JP3711501B2 - 電気分解を用いる水改質ユニット - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原水を電気分解してイオン化することによりアルカリ又は酸性水に改質する電気分解を用いる水改質ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、密閉された電解槽に原水を供給し、電解槽内の陽極及び陰極間に直流電圧を印加して電気分解し、陽極側に多く集まるマイナスイオンを多く含んだ酸性水と、陰極側に多く集まるプラスイオンを多く含んだアルカリ水を連続して得る水処理方法や装置が種々提案されている。
【０００３】
効率のよい電気分解による水の改質装置としては、処理水の電解室の周囲に電解質溶液室を配置して、電解質溶液を循環させると共に、電気分解により生じる電気分解ガスを外気に放出することにより捨て水を発生させない方法及び装置が開示されている。（特許文献１）
【０００４】
しかし、これらの家庭用イオン水製造装置は、イオン交換膜の性能、その構造から弱酸性（ｐＨ４．５前後）或いは弱アルカリ（ｐＨ９．５前後）のイオン水を生成することはできるが、強酸性或いは強アルカリ性のイオン水を連続的に、長期間生成することはできなかった。 また、生成されたイオン水は、数時間〜数日でｐＨ値が変化し中性化してしまう問題があった。
【０００５】
長期間にわたり安定したｐＨ値を保つイオン水の製造方法及び製造装置として、モンモリロナイトなどの結晶性粘土鉱物を主成分とするセラミックのイオン交換膜を用いて、その成分を溶解させることにより安定したｐＨ値を保つイオン水を生成する方法、および複数の電解槽に処理水を導き、電気分解処理を複数回にわたり繰り返して強酸性或いは強アルカリ性のイオン水を製造する方法及びその装置が開示されている。（特許文献２）
【０００６】
しかし、これらの装置は、電解槽或いは電気分解処理室が密閉されており、処理容量も限られている。このため、廃坑から出る強い酸性水や、酸性河川水などの大量な流水、または、金属表面処理廃液、メッキ廃液などの産業廃液を連続的に中和処理することはできなかった。
【０００７】
また、汚染水の中和処理に於いては、中和処理に伴って反応物（沈殿物）が生成されるため、密閉式の従来の方法・装置では槽内に沈殿してしまう為、処理できない問題があった。さらに、処理水の水量、酸・アルカリの強さに応じた電気分解槽をその都度設計・製造することはコスト面で問題があった。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−２２０５７２号公報（第２、３、４頁、第１図）
【特許文献２】
特開平８−２４８６５号公報（第２、３、４頁、第１図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、これらの問題を解決するため、必要に応じて連結可能な所定寸法のユニットに形成した電気分解を用いる水改質ユニットを提供することを課題とする。
【００１０】
また、強酸性或いは強アルカリ性を長期にわたり保持する処理水（イオン水）を製造可能な電気分解を用いる水改質ユニットを提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の電気分解を用いる水改質ユニットは、所定横幅及び所定奥行の長さの底面と、所定高さとからなる絶縁部材により形成される直方体形状の電解槽において、
前記電解槽底面の横方向に平行な中心線に沿って配設された前記電解槽の略所定奥行長と所定高さの第１の電極と、
その第１の電極との間に水の電気分解を可能とする電界が得られるように前記第１の電極の両側から所定の間隔長の位置にそれぞれ対向して配設された前記第１の電極と略同寸法の第２の電極と、
前記第１の電極と第２の電極の中間にそれぞれ設けられる２枚のイオン交換隔膜と、
前記イオン交換隔膜の周縁部を挟み込むように、それぞれ前記電解槽の絶縁部材の両側面及び底面部との間に少なくとも設けられた弾性部材からなるパッキング機構部と、
そのパッキング機構部により立設されたイオン交換隔膜によって原水の流入が阻止され、その中に第２の電極が設けられた状態が形成された電解槽の前面側及び裏面側の電解溶液室と、
前記２枚のイオン交換隔膜によって、その中に第１の電極が設けられた状態が形成された電解槽中央の電解処理室とを備え、
前記電解処理室の少なくとも横方向両側面は開放され、その一方及び他方の側面は、それぞれ原水の給水口及び排水口となり、
電解溶液室に電解質溶液を充填し、第一及び第２の電極に直流電圧を印加することにより、前記原水が電気分解されることを特徴とする。
【００１２】
この発明の電気分解を用いる水改質ユニットは、直方体形状の電解槽であり、その中央両側に給水口及び排水口を備えることから、流路の幅に応じて並列に並べて配置したり、改質程度に応じて直列に連結して配置することができる。また、原水を改質する電解処理室が両側の電解溶液室に挟まれて配置されているため、大きな電流を流すことができ、高い電気分解効率を得ることができる。このため、流水のイオン化（アルカリ或いは酸性化）性能を高めることができる。
【００１３】
また、前記電解槽の一方の両側面には、他のユニット或いは設置現場の支持構造に連結するための連結部を備え、前記電解処理室の上面は、開放されているか、或いは水素ガス排気口を有する上面蓋が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、電解槽に連結部を備えていることにより、複数のユニットを並列あるいは直列に連結する事ができる。また、電気分解により陰極に発生する水素ガスを大気中に放散させ、水素ガスが電極表面に付着し、分極現象により電気分解が停止するのを防止する事ができる。また、水素ガス排気口を有する上面蓋によれば、電気分解による水素ガスを回収して資源として利用する事ができる。
【００１５】
また、前記電解溶液室の両側面には、それぞれ電解室溶液を循環させるための給水口、排水口を有することを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、電気分解により酸性或いはアルカリ性にイオン化された電解質溶液を回収し、中性の電解質溶液を補充して、大きな電流で電気分解を行うことができる。
【００１７】
また、本発明の電気分解を用いる水改質ユニットは、所定横幅及び所定奥行の長さの底面と、所定高さとからなる絶縁部材により形成される直方体形状の電解槽において、
前記電解槽底面の横方向に平行に所定のピッチ間隔長で配列し、その電解槽内に配設された前記電解槽の略所定横幅と所定高さの複数Ｎ枚の第２の電極群と、その第２の電極群のそれぞれの中間に配列し、その電解槽内に配設された第２の電極と略同寸法の複数Ｎ−１枚の第１の電極群と、
前記第１及び第２の電極の中間に、それぞれ設けられた複数（Ｎー１）×２枚のイオン交換隔膜と、
前記イオン交換隔膜の周縁部を挟み込むように、それぞれ前記電解槽の絶縁部材の両側面及び底面部との間に設けられた弾性部材からなるパッキング機構部と、
そのパッキング機構部により立設されたイオン交換隔膜によって原水の流入が阻止されるように区画され、その中に第２の電極と第１の電極が交互に設けられた状態がそれぞれ形成されたＮ個の電解溶液室と、Ｎ−１個の電解処理室とを備え、
