(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩素原子を有する物質の水溶液を電気分解し次亜塩素酸類を生成する電解装置であって、
前記次亜塩素酸類は、次亜塩素酸、次亜塩素酸イオン又は次亜塩素酸塩であり、
前記電解装置は、電解ユニットを備え、
前記電解ユニットは、被処理流体流路と、少なくとも一組の電解用電極対と、流入口と、流出口とを備え、
前記電解用電極対は、鉛直方向に対して傾斜するように配置され、かつ、互いに対向するように配置された上部電極と下部電極とを含み、
前記被処理流体流路は、前記流入口から流入した流体が前記上部電極と前記下部電極との間の電極間流路を下側から上側に向かって流れ前記流出口から流出するように設けられ、
前記電解用電極対は、鉛直方向に対する傾斜角度が０度より大きく５０度より小さくなるように配置され、
前記電解装置は、前記被処理流体流路に流体を強制的に供給する手段をさらに備え、
前記上部電極は、陽極となるように設けられ、
前記下部電極は、陰極となるように設けられたことを特徴とする電解装置。
【請求項２】
前記被処理流体流路は、前記電極間流路の上流側の端に近接した上流側屈曲流路または前記電極間流路の下流側の端に近接した下流側屈曲流路を有する請求項１に記載の電解装置。
【請求項３】
前記下部電極は、前記上部電極の電極面よりも面積の広い電極面を有する請求項１又は２に記載の電解装置。
【請求項４】
希釈部をさらに備え、
前記流体は、水溶液であり、
前記希釈部は、前記流出口から排出された前記次亜塩素酸類を含む水溶液の希釈液を生成するように設けられた請求項１〜３のいずれか１つに記載の電解装置。
【請求項５】
塩素原子を有する物質の水溶液を電気分解し次亜塩素酸類を生成する電解装置であって、
前記次亜塩素酸類は、次亜塩素酸、次亜塩素酸イオン又は次亜塩素酸塩であり、
前記電解装置は、電解用電極対を備えるバッチ式の電解槽を備え、
前記電解用電極対は、鉛直方向に対して傾斜するように配置され、かつ、互いに対向するように配置された上部電極と下部電極とを含み、
前記電解用電極対は、鉛直方向に対する傾斜角度が０度より大きく６０度より小さくなるように配置され、
前記上部電極は、陰極となるように設けられ、
前記下部電極は、陽極となるように設けられたことを特徴とする電解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解装置に関し、特に無隔膜電解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気分解は化学材料の製造等に実用的に利用されている。例えば電解ソーダ法により水酸化ナトリウム（苛性ソーダ）、塩素ガス、水素ガス、炭酸ナトリウム（ソーダ灰）などの基礎化学原料が製造されている。また、工業用途に限らず、アルカリイオン整水器等の家庭用機器にも電解技術を用いた製品がある。
電解技術を用いる利点として、ほとんど活性がなく無害な材料から、活性な物質を生成できるという点である。例えば、次亜塩素酸ナトリウムに代表される次亜塩素酸塩類は、上下水の処理用、排水の処理用、家庭の台所用あるいは洗濯用等の漂白剤、殺菌剤としてとして用いられている。次亜塩素酸塩の製造は、食塩水等のアルカリ金属塩化物の水溶液の電気分解によって得られた水酸化アルカリと塩素ガスを反応させて製造する方法あるいは、無隔膜電解槽においてアルカリ金属塩化物の水溶液を電気分解し、電解槽中で次亜塩素酸塩水溶液を製造する方法で行われている。
【０００３】
水酸化アルカリと塩素ガスを反応させる方法は、高濃度の次亜塩素酸塩水溶液を得ることができるので、次亜塩素酸塩水溶液を販売する目的で製造する場合にはこの方法で行われている。しかし、水酸化アルカリと塩素ガスを製造する電解設備が必要となるので、大規模な食塩などの塩化アルカリの電解工場において水酸化アルカリあるいは塩素ガスの製造に付随して行われている。
これに対して、食塩水などの水溶液を無隔膜電解槽において電気分解する方法は、簡単な電解設備を用いて水の浄化や殺菌に直接利用することが可能な濃度の次亜塩素酸塩水溶液を生成することができる。このため、この方法は、次亜塩素酸塩水溶液を使用する現場において利用されている。しかも、次亜塩素酸塩水溶液の電解製造は、次亜塩素酸塩水溶液の必要量に応じて通電する電流を加減することが可能であり、殺菌などに有効な塩素分がすべて水中に溶解しているという特徴を有している。したがって、電気分解により次亜塩素酸水溶液を製造する方法は、次亜塩素酸塩の貯蔵や運搬の必要がないというメリットを有している。このため、これまで液体塩素の貯蔵設備を設けて塩素ガスを使用していた工場あるいは濃厚な次亜塩素酸塩水溶液を貯蔵して次亜塩素酸塩水溶液を使用していた工場においても、電気分解による次亜塩素酸塩水溶液の製造が行われるようになっている。
【０００４】
アルカリ金属塩化物の水溶液の電気分解により次亜塩素酸塩を製造する方法では、化学反応式（１）〜（３）のような陽極反応が進行し、化学反応式（４）のような陰極反応が進行していると考えられる。
２Ｃｌ-→Ｃｌ2＋２ｅ-・・・（１）
Ｃｌ2＋Ｈ2Ｏ→ＨＣｌ＋ＨＣｌＯ・・・（２）
Ｈ2Ｏ→１／２Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ-・・・（３）
２Ｈ2Ｏ＋２ｅ-→Ｈ2＋２ＯＨ-・・・（４）
なお、水溶液が強酸性（ｐＨが３以下）になると、化学反応式（２）の反応速度が遅くなり、逆反応により塩素ガスが生成する場合がある。
【０００５】
しかし、電気分解によって製造する次亜塩素酸塩水溶液の濃度が低いと、被処理水に含まれる有機物の濃度が高くなる場合や、有機物が比較的多く付着している除菌対象物を十分に除菌ができない場合などがある。高い濃度の次亜塩素酸塩水溶液を製造する方法としては、陽極と陰極との間に電解液が滞留する時間を長くする方法、陽極と陰極を備えた複数の電解槽を仕切板を介して多段式に設置した電解ユニットを用いる方法が考えられる。しかし、滞留時間を長くすると単位時間当たり生成量が少なくなり、多段式の電極を用いると生産性が悪くなり価格が高くなるという欠点がある。また、これらの方法では、大量の水素ガスが発生し気泡の付着による電解液と電極との接触面積の減少や、電界の遮蔽等によって電解生成物の生成効率の低下や次亜塩素酸塩水溶液の濃度ばらつきが生じる等の問題がある。
なお、水素イオン指数（pH）の小さい酸性水溶液は除菌性を有するため、次亜塩素酸塩濃度が比較的低くpHの小さい次亜塩素酸塩水溶液を製造することが考えられる。このことにより、十分な除菌性を有する次亜塩素酸塩水溶液を必要な電力消費を抑えて製造することができる。しかし、酸性の次亜塩素酸塩水溶液は、水素ガスに加えて塩素ガスが発生しやすくなるという欠点がある。
【０００６】
図１５〜１７を用いて従来の電気分解による次亜塩素酸塩水溶液の製造装置について説明する。
図１５は、電解技術を用いた製品に一般的に用いられる従来の電解装置１００を模式的に示した図である。樹脂製の筐体１０１の内部に、第１電極１０３と第２電極１０４からなる電極対を備える。第１電極１０３には電圧を印加するための配線１０６（ピン）が接続されており、第２電極１０４には電圧を印加するための配線１０７（ピン）が接続されている。典型的にはピンの一方が電極に溶接され、他方はネジが切ってあって電源からの配線が接続できるようになっている。適宜、Оリング等を使用して液漏れが防止できるよう筐体１０１の形状を工夫する事ができるが本発明には直接関係しないので省略している。電極間に被処理液を供給するための供給口１０８と、電解された液が放出される放出口１０９を備える。通常、電極対は鉛直になるように設置され、 被処理液は下方から供給される。
【０００７】
このような構成とすると、電解反応により気体が生成し電極表面上に気泡が生じた場合に、気泡の浮力及び被処理液の流れにより電極表面から容易に気泡を除去することができ、電解反応が進行する電極表面の減少を抑制することができる。ただし、このような構成では、電極間流路の中央付近における電解液の流速は速く、端部付近における電解液の流速が遅くなる。このため、流れる経路によって電解を受ける時間のばらつきが生じ、電解生成物の生成効率が低下するという問題がある。
【０００８】
電解装置の応用製品の一例としては、できるだけコンパクトにして図１６のような電解水生成器１２０に組んで使える事が望まれている。筐体１１１には、水道またはその他の水源から圧送される水を供給する事ができる配管と接続できる給水口１１２と、電解水を吐出する吐出口１１３を備える。吐出口１１３には電解水を供給先まで送水する配管を接続することができる。この装置をＯＮ/ＯＦＦするスイッチ１１４を備える。その他、動作状況を表示するインジケーターや、様々な動作をさせる他のスイッチが適宜備える事ができるが、本発明には直接関係しないので省略している。
【０００９】
図１７は図１６の電解水生成器１２０の内部構造を模式的に示した図である。給水口１１２と吐出口１１３までは、配管１１５で接続されており、かつその間には必要に応じてＯＮ/ＯＦＦする事ができる電磁弁１１６を備える。配管１１５の途中には電解装置１００の出口と空間的に接続されている箇所を有する。電解装置１００の入口はチューブ等の配管を介して空間的に原液タンク１１７と接続されており、その間には規定量だけ原液を送液するためのポンプ１１８を備える。
【００１０】
次にこの電解水生成器１２０の基本動作を説明する。スイッチ１１４をＯＮにすると、電磁弁１１６が開き水が給水口１１２から生成器１２０内に供給されて配管１１５を通って吐出口１１３から吐出する。またポンプ１１８が作動し原液タンク１１７に貯蔵されている原液が電解装置１００に供給される。電解装置１００には電源（図示せず）から電力が供給され、原液が電気分解される。電気分解により生成された高濃度電解水は、配管１１５へ供給され配管１１５を流れる水によって適切な濃度に希釈される。希釈後の電解水は、吐出口１１３から適宜接続されるホース等の配管を通って電解水供給ポイントまで送られる。スイッチ１１４をＯＦＦにすると、電磁弁１１６、ポンプ１１８、電解装置１００への電力供給が遮断されて動作停止する。
【００１１】
また、複極式の単位電解槽を複数有する次亜塩素酸塩製造用電解槽において、単位電解槽の電解液の流入部もしくは流出部に冷却室を設けた次亜塩素酸塩製造用電解槽が知られている（特許文献１参照）。この方法では、発生した気泡が上昇して電解ユニット上部に蓄積して電極上部が電解液に浸からず電極有効面積が減少することが防止できる。なお、特許文献１に記載の電解装置（特許文献１では電解槽と呼称）は、水平面に対して垂直な電極板を複数枚備え、被処理液は下方から供給され上方へ流れるように用いられる。
また、電解槽中に陽極及び陰極を傾斜させて設置し、生成した塩素ガスを上方に移行させ、生成亜鉛を下方に移行させる溶融塩電解槽が知られている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平６ − ２ ０ ０ ３ ９ ３ 号公報
【特許文献２】特開２００３−３２８１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、従来の電解装置では、電解生成物の生成効率が十分に高くないという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、電解生成物を効率よく生成することができる電解装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、電解ユニットを備え、前記電解ユニットは、被処理流体流路と、少なくとも一組の電解用電極対と、流入口と、流出口とを備え、前記電解用電極対は、鉛直方向に対して傾斜するように配置され、かつ、互いに対向するように配置された上部電極と下部電極とを含み、前記被処理流体流路は、前記流入口から流入した流体が前記上部電極と前記下部電極との間の電極間流路を下側から上側に向かって流れ前記流出口から流出するように設けられたことを特徴とする電解装置を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電解ユニットを備え、前記電解ユニットは、被処理流体流路と、少なくとも一組の電解用電極対と、流入口と、流出口とを備え、前記電解用電極対は、互いに対向するように配置された上部電極と下部電極とを含み、前記被処理流体流路は、前記流入口から流入した流体が前記上部電極と前記下部電極との間の電極間流路を流れ前記流出口から流出するように設けられるため、被処理流体流路に流体を流通させ電解用電極対に電圧を印加することにより流体を電解処理し電解生成物を生成することができ、この電解生成物を含む流体を連続して製造することができる。
