(57)【要約】      （修正有）【課題】ガス発生を伴う電解反応において、装置を複雑にせず、電解槽への悪影響を与えずに容易に実施できる、生成ガスによる電解状態への影響を効率よく制御する方法を提供する。【解決手段】電解槽４に収容される電極５，６，７の面の、鉛直方向に対する傾斜角度を調節して電解を行うことにより、電極面に発生したガス泡が電極面を摺動移動するときに遊離する作用を制御し、もって電極面の電気抵抗を調節し、電解状態を制御する方法。【選択図】図１
2010084225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス発生を伴う電解反応において、電極面の、鉛直方向に対する傾斜角度を調節して電解を行うことを特徴とする電解方法
【請求項２】
鉛直方向に対する電極面の傾斜角度が３°以上、８７°以下の範囲で調節されることを特徴とする請求項1記載の電解方法
【請求項３】
電極が平板で、同一極性の極面の半数を超える極面が同一方向を向いていることを特徴とする請求項１又は２記載の電解方法
【請求項４】
電極の結線が複極式もしくは複極式を含む方法で行われることを特徴とする請求項1乃至３の何れかに記載の電解方法
【請求項５】
ガスを発生する電解反応が塩素ガス及び水素ガスを発生するものであることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の電解方法
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかに記載の方法を実施する装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスの発生を伴う電解反応の制御方法に関する。より詳細には難溶性ガスの発生を伴う電解反応の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電極反応による物質転換を利用し、各種の物質を生成する方法は広く利用されている。電極反応は投入エネルギーの大部分を電子の授受に集中することができることから、熱反応に比べて非常に低いエネルギーで反応を生起できることや、電解電圧を制御することにより特定の反応を選択的に進行させることも可能なため、利用分野は広がりつつある。
【０００３】
一方、電解反応によってガスが発生することも多い。ガスそのものが目的物質であることも多いが、無駄な副産物であることも希ではない。電解反応においてガスが発生すると、ガス胞が電極表面を覆い電解質の電極面への到達を妨害することや、電解槽内の通電抵抗を高めること、或いは電解槽内の不必要な攪拌により電解基質の混合をすることなどにより電解槽の電気抵抗を高める作用をすることが多い。この現象は特に発生ガスが難溶性の場合に大きくなる。この生成ガスによる電解槽抵抗の増加により、定電圧定電流電解の場合は原液の消費量が増加する。又、定電流電圧変動電解の場合は電圧を高くする作用が働く。
【０００４】
そのような例の１として、塩化ナトリウム溶液の電解がある。電解により発生する水素ガスは難溶性であり、電解反応にとっては阻害要因となる。
【０００５】
ところで、食品衛生や感染症予防に関する人々の関心は、昨今の大規模食中毒の報道、新規感染症の流行、或いはその予報などを契機にますます高まっており、それに伴って予防対策への要望も大きくなっている。しかし、近年は予防手段そのものに対する安全性の要求も同時に求められており、それに向けて各種の製品や技術が生み出され、新規の経済分野を形成している。
【０００６】
そのような技術の一つに酸性の電解水がある。これは、塩素イオン溶液を電解槽で電気分解し、得られた次亜塩素酸類を含む溶液を殺菌剤として利用するものである。中でも溶液の液性が微酸性のいわゆる微酸性電解水は、次亜塩素酸を分子として含むため、従来から利用されてきた次亜塩素酸塩類と異なり、殺菌力が極めて高く、希薄溶液で利用できることにより優れた性質を持っている。つまり、従来から用いられている次亜塩素酸ナトリウムのように有機物と反応しトリハロメタンを生成しないこと、環境に排出された場合に生物への影響が軽微であること、殺菌対象に影響を与えないことなど、主目的の殺菌の他に副次的な作用の面でも優れていることが知られている。
