JPWO2016043109A1 - Electrolyzer and electrode - Google Patents
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Abstract
実施形態によれば、電解装置10の電解槽は第1電極、隔膜、第2電極を備えている。第1電極14は、隔膜に対向する第1表面17aと、第1表面の反対側に位置する第2表面17bと、第1表面に第1パターンで形成された第1凹み42と、それぞれ第2表面および第1凹みに開口した複数の貫通孔と、を有している。According to the embodiment, the electrolytic cell of the electrolysis apparatus 10 includes a first electrode, a diaphragm, and a second electrode. The first electrode 14 includes a first surface 17a facing the diaphragm, a second surface 17b located on the opposite side of the first surface, a first recess 42 formed in a first pattern on the first surface, respectively. And a plurality of through-holes opened in the first surface and the first recess.
Description
本発明の実施形態は、電解装置および電解装置に用いる電極に関する。 Embodiments described herein relate generally to an electrolysis apparatus and an electrode used in the electrolysis apparatus.
電解装置として、アルカリイオン水、オゾン水または次亜塩素酸水などを生成する電解水生成装置が知られている。この電解水生成装置として、3室型の電解槽(電解セル)を有する装置が提案されている。3室型の電解槽は、その内部が、隔膜によって陽極室、中間室および陰極室と3室に区切られている。このような電解装置では、例えば、中間室に塩水を流し、左右の陰極室および陽極室に水を流して、中間室の塩水を陰極および陽極で電解することで、陽極室で発生した塩素ガスから次亜塩素酸水を生成するとともに、陰極室で水酸化ナトリウム水を生成する。生成した次亜塩素酸水は殺菌消毒水として、水酸化ナトリウム水は洗浄水として活用される。 As an electrolyzer, an electrolyzed water generator that generates alkaline ionized water, ozone water, hypochlorous acid water, or the like is known. As this electrolyzed water generating apparatus, an apparatus having a three-chamber type electrolytic cell (electrolytic cell) has been proposed. The interior of the three-chamber type electrolytic cell is divided into three chambers, an anode chamber, an intermediate chamber, and a cathode chamber, by a diaphragm. In such an electrolysis device, for example, chlorine gas generated in the anode chamber is obtained by flowing salt water in the intermediate chamber, flowing water in the left and right cathode chambers and the anode chamber, and electrolyzing the salt water in the intermediate chamber with the cathode and the anode. From this, hypochlorous acid water is generated and sodium hydroxide water is generated in the cathode chamber. The produced hypochlorous acid water is used as sterilizing / disinfecting water, and sodium hydroxide water is used as washing water.
しかしながら、このような3室型の電解槽では、陽極周囲の反応が塩素イオン⇒塩素ガス⇒次亜塩素酸と複雑であり、かつ、この反応系が良好に行われないと競合する酸素ガスが生成され、次亜塩素酸の生成効率が低下する。また、発生する塩素ガスや次亜塩素酸は強力な酸化剤であるため、これらにより隔膜の劣化を招くおそれがある。
本発明が解決しようとする課題は、隔膜の劣化を抑制し、長寿命で高効率の電解装置および電解装置に用いる電極を提供することにある。However, in such a three-chamber type electrolytic cell, the reaction around the anode is complicated as chlorine ion⇒chlorine gas⇒hypochlorous acid, and if this reaction system is not performed well, competing oxygen gas It produces | generates and the production | generation efficiency of hypochlorous acid falls. In addition, since the generated chlorine gas and hypochlorous acid are strong oxidizing agents, there is a risk of causing deterioration of the diaphragm.
The problem to be solved by the present invention is to provide a long-life and high-efficiency electrolysis apparatus and an electrode used for the electrolysis apparatus, which suppress the deterioration of the diaphragm.
実施形態によれば、電解装置は、第1電極と、この第1電極に対向する第2電極と、前記第1電極と第2電極との間に配置された少なくとも1つの隔膜と、を有する電解槽を備えている。第1電極は、隔膜に対向する第1表面と、第1表面の反対側に位置する第2表面と、第1表面に第1パターンで形成された第1凹みと、それぞれ第2表面および第1凹みに開口した複数の貫通孔と、を有している。 According to the embodiment, the electrolysis device includes a first electrode, a second electrode facing the first electrode, and at least one diaphragm disposed between the first electrode and the second electrode. It has an electrolytic cell. The first electrode includes a first surface facing the diaphragm, a second surface located on the opposite side of the first surface, a first recess formed in a first pattern on the first surface, and a second surface and a first surface, respectively. And a plurality of through holes opened in one recess.
