JP7725876B2 - 水質アルカリ化装置 - Google Patents

Description

本発明は、水質アルカリ化装置に関するものである。

従来、水質アルカリ化装置が非特許文献１に提案されている。この水質アルカリ化装置は、電解槽に海水を貯留し、この海水に浸漬された状態で電極が配置されて構成されている。電極は、互いに離隔する態様で配置された陽極部及び陰極部を有しており、それぞれが導線を通じて電源部に電気的に接続されている。電極を構成する陽極部及び陰極部は、マグネシウムを含有して構成された平板状のものであり、電源部は、陽極部及び陰極部に対して直流の電圧を印加するものである。

このような水質アルカリ化装置では、海水中に水酸化物イオン（ＯＨ^－）を生じさせることにより、水質をアルカリ化させている。

「海水のアルカリ化に対するマグネシウム電極を用いた電解工程の省電力化」（日本マリンエンジニアリング学会誌 第５０巻第１号（２０１５年） 第１１３頁～第１１８頁）

ところで、上述した水質アルカリ化装置では、陽極部及び陰極部がマグネシウムを含有して構成された平板状のものであるので、次のような問題があった。

すなわち、陽極部では、マグネシウムイオン（Ｍｇ^２＋）を析出させるために溶解して減肉化されることとなるが、かかる減肉化は陽極部の全体で均一に発生せず、導線の近傍部分から発生してしまう。

このように陽極部における導線の近傍部分が局所的に減肉化してしまうと、減肉化されていないその他の部分は、導線から早期に離脱してしまい、電極としての有効な部分を多く残しながら電気分解を進行させることができず、十分な使用寿命を得ることが困難であった。

本発明は、上記実情に鑑みて、使用寿命の長大化を図ることができる水質アルカリ化装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る水質アルカリ化装置は、電解槽の内部に貯留された電解液に少なくとも一部が浸漬された電極間に電源部から電圧を印加して塩基性液体を生成することにより、該電解液の水質をアルカリ化させる水質アルカリ化装置であって、前記電極の少なくとも陽極は、前記電源部と電気的導通が確保された集電棒と、前記集電棒と電気的に接触された電極構成材と、複数の孔が形成されて構成され、かつ前記集電棒及び前記電極構成材を収容する筒状体とを備えたことを特徴とする。

また本発明は、上記水質アルカリ化装置において、前記電極の陰極は、前記陽極と同一の構成を有することを特徴とする。

また本発明は、上記水質アルカリ化装置において、前記電極構成材は、第２元素に含まれる金属を含有してなることを特徴とする。

また本発明は、上記水質アルカリ化装置において、前記電極構成材は、粒子状又は薄片状をなす複数の電極構成要素により構成されたことを特徴とする。

また本発明は、上記水質アルカリ化装置において、前記筒状体は、前記孔が前記電極構成要素の最大幅よりも小さくて前記電解液の透過を許容する大きさを有していることを特徴とする。

また本発明は、上記水質アルカリ化装置において、前記筒状体は、導電性材料により構成されたことを特徴とする。

また本発明は、上記水質アルカリ化装置において、前記筒状体は、下端部が先細り形状を成す円筒状を成し、かつ前記集電棒を自身の中心軸に沿って収容することを特徴とする。

また本発明は、上記水質アルカリ化装置において、前記電解液は、水道水であることを特徴とする。

本発明によれば、電極の少なくとも陽極は、電極構成材が電源部に電気的に接続された集電棒とともに該集電棒に電気的に接続された状態で筒状体に収容されているので、電解槽の電解液の電気分解により電極構成材が溶解して減肉しても集電棒との電気的接続が維持された状態で筒状体に収容されることで、陽極としての機能を発揮し続けることができる。よって、電極構成材が筒状体から消失するまで陽極として機能することができ、使用寿命の長大化を図ることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態である水質アルカリ化装置の構成を模式的に示す説明図である。 図２は、図１に示した水質アルカリ化装置において水道水の電気分解が進んだ状態を示す説明図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る水質アルカリ化装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態である水質アルカリ化装置の構成を模式的に示す説明図である。ここで例示する水質アルカリ化装置１は、電解槽１０を備えている。

