JPWO2017158654A1 - 電極ユニットの製造方法、及び電解水生成装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本実施形態に係る電解水生成装置10の概略構成を示す図である。電解水生成装置10は、塩水を電気分解することにより、酸性の次亜塩素酸を含む酸性水と、アルカリ性の水酸化ナトリウムを含むアルカリ性水と、を生成する装置である。
次に、上述のように構成される電解水生成装置10の動作について説明する。電解水生成装置10では、循環ポンプ31が運転されと、塩水タンク12の塩水が、電解槽11の中間室S1に供給される。そして、中間室S1に塩水が一定量蓄えられると、中間室S1からの塩水が、圧力調整バルブ32を介して、塩水タンク12に戻る。これにより、中間室S1と塩水タンク12との間で塩水が循環し、中間室S1は、一定濃度の塩水が蓄えられている状態になる。
M−OH→M−O+H++e− …(2)
M−O+Cl−+H+→M+HClO …(3)
H2O+Cl−→HClO+H++2e− …(4)
2H2O→O2+2H++2e− …(6)
図3は、電極ユニット100の斜視図である。また、図4は、電極ユニット100の展開斜視図である。図3及び図4を参照するとわかるように、電極ユニット100は、スペーサ35の上面(+Z側の面)に、多孔質膜21及び電極23を配置して、スペーサ35の下面(−Z側の面)に、多孔質膜22及び電極24を配置することにより形成される。
スペーサ35は、X軸方向を長手方向とし、内部が中空の長方形枠状の部材である。スペーサ35は、例えば、樹脂やステンレスからなる。スペーサ35には、内部空間に通じる給水口111と排水口112が形成されている。給水口111と排水口112を介して、塩水がスペーサ35の内部を循環する。
多孔質膜21,22は、スペーサ35とほぼ等しい大きさに整形されている。図5は、多孔質膜21,22を一部拡大して示す図である。図5に示されるように、多孔質膜21,22には、複数の細孔200が形成されている。多孔質膜21,22の表面は、無機酸化物によって被覆されていることが好ましい。多孔質膜21、22は、内部に無機酸化物を含有していることが好ましい。
図6及び図7は、電極23の斜視図である。電極23は、厚さが1mm程度で、X軸方向を長手方向とする長方形板状に整形されている。電極23は、枠状のフレーム部201と、X軸方向を長手方向とする複数の格子部202と、Y軸方向を長手方向とするビーム部203の3部分からなる。
次に上述のように構成される電極ユニット100を備える電解水生成装置10の製造方法について、図10のフローチャートに基づいて説明する。
次に、上記実施形態に係る製造方法の変形例について説明する。上記実施形態では、多孔質膜21,22を液体51に浸漬し(ステップS103)、その後、多孔質膜21,22を水洗いすることとした(ステップS104)。本変形例に係る製造方法では、まず、図3に示されるように、多孔質膜21,22,電極23,24,及びスペーサ35を一体して電極ユニット100を組み立てた後に、図14に示されるように、電極ユニット100を、液体51に浸漬する。電極ユニット100を液体51に浸漬することで、水に比べて表面張力の低い液体51が、多孔質膜21,22の細孔に進入する。
図1に示される電解水生成装置10において、厚さ30μmのポリテトラフルオロエチレン多孔質膜(住友電工社製:ポアフロンHPW−010−30)と、厚さ75μmのガラスクロス(日東紡:3313)を一体化したものを多孔質膜21,22の原料として用いる。ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜とガラスクロスは、双方を重ねた状態で100℃まで加熱してプレスすることで一体化する。
上記多孔質膜21,22を、20℃での表面張力が24mN/mの90%エタノールに1分間浸漬する。その後、多孔質膜21,22を水で洗浄することなく、乾燥させる。この多孔質膜21,22で電極ユニット100を構成する。この電極ユニット100を備える電解水生成装置10を、同様に、塩水の流量を2L/分、電極間電圧を6Vとした条件で運転する。比較例1に係る電解水生成装置10は、電極間電流の立ち上がりに時間を要し、運転開始から30分以上経過してから、電解が安定する定常運転状態になる。
