JP5441756B2 - 電解水生成装置の有隔膜電解槽 - Google Patents

Description

本発明は、電解水生成装置の有隔膜電解槽に関する。

電解水生成装置を構成する有隔膜電解槽の一形成として、互いに並列に所定間隔にて配列した複数の縦枠部を有する方形の格子枠からなる一対のスペーサによって挟持された隔膜と、同隔膜の両面側にて前記スペーサに接合して前記縦枠部の間に区画されたチャンネルにより複数の電解室を形成する陽極側の電極板と陰極側の電極板とによりそれぞれ構成した複数の電極板ユニットを、下方の部位に被電解水の導入口部を有し上方の部位に前記電解室にて生成された電解生成水の導出口部を有する筺体の内部に重合して収納した有隔膜電解槽がある。（特許文献１，２を参照）

当該形式の有隔膜電解槽においては、筺体内の下方に導入された被電解水が電極板ユニットの下方から各電解室の各チャンネル内に流入して上方へ流動する間に有隔膜電解を受けて、各電解室にて電解生成酸性水と電解生成アルカリ性水が生成されるようになっている。

特開平８−１５８０８４号公報 特開２００４−１８８３６号公報

上記形式の有隔膜電解槽において各電極板の全体を有効に活用して被電解水を効率よく有隔膜電解するには、被電解水を各電解室の各チャンネルへ均等に流入する必要がある。しかしながら、被電解水はその流入口に近い方のチャンネルにより多く流入するので、同流入口に近い方のチャンネルに偏って流入する傾向が大きく、電極板の全体を有効に活用することが難しい状態にある。

また、複数の電極板ユニットを重合して複数対の陽極側電解室と陰極側電解室を構成してなる有隔膜電解槽においては、電極板本体の下端部に棒状の電極端子を設けて同電極端子を電源に接続し易くする必要があるが、電極端子と隔膜間の距離が狭くなって過電解が発生する。このため、電極板の腐食が早期に進行することとなる。

本発明の目的は、上記形式の有隔膜電解槽において、被電解水が流入口に近いチャンネルに偏って流入するのを防止して電極板の全体を有効に活用し、それに加えて、複数の電極板が有する電極端子での過電解を防止して電極板の早期の腐食の進行を防止することにある。

本発明が適用対象とする有隔膜電解槽は、互いに並列に所定間隔にて配列した複数の縦枠部を有する方形の格子枠からなる一対のスペーサによって挟持された隔膜と、同隔膜の両面側にて前記スペーサに接合して前記縦枠部の間に区画されたチャンネルにより複数の電解室を形成する陽極側の電極板と陰極側の電極板とによりそれぞれ構成した複数の電極板ユニットを、下方の部位に被電解水の導入口部を有し上方の部位に前記電解室にて生成された電解生成水の導出口部を有する筺体の内部に重合して収納した有隔膜電解槽である。この有隔膜電解槽においては、前記電極板ユニットの下方の部位の中央部に前記筺体の導入口部に流入する被電解水の液溜まりとなる空間部を形成し、同空間部の両側にて下方に延びる前記チャンネルの開口幅を前記空間部に開口する前記チャンネルの開口幅に比して狭くしたことを特徴とする。

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本発明の実施にあたっては、前記電極板ユニットが形成する各電解室の両側に位置する前記チャンネルを除く中央部側の前記チャンネルの下端部に、前記液溜まりとなる空間部に滞留する被電解水を前記各チャンネルに流入させる複数の流入口を均等に設けることが望ましい。

また、本発明の実施にあたっては、前記電極板ユニットが形成する各電解室の各チャンネルに被電解水を流入させる前記流入口の出口側が前記隔膜側に向けて上方へ傾斜して延びる段差部として形成されることが好ましい。

さらに、前記電極板ユニットを構成する各電極板はその下端部に下方に延びる棒状の電極端子を備え、同電極端子が前記液溜まりとなる空間部を通して前記筺体の外に臨んでいることが望ましい。

本発明の有隔膜電解槽においては、前記電極板ユニットの下方の部位の中央部に前記筺体の導入口部に流入する被電解水の液溜まりとなる空間部を形成し、同空間部の両側にて下方に延びる前記チャンネルの開口幅を前記空間部に開口する前記チャンネルの開口幅に比して狭くしたことにより、前記導入口部に流入する被電解液が前記チャンネルに偏って流入するのを防止すると共に、両側のチャンネルの開口部を流れる被電解水の流速を高めて、スケールの付着を減少させることができる。

