JPWO2016039190A1 - 電解式二酸化塩素ガス製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二酸化塩素の発生量を正確にコントロール可能な二酸化塩素製造装置を提供する。【解決手段】電解室、液面レベル測定室、および、バブリングガス供給装置を備える、二酸化塩素ガス製造装置を提供する。電解室と液面レベル測定室には、それぞれ電解液およびガスが含まれており、ここで、電解液は、亜塩素酸塩水溶液を含み、電解室と液面レベル測定室は、各室に含まれる電解液の高さが実質的に等しくなるように、それぞれの液面の上方においてガス配管を通して相互に連結され、かつ、それぞれの液面の下方において電解液配管を通して相互に連結されている。電解室は、陰極と陽極とを備え、ここで、前記陰極と陽極は、スペーサーに固定されており、電解室は、電解室中の電解液に対し電解室の外からガスをバブリングにより供給するためのバブリングガス供給部を電解液中に備えており、ここで、ガス供給部は配管を通して、電解室の外に配置された前記バブリングガス供給装置に接続されており、液面レベル測定室は、液面レベルを測定するための手段を有している。

Description

本発明は、電解式の二酸化塩素ガスの製造装置に関する。

二酸化塩素ガスは、低濃度（例えば、０．１ｐｐｍ以下）では動物の生体に対して安全なガスである一方、そのような低濃度でも、細菌・真菌・ウイルス等の微生物に対する失活作用や、消臭作用等を有していることが知られている。

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を製造する方法は知られている（特許文献１）しかしながら、特許文献１に記載のような二酸化塩素の製造方法では、電気分解を継続して行うと、次第に電解液のｐＨが高くなるため、電解効率（二酸化塩素の発生効率）が低下してしまい、ｐＨを下げるために酸を添加すれば、電解液の保存安定性が失われてしまい、電解液が経時的に劣化するといった問題があった。この問題を解決するために、電気分解中の電解液のｐＨを４〜８に維持しながら電気分解を行うことによる、二酸化塩素ガスの発生方法が提案されている(特許文献２)。

特開平９−２７９３７６公報 ＷＯ２００９／１５４１４３

特許文献２に記載の二酸化塩素ガスの発生方法は従来の二酸化塩素ガスの発生方法と比較して、長期に渡って高効率に二酸化塩素ガスを発生させることができる。しかし、本発明者らは、二酸化塩素ガスは低濃度では動物の生体に対して安全なガスであるが、高濃度では動物の生体に対して有害となり得るため、前記の二酸化塩素ガス発生方法を実用化するためには、二酸化塩素の発生量を正確にコントロール可能な二酸化塩素ガス製造装置が必要であるという課題に気付いた。

従来の電気分解装置（例えば、特許文献２に例示される電気分解槽）を用いた二酸化塩素の製造では、亜塩素酸塩を含んだ電解液を電気分解した後、空気や不活性化ガス等を電解液にバブリングすることによって二酸化塩素ガスを取り出すが、当該気泡が電極に付着することによって電解効率が下がり、二酸化塩素の発生量をコントロールすることが難しかった。また、当該バブリングによって電解液の液面が常に揺れ続けるため、液面レベルを正確にモニタリングすることが難しく、したがって電解液の液量を正確にコントロールすることが困難であった。

本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、電気分解装置を以下の構成とすることにより、二酸化塩素の発生量を正確にコントロール可能であることを見出し、本発明を完成させるに到った。
すなわち、本発明は、二酸化塩素ガス製造装置であって、前記装置は、電解室、液面レベル測定室、および、バブリングガス供給装置を備え、前記電解室と前記液面レベル測定室には、それぞれ電解液およびガスが含まれており、ここで、電解液は、亜塩素酸塩水溶液を含み、前記電解室と前記液面レベル測定室は、各室に含まれる電解液の高さが実質的に等しくなるように、それぞれの液面の上方においてガス配管を通して相互に連結され、かつ、それぞれの液面の下方において電解液配管を通して相互に連結されており、前記電解室は、陰極と陽極とを備え、ここで、前記陰極と陽極は、スペーサーに固定されており、前記電解室は、前記電解室中の電解液に対し前記電解室の外からガスをバブリングにより供給するためのバブリングガス供給部を電解液中に備えており、ここで、前記バブリングガス供給部は配管を通して、前記電解室の外に配置された前記バブリングガス供給装置に接続されており、前記液面レベル測定室は、液面レベルを測定するための手段を有している、ことを特徴とする、二酸化塩素ガス製造装置を提供する。
なお、本明細書における「バブリングガス供給部」は、バブリングガス供給装置から供給されるガスを排出する部位でもあるため、そのような観点からは「バブリングガス排出部」と呼ぶこともある。

本発明の一実施形態においては、前記バブリングガス供給部は、前記スペーサーよりも下方に配置され、前記スペーサーは、その下部において、バブリングされたガスが前記陰極および前記陽極に近づくことを阻害するように構成されていることを特徴とする。

本発明の一実施形態においては、前記スペーサーは、前記陰極と前記陽極との間を所定の間隔に保つことを特徴とする。

本発明の一実施形態においては、前記所定の間隔が、１ｍｍ〜５０ｍｍであることを特徴とする。

本発明の一実施形態においては、前記液面レベルを測定するための手段は、相互に長さの異なる少なくとも２本以上の電極、および、当該異なる電極間の電流を測定することにより、各電極が液面に対し露出しているか否かを確認するための装置を含むことを特徴とする。

