CN106163995A - 电解水生成装置、电极单元以及电解水生成方法 - Google Patents

Abstract

根据实施方式，电解水生成装置具备容纳水的生成容器(12)、以及配置在生成容器内的电极单元(16)。电极单元具备：容纳电解质液的电解质液室(22)；设置有电极(54)且与生成容器内连通的生成室(44)；将电解质液室与生成室之间隔开的具有透水性的隔膜(50b)；从电解质液室起延伸至比生成容器内的水的水面以及所述生成室高的位置的导入路(26)，且导入路(26)填充有电解质液并将所述电解质液的液面形成至比所述生成容器内的水面高的位置。

Description

电解水生成装置、电极单元以及电解水生成方法

技术领域

在此叙述的实施方式涉及电解水生成装置、电极单元以及电解水生成方法。

背景技术

对水进行电解而得到的具有各种功能且被称作电解水的有次氯酸水、碱性离子水、氢水等。作为电解水的生成方法，例如已知有以下方法，通过对含有氯的电解液进行电解，从而在阳极生成氯气，使该氯气与水反应来生成次氯酸水或氯酸水。作为次氯酸水的利用法已知有杀菌消毒、除臭等。

作为该种生成次氯酸水的电解水生成装置提出有，将电解质液以及水流入1隔膜2室型的电解槽或2隔膜3室型的电解槽，来生成电解水的流水式装置。此外，作为不具备供排水所涉及的配管的构造比较简洁的电解水生成装置，提出有向容纳水的容器投入具有阳极以及阴极的电极单元，对该容器内的水进行电解的静水式(间歇式)的电解水生成装置。

作为电解水，例如在生成次氯酸水的电解水生成装置中，所生成的次氯酸的浓度变得很重要。次氯酸将所供给的电流量作为上限而生成，但由于通常该电流也用于氧的生成，因此所生成的次氯酸的量成为小于该上限值的值。即，将该上限值设为100％的次氯酸的生成效率通常成为小于100％的值。

进而，在上述的静水式(间歇式)的生成装置中存在次氯酸的生成效率低于流水式的生成装置这一问题。理由是所供给的氯浓度的不同，与总是被供给新鲜的电解质的流水式相比，由于静水式(间歇式)的被供给的氯的量不足，因此存在次氯酸的生成效率较低这一问题。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3287649号公报

专利文献2：日本专利第3500173号公报

专利文献3：日本专利第3518779号公报

专利文献4：日本特开2008-264744号公报

专利文献5：日本特开2003-34889号公报

专利文献6：日本专利第3551288号公报

专利文献7：日本专利第4024278号公报

专利文献8：日本专利第3798486号公报

发明内容

发明所要解决的课题

实施方式的课题在于提供一种提高了电解水的生成效率的电解水生成装置、电极单元、以及电解水生成方法。

用于解决课题的手段

根据实施方式，电解水生成装置具备容纳水的生成容器以及配置在所述生成容器内的电极单元。所述电极单元具备：容纳电解质液的电解质液室；设置有电极且与所述生成容器内连通的生成室；将所述电解质液室与生成室之间隔开的具有透水性的隔膜；以及电解质液导入路，所述电解质液导入路从所述电解质液室起延伸至比所述生成容器内的水面以及所述生成室高的位置，所述电解质液导入路充填有电解质液并且所述电解质液的液面形成至比所述生成容器内的水面高的位置。

附图说明

图1为第1实施方式所涉及的电解水生成装置的剖面图。

图2为表示第1实施方式所涉及的电解水生成装置的电极单元的立体图。

图3为上述电极单元的分解立体图。

图4为从不同的方向观察上述电极单元的分解立体图。

图5为表示水头差与生成效率的关系的图。

图6为第2实施方式所涉及的电解水生成装置的剖面图。

具体实施方式

以下，参照附图对各种实施方式进行说明。另外，在实施方式中对共同的构成赋予相同的符号，并省略重复的说明。此外，各图为用于促使实施方式及其理解的示意图，其形状、尺寸以及比例等与实际的装置有不同之处，这些能够参考以下的说明与公知的技术而适当地进行设计变更。

(第1实施方式)

图1为第1实施方式所涉及的电解水生成装置的剖面图。在本实施方式中，电解水生成装置10例如作为生成1.2L的中性次氯酸的静水式或间歇式的电解水生成装置而构成。电解水生成装置10具备：容纳水等液体的生成容器(水槽)12；拆装自如地安装于生成容器12的上端开口且将该上端开口封闭的盖体14；支承于盖体14且配置在生成容器12内的电极单元16；以及对该电极单元16的电极供给电解电力的供电部18。盖体14具有用于向生成容器12内注入或排出液体的注排出口15。供电部18连接于未图示的直流电源。

