(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解槽と、電解槽内を原水が供給され溢流する主生成室および副生成室と電解液が供給される電解液室とに仕切るイオン透過可能な隔膜と、主生成室と副生成室とに配置されて相互間に電解液を介し通電される極性の異なった主電極および副電極とを備え、主電極はそれが設けられる主生成室内に原水を供給する給水管と、主電極の極性に応じ生成される電解イオン水を溢流させる溢流管として配管し、副電極はそれが設けられる副生成室内に原水を供給する給水管と、副電極の極性に応じ生成される電解イオン水を溢流させる溢流管として配管して、主生成室と副生成室とで、それらに配した電極の極性の違いに応じた異なったイオン生成水として、アルカリイオン水と酸性イオン水とが同時に得られるようにしたことを特徴とするイオン水生成装置。
【請求項２】
給水管は少なくともそれが設けられる室の底部に給水口が位置し、溢流管はそれが設けられる室の電解イオン水生成域中に分岐またはおよび屈曲して広がった後電解イオン水生成域上に開口して位置する溢流口に至っている請求項１に記載の電解イオン水生成装置。
【請求項３】
溢流口は複数ある請求項２に記載の電解イオン水生成装置。
【請求項４】
電極を配されてイオン水生成域を図る室は密閉している請求項１〜３のいずれか１項に記載の電解イオン水生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水に直流電圧を印加して直流電流を水に流し、水を電気分解してアルカリイオン水や酸性イオン水を生成する電解イオン水生成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このような電解イオン水生成装置は家庭用、商業用、工業用などとして種々のタイプのものが提供され広く利用されている。凡そ、酸性イオン水はＰＨ４以下で除菌作用があるが飲用には向かないのに対し、アルカリイオン水はＰＨ８、９で飲用に適し、ＰＨ１０以上で洗浄効果があり、ＰＨ１２以上の強アルカリ性では除菌効果があるなど用途が広い。近時これらイオン水の特性の認識がさらに深まるなか酸性イオン水でも、空気や有機物に触れると普通の水に戻ることから、残留性がなく安全で環境に優しい消毒用の水といった感があり、小さなクラスターによる高い浸透性と剥離作用を持った除菌や殺菌という点だけでなく洗顔、園芸、消臭など他の用途が次々開発されている。一方、強アルカリイオン水については酸化防止作用、溶解力が強く可溶成分を取り込む溶媒効果に優れ、血液、体液の分解のほか脂肪や蛋白質の溶解にも効力を発揮している。具体的には強酸性水の前処理洗浄、強酸性水の中和、調理場の床やペットのケージなどでの落ちにくい油脂、蛋白汚れの洗浄、鮮魚の傷みやすさの原因であるヌメリの除去、野菜や切り花の鮮度保持のための水上げ、園芸野菜や観賞用植物の生長促進、家畜の肉質改善や健康維持のための給餌水、入れ歯の洗浄、水虫の治癒、白衣やふきんの洗濯時の漂白など種々に利用されている。
【０００３】
ところで、強アルカリイオン水は飲用に向かないが、以上のように優れた性質と幅広い用途があり、ますます需要が増大し用途が広がっている。しかし、ＰＨ１２以上、ＰＨ１２．３以上の強アルカリイオン水は製造しにくく、これを可能にするものとしては従来タイプの効率の低い電解イオン水生成方式にて水を多段に連続に電解処理する装置が提案されている（例えば、特許文献１、２参照。）。特許文献１に記載のものは原料水と塩水とを使い分け、塩水は１０％以上にして強アルカリ性イオン水の生成を実現している。
【０００４】
また、強酸性水を生成するため、隔膜を挟んで配した陰極と陽極との間、およびマイナス電極およびプラス電極の外側に、マイナス電極面に沿って蛇行するマイナス電極室通路と、プラス電極面に沿って蛇行するプラス電極室とを設け、これらマイナス電極室とプラス電極室とに塩水を通して連続処理する装置も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平８−２４８６５号公報
