JP2018158285A - 電解水生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】塩素ガスを含む空気の排出を抑制し、信頼性の向上した電解水生成装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、電解水生成装置は、水を貯溜する貯水容器１１２と、貯水容器内に設けられた一対の電極１３４ａ、１３４ｂと、電極に所定通電時間、通電し水を電解して電解水を生成し、所定通電時間経過後、通電を停止した状態で電解水を所定の放置時間だけ放置し貯水容器内に発生したガスを電解水に溶解するコントローラ１６８と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電解水生成装置に関する。

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、水質が変動するが問題ある。

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３７１６０４２号公報 特許第３５００１７３号公報

上述したバッチ式の電解水生成装置において、生成量を増加するためには、迅速に電解セルに水を供給し、生成した電解水を移送する必要がある。しかしながら、静水した状態で電解した場合、電解セル内に生じた塩素ガスが溶解しきらずに電解セル空間に滞留する。そのため、電解セルへの給水や電解水の出し入れにより電解セル内の空間体積が変化すると、塩素ガスを含んだ空気が排水配管から外部に排出される可能性がある。
本発明の実施形態の解題は、塩素ガスを含んだ空気の排出を抑制し、信頼性の向上した電解水生成装置を提供することにある。

実施形態によれば、電解水生成装置は、水を貯溜する貯水容器と、前記貯水容器内に設けられた一対の電極と、前記電極に所定の通電時間、通電して前記水を電解して電解水を生成し、前記通電時間経過後、通電を停止した状態で前記電解水を所定の放置時間だけ放置し前記貯水容器内に発生したガスを前記電解水に溶解するコントローラと、を備えている。

図１は、第１の実施形態に係る電解水生成装置の断面図。 図２は、前記電解水生成装置の生成動作を示すフローチャート。 図３は、電解終了直後に電極ユニットを外した場合の生成水容器の上部近傍の塩素ガスおよび塩化水素ガスの濃度を測定した結果を示す図。 図４は、電解終了後のむらし時間を種々変えたときの生成水容器、開口部の塩素ガスおよび塩化水素ガスの濃度を測定した結果を示す図。 図５は、第２の実施形態に係る電解水生成装置の外観を示す斜視図。 図６は、第２の実施形態に係る電解水生成装置の断面図。 図７は、電解開始時に、貯水容器および電極ユニットに給水する状態を示す前記電解水生成装置の断面図。 図８は、電解中における前記電解水生成装置の断面図。 図９は、電解後、電解水を排水する状態を示す前記電解水生成装置の断面図。 図１０は、電解後、電解液を排水する状態を示す前記電解水生成装置の断面図。 図１１は、放置時間（むらし時間）と塩素ガス濃度との関係を示す図。 図１２は、放置時間（むらし時間）と塩素ガス濃度との関係を示す図。 図１３は、ｐＨに応じた次亜塩素酸の平衡状態を示す図。

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１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（貯水容器）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、生成水容器１１２が載置および支持される支持台１７０と、電極ユニット１１６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ＡＣ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樹脂やガラスにより形成され、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１１２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、耐食性のある金属、例えば、チタンの基材に、必要に応じて適切な触媒を形成したもので、多数の透水性の孔を有している。陽極１３４ａおよび陰極１３４ｂは、それぞれ配線１７２を介して、接続端子１７４に電気的に接続されている。これらの接続端子１７４は、支持体１１４の外周面に露出し、筐体１１８の軸方向に並んで位置している。

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１１２内へ排出する複数の排出口１２８ｂ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１１２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１１２内へ抜けるようにしている。

図１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１５２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１１２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を介して接続端子１７５に電気的に接続されている。接続端子１７５は、支持体１１４の外周面に露出している。

図１に示すように、支持台１７０は、生成水容器１１２が載置される基台１８２と、基台１８２から上方に延出する給電取っ手１８４と、を備えている。給電取っ手１８４は、給電部１３０の一部を構成している。基台１８２は、生成水容器１１２が載置される載置面１８２ａを有している。載置面１８２ａは、生成水容器１１２の底面とほぼ等しい大きさおよび形状に形成されている。

