(57)【要約】【課題】陰極室におけるスケール付着を抑制し、電解水生成の性能低下を抑制できる、電解水生成装置および電解水生成方法を提供する。【解決手段】陽電極１４を配した陽極室１１、陰電極１５を配した陰極室１２および陽極室１１と陰極室１２との間に形成された中間室１３を有し、陽極室１１と中間室１３とが少なくとも陰イオンを透過させる陽極側隔膜１６により仕切られており、陰極室１２と中間室１３とが少なくとも陽イオンを透過させる陰極側隔膜１７により仕切られている、３室型の電解槽１８と、３室型の電解槽１８の陰極室１２と陽イオン交換膜１９を介して接する、酸性溶液を収容する酸性溶液貯留槽２０と、を有する電解水生成装置１０。【選択図】図１
2016172230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽電極を配した陽極室、陰電極を配した陰極室および前記陽極室と前記陰極室との間に形成された中間室を有し、前記陽極室と前記中間室とが少なくとも陰イオンを透過させる陽極側隔膜により仕切られており、前記陰極室と前記中間室とが少なくとも陽イオンを透過させる陰極側隔膜により仕切られている、３室型の電解槽と、
前記３室型の電解槽の陰極室と陽イオン交換膜を介して接する、酸性溶液を収容する酸性溶液貯留槽と、
を有する電解水生成装置。
【請求項２】
前記酸性溶液貯留槽が前記陽極室である請求項１記載の電解水生成装置。
【請求項３】
前記酸性溶液貯留槽となる前記陽極室が、同じ電解槽の陽極室である請求項２記載の電解水生成装置。
【請求項４】
前記電解槽の複数個が、前記陽極室と前記陰極室とを互いに隣接するように積層され、前記酸性溶液貯留槽となる前記陽極室が、異なる電解槽の陽極室である請求項２記載の電解水生成装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項記載の電解水生成装置の前記３室型の電解槽において、前記陽極室および前記陰極室に水を、前記中間室に塩素化合物水溶液を、それぞれ供給する供給工程と、
前記陽電極および前記陰電極に電圧を印加して、前記中間室において次亜塩素酸水を生成させる電解工程と、
前記酸性溶液貯留槽に酸性溶液を収容し、前記電解工程を行いながら、前記酸性溶液中の水素イオンを前記酸性溶液貯留槽から前記陰極室へ選択的に透過させて供給する水素イオン供給工程と、
を有する電解水生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解水生成装置および電解水生成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、水を電気分解して様々な機能を有する電解水、例えば、アルカリイオン水、オゾン水または次亜塩素酸水などを生成する電解水生成装置が提供されている。このような電解水生成装置として、例えば、３室型の電解槽を有する電解水生成装置が提案されている。
【０００３】
この３室型の電解槽の槽内は、一般に、陽イオン交換膜および陰イオン交換膜によって、陽極室、陰極室、陽極室および陰極室の間に設けられた中間室、の３室に仕切られている。陽極室および陰極室には、陽電極および陰電極がそれぞれ配置されている。電解槽内において、これらイオン交換膜および電極によって、電解セルが構成されている。
【０００４】
このような電解水生成装置では、例えば、中間室に塩の水溶液を流通させ、陽極室および陰極室にそれぞれ水を流通させる。ここで、陰電極および陽電極に電圧を印加して、中間室の塩の水溶液を電気分解することで、陽極室で酸性の次亜塩素酸水を生成するとともに、陰極室でアルカリ性の水酸化ナトリウム水を生成する。生成した次亜塩素酸水は殺菌消毒水として、水酸化ナトリウム水は洗浄水として活用される。
【０００５】
なお、ここで、アルカリ性となる陰極室に流通させる供給水に、カルシウムイオン等の硬度成分が含まれていると、電気分解を継続していくに従って電極表面に炭酸塩等のスケールが付着し、電気分解反応を妨げる問題がある。
【０００６】
このような問題に対し、電解水生成中に中間室の溶液のｐＨが酸性になるように制御し、電解水の生成を停止している間に、濃度拡散により中間室から陰極室に水素イオン（Ｈ＋）を移動させ、陰極に付着したスケールを溶解させる方法が知られている。また、陽極室と陰極室との間を連通させ、陽極室で生成された酸性水が陰極室へ移動することでスケール付着を防止する方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−５７２２９
