(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
食塩水を循環供給する中間室、隔膜および陽極を介して前記中間室に隣接した陽極室と隔膜および陰極を介して前記中間室に隣接した陰極室を備えた電解槽と、
食塩と前記中間室に循環供給する食塩水とを接触させることにより当該食塩水の濃度を高める塩水タンクと、
前記塩水タンクから前記中間室に食塩水を供給する供給路と、
電解処理後の食塩水を前記中間室から前記塩水タンクに帰還させる帰還路と、
前記陰極室から排出されるアルカリ性水の一部を塩水タンクに取り入れる補給路とを有し、
前記中間室に供給する食塩水の流量制御を、ポンプの運転および運転停止を交互に繰り返す間欠制御によって行うことを特徴とする電解水生成装置。
【請求項２】
食塩水を循環供給する中間室、隔膜および陽極を介して前記中間室に隣接した陽極室と隔膜および陰極を介して前記中間室に隣接した陰極室を備えた電解槽と、
食塩と前記中間室に循環供給する食塩水とを接触させることにより当該食塩水の濃度を高める塩水タンクと、
前記塩水タンクから前記中間室に食塩水を供給する供給路と、
電解処理後の食塩水を前記中間室から前記塩水タンクに帰還させる帰還路と、
前記陰極室から排出されるアルカリ性水の一部を塩水タンクに取り入れる補給路とを有し、
前記中間室に供給する食塩水の流量制御は、ポンプの運転時間および停止時間の制御によって行うことを特徴とする電解水生成装置。
【請求項３】
食塩水を循環供給する中間室、隔膜および陽極を介して前記中間室に隣接した陽極室と隔膜および陰極を介して前記中間室に隣接した陰極室を備えた電解槽と、
食塩と前記中間室に循環供給する食塩水とを接触させることにより当該食塩水の濃度を高める塩水タンクと、
前記塩水タンクから前記中間室に食塩水を供給する供給路と、
電解処理後の食塩水を前記中間室から前記塩水タンクに帰還させる帰還路と、
前記陰極室から排出されるアルカリ性水の一部を塩水タンクに取り入れる補給路とを有し、
前記塩水タンクに取り入れる補給水の流量制御を、ポンプの運転および運転停止を交互に繰り返す間欠制御によって行うことを特徴とする電解水生成装置。
【請求項４】
食塩水を循環供給する中間室、隔膜および陽極を介して前記中間室に隣接した陽極室と隔膜および陰極を介して前記中間室に隣接した陰極室を備えた電解槽と、
食塩と前記中間室に循環供給する食塩水とを接触させることにより当該食塩水の濃度を高める塩水タンクと、
前記塩水タンクから前記中間室に食塩水を供給する供給路と、
電解処理後の食塩水を前記中間室から前記塩水タンクに帰還させる帰還路と、
前記陰極室から排出されるアルカリ性水の一部を塩水タンクに取り入れる補給路とを有し、
前記塩水タンクに取り入れる補給水の流量制御は、ポンプの運転時間および停止時間の制御によって行うことを特徴とする電解水生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解水生成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より食塩水を電気分解して酸性溶液やアルカリ性溶液を生成する電解水生成装置が知られている。当該電解水生成装置は、所謂２室型、３室型に代表される電解槽を有しており、当該電解槽に食塩水を供給し、所望の電解水を得るものである。
図１４は、２室型の電解槽１００を表した模式図である。当該２室型の電解槽の場合は、隔膜１０１によって電解槽内を２室に仕切り、各室に陽極１０２と陰極１０３を配置することで、それぞれ陽極室１０４と陰極室１０５を形成したものである。この陽極室１０４と陰極室１０５には、それぞれ塩水タンク１０６から食塩水が供給されるが、供給された食塩水の一部は電解されるものの、排出される酸性水若しくはアルカリ性水には未電解の食塩成分がそのまま含まれていた。
出願人の実験では、上記２室型の電解槽を用いた電解水生成装置によって、食品衛生法上の強酸性次亜塩素酸水（強酸性電解水）としての規格であるｐＨが2.7以下、有効塩素濃度20〜60mg/kgを満たす酸性溶液を毎分1500mL生成するには、おおよそ3g/分（１時間あたり180g）の食塩を消費することが解った。
【０００３】
また、３室型の電解槽を用いたものとして特許文献１記載の電解水生成装置が知られている。当該電解水生成装置は、電解槽と電気分解用の食塩水を収容する塩水タンクおよびそれらを連結する配管を主要構成部材としている。塩水タンクには、開閉バルブを備えた連通管を介して濃塩水タンクから飽和食塩水が供給され、給水バルブを備えた給水管によって水を適宜供給するようになっている。そして塩水タンク内に設けた濃度センサの検出結果に応じて開閉バルブおよび給水バルブを操作し塩水タンク内の食塩水の濃度および水位を所定範囲に維持するようになっている。
また、塩水タンクは内部の濃度を均一化するための攪拌ポンプを有し、濃塩水タンクに食塩を供給する食塩タンクも設けられている。また、塩水タンクにはｐＨセンサが設けられており、検出された値に応じた酸性水供給バルブ又はアルカリ性水供給バルブの制御によって酸性水又はアルカリ性水を塩水タンクに供給し、塩水タンク内のｐＨを一定範囲に保つようにしている。
