JPH06277666A

JPH06277666A - 電解イオン水の製造方法及びそのための装置

Info

Publication number: JPH06277666A
Application number: JP6644393A
Authority: JP
Inventors: Susumu Hasegawa; 進長谷川; Kenji Katsura; 健治桂
Original assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Current assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Priority date: 1993-03-25
Filing date: 1993-03-25
Publication date: 1994-10-04

Abstract

(57)【要約】【目的】従来のように、陽極と陰極との間に配設した
隔膜を介して、陽極側で蓄積された酸素イオン、陰極側
で蓄積された水酸イオンが、それぞれ隔膜を介して、反
対側の電極に引き寄せされることなく、安定かつ効率的
に酸性イオン水、アルカリ性イオン水を得ることができ
るとともに、エネルギ節約型の電解イオン水の製造方法
及びそのための装置を提供する。【構成】電解槽中の陽極と陰極との間に隔膜としてバ
イポーラ膜を用い、そのアニオン面側に陽極を、カチオ
ン面側に陰極を配置するか、または逆に、バイポーラ膜
のカチオン面側に陽極を、アニオン面側に陰極を配置し
て水の電気分解を実施する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水を電解槽中で電解す
ることにより陽極側より酸性イオン水、陰極側よりアル
カリ性イオン水をそれぞれ採取する電解イオン水の製造
方法及びそのための装置に関するものであり、当該方法
で製造した酸性イオン水とアルカリ性イオン水は、飲料
用、洗浄、消毒などの工業用、医療用など広範な分野で
使用できるものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来よ
り、電解槽中で水に電圧を印加（すなわち電解）して、
陽極側に酸性イオン水、陰極側にアルカリ性イオン水を
発生させる技術が実用化されている。

【０００３】この場合、図３に示したように、陽極側で
は、２Ｈ₂Ｏ→Ｏ₂＋４Ｈ⁺＋４ｅ^-……（１）の反応が進行して陽極電極表面において酸素ガスが発生
するとともに、水素イオンが蓄積され、酸性水となる。

【０００４】一方、陰極側では、４Ｈ₂Ｏ＋４ｅ^-→２Ｈ₂＋４ＯＨ^-……（２）の反応が進行して陰極電極表面において水素ガスが発生
するとともに、水酸イオンが蓄積され、アルカリ性イオ
ン水となる。

【０００５】この場合、結果的に、陽極側に酸性イオン
水、陰極側にアルカリ性イオン水が生成されるが、電解
槽内に振動などにより液の乱れが発生する場合があり、
かかる場合、生成した酸性イオン水とアルカリ性イオン
水とが混合して回収効率が低下してしまうなどの問題が
あった。

【０００６】この問題を解消するために、従来より、通
電性を確保しつつ、酸性イオン水とアルカリ性イオン水
との混合を防ぐために、電解槽の陽極と陰極との間に、
通水性を有する隔膜を配設して電解する方法が提案され
ている（例えば、特開平４−３７１２９１号及び実公平
４−５１９１７号等参照）。

【０００７】しかしながら、図３に示したようにこれら
の通水性を有する隔膜では、その隔膜を介してイオンは
拡散するために、前述のように陽極で蓄積された水素イ
オンが、隔膜を介して陰極側の電解槽に浸入して陰極に
引きよせられて、４Ｈ⁺＋４ｅ^-→２Ｈ₂……（３）の反応が進行して、その結果、水素イオンは陰極表面に
おいて水素ガスとなる。

【０００８】一方、前述のように陰極で蓄積された水酸
イオンは、隔膜を介して陽極側の電解槽に浸入して陽極
に引きよせられて、４ＯＨ^-→Ｏ₂＋２Ｈ₂Ｏ＋４ｅ^-……（４）の反応が進行して、その結果水酸イオンは陽極表面にお
いて酸素ガスとなる。

【０００９】従って、これらの（３）（４）の反応が進
行することは、酸性イオン水、アルカリ性イオン水の生
成効率が著しく低下するとともに、多量のエネルギーを
消費するだけでなく、例えば、陽極に鉄−ニッケル系の
金属を用いた場合、鉄またはニッケルの溶出により、電
極自体が劣化するという問題点があった。