前記電解溶液室及び電解処理室の最前列と最後列の側面部には、それぞれ電解質溶液または原水の給水口及び排水口とを設け、中間列の側面部には、それぞれ中間給水口及び中間排水口を設け、
最前列の電解処理室で改質処理された原水を、下流の電解処理室に給水させるための連結配管がＮ−２本と、最前列の電解溶液室に充填された電解室溶液を、下流の電解溶液室に循環させるための連結配管がＮ−１本設けられ、
最前列の給水口から原水を注入し、電解溶液室に電解質溶液を循環させながら、第１及び第２の電極に直流電圧を印加することにより、前記原水が複数の電解処理室で複数回連続的に電気分解されることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、一つの電解槽が区画され、複数の電解処理室がすべて、両側に電解溶液室に挟まれた状態に形成されている。このため、それぞれの電解処理室に流れる電気分解電流を大きくすることができる。また、第二の電極が両側の電解処理室の第一の電極に対向して共用されるため、ユニットの製造コストを低減させる事ができる。
また、複数の電解処理室を直方体の電解槽内に設け、原水が複数の電解処理室で複数回連続的に電気分解されることにより、強酸性或は強アルカリ性のイオン化水を得ることができる。
【００１９】
また、前記連結配管は、上流側の電解処理室の上部に設けられた中間排出口から中間処理された原水を取り入れ、下流側の電解処理室の底面近くの下部に設けられた前記中間給水口に流入するようにして電解処理室の水位差により最後の電解処理室まで処理原水を導くことを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、電気分解による発生ガスの上昇に伴い電気分解によりイオン化された原水は上部に循環される。電解処理室の上部に設けられた中間排出口から、イオン化された原水を下流側の電解処理室の底面近くの下部に設けられた前記中間給水口に流入することにより、電気分解効率を高くする事ができる。
【００２１】
また、前記連結配管は、上流側の電解溶液室の上部に設けられた中間排出口から中間処理された電解質溶液を取り入れ、下流側の電解溶液室の底面近くの下部に設けられた前記中間給水口に流入するようにして電解溶液室の水位差により最後の電解溶液室まで電解質溶液を導くことを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、電気分解による発生ガスの上昇に伴い電気分解によりイオン化されたは電解質溶液上部に循環される。電解溶液室の上部に設けられた中間排出口から、イオン化された電解質溶液を下流側の電解溶液室の底面近くの下部に設けられた前記中間給水口に流入することにより、電解質溶液の回収・補充を促し電気分解効率を高くする事ができる。
【００２３】
また、前記イオン交換隔膜は、珪酸４面体とアルミナ８面体とが結合した結晶性粘土鉱物を主体とするセラミック製の板であることを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、イオン交換隔膜から溶解する結晶性粘土鉱物の微量の粘土鉱物分子が、マイナスイオン或いはプラスイオンを安定状態に保つため、長期に亘り、安定したアルカリ或いは酸性の改質された水を得ることができる。したがって、このユニットにより生成した改質水を、貯蔵しておき、利用が必要な場所に輸送して、必要な量を、必要な時期に提供する事ができる。すなわち、工業的利用或いは商業的な販売を可能にする事ができる。
【００２５】
また、前記電解処理室には、珪酸４面体とアルミナ８面体とが結合した結晶性粘土鉱物を含むセラミック粒状物が、原水に浸漬される状態で配置され／或いはイオン交換隔膜に塗布された状態で配置されていることを特徴とする。
【００２６】
この発明によれば、稀少鉱物である結晶性粘土鉱物を、イオン安定化に必要な量だけ溶解させることができる。このため、セラミック製の板からなるイオン交換隔膜に対し、より安価に安定した改質水を得ることができる。
【００２７】
また、前記第１の電極及び第２の電極は、表面に凹凸又は溝が形成され液体との接触表面積を増加させた板状の電極であることを特徴とする。
【００２８】
この発明によれば、処理される原水、或いは電解質溶液と電極との接触面積を広くする事ができる。このため高い電気分解効率を得ることができる。
【００２９】
また、前記第１及び第２の電極は、電解処理室または電解溶液室に引き抜き可能に挿入配設されており、前記イオン交換隔膜は、電解処理室と電解溶液室の境に設けられた弾性部材からなる密封機構部（パッキン）に嵌挿されて、それぞれ上部に引き抜き可能に保持されていることを特徴とする。
【００３０】
この発明によれば、電気分解により分解・消耗される電極及びイオン交換隔膜の交換が容易に行えるため、長期に亘る運用でのコストを低くする事ができる。
【００３１】
また、前記第１の電極は、上部が開口した箱状に形成された耐錆性金属のパンチングメタル材であることを特徴とする。
【００３２】
この発明によれば、電極が箱状に形成されていることから、電解処理室の両側面のイオン交換隔膜近傍に第一の電極が配設される形態となり、処理する原水の容量を減らすことなく、第２の電極と第一の電極との間隙を少なくする構造とする事ができる。このため、電極間の電流量を高く保ち、電気分解効率を高めることができる。
【００３３】
また、請求項１記載の電気分解を用いる水改質ユニットの給水口・排水口を電解処理室と同一断面に形成し、複数の電気分解を用いる水改質ユニットの給水口を並列に並べ、または／及び給水口と排水口を直列に接続し、廃水・河川・湖沼・海面等の現場で流水状態の原水を連続的に改質処理することを特徴とする。
【００３４】
この発明によれば、流水を最小限遮ることなく、連続して改質する事ができる。また、改質に伴い発生する化合・反応物が電解処理室内に沈殿しない構造を得ることができる。
【００３５】
また、請求項１または４記載の電気分解を用いる水改質ユニットに、改質処理室又は電解溶液室を覆うガス回収カバーと燃料電池とを備え、電気分解により発生する水素ガスを回収し、燃料電池原料として電力エネルギーに変換すると共に、改質処理現場の河川・湖沼に設置された太陽電池パネルを備え、それぞれで変換された電力エネルギーを電気分解用電力として用いることを特徴とする。
【００３６】
この発明によれば、電気分解のためのエネルギーの一部を水素ガスとして回収し、燃料電池により電気エネルギーに変換して再利用する事ができる。また、改質対象の河川或いは湖沼・海面で太陽電池パネルにより変換された直流電流を用いて電気分解することによれば、電力供給設備（送電線）のない場所、或いは発電設備のない環境であっても、電気分解による水の改質を行うことができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳細に説明する。
【００３８】
図１は、本発明の第１の実施の形態の斜視図である。この形態の電気分解を用いる水改質ユニット１００は、所定横幅ａ及び所定奥行ｂの長さの底面１０ａと、所定高さｃとからなる絶縁部材により形成される直方体形状の電解槽１０であって、その電解槽１０内部に、前記電解槽底面１０ａの横方向に平行な中心線に沿って配設された前記電解槽１０の所定奥行長ｂと所定高さｃより僅かに小さい板状の第１の電極３と、
