JP2007117986A - 水電解装置、およびそのスケール付着防止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】海水を電気分解して電解処理水を生成する水電解装置に、電極からの漏洩電流を原因とするスケールが付着する。
【解決手段】電解槽の内部に陽極と陰極とを所定間隔をおいて対峙させ、電解槽内に導入した海水を陽極と陰極で電気分解して塩素系酸化剤を含む電解処理水を生成する水電解装置において、電解槽の内部であって、陽極と正対した箇所よりはみ出た位置に第二陰極を設け、陽極から漏洩する漏洩電流を第二陰極に吸収させることとした。
第二陰極に陽極からの漏洩電流が吸収されるので、陰極、および陰極周端付近を被覆している絶縁板に、漏洩電流を原因としたスケールが付着することを防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、海水を電気分解して塩素系酸化剤を含む電解処理水を生成する水電解装置に関し、電解槽の陰極周辺にスケールが付着、蓄積することを防止した水電解装置、および水電解装置へのスケールの付着を防止するスケール付着防止方法に関する。

海水を電解槽で電気分解して、塩素系酸化剤を含む電解処理水を生成し、生成された電解処理水を冷却水の水路などに供給して、水路や冷却装置内にイガイ、フジツボ、藻類などの海生生物が付着することを防止する付着防止技術が知られている。

かかる電解槽には個々の電極を電源に接続して給電する単極式電解槽と、両端の電極に電源を接続して給電する複極式電解槽とがある。単極式の海水電解槽は大型になるほど構成が複雑化したり、個々の電極に給電するため大電流を必要とするが、複極式の海水電解槽では両端の電極にのみ給電するため供給電流が小さくて済むという利点がある。例えば、アノードとカソードとを１０組設置した電解槽で比較すると、複極式の海水電解槽では単極式の海水電解槽の１０分の１の電流となる。このため複極式の海水電解槽は、電源装置も小型化できるという利点がある。

ところが、複極式電解槽は電極間や電極と槽壁との間で電流の漏洩が生じ、スケールの蓄積が単極式の海水電解槽よりも多いという問題があった。かかる複極式海水電解槽の欠点を克服すべく特開２００２−１８６９７０号公報には、被電解溶液を電解するために配設された複数枚の電極と、電極が収納される室枠とを具え、電極の周端の一部、またはすべてに絶縁体を被覆したことを特徴とする複極式電解槽の発明が開示されている。

特開２００２−１８６９７０号公報

しかしながら、電極の周端の一部、またはすべてに絶縁体を被覆しても、電解電流が大きくなるに従って漏洩電流が増加し、漏洩電流を原因としたスケールの絶縁体等への付着は避けられなかった。特に、漏洩電流は陰極に近くなるほど増えるため、陰極付近の絶縁体ほどスケールの付着量が多くなっていた。

本発明は、海水を電気分解して塩素系酸化剤を含む電解処理水を生成する水電解装置、特に、複極式電解槽を用いた水電解装置において、電極、およびその周囲の絶縁板へのスケールの付着を防止した水電解装置、および水電解装置のスケール付着防止方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、次のように構成した。

１、電解槽の内部に陽極と陰極とを所定間隔をおいて対峙させ、電解槽内に導入した海水を陽極と陰極で電気分解して塩素系酸化剤を含む電解処理水を生成する水電解装置において、電解槽の内部であって、陽極と正対した箇所よりはみ出た位置に第二陰極を設け、陽極から漏洩する漏洩電流を第二陰極に吸収させてスケールの付着を防止することとした。

陽極と正対した箇所とは、陽極の前面に対向した箇所であり、具体的には陽極と同一形状の平面を陽極に対して垂直に移動させたと仮定したときのその平面が通る空間の内側をいう。陽極と正対した箇所よりはみ出た位置に第二陰極を設けるとは、陽極と正対して配置されている陰極以外の位置に新たに第二陰極を配置することをいう。

