JP3456015B2

JP3456015B2 - 電解槽

Info

Publication number: JP3456015B2
Application number: JP14015694A
Authority: JP
Inventors: 幸雄後藤
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-06-22
Filing date: 1994-06-22
Publication date: 2003-10-14
Anticipated expiration: 2018-10-14
Also published as: JPH081165A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、殺菌に有効な次亜塩素
酸等の生成、水道水、井戸水等の原水を電解してアルカ
リイオン水や酸性水等の生成、あるいは各種工業・研究
所などで使用される脱イオン水の生成あるいは電解質の
濃縮などを行うための電解槽に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１１は従来の次亜塩素酸発生用の電解
槽の構造図であり、陽極板１と陰極板２が交互に複数配
列されている。この電解槽に塩化物イオンを含有した被
処理水が供給された状態で、陽極板１と陰極板２の間に
直流電流が印加されると、陽極板１の表面では次の反応
で塩素ガスが生成する。

【０００３】２Ｃｌ^- →Ｃｌ₂ ＋２ｅ^- 生成した塩素ガスは次の反応により次亜塩素酸を生成す
る。

【０００４】２Ｃｌ₂ ＋Ｈ₂ Ｏ→１ＨＣｌＯ＋ＨＣｌしたがって電解室３から次亜塩素酸が増加した処理水が
得られ、殺菌等に利用される。

【０００５】また、図１２は従来のアルカリイオン整水
器用の電解槽の構造図であり、交互に配置された複数の
陽極板１と陰極板２の間に隔膜５が一枚配置されてい
る。この電解槽に電解質を含有した被処理水が供給され
た状態で、陽極板１と陰極板２の間に直流電流が印加さ
れると、隔膜５と陽極板１の間に陽極室３が、また隔膜
５と陰極板２の間に陰極室４が形成される。そして電気
による陽イオン、陰イオンの泳動が起こり、陽極室３か
らは陽イオン濃度が減少し、また陰イオン濃度が増加
し、ｐＨが低下した処理水が得られる。また、陰極室４
からは陽イオン濃度が増加し、また陰イオン濃度が減少
し、ｐＨが上昇した処理水が得られる。したがって目的
によって陽極室処理水か陰極室処理水の一方あるいは双
方を利用する。

【０００６】図１３は従来の電気透析装置用の電解槽の
構造図であり、陽極板１と陰極板２の間に陰イオン交換
膜５と陽イオン交換膜６が交互に複数配列されている。
この電解槽に電解質を含有した被処理水が供給された状
態で、陽極板１と陰極板２の間に直流電流が印加される
と、陰イオン交換膜５と陽イオン交換膜６の間に脱塩室
７と濃縮室８が交互に形成される。また、陽極板１と陰
イオン交換膜５の間に陽極室３と、陰極板２と陽イオン
交換膜６の間に陰極室４が形成され、脱塩室７からは電
解質が減少した脱塩水が、濃縮室８からは電解質が増加
した濃縮水が得られ、目的によって脱塩水か濃縮水の一
方あるいは双方を利用する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の電解槽では
電解質移動、電極板での化学的反応等をより進行させる
ためには、その駆動力である電流を大きくする必要があ
るが、電気透析では限界電流密度を超える電流を印加し
ても性能は向上しない。この限界電流密度は印加してい
る電流値を電極の面積で除した値であるから、電極面積
を増やすことが必要となる。しかしながら、従来の電解
槽は平板箱型、フィルタープレス型の構造をとるのが一
般的であり、電極面積を大きくするには装置の大型化、
あるいは多段の処理が必要であった。つまり、電解槽体
積に対する電極面積の充填密度が小さいことが問題点と
なっていた。

【０００８】本発明は以上の問題点を解決するもので、
電解槽体積に対する電極の有効面積を大きくとれる小型
コンパクトな水処理を行うための電解槽を提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに本発明は、複数のシート状の電極板と、電解室とな
るシート状のスペーサーと、電極板の始端部を当接する
ためのエッジが形成された芯材とを設け、該エッジに始
端部が当接された電極板とスペーサーを芯材の周囲にス
パイラル状に巻回して水処理を行うための電解槽とした
ものである。

