(57)【要約】【課題】電解時に電解効率がよく、さらに、電解時、非電解時ともに電解質が無駄に消費されない電解槽を提供する。【解決手段】一対の電極と、少なくとも１種類の電解質または電解質溶液を内包する電解質容器とを備え、前記電解質容器は前記一対の電極の間に位置し、前記電解質容器は前記電極に面している部分に電解質を徐放する徐放膜を有する電解槽であって、通水時は通水の圧力により、前記電極と前記徐放膜との距離を非通水時よりも小さくすることを特徴とする【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極と、少なくとも１種類の電解質または電解質溶液を内包する電解質容器とを備え、前記電解質容器は前記一対の電極の間に位置し、前記電解質容器は前記電極に面している部分に電解質を徐放する徐放膜を有する電解槽であって、通水時は通水の圧力により、前記電極と前記徐放膜との距離を非通水時よりも小さくすることを特徴とする電解槽。
【請求項２】
前記電解槽は、通水時は通水の圧力により、前記電極が移動し、前記電極と前記徐放膜との距離を非通水時よりも小さくすることを特徴とする請求項１記載の電解槽。
【請求項３】
前記電解槽は、通水時は通水の圧力により、前記徐放膜が移動し、前記電極と前記徐放膜との距離を非通水時よりも小さくすることを特徴とする請求項１記載の電解槽。
【請求項４】
前記電解槽は、前記電極の電解質溶液と向かい合っていない側の流路と、前記電極と前記徐放膜の間の流路を有し、前記電極は弾性体により電解槽壁面に支持されており、前記電極の電解質溶液と向かい合っていない側の流路の入口の断面積を前記電極と前記徐放膜の間の流路の入口の断面積より大きくしたことを特徴とする請求項２記載の電解槽。
【請求項５】
前記電解槽の電解質容器壁面は少なくとも一部が弾性体で構成されており、前記電解質容器に通水による圧力を受ける受圧部を有することを特徴とする請求項３記載の電解槽。
【請求項６】
前記電極は平面電極であり、前記電極は前記徐放膜と平行に設置され、かつ前記電極が水平に対して１５°以上傾斜していることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の電解槽
【請求項７】
前記電解槽は、陽極側においてのみ、前記電極の電解質溶液と向かい合っていない側の流路と、前記電極と前記徐放膜の間の流路を有し、前記電極は弾性体により電解槽壁面に支持されており、前記電極と前記徐放膜の間の流路の分流比が大きいことを特徴とする請求項１記載の電解槽
【請求項８】
前記電解質容器の陰極側の徐放膜が水圧によらず、電極との距離が一定になるよう固定されていることを特徴とする請求項３記載の電解槽。
【請求項９】
前記電解質容器の徐放膜は精密ろ過膜、超精密ろ過膜、無機膜から選ばれることを特徴とする請求項１〜７記載の電解槽。
【請求項１０】
前記電解槽は、空気透過性膜または空気孔を有することを特徴とする請求項１〜８記載の電解槽。
【請求項１１】
前記電解槽は、電解槽内の圧力を検知するセンサと、電解槽下流に流量弁を有することを特徴とする請求項１〜９記載の電解槽。
【請求項１２】
前記電解槽は、電解時の抵抗値を測定し、測定値に基づき電流値および電解時間を制御する制御装置を有することを特徴とする請求項１〜１０記載の電解槽。
【請求項１３】
前記電解槽は、通水初期の所定時間は電解を行わず、その後、電解を開始することを特徴とする請求項１〜１１記載の電解槽。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水道水または水を電気分解して電解水を得る電解水生成装置の電解槽に関するものである。より具体的には、電解質または電解質溶液を内包する電解質容器を有し、電解槽に通水した際に、電解質または電解質溶液を徐放しながら電気分解を行う電解槽に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の隔膜を有する電解水生成装置の電解槽は、被電解水が通水される電極室と電解質、または電解質溶液を通す槽とが隔膜で分離されており、電解時は電気泳動により電解質イオンが隔膜を透過し電極室に移動して電極表面で反応が起こるので、電解時に使用する電解質量を少なくすることが可能となり、未反応の電解質が被電解水に残存する量を少なくしている。（例えば、特許文献１参照）。
