CN109072462A - 电极单元的制造方法、及电解水生成装置的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本实施方式涉及一种电极单元的制造方法，所述电极单元用于通过将电解液电解而生成电解水的电解水生成装置，且所述电极单元具备电极和多孔质膜，其中，所述电极单元的制造方法包括将所述多孔质膜浸渍到具有与水混合的性质、并且表面张力比水低的液体中的工序。本实施方式涉及的电解水生成装置的制造方法包括：通过上述电极单元的制造方法来制造电极单元的工序；和将所述电极单元设置在电解槽中的工序。

Description

电极单元的制造方法、及电解水生成装置的制造方法
技术领域
本发明涉及电极单元的制造方法、及电解水生成装置的制造方法。
背景技术
近年，提出了通过将水电解而生成例如碱性离子水、臭氧水或次氯酸水等具有各种功能的电解水、氢等的装置。
例如，在添加了氯化钠等电解质的水中通电时，在阳极侧生成酸性水，在阴极侧生成碱性水。阳极侧生成的酸性水含有次氯酸，具有杀菌作用。因此，次氯酸水用于消毒、杀菌。另外，次氯酸水对人体安全，作为食品添加物也是被认可的。
作为用于生成次氯酸水的电解水生成装置，提出了各种方式的装置，其中2室型或3室型的电解水生成装置在一对电极之间设置有隔壁。隔壁例如由具有使氯化物离子或钠离子等选择性通过的性质的离子交换膜或多孔质膜构成。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-322053号公报
发明内容
发明所要解决的问题
作为隔壁使用的多孔质膜与水的亲和性低，因此与水或盐水溶合需要一定程度的时间。因此，在电解水生成装置中，从启动装置到电解稳定地进行，需要一定程度的长时间。
本发明是在上述情况下完成的，以缩短装置的上升时间作为课题。
用于解决问题的手段
为了解决上述课题，本实施方式涉及一种电极单元的制造方法，所述电极单元用于通过将电解液电解而生成电解水的电解水生成装置，且所述电极单元具备电极和多孔质膜，其中，所述电极单元的制造方法包括将所述多孔质膜浸渍到具有与水混合的性质、并且表面张力比水低的液体中的工序。
附图说明
图1是表示本实施方式涉及的电解水生成装置的概略构成的图。
图2是示意性地表示多孔质膜及电极的图。
图3是电极单元的立体图。
图4是电极单元的展开立体图。
图5是将多孔质膜部分放大而示出的图。
图6是电极的立体图。
图7是电极的立体图。
图8是电极的剖视图。
图9是电极的剖视图。
图10是表示电解水生成装置的制造方法的流程图。
图11是用于说明电解水生成装置的制造方法的图。
图12是用于说明电解水生成装置的制造方法的图。
图13是电解槽的立体图。
图14是用于说明电解水生成装置的制造方法的图。
图15是用于说明电解水生成装置的制造方法的图。
图16是表示实施例涉及的电解槽的图。
图17是用于说明实施例的结果、及比较例的结果的表。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。在实施方式的说明方面，适宜使用由相互正交的X轴、Y轴、Z轴构成的正交坐标系。
《装置构成》
图1是表示本实施方式涉及的电解水生成装置10的概略构成的图。电解水生成装置10是通过电解盐水，生成包含酸性的次氯酸的酸性水和包含碱性的氢氧化钠的碱性水的装置。
如图1所示，电解水生成装置10具备电解槽11、盐水罐12、循环泵31、压力调整阀32、直流电源33。
电解槽11是由例如树脂或不锈钢等构成的状态。电解槽11的内部通过1组多孔质膜21、22，区分为中间室S1、阳极室S2、阴极室S3。多孔质膜21例如是具有使氯化物离子Cl-等阴离子通过的性质的多孔质膜。另外，多孔质膜22例如是具有使钠离子Na+等阳离子通过的性质的多孔质膜。
中间室S1是被两个多孔质膜21、22夹住的空间。中间室S1被以氯化钠(NaCl)作为电解质的水填充。中间室S1经由设在电解槽11上的给水口111和排水口112与外部连通。
阳极室S2是隔着多孔质膜21与中间室S1相邻的空间。阳极室S2中配置有用于生成酸性水的电极23。阳极室S2经由设在电解槽11上的给水口113和排水口114与外部连通。
阴极室S3是隔着多孔质膜22与中间室S1相邻的空间。阴极室S3中配置有用于生成碱性水的电极24。阴极室S3经由设在电解槽11上的给水口115和排水口116与外部连通。
成为阳极的电极23例如由钛(Ti)、不锈钢(SUS)、铬(Cr)、镍(Ni)、铝(Al)或它们的合金构成。电极23整形为长方形板状，形成有多个开口部。
从高效地促进电场反应的观点出发，在电极23的表面担载有例如铂(Pt)等贵金属催化剂、氧化铱等氧化物催化剂。
成为阴极的电极24也与电极23同样地构成。在成为阴极的电极24中，也可以不担载催化剂而直接使用钛或不锈钢等具有耐蚀性的金属。