【特許文献２】特開２００１−９４５３号公報
【特許文献３】特開平８−３３２４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１、２に記載のものは連続処理できるものの、ＰＨ１２以上、ＰＨ１２．３以上の強アルカリイオン水を得るには従来タイプの電解イオン水生成装置を多数段接続する必要があり、複雑かつ大型で高価につくので工業用や商業用の大規模用途には向いても家庭などの小規模用途には向かない。しかも、強アルカリイオン水の生成効率が低く生産性はまだ十分とはいえずイオン水コストが高くなる。特許文献１に記載のもののように塩水の濃度を１０％以上にも高くすると人体や自然環境に悪影響するものとなりかねない問題がある。
【０００６】
上記とは別の特許文献４である特開平６−２４６２７２号公報は、陰極、陽極間でのＨ+の移動速度がＯＨ-の移動速度よりも数倍速く、イオンの拡散と電界の作用によりＨ+は陽極板と水面との境界からより速やかに離散するので、陽極板と陰極板との間における等ＰＨ線の分布において陰極板と水との境界に存在し原水の下流側に向けて成長する強アルカリ性水の厚い層に比べ、陽極板と水との間に存在する強酸性水の層（ＰＨ３の層）が非常に薄くなる旨を、また、これが強酸性水の生成効率は強アルカリ性水の生成効率よりも低くなる原因である旨を開示している。ここに、強アルカリ性水や強酸性水を生成するのに生成対象イオン水を得る側の電極との接触面積が多いほど生成効率を上げられると思われる。しかし、特許文献３に記載のものは水と電極との接触通路を比較的コンパクトに長く形成できるが、生成対象イオン水側も非生成対象イオン水側も同じ接触面積比であるので、その分生成効率は低くなる。しかも、折角の蛇行通路の周壁の一側でしか水は電極と接触しないのでこの面でも生成効率は低くなる。従って、強アルカリ性水や強酸性水を効率よく多量に生成するには装置が大型化し高価なものにならざるを得ず、イオン水コストも高くなる。
【０００７】
本発明の目的は、簡単かつ小型で安価なものにてＰＨ１２以上、ＰＨ１２．３以上の強アルカリ性水および酸性水の双方を効率よく低コストで同時に生成できる電解イオン水生成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の電解イオン水生成装置は、電解槽と、電解槽内を原水が供給され溢流する主生成室および副生成室と電解液が供給される電解液室とに仕切るイオン透過可能な隔膜と、主生成室と副生成室とに配置されて相互間に電解液を介し通電される極性の異なった主電極および副電極とを備え、主電極はそれが設けられる主生成室内に原水を供給する給水管と、主電極の極性に応じ生成される電解イオン水を溢流させる溢流管として配管し、副電極はそれが設けられる副生成室内に原水を供給する給水管と、副電極の極性に応じ生成される電解イオン水を溢流させる溢流管として配管して、主生成室と副生成室とで、それらに配した電極の極性の違いに応じた異なったイオン生成水として、アルカリイオン水と酸性イオン水とが同時に得られるようにしたことを特徴としている。
【００１２】
これにより、主生成室と副生成室とで、それらに配した主電極および福電極の極性の違いに応じた異なったイオン生成水、つまりアルカリイオン水と酸性イオン水とが高い生成効率、生成速度をもって同時に得られる。主電極である給水管および溢流管が陰極であれば、主生成室からはアルカリイオン水が得られ、副電極である給水管および溢流管が陽極で副生成室からは酸性イオン水が得られる。
【００１３】
給水管が少なくともそれが設けられる室の底部に給水口が位置し、溢流管はそれが設けられる室の電解イオン水生成域中に分岐またはおよび屈曲して広がった後電解イオン水生成域上に開口して位置する溢流口に至っている、さらなる構成では、