【００１０】また、複数のシート状の電極板と、陽極室
と陰極室となるシート状のスペーサーと、シート状の隔
膜と、電極板の始端部を当接するためのエッジが形成さ
れた芯材とを設け、該エッジに始端部が当接された電極
板とスペーサーと隔膜をスパイラル状に巻回して水処理
を行うための電解槽としたものである。

【００１１】また、複数のシート状の電極板と、陽極室
と陰極室となるシート状のスペーサーと、シート状の中
間室と、電極板の始端部を当接するためのエッジが形成
された芯材とを設け、該エッジに始端部が当接された電
極板とスペーサーと中間室をスパイラル状に巻回して水
処理を行うための電解槽としたものである。

【００１２】また、複数のシート状の電極板と、陽極室
と陰極室となるシート状のスペーサーと、シート状の脱
塩室および濃縮室と、電極板の始端部を当接するための
エッジが形成された芯材とを設け、該エッジに始端部が
当接された電極板と前記スペーサー、前記脱塩室および
濃縮室とを前記芯材の周囲にスパイラル状に巻回して水
処理を行うための電解槽としたものである。

【００１３】また中間室内や脱塩室内に固体のイオン交
換物質を充填したものである。さらに、芯材を水処理カ
ートリッジとしたものである。

【００１４】

【作用】本発明は上記した構成により、電解槽体積に対
する電極の有効面積を大きくとれ、小型コンパクトな水
処理を行うための電解槽を得ることができる。

【００１５】またシート状の中間室、あるいはシート状
の脱塩室および濃縮室をスパイラル状に巻回することに
より、電気透析用の水処理を行うための電解槽を小型コ
ンパクトに構成できる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。図１は本発明の第一実施例の次亜塩素
酸発生用の電解槽の断面図、図２は同陽極板と陰極板を
開いた状態の斜視図、図３は同電解槽の斜視図、図４は
同電解槽の縦断面図である。図１および図２において、
この電解槽２０は、棒状の芯材２１にシート状の陽極板
２２と陰極板２３をシート状のスペーサー２４を間には
さんでスパイラル状に巻回して形成されている。このス
ペーサー２４は電解室となる。図１に示すように、芯材
２１の周面には陽極板２２と陰極板２３の始端部を当接
させるためのエッジ２５，２６が形成されている。この
芯材２１については後述する。また図２に示すように陽
極板２２と陰極板２３の終端部の側端部には端子２７，
２８が一体的に形成されている。これらの端子２７，２
８は導線を介して直流電源（図外）に接続される。

【００１７】図３および図４において、６３は電解槽の
本体となる外筒であって、その両側部には導水口側キャ
ップ６４と吐水口側キャップ６５が装着されており、被
処理水を電解室（スペーサー２４）に導水するための導
水口６１と、処理水を吐水するための吐水口６２がそれ
ぞれ付設されている。６６は陽極板端子であって、上記
端子２７に接続されている。また６７は陰極板端子であ
って、上記端子２８に接続されている。６８はＯリン
グ、６９はブラインシール、７０はクランプ、７１およ
び７２は漏電防止用コーキング、７３は端子２７と陽極
板端子６６を結線する絶縁体被覆導線である。

【００１８】陽極板２２と陰極板２３は本実施例におい
ては、厚さ０．１ｍｍのシート状の白金メッキされたチ
タン材を使用した。他の材質・厚みであっても長期にわ
たって電圧を印加できるものであれば問題ない。加え
て、本実施例では、陽極板２２と陰極板２３に電圧を印
加するための端子２７，２８を陽極板２２と陰極板２３
をそれぞれ切り出すことで設けている。他の手法であっ
ても、電圧を印加することが可能な構造であればよい。
また、スペーサー２４は厚さ１．５ｍｍのネットにより
形成されており、本実施例ではポリプロピレン製のもの
を使用した。他の材質・形状・厚みであっても電解室の
空間を維持し、液体が流れる通水性構造のものであれば
よい。また、電解槽２０のスケール等の洗浄のために、
陽極板２２と陰極板２３の極性を自動または手動にて逆
転させる手段を有することで電解槽２０の長期的な運転
の安全性を図ることができる。