上記多孔質膜21,22を、20℃での表面張力が38mN/mの20%エタノール水溶液に1分間浸漬する。その後、多孔質膜21,22を水で洗浄する。次に、多孔質膜21,22を乾燥させることなく、多孔質膜21,22で電極ユニット100を構成する。この電極ユニット100を備える電解水生成装置10を、同様に、塩水の流量を2L/分、電極間電圧を6Vとした条件で運転する。比較例2に係る電解水生成装置10は、電極間電流の立ち上がりに時間を要し、運転開始から15分以上経過してから、電解が安定する定常運転状態になる。
実施例1と同様に構成される電解水生成装置10において、実施例1と同様にして得られる多孔質膜21,22を、20℃での表面張力が24mN/mの90%エタノールに1分間浸漬する。その後、多孔質膜21,22を、水ではなく、濃度10%の塩化ナトリウム水溶液で洗浄する。そして、多孔質膜21,22を、室温で一晩乾燥させた後、多孔質膜21,22で電極ユニット100を構成する。この電極ユニット100を備える電解水生成装置10を、同様に、塩水の流量を2L/分、電極間電圧を6Vとした条件で運転する。実施例2に係る電解水生成装置10は、運転開始から4分以内に電解が安定する定常運転状態になる。
実施例1と同様にして得られる多孔質膜21,22を、エタノール水溶液への浸漬及び水洗いの双方がされておらず、乾燥した状態で用いて、電極ユニット100を構成する。そして、電極ユニット100を、20℃での表面張力が24mN/mの90%エタノールに1分間浸漬する。その後、電極ユニット100を、水で洗浄する。この電極ユニット100を備える電解水生成装置10を、同様に、塩水の流量を2L/分、電極間電圧を6Vとした条件で運転する。実施例3に係る電解水生成装置10は、運転開始から2分以内に電解が安定する定常運転状態になる。
実施例4に係る電解水生成装置は、図16に示されるように、中間室S1及び陰極室S3を包囲するように陽極室S2が配置されている。また、本電解水生成装置は、ポンプや配管などがなく、塩水や水の自然対流により水流が形成されるバッチ型の電解槽11Aを備える。陽極室S2の容量は2Lで、陰極室S3の容量は0.1Lである。電極ユニットは、実施例1と同様の構成の電極ユニットが用いられる。なお、電極ユニットのサイズは小さく、電極の大きさは、長さが4cmで幅が3cmである。
図1に示される電解水生成装置10において、厚さ30μmのポリエチレン多孔質膜を、多孔質膜21,22として用いる。多孔質膜21,22以外の構成は、実施例1に係る電解水生成装置の構成と同様である。
実施例5と同様に構成される電解水生成装置10において、上記多孔質膜21,22を、20℃での表面張力が36mN/mのSPAN20界面活性剤の水溶液に浸漬する。その後、多孔質膜21,22を、濃度10%の塩化ナトリウム水溶液で洗浄する。次に、多孔質膜21,22を乾燥させることなく、多孔質膜21,22を用いて電極ユニット100を構成する。
図1に示される電解水生成装置10において、厚さ30μmのポリエチレン多孔質膜を、多孔質膜21,22として用いる。そして、多孔質膜21,22にプラズマ処理を施した後に、濃度が5重量%のアルミニウムイソプロポキドのイソプロピルアルコールに1分間浸漬する。その後、多孔質膜21,22を、90℃の大気中に10分間置くことで乾燥させる。次に、多孔質膜21,22を、20℃での表面張力が32mN/mのSPAN20界面活性剤の水溶液に浸漬する。その後、多孔質膜21,22を、飽和濃度の塩化ナトリウム水溶液で洗浄する。
表面張力32mN/mのSPAN20界面活性剤の水溶液を用いる代わりに、表面張力33mN/mの30%エタノール水溶液を用いることを除いては実施例6と同様にして電極ユニット100を構成する。この電極ユニット100を備える電解水生成装置10を、塩水の流量を2L/分、電極間電圧を6Vとした条件で運転する。実施例7に係る電解水生成装置は、運転開始から3分以内に電解が安定する定常運転状態になる。
飽和濃度の塩化ナトリウム水溶液で洗浄する代わりに水で洗浄することを除いては実施例7と同様にして電極ユニット100を構成する。この電極ユニット100を備える電解水生成装置10を、塩水の流量を2L/分、電極間電圧を6Vとした条件で運転する。実施例8に係る電解水生成装置は、運転開始から5分以内に電解が安定する定常運転状態になる。
