JP5751543B2 - 電気分解装置 - Google Patents
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Description
本発明は、陽極側でガスを発生させるタイプの電気分解装置に関する。
従来、例えば亜塩素酸塩を含有する電解液を電気分解して二酸化塩素ガスを製造する方法は知られている（特許文献１）。
電解液を電気分解して陽極側でガスを発生させる場合、経時的に陰極側の液性（ｐＨ）が変化することがよく知られている。このような液性の変化が陽極周辺の電解液に悪影響を及ぼして電解液の安定性が低下し、次第にガスの発生効率が低下する虞があった。
電解液を電気分解して陽極側でガスを発生させる場合、経時的に陰極側の液性（ｐＨ）が変化することがよく知られている。このような液性の変化が陽極周辺の電解液に悪影響を及ぼして電解液の安定性が低下し、次第にガスの発生効率が低下する虞があった。
特許文献２には、陰極と陽極を備えた無隔膜の電解槽内で電解液に直流電流を供給して電気分解を行い、これにより二酸化塩素を発生する二酸化塩素製造方法が記載してある。具体的には、この方法は、塩化アルカリ、亜塩素酸アルカリ及びｐＨ調整剤が含まれた前記電解液に、当該電解液のｐＨを４〜８とした状態で直流電流を供給して電気分解を行い、電気分解中、電気分解に伴い消費する亜塩素酸アルカリを補うべく、電解槽外部より亜塩素酸アルカリの水溶液を電解液に供給し、発生した二酸化塩素を電解液中から取り出す１液型電解式の二酸化塩素製造方法となっている。
特許文献２の二酸化塩素製造方法によれば、電解液のｐＨをコントロールすることにより、陰極側の液性変化が陽極に影響して電解液の安定性が低下するのを防止でき、電解途中でガスの発生効率が低下するという問題は解消された。仮に、ｐＨをコントロールするステップを省略できれば、より簡便に二酸化塩素を製造することができると考えられる。
従って、本発明の目的は、陰極側の液性変化が陽極に悪影響を及ぼすのをより簡便に防ぐことのできる電気分解装置を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明に係る電気分解装置の第一特徴構成は、電解液に陽極と陰極を浸漬した状態で電気分解を行い、前記陽極の側からガスを発生する電気分解装置であって、前記陽極を備えた陽極槽と前記陰極を備えた陰極槽とを各別に設け、前記陽極槽には、電解液を槽内に供給するための供給口と、該供給口より供給した電解液に曝気用エアを吹き込むための陽極曝気装置と、該陽極槽から発生するガスを槽外に案内するガス取出管と、を設け、一端を前記陽極槽に連結し、他端を前記陰極槽に連結した連通管を設け、前記連通管により前記陽極槽に供給した電解液が前記陰極槽に流れ込み可能となるとともに、該連通管内の電解液を介して前記陽極および前記陰極の間で通電可能となり、電気分解により前記陽極槽内で発生したガスが、前記曝気用エアとともに前記ガス取出管から前記陽極槽の外部に放出されるように構成し、前記陰極槽に流れた電解液を連続的に排出するように構成した点にある。
本構成によれば、供給口から陽極を備えた陽極槽の内部に電解液を供給すると、該陽極槽に電解液が充填されていき、これとともに陽極槽と陰極槽を連結する連通管の内部を電解液が流れて、当該電解液が陰極槽の内部にも充填されていく。陽極と陰極が電解液に浸漬された状態で両極に電圧を印加すると、連通管内部の電解液を介して電流が流れ、電気分解が行われる。陽極槽には陽極曝気装置が設けられ、陽極槽内の電解液に曝気用エア（空気・不活性ガス）が吹き込まれているので、電気分解により陽極槽内で発生したガスは、陽極曝気装置によりエアとともにガス取出管から陽極槽の外部に放出される。
電解液中の成分（例えば亜塩素酸塩など）は電気分解中に消費されるため、電解槽外部より補充する必要がある。補充する電解液を陽極槽に設けた供給口から連続的に、あるいは半連続的（間欠的）に供給することにより、陽極槽から陰極槽に向けて電解液の流れが生じるので、陰極槽の側の電解液が陽極槽の側に逆流し難くなる。これにより陰極側の液性変化が陽極槽に悪影響を及ぼすのを防ぐことができる。
