JP3780622B2 - 電解槽 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一対の電極間に形成された通水路に水を流し、前記電極に電圧を印加することにより水を電気分解する電解装置に用いられる電解槽に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、飲用水として利用されるアルカリ水、人体の肌を引きしめるための美容水として利用される弱酸性水、殺菌水として利用される次亜塩素酸イオン含有水等、水道水の電気分解により得られる電解水は、一般家庭においても様々な形で利用されている。
【０００３】
電解水を生成するための手段としては、一対の電極間に形成された通水路に水を流して前記電極間に電圧を印加することにより前記水を電気分解するような電解装置が多く用いられる。
【０００４】
特に家電製品への応用を視野にいれると、電解装置は、大きさをできるだけ小さくし、高い効率で、且つ低いランニングコストで電解水を生成できるようにすることが望まれる。このため、電解槽に備えられる電極間の間隔はできるだけ小さくすることが好ましい。電極間の間隔を小さくすると、電解水の生成効率を損なうことなく印加電圧の値を小さくすることができるため、電気エネルギを節約できる。また、電極間の間隔を小さくすると、電解水の生成効率を損なうことなく電極板の面積を小さくすることができるため、資源の節約につながる。
【０００５】
ここで、電極間に隔膜が配された電解槽よりも、無隔膜型電解槽を用いる方が、電解槽をより小さくすることができる。
【０００６】
また、電解水の生成効率を高めるため、電極の流水に接触する面に、電気分解を促進する触媒（例えば白金）を定着させることが好ましい。
【０００７】
以上のような知見に基づき、例えば、表面に触媒を定着させた少なくとも一対の板状電極（すなわち電極板）を０．５ｍｍオーダーの微小間隔を以て平行に配置した無隔膜型電解槽を備える電解装置が実用化されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
水道水には通常様々な物質やイオンが含まれている。このような水道水が電極間の通水路を流れるとき、例えば炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、鉄さび等の難溶性物質が、電極の表面や、電極の端部付近のケーシングの表面に析出し、いわゆるスケールを形成する。このようなスケールは、電極表面はもとより、通水路の入口側に位置する電極の端部（角、端面等）にも形成されやすい。
【０００９】
電極間間隔を小さくした場合には、通水路の入口付近における僅かなスケールの付着によっても、通水路に流入する水の流量が影響を受けるおそれがあり、更に、スケールの付着が著しい場合には通水路が完全に閉塞されてしまうおそれがある。
【００１０】
本発明はこのような課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、スケールの付着による通水路の閉塞が生じにくいような電解槽を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段、発明の実施の形態、及び発明の効果】
電解槽の電極として用いられるものに、電気分解を促進する触媒の薄層で表面を被覆した矩形の電極板がある。この電極板を作成する工程の一例を図２１に示す。金属基板の表面に電気分解を促進する触媒を定着させて母材２１１を作成し（図２１（ａ））、該母材２１１を適宜切断又は切削することにより、複数の電極板２１２を作成する（図２１（ｂ））。このとき、上記金属基板の表面を予めエッチングしておくことにより触媒の定着性を高めるということも多く行なわれる。こうして得られた電極板２１２はその周縁部に角や端面を有する。
【００１２】
上記のような一対の電極板間に水を流して電気分解を行なったときに、電極板の角にスケールが多く付着する理由は次のようなものと考えられる。電極板間に電圧を印加すると、水に含まれるスケールの原料となるカルシウムイオンやマグネシウムイオン等の各種イオンが電極板に引きつけられる。そして、これらの成分が、電極板からの電気エネルギにより、水中の他の成分と反応し、炭酸カルシウムや水酸化マグネシウム等の難溶性物質が生成される。ところで、電極板の角においては表面においてよりも電気力線が集中しているため、そこには上記イオンが集中的に引きつけられる。このため、電極板の角には特に多くのスケールが生成されるものと考えられる。
【００１３】
一方、電極板の端面にスケールが多く付着する理由は次のようなものと考えられる。上記のように切断又は切削により形成された端面は、そのままでは表面粗さが大きい。従って、そこにスケールが形成されると、該スケールは強固に付着し、流水によっては除去されなくなる。更に、表面粗さが大きい面においては微小な突起がスケール生成の核となるため、表面粗さが小さい面よりもスケールが形成されやすい。このような理由により、表面粗さの大きい電極板の端面においてはスケールの形成、付着が起こりやすいものと考えられる。
【００１４】
もちろん、上記のようなスケールの付着の問題は、電極板のみならず、角や端面を有する電極、例えば角材状の電極を用いたときにも生じうる。
【００１５】
以上のような考察に基づき、本発明は、一対の電極の間に設けられた通水路に水を流して前記電極に電圧を印加することにより前記水を電気分解するような電解槽において、前記一対の電極の、前記通水路の入口側の端部における電気力線密度が、該電極の、前記通水路に面する他の部分における電気力線密度よりも低くなるようにしたことを特徴とする電解槽を提供する。このような電解槽では、通水路の入口において電極の端部にイオンが集中的に引きつけられることがないため、通水路の入口付近におけるスケールの形成が抑制され、従ってスケールによる通水路の閉塞も起こりにくい。なお、電気力線密度を低下させる方法としては、例えば、電極端部の曲げ加工や切削加工、電極端部の表面の平滑化等が挙げられる。
【００１６】
また、本発明は、一対の電極の間に設けられた通水路に水を流して前記電極板に電圧を印加することにより前記水を電気分解するような電解槽において、前記一対の電極の、前記通水路の入口側の端部の表面におけるスケールの付着力が、該電極の、前記通水路に面する他の部分の表面におけるスケールの付着力より小さくなるようにしたことを特徴とする電解槽を提供する。このような電解槽では、通水路の入口付近において電極の端部に形成されたスケールが水流により容易に除去されるため、スケールによる通水路の閉塞も起こりにくい。なお、スケールの付着力を小さくする方法としては、例えば、電極端部の表面の被覆加工や平滑化等が挙げられる。
【００１７】
また、本発明は、一対の電極板の間に水を流して前記電極板に電圧を印加することにより前記水を電気分解するような電解槽において、前記電極板の、前記水が流入する側の端部を被覆により隠蔽したことを特徴とする電解槽を提供する。
【００１８】
上記電解槽は、電極板の、水が流入する側の端部（角、端面等）を被覆により隠蔽することにより、前記端部に水が接触しないようにしたものである。このようにすると、従来より最もスケールの形成され易かった電極板の端部にスケールが付着しなくなる。
【００１９】
上記電解槽において、上記被覆をＡＢＳ樹脂等の非導電性材料で形成すれば、被覆表面における電気力線密度を低くすることができるため、スケールの形成をより効果的に抑制することができる。
【００２０】
また、上記電解槽において、被覆の表面粗さを電極板の入口端部の表面粗さよりも小さくすれば、被覆へのスケールの付着力を弱めることができるため、たとえ被覆の表面にスケールが形成されても、そのスケールは水流により容易に除去されるようになる。
【００２１】
また、本発明は、一対の電極の間に設けられた通水路に水を流して前記電極に電圧を印加することにより前記水を電気分解するような電解槽において、前記一対の電極の、前記通水路の入口側の端部間の距離は、該一対の電極の間隔よりも大きいことを特徴とする電解槽を提供する。
【００２２】
例えば上記一対の電極として略平行に配設された一対の電極板を用いる場合、「電極の端部」とは、電極板の、通水路の入口側の端面及び角をいう。また、「一対の電極の間隔」とは、一対の電極板の、前記通水路に面する面のうち、水の電気分解が主としてそこで行なわれる部分の間隔をいう。
【００２３】