本発明によれば、電解用電極対は、鉛直方向に対して傾斜するように配置され、被処理流体流路は、流体が電極間流路を下側から上側に向かって流れるように設けられるため、電解生成物を効率よく生成することができる。このことは、本発明者等が行った実験により実証された。
電解生成物を効率よく生成することができる理由は、次のように考えられる。
本発明の電解装置では、下部電極における電極反応により気体が生成するため、下部電極上に気泡が生じ、この気泡を流体の流れ方向を横切るように上部電極に向かって浮上させることができる。この気泡の浮上により生じる流体の流れにより、下部電極付近の流体と上部電極付近の流体とを攪拌・混合することができ、上部電極における電極反応を促進することができる。また、下部電極の上流付近の流体は気泡の移動に伴って上部電極方向への移動が促進されるため、下部電極の下流付近の流体は電解処理済みの液成分の割合が減少する。このため電解生成物の生成効率を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ）（ｂ）は、本発明の一実施形態の電解装置の概略断面図であり、（ｃ）は電解装置を鉛直方向Ａから見た際の上部電極と下部電極との重なりを説明するための図であり、（ｄ）は電解装置を下部電極の主要面に垂直な方向Ｂから見た際の上部電極と下部電極との重なりを説明するための図である。
【図２】（ａ）（ｂ）は、本発明の一実施形態の電解装置の概略断面図であり、（ｃ）は電解装置を鉛直方向Ａから見た際の上部電極と下部電極との重なりを説明するための図であり、（ｄ）は電解装置を下部電極の主要面に垂直な方向Ｂから見た際の上部電極と下部電極との重なりを説明するための図である。
【図３】（ａ）は、本発明の一実施形態の電解装置の概略断面図であり、（ｂ）は電解装置を鉛直方向Ａから見た際の上部電極と下部電極との重なりを説明するための図であり、（ｃ）は電解装置を下部電極の主要面に垂直な方向Ｂから見た際の上部電極と下部電極との重なりを説明するための図である。
【図４】本発明の一実施形態の電解装置の概略断面図である。
【図５】電解実験で作製した電解装置の概略断面図である。
【図６】（ａ）は、本発明の一実施形態の電解装置の概略断面図であり、（ｂ）〜（ｄ）はこの電解装置の構成部品の概略断面図である。
【図７】（ａ）（ｂ）は本発明の一実施形態の電解装置の概略断面図である。
【図８】本発明の一実施形態の電解装置の概略断面図である。
【図９】（ａ）は、本発明の一実施形態の電解装置の概略断面図であり、（ｂ）〜（ｆ）はこの電解装置の構成部品の概略断面図である。
【図１０】（ａ）（ｂ）は本発明の一実施形態の電解装置の概略構成図である。
【図１１】本発明の一実施形態の電解装置の概略構成図である。
【図１２】電解実験の測定結果を示すグラフである。
【図１３】電極間流路における流体及び気泡の流れを説明するための図である。
【図１４】（ａ）〜（ｃ）は電解実験で作製した電解装置の概略断面図である。
【図１５】（ａ）（ｂ）は従来の電解装置の概略断面図である。
【図１６】従来の電解水生成器の概略斜視図である。
【図１７】従来の電解水生成器の内部構造を模式的に示した図である。
【図１８】電解実験の測定結果を示すグラフである。
【図１９】電解実験で作製した電解装置の概略構成図である。
【図２０】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態の電解装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の電解装置は、電解ユニットを備え、前記電解ユニットは、被処理流体流路と、少なくとも一組の電解用電極対と、流入口と、流出口とを備え、前記電解用電極対は、鉛直方向に対して傾斜するように配置され、かつ、互いに対向するように配置された上部電極と下部電極とを含み、前記被処理流体流路は、前記流入口から流入した流体が前記上部電極と前記下部電極との間の電極間流路を下側から上側に向かって流れ前記流出口から流出するように設けられたことを特徴とする。
【００１８】
本発明の電解装置において、電解用電極対は、鉛直方向に対する傾斜角度が０度より大きく５０度より小さくなるように配置されたことが好ましい。
このような構成によれば、電解ユニットの電解効率を向上させることができる。このことは、本発明者等行った電解実験により実証された。
本発明の電解装置において、被処理流体流路は、電極間流路の上流側の端に近接した上流側屈曲流路または電極間流路の下流側の端に近接した下流側屈曲流路を有することが好ましい。
被処理流体流路が上流側屈曲流路又は下流側屈曲流路を有することにより、電解反応により生じたガスを効率良く電極間流路から排出できるので、ガスが滞留することによる電解効率の低下を抑制することができる。
また、被処理流体流路が上流側屈曲流路を有することにより、被処理流体流路中の液体の流れに乱れを生じさせることができる。電極の近くに屈曲流路を設けることにより、屈曲流路で生じる乱流の影響は電極間流路にまで及ぶ。これにより気泡があまり生じていない電極間流路の入口付近から十分攪拌効果を与えることができるので、電極表面付近の物質の拡散を促進することができ電解効率を向上させることができる。
また、被処理流体流路が下流側屈曲流路を有することにより、電極間流路で十分に溶解できながったガスがあったとしても、再度屈曲流路で攪拌を行うことができる。例えば、塩素原子を有する物質の水溶液を電気分解し次亜塩素酸類を生成する場合、条件によっては塩素ガスが十分に水溶液に溶解せず次亜塩素酸類の生成効率が落ちる場合があるが、このような構成にすることにより塩素ガスの水溶液への溶解及び次亜塩素酸類への変換を促進できるので、実質的な電解効率を向上させることができる。
【００１９】
本発明の電解装置において、上部電極は、陽極となるように設けられ、下部電極は、陰極となるように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、下部電極における陰極反応により気泡を発生させることができ、気泡による攪拌・混合効果により電解効率を向上させることができる。
本発明の電解装置において、下部電極は、上部電極の電極面よりも面積の広い電極面を有することが好ましい。
下部電極を陰極とし上部電極を陽極として塩素原子を有する物質の水溶液を電気分解し次亜塩素酸類を生成する場合、上部電極の電極面と下部電極の電極面とがほぼ同じ面積であると、上部電極付近は気泡による攪拌・混合効果により塩素ガスの気泡が溶解・減少して気泡による電極有効面積の減少が抑制されるが、下部電極ではそのような効果がなく、水素ガスの気泡により電極の有効面積が減少する場合がある。このため、下部電極の電極有効面積が比較的小さくなり電解反応の律速要因となり上部電極の面積が有効に活かせない場合がある。
下部電極の電極面の面積を上部電極に比べて大きくすることで、上記現象を緩和する事ができ電極面積を有効に使う事ができ上部電極の単位面積当たりの電解効率を向上することができる。
更に上記の構成にすることで、下部電極の上流側で発生する水素ガスの気泡が鉛直上方の陽極として働いている上部電極近傍に達した時に、その近傍では既に上部電極の上流側で電解されたｐＨが下降した水溶液に接する事ができるので、効率良く塩素ガスを次亜塩素酸類に変換する事ができる。
更に上記の構成にすることで、下部電極で発生する水素ガスが、液体の流速の分だけ鉛直上方向から下流側に浮上しても上部電極近傍に接近することができるので、塩素ガスを次亜塩素酸類に変換できる割合が増加する。特に水素ガスの発生が多い場合は上部電極の下流側が気泡で電界が遮蔽されても下流側に張り出した電極への電界の回り込みや、直接電極に接した気泡の酸化等により多少なりとも次亜塩素酸類に変換される塩素ガスの割合の増加が期待できる。
【００２０】
本発明の電解装置において、希釈部をさらに備え、前記流体は、水溶液であり、電解用電極対は、前記水溶液に含まれる塩素含有化合物から次亜塩素酸イオンが電気化学的に生成するように設けられ、流出口における水溶液は、重量比で４０００ｐｐｍ以上の次亜塩素酸イオンを含み、希釈部は、流出口から排出された次亜塩素酸イオンを含む水溶液の希釈液を生成するように設けられ、希釈液は、ｐＨ７．５以下であることが好ましい。
このような構成によれば、次亜塩素酸イオンを含み、かつ、塩素ガスの放出が抑制され、かつ、ｐＨが７．５以下である電解水を電解効率よく製造することができる。
本発明の電解装置において、電解ユニットは、塩素含有化合物から次亜塩素酸イオンが電気化学的に生成するように設けられ、上部電極は、陽極となるように設けられ、下部電極は、陰極となるように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、下部電極における陰極反応により生じた水素ガスの気泡が流速方向を横切るように上部電極付近に移動しようとするので、電解ユニット内で陽極付近の液体と陰極付近の液体との攪拌を促進することができる。また、水素ガスの気泡が陽極付近に移動するのに伴い、陰極付近のアルカリ性の水が陽極近辺に運ばれ、陽極反応により生じた塩素ガスがアルカリ寄りの水溶液に接するため、塩素ガスの次亜塩素酸類等への変換を促進することができる。
【００２１】
本発明の電解装置において、電極間流路の流路断面積が最も小さくなる方向における電解ユニットの断面であって、上部電極を含み下部電極を含まない面をＣ、上部電極及び下部電極の両方を含む面をＤ、上部電極を含まず下部電極を含む面をＥとしたとき、面Ｃが一番上になり面Ｅが一番下になり面Ｄが面Ｃと面Ｅとの間に位置するように、上部電極及び下部電極が配置されることが好ましい。
このような構成によれば、下部電極で発生する気泡が、流速により鉛直上方より流出口側に流されても上部電極付近に接近できる。例えば、塩素原子を有する物質の水溶液を電気分解し次亜塩素酸類を生成する場合、下部電極の下流側で発生する水素ガスが、液体の流速の分だけ鉛直上方向から下流側に浮上しても陽極である上部電極近傍に接近することができるので、塩素ガスを次亜塩素酸類に変換できる割合が増加する。
【００２２】
本発明の電解装置において、上部電極は下部電極に向かって凸状に湾曲しており、下部電極は上部電極に向かって凹状に湾曲していることが好ましい。 更に上部電極の曲率は、下部電極の曲率に比べて小さいことが好ましい。
このような構成によれば、陽極である上部電極で発生する塩素ガスなどの気泡を電極中央部より端部に排出することができ、気泡による電極の有効面積の減少を抑制できるとともに中央部の電解効率を向上させることができる。また、陰極である下部電極で発生する水素ガスなどの気泡が塩素ガスなどの気泡に邪魔されることなく速やかに上部電極近傍へ移動できるため下部電極で発生した気泡による攪拌・混合効果を大きくすることができる。電解により次亜塩素酸類を生成する場合、この気泡による攪拌・混合効果により塩素ガスの次亜塩素酸類への変換を促進することができる。これにより塩素ガスの気泡も減少させる事ができるので、電極の有効面積の減少を更に抑制することができ、電解効率をなお一層向上させることができる。
また、気泡が上部電極の中央部から端部に移動することによって中央部から端部方向への流速ベクトルを生成し、従来の電極ユニット構造に比べて、中央部の流速が速くなり端部では流速が遅くなって中央部を流れる電解液と端部を流れる電解液とで電解の程度がばらつくのを抑制することができる。
更に上部電極の中央部では端部に比べて気泡を少なくする事ができるので、流速の比較的速くなりがちな中央部では電解効率が上がるので、より一層中央部を流れる電解液と、端部を流れる電解液の電解の程度のばらつきを抑制する事ができる。
