JP2006087987A - 電解槽及びそれを用いる電解水生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電解槽の電極セル内に電解液が等しく均一に流れるようにして、電解セル内で水流抵抗を増加させることもなく、電極板の使用枚数が増加した場合でも、電解槽の能力及び効率を向上させ、ひいては電解槽の寿命を向上させる。該電解槽を具備し、安定した所望のアルカリ性水及び酸性水を得ることができる電解水生成装置を提供する。
【解決手段】 複数の電極板21〜25及び同隔膜3によって複数の電解セル11〜15が形成されている電解槽1において、電解槽1の電解液導入口81の通水路71内に整流体10が配置され
、通水路71に供給されてきた電解液が整流体10に当ることにより、電解液の流れに乱流が生じて、均等な液流が電解セル入口31を通じ電解セル11内に流入するようにする。整流体は、電解液導入口81側に開口した有底円筒形の整流基体a1と、これの頂部より電解セル入口31側に伸びる液流案内板a2とによって構成される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電解槽及びそれを用いる電解水生成装置に関するものである。

電解水生成装置は、基本的に、電解槽によって電解液が電気分解され、アルカリ性水と酸性水が吐水口より得られるものである。一般に、電解槽の印加電圧を制御することにより、得られるアルカリ性水及び酸性水のｐＨを細かく区別して得られるようにした電解水生成装置が多い。場合によっては、ＯＲＰを制御することにより、還元水が得られるものもある。

いずれにしても、電解槽に導入する電解液は、水道水や地下水が原水として用いられる
。原水は、フィルターによって塩素、トリハロメタン、重金属などが除去され、場合によっては、逆に食塩が加えられたり、カルシウムが加えられたりされた後に、電解槽で電気分解される。

従って、電解水生成装置は、電解槽の電解能力の性能が基本になる。電解能力の性能は
、電気分解の印加電圧を制御することによる供給電気量に依存する。しかしながら、印加電圧あるいは供給電気量ばかりでなく、電解槽への電解液流量、電解槽での電解液滞留時間、電解槽の容量および構造などに依存する。実用的には、隔膜を介して３以上の多数の電極板を有する電解槽は、電解槽内で各隔膜と各電極板から形成されるセルが３以上の多数個形成されるため、電解液を各セルに均等に流すことや、電解液の流圧を均一にすることが難しい課題である。かかる電解液と電解槽の構造から決まる電気分解性能は、得られるアルカリ性水と酸性水の水質を大きく決定づける。

このような背景から、イオン水生成器の電解槽の従来技術としては、下記の特許文献に記載のものが知られている。

特開平７−２２２９７８号公報 特許文献１には、イオン水生成器の電解槽の発明が開示されており、特許文献１のイオン水生成器の電解槽は、複数の電極板と電極板間の外周縁部に配設した電気絶縁性のある弾性部材とにより電解液に対して気密性がありしかも前記電極板間に電解電圧が印加できる容器を形成した電解槽容器と、電極板間に配設する隔膜紙を挟んだ電極板スぺーサーと、電極板のそれぞれの外側の一端に配設した排水ノズルと、電極板のいずれか一つの外側の他端に配設した給水ノズルから構成されている。そして、この特許文献１記載のイオン水生成器の電解構においては、薄手容器に構成した電解槽１の一端側に給水ノズル６を、他端側に酸性水排水ノズル３とアルカリイオン水排水ノズル１３とをそれぞれ設け、電解槽１内の給水ノズル６に連通してプール室８Ｂを形成させ、プール室８Ｂから流入水下流側部位に、水の流路断面積を狭める複数の排水溝８Ａ，１８Ａを設けている。

