(57)【要約】【課題】二室型電解槽電解装置の長所を生かして電解効率を向上させる技術を提供することである。【解決手段】電解槽を有する電解装置において、  前記電解槽は、    アノード電極が設けられたアノード室と、    前記アノード室とは隔膜によって区分けされてなるカソード電極が設けられたカソード室と、    前記アノード室を前記アノード電極が存するアノード電解水通路室と前記アノード電極が存しない電解質補給室とに区分けする隔壁とを具備してなり、  前記電解質補給室内の電解質溶液が前記電解質補給室側から前記アノード電解水通路室側に移動できるよう前記隔壁には孔が構成されてなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解槽を有する電解装置において、
前記電解槽は、
アノード電極が設けられたアノード室と、
前記アノード室とは隔膜によって区分けされてなるカソード電極が設けられたカソード室と、
前記アノード室を前記アノード電極が存するアノード電解水通路室と前記アノード電極が存しない電解質補給室とに区分けする隔壁
とを具備してなり、
前記電解質補給室内の電解質溶液が前記電解質補給室側から前記アノード電解水通路室側に移動できるよう前記隔壁には孔が構成されてなる
ことを特徴とする電解装置。
【請求項２】
電解質補給室にイオン交換樹脂が配設されてなる
ことを特徴とする請求項１の電解装置。
【請求項３】
隔壁がフッ素系カチオン交換膜で構成されてなり、
前記フッ素系カチオン交換膜が孔の形成されたアノード電極に隣接して設けられてなる
ことを特徴とする請求項１又は請求項２の電解装置。
【請求項４】
アノード電極の隔壁が設けられている側とは反対側の面にイオン交換樹脂が設けられてなる
ことを特徴とする請求項１〜請求項３いずれかの電解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、洗浄・消毒性に優れると共に安全性が高いアノード酸化水を生成でき、そして電解効率に優れた二室型電解槽を備えた電解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
消毒に用いられている次亜塩素酸水溶液は、その寿命が短い。従って、ボトリングして販売することが困難である。このようなことから、次亜塩素酸水溶液を製造できる電解装置が販売されている。
【０００３】
このような電解装置として、図１０に示される無隔膜電解槽を備えた電解装置Ｘ、図１１に示される二室型電解槽を備えた電解装置Ｙ、図１２に示される三室型電解槽を備えた電解装置Ｚのものが知られている。
【０００４】
図１０中、１１１は電解室への流入口、１１２はアノード電極、１１３はカソード電極、１１４は電解室からの流出口である。
【０００５】
図１１中、１２１はアノード室、１２２はアノード室１２１への流入口、１２３はアノード室１２１からの流出口、１２４はアノード電極、１２５はカソード室、１２６はカソード室１２５への流入口、１２７はカソード室１２５からの流出口、１２８はカソード電極、１２９はアノード室１２１とカソード室１２５とを仕切る隔膜である。
【０００６】
図１２中、１３１はアノード室、１３２はアノード室１３１への流入口、１３３はアノード室１３１からの流出口、１３４はアノード電極、１３５はカソード室、１３６はカソード室１３５への流入口、１３７はカソード室１３５からの流出口、１３８はカソード電極、１３９はアノード室１３１とカソード室１３５との間に設けられた中間室、１４０はアノード室１３１と中間室１３９とを仕切る隔膜、１４１はカソード室１３５と中間室１３９とを仕切る隔膜、１４２は中間室１３９への流入口、１４３は中間室１３９からの流出口である。
【０００７】
さて、上記の３タイプの電解装置の特徴・問題点を下記の表−１に示す。
