JP5366062B2

JP5366062B2 - 電解槽及びこれを備えた電解装置

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Publication number: JP5366062B2
Application number: JP2011155095A
Authority: JP
Inventors: 雄一太田
Original assignee: Ｊｗｓテクニカ株式会社
Priority date: 2011-07-13
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2031-07-13
Also published as: JP2013019036A

Description

本発明は、様々な用途の溶液の生成や処理対象液の無害化処理・脱塩処理等の処理をする電解槽及びこれを備えた電解装置に関する。

内側電極と、隔膜付きの隔膜支持体と、外側電極が、互に相似形の中空多角形状であり、これらを三重に重ねて構成された電解槽を備えて、水を電気分解する流水式の電解水製造装置が、従来技術として知られている（例えば、特許文献１参照。）。この装置では、外側電極と隔膜支持体との間に水を供給すると共に、内側電極と隔膜支持体との間に電解質水を供給して、電解水を製造する。

この電解水製造装置の電解槽は、水供給口と、水出口と、整流面を有している。水供給口は例えば四角い箱形に形成された外側電極の第１側壁部に設けられている。この第１側壁部と平行な他の側壁部に水出口が設けられている。整流面は非透水性で第１面と対向している。これら整流面と第１側壁部の整流空間は、外側電極と隔膜支持体との間の流路に連通されている。又、流路は、隔膜支持体を境に水入口とは反対側にある水出口に連通されている。

この電解槽で、水供給口に供給された水は、整流面によりその幅方向に分流されて流路に流れ込み、隔膜支持体を間に置いて平行に流れた上で、水出口側で合流しつつ、水出口を通って電解槽を流出する。こうした流水とともに、隔膜支持体の内側に電解質水が供給される条件下で、内外の各電極に定電圧・定電流装置で電解電圧及び電流を与えることにより、電解水が生成される。

国際公開第２００５／１０５６７８号パンフレット

特許文献１に記載の電解槽で、水供給口から水出口に至る流路のうちで、整流面に臨んだ部位は電解ができない。これとともに、同流路のうちで、水が合流される水出口側の部位では、合流に伴う水の滞留域が形成され、この滞留域に臨んだ相当する水については、水出口から取出すことが困難である。こうした事情から、従来の電解槽は、電解を担う面積をより多く確保するには適していないとともに、電解槽を小形化するのに適していない。

従来の電解槽で、前記流路のうちで、整流面で分流された水を導く互に平行な部位の長さを長く確保すれば、電解を担う面積を多く確保することは可能である。しかし、このようにすると、電解槽及びこれを備える電解装置の大形化と重量の増加を伴う。これとともに、外側電極及び内側電極の使用量が増える。しかし、これらの電極の表面は白金でコーテングされているので、かなりコスト高となることは避けられない。

本発明の目的は、大形化と重量の増加を抑制しつつ電解を担う面積を増やすことが可能な電解槽及びこれを備えた電解装置を提供することにある。

本発明の電解槽は、外槽と、板状をなす複数の内側電極と、板状をなす複数の外側電極と、内槽と、仕切りと、第１ポートと、第２ポートを具備する。各外側電極を、外槽が有した周壁の内周面に周方向に並べて固定する。外側電極に対向する処理膜を内槽に保持する。各内側電極を内槽の内部に配設する。内槽を外槽に収容し、周壁の内周面に沿ってＵターンするように曲げられた一方通行の流路を形成する。仕切りによって流路の一端部と他端部を仕切る。この流路の一端部に連通する第１ポートを外槽に設ける。流路の他端部に連通する第２ポートを、仕切りを境に第１ポートと反対側で外槽に設ける。

本発明の電解槽は、電気透析するため、又は電気分解と電気透析を同時に進行させて、所定の処理をするのに用いられ。ここで、電気透析とは、周知のように電気分解が起きない程度の低電流通電によって、イオン交換膜が陽イオンと陰イオンを選択して通過させる性質を利用して、溶液中のイオン物質を分離させる技術を指している。又、電気分解と電気透析を同時に進行させる技術は、現在のところ、分類されていないので、この技術を、本明細書では「電解透析」と称する。

本発明で、内側電極及び外側電極が板状であるとは、平板であることに制約されず、円弧状に曲がった板であってもよい。本発明で、一方通行の流路は、折れ曲がりがなく平面視略Ｃの字状をなしていてもよく、或いは複数個所で折れ曲がっていてもよい。

本発明で、処理膜とは、隔膜又はイオン交換膜を指しており、これらは処理対象液を処理する目的によって使い分けられる。又、本発明で、電解を担う面積とは、電解透析及び電気透析を担う面積を指している。

本発明で、仕切りとは、一方通行の流路の一端部と他端部を仕切る構成を指しており、後述の実施形態で説明する構成に制約されない。例えば、外槽の一側壁とこれに対向する内槽の側壁とのうちの一方の側壁に、上下方向に延びる仕切り用の溝を形成するとともに、この溝に嵌入するリブ等の仕切り用の凸部を他方の側壁に形成し、これらを嵌合させることによって、流路の一端部と他端部を仕切っても差し支えない。この場合、溝と凸部との間に、これらで挟まれるシール材を設けることが好ましい。

本発明で、第１ポートは流路の入口又は出口として選択的に用いられるとともに、この逆に第２ポートは流路の出口又は入口として選択的に用いられることが好ましい。しかし、第１ポートと第２ポートのうちの一方を入口専用とし、他方を出口専用として使用することも可能である。

本発明の電解槽は、内槽の内部に電解室を含んだ液体を溜めて、第１ポート又は第２ポートから流路に処理対象液を流した状態で、外側電極及び内側電極に通電することにより、電解透析又は電気透析をする。それによって、様々な用途の溶液の生成や処理対象液の無害化処理・脱塩処理等が行われる。

この場合、処理対象液は、電解槽に形成されたＵターン状の流路を、第１ポートから第２ポートに向けて、又は、第２ポートから第１ポートに向けて一方向に流通する。このため、処理対象液が外部電極と処理膜との間を流路の別々の部分を分流して、それらの流れが流路内で向かい合うように合流することがない。

したがって、合流に基づく処理対象液の滞留域が形成されず、電解を担う面積を前記滞留域に相当して増やすことが可能である。これに伴い、電解を担う面積を増やすために電解槽の大形化と重量の増加を抑制することが可能である。

本発明によれば、大形化と重量の増加を抑制しつつ電解を担う面積を増やすことが可能な電解槽及びこれを備えた電解装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る電解槽を示す斜視図である。図１中Ｆ２−Ｆ２線に沿って示す電解槽の断面図である。図１の電解槽を分解して示す斜視図である。図１の電解槽の一部を示す断面図である。図１の電解槽が備えるカートリッジを示す斜視図である。図１の電解槽を備えた本発明の第１実施形態に係る電解装置の構成を示す概略図である。本発明の第２実施形態に係る電解槽の外槽とカートリッジを分離させた状態で示す斜視図である。第２実施形態に係る電解槽を示す断面図である。

以下、本発明の第１の実施の形態について、図１〜図６を参照して詳細に説明する。

図６に示す電解装置１は電解槽２を備えている。まず、電解槽２について図１〜図５を参照して説明する。

電解槽２は、外槽１１と、複数の外側電極１６と、カートリッジ２１と、仕切り４０と、複数の連結部材４１と、第１ポート４８と、第２ポート４９を具備している。

外槽１１は耐食性を有する電気絶縁性の合成樹脂の一体成形品で作られている。この外槽１１は、図６等に示すように底壁１２と、周壁１３と、上部フランジ１４を有している。

底壁１２は水平な板状である。周壁１３は、４角形の中空多角形例えば図２に示すように中空な１０面体からなる。周壁１３の各側壁部を識別する符号１３ａ〜１３ｊを図２に示す。

