JP2006068719A

JP2006068719A - 電解槽のユニット式電極

Info

Publication number: JP2006068719A
Application number: JP2004291955A
Authority: JP
Inventors: Hideo Nakagaki; 秀夫中垣; Noriaki Sugawara; 典昭菅原
Original assignee: MUTUTRY KK
Current assignee: MUTUTRY KK
Priority date: 2004-09-03
Filing date: 2004-09-03
Publication date: 2006-03-16

Abstract

【課題】ユニット化された電解処理部として、交換性に優れ、汎用性に優れ、さらに構造がシンプルでかつコンパクトでありながら、高品質で、安定した品質の電解水が生成可能である、ユニット式の電極の提供を目標とする。
【解決手段】電解槽１００には、ポンプ手段Ｐ、制御手段Ｃ、直流電源Ｄが設けられており、また、電解槽１００には、電解液供給手段１１０、排水手段１２０、本発明のユニット式電極を着脱可能に設置する設置手段１３０が設けられていて、ユニット式電極２００は、第一電極２１０と第二電極２２０と隔膜２３０と原水の入水部２４０と電解水の出水部２５０が枠体および成形体を介して一体化され、ユニット式電極２００の本体の内部には、入水部２４０からの水流体ｂ１および水流体ｂ１の流路ｃ１、水流体ｂ１の水流が変化した状態である水流体ｂ２および水流体ｂ２の流路ｃ２、水流体ｂ２の水流が変化した状態である水流体ｂ３および水流体ｂ３の流路ｃ３などが、一体化されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、水を電解処理して電解水を得る電解水生成装置で一対の電極や隔膜またはイオン交換膜で形成された電解処理部が交換可能な手段で設けられた電解槽において、前記電解処理部は第一電極と第二電極と隔膜またはイオン交換膜および入水部や出水部が枠体または成形体を介して一体化されており、前記枠体または成形体の内部に入水部からの水流体を第一水流体として設け、前記第一水流体に変化を与えることで第二水流体を形成させるようにしたことを特徴とする、電解槽のユニット式電極に関するものである。

従来、塩化化合物を代表とする電解質をタンクからの水または水道水に溶かした電解質溶液（以下、電解液と略す）を電気分解し、酸性水または強酸性水やアルカリ水または強アルカリ水などの電解水を製造する方法は公知であり、これらを装置化した電解水製造装置も多数販売されており、また、電解水生成手段にも種々のものが知られている。以上の電解水製造装置や電解水生成手段の電解槽の構造は、一般的には、一対の電極つまり陽極と陰極の間にイオンを透過可能な隔膜が設けられた電解室に電解液を供給する電解液供給手段と電解された電解水を排出する電解水排出手段からなり、この陽極と陰極を変えるか電極に供給する直流の極を変えることによって主に酸性水を生成させるかアルカリ水を生成させるかしている。

ところが、従来の一般的な電解水製造装置や電解水生成手段の電解槽ではメンテナンス性や取扱い性に問題があり、また、市場では簡便で小型化された電解槽のニーズが高まっていて、これらの問題点を改善しようとする電解水製造装置や電解水生成手段またはこれらの電解槽の開発案件が増えてきた。
例えば、小型化、低コスト化し、メンテナンス不要にすることを可能にさせる、電解水生成装置用の電解槽の提供を課題とし、その解決手段として、電解質容器と電解処理部は一対になるよう組み合わされ電解槽本体を構成し、電解質容器は電解槽本体の上部を形成し、電解処理部は電解槽本体の下部を形成し、電解質容器と電解処理部は交換可能な手段で設けられ、電解処理部は外部容器やイオン交換膜や陰極や陽極や入水管や電解処理部入水部が設けられ、電解質容器の内部には固体電解質や電解質容器入水部や電解質容器出水部が設けられ、電解処理部には電解処理部入水導入部や電解質容器入水導入部や電解処理部入水導入部や吐水部が設けられることを特徴とする。（特開２００４−８９９７８号公報を参照する）

また、例えば、アルカリ水や強アルカリ水または酸性水や強酸性水等の電解水を効率よく生成することができ、しかも、その構造が簡単で使い勝手の良い、出来ればメンテナンスが不要で、小型であり、低コストであり、使用したいときに直ぐに使用でき、設置場所があまり限定されない、電解水生成装置の提供を課題とし、解決手段として、水道水を通水しながら電解処理して電解水を得る電解水生成装置の電解槽において、前記電解槽が外側容器と内部容器の２重容器で構成され、前記外側容器の内側に電極を設けて上部に蓋部を設け、前記内部容器は外側がイオン交換膜で構成され内部に電極を設けて、前記内部容器が前記外側容器から着脱可能なカートリッジ式電極であることを特徴とする、カートリッジ式電極の電解槽が知られている。（特開２００２−２００４８８号公報を参照する）