【００１０】本発明は、このような実情に鑑み、従来の
ように、陽極と陰極との間に配設した隔膜を介して、陽
極側で蓄積された水素イオン、陰極側で蓄積された水酸
イオンが、それぞれ隔膜を介して、反対側の電極に引き
寄せられることなく、安定かつ効率的に酸性イオン水、
アルカリ性イオン水を得ることができるとともに、エネ
ルギーロスの少ない電解イオン水の製造方法及びそのた
めの装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述した従来
技術の課題ならびに目的を達成するために発明なされた
ものであって、水を電解槽中で電解することにより陽極
側より酸性イオン水、陰極側よりアルカリ性イオン水を
それぞれ採取する電解イオン水の製造方法において、前
記電解槽中に、陽極と陰極との間に、アニオン交換膜面
とカチオン交換膜面とを有するバイポーラ膜から構成さ
れる隔膜を配設して電解を行うことを特徴とする電解イ
オン水の製造方法と製造装置である。

【００１２】また、本発明は、前述した電解イオン水の
製造方法と製造装置において、前記バイポーラ膜を、そ
のアニオン面側の電極を陽極とし、カチオン面側の電極
を陰極とするように配設して電解を行うことを特徴とす
る。

【００１３】さらに、本発明は、前記バイポーラ膜を、
そのカチオン面側の電極を陽極とし、アニオン面側の電
極を陰極とするように配設して電解を行うことを特徴と
する。

【００１４】また、本発明は、前記バイポーラ膜で区画
された両電極側の電解槽よりそれぞれ、陽極側より酸性
イオン水、陰極側よりアルカリ性イオン水を回収する手
段を設けて、各イオン水を回収するとともに、各電解槽
にそれぞれ新水を補充する手段を設けて、新水を補充し
つつ電解を行うことを特徴とする。

【００１５】本発明者らは、従来の通水性を有する隔膜
を配設した方法では、図３に示したように、前記（１）
（２）の反応によって各電極近傍に蓄積された水素イオ
ン、水酸イオンはそれぞれ、反対側の電極に引き寄せら
れるが、本発明のように、電解槽中において、陽極と陰
極との間に、アニオン面とカチオン面とを有するバイポ
ーラ膜から構成される隔膜を配設して電解を行うことに
より、両イオンがバイポーラ膜によってブロックされる
ために、反対側の電解槽に流入することがないことを知
見して本発明を完成させたものである。

【００１６】

【作用】すなわち、図４に示したように、いわゆる「正
荷電」による電解、すなわち、バイポーラ膜２２のアニ
オン面２２ａ側を陽極１２側に、カチオン面２２ｂ側を
陰極１４側に配置して電解を行う方法である。この方法
では、陽極１２側で発生した水素イオンが陰極１４側に
引き寄せられる際に、電極間に配設されたバイポーラ膜
２２のアニオン面２２ａでブロックされるために、水素
イオンが陰極側電解槽１８に流入することなく、陽極側
電解槽１６に水素イオンが蓄積される。一方、同様にし
て、陰極１４側で発生した水酸イオンが陽極１２側に引
き寄せられる際に、電極間に配設されたバイポーラ膜２
２のカチオン面２２ｂでブロックされるために、水酸イ
オンが陽極電解槽１６に流入することなく、陽極側電解
槽１６に水素イオンが蓄積される。従って、このバイポ
ーラ膜２２によるイオンのブロック作用によって、陽極
側電解槽１６に水素イオンが、陰極側電解槽１８に水酸
イオンがそれぞれ効率よく分離蓄積、すなわち、酸性イ
オン水、アルカリ性イオン水が効率良く分離採取でき
る。

【００１７】さらに、この場合、バイポーラ膜２２自体
に浸透した水分子が水素イオン、水酸イオンに電離した
際に、水素イオンはバイポーラ膜２２のカチオン面２２
ｂを透過して、陰極１４に引き寄せられて、前記（３）
の反応が進行して陰極１４表面で水素ガスが発生する。
一方、同様にして、水酸イオンはバイポーラ膜２２のア
ニオン面２２ａを透過して、陽極１２に引き寄せられ
て、前記（４）の反応が進行して陽極１２表面で酸素ガ
スが発生する。

【００１８】従って、この方法によれば、酸性イオン
水、アルカリ性イオン水が効率良く分離採取できるとと
もに、両極からそれぞれ水素ガス、酸素ガスを効率良く
得ることが可能である。

【００１９】さらに、図５に示したのは、いわゆる「逆
荷電」による電解、すなわち、バイポーラ膜４２のカチ
オン面４２ｂ側を陽極３２側に、アニオン面４２ａ側を
陰極３４側に配置して電解を行う方法である。この方法
でも、前述したように、バイポーラ膜４２によるイオン
のブロック作用によって、陽極側電解槽３６に水素イオ
ンが、陰極側電解槽３８に水酸イオンがそれぞれ効率よ
く分離蓄積され、それぞれ酸性イオン水、アルカリ性イ
オン水が効率良く分離採取できる。

