JP4605694B2 - 電解水生成における水質改善方法及び電解水生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、水道水その他の被処理水を電解槽に導入し、交流電解と活性炭ろ過による水の浄化を同時的に処理するようにした電解水生成における水質改善方法及び電解水生成装置に関する。

従来、水道水などの水質を改善する機器として、活性炭でろ過する方式や電気分解によって水分子を分解させる方法などが知られている。最近では、磁石を利用して、磁力線を作用させて水質の改善を図る機器が実用化されている。しかし、これらの機器は、長期の使用が難しくまた、磁力線についても、磁石の強さを示す「ガウス」の低いものや、リング状の内側を使用するものは、減磁作用があり、水質改善の効果に欠けるという問題があった。

今日、電解水生成装置と称する製品が市場提供されているが、そのほとんどは陰陽電極間に隔膜を介した電気分解方式であり、アルカリ水と酸性水に分解して吐水させる方法であった（例えば特許文献１を参照。）。
特開平６−３１２１８６号公報

しかしながら、原水のｐＨを変えるということは医療効果を生む反面、薬事法の管理の下に飲用しなくてはならず、不特定多数の消費者すべてが飲用できないという問題がある。

また、この種のものでは、連続して水を電気分解している間に、電極板にカルシウム、マグネシウムなどが付着して電解能力が低下していくという問題があり、これを解決するために、一定時間の電気分解を行ったあと、電解槽の残水を排水するときに、電解極性を切り替えて（プラス極とマイナス極を反転）カルシウムやマグネシウムの付着を防ぐという洗浄方法（所謂、逆電解洗浄。）の提案があった（例えば特許文献２を参照。）。
特開２００１−２０５２６８号公報

しかしながら、生成終了後に極性を切り替えていた場合、生成時間と洗浄時間が同じでないと効果が弱く、通常電解時間の方が長時間使用されるため、完全な洗浄に至らないという問題がある。

こうしたなかで、一定時間電気分解を行った後、再び電気分解を行うときに、上記極性を反転させるか、吐水弁を反転させて、電気分解と洗浄を同時に行う方法の提案があった（例えば特許文献３を参照。）。
特開平６−２３３９８２号公報

しかし、ここでも前回電気分解を行った時間と今回電気分解を行う時間は同じではなく、使用者が使用する頻度や使用時間により、電気分解の使用極性が偏ると言う問題があった。

また、電気分解槽においては、従来水流はまんべんなく電極板に均等に接触しないことから、水の道が出来て、電極板の寿命低下や電解能力の低下につながるという問題もあった。

また、電気分解式の水質改善装置にあっては、電解槽と浄水槽は分割されており、最低二槽のスペース増大および、経済的に高額になっていた。

そこで、電気分解中に電極表面に付着する、カルシウムやマグネシウムさらに水素と酸素の気泡などが、電解効率を低下させることを防ぎ、電気分解時の電流電圧を極間だけでなく、極内にも電流電圧を印加させて、水流を遮断することなく安定的に電気分解水を生成させ、原水のｐＨをアルカリ性や酸性にほとんど変えることなく、電解水を生成可能とすることが要請される。ここで、電解水は、被処理水（水道水）に含まれる不純物（特に塩素）を除去した浄水であることが望まれる。

本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、上記課題を解消し、水道水その他の被処理水を電解槽に導入し、交流電解と活性炭ろ過による水の浄化を同時的に処理するようにした電解水生成における水質改善方法及び電解水生成装置を提供するものである。

課題を解決するために本発明は、水道水その他の被処理水を円筒型電解槽に導入し、交流電解とろ過処理による浄化を同時的におこなう電解水生成における水質改善方法であって、直流電源に接続される陰陽電極の少なくとも一方を、円筒型圧縮活性炭からなる多孔質電極を形成して他方の電極に対して同心円上に配置し、被処理水を槽内導入して前記多孔質電極を通過させ、陰陽電極の印加極性を周期的又は間欠的に反転させながら電気分解をおこなうようにしたことを特徴とするものである。ここで、それぞれの陰陽電極に対して、数十ｋＨｚ以上の高周波数と数Ｈｚ以上の低周波数からなる２種類の交流電流を適宜変調しながら重畳的に付加するように構成する場合がある。