【００２３】
本発明の電解装置において、上部電極の少なくとも一部はメッシュ状の電極であり、 上部電極の下部電極と反対側（以下背面側）に空間が設けられることが好ましい。更に、本発明の電解装置は、前記空間の壁面の少なくとも一部に上部電極と電気的に接続された電極を備えることが好ましい。
このような構成によれば、上部電極上の気泡を背面側に排出できるため、上部電極の下部電極に面する側の面が気泡で覆われて電極有効面積が減少することを抑制でき、電解効率を向上させることができる。また、電解により次亜塩素酸類を生成する場合、下部電極から上昇してきた水素ガスの気泡は塩素ガスの気泡に妨げられる事が比較的少なく容易に上部電極の近傍に生成されたpHの比較的高い水溶液に接触することができるので効率よく塩素ガスを次亜塩素酸類に変換することができる。また、上記の構成にすることで、壁面に設置した電極でもメッシュの隙間部分を介して電解を行うことができる。これによって更に電極有効面積を増大することができる。
【００２４】
本発明の電解装置において、下部電極はメッシュ状の電極であることが好ましい。
このような構成によれば、下部電極の表面で発生した気泡の一部は、上部電極からみてメッシュの空隙部分を覆うように成長すると考えられる。これにより滑面状の電極面を有する電極の場合に比べて気泡で覆われ無効になる電極面積の割合を減らす事ができる。
また上部電極または下部電極の少なくとも一方または両方にメッシュ電極を用いることで、電極表面の凸凹が大きくなり、電極間流路に層流ができにくくなる。これによって電極間流路に攪渦流、乱流が形成されやすくなり、気泡の電極からの剥離を促進することができる。また、電解により次亜塩素酸類を生成する場合、気泡が大きく成長するまえの比表面積の大きい塩素ガスの微小気泡が電極から剥離し上部電極付近の比較的ｐＨの低い水溶液に接する事ができるので、迅速に塩素ガスが溶解し次亜塩素酸類へ変換することができる。また電解液の攪拌も促進されるので、電解ユニット内での塩素ガスの溶解と次亜塩素酸類への変換がより効率的に行われる。
【００２５】
本発明の電解装置において、上部電極と下部電極との間に気泡ガイドを備えることが好ましい。この気泡ガイドは、上部電極及び下部電極から離れた板状の部材あって、この板状の部材は上部電極及び下部電極と平行な位置から傾いて設置されることが好ましい。また、この板状の部材は上部電極及び下部電極と実質的に垂直となるように設置されていることが好ましい。
このような構成によれば、下部電極の表面で発生した気泡の一部は中ほどまで上昇した後、気泡ガイドにより直接的あるいは気泡ガイドによって変えられた液流に乗って間接的に、進路が変更される。これによって気泡ガイドが無いときに比べて気泡の軌道は複雑化する。また気泡ガイド後方に発生する乱流により電解液が攪拌される。また気泡ガイドによって気泡同士が合体して大きくなることも抑制できるので、気泡の溶解性が良くなる。これにより気泡ガイドが無いときに比べて、下部電極で発生した気泡がより上部電極付近で電解された液と接触する確率が増大する。気泡のみならず上部電極あるいは下部電極付近の電解水も気泡ガイドが生じさせる乱流の影響を受けるので、気泡のみならず上部電極あるいは下部電極付近の電解水も攪拌される。これにより電解反応における拡散律速が大幅に改善されるとともに、気泡の混合攪拌により気泡の溶解が促進される。これによって、総合的に電解反応が促進されるので電解効率が向上する。
【００２６】
本発明の電解装置において、気泡ガイドは上部電極及び下部電極から離れた柱状の部材であって、この部材の柱の軸は上部電極及び下部電極と実質的に平行に設置されていることが好ましい。
このような構成によれば、気泡の移動と液体の流れを必要以上に妨げないようにすることができるとともに、有効電極面積の減少を最小限にしながら気泡や液体の攪拌効果を引き出す事ができる。
本発明の電解装置において、電解ユニットは、下部電極が固定された第１電極ホルダーと、上部電極が固定された第２電極ホルダーと、第１及び第２電極ホルダーの間に配置されたスペーサーとを備え、スペーサーは、上部電極及び下部電極が重なり合う方向から見てスペーサーの少なくとも一部が上部電極及び下部電極と重なるように設けられることが好ましい。更に第１又は第２電極ホルダーは少なくとも電極を固定する部分は凹状になっており、電極を固定する面とスペーサーの面との距離（凹部の深さ）は、固定する電極の厚さよりも大きい事が好ましい。
このような構成によれば、気泡や液体の攪拌効果を引き出すことができるとともに、何らかの原因により電極の反りや、電極の固定に緩みが生じても、両電極の接触する可能性を低くする事ができる。これにより電解装置の効率と安全性の両方を向上することができる。またスペーサーの厚みを変える事で電極間の距離を容易に変える事ができるので、目的にあった種々の仕様に容易に変更することができるので、電極ホルダー等の部品の共通化が容易になる。
【００２７】
本発明の電解装置において、被処理流体流路の一部かつ上部電極又は下部電極の表面と平行な面内から飛び出した突起部を備え、突起部の少なくとも一部は、被処理流体流路を形成する構造の対称面上にあることが好ましい。
従来の構造では電極間流路の中央付近つまり電極中央付近の流速が比較的に速くなるため、その部分を流れる電解液は電解される時間が短くなる。それ以外の端部では流速が比較的遅くなるので、その部分を流れる電解液は電解される時間が長くなる。これにより電解液は均一に電解されないので、濃度むらが生じる要因となる。
また、中央部を流れる電解液に適した電解条件に設定すると、端部を流れる電解液は途中から必要以上に電解されるか、全く電解されず電極の面積が無効になるかする。端部を流れる電解液に適した電解条件に電解条件に設定すると、中央部を流れる電解液は電解不十分になる。いずれにしても効率よく電解できていなかったが、突起部を設けることにより非常にシンプルな構造で、中央部の流速を減速するとともに端部の流速を挙げることができるので、濃度むらの発生を抑制したり、電解の効率を良くしたりすることが可能となる利点がある。
【００２８】
本発明の電解装置において、被処理流体流路の形状は、上部電極又は下部電極の電極面に平行な面で切った断面に対する法線方向に上部電極、下部電極、流入口、流出口、及び突起部を投影した場合、上部電極及び下部電極の幅が比較的広く、流入口、流出口及び突起部の幅が比較的狭くなっていることが好ましい。
このような構成によれば、流速の均一性を向上させることができ、濃度むらを抑制でき電解効率を向上することができる。
本発明の電解装置において、被処理流体流路は、流出口に近い流路の断面積が電極間流路の断面積よりも大きいことが好ましい。
このような構成によれば、流出口付近の流速のバラつきを抑える事ができるとともに、気泡の排出が容易になる。また例えば次亜塩素酸類の生成において、未変換の塩素ガスが生じても、流路の断面積が大きくなった箇所で攪拌効果と滞留効果が期待でき、それによって塩素ガスの次亜塩素酸類への変換促進が期待できる。したがって効率の向上が期待できる。
【００２９】
本発明の電解装置において、電極間流路の上流側及び下流側の両方にそれぞれ突起部を有することが好ましい。
上部電極及び下部電極の大きさが特に流速方向長くなった場合に、例えば上流側に突起部があり下流側にない場合、下流側で再び中央付近の流速が速く、端部で流速が遅くなる傾向が生じる。このような場合に、上流側と下流側の両方に突起部を設けることで、流速ばらつきが大きくなる事を抑制することができる。
本発明の電解装置において、電解ユニットは、上部電極及び下部電極と、電極間流路以外の流路を構成する電極ホルダーと、突起部とを備え、突起部の少なくとも一部は、上部電極、下部電極、これらの電極の基材、又はこれらの電極と物理的に結合している部材に結合しており、かつ、電極ホルダーとも結合していることが好ましい。
このような構成によれば、突起部を設けることにより上部電極又は下部電極を電極ホルダーに固定することができるため、 別途電極を固定する必要がなくなる。したがって、構成や構造を複雑化することなく本発明の電解装置を実現することができる。
【００３０】
本発明の電解装置において、突起部または突起部を含む部材は少なくとも一部は導電性材料からなり、この導電性材料からなる部材の少なくとも一部は、上部電極又は下部電極と電気的に接続されていることが好ましい。
このような構成によれば、この導電性材料からなる部材により、上部電極又は下部電極の電極ホルダーへの固定や上部電極又は下部電極へ電圧印加を行うことができるので、別途電極へ電圧印加するための引き出しラインの必要がなくなる。したがって、構成や構造を複雑化することがなくなる。また、従来の電解用電極対のようにピン等の電極端子引き出し用部品を後付けする必要がなく部品点数（ピン）の削減、ピン取付工数の削減が可能となる。また、他の電極端子の引き出し方として電極に予め端子用の耳を付ける方法があるが、打ち抜きでは無駄になる材料が発生、後付けでは後付け工程が発生する。また引き出し部からの電解液の漏れのシールに安価なＯリングを使うのが難しいが、本発明によればそのような無駄や工程が発生しない。更に電極の背面側に電極端子を引き出す方法があるが、従来の電極では背面にロッドを溶接していた。本発明においても溶接を採用することは可能であるが、溶接を用いずとも電極の固定及び電極端子の引き出しが可能である。したがって、溶接工程がないので溶接の失敗がなく、万が一、電極端子の部品に不具合が発生しても容易に補修ができる。溶接していると、溶接を剥がして再度新しいロッドを溶接するか、電極ごと交換する必要がある。
本発明の電解装置において、突起部の表面のうち少なくとも対向電極に最も近い部位は不導体であることが好ましい。
このような構成によれば、突起部の表面で電気化学反応が進行することを抑制することができる。
本発明の電解装置において、突起部を有する部材は電極表面のうち電極間流路を構成する主たる面に対する法線方向と平行に配置され、この部材により電極ホルダーと電極と接続することが好ましい。
これにより、非常に簡単な方法で上部電極又は下部電極の電極ホルダーへの固定や上部電極及び下部電極へ電圧印加を行うことができる。
【００３１】
本発明の電解装置において、下部電極が固定された第１電極ホルダーと、上部電極が固定された第２電極ホルダーとは、実質的に同じ形状であり、かつ、互いに点対称となるように配置され、第１及び第２電極ホルダー間にスペーサーが配置され、上部電極及び下部電極が重なり合う方向から見てスペーサーの少なくとも一部は、上部電極及び下部電極と重なることが好ましい。
このような構成によれば、何らかの原因により電極の反りや、電極の固定に緩みが生じても、両電極の接触する可能性を低くする事ができる。これにより電解装置の安全性を向上することができる。またスペーサーの厚みを変える事で電極間の距離を容易に変える事ができるので、目的にあった種々の仕様に容易に変更することができるので、電極ホルダー等の部品の共通化が容易になる。
本発明の電解装置において、上部電極及び下部電極が重なり合う方向から見てスペーサーは上部電極及び下部電極のエッジ部分と重なることが好ましい。
このような構成によれば、電界集中が起こり易く劣化が起こりやすい電極エッジで電解を起こることを抑制できる。これにより電解を安定させるとともに、電極損耗を抑制し長寿命化が可能となる。
本発明の電解装置において、電解ユニットは、塩素原子を含む化合物の水溶液を電解して4000ppm以上の濃度相当の次亜塩素酸イオンまたは塩素分子またはその両方を生成し、それらを希釈することでpH7以下の次亜塩素酸水を生成するように設けることが好ましい。
この場合、上記の手段を用いる事で次亜塩素酸水の生成効率を顕著に向上させることができる。
【００３２】
以下、図面を用いて本発明の一実施形態を説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。
【００３３】
第１実施形態
図１（ａ）（ｂ）はそれぞれ第１実施形態の電解装置の概略断面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）に示した電解装置を鉛直方向Ａから見た際の上部電極と下部電極との重なりを説明するための図であり、図１（ｄ）は図１（ａ）に示した電解装置を下部電極の主要面に垂直な方向Ｂから見た際の上部電極と下部電極との重なりを説明するための図である。
