JP2016160512A - Electrolytic device and inorganic chloride solution cartridge - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、電解装置及び無機塩化物水溶液カートリッジに関する。 Embodiments described herein relate generally to an electrolysis device and an inorganic chloride aqueous solution cartridge.
三槽式電解槽は、アニオン交換膜と、アニオン交換膜から所定の間隔を介して配置された陽極と、陽極室と、カチオン交換膜と、カチオン交換膜から所定の間隔を介して配置された陰極と、陰極室と、前記アニオン交換膜とカチオン交換膜の間に設けられた中間室とから構成される。中間室は、塩化ナトリウム水溶液を蓄えた外部タンクと配管等により流体的に接続され、ポンプ等で中間室に供給される。三槽式電解装置は塩化ナトリウム水溶液を蓄えた中間室を陰極室、陽極室と独立させることで、塩化ナトリウム水溶液内のナトリウムイオンや塩化物イオンが陰極室、陽極室に流入するのを防止できるメリットを有する。しかし、電解槽を運転するのに必要な循環ポンプなどの補器を必要とするため、消費電力の高さや、ポンプコストの課題があった。 The three-tank electrolytic cell is disposed at a predetermined interval from the anion exchange membrane, the anode disposed at a predetermined interval from the anion exchange membrane, the anode chamber, the cation exchange membrane, and the cation exchange membrane. It comprises a cathode, a cathode chamber, and an intermediate chamber provided between the anion exchange membrane and the cation exchange membrane. The intermediate chamber is fluidly connected to an external tank storing a sodium chloride aqueous solution by piping or the like, and is supplied to the intermediate chamber by a pump or the like. The three-tank electrolyzer can prevent sodium ions and chloride ions in the sodium chloride aqueous solution from flowing into the cathode chamber and the anode chamber by separating the intermediate chamber storing the sodium chloride aqueous solution from the cathode chamber and the anode chamber. Has merit. However, since an auxiliary device such as a circulation pump required for operating the electrolytic cell is required, there are problems of high power consumption and pump cost.
そこで、イオン水溶液を電気分解して酸素および水素を生成する水電解スタックと、イオン水溶液よりもイオン濃度が低く、圧力が低い補給水を供給する水供給部と、水供給部からの補給水をイオン水溶液へ混合する水混合部とを有する水電解装置を用い、水混合部に浸透膜を配置することで、水供給に必要な動力を低減する提案がなされている。 Therefore, a water electrolysis stack that electrolyzes an ionic aqueous solution to generate oxygen and hydrogen, a water supply unit that supplies makeup water having a lower ion concentration and lower pressure than the ionic aqueous solution, and makeup water from the water supply unit. Proposals have been made to reduce the power required for water supply by using a water electrolysis device having a water mixing section to be mixed with an ionic aqueous solution and disposing an osmotic membrane in the water mixing section.
ただし、三槽式電解槽では塩化ナトリウム水溶液中の塩のみが反応に寄与するため、水溶液中から塩のみを中間室に連続的に供給する仕組みが求められていた。 However, since only the salt in the sodium chloride aqueous solution contributes to the reaction in the three-tank electrolytic cell, a mechanism for continuously supplying only the salt from the aqueous solution to the intermediate chamber has been required.
本発明の実施形態は、無機塩化物水溶液の供給機構のコストを低減した電解装置を得ることを目的とする。 An object of an embodiment of the present invention is to obtain an electrolysis apparatus in which the cost of a supply mechanism of an inorganic chloride aqueous solution is reduced.
実施形態によれば、陽極電極を有する陽極室、前記陽極室と第1の隔膜により仕切られた中間室、及び前記中間室と第2の隔膜により仕切られた、陰極電極を有する陰極室を含む電解槽と、
第1のタンク、及び前記第1のタンクと浸透膜により仕切られた第2のタンクを含む無機塩化物水溶液供給機構と、
前記第1のタンクを前記電解槽に接続する第1のラインと、
前記電解槽から使用済み無機塩化物水溶液を排出する第2のラインとを具備する電解装置が提供される。
According to the embodiment, an anode chamber having an anode electrode, an intermediate chamber partitioned by the anode chamber from a first diaphragm, and a cathode chamber having a cathode electrode partitioned by the intermediate chamber and a second diaphragm are included. An electrolytic cell;
An inorganic chloride aqueous solution supply mechanism including a first tank and a second tank partitioned from the first tank by a permeable membrane;
A first line connecting the first tank to the electrolytic cell;
There is provided an electrolytic device comprising a second line for discharging a used inorganic chloride aqueous solution from the electrolytic cell.
一実施形態に係る電解装置は、二槽以上の電解槽例えば三槽式電解槽と、この電解槽に接続された無機塩化物水溶液供給機構とを含む。 The electrolyzer according to an embodiment includes two or more electrolytic cells, for example, a three-cell electrolytic cell, and an inorganic chloride aqueous solution supply mechanism connected to the electrolytic cell.
