JPH11221566A - 電解水の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水の電解により生成する酸性水並びにアルカ
リ水のうちアルカリ水のみを必要とする場合に、無駄な
酸性水を生成することなく、必要な量のアルカリ水のみ
を電解で生成することができる、いわゆる電解水の製造
方法を提供する。 【解決手段】 イオン交換膜を固体電解質として、その
両面に貴金属又は貴金属酸化物陽極及び陰極を密着させ
た状態で設置した２室型電解槽の陰極室に市水を供給
し、陽極室には市水を供給しないで電解を行い、陰極室
に電解水を得ることを特徴とする電解水の製造方法。電
解水がｐＨ１０以下で、酸化還元電位がマイナス７００
ｍＶよりも貴であるのが好ましい。また、電解電流密度
が５Ａ／ｄｍ ² 以下であるようにするのが好ましい。周
期的に陽／陰逆電解を行うようにするのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、市水（水道水、井
戸水などの日常使用する水をいう）を電解して酸化還元
電位が低くアルカリ性を示すいわゆる電解水の製造方法
に関し、特に無駄な酸性水を生成することなく、経済的
で効率良く飲用に適した電解水を製造するための方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】水道水を隔膜法電解槽で電解を行い、陰
極液を取り出す電解は古くから行われており、いわゆる
アルカリイオン水として薬効がある、味がよくなるなど
として広く使われるに及んでいる。特に、最近では水道
水の水質の低下により異臭がする、また味が悪くなった
と言われており、その対策としてこの種の電解装置に活
性炭やマイクロフィルターなどを組み込み、不純物除去
や脱臭などをも組み合わせた装置が広く使われるように
なってきている。このような装置の電解を行う機器部分
は、通常は隔膜を使用した２室法の電解槽となってお
り、電極は最近のものではほとんどが白金を被覆したチ
タン板であり、これを隔膜を境にして陽極−陰極のペア
で１組以上、普通は数組組み込んでいる。

【０００３】この電解槽の構造としては種々の構成があ
るが、これらは基本的な配置として、陽極−陰極とその
間にある隔膜でペアを作り、陽極室、陰極室の双方に水
道水を流しながら通電をして電解を行うようになってい
る。そして、陰極液をいわゆる電解水又はアルカリイオ
ン水として飲用に供している。このような電解水の特徴
としては、陰極還元による水道水中の活性塩素の還元に
よる分解、電解によって発生する水素による酸化還元電
位の低下、又電解によって同時に出てくる水酸基による
アルカリ化、カルシウムイオンの陰極側への移動、一部
のアルカリ土類金属が水酸化物として沈殿することによ
る軟質化効果などによって、水質の改善につながり、飲
用に供するときに還元性で、しかも味が良くなると言う
効果があるために、広く使われるようになっている。

【０００４】このような電解装置では、陽極室と陰極室
に同時に水を供給する必要があるために、水の使用率は
半分以下になってしまい、半分は捨てるという問題点が
ある。また、市水の電気伝導度が低いために電極間に大
きな電流を流すことが出来ず、実際の電解電流密度は１
Ａ／ｄｍ² 程度に押さえられてしまうため、家庭用の小
型の装置でも５×１０ｃｍ² 程度の電極を３枚から５枚
並べることが必要であり、電解槽の大型化と電解槽構造
の複雑化が起こってしまい、コストが上昇すること、故
障の原因となるなどの問題点があった。また、保守の手
間も余計に掛かるという問題点をあわせて持っていた。

【０００５】このような装置では、通常は活性炭や精密
濾過を組み合わせているが、これらを電解前に入れてい
る場合は、電解部分への影響はないものの、必要水量の
２倍の水が通ることになり、負荷が倍加してしまうとい
う問題点もあった。また電解後の水について活性炭や精
密濾過を加えるとこのような問題はないものの、活性炭
によって電解水の性質が変わる可能性のあること、連続
電解中はよいが、中断して再び採水を始めるときに、濾
過装置や活性炭中に残っている水、これは活性塩素を完
全に殺しているので、細菌の増加が考えられるなど、の
問題がでてくる。

