(57)【要約】【課題】化学合成洗剤等を使用することなく優れた洗浄効果を発揮し、金属材料を錆びさせることなく、また、電極のメンテナンスを不要とし、しかも、洗浄と除菌を同時に行うことができる強アルカリ性電解水およびその製造方法およびその製造装置を提供する。【解決手段】電気分解を行う電解槽２に陽極３側と陰極４側とを区画するイオン交換膜５を配置し、前記陽極３側に炭酸カリウムを含む電解質水溶液８を供給し、前記陰極４側に純水９を供給して、電気分解により強アルカリイオン水１１を生成するものとする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
純水と、炭酸カリウムを含む電解質水溶液と、カリウムイオンのみを透過させるイオン交換膜とを用いた電気分解により生成されるアルカリ性電解水であって、ｐＨ値が１０．５以上１２．５以下で、酸化還元電位が−９００ｍＶ以上で、且つ溶解成分が炭酸カリウム１ｇ／リットル以下であることを特徴とする強アルカリ性電解水。
【請求項２】
前記電解質水溶液には、塩素基が含まれないことを特徴とする請求項１に記載の強アルカリ性電解水。
【請求項３】
電気分解を行う電解槽に陽極側と陰極側とを区画するカリウムイオンのみを透過させるイオン交換膜を配置し、
前記陽極側に炭酸カリウムを含む電解質水溶液を供給し、
前記陰極側に純水を供給して、
電気分解により前記陰極側にｐＨ値が１０．５以上１２．５以下で、酸化還元電位が−９００ｍＶ以上で、且つ溶解成分が炭酸カリウム１ｇ／リットル以下の強アルカリ性電解水を生成することを特徴とする強アルカリ性電解水製造方法。
【請求項４】
前記電解質水溶液には、塩素基が含まれないことを特徴とする請求項３に記載の強アルカリ性電解水製造方法。
【請求項５】
電気分解を行う電解槽と、前記電解槽の陽極側と陰極側とを区画するカリウムイオンのみを透過させるイオン交換膜と、前記陽極側に炭酸カリウムを含む電解質水溶液を供給する電解質水溶液供給手段と、前記陰極側に純水を供給する純水供給手段とを備え、
電気分解により前記陰極側にｐＨ値が１０．５以上１２．５以下で、酸化還元電位が−９００ｍＶ以上で、且つ溶解成分が炭酸カリウム１ｇ／リットル以下の強アルカリ性電解水を生成することを特徴とする強アルカリ性電解水製造装置。
【請求項６】
前記電解質水溶液には、塩素基が含まれないことを特徴とする請求項５に記載の強アルカリ性電解水製造装置。
【請求項７】
前記純水供給手段として、純水を生成する純水装置を備えることを特徴とする請求項５または６に記載の強アルカリ性電解水製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強アルカリ性電解水に関し、特に、機械部品やその他の洗浄に用いられる洗浄水として有効な強アルカリ性電解水とその製造方法およびその製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、機械部品や食品等を洗浄する洗浄水には、有機溶剤系洗浄液や水溶性洗浄剤等が一般に用いられている。
これらの洗浄剤は水を使用するため、金属部品等の錆びやすい材料を使用したものの洗浄の場合には、洗浄後に防錆処理を施す必要があった。特に、アルカリ洗浄剤をアルミニウムや亜鉛などの洗浄に使用すると、アルカリ成分で金属表面が腐蝕して品質的に重大な欠陥を与えることがあるという問題があった。
【０００３】
そこで、近年、アルカリ性電解水、いわゆるアルカリイオン水を用いることで、特殊な薬剤を用いずに良好な洗浄効果が得られ、しかも地球環境に悪影響を与えない洗浄水として知られている。
【０００４】