以下に、図面を参照しながら、種々の実施形態について説明する。なお、実施形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。 Various embodiments will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol shall be attached | subjected to a common structure through embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted. In addition, each drawing is a schematic diagram for promoting the embodiment and its understanding, and its shape, dimensions, ratio, etc. are different from the actual device, but these are considered in consideration of the following description and known techniques. The design can be changed as appropriate.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る電解装置を概略的に示す図である。本実施形態において、電解装置10は、電解水生成装置として構成されている。図1に示すように、電解装置10は、いわゆる3室型の電解槽11を備えている。電解槽11は、偏平な矩形箱状に形成され、その内部は、第1隔膜としての陰イオン交換膜16および第2隔膜としての陽イオン交換膜18により、中間室15aと、中間室15aの両側に位置する陽極室15bおよび陰極室15cとに仕切られている。陽極室15b内に第1電極(陽極)14が設けられ、陰イオン交換膜16に対向している。陰極室15c内に第2電極(陰極)20が設けられ、陽イオン交換膜18に対向している。(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram schematically showing an electrolysis apparatus according to the first embodiment. In the present embodiment, the
電解装置10は、電解槽11の中間室15aに電解液、例えば、飽和食塩水を供給する電解液供給部19と、陽極室15bおよび陰極室15cに被電解水、例えば、水を供給する水供給部21と、第1電極14および第2電極20に正電圧および負電圧をそれぞれ印加する電源23と、を備えている。
The
電解液供給部19は、飽和食塩水を生成する塩水タンク25と、塩水タンク25から中間室15aの下部に飽和食塩水を導く供給配管19aと、供給配管19a中に設けられた送液ポンプ29と、中間室15a内を流れた電解液を中間室15aの上部から塩水タンク25に送る排水配管19bと、を備えている。
The electrolyte supply unit 19 includes a
水供給部21は、水を供給する図示しない給水源と、給水源から陽極室15bおよび陰極室15cの下部に水を導く給水配管21aと、陽極室15bを流れた水を陽極室15bの上部から排出する第1排水配管21bと、陰極室15cを流れた水を陰極室15cの上部から排出する第2排水配管21cと、第2排水配管21c中に設けられた気液分離器27と、を備えている。
The
上記のように構成された電解装置10により、実際に食塩水を電解して酸性水(次亜塩素酸水および塩酸)とアルカリ性水(水酸化ナトリウム)を生成する動作について説明する。
A description will be given of an operation of generating acidic water (hypochlorous acid water and hydrochloric acid) and alkaline water (sodium hydroxide) by actually electrolyzing a saline solution by the
図1に示すように、送液ポンプ29を作動させ、電解槽11の中間室15aに飽和食塩水を供給するとともに、陽極室15bおよび陰極室15cに水を給水する。同時に、電源23から正電圧および負電圧を第1電極14および第2電極20にそれぞれ印加する。中間室15aへ流入した塩水中において電離しているナトリウムイオンは、第2電極20に引き寄せられ、陽イオン交換膜18を通過して、陰極室15cへ流入する。そして、陰極室15cにおいて、第2電極20で水が電気分解されて水素ガスと水酸化ナトリウム水溶液を得る。このようにして生成された水酸化ナトリウム水溶液および水素ガスは、陰極室15cから第2排水配管21cに流出し、気液分離器27により、水酸化ナトリウム水溶液と水素ガスとに分離される。分離された水酸化ナトリウム水溶液(アルカリ性水)は、第2排水配管21cを通って排出される。
As shown in FIG. 1, the
また、中間室15a内の塩水中において電離している塩素イオンは、第1電極14に引き寄せられ、陰イオン交換膜16を通過して、陽極室15bへ流入する。そして、第1電極14にて塩素イオンが陽極に電子を与えて塩素ガスが発生する。その後、塩素ガスは陽極室15b内で水と反応して次亜塩素酸と塩酸を生じる。このようにして生成された酸性水(次亜塩素酸水および塩酸)は、陽極室15bから第1排水配管21bを通って排出される。
Moreover, the chlorine ion ionized in the salt water in the
次に、電解槽11の構成をより詳細に説明する。図2は電解槽の分解斜視図、図3は電解槽の断面図である。
図2および図3に示すように、電解槽11は、隔壁として機能する矩形枠状の中間フレーム22と、中間フレーム22とほぼ等しい外径寸法を有し中間フレームの一側面を覆う矩形板状の陽極カバー(第1カバー部材)24と、中間フレーム22とほぼ等しい外径寸法を有し中間フレームの他側面を覆う矩形板状の陰極カバー(第2カバー部材)26と、を有している。Next, the configuration of the
As shown in FIGS. 2 and 3, the
中間フレーム22と陽極カバー24との間に、中間室15aと陽極室15bを隔てる第1隔膜として陰イオン交換膜16が配置され、陽極室15bには陰イオン交換膜16に近接して第1電極(陽極)14が配置されている。中間フレーム22と陰極カバー26との間に、中間室15aと陰極室15cを隔てる第2隔膜として陽イオン交換膜18が配置され、陰極室15cには陽イオン交換膜18に近接して第2電極(陰極)20が配置されている。
An
中間フレーム22の下端に、中間室15aに連通する第1流入口34が形成され、上端に中間室15aに連通する第1流出口36が設けられている。これら第1流入口34および第1流出口36に供給配管19aおよび排水配管19bがそれぞれ接続される。
A