その第１の電極３との間に水の電気分解を可能とする電界が得られるように前記第１の電極３の両側から所定の間隔長の位置にそれぞれ対向して配設された前記第１の電極３と略同寸法の第２の電極４とが配置されている。
【００３９】
前記第１の電極３と第２の電極４の中間にはそれぞれ２枚のイオン交換隔膜５がパッキング機構６により設けられている。パッキング機構部６は、前記イオン交換隔膜５の周縁部を挟み込むように、それぞれ前記電解槽１０の絶縁部材の両側面及び底面部との間に少なくとも設けられた弾性部材である。
【００４０】
電解槽１０は、パッキング機構部６により立設されたイオン交換隔膜５によって原水の流入が阻止され、その中に第２の電極４が設けられた状態が形成された電解槽１０の前面側及び裏面側の２つの電解溶液室２と、前記２枚のイオン交換隔膜５によって、その中に第１の電極３が設けられた状態が形成された電解槽１０中央の電解処理室１とに区画されている。
【００４１】
また、前記電解処理室１の少なくとも横方向両側面は開放され、その一方及び他方の側面は、それぞれ原水の給水口８及び排水口９とされている。
【００４２】
前記電解溶液室２には、電解溶液の注入口２ａと、電解溶液排出口２ｂが設けられている。
【００４３】
前記第１の電極３及び第２の電極４は、電解槽１０内に上部から挿入され、倒れないように絶縁部材の支持構造（図示せず）で保持されている。支持構造は底面１０ａに設けてもよいし、電極側面と電解槽１０或はイオン交換隔膜５の間に絶縁部材をはさみこむ方法のいずれでも良い。この、第１及び第２の電極３，４は、直流電源（図示せず）と電線で連結する電極端子７をそれぞれ備えている。
【００４４】
また、電解槽１０の給水口８及び排水口９の開口している横方向側面には、水改質ユニットを流水中に設置或は、ユニット同士を連結する為の連結部２０が備えられている。
【００４５】
ここで、本発明の電気分解による水改質ユニット１００を用いた水改質の実施の形態を説明する。図４は、本発明の電気分解を用いた水改質ユニット１００の設置の形態を示す模式図で，（ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【００４６】
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明の電気分解を用いた水改質ユニット１００を、給水口８が上流に向き、排水口９が下流となるように河川５０の流路５０Ａに配置する。このとき電解槽１０の上部は、水面上になるようにする。
【００４７】
この状態で、前記電解溶液室２に電解質溶液（食塩或は水酸化カリウムなどの水溶液）を充填し、第１の電極３と第２の電極４に電圧を印加する。流水は、電解処理室１内を通過するとき第１の電極３と第２の電極４との間に流れる電流により電気分解され、第１の電極３が負極の場合流水がマイナスイオン化（アルカリ性化）され、反対に正極の場合流水がプラスイオン化（酸性化）されることにより、流水の改質がなされる。
【００４８】
例えば、強い酸性の流水を中和させたい場合は、第１の電極を負極として電圧を印加すれば、電気分解により電解処理室１はマイナスイオン（ＯＨ−が多い状態）となり流水が下流の排水口９に達するまでに中和される。
【００４９】
このとき、中和により発生する化合物があれば、排水口９の外に流れ出る。これらの沈殿物が発生する場合は、排水口９の外に沈殿物回収機構を設けて回収することができる。
【００５０】
図４の実施例は、流水中に水改質ユニット１００を設置した場合を示したが、例えば、廃坑からポンプアップされた排水を改質浄化する場合などは、水改質ユニット１００を地上に設置し、その連結部２０に廃坑からの排水ホース或は排水管を連結する塞ぎ板（図示せず）を取り付けて排水を給水させて改質し、処理された水を流路に排出させる方法を取ることができる。
【００５１】
電気分解を用いた水改質ユニット１００の、負極に接続された電極からは、水素ガスが発生する。この水素ガスを回収する為、電解処理室或は電解溶液室の上部に水素ガス排気口を有する蓋を設け、水素ガスを資源として回収し燃料電池の原料にすることができる。
【００５２】
また、電解処理室１では流水が連続的に改質される一方、電解質溶液室２では、電解質溶液が電気分解によりイオン化される。イオン化が進むに従って、電流が流れにくくなり電気分解が停止する。これを防ぐ為、前記電解質溶液の注入口２ａから電解質溶液を補充し、電解溶液排出口２ｂから回収する。
【００５３】
図２は、本発明の第２の実施の形態の電気分解を用いる水改質ユニットの一部断面を示す正面図である。
【００５４】
図において、電気分解を用いる水改質ユニット１００Ａは、絶縁部材により形成された直方体形状の電解槽１０Ａ内部に、前記電解槽１０Ａ底面の横方向に平行に所定のピッチ間隔長で配列した複数Ｎ枚の第２電極４と、その第２の電極４群のそれぞれの中間に配列し、その電解槽１０Ａ内に配設された複数Ｎ−１枚の第１の電極３群と、前記第１及び第２の電極３，４の中間に、それぞれ設けられた複数（Ｎー１）×２枚のイオン交換隔膜５と、 前記イオン交換隔膜５の周縁部を挟み込むように、それぞれ前記電解槽１０Ａの絶縁部材の両側面及び底面部との間に設けられた弾性部材からなるパッキング機構部６と、
そのパッキング機構部６により立設されたイオン交換隔膜５によって原水の流入が阻止されるように区画され、その中に第２の電極と第１の電極が交互に設けられた状態がそれぞれ形成されたＮ個の電解溶液室２と、Ｎ−１個の電解処理室１とが交互に形成されている。
【００５５】
前記電解溶液室２及び電解処理室１の最前列と最後列の側面部には、それぞれ電解質溶液または原水の給水口８及び排水口９とを設け、中間列の側面部には、それぞれ中間給水口８ａ及び中間排水口９ａを設け、
最前列の電解処理室１で改質処理された原水１５を、下流の電解処理室１に給水させるための連結配管９ｂがＮ−２本と、最前列の電解溶液室２に充填された電解室溶液３０を、下流の電解溶液室２に循環させるための連結配管２ｃ（図示せず）がＮ−１本設けられている。なお、連結配管２ｃは、図示した原水の連結配管９ｂと同様の構造で連結される。
【００５６】
ここで、最前列の給水口８から原水１５を注入し、電解溶液室２に電解質溶液３０を循環させながら、第１及び第２の電極３，４に直流電圧を印加することにより、前記原水１５が複数の電解処理室１で複数回連続的に電気分解される。
【００５７】
図３は、本発明の電気分解を用いた水改質ユニットの設置の形態を示す模式図であり、（ａ）は直列接続、（ｂ）は並列接続、（ｃ）は横方向多層型、（ｄ）は直並列多段多層型を示す。
【００５８】
（ａ）の直列接続は、原水槽の支持構造８Ａの流水口に第１の電解槽１０の連結部２０を接続固定し、その排水口９側の連結部２０に、第２の電解槽１０の連結部を接続し、同様に、順次直列に第ｎ番目の電解槽１０を接続し、最後の電解槽の排水口９の連結部２０に処理水槽の支持構造９Ａを連結する形態である。この様に直列接続することによれば、原水を繰り返し連続的に改質或いは、中和させることができる。このため、強い酸性水あるいはアルカリ水を中和させることができる。
【００５９】