基台１８２内にコントローラ１６８および報知機としての報知ブザー１８６が設けられている。基台１８２の外面、例えば、側面に、表示パネル１８８および複数のランプ１９０が設けられている。表示パネル１８８およびランプ１９０は、電解水生成装置１０の種々の情報、例えば、動作状態を表示する。報知ブザー１８６、表示パネル１８８、ランプ１９０は、コントローラ１６８に接続され、コントローラ１６８により動作が制御される。

給電取っ手１８４は、基台１８２から生成水容器１１２の側面に沿って、支持体１１４の側面と対向する位置まで延出している。給電部１３０は、コントローラ１６８内に設けられた定電流電源回路（制御回路）と、給電取っ手１８４の上端部に設けられた一対の通電端子１９２とを有し、これらの通電端子１９２は、支持体１１４の側面に露出する接続端子１７４と対向可能および接触可能に設置されている。一対の通電端子１９２は、給電取っ手１８４内を通って延び配線１９３を介して定電流電源回路に電気的に接続されている。本実施形態において、定電流電源回路は、ケーブル１９４およびＡＣアダプタ１９６を介してＡＣ電源に接続可能としている。なお、電源としてＡＣ電源に限定されることなく、電池や充電可能な２次電池を用いてもよい。

給電取っ手１８４の上端部に接続端子１９７が設けられている。接続端子１９７は、支持体１１４の側面に露出する接続端子１７５と対向可能および接触可能に設置されている。接続端子１９７は、給電取っ手１８４内を通って延び配線を介してコントローラ１６８に電気的に接続されている。

以上のように構成された電解水生成装置１０により電解水を生成する場合、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、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１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１１２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。

続いて、生成水容器１１２を基台１８２の載置面１８２ａ上に載置する。生成水容器１１２が支持台１７０上に正しく載置されると、電極ユニット１１６の接続端子１７４が通電端子１９２に接触し、配線１９３を介してコントローラ１６８の定電流電源回路に導通する。これにより、給電部１３０から陽極１３４ａおよび陰極１３４ｂへ通電可能な状態となる。言い換えると、生成水容器１１２が支持台１７０に適正に設置された状態でないと電極ユニット１１６に給電できない構成としている。

また、静電容量センサ１６５の接続端子１７５が接続端子１９７に接触し、配線を介してコントローラ１６８に接続される。これにより、静電容量センサ１６５がコントローラ１６８に電気的に接続される。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。

上記の状態で、図示しない電解開始スイッチがオンされると、コントローラ１６８は電解動作を開始する。図２に示すように、コントローラ１６８は、給電部１３０から陽極１３４ａおよび陰極１３４ｂに所定の電解電流（電解電圧）、例えば、１Ａの電解電流を所定時間、例えば、４分程度、通電し（ＳＴ１）、中間室１２０内の塩水および生成水容器１１２内の水を電解する。同時に、コントローラ１６８は、表示パネル１８８に動作状態、例えば、「電解中」あるいは「生成中」を表示する（ＳＴ２）。コントローラ１６８は、ランプ１９０を点灯あるいは点滅することにより、「電解中」を表示するようにしてもよい。

電解中において、中間室１２０の塩水中に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）、すなわち、ハロゲン化合物を含有する電解水、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の水を次亜塩素酸水に変える、すなわち、生成することができる。

コントローラ１６８は、通電時間をカウントし、所定時間が経過したか否か判断する（ＳＴ３）。所定の通電時間が経過した後、コントローラ１６８は、陽極１３４ａおよび陰極１３４ｂへの通電を停止する（ＳＴ４）。通電停止後、コントローラ１６８は、所定のむらし時間（放置時間）、例えば、５分程度、をカウントし、生成された次亜塩素酸水を上記むらし時間だけ放置した状態に維持する。これにより、コントローラ１６８は、生成水容器１１２の上部空間内に残った塩素ガスや塩化水素ガスあるいは陽極に付着したこれらガスを生成水に溶解し、低減させる（ＳＴ５）。また、コントローラ１６８は、むらし時間が経過するまで、表示パネル１８８に「電解中」あるいは「生成中」を表示し続ける。