三槽式電解槽は、陽極電極を有する陽極室、中間室、及び陰極電極を有する陰極室を含み、陽極室と中間室の間は第1の隔膜により仕切られ、中間室と陰極室との間は第2の隔膜により仕切られている。 The three-tank electrolytic cell includes an anode chamber having an anode electrode, an intermediate chamber, and a cathode chamber having a cathode electrode. The anode chamber and the intermediate chamber are partitioned by a first diaphragm, and the intermediate chamber and the cathode chamber are separated from each other. The space is partitioned by a second diaphragm.
無機塩化物水溶液供給機構は、第1のタンク、第2のタンク、及び第1のタンクと第2のタンクの間を仕切る浸透膜を含む。 The inorganic chloride aqueous solution supply mechanism includes a first tank, a second tank, and a permeable membrane that partitions between the first tank and the second tank.
電解槽と無機塩化物水溶液供給機構は、第1のタンクを電解槽に接続する第1のラインにより接続されている。 The electrolytic cell and the inorganic chloride aqueous solution supply mechanism are connected by a first line that connects the first tank to the electrolytic cell.
また、電解槽には使用済み無機塩化物水溶液を排出する第2のラインが設けられている。 Moreover, the electrolytic cell is provided with a second line for discharging the used inorganic chloride aqueous solution.
実施形態に係る電解装置において、例えば、第1のタンクに第1の濃度を有する無機塩化物水溶液を収容し、第2のタンクに第1の濃度以下の第2の濃度を有する無機塩化物水溶液を収容することができる。これにより、第1の濃度の無機塩化物水溶液と、第2の濃度の無機塩化物水溶液との間に浸透圧の差が生じ、ポンプ等の供給動力を使用しなくても、第2の濃度の無機塩化物水溶液に含まれる水が第2のタンクから浸透膜を通して第1のタンクに移動し、さらに、第1のタンクから電解槽への無機塩化物水溶液の流れが発生する。このように、実施形態に係る電解装置を用いると、無機塩化物水溶液供給機構に2つの濃度の無機塩化物水溶液を収容させるだけで、その浸透圧の差を利用して無機塩化物水溶液の流れを発生させ、第1のタンクから電解槽に無機塩化物水溶液を供給することが可能となる。 In the electrolytic apparatus according to the embodiment, for example, an inorganic chloride aqueous solution having a first concentration is stored in a first tank, and an inorganic chloride aqueous solution having a second concentration equal to or lower than the first concentration is stored in a second tank. Can be accommodated. As a result, a difference in osmotic pressure occurs between the inorganic chloride aqueous solution having the first concentration and the inorganic chloride aqueous solution having the second concentration, and the second concentration can be obtained without using supply power such as a pump. The water contained in the inorganic chloride aqueous solution moves from the second tank to the first tank through the osmosis membrane, and further, the inorganic chloride aqueous solution flows from the first tank to the electrolytic cell. As described above, when the electrolysis apparatus according to the embodiment is used, the inorganic chloride aqueous solution supply mechanism only accommodates two concentrations of the inorganic chloride aqueous solution, and the difference in the osmotic pressure is utilized to flow the inorganic chloride aqueous solution. It is possible to supply the aqueous inorganic chloride solution from the first tank to the electrolytic cell.
また、実施形態に係る電解装置では、第1のラインを第1のタンクから中間室に接続し、第2のラインを中間室に設けることができる。これにより、中間室内に無機塩化物水溶液を供給し、使用済み無機塩化物水溶液を中間室から排出することができる。 In the electrolysis apparatus according to the embodiment, the first line can be connected from the first tank to the intermediate chamber, and the second line can be provided in the intermediate chamber. Thereby, the inorganic chloride aqueous solution can be supplied into the intermediate chamber, and the used inorganic chloride aqueous solution can be discharged from the intermediate chamber.
第2のラインに中間室の圧力を制御する圧力調整部をさらに設けることができる。これにより、中間室内の圧力を制御し、例えば陽極室中の陰イオンを含む溶液、及び陰極室中の陽イオンを含む溶液の中間室への逆流を防ぐことができる。 A pressure adjusting unit that controls the pressure in the intermediate chamber may be further provided in the second line. Thereby, the pressure in the intermediate chamber can be controlled, and for example, the backflow of the solution containing the anion in the anode chamber and the solution containing the cation in the cathode chamber to the intermediate chamber can be prevented.
第2のタンクに水または第2の濃度を有する無機塩化物水溶液を供給する第3のラインをさらに含むことができる。また、第1のタンクに、第1の濃度を有する無機塩化物水溶液、水、及び無機塩化物から選択される少なくとも1つを供給する第4のラインをさらに含むことが可能である。これにより、必要に応じて第1のタンク及び第2のタンクに各々所望の濃度を有する無機塩化物水溶液を供給することが可能となる。 A third line for supplying water or an inorganic chloride aqueous solution having a second concentration to the second tank may be further included. The first tank may further include a fourth line for supplying at least one selected from an aqueous inorganic chloride solution having a first concentration, water, and inorganic chloride. This makes it possible to supply an inorganic chloride aqueous solution having a desired concentration to the first tank and the second tank as needed.
