電解水製造装置
【課題】 所望のｐＨを有する強電解水を大容量で生成することができ、且つ簡単な構造の電解水製造装置を提供する。
【解決手段】 流水式の電解水製造装置１００は、中空で多角柱状の内側電極７０、隔膜８８付き隔膜支持体８０及び外側電極９０を三重に重ね合わせて備える電解槽１０を有する。外側電極の第１側面設けられた水供給口２ａと対向する隔膜支持体の第１側面８０ａは非透水性であり、水供給口２ａから外部電極９０と隔膜８８との間に水流を送り込む際に整流作用をする。電解効率が高く、電解時の電極電流が各側面で均一で且つ安定化するので、強電解水を大容量で生成することができる。
【解決手段】 流水式の電解水製造装置１００は、中空で多角柱状の内側電極７０、隔膜８８付き隔膜支持体８０及び外側電極９０を三重に重ね合わせて備える電解槽１０を有する。外側電極の第１側面設けられた水供給口２ａと対向する隔膜支持体の第１側面８０ａは非透水性であり、水供給口２ａから外部電極９０と隔膜８８との間に水流を送り込む際に整流作用をする。電解効率が高く、電解時の電極電流が各側面で均一で且つ安定化するので、強電解水を大容量で生成することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気分解により強酸性水または強アルカリ性水を製造する装置に関し、更に詳細には、内視鏡の洗浄などに好適な強酸性水または強アルカリ性水を低エネルギー電解条件で短時間に大量に製造することができる電解水製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、飲料水や医療機器の消毒剤として電解水が使われている。電解水は、その水素イオン濃度（ｐＨ）により、強酸性電解水（ｐＨ２．３〜２．７）、強アルカリ性電解水（ｐＨ１１〜１１．５）、弱酸性電解水（ｐＨ５〜６）、電解次亜水（ｐＨ８〜９）、アルカリイオン水（ｐＨ８〜１０）のように分類される。このうち、強酸性電解水は、その殺菌力及び安全性の観点から、医療機関における院内感染防止用洗浄剤や内視鏡の洗浄消毒に有望であることが報告されている（非特許文献１）。強酸性電解水は、特に、医療器具や人体の皮膚や粘膜にも使用可能であり、また、殺菌対象物も一般細菌のみならずＨＩＶ、ＨＢＶや芽胞菌までも網羅しているために、グルタールアルデヒドや消毒用エタノールに比べて広範な適用性を有する。このような強酸性電解水は、通常、陽極と陰極が隔膜によって仕切られた電解槽で０．１％以下の食塩水を電気分解（電解）することによって陽極側に生成する。陽極では塩素イオンから塩素ガスが生じ、それがさらに水と反応して塩酸と次亜塩素酸を生じ、強酸性電解水となる。
【０００３】
特許文献１は、電解槽を内筒と外筒とからなる二重構造とし、内筒の外壁と外筒の内壁との電極を取り付けた構造の流水式の無隔膜式電解水製造装置を開示している。この装置では、平面板の電極が用いられている。特許文献１には、電解水の生成能力（特に所定ｐＨの電解水の生成流量）については何等開示されていない。
【０００４】
特許文献２は、小型化、捨て水の防止等を目的として、電極がそれぞれ設けられた外側容器と内側容器の二重容器で構成され、内部容器の外側にイオン交換膜を備えるとともに内側に電解質を備える電解槽を開示している。この電解槽では、内部容器のメッシュ状の底面上に塩化ナトリウムのような電解質が収容されているので、従来のように水道水に電解質を添加した電解水を流す必要がないとされている。この文献には、電極として柱状の炭素電極とその周囲に配置された円筒状の電極が開示されている。この文献には、電解水の生成能力（特に所定ｐＨの電解水の生成流量）については何等開示されていない。
【０００５】
【非特許文献１】「強酸性電解水の基礎と有効利用：医療における強酸性電解水」、堀田国元、第25回日本医学会総会、Ｐ１、１９９９年）
【特許文献１】特開２００１−１０４９５６号公報
【特許文献２】特開２００２−２１９４６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の流水式の電解水製造装置では、低電圧・低電流の電解条件で所定のｐＨを有する電解水を十分な容量で生成することが可能ではなかった。特に、院内で内視鏡などの医療器具の洗浄においては短時間で大容量の強電解水が必要とされ、このような用途においては従来の流水式の電解水製造装置の性能は十分とは言えなかった。また、従来の流水式の電解水製造装置では、電解水の未分解塩水濃度は６００〜１２００ｐｐｍ程度であり、これを１００ｐｐｍ（０．０１％）以下に抑制しないと、電解水による洗浄対象物、例えば、内視鏡のような医療器具が電解水により腐蝕するという問題がある。さらに、電解に伴い発生する塩素ガスの発生を防止する必要もあった。さらに、近年、インフルエンザやＳＡＲＳのような患者の院内感染や家庭内感染が懸念されており、そのような感染の防止手段として、コンパクトで且つ低廉な電解水製造装置に対する需要もある。
【０００７】
そこで、本発明の第１の目的は、小型で、単純な構造の電解槽を有する電解水製造装置を提供することにある。本発明の第２の目的は、低電圧及び低電流の電解により、強酸性水または強アルカリ性水を大容量で製造することができる電解水製造装置を提供することにある。本発明の第３の目的は、未分解塩水濃度が０．０１％以下である電解水を生成することができる電解水製造装置を提供することにある。さらに、本発明の第４の目的は、強酸性水または強アルカリ性水を大容量で供給することができる内視鏡洗浄装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様に従えば、流水式の電解水製造装置であって、
中空で多角柱状の内側電極と、中空で多角柱状であり且つ隔膜が支持されている隔膜支持体と、中空で多角柱状の外側電極とを三重に重ね合わせて備える電解槽と；
外側電極または内側電極と隔膜支持体との間の第１空間に水を供給する水供給装置と；
内側電極または外側電極と隔膜支持体との間の第２空間に電解質水を供給する電解質水供給装置と；を備え、
外側電極または内側電極の第１側面に水供給口が形成され、外側電極または内側電極の第１側面と対向する隔膜支持体の第１側面において少なくとも水供給口に対向する部分が非透水性の整流面である電解水製造装置が提供される。
【０００９】
本発明の電解水製造装置では、いずれも中空で多角柱状（断面が多角形の筒状）の内側電極、隔膜支持体及び外側電極を三重構造になるように重ね合わせることで電解槽が構成されている。すなわち、電極対と隔膜支持体を同軸に配置し、それらの形状を四角柱のような多角柱で構成したことにより、電極の各側面が平面電極として機能し、電解は対向する平面電極間で行われる。発明者らの実験によると多角柱状電極は円筒電極に比べて電解が安定して行われることが分った。これは、円筒型電極の場合は電極間距離を円周方向で高精度に維持することが困難であること、電極間の水の流れの制御が複雑であることに起因することなどの理由によると考えられる。本発明で採用した多角柱状電極は、一対の平面電極に比べて水分子や電解質イオンが電極に接する機会が一層高くなる（電極間に滞在する時間が長くなる）ので電解効率を向上させることができる。また、多角柱状の電極は、電解室を完全に覆うことができるために、電解槽の外筒及び／または内筒を不要にし、電解槽の部品点数を減らし、製造コストの低廉化及び装置の軽量・コンパクト化に貢献する。
【００１０】
さらに、本発明では、水供給口と対向する隔膜支持体の第1側面の部分に整流板（面）を設けている。この整流板は非透水性であるので水供給口から流入する水を受け止めるとともに隔膜支持体の第１側面に沿って均等に分散するように整流する。整流された水流は、第１側面に隣接する二つの側面に向かって二分され、それらの側面に支持された隔膜上でイオン交換する。この整流板の整流作用によって第１側面以外の側面上で極めて安定した水流が生じ、電解電圧及び電流が多角柱の側面間で均一になり且つ安定する。
【００１１】
本発明の電解水製造装置において、隔膜支持体の第１側面全体を非透水性の整流板（面）にすることが有利である。これにより、隔膜支持体の製造が容易となり、また、整流も一層に有効に行われる。この場合、高い電解効率を維持するために、隔膜支持体の第１側面以外の全ての側面に隔膜が支持されることが望ましい。
【００１２】
本発明の電解水製造装置において、前記内側電極の側面に複数の透過孔が形成され、前記電解質水供給装置が最初に内側電極の内側に電解質水を供給してもよい。このような流水構造を採用することにより、狭い電極間空間に電解質水を供給する必要がなく、装置構成が簡単になると共に電解が一層安定化するという利点がある。