側壁部１３ａ〜１３ｅは周壁１３の正面を担っている。これらの側壁部１３ａ〜１３ｅのうち側壁部１３ａと側壁部１３ｂは、互に連続されて、横断面がＶ字形状をなす凸部を形成している。同様に、側壁部１３ｄと側壁部１３ｅも、互に連続されて、横断面が断面Ｖ字形状をなす凸部を形成している。これらの凸部は、側壁部１３ｃの幅方向両側に夫々連続されかつ周壁１３の外側に突出されている。

側壁部１３ｈは、周壁１３の背面を担っていて、側壁部１３ｃと平行である。側壁部１３ｆと側壁部１３ｇは、互に連続されていて、側壁部１３ｅと側壁部１３ｈとにわたって設けられている。同様に、側壁部１３ｉと側壁部１３ｊは、互に連続されていて、側壁部１３ａと側壁部１３ｈとにわたって設けられている。

尚、側壁部１３ｃと側壁部１３ｆとの間、及び側壁部１３ｃと側壁部１３ｊとの間の凸部は、周壁１３の内部を拡大する方向に突出された構成であれば、その横断面の形状は、Ｖ字形状に限らず、Ｕ字形状、円弧形状、台形状、その他の形状であっても差し支えない。更に、こうした凸部は、周壁１３とは別成形して、それを周壁１３に連結することも可能である。

図３等に示すように上部フランジ１４は周壁１３の上端部外周面に突設されている。上部フランジ１４は、前記Ｖ字状をなした部分の内側空間の上端を閉じている。この上部フランジ１４は複数の連結溝１４ａを有している。これら連結溝１４ａは上部フランジ１４の突出端面及び上下面に夫々開放されている。

各外側電極１６は、チタン製の板に白金をコーテングしてなり、図３に示すように例えば四角形の平板からなる。外側電極１６の裏面の略中央部に電極端子１６ａが突設されている。

図２に示すように各外側電極１６は周壁１３の内周面に固定されている。具体的には、外側電極１６の裏面が側壁部１３ｆ〜側壁部１３ｊに例えば接着剤を用いて貼付けられている。周壁１３の周方向に隣接された外側電極１６同士の側縁は、接触若しくは互に至近距離で隔てられている。各外側電極１６の電極端子１６ａは周壁１３の側壁部１３ｆ〜側壁部１３ｊを夫々貫通している。

カートリッジ２１は、図３及び図５等に示すように内槽２２と、複数の内側電極２５と、蓋２８と、第２液入口３２、手掛け部３５と、密接部材３６，３７等を備えている。

内槽２２は、処理膜２３を有する角筒の下端開口を底板２４（図６参照）で閉じて形成されて、この内槽２２の上端は開放されている。内槽２２の角筒は、平面視四角形以上の角筒、例えば６角筒である。この内槽２２の正面を担う側壁部２２ａは平板からなり非透水性である。

この側壁部２２ａを除いた内槽２２の他の全ての側壁部は、いずれも処理膜２３を有している（図２参照）。これら処理膜２３は前記他の側壁部の周部を除いてこれら側壁部の大部分を占めて設けられている。全ての処理膜２３は隔膜又はイオン交換膜である。隔膜には、例えば、ポリ弗化ビニリデンに酸化チタンをコーテングしてなる隔膜、塩素化エチレン製の隔膜、又はポリ塩化ビニール製の隔膜等を使用可能である。イオン交換膜には、陽イオン交換膜又は陰イオン交換膜を使用可能である。

内側電極２５は、チタン製の板に白金をコーテングしてなり、例えば四角形の平板からなる。上下方向に延びる棒状の電極端子２５ａが各内側電極２５の上部裏面から上向きに突設されている。内側電極２５は例えば３枚使用されている。図２に示すように各内側電極２５は、平面視コの字形状をなすように組み合わされて、底板２４から起立するように内槽２２の内部に配設されている。

この場合、二枚の内側電極２５は、非透水性の側壁部２２ａの幅方向両端に直角に連続された処理膜２３と略平行に配設されている。更に、これら二枚の内側電極２５のうちの一方は、側壁部２２ａの幅方向一端に直角に連続された処理膜２３、及びこの処理膜２３に対して折れ曲がるように隣接された処理膜２３に夫々臨んでいる。

同様に、前記二枚の内側電極のうちの他方は、側壁部２２ａの幅方向他端に連続された処理膜２３、及びこの処理膜２３に対して折れ曲がるように隣接された処理膜２３に夫々臨んでいる。又、残りの一枚の内側電極２５は、その裏面を側壁部２２ａに対向させるとともに、この側壁部２２ａと平行な処理膜２３に臨んでこれらと略平行に配設されている。

各内側電極２５とこれらに対向した処理膜２３との離間距離は、５ｍｍ〜３５ｍｍが適当である。この離間距離が３５ｍｍを超えると、電解槽２が大形になることがあるとともに、電解性能が低下する可能性がある。又、離間距離が５ｍｍ未満であると、電解質を含んだ液体の循環に対する抵抗が増える点で好ましくない。

蓋２８は、耐食性を有する電気絶縁性の合成樹脂の一体成形品で作られている。蓋２８は上部フランジ１４に上方から重なって外槽１１の開放された上端を閉じている。この蓋２８の周部に、上部フランジ１４の各連結溝１４ａと同様構成で、これら連結溝１４ａに連通される連結溝２８ａ（図３参照）が複数形成されている。

図４に示すように蓋２８の周部裏面（下面）に支持部２９が突設されている。支持部２９は内槽２２の形状に応じた角形をなしている。この支持部２９に内槽２２の上端部が接着止めなどにより連結されている。図３に示すように蓋２８に、電極端子２５ａと同数の孔３０が開けられていて、これらの孔３０を通って電極端子２５ａが蓋２８の上方に突出されている。

図４に示すように蓋２８の周部裏面にシール材３１が取付けられている。シール材３１は、シリコーンゴム等により環形に形成されていて、その形状は、外槽１１の上端開口の縁と略同じ形状と略同じである。このシール材３１は、後述のように蓋２８が外槽１１に連結された状態で、外槽１１の上端面に密接される。それにより、外部への液漏れが防止される。

第２液入口３２は、後述する第２送り管６３の先端部を兼ねて、例えば蓋２８にこれを貫通して取付けられている。なお、第２液入口３２は第２送り管６３と一体であっても差し支えない。この第２液入口３２の下端は、図６に示すように底板２４の近傍に達していて、処理膜２３の下端より低く配置されている。

オーバーフロー管３３は底板２４を貫通して内槽２２に取付けられている。オーバーフロー管３３は、図２に示すように各内側電極２５と側壁部２２ａとで囲まれている。このオーバーフロー管３３の上端は蓋２８の裏面近傍に達していて、その上端で後述する第２駅の液面の高さを規定する。

手掛け部３５は例えばハンドルからなる。手掛け部３５は図１及び図３に示すように蓋２８の上面に固定されている。この手掛け部３５は、外槽１１にその上方からカートリッジ２１を出し入れ操作する際に、オペレータによって例えば握られる。

密接部材３６は図３に示すように内槽２２の上端部外周に装着されている。この密接部材３７は周方向に途切れなく連続して環形をなしている。密接部材３７は内槽２２の下端部外周に装着されている。これら密接部材３６，３７は、耐食性を有しかつ弾性変形が可能なシール材料例えばシリコーンゴム製である。

尚、下部の密接部材３７は省略することが可能である。この省略により、カートリッジ２１を外槽１１に出し入れする際の抵抗を減らすことが可能となる。このため、外槽１１に対するカートリッジ２１の出し入れ操作をより容易化する上で好ましい。

又、カートリッジ２１は、その上部の密接部材３６と下部の密接部材３７を、外槽１１の上下両端部内周面に夫々密接して外槽１１に支持される。これにより、外槽１１内で、カートリッジ２１が安定するとともに、後述の流路Ｇの一端部Ｇ１と他端部Ｇ２をより確実に仕切ることができる点で好ましい。

