(57)【要約】【目的】流水式の強電解水生成装置の構成材料を、生成水や生成する塩素ガスの腐食から守り、効率の良い電解を行うために電解槽の電解室容量を小さくして、発熱の影響を抑制しながら大きな電流をながすことのできる電解装置を提供する。【解決手段】極板平面対向式の電解槽に使用する、胴部をくり抜いて空洞を作り、空洞部を左右からプラスチック板で挟み、電解室を形成する。この電解室の空洞内にプラスチック板の充填をして、電解室の容量を小さくし、電解質濃度を高くして高効率で電解を行い、装置を停止する時に、電解電源を先に落とした後タイマーにより、内部洗浄してから装置の全停止をする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水に電解質を添加または、隔膜を通してイオンを供給して電気分解を連続的に行う流水式強電解水生成装置において、装置を休止または停止する際に、直流電解電源の供給を停止した後、少なくとも陽極のある電解室への原水の供給を所定時間行った後に、装置が全停止するようにした流水式強電解水生成装置
【請求項２】
胴部を筒状にくり抜いたプラスチック板に流体の出入り口を設け、パッキンにより電極板を挟んで、左右からプラスチック板を当ててボルトナットで締め付けることによって空洞を形成し、左右のプラスチック板のうちの一方が、空洞の一部を埋める突起部を有している電解槽構造をした流水式の電解水生成装置を用いて、装置を休止または停止する際に、直流電解電源の供給を停止した後、少なくとも陽極のある電解室への原水の供給を所定時間行った後に、装置が全停止するようにした流水式強電解水生成装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は食塩などの電解質を含む水を電気分解して、殺菌水を生成させる装置の構成に関する。
そのなかでも、とりわけ流水式の電解水生成器の構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
流水式電解水生成装置は、図７に示すようなチタンやチタンに白金メッキ、酸化イリジウムコーティングを施した薄板を円柱ドラム状にして、陰極と陽極が存する電解室を設け、その電解室に電解質を添加した原水を連続供給しながら直流電気分解するものである。
電解室を形成するには図５〜６に示すように、胴部をくり抜いたプラスチック板を中間に使用し、両端を閉塞用の平板を用いてボルトナットで止め、適宜パッキンにより電極を挟み込む極板平面対向式のものがある。
これら図５〜７に示した電解槽は隔膜により陰極と陽極を仕切ったものもある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
強電解水生成装置または次亜塩素酸（塩）生成装置と呼ばれるこれら従来の生成器は、水道水などの原水に０．１％程度の塩化ナトリウムや塩酸、またはこれらの混合された水溶液、塩化ナトリウムの代わりに塩化カリウムを用いたもの、また、塩化カリウムと塩酸を混合した水溶液など、更に塩酸の代わりに硫酸など他の無機酸を用いたものなどを直流で電気分解し、次亜塩素酸または次亜塩素酸（塩）の希薄水溶液を生成させるものである。
生成する次亜塩素酸（塩）は水道水などの殺菌剤として用いられている塩素剤と実質的に同質のものである。
有効塩素量が水道水では０．１ｐｐｍ以上と規定されているのに対し、上記、次亜塩素酸（塩）生成器では１〜１５０ｐｐｍ程度の濃度で生成される。（概略１０〜７０ｐｐｍが多い）
この濃度の有効塩素を含む水は殺菌力が強いため、食品の殺菌料やプール水の殺菌剤などとして用いられる。
ところが、この次亜塩素酸（塩）は腐食性が強く、特に電気分解で生じた塩素ガスは酸素ガス、水分と混合された条件では金属をはじめプラスチック、ゴム、シリコンチューブなどを激しく腐食し、劣化させる性質を有する。
このため生成装置の配管系は激しく腐食され、度々交換しなければならないという不具合が生じる。
本発明の第一の目的は上記不具合を解消することにある。
また、食塩などの電解質を含む水は電解質濃度が高いほうが電気が流れやすく、電気分解により生成する有効塩素濃度も高くなる。