例えば、上記電極として一対の電極板を用いる場合、対応する端部間の距離を大きくするには、一の電極板を他の電極板に対して通水方向にずらして配置するという方法、一の電極板の端部の形状を他の電極板の端部の形状と異ならしめるという方法、一の電極板と他の電極板の形状を略相似形として寸法のみ異ならしめるという方法、各電極板の端部を屈曲あるいは湾曲させること（曲げ加工）により端部間の距離を広げるという方法等が挙げられる。また、電極板が十分な厚さを有する場合は、該電極板の通水路の入口付近の部分を切削加工（面取り、曲面加工等）することにより、端部間の距離を実質的に大きくすることもできる。
【００２４】
上記のように前記一対の電極の、前記通水路の入口側に位置する端部の間の距離を大きくすると、該端部近傍における電気力線密度が低下するため、スケールの形成が抑制される。更に、端部間の距離を大きくすると通水路の入口における流路断面積も大きくなるから、たとえそこにスケールが形成されても、水を通すための流路が十分に確保される。
【００２５】
更にまた、本発明は、一対の電極の間に設けられた通水路に水を流して前記電極に電圧を印加することにより前記水を電気分解するような電解槽において、前記電極のうち、前記通水路の入口付近に含まれる部分の表面粗さを他の部分の表面粗さよりも小さくしたことを特徴とする電解槽を提供する。
【００２６】
例えば電極として電極板を用い、上記通水路の入口は前記電極板の端部により構成されている場合を考える。この場合、該通水路の入口付近に含まれる部分としては、前記電極板の角、辺、端面等がある。これらの部分の表面粗さを、例えば研磨や薬剤処理等の方法により小さくすると、（１）スケールの付着力が低下する、（２）スケール形成の核となる微小な突起が除去される、といった効果が得られる。
【００２７】
更にまた、本発明は、一対の電極の間に設けられた通水路に水を流して前記電極に電圧を印加することにより前記水を電気分解するような電解槽において、前記通水路の入口の前段に電気力線を分散させるための導電性部材を配したことを特徴とする電解槽を提供する。
【００２８】
電極の端部の近傍に導電性部材を配すると、該端部近傍における電気力線の分布が変化する。従って、通水路の入口の前段に導電性部材を適宜配設すれば、通水路の入口近傍における電気力線を分散させることができ、これにより、通水路の入口におけるスケールの形成を抑制することができる。
【００２９】
更にまた、本発明は、一対の電極の間に設けられた通水路に水を流して前記電極に電圧を印加することにより前記水を電気分解するような電解槽において、前記通水路の入口の前段に設けられた導入室と、該導入室内において水の乱流を生じさせるための乱流形成手段とを備えることを特徴とする電解槽を提供する。
【００３０】
一般に水中における物質やイオンの析出物は、その水が乱流を起こしているときには大きく成長しにくい。そこで、上記のように通水路の入口の前段に設けられた導入室にて水の乱流を生じさせれば、通水路の入口におけるスケールの形成を抑制することができる。
【００３１】
上記乱流形成手段としては、上記導入室内を流れる水により駆動される攪拌体を備えるものが考えられる。上記攪拌体としては、流水を受けて振動するリード板、羽根により流水を受けて回転する羽根車、流水を受けて運動する球体（ビーズ等）等が挙げられる。
【００３２】
更にまた、本発明は、一対の電極の間に設けられた通水路に水を流して前記電極に電圧を印加することにより前記水を電気分解するような電解槽において、前記通水路の入口の前段に設けられた導入室と、該導入室内に配設された可動体とを備え、該可動体は前記導入室内を流れる水により駆動されて運動し、前記通水路の入口に接触することを特徴とする電解槽を提供する。
【００３３】
上記電解槽は、導入室内を流れる水により可動体が駆動されて運動し、通水路の入口に接触することにより、そこに形成されたスケールが除去されるようにしたものである。
【００３４】
上記可動体の例としては、羽根により流水を受けて回転する羽根車、流水を受けて運動する球体（ビーズ等）等が挙げられる。
【００３５】
また、導入室内の水の圧力に応じて弁体の位置が変化するような定流量弁を設け、前記弁体が可動体として機能するようにすることもできる。
【００３６】
更にまた、本発明は、一対の電極の間に設けられた通水路に水を流して前記電極に電圧を印加することにより前記水を電気分解するような電解槽において、前記通水路の入口の前段に設けられた導入路と、該導入路内に配設された補助電極とを備えることを特徴とする電解槽を提供する。
【００３７】
上記電解槽は、スケールの原料となる各種イオンが通水路の入口に到達する前に導入路内において補助電極により捕獲されるようにしたものである。このようにすると、通水路の入口に到達した水に含まれる上記イオンの濃度が低下するため、通水路の入口におけるスケールの形成が抑制される。
【００３８】
上記補助電極には上記一対の電極に印加する電圧と同一の電圧を印加するようにしてもよいし、異なる電圧を印加できるようにしてもよい。また、上記導入路は、その中に補助電極を配設しても十分な流量で水を流すことができるように、十分大きな流路断面積を有するようにすることが望ましい。
【００３９】
更にまた、本発明は、一対の電極の間に設けられた通水路に水を流して前記電極に電圧を印加することにより前記水を電気分解するような電解槽において、前記通水路の入口の前段に設けられた導入室を備え、前記電極の端部の、前記通水路を構成する面とは反対側の面が前記導入室内に露出するようにしたことを特徴とする電解槽を提供する。
【００４０】
上記電解槽では、通水路の入口よりも前段に設けられた導入室内に電極の一部を露出させ、水源からの水は通水路の入口に到達する前に上記露出部分に接触し、そこにスケールが形成されるようにしている。このようにすると、通水路の入口に到達した水に含まれる上記イオンの濃度が低下するため、通水路の入口におけるスケールの形成が抑制される。
【００４１】
また、本発明は、一対の電極の間に設けられた通水路の直前に設けられた導入路から前記通水路に水を流して前記電極に電圧を印加することにより前記水を電気分解するような電解槽において、前記導入路の、前記通水路の入口近傍に含まれる部分の表面におけるスケールの付着力が、該導入路の他の部分におけるスケールの付着力よりも小さくなるようにしたことを特徴とする電解槽を提供する。このような電解槽では、導入路において形成されたスケールが流水により容易に除去されるため、導入路がスケールにより閉塞されて通水路への通水が不能となるといった事態が起こりにくい。なお、スケールの付着力を小さくする方法としては、例えば、電極端部の表面の被覆加工や平滑化等が挙げられる。また、上記一対の電極がケーシングにより保持されており、該ケーシングの一部が上記導入路を構成している場合、該導入路を構成するケーシング部分をより高い平滑度を有する部材により置き換えることによっても、本発明を実施することができる。
【００４２】
また、本発明は、一対の電極の間に設けられた通水路の直前に設けられた導入路から前記通水路に水を流して前記電極に電圧を印加することにより前記水を電気分解するような電解槽において、前記導入路の、前記通水路の入口近傍に含まれる部分の表面粗さを他の部分の表面粗さよりも小さくしたことを特徴とする電解槽を提供する。
【００４３】
一対の電極間に形成された入口に通じる導入路を有する電解槽では、該導入路の、前記通水路の入口近傍に含まれる部分にスケールが付着すると、水の流路が閉塞されるおそれがある。このことに鑑み、上記電解槽は、前記通水路の入口近傍に含まれる部分の表面粗さを他の部分の表面粗さよりも小さくしたものである。このようにすると、（１）スケールの付着力を弱める、（２）電気力線密度を低下させる、といった効果が得られ、導入路におけるスケールの形成が抑制される。
【００４４】
【実施例】
図１は本発明の第一の実施例の電解槽を示す斜視図である。本実施例の電解槽では、本体ケース１１および蓋１２にそれぞれ取り付けられた電極板１３及び１４の周縁部（端面、角等）を非導電性樹脂から成る被覆１６により隠蔽したものである（ただし、電極板１４の被覆については図示せず）。このようにすると、（１）電極板１３及び１４の周縁部に流水が接触しなくなるため、そこにスケールが形成されて付着することもなくなる、（２）被覆１６が非導電性樹脂から成るため、電極板１３及び１４の周縁部における電気力線密度が低下し、スケールの原料成分である各種イオンのうちそこへ引き寄せられるものの量が減少する、といった効果が得られる。
【００４５】
図２（ａ）は本発明の別の実施例の電解槽を示す斜視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線における右方から見た垂直断面図である。本実施例の電解槽では、非導電性樹脂から成る本体ケース２１及び蓋２２に、電極板２３及び２４がそれぞれ埋め込まれており、これにより、電極板２３及び２４の周縁部が被覆部２５により隠蔽された状態となっている。このような電解槽においても、図１の実施例で説明したのと同様の効果が得られる。