【特許文献２】特開２００９−７２７５５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、濃度拡散によりスケールを溶解させる場合、一度付着したスケールは非常に硬く、溶解させるにはかなりの時間を要する。そのため、完全にスケールを除去しようとすると、その間電解水生成装置を停止させたままにしなければならず、長時間、電解水を生成することができなくなり、電解水の製造効率が低下してしまう。
【０００９】
また、電解水生成にあたって、中間室を酸性にしなければならないため、陽イオン交換膜のナトリウムイオンの輸率に対して、陰イオン交換膜の塩化物イオンの輸率を小さく設計する必要がある。そのため、材料選定の自由度が低くなってしまう問題もある。
【００１０】
さらに、陽極室と陰極室との間を連通させる場合、生成する酸性電解水とアルカリ性電解水が混合されるため、陰極室中のアルカリ水のｐＨが下がってスケールの発生は抑制できると考えられる。しかしながら、陽極室に陰極室のナトリウムイオンが混入するため、生成する電解水に塩分が含まれることになり、農業用途など使用できない用途が出てしまう。
【００１１】
本発明が解決しようとする課題は、電解水の生成を停止することなく、また、電解水に塩分が混入したりすることなく、陰極室におけるスケール付着を抑制し、電解水生成の性能低下を抑制できる、電解水生成装置および電解水生成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
実施形態の電解水生成装置は、陽電極を配した陽極室、陰電極を配した陰極室および前記陽極室と前記陰極室との間に形成された中間室を有し、前記陽極室と前記中間室とが少なくとも陰イオンを透過させる陽極側隔膜により仕切られており、前記陰極室と前記中間室とが少なくとも陽イオンを透過させる陰極側隔膜により仕切られている、３室型の電解槽と、前記３室型の電解槽の陰極室と陽イオン交換膜を介して接する、酸性溶液を収容する酸性溶液貯留槽と、を有する。
【００１３】
また、実施形態の電解水生成方法は、実施形態の電解水生成装置において、前記陽極室および前記陰極室に水を、前記中間室に塩素化合物水溶液を、それぞれ供給する供給工程と、前記陽電極および前記陰電極に電圧を印加して、前記中間室において次亜塩素酸水を生成させる電解工程と、前記酸性溶液貯留槽に酸性溶液を収容し、前記電解工程を行いながら、前記酸性溶液中の水素イオンを前記酸性溶液貯留槽から前記陰極室へ選択的に透過させて供給する水素イオン供給工程と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る電解水生成装置の概略構成を示す図である。
【図２】図２は、第２の実施形態に係る電解水生成装置の概略構成を示す図である。
【図３】図３は、第３の実施形態に係る電解水生成装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、図面を参照しながら、種々の実施形態について説明する。なお、実施形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電解水生成装置の概略構成を示す図である。
この図１に示した電解水生成装置１０は、陽極室１１、陰極室１２および中間室１３を有し、一対の電極である陽電極１４と陰電極１５とが、それぞれ陽極室１１と陰極室１２に配された３室型の電解槽１８を有する装置である。この３室型の電解槽１８は、陽極室１１と中間室１３とが陽極側隔膜１６により仕切られており、陰極室１２と中間室１３とが陰極側隔膜１７により仕切られている。そして、陰極室１２と陽イオン交換膜１９を介して接して設けられる酸性溶液貯留槽２０を有している。
陽極室１１には、上記のように陽電極１４が配され、さらに、電解水生成にあたっては水が供給されるようになっている。陰極室１２には、上記のように陰電極１５が配され、さらに、電解水生成にあたってはこちらも水が供給されるようになっている。水を供給するにあたっては、ポンプや注射器、重力等を使って供給可能とする供給機構を供給ラインにそれぞれ設ければよい。
【００１７】
また、陽電極１４と陰電極１５には、これら電極間に電圧を印加するための電源（図示せず）が設けられており、さらに、電流計や電圧計を備えて印加する電圧を調整できるようにしておいてもよい。電流計や電圧計を設ける場合には、その検出情報（電流、電圧）を、制御装置に伝達し、制御装置はメモリに記憶されたプログラムに従い、その伝達された検出情報に応じて、印加する電圧を制御するようにしておけばよい。
【００１８】
また、陽極室１１および陰極室１２には、内部の液体を排出する流路を設けてもよい。さらに、発生するガスの排出口を設けてもよい。
【００１９】
