(57)【要約】 【課題】無機塩化物水溶液の供給機構のコストを低減する。【解決手段】実施形態に係る電解装置は、陽極室、中間室、及び陰極室を含む電解槽と、第１のタンク及び第１のタンクと浸透膜により仕切られた第２のタンクを含む無機塩化物水溶液供給機構と、第１のタンクを電解槽に接続する第１のラインと、電解槽から使用済み無機塩化物水溶液を排出する第２のラインとを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極電極を有する陽極室、前記陽極室と第１の隔膜により仕切られた中間室、及び
前記中間室と第２の隔膜により仕切られた、陰極電極を有する陰極室を含む電解槽と、
第１のタンク、及び前記第１のタンクと浸透膜により仕切られた第２のタンクを含む無機塩化物水溶液供給機構と、
前記第１のタンクを前記電解槽に接続する第１のラインと、
前記電解槽から使用済み無機塩化物水溶液を排出する第２のラインとを具備する電解装置。
【請求項２】
前記第１のラインは、前記第１のタンクから前記中間室に接続され、前記第２のラインは前記中間室に設けられている請求項１に記載の電解装置。
【請求項３】
前記第２のラインに中間室の圧力を調整する圧力調整部をさらに含む請求項２に記載の電解装置。
【請求項４】
前記第１のタンクは第１の濃度を有する無機塩化物水溶液を収容し、前記第２のタンクは前記第１の濃度以下の第２の濃度を有する無機塩化物水溶液を収容する請求項１から３までのいずれか１項に記載の電解装置。
【請求項５】
前記第２のラインを前記第２のタンクに接続する請求項１から４までのいずれか１項に記載の電解装置。
【請求項６】
前記第２のタンクと前記陽極室または前記陰極室との間を接続する第３のラインをさらに含む請求項１から５までのいずれか１項に記載の電解装置。
【請求項７】
前記第１のラインにベローズ型バッファタンクをさらに含む請求項１から６までのいずれか１項に記載の電解装置。
【請求項８】
第１の濃度を有する無機塩化物水溶液を収容するための第１のタンク、及び前記第１のタンクと浸透膜により仕切られた、前記第１の濃度以下の第２の濃度を有する無機塩化物水溶液を収容するための第２のタンクを含む無機塩化物水溶液カートリッジ。
【請求項９】
前記第２のタンクに収容された水をさらに含む請求項８に記載の無機塩化物水溶液カートリッジ。
【請求項１０】
前記第１のタンクに設けられた投入口と、前記第１のタンクに収容された水または固体の無機塩化物とをさらに含む請求項８または９に記載の無機塩化物水溶液カートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電解装置及び無機塩化物水溶液カートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
三槽式電解槽は、アニオン交換膜と、アニオン交換膜から所定の間隔を介して配置された陽極と、陽極室と、カチオン交換膜と、カチオン交換膜から所定の間隔を介して配置された陰極と、陰極室と、前記アニオン交換膜とカチオン交換膜の間に設けられた中間室とから構成される。中間室は、塩化ナトリウム水溶液を蓄えた外部タンクと配管等により流体的に接続され、ポンプ等で中間室に供給される。三槽式電解装置は塩化ナトリウム水溶液を蓄えた中間室を陰極室、陽極室と独立させることで、塩化ナトリウム水溶液内のナトリウムイオンや塩化物イオンが陰極室、陽極室に流入するのを防止できるメリットを有する。しかし、電解槽を運転するのに必要な循環ポンプなどの補器を必要とするため、消費電力の高さや、ポンプコストの課題があった。
【０００３】
そこで、イオン水溶液を電気分解して酸素および水素を生成する水電解スタックと、イオン水溶液よりもイオン濃度が低く、圧力が低い補給水を供給する水供給部と、水供給部からの補給水をイオン水溶液へ混合する水混合部とを有する水電解装置を用い、水混合部に浸透膜を配置することで、水供給に必要な動力を低減する提案がなされている。
【０００４】
