JP6554622B2 - 補助電極を具備できる電極箱と,補助電極を具備した電極箱との対面電解による水の製造方法 - Google Patents
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有隔膜電解槽はアノ−ド電極とカソ−ド電極の間に隔膜を1枚使用の2室型電解槽と,2枚使用の3室型電解槽が代表する.隔膜は市販の陰イオン交換膜や陽イオン交換膜が一例に使用と,電極はチタンに白金メッキが代表する.前者2室型は陽イオン用隔膜でアノ−ド電極室とカソ−ド電極室に2区分し目的は殺菌効果を有す強酸性電解水の生成で食塩水を水道水に添加混合した電解液の直接電解である.添加食塩は100%電解できずアノ−ド電解水とカソ−ド電解水のそれぞれに食塩が未電解で残留混在と,カソ−ド電極の表面や配管内及び隔膜表面にスケ−ルが析出し電解水の生成を停止させスケ−ル除去の酸洗浄処理が不可欠と,金属を錆びさせること,等が問題点.後者3室型はアノ−ド電極と陰イオン交換膜で構成のアノ−ド電極室と,カソ−ド電極と陽イオン交換膜で構成のカソ−ド電極室と,2室の対面間を中間室とする3室構成.電解液は対面隔膜の中間室に送液され陽イオンと陰イオンに選択電解する間接電解である.中間室を挟む電極間の寸法は前者2室型と比較し約3倍以上となり電極表面の電流分布差は拡大し電流分布の補正が不可欠となる.電解電源は通常DC12V以下の仕様が実施例はDC15Vと電解電源を増圧増流に変更する一考が3室型電解槽である.電解イオンが泳動で局所集中する孔を電極中央に多数孔を設け補助電極の近似効果を求めたが近接した対面隔膜は電解イオンの集中泳動で孔形状の隔膜劣化を誘発.一部の3室型電解槽は電流分布の補正にガラスビ−ズを充填した中間室を設け,アノ−ド電極と隔膜との間に網状白金を差込みガラスビ−ズの圧着圧力で電流分布の補正効果とアノ−ド電極の電解消耗の抑止を兼ね実施.ガラスビ−ズの圧着力は隔膜を球形圧延でピンホ−ルが誘発され膜損傷を発生.電解液の循環貯液槽は電解反応熱を保温し,圧着形成の外周板を熱で湾曲に変形と液漏れを発生し電極と網状白金との接触圧を低下させ接触抵抗が上昇し規定電流の不足が物性を変性する一考の電解水を生成.2室型と3室型の有隔膜式電解槽はガイドピン兼用ボルトとナットの締め付け形成が代表する一体型積層構造の電解槽のため定期検査や保守交換等と,電解槽のボルトとナットを全て取り外しバラバラに分解しない限り不可能な一考を要す構造が有隔膜式電解槽の問題である.生成能力は電流分布補正の補助電極が具備困難から標準1〜3リットル/分と研究室から少量生産用と小規模の電解槽が現状である.関係する先行特許文献は(特許文献1)から(特許文献14).
2室型電解槽の概要一例が図11で,2室型電解槽の本体31,を使用し陽極室64と,陰極室65と,の間に陽イオン交換膜の隔膜32,をシ−ルパッキン33,で挟み,圧着板バネ36,で挟む一体型積層構造で他機種にボルトとナットの締め付け構造もある.陽極室64,は陽極室水入口37,と陽極電極板34,とアノ−ド電解水を送水する陽極室水出口39を具備.陰極板65,は陰極室水入口38,と陰極電極板35,とカソ−ド電解水を送水する陰極室水出口40,を具備.陰極電極板35,の表面や配管内及び隔膜32,の表面にスケ−ル(酸化物)S,を析出し電解水の生成を停止しスケ−ル除去の酸洗浄処置が不可欠である.殺菌洗浄に使用する強酸性電解水の生成にハロゲン族の一部元素で塩素(Cl)を電解液成分とする 三浦電子株式会社が所有の(特許文献1)特許第2626778号を,電解装置製造の各社は共用使用で強電解水企業協議会を設立した.原水の一例は電解液の主成分に塩素(Cl)を0.05〜0.1%食塩添加水道水の添加電解液75,を添加電解液貯液槽76,から原水78,の水道水に添加ポンプ77,が添加混合し,陽極室水入口37,と陰極室水入口38,から供給すると,陽極室水出口39,から殺菌洗浄に使用する強酸性電解水を,陰極室水出口40,から強アルカリ性電解水を送水し,陽極反応と陰極反応の生成反応式が以下の表1の通り.