【００２０】しかし、この場合、「正荷電」の場合とは
相違して、バイポーラ膜４２自体に浸透した水分子が水
素イオン、水酸イオンに電離した際に、水素イオンはバ
イポーラ膜４２のカチオン面４２ｂを透過して、陰極３
４に引き寄せられる際に、陰極３４側に配置されたバイ
ポーラ膜４２のアニオン面４２ａでブロックされるため
に、前記（３）の反応が進行して陰極１４表面で水素ガ
スが発生することはない。また、同様にして、水酸イオ
ンはバイポーラ膜４２のアニオン面４２ａを透過して、
陽極３２に引き寄せられる際に、陽極３４側に配置され
たバイポーラ膜４２のカチオン面４２ｂでブロックされ
るために、前記（４）の反応が進行して陽極３４表面で
酸素ガスが発生することはない。

【００２１】従って、この方法によれば、酸性イオン
水、アルカリ性イオン水が効率良く分離採取できるとと
もに、両極からのそれぞれ水素ガス、酸素ガスの発生を
抑制するため、少ない電流で、イオン水のみを得ること
ができ、エネルギー節約になり、しかも陽極における腐
食が低減されて陽極の劣化をきたすこともない。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
より詳細に説明する。

【００２３】図１は、本発明の電解イオン水の製造方法
のうち、いわゆる「逆荷電」による電解を実施するため
の製造装置の概略を示している。図において、１００は
全体で、電解イオン水製造装置を示している。本装置１
００は、電解槽１０１を備えており、電解槽１０１は、
バイポーラ膜１２２により２槽に仕切られている。バイ
ポーラ膜１２２のカチオン面１２２ｂ側（陽極室１０１
Ａ）には陽極板１１２を配設する一方、バイポーラ膜１
２２のアニオン面１２２ａ側（陰極室１０１Ｂ）には、
陰極板１１４が配設されている。

【００２４】また、陽極室１０１Ａには撹拌装置１０２
Ａが、陰極室１０１Ｂには撹拌装置１０２Ｂそれぞれ配
設されている。これにより、電解槽１０１の陽極室１０
１Ａ、陰極室１０１Ｂ内をそれぞれ均一にすることが可
能となっている。さらに、陽極室１０１Ａ及び陰極室１
０１Ｂにはそれぞれ、オーバーフロー回収経路１０３Ａ
ならびに１０３Ｂが設けられており、各極室１０１Ａ，
１０１Ｂで分離された酸性イオン水及びアルカリ性イオ
ン水を採取するようになっている。また、各極室１０１
Ａ，１０１Ｂには、新水供給経路１０４Ａ，１０４Ｂを
介して、一定レベルとなるように新水が補充されるよう
になっている。

【００２５】この場合、各電極板１１２，１１４は、間
隔を大きくすると電気抵抗が大きくなるため、通常２０
ｍｍ以下程度とし、印荷する電圧は、バイポーラ膜１２
２の耐性を考慮して１０Ｖ以下で、好ましくは通常５Ｖ
前後で運転するのが好適である。

【００２６】また、バイポーラ膜としては、フッ素系樹
脂を利用したアニオン膜とカチオン膜を接合したものが
好ましく、例えば、アライドシグナル社製のバイポーラ
膜などが使用可能であるが、特にこれに限定されるべき
ものではなく、前述したようなイオンのブロック作用を
有するものであれば使用可能である。

【００２７】このように構成することにより、バイポー
ラ膜１２２によるイオンのブロック作用によって、陽極
室１０１Ａに水素イオンが、陰極室１０１Ｂに水酸イオ
ンがそれぞれ効率よく分離蓄積され、それぞれ酸性イオ
ン水、アルカリ性イオン水が効率良く分離採取できる。

【００２８】なお、この場合、前述したように、「正荷
電」の場合とは相違して、バイポーラ膜１２２自体に浸
透した水分子が水素イオン、水酸イオンに電離した際
に、水素イオンは、陰極１１４に引き寄せられる際に、
陰極１１４側に配置されたバイポーラ膜１２２のアニオ
ン面１２２ａでブロックされるので、前記（３）の反応
が進行せず、陰極１１４表面で水素ガスが発生すること
はない。また、同様にして、水酸イオンは陽極１１２に
引き寄せられる際に、陽極１１２側に配置されたバイポ
ーラ膜１２２のカチオン面１２２ｂでブロックされるた
めに、前記（４）の反応が進行して陽極１１２表面で酸
素ガスが発生することはない。

