(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソードとアノードとを含みかつ両端側に管長方向に開口する水の入口及び出口を有する通水用の管状部材の内部で電気分解を行うように構成した、流水式電気分解装置用の電解ユニットであって、
上記管状部材を、複数の細管状の電解エレメント(4)に分割し、かつ
各電解エレメント(4)を、一対の電極対として、管状部材の入口及び出口に存する開口端部を有する一の筒状アノード内に一の棒状カソード(8)を同軸状に挿入して形成することで、棒状カソード(8)外周の陰極面(20)上の発泡作用により、陰極面へのスケールの付着を抑えるように構成したことを特徴とする、流水式電気分解装置用のスケール抑制型電解ユニット。
【請求項２】
隣り合う電解エレメント(4)の筒状アノード外周面が相接する状態で、これら電解エレメントを結束材(12)で結束して、全ての筒状アノード(6)が外周面を介して通電可能な状態としたことを特徴とする、請求項１記載の流水式電気分解装置用のスケール抑制型電解ユニット。
【請求項３】
上記筒状アノード(6)内周面で形成する陽極面(18)と棒状カソード(8)の外周面で形成する陰極面(20)との極間距離(Ｌ)を、周方向に亘って一定にしたことを特徴とする、請求項１記載の流水式電気分解装置用のスケール抑制型電解ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流水式電気分解装置用のスケール抑制型電解ユニットに関する。より具体的にいうと、本発明は、例えば温泉水を殺菌するような場合であって、硬度成分や金属イオンを含む電解水を電気分解するときにスケールが付着しにくい電解ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
カルシウムイオンやマグネシウムイオンなどの硬度成分や金属イオンを含む電解水中で電気分解を行うと、陰極面に炭酸カルシウムや炭酸マグネシウム或いは金属酸化物のスケールが析出し、電極面がスケールで覆われるため短時間に電解効率が落ちることがある。
【０００３】
こうしたことを防止するために、この種の電気分解装置において、電気分解槽に陽極用・陰極用の２枚の電極板を挿入するとともに、電極面への金属イオンの付着を防止するために両電極への通電中に、その電極の＋、−を反転させるように構成した電解水生成装置が知られている（特許文献１）。
【０００４】
また同じく流水式電気分解装置として、図１０に示すように通水路を兼ねた管状部材１００の管壁を第１電極１０２とし、この管壁内に３つの支持片１０６を介して同軸状に炭素棒である第２電極１０４を支承し、第１、第２電極の間で電気分解をするものが知られている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２０００−１８９９７１
【特許文献２】特許第３３７０７３５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のように電極を反転するリバース運転を行うと、電極切替時に電極面のめっきが剥がれ易くなるため、電極の寿命が短くなるという問題点がある。
【０００６】
また電解電流は電極面積に比例するが、電解槽容積の範囲で単純に陽極と陰極とを対峙させると電極面積は限られたものとなり、目的とする陽極面での気体（塩素など）の発生効率が悪い。この点を改善するために特許文献２のように筒状の第１電極の筒軸上に第２電極を配置したものが提案されているが、それでもまだ電極効率が十分に高いとは言えなかった。
【０００７】
本発明の第１の目的は、陰極の面積を小さくすることで陰極面での発泡作用によりスケールの付着を防止することである。
【０００８】
本発明の第２の目的は、単位容積当たりのアノードの電極面積を大きくすることで、発生効率を改善するとともに装置をコンパクトにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の手段は、カソードとアノードとを含みかつ両端側に管長方向に開口する水の入口及び出口を有する通水用の管状部材の内部で電気分解を行うように構成した、流水式電気分解装置用の電解ユニットであって、
上記管状部材を、複数の細管状の電解エレメント４に分割し、かつ
各電解エレメント４を、一対の電極対として、管状部材の入口及び出口に存する開口端部を有する一の筒状アノード６内に一の棒状カソード８を同軸状に挿入して形成することで、棒状カソード８外周の陰極面２０上の発泡作用により、陰極面へのスケールの付着を抑えるように構成している。
【００１０】
本手段では、通水用の管状部材を、電極対である複数の電解エレメントに細分化することで、単一管状の管状部材と比べて、単位容積当たりの陽極面（筒状アノードの内周面をいう）の総面積（ΣＳａ）を大きくするとともに、各カソードの陰極面の面積Ｓｃを小とすることで陰極面へのスケールの付着を抑制するようにしている。
【００１１】