生成容器12例如由硼硅酸盐玻璃、氯化乙烯、聚戊二烯、聚乙烯等耐酸性、耐碱性优秀的玻璃、树脂形成，并形成为圆锥台状。生成容器12具有上端缘12a，此外，在生成容器的周壁形成有表示所容纳的液体的量的多个刻度12b。这些刻度12b作为使容纳在生成容器12内的水的水面WF成为最适的高度的基准而设置。盖体14例如由氯化乙烯、聚戊二烯、聚乙烯等耐酸性、耐碱性优秀的树脂形成，并形成为扁平的圆形状。

图2为表示电极单元的立体图，图3以及图4为电极单元的分解立体图。如图1至图4所示，电极单元16具有细长的棱柱形状的中间筐体20、阴极侧筐体30、以及细长的矩形箱状的搅拌箱40。阴极侧筐体30以及搅拌箱40被接合于中间筐体20的两侧。

中间筐体20在其下半部具有容纳例如饱和盐水作为电解质液的矩形状的中间室(电解质液室)22。该中间室22在中间筐体20的两侧面21a、21b开口。此外，中间筐体20具有形成在上端且用于注入电解质液的注入口24以及排气口25、连通该注入口24与中间室22的导入路26、以及连通排气口25与中间室22的排气路27。即，导入路26从中间室22起延伸至中间筐体20的上端，并延伸至高于容纳在生成容器12内的水的水面WF的位置。导入路26的横截面积形成地比中间室22的横截面积小。能够从注入口24通过导入路26向中间室22以及导入路26填充电解质液。在注入电解质液时，中间室22内的空气通过排气路27以及排气口25向外部排出。

以封闭中间室22的一方的开口的方式设置矩形状的第1隔膜50a，以封闭中间室22的另一方的开口的方式设置矩形状的第2隔膜50b。与第1隔膜50a重叠地设置有矩形板状的阴极(电极)52。阴极52的与中间室22对置的区域形成反应有效区域。阴极52具有连接端子52a，该连接端子52a从阴极52起延伸至中间筐体20的上端附近。

与第2隔膜50b重叠地设置有矩形板状的阳极(电极)54。阳极54夹着中间室22以及第1、第2隔膜50a、50b地与阴极52对置配置。阳极54的与中间室22对置的区域形成反应有效区域。阳极54具有连接端子54a，该连接端子54a从阳极54起延伸至中间筐体20的上端附近。

第1隔膜50a以及第2隔膜50b使用多孔质膜，该多孔质膜形成为膜厚约100～200μm左右的薄矩形平板状且具有透水性。第1隔膜50a与中间筐体20的侧面21a对置地配置，其周缘部紧贴于中间筐体20。同样地，第2隔膜50b与中间筐体20的另一方的侧面21b对置地配置，其周缘部紧贴于中间筐体20。

第1隔膜50a以及第2隔膜50b构成为，通过控制透水性来向阳极54以及阴极52的周围供给充足的电解质，并抑制阳极54的氧气生成，高效地生成氯气。在本实施方式中，第1隔膜50a以及第2隔膜50b是分别具有透水性的隔膜。例如，第1隔膜50a以及第2隔膜50b分别使用透水性的微孔滤膜(Microfiltration Membrane：MF膜)、超滤膜(UltrafiltrationMembrane：UF膜)等的多孔质膜。第1隔膜50a以及第2隔膜50b例如由在被施加了1MPa的水压时具有每1cm²(平方厘米)0.06～600mL/分钟的透水性的超滤膜或微孔滤膜形成。第1隔膜50a以及第2隔膜50b分别由例如含有氧化钛以及聚偏二氟乙烯(PolyVinylideneDiFuoride：PVDF)的材料形成。

阴极52以及阳极54以厚度1mm左右的金属制的平板形成为大致矩形状。在阴极52以及阳极54的中央部(有效反应区域)形成有用于使液体通过的微小的贯通孔(未图示)。阴极52与第1隔膜50a对置地配置，并紧贴于第1隔膜50a。阳极54与第2隔膜50b对置地配置，并紧贴于第2隔膜50b。

