(57)【要約】【課題】イオン水を生成する際に原水の導電率の影響を受けにくいイオン水生成装置を提供する。【解決手段】電解槽（20）に電極ユニット部（1）を設ける。この電極ユニット部（1）は、記電源部（4）から上記電極対（2,3）へ直流電圧を印加することにより、電解槽（20）の水中に電気分解を起して電極対（2,3）間に気泡（B）が介在した電流経路を形成するとともに、気泡（B）内にストリーマ放電を生起させるように構成されている。【選択図】図１
2012075974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解槽（20）と、
上記電解槽（20）内に位置する電極対（2,3）と該電極対（2,3）に電気的に接続された電源部（4）とを有する電極ユニット部（1）とを備え、
上記電極ユニット部（1）は、上記電源部（4）から上記電極対（2,3）へ直流電圧を印加することにより、上記電解槽（20）の水中に電気分解を起して上記電極対（2,3）間に気相部（B）が介在した電流経路を形成するとともに、上記気相部（B）内にストリーマ放電を生起させることを特徴とするイオン水生成装置。
【請求項２】
請求項１において、
上記電源部（4）から上記電極対（2,3）へ印加される直流電圧の量を所定の範囲内で変化させて上記電解槽（20）に生成されるイオン水のＰＨ値を調整する制御部（30）を備えていることを特徴とするイオン水生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水の電気分解を利用してイオン水を生成するイオン水生成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、水の電気分解を利用してイオン水を生成するイオン水生成装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。そして、これらのイオン水生成装置の中には、通水路の途中に配置された電解槽を有し、この電解槽へ供給される原水から連続的にイオン水を生成するものがある。
【０００３】
この種のイオン水生成装置では、イオン水の目標ＰＨ値に基づいて上記電解槽の電極対間の電界強度を予め決定し、この電界強度を一定に保った状態で電気分解を行わせている。これにより、原水を流れる電流の量を所定量に保つことができ、目標ＰＨ値を有するイオン水を生成することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４００７３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のイオン水生成装置では、水質（導電率）の異なる原水を上記電解槽へ供給して電気分解を行うと、上記電解槽で生成されるイオン水のＰＨ値が目標値にならないことがある。これは、原水の導電率が異なることで、上記電極対間の電気抵抗（電極表面の反応抵抗と水の電気抵抗の和）が変わってしまうからである。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、イオン水を生成する際に原水の導電率の影響を受けにくい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】
【０００７】
第１の発明は、電解槽（20）と、上記電解槽（20）内に位置する電極対（2,3）と該電極対（2,3）に電気的に接続された電源部（4）とを有する電極ユニット部（1）とを備え、
上記電極ユニット部（1）は、上記電源部（4）から上記電極対（2,3）へ直流電圧を印加することにより、上記電解槽（20）の水中に電気分解を起して上記電極対（2,3）間に気相部（B）が介在した電流経路を形成するとともに、上記気相部（B）内にストリーマ放電を生起させることを特徴としている。
【０００８】
第１の発明では、上記電極ユニット部（1）において、上記電極対（2,3）に直流電圧が印加されると、上記電解槽（20）の水中に電気分解が起きる。そして、上記電極対（2,3）間に気相部（B）を含む電流経路が形成される。
【０００９】
ここで、従来のイオン水生成装置では、電極対（2,3）間に形成される電流経路に気相部（B）は含まれない。この場合において、上記電極対（2,3）間の電気抵抗は、図４に示すように、電極表面の反応抵抗（R1）と水の電気抵抗（R2）との和である。これらの抵抗（R1,R2）は、水の導電率によって変化する。このため、上記電解槽（20）へ供給される原水の導電率が異なると、上記電極対（2,3）間の電気抵抗の変化が大きくなりがちである。
【００１０】
一方、本発明のイオン水生成装置では、上記電極対（2,3）間に気相部（B）を含んだ電流経路が形成される。ここで、この気相部（B）は、上記電極対（2,3）間で水中を介した導電を阻止する抵抗として機能する。これにより、上記電極対（2,3）間の漏れ電流が抑制され、電極対（2,3）間では、所望とする電位差が保たれることになる。すると、気相部（B）内では、絶縁破壊に伴いストリーマ放電が生起する。