【００４６】
図３（ａ）〜（ｃ）は本発明の更に別の実施例の電極板の各種態様を示す斜視図である。本実施例では、電極板３１及び３２の端部を通水方向にずらして配置し、両者が重ならないようにしている。このようにすると、両端部が通水方向において同一の位置にある場合に比べて、（１）両端部間の電気力線密度を低下させることができるため、そこでのスケールの形成を抑制することができる、（２）両端部間の間隔が大きくなるため、端部にスケールが付着しても流水のために十分な流路面積が両端部間にて確保される、といった効果が得られる。
【００４７】
図４は本発明の更に別の実施例の電極板の各種形態を示す図である。図４において、（ａ１）は本実施例の一形態である電極板４１及び４２を示す平面図であり、（ａ２）は同電極板の側面図である。また、（ｂ１）は本実施例の別の形態である電極板４３及び４４を示す平面図であり、（ｂ２）は同電極板の側面図である。このうち、電極板４１及び４２について説明すると、電極板４１と電極板４２は異なる形状を有するように作成されており、相互に対応する通水方向の端部同士が重ならないように配置されている。このようにすると、両電極板の端部間の間隔を大きくしたのと同様の効果（すなわち、図３の実施例において説明した効果）が得られる。もちろん、（ｂ１）及び（ｂ２）に示した電極板４３及び４４についても同様のことが言える。
【００４８】
図５は本発明の更に別の実施例の電極板の各種形態を示す図である。ここで、図５において、（ａ１）は本実施例の一形態である電極板５１及び５２を示す平面図であり、（ａ２）は同電極板の側面図である。また、（ｂ１）は本実施例の別の形態である電極板５３及び５４を示す平面図であり、（ｂ２）は同電極板の側面図である。このうち、電極板５１及び５２について説明すると、電極板５１及び５２は略相似形となるように作成されており、相互に対応する通水方向の端部同士が重ならないように配置されている。このようにしても、図３の実施例において説明したと同様の効果が得られる。もちろん、（ｂ１）及び（ｂ２）に示した電極板５３及び５４についても同様のことが言える。
【００４９】
図６は本発明の更に別の実施例の電極板の各種形態を示す断面図である。本実施例では、電極板６１及び６２の端部６３及び６４を互いに逆方向に屈曲（図６（ａ）、（ｃ））又は湾曲（図６（ｂ））させることにより入口部６５を形成している。このようにすると、（１）両端部６３及び６４付近の電気力線密度を低下させることができるため、そこでのスケールの形成を抑制することができる、（２）両端部６３及び６４の間隔が大きいため、たとえ端部６３及び６４にスケールが付着しても、流水のために十分な流路面積が確保される、といった効果が得られる。なお、図６（ａ）のように電極板の端部を直角に折り曲げた場合でも、曲がった部分６６の表面は曲面となっているから、ここに電気力線が集中するということはない。
【００５０】
図７は本発明の更に別の実施例の電解槽を示す断面図である。電極板が十分な厚さを有する場合には、図７（ａ）に示したように、電極板７１及び７２の入口部７７の角に面取り部７３及び７４を形成したり、あるいは、図７（ｂ）に示したように曲面部７５及び７６を形成することができる。このようにしても、図６の実施例で説明したのと同様の効果が得られる。
【００５１】
図８は本発明の更に別の実施例の電解槽を示す断面図である。本実施例の電解槽では、一対の電極板８１及び８２を完全に平行に配置せず、一方を他方に対してやや傾けて配置したことにより、両電極板間の通水路８３がテーパ状になり、入口８４における両電極板８１及び８２の間隔が大きく、出口８５における間隔が小さくなるようにしている。このようにしても、図６の実施例で説明したのと同様の効果が得られる。
【００５２】
図９（ａ）〜（ｃ）は本発明の更に別の実施例の電極板を作成する方法を説明するための図である。図９において、（ａ）は先に図２１を参照しながら説明したような方法で作成された電極板９０を示す斜視図である。上記のように作成された電極板９０は、そのまま何の加工も施されない状態では、図９（ｂ）に示したように、端面９１及び角９２が荒れている。そこで、端面９１及び角９２を研磨することにより、図９（ｃ）に示したように、端面９１の表面粗さを小さくし、角９２を面取り加工又は丸め加工する。端面の表面粗さを小さくすることにより、そこへのスケールの付着力が低下する。また、電極板の角に面取りを設けたりあるいは丸めることにより、そこにおける電気力線密度が低下するため、スケールの原料成分となる各種イオンのうち電極板の角へ引き寄せられるものの量が減少し、スケールの形成が抑制される。
【００５３】
図１０は本発明の更に別の実施例の電極板を作成する方法を説明するための図である。本実施例では、電極板１０１及び１０２の通水路１０３に面する表面のうち入口１０４付近の部分１０５及び１０６が研磨され、表面粗さが小さくなっている。このようにすると、（１）通水路１０３の入口１０４付近において電気力線密度が低下するため、スケールの原料成分となる各種イオンのうち通水路１０３の入口１０４付近における電極の表面に引き寄せられるものの量が減少する、（２）表面粗さを小さくすることにより、スケールの付着力が低下する、といった効果が得られる。
【００５４】
図１１（ａ）及び（ｂ）は本発明の更に別の実施例の電極板を作成する方法を説明するための図である。本実施例では、通水路１１０に面する電極板１１１及び１１２の表面１１３及び１１４を従来とは異なるエッチング方法で加工することにより、前記表面の表面粗さを小さくするようにしたものである。すなわち、従来のエッチング方法では、通水路１１０に面する電極板の表面１１１及び１１２の表面粗さが著しく大きかった。そこで、本実施例では、エッチングの方法を変えることにより、上記表面の表面粗さを小さくしたものである。このようにしても、図１０の実施例で説明したのと同様の効果が得られる。
【００５５】
図１２は本発明の更に別の実施例の電極板を示す断面図である。本実施例では、通水路１２０中において電極板１２１及び１２２の端部１２３及び１２４よりも上流に導電体１２５及び１２６が、前記端部１２３及び１２４に接触しないように配設されている。このようにすると、上記端部１２３及び１２４から出る電気力線の一部が通水路１２０中に出ることなく導電体１２５及び１２６に向かうようになる。従って、電極板１２１及び１２２の端部１２３及び１２４付近において通水路１２０中に発生する電気力線の密度が低下するため、スケールの形成が抑制される。
【００５６】
図１３は本発明の更に別の実施例の電極板を示す断面図である。本実施例の電極板１３０及び１３１は導電性材料から成る電極板保持体１３２及び１３３にそれぞれ固定されている。電極板保持体１３２及び１３３の両端部は曲面加工されて入口部１３４及び出口部１３５が形成されている。このようにすると、電極板１３０及び１３１の端部における電気力線密度が低下するため、スケールの形成が抑制される。また、電極板保持体１３２及び１３３の両端部を曲面加工したことにより、図６の実施例で説明したのと同様の効果が得られる。
【００５７】
図１４は本発明の更に別の実施例の電解槽を示す図である。図１４において、（ａ）は本実施例の電解槽の平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における右方から見た垂直断面図である。本実施例の電解槽には、導水口１４１から一対の電極板１４２及び１４３の間の通水路１４４の入口１４５へ至る導入路１４６が設けられており、更に、該導入路１４６中には、通水路１４４の入口１４５における両電極１４２及び１４３の間隔よりもやや大きい径を有する多数の球体１４７が配設されている。このような電解槽に導水口１４１から水を供給すると、流水の圧力により球体１４７が運動する。すると、運動する球体１４７により導入路１４６内に発生する乱流により通水路１４４の入口１４５に付着したスケールが剥離、除去される。更に、運動する球体１４７が通水路１４４の入口１４５に付着したスケールに接触することにより、該スケールが剥離、除去される。
【００５８】
図１５は本発明の更に別の実施例の電解槽を示す図である。図１５において、（ａ）は本実施例の電解槽の垂直断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における水平断面図である。本実施例の電解槽には、導水口１５１から一対の電極板１５２及び１５３間の通水路１５４の入口１５５へ至る流路上に回転体室１５６が設けられており、更に、その中には多数の羽根１５７を有する回転体１５８が配設されている。このような電解槽に導水口１５１から水を供給すると、羽根１５７が流水の圧力を受け、回転体１５８が回転する。すると、回転体１５８の回転により回転体室１５６内に発生する乱流により通水路１５４の入口１５５に付着したスケールが剥離、除去される。更に、回転体１５８の羽根１５７の先端が通水路１５４の入口１５５に付着したスケールに接触することにより該スケールが剥離、除去される。
