(57)【要約】【課題】入手し易い廉価な材料を用いて構成し、簡単かつ低コストでメンテナンスを行うことができる、電気分解用電極及びこの電極を利用した電気分解槽を提供する。【解決手段】  電気分解用の１つの電極を、密実な電極本体と、電極本体の電極面を覆って、分散した多量の空隙を含む補助電極部とで構成される複合電極とする。電極本体と補助電極部とを同種材料、例えば炭を主成分として形成することにより、補助電極部が優先的に損耗される。補助電極部の損耗に対して、例えば竹炭や木炭の細片などを補充することにより、簡単かつ低コストでメンテナンスできる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気分解用の単一電極を、密実な電極本体32に対して、その本体の電極面Ａを覆って、分散した多量の空隙を含む補助電極部34を分離自在に取り付けてなし、これらの電極本体32と補助電極部34とは同種材料を主成分として形成したことを特徴とする、電気分解用複合電極。
【請求項２】
上記電極本体32と補助電極部34とは、炭素を主成分として形成していることを特徴とする、請求項１記載の電気分解用複合電極。
【請求項３】
上記補助電極部34は、多数の粒状電極で形成し、これら粒状電極を、上記電極本体32の電極面Ａ側に取り付けた通水性の容器体18内に、電極本体32と電気的に接触させて収納したことを特徴とする、請求項１又は請求項２記載の電気分解用複合電極。
【請求項４】
上記粒状電極の上に載せて、この粒状電極の損耗により下降する可動蓋42を、上記容器体18上部に内装したことを特徴とする、請求項３記載の電気分解用複合電極。
【請求項５】
上記電極本体32を、表裏両面の少なくとも一方を電極面Ａとする平板状に、かつ上記容器体18を、上面開口かつ有底で上記電極本体を収納可能な箱形にそれぞれ形成し、この容器体18の少なくとも底壁を除く各壁部分を粒状電極の流出を阻止できる程度のサイズのメッシュ状とするとともに、少なくとも電極本体32の電極面Ａと容器体18の対応面部分との間に上記粒状電極挿入用の間隙Ｓを存するように設けたことを特徴とする、請求項３又は請求項４記載の電気分解用複合電極。
【請求項６】
上記請求項１乃至請求項５の何れかに記載した複数の複合電極16を、各電極面Ａを互いに向かい合わせて水槽４内に配置して成ることを特徴とする、電気分解槽。
【請求項７】
上記各複合電極16を請求項５に記載した複合電極16として、これら複合電極16を、上端開口に形成した水槽４内に、垂直状態にてそれぞれ一定位置に並設するとともに、その水槽４の周壁９上面を液密に閉塞する頂板10を設け、かつこれら周壁９又は頂板10に各電極本体32に対応した電極本体32との接続口12を形成したことを特徴とする、請求項６記載の電気分解槽。
【請求項８】
上記水槽４は、流水の入出口を有する流水式水槽とし、この水槽４に塩化物イオンを含む水を流して電気分解させることで、塩素ガスを発生させることが可能に設けたことを特徴とする、請求項６又は請求項７記載の電気分解槽。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気分解用複合電極及び電気分解槽、特に温泉場の浴槽へ注ぐ流水を殺菌するための電気分解槽に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、塩化物イオンを含む水を電気分解させることで塩素を発生させ、殺菌に利用することが行われている。こうした電気分解用の電極として、地金であるチタンに白金をメッキしたものが知られているが（特許文献１）、貴金属を使用するために高価であった。これに対して廉価な炭素を電気分解用電極に用いることも行われている(特許文献２)。
【特許文献１】特公平６−33489号
【特許文献２】特開平6−88271号
【特許文献３】特開2003−62574号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献２の炭素質電極は、時間とともに損耗することとなり、この電極を交換しようとすれば時間と費用とがかかり、メンテナンスが大変であり、イニシャルコストが少ないという点を考慮しても使い難いところがあった。
【０００４】
本出願人は、こうした不都合を鋭意検討して、その原因を次の如く分析した。
【０００５】
第１に、メンテナンスに時間がかかることに関しては、電極は電気回線と接続されているから、その接続を解除し、電極を交換して再接続しなければならず、まず作業自体が面倒である。又、こうした作業は素人には難しいため、修理業者を呼ばなければならず、そのために更に時間がかかる。
【０００６】
