(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
隔膜を介して陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室を形成し、ナトリウムまたはカリウムを含有する過飽和状態の有機電解質を前記陽極室に添加して電気分解によりアルカリ性の液体を得るアルカリ水の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水などの液体に電解質を添加し、電気分解によりアルカリ水を得るアルカリ水の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電解方法は、水などの液体に電解質として塩化ナトリウム（以下、食塩とする。）を加え、電気分解によりアルカリ水ならびに酸性水を得ていた。
【０００３】
しかし、食塩は一般家庭で容易に入手できるという利点から、特に一般家庭用の電解装置の電解質として用いられているが、その反面、使用の際に塩素ガスや次亜塩素酸化合物の不快な臭いがする場合がある。
【０００４】
そこで、この臭気対策としては特開平７−１３６６５４号公報に記載されているような構成をとり塩素ガスを除去していた。
【０００５】
この電解装置は図２に示すように、電解水生成装置１は内部に電解槽２を備え、電極３を陰極、電極４を陽極とし、これらの電極の間に隔膜５を配置している。電解槽２には陰極で生成したアルカリ水を排水する流路６と酸性水を排出する流路７とが接続されている。電気分解に用いる食塩水はタンク８に貯蔵しており、流路９で電解槽２と接続されている。また、流路９には、タンク８の食塩水を電解水に送り込むポンプ１０と、電解槽２に送り込む食塩水と水道水を混合する混合手段１１を配置しており、流路１２にある弁１３とポンプ１０の動作を制御装置１４で調節することで電解槽２に送り込む食塩の濃度を調節している。
【０００６】
電解槽２はタンク１５と流路７で接続されており、電解槽２で生成した酸性水１６はタンク１５内で貯蔵されている。そして、タンク１５内の酸性水を使用する場合には、バルブ１７を開くことで、採取可能としている。また、タンク１５内に酸性水を貯蔵することによって、酸性水１６から塩素ガスが発生し、この上側の気相の塩素ガスが混合されている。そのため、タンク１５は塩素ガスを排出するための流路１８と送風機１９が備えられており、塩素ガスの濃度が低い状態で排出していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来のバッチ式電解装置では、電解中ないし電解後に陽極から発生する塩素ガスが外部に排出される構成では、発生した塩素ガスは希釈させるが、残ってしまうので、一般家庭ならびに、気密性の高い空間や、狭い空間で使用すると、雰囲気中の塩素ガス濃度が高くなり、使用者が不快感を感じやすく、長時間の使用が不可能という課題があった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するもので、電解質として塩素イオンを含まない有機電解質を電解質として用い、電気分解で発生する塩素ガスの量を低減することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、隔膜を介して陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室を形成し、ナトリウムまたはカリウムを含有する過飽和状態の有機電解質を前記陽極室に添加して電気分解によりアルカリ性の液体を得るアルカリ水の製造方法とする。この方法によって、液体中に存在する塩素イオンが極端に少なくなるので、電気分解の際に陽極側では発生する塩素ガスの量が少ないので、効率的な塩素ガス除去が可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、隔膜を介して陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室を形成し、ナトリウムまたはカリウムを含有する過飽和状態の有機電解質を前記陽極室に添加して電気分解によりアルカリ性の液体を得るアルカリ水の製造方法とする。この方法によって、液体中に存在する塩素イオンが極端に少なくなるので、電気分解の際に陽極側では発生する塩素ガスの量が少ないので、効率的な塩素ガス除去が可能となるので、電気分解を行っている雰囲気中の塩素ガス濃度を低いレベルで維持できるので、快適に電気分解を行うことができる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について電解装置に有機電解質を用いた場合について説明する。
【００１２】