如图1至图4所示，阴极侧筐体30与中间筐体20的阴极52侧的侧面21a相对置，且与中间筐体20几乎平行地被接合。阴极侧筐体30具有通过在其下半部形成的凹部所规定的阴极室(第2生成室)32。该阴极室32的与阴极52对置面开口，并与阴极52的整个区域相接。阴极室32的另一面被阴极侧筐体30的壁部封闭。由此，阴极52被设置于阴极室32内。此外，阴极侧筐体30具有形成在上端的注入口34、以及连通该注入口34与阴极室32的流通路35。能够从注入口34通过流通路35向阴极室32内填充水。

如图1至图4所示，搅拌箱40形成为矩形箱状，以覆盖阳极54的方式接合于中间筐体20的侧面21b。搅拌箱40具有：与阳极54隔开间隙地对置的矩形状的对置壁41a；沿对置壁的两侧缘竖立设置且与中间筐体20接合的一对侧壁41b、41c；以及由上述对置壁41a以及侧壁41b、41c规定且与阳极54的反应区域相接的搅拌室(第1生成室，阳极室)44。由此，阳极54被设置在搅拌室44内。此外，搅拌箱40具有配置在搅拌室44内的多个隔壁(叶片)46。多个隔壁46分别大致沿水平延伸，在搅拌箱40的长度方向(高度方向)上隔开间隔地设置。进而，在对置壁41a的内面竖立设置沿垂直方向延伸的中央肋45，该中央肋45遍及多个隔壁46地延伸。搅拌室44通过多个隔壁46以及中央肋45被隔开为沿搅拌箱40的长度方向排列的多个室，各个室与阳极54相接。多个室通过分别在对置壁41a形成的多个连通孔47与外部连通或向外部开放。进而，搅拌箱40的下端以及上端开放，并分别形成排水口48a、取水口48b。进而，各侧壁41a、41b的大致整体开口，形成与搅拌室44连通的取水口49。通过这些取水口48b、49从外部(生成容器12内)向搅拌室44取入水，从连通孔47以及排水口48a向生成容器12内排出。

上述的电极单元16的中间筐体20、阴极侧筐体30、以及搅拌箱40例如通过氯化乙烯、聚戊二烯、聚乙烯等耐酸性、耐碱性优秀的树脂而分别形成。

如图1所示，如上述那样构成的电极单元16支承于盖体14，并从盖体14向生成容器12内垂下。中间筐体20的上端部以及阴极侧筐体30的上端部与盖体14嵌合，且贯通盖体14并向外侧突出。即，中间筐体20的导入路26以及排气路27延伸至高于生成容器12的上端缘12a的位置。中间筐体20的大部分、阴极侧筐体30的大部分、以及搅拌箱40从盖体14向下方延伸，并配置在生成容器12内部。阴极52的连接端子52a以及阳极54的连接端子54a分别经由布线60连接于供电部18。

搅拌室44与中间室22及阴极室32不同，由于不是密封的构造，即成为向生成容器12内开放的构造，因此包含电极单元16的搅拌室44在内的生成容器12整体成为大的阳极室。因此，电解水生成装置10作为装置整体具有2隔膜3室型的构造，该2隔膜3室型的构造具有中间室22、阴极室32以及阳极室44(12)。

接下来，对通过上述那样构成的电解水生成装置10，将盐水电解来生成酸性水(次氯酸水以及盐酸)与碱性水(氢氧化钠)的动作进行说明。

首先，如图1所示，通过注排出口15向生成容器12内取入水，在生成容器12内容纳水。注入的水的一部分通过搅拌箱40的连通孔47以及取水口48a、49浸入搅拌室44，搅拌室44被水填满。注水时，以刻度12b为基准，调整水的注入量，以使水面WF的高度与刻度12b几乎一致。在本实施方式中，通过将水注入至刻度12b的高度，从而水面WF形成于搅拌室44以上且低于生成容器12的上端缘12a的位置。

此外，从注入口34向阴极室32注入水，用水将阴极室32填满。此时，优选阴极室32内的水的水面设定为高于阴极52且为生成容器12内的水的水面WF以下。进而，从注入口24注入盐水(电解质液)，将中间室22以及导入路26的大部分用盐水填满。此时，注入规定量的盐水，以使在导入路26内，盐水的水面(液面)CF形成于比生成容器12的上端缘12a高的位置，即比水面WF高的位置。由此，容器12内的水的水面WF与盐水的水面的差(水头差)D产生例如100mm的差。因此，与该水头差对应的水头压被施加给中间室22内的盐水。

在以上的状态下，从供电部18分别向阴极52以及阳极54供给负电压以及正电压，通过电解反应，将中间室22内的盐水电解。在中间室22的盐水中电离的钠离子被向阴极52吸引，通过第1隔膜50a向阴极室32流入。在阴极室32中，水被阴极52电分解从而生成氢气，通过该氢气与钠离子生成氢氧化钠水溶液(碱性水)。

