JP2002045861A

JP2002045861A - 還元水製造装置

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Publication number: JP2002045861A
Application number: JP2000239456A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Tomohara; 保孝智原
Original assignee: Japan Matex KK
Current assignee: Japan Matex KK
Priority date: 2000-08-08
Filing date: 2000-08-08
Publication date: 2002-02-12
Anticipated expiration: 2020-08-08
Also published as: US6585868B1; JP4607296B2

Abstract

(57)【要約】【課題】工業用水や水道水或いは自然水等からだけで
なく純水を原料としても負の酸化還元電位を長時間にわ
たって維持できる還元水を速やかに且つ安価に製造する
ことが可能な、還元水の工業的量産に適した還元水製造
装置を提供すること。【解決手段】水槽と、該水槽内に配設される少なくと
も１つの電極板ユニットと、該電極板ユニットを構成す
る電極板に高周波交流電圧を印加する電圧印加手段とか
らなる還元水製造装置であって、前記電極板ユニットは
電圧印加手段によって印加される交流電圧が互いに逆位
相の変調波となるように変化する２枚の交流電極板と、
該２枚の交流電極板に対向配置されたグランド電極板と
を備えてなるとともに、これらの電極板の表面はチタン
及び白金からなることを特徴とする還元水製造装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は還元水製造装置に係
り、その目的は工業用水や自然水からのみならず純水か
らでも酸化還元電位を長時間にわたって連続的に維持で
きる良質の還元水を速やかに且つ安価に大量生産するこ
とが可能な還元水の工業的量産に適した還元水製造装置
を提供することにある。

【０００２】

【従来の技術】加熱器、ボイラー、チューブ、給水管、
雑用水管等に使用される配管は長年の使用に伴ってその
内面にスケールが付着し、これによって配管内の流通の
阻害や熱効率の低下といった弊害が生じる。従来、この
ような配管等に付着したスケールの除去に際しては、化
学洗浄処理や高圧水による物理的圧力を利用した除去が
行われていたが、化学洗浄処理を使用した場合には配管
が腐食してしまう恐れがあり、一方、高圧水による方法
では細管やストレーナ等に付着したスケールを除去する
ことは困難であった。

【０００３】このような実情に鑑みて、近年、還元水を
配管内に流通させることによって配管内面に付着したス
ケールを除去する方法が案出されている。還元水とは、
負の酸化還元電位に処理されたアルカリ性の水であっ
て、純水に比べて水分子クラスターが小さく、そのため
に優れた浸透力を有しており、上記方法はこの浸透作用
を利用して配管内面に付着したスケールを除去するもの
である。

【０００４】従来、このような還元水の製造方法として
は、窒素ガスや水素ガスのバブリングにより水中の酸素
濃度を低下させて酸化還元電位を低下させる方法、ヒド
ラジンを添加することにより水中の酸素濃度を低下させ
て酸化還元電位を低下させる方法等が知られている。し
かしながら、これら従来の製造方法は、大量の還元水を
経済的に製造できる方法とはいえず、従って工業的に使
用するには不向きであり、しかも得られた還元水は負の
酸化還元電位を長時間にわたって維持することができな
かった。