【０００６】このような装置では、陽極側電解水は酸化
還元電位の高い、弱酸性水としてリンス効果があるこ
と、また殺菌効果があるとして、飲用ではなく洗顔など
の洗浄の用途に使用することを推奨している。従って、
飲用とバランスがとれると水の有効利用につながるが、
ほとんどの場合には陰極水のみを使い陽極水は使わない
ので、水の使用量は２倍となることを考える必要があ
る。極めて低い電流密度での電解は、陽極側の酸化還元
電位の上昇には有効であるが、一方水道水中の塩素イオ
ンの活性化が選択的に起こり、活性塩素の増加となり、
殺菌効果は極めて強くなるものの、有機塩素化物の発生
などの原因となることが考えられる。このことは、人体
にとっても良いとは言えない。そして、この陽極側の電
解の状態は、目的とする陰極水にはほとんど影響しな
い。また、低い電流密度で電解するために、電解槽それ
自身は、電極枚数が多くなり、そのための配管を含めて
電解槽の構造が複雑で高価になると言う問題点があっ
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、水の電解に
より生成する酸性水並びにアルカリ水のうちアルカリ水
のみを必要とする場合に、無駄な酸性水を生成すること
なく、必要な量のアルカリ水のみを電解で生成すること
ができる、いわゆる電解水の製造方法を提供することを
課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記の手段に
より上記の課題を解決することができた。 （１）イオン交換膜を固体電解質として、その両面に貴
金属又は貴金属酸化物陽極及び陰極を密着させた状態で
設置した２室型電解槽の陰極室に市水を供給し、陽極室
には市水を供給しないで電解を行い、陰極室に電解水を
得ることを特徴とする電解水の製造方法。 （２）電解水がｐＨ１０以下で、酸化還元電位がマイナ
ス７００ｍＶよりも貴である前記（１）に記載の電解水
の製造方法。 （３）電解電流密度が５Ａ／ｄｍ² 以下であるようにし
たことを特徴とする前記（１）に記載の電解水の製造方
法。 （４）周期的に陽／陰逆電解を行うようにしたことを特
徴とする前記（１）に記載の電解水の製造方法。

【０００９】本発明は、上記したように、イオン交換膜
を固体電解質とし、その両面に陽極及び陰極を接するよ
うに配してなる２室法の電解槽について、その陰極室に
市水を供給し、陽極室には液を供給しないで電解を行う
ようにしたことを特徴とする電解水の製造方法であり、
使う市水の全てが電解水となると共に、イオン交換膜の
高い電気伝導度を利用して高い電流密度で電解を行うこ
とが出来る簡単な構造と小型の電解槽を用いて大容量の
電解水を生成することが可能である。以下、本発明を詳
細に説明する。

【００１０】

【発明の実施の形態】固体電解質であるイオン交換膜
は、その種類が特には指定されず、陽イオン交換膜でも
陰イオン交換膜でも良いが、イオン交換膜を通して陰極
側から陽極側へのわずかな水の移動が必要であるため、
それが可能なイオン交換膜であることが必要である。さ
らに望ましくは、電極には白金を電極物質とする電極を
主として使用するために、わずかではあるが陽極からオ
ゾンが出るので、それに耐性のあるフッ素樹脂系のイオ
ン交換膜を用いることが好ましい。そのようなイオン交
換膜としては、比較的入手しやすいパーフルオロカーボ
ンスルフォン酸系の例えばＤｕＰｏｎｔ社製のＮａｆｉ
ｏｎ１１７、や１１５又はこれに類似の他社製のイオン
交換膜が望ましい。