電解槽１０は、電解液を貯留するものであり、本実施の形態では水道水１１を貯留するものである。この電解槽１０には、水道水１１に一部が浸漬された状態で電極２０が配置されている。

電極２０は、互いに離隔する態様で配置された第１電極部２１及び第２電極部２２を有しており、それぞれが導線１５を通じて電源部１６に電気的に接続されている。

電極２０を構成する第１電極部２１は、第１濾過筒２１１、第１集電棒２１２及び第１電極構成材２１３を備えて構成されている。

第１濾過筒２１１は、上下方向が長手方向となる筒状体である。より詳細には、第１濾過筒２１１は、下端部が下方に向かうに連れて横断面積が漸次小さくなる先細り形状を成した円筒状を成すものである。この第１濾過筒２１１は、例えば金属等の導電性材料のメッシュ材から構成されており、複数の孔２１１ａが形成されている。

第１集電棒２１２は、上下方向に沿って延在する棒状体であり、上下寸法が第１濾過筒２１１の上下寸法と略等しい大きさを有している。この第１集電棒２１２は、導電性材料から形成されており、第１濾過筒２１１の中心軸に沿って該第１濾過筒２１１の下端部分から上端部分に至る態様で延在している。そのような第１集電棒２１２は、上端部分が導線１５に電気的に接続されているとともに、下端部分が第１濾過筒２１１に接している。

第１電極構成材２１３は、第１集電棒２１２とともに第１濾過筒２１１に収容されている。この第１電極構成材２１３は、第２元素に含まれる金属を含有してなる複数の第１電極構成要素２１３ａにより構成されており、本実施の形態では、マグネシウムを含有してなる複数の第１電極構成要素２１３ａにより構成されている。

複数の第１電極構成要素２１３ａは、粒子状をなしており、その外径（最大幅）は、孔２１１ａの幅よりも大きい。つまり、第１濾過筒２１１は、複数の孔２１１ａが、第１電極構成要素２１３ａの外径（最大幅）よりも小さくて水道水１１の透過を許容する大きさを有している。

電極２０を構成する第２電極部２２は、上記第１電極部２１と同一の構成を有しており、第２濾過筒２２１、第２集電棒２２２及び第２電極構成材２２３を備えて構成されている。

第２濾過筒２２１は、上下方向が長手方向となる筒状体である。より詳細には、第２濾過筒２２１は、下端部が下方に向かうに連れて横断面積が漸次小さくなる先細り形状を成した円筒状を成すものである。この第２濾過筒２２１は、例えば金属等の導電性材料のメッシュ材から構成されており、複数の孔２２１ａが形成されている。

第２集電棒２２２は、上下方向に沿って延在する棒状体であり、上下寸法が第２濾過筒２２１の上下寸法と略等しい大きさを有している。この第２集電棒２２２は、導電性材料から形成されており、第２濾過筒２２１の中心軸に沿って該第２濾過筒２２１の下端部分から上端部分に至る態様で延在している。そのような第２集電棒２２２は、上端部分が導線１５に電気的に接続されているとともに、下端部分が第２濾過筒２２１に接している。

第２電極構成材２２３は、第２集電棒２２２とともに第２濾過筒２２１に収容されている。この第２電極構成材２２３は、第２元素に含まれる金属を含有してなる複数の第２電極構成要素２２３ａにより構成されており、本実施の形態では、マグネシウムを含有してなる複数の第２電極構成要素２２３ａにより構成されている。

複数の第２電極構成要素２２３ａは、粒子状をなしており、その外径（最大幅）は、孔２２１ａの幅よりも大きい。つまり、第２濾過筒２２１は、複数の孔２２１ａが、第２電極構成要素２２３ａの外径（最大幅）よりも小さくて水道水１１の透過を許容する大きさを有している。