中間室１３は、陽極室１１と陰極室１２の間に設けられ、この実施形態は３室型の電解槽から構成される。これらの各室を仕切るものとして、陽極室１１と中間室１３の間には陽極側隔膜１６が、陰極室１２と中間室１３の間には陰極側隔膜１７が、設けられている。また、中間室１３には、電解水生成にあたって塩素化合物水溶液が供給されるようになっている。塩素化合物水溶液を供給するにあたっては、上記と同様、ポンプや注射器、重力等を使って供給可能とする供給機構を供給ラインに設ければよい。さらに、中間室１６には多孔質のスペーサを設けてもよい。なお、中間室１６に供給された塩素化合物水溶液は、一旦外部に排出し、濃度調製をしてから再度中間室１６に供給するように循環流路を形成する配管やポンプ等を設けることが好ましい。
【００２０】
陽極側隔膜１６は、少なくとも陰イオンを透過させる機能を有する膜である。この陽極側隔膜１６によって、中間室１３から陽極室１１に陰イオンが透過できるようになっている。陽極側隔膜１６は、少なくとも陰イオンを透過させることができる膜であればよく、主に陰イオンを透過させることができる膜であることが好ましい。
【００２１】
この陽極側隔膜１６としては、種々の電解質膜やナノポアを有する多孔質膜を用いることができる。電解質膜としては、高分子電解質膜、例えば、イオン交換固体高分子電解質膜、具体的には、陰イオン交換性の膜を用いることができる。
【００２２】
陰イオン交換性の膜としては、Ａ２０１（株式会社トクヤマ製、商品名）、ネオセプタ（株式会社アストム製、商品名：登録商標）、セレミオン（旭硝子株式会社製、商品名：登録商標）等が挙げられる。ナノポアを有する多孔質膜としては、多孔質ガラス、多高質アルミナ、多孔質チタニア等の多孔質セラミックス、多孔質ポリエチレン、多孔質プロピレン等の多孔質ポリマー等がある。このような多孔質膜はｐＨが６以下の領域においてゼータ電位が正を示すことが好ましい。また、多孔質膜にｐＨが６以下の領域においてゼータ電位が正の無機酸化物を含有させることでも陰イオン透過性の膜を得ることができる。このような陽極側隔膜１６を設けることにより、イオン選択性を向上させ、所望の電解水を生成するための電気分解を行うことができる。
【００２３】
陰極側隔膜１７は、少なくとも陽イオンを透過させる機能を有する膜である。この陰極側隔膜１７によって、中間室１３から陰極室１２に陽イオンが透過できるようになっている。陰極側隔膜１７は、少なくとも陽イオンを透過させることができる膜であればよく、主に陽イオンを透過させることができる膜であることが好ましい。
【００２４】
この陰極側隔膜１７としては、種々の電解質膜やナノポアを有する多孔質膜を用いることができる。電解質膜としては、高分子電解質膜、例えば、イオン交換固体高分子電解質膜、具体的には、陽イオン交換性のフッ素系膜、或いは炭化水素系の膜を用いることができる。
【００２５】
陽イオン交換性の膜としては、ＮＡＦＩＯＮ（イー・アイ・デュポン社製、商品名：登録商標）２１１、２１２、１１５、１１７、３２４、４２４、フレミオン（旭硝子株式会社製、商品名：登録商標）、ＡＣＩＰＬＥＸ（旭化成株式会社製、商品名：登録商標）、ゴアセレクト（ダブリュー・エル・ゴア・アンド・アソシエーツ社製、商品名：登録商標）等のフッ素系膜、ネオセプタ（株式会社アストム製、商品名：登録商標）、セレミオン（旭硝子株式会社製、商品名：登録商標）等の炭化水素系膜が挙げられる。ナノポアを有する多孔質膜としては、多孔質ガラス、多高質アルミナ、多孔質チタニア等の多孔質セラミックス、多孔質ポリエチレン、多孔質プロピレン等の多孔質ポリマー等がある。このような多孔質膜はｐＨが８以上の領域においてゼータ電位が負を示すことが好ましい。また、多孔質膜にｐＨが８以上の領域においてゼータ電位が負の無機酸化物を含有させることでも陽イオン透過性の膜を得ることができる。このような陰極側隔膜１３を設けることにより、イオン選択性を向上することができ、所望の電解水を生成するための電気分解を行うことができる。
【００２６】
なお、上記した陽電極１４および陰電極１５の材料としては、チタン、クロム、アルミニウムやその合金等の弁金属、導電性金属を用いることができる。この中ではチタンが好ましい。電解反応によっては、活性化過電圧を下げるために、電極表面に電解触媒（触媒層）を形成することが好ましい。触媒層の厚さは、通常、０．５〜５．０μｍ程度とする。また、触媒金属を基材として用いてもよい。
【００２７】
陽電極１４の場合、白金等の貴金属触媒や酸化イリジウム、酸化ルテニウム等の酸化物触媒を用いることが好ましい。電解触媒の単位面積当たりの量が電極の両面で異なるように形成してもよい。
陰電極１５の場合、アルカリ耐性のあるニッケルや貴金属等を触媒に用いることができる。電解触媒の単位面積当たりの量が電極の両面で異なるように形成してもよい。
【００２８】