【０００７】
さて、このような殺菌剤の生成にも電解反応が利用されている。電解される物質は塩素イオン溶液であり、塩素の他に水素ガスが発生し、前述の状況が発生するのである。
【０００８】
そのような発生ガスによる影響を軽減するために、特許文献１には、電極に穴を設け、その穴を通して生成したガスを電極の背面に導くように工夫した技術が開示してある。
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−９０４４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述の通り、ガスの発生を伴う電解反応に影響を与えるのは、電極表面に付着したガス胞と、ガス胞の上昇に伴う攪拌効果による電解基質の相対的希薄化である。この効果を制御するにはガス胞が発生電極上に付着滞留する時間を制御すればよい。
【００１１】
ところが、前述の電極に穴を設けた方法は、電極面で生成したガスを電極背面に逃がし、生成ガスの影響を軽減しようとする目的であるが、電極が鉛直に配置してあれば、発生したガスのほとんどは、電極の穴を通り抜けることはなく電解液の中を上昇するのみであり状況に変化はないのである。
【００１２】
ガスの発生を伴う電極反応においては、生成したガス胞は電極表面に付着した状態で成長し、ある一定の大きさになると浮力に抗しきれず電極面から離脱し浮上すると考えられる。ガス胞が電極表面に付着すると、電解液の移動は阻害され、電極表面への到達が困難になる。それによって電解状態が影響を受け変化する。従って、ガス胞の排除によって電解槽の電気抵抗を変えることが可能であり、それによって電解状態を制御できるのである。
【００１３】
ガス胞の電極からの離脱時期を早める方法としては、例えば電解槽を振動させる方法や、電解槽内部を減圧してガス胞の体積を大きくし排除するなどの方法などが容易に考えられる。しかし、振動させる方法は装置が複雑化し、電解槽への悪影響も考えられる。また減圧する方法も装置の複雑化に加え、1個のガス胞の排除時期は確かに早まるが、ガス胞が電極面から離脱するときのガス胞の大きさは何もしない時と同じであるので、電解への影響も同じであり、実際は電解状態の影響はほとんどない。
【００１４】
そこで、本発明者は、装置を複雑にせず、電解槽へ悪影響を与えずに容易に実施できる、生成ガスによる電解状態への影響を効率よく制御する方法を提供することを解決しようとする課題とした。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者はガス発生を伴う電解反応の試験において、ガス発生中の電極を傾けると、下方で発生したガス胞が、下方を向いた電極面に接触しながら上昇することにより、電極面から自然分離する前のガス胞を強制的に離脱させ、電解抵抗を変化させることを発見した。そこで、ガス発生を伴う電解反応において、電極面の、鉛直方向に対する傾斜角度を調節して電解を行うことを本課題解決の第1の態様とした。
【００１６】
さらに又、第1の態様において、その効果がより顕著に現れる傾斜角度を探し、鉛直方向に対する電極面の傾斜角度が３°以上、８７°以下の範囲で調節されることを、本課題解決の第２の態様とした。
【００１７】
さらに又、第1又は2の態様において、その効果がより顕著に現れる電解槽の形態として、電極が平板で、同一極性の極面の半数を超える極面が同一方向を向いていることを、本課題解決の第3の態様とした。
【００１８】
さらに又、第1乃至3の何れかの態様において、より一層極性の向きが揃えやすく、効果が現れやすい電解槽の電気結線方法として、電極の電気結線が複極式もしくは複極式を含む方法で行われることを、本課題解決の第４の態様とした。
【００１９】
さらに又、第1乃至４の何れかの態様において、ガスを発生する電解反応が塩素ガス及び水素ガスを発生することを、本課題解決の第５の態様とした。