【特許文献１】特開平７−２９９４５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記３室型の電解槽や塩水タンクを備えた電解水生成装置の場合、電解槽や塩水タンク間の溶液の循環等にはポンプが用いられる。しかし、例えば電解槽に食塩水を供給する場合、定格流量の大きいポンプを用いると、流量が大すぎるため塩水タンク内の塩の消費量が多くなる。また、定格流量が少ないポンプを用いると、電解槽に塩水を充填する場合などに多くの時間を要するので、稼働率が低下する場合がある。
本願発明は上記課題に鑑み発明されたものであって、溶液の循環や供給のために使用するポンプとして、通常運転時に必要とする流量よりも定格流量の大きいポンプを用いることにより稼働率の低下を防ぎ、しかも同定格流量の大きいポンプを定格流量の小さいポンプと同様に使用することができる装置および方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本願請求項１記載の電解水生成装置は、以下の構成を有する。すなわち、
食塩水を循環供給する中間室、隔膜および陽極を介して前記中間室に隣接した陽極室と隔膜および陰極を介して前記中間室に隣接した陰極室を備えた電解槽と、
食塩と前記中間室に循環供給する食塩水とを接触させることにより当該食塩水の濃度を高める塩水タンクと、
前記塩水タンクから前記中間室に食塩水を供給する供給路と、
電解処理後の食塩水を前記中間室から前記塩水タンクに帰還させる帰還路と、
前記陰極室から排出されるアルカリ性水の一部を塩水タンクに取り入れる補給路とを有し、
前記中間室に供給する食塩水の流量制御を、ポンプの運転および運転停止を交互に繰り返す間欠制御によって行うことを特徴とする電解水生成装置。
【０００６】
また、本願請求項２記載の電解水生成装置は、以下の構成を有する。すなわち、
食塩水を循環供給する中間室、隔膜および陽極を介して前記中間室に隣接した陽極室と隔膜および陰極を介して前記中間室に隣接した陰極室を備えた電解槽と、
食塩と前記中間室に循環供給する食塩水とを接触させることにより当該食塩水の濃度を高める塩水タンクと、
前記塩水タンクから前記中間室に食塩水を供給する供給路と、
電解処理後の食塩水を前記中間室から前記塩水タンクに帰還させる帰還路と、
前記陰極室から排出されるアルカリ性水の一部を塩水タンクに取り入れる補給路とを有し、
前記中間室に供給する食塩水の流量制御は、ポンプの運転時間および停止時間の制御によって行うことを特徴とする電解水生成装置。
【０００７】
また、本願請求項３記載の電解水生成装置は、以下の構成を有する。すなわち、
食塩水を循環供給する中間室、隔膜および陽極を介して前記中間室に隣接した陽極室と隔膜および陰極を介して前記中間室に隣接した陰極室を備えた電解槽と、
食塩と前記中間室に循環供給する食塩水とを接触させることにより当該食塩水の濃度を高める塩水タンクと、
前記塩水タンクから前記中間室に食塩水を供給する供給路と、
電解処理後の食塩水を前記中間室から前記塩水タンクに帰還させる帰還路と、
前記陰極室から排出されるアルカリ性水の一部を塩水タンクに取り入れる補給路とを有し、
前記塩水タンクに取り入れる補給水の流量制御を、ポンプの運転および運転停止を交互に繰り返す間欠制御によって行うことを特徴とする電解水生成装置。
【０００８】
また、本願請求項４記載の電解水生成装置は、以下の構成を有する。すなわち、
食塩水を循環供給する中間室、隔膜および陽極を介して前記中間室に隣接した陽極室と隔膜および陰極を介して前記中間室に隣接した陰極室を備えた電解槽と、
食塩と前記中間室に循環供給する食塩水とを接触させることにより当該食塩水の濃度を高める塩水タンクと、
前記塩水タンクから前記中間室に食塩水を供給する供給路と、
電解処理後の食塩水を前記中間室から前記塩水タンクに帰還させる帰還路と、
前記陰極室から排出されるアルカリ性水の一部を塩水タンクに取り入れる補給路とを有し、
前記塩水タンクに取り入れる補給水の流量制御は、ポンプの運転時間および停止時間の制御によって行うことを特徴とする電解水生成装置。
【発明の効果】
【０００９】
本願発明に係る電解水生成装置および電解水生成方法は、定格流量の大きいポンプを運転時間を制御した間欠運転を行うことにより、定格流量の小さいポンプと同様に使用する
ことができるという効果を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下本願発明を実施するための最良の形態を図を用いて説明する。図１は本願発明に係る電解水生成装置を表した模式図であり、１は電解水生成装置を表している。電解水生成装置１は、主な構成として電解槽２、塩水タンク３、各種配管および電気的な制御手段２０によって構成されている。
【００１１】
電解槽２は、所謂３室型の電解槽として構成されており、食塩水を供給する中間室４と次亜塩素酸等の有効塩素を含んだ酸性溶液を生成する陽極室５とアルカリ性溶液を生成する陰極室６を有している。中間室４と陽極室５は、陰イオン交換膜として機能する隔膜７によって仕切られている。また、陽極室５内には電極として機能する陽極板８が設けられている。隔膜７と陽極板８は近接した状態で配置されている。同様に、中間室４と陰極室６は、陽イオン交換膜として機能する隔膜９によって仕切られている。また、陰極室６内には電極として機能する陰極板１０が設けられている。隔膜９と陰極板１０は、近接した状態で配置されている。