従って電気分解は電解質の濃度を高くして行い、高濃度の有効塩素水を生成させた後、原水で希釈するのがよいが、電解槽内での電解液の対流時間が長くなると発熱し、電解槽が腐食したり変形する不具合が生じる。
電解質の濃度が高ければ生成する有効塩素濃度も高くなるが、十分な電気分解が起こるには電解質のモル数に応じた電流と通電時間の関係法則（ファラデーの法則）がある。
たとえば０．１％のＮａｃｌを１リットル完全に電解するには、（１／５８．５×９６，５００クーロン＝１，６５０アンペア・秒）の電気量が必要である。
これは１６．５アンペアの電流を１００秒間流すことと言いかえられる。
１０ミリリットル当たり１秒でも同じである。
上記法則によれば、電解質は電解される時の電流と時間により電解される率がきまる。また、電解は発熱を伴い、電解室の容量が大きくなると電解槽内に滞留する時間が長くかかり、昇温することになって前記した不具合が生じる。
電解質の濃度はあまり低いと電流が流れにくいが、濃くすると濃度が高くなるほど電流が流れやすくなる。しかし、あまり濃度が高すぎると長時間を必要とし、流水式では昇温による不具合が生じるので、濃くし過ぎることもできない。
そこで電解槽の電解室はできるだけ容量を小さくして、適当な濃度に調整された少量の電解液を大きい電流で十分に電解し、発熱した電解液は速やかに電解室から排出するのがよい。
ところが、電解槽への流体の導入、導出部を取り付けるため、プラスチック板の板厚がある程度ないと溶接したり、ネジ込み加工などができないため、しかたなくある程度の厚みのある板のくり抜かれた容積が電解室容積となっていた。
電流を流し易くするもう一つの方法は、電極面積を大きくして出来るだけ近づけることであるが、電極面積を大きくするにはプラスチック板のくり抜き開口部も大きくなり、従って電解室容積も大きくなるという関係があり、この点の改善が望まれていた。
本発明の目的の第二は、この問題点を解消することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記第一の目的を達成するため本発明では、どのような条件の下でチューブなどの部材が腐食されて劣化脆化されるのか、つぶさに調査したところ下記の現象を発見した。
０．１％の食塩水を電解液として隔膜を用いずに、図５〜６に示す構成の電解槽で陽極板としてチタン板に酸化イリジウムをコーティングしたもの、陰極板にチタン板を用いて９Ｖの直流電気分解をおこなった。
電解液は毎分２４０ｍｌを電解槽に送りながら排出した。この時排出する電解水の有効塩素濃度は８０ｐｐｍであった。
この条件で排出チューブにシリコンチューブを使用して、チューブの劣化がどのように起こるかを観察したところ、実験中は目視で確認できる様なチューブの劣化は起こらないが、数日経った頃にチューブの内部が白く変色し、脆化している現象がみられた。
そこで、電解を止めずに連続的に１０日間昼夜電解を行ったものと、昼間だけ８時間運転し残りの１６時間を停止する、１日のサイクルを１０日間繰り返して電解する場合のシリコンチューブの白色脆化現象を比較したところ、なんと１０日間連続して電解を行ったチューブの方には全く以上が見られず、運転と停止を繰り返して１０日間経った方は１日毎に白化が増し、シリコンチューブが劣化していくことがわかった。
そこでこのシリコンチューブが白化劣化する最大の原因は、電解の休止中にあると考え、その要因は電解で発生する湿った塩素ガスであろうと推察した。
シリコンチューブが劣化する原因が、休止中にチューブ内部に溜まったガスであろうことは、特にチューブのエアー溜まり部や上部にあたる箇所の白化が激しいことで確信された。
それならば、停止または休止する時に、電解用の電源を先に停止し、電解室内およびチューブ内を原水で洗浄してから止めれば良いと考え、先ほどの運転、停止のサイクルで停止時に数分間洗浄する回路を入れて、第一の発明を完成した。
【実施例１】
０．１％の食塩水を電解液として隔膜を用いずに、図５〜６に示す構成の電解槽で陽極板としてチタン板に酸化イリジウムをコーティングしたもの、陰極板にチタン板を用いて９Ｖの直流電気分解をおこなった。