在中间室22内的盐水中电离的氯离子，被向阳极54吸引，通过第2隔膜50b向搅拌室(阳极室、生成室)44流入。在搅拌室44中，氯离子向阳极54赋予电子而生成氯气。在搅拌室44将生成的氯气溶于水，由生成容器12所贮存的水生成酸性水(次氯酸水以及盐酸)。如此生成的酸性水从搅拌室44通过连通孔47被供给至生成容器12内的水中。此时，在搅拌室44内设置的多个隔壁(叶片)46辅助阳极侧电解生成物在生成容器12搅拌，且起到暂时使从中间室22经由第2隔膜50b扩散至搅拌室44内的电解质的浓度在电极周围提高的作用。此外，生成容器12内的水随时被取入搅拌室44内，成为酸性水并与生成容器12内的水混合。由此，在生成容器12内生成所需的pH的次氯酸水。

所生成的次氯酸水能够从生成容器12的注排出口15向任意的容器、杯子、其他的容器注入。此外，在阴极室32生成的碱性水从注入口34排出，能够适当地进行利用。

在上述的电解水生成装置10以及电解水生成方法中，对生成容器12内的水的水面WF以及电解质液(盐水)的液面CF设定水头差D，通过该水头差D向中间室22内的盐水施加水头压。并且，通过施加这样的水头压，能够提高次氯酸的生成效率。以下进行说明。

图5示出电解质液的水位与酸性水(阳极水)的水位的差(水头差)D，和次氯酸的生成效率的关系。由图5可知，若水头差D增大，则次氯酸的生成效率几乎呈线性上升。可知，若将水头差D设为100mm，则与水头差为零的情况相比，次氯酸的生成效率提高了大致10％。通过设置水头差D来产生水头压，从而将较大的压力作用于在中间室22贮存的电解质液(盐水)。其结果，成为钠离子、氯离子经由第1隔膜50a以及第2隔膜50b而容易向阴极室32以及搅拌室44渗出的状态，所供给的离子的量增加。

在本实施方式中，如上所述，电极单元16具有从中间室22起延伸到比生成容器12的上端缘12a更靠上方的位置的导入路26，使电解质液填满至中间室22以及导入路26的上端部，从而使液面CF形成于高于上端缘12a的位置。此外，生成容器12内的水(阳极水)仅填满至阴极室32以及搅拌室44的上部，从而水面WF形成于低于生成容器12的上端缘12a的位置。由此，电解质液(盐水)的液面CF高于酸性水的水面WF，其差(水头差)D为大致100mm。因此，通过该水头差(水头压)D的效果，能够使次氯酸水的生成效率提高大致10％。通过以上所述的内容，根据本实施方式能够提供提高了电解水的生成效率的电解水生成装置、电极单元、以及电解水生成方法。

接下来，对其他的实施方式所涉及的电解水生成装置进行说明。另外，在以下说明的其他的实施方式中，对与上述的第1实施方式相同的部分赋予相同的参照符号并省略其详细的说明，以与第1实施方式不同的部分为中心详细地进行说明。

(第2实施方式)

图6为表示第2实施方式所涉及的电解水生成装置的剖面图。根据第2实施方式，电极单元16作为1隔膜2室型的电极单元而构成。即，电极单元16省略了阴极室以及阴极侧筐体，使中间室22与阴极室(第2生成室)一体化。中间筐体20具有将中间室22的单侧、即与阳极54相反一侧的侧面封闭了的侧壁。阴极52配置于中间室22内，且与第1隔膜50b对置并邻接。通过导入路26向中间室22注入电解质液，该电解质液填满中间室22以及导入路26的大部分，并在高于生成容器12内的水的水面WF的位置、进而高于生成容器12的上端缘12a的位置形成液面CF。

在第2实施方式中，电解水生成装置10的其他的构成与上述的第1实施方式的电解水生成装置相同。

在如上述那样构成的第2实施方式中，也能够通过将电解质液的液面CF保持地比阳极水(生成容器内的水)的水面WF高，得到与上述的第1实施方式同样的作用效果，能够提供提高了电解水的生成效率的电解水生成装置。此外，1隔膜2室型的电解水生成装置与2隔膜3室型相比，具有能够使电极单元的构造简洁化的优点。