また、第2のラインを第2のタンクに接続することが可能である。これにより、使用済み無機酸化物水溶液を無機塩化物水溶液供給機構に循環させて再利用することが可能となる。 It is also possible to connect the second line to the second tank. As a result, the used inorganic oxide aqueous solution can be circulated to the inorganic chloride aqueous solution supply mechanism and reused.
さらに、第1のラインにベローズ型バッファタンクをさらに設けることができる。これにより、必要に応じて、第1のタンクから第1のラインに流れた無機塩化物水溶液をベローズ型バッファタンクで受容することが可能である。例えば、電解装置の運転を停止した後、無機塩化物水溶液供給機構の無機塩化物水溶液の流れがすぐに止まらなくても、ベローズ型バッファタンクに収容することにより、無機塩化物水溶液が電解槽に流れ込むことを防ぐことができる。 Furthermore, a bellows type buffer tank can be further provided in the first line. Thereby, the inorganic chloride aqueous solution that has flowed from the first tank to the first line can be received by the bellows type buffer tank as necessary. For example, even if the flow of the inorganic chloride aqueous solution of the inorganic chloride aqueous solution supply mechanism does not stop immediately after the operation of the electrolyzer is stopped, the inorganic chloride aqueous solution is stored in the electrolytic cell by accommodating in the bellows type buffer tank. It can be prevented from flowing.
また、実施形態に係る無機塩化物水溶液カートリッジは、第1の濃度を有する無機塩化物水溶液を収容するための第1のタンク、及び第1のタンクと浸透膜により仕切られた、第1の濃度以下の第2の濃度を有する無機塩化物水溶液を収容するための第2のタンクを含む。 Moreover, the inorganic chloride aqueous solution cartridge which concerns on embodiment has the 1st density | concentration partitioned off with the 1st tank for accommodating the inorganic chloride aqueous solution which has 1st density | concentration, and the 1st tank and the osmosis membrane. A second tank for containing an inorganic chloride aqueous solution having the following second concentration is included.
無機塩化物水溶液カートリッジは、第2のタンクに収容された水または第2の濃度を有する無機塩化物水溶液をさらに含むことができる。 The inorganic chloride aqueous solution cartridge may further include water contained in the second tank or an inorganic chloride aqueous solution having a second concentration.
無機塩化物水溶液カートリッジはまた、第1のタンクに収容された、第1の濃度を有する無機塩化物水溶液、または無機塩化物粒子を無機塩化物水溶液供給機構にさらに含むことができる。 The inorganic chloride aqueous solution cartridge may further include an inorganic chloride aqueous solution having a first concentration or an inorganic chloride particle contained in the first tank in the inorganic chloride aqueous solution supply mechanism.
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
なお、実施形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。 In addition, the same code | symbol shall be attached | subjected to a common structure through embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted. In addition, each drawing is a schematic diagram for promoting the embodiment and its understanding, and the shape, dimensional ratio, and the like are different from the actual device, but these are appropriately determined in consideration of the following description and known techniques. The design can be changed.
第1の実施形態
図1は、第1の実施形態に係る三槽式電解装置の概略的な構成を表す図である。
First Embodiment FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a three-tank electrolysis apparatus according to a first embodiment.
三槽式電解装置100は、電解槽1と、無機塩化物水溶液カートリッジ20と、後述する配管ラインから構成される。無機塩化物水溶液に使用される無機塩化物としては、例えば塩化ナトリウム、及び塩化カリウム等があげられる。