【００２０】
最後に、第1乃至第5の何れか態様を実施する装置を、本課題解決の第６の態様として本発明を完成した。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の効果はまず、ガス発生を伴う電解反応において、電極面の、鉛直方向に対する傾斜角度を調節して電解を行うこととしたことにより、電極面で発生し電極表面に付着しているガス胞を、自身の浮力による離脱よりも前に、より下方で発生したガス胞が電極面を摺動上昇することにより、付着しているガス胞を電極面から離脱させ、電極面に付着するガス胞の量を変化させることにより、電極面の電気抵抗を制御することである。傾斜角度を変えることにより電極面を摺動上昇するガス胞の影響を変化させ電気抵抗を制御するのである。
【００２２】
又、鉛直方向に対する電極面の傾斜角度が３°以上、８７°以下の範囲で調節されることとしたことにより、より効果の大きい電極傾斜角度で電解の制御を行うことが可能となるのである。
【００２３】
又、電極が平板で、同一極性の極面の半数を超える極面が同一方向を向いていることとしたことにより、電極面の傾斜による電気抵抗制御の効果が大きくなったのである。
【００２４】
又、電極の結線方法が複極式もしくは複極式を含む方法で行われることとしたことにより、電極の極性毎に向きを揃えることが容易になり、電極面の傾斜による電気抵抗制御の効果が大きくなったのである。
【００２５】
又、ガスを発生する電解反応が塩素ガス及び水素ガスを発生することとしたことにより、塩素イオン溶液等を電解し塩素や水素を発生させる反応を電極の傾斜角度で制御できるようになったのである。
【００２６】
又、電極の傾斜角度で電解を制御する装置を提供したことにより、具体的に全てのガス発生電解反応の制御を行う装置が利用可能となったのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
次に本発明を具体的に実施するための最良の形態について説明するが、本説明の内容で本発明の範囲を限定するものではない。まず、ガスの発生を伴う電極反応とは、その発生ガスが目的物質であるかないかに関係なく、全てのガス発生を伴う電解反応を意味する。鉛直方向に対する傾斜角度とは電極面が鉛直方向と平行、つまり電極が立った状態のときを０°、電極面が水平状態に仰向きになった状態を９０°としている。当然平行に配設された対向電極は１８０°回転した方向を向いていることになる。このような角度の配設は電極のみをそのように配置することによっても、あるいは電解槽全体を傾斜させることによっても実現可能である。又、傾斜角度の調節は常に自由に変更できる構造にしてもよく、目的の角度に固定されていてもよい。
【００２８】
効果と角度に明確な相関が見られることも多く、傾斜角度は３°以上、８７°以下の範囲に設定すると一層効果的である。又、電解基質や電解槽の構造にもよるが、３０°以上７０°以下であれば、効果を最大にできることが多い。
【００２９】
電極板の傾斜の方向による効果の違いは電解基質により異なるが、難溶解性ガスを発生する極が他の極に対して上側になるように配置すると、その極で生成付着したガス胞が早い時期に、極面を摺動上昇するガス胞により剥離除去されるために電解抵抗が下がるように制御できる。従って、逆位置、つまり、難溶解性ガス生成電極面を下側に配設すると、前述の効果は期待できなくなるので、電解抵抗は高くなる。つまり、傾斜させる方向や傾斜角度によって電解抵抗を制御できるのである。
【００３０】
このような、効果は電極の形状に関係なく生じるが、特に電極が平板で、同一極性の極板の向きが片方に偏っている場合に効果が大きくなる。従って、同一極性の極板の向きを一方向に揃えることが容易な複極式電解槽では、この効果を大きくすることが容易である。
【００３１】
