WO2020153395A1 - モノポーラ型電解装置 - Google Patents

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WO2020153395A1
WO2020153395A1 PCT/JP2020/002087 JP2020002087W WO2020153395A1 WO 2020153395 A1 WO2020153395 A1 WO 2020153395A1 JP 2020002087 W JP2020002087 W JP 2020002087W WO 2020153395 A1 WO2020153395 A1 WO 2020153395A1
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WO
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electrode plate
electrode
outer cylinder
monopolar
inner peripheral
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PCT/JP2020/002087
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宏幸 高波
勇作 那須
Original Assignee
三菱重工環境・化学エンジニアリング株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C25B3/00—Electrolytic production of organic compounds
    • C25B3/01—Products
    • C25B3/09—Nitrogen containing compounds

Definitions

  • the present invention relates to a monopolar electrolytic device.
  • the present application claims priority to Japanese Patent Application No. 2019-0093392 filed in Japan on January 23, 2019, the content of which is incorporated herein by reference.
  • Patent Document 1 an electrolytic bath, a lower bath provided at the bottom of the electrolytic bath to form an inlet for seawater, and an upper bath provided at the top of the electrolytic bath to form an outlet for seawater.
  • a power supply type seawater electrolysis device comprising:
  • Patent Document 2 describes an electrolysis unit including a tubular water pipe and a first electrode and a second electrode, one of which is a positive electrode and the other of which is a cathode.
  • the plurality of first electrodes are fixed to the water pipe via an annular support plate.
  • the plurality of second electrodes are fixed to the water pipe from the side opposite to the first electrode via a support plate different from the first electrode.
  • scale adheres to the electrodes.
  • the scale adheres to either the anode or the cathode depending on the type of liquid to be electrolyzed, and tends to be deposited over time. Electrolytic performance may be deteriorated in the portion of the electrode surface where the scale is deposited.
  • the scale may fill the space between the adjacent electrodes, that is, the space between the anode and the cathode. If the space between the anode and the cathode is filled with the scale, the liquid to be electrolyzed cannot flow into the electrode surface on which the scale is deposited. Therefore, the electrolytic performance may be further reduced.
  • the scale may cause a short circuit between the anode and the cathode. For this reason, it is necessary to stop the operation of the monopolar type electrolysis device and perform maintenance work such as cleaning to remove the scale and electrode replacement. However, if the frequency of the work is high, the operating rate of the monopolar type electrolyzer decreases, while the cost required for these works increases.
  • the present invention by suppressing the deposition of scale during the operation of the monopolar type electrolytic device, to maintain good electrolytic performance without stopping the operation of the monopolar type electrolytic device for a long period of time, and the frequency of these operations (EN) Provided is a monopolar electrolysis device which can be reduced in cost.
  • the monopolar type electrolysis device of the present invention has an insulating property in which a rectangular inner peripheral surface is formed by a pair of first surfaces parallel to each other in a cross section perpendicular to the central axis and a pair of second surfaces orthogonal to the first surface.
  • Outer cylinder and a plurality of rectangular plate-shaped first electrode plates are connected to each other in parallel and at a predetermined interval, a first metal frame fixed to one end of the outer cylinder, and a plurality of rectangular plate-shaped first Two electrode plates are connected in parallel with each other at the predetermined interval, and are arranged between the second metal frame fixed to the other end of the outer cylinder and the first electrode plate and the second electrode plate.
  • the plurality of first electrode plates and the plurality of second electrode plates are arranged in parallel to the first surface and alternately inside the inner peripheral surface, and in the cross section, the The first electrode plate is arranged as an electrode plate closest to each of the pair of first surfaces, and both ends of the first electrode plate are arranged in contact with the pair of second surfaces, respectively, and the second electrode Both ends of the plate are arranged apart from the pair of second surfaces, respectively, and electrolyze the liquid flowing into the inner peripheral surface from the one end and flowing out from the other end. ..
  • the first electrode plate on which scale easily deposits but the first electrode plate on which scale is less likely to deposit is arranged on the electrode plate closest to each of the pair of first surfaces of the outer cylinder.
  • the first electrode plate and the second electrode plate have different sizes. In a cross section perpendicular to the central axis, both ends of the first electrode plate are arranged in contact with the inner peripheral surface of the outer cylinder.
  • the second electrode plate is arranged such that both ends thereof are separated from the inner peripheral surface of the outer cylinder. Therefore, the liquid to be electrolyzed can be made to flow into the space partitioned by the outer cylinder and the two adjacent first electrode plates on which scale is difficult to deposit.
  • the liquid can flow from one electrode surface of the second electrode plate where scale easily accumulates to the other electrode surface, in other words, from the front side to the back side of the electrode plate, or from the back side to the front side. Therefore, the flow of the liquid is disturbed and the liquid is agitated. The stirring of this liquid is further enhanced by the spacer. Then, by stirring the liquid, the scale attached to the second electrode plate is peeled off, and the growth of the scale is hindered.
  • the monopolar type electrolysis device of the present invention scale attachment and growth are inhibited. Therefore, it is possible to suppress the accumulation of scale during operation and maintain good electrolysis performance without stopping the operation of the monopolar type electrolysis device for a long period of time. In addition, the frequency of maintenance work can be reduced and the cost can be reduced.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of the monopolar type electrolysis device of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III in the monopolar type electrolysis device of FIG. 2, and is a sectional view seen from a direction orthogonal to FIG. 1.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a plurality of second electrode plates fixed to the second metal frame of FIG. 1 and spacers fixed to the second electrode plate. It is a schematic diagram which shows the flow of the fluid around the spacer of FIG. FIG.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating how scale is deposited on the second electrode plate in the monopolar electrolytic device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a reference diagram for comparison with FIG. 6, and is a schematic diagram illustrating how scale is deposited when both ends of the first electrode plate and the second electrode plate are arranged in contact with the outer cylinder. It is sectional drawing of the system which combined the monopolar type electrolysis apparatus of FIG. 1 in multiple numbers. It is a figure explaining the modification of a spacer, and is a sectional view corresponding to Drawing 2.
  • the monopolar electrolysis apparatus 1 of the present embodiment is an inorganic electrolytic synthesis apparatus such as a marine organism adhesion preventing apparatus that electrolyzes seawater or a predetermined liquid such as urea-containing water for synthesizing ADCA (azizocarbonamide). It can be used as an organic electrolysis synthesis device for electrolyzing. That is, it is possible to use the monopolar electrolysis device 1 regardless of the liquid to be electrolyzed.
  • a marine organism adhesion preventing device which is a type of inorganic electrolytic synthesis device, is shown.
  • seawater or salt water is supplied to the monopolar electrolytic device 1 as the liquid W to be electrolyzed.
  • the first electrode plate 61 which will be described later, is an anode plate, a positive potential (+potential) is applied. Further, since the second electrode plate 62 is a cathode plate, a negative potential (-potential) is applied.
  • the monopolar type electrolysis device 1 is used as an organic electrolysis synthesis device for electrolyzing a predetermined liquid such as urea-containing water
  • the first electrode plate 61 which will be described later, is a negative electrode plate, so a negative potential (-potential). Is applied.
  • the second electrode plate 62 is an anode plate, a positive potential (+potential) is applied.
  • the monopolar type electrolysis device 1 is a vertical electrolysis device in which the electrolysis tank body 4 is vertically installed in the vertical direction and the liquid W flows vertically inside the electrolysis tank body 4, and the electrolysis tank body 4 is moved horizontally. Installed in the electrolysis tank body 4 to horizontally flow the liquid W inside the electrolysis tank body 4, or the electrolysis tank body 4 is installed at an angle between the horizontal direction and the vertical direction, and the liquid W is placed in the electrolysis tank body.
  • the electrolytic cell main body 4 of the monopolar type electrolysis apparatus 1 is installed in the vertical direction Dv, that is, as a vertical electrolysis apparatus in which the central axis O of the outer cylinder 41 is aligned with the vertical direction Dv. explain.
  • the monopolar electrolysis apparatus 1 may be installed with the central axis O tilted from the vertical direction Dv depending on the application and the like.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a monopolar type electrolysis device 1 parallel to the central axis O and perpendicular to the electrode surfaces of the electrode plates (first electrode plate 61, second electrode plate 62).