ところが、特開２００４−８９９７８号公報の電解槽に関しては、電解質容器と電解処理部は一対になるよう組み合わされ電解槽本体を構成し、電解質容器は電解槽本体の上部を形成し、電解処理部は電解槽本体の下部を形成し、電解質容器と電解処理部は交換可能な手段で設けられ、電解処理部は外部容器やイオン交換膜や陰極や陽極や入水管や電解処理部入水部が設けられていることによって、電解槽本体の上部を形成している電解質容器の関係で交換可能な手段で設けられているはずの電解処理部は、充分に交換性がよいとは言えず、また、具体的な交換手段も提示してないのと、この発明に特化した構造になっているので相当量産化しないと電解処理部のコストは低減しないという指摘を受けている。

また、特開２００２−２００４８８号公報の電解槽に関しては、電解槽が外側容器と内部容器の２重容器で構成され、前記外側容器の内側に電極を設けて上部に蓋部を設け、前記内部容器は外側がイオン交換膜で構成され内部に電極を設けて、前記内部容器が前記外側容器から着脱可能なカートリッジ式電極であることを特徴とするが、着脱可能なカートリッジ式電極が電解質と一体になっているために、電解質の残量に合わせて、新品のカートリッジ式電極に交換するか本体からカートリッジ式電極を脱して電解質を補充して元に戻すかという作業が必要なので、電解質が無くなる度に新品のカートリッジ式電極を交換するのは経済的ではないし、電解質を補充する場合は気軽にだれでも交換できる構造にはなってない。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、一対の電極と隔膜と入水部位と出水部位が一体化されユニット化された電解処理部として、交換性に優れ、汎用性に優れたユニット式の電極の提供を目標とする。
また、このユニット式電極は、構造がシンプルでかつコンパクトでありながら、高品質で、安定した品質の電解水が生成可能である、ユニット式の電極の提供を目標とする。

課題を解決するための第一の手段として、水を電解処理して電解水を得る電解水生成装置で一対の電極や隔膜またはイオン交換膜で形成された電解処理部が交換可能な手段で設けられた電解槽において、前記電解処理部は第一電極と第二電極と隔膜またはイオン交換膜および入水部や出水部が枠体または成形体を介して一体化されており、前記枠体または成形体の内部に入水部からの水流体を第一水流体として設け、前記第一水流体に変化を与えることで第二水流体を形成させるようにしたことを特徴とする、電解槽のユニット式電極の提供を目的とする。

前記電解槽に関しては、水を電解処理して電解水を得る電解水生成装置で一対の電極や隔膜またはイオン交換膜で形成された電解処理部が交換可能な手段で設けられた電解槽であれば、形状や方式にとらわれず、どんなタイプの電解槽でも使用可能である。
前記電極に関しては、略方形であり、導電性の板体であれば、金属でもセラミックでもプラスチックでも炭素でも、またこれらの組み合わせでもよい。なお、寸法に関しては前記電解槽の容量や形状や寸法や能力を加味して設計すればよい。
前記第一電極と前記第二電極に関しては、第一電極が陰極のときは第二電極が陽極になり、第一電極が陽極のときは第二電極が陰極になる関係である。なお、前記第一電極と前記第二電極に関しては、それぞれ枠体または容器体に固着されていることが好ましい。
前記隔膜またはイオン交換膜に関しては、前記電極間すなわち第一電極と第二電極の間に設け、電解液または水溶液の中でイオンを通過させるか交換させる作用を有し、電解液または水溶液を電気分解するときに、前記電極の反応生成物が混合して副反応をするのを防ぐために設け、そのために多孔質の材料を板状または膜状に形成させたものであれば何を用いてもよい。なお、形状や寸法は前記電極の形状や寸法に形成させればよい。なお、前記隔膜またはイオン交換膜に関しては、それぞれ枠体または容器体に固着されていることが好ましい。
また、前記枠体または成形体または容器体の材質に関しては絶縁体であることや耐酸性または耐アルカリ性であることが好ましいので、プラスチック製であることが好ましい。なお、前記枠体または成形体または容器体の形状や寸法は、求められる電解水の製造量や電解強度に合わせて設計され、プラスチック形成手段に関しては、所定の形状や寸法の金型を用いて押出し成型される。