また、水道水その他の被処理水を円筒型電解槽に導入し、交流電解とろ過処理による浄化を同時的におこなう電解水生成装置であって、
直流電源に接続される陰陽電極の少なくとも一方を、円筒型圧縮活性炭からなる多孔質電極を形成し、他方の電極に対して同心円上に配置するとともに、前記直流電源と陰陽電極間に、その印加極性を周期的又は間欠的に反転させる極性反転回路を有するとともに、それぞれの陰陽電極に対して、数十ｋＨｚ以上の高周波数と数Ｈｚ以上の低周波数からなる２種類の交流電流を適宜変調しながら重畳的に付加する変調回路を含む電解電流制御手段を有してなり、被処理水を槽内導入し、前記多孔質電極を通過させながら交流電解をおこなうようにしたことを特徴とするものである。

この発明によれば、陰陽電極として、繊維状活性炭やヤシガラ活性炭とアクリル繊維などを加えて成型加工（賦型化）した圧縮活性炭からなる多孔質電極を用いることにより、ろ過フィルターを兼有することができる。

また、この多孔質電極は、水に含まれる塩素などの不純物をろ過するとともに、水を電気分解して、酸化還元電位を低下させて、水の酸化を防ぐ。

さらに、電解水の生成を一時中断させること無く、生成中に印加極性のプラスとマイナスを連続して逆転させることで、電極を洗浄することが必要なくなる。そのため、電解水を連続して吐水することができる。

しかも、使用時間や頻度に関係なく、同等に洗浄と電解水が生成されて、尚且つ電極表面へのカルシウムやマグネシウムの付着や水素と酸素の気泡の付着を防止できる。

また、多孔質電極は多様な水路（活性炭孔）を作るので、電極間だけではなく、電極内においても電流が交差して電気分解がおこる。そのため、電解効率を上げることができる。

さらに、製作費が安価になり、圧縮活性炭のろ過能力の寿命により、交換を定期的に行えることで、常に清潔になる。

円筒型圧縮活性炭からなる多孔質電極は、繊維状活性炭やヤシガラ活性炭とアクリル繊維などを加えて成型加工（賦型化）したものに、非腐食性金属の電極端子を装着してなるものであり、ろ過フィルターと電極とを兼有する。

単筒形電極〔後述の実施例１〕を構成したものにおいては、陰陽電極の一方である多孔質電極の中空部（電解槽の中心）にステンレスやチタンなどの非腐食性金属素材からなる棒状または板状の金属電極を配置して陰陽電極の他方を形成し、多孔質電極の外側から被処理水を導入し、槽内中心部（金属電極側）へ滲透通過させながら、陰陽電極の印加極性を反転させる交流電解と活性炭ろ過を相乗的に施して、電解水の浄化生成を増補するようにしている。

陰陽電極には、極性反転回路を介して直流電源にコード接続する。通常、直流電流０．１Ａ以上（直流電圧１Ｖ以上）を通電し、電解水の生成を遮断することなく極性反転回路を介して一定の間隔で印加極性を反転させるので（交流電解）、連続運転によっても、直流電解の場合に不可避的に発生する電極汚染の心配がない。

なお、陰陽電極間には、互いに接触しないように多孔質電極に内接してコア材（隔壁）を設けている。好適なコア材は樹脂製の多孔性パイプであって、筒状壁面に多数の通水孔を形成したものである。

また、多重筒形電極〔後述の実施例２〕を構成したものにおいては、円筒型電解槽の同心円上放射方向に上記同様の多孔質電極を隔壁を介して多重配置して陰陽電極を交互形成する。