【００１１】このイオン交換膜を挟んで両面に陽極と陰
極をイオン交換膜に接触するようにおく。イオン交換膜
の両側に電極を配置する方法として、いわゆるＳＰＥ型
電解槽では、イオン交換膜上にメッキや蒸着又は焼結な
どによって電極を形成することが行われ、本装置におい
てもその方式を採用することもできるが、液中のミネラ
ル分の膜近傍への沈殿などを考えると、電極は別に構成
しそれをイオン交換膜に密着するようにした方が望まし
く、それで十分に機能する。

【００１２】電極は、チタンなどの基体表面に電極物質
を形成した、いわゆる不溶性金属電極が使用される。こ
の基体となる金属の形状は、特には指定されないが、水
道水などの液がイオン交換膜と十分に接触すること、ま
た電極表面にも接触すると同時に、電解によって生じた
ガスや液をスムーズに取り除けるよう多孔質であること
が望ましく、目の細かいエクスパンドメッシュや穴あき
板が最適である。例えば、厚さ０．２〜０．５ｍｍのチ
タン板を加工して、目の大きさを３ｍｍ以下としたエク
スパンドメッシュなどが最適であるが、これに限定され
るものではない。ここで使用する電極は、陰極と陽極を
別のものとしてもよいが、逆電流をかけること、製作の
容易さを考えると陰極、陽極とも同じものとした方がよ
い。電極物質は、このような条件下で消耗の少ないもの
が望ましいが、処理水が人体に入ることを考えると、白
金族金属又はその酸化物が望ましく、特に十分な実用例
がある白金が望ましい。この電極を、陽極及び陰極とし
てイオン交換膜に密着させるようにしておく。

【００１３】この電解装置の概略図を図１に示した。な
お、ここでは電解装置のみを示したが、これには従来装
置と同じ濾過装置や活性炭を併用することは何等差し支
えない。図１に示すように、電解槽１はイオン交換膜２
の両側に陽極室３と陰極室４が設けられ、イオン交換膜
２の両側に密着して陽極５と陰極６が配置され、陰極室
４の下端に原料水供給口１０が、また上端に電解水取出
口１１が設けられている。陽極室３の裏側には陽極液排
水連結管７が設けられ、その下端が陰極室４の下部に連
通しており、連結管７の電磁弁９の開閉により陽極液を
陰極室４へ排水することができ、前記連結管７には陽極
液面計１２が設けられ、それにより電磁弁９の開閉を調
節する。また前記連結管７の上端は生成ガス出口８とな
っており、そこから陽極５で生成したガスを排出する。

【００１４】なお、この電解槽の場合は、電解質が実質
的に市水に比較してはるかに電気伝導度の大きなイオン
交換膜であるので、電解電圧が極めて低くでき、従って
大きな電流密度での電解が可能である。従って、規模に
もよるが、電解槽はイオン交換膜、陰極及び陽極とも通
常は１枚でよく、最も簡単な構造になる。従って、電解
槽も陰極室、陽極室とも１室でよい。陰極室には市水を
必要な特性を示す陰極液となる速度で入れる。また、必
要量の水を入れながら電流を変化させて目的物を得るこ
とが出来る。

【００１５】陽極室には給水しないので、電解は、固体
電解質であるイオン交換膜と密着した陽極表面のみで行
われることになり、この部分で水が無くなると電気抵抗
が上昇し、事実上電流が流れなくなる。一方、陽極表面
の近くにある水は、イオン配位水として、通常は陽イオ
ンと共に陽極側から陰極側に移行する傾向があり、他
方、陰極表面の近くにある水は、イオンに同伴する水と
して、通常は陰イオンと共に陰極側から陽極側に移行す
る。ナフィオン等のイオン交換膜を使用すると、陰イオ
ンの移行がないので、イオンに同伴する水が陰極側から
陽極側に移行しなくなり、イオン交換膜が乾燥状態にな
りやすいので、当然電解条件が制約されることになる。
つまり、イオン交換膜は水に浸透性に富み、浸透圧その
他の関係などで水が移動し易いが、陽極側の水の移動は
これのみとなる。実際には電流密度が３０Ａ／ｄｍ² 以
下であれば、陰極側のみに水を供給するだけで問題なく
電解の出来ることがわかり本発明になった。

