JP3783149B2 - 電解装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、殺菌力を有する電解水の製造や、廃水、養殖水槽水、風呂、プール水、冷却用水、合併処理水槽水等の浄化、浄水に使用される電解装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、殺菌力を有する電解水の製造や、廃水、養殖水槽水、風呂、プール水、冷却用水、合併処理水槽水等の浄化、浄水に使用される電解装置としては、機能水（アルカリイオン水や強酸性水）の生成においては、処理電流が小さなことから、陽極として導電性接着剤により電極端子が形成されたフェライト電極が使用され、電極間に隔膜を配置して電気分解を行う隔膜電解が実施されるようになっている。
【０００３】
また、弱酸性又は中性の殺菌、洗浄用水の生成や廃水や各種用水の浄化、殺菌においては、処理電流が大きく、前記フェライト電極を用いると、前記導電性接着剤による接合部分の抵抗が大きく、発熱、冷却が繰り返されることになり、導電性接着剤と電極端子およびフェライト電極との接合が、その熱膨張係数の違いにより外れて、その間隙に用水が侵入することにより接続抵抗が増大するとともに、前記導電性接着剤自身が耐薬品性に劣っているため、電解した用水に溶出してしまい、すぐに使用不能となる。
【０００４】
そのため、電極端子を溶接又はねじ加工等により形成しやすく、電気分解における溶出のある程度少ないチタン表面に白金メッキを施した白金メッキチタン電極が使用され、前記隔膜を使用しない電気分解が実施されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これら陽極における耐溶出性の高い金属の順位は、白金＞フェライト＞鉛＞チタンの順であり、高価な白金が最も強いことから、これをチタン表面にメッキして前記したように陽極として使用されているが、これら白金メッキチタン電極を、処理電流を大きくし、電極に印加される電圧を大きくして使用すると、前記白金メッキが剥離し、チタンが溶出して陽極電極が腐食してしまうという問題がある。
【０００６】
これを防止するためには、電解装置によって処理される用水に、食塩等の電解質を適宜添加し、用水の電気伝導度を向上させなければならないという問題があった。
【０００７】
本発明は上記した問題点に着目してなされたもので、電極端子と電極板との接続抵抗が低く、かつ電気伝導度の低い用水や、用水に添加される電解質を少なくした低電気伝導度の条件下においても、大きな処理電流を長期に渡って流して電解処理できる電解装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の電解装置は、所定の間隔にて配置された電極板間に電圧を印加して、前記電極板間に存在する用水の電気分解を行う電解装置において、少なくとも陽極の前記電極板がフェライト電極であって、このフェライト電極には少なくとも１つの孔部が形成され、この孔部に格納される電極端子の先端部に、電極端子の挿入により変形して孔部内面に当接する導電性の金属単体のバネ部材が形成されるとともに、少なくともこの孔部の開口部に孔部内部を、前記用水と隔絶するように密閉する高分子材料の蓋材が設けられていることを特徴としている。
この特徴によれば、前記孔部内部において導電性の金属単体のバネ部材が、孔部内面と当接することにより接続抵抗を従来の導電性接着剤のものに比較して低いものとすることができるとともに、孔部内部が蓋材により密閉されていることにより、バネ部材と孔部内面との当接部に用水が侵入して接続抵抗が上昇することを防止することができ、フェライト電極に長期に渡って大きな電流を流すことができるようになり、結果的に電解質等を用水に添加することなく、或いは可能な限り少ない量にて電気分解処理を実施できるようになる。
また、前記バネ部材と孔部内面とが当接して導通していることから、これら電極端子を容易に取付け、取り外しができるようになる。
【００１５】
本発明の電解装置は、少なくとも前記バネ部材と孔部内面とが当接する部分に、導電性塗料が塗布されていることが好ましい。
