JP2004130262A

JP2004130262A - 電解水発生装置

Info

Publication number: JP2004130262A
Application number: JP2002299392A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Kitaori; 北折　典之; Kazuyuki Uehara; 上原　一之; Kiyoteru Osawa; 大沢　清輝; Yuji Okauchi; 岡内　優司
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2002-10-11
Publication date: 2004-04-30

Abstract

【課題】電解効率に優れた電解水の発生装置を提供する。
【解決手段】電極が、他の電極に向かって及び／又は他の電極の反対に向かって突出した少なくとも一つの凸部を有する電解水発生装置。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、塩素化合物を含有する溶液の電気分解により酸性水、アルカリ性水又はこれらの混合水を生成するための電解水発生装置及び電解水の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
農業、食品等の分野において、電気分解により生成される電解水が有用であることが知られている。特に、近年では、電解水の優れた殺菌、消毒作用に着目し、医療現場や家庭での利用、例えば患部、切開部、留置カテーテルの経皮開口部等の殺菌、消毒、あるいはキッチン用品、ベビー用品、家具等の家庭用品、トイレ、浴槽等の住居まわりの殺菌、消毒に使用することが検討されている。
【０００３】
このような電解水は、溶解によりイオンが生じる溶質、例えば塩化ナトリウム等を添加し、また必要に応じｐＨ調整のための酸を添加した水（被電解水）を、電気分解することによって得られる。電気分解は、陽極および陰極よりなる電極対を有する電解槽、またはさらに陽極と陰極の間に隔膜を配置した構成の電解槽を用いて行われる。
【０００４】
電解水を生成する従来の装置として、装置を水道管等の給水管に直接接続するもの、被電解水を生成装置の中の貯水槽に溜め、該貯水槽中で電気分解を行って電解水を生成、貯留し、この電解水を必要時に必要量取り出して使用するものが知られている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、衛生的且つ長寿命で、所望のｐＨを持った酸性水又はアルカリ性水を製造できる無隔膜型の水電解装置が開示されている。また、特許文献２には、捨て水として廃棄されるアルカリ性電解水のｐＨを１０以下にできる電解槽が開示されている。また、特許文献３には、通水路の幅を通水流量に対して特定の大きさとすることで、通水路内の流れに乱流が発生するのを防止した無隔膜型電解槽が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−３０９３５５号公報
【特許文献２】
特開平１１−１７９３６０号公報
【特許文献３】
特開平６−３３９６８６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、塩素化合物を含有する被電解水を電気分解し、有効塩素を発生させる場合、陽極では、微量ではあるか酸素ガスと塩素ガスが主に発生する。また、陰極では、大量の水素ガスが発生する。発生したガスは気泡となって電極に付着すると、非常に除去しにくくなる。この気泡は絶縁体であるため、電極に付着すると、その部位においては、電気分解効率が大きく低下する。したがって、電極に付着した気泡を効率よく除去することが、電気分解の効率を上げることになるが、従来の装置では、このような電極に付着した気泡の除去に関しては十分な検討がされているとは言い難い。上記特許文献１〜３に開示されるように、通常は、陽極と陰極は平行に対峙して設置されるが、これでは気泡が容易に除去されない。
【０００８】
本発明の課題は、電極に付着した気泡を容易に除去でき、電解効率に優れた電解水の発生装置や方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、特に電極の形状と気泡の除去について検討した結果、従来、平板で且つ平行に設置することが望ましいとされていた電極の形状や配置を変更することで、気泡の除去効率が高まり、結果的に電気分解の効率が向上することを見出した。
【００１０】
本発明は、電解部と、該電解部内に向かい合って配置された陽極と陰極とを有する電解水発生装置であって、陽極及び陰極の少なくとも一方が、他方の電極に向かって及び／又は他方の電極の反対に向かって突出した、少なくとも一つの凸部を有する電解水発生装置に関する。
【００１１】