  • the monopolar type electrolysis apparatus 1 includes a first metal frame 51, a second metal frame 52, an electrolytic cell body 4, a first nozzle 2, a second nozzle 3, and a plurality of bus bars 53. And a spacer 70 and a power source (not shown).
  • the first metal frame 51 fixes the plurality of first electrode plates 61.
  • the second metal frame 52 fixes the plurality of second electrode plates 62.
  • the electrolytic cell body 4 houses a plurality of first electrode plates 61 and a plurality of second electrode plates 62.
  • the first nozzle 2 is fixed in a state where the first metal frame 51 is airtightly sandwiched with one end of the electrolytic cell body 4.
  • the second nozzle 3 is fixed in a state where the second metal frame 52 is airtightly sandwiched with the other end of the electrolytic cell body 4.
  • the plurality of bus bars 53 are fixed to the first metal frame 51 and the second metal frame 52, respectively.
  • the spacer 70 is interposed between the first electrode plate 61 and the second electrode plate 62 adjacent to each other so that the first electrode plate 61 and the second electrode plate 62 do not come into contact with each other and short-circuit inside the electrolytic cell body 4. Have been installed.
  • the power source is electrically connected to the bus bar 53, and applies electric potentials of opposite polarities to the first metal frame 51 and the second metal frame 52.
  • the bus bar 53 does not bend when used by electrically connecting a plurality of monopolar electrolytic devices 1, so that workability can be improved. Not a mandatory configuration. Instead of the bus bar 53, a bendable electric wire may be used.
  • the first nozzle 2 serves as an inlet for introducing the liquid W into the electrolytic cell body 4.
  • the first nozzle 2 is arranged below the electrolytic cell body 4 in the vertical direction Dv.
  • the lower end of the first nozzle 2 in the vertical direction Dv is connected to a pipe (not shown) having a circular cross section to which the liquid W is supplied.
  • the cross-sectional shape of the inner peripheral surface when viewed in the vertical direction Dv is changed from a circular shape to a rectangular shape having an area larger than the circular shape from the lower side to the upper side in the vertical direction Dv. Is changing.
  • the inner peripheral surface of the lower end portion of the first nozzle 2 in the vertical direction Dv has a circular cross-sectional shape when viewed from the vertical direction Dv.
  • the inner peripheral surface of the upper end portion of the first nozzle 2 in the vertical direction Dv has a rectangular cross-sectional shape when viewed from the vertical direction Dv.
  • the second nozzle 3 serves as an outlet through which the liquid W is discharged from the electrolytic cell body 4.
  • the second nozzle 3 is arranged above the electrolytic cell body 4 in the vertical direction Dv.
  • An upper end of the second nozzle 3 in the vertical direction Dv is connected to a pipe (not shown) having a circular cross section through which the liquid W is discharged.
  • the cross-sectional shape of the inner peripheral surface of the second nozzle 3 when viewed from the vertical direction Dv is changed from a circular shape to a rectangular shape having an area larger than the circular shape as going from the upper side to the lower side in the vertical direction Dv. It's changing.
  • the inner peripheral surface of the upper end portion of the second nozzle 3 in the vertical direction Dv has a circular cross-sectional shape when viewed from the vertical direction Dv.
  • the inner peripheral surface of the lower end portion of the second nozzle 3 in the vertical direction Dv has a rectangular cross-sectional shape when viewed from the vertical direction Dv.
  • the second nozzle 3 may have the same shape and the same size as the first nozzle 2.
  • the first nozzle 2 and the second nozzle 3 smoothly flow the liquid W supplied from a normal pipe (cylindrical pipe) into the electrolytic cell main body 4 having a rectangular cylindrical inner peripheral surface, and It is provided with an inner peripheral surface that smoothly discharges from the main body 4 to normal piping.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG. 1 (a view of a plane perpendicular to the vertical direction Dv in II-II).
  • the outer cylinder 41 of the electrolytic cell body 4 has a rectangular (square or square) inner peripheral surface.
  • the outer cylinder 41 is arrange
  • the outer shape of the outer cylinder 41 is a rectangular cylinder as shown in FIGS. 1 and 2, but if the inner peripheral surface has the rectangular shape, the outer shape is a cylindrical shape, a rectangular tube shape, or the like. It may have any shape.
  • the first nozzle 2 and the second nozzle 3 are detachably and airtightly fixed to the outer cylinder 41 via a first metal frame 51 or a second metal frame 52 using a fixing member such as a bolt.
  • the liquid W flows into the electrolytic cell main body 4 below the electrolytic cell main body 4 in the vertical direction Dv, that is, from the first nozzle 2 to the inner peripheral surface of the outer cylinder 41. After that, the liquid W flows in the electrolytic cell main body 4 upward in the vertical direction Dv and flows out from the second nozzle 3 to the outside. While the liquid W passes through the inner peripheral surface of the outer cylinder 41, the liquid W is electrolyzed by the first electrode plate 61 and the second electrode plate 62 arranged inside the inner peripheral surface.
  • the inner peripheral surface of the outer cylinder 41 is formed of a pair of first surfaces 411 that are parallel to each other and a pair of second surfaces 412 that are parallel to each other.
  • a direction along the surface of the first surface 411 (direction parallel to the surface of the first surface 411) is referred to as a first direction D1.
  • the direction along the surface of the second surface 412 (the direction parallel to the surface of the second surface 412) is referred to as the second direction D2.
  • the outer cylinder 41 may be configured by combining a member having a first surface and a member having a second surface, that is, separate members, or may be integrally molded with a mold or the like.
  • the outer cylinder 41 is formed of a highly insulating material such as plastic resin.
  • the first metal frame 51 is fixed to one end of the outer cylinder 41 in the vertical direction Dv.
  • the first metal frame 51 is arranged between the outer cylinder 41 and the first nozzle 2 at the lower end of the outer cylinder 41 in the vertical direction Dv.
  • the second metal frame 52 is fixed to the other end of the outer cylinder 41 in the vertical direction Dv.
  • the second metal frame 52 is arranged between the outer cylinder 41 and the second nozzle 3 at the upper end of the outer cylinder 41 in the vertical direction Dv.
  • the first metal frame 51 and the second metal frame 52 have openings as long as the electrode plates arranged corresponding to each other can be fixed by welding or the like and do not substantially obstruct the flow of the liquid W.
  • the outer cylinder 41 has a rectangular cylindrical outer shape. Therefore, the shapes of the first metal frame 51 and the second metal frame 52 will be described as rectangular annular shapes. In order not to prevent the flow of the liquid W, the openings of the rectangular annular first metal frame 51 and the second metal frame 52 are both the same as or larger than the rectangular cross-sectional area of the inner peripheral surface of the outer cylinder 41 described above. It is desirable that the area is.
  • the first electrode plate 61 is a monopolar type electrode plate in which only one of the anode and the cathode is formed on one electrode plate.
  • the second electrode plate 62 is a monopolar type electrode plate having a polarity opposite to that of the first electrode plate 61.
  • the first electrode plate 61 is an anode plate and the second electrode plate 62 is a cathode plate.
  • the first electrode plate 61 includes a first electrode body 611 and a first tab portion 612.
  • the first electrode plate 61 fixes the first tab portion 612 to the first metal frame 51 by welding or the like.
  • the second electrode plate 62 includes a second electrode body 621 and a second tab portion 622.
  • the second electrode plate 62 fixes the second tab portion 622 to the second metal frame 52 by welding or the like.
  • the shapes of the first electrode body 611 and the second electrode body 621 are both rectangular plate shapes. As shown in FIG. 2, the electrode surface is arranged parallel to the first surface 411.
  • the shapes of the first electrode plate 61 and the second electrode plate 62 are provided with corresponding tab portions (first tab portion 612 and second tab portion 622). Therefore, although it is not strictly rectangular, it is expressed as "rectangular plate” because it is substantially rectangular when viewed as a whole.
  • the first electrode body 611 has a rectangular plate shape with the vertical direction Dv as the longitudinal direction and the first direction D1 as the lateral direction.
  • the length of the first electrode body 611 in the first direction D1 is such that both ends of the first electrode body 611 contact the second surface 412 of the outer cylinder 41 without bending. From the viewpoint of improving the electrolytic performance, it is desirable that the electrode surface of the first electrode body 611 and the electrode surface of the second electrode body 621 overlap in the second direction D2 as much as possible.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III of FIG. 2 (a view of a plane parallel to the vertical direction Dv in III-III). As shown in FIG.