The three-
電解槽1は、陽極電極4を有する陽極室7と、無機塩化物水溶液を収納する中間室2と、陰極電極6を有する陰極室8とを含む。陽極室7と中間室2との間はアニオン交換膜3により仕切られている。一方、陰極室8と中間室2との間はカチオン交換膜5で仕切られている。
The electrolytic cell 1 includes an
アニオン交換膜3は、塩素イオン、水酸化物イオンなどの陰イオンを透過する膜であり、例えばアニオン交換膜AMX(株式会社 アストム製)を用いることができる。陽極4は基材となる開口を有する弁金属に触媒を塗布したものであり、基材としてチタン、クロム、アルミニウムやその他合金等を、触媒として酸化イリジウム等の酸化物触媒などを用いることができる。カチオン交換膜5は、水素イオン、ナトリウムイオンなどの陽イオンを透過する膜であり、例えばDupont社製のナフィオン(登録商標)を用いることができる。陽極6は基材となる開口を有する弁金属に触媒を塗布したものであり、基材としてチタン、クロム、アルミニウムやその他合金などを、触媒として白金等の貴金属触媒などを用いることができる。
The
陽極室7は図示しない外部からの給水ラインに接続された供給口71と、排出口72を備えている。外部のポンプ等によって供給口71から供給された水は陽極室7に流入し、排出口72へと排出される。なお、供給口71を水道栓に接続し、水道供給圧力によって水を供給することができる。陽極室7内に塩化ビニル等で供給口から排出口方向にストレート状の流路もしくは、供給口から排出口方向をつなぐサーペンタイン流路を形成することができる。
The
中間室2は電気分解の原料となる無機塩化物水溶液を供給する供給口21と使用済みの無機塩化物水溶液を排出する排出口22を備えている。
The
陰極室8は図示しない外部からの給水ラインに接続された供給口81と、排出口82を備えている。外部のポンプ等によって供給口81から供給された水は陰極室8に流入し、排出口82へと排出される。なお、供給口81を水道栓に接続し、水道供給圧力によって水を供給することができる。陰極室8内に塩化ビニル等で供給口から排出口方向にストレート状の流路もしくは、供給口から排出口方向をつなぐサーペンタイン流路を形成することができる。
The
無機塩化物水溶液カートリッジ20は、高濃度の無機塩化物を収納した第1のタンク9と、第1のタンク9に対して低濃度の無機塩化物を収納した第2のタンク11と、第1のタンク9と第2のタンク11を隔離する浸透膜10とで構成される。浸透膜10は、無機塩化物濃度差により低濃度側から高濃度側に水を正浸透させる役割を果たし、このような膜の材料としてセロファンなどの半透膜、ポリビニルアルコールなどの逆浸透膜を用いることができる。
The inorganic chloride
第2のタンク11には供給口23が設けられ、第1のタンク9には頭頂部にフタ9b、底部に排出口24が設けられている。
The
無機塩化物水溶液カートリッジ20の第1のタンク9の排出口24と中間室2の供給口21とはラインL3を介して流体的に接続され、中間室2の排出口22と第2のタンク11の供給口23とはラインL4を介して流体的に接続される。ラインL4の一部には圧力調整弁12が接続される。
The
さらに、第1のタンク9とラインL3はカプラC1により切り離しが可能であり、第2のタンク11とラインL4はカプラc2により切り離しが可能である。よって、無機塩化物水溶液カートリッジ20を交換する際には、カプラc1、c2を切り離して、使用済みの無機塩化物水溶液カートリッジ20を未使用の無機塩化物水溶液カートリッジ20に交換することができる。
Further, the
未使用の無機塩化物水溶液カートリッジ20の第1のタンク9には水のみを収納し、第2のタンク11も水のみが収納することができる。そして、ユーザが、無機塩化物の固体9aを第1のタンク9のフタ9bを開いて投入する作業を行うことで、第1のタンク9の無機塩化物濃度が高まる。
The
また、フタ9bの代わりに、図示しない供給ラインを設け、必要に応じて、第1のタンク9に、高濃度を有する無機塩化物水溶液を供給することも可能である。あるいは、無機塩化物の固体9aを予め投入しておき、後から水を供給することもできる。
Further, a supply line (not shown) may be provided in place of the
さらに、第2のタンク11にラインL4の代わりに図示しない供給ラインを設け、水または低濃度の無機塩化物水溶液を供給することもできる。このとき、使用済みの無機塩化物水溶液は中間室2の排出口22から例えば図示しない排出ラインを通して廃棄することができる。
Furthermore, a supply line (not shown) may be provided in the
次に、無機塩化物としては、例えば塩化ナトリウムを用いた場合を例として、三槽式電解装置100の運転方法について説明する。
Next, the operation method of the three-
まず、第2のタンク11及び第1のタンク9に各々水が収容された未使用の無機塩化物水溶液カートリッジ20をカプラC1、C2を介してラインL3、ラインL4と接続後、ユーザが固体9aを第1のタンク9のフタ9bを開いて投入する作業を行う。これにより、第1のタンク9の塩化ナトリウム濃度が上昇する。塩化ナトリウム濃度が上昇すると、浸透膜10を介して第2のタンク11から第1のタンクに水の浸透が起こる。浸透した水により第1のタンク9の無機塩化物水溶液はラインL3、供給口21を経由して中間室2に供給される。
First, after connecting the unused inorganic chloride
陽極室7、陰極室8にそれぞれ外部から水を供給し、陰極6と陽極4の間に直流電圧を付加すると、中間室内の塩化物イオンがアニオン交換膜3を透過し、陽極4にて次亜塩素酸水を生成する反応に使われる。一方、中間室で融解したナトリウムイオンはカチオン交換膜5を透過し、陰極6にて水酸化ナトリウムを生成する反応に使われる。
When water is supplied to the
このようにして、実施形態にかかる電解方法によれば、陽極室7から第1のラインを介して次亜塩素酸水を取り出すことができる。また、陰極室8から第2のラインを介してアルカリ水として水酸化ナトリウム水溶液を取り出すことができる。反応が進むにつれて塩化物イオンとナトリウムイオンが使われるため、中間室2内の塩化ナトリウム水溶液濃度は低下する。この濃度が低下した塩化ナトリウム水溶液は第1のタンク9から中間室2へと流入する高濃度塩化ナトリウム水溶液によって排出口22から押し出されてラインL4を通り、圧力調整弁12で減圧された後、第2のタンク11へと供給される。圧力調整弁12を制御することで、第2のタンク11内の圧力に対し、第1のタンク9および中間室2内の圧力を所定の圧力に高めることができる。具体的には、中間室2内の圧力をPb(kPa)、陽極室内の圧力をPa(kPa)、陰極室内の圧力をPc(kPa)、第2のタンク11内の圧力をPl、大気圧をP0とした時、
