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技術 酸性水電解槽及びその酸性水の利用方法

出願人 マグテクノロジーカンパニー,リミテッド株式会社ゴーダ水処理技研
発明者 リ,ジェヨン
出願日 2014年9月2日 (6年1ヶ月経過) 出願番号 2014-178139
公開日 2016年1月12日 (4年9ヶ月経過) 公開番号 2016-003391
状態 特許登録済
技術分野 非金属・化合物の電解製造;そのための装置 電気・磁気による水処理
主要キーワード イオン気体 脱気作用 酸化還元電位差 強電解水 電気分解作用 購入コスト 脱気効果 電気分解後
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (5)

課題

酸性水電解槽及びその酸性水の利用方法を提供する。

解決手段

本発明は、純水や超純水であっても別途触媒材イオン交換樹脂を利用しなくても十分な伝導性を確保することができ、水道水だけでなく純水や超純水も電気分解することができ、特に一度の電気分解によって脱気効果とともに電気分解効果を介してイオン気体との間の反応を最小化することで、酸性水の伝導性を高め、還元電位溶存能力時間を向上させて安定した酸性還元水である酸性水の水素水が得られる酸性水電解槽及びその酸性水の利用方法を提供することにその目的がある。

概要

背景

水を電気分解して得られた酸性水アルカリ水人体に有益であって、殺菌など多様な目的として使用されるにつれて、このような機能水が得られる電解槽の開発が盛んに行われている。特許文献1及び特許文献2にはアルカリ性還元水を得るための構成が、特許文献3には酸性水とアルカリ水の電解水出水量を調節する構成が、そして特許文献4には酸性酸化水と酸性還元水を得ることができる構成が、それぞれ開示されている。

特許文献1は、アルカリ性還元水を生成する電解槽に関するものであって、電解液に接する陰極電極面積は電解液に接する陽極電極面積よりもさらに大きく形成され、前記陽極電極は上部が開放された陽極室に載置され、前記陰極電極が載置された陰極室は前記陽極室の側面に連続的に配置され、前記陽極室に形成された出口は隣接した前記陰極室の入口に連通するように形成され、連続的に配置されるn−1番目の前記陰極室の出口は隣接するn番目の前記陰極室の入口と連通する構成である。これにより、化学薬品の添加なしに液性が変えられ、このように得られたアルカリ性還元水は、半導体ウエハフォトマスクなどの表面微粒子洗浄に有用であり、超純水または純水のみを原料水として使用したので、パターンダメージ及び表面の酸化防止を解決することができる効果があり、特に排水された水を低コストで再使用することができて環境問題を減少させる効果がある。

特許文献2は、水を2回電気分解して飲用可能な弱アルカリ水が得られるようにした電気分解浄水器に関するものであって、特に流入水流量変化による印加電圧自動制御で、安定的な電気分解を可能とすることで、良質の弱アルカリ水を安定的かつ経済的に生成して供給可能としたものである。

特許文献3は、強・弱の電解により電解槽から生成されて出水された酸性水・アルカリ水の流量を流量変更バルブで調節して流路変更バルブに出水されるようにする強・弱の電解による酸性水・アルカリ水の電解水の出水量を調節することができる電解槽に関するものであって、強電解水が必要な場合、2つの製品を使用しなければならない不便を解消すると同時に、製品購入コスト節減されることで経済性を向上することができる。

特許文献4は、従来の電解槽が触媒材を用いて電気分解を行うと、陽極側では酸性ながら酸化力を、陰極側ではアルカリ性ながら還元力の物性が得られるのに対して、触媒材を使用せずにカソード側の物性を酸性ながら還元力を有する水(酸性還元水)と、陽極側では酸性ながら酸化力を有する水(酸性酸化水)とが得られる酸性水電解槽及びその酸性還元水の利用方法を提供する。

しかし、従来の電解槽には次のような問題があった。

(1)従来の電解槽は、純水(RO)や超純水(DI)を原水として用いるので、これらの原水の伝導度が低くて伝導性を高めるためにはイオン交換樹脂を利用しなければならなかった。

(2)このようなイオン交換樹脂は、電解槽で繰り返し使用すると、イオン交換樹脂の耐熱性が低下してその寿命制約を受ける。

(3)一般に、電気分解は、陰極と陽極の電極表面で分解反応が起きる。しかし、従来の電解槽は、電極表面と直接接触しない部分では電解効率が低下される問題があった。

(4)水道水や純水、そして超純水を原水として電解槽で電気分解を行うと、陰極側で還元水である水素水が得られるが、このときの水素水は、還元力と水素溶存能力が低くてその維持時間が短く、水素水としての寿命が短かった。

(5)特に、このような還元水は、高温雰囲気において水素が、水中に溶けていた気体と反応して活性を失ったり気化したりするので、このような還元電位や溶存能力の維持時間がさらに短縮された。

