JP2018153781A - 電解水生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電解槽を特殊な構造とすることなく、強酸性域の電解水を生成できる電解水生成方法を提供する。【解決手段】実施形態によれば、一対の電極２１４、２２０と、電極間を仕切る少なくとも１つの隔膜２１６と、少なくとも一方の電極を収容する電解室と、電解液を収容する電解液室２１５ａと、を有する電解水生成装置により電解水を生成する電解水生成方法であって、電解室に被電解水を給水し、濃度１〜１５％の電解液を前記電解液室に給水し、一対の電極に電解電圧を印加して前記電解液を電解する電解水生成方法。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電解水生成方法に関する。

近年、水を電解して様々な機能を付与した電解水が知られている。例えば、殺菌除臭の機能を有する電解水として次亜塩素酸水を生成し、あるいは、飲料や洗浄防錆の機能を有する電解水としてアルカリイオン水を生成する電解水生成装置が提案されている。このような電解水生成装置は、１対の電極を１つの部屋に備えた１室型電解セル、１対の電極の間に１つの隔膜を設けて陽極室と陰極室に区切られた２室型電解セル、あるいは、１対の電極の間に２つの隔膜を設け、陽極室と陰極室の間に２つの隔膜で区切られた電解液室を備えた３室型電解セルなどを用いている。電解水生成装置は、電解液中あるいは水中の電解質を電解して得た電解生成物により、様々な機能を付与した電解水を生成している。

電解質としては、水に含まれるイオン成分以外にも故意に添加した塩化物、酸化物、アルカリ塩、炭酸塩、有機酸などがある。例えば、３室型電解セルでは、電解液を中央の電解液室だけに供給し、陽極生成物および陰極生成物を電解質から分離した形態で、陽極室および陰極室から排出する。

これらの電解水生成装置では、電解セルに水や電解液を流水しながら電解する流水式が一般的である。しかしながら、流水式では、給水設備の水圧変動や経時的な配管コンダクタンス変動など様々な要因で流量など電解に係る条件が変動しやすい。このため、流量計や水圧流量の調整機構が必要となり、複雑で高価な配管系となる問題や、環境変動、経時変動による装置の頻繁な異常停止や、水質が変動する問題ある。

これを解決する手段として、所定容量の電解セルに水や電解液を１回ごとに給水して電解するバッチ式（静水式）の電解水生成装置が提案されている。バッチ式では、水圧などが変動しても給排水に係る時間が多少変動するだけで水量が安定する。また、流量を管理する配管系も不要である。電解量も電極に通電する時間を調整すればよいため、電源も簡易的なものを使うことができる。このように、バッチ式では量産コストを低減し、かつ水質の安定した停止しにくい装置を実現することができる。
しかしながら、バッチ式の電解水生成装置では、電解セルに水や電解液を給水あるいは排水するための時間、すなわち、電解以外の時間が必要となり、流水式に比べて生成量が小さくなり、電解水を大量に消費する用途には不向きとなる。そのため、バッチ式の電解水生成装置は、少量用途、あるいはタンクに長時間かけて貯水するような用途で使われている。

特許第３２９２９３０号公報 特許第３５００１７３号公報

上述したような電解水生成装置で次亜塩素酸水を生成する場合、次亜塩素酸水の規格により有効塩素濃度とｐＨが規定されている。例えば、食品添加物殺菌科では、有効塩素濃度１０〜６０ｍｇ／Ｌ、ｐＨ２．０〜２．７の強酸性次亜塩素酸水を規定し、また、中国のＧＢ２３２３４−２０１１では、有効塩素濃度６０ｍｇ／Ｌ、ｐＨ３以下の次亜塩素酸水を規定している。

陽極室と陰極室の両方に０．１〜０．２％の塩水を供給して電解する２室型電解セル方式の電解水生成装置では、特別な構成としなければ、上記規定範囲の強酸性の次亜塩素酸水が生成される。しかしながら、３室型電解セル方式や２室型電解セル方式でも陽極室に電解液を供給しない方式では、規定の有効塩素濃度を有する次亜塩素酸水を生成した場合にｐＨ３以下とならず、また、ｐＨ３以下の次亜塩素酸水を生成した場合に有効塩素濃度が１００ｍｇ／Ｌを超えてしまう。すなわち、これらの電解水生成装置では、上記規定範囲の次亜塩素酸水を生成することが困難となる。

この発明の実施形態の解題は、３室型電解セル方式や２室型電解セル方式でも陽極室に電解液を供給しない方式など生成水と電解液を分離生成する方式においても、電解槽を特殊な構造とすることなく、強酸性域の電解水を生成できる電解水生成方法を提供することにある。

実施形態によれば、電解水生成方法は、一対の電極と、前記電極間を仕切る少なくとも１つの隔膜と、少なくとも一方の電極を収容した電解室と、電解液を収容する電解液室と、を有する電解水生成装置により電解水を生成する電解水生成方法であって、前記電解室に被電解水を給水し、濃度１〜１５％の電解液を前記電解液室に給水し、前記一対の電極に電解電圧を印加して前記電解液を電解することを特徴としている。

図１は、第１の実施形態に係る電解水生成装置を概略的に示す図。 図２は、次亜塩素酸水の水質を有効塩素濃度（縦軸）とｐＨ（横軸）で示す図。 図３は、塩水の塩分濃度を変えた場合の有効塩素濃度の影響を示す図。 図４は、塩水の塩分濃度を変えた場合の効率（生成効率）の影響を示す図。 図５は、種々の塩分濃度の塩水で生成される次亜塩素酸水の水質を示した図。 図６は、送液ポンプの仕事率（ｄｕｔｙ）を変えたときの塩水送水量（塩水排出量）の検量線を示す図。 図７は、変形例に係る電解水生成装置において、送液ポンプの仕事率（ｄｕｔｙ）を変えたときに電解槽から排出される塩水の塩分濃度の変化を示す図。 図８は、第２の実施形態に係る電解水生成装置の断面図。 図９は、第３の実施形態に係る電解水生成装置の断面図。

