(57)【要約】【課題】電解次亜水の生成効率をこれまで以上に向上させるとともに、電解槽を複数基配列する場合でも、蛸足配管を回避してコストを下げることのできる新たな電解次亜水生成装置を提供することを課題とする。【解決手段】下部から導入される塩水を電気分解して上部から電解次亜水として排出する電解槽を備えた電解次亜水生成装置である。そして、この下部には、発生するガスが付着する電極に沿って塩水を導入する流入口を設ける。これにより、電極に付着したガスは、電極に沿って導入される塩水によって剥離されるから、塩水の電気分解が促進され、その結果、電解次亜水の生成効率が向上する。【選択図】図２
2017148716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部から導入される塩水を電気分解して上部から電解次亜水として排出する電解槽を備えた電解次亜水生成装置であって、前記下部には、電極に付着する発生ガスを剥離させる方向に前記塩水を導入する流入口が設けられていることを特徴とする、電解次亜水生成装置。
【請求項２】
前記電解槽が一方の円筒状電極と、該円筒状電極の軸芯を貫通して設けられる他方の棒状電極とを備えていることを特徴とする、請求項１に記載の電解次亜水生成装置。
【請求項３】
前記円筒状電極と前記棒状電極のそれぞれの端部を固定する上端封止部と下端封止部とを備えた電解槽が複数基横並びに配列され、それらの各下端封止部には、前記流入口がそれぞれ設けられ、それらの各上端封止部には、電解次亜水を排出する流出口がそれぞれ設けられ、さらに各下端封止部も一体化されて内部に共通の塩水供給路が形成され、その塩水供給路に前記各流入口がそれぞれ接続されており、一方、各上端封止部も一体化されて内部に共通の電解次亜水排出路が形成され、その排出路に前記各流出口がそれぞれ接続されていることを特徴とする、請求項２に記載の電解次亜水生成装置。
【請求項４】
前記流入口がベンチュリー管に形成されて、前記塩水供給路に供給される塩水が各流入口に略均等に流入することを特徴とする、請求項３に記載の電解次亜水生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塩水を電気分解して電解次亜水を生成する電解次亜水生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
塩水を電解して電解次亜水（次亜塩素酸ナトリウム）を生成し、生成した電解次亜水を殺菌用として食材等の洗浄に使用することが行われている。この電解次亜水を生成する装置としては、例えば下記特許文献に記載の電解次亜水生成装置が知られている。これらの装置では、電気分解を行う電解槽に塩水を供給して電気分解し、生成された電解次亜水を電解槽から取り出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１５４３０５号公報
【特許文献２】特開２０１５−０５９２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この電解槽では、陽極側で生じた塩素と陰極側で生じるアルカリとの反応によって次亜塩素酸ナトリウムが生じるが、次亜塩素ナトリウムは、電解槽中でさらに電解を続けていくと、塩素酸ナトリウムへと変化する。そのため、高濃度の次亜塩素酸ナトリウムを得ようとして、電解液の滞留時間を長くしても、塩素酸ナトリウムの生成量が多くなるのみで次亜塩素酸ナトリウムの生成効率は低下する。
【０００５】
また、電解槽を複数基配列して生産量を増やす場合に、各電解槽にそれぞれ塩水供給管と電解次亜水排出管とを接続すると、配管が複雑になってメンテナンス上も好ましいものではなくなる。
本発明は、こうした問題を解決して、電解次亜水の生成効率をこれまで以上に向上させるとともに、電解槽を複数基配列する場合でも、複雑になる蛸足配管を回避してコストを下げることのできる新たな電解次亜水生成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】
