JPH08309355A - 無隔膜型水電解装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 隔膜を廃止することにより電解装置を衛生的
で長寿命にすると共に、所望のｐＨを持った酸性水又は
アルカリ性水、特に強酸性水又は強アルカリ性水を得
る。 【構成】 電解槽（１）は無隔膜型の電解流路（７ａ）
を有し、作動時にはこの電解流路には陽極板（８）から
陰極板（９）にかけてｐＨの漸変する層流が形成され
る。電解槽（１）の酸性水取出口（３）とアルカリ性水
取出口（４）にはそれらの流量比率を制御する流量制御
手段（51、52）を設け、層流のうち陽極板（８）又は陰
極板（９）の近傍の境界層を選択的に抽出することによ
り強酸性水又は強アルカリ性水を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水の電気分解によ
り酸性水及び／又はアルカリ性水を生成するための電解
装置に関する。より詳しくは、本発明は無隔膜型の電解
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の水電解装置は隔膜型のもので、対
設した電極間の電解流路は水の通過を制限する不織布、
素焼き板等の隔膜によって陰極室と陽極室とに仕切られ
ている。両電極間に電圧を印加すると水が電気分解さ
れ、陽極室には酸性水が生成され、陰極室にはアルカリ
性水が生成される。生成した酸性水とアルカリ性水は、
夫々、酸性水取出口およびアルカリ性水取出口から取り
出される。

【０００３】得られた電解水（酸性水及び／又はアルカ
リ性水）は、その用途に応じた所望のｐＨを呈すること
が望ましい。そこで、隔膜型の電解装置に関する従来技
術においては、酸性水取出系統及び／又はアルカリ性水
取出系統に流量制御弁を設け、酸性水及び／又はアルカ
リ性水のｐＨを制御することが提案されている（例え
ば、特開昭53-5850号）。その原理は、流量制御により
陰極室内又は陽極室内の流れの流速を下げると、電解室
内での水の滞留時間が長くなるので、電解が強度に行わ
れ、 ｐＨ値の高い強アルカリ性水（又はｐＨ値の低い
強酸性水）が得られるというものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、隔膜型の電解
装置の問題点は、隔膜に細菌・微生物が付着繁茂する傾
向があり、さらには長期の使用によって隔膜が絶縁物に
よって目詰まりを発生し、電流の流れを遮断して電解効
率を低下させることである。

【０００５】すなわち、水で濡れる隔膜には大腸菌等の
細菌や微生物が棲息しやすく、また、炭酸マグネシウム
や炭酸カルシウム等の不溶性で絶縁性の析出物が隔膜に
付着・堆積するからである。

【０００６】そこで、本発明の目的は、隔膜を廃止する
ことにより、細菌・微生物の繁殖源が無く、効率的な電
解を長期間にわたって保証することの可能な、無隔膜型
の電解装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の一特徴は、原水
流入口を備えた電解槽内に、一対の平板状の陽極板と陰
極板を、その間に隔膜を介在させることなく、かつ、通
水時に層流が形成されるような微小な間隙をもって平行
に対設することにより、該電極板間に無隔膜型電解流路
を形成し、上記電解流路の下流側には陽極板側に連通す
る酸性水取出口と陰極板側に連通するアルカリ性水取出
口とを設けたことにある。

【０００８】陽極板と陰極板との間の間隙は微小に設定
してあるので、電解流路に流入した水流は電極板の表面
に沿って流れる間に粘性の作用を受け、層流を形成す
る。層流の形の水流は電解流路を流れる間に電解され、
陽極板の表面には酸性水が生成し、陰極板の表面にはア
ルカリ性水が生成する。電解流路内には層流が維持され
ているので、陽極板の表面に生成した酸性水はそのまま
陽極板の表面に沿って流れ、酸性水取出口から流出す
る。また、陰極板の表面に生成したアルカリ性水は陰極
板の表面に沿って流れ、アルカリ性水取出口から流出す
る。このようにして、電解により生成した酸性水とアル
カリ性水は、従来の隔膜を使用することなく、別々に取
り出すことができる。