図2ないし図4に示すように、陽極カバー24の内面に複数の直線状のリブ33が突設され、例えば、鉛直方向(第2方向Y)に延びている。これらのリブ33は、互いに平行に、かつ、所定の間隔を置いて、設けられている。これらリブ33間に、それぞれ鉛直方向に延びる流通溝32aが形成されている。また、陽極カバー24の内面には、流通溝32aの端同士を連通する上下一対の横溝が形成されている。これら流通溝32aおよび横溝と、陰イオン交換膜16とにより陽極室15bが規定されている。また、流通溝32aおよび横溝は、水を流す流路を形成している。
As shown in FIGS. 2 to 4, a plurality of
陽極カバー24の下部に流通溝32aの下端に連通する第2流入口37が形成され、陽極カバー24の上部に流通溝32aの上端に連通する第2流出口38が設けられている。これら第2流入口37および第2流出口38に給水配管21aおよび第1排水配管21bがそれぞれ接続される。
A
陰極カバー26の内面にそれぞれ鉛直方向(第2方向Y)に延びる複数のリブ35、複数の流通溝32b、および横溝が形成されている。これら流通溝32bおよび横溝と、陽イオン交換膜18とにより陰極室15cが規定されている。また、流通溝32bおよび横溝は、水を流す流路を形成している。
On the inner surface of the
陰極カバー26の下部に流通溝32bの下端に連通する第3流入口39が形成され、上部に流通溝32bの上端に連通する第3流出口41が設けられている。これら第3流入口39および第3流出口41に給水配管21aおよび第2排水配管21cがそれぞれ接続される。
A
図2および図3に示すように、各構成部材間、すなわち、陽極カバー24の周縁部と第1電極14の周縁部との間、第1電極14および陰イオン交換膜16の周縁部と中間フレーム22との間、中間フレーム22と第2電極20および陽イオン交換膜18の周縁部との間、および、第2電極20の周縁部と陰極カバー26の周縁部との間に、水漏れを防止するための枠状のシール材40がそれぞれ配置されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, between the constituent members, that is, between the peripheral edge of the
各構成部材の周縁部を貫通して複数の固定ボルト50が挿通され、例えば、陽極カバー24側から挿通され、その先端部が陰極カバー26から突出している。各固定ボルト50の先端部にナット52がねじ込まれている。締結部材としての固定ボルト50およびナット52により、各構成部材の周縁部同士が互いに締結され、中間室15a、陽極室15b、陰極室15cの水密性を保持している。
A plurality of fixing
図2および図3に示すように、陰イオン交換膜16および陽イオン交換膜18は、それぞれ中間フレーム22とほぼ等しい外径を有し、膜厚が約100〜200μm程度の薄い矩形平板状に形成されている。陰イオン交換膜16および陽イオン交換膜18は、特定のイオンのみを通過させる特性を有している。陰イオン交換膜16および陽イオン交換膜18の周縁部には、それぞれ固定ボルト50を挿通する複数の貫通孔が形成されている。
2 and 3, each of the
陰イオン交換膜16は、中間フレーム22の片面側に対向して配置され、その周縁部は、シール材40を介して、中間フレーム22に密着している。同様に、陽イオン交換膜18は、中間フレーム22の他面側に対向して配置され、その周縁部は、シール材40を介して、中間フレーム22に密着している。なお、第1隔膜および第2隔膜は、イオン交換膜に限らず、透水性を有する多孔質膜を用いてもよい。
The
第1電極14および第2電極20は、厚さ1mm程度の金属製の平板で形成され、中間フレーム22の外径とほぼ同一の外径を有する矩形状に形成されている。第1電極14および第2電極20の中央部(有効領域)には液体を通過させるための微細な貫通孔が形成され、周縁部には固定ボルト50を挿通するための複数の貫通孔が形成されている。第1電極14は、その一側縁から突出する接続端子14bを有している。同様に、第2電極20は、その一側縁から突出する接続端子20bを有している。
The
第1電極14は、陰イオン交換膜16に対向して配置され、陰イオン交換膜16に密着している。第2電極20は、陽イオン交換膜18に対向して配置され、陽イオン交換膜18に密着している。
The
次に、電極を代表して第1電極(陽極)14の構成をより詳細に説明する。
図4は、第1電極および陽極カバーを拡大して示す斜視図、図5は、第1電極の第1表面側を示す斜視図、図6は、第1電極の第2表面側を示す斜視図、図7は、第1電極の一部を拡大して示す斜視図、図8は、第1電極を第1表面側から見た第1電極の平面図、図9は、図8の線A−Aに沿った第1電極および陰イオン交換膜の断面図、図10は、図8の線B−Bに沿った第1電極および陰イオン交換膜の断面図である。Next, the configuration of the first electrode (anode) 14 will be described in more detail on behalf of the electrode.
4 is an enlarged perspective view showing the first electrode and the anode cover, FIG. 5 is a perspective view showing the first surface side of the first electrode, and FIG. 6 is a perspective view showing the second surface side of the first electrode. 7 is an enlarged perspective view of a part of the first electrode, FIG. 8 is a plan view of the first electrode when the first electrode is viewed from the first surface side, and FIG. 9 is a line of FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view of the first electrode and the anion exchange membrane along AA, and FIG. 10 is a cross-sectional view of the first electrode and the anion exchange membrane along line BB in FIG.
図4ないし図7に示すように、第1電極14は、例えば、矩形状の金属板からなる基材17に多数の凹部および貫通孔を形成した多孔構造およびメッシュ構造を有している。基材17は、第1表面17aおよび、第1表面17aとほぼ平行に対向する第2表面17bを有している。第1表面17aと第2表面17bとの間隔、すなわち、板厚Tは例えば0.8mmに形成されている。第1表面17aは第1隔膜16に対向し、第2表面17bは陽極カバー24に対向する。基材17としては、チタンなどの金属を用いることができる。
As shown in FIGS. 4 to 7, the
基材17の第1表面17aには、第1パターンを有する第1凹みR1が全面に亘って形成され、また、基材17の第2表面17bには、第1パターンと異なる第2パターンを有する第2凹みR2が全面に亘って形成されている。