例えば、電気分解によって得られる水のｐＨ値が８．０以上１３．０以下であり、酸化還元電位が−１００ｍＶから−１０００ｍＶであるアルカリ性水において、残留塩素濃度が５ｐｐｍ以下のアルカリイオン水を洗浄水として使用するものが提案されている（特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１９２８６０号公報（第２−７頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、通常は塩化ナトリウム等の塩素基を含む電解質水溶液を用いた電気分解が一般的であり、前述した従来の電気分解により生成された洗浄水には、少なからずとも残留塩素が含まれている。これにより、長期使用の間に塩素が電極に附着するため、電極の交換やメンテナンスの必要があるという問題が生じている。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、化学合成洗剤等を使用することなく優れた洗浄効果を発揮し、金属材料を錆びさせることなく、また、電極のメンテナンスを不要とし、しかも、洗浄と除菌を同時に行うことができる強アルカリ性電解水およびその製造方法およびその製造装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、強アルカリ性電解水に係り、純水と、炭酸カリウムを含む電解質水溶液と、カリウムイオンのみを透過させるイオン交換膜とを用いた電気分解により生成されるアルカリ性電解水であって、ｐＨ値が１０．５以上１２．５以下で、酸化還元電位が−９００ｍＶ以上で、且つ溶解成分が炭酸カリウム１ｇ／リットル以下であることを特徴とするものである。
このように構成することで、前記強アルカリ性電解水により、金属材料を錆びさせることなく、化学合成洗剤等を使用することなく優れた洗浄効果を発揮し、洗浄と除菌を同時に行うことができる。
【０００９】
また、本発明は、前記電解質水溶液には、塩素基が含まれないことが好ましい。このように構成することで、従来のように塩素が電極に附着することなく、すなわち、電極のメンテナンスを不要にして連続的な電気分解が可能となる。
【００１０】
また、本発明は、強アルカリ性電解水製造方法に係り、電気分解を行う電解槽に陽極側と陰極側とを区画するカリウムイオンのみを透過させるイオン交換膜を配置し、前記陽極側に炭酸カリウムを含む電解質水溶液を供給し、前記陰極側に純水を供給して、電気分解により前記陰極側にｐＨ値が１０．５以上１２．５以下で、酸化還元電位が−９００ｍＶ以上で、且つ溶解成分が炭酸カリウム１ｇ／リットル以下の強アルカリ性電解水を生成することを特徴とするものである。
このような手順により、化学合成洗剤等を使用することなく優れた洗浄効果を発揮し、金属材料を錆びさせることなく、しかも、洗浄と除菌を同時に行うことができる強アルカリ性電解水を生成することができる。
【００１１】
また、本発明は、前記電解質水溶液には、塩素基が含まれないことが好ましい。このように構成することで、塩素基を含まない強アルカリ性電解水を生成できるので、電極のメンテナンスを不要にして連続的な電気分解が可能となる。
【００１２】
また、本発明は、強アルカリ性電解水製造装置に係り、電気分解を行う電解槽と、前記電解槽の陽極側と陰極側とを区画するカリウムイオンのみを透過させるイオン交換膜と、前記陽極側に炭酸カリウムを含む電解質水溶液を供給する電解質水溶液供給手段と、前記陰極側に純水を供給する純水供給手段とを備え、電気分解により前記陰極側にｐＨ値が１０．５以上１２．５以下で、酸化還元電位が−９００ｍＶ以上で、且つ溶解成分が炭酸カリウム１ｇ／リットル以下の強アルカリ性電解水を生成することを特徴とするものである。
このように構成することで、化学合成洗剤等を使用することなく優れた洗浄効果を発揮し、金属材料を錆びさせることなく、しかも、洗浄と除菌を同時に行うことができる強アルカリ性電解水を生成することができる。
【００１３】