また、電解槽が外側容器と内側容器の２重容器で構成され、外側容器は内側に電極を設け、内側容器は外側がイオン交換膜で構成され、内部に電解質と電極を設けてカートリッジ式電極とし、電解水を効率よく生成し、かつ、使い勝手がよく、低コスト、小型化が可能で、メンテナンスが不要としている。（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１５３８７３号公報
【特許文献２】
特開２００２−２００４８８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
付加した電力量によって決定する電解反応物の理論生成量に対する実際の生成量を電解効率、電解質槽から電極へ移動した電解質量に対する電解反応物生成量を電解質利用効率とすると、上記のように隔膜を有する電解水生成装置の電解槽は、電解質が電気泳動により、電極に移動し電解反応が起こっていることから、電解質利用効率は高くなるが、充分な電解質が電極表面に移動しないことから電解効率は低くなっており、付加する電気量を理論値よりも多くしなければならず、ランニングコストが高い、電極の劣化が早いといった問題がある。また、電解質を大量に含む電解質溶液を電気分解すると電解効率は高くなるが、通水しながら電解する際には、未反応の電解質量が多くなり、電解質利用効率が低くなり、電解質を浪費し、ランニングコストが高い。電解質容器を持つ電解槽においては、電極とイオン交換膜の距離の適当な範囲について記載が無い。
【０００５】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前記課題に対し、本発明者らは電解時の電解効率を上昇させるとともに電解質利用効率を上昇させるべく、隔膜と電極間の距離と電解効率、電解質利用効率について検討した結果、隔膜と電極間距離が小さくなれば電解効率、電解質利用効率がともに上昇しするという知見を得た。電解効率の上昇については、電極近傍の電解質濃度が高いことが原因であると思われる。電解効率は電解質濃度に依存しており、隔膜と電極間距離が小さくなることで電極近傍の電解質濃度が高くなり、電解効率が上昇すると考えられる。電解質利用効率については隔膜と電極間距離が小さくなることにより、被電解水量が減少し、被電解水に徐放される電解質量も少なくなることから、未反応電解質量が減り、電解質利用効率が高くなっていると考えられる。しかし、隔膜と電極間距離を小さくすることで、電解時には電解効率と電解質利用効率が上昇するが、非電解時には隔膜と電極の間に水が排出されずに残り、濃度拡散によって電解質が隔膜を透過し、電極近傍に移動することで、電解質が無駄になり、さらには、電解開始時に隔膜と電極の間の電解質を大量に含んだ水が吐水されるといった問題点が生じた。そこで、本発明は、電解時は隔膜と電極間の距離を小さくし、電解効率、電解質利用効率を上昇させ、非電解時には隔膜と電極間距離を広くし、水が隔膜と電極の間に保持されないようにし、電解質の無駄な徐放を防ぐ。また、電解時に隔膜と電極の間の距離を小さくし、電解効率、電解質利用効率を高くするとともに非電解時には、隔膜と電極間距離をより小さく、または隔膜と電極を密着させてもよい。隔膜と電極の間に水が残存する量が少なくなり、非電解時に徐放される電解質量を少なくすることができる。
【０００６】
本発明は、一対の電極と、少なくとも１種類の電解質または電解質溶液を内包する電解質容器とを備え、前記電解質容器は前記一対の電極の間に位置し、前記電解質容器は前記電極に面している部分に電解質を徐放する徐放膜を有する電解槽であって、通水時は通水の圧力により、前記電極と前記徐放膜との距離を非通水時よりも小さくすることを特徴とする。
【０００７】
電解時は、電極と徐放膜との距離が狭くなることにより、電解効率、電解質利用効率が上昇する。電解効率の上昇により、電解水を得る際に付加する電力量を小さくできるので、ランニングコストの低下、省エネルギー、電極の劣化防止という効果もある。電解質利用効率が上昇すると、電解時に未反応の電解質が流れ出ることがなく、電解質の浪費を防ぐことができる。一方、非電解時に電極と徐放膜との距離を大きくすることで、電極と徐放膜との間に水が溜まることなく、濃度拡散による徐放膜から電極近傍への電解質の漏れを防ぐことができ、非電解時にも電解質の浪費を防止する。電解質の浪費がなくなることにより、電解質容器がコンパクト化される。電解質槽をカートリッジタイプとした際には、電解質カートリッジの交換頻度や、電解質充填頻度が少なくなり、メンテナンスが容易になり、省資源、ごみの減量にもつながる。