第１実施形態の電解装置１５は、電解ユニット１０を備え、電解ユニット１０は、被処理流体流路７と、少なくとも一組の電解用電極対５と、流入口８と、流出口９とを備え、電解用電極対５は、鉛直方向に対して傾斜するように配置され、かつ、互いに対向するように配置された上部電極３と下部電極４とを含み、かつ、下部電極４において気体が生成される電極反応が進行するように設けられ、被処理流体流路７は、流入口８から流入した流体が上部電極３と下部電極４との間の電極間流路６を下側から上側に向かって流れ流出口９から流出するように設けられたことを特徴とする。
【００３４】
第１実施形態の電解装置１５（電解ユニット１０）では、板状の上部電極３と板状の下部電極４とが対向するように筐体１に固定され、上部電極３と下部電極４との間に電極間流路６が形成されている。なお、電解用電極対５を鉛直方向に対して傾斜するように配置した際に、上に位置する電極が上部電極３であり、下に位置する電極が下部電極４である。
電解ユニット１０は、被処理流体流路７を有する装置であり、電解装置１５の構成単位である。図１では、１つの電解ユニット１０により電解装置１５が構成されているが、複数の電解ユニット１０により電解装置１５を構成してもよい。複数の電解ユニット１０は、被処理流体流路７が並列となるように組み合わされてもよく、被処理流体流路７が直列となるように組み合わされてもよい。
【００３５】
筐体１は、上部電極３及び下部電極４と共に被処理流体流路７を形成することができるように設けられる。筐体１の材料は、被処理流体流路７を流れる流体及び電解により副次的に生成されるガスに対して耐性のある材料を用いることができる。具体的には、筐体１の材料には、フッ素樹脂、塩化ビニール樹脂、ポリプロピレン樹脂、アクリル樹脂等の樹脂を、耐久性を考慮して用いることができる。
筐体１は、管状構造を有してもよく、複数の部材を組み合わせて被処理流体流路７を形成する構造を有してもよい。筐体１が管状構造を有する場合、管状構造の内壁面上に上部電極３及び下部電極４を固定することができる。筐体１が複数の部材を組み合わせた構造を有する場合、上部電極３を固定した第１部材と、下部電極４を固定した第２部材とを組み合わせることにより被処理流体流路７を形成してもよい。この場合、第１部材と第２部材との間に第３部材を挟んでもよい。また、筐体１を構成する部材又は筐体１は、上部電極３又は下部電極４を固定する電極ホルダーであってもよい。
【００３６】
被処理流体流路７は、流入口８から流入した流体が上部電極３と下部電極４との間の電極間流路６を下側から上側に向かって流れ流出口９から流出するように設けられる。流入口８は、ポンプを介して電解原液のタンクと接続することができる。このことにより、タンク内の電解原液を被処理流体流路７に流すことができ、電解処理することができる。また、流出口９は、電解処理後の流体を溜めるタンク、電解処理後の流体を利用する箇所へ送る送液管、希釈部などに接続することができる。
また、流体が電極間流路６の下側から上側に向かって流れることにより、上部電極３又は下部電極４で発生したガスを効率よく電極間流路６から排出することができ、ガスの滞留による電解効率の低下を抑制することができる。また、電極間流路６の下端よりも下側に流入口８を設け、電極間流路６の上端よりも上側に流出口９を設けることができる。このことにより、上部電極３又は下部電極４で発生したガスを効率よく電極間流路６から排出することができ、ガスの滞留による電解効率の低下を抑制することができる。
【００３７】
被処理流体流路７は、筐体１の一部と、電極間流路６とにより構成される。被処理流体流路７の内壁面は、できるだけ広い電解用電極対５の表面と、できるだけ狭い筐体１の表面で構成されることが望ましい。このような構成にすれば、被処理流体流路７の内壁面に含まれる電解反応が進行する電極表面を広くすることができ、電解に寄与しない表面を極力少なくすることができる。電極表面を広くすれば低い電流密度で十分な電解反応を進行させることができるため、電解用電極対５の電極寿命を延ばすことができ、また、電解効率も向上させることができる。また、電解に寄与しない表面を狭くすれば、同一電解能力でも電解ユニット１０の内容積を少なくする事ができるので電解装置１５の起動特性を向上させることができる。電解装置１５により電解水を製造する場合には、電解水濃度の立ち上がりをよくすることができる。
【００３８】
電解用電極対５は、上部電極３と下部電極４とから構成される。図１に示した電解ユニット１０は、一組の電解用電極対５を有しているが、複数の電解用電極対５を有してもよい。
上部電極３及び下部電極４は、上部電極３の主要面（電極面）と下部電極４の主要面（電極面）とが対向するように配置される。また、上部電極３及び下部電極４は、上部電極３の主要面と下部電極４の主要面との間に電極間流路６が形成されるように設けられる。また、上部電極３及び下部電極４は、上部電極３の主要面と下部電極４の主要面とが略平行となるように設けることができる。この電極間流路６は、被処理流体流路７の一部となる。このような構成とすると、上部電極３と下部電極４との間に電圧を印加することにより電極間流路６を流れる流体を電解処理することができ、電解生成物を含む流体を生成することができる。
また、上部電極３が下部電極４に向かって凸状に湾曲し、下部電極４が上部電極３に向かって凹状に湾曲していてもよい。更に上部電極３の曲率は、下部電極４の曲率に比べて小さくてもよい。
なお、上部電極３及び下部電極４には、電極間に電位差を与えるための配線が接続され、この配線は電源装置に接続される。この配線は、上部電極３又は下部電極４を筐体１に固定するための導電性部材であってもよい。
【００３９】
上部電極３及び下部電極４は、上部電極３が陽極となり下部電極４が陰極となるように設けられてもよく、上部電極３が陰極となり下部電極４が陽極となるように設けられてもよい。
また、上部電極３及び下部電極４は、下部電極４において気体が発生する電極反応が進行するように設けられる。このことにより、電解生成物を効率よく生成することができる。また、上部電極３及び下部電極４の両方で気体が発生する電極反応が進行する場合、上部電極３及び下部電極４は、下部電極４において気泡の発生量が多くなるように設けることができる。
上部電極３及び下部電極４は、筐体１に固定することができる。上部電極３又は下部電極４は、ねじ部材により筐体１に固定されてもよく、接着剤により筐体１に固定されてもよい。また、上部電極３又は下部電極４は、筐体１の平面上又は曲面上に固定されてもよく、筐体１の溝中に固定されてもよい。図１に示した電解装置１０では、上部電極３及び下部電極４は筐体１の溝中に設けられ、被処理流体流路７に段差が生じないように設けられている。
【００４０】
上部電極３及び下部電極４の形状は、平面板状であってもよく、曲面板状であってもよい。また、上部電極３及び下部電極４は、方形状であってもよく、円形状であってもよい。また、上部電極３と下部電極４は、実質的に同じ形状であってもよく、異なる形状であってもよい。図１に示した電解ユニット１０に含まれる上部電極３及び下部電極４は、板状で方形状であり、実質的に同じ形状を有している。また、上部電極３及び下部電極４の大きさは、例えば長辺８ｃｍ短辺３ｃｍとすることができる。
また、上部電極３及び下部電極４は、メッシュ構造を有してもよく、穴あき構造を有してもよく、多孔質構造を有してもよい。
また、上部電極３の少なくとも一部がメッシュ構造又は穴あき構造を有する場合、上部電極３の下部電極４と反対側（背面側）に空間が設けられてもよい。また、この空間の壁面上に、上部電極３と電気的に接続した補助電極を設けてもよい。このことにより、上部電極３の電極面上の気泡を背面側に排出することができ、有効電極面積が減少することを抑制することができる。また、補助電極上において電極反応を進行させることができ、有効電極面積を広くすることができる。
上部電極３及び下部電極４は、金属材料などの導電性材料から形成される。また、上部電極３及び下部電極４には、不溶性電極を用いることができる。また、上部電極３及び下部電極４は、その表面上にＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕなどの触媒が担持又はコーティングされた構造を有してもよい。このことにより、電解反応を効率よく進行させることができる。
例えば、上部電極３及び下部電極４のうち陰極となる電極をＴｉやＰｔその他の金属を含む電極とし、上部電極３及び下部電極４のうち陽極となる電極をＩｒやＲｕを含む電極やＰｔ等の不溶性電極とすることができる。
【００４１】
上部電極３及び下部電極４（電解用電極対５）は、鉛直方向に対して傾斜するように配置される。また、上部電極３及び下部電極４は、上部電極３の少なくとも一部が下部電極４の鉛直上方に位置するように配置されるように設けられる。
また、上部電極３及び下部電極４は、鉛直方向に対する傾斜角度が０度より大きく５０度より小さくなるように配置することができる。また、この傾斜角度は、５度以上４５度以下とすることができ、また、１５度以上３２度以下とすることができる。なお、傾斜角度は、上部電極３の下部電極４に対向する面（主要面、電極面）の傾斜角度、又は下部電極４の上部電極３に対向する面（主要面、電極面）の傾斜角度である。上部電極３の傾斜角度と下部電極４の傾斜角度は実質的に同じであることが好ましい。このことにより、電極間距離を実質的に一定にすることができ、電流集中が生じることを抑制することができる。
このように電解用電極対５を配置することにより、電解効率を向上させることができる。
【００４２】
図１に示した電解ユニット１０では、上部電極３及び下部電極４は、傾斜角度がθとなるように配置されている。また、図１（ｄ）のように、下部電極４の主要面に垂直な方向Ｂから見た際に実質的に同じ大きさの上部電極３と下部電極４が実質的に全面において重なるように、上部電極３及び下部電極４が配置されている。また、図１（ｃ）のように、鉛直方向Ａから見た際に重なり領域１６において上部電極３と下部電極４とが重なるように、上部電極３及び下部電極４が配置されている。また、電解ユニット１０は、被処理流体が電極間流路６の下側から上側に向かって流れるように設けられ、下部電極４において気体（気泡１１）が発生する電極反応が進行するように設けられている。
このような電解ユニット１０では、図１（ｂ）のように、下部電極４における電極反応により下部電極４上に気泡１１が生じ、この気泡１１を流体の流れ方向を横切るように上部電極３に向かって浮上させることができる。この気泡１１の浮上により生じる流体の流れにより、下部電極４付近の流体と上部電極３付近の流体とを攪拌・混合することができ、上部電極３における電極反応を促進することができる。また、下部電極４の上流付近の流体は気泡１１の移動に伴って上部電極３方向への移動が促進されるため、下部電極４の下流付近の流体は電解処理済みの液成分の割合が減少する。このため電解生成物の生成効率を高くすることができる。
【００４３】
電解用電極対５により生成される電解生成物は、例えば、次亜塩素酸類とすることができる。この場合、アルカリ金属塩化物の水溶液を流入口８から被処理流体流路７（電極間流路６）に供給し、上部電極３と下部電極４との間に電圧を印加することにより上記の化学反応式（１）〜（４）のような電解反応を進行させることができ、次亜塩素酸塩水溶液（電解水）を製造することができる。
また、この場合、上部電極３が陽極となり下部電極４が陰極となるように電圧を印加することができる。このことにより、下部電極４上にＨ2ガスの気泡を生じさせることができ、この気泡の浮上により水溶液を攪拌・混合することができ、次亜塩素酸類の生成効率を向上させることができる。また、陽極近傍の水溶液が強酸性になることを抑制することができるため、上記の化学反応式（２）の反応速度を速くすることができる。このため、次亜塩素酸類の生成効率を向上させることができる。
【００４４】
第２実施形態