本発明の一実施形態においては、前記製造装置は、さらに、電解液供給タンクを備え、
前記電解室は、電解液供給管を通じて、前記電解液供給タンクに接続されていることを特徴とする。

本発明の一実施形態においては、前記製造装置は、さらに、電解液排出タンクを備え、
前記電解室および／または液面レベル測定室は、液面より下方において電解液排出管を通じて、前記電解液排出タンクに接続されていることを特徴とする。

本発明の一実施形態においては、前記製造装置は、さらに、二酸化塩素ガス送風ファンを備え、前記電解室および／または液面レベル測定室は、液面より上方において二酸化塩素ガス放出管を通じて、前記二酸化塩素ガス送風ファンに接続されていることを特徴とする。

本発明の他の実施形態においては、二酸化塩素ガス製造装置であって、前記装置は、電解室、液面レベル測定室、バブリング室、および、バブリングガス供給装置を備え、前記電解室、前記液面レベル測定室、および、前記バブリング室には、それぞれ電解液およびガス（電解液の上方の気体）が含まれており、ここで、電解液は、亜塩素酸塩水溶液を含み、前記電解室、前記液面レベル測定室、および、前記バブリング室は、各室に含まれる電解液の高さが実質的に等しくなるように、それぞれの液面の上方においてガス配管を通して相互に直接的または間接的に連結され、かつ、それぞれの液面の下方において電解液配管を通して相互に直接的または間接的に連結されており、前記電解室は、陰極と陽極とを備え、ここで、前記陰極と陽極は、スペーサーに固定されており、前記バブリング室は、前記バブリング室中の電解液に対し前記バブリング室の外からガスをバブリングにより供給するためのバブリングガス供給部を電解液中に備えており、ここで、前記バブリングガス供給部は配管を通して、前記バブリング室の外に配置された前記バブリングガス供給装置に接続されており、前記液面レベル測定室は、液面レベルを測定するための手段を有している、ことを特徴とする、二酸化塩素ガス製造装置を提供する。

本発明の一実施形態においては、前記製造装置は、さらに、電解液供給タンクを備え、前記電解室は、電解液供給管を通じて、前記電解液供給タンクに接続されていることを特徴とする。

本発明の一実施形態においては、前記製造装置は、さらに、電解液排出タンクを備え、前記電解室、液面レベル測定室、および、前記バブリング室の少なくともいずれか１つは、液面より下方において電解液排出管を通じて、前記電解液排出タンクに接続されていることを特徴とする。

本発明の一実施形態においては、前記製造装置は、さらに、二酸化塩素ガス送風ファンを備え、前記電解室液面レベル測定室、および、前記バブリング室の少なくともいずれか１つは、液面より上方において二酸化塩素ガス放出管を通じて、前記二酸化塩素ガス送風ファンに接続されていることを特徴とする。

本発明の一実施形態においては、さらに、前記電解室が、前記電解室中の電解液に対し前記電解室の外からガスをバブリングにより供給するためのバブリングガス供給部を電解液中に備えており、ここで、前記バブリングガス供給部は配管を通して、前記電解室の外に配置された前記バブリングガス供給装置に接続されている、ことを特徴とする。

本発明の一実施形態においては、前記電解室に備えられた前記バブリングガス供給部は、前記スペーサーよりも下方に配置され、前記スペーサーは、その下部において、前記電解室に備えられた前記バブリングガス供給部からバブリングされたガスが前記陰極および前記陽極に近づくことを阻害するように構成されていることを特徴とする。

本発明の一実施形態においては、前記陰極と前記陽極との間に隔膜が存在しないことを特徴とする。

上記の本発明の一または複数の特徴を任意に組み合わせた発明も、本発明の範囲に含まれる。

図１は、本発明の一実施形態である、二酸化塩素ガス製造装置の模式図を示す。 図２は、本発明の一実施形態である、二室式の二酸化塩素ガス製造装置の模式図を示す。 図３は、本発明の一実施形態である、三室式の二酸化塩素ガス製造装置の模式図を示す。 図４は、本発明の一実施形態である、三室式の二酸化塩素ガス製造装置の模式図を示す。 図５は、本発明の一実施形態である二酸化塩素ガス製造装置における、スペーサーの模式図を示す。 図６は、本発明の一実施形態である二酸化塩素ガス製造装置における、スペーサーの模式図を示す。 図７は、本発明の一実施形態である二酸化塩素ガス製造装置における、スペーサーの模式図を示す。

本発明の二酸化塩素ガス製造装置は、実質的に二酸化塩素を製造するための装置であればよく、二酸化塩素の生成と同時にその他の物質が生成されるものを排除する意図ではない。

本発明の二酸化塩素ガス製造装置は、電解室、液面レベル測定室、および、バブリングガス供給装置を備え、さらにバブリング室を備えてもよい。例えば、電解室および液面レベル測定室の２室を備える二酸化塩素ガス製造装置であってよく、電解室、液面レベル測定室、および、バブリング室の３室を備える二酸化塩素ガス製造装置であってよい。また、例えば、電解室、液面レベル測定室、バブリング室、および／または、その他の用途に用いる室の少なくとも１室をさらに追加し、４室以上としてもよい。それぞれの室には、電解液及びガス（電解液の上方の気体）が含まれており、各室に含まれる電解液の高さが実質的に等しくなるように、それぞれの液面の上方においてガス配管を通して相互に連結され、かつ、それぞれの液面の下方において電解液配管を通して相互に連結される。電解室、液面レベル測定室、および、バブリング室を含む３室以上を備える二酸化塩素ガス製造装置においては、それぞれの室の連結の態様は限定されず、各室に含まれる電解液の高さが実質的に等しくなるように、それぞれの液面の上方においてガス配管を通して相互に直接的または間接的に連結され、かつ、それぞれの液面の下方において電解液配管を通して相互に直接的または間接的に連結されていればよい。なお、それぞれの室において電解液の上方に存在するガス（気体）の種類は特に限定されず、二酸化塩素ガスと化学的に反応しないガス（気体）であることが好ましい。

