电解水制造装置的制作方法

专利名称：电解水制造装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及制造于杀菌、防止金属表面氧化、洗涤去除附着于固体表面的各种污染物质的电解水的电解水制造装置。
在本说明书的以下说明中，在使直流电流通过水或水溶液进行电解的电解装置中，把施加正电压的电极称为阳极，施加负电压的电极称为阴极，在进行电解之时，阳极附近的水溶液称为阳极水，阴极附近的水溶液称为阴极水。
因而，把正(+)电荷赋予阳极，负(-)电荷赋予阴极，成为阳极从阳极水夺取电子，阴极把电子交给阴极水的作用状态。
另外，在进行电解之时，从电解槽得到的水或水溶液通称电解水。再有，在本说明书中，术语“电解”仅意味着向水或水溶液施加直流电压，作为结果，不一定意味着通过电解电流，起把水分解成氧和氢的电解反应的情况。另外，在电解槽内，阳极和阴极室在用以纤维素、合成高分子材料(聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚苯乙烯、含氟树脂等)及陶瓷等无机材料构成的隔膜分隔的情况下，在由隔膜隔开的电解槽的内部，分配在阳极的部分称作阳极室，分配在阴极的部分称为阴极室。
一般来说，因阳极水有氧化性，显示高的氧化还原电位，阴极水有还原性，显示低的氧化还原电位。在上述的氧化性或还原性之外，供给电解槽的原水合有电解质的情况下，一般，阳极水显示酸性pH值，阴极水显示碱性pH值。阳极水显示氧化性是由于在阳极表面由其他物质的氧化而得到氧、臭氧及其他产物，此外阴极水显示还原性是由于在阴极表面由其他物质的还原而生成了氢。此外，阳极水显示酸性pH值是由于阴离子被阳极的正电荷吸引同时排斥阳离子，在阴极附近造成氢氧化物离子浓度上升之缘故。
上述的从水或水溶液电解而得到的阳极水，由于有氧化性而显示强力的杀菌作用，在医院、外科医院、食堂及食品加工工厂等作为有杀菌力的水而被广泛地利用。另外，因阴极水有还原性，已知在金属零件的制造工程等过程中，有保护金属表面免遭大气中的氧等氧化的作用。而且，已知上述的电解水可有效地用于清除附着于固体物质表面的各种污染物质。
在洗涤除去附着于固体表面的各种污染物质如金属、微粒、油污等污染物质的情况下，为满足清洗目的，通过适当调节清洗液的氧化还原电位和pH值，可有效地除去以上污染物质。例如，使用酸性的而且具氧化性的清洗液可以使附着于固体表面的金属杂质离子化而溶解除去，另外可使油污等有机系污染物质在氧化性的清洗液中通过氧化分解而除去。
大多数微粒一般带有与固体表面相反符号的电荷，并通过静电附着于固体表面上。使用碱性的且具有还原性的清洗液，在多数情况下，能缓和微粒与固体表面的静电引力，可以使微粒悬浮于清洗液中而除去。
关于制造有上述效果的电解水的装置，以往是使用如图2所示的有二槽式电解装置的电解水制造装置，或使用如图3所示的有三槽式电解装置的电解水制造装置。
上述图2的二槽式电解装置101具有由被隔膜102左右分开的配置在阳极104一侧的阳极室106和配置在阴极105一侧的阴极室108。从原水供给管109向各室供给原水。经这样电解后的各室的电解水分别从排出管114、116排出。再有，118、119分别是用于给阳极104、阴极105施加直流电压的电源线。
另外，对于图3的三槽式电解装置201，其在中间室207的左右还有被一对隔膜202、203分开配置有阳极204的阳极室206及配置有阴极205的阴极室208。从原水供给管209向各室供给来自水、去离子水等原水。经这样电解后的各室的处理水分别从排出管214、215、216排出。再有218、219是分别用于给阳极204、阴极205施加直流电压的电源线。
可是，为了制造对上述的杀菌、防止金属表面氧化、洗涤除去固体表面上的各种污染物质有效的电解水的目的，在使用上述图2、图3所示的的常规的电解水制造装置的情况下，有如下的缺点。