すなわち陽極槽の電解液劣化を未然に防止して、陽極槽における低いｐＨを維持できるため、ガスの発生効率を維持することができる。
すなわち陽極槽の電解液劣化を未然に防止して、陽極槽における低いｐＨを維持できるため、ガスの発生効率を維持することができる。
本発明に係る電気分解装置の第二特徴構成は、亜塩素酸塩を含有する電解液に陽極と陰極を浸漬した状態で電気分解を行い、前記陽極の側から二酸化塩素を発生する電気分解装置であって、前記陽極を備えた陽極槽と前記陰極を備えた陰極槽とを各別に設け、前記陽極槽には、電解液を槽内に供給するための供給口と、該供給口より供給した電解液に曝気用エアを吹き込むための陽極曝気装置と、該陽極槽から発生するガスを槽外に案内するガス取出管と、を設け、一端を前記陽極槽に連結し、他端を前記陰極槽に連結した連通管を設け、前記連通管により前記陽極槽に供給した電解液が前記陰極槽に流れ込み可能となるとともに、該連通管内の電解液を介して前記陽極および前記陰極の間で通電可能となり、電気分解により前記陽極槽内で発生した二酸化塩素が、前記曝気用エアとともに前記ガス取出管から前記陽極槽の外部に放出されるように構成し、前記陰極槽に流れた電解液を連続的に排出するように構成した点にある。
本構成によれば、電解液が亜塩素酸塩を含有することから陽極側から二酸化塩素ガスが発生する。電気分解により陽極槽内で発生した二酸化塩素ガスは、陽極曝気装置により曝気用エア（空気・不活性ガス）とともにガス取出管から陽極槽の外部に放出される。
そして、亜塩素酸塩を含有する電解液を陽極槽に設けた供給口から連続的に、あるいは半連続的（間欠的）に供給することにより、陽極槽から陰極槽に向けて電解液の流れが生じるので、陰極槽の側の電解液が陽極槽の側に逆流し難くなる。これにより陰極側の液性変化が陽極槽に悪影響を及ぼすのを防ぐことができる。
すなわち陽極槽の電解液劣化を未然に防止して、陽極槽における低いｐＨを維持できるため、ガスの発生効率を維持することができる。
そして、亜塩素酸塩を含有する電解液を陽極槽に設けた供給口から連続的に、あるいは半連続的（間欠的）に供給することにより、陽極槽から陰極槽に向けて電解液の流れが生じるので、陰極槽の側の電解液が陽極槽の側に逆流し難くなる。これにより陰極側の液性変化が陽極槽に悪影響を及ぼすのを防ぐことができる。
すなわち陽極槽の電解液劣化を未然に防止して、陽極槽における低いｐＨを維持できるため、ガスの発生効率を維持することができる。
本発明に係る電気分解装置の第三特徴構成は、一端を前記陽極槽の上部に連結し、他端を前記陰極槽の上部に連結したガス回収管と、前記陰極槽の電解液に曝気用エアを吹き込む陰極曝気装置とを設け、前記曝気用エアとともに、前記陰極槽の電解液に溶存する二酸化塩素を前記ガス回収管および前記ガス取出管を経由して前記陽極槽の外部に取り出すように構成した点にある。
本構成によれば、ガス回収管によって陽極槽と陰極槽が上部で連結され、また陰極槽における電解液に曝気用エア（空気・不活性ガス）を吹き込む陰極曝気装置が設けられているので、陽極槽で発生して電解液に溶存する二酸化塩素ガスが、連通管を通って陰極槽に移動しても、陰極槽内の陰極曝気装置により曝気用エアとともに取り出され、ガス回収管およびガス取出管を介して陽極槽の外部に取り出すことができる。
本発明に係る電気分解装置の第四特徴構成は、前記連通管の内部において、部分的に径小となる狭窄部を設けた点にある。
本構成によれば、狭窄部によって陰極槽内の電解液が陽極槽内に逆流するのをより一層効果的に防止することができるので、陽極槽内のｐＨを低く維持することにより発生効率および曝気効率の上昇が期待できる。しかも狭窄部が部分的であるため、通電時の電流の流れには殆ど影響が無く、当該連通管のコスト高を招く心配もない。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本発明の電気分解装置は、電解液に陽極と陰極を浸漬した状態で電気分解を行い、陽極の側からガスを発生する電気分解に使用する。