在阳极室S2及阴极室S3中，从给水口113、115供给原水。作为原水，例如能够使用自来水、井水等。从防止以碳酸钙为主成分的水垢的堆积的观点出发，供给到阳极室S2及阴极室S3的原水优选使用降低了碱成分的软水。这种软水例如通过使用利用了离子交换树脂的软水器能够生成。
盐水罐12是贮留盐水的罐。在盐水罐12上，设置有用于使盐水在与电解槽11之间循环的流出口121和流入口122。
作为盐水，例如使用通过在水(H2O)中加入作为电解质的氯化钠(NaCl)而生成的盐水，或使用通过在水中加入包含氯的氯化钾(KCl)等盐而生成的盐水。盐水的浓度并未特别限制，但如果考虑电解时的稳定性，则优选浓度一定程度地高。通过使用饱和氯化钠作为盐水，将盐水的浓度维持在恒定变得容易。
压力调整阀32设在经过中间室S1的排水口112和盐水罐12的流入口122而架设的管路上。
循环泵31设在经过盐水罐12的流出口121和中间室S1的给水口111而架设的管路上。循环泵31将盐水罐12的盐水供给到电解槽11的中间室S1。由此，盐水在电解槽11的中间室S1与盐水罐12之间循环。在中间室S1与盐水罐12之间循环的盐水的流量通过压力调整阀32来调整。
直流电源33对电极23和电极24施加电压。在电解水生成装置10中，按照电极23为阳极、电极24为阴极的方式，分别对电极23、24施加电压。
《装置工作》
接着，对如上述那样构成的电解水生成装置10的工作进行说明。在电解水生成装置10中，当循环泵31运转时，盐水罐12的盐水供给到电解槽11的中间室S1。然后，当中间室S1中盐水蓄积到一定量时，来自中间室S1的盐水经由压力调整阀32返回到盐水罐12。由此，盐水在中间室S1和盐水罐12之间循环，中间室S1成为蓄积了恒定浓度的盐水的状态。
在阳极室S2及阴极室S3中，以规定的流量供给原水。当在阳极室S2及阴极室S3中供给原水时，通过直流电源33对电极23、24施加电压。由此，在阳极室S2中，发生下式(1)、(2)、(3)所示的反应。此外，式中的M表示催化剂。
根据式(1)～(3)，阳极室S2整体的反应示于下式(4)。
M+H2O→M-OH+H++e- (1)
M-OH→M-O+H++e- (2)
M-O+Cl-+H+→M+HClO (3)
H2O+Cl-→HClO+H++2e- (4)
此外，在阳极室S2中，有时发生下式(5)所示的副反应。在副反应中产生氧。根据式(1)、(2)、(5)，阳极室S2整体的副反应示于下式(6)。
2M-O→2M+O2 (5)
2H2O→O2+2H++2e- (6)
另一方面，在阴极室S3中，发生下式(7)所示的反应。
2H2O+2e-→H2+2OH- (7)
包含阳极和阴极的全部反应用下式(8)来表示。
2NaCl+3H2O→HClO+HCl+2NaOH+H2 (8)
阳极室S2中生成的酸性水从与阳极室S2连通的排水口114排出。另外阴极室S3中生成的碱性水从与阴极室S3连通的排水口116排出。如上所述，在电解水生成装置10中生成酸性水和碱性水。
图2是示意性地表示多孔质膜21、22及电极23、24的图。如图2所示，多孔质膜21、22及电极23、24隔着间隔物35而配置。间隔物35例如是构成中间室S1的壳体。在本实施方式中，多孔质膜21、22、电极23、24及间隔物35构成电极单元100。
《电极单元》
图3是电极单元100的立体图。另外，图4是电极单元100的展开立体图。参照图3及图4可知，电极单元100通过在间隔物35的上面(+Z侧的面)配置多孔质膜21及电极23、在间隔物35的下面(-Z侧的面)配置多孔质膜22及电极24而形成。
《间隔物》
间隔物35是将X轴方向作为长度方向，内部为中空的长方形框状的部件。间隔物35例如由树脂或不锈钢构成。在间隔物35上形成与内部空间连通的给水口111和排水口112。经由给水口111和排水口112，盐水在间隔物35的内部循环。
在上述间隔物35的内部空间中，可以配置例如保持盐水的多孔体等。另外，在间隔物35的内部空间中，可以形成曲折的流路、分支为多个的流路等。
《多孔质膜》
多孔质膜21、22整形为与间隔物35大致相等的尺寸。图5是将多孔质膜21、22部分放大而示出的图。如图5所示，在多孔质膜21、22上形成多个细孔200。多孔质膜21、22的表面优选被无机氧化物被覆。多孔质膜21、22优选在内部含有无机氧化物。
对于多孔质膜21、22，使用化学上稳定的聚四氟乙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氯乙烯等作为基材。
分割阳极室S2的多孔质膜21优选被在pH为2～6的区域的zeta电位为正的无机氧化物被覆。满足该条件的多孔质膜在化学上稳定，在弱酸性区域中对阴离子的输送性能高。
作为该种无机氧化物，例如能够使用氧化锆、氧化钛、氧化铝、氧化锡、锆石、氧化铜、氧化铁及它们的混合氧化物。特别是，作为化学稳定性良好的无机氧化物，能够使用氧化锆、氧化铝、氧化钛、锆石。其中，弯曲耐性良好的无机氧化物为氧化锆。