図３及び図５に示すように内槽２２の側壁部２２ａの外面に、シリコーンゴム製の仕切りホルダ３８が、側壁部２２ａの幅方向中央に位置して装着されている。仕切りホルダ３８の厚みは密接部材３６，３７の厚みに略等しく、仕切りホルダ３８の上下両端は密接部材３６，３７に連続している。この仕切りホルダ３８は上下方向に延びる溝３８ａを有している。

前記構成を備えたカートリッジ２１は外槽１１に対してその上方から着脱可能である。このカートリッジ２１に仕切り４０が保持されている。仕切り４０は、例えばシリコーンゴム製であって、溝３８ａに取外し可能に嵌合される棒状をなしている。仕切り４０の表面は、この仕切り４０が溝３８ａに保持された状態で、仕切りホルダ３８の表面に面一に連続し若しくは仕切りホルダ３８の表面から僅かに突出されている。尚、このように仕切り４０を着脱できる構成によれば、それが摩耗した場合等に、新たな仕切りと交換して仕切り性能を確保できる点で好ましい。

カートリッジ２１の内槽２２が外槽１１に上方から軽圧入された状態で、図６に示されるように密接部材３６，３７は弾性変形された状態で外槽１１の上下両端部の内周面に密接される。これにより、カートリッジ２１は外槽１１に対して動かないように保持される。これとともに、内槽２２外に突出されたオーバーフロー管３３の下端部が、外槽１１の底壁１２に設けられている孔(図示しない)に通されて、図６に示すように底壁１２の下方に突出される。更に、蓋２８のシール材３１が外槽１１の上端面に接するとともに、内槽２２の仕切りホルダ３８及び仕切り４０のうち、少なくとも仕切り４０が、弾性変形されて図２に示すように外槽１１の側壁部１３ｃの内面に密接される。

しかも、以上のように内槽２２が外槽１１に収容された状態で、これらの間に図２に示す流路Ｇが形成される。この流路Ｇの一端部Ｇ１は、外槽１１の側壁部１３ｄ，１３ｅと、これらの内面に対向した内槽２２の側壁部２２ａの幅方向一端部とで仕切られた三角形状の空隙で、形成されている。同様に、流路Ｇの他端部Ｇ２は、外槽１１の側壁部１３ａ，１３ｂと、これらの内面に対向した内槽２２の側壁部２２ａの幅方向他端部とで仕切られた三角形状の空隙で、形成されている。

これら一端部Ｇ１と他端部Ｇ２は、外槽１１の正面の幅方向に離間して並べられている。しかも、これら一端部Ｇ１と他端部Ｇ２は、仕切り４０を境に側壁部２２ａの幅方向両側に設けられている。これら一端部Ｇ１と他端部Ｇ２は整流室を担っている。これら整流室の流路断面積は、外側電極１６と処理膜２３との間の流路断面積よりも広い。

流路Ｇのうちで、一端部Ｇ１と他端部Ｇ２との間の部位は、内槽２２の側壁部２２ａ以外の側壁部と、これらと略平行な外槽１１の側壁部１３ｆ〜１３ｊとの間に形成されている。この部位は、外側電極１６と処理膜２３との間で複数個所例えば四箇所折れ曲がっている(図２参照)。このため、流路Ｇは周壁１３の内周面に沿って略Ｕターン状に形成されている。この流路Ｇに各外側電極１６と各処理膜２３が夫々臨んでいる。流路Ｇを挟んで対向された外側電極１６と処理膜２３とは略平行である。

対向された外側電極１６と処理膜２３との離間距離は、内側電極２５と処理膜２３との離間距離より狭く、1.0ｍｍ〜3.5ｍｍであることが好ましく、特に、2.0ｍｍ〜2.5ｍｍとすることがより好ましい。こうした離間距離は、前記密接部材３６，３７の厚みによるスペーサ機能によって担保される。

各連結部材４１は、外槽１１にカートリッジ２１を保持するために用いられる。これら連結部材４１は、工具を用いて取外し可能なボルト・ナット等のねじ部品でも差し支えないが、本実施形態は工具を用いないで簡便に取扱えるクランプを、連結部材４１として使用している。

これらクランプは、図４等に示すようにカム軸４２と、レバー４３と、締付け軸４４と、ナット４５と、リング４６とからなる。

レバー４３の一端部４３ａはカム軸４２に回転可能に嵌合されている。一端部４３ａの中心はカム軸４２の中心に対して偏心している。締付け軸４４の上端部は、レバー４３の回転を妨げないようにカム軸４２に連結されている。ナット４５は締付け軸４４の下端部に手回しにより回転操作ができるように螺合されている。リング４６は、締付け軸４４に嵌合されていて、この締付け軸４４に沿って上下方向に移動可能である。

こうした構成のクランプからなる連結部材４１は、以下のように使用されて、外槽１１にカートリッジ２１を保持する。

まず、ナット４５の位置を調整した上で、互に連通された状態にある外槽１１の連結溝１４ａとカートリッジ２１の連結溝２８ａに、その側方から締付け軸４４を嵌める。これにより、ナット４５とリング４６が、上部フランジ１４と蓋２８の周部を、これらの上下から挟むように夫々配設される。このとき、レバー４３は図４中二点鎖線で示すように斜めに上がって配置された状態にある。

次に、レバー４３を実線で示すように押下げる。これに伴い、前記偏心にしたがってレバー４３の一端部４３ａがナット４５を押下げて、上部フランジ１４及び蓋２８の周部がナット４５とリング４６とで強く締付けられる。それによって、外槽１１にカートリッジ２１が取付け保持されて、電解槽２が組立てられる。尚、この組立てに伴って、シール材３１は上下方向に圧縮される。

又、以上説明した手順とは逆に、レバー４３を実線位置から二点鎖線で示すように押上げることにより、前記締付けが解除される。このため、この状態から各連結部材４１を側方に引出すことで、カートリッジ２１が外槽１１から上方に取外すことが可能となる。

図２に示すように第１ポート４８は、流路Ｇの一端部Ｇ１に連通して外槽１１に設けられている。具体的には、外槽１１の側壁部１３ｄの下端部に第１ポート４８が取付けられている。この第１ポート４８は外槽１１とは別の部品で側壁部１３ｄに連結されているが、これに代えて第１ポート４８を側壁部１３ｄに一体に形成することも可能である。

同様に、第２ポート４９は、仕切り４０を境に第１ポート４８と反対側で、流路Ｇの他端部Ｇ２に連通して外槽１１に設けられている。具体的には、外槽１１の側壁部１３ａの上端部に第２ポート４９が取付けられている。第２ポート４９は外槽１１とは別の部品で側壁部１３ａに連結されているが、これに代えて第２ポート４９を側壁部１３ａに一体に形成することも可能である。

次に、図６を参照して以上説明した電解槽２を含めた電解装置１を説明する。電解装置１は、電解槽２と、第１給液装置５１と、第２給液装置６１と、排出装置７１と、補給装置７７と、給電コントローラ８１と、切換え器８４と、コントローラ８６等を具備している。

第１給液装置５１は好ましくは電解槽２より低い位置に配設され、例えば電極槽２の下方に配設される。この第１給液装置５１は、第１タンク５２と、第１送り管５３と、第１ポンプ５４と、第１戻り管５５と、第１スイッチ５６を備えている。

第１タンク５２は処理対象液である処理対象の第１液Ａを所定量蓄えることができる容積を有している。後述の試験により出願人が現在確認している処理対象の第１液Ａとしては、硬水、軟水、重金属汚染液、海水、酸性化した湖及び沼の水、工業用並びに食用の廃油、酸を含んだ液体、アルカリを含んだ液体、及び菌汚染液等を挙げることができる。

第１送り管５３は、その一端部を第１タンク５２に接続するとともに、他端部を電解槽２の第１ポート４８に接続して、第１タンク５２と外槽１１を連通している。第１送り管５３は、第１ポート４８に取外し可能であるとともに、第２ポート４９にも取外し可能に接続できる。第１送り管５３の一端部が第１ポート４８に接続された場合、第１ポート４８は入口として使用される。同様に、第１送り管５３の一端部が第２ポート４９に接続された場合、第２ポート４９が入口として使用される。