このようにすれば、硬いフェライトの孔部内面とバネ部材との間の微細な空隙を薄肉の導電性塗料の塗膜が埋めるようになり、孔部内面とバネ部材との導通面積が増大して、低い抵抗にて安定した導通を得ることができるようになるとともに、塗膜は常時バネ部材により孔部内面に押しつけられることから、導電性接着剤のように接続部の抵抗が上昇することもない。
【００１６】
本発明の電解装置は、少なくとも前記バネ部材と孔部内面とが当接する部分に、鉛、錫、銅、亜鉛、ビスマス、カドミニュウム、ガリウム、インジュム、銀、パラジウム、白金、金等の単体もしくはこれらの合金である軟質の金属層が設けられていることが好ましい。
このようにすれば、硬いフェライトの孔部内面とバネ部材との間の微細な空隙を、これら軟質の金属層が変形して埋めるようになり、孔部内面とバネ部材との導通面積が増大して低い抵抗にて安定した導通を得ることができるようになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１８】
（実施例１）
図１は、本実施例１の電解装置の構造を示す一部破断分解斜視図であり、図２は、本実施例１の電解装置に用いた陽極板と電極端子との接合状況を示す断面図である。
【００１９】
本実施例１の電解装置１の構造は、図１に示されるように、殺菌用電解水の生成や、用水の浄化処理等に使用される通常の電解装置と同様の構造とされており、電気分解を行うための電解通路３が、陽極板５と陰極板４との間に形成されたものとなっている。
【００２０】
これら陽極板５としてはフェライト電極が使用され、陰極板４としては、チタン電極が使用されており、これら陽極板５と陰極板４とは、所定の間隙となるような形状とされた塩化ビニル製の筐体２内に嵌入されて配置されている。
【００２１】
これら陽極板５と陰極板４との間隔としては、１〜１０mmの範囲内、特には３〜６mmの範囲とすることが好ましく、実施例１では６mmとしている。
【００２２】
この筐体２端部の開口部は、パッキン６を介して塩化ビニル製の蓋材７が皿ねじ８により固定されることにより塞がれ、前記陽極板５と陰極板４には、この蓋材７を貫通して筐体２の外部に露出する電極端子９（陰極板４の電極端子は図示せず）が設けられており、この電極端子９は前記蓋材７にＯリング１０、丸ワッシャー１１、ステンレスナット１２により固定され、この電極端子９には、整流電源より直流電流が供給され、電解装置１の両端には電解通路３への出入口ジョイント１３が設けられており、用水が下方より電解通路３に供給されて上方へ抜けるようにされている。
【００２３】
本実施例１において用いた前記陽極板５は、図２に示すような構成とされて前記電極端子９が形成されており、以下にこの電極端子９の形成方法について説明すると、本実施例１の電極端子９は、チタン製とされており、その表面にはネジ山による凹凸が形成されている。
【００２４】
また、前記陽極板５は、前記したようにフェライト製とされており、このフェライトとしては、比抵抗、耐食性、耐衝撃強度等に優れていることから、２価金属化合物である酸化ニッケル等と酸化第二鉄とを所定の比率にて混合したものを、適当な雰囲気条件下で焼成して得られたニッケルフェライトを使用しており、このニッケルフェライト製の陽極板５の所定の位置には、電極端子９の先端部を挿入するための孔部１５が設けられている。
【００２５】
本実施例１では、この孔部１５内部に、金属結合部材として鉛製の結合プラグ１６が図２（ａ）に示すように配置され、この結合プラグ１６は、その内部の空間の径が、その上端開口部では挿入される電極端子９の外形よりも少し大きく、その内部底面においては、電極端子９の外形よりも少し小さくなるように、上方の開口部に向けてテーパがつけられた上端部が開口された円筒状とされており、その円筒側部には割溝１６’が３本、均等の間隔にて設けられている。
【００２６】
また、前記電極端子９には、前記孔部１５の開口部を塞ぐためのゴムブーツ１４がネジ山と係合して移動可能に設けられており、これらゴムブーツ１４としては、酸化力の強い電解水にゴムブーツ１４が触れることから、耐薬品性、耐食性、遮湿性に優れたゴム部材とすることが好ましく、これらゴム部材としてはフッ素ゴム等が例示される。
【００２７】
