(57)【要約】【課題】洗浄性能に優れた過酸化水素含有洗浄水を効率良く生成すること。【解決手段】気泡径が非常に小さく、表面積が大きい酸素含有ガスのマイクロバブルを、陰極室４と陽極室５との間に隔膜８を有する有隔膜電解槽３の陰極室４に供給し、陰極室４で過酸化水素含有洗浄水を生成する。これによれば、過酸化水素の生成に重要な陰極６での三相界面（気泡／電解液／電極）の接触効率が向上し、過酸化水素の生成効率が高められ、過酸化水素含有洗浄水を効率良く生成できる。また、この過酸化水素含有洗浄水に残存するマイクロバブルは、ミリバブルに比して、洗浄時に被洗浄物の表面に付着している汚染物に効率良く衝突し当該汚染物を剥離するため、洗浄性能に優れる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極室と陽極室との間に隔膜を有する有隔膜電解槽と、
酸素含有ガスのマイクロバブルを発生し前記陰極室に供給するマイクロバブル発生装置と、を備え、
前記陰極室で過酸化水素含有洗浄水を生成することを特徴とする過酸化水素含有洗浄水の製造装置。
【請求項２】
前記陰極室の陰極は、平板状の固定電極であることを特徴とする請求項１記載の過酸化水素含有洗浄水の製造装置。
【請求項３】
前記陰極室の陰極は、炭素材料を充填した電極を備えることを特徴とする請求項１記載の過酸化水素含有洗浄水の製造装置。
【請求項４】
前記陽極室で生成された酸素ガスを、前記酸素含有ガスとして前記マイクロバブル発生装置に供給する酸素ガス供給ラインを備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の過酸化水素含有洗浄水の製造装置。
【請求項５】
前記酸素含有ガスのマイクロバブルは、その気泡径が、０．１〜１００μｍであることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の過酸化水素含有洗浄水の製造装置。
【請求項６】
陰極室と陽極室との間に隔膜を有する有隔膜電解槽の前記陰極室に、酸素含有ガスのマイクロバブルを供給し、前記陰極室で過酸化水素含有洗浄水を生成することを特徴とする過酸化水素含有洗浄水の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過酸化水素含有洗浄水の製造装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子工業における液晶や半導体等の工業部品の洗浄、水産物や農産物等の生鮮食品の加工装置や用具等の洗浄、流動性飲食物を扱う製造ラインの洗浄、及び、医薬品製造や化粧品製造の装置やラインの洗浄には、各種の洗浄水が使用されている。例えば機械部品等では、表面に付着した油等を除去するために有機溶剤を用いた洗浄が一般に行われる。また、水溶性洗浄液としては、界面活性剤やアルカリ性添加剤等が用いられている。また、食品工業のＣＩＰ（自動洗浄システム）等においては、油脂や有機物の洗浄効果に優れたアルカリ洗浄液がよく使用される。しかしながら、有機溶剤は環境汚染の問題を引き起こす可能性があること、また、界面活性剤等の薬品を使用すると、この界面活性剤を洗い流すリンス工程が必要となり、大量のリンス水が必要になると共に、界面活性剤は有機物であるため、これを処理するための大規模な廃水処理設備が必要になる。また、アルカリ洗浄液にあっては、洗浄力に問題がある。
【０００３】
最近、このような問題が無い洗浄水として、水溶液の電気分解によって得られるアルカリ電解水が注目されている。このアルカリ電解水の洗浄効果を高めるために、過酸化水素を含有するアルカリ電解水を使用する洗浄方法が、以下の特許文献１に記載されている。この特許文献１では、隔膜電解槽の陰極室に供給される水又は電解質水溶液中に酸素含有ガスを供給し、陰極表面で過酸化水素を生成させて、過酸化水素を含有するアルカリ電解水を得るようにしている。また、パルプ漂白等の用途に適した過酸化水素の製造方法が、以下の特許文献２に記載されている。この特許文献２では、陰極側に表面積の大きな炭素繊維材料を充填して電解を行い、数％程度の比較的高い濃度の過酸化水素含有アルカリ水を得るようにしている。
【特許文献１】特開２００１−３２７９３４号公報