【００５９】
図１６は本発明の更に別の実施例の電解槽を示す断面図である。本実施例の電解槽には、導水口１６１から、一対の電極板１６２（図では一方のみ示す）の間の通水路（図示せず）の入口１６４へ至る流路の途上に流量制御室１６５が設けられている。流量制御室１６５内には軸１６６を中心に回動可能な可動体１６７が設けられている。可動体１６７にはバネ１６６ａにより図面上で右方向に回転するような付勢力が加えられている。可動体１６７の先端１６７ａにはリンク１６８の一端が回動可能に結合されている。また、リンク１６８の他端は、電極板１６２の上端（すなわち通水路の入口１６４）に接触して摺動可能なスケール除去体１６９に結合されている。
【００６０】
上記のような電解槽に導水口１６１から水を供給すると、流量制御室１６５に流入する水の圧力により可動体１６７が図面上で左方向に回転し、バネ１６６ａの付勢力と水圧が均衡するところで可動体１６７は静止する。このとき、水圧が大きくなると、可動体１６７の先端はより左に移動し、可動体１６７の先端１６７ａと流量制御室１６５の天井１６５ａとの間の流路面積が減少する。逆に、水圧が大きくなると、可動体１６７の先端１６７ａはより右に移動し、可動体１６７の先端１６７ａと流量制御室１６５の天井１６５ａとの間の流路面積が増大する。このような機構により、通水路へ供給される水の流量が安定化される。
【００６１】
上記のように水圧の変動にともなって可動体１６７の先端１６７ａの位置が左右に変化すると、リンク１６８により可動体１６７の先端１６７ａに連結されたスケール除去体１６９の位置も左右に変化する。これにより、通水路の入口１６４に付着したスケールが剥離、除去される。
【００６２】
図１７は本発明の更に別の実施例の電解槽を示す断面図である。本実施例の電解槽には、導水口１７１から一対の電極板（電解用電極板）１７２及び１７３の間の通水路１７４の入口１７５へ至る流路上にイオン捕捉室１７６が設けられており、イオン捕捉室１７６内には上記電解用電極板１７２及び１７３とは別の一対の補助電極板１７７及び１７８が配設されている。ここで、上記一対の補助電極板１７７及び１７８は、電解用電極板１７２及び１７３の間隔よりも大きい間隔を以て対向している。このような電解槽では、導水口１７１から供給される水に含まれるスケールの原料成分となる各種イオンの大部分は補助電極板１７７及び１７８に引き寄せられ、そこにスケールを形成するため、通水路１７４の入口１７５においてはスケールがほとんど形成されない。また、補助電極板１７７及び１７８の間隔は大きく設定してあるため、そこにスケールが付着しても流路が閉塞される心配はない。
【００６３】
なお、上記電解槽では、電解用電極板と補助電極板とを分離して設けたが、一枚の電極板を曲げ成形することにより、電解部と、スケールの原料となるイオンを捕捉するためのイオン捕捉部とを有する一体型電極板を作成して用いても、上記と同様の効果が得られる。
【００６４】
図１８（ａ）及び（ｂ）は、本発明の更に別の実施例の電解槽の一部を示す断面図である。本実施例の電解槽には、図示せぬ導水口から一対の電極板１８１及び１８２の間の通水路１８３の入口１８４に至る導入路１８５が設けられており、導入路内には、前記一対の電極板１８１及び１８２の端部１８６及び１８７が露出している。このような電解槽に上記導水口から水を供給すると、その水は通水路１８３に流入する前に、電極板１８１及び１８２の端部１８６及び１８７の露出した表面に接触し、符号１８８で示したような箇所に大部分のスケールが付着するため、通水路１８３の入口１８４付近においてはスケールがほとんど形成されない。
【００６５】
以上の各実施例では、電極板の端部へのスケールの付着により通水路が閉塞されることを防止するように構成された電解槽について説明したが、以下の各実施例では、電極板の端部ではなく、端部付近のケーシング表面へのスケールの付着を防止するように構成された電解槽の例を説明する。
【００６６】
まず、図１９の電解槽を見てみる。図１９の電解層には、通水路１９１内の電極板１９２及び１９３よりも上流のケーシング部分に、ガラス、セラミック、金属等から成る導入路平滑化部材１９４及び１９５が配設されている。そして、導入路平滑化部材１９４及び１９５の表面１９６及び１９７は、電極板１９２および１９３よりも小さい表面粗さを有している。このような導入路平滑化部材１９４及び１９５の間においては電気力線密度が低下し、更に、導入路平滑化部材１９４及び１９５の表面へのスケールの付着力は低いため、そこにスケールが付着して水の流路が閉塞されるということが防止される。
【００６７】
次に、図２０の電解槽について説明する。図２０の電解槽の構成は、一対の補助電極板２０１及び２０２が、電解用電極板２０３及び２０４から離れて配設されている点以外は、図１７の電解槽とほぼ同じである。このような電解槽では、導水口２０５から供給される水に含まれるスケールの原料成分となる各種イオンの大部分は補助電極板２０１及び２０２に引き寄せられ、そこにスケールを形成するため、通水路２０６の入口２０７よりも上流のケーシング部分２０８においてはスケールがほとんど形成されない。
【００６８】
以上、本発明に係る電解槽及び電極の様々な実施例について説明したが、これらはあくまで例に過ぎず、本発明の精神及び範囲内で様々に変形することが可能であることは言うまでもない。例えば、上記実施例では、本発明により主として通水路の入口におけるスケールの形成を抑制できることを述べたが、上記実施例の技術のほとんどは、通水路の出口におけるスケールの形成を抑制するためにも利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第一の実施例の電解槽を示す斜視図。
【図２】 （ａ）本発明の別の実施例の電解槽を示す斜視図、（ｂ）（ａ）のＢ−Ｂ線における右方から見た垂直断面図。
【図３】 （ａ）〜（ｃ）本発明の更に別の実施例の電極板の各種態様を示す斜視図。
【図４】 （ａ１）〜（ｂ２）本発明の更に別の実施例の電極板の各種形態を示す図。
【図５】 （ａ１）〜（ｂ２）本発明の更に別の実施例の電極板の各種形態を示す図。
【図６】 （ａ）〜（ｃ）本発明の更に別の実施例の電極板の各種形態を示す断面図。
【図７】 （ａ）、（ｂ）本発明の更に別の実施例の電解槽を示す断面図。
【図８】 本発明の更に別の実施例の電解槽を示す断面図。
【図９】 （ａ）〜（ｃ）本発明の更に別の実施例の電極板を作成する方法を説明するための図。
【図１０】 （ａ）、（ｂ）本発明の更に別の実施例の電極板を作成する方法を説明するための図。
【図１１】 本発明の更に別の実施例の電極板を作成する方法を説明するための図。
【図１２】 本発明の更に別の実施例の電極板を示す断面図。
【図１３】 本発明の更に別の実施例の電極板を示す断面図。
【図１４】 （ａ）本発明の更に別の実施例の電解槽を示す平面図、（ｂ）（ａ）のＢ−Ｂ線における下方から見た垂直断面図。
【図１５】 （ａ）本発明の更に別の実施例の電解槽を示す垂直断面図、（ｂ）（ａ）のＢ−Ｂ線における水平断面図。
【図１６】 本発明の更に別の実施例の電解槽を示す断面図。
【図１７】 本発明の更に別の実施例の電解槽を示す断面図。
【図１８】 （ａ）、（ｂ）本発明の更に別の実施例の電解槽の一部を示す断面図。
【図１９】 電極の端部付近のケーシング表面へのスケールの付着を防止するように構成された電解槽の一例を示す断面図。
【図２０】 電極の端部付近のケーシング表面へのスケールの付着を防止するように構成された電解槽の別の例を示す断面図。
【図２１】 電極板を作成する工程の一例を示す図。
【発明の属する技術分野】
本発明は、一対の電極間に形成された通水路に水を流し、前記電極に電圧を印加することにより水を電気分解する電解装置に用いられる電解槽に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、飲用水として利用されるアルカリ水、人体の肌を引きしめるための美容水として利用される弱酸性水、殺菌水として利用される次亜塩素酸イオン含有水等、水道水の電気分解により得られる電解水は、一般家庭においても様々な形で利用されている。
【０００３】
電解水を生成するための手段としては、一対の電極間に形成された通水路に水を流して前記電極間に電圧を印加することにより前記水を電気分解するような電解装置が多く用いられる。
【０００４】