陽極反応において塩素イオン(Cl)から塩素ガスが生じ,塩素ガスが水(H2O)に反応して殺菌力を有する塩酸(HCl)と次亜塩素酸(HClO)を生成する.水(H2O)も電解を受けて酸素(O2)と水素イオンになる.強電解水企業協議会はアノ−ド電解水のpH2.7以下に,有効塩素濃度20〜60mg/Kgの物性を強酸性電解水と定義,先行文献(非特許文献3)頁3−頁4.陰極反応に於いて水(H2O)が水素ガス(H2)と水酸イオン(OH)を生じ,隔膜を通過したナトリウムイオン(Na)と反応し苛性ソ−ダ(NaOH)を生成.陰極(カソ−ド)電解水のpH11.3以上に(非特許文献)頁27は,強アルカリ性電解水と定義した.電解液の食塩は100%電気分解できず強酸性電解水と強アルカリ性電解水に未電解食塩が残留混在.一方,副生成物の強アルカリ性電解水は陽イオン交換膜をナトリウムイオン(Na)が泳動と,カルシウムイオン(Ca)等の陽イオンも通過し,図11のカソ−ド電極板35,にスケ−ル(酸化物)S,が析出,さらに陽イオン交換膜の隔膜32と,陰極室水出口40,と送水チュ−ブ内も析出し,やがて目詰まりの発生で送液出来ず電解水の生成を停止する.一体型積層構造の2室型電解槽は板バネ36,の圧着積層や他のボルトとナットも圧着積層のため個別独立で電極室単位の定期検査やスケ−ル(S)の析出状況の確認検査は不可能で,電解槽31,の板バネ36を外し,ばらばらに分解しなければ劣化部材の交換と酸洗浄が不可能である.医療機関は院内感染防止と内視鏡による患者間感染防の殺菌洗浄を厚生科学研究費補助金で臨床したが強酸性電解水に混在した食塩残留と,殺菌因子の塩素が金属を腐食する材質劣化の重要問題と内視鏡の被服材質の劣化発生で機器を損傷し使用を断念した背景がある.(非特許文献1)頁28−頁32,頁40−頁44,(非特許文献2)頁60−頁61,(非特許文献3)頁3−頁4,頁27,頁54−頁56,(非特許文献4)平成9年度報告の頁9−頁14,平成10年度の頁21−頁30.
3室型電解槽が図12で電解液循環の概要が図13である.槽構成は陽極室64と,中間室63と,陰極室65,の3室で,各室部材の外周は貫通孔を設けガイドピン兼用ボルト61,がガイド軸として差込み電解槽組み付けナット62,で締付けた一体型積層構造である.液漏れ防止に53,54,55,56,57,58,59,60,のシ−ルパッキンを挟み,陽極室64は陽極電極板47と,隔膜45で構成し,水は陽極室水入口49,より供給.アノ−ド電解水は陽極電解水出口51,より外部に送水.中間室63は隔膜45の陰イオン交換膜と,隔膜46の陽イオン交換膜との対面間で,ポンプ22,が電解液20,を中間室電解液入口41,から供給し中間室電解液出口42,から電解液20,が電解液貯液槽21,に戻る.陰極室65,は陰極電極板48と,隔膜46,で構成し,水は陰極室水入口50,より供給.カソ−ド電解水は陰極電解水出口52,より外部に送水する.一体型積層構造の3室型電解槽は電極板の電流分布の均等化と,電極室単位で隔膜の劣化状況や電気の消耗度合いの経過観察と定期検査,及び劣化部材の保守交換等,が電極室単位で作業が出来ない問題が背景である.先行の特許文献は(特許文献1)〜(特許文献14).但し,(特許文献14)の(請求項11)で電解質物質MX(Xはハロゲン)が添加.と記載が(特許文献1)より後発申請で認可一考の必要性が推察される.非特許文献は(非特許文献2)頁64−頁65,頁66−頁67である.
第66頁の右図で当社方式と記載の背面電解の概要図.但し,図14は絶縁部が未記入.(特許文献2)の図1−図6が関係図.絶縁部を具備した背面電解は電極の孔が電解イオンを泳動する局所集中の孔である.正常隔膜の一例に,陰イオン交換膜が図15と,陽イオン交換膜が図16を使用は,電解イオンの集中泳動で陰イオン交換膜は図17と,陽イオン交換膜は図18と,孔形状の隔膜劣を誘発促進する背面電解構造に一考の課題.