【０００９】ところで、陰極室と陽極室とを隔てる隔膜
を備えた従来の隔膜型の電解装置とは異なり、本発明の
無隔膜・層流型の電解装置においては、陰極室と陽極室
とを隔てる隔膜が無いので、電解流路内には陽極板から
陰極板にかけてｐＨの漸変する層流が形成される。所望
のｐＨを持った酸性水（又はアルカリ性水）を得るため
には、陽極板の表面に沿って流れて来た酸性水（又は陰
極板の表面に沿って流れて来たアルカリ性水）を、乱流
を発生させることなく、層流の残部から滑らかに抜き出
さなければならない。

【００１０】ところが、陽極板と陰極板との間の間隙は
層流を形成するべく極めて微小に設定してあり、その
上、陽極板の表面に沿って流れて来る強酸性水（又は陰
極板の表面に沿って流れて来る強アルカリ性水）の境界
層（電極板に最も近い層）は著しく薄い（その厚さは一
般に電極間隙の数分の１以下である）ので、所望のｐＨ
を持った酸性水（又はアルカリ性水）、特に強酸性水
（又は強アルカリ性水）を層流の残部から選択的に抜き
出すのは著しく困難である。

【００１１】そこで、本発明の他の特徴は、酸性水取出
口とアルカリ性水取出口のいずれか一方または双方に、
酸性水取出口への流量とアルカリ性水取出口への流量と
の比率を制御する流量制御手段を設け、酸性水取出口と
アルカリ性水取出口への流量比率を制御することによ
り、無隔膜型電解流路内を流れるｐＨの漸変する層流が
酸性水取出口とアルカリ性水取出口とに分配される比率
を制御するようにしたことにある。

【００１２】例えば、強酸性水を得たい場合には、陽極
板の表面に沿って流れて来た強酸性水の境界層が専ら酸
性水取出口に送られ、アルカリ性水を含む層流の残部が
アルカリ性水取出口に送られるように流量比率を制御す
れば、強酸性水を得ることができる。同様に、強アルカ
リ性水を得たい場合には、陰極板の表面に沿って流れて
来た強アルカリ性水の境界層が専らアルカリ性水取出口
に送られ、酸性水を含む層流の残部が酸性水取出口に送
られるように流量比率を制御すればよい。

【００１３】即ち、流量比率の制御により、 ｐＨの漸
変する層流のうち、不要なｐＨを持った層流成分を、反
対側の取出口に混ざり込ませることができる。例えば、
強酸性水を得たい場合には、弱酸性水をアルカリ性水取
出口に混ざり込ませ、強アルカリ性水を得たい場合に
は、弱アルカリ性水を酸性水取出口に混ざり込ませる。
このようにすれば、隔膜が無くても、所望のｐＨを持っ
た酸性水（又はアルカリ性水）、特に強酸性水（又は強
アルカリ性水）を得ることができる。

【００１４】好ましい実施態様においては、酸性水取出
口又はアルカリ性水取出口は陽極板又は陰極板の作用面
を通る平面に対してほぼ垂直に電解流路の下流側に開口
し、水の電気分解により生成され陽極板に沿って流れる
酸性水又は陰極板に沿って流れるアルカリ性水が電解流
路内の層流からほぼ垂直方向に分離されるようになって
いる。

【００１５】このようにすれば、電解流路の下流側部位
に乱流を発生させることなく酸性水とアルカリ性水とを
分離することができ、強度の酸性水又はアルカリ性水を
回収することができる。

【００１６】本発明の他の実施態様においては、原水流
入口と電解流路との間には所定容量のタンク室を設け、
電解流路の上流側部位をそのほぼ全幅にわたりタンク室
に連通させる。

【００１７】このようにすれば、タンク室が所定の容量
を有するのに対して電極間隙が狭いので、原水流入口か
ら流入した水は先ずタンク室内にゆったりと充満する。
従って、タンク室から電解流路に流入した時には、水流
は速やかに層流を形成するので、層流形成に要する助走
距離を最小限にし、電解装置を小型化することができ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】添付図面を参照するに、本発明の
電解装置は電解槽１を有する。この電解槽１は一端側に
原水流入口２を備え、電解槽１内には、一対の平板状電
極８、９がその間に狭隘な電解流路７ａを形成するべく
平行に収納してある。電解槽１の他端側には、電解流路
７ａの陽極板８側に連通する酸性水取出口３と、電解流
路７ａの陰極板９側に連通するアルカリ性水取出口４と
が設けてある。電解槽としては従来の隔膜型電解槽から
隔膜を省略したものを使用してもよいが、本実施例では
乱流の発生を極力回避するべく図２から図４に示す電解
槽が使用してある。