図２（ａ）（ｂ）はそれぞれ第２実施形態の電解装置の概略断面図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）に示した電解装置を鉛直方向Ａから見た際の上部電極と下部電極との重なりを説明するための図であり、図２（ｄ）は図２（ａ）に示した電解装置を下部電極の主要面に垂直な方向Ｂから見た際の上部電極と下部電極との重なりを説明するための図である。
図１に示した電解装置では、方向Ｂから見た際に上部電極３と下部電極４が実質的に全面において重なるように上部電極３と下部電極４とが配置されていたが、第２実施形態の電解装置１５では、上部電極３がより上方に位置するように配置されている。具体的には、図２（ｄ）のように、下部電極４の主要面に垂直な方向Ｂから見た際に上部電極３と下部電極４が重なり領域１７で重なるが、上部電極３に含まれる上部領域は下部電極４と重なっておらず、下部電極４に含まれる下部領域は上部電極３と重なっていない。
また、第２実施形態の電解装置１５では、電極間流路６の流路断面積が最も小さくなる方向における電解ユニット１０の断面であって、上部電極３を含み下部電極４を含まない面をＣ、上部電極３及び下部電極４の両方を含む面をＤ、上部電極３を含まず下部電極を含む面をＥとしたとき、面Ｃが一番上になり面Ｅが一番下になり面Ｄが面Ｃと面Ｅとの間に位置するように、上部電極３及び下部電極４が配置されている。
このような構成とすることにより、図２（ｃ）のように鉛直方向Ａから見た際に上部電極３と下部電極４とが重なる重なり領域１６を広くすることができる。
【００４５】
このような電解ユニット１０では、図２（ｂ）のように、下部電極４における電極反応により気泡１１が生じ、この気泡１１を流体の流れ方向を横切るように上部電極３に向かって浮上させることができる。また、図２（ｃ）のように重なり領域１６が広いため下部電極４で生じた気泡１１が浮上し上部電極３に接近する確率を高くすることができる。また、下部電極４で生じた気泡１１が被処理流体流路７の流れにより浮上する気泡１１が下流側に流されたとしても、気泡１１を高い確率で上部電極３に接近させることができる。このため、気泡１１による攪拌・混合効果を大きくすることができ、上部電極３における電極反応をより効果的に促進することができる。このため電解生成物の生成効率を高くすることができる。
【００４６】
例えば、第２実施形態の電解装置１５により、下部電極４を陽極とし上部電極３を陰極として、塩素原子を有する物質の水溶液を電気分解し次亜塩素酸類を生成する場合、下部電極４で発生する塩素ガスが、液体の流速の分だけ鉛直上方向から下流側に浮上しても陰極である上部電極３近傍に接近することができるので、次亜塩素酸類に変換できる割合が増加する。
【００４７】
第３実施形態
図３（ａ）は第３実施形態の電解装置の概略断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に示した電解装置を鉛直方向Ａから見た際の上部電極と下部電極との重なりを説明するための図であり、図３（ｃ）は図３（ａ）に示した電解装置を下部電極の電極面に垂直な方向Ｂから見た際の上部電極と下部電極との重なりを説明するための図である。
図１、２に示した電解装置１５では、上部電極３の電極面と下部電極４の電極面とが実質的に同じ大きさを有しているが、第３実施形態の電解装置１５では、下部電極４の電極面は上部電極３の電極面よりも広い。また、図３（ｃ）のように、上部電極３及び下部電極４は、電解装置１５を下部電極４の電極面に垂直な方向Ｂから見て下流側のはみ出し長さをＤ、上流側のはみ出し長さをＵ、横側のはみ出し長さをＳとしたときに、Ｄ＞Ｕ≧Ｓを満たすように設けることができる。また、図３（ｂ）のように、電解装置１５を鉛直方向Ａから見た場合、上部電極３の全面が下部電極４と重なるように上部電極３及び下部電極４を設けることができる。
【００４８】
例えば、下部電極４を陰極とし上部電極３を陽極として塩素原子を有する物質の水溶液を電気分解し次亜塩素酸類を生成する場合、上部電極３の電極面と下部電極４の電極面とがほぼ同じ面積であると、上部電極３付近は気泡による攪拌・混合効果により塩素ガスの気泡が溶解・減少して気泡による電極有効面積の減少が抑制されるが、下部電極４ではそのような効果がなく、水素ガスの気泡により電極有効面積が減少する場合がある。このため、下部電極４の電極有効面積が比較的小さくなり電解反応の律速要因となり上部電極３の面積が有効に活かせない場合がある。
下部電極４の電極面の面積を上部電極３に比べて大きくすることで、上記現象を緩和する事ができ電極面積を有効に使う事ができ上部電極３の単位面積当たりの電解効率を向上することができる。
更に上記の構成にすることで、下部電極４の上流側で発生する水素ガスの気泡が鉛直上方の陽極として働いている上部電極３近傍に達した時に、その近傍では既に上部電極３の上流側で電解されたｐＨが下降した水溶液に接する事ができるので、効率良く塩素ガスを次亜塩素酸類に変換する事ができる。
更に上記の構成にすることで、下部電極４で発生する水素ガスが、液体の流速の分だけ鉛直上方向から下流側に浮上しても上部電極３近傍に接近することができるので、塩素ガスを次亜塩素酸類に変換できる割合が増加する。特に水素ガスの発生が多い場合は上部電極３の下流側が気泡で電界が遮蔽されても下流側に張り出した電極への電界の回り込みや、直接電極に接した気泡の酸化等により多少なりとも次亜塩素酸類に変換される塩素ガスの割合の増加が期待できる。
【００４９】
第４実施形態
図４は、第４実施形態の電解装置の概略断面図である。
図１〜３に示した電解装置１５は、直線状の被処理流体流路７を有していたが、第４実施形態の電解装置１５では、被処理流体流路７は、電極間流路６の上流側の端に近接した上流側屈曲流路２５または電極間流路６の下流側の端に近接した下流側屈曲流路２６を有する。なお、電解装置１５は、上流側屈曲流路２５及び下流側屈曲流路２６の両方を有してもよく、どちらか一方を有してもよい。
例えば、流入口８又は流出口９のうち少なくとも一方は、電極間流路６の方向に対して、流入口８又は流出口９付近の流路の方向が非平行となるように設けることができる。このことにより、上流側屈曲流路２５又は下流側屈曲流路２６を設けることができる。このような構成にすることで、被処理流体流路７中の液体の流れに乱れを生じさせることができる。
電解用電極５の近くに上流側屈曲流路２５を設けることにより、屈曲流路で生じる乱流の影響を電極間流路６に及ぼすことができる。このことにより気泡があまり生じていない入口付近から十分攪拌効果を与えることができるので、電極表面付近の物質の拡散を促進することができ電解効率を向上させることができる。
また、下流側屈曲流路２６を設けることにより、電極間流路６で十分に溶解できながったガスがあったとしても、再度屈曲流路で攪拌を行うことができる。例えば、塩素原子を有する物質の水溶液を電気分解し次亜塩素酸類を生成する場合、条件によっては塩素ガスが十分に溶解せず次亜塩素酸類の生成効率が落ちる場合があるが、このような構成にすることにより塩素ガスの溶解及び次亜塩素酸類への変換を促進できるので、実質的な電解効率を向上させることができる。
下流側屈曲流路２６は、電解用電極対５で生成した気泡がその浮力により流出口９へ浮上できるように設けられることが好ましい。このことにより、気泡を被処理流体流路７からすみやかに排出することができ、気泡が滞留することに起因する電解効率の低下を抑制することができる。
【００５０】
第５実施形態
図６（ａ）は、第５実施形態の電解装置の概略断面図である。また、図６（ｂ）〜（ｄ）は、第５実施形態の電解装置の構成部品の概略断面図である。
第５実施形態の電解装置１５は、組み立て型の電解ユニット１０を有している。第５実施形態では、電解ユニット１０は３つの部品からなり、そのうち２つは図６（ｂ）に示した下部電極４を固定した第１電極ホルダー３１と図６（ｄ）に示した上部電極３を固定した第２電極ホルダー３２であり、残る１つはスペーサー３３として第１及び第２電極ホルダー３１、３２間に配置される。また、電解用電極対５が重なり合う方向から見て、スペーサー３３の少なくとも一部は、電解用電極対５と重なる。また、電極間流路６の上流側と下流側にそれぞれ突起部３５が設けられている。また、上流側屈曲流路２５及び下流側屈曲流路２６が設けられている。
スペーサー３３は、上部電極３と下部電極４との間に電極間流路６が形成されるように設けられる。また、第１及び第２電極ホルダー３１、３２は少なくとも上部電極３又は下部電極４を固定する部分は凹状になっており、上部電極３又は下部電極４を固定する面とスペーサー３３と接触する面との距離（凹部の深さ）は、固定する電極の厚さよりも大きくする事が好ましい。これにより、気泡や液体の攪拌効果を引き出すことができるとともに、何らかの原因により電極の反りや、電極の固定に緩みが生じても、上部電極３及び下部電極４が接触する可能性を低くする事ができる。これにより電解装置１５の電解効率と安全性の両方を向上させることができる。またスペーサー３３の厚みを変える事で上部電極３と下部電極４と間の距離を容易に変える事ができるので、目的にあった種々の仕様に容易に変更することができるので、電極ホルダー等の部品の共通化が容易になる。金属ホルダー３１、３２の材料は、例えば、アクリル樹脂や塩化ビニル樹脂等の樹脂とすることができる。
また、図６（ａ）に示した電解装置１５では、上部電極３を固定するボルト４１及び下部電極４を固定するボルト４１が電極端子４５となっている。ボルト４１の材料は、金属材料とすることができ、例えば金属チタンとすることができる。
【００５１】
図７（ａ）（ｂ）は、図６（ａ）に示したような電解装置１５における流体の流れを説明するための概略断面図である。なお、図７（ｂ）は図７（ａ）の一点鎖線Ｆ−Ｆにおける電解装置１５の概略断面図である。
一般に流路中の流速は、中央部の平均速度V1が速く、端部に近い部分の平均速度V2が遅くなることが分かっている。また、電気分解による単位体積当たりの化学変化量すなわち電解によって生成される所望の成分の濃度ｋは他の条件が一定ならば電解を受けた時間ｔにほぼ比例しｋ∝ｔとなる。したがって、電極の形状がほぼ長方形であって平均流速方向の長さが中央部も端部もほぼ同じ長さLであれば、ｔ＝L/Vとなるので、ｋ∝L/Vである。したがって、中央部を流れる水溶液における所望成分の生成濃度はｋ１∝L/V1、端部に関してはｋ２∝L/V2となり、濃度ばらつきの指標としてｋ１―ｋ２を用いると、ｋ１―ｋ２＝L(1/V1−1/V2)となる。
図７（ａ）（ｂ）のように、電極間流路６の上流に突起部３５を設けると、突起部３５は流路中の液体の移動に対して障害物及び流体を中央部から端部へ誘導する。このため、単位断面積当たりに流れる流体の量は中央部が少なく、端部が多くなる。したがって単純化した系で考えれば平均として中央部を流れる流速はV1−v、端部を流れる流速はV2−v、（ｖ＞0）となる。この時の濃度ばらつきｋ１−ｋ２＝L（1/（V1−v）−1/（V2−v））となり、ｖがV1−V2＞ｖを満たす限り濃度ばらつきは小さくなる。
【００５２】
第６実施形態
図８は、第６実施形態の電解装置の概略断面図である。図８に示した電解装置１５に含まれる電解ユニット１０は、少なくとも電解用電極対５と、電極間流路６以外の流路を構成する電極ホルダー３０からなり、突起部３５を有する部材（図８では電極端子４５）の少なくとも一部は、電解用電極対５または、電解用電極対５の基材または、電解用電極対５と物理的に結合している部材と、結合しており、かつ電極ホルダー３０とも結合している。このような結合構造により、電解用電極対５を電極ホルダー３０に固定することが可能になる。このため、構成や構造を複雑化することがなくなる。また、上記の結合構造により、電解用電極対５の電極ホルダー３０への固定を補強することができる。このことにより、電解ユニット１０の信頼性を向上させることができる。
また、突起部３５または突起部３５と結合している部材（図８では電極端子４５）は、少なくとも一部は導電性材料からなり、前記部材の少なくとも一部は、電解用電極対５と電気的に接続することができる。
また、突起部３５を有する部材を電解用電極対５の表面のうち被処理流体流路７を構成する主たる面の法線方向に配置し電極ホルダーと電極と接続することができる。
【００５３】