【００１３】
本発明において、内側電極、隔膜支持体及び外側電極は、三角柱、四角柱、五角柱、六角柱、七角柱、八角柱などの形状の中空の多角柱で形成し得るが、あまり側面が多くなると、円柱に近くなるために好ましくない。従って、本願では、「多角柱状」とは八角以下の多角柱を意味するものとする。特に、内側電極と外側電極が、四角柱状が好ましい。四角柱は単純な構造であるので製造容易であり、４つの側面は比較的大きな平面電極として機能することができるので電解電圧の安定化に貢献すると考えられる。
【００１４】
本発明の第２の態様に従えば、流水式の電解水製造装置であって、
中空で四角柱状の内側電極と、中空で四角柱状であり且つ隔膜が支持されている隔膜支持体と、中空で四角柱状の外側電極とを三重に重ね合わせて備える第１電解槽と；
第１電解槽と直列に接続され、中空で四角柱状の内側電極と中空で四角柱状であり且つ隔膜が支持されている隔膜支持体と中空で四角柱状の外側電極とを三重に重ね合わせて備える第２電解槽と；
第１電解槽の外側電極と隔膜支持体との間の空間に水を供給する水供給装置と；
第１電解槽及び第２電解槽の内側電極と隔膜支持体との間の空間に電解質水を供給する電解質水供給装置と；を備え、
第１電解槽及び第２電解槽において、外側電極の第１側面に水供給口が形成され、外側電極の第１側面と対向する隔膜支持体の第１側面が非透水性の整流面であり、隔膜支持体の第２〜第４側面にそれぞれ隔膜が設けられている電解水製造装置が提供される。
【００１５】
本発明の第２の態様の電解水製造装置では、第１の態様で説明した電解槽の二つが直列に接続された構造を有する。第１電解槽で生成された電解水、例えば、酸性電解水は、第２電解槽の外側電極と隔膜との間の空間に供給され、そこでさらに電解されるので一層高濃度（低ｐＨ）の酸性電解水が第２電解槽で得られる。第１電解槽の外側電極と隔膜との間の空間は、第２電解槽の外側電極と隔膜との間の空間と槽連結管などにより連結され得る。
【００１６】
本発明の電解水製造装置は、低エネルギー、即ち、１０Ｖ以下及び３０Ａ以下、好ましくは７Ｖ以下及び２６Ａ以下の電解条件で、ｐＨ２．３以下、ＯＲＰ（酸化還元電位）が１１７０ｍＶ以上、残留塩素濃度５０ｍｇ／リットル以上、未分解食塩濃度０．０１％以下の強酸性水を、３．０リットル／分以上の大容量で製造することに成功した。
【００１７】
本発明の装置は、さらに、電解により製造される強酸性水に水を混合するブレンダを備え得る。本発明の装置は、１０Ｖ以下及び３０Ａ以下、好ましくは７Ｖ以下及び２６Ａ以下という低電解条件で、ｐＨ２．３以下の強酸性水を３．０リットル／分以上の大容量で提供することができる。従って、ｐＨが２．７、ＯＲＰ（酸化還元電位）１１００ｍＶ、残留塩素濃度２０ｍｇ／リットル程度の強酸性水で足りる用途、例えば、内視鏡の洗浄には、本発明の装置で生成された強酸性水をブレンダを使って希釈することにより、好適なｐＨの強酸性水を一層大容量（例えば、ｐＨ２．６の強酸性水を５．２リットル／分）で製造することが可能となる。
【００１８】
本発明では、本発明の態様の電解水製造装置を備えた内視鏡洗浄装置が提供される。本発明の電解水製造装置は、低エネルギーの電解で、内視鏡洗浄に好適なｐＨの電解水を大容量で供給することができるので、内視鏡洗浄装置に組み込むことで、極めて洗浄能力の高い内視鏡洗浄装置を提供することができる。なお、本明細書において、用語「電解水」とは、酸性電解水またはアルカリ性電解水を示し、電解水製造装置はその電極の極性を変更することによりいずれの電解水も生成することができる。また、用語「強電解水」とは、強酸性電解水または強アルカリ性電解水を示す。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の電解水製造装置は、電極及び隔膜支持体がいずれも中空で同様の形状の（相似形の）多角柱状であり、整流板を有するので、電解がいずれの電極面においても安定化し且つ電極面間で均一となり、しかも低電圧・低電流で大容量の強電解水を生成することができる。本発明の電解水製造装置の電解槽は基本的には中空の多角柱状の電極により構成されているので、特に電極を配置するための外筒及び内筒は不要となり、構造が簡単で製造が容易で低コストであるという利点がある。本発明の電解水製造装置を備える内視鏡洗浄装置は、大容量の強電解水を短時間で供給することができるので、高速洗浄が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の電解水製造装置の実施形態について、図を参照しながら説明する。
［第１実施形態］
【００２１】
最初に電解水製造装置の概略構造を説明し、次いで電解槽の構造を詳述する。図１に示したように、電解水製造装置１００は、主に、電解槽１０と、定電圧装置２５ａ，２５ｂと、塩水供給装置３０と、水供給管４０と、ブレンダ５０と、流量制御弁（またはマスフローコントローラー）２０、６０とを備える。電解槽１０は、直列に接続された第１電解槽２と第２電解槽４を備え、それらは支持板６，７，８で支持されている。第１電解槽２と第２電解槽４には、それぞれ、水供給口２ａ，４ａ及び電解水排出口２ｂ，４ｂが形成されている。また、第１電解槽２と第２電解槽４には、定電圧装置２５ａ、２５ｂがそれぞれ取付けられる。定電圧装置２５ａ、２５ｂは、第１及び第２電解槽の電極９２に接続されて電極間に制御された一定の電圧を印加する。この例では、第１電解槽２及び第２電解槽４において強酸性電解水が生成される場合を例に挙げて説明する。なお、第１電解槽２と第２電解槽４は上蓋３ａと下蓋３ｂとの間に配置される。
【００２２】
塩水供給装置３０は、電解槽１０に供給するための塩水を生成する塩水タンク３４と、その底部に設けられ食塩が蓄積された食塩タンク３２と、塩水を循環するための循環ポンプ３６とを備える。食塩タンク３２に蓄えられた食塩に塩水タンク３４中の塩水が接することにより、塩水タンク３４中の食塩水が常に飽和濃度に維持されている。
【００２３】
塩水供給装置３０は、第１電解槽２と塩水供給管３８で接続され、第２電解槽２と塩水戻り管３９で接続されている。塩水供給装置３０で生成された塩水は、塩水供給管３８を通じて第１電解槽２に供給され、第１電解槽２内を通過して、次いで支持板７内に形成された塩水通路（不図示）を通って第２電解槽４に供給される。第２電解槽４から排出される塩水は、支持板８に形成された排出口から排出され、塩水戻り管３９を通って塩水供給装置３０に戻る。すなわち、塩水は、塩水供給装置３０と電解槽１０との間を循環する。
【００２４】
第１電解槽２の水供給口２ａには水供給管４０が連結されており、水供給管４０は図示しない水道管に連結されている。すなわち、この例では水道管を水源として、そこから水供給管４０を通して第１電解槽２に水が供給される。第１電解槽２の電解水排出口２ｂと第２電解槽４の水供給口４ａは、槽連結管１２で接続されており、第１電解槽２で生成した強酸性水は槽連結管１２を通って第２電解槽４に供給される。本発明で用いる水供給装置は、水道管を水源としても良くあるいは、別途、浄水を貯蔵する水タンクを水源として用い、ポンプ等で第１電解槽２に供給しても良い。
【００２５】
第２電解槽４は、電解水排出管１４を通じてブレンダ５０と接続されている。ブレンダ５０は、第２電解槽４で生成した電解水（強酸性電解水）を適宜希釈する。このため、第２電解槽４で生成した電解水がブレンダ５０の一方の入口５０ａに流入し、水供給管４０ｂからブレンダ５０の他方の入口５０ｂに希釈用の水が流入する。ブレンダ５０にはＯＲＰ（酸化還元電位）センサー５５が取り付けられ、ＯＲＰセンサー５５と水供給管４０ｂに設けられた流量制御弁２０により、ブレンダ５０内で電解水が所定のｐＨになるように希釈される。ブレンダ５０で希釈された所望ｐＨの電解水はブレンダ出口５０ｃから取り出される。
【００２６】
次に、第１電解槽２及び第２電解槽４の構造を、図２を参照して説明する。第２電解槽４は第１電解槽２とほぼ同じ構造を有するために、図２では第１電解槽２のみを表し、第２電解槽４の図示及びその説明は省略する。第１電解槽２は、断面が四角形である筒状の内側電極７０、隔膜支持体８０及び外側電極９０を同軸上（図２のＸ軸上）に重ね合わせて備える。内側電極７０の側面７０ａ〜７０ｄは、厚さ２ｍｍのチタン平板に白金が２μｍの厚さでコートされてなる。第１側面７０ａを除く側面７０ｂ、７０ｃ、７０ｄには、Φ８ｍｍの孔が定間隔で分散して形成されている。内側電極７０は図示しないワイヤを通じて第２電解槽４の内側電極７０及び定電圧装置（２５ａ）に接続される。
【００２７】