ただし、三槽式電解槽では塩化ナトリウム水溶液中の塩のみが反応に寄与するため、水溶液中から塩のみを中間室に連続的に供給する仕組みが求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１１８６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の実施形態は、無機塩化物水溶液の供給機構のコストを低減した電解装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態によれば、陽極電極を有する陽極室、前記陽極室と第１の隔膜により仕切られた中間室、及び前記中間室と第２の隔膜により仕切られた、陰極電極を有する陰極室を含む電解槽と、
第１のタンク、及び前記第１のタンクと浸透膜により仕切られた第２のタンクを含む無機塩化物水溶液供給機構と、
前記第１のタンクを前記電解槽に接続する第１のラインと、
前記電解槽から使用済み無機塩化物水溶液を排出する第２のラインとを具備する電解装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る三槽式電解装置の概略的な構成を表す図である。
【図２】第２の実施形態に係る三槽式電解装置の概略的な構成を表す図である。
【図３】第３の実施形態に係る三槽式電解装置の概略的な構成を表す図である。
【図４】第４の実施形態に係る三槽式電解装置の概略的な構成を表す図である。
【図５】第５の実施形態に係る二槽式電解装置の概略的な構成を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
一実施形態に係る電解装置は、二槽以上の電解槽例えば三槽式電解槽と、この電解槽に接続された無機塩化物水溶液供給機構とを含む。
【００１０】
三槽式電解槽は、陽極電極を有する陽極室、中間室、及び陰極電極を有する陰極室を含み、陽極室と中間室の間は第１の隔膜により仕切られ、中間室と陰極室との間は第２の隔膜により仕切られている。
【００１１】
無機塩化物水溶液供給機構は、第１のタンク、第２のタンク、及び第１のタンクと第２のタンクの間を仕切る浸透膜を含む。
【００１２】
電解槽と無機塩化物水溶液供給機構は、第１のタンクを電解槽に接続する第１のラインにより接続されている。
【００１３】
また、電解槽には使用済み無機塩化物水溶液を排出する第２のラインが設けられている。
【００１４】
実施形態に係る電解装置において、例えば、第１のタンクに第１の濃度を有する無機塩化物水溶液を収容し、第２のタンクに第１の濃度以下の第２の濃度を有する無機塩化物水溶液を収容することができる。これにより、第１の濃度の無機塩化物水溶液と、第２の濃度の無機塩化物水溶液との間に浸透圧の差が生じ、ポンプ等の供給動力を使用しなくても、第２の濃度の無機塩化物水溶液に含まれる水が第２のタンクから浸透膜を通して第１のタンクに移動し、さらに、第１のタンクから電解槽への無機塩化物水溶液の流れが発生する。このように、実施形態に係る電解装置を用いると、無機塩化物水溶液供給機構に２つの濃度の無機塩化物水溶液を収容させるだけで、その浸透圧の差を利用して無機塩化物水溶液の流れを発生させ、第１のタンクから電解槽に無機塩化物水溶液を供給することが可能となる。
【００１５】
また、実施形態に係る電解装置では、第１のラインを第１のタンクから中間室に接続し、第２のラインを中間室に設けることができる。これにより、中間室内に無機塩化物水溶液を供給し、使用済み無機塩化物水溶液を中間室から排出することができる。
【００１６】
第２のラインに中間室の圧力を制御する圧力調整部をさらに設けることができる。これにより、中間室内の圧力を制御し、例えば陽極室中の陰イオンを含む溶液、及び陰極室中の陽イオンを含む溶液の中間室への逆流を防ぐことができる。
【００１７】
第２のタンクに水または第２の濃度を有する無機塩化物水溶液を供給する第３のラインをさらに含むことができる。また、第１のタンクに、第１の濃度を有する無機塩化物水溶液、水、及び無機塩化物から選択される少なくとも１つを供給する第４のラインをさらに含むことが可能である。これにより、必要に応じて第１のタンク及び第２のタンクに各々所望の濃度を有する無機塩化物水溶液を供給することが可能となる。
【００１８】
また、第２のラインを第２のタンクに接続することが可能である。これにより、使用済み無機酸化物水溶液を無機塩化物水溶液供給機構に循環させて再利用することが可能となる。
【００１９】