  • the length of the first electrode body 611 in the vertical direction Dv may be, for example, the length from the vicinity of the upper end of the first metal frame 51 to the vicinity of the lower end of the second metal frame 52.
  • the second electrode body 621 has a rectangular plate shape with the vertical direction Dv as the longitudinal direction and the first direction D1 as the lateral direction.
  • the length of the second electrode body 621 in the first direction D1 is such that both ends thereof do not contact the second surface 412 of the outer cylinder 41, that is, the length separated from the second surface 412 by a predetermined distance.
  • the length of the second electrode body 621 in the vertical direction Dv is similar to that of the first electrode body 611, from the viewpoint of improving electrolytic performance, for example, from the vicinity of the upper end of the first metal frame 51 to the vicinity of the lower end of the second metal frame 52.
  • the length can be up to.
  • the first electrode plate 61, the second electrode plate 62, the first electrode plate 61,... are alternately arranged one by one in the second direction D2.
  • the distance between the first electrode plate 61 and the second electrode plate 62 in the second direction D2 may be about 5 mm to 20 mm.
  • the electrode plates arranged at both ends in the second direction D2 are the first electrode plates 61.
  • the first electrode plates 61 arranged at both ends may be arranged in contact with the pair of first surfaces 411, respectively, as shown in FIG. 2.
  • An insulating plate made of an insulating material may be arranged between the inner peripheral surface (first surface 411 or second surface 412) of the outer cylinder 41 and the first electrode plate 61.
  • the insulating plate inserted into the inner peripheral surface of the outer cylinder 41 together with the first electrode plate 61 is stored in the outer cylinder 41 as it is while being in contact with the inner peripheral surface. Therefore, here, the term “placed in contact with” the inner peripheral surface (first surface 411 or second surface 412) of the outer cylinder 41 means that the first electrode plate 61 is indirectly connected to the inner peripheral surface of the outer cylinder 41. Including the case of being placed in contact with. That is, even when the insulating plate is interposed between the inner peripheral surface and the first electrode plate 61, it is understood that the first electrode plate 61 is “placed in contact with” the first surface 411 or the second surface 412. And When interpreting the claims, one must comprehend in accordance with this definition.
  • the second electrode plate 62 on which scale is likely to be deposited is not the first electrode plate on which scale is difficult to be deposited.
  • 61 are arranged. Further, both ends of the first electrode plate 61 in the first direction D1 are arranged in contact with the pair of second surfaces 412 of the outer cylinder 41, respectively. Therefore, the liquid W flowing from the inflow port flows into each of the plurality of spaces partitioned by the two adjacent first electrode plates 61 and the outer cylinder.
  • the flow velocity of the liquid W is It can be homogenized in all relevant spaces.
  • the adhesion of scale is suppressed in the vicinity of the location where the inner peripheral surface of the outer cylinder 41, which tends to reduce the flow velocity of the liquid W, and the first electrode plate 61 contact each other.
  • the first electrode plate 61 and the second electrode plate 62 are different in size.
  • both ends of the first electrode plate 61 are arranged in contact with the inner peripheral surface of the outer cylinder 41.
  • the second electrode plate 62 is arranged such that both ends thereof are separated from the inner peripheral surface of the outer cylinder 41 (for example, about 2 mm to 10 mm). Therefore, the liquid W to be electrolyzed can flow through the separated locations. That is, the liquid W can flow from one electrode surface of the second electrode plate 62 to the other electrode surface, in other words, from the front side to the back side of the electrode plate, or from the back side to the front side. Therefore, the liquid W is not rectified but becomes a turbulent flow, and the liquid W is agitated. Then, by stirring the liquid W, the scale attached to the second electrode plate 62 is peeled off, and growth of the scale is hindered.
  • the spacer 70 is formed of a highly insulating material (for example, a rubber material or a plastic resin). As shown in FIGS. 1 and 2, the spacer 70 includes a first electrode plate 61 and a first electrode plate 61 in the second direction D2 so that the first electrode plate 61 and the second electrode plate 62 do not come into contact with each other and electrically short-circuit. It is installed between the two electrode plates 62. In addition, the spacer 70 is installed on the electrode surface of the second electrode plate 62 excluding the above-mentioned separated portions. The spacer 70A installed at the separated location will be described later as a modified example.
  • a highly insulating material for example, a rubber material or a plastic resin
  • the spacer 70 is formed in a shape that enhances the stirring of the liquid W due to the configuration and the arrangement of the electrode plate described above.
  • the shape of the spacer 70 may be any shape as long as it enhances stirring of the liquid W.
  • the shape of the spacer 70 is, for example, a circle, a triangle (one of three vertices is located below the other two vertices in the vertical direction Dv), or a quadrangle (4 when viewed from the second direction D2). One of the three vertices may be arranged below the other three vertices in the vertical direction Dv).
  • the electrode plate when viewed from the first direction D1, it is preferable that the electrode plate has a rounded shape so as not to damage the electrode plate, for example, a semicircular shape.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the plurality of second electrode plates 62 fixed to the second metal frame 52 and the spacers 70 fixed to the second electrode plate 62.
  • the spacer has a spherical shape with the second electrode plate 62 interposed therebetween.
  • the spacer mounting hole 63 that penetrates the electrode surface of the second electrode plate 62 is opened.
  • Two hemispherical spacers 70 are fitted through the holes and fixed to the second electrode plate 62.
  • FIG. 5 shows the flow of liquid around the spacer of FIG. As shown in FIG. 5, the liquid W flowing from the lower side to the upper side in the vertical direction Dv hits the spacer 70 and flows in the left and right directions in the first direction D1.
  • the spacer 70 is exaggeratedly shown in large size in FIGS. 1 to 4, the size in the vertical direction Dv and the first direction D1 may be about 5 mm to 20 mm.
  • the dimensions of the electrode plate body (first electrode body 611, second electrode body 621) of the rectangular plate-like electrode plate are generally about 100 mm to 300 mm in the first direction D1 and the length in the vertical direction Dv.
  • the area of the electrode plate body is extremely large compared to the size of the spacer 70. Therefore, the plurality of spacers 70 are arranged to the extent that they do not affect the electrolytic performance of the monopolar electrolysis apparatus 1.
  • the two spacers 70 are arranged in the central portion of the second electrode plate 62 in the first direction D1 and above and below in the vertical direction Dv. You may increase or decrease.
  • FIG. 6 shows how the scale S is deposited on the second electrode plate 62.
  • the scale S is more likely to adhere to the second electrode plate 62 having a polarity opposite to that of the first electrode plate 61 due to the influence of the electric field. Then, the attached scale S tends to be deposited around the second electrode body 621 of the second electrode plate 62 with the passage of time.
  • the electrode closest to the first surface 411 is the first electrode plate 61, and both ends of the first electrode plate 61 are in contact with the second surface 412 of the outer cylinder 41.
  • both ends of the second electrode plate 62 are not in contact with the second surface 412 and are separated from the second surface 412 by a predetermined distance.
  • FIG. 6 a small space surrounded by the two first electrode plates 61 adjacent to the second electrode plate 62 and the outer cylinder 41 is formed.
  • the liquid W is agitated as the liquid W flows upward from below in the vertical direction Dv.
  • the scale S can be peeled off from the surface of the second electrode plate 62 to which the scale easily adheres. Therefore, it is possible to prevent the scale S from adhering or growing on the second electrode plate 62. Therefore, it is possible to prevent the scale S from being deposited on the second electrode plate 62 and contacting the deposited scale S with the first electrode plate 61.
  • FIG. 6 for comparison, FIG.
  • the electrolysis efficiency is determined by the current density. Therefore, it is considered that the electrolytic efficiency is improved by increasing the area of the second electrode plate and making it the same as that of the first electrode plate.
  • the scale S adheres to the second electrode plate 62 due to the influence of the electric field, and is likely to be deposited on a portion (corner or corner portion) where the second electrode plate having a relatively low flow rate of the liquid W and the outer cylinder are in contact with each other. Therefore, even if the liquid is stirred by the spacer, it is difficult to peel off the scale S attached to the location.
  • the attached scale S may grow, continue to be deposited, and eventually come into contact with the first electrode plate. From this, it is possible to understand the importance of disposing the end surface of the second electrode body 621 facing the first direction D1 away from the second surface 412 in the present embodiment.
