海水电解系统及海水电解方法

海水电解系统及海水电解方法
【专利说明】海水电解系统及海水电解方法
[0001]本申请是分案申请，其母案申请的申请号=2011800524887,申请日:2011.11.17，发明名称:海水电解系统及海水电解方法
技术领域
[0002]本发明涉及具备通过对海水实施电解而产生次氯酸的海水电解装置的海水电解系统、以及海水电解方法。
【背景技术】
[0003]以往，在大量地使用海水的火力发电站、原子能发电站、海水淡化工厂、化学工厂等中，其取水口或配管、冷凝器、各种冷却器等与海水接触的部分的藻类、贝类的附着繁殖成为大问题。
[0004]为了解决该问题，提出过如下的海水电解装置，S卩，通过对天然的海水实施电解而生成次氯酸，将该次氯酸注入取水口中而抑制海洋生物的附着(例如参照专利文献1)。
[0005]S卩，该海水电解装置采用在制成壳体状的电解槽主体内配置作为电极的阳极.阴极的结构，在该电解槽主体内流通海水。由于在海水中存在氯化物离子及氢氧根离子，因此一旦向阳极?阴极间通入电流，就会在阳极生成氯，在阴极生成氢氧化钠。此后，因氯与氢氧化钠反应，而生成具有海洋生物的附着抑制效果的次氯酸。
[0006]这里，作为配置于上述海水电解装置的电解槽内的电极，特别是作为阳极，一般使用在钛基板上涂布以铂为主体的复合金属、即铂主体涂布材料而得的电极(例如参照专利文献2) ο
[0007]另外，虽然还没有作为海水电解装置实用化的事例，然而作为电解的阳极的涂布材料，提出过使用以氧化铱为主体的复合金属、即氧化铱主体涂布材料的方案(例如参照专利文献3)。
[0008]另外，还已知有将从海水淡化装置等的海水浓缩装置中排出的盐分浓度高的浓缩水作为处理水使用的海水电解装置。该海水电解装置通过提高将浓缩水电解而生成的电解处理水中的次氯酸的浓度来减少耗电，实现海水电解装置的有效化、小型化(例如参照专利文献4) ο
[0009]现有技术文献
[0010]专利文献
[0011]专利文献1日本专利第3389082号公报
[0012]专利文献2日本特开2001 - 262388号公报
[0013]专利文献3日本特开平8 - 85894号公报
[0014]专利文献4日本特开平9 - 294986号公报
[0015]发明的概要
[0016]发明要解决的问题
[0017]但是，在使用了铂主体涂布材料的电极中，受电解时在阳极近傍产生的氧、在阴极近傍产生的垢物(scale)(钙、镁等)的影响，电极的消耗快速地推进。由此，需要频繁地进行电极清洗、电极更换，从而花费很多维护成本。
[0018]另外，可以认为，电极表面的电流密度越高，则氯产生效率越高。该趋势在向海水电解装置中导入海水浓缩水而产生次氯酸的情况下也同样地显现。
[0019]但是，当电流密度增大时，在阳极近傍产生的氧或在阴极近傍产生的垢物的量也会增加，因此反而使电极的消耗快速地进行。由此，在使用了铂主体涂布材料的电极中，视为技术常识的是，无法提高电极表面的电流密度，例如将电流密度的最大值限制为15A/dm2左右。
[0020]由于需要像这样限制电解的电流密度，因此若要从海水中产生足够的次氯酸就需要配置多个电极，从而导致装置的制造成本增大、装置的大型化。

【发明内容】

[0021]本发明是鉴于此种问题而完成的，其目的在于，提供可以实现电极的耐久性的提高、并且可以抑制氯产生效率的降低的海水电解装置、海水电解系统及海水电解方法。
[0022]用于解决问题的方法
[0023]这里，发明人等对上述海水电解装置的电极反复进行了深入研究，结果得到如下的见解，即，在覆盖有氧化铱主体涂布材料的阳极中，与覆盖有铂主体涂布材料的以往的电极的技术常识相反，以超过15A/dm2的电流密度通电对于提高电极的耐久性及抑制氯产生效率的降低是有效的。
