JP3697784B2 - 無隔膜型電解槽 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、陽極側と陰極側からなる電極板を、隔膜を介在させることなく互いに近接して平行に対向配置した無隔膜型電解槽に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、陽極側と陰極側からなる電極板を、隔膜を介在させることなく互いに近接して平行に対向配置することにより、電極板の対向面に層流として生じたイオンリッチ水を取り出すようにした無隔膜型電解槽として、例えば特開８−１９７８１号に示されるものが知られている。このものは、一方の電極板を貫通して他方の電極板に給電する給電部材や、電極板をケースに取付けるために電極板を貫通する取付部材等を備えており、これらの部材を貫通させるための貫通孔を電極板に形成していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この貫通孔は、電極の一面側から他面側へプレスすることにより形成されるものであるため、他面側にバリが生じてしまい、このバリにより対向面の層流が乱され、電極板の電解効率が低下するおそれがあった。
【０００４】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明は、陽極側と陰極側からなる電極板を、隔膜を介在させることなく互いに近接して平行に対向配置することにより、前記電極板の対向面に層流として生じたイオンリッチ水を取り出すようにした無隔膜型電解槽において、
前記陽極側の電極板の表面で形成した酸性水を、該電極板の対面側から反対方向に流すスリットを、該電極板の対向面側から反対側にプレスすることにより形成される形状としたことにより、対向面の貫通孔近傍で層流が乱されることがなくなり、電極板の電解効率低下が防止できる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例に係る水処理装置を示す。この水処理装置１は例えば流し３を備えた台所カウンター５上に載置して使用するようになっている。図示した使用例では、流しにはシングルレバー型の湯水混合栓９が設置してあり、この湯水混合栓９には給湯パイプ１１を介して給湯器（図示せず）からの湯が供給され、水道管（図示せず）に接続された給水パイプ１３から上水が供給されるようになっている。
【０００６】
湯水混合栓９のスパウト１５には切り替え弁機構を内蔵した蛇口アダプタ１７が取付けてあり、このアダプタ１７は上水供給ホース１９と処理水吐出ホース２１とにより水処理装置１に接続されている。
【０００７】
アダプタ１７のハンドル２３を所定位置に回すと、水栓９からの上水は上水供給ホース１９により水処理装置１に送られ、処理された水は吐出ホース２１からアダプタ１７へ送り返され、その出口２５から吐出される。ハンドル２３を他の位置に回すと、水栓９からの未処理の上水（又は湯水混合水）は水処理装置１を経由することなくアダプタ１７の出口２５からそのまま吐出される。
【０００８】
水処理装置１には更に捨て水ホース２７が接続されており、水処理装置１内で生じた不要な水や熱水や水蒸気を流し３に排出させるようになっている。この水処理装置１は、電気コード２９を介して商用電源に接続することによってその機能を働かせ、水道水に浮遊する赤錆や微生物などの粒子成分を予めフィルターの濾過作用により除去し、次に、水道水中に溶存する残留塩素やトリハロメタンや臭気物質のような有害な或いは不本意な物質を、活性炭の吸着作用により除去し、浄化された浄水を使用者の要求に応じて更に電気分解して酸性水やアルカリ性水を生成するようになっている。
【０００９】
このような水処理装置１について図２を用いて説明すると、上水供給ホース１９と、中空糸膜フィルターのようなフィルター（図示せず）が内蔵された濾過段３１と、流量センサ３３と、ホース３５と、活性炭素繊維或いは粒状活性炭が収容され、電気ヒータ３７を具備する活性炭カートリッジ３９と、切り換え弁４１と、ホース４３と、酸性水やアルカリ性水を生成するための電解槽４５と、電解槽４５から流出する２種の電解水（酸性水とアルカリ性水）の方向切り換えを行うバルブユニット４７と、処理水吐出ホース２１と、を順次接続することによって処理水の供給経路を形成している。
【００１０】
この中で、バルブユニット４７は、制御弁４９と、減速ギア付きモータ５１と、制御弁４９から供給される処理水を処理水吐出ホース２１に送出させる逆止弁５３と、を備えており、逆止弁５３は、装置外部から取り外し自在に構成されている。
