JP2000087275A - 炭酸生成電解装置 - Google Patents

炭酸生成電解装置

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JP2000087275A
JP2000087275A JP10258831A JP25883198A JP2000087275A JP 2000087275 A JP2000087275 A JP 2000087275A JP 10258831 A JP10258831 A JP 10258831A JP 25883198 A JP25883198 A JP 25883198A JP 2000087275 A JP2000087275 A JP 2000087275A
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carbon
electrode
carbonic acid
electrolysis
electrodes
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Nobuhiro Shono
信浩 庄野
Shuhei Kono
秀平 河野
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Toto Ltd
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Toto Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 炭酸生成効率が高い炭酸生成電解装置を提供
することを目的とする。 【解決手段】 炭酸生成電解装置において、少なくとも
一対の電極、液体流入口、液体流出口を有する電気分解
槽と、電極間に電圧を印加する電源とを有する電気分解
装置において、少なくとも陽極に炭素電極を用いて、電
気分解により炭酸を生成することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、水を電気分解して
炭酸を得るための炭酸生成電解装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、浴槽水に添加することにより、浴
槽水に炭酸を生成させ、温浴効果などを目的とした炭酸
発生浴用剤が市販されている。この浴槽水に添加して温
浴効果を楽しむ浴用剤は、浴槽水ごとに浴用剤を添加す
る必要があり、また時間とともに効果が減少するため、
入浴にあわせて添加する必要があった。一方、電気分解
により炭酸を生成する方法が特開平6―154760に
提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記、炭素電極を利用
した電気分解により炭酸を生成する方法は、水槽への炭
酸の供給を目的としたものであり、電極を水槽などに直
接つけるものであるが、電気分解で生成した酸素や炭酸
が電極表面に付着したり、電極の消耗により極間が不均
一になり炭酸生成の効率が低下するという問題があっ
た。本発明は、上記問題に鑑み、炭酸生成効率が高い炭
酸生成電解装置を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
炭酸生成電解装置において、少なくとも一対の電極、液
体流入口、液体流出口を有する電気分解槽と、電極間に
電圧を印加する電源とを有する電気分解装置において、
少なくとも陽極に炭素電極を用いて、電気分解により炭
酸を生成することを特徴とする。本発明においては、電
解槽の中で水が流動しているので、電気分解により発生
した水素や酸素、および炭酸気体の電極への付着を抑制
することができるため効率の良い炭酸の生成が可能とな
る。
【0005】請求項2記載の発明は、請求項1記載の炭
酸生成電解装置において、上記炭素電極は、板状の炭素
板を固定した電極を用いたことを特徴とする。本発明に
おいては、炭素電極を板状の炭素板としたことにより、
円柱形状に対し表面積を大きくすることが可能となるの
で、効率よく炭酸を生成することができる。
【0006】請求項3記載の発明は、請求項1記載の炭
酸生成電解装置において、上記炭素電極は、導電性を有
する導電板に炭素板を固定した電極を用いたことを特徴
とする。本発明においては、炭素電極を導電板に炭素板
を固定した電極としたことにより、炭素板へ通電される
電流が、給電端子に近い位置と遠い位置とで偏ることを
防止し、炭酸生成に伴う電極の偏磨耗を防止できるの