2008119578.tif 000003
【０００８】
ところで、手洗い等では洗浄と消毒とを併せて考えることが望ましい。
この観点からすると、無隔膜電解槽を用いた電解装置Ｘによる電解水は好ましく無い。これに対して、二室型電解槽を用いた電解装置Ｙや三室型電解槽を用いた電解装置Ｚで得られる電解水は、洗浄と消毒との双方を達成できる。そして、どちらが適しているかを考察すると、操作性や酸化水の機能の面では、三室型電解槽を用いた電解装置Ｚの方が優れている。例えば、三室型電解槽電解装置Ｚを用いると、硬水でも軟水器を利用しないで長時間の電解が可能である。
【０００９】
さて、ＮａＣｌ等の塩分を用いることにより、酸化水中に次亜塩素酸等が生成している。従って、この酸化水は消毒効果に優れている。そして、二室型電解槽電解装置Ｙの場合には、アノード室への供給原水にＮａＣｌを添加している。三室型電解槽電解装置Ｚの場合には、中間室にＮａＣｌを添加している。
【００１０】
そして、三室型電解槽電解装置Ｚが用いられた場合、アノード電解水（酸化水）中の塩分濃度が低いので、腐食の問題点が二室型電解槽電解装置Ｙに比べて小さい。この種の三室型電解槽電解装置Ｚの場合、アノード室側の隔膜に陰イオン交換膜が、カソ−ド室側の隔膜にカチオン交換膜が用いられる。そして、中間室に飽和食塩水を供給して電解した場合、塩素イオンの陰イオン膜透過度とナトリウムイオンのカチオン交換膜透過度とを比較すると、カチオン交換膜透過度の方が大きい。このことは、電解が進むと、中間室のpHが酸性に傾くことを意味する。そして、中間室のpHが強酸性になると、装置の安全性の問題が起きて来る。
【００１１】
これに対して、二室型電解槽電解装置Ｙの場合には、上記三室型電解槽電解装置Ｚの問題点が無いものの、ＮａＣｌの補給に問題が有る。そして、ＮａＣｌの濃度が低いと、下記の式に示される如く、塩素イオンの酸化反応に加えて水の酸化反応が起こり、電解効率が低下する。逆に、濃度が高すぎると、腐食等の問題点が起きる。しかしながら、二室型電解槽電解装置Ｙの場合には、三室型電解槽電解装置Ｚの如く、pHが1以下の強酸性の塩酸が生成されないと言う大きな特長が有る。従って、二室型電解槽電解装置Ｙの採用は非常に魅力的である。
２Ｃｌ−−２ｅ−→Ｃｌ２
Ｃｌ２＋２Ｈ２Ｏ−２ｅ−→２ＨＣｌＯ＋２Ｈ＋
２Ｈ２Ｏ−４ｅ−→Ｏ２＋４Ｈ＋
【特許文献１】特開２００５−５８８４８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
さて、上記アノード電解水（酸化水）の問題を緩和する為には、食塩濃度を低減しなければならないが、そうすると、電解効率が低下する。
従って、本発明が解決しようとする課題は、二室型電解槽電解装置Ｙの長所を生かして電解効率を向上させる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記の課題は、
電解槽を有する電解装置において、
前記電解槽は、
アノード電極が設けられたアノード室と、
前記アノード室とは隔膜によって区分けされてなるカソード電極が設けられたカソード室と、
前記アノード室を前記アノード電極が存するアノード電解水通路室と前記アノード電極が存しない電解質補給室とに区分けする隔壁
とを具備してなり、
前記電解質補給室内の電解質溶液が前記電解質補給室側から前記アノード電解水通路室側に移動できるよう前記隔壁には孔が構成されてなる
ことを特徴とする電解装置によって解決される。
【００１４】
特に、上記の電解装置であって、電解質補給室にイオン交換樹脂が配設されてなる電解装置によって解決される。
【００１５】
又、上記の電解装置であって、隔壁がフッ素系カチオン交換膜で構成されてなり、前記フッ素系カチオン交換膜が孔の形成されたアノード電極に隣接して設けられてなる電解装置によって解決される。