むらし時間が経過すると（ＳＴ６）、コントローラ１６８は、表示パネル１８８に「電解終了」あるいは「生成終了」を表示し、ユーザに電解終了を報知する（ＳＴ７）。更に、コントローラ１６８は、報知ブザー１８６を鳴らすことにより、電解終了をユーザに報知する（ＳＴ８）。コントローラ１６８は、ランプ１９０を点灯あるいは点滅することにより、電解終了を報知してもよい。

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、電解液室に塩水が充填された電極ユニット１１６により、生成水容器１１２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１２２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。

電解終了後、放置する時間（むらし時間）を設定することにより、生成水容器１１２の上部空間内に残った塩素ガスや塩化水素ガスあるいは陽極に付着したこれらガスを生成水に溶解させることができる。これにより、支持体１１４を空けた際に大気中に排出される塩素ガスが大幅に減少し、信頼性の向上を図ることができる。更に、電解終了後、むらし時間が経過した後に、初めて、電解終了を報知する構成とすることにより、むらし時間経過前に誤って生成水を取り出すことを防止できる。

図３は、電解終了直後に電極ユニット１１６を外した場合の生成水容器１１２の上部近傍の塩素ガスおよび塩酸ガス（塩化水素ガス）の濃度を測定した結果を示している。いずれも２０ｃｍ離れると薄まって検出できないレベルとなるが、それより近いと高濃度の塩素ガスおよび塩酸ガス（塩化水素ガス）が検知される。このため、電極ユニット１１６や周囲環境の腐食や、誤って顔を近づけたときの不快感をもたらす可能性がある。

これに対して、図４は、電解終了後のむらし時間を種々変えたときの生成水容器開口部の塩素ガスおよび塩酸ガス（塩化水素ガス）の濃度を測定した結果を示している。この結果より、電解終了後に電極ユニット１１６を外さずに１０分間放置すれば、生成水容器１１２の開口部でも完全に塩素ガス発生を抑制できることを確認した。実際には、生成水容器１１２の開口部で多少の塩素ガスの発生があっても、近傍では速やかに薄まって問題を生じない。そのため、むらし時間（放置時間）を４〜５分間程度に設定し、生成水容器１１２の開口部より５ｃｍ離れた領域で塩素ガスが検出されないように（検出精度０．１ｐｐｍ以下）してもよい。
以上のことから、本実施形態によれば、塩素ガスを含んだ空気の排出を抑制し、信頼性の向上した電解水生成装置を提供することができる。

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５は、第２の実施形態に係る電解水生成装置の外観を示す斜視図、図６は、電解水生成装置の断面図である。本実施形態によれば、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所謂、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５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。装置本体１２の側壁に、コントローラ６８に接続された操作パネル１８が設けられている。操作パネル１８には、表示パネル１１、複数のランプ１３、電源スイッチ１５等が設けられている。表示パネル１１およびランプ１３は、電解水生成装置１０の種々の情報、例えば、動作状態を表示する報知器として機能する。表示パネル１１、ランプ１３は、コントローラ６８に接続され、コントローラ６８により動作が制御される。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。

図６に示すように、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（載置面）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。

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。

図６に示すように、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が設けられている。また、排水チューブ６３の端部に安全弁を設けてもよい。

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。
図７、図８、図９、図１０は、電解水生成装置１０における一例の生成動作を順に示している。電解開始前の電解水生成装置の状態において、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。

図７に示すように、電解水生成を開始する際、まず、コントローラ６８は、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、コントローラ６８は、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、液溜め容器８０を通して排水設備へ排出される。前回の電解動作により、貯水容器２４内に塩素ガスを含む空気が残っていた場合でも、この空気をＵ字管７１を通すことにより、塩素ガスは気泡となってＵ字管７１内の水に溶解する。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、液溜め容器８０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、コントローラ６８は、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、図８に示すように、コントローラ６８は、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。通電時間は、予め、所定の時間、例えば、４分程度に設定している。これにより、貯水容器（陽極室）２４の１Ｌの水を２０〜１００ｐｐｍ程度の次亜塩素酸水に変える。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、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、すなわち、ハロゲン化合物を含有する電解水、を生成する。しかしながら、静水状態の水に塩素ガスを反応させた場合、塩素ガスの一部は水と反応せずに気泡のまま水面まで浮き上がり、貯水容器２４内の上部の空気に放出される。