（実施例１）
本実施例では、液体として水を用い、有機電解質として、アミノ酸塩を用いた場合の電気分解反応について食塩を電解質として用いた場合と比較しながら説明する。
【００１３】
まず、食塩を水に加え、隔膜を有する電解槽で電気分解を行うと、陽極側では、（化１）のようにして、酸素ガス、塩素ガスが発生すると同時に、水素イオン、塩酸が生成される。発生した塩素ガスは、水と反応し、次亜塩素酸と塩酸を生成する。同時に水中に存在する塩素イオンを利用して塩素ガスが発生する。そして生成された塩素ガス、また、陰極側では、（化２）のようにして水素ガスが発生し、水酸化ナトリウムが生成される。
【００１４】
【化１】
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【００１５】
【化２】
0003794313.tif 000003
【００１６】
このようにして、陽極側の水はpHが低下し、次亜塩素酸の濃度が高くなると同時に水に溶けきれなかった塩素ガスが雰囲気中に拡散されるので、塩素ガスによる不快な臭いが発生する。
【００１７】
一方、ナトリウムまたはカリウムを含有する有機電解質の一例として、アミノ酸のナトリウム塩を用いた場合（便宜的に、アミノ酸のナトリウム塩をＲ―ＣＯＯＮａと記載する）について説明すると、陽極側の反応は（化３）にようになる。
【００１８】
【化３】
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【００１９】
水中では、アミノ酸イオンとＮａイオンに解離し、水が電気分解されて生成した水素イオンと反応し、アミノ酸が生成され、電気分解で発生するガスとしては、酸素ガスだけがするので、塩素ガスは発生しない。そして、陰極側では（化２）と同様の反応が起こるので、水酸化ナトリウムと水素ガスを得ることができる。
【００２０】
また、有機電解質として、ナトリウム及びカリウムを含有する物質であることの利点は、スケールの生成の有無にある。陰極側に洗浄力を有する電解液を得るためには、アルカリ金属塩を用いれば良いが、カルシウム塩またはマグネシウム塩だと電気分解の際に電極や隔膜（但し、有隔膜の電解槽の場合）にスケールが発生し電解液の生成効率が低下するという弊害をもたらす。また、他のアルカリ金属（Ｌｉ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒ、Ｂｅ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ）の塩は入手し難いので、一般家庭向きではなく、安全性についても確認されていない。従って、ナトリウム、カリウムを含有する物が最も好ましい。
【００２１】
さらに、有機電解質を電気分解したときの陽極水は、食塩を電解質として場合と異なり、金属（とくにＳＵＳ）に対する腐食性が極端に軽微であり、これを廃棄する際には一般家庭のキッチンシンクで廃棄可能であるので、廃棄する際に水で希釈する必要がないので使い勝手が向上するという効果を有する。
【００２２】
従って、塩素ガスの発生がなく、アルカリ水を得ることができる。よって、仮に、電気分解に用いる水として水道水のような不純物を含む水を電解しても塩素イオンは僅かに含まれるだけであり、不快感を覚えるほどの塩素臭いはしない。さらに、アミノ酸は、生体の構成要素であり、食品中にも多く含まれているので、経口毒性、皮膚刺激性がほとんど無く、安全であり、使用者が仮に誤飲した場合でも何ら問題ない。
【００２３】
次ぎにアミノ酸塩であるグルタミン酸ナトリウムを添加して電気分解を行う場合について説明する。アミノ酸の中でもグルタミン酸は商店など販売されている調味料の主成分であり、入手が容易である。グルタミン酸を電気分解すると、（化４）のようにして、陽極側ではグルタミン酸が、陰極側では水酸化ナトリウムが精製される。
【００２４】
【化４】
0003794313.tif 000005
【００２５】
アミノ酸などの有機物を電気分解する場合、中間性生物の生成が考えられる。そこで、液体クロマトグラフィーを使って中間生物の分離と定性を行ったところ、ピロリドンカルボン酸のピークが検出された。この物質は、人体の表皮の保湿剤などに含まれている物質であり、非常に安全性が高い。従って、陽極側の電解水は安全性が高いといえる。
【００２６】
（実施例２）
本実施例では、液体として水を用い、ビタミンの塩を有機電解質として用いて電気分解を行う場合の電気分解反応について説明する。
【００２７】
ナトリウムまたはカリウムを含有する有機電解質として、ビタミンのナトリウム塩を用いた場合（便宜的に、ビタミンのナトリウム塩をＲ‘―Ｎａと記載する。）について説明すると、陽極側の反応は化学式（化５）にようになる。
【００２８】
【化５】