【００１１】
また、このような処理水の供給経路とは別に、活性炭カートリッジ３９で発生した熱水や水蒸気を、熱水排出ホース５５を介して捨て水ホース２７に送出する排水経路も形成されている。排水経路は、さらに、Ｔ継手５７を介してバルブユニット４７の排出出口からの排水が合流するように構成されている。
【００１２】
水処理装置１のこれらの構成要素は、底板５９つきのベース６１に支持され、外側ケース６３によって囲われている。ベース６１は、操作表示部６５と、水処理装置１内の各種電気的負荷を制御するための制御装置（図示せず）と、を備えている。
【００１３】
以上の水処理装置１の各構成要素の内必要なものについて、順次詳細に説明する。活性炭カートリッジ３９は、図３に示すように、ステンレス鋼板の巻き締め製缶により形成された容器１０１からなり、ホース３５が接続される入口１０３から流入した上水は、活性炭エレメント１０５外周の環状の空間１０７に分配され、活性炭エレメント１０５を通過しながら浄化され、容器の出口１０９から流出する。
【００１４】
活性炭エレメント１０５は、活性炭素繊維を耐熱性バインダーで成型したものであり、容器１０１の中央に配置されたスケレトン状の芯枠１１１によって固定してある。
【００１５】
活性炭カートリッジ３９の底部には、電気ヒータ３７が固定してあり、ヒータへの通電時にカートリッジ３９を底部から加熱することにより、活性炭エレメント１０５を煮沸滅菌するとともに、エレメントに吸着された塩素やトリハロメタンを脱着させ、活性炭を再生するようになっている。
【００１６】
電気ヒータ３７は、発熱体１１３と伝熱板１１５により構成され、上板１１７と下板１１９との間に挾持されるとともに、電気コード１２１により外部から電源供給されている。
【００１７】
この電気ヒータ３７の取付け方法については、ロウ付けにより上板１１７を容器１０１の底板１２３に接着した後、電気コード１２１を取付けた上で、発熱体１１３と伝熱板１１５を載置した下板１１９を上板１１７下方に配置し、下板１１９に形成された爪部１２５を、図３、図４に示すように折り返し加締めることにより、ヒータ３７が容器１０１の底板１２３に接触するようになされるのである。
【００１８】
すなわち、上板１１７に対する下板１１９の取付けが、両者を貫通するネジ締めによってなされるならば、上板のネジ締め位置が下方に変形し、下板１１９のネジ締め位置が上方に変形するため、ネジ締め位置以外では下板１１９に載置されたヒータ３７と上板１１７とが接触むらを起こし、活性炭エレメント１０５にも再生むらが生じるのであるが、本実施形態では、下板１１９の固定時に上板１１７には下方への力が働かず、下方へは変形しないため、接触むらが小さくなるのである。
【００１９】
また下板１１９の上方への変形による接触むらを低減するため、なるべく複数の箇所で下板１１９を上方に押圧する力をかけたほうが良いが、本実施形態のように、上板１１７周縁に立設した爪部１２５を折り曲げることにより、下板１１９の縁部を上方に押圧するようにすれば、特別な取付け具を用いることなく、容易に取付けることができるのである。
【００２０】
図３に戻って、容器１０１の中央部は下げ底１２７になっており、この中央下げ底１２７にはその温度検出するためのサーミスタ１２９が接触させてある。
【００２１】
このような下げ底１２７にしたのは、以下の理由による。すなわち、もし上げ底ならば、図５に示すように容器への流入水に含まれるＣａ等の析出物等が、容器底部の被加熱部分１３１（上板１１７を介してヒータ３７と間接的に接触する部分）に堆積し、ヒータによる熱効率の低下をきたすおそれがあるが、本実施形態では、固形物は下げ底１２７に堆積しやすく、被加熱部分１３１には堆積しにくくなるため、ヒータ３７による熱効率の低下が低減されるのである。
【００２２】
次に、電解槽４５は、図６に示されるように無隔膜型の構成を有しており、樹脂性の耐圧ケース２０１の凹みに対して、第１パッキン２０３、第１電極板２０５、樹脂性スペーサー２０７、第２電極板２０９、第２パッキン２１１、カバー２１３を順次配置するとともに、図６、図７に示されるように、耐圧ケース２０１〜カバー２１３に形成される第１の貫通孔２１４に第１のボルト２１５を貫通させた後、ケース２０１外部からナット２１７により締めつけることによって液密に固定される。
【００２３】