つぎに、イオン水生成装置の従来技術としては、下記の特許文献に記載のものが知られている。

特開平８−３９０６７号公報 特許文献２には、イオン水生成器の電解槽の発明が開示されており、特許文献２のイオン水生成装置の発明は、電解槽７内に、隔膜１５を介して、アルカリイオン水を生成するための負電極１３及び酸性イオン水を生成するための正電極１２を設け、前記電解槽７の水導入口８には、その電解槽７に導入される水の流れを均一にさせる円錐整流面１７Ａを有する整流体１７を設けており、これによって、電解槽７内において水に含まれるスケールの滞留を防ぐものである。

しかしながら、上記特許文献１に記載される技術は、プール室から電解セルの流路途中の流路断面積を狭めるため、水流抵抗がプール内で大きくなってしまう欠点を有する。従って、電解槽の耐圧を強化する必要があるという欠点を有する。

また、上記特許文献２に記載される技術は、電解槽が円筒形の浄水カートリッジを具備する特別な実施例が示されている。しかしながら、実用的に最もよく用いられている電解槽は、複数の電解セルが並列的に配列され、全体として直方体を有するものであり、従って、特許文献２に記載される技術は、一般には適用が難しく、極めて特殊な技術である。

ところで、一般的に、多く実用化されている電解槽の形状は、通常、直方体である。そして、一対の電極板を有する電解槽では、電解セルが２個に区画され、１個づつの電解セルで制御されるが、例えば電極板が３個用いられると、電解セルは３個に区画され、２個の電解セルと１個の電解セルに分けて制御される。電極板が５個、７個と増設されると、電解セルも５個、７個と増える。前者は３個と２個の電解セルに分けて、後者は４個と３個の電解セルに分けられて制御される。このように、電極板の増加に伴い、電解槽の構造が複雑になり、電解液の流れも均等でなくなるのに加えて、電解セル数が増え、複数の電解セルが同時に制御される。その結果、従来は、電解槽の能力、性能が所望とおり実現されないという問題があった。

本発明の目的は、上記の従来技術の問題を解決し、電解槽の電解液導入口の通水路内に整流体を配置することによって、各電極セル内に、電解液が等しく均一に流れるようにして、電解セル内で水流抵抗を増加させることもなく、電極板の使用枚数が増加した場合でも、電解槽内の電解液の流れを均等にすることができ、電解槽の能力及び効率を向上させ
、ひいては電解槽の寿命を大幅に向上させることができるうえに、従来技術のような特殊な形状の電解槽にのみ適用されるものではなく、汎用性を具備している電解槽を提供すること、並びに、本発明による電解槽を具備していて、安定した所望のアルカリ性水及び酸性水を得ることができる電解水生成装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明による電解槽は、セパレータに保持された複数の電極板及び同隔膜によって複数の電解セルが形成され、各電解セル内の電極板に電解電圧を印加して電解液を電気分解する電解槽において、電解槽の電解液導入口の通水路内に整流体が配置され、通水路に供給されてきた電解液が整流体に当ることにより、電解液の流れに乱流が生じて、均等な液流が電解セル入口を通じ電解セル内に流入するようにしたことを特徴とするものである。

請求項２の発明による電解槽は、上記請求項１記載の電解槽であって、整流体が、電解液導入口側に開口した有底円筒形の整流基体と、これの頂部より電解セル入口側に伸びる液流案内板とよりなる整流体によって構成されることを特徴とするものである。

請求項３の発明による電解槽は、上記請求項１記載の電解槽であって、整流体が、円錐状整流基体の表面に多数の凸起を有する整流体によって構成されることを特徴とするものである。

請求項４の発明による電解槽は、上記請求項１記載の電解槽であって、整流体が、円錐状整流基体の表面に螺旋形の凸条を有する整流体によって構成され、通水路に供給されてきた電解液の液流によって整流体が回転するようになされていることを特徴とするものである。