0003794313.tif 000006
【００２９】
水中では、ビタミンイオンとＮａイオンに解離し、水が電気分解されて生成した水素イオンと反応し、ビタミンが生成され、電気分解で発生するガスとしては、酸素ガスだけがするので、塩素ガスは発生しない。そして、陰極側では（化２）と同様の反応が起こるので、水酸化ナトリウムと水素ガスを得ることができる。液体として水を用いる場合は水溶性ビタミンの塩類、つまり、ビタミンＢ１、Ｂ２、Ｂ６、Ｂ１２、Ｂ１３、Ｂｃ、Ｌ、Ｍ、Ｐが使用可能で、液体が油脂である場合は、ビタミンＤ、Ｅ、Ｆ、Ｈが使用可能である。また、ビタミン自体は人体に対して無害であり、かつ皮膚に接触すると、抗酸化作用を示すので、皮膚に接触させることで皮膚表面に存在する過酸化脂質の人体にしても有効である。従って、用途が無かった陽極側の電解液についても有効に利用できる。
【００３０】
特に、ビタミンＣのナトリウム塩（アスコルビン酸ナトリウム）を有機電解質として用いた場合は有効である。すなわち、アスコルビン酸ナトリウムは水中で解離し、アスコルビン酸イオンとナトリウムイオンになる。これを電気分解すると、陰極側では、（化２）のようにして、水酸化ナトリウムか生成される。そして、陽極側では、（化６）のようにしてアスコルビン酸が生成される。このアスコルビン酸は、強力な抗酸化作用があり、チロシンの酸化防止、過酸化脂質の中和に有効であり、特にスキンケアに用いることができる。
【００３１】
【化６】
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【００３２】
（実施例３）
本実施例では、液体として水を用い、有機酸塩を有機電解質として用いて電気分解を行う場合の電気分解反応について説明する。なお、有機酸として、酢酸ナトリウムを用いた場合（ＣＨ3ＣＯＯＮａ）について説明する。陽極側の反応は（化７）にようになる。
【００３３】
【化７】
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【００３４】
水中では、酢酸イオンとＮａイオンに解離し、水が電気分解されて生成した水素イオンと反応し、酢酸（ＣＨ3ＣＯＯＨ）が生成され、電気分解で発生するガスとしては、酸素ガスだけがするので、塩素ガスは発生しない。そして、陰極側では（化２）と同様の反応が起こるので、水酸化ナトリウムと水素ガスを得ることができる。このとき、酢酸は電離度が０．０１３程度の弱酸であり、水中で解離する水素イオンの量は、塩酸の場合の約１／７０程度であるので、pHが下がり難い。従って、陽極側の水の腐食性を下げることができるという効果がある。
【００３５】
（実施例４）
本実施例では、液体として水を用い、核酸塩を有機電解質として用いて電気分解を行う場合の電気分解反応について説明する。水中では、核酸イオンとＮａイオンに解離し、水が電気分解されて生成した水素イオンと反応し、核酸が生成され、電気分解で発生するガスとしては、酸素ガスだけがするので、塩素ガスは発生しない。そして、陰極側では（化２）と同様の反応が起こるので、水酸化ナトリウムと水素ガスを得ることができる。核酸自体は、安全性の高い物質であるが、微生物により分解される。しかし、分解されても、アミノ酸塩が生成されるだけである。すなわち、アミノ酸塩が生成されても、人体にとって無害な物質なので、仮に、この電解質を含む液、またはこれを用いて電解した電解液が皮膚に接触しても安全性を維持することができる。
【００３６】
（実施例５）
本実施例では、液体として水を用い、ナトリウムまたはカリウムを含有する有機電解質の濃度を微生物の増殖が抑制できる濃度にした場合について説明する。
【００３７】
有機電解質には前述のアミノ酸、ビタミン、核酸、有機酸が有る。これらはいずれも微微生物（細菌、酵母、黴など、以下、微生物とする）により分解される性質を有している。これらは、従属栄養性であり、増殖には栄養源、水分、温度、pH、酸素、浸透圧が多きく影響している。すなわち、これらの因子の少なくとも一つを変えることで、有機電解質腐敗を抑制することができるので、腐敗による異臭、水（電解質を含んだ水）の濁り、隔膜へのバイオフィルムの形成を抑えることができる。最も簡単な方法は、有機電解質の濃度を高め、浸透圧またはpHを微生物の増殖が抑制できるレベルにすればよい。具体的には、グルタミン酸等のアミノ酸やビタミンであれば、１０％以上、好ましくは２０％以上、酢酸であればpH４．０以下が望ましい。一例として、グルタミン酸水溶液を２週間放置したときの微生物の増殖の有無を調べた結果を（表１）に示した。表中の●は微生物の増殖が目視確認できたことを示している。この結果から、２％では増殖抑制効果は期待できず、１０％以上で効果が期待できることが考えられる。
【００３８】