【０００６】
本発明に係る電解次亜水生成装置は、下部から導入される塩水を電気分解して上部から電解次亜水として排出する電解槽を備えた電解次亜水生成装置であって、前記下部には、電極に付着する発生ガスを剥離させる方向に前記塩水を導入する流入口が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
この流入口を電極表面と平行に、或るいは電極表面に対し斜めに向けて、流入口から導入される塩水が電極表面に沿って流れるように配置しておく。これにより、電極表面に付着した生成ガスが、塩水の流れによって積極的に剥離されるから、塩水の電気分解が促進されて電解次亜水の生成効率が向上する。
【０００８】
本発明の第二の特徴点は、前記電解槽が一方の円筒状電極と、該円筒状電極の軸芯を貫通して設けられる他方の棒状電極とを備えているいることを特徴とする。
【０００９】
ここで、表面積のより大きい円筒状電極を陽極とし、棒状電極を陰極とするが、これには限定されず、逆極性であっても良い。そして、陰極側には水素ガスが発生し、陽極側には酸素が発生し、これらが電極表面に付着するが、下部の流入口から導入される塩水は、電極表面に付着したこれらのガスを電極表面から剥離しながら電極に沿って流れるから、電極を取り巻く塩水の電気分解が促進されて電解次亜水の生成効率が向上する。
【００１０】
本発明の第三の特徴点は、前記円筒状電極と前記棒状電極のそれぞれの端部を固定する上端封止部と下端封止部とを備えた電解槽が複数基横並びに配列され、それらの各下端封止部には、前記流入口がそれぞれ設けられ、それらの各上端封止部には、電解次亜水を排出する流出口がそれぞれ設けられ、さらに各下端封止部が一体化されて内部に共通の塩水供給路が形成され、その塩水供給路に前記各流入口がそれぞれ接続されており、一方、各上端封止部も一体化されて内部に共通の電解次亜水排出路が形成され、その排出路に前記各流出口がそれぞれ接続されていることを特徴とする。これにより、複数の電解槽で電解次亜水を量産する場合でも、各電解槽への配管数を少なくすることができる。
【００１１】
本発明の第四の特徴点は、前記流入口がベンチュリー管に形成されて、前記塩水供給路に供給される塩水が各流入口に略均等に流入されることを特徴とする。これにより、一本の塩水供給路に複数の流入口が接続されていても、各流入口には、略同じ量の塩水が供給されるから、各電解槽の電解次亜水生成量のバラツキを無くして、各電解槽での電解次亜水生成量を最大化させることができる。しかも、ベンチュリー管で加速された塩水が電極の表面に放出されるから、電極の回りに付着したガスが剥離され、これによっても電極を取り巻く塩水の電気分解をさらに促進させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、発生するガスの電極からの分離を促進させて、塩水の電気分解を促進させることができるから、電解次亜水の生成効率を向上させることができる。しかも、塩水の流入方向を、従来の水平方向から上下方向又は斜め方向に切り替えるだけで、電解次亜水の生成効率をアップさせることができるから、製造コストを抑えた、より生産性の高い電解次亜水生成装置とすることができる。
【００１３】
また、複数の電解槽を横並びに配列する場合でも、より少ない配管数でそれぞれの電解槽に十分な塩水を供給することができるから、各電解槽の電解次亜水生成量を最大化させることができる。加えて、蛸足配管を無くしてメンテナンス性能を向上させることができるから、ランニングコストも下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る電解次亜水生成装置の一実施形態の構成説明図。
【図２】図１に用いる電解槽の一実施形態の断面図。
【図３】複数の電解槽を横並びに並列させた一実施形態の側面図。