以上に説明した、陽極室１１、陰極室１２、中間室１３、陽電極１４、陰電極１５、陽極側隔膜１６および陰極側隔膜１７が、電解水生成装置における電解槽１８を形成している。
【００２９】
この実施形態は、さらに、陽イオン交換膜１９と酸性溶液貯留槽２０を有している。ここで、酸性溶液貯留槽２０は、陰極室１２と陽イオン交換膜１９を介して接して設けられ、酸性溶液を収容する容器として設けられる。
【００３０】
陽イオン交換膜１９は、陽イオンを選択的に透過するものであればよく、公知の陽イオン交換膜であれば特に限定されずに用いることができる。この陽イオン交換膜１９としては、例えば、ＮＡＦＩＯＮ（イー・アイ・デュポン社製、商品名：登録商標）２１１、２１２、１１５、１１７、３２４、４２４、フレミオン（旭硝子株式会社製、商品名：登録商標）、ＡＣＩＰＬＥＸ（旭化成株式会社製、商品名：登録商標）、ゴアセレクト（ダブリュー・エル・ゴア・アンド・アソシエーツ社製、商品名：登録商標）等のフッ素系膜、ネオセプタ（株式会社アストム製、商品名：登録商標）、セレミオン（旭硝子株式会社製、商品名：登録商標）等の炭化水素系膜、等が挙げられる。
【００３１】
陽イオン交換膜１９の厚みとしては、薄い方が水素イオンの拡散抵抗が小さく有利であるが、陰極室１２と酸性溶液貯留槽２０との水素イオン濃度差を考慮して１０μｍ〜５００μｍの間で設計するのが好ましい。
【００３２】
ここでは、この陽イオン交換膜１９を介して、陰極室１２と酸性溶液貯留槽２０が接している。酸性溶液貯留槽２０は、酸性溶液を収容し、貯留する容器であり、酸に侵されず安定して酸性溶液を貯留することができるものであればよい。
【００３３】
詳細には後述するが、陰極室１２ではアルカリ性の電解水が生成され、酸性溶液貯留槽２０には酸性溶液が貯留されている。すなわち、アルカリ性の電解水と酸性溶液が陽イオン交換膜１９を介して接しているため、酸性溶液貯留槽２０から陰極室１２に陽イオンである水素イオン（Ｈ＋）が透過し、陰極室１２中のアルカリ性の電解水が一部中和されるようになっている。
【００３４】
次に、図１の電解水生成装置１０を用いて電解水を生成する電解水生成方法について説明する。
【００３５】
電解水の生成にあたっては、まず、陽極室１１および陰極室１２に水を、中間室１３に塩素化合物水溶液を供給する（供給工程）。ここで供給する水は、市水、工水（井戸水を含む）や、脱イオン処理を施したイオン交換水、イオン交換水をさらに蒸留をした超純水等が挙げられる。塩素化合物水溶液は、塩素を含有する塩素化合物を含有する水溶液であればよい。ここで塩素化合物としては、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム等が挙げられる。以下、供給する塩素化合物水溶液として塩化ナトリウム水溶液を使用し、次亜塩素酸水を生成する場合を例に、説明する。
【００３６】
なお、本明細書において、イオン交換水とは、イオン交換樹脂により脱イオン処理した水で導電率が１．０μＳ／ｃｍ以下のものをいい、超純水とは、さらに蒸留処理した導電率が０．１μＳ／ｃｍ以下のものをいう。
【００３７】
上記のように原料となる水、塩化ナトリウム水溶液が供給されると、陽極室１１と陰極室１２には水がそのまま収容され、中間室１３では塩化ナトリウムが解離してナトリウムイオン（Ｎａ＋）と塩化物イオン（Ｃｌ−）が存在する水溶液として収容される。
【００３８】
次に、陽電極１４と陰電極１５の間に電圧を印加する（電解工程）。この電圧の印加により、陽電極１４にプラス、陰電極１５にマイナスの電圧が印加され、塩化物イオン（Ｃｌ−）は陽極側隔膜１６を透過して陽電極１４に達し、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）は陰極側隔膜１７を透過して陰電極１５に達する。
【００３９】
そして、陽極室１１においては、次の（１）式の反応によって酸性の次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）が生成する。
Ｈ２Ｏ  ＋  Ｃｌ−  →  ＨＣｌＯ  ＋  Ｈ＋  ＋  ２ｅ−        …（１）
【００４０】
一方、陰極室１２においては、次の（２）式および（３）式の反応によってアルカリイオン水（水酸化ナトリウム水）が得られる。
２Ｈ２Ｏ  ＋  ２ｅ−  →  ２ＯＨ−  ＋  Ｈ２        …（２）
Ｎａ＋  ＋  ＯＨ−  →  ＮａＯＨ        …（３）
【００４１】
