JPH04210290A - 三次元電極式電解槽 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、各種電解反応に使用できる炭素電極を使用す
る電解槽に関し、より詳細には微生物を含有する各種被
処理水の該微生物に起因する各種性能劣化を抑制するた
めに電気化学的処理を行い、あるいはカルキ臭を有する
ことがある上水道から家庭用及び業務用等として供給さ
れる飲料水の電気化学的処理を行って前記カルキ臭を除
くために使用される炭素電極を使用する三次元電極式電
解槽に関する（以下炭素電極を使用する三次元電極式電
解槽を炭素電極式電解槽と呼ぶことがある）。

更に詳細には本発明に係わる炭素電極式電解槽は、発色
現像処理、漂白処理、漂白定着処理、定着処理、安定化
処理及び水洗処理等の写真感光材料処理工程において使
用される写真処理液、あるいはプール水、製紙洗浄水、
熱交換器冷却水、飲料水、養魚用水及び浴湯水等の微生
物を含有する各種被処理水を電気化学的に処理すること
により前記各被処理水中の微生物の滅菌を効果的に行う
ために、あるいは前記飲料水の味覚の改質を行うために
使用される炭素電極式電解槽に関する。

（従来技術） 従来から各種用途に多種類の水溶液や他の物質を溶解し
ていない単独の水が使用されている。これらの水溶液等
は溶質が適度な養分を提供し、あるいは該水溶液の液温
か繁殖に好ましい比較的高温度であると、細菌等の微生
物が繁殖して該微生物は前記水溶液等に必要な本来の性
能の劣化を起こしたり処理装置内に浮遊したり蓄積した
りして処理装置の機能を損なうことが多い。

例えば写真感光材料は画像露光の後、ペーパー感光材料
処理の場合は、発色現像、漂白定着、水洗及び／又は安
定化の処理工程を経て処理され次いで乾燥される。そし
てこのような写真処理工程においては、発色現像液、漂
白液、漂白定着液、定着液、安定液、水洗水等の各種写
真処理液が使用されているが、前記感光材料はゼラチン
質や各種無機塩類を含有し微生物繁殖に適した環境を提
供するため、前記写真処理液中に混入した微生物が繁殖
して感光材料処理の効率を低下させるとともに得られる
プリントに色むらが生じたり黴発生等により画像が汚染
するという欠点が生じている。

この微生物繁殖による写真処理液の劣化の抑制は、従来
から殺菌剤や防黴剤の投入等により前記微生物を滅菌し
て性能を賦活する方法が主流であるが、この方法では添
加する防黴剤が多量に必要となり、かつ該防黴剤が写真
処理液や前記感光材料中に残留し易くなり、感光材料ζ
こ悪影響を及ぼすことがある。又前記防黴剤の多くは人
体に対して無害とは言い難く、種々の法規制の下に管理
された状態でなければその使用が困難である。又このよ
うに選択した防黴剤も暫くするとその防黴剤に対する抗
菌が発生することになり、再度この抗菌に対して防黴剤
を選択するという煩わしい問題が生ずる。

更に夏季スポーツとして最も一般的な水泳の人気は衰え
ることなく、幅広い年齢層の人々に親しまれており、水
泳を楽しむために都市部ではプールが多く利用されてい
る。

このプールに使用されるプール水には人体に有害な大腸
菌や細菌類等の微生物が数多く生息し、該プール水は利
用者の眼や傷などに直接接触して疾患を生じさせること
があるため、プール水には次亜塩素酸ソーダ等の薬剤を
投入して事前に滅菌を行って疾患の発生を防止している
。しかしながら前記薬剤として滅菌効果の強い次亜塩素
酸や液体塩素等の塩素系試薬が使用され、該塩素系試薬
はそれ自体あるいは分解物が刺激性を有し、該試薬によ
り殺菌等の効果が生しても、該試薬による眼の痛みや皮
膚のかぶれ等の副作用が発生し、特に抵抗力の弱い幼児
の場合は大きな問題となっている。又塩素系試薬は分解
するため永続使用することができず毎日のようにプール
水に添加を続ける必要があり、かつプールに使用される
プール水の量は真人なものであるため、使用する薬剤の
コストも大きな負担となっている。

更に近年の情報化社会の進展により各種紙類特に高質紙
の需要が増大している。この紙類は製紙用バルブから各
種工程を経て製造されるが、この工程中に製紙前のバル
ブを洗浄して不要な成分を洗い流す工程がある。該バル
ブは適度な温度に維持されかつ適度な養分を含むため、
黴や細菌等の微生物が繁殖し易くこの黴や細菌が多量に
最終製品中に残存すると、紙類の褪色等の性能の劣化が
生ずる。従ってこの洗浄工程で使用される真人な量の洗
浄水中には、防黴剤や殺菌剤が含有され最終製品の性能
劣化を極力防止するようにしている。

しかしこの方法では、防黴剤や殺菌剤のコストが高くな
るだけでなく前記防黴剤や殺菌剤が製品中に残存して黴
や細菌類に起因する性能劣化とは別の性能劣化を来すこ
とがあるという問題点がある。

更に近年におけるマンション等の集合住宅あるいは多数
の企業が集合して形成されるビル等の建築物の増加に伴
い、該建築物等に設置される各種冷暖房設備の設置台数
も飛躍的に増加している。