【００１９】すなわち、電解槽１は一方側容器部１ａと
他方側容器部１ｂとで薄手の縦二分割容器状に構成して
ある。この一方側容器部１ａと他方側容器部１ｂとは共
に合成樹脂等の防水材で構成されるのは無論であるが、
後述する陽極板８と陰極板９とを収納するため絶縁材で
構成することが望ましい。また、この一方側容器部１ａ
と他方側容器部１ｂとは、嵌合部にパッキン１１を介挿
し、複数の締着螺子１２で相互に締結して液密性を備え
た薄手の容器の形に形成してある。

【００２０】電解槽１の一端側には原水流入口２が、他
端側には酸性水流出口３とアルカリ性水流出口４とが設
けてある。すなわち、この電解槽１は原水流入口２より
流入した水道水等の原水が電解槽１内を通って酸性水流
出口３とアルカリ性水流出口４とから流出するようにな
っている。

【００２１】また、上記電解槽１内の原水流入口２が連
通される部位より下流側部位には、電解槽１内にその横
幅略全幅にわたって上記原水流入口２の断面積より小さ
い断面積のスリット状狭窄流路１０を形成する堰５を設
け、この堰５より上流部位に該スリット状狭窄流路１０
と同じ幅を備えた所定容量のタンク室６が設けてある。
電解槽１の全幅とは図２、図３の左右方向の内法寸法を
意味する。したがって、スリット状狭窄流路１０および
タンク室６の幅（同じく図２、図３の左右方向の内法寸
法）は共に電解槽１（正確には、後述する電解流路７
ａ）の全幅の寸法を有する。

【００２２】スリット状狭窄流路１０のスリット間隙
（図４の左右方向幅）は、タンク室６の流路断面形状よ
りも該スリット状狭窄流路１０の流路断面形状が狭くな
るように設定してある。このように、タンク室６が所定
の容量を有すると共に、タンク室６に比較してスリット
状狭窄流路１０よりも下流の流路は狭窄されているの
で、原水流入口２から流入した水は先ずタンク室６内に
ゆったりと充満する。次いでタンク室６から狭窄流路１
０を介して電解流路に流入するにつれて、水流は速やか
に層流（乱流のない流れ）を形成する。

【００２３】なお、図示した実施例では、上記堰５の上
流部位にも前段堰５ａと、さらにその上流部に前段タン
ク室６ａを設け、水が堰５と前段堰５ａとの二段を通過
するようになっている。しかし、この前段堰５ａと前段
タンク室６ａとは省略してもよい。また、上記堰５に
は、図３に最も明らかに示すごとく、縦方向に複数の整
流突起１３が設けてあるが、これらの整流突起１３も省
略可能である。

【００２４】電解層１内には上記スリット状狭窄流路１
０よりも下流側に電解室７が設けてあり、この電解室７
内には一対の平板状の陽極板８と陰極板９が電解流路７
ａを形成するべく平行に対設収納してある。電極板８、
９間の間隙は、通水時に電解流路（７ａ）内に層流が形
成される程度に微小に設定してある。

【００２５】上記陽極板８と陰極板９との材質に関して
は特に制約はないが、耐食性金属が使用されることは無
論であり、陽極板８と陰極板９との間には図示しない電
源装置により所定の直流電圧が印加されるのは従来と同
じである。

【００２６】また、上記スリット状狭窄流路１０と、陽
極板８と陰極板９との間の電解流路７ａとは、略同じ寸
法となし、略同一平面上にあることが水の流れに乱流を
発生しないことからより実用的である。

【００２７】酸性水流出口３の上流端は電解流路７ａの
下流側で陽極板８側に連通させてあり、アルカリ性水流
出口４の上流端は同じく電解流路７ａの下流側で陰極板
９側に連通させてある。

【００２８】すなわち、酸性水流出口３は、その上流端
が電解流路７ａの下流側で陽極板８側に位置するので、
電解により生成され陽極板８の表面（作用面）に沿って
流れて来た酸性水を流出させる。アルカリ性水流出口４
は、その上流端が電解流路７ａの下流側で陰極板９側に
位置するので、電解により生成され陰極板９の表面に沿
って流れて来たアルカリ性水を流出させる。