したがって、陰極室１２に収容される水溶液はアルカリ性となる。そのため、供給する水に溶け込んだ二酸化炭素は、陰極室１２内では炭酸イオン（ＣＯ３２−）となる。このとき、陰極室１２に供給する水にカルシウムイオン（Ｃａ２+）やマグネシウムイオン（Ｍｇ＋）等の硬度成分が含まれると（特に、供給水として市水等を用いた場合）、この硬度成分が炭酸イオンと反応して、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）や炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）等のスケールが発生する場合がある。スケールが発生すると、陰電極１５や、陰極室１２の出口配管等に付着してしまう。陰電極１５にスケールが付着すると、電解反応を妨げる場合がある。また、出口配管にスケールが付着すると、配管を閉塞して水が流れなくなってしまう場合がある。
【００４２】
このようなスケールへの対策としては、水の供給ラインに軟水器を設け、硬度成分を除去したのちに電解水生成装置１０に原料となる水を導入するのが一般的である。しかしながら、軟水器を用いる分、高コストでサイズの大きなシステムになってしまう問題がある。
【００４３】
また、軟水器を用いない方法としては、上記従来技術で説明したように電解水を生成していないときに陰極室に酸性水を導入したり、陽極室と陰極室との間を連通させたりする技術がある。しかしながら、一旦付着したスケールは溶解、剥離等による除去が容易ではない。また、陽極室と陰極室を連通させると、電解水に塩分等の不純物が混入してしまい、電解水使用の用途が限定されてしまう場合がある。そのため、いずれの技術も次亜塩素酸水を効率よく生成しようとする場合、一部問題が残っている。
【００４４】
この実施形態における電解水生成装置１０は、陰極室１２と酸性溶液貯留槽２０とを陽イオン交換膜１９を介して隣接して設けており、上記電解工程を行うにあたって、この酸性溶液貯留槽２０に酸性溶液を供給しておく。すなわち、アルカリ水溶液と酸性溶液とが陽イオン交換膜１９により隔てられている状態となり、酸性溶液貯留槽２０中の水素イオン（Ｈ＋）が、濃度拡散により陽イオン交換膜１９を選択的に透過して陰極室１２に移動する（水素イオン供給工程）。移動した水素イオンは、陰極室１２中の水酸化物イオン（ＯＨ−）と反応して一部中和し、陰極室１２中のアルカリ水溶液のｐＨを低下させる。
【００４５】
このとき使用する酸性溶液としては、水素イオンが存在する溶液であれば特に限定されるものではない。例えば、酸性溶液に含有する酸成分としては、塩酸、硫酸、硝酸、酢酸、次亜塩素酸等が挙げられる。次亜塩素酸を含有する溶液を用いる場合は、陽極室１１で生成する次亜塩素酸水を酸性溶液貯留槽２０に供給するようにしてもよい。ここで用いる酸性溶液のｐＨは、電解水生成の条件、生成するアルカリ水のｐＨ等により適宜設定すればよいが、例えば、１〜６．５が好ましく、２〜５がより好ましい。
【００４６】
陰極室１２中の溶液のｐＨが１０以下になると、一般に、炭酸化学種の解離状態として炭酸イオン（ＣＯ３２−）より炭酸水素イオン（ＨＣＯ３−）の存在比が多くなる。すると、カルシウムイオンとの反応生成物が難溶性の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）ではなく、水溶性の炭酸水素カルシウム（Ｃａ（ＨＣＯ３）２）となるため、電解反応時のスケール付着が抑制されることとなる。
【００４７】
すなわち、本実施形態の電解水生成装置においては、電解水を生成している最中に陰極室１２中のアルカリ水のｐＨを低下させることができ、付着したスケールを除去するのではなく、スケールの付着自体が抑制される。そのため、スケール除去のために電解水生成の時間が制約されることはない。また、大がかりな軟水器を必要としないため、低コストでコンパクトなシステムを実現できる。さらに、イオン交換樹脂の洗浄等の軟水器の定期的なメンテナンスが必要ないため、その点でも低コストで、効率的に電解水を生成できる。
【００４８】
また、本実施形態の電解水生成装置は、陽極室１１と陰極室１２とを連通させておらず、陽極室１１で生成した次亜塩素酸水と陰極室１２で生成した水酸化ナトリウム水とを混合することがないため、それぞれ余計な不純物を混入させることなく電解水を生成できる。
【００４９】
以上のことから、本実施形態によれば、高効率で、長期間に亘って電解性能を維持可能な長寿命の電解水生成装置および電解水生成方法が得られる。
【００５０】
次に、他の実施形態に係る電解水生成装置について、それぞれ説明する。なお、以下に説明する他の実施形態において、上記した第１の実施形態と同一の部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略し、第１の実施形態と異なる部分を中心に詳しく説明する。
【００５１】
（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に係る電解水生成装置の概略構成を示す図である。