隔膜支持体８０は、上枠８２、下枠８４、その間に挟まれた格子状のガイド枠８６、及び隔膜８８から構成されている。上枠８２及び下枠８４は隔膜支持体８０よりも厚い所定の厚さを有し、その厚さにより内側電極７０と外側電極９０との電極間距離を所定値に維持する。隔膜支持体８０の３つの側面８０ｂ、８０ｃ、８０ｄには、塩化ビニル製のガイド枠８６が設けられ、ポリフッ化ビニリデンのような樹脂に酸化チタンを被覆した隔膜８８がガイド枠８６によって支持されている。このため、隔膜８８はガイド枠８６の開口部に露出しており、露出した隔膜部分でイオン交換が行われる。隔膜支持体８０の第１面８０ａは、開口部のない塩化ビニル板で形成されており、この塩化ビニル板はガイド枠８６と一体的に成形されている。塩化ビニル板は非透水性であるために、隔膜支持体８０の側面８０ａを通じてイオン交換は行われないが、後述する外側電極に設けられたの水供給口から供給される水を受け留め、第２面８０ｂ及び第４面８０ｄに向う水を整流する役割を果す。従って、電解によるイオン交換は隔膜支持体８０の３つの側面８０ｂ、８０ｃ、８０ｄの隔膜８８だけで行われる。
【００２８】
外側電極９０は、軸方向に垂直に切断した断面が四角形（正方形）の筒状であり、内側電極７０及び隔膜支持体８０の外側に配置される。外側電極９０の四つの側面９０ａ〜９０ｄは、いずれも厚さ２ｍｍのチタン平板に２μｍ厚の白金膜がコートされてなる。外側電極９０の第１側面９０ａの下方には水供給口２ａが、第３側面９０ｃの上方には電解水排出口２ｂがそれぞれ設けられている。このように水供給口２ａと電解水排出口２ｂが四角柱の外側電極９０の中心に対して対称に設けられていることにより、供給されたの水の電解槽中での滞在期間が長くなり電解効率が向上すると考えられる。外側電極９０の側面には、電解を均一に実行するために複数の電極端子９２が設けられている。電極端子９２間はワイヤーで電気接続されてその端部が定電圧装置（２５ａ）に接続されている（図1参照）。
【００２９】
第１電解槽２を組み立てるには、軸Ｘを中心軸として、外側電極９０内に隔膜支持体８０が挿入され、そして隔膜支持体８０内に内側電極７０が挿入されることによって、それらが同軸上に三重に重なるように配置される。次いで、支持板６及び７が、内側電極７０、隔膜支持体８０及び外側電極９０の両側の開放端に、それぞれ上蓋及び下蓋として嵌め合わされる。支持板６には、ガス抜き用の孔６ａと塩水導入口６６が形成されており、孔６ａに排気管を接続し得る。塩水導入口６６には塩水供給管（３８）が接続される。この塩水供給管は塩水濃度を均一化するために支持板６を貫通して内側電極７０内にまで延在する方が好ましい。嵌め合わせのために、図２に示すように、支持板７の底面には、槽間の塩水通路７ａの外側に内側電極７０及び外側電極９０の内周と嵌合する枠状突部７ｂ及び７ｃが設けられている。
【００３０】
上記のような構造を有する本発明の強電解水の製造装置の動作について図３を参照しながら説明する。この例では、強酸性電解質を生成するために、外側電極９０を陽極（＋）とし、内側電極を陰極（−）とした。塩水供給装置３０からポンプ３６を通じて送出される飽和塩分濃度の塩水は、塩水供給管３８を通って第１電解槽２の内側電極７０の内部に供給される。前述のように内側電極７０には複数の孔が形成されているために、塩水は内側電極７０の側壁を通過して隔膜８８と内側電極７０との間の空間に流入し、塩水通路７ａを通過して第２電解槽４の内側電極７０の内部に流入する。ここでも、内側電極７０には複数の孔が形成されているために、塩水は内側電極７０の側壁を通過して隔膜８８と内側電極７０との間の空間に流入し、第２電解槽４を流出した後、塩水戻り管３９を通って塩水供給装置３０に戻る。こうして、塩水は塩水供給装置３０と第1及び第２電解槽２，４とを循環する。
【００３１】
一方、水道管などの水源から水供給管４０を通って供給された水流は、管４０ａ及び４０ｂに分岐される。管４０ａ側を流れる水は流量弁６０で流量が所定の流量に制御された後、第１電解槽２の外側電極９０と整流板（第１面）８０ａとの間の空間に流入される。そして、水流が整流板８０ａで整流されて隔膜支持体８０の第２〜４側面に設けられている隔膜８８上を流れる。この際、電解により塩水中の塩素イオン（Ｃｌ−）は、後述する反応により隔膜８８と外側電極９０の間の空間で水と反応して次塩素酸（ＨＣｌＯ）となる。それゆえ、水は、第１電解槽２を、次塩素酸（ＨＣｌＯ）を含む電解水となって流出する。第１電解槽２を流出する電解水は槽連結管１２を通って第２電解槽４の外側電極９０と整流板８０ａの間の空間に流入し、そこで整流された後、第１電解槽２と同様に、隔膜８８上を流れ、電解されることによって次塩素酸（ＨＣｌＯ）の濃度が高くなる。こうして強酸性化した電解水は第２電解槽４を流出し、電解水排出管１４を通ってブレンダ５０に流入する。ブレンダ５０には、分岐した水供給管４０ｂからの水が流入される。水供給管４０ｂから供給される水量は流量弁２０で制御される。従って、ブレンダ５０内で、強酸性電解水は水で希釈されて適正なｐＨに調整されてブレンダ５０から排出される。
【００３２】
上記電解槽における電気化学反応を簡単に説明する。電気分解により外部電極９０、すなわち陽極側では、水から酸素と水素イオン（Ｈ＋）が生成し、内部電極７０と隔膜８８との間に供給された塩水中の塩素イオン（Ｃｌ−）は隔膜８８を通り、隔膜８８と外側電極９０の間の空間で塩素（Ｃｌ）を介して塩素ガス（Ｃｌ２）となり、塩素ガスは水と反応して次塩素酸（ＨＣｌＯ）及び塩酸（ＨＣｌ）となる。それゆえ、水は、第１電解槽２の外部電極９０と隔膜８８との間の空間から、殺菌効果の高い次塩素酸（ＨＣｌＯ）を含んで流出する。第１電解槽２から流出する電解水は高濃度の水素イオンを含むために、ｐＨの低い強酸性水となる。
【実施例１】
【００３３】
図１〜３に示した電解水製造装置を用いた電解操作の例を示す。外側電極を陽極（＋）とし、内側電極を陰極（−）とし、定電圧装置を制御して６Ｖ、１６Ａの電解条件の下で電解を行った。第１電解槽への水供給量は３．２リットル／分であり、この例ではブレンダへ水を供給しなかった。塩水の供給量（循環量）３００ｃｃ／分とした。電極間距離は、２．０ｍｍであった。この電解により、ｐＨ２．３０、ＯＲＰ（酸化還元電位）１１８０ｍＶ、残留塩素濃度６０ｍｇ／リットル（ｐｐｍ）の強酸性電解水が３．２リットル／分の流量で得られた。生成した強酸性電解水の未分解食塩濃度をＴＯＷＡ ＤＫＫ−ＨＭ２０Ｔ（東亜ディーケーケー株式会社）で測定したところ、０．００９６％（９６ｐｐｍ）であることが分った。内部電極及び外部電極の第２〜第４側面での電流値をそれぞれ測定したところ、いずれも５Ａ±０．２Ａで均一で且つ安定化していることが分った。
【実施例２】
【００３４】
実施例１において、ブレンダへ水を２．０リットル／分で供給した以外は、実施例１と同様の条件で電解を行った。この電解により、ｐＨ２．６０、ＯＲＰ１１３０ｍＶ、残留塩素濃度２０〜３０ｍｇ／リットルの強酸性電解水が５．２リットル／分の流量で得られた。
【実施例３】
【００３５】
実施例１において、電極極性を入替えて外側電極を陰極（−）とし、内側電極を陽極（＋）とした以外は、実施例１と同様の条件で電解を行った。この電解により、ｐＨ１２．０、ＯＲＰ−９５０ｍＶの強アルカリ性電解水が３．２リットル／分の流量で得られた。
【実施例４】
【００３６】
実施例３において、ブレンダへ水を２．０リットル／分で供給した以外は、実施例３と同様の条件で電解を行った。この電解により、ｐＨ１１．３、ＯＲＰ−８００ｍＶの強アルカリ性電解水が５．２リットル／分の流量で得られた。
【００３７】
上記実施例では、内側電極面に複数の孔を設け、内側電極の内側に塩水を供給したが、内側電極面に複数の孔を設けることなく、塩水を内側電極と隔膜支持体（隔膜）との間の空間に直接供給してもよい。
【００３８】
［第２実施形態］
図４に示すように、いずれも中空の三角柱状の外側電極１９０、隔膜支持体１８０及び内側電極１７０を三重に重ねた構造の電解槽１１０を用いることも可能である。この場合、外側電極１９０の水供給口２ａが設けられている側面１９０ａと対向する隔膜支持体１８０の側面１８０ａは非透水性の樹脂板から形成され整流板として機能し、その他の側面１８０ｂ及び１８０ｃには透水性の隔膜が設けられている。従って、電解は、外側電極１９０の側面１９０ｂと隔膜支持体１８０の側面１８０ｂとの間の空間及び外側電極１９０の側面１９０ｃと隔膜支持体１８０の側面１８０ｃとの間の空間で行われる。すなわち、電解は比較的大面積を有する平面電極間で行われることになるために、電解電圧・電流が安定し且つ均一化すると考えられる。電解により得られた強電解水は二つの外側電極１９０の側面１９０ｂと１９０ｃの交線上に設けられた電解水排水口２ｂから排出される。外側電極１９０の側面１９０ｂ，１９０ｃ上には電極９２が設けられている。