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。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る流水式の電解水生成装置を概略的に示す図である。本実施形態では、電解水生成装置１０は、所謂３室型の電解槽（電解セル）２１１を用いている。電解槽２１１は、偏平な矩形箱状に形成され、その内部は、第１隔膜（陰イオン交換膜）２１６および第２隔膜（陽イオン交換膜）２１８により、中間室２１５ａと、中間室２１５ａの両側に位置する陽極室２１５ｂおよび陰極室２１５ｃとの３室に仕切られている。陽極室２１５ｂ内に陽極１４が設けられ、第１隔膜２１６に対向している。陰極室２１５ｃ内に陰極２２０が設けられ、第２隔膜２１８に対向している。陽極２１４および陰極２２０は、ほぼ等しい大きさの矩形板状に形成され、中間室２１５ａを挟んで、互いに対向している。

電解水生成装置１０は、電解槽２１１の中間室２１５ａに電解液、例えば、塩水を供給する電解液供給部２１９と、陽極室２１５ｂおよび陰極室２１５ｃに電解原水、例えば、水を供給する給水部２２１と、陽極２１４および陰極２２０に正電圧および負電圧をそれぞれ印加する電源２２３と、を備えている。

電解液供給部２１９は、電解液として塩水を貯溜した塩水タンク（電解液タンク）２２５と、塩水タンク２２５から中間室２１５ａの下部に塩水を導く供給配管２１９ａと、供給配管２１９ａ中に設けられた送液ポンプ２２９と、中間室２１５ａ内を流れた電解液を中間室２１５ａの上部から排水する排水配管２１９ｂと、を備えている。

給水部２２１は、水を供給する図示しない給水源と、給水源から陽極室２１５ｂおよび陰極室２１５ｃの下部に水を導く給水配管２２１ａと、陽極室２１５ｂを流れた水を陽極室２１５ｂの上部から排出する第１排水配管２２１ｂと、陰極室２１５ｃを流れた水を陰極室２１５ｃの上部から排出する第２排水配管２２１ｃと、第２排水配管２２１ｃ中に設けられた気液分離器２２７と、を備えている。その他、各配管に開閉バルブ２２８あるいは流量調整弁を設けてもよい。

上記のように構成された電解水生成装置により、実際に塩水を電解して酸性水（次亜塩素酸および塩酸）とアルカリ性水（水酸化ナトリウム）を生成する動作について説明する。

図１に示すように、送液ポンプ２２９を作動させ、塩水タンク２２５から電解槽２１１の中間室２１５ａに塩水を供給する。本実施形態において、中間室２１５ａに供給する塩水は、予め塩分濃度１〜１５％の範囲に厳密に濃度調整している。そして、送液ポンプ２２９により適量の塩水を中間室２１５ａに給水する。また、給水設備から陽極室２１５ｂおよび陰極室２１５ｃに水を給水する。

電源２２３から正電圧および負電圧を陽極２１４および陰極２２０にそれぞれ印加する。中間室２１５ａへ流入した塩水中に電離しているナトリウムイオンは、陰極２２０に引き寄せられ、第２隔膜２１８を通過して、陰極室２１５ｃへ流入する。そして、陰極室２１５ｃにおいて、陰極２２０で水が電気分解されて水素ガスと水酸化ナトリウム水溶液が生成される。このようにして生成された水酸化ナトリウム水溶液および水素ガスは、陰極室２１５ｃから第２排水配管２２１ｃに流出し、気液分離器２２７により、水酸化ナトリウム水溶液と水素ガスとに分離される。分離された水酸化ナトリウム水溶液（アルカリ性水）は、第２排水配管２２１ｃを通って排出される。

また、中間室２１５ａ内の塩水中に電離している塩素イオンは、陽極２１４に引き寄せられ、第１隔膜２１６を通過して、陽極室２１５ｂへ流入する。そして、陽極２１４にて塩素イオンが還元され塩素ガスが発生する。その後、塩素ガスは陽極室２１５ｂ内で水と反応して次亜塩素酸と塩酸を生じる。このようにして生成された酸性水（次亜塩素酸水および塩酸）は、陽極室２１５ｂから第１排水配管２２１ｂを通って流出する。
上記のように供給する塩水の塩分濃度を１〜１５％の範囲に制御することにより、有効塩素濃度１０〜１００ｍｇ／Ｌ、例えば、６０ｍｇ／Ｌで、ｐＨ３以下の次亜鉛素酸水が生成される。

図２は、次亜塩素酸水の水質を有効塩素濃度（縦軸）とｐＨ（横軸）で示す図である。図では、強酸性次亜塩素酸水の範囲（実線）、中酸性次亜塩素酸水の範囲（破線）、弱酸性次亜塩素酸水の範囲（２点鎖線）をそれぞれ示している。前述したように、食品添加物殺菌科では強酸性／弱酸性／微酸性次亜塩素酸水の範囲が規定され、また、図示していないが、中国ＧＢ２３２３４−２０１１では、次亜塩素酸水として６０ｍｇ／Ｌ、ｐＨ３以下の水質が規定されている。

通常、３室型の電解セル方式あるいは２室型の電解セルで陽極室に電解液を供給しない方式の生成装置では、有効塩素濃度が６０ｍｇ／Ｌ程度の次亜塩素酸水を生成すると、ｐＨが３以上の弱酸性の次亜塩素酸水となる。そのため、図２に網掛けした領域で示すような、強酸性域の次亜線素酸水の要望があった場合、投入電荷量に対して次亜塩素酸の生成効率を低下させるような特殊な構造の電解槽を用いる必要がある。このような特殊な構造として、例えば、陽極と隔膜との間に隙間を空ける構造、あるいは、陽極と隔膜との間に透水性のあるスペーサを配置する構造が考えられる。このような特殊な構造によれば、塩素ガスの生成量よりも、次亜塩素酸を生成しない酸素ガスの生成量を増やし、強酸性域の次亜塩素酸水を生成可能となる。しかしながら、上記のように電解槽自体の構造を特殊化した場合、水質により電解槽の仕様を変更する必要がある。