【００１９】ところで芯材２１は、例えば塩化ビニール
等で形成されており、シート状の陽極板２２、陰極板２
３を巻きつけるための芯となるものである。また、芯材
２１には、水処理カートリッジとしての機能をもたせる
こともできる。すなわち、芯材２１の内部を空胴にし、
例えば活性炭、中空糸膜を内蔵させて導水口６１から給
水された原水をこの芯材２１の内部を介して浄化した後
電解槽に導入するのである。芯材２１の水処理カートリ
ッジとしての機能は浄水を行うものが代表的であるが、
目的に応じた水処理手段を適宜選択できるものである。
このように水処理カートリッジをシート状の陽極板２
２，陰極板２３とシート状のスペーサー２４の中心部に
内蔵させることによって水処理を行うための電解槽をコ
ンパクトなものにすることができる。

【００２０】このように構成された電解槽２０の水の流
れについて説明する。図２において、陽極板２２と陰極
板２３に電圧が印加された状態において、導水口より導
かれた被処理水は、電解槽２０の一端よりスペーサー２
４に流入する。スペーサー２４では、次亜塩素酸の生成
が起こり、次亜塩素酸を含有した水が電解槽２０の他端
より吐出される。また、本実施例は電極の対の数は１対
であるが、複数であってもよい。

【００２１】このような構造の電解槽２０とすることで
下記のような条件での本実施例では単位体積当たりの面
積は７８０ｍ² ／ｍ³ となり、下記のような条件で計算
した従来のフィルタープレス型のモジュールでは単位体
積当たりの面積は５１０ｍ²／ｍ³ となり、約５３％電
解槽の電解槽体積に対する電極の有効面積を大きくとれ
る。

【００２２】＜共通条件＞電極有効面積１．２ｍ² 陽極板厚み０．１ｍｍ陰極板厚み０．１ｍｍ電解室厚み１．５ｍｍ＜本実施例＞芯材外経２０ｍｍモジュール外経１００ｍｍモジュール長さ２００ｍｍ＜フィルタープレス型＞締付板厚み１０ｍｍ締付板幅１００ｍｍ締付板高さ２００ｍｍ図５は本発明の第二実施例のアルカリイオン水および酸
性水製造用の電解槽の断面図、図６は同電解槽の陽極板
と陰極板を開いた状態の斜視図である。図５に示すよう
に、本電解槽３０は２枚のシート状の陽極板２２と陰極
板２３、シート状の隔膜３４、加えて陽極室３１と陰極
室３２を形成するためのシート状スペーサーを交互に芯
材３３を中心としてスパイラル状に巻回している。また
図には示されていないが被処理水を陽極室３１と陰極室
３２に導水するための導水口と処理水を吐水するための
吐水口がそれぞれ付設されている。また、図６に示すよ
うに、陽極板２２に正の電圧を、陰極板２３に負の電圧
を印加するための端子２７，２８よりそれぞれ付設さ
れ、別置の直流電源に接続される。

【００２３】陽極板２２および陰極板２３は、第一実施
例と同様の素材により同様に形成されている。また、陽
極室３１と陰極室３２はそれぞれ厚さ１．５ｍｍのネッ
ト状のスペーサーにより形成されており、本実施例では
ポリプロピレン製のものを使用した。他の材質・形状・
厚みであっても陽極室３１と陰極室３２の空間を維持
し、液体が流れる構造のものであればよい。また、隔膜
３４は本実施例では、平均孔経２．５μｍの多孔性プラ
スチックの中性膜を使用した。他の隔膜でも、隔膜中で
イオンの移動が電界中で起こり、長期にわたり経済的な
電気抵抗を維持できる中性膜、弱塩基性陰イオン交換
膜、強塩基性陰イオン交換膜、弱酸性陽イオン交換膜お
よび強酸性陽イオン交換膜であれば問題ない。またこの
ものも、電解槽３０のスケール等の洗浄のために、陽極
板２２と陰極板２３の極性を自動または手動にて逆転さ
せる手段を有することで電解槽の長期的な運転の安全性
を図ることもできる。