第二陰極は、陰極と連続していても、あるいは分離されていてもよい。陰極と連続して設けた場合は、例えば陰極の端部をそのまま側方に延長して第二陰極を形成する。すなわち、陽極と正対する位置より側方に陰極の端部を延長してはみ出させ、そのはみ出た部分を第二陰極とする。

また第二陰極を陰極と分離して設けた場合は、陰極の上流下流のいずれか、または双方に第二陰極を陰極とは個別に設ける。この場合、陰極と第二陰極を電線などにより電気的に接続し、陽極からの漏洩電流を第二陰極に吸収させる。

第二陰極の形状は、棒状、円錐形、網状、球形、板状など、特に限定しない。また第二陰極を設置する場所は、漏洩電流を形成する回路の途中にあって、陽極から生じる漏洩電流を吸収できる位置であれば特に問わない。

２、電解槽の内部に陽極と陰極とを所定間隔をおいて対峙させ、電解槽内に導入した海水を陽極と陰極で電気分解して塩素系酸化剤を含む電解処理水を生成する水電解装置において、陰極の上流下流のいずれか、または双方に第二陰極を設け、かつ陰極に第二直流電源の正極を、第二陰極に第二直流電源の負極を接続させ、陽極からの漏洩電流を該第二陰極に吸収させてスケールの付着を防止することとした。

３、２に記載の水電解装置において、第二直流電源を、電極に接続される水電解用直流電源よりも小容量の電源とした。小容量の電源とは、流れる電流量が小さいことをいう。

更に複極式電解槽では、陽極や陰極の端部に絶縁板を設けることがある。この場合、陽極と正対した箇所よりはみ出た位置に第二陰極を設けるとは、第二陰極の絶縁板だけでなく、導電性を有する第二陰極の電極部分を、陽極に設けられた絶縁板より外側にはみ出た箇所に設けることをいう。

尚本発明は、複極式電解槽に限るものではなく、単極式電解槽へ適用してもよい。水電解装置は、海水を電気分解して塩素系酸化剤を含む電解処理水を生成する装置であれば、例えば殺菌水製造用電解装置等に用いるなど、その使用方法は問わない。

本発明にかかる水電解装置、および水電解装置のスケール付着防止方法によれば、次の効果を有する。

陽極に正対した箇所からはみ出た位置に第二陰極が設けられるので、陽極からの漏洩電流が第二陰極に吸収され、陰極、および陰極周端付近を被覆している絶縁体に、漏洩電流を原因としたスケールが付着することを防止できる。

第二直流電源の正極を陰極に、負極を第二陰極に接続させると、電解電流の漏洩電流がより強く第二陰極に吸収されるとともに、電解電流の漏洩電流が陰極に流入することを防止し、より効果的に陰極、および陰極周端付近を被覆している絶縁体に、漏洩電流を原因としたスケールが付着することを防止できる。

本発明にかかる水電解装置の一実施形態について説明する。

水電解装置１は図１に示すように、電極４を具えた電解槽２、電解槽２に電力を供給する直流電源装置２０、海水を電解槽２に導入する導入管３０、生成された電解処理水を電解槽２から送出する供給管３２などから構成されている。水電解装置１は、例えば水路内に海洋生物が付着することを防ぐ防汚装置や海産物などを洗浄するための洗浄水を生成する洗浄水生成装置などに用いられ、海水など塩分を含む水から塩素系酸化剤を含む電解処理水を生成する。

電解槽２は内部に、金属酸化物被覆製や、白金メッキ製などからなる電極４が複数設けてある。電極４は、電解槽２内を流れる海水の流れと平行に配置され、各電極４の海水の流れに沿った前後端部には、電気絶縁板６が取り付けられている。電気絶縁板６は絶縁体からなり、電極４を電解槽２の内部で所定位置に保持し、また、電極４の端部からの漏洩電流の発生を抑止している。

