电解水生成装置、电极单元的制作方法

这里叙述的实施方式涉及电解水生成装置、电极单元。

背景技术：

近年来，已知有通过电解生成次氯酸水、碱离子水等电解水的电解水生成装置。作为这样的电解水生成装置，提出了使电解液(电解质液)以及水流入1隔膜2室型的电解槽、2隔膜3室型的电解槽而生成电解水的流水式的电解水生成装置。在流水式的电解水生成装置中，为了使生成水进入阳极室或阴极室而流动，需要配管和泵。由此，装置整体的构成变得复杂，另外，容易因流水压力产生特性变动。

作为不具有供排水的配管的、较简单的构造的电解水生成装置，提出了如下一种静水式(分批(batch)式)的电解水生成装置：将具有阳极以及阴极并填充有电解液的电极单元放入收容有水的罐等容器内，利用电极单元对该容器内的水进行电解而向电解水转变。

然而，在这样的静水式的电解水生成装置中，在生成所希望的电解水之前，有时电极单元内的电解液用尽，反而在生成电解水之后不必要地消耗电力。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3500173号公报

专利文献2：日本专利第3551288号公报

专利文献3：日本专利第4024278号公报

技术实现要素：

实用新型要解决的课题

本实施方式所要解决的课题在于，提供一种能够稳定地生成电解水的 简易构造的电解水生成装置、电极单元。

用于解决课题的手段

根据实施方式，电解水生成装置具备电极单元，该电极单元具有填充电解液的电解液室、将上述电解液室分隔的隔膜、以及设于上述隔膜的两侧并相互对置的一对电极，该电解水生成装置利用上述电极单元将容器内的水生成为电解水。上述电解液室的容量形成为上述容器内的水的容量的1/100以下。

附图说明

图1是表示第1实施方式的电解水生成装置的概略构成的剖面图。

图2是表示第1实施方式的电解水生成装置中的电解经过时间与生成水的有效氯浓度以及电解电压的关系的图。

图3是表示电解液浓度与电解电压的关系的图。

图4是表示电解液浓度与电解电压的关系的图。

图5是表示电解液浓度与生成效率的关系的图。

图6是表示电解液浓度与生成效率的关系的图。

图7是表示第2实施方式的电解水生成装置的概略的构成的剖面图。

具体实施方式

以下，一边参照附图，一边对各种实施方式进行说明。此外，对实施方式中共同的构成赋予相同的附图标记，并省略重复的说明。另外，各附图是用于促进实施方式的说明和其理解的示意图，其形状、尺寸、比例等存在与实际的装置不同之处，但它们能够参考以下的说明与公知的技术而适当地进行设计变更。

(第1实施方式)

图1是概略地表示第1实施方式的电解水生成装置的剖面图。在本实施方式中，电解水生成装置10构成为生成次氯酸水的静水式或分批式的电解水生成装置。电解水生成装置10具备：投入到收容有水等液体的现有的罐(或容器)12中的电极单元20、以及向电极单元20的电极供给电解电力的供电部30。供电部30与未图示的直流电源连接。此外，供电部30也 可以由供给恒压的电池等构成。

电极单元20具备：大致矩形箱状的壳体26，其具有电解液室22以及阴极室24；第1隔膜28a，其以将向壳体26的一侧面开口的电解液室22的开口封堵的方式配置，并将电解液室22与外部(这里是罐12内部)分隔；以及第2隔膜28b，其在壳体26内与第1隔膜28a对置而配置，并将电解液室22与阴极室24分隔。作为第1隔膜28a以及第2隔膜28b，使用了含有化学耐性优异的聚偏氟乙烯(PolyVinylidene DiFuoride：PVDF)与氧化钛的多孔质隔膜。

电极单元20还具备与第1隔膜28a的罐侧(外侧)邻接并对置设置的阳极14、以及在阴极室24内与第2隔膜28b邻接并对置设置的阴极16。阳极14以及阴极16将第1以及第2隔膜28a、28b、和电解液室22夹在中间而相互对置。阳极14以及阴极16经由布线而电连接于供电部30。