Pb>Pa、Pc>Pl=P0
となるように圧力調整弁12を制御する。PbをPa、Pcより高めることで、陽極室7および陰極室8で反応で生成したガスや水がアニオン交換膜3、カチオン交換膜5を通して中間室2に流入することを抑制できる。
Thus, according to the electrolysis method according to the embodiment, hypochlorous acid water can be taken out from the
Pb> Pa, Pc> Pl = P0
The
さらに、Plを大気圧P0にすることで、万が一陽極室7および陰極室8で反応で生成したガスが中間室2に流入した場合にも、開口11aから重力を利用してガスのみを分離・排出することができる。
Further, by setting Pl to the atmospheric pressure P0, even if the gas generated by the reaction in the
なお、第2のタンク11に流入した低濃度の塩化ナトリウム水溶液の水は、第1のタンク9との濃度差により浸透膜を透過し、再び第1のタンク9へと供給される。こうして第2のタンク11から浸透膜10を透過し、第1のタンク9、ラインL3、中間室2、ラインL4を塩化ナトリウム水溶液を循環するループが、第1のタンク9と第2のタンク11との濃度差がなくなるまで繰り返される。
The low-concentration sodium chloride aqueous solution flowing into the
三槽式電解装置100の運転を停止する際には、圧力調整弁12を閉じる。これにより、無機塩化物水溶液の循環が停止する。
When stopping the operation of the three-
第1の実施の形態では、第1のタンク9と第2のタンク11との無機塩化物濃度差により浸透膜10を介して水を循環させる。これにより、無機塩化物水溶液の供給動力低減と、供給機構のコスト低減を図ることができる。また、運転によって低濃度になった無機塩化物水溶液の水を循環して再利用することで、外部からの給水配管を削減し、三槽式電解装置の小型化、コスト低減を図ることができる。
In the first embodiment, water is circulated through the
なお、ここで高濃度とは、水溶液中の無機塩化物の濃度が10重量%以上であることをいう。水溶液中の無機塩化物の濃度が10重量%より低くなると、次亜塩素酸の生成量が低下する傾向がある。 Here, high concentration means that the concentration of inorganic chloride in the aqueous solution is 10% by weight or more. When the concentration of the inorganic chloride in the aqueous solution is lower than 10% by weight, the amount of hypochlorous acid produced tends to decrease.
また、ここで低濃度とは、水溶液中の無機塩化物の濃度が5重量%以下であることをいう。水溶液中の無機塩化物の濃度が5重量%より高くなると、第1のタンク9との濃度差が小さくなり、第1のタンク9から電解槽に供給するのに必要な浸透圧が得られない傾向がある。
Moreover, low concentration means here that the density | concentration of the inorganic chloride in aqueous solution is 5 weight% or less. When the concentration of the inorganic chloride in the aqueous solution is higher than 5% by weight, the concentration difference from the
第2の実施形態
図2は、第2の実施形態に係る三槽式電解装置の概略的な構成を表す図である。
Second Embodiment FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of a three-tank electrolysis apparatus according to a second embodiment.
三槽式電解装置200は、電解槽1と、無機塩化物水溶液カートリッジ30と、後述する配管ラインから構成される。
The three-
電解槽1の構成は第1の実施形態に用いられる電解槽と同様である。 The configuration of the electrolytic cell 1 is the same as that of the electrolytic cell used in the first embodiment.
無機塩化物水溶液カートリッジ30は、第2のタンク11に排出口25がさらに設けられていること以外は、図1の無機塩化物水溶液カートリッジ20と同様の構成を有する。
The inorganic chloride
無機塩化物水溶液カートリッジ30の第1のタンク9と中間室2の供給口21とはラインL3を介して流体的に接続される。第2のタンク11の供給口23は、図示しない外部の水供給管(水道管)にラインL5によって接続される。さらに第2のタンク11の排出口25と陰極室8の供給口81とはラインL6によって流体的に接続される。中間室2の排出口22から排出された使用済みの無機塩化物水溶液はラインL7の排出口22下流に設けられた圧力調整弁12で圧力を制御された後、外部へと排出される。
The
第1のタンク9とラインL3はカプラc1により切り離しが可能である。第2のタンク11とラインL6、L5はカプラc3、c4により切り離しが可能である。よって、無機塩化物水溶液カートリッジ30を交換する際には、カプラc1、c3、c4を切り離して、使用済みの無機塩化物水溶液カートリッジ30は未使用の無機塩化物水溶液カートリッジ30に交換される。
The
未使用の無機塩化物水溶液カートリッジ30の第1のタンク9には固体塩のみを収納することができる。そして、ユーザが、固体9aを第1のタンク9のフタ9bを開いて水を投入する作業を行うことで、第1のタンク9の無機塩化物濃度が高まる。
Only the solid salt can be stored in the
次に、無機塩化物としては、例えば塩化ナトリウムを用いた場合を例として、三槽式電解装置200の運転方法について説明する。
Next, as an inorganic chloride, for example, a case where sodium chloride is used will be described as an example, and an operation method of the three-