无机氧化物可以包含氢氧化物或醇盐、羟基卤化物、水合物。经过金属卤化物或金属醇盐的水解来制作无机氧化物时，随着后处理的温度不同，有时成为它们的混合物。也可以使多孔质膜中的无机氧化物的存在比率随着位置不同而不同。例如，也可以在细孔的周围或表面提高无机氧化物的存在比率。
作为无机氧化物，能够使用锆石这样的复合氧化物、相互不同的无机氧化物的混合物。多孔质膜可以被不同的2种以上的氧化物被覆，也可以使各氧化物的存在比率随着多孔质膜的位置不同而不同。例如，可以将多孔质膜的表面用弯曲强度大的氧化锆被覆，将多孔质膜的内部用正电位的绝对值大的氧化钛被覆。
多孔质膜的表面的zeta电位优选在pH4下大于-30mV。多孔质膜的表面的zeta电位小于-30mV时，即使对多孔质膜施加电压，也有氯离子变得难于渗透的倾向。多孔质膜的表面的zeta电位优选大于-15mV。
分割阴极室S3的多孔质膜22优选被在pH为8～10的区域的zeta电位为负的无机氧化物被覆。满足该条件的多孔质膜在弱碱性区域中对阳离子的输送性能高。
作为该种无机氧化物，能够使用例如氧化锆、氧化钛、氧化铝、氧化钨、锆石、氧化硅及沸石。作为无机氧化物也可以使用上述氧化物的混合物。另外，也可以使多孔质膜中的无机氧化物的存在比率和种类随着位置不同而不同。例如，可以将多孔质膜的表面用弯曲强度大的氧化锆被覆，将多孔质膜的内部用在宽pH区域中电位为负的氧化硅被覆。
被无机氧化物被覆的多孔质膜能够通过在多孔体基材上涂布纳米粒子而形成。另外，通过使用溶胶-凝胶法，能够形成具有二维或三维地不规则配置的孔的多孔质膜。这样的多孔质膜即使在弯曲等时也会变强。无机氧化物的粒子可以分散，也可以粒子形成聚集体而成为网络状。
多孔质膜21、22上形成的细孔的孔径在多孔质膜21、22的一侧和另一侧可以不同。例如，在多孔质膜21中，电极23侧的细孔的孔径可以小于电极24侧的细孔的孔径。即使电极23侧的细孔的孔径小，氯化物离子Cl-等阴离子也能向电极23容易地移动。相反，在多孔质膜21中，电极23侧的细孔的孔径大于电极24侧的细孔的孔径时，氯变得容易在多孔质膜附近扩散。多孔质膜的细孔的孔径例如能够使用扫描型电子显微镜(SEM)等进行测定。
《电极》
图6及图7是电极23的立体图。电极23整形成厚度为1mm左右、以X轴方向作为长度方向的长方形板状。电极23由框状的框架部201、以X轴方向作为长度方向的多个格子部202、和以Y轴方向作为长度方向的梁部203这3部分构成。
格子部202和梁部203在框架部201所规定的空间中以相互交叉的方式设置。格子部202在框架部201所规定的空间中以与X轴平行的方式张设。另外，梁部203在框架部201所规定的空间中以与Y轴平行的方式张设。
图8是表示图6中AA截面的图。如图8所示，格子部202按照节距P1为0.5mm的方式沿着Y轴等间隔地排列。另外，格子部202整形成厚度D1为0.1～0.2mm、截面为梯形。因此，被格子部202夹着的开口部在+Z侧的Y轴方向的尺寸W1为0.4mm，在-Z侧的Y轴方向的尺寸W2为0.2mm。
图9是表示图7中BB截面的图。如图9所示，梁部203按照节距P2为2.4mm的方式沿着X轴等间隔地排列。另外，梁部203整形成厚度D2为0.3～0.4mm、截面为梯形。因此，被梁部203夹着的开口部在-Z侧的X轴方向的尺寸W3为1.6mm，在+Z侧的X轴方向的尺寸W4为1.2mm。
如上所述构成的电极23例如能够通过在厚度为0.5～1mm左右、由不锈钢或钛构成的金属板的两面上实施蚀刻处理来制造。因此，框架部201的+Z侧的面与格子部202的+Z侧的面位于同一面内，框架部201的-Z侧的面与梁部203的-Z侧的面位于同一面内。另外，长方形的开口部的四角为带圆角的形状。
此外，在图6及图7中，描绘了10根格子部202，但在实际的电极中，形成几十～几百的格子部202。由此，相对于电极23的+Z侧的面的面积A0，被格子部202的-Z侧夹着的区域的面积A1的比例为约40％。电极23按照长度方向为垂直方向，+Z侧的面与多孔质膜对置的方式配置。
在图6及图7中，描绘了3根梁部203，但在实际的电极中，形成几十根梁部203。因此，贯通电极23的开口部的面积A2为电极23的+Z侧的面的面积A0的20％左右。在电极23中，面积A2相对于面积A0的比例优选为50％以下。
另外，对于电极24，也与电极23同样地构成。
此外，电极23、24的开口部的形状可以任意决定为圆形、椭圆形或多边形等。在将开口部的形状设为四边形或菱形等多边形时，优选角带圆。通过将角部弄圆，能够使应力集中难以发生。
作为阳极的电极23中的氯化物离子的浓度低时，容易发生式(5)所示的反应。因此，为了高效地生成次氯酸，需要增大氯化物离子的浓度。氯化物离子从多孔质膜侧供给到电极。通过多孔质膜的氯化物离子并不从多孔质膜与电极接触的部位流出，而是从电极23的贯通的开口部流出。因此，为了增大电极23中的氯化物离子的浓度，防止氯化物离子从电极23的开口部流出变得重要。