電源部１６は、電極２０間に対して直流の電圧（例えばＤＣ２４Ｖ）を印加するものである。この電源部１６は、水質アルカリ化装置１の動作を統括的に制御する制御部３０から与えられる指令に応じて、第１電極部２１が陽極を成して第２電極部２２が陰極を成すように電極２０間に対して直流の電圧を印加するものである。

以上のような構成を有する水質アルカリ化装置１は、次のようにして、電解槽１０に貯留された水道水１１からアルカリ水を生成して水質をアルカリ化させる。

電源部１６は、制御部３０からの指令に応じて、第１電極部２１を陽極とし、第２電極部２２を陰極として電極２０間に電圧を印加させる。

第１電極部２１では、第１集電棒２１２が導線１５に電気的に接続されており、第１濾過筒２１１の一部が第１集電棒２１２に接しているので、第１濾過筒２１１も電気的導通状態となる。しかも、第１電極構成材２１３は、一部の第１電極構成要素２１３ａが第１集電棒２１２及び第１濾過筒２１１に接しているので、電気的導通状態となる。

また第２電極部２２では、第２集電棒２２２が導線１５に電気的に接続されており、第２濾過筒２２１の一部が第２集電棒２２２に接しているので、第２濾過筒２２１も電気的導通状態となる。しかも、第２電極構成材２２３は、一部の第２電極構成要素２２３ａが第２集電棒２２２及び第２濾過筒２２１に接しているので、電気的導通状態となる。

これにより水質アルカリ化装置１では、水道水１１の電気分解を行い、第１電極部２１では、下記式（１）に示すように、マグネシウムの電解反応が起こり、第２電極部２２では、下記式（２）に示すような反応が起こる。

式（１） Ｍｇ→Ｍｇ^２＋＋２ｅ^－
式（２） ２Ｈ_２Ｏ＋２ｅ^－→Ｈ_２＋２ＯＨ^－

この結果、第２電極部２２で水酸化物イオンが生じ、水道水１１の水質をアルカリ化させることができる。

ところで、第１電極部２１では、上記式（１）の反応により第１電極構成材２１３が溶解して減肉することになる。しかしながら、第１電極構成材２１３は、第１濾過筒２１１に収容されているので、図２に示すように、一部が減肉しても第１集電棒２１２及び第１濾過筒２１１との電気的導通状態が確保され、第１電極部２１としての機能を発揮し、水道水１１の電気分解を継続させることができる。

以上説明したように、本発明の実施の形態である水質アルカリ化装置１によれば、電極２０における陽極を成す第１電極部２１は、第１電極構成材２３が電源部１６に電気的に接続された第１集電棒２１２とともに該第１集電棒２１２に電気的に接続された状態で第１濾過筒２１１に収容されているので、電解槽１０の水道水１１の電気分解により第１電極構成材２３が溶解して減肉しても第１集電棒２１２との電気的接続が維持された状態で第１濾過筒２１１に収容されることで、陽極としての機能を発揮し続けることができる。よって、第１電極構成材２３が第１濾過筒２１１から消失するまで第１電極部２１が陽極として機能することができ、使用寿命の長大化を図ることができる。

上記水質アルカリ化装置１によれば、第１濾過筒２１１が導電性材料により構成されているので、第１濾過筒２１１も集電部材として機能させることができ、第１電極構成材２３の電解反応を促進させることができる。

上記水質アルカリ化装置１によれば、第１濾過筒２１１は、下端部が先細り形状を成した円筒状を成しているので、減肉化された第１電極構成材２３（第１電極構成要素２３ａ）を第１集電棒２１２に接するように集中的に収容することができ、これにより、減肉化が進んだ状態でも第１電極構成材２３の電解反応を良好の維持することができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、種々の変更を行うことができる。

