(57)【要約】【課題】次亜塩素酸ナトリウム水溶液のｐＨを下げるための電解法や２液法等の課題である、化学反応の不均一性からくる製造品質の問題、並びに、長期保管上の劣化の問題をすべて解決した次亜塩素酸水製造方法及び製造装置を提供することを課題とする。【解決手段】水道水と次亜塩素酸ナトリウムの混合液を生成するインラインミキサー1と、インラインミキサー１の出口側に接続されて、前記混合液が導入される高圧定量ポンプ５と、高圧定量ポンプ５の吐出口に接続されて、吐出される混合液を均質に微粒化して混合液の微粒子を生成する微粒化ノズル６と、微粒化ノズル６からの混合液の微粒子を受け入れ、イオン交換して次亜塩素酸水を製造する弱酸性イオン交換樹脂カラム７とから成る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水道水と次亜塩素酸ナトリウムの混合液を生成する工程と、前記混合液を微粒化して微粒化液を生成する工程と、前記微粒化混合液をイオン交換して次亜塩素酸水を製造する工程とを含むことを特徴とする次亜塩素酸水製造方法。
【請求項２】
水道配管と次亜塩素酸ナトリウムタンクをインラインミキサーに接続する工程と、
前記水道配管から供給される水道水と前記次亜塩素酸ナトリウムタンクから供給される次亜塩素酸ナトリウムを前記インラインミキサーにおいてミキシングして混合液を生成する工程と、
前記混合液を前記インラインミキサーから高圧定量ポンプに導入する工程と、
前記高圧定量ポンプから吐出させる前記混合液を微粒化ノズルに通して前記混合液の微粒子を生成する工程と、
前記混合液の微粒子を、弱酸性イオン交換樹脂カラムにおいてイオン交換して次亜塩素酸水を製造する工程と
から成ることを特徴とする次亜塩素酸水製造方法。
【請求項３】
前記弱酸性イオン交換樹脂カラムは、内層がナトリウム型イオン交換樹脂で外層が水素型イオン交換樹脂の２層構造のものである、請求項２に記載の次亜塩素酸水製造方法。
【請求項４】
入口側に水道配管と次亜塩素酸ナトリウムタンクとが接続されて、前記水道配管から供給される水道水と前記次亜塩素酸ナトリウムタンクから供給される次亜塩素酸ナトリウムの混合液を生成するインラインミキサーと、
前記インラインミキサーの出口側に接続されて、前記インラインミキサーから混合液が導入される高圧定量ポンプと、
前記高圧定量ポンプの吐出口に接続されて、前記高圧定量ポンプから吐出される混合液を均質に微粒化して混合液の微粒子を生成する微粒化ノズルと、
前記微粒化ノズルからの混合液の微粒子を受け入れ、イオン交換して次亜塩素酸水を製造する弱酸性イオン交換樹脂カラムとから成る次亜塩素酸水製造装置。
【請求項５】
前記次亜塩素酸ナトリウムタンクは、プランジャーポンプを介して前記インラインミキサーに接続される、請求項４に記載の次亜塩素酸水製造装置。
【請求項６】
前記微粒化ノズルは、狭径の前段ノズルと広径の後段ノズルとを連設した貫通型構造のものである、請求項４又は５に記載の次亜塩素酸水製造装置。
【請求項７】
前記弱酸性イオン交換樹脂カラムは、内層がナトリウム型イオン交換樹脂で外層が水素型イオン交換樹脂の２層構造のものである、請求項４乃至６のいずれかに記載の次亜塩素酸水製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、次亜塩素酸水製造方法及び製造装置に関するものであり、より詳細には、
次亜塩素酸水製造のための全工程において、次亜塩素酸水の劣化を招く空気の混入のおそれがないインライン処理が可能な、次亜塩素酸水製造方法及び製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水道水や食品の殺菌のために、従来より次亜塩素酸ナトリウム等の次亜塩素酸塩の水溶液が利用されている。一般に、市販の次亜塩素酸ナトリウム水溶液はｐＨが１２程度の強アルカリ性であり、殺菌水として使用するのに必要な残留塩素濃度（１００〜２００ｐｐｍ）に希釈してもせいぜいｐＨ８程度までしか下がらない。そして、このｐＨ値の下では、次亜塩素酸ナトリウムは水中でナトリウムイオンＮａと次亜塩素酸イオンに解離しており、次亜塩素酸の形になりにくい。即ち、残留塩素のほとんどは次亜塩素酸イオンの形で存在するため、殺菌力が弱い。