例えば、突起部３５と電極端子４５とは一体の部材とすることができる。電極ホルダー３０及び電解用電極対５は所定の位置に電極端子４５の大きさに適した穴を有している。電極端子４５には、突起部３５と反対側の、少なくとも適切な部位にミゾが切ってある。このミゾに適したナット４２を用いて電解用電極対５を電極ホルダー３０に固定することができるとともに、電極端子４５を通して電極ホルダー３０の外部から電解用電極対５へ電圧印加が可能となる。必要に応じてＯリング４７やワッシャ４８、スプリングワッシャ４９を用いる事で液漏れの発生を抑制することができる。
また、例えば、電極ホルダー３０の穴にめねじ構造の溝を設け、電極端子４５におねじ構造の溝を設けて、このめねじ構造とおねじ構造とを組み合わせることにより、金属ホルダー３０と電極端子４５とを接合してもよい。このような構造とすると、ナットを用いずに電解用電極対５を電極ホルダー３０に固定することが可能である。
また他の方法としては、例えば電極ホルダー３０と電極端子４５を一体成型することも可能である。
【００５４】
このような構造により、電解用電極対５の電極ホルダー３０への固定や電解用電極対５へ電圧印加を行うことができるので、別途電解用電極対５へ電圧印加するための引き出しラインの必要がなくなる。したがって、構成や構造を複雑化することがなくなる。また、非常に簡単な方法で電解用電極対５の電極ホルダー３０への固定や電解用電極対５へ電圧印加を行うことができる。
突起部３５の表面のうち少なくとも対向電極に最も近い部位は不導体にする事もできる。 例えば突起部３５の表面を酸化処理しておくこと等により不導体の膜を形成することができる。また、突起部３５の表面を樹脂等によりコーティングしてもよい。このことにより、突起部３５の表面で電気化学反応が進行することを抑制することができ、不要な成分が生成する事や、生成濃度が大きく変動する事を抑制できる。
【００５５】
第７実施形態
図９（ａ）は、第７実施形態の電解装置の概略断面図である。また、図９（ｂ）〜（ｆ）は、第７実施形態の電解装置の構成部品の概略断面図である。なお、図９（ｄ）は、図９（ｃ）の一点鎖線Ｇ−Ｇにおけるスペーサー３３の概略断面図であり、図９（ｅ）は、図９（ｃ）の一点鎖線Ｈ−Ｈにおけるスペーサー３３の概略断面図である。
第７実施形態の電解装置１５は、組み立て型の電解ユニット１０を有している。第７実施形態では、電解ユニット１０は３つの部品からなり、そのうち２つは図９（ｂ）に示した下部電極４を固定した第１電極ホルダー３１と図９（ｆ）に示した上部電極３を固定した第２電極ホルダー３２であり、残る１つは図９（ｃ）〜（ｅ）に示したスペーサー３３であり、第１及び第２電極ホルダー３１、３２間に配置される。また、図９に示した電解装置１５では、電極間のスペーサーの開口３６を図６に示した電解装置１５よりも狭く形成している。また、スペーサー３３は、下部電極４の電極面に垂直な方向から見た際に、スペーサー３３と、上部電極３のエッジ部及び下部電極４のエッジ部とが重なるように配置される。このことにより、電界集中が起こり易く劣化が起こりやすい電極エッジで電解反応が進行することを抑制できる。これにより安定して電解処理を行うことができるとともに、電極損耗を抑制し電解用電極対５の長寿命化が可能となる。
【００５６】
第８実施形態
図１０（ａ）（ｂ）はそれぞれ第８実施形態の電解装置の概略構成図である。
第８実施形態の電解装置１５は、第１〜７実施形態の電解ユニット１０と、原液タンク５１と、希釈部５３を備えている。配管５７は、配管内の流体の流れる方向を含めて矢印で示している。図１０（ａ）に示した電解装置１５は、希釈部５３である希釈タンク５４に溜めた溜め水５５に、電解ユニット１０により電解処理した溶液を注入し希釈液を生成する構成を有している。図１０（ｂ）に示した電解装置１５は、希釈部５３である混合部５９において、電解ユニット１０により電解処理した溶液と流水とを混合し希釈液を生成する構成を有している。図１０（ａ）（ｂ）では電解ユニット１０内の電解用電極対５に電力を供給する配線や、必要に応じて備える送液ポンプ等は図示していない。
このような構成によると、電解生成物を含む希釈液を製造することができる。また、塩素原子を有する物質の水溶液を電気分解し次亜塩素酸類を生成する場合、塩素ガスの放出が抑制された希釈液を生成することができる。
【００５７】
第９実施形態
図１１は、第９実施形態の電解装置の概略構成図である。第９実施形態の電解装置１５は、電解用電極対５が鉛直方向に対して傾斜するように配置された電解ユニット１０を用いたこと以外は、図１６、図１７に示した従来の電解水生成器１２０と同様の構成を有している。また、第９実施形態の電解装置１５の基本的な動作も従来の電解水生成器１２０と同様である。
電解装置１５において、望ましくは、スイッチ６４をＯＮにすると同時に電磁弁６６、電解ユニット１０、ポンプ６８を動作させるのではなく、適切なタイミングで電磁弁６６が開き水が給水口６２から電解装置１５内に供給されて配管６５を通って吐出口６３から吐出する。また適切なタイミングで送液ポンプ６８が作動し原液タンク６７に貯蔵されている電解原液が電解ユニット１０に供給される。 電解ユニット１０には適切なタイミングで電源（図示せず）から電力が供給され、原液が電気分解される。電気分解により生成された高濃度電解水は、配管６５へ供給され配管６５を流れる水によって適切な濃度に希釈される。希釈後の電解水は、吐出口６３から適宜接続されるホース等の配管を通って電解水供給ポイントまで送られる。
スイッチ６４をＯＦＦにすると、電磁弁６６、送液ポンプ６８、電解ユニット１０への電力供給が適切なタイミングで遮断されて電解装置１５の動作が停止する。
実際には、各種インターロックを備えた上で、電磁バルブをまず開いた後に、前回動作時に電解ユニット１０内に残った原液の電解を少し行ったのちに原液供給を開始する等、目的に応じた最適なシーケンスを設定する。
【００５８】
例えば、はじめに高濃度の電解水が出る可能性を極力抑制したい場合には、電磁バルブ６６、送液ポンプ６８、電解ユニット１０の順にＯＮする事が好ましい。
逆に電解水濃度の立ち上がりを速くしたい場合には、電解ユニット１０、送液ポンプ６８、電磁バルブ６６の順にＯＮする等の方法を用いる事ができる。
動作停止する場合も、電解水を使った後に水で濯ぎたい場合は、電解ユニット１０と送液ポンプ６８をＯＦＦしたのち、規定時間だけ電磁バルブ６６はＯＮしておけば、およそ規定時間の間、濯ぐことが可能になる。
また高濃度の電解水が電解ユニット１０内に留まる事を避けたい場合には、電解ユニット１０を先にＯＦＦした後に暫く送液ポンプ６８をＯＮにして電解ユニット１０内の高濃度電解水を電解原液で希釈または殆ど置き換える事も可能である。この場合は電磁バルブ６６もＯＮしておくことが望ましい。当然ながらその分原液と水が余分に必要になるので、頻繁に繰り返し使用する場合はそのような動作をしなくて済むように設計する事が望ましい事は言うまでもない。
【００５９】
実験例１
図１に示したような電解装置を作製し電解用電極対５の鉛直方向に対する傾斜角度を変化させて電解実験を行った。電解用電極対５には、長辺８ｃｍ、短辺３ｃｍの１ｍｍ厚のチタン板からなる電極（Ｔｉ電極という）と、長辺８ｃｍ、短辺３ｃｍの１ｍｍ厚のチタン板に酸化イリジウムを焼結法によりコーティングした電極（Ｉｒ被覆Ｔｉ電極という）とを用いた。Ｔｉ電極とＩｒ被覆Ｔｉ電極とが略平行で電極間距離が１ｍｍ〜５ｍｍの範囲内となるように電解用電極対５をアクリル樹脂製の筐体１に固定し電解装置を作製した。また、Ｔｉ電極が陰極となり、Ｉｒ被覆Ｔｉ電極が陽極となるように電源装置と電解用電極対５とを接続した。
電解用電極対５の鉛直方向に対する傾斜角度が約−５０度〜約＋５０度となるように、設置角度を変えて作製した電解装置を設置し、被処理流体流路７に３〜４％の塩化ナトリウム水溶液を下側から一定流量で供給した。なお、電解用電極対が鉛直であるとき傾斜角度は０度であり、Ｉｒ被覆Ｔｉ電極（陽極）が上側となるように電解用電極対を傾斜させたとき傾斜角度はプラスの角度であり、Ｉｒ被覆Ｔｉ電極が下側となるように電解用電極対を傾斜させたとき傾斜角度はマイナスの角度である。
そして、電源装置により電解用電極対５に５Ａの定電流を供給し、塩化ナトリウム水溶液を電解処理した。また、印加電圧は、約４〜５Ｖの間であった。また、電解処理後の水溶液の有効塩素濃度（ｍｇ／Ｌ）の測定を行った。
【００６０】
有効塩素濃度の測定結果を図１２に示す。本結果によると、陽極であるＩｒ被覆Ｔｉ電極が上側となるように電解用電極対５を傾けると電解処理後の水溶液の有効塩素濃度を高めることができた。具体的には、電解用電極対５を約５度から約４５度までの範囲で傾けると、電解用電極対５を鉛直としたときと比べ有効塩素濃度が約５％向上した。また、電解用電極対５を約１５度から約３２度までの範囲で傾けると、電解用電極対５を鉛直としたときと比べ有効塩素濃度が約１０％向上した。電解用電極対５の傾きが大きすぎると有効塩素濃度が低下し約５０度の時に鉛直（０度）の時の有効塩素濃度と同程度になった。
したがって、電解用電極対５の鉛直方向に対する傾斜角度が０度より大きく５０度より小さい範囲になるように電解装置を設置する事が良く、電解用電極対５の傾斜角度が好ましくは５度〜４５度（約５％向上）、更に好ましくは１５度〜３２度となるように電解装置を設置する事が良い。また、陽極であるＩｒ被覆Ｔｉ電極の一部が、陰極であるＴｉ電極の鉛直上方に位置するように電解用電極対５を配置することにより電解処理後の水溶液の有効塩素濃度を高くすることができ、電解効率を向上させることができることがわかった。
【００６１】
同様の実験を、種々の塩素発生用電極材を用いたり、塩化物を含む水溶液、例えば塩化ナトリウム水溶液の他、塩酸、またはその両方の混合液等を用いたり、水溶液の送液量を変化させたり、電解条件（電圧や電流量）を変化さえて行っても同様の傾向を示した。場合によっては鉛直（０度）の時と、最良の傾き（０度〜約５０度）の時の有効塩素濃度が測定誤差の範囲で同程度の場合もあったが、このような場合であっても陰極側を上になる方向に傾けた場合は有効塩素濃度が明らかに低下し図１２と同様に約２３度の時は約１０％、約４５度の時は約２０％低下する傾向にあった。したがって、電解条件によっては鉛直（０度）が最良の角度である場合もあると想定されるが、実用上は陽極が上になるように多少なりとも傾けておく方が好ましい。その理由は、電解装置を各種機器に組み込む際の組立公差はもとより、組み込んだ各種機器が実際に使われる場合に必ずしも厳密に水平な場所で使用されるとは限らないためである。したがって、鉛直（０度）から陽極側、陰極側に同程度傾けた場合に、有効塩素濃度の低下が少ない、もしくは上昇する方に、予め傾けて設置する方が好ましい。最適な傾きは、電解装置の構造、被電解水溶液の組成、送液量、電解条件等により変化するが、前述のように実用上の環境においては振動、揺れ、傾き等が生じる。これを鑑みれば、例えば想定使用形態において５度の余裕をみる場合は５度〜４５度の範囲で最良の傾きで設置するのが好ましい。典型的には２０度〜３０度の範囲と予想されるが、電解装置を組み込む装置の高さを低くできるメリットを活かすために、４５度まで傾けて使用する事は可能である。
なお、本実験例では、泡の状態を観察するために筐体１に透明性の高いアクリル樹脂を使用したが、電解装置に供給される水溶液や電解により生じる各種の電解済み物質、発生するガス等に対して耐性があれば筐体１に様々な材質を用いる事ができるのは言うまでもなく所望の信頼性が確保できるならばポリプロピレン等も使用できる。本実験例のように塩素系の水溶液やガスが発生する場合、筐体１の材質には一般に塩化ビニル樹脂が耐性の高さと加工性、コストの安さの面で最も好ましい。
【００６２】
このように陽極の一部が陰極の鉛直上方に位置するように電解用電極対５を傾けて配置することにより電解効率が向上する理由は明らかではないが、以下のような仮説が考えられる。