さらに、第１のラインにベローズ型バッファタンクをさらに設けることができる。これにより、必要に応じて、第１のタンクから第１のラインに流れた無機塩化物水溶液をベローズ型バッファタンクで受容することが可能である。例えば、電解装置の運転を停止した後、無機塩化物水溶液供給機構の無機塩化物水溶液の流れがすぐに止まらなくても、ベローズ型バッファタンクに収容することにより、無機塩化物水溶液が電解槽に流れ込むことを防ぐことができる。
【００２０】
また、実施形態に係る無機塩化物水溶液カートリッジは、第１の濃度を有する無機塩化物水溶液を収容するための第１のタンク、及び第１のタンクと浸透膜により仕切られた、第１の濃度以下の第２の濃度を有する無機塩化物水溶液を収容するための第２のタンクを含む。
【００２１】
無機塩化物水溶液カートリッジは、第２のタンクに収容された水または第２の濃度を有する無機塩化物水溶液をさらに含むことができる。
【００２２】
無機塩化物水溶液カートリッジはまた、第１のタンクに収容された、第１の濃度を有する無機塩化物水溶液、または無機塩化物粒子を無機塩化物水溶液供給機構にさらに含むことができる。
【００２３】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２４】
なお、実施形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。
【００２５】
第１の実施形態
図１は、第１の実施形態に係る三槽式電解装置の概略的な構成を表す図である。
【００２６】
三槽式電解装置１００は、電解槽１と、無機塩化物水溶液カートリッジ２０と、後述する配管ラインから構成される。無機塩化物水溶液に使用される無機塩化物としては、例えば塩化ナトリウム、及び塩化カリウム等があげられる。
【００２７】
電解槽１は、陽極電極４を有する陽極室７と、無機塩化物水溶液を収納する中間室２と、陰極電極６を有する陰極室８とを含む。陽極室７と中間室２との間はアニオン交換膜３により仕切られている。一方、陰極室８と中間室２との間はカチオン交換膜５で仕切られている。
【００２８】
アニオン交換膜３は、塩素イオン、水酸化物イオンなどの陰イオンを透過する膜であり、例えばアニオン交換膜ＡＭＸ（株式会社  アストム製）を用いることができる。陽極４は基材となる開口を有する弁金属に触媒を塗布したものであり、基材としてチタン、クロム、アルミニウムやその他合金等を、触媒として酸化イリジウム等の酸化物触媒などを用いることができる。カチオン交換膜５は、水素イオン、ナトリウムイオンなどの陽イオンを透過する膜であり、例えばＤｕｐｏｎｔ社製のナフィオン（登録商標）を用いることができる。陽極６は基材となる開口を有する弁金属に触媒を塗布したものであり、基材としてチタン、クロム、アルミニウムやその他合金などを、触媒として白金等の貴金属触媒などを用いることができる。
【００２９】
陽極室７は図示しない外部からの給水ラインに接続された供給口７１と、排出口７２を備えている。外部のポンプ等によって供給口７１から供給された水は陽極室７に流入し、排出口７２へと排出される。なお、供給口７１を水道栓に接続し、水道供給圧力によって水を供給することができる。陽極室７内に塩化ビニル等で供給口から排出口方向にストレート状の流路もしくは、供給口から排出口方向をつなぐサーペンタイン流路を形成することができる。
【００３０】
中間室２は電気分解の原料となる無機塩化物水溶液を供給する供給口２１と使用済みの無機塩化物水溶液を排出する排出口２２を備えている。
【００３１】
陰極室８は図示しない外部からの給水ラインに接続された供給口８１と、排出口８２を備えている。外部のポンプ等によって供給口８１から供給された水は陰極室８に流入し、排出口８２へと排出される。なお、供給口８１を水道栓に接続し、水道供給圧力によって水を供給することができる。陰極室８内に塩化ビニル等で供給口から排出口方向にストレート状の流路もしくは、供給口から排出口方向をつなぐサーペンタイン流路を形成することができる。
【００３２】
無機塩化物水溶液カートリッジ２０は、高濃度の無機塩化物を収納した第１のタンク９と、第１のタンク９に対して低濃度の無機塩化物を収納した第２のタンク１１と、第１のタンク９と第２のタンク１１を隔離する浸透膜１０とで構成される。浸透膜１０は、無機塩化物濃度差により低濃度側から高濃度側に水を正浸透させる役割を果たし、このような膜の材料としてセロファンなどの半透膜、ポリビニルアルコールなどの逆浸透膜を用いることができる。