概要

酸性水電解槽及びその酸性水の利用方法を提供する。本発明は、純水や超純水であっても別途の触媒材やイオン交換樹脂を利用しなくても十分な伝導性を確保することができ、水道水だけでなく純水や超純水も電気分解することができ、特に一度の電気分解によって脱気効果とともに電気分解効果を介してイオンと気体との間の反応を最小化することで、酸性水の伝導性を高め、還元電位と溶存能力時間を向上させて安定した酸性還元水である酸性水の水素水が得られる酸性水電解槽及びその酸性水の利用方法を提供することにその目的がある。

目的

特許文献4は、従来の電解槽が触媒材を用いて電気分解を行うと、陽極側では酸性ながら酸化力を、陰極側ではアルカリ性ながら還元力の物性が得られるのに対して、触媒材を使用せずにカソード側の物性を酸性ながら還元力を有する水(酸性還元水)と、陽極側では酸性ながら酸化力を有する水(酸性酸化水)とが得られる酸性水電解槽及びその酸性還元水の利用方法を提供する

効果

実績

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請求項1

内部に、2つのイオン交換膜111が予め決められた間隔を置いて配置して区分された第1隔室〜第3隔室110a〜110cを有し、前記第1隔室110aには第1入水口112aと第1出水口113aを有し、前記第2隔室110bには第2入水口112bと第2出水口113bを有し、前記第3隔室110cには第3入水口112cと第3出水口113cを有したハウジング100と、前記各イオン交換膜111と予め決められた間隔W1ほど離隔するように位置して互いに対向するように第2隔室110bに設けられ、それぞれ(+)極を受ける2つの第1電極200と、前記各イオン交換膜111と隣接するように残りの第1及び第3隔室110a、110cに設けられ、(−)極を受ける2つの第2電極300と、それぞれの前記第2電極300と予め決められた間隔W2ほど離隔するように残りの第1及び第3隔室110a、110cに設けられ、(−)極を受ける2つの第3電極400と、を含み、前記第1出水口113aは前記第3入水口112cと連結されたことを特徴とする酸性水電解槽

請求項2

前記間隔W1は0.1〜2.0mmで水が通過するようにして充填空間として用いることを特徴とする請求項1に記載の酸性水電解槽。

請求項3

前記間隔W2は0.1〜100.0mmで原水が通過するようにして充填空間として用いることを特徴とする請求項1に記載の酸性水電解槽。

請求項4

前記第1及び第3隔室110a、110cは、内部で流体の流れ方向を変えて滞留時間を長くするように予め決められた位置に少なくとも1つの隔壁114を備えることを特徴とする請求項1に記載の酸性水電解槽。

請求項5

前記第3出水口113cには、分岐管120を構成して外部から原水を受ける前記第1入水口112aと混合されるように連結し、前記分岐管120には、分岐した酸性水を選択的に第1入水口112aに供給または遮断することができるように第1バルブ121が設けられ、前記第1入水口112aには、第3出水口113cから排出される酸性水が第1隔室110aに供給されるとき、外部からこの第1入水口112aを介して行われる原水供給を選択的に遮断または供給することができるように第2バルブ122を設けることを特徴とする請求項1に記載の酸性水電解槽。

請求項6

前記第2出水口113bと前記第3出水口113cが1つに連結したことを特徴とする請求項1に記載の酸性水電解槽。

請求項7

前記連結した第2及び第3出水口113b、113cを介して排出される酸性水には、H2・H+・H2O2・O3を含むことを特徴とする請求項6に記載の酸性水電解槽。

請求項8

前記イオン交換膜111がフッ素キャッチオン交換膜であることを特徴とする請求項1に記載の酸性水電解槽。

請求項9

前記第1ないし第3電極200、300、400が多孔性白金電極またはメッシュ白金電極であることを特徴とする請求項1に記載の酸性水電解槽。

請求項10

前記第1出水口113aから出水される酸性水の電気伝導度が0.067〜2.000μs/cmであり、前記第3出水口113cから排出される酸性水の電気伝導度が0.1〜50.0μs/cmであることを特徴とする請求項1に記載の酸性水電解槽。

請求項11

前記第3出水口113cから排出される酸性水は0〜100℃で酸化還元電位が−100〜−700mVであることを特徴とする請求項10に記載の酸性水電解槽。

請求項12

前記酸性水は0〜100℃で溶存水素濃度が0.2〜3.0ppmであることを特徴とする請求項11に記載の酸性水電解槽。

請求項13

前記酸性水は0〜100℃でpHが4.0〜7.5であることを特徴とする請求項11に記載の酸性水電解槽。

請求項14

請求項1項〜13のいずれか1項による酸性水電解槽で得られた酸性水は、飲料原料水や、半導体ウエハウエハキャリアLCDガラス光学用レンズ有機EL(OLED)の有機物パーティクル除去用洗浄用水または帯電防止用水として用いることを特徴とする利用方法