【０００８】
【０００９】
本発明の好ましい態様においては、前記電解槽は、前記電極の電解質溶液と向かい合っていない側の流路と、前記電極と前記徐放膜の間の流路を有し、前記電極は弾性体により電解槽壁面に支持されており、前記電極の電解質溶液と向かい合っていない側の流路の入口の断面積を前記電極と前記徐放膜の間の流路の入口の断面積より大きくしたことを特徴とする。
電解質溶液と向かい合っていない側の流路の入口を大きくすることで、通水時に電解質溶液と向かい合っていない側の流路への流量が大きくなり、電極が圧力を受け、電極と徐放膜との距離を小さくすることが可能となる。電極と徐放膜との距離の変化が弾性体の変形によるものであることから単純な構造となる。また、電解質溶液と向かい合っていない側の流路へと分流する流路と電極が弾性体により支持されていることから、流量が増えても電極と徐放膜に流れる水の流量を一定に保つことが可能となり、流量によらず生成する電解反応物の量を一定に保つことができるといった効果もある。通水が終われば、弾性体がもとの形に戻り、電極と徐放膜との距離が通水前の状態に戻り、極板と徐放膜との間に水が溜まり、電解質が極板近傍に濃度拡散により漏れ出ることがなくなる。
【００１０】
本発明の好ましい態様においては、前記電解槽の電解質容器壁面は少なくとも一部が弾性体で構成されており、前記電解質容器に通水による圧力を受ける受圧部を有することを特徴とする。
通水時に受圧部に圧を受け、電解質容器壁面の一部が弾性体であることから、電解質容器は通水時に変形し、極板と徐放膜との距離が小さくなる。通水による圧によって電解質槽が変形するので、単純な構造で、外部動力を用いることなく極板と徐放膜との距離を小さくすることができ、電解時の電解効率と電解質利用効率を上昇させることができ、付加する電気量を少なくするとともに、未反応の電解質量を減少させることも可能となる。
【００１１】
本発明の好ましい態様においては、前記電極は平面電極であり、前記電極は前記徐放膜と平行に設置され、かつ前記電極が水平に対して１５°以上傾斜したことを特徴とする。
電極に平面電極を用い、徐放膜と平行に設置することで、電極上のどの位置においても一様に反応が起こり、電流値の制御、電極−徐放膜間距離の制御が容易となる。また、極板を水平に対して傾斜させることで、非電解時に水が電解槽外に抜け、非電解時の電解質の漏れを防止することが可能となる。
【００１２】
本発明の好ましい態様においては、陽極側においてのみ、前記電極の電解質溶液と向かい合っていない側の流路と、前記電極と前記徐放膜の間の流路を有し、前記電極は弾性体により電解槽壁面に支持されており、前記電極と前記徐放膜の間の流路の分流比が大きいことを特徴とする。
電解質にＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＨＣｌ、ＮａＨＣＯ３  、Ｎａ２  ＣＯ３  を用いた際は、電解質反応物は陽極において生成され、陰極では水の電気分解反応が起こるだけである。電解質が電極で反応するのは陽極においてのみであるので、陽極側のみ分流構造とすることで、通水時に陽極側の徐放膜と電極間の距離が小さくなり、電解効率を上昇させ、未反応電解質量を減少させることができ、電解質容器のコンパクト化や、電解質容器をカートリッジタイプとした際にはカートリッジ交換頻度、電解質充填頻度を減少させることができる。また、分流構造が陽極側のみであるので、電解槽の構造を単純にすることができる。
【００１３】
本発明の好ましい態様においては、前記電解質容器の陰極側の徐放膜が水圧によらず、電極との距離が一定になるよう固定されていることを特徴とする。
陰極側を固定することで、電解質容器の受圧部に通水による圧力を受けた際、陰極の徐放膜は移動せず、陽極側の徐放膜が陽極板側へ移動し、陽極板−徐放膜間距離が小さくなる。陰極では、電解質が電解反応物に影響しないので、徐放膜と電極間を小さくする必要はない。陰極板−徐放膜間距離が大きいことから、流量が大きくなると、主に陰極側に通水されるので、流量が増加しても陽極側流路の通水量は一定となり、陽極近傍の電解質濃度は小さくなることがなく、電解効率を高くすることが可能となる。
【００１４】