【００３３】
第２のタンク１１には供給口２３が設けられ、第１のタンク９には頭頂部にフタ９ｂ、底部に排出口２４が設けられている。
【００３４】
無機塩化物水溶液カートリッジ２０の第１のタンク９の排出口２４と中間室２の供給口２１とはラインＬ３を介して流体的に接続され、中間室２の排出口２２と第２のタンク１１の供給口２３とはラインＬ４を介して流体的に接続される。ラインＬ４の一部には圧力調整弁１２が接続される。
【００３５】
さらに、第１のタンク９とラインＬ３はカプラＣ１により切り離しが可能であり、第２のタンク１１とラインＬ４はカプラｃ２により切り離しが可能である。よって、無機塩化物水溶液カートリッジ２０を交換する際には、カプラｃ１、ｃ２を切り離して、使用済みの無機塩化物水溶液カートリッジ２０を未使用の無機塩化物水溶液カートリッジ２０に交換することができる。
【００３６】
未使用の無機塩化物水溶液カートリッジ２０の第１のタンク９には水のみを収納し、第２のタンク１１も水のみが収納することができる。そして、ユーザが、無機塩化物の固体９ａを第１のタンク９のフタ９ｂを開いて投入する作業を行うことで、第１のタンク９の無機塩化物濃度が高まる。
【００３７】
また、フタ９ｂの代わりに、図示しない供給ラインを設け、必要に応じて、第１のタンク９に、高濃度を有する無機塩化物水溶液を供給することも可能である。あるいは、無機塩化物の固体９ａを予め投入しておき、後から水を供給することもできる。
【００３８】
さらに、第２のタンク１１にラインＬ４の代わりに図示しない供給ラインを設け、水または低濃度の無機塩化物水溶液を供給することもできる。このとき、使用済みの無機塩化物水溶液は中間室２の排出口２２から例えば図示しない排出ラインを通して廃棄することができる。
【００３９】
次に、無機塩化物としては、例えば塩化ナトリウムを用いた場合を例として、三槽式電解装置１００の運転方法について説明する。
【００４０】
まず、第２のタンク１１及び第１のタンク９に各々水が収容された未使用の無機塩化物水溶液カートリッジ２０をカプラＣ１、Ｃ２を介してラインＬ３、ラインＬ４と接続後、ユーザが固体９ａを第１のタンク９のフタ９ｂを開いて投入する作業を行う。これにより、第１のタンク９の塩化ナトリウム濃度が上昇する。塩化ナトリウム濃度が上昇すると、浸透膜１０を介して第２のタンク１１から第１のタンクに水の浸透が起こる。浸透した水により第１のタンク９の無機塩化物水溶液はラインＬ３、供給口２１を経由して中間室２に供給される。
【００４１】
陽極室７、陰極室８にそれぞれ外部から水を供給し、陰極６と陽極４の間に直流電圧を付加すると、中間室内の塩化物イオンがアニオン交換膜３を透過し、陽極４にて次亜塩素酸水を生成する反応に使われる。一方、中間室で融解したナトリウムイオンはカチオン交換膜５を透過し、陰極６にて水酸化ナトリウムを生成する反応に使われる。
【００４２】
このようにして、実施形態にかかる電解方法によれば、陽極室７から第１のラインを介して次亜塩素酸水を取り出すことができる。また、陰極室８から第２のラインを介してアルカリ水として水酸化ナトリウム水溶液を取り出すことができる。反応が進むにつれて塩化物イオンとナトリウムイオンが使われるため、中間室２内の塩化ナトリウム水溶液濃度は低下する。この濃度が低下した塩化ナトリウム水溶液は第１のタンク９から中間室２へと流入する高濃度塩化ナトリウム水溶液によって排出口２２から押し出されてラインＬ４を通り、圧力調整弁１２で減圧された後、第２のタンク１１へと供給される。圧力調整弁１２を制御することで、第２のタンク１１内の圧力に対し、第１のタンク９および中間室２内の圧力を所定の圧力に高めることができる。具体的には、中間室２内の圧力をＰｂ（ｋＰａ）、陽極室内の圧力をＰａ（ｋＰａ）、陰極室内の圧力をＰｃ（ｋＰａ）、第２のタンク１１内の圧力をＰｌ、大気圧をＰ０とした時、
Ｐｂ＞Ｐａ、Ｐｃ＞Ｐｌ＝Ｐ０
となるように圧力調整弁１２を制御する。ＰｂをＰａ、Ｐｃより高めることで、陽極室７および陰極室８で反応で生成したガスや水がアニオン交換膜３、カチオン交換膜５を通して中間室２に流入することを抑制できる。
