(57)【要約】  陽極電極を有する陽極室、及び陽極室と第１の隔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、陰極室に酸性水を供給し、陰極室で生成するアルカリ性の陰極水を酸性とする第１のラインとを含む電解水生成装置。
2016199443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極電極を有する陽極室、及び前記陽極室と第１の隔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、
前記陰極室に酸性水を供給し、前記陰極室で生成するアルカリ性の陰極水を酸性とする第１のラインとを含む電解水生成装置。
【請求項２】
前記電解槽は、前記陽極電極と前記陰極電極との間に、
前記第１の隔膜と、
前記第１の隔膜に対向して設けられた第２の隔膜と、
前記第１の隔膜及び前記第２の隔膜の間に設けられた中間室と、
前記中間室に電解質水溶液を供給する第２のラインとをさらに含む請求項１に記載の電解水生成装置。
【請求項３】
前記第１のラインと接続され、前記陰極室に前記酸性水を供給する第１のタンクと、  前記陰極室と前記第１のタンクとの間に設けられ、前記陰極室から前記陰極水を排出して前記第１のタンクへ送る第３のラインとをさらに含む請求項１または２に記載の電解水生成装置。
【請求項４】
前記第１のラインと接続され、前記陰極室に前記酸性水を供給する第１のタンクと、  前記陰極室から前記陰極水を外部に排出する第４のラインとをさらに含む請求項１または２に記載の電解水生成装置。
【請求項５】
前記陰極室に給水するとともに、前記第１のラインが合流して前記陰極室に前記給水と前記酸性水が希釈混合されて供給する第５のラインとをさらに含む請求項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】
前記酸性水が官能基にカルボン酸を有する弱酸である請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
【請求項７】
前記弱酸が、クエン酸、アジピン酸、酢酸、乳酸、グルコン酸、酒石酸、およびコハク酸からなる群から選択される少なくとも１種である請求項６に記載の電解水生成装置。
【請求項８】
前記弱酸が、クエン酸である請求項７に記載の電解水生成装置。
【請求項９】
陽極電極を有する陽極室、及び前記陽極室と第１の隔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、前記陰極室に酸性水を供給する第１のラインとを含む電解水生成装置を用いて、電解質水溶液を電気分解する際に、前記陰極室で生成するアルカリ性の陰極水に前記酸性水を添加することにより、前記陰極水を酸性にさせ、スケールの析出を抑制することを特徴とするスケールの抑制方法。
【請求項１０】
前記電解槽は、前記陽極電極と前記陰極電極との間に、
前記第１の隔膜と、
前記第１の隔膜に対向して設けられた第２の隔膜と、
前記第１の隔膜及び第２の隔膜の間に設けられた中間室と、
前記中間室に電解質水溶液を供給する第２のラインとをさらに含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１のラインと接続され、前記陰極室に前記酸性水を供給する第１のタンクと、  前記陰極室と前記第１のタンクとの間に設けられ、前記陰極室から前記陰極水を排出して前記第１のタンクへ送る第３のラインとをさらに含む請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１のラインと接続され、前記陰極室に前記酸性水を供給する第１のタンクと、  前記陰極室から前記陰極水を外部に排出する第４のラインとをさらに含む請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記陰極室に給水するとともに、前記第１のラインが合流して前記陰極室に前記給水と前記酸性水が希釈混合されて供給する第５のラインとをさらに含む請求項９ないし１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記酸性水が官能基にカルボン酸を有する弱酸である請求項９ないし１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記弱酸が、クエン酸、アジピン酸、酢酸、乳酸、グルコン酸、酒石酸、およびコハク酸からなる群から選択される少なくとも１種である請求項１４に記載の方法。
【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、及びスケールの抑制方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水を電解して様々な機能を有したものには、次亜塩素酸水、アルカリイオン水、水素水などがあり、電解水と呼ばれている。【０００３】