これに対し、本実施形態に係る電解水生成装置および電解水生成方法では、供給する塩水の塩分濃度を１〜１５％の範囲に制御することにより、電解槽の構造を特殊化することなく、強酸性次塩素酸水を容易に生成することが可能となる。
本実施形態によれば、電解液（塩水）の濃度で効率を制御している。図３は、電解液である塩水の塩分濃度を変えた場合の一定量の生成水に対して一定量の電荷量を投入したときの有効塩素濃度の影響を示し、図４は、塩水の塩分濃度を変えた場合の効率（投入した電荷量に対して生成される次亜塩素酸の生成効率）の影響を示している。これらの図から判るように、塩分濃度を薄めることで陽極周囲の塩素イオン濃度を減じて酸素ガス生成の比率が増え、次亜塩素酸生成のもととなる塩素ガスの生成を低下させることができる。特に、敏感に生成効率を制御できるのは、塩分濃度１〜２０％、より好ましくは、塩分濃度１〜１５％、であることが判る。

図５は、種々の塩分濃度の塩水で生成される次亜塩素酸水の水質を示した図である。図中の破線は、同じ塩分濃度で有効塩素濃度を変えた場合のｐＨの変動検量線であり、斜線部は、強酸性領域を示している。図中のプロットは、最も左の点が塩分濃度２６％（飽和濃度）で、左から２番目の点が塩分同度２０％、それ以外は塩分濃度１５％である。ｐＨは有効塩素濃度が高いと低くなる相関（図中破線）があるが、図５より、有効塩素濃度１０〜１００ｍｇ／Ｌ、ｐＨ３以下の次亜塩素酸水を実現するには、塩分濃度を１５％とすればよいことが判る。規定範囲内のより低い有効塩素濃度でもｐＨ３以下を実現しようとする場合は、さらに塩分濃度を下げればよい。

以上のように、本実施形態によれば、濃度を薄め（１〜１５％）に制御した電解液を用いることで、電解槽の構造を変えることなく、陽極周囲の塩素イオン濃度を低減して次亜塩素酸生成効率を低下させ、所定有効塩素濃度の次亜塩素酸水であっても、強酸性域の次亜塩素酸水を生成することが可能な電解水生成装置および電解水生成方法を得ることができる。

なお、塩分濃度を抑制して塩素ガスの生成効率を低下させることで強酸性域の次亜塩素酸水を生成する方法として、濃度の薄い塩水を用いる代わりに、飽和塩水を用い、塩水送水量を絞ることで電解液室中の塩分濃度を電解消費により低下させても実現することが可能である。
図６は、図１に示した電解水生成装置１０において、送液ポンプ２２９に一定体積量移送型のポンプを用い、このポンプの稼働と停止の割合（仕事率ｄｕｔｙと記載）を変えた際の塩水送水量（塩水排出量）の変化を示している。図に示すように、ポンプの仕事率を変えることにより、塩水の排出量を調整することができる。
例えば、電解電流を９．５Ａとした電解水生成装置１０では、計算上、０．５ｍＬ／分程度の飽和塩水を電解により消費する。よって、この０．５ｍＬ／分程度の塩水送水を制御可能な送液ポンプを用いて塩水を供給すると、塩水送水量を制御することにより、電解で消費される塩分と平衡して塩分濃度を制御することができる。

第１の実施形態の変形例では、図１に示す電解水生成装置１０において、塩水タンク２２５は電解液として飽和食塩水を貯溜し、送液ポンプ２２９として、１００％稼働で４．５ｍＬ／分の塩水を送水する体積量移送型のポンプを用いている。図６は、送液ポンプ２２９の仕事率（ｄｕｔｙ）を変えたときの塩水送水量（塩水排出量）の検量線を示している。図６に示すように、送液ポンプ２２９の仕事率（ｄｕｔｙ）を６０％以下に制御することで、電解液室（中間室２１５ａ）に供給する塩分量を、電解による塩分消費量の１〜５倍以下程度に抑制することができる。これにより、塩水送水量を、電解による塩消費によって塩分濃度が薄まる、すなわち、濃度１〜１５％の範囲に薄まる、送水量とすることができる。
図７は、電解水生成装置１０において、実際に送液ポンプ２１９の仕事率（ｄｕｔｙ）を変えたときに電解槽２１１の中間室２１５ａから排出される塩水の塩分濃度の変化を示している。図７から、送液ポンプ２１９のｄｕｔｙを６０％以下にすると、塩分濃度の低下が起こり、ｄｕｔｙ３５％以下とすることで、塩分濃度が１５％以下に低下することが判る。ｄｕｔｙ３５％以下とすると、塩素ガスの生成効率が低下し、強酸性域の次亜塩素酸水が生成されることが確認された。また、ｄｕｔｙを２０％とすると、電解による塩消費により塩分が完全に枯渇してしまい、大きな電圧上昇などを招いた。そのため、変形例に係る電解水生成装置１０では、最適な塩水送水量として、送液ポンプ２２９のｄｕｔｙを２５〜３５％（塩分濃度で１〜１５％程度と推定される）に設定している。