【００４３】
さらに、Ｐｌを大気圧Ｐ０にすることで、万が一陽極室７および陰極室８で反応で生成したガスが中間室２に流入した場合にも、開口１１ａから重力を利用してガスのみを分離・排出することができる。
【００４４】
なお、第２のタンク１１に流入した低濃度の塩化ナトリウム水溶液の水は、第１のタンク９との濃度差により浸透膜を透過し、再び第１のタンク９へと供給される。こうして第２のタンク１１から浸透膜１０を透過し、第１のタンク９、ラインＬ３、中間室２、ラインＬ４を塩化ナトリウム水溶液を循環するループが、第１のタンク９と第２のタンク１１との濃度差がなくなるまで繰り返される。
【００４５】
三槽式電解装置１００の運転を停止する際には、圧力調整弁１２を閉じる。これにより、無機塩化物水溶液の循環が停止する。
【００４６】
第１の実施の形態では、第１のタンク９と第２のタンク１１との無機塩化物濃度差により浸透膜１０を介して水を循環させる。これにより、無機塩化物水溶液の供給動力低減と、供給機構のコスト低減を図ることができる。また、運転によって低濃度になった無機塩化物水溶液の水を循環して再利用することで、外部からの給水配管を削減し、三槽式電解装置の小型化、コスト低減を図ることができる。
【００４７】
なお、ここで高濃度とは、水溶液中の無機塩化物の濃度が１０重量％以上であることをいう。水溶液中の無機塩化物の濃度が１０重量％より低くなると、次亜塩素酸の生成量が低下する傾向がある。
【００４８】
また、ここで低濃度とは、水溶液中の無機塩化物の濃度が５重量％以下であることをいう。水溶液中の無機塩化物の濃度が５重量％より高くなると、第１のタンク９との濃度差が小さくなり、第１のタンク９から電解槽に供給するのに必要な浸透圧が得られない傾向がある。
【００４９】
第２の実施形態
図２は、第２の実施形態に係る三槽式電解装置の概略的な構成を表す図である。
【００５０】
三槽式電解装置２００は、電解槽１と、無機塩化物水溶液カートリッジ３０と、後述する配管ラインから構成される。
【００５１】
電解槽１の構成は第１の実施形態に用いられる電解槽と同様である。
【００５２】
無機塩化物水溶液カートリッジ３０は、第２のタンク１１に排出口２５がさらに設けられていること以外は、図１の無機塩化物水溶液カートリッジ２０と同様の構成を有する。
【００５３】
無機塩化物水溶液カートリッジ３０の第１のタンク９と中間室２の供給口２１とはラインＬ３を介して流体的に接続される。第２のタンク１１の供給口２３は、図示しない外部の水供給管（水道管）にラインＬ５によって接続される。さらに第２のタンク１１の排出口２５と陰極室８の供給口８１とはラインＬ６によって流体的に接続される。中間室２の排出口２２から排出された使用済みの無機塩化物水溶液はラインＬ７の排出口２２下流に設けられた圧力調整弁１２で圧力を制御された後、外部へと排出される。
【００５４】
第１のタンク９とラインＬ３はカプラｃ１により切り離しが可能である。第２のタンク１１とラインＬ６、Ｌ５はカプラｃ３、ｃ４により切り離しが可能である。よって、無機塩化物水溶液カートリッジ３０を交換する際には、カプラｃ１、ｃ３、ｃ４を切り離して、使用済みの無機塩化物水溶液カートリッジ３０は未使用の無機塩化物水溶液カートリッジ３０に交換される。
【００５５】
未使用の無機塩化物水溶液カートリッジ３０の第１のタンク９には固体塩のみを収納することができる。そして、ユーザが、固体９ａを第１のタンク９のフタ９ｂを開いて水を投入する作業を行うことで、第１のタンク９の無機塩化物濃度が高まる。
【００５６】
次に、無機塩化物としては、例えば塩化ナトリウムを用いた場合を例として、三槽式電解装置２００の運転方法について説明する。
【００５７】
まず、未使用の燃料カートリッジ３０をカプラＣ１、Ｃ３、Ｃ４を介してラインＬ３、ラインＬ６、ラインＬ５と接続後、ラインＬ５、ラインＬ１には外部から水を供給する。ユーザが水を第１のタンク９のフタ９ｂを開いて塩化ナトリウムの固体９ａを投入する作業を行うと、第１のタンク９内に高濃度の塩化ナトリウム水溶液ができ、浸透膜１０を介して第２のタンク１１から第１のタンク９に水の浸透が起こる。浸透した水により第１のタンクの塩化ナトリウム水溶液はラインＬ３、供給口２１を介して中間室２に供給される。ここで、第２のタンク１１にラインＬ５、供給口２３を介して導入された水の一部分は上述のように、第１のタンク９に移動し、他の部分は排出口２５及びラインＬ６を介して供給口８１から陰極室８に供給される。