【００３９】
図４では、中空の三角柱状の外側電極、隔膜支持体及び内側電極を備える電解槽を示したが、中空の五角柱、六角柱、七角柱、八角柱などの形態の外側電極、隔膜支持体及び内側電極を備える電解槽でも比較的広い平面電極が確保でき、流水型電解槽中の水の滞留期間が長くなるために、平板電極の場合に比べて電解電圧・電流が安定し且つ均一化され、電解効率が高くなる。
【００４０】
［第３実施形態］
図５に、本発明の電解水製造装置を組み込んだ内視鏡洗浄装置の一例を示す。内視鏡洗浄装置２００は、貯水量９．０リットルの洗浄槽１０２と、前記実施例で製造した説明した電解水製造装置１００と、電解水製造装置１００の動作を制御する制御装置１０６を備える。洗浄槽１０２は、電解水製造装置１００から供給された強電解水を循環する循環ポンプ１０４と、洗浄後の電解水を排水する排水管１０７を備える。制御装置１０６は、電解水製造装置１００で生成される電解水の濃度を調節すると共に、電解水製造装置１００の電極に印加する電圧の極性を切り替えて洗浄槽１０２に強酸性電解水と強アルカリ性電解水を供給するタイミングを制御する。内視鏡洗浄装置２００で内視鏡を洗浄するには、最初に、洗浄槽１０２に内視鏡などの洗浄対象物を入れ、次いで、強酸性電解水を電解水製造装置１００から洗浄槽１０２に供給する。供給した強酸性電解水はポンプ１０４で所定時間循環した後、排水管１０７で排水する。次いで、水を洗浄槽１０２に供給して洗浄槽１０２と洗浄対象物を洗い流した後に、電解水製造装置１００から強アルカリ性電解水を供給する。このように、強酸性電解水と強アルカリ性電解水を交互に供給して洗浄対象物を殺菌洗浄することができる。一般的には、内視鏡の洗浄を実行するために毎分４．５リットルの生成量と未分解食塩濃度０．０１％以下の電解水の供給が要求されるが、本発明の内視鏡洗浄装置はこの要求を十分に満たしている。
【００４１】
上記実施形態及び実施例では、電解槽として第１及び第２電解槽を直列に接続して用いた例を示したが、用途に応じて第１電解槽だけを使用してもよい。この場合でも、電解電圧８Ｖ、電流２６Ａで、ｐＨ約２．６の強酸性電解水が４．５リットル／分で得られる。さらに、第１及び第２電解槽を並列に接続して用いても良い。
【００４２】
上記実施形態及び実施例では、隔膜支持体の第１側面全体を整流板（面）としたが、水供給口に対向する部分またはその近傍を含む領域のみを非透水性材料から構成することで、その部分または領域だけを整流面としてもよい。水供給口に対向する部分または領域に水流による圧力がかかり乱流が生じやすく、また隔膜は圧力により撓み易いので、少なくともこの部分または領域を整流面とすることで整流作用が得られると考えられる。
【００４３】
上記実施形態及び実施例では、外側電極と隔膜支持体との間の空間に水を供給し、内側電極と隔膜支持体との間の空間に塩水を供給したが、内側電極と隔膜支持体との間の空間に塩水などの電解質水を供給し、外側電極と隔膜支持体との間の空間に水を供給してもよい。また、上記実施形態では塩水は食塩を溶解した食塩水を利用したが、海水を適宜塩分濃度を調整して利用してもよい。また、電解質は塩水をもたらす塩化ナトリウムに限らず、塩化カリウムを使用してもよい。
【００４４】
上記実施形態及び実施例では、隔膜支持体として、上枠８２、下枠８４その間に挟まれた格子状のガイド枠８６、及び隔膜８８から構成された隔膜支持体を用いたが、剛性のある隔膜、例えば、セラミック膜の場合、ガイド枠を省略して、隔膜自体を隔膜支持体とすることもできる。
【００４５】
上記実施形態及び実施例では、第１電解槽及び第２電解槽にそれぞれ内側電極を設けたが、内側電極を軸方向に延在させて第１電解槽及び第２電解槽の隔膜支持体並びに支持体（７）を貫通するような一体型の内側電極にすることができる。このような内側電極構造は、部品点数及び製造コストの低減をもたらす。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の電解水製造装置は、製造コストが低廉であり、コンパクトな構造でありながら、所望のｐＨを有する電解水を大容量で製造することができるので、病院や家庭での消毒に極めて有用となる。また、低電圧・低電流で所望のｐＨを有する電解水を大容量で製造することができるので、エネルギーを節約することができる。また、単純な電解槽構造はメンテンナンスを容易し、さらに、塩素及び水素の発生量が少ないために、病院や家庭などの設置環境の安全性に貢献する。さらに、本発明の電解水製造装置は、抑制された未分解食塩濃度の強酸性電解水または強アルカリ性電解水を短時間で大容量で得ることができるので、内視鏡などの医療器具の洗浄に極めて有用である。本発明の内視鏡洗浄装置は、高速洗浄が可能であるために、近年増大する内視鏡を用いた治療・手術のニーズに極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態の電解水製造装置の構造を表す概念図である。
【図２】本発明の実施形態の電解水製造装置の電解槽の構造を示す分解概念図である。
【図３】本発明の実施形態の電解水製造装置の動作を説明する図である。
【図４】本発明の電解水製造装置の別の実施形態における電解槽の構造を示す概念図である。
【図５】本発明の内視鏡洗浄装置の一例を示す概念図である。
【符号の説明】
【００４８】
２ 第１電槽、４ 第２電解槽、６，７，８ 支持板、１０ 電解槽、２０，６０ 流量弁、２０ａ，２０ｂ 定電圧電源、３０ 塩水供給装置、３４ タンク、３６ ポンプ、３８ 塩水供給管、４０ 水供給管、５０ ブレンダ、５５ ＯＰＲセンサ、７０ 内側電極、８０ 隔膜支持体、８２ 上枠、８４下枠、８６ 支持ガイド、９０ 外側電極、１００，１１０ 電解水製造装置、２００ 内視鏡洗浄装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気分解により強酸性水または強アルカリ性水を製造する装置に関し、更に詳細には、内視鏡の洗浄などに好適な強酸性水または強アルカリ性水を低エネルギー電解条件で短時間に大量に製造することができる電解水製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、飲料水や医療機器の消毒剤として電解水が使われている。電解水は、その水素イオン濃度（ｐＨ）により、強酸性電解水（ｐＨ２．３〜２．７）、強アルカリ性電解水（ｐＨ１１〜１１．５）、弱酸性電解水（ｐＨ５〜６）、電解次亜水（ｐＨ８〜９）、アルカリイオン水（ｐＨ８〜１０）のように分類される。このうち、強酸性電解水は、その殺菌力及び安全性の観点から、医療機関における院内感染防止用洗浄剤や内視鏡の洗浄消毒に有望であることが報告されている（非特許文献１）。強酸性電解水は、特に、医療器具や人体の皮膚や粘膜にも使用可能であり、また、殺菌対象物も一般細菌のみならずＨＩＶ、ＨＢＶや芽胞菌までも網羅しているために、グルタールアルデヒドや消毒用エタノールに比べて広範な適用性を有する。このような強酸性電解水は、通常、陽極と陰極が隔膜によって仕切られた電解槽で０．１％以下の食塩水を電気分解（電解）することによって陽極側に生成する。陽極では塩素イオンから塩素ガスが生じ、それがさらに水と反応して塩酸と次亜塩素酸を生じ、強酸性電解水となる。
【０００３】
特許文献１は、電解槽を内筒と外筒とからなる二重構造とし、内筒の外壁と外筒の内壁との電極を取り付けた構造の流水式の無隔膜式電解水製造装置を開示している。この装置では、平面板の電極が用いられている。特許文献１には、電解水の生成能力（特に所定ｐＨの電解水の生成流量）については何等開示されていない。
【０００４】
特許文献２は、小型化、捨て水の防止等を目的として、電極がそれぞれ設けられた外側容器と内側容器の二重容器で構成され、内部容器の外側にイオン交換膜を備えるとともに内側に電解質を備える電解槽を開示している。この電解槽では、内部容器のメッシュ状の底面上に塩化ナトリウムのような電解質が収容されているので、従来のように水道水に電解質を添加した電解水を流す必要がないとされている。この文献には、電極として柱状の炭素電極とその周囲に配置された円筒状の電極が開示されている。この文献には、電解水の生成能力（特に所定ｐＨの電解水の生成流量）については何等開示されていない。
【０００５】
【非特許文献１】「強酸性電解水の基礎と有効利用：医療における強酸性電解水」、堀田国元、第25回日本医学会総会、Ｐ１、１９９９年）
【特許文献１】特開２００１−１０４９５６号公報