また、前記電極板ユニットが形成する各電解室の両側に位置する前記チャンネルを除く中央部側の前記チャンネルの下端部に、前記液溜まりとなる空間部に滞留する被電解水を前記各チャンネルに流入させる複数の流入口を均等に設けた場合には、被電解水を各電解室のチャンネルに偏ることなく略均等に流入させることができる。これにより、各電極板を有効に活用することができる。

また、前記電極板ユニットが形成する各電解室の各チャンネルに被電解水を流入させる前記流入口の出口側が前記隔膜側に向けて上方に傾斜して延びる段差部として形成すれば、被電解水を電解室の各チャンネルに一層的確に流入させることができるとともに、各流入口の出口側での被電解水の滞留を防止し得て、電解時に生成されるスケール成分の蓄積を防止して電極板の耐久性を向上させることができる。

さらに、前記電極板ユニットを構成する各電極板がその下端部に下方に延びる棒状の電極端子を備え、同電極端子が前記液溜まりとなる空間部を通して筺体の外に臨むようにした場合には、液溜まりを電極端子の逃し部として利用することができて、電極端子における過電流の発生を防止でき、電極板の早期の腐食の進行を防止することができる。

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本発明に係る有隔膜電解槽を装備した電解水生成装置の装置本体を後側からみた背面図である。 本発明に係る有隔膜電解槽の正面図（ａ）、および、同図の矢印２−２線に沿って切断した縦断側面図（ｂ）である。 本発明に係る有隔膜電解槽を構成する複数の電極板ユニットを分解した状態の斜視図である。 図３に示した前記電極板ユニットを複数重合した状態の正面側からみた斜視図（ａ）、および、前記電極板ユニットの前側に位置する電極板を除いた状態の下方の一部を拡大して示す斜視図（ｂ）である。 前記電極板ユニットを構成するスペーサの正面図（ａ）、同図の矢印５−５線で縦断した縦断側面図（ｂ）、同スペーサの上下の中間部分の一部を拡大して示す斜視図（ｃ）、および、同スペーサを構成する縦枠部の横断面形状を示す拡大図（ｄ）である。 前記電極板ユニットの背面図（ａ）、および、当該電極板ユニットの下方の一部を拡大して示す背面図（ｂ）である。 前記電極板ユニットの下方の一部を拡大して示す背面図であって、被電解水の流れを付加した図（ａ）、および、被電解水のチャンネルに対する流入口および出口側を拡大して示した図（ｂ）である。

図１には、本発明に係る有隔膜電解槽Ｃを装備した電解水生成装置を示している。この電解水生成装置は、装置本体ＡをケースＢ内に収容してなるもので、図１は、ケースＢから取出した状態の装置本体Ａの背面側を示している。

有隔膜電解槽Ｃは、図２に示すように、複数の電極板ユニット１０を重合した状態で筺体２０内に収容して構成されている。各電極板ユニット１０は、互いに同一の構成であって、各電極板ユニット１０の内部には、一対の電解室（陽極側電解室および陰極側電解室）が形成されている。

有隔膜電解槽Ｃの筺体２０の下方の部位に設けた被電解水の導入口部には、被電解水の供給導管３１（３１ａ，３１ｂ）が接続されている。また、筺体２０の上方の部位に設けた電解生成水の導出口部には、各電解生成水を流出させる各流出導管３２ａ，３２ｂが接続されている。

被電解水は、高濃度の塩水を原水にて所定濃度に希釈してなる希薄塩水であって、原水が流入する供給導管３３の途中に、図示しない塩水タンクから塩水供給導管３４を通して一定量の高濃度塩水を継続して供給することによって、供給導管３３内にて調製される。調製された被電解水は、供給導管３１の分岐管路部３１ａ，３１ｂを通して、各電極板ユニット１０内に形成されている陽極側電解室と陰極側電解室にそれぞれ供給される。

有隔膜電解槽Ｃにおいては、陽極側電解室と陰極側電解室に供給された被電解水が電極板ユニット１０を構成する陽極側の電極板と陰極側の電極板に沿って上方へ流動し、この間に有隔膜電解されて陽極側電解室では電解生成酸性水が生成され、陰極側電解室では電解生成アルカリ性水が生成される。陽極側電解室にて生成された電解生成酸性水と陰極側電解室にて生成された電解生成アルカリ性水は、各導出口部を通して各流出導管３２ａ，３２ｂに流出して予め指定されている場所に供給される。