また、本発明は、電解部と、該電解部内に向かい合って配置された陽極と陰極とを有し、陰極の面積が陽極の面積よりも大きい電解水発生装置に関する。
【００１２】
また、本発明は、電解部と、該電解部内に向かい合って非平行に配置された陽極と陰極とを有する電解水発生装置に関する。
【００１３】
また、本発明は、電解部と、該電解部内に向かい合って配置された陽極と陰極とを有し、被電解水が当該陽極と陰極の間を通過する電解水発生装置であって、陽極及び陰極の少なくとも一方が、被電解水を流通させる開口を有する電解水発生装置に関する。
【００１４】
本発明によれば、被電解水を、電極間を通過させながら電気分解する電解水の製造方法であって、被電解水の通過速度が、通過経路の上流と下流で異なる電解水の製造方法が提供される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の装置は、以下の少なくとも何れかの特徴を有する。
（１）陽極及び陰極の少なくとも一方、好ましくは少なくとも陰極が、より好ましくは両方が、他方の電極に向かって及び／又は他方の電極の反対に向かって突出した、少なくとも一つの凸部を有する。
（２）陰極の面積が陽極の面積よりも大きい。
（３）陽極と陰極が非平行に配置されている。
（４）陽極及び陰極の少なくとも一方、好ましくは少なくとも陰極が、より好ましくは両方が、被電解水を流通させる開口を有する。
【００１６】
本発明の装置は、上記（１）〜（４）を、２つ以上備えていることが好ましい。電極に存在する凸部や開口の形状、数、形成位置等は、被電解水の種類、処理の規模、電極の材質、電流の大きさ等を勘案して適宜決定すればよい。
【００１７】
以下に発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１（ｂ）は、従来の平行平板の電極方式による連続電気分解の概略図を示す。矢印は、被電解水の移動方向である。電極近傍から多数の気泡が発生し、電極１、２に付着したり、気泡が電極近傍に多く存在するため、電気分解を阻害する傾向がより強い。
【００１８】
一方、図１（ａ）は、本発明の装置の一例を示す概略図であり、陽極１と陰極２は、それぞれ他の電極に向けて突出する複数の凸部３が形成され、且つ被電解水を流通させる複数の開口４が形成されている。該装置では、電極がこのような形状を有するため、発生した気泡が電極の裏面に移動し（黒い矢印にしたがって）、気泡が電気分解を阻害しないように誘導されていることがわかる。発生した気泡を電極の裏面に移動させるため、凸部３が他方の電極に向かって突出する場合は、該凸部３は被電解水の通過経路の上流（進入方向）に向かって突出することが好ましく、また他方の電極の反対に向かって突出する場合は、該凸部３は被電解水の通過経路の下流（退出方向）に向かって突出することが好ましい。図１の装置に用いられる電極の詳細を図２（ａ）、（ｂ）に示した。２つの電極が凸部を持つ場合、それぞれの凸部の配置は同じでもずれていてもよい。また、図２（ｃ）では、更に凸部と開口の数を増やし、凸部が他方の電極に向かって突出すると共に他方の電極の反対に向かっても突出している。このような電極では、電極の一部に切り込みを入れ、当該箇所を変形させる、具体的には折り曲げることにより、凸部と共に被電解水を流通させる開口が形成される。凸部の総面積は、平板電極の場合、他方の電極に向かっている面の面積の５〜４０％、更に１０〜３０％であることが好ましい。また、電極に開口のみを形成してもよいが、開口の総面積は、平板電極の場合、他方の電極に向かっている面の面積の５〜４０％、更に１０〜３０％であることが好ましい。
【００１９】
図３は、陽極と陰極に、それぞれ他の電極に向けて突出する複数の凸部が形成されている様子を示す概略図である。これらの電極では、端部に切り込みを入れ、その部分を変形させることで、実質的に被電解水を流通させる開口と同様の効果が得られる。
【００２０】
図４は、陽極と陰極のそれぞれの一部に切り込みを入れ、当該箇所を変形させることにより凸部が形成されている様子を示す概略図である。このような変形により開口も形成されている。
【００２１】
図５（ａ）、（ｂ）には、電極の凸部を、電極の折り曲げと切り込み部位の変形の組み合わせにより形成する様子が示されている。また、図５（ｃ１）、（ｃ２）には、電極の凸部を別部材で構成する様子が示されている。
【００２２】
図１〜５は、上記要件のうち、（１）、又は（１）と（４）を備えた電極を示すものである。
【００２３】
また、上記要件（２）に関しては、具体的な面積比は、陰極の面積／陽極の面積＝１．１／１〜１００／１が好ましく、更に１．５／１〜５／１が好ましい。要件（２）は、単独よりも他の要件と組み合わせることが好ましい。なお、ここでいう、面積とは、各電極の他方の電極に向かっている面の面積である。
【００２４】
