(57)【要約】【課題】電極で発生したガスを効率よく電解水に溶解させることができる電解水生成装置を提供する。【解決手段】次亜塩素酸水と塩素ガスを酸性電解水とを接触させる流路を有する塩素ガス溶解ユニットとを含む電解水生成装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極電極を有する陽極室、該陽極室と陰イオン交換膜により仕切られた中間室、及び該中間室と陽イオン交換膜により仕切られた、陰極電極を有する陰極室を含む電解槽と、
前記中間室に無機塩化物を含む電解質水溶液を供給する電解質水溶液供給ラインと、
前記陽極室及び前記陰極室に各々水を供給する給水ラインと、
前記陽極室から次亜塩素酸水と塩素ガスを取り出す酸性電解水ラインと、
前記陰極室からアルカリ性電解水を取り出すアルカリ性電解水ラインと、
前記次亜塩素酸水に前記塩素ガスを溶解させる塩素ガス溶解ユニットとを具備することを特徴とする電解水生成装置。
【請求項２】
前記塩素ガス溶解ユニットは、前記酸性電解水ラインの後段に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電解水生成装置。
【請求項３】
前記塩素ガス溶解ユニットは、前記次亜塩素酸水と前記塩素ガスがともに流れる流路を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の電解水生成装置。
【請求項４】
前記流路は蛇腹状であり、該蛇腹の曲がり部分を鋭角にして乱流を生じさせることにより気泡を破壊攪拌することを特徴とする請求項３に記載の電解水生成装置。
【請求項５】
前記塩素ガス溶解ユニットは、前記塩素ガスの気泡を小さくするメッシュを有していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
【請求項６】
前記メッシュは、直径２ｍｍから０．１ｍｍの大きさの網目を有することを特徴とする請求項５に記載の電解水生成装置。
【請求項７】
前記塩素ガス溶解ユニットは、前記塩素ガスの気泡を破壊する超音波印加装置を有していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
【請求項８】
前記塩素ガス溶解ユニットは、ｐＨ調整機構をさらに具備することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
【請求項９】
前記ｐＨ調整機構は、前記アルカリ性電解水を前記次亜塩素酸水に混合する機構を有することを特徴とする請求項８記載の電解水生成装置。
【請求項１０】
前記アルカリ性電解水を前記次亜塩素酸水に混合する機構は、前記アルカリ性電解水ラインから前記酸性電解水ラインに導入される分岐ラインであることを特徴とする請求項９に記載の電解水生成装置。
【請求項１１】
前記ｐＨ調整機構は、ｐＨ緩衝液を混合する機構であることを特徴とする請求項８に記載の電解水生成装置。
【請求項１２】
前記ｐＨ調整機構は、前記次亜塩素酸水のｐＨを５以上に変化させることを特徴とする請求項８ないし１１のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
【請求項１３】
陽極電極を有する陽極室、該陽極室と陰イオン交換膜により仕切られた中間室、及び該中間室と陽イオン交換膜により仕切られた、陰極電極を有する陰極室を含む電解槽を用意し、
前記中間室に電解質水溶液供給ラインを通して無機塩化物を含む電解質水溶液を供給し、
前記陽極室及び前記陰極室に給水ラインを通して各々水を供給し、
前記陽極室から酸性電解水ラインを通して次亜塩素酸水と塩素ガスを取り出し、
前記陰極室からアルカリ性電解水ラインを通してアルカリ性電解水を取り出し、
前記次亜塩素酸水と塩素ガスを塩素ガス溶解ユニットに導入し、前記次亜塩素酸水に前記塩素ガスを溶解させることを具備することを特徴とする電解水の生成方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法により得られることを特徴とする電解水。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電解水生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水を電解して様々な機能を有した電解水を活用する技術としては、アルカリイオン水、オゾン水、次亜塩素酸水などがある。このうち次亜塩素酸水は、優れた殺菌力を有するとともに、人体に安全で食品添加物としても認可されている。