このような電解水を生成する装置としては、例えば、１隔膜２室型電解槽や、２隔膜３室型電解槽を有する装置がある。１隔膜２室型電解槽では、陽極を収納した陽極室と陰極を収納した陰極室を特定イオンだけ通過させる隔膜で隔てて対向させた電解槽に電解質としてたとえば塩を混ぜた水を流水させ、陽極室で酸性水を、陰極室でアルカリ性水を生成するものである。酸性水としては次亜塩素酸と塩酸の混合したもの、アルカリ性水としては水酸化ナトリウム水や溶存水素を含んだ水などが知られている。２隔膜３室型電解槽では、生成された酸性水およびアルカリ性水に塩分が混入するのを防ぐため、陽極室と陰極室の間に塩水などの電解質液を満たした中間室を配置し、中間室と陽極室の間を陰イオン交換隔膜、中間室と陰極室の間を陽イオン交換隔膜で隔て、塩水から電解に必要な陰イオンあるいは陽イオンだけを陽極室あるいは陰極室に通過させる構造としている。【０００４】
陽極室で生成された次亜塩素酸水は殺菌消毒水として活用されている。一方、陰極室では陰イオン交換膜を透過したナトリウムイオンにより水酸化ナトリウムが生成されアルカリ性になる。原水中に含まれるカルシウムイオンなどの硬度成分が水酸化ナトリウムにより析出してスケールを形成し、長時間堆積することでセルや配管を詰まらせるという課題があった。【０００５】
スケール対策の方法の一つとして、硬度成分を取り除く軟水器を導入する方法が考えられる。軟水器は硬度成分であるカルシウムなど吸着して代わりにナトリウムを含む水を装置に供給する仕組みである。しかしながら、大型の軟水器を設置場所が必要であり、購入費用がかかるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３２８７６４９号公報
【特許文献２】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、陰極側でスケールの堆積が少ない電解水生成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】
【０００８】
実施形態によれば、陽極電極を有する陽極室、及び前記陽極室と第１の隔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、
前記陰極室に酸性水を供給し、前記陰極室で生成するアルカリ性の陰極水を酸性とする第１のラインとを含む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の実施形態に係る電解水生成装置の構成の一例を表す図である。
【図２】陰極水にクエン酸を添加した時のｐＨの時間変化を表すグラフ図である。
【図３】第２の実施形態に係る電解水生成装置の構成の一例を表す図である。
【図４】第３の実施形態に係る電解水生成装置の構成の一例を表す図である。
【図５】第４の実施形態に係る電解水生成装置の構成の一例を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施形態に係る電解水生成装置は、陽極電極を有する陽極室、及び陽極室と第１の隔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含み、陰極室には、酸性水を供給して陰極室で作られるアルカリ性の陰極水を酸性とする第１のラインが設けられている。
【００１１】
実施形態によれば、陰極室に酸性水を供給して陰極室で作られるアルカリ性の陰極水を酸性とする第１のラインが設けられていることにより、水酸化ナトリウムによるアルカリ化を防ぎ、原水中に含まれる硬度成分との反応を防ぎ、陰極側でスケールの堆積を低減することができる。
【００１２】
また、実施態様に係るスケールの抑制方法は、上記電解水生成装置を用いて電解質水溶液を電気分解する際に、陰極室で生成するアルカリ性の陰極水に酸性水を添加することにより、陰極水を酸性にさせ、スケールの析出を抑制する方法を提供する。
【００１３】
以下、図面を参照し、実施形態について説明する。
【００１４】
実施形態に係る電解水生成装置が２隔膜３室型電解槽を有する場合には、電解槽は、陽極電極と陰極電極との間に、第１の隔膜と第１の隔膜に対向して設けられた第２の隔膜と、第１及び第２の隔膜間に設けられた中間室と、中間室に電解質水溶液を供給するラインとをさらに含むことができる。
【００１５】
図１は、第１の実施形態に係る電解水生成装置の構成の一例を表す図である。
【００１６】