技術分野

0001

本発明は、酸性水電解槽及びその酸性水の利用方法(ELECTROLYTIC BATH FORMANFACTURING ACID WATERAND THEUSING METHODOF THE WATER)に関し、より詳しくは、イオン交換樹脂を使用せず、水道水は勿論のこと、伝導度の低い純水(RO)や超純水(DI)を電気分解して高濃度の酸性水を得ることができ、一度の電気分解過程によって脱気効果と電気分解効果が同時に得られ、安定した高純度の酸性水を得ることができる。

背景技術

0002

水を電気分解して得られた酸性水とアルカリ水人体に有益であって、殺菌など多様な目的として使用されるにつれて、このような機能水が得られる電解槽の開発が盛んに行われている。特許文献1及び特許文献2にはアルカリ性還元水を得るための構成が、特許文献3には酸性水とアルカリ水の電解水出水量を調節する構成が、そして特許文献4には酸性酸化水と酸性還元水を得ることができる構成が、それぞれ開示されている。

0003

特許文献1は、アルカリ性還元水を生成する電解槽に関するものであって、電解液に接する陰極電極面積は電解液に接する陽極電極面積よりもさらに大きく形成され、前記陽極電極は上部が開放された陽極室に載置され、前記陰極電極が載置された陰極室は前記陽極室の側面に連続的に配置され、前記陽極室に形成された出口は隣接した前記陰極室の入口に連通するように形成され、連続的に配置されるn−1番目の前記陰極室の出口は隣接するn番目の前記陰極室の入口と連通する構成である。これにより、化学薬品の添加なしに液性が変えられ、このように得られたアルカリ性還元水は、半導体ウエハフォトマスクなどの表面微粒子洗浄に有用であり、超純水または純水のみを原料水として使用したので、パターンダメージ及び表面の酸化防止を解決することができる効果があり、特に排水された水を低コストで再使用することができて環境問題を減少させる効果がある。

0004

特許文献2は、水を2回電気分解して飲用可能な弱アルカリ水が得られるようにした電気分解浄水器に関するものであって、特に流入水流量変化による印加電圧自動制御で、安定的な電気分解を可能とすることで、良質の弱アルカリ水を安定的かつ経済的に生成して供給可能としたものである。

0005

特許文献3は、強・弱の電解により電解槽から生成されて出水された酸性水・アルカリ水の流量を流量変更バルブで調節して流路変更バルブに出水されるようにする強・弱の電解による酸性水・アルカリ水の電解水の出水量を調節することができる電解槽に関するものであって、強電解水が必要な場合、2つの製品を使用しなければならない不便を解消すると同時に、製品購入コスト節減されることで経済性を向上することができる。

0006

特許文献4は、従来の電解槽が触媒材を用いて電気分解を行うと、陽極側では酸性ながら酸化力を、陰極側ではアルカリ性ながら還元力の物性が得られるのに対して、触媒材を使用せずにカソード側の物性を酸性ながら還元力を有する水(酸性還元水)と、陽極側では酸性ながら酸化力を有する水(酸性酸化水)とが得られる酸性水電解槽及びその酸性還元水の利用方法を提供する。

0007

しかし、従来の電解槽には次のような問題があった。

0008

(1)従来の電解槽は、純水(RO)や超純水(DI)を原水として用いるので、これらの原水の伝導度が低くて伝導性を高めるためにはイオン交換樹脂を利用しなければならなかった。

0009

(2)このようなイオン交換樹脂は、電解槽で繰り返し使用すると、イオン交換樹脂の耐熱性が低下してその寿命制約を受ける。

0010

(3)一般に、電気分解は、陰極と陽極の電極表面で分解反応が起きる。しかし、従来の電解槽は、電極表面と直接接触しない部分では電解効率が低下される問題があった。

0011

(4)水道水や純水、そして超純水を原水として電解槽で電気分解を行うと、陰極側で還元水である水素水が得られるが、このときの水素水は、還元力と水素溶存能力が低くてその維持時間が短く、水素水としての寿命が短かった。

0012

(5)特に、このような還元水は、高温雰囲気において水素が、水中に溶けていた気体と反応して活性を失ったり気化したりするので、このような還元電位や溶存能力の維持時間がさらに短縮された。

先行技術

0013

大韓民国登録特許第0660609号(登録日:2006年12月15日)
大韓民国登録特許第0928685号(登録日:2009年11月19日)
大韓民国登録特許第1178880号(登録日:2012年08月27日)
大韓民国特許出願公開第10−2014−0008770号(公開日:2014年01月22日)

発明が解決しようとする課題

0014

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、純水や超純水であっても別途の触媒材やイオン交換樹脂を用いずに、十分な伝導性を確保して水道水だけでなく純水や超純水も電気分解することができ、特に、一度の電気分解を介して脱気効果とともに電気分解効果を介してイオンと気体との間の反応を最小化することで、酸性水の伝導性を高め、還元電位と溶存能力時間を向上させて安定した酸性還元水の酸性水(水素水)が得られる酸性水電解槽及びその酸性水の利用方法を提供することにその目的がある。