【０００３】
次亜塩素酸水を生成する装置としては、３室型電解槽を有する装置がある。これは、中間室に塩水を流し、中間室の左右に陰イオン交換膜と陽極からなる陽極室および陽イオン交換膜と陰極からなる陰極室を配置し、陽極室と陰極室に水を流して中間室の塩水を陰極および陽極で電解することで、陽極で発生した塩素ガスから酸性電解水として次亜塩素酸水を生成するとともに、陰極室でアルカリ性電解水として水酸化ナトリウム水溶液を生成するものである。
【０００４】
次亜塩素酸水は殺菌消毒水として、水酸化ナトリウム水溶液は洗浄水として活用される。
【０００５】
しかしながら、電流密度を上げて行われる電解処理では、次亜塩素酸水は、塩素ガスが十分溶解していない状態で排出されることが多く、溶解しなかった塩素ガスはそのまま放出されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３５００１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の実施形態は、３室型電解槽を有する電解水生成装置において、電極で発生したガスを効率よく電解水に溶解させることができる電解水生成装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態によれば、陽極電極を有する陽極室、該陽極室と陰イオン交換膜により仕切られた中間室、及び該中間室と陽イオン交換膜により仕切られた、陰極電極を有する陰極室を含む電解槽と、
前記中間室に無機塩化物を含む電解質水溶液を供給する電解質水溶液ラインと、
前記陽極室及び前記陰極室に各々水を供給する給水ラインと、
前記陽極室から次亜塩素酸水と塩素ガスを取り出す酸性電解水ラインと、
前記陰極室からアルカリ性電解水を取り出すアルカリ性電解水ラインと、
前記次亜塩素酸水に前記塩素ガスを溶解させる塩素ガス溶解ユニットとを具備する電解水生成装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態にかかる電解水生成装置の構成を表す図である。
【図２】実施形態に使用される塩素ガス溶解ユニットの第１の例を表す図である。
【図３】実施形態に使用される塩素ガス溶解ユニットの第２の例を表す図である。
【図４】第２の実施形態にかかる電解水生成装置の構成を表す図である。
【図５】実施形態に使用される塩素ガス溶解ユニットの第３の例を表す図である。
【図６】実施形態に使用される塩素ガス溶解ユニットの第４の例を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は、第１の実施形態にかかる電解水生成装置の構成を表す図を示す。
【００１２】
図示するように、この電解水生成装置５０は、陽極室５４と、陰極室５５と、陽極室５４及び陰極室５５の間に設けられた中間室５１との３室からなる３室型電解槽５８を有する。中間室５１は、無機塩化物を含む電解質水溶液として飽和食塩水６５とその無機塩化物である残留塩６６とを収容する飽和食塩水貯留器６１、塩水循環ポンプ６２、及び食塩水供給ライン６９を備えた飽和食塩水循環システム６３と接続され、常にほぼ飽和状態の食塩水６５が供給される。一方、陽極室５４及び陰極室５５は、給水システム６４と接続され、各々、常に新しい水が供給される。中間室５１と陽極室５４の間は陰イオン交換膜５２で仕切られ、中間室５１と陰極室５５の間は陽イオン交換膜５３で仕切られている。陽極室５４には陽極電極５６、陰極室５５には陰極電極５７が備えられており、それぞれにプラスとマイナスの電圧が印加されている。
【００１３】
陽極室５４では、中間室５１中の塩素イオンが陽極電極５６に引っ張られ、陰イオン交換膜５２を通過して陽極室５４に移動し、陽極電極５６で電子を渡して塩素ガスとなり、水と反応して次亜塩素酸と塩酸を生じる。次亜塩素酸と塩酸を含む酸性電解水は、酸性電解水に溶解できない塩素ガスと共に酸性電解水ライン６７を通して取り出される。
【００１４】