この電極端子９の先端部を、図２（ａ）に示すように、前記結合プラグ１６が配置された孔部１５にねじこんで挿入すると、前記結合プラグ１６が鉛製であり、モース硬度が１.５であって、前記陽極板５のフェライトおよび電極端子９のモース硬度４以上よりも低いことから、この結合プラグ１６が変形し、電極端子の溝部に侵入するとともに、電極端子９と孔部１５との間隙を埋めて、電極端子９と陽極板５とが導通、一体化される。
【００２８】
次いで、前記ゴムブーツ１４を回転させて孔部１５の開口部にねじ込み、孔部１５内部を密閉する。
【００２９】
このようにして電極端子９が形成された陽極板５を、前記したように電解装置１に取付けて、後述する電解テストに供した。
【００３０】
（実施例２）
本実施例２では、実施例１で用いた鉛製の結合プラグ１６を、融点約２００℃の低融点ハンダ製としており、前記実施例１と同様に、電極端子９を孔部１５に挿入し、電極端子９と陽極板５とを導通、一体化させた後に、前記電極端子９に超音波を印加して、結合プラグ１６と電極端子９および陽極板５の接続界面を加熱するとともに、炭酸ガスレーザーを用いて低融点ハンダを加熱、溶融させた後、冷却して固化する処理を実施し、このようにして電極端子９が形成された陽極板５を、実施例１と同様に、電解装置１に取付けて、後述する電解テストに供した。
【００３１】
本実施例２では、炭酸ガスレーザーでの加熱を実施する前に、超音波による加熱を実施しているが、このようにすることにより、電極端子９のチタン表面や陽極板５のフェライト表面に存在する酸化被膜を破壊して、導通抵抗をより少なく、安定させることができることから好ましい。
【００３２】
また、本実施例２では低融点ハンダの加熱を炭酸ガスレーザーで実施しているが、その他の方法、例えば熱風等により加熱を実施しても良いが、低融点ハンダ周囲に熱伝導性の高いものが当接していることから、効率の良い加熱が実施できることから炭酸ガスレーザーを用いることが好ましい。
【００３３】
（実施例３）
図３は、本実施例３において用いた電極端子９と電極板５との接合状況を示す外観斜視図である。
【００３４】
本実施例３の陽極板５の構成は、図３に示されるようになっており、陽極板５としては、前記実施例１と同様にニッケルフェライトを用いており、その所定位置には、四角柱状の孔部２４が形成されている。
【００３５】
また、本実施例３では、前記孔部２４内部に格納される電極端子９の先端部に、図３（ａ）に示されるようなバネ部材１８が、電極端子９に接続されて設けられており、このバネ部材１８の上部位置には、前記孔部２４内部を、パッキン２２と係合して密閉する塩化ビニル製の蓋材１７が設けられている。
【００３６】
前記バネ部材１８は、Ｌ字状の側板ａ１９と、側板ａ１９と反対側の側板ｂ２０と、これら側板ａ１９と側板ｂ２０との間を連結する波状に設けられた連結板２１とで形成されており、これら各部はチタン製の板材を加工して形成されている。
【００３７】
また、側板ａ１９と側板ｂ２０の外面には、導電性銀・パラジウム塗料が塗布、乾燥されて導電性銀・パラジウム塗膜が厚さ約５０ミクロンにて形成されている。
【００３８】
このように前記電極端子９の先端部に設けられたバネ部材１８は、前記孔部２４内部に挿入されることにより、図３（ｂ）に示されるように、その下端部が孔部２４の底部に当接し、側板方向に広がるように変形して、側板ａ１９と側板ｂ２０の外面が、前記孔部２４の内面に圧接するようになり、電極端子９と陽極板５とが導通、一体化されるようになっており、このバネ部材１８の上部に設けられた前記蓋材１７が、前記パッキン２２を介して孔部２４の内面壁部と係合することにより、孔部２４の内部が密閉され、前記バネ部材１８の復元が抑えられるようになっている。
【００３９】
このようにして得られた陽極板５を、前記実施例１と同様に、電解装置１に取付けて、後述する電解テストに供した。
【００４０】
（実施例４）
図４は、本実施例４において用いた電極端子９と電極板５との接合状況を示す外観斜視図である。
【００４１】
本実施例４の陽極板５の構成は、図４に示されるようになっており、陽極板５としては、前記実施例１と同様にニッケルフェライトを用いており、その所定位置には、円柱状の孔部２９が形成されている。