本発明に係る有隔膜電解槽Ｃを構成する電極板ユニット１０は、図３および図４に示すように、一対の方形枠状のスペーサ１０ａ，１０ｂにて挟持された状態の隔膜１０ｃの各側面側に、各スペーサ１０ａ，１０ｂにて規定される間隔を保持して陽極側の電極板１０ｄと陰極側の電極板１０ｅをそれぞれ配置して構成されている。但し、図３に例示している電極板ユニット１０は、図４（ａ）に示すように、互いに重合された状態で筺体２０に収容されて使用される態様を採ることから、互いに隣り合う同士の電極板ユニット１０間では、同一の電極板１０ｄ，１０ｅを互いに共用する構成になっている。なお、図４（ｂ）は、同図（ａ）に示す電極板ユニット１０の、電極板１０ｄを除いた下方の一部を拡大して示している。

電極板ユニット１０を構成するスペーサ１０ａ，１０ｂは、図５に示すように、隔膜１０ｃを左右から挟持した状態で、隔膜１０ｃと一体化されていて、電極ユニット１０内の隔膜１０ｃと電極板１０ｄ、および、隔膜１０ｃと電極板１０ｅ間に、陽極側電解室および陰極側電解室を形成している。この有隔膜電解槽Ｃにおいては、複数の電極板ユニット１０が互いに重合して収容されていることから、上記した一対の電解室（陽極側電解室および陰極側電解室）を複数対備えていて、電解運転時には、被電解水が複数対の各電解室に同時に供給されて有隔膜電解を受けるようになっている。

各電極板ユニット１０を構成するスペーサ１０ａ，１０ｂは、図５に示すように、同一構成の格子状枠体であって、隔膜１０ｃを挟持した状態では、互いに左右対称を呈している。格子状枠体である各スペーサ１０ａ，１０ｂは、長方形状の外枠部１１，１２と、外枠部１１，１２内にて上下方向に、所定間隔を保持して並列して延びる複数本の縦枠部１３a〜１３dにて構成されている。スペーサ１０ａ，１０ｂは、本実施形態では、５本の縦枠部１３a〜１３dを有していて、左右の両端の２本の縦枠部１３ａ，１３ｂは、中央よりの３本の縦枠部１３ｃ〜１３ｅに比較して所定長さ長く形成されている。

両側の各縦枠部１３ａ，１３ｂの下端部は、外枠部１１，１２の下端枠部位１１ａ，１２ａには僅かにとどかない長さに設定されていて、下端枠部位１１ａ，１２ａ間に僅かな幅寸法の隙間を形成している。各スペーサ１０ａ，１０ｂの形状は、後述する空間部を形成すべく機能する。また、当該隙間は、図４（ｂ）に示す、被電解水の流入口を形成する。

なお、図５（ｃ），（ｄ）には、各スペーサ１０ａ，１０ｂを構成する縦枠部１３ａ〜１３ｅの横断面の形状を示している。各スペーサ１０ａ，１０ｂを構成する縦枠部１３ａ〜１３ｅの断面形状は、対向する各電極板１０ｄ，１０ｅに対して突出する台形状に形成されていて、各電極板１０ｄ，１０ｅに対する接合面を小さくして、電極面積を広く確保するようにしている。これにより、電解運転時の電解効率を向上させる。

また、両スペーサ１０ａ，１０ｂが挟持する隔膜１０ｃ、および、各スペーサ１０ａ，１０ｂの側面に重合される各電極板１０ｄ，１０ｅは、その下端部が、当該空間部の形状を切欠いた形状に形成されている。従って、このような各スペーサ１０ａ，１０ｂ、隔膜１０ｃ、および、各電極板１０ｄ，１０ｅを採用して構成される電極板ユニット１０においては、その下方の中央部位に所定の大きさの空間部が形成され、この空間部は図４（ｂ）に示す液溜まりＤを形成する。

電極板ユニット１０は、図６（ａ）に示すように構成され、同電極板ユニット１０の下端部は、同図（ｂ）に示すように構成される。図６は、電極板ユニット１０を構成する電極板１０ｄを除いてスペーサ１０ｂ側から見た電極板ユニット１０の正面図である。従って、図６（ａ）と図５（ａ）とは後と裏表の関係にある。

各電極板ユニット１０は、スペーサ１０ａ，１０ｂの下端の中央部位に、導入された被電解水が一旦滞留する液溜まりＤが形成されている。電極板１０ｅの下端部に設けてある電極端子１０ｅ1は、液溜まりＤを通って外枠部１２の外に突出している。なお、電極板１０ｄに設けてある電極端子１０ｄ1も同様に、液溜まりＤを通って外枠部１２の外に突出している。