因此，电极23、24的开口部的开口面积为0.01mm2到4mm2。开口面积小于0.01mm2时，将气体或次氯酸等反应产物排出到外部变得困难。因此容易发生电极23、24的劣化等。另外，开口面积大于4mm2时，氯化物离子容易流出，而且电极23、24的电阻变大，电解效率降低。开口面积优选为0.1mm2至1.5mm2。另外，开口面积更优选为0.2mm2至1mm2。
《制造方法》
接着，对具备如上所述构成的电极单元100的电解水生成装置10的制造方法，基于图10的流程图进行说明。
在制造电极单元100时，首先，对多孔质材料进行整形，准备图4所示的多孔质膜21、22(步骤S101)。接着，对多孔质膜21、22进行前处理(步骤S102)。
前处理是通过对多孔质膜21、22的表面进行改性，用以提高多孔质膜21、22相对于液体的亲和性的处理。作为前处理，实行例如等离子体处理、电子束处理及紫外线臭氧处理等。
等离子体处理是对多孔质膜21、22的表面照射例如氧等离子体的处理。电子束处理是对多孔质膜21、22的表面照射电子束的处理。紫外线臭氧处理是对多孔质膜21、22的表面照射紫外线的处理。通过这些处理，多孔质膜21、22的表面改性，相对于液体的亲和性提高。
接着，如图11所示，将多孔质膜21、22浸渍在液体51中(步骤S103)。液体51是具有与水亲和的性质、表面张力为35mN/m以下的液体。作为液体51，例如可考虑如图11所示那样的乙醇的浓度为30重量％以上的乙醇水溶液。乙醇的浓度优选为50重量％以上，特别优选为90重量％以上。另外，液体51可以是99.5％的所谓无水乙醇。另外，也可以是表面活性剂的水溶液。
通过将多孔质膜21、22浸渍到液体51中，与水相比表面张力低的液体51进入到多孔质膜21、22的细孔中。
接着，如图12所示，将多孔质膜21、22用自来水等水52进行水洗(步骤S104)。多孔质膜21、22的表面和细孔的内部成为与对水具有亲和性的液体51溶合的状态。因此，通过对多孔质膜21、22进行水洗，多孔质膜21、22的表面和内部成为与水52溶合的状态。
接着，取出多孔质膜21、22，如图4所示，在间隔物35的上面侧配置多孔质膜21及电极23，在间隔物35的下面侧配置多孔质膜22及电极24。然后，如图3所示，组装间隔物35、多孔质膜21、22、电极23、24而一体化(步骤S105)。例如通过将电极23、24固定在间隔物35上，将间隔物35、多孔质膜21、22、电极23、24一体化。由此，组装电极单元100。
接着，如图13所示，用内部形成了阳极室S2的树脂制的壳体151和内部形成了阴极室S3的树脂制的壳体152来夹持电极单元100，用螺钉等将壳体151、152彼此固定。由此，组装电解槽11(步骤S106)。
此外，如图13所示，用内部形成了阳极室S2的壳体151和内部形成了阴极室S3的壳体152，夹持间隔物35、多孔质膜21、22、电极23、24，用螺钉等将壳体151、152彼此固定，由此可以将间隔物35、多孔质膜21、22、电极23、24一体化。
接着，将如上所述构成的电解槽11与盐水罐12、循环泵31、压力调整阀32、直流电源33等辅助设备类连接(步骤S107)。由此，组装图1所示的电解水生成装置10。
如以上所说明的，在本实施方式中，在电极单元100的制造过程中，多孔质膜21、22浸渍在液体51中(步骤S103)。接着，用自来水等水52将多孔质膜21、22水洗(步骤S104)。经过以上工序，多孔质膜21、22的表面和细孔的内部成为与对水具有亲和性的液体51溶合的状态。然后，通过将多孔质膜21、22水洗，多孔质膜21、22的表面和内部成为与水52溶合的状态。
因此，多孔质膜21、22成为与中间室S1、阳极室S2、阴极室S3的盐水和自来水短时间亲和的状态。其结果是，能够缩短从启动电解水生成装置10到电解稳定地进行的上升时间。
此外，电解水生成装置10开动了一次后，即使将电解水生成装置10干燥，也成为多孔质膜21、22的表面和细孔中残留离子种的状态。因此，下次启动电解水生成装置10时，也能够在短时间内稳定地进行电解。因此，也可以使电解水生成装置10在工作之前进行预运转。即使在预运转后干燥电解水生成装置，也能够使该电解水生成装置在短时间开动。
另外，液体51优选包含乙醇和水。乙醇对环境的负荷少，安全性也高。因此，能够将浸渍在液体51中的多孔质膜21、22安全地水洗。
在本实施方式中，在将多孔质膜21、22浸渍到液体51中之前，对多孔质膜21、22进行前处理。因此，多孔质膜21、22的表面的亲水性提高。因此，在其后的处理(步骤S103、104)中，能够使多孔质膜21、22与液体51或水52良好地亲和。
此外，在上述实施方式中，对液体51包含乙醇的情况进行了说明。不限于此，液体51例如可以包含甲醇、丙醇、异丙醇等醇类。
在上述实施方式中，将液体51的表面张力设为35mN/以下，但液体51的表面张力优选为25mN/以下。液体51的表面张力能够用各种方法进行测定。例如，能够使用Wilhelmy法、挂环法、悬滴法、最大泡压法等进行测定。醇或醇水溶液的表面张力的测量适用挂环法。另外，含有表面活性剂的水溶液的表面张力的测量适用悬滴法。