【００１６】
又、上記の電解装置であって、アノード電極の隔壁が設けられている側とは反対側の面にイオン交換樹脂が設けられてなる電解装置によって解決される。
【００１７】
又、上記の電解装置であって、カソード室で生成したカソード電解水とアノード室で生成したアノード電解水とが混合されるように導水路が構成されてなる電解装置によって解決される。特に、上記の電解装置であって、カソ−ド室が二つ以上に分割されてなり、その中の一つのカソード室で生成したカソード電解水とアノード室で生成したアノード電解水とが混合されるように導水路が構成されてなる電解装置によって解決される。中でも、上記の電解装置であって、カソード電解水とアノード電解水との混合水がｐＨ５〜９の範囲内に在るように混合される混合・調整手段を備えた電解装置によって解決される。
【００１８】
又、上記の電解装置であって、電解質補給室には電解質水溶液タンクが接続されてなり、前記電解質水溶液タンクにはハロゲン塩（特に、ＮａＣｌ）が充填されてなる電解装置によって解決される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、洗浄・消毒（殺菌）に優れた水が得られる。
特に、電解効率良く洗浄・消毒（殺菌）に優れた水が得られ、しかもその際に装置には腐食などの問題が起き難く、寿命の長いものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明は電解装置である。この電解装置は、電解槽を有する。特に、所謂、二室型電解槽を有する。この電解槽は、アノード電極が設けられたアノード室と、該アノード室とは隔膜によって区分けされてなるカソード電極が設けられたカソード室と、前記アノード室を前記アノード電極が存するアノード電解水通路室と前記アノード電極が存しない電解質補給室とに区分けする隔壁とを有する。そして、前記隔壁は、電解質補給室内の電解質溶液が電解質補給室側からアノード電解水通路室側に移動できるように孔が設けられたものである。すなわち、孔を介して、電解質溶液が電解質補給室側からアノード電解水通路室側に移動できるようになっている。又、好ましくは、電解質補給室にイオン交換樹脂が配設（充填）されている。すなわち、電解質補給室にイオン交換樹脂が充填されていると、供給された電解質がイオン交換樹脂に保持されるようになり、アノード電解酸化効率が向上する。又、好ましくは、前記隔壁はフッ素系カチオン交換膜で構成されていて、このフッ素系カチオン交換膜が孔の形成されたアノード電極に隣接（接合）して設けられている。又、好ましくは、アノード電極の隔壁が設けられている側とは反対側の面にイオン交換樹脂が設けられている。すなわち、斯くの如くにして、アノード電極の周囲にイオン交換樹脂を存在させていると、アノード電極表面の実効電解質濃度が高くなり、電解効率が向上する。又、好ましくは、カソード室で生成したカソード電解水とアノード室で生成したアノード電解水とが混合されるように導水路が設けられている。更に好ましくは、カソ−ド室が二つ以上に分割されていて、その中の一つのカソード室で生成したカソード電解水とアノード室で生成したアノード電解水とが混合されるように導水路が構成されている。すなわち、斯くの如くにさせると、一つのカソ−ド室で生成されたカソ−ド電解水とアノード電解水とを混合することによって、ｐＨが５〜９の中性領域の電解酸化水が容易に得られるようになる。又、好ましくは、カソード電解水とアノード電解水との混合水のｐＨが５〜９の範囲内に在るように混合される混合・調整手段を備えている。又、好ましくは、電解質補給室に電解質水溶液タンクが接続されていて、前記電解質水溶液タンクにはハロゲン塩（特に、ＮａＣｌ）が充填されている。
【００２１】
以下、更に詳しく説明する。
図１及び図２は本発明になる電解装置の要部（電解槽）の概略図である。