この電解水生成装置２０は、陽極室１と、中間室２と、陰極室３と、中間室２と陽極室１の間を仕切る第１の隔膜４と、中間室２と陰極室３の間を仕切る第２の隔膜５とを有する２隔膜３室型の電解槽１０を有する。中間室２には電解質水溶液として例えば飽和食塩水供給ライン６が接続され、陽極室１には開閉可能な電磁弁１８が設けられた第１の給水ライン７が接続され、陰極室には酸性水供給ライン２１がそれぞれ接続されている。また、陽極室１には陽極電極８、陰極室３には陰極電極９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。
【００１７】
陽極室１では、中間室２中の塩素イオンが陽極電極８に引っ張られ、第１の隔膜４を通過して陽極室１に移動し、陽極電極８で電子を渡して塩素ガスとなり、水と反応し、陽極水として、次亜塩素酸と塩酸を生じる。陽極水は、陰極室３では、中間室２中のナトリウムイオンが陰極電極９に引っ張られ、第２の隔膜５を通過して陰極室３に移動し、陰極電極９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、アルカリ性物質として水酸化ナトリウムを生じる。さらに、この電解水生成装置２０では、酸性水を供給するライン２１より陰極室３に酸性水例えばクエン酸水溶液を供給して、陰極室３で作られるアルカリ性物質を中和し、陰極電極９で生成する陰極水を酸性にしている。
【００１８】
さらに、第１の実施形態に係る電解水生成装置は、酸性水を供給するライン２１と接続された、陰極室３に酸性水を供給する酸性水供給タンク１１と、陰極室３と酸性水供給タンク１１との間に設けられ、陰極室３から陰極水を排出して酸性水供給タンク１１へ送る排出ライン１２とを備えている。酸性水供給タンク１１は、陰極室３へ酸性水を供給し、電解で生成した水酸化ナトリウムを中和し、さらに酸性にさせる。また、排出ライン１２により、陰極室３から排出された陰極水を酸性水供給タンク１１で受けることにより、酸性水が陰極室系統に循環される。酸性水を循環させることで酸性水の排水による無駄な消費を抑えることも出来る。排出ライン１２を酸性水供給タンク１１に接続せずに陰極水を外部に排出することも可能である。しかしながら、陰極水を循環せずに連続供給するとスケールの原因となる硬度成分が次々と供給される。これに対し、図１に示すように陰極水を循環させることで供給される硬度成分の絶対量を大幅に減らすことが出来る。
【００１９】
このように、実施形態によれば、陰極側でスケールを堆積させないために、例えば陰極側の水を酸性化することが可能であり、さらにカルシウムなどの硬度成分の供給を減らすことができる。
【００２０】
なお、第２の隔膜５を通して中間室２から陰極室３にナトリウムイオンとともに水が透過すると、酸性水供給タンク１１の水量が徐々に増していくため、定期的に余剰な水を排出させるアルカリ排水系１３を設けることができる。
【００２１】
アルカリ排水系１３における水の排出方法として、例えば図示するように、アルカリ排水系１３の途中に開閉可能な電磁弁１４を設け、必要に応じて排水することができる。あるいは、図示しないが、一定の水位を超えた水を酸性水供給タンク１１からオーバーフローさせる方式を用いることができる。
【００２２】
陰極水の循環を続けるとタンク内の水のｐＨはいずれアルカリ性になるため、一定の割合で酸を追加供給することができる。また、このとき酸の濃度を薄めるために例えば第１の給水ライン７の一部から分岐させた第２の給水ライン１５及びその途中に開閉可能な電磁弁２６を設け、必要に応じて電磁弁２６を開放することにより、酸性水供給タンク１１に水を追加することができる。酸や水を加えることで酸性水供給タンク１１内の水が増えるため、アルカリ排水系１３のような余分な水を排出させる機構を設けることができる。
【００２３】
陽極室１には陽極水を排出するライン１６が設けられ、陽極水として得られた、次亜塩素酸と塩酸を排出することができる。また、中間室２に余剰の飽和食塩水を排出する飽和食塩水排出ライン１７を設け、飽和食塩水供給ライン６にはポンプ２７を設けて、飽和食塩水供給タンク１９と接続することができる。さらに、図示するように、飽和食塩水排出ライン１７を飽和食塩水供給タンク１９に接続することにより、飽和食塩水を循環させることが可能である。
【００２４】
酸性水供給タンク１１等に供給する酸成分として、例えば弱酸であるカルボン酸基を有する有機酸例えばクエン酸、アジピン酸、酢酸、乳酸、グルコン酸、酒石酸、及びコハク酸等を使用することができる。好ましくは、スケール成分である炭酸カルシウムを容易に溶かすクエン酸を使用することができる。あるいは、塩酸等の無機酸を使用することができる。
【００２５】
酸の供給としては、ｐＨが高くなった時に補給する方法や、一定装置稼働時間ごとに補給する方式、過剰の酸を酸性水供給タンク内に予め入れておく方法などがある。
【００２６】