特に家電製品への応用を視野にいれると、電解装置は、大きさをできるだけ小さくし、高い効率で、且つ低いランニングコストで電解水を生成できるようにすることが望まれる。このため、電解槽に備えられる電極間の間隔はできるだけ小さくすることが好ましい。電極間の間隔を小さくすると、電解水の生成効率を損なうことなく印加電圧の値を小さくすることができるため、電気エネルギを節約できる。また、電極間の間隔を小さくすると、電解水の生成効率を損なうことなく電極板の面積を小さくすることができるため、資源の節約につながる。
【０００５】
ここで、電極間に隔膜が配された電解槽よりも、無隔膜型電解槽を用いる方が、電解槽をより小さくすることができる。
【０００６】
また、電解水の生成効率を高めるため、電極の流水に接触する面に、電気分解を促進する触媒（例えば白金）を定着させることが好ましい。
【０００７】
以上のような知見に基づき、例えば、表面に触媒を定着させた少なくとも一対の板状電極（すなわち電極板）を０．５ｍｍオーダーの微小間隔を以て平行に配置した無隔膜型電解槽を備える電解装置が実用化されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
水道水には通常様々な物質やイオンが含まれている。このような水道水が電極間の通水路を流れるとき、例えば炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、鉄さび等の難溶性物質が、電極の表面や、電極の端部付近のケーシングの表面に析出し、いわゆるスケールを形成する。このようなスケールは、電極表面はもとより、通水路の入口側に位置する電極の端部（角、端面等）にも形成されやすい。
【０００９】
電極間間隔を小さくした場合には、通水路の入口付近における僅かなスケールの付着によっても、通水路に流入する水の流量が影響を受けるおそれがあり、更に、スケールの付着が著しい場合には通水路が完全に閉塞されてしまうおそれがある。
【００１０】
本発明はこのような課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、スケールの付着による通水路の閉塞が生じにくいような電解槽を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段、発明の実施の形態、及び発明の効果】
電解槽の電極として用いられるものに、電気分解を促進する触媒の薄層で表面を被覆した矩形の電極板がある。この電極板を作成する工程の一例を図２１に示す。金属基板の表面に電気分解を促進する触媒を定着させて母材２１１を作成し（図２１（ａ））、該母材２１１を適宜切断又は切削することにより、複数の電極板２１２を作成する（図２１（ｂ））。このとき、上記金属基板の表面を予めエッチングしておくことにより触媒の定着性を高めるということも多く行なわれる。こうして得られた電極板２１２はその周縁部に角や端面を有する。
【００１２】
上記のような一対の電極板間に水を流して電気分解を行なったときに、電極板の角にスケールが多く付着する理由は次のようなものと考えられる。電極板間に電圧を印加すると、水に含まれるスケールの原料となるカルシウムイオンやマグネシウムイオン等の各種イオンが電極板に引きつけられる。そして、これらの成分が、電極板からの電気エネルギにより、水中の他の成分と反応し、炭酸カルシウムや水酸化マグネシウム等の難溶性物質が生成される。ところで、電極板の角においては表面においてよりも電気力線が集中しているため、そこには上記イオンが集中的に引きつけられる。このため、電極板の角には特に多くのスケールが生成されるものと考えられる。
【００１３】
一方、電極板の端面にスケールが多く付着する理由は次のようなものと考えられる。上記のように切断又は切削により形成された端面は、そのままでは表面粗さが大きい。従って、そこにスケールが形成されると、該スケールは強固に付着し、流水によっては除去されなくなる。更に、表面粗さが大きい面においては微小な突起がスケール生成の核となるため、表面粗さが小さい面よりもスケールが形成されやすい。このような理由により、表面粗さの大きい電極板の端面においてはスケールの形成、付着が起こりやすいものと考えられる。
【００１４】
もちろん、上記のようなスケールの付着の問題は、電極板のみならず、角や端面を有する電極、例えば角材状の電極を用いたときにも生じうる。
【００１５】
以上のような考察に基づき、本発明は、一対の電極の間に設けられた通水路に水を流して前記電極に電圧を印加することにより前記水を電気分解するような電解槽において、前記一対の電極の、前記通水路の入口側の端部における電気力線密度が、該電極の、前記通水路に面する他の部分における電気力線密度よりも低くなるようにしたことを特徴とする電解槽を提供する。このような電解槽では、通水路の入口において電極の端部にイオンが集中的に引きつけられることがないため、通水路の入口付近におけるスケールの形成が抑制され、従ってスケールによる通水路の閉塞も起こりにくい。なお、電気力線密度を低下させる方法としては、例えば、電極端部の曲げ加工や切削加工、電極端部の表面の平滑化等が挙げられる。
【００１６】
また、本発明は、一対の電極の間に設けられた通水路に水を流して前記電極板に電圧を印加することにより前記水を電気分解するような電解槽において、前記一対の電極の、前記通水路の入口側の端部の表面におけるスケールの付着力が、該電極の、前記通水路に面する他の部分の表面におけるスケールの付着力より小さくなるようにしたことを特徴とする電解槽を提供する。このような電解槽では、通水路の入口付近において電極の端部に形成されたスケールが水流により容易に除去されるため、スケールによる通水路の閉塞も起こりにくい。なお、スケールの付着力を小さくする方法としては、例えば、電極端部の表面の被覆加工や平滑化等が挙げられる。
【００１７】
また、本発明は、一対の電極板の間に水を流して前記電極板に電圧を印加することにより前記水を電気分解するような電解槽において、前記電極板の、前記水が流入する側の端部を被覆により隠蔽したことを特徴とする電解槽を提供する。
【００１８】
上記電解槽は、電極板の、水が流入する側の端部（角、端面等）を被覆により隠蔽することにより、前記端部に水が接触しないようにしたものである。このようにすると、従来より最もスケールの形成され易かった電極板の端部にスケールが付着しなくなる。
【００１９】
上記電解槽において、上記被覆をＡＢＳ樹脂等の非導電性材料で形成すれば、被覆表面における電気力線密度を低くすることができるため、スケールの形成をより効果的に抑制することができる。
【００２０】
また、上記電解槽において、被覆の表面粗さを電極板の入口端部の表面粗さよりも小さくすれば、被覆へのスケールの付着力を弱めることができるため、たとえ被覆の表面にスケールが形成されても、そのスケールは水流により容易に除去されるようになる。
【００２１】
また、本発明は、一対の電極の間に設けられた通水路に水を流して前記電極に電圧を印加することにより前記水を電気分解するような電解槽において、前記一対の電極の、前記通水路の入口側の端部間の距離は、該一対の電極の間隔よりも大きいことを特徴とする電解槽を提供する。
【００２２】
例えば上記一対の電極として略平行に配設された一対の電極板を用いる場合、「電極の端部」とは、電極板の、通水路の入口側の端面及び角をいう。また、「一対の電極の間隔」とは、一対の電極板の、前記通水路に面する面のうち、水の電気分解が主としてそこで行なわれる部分の間隔をいう。
【００２３】
例えば、上記電極として一対の電極板を用いる場合、対応する端部間の距離を大きくするには、一の電極板を他の電極板に対して通水方向にずらして配置するという方法、一の電極板の端部の形状を他の電極板の端部の形状と異ならしめるという方法、一の電極板と他の電極板の形状を略相似形として寸法のみ異ならしめるという方法、各電極板の端部を屈曲あるいは湾曲させること（曲げ加工）により端部間の距離を広げるという方法等が挙げられる。また、電極板が十分な厚さを有する場合は、該電極板の通水路の入口付近の部分を切削加工（面取り、曲面加工等）することにより、端部間の距離を実質的に大きくすることもできる。
【００２４】
上記のように前記一対の電極の、前記通水路の入口側に位置する端部の間の距離を大きくすると、該端部近傍における電気力線密度が低下するため、スケールの形成が抑制される。更に、端部間の距離を大きくすると通水路の入口における流路断面積も大きくなるから、たとえそこにスケールが形成されても、水を通すための流路が十分に確保される。
【００２５】
更にまた、本発明は、一対の電極の間に設けられた通水路に水を流して前記電極に電圧を印加することにより前記水を電気分解するような電解槽において、前記電極のうち、前記通水路の入口付近に含まれる部分の表面粗さを他の部分の表面粗さよりも小さくしたことを特徴とする電解槽を提供する。