以上のように構成された変形例に係る電解水生成装置および電解水生成方法によれば、塩水タンク２２５内の塩水自体は、濃度制御が不要な飽和塩水を用い、塩水の送水量を絞ることにより、すなわち、電解で消費する塩分量の１〜５倍の送水量に絞ることで、電解槽２１１内での塩分を適度に枯渇させて塩分濃度を低下させている。結果として、塩素ガスの生成効率が低下し、強酸性域の次亜塩素酸水を生成することができる。上記変形例においても、電解槽の構造を変えることなく、有効塩素濃度１０〜１００ｍｇ／Ｌ、ｐＨ３以下の強酸性域の次亜塩素酸水を生成することが可能な電解水生成装置および電解水生成方法を得ることができる。

次に、他の実施形態に係る電解水生成装置および電解水生成方法について説明する。以下に説明する他の実施形態において、前述した第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あるいは簡略化し、第１の実施形態と異なる部分を中心に詳しく説明する。

（第２の実施形態）
図８は、第２の実施形態に係る電解水生成装置を示す断面図である。本実施形態において、電解水生成装置１０は、容器内に収容された静水状態の水を電解水に変える、バッチ式あるいはポット型の電解水生成装置として構成されている。図８に示すように、電解水生成装置１０は、水等の液体を収容する生成水容器（水槽）１１２と、生成水容器１１２の上端開口に脱着自在に装着され、生成水容器１１２内に支持および配置される電極ユニット１１６と、電極ユニット１６の電極に電解電力を供給する給電部１３０と、を備えている。給電部１３０は、図示しない直流電源に接続されている。なお、給電部１３０は、定電圧を供給する電池等で構成してもよい。

生成水容器１１２は、例えば、塩化ビニールやポリプロピレンやポリエチレンなどの耐酸性、耐アルカリ性に優れたガラスや樹脂により形成され、円錐台状に形成されている。生成水容器１１２は、上端開口１１２ａ有している。生成水容器１１２は、例えば、１Ｌの水を収容可能な容量に形成されている。

電極ユニット１１６は、円板形状に形成された支持体（蓋体）１１４と、支持体に支持され、支持体と同軸的に位置するほぼ円筒形状の筐体１１８と、筐体１１８の下端部に設けられた排水機構１５０と、を備えている。

支持体１１４は、例えば、塩化ビニールやポリプロピレンやポリエチレンなどの耐酸性、耐アルカリ性に優れた樹脂により形成されている。支持体１１４は、生成水容器１１２の上端開口１１２ａに脱着自在に装着され、この上端開口１１２ａを閉塞する蓋体としても機能する。支持体１１４の中央部に、電解液を注入するための注入口１１４ａが形成されている。更に、支持体１１４は、この支持体の下面から延出する注入管１１４ｂを一体に有し、この注入管１１４ｂは注入口１１４ａに連通している。

筐体１１８は、例えば、塩化ビニールやポリプロピレンやポリエチレンなどの耐酸性、耐アルカリ性に優れた樹脂により形成されている。筐体１１８は、中間室（電解液室）１２０を形成する中間フレーム１２１と、陰極室１２２を形成する陰極ケース１２４と、撹拌室（陽極室）１２６を形成する撹拌ケース１２８と、を有している。中間フレーム１２１の両側に陰極ケース１２４および撹拌ケース１２８が接合され、全体として円筒形状をなしている。

中間室１２０の一方の開口を塞ぐように矩形状の第１隔膜１３２ａが設けられ、中間室１２０の他方の開口を塞ぐように矩形状の第２隔膜１３２ｂが設けられている。第１隔膜１３２ａおよび第２隔膜１３２ｂは、互いに対向している。これにより、中間室１２０は、第１隔膜１３２ａおよび第２隔膜１３２ｂの間に仕切られている。中間室１２０と撹拌室１２６（生成水容器１２内部）との間は第１隔膜３２ａにより仕切られ、中間室１２０と陰極室１２２との間は、第２隔膜１３２ｂにより仕切られている。中間室１２０は、例えば、１０ｍＬの容量に形成されている。中間室１２０の上端は注入管１１４ｂに連通し、また、中間室１２０の下端に電解液排水口（第１排水口）１２０ａが形成されている。

第１隔膜１３２ａの外側に、矩形板状の陽極１３４ａが隣接、対向して設けられている。陽極１３４ａは撹拌室１２６内に位置している。第２隔膜１３２ｂの外側に矩形板状の陰極１３４ｂが隣接、対向して設けられている。陰極１３４ｂは陰極室１２２内に位置している。陽極１３４ａおよび陰極１３４ｂは、中間室１２０を間に挟んで、互いに対向している。陽極１３４ａおよび陰極１３４ｂは、接続端子および配線を介して、給電部１３０に電気的に接続されている。

陰極室１２２は、例えば、２０ｍＬ程度の容量に形成されている。陰極室１２２の下端に陰極水排水口（第２排水口）１２２ａが設けられている。また、陰極ケース１２４の上端部に、陰極室１２２内で発生するガスを排気するための排気口１２４ｂ、および生成水容器１１２内の水を陰極室１２２に取り込むための取水口１２４ｃが形成されている。

撹拌室１２６を形成している撹拌ケース１２８は、生成水容器１１２内の水を撹拌室１２６に取り込むための複数の取水口１２８ａと、撹拌室１２６内で生成された電解水を生成水容器１２内へ排出する複数の排出口２８ｂと、を有している。また、撹拌ケース１２８は、撹拌室１２６内に配置された複数の撹拌板（フィン）１３６を有している。複数の撹拌板１３６は、それぞれほぼ水平に延在し、撹拌ケース１２８の長手方向（高さ方向）に間隔をおいて設けられている。撹拌室１２６は、複数の撹拌板１３６により、撹拌ケース１２８の長手方向に並ぶ複数の室に仕切られ、各室は陽極１３４ａに接している。複数の室の各々は、図示しない取水口および排出口１２８ｂを通して外部（生成水容器１２内部）に連通あるいは開放している。取水口を通して生成水容器１１２内の水を撹拌室１２６の各室に取り入れ、排出口１２８ｂから生成水容器１２内へ抜けるようにしている。