分岐またはおよび屈曲した広がりを持った溢流管が給水管との組み合わせにより、それが設けられる室、つまり主生成室や副生成室内でのほぼ均等で高い配管密度にて、水とのほぼ均等でバイパスのない高い接触効率、長い接触時間を確保して、生成対象となるアルカリ性または酸性の電解イオン水の生成を促進し、かつ安定させられる。また、給水管および溢流管が陰極である場合はＨ+が引き寄せられて、陰極における電子との反応によりＨ2ガスとなって放散され、陽極である場合はＯＨ-ガスが引き付けられて陽極に電子を奪い取られＯ2ガスとなり放散される。これらガスの放散は前記のような電極および水の接触状態での電解イオン水の生成過程では、水内のほぼ均等に及ぶ活発な上昇気泡となるので１本の給水管が１つの給水口から主生成室の底部に供給する単純な給水方式になるが給水流は前記上昇気泡によって拡散、随伴されながら上昇していき、給水管および溢流管とよく接触することによっても接触効率、電解イオン水生成効率が高まり、溢流管の溢流口の高さ位置へはむらの無い高いアルカリ性または酸性の電解イオン水となって到達し溢流口から溢流管内に溢流することで採取でき、溢流管内でも副電極との通電域ではなお生成対象イオン水が生成されアルカリ性または酸性の度合いがその安定性と共にさらに高まる。放散するガスは水面上に出るので密閉環境ではその水面上に充満しながら溢流管に抜けるので、溢流管途中にて電解イオン水から自然離脱させて排気させられる。
【００１４】
主生成室の密閉によれば特にそこに溜まる放散ガスの全てを液面に開口している溢流口から溢流管内に導入して余すことなく所定の経路にて排気できる。
【００１５】
溢流口が複数ある、さらなる構成では、
溢流口が多くあるほど液面付近での横の流れを抑えられ、前記放散ガスの真っ直ぐな上昇流への影響をなくしてむらの無い高効率な電解イオン水の生成を実現することができる。
【００１８】
本発明のそれ以上の目的および特徴は、以下の詳細な説明および図面によって明らかになる。本発明の各特徴はそれ単独で、あるいは可能な限り種々な組合せで複合して用いることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の電解イオン水生成装置によれば、主生成室と副生成室とで、それらに配した主電極および福電極である原水の給水管と電解イオン水の溢流管とが、電解液を介した通電を図って得られる水との特異な接触、電解構造により、主電極および福電極の極性に応じたアルカリ性および酸性の生成対象イオン水を同時に効率よく生成することができ、アルカリ性および酸性の高い電解イオン水でも簡単かつ小型で安価な装置により生産性よく低コストに得られ、家庭用の小規模用途、工業用、商業用の大規模用途のいずれにも好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図１、図２を参照して本発明に係る電解イオン水生成装置の実施の形態について参考例と共に説明し、本発明の理解に供する。なお、以下に示す実施の形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００２２】
本実施の形態の参考例としての電解イオン水生成方法は、図１に模式的に示す電解イオン水生成装置を参照して説明すると、イオン透過可能な隔膜２０により副生成室１１と仕切られた主生成室２１に主電極である給水管２２を通して井戸水、水道水などの電解促進成分である例えば塩分の含まない原水５１を供給しながら主電極よりなる溢流管２３を通して電解イオン水５２として溢流させるのに併せ、副生成室１１に主電極と異なった極性の副電極１２を配して塩水などの電解液５３を供給しながら電解液廃水５４として溢流させ、副電極１２と主電極である給水管２２および溢流管２３との間の通電による電解作用にてそれらのまわりに極性に応じた電解イオン水を生成させ、主生成室２１から溢流するアルカリ性または酸性の電解イオン水５２を採取する。