【特許文献２】特開平６−２００３８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術にあっては、過酸化水素の生成効率が低いという問題がある。
【０００５】
また、上記特許文献２に記載の技術にあっては、炭素繊維材料の充填密度を高くすることで、装置の小型化を図りつつ陰極の表面積を大きくし過酸化水素の生成効率を高めようとすると、酸素含有気泡が充填層内で蓄積し合体して大きな気泡となりガス溜まりが生じて電気抵抗が増大するため、電解効率が著しく低下してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、洗浄性能に優れた過酸化水素含有洗浄水を効率良く生成することができる過酸化水素含有洗浄水の製造装置及び過酸化水素含有洗浄水の製造方法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】
【０００７】
本発明による過酸化水素含有洗浄水の製造装置は、陰極室と陽極室との間に隔膜を有する有隔膜電解槽と、酸素含有ガスのマイクロバブルを発生し陰極室に供給するマイクロバブル発生装置と、を備え、陰極室で過酸化水素含有洗浄水を生成することを特徴としている。
【０００８】
本発明による過酸化水素含有洗浄水の製造方法は、陰極室と陽極室との間に隔膜を有する有隔膜電解槽の前記陰極室に、酸素含有ガスのマイクロバブルを供給し、陰極室で過酸化水素含有洗浄水を生成することを特徴としている。
【０００９】
このような過酸化水素含有洗浄水の製造装置及び製造方法によれば、気泡径が非常に小さく、表面積が大きい酸素含有ガスのマイクロバブルが、有隔膜電解槽の陰極室に供給されるため、過酸化水素の生成に重要な陰極での三相界面（気泡／電解液／電極）の接触効率が向上し、過酸化水素の生成効率が高められる。このため、過酸化水素含有洗浄水が効率良く生成される。また、この過酸化水素含有洗浄水に残存するマイクロバブルは、ミリバブルに比して、洗浄時に被洗浄物の表面に付着している汚染物に効率良く衝突し当該汚染物を剥離するため、洗浄性能に優れる。以上より、洗浄性能に優れた過酸化水素含有洗浄水を効率良く生成できることになる。
【００１０】
ここで、上記作用を好適に奏する陰極室の陰極としては、具体的には、平板状の固定電極が挙げられる。
【００１１】
また、陰極室の陰極を、炭素材料を充填した電極を備える構成とするのが好ましい。このような構成を採用した場合、炭素材料の充填密度を高くしても、酸素含有気泡がマイクロバブルで非常に小さいため、当該酸素含有気泡が充填層内に蓄積し合体して大きな気泡となりガス溜まりが生じて電気抵抗が増大し電解効率が低下してしまうということは無い。このため、炭素材料の充填密度を高め、装置の小型化を図りつつ陰極の表面積を大きくし過酸化水素の生成効率を一層高めることができる。
【００１２】
また、陽極室で生成された酸素ガスを、酸素含有ガスとしてマイクロバブル発生装置に供給する酸素ガス供給ラインを備える構成とすると、酸素含有ガスを供給する送風機やボンベ等の酸素含有ガス供給装置が不要とされ、低コスト化が図られる。
【００１３】
ここで、酸素含有ガスのマイクロバブルは、その気泡径が、０．１〜１００μｍとするのが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
このように本発明の過酸化水素含有洗浄水の製造装置及び製造方法によれば、洗浄性能に優れた過酸化水素含有洗浄水を効率良く生成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明による過酸化水素含有洗浄水の製造装置、過酸化水素含有洗浄水の製造方法の好適な実施形態について図１〜図３を参照しながら説明する。図１は、第一実施形態に係る過酸化水素含有洗浄水の製造装置を示す概略構成図である。
【００１６】
過酸化水素含有洗浄水製造装置１００は概略、有隔膜電解装置１と、マイクロバブル発生装置２と、を具備している。
【００１７】
有隔膜電解装置１は、陰極６を有する陰極室４と陽極７を有する陽極室５とを隔膜８で隔てて成る有隔膜電解槽３を備え、陰極６と陽極７とに直流電源９を接続し、これら電極６，７に電圧を印加することで、槽内で電気分解を行うものである。
【００１８】