【００２４】このように構成された電解槽３０の水の流
れについて説明する。図６において、陽極板２２と陰極
板２３に電圧が印加された状態において、導水口より導
かれた被処理水は、電解槽３０の一端より陽極室３１と
陰極室３２に流入する。陽極室３１では、陰イオンの濃
縮が起こり、ｐＨが低下する。陰極室３２では、陽イオ
ンの濃縮が起こり、ｐＨが上昇する。陰極室３２で処理
された水は、電解槽３０の他端より吐出される。陽極室
３１で処理された水は陽極室３１の吐水口側に設けられ
た中間室集水管３５に流れ込む。中間室集水管３５は他
端が芯材３３に接合されており、芯材３３に設けられた
流路を通過して吐出口より処理水として吐出される。

【００２５】本実施例では、陽極室３１が２室あるため
芯材３３に設けられた流路には中間室集水管３５が２本
合流している。また本実施例は電極の対の数は１対であ
るが、複数であっても問題はない。また、本実施例は中
間室集水管３５として内径が１ｍｍ、外径が２ｍｍのシ
リコンゴム管に多数の穴を形成したものを使用した。管
の材質はスパイラル状に曲げることが可能で、十分な通
水ができれば問題ない。加えて、本実施例は集水機構に
管を利用したものであるが、十分な集水ができ、室内に
均一に液体を通過させることができれば集水機構の形態
は特に問わない。陽極室３１または陰極室３２に導水さ
れる水はスケール等の発生で不適合が起こる場合は被処
理水とは別の適切な電解質溶液を供給することもでき
る。この場合、導水は２種類となるため、導水系統毎の
導水口を設けることとなる。

【００２６】このような構造の電解槽３０とすることで
下記のような条件での本実施例では単位体積当たりの面
積は３８０ｍ² ／ｍ³ となり、下記のような条件で計算
した従来のフィルタープレス型のモジュールでは単位体
積当たりの面積は２６０ｍ²／ｍ³ となり、約４６％電
解槽の電解槽体積に対する電極の有効面積を大きくとれ
る。

【００２７】＜共通条件＞電極有効面積０．６ｍ² 陽極板厚み０．１ｍｍ陰極板厚み０．１ｍｍ陽極室厚み１．５ｍｍ陰極室厚み１．５ｍｍ隔膜厚み０．２ｍｍ＜本実施例＞芯材外径２０ｍｍモジュール外径１００ｍｍモジュール長さ２００ｍｍ＜フィルタープレス型＞締付板厚み１０ｍｍ締付板幅１００ｍｍ締付板高さ２００ｍｍ図７は本発明の第三実施例の電気透析用の電解槽の断面
図、図８は同陽極板と陰極板を開いた状態の斜視図であ
る。図７に示すように、本電解槽４０は２枚のシート状
の陽極板２２と陰極板２３、シート状の陰イオン交換膜
４１、シート状の陽イオン交換膜４２、加えて陽極室３
１と陰極室３２および中間室４３を形成するためのシー
ト状スペーサーを交互に芯材４４を中心としてスパイラ
ル状に巻回しており、図には示されていないが被処理水
を陽極室３１、陰極室３２および中間室４３に導水する
ための導水口と処理水を吐水するための吐水口がそれぞ
れ付設されている。

【００２８】陽極板２２、陰極板２３、陽極室３１、陰
極室３２は上記第二実施例と同様の素材により同様に形
成されている。また、陰イオン交換膜４１は本実施例で
は、輸率９９％以上の強塩基性陰イオン交換膜を使用し
た。他の隔膜でも、隔膜中でイオンの移動が電界中で起
こり、長期にわたり経済的な電気抵抗を維持できる中性
膜、弱塩基性陰イオン交換膜および強塩基性陰イオン交
換膜であれば問題ない。また、陽イオン交換膜４２は本
実施例では、輸率９９％以上の強酸性陽イオン交換膜を
使用した。他の隔膜でも、隔膜中でイオンの移動が電界
中で起こり、長期にわたり経済的な電気抵抗を維持でき
る中性膜、弱酸性陽イオン交換膜および強酸性陽イオン
交換膜であればよい。また、中間室４３内の固体のイオ
ン交換物質が陽イオン交換物質と陰イオン交換物質の混
合体または積層体であって陽イオン交換物質と陰イオン
交換物質のイオン交換容量比が１：３と３：１の間で中
間室４３に充填することで、イオンの移動を容易にする
こともできる。