要件（３）については、特に被電解水が陽極と陰極の間を通過する電解水発生装置に適用することが好ましい。具体的には、図６、７のように、対峙する電極を傾斜させる、即ち非平行に設置することにより、気泡を除去し、付着も減らすことが出来る。図中、矢印は被電解水の通過方向である。この電極では、被電解水の通過速度が、通過経路の上流と下流で異なる。図６（ａ）、（ｂ）のように通過経路の上流を広くする場合は、電極から気泡が速く分離される。また、図７（ａ）、（ｂ）のように通過経路の上流を狭くする場合は、気泡の合一による成長が促進され、結果的に気泡が速く分離される。要件（３）を具備する電極には、図８のように、被電解水を流通させる開口を形成することが好ましい。また、図９のように、更に、電極を先細形状とすることにより、電極側部からの気泡の脱離が促進される。また、図１０のように電極を曲面で形成することにより、被電解水がスムーズに通過し、気泡の除去が促進される。
【００２５】
本発明の電解水発生装置では、ガスの発生は、主に陰極で起こる。したがって、少なくとも陰極は上記（１）〜（４）の要件を少なくとも一つ具備することが好ましい。更に、陰極と陽極の両方が、上記（１）〜（４）の要件の少なくとも一つを具備することが好ましい。
【００２６】
さらに、本発明の装置において、気泡の除去効果を高めるために、電極ならびに電極部を振動させることは非常に有効である。従って、本発明の装置に、電極を振動させる手段を備えることが好ましい。電極の振動手段としては、具体的には、偏心モータによる振動、ハンマーリングによる振動などが挙げられる。
【００２７】
電極は、白金、白金を主成分とする合金、チタン金属、チタン金属を主成分とした合金、チタン金属、チタン金属を主成分とした合金に白金または白金を主成分とする合金をメッキしたものなどが使用できる。
【００２８】
本発明では、電極を上記のような形状とすることで電極近傍において被電解水の乱流が生じることが、気泡の除去を促進する要因の一つと考えられる。乱流が発生しているか否かは、例えば、電極反応部の微少部分に色素を流し、その拡散状態を見て判断できる。色素が拡散した場合、乱流とした。もちろん、配管径、粘度、流速を測定しレイノルズ数を求めて乱流が発生していることを判断しても良い。
【００２９】
本発明の装置の対象となる被電解水としては、塩素化合物を０．００１〜２０重量％含有する水溶液が挙げられる。塩素化合物としては、塩化カリウム、塩化ナトリウム、塩化マグネシウム、塩酸などが挙げられる。これにより、塩素イオンを含有する被電解水から有効塩素を発生させることができる。この他、被電解水は、界面活性剤、ｐＨ調整剤、酸、塩基、緩衝剤、香料、防腐剤などを含んでも良い。
【００３０】
尚、本発明の装置は、電極と電極の間にイオン透過性の隔膜を有するタイプでも隔膜を有さないタイプでも、何れでもよい。また、装置の規模にも限定はなく、工業用の大型の装置から、小型の簡易型の装置まで何れにも適用できる。
【００３１】
本発明では、被電解水を、電極間を通過させながら電気分解する電解水の製造方法であって、被電解水の通過速度が、通過経路の上流と下流で異なる電解水の製造方法が提供される。その際、上記（３）の要件を具備する装置を使用することが好ましい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の装置及び方法によれば、電極に付着した気泡を容易に除去でき、効率よく電解水を製造することができる。従って、同一条件（電力、時間等）であるならば、例えば、従来よりも高濃度の有効塩素濃度の電解水が得られる。
【００３３】
【実施例】
実施例１
５００ｍｌのビーカーに１重量％の食塩水を４００ｍｌ入れ、図１（ａ）及び図２（ａ）〜（ｂ）で示した形状の白金製の電極（厚さ０．２ｍｍ、縦５０ｍｍ、横５０ｍｍ、凸部の大きさは１０ｍｍ×３０ｍｍ、数は２）を２枚用い、電極間の最短距離を３０ｍｍにして対峙させるようにビーカーの食塩中に入れた。この電極に１５Ｗの直流電力を供給した。供給開始の２分後、５分後の有効塩素濃度を測定した（有効塩素濃度が高い方が、分解効率が高いと言える）。有効塩素濃度は、過マンガン酸カリウムを用いた滴定定量分析法（ＪＩＳ　Ｋ−０１０１“ヨウ素法”）で求めた。結果を表１に示す。
【００３４】
実施例２
実施例１において、図６のように、電極間の距離をビーカーの底部側では２０ｍｍ、上部では４０ｍｍにした。実施例１と同様にして２分後、５分後の有効塩素濃度を測った。結果を表１に示す。
【００３５】
実施例３
実施例２において、毎秒１回の割合で、ハンマーリングにより電極に振動を与えた。実施例１と同様にして２分後、５分後の有効塩素濃度を測った。結果を表１に示す。
【００３６】
比較例１
実施例１において、凸部を有しない同寸法の平板白金電極を平行に設置した以外は全て同じとした。実施例１と同様にして２分後、５分後の有効塩素濃度を測った。結果を表１に示す。
【００３７】
【表１】