また、本発明は、前記電解質水溶液には、塩素基が含まれないことが好ましい。このように構成することで、塩素基を含まない強アルカリ性電解水を生成できるので、電極のメンテナンスを不要にして連続的な電気分解が可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１〜図９は発明を実施する形態の一例であって、図１は本発明に係る実施形態の強アルカリ性電解水を生成する概要を示す説明図、図２は本実施形態に係るアルカリ性電解水製造装置の概略構成を示す生成原理図、図３は前記アルカリ性電解水製造装置における電解原理を示す説明図、図４は前記アルカリ性電解水製造装置における電解反応式を示す図解、図５は本実施形態の強アルカリ性電解水の物理化学的性質を示す図表である。
【００１５】
本実施形態は、図１に示すように、電気分解を行う電解槽２に陽極３側と陰極４側とを区画するイオン交換膜５を配置し、前記陽極３側に炭酸カリウムを含む電解質水溶液８を供給し、前記陰極４側に純水９を供給して、電気分解により強アルカリ性電解水（以下、強アルカリイオン水と称する。）１１を生成する強アルカリイオン水製造装置１である。
【００１６】
詳しくは、強アルカリイオン水製造装置１は、図１、図２に示すように、主に、電気分解を行う電解槽２と、前記電解槽２の陽極３側と陰極４側とを区画するカリウムイオン７のみを透過させるイオン交換膜５と、前記陽極３側に炭酸カリウム１２を電解質とした電解質水溶液８を供給する電解質水溶液供給手段としての供給ポンプ１３と、前記陰極４側に純水９を供給する純水供給手段としての純水装置１５を備えている。
【００１７】
前記電解槽２は、その槽内を中央に配設されるイオン交換膜５により陽極３側と陰極４側とに区画され、前記陽極３側には電解質溶液が供給され、前記陰極４側には純水が供給される。前記イオン交換膜５は、陽イオン交換膜であり、陽イオンのみを透過するように構成されている。
前記電解槽２で電気分解により生成された強アルカリイオン水１１は、生成水タンク１６に貯溜されるようになっている。
【００１８】
次に、本実施形態の強アルカリイオン水製造装置１による強アルカリイオン水の生成について図面を参照して説明する。
電解槽２は、図３に示すように、陽極３側には水道水を浄化した軟水、若しくは純水に炭酸カリウム１２が０．８６３ｇ／リットル添加された電解質水溶液８が供給され、陰極４側には純水９が供給される。
電解時には、前記陽極３と陰極４間には電解電圧４Ｖ、電流値１２Ａがかけられる。
【００１９】
前記電解槽２の陽極３側においては、図３、図４に示すように、水が酸素（Ｏ２）と水素イオン（Ｈ＋）とに電気分解される。添加された炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）１２は、水素イオン（Ｈ＋）と化合して炭酸水素カリウム（ＫＨＣＯ３）とカリウムイオン（Ｋ＋）となり、さらに、水素イオン（Ｈ＋）と化合して炭酸水素塩（Ｈ２ＣＯ３）とカリウムイオン（Ｋ＋）となる。炭酸水素基（Ｈ２ＣＯ３）は、水（Ｈ２Ｏ）と二酸化炭素（ＣＯ２）とによりなる。
生成されたカリウムイオン（Ｋ＋）は、イオン交換膜５を透過して陰極４側に入る。
【００２０】
一方、陰極４側においては、水が水素（Ｈ２）と水酸イオン（ＯＨ−）とに電気分解される。陰極４側に浸入したカリウムイオン（Ｋ＋）は、水酸イオン（ＯＨ−）と化合して水酸化カリウム（ＫＯＨ）となる。
【００２１】
以上のようにして陰極４側には、ｐＨ値１０．５以上１２．５以下で、酸化還元電位−９００ｍＶ以上で、且つ溶解成分が炭酸カリウム１ｇ／リットル以下の強アルカリイオン水が生成される。
生成された強アルカリイオン水の物理化学的性質を図５に示す。
【００２２】
次に、本実施形態に係る強アルカリイオン水の水素イオン濃度の変化について、図表を参照して説明する。
図６は前記強アルカリ性電解水の水素イオン濃度の時間的変化を示すグラフ、図７は前記強アルカリ性電解水のスプレー洗浄における水素イオン濃度の時間的変化を示すグラフ、図８は前記強アルカリ性電解水の超音波照射における水素イオン濃度の時間的変化を示すグラフ、図９は前記強アルカリ性電解水の液温による水素イオン濃度の変化を示すグラフである。