【００２６】
例えば電極として電極板を用い、上記通水路の入口は前記電極板の端部により構成されている場合を考える。この場合、該通水路の入口付近に含まれる部分としては、前記電極板の角、辺、端面等がある。これらの部分の表面粗さを、例えば研磨や薬剤処理等の方法により小さくすると、（１）スケールの付着力が低下する、（２）スケール形成の核となる微小な突起が除去される、といった効果が得られる。
【００２７】
更にまた、本発明は、一対の電極の間に設けられた通水路に水を流して前記電極に電圧を印加することにより前記水を電気分解するような電解槽において、前記通水路の入口の前段に電気力線を分散させるための導電性部材を配したことを特徴とする電解槽を提供する。
【００２８】
電極の端部の近傍に導電性部材を配すると、該端部近傍における電気力線の分布が変化する。従って、通水路の入口の前段に導電性部材を適宜配設すれば、通水路の入口近傍における電気力線を分散させることができ、これにより、通水路の入口におけるスケールの形成を抑制することができる。
【００２９】
更にまた、本発明は、一対の電極の間に設けられた通水路に水を流して前記電極に電圧を印加することにより前記水を電気分解するような電解槽において、前記通水路の入口の前段に設けられた導入室と、該導入室内において水の乱流を生じさせるための乱流形成手段とを備えることを特徴とする電解槽を提供する。
【００３０】
一般に水中における物質やイオンの析出物は、その水が乱流を起こしているときには大きく成長しにくい。そこで、上記のように通水路の入口の前段に設けられた導入室にて水の乱流を生じさせれば、通水路の入口におけるスケールの形成を抑制することができる。
【００３１】
上記乱流形成手段としては、上記導入室内を流れる水により駆動される攪拌体を備えるものが考えられる。上記攪拌体としては、流水を受けて振動するリード板、羽根により流水を受けて回転する羽根車、流水を受けて運動する球体（ビーズ等）等が挙げられる。
【００３２】
更にまた、本発明は、一対の電極の間に設けられた通水路に水を流して前記電極に電圧を印加することにより前記水を電気分解するような電解槽において、前記通水路の入口の前段に設けられた導入室と、該導入室内に配設された可動体とを備え、該可動体は前記導入室内を流れる水により駆動されて運動し、前記通水路の入口に接触することを特徴とする電解槽を提供する。
【００３３】
上記電解槽は、導入室内を流れる水により可動体が駆動されて運動し、通水路の入口に接触することにより、そこに形成されたスケールが除去されるようにしたものである。
【００３４】
上記可動体の例としては、羽根により流水を受けて回転する羽根車、流水を受けて運動する球体（ビーズ等）等が挙げられる。
【００３５】
また、導入室内の水の圧力に応じて弁体の位置が変化するような定流量弁を設け、前記弁体が可動体として機能するようにすることもできる。
【００３６】
更にまた、本発明は、一対の電極の間に設けられた通水路に水を流して前記電極に電圧を印加することにより前記水を電気分解するような電解槽において、前記通水路の入口の前段に設けられた導入路と、該導入路内に配設された補助電極とを備えることを特徴とする電解槽を提供する。
【００３７】
上記電解槽は、スケールの原料となる各種イオンが通水路の入口に到達する前に導入路内において補助電極により捕獲されるようにしたものである。このようにすると、通水路の入口に到達した水に含まれる上記イオンの濃度が低下するため、通水路の入口におけるスケールの形成が抑制される。
【００３８】
上記補助電極には上記一対の電極に印加する電圧と同一の電圧を印加するようにしてもよいし、異なる電圧を印加できるようにしてもよい。また、上記導入路は、その中に補助電極を配設しても十分な流量で水を流すことができるように、十分大きな流路断面積を有するようにすることが望ましい。
【００３９】
更にまた、本発明は、一対の電極の間に設けられた通水路に水を流して前記電極に電圧を印加することにより前記水を電気分解するような電解槽において、前記通水路の入口の前段に設けられた導入室を備え、前記電極の端部の、前記通水路を構成する面とは反対側の面が前記導入室内に露出するようにしたことを特徴とする電解槽を提供する。
【００４０】
上記電解槽では、通水路の入口よりも前段に設けられた導入室内に電極の一部を露出させ、水源からの水は通水路の入口に到達する前に上記露出部分に接触し、そこにスケールが形成されるようにしている。このようにすると、通水路の入口に到達した水に含まれる上記イオンの濃度が低下するため、通水路の入口におけるスケールの形成が抑制される。
【００４１】
また、本発明は、一対の電極の間に設けられた通水路の直前に設けられた導入路から前記通水路に水を流して前記電極に電圧を印加することにより前記水を電気分解するような電解槽において、前記導入路の、前記通水路の入口近傍に含まれる部分の表面におけるスケールの付着力が、該導入路の他の部分におけるスケールの付着力よりも小さくなるようにしたことを特徴とする電解槽を提供する。このような電解槽では、導入路において形成されたスケールが流水により容易に除去されるため、導入路がスケールにより閉塞されて通水路への通水が不能となるといった事態が起こりにくい。なお、スケールの付着力を小さくする方法としては、例えば、電極端部の表面の被覆加工や平滑化等が挙げられる。また、上記一対の電極がケーシングにより保持されており、該ケーシングの一部が上記導入路を構成している場合、該導入路を構成するケーシング部分をより高い平滑度を有する部材により置き換えることによっても、本発明を実施することができる。
【００４２】
また、本発明は、一対の電極の間に設けられた通水路の直前に設けられた導入路から前記通水路に水を流して前記電極に電圧を印加することにより前記水を電気分解するような電解槽において、前記導入路の、前記通水路の入口近傍に含まれる部分の表面粗さを他の部分の表面粗さよりも小さくしたことを特徴とする電解槽を提供する。
【００４３】
一対の電極間に形成された入口に通じる導入路を有する電解槽では、該導入路の、前記通水路の入口近傍に含まれる部分にスケールが付着すると、水の流路が閉塞されるおそれがある。このことに鑑み、上記電解槽は、前記通水路の入口近傍に含まれる部分の表面粗さを他の部分の表面粗さよりも小さくしたものである。このようにすると、（１）スケールの付着力を弱める、（２）電気力線密度を低下させる、といった効果が得られ、導入路におけるスケールの形成が抑制される。
【００４４】
【実施例】
図１は本発明の第一の実施例の電解槽を示す斜視図である。本実施例の電解槽では、本体ケース１１および蓋１２にそれぞれ取り付けられた電極板１３及び１４の周縁部（端面、角等）を非導電性樹脂から成る被覆１６により隠蔽したものである（ただし、電極板１４の被覆については図示せず）。このようにすると、（１）電極板１３及び１４の周縁部に流水が接触しなくなるため、そこにスケールが形成されて付着することもなくなる、（２）被覆１６が非導電性樹脂から成るため、電極板１３及び１４の周縁部における電気力線密度が低下し、スケールの原料成分である各種イオンのうちそこへ引き寄せられるものの量が減少する、といった効果が得られる。
【００４５】
図２（ａ）は本発明の別の実施例の電解槽を示す斜視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線における右方から見た垂直断面図である。本実施例の電解槽では、非導電性樹脂から成る本体ケース２１及び蓋２２に、電極板２３及び２４がそれぞれ埋め込まれており、これにより、電極板２３及び２４の周縁部が被覆部２５により隠蔽された状態となっている。このような電解槽においても、図１の実施例で説明したのと同様の効果が得られる。
【００４６】
図３（ａ）〜（ｃ）は本発明の更に別の実施例の電極板の各種態様を示す斜視図である。本実施例では、電極板３１及び３２の端部を通水方向にずらして配置し、両者が重ならないようにしている。このようにすると、両端部が通水方向において同一の位置にある場合に比べて、（１）両端部間の電気力線密度を低下させることができるため、そこでのスケールの形成を抑制することができる、（２）両端部間の間隔が大きくなるため、端部にスケールが付着しても流水のために十分な流路面積が両端部間にて確保される、といった効果が得られる。
【００４７】