請求項５の発明による電解水生成装置は、請求項１〜４のうちのいずれか一項記載の電解槽が具備されることを特徴とするものである。

本発明の電解槽によれば、電解槽の電解液導入口の通水路内に整流体を配置することによって、各電極セル内に、電解液が等しく均一に流れるようにして、電解セル内で水流抵抗を増加させることもなく、また電極板の使用枚数が増加した場合でも、電解槽の電解セル内での電解液の流れを均等にすることができ、電解槽の能力及び効率を向上させ、ひいては電解槽の寿命を大幅に向上させることができるうえに、従来技術のような特殊な形状の電解槽にのみ適用されるものではなく、汎用性を具備しているという効果を奏する。

また、本発明による上記の電解槽を具備する電解水生成装置によれば、安定した所望のアルカリ性水及び酸性水を得ることができるという効果を奏する。

つぎに、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

図１は、本発明による電解槽の第１の実施形態を示す分解斜視図である。図２は、同電解槽の要部拡大縦断面図である。図３は、本発明による電解槽に用いられる整流体の具体例を示す斜視図で、図３ａは、整流体の第１の具体例を、図３ｂは、整流体の第２の具体例を、図３ｃは、整流体の第３の具体例を、それぞれ示している。図４は、本発明による電解槽の第２の実施形態を示す要部拡大縦断面図である。図５は、本発明の電解槽が具備された電解水生成装置の概略斜視図である。

まず、図１、図２および図３ａを参照すると、本発明の第１実施形態による電解槽１は
、セパレータ６１〜６５に保持された５個の電極板２１〜２５と、４個の隔膜３１〜３４と、エンドプレート４、及びベースプレート５によって、５個の電解セル１１〜１５に区画されている。

各セパレータ６１〜６５の下部及び上部にそれぞれ通水路が２個づつ設けられている。ここで、セパレータは、給水口８１側より、セパレータ６１〜６５とそれぞれ順に並べられ、セパレータ６１〜６５の下部に通水路７１が区画される。同様に、通水路７２（図示略）がセパレータ６１〜６５の下部に、また通水路７３及び７４（図示略）がセパレータ６１〜６５の上部に区画される。セパレータ６１、６３、６５は、通水路７１と電解セル１１、１３、１５と連通するように、セパレータ下部に電解セル入口３１、３３、３５が設けられ、通水路７３と電解セル１１、１３、１５と連通するように、セパレータ上部に電解セル出口４１、４３、４５（図示略）が設けられる。同様に、セパレータ６２、６４は、通水路７２と電解セル１２、１４と連通するように、セパレータ下部に電解セル入口３２、３４（図示略）、また通水路７４と電解セル１２、１４と連通するように、セパレータ上部に電解セル出口４２、４４（図示略）が設けられる。そして、通水路７１はエンドプレート４に設けた給水口８１に、通水路７２は給水口８２に、通水路７３は吐水口８３に、通水路７４は吐水口８４にそれぞれ連通する。

なお、エンドプレート４は、パッキング５３によって絶縁されている。ベースプレートは、パッキング５１及び保護膜５２によって絶縁されており、以下、これらを総称してベースプレート５と呼ぶ。

本発明においては、電解槽１の電解液導入口８１及び／又は８２の通水路７１及び／又は７２内に整流体１０が配置される。そして、通水路７１及び／又は７２に供給されてきた電解液が整流体１０に当ることにより、電解液の流れに乱流が生じて、均等な液流が電解セル入口を通じ電解セル１１内に流入するようにしたものである。各電解セル１１〜１５内の電極板２に電解電圧を印加して、電解液を電気分解するものである。

なお、この第１実施形態では、電解槽１の電解液導入口８１の通水路７１内に整流体１０が配置されており、整流体１０の形状は、図３に詳しく示されている。すなわち、図３ａに示す第１の具体例では、整流体１０ａは、電解液導入口８１側に開口した有底円筒形の整流基体ａ１と、これの頂部より電解セル入口１１側に伸びる液流案内板ａ２とによって構成されている。