在上述实施方式中，对用水清洗多孔质膜21、22的情况进行了说明。不限于此，也可以用含氯化物离子的水来清洗多孔质膜21、22。由此，能够进一步缩短从启动电解水生成装置10到电解稳定地进行的上升时间。
作为氯化物离子源，优选氯化钠或氯化钾等氯化物。清洗多孔质膜21、22时的水中所含的氯化物的浓度优选为1重量％饱和浓度。氯化物的浓度更优选为3重量％饱和浓度，特别优选为5重量％饱和浓度。
在上述实施方式中，在前处理(步骤S102)之后，将多孔质膜21、22浸渍在液体51中(步骤S103)。不限于此，在进行前处理之后，可以进行使多孔质膜21、22与铝、锆、钛等醇盐溶液接触的工序。通过进行该工序，在多孔质膜21、22的表面和细孔的表面生成这些铝等的氧化物、氢氧化物或它们的中间物。由此，多孔质膜21、22的亲水性增大，液体51变得更容易渗入。另外，与氯化物离子的亲和性也增加，因此优选。
作为醇盐，能够使用甲醇盐、乙醇盐、丙醇盐、异丙醇盐等。从溶解度及水解的观点出发，优选使用异丙醇盐。它们的浓度优选饱和浓度的5％～95％左右。另外，更优选饱和浓度的20％～90％，特别优选饱和浓度的50％～80％。浓度小于饱和浓度的5％时，效果较少。在饱和浓度下液体的稳定性变差。
使多孔质膜21、22与醇盐溶液接触的工序优选在前处理(步骤S102)之后进行。通过在前处理之后进行上述工序，在多孔质膜21、22与铝、锆、钛等的醇盐溶液接触时，作为反应产物的氧化物稳定地固定在多孔质膜21、22上。作为前处理进行等离子体处理或电子束处理时，氧化物特别稳定地固定在多孔质膜21、22上。
在上述实施方式中，将化学上稳定的聚四氟乙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氯乙烯等作为多孔质膜21、22的基材使用。
多孔质聚四氟乙烯膜、多孔质聚乙烯膜等通过拉伸等制作多孔结构，但通常孔的大小的控制较难。另外，这些膜的机械强度弱，因此，有时在水压等下伸长而孔径发生变化。另一方面，玻璃纤维化学上稳定，强度也高，由水压导致的变形少。因此，作为多孔质膜，也可以为将玻璃纤维和聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯混合而制成的复合膜。由此，孔径的调整变得容易，能够提高化学强度和机械强度。在上述材质中，优选层叠多孔质聚四氟乙烯膜和玻璃纤维。聚乙烯多孔质膜在耐热性上有若干问题，聚偏氟乙烯在耐碱性上有若干问题。
《变形例》
接着，对上述实施方式涉及的制造方法的变形例进行说明。在上述实施方式中，将多孔质膜21、22浸渍在液体51中(步骤S103)，然后，将多孔质膜21、22水洗(步骤S104)。在本变形例涉及的制造方法中，首先，如图3所示，将多孔质膜21、22、电极23、24及间隔物35一体化而组装电极单元100后，如图14所示，将电极单元100浸渍在液体51中。通过将电极单元100浸渍在液体51中，与水相比表面张力低的液体51进入到多孔质膜21、22的细孔内。
接着，如图15所示，通过将电极单元100用自来水等水52进行水洗来制造电极单元。多孔质膜21、22的表面和细孔的内部成为与对水具有亲和性的液体51溶合的状态。因此，通过对电极单元100进行水洗，多孔质膜21、22的表面和内部成为与水52溶合的状态。
接着，如图13所示，用内部形成了阳极室S2的壳体151和内部形成了阴极室S3的壳体152来夹持电极单元100，用螺钉等将壳体151、152彼此固定。由此，完成电解槽11。
接着，将如上所述构成的电解槽11与盐水罐12、循环泵31、压力调整阀32、直流电源33等辅助设备类连接。由此，完成图1所示的电解水生成装置10。
如以上所说明的，在本变形例中，可以仅将电极单元100作为交换部件等而预先大量制作。
接着，对示出本实施方式的效果的实施例进行说明。
《实施例1》
在图1所示的电解水生成装置10中，将厚度为30μm的聚四氟乙烯多孔质膜(住友电工公司制：POREFLON HPW-010-30)和厚度为75μm的玻璃布(日东纺：3313)一体化，将得到的材料用作多孔质膜21、22的原料。聚四氟乙烯多孔质膜和玻璃布通过在将双方重叠的状态下加热到100℃并加压而一体化。
接着，对于聚四氟乙烯多孔质膜和玻璃布的层叠体的玻璃布面，进行使用了混合液的浸渍涂布，该混合液是在将聚四氟乙烯微粒分散液(三井-杜邦公司：Fluorochemical31-JR)稀释了2倍的分散液中相对于聚四氟乙烯含有30wt％的氧化钛纳米粒子的混合液。然后，将层叠体加热到200℃而制作多孔质膜21、22。聚四氟乙烯微粒的添加量为16mg/cm2，层叠体的加热时间为约20分钟。
接着，对于多孔质膜21、22，进行使用了四异丙氧基锆(IV)的5％异丙醇溶液的浸渍涂布后，将多孔质膜21、22在200℃的大气中放置1小时使其干燥。如此完成的多孔质膜21、22的表面的zeta电位在pH4下为-10mv。另外，在pH8～10下为-40mV。