本発明の電気分解装置は、電解液に陽極と陰極を浸漬した状態で電気分解を行い、陽極の側からガスを発生する電気分解に使用する。
図１に示したように、本発明の電気分解装置１０は、陽極１２を備えた陽極槽１４と陰極１６を備えた陰極槽１８とを各別に設ける。陽極槽１４および陰極槽１８は、それぞれ、電解液を収容する収容空間を有する。このような態様であれば、その形状、容積などは限定されない。
本実施形態では、陽極槽１４および陰極槽１８は、それぞれ離間した円柱状の槽とした場合を示した。しかし、陽極槽１２の電解液１３および陰極槽１８の電解液１３が容易に混じり合うことのないように構成すればよく、例えば、単一の収容空間を仕切板などで仕切って陽極槽および陰極槽とする態様とすることが可能である。
本実施形態では、陽極槽１４および陰極槽１８は、それぞれ離間した円柱状の槽とした場合を示した。しかし、陽極槽１２の電解液１３および陰極槽１８の電解液１３が容易に混じり合うことのないように構成すればよく、例えば、単一の収容空間を仕切板などで仕切って陽極槽および陰極槽とする態様とすることが可能である。
陽極槽１４には、電解液１３を槽内に供給するための供給口２０と、該供給口２０より供給した電解液１３に曝気用エアを吹き込むための陽極曝気装置２２と、該陽極槽１４から発生するガスを槽外に案内するガス取出管２４と、を設ける。
陰極槽１８には、当該陰極槽１８の電解液１３に曝気用エアを吹き込む陰極曝気装置２６を設ける。
陽極曝気装置２２および陰極曝気装置２６は、例えばコンプレッサー（図外）から圧縮空気を陽極槽１４および陰極槽１８に送気できるように構成するとよい。電気分解によって発生したガスを効率よく槽外に案内することができるように、陽極槽１４および陰極槽１８の底部付近から曝気用エアを供給できるように構成する。
陰極槽１８には、当該陰極槽１８の電解液１３に曝気用エアを吹き込む陰極曝気装置２６を設ける。
陽極曝気装置２２および陰極曝気装置２６は、例えばコンプレッサー（図外）から圧縮空気を陽極槽１４および陰極槽１８に送気できるように構成するとよい。電気分解によって発生したガスを効率よく槽外に案内することができるように、陽極槽１４および陰極槽１８の底部付近から曝気用エアを供給できるように構成する。
また、一端を陽極槽１４に連結し、他端を陰極槽１８に連結した連通管２８を設ける。当該連通管２８により陽極槽１４に供給した電解液１３が陰極槽１８に流れ込み可能となるとともに、該連通管２８内の電解液１３を介して陽極１２と陰極１６の間で通電可能となる。
連通管２８は、例えば細い管状部材によって構成するとよい。このとき、連通管２８は、陰極槽１８から陽極槽１４へと電解液１３が逆流するのを防止でき、かつ、陽極槽１４から陰極槽１８への通電を妨げない程度の内径を有するように構成する。
当該逆流を防止するには、例えば連通管２８において、陽極槽１４との接続位置を、陰極槽１８との接続位置より高く設定するとよい。この場合、陽極槽１４で発生したガスは陰極槽１８に移行し難くなる。
連通管２８は、例えば細い管状部材によって構成するとよい。このとき、連通管２８は、陰極槽１８から陽極槽１４へと電解液１３が逆流するのを防止でき、かつ、陽極槽１４から陰極槽１８への通電を妨げない程度の内径を有するように構成する。
当該逆流を防止するには、例えば連通管２８において、陽極槽１４との接続位置を、陰極槽１８との接続位置より高く設定するとよい。この場合、陽極槽１４で発生したガスは陰極槽１８に移行し難くなる。
電気分解により陽極槽１４内で発生したガスは、曝気用エアとともにガス取出管２４から陽極槽１４の外部に放出されるように構成し、陰極槽１８に流れた電解液１３を連続的に排液槽３４に排出するように構成してある。
ガス取出管２４は、発生ガスおよび曝気用エアを回収し易くするため、例えば吸引装置（図外）に接続してもよい。
ガス取出管２４は、発生ガスおよび曝気用エアを回収し易くするため、例えば吸引装置（図外）に接続してもよい。
さらに、一端を陽極槽１４の上部に連結し、他端を陰極槽１８の上部に連結したガス回収管３０を設ける。陰極槽１８の電解液１３に溶存するガスは、曝気用エアとともに、ガス回収管３０およびガス取出管２４を経由して陽極槽１４の外部に取り出すように構成してある。