この図２に示した電解水生成装置３０は、陽極室１１、陰極室１２および中間室１３を有し、一対の電極である陽電極１４と陰電極１５とが、それぞれ陽極室１１と陰極室１２に配された３室型の電解槽を有する装置である。この３室型の電解槽は、陽極室１１と中間室１３とが陽極側隔膜１６により仕切られており、陰極室１２と中間室１３とが陰極側隔膜１７により仕切られている。
【００５２】
そして、この第２の実施形態においては、陰極室１２と陽イオン交換膜１９を介して接して設けられ、酸性溶液を収容する酸性溶液貯留槽として、陽極室１１を利用している。すなわち、陽極室１１と酸性溶液貯留槽を分けて設けずに、陽極室１１を酸性溶液貯留槽としても利用するものである。
【００５３】
この電解水生成装置３０は、例えば、陽極室１１を形成するための容器を用意し、その他の電解槽を構成する要素（陰極室１２、中間室１３、陽電極１４、陰電極１５、陽極側隔膜１６、陰極側隔膜１７、陽イオン交換膜１９）を所定の構造に形成しておき、それを上記容器中に配置することで形成できる。
【００５４】
これは、電気分解の進行により陽極室１１中に酸性溶液が生成されることを利用したものである。陽極室１１で形成される酸性溶液を陰極室１２のアルカリ水を中和するために使用するため、酸性溶液を別に用意する必要がなく、従来と同様、水および塩素化合物水溶液を原料とすればよい。
【００５５】
この第２の実施形態においては、第１の実施形態と同様、電気分解の進行に伴って陽極室１１中の水が、上記（１）式の反応によって酸性の次亜塩素酸水となる。この次亜塩素酸水が陰極室１２の陽イオン交換膜１９と接するようになっているため、第１の実施形態と同様に、陽極室１１中の水素イオンが濃度拡散によって陽イオン交換膜１９を透過して陰極室１２に移動する（水素イオン供給工程）。その結果、陰極室１２のｐＨが低下し、陰極室１２内でのスケール付着が抑制される。
【００５６】
この実施形態では、陽極室１１において、上記した（１）式の右辺の水素イオン（Ｈ＋）が陰極室１２に移動して減少するため、順方向の反応が進みやすくなる。そのため、第１の実施形態の効果に加え、次亜塩素酸の生成が進行しやすくなり、次亜塩素酸水の生成効率が高くなる効果もある。
【００５７】
この実施形態の電解水生成装置は、バッチ処理で次亜塩素酸水などの酸性電解水を生成する装置に適している。
【００５８】
（第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態に係る電解水生成装置の概略構成を示す図である。
この図３に示した電解水生成装置４０は、陽極室１１、陰極室１２および中間室１３を有し、一対の電極である陽電極１４と陰電極１５とが、それぞれ陽極室１１と陰極室１２に配された３室型の電解槽１８を有する装置である。この３室型の電解槽１８は、陽極室１１と中間室１３とが陽極側隔膜１６により仕切られており、陰極室１２と中間室１３とが陰極側隔膜１７により仕切られている。
【００５９】
そして、この第３の実施形態においては、電解槽１８が複数個設けられている。図３には電解槽１８を２つ積層して設ける例を示したが、電解槽１８の積層する個数は特に限定されず、任意の積層数とできる。
【００６０】
このように複数個の電解槽１８を積層するにあたって、ある電解槽１８の陰極室１２に、他の電解槽１８の陽極室１１が隣接するようにして、これら陰極室１２と陽極室１１とを陽イオン交換膜１９を介して接するように設ければよい。これは、さらに多くの電解槽１８を積層する場合にも同様であり、陽極室１１、陰極室１２および中間室１３を、同じ配列となるようにして（陽極室１１と陰極室１２とが対向するようにして）、電解槽１８間に陽イオン交換膜１９を挟んで積層すればよい。
【００６１】
なお、他の電解槽１８と積層されていない端部の陰極室１２には、さらに陽イオン交換膜１９を介して酸性溶液貯留槽２０を積層する。この酸性溶液貯留槽２０としては、他の電解槽１８と積層されていない他端の端部の陽極室１１を第２の実施形態と同様に利用することもできる。また、この複数個の電解槽１８の積層体が円環状になるように積層して、全ての陰極室１２が他の電解槽１８の陽極室１１と隣接するようにしてもよい。
【００６２】
各電解槽１８には、それぞれ陽電極１４と陰電極１５間に電圧を印加するための電源（図示せず）を設け、さらに、電流計や電圧計を備えて印加する電圧を調整できるようにしておいてもよい。
【００６３】
このように積層体を形成することで、陽極室１１と陰極室１２が陽イオン交換膜１９を介して隣接する構成となり、求める作用を得ることができる。
【００６４】
第２の実施形態は、酸性溶液貯留槽として同じ電解槽の陽極室を利用した例であるが、この第３の実施形態は、酸性溶液貯留槽として異なる電解槽の陽極室を利用した例である。