図４は本発明の更に別の実施例の電極板の各種形態を示す図である。図４において、（ａ１）は本実施例の一形態である電極板４１及び４２を示す平面図であり、（ａ２）は同電極板の側面図である。また、（ｂ１）は本実施例の別の形態である電極板４３及び４４を示す平面図であり、（ｂ２）は同電極板の側面図である。このうち、電極板４１及び４２について説明すると、電極板４１と電極板４２は異なる形状を有するように作成されており、相互に対応する通水方向の端部同士が重ならないように配置されている。このようにすると、両電極板の端部間の間隔を大きくしたのと同様の効果（すなわち、図３の実施例において説明した効果）が得られる。もちろん、（ｂ１）及び（ｂ２）に示した電極板４３及び４４についても同様のことが言える。
【００４８】
図５は本発明の更に別の実施例の電極板の各種形態を示す図である。ここで、図５において、（ａ１）は本実施例の一形態である電極板５１及び５２を示す平面図であり、（ａ２）は同電極板の側面図である。また、（ｂ１）は本実施例の別の形態である電極板５３及び５４を示す平面図であり、（ｂ２）は同電極板の側面図である。このうち、電極板５１及び５２について説明すると、電極板５１及び５２は略相似形となるように作成されており、相互に対応する通水方向の端部同士が重ならないように配置されている。このようにしても、図３の実施例において説明したと同様の効果が得られる。もちろん、（ｂ１）及び（ｂ２）に示した電極板５３及び５４についても同様のことが言える。
【００４９】
図６は本発明の更に別の実施例の電極板の各種形態を示す断面図である。本実施例では、電極板６１及び６２の端部６３及び６４を互いに逆方向に屈曲（図６（ａ）、（ｃ））又は湾曲（図６（ｂ））させることにより入口部６５を形成している。このようにすると、（１）両端部６３及び６４付近の電気力線密度を低下させることができるため、そこでのスケールの形成を抑制することができる、（２）両端部６３及び６４の間隔が大きいため、たとえ端部６３及び６４にスケールが付着しても、流水のために十分な流路面積が確保される、といった効果が得られる。なお、図６（ａ）のように電極板の端部を直角に折り曲げた場合でも、曲がった部分６６の表面は曲面となっているから、ここに電気力線が集中するということはない。
【００５０】
図７は本発明の更に別の実施例の電解槽を示す断面図である。電極板が十分な厚さを有する場合には、図７（ａ）に示したように、電極板７１及び７２の入口部７７の角に面取り部７３及び７４を形成したり、あるいは、図７（ｂ）に示したように曲面部７５及び７６を形成することができる。このようにしても、図６の実施例で説明したのと同様の効果が得られる。
【００５１】
図８は本発明の更に別の実施例の電解槽を示す断面図である。本実施例の電解槽では、一対の電極板８１及び８２を完全に平行に配置せず、一方を他方に対してやや傾けて配置したことにより、両電極板間の通水路８３がテーパ状になり、入口８４における両電極板８１及び８２の間隔が大きく、出口８５における間隔が小さくなるようにしている。このようにしても、図６の実施例で説明したのと同様の効果が得られる。
【００５２】
図９（ａ）〜（ｃ）は本発明の更に別の実施例の電極板を作成する方法を説明するための図である。図９において、（ａ）は先に図２１を参照しながら説明したような方法で作成された電極板９０を示す斜視図である。上記のように作成された電極板９０は、そのまま何の加工も施されない状態では、図９（ｂ）に示したように、端面９１及び角９２が荒れている。そこで、端面９１及び角９２を研磨することにより、図９（ｃ）に示したように、端面９１の表面粗さを小さくし、角９２を面取り加工又は丸め加工する。端面の表面粗さを小さくすることにより、そこへのスケールの付着力が低下する。また、電極板の角に面取りを設けたりあるいは丸めることにより、そこにおける電気力線密度が低下するため、スケールの原料成分となる各種イオンのうち電極板の角へ引き寄せられるものの量が減少し、スケールの形成が抑制される。
【００５３】
図１０は本発明の更に別の実施例の電極板を作成する方法を説明するための図である。本実施例では、電極板１０１及び１０２の通水路１０３に面する表面のうち入口１０４付近の部分１０５及び１０６が研磨され、表面粗さが小さくなっている。このようにすると、（１）通水路１０３の入口１０４付近において電気力線密度が低下するため、スケールの原料成分となる各種イオンのうち通水路１０３の入口１０４付近における電極の表面に引き寄せられるものの量が減少する、（２）表面粗さを小さくすることにより、スケールの付着力が低下する、といった効果が得られる。
【００５４】
図１１（ａ）及び（ｂ）は本発明の更に別の実施例の電極板を作成する方法を説明するための図である。本実施例では、通水路１１０に面する電極板１１１及び１１２の表面１１３及び１１４を従来とは異なるエッチング方法で加工することにより、前記表面の表面粗さを小さくするようにしたものである。すなわち、従来のエッチング方法では、通水路１１０に面する電極板の表面１１１及び１１２の表面粗さが著しく大きかった。そこで、本実施例では、エッチングの方法を変えることにより、上記表面の表面粗さを小さくしたものである。このようにしても、図１０の実施例で説明したのと同様の効果が得られる。
【００５５】
図１２は本発明の更に別の実施例の電極板を示す断面図である。本実施例では、通水路１２０中において電極板１２１及び１２２の端部１２３及び１２４よりも上流に導電体１２５及び１２６が、前記端部１２３及び１２４に接触しないように配設されている。このようにすると、上記端部１２３及び１２４から出る電気力線の一部が通水路１２０中に出ることなく導電体１２５及び１２６に向かうようになる。従って、電極板１２１及び１２２の端部１２３及び１２４付近において通水路１２０中に発生する電気力線の密度が低下するため、スケールの形成が抑制される。
【００５６】
図１３は本発明の更に別の実施例の電極板を示す断面図である。本実施例の電極板１３０及び１３１は導電性材料から成る電極板保持体１３２及び１３３にそれぞれ固定されている。電極板保持体１３２及び１３３の両端部は曲面加工されて入口部１３４及び出口部１３５が形成されている。このようにすると、電極板１３０及び１３１の端部における電気力線密度が低下するため、スケールの形成が抑制される。また、電極板保持体１３２及び１３３の両端部を曲面加工したことにより、図６の実施例で説明したのと同様の効果が得られる。
【００５７】
図１４は本発明の更に別の実施例の電解槽を示す図である。図１４において、（ａ）は本実施例の電解槽の平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における右方から見た垂直断面図である。本実施例の電解槽には、導水口１４１から一対の電極板１４２及び１４３の間の通水路１４４の入口１４５へ至る導入路１４６が設けられており、更に、該導入路１４６中には、通水路１４４の入口１４５における両電極１４２及び１４３の間隔よりもやや大きい径を有する多数の球体１４７が配設されている。このような電解槽に導水口１４１から水を供給すると、流水の圧力により球体１４７が運動する。すると、運動する球体１４７により導入路１４６内に発生する乱流により通水路１４４の入口１４５に付着したスケールが剥離、除去される。更に、運動する球体１４７が通水路１４４の入口１４５に付着したスケールに接触することにより、該スケールが剥離、除去される。
【００５８】
図１５は本発明の更に別の実施例の電解槽を示す図である。図１５において、（ａ）は本実施例の電解槽の垂直断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における水平断面図である。本実施例の電解槽には、導水口１５１から一対の電極板１５２及び１５３間の通水路１５４の入口１５５へ至る流路上に回転体室１５６が設けられており、更に、その中には多数の羽根１５７を有する回転体１５８が配設されている。このような電解槽に導水口１５１から水を供給すると、羽根１５７が流水の圧力を受け、回転体１５８が回転する。すると、回転体１５８の回転により回転体室１５６内に発生する乱流により通水路１５４の入口１５５に付着したスケールが剥離、除去される。更に、回転体１５８の羽根１５７の先端が通水路１５４の入口１５５に付着したスケールに接触することにより該スケールが剥離、除去される。
【００５９】
図１６は本発明の更に別の実施例の電解槽を示す断面図である。本実施例の電解槽には、導水口１６１から、一対の電極板１６２（図では一方のみ示す）の間の通水路（図示せず）の入口１６４へ至る流路の途上に流量制御室１６５が設けられている。流量制御室１６５内には軸１６６を中心に回動可能な可動体１６７が設けられている。可動体１６７にはバネ１６６ａにより図面上で右方向に回転するような付勢力が加えられている。可動体１６７の先端１６７ａにはリンク１６８の一端が回動可能に結合されている。また、リンク１６８の他端は、電極板１６２の上端（すなわち通水路の入口１６４）に接触して摺動可能なスケール除去体１６９に結合されている。