図８に示すように、排水機構１５０は、筐体１１８の下端部に回動可能に設けられた開閉蓋体１５２を有している。開閉蓋体１５２は、下端が閉塞された円筒のキャップ状に形成されている。開閉蓋体５２は、筐体１１８の下端に対向する底壁１５２ａを有し、底壁１５２ａの中央部に例えば、円形の板状のパッキン（封止部材）１５８が貼付されている。また、底壁１５２ａの周縁部に複数の円弧状の排水口１５６が形成されている。パッキン１５８および底壁１５２ａは弁体として機能する。パッキン１５８および底壁１５２ａに排水孔１５７が貫通形成されて、この排水孔１５７は、開閉蓋体１５２の回動中心軸に対して偏心して位置している。

開閉蓋体１５２が図示の閉塞位置にある場合、排水孔１５７は、電解液排水口１２０ａおよび陰極水排水口１２２ａから外れて位置し、また、パッキン１５８は筐体１１８の下端に当接して、電解液排水口１２０ａおよび陰極水排水口１２２ａを密閉している。開閉蓋体１５２を、排水孔１５７が電解液排水口１２０ａあるいは陰極水排水口１２２ａと整列する第１開放位置あるいは第２開放位置へ回動することにより、陰極水排水口１２２ａあるいは電解液排水口１２０ａを通して、陰極室１２２の陰極水あるいは中間室１２０の電解液を選択的に排水することができる。

電解水生成装置１０は、生成水容器１２内に収容された水の水量を検知する検知器１６０を備えている。本実施形態において、検知器１６０は、静電容量センサ１６５を用いている。静電容量センサ１６５は、電極ユニット１１６の測定室１６２内に設けられ、陽極１３４ａよりも上方、特に、適量の水の水面の高さ位置に配置されている。静電容量センサ１６５は、配線１６７を介してコントローラ１６８に電気的に接続されている。静電容量センサ１６５は、設置した近接領域の静電容量を検知するが、空気と水の静電容量差を検知して生成水容器１１２に適量の水があるか否かを検知する。コントローラ１６８は、静電容量センサ１６５からの検知信号に応じて、給電部１３０による通電を制御する、すなわち、適量の水量が検知された場合のみ、給電部１３０からの通電を許容する。

以上のように構成された電解水生成装置１０により生成水を生成する場合、電極ユニット１１６を取外した状態で、生成水容器１１２内に所定量の水を入れ、ほぼ１Ｌの水を収容する。投入する水は、水道水などの一般的に入手可能な水でよい。また、塩化ナトリウム、塩化カリウム等の塩化物を含有する電解液として、予め作成した塩分濃度１〜１５％程度の塩水を、注入口１１４ａから電極ユニット１１６の中間室１２０に手動で注水する。約１０ｍＬの塩水を注入し、中間室１２０を塩水で満たす。塩水注入の際、排水機構１５０の開閉蓋体１５２は、閉塞位置に設定しておく。

次いで、図８に示すように、塩水が注入された電極ユニット１１６を生成水容器１２内に挿入し、支持体１１４を生成水容器１１２の上端開口１１２ａに嵌合する。これにより、電極ユニット１１６が生成水容器１１２に装着され、生成水容器１１２内の水に浸漬される。生成水容器１１２内の水の一部は、陰極ケース１２４の取水口１２４ｃから陰極室１２２に流入し、約２０ｍＬの水が陰極室１２２に充填される。また、生成水容器１１２内の水の一部は、撹拌ケース１２８の複数の取水口から撹拌室１２６に流入し、各室が水で満みたされる。

このように撹拌室１２６は、生成水容器１１２内に開放した構造となっているため、電極ユニット１１６の撹拌室１２６も含めた生成水容器１１２全体が大きな陽極室を成している。従って、電解水生成装置１０は、装置全体としては、中間室１２０、陰極室１２２および陽極室を有する２隔膜３室型の構造を有している。

生成水容器１１２に所定量の水が収容されている場合、静電容量センサ１６５は水面を検知し、検知信号をコントローラ１６８へ送る。コントローラ１６８は、生成水容器１１２内に所定量の水が収容されていると判断して、給電部１３０からの通電を許容する。

以上の状態で、給電部１３０から陽極１３４ａおよび陰極１３４ｂに１Ａの電解電流を４分程度通電することで、中間室１２０内の塩水を電解する。中間室１２０の塩水中において電離しているナトリウムイオンは、陰極１３４ｂに引き寄せられ、第２隔膜１３２ｂを通過して陰極室１２２へ流入する。陰極室１２２において、陰極１３４ｂにより水が電気分解されて水素ガスを生成し、この水素ガスとナトリウムイオンとにより水酸化ナトリウム水溶液（アルカリ性水）を生成する。これにより、陰極室１２２に２０ｍＬの水酸化ナトリウム水が生成される。

中間室１２０内の塩水中に電離している塩素イオンは、陽極１３４ａに引き寄せられ、第１隔膜１３２ａを通過して、撹拌室（陽極室、生成室）１２６へ流入する。撹拌室１２６では、塩素イオンが陽極１３４ａに電子を与えて塩素ガスを生成する。生成した塩素ガスを撹拌室１２６内の水に溶かして酸性水（次亜塩素酸水および塩酸）を生成する。このようにして生成された酸性水は、酸素主体の気泡の滞留により、撹拌板１３６に沿って流れ排出口１２８ｂから生成水容器１１２内の水に撹拌排出される。また、生成水容器１１２内の水は、随時、撹拌室１２６内に取り込まれ、酸性水となって生成水容器１１２内の水に混合される。これにより、生成水容器１１２内の１Ｌの水を有効塩素濃度１０〜１００ｍｇ／Ｌ、ｐＨ３以下の強酸性の次亜塩素酸水に変える、すなわち、生成することができる。
電解水生成が終了した後、電極ユニット１１６を生成水容器１１２から取外し、生成水容器１１２内に生成された次亜塩素酸水を排水し各種用途に用いる。また、陰極室１２２に生成されたアルカリ性水（水酸化ナトリウム水）を使用する場合は、排水機構１５０の開閉蓋体１５２を閉塞位置から第１開放位置へ回し、陰極水排水口１２２ａを開放する。これにより、中間室１２０内の塩水をそのままにした状態で、アルカリ性水のみを選択的に取り出して、洗浄などに活用することができる。
中間室１２０の塩水は、１回の電解水生成ごとに交換してもよいし、あるいは、複数回の電解水生成ごとに交換するようにしてもよい。

