JP2004353013A

JP2004353013A - 電解装置

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Publication number: JP2004353013A
Application number: JP2003149742A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Uzawa; 正和鵜澤; Ryota Shimoji; 亮太下地
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2023-05-27
Also published as: JP4091478B2

Abstract

【課題】電気分解によって生成した塩素ガスの略全量を液体中に確実に溶解させる。
【解決手段】電解装置１２の槽部２０において、導入口２２の近傍には凹部２６が設けられている。そして、この導入口２２は、凹部２６の水平方向断面における円の接線方向に設けられている。このため、導入口２２から導入された希薄塩酸水溶液は、凹部２６のテーパ状の縮径部の円周方向に沿って槽部２０の下方に螺旋状に旋回しながら降下し、これにより、希薄塩酸水溶液の旋回流が生じる。陰極３２、陽極５０に通電がなされることに伴って塩酸が電気分解することにより陽極５０で生成した塩素ガスは、旋回する水によって陽極５０の表面から脱落し、該水に溶解した後同伴されて排出される。これにより、殺菌水が得られる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解装置に関し、一層詳細には、塩素化合物を含む液体を電気分解して塩素を含む液体とする電解装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、次亜塩素酸を含有する水は、菌類を死滅させる殺菌水として知られ、広汎に使用されている。
【０００３】
この種の殺菌水は、特許文献１に記載されているように、食塩（塩化ナトリウム）を添加した水を隔膜付きの電解槽で電気分解することによって製造されるのが一般的であるが、近年、特許文献２及び特許文献３に記載されているように、塩酸の希釈水溶液を電気分解することが提案されている。この場合、ナトリウムイオンが存在しないので、陽極に水酸化ナトリウムの沈殿が生成することを回避することができるという利点がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１−１８０２９３号公報（第６頁左上欄第２行〜第１０行）
【特許文献２】
特開平１０−７６２６９号公報（段落［０００６］）
【特許文献３】
特開２００３−１０８５２号公報（段落［００１４］）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１〜３に記載された方法ないし装置のいずれにおいても、陰極で発生した塩素ガスを自発的に水に溶解させるようにしているだけである。このため、発生した塩素ガスをすべて水に溶解させることが困難であるという不具合が顕在化している。
【０００６】
溶解されなかった塩素ガスを装置内に貯留させると、この塩素ガスによって装置が腐食することが懸念される。そこで、電解装置の外部に受水タンクを設け、この受水タンクに水と塩素ガスとを収集し、排気ファン等によって塩素ガスを該受水タンクから排出した後に該塩素ガスを捕集するようにしている。
【０００７】
しかしながら、この場合、受水タンクや排気ファン等を設けることに伴って電解装置が大規模なものとなってしまう。このため、電解装置を設置するための広大なスペースが必要となる。また、電解装置の設備投資が高騰するので、電解に要する初期コストが高くなってしまう。
【０００８】
本発明は、上記した問題を解決するためになされたもので、電解によって発生した塩素ガスを液体中に確実に溶解させることが可能であり、しかも、構成が簡素で且つ小形状である電解装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、液体が導入される長尺な槽部が設けられたケーシングと、
前記槽部に配設されて該槽部に導入された前記液体を囲繞する陽極と、
前記槽部に配設されたバー部材と、
前記バー部材に取り付けられた陰極と、
を有し、
前記槽部の一端部に設けられた導入口から導入された塩素化合物を含有する液体は、前記バー部材の周囲を螺旋状に旋回しながら前記陽極に到達し、
前記陽極と前記陰極とに通電がなされた際に前記陽極に発生した塩素ガスを、旋回しながら前記槽部を流通する液体で捕集した後、前記ケーシングの他端部に設けられた排出口を介して該液体を排出することを特徴とする。