  • the frequency of maintenance work such as cleaning is suppressed, and stable long-term use becomes possible.
  • the electrode surface facing the first surface 411 of the first electrode body 611 arranged closest to the inner peripheral surface of the outer cylinder 41 does not contribute to electrolysis. Therefore, in order to reduce the manufacturing cost, the electrode surface does not need to be coated with a catalyst for performing electrolysis.
  • the first electrode plate 61 arranged closest to the inner peripheral surface of the outer cylinder 41 is a single-coated electrode plate in which the catalyst is applied only to one surface of the electrode surface. Becomes
  • FIG. 8 shows a system in which a plurality of monopolar electrolysis devices 1 of FIG. 1 are combined.
  • FIG. 8 shows a system in which three monopolar electrolysis devices 1 are combined, but a system in which two or three or more monopolar electrolysis devices 1 are combined may be used.
  • the two monopolar electrolyzers 1 at both ends have the same arrangement as in FIG.
  • the monopolar electrolysis apparatus 1 in the center is an arrangement in which the arrangement of FIG. 1 is reversed vertically and horizontally. Therefore, the first metal frame 51 of the central monopolar electrolysis apparatus 1 is connected to the second metal frame 52 of one adjacent monopolar electrolysis apparatus 1 by the bus bar 53.
  • the second metal frame 52 of the central monopolar electrolysis apparatus 1 is connected to the first metal frame 51 of the other adjacent monopolar electrolysis apparatus 1 by the bus bar 53.
  • the central monopolar electrolysis device 1 is arranged by reversing the arrangement of FIG. 1 vertically and horizontally. Therefore, unlike the other adjacent monopolar electrolysis apparatus 1, the second nozzle 3 serves as an inflow port for the liquid W, and the first nozzle 2 serves as an outflow port for the liquid W. Also in this system, scale accumulation during operation is suppressed, so that good electrolytic performance can be maintained without stopping the system operation for a long period of time. Further, since the frequency of maintenance work can be reduced, it is possible to reduce costs.
  • FIG. 9 shows a spacer 70A which is a modified example of the spacer.
  • FIG. 9 is a sectional view corresponding to FIG. Further, the position of the spacer 70A in the vertical direction Dv is shown by the dotted line in FIG.
  • the spacer 70A is different from the spacer 70 of the monopolar electrolysis apparatus 1 described above, and the other configurations are the same as those of the monopolar electrolysis apparatus 1. Therefore, the description of the same configuration and the same effect will be omitted.
  • the spacer 70A is formed of a material having a high insulating property (for example, a rubber material or a plastic resin).
  • the spacer 70A is installed between the first electrode plate 61 and the second electrode plate 62 in the second direction D2 so that the first electrode plate 61 and the second electrode plate 62 do not contact each other and electrically short-circuit. .. As shown in FIGS. 1 and 9, the spacers 70A are arranged at both ends of the second electrode body 621 in the first direction D1.
  • the spacer 70A has a C-shaped cross section such that a groove is formed inside when viewed from the vertical direction Dv so that the end of the second electrode body 621 can be sandwiched and held.
  • the spacer 70A is exaggeratedly and largely illustrated in FIGS. 1 and 7, the size in the vertical direction Dv and the first direction D1 may be about 5 to 20 mm.
  • the spacers 70A are arranged at both ends of the second electrode body 621 in the vertical direction Dv. That is, the spacers 70A are arranged near the four corners of the second electrode body 621, respectively.