【０００５】また、水を電気分解して酸化還元電位を低
下させる方法も知られており、このような方法に使用さ
れる装置としては、高周波交流電源と、平板状又は丸棒
状の電極とを有し、交流電源から電極に対して正弦波電
圧を印加して水の還元処理を行う装置が存在している。
しかしながら、このような従来の還元水製造装置は、水
道水や工業用水を原料とした還元処理が主であって純水
の還元を行うことは困難であった。しかも、得られた還
元水の酸化還元電位は−４００〜−４５０ｍＶ程度でし
かないため、負の酸化還元電位を長時間にわたって維持
することができなかった。また、還元水の製造効率もそ
れほど高いものではなく、還元水の工業的量産に適した
装置とは言えなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の解決課題は、
工業用水や水道水或いは自然水等からだけでなく純水を
原料としても負の酸化還元電位を長時間にわたって維持
できる還元水を速やかに且つ安価に製造することが可能
な、還元水の工業的量産に適した還元水製造装置を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
水槽と、該水槽内に配設される少なくとも１つの電極板
ユニットと、該電極板ユニットを構成する電極板に高周
波交流電圧を印加する電圧印加手段とからなる還元水製
造装置であって、前記電極板ユニットは電圧印加手段に
よって印加される交流電圧が互いに逆位相の変調波とな
るように変化する２枚の交流電極板と、該２枚の交流電
極板に対向配置されたグランド電極板とを備えてなると
ともに、これらの電極板の表面はチタン及び白金からな
ることを特徴とする還元水製造装置に関する。請求項２
に係る発明は、前記電極板は、網目状部と該網目状部の
周囲に形成された枠状部とから形成され、網目状部は白
金もしくは白金メッキされたチタンから形成され、枠状
部はチタンから形成されてなることを特徴とする請求項
１記載の還元水製造装置に関する。請求項３に係る発明
は、前記網目状部が、菱形又は六角形の網目が連続して
形成された網目状部であることを特徴とする請求項２記
載の還元水製造装置に関する。請求項４に係る発明は、
前記電極板ユニットが略Ｖ字状に折曲されてなることを
特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の還元水製造
装置に関する。請求項５に係る発明は、前記電圧印加手
段により印加される交流電圧の周波数が３０〜６０±５
〜１０ｋＨｚであることを特徴とする請求項１乃至４い
ずれかに記載の還元水製造装置に関する。請求項６に係
る発明は、前記水槽が、電極板ユニットを収容した状態
で密閉可能とされた断面円形の耐圧容器からなることを
特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の還元水製造
装置に関する。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る還元水製造装
置の好適な実施形態について図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る還元水製造装置の一部断面正面図で
あり、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。本発明に係
る還元水製造装置は、還元される水をその内部に入れる
ための水槽（１）と、該水槽（１）内に配設される少な
くとも１つの電極板ユニット（２）と、該電極板ユニッ
ト（２）を構成する電極板に高周波交流電圧を印加する
電圧印加手段（図示せず）とから構成される。

【０００９】水槽（１）は、電極板ユニット（２）を内
部を収容した状態で密閉可能な正負いずれの圧力にも耐
えうる耐圧容器から形成されており、容器部（１１）と
蓋部（１２）とは上下分離可能に一体化され、蓋部（１
２）の上部には出口管（３）が設けられ、容器部（１
１）の底部には入口管（４）が設けられている。水槽
（１）の材質としては、ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６等
のステンレス鋼が好ましく使用できるが、合成樹脂を使
用することもできる。但し、合成樹脂の場合には空気が
透過することによって空気中の酸素が還元水の製造に悪
影響を及ぼす可能性があるため、これを防止するための
対策が必要であり、例えばアクリル樹脂を使用する場合
にはその厚さを１０ｍｍ以上とすればよい。尚、本発明
において水槽（１）の形状は特に限定されず、例えば断
面四角形等としてもよいが、図示の如く断面円形に形成
すると耐圧性に優れたものとなるため好ましい。また、
水槽（１）の数についても限定されるものではなく、複
数個の水槽（１）を水の流通が可能なように接続する構
成としてもよい。また、蓋部（１２）の無い上部開放型
の水槽（１）としてもよいが、この場合には空気中の酸
素が還元水製造に悪影響を及ぼさないように、窒素やア
ルゴン等の不活性ガスを使用して水槽の開放面を遮蔽す
る必要がある。

【００１０】図３は電極板ユニット（２）の平面図であ
り、図４は図３のＡ−Ａ線断面図である。電極板ユニッ
ト（２）は、電圧印加手段によって高周波交流電圧が印
加される２枚（図７参照）の交流電極板（２１）と、該
交流電極板（２１）の上下に対向して配置された２枚の
グランド電極板（２２）と、これら４枚の電極板を一体
化するための台板として電極ユニット（２）の最下部に
配置される電極組立台板（２３）と、該電極組立台板
（２３）に対して交流電極板（２１）及びグランド電極
板（２２）を一体に組付け固定する固定手段とから構成
される。