第１ポンプ５４は、電動ポンプからなり、第１送り管５３に配設されている。このため、第１ポンプ５４が駆動されるに伴い第１液Ａが第１送り管５３を通って外槽１１内に送込まれる。

第１戻り管５５は、その両端部を第１タンク５２と電解槽２の第２ポート４９に接続して、これらを連通している。第１戻り管５５は第１液Ａに浸らないように設けられている。第１戻り管５５は、第２ポート４９に取外し可能であるとともに、第１ポート４８にも取り外し可能に接続できる。第１戻り管５５の一端部が第２ポート４９に接続された場合、第２ポート４９が出口として使用される。同様に、第１戻り管５５の一端部が第１ポート４８に接続された場合、第１ポート４８は出口として使用される。

この第１戻り管５５に第１スイッチ５６が取付けられている。第１スイッチ５６は第１戻り管５５に液体が流れたことを検知する。

第１タンク５２に、発生ガスを導く第１導管５７の一端部と、第１ガス管５８の一端部が夫々接続されている。第１導管５７の他端部は前記流路Ｇの上端部、好ましくは流路Ｇの他端部Ｇ２の上端部に接続されている。これにより、流路Ｇで発生されたガスは第１タンク６２内に導かれる。第１ガス管５８は、第１タンク６２内に導かれたガスを、図示しない第１ガス処理設備に導くために設けられている。

なお、以上のように第１タンク５２を経由させずに、第１導管５７で流路Ｇと第１ガス処理設備を連通させることによって、第１ガス管５８を省略してもよい。第１ガス処理設備は、これに導かれるガスを無害化、若しくは資源とするための処理を行う設備である。

第２給液装置６１は好ましくは電解槽２より低い位置に配設され、例えば電解槽２の下方に配設される。この第２給液装置６１は、第２タンク６２と、第２送り管６３と、第２ポンプ６４と、第２戻り管６５と、第２スイッチ６６を備えている。

第２タンク５２は電解質を含んだ第２液Ｂを所定量蓄えることができる容積を有している。後述の試験により出願人が現在確認している第２液Ｂとしては、塩全般を含む溶液、軟水、酸性電解液、アルカリ性電解液、及び海水等を挙げることができる。

第２送り管６３は、その一端部を第２タンク６２に接続するとともに、他端部を電解槽２の第２液入口３２の上端部に接続して、第２タンク６２と電解槽２の内槽２２とを連通している。第２ポンプ６４は、電動ポンプからなり、第２送り管６３に配設されている。このため、第２ポンプ６４が駆動されるに伴い第２液Ｂが第２送り管６３を通って内槽２２内に送込まれる。

第２戻り管６５は、その一端部を第２タンク６２に接続するとともに、他端部を電解槽２が有したオーバーフロー管３３の下端部に接続して、第２タンク６２と内槽２２とを連通している。第１戻り管６５は第２液Ｂに浸らないように設けられている。この第２戻り管６５に第２スイッチ６６が取付けられている。第２スイッチ６６は第２戻り管６５に液体が流れたことを検知する。

第２タンク６２に、発生ガスを導く第２導管６７の一端部と、第２ガス管６８の一端部が夫々接続されている。第２導管６７の他端部は、蓋２８を接続されて、内槽２２に連通されている。これにより、内槽２２内で発生されたガスは第２タンク６２内に導かれる。第２ガス管６８は、第２タンク６２内に導かれたガスを、図示しない第２ガス処理設備に導くために設けられている。

なお、以上のように第２タンク６２を経由させずに、第２導管６７で内槽２２内と第２ガス処理設備を連通させることによって、第２ガス管６８を省略してもよい。第２ガス処理設備は、これに導かれるガスを無害化、若しくは資源とするための処理を行う設備である。

排出装置７１は、第１タンク５２内の液体を外部に排出するための設備であって、排出管７２と、第３ポンプ７３と、第１センサ７４と、第２センサ７５を備えている。

排出管７２の一端は第１タンク６２に接続されている。第３ポンプ７３は、電動ポンプであって、排出管７２に配設されている。第１センサ７４と第２センサ７５は、第１タンク５２内の第１液Ａの液面の高さを検知するセンサであって、いずれも第１タンク５２に取付けられている。第１センサ７４は、第２センサ７５より高い位置に取付けられている。

第１タンク５２内の第１液Ａの液面が第１センサ７４の高さ位置より上がった場合、この第１センサ７４の出力信号を基に第３ポンプ７３が駆動される。第１タンク５２内の第１液Ａの液面が第２センサ７５の高さ位置より下がった場合、この第２センサ７５の出力信号を基に第３ポンプ７３の駆動が停止されるようになっている。

補給装置７７は第１タンク５２の第１液Ａを補給する設備である。この補給装置７７は、第１タンク６２に接続された補給管７８と、これに取付けられた補給弁７９を備えている。

給電コントローラ８１は、電源装置８２から受ける電力を自動調整して前記各外側電極１６と各内側電極２５に供給する設備である。この給電コントローラ８１と各外側電極１６の電極端子１６ａ、及び各内側電極２５の電極端子２５ａは、図示しない絶縁被覆電線により電気的に接続されている。

既述のように電極端子１６ａは外側電極１６毎に設けられているので、これら外側電極１６は電気的に並列であり、同様に各内側電極２５も電気的に並列である。このため、前記絶縁被覆電線の線径が細くてよく、コストを低減できる。これとともに、細い絶縁被覆電線は軽量で曲がり易い。したがって、絶縁被覆電線が内側電極２５に接続されたままで、カートリッジ２１を外槽１１に着脱する際の作業性を向上することが可能である。

給電コントローラ８１は、過電流防止機能を担う過電流防止回路と過電圧防止機能を担う過電流防止回路を有した構成であることが好ましい。過電流防止回路は、各電極に通電される電流値を検知するとともに、検知された電流値を予め設定された過電流の閾値と比較して、検知された電流値が閾値を超えた場合に、電圧を自動的に下げて、各電極に通電される電流値を一定化するように構成されている。過電圧防止回路は、電極に印加される電圧値を検知するとともに、検知された電圧値を予め設定された過電圧の閾値と比較して、検知された電圧値が閾値を超えた場合に、電流を自動的に下げて、各電極に印加される電圧値を一定化するように構成されている。

したがって、高コストである定電圧・定電流を図る回路を用いることなく、給電コントローラ８１により、過電流及び過電圧にならないように自動調整して電極への給電を適正化できる。又、給電コントローラ８１が過電流と過電圧とを同時に検出した場合、この給電コントローラ８１は各電極への電源供給を遮断する。

電源装置８２には直流電源が用いられる。この直流電源は、交流を直流に変換する変換器を備えた電源装置、若しくは直流発電装置例えば太陽光発電装置等を使用することができる。電源装置８２の最高出力電圧は略１５ボルトである。

切換え器８４は、給電コントローラ８１から電解槽２に至る通電経路中に組込まれている。切換え器８４は、その切換え動作によって外側電極１６と内側電極２５の電気的な極性を反転させるように構成されている。

切換え器８４の切換えは、例えば処理膜２３の種類に応じて手動操作で行うことができるが、予め用意されたプログラムに従って自動的に行われるようにすることも可能である。更に、この切換え器８４の切換えにより、電解装置１の運転中継続して外側電極１６と内側電極２５の極性が維持される。或いは、電解装置１の運転中に切換え器８４が瞬時に又は所定時期に切換えられることによって、外側電極１６と内側電極２５の極性が逆転される。

コントローラ８６は、電源装置８２の電力を受けて、所定のプログラムに従って制御動作を営み、それにより、電解装置１の全般の動作を制御する設備である。このコントローラ８６に、第１スイッチ５６、第２スイッチ６６、第１センサ７４、及び第２センサ７５が電気的に接続されていて、これらの検知情報が供給される。更に、コントローラ８６は、第１ポンプ５４、第２ポンプ６４、第３ポンプ７３、補給弁７９、及び切換え器８４に電気的に接続されていて、これらを遠隔制御する。