【０００３】
そこで、次亜塩素酸ナトリウム希釈水のｐＨ値をｐＨ７〜３程度に下げて残留塩素が次亜塩素酸の形で存在するようにする必要がある。次亜塩素酸ナトリウム水溶液のｐＨを下げる方法としては、電解法や２液法等が知られている。
【０００４】
しかるに、このうち電解法の場合は、電解槽を備えた装置及び電極が必要で、そのメンテナンスにもコストがかかるという問題があり、また、低濃度の弱酸性次亜塩素酸しか製造することができないという限界がある。一方、２液法の場合は、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を塩酸と混合することにより、ｐＨを酸性側に調製する方法であって、塩酸等の酸によりｐＨ調整を行うため、次亜塩素酸ナトリウムと酸とを混合するという工程が必要となり、安全面での問題が生じる。特に、次亜塩素酸ナトリウムと塩酸とを混合することにより塩素ガスが発生するので、非常に危険である。そこで、根本的に塩素ガス発生の危険を伴わない製造方法が望まれていた。
【０００５】
塩酸を使用することなく次亜塩素酸ナトリウム水溶液のｐＨを下げる方法として、特許文献１（特開平６−２０６０７６号公報）及び特許文献２（特開２００９−２７４９５０号公報）に、イオン交換樹脂を使用する方法が開示されている。
【０００６】
このうち特許文献１に開示されている方法は、塩酸の代わりに、ミネラル等の陽イオンを含む水を水素置換型イオン交換樹脂でイオン交換することによりｐＨを低下させた溶液を使用して、次亜塩素酸ナトリウム水溶液のｐＨ値を下げるというものである。しかし、この方法の場合は、得られた酸性溶液を次亜塩素酸ナトリウムと混合した後に、ｐＨが塩素ガスが発生し得る値まで低下するため、塩素ガスの発生が不可避である。特に、全量をイオン交換した場合は、ｐＨが２．７まで低下するとされているので、イオン交換により酸性溶液を得た後に、次亜塩素酸ナトリウムと混合する工程が必要となり、その分手間がかかる。
【０００７】
一方、特許文献２には、塩類を一切含有することなく次亜塩素酸を製造することを企図した次亜塩素酸溶液の調整方法が開示されている。この方法においては、先ず、次亜塩素酸ナトリウム溶液を水素置換型イオン交換樹脂で処理して金属イオンを水素イオンで置換し、次いで、得られた溶液を陰イオン交換樹脂で処理して、塩素イオンを水酸イオンで置換する工程を含む。従って、２種類のイオン交換樹脂で処理することが必要となるため、この方法の場合も手間がかかり、次亜塩素酸のｐＨの調整が困難である。また、次亜塩素酸ナトリウム溶液を水素置換型イオン交換樹脂で処理すると、液性が強酸性となり、殺菌効果が低下してしまうことが開示されており、この場合も塩素ガスの発生が不可避となる。
【０００８】
このような事情に鑑み、酸を使用することなく、且つ、実質的に塩素ガスを発生することなく次亜塩素酸水溶液を製造するための装置及び方法として、特許文献３（特開２０１４−４３３９２号公報）において、「次亜塩素酸塩溶液を、塩素ガスが発生するｐＨ以上で緩衝作用を持つ弱酸性イオン交換体で処理する工程を含む製造方法」、並びに、「塩素ガスが発生するｐＨ以上で緩衝作用を持つ弱酸性イオン交換体を備える弱酸性次亜塩素酸の製造装置」の提案がなされている。
【０００９】
しかるに、この提案に係る製造方法及び製造装置の場合は、単に、酸を使用することなく、また、実質的に塩素ガスを発生することなく次亜塩素酸水溶液を製造するための装置及び方法を開示するに止まり、２液法及び電解法の課題でもある、化学反応の不均一性からくる製造品質の問題、並びに、長期保管上の劣化の問題の解決については全く考慮されていない。