【００１１】図５及び図６はグランド電極板（２２）の
平面図である。図５に示した第１のグランド電極板（２
２ａ）は交流電極板（２１）と電極組立台板（２３）の
間に配置される電極板であり、図６に示した第２のグラ
ンド電極板（２２ｂ）は電極ユニット（２）の最上部に
配置される電極板である。これらのグランド電極板（２
２）は、網目状部（２４）とこの網目状部（２４）の周
囲に形成された枠状部（２５）とから形成される。そし
て、網目状部（２４）の材質は白金もしくは白金メッキ
されたチタン（メッキ厚３μｍ以上）とされ、枠状部
（２５）の材質はチタンとされている。

【００１２】枠状部（２５）は四角形状の周囲枠部（２
５ａ）と、対向する２つの周囲枠部（２５ａ）の辺の中
心部同士を繋ぐ連結枠部（２５ｂ）とからなる平面視略
日の字形状とされ、その長方形状に形成された２つの空
間部にはそれぞれ網目状部（２４）を構成する網目状板
がスポット溶接により固着されている。また、枠状部
（２５）には固定手段となるボルトを挿通するための貫
通穴が複数箇所に形成されている。また、第１のグラン
ド電極板（２２ａ）では、枠状部（２５）の連結枠部
（２５ｂ）を延長する形で外方突出部（２５ｃ）が形成
され、この外方突出部（２５ｃ）にボルト挿通用の２つ
の貫通穴が設けられており、この点のみが第２のグラン
ド電極板（２２ｂ）と異なっている。

【００１３】尚、図示例では網目状部（２４）を正六角
形の網目が連続した網目状に形成した例を示したが、本
発明においては図３の引出し円内図に示す如く、菱形の
網目が連続した網目状部（２４）としてもよい。網目状
部（２４）の好ましい寸法を例示すると、正六角形網目
状とする場合の形成される六角形穴の一辺の長さは６ｍ
ｍとされ、菱形網目状とする場合には菱形穴の一辺の長
さが６〜１２ｍｍとされる。尚、本発明者の実験的知得
によれば、いずれの形状とする場合も網目を構成する辺
の長さを３の倍数、好ましくはπの倍数に近似する長さ
に設定すると、優れた電解作用が得られることが分かっ
ている。

【００１４】図７は交流電極板（２１）の平面図であ
る。交流電極板（２１）は左右対称に形成された２枚の
交流電極板からなり、これら２枚の交流電極板は互いに
間隔をあけて同一平面上にあるように電極組立台板（２
３）に対して組付けられる。交流電極板（２１）も前記
したグランド電極板（２２）と同様に、網目状部（２
６）とこの網目状部（２６）の周囲に形成された枠状部
（２７）とから形成されている。そして、網目状部（２
６）の材質は白金もしくは白金メッキされたチタン（メ
ッキ厚３μｍ以上）とされ、枠状部（２７）の材質はチ
タンとされている。

【００１５】枠状部（２７）は略長方形状であり、枠状
部（２７）に形成された空間部には網目状部（２６）を
構成する網目状板がスポット溶接により固着されてい
る。また、枠状部（２７）には固定手段となるボルトを
挿通するための３つの貫通穴が形成されている。

【００１６】図８は電極組立台板（２３）の平面図であ
る。電極組立台板（２３）はポリ塩化ビニル等の絶縁性
材料からなり、水を流通させるための多数（図示例では
２５個）の貫通穴が等間隔で設けられている。

【００１７】以上説明した交流電極板（２１）、グラン
ド電極板（２２）、電極組立台板（２３）が固定手段に
よって組立一体化されることによって、電極板ユニット
（２）が形成される。固定手段については、交流電極板
とグランド電極板、及び交流電極板同士が互いに接触す
ることなく電気的導通が起こらないように強固に一体化
することができるとともに、耐腐食性に優れた素材から
なるものであれば特に限定されない。尚、図示例におい
ては、各電極板は合成樹脂製のスペーサ（２８）及びア
ダプタ（２９）を介してＳＵＳ製のボルト（３０）及び
ナット（３１）により固定されている。