本発明の二酸化塩素ガス製造装置における電解室は、亜塩素酸塩を含む溶液を電気分解できるものであれば特に限定されないが、陰極と陽極を備えた無隔膜の電解室であることが好ましい。なお、本明細書において、「無隔膜の電解室」とは、陰極側の電解液と陽極側の電解液とを隔膜で隔てない、一液型の電解室をいう。

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、塩素ガスの発生を良好にし、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。

なお、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、１Ａ／ｄｍ²以下が好ましく、０．８Ａ／ｄｍ²以下がさらに好ましく、０．６Ａ／ｄｍ²以下がさらに好ましい。

また、本発明の一実施形態においては、電解室の陰極と陽極とを用いて電解電流値を測定してもよい。ファラデーの電気分解の法則によれば、電解反応時の二酸化塩素の発生量と電解電流値は常に比例関係になる。すなわち、電解室における電解電流値をモニタリングすることによって、間接的に二酸化塩素の発生量を推定することができる。例えば、電解電流値が低下している場合、電気分解によって電解液中の亜塩素酸塩が消費され、電解液中の亜塩素酸塩濃度が低下することにより、二酸化塩素の発生量が低下していることが推定されるため、新しい電解液を供給することによって、二酸化塩素の発生量の改善を図ることができる。

本発明の二酸化塩素製造ガス装置において用いる電解液は、亜塩素酸塩を含むものであれば限定されないが、特に、亜塩素酸塩、塩化アルカリ、及び、ｐH調整剤を含むものが好適に用いられる。

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。電解液における亜塩素酸アルカリの割合は、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、電解液に必要な亜塩素酸アルカリが供給されない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、亜塩素酸アルカリ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％であり、さらに好ましい範囲は１重量％〜３重量％である。

本発明で使用され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（溶解度未満）であることがさらに好ましい。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、溶解度を超えると、電解液中に塩化アルカリが析出して悪影響を与える。そのため、電解液における塩化アルカリの割合は、２０重量％以下とすることが好ましい。

本発明で使用されるｐＨ調整剤としては、例えばクエン酸・フマル酸・ギ酸・乳酸・リン酸・リン酸二水素アルカリ塩（ナトリウム塩、カリウム塩など）・リン酸水素二アルカリ塩（ナトリウム塩、カリウム塩など）・酒石酸・酪酸などが挙げられる。これらは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。電解液におけるｐＨ調整剤の割合は、使用する酸（酸性物質、後述）の種類や溶解度、あるいは電解により精製する化合物の溶解度により当業者が適宜調節することができる。すなわち、使用する酸（酸性物質、後述）が電解で生じる水酸化アルカリをどのように中和するかを化学式より求め、求めた化学式により必要量を割り出し、それに見合う量の酸を使用することができる。例えば、酸がリン酸二水素カリウムの場合は、リン酸二水素カリウム１．５〜２．３重量％＋リン酸水素二カリウム０．６〜１．２重量％となり、酸がクエン酸の場合は、クエン酸２．０〜２．２重量％＋リン酸水素二カリウム６．５〜７．０重量％となる。

本発明に二酸化塩素ガス製造装置においては、電解液のｐＨを４．０〜９．０、好ましくはｐＨ５．０〜８．５、より好ましくはｐＨ５．８〜８．０に保った状態で電気分解を行うことにより、最も効率よく二酸化塩素ガスを発生させることができる。電解液のｐＨが４．０以下の状態（すなわち、酸性条件下）では、電気分解を行わない状態においても、亜塩素酸塩と酸との化学反応によって二酸化塩素が発生するため、電気分解による二酸化塩素の発生の制御が困難となる。また、電解液の電気分解によって二酸化塩素を発生させる場合には、亜塩素酸塩の電気分解による下記の（１）、および、塩化アルカリの電気分解によって起こる（２）〜（３）の化学反応によって二酸化塩素が発生する。
（１） ＣｌＯ_２ ⁻ → ＣｌＯ_２ ＋ ｅ⁻
（２） ２Ｃｌ⁻ → Ｃｌ_２ ＋ ２ｅ⁻
（３） ２ＣｌＯ_２ ⁻ ＋Ｃｌ_２ → ２ＣｌＯ_２ ＋ ２Ｃｌ⁻
上記の（２）〜（３）はｐＨが上がるにつれて反応効率が低下するため、電解液のｐＨが９．０以上の状態で電気分解を行うと、全体として二酸化塩素の発生効率が低下する。

本発明の二酸化塩素ガス製造装置において用いる電解液は、装置の使用前はｐＨ８．０以上（好ましくはｐＨ９．０以上）の状態で保存し、装置の使用直前に酸性物質を添加することによって、電解液のｐＨを４．０〜９．０とすることが好ましい。亜塩素酸塩を含む電解液をｐＨ８．０以上（好ましくはｐＨ９．０以上）の状態で保存することにより、電気分解を行わない状態において電解液中で亜塩素酸塩が酸と反応することを防ぐことができ、電解液中の亜塩素酸塩濃度が減少することを防ぐことができる。