【特許文献２】特開２００２−２１９４６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の流水式の電解水製造装置では、低電圧・低電流の電解条件で所定のｐＨを有する電解水を十分な容量で生成することが可能ではなかった。特に、院内で内視鏡などの医療器具の洗浄においては短時間で大容量の強電解水が必要とされ、このような用途においては従来の流水式の電解水製造装置の性能は十分とは言えなかった。また、従来の流水式の電解水製造装置では、電解水の未分解塩水濃度は６００〜１２００ｐｐｍ程度であり、これを１００ｐｐｍ（０．０１％）以下に抑制しないと、電解水による洗浄対象物、例えば、内視鏡のような医療器具が電解水により腐蝕するという問題がある。さらに、電解に伴い発生する塩素ガスの発生を防止する必要もあった。さらに、近年、インフルエンザやＳＡＲＳのような患者の院内感染や家庭内感染が懸念されており、そのような感染の防止手段として、コンパクトで且つ低廉な電解水製造装置に対する需要もある。
【０００７】
そこで、本発明の第１の目的は、小型で、単純な構造の電解槽を有する電解水製造装置を提供することにある。本発明の第２の目的は、低電圧及び低電流の電解により、強酸性水または強アルカリ性水を大容量で製造することができる電解水製造装置を提供することにある。本発明の第３の目的は、未分解塩水濃度が０．０１％以下である電解水を生成することができる電解水製造装置を提供することにある。さらに、本発明の第４の目的は、強酸性水または強アルカリ性水を大容量で供給することができる内視鏡洗浄装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様に従えば、流水式の電解水製造装置であって、
中空で多角柱状の内側電極と、中空で多角柱状であり且つ隔膜が支持されている隔膜支持体と、中空で多角柱状の外側電極とを三重に重ね合わせて備える電解槽と；
外側電極または内側電極と隔膜支持体との間の第１空間に水を供給する水供給装置と；
内側電極または外側電極と隔膜支持体との間の第２空間に電解質水を供給する電解質水供給装置と；を備え、
外側電極または内側電極の第１側面に水供給口が形成され、外側電極または内側電極の第１側面と対向する隔膜支持体の第１側面において少なくとも水供給口に対向する部分が非透水性の整流面である電解水製造装置が提供される。
【０００９】
本発明の電解水製造装置では、いずれも中空で多角柱状（断面が多角形の筒状）の内側電極、隔膜支持体及び外側電極を三重構造になるように重ね合わせることで電解槽が構成されている。すなわち、電極対と隔膜支持体を同軸に配置し、それらの形状を四角柱のような多角柱で構成したことにより、電極の各側面が平面電極として機能し、電解は対向する平面電極間で行われる。発明者らの実験によると多角柱状電極は円筒電極に比べて電解が安定して行われることが分った。これは、円筒型電極の場合は電極間距離を円周方向で高精度に維持することが困難であること、電極間の水の流れの制御が複雑であることに起因することなどの理由によると考えられる。本発明で採用した多角柱状電極は、一対の平面電極に比べて水分子や電解質イオンが電極に接する機会が一層高くなる（電極間に滞在する時間が長くなる）ので電解効率を向上させることができる。また、多角柱状の電極は、電解室を完全に覆うことができるために、電解槽の外筒及び／または内筒を不要にし、電解槽の部品点数を減らし、製造コストの低廉化及び装置の軽量・コンパクト化に貢献する。
【００１０】
さらに、本発明では、水供給口と対向する隔膜支持体の第1側面の部分に整流板（面）を設けている。この整流板は非透水性であるので水供給口から流入する水を受け止めるとともに隔膜支持体の第１側面に沿って均等に分散するように整流する。整流された水流は、第１側面に隣接する二つの側面に向かって二分され、それらの側面に支持された隔膜上でイオン交換する。この整流板の整流作用によって第１側面以外の側面上で極めて安定した水流が生じ、電解電圧及び電流が多角柱の側面間で均一になり且つ安定する。
【００１１】
本発明の電解水製造装置において、隔膜支持体の第１側面全体を非透水性の整流板（面）にすることが有利である。これにより、隔膜支持体の製造が容易となり、また、整流も一層に有効に行われる。この場合、高い電解効率を維持するために、隔膜支持体の第１側面以外の全ての側面に隔膜が支持されることが望ましい。
【００１２】
本発明の電解水製造装置において、前記内側電極の側面に複数の透過孔が形成され、前記電解質水供給装置が最初に内側電極の内側に電解質水を供給してもよい。このような流水構造を採用することにより、狭い電極間空間に電解質水を供給する必要がなく、装置構成が簡単になると共に電解が一層安定化するという利点がある。
【００１３】
本発明において、内側電極、隔膜支持体及び外側電極は、三角柱、四角柱、五角柱、六角柱、七角柱、八角柱などの形状の中空の多角柱で形成し得るが、あまり側面が多くなると、円柱に近くなるために好ましくない。従って、本願では、「多角柱状」とは八角以下の多角柱を意味するものとする。特に、内側電極と外側電極が、四角柱状が好ましい。四角柱は単純な構造であるので製造容易であり、４つの側面は比較的大きな平面電極として機能することができるので電解電圧の安定化に貢献すると考えられる。
【００１４】
本発明の第２の態様に従えば、流水式の電解水製造装置であって、
中空で四角柱状の内側電極と、中空で四角柱状であり且つ隔膜が支持されている隔膜支持体と、中空で四角柱状の外側電極とを三重に重ね合わせて備える第１電解槽と；
第１電解槽と直列に接続され、中空で四角柱状の内側電極と中空で四角柱状であり且つ隔膜が支持されている隔膜支持体と中空で四角柱状の外側電極とを三重に重ね合わせて備える第２電解槽と；
第１電解槽の外側電極と隔膜支持体との間の空間に水を供給する水供給装置と；
第１電解槽及び第２電解槽の内側電極と隔膜支持体との間の空間に電解質水を供給する電解質水供給装置と；を備え、
第１電解槽及び第２電解槽において、外側電極の第１側面に水供給口が形成され、外側電極の第１側面と対向する隔膜支持体の第１側面が非透水性の整流面であり、隔膜支持体の第２〜第４側面にそれぞれ隔膜が設けられている電解水製造装置が提供される。
【００１５】
本発明の第２の態様の電解水製造装置では、第１の態様で説明した電解槽の二つが直列に接続された構造を有する。第１電解槽で生成された電解水、例えば、酸性電解水は、第２電解槽の外側電極と隔膜との間の空間に供給され、そこでさらに電解されるので一層高濃度（低ｐＨ）の酸性電解水が第２電解槽で得られる。第１電解槽の外側電極と隔膜との間の空間は、第２電解槽の外側電極と隔膜との間の空間と槽連結管などにより連結され得る。
【００１６】
本発明の電解水製造装置は、低エネルギー、即ち、１０Ｖ以下及び３０Ａ以下、好ましくは７Ｖ以下及び２６Ａ以下の電解条件で、ｐＨ２．３以下、ＯＲＰ（酸化還元電位）が１１７０ｍＶ以上、残留塩素濃度５０ｍｇ／リットル以上、未分解食塩濃度０．０１％以下の強酸性水を、３．０リットル／分以上の大容量で製造することに成功した。
【００１７】
本発明の装置は、さらに、電解により製造される強酸性水に水を混合するブレンダを備え得る。本発明の装置は、１０Ｖ以下及び３０Ａ以下、好ましくは７Ｖ以下及び２６Ａ以下という低電解条件で、ｐＨ２．３以下の強酸性水を３．０リットル／分以上の大容量で提供することができる。従って、ｐＨが２．７、ＯＲＰ（酸化還元電位）１１００ｍＶ、残留塩素濃度２０ｍｇ／リットル程度の強酸性水で足りる用途、例えば、内視鏡の洗浄には、本発明の装置で生成された強酸性水をブレンダを使って希釈することにより、好適なｐＨの強酸性水を一層大容量（例えば、ｐＨ２．６の強酸性水を５．２リットル／分）で製造することが可能となる。
【００１８】
本発明では、本発明の態様の電解水製造装置を備えた内視鏡洗浄装置が提供される。本発明の電解水製造装置は、低エネルギーの電解で、内視鏡洗浄に好適なｐＨの電解水を大容量で供給することができるので、内視鏡洗浄装置に組み込むことで、極めて洗浄能力の高い内視鏡洗浄装置を提供することができる。なお、本明細書において、用語「電解水」とは、酸性電解水またはアルカリ性電解水を示し、電解水製造装置はその電極の極性を変更することによりいずれの電解水も生成することができる。また、用語「強電解水」とは、強酸性電解水または強アルカリ性電解水を示す。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の電解水製造装置は、電極及び隔膜支持体がいずれも中空で同様の形状の（相似形の）多角柱状であり、整流板を有するので、電解がいずれの電極面においても安定化し且つ電極面間で均一となり、しかも低電圧・低電流で大容量の強電解水を生成することができる。本発明の電解水製造装置の電解槽は基本的には中空の多角柱状の電極により構成されているので、特に電極を配置するための外筒及び内筒は不要となり、構造が簡単で製造が容易で低コストであるという利点がある。本発明の電解水製造装置を備える内視鏡洗浄装置は、大容量の強電解水を短時間で供給することができるので、高速洗浄が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の電解水製造装置の実施形態について、図を参照しながら説明する。