例如，对如图2所示的二槽式的电解水制造装置，由于只被例如多孔性高分子膜等隔膜102分成阳极室106和阴极室108，在阳极表面生成的氧化性物质和在阴极表面生成的还原性物质免不了有一部分透过隔膜向相反的电极室扩散。由于这种扩散，通过电解而生成的有用的氧化性或还原性的生成物的一部分，由于互相的氧化还原反应而消失，极有可能导致效率的下降。还有，根据不同目的，在广泛的范围内来选择具有不同的氧化还原电位、pH值等的电解水的性质是困难的。
对此，若用后一个三槽式的电解水制造装置，向位于阳极室与阴极室之间的中间室通水，可以避免经电解而生成的有用的氧化性或还原性的生成物的一部分，例如阳极室的氧化性物质扩散到阴极室，由氧化还原反应而使还原性物消失，可以防止上述的效率下降的问题。但是，即使在这种电解水制造装置中，也有不能根据不同目的而广泛选择具有不同的氧化还原电位、pH等性质的电解水的问题。例如，在电解去离子水的情况下，所得到的电解水的氧化还原电位、pH值等性质被限制在狭小的范围内。还有，即使采用在去离子水中添加了电解质的原水，要独立、自由地设定所得到的阳极水及阴极水的氧化还原电位和pH值等性质也是非常困难的。
这个问题就是将电解水用于清洗目的时的严重问题。
为了获得在工业上有用的清洗效果，应充分研究被清洗物的固体表面的材质、表面处理状态及附着的杂质种类和附着状态，有必要选择有最适于各种洗涤目的的氧化还原电位和pH值等性质的洗涤液。一般固体表面上的污染物一般是金属、微粒、油污等的混合物。在此情况下，需要将性质不同的多种清洗液顺次组合使用，以达到所希望的清洗效果。因此，希望能将用于清洗的阳极水和阴极水的氧化还原电位和pH值等电解水的性质能独立地而自由地在广泛的范围上设定。但是，以上述图3所示的三槽式的电解水制造装置，独立设定各电解室排出的电解水的性质是不可能的。假定以待供应的阳极水的性质为基准，即使决定了在供电解的原水中加入的电解质的组成、浓度、添加量、pH值、电解电流等操作条件，同时制造出的阴极水的性质几乎由用于制造阳极水的操作条件决定，要独立地设定对清洗有效的阴极水的性质那是非常困难的。同样，若以阴极水的性质为基准来决定操作条件，同时制造出的阳极水的性质大体上由该操作条件决定。这样，不管上述哪种情况，根据使用以清洗为目的的电解水的场合，为制造同时都有效的阳极水、阴极水的操作条件未必相同的事实，所以使用上述图2、图3中之一种装置，要同时制造出有效的阳极水，阴极水是非常困难的，因此成为在工业上大规模实施中的一大障碍。
此外，在使用由图2、图3说明的常规的电解水制造装置所制造的电解水进行清洗的场合，应指出免不了浪费电解质的问题，以及为洗涤极为清洁的表面却得不到适用于此的清洗用水的问题。
对此作如下说明。即，为了用一台装置同时制造出酸性且具有氧化性的阳极水和碱性且具有还原性的阴极水，对于供给原水必需使用由氢离子以外的阳离子和氢氧根以外的阴离子组成的盐水溶液，在电解槽内必需靠这些离子的泳动把阳极水变成酸性，把阴极水变成碱性。可是使用这种供给原水时，在制造的阳极水中不可避免地残留相当多的除供给原水中存在的氢离子以外的阳离子，同样，在制造的阴极水中残留相当多的除原水中存在的氢氧根离子以外的阴离子。这时，为了将这些电解水的pH值设定在目标值，对前者在中和了残留的阳离子之后，需用于重新设定目标pH值的氢氧根离子以外的阴离子，而对后者在中和了残留的阴离子之后，需要用于重新设定目标pH值的氢离子以外的阳离子，这就不可避免地要浪费相当多的用来中和残留离子的化学品。
另外，在洗涤电子器件那种要求表面极为清洁的情况下，清洗液中的杂质对制品的性能、制品的生产成品率有很坏的影响，因而必须使用将杂质浓度降至最低的高纯度的清洗液。然而如上所述，在阳极水中残留了相当量的来自原水的除氢离子以外的阳离子，或在阴极水中残留了相当量的来自原水的除氢氧根离子以外的阴离子。在此情况下，这些杂质不但成为清洗液中的杂质，而且在被清洗物(电子器件等制品)干燥的情况下，可能从制品表面析出离子性的结晶或固体的盐，可能给制品性能、制品的生产率带来致命的坏影响。