このような多数の冷暖房設備が設置されているマンショ
ンやビル等では、通常液冷暖房設備の冷却水の熱交換器
用設備例えばクーリングタワーがその屋上に設置されて
いる。この熱交換器設備の冷却水も長期間使用を継続す
ると黴や細菌類等の微生物が繁殖し前記熱交換器の熱交
換面に析出して熱交換性能を悪化させたり、微生物が塊
状に発生して配管等を閉塞したり熱交換能力を低下させ
ることもある。又多量に発生する微生物の排棄物により
配管や機器に腐食等の重大な問題を引き起こすことがあ
る。

更に近年の家庭用浴槽の普及や温泉ブームから浴湯水の
使用量が増大しているが、該浴湯水は４０°Ｃ＠後の微
生物が最も繁殖し易い液温を有するため、入浴に使用せ
ずに単に放置しておくだけでも微生物が急速に繁殖して
汚染され、使用を継続できなくなり、入浴を繰り返すと
人体の垢等が浮遊してこの傾向はより顕著になる。繁殖
した微生物は微小であるため濾過操作では除去しにくく
、特に銭湯などではその使用量が膨大であるため、汚染
された浴湯水の再生を簡単な処理操作で行うことができ
れば大幅なコストダウンが可能になる。

更に各種魚類資源として海や川に繁殖している天然の魚
類の他に最近では養殖場における養殖魚類が注目され、
養殖魚が市場に数多く供給されている。養殖場における
これら魚類の飼育の際には、養魚用水中に含まれる細菌
や黴等の微生物が魚類を汚染し、あるいは魚類に付着し
てその商品価値を低下させる等の悪影響を抑制するため
に殺菌剤や防黴剤等の全部又は大部分の微生物を死滅さ
せるための各種薬剤が前記養魚用水へ多量に添加され、
更に前記薬剤による魚類の損傷を最小限に抑えるために
ビタミン剤等の多量の栄養側が魚類に投与され、その上
に餌が与えられる。従って養殖場等で飼育される魚類は
餌の量に比較して人工的に投与される各種薬剤、ビタミ
ン剤の添加が多く、防黴剤や殺菌剤が魚類の体内に蓄積
して人体に有害な各種薬剤で汚染された魚類が市場に供
給されることになる。

更に飲料水は、貯水池等の水源に貯水された水を浄水場
で滅菌処理した後、各家庭や飲食店等に上水道を通して
供給される。飲料水の前記滅菌は塩素ガスによる処理が
一般的であるが、該塩素処理によると飲料水の滅菌は比
較的良好に行われる反面、残留塩素の影響により処理さ
れた飲料水に異物質が混和したような違和感が生じて天
然の水の有するまろやかさが損なわれるという欠点が生
ずる。

飲料水は人間の健康に直結するもので、それに含有され
る細菌の殺菌や黴の繁殖の防止つまり微生物の死滅除去
は不可欠であり、該殺菌や防黴の方法としては前述の塩
素による方法が主流である。

しかし都市部の水道滅菌はその原水となる河川水、湖水
等が各種有機物等で汚染され微生物の死滅に必要な量販
上の塩素を添加するため、有機ハロゲン化物、次亜塩素
酸イオン及び残留塩素等の有効塩素成分を生起するとい
う弊害を生じている。該塩素法による前記欠点を解消す
るために、塩素性以外の殺菌方法が提案されている。

例えば前記飲料水をオゾン添加処理や活性炭吸着処理す
ることにより改質する方法が提案されているが、処理す
べき飲料水が例えば浄水場の水である場合には処理量が
真人である。又浄水場で処理しても水道管末端の蛇口に
至るまでに再度微生物が繁殖するという問題がある。

このように飲料水等の従来の改質処理方法は、主として
塩素法によるものであり、該方法では次亜塩素酸イオン
が生成しあるいは塩素ガスが残留していわゆるカルキ臭
が生じ、処理後の飲料水等の味が悪くなるという欠点が
あり、このカルキ臭を除去するに該カルキ臭源である次
亜塩素酸イオン（有効塩素）を活性炭等に吸着させ、か
つ活性炭の構成分子である炭素を酸化することで有効塩
素を還元処理する方法が使用されている。

しかしこの方法では、活性炭の吸着能力の限界があり、
しばらく使用すると有効塩素分解が生じなくなるという
寿命の点で致命的な欠点があり、又活性炭の交換といっ
た煩雑な操作とコストが必要であるとともに、完全なカ
ルキ臭の除去が達成できないことがある。

従って前述の通り人体に有害な有機塩素化合物や飲料水
の味を損ない易い次亜塩素酸イオン等を生じさせ易い塩
素処理に代わり得る人体に害がなくかつ天然水に近い味
を有する飲料水の処理方法が要請されている。

これらの現象を防止するために従来は防黴剤や沈澱抑制
側等の各種薬剤を被処理水中に投入したり各種フィルタ
を配管途中に設置したりしているが、前記薬剤投入は前
述の通り薬剤の残留による被処理水への悪影響や薬剤使
用のコスト面での問題点が指摘されている。更に添加薬
剤に対する抗菌が暫くすると発生し、次の薬剤を検討す
る必要が生ずるという問題点を抱えている。

このような従来技術の欠点を解消するために、本出願人
は前記各被処理水を電気化学的に処理することにより該
被処理水の滅菌やカルキ臭の除去を行う方法を提案した
（特願平１−３２６８４６号、特願平２−２３６７２３
号）。この方法による電気化学的処理では薬剤等の被処
理水中への残存を生じさせることなく確実に被処理水の
改質を行うことができる。この電気化学的処理では使用
する電極は特に限定されないが、人体に有害な物質を含
まず、安価であり、細菌類が吸着し易くかつ過電圧が高
く酸素発生等の不必要な反応を抑制する等の理由から炭
素電極を使用することが望ましい。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、該炭素電極はこれらの有利な点を有する
反面、酸素発生により消耗し易いという欠点を有し、長
期間使用を継続すると徐々に消耗して極間距離が増加し
て電圧が増大したり崩壊した炭素粒子が処理液中に流出
するなどの問題が生し、最終的には交換しなければなら
なくなる。この電極の交換は一般的に電解槽全体を分解
して行うことが必要であり、非常に煩雑な操作となり作
業性が著しく低下する。