【００１１】
この場合において、上記電極対（2,3）間の電気抵抗は、図５に示すように、電極表面の反応抵抗（R1）と水の電気抵抗（R2）と気泡の電気抵抗（R3）の和である。これらの抵抗（R1,R2,R3）のうち、気泡の電気抵抗（R3）は、他の抵抗（R1,R2）に比べて非常に大きい。又、気泡の電気抵抗（R3）は、水の導電率によって変化しない。このことから、上記電解槽（20）へ供給される原水の導電率が異なったとしても、上記電極対（2,3）間の電気抵抗の変化は、従来のイオン水生成装置に比べて非常に小さくなる。
【００１２】
以上より、本発明のイオン水生成装置は、従来のイオン水生成装置に比べて、イオン水を生成する際に水の導電率の影響を受けにくい。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明において、上記電源部（4）から上記電極対（2,3）へ印加される直流電圧の量を所定の範囲内で変化させて上記電解槽（20）に生成されるイオン水のＰＨ値を調整する制御部（30）を備えていることを特徴としている。
【００１４】
第２の発明では、上記制御部（30）において、上記電解槽（20）へ供給される原水の導電率が異なった場合でも、上記電極対（2,3）への電圧印加量を大きく変化させることなくイオン水のＰＨ値を調整することができるようになる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、上記電極ユニット部（1）により、上記電極対（2,3）間にストリーマ放電が生起する気相部（B）を含む電流経路を形成することができる。これにより、従来に比べて、イオン水を生成する際に水の導電率の影響を受けにくいイオン水生成装置を提供することができる。
【００１６】
また、上記第２の発明によれば、上記制御部（30）において、上記電解槽（20）へ供給される原水の導電率が異なった場合でも、上記電極対（2,3）への電圧印加量を大きく変化させることなくイオン水のＰＨ値を調整することができる。これにより、上記制御部（30）の制御動作を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態に係るイオン水生成装置の概略図である。
【図２】本実施形態に係る絶縁ケーシングの斜視図である。
【図３】本実施形態に係るイオン水生成装置の概略図であり、電極ユニット部が放電を開始して気泡が形成された状態を示すものである。
【図４】従来のイオン水生成装置における電極対間の電気抵抗を示した図である。
【図５】本発明のイオン水生成装置における電極対間の電気抵抗を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【００１９】
図１は、本実施形態に係るイオン水生成装置（10）の概略図である。このイオン水生成装置（10）は、電解槽（20）と電極ユニット部（1）と制御部（30）とを備えている。
【００２０】
〈電解槽〉
上記電解槽（20）は、水を貯留する貯水室（21）を有している。上記貯水室（21）には、該貯水室（21）を酸性室（12）とアルカリ室（13）とに区画する絶縁性を有する樹脂製の隔壁（11）が設けられている。この隔壁（11）の下側には厚さ方向へ貫通する貫通孔（16）が形成されている。
【００２１】
又、この電解槽（20）の上部に第１及び第２給水管（22a,22b）が接続されている。上記第１給水管（22a）は上記酸性室（12）に開口しており、この第１給水管（22a）を通じて上記酸性室（12）に水道水が供給される。上記第２給水管（22b）は上記アルカリ室（13）に開口しており、この第２給水管（22b）を通じて上記アルカリ室（13）に水道水が供給される。
【００２２】
又、上記電解槽（20）の底部には、第１排水管（23）及び第２排水管（24）が接続されている。上記第１排水管（23）は上記酸性室（12）に開口しており、この第１排水管（23）を通じて上記酸性室（12）で生成された酸性水が外部へ排出される。上記第２排水管（24）は上記アルカリ室（13）に開口しており、この第２排水管（24）を通じて上記アルカリ室（13）で生成されたアルカリ水が外部へ排出される。
【００２３】
〈電極ユニット部〉
上記電極ユニット部（1）は、電極対（2,3）と電源部（4）と絶縁ケーシング（5）とを備えている。
【００２４】
−電極対−