また、前記隔膜７、９として使用可能な素材には種々のものがあるが、陽極室５側に設ける隔膜と陰極室６側に設ける隔膜の組み合わせによって、中間室４の塩水が酸性になったり中性になったりアルカリ性になったりする。本願実施の形態では、前記陽極室５側に設ける隔膜７と陰極室６側に設ける隔膜９の選択は、中間室４内が酸性となるような組み合わせとなるように行われている。これは、中間室４の塩水がアルカリ性を示すと、マグネシウムやカルシウム等がスケールとして析出し、電解槽の機能を妨げる場合があるからである。
【００１２】
図２は、塩水タンク３の一例を表した説明図である。当該塩水タンク３は、前記電解槽２の中間室４に飽和食塩水を供給する機能を有したタンクである。
図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は側面図、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＣ−Ｃ断面図、図２（ｄ）は平面図、図２（ｅ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図、図２（ｆ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図を表している。また、図２（ｆ）は塩水タンク３内に食塩と水を入れた状態を表しており、大まかに固体食塩層（Ｓ）、液体層（Ｌ）、気層（Ｇ）という３つの層が形成された状態を表している。
塩水タンク３の底部には塩水吐出口１１が設けられており、配管用接続継手を介して中間室４に繋がる配管（供給路１２）と接続されている。塩水吐出口１１には固体食塩の透過を妨げるフィルター１３が設けられており、タンク内の液体成分のみを供給路１２に対して透過するようになっている。供給路１２を構成する配管の途中には制御手段２０の制御によって動作するポンプＰ１が配置されており、当該ポンプＰ１の駆動によって食塩水が中間室４に送られるようになっている。
【００１３】
塩水タンク３内面の上方には、帰還口１４、補給口１５および排出口１６が設けられている。
帰還口１４は、前記中間室４と塩水タンク３の間に設けた配管（帰還路１７）と接続された開口であり、中間室４の溶液を塩水タンク３内に戻す部位となっている。
補給口１５は、前記陰極室６と塩水タンク３の間に設けた配管（補給路１８）と接続された開口であり、生成されたアルカリ性水の一部を塩水タンク３に流入させる部位となっている。補給路１８を構成する配管の途中にはポンプＰ２が配置されており、制御手段２０の制御に基づく当該ポンプＰ２の動作によって補給水（アルカリ性水の一部）を塩水タンク３に送るようになっている。
排出口１６は塩水タンク３の内面に設けた開口であって、溶液の廃棄を行う排水管（図示せず）と接続された開口であり、液面が排出口１６に達した場合に当該超えた分の溶液を廃棄するものである。すなわち、塩水タンク３は当該排出口１６を設けることによって
、水位を一定以下に保つオーバーフロータンクとして機能するようになっている。
【００１４】
前記帰還口１４、補給口１５、排出口１６は、それぞれ塩水吐出口１１から十分な高さとなる位置に設けられている。各口は、塩水タンク３内の内部に堆積した未溶解の食塩（Ｓ）の上面より上方となる位置に設けられている。
排出口１６は塩水タンク３内の水位の上限を決定するオーバーフロー機能を有しており、本実施の形態では、前記帰還口１４と補給口１５よりもやや（20〜30mm）下方位置に設けられている。また、帰還口１４と補給口１５は同じ高さの近接した位置に設けられており、かつ直方体形状に形成された塩水タンク３の一つの内側面上に設けられている。
【００１５】
次に、上記構成を有する電解水生成装置１における各溶液の循環等について説明する。
本実施の形態に係る電解水生成装置１は、ｐＨが2.7以下、有効塩素濃度20〜60mg/kgを満たす酸性水および同時に生成されるアルカリ性水をそれぞれ毎分1500mLの割合で生成する装置である。このため、図１に示した電解水生成装置１の原水導入部１９には毎分3000mLの原水が導入される。原水として使用される水には、軟水器を通した上水道によって供給される水道水が用いられる。
また、毎分一定量の酸性水およびアルカリ性水を生成するには、一定量の食塩を電気分解する必要があり、当該一定量の食塩を電気分解するために陽極室５と陰極室６間に一定量の電流を流すようになっている。電解水生成装置１は、制御手段２０によって陽極室５と陰極室６間の電圧を自動的に制御することにより、変動する食塩水の電気抵抗に応じて極板間に流れる電流値を一定に保つようになっている。
制御手段２０は、中間室４内の食塩水の濃度が高い場合には電気抵抗が低くなるので陽極室５と陰極室６間の電圧を低くし、食塩水の濃度が低い場合には電気抵抗が高くなるので陽極室５と陰極室６間の電圧を高くすることで電流値を一定に保つ制御を行っている。
【００１６】