陰極では、上記の化学反応式（４）のような電極反応が進行しＨ2が発生すると考えられる。発生したＨ2は比較的溶解しにくいため殆どが気泡となる。電解用電極対５の傾きにより陰極は陽極の鉛直下方に位置するため、Ｈ2の気泡はその浮力により陰極を離れ浮上し陽極の近傍へ移動すると考えられる。このため、陰極で発生する気泡が水溶液の流速方向を横切るように移動しようとするので、陰極近傍の水溶液と陽極近傍の水溶液との攪拌が促進される。またＨ2の気泡は陽極近傍に移動するので陰極近辺のアルカリ寄りの水溶液も陽極近辺に運ばれるため、上記の化学反応式（２）のような塩素ガスの次亜塩素酸等への変換が促進される。また、陰極の上流付近の水溶液は気泡の移動に伴って陽極方向への移動が促進されるため、陰極の下流付近の水溶液は電解処理済みの液成分の割合が減少するため電解のために有効に働く。
【００６３】
図１３は、電解用電極対の傾斜角度を０度とした場合の電極間流路の模式図である。傾斜角度０度で電解用電極対を設置した場合、電極間流路を下から上へ流れる水溶液の流れの方向と電極表面の電解反応で発生する気泡が下から上へ浮上する方向は一致する。そのため、図１３中に示した矢線のように陰極に近い方の水溶液及び気泡、陽極に近い方の水溶液及び気泡は比較的混合されにくい状態で電極間流路を流れて行く。
【００６４】
陽極が上部電極となるように電解用電極対を鉛直方向に対して傾けて配置した場合でも、電解を行っておらず気泡の発生もなければ、図１３と同様に水溶液が流れると考えられる。しかし、電解を行って特に気泡が発生する場合は、状況が大きく異なる。
気泡が陰極から陽極に向かって水溶液中を浮上する際、気泡と水溶液の速度ベクトルが異なる場合は互いに抵抗となって運動量の交換が行われる。典型的な例では静水中に気泡があると、気泡は浮力によって上向き方向へ移動するが、その動きに引きずられるように水流も発生する事はよく知られている。
傾斜した電極間流路中、つまり斜め方向の流束を有する水溶液中に発生した気泡は浮力により上方向へ移動する力が働く。このため、気泡の移動方向は水溶液が流れる方向と非平行となり下部電極（陰極）から上部電極（陽極）に向かう方向へ、水溶液の流れの方向よりも上方向に向かって移動する。この時、気泡の移動に引きずられて水溶液も下部電極（陰極）から上部電極（陽極）へ向かう方向へ移動しようとする動きが生じる。これにより陰極近傍の水溶液が陽極近傍に移動する流れが生じる。この結果、陽極側生成物と陰極側生成物の混合が良く行われる。
【００６５】
次に陰極が上部電極となるように電解用電極対を傾けた場合、つまり図１２のグラフの負の傾斜角度の場合を考える。下部電極である陽極で発生する気泡は、上記の化学反応式（１）（３）のように塩素ガスや酸素ガスであるが、上記の化学反応式（２）のように塩素ガスは水に容易に溶解して次亜塩素酸を生成する。そのため上部電極である陰極で発生するＨ2ガスの気泡に比べて下部電極である陰極で発生する気泡の量は少ない。このため、下部電極で発生した気泡による攪拌効果は少ない。更に上部電極である陰極で発生する比較的多量の気泡は陰極表面に沿って移動する。このため、気泡に覆われる陰極の表面の面積が広くなり陰極と水溶液との接触を阻害して電解効率を低下させる。このため電解に不利に働くと考えられる。
なお、本実験例では陽極を上部電極にした方が好ましい結果が得られたが、本仮説によれば、電解を行うものによっては、発生する気泡が比較的多い方の電極を下部電極にし、発生する気泡が比較的少ない方の電極を上部電極にする事で、電解効率を向上させることができる事が分かる。
【００６６】
次に、この仮説を確認するために、電解用電極対の傾斜角度を０度とし、図１４（ｂ）のように陽極２１であるＩｒ被覆Ｔｉ電極の上端を陰極２２であるＴｉ電極の上端よりも１ｃｍ上側にずらした電解装置と、図１４（ｃ）のように陰極２２の上端を陽極２１の上端よりも１ｃｍ上側にずらした電解装置とを作製した。これらの電解装置の被処理流体流路７に塩化ナトリウム水溶液を下側から一定流量で供給し、陰極２２と陽極２１との間に５Ａの定電流を供給し電解実験を行った。他の実験条件や測定方法は上記の電解実験と同様である。
陽極２１を上側にずらした電解装置を用いた電解実験では、電解処理後の水溶液の有効塩素濃度（ｍｇ／Ｌ）は、約65mg/Lであった。また、陰極２２を上側にずらした電解装置を用いた電解実験では、電解処理後の水溶液の有効塩素濃度（ｍｇ／Ｌ）は、約60mg/Lであった。このように、陽極２１を上側にずらした電解装置を用いた実験では、陰極２２を上側にずらした電解装置を用いた実験よりも１割程度効率がよく電解反応生成物を得られた。
【００６７】
これは図１４（ａ）に示したように、気泡が発生しない場合は気泡の効果による攪拌混合効果は期待できない。また気泡が発生する場合も気泡の量が両側で同程度であれば、どちらの電極を上にするかは気泡の効果に関してはほぼ同等であると考えられる。
しかしながら本実験のように発生する気泡の量が異なる陽極２１及び陰極２２を用いる場合には様相が異なる。本実験の場合では陽極２１から主として発生する塩素ガスは水溶液によく溶解するので気泡量が少なく、水素ガスが生成する陰極２２の気泡量の方が多い。この状態を模式的に表した図が図１４（ｂ）と図１４（ｃ）である。図１４（ｂ）のように陽極２１を上側にずらした場合では、陰極２２で発生する気泡量が十分多い場合、気泡が陽極近傍まで移動し水溶液を攪拌、混合する効果を与えうる事が予想される。
図１４（ｃ）のように陰極２２を上側にずらした場合では、陰極２２で生成した気泡が陽極近傍まで移動することができず、少なくとも図１４（ｂ）に比べると気泡による水溶液を攪拌、混合する効果が少ない事が予想される。攪拌、混合する効果が少ない場合は陽極下側で電解処理済みの水溶液が陽極の電極面に沿って上昇するため陽極上側では電解効率が低下する事が予想される。攪拌混合効果が多い場合は新鮮な原液が陽極表面に供給されるので電解効率が向上する事が予想される。したがって気泡による水溶液を攪拌、混合する効果と実験結果は定性的に整合する。
よって、本実験では陽極２１を上側にずらした方が好ましい結果が得られたが、本仮説によれば、電解を行うものによっては、発生する気泡が比較的多い方の電極を下方にし、発生する気泡が比較的少ない方の電極を上方にする事で、電解効率を向上できる事が分かる。
【００６８】
実験例２
図１のように流入口８及び流出口９を電極間流路６の流路方向に備える「縦だし」型の電解ユニット１０と、図４のように流出口９が上向きになるように上流側屈曲流路２５と下流側屈曲流路２６を設けた「横出し（上）」型の電解ユニット１０と、図５のように流出口９が下向きになるように上流側屈曲流路２５と下流側屈曲流路２６を設けた「横出し（下）」型の電解ユニット１０とを作製し、電解実験を行った。
電解実験では、電解用電極対５の鉛直方向に対する傾斜角度が約２３度と約４５度となるように電解装置１５を設置し、被処理流体流路７に３〜４％の塩化ナトリウム水溶液を下側から一定流量で供給し、電解用電極対５により電解処理を行った。また、電解処理後の水溶液の有効塩素濃度（ｐｐｍ）の測定を行った。その他の条件は実験例１と同じである。電解実験の結果を表１に示す。
表１から、明らかに「横出し（上）」型の電解装置の電解効率が高いことがわかった。この理由は定かではないが、電極間流路の上流側の端に近接した上流側流路がある程度屈曲または下流側の端に近接した下流側流路がある程度屈曲していた方が、流束あるいは気泡の流れがランダム化されて電解効率が向上している可能性がある。
流体が屈曲した後の気泡の流れはスムーズな方が良いとすれば、図２０（ａ）のように出入り口の特に出口側流路を鉛直方向にする事も考えられる。
量産容易性を考慮すると図２０（ｂ）、（ｃ）のように配管部７０で鉛直方向にする変形例も考えられる。
【００６９】
【表１】
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【００７０】
実験例３
図６（ａ）に示したような電解ユニット１０を作製し電解実験を行った。作製した電解ユニット１０は、図６（ｂ）〜（ｄ）のような３つの部品からなり、そのうち２つは同じ形状の電極ホルダー３１、３２であって互いに点対称になるように配置され、残る１つはスペーサー３３であり、２つの電極ホルダー間に配置され、電解用電極対５が重なり合う方向から見て、スペーサー３３の少なくとも一部は、電解用電極対５と重なる。
また、作製した電解ユニット１０では、突起部３５を有するチタン製のボルト４１を用いた。電極ホルダー３１、３２及びスペーサー３３はアクリル樹脂製のものを用いた。陽極となる上部電極３にはダイソーエンジニアリング製の次亜塩素酸ソーダ生成用の不溶性電極を用いた。陰極となる下部電極４にはニラコ製チタン板を用いた。また、スペーサー３３の厚みを調整して電極間距離が1ｍｍ〜5ｍｍの範囲内となるように３つの部材を組み立てた。本実験例では電極ホルダーなどにアクリル樹脂製のものを用いているため、電解ユニット１０の中の様子を観察することができる。ただし短波長の光、特にUVは透過しないアクリルで作製した。これは光による影響をできるだけ少なくするためである。したがって、実際の製品では光を全く透過しない材料を用いる事が好ましい。
電極ホルダー３１、３２、スペーサー３３は、はボルト４１とナット４２及び、図示していないがワッシャ、スプリングワッシャ、Ｏリングを用いて固定した。本実験例では分解可能な状態であるが、長期信頼性の観点からは電解ユニット１０の接着面は強固な接着剤等で電解液が漏れることがないようにする事が好ましい。また、スペーサー３３として耐薬性、気密性の高いガスケットを用いる事で厚み調整とシールを兼ねる事ができる。更に大量生産によるコストダウンを図るために、一体成型で一度に電解ユニット１０を作製することも可能である。
また、比較のために、突起部３５を設けていない電解ユニットも作製し電解実験を行った。他の構成は、上記の電解ユニット１０と同じである。
【００７１】
作製した電解ユニット１０の被処理流体流路７に３〜４％のNaCl水溶液を毎分５〜８０ｍｌ/分で送液しながら電気分解を行ったところ、突起部３５を設けた電解ユニット１０は、突起部３５を設けていない電解ユニットに比べて高い電解効率で電解処理を行うことができた。
【００７２】
実験例４
図９（ａ）に示したような電解ユニット１０を作製し電解実験を行った。作製した電解ユニット１０は、図９（ｂ）〜（ｆ）に示したような部品から構成され、スペーサー３３の開口の大きさが、図６に示した電解ユニット１０よりも狭い。また、スペーサー３３は、スペーサー３３と、上部電極３のエッジ部及び下部電極４のエッジ部とが重なるように配置した。
電解する溶液を塩化ナトリウム水溶液とした場合、電解効率は実験例３とあまり差がなかったが、電解液に塩化ナトリウム水溶液に塩酸を加えて酸性にしたものでは図９の構成の電解ユニット１０で生成される次亜塩素酸類の濃度が高かくかつ濃度変動が少なかった。従って、図９のような構成により飛躍的に電解効率と生成される物質濃度の安定度が向上した。
この理由としては、図９に示したような構成とすることにより、電解用電極対５では比較的ムラなく電解反応が進行するとともに比較的均一に攪拌も行われるためと考えられる。また、被処理流体流路７を図９に示したような構成にすることで、電極間流路６以外でも被処理流体の攪拌及び均一化の効果を得られるので更に実質的な効率と安定性が向上したと考えられる。
【００７３】
実験例５
図１０（ａ）（ｂ）のような電解装置１５を用いて、電解生成物を含む希釈液の製造を行った。電解原液５２には、３〜４％のNaCl水溶液を用い、図６（ａ）に示したような電解ユニット１０を用いて理論上4000ppmの次亜塩素酸を生成する条件で電解処理を行った。そして、希釈部５３により処理後の水溶液を純水で希釈し希釈液を製造した。また、比較のために、電解用電極対の電極面が鉛直方向と平行である従来の電解ユニットを図１０（ａ）のような電解装置に組み込み希釈液を製造した。
従来の電解ユニットを用いた電解実験では、pH7以下の酸性域では塩素ガスが十分に水溶液に溶解せず、希釈タンクにおいて希釈するための純水に気泡を潜らせた場合でも、希釈液の表面付近の塩素ガス濃度が0.5ppmを超え、場合によっては2ppm以上になった。なお、これまでは電解による高濃度低ｐHの次亜塩素酸の生成が広く実用化されていなかったが、それは従来の方法では低ｐHでは塩素ガスが発生しやすく電解により効率良く高濃度の液が生成するのが難しかったからだと思われる。