【００１８】上記した電極板を使用して水の電解効率を
最大限に発揮させるためには、対向する電極板同士の間
隔を水槽（１）内の水が純水である場合には５〜７ｍｍ
（好ましくは６ｍｍ）、水槽（１）内の水が工業用水で
ある場合には９〜１５ｍｍ（好ましくは１２ｍｍ）に設
定するとよい。

【００１９】尚、本発明においては、電極板ユニット
（２）を図９に示す如く略Ｖ字状に形成する構成を採用
することも可能である。このような電極板ユニット
（２）は、図３に示した電極板ユニット（２）を、２枚
の網目状部（２４）を挟んだ中心線（Ｂ−Ｂ線）で折曲
することによって形成することが可能であり、このとき
の折曲角度は好ましくは６０度とされるが、６０〜１８
０度の範囲であればいずれの角度でもよい。このように
電極板ユニット（２）を構成すると、電極板ユニット
（２）自体の表面積を維持したまま体積を小さくするこ
とが可能となり、製造装置全体を小型化することができ
る。

【００２０】水槽（１）の外部に設置される電圧印加手
段（図示せず）は高周波交流電圧発生装置からなり、２
枚の交流電極板（２１）に対して電圧波形が互いに逆位
相となる変調波の高周波交流電圧を印加する。ここで、
印加される交流電圧の周波数を３０〜６０±５〜１０ｋ
Ｈｚとし、電圧を２４Ｖ以下に設定すると、電解効率に
優れたものとなって水の酸化還元電位を迅速に大幅に低
下させることが可能となり、製造された還元水は配管、
容器、熱交換器等のスケールや不純物の除去に優れた作
用を発揮する。

【００２１】また、本発明においては、製造された還元
水にクエン酸又は硝酸を添加することによって、還元水
を弱酸性（ｐＨ３〜６）とすることが好ましい。このよ
うにクエン酸又は硝酸の添加によって弱酸性とされた還
元水は、より優れたスケール除去作用を短時間で発揮す
ることができ、またスケールが除去された後の配管等の
内面に酸化被膜を形成することが可能となる。

【００２２】以下、本発明に係る還元水製造装置を使用
した還元水の製造方法について説明する。先ず、水槽
（１）の入口管（４）から水槽（１）内に常温水を供給
し、次いで電圧印加手段を駆動して２枚の交流電極板
（２１）に対して電圧波形が互いに逆位相となる変調波
の高周波交流電圧を印加する。すると、グランド電極板
（２２）では常に下記の反応が生じる。２Ｈ⁺＋２ｅ^-→Ｈ₂…（Ａ）そして、２枚の交流電極板（２１）では、下記のアノー
ド反応と交互に（Ａ）の反応が生じる。Ｐｔ表面：Ｈ₂Ｏ→１／２Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^-…（Ｂ）Ｔｉ表面：Ｔｉ＋Ｈ₂Ｏ→ＴｉＯ₂＋４Ｈ⁺＋４ｅ^-…（Ｃ）

【００２３】水の電気分解により発生するＨ₂とＯ₂の割
合は２：１であるが、本発明の装置ではＴｉの酸化反応
があるため、通常の水の電気分解に比べて酸素の発生割
合が少なくなり、水中の酸素濃度が低下していく。ま
た、Ｔｉ表面に酸化膜ができると上記（Ｃ）の反応は生
じにくくなるが、本発明の装置では２枚の交流電極板の
Ｔｉ表面で（Ａ）と（Ｃ）の反応が交互に繰り返される
ので、（Ａ）の反応で発生したＨ₂がＴｉＯ₂を破壊し、
これによってＴｉ表面は常に活性化されていることにな
る。尚、電気分解を長時間続けることによってＴｉＯ₂
の被膜が厚くなると（Ｃ）の反応は起こりにくくなる
が、ＴｉＯ₂は電子導電体なので（Ａ）の反応は継続す
る。

【００２４】そして、本発明の装置では、電極板の材質
がＰｔとＴｉからなるので水中に電極素材が溶出しにく
く、且つ純水であっても電気分解することが可能とな
る。しかも、電極板のＰｔは網目状部によって小面積に
形成されているので、酸素の発生が抑えられて水中の酸
素濃度を迅速に低下させることができる。