塩水タンク３から供給路１２を介して中間室４に供給される溶液は、塩水タンク３内で生成された飽和食塩水である。当該飽和食塩水は、供給路１２に設けられた制御手段２０によって制御されるポンプＰ１によって中間室４に供給され、帰還路１７を介して塩水タンク３内に戻される。この際、中間室４内の食塩水は電解によって食塩成分を消費するので、食塩の濃度が低くなるとともに体積も僅かに減少した状態で塩水タンク３内に戻される。そして、塩水タンク３内に戻された溶液の一部は廃棄され、廃棄されなかった溶液は塩水タンク３内で飽和食塩水となった後に循環溶液として再び供給路１２を介して中間室４に供給される。
【００１７】
電解水生成装置１は、前述したように食塩水の電解処理によって毎分1500mLの強酸性電解水（ｐＨ2.7以下、有効塩素濃度20〜60mg/kg）を連続的に生成する仕様で設計されており、電極板間に約10.5（Ａ）の電流を連続的に通電するようになっている。
当該通電によって、電解槽内では種々の反応が起きているが、ＮａＣｌ（食塩）の主な反応は
中間室では、ＮａＣｌ→Ｎａ+＋Ｃｌ-
陽極付近では、２Ｃｌ-→Ｃｌ2＋２ｅ-  である。
ファラデーの電気分解の法則から、前記電流値に基づき消費される食塩の量を次式により算出することができる。
ｎ＝ｍ／Ｍ＝Ｉｔ／ｚＦ
上式において、n[mol]＝物質量、I[A]＝電流（10.5）、m[g]＝質量、t[s]＝時間、M[g/mol]＝分子量（ＮａＣｌは58.5）、z＝イオン価数、F＝9.65×104[C/mol]であり、上式より導かれる１分あたりに消費される食塩の質量は0.38gとなる。
【００１８】
また、20℃の飽和食塩水の食塩濃度は26.4％であるので、前記計算によって求められた質量（0.38g）の食塩を含む飽和食塩水の質量は1.44gである。さらに、供給路１２のポン
プＰ１から吐出された飽和食塩水の比重を測定すると1.19（g/cm3）であった。以上の結果から、１分間に使用される飽和食塩水の体積（理論値）が大凡1.44/1.19＝1.21mLであることが解った。すなわち、前記仕様の酸性水を生成する際に、飽和食塩水に含まれる塩分を全て電解すると仮定すると、１分間あたりに必要な飽和食塩水の量は約1.21mLである。
しかし、飽和食塩水の濃度が低下すると溶液の電気抵抗値が上昇するので、一定量の電解水を生成しようとすると電圧を高くしなければならず、装置に対する負荷が増加するとともに電解の効率も著しく低下する。
したがって、本実施の形態では、装置の寿命、電解効率等の総合的な観点から、前記理論値の約４倍に相当する、毎分に換算して約５mLの飽和食塩水を提供し、効率よく電解水を生成するようになっている。
【００１９】
図３（１）は、食塩水の飽和度（食塩が飽和した状態を１００、食塩を含有しない状態を０）と、陽極板８と陰極板１０間に作用する電圧の変動を簡潔に表したグラフである。すなわち、同図には、食塩水の飽和度の低下にともなって電気抵抗がＲ１、Ｒ２、Ｒ３（Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ３）と上昇し、それにともなって電圧もＶ１、Ｖ２、Ｖ３（Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３）と上昇する様子を表している。グラフ上の点線で表した部分は理論上の部分であり、実際には電圧の異常上昇として装置を停止させるので、実際の装置の場合にはこの領域での運転は行わない。
また、図３（２）は、食塩水の飽和度と電極間に流れる電流値の関係を表している。電圧がＶ３以下の正常運転時であれば、電極間に流れる電流値はほぼ一定である。
後述する実施例２に示す電解水生成装置１は、中間室４内の食塩水濃度をある一定の範囲に維持することで、正常運転時における電極間の電圧を一定の振幅内（Ｖ１（Ｖ２）〜Ｖ３）となるように制御し、電圧値がＶ３を著しく超えた場合を条件の一つとして電解槽の寿命、故障、食塩水の濃度低下等の状況が生じたものと判断して装置を停止するようになっている。このように、電極間の電圧がＶ３以下の状態であれば、正常運転が行われているものとして運転を継続するようになっている。
【００２０】
また、電解槽２は、前述した強酸性電解水の生成とともに陰極室６においてアルカリ性水を生成する。そして、このアルカリ性水の一部を補給水として、補給路１８を介して塩水タンク３に供給する。塩水タンク３に設けた前記アルカリ性水の補給口１５は、塩水タンク３をオーバーフロータンクとして機能させる排出口１６よりも上方に設けられている。
電解水生成装置１は、前述した通り電解水の生成にともなって塩水タンク３内の食塩を消費する。また、塩水タンク３と中間室４を循環する溶液も、水自体の電気分解、隔膜透過、蒸発等によって容量が減少する。
塩水タンク３には、中間室４を通過した電解処理後の溶液とアルカリ性水である補給水が供給される。中間室４を通過した溶液には、電解によって生じた塩素成分や、酸性室やアルカリ性室に移動せず中間室４に残存した食塩成分等が含まれている。
塩水タンク３に戻ったこれらの成分のうち、食塩成分は、塩水タンク水面付近の塩水濃度より、循環水の塩水濃度の方が濃いため、塩水タンク３に循環水が戻った際に拡散する前に沈む。また、循環水は補給水で希釈され、希釈された循環水の一部が排出されるので、循環させずに排出させてしまう場合より食塩の消費量は少なくなる。この排出される溶液には、塩水タンク３内の塩素成分が含まれているので、これらの成分を排出することで塩水タンク３内の塩素臭を軽減するようになっている。