で、電極寿命を向上させるとともに、炭酸の発生効率を
向上させることが可能となる。
【0007】請求項4記載の発明は、請求項1から請求
項3のいずれか1項に記載の炭素生成電解装置におい
て、炭素電極の消耗に応じて電極間距離を調整する電極
間距離調整機構を有することを特徴とする。本発明にお
いては、電極間距離を所定の距離に維持する電極間距離
調整機構を有することにより、炭酸の生成により炭素電
極が消耗しても、適正な電極間距離となるため、効率よ
く炭酸を発生できるとともに、偏磨耗しないため寿命が
長い。
【0008】請求項5記載の発明は、請求項4に記載の
炭素生成電解装置において、上記電極間距離調整機構
は、弾性体により電極間距離を維持することを特徴とす
る。本発明においては、弾性体を利用することにより、
センサーなどにより電極間距離を検出することなく、比
較的低コストで実施が可能で電極間距離を一定に保つこ
とが可能となる。弾性体としては、ばね、ゴムなどを用
いることができる。
【0009】請求項6記載の発明は、請求項1に記載の
炭素生成電解装置において、上記炭素電極は、粒状炭素
材を導電性材料からなる網状のケーシングに収納する構
成としたことを特徴とする。本発明においては、粒状炭
素材を導電性材料からなる網状ケーシングに収納するこ
とにより、水との接触面積が大きくなるばかりか、導通
状態がよくなり炭素生成効率が向上される。更に、粒状
炭素材は、容易に入手可能であり、また、炭素部分の比
表面積を大きくできるのでより効率的な炭酸の生成が可
能となる。
【0010】請求項7記載の発明は、請求項1に記載の
炭素生成電解装置において、電解槽内に、炭素材からな
るシートの片面に絶縁材を有し、その反対面にスペーサ
ーとなる絶縁性を有するシートを介して導電性材料から
なるシートを接触・固定した積層構造のシート材を、さ
らに1層以上積層した電極を有することを特徴とする。
本発明においては、上記構成としたことにより製造が簡
単になる。また、装置のコンパクト化が可能となる。
【0011】請求項8記載の発明は、請求項7に記載の
炭素生成電解装置において、電極は積層構造のシート材
を丸めて積層したことを特徴とする。本発明において
は、電極を、積層構造のシート材を丸めて積層したこと
により小さい体積で、大きい電極の面積を確保できるの
で、電解装置の体積に対して炭酸水の吐水量を多くする
ことができる。
【0012】請求項9記載の発明は、請求項1から請求
項8のいずれか1項に記載の炭素生成電解装置におい
て、炭素電極は水の改質材と炭素の混合物よりなり、電
気分解時に炭素が溶解することにより、該電極内の改質
材を水に放出することを特徴とする。本発明において
は、電気分解で電極を溶解することにより、電極内に予
め混入された薬剤などを水に溶出させることが可能とな
る。薬剤としては、芳香剤、色素、殺菌剤、浄化剤、p
H調整剤、界面活性剤などがある。電気分解で、放出を
制御できるため、状況に応じた濃度調整が可能となる。
【0013】
【発明の実施の形態】炭素電極を陽極に利用して電気分
解すると、陽極では以下の(1)、(2)に示す反応に
より炭酸が生成する。 C+2H2O→CO2+4H++4e- ・・(1) CO2+H2O→H2CO3 ・・(2) そこで、この反応を利用して、水中の炭酸を生成するこ
とが可能となる。
【0014】以下に、図とともに上記原理を利用した本
発明を説明する。図1に電気分解を利用した炭酸水生成
装置の概念図を示す。炭酸生成電解装置は、電気分解槽
4内に一対の電極板(電極1・電極2)が、平行に配設
され、各電極1、2は交流、または全波、半波交流、ま
たは直流などの電源3に接続されている。流入口5より
電解槽4に流入した被電解水は電極間を通過するときに
電気分解され、前述の反応により陽極側で生成した炭酸
が炭酸水となり、電気分解槽4の流出口6より排出され
る。被電解水は、上水、井水、中水、食塩水などを用い
ることができる。この電極のうち、少なくとも陽極は炭
素電極とする。また、両極とも炭素電極とすることによ
り、電圧の印可方法を変えることが可能となり、長期に
わたり電気分解をした場合に陰極に付着する炭酸カルシ
ウムなどの除去が可能となり、ひいては電極寿命の向上
となる。炭素電極としては、粉末状カーボンを固めたも
の、繊維状カーボンを固めたものなどいずれの炭素材で
もかまわない。また、炭素電極として、多孔質状とする
ことにより、比表面積が増加するため、炭酸の生成量を
増加させることができる。
【0015】より効率よく炭酸を生成するには図2に示
すように、導電性を有するアルミニウムなどの導電板7