これに対し、図１０（ａ）のような本実験例の電解装置１５を用いた電解実験では、製造した希釈液は、ｐＨが６〜８の領域内であり、次亜塩素酸濃度が1000ppm以上であり、希釈液の表面付近の塩素ガス濃度が0.5ppm以下であった。従って、本実験例の電解装置１５では、比較例に比べ顕著に塩素ガスの放出を抑制できた。また、本実験例の電解装置１５では電解により生じた塩素ガスが効率的に水溶液に溶解できるので、希釈液の次亜塩素酸濃度が1000ppmを超えるまでにかかる時間も顕著に短くなった。
図１０（ｂ）のような本実験例の電解装置１５を用いた電解実験では、希釈液を排出する配管５７の末端の排出近傍の塩素ガス濃度を測定したところ0.5ppm以下であった。
【００７４】
実験例６
図１９に示したような電解装置を作製し実験例１同様に電解用電極対５の鉛直方向に対する傾斜角度を変化させて電解実験を行った。電解用電極対５には、長辺５ｃｍ、短辺１ｃｍの１ｍｍ厚のチタン板からなる電極（Ｔｉ電極という）と、長辺５ｃｍ、短辺１ｃｍの１ｍｍ厚のチタン板に酸化イリジウムを焼結法によりコーティングした電極（Ｉｒ被覆Ｔｉ電極という）とを用いた。Ｔｉ電極とＩｒ被覆Ｔｉ電極とが略平行で電極間距離が１ｍｍ〜５ｍｍの範囲内となるように電解用電極対５をアクリル樹脂製の筐体１に固定し電解装置を作製した。また、Ｔｉ電極が陰極となり、Ｉｒ被覆Ｔｉ電極が陽極となるように電源装置７２と電解用電極対５とを接続した。
【００７５】
本実験例では、実験例１のような電極が流路の一部を形成して被処理流体がほぼ一定方向に供給されるような閉鎖流路型電解ユニットの形態ではなく、いわゆるバッチ式と言われる方式の電解槽７４に電解用電極対５の鉛直方向に対する傾斜角度が約−６０度〜約＋６０度となるように、設置角度を変えて設置した。電解槽７４には３〜４％の塩化ナトリウム水溶液を投入した。なお、電解用電極対５が鉛直であるとき傾斜角度は０度であり、Ｉｒ被覆Ｔｉ電極（陽極）が上側となるように電解用電極対５を傾斜させたとき傾斜角度はプラスの角度であり、Ｉｒ被覆Ｔｉ電極が下側となるように電解用電極対５を傾斜させたとき傾斜角度はマイナスの角度である。
そして、電源装置７２により電解用電極対５に１Ａの定電流を供給し、塩化ナトリウム水溶液を電解処理した。また、印加電圧は、約４〜５Ｖの間であった。また、電解処理後の水溶液の有効塩素濃度（ｍｇ／Ｌ）の測定を行った。
【００７６】
有効塩素濃度の測定結果を図１８に示す。本結果によると、実験例１とは逆に陽極であるＩｒ被覆Ｔｉ電極が下側となるように電解用電極対５を傾けると電解処理後の水溶液の有効塩素濃度を高めることができた。具体的には、電解用電極対５を少なくとも約−６０度までの範囲で傾けると、電解用電極対５を鉛直としたときと比べ有効塩素濃度が向上した。また、電解用電極対５を約−２０度から約−４５度までの範囲で傾けると、電解用電極対５を鉛直としたときと比べ有効塩素濃度が約５％向上した。電解用電極対５の傾きが大きすぎると有効塩素濃度が低下する傾向を示し約−６０度の時に鉛直（０度）の時の有効塩素濃度と同程度になった。
したがって、電解用電極対５の鉛直方向に対する傾斜角度が０度より大きく６０度より小さい範囲になるように電解用電極対５を設置する事が良く、電解用電極対５の傾斜角度が好ましくは２０度〜４５度（約５％向上）となるように電解槽７４中に電解用電極対５を設置する事が良い。また、陽極であるＩｒ被覆Ｔｉ電極の一部が、陰極であるＴｉ電極の鉛直下方に位置するように電解用電極対５を配置することにより電解処理後の水溶液の有効塩素濃度を高くすることができ、電解効率を向上させることができることがわかった。
電解用電極対５の向きとして短辺を水平とする場合と、長辺を水平とする場合があるが、どちらも陰極側を上なるように電解用電極対５を傾けた方が電解効率が良かった。
【００７７】
このようにバッチ式の電解槽７４では、閉鎖流路型の電解ユニットと違って、電極陽極の一部が陰極の鉛直下方に位置するように電解用電極対５を傾けて配置することにより電解効率が向上する。この違いの理由は明らかではないが、以下のような仮説が考えられる。
陰極では、実験例１同様に電極反応が進行しＨ2が発生すると考えられる。発生したＨ2は比較的溶解しにくいため殆どが気泡となる。
ここで閉鎖系電解ユニットと違ってバッチ式の電解槽７４の、特に側面含めて開放面積が多い場合は、閉じ込め効果が少ないので電極間にＨ2の気泡が存在する平均時間は短くなり、Ｈ2の気泡と入れ替わりで新鮮な被電解質が自然に供給されるため電解効率が良くなると考えられる。
また自然に供給される被電解質の量は特に制限されないので、電極間の電解済み濃度、ここでは次亜塩素酸類の濃度は比較的低濃度に保たれる。陽極で発生して次亜塩素酸に転換しきれなかった塩素ガスは浮力により上昇し陰極側へ移動する。この時、陰極近辺のアルカリ寄りの水溶液はＨ2や塩素ガスの気泡に比べると移動速度が遅いために、陽極側から移動してきた塩素ガスと接触する機会が増え、塩素ガスの次亜塩素酸等への変換が促進される。
【００７８】
陰極側が下の場合は、発生したＨ2の気泡はその浮力により陽極側に向かって移動し、電極間はＨ2の気泡が充満し場合によっては陽極側に付着滞留して陽極が被電解質が接する面積が著しく減少する。実験では角度が８０度以上になると陽極表面の殆どがＨ2の気泡覆われ著しく電解効率が低下した。このように、電極間の被電解質の量の減少、気泡による実効電極面積の減少、新鮮な被電解質の流入の阻害等により電解効率が低下すると考えられる。
また陽極近傍の水溶液や陽極で発生した塩素ガスは、電極間から側面等の開放面へＨ2の気泡に押し出されるように流出するために、閉鎖系電解ユニットのようには陰極近傍の水溶液と陽極近傍の水溶液との攪拌は促進されず、塩素ガスの次亜塩素酸等への変換も促進されず場合によっては塩素ガスのまま被電解質から空間に放出されるため、有効塩素濃度が低くなると考えられる。
【００７９】
閉鎖系電解ユニットの場合はＨ2の気泡は傾き方によらず電極間に保持される点、及び被電解質の供給量が制限される点が異なる。このような状態の閉鎖系電解ユニットでは陰極側を上にすると陰極からＨ2の脱離が遅くなるためにＨ2の被覆効果による陰極の有効電極面積低下及び陰極表面近傍の被電解質の接近が妨げられるため電解効率が低下すると考えられる。陰極側を下にすればＨ2の脱離が促進されるために、Ｈ2の被覆効果による陰極の有効電極面積低下の抑制及び陰極表面は新鮮な被電解質の供給が行われる。またＨ2の気泡は陽極近傍に移動するので陰極近辺のアルカリ寄りの水溶液も陽極近辺に運ばれるため、塩素ガスの次亜塩素酸等への変換が促進される。また、陰極の上流付近の水溶液は気泡の移動に伴って陽極方向への移動が促進されるため、陰極の下流付近の水溶液は電解処理済みの液成分の割合が減少するため電解のために有効に働く。
また、閉鎖系電解ユニットは電解ユニット内に供給される被電解質は制限されるので電解済み物質の濃度、本実験例では次亜塩素酸類の濃度が高くなりやすい。次亜塩素酸濃度が高くなり過ぎると、電解効率が低下する。この場合は、陽極で発生した塩素ガスの少なくとも一部は電解ユニット内で次亜塩素酸類に転換せずに出口から放出させ、希釈部以降の水に接触さえて次亜塩素酸類に転換した方が電解ユニット内の次亜塩素酸類の濃度上昇が抑えられ電解効率が良くなると考えられる。
このように、場合によって電解効率が良くなる条件は異なる。
【００８０】
陽極は陰極より上方に位置するように電極対を傾けて設ける事が良い場合として、(i)電極が実質的に電解槽あるいは流路の壁面の一部となるような閉鎖型の電解ユニットであり、(ii)前記電解ユニットは、被電解物質の入り口と、電解によって生じる物質及び未電解物質の出口を備え、(iii)入口から強制的に被電解物質を供給する手段または、出口から強制的に電解によって生じる物質及び未電解物質を吸出す手段、またはその両方を備える構造の時と考えられる。
【００８１】
なお、前記強制的に供給する手段としては、前記入口へポンプで送り込む、または前記出口からポンプで吸引する、または希釈部とその周辺をベンチュリー効果が生じる構造として前記出口から吸引する、またはタンクを上方に設けて重力により送り込む等の方法が可能である。最も安定的に送液を実現できるポンプを備えるのが好ましい。ある程度のばらつきが許容されるならば、ポンプを用いずにベンチュリー効果や重力を利用する構造を備える方がポンプを動作させるエネルギーが不用になり、省エネ、ポンプコスト削減になり、好ましい。勿論、ポンプとベンチュリー効果と重力の、何れかの組合せや、全てを組合せて用いる事も可能である。
例えば実験例１では、できるだけ一定量を供給できるようにチューブポンプを用いて送り込む構造を採用している。
【００８２】
また、(a)陰極側から気泡が発生する電気分解を行う場合、(b)陽極側で発生する物質もしくはその物質が化学反応してなる物質を得る場合、(c)電解ユニットの出口は希釈部を備える場合、及び(d)電解によって生じる物質濃度が電解ユニット内で比較的高濃度になる場合の少なくとも１つの条件を満たす場合、陽極は陰極より上方に位置するように電極対を傾けて設ける方が良いと考えられる。また、(a)〜(d)の複数の条件を満たす場合、(a)〜(d)の全部の条件の満たす場合においても陽極は陰極より上方に位置するように電極対を傾けて設ける方が良いと考えられる。
電解用電極対が実質的に貯留された被電解物質の中に備えられた構造で、電極間に被電解物質を強制的に供給もしくは吸出す手段がない場合は、陽極は陰極より下方に位置するように電極対を傾けて設ける事が良いと考えられる。
本構造の場合は、気泡の上昇に伴って受動的に被電解質の供給が行われる。
また、次亜塩素酸類に未転換の塩素ガスは、閉鎖系電解ユニットに比べると短い時間で容易に気相に放出される。
閉鎖系電解ユニットの方が気相への放出が抑制されるは、供給される被電解質の量が制限されるため電解ユニット内での閉じ込め効果及びH2気泡による攪拌効果により次亜塩素酸類への転換がなされやすい事、希釈部での塩素ガスの次亜塩素酸類への転換促進される事、希釈部以降の希釈水が流れるライン内でも引き続き塩素ガスの次亜塩素酸類への転換が行われる等、次亜塩素酸類への転換促進要因が多いためと考えられる。
【符号の説明】
【００８３】
１：筐体    ３：上部電極    ４：下部電極    ５：電解用電極対    ６：電極間流路    ７：被処理流体流路    ８：流入口    ９：流出口    １０：電解ユニット    １１：気泡    １５：電解装置    １６：鉛直方向から見た際の重なり領域    １７：下部電極の主要面に垂直な方向から見た際の重なり領域    ２１：陽極    ２２：陰極    ２５：上流側屈曲流路    ２６：下流側屈曲流路    ３０：電極ホルダー    ３１：第１電極ホルダー    ３２：第２電極ホルダー    ３３：スペーサー    ３５：突起部    ３６：スペーサーの開口    ３７：電極ホルダーの溝    ４１：ボルト    ４２：ナット    ４３：ボルト穴    ４５：電極端子    ４７：Ｏリング    ４８：ワッシャ    ４９：スプリングワッシャ    ５１：電解原液タンク    ５２：電解原液    ５３：希釈部    ５４：希釈タンク    ５５：溜め水    ５７：配管    ５９：混合部    ６１：筐体    ６２：給水口    ６３：吐出口    ６４：スイッチ    ６５：配管    ６６：電磁弁    ６７：原液タンク    ６８：ポンプ    ７０：配管部    ７２：電源装置    ７４：電解槽    ７５：被処理流体    ７７：配線
１００：電解装置    １０１：筐体    １０３：第１電極    １０４：第２電極    １０６：第１配線    １０７：第２配線    １０８：供給口    １０９：放出口    １１１：筐体    １１２：給水口    １１３：吐出口    １１４：スイッチ    １１５：配管    １１６：電磁弁    １１７：原液タンク    １１８：ポンプ    １２０：電解水生成器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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