【表１】
0003794313.tif 000009
【００３９】
水中では、核酸イオンとＮａイオンに解離し、水が電気分解されて生成した水素イオンと反応し、核酸が生成され、電気分解で発生するガスとしては、酸素ガスだけがするので、塩素ガスは発生しない。そして、陰極側では（化２）と同様の反応が起こるので、水酸化ナトリウムと水素ガスを得ることができる。核酸自体は、安全性の高い物質であるが、微生物により分解される。しかし、分解されても、アミノ酸塩が生成されるだけである。すなわち、アミノ酸塩が生成されても、人体にとって無害な物質なので、仮に、この電解質を含む液、またはこれを用いて電解した電解液が皮膚に接触しても安全性を維持することができる。
【００４０】
また、微生物による分解を抑制する方法として有機電解質の濃度を上げることで、浸透圧を上昇させたり、pHを低下または上昇させる方法について述べたが、この方法だと有機電解質を必要以上に添加しなくてはならないので、電解質を浪費してしまい、ランニングコストが高くなるという欠点がある。そこで、本実施例では、微生物の増殖を抑制する抑制剤を添加することで、電解質濃度が低くとも微生物の増殖を抑制できるということを確認した。用いた薬剤は、沃素、シュウ素、フッ素系の薬剤および、銀、銅などの金属系の抗菌剤、抗生物質を用いて良好な結果を得た。
【００４１】
（実施例６）
本実施例では、有機電解質として用いる物質は、塩化ナトリウムと人間の五感で判別可能な性質を有する物質を用いた場合について説明する。
【００４２】
有機電解質のアミノ酸、ビタミンなどの多くは白色であり、見た目では食塩と判別しにくく、誤って食塩を電解質として加える場合が考えられる。そこで、有機電解質に色素、香料をあらかじめ添加しておくことで、食塩との判別が可能となるので、電解質を間違って投入することによって塩素ガスが発生することが無くなるので、安全性を維持することができる。なお、添加する色素としては、使用する液体に溶解可能な色素（水を電解する場合には水溶性）で食品添加物に指定されているものが好ましく、香料も同様にして安全性が高く、液体に溶解可能なもの（水を電解する場合には水溶性）がよい。
【００４３】
（実施例７）
これまでは、化学式を中心に電解方法の説明を行ったが、本実施例では、アルカリ水を採取し、これを洗浄水として用いる電解装置において、有機電解質を用いる場合について説明する。
【００４４】
図１は本発明の実施例７における水浄化装置の構成図を示す。図１において、２０は電解槽であり、隔膜２１によって陽極室２２と陰極室２３が形成されており、各々陽極２４および陰極２５が隔膜２１を介して対向は位置されている。電解槽２０の下方には陽極水出口２６と陰極水出口２７が設けられている。そして、電解槽２０の上方には、大気中からの粉塵などの落下物が電解槽２０内に入らないようにするため、蓋２８が設置されており、この蓋２８には電気分解で発生した気体を電解槽２０の外部に排出可能な排出孔２９が設けられている。
【００４５】
有機電解質そしては、グルタミン酸ナトリウム３１を用い、これを電解質タンク３２に充填する。この電解質タンク３２には、着脱自在のキャップ３３および電解質床３４を有している。電解質タンク３２には陽極室２２に設けられた給水口３５からパルスポンプ３６によって電解槽２０に入れられた原水が導入路３７を経て電解質タンク３２の上方に送られる。導入された水は食塩と混合して過飽和食塩水となり、電解質床３４および給液路３８を通じて電解質供給口３９から電解質溶液が陽極室２２供給される構成となっている。
【００４６】
ここで、給液路３７の電解質供給口３９近傍には陽極室２２の原水の侵入を阻止する方向に逆止弁４０が設けられており、また電解質供給口３９は電解質タンク３２の液面よりも上方位置に設けられている。
【００４７】
陰極水出口２７の下流には吐出手段４１が設けられており、駆動されることで吐出路４２を通じて陰極水が吐出口４３から電解水容器４４に取水される。また陽極水出口２６の下流には排水路４５を通じて陽極水を排出する排水弁４６が設けられている。
【００４８】
４７は操作パネル４８と制御回路４９から成る制御手段であり、電解水容器４４の存在を検知する容器検知手段５０の信号が制御回路４９に入力され、容器検知手段５０によって容器が吐出口４３の対向位置に存在する時のみ電解動作を行うように構成されている。また、パルスポンプからなる給液手段３６の駆動パルスをカウント及び電極２４、２５への通電制御を制御回路４９で行っている。
【００４９】
操作パネル４８には電源スイッチ、電解スイッチ、容器検知手段５０によって電解水容器が存在することを報知する容器セット報知手段とパルスカウンタの累積パルスが所定値に達した時点で電解質補給を報知する電解質補給報知手段を有している（図示せず）。