【図４】図３の一つの電解槽についてのＡ−Ａ断面図。
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１６】
図１は、一実施形態に係る電解次亜水生成装置の基本構成を示した図である。この図において、電解次亜水生成装置１は、塩水を電気分解して電解次亜水を生成する。この電解次亜水生成装置１は、電解ユニット２と、電解次亜水貯留タンク３と、電源４と、を備えている。また、電解次亜水生成装置１は、図示しない制御部により、各配管の流量や断続が制御される。
【００１７】
電解ユニット２は、塩水供給管Ｔ１から供給される塩水を電気分解して電解次亜水を生成し、生成した電解次亜水を上部の送出管Ｔ２を介して電解次亜水貯留タンク３に排出する。電解ユニット２内には、後述の電解槽２０が複数基横並びに配置されており、それらには、共通の塩水供給管Ｔ１から略３％濃度の塩水が供給される。
【００１８】
電解次亜水貯留タンク３には、電解ユニット２から送出管Ｔ２を介して電解次亜水が供給される。この貯留タンク３の上部には、電解次亜水とともに発生する水素ガスを大気中に放出するガス放出管Ｔ３が接続されており、下部には、電解次亜水を送り出す給水管Ｔ４が接続されている。この給水管Ｔ４から送り出される高濃度の電解次亜水は、例えば水道水や地下水等で所定濃度に希釈された後、ユーザーに供給される。
【００１９】
図２は、電解ユニット２を構成する一つの電解槽２０の一実施形態を示す。この図において、電解槽２０は、陽極となる一方の電極２１と、陰極となる他方の電極２２とを有している。一方の電極２１は、円筒形をなし、その材質は、例えばチタン製である。他方の電極２２は、前述の円筒状電極２１の内径より若干小径の棒状に形成されて、その円筒状電極２１内に挿通されている。そして、棒状電極２２の下端部は、逆円錐状に成形され、その円錐面に向けて塩水が放出されるように、上下方向の流入口２３が棒状電極２２の下端部に沿って設けられている。この流入口２３の口径は、そこから供給される塩水が棒状電極２２の表面に沿って勢い良く上昇するように小径に絞られている。この棒状電極２２の材質もチタン製である。
【００２０】
陽極となる円筒状電極２１の内側には、塩素発生効率を高めるための触媒２４がコーティングされている。この触媒２４は、白金、酸化イリジウム、酸化ルテニウム等の安定した貴金属である。棒状電極２２は、円筒状電極２１の軸芯位置に、それと僅かな間隔を開けて配置されている。また、円筒状電極２１の両端部には、両方の電極２１、２２間に形成される電解液貯留空間Ｓを上下から塞ぎ、それらの電極２１、２２の端部を固定する上端封止部２５と下端封止部２６が設けられる。これらの封止部２５、２６は、合成樹脂等の絶縁材で構成されている。また、棒状電極２２の上端部は、上端封止部２５を上下に貫通して外部に飛び出ており、その端部が電源４との接続端子に形成される。また、棒状電極２２の下端部は、下端封止部２６内の中央部に形成された凹部に嵌めこまれている。
【００２１】
下端封止部２６には、塩水供給管Ｔ１から電解槽２０内に塩水を供給するための小径の流入口２３が上下方向に形成されている。この流入口２３の口径は、塩水供給管Ｔ１の口径よりもさらに小さく絞られて、流入口２３の流速が加速されるベンチュリー管となっている。そして、加速された塩水が棒状電極２２の下端部に向けて放出されると、その勢いで周囲に付着した生成ガスが剥離されて浮上していく。浮上する生成ガスは、周囲の生成ガスに接触しながら、連鎖反応的に回りの生成ガスを巻き込んでさらに浮上していく。こうして両電極２１、２２表面から生成ガスが除去されることにより、塩水の電気分解が促進されて電解次亜水の生成効率が向上する。なお、電解槽２０で生成されるガスは、陰極側で発生する水素ガスと、陽極側で発生する酸素である。
【００２２】
一方の上端封止部２５には、水平方向の流出口２７が形成されており、その流出口２７が送出管Ｔ２に接続されている。流出口２７の口径は、流入口２３よりも十分大きく形成されて、電解槽２０内で生成された電解次亜水が自然と排出されるようになっている。