  • the spacer 70A By disposing the spacer 70A in this way, a space communicating with the vertical direction Dv is formed at the center of the first direction D1 when viewed from the vertical direction Dv. Therefore, when performing the cleaning operation, the scraper 9 having a width corresponding to the distance between the first electrode plate 61 and the second electrode plate 62 in the second direction D2 is attached to the first electrode plate 61 and the second electrode plate 62. It can be pushed into the space between them from the vertical direction Dv. As a result, the scale S can be physically removed easily. This makes it possible to remove the scale S more easily and cheaply than cleaning by chemical cleaning (pickling).
  • the spacers 70A are fixed at the positions where both ends of the second electrode plate 62 and the inner peripheral surface of the outer cylinder 41 are separated from each other. ..
  • the spacer 70A is much smaller than the size of the second electrode body 621. Therefore, when the second electrode main body 621 is viewed in the vertical direction Dv, it can be said that the separated portions occupy most of the area, and the portion where the spacer 70A fills the separated portions can be ignored. Therefore, the above-described effect produced by disposing both ends of the second electrode plate 62 and the outer cylinder 41 at the distance can be directly enjoyed.
  • the monopolar electrolytic device 1 may include both the spacer 70 and the spacer 70A depending on the specifications.
  • the monopolar electrolysis apparatus of the present invention since the adhesion and growth of scale is inhibited, the scale deposition during operation is suppressed, and the electrolysis performance is improved without stopping the operation of the monopolar electrolysis apparatus for a long time. In addition, the frequency of maintenance work can be reduced, and the cost can be reduced.

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Abstract

モノポーラ型電解装置は、互いに平行な一対の第一面及び第一面と直交する一対の第二面で矩形状の内周面が形成される外筒と、複数の第一電極板が接続された第一金属フレームと、複数の第二電極板が接続された第二金属フレームと、第一電極板と第二電極板との間に配置された絶縁性のスペーサとを有し、複数の第一電極板と複数の第二電極板は第一面に平行且つそれぞれ交互に配置され、前記断面において、第一面に最も近くの電極板として第一電極板が配置され、第一電極板の両端は一対の第二面にそれぞれ接して配置され且つ第二電極板の両端は一対の第二面からそれぞれ離間して配置される。

Description

モノポーラ型電解装置
　本発明は、モノポーラ型電解装置に関する。
　本願は、２０１９年１月２３日に日本に出願された特願２０１９－００９３９２号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　従来、電気分解の対象となる液体が電解装置の内部を流れる形式、すなわち流水式のモノポーラ型電解装置が開発されている。
　例えば、特許文献１には、電解槽と、電解槽の下部に設けられて海水の流入口が形成された下部槽と、電解槽の上部に設けられて海水の流出口を形成する上部槽とを備える給電体式海水電解装置が記載されている。
　また、特許文献２には、筒状をなす通水管と、一方が正極で他方が陰極となる第１電極及び第２電極とを備えた電解ユニットが記載されている。複数の第１電極は、円環状の支持板を介して通水管に固定されている。また、複数の第２電極は、第１電極とは異なる支持板を介して、第１電極とは逆側から通水管に固定されている。
特開２０００－２３４１９２号公報 特開２００６－２６３６７９号公報
　ところで、このようなモノポーラ型電解装置では、電極にスケール（付着性の微細固形物）が付着する。一般的に、スケールは、電気分解の対象となる液体の種類によって、陽極または陰極のいずれか一方の電極に付着し、時間の経過とともに堆積し易い。電極面のうち、スケールが堆積した部分は電解性能が低下する可能性がある。
　また、スケールの堆積を放置すると、隣り合う電極間、すなわち陽極と陰極の間が、やがてスケールによって埋められてしまう可能性がある。陽極と陰極の間がスケールによって埋められてしまうと、スケールが堆積した電極面に電解対象の液体は流れ込むことができない。そのため、さらに電解性能が低下する恐れがある。また、スケールによって陽極と陰極が短絡する恐れがある。
　このため、モノポーラ型電解装置の運転を停止し、スケールを除去する清掃や電極交換等のメンテナンス作業を行う必要がある。ところが、当該作業の頻度が高いと、モノポーラ型電解装置の稼働率が下がる一方、これら作業に要する費用が高くなる。
　そこで、本発明は、モノポーラ型電解装置の運転時におけるスケールの堆積を抑制することで、モノポーラ型電解装置の運転を長期間停止することなく電解性能を良好に保ち、また、これら作業の頻度を低減して経費を削減することが可能なモノポーラ型電解装置を提供する。
　本発明のモノポーラ型電解装置は、中心軸に垂直な断面において互いに平行な一対の第一面及び前記第一面と直交する一対の第二面で矩形状の内周面が形成される絶縁性の外筒と、矩形板状の複数の第一電極板が互いに平行且つ所定間隔で接続され、前記外筒の一方の端部に固定された第一金属フレームと、矩形板状の複数の第二電極板が互いに平行且つ前記所定間隔で接続され、前記外筒の他方の端部に固定された第二金属フレームと、前記第一電極板と前記第二電極板との間に配置された絶縁性のスペーサとを有し、複数の前記第一電極板と複数の前記第二電極板は前記第一面に平行且つそれぞれ交互に前記内周面の内側に配置され、前記断面において、前記一対の第一面の各々に最も近くの電極板として前記第一電極板が配置され、前記第一電極板の両端は前記一対の第二面にそれぞれ接して配置され、且つ、前記第二電極板の両端は前記一対の第二面からそれぞれ離間して配置され、前記一方の端部から前記内周面に流入し且つ前記他方の端部から流出する液体を電気分解することを特徴とする。
　この構成によれば、外筒の一対の第一面の各々から最も近くの電極板には、スケールが堆積し易い第二電極板ではなくスケールが堆積し難い第一電極板が配置される。また、第一電極板と第二電極板は大きさが異なる。中心軸に垂直な断面において、第一電極板は、その両端が外筒の内周面に接して配置される。一方、第二電極板は、その両端が外筒の内周面から離間して配置される。
　従って、スケールが堆積し難い隣り合う２つの第一電極板と外筒で仕切られた空間に電気分解の対象となる液体を流すことができる。その結果、液体の流速が低下しがちな当該内周面近傍において、スケールの付着及び成長が阻害される。
　また、当該離間した箇所において、スケールが堆積し易い第二電極板の一方の電極面から他方の電極面、言い換えれば電極板の表側から裏側、または裏側から表側へ液体が流れ込むことができる。このため、液体の流れに乱れが生じて、液体が攪拌される。この液体の攪拌は、スペーサによってさらに増強される。そして、液体の攪拌により、第二電極板に付着したスケールが剥離され、スケールの成長が阻害される。
　本発明のモノポーラ型電解装置によれば、スケールの付着及び成長が阻害される。そのため、運転時におけるスケールの堆積を抑制し、モノポーラ型電解装置の運転を長期間停止することなく電解性能を良好に保つことができる。また、メンテナンス作業の頻度を低減して経費を削減することができる。