【００２５】上記した作用によって、水槽（１）内の水
の酸化還元電位は−７００〜−８００ｍＶにまで迅速に
低下し、得られた還元水は長時間にわたって負の酸化還
元電位を維持することが可能となる。そして、製造され
た還元水は出口管（３）から取り出される。尚、本発明
に係る装置によれば、電極板ユニット（２）を通過する
水の流速は０〜６０リットル／ｍｉｎ．の範囲で調整す
ることが可能であるが、水槽（１）の容量が５０リット
ル程度のとき、入口管（４）から出口管（３）へと流れ
る水の流速は４５リットル／ｍｉｎ．以下とすることが
好ましい。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る還元
水製造装置によれば、高周波交流電圧をチタン及び白金
からなる表面をもつ電極板に印加して水の電気分解を行
うことにより、酸化還元電位が−４００ｍＶ以下であっ
て、負の酸化還元電位を長時間にわたって維持できる還
元水を得ることが可能となる。また、印加される交流電
圧が互いに逆位相となるように変化する２枚の交流電極
板と、該２枚の交流電極板に対向配置されたグランド電
極板からなる電極板ユニットを備えているため、水の電
解を連続的に高速で行うことができ、大量の還元水を効
率良く製造することが可能となる。しかも、電極板がチ
タン及び白金から形成されていることで、水中に電極素
材が溶出しにくく、且つ純水であっても還元処理するこ
とが可能となる。また、白金の部分を網目状部とするこ
とによって、酸素の発生が抑えられて水中の酸素濃度を
迅速に低下させることができる。さらに、網目状部を菱
形又は六角形としたり、電圧印加手段により印加される
交流電圧の周波数を３０〜６０±５〜１０ｋＨｚとする
ことによって、水の酸化還元電位をより迅速に低下させ
ることが可能となる。また、水槽を電極板ユニットを収
容した状態で密閉可能な断面円形の耐圧容器とすると、
大量の還元水を安全に製造することが可能となり、還元
水の大量生産に適した装置となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る還元水製造装置の一部断面正面図
である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】電極板ユニットの平面図である。

【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。

【図５】グランド電極板の平面図である。

【図６】グランド電極板の平面図である。

【図７】交流電極板の平面図である。

【図８】電極組立台板の平面図である。

【図９】電極板ユニットの別の実施形態を示す図であ
る。

【符号の説明】

１水槽２電極板ユニット２１交流電極板２２グランド電極板２４網目状部２５枠状部２６網目状部２７枠状部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水槽と、該水槽内に配設される少なくと
も１つの電極板ユニットと、該電極板ユニットを構成す
る電極板に高周波交流電圧を印加する電圧印加手段とか
らなる還元水製造装置であって、前記電極板ユニットは
電圧印加手段によって印加される交流電圧が互いに逆位
相の変調波となるように変化する２枚の交流電極板と、
該２枚の交流電極板に対向配置されたグランド電極板と
を備えてなるとともに、これらの電極板の表面はチタン
及び白金からなることを特徴とする還元水製造装置。
【請求項２】前記電極板は、網目状部と該網目状部の
周囲に形成された枠状部とから形成され、網目状部は白
金もしくは白金メッキされたチタンから形成され、枠状
部はチタンから形成されてなることを特徴とする請求項
１記載の還元水製造装置。
【請求項３】前記網目状部が、菱形又は六角形の網目
が連続して形成された網目状部であることを特徴とする
請求項２記載の還元水製造装置。
【請求項４】前記電極板ユニットが略Ｖ字状に折曲さ
れてなることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記
載の還元水製造装置。
【請求項５】前記電圧印加手段により印加される交流
電圧の周波数が３０〜６０±５〜１０ｋＨｚであること
を特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の還元水製
造装置。
【請求項６】前記水槽が、電極板ユニットを収容した
状態で密閉可能とされた断面円形の耐圧容器からなるこ
とを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の還元水
製造装置。