【００２１】
図４は、循環水の減少分を補う補給水の流量と、消費される食塩の量および補給水の供給によって塩水タンク３内の水位を保つことができるか（水位安定）を○×で表した表であり、図４（１）は塩水タンク３と中間室４を循環する循環水の供給量が1.1mL/分の場合、図４（２）は塩水タンク３と中間室４を循環する循環水の供給量が47mL/分の場合を表
している。
図４（１）および図４（２）に示すように、循環水の供給量が1.1mL/分であるか47mL/分であるかにかかわらず、補給水の流量が0.7mL/分未満である場合には、塩水タンク３内のオーバーフロー位置を保つことがでず水位が低下する。すなわち、塩水タンク３内の水位を一定に保つには、補給水の流量が0.7mL/分以上必要ということである。また、循環水の供給量が1.1mL/分の場合と47mL/分の場合とを比較すると、前者のほうが食塩消費量が少ないという傾向が認められた。
【００２２】
図５（１）は電解水生成装置が必要とする最低循環量（循環水の供給量）を求める実験を行った際のグラフであり、図５（２）は当該実験より判明した結果をまとめた表である。図５（１）において、Ａは循環量が1.0mL/分、Ｂは1.1mL/分、Ｃは1.2mL/分の各データ曲線を表している。
循環量が1.0mL/分の場合には、運転途中に極板間の電圧が予め設定されていた10Ｖを超えたため、連続運転を自動的に中止している。これは、中間室４に供給される食塩水の量が少なく、電解に必要な食塩濃度が低下して電気抵抗が増加したためである。
また、循環量が1.1mL/分および1.2mL/分の場合には、運転途中の極板間の電圧が所定範囲内に維持されており、電解に必要な食塩濃度が維持されていることが解る。
【００２３】
前述した通り、本実施の形態に係る電解水生成装置の場合、正常運転を続けるために必要な循環水の最低循環量は概ね１分あたり1.1mLである。当該循環水の供給方法には、次に示す実施例１および実施例２の方法がある。以下、それぞれについて説明する。
【実施例１】
【００２４】
当該実施例１は、単位時間あたりの吐出量が少ない定格能力が5mL/分のポンプを用いた場合に関するものである。定格能力とは、規定の電圧によって駆動した場合に吐出することができる流量のことである。
図６は、上記仕様のポンプを用いた制御の内容を表すグラフ等である。図６（１）は、補給水であるアルカリ性水が、定格能力が５mL/分のポンプを用いて塩水タンク３内に連続的に供給されている状態を表している。図６（２）は、飽和食塩水が、定格能力が5mL/分のポンプを用いて中間室４に連続的に供給されている状態を表している。図６（３）は、電極間の電圧が時間の経過にかかわらず安定（Ｖ４）していることを表している。図６（４）は、電極間に時間の経過にかかわらず安定して一定値の電流が流れていることを表している。各グラフの横軸は分（min）である。
【００２５】
当該実施例は、循環水および補給水の供給に定格能力が5mL/分という比較的吐出量の少ないポンプを用いて連続運転を行っているものである。したがって、中間室内の食塩成分の濃度は比較的一定に保たれるので、図６（３）に示すように極板間の電圧は起伏なくほぼ一定の値を示している。
なお、飽和食塩水の流量（約5mL/分）および電流値（10.5A）と酸性水の生成量（毎分1500mL）等は比例的な関係にあり、酸性水の生成量を変更する場合には飽和食塩水の流量等も比例的に変化する。
【実施例２】
【００２６】
当該実施例２は、単位時間あたりの吐出量が大きい定格能力50mL/分のポンプを用いた場合に関するものである。
電解に最低限必要な飽和食塩水の量は、毎分当り約1.1mLである。したがって、この食塩水の供給には、前述した定格能力5mL/分程度のポンプを用いれば十分である。
しかし、本実施の形態に係る電解水生成装置１の中間室４は容積が約65mLであるから、空の状態の中間室４を飽和食塩水で満たすには約13分（65÷5）の時間を要する。これは、電解槽を交換したときや、メンテナンス時に中間室４を空にした場合、再び電解装置と
して正常運転を開始するまでに最低１３分を要するということであるから、装置としての稼働率が低下する原因となる。したがって、必要な量の飽和食塩水を供給することができること、および必要に応じて高い流量で飽和食塩水を供給することができることの双方を実現できる装置、方法を採用することが望ましい。
また、前記の考えから、定格電圧による駆動によって50mL/分の流量を発揮するポンプを低電圧で駆動させて、5mL/分の流量を途切れることなく連続的に得ることも理論的には考えられる。しかし、大きなポンプを低電圧で駆動すると流量が安定せず、目的どおりの流量を安定して得ることはできない。
【００２７】
実施例２に係る電解水生成装置１は、上記の観点からポンプＰ１として、定格電圧による駆動によって50mL/分の流量を発揮するポンプを用いる。当該仕様のポンプを用いることで、空の状態の中間室４を飽和食塩水で満たす必要がある場合であっても、所要時間を従来の１３分から１分１８秒程度に短縮することができるようになっている。そして、次に説明する方法により、当該ポンプを用いて毎分5mL相当の食塩水を供給するようになっている。