例えば内径Ｒの筒状アノードと外径ｒ（＝ａＲ）の棒状カソードとからなる、長さＬの電極対があるとする。その電極対の陽極面の面積はＳａ＝２πＲＬであり、両極間の容積はＶ＝π（１−ａ２）Ｒ２Ｌである。従って単位容積当たりの陽極面積は、Ｓａ／Ｖ＝２／（１−ａ２）Ｒである。この電極対に代えて、筒状アノードの内径をＲ→Ｒ／ｎ、棒状カソードの外径をｒ→ｒ／ｎとし（但しｎは２以上の整数）、長さを同じとすると、新たな電極対（電解エレメント）の陽極面積は１／ｎ倍となり、その極間容積は１／ｎ２倍となる。従って単位容積当たりの陽極面積はｎ倍となる。電解水の流量を同じとするためにｎ２本の電解エレメントを用意して一つの管状部材とすると、陽極面積はｎ倍となるので、陽極面からの目的気体（塩素など）の発生量が増加することになる。
【００１２】
また棒状カソードの外径を縮小すると、そのカソード外周面である陰極面も縮小することになる。陰極面からも電気分解により気体を発生するが、その泡の発生場所が狭くなることで、電解生成物が陰極面に付着しにくくなり、スケールの付着が抑制されることになる（スケ−ル成長の基盤となる陰極面積が小さいため、発生したスケ−ルが電極面に留まりにくく、したがってスケ−ルが成長しにくい）。なお、カソード外径を縮小することは、カソードの電気抵抗の増加など電解電流を減少する方向に作用するが、これと同時にカソードとアノードとの間の距離も小となっており、これは電解電流を増加させる方向に作用する。双方の作用が打ち消しあうのでカソードの外径がかなり小さくなっても適当な電流量が得られる。
【００１３】
「電解エレメント」は、電気分解の機能を有する一単位の装置であり、筒状アノードと棒状カソードと主要部材とする。電解エレメントは、これら部材の他に、その他にアノードとカソードとにそれぞれ付設する通電用の端子、及び、陽極面と陰極面との間を適当に保つための、スペーサなどの支持手段を含むことができる。各電解エレメントは同じ長さに形成するとよい。各電解エレメントは、相互に独立した部材であってもよい。
【００１４】
本手段では、少なくとも陽極面の総面積ΣＳａに対する陰極面の総面積ΣＳｃの比（ΣＳｃ／ΣＳａ）が、上記管状部材の陽極面と陰極面との面積比よりも小さくなるようにすればよい。各電解エレメントの陽極面と陰極面との面積比は、(a)元の管状部材の面積比と同じであってもよく、(b)これより小さく設定してもよく、(c)場合によってはこれより大きく設定してもよい。前述の説明では簡単のために(a)を例にとって説明したが、スケールの付着抑制効果が大きいのは(b)である。これについては後述する。もっとも設計上は(c)も可能である。
【００１５】
第２の手段は、第１の手段を有し、かつ
隣り合う電解エレメント4の筒状アノード外周面が相接する状態で、これら電解エレメントを結束材12で結束して、全ての筒状アノード6が外周面を介して通電可能な状態とした。
【００１６】
本手段では、筒状アノードの外周面を相互に接触させることで一つの筒状アノードに接続端子を付設すると、外周面の接触箇所を通じて全ての筒状アノードに通電できるように構成している。そのためには、全ての筒状アノードを直筒形にすることが望ましい。また好適な図示例では、３つ以上の電解エレメントを、各電解エレメントが２つ以上の電解エレメントと接するように密集状態で結束させている。結束の手段としては、電解エレメントの束の周囲を結束材（樹脂製テープなど）で覆えばよい。この結束材は束の周囲に剥離可能に貼着し、電解エレメントの一つが目詰まりなどを生じたら、結束材を剥がして各電解エレメントを分離できるようにすると、メンテナンスの上で便利である。
【００１７】
第３の手段は、第１の手段又は第２の手段を有し、かつ
上記筒状アノード6内周面で形成する陽極面18と棒状カソード8の外周面で形成する陰極面20との極間距離Ｌを、周方向に亘って一定にした。
【００１８】
本手段では、第１の手段の電解ユニットの一部である電解エレメントとして、或いは単独の電気分解装置用電極として好適な電極対を提案している。そのために、陽極面に対する陰極面の面積を小さくしている。この面積比Ｓｃ／Ｓａは、数分の１から数十分の１のオーダーとすることが好適である。より具体的には、電解水中のスケールの元になる不純物（カルシウムイオン、マグネシウムイオンなどの陽イオン）の濃度に応じて設定する。
【００１９】
また本手段では、陽極面と陰極面との極間距離を、筒状アノードの周方向に亘って一定とし、更に長手方向に対しても一定値としている。極間距離にばらつきがあると、局所的に通電量の多いところと少ないところが生じ、スケールの付着の程度にばらつきが生ずる可能性があるからである。後述の好適な図示例では、陽極面及び陰極面を、横断面方向から見て大小の円形としているが、極間距離が一定であればどのような形状でも、例えば相互に相似な大小の楕円形状であっても構わない。また長手方向の極間距離を一定にするための離間手段（スペーサなど）を電極対の適所に設けてもよい。その極間距離は例えば１ｃｍ程度とすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
第１の手段によれば、次の効果を奏する。