電解槽２は複極式電解槽で、外側に配置された電極４の一方に直流電源装置２０の正極を接続して陽極５を形成し、電極４の他方に直流電源装置２０の負極を接続して陰極７を形成する。このように陽極５と陰極７の間に直流電源装置２０を接続して電圧を印加すると、陽極５と陰極７の中間に配された中間電極８は、陽極５に対向した面が陰極となり、陰極の裏面が陽極となって、電極４の全体に順次陽極と陰極とが対向して形成される。

更に電極４の上流側には、第二陰極３が設けてある。第二陰極３は金属製の棒状体で、電解槽２の壁体２６とは絶縁体２８を介して水密に取り付けてあり、電線１２で陰極７に接続してある。

第二陰極３は、電極４に生じる漏洩電流の回路に近く、漏洩電流を確実に吸収し、かつ電極４での海水の電解作用に大きな影響を及ぼさない位置に設けてある。かかる位置は、直流電源装置２０が電極４間に印加する電圧、その他電極４の電極間の間隔、枚数、面積、電気絶縁板６の形状、材質等を考慮して適宜設定する。また第二陰極３は、本出願人が出願した実公平４−１７５６２号公報に記載されているように電流密度が１Ａ／ｄｍ^２以上となるように表面積が設定してある。

次に、水電解装置１の作用について説明する。

陽極５と陰極７に直流電源装置２０を接続して電圧を印加し、導入管３０より電解槽２に海水を導入させる。すると海水が電極４間を通過しながら電気分解され、海水から塩素系酸化物（次亜塩素酸ナトリウム）を含む電解処理水が生成される。供給管３２を通して水電解装置１から流出した電解処理水は、例えば冷却水としての海水に混合され、冷却装置への海洋生物の付着、生育を防止する。

そして電解槽２には、第二陰極３が設けてあるので、陽極５および中間電極８の陽極から発生した漏洩電流が第二陰極３に吸収される。第二陰極３に吸収された電流は、電線１２を介して直流電源装置２０の負極に流れる。すると、陰極７および中間電極８の陰極に漏洩電流が流れ込まず、陰極７および中間電極８の陰極の近辺や電気絶縁板６の周辺に漏洩電流を原因とするスケールが発生しない。

また第二陰極３は、電流密度が１Ａ／ｄｍ^２以上となるように表面積が設定してあるので、第二陰極３にスケールが付着しても、スケールの付着力が弱く、海水により剥離されて第二陰極３にスケールが蓄積しない。

次に、電解槽２の他の例を説明する。この電解層２は、図２に示すように陰極７の上流側に第二陰極３を具え、更に第二陰極３と陰極７の間に第二直流電源装置２２が接続してある。第二直流電源装置２２は、容量が直流電源装置２０より小さく、正極が陰極７に、負極が第二陰極３に接続してある。

この電解槽２によれば、第二陰極３は、第二直流電源装置２２によって陰極７より低い電位に設定され、電極４に電圧を印加して海水から電解処理水を生成した際、陽極５および中間電極８の陽極から発生する漏洩電流がより強く第二陰極３に吸収される。また、陰極７から第二陰極３に向かう電流Ｃが生じ、かかる電流Ｃは、漏洩電流と逆電流となるので、漏洩電流が遮蔽され、よりスケールの付着が防止される。

したがって、漏洩電流を原因とする陰極７および中間電極８の陰極の周辺や、電気絶縁板６の周辺などへのスケールの付着を上記例の場合より効果的に防止できる。

実験では、第二陰極３を設けたことにより、スケールの付着量がほぼ１／２になり、第二直流電源装置２２を第二陰極３に接続したことにより、更に６０％低減された。

かかる場合も電流密度が１Ａ／ｄｍ^２以上となるように表面積が設定してあるので、海水により剥離されて第二陰極３にスケールが蓄積しない。

更に電解槽の他の例について説明する。

この電解槽１０は、図３に示すように陰極７の端部を延長させ、陰極７の上流と下流側にそれぞれ第二陰極１３が形成されている。第二陰極１３は、その電極部分が陽極５や中間電極８の電気絶縁板６より外側にはみ出るように形成してある。また第二陰極１３は、はみ出た部分の電流密度が１Ａ／ｄｍ^２以上となるように形成してある。