に炭素板1−1を固定して、陽極として用いると良い。
図1では、端子側の電極が磨耗するのに対し、電解表面
の反対側に導電板7を固定することによって、炭素板1
−1の端子位置より電気分解時の電流が電極で偏ること
を防止し、電極の偏った消耗を防止し、ひいては電極寿
命の向上、炭酸を効率よく生成することが可能である。
また、長期間の使用により、炭素板が消耗した場合、炭
素板1−1のみを交換することも可能である。この炭素
板の導電板7への固定方法としては、導電性の接着剤に
よる固定、電極板と導電板に各々凹凸部を作り、はめあ
わせる、またはねじなどでも良い。
【0016】図3は、本炭酸生成電解装置の電極間調整
機構に関する図面である。電極間にポリエチレンテレフ
タレートなどのスペーサー8を設け、両電極の外側から
ばね9により電極をスペーサー8に押しつける構造であ
る。長期間にわたり電気分解を実施すると、炭酸の生成
とともに陽極が消耗していくが、常に外部からの荷重に
より電極間距離が一定となり、炭酸濃度、電気分解電流
などが安定して炭酸水の生成が可能となる。
【0017】また、図4に示すように片側電極をねじ1
0などで移動する構造とすることにより、炭酸濃度を調
整することが可能であり、ばねなどと組み合わせると、
電極間距離の大幅な調整も可能となる。
【0018】図5は、陽極となる炭素質シート(炭素繊
維シート)11の片側に絶縁シート13を貼り付け、反
対側にポリエチレンテレフタレートなどからなるスペー
サー13を挟んで、薄い金属シート14を積層し、さら
にまるめた電極を構成するシートである。この電極シー
トを円筒形状の容器に収容し、炭素シートと金属シート
の各々を電源3に接続し、その容器の上下面に液体の流
入口15、流出口16を有する蓋で円筒の上下の底面を
覆うことにより電気分解槽4となる。被電解水が流入口
15より流入すると、被電解水はスペーサー13で形成
された炭素質シート11と金属シート14との間を通過
し、通過時に電気分解によって炭酸を含有する炭酸水と
なり、流出口から排出される。また、電極の比表面積を
大きくできるので、炭酸水の吐水量を多くすることが可
能となる。
【0019】図6は、本実験に用いた電気分解槽の分解
斜視図を示す。電気分解槽部材4Aには、対角位置に液
体流入口5および液体流出口6がある。電気分解部材4
Aと電気分解槽部材4Bの間に電極1、スペーサー8、
電極2を挟み込んでいる。液体は、液体流入口5から、
電極間流路を通り液体流出口6へと出る。電極板1は、
縦×横×板厚が40mm×40mm×3mm、電極2
は、縦×横×板厚が40mm×40mm×0.5mmの
正方形とした。電極板1のみ炭素とした。電極間距離
は、0.5mmとした。電極板1、2間に電極板間距離
と等しいポリエチレンテレフタレートからなる板厚0.
5mmの3枚のスペーサー8を挟んで電極板間距離を確
保した。スペーサ8に当接する部分の面積を除いた実質
の電極面積は、0.0016m2/極とした。
【0020】図7は、陽極として用いる炭素電極に水の
改質剤を混入して作成したものである。電気分解時に陽
極の炭素が溶出すると同時に混入した水の改質剤が溶出
し、水の改質を行うものであるこの水の改質剤として
は、芳香を付与するもの、水を浄化するもの、水を殺菌
するもの等が考えられる。
【0021】図6に示す電気分解槽を用いて、炭酸水の
生成実験を行った。炭素電極の材質として、黒鉛、炭素
質、カーボンブラックの3種類を用いた。また、本発明
は浴槽水に炭酸を生成させることを目的として実施した
ため、市販の炭酸発生浴用剤を比較に用いた。炭酸水の
生成実験条件を以下に示す。 被電解水:上水 電極材:(陽極)各種炭素、(陰極)白金・酸化イリジ
ウム被覆チタン 電気分解条件:1.5A、13V 電解水流量:0.1L/min 炭酸発生浴用剤は、使用注意書きに従って、150Lの
上水に50g投入した。結果を図8に示す。遊離炭酸の
生成量は、東亜電波工業(株)製ポータブル炭酸ガス濃
度計により測定した。図8より、炭素を陽極に用いた電
気分解法ではいずれも浴用剤と有意差のある遊離炭酸が
得られた。従って、電気分解により浴用剤以上の炭酸水
を生成することが確認できた。また、炭酸の生成濃度
は、黒鉛、カーボンブラック、炭素質の順に高かった。
【0022】
【発明の効果】本発明においては、少なくとも一対の電
極、液体流入口、液体流出口を有する電気分解槽と、電
極間に電圧を印加する電源とを有する電気分解装置を用
いて、少なくとも陽極に炭素電極を用いることにより、
電解槽の中で水が流動しているので効率の良い炭酸の生