本発明で使用される酸性物質としては、例えば塩酸・硫酸・亜硫酸・チオ硫酸・硝酸・亜硝酸・ヨウ素酸・リン酸・リン酸二水素アルカリ塩（ナトリウム塩、カリウム塩など）・亜リン酸・硫酸水素ナトリウム・硫酸水素カリウム・クロム酸などの無機酸や、蟻酸・酢酸・プロピオン酸・酪酸・乳酸・ピルビン酸・クエン酸・リンゴ酸・酒石酸・グルコン酸・グリコール酸・フマル酸・マロン酸・マレイン酸・シュウ酸・コハク酸・アクリル酸・クロトン酸・シュウ酸・グルタル酸などの有機酸が挙げられる。電解液の安定性の点から、無機酸を使用することが望ましく、リン酸塩を用いることがより好ましく、リン酸二水素カリウム塩を用いることが最も好ましい。これら酸性物質は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。本発明で使用される酸性物質は固形の酸性物質であっても水溶液状態の酸性物質であってもよいが、電解液中での溶け残りを回避するという観点からは、水溶液状態の酸性物質がより好ましい。

本発明の二酸化塩素ガス製造装置は、電解液の液面レベルを測定するための手段を有する、液面レベル測定装置を備える。本発明における「液面レベルを測定するための手段」は、当業者に公知のものを用いることができるが、例えば、相互に長さの異なる少なくとも２本以上の電極、及び、当該異なる電極間の電流を測定することにより、各電極が液面に対し露出しているか否かを確認するための装置を含む手段であってよい。ある電極が液面に対し露出すると、当該電極を通じて電流が流れなくなるため、液面レベルが当該電極より下回っていることを把握することができる。液面レベルの検出に用いる電極を、例えば、３本、４本、５本、またはそれ以上の本数に増加させることによって、多段階の液面レベルを検出することができ、液面レベルの精密な測定が可能となる。また、電解液の液面レベルを正確に検出することにより、電解室に備えられた陰極と陽極が電解液から露出している状態を防ぐことができる。
なお、本明細書において、「液面レベルを測定する」という言葉は、「液面レベルを検出する」という意味で用いられることがある。また、本明細書において、「液面レベル検出用電極」という用語は「液面レベル測定用電極」と呼ぶことがある。

本発明の二酸化塩素ガス製造装置は、バブリングガス供給装置を備える。バブリングガス供給装置は、電解液中に設けられるバブリングガス供給部に配管を通じて接続されており、バブリングガス供給部から電解液中へ空気または不活性化ガス（例えば、窒素、アルゴン等）を供給する。電解室における電気分解によって生成された二酸化塩素は、ただちに電解液中へ溶解するが、空気または不活性化ガスを当該電解液中へバブリングすることによって、容易に二酸化塩素ガスとして取り出すことができる。また、バブリングガス供給装置から供給されるバブリングガスの単位時間当たりの通気量（流速）を調節することにより、電解液中から二酸化塩素ガスとして取り出される二酸化塩素のガス量（ガス濃度）を調節することができる。例えば、二酸化塩素ガスの量を増加させたい場合には、バブリングガス供給装置から供給されるバブリングガスの流速を増加させ、二酸化塩素ガスの量を減少させたい場合には、バブリングガス供給装置から供給されるバブリングガスの流速を減少させることにより達成できる。

バブリングガス供給装置は、電解液中へ空気または不活性化ガスを供給できる機能を有するものであれば、当業者が任意に選択することができるが、例えばエアーポンプであってよい。

液面レベル測定室にバブリングガス供給部を設けると、バブリングによる液面の揺れおよび液面レベル検出用電極のチャタリングによって正確な液面レベルの検出が阻害されることから、バブリングガス供給部は液面レベル測定室以外に設けられることが好ましい。

本発明の二酸化塩素ガス製造装置は、電解室、液面レベル測定室の他に、電解液のバブリングを行うためのバブリング室を備えていてもよい。バブリング室は、電気分解のための陰極と陽極や、液面レベル検出のための電極を備えず、前記バブリング室中の電解液に対し前記バブリング室の外からガスをバブリングにより供給するためのバブリングガス供給部を電解液中に備えており、前記バブリングガス供給部は配管を通して、前記バブリング室の外に配置された前記バブリングガス供給装置に接続される。電解室、液面レベル測定室の他に、電解液のバブリングを行うためのバブリング室を備えることにより、電解室においては陰極および／または陽極に気泡が付着して電気分解が阻害されることを防ぎ、液面レベル測定室においてはバブリングによって生じ得る電解液の液面の揺れの影響および液面レベル検出用電極のチャタリングを回避し、液面レベルの正確な検出を行うことができる。

なお、本発明の装置にバブリング室を備える場合であっても、電解室の電解液中に、バブリングガス供給装置に接続されたバブリングガス供給部をさらに備えてよい。すなわち、バブリング室および電解室の両方に、バブリングガス供給装置に接続されたバブリングガス供給部を備えてよい。

本発明の一実施形態においては、各室を連結するガス配管および／または電解液配管の長さを調節することによって、各室の位置関係を自由に変更することができる。例えば、バブリング室とその他の室とを連結するガス配管および／または電解液配管を伸長させることによって、バブリング室におけるバブリングにともなう液面の揺れや電極の振動が他の室により伝わりにくくすることができる。