図６、図７に示されるように、耐圧ケース２０１〜樹脂性スペーサー２０７には第２の貫通孔２１９が形成され、これを第２のボルト２２１が貫通するとともに、耐圧ケース２０１、第１パッキン２０３には第３の貫通孔２２３が形成され、これを第３のボルト２２５が貫通している。
【００２４】
この第２、第３のボルト２２１、２２５の内側先端部は、各々第２、第１電極板２０９、２０５に溶接されており、ケース２０１外部から第２、第１電極板２０９、２０５に対して電源供給できるようになっている。
【００２５】
第１、第２の電極板２０５、２０９は、チタン金属板に白金を被覆することにより形成されており、第１電極板２０５が陽極となり第２電極板２０９が陰極となるように直流電圧が印加されている。また、第１の電極板２０５にはスリット２２７が形成してある。
【００２６】
図６に戻って、ケース２０１には、浄水入口を含む流入口２２９と、外周にメッシュ２３１を備えたカルシウムカートリッジ２３３と、アルカリ性水出口２３５と、酸性水出口２３７と、が形成されており、図面左側のカルシウムカートリッジ２３３から流入した浄水が、図面右側の第１、第２の電極板２０５、２０９の端２３９、２４１に達するまでの間に、電極板の作用により酸性水とアルカリ性水が各々生成するように構成されている。
【００２７】
すなわち、電極間隔を十分に狭くすれば、電極間隙を水平方向に流れる水流は層流となるため、電極板間に隔膜を設けなくても、電解により電極板表面に沿って夫々生成した酸性水とアルカリ性水とを別々に回収することができるのであり、第１電極板２０５の表面に沿って生成した酸性水は、スリット２２７を経て第１電極板２０５の裏面２４３に流入した後に酸性水出口２３７に至り、第２電極板２０９の表面に沿って生成したアルカリ性水は、図面における電極の右端２４１に達した後にアルカリ性水出口２３５に至るのである。
【００２８】
ここで、第１、第２の貫通孔２２３、２１９、スリット２２７は、電極板をプレス加工することにより形成されるが、このような加工を行うと図８に示すように、プレスした側にダレ面を生じ、反対側にバリを生じてしまう。
【００２９】
このバリが電極板間隙側に面したならば、層流が乱されることにより、生成した酸性水とアルカリ性水が混ざりやすくなり、電極板の電解効率が低下するのであるが、図８に示すようにダレ面の方を電極板間隙に面しさせることにより、このような電解効率の低下はなくなるのである。
【００３０】
尚、第１、第２電極板２０５、２０９の成型から組立までは、図１５に示される２通りの方法を用いることができる。
【００３１】
続いて、カルシウムカートリッジ２３３について図９を用いて詳説すれば、このカルシウムカートリッジ２３３は、前述した電極板による電解作用を促進するためのカルシウムを蓄積するものであり、ケース２０１内部から取り外し自在に構成されており、図に示すように外周のメッシュ２３１表面積に関して、上側の表面積が下側に比べて大きくなるように構成されている。
【００３２】
すなわち、図１０に示すように、メッシュ表面積が上下均等ならば、カルシウムカートリッジの入れ替え後の経過時間が長くなるにつれて、カートリッジ下部のカルシウムが固化することによりカルシウム濃度が低下し、電極板の電解効率が低下するが、図９のように構成すればカートリッジ内部での対流が促進されるため、カルシウムが固化しにくくなり、カートリッジの入れ替え後の経過時間が長くなってもカルシウム濃度を略一定に保つことができるのである。
【００３３】
次に、制御弁４９の詳細構成を図１１に示すと、制御弁４９は、ハウジング３０１と、ハウジング３０１内に位置決めされた静止部材３０３と、回転ディスク３０５と、モータ５１の回転を回転ディスク３０５に伝達するためのシャフト３０７と、ケース３０９とから構成されており、シャフト３０７は、モータ５１の回転軸と係合する係合部３１１と、上側パッキン３１３と、回転突起３１５と、下側パッキン３１７とを具備している。
【００３４】
ハウジング３０１は、前述したアルカリ性水出口２３５、酸性水出口２３７に各々連通するアルカリ性水入口３１９、酸性水入口３２１と、排出出口３２２を有するとともに、図のように静止部材３０３を組みつけた状態で、アルカリ流出開口３２３、排水開口３２５を形成している。
【００３５】
アルカリ性水入口３１９から流入するアルカリ性水は、ハウジング内壁に形成されたアルカリ流入開口３２７から、回転ディスク３０５と静止部材３０３の間隙に形成されるアルカリ室３２９へ導入され、回転ディスク３０５の切り欠き部３３１の回転位置によって、アルカリ流出開口３２３又は排水開口３２５からアルカリ室３２９外部へと吐出される。