【００１０】
即ち、電解法及び２液法のリスクとして次の点が挙げられる。
・希釈精度が十分ではない（１．０Ｍｐａ以下±１．０−５．０％で、その精度は流量に依存する。）。
・不均質である。
・撹拌過程において空気が混入することで、次亜塩素酸の分解促進が引き起こされる。
・次亜塩素酸ナトリウムの濃度の自動測定ができない。
【００１１】
また、イオン交換樹脂によるｐＨ調整については、以下のような問題が指摘されている。
・水素型イオン交換樹脂でイオン交換して次亜塩素酸を生成する（特許文献１）場合において、性能管理ができていない。
・水道水の全硬度が不明な場合又は変動する場合、並びに、原液となる次亜塩素酸ナトリウムの濃度が不正確又は劣化により変動する場合において、イオン交換総量の計算精度が劣る。
・次亜塩素酸を光、空気、熱、有機物により分解すると、塩酸と酸素に分解される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平６−２０６０７６号公報
【特許文献２】特開２００９−２７４９５０号公報
【特許文献３】特開２０１４−４３３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述したように、従来提案されている、実質的に塩素ガスを発生することなく次亜塩素酸水溶液を製造するための装置及び方法においては、次亜塩素酸ナトリウム水溶液のｐＨを下げるための電解法や２液法等の課題である、化学反応の不均一性からくる製造品質の問題、並びに、長期保管上の劣化の問題の解決については全く考慮されていなかった。
【００１４】
そこで本発明は、次亜塩素酸ナトリウム水溶液のｐＨを下げるための電解法や２液法等の課題である、化学反応の不均一性からくる製造品質の問題、並びに、長期保管上の劣化の問題をすべて解決した次亜塩素酸水製造方法及び製造装置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】
【００１５】
上記課題を解決するための請求項１に係る発明は、水道水と次亜塩素酸ナトリウムの混合液を生成する工程と、前記混合液を微粒化して微粒化液を生成する工程と、前記微粒化混合液をイオン交換して次亜塩素酸水を製造する工程とを含むことを特徴とする次亜塩素酸水製造方法である。
【００１６】
また、上記課題を解決するための請求項２に係る発明は、水道配管と次亜塩素酸ナトリウムタンクをインラインミキサーに接続する工程と、前記水道配管から供給される水道水と前記次亜塩素酸ナトリウムタンクから供給される次亜塩素酸ナトリウムを前記インラインミキサーにおいてミキシングして混合液を生成する工程と、前記混合液を前記インラインミキサーから高圧定量ポンプに導入する工程と、前記高圧定量ポンプから吐出させる前記混合液を微粒化ノズルに通して前記混合液の微粒子を生成する工程と、前記混合液の微粒子を、２層構造弱酸性イオン交換樹脂カラムにおいてイオン交換して次亜塩素酸水を製造する工程とから成ることを特徴とする次亜塩素酸水製造方法である。
【００１７】
また、上記課題を解決するための請求項４に係る発明は、水道配管と次亜塩素酸ナトリウムタンクに接続されて、前記水道配管からの水道水と前記次亜塩素酸ナトリウムタンクからの次亜塩素酸ナトリウムの混合液を生成するインラインミキサーと、前記インラインミキサーから前記混合液を受け入れる高圧定量ポンプと、前記高圧定量ポンプの吐出口に接続されていて、前記高圧定量ポンプから吐出される前記混合液を均質に微粒化して微粒化混合液を生成する微粒化ノズルと、前記微粒化ノズルから前記微粒化混合液を受け入れ、イオン交換して次亜塩素酸水を製造する弱酸性イオン交換樹脂カラムとから成る次亜塩素酸水製造装置である。
【００１８】
一実施形態においては、前記次亜塩素酸ナトリウムタンクは、プランジャーポンプを介して前記インラインミキサーに接続される。
【００１９】