本発明の二酸化塩素ガス製造装置の電解室における陰極と陽極とは、スペーサー（電極固定治具と呼ぶこともある）により固定される。前記スペーサーは、陰極と陽極の短絡を防ぐために、陰極と陽極との間を所定の間隔に保つものであり、前記「所定の間隔」は、例えば１ｍｍ〜５０ｍｍ、好ましくは２ｍｍ〜１０ｍｍであってよい。スペーサーの素材は、二酸化塩素によって腐食せず、絶縁性の素材であれば、当業者が自由に選択することができ、例えば塩化ビニル、フッ素樹脂、アクリル等を用いることができる。また、前記スペーサーは電解槽と一体化して成型されていてもよい。

本発明の二酸化塩素ガス製造装置において、電解室にバブリングガス供給部を設ける場合には、前記バブリングガス供給部は、前記スペーサーよりも下方に配置され、前記スペーサーは、その下部において、バブリングされたガスが電解室の陰極および陽極に近づくことを阻害するように構成される。このように構成することにより、バブリングガス供給部から供給されたガスの気泡が陰極および陽極に付着し、電気分解を阻害することを防止することができる。また、スペーサーは、電解室中の電解液の流れを阻害しないように構成されることが好ましく、例えば、電解室において電解液が供給される部位から電解液が排出される部位の方向に対して、電解液の流れを阻害しないように構成することが好ましい。これにより、電解液の滞留を防止し、陰極や陽極近傍の電解液の流れを向上させることができる。

本発明の二酸化塩素ガス製造装置は、電解室に電解液を供給するための電解液供給タンクを備えていてもよい。電解液供給タンクは、電解液供給管を通じて電解室に接続される。一態様においては、給液ポンプを用いて、電解液供給タンクから電解室で電解液を供給する構成としてもよい。さらに、前記電解液供給管に積算流量計を設けることにより、電解液供給タンクから電解室へ供給された電解液の量を測定することもできる。

本発明の二酸化塩素ガス製造装置は、電気分解に用いた電解液を排出するための電解液排出タンクを備えていてもよい。電解液排出タンクは、電解液の液面より下方において電解液排出管を通じて、電解室、液面レベル測定室、および／または、バブリング室に接続される。一態様においては、排液ポンプを用いて、電解室、液面レベル測定室、および／または、バブリング室から電解液排出タンクへと電解液を排出する構成としてもよい。さらに、前記電解液排出管に積算流量計を設けることにより、電解液排出タンクへと排出された電解液の量を測定することもできる。

本発明の一実施形態においては、電気分解用の電極で測定した電解電流値、および／または、電解液供給管と電解液排出管とに設置した積算流量計によって測定した積算流量値を同時にモニタリングすることにより、電気分解の進行に伴う電解電流値の変動が最小限になるように、供給または排出する電解液の量を調節するシステムとすることができる。例えば、当該システムは、当該電解電流値が一定の範囲に収まるように、電解液を供給または排出する量を調節するプログラムを用いて、自動制御システムとすることができる。

また、本発明の一実施形態においては、装置外部にインジケータを設置し、当該インジケータに、電気分解用の電極で測定した電解電流値、および／または、電解液供給管と電解液排出管に設置した積算流量計によって測定した電解液の積算流量値を表示させることもできる。

本発明の二酸化塩素ガス製造装置は、装置において発生した二酸化塩素ガスを装置の外へと放出するための二酸化塩素ガス送風ファンを備えてもよい。二酸化塩素ガス送風ファンは、電解室および／または液面レベル測定室と、電解液の液面より上方において二酸化塩素ガス放出管を通じて接続される。二酸化塩素ガス送風ファンを備えることによって、装置内で発生した二酸化塩素ガスを効率よく装置外へと送り出すことができ、また、ファンの風量を調節することによって、装置外へと送り出す二酸化塩素ガスの量を調節することもできる。例えば、二酸化塩素ガスの発生量が比較的多い場合は、送風ファンの風量を強めることによって装置外の二酸化塩素ガスをより遠くへ拡散させ、二酸化塩素ガスの発生量が比較的少ない場合には、送風ファンの風量を弱めることによって装置外の二酸化塩素ガスが必要以上に拡散されることを防ぐことにより、装置外の二酸化塩素ガス濃度が一定の範囲内に収まるように調節することができる。

本発明の二酸化塩素ガス製造装置は、電解室等から装置内の空間へ漏れ出た二酸化塩素ガスを効率的に吸着・補足するための活性炭フィルター、および、当該装置内の空間へ漏れ出た二酸化塩素ガスを装置外へと放出するための空気循環ファンを備えてもよい。空気循環ファンは本発明の二酸化塩素ガス製造装置の外枠に設置され、活性炭フィルターは、当該空気循環ファンとともに設置される。例えば、当該活性炭フィルターを通した空気が空気循環ファンを通じて装置外部へと排出されるように構成することが好ましい。

本明細書において用いられる用語は、特定の実施態様を説明するために用いられるのであり、発明を限定する意図ではない。

また、本明細書において用いられる「含む」との用語は、文脈上明らかに異なる理解をすべき場合を除き、記載された事項（部材、ステップ、要素または数字等）が存在することを意図するものであり、それ以外の事項（部材、ステップ、要素または数字等）が存在することを排除しない。

異なる定義が無い限り、ここに用いられるすべての用語（技術用語および科学用語を含む。）は、本発明が属する技術の当業者によって広く理解されるのと同じ意味を有する。ここに用いられる用語は、異なる定義が明示されていない限り、本明細書および関連技術分野における意味と整合的な意味を有するものとして解釈されるべきであり、理想化され、または、過度に形式的な意味において解釈されるべきではない。

本発明の実施態様は模式図を参照しつつ説明される場合があるが、模式図である場合、説明を明確にするために、誇張されて表現されている場合がある。

本明細書において、例えば、「１〜１０ｗ／ｗ％」と表現されている場合、当業者は、当該表現が、１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０ｗ／ｗ％を個別具体的に指すことを理解する。