【００２８】
当該50mL/分の流量を発揮するポンプを用いて、毎分5mL相当の飽和食塩水を中間室４に供給する方法について説明する。すなわち当該方法は、ポンプＰ１の定格運転と停止とを一定のサイクルで繰り返す間欠運転をするものである。具体的には、１分間ポンプＰ１を運転した後、９分間休止するというサイクルを連続的に繰り返すものである。これにより、電解水生成装置１は、１０分毎に約50mLの新たな食塩水を中間室４に供給して、中間室４内に残存する同量の古い食塩水と入れ替えを行うようになっている。
【００２９】
図７は、定格流量が50mL/分のポンプＰ１を１分間運転した後９分間休止するというサイクルで運転を行った場合のグラフ等である。
図７（１）は補給水であるアルカリ性水に関するものであり、定格能力が50mL/分のポンプを図７（２）に示した飽和食塩水の供給と同期して、補給水を塩水タンク３内に１分間供給し、９分間休止するというサイクルを繰り返している状態を表している。図７（２）は、定格能力が50mL/分のポンプを１分間動作させた後に９分間休止するというサイクルを繰り返しながら、間欠的に飽和食塩水を中間室４に供給している状態を表している。図７（３）は、電極間の電圧が時間の経過にともなって電圧がＶ２〜Ｖ３の範囲で変化する状態を表している。すなわち、中間室４に対する飽和食塩水の供給にともなって電圧が低下し、飽和食塩水の供給停止にともなって次第に電圧が上昇する様子を表している。図７（４）は、電極間に時間の経過にかかわらず安定して一定値の電流が流れていることを表している。各グラフの横軸は分（min）である。
本実施の形態に係る電解水生成装置１は、上記陽極板８と陰極板１０間に流れる電流値を検出して、制御手段２０によって電圧値を図７（３）に示すように変動させ、図７（４）に示すように電流値を一定に保つようになっている。
【００３０】
また、隔膜や電極の劣化（寿命）や、ポンプ動作不良などによる塩水濃度の低下によって電圧値がＶ３を超えて、さらに一定値（Ｖover）を超えた場合、エラーとして制御手段２０が装置を停止する。制御手段２０はポンプＰ１，Ｐ２の動作制御、異常動作の検出、異常動作時の装置停止等の各種制御を行うようになっている。
【００３１】
上記実施例２は、１０分間隔でポンプＰ１を１分間動作させている。すなわち、定格吐出量で動作するポンプＰ１の動作時間を制御することにより、電解に必要な飽和食塩水を供給している。
図８は、定格吐出量が50mL/分であるポンプＰ１の動作時間と吐出量との関係を表したグラフである。前述した通り、ポンプＰ１を１分間動作させた場合には吐出量が50mLとなり、１０分間の平均に換算すると５mL/分となる。当該グラフから解るように、ポンプＰ
１による吐出量は、その運転時間によって決定することができる。
例えば、前述した実験結果にれば、連続運転可能な最低流量は1.1mL/分であるが、当該1.1mL/分相当の循環水量を得るには、１０分毎にポンプＰ１を０．２２分（１３．２秒）駆動すればよい。すなわち、50mL/分の吐出量のポンプを１３．２秒動作させると吐出量は１１mLであり、これを毎分当りの流量に換算すると1.1mL/分になるわけである。ただし、本実施例では、機器を安定して動作させるために、最低流量よりも余裕のある５mL/分相当の循環水を供給している。
本実例では、このようにポンプの駆動時間を制御することによって、必要な流量のコントロールを行っている。なお、当該ポンプの駆動時間の制御は、補給水用のポンプＰ２においても同様に行っている。
【００３２】
前述した実施例１および実施例２は、両者とも平均すると循環水（飽和食塩水）と補給水を流量5mL/分の割合で供給している。この場合における食塩の消費量を測定すると0.5mg/分（１時間あたり30g）消費することが解った。これは、前述した２室型の電解槽と比較すると約１/６の消費量であり、効率よく食塩の電解が行われていることを表している。
また、前述した電解水生成装置１に用いる塩水タンクは、食塩の最大投入量を7.5kgに設計している。したがって、食塩の消費量の観点から食塩無供給の場合の連続稼働可能時間を計算すると250時間の連続運転が可能である。このように、食塩の消費量を軽減することは、食塩自体の節約とともに電解水生成装置１の連続稼働時間を延ばす効果があり、食塩の投入頻度を少なくしている。
【００３３】
次に、循環水と補給水の関係について説明する。
循環水と補給水を、塩水タンク内溶液の現実の減少量と同等の流量1.1mL/分の割合で供給すると、１時間あたりの食塩消費量を測定した場合１３g（毎分約０．２mg相当）の食塩を消費することが解った。これは、前記実施例１および実施例２の場合と比較して約１/２であり、前述した２室型の電解層の場合と比較して約１/１２の食塩消費量であった。したがって、食塩を最も効率よく使用して電解水を生成するには、実際の溶液の減少量とほぼ同等の補給水を供給するのが理想であるということができる。
【００３４】
前述した実施例１および実施例２は、中間室４に送る飽和食塩水とほぼ同量の補給水を塩水タンクに供給するようになっている。この補給水は、消費される塩水タンク内の溶液補充の他に不要成分の除去という役割を有している。