[0024]S卩，本发明的海水电解装置具备:包括阳极和阴极的电极；收纳所述阳极和所述阴极的电解槽主体；以及在所述阳极与所述阴极之间以使两极表面的电流密度为20A/dm2以上的方式通电的电源装置，所述阳极包括覆盖有含有氧化铱的涂布材料的钛。
[0025]本发明的海水电解方法中，使海水流过所述电解槽主体内，在所述阳极与所述阴极之间，以使两极表面的电流密度为20A/dm2以上的方式通电，将所述电解槽主体内的海水电解。
[0026]本发明中，由于电极表面的电流密度被设为比以往的15A/dm2大的20A/dm2以上，因此伴随着电解在阴极中产生的氢气的量与以往相比增大。由于利用该大量的氢气，显现出电极的清洗效果，因此可以防止锰垢物向阳极上的附着、以及阴极中钙、镁等垢物的附着。另外，阳极附近产生的氧的量也增大，然而由于氧化铱对于氧具有足够的耐久性，因此可以防止电极因该氧而消耗。
[0027]本发明中，利用所述电源装置通电的所述阳极和所述阴极表面的电流密度也可以包含于20A/dm2以上40A/dm2以下的范围中。也可以优选包含于20A/dm2以上30A/dm2以下的范围中。
[0028]在电流密度过大的情况下，例如在超过40A/dm2的情况下，阳极和阴极中的垢物产生量就会超过氢的清洗效果的有效的范围。针对于此，本发明中，将电流密度的上限值设为40A/dm2，优选设为30A/dm2，因此可以利用氢有效地体现出清洗效果，可以有效地防止阳极及阴极中垢物附着。
[0029]本发明的海水电解装置也可以还具备多个所述电解槽主体、将这些电解槽主体之间的所述海水的流出口与流入口连接的连接管、和除去所述连接管内的气体的脱气机构。
[0030]由于越是提高电流密度，则因阴极中的氢的产生而使液气比越是降低，因此氯产生效率降低。针对于此，通过利用设于连接管中的脱气机构特意地除去氢气，就可以将电解槽内限制为给定的液气比以下，有效地防止效率降低。
[0031]本发明的海水电解系统具备上述的本发明的海水电解装置、和提高要导入到所述电解槽主体的海水中所含的氯化物离子的浓度的浓缩机构。
[0032]本发明的海水电解方法提高要电解的海水中所含的氯化物离子的浓度，使提高了氯化物离子浓度的海水在所述电解槽主体内流通，在所述阳极与所述阴极间通电，将所述电解槽主体内的海水电解。
[0033]本发明中，向海水电解装置中导入提高了氯化物离子浓度、电导率的浓缩水。此夕卜，由于在阳极的涂布材料中含有氧化铱，因此可以将电极表面的电流密度设定得较高，可以提高所生成的电解处理水中所含的次氯酸的浓度。即，通过增加电极的每单位面积的次氯酸的产生量，可以减少电极面积，实现装置的小型化。
[0034]本发明中，利用所述电源装置通电的所述阳极及所述阴极表面的电流密度也可以包含于20A/dm2以上60A/dm2以下的范围中。也可以优选包含于20A/dm2以上50A/dm2以下的范围中。
[0035]在电流密度过大的情况下，例如在超过60A/dm2的情况下，阳极及阴极中的垢物产生量就会超过氢的清洗效果的有效的范围。针对于此，本发明中，将电流密度的上限值设为60A/dm2，优选设为50A/dm2，因此可以利用氢有效地体现出清洗效果，可以有效地防止阳极及阴极中的垢物附着。
[0036]本发明的海水电解系统也可以还具备从所述电解后的海水中将在所述阴极中生成的氢气分离的氢分离机构。这样，就可以更加有效地体现出氢气的清洗效果，可以有效地防止阳极及阴极中的垢物附着。
[0037]本发明的海水电解装置中，也可以向所述涂布材料中添加钽的氧化物。