【００４２】
本実施例４においては、前記孔部２９に格納される電極端子９の先端部分には、図４（ａ）に示されるように、電極端子９の外周をとりまくように、ら旋状とされたチタン材のバネ部材２７が、所定の長さに形成されており、そのバネ部材２７が形成された上部位置には、実施例３と同様に塩化ビニル製の蓋材２５が設けられ、蓋材２５の直下には、Ｏリング状のゴムパッキン２６が配置されている。
【００４３】
また、前記チタン材のバネ部材２７の外周面には、軟質金属層として半田メッキによって約２０ミクロンの半田層が形成されている。
【００４４】
このようにされたバネ部材２７を、前記孔部２９に挿入すると、前記バネ部材２７が、孔部２９の底面に当接して、その外周方向に径が拡大するように変形し、バネ部材２７の外周面が、孔部２７の内面側壁に圧接するようになり、電極端子９と陽極板５とが、導通、一体化されるようになっており、このバネ部材２７の上部に設けられた前記蓋材２５の直下に設けられたゴムパッキン２６が、孔部２９の開口部２８近傍の孔部側壁と、電極端子９とに挟まれて孔部２９の内部が密閉されるとともに、前記バネ部材２７の復元が抑えられるように係合されるようになっている。
【００４５】
このようにして得られた陽極板５を、前記実施例１と同様に、電解装置１に取付けて、後述する電解テストに供した。
【００４６】
（比較例）
比較例として、実施例１の鉛製の結合プラグ１６に代えて、導電性フィラーとしてニッケル系フィラーを含む、アクリル樹脂系の導電性接着剤；スリー・ボンド３３８１（体積固有抵抗０.０１Ω・ｃｍ）を、孔部１５内部に充填し、前記電極端子９（ゴムブーツ１４は除去）を挿入し、導電性接着剤を乾燥、固化させた陽極板を、従来品として作製し、実施例１と同様に、電解装置１に取付けて、後述する電解テストに供した。
【００４７】
前記、各実施例および比較例により電極端子９が取付けられた陽極板５において、電極端子９とフェライト電極とにテスターを当接させて、その抵抗、およびばらつきを、サンプル数を無作為に２０個選定して測定を実施するとともに、これら各陽極板５が取付けられた電解装置１を、図５のシステム・フロー図に示される評価システムに組み込み、電解テストを実施し、電極寿命の評価を行った。
【００４８】
図５において、Ｖはバルブ、Ｐはポンプ、ＦＭはフローメーターを示す。
【００４９】
前記、評価システムについて説明すると、電解水タンク３１内部に貯溜された上水が、ポンプＰ１により電解装置１の下部より供給され、この電解装置１への供給経路中において、電解質水溶液タンク３０より、電解質水溶液タンク３０内の臭化ナトリウム水溶液が、ポンプＰ２により適宜添加され、前記電解装置１において電気分解されることにより生成される電解水が、前記電解水タンク３１に貯溜され、これら処理が循環して繰り返されて、高濃度の残留塩素濃度を有する電解水が生成されるようになっており、所定量以上の電解水がオーバーフロー（ＯＦ）によって溢流するようになっている。
【００５０】
また、前記電解装置１には、整流電源が接続されており、整流電源より供給される電流および電圧が測定可能なように、電流計と電圧計とが設けられている。
【００５１】
前記評価システムの運転条件としては、浴槽水やプール水などでは、電気伝導度が４００〜８００μｓ／ｃｍと低いことから、前記臭化ナトリウム水溶液による上水の電気伝導度も、前記の範囲に制御し、電流密度を５Ａｍｐ／ｄｍ２となるように、電圧を制御し、整流電源に１５秒通電ＯＮ、５秒通電ＯＦＦとなるように、タイマーを組み込み、このサイクルを１カウントとしてカウンターにて計数した。
【００５２】
上記した１５秒通電ＯＮ、５秒通電ＯＦＦのサイクルは、通常病院等において、手指等の洗浄を実施する際の平均的な時間であることから、このサイクルを評価サイクルとして用いている。
これら前記の抵抗測定、および電極寿命の評価試験の結果を以下に示す。
【表１】

前記の表１から、前記各実施例の陽極を用いた電解装置においては、電極端子とフェライト電極との接続抵抗が、従来の比較例と比較して低く、しかもばらつきが少ないとともに、１０万カウントを経過しても、電圧の著しい上昇は見られず、尚も使用可能であったのに対し、比較例の電解装置は、ほぼ２万カウントにおいて、いずれも電圧が上昇してしまい、所定の５Ａｍｐ／ｄｍ２の電流を流すことができなくなり、試験を中止した。
