圧の要請）がある。
【０００９】
また、当該有隔膜電解では、陰極側電解室内で生成される電解生成アルカリ性水の流動もほとんどなく、陰極側電解室内、陽イオン交換膜上、配管内等でのスケールの析出が酷くて、有隔膜電解槽のメンテナンスが大きな問題となる。かかる問題を解決するためには、両電極の極性の切替頻度を高める手段があるが、陽イオン交換膜には選択性があるためにかかる手段を採ることができない。、陽イオン交換膜については、スケールにて汚損された状態の膜を新たな膜に交換することが考えられるが、陽イオン交換膜は上記した中性膜に比較して極めて高価であることから、その交換頻度を高めることは好ましくない。
【特許文献１】特公平４−４２０７７号公報
【特許文献２】特開２００２−２１０４６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、無機塩化物塩の希薄水溶液を被電解水とし、同被電解水を有隔膜電解して電解生成酸性水と電解生成アルカリ性水を同時に生成することができる有隔膜電解を対象とする。すなわち、本発明は、高い殺菌能を有する電解生成酸性水と高い洗浄能を有する電解生成アルカリ性水とを同時に生成することができる有隔膜電解を対象とするものであって、本発明の目的は、当該有隔膜電解においては、有隔膜電解が有する上記した各問題の少なくとも一を解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、電解水生成方法および電解水生成装置に関する。本発明は、無機塩化物塩の希薄水溶液を被電解水とし、同被電解水を有隔膜電解して電解生成酸性水と電解生成アルカリ性水を同時に生成する方式の電解水生成方法、および、当該電解水生成方法を実施する形式の電解水生成装置を適用対象とする。
【００１２】
しかして、本発明に係る電解水生成方法においては、有隔膜電解に使用する有隔膜電解槽として、陽極側電解室と陰極側電解室を区画する隔膜が電解生成水を透水可能な透水性膜である有隔膜電解槽を採用することを特徴とするものである。
【００１３】
本発明に係る電解水生成方法においては、前記有隔膜電解槽の陰極側電解室内で生成される電解生成アルカリ性水の一部を、前記透水性膜を透して陽極側電解室内へ移動させつつ有隔膜電解する態様を採ることができる。この場合、前記有隔膜電解槽の陰極側電解室内の電解生成アルカリ性水を陽極側電解室内へ移動させる手段として、前記陰極側電解室内から流出管路を通して流出する電解生成アルカリ性水の流出量を制御する方法を採用することが好ましい。
【００１４】
また、本発明は電解水生成装置であり、本発明に係る電解水生成装置は、上記した形式の電解水生成装置においては、有隔膜電解槽として、陽極側電解室と陰極側電解室を区画する隔膜が電解生成水を透水可能な透水性膜である有隔膜電解槽が採用されていることを特徴とするものである。本発明に係る電解水生成装置においては、陰極側電解室内の電解生成アルカリ性水を陽極側電解室内へ移動させる手段として、前記陰極側電解室内から電解生成アルカリ性水を流出させる流出管路に配設された流量調整弁を備えていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る電解水生成方法および電解水生成装置における最大の特徴は、陽極側電解室と陰極側電解室とを区画形成する隔膜として透水性膜を採用している有隔膜電解槽を使用することにある。本発明においては、当該有隔膜電解槽を使用して、各電解室内への被電解水の供給量および各電解室内で生成される電解生成水の流出量を各電解室間で同一量とする電解運転（第１の電解運転態様）と、各電解室内への被電解水の供給量は同一量であるが、各電解室内で生成される電解生成水の流出量を陰極側電解室の方を少なくする電解運転（第２の電解運転態様）を採ることができる。