【００２９】酸性水流出口３とアルカリ性水流出口４と
はその断面積を陽極板８と陰極板９との間で間隙で形成
される電解流路７ａの断面積の２分の１以上に設定すれ
ばその上流部位で乱流が発生することはほとんどない
が、図示した実施例では、電解流路７ａの下流側に、こ
の電解流路７ａの陽極板８側略半分に相当する衝突板１
４を設け、陽極板８の表面に沿って流れてきた酸性水が
この衝突板１４に衝突し、陽極板８の下流側端と該衝突
板１４との間に形成した折返し間隙１８から折返し流路
１５内に流入するようになっている。この折返し流路１
５の下流端に酸性水流出口３が設けてある。なお、この
折返し流路１５は一方側容器部１ａに膨出形成した膨出
部１６（図２参照）内に形成してあり、陽極板８の裏面
に沿って位置している。

【００３０】このように、図示実施例では、酸性水流出
口３の位置は陽極板８の下流端から距離を持たせてある
と共に、折返し流路１５は所定容量の酸性水回収用タン
ク室として作用するので、酸性水流出口３の上流部位で
発生するおそれのある乱流の影響が回避される。

【００３１】他方、図示実施例では、陰極板９の表面に
沿って流れてきたアルカリ性水は、そのまま、衝突板１
４と他方側容器部１ｂとの間に形成された上部間隙１９
を通って直進することになるが、電解流路７ａの下流側
には上部間隙１９を介して該電解流路７ａに連通する所
定容量の下流側タンク室１７が設けてあり、アルカリ性
水流出口４の上流端はこの下流側タンク室１７に連通さ
せてある。

【００３２】すなわち、下流側タンク室１７は、アルカ
リ性水流出口４と電解流路７ａとの間に介在することに
なり、所定の容量を有するので局所的圧力変動を均一化
することができる。したがって、図示実施例では、アル
カリ性水流出口４の上流部位で発生するおそれのある乱
流の影響は、下流側タンク室１７の圧力変動均一化作用
によって回避される。

【００３３】図１を参照するに、酸性水取出口３とアル
カリ性水取出口４とのいずれか一方または双方には、酸
性水取出口３からの流出量とアルカリ性水取出口４から
の流出量に差を持たせ、両者の流量比率を制御するため
の流量絞り体５１、５２が設けてある。

【００３４】上記流量絞り体５１、５２は、固定絞り、
可変絞りのいずれでもよく、図１には固定絞り弁５１
ａ、５２ａ、オリフィス５１ｂ、５２ｂ、可変絞り弁５
１ｃ、５２ｃが示してあるが、これらの一種を使用して
もよく、さらには、オリフィス５１ｂ、５２ｂに代えて
管路を縮径したもの（図示せず）を使用してもよいこと
は無論である。

【００３５】陽極板８と陰極板９との間に直流電圧を印
加しながら電解槽に通水すると、水流は電解流路７ａ内
で層流を形成して流れながら電解される。層流が電解流
路７ａを進むにつれて、陽極板８の近傍の境界層は最も
強度の酸性となり、陰極板９の近傍の境界層は最も強度
のアルカリ性となり、陽極板８から陰極板９にかけてｐ
Ｈの漸変する層流が形成される。流量絞り体５１、５２
が同じ絞り割合に設定されていると、電解により生成し
た酸性水とアルカリ性水は電解流路７ａの中央で二分さ
れ、酸性水流出口３およびアルカリ性水流出口４から１
対１の流量比率で流出するであろう。この場合には、比
較的緩和な酸性水とアルカリ性水を得ることができる。

【００３６】流量絞り体５１、５２の設定を変えて酸性
水流出口３とアルカリ性水流出口４の流量比率を変える
と、ｐＨの漸変する層流のうち酸性水流出口３に送られ
る層流成分とアルカリ性水流出口４に送られる層流成分
の比率が変わる。