○陽極面１８に対する陰極面２０の面積比を小さくすることで、陰極面での電流密度を大とし、この面付近からの水素の発生を促進してスケールの付着を抑制することができる。
○リバース運転の必要が無いので、電極の劣化を防止できる。
○筒状のアノードと棒状のカソードとを組み合わせたから、単純に２種の電極板を対峙させた場合と比べて単位容積当たりの電極面積を大きくなり、陽極での気体の発生効率が高まる。  
【００２１】
第２の手段に係る発明によれば、アノードに対する接続端子を一つの端子とすることができるので、構造が簡単であるとともに取り扱いが容易である。
【００２２】
第３の手段に係る発明によれば、メンテナンスが容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１から図6は、本発明の実施形態に係る電解ユニット２を示している。
【００２４】
この電解ユニット２は、複数の電解エレメント４と、結束材12と、電気端子14、16とで構成されている。
【００２５】
各電解エレメント４は、筒状アノード６と、棒状カソード８と、離間手段１０とで形成している。
【００２６】
上記筒状アノード６は断面円形の直筒状に、棒状カソード８は円棒状にそれぞれ形成している。これら電極は、白金めっきチタン、酸化イリジウムめっきチタン、炭素などで形成することができる。
【００２７】
上記離間手段１０は、図３の如く筒状アノード６と棒状カソード８との極間距離Ｌを一定に維持するスペーサとして、筒状アノードと棒状カソードとの間に挿入されている。このスペーサは、棒状カソード８の外周面に嵌合され、周方向の３箇所以上で半径方向へ突出する突起を有し、突起の先端を筒状アノード６内面に当接させている。これら突起の間には液体が流れるための空隙が形成されている。こうしたスペーサは、電解エレメントの長手方向に２箇所以上取り付けるとよい。
【００２８】
それら電解エレメントは１束にまとめて、この束の外周面に結束材１２を巻いて結合させている。各電解エレメントの筒状アノードは外周面を介して接触しており、その筒状アノードの少なくとも一つの陽極用端子１４を付設している。また各棒状カソード８は陰極用端子１６を付設している。
【００２９】
上記構成において、両端子の間に通電すると、図５及び図６に示すように陰極面の周囲に泡を生ずる。この泡の発生によりスケールの原因となる電解生成物が陰極面２０へ付着することが阻止される。これとは反対に陽極面１８では単位容積当たりでの極面積が大きいため、塩素などの目的物が十分に発生する。なお、図５及び図６では説明のため、スペーサの構造を省略している。
【実施例】
【００３０】
図７(Ａ)及び(Ｂ)は、丸孔を有する多角筒で筒状アノード６を数個結束させた例である。同図（Ｂ）のように外面に凹凸がある場合には、結束材として対応した形状のケースなどを用いることができる。
【００３１】
図８(Ａ)及び(Ｂ)は、各電解エレメントの筒状アノードの周壁を結合させた例である。別の言い方をすれば、一つの盤状の電極部材に多数の孔を貫通させ、各孔に棒状カソードを挿入すればよい。
【００３２】
図９は、流水式電気分解装置３０の実施例である。この装置は、温泉地の浴槽４６から取水する循環路３２の一部を拡径させて、この拡径部３４内に本発明の電解ユニット２を内装し、電気分解により殺菌した湯を浴槽内へ戻すように構成している。３６は弁、３８は外部電源、４０は送水ポンプ、４２はガス抜き孔である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係るスケール抑止式電解ユニットの横断面図である。
【図２】図１の電解ユニットの縦断面図である。
【図３】図１の電解ユニットの要部（電解エレメント）の横断面図である。
【図４】図３の要部の縦断面図である。
【図５】図３の要部の作用状態を示す横断面図である。
【図６】図５の作用状態を示す縦断面図である。
【図７】図１の電解ユニットの１つの実施例である。
【図８】図１の電解ユニットの他の１つの実施例である。
【図９】図１の電解ユニットを流水式電気分解装置に適用した実施例である。
【図１０】従来の流水式電気分解装置の一部断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
２…電解ユニット  ４…電解エレメント  ６…筒状アノード  ８…棒状カソード
１０…離間手段  １２…結束材  １４…陽極用端子  １６…陰極用端子
１８…陽極面  ２０…陰極面
３０…流水式電気分解装置  ３２…循環路  ３４…拡径部  ３６…弁
３８…外部電源  ４０…送水ポンプ  ４２…ガス抜き孔
【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】
0005051701.tif 000006
【図６】
0005051701.tif 000007
【図７】
0005051701.tif 000008
【図８】
0005051701.tif 000009
【図９】
0005051701.tif 000010
【図１０】
0005051701.tif 000011