上述した実施の形態では、第２電極部２２が、第２濾過筒２２１、第２集電棒２２２及び第２電極構成材２２３を備えて、第１電極部２１と同一の構成を有していたが、本発明においては、陰極を成す第２電極部が例えばＳＵＳや黒鉛等の導電性材料により構成されていてもよい。

上述した実施の形態では、第１電極構成要素２１３ａ及び第２電極構成要素２２３ａは、粒子状を成していたが、本発明においては、所謂フレーク状と称されるような薄片状の形態を成していてもよい。また電極構成材は、粒子状の電極構成要素と薄片状の電極構成要素とが混合して構成されていてもよい。

上述した実施の形態では、第１電極構成材２１３等は、第１電極構成要素２１３ａ等の集合体として構成されていたが、本発明においては、電極構成材は、平板状の形態を成していてもよい。この場合、従来と同様に導線の近傍の減肉化が進んで落下する虞れがあるが、筒状体に収容されているので、集電棒としての電気的な接続が維持されて電解反応を継続して維持することができる。

上述した実施の形態では、第１濾過筒２１１及び第２濾過筒２２１が導電性材料により形成されていたが、本発明においては、筒状体は、例えばセラミックス等の非導電性材料により形成されていてもよい。

上述した実施の形態では言及していないが、本発明においては、制御部３０が、所定時間毎に電極２０間に印加する電圧を転極させてもよい。これによれば、第１電極部２１及び第２電極部２２の一方が交互に陽極を成し他方が交互に陰極を成す。そして陰極にて水酸化物イオンを生成させて水道水１１を継続的にアルカリ化させることができ、陽極の減肉化を第１電極部２１と第２電極部２２とで交互に行わせることができ、これにより使用寿命の長大化を図ることもできる。

上述した実施の形態で図示した各構成は機能概略的なものであり、必ずしも物理的に図示の構成をされていることを要しない。すなわち、各装置及び構成要素の分散・統合の形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を各種の使用状況などに応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。

１…水質アルカリ化装置、１０…電解槽、１１…水道水、１５…導線、１６…電源部、２０…電極、２１…第１電極部、２１１…第１濾過筒、２１１ａ…孔、２１２…第１集電棒、２１３…第１電極構成材、２１３ａ…第１電極構成要素、２２…第２電極部、２２１…第２濾過筒、２２１ａ…孔、２２２…第２集電棒、２２３…第２電極構成材、２２３ａ…第２電極構成要素、３０…制御部。

Claims (7)

1. 電解槽の内部に貯留された電解液に少なくとも一部が浸漬された電極間に電源部から電圧を印加して塩基性液体を生成することにより、該電解液の水質をアルカリ化させる水質アルカリ化装置であって、
   前記電極の少なくとも陽極は、
   前記電源部と電気的導通が確保された集電棒と、
   前記集電棒と電気的に接触された電極構成材と、
   複数の孔が形成されて構成され、かつ前記集電棒及び前記電極構成材を収容する筒状体と
   を備え、
   前記筒状体は、下端部が先細り形状を成す円筒状を成し、かつ前記集電棒を自身の中心軸に沿って収容することを特徴とする水質アルカリ化装置。
2. 前記電極の陰極は、前記陽極と同一の構成を有することを特徴とする請求項１に記載の水質アルカリ化装置。
3. 前記電極構成材は、第２元素に含まれる金属を含有してなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水質アルカリ化装置。
4. 前記電極構成材は、粒子状又は薄片状をなす複数の電極構成要素により構成されたことを特徴とする請求項１～３のいずれか１つに記載の水質アルカリ化装置。
5. 前記筒状体は、前記孔が前記電極構成要素の最大幅よりも小さくて前記電解液の透過を許容する大きさを有していることを特徴とする請求項４に記載の水質アルカリ化装置。
6. 前記筒状体は、導電性材料により構成されたことを特徴とする請求項１～５のいずれか１つに記載の水質アルカリ化装置。
7. 前記電解液は、水道水であることを特徴とする請求項１～６のいずれか１つに記載の水質アルカリ化装置。