【００５８】
続いて、陽極室７水を供給し、陰極６と陽極４の間に直流電圧を付加すると、中間室２内の塩化物イオンがアニオン交換膜３を透過し、陽極４にて次亜塩素酸水を生成する反応に使われる。一方、中間室２で融解したナトリウムイオンはカチオン交換膜５を透過し、陰極６にて水酸化ナトリウムを生成する反応に使われる。
【００５９】
反応によって無機塩化物濃度が低下した中間室２内の無機塩化物水溶液はラインＬ７通り、圧力調整弁２にて圧力を低下させた後、外部へと排出される。圧力調整弁２で制御する圧力値は、中間室２内の圧力をＰｂ（ｋＰａ）、陽極室内の圧力をＰａ（ｋＰａ）、陰極室内の圧力をＰｃ（ｋＰａ）とした時、  
Ｐｂ＞Ｐａ，Ｐｃ
となるように圧力調整弁１２を制御する。ＰｂをＰａ，Ｐｃより高めることで、陽極室７および陰極室８にて反応で生成したガスや水がアニオン交換膜３、カチオン交換膜５を通して中間室２に流入することを抑制できる。
【００６０】
第２の実施形態では、外部からの水を第２のタンク１１に通し、陰極室８に供給する。よって、第２のタンク１１内の無機塩化物濃度は常に低濃度に保たれ、第１のタンク９内の無機塩化物濃度との濃度差は高く保持される。これにより、浸透膜１０を介した第１のタンク９への水供給を長時間に渡り安定して動作させることが可能となる。また、外部からの水により浸透膜１０が洗浄され．膜の目詰まり等による劣化を防止することができる。外部からの水に酸性の水を用いれば、膜へのスケールの付着を防止することができる。中間室２には浸透膜１０の浸透圧を利用して無機塩化物水溶液を供給することができるため、無機塩化物水溶液の供給動力低減と、供給機構のコスト低減を図ることができる。なお、上記構成に対し、第２のタンク１１と陰極室８を接続するラインＬ６の代わりに、第２のタンク１１の排出口２４と陽極室７の供給口７１にラインを接続して、第２のタンク１１から陽極室７に水を供給しても同様の効果が得られる。
【００６１】
第３の実施形態
図３は、第３の実施形態に係る三槽式電解装置の概略的な構成を表す図である。
【００６２】
三槽式電解装置３００は、電解槽１と、無機塩化物水溶液カートリッジ３０と、後述する配管ラインと、配管ラインの一部に設けられた伸縮可能なタンク１３とから構成される。
【００６３】
電解槽１及び無機塩化物水溶液カートリッジ３０は、各々、図２に示す電解槽１及び無機塩化物水溶液カートリッジ３０と同様の構成を有する。
【００６４】
配管ラインは、無機塩化物水溶液カートリッジ３０の第１のタンク９の排出口２４と中間室２の供給口２１とを接続するラインＬ３の一部に、伸縮可能であり，かつ自己収縮性を有する（風船のように弾性力で自然に縮むことが可能な）ベローズ型バッファタンク１３が配置されていること以外は、図２の配管ラインと同様の構成を有する。ベローズ型バッファタンクは、蛇腹状の形状をしており、蛇腹が延びることで収納する無機塩化物水溶液量を増加させ、縮むことで収納する無機塩化物水溶液量を減少させる。
【００６５】
未使用の無機塩化物水溶液カートリッジ３０の第１のタンク９には水または塩化ナトリウム水溶液を収納することができる。
【００６６】
次に、無機塩化物としては、例えば塩化ナトリウムを用いた場合を例として、三槽式電解装置３００の運転方法について説明する。
【００６７】
ユーザが、固体９ａを第１のタンク９のフタ９ｂを開いて塩化ナトリウム固体もしくは塩化ナトリウム水溶液を投入する作業を行うことで、第１のタンク９の無機塩化物濃度が高まる。
【００６８】
第１のタンク９と第２のタンク１１間に濃度差が生じると、浸透膜を介して浸透圧が発生し、低濃度側から高濃度側に水の流入が生じる。これにより、第１のタンク９に含まれる高濃度の無機塩化物水溶液はラインＬ３を通り、電解槽１の供給口２１へと送られる。そして、陰極６と陽極４の間に直流電圧を付加することで運転がなされる。一方、電解槽１の運転を停止する場合、陰極６と陽極４の間の電圧不可を停止し、外部からラインＬ１、Ｌ５への水供給を停止する。この時、第２のタンク１１に水が残っていると、第１のタンク９に含まれる無機塩化物水溶液との濃度差によって浸透膜１０を介した水の移動が生じる。そこで、第３の実施形態では圧力調整部１２を閉じ、ベローズ型バッファタンク１３にて停止中に移動する無機塩化物水溶液を回収する。そして、次回運転を開始する際に回収した無機塩化物水溶液をベローズタンクが収縮する力を利用してラインＬ３に押し出し，再利用する。これにより、燃料カートリッジ内の無機塩化物水溶液を有効利用し、電解槽１の長時間安定した運転が可能となる。