次に、電解装置１の作動を説明する。

まず、コントローラ８６が有した図示しないスタートボタンが操作されることで、コントローラ８６は第２給液装置６１の第２ポンプ６４を駆動させる。これにより、第２タンク６２内の電解質を含んだ第２液Ｂが、電解槽２の内槽２２内に送込まれる。この送込みの進行により、内槽２２内に溜められた第２液Ｂが、オーバーフロー管３３の上端を越えるようになると、このオーバーフロー管３３内に溢れた第２液Ｂが第２戻り管６５を通って第２タンク６２に戻される。

以後、内槽２２内に溜められた第２液Ｂは、オーバーフロー管３３により貯留高さを規定された状態を保持されながら、第２ポンプ６４が停止するまで、前記経路を通って上下方向に循環する。

第２液Ｂが第２戻り管６５を流れたことは、第２スイッチ６６で検知されて、その検知情報はコントローラ８６に入力される。この入力に基づいてコントローラ８６は第１給液装置５１の第１ポンプ５４を駆動させる。これにより、第１タンク５２内に溜められている処理対象液である第１液Ａが、電解槽２の第１ポート４８に供給される。この供給に伴い、第１液Ａは、流路Ｇの一端部Ｇ１から他端部Ｇ２に向けて一方向に流れて、第２ポート４９から流出する。したがって、第１液Ａは第２戻り管６５を通って第１タンク５２に戻される。

以後、第１ポンプ５４が停止するまで、第１液Ａは前記経路を通って循環する。この場合、電解槽２内で第１液Ａは、第２液Ｂが溜められた内槽２２の周りをこれに沿って平面視Ｕターンするように流路Ｇを流通する。

第１液Ｂが第１戻り管５５を流れたことは、第１スイッチ５６で検知されて、その検知情報はコントローラ８６に入力される。この入力に基づいてコントローラ８６は第１給液装置５１の給電コントローラ８１をオンする。これにより、各外側電極１６が通電されるとともに、これら外側電極１６とは異なる極性に内側電極２５が通電される。

したがって、電解槽２の処理膜２３の種類、内外各電極の極性、及び第１液Ａと第２液Ｂとの組み合わせ等に応じて、第１液Ａの処理が開始される。この場合、内外の電極間に処理膜２３が配設されていることにより、外側電極１６と内側電極２５との間で電気分解が行われることと並行して電気透析が行われる。これによって、第１液Ａの処理目的（例えば、汚染水の無害化、電解水の生成、脱塩処理等）に従って第１液Ａが処理される。

コントローラ８６は図示しないタイマーが有している。給電コントローラ８１がオンされた時点でタイマーがオンとなる。これにより、タイマーは、コントローラ８６が第３ポンプ７３の動作を開始させるまでの時間をカウントする動作を開始する。

タイマーに設定された時間が経過して、このタイマーがオフされると、コントローラ８６は排出装置７１の第３ポンプ７３を駆動する。これにより、処理された第１タンク５２内の液体が排出管７２を通して第１タンク５２の外部に送り出される。

この排出動作により、第１タンク５２内の第１液Ａの液面高さは降下する。液面高さが第２センサ７５で検知されると、この第２センサ７５の検知情報に従ってコントローラ８６は第３ポンプ７３の駆動を停止させる。

この停止後に、コントローラ８６により補給装置７７の補給弁７９が開かれる。これにより、新たな処理対象液である第１液Ａが補給管７８を通じて第１タンク５２に補給されて、第１タンク５２内の第１液Ａの液面高さが上昇する。第１タンク５２内の第１液Ａの液面高さが第１センサ７４に達すると、第１センサ７４の検知情報に従ってコントローラ８６は補給弁７９を閉じる。

こうした第１液Ａの第１タンク５２に対する排出とこれに引き続く補給は、電源装置８２から電源が電解装置１に供給されている限り繰り返し行われる。これとともに、排出とこれに引き続く補給が行われている間中、電解槽２での処理（電気分解透析）はコントローラ８６により継続される。

コントローラ８６に予め定められた処理時間が経過した場合、又はコントローラ８６に設けられた停止ボタン（図示しない）がオペレータにより押された場合、電解装置１の運転が停止される。つまり、コントローラ８６は、給電コントローラ８１をオフさせるとともに、第１ポンプ５４、第２ポンプ６４、第３ポンプ７３の駆動を停止させ、かつ、補給弁７９を閉じる制御を行う。

これに伴い、流路Ｇ内の第１液Ａが、第２ポート４９より低い位置の第１ポート４８を通って電解槽２から流出し、第１送り管５３を通って、電解槽２の下方に配置されている第１タンク５２内に戻される。これとともに、内槽２２内の第２液Ｂが、サイフォン作用によって、第２液入口３２を通って電解槽２から流出し、第２送り管６３を通って、電解槽２の下方に配置されている第２タンク６２内に戻される。これは、第２タンク６２及び第２ポンプ６４が電解槽２より低く配設されていて、第２送り管６３が第２液入口３２を介して内槽２２の底部に連通していることにより可能である。

こうして電解槽２内に液が残らないようにできるに伴い、外側電極１６及び内側電極２５全体と処理膜２３が残液で浸かって、それらの寿命が短くなることを抑制可能である。

これとともに、第２送り管の先端部を兼ねた第２液入口３２の下端が、内槽２２が有した処理膜２３の下端より下側に配置されている。このため、内槽２２内の残液に処理膜２３が晒されないので、処理膜２３を保護することが可能である。

既述の通電による電解槽２での第１液Ａの処理は、第１液Ａを平面視Ｕターン状の流路Ｇに、第１ポート４８から第２ポート４９に向けて一方向に流通させながら実施するので、その流れに乱れを生じ難く円滑に流路Ｇを流通できる。これとともに、第１液Ａの流れが一方通行であることにより、第１液Ａが外側電極１６と処理膜２３との間の互に別の箇所を別々に流れてから、それらの流れが流路Ｇ内で向かい合うように合流することがない。

これにより、合流に基づく第１液Ａの滞留域が流路Ｇに形成されることがない。よって、第１液Ａの処理を担う面積、言い換えれば、電解を担う面積を、前記滞留域に相当して増やすことでき、処理効率を向上可能である。これとともに、電解を担う面積を増やすために、電解槽２及びこれを備えた電解装置１の大形化する必要がないので、これらの重量増加も抑制可能である。更に、大形化下場合のように白金でコーテングされた外側電極１６及び内側電極２５のコスト上昇がないため、電解槽２及びこれを備えた電解装置１のコストの上昇も抑制可能である。

前記電解槽２は、流路Ｇの一端部Ｇ１と他端部Ｇ２のうちの少なくとも一端部Ｇ１が、外側電極１６と処理膜２３との間の流路断面積より広い流路断面積を有した整流室をなした構成を備えている。これにより、第１ポンプ５４の運転に伴い流路Ｇに送込まれた第１液Ａの乱れが、流路Ｇの一端部Ｇ１で鎮められる。こうして安定化された第１液Ａは、層流状態となって外側電極１６と処理膜２３との間の流路部に通されるので、この流路部での第１液Ａの流れの乱れが抑制される。

加えて、流路Ｇの他端部Ｇ２も整流室をなしているので、処理された液体も流路Ｇの他端部Ｇ２から第２ポート４９へ円滑に流出する。これにより、処理された液体の流出に伴う影響が流路Ｇ内に波及して、流れが乱されることを抑制可能である。

従って、電解槽２の流路Ｇ内での第１液Ａの流れが乱れないように適正にコントロールされるに伴い、渦等の発生が抑制されるので、電解槽２での処理効率をより向上することが可能である。