［第１実施形態］
【００２１】
最初に電解水製造装置の概略構造を説明し、次いで電解槽の構造を詳述する。図１に示したように、電解水製造装置１００は、主に、電解槽１０と、定電圧装置２５ａ，２５ｂと、塩水供給装置３０と、水供給管４０と、ブレンダ５０と、流量制御弁（またはマスフローコントローラー）２０、６０とを備える。電解槽１０は、直列に接続された第１電解槽２と第２電解槽４を備え、それらは支持板６，７，８で支持されている。第１電解槽２と第２電解槽４には、それぞれ、水供給口２ａ，４ａ及び電解水排出口２ｂ，４ｂが形成されている。また、第１電解槽２と第２電解槽４には、定電圧装置２５ａ、２５ｂがそれぞれ取付けられる。定電圧装置２５ａ、２５ｂは、第１及び第２電解槽の電極９２に接続されて電極間に制御された一定の電圧を印加する。この例では、第１電解槽２及び第２電解槽４において強酸性電解水が生成される場合を例に挙げて説明する。なお、第１電解槽２と第２電解槽４は上蓋３ａと下蓋３ｂとの間に配置される。
【００２２】
塩水供給装置３０は、電解槽１０に供給するための塩水を生成する塩水タンク３４と、その底部に設けられ食塩が蓄積された食塩タンク３２と、塩水を循環するための循環ポンプ３６とを備える。食塩タンク３２に蓄えられた食塩に塩水タンク３４中の塩水が接することにより、塩水タンク３４中の食塩水が常に飽和濃度に維持されている。
【００２３】
塩水供給装置３０は、第１電解槽２と塩水供給管３８で接続され、第２電解槽２と塩水戻り管３９で接続されている。塩水供給装置３０で生成された塩水は、塩水供給管３８を通じて第１電解槽２に供給され、第１電解槽２内を通過して、次いで支持板７内に形成された塩水通路（不図示）を通って第２電解槽４に供給される。第２電解槽４から排出される塩水は、支持板８に形成された排出口から排出され、塩水戻り管３９を通って塩水供給装置３０に戻る。すなわち、塩水は、塩水供給装置３０と電解槽１０との間を循環する。
【００２４】
第１電解槽２の水供給口２ａには水供給管４０が連結されており、水供給管４０は図示しない水道管に連結されている。すなわち、この例では水道管を水源として、そこから水供給管４０を通して第１電解槽２に水が供給される。第１電解槽２の電解水排出口２ｂと第２電解槽４の水供給口４ａは、槽連結管１２で接続されており、第１電解槽２で生成した強酸性水は槽連結管１２を通って第２電解槽４に供給される。本発明で用いる水供給装置は、水道管を水源としても良くあるいは、別途、浄水を貯蔵する水タンクを水源として用い、ポンプ等で第１電解槽２に供給しても良い。
【００２５】
第２電解槽４は、電解水排出管１４を通じてブレンダ５０と接続されている。ブレンダ５０は、第２電解槽４で生成した電解水（強酸性電解水）を適宜希釈する。このため、第２電解槽４で生成した電解水がブレンダ５０の一方の入口５０ａに流入し、水供給管４０ｂからブレンダ５０の他方の入口５０ｂに希釈用の水が流入する。ブレンダ５０にはＯＲＰ（酸化還元電位）センサー５５が取り付けられ、ＯＲＰセンサー５５と水供給管４０ｂに設けられた流量制御弁２０により、ブレンダ５０内で電解水が所定のｐＨになるように希釈される。ブレンダ５０で希釈された所望ｐＨの電解水はブレンダ出口５０ｃから取り出される。
【００２６】
次に、第１電解槽２及び第２電解槽４の構造を、図２を参照して説明する。第２電解槽４は第１電解槽２とほぼ同じ構造を有するために、図２では第１電解槽２のみを表し、第２電解槽４の図示及びその説明は省略する。第１電解槽２は、断面が四角形である筒状の内側電極７０、隔膜支持体８０及び外側電極９０を同軸上（図２のＸ軸上）に重ね合わせて備える。内側電極７０の側面７０ａ〜７０ｄは、厚さ２ｍｍのチタン平板に白金が２μｍの厚さでコートされてなる。第１側面７０ａを除く側面７０ｂ、７０ｃ、７０ｄには、Φ８ｍｍの孔が定間隔で分散して形成されている。内側電極７０は図示しないワイヤを通じて第２電解槽４の内側電極７０及び定電圧装置（２５ａ）に接続される。
【００２７】
隔膜支持体８０は、上枠８２、下枠８４、その間に挟まれた格子状のガイド枠８６、及び隔膜８８から構成されている。上枠８２及び下枠８４は隔膜支持体８０よりも厚い所定の厚さを有し、その厚さにより内側電極７０と外側電極９０との電極間距離を所定値に維持する。隔膜支持体８０の３つの側面８０ｂ、８０ｃ、８０ｄには、塩化ビニル製のガイド枠８６が設けられ、ポリフッ化ビニリデンのような樹脂に酸化チタンを被覆した隔膜８８がガイド枠８６によって支持されている。このため、隔膜８８はガイド枠８６の開口部に露出しており、露出した隔膜部分でイオン交換が行われる。隔膜支持体８０の第１面８０ａは、開口部のない塩化ビニル板で形成されており、この塩化ビニル板はガイド枠８６と一体的に成形されている。塩化ビニル板は非透水性であるために、隔膜支持体８０の側面８０ａを通じてイオン交換は行われないが、後述する外側電極に設けられたの水供給口から供給される水を受け留め、第２面８０ｂ及び第４面８０ｄに向う水を整流する役割を果す。従って、電解によるイオン交換は隔膜支持体８０の３つの側面８０ｂ、８０ｃ、８０ｄの隔膜８８だけで行われる。
【００２８】
外側電極９０は、軸方向に垂直に切断した断面が四角形（正方形）の筒状であり、内側電極７０及び隔膜支持体８０の外側に配置される。外側電極９０の四つの側面９０ａ〜９０ｄは、いずれも厚さ２ｍｍのチタン平板に２μｍ厚の白金膜がコートされてなる。外側電極９０の第１側面９０ａの下方には水供給口２ａが、第３側面９０ｃの上方には電解水排出口２ｂがそれぞれ設けられている。このように水供給口２ａと電解水排出口２ｂが四角柱の外側電極９０の中心に対して対称に設けられていることにより、供給されたの水の電解槽中での滞在期間が長くなり電解効率が向上すると考えられる。外側電極９０の側面には、電解を均一に実行するために複数の電極端子９２が設けられている。電極端子９２間はワイヤーで電気接続されてその端部が定電圧装置（２５ａ）に接続されている（図1参照）。
【００２９】
第１電解槽２を組み立てるには、軸Ｘを中心軸として、外側電極９０内に隔膜支持体８０が挿入され、そして隔膜支持体８０内に内側電極７０が挿入されることによって、それらが同軸上に三重に重なるように配置される。次いで、支持板６及び７が、内側電極７０、隔膜支持体８０及び外側電極９０の両側の開放端に、それぞれ上蓋及び下蓋として嵌め合わされる。支持板６には、ガス抜き用の孔６ａと塩水導入口６６が形成されており、孔６ａに排気管を接続し得る。塩水導入口６６には塩水供給管（３８）が接続される。この塩水供給管は塩水濃度を均一化するために支持板６を貫通して内側電極７０内にまで延在する方が好ましい。嵌め合わせのために、図２に示すように、支持板７の底面には、槽間の塩水通路７ａの外側に内側電極７０及び外側電極９０の内周と嵌合する枠状突部７ｂ及び７ｃが設けられている。
【００３０】
上記のような構造を有する本発明の強電解水の製造装置の動作について図３を参照しながら説明する。この例では、強酸性電解質を生成するために、外側電極９０を陽極（＋）とし、内側電極を陰極（−）とした。塩水供給装置３０からポンプ３６を通じて送出される飽和塩分濃度の塩水は、塩水供給管３８を通って第１電解槽２の内側電極７０の内部に供給される。前述のように内側電極７０には複数の孔が形成されているために、塩水は内側電極７０の側壁を通過して隔膜８８と内側電極７０との間の空間に流入し、塩水通路７ａを通過して第２電解槽４の内側電極７０の内部に流入する。ここでも、内側電極７０には複数の孔が形成されているために、塩水は内側電極７０の側壁を通過して隔膜８８と内側電極７０との間の空間に流入し、第２電解槽４を流出した後、塩水戻り管３９を通って塩水供給装置３０に戻る。こうして、塩水は塩水供給装置３０と第1及び第２電解槽２，４とを循環する。
【００３１】