表面張力33mN/mのSPAN20界面活性剤の水溶液を用いる代わりに、表面張力38mN/mの20%エタノール水溶液を用いることを除いては実施例7と同様にして電極ユニットを構成する。この電極ユニット100を備える電解水生成装置10を、塩水の流量を2L/分、電極間電圧を6Vとした条件で運転する。実施例7に係る電解水生成装置は、運転開始から8分以上経過してから、電解が安定する定常運転状態になる。
図1に示される電解水生成装置10において、厚さ30μmのポリエチレン多孔質膜を、多孔質膜21,22として用いる。多孔質膜21,22以外の構成は、実施例1に係る電解水生成装置の構成と同様である。
11,11A 電解槽
12 塩水タンク
21,22 多孔質膜
23,24 電極
31 循環ポンプ
32 圧力調整バルブ
33 直流電源
35 スペーサ
51 液体
52 水
100 電極ユニット
111,113,115 給水口
112,114,116 排水口
121 流出口
122 流入口
151,152 ケーシング
200 細孔
201 フレーム部
202 格子部
203 ビーム部
S1 中間室
S2 陽極室
S3 陰極室
Claims (18)
- 電解液を電気分解することにより、電解水を生成する電解水生成装置に用いられ、電極と多孔質膜とを備える電極ユニットの製造方法であって、
前記多孔質膜を、水と混和する性質を有するとともに、水よりも表面張力が低い液体に浸漬する工程を含む電極ユニットの製造方法。 - 前記液体は、表面張力が35mN/m以下である請求項1に記載の電極ユニットの製造方法。
- 前記液体は、アルコールを含む水溶液である請求項1に記載の電極ユニットの製造方法。
- 前記液体は、30重量%以上のエタノールを含む水溶液である請求項3に記載の電極ユニットの製造方法。
- 前記液体は、純度90%以上のエタノールである請求項1に記載の電極ユニットの製造方法。
- 前記液体は、純度90%以上のメタノールである請求項1に記載の電極ユニットの製造方法。
- 前記液体は、界面活性剤の水溶液である請求項1に記載の電極ユニットの製造方法。
- 前記液体に浸漬された前記多孔質膜を水洗いする工程を含む請求項1乃至7のいずれか一項に記載の電極ユニットの製造方法。
- 前記多孔質膜は、塩化物イオンを含む水によって水洗いされる請求項8に記載の電極ユニットの製造方法。
- 前記多孔質膜は、塩化物イオンを含む水によって水洗いした後、乾燥される請求項7、又は9に記載の電極ユニットの製造方法。
- 前記多孔質膜を前記液体に浸漬する前に、前記多孔質膜に対して、プラズマ処理、電子線処理、及びUVオゾン処理のうちの少なくとも1つを施す工程を含む請求項1乃至10のいずれか一項に記載の電極ユニットの製造方法。
- 前記多孔質膜を前記液体に浸漬する前に、前記多孔質膜を、アルミニウム、ジルコニウム及びチタンのうちの少なくとも1つのアルコキシド溶液に接触させる工程を含む請求項1乃至11のいずれか一項に記載の電極ユニットの製造方法。
- 前記多孔質膜は、ポリエチレン、ポリフッ化ビニリデン、及びポリ四フッ化エチレンのうちの少なくとも1つを含有する請求項1乃至12のいずれか一項に記載の電極ユニットの製造方法。
- 前記多孔質膜は、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、ジルコンのうちの少なくとも1つの粒子を含有する請求項1乃至13のいずれか一項に記載の電極ユニットの製造方法。
- 前記電解液を保持する保持手段を介して、一組の前記電極を相互に対向するように配置する工程と、
前記電極の間に、前記電解液を保持する保持手段を介して、一組の隔膜を配置する工程と、
を含む請求項1乃至14のいずれか一項に記載の電極ユニットの製造方法 - 一組の前記隔膜の双方が前記多孔質膜である請求項15に記載の電極ユニットの製造方法。
- 請求項1乃至16のいずれか一項に記載の電極ユニットの製造方法によって電極ユニットを製造する工程と、
前記電極ユニットを、電解槽に設置する工程と、
を含む電解水生成装置の製造方法。 - 前記電解水生成装置を予備運転する工程と、
前記予備運転を行った後に、前記電極ユニットを乾燥させる工程と、
を含む請求項17に記載の電解水生成装置の製造方法。
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