本発明の電極箱で,強酸性電解水を生成する補助電極の有用性の比較評価が実施例1である.電極の電流分布の補正効果に補助電極をアノ−ド電極箱の電極と電解膜の間に具備し,カソ−ド電極箱は補助電極を使用しない電極だけとの対面電解で概要が図8で実施した.アノ−ド電極箱に補助電極を使用する構成は以下の3種類で: (1)主電極,(2)平面形状の大を1枚,(3)平面形状の大と小を各1枚ずつ使用の組合せ構成である.電極サイズは:主電極は外形110X130mm,有効90X70mm,補助電極のサイズ:平面形状の大は:80X60mm,小は:25X25mm,の各1枚を使用.電解電源はDC15V.電極材質:主電極はチタンに白金メッキ,補助電極は80メッシュ網状白金を加工使用.電解膜:アノ−ド電極箱は陰イオン交換膜にAGCエンジニアリング社製のセレミオンAMV膜.カソ−ド電極箱は陽イオン交換膜に米国,デュポン社製ナフィオン117膜を使用.循環電解液は水に食塩を添加混同した飽和食塩水を使用.補助電極の有効性の評価判断はアノ−ド電極箱が生成した酸性電解水の残留塩素濃度を比色法で,pHは銀/塩化銀の電極で測定した.アノ−ド電極とカソ−ド電極の対面間に安定して流す直流電流(DCA)は電極の電流分布の補正が重要で,流量と補助電極の使用枚数による有用性の評価に,流量は0.3−1.2L/分の4種と,補助電極は:A,B,C,の3種で以下の表2の測定結果である.補助電極の有効性の判断基準は強電解水協議会の資料(非特許文献3)第3−4頁より,食塩の電解液を生成した電解水が殺菌作用の強酸性電解水と呼ばれる定義は:比色法で20−60mg/Kg,の有効塩素濃度の物性の電解水を呼ぶ.(但し,計測器は残留塩素濃度表示で以後は残留塩素濃度で表示).表2の酸性電解水の測定結果より,殺菌作用の強酸性電解水と呼ばれる定義の物性に該当は,補助電極無しの(A)の流量は0.3L/分であり,補助電極大と小の2枚使用の(C)は流量が1.0L/分と,
本発明の電極箱で,強アルカリ性電解水を生成する補助電極の有用性の比較評価が実施例2である.電極の電流分布の補正効果に補助電極をカソ−ド電極箱の電極と電解膜の間に具備し,アノ−ド電極箱は補助電極を使用しない電極だけとの対面電解で概要が図9で実施した.カソ−ド電極箱に補助電極を使用する構成は3種類で,(A)主電極だけ,(B)平面形状の大を1枚,(C)平面形状の大と小を各1枚ずつ使用の組合せ構成である.電極のサイズは主電極の外形110X130mmで有効90X70mm.補助電極のサイズは:平面形状大は:80X60mm,小は:25X25mmの各1枚を使用.電解電源はDC15V.電極材質:主電極はチタンに白金メッキ,補助電極は80メッシュ網状白金を加工使用.電解膜:アノ−ド電極箱は陰イオン交換膜にAGCエンジニアリング社製のセレミオン膜.カソ−ド電極箱は陽イオン交換膜に米国,デュポン社製ナフィオン膜,を使用した.循環電解液は水に食塩を添加混合した飽和食塩水を使用した.
補助電極の有効性の評価判断はカソ−ド電極箱が生成したアルカリ性電解水のpHで電極は銀/塩化銀を使用し,測定結果は表3の通りである.補助電極の有効性の判断基準は強電解水協議会の資料:(非特許文献3)頁4と,頁27より,食塩の電解水を生成した電解水が,中和と除去作用の強アルカリ性電解水と呼ばれる特性に,主成分が水酸化ナトリウム(NaOH)でpH11.3以上を呼ぶ.生成した表3のアルカリ性電解水はpH11.3以上の測定結果で,強アルカリ性電解水と呼ばれる定義に該当.特にpH12.4以上の強アルカリ性電解水になると中和と除去作用で動物性油脂や植物性油脂の脱脂除去に好適とされ注目した.電解水の生成は電極に補助電極を具備する3種構成で,(A)は補助電極無し,(B)は補助電極の大を1枚使用と,(C)は補助電極の大と小の2枚使用,の構成で全てpH11.3以上,中でもpH12.4の生成は(C)の補助電極の大と小の2枚を使用した構成である.水量は0.5L/分で固定し,補助電極の使用枚数による電解直流電流DCAは,(A)が7.7A,(B)が7.6A,(C)が12.0Aと,補助電極の大と小の2枚の構成が一番流れた電流12.0A(アンペア−)で,pHはpH12.4と,強アルカリ性電解水を生成し電極の電流分布の補正を補助電極が効率的に作用した構成であった.本発明の電極箱は内部に設けた電極と電解膜の間に補助電極が具備でき,電極室単位で構成する電極箱のことである.カソ−ド電極箱が具備した電極の電流分布を補正する補助電極の大と小2枚を電解膜との間に具備した電解がpH12.4の強アルカリ性電解水を生成し,電極箱に補助電極を具備した有用性を証した測定結果が表3で実施例が図9である.