また、一実施形態においては、前記微粒化ノズルは、狭径の前段ノズルと広径の後段ノズルとを連設した貫通型構造のものである。また、前記弱酸性イオン交換樹脂カラムは、内側にナトリウム型イオン交換樹脂層７ａを配し、外側に水素型イオン交換樹脂層７ｂを配した２層構造の弱酸性イオン交換樹脂カラムである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は上述したとおりであって、次亜塩素酸ナトリウム水溶液のｐＨを下げるための電解法や２液法等の課題である、化学反応の不均一性からくる製造品質の問題、並びに、長期保管上の劣化の問題のない、次亜塩素酸水製造方法及び製造装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る次亜塩素酸水製造装置全体の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明を実施するための形態について、添付図面に依拠して説明する。本発明に係る次亜塩素酸水製造方法は、水道水と次亜塩素酸ナトリウムの混合液を生成する工程と、前記混合液を微粒化して微粒子を生成する工程と、前記混合液の微粒子をイオン交換して次亜塩素酸水を製造する工程とを含むことを特徴とするものである。
【００２３】
より詳細には、本発明に係る次亜塩素酸水製造方法は、水道配管と次亜塩素酸ナトリウムタンクをインラインミキサーに接続する工程と、前記水道配管から供給される水道水と前記次亜塩素酸ナトリウムタンクから供給される次亜塩素酸ナトリウムを前記インラインミキサーにおいてミキシングして混合液を生成する工程と、前記混合液を前記インラインミキサーから高圧定量ポンプに導入する工程と、前記高圧定量ポンプから吐出させる前記混合液を微粒化ノズルに通して前記混合液の微粒子を生成する工程と、前記混合液の微粒子を、２層構造弱酸性イオン交換樹脂カラムにおいてイオン交換して次亜塩素酸水を製造する工程とから成ることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明に係る次亜塩素酸水製造装置は上記製造方法を実施するためのものであって、図１に示されるように、入口側に水道配管１と次亜塩素酸ナトリウムタンク２とが接続されて、水道配管１から供給される水道水と次亜塩素酸ナトリウムタンク２から供給される次亜塩素酸ナトリウムの混合液を生成するインラインミキサー４と、インラインミキサー４の出口側に接続されて、インラインミキサー４から混合液が導入される高圧定量ポンプ５と、高圧定量ポンプ５の吐出口に接続されて、高圧定量ポンプ５から吐出される混合液を均質に微粒化して混合液の微粒子を生成する微粒化ノズル６と、微粒化ノズル６からの混合液の微粒子を受け入れ、イオン交換して次亜塩素酸水を製造する２層構造弱酸性イオン交換樹脂カラム７とを含んで構成される。
【００２５】
インラインミキサー４は、水道配管１からの水道水と次亜塩素酸ナトリウムタンク２からの次亜塩素酸ナトリウムを均質に混合するためのスタティックミキサーである。言うまでもなくスタティックミキサーは、円筒内に複数の湾曲エレメントを配置した無動力のミキサーで、分割、転換、反転の混合原理により液体を均一に混合し、均質化するものである。
【００２６】
次亜塩素酸ナトリウムタンク２は、プランジャーポンプ３を介してインラインミキサー４に接続される。プランジャーポンプ３としては、部品点数が少なく、メンテナンスも容易な小型のバルブレスプランジャーポンプが推奨される。そして、その吐出圧力は、水道水の圧力よりも高く設定される。
【００２７】
高圧定量ポンプ５は、その吐出口に微粒化ノズル６が取り付けられたもので、インラインミキサー４から送り込まれる混合液を、１〜５ＭＰａ程度の圧力で微粒化ノズル６に向けて定量吐出する。
【００２８】
