JPH1053886A - 電解槽の構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の電解槽の構造においては、電極間にお
いて発生したガスの拡散が少ないために水への溶解が遅
く、電極の対面しか有効でないために、対極の裏面は電
気分解には有効に作用しないとこと、発生したガスの多
くが大気中へ放出されて、ガスを十分溶解した電解水が
生成され難かった。また大型化する場合、隔膜・電極の
正確な保持が困難であった。 【解決手段】 陽極と陰極との間にイオンが移動し得る
直径が０．４〜０．６μｍの微細孔を有する隔膜を設
け、電極にプラチナ（Ｐｔ）メッキを施したチタン（Ｔ
ｉ）板を使用し、陽極の電極板の形状に関わらず陰極の
電極板に、直径が２〜４ｍｍの穴を、該穴の面積の合計
が電極板の面積に対して３０〜４０％の有効な開口面積
を保持するように均一に分布して穿設し、各電極の対向
する位置に電気絶縁性材料からなる複数のスペーサを配
設し、該スペーサによって各電極間の距離および各電極
と隔壁との距離を所定の値に維持するとともに隔膜を保
持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電解質水溶液中に陽
極および陰極の電極を挿入し、電流を通じてイオンの移
動を行わせて電解イオン水を製造する電解槽において、
陰極電極側に水素イオンを溶かし込んだ状態の水溶液を
効率よく生成させる構造に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】従来の電解槽において
は電極板と隔膜を保持するのに、電極板を樹脂製のメッ
シュ状のもので挟む構造、あるいは隔膜を樹脂製の格子
状のもので挟む構造が採用されている。

【０００３】上記従来の構造の内、まず電極板を樹脂製
のメッシュ状のもので挟む構造においては電極と隔膜と
の間の水の流通が妨げられ、電極板の有効面積が著しく
減少するという不具合を有していた。また隔膜を樹脂製
の格子状のもので挟む構造においては隔膜にゆがみが生
じるなどして均一に隔膜を保持するということが困難で
あり、電極板と隔膜とが直接接触することにより隔膜が
焼損する等の不具合を生じていた。

【０００４】また従来は電極の形状に平板電極あるいは
メッシュ電極等が用いられていたが、まず平板電極の場
合は、電極間において発生したガスの拡散が少ないため
に水への溶解が遅く、電極の対面しか有効でないため
に、対極の裏面は電気分解には有効に作用しないという
不具合を有していた。またメッシュ電極の場合は、ガス
発生に関しては有効であるが、その多くが大気中へ放出
されて、ガスを十分溶解した電解水が生成され難いこ
と、また電極の有効面積が小さいために効率のよいイオ
ンの移動が行われ難いという課題を有していた。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本願発明はこのような現
状に鑑みてなされたもので、簡潔な構成と低廉な製作費
および稼働費によって、効率よくかつ的確に水素イオン
水を溶かし込んだ状態の電解水を生成し得る電解槽を提
供することを目的としている。

【０００６】上記の目的は前記特許請求の範囲に記載さ
れた電解槽の構造によって達成される。すなわち (1) 電解質水溶液中に陽極および陰極の電極を挿入し、
電流を通じてイオンの移動を行わせて電解イオン水を製
造する電解槽の構造であって、陽極と陰極との間にイオ
ンが移動し得る微細孔を有する隔膜を設け、電極にプラ
チナ（Ｐｔ）メッキを施したチタン（Ｔｉ）板を使用
し、陽極の電極板の形状に関わらず陰極の電極板に、直
径が２〜４ｍｍの穴を、該穴の面積の合計が電極板の面
積に対して３０〜４０％の有効な開口面積を保持するよ
うにして穿設した電解槽の構造。

【０００７】(2) 隔膜の有する微細孔の直径が０．４〜
０．６μｍである(1) 記載の電解槽の構造。

【０００８】(3) 各電極に電気絶縁性材料からなる複数
のスペーサを配設し、該スペーサによって各電極間の距
離および各電極と隔壁との距離を所定の値に維持すると
ともに隔膜を保持するものである(1) 〜(2) のいずれか
１項に記載の電解槽の構造。

【０００９】(4) スペーサは、一側が平板状部と該平板
状部と垂直方向をなし電極を貫通する突起部を有する部
材とからなり、他側が上記突起部との嵌合部を有する部
材からなるものである(3) 記載の電解槽の構造。

【００１０】(5) スペーサは、一側が平板状部と該平板
状部と垂直方向をなし電極を貫通するねじ部を有する部
材とからなり、他側が上記ねじ部との螺合部を有する部
材からなるものである(3) 記載の電解槽の構造。