第２に、メンテナンスに費用がかかることに関しては、上記の如く修理業者に修理を依頼するとなれば、そのための費用が発生する。又、炭素材料は安価であるといっても電極全体を交換するとなれば、それなりにお金がかかる。
【０００７】
こうした問題点を整理して、本出願人は、入手し易い廉価な素材で電極を形成するときには、この電極の構成のうち電源と接続すべき本体部分と、損耗すべき電極表面部分（異極と対向する部分）とが容易に分離可能な複合電極とし、かつ前者の損耗を防止するために後者の方を敢えて損耗し易い（表面積が大きい）形状に形成しておけば良いという着想を得た。
【０００８】
単一の電極を２つの部材で形成した複合形の電極としては、既に様々なものが提案されているが、本発明と同じ着想のものは見当たらない。例えば特許文献３の電極は、電極板の電極面側に多数の空隙を有する導電性体を取り付け、その空隙内に溶出用のミネラルを充填したものが開示されているが、そもそも導電性体は電極板に対して分離可能であるとは開示されておらず、又導電性体と電極板とは同一材料のものという限定もない。例えば金属製の電極板上に炭素系の導電性体を付設したときには、一般に金属の方が溶出し易いため金属製の電極板から導電性体へ電流が流れ難く、導電性体が電極として機能し難い。他方、炭素製の電極板上に金属製の導電性体を付設したときには、ある程度電流は流れるものの抵抗が大きく、電気分解の効率は低下する。
【０００９】
以上述べたことを要約すれば、本発明の目的は、入手し易い廉価な材料を使用しながら、その損耗に対して簡単かつ低コストでメンテナンスを行うことができる電極及びこの電極を利用した電気分解槽を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の手段は、電気分解用複合電極であって、電気分解用の単一電極を、密実な電極本体32に対して、その本体の電極面Ａを覆って、分散した多量の空隙を含む補助電極部34を分離自在に取り付けてなし、これらの電極本体32と補助電極部34とは同種材料を主成分として形成している。
【００１１】
本手段において、「複合電極」とは、電極本体と補助電極部との２つの部分が合わさって単一の電極として機能するものをいう。そして電極本体に対して補助電極部を分離自在（好ましくは着脱自在）に設けるとともに、電極本体の耐久性を向上させるために、補助電極部を電極本体に比べて損耗し易く設計している。そのためには、第１に同一材質であっても電極本体を補助電極部に対して密に構成すること、第２に電極本体の電極面の上を覆うように補助電極部を設けることで、他の電極からの距離の差で補助電極部が優先的に損耗するように設計することとすれば良い。
【００１２】
「電極本体」は、上述の如く損耗し難いように密実に設ける。具体的には、上記補助電極部に比べて少なくとも空隙率の低い（或いは巨視的な空隙を有しない）一体の固形物に形成することが望ましい。又、補助電極に比べて密度を大とすることが望ましい。例えば木炭や竹炭であれば練成の程度により密度を高めることができる。尚、電極本体の一部には電源との接続部を設けると良い。
【００１３】
「補助電極部」は、その全体に空隙を分散させて、水との接触面積が大きくなるように設けている。具体的な構造は、表面積を大きくできればどのようなものでもよく、従来公知のメッシュ電極（或いはこのメッシュ電極を幾層にも重ね合わせたもの）でも塊状物、粒状物などでもよい。特に竹炭を素材とするときには、加工し易さから粒状物の集合体とすることもできる。もっともこの場合には、各粒状物が流出しないようにネットなどの中に収納する必要がある。尚、補助電極部は電極本体の電極面と接触するように装着する。
【００１４】
電極本体及び補助電極部は、同一材料であれば、白金、鉄などの金属とすることもできるが、損耗に応じて交換するために安価な炭素系素材とすることが望ましい。例えば木炭、竹炭、黒鉛、焼結炭素、活性炭などである。
【００１５】
尚、本手段に係る複合電極は全体として、平板状に形成することが望ましいが、必要により、例えば円柱状、或いはその円柱を囲む円筒状に形成することも可能である。
【００１６】
第２の手段は、第１の手段を有し、かつ上記電極本体32と補助電極部34とは、炭素を主成分として形成している。
【００１７】
電極本体は、特に平板状の燒結炭素で形成するとよく、補助電極部は片状乃至チップ状の木炭又は竹炭で形成すると良い。
【００１８】
第３の手段は、第１の手段又は第２の手段を有し、かつ上記補助電極部34は、多数の粒状電極で形成し、これら粒状電極を、上記電極本体32の電極面Ａ側に取り付けた通水性の容器体18内に、電極本体32と電気的に接触させて収納してなる。
【００１９】