【００１０】
このように、本発明においては、液体の旋回流を形成し、この旋回流によって陽極の表面に生成した塩素ガスを離脱させ、且つ離脱した塩素ガスを旋回流に捕集させるようにしている。この塩素ガスは、旋回流の遠心力が作用するので、液体中を上昇することはできない。すなわち、塩素ガスは、液体に確実に同伴されて陽極から脱落し、該液体に溶解されて電解装置から排出される。
【００１１】
要するに、本発明によれば、旋回流を生じさせることによって塩素ガスを陽極表面から脱落させるとともに、脱落した塩素ガスが液体に確実に同伴されて該液体に溶解した後に排出されるようにしている。このため、受水タンクや排気ファン等を設ける必要がないので、電解装置が小型なものとなり、従って、該電解装置を設置するためのスペースを狭小化することができる。また、このために電解に要する設備投資を低廉化することができる。
【００１２】
ここで、旋回流を形成するためには、例えば、槽部に円錐形状の凹部を設け、且つ液体を、該凹部の断面円の接線方向から導入口を介して該凹部に導入すればよい。この場合、導入口を出た液体は、凹部の内周壁部に沿って走行し、螺旋状に旋回しながら槽部の下方へと降下する。
【００１３】
又は、前記槽部に、液体を旋回させるための撹拌翼を設置するようにしてもよい。
【００１４】
また、バー部材が中空体であるとともに陰極が貫通孔を有し、該陰極で水素ガスが発生した場合、該水素ガスを、陰極の貫通孔及びバー部材の中空内部を通過させてケーシングの外部に排出するようにすることが好ましい。これにより、発生した水素ガスが迅速にバー部材の中空内部に貯留されるので、水素ガスが液体に溶解することを回避することができる。
【００１５】
なお、塩素化合物の好適な例としては塩酸が例示される。そして、本発明に係る電解装置においては、塩酸を含む水を電気分解することによって塩素ガスを含む水を生成することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電解装置につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
本実施の形態に係る電解装置を含む電解システムを図１に示す。この電解システム１０は、電解装置１２に対し、液体導入ライン１４、液体排出ライン１６、及び水素ガス排出ライン１７が接続されることによって構成されている。
【００１８】
図１及び図２に示すように、電解装置１２は長尺なケーシング１８を有し、該ケーシング１８の内部には、水平方向断面が略真円状の長尺な槽部２０が設けられている。この槽部２０の一端部には、後述する希薄塩酸水溶液を導入するための導入口２２が設けられており、一方、他端部には排出口２４が設けられている。なお、図３に示すように、導入口２２と排出口２４とは、凹部２６、２８の水平方向断面における真円の接線方向に沿って設けられ、且つ互いに１８０°離間している。
【００１９】
槽部２０における導入口２２及び排出口２４の各近傍は、端部に向かうに連れてテーパ状に縮径しており（図１及び図２参照）、これにより円錐形状の凹部２６、２８がそれぞれ設けられている。このうち、凹部２６の頂部からは、中空のバー部材３０が垂下している。
【００２０】
このバー部材３０の先端部には、陰極３２が設置されている。該陰極３２は網状金属からなり、このため、複数の図示しない貫通孔を有する。この貫通孔を介して、槽部２０とバー部材３０の中空内部とが連通する。
【００２１】
バー部材３０には、陰極３２の他、第１液位センサ３４及び第２液位センサ３６が設置されている。なお、図１中、参照符号４０、４２、４４は、それぞれ、陰極３２、第１液位センサ３４、第２液位センサ３６に電気的に接続されたリード線を示し、参照符号４６は、これらリード線４０、４２、４４を保護する保護シールドを示す。リード線４０は図示しない電源に電気的に接続されており、この電源からのリード線と、リード線４２、４４とは、図示しない制御部に電気的に接続されている。
【００２２】
槽部２０の内周壁部において、凹部２８の近傍には環状凹部４８が設けられており、該環状凹部４８には陽極５０が嵌合されている。すなわち、陽極５０は、槽部２０に導入された希薄塩酸水溶液を囲繞するように設けられている。また、この陽極５０は、前記陰極３２とともに図示しない電源に電気的に接続されている。
【００２３】
凹部２８の底部には、排水バルブ５２が介装されたドレンライン５４が設けられており、一方、凹部２６（バー部材３０）の頂部には、前記水素ガス排出ライン１７が設けられている。この水素ガス排出ライン１７には、水素排出用バルブ５６が介装されており、該水素排出用バルブ５６が開くことにより、電解に伴って発生した水素ガスが電解装置１２の外部へと排出される。