本発明の実施形態のモノポーラ型電解装置の中心軸に平行な断面図である。 図１のモノポーラ型電解装置におけるＩＩ－ＩＩ断面図である。 図２のモノポーラ型電解装置におけるＩＩＩ－ＩＩＩ断面図であり、図１とは直交する方向から見た断面図である。 図１の第二金属フレームに固定された複数の第二電極板及び第二電極板に固定されたスペーサを示す斜視図である。 図４のスペーサの周りの流体の流れを示す模式図である。 本発明の実施形態におけるモノポーラ型電解装置において、第二電極板にスケールが堆積する様子を説明する模式図である。 図６と比較するための参考図であって、第一電極板と第二電極板の両端がいずれも外筒に接して配置された場合にスケールが堆積する様子を説明する模式図である。 図１のモノポーラ型電解装置を複数組み合わせたシステムの断面図である。 スペーサの変形例を説明する図であって、図２に対応する断面図である。
　以下、本発明の実施形態について図１から図９を参照して説明する。
　本実施形態のモノポーラ型電解装置１は、海水等を電気分解する海洋生物付着防止装置等の無機電解合成装置またはＡＤＣＡ（アジゾカルボンアミド）などを合成するために尿素含有水等の所定の液体を電気分解する有機電解合成装置として使用することができる。すなわち、電気分解する対象の液体がいかなる液体であっても、モノポーラ型電解装置１を使用することが可能である。
　ここでは、無機電解合成装置の一種である海洋生物付着防止装置として使用する例を示す。海洋生物付着防止装置に使用される場合、モノポーラ型電解装置１には、電気分解される対象の液体Ｗとして、海水又は塩水が供給される。この場合、後述の第一電極板６１は陽極板であるので正電位（＋電位）が印加される。また、第二電極板６２は陰極板であるので負電位（－電位）が印加される。なお、モノポーラ型電解装置１を、尿素含有水等の所定の液体を電気分解する有機電解合成装置として使用する場合は、後述の第一電極板６１は陰極板であるので負電位（－電位）が印加される。また、第二電極板６２は陽極板であるので正電位（＋電位）が印加される。すなわち、第一電極板６１と第二電極板６２には、互いに逆となる極性の電位が電源により印加される。いずれの場合も、スケールは第一電極板６１に付着し難く、第二電極板６２に付着し易い。従って、スケールは、第二電極板６２に堆積し易い。
　また、モノポーラ型電解装置１は、電解槽本体４を鉛直方向に縦に設置して液体Ｗを電解槽本体４の内部において上下方向に流す縦型電解装置、電解槽本体４を水平方向に横に設置して液体Ｗを電解槽本体４の内部において水平方向に流す横型電解装置、または、電解槽本体４を水平方向と鉛直方向の間の角度に傾けて設置し、液体Ｗを電解槽本体４の内部において斜め方向に流す電解装置として使用することができる。しかし、ここでは、説明の簡便のため、モノポーラ型電解装置１の電解槽本体４を鉛直方向Ｄｖに設置、すなわち外筒４１の中心軸Ｏを鉛直方向Ｄｖに一致させた縦型の電解装置として説明する。
　もちろん、モノポーラ型電解装置１は、用途等に応じて、中心軸Ｏを鉛直方向Ｄｖから傾けて設置してもよい。
　図１は、中心軸Ｏに平行且つ電極板（第一電極板６１、第二電極板６２）の電極面に垂直なモノポーラ型電解装置１の断面図である。図１に示すように、モノポーラ型電解装置１は、第一金属フレーム５１と、第二金属フレーム５２と、電解槽本体４と、第一ノズル２と、第二ノズル３と、複数のバスバー５３と、スペーサ７０と電源（図示せず）とを備えている。第一金属フレーム５１は、複数の第一電極板６１を固定する。第二金属フレーム５２は、複数の第二電極板６２を固定する。電解槽本体４は、複数の第一電極板６１と複数の第二電極板６２を収納している。第一ノズル２は、第一金属フレーム５１を電解槽本体４の一端と気密に挟んだ状態で、固定される。第二ノズル３は、第二金属フレーム５２を電解槽本体４の他端と気密に挟んだ状態で、固定される。複数のバスバー５３は、第一金属フレーム５１と第二金属フレーム５２にそれぞれ固定されている。スペーサ７０は、電解槽本体４の内部で第一電極板６１と第二電極板６２が互いに接触して短絡しないように、隣り合う第一電極板６１と第二電極板６２の間に介在して設置されている。電源は、バスバー５３に電気的に接続され、第一金属フレーム５１と第二金属フレーム５２に互いに逆の極性の電位を与える。
　なお、バスバー５３は、図８を用いて後述するように、複数のモノポーラ型電解装置１を電気的に接続して使用する際、屈曲しないため作業性を向上することができるが、本発明の必須構成ではない。バスバー５３に代わり、屈曲可能な電線を使用してもよい。
　図１において、第一ノズル２は、電解槽本体４に液体Ｗを流入するための流入口となる。第一ノズル２は、電解槽本体４に対して、鉛直方向Ｄｖの下方に配置されている。鉛直方向Ｄｖにおける第一ノズル２の下方の端部は、液体Ｗが供給される断面が円形状の配管（不図示）に接続されている。第一ノズル２は、鉛直方向Ｄｖから見た際の内周面の断面形状が、鉛直方向Ｄｖの下方から上方に向かうにしたがって円形状から当該円形状よりも面積の大きな矩形状になるように変化している。つまり、鉛直方向Ｄｖにおける第一ノズル２の下方の端部の内周面は、鉛直方向Ｄｖから見た際の断面形状が、円形状をなしている。一方、鉛直方向Ｄｖにおける第一ノズル２の上方の端部の内周面は、鉛直方向Ｄｖから見た際の断面形状が、矩形状をなしている。
　図１において、第二ノズル３は、電解槽本体４から液体Ｗが排出される流出口となる。第二ノズル３は、電解槽本体４に対して、鉛直方向Ｄｖの上方に配置されている。鉛直方向Ｄｖにおける第二ノズル３の上方の端部は、液体Ｗが排出される断面が円形状の配管（不図示）に繋がれている。第二ノズル３は、鉛直方向Ｄｖから見た際の内周面の断面形状が、鉛直方向Ｄｖの上方から下方に向かうにしたがって円形状から当該円形状よりも面積の大きな矩形状になるように変化している。つまり、鉛直方向Ｄｖにおける第二ノズル３の上方の端部の内周面は、鉛直方向Ｄｖから見た際の断面形状が、円形状なしている。一方、鉛直方向Ｄｖにおける第二ノズル３の下方の端部の内周面は、鉛直方向Ｄｖから見た際の断面形状が、矩形状をなしている。
　第二ノズル３は、第一ノズル２と同一形状且つ同一寸法としてもよい。
　第一ノズル２及び第二ノズル３は、通常の配管（円筒形状の配管）から供給される液体Ｗを、矩形筒状の内周面を持つ電解槽本体４へ円滑に流し込み、また、電解槽本体４から通常の配管へ円滑に排出する内周面を備えている。
　図２は、図１のＩＩ－ＩＩ断面図（ＩＩ－ＩＩにおける鉛直方向Ｄｖに垂直な面の図）である。図２に示すように、電解槽本体４の外筒４１は、矩形状（方形状または角形状）の内周面を備えている。そして、図１に示すように、外筒４１は、その一方の端部および他方の端部の開口を鉛直方向Ｄｖに向けて配置されている。なお、外筒４１の外形は、ここでは図１及び図２に示すように矩形筒状としているが、内周面が上記矩形状の形状であれば、その外形は円筒状、角筒状など、いかような形状であってもよい。
　第一ノズル２及び第二ノズル３は、第一金属フレーム５１または第二金属フレーム５２を介して、ボルト等の固定部材を用いて外筒４１に着脱可能且つ気密に固定される。液体Ｗは、鉛直方向Ｄｖにおける電解槽本体４の下方、すなわち第一ノズル２から電解槽本体４の内部、すなわち外筒４１の内周面に流入する。その後、液体Ｗは電解槽本体４の内部を鉛直方向Ｄｖの上方に向かって流れ、第二ノズル３から外部に流出する。外筒４１の内周面を液体Ｗが通る間に、当該内周面の内側に配置された第一電極板６１及び第二電極板６２によって液体Ｗが電気分解される。
　図１及び図２に示すように、外筒４１の内周面は、互いに平行な一対の第一面４１１及び互いに平行な一対の第二面４１２で形成されている。図２において、第一面４１１の面に沿う方向（第一面４１１の面に平行な方向）を第一方向Ｄ１とする。また、第二面４１２の面に沿う方向（第二面４１２の面に平行な方向）を第二方向Ｄ２とする。
　外筒４１は、第一面を備えた部材と第二面を備えた部材、すなわち別々の部材を組み合わせて構成してもよいし、型枠等で一体成型してもよい。外筒４１は、プラスチック樹脂等の絶縁性の高い材料で形成される。
　なお、ここで説明に用いられる「平行」や「同一」との表現は、厳密な平行や同一のみを意味するものではなく、実質的な平行や同一を包含する概念であり、設計上の公差や製造上の誤差は許容される。
　第一金属フレーム５１は、鉛直方向Ｄｖにおける外筒４１の一方の端部に固定される。図１においては、第一金属フレーム５１は、鉛直方向Ｄｖにおける外筒４１の下端で、外筒４１と第一ノズル２に挟まれて配置される。
　第二金属フレーム５２は、鉛直方向Ｄｖにおける外筒４１の他方の端部に固定される。図１においては、第二金属フレーム５２は、鉛直方向Ｄｖにおける外筒４１の上端で、外筒４１と第二ノズル３とに挟まれて配置される。
　第一金属フレーム５１及び第二金属フレーム５２の形状は、各々に対応して配置される電極板を溶接等で固定でき、液体Ｗの流れを実質的に妨げない形状であれば、開口のある環状、Ｕ字型等、いかような形状でもよい。ここでは、外筒４１の外形を矩形筒状としている。そのため、第一金属フレーム５１及び第二金属フレーム５２の形状は矩形環状として説明する。液体Ｗの流れを妨げないよう、矩形環状の第一金属フレーム５１及び第二金属フレーム５２の開口は、いずれも、上述した外筒４１の内周面の矩形状の断面積と同一またはそれ以上の面積であることが望ましい。
　第一電極板６１は、一枚の電極板に陽極または陰極のいずれか一方のみが形成されたモノポーラ型の電極板である。また、第二電極板６２は、第一電極板６１と逆の極性となるモノポーラ型の電極板である。液体Ｗが海水（又は塩水）の場合、第一電極板６１は陽極板であり、第二電極板６２は陰極板である。