【００６５】
これは、第２の実施形態と同様、電気分解の進行により陽極室１１中に酸性溶液が生成されることを利用したものである。陽極室１１で形成される酸性溶液を陰極室１２のアルカリ水を中和するために使用するため、酸性溶液を別に用意する必要がなく、従来と同様、水および塩素化合物水溶液を原料とすればよい。
【００６６】
この第３の実施形態においては、複数の電解槽１８において同時に電気分解させるようにし、電気分解の進行に伴って陽極室１１中の水が、上記（１）式の反応によって酸性の次亜塩素酸水となる。
【００６７】
この次亜塩素酸水が陰極室１２の陽イオン交換膜１９と接するようになっているため、第１の実施形態と同様に、陽極室１１中の水素イオンが濃度拡散によって陽イオン交換膜１９を透過して隣接する陰極室１２に移動する（水素イオン供給工程）。酸性溶液貯留槽２０には、酸性溶液を貯留させておくことで同様に積層体の端部の陰極室１２に水素イオンを供給できる。このとき、酸性溶液貯留槽２０には、積層体の端部の陽極室１１から、生成する次亜塩素酸水を供給するようにしてもよい。その結果、陰極室１２のｐＨが低下し、陰極室１２内でのスケール付着が抑制される。
【００６８】
この実施形態では、陽極室１１において、上記した（１）式の右辺の水素イオン（Ｈ＋）が陰極室１２に移動して減少するため、順方向の反応が進みやすくなる。そのため、第１の実施形態の効果に加え、次亜塩素酸の生成が進行しやすくなり、次亜塩素酸水の生成効率が高くなる効果もある。
【００６９】
この実施形態の電解水生成装置は、次亜塩素酸水などの酸性電解水を連続生成する装置に適している。
【実施例】
【００７０】
次に、実施形態について実施例および比較例により説明する。
【００７１】
（実施例１）
図２に示す電解水生成装置３０を用いて、以下のように電解水を生成する。
【００７２】
まず、以下のように電解水生成装置３０を製造する。
陽電極１４として、３ｃｍ×４ｃｍのチタン製（厚さ０．５ｍｍ）のパンチングメタル表面に酸化イリジウム触媒を塗布したものを用い、陰極１５には、３ｃｍ×４ｃｍのチタン製（厚さ０．５ｍｍ）のパンチングメタル表面に白金をスパッタしたものを用いた。陽極側隔膜１６として陰イオン交換膜であるＡ２０１（株式会社トクヤマ製、商品名）を用い、陰極側隔膜１７として陽イオン交換膜であるＮＡＦＩＯＮ１１７（イー・アイ・デュポン社製、商品名）を用いた。
【００７３】
これら陽電極１４、陰電極１５、陽極側隔膜１６および陰極側隔膜１７を、中間室１３および陰極室１２としての空間が形成された電解槽筐体に組み込み、電解槽部品を作製した。この電解槽筐体は、陽極１１と面する部分が開口になっており、陽電極１４は電解槽部品外部（陽極室１１）と接している。上記電解槽筐体の陰極室１２を構成する隔壁の一部も開口が開いており、その開口には陽イオン交換膜１９を設置する。陽イオン交換膜としては、ＮＡＦＩＯＮ１１５（イー・アイ・デュポン社製、商品名）を用いた。
【００７４】
この中間室１３には食塩水を注入し、陰極室１２には水道水を注入した。
陽電極１４および陰電極１５には、電源を接続し、さらに電圧計、電流計を組み込んだ制御装置を接続した。
このようにして構成した電解槽部品を、水道水を満たした電解容器内に設置して、電解槽部品の周囲を陽極室１１で覆われるようにして、電解水生成装置３０を得た。
【００７５】
この電解水生成装置３０を用いて、電流０．６Ａの定電流で電気分解を行い、陽極室１１内に次亜塩素酸水を生成させた。この間、陰極室１２では水酸化ナトリウム水が生成する。この装置はバッチ式電解水生成装置であるので、定期的に中間室１６内の食塩水、陰極室１８内のアルカリ水、陽極室１１内の次亜塩素酸水を交換した。水交換時、陰極室１２内のアルカリ水のｐＨは１０程度であった。
【００７６】
初期電圧は３．８Ｖであったが、１０００時間の電解反応後の電圧も３．９Ｖと、殆ど電圧上昇は無く、安定した電気分解処理を実行することができた。試験後、電解槽を解体して陰極室を確認したが、陰電極１５の表面にはスケールの付着は殆ど見られなかった。
【００７７】
（実施例２）
図３に示す電解水生成装置４０に対し、電解槽１８の積層数を３つに増やした電解水生成装置を用いて、以下のように電解水を生成する。
【００７８】
まず、以下のように電解水生成装置を製造する。
陽電極１４として、３ｃｍ×４ｃｍのチタン製（厚さ０．５ｍｍ）のパンチングメタル表面に酸化イリジウム触媒を塗布したものを用い、陰電極１５には、３ｃｍ×４ｃｍのチタン製（厚さ０．５ｍｍ）のパンチングメタル表面に白金をスパッタしたものを用いた。陽極側隔膜１６として陰イオン交換膜であるトクヤマ製のＡ２０１（株式会社トクヤマ製、商品名）を用い、陰極側隔膜１７として陽イオン交換膜であるＮＡＦＩＯＮ１１７（イー・アイ・デュポン社製、商品名）を用いた。