成が可能となった。また、本発明においては、請求項1
記載の炭酸生成電解装置において、炭素電極には導電性
を有する導電板に、炭素板を固定した電極を利用するこ
とにより、電極間での電流の偏りがなくなり炭酸生成に
伴う電極の偏磨耗防止できるので、電極寿命を向上させ
るとともに、炭酸の発生効率を向上させることが可能と
なった。また、本発明は、請求項1から請求項3のいず
れか1項に記載の炭素生成電解装置において、炭素電極
の消耗に応じて電極間距離を調整する電極間距離調整機
構を有することにより、電極間距離を所定の距離に維持
し、炭酸の生成により炭素電極が消耗しても、適正な電
極間距離となるため、効率よく炭酸を発生できるととも
に、偏磨耗しないため寿命をのばすことが可能となっ
た。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る炭素生成電解装置の概念図
【図2】本発明に係る導電性板に炭素板を接着した炭素
電極
【図3】電極板間距離の調整機構
【図4】電極板間距離の調整機構
【図5】炭素シート、スペーサー、金属シートの積層体
による電気分解槽の概念図
【図6】電気分解槽の分解斜示図
【図7】水改質剤を混入した陽極
【図8】炭酸生成電解装置と浴用剤との発生量の比較
【符号の説明】
1…炭素材(陽極)、2…金属板、3…電源、4…電気
分解槽、4A…電気分解槽部材、4B…電気分解槽部
材、5…液体流入口、6…液体流出口、7…導電板、8
…スペーサー、9…ばね、10…ねじ、11…炭素質シ
ート、12…絶縁シート、13…スペーサー、14…金
属シート、15…液体流入口、16…液体流出口、17
…水改質剤入り炭素材
フロントページの続き Fターム(参考) 4D061 DA02 DA04 DA07 DB09 DB20 EA03 EB01 EB04 EB17 EB20 EB22 EB29 EB33 EB35 EB39 4G046 JA06 JB00 JB01 JB24 4K021 AB13 BA02 DA09 DA13 DC07

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも一対の電極、液体流入口、
    液体流出口を有する電気分解槽と、電極間に電圧を印加
    する電源とを有する電気分解装置において、少なくとも
    陽極に炭素電極を用いて、電気分解により炭酸を生成す
    ることを特徴とする炭酸生成電解装置。
  2. 【請求項2】 上記炭素電極は、板状の炭素板を固定
    した電極を用いたことを特徴とする請求項1に記載の炭
    酸生成電解装置。
  3. 【請求項3】 上記炭素電極は、導電性を有する導電
    板に炭素板を固定した電極を用いたことを特徴とする請
    求項1に記載の炭素生成電解装置。
  4. 【請求項4】 上記炭素電極の消耗に応じて電極間距
    離を調整する電極間距離調整機構を有することを特徴と
    する請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の炭酸
    生成電解装置。
  5. 【請求項5】 上記電極間距離調整機構は、弾性体に
    より電極間距離を維持することを特徴とする請求項4に
    記載の炭酸生成電解装置。
  6. 【請求項6】 上記炭素電極は、粒状炭素材を導電性
    材料からなる網状のケーシングに収納する構成としたこ
    とを特徴とする請求項1に記載の炭酸生成電解装置。
  7. 【請求項7】 上記炭酸生成電解装置において、電解
    槽内に、炭素材からなるシートの片面に絶縁材を有し、
    その反対面にスペーサーとなる絶縁性を有するシートを
    介して導電性材料からなるシートを接触・固定した積層
    構造のシート材を、さらに1層以上積層した電極を有す
    ることを特徴とした請求項1に記載の炭酸生成電解装
    置。
  8. 【請求項8】 上記炭酸生成電解装置において、電極
    は積層構造のシート材を丸めて積層したことを特徴とす
    る請求項7に記載の炭酸水生成電解装置。
  9. 【請求項9】 上記炭酸生成電解装置において、炭素
    電極は水の改質材と炭素の混合物よりなり、電気分解時
    に炭素が溶解することにより、該電極内の改質材を水に
    放出することを特徴とする請求項1から請求項8のいず
    れか1項に記載の炭素生成電解装置。
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