電解抵抗を制御することによる効果はいろいろあるが、代表的なものは、電解の度合を制御することである。例えば、電解の制御を電解電流で行っており、電流の制御を基質の濃度による電気伝導度の制御で行っている場合は、電解抵抗が高くなると、基質の供給量が増えることによって、電解生成物の生成速度が増加する一方、電解されずに排出される基質の量も増加することになる。逆に、電解抵抗を下げると、基質の供給速度は減少し、電解生成物の排出速度は低くなり、電解されずに排出される基質の排出量も減少する。従って生成したい電解液の性質に応じて傾斜の方向と角度を選べばよい。
【実施例１】
【００３２】
次に実施例を示して本発明を具体的に説明する。図１に示したフロー図は本発明を実施するための装置の一例である。本装置は、アノード（７）、複極（６）及びカソード（５）から構成された、複極式電解槽（４）と、原水供給配管（１）、原水供給配管上に配設された定流量弁（２）及びスタティックミキサ（３）、原液タンク（１１）、原液供給ポンプ（１０）、原液供給管（９）、電解液排出管（８）、電解電源（１２）、原液配管上に配設された電磁弁（図示せず）、制御装置（図示せず）及びその他の部品から構成されている。
【００３３】
本装置は次のように作動する。電解槽には一定電圧が印加され、制御装置は電解槽に供給される電流値を監視している。設定された電流値を実際の電流値が下回ると原液ポンプを稼働させ原液を電解槽に供給することによって電解抵抗を下げ、電流値を上昇させる。電流値が設定値を超すと原液ポンプを停止する。この動作を繰り返すことにより一定電流を維持する。生成された電解液は原水配管を一定流量で流下する原水に連続的に混合され、スタティックミキサによって均一に混合され、電解生成水が生成されるのである。
【００３４】
（角度評価試験）
この装置を使って、電解槽の傾斜角度と生成水の成分の関係を調べる試験を行った。電極面の鉛直方向からの角度を両方向に０°から４０°まで変化させ、６重量％濃度の塩酸を、一定の電流値（７Ａ）及び電圧（５．５Ｖ）で３０分以上電解し、電解生成水の有効塩素濃度及びｐＨを測定した。原水流量は３００Ｌ／ｈとし、原液には６％塩酸を使用した。なお、アノードが下側に配置するときの角度を＋、カソードが下側に配置するときの角度を−とした。有効塩素濃度はヨウ化カリウム比色法で、ｐHはガラス電極法で測定した。測定結果は表１の通りであった。
【００３５】
【表１】
2010084225.tif 000003
この結果、アノードが下側に位置する方向に傾斜させるとｐHは高く、有効塩素濃度は低くなり、逆の方向に傾斜させるとそれと逆の変化が起きることが分かる。つまり、アノードを下側に配置すると電解抵抗が低くなり、より少ない原液消費量となり、逆方向に倒すと原液の消費量が増えることを示している。これは、カソードが上側に位置していると、カソードで発生した水素の気泡がカソード面を摺動移動することにより、極面に付着した水素気泡をまだ細かい内に除去することによる効果と考えられる。この結果に基づいて実施装置を設計し殺菌用の微酸性電解水の生成を行った。
【００３６】
電解槽の構成は複極式２セルで、全電極面積３００ｃｍ２、電極間隔５ｍｍ、アノードを下側にして電極の傾斜は鉛直に対し４５°とした。電解条件は電解電圧５．０Ｖ、電解電流７Ａ、使用原液は６重量％塩酸、生成水量３００Ｌ／ｈである。この装置を使用し、平均ｐＨ６．０、有効塩素濃度１９ｐｐｍの微酸性電解水電解水が３００Ｌ／ｈ得られた。ｐＨと有効塩素濃度の振れ幅はそれぞれ０．２及び２．４ｐｐｍだった。
【実施例２】
【００３７】
実施例１と同じ構成の電解槽を使い、電解電圧６Ｖ，電解電流７．５Ａで、原液は３重量％塩酸、塩化ナトリウム６重量％の混合溶液を使い、平均ｐＨ６．５、有効塩素濃度２３ｐｐｍの微酸性電解水を３００Ｌ／ｈ得た。
【実施例３】
【００３８】
電極面積１５０ｃｍ２の1セル電解槽を使い、傾斜角度を＋８０°とし、電解電圧３Ｖ、電解電流４Ａ、で６重量％塩酸を原液として使用した。生成能力を１５０Ｌ／ｈとしたところ、ｐＨ５．９、有効塩素濃度２１ｐｐｍの生成水が安定して得られた。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明を実施する装置のフロー図
【図１】
2010084225.tif 000004