本明細書において、成分含有量や数値範囲を示すのに用いられるあらゆる数値は、特に明示がない限り、用語「約」の意味を包含するものとして解釈される。例えば、「１０倍」とは、特に明示がない限り、「約１０倍」を意味するものと理解される。

本明細書中に引用される文献は、それらのすべての開示が、本明細書中に援用されているとみなされるべきであって、当業者は、本明細書の文脈に従って、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、それらの先行技術文献における関連する開示内容を、本明細書の一部として援用して理解する。

以下において、本発明を、実施例を参照してより詳細に説明する。しかしながら、本発明はいろいろな態様により具現化することができ、ここに記載される実施例に限定されるものとして解釈されてはならない。

製造例１：二酸化塩素ガス製造装置
図１は、本発明の一実施形態である、二酸化塩素ガス製造装置の内部構造の模式図である。図１に示すとおり、二酸化塩素ガス製造装置は、電解室２および液面レベル測定室３を含む、電解室部１を備え、電解室２および液面レベル測定室３は、電解室部１内の電解液の液面の上方において、ガス配管６を通じて連結されており、電解液の液面の下方において、電解液配管１０によって連結されている。電解室２は電気分解用の陽極１８および陰極１９を備え、液面レベル測定室３は液面レベル検出用の電極２０を備える。電気分解用の陽極１８および陰極１９は、スペーサー１１によって固定される。電解室２はさらに、電解室中の電解液に対し、電解室の外からガスをバブリングにより供給するためのバブリングガス供給部５を電解液中に備えており、バブリングガス供給部５は、配管を通して、電解室２の外に配置されたバブリングガス供給装置４に接続される。電気分解によって電解液中に発生した二酸化塩素は、バブリングによって電解液中から空気中に取り出され、ガス配管６を通して、送風ファン２１から装置の外へ放出される。電解液は電解液供給タンク１２から電解液供給管７を通して電解室部１へ供給され、電解液排出管７’を通して電解液排出タンク１３へ排出される。電解液供給管７は、電解液供給タンク１２中の電解液を電解室部１へと供給するための給液ポンプ１４、および、電解室部１へ供給された電解液の量を測定するための積算流量計１６を備える。電解液排出管７’は、電解室部１の電解液を電解液排出タンク１３へと排出するための排液ポンプ１５、および、電解液排出タンク１３へと排出された電解液の量を測定するための積算流量計１６を備える。電気分解用の陽極１８および陰極１９で測定した電解電流値、および／または、積算流量計１６で測定した値を、装置外枠２２に設置されたインジケータ１７へ表示する。さらに、電解室部１の外側へ漏れだした微量の二酸化塩素ガスは、装置外枠２２へ設置された空気循環ファン８によって装置外部へ排出される。その際、二酸化塩素ガスは活性炭フィルター９によって吸着される。

製造例２：二室式の二酸化塩素ガス製造装置
図２は、本発明の一実施形態である、二室式の二酸化塩素ガス製造装置の電解室部１の模式図である。二室式の二酸化塩素ガス製造装置においては、電解室２および液面レベル測定室３を電解室部１に含み、バブリングガス供給部５は電気分解用の陽極１８および陰極１９の下方に設置される。さらに、スペーサー１１は、バブリングされたガスが陽極１８および陰極１９に近づくことを阻害するように構成される。

製造例３：一体型三室式の二酸化塩素ガス製造装置
図３は、本発明の一実施形態である、三室式の二酸化塩素ガス製造装置の電解室部１の模式図である。三室式の二酸化塩素ガス製造装置においては、電解室２、液面レベル測定室３、および、バブリング室２３を電解室部１に含む。バブリングガス供給部５は電気分解用の陽極１８および陰極１９の下方、および、バブリング室２３に設置される。

製造例４：隔離型三室式の二酸化塩素ガス製造装置
図４は、本発明の一実施形態である、バブリング室２３が電解室部１から隔離されるタイプの二酸化塩素ガス製造装置の電解室部１およびバブリング室２３の模式図である。バブリング室２３は電解室部１から隔離された位置に設けられるが、ガス配管６および電解液配管１０によって、電解室２および／または液面レベル測定室３に連結する。その他の構成は、製造例３と同様である。

製造例５：スペーサー
図５〜７は、本発明において用いられるスペーサー１１の一実施形態を示した図である。スペーサー１１は、電気分解用の陽極１８および陰極１９を把持することにより固定する。さらに、スペーサー１１は、電解室中において、電解液が供給される部位から電解液が排出される部位の方向へ、電解液の流れを阻害しないように構成され（図６）、さらに、バブリングされたガスが電解室の陰極および陽極に近づくことを阻害するように構成される（図７）。

（実施例（二酸化塩素発生の実験））
図２をもとに製作した二酸化塩素ガス製造装置により、二酸化塩素発生の実験を行った。

電解液が入ったＰＶＣ製円筒形の電解室（２）には、陽極（１８）であるＰｔ／Ｉｒ焼成酸化物チタン電極（１５ｍｍ×５０ｍｍ）と、陰極（１９）であるチタン極（１５ｍｍ×５０ｍｍ）が設けてあり、スペーサー（１１）が設けてある。また、液面レベル測定室（３）には、液面レベル検出用電極（２０）が設けてある。