【００２３】
円筒状電極２１と棒状電極２２との間には、直流電源４が接続される。図２では、円筒状電極２１を陽極側に棒状電極２２を陰極側に接続しているが、これには限定されない。また、この場合に流れる電流は１００Ａを超える電流である。この電流値を加減することにより、電解次亜水の生成量を調整することができる。
【００２４】
図３は、電解槽２０ａを複数基横並びに配列した一実施形態の正面図を示し、図４は、図３のＡ−Ａ断面を示す。これらの図において、両電極２１、２２は、図２と同じ構成であるが、上端封止部２５ａと下端封止部２６ａは、各電解槽２０ａを一体的に封止するものとして形成されている。すなわち、上端封止部２５ａには、図４に示すように、棒状電極２２の上端部を突出させる小径孔２５ｂと、その下段の空洞部２５ｃと、さらにその下段の大径孔２５ｄとが一体的に形成されている。中間の空洞部２５ｃには、電解次亜水や生成ガスが溜まり、下段の大径孔２５ｄには、円筒状電極２１の上端部が嵌合される。そうした貫通孔が上端封止部２５ａの長手方向に沿って等間隔に形成されている。
【００２５】
図４において、上端封止部２５ａ内の各小径孔２５ｂの側方には、長手方向に沿う電解次亜水排出路２５ｅが全長に亘って形成されている。また、その電解次亜水排出路２５ｅに対し、各電解槽２０ａの空洞部２５ｃに形成された流出口２７がそれぞれ接続されている。したがって、各空洞部２５ｃに溜まった電解次亜水や生成ガスは、一本の電解次亜水排出路２５ｅを通って外部の送出管Ｔ２に排出される。なお、電解次亜水排出路２５ｅの一方の端部は封止され、他方の端部には、外部の送出管Ｔ２と接続するためのアダプター２５ｆが取り付けられている。
【００２６】
一方、下端封止部２６ａには、棒状電極２２の下端部が固定される小径穴２６ｂと、円筒状電極２１の下端部が嵌合される大径穴２６ｃとが形成され、それらが下端封止部２６ａの長手方向に沿って等間隔に形成されている。
【００２７】
さらに、下端封止部２６ａ内の小径穴２６ｂの側方には、長手方向に沿う塩水供給路２６ｄが全長に亘って形成されている。また、その塩水供給路２６ｄから各電解槽２０ａの電解液貯留空間Ｓに向けて、前述の流入口２３がそれぞれ形成されている。したがって、一本の塩水供給路２６ｄに供給された塩水は、各流入口２３からそれぞれの電解槽２０ａ内に供給される。なお、塩水供給路２６ｄの一方の端部は封止され、他方の端部には、塩水供給管Ｔ１と接続するためのアダプター２６ｅが取り付けられている。
【００２８】
そして、塩水供給路２６ｄの内径に対し、各流入口２３の口径が小さく絞られていることから、各流入口２３は、ベンチュリー管として作用する。したがって、各流入口２３の口径が同じで、所定圧でもって塩水供給路２６ｄに塩水が供給されれば、各流入口２３には、略同じ量の塩水が供給される。それにより、一つの塩水供給路２６ｄに複数の電解槽２０ａを横並びに配列する場合でも、各電解槽２０ａへの塩水供給量のバラツキを無くして、それぞれの電解槽２０ａの電解次亜水生成量を最大化させることができる。  
【００２９】
こうした電解槽２０、２０ａの円筒状電極２１と棒状電極２２との間に直流電圧を印加すると、そこに供給された塩水が電気分解される。このとき、電解槽２０ａでは次のような化学反応が起きる。
【００３０】
陽極反応：２Ｃｌ−→Ｃｌ2＋２ｅ−
陰極反応：２Ｎａ+＋２Ｈ2Ｏ＋２ｅ−→２ＮａＯＨ＋Ｈ2
液相反応１：Ｃｌ2＋２ＮａＯＨ→ＮａＯＣｌ＋ＮａＣｌ＋Ｈ2Ｏ
液相反応２：Ｃｌ2＋Ｈ2Ｏ→ＨＯＣｌ＋ＨＣｌ
液相反応３：ＨＯＣｌ＋ＮａＯＨ→ＮａＯＣｌ＋Ｈ2Ｏ
【００３１】