両側の各縦枠部１３ａ，１３ｂの下端部が形成する隙間は、各縦枠部１３ａ，１３ｂと外枠部１１が形成するチャンネルＥ1、Ｅ2に対する被電解水の流入口１４ａ，１４ｂとなっている。また、中央部に位置する各縦枠部１３ｃ〜１３ｅの下端部には、各縦枠部１３ａ〜１３ｅが形成するチャンネルＥ3〜Ｅ6に被電解水を流入させる複数の流入口１５ａ〜１５ｄが形成されている。各流入口１５ａ〜１５ｄは、各チャンネルＥ3〜Ｅ6に対して、３個ずつの各流入口１５ａ〜１５ｄが均等に配置されている。

図７（ａ）は、図６（ｂ）に導入された被電解水の電解室への流れを破線で示したもので、被電解水は、各チャンネルＥ1，Ｅ2に対しては、各流入口１４ａ，１４ｂから流入し、かつ、各チャンネルＥ3〜Ｅ6に対しては、３個並列する各流出口１５ａ〜１５ｄから流入することになる。各流出口１５ａ〜１５ｄの出口側には、図７（ｂ）に示すように、隔壁１０ｃ側に上方へ傾斜して延びる段差部１６が形成されている。

なお、スペーサ１０ａおよび電極板１０ｄは、スペーサ１０ｂおよび電極板１０ｅと同様に形成されていて、図４（ｂ）に示すように、スペーサ１０ａ，１０ｂの下方には液溜まりＤが形成さている。この液溜まりＤは、スペーサ１０ｂ，１０ａの下方に形成されている液溜まりＤと同じものである。

本発明の有隔膜電解槽Ｃを装備する電解水生成装置においては、その電解運転時、筺体２０内に導入された被電解水は、一旦液溜まりＤに滞留した後、各破線に示すように、各流入口１４ａ，１４ｂおよび各流入口１５ａ〜１５ｅを通して、陽極側電解室および陰極側電解室の各チャンネルＥ1〜Ｅ6に流入し、各電極板１０ｄ，１０ｅに沿って上方へ流動する。被電解水は、この流動中に有隔膜電解されて、陽極側電解室では電解生成酸性水が生成されるとともに、陰極側電解室では電解生成アルカリ性水が生成される。陽極側電解室にて生成された電解生成酸性水は、流出導管３２ａを通して指定の場所へ流出し、陰極側電解室にて生成された電解生成アルカリ性水は、流出導管３２ａを通して指定の場所へ流出する。

このように、本発明の有隔膜電解槽においては、各電解室を構成する各電極板ユニット１０における下方の中央部位に、筺体２０内に導入する被電解水の液溜まりＤを形成して、液溜まりＤに滞留する被電解水を、各電解室の各チャンネルＥ1〜Ｅ6に流入するように構成している。このため、この有隔膜電解槽Ｃにおいては、被電解水を各電解室の各チャンネルＥ1〜Ｅ6内に偏ることなく略均等に流入させることができる。

また、本発明に係る有隔膜電解槽Ｃにおいては、電極板１０ｄ，１０ｅが有する電極端子１０ｄ1，１０ｅ1を液溜まりＤに位置させて、液溜まりＤを電極端子１０ｄ1，１０ｅ1の逃がし部として利用することができて、電極端子１０ｄ1，１０ｅ1における過電解の発生を防止することができ、電極板１０ｄ，１０ｅの早期の腐食を防止することができる。

また、本発明の有隔膜電解槽Ｃにおいては、電極板ユニット１０を構成する各スペーサ１０ａ，１０ｂと隔膜１０ｃとを互いに一体的に形成しているので、各スペーサ１０ａ，１０ｂと隔膜１０ｃの位置関係の組立バラツキを解消することができて、電極板ユニット１０の組立性を向上させることができる。また、各スペーサ１０ａ，１０ｂと隔膜１０ｃが密着していることから、経年変化により、各チャンネルＥ1〜Ｅ6の位置ずれが皆無に近く、被電解水の均一な流路（チャンネル）を長期にわたって確保することができるという利点がある。