【００２４】
液体導入ライン１４には、上流側から、電磁バルブ５８、減圧弁６０、定流量弁６２、流量計６４がこの順序で介装されており、また、流量計６４と導入口２２との間には、塩酸供給ライン６６が合流している。タンク６８に貯留された塩酸は、ポンプ７０によって汲み出される。
【００２５】
一方、排出口２４に接続された液体排出ライン１６には、ｐＨ検出計７１、流量調整弁７２、三方弁７４が排出口２４側からこの順序で介装されている。
【００２６】
以上の構成において、電磁バルブ５８、減圧弁６０、定流量弁６２、流量計６４、ポンプ７０、ｐＨ検出計７１、流量調整弁７２及び三方弁７４は、前記制御部に電気的に接続されている。
【００２７】
本実施の形態に係る電解システム１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。
【００２８】
電解システム１０が運転されない場合、排水バルブ５２は常時開状態となる。すなわち、槽部２０内の液体はすべてドレンライン５４を介して排出され、槽部２０内に残留することはない。
【００２９】
電解システム１０が付勢された際、前記制御部の制御作用下に、排水バルブ５２が閉じる一方で、三方弁７４が排出側となる。また、電磁バルブ５８が開き、減圧弁６０で圧力を調整された水が定流量弁６２で最大流量に制御された状態で、液体導入ライン１４を通過する。さらに、ポンプ７０が付勢されて塩酸がタンク６８から汲み出され、塩酸供給ライン６６と液体導入ライン１４との合流点において水と合流し、これにより希薄塩酸水溶液が生成される。なお、希薄塩酸水溶液のｐＨはｐＨ検出計７１によって確認され、そのｐＨに基づき、ポンプ７０の揚液量、換言すれば、塩酸の供給量が、液体のｐＨが予め設定された設定ｐＨ値になるように増減される。
【００３０】
この希薄塩酸水溶液は、導入口２２を介して槽部２０における凹部２６に供給される。ここで、凹部２６が円錐形状であり、且つ導入口２２が凹部２６の水平方向断面の接線方向に沿って設けられているので、導入口２２を出た希薄塩酸水溶液は、凹部２６の内周壁部に沿ってバー部材３０の周囲を螺旋状に旋回しながら槽部２０の下方へと降下する。勿論、槽部２０の等径部においても、希薄塩酸水溶液は上記と同様に螺旋状に旋回し、最終的に、凹部２８に到達する。
【００３１】
凹部２８に到達した希薄塩酸水溶液は、流量調整弁７２を経由して三方弁７４の排出口から排出されるが、供給量の方が多いため、槽部２０内の液位が上昇する。そして、液位が第１液位センサ３４に到達したことが信号としてリード線４２を介して制御部に伝達されると、該制御部は、三方弁７４を供給側に切り換えるとともに、電源を介して陰極３２、陽極５０への通電を開始する。
【００３２】
このようにして陰極３２、陽極５０への通電がなされると、希薄塩酸水溶液中の塩酸が電気分解され、これに伴って希薄塩酸水溶液が水となるとともに、網状の陰極３２から水素ガスが発生する一方、陽極５０の表面から塩素ガスが発生する。このうち、塩素ガスに対しては、陽極５０の周囲で希薄塩酸水溶液が螺旋状に旋回しているために大きな力が作用し、結局、塩素ガスが陽極５０の表面から脱落して水に捕集される。すなわち、塩素を含有する殺菌水が生成する。なお、この際、塩素ガスには、旋回する水の遠心力が作用する。このため、塩素ガスが水中を上昇することはない。
【００３３】
このように、本実施の形態においては、希薄塩酸水溶液が槽部２０を通過する際、該希薄塩酸水溶液を螺旋状に旋回させている。このため、陽極５０で生成した塩素ガスが該陽極５０から確実に脱落する。また、脱落した塩素ガスが遠心力の作用によって、水中から離脱することなくすべて水に同伴されて溶解した後排出され、その結果、殺菌水が生成する。このため、従来技術に係る電解装置のように受水タンクを設ける必要がなく、従って、電解装置１２を設置するスペースが狭小となるとともに、電解に要する設備投資が低廉化する。
【００３４】
以上のようにして生成された殺菌水は、殺菌を要する設備に供給される。
【００３５】
一方、水素ガスは、網状の陰極３２の貫通孔を通過し、さらに、バー部材３０の中空内部を上昇する。この際、水素排出用バルブ５６が閉じられているので、水素ガスは、外部に排出されることなくバー部材３０の内部に貯留される。
【００３６】
電気分解が進行して水素ガスがさらに発生すると、バー部材３０の中空内部の液位が下降し、最終的に、第１液位センサ３４に到達する。槽部２０内のリード線４２を介してこのことを検知した制御部は、制御信号を発して水素排出用バルブ５６を開放し、その結果、水素ガスがバー部材３０の中空内部から放出されるとともに、液位が上昇する。