一方、水道管などの水源から水供給管４０を通って供給された水流は、管４０ａ及び４０ｂに分岐される。管４０ａ側を流れる水は流量弁６０で流量が所定の流量に制御された後、第１電解槽２の外側電極９０と整流板（第１面）８０ａとの間の空間に流入される。そして、水流が整流板８０ａで整流されて隔膜支持体８０の第２〜４側面に設けられている隔膜８８上を流れる。この際、電解により塩水中の塩素イオン（Ｃｌ−）は、後述する反応により隔膜８８と外側電極９０の間の空間で水と反応して次塩素酸（ＨＣｌＯ）となる。それゆえ、水は、第１電解槽２を、次塩素酸（ＨＣｌＯ）を含む電解水となって流出する。第１電解槽２を流出する電解水は槽連結管１２を通って第２電解槽４の外側電極９０と整流板８０ａの間の空間に流入し、そこで整流された後、第１電解槽２と同様に、隔膜８８上を流れ、電解されることによって次塩素酸（ＨＣｌＯ）の濃度が高くなる。こうして強酸性化した電解水は第２電解槽４を流出し、電解水排出管１４を通ってブレンダ５０に流入する。ブレンダ５０には、分岐した水供給管４０ｂからの水が流入される。水供給管４０ｂから供給される水量は流量弁２０で制御される。従って、ブレンダ５０内で、強酸性電解水は水で希釈されて適正なｐＨに調整されてブレンダ５０から排出される。
【００３２】
上記電解槽における電気化学反応を簡単に説明する。電気分解により外部電極９０、すなわち陽極側では、水から酸素と水素イオン（Ｈ＋）が生成し、内部電極７０と隔膜８８との間に供給された塩水中の塩素イオン（Ｃｌ−）は隔膜８８を通り、隔膜８８と外側電極９０の間の空間で塩素（Ｃｌ）を介して塩素ガス（Ｃｌ２）となり、塩素ガスは水と反応して次塩素酸（ＨＣｌＯ）及び塩酸（ＨＣｌ）となる。それゆえ、水は、第１電解槽２の外部電極９０と隔膜８８との間の空間から、殺菌効果の高い次塩素酸（ＨＣｌＯ）を含んで流出する。第１電解槽２から流出する電解水は高濃度の水素イオンを含むために、ｐＨの低い強酸性水となる。
【実施例１】
【００３３】
図１〜３に示した電解水製造装置を用いた電解操作の例を示す。外側電極を陽極（＋）とし、内側電極を陰極（−）とし、定電圧装置を制御して６Ｖ、１６Ａの電解条件の下で電解を行った。第１電解槽への水供給量は３．２リットル／分であり、この例ではブレンダへ水を供給しなかった。塩水の供給量（循環量）３００ｃｃ／分とした。電極間距離は、２．０ｍｍであった。この電解により、ｐＨ２．３０、ＯＲＰ（酸化還元電位）１１８０ｍＶ、残留塩素濃度６０ｍｇ／リットル（ｐｐｍ）の強酸性電解水が３．２リットル／分の流量で得られた。生成した強酸性電解水の未分解食塩濃度をＴＯＷＡ ＤＫＫ−ＨＭ２０Ｔ（東亜ディーケーケー株式会社）で測定したところ、０．００９６％（９６ｐｐｍ）であることが分った。内部電極及び外部電極の第２〜第４側面での電流値をそれぞれ測定したところ、いずれも５Ａ±０．２Ａで均一で且つ安定化していることが分った。
【実施例２】
【００３４】
実施例１において、ブレンダへ水を２．０リットル／分で供給した以外は、実施例１と同様の条件で電解を行った。この電解により、ｐＨ２．６０、ＯＲＰ１１３０ｍＶ、残留塩素濃度２０〜３０ｍｇ／リットルの強酸性電解水が５．２リットル／分の流量で得られた。
【実施例３】
【００３５】
実施例１において、電極極性を入替えて外側電極を陰極（−）とし、内側電極を陽極（＋）とした以外は、実施例１と同様の条件で電解を行った。この電解により、ｐＨ１２．０、ＯＲＰ−９５０ｍＶの強アルカリ性電解水が３．２リットル／分の流量で得られた。
【実施例４】
【００３６】
実施例３において、ブレンダへ水を２．０リットル／分で供給した以外は、実施例３と同様の条件で電解を行った。この電解により、ｐＨ１１．３、ＯＲＰ−８００ｍＶの強アルカリ性電解水が５．２リットル／分の流量で得られた。
【００３７】
上記実施例では、内側電極面に複数の孔を設け、内側電極の内側に塩水を供給したが、内側電極面に複数の孔を設けることなく、塩水を内側電極と隔膜支持体（隔膜）との間の空間に直接供給してもよい。
【００３８】
［第２実施形態］
図４に示すように、いずれも中空の三角柱状の外側電極１９０、隔膜支持体１８０及び内側電極１７０を三重に重ねた構造の電解槽１１０を用いることも可能である。この場合、外側電極１９０の水供給口２ａが設けられている側面１９０ａと対向する隔膜支持体１８０の側面１８０ａは非透水性の樹脂板から形成され整流板として機能し、その他の側面１８０ｂ及び１８０ｃには透水性の隔膜が設けられている。従って、電解は、外側電極１９０の側面１９０ｂと隔膜支持体１８０の側面１８０ｂとの間の空間及び外側電極１９０の側面１９０ｃと隔膜支持体１８０の側面１８０ｃとの間の空間で行われる。すなわち、電解は比較的大面積を有する平面電極間で行われることになるために、電解電圧・電流が安定し且つ均一化すると考えられる。電解により得られた強電解水は二つの外側電極１９０の側面１９０ｂと１９０ｃの交線上に設けられた電解水排水口２ｂから排出される。外側電極１９０の側面１９０ｂ，１９０ｃ上には電極９２が設けられている。
【００３９】
図４では、中空の三角柱状の外側電極、隔膜支持体及び内側電極を備える電解槽を示したが、中空の五角柱、六角柱、七角柱、八角柱などの形態の外側電極、隔膜支持体及び内側電極を備える電解槽でも比較的広い平面電極が確保でき、流水型電解槽中の水の滞留期間が長くなるために、平板電極の場合に比べて電解電圧・電流が安定し且つ均一化され、電解効率が高くなる。
【００４０】
［第３実施形態］
図５に、本発明の電解水製造装置を組み込んだ内視鏡洗浄装置の一例を示す。内視鏡洗浄装置２００は、貯水量９．０リットルの洗浄槽１０２と、前記実施例で製造した説明した電解水製造装置１００と、電解水製造装置１００の動作を制御する制御装置１０６を備える。洗浄槽１０２は、電解水製造装置１００から供給された強電解水を循環する循環ポンプ１０４と、洗浄後の電解水を排水する排水管１０７を備える。制御装置１０６は、電解水製造装置１００で生成される電解水の濃度を調節すると共に、電解水製造装置１００の電極に印加する電圧の極性を切り替えて洗浄槽１０２に強酸性電解水と強アルカリ性電解水を供給するタイミングを制御する。内視鏡洗浄装置２００で内視鏡を洗浄するには、最初に、洗浄槽１０２に内視鏡などの洗浄対象物を入れ、次いで、強酸性電解水を電解水製造装置１００から洗浄槽１０２に供給する。供給した強酸性電解水はポンプ１０４で所定時間循環した後、排水管１０７で排水する。次いで、水を洗浄槽１０２に供給して洗浄槽１０２と洗浄対象物を洗い流した後に、電解水製造装置１００から強アルカリ性電解水を供給する。このように、強酸性電解水と強アルカリ性電解水を交互に供給して洗浄対象物を殺菌洗浄することができる。一般的には、内視鏡の洗浄を実行するために毎分４．５リットルの生成量と未分解食塩濃度０．０１％以下の電解水の供給が要求されるが、本発明の内視鏡洗浄装置はこの要求を十分に満たしている。
【００４１】
上記実施形態及び実施例では、電解槽として第１及び第２電解槽を直列に接続して用いた例を示したが、用途に応じて第１電解槽だけを使用してもよい。この場合でも、電解電圧８Ｖ、電流２６Ａで、ｐＨ約２．６の強酸性電解水が４．５リットル／分で得られる。さらに、第１及び第２電解槽を並列に接続して用いても良い。
【００４２】
上記実施形態及び実施例では、隔膜支持体の第１側面全体を整流板（面）としたが、水供給口に対向する部分またはその近傍を含む領域のみを非透水性材料から構成することで、その部分または領域だけを整流面としてもよい。水供給口に対向する部分または領域に水流による圧力がかかり乱流が生じやすく、また隔膜は圧力により撓み易いので、少なくともこの部分または領域を整流面とすることで整流作用が得られると考えられる。
【００４３】
上記実施形態及び実施例では、外側電極と隔膜支持体との間の空間に水を供給し、内側電極と隔膜支持体との間の空間に塩水を供給したが、内側電極と隔膜支持体との間の空間に塩水などの電解質水を供給し、外側電極と隔膜支持体との間の空間に水を供給してもよい。また、上記実施形態では塩水は食塩を溶解した食塩水を利用したが、海水を適宜塩分濃度を調整して利用してもよい。また、電解質は塩水をもたらす塩化ナトリウムに限らず、塩化カリウムを使用してもよい。
【００４４】
上記実施形態及び実施例では、隔膜支持体として、上枠８２、下枠８４その間に挟まれた格子状のガイド枠８６、及び隔膜８８から構成された隔膜支持体を用いたが、剛性のある隔膜、例えば、セラミック膜の場合、ガイド枠を省略して、隔膜自体を隔膜支持体とすることもできる。
【００４５】