【００３６】
一方、酸性水入口３２１から流入する酸性水は、ハウジング３０１上面に形成された酸性水通水孔３３３、ケース３０９下面からケース３０９内壁まで形成された酸性流路３３５を経て、ケース内壁に形成された酸性水流入孔３３７から、上部パッキン３１３と下部パッキン３１７の間隙に形成される酸性室３３９へ導入され、酸性室３３９外周に形成される酸性水流出開口３４１から酸性室３３９外部へと吐出される。
【００３７】
ここで、回転突起３１５の回転度合いによって、回転突起３１５が酸性水流入孔３３７を開放する位置にあるときは、酸性水は酸性室３３９へ流入後、酸性水流出開口３４１から吐出されるが、回転突起３１５が酸性水流入孔３３７を塞ぐ位置にあるときは、酸性水は酸性室３３９へ流入せず、したがって酸性水流出開口３４１からも吐出されない。
【００３８】
尚、この酸性水流入孔３３７が塞がれた状態とは、酸性水流入孔３３７の上流側に位置する、図６における酸性水出口２３７が塞がれたことと同じであるから、図６に示す電解槽４５における流体出口は、アルカリ性水出口２３５のみとなるのである。
【００３９】
以上の構成を有する制御弁４９の動作について、図１２に示す模式図を用いて整理する。すなわち、本実施形態に示される水処理装置１は、電解槽４５を作動させずに、濾過段３１と活性炭カートリッジ３９の働きにより生成される浄水を蛇口１７に供給し、捨て水ホース２７による捨て水を行わない［清水モード］と、電解槽４５を作動させるとともに、アルカリ性水を蛇口１７へ供給し、捨て水ホース２７を介して酸性水を捨てる［アルカリモード］と、アルカリモードと電極の極性を入れ替えて電解槽４５を作動させるとともに、捨て水ホース２７を介して、アルカリ性水及び酸性水を共に捨てる［全排水モード１］と、活性炭カートリッジ３９の再生時に、電解槽４５を作動させずに、全流入水を捨て水ホース２７を介して排水する［全排水モード２］とを有しており、各モードにおける制御弁４９の動作を順次説明する。
【００４０】
［清水モード］回転突起３１５により酸性水流入孔３３７がシールされているため、中性水（電解槽４５が作動していないため、酸性水でない）は、酸性室３３９へ流入せず酸性水流出開口３４１からも吐出されないため、捨て水ホース２７への排出は行われない。一方、アルカリ流入開口３２７からアルカリ室３２９へ流入した中性水（同様にアルカリ性水でない）は、排水開口３２５が回転ディスク３０５の凸部により閉じられているため、アルカリ流出開口３２３より流出し、逆止弁５３、処理水吐出ホース２１を介して蛇口１７へと供給される。
【００４１】
［アルカリモード］清水モードよりシャフト３０７が若干角度回転した状態であり、酸性水流入孔３３７が回転突起３１５から開放されているため、酸性室３３９へ流入した酸性水は、酸性水流出開口３４１から排出出口３２２を経て、捨て水ホース２７へ排出される。一方、清水モードと同様に、アルカリ流入開口３２７から流入したアルカリ性水は、アルカリ流出開口３２３より蛇口１７へ供給される。
【００４２】
［全排水モード１］アルカリモードより更にシャフト３０７が回転した状態であり、アルカリモードと同様に、酸性水流入孔３３７から酸性室３３９へ流入したアルカリ性水（電極の極性が反転しているため、酸性水ではない）は、酸性水流出開口３４１から排出出口３２２を経て、捨て水ホース２７へ排出される。一方、アルカリ流入開口３２７からアルカリ室３２９へ流入した酸性水（電極の極性が反転しているため、アルカリ性水ではない）は、アルカリ流出開口３２３が回転ディスク３０５の凸部により閉じられているため、排水開口３２５より吐出される。ここで、制御弁４９内に形成された連絡流路（図示せず）によって、排水開口３２５下流側は、酸性水流出開口３４１下流側と連通しているため、排水開口３２２から吐出される酸性水は、酸性水流出開口３４１から吐出されるアルカリ性水と合流した後、排出出口３２２に至って捨て水ホース２７へ排出されるのである。尚、［全排水モード２］については、酸性水、アルカリ性水の区別がなく、全て中性水である点が異なるだけで、全排水モード１と同様である。
【００４３】
以上のように、アルカリ性水は、アルカリ室３２９内壁のアルカリ流入開口３２７から流入後、アルカリ室３２９下壁のアルカリ水流出開口３２３を介して流出する流路構成であり、酸性水は、酸性室３３９内壁の酸性水流入孔３３７から流入後、酸性室３３９内壁の酸性水流出開口３４１から流出する流路構成を有しており、共に回転ディスク３０５を貫通する流路構成を取っていない。
【００４４】