このように電解槽１０を形成すると、陽極５および中間電極８の陽極からの漏洩電流が図３の点線に示すように陽極５の絶縁体６からはみ出た位置に設けられた第二陰極１３に吸収され、スケールの発生を効果的に防止できる。また第二陰極１３は、電流密度が１Ａ／ｄｍ^２以上となるので、上述したようにスケールがたとえ付着しても蓄積することがない。

尚第二陰極１３は、上流下流の双方に設けるのでなく、上流側のみや下流側のみでもよい。第二陰極１３は、電解槽１０内の水流に沿って上流側、あるいは下流側に設けることが好ましいが、水流に対して直角方向にはみ出させて設けてもよい。

また第二陰極３、１３を、複極式電解槽に限らず、単極式電解槽に用いてもよい。

本発明にかかる水電解装置を示す断面図である。 水電解装置の他の例を示す図である。 水電解装置の他の例を示す図である。

符号の説明

１ 水電解装置
２ 電解槽
３ 第二陰極
４ 電極
５ 陽極
６ 電気絶縁板
７ 陰極
８ 中間電極
１０ 電解槽
１２ 電線
１３ 第二陰極
２０ 直流電源装置
２２ 第二直流電源装置
２６ 壁体
２８ 絶縁体
３０ 導入管
３２ 供給管

Claims (8)

1. 電解槽の内部に陽極と陰極とを所定間隔をおいて対峙させ、該電解槽内に導入した海水を前記陽極と陰極で電気分解して塩素系酸化剤を含む電解処理水を生成する水電解装置において、
   前記電解槽の内部であって、前記陽極と正対した箇所よりはみ出た位置に第二陰極を設け、前記陽極から漏洩する漏洩電流を該第二陰極に吸収させたことを特徴とする水電解装置。
2. 前記第二陰極は、前記陰極の端部を、該陰極の側方に延長して形成したことを特徴とする請求項１に記載の水電解装置。
3. 前記第二陰極は、前記陰極の上流下流のいずれか、または双方に、該陰極とは個別に設け、該陰極と電気的に接続させて形成したことを特徴とする請求項１に記載の水電解装置。
4. 前記陰極に第二直流電源の正極を接続させ、前記第二陰極に該第二直流電源の負極を接続させ、前記陽極から漏洩する漏洩電流を該第二陰極に吸収させたことを特徴とする請求項３に記載の水電解装置。
5. 第二直流電源を、陽極と陰極間に接続される水電解用直流電源よりも小容量としたことを特徴とする請求項４に記載の水電解装置。
6. 陽極は端部に絶縁板を具えており、第二陰極は前記絶縁板を含めた陽極に正対した箇所よりはみ出た位置に設けた請求項１〜５のいずれか１項に記載の水電解装置。
7. 電解槽の内部に陽極と陰極とを所定間隔をおいて対峙させ、該電解槽内に導入した海水を前記陽極と陰極で電気分解して塩素系酸化剤を含む電解処理水を生成する水電解装置において、
   前記電解槽の内部であって、前記陽極と正対した箇所よりはみ出た位置に第二陰極を設け、前記陽極から漏洩する漏洩電流を該第二陰極に吸収させることを特徴とした水電解装置のスケール付着防止方法。
8. 電解槽の内部に陽極と陰極とを所定間隔をおいて対峙させ、該電解槽内に導入した海水を前記陽極と陰極で電気分解して塩素系酸化剤を含む電解処理水を生成する水電解装置において、
   前記陰極の上流下流のいずれか、または双方に第二陰極を設け、前記陰極に第二直流電源の正極を接続させ、前記第二陰極に該第二直流電源の負極を接続させ、該第二陰極に前記陽極からの漏洩電流を吸収させることを特徴とした水電解装置のスケール付着防止方法。

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