在本实施方式中，电极单元20具备：气体排放(gas vent)管32，其连接于阴极室24的上部，并用于将在阴极室24产生的气体排出；多个搅拌板34，其设于阳极14的外侧；以及注入管36，其从电解液室22向上方延伸。通过注入管36，能够向电解液室22注入电解液(电解质液)。但是，注入管36是为了使电解液向电解液室22的填充简便而设置的，并非必须需要，也能够省略。例如，也可以采用在壳体26设置注入口，在从该注入口向电解液室填充电解液之后，利用塞子封闭注入口的构成。

在如上述那样构成的电极单元20的电解液室22中，作为含有氯化物的电解液，预先填充例如饱和食盐水，在阴极室24中，预先填充有水。将饱和食盐水以与电解液室22的容量相同的量填充于电解液室22，将电解液室22填满。这里，在罐12的容量、这里是收容于罐12的水(静水)的容量为100L的情况下，电解液室22的容量为罐12的容量的1/100以下，例如形成为100mL，阴极室24的容量形成为200mL。在生成电解水时，电极单元20被浸渍在罐12的水中，壳体26配置于水面的下方。气体排放管32以及注入管36的上端部贯通罐12的上部开口而向罐12的外部延伸。

在如上述那样将电极单元20浸渍在罐12的水中的状态下，从供电部30向阳极14以及阴极16以200分钟左右通入1.8A的电流，由此能够将罐12的水生成为50ppm左右的几乎不含有盐分的次氯酸水。具体而言，从电 解液室22经由第1隔膜28a扩散到阳极14的氯离子在阳极14被夺走电子而成为氯气，扩散到罐12的水内。然后，该氯气与水反应，产生次氯酸与盐酸。此时，搅拌板34防止在阳极14产生的次氯酸与盐酸和气泡(主要是氧气)一起向正上方以高浓度上升，并向水平方向进行搅拌。由此，能够将罐12内的水转变为次氯酸水。电极单元20仅向电解液室22填充一次饱和食盐水，就能够无需替换地将罐12的水转变为电解水。

在生成次氯酸水的同时，在阴极室24中，水被阴极16分解而产生氢气与氢氧离子，与经由第2隔膜28b从电解液室22向阴极16扩散的钠离子一起产生氢氧化钠水。产生的氢气经由气体排放管32向罐12之外排出。

在这样构成的电解水生成装置中，如上述那样，电解液室22的容量为100mL，被设定为罐12的容量(100L)的1/1000。生成有效氯浓度为50ppm的次氯酸水100L所需的盐量在生成效率为90％(10％是在氧气生成中被不必要地消耗)时为12g多，若成为饱和食盐水则为将近50mL。填充于容量100mL的电解液室22的饱和食盐水也为100mL，在将罐12的100L的水转变为50ppm左右的次氯酸水的情况下，将会消耗100mL的饱和盐水中所含的盐分的大约一半。由此，饱和食盐水的初始的饱和浓度26％降低为13％左右。这种饱和浓度的降低会引起后述的电解电压的上升，通过对其进行检测而使电解停止，生成所希望的有效氧浓度(50ppm)的电解水。

图2是表示电解时间与电解电压及罐的水的有效氯浓度(次氯酸生成浓度)的关系的图。在图2中，横轴表示电解时间(电流为1.8A恒定)，纵轴表示罐的水的有效氯浓度(次氯酸生成浓度)与电解电压。根据该图可知，罐12内的水的有效氯浓度(曲线A)随着电解时间呈线形上升，然后大约从超过150分钟起表现出饱和的情况。另外，电解电压(曲线B)在150分钟之前为4.8～5.0V而大致恒定，但大约从超过150分钟起上升，若超过200分钟则达到5.8V左右。