塩水タンク３に戻される電解後の溶液には、隔膜を通過した次亜塩素酸等の有効塩素成分が僅かに残留する。これが塩水タンク３内に入ると塩素臭によって臭くなり、食塩の投入時に塩水タンク３の蓋を開けると作業者の臭覚を刺激することで非常に不快な印象を与えてしまう。
しかし、最低補充量よりも多く補給水を供給することで、塩水タンク３内の液層（Ｌ）の表層部分に存在する塩素成分を含んだ溶液を押し流し、塩素による刺激臭を減少させることができる。このように、最低補充量よりも多く補給水を供給することで、塩水タンク３内の塩素臭を低減することができるという効果を有している。当該塩素臭は、塩水タンク３中の溶液の塩素濃度が濃いと強く感じられるものである。
【００３５】
図９は、食塩水の循環量と塩水タンク３内の溶液の塩素濃度との関係を表したグラフである。補給水の供給量は、排出口１６より無駄に排出（オーバーフロー）しない程度に塩水タンク内の水位を保つよう毎分換算で1.1〜1.0mLに設定する。
食塩水の循環量を毎分換算で1.1mL、8.2mL、47mLの３通りのパターンに設定して、約８時間運転後の塩水タンク内の塩素濃度を測定すると、結果は約0.4mg/kg、0.8mg/kg、0.7mg/kgという結果であった。すなわち、食塩水の循環量が少ないと、塩素濃度を低くできるという結果が得られた。
【００３６】
図１０は、食塩水の循環量を最低循環量程度である毎分換算で1.1〜1.0mLに設定し、アルカリ性水（補給水）を毎分換算で1.1mL、8.2mL、47mLの３通りのパターンで供給し、１時間毎に消費する食塩の量を実測した結果を表した表である。その結果、補給水の流量が一番少ない1.1mL/分の場合に、食塩の消費量が他のパターンと比較して少なくなることが解った。
補給水の量が47mL/分の場合、消費される食塩の量は8.2mL/分の場合の0.03kg/hよりやや多く、この47mL/分と8.2mL/分の範囲では食塩消費量に大きな差はない。また、補給水の流量が1.1mL/分から8.2mL/分にかけて、食塩消費量が大きく変動している（図１１参照）ので、補給水の流量8.2mL/分が食塩消費量が変化する条件となっている。
また、当該補給水の量（1.1mL/分〜8.2mL/分）を消費される食塩水の量（1.1mL/分）との比で表すと、大凡１〜７．５倍である。すなわち、補給水の量が、消費される食塩水に対して１〜７．５倍の量である場合に、補給水の量を多量に供給する場合と比較して消費される食塩の量を低減することができている。
なお、本実施の形態においては、塩素臭軽減の観点から補給水の最低量は、実際の消費量よりもやや多く設定し、余剰分は塩素臭の要因物質とともに排出している。また、食塩の消費量の観点から導かれる補給水の上限は8.2mL/分（消費される食塩水の約７．５倍）であるが、実際の運用においてはこれよりもやや少なく消費される食塩水の約７倍以下の量であることが好ましい。
【００３７】
また、食塩水の循環量の決定は、電解電圧が低く効率がよいこと（消費電力が少ないこと）、電解されることなく廃棄される無駄な食塩の消費が少ないこと、塩水タンク内の塩素臭が少ないこと等を総合的に加味して判断される。例えば、実施例２に示した例において、食塩水の循環量を最低の1.1mL/分に設定すると、ポンプＰ１の運転を停止している時間の後半では、溶液の塩水濃度が極端に低下するので極板間の電圧が高くなる。運転時の電圧が高いということは、装置の安全を確保するための電圧の上限値（Ｖover）との差が少ないということであり、装置としての余裕が少ないということになる。
本実施の形態では、上記のような観点から食塩水の循環量を毎分５mL相当となるように設定している。
【００３８】
なお、実施例２に示した例は、定格流量が50mL/分のポンプＰ１を１分間運転した後９分間休止するというサイクルで運転を行っているが、この間欠制御のパターンは上述した例に限られない。図１２は、前述した図７に対応させたグラフであるが、当該図１２に示すように、循環水の供給を５分間隔で３０秒間行うというサイクルを繰り返すようにしてもよい。
また、図示しての説明は省略するが、補給水の供給パターンも５分間隔で３０秒間行うようにしても構わない。
さらに、本実施の形態では、循環水と補給水用のポンプとして同一仕様のポンプを使用しているが、これは単に組み付け時の間違い等を危惧したものであるから、仕様の異なるポンプを用いてそれぞれ必要流量を得る用にしても良いものである。
【実施例３】
【００３９】
次に、本願発明に係る電解水生成装置に関する他の実施例を図１３を用いて説明する。本実施例の電解水生成装置３０は、主要な構成については前述した図１記載の電解水生成装置と同様である。そして、当該電解水生成装置３０は、補給水として原水を塩水タンク３に送るようになっている点が、図１記載の電解水生成装置と異なるものである。
すなわち、電解水生成装置３０は、主な構成として電解槽２、塩水タンク３、各種配管および電気的な制御手段２０によって構成されている。
電解槽２は、所謂３室型の電解槽として構成されており、食塩水を供給する中間室４と次亜塩素酸等の有効塩素を含んだ酸性溶液を生成する陽極室５とアルカリ性溶液を生成す