　第一電極板６１は、第一電極本体６１１と第一タブ部６１２とを備えている。第一電極板６１は、第一タブ部６１２を第一金属フレーム５１に溶接等で固定する。第二電極板６２は、第二電極本体６２１と第二タブ部６２２とを備えている。第二電極板６２は、第二タブ部６２２を第二金属フレーム５２に溶接等で固定する。第一電極本体６１１と第二電極本体６２１の形状は、いずれも矩形板状である。図２に示すように、電極面が第一面４１１に対して平行に配置される。
　なお、第一電極板６１と第二電極板６２の形状は、対応するタブ部（第一タブ部６１２、第二タブ部６２２）を備えている。そのため、厳密には矩形ではないが、全体を見れば実質的に矩形であるため、「矩形板状」と表現する。
　図１及び図２に示すように、第一電極本体６１１は、鉛直方向Ｄｖを長手方向とし、第一方向Ｄ１を短手方向とする矩形板状をなしている。第一方向Ｄ１における第一電極本体６１１の長さは、第一電極本体６１１が湾曲することなく、その両端が外筒４１の第二面４１２と接触する長さである。
　また、電解性能を良好にする観点で、第一電極本体６１１の電極面と第二電極本体６２１の電極面は、第二方向Ｄ２においてできるだけ重なるのが望ましい。図３に、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図（ＩＩＩ－ＩＩＩにおける鉛直方向Ｄｖに平行な面の図）を示す。図３に示すように、鉛直方向Ｄｖにおける第一電極本体６１１の長さは、例えば、第一金属フレーム５１の上端近傍から第二金属フレーム５２の下端近傍までの長さとしてよい。
　第二電極本体６２１は、鉛直方向Ｄｖを長手方向とし、第一方向Ｄ１を短手方向とする矩形板状をなしている。第一方向Ｄ１における第二電極本体６２１の長さは、その両端が外筒４１の第二面４１２と接触しない長さ、すなわち第二面４１２から所定距離だけ離間した長さである。
　鉛直方向Ｄｖにおける第二電極本体６２１の長さは、第一電極本体６１１と同様、電解性能を良好にする観点から、例えば、第一金属フレーム５１の上端近傍から第二金属フレーム５２の下端近傍までの長さとしてよい。
　第一金属フレーム５１に固定された複数の第一電極板６１と第二金属フレーム５２に固定された複数の第二電極板６２を外筒４１の内周面の内側へ収容する際、第二電極板６２に隣り合う２つの電極板は必ず第一電極板６１となる。そのため、第二方向Ｄ２の一方向に向かって順に、第一電極板６１、第二電極板６２、第一電極板６１、…と一つずつ交互に配置される。第一電極板６１と第二電極板６２の第二方向Ｄ２の間隔は、５ｍｍ～２０ｍｍ程度でよい。
　また、一対の第一面４１１の各々に最も近接して配置される電極板として、スケールが堆積し易い第二電極板６２ではなく、スケールが堆積し難い第一電極板６１が配置される。すなわち、外筒４１の内周面の内側に配置される電極板のうち、第二方向Ｄ２の両端に配置される電極板は、第一電極板６１となる。
　当該両端に配置される第一電極板６１は、各々、図２に示すように、一対の第一面４１１にそれぞれ接して配置されてよい。なお、第一金属フレーム５１に固定された第一電極板６１を外筒４１の内周面の内側へ挿入する際、第一電極板６１を傷めることなく滑らかに挿入するため、プラスチック樹脂等の絶縁性の材料で形成された絶縁板を外筒４１の内周面（第一面４１１または第二面４１２）と第一電極板６１の間に配置してもよい。この場合、第一電極板６１とともに外筒４１の内周面に挿入される絶縁板は、内周面に接した状態でそのまま外筒４１内に収納される。そこで、ここでは、第一電極板６１が外筒４１の内周面（第一面４１１または第二面４１２）に「接して配置」されるとは、外筒４１の内周面に間接的に接して配置される場合を含むものとする。すなわち、内周面と第一電極板６１の間に絶縁板が介在する場合も、第一電極板６１が第一面４１１または第二面４１２に「接して配置」されていると理解するものとする。請求項を解釈する場合、本定義に従って理解しなければならない。
　以上の構成によれば、外筒４１の一対の第一面４１１の各々に最も近く配置される電極板として、スケールが堆積し易い第二電極板６２ではなくスケールが堆積し難い第一電極板６１が配置されている。さらに第一電極板６１の第一方向Ｄ１の両端は外筒４１の一対の第二面４１２にそれぞれ接して配置される。従って、流入口から流れ込んだ液体Ｗは、隣り合う二つの第一電極板６１と外筒で仕切られた複数の空間の各々に流れ込む。このため、第一電極板６１の第一方向Ｄ１の両端が外筒４１の一対の第二面４１２に接して配置されない場合（すなわち、当該空間が形成されない場合）に比べ、液体Ｗの流速を全ての当該空間において均一化することができる。その結果、当該空間ごとの電解性能を均一化するとともに、後述の液体Ｗによるスケールを剥離する効果を均一化することができる。また、液体Ｗの流速が低下しがちな外筒４１の内周面と第一電極板６１が接触する箇所の近傍において、スケールの付着が抑制される。
　また、第一電極板６１と第二電極板６２は大きさが異なる。中心軸に垂直な断面において、第一電極板６１は、その両端が外筒４１の内周面に接して配置される。一方、第二電極板６２は、その両端が外筒４１の内周面から離間（例えば、２ｍｍ～１０ｍｍ程度）して配置される。そのため、当該離間した箇所を電気分解の対象となる液体Ｗは流れることができる。すなわち、第二電極板６２の一方の電極面から他方の電極面、言い換えれば電極板の表側から裏側、または裏側から表側へ液体Ｗが流れ込むことができる。このため、液体Ｗは整流とはならず、乱流となり、液体Ｗが攪拌される。そして、液体Ｗの攪拌により、第二電極板６２に付着したスケールが剥離され、スケールの成長が阻害される。
　スペーサ７０は、絶縁性の高い材料（例えばゴム材やプラスチック樹脂）で形成されている。図１及び図２に示すように、スペーサ７０は、第一電極板６１と第二電極板６２が互いに接触して電気的に短絡しないように、第二方向Ｄ２における第一電極板６１と第二電極板６２の間に設置される。また、スペーサ７０は、第二電極板６２の上記離間した箇所を除く電極面に設置される。なお、当該離間した箇所に設置するスペーサ７０Ａは、変形例として後述する。
　また、スペーサ７０は、上述した電極板の構成及びその配置による液体Ｗの攪拌を増強する形状で形成されている。スペーサ７０の形状は、液体Ｗの攪拌を増強する形状であればいかような形状でもよい。スペーサ７０の形状は、例えば、第二方向Ｄ２から見た際に、円形、三角形（３つの頂点のうち、１つの頂点は他の２つの頂点より鉛直方向Ｄｖの下方に配置）、四角形（４つの頂点のうち、１つの頂点は他の３つの頂点より鉛直方向Ｄｖの下方に配置）としてよい。なお、第一方向Ｄ１から見た際に、電極板を傷めることがないよう丸みを持たせた形状、例えば半円形であることが好ましい。
　図４に、第二金属フレーム５２に固定された複数の第二電極板６２及び第二電極板６２に固定されたスペーサ７０を示す斜視図を示す。ここでは、スペーサの形状を、第二電極板６２を間に挟んだ球状の形状としている。具体的には、第二電極板６２の電極面を貫通するスペーサ取付孔６３が開けられる。この孔を通して半球状の２つのスペーサ７０が嵌合され、第二電極板６２に固定される。
　図５に、図４のスペーサの周りの液体の流れを示す。図５に示すように、鉛直方向Ｄｖの下方から上方に向かって流れる液体Ｗは、スペーサ７０に当たって第一方向Ｄ１の左右に向かう流れが生じる。これにより、上述した電極板の構成及びその配置による液体Ｗの攪拌がさらに増強される。その結果、より効果的に第二電極板６２に付着したスケールが剥離され、スケールの成長が阻害される。
　なお、スペーサ７０は、図１乃至図４においては誇張して大きく記載されているが、鉛直方向Ｄｖ及び第一方向Ｄ１の大きさは、５ｍｍ～２０ｍｍ程度でよい。矩形板状の電極板の電極板本体（第一電極本体６１１、第二電極本体６２１）の寸法は、一般的に、第一方向Ｄ１の長さが１００ｍｍ～３００ｍｍ程度、鉛直方向Ｄｖの長さが３００ｍｍ～１５００ｍｍ程度であるので、スペーサ７０の寸法に比較して電極板本体の面積が極めて大きい。従って、モノポーラ型電解装置１の電解性能に影響を与えない程度に複数のスペーサ７０が配置される。ここでは、スペーサ７０は、第二電極板６２の第一方向Ｄ１の中央部且つ鉛直方向Ｄｖの上方及び下方に二つ配置されているが、電極板の大きさに応じて、適宜、数を増減させてよい。
　図６に、第二電極板６２にスケールＳが堆積する様子を示す。モノポーラ型電解装置１では、電界の影響で、第一電極板６１に比べ、第一電極板６１と逆の極性の第二電極板６２にスケールＳが付着し易い。そして、当該付着したスケールＳは、時間の経過とともに、第二電極板６２の第二電極本体６２１の周りに堆積する傾向がある。しかし、上述した通り、第一面４１１に最も近い電極は第一電極板６１であり、第一電極板６１の両端は外筒４１の第二面４１２に接している。一方、第二電極板６２の両端は第二面４１２に接触しておらず、第二面４１２から所定距離だけ離間している。このため、図６において、第二電極板６２に隣り合う２つの第一電極板６１と外筒４１とで囲まれた小さな空間が形成される。この小さな空間を液体Ｗが鉛直方向Ｄｖの下方から上方に流れる際に、液体Ｗが攪拌される。その結果、スケールの付着し易い第二電極板６２の表面から、スケールＳを剥離することができる。従って、第二電極板６２へのスケールＳの付着や成長を阻害することができる。そのため、第二電極板６２にスケールＳが堆積して、この堆積したスケールＳが第一電極板６１に接触することを抑制できる。
　ここで、比較のため、図７に、第一電極板のみならず、第二電極板の両端も第二面に接して配置された場合のスケールＳの堆積する様子を示す。電解においては電流密度により電解効率が決まってくる。そのため、第二電極板の面積を拡大し第一電極板と同一にした方が電解効率が上がると考えられる。ところが、スケールＳは、電界の影響で第二電極板６２に付着し、液体Ｗの流速が比較的低い第二電極板と外筒の接触した箇所（隅または角の部分）に堆積しやすい。このため、スペーサにより液体が攪拌されても、当該箇所に付着したスケールＳは剥離が困難である。そのため、付着したスケールＳは成長し、堆積を続け、やがて第一電極板に接触する恐れがある。