（発明の目的） 本発明は、前述の従来技術の欠点を解消し、炭素電極の
長所を生かしながら炭素電極の有する耐消耗性を最大限
に向上させた炭素電極式電解槽を提供することを目的と
する。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、多孔質三次元炭素電極を使用する電解槽にお
いて、該炭素電極の少なくとも一部に接触させて該炭素
電極より過電圧の低い材料から成りその開孔率が８０％
以下である補助電極を設置したことを特徴とする三次元
電極式電解槽である。

なお本発明では電極表面上で実質的な酸化還元反応のよ
うな電気化学反応を生起していないことがあるので本発
明に係わる槽は電気化学的処理装置というべきであるが
、−Ｃ呼称に従って電解槽と称する。

以下本発明の詳細な説明する。

本発明による電解槽で電解液の電解や被処理水処理を行
うためには該電解液あるいは被処理水が電極と可能な限
り接触することが必要であり、これを達成するためには
電解液又は被処理水の前記電極内の滞留時間をなるべく
長く、換言すると被処理水が可能な限り前記電極の内部
に浸透しかつ透過することが必要である。電解液や被処
理水を電極内に浸透させ電気化学的反応を生起させるた
めには、該電極材料の導体抵抗が小さくかつ広い範囲で
電解反応を生起させるためにその電解反応の過電圧が高
いことが望ましい。つまり導体抵抗が小さいと電流が電
極全体に均一に分散でき、過電圧が大きいと表面だけで
なく内部でも所定の反応が生じ易くなるのである。過電
圧が低いと対極に面した電極表面のみで反応が生ずるた
め多孔質電極を使用してその反応表面積を広げる意味が
減殺される。

本発明の電解槽の炭素電極を構成する炭素系材料はこの
要件つまり導体抵抗が小さく過電圧が高いという要件を
満足する材料である。更に該炭素系材料は毒性が全くな
くかつイオンやその水酸化物を形成しないため飲料水等
の体内に摂取される被処理水の処理用として望ましい。

又表面積が真人であり電解質や微生物あるいは有効塩素
成分が接触する機会が非常に太き（なるとともに吸着能
力も作用して処理効率が大幅に上昇する。更に炭素系材
料は安価であり、他の金属材料棒と異なり電解を停止し
ても腐食が生じないため、経済的にも操作性の面からも
有利である。

本発明に係わる電解槽は、炭素材料の有する通常の耐消
耗性で支障の生じない各種電解反応例えば陽極において
過激な酸素ガス発生が起こらない電解反応に使用するこ
とができる。この電解槽は特に被処理水の滅菌や飲料水
中のカルキ臭除去に有効であり、写真処理液等の各種被
処理水やカルキ臭を有する飲料水を前記炭素電極を使用
する三次元電極式電解槽に供給し該電解槽に直流又は交
流電圧を印加し前記被処理水中の微生物の滅菌処理や飲
料水中のカルキ臭成分の分解を行うことができる。なお
上記微生物には、細菌（バクテリア）、黴、酵母、変形
菌、単細胞の藻類、原生動物、ウィルス等が含まれ、カ
ルキ臭の主成分は通常塩素又は次亜塩素酸塩である有効
塩素成分である。

前記被処理水のうち写真処理液は適度の塩類、ゼラチン
等の栄養源を有しかつ適度な温度に維持されるので、前
記写真処理液中で黴や細菌等が繁殖し易く、又製紙洗浄
水も同様に適度の養分と適度の温度を有して微生物の繁
殖に最適な環境となっている。更に家庭用浴槽や銭湯で
使用される浴湯水は最も微生物の繁殖に適した３５〜４
５°Ｃの温度に維持されるため僅少量の微生物が短時間
で真人な数に繁殖する。これら写真処理液等以外の被処
理水も微生物を含む雰囲気に接触して微生物が該被処理
水内に取り込まれ繁殖して、前述した通りの不都合が生
ずることになる。

前記被処理水を前記炭素電極式電解槽に供給すると、該
被処理水中の微生物は液流動による拡散及び移動によっ
て前記電解槽の陽極や陰極に接触しそれらの表面で強力
な酸化還元反応を受けたり高電位の電流に接触し、その
活動が弱まったり自身が死滅して滅菌が行われると考え
られる。

この被処理水が有効塩素成分を含む飲料水であると、該
飲料水が炭素電極に十分接触することにより前記有効塩
素成分が前記炭素電極に接触して電気化学的に還元分解
されて前記飲料水からカルキ臭が除去される。

つまり炭素電極との接触により被処理水中の有効塩素成
分の主成分である次亜塩素酸イオンは次の式に従って塩
素イオンと水に分解される。

ＣＩＯ’＋２Ｈ”＋２ｅ−→Ｃ１−＋ＬＯ更に被処理水
中の残留塩素は炭素電極に接触し次の式に従って塩素イ
オンに還元される。

Ｃ１ｚ　＋　　２　ｅ　　−２ＣＩ− 本発明の電解槽により好適にカルキ臭が除去される被処
理水としては人体に摂取される飲料水や食品処理水があ
り、飲料水は上水道を流れて家庭や飲食店等の水道の蛇
口から注出される水道水等を含み、食品処理水としては
生鮮食品の洗浄水や豆腐等の含水食品に含有される水等
が含まれる。