本発明の好ましい態様においては、前記電解質容器の徐放膜は精密ろ過膜、超精密ろ過膜、無機膜から選ばれることを特徴とする。精密ろ過膜（ＭＦ膜）とは孔径が数μｍ〜０．０１μｍ程度までの膜であり、超精密ろ過膜（ＵＦ膜）とは０．００１μｍ〜０．０１μｍの孔径を有する膜である。このような膜を用いることで、非電解時の流路に水が保持されていない状態においても電解質容器内の電解質溶液が膜を通して漏れ出ることなく容器内に保持され、また、電解中に流路に水が存在するときでも浸透圧により電解質容器内に水が浸透し、電解質容器の圧力が高くなり、膜と極板間の距離が制御できなくなることや、電解質容器が破損するといった恐れがない。
【００１５】
本発明の好ましい態様においては、空気透過性膜、または空気孔を有することを特徴とする。非電解時に電極板−徐放膜間の距離が大きくなり、電解槽外に水が抜ける際に、空気透過性膜、または空気孔により空気が流入し、電極板−徐放膜間のすべての水をすばやく抜き去ることが可能となる。空気透過性膜は水を通さないものが好ましい。
【００１６】
本発明の好ましい態様においては、電解槽内の圧力を検知するセンサと電解槽下流に流量弁を有することを特徴とする。流量が少なく、電極、または電解質容器の弾性体部分を変形させるのに充分な通水圧が得られないときに、圧力センサにより、圧力を検知し、内部の圧力が高くなるように流量弁を調節することで、どのような通水圧でも、電解時には電極板−徐放膜間の距離を小さくすることができ、電解効率と電解質利用効率をともに高くすることができる。
【００１７】
本発明の好ましい態様においては、電解時の極板間の抵抗値で電解反応物生成量を推定し、推定値に基づいて電流値および、電解時間を制御することを特徴とする。電解反応物生成量と電極間の抵抗には相関があるので、電極間の抵抗を検知することで、電解反応物の生成量を推定することが可能となり、電流値、電解時間を制御することで、電解反応物生成量を一定に保つことができ、所望の電解水を得ることが可能となる。
【００１８】
本発明の好ましい態様においては、通水初期の一定時間は電解を行わず、その後、電解することを特徴とする。非通水時には徐放膜が乾燥しているため、通水初期は徐放膜が湿潤状態となるまでは電解質が徐放されなかったり、徐放量が一定とならないことがある。通水初期の一定時間に電解を行わず、電解質が徐放されてから電解を開始することにより、無駄な電流の印加を防止し、電解開始時から所定の電解反応物量を含む電解水を使用することができる。
【発明の実施の形態】
【００１９】
以下に本発明の第一の実施形態を、添付図面により詳細に説明する。
図１は本発明の電解水生成装置の非通水時における電解槽であり、図２は図１の電解槽の通水時の様子である。図の１は陽極板であり、２は陰極板である。これら電極板は電解槽壁面にバネ、ゴムなどの電極支持弾性体１０で支持されている。この１組の電極の間に電解質または電解質溶液を内包する容器である電解質カートリッジ３が固定されている。電解質は例えばＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＨＣｌ、ＮａＨＣＯ３  、Ｎａ２  ＣＯ３  から選ばれる少なくとも１種類であり、粉末を封入しても、溶液を封入していてもよい。電解質カートリッジ３の電極に面している部分は徐放膜４となっている。徐放膜は、乾燥状態、湿潤状態を繰り返しても性能の変化しない膜を用いる。５は通水路であり、電解槽に流入した水または水道水は電解槽内で、１１に示す分流板により、１２の徐放膜−電極板間流路と１３の電極板背面流路に分流される。図には分流板を用いているが、分流板を用いなくても電極板の形態により分流させてもよい。３２は圧力センサ、３３は流量弁、３４は流量制御部であり、電解槽の下流に設置し、電解槽内の通水時の圧力を一定に保っている。３５は電源、３６は電流制御部であり、電源から電極に電流を印加する際に、電極間の抵抗を検知し、電極間抵抗と電解反応量には相関があることから、電極間抵抗より電解反応物生成量を推定し、電流値を制御して、所望の電解反応物量を生成することができる。電解槽上部には空気透過性膜３０を設置し、非通水時には電解槽内部に溜まっている水が電解槽外に抜ける構造となっている。
【００２０】
本実施例で用いている電極支持弾性体１０は樹脂、金属等を板状、棒状、線状にしたものであり、外部からの圧力を受けて変形し、圧力を受けなくなれば元の形状に戻るものであればよい。また、形状記憶合金を用いて、通水時の水により変形し、水がなくなれば元の形状に戻るという支持体にしてもよい。