【００２９】また、図２は、本発明は上述の第１実施例
と同様な電解イオン水の製造装置の第２の実施例の概略
を示しており、同じ部材には同一の参照番号を付してい
る。

【００３０】第１実施例と相違するところは、第１の実
施例では、電解槽１００が開放タイプであるが、本実施
例では、密閉型の電解槽１００’とし、電解槽１００’
の上部に各イオン水排出孔１０５Ａ，１０５Ｂを設け
て、各イオン水回収経路１０３’Ａ，１０３’Ｂを介し
て、別途設けられた循環タンク１０６Ａ，１０６Ｂに各
イオン水を収容して、電解槽１００’の下部の導入口１
０７Ａ，１０７Ｂに水を循環させるようにしたものであ
る。

【００３１】なお、この第１の実施例の装置を用いて、
各電極室１０１Ａ，１０１Ｂの有効容積を２０００ｍｌ
として、５Ｖの電圧を印加した場合の各電極室のｐＨの
掲示変化を図６に示した。また、この場合、各電極間を
流れる電流値は６０〜８０ｍＡであったのに対して、バ
イポーラ膜を図４のように配設していわゆる「正荷電」
により電解を実施した場合に、両電極間を流れる電流値
は４１０〜４４０ｍＡであり、このことから「逆荷電」
を実施した場合に、ガス生成に使われていたエネルギー
分を節約することができるものと言える。

【００３２】なお、上述した実施例は、いわゆる「逆荷
電」による電解を実施するための装置について説明した
が、バイポーラ膜１２２のカチオン面１２２ｂとアニオ
ン面１２２ａとの配置を逆にして、いわゆる「正荷電」
による水の電解を実施できることは勿論である。

【００３３】

【発明の効果】本発明のように、電解槽中の陽極と陰極
との間に隔膜としてバイポーラ膜を用い、そのアニオン
面側に陽極を、カチオン面側に陰極を配置することによ
って、酸性イオン水とアルカリ性イオン水を効率良く分
離できると同時に、酸素ガス、水素ガスを効率良く得る
ことが可能である。

【００３４】また、逆に、バイポーラ膜のカチオン面側
に陽極を、アニオン面側に陰極を配置することによっ
て、酸性イオン水とアルカリ性イオン水を効率良く分離
でき、かつ、水素ガス、酸素ガスの発生が抑制されるた
めに、両電極間に流れる電流が少なくなり、その結果エ
ネルギーの節約となり、しかも陽極における腐食が低減
され陽極が劣化することもない等の極めて優れた作用効
果を奏する発明であり、産業に寄与するところが甚大で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の電解イオン水の製造方法の
うち、いわゆる「逆荷電」による電解を実施するための
製造装置の概略を示す図である。

【図２】図２は、本発明の第１実施例と同様な電解イ
オン水の製造装置の第２の実施例の概略を示す図であ
る。

【図３】図３は、従来の通水性を有する隔膜を介して
水の電気分解を行った状態を説明する図である。

【図４】図４は、バイポーラ膜を用いていわゆる「正
荷電」で水の電気分解を行った状態を説明する図であ
る。

【図５】図５は、バイポーラ膜を用いていわゆる「逆
荷電」で水の電気分解を行った状態を説明する図であ
る。

【図６】図６は、第１の実施例の装置を用いた場合の
時間と両電解室におけるｐＨとの関係を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１２…陽極１４…陰極１６…陽極側電解槽１８…陰極側電解槽２２…バイポーラ膜２２ａ…アニオン面２２ｂ…カチオン面３２…陽極３４…陰極３６…陽極側電解槽３８…陰極側電解槽４２…バイポーラ膜４２ａ…アニオン面４２ｂ…カチオン面１００…電解イオン水製造装置１０１…電解槽１０１Ａ…陽極室１０１Ｂ…陰極室１０２Ａ，１０２Ｂ…撹拌装置１０３Ａ，１０３Ｂ…オーバーフロー回収経路１０４Ａ，１０４Ｂ…新水供給経路１１２…陽極板１１４…陰極板１２２…バイポーラ膜１２２ａ…アニオン面１２２ｂ…カチオン面１００’…電解槽１０３’Ａ，１０３’Ｂ…イオン水回収経路１０５Ａ，１０５Ｂ…イオン水排出孔１０６Ａ，１０６Ｂ…循環タンク１０７Ａ，１０７Ｂ…導入口１０８Ａ，１０８Ｂ…オーバフロー回収経路