至適には、上記構成のそれぞれの多孔質電極に対して、数十ｋＨｚ以上の高周波数と数Ｈｚ以上の低周波数からなる２種類の交流電流を適宜変調しながら重畳的に付加する。これにより、多孔質電極内を通過する被処理水はこの影響（変調電界）を受けることになる。装置構成上、図５に電解電流制御制御系統を説明するブロック図を示すとおり、変調回路を含む電解電流制御手段〔後述の図５中、符号（ｒ）〕をマイコン〔後述の図５中、符号（Ｕ）〕に搭載している。

そして、塩素などの不純物をろ過しながら電解を行い酸化還元電位を低下させ水の酸化を防止するとともに、電解中に電極表面に付着する、カルシウムやマグネシウムさらに水素と酸素の気泡などで、電解効率を低下させることを防ぐようにしている。また、電極面積が広いので、水流を遮断することなく安定的に電解水を生成することができるという利点もある。

本発明の一実施例を添付図面を参照して以下説明する。

図１は、単筒形電極を構成した実施例装置（以下、単筒形装置。）の断面視説明図である。

図２は、単筒形装置の平面視説明図である。

図示するように、単筒形装置（Ｘ）は、繊維状活性炭および／またはヤシガラ活性炭と、アクリル繊維その他の帯電性繊維とを成形材料として賦型化し、かつ、非腐食性金属素材からなる棒状又は板状の電極端子（ｃ）を挿設した多孔質電極（ａ）と、円筒型電解槽（ｆ）の中心に非腐食性の金属電極（ｂ）を配置するとともに、その同心円上に多孔質電極（ａ）を離隔保持して単筒形電極（ａ）（ｂ）を構成したものであり、該単筒形電極（ａ）（ｂ）の外側に被処理水を槽内導入し、内側の中空部（後述のｅ）へ通過させて浄化生成した電解水を取り出すようにしたものである。

ここで、離隔保持は隔壁の介設であって、多孔質電極（ａ）にコア材を内接するものである。コア材（後述のｄ）の筒状壁面には多数の通水孔を形成している。

電解槽は内部が空洞になっている浄水シリンダー（ｆ）として形成され、その側壁に原水（被処理水）のＩＮ側注水口（１０）を形設し、内部に円筒型圧縮活性炭からなる多孔質電極（ａ）を収設している。

さらに、多孔質電極（ａ）内側の中空部（電解槽の中心）には、非腐食性の金属電極（ｂ）を立設しており、これら電極（ａ）（ｂ）間は、接触を避けるために離隔配置（保持）されている。ここで、離隔保持は、多孔質電極（ａ）の内壁に、円筒形のコア材（ｄ）を内接して隔壁を形成するのが好ましい。具体的には、繊維状、網目状、多数の通水孔を有した非腐食性金属又は樹脂製の多孔性パイプ（ｄ）を設ける。

この多孔性パイプ（ｄ）の筒壁の厚みは薄くなっていて、筒内（内空間）は排水ガイド（ｅ）を形設する。浄化生成した電解水を通過させて、ＯＵＴ側送水口（１１）へ誘導するためである。

そこで、まず原水（被処理水）はＩＮ側注水口（１０）から浄水シリンダー内（ｆ）へ注水され、図２中の矢印（ｇ）方向に向って被処理水が移動（滲透通過）する。

このとき、多孔質電極（ａ）を通過するとき、水に含まれる塩素や不純物が除去されながら、金属電極（ｂ）に印加された電流・電圧の影響を受ける。

さらに、多孔質電極（ａ）を通過した被処理水は、金属電極（ｂ）側に移動して、浄化生成した電解水となる。

そして、コア材（多孔性パイプｄ）の内空間である排水ガイド（ｅ）を通り、ＯＵＴ側（１１）へ排水される。

ここで、多孔質電極（ａ）と金属電極（ｂ）には直流電源（ｓ）から直流電流０．２〜１．５Ａ（直流電圧５〜３６Ｖ）が印加され、かつ、この陰陽電極（ａ）（ｂ）は、極性反転回路（１４）により、一定時間ごとに印加極性を反転可能に構成している。