本発明に係わる炭素電極式電解槽は、固定床型三次元電
極電解槽つまり固定床型単極式電解槽及び固定床式複極
式電解槽であり、これらの電解槽では該電解槽の多孔質
三次元炭素電極が真人な表面積を有するため電極表面と
写真処理液等の被処理水との接触面積を増大させること
ができ、これにより装置サイズを小さくし、かつ電気化
学的処理の効率を上げることができる点で有利である。

本発明の炭素電極式電解槽のうち固定床型複極式電解槽
における電極は一般に多孔質三次元炭素電極、補助電極
及び給電用電極を含み、該炭素電極は前述の使用する電
解槽に応じた形状を有している。前記炭素電極は、前記
被処理水が透過可能な多孔質炭素材料、例えばフェルト
状、織布状、多孔質ブロック状等の形状を有する活性炭
、グラファイト、炭素繊維等の炭素系材料、あるいは該
炭素系材料に貴金属のコーティングを施した材料から形
成されることができ、このような材料から成る１個又は
複数個の誘電体を直流又は交流電場内に置き、両端に設
置した平板状又はエキスバンドメツツユ状やバーフｆレ
ーティッドプレート状等の多孔板体から成る給電用電極
間に直１ｔＬＴＬ圧あるいは交流電圧を印加して前記誘
電体を分極させ該誘電体の一端及び他端にそれぞれ陽極
及び陰極を形成させて成る三次元電極を収容した固定床
型複極式電解槽とすることが可能であり、この他に単独
で陽極としであるいは陰極として機能する三次元材料を
交互に短絡しないように設置しかつ電気的Ｇこ接続して
固定床型複極式電解槽とすることができる。なお炭素電
極を分極させて使用する場合の炭素質材料（誘電体）は
その誘電率が高いほど分極度が高いので有効に陽陰極が
生成し、被処理水の処理を効率良く行うことができる。

従って固定床として使用する炭素質材料はその体積抵抗
率がＩ　Ｘｌ０−６Ω・Ｃｌ１１より大きな材料が好ま
しい。

前記誘電体として活性炭、グラファイト、炭素繊維等の
炭素系材料を使用しかつ陽極から酸素ガスを発生させな
がら被処理水を処理する場合には、前記誘電体が酸素ガ
スにより酸化され炭酸ガスとして溶出し易くなる。本発
明の電解槽で使用する補助電極はこの誘電体の溶解を防
止するためのものであり、該誘電体の陽分極する側に例
えばチタン等の基材上に白金、酸化イリジウム、酸化ル
テニウム等の白金族金属又はその酸化物を被覆し通常不
溶性金属電極として使用され炭素系材料より過電圧特に
酸素発生に対する過電圧の低い多孔質材料から成る補助
電極を接触又は近接状態で設置し、酸素発生が主として
該補助電極上で生ずるようにして炭素電極である誘電体
の溶出を抑制する。

又固定床型単極式電解槽を使用する場合には、単独で陽
極としであるいは陰極として機能する炭素系材料が少な
くとも陽極又は陰極のいずれかとして機能するように隔
膜を介しであるいは介さずに電解槽内に設置し、好まし
くは陽極として機能する側の炭素電極の表面に接触ある
いは近接状態で前述の補助電極を設置して前記炭素電極
の溶出を同様にして防止する。

この補助電極の開孔率が大きすぎると十分な溶出抑制効
果が発現されないため該補助電極の開孔率は８０％以下
として前記炭素電極の溶出による劣化を防止する。又開
孔率が小さすぎると圧力損失が大きくなり被処理水の円
滑な流通が阻害されるため、補助電極の開孔率は１０％
以上とすることが望ましい。

前記補助電極は炭素電極と密着させて好ましくｉよ加圧
密着させて使用することが望ましく、例えば０．１　ｋ
ｇ／ｃ＋ｆ１以上の接触圧が生ずるよう加圧する。

これにより炭素電極と補助電極が電気的に接続され、例
えば水電解による陽極上での酸素ガス発生が過電圧の低
いつまり酸素ガスが発生し易い補助電極上で生じ炭素電
極上では殆ど生じないため炭素電極の溶出が抑制されて
長期間に亘って炭素電極を消耗させることなく電解ある
いは電気化学的処理を継続することが可能になる。

いずれの形態の電極を使用する場合でも、処理すべき被
処理水が流れる電解槽内に液が電極や誘電体や微粒子に
接触せずに流通できる空隙があると被処理水の処理効率
が低下するため、電極等は電解槽内の被処理水の流れが
ショートバスしないように配置することが望ましい。

前記電解槽内を隔膜で区画して陽極室と陰陽室を形成し
ても、隔膜を使用せずにそのまま通電を行うこともでき
るが、隔膜を使用せずかつ電極の極間距離あるいは誘電
体と電極、又は誘電体相互の間隔を狭くする場合には短
絡防止のため電気絶縁性のスペーサとして例えば有機高
分子材料で作製した綱状スペーサ等を両極間あるいは前
記誘電体間等に挿入することができる。又隔膜を使用す
る場合には流通する被処理水の移動を妨害しないように
多孔質例えばその開口率が１０％以上９５％以下好まし
くは２０％以上８０％以下のものを使用することが望ま
しく、該隔膜は少なくとも前記被処理水が透過できる程
度の孔径の微細孔を有していなければならない。