The
本実施形態において、第1パターンの第1凹みR1は、基材17の第1表面17aに形成された複数の細い線状の第1凹部42を有し、これら第1凹部42はそれぞれ第1表面17aに開口している。第2パターンの第2凹みR2は、基材17の第2表面17bに形成された複数の太いあるいは粗い線状の第2凹部44を有し、これらの第2凹部44はそれぞれ第2表面17bに開口している。これら第1凹部42および第2凹部44は、基材17の周縁部を除いて、矩形状の有効領域全体に形成されている。そして、1つの第2凹部44に複数の第1凹部42が連通し、それぞれ貫通孔46を構成している。第1電極14の全表面は、イリジウム酸化物触媒で被覆されている。イリジウム酸化物触媒は、競合する酸素ガス生成よりも塩素ガス生成に対する過電圧が低く、陽極周囲にある程度の塩素イオンがあれば選択的に塩素ガスを生成する。
In the present embodiment, the first pattern first recess R1 includes a plurality of thin linear
図4ないし図10に示すように、本実施形態において、複数の第1凹部42は、細長い直線状に形成され、第1方向X、例えば、水平方向、に延びている。複数の第1凹部42は、互いに平行に並んで設けられている。各第1凹部42は、後述する第2凹部44の開口幅W3よりも長く形成されている。本実施形態において、第1凹部42は、第1表面17aの有効領域(第1表面の周縁部を除く矩形状の中央領域)の一端から他端まで連続して延びている。各第1凹部42の開口幅W1は例えば0.4mm、第1凹部42の配列方向YのピッチP1は0.5mm、第1凹部42の深さD1は、基材17の板厚Tの半分より浅く、例えば、0.1〜0.2mmに形成されている。本実施形態において、各第1凹部42は、底部側から第1表面17aに向かって幅が広くなるように形成され、すなわち、ほぼ台形の断面形状を有している。第1凹部42を規定している両側面は、第1表面17aに対して傾斜して延びている。これにより、一部の第1凹部42は、0.2mmの貫通幅W2で複数の第2凹部44に連通している。
As shown in FIGS. 4 to 10, in the present embodiment, the plurality of
本実施形態において、第2表面17b側に形成された複数の第2凹部44は、細長い直線状に形成され、第1方向Xと交差する方向、例えば、第1方向Xと直交する第2方向Yに延びている。複数の第2凹部44は、互いに平行に並んで設けられている。各第2凹部44は、第2表面17bの有効領域(第2表面の周縁部を除く矩形状の中央領域)の一端から他端まで連続して延びている。各第2凹部44の開口幅W3は、第1凹部42の開口幅W1よりも充分に大きく、例えば2.4mm、第2凹部44の配列方向XのピッチP2は3mm、第2凹部44の深さD2は、基材17の板厚Tの半分より深く、例えば、0.6〜0.7mmに形成されている。本実施形態において、各第2凹部44は、底部側から第2表面17bに向かって幅が広くなるように形成され、ほぼ台形の断面形状を有している。第2凹部44を規定している両側面は、第2表面17bに対して傾斜して延びている。これにより、第2凹部44は、1.2mmの貫通幅W4で複数の第1凹部42に連通している。
In the present embodiment, the plurality of
上記のように構成された第1電極14は、例えば、基材17の第1表面17aおよび第2表面17bをエッチングして部分的に削り取り、第1パターンを有する第1凹みR1および第2パターンを有する第2凹みR2を形成することにより作製することができる。第1凹部42および第2凹部44の断面形状は、台形に限らず、矩形状、半円形状、楕円形状、円弧形状等、種々の形状とすることができる。また、第1凹部42と第2凹部44とが交差する角度は、直角に限らず、他の任意の角度とすることができる。
The
上記構造により、第1電極14の第1凹部42と第2凹部44は、交差部で互いに連通することにより、多数の貫通孔46を形成している。第1隔膜16に対向する第1表面17aでは、第1凹部42により表面の80%となる大部分に開口が形成されているとともに、連通開口している面積は電極表面の面積の16%と低く抑えている。また、貫通孔46からの気泡回収を考慮し、水の流れは貫通孔46の幅方向(第2方向Y)としている。このように基材17を第1および第2表面17a,17bの両面からエッチングした電極では、各々の面での開口率を変えることが可能であり、型抜き加工などで形成した両面同じ開口率の従来の電極では達成できない機能を発揮することができる。第1凹部42と第2凹部44が連通して形成された貫通孔46の第1表面17aの全面積に対する開口面積比率は、第1凹部42の第1表面17aの全面積に対する開口面積比率の半分以下であることが望ましい。
なお、本実施形態において、第2電極(陰極)20は、第1電極14と同様に構成されている。With the above structure, the
In the present embodiment, the second electrode (cathode) 20 is configured in the same manner as the
図3および図4に示すように、第1電極14は、第2凹部44の延出方向Yと陽極カバー24の流通溝(流路)32aの延出方向とがほぼ一致した向きで配置されている。第1電極14の第2表面17bは、陽極カバー24の内面と対向し、リブ33の先端面に当接している。これにより、陽極室15bに供給される水は、流通溝32aおよび第1電極14の第2凹部44に沿って流れ、すなわち、第1電極14の第1凹部42と交差する方向に流れる。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
また、図3、図9および図10に示すように、第1電極14の第1表面17aは第1隔膜16に対向し、第1隔膜16に密着している。第1表面17aの有効領域の約80%に第1凹部42が形成されていることから、これら第1凹部42の部分は、その深さ0.1〜0.2mm分だけ、第1隔膜16から離間している。図10に示すように、主たる反応は第1隔膜16からわずかに離れた第1凹部42の底の領域で起こり、生成物である次亜塩素酸は第1凹部42が形成するわずかな隙間から貫通孔46を介して陽極室に回収される。これにより、高い生成効率と隔膜劣化防止を両立することができる。
As shown in FIGS. 3, 9, and 10, the
第1の実施形態に係る電解装置10によれば、上述した構成を有する第1電極14を用いることにより、従来の打ち抜き(パンチング加工)や切れ目を入れて伸ばす(エキスパンド/ラス加工)製法で形成された電極を用いる場合に比較して、優れた作用効果を得ることができる。すなわち、第1電極14の第1隔膜16と対向する第1表面17aに多数の第1凹部42を形成することで、スペーサ等の別部材を設けることなく、第1電極14と第1隔膜16との間にわずかな距離を隔てることができ、その結果、生成効率と隔膜劣化の両方を改善することができる。
According to the