【００１１】(6) スペーサを取り付ける穴の面積が、電
極に穿設した穴の面積の１０〜３０％である(3) 〜(5)
のいずれか１項に記載の電解槽の構造。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１〜７は電解槽の原理を説明し
あるいは本発明に基づく電解槽の実施の形態を示す図
で、図１は電解槽の原理図、図２は陰極電極の正面図、
図３は流れ式（連続式）の場合の電解槽の構成を示す
図、図４は図３に示す電解槽を組み立てた際の、スペー
サ取り付け部の構造を説明する部分拡大図、図５はスペ
ーサの構成の例を示す図、図６はバッチ式（貯め置き
式）の場合の電解部の構成を示す図、図７は図６に示す
構成の電解部を電解槽の中に挿入する時の状態を示す図
である。

【００１３】図１〜５において、１は電解槽、２は陽極
電解室に供給された電解に供する液（以下、電解質水溶
液ということもある。）、３は陰極電解室に供給された
電解に供する液、４は陽極電極、５は陰極電極、６は隔
膜（イオン分離膜）、７は穴（メッシュ部）、９は隔膜
フレーム、１０はスペーサ、１１は電解槽ケース、１２
はスペーサＡ、１３はスペーサＢである。

【００１４】まず電解槽１内を隔膜６によって陽極電解
室と陰極電解室とに分離する。隔膜６は樹脂等によって
製作され、両面に貫通する直径０．４〜０．６μｍ程度
の穴を多数有している。隔膜６が有する穴の直径が０．
１〜０．２μｍ程度の小さいものである場合、水素イオ
ン、酸素イオン等のような移動速度の速いものはさほど
の影響を受けないが、ナトリウムイオン、塩素イオン等
のような重いイオンの場合は十分に移動しない虞れがあ
る。

【００１５】電極は陽極電極４および陰極電極５ともに
チタン（Ｔｉ）製板材にプラチナ（Ｐｔ）メッキしたも
のを使用する。

【００１６】本発明においては、陰極側に多数の穴を穿
設した電極板を使用する。穿設する穴の大きさは直径を
２〜４ｍｍ程度とし、穿設する穴の合計面積が電極の面
積に対して３０〜４０％になるようする。

【００１７】穿設した穴の内、約１０〜３０％に相当す
る部分に電気絶縁性材料によって製作したスペーサ１０
を取り付ける。その際、スペーサ１０取り付けに使用す
る穴を除いた残りの穴の合計面積が、電極板の面積の３
０〜４０％の範囲内に収まるようにする。

【００１８】スペーサ１０は図５に示すように、一側が
電極と隔膜との間に保持すべき距離に等しい厚さの平板
状部と該平板状部に垂直方向をなして形成された突起部
とからなるスペーサＡ１２と、上記スペーサＡ１２の突
起部に嵌合あるいは螺合し、電極と隔膜あるいは電極と
電解槽との間に保持すべき距離に等しい厚さを有するス
ペーサＢ１３とによって構成されている。

【００１９】スペーサ１０は、図５(a) に示すようにス
ペーサＡ１２の突起部が平滑な面を有する円筒状であ
り、スペーサＢ１３は単にその突起部に嵌合するのみの
構造のもののほかに、図５(b) に示すようにスペーサＡ
１２に形成する突起部をねじ構造とし、スペーサＢ１３
を上記ねじ構造突起部に螺合するナット状としたもの等
であってもよい。

【００２０】隔膜６の両側にスペーサ１０を取り付けた
陽極電極および陰極電極が位置するようにしてそれぞれ
配設し、隔膜フレーム９によって隔膜６および両電極
４，５を一体に形成する。その際陽極電極４にも陰極電
極５に配設したスペーサ１０に対応する位置にスペーサ
１０を設けるが、陽極電極４の形状そのものは陰極電極
５と同一（例えば直径２〜４ｍｍの穴を設ける等）であ
る必要はなく、自由な形状のものを使用することが可能
である。

【００２１】これによって隔膜６と電極４，５間は常に
一定の距離が確実に保持され、隔膜６は電極４，５の全
面にわたって均等に分布して配設された多数のスペーサ
１０によって両面から挟むようにして保持されることに
より、電極４，５および隔膜６の大きさが大きい場合で
も、従来のように隔膜フレーム９が変形することにより
電極４，５と隔膜６との距離が変化して電気分解の効率
が低下したり、あるいは隔膜６と電極４，５とが直接接
触して隔膜６が焼損する等の不具合を生ずることがな
い。

【００２２】本発明に基づく電解槽の構造は、このよう
にして構成されていることにより、例えば図１において
は電解槽１内に電解に供する液２，３を注入し、電極
４，５に直流電流を流すことにより、電解質水溶液２，
３中の水素イオン（Ｈ⁺ ）等の陽イオンは陰極電極５側
へ、ヒドロキシイオン（ＯＨ^- ）等の陰イオンは陽極電
極側へ移動する。