「容器体」は、少なくとも補助電極部を電極本体と接触する状態で保持するための部材である。この容器体は、上面開口の箱形であって、その上面より、電極本体の電極面と容器体の対向部分との間に隙間を存して、電極本体を嵌め込むことができるように形成することができる。その箱形は、電極本体の形状に応じて長方形や立方形、円筒形とすることができる。又、この容器体は、枠体とこの枠体に取り付けたメッシュ状の袋体とで形成することができる。尚、後述の実施形態では、この容器体は、複合電極とは別のものとして、非導電性の材料（例えば合成樹脂）で形成している。もっとも容器体を複合電極の一部として導電性材料で形成しても構わない。
【００２０】
「粒状電極」とは、本明細書において、一つ一つがばらばらとなっている電極材料（導電材料）を差すものとし、その形状は、例えばチップ状、球状、棒状など何れでも良いものとする。離散可能であることで水との接触面積を大きくとることができれば良いからである。その粒子の大きさは容器体のメッシュの目から流れ出さない程度であれば良い。これら粒状電極は相互に接触することで電極本体と通電している。
【００２１】
第４の手段は、第３の手段を有し、かつ上記粒状電極の上に載せて、この粒状電極の損耗により下降する可動蓋42を、上記容器体18上部に内装している。
【００２２】
この可動蓋は、粒状電極の損耗により下降して粒状電極の密集状態を保つようにしている。
【００２３】
第５の手段は、第３の手段又は第４の手段を有し、かつ上記電極本体32を、表裏両面の少なくとも一方を電極面Ａとする平板状に、かつ上記容器体18を、上面開口かつ有底で上記電極本体を収納可能な箱形にそれぞれ形成し、この容器体18の少なくとも底壁を除く各壁部分を粒状電極の流出を阻止できる程度のサイズのメッシュ状とするとともに、少なくとも電極本体32の電極面Ａと容器体18の対応面部分との間に上記粒状電極挿入用の間隙Ｓを存するように設けている。
【００２４】
本手段は、電極本体を取り扱いに便利な平板形状としたものである。上記容器体は上面開口の正立状態で電気分解槽に装着するとよいが、必ずしもそうする必要はなく、その向きは適宜変更することができる。
【００２５】
第６の手段は、電気分解槽であって、上記第１の手段乃至第５の手段の何れかに記載した複数の複合電極16を、各電極面Ａを互いに向かい合わせて水槽４内に配置して構成している。
【００２６】
本手段に係る電気分解槽は、塩化物イオンを含んだ水を電気分解してその水を殺菌するために用いられるものであり、異種電極同士を対向させてなる。各複合電極は、相互に平行に並列した略平板形とすることが望ましいが、電気分解装置用の電極として公知の如く同心筒形に配列しても良い。これら複合電極の形状に応じて水槽は箱形又は管状に形成すると良い。
【００２７】
第７の手段は、第６の手段を有し、かつ上記各複合電極16を第５の手段に記載した複合電極16として、これら複合電極16を、上端開口に形成した水槽４内に、垂直状態にてそれぞれ一定位置に並設するとともに、その水槽４の周壁９上面を液密に閉塞する頂板10を設け、かつこれら周壁９又は頂板10に各電極本体32に対応したこの電極本体32との接続口12を形成している。
【００２８】
本手段は、前記各手段に係る複合電極を水槽へ装着するための好ましい構成を示している。
【００２９】
「接続口」とは、上記各電極本体の側面又は上面から外方へ突出した接続端子を液密に挿通するための挿通孔であっても良く、又、頂板を貫通するコネクタであって、そのコネクタの内部端子を電極本体に、又、コネクタの外部端子を電源コードにそれぞれ電気的に接続可能に設けても良い。
【００３０】
第８の手段は、第６の手段又は第７の手段を有し、かつ上記水槽４は、流水の入出口を有する流水式水槽とし、この水槽４に塩化物イオンを含む水を流して電気分解させることで、塩素ガスを発生させることが可能に設けている。
【発明の効果】
【００３１】
第１の手段に係る発明によれば次の効果を奏する。
○単一の電極を、電極本体32に対して、その本体電極面を覆う補助電極部を分離自在に装着して形成したから、補助電極部が損耗した場合に、容易に交換することができて、使い勝手が良い。
○電極本体32を密実に、又、補助電極部34を多量の空隙を含むように形成したから、補助電極部34の水への接触面積が大となり、補助電極部が優先して損耗することで電極本体32の損耗を防止しているので、電極全部を交換する場合に比べて経済的である。
【００３２】
第２の手段に係る発明によれば、上記電極本体32と補助電極部34とは炭素を主成分として形成したから、低コストで製造し、かつ補充することができる。
【００３３】
第３の手段に係る発明によれば、次の効果を奏する。
○補助電極部の電極部分を、粒状に形成したから、水との接触面積を十分とることができ、電流が伝わり易い。  