曝気用エアと共に陽極槽１４から取り出したガスは、ガス回収槽（図外）に回収する。このとき、必要であれば、所望のガスと曝気用エアとを分離できるように構成してもよい。
（発生ガス）
本発明の電気分解装置１０により製造できるガスとしては、例えば二酸化塩素、塩素、オゾンなどが挙げられる。電解液に塩化アルカリ、塩化アルカリ土類を使用して塩素ガスを発生させることもできる。
本発明の電気分解装置１０により製造できるガスとしては、例えば二酸化塩素、塩素、オゾンなどが挙げられる。電解液に塩化アルカリ、塩化アルカリ土類を使用して塩素ガスを発生させることもできる。
（亜塩素酸塩）
本発明で使用される亜塩素酸塩としては、例えば、亜塩素酸アルカリ金属塩や亜塩素酸アルカリ土類金属塩が挙げられる。亜塩素酸アルカリ金属塩としては、例えば亜塩素酸ナトリウム、亜塩素酸カリウム、亜塩素酸リチウムが挙げられ、亜塩素酸アルカリ土類金属塩としては、亜塩素酸カルシウム、亜塩素酸マグネシウム、亜塩素酸バリウムが挙げられる。なかでも、入手が容易という点から、亜塩素酸ナトリウム、亜塩素酸カリウムが好ましく、亜塩素酸ナトリウムが最も好ましい。これら亜塩素酸素アルカリは１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用しても構わない。
電解液１３における亜塩素酸塩の割合は、０．１重量％〜３０重量％であることが好ましい。０．１重量％未満の場合は、二酸化塩素の発生において亜塩素酸塩が不足するという問題が生じる可能性があり、３０重量％を超える場合は、亜塩素酸塩が飽和して結晶が析出しやすいという問題が生じる可能性がある。安全性や安定性、二酸化塩素の発生効率などを鑑みた場合、さらに好ましい範囲は、１重量％〜１０重量％である。なお、亜塩素酸塩は、電気分解中に消費されていくので、電解槽外部より電解液に供給する必要がある。電解液１３の電気分解中は、亜塩素酸塩を含有する電解液を陽極槽１４の供給口２０から連続的に、あるいは半連続的（間欠的）に供給し続けることが好ましい。
本発明で使用される亜塩素酸塩としては、例えば、亜塩素酸アルカリ金属塩や亜塩素酸アルカリ土類金属塩が挙げられる。亜塩素酸アルカリ金属塩としては、例えば亜塩素酸ナトリウム、亜塩素酸カリウム、亜塩素酸リチウムが挙げられ、亜塩素酸アルカリ土類金属塩としては、亜塩素酸カルシウム、亜塩素酸マグネシウム、亜塩素酸バリウムが挙げられる。なかでも、入手が容易という点から、亜塩素酸ナトリウム、亜塩素酸カリウムが好ましく、亜塩素酸ナトリウムが最も好ましい。これら亜塩素酸素アルカリは１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用しても構わない。
電解液１３における亜塩素酸塩の割合は、０．１重量％〜３０重量％であることが好ましい。０．１重量％未満の場合は、二酸化塩素の発生において亜塩素酸塩が不足するという問題が生じる可能性があり、３０重量％を超える場合は、亜塩素酸塩が飽和して結晶が析出しやすいという問題が生じる可能性がある。安全性や安定性、二酸化塩素の発生効率などを鑑みた場合、さらに好ましい範囲は、１重量％〜１０重量％である。なお、亜塩素酸塩は、電気分解中に消費されていくので、電解槽外部より電解液に供給する必要がある。電解液１３の電気分解中は、亜塩素酸塩を含有する電解液を陽極槽１４の供給口２０から連続的に、あるいは半連続的（間欠的）に供給し続けることが好ましい。
（電極）
電気分解に使用する電極としては、従来公知のものを使用すればよいが、酸素ガスの発生を最小限に抑え、二酸化塩素を効率よく発生させることができる電極が好適に用いられる。例えば、陰極材料には、チタン、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル・クロム合金、又は他のバルブ金属が挙げられる。また、陽極材料は、白金、金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、又はルテニウムなどの貴金属、黒鉛、黒鉛フェルト、多層黒鉛布、黒鉛織布、炭素、あるいはチタン上に白金を電気メッキした白金被覆材料、チタン、タンタル、ニオブ、又はジルコニウムのバルブ金属の酸化物で構成された電極などが挙げられ、電極触媒をコーティングしたものが好適に用いられる。