る陰極室６を有している。中間室４と陽極室５は、陰イオン交換膜として機能する隔膜７によって仕切られている。また、陽極室５内には電極として機能する陽極板８が設けられている。隔膜７と陽極板８は近接した状態で配置されている。同様に、中間室４と陰極室６は、陽イオン交換膜として機能する隔膜９によって仕切られている。また、陰極室６内には電極として機能する陰極板１０が設けられている。隔膜９と陰極板１０は、近接した状態で配置されている。
また、前記隔膜７、９として使用可能な素材には種々のものがあるが、陽極室５側に設ける隔膜と陰極室６側に設ける隔膜の組み合わせによって、中間室４の塩水が酸性になったり中性になったりアルカリ性になったりする。本願実施の形態では、前記陽極室５側に設ける隔膜７と陰極室６側に設ける隔膜９は、中間室４内が中性から微酸性となるような組み合わせに選択されている。これは、中間室４の塩水がアルカリ性を示すと、マグネシウムやカルシウム等がスケールとして析出し、電解槽の機能を妨げる場合があるからである。
【００４０】
塩水タンク３内面の上方には、帰還口１４、補給口１５、排出口１６が設けられている。
帰還口１４は、前記中間室４と塩水タンク３の間に設けた配管（帰還路１７）と接続された開口であり、中間室４の溶液を塩水タンク３内に戻す部位となっている。
補給口１５は、前記原水導入部１９と塩水タンク３の間に設けた配管（補給路３１）と接続された開口であり、原水の一部を塩水タンク３に流入させる部位となっている。補給路３１を構成する配管の途中にはポンプＰ２が配置されており、制御手段２０の制御に基づく当該ポンプＰ２の動作によって補給水（原水）を塩水タンク３に送るようになっている。
排出口１６は塩水タンク３の内面に設けた開口であって、溶液の廃棄を行う排水管（図示せず）と接続された開口であり、液面が排出口１６に達した場合に当該超えた分の溶液を廃棄するものである。すなわち、塩水タンク３は当該排出口１６を設けることによって、水位を一定以下に保つオーバーフロータンクとして機能するようになっている。
【００４１】
当該図１３記載の電解水生成装置３０は、前述した実施の形態に係る電解水生成装置１と同様の作用および効果を有するものであり、前記実施例１および実施例２記載の手段を適用し同様の作用および効果を得ることができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本願発明は、食塩水を電解して電解水を生成する電解水生成装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】電解水生成装置を表した模式図である。
【図２】塩水タンクの一例を表した説明図である。
【図３】食塩濃度（飽和度）と極板間電圧等との関係を表したグラフである。
【図４】補給水の流量と塩水タンク内の水位の関係を表した表である。
【図５】循環水の最低循環量を説明するためのグラフである。
【図６】実施例１に係る、補給水と循環水の動作タイミングチャートおよびそれに伴    う極板間電圧と電流値の関係を表した説明図である。
【図７】実施例２に係る、補給水と循環水の動作タイミングチャートおよびそれに伴    う極板間電圧と電流値の関係を表した説明図である。
【図８】ポンプの運転時間と吐出流量との関係を表すグラフである。
【図９】塩水循環量と塩水タンク中の塩素濃度との関係を表す棒グラフである。
【図１０】補給水と食塩消費量との関係を表す棒グラフである。
【図１１】補給水と食塩消費量との関係を表す折れ線グラフである。
【図１２】他の制御方法に係る、実施例２に係る、補給水と循環水の動作タイミング    チャートおよびそれに伴う極板間電圧と電流値の関係を表した説明図である。
【図１３】実施例３に係る電解水生成装置を表した模式図である。
【図１４】従来の２室型電解槽の説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  電解水生成装置
２  電解槽
３  塩水タンク
４  中間室
５  陽極室
６  陰極室
７  隔膜
８  陽極板
９  隔膜
１０  陰極板
１１  塩水吐出口
１２  供給路
１３  フィルター
１４  帰還口
１５  補給口
１６  排出口
１７  帰還路
１８  補給路
１９  原水導入部
２０  制御手段
【図１】
0004764389.tif 000002
【図２】
0004764389.tif 000003
【図３】
0004764389.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0004764389.tif 000007
【図７】
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【図８】
0004764389.tif 000009
【図９】
0004764389.tif 000010
【図１０】
0004764389.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0004764389.tif 000013
【図１３】
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【図１４】
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