○損耗分に応じて粒状電極を容器体内へ流し込むことで補充できるから、電極材料の無駄が少なく、経済的である。
○メッシュ状金網を電極に用いる場合などに比べて特殊な成形技術が不要であり、安価な竹炭などでも用意に形成することができる。
【００３４】
第４の手段に係る発明によれば、上記粒状電極の上に載せて、この粒状電極の損耗により下降する可動蓋42を設けたから、上記粒状電極相互の密集状態を維持して電極としての機能を担保することができる。
【００３５】
第５の手段に係る発明によれば、上記電極本体32を平板状として、箱形の容器体18内に挿入したから、電気分解槽の構成に詳しくない者でも簡単に取り扱いができる。
【００３６】
第６の手段に係る発明によれば、上記各複合電極を水槽４内に内装したから、電気分解槽のメンテナンスが容易となる。
【００３７】
第７の手段に係る発明によれば、次の効果を奏する。
○メンテナンスの際には、少なくとも、電気分解槽２の頂板10を水槽４から外して、電極本体32を容器体18内へ挿入した状態のままで電極本体32の電極面Ａと容器体の対向部分との間に、新たな粒状電極を補充すれば良く、電極本体32を水槽４から取り出したり、電極本体と電源コードとを接続し直す作業が必要ないので、誰でも簡単にメンテナンスを行うことができる。  
・  又、全体として簡単な構成であるので小規模の施設でも簡単に導入できる。
第８の手段に係る発明によれば、上記水槽４は、この水槽４に塩化物イオンを含む流水を電気分解することで塩素ガスを発生させるから、温泉地などの浴場に供給する水路に取り付けて効果的に殺菌することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
図１から図７は本発明の第１実施形態に係る電気分解槽２を示している。この電気分解槽は、例えば温泉の浴槽（図示せず）から取水して一巡して浴槽へ還水する循環路の途中部分に取り付けられ、塩化物イオンを含む流水を電気分解して殺菌するためのものである。
【００３９】
電気分解槽２は、図２及び図１に示す如く水槽４と、頂板10と、複合電極16と、容器体18と、透水ケース38とを備えている。
【００４０】
水槽４は、有底かつ上端開口で流路方向に長い長方形状のもので周壁の対向部分に上記循環路に接続するための異径管６、６を付設している。
【００４１】
頂板10は、上記水槽４の周壁９上端面にパッキングを介して載置され、その上面開口を液密に閉塞している。この頂板10には、後述の電極本体の上方に位置させて接続口12としての透孔が穿設されている。
【００４２】
複合電極16は、上記水槽４内に、適当数（図示例では３つ）相互に透水ケース38を介して並設している。まず、図１の左右方向に並ぶ３つの複合電極16のうち、中央のものについて説明すると、この複合電極は、電極本体32と補助電極部34とで形成している。
【００４３】
又、これら電極本体32と補助電極部34とは上記容器体18内に収納され、一つの電極として機能をするように結束されている。
【００４４】
上記容器体18は、流路方向に長い長方体形の枠体20と、図１に破線で示す如くこの枠体に取り付けられた袋体28で構成されている。上記枠体20は、長方形の底板の４角から４本の縦棒22を起立し、かつ隣り合う縦棒の上端部間に横棒24を架設している。袋体28は上面開口のもので、後述の粒状電極の流出を阻止する程度の大きさのメッシュ乃至ネット状に形成されている。
【００４５】
上記電極本体32は、表裏両面を電極面Ａとする平板状のもので、図４に示す如く上記容器体18内にその長手方向に平行に挿入している。尚、この電極本体32の各電極面Ａと容器体18の対応側部との間に粒状電極収納用の間隙Ｓを設ける。各電極本体32の頂面からは接続端子33を起立しているが、この接続端子は、液体に接する可能性があるため、白金メッキチタンとすることが望ましい。複合電極16のうち電極本体は何度も再利用可能であるので、白金などの貴金属を使用しても構わない。
【００４６】
上記補助電極部34は、竹炭で形成された多数のチップ状のものであり、上記間隙Ｓ内に充填されている。
【００４７】
尚、図１の左右両側の複合電極では、その電極本体32の内面のみを電極面Ａとしてこの電極面と容器体18の内側側部との間に補助電極部34挿入用間隙Ｓを形成している。又、容器体18の枠体20外側面は側板26で閉塞しても良い。それ以外の構造は基本的に中央の複合電極と同じである。又、隣り合う補助電極部34間の距離は約10ｍｍ程度とすると良い。
【００４８】