现在一般作为象电子器件那种表面要求极为洁净的被清洗物的清洗液，是将氨、盐酸、硫酸等碱、酸和过氧化氢等按目的所定的比例混合的混合物用超纯水等高纯度水稀释后使用，在上述制品干燥时可以避免离子性结晶的生成。但是替代这种清洗液，使用以电解质水溶液作为原水的用图2、图3的电解水制造装置所得到的电解水(阳极水、阴极水)的场合，仍没有解决上述的在制品干燥时的离子性结晶的生成可能给制品的性能、制品生产率带来的致命的坏影响之问题。
再有，即使把以上那些问题都解决了，为了洗净像电子器件那种表面要求极为洁净的被清洗物，将电解质水溶液作为供给上述图2、图3的电解水制造装置的原水的情况下，担心在以原水作电解质水溶液的工艺中混入杂质，在工业上不容易实施的问题。
即，为清洗像表面要求极为洁净的电子器件这种被清洗物，在使用以上述电解质水溶液作为原水来制造阳极水的电解水制造装置的情况下，勿庸置言，要用几乎不混入杂质的纯粹的电解质水溶液作为原水。作为调节原水的方法，应考虑向纯水或超纯水中添加高纯度的电解质的方法，但是像上述那样的表面要求极为洁净的清洗领域中使用的尽可能纯的且工业上可获得的药品在目前几乎是酸或盐的水溶液，用图2或图3所示的电解水制造装置，为同时制造酸性的且具有氧化性的阳极水、碱性的且具有还原性的阴极水，由于必需使氢离子以外的阳离子与氢氧根离子以外的阴离子共存于供给原水中，则需要把所得到的高纯度的酸和碱水溶液按一定比例一次混合调节。为了把这样的盐供给电解水制造装置的原水供给口，需要使用酸或碱水溶液混合的装置。这样，不仅使电解水的工程变得烦琐，而且由于在混合过程中的污染，难免出现化学品纯度降低的问题。
本发明者对于直接用以上那种常规的二槽式、三槽式的电解水制造装置不能解决上述种种问题进行了各种研究后，完成了本发明。
本发明之目的在于防止经电解而生成的有用的氧化性或还原性的生成物由于在电解槽内相互发生氧化还原反应而消失，而提供至少把制造的阳极水，阴极水中之一种的氧化还原电位和pH值等性质独立地调节到各自有效的性质，具有使制造工艺可行且容易设计的结构的新型的电解水制造装置。
本发明的另一目的在于提供如上所述的可以不浪费化学品地制造酸性的且具有氧化性的阳极水和/或碱性的且具有还原性的阴极水的新型电解水制造装置。
本发明的又一目的在于提供可以制造无需存在不必要的离子，因而在制品干燥时不担心结晶生成的用水，作为适于清洗那种表面要求极为洁净的被清洗物的用水的新型电解水制造装置。
本发明的再一个目的在于提供可以解决供给由高纯度的酸、碱水溶液混合的电解质水溶液作为上述电解水制造装置的供原水的情况下的问题，提供不经高纯度的酸、盐水溶液的混合操作就可使用的适用于杀菌、防止金属表面氧化或清洗附着于固体表面的各种污染物质等的电解水的电解水制造装置。
可达到上述目的本发明的电解水制造装置的特征之一在于该装置具备由配设阳电极的阳极室、配置阴电极的阴极室、及在阳极室与阴极室之间的由一对隔膜分隔开而配置的中间室这三个室构成的电解装置，向该三室供给各自原水的供给管道、从该三室排出处理液的排出管道、分别设置在上述阳极与阴极室的排出管道上的电解质添加装置，这些电解质添加装置由设计成可以控制添加的电解质的组成、浓度、添加量、pH值中的至少任意一种参数的结构构成。
更具体地讲，根据本发明的电解水制造装置，其特征在于其包括阳极及阴极电解槽，其包括配设有前述阳极的阳极室，配设有前述阴极的阴极室及设于该两室之间的中间室，中间室由一对隔膜部件同前述阳极室前述阴极室分离开；分别向前述电解槽的前述三个室供原水的供给管道、分别从前述槽装置的三个室排出处理液的排出管道、设于与前述阳极室和/或阴极室连接的排出管道的、可以控添加电解质的电解质添加装置。