（ｂ）の並列接続は、電解槽１０を並列に並べ、給水口８側の連結部２０を、流路に並列の開口を有する支持構造部材８Ｂに固定して連結する形態である。この形態では、幅の或る流路の流水を改質する事ができる。
【００６０】
（ｃ）の横方向多層型は、第２の実施の形態の電気分解を用いた水改質ユニット１００Ａ、すなわちｎ個の電解溶液室２とｎ−１個の電解処理室１を備えた電解槽１０Ａにより幅の或る流路の流水を改質する形態である。
【００６１】
（ｄ）の直並列多段多層型は、電解槽１０を連結して処理水を導く処理水ヘッダー８Ｃにより（ｃ）に示した電解槽１０Ａを直列に連結した形態である。この形態では、多量の原水を一度に改質する事が可能となる。
【００６２】
図５は、本発明の電気分解を用いた水改質ユニット１００の湖沼・海への設置の形態を示す模式図で，（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。
【００６３】
（ａ）、（ｂ）に示すように、湖沼・海に浮かべた浮体７０（船、はしけ等）の床面から電気分解を用いる水改質ユニット１００を水面下に配置して、湖沼・海の水域を走行させながら湖水・海水の改質を行う。このとき、浮体７０の上面にソーラパネル６０を設けることにより、電気分解用の直流電力を確保する事が望ましい。
海などの海流がある場合は、係留しておくだけで、流水５０Ａが電解槽１０に取り込まれて改質されるが、静水面では、浮体に推進動力を設けて浮遊移動させる。
【００６４】
以上、本発明の電気分解を用いる水改質ユニットの構成及び構造を説明してきたが、前記第１の電極及び第２の電極は、表面に凹凸または溝を形成して、表面積を増加させた板状電極とすることで、さらに、電気分解効率を高めることができる。
【００６５】
また、第１の電極を、箱状のパンチングメタルとすることによれば、電解処理室１の両側に配置された電解溶液室２により近い位置に電極が配設されることになるため、さらに、電気分解効率を高めることができる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、水の改質処理を行う現場に応じて、必要な性能を確保する事ができる連結使用可能な電気分解を用いた水改質ユニットを得ることができる。また、所定寸法に規格化されたユニットとすることにより、製造コストを低減する事ができる。さらに、直列或いは並列に連結して利用することにより処理水量に対応する事ができる。
【００６７】
また、電極間の間隙が少なく、結晶性粘土鉱物を含むイオン交換隔膜を使用することにより、強い酸・アルカリのｐＨ値の、安定したイオン水を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の電気分解を用いる水改質ユニットの斜視図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の電気分解を用いる水改質ユニットの一部断面を示す正面図である。
【図３】図３は、本発明の電気分解を用いた水改質ユニットの設置の形態を示す模式図であり、（ａ）は直列接続、（ｂ）は並列接続、（ｃ）は横方向多層型、〔ｄ〕は直並列多段多層型を示す。
【図４】本発明の電気分解を用いた水改質ユニット１００の河川への設置の形態を示す模式図で，（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図５】本発明の電気分解を用いた水改質ユニット１００の湖沼・海への設置の形態を示す模式図で，（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。
【符号の説明】
１ 電解処理室
２ 電解溶液室
２ａ 電解質溶液注入口
２ｂ 電解質溶液排出口
２ｃ 連結配管
３ 第１の電極
４ 第２の電極
５ イオン交換隔膜
６ パッキング機構部
７ 電極端子
８、８ａ 給水口
８Ａ、８Ｂ、８Ｃ 支持構造
９、９ａ 排水口
９Ａ，９Ｂ 支持構造
９ｂ 連結配管
１０、１０Ａ 電解槽
１０ａ 底面
１０ｂ 側面
１５ 原水
２０ 連結部
３０ 電解質溶液
５０ 河川
５０Ａ 流路
５０Ｂ 堤体
５１ 土手
６０ ソーラパネル
７０ 浮体
１００，１００Ａ 電気分解を用いる水改質ユニット
【発明の属する技術分野】
本発明は、原水を電気分解してイオン化することによりアルカリ又は酸性水に改質する電気分解を用いる水改質ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、密閉された電解槽に原水を供給し、電解槽内の陽極及び陰極間に直流電圧を印加して電気分解し、陽極側に多く集まるマイナスイオンを多く含んだ酸性水と、陰極側に多く集まるプラスイオンを多く含んだアルカリ水を連続して得る水処理方法や装置が種々提案されている。
【０００３】
効率のよい電気分解による水の改質装置としては、処理水の電解室の周囲に電解質溶液室を配置して、電解質溶液を循環させると共に、電気分解により生じる電気分解ガスを外気に放出することにより捨て水を発生させない方法及び装置が開示されている。（特許文献１）
【０００４】
しかし、これらの家庭用イオン水製造装置は、イオン交換膜の性能、その構造から弱酸性（ｐＨ４．５前後）或いは弱アルカリ（ｐＨ９．５前後）のイオン水を生成することはできるが、強酸性或いは強アルカリ性のイオン水を連続的に、長期間生成することはできなかった。 また、生成されたイオン水は、数時間〜数日でｐＨ値が変化し中性化してしまう問題があった。
【０００５】
長期間にわたり安定したｐＨ値を保つイオン水の製造方法及び製造装置として、モンモリロナイトなどの結晶性粘土鉱物を主成分とするセラミックのイオン交換膜を用いて、その成分を溶解させることにより安定したｐＨ値を保つイオン水を生成する方法、および複数の電解槽に処理水を導き、電気分解処理を複数回にわたり繰り返して強酸性或いは強アルカリ性のイオン水を製造する方法及びその装置が開示されている。（特許文献２）
【０００６】
しかし、これらの装置は、電解槽或いは電気分解処理室が密閉されており、処理容量も限られている。このため、廃坑から出る強い酸性水や、酸性河川水などの大量な流水、または、金属表面処理廃液、メッキ廃液などの産業廃液を連続的に中和処理することはできなかった。
【０００７】
また、汚染水の中和処理に於いては、中和処理に伴って反応物（沈殿物）が生成されるため、密閉式の従来の方法・装置では槽内に沈殿してしまう為、処理できない問題があった。さらに、処理水の水量、酸・アルカリの強さに応じた電気分解槽をその都度設計・製造することはコスト面で問題があった。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−２２０５７２号公報（第２、３、４頁、第１図）
【特許文献２】
特開平８−２４８６５号公報（第２、３、４頁、第１図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、これらの問題を解決するため、必要に応じて連結可能な所定寸法のユニットに形成した電気分解を用いる水改質ユニットを提供することを課題とする。
【００１０】
また、強酸性或いは強アルカリ性を長期にわたり保持する処理水（イオン水）を製造可能な電気分解を用いる水改質ユニットを提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の電気分解を用いる水改質ユニットは、所定横幅及び所定奥行の長さの底面と、所定高さとからなる絶縁部材により形成される直方体形状の電解槽において、