この第１実施形態の整流体１０ａによれば、通水路７１に供給されてきた電解液の直線状流れを、電解液導入口８１側に開口した有底円筒形の整流基体ａ１によって反転させて
、エネルギ方向を変えると同時に、乱流を生じさせ、さらに、この乱流となされた電解液の流れを、整流基体ａ１の頂部より電解セル入口１１側に伸びる液流案内板ａ２によって導き、均等な水流が電解セル入口３１、３３、３５を通じて電解セル１１、１３、１５内に流れるようになされているものである。なお、電解セル入口の数及び位置に対応して、整流体１０ａの設置数を増やし、電解セル入口３１、３３、３５を通じて電解セル１１、１３、１５内に流れる水流を、２段、３段と細かく制御させることは、勿論可能である。
また、上記整流体１０ａの寸法は、電解槽１の能力から決定される電極板２１〜２５の大きさと個数によって決定し、通常は部品の標準化により電極板２１〜２５の個数を変えて能力を変更する。このため、整流体１０ａの寸法は適宜変更されるが、例えば、本実施例においては整流体１０ａの長さ×₁と×₂の比を１／４〜１／２、具体的には×₁を８．０〜１０．０ｍｍ、×₂を３０．５〜３２．５ｍｍに設定するとよい。このさい、整流体１０ａの高さＹ₁と液流案内板ａ２の高さＹ₂の比を１／３〜１／２、具体的にはＹ₁を６．５〜８．５ｍｍ、Ｙ₂を９．４〜１１．４ｍｍ、液体案内板ａ２の下縁傾斜角度θを１０〜３０°に設定せしめるとよい。

つぎに、本発明の実施形態における電解槽内の電解液の流れについて説明する。電解液は、給水口８１より電解槽に供給され、通水路７１に流れ込む。電解液が通水路７１に所定の圧力でもって流れ込むと、整流体１０ａの存在により、通水路７１に供給されてきた電解液の直線状流れが、電解液導入口８１側に開口した有底円筒形の整流基体ａ１によって反転して、エネルギ方向を変えると同時に、乱流が生じ、さらに、この乱流状の電解液の流れが、整流基体ａ１の頂部より電解セル入口１１側に伸びる液流案内板ａ２によって導かれて、均等な電解液の水流が電解セル入口３１、３３、３５を通じて電解セル１１、１３、１５内に流れ込むものである。一方、同時に、電解液は、別の給水口８２より電解槽に供給され、通水路７２に流れ滞留し、電解セル入口３２、３４を通じて電解セル１２
、１４に流れ込む。

電解セル１１から１５が電解液で満たされると、電極板２に所定の電解電圧が印加され
、電気分解される。電極板２１、２３、２５は陽極、２２、２４は印極を構成する。電解セルに電解液が均等に流れ込むことによって、電気分解が均質に行なわれ、電解セル１１
、１３、１５ではアルカリ性水、電解セル１２、１４では酸性水がそれぞれ得られる。

電解セル１１、１３、１５は、通水路７１と対極にある通水路７３と電解セル出口４１
、４３、４５を通じて連通し、吐水口８３より、アルカリ性水が吐出される。一方同時に
、電解セル１２、１４は、通水路７２と対極にある通水路７４と電解セル出口４２，４４と連通し、吐水口８４より酸性水が吐出される。

図５は、本発明の上記実施形態の電解槽１が具備された電解水生成装置２の概略斜視図である。ここで、電解水生成装置２は、電解槽１、フィルターカートリッジ８、食塩筒９から基本的に構成され、それらが水管で連通される。
この電解水生成装置２に、上述の本発明の第１実施形態の電解槽１を用い、水道水からアルカリ性水及び酸性水を生成させる実験を行なった。

すなわち、水道水は、フィルターカートリッジ８を通り、塩素や鉛が除去される。つぎに、食塩筒９を通過して、所定の食塩濃度の電解液が電解槽１に供給される。この実験例では、電極板２１〜２５の各電極の電解電圧は一定で安定していることが確認され、アルカリ性水及び酸性水は、所望の通り得られた。