本発明の電解槽を被処理水の滅菌や被処理水中のカルキ
臭除去に使用する場合には、被処理水中の微生物あるい
は有効塩素成分を含む被処理水が電圧が印加された炭素
電極に接触すれば充分であり、両極間に電流を流して水
素及び酸素等のガス発生を伴う実質的な電解反応を生起
させることば必須ではなく、むしろ実質的な電解反応が
生しない低い電位を電極表面に印加することが好ましい
。

これは第１に酸素ガス発生により炭素電極の消耗が促進
されるからであり、又第２に実質的な電解反応が生じた
場合に被処理水成分にガス発生に起因する化学的変化を
与えてしまい、これにより複雑な作用が写真処理液等の
被処理液に起こることがあり、一定の処理性能を常に維
持することが難しくなるからである。更に第３に微生物
の滅菌等以外のガス発生反応に無駄な電力を使うことに
なり不経済でだからであり、又それら発生ガスが電極表
面上を覆ってしまい微生物等が電極表面と接触する効率
も低下させ滅菌効率を悪くすることがある。

従って本発明の電解槽を使用して電気化学的処理を行う
場合には、印加電位を陽極電位が実質的な酸素発生を伴
わず、実際に効率良（処理が行われていることを確認す
るために最小限の電流を流し、僅少量のガスを発生させ
ることのできる＋０．２〜＋１．２　Ｖ（ｖｓ、５ＣＥ
）、陰極電位が実質的に水素発生を伴わないＯ〜−−１
．ＯＶ　（ｖｓ、５ＣＥ）となるようにすることが望ま
しく、炭素電極は僅少量の発生酸素ガスによっても消耗
するため前記補助電極を設置してこの消耗を抑制する。

このような電解槽を使用して被処理水の処理を行うと、
多くの場合酸電解槽を１回通過させるのみでつまり一過
性処理（ワンパス処理）で十分被処理水の処理を行うこ
とができ、繰作効率が向上する。

なお、本発明に係わる炭素電極式電解槽では、該電解槽
に漏洩電流が生じ該漏洩電流が電解槽から写真処理液等
の被処理水を通して他の部材例えば写真処理槽に流れ込
み、該写真処理槽中で好ましくない電気化学反応を誘起
したり、写真処理槽の壁面を電気化学的に腐食させ壁面
構成材料を溶出させることがあるため、電解槽内の陽陰
極が相対しない電極背面部及び／又は前記電解槽の出入
口配管内に、前記被処理水より導電性の高い部材をその
一端を接地可能なように設置して前記漏洩電流を遮断す
ることができる。

前述の説明では本発明の電解槽を主として滅菌用及び有
効塩素成分除去用として説明したが、本電解槽の用途は
これらの限定されるものではなく通常の電解反応にも使
用することができる。

次に添付図面に基づいて本発明に係わる炭素電極式電解
槽の好ましい例を説明するが、本発明の電解槽は、これ
らの電解槽に限定されるものではない。

第１図は、本発明に係わる炭素電極式電解槽である固定
床型複極式電解槽の一例を示す概略縦断面図である。

上下にフランジ１を有する円筒形の電解槽本体２の内部
上端近傍及び下端近傍にはそれぞれメ、ンシュ状の給電
用陽極ターミナル３と給電用陰極ターミナル４が設けら
れている。電解槽本体２は、長期間の使用又は再度の使
用にも耐え得る電気絶縁材料で形成することが好ましく
、特に合成樹脂であるポリエピクロルヒドリン、ポリビ
ニルメタクリレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、
ポリ塩化ビニル、ポリ塩化エチレン、フェノール−ホル
ムアルデヒド樹脂等が好ましく使用できる。

正の直流電圧を与える前記陽極ターミナル３は、例えば
炭素材（例えば活性炭、炭、コークス、石炭等）、グラ
ファイト材（例えば炭素繊維、カーボンクロス、グラフ
ァイト等）、炭素複合材（例えば炭素に金属を粉状で混
ぜ焼結したもの等）、活性炭素繊維不織布（例えばＫ　
Ｅ−１０００フエルト、東洋紡株式会社）、又はこれに
白金、白金、パラジウムやニッケルを担持させた材料、
更に寸法安定性電極（白金族酸化物被覆チタン材）、白
金被覆チタン材、ニッケル材、ステンレス材、鉄材等か
ら形成される。又陽極ターミナル３に対向し負の直流電
圧を与える陰極ターミナル４は、例えば白金、ステンレ
ス、チタン、ニッケル、銅、ハステロイ、グラファイト
、炭素材、軟鋼あるいは白金族金属をコーティングした
金属材料等から形成されている。

前記両電極ターミナル３．４間には複数個の図示の例で
は３個のスポンジ状で活性炭、グラファイト、炭素繊維
等の炭素系材料から成る固定床５が積層され、かつ該固
定床５間及び該固定床５と前記両電極ターミナル３．４
間に４枚の多孔質の隔膜あるいはスペーサー６が挟持さ
れ、かつ前記固定床５の前記陰極ターミナル４側つまり
陽分極する側つまり最も激しく酸素ガスが発生する箇所
にチタン等の基材上に白金族金属酸化物を被覆した不溶
性金属材料から成る補助電極７が密着状態で設置されて
いる。

このような構成から成る電解槽に下方から矢印で示すよ
うに例えば写真処理工程の水洗工程からの水洗水を供給
しながら通電を行うと、前記各固定床５が図示の如く下
面が正に上面が負に分極して固定床５内及び固定床５間
に電位が生じ、該電解槽内を流通する水洗水はこの電位
を有する固定床５に接触してその中に含有される黴や細
菌の滅菌等の改質処理が行われて該電解槽の上方から取
り出され、該水洗水は再度水洗工程へ循環供給され再度
水洗水として使用される。そして前記補助電極７の過電
圧が固定床５を形成する炭素系材料の過電圧より低いた
め殆どの酸素ガスが補助電極７から発生し固定床５は殆
ど酸素ガスと接触しなくなるため、前記固定床５の溶解
は効果的に抑制される。