【００２３】
このように隔膜２０で仕切られた一方の主生成室２１に位置する主電極と、他方の副生成室１１に位置する副電極１２との間に直流電圧を印加したときの通電により、主、副両生成室２１、１１内に供給しながら溢流させる原水５１および電解液５３を電気分解すると、隔膜２０を通じたイオンの行き来を伴い主生成室２１で得られる主電極の極性に応じたアルカリ性または酸性の電解イオン水５２を生成対象イオン水５２として溢流させ採取できる。この採取のため上記のように副生成室１１には塩水などの電解液５３を供給して通電、電解特性を高めながら主生成室２１には塩水などの電解液でない地下水や水道水などの原水５１を供給するので、副生成室１１での電解液５３の塩分などの電解促進成分の濃度制限のもとに塩分などの電解促進成分を含まないアルカリ性または酸性の電解イオン水５２が得られる。特に、原水５１の給水管２２と生成対象イオン水５２の溢流採取とを行う溢流管２３が主電極を兼ねて、少なくともその供給原水５１中に浸漬される斜線部分の周壁全周が副電極１２との間の図１に斜線で示す通電域となってその外面で原水５１と接触して電解作用を及ぼすのと、これら給水管２２、溢流管２３は種々な配管形態が採れて配管密度や総配管長を簡単に大きくできるし、配管分布がほぼ均等になりやすいので、前記通電域周壁外まわりの原水５１との接触面積が、配管構造でない板状の副電極１２に比して各段に大きくなる上、原水５１の給水管２２、溢流管２３に対する非接触なバイパスを回避しやすいので、生成対象イオン水５２の生成効率、生成速度を高められる。
【００２４】
この結果、主生成室２１にて主電極である原水の給水管２２と電解イオン水５２の溢流管２３とが副生成室１１の副電極１２との通電を図って得られる水との特異な接触、電解構造により、主電極の極性に応じたアルカリ性または酸性の生成対象である電解イオン水５２を効率よく生成することができ、アルカリ性、酸性の高い電解イオン水５２でも簡単かつ小型で安価な装置により生産性よく低コストで得られ、家庭用の小規模用途、工業用、商業用の大規模用途のいずれにも好適である。
【００２５】
なお、副生成室１１に用いる電解液５３の塩分濃度をほぼ１〜２％にすることで、塩分不足による生成対象イオン水生成効率が低下したり、塩分過剰で生成対象イオン水に塩分が影響したり、発熱したりせず、ＰＨ１２以上、ＰＨ１２．３以上の強アルカリ性、ＰＨ３以下、ＰＨ２以下の強酸性の生成対象イオン水が得られる。特に、主電極を陰極として生成対象イオン水５２が強アルカリ性電解イオン水として得る場合、塩分の影響がないことにより生体や環境にやさしく、あらゆる分野に問題なく適用してその特性を如何なく発揮できる。例えば、食品などの殺菌に効果的なほか、染色前の前洗浄に適用すると洗浄効果が高く汚れに起因した染めの色むらが解消された。また、クラスタが小さく蒸発し難くいので食品に利用すれば保水性がよく保存期間の増大が図れたし、食感を壊さない利点が得られた。
【００２６】
このような方法を実現するのに、図１に示す参考例の装置は、電解槽１０と、電解槽１０内を原水５１が供給され溢流する主生成室２１と塩水である電解液５３が供給され溢流する副生成室１１とに仕切るイオン透過可能な隔膜２０とを備え、主生成室２１と、副生成室１１とに配置された極性の異なった主電極および副電極を設けるのに、主電極は主生成室２１内に原水５１を供給する給水管２２と、主電極の極性に応じ生成される電解イオン水５２を溢流させる溢流管２３とし、主生成室２１での原水５１による電解イオン水５２の生成域中に配管し、副電極は副生成室１１内にて主生成室２１の外まわりを囲う従来から用いられている環状の、あるいは断続配置した板状の副電極１２としている。主電極および副電極を特定の極関係にして用いるには、直流電圧の一方の電極を主電極に、他方の電極を副電極に接続して双方間に直流電圧を印加すればよい。主電極および副電極は通常、原水５１や電解液５３の水面より上の部分で電圧印加装置の電極と接続されるが、双方間で通電が生じるのは原水５１および電解液５３の水面以下、つまりそれらに没している図１に示す斜線を施した範囲となる。