本发明不限于上述的实施方式其本身，能够在实施阶段在不脱离其主旨的范围内使构成要素变形而具体化。此外，通过上述实施方式公开的多个构成要素的适当的组合，能够形成各种发明。例如，可以从实施方式中示出的全部构成要素中删除几个构成要素。甚至，也可以将不同的实施方式中的构成要素适当组合。

例如，在上述的实施方式中，将电解质液设为盐水、将生成水设为次氯酸水，但不限于此，本实施方式所涉及的电解水生成装置能够适用各种电解质液以及各种生成水。生成容器不限于上述的实施方式，各种容器、水槽、其他的只要能够贮存水便能够适用。

阴极以及阳极不限于矩形形状，能够选择其他的各种形状。在上述的实施方式中，在部件间未使用进行密封的密封部件，但也可以采用在部件间形成密封部件的构成。此时，由于进一步改善了密封性，因此能够期待较高地维持所生成的电解水的纯度的效果。

在上述的实施方式中，隔膜使用了具有透水性的多孔质膜，但不限于此，也可以使用具有离子选择性的离子交换膜。在上述的实施方式中，欲使透过隔膜的在阳极侧为氯离子在阴极侧为钠离子，因为均为离子，所以通过使用离子交换膜能够透过离子。其中，在使用离子交换膜的情况下，在阳极侧使用阴离子交换膜，在阴极侧使用阳离子交换膜。

Claims (11)

1.一种电解水生成装置，具备：

生成容器，用于容纳水；以及

电极单元，配置于所述生成容器内，

所述电极单元具备：容纳电解质液的电解质液室；设置有电极且与所述生成容器内连通的生成室；将所述电解质液室与生成室之间隔开的、具有透水性的隔膜；以及电解质液导入路，所述电解质液导入路从所述电解质液室起延伸至比所述生成容器内的水面以及所述生成室高的位置，且所述电解质液导入路充填有电解质液并且所述电解质液的液面形成于比所述生成容器内的水面高的位置。

2.如权利要求1所述的电解水生成装置，其中，

所述电极单元还具备：设置有电极且填充有水的第2生成室；以及将所述电解质液室与第2生成室之间隔开的、具有透水性的隔膜。

3.如权利要求1所述的电解水生成装置，其中，

所述隔膜由多孔质膜形成，所述多孔质膜具有在1MPa的压力下每1分钟每1cm²0.06～600ml的透水性。

4.如权利要求1～3中任一项所述的电解水生成装置，其中，

所述生成容器具有上端缘，所述电极单元具备具有所述电解质液室以及电解质液导入路的中间框体，所述中间框体具有超过所述生成容器的上端缘并向上方突出的上端部，所述电解质液导入路延伸至所述上端部，并在所述中间框体的上端开口。

5.如权利要求1～3中任一项所述的电解水生成装置，其中，

所述电解质液导入路的截面积比所述电解质液室的截面积小。

6.如权利要求1～3中任一项所述的电解水生成装置，其中，

所述生成容器具有表示比所述电极单元的生成室高且比所述电解质液的水面低的位置的刻度。

7.一种电极单元，具备：

电解质液室，容纳电解质液；

生成室，设置有电极且与外部连通；

隔膜，将所述电解质液室与所述生成室之间隔开且具有透水性；以及电解质液导入路，从所述电解质液室起延伸至比所述生成室高的位置。

8.如权利要求7所述的电极单元，其中，

所述电极单元还具备：设置有电极且填充有水的第2生成室，以及将所述电解质液室与所述第2生成室之间隔开的具有透水性的隔膜。

9.如权利要求7或8所述的电极单元，其中，

所述隔膜由多孔质膜形成，所述多孔质膜具有在1MPa的压力下每1分钟每1cm²0.06～600ml的透水性。

10.一种电解水生成方法，通过具备容纳水的生成容器以及配置于所述生成容器内的电极单元的电解水生成装置生成电解水，所述电极单元具备：设置有电极且与所述生成容器内连通的电解水生成室；具有导入路的电解质液室；以及将这些电解水生成室与所述电解质液室之间隔开的具有透水性的隔膜，在所述电解水生成方法中，

在配置了所述电极单元的所述生成容器内容纳水，将所述电极单元的电解水生成室用水填满且在所述生成容器内形成规定高度的水面，

通过所述导入路向所述电解质液室注入电解质液，将所述电解质液室以及所述导入路用所述电解质液填满，并将所述电解质液的液面形成至比所述生成容器内的水面高的位置，

对所述电极通电来电解所述电解质液，在所述电解水生成室内生成电解水。

11.如权利要求10所述的电解水生成方法，其中，

通过所述水面与液面的高度的差，对所述电解质液室内的电解质液施加水头压。