前記電解槽底面の横方向に平行な中心線に沿って配設された前記電解槽の略所定奥行長と所定高さの第１の電極と、
その第１の電極との間に水の電気分解を可能とする電界が得られるように前記第１の電極の両側から所定の間隔長の位置にそれぞれ対向して配設された前記第１の電極と略同寸法の第２の電極と、
前記第１の電極と第２の電極の中間にそれぞれ設けられる２枚のイオン交換隔膜と、
前記イオン交換隔膜の周縁部を挟み込むように、それぞれ前記電解槽の絶縁部材の両側面及び底面部との間に少なくとも設けられた弾性部材からなるパッキング機構部と、
そのパッキング機構部により立設されたイオン交換隔膜によって原水の流入が阻止され、その中に第２の電極が設けられた状態が形成された電解槽の前面側及び裏面側の電解溶液室と、
前記２枚のイオン交換隔膜によって、その中に第１の電極が設けられた状態が形成された電解槽中央の電解処理室とを備え、
前記電解処理室の少なくとも横方向両側面は開放され、その一方及び他方の側面は、それぞれ原水の給水口及び排水口となり、
電解溶液室に電解質溶液を充填し、第一及び第２の電極に直流電圧を印加することにより、前記原水が電気分解されることを特徴とする。
【００１２】
この発明の電気分解を用いる水改質ユニットは、直方体形状の電解槽であり、その中央両側に給水口及び排水口を備えることから、流路の幅に応じて並列に並べて配置したり、改質程度に応じて直列に連結して配置することができる。また、原水を改質する電解処理室が両側の電解溶液室に挟まれて配置されているため、大きな電流を流すことができ、高い電気分解効率を得ることができる。このため、流水のイオン化（アルカリ或いは酸性化）性能を高めることができる。
【００１３】
また、前記電解槽の一方の両側面には、他のユニット或いは設置現場の支持構造に連結するための連結部を備え、前記電解処理室の上面は、開放されているか、或いは水素ガス排気口を有する上面蓋が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、電解槽に連結部を備えていることにより、複数のユニットを並列あるいは直列に連結する事ができる。また、電気分解により陰極に発生する水素ガスを大気中に放散させ、水素ガスが電極表面に付着し、分極現象により電気分解が停止するのを防止する事ができる。また、水素ガス排気口を有する上面蓋によれば、電気分解による水素ガスを回収して資源として利用する事ができる。
【００１５】
また、前記電解溶液室の両側面には、それぞれ電解室溶液を循環させるための給水口、排水口を有することを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、電気分解により酸性或いはアルカリ性にイオン化された電解質溶液を回収し、中性の電解質溶液を補充して、大きな電流で電気分解を行うことができる。
【００１７】
また、本発明の電気分解を用いる水改質ユニットは、所定横幅及び所定奥行の長さの底面と、所定高さとからなる絶縁部材により形成される直方体形状の電解槽において、
前記電解槽底面の横方向に平行に所定のピッチ間隔長で配列し、その電解槽内に配設された前記電解槽の略所定横幅と所定高さの複数Ｎ枚の第２の電極群と、その第２の電極群のそれぞれの中間に配列し、その電解槽内に配設された第２の電極と略同寸法の複数Ｎ−１枚の第１の電極群と、
前記第１及び第２の電極の中間に、それぞれ設けられた複数（Ｎー１）×２枚のイオン交換隔膜と、
前記イオン交換隔膜の周縁部を挟み込むように、それぞれ前記電解槽の絶縁部材の両側面及び底面部との間に設けられた弾性部材からなるパッキング機構部と、
そのパッキング機構部により立設されたイオン交換隔膜によって原水の流入が阻止されるように区画され、その中に第２の電極と第１の電極が交互に設けられた状態がそれぞれ形成されたＮ個の電解溶液室と、Ｎ−１個の電解処理室とを備え、
前記電解溶液室及び電解処理室の最前列と最後列の側面部には、それぞれ電解質溶液または原水の給水口及び排水口とを設け、中間列の側面部には、それぞれ中間給水口及び中間排水口を設け、
最前列の電解処理室で改質処理された原水を、下流の電解処理室に給水させるための連結配管がＮ−２本と、最前列の電解溶液室に充填された電解室溶液を、下流の電解溶液室に循環させるための連結配管がＮ−１本設けられ、
最前列の給水口から原水を注入し、電解溶液室に電解質溶液を循環させながら、第１及び第２の電極に直流電圧を印加することにより、前記原水が複数の電解処理室で複数回連続的に電気分解されることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、一つの電解槽が区画され、複数の電解処理室がすべて、両側に電解溶液室に挟まれた状態に形成されている。このため、それぞれの電解処理室に流れる電気分解電流を大きくすることができる。また、第二の電極が両側の電解処理室の第一の電極に対向して共用されるため、ユニットの製造コストを低減させる事ができる。
また、複数の電解処理室を直方体の電解槽内に設け、原水が複数の電解処理室で複数回連続的に電気分解されることにより、強酸性或は強アルカリ性のイオン化水を得ることができる。
【００１９】
また、前記連結配管は、上流側の電解処理室の上部に設けられた中間排出口から中間処理された原水を取り入れ、下流側の電解処理室の底面近くの下部に設けられた前記中間給水口に流入するようにして電解処理室の水位差により最後の電解処理室まで処理原水を導くことを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、電気分解による発生ガスの上昇に伴い電気分解によりイオン化された原水は上部に循環される。電解処理室の上部に設けられた中間排出口から、イオン化された原水を下流側の電解処理室の底面近くの下部に設けられた前記中間給水口に流入することにより、電気分解効率を高くする事ができる。
【００２１】
また、前記連結配管は、上流側の電解溶液室の上部に設けられた中間排出口から中間処理された電解質溶液を取り入れ、下流側の電解溶液室の底面近くの下部に設けられた前記中間給水口に流入するようにして電解溶液室の水位差により最後の電解溶液室まで電解質溶液を導くことを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、電気分解による発生ガスの上昇に伴い電気分解によりイオン化されたは電解質溶液上部に循環される。電解溶液室の上部に設けられた中間排出口から、イオン化された電解質溶液を下流側の電解溶液室の底面近くの下部に設けられた前記中間給水口に流入することにより、電解質溶液の回収・補充を促し電気分解効率を高くする事ができる。
【００２３】
また、前記イオン交換隔膜は、珪酸４面体とアルミナ８面体とが結合した結晶性粘土鉱物を主体とするセラミック製の板であることを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、イオン交換隔膜から溶解する結晶性粘土鉱物の微量の粘土鉱物分子が、マイナスイオン或いはプラスイオンを安定状態に保つため、長期に亘り、安定したアルカリ或いは酸性の改質された水を得ることができる。したがって、このユニットにより生成した改質水を、貯蔵しておき、利用が必要な場所に輸送して、必要な量を、必要な時期に提供する事ができる。すなわち、工業的利用或いは商業的な販売を可能にする事ができる。