　このことからも、本実施形態において、第一方向Ｄ１を向く第二電極本体６２１の端面を、第二面４１２から離して配置することの重要性が理解できる。
　本実施形態のモノポーラ型電解装置１においては、以上の構成により、清掃等のメンテナンス作業の頻度が抑えられ、安定的な長期使用が可能となる。
　なお、第二方向Ｄ２において、最も外筒４１の内周面近くに配置される第一電極本体６１１の第一面４１１に向かう電極面は、電気分解に寄与しない。したがって、当該電極面については、製造コストを低減するため、電気分解を行わせるための触媒を塗布しなくてもよい。この場合、複数の第一電極板６１のうち、最も外筒４１の内周面近くに配置される第一電極板６１は、電極面の片面のみに当該触媒が塗布された片塗りの電極板となる。
　図８に、図１のモノポーラ型電解装置１を複数組み合わせたシステムを示す。説明の簡便のため、図８では３つのモノポーラ型電解装置１を組み合わせたシステムを示すが、２つ、または３つ以上のモノポーラ型電解装置１を組み合わせたシステムとしてもよい。
　図８の３つのモノポーラ型電解装置１のうち、両端の２つのモノポーラ型電解装置１は、図１と同じ配置である。一方、中央のモノポーラ型電解装置１は、図１の配置を上下左右逆転した配置である。
　従って、中央のモノポーラ型電解装置１の第一金属フレーム５１は、隣り合う一方のモノポーラ型電解装置１の第二金属フレーム５２にバスバー５３で結線される。また、中央のモノポーラ型電解装置１の第二金属フレーム５２は、隣り合う他方のモノポーラ型電解装置１の第一金属フレーム５１にバスバー５３で結線される。
　このように結線することで、１つの電源のみで、結線された全てのモノポーラ型電解装置１の第一電極板６１と第二電極板６２に逆極性の電位を与えることができる。従って、安価に複数のモノポーラ型電解装置１を用いたシステムを構成することができる。
　なお、上記中央のモノポーラ型電解装置１は、図１の配置を上下左右逆転した配置である。そのため、隣り合う他方のモノポーラ型電解装置１と異なり、第二ノズル３が液体Ｗの流入口となり、第一ノズル２が液体Ｗの流出口となる。
　本システムにおいても、運転時におけるスケールの堆積が抑制されるので、システムの運転を長期間停止しなくとも電解性能を良好に保つことができる。また、メンテナンス作業の頻度を低減できるので経費を削減することが可能となる。
（変形例）
　図９に、スペーサの変形例であるスペーサ７０Ａを示す。図９は、図２に対応する断面図である。また、図１に点線で、スペーサ７０Ａの鉛直方向Ｄｖにおける位置を示す。本変形例は、スペーサ７０Ａが、上述のモノポーラ型電解装置１のスペーサ７０と異なるのみで、その他の構成は、モノポーラ型電解装置１と同じである。従って、同一の構成及び同一の作用効果についての説明を省略する。スペーサ７０Ａは、スペーサ７０と同様、絶縁性の高い材料（例えばゴム材やプラスチック樹脂）で形成されている。スペーサ７０Ａは、第一電極板６１と第二電極板６２が互いに接触して電気的に短絡しないように、第二方向Ｄ２における第一電極板６１と第二電極板６２の間に設置される。
　図１及び図９に示すように、スペーサ７０Ａは、第一方向Ｄ１における第二電極本体６２１の両端に配置されている。スペーサ７０Ａは、第二電極本体６２１の端部を挟み込んで保持できるように、鉛直方向Ｄｖから見た際に、内側に溝が形成されたような断面Ｃ字状をなしている。スペーサ７０Ａは、図１及び図７においては誇張して大きく記載されているが、鉛直方向Ｄｖ及び第一方向Ｄ１の大きさは、５～２０ｍｍ程度でよい。
　スペーサ７０Ａは、図１に示すように、鉛直方向Ｄｖにおいて、第二電極本体６２１の両端に配置される。つまり、スペーサ７０Ａは、第二電極本体６２１の四隅近傍にそれぞれ配置されている。
　このようにスペーサ７０Ａを配置することで、鉛直方向Ｄｖから見た際に第一方向Ｄ１の中央に、鉛直方向Ｄｖに連通する空間が形成される。そのため、清掃作業を行う場合には、第二方向Ｄ２における第一電極板６１と第二電極板６２との間隔に対応する幅のスクレーパー９を、第一電極板６１と第二電極板６２との間の空間に鉛直方向Ｄｖから押し込むことができる。その結果、物理的にスケールＳを簡単に除去することができる。これにより、薬洗（酸洗）して清掃するよりも容易かつ安価にスケールＳを除去することができる。
　なお、スペーサ７０Ａが配置された第二電極本体６２１の四隅近傍においては、上述した第二電極板６２の両端と外筒４１の内周面が離間した箇所にスペーサ７０Ａが固定されることになる。しかしながら、第二電極本体６２１の大きさに比べ、スペーサ７０Ａは極めて小さい。そのため、鉛直方向Ｄｖで第二電極本体６２１を見たとき、当該離間した箇所が大部分を占め、スペーサ７０Ａが当該離間した箇所を埋める部分は無視できる程度といえる。従って、第二電極板６２の両端が外筒４１と当該離間して配置されることで生じる上述の効果はそのまま享受できる。また、スペーサ７０Ａは、当該離間した箇所を流れる液体Ｗの流れを変えるため、スペーサ７０と同様、液体Ｗの攪拌を増強することができる。
　モノポーラ型電解装置１は、仕様に応じて、スペーサ７０とスペーサ７０Ａの両方を備えてもよい。
　以上、本発明の実施形態および変形例について図面を参照して詳述したが、これらはあくまで一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
　本発明のモノポーラ型電解装置によれば、スケールの付着及び成長が阻害されるので、運転時におけるスケールの堆積を抑制し、モノポーラ型電解装置の運転を長期間停止することなく電解性能を良好に保ち、また、メンテナンス作業の頻度を低減して経費を削減することができる。
１　　モノポーラ型電解装置
Ｗ　　液体
２　　第一ノズル
３　　第二ノズル
４　　電解槽本体
４１　外筒
４１１　　　第一面
４１２　　　第二面
Ｏ　　中心軸
Ｄ１　第一方向
Ｄ２　第二方向
５１　第一金属フレーム
５２　第二金属フレーム
５３　バスバー
６１　第一電極板
６１１　　　第一電極本体
６１２　　　第一タブ部
６２　第二電極板
６２１　　　第二電極本体
６２２　　　第二タブ部
６３　スペーサ取付孔
７０、７０Ａ　　　 スペーサ
Ｓ　　スケール
９　　スクレーパー
Ｄｖ　鉛直方向

Claims (6)

  1. 　中心軸に垂直な断面において互いに平行な一対の第一面及び前記第一面と直交する一対の第二面で矩形状の内周面が形成される絶縁性の外筒と、
    　矩形板状の複数の第一電極板が互いに平行且つ所定間隔で接続され、前記外筒の一方の端部に固定された第一金属フレームと、
    　矩形板状の複数の第二電極板が互いに平行且つ前記所定間隔で接続され、前記外筒の他方の端部に固定された第二金属フレームと、
    　前記第一電極板と前記第二電極板との間に配置された絶縁性のスペーサと
    を有し、
    　複数の前記第一電極板と複数の前記第二電極板は前記第一面に平行且つそれぞれ交互に前記内周面の内側に配置され、
    　前記断面において、前記一対の第一面の各々に最も近くの電極板として前記第一電極板が配置され、前記第一電極板の両端は前記一対の第二面にそれぞれ接して配置され、且つ、前記第二電極板の両端は前記一対の第二面からそれぞれ離間して配置され、
    　前記一方の端部から前記内周面に流入し且つ前記他方の端部から流出する液体を電気分解することを特徴とするモノポーラ型電解装置。
  2. 　前記スペーサは、前記中心軸に垂直な断面において、前記第二電極板の中央部、端部または両端部に固定され、且つ、前記中心軸に平行な断面において、前記第二電極板の電極面の一部のみに設置されたことを特徴とする請求項１に記載のモノポーラ型電解装置。
  3. 　前記スペーサは、半球状、円形状、三角形状、または四角形状のいずれか一つの形状をなし、前記内周面に流入する前記液体を攪拌し、前記第二電極板へのスケールの堆積を抑制することを特徴とする請求項２に記載のモノポーラ型電解装置。
  4. 　前記中心軸に垂直な断面において、一方の端部の内周面が矩形状であり、他方の端部の内周面が円形状である第一ノズル及び第二ノズルをさらに有し、
    　前記第一ノズルの前記一方の端部は、前記第一金属フレームを介して前記外筒に接続され、
    　前記第二ノズルの前記一方の端部は、前記第二金属フレームを介して前記外筒に接続され、
    　前記中心軸に垂直な断面において、前記内周面は、前記中心軸の外側から前記外筒に近づくにつれて前記円形状から前記矩形状に次第に変化するよう形成されたことを特徴とする請求項３に記載のモノポーラ型電解装置。
  5. 　前記液体は、海水又は塩水であり、
    　前記第一電極板は、陽極板であり、
    　前記第二電極板は、陰極板であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のモノポーラ型電解装置。
  6. 　前記液体は、尿素含有水であり、
    　前記第一電極板は、陰極板であり、
    　前記第二電極板は、陽極板であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のモノポーラ型電解装置。
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