まず、未使用の燃料カートリッジ30をカプラC1、C3、C4を介してラインL3、ラインL6、ラインL5と接続後、ラインL5、ラインL1には外部から水を供給する。ユーザが水を第1のタンク9のフタ9bを開いて塩化ナトリウムの固体9aを投入する作業を行うと、第1のタンク9内に高濃度の塩化ナトリウム水溶液ができ、浸透膜10を介して第2のタンク11から第1のタンク9に水の浸透が起こる。浸透した水により第1のタンクの塩化ナトリウム水溶液はラインL3、供給口21を介して中間室2に供給される。ここで、第2のタンク11にラインL5、供給口23を介して導入された水の一部分は上述のように、第1のタンク9に移動し、他の部分は排出口25及びラインL6を介して供給口81から陰極室8に供給される。
First, the
続いて、陽極室7水を供給し、陰極6と陽極4の間に直流電圧を付加すると、中間室2内の塩化物イオンがアニオン交換膜3を透過し、陽極4にて次亜塩素酸水を生成する反応に使われる。一方、中間室2で融解したナトリウムイオンはカチオン交換膜5を透過し、陰極6にて水酸化ナトリウムを生成する反応に使われる。
Subsequently, when water is supplied to the
反応によって無機塩化物濃度が低下した中間室2内の無機塩化物水溶液はラインL7通り、圧力調整弁2にて圧力を低下させた後、外部へと排出される。圧力調整弁2で制御する圧力値は、中間室2内の圧力をPb(kPa)、陽極室内の圧力をPa(kPa)、陰極室内の圧力をPc(kPa)とした時、
Pb>Pa,Pc
となるように圧力調整弁12を制御する。PbをPa,Pcより高めることで、陽極室7および陰極室8にて反応で生成したガスや水がアニオン交換膜3、カチオン交換膜5を通して中間室2に流入することを抑制できる。
The inorganic chloride aqueous solution in the
Pb> Pa, Pc
The
第2の実施形態では、外部からの水を第2のタンク11に通し、陰極室8に供給する。よって、第2のタンク11内の無機塩化物濃度は常に低濃度に保たれ、第1のタンク9内の無機塩化物濃度との濃度差は高く保持される。これにより、浸透膜10を介した第1のタンク9への水供給を長時間に渡り安定して動作させることが可能となる。また、外部からの水により浸透膜10が洗浄され.膜の目詰まり等による劣化を防止することができる。外部からの水に酸性の水を用いれば、膜へのスケールの付着を防止することができる。中間室2には浸透膜10の浸透圧を利用して無機塩化物水溶液を供給することができるため、無機塩化物水溶液の供給動力低減と、供給機構のコスト低減を図ることができる。なお、上記構成に対し、第2のタンク11と陰極室8を接続するラインL6の代わりに、第2のタンク11の排出口24と陽極室7の供給口71にラインを接続して、第2のタンク11から陽極室7に水を供給しても同様の効果が得られる。
In the second embodiment, water from the outside is supplied to the
第3の実施形態
図3は、第3の実施形態に係る三槽式電解装置の概略的な構成を表す図である。
Third Embodiment FIG. 3 is a diagram illustrating a schematic configuration of a three-tank electrolysis apparatus according to a third embodiment.
三槽式電解装置300は、電解槽1と、無機塩化物水溶液カートリッジ30と、後述する配管ラインと、配管ラインの一部に設けられた伸縮可能なタンク13とから構成される。
The three-
電解槽1及び無機塩化物水溶液カートリッジ30は、各々、図2に示す電解槽1及び無機塩化物水溶液カートリッジ30と同様の構成を有する。
The electrolytic cell 1 and the inorganic chloride
配管ラインは、無機塩化物水溶液カートリッジ30の第1のタンク9の排出口24と中間室2の供給口21とを接続するラインL3の一部に、伸縮可能であり,かつ自己収縮性を有する(風船のように弾性力で自然に縮むことが可能な)ベローズ型バッファタンク13が配置されていること以外は、図2の配管ラインと同様の構成を有する。ベローズ型バッファタンクは、蛇腹状の形状をしており、蛇腹が延びることで収納する無機塩化物水溶液量を増加させ、縮むことで収納する無機塩化物水溶液量を減少させる。
The piping line can be expanded and contracted at a part of the line L3 connecting the
未使用の無機塩化物水溶液カートリッジ30の第1のタンク9には水または塩化ナトリウム水溶液を収納することができる。
The
次に、無機塩化物としては、例えば塩化ナトリウムを用いた場合を例として、三槽式電解装置300の運転方法について説明する。
Next, as the inorganic chloride, for example, a method of operating the three-
ユーザが、固体9aを第1のタンク9のフタ9bを開いて塩化ナトリウム固体もしくは塩化ナトリウム水溶液を投入する作業を行うことで、第1のタンク9の無機塩化物濃度が高まる。
The user performs the operation of opening the
第1のタンク9と第2のタンク11間に濃度差が生じると、浸透膜を介して浸透圧が発生し、低濃度側から高濃度側に水の流入が生じる。これにより、第1のタンク9に含まれる高濃度の無機塩化物水溶液はラインL3を通り、電解槽1の供給口21へと送られる。そして、陰極6と陽極4の間に直流電圧を付加することで運転がなされる。一方、電解槽1の運転を停止する場合、陰極6と陽極4の間の電圧不可を停止し、外部からラインL1、L5への水供給を停止する。この時、第2のタンク11に水が残っていると、第1のタンク9に含まれる無機塩化物水溶液との濃度差によって浸透膜10を介した水の移動が生じる。そこで、第3の実施形態では圧力調整部12を閉じ、ベローズ型バッファタンク13にて停止中に移動する無機塩化物水溶液を回収する。そして、次回運転を開始する際に回収した無機塩化物水溶液をベローズタンクが収縮する力を利用してラインL3に押し出し,再利用する。これにより、燃料カートリッジ内の無機塩化物水溶液を有効利用し、電解槽1の長時間安定した運転が可能となる。
When a concentration difference occurs between the
第4の実施形態
図4は、第4の実施形態に係る三槽式電解装置の概略的な構成を表す図である。
4th Embodiment FIG. 4: is a figure showing the schematic structure of the 3 tank type electrolyzer based on 4th Embodiment.
