JP4607296B2

JP4607296B2 - 還元水製造装置

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Publication number: JP4607296B2
Application number: JP2000239456A
Authority: JP
Inventors: 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: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2020-08-08
Also published as: JP2002045861A; US6585868B1

Description

【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】
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り、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。
【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（１２）の上部には出口管（３）が設けられ、容器部（１１）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（２２ａ）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（２２）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（２５ａ）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６ｍｍ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（２３）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（２６）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（２６）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、６０〜１８０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±５〜１０ｋＨｚ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

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り、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還元水製造装置。
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。
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。
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。
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４いずれかに記載の還元水製造装置。