従来の型抜き加工を行う電極では基本的に第1および第2表面17a,17bを同じ面積で貫通する貫通孔しか形成できないため、第1電極14と第1隔膜16を密着させると主たる反応は、第1隔膜16と対向する第1表面17aで生じる。この第1表面は第1隔膜に密着しているため、反応生成物により隔膜16が劣化してしまう問題がある。また、第1表面と第1隔膜が密着していると、ここでの電解反応により生じた生成物を回収できずに効率が劣化する問題がある。
Since the conventional electrodes for die cutting can basically only form through holes that penetrate the first and
本実施形態では、主たる反応場所である第1表面17aに面積比率で80%に及ぶ第1凹部42(第1凹みR1)を形成しているため、反応生成物はわずかな隙間D1および貫通孔46を通って速やかに流通溝32aに回収され、第1隔膜16の劣化を抑制することができる。
In the present embodiment, since the first recess 42 (first recess R1) having an area ratio of 80% is formed on the
第1凹部42は開口面積占有率が大きいことが理想的であるが、実用上は第1表面17aの有効領域の60%以上あれば上述した効果を十分に得ることができる。また、第1凹部42の配列ピッチP1は細かい方が第1隔膜16と接する部分からの生成物回収に有利であるが、実用上は0.8mm以下のピッチP1であれば効果を十分に発揮することができる。第1凹部42の深さD1は浅い方が理想的であるが、実用上は0.5mm以下であれば効果を発揮することができる。また、第1電極14の第1表面17aを形成する領域の最小幅を0.3mm以下、すなわち、第1凹部42の配列ピッチP1から第1凹部42の開口幅W1を引いた値が0.3mm以下であれば、隔膜と密着した第1表面17aから電解反応で生成した物質の回収が容易となり、上述の効果を発揮することができる。
Ideally, the
第1電極14の第2凹部44の役割の1つは、高精細に浅く形成した第1凹部42から陽極室15b側へ生成物を回収するための貫通孔46を形成することである。また、第2凹部44の別の役割は、第1凹部42で電解した電流を低抵抗で回収することである。このため、第2凹部44は第1凹部42と交差する粗い線状の凹部としている。第1凹部42と第2凹部44とを直交させることで、第1凹部42と第2凹部44との交点部分が連通し、第1凹部42で生じた次亜塩素酸などを貫通孔46から陽極室15b側に取り出している。なお、第1電極14の面積に対する貫通孔46の面積率は16%と低くしている。これは貫通孔46により失われる第1凹部42領域を極力小さくするためである。貫通孔46の面積が大きくなると、貫通孔46を通じて拡散損失する塩素イオンが多くなる。そのため、貫通孔46の面積は、望ましくは電極面積の30%以内とする。
One of the roles of the
また、本実施形態では第1凹部42および第2凹部44が線状であり、その長手方向が互いに直交している。このため、1つの第1凹部42は複数の第2凹部44と連通して貫通孔46を形成しており、第1凹部42と第2凹部44が1対1で貫通している場合に比べて第1凹部42の水はけが良くなっている。すなわち、袋小路となることなく、1つの第2凹部44に複数の貫通孔46が設けられていることで、反応生成物、特に気泡が抜けやすい構造となっている。また、第1凹部42に対して、線状の第2凹部44を粗いピッチで直交させることで、第1凹部42の開口面積比率を80%と高くしたまま、貫通孔46の面積比率を16%にまで小さくている。これにより、反応生成物が第1隔膜16を劣化させることなく、電解質が貫通孔46から拡散して濃度が下がることを防止している。
Moreover, in this embodiment, the 1st recessed
第2凹部44は、数mm、例えば、3mmの粗いピッチP2とすることで、基材17の体積を大きく残し、電解により生じた電流を低抵抗に供給できるようにするとともに、電極自体の強度を維持している。実用上は1mm以上のピッチP2とすることで十分な給電抵抗とすることができる。
以上のことから、第1の実施形態によれば、隔膜の劣化を抑制し、長寿命で高効率の電解装置および電極を提供することができる。The
From the above, according to the first embodiment, it is possible to provide a long-life and high-efficiency electrolysis device and electrode that suppress the deterioration of the diaphragm.
次に、種々の変形例に係る電解装置の電極について説明する。なお、以下に説明する変形例において、前述した第1の実施形態と同一の部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略し、第1の実施形態と異なる部分を中心に詳しく説明する。 Next, electrodes of the electrolysis apparatus according to various modifications will be described. In the modification described below, the same parts as those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and the detailed description thereof is omitted, and the parts different from those of the first embodiment are mainly described. This will be explained in detail.
(第1変形例)
図11は、第1変形例に係る第1電極の一部を拡大して示す斜視図、図12は、第1電極を第1表面側から見た第1電極の平面図、図13は、図12の線C−Cに沿った第1電極および陰イオン交換膜の断面図、図14は、図12の線D−Dに沿った第1電極および陰イオン交換膜の断面図である。(First modification)
11 is an enlarged perspective view showing a part of the first electrode according to the first modification, FIG. 12 is a plan view of the first electrode when the first electrode is viewed from the first surface side, and FIG. FIG. 14 is a cross-sectional view of the first electrode and the anion exchange membrane along line CC in FIG. 12, and FIG. 14 is a cross-sectional view of the first electrode and the anion exchange membrane along line DD in FIG.