【００１６】
本発明に係る第１の電解運転態様では、隔膜として透水性膜を採用しているにも拘わらず、一方の電解室内から他方の電解室内への電解生成水の移動は認められないが、両電極間の電気抵抗が低下する。このため、陽極側電解室内で生成される電解生成酸性水はｐＨを調整されることはなく、強酸性の電解生成酸性水として系外へ流出することになるが、同一の電解電流を電解条件とする電解運転では、従来ほどの高電圧を要求されることがなく、電解運転に要する電気量が軽減される。換言すれば、第１の電解運転態様を採る場合には、電気効率を向上させることができる。
【００１７】
また、第１の電解運転態様では、両電極間の抵抗が低下することから、陽極側電極の表面で反応する物質の比率が変化する。すなわち、陽極側電極の表面では、塩化物イオンと水酸化物イオンがそれぞれ反応に関与するが、過電圧では、塩化物イオンの関与が水酸化物イオンよりも低い傾向にある。従来の電解運転では、電圧が高いため、水酸化物イオンが関与する反応が優先されているが、第１の電解運転態様ではこの優先順位が壊されて、塩化物イオンが反応に有意に関与する結果、電解生成酸性水は、従来の電解生成酸性水に比較して、有効塩素濃度が高いものとなる。この結果も、第１の電解運転態様を採る場合に電気効率が向上することを裏付けている。
【００１８】
一方、本発明に係る第２の電解運転態様では、隔膜として透水性膜を採用していて、各電解室内で生成される電解生成水の流出量を陰極側電解室の方を少なくなるように制御している。このため、第２の電解運転態様では、電解運転中、陰極側電解室内で生成されている電解生成アルカリ性水の一部が、透水性膜を透して継続して、陽極側電解室内に移動する。このため、陽極側電解室内で生成される電解生成酸性水は、移動してきた電解生成アルカリ性水と混合してｐＨを高められ、比較的高い設定されたｐＨの電解生成酸性水として系外に流出する。
【００１９】
すなわち、第２の電解運転態様を採れば、強アルカリ性の電解生成アルカリ性水と同時に、ｐＨが３．０〜７．０の範囲内、好ましくは、ｐＨが４．０〜６．０の範囲内にて任意のｐＨに調整された電解生成酸性水を生成することができる。この範囲内のｐＨの電解生成酸性水では、揮発性の塩素成分の含有量が少なく、殺菌作用に有効な塩素成分を安定した状態で多く含有する。換言すれば、第２の電解運転態様を採れば、有効塩素濃度が高くて殺菌能が高く、かつ、揮発性塩素成分の含有量が少なくて塩素ガスを揮発がし難い、総合的には優れた電解生成酸性水である殺菌用水を生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明は、無機塩化物塩の希薄水溶液を被電解水とし、同被電解水を有隔膜電解して電解生成酸性水と電解生成アルカリ性水を同時に生成する電解水生成方法、および、当該電解水生成方法を実施するための電解水生成装置である。図１には、本発明に係る電解水生成装置の一実施形態を概略的に示している。
【００２１】
当該電解水生成装置は、有隔膜電解槽１０を主体とするものであり、有隔膜電解槽１０は、槽本体１１と、槽本体１１内を左右に区画する隔膜１２と、隔膜１２にて区画形成された隔室に配設されて各隔室を一対の電解室に形成する電極１３ａ，１３ｂを備えている。当該有隔膜電解槽１０には、各電解室Ｒ1，Ｒ2の上流側に被電解水の供給管路２１ａ，２１ｂが連結され、かつ、各電解室Ｒ1，Ｒ2の下流側に電解生成水の流出管路２２ａ，２２ｂが連結されている。各流出管路２２ａ，２２ｂには、流量制御弁２３ａ，２３ｂが介装されている。なお、各供給管路２１ａ，２１ｂには、減圧弁２４ａ，２４ｂが介装されている。
【００２２】