また、前記第一水流体に変化を与えることで第二水流体を形成させるようにしたことに関しては、前記第一水流体に流体力学的変化を与えた状態であり、例えば前記第一水流体をうずまいて流れる状態にすることで第二水流体は渦流体となり、また例えば前記第一水流体の各部分が入り乱れて不規則に運動し、流線が細かい不規則な変動を示す流れにすることで第二水流体は乱流体となり、また例えば前記第一水流体の流れの向きが一定で流量が周期的に変化する流れにすることで第二水流体は脈流体となり、また例えば前記第一水流体の隣りあう部分が混ざりあうことなく流線が規則正しい形を保つ流れにすることで第二水流体は層流体となる。

課題を解決するための第二の手段として、前記電解処理部が前記電解槽の中で交換可能であるだけでなく、一般的に知られた電解槽の汎用電解ユニットとしても使用可能であることを特徴とする、課題を解決するための第一の手段に記載の電解槽のユニット式電極の提供を目的とする。

本発明における電解槽の汎用電解ユニット［ｕｎｉｔ］という技術的概念の一つは、例えば、一対の電極と隔膜またはイオン交換膜と入水部や出水部、前記流水部や前記乱流部など従来なら単位的に分割されているものを、目的や使用方法によって適当に組合わせることが可能になる方式である。
また、本発明における電解槽の汎用電解ユニット［ｕｎｉｔ］という技術的概念の一つは、例えば、一つの設計思想のもとで作られた電解槽の一部ではなく、一対の電極と隔膜またはイオン交換膜と入水部や出水部、前記流水部や前記乱流部などで構成された電解ユニットが汎用性を有し、まるで一個の独立した部品のような機能を備えた電解処理部であるとする。

課題を解決するための第三の手段として、前記第一電極と前記隔膜との間隔が２ｍｍ以内であり、または／及び前記第二電極と前記隔膜との間隔が２ｍｍ以内であることを特徴とする、課題を解決するための第一の手段に記載の電解槽のユニット式電極の提供を目的とする。

課題を解決するための第四の手段として、前記第一電極と前記第二電極の間隔が５ｍｍ以内であることを特徴とする、課題を解決するための第一の手段に記載の電解槽のユニット式電極の提供を目的とする。

以上、本発明の課題を解決するための手段を説明してきたが、本発明の具体的な構成は、以下の本実施の形態に示されるが、限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

本発明のユニット式電極は、小型でコンパクトな構造であるにも係らず、ユニット内の水流体に変化を生じさせることで、電解液と原水との攪拌性が向上し、また一対の電極間が５ｍｍ以内であることによって高い電解効率が可能になり、生成した電解水、例えば、Ｐｈ値が３前後の強酸性水の場合では、殺菌性を利用する場合の性能指標の一つである安定性が高く、例えば本発明で生成した強酸性水を約３０日間室温で保存した後に測定した結果、Ｐｈ値の変化がほとんど無かった。

また、本発明のユニット式電極を用いることで生成した電解水、例えば、Ｐｈ値が３前後の強酸性水の場合では、ＯＲＰ（Ｏｘｉｄｅｔｉｏｎ＆ＲｅｄｕｃｔｉｏｎＰｏｔｅｎｃｉａｌ）値が平均１，１００ｍｖ以上が保持されていて、極めて高い電子活性度を有する強酸性水を生成する電解槽を提供できる。

また、本発明のユニット式電極を用いることで生成した電解水、例えば、Ｐｈ値が３前後の強酸性水の場合では、残留塩素（ＨＣＬＯ）が高くなり、例えば、残留塩素が平均５０ｐｐｍ以上になり、且つ塩素固定が確実に行なわれていることで、殺菌水としての性能も十分であるにもかかわらず、ほとんどがＨＣＬＯとなり、さらに、ＣＬ^２の発生度合いが極めて少なく、塩素臭がほとんどしない強酸性水になり、またＣＬ^２の発生が極力抑えられているので、すなわち塩素固定が確実に行なわれることにより経時変化しにくい電解水を生成する手段を提供できる。

すなわち、本発明のユニット式電極を従来の電解槽に用いるだけで、その電解槽は、例えば強酸性水の場合では、約１ヶ月放置（開放）していてもＰｈ値、ＯＲＰ値、ＨＣＬＯの値がほとんど変化しない、すなわち効力の変化、劣化が少ない強酸性水を生成する電解槽に変えることが可能になる。