塩水は、塩である塩化ナトリウムがナトリウムイオン（Ｎａ+）と塩化物イオン（Ｃｌ−）に解離する。陽極反応は、円筒状電極２１の近傍で起こる反応である。陰極反応は、棒状電極２２の近傍で起こる反応である。液相反応１〜３は、電解液で起こる反応である。これらの化学反応によって、次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＯＣｌ）が生成される。電解次亜水中では、次亜塩素酸ナトリウムは、ナトリウムイオン（Ｎａ+）および次亜塩素酸イオン（ＣｌＯ−）に解離している。電解槽２０、２０ａで生成された電解次亜水は、陰極反応で生成された水素ガスとともに電解槽２０、２０ａから電解次亜水貯留タンク３に送られる。
【００３２】
次に、以上の実施形態による効果を確認するために、従来装置との比較実験を行った。使用した従来装置は、特許文献２に開示された電解次亜水生成装置である。本実施形態との違いは、従来装置では、塩水を電解槽に導入する流入口が水平方向に形成されているのに対し、本実施形態では、図２〜図４に示すように、流入口２３を上下方向に形成した点と、その流入口２３の口径を、塩水供給路２６ｄに対し断面積で１／５０程度に絞った点である。
その実験結果を参考として以下に示す。
【００３３】
＜室温２０℃  湿度６５％  電流値１２０A＞
【表１】
2017148716.tif 000003
【００３４】
＜室温５℃  湿度３０％  電流値１２０A＞
【表２】
2017148716.tif 000004
【００３５】
＜室温３５℃  湿度８５％  電流値１２０A＞
【表３】
2017148716.tif 000005
【００３６】
これらの表から、本実施形態の方が、塩素濃度が高いことから、電解次亜水の生成効率は一層向上していると、推定できる。
【００３７】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他の実施形態も採用可能である。例えば、図２、図４では、流入口２３を上下方向に配置したが、棒状電極２２に対し斜めに塩水が当たるように、流入口２３を斜めに配置しても良い。また、図２、図４では、棒状電極２２の下端部を逆円錐台状に形成しているが、これを円柱状に形成しても良い。また、図３では、各電解槽２０ａを上下方向に配置したが、各電解槽２０ａへの塩水の供給を均一化させるだけであれば、各電解槽２０ａを水平に配置する構成も採用可能である。また、複数の電解槽２０ａを横並びに配列した図３相当のものを一ユニットとし、これをさらに複数ユニット横並びに配列する構成も採用可能である。その場合においても、各ユニットに塩水供給管Ｔ１と、送出管Ｔ２を接続するだけで済むから、各電解槽２０ａにこれらの供給管Ｔ１や送出管Ｔ２を接続する場合と比べると、極めてシンプルな配管となる。したがって、メンテナンス性も向上する。
【００３８】
また、一本の塩水供給路２６ｄにより多くの電解槽２０ａを横並びに接続したときに、各電解槽２０ａの電解次亜水生成量にバラツキが見られる場合には、各流入口２３の口径を調整するだけで、各電解槽２０ａの電解次亜水生成量を最大化させることができる。また、上記実施形態では、各電解槽２０ａに一つの流入口２３を設けたが、必要に応じて、これを複数個設けることもできる。その場合の配列は、例えば棒状電極２２を挟む対向位置に設けたり、棒状電極２２を取り囲むように配置したりすれば、棒状電極２２の表面に付着した水素ガスの離脱をより促進させることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１      電解次亜水生成装置
２      電解ユニット
２０      電解槽
２１      円筒状電極
２２      棒状電極
２３      流入口
２５      上端封止部
２６      下端封止部
２７      流出口
２５ｅ      電解次亜水排出路  
２６ｄ      塩水供給路
【図１】
2017148716.tif 000006
【図２】
2017148716.tif 000007
【図３】
2017148716.tif 000008
【図４】
2017148716.tif 000009