【００２７】
ここで、アルカリイオン水を生成対象の電解イオン水５２として得るには主電極を陰極、副電極を陽極にすればよい。また、酸性イオン水を生成対象イオン水５２として得るには主電極を陽極にすればよい。もっとも、極性を切り換えられる直流電圧印加装置を用いて主電極、副電極の極性をその時々で切り換えられるようにすることもできる。陰極は腐食しにくくステンレス鋼を採用して問題はなくアルカリ性イオン水を生成対象イオン水５２とするときの給水管２２、溢流管２３に好適であるが、陽極は腐食しやすく耐腐食性の高いプラチナ、金などが好適であるが、頻繁にメンテナンスをすればそれらよりも低コストな金属材料を採用することができる。電解液５３を供給する給水管４０やそれを溢流させる排水管４１、電解槽１０などは塩分を含む電解液５３に触れるが電気特性を持たなくて良いので塩化ビニルなどの樹脂材料を採用すればよい。隔膜２０は微小なポーラス組織である陶器材料を採用して好適である。
【００２８】
なお、図１に示す参考例では、給水管２２が少なくとも主生成室２１の底部に給水口２２ａが位置し、溢流管２３が電解イオン水生成域中に分岐（またはおよび屈曲）して広がった後電解イオン水生成域液面５１ａ上に上向きに開口し位置する溢流口２３ａに至るようにしている。このように、分岐またはおよびスパイラルなど各種に屈曲した広がりを持った溢流管２３が給水管２２との組み合わせにより、主生成室２１内でのほぼ均等で高い配管密度にて、原水５１とのほぼ均等でバイパスのない高い接触効率、長い接触時間を確保して、生成対象のアルカリ性または酸性の電解イオン水の生成を促進し、かつ安定させられる。
【００２９】
また、給水管２２および溢流管２３が陰極である場合はそれにＨ+が引き寄せられて、陰極における電子との反応によりＨ2ガスとなって放散され、陽極である場合はそれにＯＨ-ガスが引き付けられて陽極に電子を奪い取られＯ2ガスとなり放散される。これらガスの放散は前記のような電極および水の接触状態での電解イオン水の生成過程では、原水５１内のほぼ均等に及ぶ活発な上昇気泡となって１本の給水管２２が１つの給水口２２ａから主生成室２１の底部に供給する単純な給水方式になるが、このような給水方式での給水流でも前記上昇気泡によって拡散、随伴されながら上昇していき、給水管２２および溢流管２３とよく接触することによっても接触効率、電解イオン水生成効率が高まり、溢流管２３の溢流口２３ａの高さ位置へはむらの無い高いアルカリ性または酸性の電解イオン水５２となって到達し溢流口２３ａから溢流管２３内に溢流することで採取でき、溢流管２３内でも副電極との通電域ではなお生成対象イオン水が生成されアルカリ性または酸性がさらに高まる。放散するガスは水面上の密閉した空間５５に出て水面上に充満しながら溢流管２３に抜けるので、溢流管２３途中に接続した排気管２３ｂを通じて電解イオン水５２から自然離脱させて排気させられる。また、前記密閉によって主生成室２１で発生する放散ガスの全てを液面に開口している溢流口２３ａから溢流管２３内に導入して余すことなく所定の経路にて排気できる。つまり、炭酸ガスとの接触を遮断でき炭酸ガスと反応して有害化するようなことを回避することができる。
【００３０】
ここで、図１に示す参考例のように溢流口２３ａが複数で、多いほど液面付近での横の流れを抑えられ、前記放散ガスの真っ直ぐな上昇流への影響をなくしてむらの無い高効率な電解イオン水の生成を実現することができる。
【００３１】
本発明者による参考例での実験では、ＰＨ１２以上のアルカリイオン水を生成するのに、８Ａ、５０Ｖの給電での従来の装置の能力では２Ｌ／Ｈｒであったのが、本実施の形態の装置では１５Ｌ／Ｈｒと生産性が大幅に高まった。