しかも、第１ポート４８から流路Ｇの一端部Ｇ１に供給された第１液Ａは、外側電極１６と処理膜２３との間の流路部に、斜めの側壁部１３ｅにより導かれる。これにより、一端部Ｇ１から前記流路部に向けての第１液Ａの流れが急激に曲がることがない。この点でも、電解槽２の流路Ｇ内での第１液Ａの流れをより適正にコントロールされるので、電解槽２での処理効率をより向上することが可能である。

加えて、既述のように内槽２２に第２液Ｂの液面高さを規定するオーバーフロー管３３が取付けられていて、このオーバーフロー管３３に第２給液装置６１の第２戻り管６５が接続されている。このため、第２液Ｂはオーバーフローにより内槽２２内に一定量溜められる。このように電解質を含んだ第２液Ｂを所定の液面高さに溜めた状態で、第１液Ａが処理されることにより、第２液Ｂについてはその流れの滞留域ができないような層流状態にコントロールすることを要しない。このため、第２液Ｂのコントロールが簡単であり、それに伴って電解槽２の構成を簡単にできる。

更に、第１送り管５３は第１ポート４８又は第２ポート４９のいずれかに接続可能である。同様に、第２戻り管５５も第２ポート４９又は第１ポート４８のいずれかに接続可能である。これにより、流路Ｇに対して既述の説明とは逆方向に第１液Ａを流すことが可能である。

これとともに、既述のように流路Ｇの他端部Ｇ２も整流室をなしていて、斜めの側壁部１３ａを有している。したがって、電解槽２の第１液Ａが通る入口と出口を切換えても、既述の整流作用を得られるとともに、外側電極１６と処理膜２３との間の流路部に、斜めの側壁部１３ａにより第１液Ａを円滑に導入させることが可能である。

前記電解槽２の流路Ｇは、外側電極１６とこれに対向された処理膜２３との間で、二箇所以上、具体的には四箇所折れ曲がっている。このため、流路Ｇが折れ曲がっていない構成に比較して、折れ曲がった角部が、流路Ｇを通る第１液Ａに対する抵抗となる。これにより、第１液Ａが流路Ｇを通過する時間が長くなることに応じて、外側電極１６及び処理膜２３に第１液Ａが接触する時間が増える。したがって、電解槽２での処理効率をより向上することが可能である。

前記電解槽２の第１ポート４８の高さ位置と第２ポート４９の高さ位置は異なっている。このため、既述のように流路Ｇを流れる第１液Ａは、例えば第１ポート４８から第２ポート４９に向けて次第に高さを変えながら、流路Ｇを一方通行してＵターン状に流れる。これにより、外側電極１６及び処理膜２３に第１液Ａが接触する時間が増える。加えて、既述のように第１液Ａが次第に高さを変えながら流路Ｇを流れることで、流路Ｇでの第１液Ａの滞留域の発生が抑制される。したがって、電解槽２での処理効率をより向上することが可能である。

これに対して、第１ポート４８と第２ポート４９の高さが同じである構成は、流路Ｇの上部と下部とを流れる第１液に速度差を生じ易く、それに基づいて渦が流路Ｇ中に発生することがある。よって、電解槽２での処理効率をより向上する上では不利である。

電解槽２の外槽１１に固定された外側電極１６と内槽２２の処理膜２３との離間距離は、1.0ｍｍ〜3.5ｍｍである。離間距離が1.0ｍｍ未満であると、第１液Ａに対する流路Ｇの抵抗が大きくなり過ぎて、流路Ｇに対して第１液Ａが層流状態で流れ難くなって、処理効率が低下する場合がある。離間距離が3.5ｍｍを超えると、流路Ｇの各部を通る第１液Ａに速度差を生じ易くなる。これにより、速度差に基づく渦等を原因として流路Ｇ内に滞留域が形成されて、処理効率が低下する場合がある。したがって、前記離間距離を1.0ｍｍ〜3.5ｍｍとしたことで、電解槽２での処理効率をより向上することが可能である。

又、電解槽２はカートリッジ２１を備えている。このカートリッジ２１は、外槽１１の開放された外槽１１の上端を閉じるとともに内槽２２を支持する蓋２８と、内槽２２と、内側電極２５を有して形成されている。このカートリッジ２１は外槽１１に着脱可能に連結されている。

このため、カートリッジ２１を外槽１１から外すことにより、外槽１１の内面及び外側電極１６、内槽２２の外面及び処理膜２３等に夫々付着した汚れを除去する等のメンテナンスを容易に行うことができる。これとともに、異なる処理膜２３を有したカートリッジ２１を予め用意しておくことで、処理対象の第１液Ａの種類等に適合する処理膜２３を有したカートリッジに交換して、電解装置１を使用できる。

ここに異なる処理膜を有したカートリッジとは、隔膜からなる処理膜２３を有した内槽２２を備えるカートリッジと、イオン交換膜からなる処理膜２３を有した内槽２２を備えるカートリッジを指している。

更に、電解槽２のカートリッジ２１は、耐食性を有しかつ弾性変形が可能で外槽１１の周壁１３に密接される密接部材３６，３７と、蓋２８に設けられた手掛け部３５とを備えている。このため、オペレータが手掛け部３５に手を掛けて、内槽２２を密接部材３６，３７の弾性変形を伴って外槽１１内に圧入気味に押込むという簡便な操作で、カートリッジ２１を外槽１１に取付けることができる。この逆に、オペレータが手掛け部３５を掴んで、密接部材３６，３７による保持力に抗して外槽１１外にカートリッジ２１を引出すという簡便な操作で、カートリッジ２１を外槽１１から外すことができる。

このように工具を使用することなく、ワンタッチ操作で、外槽１１に対してカートリッジ２１を着脱できるので、メンテナンス又はカートリッジ２１を交換する際、カートリッジ２１をより容易に取扱うことができる。

前記電解槽２を備えた電解装置１は、電解槽２の外側電極１６と内側電極２５に電気的に接続された給電コントローラ８１を備え、この給電コントローラ８１は過電流防止機能及び過電圧防止機能を有している。

第２液Ｂの電解質濃度が低い場合、第２液Ｂには電流が流れ難い。この場合、給電コントローラ８１は、最大電圧を印加するように電極への給電を自動的に制御する。処理膜２３がイオン交換膜である場合、イオン交換の進行に伴って電流が流れ易くなるので、それに応じて電圧を次第に下げながら電流を最大電流まで次第に上げるように、給電コントローラ８１は電極への給電を自動的に制御する。これとともに、給電コントローラ８１は、過電流及び過電圧とならないように自動的に電極への給電を制御する。

これにより、外側電極１６と内側電極２５との間に過電流が流れないので、過電流が流れることによる弊害を抑制可能である。つまり、電気エネルギーが熱になって無駄に消費されることを抑制できる。これとともに、電極への給電の最適化を図ることができる、更に、給電コントローラ８１が自ら保護されて、その寿命が短くなることを抑制可能である。

前記電解装置１は、外側電極１６と内側電極２５の極性を逆転させる切換え器８４を備えている。この切換え器８４で電極の極性を逆転させることは、外側電極１６及び内側電極２５がいずれも白金でコーテングされていることにより、支障なく行うことが可能である。そして、この極性逆転によって、電解装置１の用途の多様性を得ることが可能である。これについて本発明者が行った試験例を後述の別表に示す。

更に、電解装置１の運転中に切換え器８４を手動又は自動により操作して、内外の電極の極性を、瞬間的に逆転させて再び元に戻すことにより、第１液Ａ中の分子を分解することが可能である。つまり、第１液Ａ中にはイオン結合、共有結合、金属結合等様々な形態で結合している分子が存在し、その結合が強固であると、内外の電極への給電に伴う電気分解で分解し切れないことがある。このような分子であっても、既述の極性逆転操作により、イオン結合等を解除して前記分子を分解可能であり、この分解に伴って生じた物質はイオン化される。