这里，电解质添加装置控制添加到前述排出管的电解质的组成、添加量、浓度、pH值中的至少中一种参数，并且还可控制不限于此的其它要素。另外，既可对各要素分别进行单独控制，也可进行综合控制。
再有，在上述结构中，可将从阳极室和/或阴极室引出的排出管道分成多个支路，如其全部或一部分管道设置各自独立的电解质添加装置，这样就可得到多种类的多种电解水。
根据上述结构的电解水制造装置，在阳极表面生成的氧化性物质的一部分与在阴极表面生成的还原物质的一部分通过隔膜，虽扩散到中间室，但由于能由中间室供给管道导入中间室的经排出管道排出的水一起排到外部，就防止这些氧化性物质及还原性物质扩散到极性相反的电极室，经相互氧化还原反应而消失，引起的效率下降。
另外，由于可控制电解质的组成、浓度、添加量、pH值中至少任意一种的电解质添加装置是设置在阳极室、阴极室的排出管道上，就可各自独立地设定阳极水和/或阴极水中的电解质的种类、组成、浓度、pH值，同时可独立且很容易地设定阳极水、阴极水特性，如氧化还原电位、pH值等性质。
另外，电解质溶解时，可得到离子物质。
只要对供给的原水和电解质及生成的电解水有耐化学性，对制造电解槽的物质没有任何限制。例如可用聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、丙烯树脂等有机材料和陶瓷、玻璃等无机材料以及在接触液面部分施加橡胶衬里或氧化被膜处理等的表面处理的金属材料等制成。
至于隔膜，可以使用纤维素、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚苯乙烯、含氟树脂等高分子材料和陶瓷等无机材料等制成的过滤膜或多孔滤膜、离子交换膜。特别是在原水中的电解质浓度低的情况，若使用离子交换膜，由于离子交换膜的导电性使电解电压下降，可以节约通入一定电流时所耗费的电能。若离子交换膜紧贴着电极配置，还可降低电解电压，节约耗费的电能。另外，在分隔阳极室和中间室的隔膜使用阳离子交换膜，以及在分隔阴极室与中间室的隔膜使用阴离子交换膜的情况下，由于各膜的离子排除效果，可以降低从阳极室及阴极室向中间室扩散的氧化性及还原性物质的量。关于阳离子交换膜，可以使用具有一SO-3根的含氟树脂的强酸性阳离子交换膜，例如NAFION 117和NAFI ON 350等(商品名杜邦公司制)，或具有-SO-3根的苯乙烯-二乙烯基苯共聚物母体的强酸性阳离子交换膜，例如NEOSEPTA CMX AMH(德山曹达社制)等。关于阴离子交换膜，可以采用具有阴离子交换基的含氟树脂的阴离子交换膜，例如TOSFLEX IE-SA、TOSFLEX IE-DF、TOSFLEX IE-SF(东曹社制)等或以苯乙烯-二乙烯基苯共聚物为母体的阴离子交换膜，例如NEOSEPTA AMH(德山曹达社制)。
关于隔膜，可以用在隔膜两侧的室之间能进行离子交换的所有材料来制备。另外，隔膜不必是对形状要求严格的膜，若能阻止各室之间的溶液直接混合，有些凸凹和变形也可以。
作为阳极、阴极的电极，可以使用金属、合金、金属氧化物等，或者在这些金属等基板上电镀或涂覆上述任何一种金属或导电性材料如烧结碳等制备。至于形状，可以为板、孔板、网格等形状。特别是作为阳极的材质，优选耐酸性好且难以氧化的材料，例如可以优选使用Pt、Pd、Ir、β-PbO2、NiFe2O4等，作为阴极的材质，优选耐碱性好的材料，例如优选使用Pt、Pd、Au、碳钢、不锈钢、Ag、Cu、石墨、玻璃质碳等。
关于添加到阳极室排出管道和/或阴极室排出管道的电解质，可根据需要从各种酸、碱、盐或其任意比例的混合物中选定。对浓度虽未作特别限定，但一般选择在0.001mg/l～100g/l，优选在0.01mg/l～10g/l的浓度范围。关于酸可以采用如盐酸、硫酸、碳酸、硝酸等无机酸，或乙酸、柠檬酸、草酸等有机酸，碱可以采用氨、胺等碱。在使用含有囟化物的电解质作为添加到阳极室排出管道的电解质时，由于具有的氧化性使阳极水生成氢囟酸的情况，可以使添加的电解质的一部分通过电解反应，而转变成更有用的物质。
