JP5650506B2 - 電解水の製造装置 - Google Patents
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Description
この三室型電解槽は、陽極室と陰極室及び中間室とから構成されており、陽極室と陰極室には原水を通水させ、中間室には電解質水溶液(例えば、食塩水)を充填させる。そして、陽極と陰極に直流電圧を負荷させると、中間室に存在する塩化物イオンが電気泳動により陽極室に移動し、陽極での電解反応により次亜塩素酸を含む酸性の電解水が製造される。
なお、本発明の本実施形態では陽極室、中間室、陰極室とからなる三室型の電解装置について説明するが、本発明は陽極室、陰極室とからなる二室型の電解装置についても適用することは可能である。
図1は、電解水の製造装置(以下、「電解装置」という)の模式図である。
図1に示すように、電解装置100は、中央に配設された中間室400と、中間室400の一方の片側に陽極室200が配設され、他方の片側に陰極室300が配設されている。中間室400と陽極室200とは陰イオン交換膜21を備える第1の隔壁20で隔てられており、中間室400と陰極室300とは陽イオン交換膜31を備える第2の隔壁30で隔てられている。そして、陽極室200には陽極201が設けられ、陰極室300には陰極301が設けられている。
図2は、第1の隔壁20の構成を示した斜視図であり、図3は、第1の隔壁20の分解した状態を示した斜視図であり、図4は、固定板の構成を示した図であり、図5(a)は、スペーサの表面を示した正面図であり、図5(b)は、スペーサの裏面を示した正面図である。
なお、凸条23bは、スペーサ23の高さ方向や網目状に設けてもよい。
スペーサ23の厚さは、1〜5mmが好ましく、孔23aの形状は任意であるが、円形が好ましく、孔の直径は1〜3mmが好ましい。
図示するように、第2の隔壁30は、スペーサ32に陽イオン交換膜31を積層することで構成されており、陽イオン交換膜31のスペーサ32が積層された反対側には、所定の間隔を空けてシート状部材301aで覆われた陰極301が配置されている。シート状部材301aは、通水性を有するものであればよく、例えば、布や不織布といったものが挙げられる。陽イオン交換膜31は、上記した陰イオン交換膜21と同様に、それ自身では形状を保持することができないため、スペーサ32に陽イオン交換膜31を積層した状態で陰極室300と中間室400との間に配設することでその形状を保持される。
まず、第1の隔壁20は、陽極室200と中間室400との間に配設される。この時、固定板22が陽極室200側、スペーサ23が中間室400側となって配設され、第2の隔壁30は、陽イオン交換膜31が陰極300側、スペーサ32が中間室400側となって配設される。このようにそれぞれの隔壁が配設されることで、スペーサ23とスペーサ32とが中間室400内に隙間なく嵌め込まれる。
よって、陽極201表面で発生する塩素ガスによる陰イオン交換膜21の損傷を防止することができる。
図5(a)は、平板電極を横置き状態にした電極の構成を示した図であり、図5(b)は、平板電極を縦置き状態にした電極の構成を示した図である。
なお、図5に示す電極は、陽極201及び陰極301の両方に採用するものであり、ここでは、陽極201についてのみ説明する。
なお、図5(a)及び図5(b)に示す平板電極201a,201bは、網状や多孔質体で形成してもよい。
例えば、従来の一枚の平板電極の規格寸法は、縦150mm、横100mmであり、表面積は電極の表裏を合わせると、
150×100×2=30000mm2
となる。
そこで、例えば図5(a)に示した陽極201と比較すると、平板電極201aの寸法は、縦20mm、横100mmであり、表面積は電極の表裏を合わせると、
20×100×2=4000mm2
となる。
また、平板電極201aの厚さが0.3mmであり、各平板電極301aの間隔を2mmとすると、1枚当たり2.3mmの幅であり、縦150mmに対して並列に配列すると、
150mm/2.3mm≒65
であり、65枚の平板電極201aを並べることができる。
よって、1枚の平板電極201aの表面積が4000mm2であって、これを65枚配列させると、
4000mm2×65枚=260000mm2
となり、従来の1枚の平板電極(30000mm2)と比較すると、
260000mm2/30000mm2≒8
であり、従来の1枚の平板電極に比べて8倍の表面積を得ることができる。
また、平板電極201aに変えて、例えば、多孔質体の電極を用いた場合には、これ以上の表面積を得ることができ、電解面積を飛躍的に向上させることができる。
次に、電解装置100の動作について説明する。
まず、分配割合調整バルブ700の調整によって液体(原水)を陽極室200及び陰極300に供給する。水量は、例えば0.5〜1.5l/分とする。この原水の供給に併せて陽極201と陰極301との間で電位を印加し電気分解を行う。ここで、電気分解時の電圧は、例えば、5〜10Vとし、電流を3〜10Aとする。
2Cl−→Cl2+2e−・・・(1)
この塩素は、さらに、次式(2)に示すように、水を反応して次亜塩素酸が生成される。
Cl2+H2O→HClO+HCl・・・(2)
H2O+2e−→1/2H2+OH−・・・(3)
この電気分解において、中間室400の上下に設けられている連通孔500から陽極室200及び陰極室300で生成される電解水が双方向に移動させることが可能であることから、例えば、陽極室200で生成された酸性の電解水を陰極室300に移動させることで陰極301にスケールが付着することを防止することができる。