本発明になる電解槽は、所謂、二室型電解槽である。表面的には三室型電解槽に似ているが、本発明にあっては、アノード室に設けられた隔壁に孔が形成されていて、前記孔を介して電解質溶液がアノード電極の設けられたアノード室に移行できるようになっている点において、所謂、三室型電解槽とは異なる。
【００２２】
図１，２中、１はアノード室、２はアノード室１への水流入口、３はアノード室１からの水流出口、４はアノード電極である。５はカソード室、６はカソード室５への水流入口、７はカソード室５からの水流出口、８はカソード電極である。９は、アノード室１とカソード室５とを仕切る隔膜（カチオン交換膜）である。尚、これ等の構成については、従来からの二室型電解槽によって知られているから、詳細は省略される。
【００２３】
さて、カソード電極８は隔膜９の表面に設けられているが、アノード電極４は隔膜９から離れて設けられている。そして、このアノード電極４は、例えば図３に示される如く、多数の孔１０が形成されている。すなわち、アノード電極４は多孔性アノード電極である。尚、電解に有効な面積は、例えば８０ｍｍ×６０ｍｍである。
【００２４】
１１は隔壁である。例えば、フッ素系カチオン交換膜で出来た隔壁１１である。すなわち、隔壁１１によってアノード室１が複数の部屋に分割されるように隔壁が設けられている。特に、隔壁１１はアノード電極４に隣接して設けられている。すなわち、隔壁１１の表面にアノード電極４が設けられている。従って、アノード室１は、隔壁１１によって、アノード電極４が存在するアノード電解水通路室１ａと、アノード電極４が存しない電解質補給室１ｂとに区分されている。隔壁１１にも多数の孔が形成されている。すなわち、隔壁１１は多孔性隔壁である。従って、隔壁１１に形成されている孔およびアノード電極４に形成されている孔１０を介して、電解質補給室１ｂ内の電解質水溶液が電解質補給室１ｂ側からアノード電解水通路室１ａ側に移行できるようになっている。尚、隔壁１１として、フッ素系のカチオン交換膜を用いた場合、オゾンの発生効率が向上する。そして、オゾンの発生により、塩素イオンの直接酸化による酸化性物質の生成に加え、オゾンと塩素イオンによる酸化性物質の生成が可能となり、電解効率が更に向上する。従って、フッ素系のカチオン交換膜を用いることが好ましい。
【００２５】
１２は、電解質補給室１ｂ内に充填されたガラスビーズ又はイオン交換樹脂である。勿論、電解質補給室１ｂ内に何も充填されてない場合も有るが、好ましくはガラスビーズやイオン交換樹脂１２が充填される。そして、充填物質が陰イオン交換樹脂の場合には、充填された陰イオン交換樹脂に電解質補給室１ｂ内に供給されたＮａＣｌのＣｌ−が吸着されるようになり、電解質補給室１ｂ内のＣｌ−の減少に伴って陰イオン交換樹脂からＣｌ−が放出されるので、ＮａＣｌの供給量が少ない場合でもＣｌを効果的に利用できるようになる。尚、１３は、電解質補給室１ｂの電解質溶液流入口である。そして、電解質溶液は隔壁１１に形成されている孔およびアノード電極４に形成されている孔１０を介して流出できることから、アノード室１やカソード室５の場合とは異なり、電解質溶液流出口は特別には設けられていない。
【００２６】
１４は、アノード電極（多孔性アノード電極）４の背面側（図２では、アノード電極４の左側）に設けられた陰イオン交換樹脂である。尚、図１に示される電解槽には陰イオン交換樹脂１４は設けられていない。このアノード電極４の背面側にも陰イオン交換樹脂１４を設けておくことにより、多孔性アノ−ド電極４の背面での酸化反応が利用できるようになり、即ち、イオン交換樹脂１４に塩素イオンを保持させて電極背面での電流を有効に利用できるようになり、電解効率が更に向上するようになる。
【００２７】
上記本発明の電解槽が組み込まれた電解装置の概略が図４に示される。