陰極６及び陽極７としては、例えば、板状、網状、多孔板等の平板状のものが固定電極として用いられ、互いに対向して配置される。陰極６としては、白金等の貴金属又はステンレス又はニッケル又はチタン等から形成されているのが好ましく、また、黒鉛と活性炭の焼結体から形成されているのも好ましい。また、白金又は金等の貴金属微粒子とチタンから形成される多孔質電極や、炭素又はグラファイト粉末の多孔質焼結体を用いると、後述の過酸化水素生成反応を促進する上で、特に好ましい。
【００１９】
隔膜８としては、イオン交換膜又は樹脂製の多孔質膜が用いられる。イオン交換膜は、陽イオン交換膜又は陰イオン交換膜の何れでも良いが、耐薬品性からフッ素樹脂系のイオン交換膜を用いるのが好ましい。
【００２０】
この有隔膜電解槽３の陰極室４には、その流入口に、電解質水溶液を導入する陰極室電解質水溶液供給ラインＬ１が接続されると共に、流出口に、陰極室４で生成された過酸化水素含有アルカリ電解水（詳しくは後述）を排出する過酸化水素含有アルカリ電解水排出ラインＬ２が接続される。一方、有隔膜電解槽３の陽極室５には、その流入口に、電解質水溶液を導入する陽極室電解質水溶液供給ラインＬ３が接続されると共に、流出口に、陽極室５で生成される酸素含有酸性電解水（詳しくは後述）を排出する酸性電解水排出ラインＬ４が接続される。
【００２１】
マイクロバブル発生装置２は、空気又は酸素ガス（以下酸素含有ガスと呼ぶ）のマイクロバブルを発生し陰極室４に供給するためのもので、陰極室供給水槽１０と、この陰極室供給水槽１０に対して入口と出口が接続される循環ラインＬ６と、循環ラインＬ６の途中に設けられる剪断型ポンプＰ及び剪断型ノズルＴと、循環ラインＬ６の剪断型ポンプＰより上流側に接続されるガス供給装置Ｂと、を概略備え、上記陰極室電解質水溶液供給ラインＬ１により、循環ラインＬ６の剪断型ノズルＴより下流側を陰極室４の流入口に接続して成る。
【００２２】
陰極室供給水槽１０は、ラインＬ５を介して供給される電解質水溶液を貯留するものである。
【００２３】
ガス供給装置Ｂは、酸素含有ガスを循環ラインＬ６に供給する送風機やボンベ等を備えるものである。
【００２４】
剪断型ポンプＰは、例えば渦流ポンプ等の吸気ポンプであり、二相旋回流により、酸素含有ガス及び陰極室供給水槽１０の電解質水溶液を吸引し循環ラインＬ６で循環させると共に、酸素含有ガスを剪断するものである。
【００２５】
剪断型ノズルＴは、例えばブレンダーやミキサー等であり、剪断型ポンプＰからの酸素含有ガスを、旋回流によりさらに剪断し、酸素含有ガスのマイクロバブル（直径がマイクロメートルレベルの超微細気泡）とするものである。
【００２６】
因みに、電気分解にあっては、陰極６の表面にカルシウム等の炭酸塩等が付着し電気抵抗が増大するため、電解質水溶液を調整する水として、カルシウム等を含まない軟水や純水を使用するのが好ましい。また、ナトリウムの炭酸塩等の析出による電気抵抗の増大を防ぐために、電解質水溶液への酸素含有ガス中の炭酸ガスを予め除去しておくことが好ましい。
【００２７】
このような構成を有する過酸化水素含有洗浄水製造装置１００にあっては、マイクロバブル発生装置２において、剪断型ポンプＰが駆動され、ガス供給装置Ｂから循環ラインＬ６に供給された酸素含有ガスが、陰極室供給水槽１０の電解質水溶液と共に剪断型ポンプＰに送られて二相旋回流により剪断され、さらに、剪断型ノズルＴで旋回流により剪断されることで、酸素含有ガスのマイクロバブルが発生する。
【００２８】
このように、剪断型ポンプＰと剪断型ノズルＴを用い二段旋回流でマイクロバブルを生成するようにしているため、超微細な酸素含有ガスのマイクロバブルを含有した電解質水溶液が安定して得られる。
【００２９】
この酸素含有ガスのマイクロバブルを含有した電解質水溶液は、陰極室電解質水溶液供給ラインＬ１を介して、有隔膜電解槽３の陰極室４に供給される一方で、一部は循環ラインＬ６により陰極室供給水槽１０に戻されて循環する。一方、陽極室５に対しては、陽極室電解質水溶液供給ラインＬ３を介して電解質水溶液が供給される。そして、直流電源９により電極６，７に電圧が印加されることで、有隔膜電解槽３で電気分解が行われる。
【００３０】
このとき、陰極室４では電解によって以下に示す反応式（１）：
Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋２ｅ→Ｈ２Ｏ２＋２ＯＨ−                    ………（１）
に従って過酸化水素が発生する。
【００３１】
陰極６の表面では、酸素含有ガスのマイクロバブル／電解液／電極の三相界面で上記反応式（１）が進行する。
【００３２】
ここで、酸素含有ガスのマイクロバブルは、多孔性セラミック等の散気板や散気球を用いて発生させた気泡（ミリバブル；直径がミリメートルレベルの気泡）に比して、より微細な気泡であり、具体的には、気泡径が０．１〜１００μｍ（より好ましくは１〜５０μｍ）であり、表面積が大きいため、過酸化水素の生成に重要な陰極６での三相界面の接触効率が向上し、過酸化水素の生成効率が高められる。
【００３３】
このように、マイクロバブルの気泡径を０．１〜１００μｍとしているのは、気泡径を０．１μｍより小さくすると、このような超微細な気泡を発生させるのに複雑な装置が必要となり、装置が高価になると共に、このような超微細な気泡にしても、過酸化水素の生成効率がそれ以上高まらないからであり、又、気泡径を１００μｍより大きくすると、陰極６での三相界面の接触効率が低下し、過酸化水素の生成効率が低下してしまうからである。
【００３４】
ここで、このような気泡径（０．１〜１００μｍ）のマイクロバブルは、静電反発力により気泡同士が合体し難いという性質を有しているため、陰極室４にあっては、槽電圧が上昇するといったことは無く、安定した電気分解が行われる。
【００３５】
このようにして、陰極室４では、効率良く且つ安定して過酸化水素を含有する過酸化水素含有アルカリ電解水が生成される。
【００３６】
一方、陽極室５では電解によって以下に示す反応式（２）：
２ＯＨ−→Ｈ２Ｏ＋１／２Ｏ２＋２ｅ                          ………（２）
に従って酸素ガスが発生し、酸素ガスを含有する酸素含有酸性電解水が生成される。
【００３７】
そして、陰極室４で効率良く生成された過酸化水素含有アルカリ電解水は、過酸化水素含有アルカリ電解水排出ラインＬ２を通して、過酸化水素含有洗浄水として排出され、洗浄を要する各種の製造ラインや洗浄設備（槽）等に供給され利用される。
【００３８】
一方、陽極室５で生成された酸素含有酸性電解水は、酸性電解水排出ラインＬ４を通して排出される。この酸素含有酸性電解水は、陽極室５に供給する電解質として食塩等を使用した場合には、塩素や次亜塩素酸塩等を含むため、酸化力や殺菌力のある洗浄水として利用することが可能である。
【００３９】
このように、本実施形態においては、気泡径が非常に小さく、表面積が大きい酸素含有ガスのマイクロバブルが、有隔膜電解槽３の陰極室４に供給されるため、過酸化水素の生成に重要な陰極６での三相界面の接触効率が向上し、過酸化水素の生成効率が高められ、過酸化水素含有洗浄水が効率良く生成される。また、この過酸化水素含有洗浄水に残存するマイクロバブルは、ミリバブルに比して、洗浄時に被洗浄物の表面に付着している汚染物に効率良く衝突し当該汚染物を剥離するため、洗浄性能に優れる。従って、本実施形態によれば、洗浄性能に優れた過酸化水素含有洗浄水を効率良く生成できる。
【００４０】
また、過酸化水素は、汚染有機物等の酸化分解や細菌等の殺菌効果を有するため、生成された過酸化水素含有洗浄水は、単なるアルカリ電解水に比して、洗浄・殺菌をより効果的に行うことができる。また、このように過酸化水素含有洗浄水は洗浄力が高いため、高価な水酸化ナトリウム等の使用量の削減（アルカリ濃度の低減化）を図ることも可能である。
【００４１】
なお、マイクロバブル発生装置２にあっては、剪断型ノズルＴを、陰極室供給水槽１０の外部に設置しているが、陰極室供給水槽１０の電解質水溶液中に設置するようにしても良い。
【００４２】
また、マイクロバブル発生装置２としては、剪断型ポンプＰ及び剪断型ノズルＴの組み合わせによる酸素含有ガス剪断方式の他に、例えば、加圧して酸素含有ガスを電解質水溶液に溶解した状態から、この電解質水溶液をノズル等から放出し一気に定圧状態にすることで、マイクロバブルを発生させる加圧溶解方式等を採用しても良い。
【００４３】
また、酸素含有ガスとして少量の空気を循環ラインＬ６に供給するだけで良い場合には、ガス供給装置Ｂを無くし、剪断型ポンプＰにより大気を吸引して循環ラインＬ６に供給するようにしても良い。