図10は、第2の実施形態に係る電解水の製造装置の構成を示した図である。
図示するように、第2の実施形態に係る電解装置100では、陽極室200と陰極室300とを連通孔500で連通させる代わりに、別途連通路501を設けて連通させてもよい。連通路501の設置によって陽極室200と陰極室300との間を行き来する水の量を把握し易いという利点がある。そして、この連通路501に開閉量調整バルブ502を設けることで陽極室200と陰極室300との間を行き来する水の量を容易に調整することができる。
図11は、第3の実施形態に係る電解水の製造装置の構成を示した図である。
図示するように、第3の実施形態に係る電解装置100は、陽極室200に対して電解原水を供給するか否かを決める第1の開閉バルブ202aを設けている。通常の電解装置であれば、陽極室及び陰極室の双方に電解原水を供給しなければ電解することはできない。しかし、第3の実施形態の電解装置10によれば、陽極室200と陰極室300とは、連通孔500によって連通しているため、この第1の開閉バルブ202aを閉じても、陽極室200には、陰極室300を通じて電解原水が供給されることになり、通常の電解装置ではできない手法の電解が可能となる。これにより、第1の開閉バルブ202aを閉じ、陽極室200側のみから電解水を吐出した場合には、強い酸性を有する電解水を生成することができる。
21 陰イオン交換膜
22 固定板
22a、23a、32a 孔
23b、32b 凸条
23、32 スペーサ
30 第2の膜構造物
31 陽イオン交換膜
100 電解装置
200 陽極室
200a、300a 凸部
201 陽極
202 給水口
202a 第1の開閉バルブ
203 吐出口
204 第1の吐出バルブ
300 陰極室
301 陰極
302 給水口
302a 第2の開閉バルブ
303 吐出口
304 第2の吐出バルブ
400 中間室
401 供給タンク
402 パイプ
500 連通孔
501 連通路
502 開閉量調整御バルブ
600 電源
700 分配割合調整バルブ
Claims (4)
- 複数の平板電極が間隔を空けて整列して構成される陽極電極が設けられた陽極室と、複数の平板電極が間隔を空けて整列して構成される陰極電極が設けられた陰極室と、前記陽極室と前記陰極室との間に設けられ電解質水溶液を収容する中間室と、から構成される電解水の製造装置において、
1〜5mmの厚さを有し直径が1〜3mmの複数の貫通孔が形成された板状の部材からなり前記陽極室の陽極電極に隣接して配置される第1の板状部材と、
前記第1の板状部材と前記中間室の間に配置される陰イオン交換膜と、
1〜5mmの厚さを有し直径が1〜3mmの複数の貫通孔が形成され、一方の面に複数の凸条が設けられ、隣り合う該凸条の間に複数の孔が設けられた板状の部材からなり前記中間室に配置される第2の板状部材と、を有し、
前記陰イオン交換膜は、前記第1の板状部材と前記第2の板状部材によって密着挟持されていることを特徴とする電解水の製造装置。 - 複数の平板電極が間隔を空けて整列して構成される陽極電極が設けられた陽極室と、複数の平板電極が間隔を空けて整列して構成される陰極電極が設けられた陰極室と、前記陽極室と前記陰極室との間に設けられ電解質水溶液を収容する中間室と、から構成される電解水の製造装置において、
1〜5mmの厚さを有し直径が1〜3mmの複数の貫通孔が形成され、一方の面に複数の凸条が設けられ、隣り合う該凸条の間に複数の孔が設けられた板状の部材からなり前記中間室に配置される第3の板状部材と、
前記第3の板状部材と前記陰極室の間に配置される陽イオン交換膜と、を有し、
前記陽イオン交換膜は、前記第3の板状部材と前記陰極室の陰極電極で密着挟持されていることを特徴とする電解水の製造装置。 - 複数の平板電極が間隔を空けて整列して構成される陽極電極が設けられた陽極室と、複数の平板電極が間隔を空けて整列して構成される陰極電極が設けられた陰極室と、前記陽極室と前記陰極室との間に設けられ電解質水溶液を収容する中間室と、から構成される電解水の製造装置において、
1〜5mmの厚さを有し直径が1〜3mmの複数の貫通孔が形成された板状の部材からなり前記陽極室の陽極電極に隣接して配置される第1の板状部材と、
前記第1の板状部材と前記中間室の間に配置される陰イオン交換膜と、
1〜5mmの厚さを有し直径が1〜3mmの複数の貫通孔が形成され、一方の面に複数の凸条が設けられ、隣り合う該凸条の間に複数の孔が設けられた板状の部材からなり前記中間室に配置される第2の板状部材と、
1〜5mmの厚さを有し直径が1〜3mmの複数の貫通孔が形成され、一方の面に複数の凸条が設けられ、隣り合う該凸条の間に複数の孔が設けられた板状の部材からなり前記中間室に配置される第3の板状部材と、
前記第3の板状部材と前記陰極室の陰極電極との間に配置される陽イオン交換膜と、を有し、
前記陰イオン交換膜は、前記第1の板状部材と前記第2の板状部材によって密着挟持され、前記陽イオン交換膜は、前記第3の板状部材と前記陰極室の陰極電極で密着挟持されていることを特徴とする電解水の製造装置。 - 前記第2及び前記第3の板状部材は、前記凸条が設けられた前記第2の板状部材の一面と前記第3の板状部材の一面とが対向するように前記中間室に配置されていることを特徴とする請求項3に記載の電解水の製造装置。
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