図４中、２１はタンクであって、このタンク２１には電解質（ＮａＣｌ）水溶液が充填されている。タンク２１と電解質補給室１ｂとはパイプを介して接続されている。そして、パイプの途中に設けられたポンプ２２の力によりＮａＣｌ水溶液はタンク２１から電解質補給室１ｂに供給される。尚、この供給経路の途中に設けられた流量調整弁２３によりＮａＣｌ水溶液の流量は制御される。２４は軟水器であり、軟水器２４の一端側は水道管に接続されており、軟水器２４の他端側はパイプを介してアノード電解水通路室１ａ及びカソード室５に接続されている。すなわち、軟水器２４によって軟水に転換された水道水がアノード電解水通路室１ａ及びカソード室５に供給されるようになっている。２５はアノード電解水用タンク、２６はカソード電解水用タンクである。そして、アノード電解水用タンク２５とアノード電解水通路室１ａとはパイプを介して接続されており、アノード電解水通路室１ａで電解を受けたアノード電解水はアノード電解水用タンク２５に溜められる。又、カソード電解水用タンク２６とカソード室５とはパイプを介して接続されており、カソード室５で電解を受けたカソード電解水はカソード電解水用タンク２６に溜められる。
【００２８】
さて、上記した電解装置を用いて電解が行なわれる場合の現象を図５に沿って説明する。先ず、タンク２１から電解質補給室１ｂにＮａＣｌ水溶液が供給される。この供給量は、アノード電解水通路室１ａに供給される食塩濃度が所望のものとなるように流量調整弁２３により制御される。すなわち、食塩濃度によって電解電流効率が影響を受けるからである。ここでの電解電流効率は通電した電気量に対する残留塩素濃度の割合を意味する。そして、ＮａＣｌ濃度を大きくすると、電解電流効率が向上する。しかしながら、アノード電解水中のＮａＣｌ濃度が大きくなり過ぎると、pHがより酸性になり、装置が腐食を受け易くなる。又、使用するＮａＣｌ量を出来るだけ少なくして電解効率を向上させることも大事である。従って、電解質補給室１ｂ内の電解質濃度が、例えば０．１〜８ｍｏｌ／Ｌ程度であるよう調整されることが好ましい。供給されたＮａＣｌ水溶液の一部は隔壁やアノード電極４の孔を通り抜けてアノード電解水通路室１ａに移行し、水道管から導かれて来ている軟水と混ざり合う。そして、Ｃｌ−は、多孔性アノード電極４で酸化作用を受け、塩素ガス（Ｃｌ２）又は次亜塩素酸イオン（ＣｌＯ−）になる。尚、電解質補給室１ｂ内に存するＮａ＋は隔膜（カチオン交換膜）９を介してカソ−ド室５に移行する。このような結果、従来の二室型電解槽電解装置を用いた場合に比べ、少量のＮａＣｌにより安全、かつ、高効率で残留塩素濃度が高い酸化水が得られる。
【００２９】
更なる具体的実施例について説明する。
［実施例１］
電解効率向上性を評価する為、図１１に示された従来の二室型電解槽電解装置（アノード電極とカソ−ド電極間の距離は１０ｍｍ）を用いて生成されるアノード電解水の特性と、図１に示された本発明になる電解装置（アノード電極とカソ−ド電極間の距離は１０ｍｍ）を用いて生成されるアノード電解水の特性とを評価した。尚、本発明の場合には、電解質補給室１ｂ内にガラスビーズが充填された場合と、陰イオン交換樹脂が充填された場合との各々において測定された。隔膜（カチオン交換膜）９及び隔壁（フッ素系カチオン交換膜）１１は、共に、デュポン社製のカチオン交換膜１１７が用いられた。電解槽に供給する直流電源の電圧は１５Ｖに設定された。そして、アノード室とカソ−ド室には、各々、１Ｌ／ｍｉｎで純水が供給された。各々のアノード電解水の特性は表−２に示される通りである。
2008119578.tif 000004
【００３０】
［実施例２］