除上述之外，还可采用能缓冲pH值的盐，例如铵盐、碳酸盐、草酸盐、或其与酸或盐的混合物作为电解质。在此情况下，电解电流等电解条件可以减小对电解水中pH值的影响，可以更容易做到独立设定阳极水及阴极水的性质。
另外，电解质的添加，即可在阳极室排出管道及阴极室排出管道同时进行，也可只在任意一管道内进行。例如，以杀菌为目标的装置的场合，因为主要要制造酸性的且具有氧化性的阳极水，可以只在由阳极室接出的排出管道上设置电解质的添加装置，而不要给由阴极室接出的排出管道设置电解质添加装置。反之，在以防止金属表面氧化等为主要目的装置的场合，由于只需制造碱性的且具有还原性的阴极水，可以只在由阴极室接出的排出管道上设置电解质添加装置，而无需给由阳极室接出的排出管道设置电解质添加装置。在这些场合，由于削减了电解质添加装置，可以使电解水制造装置的结构简化。
再有，电能质的添加，如前所述即可在阳极室排出管道及阴极室排出管道进行，也可只在任意一管道进行，但同时不妨碍向阳极室的原水供给管道和阴极室的原水供给管道两管道或任意一个管道添加电解质。
像这样的即使给两个电解室的排出管道和原水供给管道的两方向时添加电解质，对本发明的作用的效果也毫无损害。
关于电解质的添加手段，在添加电解质水溶液的情况下，可以采用贮备电解质水溶液的储存罐与能把电解质水溶液从该储存罐注入到从阳极室或阴极室接出的排出管道而设置的电解质水溶液注入泵。另外，可以使用氨和二氧化碳气体，在注入气体的情况下，添加装置可以是充满注入气体的钢瓶及使阳极室或阴极室接出的排出管道与该瓶连接的气体注入管道。对于可以设置在管路上的储存罐的材质，只要不被所用的电解质水溶液溶解或变质的材质，没有任何限制，例如可以优选使用高密度的聚乙烯制备的罐。另外，对电解质水溶液注入泵的材质和结构形式只要对所用的电解质水溶液有足够的耐化学性，具备确保必要的添加量的排出能力，而无任何限制。例如可以优选使用往复式的定量泵等。
为了在特定目的使用中使电解水具有有效的特性，如氧化还原电位、pH值等性质，要对所加入的电解质的组成、浓度、添加量、pH值进行控制。例如，在组成中添加多种离子的情况下，为了调节最佳离子平衡，浓度和添加量，要添加为了制造在作为使用目的中有效的性质的电解水而确保必要的电解质的浓度和量；关于pH值，在最终调节所得到的电解水的pH值的同时，控制仍保持被电解而生成的有效的氧化性及还原性生成物的稳定，使其发挥有效的作用。对这些参数能控制其中之一也行，能控制其中的多个更好。
为了进行这些控制，可按预定的量由定量泵添加已调节到预定浓度的电解质水溶液，或想使设定值可变的情况是通过把对应于添加的电解质种类的自动浓度测量仪、pH计、或氧化还原电位计等设置在电解质添加点下游的电解水排出管道上，根据该测量仪、pH计、或氧化还原电位计等的指示值，把使电解质注入量可变的机构等设置在电解质添加装置上而实现的。再有，通过电流的变化能改变电解水的水质，因而使电解质添加量可变，并使电解电流可变也行。
向电解水制造装置供给的原水可以根据目的选择其水质，例如可列举出有自来水、工业用水、地下水、去离子水、超纯水等。例如在医院、外科医院、食堂及食品加工厂等以杀菌为目的的使用中和金属部件制造工程中以防止金属表面等氧化为目的场合，即使以自来水、工业用水、地下水等作为原水，从该领域通常要求的电解水的杂质浓度来看完全可以达到其目的，还有以原水中所含的各种离子在电解处理中作为pH值的调节剂而加以利用，还可以作为经电解而生成的氧化性生成物和还原性生成物的原料加以利用之优点。
在清洗对表面要求极为洁净的电子器件的场合，要求利用降低了杂质浓度的纯度高的清洗液，希望使用去离子水或超纯水作为原水。