[0038]通过将对氧的耐久性高的钽添加到所述涂布材料中，可以提高对阳极中产生的氧的耐久性，更加有效地防止电极的异常消耗。
[0039]本发明的海水电解装置中，也可以是，所述电极包含将所述海水的流通方向一方侧的部分设为所述阳极并且将另一方侧的部分设为所述阴极的多个双极电极板，将这些双极电极板在所述流通方向拉开间隔地排列而成的电极组被相互平行地配置多个，相互平行地相邻的所述电极组之间的所述双极电极板被将所述阳极与所述阴极相面对地配置。
[0040]像这样，通过将具有阳极及阴极的双极电极板集约地配置，就可以实现装置自身的小型化。
[0041]另外，由于各双极电极板被沿着海水的流通方向配置，因此不会有妨碍海水的流通的情况。这样，就可以将海水维持高流速，因此可以有效地获得因该海水向电极上垢物附着的防止效果。
[0042]此外，由于相互平行地相邻的电极组之间的阳极与阴极相面对，因此通过在这些阳极与阴极之间通电，可以对流通在电极之间的海水有效地实施电解。
[0043]本发明的海水电解装置中，各所述电极组中的在所述流通方向上相邻的所述双极电极板之间的间隔也可以是相互平行地相邻的所述电极组之间的间隔的8倍以上。
[0044]在流通方向上相邻的双极电极板之间的间隔小的情况下，就会产生流通在这些双极电极板之间的电流、即对电解的贡献小的杂散电流。电极表面的电流密度越高，则该杂散电流越明显。针对于此，通过如上所述地实现在流通方向上相邻的双极电极板之间的间隔的恰当化，可以抑制该杂散电流的产生，防止海水电解效率的降低。
[0045]本发明中，所述海水电解装置也可以具备如下的循环流路，该循环流路使从所述电解槽主体的流出口中流出的电解后的所述海水混合在从所述电解槽主体的流入口流入前的所述海水中。
[0046]越是提高电流密度，就越有可能向电极表面附着垢物。但是，通过将电解后的海水经由循环流路混合到电解前的海水中，就可以获得由通过海水电解装置的电解槽的海水中所含的垢物成分带来的晶种效果，因此可以防止向电极表面上的垢物附着。
[0047]发明的效果
[0048]根据本发明，可以防止垢物向电极上的附着，实现电极的耐久性的提高及氯产生效率的降低的抑制。
【附图说明】
[0049]图1是表不本发明的海水电解系统的第一实施方式的不意图。
[0050]图2是表示第一实施方式的海水电解装置的纵剖面图。
[0051]图3是将海水电解装置的要部放大观看的图。
[0052]图4是说明电源装置的恒电流控制电路的恒电流控制曲线的曲线图。
[0053]图5是表示本发明的海水电解系统的第二实施方式的示意图。
[0054]图6是表示第二实施方式的变形例的示意图。
[0055]图7是表不本发明的海水电解系统的第三实施方式的不意图。
[0056]图8是表示第三实施方式的氢分离装置的概略图。
[0057]图9是表示氯产生效率测定试验的结果的曲线图。
[0058]图10是表示电极消耗量测定试验的结果的曲线图。
[0059]其中，A…阳极，K…阴极，Μ…电极组，W…海水，C…浓缩水，10...海水电解装置，20...电解槽主体，30...电极，31...双极电极板，32...阳极板，33...阴极板，40...电源装置，60…取水部，65...淡化装置(浓缩机构)，70...注水部，80...循环部，81...循环流路，90...氢分离装置(氢分离机构)，100A、100B、100C…海水电解系统。
【具体实施方式】
[0060]以下，对本发明的第一实施方式，参照图1到图4进行说明。
[0061]第一实施方式的海水电解系统100A是如下的系统，即，从海水所流通的取