以上のように構成された電解水生成装置１０によれば、電解液室に予め塩水を充填した電極ユニット１６により、生成水容器１２に収容された水を殺菌性のある次亜塩素酸水に変える、つまり、生成することができるとともに、陰極室２２には洗浄機能を有した水酸化ナトリウム水を生成し、次亜塩素酸水のみならず水酸化ナトリウム水も取り出すことができる。また、塩水が中間室（電解液室）２０に隔離されているため、上述した２種の電解水に塩水が多量に混入することがなく、同時に電解生成物により塩水水質が変質することもない。電極ユニット１６の下端に設けた排水機構５０により、塩水（電解液）と陰極水を選択的に排水することができ、例えば、塩水を残したまま、陰極水のみを選択的に排水することができる。これにより、生成水容器１２に生成する電解水とは異なる陰極室２２で生成される電解水を有効に活用することができる。また、生成水容器１２の水と陰極室２２の陰極水だけを交換することで、電解液室の塩水は複数回使いまわすことができ、塩水を無駄なく有効に消費することができる。

以上のように、第２の実施形態においても、濃度を薄め（１〜１５％）に制御した電解液を用いることで、電解槽あるいは電極ユニットの構造を変えることなく、強酸性域の次亜塩素酸水を生成することが可能な電解水生成装置および電解水生成方法を得ることができる。

（第３の実施形態）
図９は、第３の実施形態に係る電解水生成装置を示す断面図である。本実施形態において、電解水生成装置１０は、例えば、１Ｌの水を給水する毎に電解水（次亜塩素酸水）を生成して排水するバッチ式あるいは自動ポット型の電解水生成装置として構成されている。図９に示すように、電解水生成装置１０は、ほぼ矩形箱状の装置本体１２を備えている。装置本体１２の近傍に、電解液、例えば、塩水を収容した塩水タンク１６を設置してもよい。塩水は、塩分濃度１〜１５％に調整した塩水を用いる。装置本体１２には、後述する電極ユニット２０が脱着自在に装着されている。

装置本体１２は、例えば、矩形ブロック形状の基台２２と、基台２２上に配置あるいは固定された矩形箱状の貯水容器２４と、これら基台２２および貯水容器２４を覆う外カバー（筐体）２７と、を備えている。基台２２は、内部に複数の配管が形成されたマニホールドブロック２６により構成されている。マニホールドブロック２６および貯水容器２４は、次亜塩素酸水に触れても大丈夫なように、例えば、ポリ塩化ビニール（ＰＶＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などの耐蝕性に優れた材料で形成されている。また、外カバー２７は、金属あるいは合成樹脂で形成されている。

マニホールドブロック２６は、平坦な上面（設置面）２６ａを有している。貯水容器２４は、マニホールドブロック２６の上面２６ａに固定されている。これにより、上面２６ａの一部は、貯水容器２４の底面を構成している。貯水容器２４は、角筒形状の側壁２２ａと、側壁２２ａの上端を閉塞しマニホールドブロック２６の上面２６ａと平行に対向する天井壁２２ｂと、を有している。側壁２２ａの下端縁が上面２６ａに固定されている。貯水容器２４の側壁２２ａ、天井壁２２ｂ、およびマニホールドブロック２６の上面２６ａにより、所定量の水（例えば、１Ｌ）を貯溜する貯水空間を構成している。この貯水空間は、後述するように、陽極室としても機能する。

天井壁２２ｂのほぼ中央部に、吸気孔３０が貫通形成され、天井壁２２ｂの外面および内面に開口している。吸気孔３０を開閉するための吸気弁３２が天井壁２２ｂに設けられている。吸気弁３２は、例えば、１方向弁であり、貯水容器２４内に外気を吸気する際のみ開いて吸気孔３０を開放し、逆方向、すなわち、貯水容器２４内から装置外に排気する方向の通気を規制する。

貯水容器２４内に電極ユニット（電解セル）２０が配置されている。電極ユニット２０は、円筒状あるいは角筒状の筐体３６を有している。筐体３６は、例えば、ポリ塩化ビニールやポリプロピレンやポリエチレンなどの耐酸性、耐アルカリ性に優れた合成樹脂により形成されている。筐体３６内に隔膜３７が設けられ、この隔膜３７により、筐体３６内は撹拌室（陽極室）３８ａと陰極室（電解液室）３８ｂとに仕切られている。隔膜３７は、イオンを透過可能な隔膜、例えば、イオン交換膜や多孔質隔膜を用いることができる。
撹拌室３８ａ内に板状の陽極４０ａが配置され、隔膜３７に対向している。陰極室３８ｂ内に板状の陰極４０ｂが配置され、隔膜３７および陽極４０ａに対向している。筐体３６において、撹拌室３８ａを規定する側壁には多数の透孔が形成されている。これにより、撹拌室３８ａは、多数の透孔を介して、貯水容器２４内に連通している。貯水容器２４内の空間および撹拌室３８ａは、陽極室として機能することができる。また、筐体３６の上部にベント孔４４が設けられている。陰極室３８ｂは、ベント孔４４を介して、貯水容器２４内に連通している。陰極４０ｂにより生じた水素ガスを、ベント孔４４を通して陽極室に逃がす構成としている。筐体３６の底部に、給排水口４６が設けられている。給排水口４６は、陰極室３８ｂに連通している。