尚、電極面積を大きくして電流密度を小さくすることが、二酸化塩素を効率よく発生させることができるという点で好ましい。具体的には、電極面積は１Ａ／ｄｍ2以下が好ましい。
電気分解に使用する電極としては、従来公知のものを使用すればよいが、酸素ガスの発生を最小限に抑え、二酸化塩素を効率よく発生させることができる電極が好適に用いられる。例えば、陰極材料には、チタン、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル・クロム合金、又は他のバルブ金属が挙げられる。また、陽極材料は、白金、金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、又はルテニウムなどの貴金属、黒鉛、黒鉛フェルト、多層黒鉛布、黒鉛織布、炭素、あるいはチタン上に白金を電気メッキした白金被覆材料、チタン、タンタル、ニオブ、又はジルコニウムのバルブ金属の酸化物で構成された電極などが挙げられ、電極触媒をコーティングしたものが好適に用いられる。
尚、電極面積を大きくして電流密度を小さくすることが、二酸化塩素を効率よく発生させることができるという点で好ましい。具体的には、電極面積は１Ａ／ｄｍ2以下が好ましい。
（曝気用エア）
本発明において、発生した二酸化塩素ガスなどの電解液に溶存するガスを曝気して脱気・収集するためのガスとしては空気が用いられるが、これに限られるものではなく不活性ガスを用いてもよい。不活性ガスとしては、例えば窒素ガス、アルゴン、ヘリウムなどが挙げられる。なお、陰極槽１８において陰極曝気装置２６から供給するガスは二酸化塩素ガス、オゾンガスとなる。塩素ガスは陰極槽１８内のアルカリと反応して次亜塩素ＣｌＯ-になるので曝気できない。
本発明において、発生した二酸化塩素ガスなどの電解液に溶存するガスを曝気して脱気・収集するためのガスとしては空気が用いられるが、これに限られるものではなく不活性ガスを用いてもよい。不活性ガスとしては、例えば窒素ガス、アルゴン、ヘリウムなどが挙げられる。なお、陰極槽１８において陰極曝気装置２６から供給するガスは二酸化塩素ガス、オゾンガスとなる。塩素ガスは陰極槽１８内のアルカリと反応して次亜塩素ＣｌＯ-になるので曝気できない。
（電解液）
本発明の電気分解装置１０で使用される電解液１３には、電気分解の効率を上げて少しでも量を多く二酸化塩素を発生させるために、必要に応じて塩化アルカリを混合することもできる。塩化アルカリとしては、例えば、塩化カリウム、塩化ナトリウム、塩化リチウム、塩化カルシウムなどが挙げられる。これらは１種を単独で使用してもよいし、複数を併用することもできる。電解液１３における塩化アルカリの割合は１重量％以上であることが好ましく、２重量％以上であって溶解度未満であることがさらに好ましい。塩化アルカリの割合が１重量％未満の場合、塩素ガスを安定的に発生させることができず、二酸化塩素の発生に支障をきたす可能性がある。電解液中の塩化アルカリ濃度を高くすることが、二酸化塩素を効率よく発生させることができるという点で好ましいが、溶解度付近になると電解液中に塩化アルカリが析出しやすくなり悪影響を与える可能性がある。
本発明の電気分解装置１０で使用される電解液１３には、電気分解の効率を上げて少しでも量を多く二酸化塩素を発生させるために、必要に応じて塩化アルカリを混合することもできる。塩化アルカリとしては、例えば、塩化カリウム、塩化ナトリウム、塩化リチウム、塩化カルシウムなどが挙げられる。これらは１種を単独で使用してもよいし、複数を併用することもできる。電解液１３における塩化アルカリの割合は１重量％以上であることが好ましく、２重量％以上であって溶解度未満であることがさらに好ましい。塩化アルカリの割合が１重量％未満の場合、塩素ガスを安定的に発生させることができず、二酸化塩素の発生に支障をきたす可能性がある。電解液中の塩化アルカリ濃度を高くすることが、二酸化塩素を効率よく発生させることができるという点で好ましいが、溶解度付近になると電解液中に塩化アルカリが析出しやすくなり悪影響を与える可能性がある。