【００７９】
中間室１３には、電解液を保持する保持体として厚さ５ｍｍの多孔質ポリスチレンを用いた。陽電極１４、陰電極１５、陽極側隔膜１６、陰極側隔膜１７および多孔質ポリスチレンをシール枠およびネジを用いて重ね合わせて固定し、電解セルを形成した。
陽極室１１および陰極室１２は、それぞれ陽電極１４、陰電極１５と接する面とその対向面にまで貫通したストレート流路が形成された塩化ビニル製の容器を用い、陽極室１１、陰極室１２および中間室１３を有する３室型の電解槽１８を形成した。
【００８０】
以上のようにして形成した電解槽１８を３つ用意し、陰極室１２を他の電解槽１８の陽極室１１と向い合せ、陽イオン交換膜１９であるＮＡＦＩＯＮ１１５（イー・アイ・デュポン社製、商品名）およびシール枠を介して積層した。また、他の電解槽１８と積層されていない端部の陰極室１２には、さらに陽イオン交換膜１９であるＮＡＦＩＯＮ１１５（イー・アイ・デュポン社製、商品名）およびシール枠を介して塩化ビニル製の酸性溶液貯留槽２０を積層した。また、他の電解槽１８と積層されていない端部の陽極室１１の開口は内部の液体が漏れないようにシールした。
【００８１】
陽電極１４および陰電極１５には、電解槽１８ごとにそれぞれ電源を接続し、さらに電圧計、電流計を組み込んだ制御装置を接続し、電解水生成装置を得た。
また、陽極室１１および陰極室１２に水道水を供給するための配管とポンプを接続し、中間室１３（多孔質ポリスチレン）に飽和食塩水を循環供給するための電解質溶液貯槽と配管、ポンプを接続した。これらも電解槽１８ごとにそれぞれ設けた。
【００８２】
陽極室１１および陰極室１２には水道水を通水し、中間室１３には飽和食塩水を循環させながら、電流１．５Ａの定電流で電気分解を行い、陽極室１１で次亜塩素酸水を、陰極室１２で水酸化ナトリウム水を生成した。電気分解中の陰極室１２出口の水酸化ナトリウム水のｐＨは１０程度であった。
【００８３】
初期電圧は５．３Ｖであったが、１０００時間の電解反応後の電圧も５．５Ｖと、殆ど電圧上昇は無く、安定した電気分解処理を実行することができた。試験後、電解槽を解体して陰極室を確認したが、陰電極１５の表面にはスケールの付着は殆ど見られなかった。
【００８４】
（比較例１）
電解水生成装置３０において、陰極室１２を構成する隔壁に陽イオン交換膜１９を設置する開口を設けないことを除いては、実施例１と同様にして電解水生成装置を作製した。
【００８５】
この電解水生成装置を用いて、電流０．６Ａの定電流で電気分解を行い、陽極室１１中に次亜塩素酸水を生成した。試験に当たっては、定期的に中間室１３内の食塩水、陰極室１２内のアルカリ水、陽極室１１内の次亜塩素酸水を交換した。水交換時、陰極室１２内のアルカリ水のｐＨは１１〜１２程度であった。
【００８６】
初期電圧は３．８Ｖであったが、１０００時間の電解反応後の電圧は４．８Ｖに上昇した。試験後、電解槽を解体して陰極室を確認したところ、陰電極１５の表面を覆うスケールの付着が見られた。
【００８７】
（比較例２）
実施例２で得られた電解水生成装置において、隣接する電解槽１８の陰極室１２と陽極室１１との接触面に連通する開口がなく、陽イオン交換膜１９および酸性溶液貯留槽２０を設けないことを除いては、実施例２と同様にして電解水生成装置を作製した。
【００８８】
この電解水生成装置を用いて、陽極室１１および陰極室１２には水道水を通水し、中間室１３には飽和食塩水を循環させながら、電流１．５Ａの定電流で電気分解を行い、陽極室１１で次亜塩素酸水を、陰極室１２で水酸化ナトリウム水を生成した。電気分解中の陰極室１２出口の水酸化ナトリウム水のｐＨは１１〜１２程度であった。
【００８９】
初期電圧は５．３Ｖであったが、１０００時間の電解反応後の電圧は７．７Ｖに上昇した。試験後、電解槽１８を解体して陰極室を確認したところ、陰電極１５の表面を覆うスケールの付着が見られた。
【００９０】
以上より、本実施形態により、次亜塩素酸水の製造における電解水生成装置でのスケールの発生を効果的に抑制でき、低コストで簡便に次亜塩素酸水を製造できることがわかった。
【００９１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９２】
１０，３０，４０…電解水生成装置、１１…陽極室、１２…陰極室、１３…中間室、１４…陽極、１５…陰極、１６…陽極側隔膜、１７…陰極側隔膜、１８…電解槽、１９…陽イオン交換膜、２０…酸性溶液貯留槽
【図１】
2016172230.tif 000003
【図２】
2016172230.tif 000004
【図３】
2016172230.tif 000005