透水ケース38は、向かい合う複合電極16を接触させないためのスペーサを兼ねている。水槽４を省略して描いた図３に示す如く、この透水ケース38を介して３つの複合電極16を密着させて、水槽４内に挿入しており、これにより、これら各複合電極が一定位置に位置決めされるようにしている。透水ケース38は少なくとも流路方向両端面と複合電極と面する側面とで水が通過可能としている。この透水ケース38は合成樹脂で形成することができる。
【００４９】
上記構成において、電気分解をするときには、図１の左右方向中央の複合電極16を第1極、左右両側の複合電極16を第２極として、第1極と第２極との間で通電すれば良く、そうすると各複合電極16の電極本体32と補助電極部34とが一個の電極として機能し、主として透水ケース38内で塩化物イオンを含む水を電気分解して塩素を発生させる。電気分解の進行により隣り合う各複合電極の補助電極部34は損耗していくが、電極本体32は補助電極部34に覆われているため、損耗しない。又、補助電極部34の損耗が進むと、電極本体32の上部が剥き出しになるが、電極本体相互の距離が、補助電極相互の距離よりも大きいので、この状態でも電極本体32は殆ど消耗されない。しかしながら、電極としての機能は低下するため、定期的に補助電極部34として粒状電極を補充することが望ましい。
【００５０】
この補充を行うときには、図１の状態より、電気分解槽２内の通水を停止してから、その頂板10を外して引き上げ、各複合電極16の間隙内へそれぞれ粒状電極を充填すれば良い。充填が終われば再び上記頂板10を水槽４の周壁９上部へ取り付ければ良い。こうすることで、複合電極16を容器体18から抜き出すまでもなく、粒状電極を補充することができる。もっとも例えば長期間の使用により、粒状電極に汚れなどが付着しているときに、頂板10を取り外した状態で、容器体18内から電極本体32を、又、水槽４内から容器体18を随時取り出し、容器体18内の粒状電極を洗浄することもできる。
【００５１】
図８から図９は、本発明の第２の実施形態を示している。
【００５２】
この実施形態は、各複合電極16の間隙Ｓ内において、補助電極部の上に可動蓋42を載せて、補助電極部の損耗により可動蓋が下降するように設けたものである。これにより補助電極部34を構成する粒状電極の密集状態を維持できる。それ以外の構成は第1実施形態と同じであるので、同一符号を付することで説明を省略する。
【００５３】
図10は、本発明の第３実施形態である。この実施形態では、各電極本体32への接続口12の一部を、水槽４の周壁９に設けたものである。
【００５４】
図示例では、流路方向から見て両側の電極本体32への接続口12を、水槽４の周壁９のうち側壁部分に設置している。もっとも、この構造に限定する必要はなく、周壁９のうち上流寄り又は下流寄りの壁部分に穿設しても良い。
【００５５】
各接続口12には、枠体20の側板26を貫通して電極本体32に接触する接続端子33を液密に取り付けている。接続口付近では、例えば既述袋体28の対応箇所に接続端子挿通口を設けておくなどして、接続端子と電極本体32とが確実に接触するように設ける。
【００５６】
本実施形態においても、第1実施形態と同様に、電気コードなどとの接続を解除することなく水槽４の頂板10を取り外すだけで粒状電極を充填することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第1の実施形態に係る電気分解槽の縦断面図である。
【図２】図１の電気分解槽の斜視図である。
【図３】図１に使用する複合電極及び透水ケースの斜視図である。
【図４】図１の電解電極槽の分解斜視図である。
【図５】図１の電気分解槽の電極部の拡大図である。
【図６】図１の電気分解槽内での電極部の使用状態図である。
【図７】図１の電気分解槽での電極補充作業の説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る電気分解槽の要部拡大図である。
【図９】図８の実施形態における要部の斜視図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る電気分解槽の縦断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
２…電気分解槽  ４…水槽  ６…異径管  ９…周壁  10…頂板  12…接続口
16…複合電極  18…容器体  20…枠体  22…縦棒  24…横棒  26…側板
28…袋体  32…電極本体  33…接続端子  34…補助電極部  38…透水ケース
42…可動蓋
Ａ…電極面  Ｓ…間隙
【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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