0015

また、本発明は、このように得られた酸性水の一部を循環させて再び脱気効果と電気分解効果が得られるようにするか、原水が電気分解のための隔室内にできるだけ長く留まるように構成することで、脱気効果とともに電気分解した後にイオン交換が十分になされるようにして酸性水の伝導度と水素濃度をさらに高めるようにした酸性水電解槽及びその酸性水の利用方法を提供することに他の目的がある。

0016

そして、本発明は、脱気とイオン交換で水素イオンが分離された酸性酸化水を、イオン交換で得られた水素水である前記酸性還元水に混合されるように構成することで、電気分解で得ることができるイオン及び分子とともに、過酸化水素とオゾンのような成分を酸性還元水に含有させて飲料だけでなく洗浄用水などとしても活用できるようにした酸性水電解槽及びその酸性水の利用方法を提供することにさらに他の目的がある。

課題を解決するための手段

0017

このような目的を達成するための本発明に係る酸性水電解槽は、内部に2つのイオン交換膜111が、予め決められた間隔を置いて配置して区分された第1隔室〜第3隔室110a〜110cを有し、前記第1隔室110aには第1入水口112aと第1出水口113aを有し、前記第2隔室110bには第2入水口112bと第2出水口113bを有し、前記第3隔室110cには第3入水口112cと第3出水口113cを有したハウジング100と、前記各イオン交換膜111と予め決められた間隔W1ほど離隔するように位置し、互いに対向するように第2隔室110bに設け、それぞれ(+)極を受ける2つの第1電極200と、前記各イオン交換膜111と隣接するように、残りの第1及び第3隔室110a、110cに設け、(−)極を受ける2つの第2電極300と、それぞれの前記第2電極300と予め決められた間隔W2ほど離隔するように、残りの第1及び第3隔室110a、110cに設け、(−)極を受ける2つの第3電極400とを含み、前記第1出水口113aが前記第3入水口112cと連結されることを特徴とする。

0018

特に、前記間隔W1は0.1〜2.0mmで水が通過するようにして充填空間として利用し、前記間隔W2は0.1〜100.0mmで原水が通過するようにして充填空間として用いることを特徴とする。

0019

また、前記第1及び第3隔室110a、110cは、内部で流体の流れ方向を変えて滞留時間を長くするように、予め決められた位置に少なくとも1つの隔壁114を備えることを特徴とする。

0020

そして、前記第3出水口113cには、分岐管120を構成して外部から原水を受ける前記第1入水口112aと混合されるように連結し、前記分岐管120には分岐した酸性水を選択的に第1入水口112aに供給または遮断できるように第1バルブ121が設けられ、前記第1入水口112aには第3出水口113cから排出する酸性水が第1隔室110aに供給されるとき、外部から前記第1入水口112aを介して行われる原水供給を選択的に遮断したり供給したりすることができる第2バルブ122を設けることを特徴とする。

0021

また、前記第2出水口113bと前記第3出水口113cは、1つに 連結したことを特徴とする。このとき、前記 連結した第2及び第3出水口113b、113cを介して排出される酸性水にはH2・H+・H2O2・O3が含まれることを特徴とする。

0022

また、前記イオン交換膜111は、フッ素キャッチオン交換膜であることを特徴とする。

0023

そして、前記第1ないし第3電極200、300、400は、多孔性白金電極またはメッシュ白金電極であることを特徴とする。

0024

一方、前記第1出水口113aから出水される酸性水の電気伝導度は0.067〜2.000μs/cmであり、前記第3出水口113cから排出される酸性水の電気伝導度は0.1〜50.0μs/cmであることを特徴とする。

0025

このとき、前記第3出水口113cから排出される酸性水は0〜100℃で酸化還元電位が−100〜−700mVであり、溶存水素濃度が0.2〜3.0ppmであることを特徴とする。そして、前記酸性水は0〜100℃でpHが4.0〜7.5であることを特徴とする。

0026

最後に、本発明は、このような酸性水電解槽を介して得られる酸性水を、飲料原料水や、半導体ウエハ・ウエハキャリアLCDガラス光学用レンズ有機EL(OLED)の有機物パーティクル除去用の洗浄用水または帯電防止用水として用いることを特徴とする。

発明の効果

0027

本発明に係る酸性水電解槽及びその酸性水の利用方法によれば、以下のような効果がある。

0028

(1)1つのハウジング内に3つの隔室を構成し、一度の電気分解過程を介して脱気作用とともに電気分解作用が同時になされながら酸性水を得ることができるようにし、電気伝導度が高くて高純度の酸性還元水を得ることができる。

0029

(2)特に、このように電気伝導度と高純度の酸性還元水の一部を循環させて再び電気分解することができるように構成することで、本発明で得られた酸性水は二度にわたって電気分解した効果を得ることができて水素イオン濃度を高くし電気伝導度と高純度の酸性還元水を得ることができる。