【００２５】
また、前記電解処理室には、珪酸４面体とアルミナ８面体とが結合した結晶性粘土鉱物を含むセラミック粒状物が、原水に浸漬される状態で配置され／或いはイオン交換隔膜に塗布された状態で配置されていることを特徴とする。
【００２６】
この発明によれば、稀少鉱物である結晶性粘土鉱物を、イオン安定化に必要な量だけ溶解させることができる。このため、セラミック製の板からなるイオン交換隔膜に対し、より安価に安定した改質水を得ることができる。
【００２７】
また、前記第１の電極及び第２の電極は、表面に凹凸又は溝が形成され液体との接触表面積を増加させた板状の電極であることを特徴とする。
【００２８】
この発明によれば、処理される原水、或いは電解質溶液と電極との接触面積を広くする事ができる。このため高い電気分解効率を得ることができる。
【００２９】
また、前記第１及び第２の電極は、電解処理室または電解溶液室に引き抜き可能に挿入配設されており、前記イオン交換隔膜は、電解処理室と電解溶液室の境に設けられた弾性部材からなる密封機構部（パッキン）に嵌挿されて、それぞれ上部に引き抜き可能に保持されていることを特徴とする。
【００３０】
この発明によれば、電気分解により分解・消耗される電極及びイオン交換隔膜の交換が容易に行えるため、長期に亘る運用でのコストを低くする事ができる。
【００３１】
また、前記第１の電極は、上部が開口した箱状に形成された耐錆性金属のパンチングメタル材であることを特徴とする。
【００３２】
この発明によれば、電極が箱状に形成されていることから、電解処理室の両側面のイオン交換隔膜近傍に第一の電極が配設される形態となり、処理する原水の容量を減らすことなく、第２の電極と第一の電極との間隙を少なくする構造とする事ができる。このため、電極間の電流量を高く保ち、電気分解効率を高めることができる。
【００３３】
また、請求項１記載の電気分解を用いる水改質ユニットの給水口・排水口を電解処理室と同一断面に形成し、複数の電気分解を用いる水改質ユニットの給水口を並列に並べ、または／及び給水口と排水口を直列に接続し、廃水・河川・湖沼・海面等の現場で流水状態の原水を連続的に改質処理することを特徴とする。
【００３４】
この発明によれば、流水を最小限遮ることなく、連続して改質する事ができる。また、改質に伴い発生する化合・反応物が電解処理室内に沈殿しない構造を得ることができる。
【００３５】
また、請求項１または４記載の電気分解を用いる水改質ユニットに、改質処理室又は電解溶液室を覆うガス回収カバーと燃料電池とを備え、電気分解により発生する水素ガスを回収し、燃料電池原料として電力エネルギーに変換すると共に、改質処理現場の河川・湖沼に設置された太陽電池パネルを備え、それぞれで変換された電力エネルギーを電気分解用電力として用いることを特徴とする。
【００３６】
この発明によれば、電気分解のためのエネルギーの一部を水素ガスとして回収し、燃料電池により電気エネルギーに変換して再利用する事ができる。また、改質対象の河川或いは湖沼・海面で太陽電池パネルにより変換された直流電流を用いて電気分解することによれば、電力供給設備（送電線）のない場所、或いは発電設備のない環境であっても、電気分解による水の改質を行うことができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳細に説明する。
【００３８】
図１は、本発明の第１の実施の形態の斜視図である。この形態の電気分解を用いる水改質ユニット１００は、所定横幅ａ及び所定奥行ｂの長さの底面１０ａと、所定高さｃとからなる絶縁部材により形成される直方体形状の電解槽１０であって、その電解槽１０内部に、前記電解槽底面１０ａの横方向に平行な中心線に沿って配設された前記電解槽１０の所定奥行長ｂと所定高さｃより僅かに小さい板状の第１の電極３と、
その第１の電極３との間に水の電気分解を可能とする電界が得られるように前記第１の電極３の両側から所定の間隔長の位置にそれぞれ対向して配設された前記第１の電極３と略同寸法の第２の電極４とが配置されている。
【００３９】
前記第１の電極３と第２の電極４の中間にはそれぞれ２枚のイオン交換隔膜５がパッキング機構６により設けられている。パッキング機構部６は、前記イオン交換隔膜５の周縁部を挟み込むように、それぞれ前記電解槽１０の絶縁部材の両側面及び底面部との間に少なくとも設けられた弾性部材である。
【００４０】
電解槽１０は、パッキング機構部６により立設されたイオン交換隔膜５によって原水の流入が阻止され、その中に第２の電極４が設けられた状態が形成された電解槽１０の前面側及び裏面側の２つの電解溶液室２と、前記２枚のイオン交換隔膜５によって、その中に第１の電極３が設けられた状態が形成された電解槽１０中央の電解処理室１とに区画されている。
【００４１】
また、前記電解処理室１の少なくとも横方向両側面は開放され、その一方及び他方の側面は、それぞれ原水の給水口８及び排水口９とされている。
【００４２】
前記電解溶液室２には、電解溶液の注入口２ａと、電解溶液排出口２ｂが設けられている。
【００４３】
前記第１の電極３及び第２の電極４は、電解槽１０内に上部から挿入され、倒れないように絶縁部材の支持構造（図示せず）で保持されている。支持構造は底面１０ａに設けてもよいし、電極側面と電解槽１０或はイオン交換隔膜５の間に絶縁部材をはさみこむ方法のいずれでも良い。この、第１及び第２の電極３，４は、直流電源（図示せず）と電線で連結する電極端子７をそれぞれ備えている。
【００４４】
また、電解槽１０の給水口８及び排水口９の開口している横方向側面には、水改質ユニットを流水中に設置或は、ユニット同士を連結する為の連結部２０が備えられている。
【００４５】
ここで、本発明の電気分解による水改質ユニット１００を用いた水改質の実施の形態を説明する。図４は、本発明の電気分解を用いた水改質ユニット１００の設置の形態を示す模式図で，（ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【００４６】
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明の電気分解を用いた水改質ユニット１００を、給水口８が上流に向き、排水口９が下流となるように河川５０の流路５０Ａに配置する。このとき電解槽１０の上部は、水面上になるようにする。
【００４７】
この状態で、前記電解溶液室２に電解質溶液（食塩或は水酸化カリウムなどの水溶液）を充填し、第１の電極３と第２の電極４に電圧を印加する。流水は、電解処理室１内を通過するとき第１の電極３と第２の電極４との間に流れる電流により電気分解され、第１の電極３が負極の場合流水がマイナスイオン化（アルカリ性化）され、反対に正極の場合流水がプラスイオン化（酸性化）されることにより、流水の改質がなされる。
【００４８】
例えば、強い酸性の流水を中和させたい場合は、第１の電極を負極として電圧を印加すれば、電気分解により電解処理室１はマイナスイオン（ＯＨ−が多い状態）となり流水が下流の排水口９に達するまでに中和される。