徐放膜４は、ＭＦ膜、ＵＦ膜を用いる。孔径は電解質容器内の電解質溶液を保持できる程度に小さく、通水路に水が存在しても浸透圧が生じる事のない程度に大きいものが望ましい。すなわち、１００μｍ以下、０．００１μｍ以上のものであればよい。本発明は、非電解時には通水路に水が保持されないため、電解質容器は電解質が重力により徐放膜から漏れ出ることがないようにする必要がある。浸透圧については、浸透圧が生じると電解質容器内の圧力が高くなり、電解質容器が変形し、膜と極板間の距離が制御できなくなったり、膜や容器が破損する恐れがあるため、浸透圧が生じない膜を用いることが望ましい。また、湿潤状態と乾燥状態を繰り返しても湿潤時には湿潤時には一定の性能が維持される膜であり、材質は無機物、有機高分子においても焼結させたものなどの水を含有しない膜であればよい。
空気透過性膜３０は、液体を透過せず、気体のみを透過する膜である。具体的には、布製膜や、高分子膜に撥水加工をしたものや、孔径が０．００１μｍ以下の膜であればよい。空気透過性膜以外に、空気孔を設けても良いが、空気孔についても液体を通さず、気体だけを通すものであり、孔の周りに撥水加工を施すか、孔径を０．００１μｍ以下にすればよい。
【００２１】
次に、図１、図２に示す電解槽の通水電解における動作を図３のフローを用いて説明する。まず、電解槽に通水が行われると（Ｓ１）、分流板１１により電極板背面流路１３と徐放膜−電極板間流路１２に水が分流される。その分流比は、電極板背面流路１３の方が大きくなる。ここで背面流路とは、電解質溶液と向かい合っていない側の流路を指す。電極板背面流路１３の分流比が大きくなることから、電極支持弾性体が変形し、電極板が徐放膜方向に移動する。流量によって、その移動量には差が生じるため、電解槽下流部の圧力センサ３２により電解槽内の圧力を検知し（Ｓ２）、電解槽内の圧力状態により、流量弁制御部３４が流量弁３３の開放を自動調節し（Ｓ３）、電解槽内の通水による圧を規定の値にまで高め、徐放膜−電極板間流路１２が規定の幅にまで狭まる（Ｓ４）。圧力センサ３２が通水による圧力を検知することで、電流制御部３６のタイマーが作動する。このタイマーにより、一定時間、電解槽内に水が通水された（Ｓ５）後に、電極に電流が印加されることになる（Ｓ６）。非通水時には水が電解槽内から抜けており、徐放膜が乾燥状態にあることが考えられ、通水開始初期には電解質が徐放されなかったり、安定した徐放が行われないおそれがあるため、数秒間の通水を行うことにより、徐放膜を湿潤状態とし、電流印加により所定の電解質が徐放されるようになる。電流印加時には、電極間の抵抗を電流制御部３６が検知し（Ｓ７）、電源から印加する電流値を変化させる（Ｓ８）。電極間抵抗と電解反応物生成量には相関関係があるため、電極間の抵抗から電解反応物生成量を推定することができるので、推定値に応じて、電流値を変化させることにより、電解反応物生成量を制御することが可能となる。電解と通水を終了する（Ｓ９）と、通水による圧力がなくなったことから、電極を支持している弾性体１０が通水前の形に戻り、徐放膜−電極板間流路１２が大きくなり、電解槽上部に設けられた空気透過性膜３０から電解槽内に空気が流入し、電解槽内の水が電解槽外に排出される。
【００２２】
電気分解において、電解反応物の理論生成量は、印加した電気量に応じて決定される。理論生成量に対する実際の生成量を電解効率とすると、電解効率は徐放膜と電極間の距離に関係があり、徐放膜と電極間の距離が小さくなると電解効率が高くなるという知見を本発明者らは得た。また、電解質カートリッジ３から徐放膜４を通って徐放された電解質量に対する電解反応物の生成量を電解質利用効率とすると、電解質利用効率を大きくするには徐放された電解質をなるべく多く反応させることが必要となる。以上のことから、電解効率、電解質利用効率を上昇させるためには、徐放膜−電極板間流路１２を狭くし、徐放膜−電極板間流路１２への通水量を少なくすることにより、少量の電解質が徐放膜−電極板間流路１２に徐放されるようにし、さらに、電極板背面流路への分流構造とすればよい。