三槽式電解装置400は、第1の電解槽1aと第2の電解槽1bと、無機塩化物水溶液カートリッジ20と、後述する配管ラインから構成される。
The three-
電解槽1a,1bはともに、陽極電極4を有する陽極室7と、無機塩化物水溶液を収納する中間室2と、陰極電極6を有する陰極室8とを含む。陽極室7と中間室2との間はアニオン交換膜3により仕切られている。一方、陰極室8と中間室2との間はカチオン交換膜5で仕切られている。第1の電解槽1a及び第2の電解槽1bは、第1の実施形態に用いられる電解槽1と同様の構成を有する。
Both
無機塩化物水溶液カートリッジ20は、図1と同様の構成を有する。
The inorganic chloride
無機塩化物水溶液カートリッジ20の第1のタンク9と電解槽1aにおける供給口21aとはラインL3を介して流体的に接続され、電解槽1aにおける排出口22aと電解槽1bにおける供給口21bとはラインL8を介して流体的に接続される。ラインL8の一部には圧力調整弁12aが設けられる。さらに、電解槽1bにおける排出口22bと第2のタンクとはラインL9を介して流体的に接続される。ラインL9の一部には圧力調整弁12bが設けられる。
The
第1のタンク9とラインL3はカプラC1により切り離しが可能であり、第2のタンク11とラインL8はカプラc2により切り離しが可能である。よって、無機塩化物水溶液カートリッジ20を交換する際には、カプラc1、c2を切り離して、使用済みの無機塩化物水溶液カートリッジ20を未使用の無機塩化物水溶液カートリッジ20に交換する。
The
第4の実施形態では、第1のタンク9から供給された高濃度無機塩化物水溶液を電解槽1aに供給した後再び電解槽1bに供給する。これにより、電解槽1aで使われなかった無機塩化物水溶液を電解槽1bで再利用し、無機塩化物水溶液カートリッジ20内の無機塩化物水溶液を有効利用することができる。無機塩化物水溶液が有効利用され、L8を介して第2のタンク11に戻る無機塩化物水溶液の濃度が下がれば、第1のタンク9と第2のタンク11間の濃度差を大きく維持することができ、浸透膜10を介した水の輸送を長時間に渡り維持することができる。
In the fourth embodiment, the high-concentration inorganic chloride aqueous solution supplied from the
一方、濃度によって次亜塩素酸の生成量は変わり、無機塩化物水溶液の濃度が低下すると生成量が低下する。よって電解槽1bのラインL1b,L2bに供給する水量をラインL1a,L2aに供給する水量より下げ、かつ、印加する直流値を下げることで、電解槽1bにおける次亜塩素酸の生成効率を維持することができる。
On the other hand, the amount of hypochlorous acid produced varies depending on the concentration, and the amount produced decreases as the concentration of the aqueous inorganic chloride solution decreases. Therefore, the amount of water supplied to the lines L1b and L2b of the
なお、図4では第1の電解槽1aと第2の電解槽2bの2つの電解槽を有する場合について説明したが、電解槽を3つ以上設けることができる。
In addition, although FIG. 4 demonstrated the case where it had two electrolytic vessels, the 1st
第5の実施形態
図5は、第5の実施形態に係る二槽式電解装置の概略的な構成を表す図である。
Fifth Embodiment FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a two-tank electrolysis apparatus according to a fifth embodiment.
二槽式電解装置500は、電解槽101と、無機塩化物水溶液カートリッジ30と、後述する配管ラインから構成される。
The two-
電解槽101は、陽極電極104を有する陽極室107と、陰極電極106を有する陰極室108とを含む。陽極室107と陰極室108との間は隔壁150で仕切られている。
The
隔膜150は塩素イオン、水酸化物イオンなどの陰イオンを透過する膜であり、例えばアニオン交換膜AMX(株式会社 アストム製)を用いることができる.