これに対し、複数の電解セルが並列的に配列され、全体として直方体となされている従来の電解槽の場合には、電解セルへの電解液の流れが均等でないため、電極毎の電解電圧は一定の値を示さなかった。その結果、設計どおりの電解能力が得られず、例え得られた場合でも電解槽全体としての能力であって、電解セルそれぞれが所望の設計値を示すことは無かった。

なお、上記の第１の実施形態では、通水路７１にのみ整流体１０ａを設けた場合について説明したが、通水路７２に整流体１０ａを設けても勿論良い。ここで、本実施形態の場合に、通水路７１にのみ整流体１０ａを設けた理由は、本実施形態の場合、給水口８１と給水口８２に供給する電解液量を８：２の比率にしていることと、給水口８１と給水口８２とが連通する電解セルの数が、それぞれ３個と２個と、比較的少ないからである。

本発明によれば、電解液量の量が多いほど、また電解セルが３個以上と、使用枚数が増加した場合でも、電解槽１の電解液導入口８１の通水路７１内に整流体１０ａを配置することによって、各電極セル内に、電解液が等しく均一に流れ、電解セル内で水流抵抗を増加させることもなく、電解槽の能力及び効率を向上させ、ひいては電解槽の寿命を大幅に向上させることができるものである。

つぎに、図４は、本発明による電解槽の第２の実施形態を示す要部拡大縦断面図である
。この第２実施形態において、上記第１実施形態の場合と異なる点は、電極板が２１〜２７の７個に増設されたものである。従って、電解セルも１１〜１７の７個に区画され、通水路７１と連通する電解セルは１１、１３、１５、１７の４個、通水路７２と連通する電解セルは１２，１４、１６の３個となっている。本第２実施形態の場合、通水路７１及び７２の両方に、上記の整流体１０ａが設けられた場合に、最も著しい良い効果が得られた
。

つぎに、本発明の電解槽１において使用する整流体１０の別の具体例について説明する
。

図３ｂは、本発明の電解槽において使用する整流体の第２の具体例を示すものである。同図を参照すると、整流体１０が、円錐状整流基体ｂ１の表面に不規則な大きさ及び形状を有する多数の凸起ｂ２を有する整流体１０ｂによって構成されている。そして、この整流体１０ｂが、電解槽１の電解液導入口８１及び／又は８２の通水路７１及び／又は７２内に配置される。なお、好適には、上記整流体１０ｂの凸起ｂ２と凸起ｂ２との間の距離Ｌ₁は０．５〜５．５ｍｍ、凸起ｂ２の高さＨは４．０〜１１．０ｍｍ、基体の長さＬ₂は３０．５〜３２．５ｍｍに設定せしめるとよい。

この第２の具体例による整流体１０ｂによれば、通水路７１及び／又は７２に供給されてきた電解液の流れに、整流体表面の凸起ｂ２によって乱流を起こすことにより、均等な水流が電解セル入口３１〜３５を通じて電解セル１１〜１５内に流れるようになされているものである。

図３ｃは、本発明の電解槽において使用する整流体の第３の具体例を示すものである。同図を参照すると、整流体１０が、円錐状整流基体ｃ１の表面に螺旋形の凸条ｃ２を有する整流体１０ｃによって構成されている。そして、この整流体１０ｃが、電解槽１の電解液導入口８１及び／又は８２の通水路７１及び／又は７２内に配置される。なお、図示は省略したが、整流体１０ｃの円錐状整流基体ｃ１の先端部が、ベースプレート５の内壁に設けられた凹部に嵌め入れられて、電解液の液流によって整流体１０ｃが、あたかも回転コマのように、回転可能に取り付けられている。また、好適には、上記整流体１０ｃの基体の長さＬは３０．５〜３２．５ｍｍ、同基体からの螺旋形凸条ｃ２の高さは０〜１１ｍｍに設定せしめるとよい。