本実施例においては、電解質に塩化ナトリウム、徐放膜に平均孔径９μｍ、気孔率５０％の多孔質ポリエチレンを用い、徐放膜−電極板間距離を１ｍｍとし、総流量を０．８ｍｌ／ｍｉｎ、分流比を徐放膜−電極板間流路の流量１に対し電極板背面流路の流量を４とし、電極面積２０ｃｍ２の電極に０．５Ａの電流を印加し、電気分解を行った。ここで、徐放膜−電極板間の流量と電極板背面流路の流量との分流比とは流路入口（図１では分流板１１の一番上）の通水方向に対して垂直な面の断面積比であり、本実施例においては、徐放膜−電極板間流路入口の通水方向に対して垂直な面の断面積と電極板背面流路入口の通水方向に対して垂直な面の断面積の比が１対４であることを示す。このような条件で電気分解を行った結果、電解反応物である次亜塩素酸生成量は７．２ｍｇ／ｍｉｎ、電解効率は６５％、電解質利用効率は４０％となった。これに対し、上記と同様の徐放膜、電極、電解質を用い、徐放膜−電極板間距離を３ｍｍとし、分流を行わずに０．５Ａの電流を印加したところ、次亜塩素酸生成量は３．７ｍｇ／ｍｉｎ、電解効率は３３％、電解質利用効率は２％となり、徐放膜−電極板間流路を狭くし、分流を行うことで、電解効率は２倍、電解質利用効率は２０倍となった。本実施例では、前記のような条件の電解槽構成としたが、より好ましくは、分流比を徐放膜−電極板間流路の流量対、電極板背面流路の流量の分流比を１対数十にし、徐放膜−電極間距離を１ｍｍ以下にすることが望ましい。
非電解時においては、例えば、徐放膜−電極板間距離が１ｍｍで徐放膜−電極間流路の水が表面張力により抜けなかった場合には、２ｍｌの水が流路に残存する。この流路に残った水に塩化ナトリウムが濃度拡散により、徐放膜を透過して移動する。時間が経過すると、流路の水は飽和塩化ナトリウム水となり、０．４ｇの塩化ナトリウムが無駄に徐放されたことになる。これに対し、徐放膜−電極板間距離を３ｍｍとすると、徐放膜−電極間流路の水は電解槽外に排出され、非電解時に塩化ナトリウムが無駄に流路に徐放されることはない。本実施例においては、前記のような条件を用いたが、徐放膜−極板間距離は非電解時には２ｍｍ以上であればよい。
このようなことから、非通水時には徐放膜−電極板間流路１２を水の表面張力が生じない程広く、通水電解時には徐放膜−電極板間流路１２を狭くすることにより、電解効率、電解質利用効率を上昇させ、さらに、非電解時には徐放膜−電極板間流路１２に水が残ることはなく、電解質の浪費を防ぎ、電解質カートリッジの交換頻度や、電解質充填頻度を低くし、手間を省き、電解時の電力量を減少させ、省エネ、ランニングコストの低下、電極の劣化を防止することができる電解槽となる。
【００２３】
次に本発明の第二の実施形態を図４，５に示す。図４は第二の実施形態の非通水時における電解槽であり、図５は図４の電解槽の通水時の様子である。図の１は陽極板であり、２は陰極板であり、電解槽内部壁面に固定されている。この１組の電極の間に電解質または電解質溶液を内包する電解質カートリッジ３が２１の電解質カートリッジ支持部のみで固定されている。電解質はＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＨＣｌ、ＮａＨＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３のいずれか１種類、または数種類であり、粉末で封入しても、水溶液を封入してもよい。電解質カートリッジ３の電極に面している部分は徐放膜４となっている。徐放膜は、乾燥状態においても破損の生じる恐れのない膜、例えば、高分子焼結多孔質体、中空糸膜、無機多孔質膜等を用いる。電解質カートリッジ３は通水時の流体の圧を受ける部分が受圧部２２となっており、徐放膜４部分と受圧部２２以外の部分はゴム等の弾性体２０となっており、受圧部に通水による圧を受けることで変形し、電解質カートリッジ３が変形する。５は通水路であり、電解槽に流入した水または水道水は電極板と徐放膜の間を通過する。３２は圧力センサ、３３は流量弁、３４は流量制御部であり、圧力センサ３２は電解槽外に設置され、電解槽内部圧力を検知し、圧力に応じて流量制御部３４が電解槽の下流に設置した流量弁３３を調節し、電解槽に流入する水の流量によらず、電解槽内部の圧力を一定に保っている。３５は電源、３６は電流制御部であり、電源から電極に電流を印加する際に、電極間の抵抗を検知し、電極間抵抗より電解反応物生成量を推定し、電流値を制御して電解反応物生成量を所望の値にすることができる。電解槽上部には微小空気孔３１を設置し、非通水時には電解槽内部に溜まっている水を電解槽外に抜けやすくしている。