酸性水供給タンク１１の大きさは小さすぎると急激にｐＨが大きくなってしまうため、陰極室の容量の２倍以上が望ましい。一方、酸性水供給タンク１１の大きさは大きすぎると装置全体が大きくなってしまうことから、陰極室の容量の２０倍程度までにすることが望ましい。
【００２７】
酸性水供給タンク１１の位置は、陰極室３で発生した水素ガスが排出される経路を確保する必要があることから、図示するように、電解槽１０上端より高くすることができる。電解槽１０の上端から排出される水素ガスが上側に向いた配管を通って酸性水供給タンク１１に接続されることで、容易に水素ガスを抜くことが出来る。酸性水供給タンク１１は水素ガスを排出されるために一部大気開放されている、もしくは水素ガスを捕集して建屋外に排気する図示しない配管を設けることができる。
【００２８】
隔膜として、陽極側の第１の隔膜では陰イオン交換膜や多孔質膜、陰極側の第２の隔膜では陽イオン交換膜や多孔膜を使用することが出来る。
【００２９】
図２に、循環している陰極水にクエン酸を添加した時のｐＨの時間変化の一例を表すグラフ図を示す。
【００３０】
図示するように、初期酸性であったｐＨが時間とともに上昇し７時間程度で中性になることがわかる。クエン酸を補給することでｐＨを再び酸性に長時間維持できる。陰極水のｐＨを低く維持するためにはクエン酸の補給頻度を上げることができる。
【００３１】
図３に、第２の実施形態に係る電解水生成装置の構成の一例を表す図を示す。
【００３２】
図示するように、この電解水生成装置３０は、電解槽１０の上端より上に設けられた例えばクエン酸を含む酸性水供給タンク１１の代わりに、電解槽１０の下端より下方に例えば塩酸を収容する酸性水供給タンク１１’を設けること、排出ライン１２の代わりに、陰極水を外部に排出するアルカリ排水系２３を設けること、及び酸性水供給ライン２１の代わりに、酸性水供給タンク１１’からの塩酸供給ライン２４を設け、塩酸の濃度を薄めるための例えば第１の給水ライン７の一部から分岐させた第３の給水ライン２５と合流させて陰極室３に送ること以外は図１と同様の構成を有する。
【００３３】
ここでは、塩酸の様な強酸に第３の給水ライン２５により水を加えて一定の濃度に調製したのち陰極室３に流すことで酸性を維持することが出来る。また、塩酸を混入した陰極水はアルカリ排水系２３にてそのまま排水しているため、第１の実施形態のように陰極室と酸性水供給タンクを循環させることで生じるアルカリ生成物の累積濃縮がなく、わずかな塩酸混入濃度で陰極水を酸性に維持することができる。
【００３４】
図４に、第３の実施形態に係る電解水生成装置の構成の一例を表す図を示す。
【００３５】
図示するように、この電解水生成装置４０は、酸性水供給タンク１１から陰極室３に酸性水を送る給水ライン２１、陰極室３から排水するアルカリ排水系２３、陰極室３の排水を制御する電磁弁１４を設けること以外は図１と同様の構成を有する。
【００３６】
この電解水生成装置４０では、酸性水供給タンク１１に入れたクエン酸を一定量ずつ陰極室に流し込み、陰極水の循環を行わずに排水することができる。
【００３７】
図５に、第４の実施形態に係る電解水生成装置の構成の一例を表す図を示す。
【００３８】
図示するように、この電解水生成装置５０は、中間室２及び第２の隔壁５を省略した１隔壁２室型電解槽６０を使用すること、酸性水供給タンク１１の代わりに酸性水と電解質溶液を混合した溶液を収容する酸性水及び電解質溶液供給タンク３１を設けること、電解溶液供給タンク３１から陰極室３に酸性水と電解質溶液を混合した溶液を送る給水ライン３２、陰極室３からの排水系２３、陰極室３の排水を制御する電磁弁１４を設けること以外は図１と同様の構成を有する。
【００３９】
上述のように、実施形態に係る電解水生成装置が１隔膜２室型電解槽を有する場合には、電解質水溶液を陽極室または陰極室に供給するラインを設けることができる。
【００４０】
なお、図５では、陰極室側に電解質水溶液とさらに陰極水を酸性に維持するための酸を入れている。
【００４１】
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】
【００４２】
１…陽極室，２…中間室，３…陰極室，４…第１の隔膜，８…陽極電極，９…陰極電極，１０，６０…電解槽，２０，３０，４０，５０…電解水生成装置，６，２１，２４，３２…第２のライン，２１…第１のライン
【図１】
2016199443.tif 000003
【図２】
2016199443.tif 000004
【図３】
2016199443.tif 000005
【図４】
2016199443.tif 000006
【図５】
2016199443.tif 000007
【国際調査報告】
2016199443.tif 000008
2016199443.tif 000009
2016199443.tif 000010
2016199443.tif 000011