また、本発明のユニット式電極を従来の電解槽に用いるだけで、上述した発明の効果に加え、従来の電解槽の小型化が可能になり、さらに部品点数の減少により組み立てが容易になることでコストの低減が可能になるばかりでなく、耐久性の向上が可能になる。

本発明のユニット式電極によって、上述した発明の効果に加え、第一電極と第二電極の間の水流体により、電解液および原水および原水と電解質イオンとの混合液との接触時間を増やすことで、前記電極間の電解効率を高めているが、従来の装置であれば大型化が必要だった手段も、本発明によって、コンパクトな装置で実現することができた。

前記枠体または成形体の内部に入水部からの水流体を第一水流体として設け、前記第一水流体に変化を与えることで第二水流体を形成させるようにしたことを特徴とする、

以下、本発明の実施の形態について、図１に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態例を説明する構成概要図である。

図１より、１００は一般的に利用される汎用的な電解槽であり、電解槽１００には、ポンプ手段Ｐ、制御手段Ｃ、直流電源Ｄが設けられており、ポンプ手段Ｐは制御手段Ｃにより制御され、制御手段Ｃは直流電源Ｄにより制御され、直流電源ＤはＡＣ電源に接続される。また、電解槽１００には、一般的に知られた電解液の供給手段である電解液供給手段１１０、排水手段１２０、本発明のユニット式電極を着脱可能に設置する設置手段１３０が設けられている。２００はこのような電解槽１００に合わせて設計された本発明のユニット式電極であり、ユニット式電極２００は、第一電極２１０と第二電極２２０と隔膜２３０と原水の入水部２４０と電解水の出水部２５０が枠体および成形体を介して一体化されている。また、ユニット式電極２００の本体の内部には、入水部２４０からの水流体ｂ１および水流体ｂ１の流路ｃ１、水流体ｂ１の水流が変化した状態である水流体ｂ２および水流体ｂ２の流路ｃ２、水流体ｂ２の水流が変化した状態である水流体ｂ３および水流体ｂ３の流路ｃ３などが、枠体および成形体を介して一体化されている。

第一電極２１０は、電解槽１００の寸法に合わせて内蔵可能に形成された枠体および成形体で固着されており、第一電極２１０の一端部に設けられた端子と制御手段Ｃとは動力線を介して接続されるが、酸性水を生成する場合は制御手段Ｃの−端子と接続する。第二電極２２０は、電解槽１００の寸法に合わせて内蔵可能に形成された枠体および成形体で固着されており、第二電極２２０の一端部に設けられた端子と制御手段Ｃとは動力線を介して接続されるが、酸性水を生成する場合は制御手段Ｃの＋端子と接続する。隔膜２３０は、第一電極２１０と第二電極２２０の寸法により設計・製造され、隔膜２３０の寸法に合わせて形成された枠体および成形体で固着される。ユニット式電極２００は、第一電極２１０を固着した枠体および成形体と第二電極２２０を固着した枠体および成形体と隔膜２３０を固着した枠体および成形体を着脱可能な手段で固着したものである。

また、ユニット式電極２００を形成する枠体および成形体には、所定の部位に入水部２４０と出水部２５０を設けるように成形する。また、ユニット式電極２００を形成する枠体および成形体の内部には、入水部２４０に連なる流路ｃ１、流路ｃ２、流路ｃ３が設けられ、流路ｃ１と流路ｃ２は任意の角度によって接続されるように形成され、流路ｃ２と流路ｃ３は任意の角度によって接続されるように形成され、流路ｃ３は隔膜２３０と第二電極２２０に接触するように形成される。
また、電解槽１００の内部、すなわちユニット式電極２００の外部は電解液供給手段１１０によって供給された電解液１１１によって満たされ、第一電極２１０と第二電極２２０の間で電解水が生成され出水部２５０を介して外部に吐水されることで電解槽１００の内部の所定の部位に電解液水流体ａ１が生じ、電解液水流体ａ１は、第一電極２１０と第一電極２１０を固着する枠体および成形体の間に所定寸法の切り欠き２１１を通って電解液水流体ａ２になり、電解液水流体ａ２と水流体ｂ３とが隔膜２３０を介して混合され電解液水流体ａ３となり、第一電極２１０と隔膜２３０の間を流路として上昇していくことになる。
本発明は以上の構成による。