【００３８】
実施例４
実施例１と同じ材質、形状で、寸法サイズが縦１００ｍｍ、横１０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍの電極（凸部の大きさは５ｍｍ×５ｍｍ、数は５）を、電極間距離８ｍｍで、内径１３．５ｍｍの石英製の円筒状管に入れ、該円筒状管の下方から上方に向けて食塩水を５リットル／分の流速で通過させながら、１０分間連続的に電気分解を行った。投入電力は２８Ｗであった。このときの有効塩素濃度は、平均１１ｐｐｍ、最大１６ｐｐｍ、最小８ｐｐｍであった。
【００３９】
実施例５
実施例４において、実施例３と同様に電極に振動を与えながら電気分解を行った。このときの有効塩素濃度は、平均１３ｐｐｍ、最大１６ｐｐｍ、最小１１ｐｐｍであった。
【００４０】
比較例２
実施例４において、同寸法の平行平板電極を用いて電気分解を行った。このときの有効塩素濃度は、平均８ｐｐｍ、最大１４ｐｐｍ、最小５ｐｐｍであった。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の電解水発生装置、（ｂ）は従来の電解水発生装置を示す概略図である。
【図２】図１（ａ）の装置に用いられる電極の概略図である。
【図３】本発明の電解水発生装置の電極の他の態様を示す概略図である。
【図４】本発明の電解水発生装置の電極の更に他の態様を示す概略図である。
【図５】本発明の電解水発生装置の電極の更に他の態様を示す概略図である。
【図６】本発明の電解水発生装置の電極の更に他の態様を示す概略図である。
【図７】本発明の電解水発生装置の電極の更に他の態様を示す概略図である。
【図８】本発明の電解水発生装置の電極の更に他の態様を示す概略図である。
【図９】本発明の電解水発生装置の電極の更に他の態様を示す概略図である。
【図１０】本発明の電解水発生装置の電極の更に他の態様を示す概略図である。
【符号の説明】
１、２：電極
３：凸部
４：開口

Claims

電解部と、該電解部内に向かい合って配置された陽極と陰極とを有する電解水発生装置であって、陽極及び陰極の少なくとも一方が、他方の電極に向かって及び／又は他方の電極の反対に向かって突出した、少なくとも一つの凸部を有する電解水発生装置。
凸部が、当該電極の一部に切り込みを入れ、当該箇所を変形させることにより形成される請求項１記載の電解水発生装置。
電解部と、該電解部内に向かい合って配置された陽極と陰極とを有し、陰極の面積が陽極の面積よりも大きい電解水発生装置。
電解部と、該電解部内に向かい合って非平行に配置された陽極と陰極とを有する電解水発生装置。
電解部と、該電解部内に向かい合って配置された陽極と陰極とを有し、被電解水が当該陽極と陰極の間を通過する電解水発生装置であって、陽極及び陰極の少なくとも一方が、被電解水を流通させる開口を有する電解水発生装置。
陰極及び／又は陽極を振動させる手段を備えた請求項１〜５の何れか１項記載の電解水発生装置。