本実施例では、発生ガスとして二酸化塩素を発生される場合について説明する。
図１は、本発明の電気分解装置１０の略示説明図である。図示するように、Ｐｔ／Ｉｒメッキチタン電極（１０ｍｍ×２０ｍｍ）からなる板状の陽極１２を備えた円筒状の陽極槽１４と、チタン極（１０ｍｍ×２０ｍｍ）からなる板状の陰極１６を備えた円筒状の陰極槽１８とが個別に設けられている。
図１は、本発明の電気分解装置１０の略示説明図である。図示するように、Ｐｔ／Ｉｒメッキチタン電極（１０ｍｍ×２０ｍｍ）からなる板状の陽極１２を備えた円筒状の陽極槽１４と、チタン極（１０ｍｍ×２０ｍｍ）からなる板状の陰極１６を備えた円筒状の陰極槽１８とが個別に設けられている。
陽極槽１４には、電解液１３を槽内に供給するための供給口２０と、この供給口２０より供給した電解液１３に曝気用エア（空気や不活性ガス）を吹き込むための陽極曝気装置２２と、陽極槽１４の内外をエア連通可能とし、陽極槽１４から発生するガスを槽外に案内するためのガス取出管２４が設けられている。また、陰極槽１８にも、電解液１３に曝気用エア（空気や不活性ガス）を吹き込むための陰極曝気装置２６が設けられている。
陽極槽１４と陰極槽１８は、各々の下部において互いに連通管２８で繋がっている。即ち、一端が陽極槽１４の下部に連結され、他端が陰極槽１８の下部に連結された内径２ｍｍ〜２０ｍｍ（直径）の連通管２８が設けられ、この連通管２８により、陽極槽１４に供給した電解液１３が陰極槽１８に流れ込むとともに、連通管２８内部の電解液１３を介して陽極１２と陰極１６の間で通電可能となる。
尚、両槽を結ぶ連通管２８は、図３に示すように、部分的に（長さ２ｍｍ〜２０ｍｍの範囲で）内腔が径小（直径０．５ｍｍ〜５ｍｍ）となる狭窄部２８ａが陰極槽１８の近傍に設けられている。また、陽極槽１４と陰極槽１８は、各々の上部において互いにガス回収管３０でつながっており、エア流通可能となっている。
供給口２０から陽極槽１４の内部に、２５重量％の亜塩素酸ナトリウムおよび塩化ナトリウムを含有する電解液１３（電解液１０００ｇ中、２５重量％亜塩素酸ナトリウム６６ｍｌ（亜塩素酸ナトリウム２重量％）、１００％塩化ナトリウム１００ｇ（塩化ナトリウム１０重量％）、水８３４ｇ）を供給すると、陽極槽１４に電解液１３が充填される。
これに伴い電解液１３が連通管２８内を流れて、陰極槽１８の内部にも充填される。陽極１２と陰極１６が電解液１３に浸漬された状態で両極に電圧を印加すると、連通管２８内部の電解液１３を介して電流が流れ、電気分解が行われる（電流５．４ｍＡ、電圧１０Ｖ）。
これに伴い電解液１３が連通管２８内を流れて、陰極槽１８の内部にも充填される。陽極１２と陰極１６が電解液１３に浸漬された状態で両極に電圧を印加すると、連通管２８内部の電解液１３を介して電流が流れ、電気分解が行われる（電流５．４ｍＡ、電圧１０Ｖ）。
陽極槽１４の陽極曝気装置２２により陽極槽１４内の電解液１３に曝気用エア（空気や不活性ガス）が吹き込まれているため、電気分解により陽極槽１４内で発生した二酸化塩素は、曝気用エアとともにガス取出管２４から陽極槽１４の外部に放出される。
電気分解中は、電解液点滴装置４０（図２）を用いて電解液１３を供給口２０から陽極槽１４の内部に間欠的かつ連続的に補充するとよい。具体的には、電解液１３を１〜１０ｍＬ／時間の割合で５分おきに連続滴下する。
このように陽極槽１４の供給口２０からは電解液１３が電解液点滴装置により補充され続けているため、陽極槽１４から陰極槽１８に向けて電解液１３のゆっくりとした流れが生じて陰極槽１８の電解液１３が陽極槽１４に流れ難くなる。これにより陰極１６側の液性変化が陽極槽１４に悪影響を及ぼして陽極槽１４の電解液劣化を防ぐことができ、ガスの発生効率が維持される。