【００３７】例えば、酸性水流出口３において強酸性水
を得たい場合には、酸性水流出口３の流量を絞ることに
より、陽極板８の表面に沿って流れて来た強酸性の境界
層が専ら酸性水取出口３に送られ、弱酸性と中性とアル
カリ性の層流成分を含む層流の残部がアルカリ性水取出
口４に送られるように流量比率を制御すればよい。反対
に、アルカリ性水流出口４において強アルカリ性水を得
たい場合には、陰極板９の表面に沿って流れて来た強ア
ルカリ性水の境界層が専らアルカリ性水取出口４に送ら
れ、弱アルカリ性と中性と酸性水を含む層流の残部が酸
性水取出口に送られるようにアルカリ性水流出口４の流
量を絞ればよい。

【００３８】このようにすれば、電極板の表面に沿って
流れて来た強酸性水又は強アルカリ性水の非常に薄い境
界層だけを、乱流を発生させることなく層流の残部から
巧みに分離することができる。或いは、 ｐＨの漸変す
る層流のうち不要なｐＨを持った層流成分を反対側の取
出口から流出させるようにすれば、所望のｐＨを持った
酸性水又はアルカリ性水を一方の取出口から得ることが
できる。

【００３９】

【発明の効果】本発明は、従来技術において不可欠と考
えられていた隔膜を廃止したので、衛生的で、長期間に
わたって高い電解効率で作動させることが可能な、メン
テナンス不要の電解装置を提供することができる。

【００４０】更に、流量制御手段５１、５２により電解
流路７ａ内のｐＨの漸変する層流のうちの所望の層流成
分を酸性水取出口３又はアルカリ性水取出口４に分配す
るようにしたので、電極板の表面に沿って流れる極めて
薄い境界層を抽出することができ、所望のｐＨを持った
酸性水及び／又はアルカリ性水、特に強酸性水及び／又
は強アルカリ性水を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電解装置の要部断面図である。

【図２】本発明の電解装置に使用される電解槽の詳細正
面図である。

【図３】電解槽の他方側容器部の正面図である。

【図４】図２のＡ−Ａ線断面図である。

【符号の説明】

１： 電解槽 ２： 原水流入口 ３： 酸性水取出口 ４： アルカリ性水取出口 ７ａ： 電解流路 ８： 陽極板 ９： 陰極板 ５１、５２： 流量制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 一彦 東京都品川区東五反田２−５−10 大島電 機株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原水流入口（２）を備えた電解槽（１）
   内に、一対の平板状の陽極板（８）と陰極板（９）を、
   その間に隔膜を介在させることなく、かつ、通水時に層
   流が形成されるような微小な間隙をもって平行に対設す
   ることにより、該電極板（８、９）間に無隔膜型電解流
   路（７ａ）を形成し、 上記電解流路（７ａ）の下流側には陽極板（８）側に連
   通する酸性水取出口（３）と陰極板（９）側に連通する
   アルカリ性水取出口（４）とを設け、 上記酸性水取出口（３）とアルカリ性水取出口（４）の
   いずれか一方または双方には、該酸性水取出口（３）へ
   の流量とアルカリ性水取出口（４）への流量との比率を
   制御する流量制御手段（51、52）を設け、 該流量比率を制御することにより、無隔膜型電解流路
   （７ａ）内を流れ陽極板（８）から陰極板（９）にかけ
   てｐＨの漸変する層流が酸性水取出口（３）とアルカリ
   性水取出口（４）とに分配される比率を制御し、もっ
   て、酸性水取出口（３）から流出する酸性水又はアルカ
   リ性水取出口（４）から流出するアルカリ性水のｐＨを
   制御するようにしたことを特徴とする無隔膜型水電解装
   置。
2. 【請求項２】 前記酸性水取出口（３）又はアルカリ性
   水取出口（４）は陽極板（８）又は陰極板（９）の作用
   面を通る平面に対してほぼ垂直に前記電解流路（７ａ）
   の下流側に開口し、水の電気分解により生成され陽極板
   （８）に沿って流れる酸性水又は陰極板（９）に沿って
   流れるアルカリ性水が電解流路（７ａ）内の層流からほ
   ぼ垂直方向に分離されることを特徴とする請求項１に基
   づく無隔膜型電解装置。
3. 【請求項３】 前記原水流入口（２）と電解流路（７
   ａ）との間には所定容量のタンク室（６）を設け、前記
   電解流路（７ａ）の上流側部位をそのほぼ全幅にわたり
   前記タンク室（６）に連通させたことを特徴とする請求
   項１又は２に基づく無隔膜型電解装置。