上記実施形態及び実施例では、第１電解槽及び第２電解槽にそれぞれ内側電極を設けたが、内側電極を軸方向に延在させて第１電解槽及び第２電解槽の隔膜支持体並びに支持体（７）を貫通するような一体型の内側電極にすることができる。このような内側電極構造は、部品点数及び製造コストの低減をもたらす。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の電解水製造装置は、製造コストが低廉であり、コンパクトな構造でありながら、所望のｐＨを有する電解水を大容量で製造することができるので、病院や家庭での消毒に極めて有用となる。また、低電圧・低電流で所望のｐＨを有する電解水を大容量で製造することができるので、エネルギーを節約することができる。また、単純な電解槽構造はメンテンナンスを容易し、さらに、塩素及び水素の発生量が少ないために、病院や家庭などの設置環境の安全性に貢献する。さらに、本発明の電解水製造装置は、抑制された未分解食塩濃度の強酸性電解水または強アルカリ性電解水を短時間で大容量で得ることができるので、内視鏡などの医療器具の洗浄に極めて有用である。本発明の内視鏡洗浄装置は、高速洗浄が可能であるために、近年増大する内視鏡を用いた治療・手術のニーズに極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態の電解水製造装置の構造を表す概念図である。
【図２】本発明の実施形態の電解水製造装置の電解槽の構造を示す分解概念図である。
【図３】本発明の実施形態の電解水製造装置の動作を説明する図である。
【図４】本発明の電解水製造装置の別の実施形態における電解槽の構造を示す概念図である。
【図５】本発明の内視鏡洗浄装置の一例を示す概念図である。
【符号の説明】
【００４８】
２ 第１電槽、４ 第２電解槽、６，７，８ 支持板、１０ 電解槽、２０，６０ 流量弁、２０ａ，２０ｂ 定電圧電源、３０ 塩水供給装置、３４ タンク、３６ ポンプ、３８ 塩水供給管、４０ 水供給管、５０ ブレンダ、５５ ＯＰＲセンサ、７０ 内側電極、８０ 隔膜支持体、８２ 上枠、８４下枠、８６ 支持ガイド、９０ 外側電極、１００，１１０ 電解水製造装置、２００ 内視鏡洗浄装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流水式の電解水製造装置であって、
中空で多角柱状の内側電極と、中空で多角柱状であり且つ隔膜が支持されている隔膜支持体と、中空で多角柱状の外側電極とを三重に重ね合わせて備える電解槽と；
外側電極または内側電極と隔膜支持体との間の第１空間に水を供給する水供給装置と；
内側電極または外側電極と隔膜支持体との間の第２空間に電解質水を供給する電解質水供給装置と；を備え、
外側電極または内側電極の第１側面に水供給口が形成され、外側電極または内側電極の第１側面と対向する隔膜支持体の第１側面において少なくとも水供給口に対向する部分が非透水性の整流面である電解水製造装置。
【請求項２】
隔膜支持体の第１側面全体が非透水性の整流面であり、第１側面以外の側面に隔膜が支持されていることを特徴とする請求項１に記載の電解水製造装置。
【請求項３】
前記内側電極の側面に複数の透過孔が形成され、前記電解質水供給装置が最初に内側電極の内側に電解質水を供給することを特徴とする請求項１または２に記載の電解水製造装置。
【請求項４】
内側電極、隔膜支持体及び外側電極が、いずれも四角柱状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電解水製造装置。
【請求項５】
流水式の電解水製造装置であって、
中空で四角柱状の内側電極と、中空で四角柱状であり且つ隔膜が支持されている隔膜支持体と、中空で四角柱状の外側電極とを三重に重ね合わせて備える第１電解槽と；
第１電解槽と直列に接続され、中空で四角柱状の内側電極と中空で四角柱状であり且つ隔膜が支持されている隔膜支持体と中空で四角柱状の外側電極とを三重に重ね合わせて備える第２電解槽と；
第１電解槽の外側電極と隔膜支持体との間の空間に水を供給する水供給装置と；
第１電解槽及び第２電解槽の内側電極と隔膜支持体との間の空間に電解質水を供給する電解質水供給装置と；を備え、
第１電解槽及び第２電解槽において、外側電極の第１側面に水供給口が形成され、外側電極の第１側面と対向する隔膜支持体の第１側面が非透水性の整流面であり、隔膜支持体の第２〜第４側面にそれぞれ隔膜が設けられている電解水製造装置。
【請求項６】
７Ｖ以下及び２６Ａ以下の電解条件で、ｐＨ２．３以下の強酸性水が３．０リットル／分以上の容量で製造されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電解水製造装置。
【請求項７】
さらに、電解により製造される電解水に水を混合するブレンダを備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電解水製造装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の電解水製造装置を備えた内視鏡洗浄装置。
【請求項１】
流水式の電解水製造装置であって、
中空で多角柱状の内側電極と、中空で多角柱状であり且つ隔膜が支持されている隔膜支持体と、中空で多角柱状の外側電極とを三重に重ね合わせて備える電解槽と；
外側電極または内側電極と隔膜支持体との間の第１空間に水を供給する水供給装置と；
内側電極または外側電極と隔膜支持体との間の第２空間に電解質水を供給する電解質水供給装置と；を備え、
外側電極または内側電極の第１側面に水供給口が形成され、外側電極または内側電極の第１側面と対向する隔膜支持体の第１側面において少なくとも水供給口に対向する部分が非透水性の整流面である電解水製造装置。
【請求項２】
隔膜支持体の第１側面全体が非透水性の整流面であり、第１側面以外の側面に隔膜が支持されていることを特徴とする請求項１に記載の電解水製造装置。
【請求項３】
前記内側電極の側面に複数の透過孔が形成され、前記電解質水供給装置が最初に内側電極の内側に電解質水を供給することを特徴とする請求項１または２に記載の電解水製造装置。
【請求項４】
内側電極、隔膜支持体及び外側電極が、いずれも四角柱状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電解水製造装置。
【請求項５】
流水式の電解水製造装置であって、
中空で四角柱状の内側電極と、中空で四角柱状であり且つ隔膜が支持されている隔膜支持体と、中空で四角柱状の外側電極とを三重に重ね合わせて備える第１電解槽と；
第１電解槽と直列に接続され、中空で四角柱状の内側電極と中空で四角柱状であり且つ隔膜が支持されている隔膜支持体と中空で四角柱状の外側電極とを三重に重ね合わせて備える第２電解槽と；
第１電解槽の外側電極と隔膜支持体との間の空間に水を供給する水供給装置と；
第１電解槽及び第２電解槽の内側電極と隔膜支持体との間の空間に電解質水を供給する電解質水供給装置と；を備え、
第１電解槽及び第２電解槽において、外側電極の第１側面に水供給口が形成され、外側電極の第１側面と対向する隔膜支持体の第１側面が非透水性の整流面であり、隔膜支持体の第２〜第４側面にそれぞれ隔膜が設けられている電解水製造装置。
【請求項６】
７Ｖ以下及び２６Ａ以下の電解条件で、ｐＨ２．３以下の強酸性水が３．０リットル／分以上の容量で製造されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電解水製造装置。
【請求項７】
さらに、電解により製造される電解水に水を混合するブレンダを備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電解水製造装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の電解水製造装置を備えた内視鏡洗浄装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−２５２９６３（Ｐ２００７−２５２９６３Ａ）
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１３５５５９（Ｐ２００４−１３５５５９）
【出願日】平成１６年４月３０日（２００４．４．３０）
【出願人】（５０４１７４０５４）ＪＷＳテクニカ株式会社 (4)
【出願人】（５０４１４０１２９）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年４月３０日（２００４．４．３０）
【出願人】（５０４１７４０５４）ＪＷＳテクニカ株式会社 (4)
【出願人】（５０４１４０１２９）
【Ｆターム（参考）】
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