【００４９】
このとき、中和により発生する化合物があれば、排水口９の外に流れ出る。これらの沈殿物が発生する場合は、排水口９の外に沈殿物回収機構を設けて回収することができる。
【００５０】
図４の実施例は、流水中に水改質ユニット１００を設置した場合を示したが、例えば、廃坑からポンプアップされた排水を改質浄化する場合などは、水改質ユニット１００を地上に設置し、その連結部２０に廃坑からの排水ホース或は排水管を連結する塞ぎ板（図示せず）を取り付けて排水を給水させて改質し、処理された水を流路に排出させる方法を取ることができる。
【００５１】
電気分解を用いた水改質ユニット１００の、負極に接続された電極からは、水素ガスが発生する。この水素ガスを回収する為、電解処理室或は電解溶液室の上部に水素ガス排気口を有する蓋を設け、水素ガスを資源として回収し燃料電池の原料にすることができる。
【００５２】
また、電解処理室１では流水が連続的に改質される一方、電解質溶液室２では、電解質溶液が電気分解によりイオン化される。イオン化が進むに従って、電流が流れにくくなり電気分解が停止する。これを防ぐ為、前記電解質溶液の注入口２ａから電解質溶液を補充し、電解溶液排出口２ｂから回収する。
【００５３】
図２は、本発明の第２の実施の形態の電気分解を用いる水改質ユニットの一部断面を示す正面図である。
【００５４】
図において、電気分解を用いる水改質ユニット１００Ａは、絶縁部材により形成された直方体形状の電解槽１０Ａ内部に、前記電解槽１０Ａ底面の横方向に平行に所定のピッチ間隔長で配列した複数Ｎ枚の第２電極４と、その第２の電極４群のそれぞれの中間に配列し、その電解槽１０Ａ内に配設された複数Ｎ−１枚の第１の電極３群と、前記第１及び第２の電極３，４の中間に、それぞれ設けられた複数（Ｎー１）×２枚のイオン交換隔膜５と、 前記イオン交換隔膜５の周縁部を挟み込むように、それぞれ前記電解槽１０Ａの絶縁部材の両側面及び底面部との間に設けられた弾性部材からなるパッキング機構部６と、
そのパッキング機構部６により立設されたイオン交換隔膜５によって原水の流入が阻止されるように区画され、その中に第２の電極と第１の電極が交互に設けられた状態がそれぞれ形成されたＮ個の電解溶液室２と、Ｎ−１個の電解処理室１とが交互に形成されている。
【００５５】
前記電解溶液室２及び電解処理室１の最前列と最後列の側面部には、それぞれ電解質溶液または原水の給水口８及び排水口９とを設け、中間列の側面部には、それぞれ中間給水口８ａ及び中間排水口９ａを設け、
最前列の電解処理室１で改質処理された原水１５を、下流の電解処理室１に給水させるための連結配管９ｂがＮ−２本と、最前列の電解溶液室２に充填された電解室溶液３０を、下流の電解溶液室２に循環させるための連結配管２ｃ（図示せず）がＮ−１本設けられている。なお、連結配管２ｃは、図示した原水の連結配管９ｂと同様の構造で連結される。
【００５６】
ここで、最前列の給水口８から原水１５を注入し、電解溶液室２に電解質溶液３０を循環させながら、第１及び第２の電極３，４に直流電圧を印加することにより、前記原水１５が複数の電解処理室１で複数回連続的に電気分解される。
【００５７】
図３は、本発明の電気分解を用いた水改質ユニットの設置の形態を示す模式図であり、（ａ）は直列接続、（ｂ）は並列接続、（ｃ）は横方向多層型、（ｄ）は直並列多段多層型を示す。
【００５８】
（ａ）の直列接続は、原水槽の支持構造８Ａの流水口に第１の電解槽１０の連結部２０を接続固定し、その排水口９側の連結部２０に、第２の電解槽１０の連結部を接続し、同様に、順次直列に第ｎ番目の電解槽１０を接続し、最後の電解槽の排水口９の連結部２０に処理水槽の支持構造９Ａを連結する形態である。この様に直列接続することによれば、原水を繰り返し連続的に改質或いは、中和させることができる。このため、強い酸性水あるいはアルカリ水を中和させることができる。
【００５９】
（ｂ）の並列接続は、電解槽１０を並列に並べ、給水口８側の連結部２０を、流路に並列の開口を有する支持構造部材８Ｂに固定して連結する形態である。この形態では、幅の或る流路の流水を改質する事ができる。
【００６０】
（ｃ）の横方向多層型は、第２の実施の形態の電気分解を用いた水改質ユニット１００Ａ、すなわちｎ個の電解溶液室２とｎ−１個の電解処理室１を備えた電解槽１０Ａにより幅の或る流路の流水を改質する形態である。
【００６１】
（ｄ）の直並列多段多層型は、電解槽１０を連結して処理水を導く処理水ヘッダー８Ｃにより（ｃ）に示した電解槽１０Ａを直列に連結した形態である。この形態では、多量の原水を一度に改質する事が可能となる。
【００６２】
図５は、本発明の電気分解を用いた水改質ユニット１００の湖沼・海への設置の形態を示す模式図で，（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。
【００６３】
（ａ）、（ｂ）に示すように、湖沼・海に浮かべた浮体７０（船、はしけ等）の床面から電気分解を用いる水改質ユニット１００を水面下に配置して、湖沼・海の水域を走行させながら湖水・海水の改質を行う。このとき、浮体７０の上面にソーラパネル６０を設けることにより、電気分解用の直流電力を確保する事が望ましい。
海などの海流がある場合は、係留しておくだけで、流水５０Ａが電解槽１０に取り込まれて改質されるが、静水面では、浮体に推進動力を設けて浮遊移動させる。
【００６４】
以上、本発明の電気分解を用いる水改質ユニットの構成及び構造を説明してきたが、前記第１の電極及び第２の電極は、表面に凹凸または溝を形成して、表面積を増加させた板状電極とすることで、さらに、電気分解効率を高めることができる。
【００６５】
また、第１の電極を、箱状のパンチングメタルとすることによれば、電解処理室１の両側に配置された電解溶液室２により近い位置に電極が配設されることになるため、さらに、電気分解効率を高めることができる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、水の改質処理を行う現場に応じて、必要な性能を確保する事ができる連結使用可能な電気分解を用いた水改質ユニットを得ることができる。また、所定寸法に規格化されたユニットとすることにより、製造コストを低減する事ができる。さらに、直列或いは並列に連結して利用することにより処理水量に対応する事ができる。
【００６７】
また、電極間の間隙が少なく、結晶性粘土鉱物を含むイオン交換隔膜を使用することにより、強い酸・アルカリのｐＨ値の、安定したイオン水を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の電気分解を用いる水改質ユニットの斜視図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の電気分解を用いる水改質ユニットの一部断面を示す正面図である。
【図３】図３は、本発明の電気分解を用いた水改質ユニットの設置の形態を示す模式図であり、（ａ）は直列接続、（ｂ）は並列接続、（ｃ）は横方向多層型、〔ｄ〕は直並列多段多層型を示す。