对于作为阳极的电极23，使用板厚为0.5mm的平坦的钛板作为基材。基材的长度为15cm，宽度为10cm。在基材上，通过冲压以节距2.2mm将直径1.5mm的贯通孔形成为六方格子状。
将电极23在80℃的10wt％草酸水溶液中浸渍1小时。接着，在将电极23浸渍在1M硫酸铵和0.5M氟化铵的混合水溶液中的状态下，施加2小时10V的电压。如此，使电极23发生阳极氧化。
接着，在氯化铱(IrCl3·nH2O)中，按照达到0.25M(Ir)的方式加入1-丁醇，将调节得到的溶液涂布在电极23的两面上。然后，将电极23干燥及烧成，在电极23的表面形成形成催化剂层。干燥通过将电极23在80℃的大气中放置10分钟而进行，烧成通过将电极23加热至450℃并维持10分钟而进行。在本实施例中，通过重复5次上述涂布、干燥、烧成，在电极23的表面形成催化剂层。
对于作为阴极的电极24，使用板厚为0.5mm的平坦的SUS304S板作为基材。基材的长度为15cm，宽度为10cm。在基材上，通过冲压以节距2.2mm将直径1.5mm的贯通孔形成为六方格子状。对于电极24的基材，不在表面上形成催化剂层等，而直接作为电极24使用。
在具有中间室S1的间隔物35上，配置厚度为5mm的多孔质聚苯乙烯作为保持电解液的保持体。
将上述多孔质膜21、22在20℃下的表面张力为24mN/m的90％乙醇(10％几乎是水)中浸渍1分钟。然后，将多孔质膜21、22用水清洗。接着，在不使多孔质膜21、22干燥的情况下，参照图3及图4可知，使用螺钉或密封件将树脂制的间隔物35、多孔质膜21、22及电极23、24组装并一体化，构成电极单元100。然后，采用电极单元100构成树脂制的电解槽11。
接着，在电解槽11上连接辅助设备类，构成图1所示的3室型的电解水生成装置10。在电解槽11上连接用于将来自商用的自来水设备的水供给到阳极室S2及阴极室S3的管路。将多孔质膜21、22用水清洗后并不立即干燥。另外，向盐水罐12中供给饱和食盐水。在图1所示的电解槽11的排水口114上设置导电率传感器，在排水口116上设置pH传感器。
在盐水的流量设为2L/分、电极间电压设为6V的条件下运转如上述那样构成的电解水生成装置10。由此，在阳极室S2中生成次氯酸水，在阴极室S3中生成氢及氢氧化钠。该电解水生成装置10在运转开始2分钟以内达到电解稳定的正常运转状态。之后，从电解水生成装置10除去水及盐水使其干燥后，开始再度运转。在该情况下，电解水生成装置10在运转开始3分钟以内达到电解稳定的正常运转状态。
《比较例1》
将上述多孔质膜21、22在20℃下的表面张力为24mN/m的90％乙醇中浸渍1分钟。之后，不将多孔质膜21、22用水清洗而进行干燥。用该多孔质膜21、22构成电极单元100。将具备该电极单元100的电解水生成装置10同样地在盐水的流量设为2L/分、电极间电压设为6V的条件下运转。比较例1所涉及的电解水生成装置10的电极间电流的上升需要时间，从运转开始经过30分钟以上后，达到电解稳定的正常运转状态。
《比较例2》
将上述多孔质膜21、22在20℃下的表面张力为38mN/m的20％乙醇水溶液中浸渍1分钟。之后，将多孔质膜21、22用水清洗。接着，不将多孔质膜21、22干燥而用多孔质膜21、22构成电极单元100。将具备该电极单元100的电解水生成装置10同样地在盐水的流量设为2L/分、电极间电压设为6V的条件下运转。比较例2所涉及的电解水生成装置10的电极间电流的上升需要时间，从运转开始经过15分钟以上后，达到电解稳定的正常运转状态。
上述实施例1及比较例1、2的结果显示，通过将多孔质膜21、22浸渍在表面张力为35mN/m以下的含水乙醇中，之后进行水洗，可缩短电解水生成装置10的上升时间。
《实施例2》
在与实施例1同样地构成的电解水生成装置10中，将与实施例1同样地得到的多孔质膜21、22在20℃下的表面张力为24mN/m的90％乙醇中浸渍1分钟。之后，将多孔质膜21、22不用水而用浓度10％的氯化钠水溶液清洗。然后，将多孔质膜21、22在室温下干燥一晚后，用多孔质膜21、22构成电极单元100。将具备该电极单元100的电解水生成装置10同样地在盐水的流量设为2L/分、电极间电压设为6V的条件下运转。实施例2所涉及的电解水生成装置10在从运转开始的4分钟以内达到电解稳定的正常运转状态。
上述实施例2及比较例1、2的结果显示，通过将多孔质膜21、22浸渍在表面张力为35mN/m以下的含水乙醇中，之后用浓度10％的氯化钠水溶液进行清洗，即使将电解水生成装置10干燥，也可缩短上升时间。
《实施例3》
对与实施例1同样地得到的多孔质膜21、22不进行向乙醇水溶液中的浸渍和水洗这两者，在干燥的状态下使用，构成电极单元100。然后，将电极单元100在20℃下的表面张力为24mN/m的90％乙醇中浸渍1分钟。之后，将电极单元100用水清洗。将具备该电极单元100的电解水生成装置10同样地在盐水的流量设为2L/分、电极间电压设为6V的条件下运转。实施例3所涉及的电解水生成装置10在从运转开始的2分钟以内达到电解稳定的正常运转状态。