在本实施方式中，向电极单元20的电极通电的供电部30具备电源31与检测电解电压的传感器或检测电路35。供电部30向电极供给1.8A恒流，并且利用检测电路35检测电解电压。而且，供电部30构成为，在电解电压比初始电压(4.8V)上升了0.8V的时刻，停止向电极的通电。因此，如图2所示，在电解时间为205分钟的阶段停止向电极的通电，罐12的水成 为有效氯浓度为45ppm的次氯酸水，能够生产大致目标的有效氯浓度为50ppm左右的次氯酸水。

图3以及图4分别示出电解液浓度(盐水浓度)与电解电压的关系，图3是通常的图表，图4对数图表。根据这些图可知，电解电压在盐水浓度为15％以上时大致恒定，若为15％以下的盐水浓度则上升。具体而言，在盐水浓度为10％时成为+0.8V的电压上升，在盐水浓度为5％时成为+1.2V的电压上升，在盐水浓度为2％时成为+3V的电压上升。这是因为，电解液中的电解质(氯化物)成为低浓度，导致电解液的扩散阻力上升。在盐水浓度为15％以上时，其他的电压上升的因素是主要因素，所以不显著，但在盐水浓度为15％以下时，电解液浓度成为主要因素，显现出电压上升。基本上，电解液浓度的对数值与电压上升成比例关系。

图5以及图6分别示出电解液浓度(盐水浓度)与电解水的生成效率的关系，图5是通常的图表，图6对数图表。根据这些图可知，生成效率也同样在盐水浓度为15％以下时开始降低。这里，生成效率指的是电解水相对于供给的电荷的有效氯浓度(次氯酸浓度)。若氯离子浓度变小，则会引发冲突的氧气生成(在生成氧气时不形成次氯酸)，因此存在不能获得与供给的电荷相当的有效氯浓度的倾向。具体而言，在盐水浓度达到15％之前，生成效率为80～90％，在盐水浓度为10％时生成效率为70％，在盐水浓度为5％时生成效率为60％，在盐水浓度为2％时生成效率降低到50％以下。

考虑以上的特性，本实施方式的电解水生成装置在生成50ppm浓度的次氯酸水时，使电解液室22的容量(电解液的容量)为罐12的容量的1/1000，利用由电解带来的盐分的消耗，使电解液的盐分浓度从饱和浓度降低至13％左右，对此时产生的电压上升进行检测，使电解结束，即，采用停止向电极通电的构成。

作为电解液室22的容量，优选的是设定为比罐容量的1/100小且比2mL大。这是因为，作为次氯酸水，难以谋求杀菌力较高的浓度为500ppm左右的次氯酸水，而且若过度减小电解液室22的容量，则难以向电解液室内部注入电解液。

如以上那样，根据本实施方式的电解水生成装置以及电极单元，使电 解液室的容量与罐(容器)的容量和作为目标的电解水特性相符地设定电解液室的容量，以便电解液浓度因电解带来的电解质的消耗成为13％以下，从而能够以检测电压上升、达到所希望的电解水特性的方式使电解结束，并且能够使电解液适量地消耗。由此，不会产生电解液的用尽、不必要的消耗，获得了能够稳定地生成电解水的简易构造的电解水生成装置、电极单元、以及电解水生成方法。

接下来，对其他实施方式的电解水生成装置进行说明。此外，在以下说明的其他实施方式中，对与上述第1实施方式相同的部分赋予相同的参照附图标记，并省略其详细的说明，以与第1实施方式不同的部分为中心详细地进行说明。

(第2实施方式)

图7是表示第2实施方式的电解水生成装置的剖面图。根据第2实施方式，电解水生成装置10例如具备容量5L的专用的生成容器(罐)40、以及更简易的构造的电极单元20，构成了生成浓度为100ppm的次氯酸水的装置。

生成容器40例如形成为上端开口的圆锥台形状。在生成容器40的上端开口安装有具有注入排水口42的盖体44，将该上端开口封堵。电极单元20以支承于盖体44的状态配置于生成容器40内。