0030

(3)また、電気分解した後にイオン交換を介して得られた酸性還元水が通る隔室に、この酸性還元水の流動方向を変えられるように少なくとも1つの隔壁を設けることで、酸性還元水が隔室に留まる滞留時間を長くしイオン分離効果を高めて高純度の酸性水を得ることができる。

0031

(4)脱気作用と電気分解作用で得られた酸性還元水と酸性酸化水が 混合された酸性水を提供し、水素イオンを介したイオン効果以外にも水素イオンと水酸化イオン、そして酸素と水素の反応によって過酸化水素とオゾンのような成分をさらに含む酸性水を得ることができる。

0032

(5)イオン交換樹脂を使用せずイオン交換膜を利用するので、従来のイオン交換樹脂と異なって耐久性低下のような問題が発生せず寿命を延長して使用することができる。

0033

(6)電気分解する原水として異物が多く、伝導度が高い水道水だけでなく伝導度が低い純水(RO)や超純水(DI)を原水として用いて電気分解することができる。

0034

(7)本発明で得られた酸性水は、飲料原料水や半導体ウエハ・ウエハキャリア・LCDガラス・光学用レンズ・有機EL(OLED)の有機物とパーティクル除去用洗浄用水または帯電防止用水として利用することができる。

0035

(8)本発明は、予め決められた間隔ほど離隔されるように設けられた電極との間に原水が流動するによってこの電極の表面で反応が起きるようにし、高濃度の酸性水を得ることができる。

図面の簡単な説明

0036

本発明の実施例1に係る酸性水電解槽の全体構成を示す概略的な概念図。
本発明の実施例2に係る酸性水電解槽の全体構成を示す概略的な概念図。
本発明の実施例3に係る酸性水電解槽の全体構成を示す概略的な概念図。
本発明の実施例4に係る酸性水電解槽の全体構成を示す概略的な概念図。

0037

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例について詳細に説明する。その前に、本明細書及び請求範囲に使用する用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈してはならず、発明者は、その自分の発明を最も最善な方法で説明するために用語の概念を適切に定義するという原則において本発明の技術的思想符合する意味と概念として解釈すべきである。

0038

したがって、本明細書に記載された実施例と図面に示す構成は、本発明の好適な一実施例に過ぎず、本発明の技術的思想をすべて代弁するものではなく、本出願時点においてこれらを代替することができる多様な均等物と変更例があり得ることを理解すべきである。

0039

(構成)
本発明の実施例1に係る酸性水電解槽は、図1のように、2つのイオン交換膜111で区分した3つの第1隔室〜第3隔室110a〜110cを有したハウジング100、前記第2隔室110bに各イオン交換膜111と予め決められた間隔W1ほど離隔するように設けられた2つの第1電極200、前記第1及び第3隔室110a、110cに各イオン交換膜111と隣接するようにそれぞれ設けられた2つの第2電極300、及び前記第1及び第3隔室110a、110cに設けられたそれぞれの第2電極300と予め決められた間隔W2ほど離隔するように設けられた2つの第3電極400を含む。

0040

特に、前記第1隔室ないし第3隔室110a〜110cには、それぞれ1つずつの入水口112a、112b、112cと1つの出水口113a、113b、113cを構成することになるが、前記第1隔室110aに形成された第1出水口113aを前記第3隔室110cに形成された第3入水口112cと連結することで、一度の電気分解が行われる間に中央に位置した第2隔室110bを基準に両方に配置した2つの第1及び第3隔室110a、110cに水素イオンが交換されながら脱気作用をし、続いて、このように脱気作用が行われた水素水の酸性還元水を再び前記第3隔室110cに供給して電気分解が行われるようにして水素濃度を高めるようにした。

0041

以下に、このような構成についてより詳細に説明する。

0042

ハウジング100は、図1のように、内部が空の中空状からなり、内部には2つのイオン交換膜111で区分された3つの第1〜第3隔室110a〜110cを有する。そして、それぞれの第1〜第3隔室110a〜110cには、それぞれ1つの入水口112a、112b、112cと1つの出水口113a、113b、113cが形成される。

0043

特に、2つのイオン交換膜111で囲まれた中央の第2隔室110bを除いた残りの2つの第1及び第3隔室110a、110cは、互いに連結されるように構成される。すなわち、前記第1隔室110aに形成された第1出水口113aは、前記第3隔室110cに形成された第3入水口112cと連結される。

0044

本発明の好適な実施例において、前記イオン交換膜111では、水素イオンを交換することができる膜であれば、いかなるものでも使用することができ、例示的に、フッ素系キャッチオンイオン交換膜(デュポン社製のナピオン117)を用いることができる。

0045

第1電極200は、図1のように、2つのイオン交換膜111で区画された第2隔室110bに2つを設ける。このとき、第1電極200は、各イオン交換膜111と予め決められていた間隔W1ほど離隔するように設ける。これは第1電極200とイオン交換膜111との間に予め決められた大きさの充填空間を確保し、これに注入された原水が電気分解されることによってイオン交換が容易に行われるようにする。