図11ないし図14に示すように、第1変形例によれば、第1電極14の基本仕様は、図4ないし図10に示した第1の実施形態の第1電極14と同じ仕様としているが、第2凹みR2の第2凹部44は、配列ピッチP2は3mmのままで、開口幅W3が1.6mm、貫通幅W4が0.4mmの細い凹部に形成している。
As shown in FIGS. 11 to 14, according to the first modification, the basic specification of the
上記構成によれば、貫通孔46の面積比率を5%程度まで低くして、第1隔膜16を通過した塩素イオンが流通溝32aに拡散するのを一層抑制することができる。これにより、第1電極14の第1表面17aの塩素イオン濃度を上げて酸素ガス生成を抑制し、酸性水の生成効率を向上させている。
According to the said structure, the area ratio of the through-
(第2変形例)
図15は、第2変形例に係る第1電極の一部を拡大して示す斜視図、図16は、第1電極を第1表面側から見た第1電極の平面図、図17は、図16の線E−Eに沿った第1電極および陰イオン交換膜の断面図、図18は、図16の線F−Fに沿った第1電極および陰イオン交換膜の断面図である。(Second modification)
FIG. 15 is an enlarged perspective view showing a part of the first electrode according to the second modification, FIG. 16 is a plan view of the first electrode when the first electrode is viewed from the first surface side, and FIG. FIG. 18 is a cross-sectional view of the first electrode and the anion exchange membrane along line EE in FIG. 16, and FIG. 18 is a cross-sectional view of the first electrode and the anion exchange membrane along line FF in FIG.
図15ないし図18に示すように、第2変形例によれば、第1電極14の第2表面17bに形成された第2凹みR2を構成する複数の第2凹部44は、第1方向Xと直交する第2方向Yにそれぞれ延びているが、第2方向に連続ではなく、複数に分割して形成されている。すなわち、各列の第2凹部44は、第2方向Yに所定の間隔を置いて並ぶ複数の第2凹部44を含んでいる。各第2凹部44の第2方向Yに沿った長さは、第1凹部42の複数分の幅以上に形成されている。また、第1凹部42の長さは、第2凹部44の幅W3よりも長く形成されている。これにより、第1凹部42と第2凹部44との交差部が互いに連通し、複数の貫通孔46を構成している。1つの第2凹部44に対して複数の第1凹部42が連通している。
As shown in FIGS. 15 to 18, according to the second modification, the plurality of
上記構成の第2変形例によれば、各行の第2凹部44を複数に分断し、これら第2凹部間に幅広の線状部を残している。これにより、第1電極14の全ての面方向で機械的強度が向上するとともに、第1電極の給電抵抗についても異方性を緩和することができる。
According to the second modification of the above configuration, the
なお、前述した第1の実施形態では、第2凹部44を流通溝32aと並行に構成したが、第2凹部44が流通溝32aと直交する方向に第1電極14を設置するようにしてもよい。
In the above-described first embodiment, the
(第3変形例)
図19は、第2変形例に係る第1電極の一部を拡大して示す斜視図、図20は、第1電極を第1表面側から見た第1電極の平面図、図21は、図20の線G−Gに沿った第1電極および陰イオン交換膜の断面図、図22は、図20の線H−Hに沿った第1電極および陰イオン交換膜の断面図である。(Third Modification)
FIG. 19 is an enlarged perspective view showing a part of the first electrode according to the second modification, FIG. 20 is a plan view of the first electrode when the first electrode is viewed from the first surface side, and FIG. 20 is a cross-sectional view of the first electrode and the anion exchange membrane taken along line GG in FIG. 20, and FIG. 22 is a cross-sectional view of the first electrode and the anion exchange membrane taken along line HH in FIG.
第3変形例によれば、第1電極14は、第1表面17aに形成され第1凹みR1を構成する多数の第1凹部42を有している。第1電極14の第2表面17bに形成されている第2凹部は、貫通孔47により形成されている。すなわち、複数の貫通孔47が基材17の第1表面17aおよび第2表面17bに開口している。貫通孔47は、例えば、第1凹部42の幅W1よりも大径の円形に形成され、すなわち、貫通孔47は、第2方向Yの開口長さが第1凹部42の幅W1よりも長く形成されている。1つの貫通孔47に対して複数の第1凹部42が連通している。
第1電極14の第1凹部42は高精細が要求されるためエッチングやフォトリソグラフィにより形成するが、第2凹部としての貫通孔47は低精細であり既存の打ち抜き加工により形成してもよい。According to the third modification, the
The
(第4変形例)
図23は、第4変形例に係る第1電極の一部を拡大して示す斜視図である。第4変形例によれば、第1電極14の第1表面17aに形成され第1凹みR1を構成する複数の第1凹部42は、第1方向Xに連続ではなく、複数に分割して形成されている。すなわち、各行の第1凹部42は、第1方向Xに所定の間隔を置いて並ぶ複数の第1凹部42を含んでいる。各第1凹部42の長さは、第2凹部44の幅W3よりも長く形成されている。これにより、第1凹部42と第2凹部44との交差部が互いに連通し、複数の貫通孔46を構成している。1つの第2凹部44に対して複数の第1凹部42が連通している。(Fourth modification)
FIG. 23 is an enlarged perspective view showing a part of the first electrode according to the fourth modification. According to the fourth modification, the plurality of
上記構成の第4変形例によれば、各行の第1凹部42を複数に分割し、これら第1凹部間に線状部を残している。これにより、第1電極14の全ての面方向で機械的強度が向上するとともに、第1電極の給電抵抗についても異方性を緩和することができる。
According to the 4th modification of the above-mentioned composition, the
(第5変形例)
図24は、第5変形例に係る第1電極の一部を拡大して示す斜視図である。第1電極14の第1表面17aに形成される第1凹部42は、直線状に限らず、他の形状としてもよい。第5変形例によれば、第1電極14の第1表面17aに形成されている複数の第1凹部42は、直線状ではなく、第1方向Xに沿って延びる、複数個所で屈曲した線状に形成している。(5th modification)
FIG. 24 is an enlarged perspective view showing a part of the first electrode according to the fifth modification. The 1st recessed
(第6変形例)
図25は、第5変形例に係る第1電極の一部を拡大して示す斜視図である。第5変形例によれば、第1電極14の第1表面17aに形成され第1凹みR1を構成している複数の第1凹部42は、第1方向Xに沿って延びる、複数個所で湾曲した線状あるいは波状に形成している。(Sixth Modification)
FIG. 25 is an enlarged perspective view showing a part of the first electrode according to the fifth modification. According to the fifth modification, the plurality of
(第7変形例)
図26は、第7変形例に係る第1電極の一部を拡大して示す斜視図、図27は、第1電極を第1表面側から見た第1電極の平面図、図28は、図26の線I−Iに沿った第1電極および陰イオン交換膜の断面図である。(Seventh Modification)
FIG. 26 is an enlarged perspective view showing a part of the first electrode according to the seventh modification, FIG. 27 is a plan view of the first electrode when the first electrode is viewed from the first surface side, and FIG. FIG. 27 is a cross-sectional view of the first electrode and the anion exchange membrane taken along line II in FIG. 26.