【００２９】陽イオン交換物質としては陽イオン交換樹
脂、陽イオン交換繊維等陽イオン交換能を有する固体、
陰イオン交換物質としては陰イオン交換樹脂、陰イオン
交換繊維等の陰イオン交換能を有する固体が使用でき
る。また、電解槽４０のスケール等の洗浄のために、陽
極板２２と陰極板２３の極性を自動または手動にて逆転
させる手段を有することで電解槽４０の長期的な運転の
安全性を図ることもできる。また、本実施例では、中間
室４３において、被処理水中の電解質の脱塩を目的に構
成されているが、陽極板２２と陰極板２３の極性を入れ
替えた形で運転することで被処理水中の電解質の濃縮に
使用することもできる。

【００３０】このように構成された電解槽４０の水の流
れについて説明する。図８における陽極板２２と陰極板
２３に電圧が印加された状態において、導水口より導か
れた被処理水は、電解槽４０の一端より陽極室３１、陰
極室３２および中間室４３に流入する。陽極室３１では
陰イオンの濃縮が起こり、ｐＨが低下する。陰極室３２
では陽イオンの濃縮が起こり、ｐＨが上昇する。これら
陽極室３１と陰極室３２で濃縮された水は電解槽４０の
他端より合流した後吐出される。陽極室３１と陰極室３
２に導水される水はスケール等の発生で不適合が起こる
場合は被処理水とは別の適切な電解質溶液を供給するこ
ともできる。この場合、導水は２ないし３種類となるた
め、導水系統毎の導水口を設けることとなる。

【００３１】中間室４３では、陰イオン、陽イオンの脱
塩が起こり、中間室４３の吐水口側に設けられた中間室
集水管４５に流れ込む。中間室集水管４５は他端が芯材
４４に接合されており、芯材４４に設けられた流路を通
過して吐出口より処理水として吐出される。本実施例で
は、中間室４３が２室あるため芯材４４に設けられた流
路には中間室集水管４５が２本合流している。また本実
施例では電極の対の数は１対であるが、複数であっても
問題はない。また、本実施例は中間室集水管４５として
内径が１ｍｍ、外径が２ｍｍのシリコンゴム管に多数の
穴を形成したものを使用した。管の材質はスパイラル状
に曲げることが可能で、十分な通水ができれば問題な
い。加えて、本実施例は集水機構に管を利用したもので
あるが、十分な集水ができ、室内に均一に液体を通過さ
せることができれば集水機構の形態は特に問わない。

【００３２】このような構造の電解槽４０とすることで
下記のような条件での本実施例では単位体積当たりの面
積は１９０ｍ² ／ｍ³ となり、下記のような条件で計算
したフィルタープレス型のモジュールでは単位体積当た
りの面積は１３０ｍ² ／ｍ³となり、約４６％電解槽の
電解槽体積に対する電極の有効面積を大きくとれる。

【００３３】＜共通条件＞電極有効面積０．３ｍ² 陽極板厚み０．１ｍｍ陰極板厚み０．１ｍｍ陽極室厚み１．５ｍｍ陰極室厚み１．５ｍｍ中間室厚み３．０ｍｍ陽イオン交換膜厚み０．１５ｍｍ陰イオン交換膜厚み０．１５ｍｍ＜本実施例＞芯材外径２０ｍｍモジュール外径１００ｍｍモジュール長さ２００ｍｍ＜フィルタープレス型＞締付板厚み１０ｍｍ締付板幅１００ｍｍ締付板高さ２００ｍｍ図９は本発明の第四実施例の電気透析用の電解槽の断面
図、図１０は同陽極板と陰極板を開いた状態の斜視図で
ある。この電解槽５０は、芯材５１に、それぞれがシー
ト状の陽極板２２、陰極板２３、陽極室３１、陰極室３
２、陰イオン交換膜５２、陽イオン交換膜５３、脱塩室
５４、濃縮室５５をスパイラル状に巻回して形成されて
いる。５６は脱塩室集水管である。これらの素材の材料
などは前記各実施例と同様であり、本実施例もコンパク
トな電解槽５０を構成できる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、複数のシ
ート状の電極板を、電解室となるシート状のスペーサー
を間にはさんでスパイラル状に巻回して電解槽を構成し
ているので、電解槽の電解槽体積に対する電極の有効面
積を大きくとれ、小型コンパクトな水処理を行うための
電解槽を実現できる。また同様に、シート状の中間室、
あるいはシート状の脱塩室および濃縮室をスパイラル状
に巻回することにより、電気透析用の電解槽を小型コン
パクトに構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例の次亜塩素酸発生用の電解
槽の断面図