【００３２】
図２に模式的に示す本実施の形態の電解イオン水生成装置は、アルカリイオン水および酸性イオン水の双方を同時に得られるようにしたものである。そのために、電解槽１０と、電解槽１０内を原水５１が供給され溢流する主生成室２１および副生成室１１と電解液５３が供給される電解液室１２１とに仕切るイオン透過可能な隔膜２０と、主生成室２１と副生成室１１とに配置されて相互間に電解液５３を介し通電される極性の異なった主電極および副電極とを備え、主電極はそれが設けられる主生成室２１内に原水５１を供給する給水管２２と、主電極の極性に応じ生成される電解イオン水５２を溢流させる溢流管２３として配管し、副電極はそれが設けられる副生成室１１内に原水５１を供給する給水管１２２と、副電極の極性に応じ生成される電解イオン水１５２を溢流させる溢流管１２３として配管している。これにより、主生成室２１と副生成室１１とで、それらに配した電極の極性の違いに応じた異なったイオン生成水５２、１５２、つまりアルカリイオン水と酸性イオン水とが１つの特徴の場合同様に高い生成効率、生成速度をもって同時に得られる。図示例では、主電極である給水管２２および溢流管２３が陰極で主生成室２１からはアルカリイオン水５２が得られ、副電極である給水管１２２および溢流管１２３が陽極で副生成室１１からは酸性イオン水１５２が得られる。副生成室１１、給水管１２２とその給水口１２２ａ、溢流管１２３とその溢流口１２３ａおよび排気管１２３ｂのそれぞれは、先の例で既述した主生成室２１、給水管２２とその給水口２２ａ、溢流管２３とその溢流口２３ａおよび排気管２３ｂのそれぞれと共通した条件にて設けてある。なお、陽極とする給水管１２２、溢流管１２３は酸性イオン水を生成する環境から酸による侵食を受けるので、チタン製で２μｍ程度のプラチナメッキをしたものを用いた。これによって耐久性が向上しかつ成分溶出があっても生体への悪影響がなくなる。
【００３３】
なお、本実施の形態では、先の場合のように電解液の掛け流し形態を採っていないので、電解液は経時的に減少し濃度も変化するのでこれを調整するように定期的に補充を行う。しかし、循環利用しながら調整することもでき、先の例の場合もこのような方式を採用することができる。
【００３４】
発明者の本実施の形態に関する実験によれば、電解液５３の容量が５０Ｌ、通電が１３０Ｖ、８Ａでの条件にて、イオン生成水の温度調整にもよるが概ねＰＨ１２以上の強アルカリイオン水５２とＰＨ２以下の強酸性イオン水１５２とが、それぞれ６Ｌ／Ｈｒずつ生成することができた。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は電解イオン水を生成するのに、簡単かつ小型で安価な装置で強アルカリイオン水や強酸性イオン水を効率よく安価に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態に対する参考例に係る電解イオン水生成装置の１つの例を示す摸式図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る電解イオン水生成装置の今１つの例を示す摸式図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  電解槽
１１  副生成室
１２  副電極
２０  隔膜
２１  主生成室
２２  給水管（主電極）
１２２  給水管（副電極）
２２ａ、１２２ａ  給水口
２３  溢流管（主電極）
１２３  溢流管（副電極）
２３ａ  溢流口
１２３ａ  溢流口
２３ｂ  排気管
１２３ｂ  排気管
４１  排水管
５１  原水
５２  電解イオン水
５３  電解液
５４  電解液廃水
１２１  電解液室
【図１】
0004691457.tif 000002
【図２】
0004691457.tif 000003