上記電極対（2,3）は、水中でストリーマ放電を生起するためのものであり、放電電極（2）及び対向電極（3）とからなる。この放電電極（2）は、左右に扁平な板状に形成され、例えばステンレス、銅等の導電性の金属材料で構成されている。又、上記放電電極（2）は、上記貯水室（21）の左寄りに配置された絶縁ケーシング（5）の内部に収容されている。この絶縁ケーシング（5）の近傍に上記第１排水管（23）の開口部が位置している。上記対向電極（3）は、例えばステンレス、真鍮等の導電性の金属材料で構成されている。又、この対向電極（3）は、上記貯水室（21）の右寄りに位置している。この対向電極（3）の近傍には、上記第２排水管（24）の開口部が位置している。
【００２５】
−電源部−
上記電源部（4）は、上記電極対（2,3）に所定の直流電圧を印加する直流電源で構成されている。即ち、電源部（4）は、電極対（2,3）に対して瞬時的に高電圧を繰り返し印加するようなパルス電源ではなく、電極対（2,3）に対して常に数キロボルトの直流電圧を印加する直流電源である。この電源部（4）の正極側に上記放電電極（2）が接続され、負極側に上記対向電極（3）が接続されている。又、上記電源部（4）の負極側はアースと接続されている。
【００２６】
−絶縁ケーシング−
上記絶縁ケーシング（5）は、例えばセラミックス等の絶縁材料で構成されている。絶縁ケーシング（5）は、一面（右面）が開放された容器状のケース本体（6）と、該ケース本体（6）の右側方の開放部を閉塞する板状の蓋部（7）とを有している。
【００２７】
ケース本体（6）は、断面矩形状の筒壁部（6a）と、該筒壁部（6a）の左側開口部を閉塞する左側壁部（6b）とを有している。放電電極（2）は、左側壁部（6b）の内面に取り付けられている。絶縁ケーシング（5）では、蓋部（7）と左側壁部（6b）との間の左右方向の距離が、放電電極（2）の厚さよりも長くなっている。つまり、放電電極（2）と蓋部（7）との間には、所定の間隔が確保されている。これにより、絶縁ケーシング（5）の内部では、放電電極（2）とケース本体（6）と蓋部（7）との間に空間（S）が形成される。
【００２８】
図１及び図２に示すように、絶縁ケーシング（5）の蓋部（7）には、該蓋部（7）を厚さ方向に貫通する１つの開口部（8）が形成されている。この開口部（8）により、放電電極（2）と対向電極（3）との間で電界の形成が許容されている。蓋部（7）の開口部（8）の内径は、０．０２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましい。以上のような開口部（8）は、電極対（2,3）の間の電流経路の電流密度を上昇させる電流密度集中部を構成する。
【００２９】
以上のように、絶縁ケーシング（5）は、電極対（2,3）のうちの一方の電極（放電電極（2））のみを内部に収容し、且つ電流密度集中部としての開口部（8）を有する絶縁部材を構成している。加えて、絶縁ケーシング（5）の開口部（8）内では、電流経路の電流密度が上昇することで、水がジュール熱によって気化して気泡（B）が形成される。つまり、絶縁ケーシング（5）の開口部（8）は、該開口部（8）に気相部としての気泡（B）を形成する気相形成部として機能する。そして、この気泡（B）の内部が放電場となり、この放電場でストリーマ放電が行われる。
【００３０】
−制御部−
上記制御部（30）は、上記電解槽（20）に生成されるイオン水のＰＨ値を調整するものである。この制御部（30）には、図示しないＰＨセンサが接続されており、このＰＨセンサの検出値に基づいて、上記電源部（4）から上記電極対（2,3）へ印加される直流電圧の量を所定の範囲内で変化させることで、イオン水のＰＨ値を調整している。
【００３１】
−運転動作−
次に、実施形態のイオン水生成装置（10）の運転動作について説明する。
【００３２】
実施形態のイオン水生成装置（10）では、上記給水管（22）を通じて、上記電解槽（20）の貯水室（21）へ水道水が供給される。この水道水が所定量に達し、上記絶縁ケーシング（5）の内の空間（S）が浸水した状態（図１を参照）になると、上記電極ユニット部（1）が作動する。この作動により、上記電源部（4）から電極対（2,3）へ所定の直流電圧（例えば１ｋＶ）が印加され、上記樹脂製の隔壁（11）における貫通孔（16）を通じて上記電極対（2,3）の間に電界が形成される。尚、この直流電圧量は、上記制御部（30）によって調整される。
【００３３】
又、上述したように、上記放電電極（2）の周囲は、絶縁ケーシング（5）で覆われている。このため、電極対（2,3）の間での漏れ電流が抑制されとともに、上記絶縁ケーシング（5）における開口部（8）内の電流経路の電流密度が上昇した状態となる。
【００３４】