电极单元20例如具备细长的棱柱形状的壳体26，在该壳体26的下半部形成有电解液室22。壳体26的上端部贯通盖体44，并从盖体44向上方延伸。电解液室22兼作阴极室。电解液室22的容量形成为生成容器40的容量的1/100以下，例如6mL。电解液室22在壳体26的一侧面开口。

电极单元20具有第1隔膜28a，该第1隔膜28a以封堵电解液室22的开口的方式设于壳体26，并将电解液室22与外部(这里是生成容器40内部)分隔。电极单元20还具备与第1隔膜28a的外侧邻接且对置设置的阳极14、以及配设于电解液室22内的阴极16。阴极16与阳极14夹着第1隔膜28a以及电解液室22而对置。阳极14以及阴极16经由布线电连接于供电部30。供电部30具有供给恒压的电池等电源。作为第1隔膜28a，使用了含有化学耐性优异的PVDF与氧化钛的多孔质隔膜。

壳体26具有将在阴极16产生的氢气排出的排气通路46。排气通路46 从电解液室22的上端大致垂直地延伸至壳体26的上端，并在壳体26的上端面开口。该排气通路46也能够作为向电解液室22注入电解液的注入通路使用。或者，也可以在壳体26形成独立的注入通路。

在如上述那样构成的电极单元20的电解液室22中，预先填充有例如6mL的饱和食盐水作为含有氯化物的电解液。被一度填充到电解液室22的饱和食盐水在电解水生成期间不被替换地使用。在生成电解水时，在生成容器40装入规定量、例如5L的水，在生成容器40内以静水状态收容。由此，电极单元20的电解液室22、阳极14以及阴极16被浸渍在水中。在该状态下，利用供电部30向阳极14以及阴极16施加5V的恒压30分钟。

刚开始电解之后的电解液室22的盐水浓度为26％左右，流过1～2A的电流，但经过10分钟时，电解液室22的盐水浓度低于13％，流过的电流降低至0.5～1.5A左右。进而，在经过15～25分钟的时刻，电解液室22的盐水浓度低于5％，流过的电流成为0.5A以下。之后，因电流降低，成为几乎不进行电解的状态。

虽然上述的过程因水温、电极单元的差别而产生一些差异，但由于电解液室22的容量被规定，因此经过30分钟后的电解水的水质非常稳定，次氯酸浓度到达100±10ppm左右。

根据如以上那样构成的电解水生成装置，因电解液室22的盐水被完全消耗而自动地控制成由生成容器(罐)40的容量与电解液容量的比例确定的电解水的水质，能够稳定地生成电解水。即，电极单元20仅向电解液室22填充一次饱和食盐水，就能够不进行替换地将生成容器40的水转变为电解水。另外，能够在供电部30的电解电源中使用设定了一定的上限电压的简易的电源，只要注意电压条件、最大电流的设计，即使是干电池也能够进行电解。而且，电极单元为预先填充电解液的构成，因此构成极其简单，能够以低价格供给电极单元以及电解水生成装置。

本实用新型并限定于上述实施方式原样，在实施阶段，能够在不脱离其主旨的范围内将构成要素变形而具体化。另外，能够通过上述实施方式所公开的多个构成要素的适当的组合来形成各种发明。例如，也可以从实施方式所示的全部构成要素中删除几个构成要素。并且，也可以将不同的实施方式中的构成要素适当地组合。

例如，在上述实施方式中，使电解液为盐水，使生成水为次氯酸水，但并不限定于此，本实施方式的电解水生成装置能够应用各种电解液以及各种生成水。生成容器并不限定于上述实施方式，能够应用各种容器、水槽，除此之外，只要能够存储水即可。

阴极以及阳极并不限定于矩形形状，也能够选择其他各种形状。在上述实施方式中，隔膜使用了含有PVDF与氧化钛的多孔质隔膜，但并不局限于此，也能够应用具有透水性的各种多孔质膜。另外，隔膜也可以使用具有离子选择性的离子交换膜。在第2实施方式中，电极单元也可以具备设于阳极的外侧的搅拌板。