また、マイコン（Ｕ）に搭載した変調回路を含む電解電流制御手段（ｒ）を介して、数十ｋＨｚ以上の高周波数と数Ｈｚ以上の低周波数からなる２種類の交流電流を適宜変調しながら重畳的に付加するようにしている。これにより、多孔質電極（ａ）には高周波数と低周波数が印加交差し、内部の活性炭孔には、電磁界が発生している。

したがって、被処理水が（ｇ）の方向に流れ、多孔質電極（ａ）内部を通過するとき、印加された高周波及び低周波の影響を受け、水の分子が激しく振動を起こす。

また、多孔質電極（ａ）と金属電極（ｂ）との間では水の電気分解が起こり水素イオン、水酸化イオンを生成する。

さらに、被処理水が多孔質電極（ａ）の活性炭孔を通過するとき、高周波と低周波の影響を受け、電解水はさらに還元力が高く、分子集団の小さい水へと変化する。

本発明の他の実施例を添付図面を参照して以下説明する。実施例１記載の単筒形装置と同一の構成要素については同一符号を付した。

図３は、多重筒形電極を構成した実施例装置（以下、多重筒形装置。）の断面視説明図である。

図４は、多重筒形装置の平面視説明図である。図中の矢印（ｋ）は被処理水の流れ方向を示す。

図示するように、多重筒形装置（Ｙ）は、繊維状活性炭および／またはヤシガラ活性炭と、アクリル繊維その他の帯電性繊維とを成形材料として賦型化し、かつ、非腐食性金属素材からなる棒状又は板状の電極端子（ｃ）を挿設した多孔質電極（ａ）を、円筒型電解槽の中心から放射方向同心円上に隔壁を介して多重配置して多重筒形電極（ａ，a'）を構成したものであり、該多重筒形電極（ａ，a'）の最外筒の外側に被処理水を槽内導入し、最内筒の内側の中空部へ通過させて浄化生成した電解水を取り出すようにしたものである。図示の多重筒形装置は、２重筒構成であるが、３重筒形や５重筒形に構成する場合がある。

ここで、隔壁は絶縁性コア材（ｄ）であって筒状壁面に多数の通水孔を形成したものであり、好適には樹脂性の多孔性パイプを用いる。コア材（多孔性パイプｄ）を各多孔質電極（ａ，a'）に内接し、電極（ａ，a'）間の非接触を確保する。

最内筒の内側の中空部が排出ガイド（ｅ）である。

なお、個々の多孔質電極（ａ，a'）の構成は、実施例１の単筒形装置におけるものと同様である。

一実施例である単筒形装置の断面視説明図である。 同じく平面視説明図である。 他の実施例である多重筒形装置の断面視説明図である。 同じく平面視説明図である。 電解電流制御系統を説明するブロック図である。

符号の説明

（ａ）多孔質電極〔円筒型圧縮活性炭電極〕
（a'）多孔質電極〔円筒型圧縮活性炭電極〕
（ｂ）金属電極
（ｃ）電極端子
（ｄ）多孔性パイプ〔コア材〕
（ｅ）排水ガイド
（ｆ）浄水シリンダー〔電解槽〕
（ｇ）水の流れる方向
（ｋ）水の流れる方向
（１０）ＩＮ側注水口
（１１）ＯＵＴ側注水口
（１２）送電コード
（１３）送電コード
（１４）極性反転回路（スイッチング部Ａ）
（ｓ）直流電源部
（ｒ）変調回路〔電解電流制御手段〕
（Ｕ）マイコン
（Ｘ）単筒形装置（第１実施例装置）
（Ｙ）多重筒形装置（第２実施例装置）

Claims (7)