この第３の具体例による整流体１０ｃによれば、通水路７１及び／又は７２に供給されてきた電解液の液流によって整流体１０ｃが回転するようになされている。従って、この回転する整流体１０ｃによって、通水路７１及び／又は７２に供給されてきた電解液の直線状流れを回転エネルギに変え、同時に回転流を生じさせることにより、均等な水流が電解セル入口３１〜３５を通じて電解セル１１〜１５内に流れるようになされているものである。

つぎに、上記第２及び第３の具体例による整流体１０ｂ、１０ｃを用いて、上記第１実施形態の場合と同様の実験を行なった。

すなわち、上記の電解水生成装置２に、本発明の第１実施形態の電解槽１を用いるとともに、電解槽１の電解液導入口８１の通水路７１内に、第２及び第３の具体例による整流体１０ｂ、１０ｃをそれぞれ配置し、水道水からアルカリ性水及び酸性水を生成させた。

これにの実験例においても、電極板２１〜２５の各電極の電解電圧は一定で安定していることが確認され、アルカリ性水及び酸性水は、所望の通り得られた。

なお、本発明による電解槽、及びこれを用いた電解水生成装置の構成部品及び配置は、本明細書に記載したものにのみ、限定されるものではなく、本明細書では、最低限の部品による配置例でもって説明したものである。

また、整流体１０の形状も、図３ａ、図３ｂ、図３ｃに記載のものに限定されず、本発明の技術的思想を逸脱しない限り、その他の種々変形が可能である。

本発明による電解槽の第１の実施形態を示す分解斜視図である。 図１の電解槽の要部拡大縦断面図である。 本発明による電解槽に用いられる整流体の具体例を示す斜視図で、図３ａは、整流体の第１の具体例を、図３ｂは、整流体の第２の具体例を、図３ｃは、整流体の第３の具体例を、それぞれ示している。 本発明による電解槽の第２の実施形態を示す要部拡大縦断面図である。 本発明の電解槽が具備された電解水生成装置の概略斜視図である。

符号の説明

１：電解槽
２：電解水生成装置
３：隔膜
４：エンドプレート
５：ベースプレート
８：フィルターカートリッジ
９：食塩筒
１０：整流体
１０ａ：整流体
ａ１：有底円筒形の整流基体
ａ２：液流案内板
１０ｂ：整流体
ｂ１：円錐状整流基体
ｂ２：凸起
１０ｃ：整流体
ｃ１：円錐状整流基体
ｃ２：螺旋形の凸条
１１〜１７：電解セル
２１〜２７：電極板
３１〜３７：電解セル入口
５１：パッキング
５２：保護膜
５３：パッキング
６１〜６７：セパレータ
７１〜７４：通水路
８１、８２：給水口
８３、８４：吐水口

Claims (5)

1. セパレータに保持された複数の電極板及び同隔膜によって複数の電解セルが形成され、各電解セル内の電極板に電解電圧を印加して電解液を電気分解する電解槽において、電解槽の電解液導入口の通水路内に整流体が配置され、通水路に供給されてきた電解液が整流体に当ることにより、電解液の流れに乱流が生じて、均等な液流が電解セル入口を通じ電解セル内に流入するようにしたことを特徴とする電解槽。
2. 整流体が、電解液導入口側に開口した有底円筒形の整流基体と、これの頂部より電解セル入口側に伸びる液流案内板とよりなる整流体によって構成されることを特徴とする、請求項１記載の電解槽。
3. 整流体が、円錐状整流基体の表面に多数の凸起を有する整流体によって構成されることを特徴とする、請求項１記載の電解槽。
4. 整流体が、円錐状整流基体の表面に螺旋形の凸条を有する整流体によって構成され、通水路に供給されてきた電解液の液流によって整流体が回転するようになされていることを特徴とする、請求項１記載の電解槽。
5. 請求項１〜４のうちのいずれか一項記載の電解槽が具備されることを特徴とする、電解水生成装置。

Images