【００３７】
すなわち、本実施の形態においては、水素ガスがバー部材３０の中空内部に迅速に貯留される。このため、水素ガスが水に同伴されて排出されることはなく、従って、水素が溶解されていない殺菌水が得られる。
【００３８】
バー部材３０の中空内部の液位が第２液位センサ３６にまで上昇した際、制御部は、リード線４４を介する制御信号を発して水素排出用バルブ５６を閉止する。これにより、水素ガスが再度バー部材３０の中空内部に貯留され始める。
【００３９】
電解システム１０の運転が終了されると、電磁バルブ５８、減圧弁６０、定流量弁６２及び流量調整弁７２がすべて閉止されるとともに、ポンプ７０が滅勢される。さらに、排水バルブ５２が開放され、槽部２０内の水がドレンライン５４を介して排出される。また、三方弁７４が排出側に切り換わる。
【００４０】
なお、上記した実施の形態においては、中空体のバー部材３０を用いて電解装置１２を構成するようにしているが、図４に示すように、中実体のバー部材８０であってもよい。この場合、水素ガスは、バー部材８０に沿って上昇し、凹部２６に貯留される。以下、上記と同様に、水素ガスが所定量貯留されて液位が第１液位センサ３４まで下降した際に水素排出用バルブ５６を開放し、水素ガスが放出されることに伴って液位が第２液位センサ３６にまで上昇した際に水素排出用バルブ５６を閉止するようにすればよい。
【００４１】
また、液体を旋回させるために、槽部２０に撹拌翼を設置するようにしてもよい。
【００４２】
さらに、塩素化合物は塩酸に特に限定されるものではなく、塩化ナトリウムであってもよい。すなわち、本発明に係る電解装置においては、食塩水を電気分解することも可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、液体の旋回流を形成し、この旋回流によって陽極の表面に生成した塩素ガスを離脱させ、且つ離脱した塩素ガスを旋回流に捕集させるようにしている。このため、陽極の表面から脱落した塩素ガスが液体に確実に同伴されて該液体に溶解した後に排出されるので、殺菌水等の塩素を含有する液体が確実に得られる。従って、電解装置を小型化することができるので、該電解装置を設置するためのスペースを狭小化することができるとともに、電解に要する設備投資を低廉化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る電解装置を含んで構成される電解システムの概略構成説明図である。
【図２】本実施の形態に係る電解装置の概略全体斜視図である。
【図３】図２の電解装置の平面図である。
【図４】別の実施の形態に係る電解装置を含んで構成される電解システムの概略構成説明図である。
【符号の説明】
１０…電解システム１２…電解装置
１４…液体導入ライン１６…液体排出ライン
１８…ケーシング２０…槽部
２２…導入口２４…排出口
２６、２８…凹部３０、８０…バー部材
３２…陰極３４、３６…液位センサ
５０…陽極５４…ドレンライン
６６…塩酸供給ライン６８…タンク
７０…ポンプ７１…ｐＨ検出計

Claims

液体が導入される長尺な槽部が設けられたケーシングと、
前記槽部に配設されて該槽部に導入された前記液体を囲繞する陽極と、
前記槽部に配設されたバー部材と、
前記バー部材に取り付けられた陰極と、
を有し、
前記槽部の一端部に設けられた導入口から導入された塩素化合物を含有する液体は、前記バー部材の周囲を螺旋状に旋回しながら前記陽極に到達し、
前記陽極と前記陰極とに通電がなされた際に前記陽極に発生した塩素ガスを、旋回しながら前記槽部を流通する液体で捕集した後、前記ケーシングの他端部に設けられた排出口を介して該液体を排出することを特徴とする電解装置。
請求項１記載の電解装置において、前記槽部に円錐形状の凹部が設けられ、且つ液体は、前記凹部の断面円の接線方向から前記導入口を介して該凹部に導入されることを特徴とする電解装置。
請求項１記載の電解装置において、前記槽部に、液体を旋回させるための撹拌翼が設置されていることを特徴とする電解装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電解装置において、前記バー部材が中空体であるとともに前記陰極が貫通孔を有し、該陰極で水素ガスが発生した場合、該水素ガスを、前記陰極の貫通孔及び前記バー部材の中空内部を通過させて前記ケーシングの外部に排出することを特徴とする電解装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電解装置において、前記塩素化合物としての塩酸を含む水を電気分解することによって塩素ガスを含む水を生成することを特徴とする電解装置。