【００２３】
まず、本実施形態の強アルカリイオン水を開口面積の異なる３種類の容器に入れて経過時間毎の水素イオン濃度と酸化還元電位を比較する。
図６に示すように、３種類の容器における強アルカリイオン水の経過時間による水素イオン濃度の変化は、何れの容器でも大きな変化はない。
【００２４】
次に、本実施形態の強アルカリイオン水を６０℃に昇温した後にスプレー洗浄を行った場合の、スプレー時間による水素イオン濃度と酸素還元電位の変化を比較する。
図７に示すように、強アルカリイオン水の水素イオン濃度は、経過時間に係わることなくほぼ一定に保たれている。
【００２５】
次に、本実施形態の強アルカリイオン水を６０℃に昇温した後に超音波洗浄照射を行った場合の、超音波照射時間による水素イオン濃度の変化を比較する。
図８に示すように、強アルカリイオン水の水素イオン濃度は、照射時間に係わることなくほぼ一定に保たれている。
【００２６】
次に、本実施形態の強アルカリイオン水を昇温して、温度毎の水素イオン濃度の変化を比較する。
図９に示すように、強アルカリイオン水の水素イオン濃度は、４０℃から６０℃にかけて若干の低下を見せたが、ほぼ一定に保たれている。
【００２７】
以上により、本実施形態に係る強アルカリイオン水は、水素イオン濃度が経時的に低下することがないので、長期に亘り洗浄力を持続することができる。
また、前記アルカリイオン水の液温が６０℃以上に上昇しても、水素イオン濃度が低下しないので高温による洗浄が可能となり、高い洗浄効果を実現できる。
【００２８】
次に、本実施形態の強アルカリイオン水の洗浄効果について以下に示す。
強アルカリイオン水の洗浄効果の評価は官能式で行い、１、２、３の３段階評価とし、数値が大きいほど洗浄効果が大きいものとした。
【００２９】
（１）スプレー洗浄による比較
矩形状の試験片にグリスを附着させ、洗浄液温度６０度、洗浄時間５分でスプレー洗浄を行った。
市水の場合：表面にグリスが附着している（評価１）。
中性洗剤（３％）：部分的に附着している（評価２）。
アルカリ系洗剤（３％）：全体的に洗浄されている（評価３）。
強アルカリイオン水の場合、アルカリ系洗剤とほぼ同等の洗浄効果が確認できた（評価３）。
従って、本実施形態の強アルカリイオン水によれば、アルカリ系洗剤を用いることなく、アルカリ系洗剤とほぼ同等な洗浄効果を奏することができる。
【００３０】
（２）超音波洗浄による比較
板状の鉄片の表面に加工油（鉱物油）を約０．２５ｍｌ滴下して、洗浄液５００ｍｌ入りのビーカに入れ、洗浄液温度６０度、洗浄時間３分で超音波洗浄を行った。
市水の場合：表面の多くの部分にグリスが附着している（評価１）。
中性洗剤（３％）：表面の半分近くグリスが附着している（評価２）。
アルカリ系洗剤（３％）：一部に少量のグリスが附着している（評価３）。
強アルカリイオン水の場合、アルカリ系洗剤とほぼ同等の洗浄効果が確認できた（評価３）。
従って、本実施形態の強アルカリイオン水によれば、アルカリ系洗剤を用いることなく、アルカリ系洗剤とほぼ同等な洗浄効果を奏することができる。
【００３１】
（３）酸化還元電位差による比較
板状の鉄片の表面に加工油（鉱物油）を約０．２５ｍｌ滴下して、洗浄液５００ｍｌ入りのビーカに入れて超音波洗浄を行った。
酸化還元電位−５５ｍＶ：一部が洗浄され多くが洗浄されていない（評価１）。
酸化還元電位−８５０ｍＶ：半分程度が洗浄されている（評価２）。
従って、酸化還元電位が高い方が洗浄効果が高いことが分る。
【００３２】
（４）金属へのアタック性
鉄片、胴片、真鍮片を使用し、それぞれの試験片の表面の一部を紙ヤスリで擦って生地を露出させ、強アルカリイオン水３００ｍｌ入りのビーカに入れて、常温で４８時間放置して表面の変化を確認した。