陽極電極104は、第1の実施形態に用いられる陽極電極4と同様の構成を有する。
The
The
陰極電極106は、第1の実施形態に用いられる陰極電極6と同様の構成を有する。
The
無機塩化物水溶液カートリッジ30は、高濃度の塩化ナトリウムを収納した第1のタンク9と、第1のタンク9に対して低濃度の塩化ナトリウムを収納した第2のタンク11と、高濃度側水溶液タンク9と第2のタンク11を隔離する浸透膜10とで構成される。
The inorganic chloride
無機塩化物水溶液カートリッジ30の第1のタンク9からのラインL10と図示しない外部の水供給管(水道管)ラインL11とは陽極側混合器114で接続される。さらに、第1のタンク9からのラインL12と後述するラインL13とは陰極側混合器115で接続される。第2のタンク11は図示しない外部の水供給管(水道管)にラインL15によって接続され、さらに第2のタンク11と陰極側混合器115とはラインL13によって流体的に接続される。ラインL10の一部には陽極側圧力調整弁16が設けられ、ラインL12の一部には陰極側圧力調整弁17が設けられる。
A line L10 from the
第1のタンク9とラインL10,L12はカプラc1により切り離しが可能である。第2のタンク11とラインL13,L15はカプラc3,c4により切り離しが可能である。よって、無機塩化物水溶液カートリッジ30を交換する際には、カプラc1,c3,c4を切り離して、使用済みの無機塩化物水溶液カートリッジ30は未使用の無機塩化物水溶液カートリッジ30に交換される。
The
未使用の無機塩化物水溶液カートリッジ30の第1のタンク9には無機塩化物の固体のみを収納することができる。そして、ユーザが、固体9aを第1のタンク9のフタ9bを開いて水を投入する作業を行うことで、第1のタンク9の無機塩化物濃度が高まる。
The
次に、無機塩化物としては、例えば塩化ナトリウムを用いた場合を例として、二槽式電解装置500の運転方法について説明する。
Next, the operation method of the two-
まず、第1のタンク9に塩化ナトリウムの固体のみを収納した未使用の無機塩化物水溶液カートリッジ30をカプラC1,C3,C4を介して接続後,ラインL11、ラインL15には外部から水を供給する。ユーザが水を第1のタンク9のフタ9bを開いて投入する作業を行うと、第1のタンク9内に高濃度の塩化ナトリウム水溶液ができ、浸透膜10を介して第2のタンク11から第1のタンクに水の浸透が起こる。浸透した水により第1のタンク9の無機塩化物水溶液はラインL10、ラインL12を介して陽極側混合器114、陰極側第二の混合器115に供給される。陽極側混合器114にてラインL9から供給される無機塩化物水溶液の圧力がラインL11から供給される水の圧力より高くなるよう、陽極側圧力調整弁16を制御する。また、陰極側混合器15にてラインL12から供給される無機塩化物水溶液の圧力がラインL13から供給される水の圧力より高くなるよう、陰極側圧力調整弁17を制御する。これにより、ラインL11からラインL10への水の逆流および、ラインL14からラインL10への水の逆流を防ぐことが可能となる。
First, after an unused inorganic chloride
陽極室107、陰極室108にそれぞれ混合した無機塩化物水溶液を供給し、陰極106と陽極104の間に直流電圧を付加すると、塩化物イオンが隔壁150を透過し、陽極104にて次亜塩素酸水を生成する反応に使われる。次亜塩素酸を含む水はL14を通り、外部へと供給される。
When mixed inorganic chloride aqueous solutions are supplied to the
第5の実施形態では、第1のタンク9に含まれる塩化ナトリウムを浸透圧によって陽極室107と陰極室108に供給する。供給は第1のタンク9と第2のタンク11との無機塩化物濃度差を駆動源とするため、供給ポンプが不要となり、無機塩化物水溶液の供給動力低減と、供給機構のコスト低減を図ることができる。
In the fifth embodiment, sodium chloride contained in the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1,1a,1b,101…電解槽、2…中間室、3…第1の隔膜、4,104…陽極電極、5…第2の隔膜、6,106…陰極電極、7,107…陽極室、8,108…陰極室、9…第1のタンク、10…浸透膜、11…第2のタンク、12,12a,12b,14,16,17…圧力調整部、13…ベローズ型バッファタンク、20,30…無機塩化物水溶液供給機構、100,200,300,400,500…電解装置、L3,L10,L12…第1のライン、L4,L7,L9,L14…第2のライン
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記中間室と第2の隔膜により仕切られた、陰極電極を有する陰極室を含む電解槽と、
第1のタンク、及び前記第1のタンクと浸透膜により仕切られた第2のタンクを含む無機塩化物水溶液供給機構と、
前記第1のタンクを前記電解槽に接続する第1のラインと、
前記電解槽から使用済み無機塩化物水溶液を排出する第2のラインとを具備する電解装置。 An electrolytic cell including an anode chamber having an anode electrode, an intermediate chamber partitioned from the anode chamber by a first diaphragm, and a cathode chamber having a cathode electrode partitioned from the intermediate chamber and a second diaphragm;
An inorganic chloride aqueous solution supply mechanism including a first tank and a second tank partitioned from the first tank by a permeable membrane;
A first line connecting the first tank to the electrolytic cell;
And a second line for discharging the used inorganic chloride aqueous solution from the electrolytic cell.
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