陰極室５５では、中間室５１中のナトリウムイオンが陰極電極５７に引っ張られ、陽イオン交換膜５３を通過して陰極室５５に移動し、陰極電極５７で水が分解した水素イオンが電子を受け取って水素ガスとなり、水酸化ナトリウムを生じる。この水酸化ナトリウムの水溶液は、アルカリ性電解水として、アルカリ性電解水ライン７１を通して取り出される。アルカリ性電解水ライン７１に気液分離ユニット７２を設けることにより、水素ガスをアルカリ性電解水ライン７１から外部に放出することができる。
【００１５】
陽極電極５６で発生した塩素ガスは、発生量が多くなるとすぐには水に溶解できず配管６７の中で気泡に成長する傾向がある。視認できる大きさに成長した塩素ガスの気泡はその体積に対する表面積が小さくなり、水に溶解して次亜塩素酸に変化することなくそのまま大気中に放出されることが多く、次亜塩素酸の生成効率が上がりにくい。
【００１６】
これに対し、実施形態では、例えば、陽極室５４から導出された酸性電解水ライン６７の後段に塩素ガス溶解ユニット７０をさらに備えることにより、陽極電極５６で発生した塩素ガスを十分に水に溶解させて、安定した濃度の次亜塩素酸水を効率よく得ることができる。得られた次亜塩素酸水は塩素ガス溶解ユニット７０から導出されたライン６８を通して取り出すことができる。
【００１７】
なお、実施形態に使用される無機塩化物として例えば塩化ナトリウム、及び塩化カリウムなどがあげられ、この場合、アルカリ性電解水としては、各々、水酸化ナトリウム水溶液、及び水酸化カリウム水溶液が得られる。
【００１８】
図２に、実施形態に使用される塩素ガス溶解ユニットの第１の例を表す図を示す。
【００１９】
塩素ガス溶解ユニット７０は、陽極室５４から導出された酸性電解水ライン６７と接続されている。塩素ガスと酸性電解水は酸性電解水ライン６７を通して取り出され、塩素ガス溶解ユニット７０に導入される。塩素ガス溶解ユニット７０は、導入口に設けられた、酸性電解水中の巨大気泡を破壊するメッシュ７６と、気泡を酸性電解水に接触させ、溶解する時間を稼ぐ蛇腹状にまとめられた流路７７とを備えている。これにより、気泡が溶解する時間を稼ぐとともに、蛇腹の曲り部分を鋭角にして乱流を生じさせ、気泡が破壊撹拌されるようにして塩素ガスを溶解した酸性電解水をライン６８により取り出すことができる。
【００２０】
また、図１に示すように、ライン６７には、陰極室５５で生成される水酸化ナトリウム水を取り出すアルカリ性電解水ライン７１の分岐ライン７４が接続されている。分岐ライン７４に設けられたバルブ７５の開閉を制御することにより、陽極室５４から導入される酸性電解水に添加する水酸化ナトリウムの量を調整し、そのｐＨを５〜６程度に変化させて塩素ガス溶解ユニットに流入させると塩素ガスの溶解効果を向上させることができる。あるいは、水酸化ナトリウムの代わりに、別ユニットから弱酸性電解水とその塩の混合液からなる緩衝液を供給することができる。
【００２１】
これは、ｐＨ５未満の酸性では次亜塩素酸の一部が平衡反応で塩素ガスを発生させる方向に移行してしまうため、次亜塩素酸がもっとも安定なｐＨ＝５程度とすること、あるいは少なくとも気化しない次亜塩素酸イオンへの平衡反応が起こるｐＨ５より中性側にすることで塩素ガス溶解を促進させるためである。
【００２２】
なお、図２では蛇腹状にまとめられた流路を用いたが、流路の形状は気泡を酸性電解水に接触させて、溶解する時間を稼ぐことができれば、蛇腹形状に限定されるものではなく、例えば酸性電解水ライン６７の配管の径が１０ｍｍである場合、流路の配管の径を酸性電解水ライン６７の配管の径よりも大きい１５ｍｍにすることにより、塩素ガス溶解ユニットにおける酸性電解水の滞留時間を長くすることも可能である。
【００２３】
メッシュは、例えば直径１．０ｍｍの穴を持つ空隙率４０％のテフロン（登録商標）製の網を使用することができる。網目が直径２ｍｍを超えると気泡を裁断する効果が小さくなる傾向があり、直径０．１ｍｍ以下では流量を制約する傾向がある。
【００２４】
図３は、実施形態に使用される塩素ガス溶解ユニットの第２の例を示す。
【００２５】
但し、図３は、塩素ガス溶解ユニットの流路７７を図２のＡの方向から見た様子を示している。
【００２６】