図26ないし図28に示すように、第7変形例によれば、第1電極14の第1表面17aに形成された第1凹みR1は、複数の第1凹部42に加えて複数の第3凹部45を有している。隣接する第1凹部42間を隔てる壁部の少なくとも一部に切欠きを設けることで、第3凹部45を形成している。複数の第3凹部45は、貫通孔46以外の領域でそれぞれ第1表面17aに開口し、それぞれ隣合う第1凹部42を互いに連通している。本変形例において、各第3凹部45は、第1方向Xに隣合う2つの貫通孔46間の領域の大部分に亘って延在している。
As shown in FIGS. 26 to 28, according to the seventh modification, the first recess R1 formed on the
上記構成の第7変形例によれば、複数の第3凹部を設けることにより、隔膜に接触する第1表面17aの面積を一層低減することができる。また、電極の主たる反応領域は、第1凹みR1の底面であり、第3凹部を設けることにより、反応領域の面積を広げることができる。
According to the seventh modification of the above configuration, the area of the
(第8変形例)
図29は、第8変形例に係る第1電極の一部を拡大して示す斜視図、図30は、第1電極を第1表面側から見た第1電極の平面図、図31は、図30の線J−Jに沿った第1電極および陰イオン交換膜の断面図である。(Eighth modification)
FIG. 29 is an enlarged perspective view showing a part of the first electrode according to the eighth modification, FIG. 30 is a plan view of the first electrode when the first electrode is viewed from the first surface side, and FIG. FIG. 31 is a cross-sectional view of the first electrode and the anion exchange membrane taken along line JJ in FIG. 30.
図29ないし図30に示すように、第8変形例によれば、第1電極14の基本構成は前述した第7変形例と同一であるが、複数の第3凹部45は、第1方向Xに隣合う2つの貫通孔46間の領域において、第1方向Xに間欠的に複数個所に設けられている。すなわち、隣接する第1凹部42間を隔てる壁部を部分的に残すように、複数の第3凹部45を形成している。本変形例では、第1方向Xに隣合う2つの貫通孔46間の領域において、例えば、4つの第3凹部45を設けている。また、複数の第3凹部45は、第2方向Yに沿って一列に並んで設けられている。
As shown in FIGS. 29 to 30, according to the eighth modification, the basic configuration of the
上記構成の第8変形例では、複数の第3凹部を間欠的に設けることにより、すなわち、各第3凹部の長さあるいは幅を小さくすることにより、第1凹みR1に沿って撓む隔膜の変形量を低減し、隔膜と電極と位置をより正確に規定することができる。 In the eighth modified example having the above-described configuration, the diaphragm that bends along the first recess R1 by intermittently providing a plurality of third recesses, that is, by reducing the length or width of each third recess. The amount of deformation can be reduced, and the diaphragm, electrode, and position can be defined more accurately.
更に、第8変形例によれば、図31に示すように、第1電極14は、第1表面17aを除いて、第1凹みR1上に形成された触媒層54を備えている。すなわち、第1電極14において、隔膜に接する領域である第1表面17aにだけ触媒を形成していない。これにより、隔膜に接する第1表面では電解反応をさせず、隔膜の寿命を延命させることができる。
Furthermore, according to the eighth modification, as shown in FIG. 31, the
なお、第8の変形例において、複数の第3凹部は、第2方向Yに直線状に並んで設けられた構成としたが、これに限らず、複数の第3凹部は、第1方向に互いにずれて並んでいてもよく、例えば、千鳥状に並んで設ける構成としてもよい。 In the eighth modification, the plurality of third recesses are arranged in a straight line in the second direction Y. However, the present invention is not limited to this, and the plurality of third recesses are arranged in the first direction. They may be arranged so as to be shifted from each other. For example, they may be arranged in a staggered manner.
本発明は上述した実施形態および変形例そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態および変形例に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態および変形例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
例えば、第1電極および第2電極は、矩形状に限定されることなく、他の種々の形状を選択可能である。各構成部材の材料は、前述した実施形態および変形例に限定されるものではなく、他の材料を適宜選択可能である。前述した電極構造は、第1電極のみに限らず、第2電極(陰極)に適用してもよい。電解装置の電解槽は、3室型の電解槽に限定されることなく、2室型あるいは1室型の電解槽、その他、電極を用いた電解槽全般に適用することができる。電解質や生成物も塩や次亜塩素酸に限るものではなく、様々な電解質や生成物に展開してもよい。The present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications as they are, and can be embodied by modifying the components without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment and the modified examples. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments and modifications may be appropriately combined.
For example, the first electrode and the second electrode are not limited to a rectangular shape, and other various shapes can be selected. The material of each constituent member is not limited to the above-described embodiments and modifications, and other materials can be appropriately selected. The electrode structure described above may be applied not only to the first electrode but also to the second electrode (cathode). The electrolyzer of the electrolyzer is not limited to a three-chamber type electrolyzer, and can be applied to a two-chamber or one-chamber electrolyzer and other electrolyzers using electrodes. Electrolytes and products are not limited to salts and hypochlorous acid, and may be applied to various electrolytes and products.