このように構成された電極ユニット２０は、例えば、貯水容器２４の天井壁２２ｂに形成された開口４８を通して貯水容器２４内に配置される。電極ユニット２０の給排水口４６は、マニホールドブロック２６の上面２６ａに設けられた給水口５０に係合する。電極ユニット２０の上端部は、天井壁２２ｂの開口４８に係合し、電極ユニット２０の上端面は天井壁２２ｂの上面とほぼ面一に並んでいる。
電極ユニット２０は、開口４８を通して、貯水容器２４から引き抜くことが可能である。なお、電極ユニット２０は、脱着式に限定されるものではなく、装置本体１２内に固定的に配置されてもよい。

電解水生成装置１０は、貯水容器２４内に給水および貯水容器２４から排水する給排水機構１００を備えている。この給排水機構１００は、電極ユニット２０の電解液室（ここでは、陰極室３８ｂ）に電解液、例えば、塩水を給水し、および電解液室から塩水を排水する電解液給排水機構を含んでいる。給排水機構１００は、以下のように構成されている。

貯水容器２４内に給水管５２およびオーバーフロー管（排出管）５４が設けられている。給水管５２は、マニホールドブロック２６の上面２６ａに形成された給水口に接続され、マニホールドブロック２６から天井壁２２ｂの近傍まで、ほぼ垂直に延出している。給水管５２の上端は、天井壁２２ｂの近傍に位置し、給水口を構成している。オーバーフロー管５４は、マニホールドブロック２６の上面２６ａに形成された排水口に接続され、マニホールドブロック２６から天井壁２２ｂの近傍まで、ほぼ垂直に延出している。オーバーフロー管５４の上端は、天井壁２２ｂの近傍で、かつ、給水管５２の上端よりも僅かに低い位置に位置している。オーバーフロー管５４は、給水管５２への逆流を防ぐとともに、貯水容器（陽極室）２４内の水面上限を規定している。貯水容器２４内に所定量を越える水が給水された場合、越えた分の水は、オーバーフロー管５４から排水される。

マニホールドブロック２６の上面２６ａに、生成された電解水を排水するための排水孔５６が設けられている。マニホールドブロック２６内には、給水配管６０、排水配管（排出配管）６２、移送配管６４、電解液配管６６が形成され、更に、複数の弁が設けられている。貯水容器２４の外側で、マニホールドブロック２６の上面２６ａに、弁を駆動する図示しないソレノイドや送液ポンプＰ、並びに、弁およびポンプを制御するコントローラ６８が設けられている（図では簡略化のためマニホールドブロック２６内の領域にこれらを図示している）。

給水配管６０の一端は給水管５２に接続され、他端（外側端）は、配管を介して給水設備に接続されている。給水配管６０には、給水、停止を切換えるための給水弁７０ａが設けられている。排出配管６２の一端はオーバーフロー管５４に接続され、他端（外側端）は、排水チューブ（排出配管）６３を介して、図示しない排水設備に接続されている。排水チューブ６３の端部に、液溜め部を構成するＵ字管７１あるいは安全弁が設けられている。

移送配管６４の一端は排水孔５６に接続され、他端（外側端）は、配管を介して適当な容器、例えば、生成水タンクに接続されている。移送配管６４には、電解水の移送を調整する移送弁７０ｃが設けられている。電解液配管６６の一端は、マニホールドブロック２６の上面２６ａに設けられた給水口５０に連通し、他端（外側端）は、配管を介して電解液タンク、ここでは、塩水タンク１６に接続されている。電解液配管６６は、途中で上述した塩水タンク１６に向かう配管とは分岐して排出配管６２へ接続された配管を含み、それぞれに配管の開閉を制御する給水弁７０ｄと排水弁７０ｅが設けられている。分岐部と給水口５０との中間には、送水方向を変えられる送液ポンプＰが接続されている。

給水弁７０ａ、移送弁７０ｃ、給水弁７０ｄ、排水弁７０ｅは、それぞれ、例えば、電磁弁で構成され、コントローラ６８により、開閉が制御される。送液ポンプＰは、送液方向を切換え可能であり、コントローラ６８は、送液ポンプＰの運転、停止、送液方向切換えを制御する。コントローラ６８は、電極ユニット２０の陽極４０ａおよび陰極４０ｂに所定の電解電圧を印加する電源６９を含んでいる。

次に、上記のように構成された電解水生成装置１０の電解水生成動作について説明する。
電解開始前の電解水生成装置１０の状態において、貯水容器２４には水が無く、また、電極ユニット２０の陰極室３８ｂにも電解液（例えば、塩水）が無い状態としている。
電解水生成を開始する際、まず、給水弁７０ｄを開いた状態で、送液ポンプＰを給水側に駆動し、塩水タンク１６から電解液配管６６、給水口５０、給排水口４６を介して陰極室３８ｂに塩分濃度１〜１５％の塩水を給水する。陰極４０ｂが塩水に埋まるまで、塩水を所定量給水した後、送液ポンプＰを停止するとともに、給水弁７０ｄを閉じる。なお、塩水の給水量は、送液ポンプＰの動作時間で制御してもよいし、あるいは、電極ユニット２０内に液量センサを設け、この液量センサの検知に応じて制御するようにしてもよい。

次いで、貯水容器２４、すなわち、陽極室に被電解水としての水を給水する。給水は、給水弁７０ａを開き、給水設備の水圧により給水配管６０および給水管５２を通して貯水容器２４内に所定量を流し落としている。すなわち、給水管５２上端の給水口から貯水容器２４内に給水する。このとき、貯水容器２４に、例えば、１Ｌの水を給水する設定としているが、貯水容器２４内の空気は、この水に押し出される形で、オーバーフロー管５４、排出配管６２、排水チューブ６３、Ｕ字管７１を通して排水設備へ排出される。同時に、余剰の水は、オーバーフロー管５４、排出配管６２、排水チューブ６３、Ｕ字管７１を通して排水設備へ排水される。