上記実施例1は、アノード電極（多孔性アノード電極）４の背面側に陰イオン交換樹脂１３が設けられていない図１タイプのものである。これに対して、本実施例２は、アノード電極（多孔性アノード電極）４の背面側に陰イオン交換樹脂１３が設けられた図２タイプのものである。この場合におけるアノード電解水の特性が表−３に示される。これによれば、電流効率が向上していることが判る。すなわち、多孔性アノード電極４の背面にも陰イオン交換樹脂が設けられていると、この陰イオン交換樹脂による塩素イオンの有効利用が窺える。
2008119578.tif 000005
【００３１】
［実施例３］
本実施例３は、カソード室５をカソード室５Ａとカソード室５Ｂとに分割した電解槽（図６参照）を用いた場合の例である。図６中、図１，２と同符号のものは同構造（部材）を示す。尚、５Ａ，５Ｂはカソード室、６Ａ，６Ｂはカソード室５Ａ，５Ｂへの水流入口、７Ａ，７Ｂはカソード室５Ａ，５Ｂからの水流出口である。１５はカソード室５Ａとカソード室５Ｂとを区分けする隔壁、１６は多孔性材である。この図６に示される電解槽が組み込まれた図７に示される電解装置が用いられると、カソード室５Ｂで生成したカソ−ド電解水をアノード電解水に混合すると、ｐＨが５〜８程度の中性領域のアノード電解水を得ることが出来る。尚、ｐＨ５〜８程度の中性領域のアノード電解水を得る為には、カソ−ド室Ａにおけるカソード電極の面積とカソ−ド室Ｂにおけるカソード電極の面積と比（面積比）が３：１〜４：１程度にしておくことが望ましい。
【００３２】
［実施例４］
中性ｐＨのアノード電解水を生成するには、図８に示す如く、カソード電解水用タンク２６からアノード電解水用タンク２５にカソ−ド電解水の一部を供給することにより可能になる。すなわち、アノード電解水のｐＨを測定し、このｐＨ値が所望の中性ｐＨ値となるようにカソ−ド電解水を供給する。
【００３３】
［実施例５］
中性ｐＨのアノード電解水を生成する為、図９に示される如く、本発明の電解槽を複数個用いることでも可能である。すなわち、電解槽Ａで生成したアノード電解水及びカソ−ド電解水と電解槽Ｂで生成したアノード電解水とを混合してｐＨを調整することでも可能になる。尚、電解槽Ａでの電解に要する直流電源は電流を調整することが出来るようになっているのに対して、電解槽Ｂでの電解に要する直流電源は固定電流である。すなわち、アノード電解水用タンク２５内のｐＨを測定し、このｐＨ値が所望の中性ｐＨ値となるように直流電源の電流を調整する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態になる電解装置の要部（電解槽）の概略図
【図２】本発明の第２実施形態になる電解装置の要部（電解槽）の概略図
【図３】本発明の電解槽で用いられるアノード電極の平面図
【図４】本発明の電解装置のブロック図
【図５】本発明になる電解装置（電解槽）におけるイオン移動の概略説明図
【図６】本発明の第３実施形態になる電解装置の要部（電解槽）の概略図
【図７】本発明の電解装置のブロック図
【図８】本発明の電解装置のブロック図
【図９】本発明の電解装置のブロック図
【図１０】従来の電解装置の要部（電解槽）の概略図
【図１１】従来の電解装置の要部（電解槽）の概略図
【図１２】従来の電解装置の要部（電解槽）の概略図
【符号の説明】
【００３５】
１      アノード室
１ａ    アノード電解水通路室
１ｂ    電解質補給室
４      アノード電極
５      カソード室
８      カソード電極
９      隔膜（カチオン交換膜）
１０    アノード電極に形成された孔
１１    隔壁（フッ素系カチオン交換膜）
１２    イオン交換樹脂
１４    陰イオン交換樹脂
代  理  人  宇  高    克  己
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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