0046

そのために、前記第1電極200とイオン交換膜111との間の間隔W1を0.1〜2.0mmほど離隔されるように設ける。これは、間隔W1がこれより広くなると後述する第2電極300との電気分解性能が低下するからである。

0047

このような第1電極200は、電気分解に多く用いる多孔性白金電極またはメッシュ白金電極を利用することが好ましく、これは後述する第2及び第3電極300、400も同一電極を用いる方が好ましい。このように、電極を多孔やメッシュ状に製作したものを使用する理由は、実質に電気分解が行われる電極表面を広げて電気分解効果を高めるためである。

0048

このように設けられた第1電極200は、前記第2隔室110b内に設けられ、(+)極を印加する。

0049

第2電極300は、図1のように、前記2つの第1及び第3隔室110a、110cにそれぞれ1つずつ2つを設ける。このとき、これらの第2電極300は、各イオン交換膜111と隣接するように設けられて上述の第1電極200と予め決められた間隔を維持することが好ましい。

0050

そして、このような第2電極300は、前記第1電極200と反対に(−)極を印加し、上述のような第1電極200と同一材質で製作したものを使用することが好ましい。

0051

第3電極400は、図1のように、前記2つの第1及び第3隔室110a、110cにそれぞれ1つずつ、2つを設ける。このとき、これらの第3電極400は、それぞれの第2電極300と予め決められた間隔W2ほど離隔するように設ける。このときの間隔W2は0.1〜100.0mmに形成してその間をイオンの充填空間として活用する。

0052

そして、このような第3電極400は、前記第2電極300と同様に(−)極を印加し、上述のような第1電極200と同一材質で製作したものを使用することが好ましい。

0053

(作動)
本発明の実施例1に係る酸性水電解槽は、図1のように、第1入水口112aと第2入水口112bを介して原水を受け、このとき、第1電極200に(+)極を、第2電極300と第3電極400に、それぞれ(−)極を印加すると電気分解される。

0054

このとき、本発明に係る酸性水電解槽は、第1隔室110aと第2隔室110b社と、第2隔室110bと第3隔室110cとの間でそれぞれ電気分解とイオン交換が行われる。すなわち、第2隔室110bに設けられた(+)極の第1電極200と、第1及び第3隔室110a、110cにそれぞれ設けられた(−)極の第2及び第3電極300、400との間で電気分解が行われる。そして、イオン交換は、第2隔室110bから第1及び第3隔室110a、110cに水素イオンが移動しながら行われる。

0055

このように、電気分解が行われることによって、第2隔室110bに提供された原水には、水素イオン(H+)がほとんどなく、通常に原水に含まれたイオン気体原子、そして分子などが含まれて、まるで脱気のような作用をする。

0056

すなわち、第1入水口112aと第2入水口112bを介してそれぞれの第1隔室110aと第2隔室110bに供給された原水には、電気分解されることによって水素イオン(H+)・水酸化イオン(OH−)・オゾン(O3)・酸素分子(O2)などが存在するが、このとき、水素イオン(H+)はイオン交換膜111を介して第1隔室110aや第3隔室110cに移動し、残りは第2隔室110bに移動する。よって、第1隔室110aの第1出水口113aと第3隔室110cの第3出水口113cでは、水素イオン(H+)を有した酸性還元水が排出され、前記第2隔室110bの第2出水口113bでは、水素イオン(H+)がほとんどなく、水酸化イオン(OH−)・オゾン(O3)・酸素分子(O2)などを含まれた酸性酸化水が排出される。

0057

したがって、本発明に係る酸性水は、前記第1出水口113aと第3出水口113cに排出されるものを使用するので、この酸性水には殆ど水素イオン(H+)だけが入っていて、まるで脱気作用を行ったような効果が得られる。

0058

一方、本発明の実施例では、前記第1出水口113aから排出した酸性水を第3入水口112cと連結して第3隔室110cに供給する。これは、上述のように、脱気作用を行わせる電気分解作用をするとき、このように脱気作用により所定の水素濃度を有した酸性還元水を循環させて一緒に電気分解することで、この酸性還元水の水素濃度をより高めることができる。

0059

このように、本発明に係る酸性水電解槽は、一度の電気分解が行われる間に脱気作用とこれにより得られる酸性還元水である酸性水を再び循環させて電気分解が同時に行われるようにすることで、水素イオンの濃度を高めることだけでなく、このような濃度差から得られる高い電位差は一般に使用される水道水だけでなく伝導度が低い純水(RO)や超純水(DI)を電気分解するにも有用に用いられる。

0060

本発明の好適な実施例において、前記脱気作用後の第1出水口113aを介して排出する酸性還元水は、電気伝導度が0.067〜2.000μs/cmであり、この酸性還元水を受けて電気分解後の他の第3出水口113cに排出する酸性水の電気伝導度は0.1〜50.0μs/cmであることが好ましい。