このように陽極槽１４の供給口２０からは電解液１３が電解液点滴装置により補充され続けているため、陽極槽１４から陰極槽１８に向けて電解液１３のゆっくりとした流れが生じて陰極槽１８の電解液１３が陽極槽１４に流れ難くなる。これにより陰極１６側の液性変化が陽極槽１４に悪影響を及ぼして陽極槽１４の電解液劣化を防ぐことができ、ガスの発生効率が維持される。
このように陽極槽１４から陰極槽１８に向けて電解液１３のゆっくりとした流れが生じていることから、陽極槽１４で発生して電解液１３に溶存する二酸化塩素ガスが、この流れに従って連通管２８内を通って陰極槽１８に移行しても、陰極槽１８内で陰極曝気装置２６により曝気用エアとともに取り出され、ガス回収管３０およびガス取出管２４を介して陽極槽１４の外部に連続的に取り出される。
陰極槽１８内の電解液１３は、電解液回収管３２の内部を通って排液槽３４に流下し、排出管３８から連続的に排出される。このときの空気圧力調節（圧力抜き）はベント管３６により行なわれる。
上述したように連通管２８には、その内部において部分的に径小となる狭窄部２８ａが設けてある。狭窄部２８ａを形成することで、陰極槽１８内の電解液１３が陽極槽１４内に逆流するのをより一層効果的に防止することができる。
陰極槽１８内の電解液１３が陽極槽１４に逆流するのを防止することだけを考えると、全長にわたって細い管状物を連通管２８として使用すればよいが、この場合は電流も流れ難くなる。本発明のように、連通管２８の一部に径小となる狭窄部２８ａを設けることで、電解液１３の逆流を防止できるとともに電流が流れ難くなるのを防ぐこともでき、その分、二酸化塩素ガスを発生させる電流を流すための電圧が低くなり、感電等に対して安全性を確保することができる。
陰極槽１８内の電解液１３が陽極槽１４に逆流するのを防止することだけを考えると、全長にわたって細い管状物を連通管２８として使用すればよいが、この場合は電流も流れ難くなる。本発明のように、連通管２８の一部に径小となる狭窄部２８ａを設けることで、電解液１３の逆流を防止できるとともに電流が流れ難くなるのを防ぐこともでき、その分、二酸化塩素ガスを発生させる電流を流すための電圧が低くなり、感電等に対して安全性を確保することができる。
尚、既述した電解液点滴装置４０としては、例えば直方体状の薬液タンク４０を用いる（図２参照）。即ち、薬液タンク４０のタンク本体４２は、底板４２ａ、周側板４２ｂ及び天板４２ｃからなる。天板４２ｃには、これを貫通して下方に延び、底板４２ａに到達するまでに終端する注入管４４（その下端部に通気孔４４ａが設けられている）と、圧抜管４６（その開口部４６ａは開閉自在となっている）とが設けてある。
底板４２ａには、陽極槽１４の供給口２０とつながる供給排出管４８が設けてある。当該供給排出管４８には、この内部を流れる電解液１３の流量を調節するタイマー付の電磁弁５０が設けてある。
底板４２ａには、陽極槽１４の供給口２０とつながる供給排出管４８が設けてある。当該供給排出管４８には、この内部を流れる電解液１３の流量を調節するタイマー付の電磁弁５０が設けてある。
圧抜管４６の開口部４６ａを開放し、かつ供給排出管４８を閉じた状態で、調製済みの電解液１３を注入管４４からタンク本体４２の内部に注入し、所定の高さまで電解液１３を充填する（図２における仮想点線参照）。その後、圧抜管４６の開口部４６ａを閉じ、供給排出管４８を開放することにより、タンク本体４２内の電解液１３は自重により流下していき、供給口２０を介して陽極槽１４に供給される。このとき、圧抜管４６の開口部４６ａが閉じているため、電解液１３の落下とともにタンク本体４２の内圧が負圧となる。
タンク本体４２内の電解液１３の水位が次第に下がり、注入管４４の下端で停止した段階で注入流量は安定になるので、タイマー付の電磁弁５０のＯＮ−ＯＦＦ動作を開始して（供給排出管４８を間欠的に一定時間開放して）薬液タンク４０から陽極槽１４への電解液１３の供給量を調整する。
電解液１３を陽極槽１４に供給している間は薬液タンク４０内の電解液１３は減っていくが、前述したようにタンク本体４２の内圧が負圧となっており、また外気とつながる注入管４４の下端部には通気孔４４ａが設けられているので、注入管４４の下端位置で停止した電解液１３の水位はそのままの状態が保たれる。