【００６９】
第４の実施形態
図４は、第４の実施形態に係る三槽式電解装置の概略的な構成を表す図である。
【００７０】
三槽式電解装置４００は、第１の電解槽１ａと第２の電解槽１ｂと、無機塩化物水溶液カートリッジ２０と、後述する配管ラインから構成される。
【００７１】
電解槽１ａ，１ｂはともに、陽極電極４を有する陽極室７と、無機塩化物水溶液を収納する中間室２と、陰極電極６を有する陰極室８とを含む。陽極室７と中間室２との間はアニオン交換膜３により仕切られている。一方、陰極室８と中間室２との間はカチオン交換膜５で仕切られている。第１の電解槽１ａ及び第２の電解槽１ｂは、第１の実施形態に用いられる電解槽１と同様の構成を有する。
【００７２】
無機塩化物水溶液カートリッジ２０は、図１と同様の構成を有する。
【００７３】
無機塩化物水溶液カートリッジ２０の第１のタンク９と電解槽１ａにおける供給口２１ａとはラインＬ３を介して流体的に接続され、電解槽１ａにおける排出口２２ａと電解槽１ｂにおける供給口２１ｂとはラインＬ８を介して流体的に接続される。ラインＬ８の一部には圧力調整弁１２ａが設けられる。さらに、電解槽１ｂにおける排出口２２ｂと第２のタンクとはラインＬ９を介して流体的に接続される。ラインＬ９の一部には圧力調整弁１２ｂが設けられる。
【００７４】
第１のタンク９とラインＬ３はカプラＣ１により切り離しが可能であり、第２のタンク１１とラインＬ８はカプラｃ２により切り離しが可能である。よって、無機塩化物水溶液カートリッジ２０を交換する際には、カプラｃ１、ｃ２を切り離して、使用済みの無機塩化物水溶液カートリッジ２０を未使用の無機塩化物水溶液カートリッジ２０に交換する。
【００７５】
第４の実施形態では、第１のタンク９から供給された高濃度無機塩化物水溶液を電解槽１ａに供給した後再び電解槽１ｂに供給する。これにより、電解槽１ａで使われなかった無機塩化物水溶液を電解槽１ｂで再利用し、無機塩化物水溶液カートリッジ２０内の無機塩化物水溶液を有効利用することができる。無機塩化物水溶液が有効利用され、Ｌ８を介して第２のタンク１１に戻る無機塩化物水溶液の濃度が下がれば、第１のタンク９と第２のタンク１１間の濃度差を大きく維持することができ、浸透膜１０を介した水の輸送を長時間に渡り維持することができる。
【００７６】
一方、濃度によって次亜塩素酸の生成量は変わり、無機塩化物水溶液の濃度が低下すると生成量が低下する。よって電解槽１ｂのラインＬ１ｂ，Ｌ２ｂに供給する水量をラインＬ１ａ，Ｌ２ａに供給する水量より下げ、かつ、印加する直流値を下げることで、電解槽１ｂにおける次亜塩素酸の生成効率を維持することができる。
【００７７】
なお、図４では第１の電解槽１ａと第２の電解槽２ｂの２つの電解槽を有する場合について説明したが、電解槽を３つ以上設けることができる。
【００７８】
第５の実施形態
図５は、第５の実施形態に係る二槽式電解装置の概略的な構成を表す図である。
【００７９】
二槽式電解装置５００は、電解槽１０１と、無機塩化物水溶液カートリッジ３０と、後述する配管ラインから構成される。
【００８０】
電解槽１０１は、陽極電極１０４を有する陽極室１０７と、陰極電極１０６を有する陰極室１０８とを含む。陽極室１０７と陰極室１０８との間は隔壁１５０で仕切られている。
【００８１】
隔膜１５０は塩素イオン、水酸化物イオンなどの陰イオンを透過する膜であり、例えばアニオン交換膜ＡＭＸ（株式会社  アストム製）を用いることができる．
陽極電極１０４は、第１の実施形態に用いられる陽極電極４と同様の構成を有する。
【００８２】
陰極電極１０６は、第１の実施形態に用いられる陰極電極６と同様の構成を有する。
【００８３】
無機塩化物水溶液カートリッジ３０は、高濃度の塩化ナトリウムを収納した第１のタンク９と、第１のタンク９に対して低濃度の塩化ナトリウムを収納した第２のタンク１１と、高濃度側水溶液タンク９と第２のタンク１１を隔離する浸透膜１０とで構成される。