关于去离子水，例如可将自来水、工业用水、地下水通过离子交换树脂或经反渗透膜脱盐处理，优选采用其电导率在10μS/cm以下的水。在杂质浓度要求更低的场合，可将上述去离子水用离子交换、膜分理、紫外线照射、脱气等各装置组合的超纯水制造系统精制，由此得到除去了微量离子、细菌、有机物、微粒子、溶存气体的超纯水。在此情况下，在自电解质添加点下游的电解水排出管道中，在水中只存在添加的电解质，因而可确切设定电解水的性质。还有在此种情况下，在电解水排出管道上设置如精密过滤膜、超过滤膜等过滤器，使电解水过滤之后，即可供目标使用，也可提供除去了微粒等杂质的纯度更高的电解水。
在以超纯水作原水进行电解的情况下，电解要求高电压。在此情况下(也不限于此种情况)，向中间室填充固体电解质，靠固体电解质的导电性使电解电压降下来，可望变为在低电压下进行电解。
关于向中间室填充的固体电解质，可以使用离子交换树脂和离子交换纤维。至于离子交换树脂，含氟树脂的离子换换树脂是合适的，特别是在含氟树脂中具有-SO3-根的强酸阳离子交换树脂，具体地可以举出以杜邦公司生产的NAFION NR50等为代表的树脂，但不限于此。还可列举另一些离子交换树脂，例如具有-SO3-基团的苯乙烯-二乙烯基苯共聚物的强酸性阳离子交换树脂，例如AMBERLITE(注册商标)IR-124、200等，在苯乙烯-二乙烯基苯共聚物中有季铵碱官能团的强碱性的阴离子交换树脂，例如AMBERLITE IRA-400、IR-402BL、IRA-900等。
本发明的电解水制造装置对制造如上述电子器件那样的对表面要求极为洁净的被清洗物的清洗用水是极为有利的。即，对这样的用途，虽同时要求酸性的具有氧化性阳极水和碱性的具有还原性的阴极水，以本发明的装置，将高纯度的酸、碱水溶液照原样或稀释到任意浓度而加到电解处理的阳极水和阴极水中，仅此即可制造出具有所希望的性质的清洗用水。作为清洗这种极为洁净的表面的用途使用，不用担心制品干燥时结晶的生成。作为添加的电解质，以在阴极水中添加氨、胺等碱，在阳极水中添加盐酸、硝酸碳酸等酸为好。
附图简单说明

图1是表示根据本发明的电解水制造装置的简化结构图。
图2是表示常规的二槽式电解水制造装置的简化结构图。
图3是表示常规的三槽式电解水制造装置的简化结构图。
〔实施例〕以下借助于按向阳极水及阴极水中分别添加电解质而设计的一实施例的电解水制造装置进一步说明本发明。
图1是表示本发明的实施例的电解水制造装置的简化结构图，其包括三槽式的电解装置1，该装置包括配置了阳极4的阳极室6、中间室7和配置了阴极5的阴极室8，这些并排设置的室被隔膜2、3隔开。另外，18、19是用于给阳极4、阴极5施加直流电压的电源线。
9、10、11是用于向上述三个室供给原水的供给管道，其是由共用的原水管道分别供水至阳极室的原水供给管道9、至中间室的原水供给管道10及至阴极室的原水供给管道11。
14、15、16是用于排出上述三室的处理水的排出管道，其中14是由阳极室接出的处理水排出管道，15是由中间室接出的处理水排出管道，16是由阴极室接出的处理水排出管道。
20、21是分别设在阳极水排出管道14及阴极水排出管道16上的过滤用的过滤器，例如采用精密过滤膜的膜处理装置，是为除去阳极水、阴极水中所含的微粒而设置的。在把本实施例装置用来制造处理电子器件等对表面要求极为洁净的清洗水时，多数情况下最好采用这样的膜处理装置。
本发明的特征在于，在由阳极室6接出的排出管道14的过滤用的过滤器20的上游设置添加电解质的电解添加装置12，同样在由阴极室8接出的排出管道16的过滤用的过滤器21的上游设置添加电解质的电解添加装置13。