従って、供給排出管４８の内部を流れようとする電解液１３は、タンク本体４２内における電解液貯蓄量の変化（自重変化）によって生じる圧力変化の影響を受けないので、供給排出管４８の内部を流れる電解液１３の流量が極めて安定化し、それが少ない流量であってもほぼ一定の量に維持することができる。これにより、単位時間当たりのガス発生量が比較的少量（例えば０．０１ｍｇ〜１００ｍｇ／時間）という低量ガス発生を念頭に置いた場合であっても十分に対応でき、長時間にわたってほぼ一定の割合でガスを安定的に発生させ続けることができる。
尚、設置場所の温度が急激（１〜１０℃／分）に上昇する場合など、室温が変動すると電解液点滴装置における薬液タンク４０内の空気が暖められて膨張し、注入管４４に電解液１３を押し出して液面が上昇し、従って流量が上昇することがある。この場合には、図２のように排気ポンプ５１および流量調整弁５２を設置すればさらに液面が安定する。
本発明の電気分解装置は、電解液に陽極と陰極を浸漬した状態で電気分解を行い、前記陽極の側からガスを発生する電気分解に利用できる。
１０ 電気分解装置
１２ 陽極
１３ 電解液
１４ 陽極槽
１６ 陰極
１８ 陰極槽
２０ 供給口
２２ 陽極曝気装置
２４ ガス取出管
２６ 陰極曝気装置
２８ 連通管
２８ａ 狭窄部
３０ ガス回収管
１２ 陽極
１３ 電解液
１４ 陽極槽
１６ 陰極
１８ 陰極槽
２０ 供給口
２２ 陽極曝気装置
２４ ガス取出管
２６ 陰極曝気装置
２８ 連通管
２８ａ 狭窄部
３０ ガス回収管
Claims (4)
- 電解液に陽極と陰極を浸漬した状態で電気分解を行い、前記陽極の側からガスを発生する電気分解装置であって、
前記陽極を備えた陽極槽と前記陰極を備えた陰極槽とを各別に設け、
前記陽極槽には、電解液を槽内に供給するための供給口と、該供給口より供給した電解液に曝気用エアを吹き込むための陽極曝気装置と、該陽極槽から発生するガスを槽外に案内するガス取出管と、を設け、
一端を前記陽極槽に連結し、他端を前記陰極槽に連結した連通管を設け、
前記連通管により前記陽極槽に供給した電解液が前記陰極槽に流れ込み可能となるとともに、該連通管内の電解液を介して前記陽極および前記陰極の間で通電可能となり、
電気分解により前記陽極槽内で発生したガスが、前記曝気用エアとともに前記ガス取出管から前記陽極槽の外部に放出されるように構成し、前記陰極槽に流れた電解液を連続的に排出するように構成した電気分解装置。 - 亜塩素酸塩を含有する電解液に陽極と陰極を浸漬した状態で電気分解を行い、前記陽極の側から二酸化塩素を発生する電気分解装置であって、
前記陽極を備えた陽極槽と前記陰極を備えた陰極槽とを各別に設け、
前記陽極槽には、電解液を槽内に供給するための供給口と、該供給口より供給した電解液に曝気用エアを吹き込むための陽極曝気装置と、該陽極槽から発生するガスを槽外に案内するガス取出管と、を設け、
一端を前記陽極槽に連結し、他端を前記陰極槽に連結した連通管を設け、
前記連通管により前記陽極槽に供給した電解液が前記陰極槽に流れ込み可能となるとともに、該連通管内の電解液を介して前記陽極および前記陰極の間で通電可能となり、
電気分解により前記陽極槽内で発生した二酸化塩素が、前記曝気用エアとともに前記ガス取出管から前記陽極槽の外部に放出されるように構成し、前記陰極槽に流れた電解液を連続的に排出するように構成した電気分解装置。 - 一端を前記陽極槽の上部に連結し、他端を前記陰極槽の上部に連結したガス回収管と、前記陰極槽の電解液に曝気用エアを吹き込む陰極曝気装置とを設け、
前記曝気用エアとともに、前記陰極槽の電解液に溶存する二酸化塩素を前記ガス回収管および前記ガス取出管を経由して前記陽極槽の外部に取り出すように構成した請求項２に記載の電気分解装置。 - 前記連通管の内部において、部分的に径小となる狭窄部を設けた請求項１〜３の何れか１項に記載の電気分解装置。
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