鉄：表面の変色が薄くなる。錆の発生は無い。
胴：表面の変色が薄くなる。錆びの発生は無い。
真鍮：表面の変化は無い。錆の発生は無い。
従って、本実施形態の強アルカリイオン水によれば、金属を腐食させることなく洗浄を行うことができる。
【００３３】
以上、記載したように、本実施形態によれば、電解槽２内にカリウムイオンのみを透過させるイオン交換膜を配設して、陰極４側にカリウムイオンのみを透過するようにしたので、容易に強アルカリイオン水を生成することができる。
【００３４】
また、本実施形態によれば、塩素基を含まない電解質水溶液、すなわち炭酸カリウムを含む電解質水溶液により強アルカリイオン水を生成するようにしたので、強アルカリイオン水には塩素基が全く含まれず、従って、塩素が電極に附着することがないので、電極のメンテナンスを不要にして連続的な電気分解が可能となる。
【００３５】
また、本実施形態によれば、軟水、若しくは純水を用いて電解質水溶液８を作っているが、純水を用いることで、不純物を含まない強アルカリイオン水を生成することができる。
【００３６】
なお、本発明は、本実施形態に示されるイオン交換膜の構成に限定されるものではない。
【００３７】
また、本発明は、本発明に係る強アルカリ性電解水を洗浄液として使用する洗浄装置などに展開することも可能である。例えば、その他の実施例として、従来の洗車機に本発明に係る強アルカリ電解水製造装置を設置して、強アルカリ水を使用して洗車を行うようにしたものであっても良い。
【００３８】
この実施例は、図１０に示すように、洗車に使用する洗浄水として強アルカリ水を用いた洗車機１２０であって、強アルカリイオン水を生成する強アルカリ電解水製造装置１００を備えたものである。
【００３９】
前記洗車機１２０は、洗浄水タンク１１６と使用水循環装置１１８とを備え、洗車に使用した強アルカリイオン水を前記使用水循環装置１１８により再び前記洗浄水タンク１１６に戻すように構成されている。
前記使用水循環装置１１８には、いわゆる限外濾過膜（図示省略）が内蔵されており、洗車により汚れた洗浄水を循環して使用する際に濾過するようにされている。図中の符号１１５は純水を生成するための純水装置、１１９は汚水ピットである。
【００４０】
本実施例によれば、洗車用シャンプー等の洗剤を使用することなく、強アルカリイオン水により洗車するだけで優れた洗浄効果を得ることができる。しかも、洗剤を洗い落とす工程も必要ないので、洗車時間の短縮や節水にも優れた効果を発揮する。
さらに、本実施例によれば、洗浄に使用した強アルカリイオン水を廃棄することなく使用水循環装置１１８により濾過して再利用するように構成したので、資源の再利用とともに環境に影響を及ぼすことが無い。
【００４１】
なお、本発明は、上述した洗車機以外にも一般のスプレー式洗浄機や超音波式洗浄機等にも展開が可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の強アルカリ性電解水およびその製造方法およびその製造装置によれば、化学合成洗剤等を使用することなく優れた洗浄効果を発揮し、金属材料を錆びさせることなく、また、電極のメンテナンスを不要とし、しかも、洗浄と除菌を同時に行うことができる。
【００４３】
詳しくは、本発明の強アルカリ性電解水によれば、純水と、炭酸カリウムを含む電解質水溶液と、カリウムイオンのみを透過させるイオン交換膜とを用いた電気分解により生成されるアルカリ性電解水であって、ｐＨ値が１０．５以上１２．５以下で、酸化還元電位が−９００ｍＶ以上で、且つ溶解成分が炭酸カリウム１ｇ／リットル以下とすることで、前記強アルカリ性電解水により、金属材料を錆びさせることなく、化学合成洗剤等を使用することなく優れた洗浄効果を発揮し、洗浄と除菌を同時に行うことができる。
【００４４】
また、本発明は、前記電解質水溶液には、塩素基が含まれないようにすることで、従来のように塩素が電極に附着することなく、すなわち、電極のメンテナンスを不要にして連続的な電気分解が可能となる。