上記絶縁ケーシング（5）における開口部（8）内の電流密度が上昇すると、この開口部（8）内のジュール熱が大きくなる。その結果、絶縁ケーシング（5）では、開口部（8）の近傍において、水の気化が促進されて気泡（B）が形成される。この気泡（B）は、図３に示すように、開口部（8）のほぼ全域を覆う状態となり、対向電極（3）に導通する負極側の水道水と、正極側の放電電極（2）との間に気泡（B）が介在する。従って、この状態では、気泡（B）が、放電電極（2）と対向電極（3）との間での水道水を介した導電を阻止する抵抗として機能する。これにより、放電電極（2）と対向電極（3）との間の漏れ電流が抑制され、電極対（2,3）間では、所望とする電位差が保たれることになる。すると、気泡（B）内では、絶縁破壊に伴いストリーマ放電が発生する。
【００３５】
以上のようにして、気泡（B）でストリーマ放電が行われると、上記対向電極（3）の近傍では、次式（１）に示すような反応が行われる。この反応により、水素イオン（Ｈ＋）が消費されて減少する。この結果、水素イオン指数（ＰＨ）が増加し、アルカリ水が生成される。このアルカリ水は、上記電解槽（20）の第２排水管（24）を通じて外部へ排出される。
【００３６】
４Ｈ２Ｏ＋４ｅ−  →  ２Ｈ２＋４ＯＨ−      （１）
一方、上記気泡（B）における気液界面の近傍では、次式（２）に示すような反応が行われる。この反応により、水酸化イオン（ＯＨ−）が減少して水素イオン（Ｈ＋）が増加する。この結果、水素イオン指数が減少し、酸性水が生成される。この酸性水は、上記電解槽（20）の第１排水管（23）を通じて外部へ排出される。
【００３７】
２Ｈ２Ｏ  →  Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−              （２）
又、上記気泡（B）における気液界面の近傍では、水酸ラジカル等の活性種や過酸化水素等が生成される。水酸ラジカル等の活性種や過酸化水素は、ストリーマ放電に伴う熱によって貯水室（21）内を対流する。これにより、水中での活性種や過酸化水素の拡散が促される。また、気泡（B）でストリーマ放電が行われると、このストリーマ放電に伴ってこの気泡（B）でイオン風を生成し易くなる。よって、貯水室（21）内では、このイオン風を利用して、活性種や過酸化水素の拡散効果を更に向上できる。
【００３８】
以上のようにして、上記放電電極（2）の近傍で酸性水が生成され、上記対向電極の近傍でアルカリ水が生成される。又、上記放電電極（2）の近傍から拡散した水酸ラジカル等の活性種は、酸性水又はアルカリ水に含まれる被処理成分（例えばアンモニア等）を酸化分解して酸性水又はアルカリ水の浄化に利用される。
【００３９】
また、上記放電電極（2）の近傍から拡散した過酸化水素は、酸性水又はアルカリ水の殺菌に利用される。これにより、本実施形態のイオン水生成装置（10）では、上記貯水室（21）内の清浄度が保たれる。
【００４０】
−実施形態の効果−
本実施形態によれば、上記電極ユニット部（1）において、上記電極対（2,3）に直流電圧が印加されると、上記電解槽（20）の水中に電気分解が起きる。そして、上記電極対（2,3）間に気泡（B）を含む電流経路が形成される。この場合において、上記電極対（2,3）間の電気抵抗は、電極表面の反応抵抗（R1）と水の電気抵抗（R2）と気泡の電気抵抗（R3）の和である。これらの抵抗（R1,R2,R3）のうち、気泡の電気抵抗（R3）は、他の抵抗（R1,R2）に比べて非常に大きい。又、気泡の電気抵抗（R3）は、水の導電率によって変化しない。
【００４１】
このことから、上記電解槽（20）へ供給される原水の導電率が異なったとしても、上記電極対（2,3）間の電気抵抗の変化は、従来のイオン水生成装置に比べて非常に小さくなる。これにより、従来に比べて、イオン水を生成する際に水の導電率の影響を受けにくいイオン水生成装置を提供することができる。
【００４２】
又、本実施形態によれば、上記制御部（30）において、上記電解槽（20）へ供給される原水の導電率が異なった場合でも、上記電極対（2,3）への電圧印加量を大きく変化させることなくイオン水のＰＨ値を調整することができる。これにより、上記制御部（30）の制御動作を安定させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上説明したように、本発明は、水の電気分解を利用してイオン水を生成するイオン水生成装置について有用である。
【符号の説明】
【００４４】
1    電極ユニット部
2    放電電極
3    対向電極
4    電源部
5    絶縁ケーシング
10    イオン水生成装置
11    隔壁
12    酸性室
13    アルカリ室
20    電解槽
21    貯水室
22a   第１給水管
22b   第２給水管
23    第１排水管
24    第２排水管
【図１】
2012075974.tif 000003
【図２】
2012075974.tif 000004
【図３】
2012075974.tif 000005
【図４】
2012075974.tif 000006
【図５】
2012075974.tif 000007