2:電極箱水入口.
3:通水路.
4:電解膜側水入口.
5:電極板背面側水入口.
6:電極箱水出口.
7:開口部.
8:電極箱.
9:電極箱水入口.
10:通水路.
11:電解膜側水入口.
12:電極板背面側水入口.
13:電極箱水出口.
14:開口部.
15:主電極.
16:補助電極.
16−1:平面形状の補助電極.
16−2:曲面形状の補助電極.
17:電解反応槽.
18:電極箱挿入口.
19:電解液水出口.
20:電解液.
21:電解液貯液槽.
22:送液ポンプ.
23:電解槽の電解液入口.
24:電解膜.
25:電解膜固定材.
26:シ−ルパッキン.
27:電解膜.
28:電解膜固定材.
29:シ−ルパッキン.
30:原水入口.
31:2室型電解槽の本体.32:隔膜.
33:シ−ルパッキン.
34:陽極電極板.
35:陰極電極板.
S:スケ−ル.
36:圧着バネ板.
37:陽極室水入口.
38:陰極室水入口.
39:陽極室水出口.
40:陰極室水出口.
41:中間室電解液入口.
42:中間室電解液出口.
43:陽極室外周側板.
44:陰極室外周即板.
45:隔膜.
46:隔膜.
47:陽極電極板.
48:陰極電極板.
49:陽極室水入口.
50:陰極室水入口.
51:陽極電解水出口.
52:陰極電解水出口.
53,54,55,56,57,58,59,60,シールパッキン8枚.
61:ガイドピン兼用ボルト.
62:電解槽組付けナット.
63:中間室.
64:陽極室.
65:陰極室.
66:電極板の孔.
67:正常な透明性の陰イオン交換膜.
68:電解劣化を開始した陰イオン交換膜.
69:正常な不透明性の陽イオン交換膜.
70:電解劣化を開始した陽イオン交換膜.
71:80メッシュの網状白金.
72:ガラスビ−ズ.
73:球形形状.
74:球形頂点.
75:添加電解液.
76:添加電解液貯液槽.
77:添加ポンプ.
78:水道水(原水).
PO:隔膜の張力圧力.
P1:内壁面が中心部に向ける圧力.
P2:中心部が盛上げる圧力.
P3:内壁面が中心部に向ける圧力.
Claims (4)
- アノ−ド電極に対面し電解膜を設けるアノ−ド電極室と,カソ−ド電極に対面し電解膜を設けるカソ−ド電極室と,構成する電解反応に於いて,前記電極と,前記電解膜と,いずれか一方の前記電極室を収納する電極箱は,中央部に設けられた電極と,対面側に設けられた開口部と,この開口部に固定された電解膜と,前記電極と前記電解膜との間に取り付けられた補助電極と,電解水を生成する取水の第1の水入口と,電解で生成した電解水を外部に送水する水出口と,前記電極の下方から前記電極及び前記電解膜に送水する第2の水入口と,を備え,前記電極と前記電解膜とは,1.0mmから15cmの間隔となっていることを特徴とする電極箱.
- 請求項1に記載の一対の電極箱と,を具備したことを特徴とする電解反応槽.
- 請求項2に記載の電解反応槽を用いた水の製造方法であって,前記一対の電極箱の一方にのみに,前記補助電極が設けられ,この補助電極は,少なくも平面形状及び曲面形状のいずれか一方を有する
- 前記補助電極は,主電極と,この主電極より小さく前記主電極の前記電極膜側に設けられた第1の補助電極と,この第1の補助電極より小さく前記第1の補助電極の前記電解膜側に設けられた第2の補助電極とで構成されていることを特徴とした請求項3に記載の水の製造方法.
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