《实施例4》
实施例4涉及的电解水生成装置如图16所示，按照包围中间室S1及阴极室S3的方式来配置阳极室S2。此外，本电解水生成装置没有泵和配管等，具备通过盐水或水的自然对流来形成水流的分批型的电解槽11A。阳极室S2的容量为2L，阴极室S3的容量为0.1L。电极单元使用与实施例1同样的构成的电极单元。此外，电极单元的尺寸小，电极的大小为长4cm、宽3cm。
另外，在制造电极单元时，与实施例1的情况同样，将多孔质膜在20℃下的表面张力为24mN/m的90％乙醇中浸渍1分钟，用水清洗。接着，不将多孔质膜干燥，而与电极等一体化，构成电极单元。
将本实施例涉及的电解水生成装置在电极间电压设为7V的条件下运转。由此，在阳极室S2中生成次氯酸水，在阴极室S3中生成氢及氢氧化钠水。该电解水生成装置在从运转开始的2分钟以内达到电解稳定的正常运转状态。
《实施例5》
在图1所示的电解水生成装置10中，将厚度为30μm的聚乙烯多孔质膜用作多孔质膜21、22。多孔质膜21、22以外的构成与实施例1涉及的电解水生成装置的构成同样。
将上述多孔质膜21、22浸渍在20℃下的表面张力为32mN/m的SPAN20表面活性剂的水溶液中。之后，将多孔质膜21、22用浓度10％的氯化钠水溶液清洗。接着，不将多孔质膜21、22干燥而用多孔质膜21、22构成电极单元100。将具备该电极单元100的电解水生成装置10同样地在盐水的流量设为2L/分、电极间电压设为6V的条件下运转。实施例5所涉及的电解水生成装置10在从运转开始的3分钟以内达到电解稳定的正常运转状态。
《比较例3》
在与实施例5同样地构成的电解水生成装置10中，将上述多孔质膜21、22浸渍在20℃下的表面张力为36mN/m的SPAN20表面活性剂的水溶液中。之后，将多孔质膜21、22用浓度10％的氯化钠水溶液清洗。接着，不将多孔质膜21、22干燥而用多孔质膜21、22构成电极单元100。
将具备该电极单元100的电解水生成装置10同样地在盐水的流量设为2L/分、电极间电压设为6V的条件下运转。比较例3所涉及的电解水生成装置10从运转开始经过10分钟以上后，达到电解稳定的正常运转状态。
上述实施例5及比较例3的结果显示，通过将多孔质膜21、22浸渍在表面张力为35mN/m以下的水溶液中，之后用氯化钠水溶液进行清洗，可缩短电解水生成装置10的上升时间。
《实施例6》
在图1所示的电解水生成装置10中，将厚度为30μm的聚乙烯多孔质膜用作多孔质膜21、22。然后，对多孔质膜21、22实施等离子体处理之后，在异丙醇铝浓度为5重量％的异丙醇中浸渍1分钟。之后，通过将多孔质膜21、22在90℃的大气中放置10分钟而干燥。接着，将多孔质膜21、22浸渍在20℃下的表面张力为32mN/m的SPAN20表面活性剂的水溶液中。之后，将多孔质膜21、22用饱和浓度的氯化钠水溶液清洗。
不将上述多孔质膜21、22干燥而用多孔质膜21、22构成电极单元100。将具备该电极单元100的电解水生成装置10在盐水的流量设为2L/分、电极间电压设为6V的条件下运转。实施例6所涉及的电解水生成装置10在从运转开始的2分钟以内达到电解稳定的正常运转状态。
《实施例7》
除了代替使用表面张力为32mN/m的SPAN20表面活性剂的水溶液，而使用表面张力为33mN/m的30％乙醇水溶液以外，与实施例6同样地构成电极单元100。将具备该电极单元100的电解水生成装置10在盐水的流量设为2L/分、电极间电压设为6V的条件下运转。实施例7所涉及的电解水生成装置在从运转开始的3分钟以内达到电解稳定的正常运转状态。
《实施例8》
除了代替用饱和浓度的氯化钠水溶液清洗而用水来清洗以外，与实施例7同样地构成电极单元100。将具备该电极单元100的电解水生成装置10在盐水的流量设为2L/分、电极间电压设为6V的条件下运转。实施例8所涉及的电解水生成装置在从运转开始的5分钟以内达到电解稳定的正常运转状态。
《比较例4》
除了代替使用表面张力为33mN/m的SPAN20表面活性剂的水溶液，而使用表面张力为38mN/m的20％乙醇水溶液以外，与实施例7同样地构成电极单元。将具备该电极单元100的电解水生成装置10在盐水的流量设为2L/分、电极间电压设为6V的条件下运转。实施例7所涉及的电解水生成装置从运转开始经过8分钟以上后，达到电解稳定的正常运转状态。
《实施例9》
在图1所示的电解水生成装置10中，将厚度为30μm的聚乙烯多孔质膜用作多孔质膜21、22。多孔质膜21、22以外的构成与实施例1涉及的电解水生成装置的构成同样。
将多孔质膜21、22浸渍在20℃下的表面张力为23mN/m的99.5％甲醇中。之后，将多孔质膜21、22用水清洗。接着，不将多孔质膜21、22干燥而用多孔质膜21、22构成电极单元100。将具备该电极单元100的电解水生成装置10同样地在盐水的流量设为2L/分、电极间电压设为6V的条件下运转。实施例9所涉及的电解水生成装置10在从运转开始的2分钟以内达到电解稳定的正常运转状态。