当該電解水生成装置においては、被電解水として、無機塩化物塩、たとえば食塩の希薄水溶液が採用される。当該被電解水は、各供給管路２１ａ，２１ｂを通して各電解室Ｒ1，Ｒ2に供給されるようになっており、電解運転時には、一定流量の被電解水が各電解室Ｒ1，Ｒ2に連続して供給される。また、電解運転時には、各電解室Ｒ1，Ｒ2の各電極１３ａ，１３ｂには、所定電圧の電流が印加されて所定の電解電流の条件下で電解がなされるようになっている。
【００２３】
これにより、各電解室Ｒ1，Ｒ2では電解生成水が生成されるが、電解室Ｒ1が陽極側電解室である場合には、当該電解室Ｒ1では電解生成酸性水が生成され、かつ、電解室Ｒ2が陰極極側電解室である場合には、当該電解室Ｒ2では電解生成アルカリ性水が生成される。電解室Ｒ1内にて生成された電解生成酸性水は、流出管路２２ａを通して系外に流出され、かつ、電解室Ｒ2内にて生成された電解生成アルカリ性水は、流出管路２２ｂを通して系外に流出される。すなわち、当該電解水生成装置では、電解生成酸性水と電解生成アルカリ性水が同時に生成される。
【００２４】
しかして、当該電解水生成装置においては、有隔膜電解槽１０を構成する隔膜１２として、電解生成水を透過可能な透水性膜が採用されている。当該隔膜１２の代表的な例は、網の目構造を有するメッシュ状の膜である。当該隔膜１２は、例えば、ポリエステルフィラメントを使用した織物または編物からなる薄膜であって、例えば、７０メッシュ（７０目／インチ，空間目２３３μｍ，線径１３０μｍ）の薄膜である。従って、当該隔膜１２にて区画形成された電解室Ｒ1，Ｒ2を有する有隔膜電解槽１０においては、両電解室Ｒ1，Ｒ2間に圧力差が存在する場合には、高圧側の電解室内の電解生成水は低圧側の電解室内に当該隔膜１２を透して流動する。
【００２５】
当該電解水生成装置を使用する電解運転では、各電解室Ｒ1，Ｒ2内への被電解水の供給量および各電解室内Ｒ1，Ｒ2で生成される電解生成水の流出量を各電解室Ｒ1，Ｒ2間で同一量に設定制御する電解（第１の電解運転態様）と、各電解室Ｒ1，Ｒ2内への被電解水の供給量は同一量であるが、各電解室Ｒ1，Ｒ2内で生成される電解生成水の流出量を陰極側電解室の方を少なくする設定制御する電解（第２の電解運転態様）を採ることができる。
【００２６】
第１の電解運転態様では、両電解室Ｒ1，Ｒ2間では圧力差がほとんど生じ無いことから、隔膜１２として透水性膜を採用しているにも拘わらず、一方の電解室内から他方の電解室内への電解生成水の移動は認められない。このため、陽極側電解室Ｒ1内で生成される電解生成酸性水はｐＨを調整されることなく、強酸性の電解生成酸性水としてそのまま流出管路２３ａを通して系外へ流出することになる。しかしながら、当該電解運転態様では、隔膜１２が透水性であることから両電極１３ａ，１３ｂ間の電気抵抗が低い。このため、同一の電解電流値を電解条件とする電解運転では、従来ほどの高電圧を要求されることがなく、電解運転に要する電気量が低減される。換言すれば、第１の電解運転態様を採る場合には、電気効率を向上させることができる。
【００２７】
また、第１の電解運転態様では、両電極１３ａ，１３ｂ間の電気抵抗が低いことから、陽極側電極の表面で反応する物質の比率が変化する。すなわち、陽極側電極１３ａの表面では、塩化物イオンと水酸化物イオンがそれぞれ反応に関与するが、過電圧では、塩化物イオンの関与が水酸化物イオンよりも低い傾向にある。従来の電解運転では、電圧が高いため、水酸化物イオンが関与する反応が優先されているが、第１の電解運転態様ではこの優先順位が壊されて、塩化物イオンが反応に有意に関与する結果、電解生成酸性水は、従来の電解生成酸性水に比較して、有効塩素濃度が高いものとなる。この結果も、第１の電解運転態様を採る場合には電気効率が高いことを裏付けている。
【００２８】