【図２】本発明の第一実施例の次亜塩素酸発生用の電解
槽の陽極板と陰極板を開いた状態の斜視図

【図３】本発明の第一実施例の次亜塩素酸発生用の電解
槽の斜視図

【図４】本発明の第一実施例の次亜塩素酸発生用の電解
槽の縦断面図

【図５】本発明の第二実施例のアルカリイオン水および
酸性水製造用の電解槽の断面図

【図６】本発明の第二実施例の電解槽の陽極板と陰極板
を開いた状態の斜視図

【図７】本発明の第三実施例の電気透析用の電解槽の断
面図

【図８】本発明の第三実施例の電気透析用の電解槽の陽
極板と陰極板を開いた状態の斜視図

【図９】本発明の第四実施例の電気透析用の電解槽の断
面図

【図１０】本発明の第四実施例の電気透析用の電解槽の
陽極板と陰極板を開いた状態の斜視図

【図１１】従来の次亜塩素酸発生用の電解槽の構造図

【図１２】従来のアルカリイオン整水器用の電解槽の構
造図

【図１３】従来の電気透析装置用の電解槽の構造図

【符号の説明】

２０，３０，４０，５０電解槽２２陽極板２３陰極板２４スペーサー（電解室）３１陽極室３２陰極室４３中間室５４脱塩室５５濃縮室

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のシート状の電極板と、電解室となる
シート状のスペーサーと、前記電極板の始端部が当接さ
れるためのエッジが形成された芯材とを備え、該エッジ
に始端部が当接された電極板と前記スペーサーが、前記
芯材の周囲にスパイラル状に巻回されたことを特徴とす
る水処理を行うための電解槽。
【請求項２】複数のシート状の電極板と、陽極室と陰極
室となるシート状のスペーサーと、シート状の隔膜と、
前記電極板の始端部が当接されるためのエッジが形成さ
れた芯材とを備え、該エッジに始端部が当接された電極
板と前記スペーサーと前記隔膜が、前記芯材の周囲にス
パイラル状に巻回されたことを特徴とする水処理を行う
ための電解槽。
【請求項３】複数のシート状の電極板と、陽極室と陰極
室となるシート状のスペーサーと、シート状の中間室
と、前記電極板の始端部が当接されるためのエッジが形
成された芯材とを備え、該エッジに始端部が当接された
電極板と前記スペーサーと前記中間室が、前記芯材の周
囲にスパイラル状に巻回されたことを特徴とする水処理
を行うための電解槽。
【請求項４】複数のシート状の電極板と、陽極室と陰極
室となるシート状のスペーサーと、シート状の脱塩室お
よび濃縮室と、前記電極板の始端部が当接されるための
エッジが形成された芯材とを備え、該エッジに始端部が
当接された電極板と前記スペーサー、前記脱塩室および
濃縮室とが、前記芯材の周囲にスパイラル状に巻回され
たことを特徴とする水処理を行うための電解槽。
【請求項５】前記中間室内に固体のイオン交換物質を充
填することを特徴とする請求項３記載の水処理を行うた
めの電解槽。
【請求項６】前記脱塩室内に固体のイオン交換物質を充
填することを特徴とする請求項４記載の水処理を行うた
めの電解槽。
【請求項７】前記芯材が水処理カートリッジであること
を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の水処理を
行うための電解槽。