電解液は毎分２４０ｍｌを電解槽に送りながら排出した。この時排出する電解水の有効塩素濃度は８０ｐｐｍであった。
運転は８時間運転した後に３分間原水で内部を洗浄し、停止する。その後１６時間休止する。これを１サイクルとして１０〜９０日聞運転した。
この試験中、試験後の電解水排出チューブ（シリコンチューブ）の外観および劣化状況を肉眼で観察した。
【結果】
１０日間の運転を実施したところ、全く白化した現象は見られなかった。
その後、連続９０日間のサイクル試験を行ったが、劣化白化は殆どみられないことがわかった。
また、シリコンチューブのかたさを見たが、新しいチューブと変わらない柔軟性を有していた。
【比較例１】
上記実施例１の停止時に３分間原水による送液洗浄を行わない以外は、実施例１と同じ条件で１０〜９０日間のサイクルテストをおこなった。
【結果】
シリコンチューブの白化は１日毎に増加し、９０日の終了後の状態は、かたくなって柔軟さは全くなくなっており、無理に曲げると折れて破裂してしまった。
次いで本発明の第二の目的とするところは、いかに効率良く電解を行い、しかもコンパクトで余計な付帯部品を用いずに発生する熱を逃がしつつ、有効塩素濃度の十分含んだ殺菌水を、多量に連続生成させるかという点にあり、その目的の達成のためには、ある程度の濃い電解質を電解するのと、薄い濃度の電解質を電解するのとでは、電解質の総量は同一であっても、格段に濃い濃度のものを電解した時の方が効率が良いのは、水溶液に同一の電圧を印可した時に流れる電流値の差を見れば明らかであり、いかに濃い電解質をほぼ完全に電解する電解槽を用いるかにかかってくる。
濃い電解質といっても、実用上の有効塩素濃度として１０〜６０ｐｐｍ程度の水を生成させるために、電解を行うことのできる電解質濃度ということになる。
その濃度はどの程度かを調べた結果、生成有効塩素濃度がだいたい６００ｐｐｍ上限程度であれば、原水で希釈して１０〜６０ｐｐｍに調整する方法がとれることがわかった。
また、加える電圧にもよるが、３００〜６００ｐｐｍの有効塩素水を生成させると発熱も激しく、電解槽内に長く滞留させると沸騰状態となり１００℃を越えることも起きる。
この対策として、電解槽内に電解水が滞留する時間をできるだけ短くするため、電解槽内の電解室の容積を極力少なくするのが有効であるが、その構造が従来の厚板をくり抜いただけの電解槽では限界があった。
上記３００〜６００ｐｐｍ程度の有効塩素を生成させるのは、約４ｇ／リットル濃度程度のＮａｃｌを９〜１２ボルトの直流で１８アンペア程度でに電解することで達成されるが、１２０ｍｌ／分を生成させるのに電解槽を約１５秒で通過すれば異常な昇温を防ぐことが可能である。
単純に計算すると１２０ｍｌ×１５秒／６０秒＝３０ｍｌの電解室より小さければ良いことになる。
つまり、電極板と電極板の間をいかに狭くして電解液を通過するさせ得るかがポイントにとなる。
本発明では、８６ｍｍ×１１２ｍｍ×１２ｍｍ厚のくり抜き容積（１１６ｍｌ）の電解室に対して、８４ｍｍ×１１０ｍｍ×１０ｍｍ厚の体積のプラスチック板を端板に溶接したものを電解室に挿入し、流体の出入り口を図４のように削って加工することで、従来の電解槽の電解室容積を約１／４にしてこの条件をつくり、本発明の第二の目的を達成させることに成功した。
【実施例２】
２％の食塩水を電解液として隔膜を用いずに、図３〜４に示す構成の電解槽で陽極板としてチタン板に酸化イリジウムをコーティングしたもの、陰極板にチタン板を用いて９Ｖの直流電気分解をおこなった。
電極板の平面部面積は４４平方センチメートル、電解室容積は８．８ｃｃであった。
電解液は毎分１１０ｍｌを電解槽に送りながら排出した。一方、電解槽を通さない原水のバイパス送液回路を組み１，４００ｍｌを送液し、電解されて排出してくる電解水を希釈するようにした。この時排出する電解水と希釈水の混合水の有効塩素濃度は６０ｐｐｍであった。
この構成で暫く運転し、電解水の生成状況を観察した。
【結果】
排出水はほぼ６０ｐｐｍの有効塩素を含み、試験終了まで安定した排出であった。
【比較例２】
２％の食塩水を電解液として隔膜を用いずに、図５〜６に示す構成の電解槽で陽極板としてチタン板に酸化イリジウムをコーティングしたもの、陰極板にチタン板を用いて９Ｖの直流電気分解をおこなった。