一方、本発明に係る第２の電解運転態様では、各流量制御弁２３ａ，２３ｂにより各電解室Ｒ1，Ｒ2内で生成される電解生成水の流出量を制御して、各電解室Ｒ1，Ｒ2内で生成される電解生成水の流出量を陰極側電解室Ｒ2の方を少なく設定することができる。この電解生成水の流出量の差は、両電解室Ｒ1，Ｒ2間に圧力差を発生させることになり、陰極側電解室Ｒ2内で生成される電解生成アルカリ性水の一部が透水性の隔膜１２と透して、陽極側電解室Ｒ1内へ継続して移動する。移動した電解生成アルカリ性水は、陽極側電解室Ｒ1内で生成される電解生成酸性水と混合し、これにより、当該電解生成酸性水は、ｐＨを調整されて流出管路２３ａを通って系外へ流出する。この場合、陰極側電解室Ｒ2内で生成された電解生成アルカリ生成水は、ｐＨが調整されることなく、強アルカリ性の電解生成アルカリ性水として、そのまま流出管路２３ａを通って系外へ流出する。
【００２９】
従って、第２の電解運転態様を採れば、強アルカリ性で洗浄能が高い電解生成アルカリ性水と同時に、ｐＨが３．０〜７．０の範囲内、好ましくは、ｐＨが４．０〜６．０の範囲内にて任意のｐＨに調整された殺菌能が高い電解生成酸性水を生成することができる。この範囲内のｐＨの電解生成酸性水は、揮発性の塩素成分よりも、殺菌作用に有効な塩素成分を安定した状態で多く含有する。換言すれば、当該電解生成酸性水は、有効塩素濃度が高くて殺菌能が高く、かつ、揮発性塩素成分の含有量が少なくて塩素ガスを揮発がし難い、総合的には優れた殺菌用水ということができる。
【実施例】
【００３０】
本実施例では、図１に示す電解水生成装置を使用して、第１の電解運転態様と第２の電解運転態様の電解運転実験を行った。これらの電解運転実験では、有隔膜電解槽１０を構成する各電解室Ｒ1，Ｒ2を形成する隔膜１２として、ポリエステルフィラメントを使用した織物からなる薄膜であって、７０メッシュ（７０目／インチ，空間目２３３μｍ，線径１３０μｍ）の薄膜を使用した。また、被電解水としては、０．１重量％の食塩水を使用し、各電解室Ｒ1，Ｒ2においては電解室Ｒ1を陽極側電解室に、電解室Ｒ2を陰極側電解室に設定した。但し、水温は２０℃である。
【００３１】
第１の電解運転態様の電解運転実験では、被電解水の各電解室Ｒ1，Ｒ2内への供給量を２Ｌ／ｍｉｎに設定し、かつ、陽極側電解室Ｒ1内で生成される電解生成酸性水、および、陰極側電解室Ｒ2内で生成される電解生成アルカリ性水の流出量を２Ｌ／ｍｉｎにそれぞれ設定した。また、当該電解運転実験（実験１：実施例）と比較するため、各電解室Ｒ1，Ｒ2を区画形成する隔膜として非透水性の中性膜を採用してなる有隔膜電解槽を従来の有隔膜電解槽を使用した電解運転実験（実験２：比較例）を行った。これらの電解運転実験の電解結果を表１に示す。
【００３２】
【表１】
2006175403.tif 000003
【００３３】
第２の電解運転態様の電解運転実験では、被電解水の各電解室Ｒ1，Ｒ2内への供給量を２Ｌ／ｍｉｎに設定し、かつ、陰極側電解室Ｒ2内で生成される電解生成アルカリ性水の流出量を変更し、結果的に、陽極側電解室Ｒ1内で生成される電解生成酸性水の流出量を変更した。但し、電解電流は１０Ａとし、当該電流値を保持するための印加電圧を３Ｖとした。当該電解運転実験の電解結果を表２に示す。
【００３４】
【表２】
2006175403.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る電解水生成装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０…有隔膜電解槽、１１…槽本体、１２…隔膜、１３ａ，１３ｂ…電極、２１ａ，２１ｂ…供給管路、２２ａ，２２ｂ…流出管路、２３ａ，２３ｂ…流量制御弁２４ａ，２４ｂ…減圧弁、Ｒ1，Ｒ2…電解室。
【図１】
2006175403.tif 000005