第１図に示した電解槽は、写真処理液の他に、前述のプ
ール水をはじめとする他の被処理水についても同様にし
て使用することができる。

第２図は、本発明に係わる炭素電極式電解槽である固定
床型単極式電解槽の第１の例を示す概略縦断面図である
。

底板中央に被処理水供給口１１を、又天板中央に被処理
水取出口１２をそれぞれ有する円筒状の電解槽本体１３
内の下部には、炭素質材料から形成される短寸円柱形の
多孔質固定床型炭素陰極１４が前記本体工３の内壁と僅
かな間隙を形成するように収容され、該陰極１４の上面
には密着状態で多孔質の補助電極１５が設置され、更に
該補助電極１５の上方には若干の間隔を介して例えばメ
ツシュ状の白金族金属酸化物被覆チタン材から成る陽極
１６が収容されている。

このような構成から成る電解槽本体１３は例えば水道配
管の途中や水道の蛇口に設置され、該本体１３にその被
処理水供給口１１から、次亜塩素酸イオン等の有効塩素
成分を含有する飲料水を供給すると、該飲料水は多孔質
陰極１４の下面に接触し、更に該陰極１４内を透過しそ
の間に十分に次亜塩素酸イオンや塩素イオン等の有効塩
素成分が分解あるいは還元されて塩素イオン番こ変換さ
れカルキ臭が除去された後、前記被処理水取出口１２か
ら槽外へ取り出される。なお本電解槽では液流が上向き
であるため、電解反応によって微量発生する水素ガスや
酸素ガスが容易に液流とともに電解槽外へ排出される。

この場合に飲料水中の次亜塩素酸イオン等は十分に陰極
１３と接触しかつ前記分解又は還元反応は電気化学の法
則に従って進行する。そして前述の通り水電解により陽
極１６で発生する酸素ガスは殆どの場合陰極工３と接触
することはない。しかしこの電解槽では陽陰極を逆転さ
せて通電を行うことがありその場合図示の陰極１３が陽
極として機能して酸素ガスの発生が生ずることがあり、
その場合には前記補助電極１５の過電圧が高いため前記
酸素ガスの殆どが補助電極１５から発生し炭素電極の溶
出が防止される。

第３図は、本発明に係わる炭素電極式電解槽である固定
床型単極式電解槽の第２の例を示す概略縦断面図である
。

上面が開口する円筒箱型の電解槽本体２１の内部中央に
は棒状の陽極２２が設置され、かつ該陽極２２の周囲に
は間隙を介してドーナツ状の炭素系材料から成る陰極２
３が、前記本体２１の内下面とＯリング２４を介して接
触するように収容されている。この陰極２３の前記陽極
２２方向を向く内周面には多孔質の不溶性金属材料等か
ら成る補助電極２５が密着状態で設置されている。前記
本体２１の側面上外端部には螺部２６が形成され、該螺
部２６には周縁部が下向きに折曲された円板状蓋体２７
の前記折曲部内面に形成された螺部が螺合されかつ前記
本体２１の側面上部及び蓋体２７内面間に配設された０
リング２８により密封状態を形成している。前記蓋体２
７の上面中央には被処理水取出口２９が又該蓋体２７の
該取出口２９のやや円周側には被処理水供給口３０が設
置され、該蓋体２７下面と前記陰極２３上面間には０リ
ング３１が配設されている。

このような構成から成る電解槽本体２１にその被処理水
供給口３０から、飲料水等の被処理水を供給すると、該
被処理水は前記陰極２３の周囲から該陰極２３を透過し
て有効塩素成分の分解又は還元あるいは微生物の滅菌等
が行われた後、該ドーナツ状陰極２３の内部に達し、該
空間を上昇して前記被処理水取出口２９から槽外に取り
出される。

この電解槽でも第２図の電解槽と同様に、酸素ガスが発
生する場合でもその殆どが補助電極２５面で発生し、炭
素系材料から成る電極２３から発生しないため該電極２
３の溶出を抑制して長寿命化を図ることができる。

第４図は、本発明に係わる炭素電極式電解槽である固定
床型単極式電解槽の第３の例を示す概略縦断面図である
。

底板中央に被処理水供給口４１を、又天板中央に被処理
水取出口４２をそれぞれ有する円筒状でその内壁面が陽
極としての機能を有する電解槽本体４３内の内部には、
その上面に邪魔板４４が該本体４３の向上面との間に若
干の間隙が形成されるように一体的に設置されかつその
周囲に不溶性金属材料等から成る多孔質の補助電極４５
が密着状態で設置された円柱形の炭素系材料から成る陰
極４６が収容され、該陰極４Ｇにはその下面中央から切
込み４７が切設され該切込み４７は前記邪魔板４４の若
干下方に達している。該陰極４６の下面と前記本体４３
の白下面との間には０リング４８が設置されて被処理水
の該間隙への漏入を防止している。

このような構成から成る電解槽本体４３にその被処理水
供給口４１から、被処理水を供給すると、該飲料水は前
記Ｏリング４８により本体４３内下面と陰極４６下面間
の間隙を透過することが抑止されるため、前記切込み４
７内を上昇した後、前記陰極４６を透過して該陰極４６
の外周面に達し更０こ上昇して前記邪魔板４４の上面の
間隙を通って前記被処理水取出口４２から槽外に取り出
される。