【００８４】
無機塩化物水溶液カートリッジ３０の第１のタンク９からのラインＬ１０と図示しない外部の水供給管（水道管）ラインＬ１１とは陽極側混合器１１４で接続される。さらに、第１のタンク９からのラインＬ１２と後述するラインＬ１３とは陰極側混合器１１５で接続される。第２のタンク１１は図示しない外部の水供給管（水道管）にラインＬ１５によって接続され、さらに第２のタンク１１と陰極側混合器１１５とはラインＬ１３によって流体的に接続される。ラインＬ１０の一部には陽極側圧力調整弁１６が設けられ、ラインＬ１２の一部には陰極側圧力調整弁１７が設けられる。
【００８５】
第１のタンク９とラインＬ１０，Ｌ１２はカプラｃ１により切り離しが可能である。第２のタンク１１とラインＬ１３，Ｌ１５はカプラｃ３，ｃ４により切り離しが可能である。よって、無機塩化物水溶液カートリッジ３０を交換する際には、カプラｃ１，ｃ３，ｃ４を切り離して、使用済みの無機塩化物水溶液カートリッジ３０は未使用の無機塩化物水溶液カートリッジ３０に交換される。
【００８６】
未使用の無機塩化物水溶液カートリッジ３０の第１のタンク９には無機塩化物の固体のみを収納することができる。そして、ユーザが、固体９ａを第１のタンク９のフタ９ｂを開いて水を投入する作業を行うことで、第１のタンク９の無機塩化物濃度が高まる。
【００８７】
次に、無機塩化物としては、例えば塩化ナトリウムを用いた場合を例として、二槽式電解装置５００の運転方法について説明する。
【００８８】
まず、第１のタンク９に塩化ナトリウムの固体のみを収納した未使用の無機塩化物水溶液カートリッジ３０をカプラＣ１，Ｃ３，Ｃ４を介して接続後，ラインＬ１１、ラインＬ１５には外部から水を供給する。ユーザが水を第１のタンク９のフタ９ｂを開いて投入する作業を行うと、第１のタンク９内に高濃度の塩化ナトリウム水溶液ができ、浸透膜１０を介して第２のタンク１１から第１のタンクに水の浸透が起こる。浸透した水により第１のタンク９の無機塩化物水溶液はラインＬ１０、ラインＬ１２を介して陽極側混合器１１４、陰極側第二の混合器１１５に供給される。陽極側混合器１１４にてラインＬ９から供給される無機塩化物水溶液の圧力がラインＬ１１から供給される水の圧力より高くなるよう、陽極側圧力調整弁１６を制御する。また、陰極側混合器１５にてラインＬ１２から供給される無機塩化物水溶液の圧力がラインＬ１３から供給される水の圧力より高くなるよう、陰極側圧力調整弁１７を制御する。これにより、ラインＬ１１からラインＬ１０への水の逆流および、ラインＬ１４からラインＬ１０への水の逆流を防ぐことが可能となる。
【００８９】
陽極室１０７、陰極室１０８にそれぞれ混合した無機塩化物水溶液を供給し、陰極１０６と陽極１０４の間に直流電圧を付加すると、塩化物イオンが隔壁１５０を透過し、陽極１０４にて次亜塩素酸水を生成する反応に使われる。次亜塩素酸を含む水はＬ１４を通り、外部へと供給される。
【００９０】
第５の実施形態では、第１のタンク９に含まれる塩化ナトリウムを浸透圧によって陽極室１０７と陰極室１０８に供給する。供給は第１のタンク９と第２のタンク１１との無機塩化物濃度差を駆動源とするため、供給ポンプが不要となり、無機塩化物水溶液の供給動力低減と、供給機構のコスト低減を図ることができる。
【００９１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９２】
１，１ａ，１ｂ，１０１…電解槽、２…中間室、３…第１の隔膜、４，１０４…陽極電極、５…第２の隔膜、６，１０６…陰極電極、７，１０７…陽極室、８，１０８…陰極室、９…第１のタンク、１０…浸透膜、１１…第２のタンク、１２，１２ａ，１２ｂ，１４，１６，１７…圧力調整部、１３…ベローズ型バッファタンク、２０，３０…無機塩化物水溶液供給機構、１００，２００，３００，４００，５００…電解装置、Ｌ３，Ｌ１０，Ｌ１２…第１のライン、Ｌ４，Ｌ７，Ｌ９，Ｌ１４…第２のライン
【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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