このように内外の電極への給電に伴う電気分解で分解し切れなかった第１液Ａ中の分子を、内外の電極２の極性を反転することで、イオン化した物質に分解することが可能である。こうしてイオン化された物質は、電気分解と並行して行われる電気透析によって、外側電極１６又は内側電極２５へ移動される。したがって、電解槽２での処理性能を更に向上させることが可能である。この試験例についても、後述の別表に示す。

前記電解装置１が備えた第１給液装置５１は、第１液Ａを溜める第１タンク５２と、この第１タンク５２と電解槽２の第１ポート４８を連通した第１送り管５３と、この第１送り管５３に第１タンク５２内の第１液Ａを送込む第１ポンプ５４と、電解槽２の第２ポート４９と第１タンク５２を連通した第１戻り管５５とを備えている。

このため、第１ポンプ５４の駆動によって、第１液Ａは、第１タンク５２と電解槽２の流路Ｇにわたって繰り返し循環される。これにより、第１液Ａに対する電気分解と電気透析が繰り替えされるので、処理された第１液Ａの濃度が高められる。

これとともに、前記電解装置１が備えた第２給液装置６１は、第２液Ｂを溜める第２タンク６２と、この第２タンク６２と内槽２２とを連通した第２送り管６３と、この第２送り管６３に第２タンク６２内の第２液Ｂを送込む第２ポンプ６４と、内槽２２と第２タンク６２を連通した第２戻り管６５とを備えている。

このため、第２ポンプ６４の駆動によって、第２液Ｂが、第２タンク５２と電解槽２の内槽２２にわたって繰り返し循環される。これにより、第１液Ａに対する電気分解と電気透析により内側電極２５に引き付けられた例えば金属イオン等の第２液Ｂ中のイオン濃度が高められる。

又、前記電解装置１の運転中での電気分解により、外側電極１６と内側電極２５のうちで、電源装置８２の陽極に接続された電極側では酸素ガスが発生し、電源装置８２の陰極に接続された電極側では水素ガスが発生する。前記電解装置１は既に説明したようにその処理効率が高いので、その処理に伴い多量のガスを発生させることが可能であり、例えば、水素ガスについては１気圧にも及ぶ圧力で多量に発生できることが試験により確かめられた。

外側電極１６側で発生したガスは、第１導管５７を通って第１タンク５２に戻された上で、この第１タンク５２から第１ガス管５８を通って図示しない第１ガス処理設備に導かれる。これとともに、内側電極２５側で発生したガスは、第２導管６７を通って第２タンク６２に戻された上で、この第２タンク６２から第２ガス管６８を通って図示しない第２ガス処理設備に導かれる。

なお、前記電解装置１の運転により生成される水素を含む水は、アルカリ性で、界面活性効果を有しているので、この水をエマルジョン溶液の原料に用いる場合は、エマルジョン溶液による例えば油の分解や除去、又は汚れの除去等の効率が格段に上がることを期待できる。同様に、前記電解装置１の運転中による得ることができる酸素を多く含む水は、殺菌効果が高いので、殺菌水としての用途に適している。

又、前記電解装置１の運転中、電源装置８２の電圧変動等で、第２ポンプ６４による内槽２２への送液量と第２タンク６２への還流量とのバランスが崩れて、内槽２２に第２液Ｂが満ちるようになることが考えられる。このような事態に至った場合、内槽２２から溢れようとする第２液Ｂは、第２ガス管６７を通って第２タンク６２に戻されるので。第２液Ｂが電解槽２から外部に漏れることがない。これとともに、第２ガス管６８は、発生ガスの排出とともに、満液対策時のオーボーフロー管として共用されているので、配管構成が単純である。なお、内槽２２の満液対策用の排出管は第２ガス管６８とは別に設けることも可能である。

前記構成の電解装置１は、既述のように処理能力が高いので、第１液Ａと第２液Ｂの種類の選択、処理膜２３の種類、外側電極１６と内側電極２５の極性、及び極性の瞬時逆転の有無、処理時間の長さ等を選択することによって、多種多様な溶液の処理をすることが可能である。本出願人が試験した結果を以下の表に示す。

表１，２で、（極性逆転）の文字が付された試験は、切換え器８４での操作により内外各電極の極性を瞬時に切換えることを伴って処理した試験である示している。表１，２で、（一次）(二次)の文字が付された試験は、極性切換えを伴って処理した試験であることを示している。表１，２で、（直接吐水）とは、第２液Ｂを循環させることなく内槽２２に溜めた状態で、第１液Ａを流路Ｇに一回のみ流通させた試験であることを示している。表１，２で（循環）とは、第１液Ａ及び第２液Ｂをともに循環させた条件で処理した試験であることを示している。表１，２で、海水とは濃度調整をしていない海水である。

なお、表１に示した試験１、つまり、第１液Ａを軟水とし、第２液Ｂを無調整の海水として、第１液を処理した試験を代表して説明する。この処理は、電源装置８２の正極に接続された電極（陽極）を外側電極１６とし、電源装置８２の負極に接続された電極（陰極）を内側電極２５として、電解槽２に第１液Ａと第２液Ｂを循環させた状態で、電解透析に必要な電源電圧を外側電極１６と内側電極２５に印加することで行った。この際の電気化学的な反応は以下の通りである。

電圧が掛かることで、電気分解（電解）が行われて、陽極である外側電極１６と処理膜２３との間の流路Ｇでは、水から酸素と水素イオン（Ｈ^＋）が生成される。これとともに、陰極である内側電極２５と処理膜２３との間に供給された塩水中の塩素イオン（Ｃｌ⁻）は、電気透析作用で処理膜２３を通って流路Ｇ内に移動されて、ここで塩素（Ｃｌ）を介して塩素ガス（Ｃｌ_２）となる。この塩素ガスは流路Ｇ内で水と反応して次塩素酸（ＨＣｌＯ）及び塩酸（ＨＣｌ）となる。

このため、電解槽２の第２ポート４９から、殺菌効果の高い次塩素酸を含んで殺菌に好適な生成液が流出する。この生成液は、高濃度の水素イオンを含んでいるため、ｐＨの低い強酸性を有し、医療分野又は食品分野等での殺菌に用いられる殺菌水として適している。

なお、第１実施形態は、単一の電解槽を備えた電解装置として説明したが、電解装置は、複数の電解槽を備え、これら電解槽の流路が互に連通されるとともに、各電解槽に対して第１給液装置を共用させた構成とすることもできる。

この場合、第１液の流れを基準に相対的に上流側に配置された上流側電解槽と相対的に下流側に配置された下流側電解槽と、第１給液装置との関係は、以下の通りである。つまり、上流側電解槽の流路を通った第１液が吐き出されるポートと、下流側電解槽の流路に第１液を導入するポートとを、これらに両端を接続した配管で連通する。第１送り管を、最も上流側に配置された電解槽の流路に第１液を導くポートに接続する。更に、第１戻り管を、最も下流側に配置された電解槽の流路を通った第１液が吐き出されるポートに接続する。

又、このように複数の電解槽の流路を直列に連通させるのではなく、各電解槽の流路が並列となるように電解装置を構成することもできる。この場合、第１送り管を、電解槽の数に合わせて分岐して、夫々の分岐管の先端を各電解槽の一方のポートに接続するとともに、第１戻り管も、電解槽の数に合わせて分岐して、夫々の分岐管の先端を各電解槽の他方のポートに接続する。また、いずれの場合でも、第２給液装置は各電解槽ごとに用意する。

図７及び図８は本発明の第２実施形態を示している。第２実施形態で、第１実施形態と同一又は同じ機能を発揮する構成については、第１実施形態と同じ符号を付して、その説明を省略する。

第２実施形態で、電解槽２の外槽１１は平面視四角形である。この外槽１１の正面をなす側壁部１１ａ以外の側壁部１１ｂ〜１１ｄの各内面の夫々に外側電極１６が固定されている。外槽１１の側壁部１１ａの下隅部に第１ポート４８が設けられ、側壁部１１ａの上隅部に第２ポート４９が設けられている。これら第１ポート４８と第２ポート４９は側壁部１１ａの対角線上に配設されている。