0061

また、本発明の好適な実施例において、前記第3出水口113cを介して排出される酸性水は、温度0〜100℃で酸化還元電位が−100〜−700mVであり、溶存水素濃度が0.2〜3.0ppmであり、pHが4.0〜7.5であることが好ましい。

0062

以下に、このように行われた本発明に係る酸性水の物性特性を調べる。

0063

<脱気した原水を用いた電気分解結果に対する電気伝導度の試験結果>
このように動作する本発明に係る酸性水電解槽を利用して陰極側、すなわち上述の隔室110cで得られた酸性水に対し、間隔W2の変化による物性変化を得るために次のように試験を行った。

0064

原水:水(伝導度10μs/cm以下、pH7.0、ORP+230mV、温図25.5℃)
電源:DC24V、20A
流速(流量):0.3l/min
測定器:TOA社の計測器
pH:TOA−21P
ORP:TOA−21P
DH:TOA DH−35A

0065

次は、その測定結果を示す表である。

0066

0067

上記表1のように、本発明の実施例1に係る酸性水は、全般的に酸性を示していて、特に間隔W2が小さくなるほど次第に強酸性を示し、酸化還元電位差(ORP)また間隔W2が大きくなるにつれて高くなることをわかる。

0068

また、このようにして得られた酸性水は酸性還元担当が分かる。

0069

温度変化による酸化還元電位(ORP)変化>
本発明の実施例1に係る酸化水電解槽の陰極が備えられた隔室110cを介して排出される酸性水(実施例)と比較例の酸化還元電位(ORP)を温度変化に従って測定した結果である。そして、次に、これによる測定条件を示す。

0070

原水:水(伝導度10μs/cm以下、pH6.8、ORP+230mV、25.5℃)
電源:DC24V、20A
流速(流量):0.3l/min
測定器:TOA社の計測器
DH:TOADH−35A
ORP:TOA−21P

0071

次の表2は実施例の測定結果を示し、表3は比較例の測定結果をそれぞれ示す。ここで、比較例は本出願人が出願した特許文献4の図1のように、2つの隔室と各隔室にそれぞれの入水口と出水口を構成した酸性水電解槽に介して測定したものである。

0072

0073

0074

上記表2及び上記表3のように、低温の場合、実施例よりも比較例の場合、ORPが低いが、温度が高くなるにつれて比較例は、その大きさの幅が次第に大きくなって結局80℃では陽の値(+)に反転されたことを確認することができる。しかし、実施例の場合、95℃でも5℃と比べて高くなったが、その変化幅が比較例と比較することのできない位に、著しく低くなったことを確認することができる。すなわち、実施例の場合、温度変化に殆ど影響を受けないといえる。

0075

したがって、本発明の実施例による酸性水の場合、酸化還元される傾向が比較例の場合よりも低くて結果的により高純度の酸性水が得られる。

0076

<酸性水の溶存水素濃度(DH)比較>
実施例と比較例の溶存水素濃度DHは、上述の酸化還元電位を測定した方法と同一方法で行い、その結果として、実施例の溶存水素濃度(DH)変化は表4に、そして比較例は表5に表示した。

0077

0078

0079

上記表4及び上記表5のように、低温状態から高温状態に行くほど実施例と比較例両方とも溶存水素濃度DHが低くなることをわかる。特に、このような溶存水素濃度(DH)は、温度が上がるにつれて実施例の場合、次第に低下して行くが、比較例は溶存水素濃度が急激に低下することをわかる。その結果、高温では、実施例の濃度が比較例の濃度よりも約1.3倍位高い溶存水素濃度差を示す。

0080

<電気伝導度の変化比較>
本発明に係る酸性水電解槽で陰極側、すなわち、上述の隔室110cで得られた酸性水に対して電気伝導度の変化を得るために、次のように電気伝導度を測定した。

0081

原水:水(伝導度0.057μs/cm、pH7.0、温図25.5℃)
電源:DC24V、20A
流速(流量):0.5l/min
測定器:TOA/DKKCM−30R

0082

次は、本発明に印加する電流を表6のように、異なるようにしながら前記測定器で電流変化による伝導度を測定した結果である。

0083

0084

上記表6のように、実施例は、本発明に係る酸性水電解槽に印加する電流の強さを高めることによってイオン水が増加し、これにより電気伝導度を高くする割合がさらに大きくなることがわかる。

0085

以上のように、本発明は、一度の電気分解過程によって脱気作用とともに電気分解作用で得られる酸性還元水の酸性水を得ることで、水素イオン濃度が高いだけでなく、高伝導の酸性水を得ることができる。

0086

本発明の実施例2による酸性水電解槽は、図2のように、実施例1と比較した場合、第1及び第3隔室110a、110cに、それぞれ少なくとも1つの隔壁114をさらに構成したものである。これにより、実施例1のような構成については、同一図面符号を付与し、その詳細な説明は省略する。