【００１６】従って、ここでの電流密度は、実際にはイ
オン交換膜の種類によって高低があり、特には指定され
ないが、イオン交換膜の種類によらず共通して電解が可
能な条件としては、３０Ａ／ｄｍ² 以下が望ましい。一
方、電流密度の下限側は特には限定されないが、高価な
イオン交換膜を使用し、しかも非常に低い電解電圧が達
成出来るので、経済性を考え、また電解槽を小型化する
ためには、５Ａ／ｄｍ² 以上とすることが特に望まし
い。なお、この条件での電解によっても、イオン交換膜
の種類にもよるが、陽極室にはわずかに陽極液が出てく
ることがあり、その場合にはそれを陰極室に又は陰極液
に戻すようにするのが良い。その液量は僅かであるの
で、どこに戻してもよいが、次亜塩素酸塩を僅かに含む
ので、出来れば陰極室の液入り口に戻す方が望ましい。

【００１７】陰極表面近傍は、他のイオン水製造用電解
槽と同じく弱アルカリ性となるために、溶解しているア
ルカリ土類金属の水酸化物や炭酸塩の沈殿が起こるの
で、これを定期的に取り除くことが望ましく、そのため
に、一定周期毎に電流を反転して、逆電流をかけるよう
にする。この時間間隔は、使用する水中のアルカリ土類
イオン濃度により調整すればよいが、通常は正電解１０
分に対して逆電解１〜２分程度でよい。この場合電解液
の流れも変える必要はなく、通常の状態のままで良い。
また使用する市水によってはＣａ濃度が不足する場合、
又は特定のＣａ化合物を加える必要がある場合がある
が、それらは必要に応じて添加するようにすることは従
来と同じである。

【００１８】

【実施例】以下、実施例によって本発明を具体的に説明
するが、本発明はこれらに限定されないことは言うまで
もない。

【００１９】実施例１ 陽イオン交換膜としてＤｕＰｏｎｔ社製Ｎａｆｉｏｎ１
１７を用い、陽極及び陰極触媒として＃２００メッシュ
の白金網を、陽極及び陰極の集電体としてチタン製エキ
スパンドメッシュ（長径６ｍｍ、短径３．６ｍｍ、厚さ
０．５ｍｍ）を用いた。各エレメントを積層した後、ボ
ルト・ナットにより１ｋｇ−ｆ／ｃｍ²の圧力で締め付
けて、電解槽を構成した。電解面積は１５ｃｍ² であっ
た。Ｃａ＋Ｍｇの合量が４５ｍｇ／リットル、ｐＨが
７．０の水道水を陰極室下部から７００ミリリットル／
分で供給しながら１０Ａ／ｄｍ² の電流密度で電解を行
ったところ、電解電圧３．８Ｖ、ｐＨ８．９、ＯＲＰ：
−５６０ｍＶの電解水が供給水量と同じ約７００ミリリ
ットル／分で得られた。尚、陽極室には液供給を行わな
かった。また、陽極室側から僅かなドレイン水が出た
が、陰極水側に接続し、そちらへ流するようにした。ド
レイン水を陰極水に加えても陰極水のｐＨ、ＯＲＰとも
変化しなかった。

【００２０】実施例２ 電流密度を５〜３０Ａ／ｄｍ² の範囲で変化させた以外
は、実施例１と同一条件で電解水の電解製造を行い、そ
の際の電流密度（Ａ／ｄｍ² ）とｐＨの関係を図２に示
した。図２から電流密度が高く成る程、ｐＨ値が高くな
ることがわかった。 実施例３ 実施例２と同一条件で電解水製造を行い、その際の電流
密度（Ａ／ｄｍ² ）とＯＲＰの関係を図３に示した。図
３から電流密度が高く成る程、ＯＲＰはマイナスに大き
くなることが分かった。