【００２４】
次に、図４、図５に示す電解槽の通水電解における動作を図６のフローを用いて説明する。まず、電解槽に通水が行われると（Ｓ２１）、圧力センサにより電解槽内に通水が行われたことを検知し、流量弁制御部３４が流量弁３３を一時的に閉じる（Ｓ２２）。この間に、乾燥状態にある恐れのある膜を湿潤状態に戻し、所定の徐放性能の膜にする。流量弁を閉じて一定時間が経過した後、流量弁を開く（Ｓ２３）。電解槽内の圧力状態を圧力センサにより検知し、流量弁制御部３４が流量弁３３の開放を自動調節し（Ｓ２４）、電解槽内の通水による圧を規定の値にまで高めることにより、電解質カートリッジ３の受圧部２２が通水による圧力を受け弾性体２０が変形し、徐放膜−電極板間流路が狭まり（Ｓ２５）、電極に電流が印加される（Ｓ２６）。電流印加時には、電極間の抵抗を電流制御部３６が検知し（Ｓ２７）、電源から印加する電流値を変化させる。電極間抵抗と電解反応物生成量には相関関係があるため、電極間の抵抗から電解反応物生成量を推定することができるので、推定値に応じて、電流値を変化させることにより（Ｓ２８）、電解反応物生成量を制御することが可能となる。所望の電解水を得たら、通水を終了する（Ｓ２９）。通水の終了により、電解槽内の圧力は低下し、圧力がある値以下になると、圧力センサ３２は通水の終了を検知し、電流制御部３６が電源３５の電流印加を終了させ（Ｓ３０）、流量制御部３４が流量弁３３を開放する。通水による圧を受けないため、電解質カートリッジ３は通水前の形に戻り、徐放膜−電極間距離が水の表面張力が生じないほど大きくなる。電解槽上部に設けられた微小空気孔３１から電解槽内に空気が流入し、電解槽内の水が電解槽外に排出され、電解が終了する（Ｓ３１）。
【００２５】
本実施形態においては、第一の実施形態と異なり、電解時に徐放膜−電極板間流路と電極板背面流路への分流を行っていない。しかし、第一の実施形態と同様の電極板、徐放膜、通水量、電流値にて徐放膜−電極板間距離を１ｍｍとした際の電解効率は６０％、電解質利用効率は３０％となり、第一の実施形態と同等の効率を得ることができた。このように、第二の実施形態においても徐放膜−電極板間距離を小さくすることで電解効率、電解質利用効率を高くすることができる。本実施形態においては前記の条件により電解槽を構成したが、電解時の徐放膜−電極板間距離が１ｍｍ以下、非電解時の徐放膜−電極板間距離が２ｍｍ以上であればよい。
【００２６】
本発明の第三の実施形態を図７，８に示す。図７は第三の実施形態の非通水時の様子であり、図８は通水時の様子である。図の１は陽極板であり、２は陰極板である。陽極板１は電解槽壁面にバネ、ゴムなどの弾性体１０で支持されており、陰極板２は電解槽内の流路壁面に固定されている。この１組の電極の間に電解質または電解質溶液を内包する電解質カートリッジ３が固定されている。電解質カートリッジ３の電極に面している部分は徐放膜４となっている。５は通水路であり、電解槽に流入した水または水道水は電解槽内で、陽極においてのみ１１に示す分流板により、１２の徐放膜−電極板間流路と１３の電極背面流路に分流される。電解質はＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＨＣｌ、ＮａＨＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３のいずれか１種類、または数種類を用いる。これらの電解質溶液の電気分解反応は陰極においては、水素が発生し、ＯＨ−の濃度が高くなり、アルカリ水が生成される。陽極では、電解質にＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＨＣｌを用いた際は、次亜塩素酸とＨ＋を含んだ酸性水が生成される。次亜塩素酸は、酸化力が強く、殺菌、漂白、消臭作用がある。電解質にＮａＨＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３を用いた際は、陽極で、炭酸水と酸性水が生成される。炭酸水は、血行促進効果がある。このように、陽極で生成される反応物において効果的な電解水が生成されるため、徐放膜−陽極板間の流路を通水圧により小さくし、陽極背面流路の分流比を大きくすることによって、陽極での電解効率、電解質利用効率を上昇させることが可能となる。