根据如上所设计的本发明的实施例装置，电解装置1设计成有中间室7的三槽式，在阳极4的表面生成的氧化性物质的一部分与在阴极5表面生成的还原性物质的一部分，虽然通过隔膜2或隔膜3向中间室7扩散，但由于被从中间室供给管道10引入至该中间室7并从中间排出管道15排出的水携带而排出于电解装置1的外部，因而可防止这些氧化性物质及还原性物质扩散到极性相反的电极室后由互相的氧化还原反应而完全消失使效率低下的问题。
另外，由于阳极室6及阴极室8的排出管道14、16分别设置了可控制电解质的组成、浓度、添加量、pH值中的至少任意一种参数的电解质添加装置12、13，因而可以分别独立地设定加到阳极水及阴极水的电解质的种类、组成、浓度、pH值，容易同时独立地选择对目的使用有用的阳极水、阴极水的氧化还原电位、pH值等性质。
在图1所示的实例中，在电解质添加后的排出管道22、23设置了pH计22、23，根据该pH计22、23的指示值，来控制由电解质添加装置添加的电解质的量。从而可把电解质添加后的电解水的pH值控制在期望值。
实施例1采用具有图1所示结构的装置，按以下参数设定电解槽、电解电流、电解质等电解条件，制造电解水。
即，电解槽1使用聚丙烯材料制成，隔膜2、3使用阳离子交换膜(NAFION 350(杜邦公司产))电极4、5使用180×240mm的80目的网状白金电极，另外在中间室7填充阳离子交换树脂(NAFION NR50)。
此外，在由阳极室6接出的排出管道14添加作为电解质的盐酸，向由阴极室8接出的排出管道16添加作为电解质的氨水。电解质的添加装置12、13作成在聚乙烯制的储存罐中贮存稀释到预定浓度的盐酸或氨水，用往复式定量泵(未图示)注入至各排出管道14、16的结构。再有，使用超纯水(18MΩ·cm)作为原水。
电解条件电解电流10A(电流密度2.3A/dm2)通水流量各室50升/小时工作温度室温电解水中的电解质(盐酸和氨)的浓度，通过调节电解质添加装置12和13的电解置注入泵的流速而变化，如下表1所示。
下表1表示按以上条件制造出的电解水(阳极水、阴极水)的性质。
表1盐酸浓度阳极水 氨浓度 阴极水(mg.HCl/l) PH 氧化还 (mg.NH3/l) PH 氧化还原电位 原电位(mV) (mV)0 (7) 1,0500 (7)-5000.73 4.7 1,2000.349.1-59073 2.7 1,27034 10.3-6001460 1.4 1,33068010.7-630在表1中，氧化还原电位是以相对于标准氢电极(NHE)的电位表示的。另外在电解质浓度为0mg/l(即未添加电解质)的情况下，由于不能测定18MΩ.cm超纯水的pH值，因此(pH7)仅作为参考值。
从上表1可以看出，在调节向由阳极室6接出的排出管道14添加的盐酸的添加量(0～1460mgHCl/l)时，显示出的阳极水的pH值变化在1.4～7的范围，即在调节盐酸的添加量时，pH可在此范围内调节。另外，氧化还原电位可在1050～1330mv(对NHE)的范围内调节。另外通过对添加到由阴极室8接出的排出管道16的氨的添加量的调节(水中氨浓度在0～680mgNH3/l内变化)，可使其pH值在7～10.7内变化，氧化还原电位在630～500mv(NHE)的范围内调节。而且在本实施例中，盐酸和氨是各自独立地添加到由阳极室6接出的排出管道14和由阴极室8接出的排出管道16，因此可以完全独立地设定这些水质，完全不必担心氨混入到阳极水中，氯离子混入到阴极水中。
比较例1为了比较，不进行实施例1中的电解质的添加，而把氯化铵水溶液添加到实施例1的超纯水中作为原水，以各室100升/小时的通过流量向电解槽1供水，并且按照下列表2来改变添加的氯化铵水溶液的浓度，其它按与实施例1相同的条件来制造电解水。