【００５０】
上記構成において次に動作、作用について説明する。
【００５１】
電解前に電解槽２０に所定水位まで原水を入れる。次に、操作パネル４８の電源スイッチを投入し、電解スイッチを投入することで電解動作が開始される。なお、この時電解水容器４４が所定位置にセットされていれば操作パネル４８の容器セット報知手段が点灯し、電解動作が開始される。電解水容器４４が吐出口４３に対向する位置に載置されていない場合は容器検知手段５０によって検出され、電解動作に移行しない。これにより誤って容器外に電解水を吐出することがなくなる。
【００５２】
電解動作について説明する。電解スイッチが投入されると、まず給塩手段３６が所定時間だけ駆動され、陽極室２２の原水が導入路３７を経て電解質タンク３２に送られる。電解質タンク３２は水密状態に構成されており、原水が導入されることにより過飽和状態（５０％以上）のグルタミン酸ナトリウム溶液が電解質床３４、給液路３８、逆止弁４０を経て電解質供給口３９から陽極室２２内に所定量供給され、所定濃度のグルタミン酸溶液となる。次いで制御回路４９が動作して陽極２４と陰極２５間に逆極性、つまり陽極２４側を−極、陰極２５側を＋極として電流が所定時間印可される。これにより前回の電解によって陰極２５の表面に析出したスケール成分が酸化還元されて洗浄される。すなわち、原水には各種のイオンが含まれており、特にカルシウムイオンやマグネシウムイオンなどの陽イオンが反応して炭酸カルシウムや炭酸マグネシウムなどのスケールとなり、溶解限界を越えると陰極２５や隔膜２１の表面に析出し、電解の妨害因子となるが、電解前に逆電洗浄を所定時間行うことで良好に洗浄されてスケール成分が分解され、電極、隔膜の長寿命化が実現できる。
【００５３】
その後通常極性で所定時間だけ電気分解される。電解時の陽極室２２では化学式４に示した反応が生じて酸性水が生成される。
【００５４】
一方、陰極室２３では化式２に示した反応が生じて水酸基ＯＨ-を中和するためＮａ+が隔膜２１を通過して移動し、アルカリ水が生成される。
【００５５】
ここで、陽極室２２のみにグルタミン酸溶液が供給されるので短時間に還元力の強いアルカリ水が得られる。すなわち、陽極２４と陰極２５間に電圧が印可されると被電解水に含まれるイオンは電気吸引力により陽／陰極２４、２５と逆極性のイオンが隔膜２１を通過して移動することとなる。したがって陽極室２２に導入された食塩に含まれるＮａイオンは隔膜２１を経て陰極室２５へと即座に移動し、水酸化ナトリウムを生成する。この電気吸引力以外にも例えば拡散理論にしたがえば、Ｎａイオンが拡散によってイオン濃度を均一にするように作用する。この結果、陽／陰極２４、２５間に流れる電流が増加し、短時間に還元力の強いアルカリ水が得られる。実験によれば、原水の濃度にもよるが、おおむね５００mlの水を１Ａで１５分間電解することで約pH１２のアルカリ水が得られる。この還元力の強いアルカリ水は油脂の鹸化や乳化作用および蛋白質に対する加水分解作用を有し、家具や住宅建材、電気製品などの表面の洗浄水として利用できる。
【００５６】
陰極室２３に生成されたアルカリ水は、所定時間電解された後、直ちに吐水手段３２が駆動されて吐出路４２を通じて吐出口４３から電解水容器３５に注入される。これにより電解隔膜を介しての酸性水とアルカリ水の浸透混入が防止でき、pH値の劣化が防止できるとともに、容器が存在しない場合での誤吐出を防止できる。なお、電解水容器４４には噴霧機構（図示せず）を設けて被洗浄面に直接スプレー噴霧して使用することもできる。
【００５７】
陽極室２２に生成された酸性水は排水弁４６を開成することで排水路４５を通過して排出される。
【００５８】
また、食塩を電解質として用いた場合とことなり、陰極室２３には塩素イオンＣｌ-濃度の低いアルカリ水が生成される。Ｃｌ-は洗浄力を阻害する因子となるため、陽極室２２のみに食塩溶液が供給することで洗浄力の高いアルカリ水を生成できる。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、電気分解により発生する塩素ガスの発生を効率的に抑制可能なので、一般家庭ならびに、気密性の高い空間や、狭い空間で使用しても雰囲気中の塩素ガス濃度が高くなることがなく、使用者が不快感を感じたりすることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例７における電解水生成装置の構成図
【図２】  従来の電解水生成装置の構成図
【符号の説明】
２０  電解槽
２１  隔膜
２２  陽極室
２３  陰極室
２４  陽極
２５  陰極
３１  有機電解質
【図１】
0003794313.tif 000010
【図２】
0003794313.tif 000011