图17所示的表是表示各实施例及比较例所涉及的电解水生成装置的上升时间的表。如表中所示，本实施例所涉及的电解水生成装置在5分钟以内开动(上升)，但比较例所涉及的电解水生成装置的开动(上升)需要至少8分钟以上。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提示出的，其意图并非限定发明的范围。这些新颖的实施方式能够以其它各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，可以进行各种省略、置换、变更。这些实施方式和其变形包含于发明的范围、主旨中，同时包含于权利要求书中记载的发明和其均等的范围内。
也就是说，本实施方式是将电极单元的制造方法(步骤S101～S105)及电解水生成装置的制造方法(步骤S101～S107)作为例子而提示出的，其意图并非由此限定发明的范围。具备本发明的构成要件者无论名称如何，都包含在本发明的范围中。例如，本发明的名称为电极单元的制造方法及电解水生成装置的制造方法，但本发明涉及的制造方法包含具备本发明的构成要件的维修保养等各种变形。
符号说明
10 电解水生成装置
11,11A 电解槽
12 盐水罐
21、22 多孔质膜
23、24 电极
31 循环泵
32 压力调整阀
33 直流电源
35 间隔物
51 液体
52 水
100 电极单元
111,113,115 给水口
112,114,116 排水口
121 流出口
122 流入口
151,152 壳体
200 细孔
201 框架部
202 格子部
203 梁部
S1 中间室
S2 阳极室
S3 阴极室

Claims (18)

1.一种电极单元的制造方法，所述电极单元用于通过将电解液电解而生成电解水的电解水生成装置，且所述电极单元具备电极和多孔质膜，
其中，所述电极单元的制造方法包括将所述多孔质膜浸渍到具有与水混合的性质、并且表面张力比水低的液体中的工序。
2.根据权利要求1所述的电极单元的制造方法，其中，所述液体的表面张力为35mN/m以下。
3.根据权利要求1所述的电极单元的制造方法，其中，所述液体为包含醇的水溶液。
4.根据权利要求3所述的电极单元的制造方法，其中，所述液体为包含30重量％以上的乙醇的水溶液。
5.根据权利要求1所述的电极单元的制造方法，其中，所述液体是纯度为90％以上的乙醇。
6.根据权利要求1所述的电极单元的制造方法，其中，所述液体是纯度为90％以上的甲醇。
7.根据权利要求1所述的电极单元的制造方法，其中，所述液体是表面活性剂的水溶液。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的电极单元的制造方法，其中，包括对浸渍在所述液体中的所述多孔质膜进行水洗的工序。
9.根据权利要求8所述的电极单元的制造方法，其中，所述多孔质膜通过包含氯化物离子的水进行水洗。
10.根据权利要求7或9所述的电极单元的制造方法，其中，所述多孔质膜通过包含氯化物离子的水进行水洗后，进行干燥。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的电极单元的制造方法，其包括下述工序：在将所述多孔质膜浸渍在所述液体中之前，对所述多孔质膜实施等离子体处理、电子束处理及紫外线臭氧处理中的至少一种的工序。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的电极单元的制造方法，其包括下述工序：在将所述多孔质膜浸渍在所述液体中之前，使所述多孔质膜与选自铝、锆及钛中的至少一种的醇盐溶液接触的工序。
13.根据权利要求1～12中任一项所述的电极单元的制造方法，其中，所述多孔质膜含有聚乙烯、聚偏氟乙烯及聚四氟乙烯中的至少一种。
14.根据权利要求1～13中任一项所述的电极单元的制造方法，其中，所述多孔质膜含有氧化钛、氧化铝、氧化锆、锆石中的至少一种的粒子。
15.根据权利要求1～14中任一项所述的电极单元的制造方法，其包括：
通过保持所述电解液的保持机构，将一组所述电极以相互对置的方式配置的工序；和
通过保持所述电解液的保持机构，在所述电极之间配置一组隔膜的工序。
16.根据权利要求15所述的电极单元的制造方法，其中，一组所述隔膜的双方为所述多孔质膜。
17.一种电解水生成装置的制造方法，其包括：
通过权利要求1～16中任一项所述的电极单元的制造方法来制造电极单元的工序；和
将所述电极单元设置在电解槽中的工序。
18.根据权利要求17所述的电解水生成装置的制造方法，其包括：
对所述电解水生成装置进行预运转的工序；和
进行所述预运转之后，使所述电极单元干燥的工序。
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