【００５３】
【発明の効果】
本発明は以下の効果を奏する。
【００６０】
（ａ）請求項１に係る発明によれば、前記孔部内部において導電性の金属単体のバネ部材が、孔部内面と当接することにより接続抵抗を従来の導電性接着剤のものに比較して低いものとすることができるとともに、孔部内部が蓋材により密閉されていることにより、バネ部材と孔部内面との当接部に用水が侵入して接続抵抗が上昇することを防止することができ、フェライト電極に長期に渡って大きな電流を流すことができるようになり、結果的に電解質等を用水に添加することなく、或いは可能な限り少ない量にて電気分解処理を実施できるようになる。また、前記バネ部材と孔部内面とが当接して導通していることから、これら電極端子を容易に取付け、取り外しができるようになる。
【００６１】
（ｂ）請求項２に係る発明によれば、硬いフェライトの孔部内面とバネ部材との間の微細な空隙を薄肉の導電性塗料の塗膜が埋めるようになり、孔部内面とバネ部材との導通面積が増大して、低い抵抗にて安定した導通を得ることができるようになるとともに、塗膜は常時バネ部材により孔部内面に押しつけられることから、導電性接着剤のように接続部の抵抗が上昇することもない。
【００６２】
（ｃ）請求項３に係る発明によれば、硬いフェライトの孔部内面とバネ部材との間の微細な空隙を、これら軟質の金属層が変形して埋めるようになり、孔部内面とバネ部材との導通面積が増大して低い抵抗にて安定した導通を得ることができるようになる。
【００６３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における電解装置の構造を示す一部破断分解斜視図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施例１における電解装置に用いた陽極板と電極端子との接合状況を示す断面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施例３における電解装置に用いた陽極板と電極端子との接合状況を示す外観斜視図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施例４における電解装置に用いた陽極板と電極端子との接合状況を示す外観斜視図である。
【図５】評価システムを示すシステム・フロー図である。
【符号の説明】
１ 電解装置
２ 筐体
３ 電解通路
４ 陰極板
５ 陽極板
６ パッキン
７ 蓋材
８ 皿ねじ
９ 電極端子
１０ Ｏリング
１１ 丸ワッシャー
１２ ステンレスナット
１３ 出入口ジョイント
１４ ゴムブーツ
１５ 孔部
１６ 結合プラグ
１６’ 割溝
１７ 蓋材
１８ バネ部材
１９ 側板ａ
２０ 側板ｂ
２１ 連結板
２２ パッキン
２３ 開口部
２４ 孔部
２５ 蓋材
２６ ゴムパッキン
２７ バネ部材
２８ 開口部
２９ 孔部
３０ 電解質水溶液タンク
３１ 電解水タンク

Claims (3)

1. 所定の間隔にて配置された電極板間に電圧を印加して、前記電極板間に存在する用水の電気分解を行う電解装置において、少なくとも陽極の前記電極板がフェライト電極であって、このフェライト電極には少なくとも１つの孔部が形成され、この孔部に格納される電極端子の先端部に、電極端子の挿入により変形して孔部内面に当接する導電性の金属単体のバネ部材が形成されるとともに、少なくともこの孔部の開口部に孔部内部を、前記用水と隔絶するように密閉する高分子材料の蓋材が設けられていることを特徴とする電解装置。
2. 少なくとも前記バネ部材と孔部内面とが当接する部分に、導電性塗料が塗布されている請求項１に記載の電解装置。
3. 少なくとも前記バネ部材と孔部内面とが当接する部分に、鉛、錫、銅、亜鉛、ビスマス、カドミニュウム、ガリウム、インジュム、銀、パラジウム、白金、金等の単体もしくはこれらの合金である軟質の金属層が設けられている請求項１に記載の電解装置。

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