したがって、回転ディスク３０５の径を小さくして、回転トルクを小さくすることができるため、回転ディスク３０５にスケールが付着して回転トルクが大きくなったとしても、モータの最大駆動トルクを超えてモータがロックすることがない。
【００４５】
次に、アルカリ水流出開口３２３と処理水吐出ホース２１の間に介在し、取り外し自在な逆止弁５３について、図１３を用いて説明する。
【００４６】
すなわち、逆止弁５３は、ケーシング４０１と、バネ４０２と、弁体４０３と、ケーシング４０１に螺着される蓋４０７とから構成されており、ケーシング４０１は、処理水吐出ホース２１を嵌め込むための流出口４０９を有しており、蓋４０７は、アルカリ水流出開口３２３の下流側に位置する流入口４１１を有している。
【００４７】
その動作について図１３、図１４を用いて説明すると、通水時には、バネ４０２力に抗して流体圧により弁体４０３が押し下げられ、蓋４０７内壁と弁体４０３外周の間隙を通過した流体が吐出口４０９へと至るのであり、止水時には、バネ４０２力により押し上げられた弁体４０３が蓋４０７内壁と当接することにより、流路を遮断して流出口４０９下流側から流入口４１１上流側への逆流を防止しているのである。
【００４８】
ここで、前述したように、元々カルシウムを含有している水道水に対して、電解槽４５に備えられたカルシウムカートリッジ２３３により、さらにカルシウムが供給されるため、電解槽４５下流側では、ＣａイオンがＣａＣＯ ₃ ，Ｃａ（ＯＨ） ₂ として析出して、流路の目詰まりを起こす可能性があり、水処理装置１下流側の蛇口アダプタ１７等が目詰まりを起こし、蛇口アダプタ１７を交換しなければならなくなっていた。
【００４９】
そこで、本実施形態では、流路中途に蓋４０７内壁と弁体４０３外周の間隙からなる絞り部４１３を設け、ここに析出物を積極的に滞留させることにより、水処理装置１下流側の蛇口アダプタ１７等に析出物が滞留することを防止できるとともに、この絞り部４１３を水処理装置１から取り外し可能としたため、析出物の除去が容易に行われるのである。
【００５０】
また、この絞り部４１３は、弁体４０３のように可動部材で形成されているため、絞り部４１３の流路面積が固定されているものに比べれば析出物の除去が行いやすく、さらに、弁体４０３自体が逆止弁５３から取り外し可能であるため、析出物の除去がより確実になるのである。
【００５１】
尚、本実施形態のように、絞り部４１３を逆止弁５３の一部に形成すれば、逆止弁５３と別体に絞り部４１３を設ける必要がなくなるが、バルブユニット４７内部への析出を防止するために、電解槽４５とバルブユニット４７との間に、取り外し自在な絞り部４１３を設けるようにしてもよい。
【００５２】
以上、本発明の実施形態を説明してきたが、本実施形態と電解槽４５の電極の極性を反転させた構成をとることにより、酸性水を蛇口１７に供給し、アルカリ性水を排出するような形態をとってもよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される水処理装置の使用例
【図２】図１に示した水処理装置の分解斜視図
【図３】水処理装置の活性炭カートリッジの一部切り欠き断面図
【図４】同じく活性炭カートリッジの底面図
【図５】同じく活性炭カートリッジにおける容器内部の固形物の状態を示す図
【図６】水処理装置の無隔膜型電解槽の分解斜視図
【図７】同じく無隔膜型電解槽の取付状態を示す断面図
【図８】同じく無隔膜型電解槽における電極板の孔の状態を示す断面図
【図９】同じく無隔膜型電解槽におけるカルシウムカートリッジの正面図、側面図
【図１０】同じくカルシウムカートリッジのカルシウムの状態を示す図
【図１１】水処理装置の制御弁の分解斜視図
【図１２】同じく制御弁の動作状態を示す模式図
【図１３】水処理装置の逆止弁の分解斜視図
【図１４】同じく逆止弁の動作状態を示す図
【図１５】水処理装置の無隔膜型電解槽における電極板の成型から組立までを示す図
【符号の説明】
２０５第１電極板
２０９第２電極板
２２７スリット

Claims (1)

1. 陽極側と陰極側からなる電極板を、隔膜を介在させることなく互いに近接して平行に対向配置することにより、前記電極板の対向面に層流として生じたイオンリッチ水を取り出すようにした無隔膜型電解槽において、
   前記陽極側の電極板の表面で形成した酸性水を、該電極板の対面側から反対方向に流すスリットを、該電極板の対向面側から反対側にプレスすることにより形成される形状としたことを特徴とした無隔膜型電解槽。

Images