図１より、本発明のユニット式電極の動作例を説明する。まず、予め電解槽１００の所定の位置まで所定の濃度の電解液１１１を収容する。次に制御手段Ｃに酸性水製造の開始を指示することで、直流電源Ｄを介して第一電極２１０と第二電極２２０に印加され、ポンプ手段Ｐを介して所定量の水道水が入水部２４０に送られ、流路ｃ１、流路ｃ２、流路ｃ３の順で水流体ｂ１は、水流体ｂ２、水流体ｂ３と変化させることで電解液水流体ａ３との混合性が向上し良質の電解液が第一電極２１０と第二電極２２０の間に送られ電解が開始され、生成された酸性水が出水部２５０とポンプ手段Ｐを介して電解槽１００の外部に吐水される。なお、本発明の使用後または不要になった電解液１１１は排水手段１２０を介して排水される。
次に具体的な実施例を以下に示す。

図１の構成で、事前に電解液１１１として２％の食塩水約２００ｍｌを電解槽１００の内部に収容し、第一電極２１０は５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍ厚のチタン板に白金メッキしたものを陰極として使用し、第二電極２２０は５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍ厚のチタン板に白金メッキしたものを陽極として使用し、隔膜２３０には市販品を用いて、電解液１１１と原水の水温は２４．５℃であり、原水には水道水を用い、印加電圧５Ｖで１分間通電したところ、表１の値を得た。

保存状況：本実施例で生成した電解水１，０００ｍｌを２５ｃｍ開放ビーカに、入れ日当たり良い所、即ち電解水にとって最悪の環境条件のもとで、ｐＨ／ＯＲＰの変化や特性を測定した実験室データを収集する。

図１の構成で、事前に電解液１１１として２％の食塩水約２００ｍｌを電解槽１００の内部に収容し、第一電極２１０は５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍ厚のチタン板に白金メッキしたものを陰極として使用し、第二電極２２０は５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍ厚のチタン板に白金メッキしたものを陽極として使用し、隔膜２３０には市販品を用いて、電解液１１１と原水の水温は２４．５℃であり、原水には水道水を用い、印加電圧１２Ｖで１分間通電したところ、表２の値を得た。

測定日：Ｈ１５年１０月４日（土）
電源電圧：ＡＣ１００Ｖ
電解電圧：ＤＣ１２Ｖ

図１より、ポンプ手段Ｐは、一般的なポンプ手段と電磁弁との組合わせでも可能である。本発明で用いる信号線および動力線は一般的に市販されているものを利用すればよい。
また、入水手段２４０や出水手段２５０や吐水に用いるパイプやチューブは図１では図示していないが、耐酸性や耐アルカリ性を備えた合成樹脂製や合成ゴム製のパイプを用いるのが好ましい。

本発明の実施の形態例を説明する構成概要図である。

符号の説明

１００電解槽
１１０電解液供給手段
１１１電解液
１２０排水手段
１３０設置手段
２００ユニット式電極
２１０第一電極
２１１切り欠き
２２０第二電極
２３０隔膜
２４０入水部
２５０出水部
ａ１電解液水流体
ｂ１水流体
ｃ１流路
ａ２電解液水流体
ｂ２水流体
ｃ２流路
ａ３電解液水流体
ｂ３水流体
ｃ３流路
Ｐポンプ手段
Ｃ制御手段
Ｄ直流電源

Claims

水を電解処理して電解水を得る電解水生成装置で一対の電極や隔膜またはイオン交換膜で形成された電解処理部が交換可能な手段で設けられた電解槽において、前記電解処理部は第一電極と第二電極と隔膜またはイオン交換膜および入水部や出水部が枠体または成形体を介して一体化されており、前記枠体または成形体の内部に入水部からの水流体を第一水流体として設け、前記第一水流体に変化を与えることで第二水流体を形成させるようにしたことを特徴とする、電解槽のユニット式電極。
前記電解処理部が前記電解槽の中で交換可能であるだけでなく、一般的に知られた電解槽の汎用電解ユニットとしても使用可能であることを特徴とする、請求項１に記載の電解槽のユニット式電極。
前記第一電極と前記隔膜との間隔が２ｍｍ以内であり、または／及び前記第二電極と前記隔膜との間隔が２ｍｍ以内であることを特徴とする、請求項１に記載の電解槽のユニット式電極。
前記第一電極と前記第二電極の間隔が５ｍｍ以内であることを特徴とする、請求項１に記載の電解槽のユニット式電極。