図３に示すように、第２の例にかかる塩素ガス溶解ユニット８１は、塩素ガス溶解ユニットの効果を高めるため、超音波を発生する圧電素子４３と圧電素子で発生した超音波を有効に流路中の酸性電解水に印加するためのホーン４２とからなる超音波印加部品４４を流路７７が蛇行する方向に水平な面に対向して設けること以外は、図２に示す塩素ガス溶解ユニット７０と同様の構成を有する。塩素ガス溶解ユニット８１において、超音波が反射されないよう超音波印加部品４４と流路７７は接合されている。第２の例に係る塩素ガス溶解ユニット８１を流れる酸性電解水中の気泡は、超音波のキャビティにより気泡面が破壊され、塩素ガスが酸性電解水中に接触、分散されて、溶解する。
【００２７】
このように、陽極室５４の後段に塩素ガス溶解ユニット７０，８１を設けることで、塩素ガス不溶解に起因する次亜塩素酸生成効率劣化を回避することができる。
【００２８】
なお、塩素ガス溶解ユニット７０，８１において、メッシュ７６は任意に使用することができるものであって、必要に応じて取り外すことも可能である。
【００２９】
図４に、第２の実施形態にかかる電解水生成装置の構成を表す図を示す。
【００３０】
図示するように、この電解水生成装置８０は、酸性電解水ライン６７に、陰極室５５で生成される水酸化ナトリウム水を導入する分岐ライン７４及びバルブ７５が接続されていないこと以外は、図１の電解水生成装置５０と同様の構造を有する。
【００３１】
図４において、塩素ガス溶解ユニット７０の代わりに、図３に示す塩素ガス溶解ユニット８１を用いることが可能である。
【００３２】
あるいは、図４において、塩素ガス溶解ユニット７０の代わりに、図５に示すように、第３の例に係る塩素ガス溶解ユニット８２として、酸性電解水ライン６７とライン６８の間にストレーナー１を設けることができる。ストレーナー１は、主管路３及び円筒形の副管路５からなるＹ字形状のケーシング２と、副管路５に挿入された直径０．２ｍｍ程度の網目を有する筒状メッシュ６とを含む構成であり、矢印７で表される流路を流れる。筒状のメッシュの面積が大きいことで流量を妨げることなく気泡を破壊して溶解させる。
【００３３】
また、あるいは、図４において、塩素ガス溶解ユニット７０の代わりに、図６に示すように、第４の例に係る塩素ガス溶解ユニット８３として、酸性電解水ライン６７上に超音波を発生する圧電素子４３と圧電素子で発生した超音波を有効に流路中の酸性電解水に印加するためのホーン４２とからなる超音波印加部品４４を設けることができる。塩素ガス溶解ユニット８３は流路７７とメッシュ４１とライン６８を設けないこと以外は図３の塩素ガス溶解ユニット８１と同様の構成を有する。
【００３４】
塩素ガス溶解ユニット８２及び塩素ガス溶解ユニット８３を使用しても、塩素ガスを酸性電解水中に接触させて溶解させることが可能である。
【００３５】
さらには、図１において、塩素ガス溶解ユニット７０の代わりに、塩素ガス溶解ユニット８２または塩素ガス溶解ユニット８３を使用することも可能である。
【００３６】
また、図２，図３，図５では、メッシュは１箇所に設けられているが、必要に応じて、塩素ガス溶解ユニット内に数ヶ所設けることも可能である。
【００３７】
なお、本発明の実施形態は、上述した作用を損なわない範囲で形態を修正してもよい。たとえば、塩素ガスを溶解する手段は蛇腹状流路やメッシュや超音波だけでなくその他の手段、たとえば圧力差などで気泡溶解を促進させてもよい。
【００３８】
また、電解液は塩以外のものでもよく、生成する電解水も次亜塩素酸以外の電解水でもよい。
【００３９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４０】
１…ストレーナー、４２…ホーン、４３…圧電素子、４４…超音波印加部品、５０，８０…電解水生成装置、５１…中間室、５２，５３…イオン交換膜、５４…陽極室、５５…陰極室、５６…陽極電極、５７…陰極電極、５８…三室型電解槽、６１…飽和食塩水貯留器、６２…塩水循環ポンプ、６３…給水システム、６９…食塩水供給ライン、７０，８１，８２，８３…塩素ガス溶解ユニット、７６…メッシュ、７７…流路
【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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