0087

ここでは、追加構成の隔壁114についてのみ説明する。隔壁114は第1及び第3隔室110a、110cに、それぞれ少なくとも1つを予め決められた位置に形成する。これは、これらの第1及び第3隔室110a、110cを通る酸性水がそれぞれ第1及び第3隔室110a、110cに留まる滞留時間を長く維持するようにし、イオン交換が最も多く行われるようにしたものである。

0088

したがって、第1及び第3隔室110a、110cで多くの水素イオンとイオン交換ができて酸性水に含有された水素イオンの濃度をより高めたものである。

0089

本発明の実施例3に係る酸性水電解槽は、図3のように、実施例2の構成で分岐管120と第1バルブ121及び第2バルブ122をさらに構成したものである。これにより、実施例2のような構成については同一図面符号を付与して、その詳細な説明を省略し、追加構成の分岐管120についてのみ説明する。

0090

実施例3において、分岐管120は、図3のように、前記第3出水口113cと前記第1入水口112aとの間に連結される。このとき、分岐管120は第3出水口113cを介して分岐した酸性水を、第1入水口112aを介して外部から供給される原水と選択的に混合されるように構成し、さらに第3出水口113cを介して酸性水が排出されるように連結する。

0091

このために、前記分岐管120には第1バルブ121を構成し、前記第3出水口113cを介して排出する酸性水の一部を選択的に第1入水口112aに分岐されるようにする。また、前記第1入水口112aには、第2バルブ122を構成し、第1入水口112aを介して外部から第1隔室110aに原水が入って行くことを選択的に遮断されるようにする。このようなバルブの作動は次の表7のようである。

0092

0093

このように、実施例3は、分岐管120と第1及び第2バルブ121、122を介して水素濃度をより高める必要がある場合に排出される酸性水の一部を循環させて水素濃度を高めるか、水素濃度とともに排出される酸性水量を調節することができる。

0094

本発明の実施例4に係る酸性水電解槽は、図4のように、実施例1の構成で第2出水口113b’と第3出水口113cとを 連結 したものである。これにより、実施例1のような構成に対しては、同一図面符号を付与して、その詳細な説明を省略し、互いに 連結された第2出水口113b’と第3出水口113cについてのみ説明する。

0095

実施例4は、図4のように、従来にそれぞれ酸性酸化水を排出した第2出水口113b’と酸性還元水を排出した第3出水口113cを1つに 連結して酸性酸化水と酸性還元水とを混合排出されるようにする。

実施例

0096

これは、第3出水口113cを介して出水する水素水の酸性還元水に電気分解で分離した、残りの物質、すなわち、OH−・O2・O3などを反応させて多様な成分を有する酸性水を得るためのものである。すなわち、原水は、電気分解をすると、基本的に、水素イオン(H+)と(OH−)に分解されるが、前記第3出水口113cを介して排出される酸性水は、水素イオン(H+)と水素分子(H2)を有する酸性還元水であり、前記第2出水口113b’に排出される酸性水は、水酸化イオン(OH−)と酸素分子(O2)とオゾン(O3)などを含有した酸性酸化水である。これに、この酸性還元水と酸性酸化水を混合することで、これらが有する基本成分、すなわち水素イオン(H+)・水素分子(H2)・水酸化イオン(OH−)・オゾン(O3)以外に、これらが下のような反応を介して過酸化水素(H2O2)をさらに含む。下記の反応式1と反応式2は、このような過酸化水素が生成される反応過程を示すものである。

0097

O2+e−→O2−

0098

2H++O2−−→H2O2

0099

これは、本発明に係る酸性水電解槽で得られた酸性水を飲料だけでなく、産業用水などとして使用可能とにするためである。

0100

本発明に係る電解槽で得られた酸性水は、飲料原料水や、半導体ウエハ・ウエハキャリア・LCDガラス・光学用レンズ・有機EL(OLED)の有機物とパーティクル除去用産業用洗浄用水または帯電防止用水として用いられる。

0101

以上のように、本発明は、充填空間を介して電気分解したイオンを充填して電位差を高めて酸性還元水を得ることができる。

0102

また、本発明は、一度の電気分解過程中に脱気作用が一緒に行われるようにすることで、電気分解などで電解槽の内部温度が上昇しても溶存気体が酸性水と反応することを最小化するようにしたものである。これにより安定的な高純度の酸性水が得られる。

0103

そして、本発明は、このように脱気作用が行われた酸性水を再び循環させて脱気作用を起こさせながら電気分解がともに行われるようにすることで、高伝導の酸性水を得ることができる。

0104

100ハウジング
110a〜110c 第1隔室〜第3隔室
111イオン交換膜
114隔壁
112a〜112c 第1入水口〜第3入水口
113a〜113c 第1出水口〜第3出水口
120分岐管
200 第1電極
300 第2電極
400 第3電極

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