この電解槽でも第２図及び第３図の電解槽と同様に、酸
素ガスが発生ずる場合でもその殆どが補助電極４５面で
発生し、炭素系材料から成る電極４６から発生しないた
め該電極４Ｇの溶出を抑制して長寿命化を図ることがで
きる。

第５図は、本発明に係わる炭素電極式電解槽である固定
床型単極式電解槽の第４の例を示す概略縮断面図である
。

有底円筒形の電解槽本体５１の底板５２中央に穿設され
た通孔５３を通して給電用ポル１−５４が螺合され、該
給電用ボルト５４には前記底板５２上の絶縁体５５を介
して陽極基部５６が螺合され、更に該陽極基部５６の上
周縁部には、メツシュ状円筒形の陽極５７が溶接等によ
り固定されている。前記底板５２には、前記通孔５３の
他に２個の通孔５８が前記通孔５３から等間隔で穿設さ
れ、該通孔５８にはそれぞれ給電用長寸ボルト５９が螺
合されている。前記底板５２上には、前記通孔５３を中
心としかつ前記両通孔５８を通るように短寸ドーナツ状
の絶縁体６０が配置され、該絶縁体６０上には平面形状
が該絶縁体６０と同一である炭素系材料から成る長寸ド
ーナツ状の陰極６Ｉが設置され、該陰極６１は前記絶縁
体６０とともに前記給電用長寸ボルト５９により前記底
板５２に締着され、かつ前記陰極６１の周囲に不溶性金
属材料等から成る多孔質の補助電極６２が密着状態で設
置されている。なおＧ３は電解槽本体５１の側面下部乙
こ横向きに形成された被処理水取出口である。

前記装置本体５１の上周縁部には内向き膨出部６４が形
成され該膨出部６４の上面にはバッキング６５が配置さ
れ、かつ中央上面に被処理水供給口６６が上向きに形成
された円板状の蓋体６７の周縁部と前記膨出部６４とが
ねじ６８により締着されている。前記蓋体６７下面及び
陰極６１上面の対向箇所にはそれぞれ平面視円周形のＶ
字溝６９が刻設され、両Ｖ字溝６９間には０リング７０
が配設されている。

このような構成から成る電解槽本体５１の両極５７．６
１間に通電しながら被処理水供給口６６から飲料水等の
被処理水を供給すると、該被処理水は中央の前記メツシ
ュ状陽極５７を通過した後、前記陰極６１の内周面に達
し、該陰極６１内を透過する際に十分に改質処理が行わ
れて該陰極６１の外周面に達し、前記被処理水取出口６
３から槽外に取り出される。

この電解槽でも同様に炭素系材料から成る電極６１の溶
出が効果的に抑制される。

（実施例） 以下に本発明に係わる炭素電極式電解槽を使用する被処
理水処理の実施例を記載するが、該実施例は本発明を限
定するものではない。

尖施■土 透明な硬質ポリ塩化ビニル樹脂製の高さ５０ｍｎ、内径
５０ｍの第１図に示した電解槽を使用して試験用被処理
水の処理を行った。該電解槽内には、炭素繊維から成る
開孔率６０％で直径４９ａｎ、厚さ１０＋Ｗの固定床３
個を、各固定床の下面に直径４９ｍ、厚さ１閣でチタン
板に白金を被覆して成る補助電極を密着設置した状態で
収容した。この固定床を、開孔率８５％で直径５０ｍｎ
、厚さ１ｍ＋のポリエチレン樹脂製スペーサ４枚で挟み
込んだ。通電開始前の前記４個の固定床の乾燥時の平均
重量は７８．５ｇであった。前記試験用被処理水は水道
水に次亜塩素酸す）　ＩＪウム水溶液を添加して有効塩
素成分濃度が５ｐｐｍとなるように調製した。

被処理水供給量を２．５１／分に、初期電圧値を２０、
ＯＶに、電流値を６０ｍＡにそれぞれ固定し、該電解条
件下で被処理水処理を行い、電圧値の経時変化を測定し
たところ第１表に示す結果が得られた。

通電開始後、６００時間で通電を停止し電解槽を分解し
て４個の固定床を取り出して乾燥後重量を第　　　　１
　　　　表 測定したところ、平均重量は７８．４ｇで殆ど変化はな
かった。又各固定床を肉眼で観察したが変化は見られな
かった。

４比較１目− 補助電極を設置し２なかつたこと以外は実施例１と同様
の操作で試験用被処理水の処理を行った。

該操作における電圧の経時変化を第１表に示す。

又実施例１と同様にして測定した乾燥後の固定床の平均
重量は６２．７ｇで、各固定床の陽分極する面に溶出に
よると思われる凹凸が形成されていた。

実施例１と比較例１との比較により、補助電極を使用す
ると炭素系材料から成る固定床の陽分極側の溶出が抑制
され、長期間に亘って低い電解電圧で安定した操業を行
えることが判る。

１胤［２ 補助電極と多孔質三次元電極（固定床）の接触圧の違い
による導体抵抗の相違を検討した。

試験装置として第６図に示す装置を使用した。

基台７１上に載置されたＮ　５　ｃｍ、横５ｃｍ、厚さ
２ｃｍの多孔質グラファイト板７２（東洋カーボン株式
会社製、Ｇ−５０グラフアイト）の上部に、縦４〔、横
４ｃｍ、厚さＩＩＩＩＩｌｌの補助電極７３（孔の長径
８１、孔の短径ｄｍａ＋、厚さ１１１１ｆｆｌのチタン
製エクスパントメ、シュ）を重ね、更にその上に塩化ビ
ニル製樹脂板７４を介して分ｗＪＩ７４を置き、この分
銅７４を重さを変えることにより、前記グラファイト板
７２と補助電極７３の接触圧を変化させた。