本実施形態において、電極、徐放膜、電解質を第一の実施形態と同様のものを用い、電解時の徐放膜−陽極板間距離を１ｍｍ、徐放膜−陰極板間距離を３ｍｍとして評価を行ったところ、第一の実施形態と同程度の電解効率、電解質利用効率となり、陽極側のみを分流構造とし、徐放膜−電極板間距離を電解時に小さくすることで電解効率、電解質利用効率を上昇させることが可能となった。本実施形態では前記の条件にて電解槽を構成したが、電解時の徐放膜−陽極板間距離を１ｍｍ以下、非電解時の徐放膜−陽極板間距離を２ｍｍ以上、徐放膜−陰極板間距離を２ｍｍ以上とすればよい。
【００２７】
本発明の第四の実施形態を図９，１０に示す。図９は第四の実施形態の非通水時の様子であり、図１０は通水時の様子である。図の１は陽極板であり、２は陰極板であり、陽極板１、陰極板２は電解槽内の壁面に固定されている。この１組の電極の間に電解質または電解質溶液を内包する電解質カートリッジ３が２１の電解質カートリッジ支持部と、陰極側の徐放膜部で固定されている。電解質カートリッジ３は電極に面している部分が徐放膜４となっており、通水時の流体の圧を受ける部分が受圧部２２となっており、徐放膜４部分と受圧部２２以外の部分はゴム等の弾性体２０となっている。受圧部２２に通水による圧を受けると電解質カートリッジ３は弾性体部分２０が変形し、カートリッジ支持部２１と陰極側の徐放膜部分が固定されていることから、徐放膜−陽極板間流路が小さくなるように変形する。５は通水路であり、電解槽に流入した水または水道水は電極板と徐放膜の間を通過する。第三の実施形態と同様に、電解質にＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＨＣｌ、ＮａＨＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３のいずれか１種類、または数種類を用いると、陽極側において効果的な電解水が生成されるため、徐放膜−陽極板間の流路を通水圧により小さくすることで、陽極での電解効率、電解質利用効率を上昇させることが可能となる。また、陽極側のみの流路が小さくなり、陰極側の流路は大きいことから、流量が大きくなっても、主に陰極側に通水され陽極側の電解質濃度が低くなることはない。非電解時には、陽極側の電極板−徐放膜間距離が大きくなり、電極が水平に対して傾斜していることから、電極板−徐放膜間に表面張力により水が保持されることなくすみやかに電解槽外に水が排出され、電解質が徐放膜を通してもれ出ることがなく、非電解時にも電解質の浪費を防ぐことが可能となる。
本実施形態において徐放膜、電極、電解質を第一の実施形態と同様として、電解時の徐放膜−電極間距離を１ｍｍとしたところ、第一の実施形態と同等の電解効率、電解質利用効率となった。また、傾斜角度は本実施形態において４５°とし、非電解時の徐放膜−電極板間距離を３ｍｍとしたところ、すみやかに徐放膜−電極板間流路の水が電解槽外に排出された。本実施形態では前記の構成としたが、電解時の徐放膜−陽極板間距離を１ｍｍ以下、非電解時の徐放膜−陽極板間距離を２ｍｍ以上、徐放膜−陰極板間距離を２ｍｍ以上、傾斜角度は１５°〜９０°であればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一の実施形態（非通水時）
【図２】第一の実施形態（通水時）
【図３】第一の実施形態の電解水生成フロー
【図４】第二の実施形態（非通水時）
【図５】第二の実施形態（通水時）
【図６】第二の実施形態の電解水生成フロー
【図７】第三の実施形態（非通水時）
【図８】第三の実施形態（通水時）
【図９】第四の実施形態（非通水時）
【図１０】第四の実施形態（通水時）
【符号の説明】
１…陽極板、  ２…陰極板、  ３…電解質カートリッジ、  ４…徐放膜、５…通水路、  １０…電極支持弾性体、  １１…分流板、  １２…徐放膜−電極板間流路、  １３…電極板背面流路、  ２０…電解質カートリッジ弾性体、  ２１…電解質カートリッジ支持部、  ２２…受圧部、  ３０…空気透過性膜、  ３１…微小空気孔、  ３２…圧力センサ、  ３３…流量弁、  ３４…流量弁制御部、  ３５…電源、  ３６…電流制御部
【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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