【００２３】隔膜６は直径０．４〜０．６μｍ程度の穴
を多数有する膜であることにより、両電解室間に電解質
水溶液２，３自体を大きく流通させることなく、水素イ
オンや酸素イオン等の移動速度の速いイオンを十分な速
度で隔膜６を通過させ、陽極電極４側に陰イオンを、陰
極電極側に陽イオンを移動させ得るほか、陰極電極５に
有効な開口効率３０〜４０％、直径２〜４ｍｍの穴を穿
設することにより、ガスの拡散が促進され、穴から裏面
へ電場が広がることにより電極の裏面も有効に利用さ
れ、陰極電極側の電解質水溶液３中に高い効率で水素を
溶かし込むことが可能になった。

【００２４】電解槽が図３〜４に示す流水式（連続式）
の場合には隔膜フレーム９によって隔膜６を固定し、電
解槽ケース１１によって電極４，５を固定する方法を採
用し、図６〜７に示すバッチ式（貯め置き式）の場合に
は隔膜フレーム９によって電極４，５と隔膜６を固定す
る方法を採用する。

【００２５】

【発明の効果】このように本発明によれば下記に示す効
果を奏する。 (1) 従来の電解槽の構造においては、陰極電極側に移動
した水素イオンの多くは水素ガスとして大気中に放出さ
れていたが、本発明に基づく電解槽の構造によって、従
来得られなかった高い効率で水素イオンを溶かし込んだ
状態の電解質水溶液を得ることが可能になった。

【００２６】(2) 隔膜の支持構造として、陽極電極およ
び陰極電極の全面にわたって配設したスペーサを利用し
たことにより、隔膜もしくは電極板の面積が非常に大き
い場合でも、隔膜と電極間の距離および各電極間の距離
を的確な値に保持させ、高い効率で電気分解を行わせる
とともに、隔膜と電極との接触による焼損等の不具合の
発生を防止し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】電解槽の原理図である。

【図２】本発明に基づく電解槽の実施の形態を示す陰極
電極の正面図である。

【図３】本発明に基づく電解槽の流れ式（連続式）の場
合の構成を示す図である。

【図４】図３におけるスペーサ取り付け部の構造を説明
する部分拡大図である。

【図５】本発明に基づく電解槽のスペーサの構成の例を
示す図である。

【図６】本発明に基づく電解槽のバッチ式（貯め置き
式）の場合の構成を示す図である。

【図７】図６に示す構成の電解部を電解槽の中に挿入す
る時の状態を示す図である。

【符号の説明】

１ 電解槽 ２ 陽極電解室に供給された電解に供する液（電解質水
溶液） ３ 陰極電解室に供給された電解に供する液（電解質水
溶液） ４ 陽極電極 ５ 陰極電極 ６ 隔膜（イオン分離膜） ７ 穴（メッシュ部） ９ 隔膜フレーム １０ スペーサ １１ 電解槽ケース １２ スペーサＡ １３ スペーサＢ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青木 正範 神奈川県横浜市緑区長津田７丁目１番43号 ガーデニアパーク308号

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電解質水溶液中に陽極および陰極の電極
   を挿入し、電流を通じてイオンの移動を行わせて電解イ
   オン水を製造する電解槽の構造であって、 陽極と陰極との間にイオンが移動し得る微細孔を有する
   隔膜を設け、 電極にプラチナ（Ｐｔ）メッキを施したチタン（Ｔｉ）
   板を使用し、 陽極の電極板の形状に関わらず陰極の電極板に、直径が
   ２〜４ｍｍの穴を、該穴の面積の合計が電極板の面積に
   対して３０〜４０％の有効な開口面積を保持するように
   して穿設したことを特徴とする電解槽の構造。
2. 【請求項２】 隔膜の有する微細孔の直径が０．４〜
   ０．６μｍである請求項１記載の電解槽の構造。
3. 【請求項３】 各電極に電気絶縁性材料からなる複数の
   スペーサを配設し、該スペーサによって各電極間の距離
   および各電極と隔壁との距離を所定の値に維持するとと
   もに隔膜を保持するものである請求項１〜２のいずれか
   １項に記載の電解槽の構造。
4. 【請求項４】 スペーサは、一側が平板状部と該平板状
   部と垂直方向をなし電極を貫通する突起部を有する部材
   とからなり、他側が上記突起部との嵌合部を有する部材
   からなるものである請求項３記載の電解槽の構造。
5. 【請求項５】 スペーサは、一側が平板状部と該平板状
   部と垂直方向をなし電極を貫通するねじ部を有する部材
   とからなり、他側が上記ねじ部との螺合部を有する部材
   からなるものである請求項３記載の電解槽の構造。
6. 【請求項６】 スペーサを取り付ける穴の面積が、電極
   に穿設した穴の面積の１０〜３０％である請求項３〜５
   のいずれか１項に記載の電解槽の構造。