カートリッジ２１の内槽２２及び蓋２８は、外槽１１に適合して平面視四角形である。そのため、このカートリッジ２１が外槽１１に取付けられた電解槽２が組立てられた状態で形成される流路Ｇは、二箇所で折れ曲がってコの字形をなしている。この流路Ｇの一端部は、整流室を形成しておらず、図８に示すように第１ポート４８に直接的に連通されている。同様に、流路Ｇの他端部Ｇ２も、整流室を形成しておらず、第２ポート４９に直接的に連通されている。

第２実施形態は、以上説明した以外の構成は、図示されない構成を含めて第１実施形態と同じである。このため、第２実施形態においても、第１実施形態で既に説明した理由によって、大形化と重量化を抑制しつつ電解面積をより多く確保することが可能な電解槽２、及びこの電解槽２を備えた電解装置を提供することができる。

この第２実施形態の電解槽２を備えた電解装置でメッキ廃液を無害化する試験の結果を次に示す。

この試験で用いた外側電極１６は縦横各98ｍｍの大きさであり、循環される処理対象の第１液Ａは、銅イオン濃度が75ｐｐｍ、ｐＨが9.18のメッキ廃液で、5.0リットル用いた。又、循環される第２液Ｂには塩化カリウム(ＫＣＬ)を20％含んだ溶液を用いた。更に、電解装置の電源電圧は15ボルトであり、電解装置の使用中切換え器により電極の極性逆転を３回行った。

この結果は次の通りであった。銅イオン濃度が75ｐｐｍ、ｐＨが9.18のメッキ廃液が、電解透析作用を受けてｐＨが12.5のアルカリ液となった時点で、１回目の極性逆転を行った。

そのため、これ以後の電解透析作用によりメッキ廃液は酸性を示すようになり、そのｐＨは9.0に変化した。このとき、銅イオン濃度は0.1ｐｐｍにまで下がった。

次に、以上のようにメッキ廃液のｐＨが9.0の酸性液となった時点で、２回目の極性逆転を行った。そのため、これ以後の電解透析作用でメッキ廃液はアルカリ性を示すようになり、そのｐＨは12.5に変化した。このとき、銅イオン濃度は0.00ｐｐｍにまで下がった。

更に、以上のようにメッキ廃液のｐＨが12.5のアルカリ液となった時点で、３回目の極性逆転を行った。そのため、これ以後の電解透析作用によりメッキ廃液は酸性を示すようになり、そのｐＨは9.0に変化した。このとき、銅イオン濃度は0.00ｐｐｍであった。

この試験結果により、本発明の第２実施形態の電解槽２を備えた電解装置で、メッキ廃液中の銅イオンを除去できることが確認された。

本発明の電解槽及びこれを備えた電解装置は、大形化と重量化を抑制しつつ電解面積を増やすことできるので有用である。又、本発明の電解槽及びこれを備えた電解装置は、酸性水やアルカリ性水などの電解液を生成できるので、工業用等の洗浄分野及び殺菌分野などに有用である。それだけではなく、本発明の電解槽及びこれを備えた電解装置は、海水等から資源として利用可能な水素ガスや酸素ガス及び塩素ガス等を大量に生成可能であるので、資源ガス生成のために有用である。更に、発明の電解槽及びこれを備えた電解装置は、高濃度の酸溶液やアルカリ溶液を中和することができ、或いは重金属汚染液から重金属を除去することができ、廃油を還元することもでき、若しくは、硬水を軟水に変換することもできるので、様々な用途のニーズに有用である。

１…電解装置、２…電解槽、１１…外槽、１３…周壁、１６…外側電極、２１…カートリッジ、２２…内槽、２３…処理膜、２５…内側電極、２８…蓋、３３…オーバーフロー管、３５…手掛け部、３６，３７…密接部材、４０…仕切り、４１…連結部材、Ｇ…流路、Ｇ１…流路の一端部（整流室）、Ｇ２…流路の他端部、４８…第１ポート、４９…第２ポート、５１…第１給液装置、５２…第１タンク、５３…第１送り管、５４…第１ポンプ、５５…第１戻り管、Ａ…第１液、６１…第２給液装置、６２…第２タンク、６３…第２送り管、６４…第２ポンプ、６５…第２戻り管、Ｂ…第２液、８１…給電コントローラ、８４…切換え器

Claims

外槽と；
この外槽が有した周壁の内周面に周方向に並べて固定された板状をなす複数の外側電極と；
これら外側電極に対向する処理膜を有し、前記周壁の内周面に沿ってＵターンするように曲げられた一方通行の流路を形成して前記外槽に収容された内槽と；
この内槽の内部に配設された板状をなす複数の内側電極と；
前記流路の一端部と他端部を仕切る仕切りと；
前記流路の一端部に連通して前記外槽に設けられた第１ポートと；
前記仕切りを境に前記第１ポートと反対側で前記流路の他端部に連通して前記外槽に設けられた第２ポートと；
を具備する電解槽。
前記流路の一端部と他端部のうちの少なくとも前記流路の一端部が、前記外側電極と前記処理膜との間の流路断面積より広い流路断面積を有した整流室である請求項１に記載の電解槽。
前記流路が前記外側電極と前記処理膜との間で二箇所以上折れ曲がっている請求項１又は２に記載の電解槽。
前記第１ポートの高さ位置と前記第２ポートの高さ位置が異なっている請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の電解槽。
前記外側電極と前記処理膜との離間距離が、1.0ｍｍ〜3.5ｍｍである請求項１から４のうちのいずれか一項に記載の電解槽。
前記外槽の上端が開放されていて、この開放された上端を閉じるとともに前記内槽を支持する蓋と、前記外槽に着脱可能に連結されたカートリッジを更に備え、前記カートリッジが、前記蓋と前記内槽と前記内側電極とを有している請求項１から５のうちのいずれか一項に記載の電解槽。
前記カートリッジが、弾性変形可能で前記周壁に密接される密接部材と、前記蓋に設けられた手掛け部とを、更に有している請求項６に記載の電解槽。
前記処理膜が隔膜である請求項１から７のうちのいずれか一項に記載の電解槽。
前記処理膜がイオン交換膜である請求項１から７のうちのいずれか一項に記載の電解槽。
請求項１から９のうちのいずれか一項に記載の電解槽と；
この電解槽が備えた第１ポートに処理対象の第１液を供給する第１給液装置と；
前記電解槽が備えた内槽の内部に電解質を含んだ第２液を供給する第２給液装置と；
を具備する電解装置。
前記電解槽が備えた外側電極と内側電極に電気的に接続された給電コントローラを更に備え、このコントローラが過電流防止機能及び過電圧防止機能を有している請求項１０に記載の電解装置。
前記外側電極と内側電極の極性を逆転させる切換え器を更に備えた請求項１０又は１１に記載の電解装置。
前記第１給液装置が、前記第１液を溜める第１タンクと、このタンクと前記第１ポート又は前記電解槽が備えた第２ポートを連通した第１送り管と、この第１送り管に第１タンク内の第１液を送込む第１ポンプと、前記第２ポート又は第１ポートと前記第１タンクを連通した第１戻り管とを備えており、
前記第２給液装置が、前記第２液を溜める第２タンクと、このタンクと前記内槽とを連通した第２送り管と、この第２送り管に第２タンク内の第２液を送込む第２ポンプと、前記内槽と前記第２タンクを連通した第２戻り管とを備えている請求項１０から１２のうちのいずれか一項に記載の電解装置。
前記第２タンク、第２ポンプ、及び第２送り管が前記電解槽より低く配設されているとともに、前記第２送り管の先端部が、前記電解槽が備えた処理膜の下端よりも下側に配置されている請求項１３に記載の電解装置。
前記内槽に前記第２液の液面高さを規定するオーバーフロー管が取付けられていて、この管に前記第２戻り管が接続されている請求項１３又は１４に記載の電解装置。