【００６０】
上記のような電解槽に導水口１６１から水を供給すると、流量制御室１６５に流入する水の圧力により可動体１６７が図面上で左方向に回転し、バネ１６６ａの付勢力と水圧が均衡するところで可動体１６７は静止する。このとき、水圧が大きくなると、可動体１６７の先端はより左に移動し、可動体１６７の先端１６７ａと流量制御室１６５の天井１６５ａとの間の流路面積が減少する。逆に、水圧が大きくなると、可動体１６７の先端１６７ａはより右に移動し、可動体１６７の先端１６７ａと流量制御室１６５の天井１６５ａとの間の流路面積が増大する。このような機構により、通水路へ供給される水の流量が安定化される。
【００６１】
上記のように水圧の変動にともなって可動体１６７の先端１６７ａの位置が左右に変化すると、リンク１６８により可動体１６７の先端１６７ａに連結されたスケール除去体１６９の位置も左右に変化する。これにより、通水路の入口１６４に付着したスケールが剥離、除去される。
【００６２】
図１７は本発明の更に別の実施例の電解槽を示す断面図である。本実施例の電解槽には、導水口１７１から一対の電極板（電解用電極板）１７２及び１７３の間の通水路１７４の入口１７５へ至る流路上にイオン捕捉室１７６が設けられており、イオン捕捉室１７６内には上記電解用電極板１７２及び１７３とは別の一対の補助電極板１７７及び１７８が配設されている。ここで、上記一対の補助電極板１７７及び１７８は、電解用電極板１７２及び１７３の間隔よりも大きい間隔を以て対向している。このような電解槽では、導水口１７１から供給される水に含まれるスケールの原料成分となる各種イオンの大部分は補助電極板１７７及び１７８に引き寄せられ、そこにスケールを形成するため、通水路１７４の入口１７５においてはスケールがほとんど形成されない。また、補助電極板１７７及び１７８の間隔は大きく設定してあるため、そこにスケールが付着しても流路が閉塞される心配はない。
【００６３】
なお、上記電解槽では、電解用電極板と補助電極板とを分離して設けたが、一枚の電極板を曲げ成形することにより、電解部と、スケールの原料となるイオンを捕捉するためのイオン捕捉部とを有する一体型電極板を作成して用いても、上記と同様の効果が得られる。
【００６４】
図１８（ａ）及び（ｂ）は、本発明の更に別の実施例の電解槽の一部を示す断面図である。本実施例の電解槽には、図示せぬ導水口から一対の電極板１８１及び１８２の間の通水路１８３の入口１８４に至る導入路１８５が設けられており、導入路内には、前記一対の電極板１８１及び１８２の端部１８６及び１８７が露出している。このような電解槽に上記導水口から水を供給すると、その水は通水路１８３に流入する前に、電極板１８１及び１８２の端部１８６及び１８７の露出した表面に接触し、符号１８８で示したような箇所に大部分のスケールが付着するため、通水路１８３の入口１８４付近においてはスケールがほとんど形成されない。
【００６５】
以上の各実施例では、電極板の端部へのスケールの付着により通水路が閉塞されることを防止するように構成された電解槽について説明したが、以下の各実施例では、電極板の端部ではなく、端部付近のケーシング表面へのスケールの付着を防止するように構成された電解槽の例を説明する。
【００６６】
まず、図１９の電解槽を見てみる。図１９の電解層には、通水路１９１内の電極板１９２及び１９３よりも上流のケーシング部分に、ガラス、セラミック、金属等から成る導入路平滑化部材１９４及び１９５が配設されている。そして、導入路平滑化部材１９４及び１９５の表面１９６及び１９７は、電極板１９２および１９３よりも小さい表面粗さを有している。このような導入路平滑化部材１９４及び１９５の間においては電気力線密度が低下し、更に、導入路平滑化部材１９４及び１９５の表面へのスケールの付着力は低いため、そこにスケールが付着して水の流路が閉塞されるということが防止される。
【００６７】
次に、図２０の電解槽について説明する。図２０の電解槽の構成は、一対の補助電極板２０１及び２０２が、電解用電極板２０３及び２０４から離れて配設されている点以外は、図１７の電解槽とほぼ同じである。このような電解槽では、導水口２０５から供給される水に含まれるスケールの原料成分となる各種イオンの大部分は補助電極板２０１及び２０２に引き寄せられ、そこにスケールを形成するため、通水路２０６の入口２０７よりも上流のケーシング部分２０８においてはスケールがほとんど形成されない。
【００６８】
以上、本発明に係る電解槽及び電極の様々な実施例について説明したが、これらはあくまで例に過ぎず、本発明の精神及び範囲内で様々に変形することが可能であることは言うまでもない。例えば、上記実施例では、本発明により主として通水路の入口におけるスケールの形成を抑制できることを述べたが、上記実施例の技術のほとんどは、通水路の出口におけるスケールの形成を抑制するためにも利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第一の実施例の電解槽を示す斜視図。
【図２】 （ａ）本発明の別の実施例の電解槽を示す斜視図、（ｂ）（ａ）のＢ−Ｂ線における右方から見た垂直断面図。
【図３】 （ａ）〜（ｃ）本発明の更に別の実施例の電極板の各種態様を示す斜視図。
【図４】 （ａ１）〜（ｂ２）本発明の更に別の実施例の電極板の各種形態を示す図。
【図５】 （ａ１）〜（ｂ２）本発明の更に別の実施例の電極板の各種形態を示す図。
【図６】 （ａ）〜（ｃ）本発明の更に別の実施例の電極板の各種形態を示す断面図。
【図７】 （ａ）、（ｂ）本発明の更に別の実施例の電解槽を示す断面図。
【図８】 本発明の更に別の実施例の電解槽を示す断面図。
【図９】 （ａ）〜（ｃ）本発明の更に別の実施例の電極板を作成する方法を説明するための図。
【図１０】 （ａ）、（ｂ）本発明の更に別の実施例の電極板を作成する方法を説明するための図。
【図１１】 本発明の更に別の実施例の電極板を作成する方法を説明するための図。
【図１２】 本発明の更に別の実施例の電極板を示す断面図。
【図１３】 本発明の更に別の実施例の電極板を示す断面図。
【図１４】 （ａ）本発明の更に別の実施例の電解槽を示す平面図、（ｂ）（ａ）のＢ−Ｂ線における下方から見た垂直断面図。
【図１５】 （ａ）本発明の更に別の実施例の電解槽を示す垂直断面図、（ｂ）（ａ）のＢ−Ｂ線における水平断面図。
【図１６】 本発明の更に別の実施例の電解槽を示す断面図。
【図１７】 本発明の更に別の実施例の電解槽を示す断面図。
【図１８】 （ａ）、（ｂ）本発明の更に別の実施例の電解槽の一部を示す断面図。
【図１９】 電極の端部付近のケーシング表面へのスケールの付着を防止するように構成された電解槽の一例を示す断面図。
【図２０】 電極の端部付近のケーシング表面へのスケールの付着を防止するように構成された電解槽の別の例を示す断面図。
【図２１】 電極板を作成する工程の一例を示す図。
Claims (5)
- 一対の電極の間に設けられた通水路に水を流して前記電極に電圧を印加することにより前記水を電気分解するような電解槽において、前記一対の電極の、前記通水路の入口側の端部間の距離は、該一対の電極の間隔よりも大きいことを特徴とする電解槽。
- 一対の電極の間に設けられた通水路に水を流して前記電極に電圧を印加することにより前記水を電気分解するような電解槽において、前記通水路の入口の前段に電気力線を分散させるための導電性部材を配したことを特徴とする電解槽。
- 一対の電極の間に設けられた通水路に水を流して前記電極に電圧を印加することにより前記水を電気分解するような電解槽において、前記通水路の入口の前段に設けられた導入室と、該導入室内に配設された導入室内の水の圧力に応じて弁体の位置が変化するような定流量弁とを備え、該定流量弁は前記導入室内を流れる水により駆動されて運動し、前記通水路の入口に接触することを特徴とする電解槽。
- 一対の電極の間に設けられた通水路に水を流して前記電極に電圧を印加することにより前記水を電気分解するような電解槽において、前記通水路の入口の前段に設けられた導入路と、該導入路内に配設された一対の補助電極とを備え、該一対の補助電極の間隔は、前記一対の電極の間隔よりも大きいことを特徴とする電解槽。
- 一対の電極の間に設けられた通水路に水を流して前記電極に電圧を印加することにより前記水を電気分解するような電解槽において、前記通水路の入口の前段に設けられた導入室を備え、前記電極の端部の、前記通水路を構成する面とは反対側の面が前記導入室内に露出するようにしたことを特徴とする電解槽。
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