【図４】本発明の電気分解を用いた水改質ユニット１００の河川への設置の形態を示す模式図で，（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図５】本発明の電気分解を用いた水改質ユニット１００の湖沼・海への設置の形態を示す模式図で，（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。
【符号の説明】
１ 電解処理室
２ 電解溶液室
２ａ 電解質溶液注入口
２ｂ 電解質溶液排出口
２ｃ 連結配管
３ 第１の電極
４ 第２の電極
５ イオン交換隔膜
６ パッキング機構部
７ 電極端子
８、８ａ 給水口
８Ａ、８Ｂ、８Ｃ 支持構造
９、９ａ 排水口
９Ａ，９Ｂ 支持構造
９ｂ 連結配管
１０、１０Ａ 電解槽
１０ａ 底面
１０ｂ 側面
１５ 原水
２０ 連結部
３０ 電解質溶液
５０ 河川
５０Ａ 流路
５０Ｂ 堤体
５１ 土手
６０ ソーラパネル
７０ 浮体
１００，１００Ａ 電気分解を用いる水改質ユニット
Claims (13)
- 所定横幅及び所定奥行の長さの底面と、所定高さとからなる絶縁部材により形成される直方体形状の電解槽において、
前記電解槽底面の横方向に平行な中心線に沿って配設された前記電解槽の略所定奥行長と所定高さの第１の電極と、
その第１の電極との間に水の電気分解を可能とする電界が得られるように前記第１の電極の両側から所定の間隔長の位置にそれぞれ対向して配設された前記第１の電極と略同寸法の第２の電極と、
前記第１の電極と第２の電極の中間にそれぞれ設けられる２枚のイオン交換隔膜と、
前記イオン交換隔膜の周縁部を挟み込むように、それぞれ前記電解槽の絶縁部材の両側面及び底面部との間に少なくとも設けられた弾性部材からなるパッキング機構部と、
そのパッキング機構部により立設されたイオン交換隔膜によって原水の流入が阻止され、その中に第２の電極が設けられた状態が形成された電解槽の前面側及び裏面側の電解溶液室と、
前記２枚のイオン交換隔膜によって、その中に第１の電極が設けられた状態が形成された電解槽中央の電解処理室とを備え、
前記電解処理室の少なくとも横方向両側面は開放され、その一方及び他方の側面は、それぞれ原水の給水口及び排水口となり、
電解溶液室に電解質溶液を充填し、第一及び第２の電極に直流電圧を印加することにより、前記原水が電気分解されることを特徴とする電気分解を用いる水改質ユニット。 - 前記電解処理室の一方の両側面には、他のユニット或いは設置現場の支持構造に連結するための連結部を備え、前記電解処理室の上面は、開放されているか、或いは水素ガス排気口を有する上面蓋が設けられていることを特徴とする請求項１記載の電気分解を用いる水改質ユニット。
- 前記電解溶液室の両側面には、それぞれ電解室溶液を循環させるための給水口、排水口を有することを特徴とする請求項１または２記載の電気分解を用いる水改質ユニット。
- 所定横幅及び所定奥行の長さの底面と、所定高さとからなる絶縁部材により形成される直方体形状の電解槽において、
前記電解槽底面の横方向に平行に所定のピッチ間隔長で配列し、その電解槽内に配設された前記電解槽の略所定横幅と所定高さの複数Ｎ枚の第２の電極群と、
その第２の電極群のそれぞれの中間に配列し、その電解槽内に配設された第２の電極と略同寸法の複数Ｎ−１枚の第１の電極群と、
前記第１及び第２の電極の中間に、それぞれ設けられた複数（Ｎー１）×２枚のイオン交換隔膜と、
前記イオン交換隔膜の周縁部を挟み込むように、それぞれ前記電解槽の絶縁部材の両側面及び底面部との間に設けられた弾性部材からなるパッキング機構部と、
そのパッキング機構部により立設されたイオン交換隔膜によって原水の流入が阻止されるように区画され、その中に第２の電極と第１の電極が交互に設けられた状態がそれぞれ形成されたＮ個の電解溶液室と、Ｎ−１個の電解処理室とを備え、
前記電解溶液室及び電解処理室の最前列と最後列の側面部には、それぞれ電解質溶液または原水の給水口及び排水口とを設け、中間列の側面部には、それぞれ中間給水口及び中間排水口を設け、
最前列の電解処理室で改質処理された原水を、下流の電解処理室に給水させるための連結配管がＮ−２本と、最前列の電解溶液室に充填された電解室溶液を、下流の電解溶液室に循環させるための連結配管がＮ−１本設けられ、
最前列の給水口から原水を注入し、電解溶液室に電解質溶液を循環させながら、第１及び第２の電極に直流電圧を印加することにより、前記原水が複数の電解処理室で複数回連続的に電気分解されることを特徴とする電気分解を用いる水改質ユニット。 - 前記連結配管は、上流側の電解処理室の上部に設けられた中間排出口から中間処理された原水を取り入れ、下流側の電解処理室の底面近くの下部に設けられた前記中間給水口に流入するようにして電解処理室の水位差により最後の電解処理室まで処理原水を導くことを特徴とする請求項４記載の電気分解を用いる水改質ユニット。
- 前記連結配管は、上流側の電解溶液室の上部に設けられた中間排出口から中間処理された電解質溶液を取り入れ、下流側の電解溶液室の底面近くの下部に設けられた前記中間給水口に流入するようにして電解溶液室の水位差により最後の電解溶液室まで電解質溶液を導くことを特徴とする請求項４記載の電気分解を用いる水改質ユニット。
- 前記イオン交換隔膜は、珪酸４面体とアルミナ８面体とが結合した結晶性粘土鉱物を主体とするセラミック製の板であることを特徴とする請求項１または４記載の電気分解を用いる水改質ユニット。
- 前記電解処理室には、珪酸４面体とアルミナ８面体とが結合した結晶性粘土鉱物を含むセラミック粒状物が、原水に浸漬される状態で配置され／或いはイオン交換隔膜に塗布された状態で配置されていることを特徴とする請求項１または４記載の電気分解を用いる水改質ユニット。
- 前記第１の電極及び第２の電極は、表面に凹凸又は溝が形成され液体との接触表面積を増加させた板状の電極であることを特徴とする請求項１または４記載の電気分解を用いる水改質ユニット。
- 前記第１及び第２の電極は、電解処理室または電解溶液室に引き抜き可能に挿入配設されており、前記イオン交換隔膜は、電解処理室と電解溶液室の境に設けられた弾性部材からなる密封機構部（パッキン）に嵌挿されて、それぞれ上部に引き抜き可能に保持されていることを特徴とする請求項１または４記載の電気分解を用いる水改質ユニット。
- 前記第１の電極は、上部が開口した箱状に形成された耐錆性金属のパンチングメタル材であることを特徴とする請求項１または４記載の電気分解を用いる水改質ユニット。
- 請求項１記載の電気分解を用いる水改質ユニットの給水口・排水口を電解処理室と同一断面に形成し、複数の電気分解を用いる水改質ユニットの給水口を並列に並べ、または／及び給水口と排水口を直列に接続し、廃水・河川・湖沼・海面等の現場で流水状態の原水を連続的に改質処理することを特徴とする請求項１記載の電気分解を用いる水改質ユニット。
- 請求項１または４記載の電気分解を用いる水改質ユニットに、改質処理室又は電解溶液室を覆うガス回収カバーと燃料電池とを備え、電気分解により発生する水素ガスを回収し、燃料電池原料として電力エネルギーに変換すると共に、改質処理現場の河川・湖沼に設置された太陽電池パネルを備え、それぞれで変換された電力エネルギーを電気分解用電力として用いることを特徴とする請求項１または４記載の電気分解を用いる水改質ユニット。
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