また、本発明の有隔膜電解槽Ｃにおいては、液溜まりＤを、各電極板ユニット１０の下方の部位の中央部を所定幅に切り欠いた状態の空間部にて形成して、空間部の両側をチャンネルＥ1，Ｅ2に構成しているため、電極板１０ｄ，１０ｅの両端側を各チャンネルＥ１，Ｅ2まで拡大して電極面積を拡大することができて、電極板１０ｄ，１０ｅを有効に活用することができる。この場合には、各電極板ユニット１０の下方の空間部の両側にて下方に延びる各チャンネルＥ1，Ｅ2の液溜まりＤに開口する開口部（流入口１４ａ，１４ｂ）の幅は、空間部に位置する各チャンネルの開口幅に比較して狭く形成して、両側のチャンネルＥ1，Ｅ2の開口部での流速を高めて、スケールの付着を減少させることができる。

また、本発明の有隔膜電解槽Ｃにおいては、各電極板ユニット１０が形成する各電解室の両側のチャンネルＥ1，Ｅ2を除く中央部側のチャンネルＥ3〜Ｅ6の下端部に、液溜まりＤに滞留する被電解水を各チャンネルＥ1〜Ｅ6に流入させる流入口部１５ａ〜１５ｄを、各チャンネルＥ3〜Ｅ6に均等に配置したので、被電解水を各チャンネルＥ1〜Ｅ6に一層均一に流入させることができる。この場合、電解室の各流入口１５ａ〜１５ｄの出口側に段差部１６を設けてあるため、被電解水を各チャンネルＥ1〜Ｅ6にさらに均一に流入させることができるとともに、各流入口１５ａ〜１５ｄの出口側での被電解水の滞留を防止し得て、電解時に生成さるスケール成分の蓄積を防止し、電極板１０ｄ，１０ｅの耐久性を向上させることができる。

Ａ…装置本体、Ｂ…ケース、Ｃ…有隔膜電解槽、Ｄ…液溜まり、Ｅ1〜Ｅ6…チャンネル、上方の部位、Ｅ…隙間、１０…電極板ユニット、１０ａ，１０ｂ…スペーサ、１０ｃ…隔膜、１０ｄ，１０ｅ…電極板、１１，１２…外枠部、１１ａ，１２ａ…下枠部位、１１ｂ，１２ｂ…上枠部位、１１ｃ，１２ｃ…左枠部位、１１ｄ，１２ｄ…右枠部位、１１ｅ，１２ｅ…嵌合凸部、１１ｆ，１２ｆ…嵌合凹部、１３（１３ａ〜１３ｅ）…縦枠部、１４ａ，１４ｂ…流入口、１５ａ〜１５ｄ…流入口、１６…段差部、２０…筺体、３１（３１ａ，３１ｂ）…被電解水の供給管路、３２ａ，３２ｂ…電解生成水の流出管路、３３…原水供給管路、３４…塩水供給管路。

Claims (4)

1. 互いに並列に所定間隔にて配列した複数の縦枠部を有する方形の格子枠からなる一対のスペーサによって挟持された隔膜と、同隔膜の両面側にて前記スペーサに接合して前記縦枠部の間に区画されたチャンネルにより複数の電解室を形成する陽極側の電極板と陰極側の電極板とによりそれぞれ構成した複数の電極板ユニットを、下方の部位に被電解水の導入口部を有し上方の部位に前記電解室にて生成された電解生成水の導出口部を有する筺体の内部に重合して収納した有隔膜電解槽であって、
   前記電極板ユニットの下方の部位の中央部に前記筺体の導入口部に流入する被電解水の液溜まりとなる空間部を形成し、同空間部の両側にて下方に延びる前記チャンネルの開口幅を前記空間部に開口する前記チャンネルの開口幅に比して狭くしたことを特徴とする電解水生成装置の有隔膜電解槽。
2. 前記電極板ユニットが形成する各電解室の両側に位置する前記チャンネルを除く中央部側の前記チャンネルの下端部に、前記液溜まりとなる空間部に滞留する被電解水を前記各チャンネルに流入させる複数の流入口を均等に設けたことを特徴とする請求項１に記載した電解水生成装置の有隔膜電解槽。
3. 前記電極板ユニットが形成する各電解室の各チャンネルに被電解水を流入させる前記流入口の出口側が前記隔膜側に向けて上方へ傾斜して延びる段差部として形成したことを特徴とする請求項２に記載した電解水生成装置の有隔膜電解槽。
4. 前記電極板ユニットを構成する各電極板はその下端部に下方に延びる棒状の電極端子を備え、同電極端子が前記液溜まりとなる空間部を通して前記筺体の外に臨んでいることを特徴とする請求項１、２又は３に記載した電解水生成装置の有隔膜電解槽。

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