図２で示した電解動作フローと同様に、コントローラ６８は、電解動作中、表示パネル１８８に動作状態、例えば、「電解中」あるいは「生成中」を表示する。コントローラ６８は、ランプ１３を点灯あるいは点滅することにより、「電解中」を表示するようにしてもよい。コントローラ６８は、通電時間をカウントし、所定時間が経過したか否か判断する。所定通電時間が経過した後、コントローラ１６８は、陽極３４ａおよび陰極３４ｂへの通電を停止する。通電停止後、コントローラ６８は、所定のむらし時間（放置時間）、例えば、５分程度、をカウントし、生成された次亜塩素酸水を上記むらし時間だけ放置した状態に維持する。むらし時間だけ電解水を放置することにより、貯水容器２４の上部空間内に残った塩素ガスや塩化水素ガスあるいは陽極に付着したこれらガスを生成水に溶解させ、ガスを低減させる。また、コントローラ６８は、むらし時間が経過するまで、表示パネル１１に「電解中」あるいは「生成中」を表示し続ける。

むらし時間が経過した後、コントローラ６８は、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、図９に示すように、コントローラ６８は、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。むらし時間が経過すると、コントローラ１６８は、表示パネル１８８に「移送中」（電解終了に相当）を表示し、ユーザに電解終了を報知する。更に、コントローラ６８は、ランプ１３を点灯あるいは点滅することにより、「移送中」を報知してもよい。

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、排水チューブ６３、排出配管６２、オーバーフロー管５４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相当の外気がオーバーフロー管５４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。図１０に示すように、コントローラ６８は、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によれば、ほぼ自動で、貯水容器２４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。電解終了後、放置する時間（むらし時間）を設定することにより、貯水容器２４の上部空間内に残った塩素ガスを生成水に充分に溶解し、低減させることができる。これにより、オーバーフロー管５４および排出配管６２を通して排出される空気中の塩素ガス濃度を大幅に低減することができ、信頼性の向上を図ることができる。更に、電解終了後、むらし時間が経過した後に、初めて、電解終了を報知する構成とすることにより、むらし時間経過前に誤って生成水を取り出すことを防止できる。

図１１および図１２は、電解直後に貯水容器２４の上部空間に生じる塩素ガス濃度を実測したもので、放置時間（むらし時間）と塩素ガス濃度との関係を示している。これらの図から、塩素ガス濃度は、むらし時間にほぼ比例して、低下することが判る。図１２は、縦軸対数としたグラフであり、塩素ガス濃度が時間に比例しているため、単純な１次反応（塩素ガス濃度のみの依存）であることが判る。また、放置時間に応じた塩素ガスの溶解速度は、５分間で濃度が１／１０程度になる速度であることが判る。

貯水容器内の水が静水した状態では、容器内の上部空間に反応仕切らない塩素ガスが浮上するとともに、酸素ガスの気泡も上部空間に浮上する。そのため、塩素ガス濃度が低下し、溶けにくい状態となる。しかし、本実施形態のように、むらし時間（放置時間）を設定した場合には、上部空間に残った塩素ガス濃度の塩素ガスでも時間とともに水と反応して溶解していく。そのため、所定の放置時間を設定しさえすれば、外部に放出される塩素ガスは大幅に低減可能である。本実施形態では、数分間の放置時間を設定することで、塩素ガスを問題にならないレベルまで低減できることが確認された。むらし時間（放置時間）は長いほど塩素ガス低減効果が高まるが、一方で、生成するための時間が長くなる。このため、実用性を考慮した場合、むらし時間は、１〜１０分程度が好ましい。

なお、上述した塩素ガス低減効果は、塩素ガスを溶解させる電解水に依存する。
図１３は、次亜塩素酸の平衡状態を示している。次亜塩素酸は、以下の式（１）、（２）に示すように、平衡状態で次亜塩素酸イオンや塩素ガスの形態を取り得るが、その比率はｐＨで決まる。
ｌｏｇ（［ＨＯＣｌ］／［ＣｌＯ-］＝７．４９ - ｐＨ …（１）
ｌｏｇ（［Ｃｌ₂］／［ＨＯＣｌ］＝３．３６ + ｌｏｇ［Ｃｌ−］ - ｐＨ …（２）
すなわち、強酸性領域では、平衡状態で塩素ガス形態を取るため、このような電解水には塩素ガスは溶解せず、むしろ塩素ガスを生じさせてしまう。このため、本実施形態に係る電解水生成装置１０では、電解水（次亜塩素酸水）のｐＨが強酸性にならないことが重要となる。特に塩分を含んでいる場合は塩素ガス存在比率が増加する方向に平衡状態が変化するため、塩分が少ないことも重要である。