実施形態によれば、電解装置は、第1電極と、この第1電極に対向する第2電極と、前記第1電極と第2電極との間に配置された少なくとも1つの隔膜と、を有する電解槽を備えている。第1電極は、隔膜に対向する第1表面と、隔膜と反対側に位置する第2表面とを有する1枚の板状に形成され、前記第1表面に第1パターンで形成された複数の第1凹部を有し、前記第1凹部は、前記第1表面から離間した底面と、前記第2表面および前記底面の一部に開口する貫通孔と、を有している。 According to the embodiment, the electrolysis device includes a first electrode, a second electrode facing the first electrode, and at least one diaphragm disposed between the first electrode and the second electrode. It has an electrolytic cell. The first electrode is formed in a single plate shape having a first surface facing the diaphragm and a second surface located on the opposite side of the diaphragm, and a plurality of first electrodes formed in a first pattern on the first surface. It has a 1st crevice, and the 1st crevice has a bottom face spaced apart from the 1st surface, and a penetration hole opened in a part of the 2nd surface and the bottom face .
実施形態によれば、電解装置は、第1電極と、この第1電極に対向する第2電極と、前記第1電極と第2電極との間に配置された少なくとも1つの隔膜と、を有する電解槽を備えている。第1電極は、前記隔膜に対向する第1表面と、前記隔膜と反対側に位置する第2表面と、を有する1枚の板状に形成され、前記第1表面に第1パターンで形成された複数の第1凹部と、前記第1パターンと異なる第2パターンで前記第2表面に形成された複数の第2凹部と、を有し、前記第1凹部は、それぞれ前記第1表面に平行な第1方向に沿って延在し、前記第1表面から離間した底面と、前記第2表面および前記底面の一部に開口する貫通孔と、を有し、前記第2凹部は、それぞれ前記第2表面に開口し、それぞれ前記第1表面と平行で前記第1方向と交差する第2方向に前記第1凹部の幅よりも大きい開口長さを有し、前記第1凹部の前記第1方向の長さは、前記第2凹部の前記第1方向の幅よりも長く形成され、1つの第2凹部に複数の前記第1凹部が連通してそれぞれ前記貫通孔を形成している。 According to the embodiment, the electrolysis device includes a first electrode, a second electrode facing the first electrode, and at least one diaphragm disposed between the first electrode and the second electrode. It has an electrolytic cell. The first electrode is formed in a single plate shape having a first surface facing the diaphragm and a second surface located on the opposite side of the diaphragm, and is formed in a first pattern on the first surface. A plurality of first recesses and a plurality of second recesses formed on the second surface in a second pattern different from the first pattern, the first recesses being parallel to the first surface, respectively. A bottom surface extending along the first direction and spaced from the first surface, and a through hole opening in the second surface and a part of the bottom surface, wherein the second recesses are respectively The first surface of the first recess has an opening length larger than the width of the first recess in a second direction that opens to the second surface and is parallel to the first surface and intersects the first direction. The length in the direction is longer than the width of the second recess in the first direction. It said first recess having forms respectively communicating the through hole.
Claims (29)
前記第1電極は、前記隔膜に対向する第1表面と、前記隔膜と反対側に位置する第2表面と、前記第1表面に第1パターンで形成された第1凹みと、それぞれ前記第2表面および前記第1凹みに開口した複数の貫通孔と、を有する電解装置。An electrolytic cell having a first electrode, a second electrode facing the first electrode, and at least one diaphragm disposed between the first electrode and the second electrode;
The first electrode includes a first surface facing the diaphragm, a second surface located on the opposite side of the diaphragm, a first recess formed in a first pattern on the first surface, and the second surface. An electrolyzer having a surface and a plurality of through holes opened in the first recess.
前記第1凹部の前記第1方向の長さは、前記第2凹部の前記第1方向の幅よりも長く形成され、1つの第2凹部に複数の前記第1凹部が連通してそれぞれ貫通孔を形成している請求項2に記載の電解装置。Each of the first recesses has a plurality of first recesses that open in the first surface and extend in a first direction, and each of the second recesses opens in the second surface and intersects the first direction, respectively. A plurality of second recesses having an opening length larger than the width of the first recess in the second direction.
A length of the first recess in the first direction is longer than a width of the second recess in the first direction, and a plurality of the first recesses communicate with one second recess, and each of the through holes has a through hole. The electrolyzer according to claim 2, wherein
隔膜に対向する第1表面と、
前記第1表面の反対側に位置する第2表面と、
前記第1表面に第1パターンで形成された第1凹みと、
それぞれ前記第2表面および前記第1凹みに開口した複数の貫通孔と、
を備える電極。An electrode used in an electrolysis device,
A first surface facing the diaphragm;
A second surface located opposite the first surface;
A first dent formed in a first pattern on the first surface;
A plurality of through holes each opened in the second surface and the first recess;
Electrode.
前記第1凹部の前記第1方向の長さは、前記第2凹部の前記第1方向の幅よりも長く形成され、1つの第2凹部に複数の前記第1凹部が連通してそれぞれ貫通孔を形成している請求項24に記載の電極。Each of the first recesses has a plurality of first recesses that open in the first surface and extend in a first direction, and each of the second recesses opens in the second surface and intersects the first direction, respectively. A plurality of second recesses having an opening length larger than the width of the first recess in the second direction.
A length of the first recess in the first direction is longer than a width of the second recess in the first direction, and a plurality of the first recesses communicate with one second recess, and each of the through holes has a through hole. The electrode according to claim 24, wherein the electrode is formed.
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