【００２１】実施例４ 実施例２と同一条件で電解水製造を行い、その際の電流
密度（Ａ／ｄｍ² ）と電解電圧の関係を図４に示した。
図４から電流密度が高くなっても電解電圧の上昇は小さ
いことが分かった。 実施例５ 実施例１と同一条件で３時間の連続電解を行ったとこ
ろ、イオン交換膜の陰極室側に白色の水酸化カルシウム
を主体とする沈殿の生成が見られた。１時間の電解毎に
３分間同じ電流密度で逆方向の通電を行ったところ、逆
方向通電の間だけ液中に僅かなフロックの浮遊が見られ
たが、長時間の電解に於いても目立った沈殿の形成は観
察されず、１００時間経過後の性能は初期性能から変化
しなかった。

【００２２】実施例６ 実施例１と同一条件で陰極室にグリセロリン酸カルシウ
ムをカルシウム濃度で３０〜５０ｐｐｍになるように供
給しながら電解を行ったところ、電解電圧３．８Ｖ、ｐ
Ｈ９．０、ＯＲＰ：−５７０ｍＶの電解水が得られた。
これらの値は、実施例１で得られた値とほぼ同じであ
り、従来と同様にしてカルシウムを補うためにグリセロ
リン酸カルシウムを陰極室に供給しても電解性能に影響
を与えないことが分かった。

【００２３】比較例１ 実施例１の陽極・陰極触媒である白金網と陽極、陰極の
基体であるエキスパンドメッシュを各々接着し、陽イオ
ン交換膜から約１ｍｍ離して固定した。電解面積は実施
例１と同じ１５ｃｍ² とした。陽極室と陰極室の各々に
水道水を７００ミリリットル／分で供給しながら、１Ａ
／ｄｍ² の電流密度で電解を行ったところ、電解電圧は
２５Ｖであることが分かった。この値は実施例１の電解
電圧よりも著しく高く経済的な運転が行われなかったこ
とを示している。

【００２４】

【発明の効果】本発明方法では、陰極室に市水を供給
し、陽極室には液を供給しないで電解を行うことによ
り、電解水を得るようにしているため、従来に比較して
不要である酸性水を廃棄することなく、供給する市水の
量と同量の電解水を得ることができるので、使用水量を
大幅に減らすことができる。更に、イオン交換膜を固体
電解質としているため、供給する水の電気伝導度の大小
に関係なく使用でき、更に高電流密度でも低い電解電圧
で電解水を得ることができるため、電解槽の電極面積を
減らすことができ、その枚数も少なくできるので、装置
の小型化、簡略化ができた。しかも消費電力の大幅な削
減効果が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる電解水製造装置の１例の概略縦
断面図を示す。

【図２】実施例２における電流密度とｐＨの関係を表す
グラフを示す。

【図３】実施例３における電流密度とＯＲＰの関係を表
すグラフを示す。

【図４】実施例４における電流密度と電解電圧の関係を
表すグラフを示す。

【符号の説明】

１ 電解槽 ２ 陽イオン交換膜 ３ 陽極室 ４ 陰極室 ５ 陽極 ６ 陰極 ７ 陽極液排水連結管 ８ 生成ガス出口 ９ 電磁弁 １０ 原料水供給口 １１ 電解水取出口 １２ 陽極液液面計

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオン交換膜を固体電解質として、その
   両面に貴金属又は貴金属酸化物陽極及び陰極を密着させ
   た状態で設置した２室型電解槽の陰極室に市水を供給
   し、陽極室には市水を供給しないで電解を行い、陰極室
   に電解水を得ることを特徴とする電解水の製造方法。
2. 【請求項２】 電解水がｐＨ１０以下で、酸化還元電位
   がマイナス７００ｍＶよりも貴である請求項１に記載の
   電解水の製造方法。
3. 【請求項３】 電解電流密度が５Ａ／ｄｍ² 以下である
   ようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電解水の
   製造方法。
4. 【請求項４】 周期的に陽／陰逆電解を行うようにした
   ことを特徴とする請求項１に記載の電解水の製造方法。