電極板の平面部面積は４４平方センチメートル、電解室容積は５３ｃｃであった。電解液は毎分１１０ｍｌを電解槽に送りながら排出した。一方、電解槽を通さない原水のバイパス送液回路を組み１，４００ｍｌを送液し、電解されて排出してくる電解水を希釈するようにした。この時排出する電解水と希釈水の混合水の有効塩素濃度は６０ｐｐｍであった。
この構成で暫く運転し、電解水の生成状況を観察した。
【結果】
生成してくる電解水は次第に昇温し、ついには電解槽内で沸騰しはじめたため、電解が継続出来なくなってしまった。
【０００５】
【発明の形態】
次に本発明の具体的構成例を図により説明する。
図１は本発明の第一の目的とする塩素ガスによる構成材料の腐食劣化の対策を説明するための図であり、主要な電気系回路と構成部品の動きをフロー図にしたもので、従来のフロー図を図２として示し比較できるようにした。
図１において装置の操作スイッチをＯＮにすることで、全ての電気部品に通電され、電解槽内に水道水などの原水と食塩水などが送液されると共に、電解槽内の電極板へ直流の電圧が印可される。
また、装置には運転表示灯が点灯し、運転中であることが目視できる。
操作スイッチをＯＦＦにした時タイマーが働き、電解用の電源、電解質の供給ポンプは直ちに停止し、表示灯や、原水供給用の電磁弁はタイマーの設定時間後に停止する。
このタイマー設定時間に原水が電解槽内を洗浄し、ガスや電解液を排出する。
電解質である電解助剤や電解電源の供給が先にストップしているので、電解槽内からの排出水は原水で洗われながら次第に有効塩素量の低い水となってくる。
タイマーの設定時間は排出水の有効塩素濃度をみて、調整する。
これに対して図２に示したように、従来は操作スイッチの入り切りで、全ての電気回路が同時に運転および停止されていたので、装置の停止時に配管内や装置内に溜まったガス、電解液がそのまま留まり、装置材料の腐食劣化を招いていた。
次に本発明の第二の目的である、電解槽を構成するプラスチック板材の具体的構造例を図３〜４に示す。
図において電解槽は１〜６の材料で構成され、１は突起部を接着したプラスチック板で、例えば板厚は１０ｍｍの塩化ビニール板（ＰＶＣ板）である。
２のＰＶＣ板は１２ｍｍ厚で胴部がくり抜かれた形状をしている。
７は流体の出入り口でプラスチックの管材を溶接により接合したり、ネジを切ってネジ止めする。
６は１の突起部がないものと同一のＰＶＣ板である。
３と５は電極板で３は小穴９のたくさん開いたチタン板で、２のくり抜き部よりやや大きめのサイズをしている。
５はチタン板に酸化イリジウムを焼結によりコーティングした板で、サイズは３と同一である。
１〜６の間には例えば１ｍｍ厚のゴムパッキンが適宜はさまれ（図示せず）、３板と５板の間は特に数枚のパッキンを重ねたパッキン層４で、電極間の極間距離を調整する。
８はボルトを通す穴である。
このような構造の１〜６をボルトナットで串刺しにして止めると電解槽が形成され、２のくり抜き部に対して１の突起部が挿入され、電解質の内容量は極めて小さくすることができる。
電解室内への電解液の滞留時間はこの１の突起部分の大きさで調整できる。
このような構造をしているため、流体の出入り口部を取り付けるための板厚は従来と同様なものを採用できるし、目的とする電解により昇温した電解水を、電解槽から速やかに排出させる容積に調整するのが極めて用意になる。
また、電気分解を行うための電源回路の供給を停止して原水の供給を続けると、原水の通過で電解水やガスが排出され、原水のみに置き換わる。
タイマーで一定時間後に原水の供給電磁弁を閉じると、配管内は原水で満たされた状態で停止する。
これに対し、図５〜６では１板に相当する６板突起部がないので７板のくり抜き部がそのまま電解室の容積となり、濃度の高い電解質水溶液を電解すると、発熱して昇温する。
そのため、低濃度の電解質水溶液で効率の悪い電解をしいられる。
次に本発明の流体の流れを図８に示す。
電気回路上の動きは図１〜図２に示したので、ここでは流体の流れを示す構成をフロー図で示す。
図８において、原水は操作スイッチがＯＮになると電磁弁が開き、水道水などの原水は流量計Ａと流量計Ｂに送られる。