1. 水道水その他の被処理水を円筒型電解槽に導入し、交流電解とろ過処理による浄化を同時的におこなう電解水生成における水質改善方法であって、
   直流電源に接続される陰陽電極の少なくとも一方を、円筒型圧縮活性炭からなる多孔質電極を形成し、他方の電極に対して同心円上に配置し、被処理水を槽内導入して前記多孔質電極を通過させ、前記陰陽電極の印加極性を周期的又は間欠的に反転させながら電気分解をおこない、かつ、それぞれの陰陽電極に対して、数十ｋＨｚ以上の高周波数と数Ｈｚ以上の低周波数からなる２種類の交流電流を適宜変調しながら重畳的に付加するようにしたことを特徴とする電解水生成における水質改善方法。
2. 多孔質電極が、繊維状活性炭および／またはヤシガラ活性炭と、アクリル繊維その他の帯電性繊維とを成形材料として賦型化し、かつ、非腐食性金属素材からなる棒状又は板状の電極端子を挿設したものであり、
   円筒型電解槽の中心に非腐食性の金属電極を配置するとともに、その同心円上に前記多孔質電極を離隔保持して単筒形電極を構成したものであり、該単筒形電極の外側に被処理水を槽内導入し、内側の中空部へ通過させて浄化生成した電解水を取り出すようにした請求項１記載の電解水生成における水質改善方法。
3. 多孔質電極が、繊維状活性炭および／またはヤシガラ活性炭と、アクリル繊維その他の帯電性繊維とを成形材料として賦型化し、かつ、非腐食性金属素材からなる棒状又は板状の電極端子を挿設したものであり、
   円筒型電解槽の中心から放射方向同心円上に前記多孔質電極を隔壁を介して多重配置して多重筒形電極を構成したものであり、該多重筒形電極の最外筒の外側に被処理水を槽内導入し、最内筒の内側の中空部へ通過させて浄化生成した電解水を取り出すようにした請求項１記載の電解水生成における水質改善方法。
4. 水道水その他の被処理水を円筒型電解槽に導入し、交流電解とろ過処理による浄化を同時的におこなう電解水生成装置であって、
   直流電源に接続される陰陽電極の少なくとも一方を、円筒型圧縮活性炭からなる多孔質電極を形成し、他方の電極に対して同心円上に配置するとともに、陰陽電極の印加極性を周期的又は間欠的に反転させる極性反転回路を有するとともに、それぞれの陰陽電極に対して、数十ｋＨｚ以上の高周波数と数Ｈｚ以上の低周波数からなる２種類の交流電流を適宜変調しながら重畳的に付加する変調回路を含む電解電流制御手段を有してなり、被処理水を槽内導入し、前記多孔質電極を通過させながら交流電解をおこなうようにしたことを特徴とする電解水生成装置。
5. 円筒型圧縮活性炭からなる多孔質電極が、繊維状活性炭および／またはヤシガラ活性炭と、アクリル繊維その他の帯電性繊維とを成形材料として賦型化し、かつ、非腐食性金属素材からなる棒状又は板状の電極端子を挿設したものであり、
   円筒型電解槽の中心に非腐食性の金属電極を配置するとともに、その同心円上に前記多孔質電極を離隔保持して単筒形電極を構成したものであり、該単筒形電極の外側に被処理水を槽内導入し、内側の中空部へ通過させて浄化生成した電解水を取り出すようにした請求項４記載の電解水生成装置。
6. 多孔質電極が、繊維状活性炭および／またはヤシガラ活性炭と、アクリル繊維その他の帯電性繊維とを成形料として賦型化し、かつ、非腐食性金属素材からなる棒状又は板状の電極端子を挿設したものであり、
   円筒型電解槽の中心から放射方向同心円上に前記多孔質電極を隔壁を介して多重配置して多重筒形電極を構成したものであり、該多重筒形電極の最外筒の外側に被処理水を槽内導入し、最内筒の内側の中空部へ通過させて浄化生成した電解水を取り出すようにした請求項４記載の電解水生成装置。
7. 隔壁が絶縁性コア材であって筒状壁面に多数の通孔を形成したものである請求項６記載の電解水生成装置。

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