【００４５】
また、本発明の強アルカリ性電解水製造方法よれば、電気分解を行う電解槽に陽極側と陰極側とを区画するカリウムイオンのみを透過させるイオン交換膜を配置し、前記陽極側に炭酸カリウムを含む電解質水溶液を供給し、前記陰極側に純水を供給して、電気分解により前記陰極側にｐＨ値が１０．５以上１２．５以下で、酸化還元電位が−９００ｍＶ以上で、且つ溶解成分が炭酸カリウム１ｇ／リットル以下の強アルカリ性電解水を生成することで、化学合成洗剤等を使用することなく優れた洗浄効果を発揮し、金属材料を錆びさせることなく、しかも、洗浄と除菌を同時に行うことができる強アルカリ性電解水を生成することができる。
【００４６】
また、本発明は、前記電解質水溶液には、塩素基が含まれないようにすることで、塩素基を含まない強アルカリ性電解水を生成できるので、電極のメンテナンスを不要にして連続的な電気分解が可能となる。
【００４７】
また、本発明の強アルカリ性電解水製造装置によれば、電気分解を行う電解槽と、前記電解槽の陽極側と陰極側とを区画するカリウムイオンのみを透過させるイオン交換膜と、前記陽極側に炭酸カリウムを含む電解質水溶液を供給する電解質水溶液供給手段と、前記陰極側に純水を供給する純水供給手段とを備え、電気分解により前記陰極側にｐＨ値が１０．５以上１２．５以下で、酸化還元電位が−９００ｍＶ以上で、且つ溶解成分が炭酸カリウム１ｇ／リットル以下の強アルカリ性電解水を生成することで、化学合成洗剤等を使用することなく優れた洗浄効果を発揮し、金属材料を錆びさせることなく、しかも、洗浄と除菌を同時に行うことができる強アルカリ性電解水を生成することができる。
【００４８】
また、本発明は、前記電解質水溶液には、塩素基が含まれないようにすることで、塩素基を含まない強アルカリ性電解水を生成できるので、電極のメンテナンスを不要にして連続的な電気分解が可能となる。
以上のような優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態の強アルカリ性電解水を生成する概要を示す説明図である。
【図２】本実施形態に係るアルカリ性電解水製造装置の概略構成を示す生成原理図である。
【図３】前記アルカリ性電解水製造装置における電解原理を示す説明図である。
【図４】前記アルカリ性電解水製造装置における電解反応式を示す図解である。
【図５】本実施形態の強アルカリ性電解水の物理化学的性質を示す図表である。
【図６】前記強アルカリ性電解水の水素イオン濃度の時間的変化を示すグラフである。
【図７】前記強アルカリ性電解水のスプレー洗浄における水素イオン濃度の時間的変化を示すグラフである。
【図８】前記強アルカリ性電解水の超音波照射における水素イオン濃度の時間的変化を示すグラフである。
【図９】前記強アルカリ性電解水の液温による水素イオン濃度の変化を示すグラフである。
【図１０】本発明を利用した洗車機の概要を示す説明図である。
【符号の説明】
１、１００  強アルカリイオン水製造装置
２  電解槽
３  陽極
４  陰極
５  イオン交換膜
７  カリウムイオン
８  電解質水溶液
９  純水
１１  強アルカリイオン水
１２  炭酸カリウム
１３  供給ポンプ
１５  純水装置
１６  生成水タンク
【図１】
2004275841.tif 000003
【図２】
2004275841.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004275841.tif 000007
【図６】
2004275841.tif 000008
【図７】
2004275841.tif 000009
【図８】
2004275841.tif 000010
【図９】
2004275841.tif 000011
【図１０】
2004275841.tif 000012