【００４４】
また、循環ラインＬ６により、酸素含有ガスのマイクロバブルを含有した電解質水溶液の一部を陰極室供給水槽１０に戻し循環させるようにしているが、酸素含有ガスのマイクロバブルを含有した電解質水溶液の全部を、陰極室電解質水溶液供給ラインＬ１により、陰極室４に供給するようにしても良い。
【００４５】
図２は、本発明の第二実施形態に係る過酸化水素含有洗浄水の製造装置を示す概略構成図である。
【００４６】
この第二実施形態の過酸化水素含有洗浄水製造装置２００が、第一実施形態の過酸化水素含有洗浄水製造装置１００と違う点は、陰極６を有する有隔膜電解槽３に代えて、炭素材料を充填した陰極１１を有する有隔膜電解槽１３を用いた点である。
【００４７】
ここで、陰極１１は、例えば、炭素繊維フェルト又は炭素繊維クロス又は炭素繊維シート、粒状炭素材等を充填した電極である。
【００４８】
また、この変更に伴って、陰極室４には、電源９に接続され陰極１１に電流を供給するための給電体（電流供給装置）１６が設けられている。この給電体１６としては、例えば、炭素や導電性のニッケル、チタン等の金属を用いることができる。
【００４９】
このような第二実施形態の過酸化水素含有洗浄水製造装置２００によれば、陰極１１を構成する炭素材料の充填密度を高くしても、酸素含有気泡がマイクロバブルで非常に小さいため、当該酸素含有気泡が充填層内に蓄積し合体して大きな気泡となりガス溜まりが生じて電気抵抗が増大し電解効率が低下してしまうということは無い。
【００５０】
従って、第一実施形態の効果に加えて、陰極１１を構成する炭素材料の充填密度を高め、装置の小型化を図りつつ陰極１１の表面積を大きくし過酸化水素の生成効率を一層高めることができる。
【００５１】
図３は、本発明の第三実施形態に係る過酸化水素含有洗浄水の製造装置を示す概略構成図である。
【００５２】
この第三実施形態の過酸化水素含有洗浄水製造装置３００が、第二実施形態の過酸化水素含有洗浄水製造装置２００と違う点は、酸性電解水排出ラインＬ４に、酸素含有酸性電解水を気液分離する気液分離装置１２を設けると共に、マイクロバブル発生装置２に代えて、ガス供給装置Ｂを無くしたマイクロバブル発生装置２２を用い、気液分離装置１２の気体分離側とマイクロバブル発生装置２２の循環ラインＬ６の剪断型ポンプＰより上流側とを、酸素ガス供給ラインＬ７で接続した点である。
【００５３】
このような第三実施形態の過酸化水素含有洗浄水製造装置３００によれば、酸性電解水排出ラインＬ４を通して排出される酸素含有酸性電解水は、気液分離装置１２で、酸素ガスと酸性電解水とに気液分離され、酸素ガスは、酸素ガス供給ラインＬ７を通して、マイクロバブル発生装置２２の循環ラインＬ６に供給され、マイクロバブル発生装置２２において、ガス供給装置Ｂを用いること無く、酸素含有ガスのマイクロバブルを含有した電解質水溶液が生成される。
【００５４】
従って、第二実施形態の効果に加えて、ガス供給装置Ｂが不要とされ、低コスト化が図られる。
【００５５】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記第三実施形態の酸素ガス供給ラインＬ７を用いる構成を、第一実施形態に対して適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第一実施形態に係る過酸化水素含有洗浄水の製造装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第二実施形態に係る過酸化水素含有洗浄水の製造装置を示す概略構成図である。
【図３】本発明の第三実施形態に係る過酸化水素含有洗浄水の製造装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００５７】
２，２２…マイクロバブル発生装置、３，１３…有隔膜電解槽、４…陰極室、５…陽極室、６…陰極、８…隔膜、１１…充填電極（炭素材料を充填した電極；陰極）、１００，２００，３００…過酸化水素含有洗浄水の製造装置、Ｌ７…酸素ガス供給ライン。
【図１】
2008063648.tif 000003
【図２】
2008063648.tif 000004
【図３】
2008063648.tif 000005