また、補充電解液を電解室（２）の中に供給するための供給管（７）と、液面レベル測定室（３）から廃液を排出するための電解液排出管（７´）がそれぞれ設けてあり、発生した二酸化塩素ガス（溶存ガス）を曝気すべく、曝気用ガス（空気や不活性ガス）を電解液に送り込むためのバブリングガス供給部（５）が電解室（２）に設けてある。

電解液には、塩化カリウム（塩化アルカリ）と、亜塩素酸ナトリウム（亜塩素酸アルカリ）と、リン酸水素二カリウム（Ｋ₂ＨＰＯ₄）（ｐＨ調整剤）と、リン酸二水素カリウム（ＫＨ₂ＰＯ₄）（酸性物質）が配合されている。

電気分解中における電解液の供給は連続的あるいは間欠的に行われ、廃液の排出は次のようにして行われた。すなわち、液面が液面レベル検出用電極（２０）の短い方の先端の位置に達すると通電状態となり、電解液排出管（７´）から電解液（廃液）が排出される。液面が下がり液面レベル検出用電極（２０）の長い方の先端の位置に達したときは、液面レベル検出用電極（２０）の長い方が電気的に不通となり、これとともに電解液排出管（７´）からの廃液の排出が停止する。これにより液面が上昇し、液面が液面レベル検出用電極（２０）の短い方の先端の位置に達すると再び液面レベル検出用電極（２０）の短い方は通電状態となり、廃液の排出が再開する。電気分解中はこのような電解液の供給・排出が行われた。

上記の装置を用いて、電流３０ｍＡ、電流密度０．４Ａ／ｄｍ²で電気分解を行い、二酸化塩素ガスを取り出す（脱気・収集する）ために、空気により、２５℃、５００ｍＬ／ｍiｎにて電解液を曝気した。

このようにして二酸化塩素ガスの製造を４０時間行った結果、安定的に二酸化塩素ガスが発生し、発生した二酸化塩素ガス濃度は６４０ｐｐｍ、１時間当たりの発生量は、５３ｍｇ/ｈ、発生効率は７０．２％となった。

（比較例）
上記の実施例において、液面レベル測定室を設けず、液面レベル検出用電極を電解室内に入れた装置で同様の実験を行ったところ、およそ１日で、バブリングの泡によるチャタリングが発生したことにより、液面レベル検出用電極に連動する液面リレーが動作しなくなり、ガス配管（発生したガスの排出管）から電解液が溢流し、発生効率を測定することができなかった。

すなわち、本発明は、二酸化塩素発生装置において、電解室と液面レベル測定室とを分けて設置し、電気分解によって発生した溶存二酸化塩素ガスを電解液から取り出すための曝気を液面レベル測定室以外で実施することによって、電解液の液量を適切にコントロールしつつ、継続的に二酸化塩素ガスを発生させ続けることを可能にした。

バブリングによって二酸化塩素ガスを回収するタイプのこれまでの二酸化塩素発生装置においては、電気分解用の電極や液面レベル検出用の電極に気泡が付着することによって、電解効率が低下し、液面レベルが正確にモニタリングできない等の問題があったが、本発明によってこれらの問題が解消された。

１ 電解室部
２ 電解室
３ 液面レベル測定室
４ バブリングガス供給装置
５ バブリングガス供給部
６ ガス配管
７ 電解液供給管
７’電解液排出管
８ 空気循環ファン
９ 活性炭フィルター
１０ 電解液配管
１１ スペーサー
１２ 電解液供給タンク
１３ 電解液排出タンク
１４ 給液ポンプ
１５ 排液ポンプ
１６ 積算流量計
１７ インジケータ
１８ 陽極
１９ 陰極
２０ 液面レベル検出用電極
２１ 二酸化塩素ガス送風ファン
２２ 装置外枠
２３ バブリング室

Claims (18)