具体的には、平衡状態における塩素ガス存在比率が１％以下であれば、放置時間（むらし時間）を設定することによる塩素ガス溶解が期待できる。このような電解水としては、１室型や２室型の電解セルのように、電解水中に１０００ｐｐｍ程度の多量の塩素イオンを含む場合は、塩素ガス形態を取り易くなるため、電解水のｐＨとしては５以上が望ましい。一方、３室型の電解セルや第２実施形態で示したような生成水側に電解液を入れない２室型の電解セル（電極ユニット）では、生成された電解水の塩分濃度は、基本的に水道水で規定された塩分濃度（２００ｐｐｍ以下）であり、一般的には１０ｐｐｍ程度である。この場合、電解水のｐＨが３以上であれば、むらし時間（放置時間）を設定することによる塩素ガスの低減効果を得ることができる。

このように、静水状態で電解する構成の電解水生成装置では、電解直後に１分以上の放置時間を設定することで、外部に放出される塩素ガスを低減し、信頼性の向上を図ることができる。また、生成する電解水の水質は、ｐＨ５以上、または生成水中塩分を水道水並みに抑えたｐＨ３以上の水質が望ましい。電解水の水質は、塩分濃度が２００ｐｐｍ以下であることが望ましい。
以上のように、第２の実施形態においても、塩素ガスの排出を抑制し、信頼性の向上した電解水生成を得ることができる。

本発明は上述した実施形態あるいは変形例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、容量等は、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。
例えば、第２の実施形態において、電極ユニットは、上述した２室型の電解セルに限定されることなく、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室型の電解セルを用いてもよい。

１０…電解水生成装置、１１…表示パネル、１３…ランプ、１７…報知ブザー、
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、
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、１１２…生成水容器、１１６…電極ユニット、
１６８…コントローラ、１８６…報知ブザー、１８８…表示パネル

Claims (10)

1. 水を貯溜する貯水容器と、
   前記貯水容器内に設けられた一対の電極と、
   前記電極に所定の通電時間、通電して前記水を電解して電解水を生成し、前記通電時間経過後、通電を停止した状態で前記電解水を所定の放置時間だけ放置し前記貯水容器内に発生したガスを前記電解水に溶解するコントローラと、
   を備える電解水生成装置。
2. 電解終了を報知する報知器を更に備え、
   前記コントローラは、前記放置時間が経過後、前記報知器により電解終了を報知する請求項１に記載の電解水生成装置。
3. 前記報知器は、報知ブザーを備えている請求項２に記載の電解水生成装置。
4. 前記報知器は、表示パネルを含み、前記コントローラは、前記放置時間が経過後、前記表示パネルに電解終了を表示する請求項２に記載の電解水生成装置。
5. 前記報知器は、ランプを含み、前記コントローラは、前記放置時間が経過後、前記ランプを点灯あるいは点滅する請求項２に記載の電解水生成装置。
6. 前記電解水は、ハロゲン化合物を含有する電解水である請求項１から５のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
7. 前記電解水は、ｐＨ３以上である請求項６に記載の電解水生成装置。
8. 前記電解水は、塩分濃度が２００ｐｐｍ以下である請求項６に記載の電解水生成装置。
9. 前記貯水容器内に設けられ、電解液を収容する電解液室を備え、
   少なくとも一方の前記電極は、前記電解液室に設けられている請求項１から８のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
10. 前記貯水容器に給水および前記貯水容器から排水する給排水機構と、
    前記電解液室に電解液を給水する電解液給排水機構と、を備え、
    前記コントローラは、前記放置時間が経過後、前記給排水機構により前記貯水容器から前記電解水を排水する請求項９に記載の電解水生成装置。

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