微粒化ノズル６は、狭径の前段ノズルと広径の後段ノズルとを連設した貫通型構造のもので、前段ノズルにおいてキャビテーション効果により乱流を発生させ、後段ノズルにおいて、流体噴流の内在的不安定性による乱流を発生させることで微粒化するものである。この微粒化ノズル６にて強力な剪断を発生させることにより、混合より強力な乱流による分散（μｍ)から拡散(ｎｍ)により均質化を図る。
【００２９】
次いで、混合液の微粒子は、弱酸性イオン交換樹脂カラム７に通されることで、水素型イオン交換樹脂（例えば、乖離定数ｐＫａ＝５．３)によりイオン交換されて、次亜塩素酸が生成される。
【００３０】
弱酸性イオン交換樹脂カラム７としては、水道水の全硬度が高い場合（硬水）を考慮して、内側にナトリウム型イオン交換樹脂層７ａを配し、外側に水素型イオン交換樹脂層７ｂを配した２層構造の弱酸性イオン交換樹脂カラムを用いることが好ましい（図１参照）。この２層構造の弱酸性イオン交換樹脂カラム７の場合は、先ず、内層のナトリウム型イオン交換樹脂層７ａにおいて軟水化処理が行われ、その後、外層の水素型イオン交換樹脂層７ｂにおいてｐＨ調整が行われることになる。原液となる次亜塩素酸ナトリウムの濃度は、劣化が少ない３％もしくは６％であることが望ましい。これにより、安定した原液からのイオン交換量の計算が可能となる。
【００３１】
上述したように、従来の次亜塩素酸水の製造装置の場合は、２液法、電気分解法のいずれの方式の場合も水道の流量の瞬時測定に基づくために、測定精度は３％以上となり、希釈精度が十分ではなかった。また、次亜塩素酸ナトリウムの原液が６％以上の場合、分解すると気体の酸素が発生するが、それは流量計の誤差の原因となる。そこで本発明においては、好ましくは、気体の発生を抑える３％濃度次亜塩素酸ナトリウムを使用することとし、また、比重測定により次亜塩素酸ナトリウム濃度を自動測定することとする。
【００３２】
また、容積タイプの定量ポンプを用い、インバータの回転数によって、±０．５％の希釈精度を実現する。
【００３３】
電気分解法で特に顕著な問題点は、電極付近の酸化剤濃度がほぼゼロになり、反応が飽和してしまうところにある。２液法の場合も同様に、攪拌しないと、酸による中和反応は酸を注入する領域のみに留まってしまう。一方、反応と分散を促進させるために撹拌器を導入しても、最適な攪拌条件を設定しないと空気の混入を引き起こし、これが次亜塩素酸の分解促進となる。この点本発明の場合はインライン処理のため、空気混入の問題は起きない。
【００３４】
上記本発明の特徴とまとめると、以下のとおりとなる。
１） 微粒化ノズル６と高圧定量ポンプ５の組合せによる剪断力により、分散化学反応が促進される。
２）高圧定量ポンプ５による繰返し精度の高い希釈（±０．５％)が実現可能となる。
３）２層構造の弱酸性イオン交換樹脂カラム７を用いることで、原水の全硬度を、ナトリウム型弱酸性イオン交換樹脂７ａで調整した上で水素型弱酸性イオン交換樹脂７ｂ(乖離乗数ｐＫａ＝５．３)によってｐＨ調整することができる。これにより、イオン選択性はＣａ＞Ｎａになっているために、原水のＣａが除去されないとＮａの吸着反応に進まない、という問題が解決される。
４） 従来法による攪拌では空気の混入は避けられず、そのことが次亜塩素酸水の劣化につながっていたが、本発明においては、微粒化ノズル６と高圧定量ポンプ５の組合せ、並びに、２層構造の弱酸性イオン交換樹脂カラム７により、次亜塩素酸ナトリウムの希釈からｐＨ調整に至るまで、空気を混入させないインライン処理が可能となる。  
【符号の説明】
【００３５】
１      水道配管
２      次亜塩素酸ナトリウムタンク
３      プランジャーポンプ
４      インラインミキサー
５      高圧定量ポンプ
６      微粒化ノズル
７      弱酸性イオン交換樹脂カラム
７ａ    ナトリウム型イオン交換樹脂
７ｂ    水素型イオン交換樹脂  
【図１】
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