流量計Ａの流量は電解助剤（食塩水など）の添加量により、電解が１００％行われる状態に近づけるため、最も高い電流値が得られ、発熱による昇温が押さえられる最も少ない量の開度にして流量を調整する。
流量計Ｂは流量計Ａで生成される濃度の有効塩素水を希釈するためにあり、通常は有効塩素が３０〜６０ｐｐｍ程度になるように開度を調整してながす。
【作用】
【０００６】
食塩水などの電解質を連続的に電気分解して殺菌水を生成すると、生成水は塩素ガスを伴って排出してくるが、装置を停止または休止すると配管内にこれら腐食性のガスや水が溜まったままになり、配管内や構成部材が腐食されて、著しく劣化がおこる。
装置を停止または休止したとき、この生成水の通過する配管内に水道などの原水だけを、一定時間送水してからとめるようにすると、生成水の通路内は洗浄されて、腐食性物質を排出するので腐食性がのこらなくなる。
また、胴部をくり抜いたプラスチック板を真ん中にして、左右からくり抜き部のない平板で押さえて形成される空洞内に、任意の体積のプラスチック板を充填すると、空洞内の容積は少なくなる。形成された空洞を電解室として電極を挿入してパッキンで止めて電解槽を作成し、そこに電解液を流出入させると空洞内にプラスチック板が充填されている場合は、充填されていない時よりも滞留時間が短くなる。
そのため電解で発熱した電解液は速やかに電解槽から排出し電解室内では昇温がおさえられる。
【０００７】
【発明の効果】
電解質として塩素イオンを含む食塩水などを電気分解すると、腐食性の塩素ガスや塩酸が発生する。
このガスが水に溶けて次亜塩素酸（塩）が生成するが装置を停止する際、このガスや水溶液を排出してから装置のすべてが停止するようにすれば、配管や構成部材に対する腐食性が残らず、耐久性が飛躍的に向上する。
また、電解を行う時、できるだけ電解質の濃度を高くして行うのが効率が良いが、ＰＶＣ板やポリエチレン板（ＰＥ板）などのくり抜き板を、くり抜いていない板でサンドイッチ状にすれば、簡単に電解槽が形成され、くり抜き板の中に適当な体積の板を充填すれば、電解槽内の容積が自由に変えられ、長く電解槽内に電解液が滞留することがないようにできるので、温度上昇が抑えられ構成材料の腐食や電解反応速度の変化が少なくなり、安定した電解水が生成できる。
このように流体の出入り口を取り付けるためにある程度板厚のあるプラスチック板を使用し、電解室にあたるくり抜き容積を充填物で埋めて容積を小さくすることで、電解反応を効率化し、生成する有効塩素濃度の高い水を実用的な使用濃度に希釈して排出させる。
発明の第一の目的は、単独でも電解装置の耐久性向上になるが、第二の目的と合わせることでさらなる性能の向上につながる。
もちろん、第二の目的だけでも効率の向上は十分である。なお、上記説明では無隔膜の例で説明したが、有隔膜の場合にも当然適用され、隔膜の耐久性向上にも寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電解水生成器の主要な電気制御図
【図２】従来の電解水生成器の主要な電気制御図
【図３】本発明の極板平面対向式電解槽断面図例
【図４】本発明の極板平面対向式電解槽斜視図例
【図５】従来の極板平面対向式の電解槽断面図
【図６】従来の極板平面対向式の電解槽斜視図
【図７】従来の円柱ドラム状の電解槽構造例
【図８】本発明の流体の流れを示すフロー図
【符号の説明】
１‥‥‥突起部を設けたプラスチック板
２‥‥‥胴部をくり抜き、流体の出入り口を取り付けたプラスチック板
３‥‥‥孔の有る電極板
４‥‥‥電極絶縁のためのゴムパッキン
５‥‥‥電極板
６‥‥‥突起部のないプラスチック板
７‥‥‥流体の出入り口
８‥‥‥ボルトを通す穴
９‥‥‥電極板の多孔
１０‥‥電極板のターミナル取り付け穴
１１‥‥ドラム状の陰極板
１２‥‥ドラム状の陽極板
１３‥‥絶縁モールド
１４‥‥流体入口
１５‥‥流体出口
【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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