表2氯化铵浓度 阳极水 阴极水(mg.NH4Cl/l) PH 氧化还 NH4+PH 氧化还 Cl-原电位 (mg.NH4+/l) 原电位 (mg.Cl-/l)(mV)(mV)0(7) 550 ＜0.001 (7) -400＜0.0011.07 5.3 690 0.30 9.0 -4000.671070 3.4 800 349.9 -580642140 2.3 1200 640 10.7 -6001390如表2所示，由于原水的氯化铵浓度的变化，虽然可以改变制造出的电解水的pH值和氧化还原电位，但不能独立地调节阳极水和阴极水的水质。
仍如表2所示，在阳极水中混入了相当量的铵离子，在阴极水中混入了相当量的氯离子。
如上所述，根据本发明的电解水制造装置，借助于设置在电解装置下游的电解质添加装置，对各自的水，根据所要求的有效性质，可以很容易各自独立地调节所制造的阳极水、阴极水的氧化还原电位和pH值，在工业规模的实施中可获得极为有利的效果。
另外，由于把电解装置设计成三槽式，由电解而生成的氧化性或还原性的生成物，不会由于在电解槽内相互发生氧化还原反应而完全消失，而且由于在制造的阳极水和阴极水中没有残留的不需要的离子，因而可以得到不浪费化学品地制造出所预期的电解水之效果。
还有，特别是作为适合于清洗表面要求极为洁净的被清洗物的用水，能获得可容易制造不存在不需要的离子因而不必担心在制品干燥时有结晶生成的电解水效果。
除此之外还取得了如下的效果(1)根据电解水的使用目的，可以仅在由阳极室或阴极室接出的排出管道的任意管道上设置电解质添加装置，在此情况下，可使电解水制造装置的结构简单化。
(2)若把供给阳极室、阴极室及中间室的原水换成纯水或超纯水、可提供杂质很少的电解水，且可更正确地设定电解水的性质。
(3)在把分隔阳极室、阴极室及中间室的隔膜换成离子交换膜时，因离子交换膜的导电性而使电解电压降低，可节约耗电。
(4)当将固体电解质填充到中间室时，即使将纯水或超纯水作为原水使用也不需高电压即可进行电解。
权利要求
1.一种电解水制造装置，其特征在于该装置包括阳极和阴极；电解装置，该电解装置包括配置了前述阳极的阳极室，配置了前述阴极的阴极室以及设置于阳极室及阴极室之间的由一对隔膜部件同前述阳极室及前述阴极室分隔开的中间室；分别向前述的电解装置的前述三室供给原水的供给管道；分别从电解装置的三室排出电解水的排出管道；设置于与前述阳极室和/或阴极室相连接的排出管道的、可控制添加电解质的组成、添加量、浓度、pH值中至少任意一种参数的电解质添加装置。
2.如权利要求1所述的电解水制造装置，其特征在于，由前述电解质添加装置控制的是向前述排出管道的所添加的电解质的组成、添加量、浓度、pH值中之任意一种参数。
3.如权利要求1所述的电解水制造装置，其特征在于，由前述电解质添加装置控制的是向前述排出管道添加电解质的电解水的pH值。
4.如权利要求3所述的电解水制造装置，其特征在于，向前述排出管道添加的是酸性的电解质。
5.如权利要求3所述的电解水制造装置，其特征在于，向前述排出管道添加的是碱性的电解质。
6.如权利要求1～5中任意一项所述的电解水制造装置，其特征在于，向前述三室供给的原水是去离子水或超纯水。
7.如权利要求1～6中任意一项所述的电解水制造装置，其特征在于，所述的隔膜是离子交换膜。
8.如权利要求1～7中任意一项所述的电解水制造装置，其特征在于，在前述中间室填充固体电解质。
全文摘要
一种电解水制造装置，包括阳极；阴极；阳极室；阴极室；在阴极室和阴极室之间由一对隔膜分隔开而设置的中间室；向该三室分别供给各自原水的供给管道；排出处理液的排出管道；在由前述阳极室接出的排出管上设有酸添加装置；同时在由前述阴极室接出的排出管上设有碱添加装置，并使所添加的电解质的组成、浓度、添加量、pH值中的至少任意一种参数可控。
文档编号C02F9/00GK1129746SQ9511832
公开日1996年8月28日 申请日期1995年10月27日 优先权日1994年10月28日
发明者青木秀充, 山中弘次, 今冈孝之, 二木高志, 山下幸福 申请人:日本电气株式会社, 奥加诺株式会社