所定量、例えば、１Ｌ、給水した時点で、給水弁７０ａを閉じ、給水を停止する。なお、水の給水量は、給水弁７０ａの開放時間で制御してもよいし、あるいは、貯水容器２４内に液量センサを設け、この液量センサの検知に応じて制御するようにしてもよい。

電解液および被電解水の給水が終了した後、コントローラ６８から陽極４０ａおよび陰極４０ｂに電解電圧を印加し、電解を開始する。陽極４０ａにプラス、陰極４０ｂにマイナスの電位を供給し、所定の電流で所定の時間だけ電解する。この際、陽極４０ａでは隔膜３７を介して移動してきた塩素イオンから塩素ガスを生成し、この塩素ガスを撹拌室３８ａおよび貯水容器２４内の水と反応させて次亜塩素酸と塩酸を生成する。これにより、貯水容器（陽極室）２４の１Ｌの水を有効塩素濃度１０〜１００ｍｇ／Ｌ、ｐＨ３以下の強酸性の次亜塩素酸水に変える、すなわち、生成する。

電解が終了した後、陽極４０ａおよび陰極４０ｂへの通電を停止するとともに、送気ポンプＰ１を停止する。次いで、貯水容器２４に生成された次亜塩素酸水を生成水タンクに移送する。すなわち、移送弁７０ｃを開放し、貯水容器２４内の次亜塩素酸水を、排水孔５６から移送配管６４を通して生成水タンクへ移送する。次亜塩素酸水の移送により貯水容器２４内の次亜塩素酸水が無くなって行くと、貯水容器２４内が減圧され、これに伴い、吸気弁３２が開き、吸気孔３０を通して外気が貯水容器２４内に吸気される。１Ｌの次亜塩素酸水が全て移送され貯水容器２４が空になると、同じく１Ｌ相当の外気が吸気孔３０から貯水容器２４内に送られる。

次亜塩素酸水の移送が終了した後、移送弁７０ｃを閉じる。排水弁７０ｅを開放した状態で、送液ポンプＰを排水側に駆動する。電極ユニット２０の陰極室３８ｂ内の塩水を、送液ポンプＰにより、給排水口４６から給水口５０、電解液配管６６、分岐配管、排出配管６２、液溜め容器８０を通して排水設備に排水する。排水後、排水弁７０ｅを閉じ、送液ポンプＰを停止する。
以上により、次亜塩素酸水の生成動作が終了する。なお、陰極室３８ｂへの電解液の給水、排水動作は毎回行う必要はない。被電解水の給水、電解、次亜塩素酸水の移送のサイクルを複数回繰り返し、塩水が消費したタイミングで、塩水の排水および給水を行えばよい。

以上のように構成された電解水生成装置１０および電解水生成方法によれば、濃度が１〜１５％に厳格に制御された電解液を用いることにより、電極ユニットあるいは電解セルを特殊な構造に変えることなく、強酸性域の次亜塩素酸水を生成することができる。
なお、第３の実施形態において、電極ユニット（電解セル）は、所謂、２室型に限定されることなく、１室型あるいは３室型の電極ユニット（電解セル）を用いてもよい。

本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。電解水生成装置を構成する各構成要素の形状、形成材料、寸法等は、上述した実施形態に限定されることなく、必要に応じて、種々変更可能である。

１０…電解水生成装置、１２…装置本体、２０…電極ユニット（電解セル）、
２４…貯水容器、２６…マニホールドブロック、３６…筐体、３７…隔膜、
３８ａ…撹拌室（陽極室）、３８ｂ…陰極室、４０ａ…陽極、４０ｂ…陰極、
５２…給水管、５４…オーバーフロー管、６０…給水配管、６２…排出配管、
６３…排水チューブ、６４…移送配管、６６…電解液配管、６８…コントローラ、
２１１…電解槽、２１４…陽極、２１５ａ…中間室、２１５ｂ…陽極室、
２１５ｃ…陰極室、２１８…陰極、２２９…送液ポンプ

Claims (7)

1. 一対の電極と、前記電極間を仕切る少なくとも１つの隔膜と、少なくとも一方の電極を収容した電解室と、電解液を収容する電解液室と、を有する電解水生成装置により電解水を生成する電解水生成方法であって、
   前記電解室に被電解水を給水し、
   濃度１〜１５％の電解液を前記電解液室に給水し、
   前記一対の電極に電解電圧を印加して前記電解液を電解する電解水生成方法。
2. 前記電解液として塩分濃度１〜１５％の塩水を供給し、有効塩素濃度１０〜１００ｍｇ／Ｌ、ｐＨ３以下の次亜塩素酸水を生成する請求項１に記載の電解水生成方法。
3. 前記電解液室に前記電解液を流水し、前記電解室に被電解水を流水した状態で、前記一対の電極により前記電解液を電解する請求項１又は２に記載の電解水生成方法。
4. 予め濃度１〜１５％に調整された電解液を前記電解液室に給水する請求項３に記載の電解水生成方法。
5. 飽和電解液を前記電解液室に給水し、前記飽和電解液の給水量を前記電解により消費される電解質量の５倍以下に制限する請求項３に記載の電解水生成方法。
6. 前記電解液室に前記濃度１〜１５％の電解液を貯溜し、前記電解室内に前記被電解水を貯溜し、静水状態で前記一対の電極により前記電解液を電解する請求項１又は２に記載の電解水生成方法。
7. 予め濃度１〜１５％に調整された電解液を前記電解液室に貯溜する請求項６に記載の電解水生成方法。

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