1. 二酸化塩素ガス製造装置であって、
   前記装置は、電解室、液面レベル測定室、および、バブリングガス供給装置を備え、
   前記電解室と前記液面レベル測定室には、それぞれ電解液およびガスが含まれており、ここで、電解液は、亜塩素酸塩水溶液を含み、
   前記電解室と前記液面レベル測定室は、各室に含まれる電解液の高さが実質的に等しくなるように、それぞれの液面の上方においてガス配管を通して相互に連結され、かつ、それぞれの液面の下方において電解液配管を通して相互に連結されており、
   前記電解室は、陰極と陽極とを備え、ここで、前記陰極と陽極は、スペーサーに固定されており、
   前記電解室は、前記電解室中の電解液に対し前記電解室の外からガスをバブリングにより供給するためのバブリングガス供給部を電解液中に備えており、ここで、前記バブリングガス供給部は配管を通して、前記電解室の外に配置された前記バブリングガス供給装置に接続されており、
   前記液面レベル測定室は、液面レベルを測定するための手段を有している、
   ことを特徴とする、
   二酸化塩素ガス製造装置。
2. 請求項１に記載の二酸化塩素ガス製造装置であって、
   前記バブリングガス供給部は、前記スペーサーよりも下方に配置され、
   前記スペーサーは、その下部において、バブリングされたガスが前記陰極および前記陽極に近づくことを阻害するように構成されていることを特徴とする、
   二酸化塩素ガス製造装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の二酸化塩素ガス製造装置であって、
   前記スペーサーは、前記陰極と前記陽極との間を所定の間隔に保つことを特徴とする、
   二酸化塩素ガス製造装置。
4. 請求項３に記載の二酸化塩素ガス製造装置であって、
   前記所定の間隔が、１ｍｍ〜５０ｍｍであることを特徴とする、
   二酸化塩素ガス製造装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の二酸化塩素ガス製造装置であって、
   前記液面レベルを測定するための手段は、相互に長さの異なる少なくとも２本以上の電極、および、当該異なる電極間の電流を測定することにより、各電極が液面に対し露出しているか否かを確認するための装置を含むことを特徴とする、
   二酸化塩素ガス製造装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の二酸化塩素ガス製造装置であって、
   前記製造装置は、さらに、電解液供給タンクを備え、
   前記電解室は、電解液供給管を通じて、前記電解液供給タンクに接続されていることを特徴とする、
   二酸化塩素ガス製造装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の二酸化塩素ガス製造装置であって、
   前記製造装置は、さらに、電解液排出タンクを備え、
   前記電解室および／または液面レベル測定室は、液面より下方において電解液排出管を通じて、前記電解液排出タンクに接続されていることを特徴とする、
   二酸化塩素ガス製造装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の二酸化塩素ガス製造装置であって、
   前記製造装置は、さらに、二酸化塩素ガス送風ファンを備え、
   前記電解室および／または液面レベル測定室は、液面より上方において二酸化塩素ガス放出管を通じて、前記二酸化塩素ガス送風ファンに接続されていることを特徴とする、
   二酸化塩素ガス製造装置。
9. 二酸化塩素ガス製造装置であって、
   前記装置は、電解室、液面レベル測定室、バブリング室、および、バブリングガス供給装置を備え、
   前記電解室、前記液面レベル測定室、および、前記バブリング室には、それぞれ電解液およびガスが含まれており、ここで、電解液は、亜塩素酸塩水溶液を含み、
   前記電解室、前記液面レベル測定室、および、前記バブリング室は、各室に含まれる電解液の高さが実質的に等しくなるように、それぞれの液面の上方においてガス配管を通して相互に直接的または間接的に連結され、かつ、それぞれの液面の下方において電解液配管を通して相互に直接的または間接的に連結されており、
   前記電解室は、陰極と陽極とを備え、ここで、前記陰極と陽極は、スペーサーに固定されており、
   前記バブリング室は、前記バブリング室中の電解液に対し前記バブリング室の外からガスをバブリングにより供給するためのバブリングガス供給部を電解液中に備えており、ここで、前記バブリングガス供給部は配管を通して、前記バブリング室の外に配置された前記バブリングガス供給装置に接続されており、
   前記液面レベル測定室は、液面レベルを測定するための手段を有している、
   ことを特徴とする、
   二酸化塩素ガス製造装置。
10. 請求項９に記載の二酸化塩素ガス製造装置であって、
    前記スペーサーは、前記陰極と前記陽極との間を所定の間隔に保つことを特徴とする、
    二酸化塩素ガス製造装置。
11. 請求項１０に記載の二酸化塩素ガス製造装置であって、
    前記所定の間隔が、１ｍｍ〜５０ｍｍであることを特徴とする、
    二酸化塩素ガス製造装置。
12. 請求項９〜１１のいずれか１項に記載の二酸化塩素ガス製造装置であって、
    前記液面レベルを測定するための手段は、相互に長さの異なる少なくとも２本以上の電極、および、当該異なる電極間の電流を測定することにより、各電極が液面に対し露出しているか否かを確認するための装置を含むことを特徴とする、
    二酸化塩素ガス製造装置。
13. 請求項９〜１２のいずれか１項に記載の二酸化塩素ガス製造装置であって、
    前記製造装置は、さらに、電解液供給タンクを備え、
    前記電解室は、電解液供給管を通じて、前記電解液供給タンクに接続されていることを特徴とする、
    二酸化塩素ガス製造装置。
14. 請求項９〜１３のいずれか１項に記載の二酸化塩素ガス製造装置であって、
    前記製造装置は、さらに、電解液排出タンクを備え、
    前記電解室、液面レベル測定室、および、前記バブリング室の少なくともいずれか１つは、液面より下方において電解液排出管を通じて、前記電解液排出タンクに接続されていることを特徴とする、
    二酸化塩素ガス製造装置。
15. 請求項９〜１４のいずれか１項に記載の二酸化塩素ガス製造装置であって、
    前記製造装置は、さらに、二酸化塩素ガス送風ファンを備え、
    前記電解室、液面レベル測定室、および、前記バブリング室の少なくともいずれか１つは、液面より上方において二酸化塩素ガス放出管を通じて、前記二酸化塩素ガス送風ファンに接続されていることを特徴とする、
    二酸化塩素ガス製造装置。
16. 請求項９〜１５のいずれか１項に記載の二酸化塩素ガス製造装置であって、
    さらに、前記電解室が、前記電解室中の電解液に対し前記電解室の外からガスをバブリングにより供給するためのバブリングガス供給部を電解液中に備えており、ここで、前記バブリングガス供給部は配管を通して、前記電解室の外に配置された前記バブリングガス供給装置に接続されている、
    ことを特徴とする、
    二酸化塩素ガス製造装置。
17. 請求項１６に記載の二酸化塩素ガス製造装置であって、
    前記電解室に備えられた前記バブリングガス供給部は、前記スペーサーよりも下方に配置され、
    前記スペーサーは、その下部において、前記電解室に備えられた前記バブリングガス供給部からバブリングされたガスが前記陰極および前記陽極に近づくことを阻害するように構成されていることを特徴とする、
    二酸化塩素ガス製造装置。
18. 請求項１〜１７のいずれか１項に記載の二酸化塩素ガス製造装置であって、
    前記陰極と前記陽極との間に隔膜が存在しないことを特徴とする、
    二酸化塩素ガス製造装置。