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【手続補正書】

【提出日】平成５年６月１４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】しかし、この場合、「正荷電」の場合と
は相違して、バイポーラ膜４２自体に浸透した水分子が
水素イオン、水酸イオンに電離した際に、水素イオンは
バイポーラ膜４２のカチオン面４２ｂを透過して、陰極
３４に引き寄せられる際に、陰極３４側に配置されたバ
イポーラ膜４２のアニオン面４２ａでブロックされるた
めに、前記（３）の反応が進行して陰極３４表面で水素
ガスが発生することはない。また、同様にして、水酸イ
オンはバイポーラ膜４２のアニオン面４２ａを透過し
て、陽極３２に引き寄せられる際に、陽極３２側に配置
されたバイポーラ膜４２のカチオン面４２ｂでブロック
されるために、前記（４）の反応が進行して陽極３２表
面で酸素ガスが発生することはない。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２５】この場合、各電極板１１２，１１４は、
間隔を大きくすると電気抵抗が大きくなるため、通常４
０ｍｍ以下程度とし、印荷する電圧は、バイポーラ膜１
２２の耐性を考慮して１０Ｖ以下で、好ましくは通常５
Ｖ前後で運転するのが好適である。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３１】なお、この第１の実施例の装置を用い
て、各電極室１０１Ａ，１０１Ｂの有効容積を２０００
ｍｌとして、５Ｖの電圧を印加した場合の各電極室のｐ
Ｈの経時変化を図６に示した。また、この場合、各電極
間を流れる電流値は６０〜８０ｍＡであったのに対し
て、バイポーラ膜を図４のように配設していわゆる「正
荷電」により電解を実施した場合に、両電極間を流れる
電流値は４１０〜４４０ｍＡであり、このことから「逆
荷電」を実施した場合に、ガス生成に使われていたエネ
ルギー分を節約することができるものと言える。

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水を電解槽中で電解することにより陽極側
より酸性イオン水、陰極側よりアルカリ性イオン水をそ
れぞれ採取する電解イオン水の製造方法において、前記電解槽中に、陽極と陰極との間にアニオン交換膜面
とカチオン交換膜面とを有するバイポーラ膜から構成さ
れる隔膜を配設して電解を行うことを特徴とする電解イ
オン水の製造方法。
【請求項２】前記バイポーラ膜を、そのアニオン面側の
電極を陽極とし、カチオン面側の電極を陰極とするよう
に配設して電解を行うことを特徴とする請求項１に記載
の電解イオン水の製造方法。
【請求項３】前記バイポーラ膜を、そのカチオン面側の
電極を陽極とし、アニオン面側の電極を陰極とするよう
に配設して電解を行うことを特徴とする請求項１に記載
の電解イオン水の製造方法。
【請求項４】前記バイポーラ膜で区画された両電極側
の電解槽よりそれぞれ、陽極側より酸性イオン水、陰極
側よりアルカリ性イオン水を回収するとともに、各電解
槽にそれぞれ新水を補充しつつ電解を行うことを特徴と
する請求項１から３のいずれかに記載の電解イオン水の
製造方法。
【請求項５】水を電解槽中で電解することにより陽極
側より酸性イオン水、陰極側よりアルカリ性イオン水を
それぞれ採取する電解イオン水の製造装置において、前記電解槽の陽極と陰極との間に、アニオン交換膜面と
カチオン交換膜面とを有するバイポーラ膜から構成され
る隔膜を配設したことを特徴とする電解イオン水の製造
装置。
【請求項６】前記バイポーラ膜を、そのアニオン面側
の電極を陽極とし、カチオン面側の電極を陰極とするよ
うに配設したことを特徴とする請求項５に記載の電解イ
オン水の製造装置。
【請求項７】前記バイポーラ膜を、そのカチオン面側の
電極を陽極とし、アニオン面側の電極を陰極とするよう
に配設したことを特徴とする請求項５に記載の電解イオ
ン水の製造装置。
【請求項８】前記バイポーラ膜で区画された両電極側
の電解槽にそれぞれ、陽極側より酸性イオン水、陰極側
よりアルカリ性イオン水を回収する手段を設けるととも
に、各電解槽にそれぞれ新水を補充する手段を設けたこ
とを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の電解
イオン水の製造装置。