第６図に示すように前記グラファイト板７２と補助電極
７３を整流器７６の正負端子に接続し、定電流０．５Ａ
が流れる際の電圧値を電圧計７７を用いて各々の荷重時
に測定し、第７図のグラフに纏めた。

第７図のグラフからグラファイト板７２と補助電極７３
との接触圧が０．１　ｋｇ／ａｉ未満では接触圧の上昇
ルテニウム従って電圧が減少するが０．１　ｋｇ／ｃｆ
Ｉ以上では電圧に殆ど影響しないことが判った。

１１貫１ 実施例１で使用した電解槽を使用し、設置する補助電極
の開孔率を第２表に示すように変化させ試験用被処理水
として水道水を使用したこと以外は同様の条件で試験用
被処理水の処理を行い、２００時間運転後の固定床の炭
素繊維の消耗、５０ｍＡの電流値を得るための電解電圧
値及び電解槽通過の際の圧力損失をそれぞれ測定した。

その結果を第２表に示した。

第２表から補助電極の開孔率が１０％未満であると圧力
損失が大きくなり、又８０％を越えると炭素繊維の消耗
が生じ始めることが判る。

（発明の効果） 本発明の炭素電極式電解槽は、多孔質三次元炭素電極の
少なくとも一部に該炭素電極より酸素発生反応における
過電圧の小さい材料から成りその第　　　　２　　　　
表 開孔率が８０％以下である補助電極を接触状態で設置し
たことを特徴とする三次元電極式電解槽である（請求項
１）。

飲料水等の被処理水を本発明の電解槽により処理すると
、該被処理水中に含有される微生物や有効塩素成分等が
炭素電極表面に十分接触して滅菌、分解又は還元されて
微生物や有効塩素成分がほぼ完全に除去されて微生物や
有効塩素成分を殆ど含まない被処理水を得ることができ
る。

防黴剤添加や活性炭処理を主とする従来の被処理水処理
と異なり、本発明では電気化学の法則を利用しているた
め、確実に微生物を滅菌しあるいは有効塩素成分を分解
あるいは還元して無味無臭の塩素イオンに変換すること
ができ、しかも電解槽内の部材の消耗が殆ど無く、長期
間に亘って被処理水の処理を継続することができる。

特に本発明では炭素電極を使用し、該炭素質材料から成
る電極は、前述の通り表面積が真人であり有効塩素成分
が接触する機会が非常に大きくなるだけでなく、導体抵
抗が小さく電極の広い範囲で電解反応を生起させるため
のその電解反応の過電圧が大きいという要件を満足する
ため、被処理水の電極内部への浸透を促進し多孔質陰極
の全面で被処理水の処理を行うことを可能にするため他
の材料と比較して処理効率が大幅に向上する。更に該炭
素系材料は毒性が全くなくかつイオンやその水酸化物を
形成しないため飲料水等の体内に摂取される被処理水の
処理用として好ましい。又炭素系材料は安価であり、他
の金属材料棒と異なり電解を停止しても腐食が生じない
ため、経済的にも操作性の面からも有利である。

本発明の電解槽ではこのような特性を有する炭素電極に
密着させであるいは僅少の距離を隔てて前記炭素電極の
過電圧より低い過電圧を有する不溶性金属材料から成る
補助電極を設置しているため、酸素ガス等の発生がある
場合でも前記補助電極上で選択的にガス発生が起こり酸
素ガス等に対する耐消耗性に劣る炭素電極の溶出による
劣化を防止することができ、該炭素電極の有する電解特
性を最大限活かしながらその欠点である耐消耗性を最小
限に抑制したまま被処理水を処理を行うことが可能にな
る。前記炭素電極の溶出を十分に抑制するために前記補
助電極の開孔率は８０％以下とする。又被処理水の円滑
な流通を確保するため該開花率は１０％以上とすること
が望ましい。

前記補助電極は炭素電極に加圧状態で好ましくは０．１
　ｋｇ１０ｆｆ以上で接触圧で密着させると（請求項２
）有効に炭素電極上で前記処理を行うことができる。

前述の通り補助電極は過電圧が炭素電極の過電圧より低
い耐消耗性に優れた材料であり、このような材料として
は例えばチタン等の基材上に白金族金属やその酸化物を
被覆した不溶性金属がある（請求項３）。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係わる炭素電極式電解槽の固定床複
極式電解槽の一例を示す概略縦断面図、第２図、第３図
、第４図及び第５図は、それぞれ本発明に係わる炭素電
極式電解槽の固定床単極式電解槽の第１、第２、第３及
び第４の例を示す概略縦断面図、第６図は実施例２で使
用した測定装置の概略図、第７図は第６図の測定装置で
測定された接触圧と電圧の関係を示すグラフである。 ２・・・電解槽本体　３・・・給電ターミナル４・・・
給電ターミナル　５・・・固定床７・・・補助電極　１
１・・・被処理水供給口１２・・・被処理水取出口　１
３・・・電解槽本体１４・・・炭素陰極　１５・・・補
助電極１６・・・陽極　２１・・・電解槽本体２２・・
・陽極　２３・・・炭素陰極 ２５・・・補助電極　２９・・・被処理水取出口３０．
４１・・・被処理水供給口 ４２・・・被処理水取出口　４３・・・電解槽本体４５
−・−補助電極　４６・・・炭素陰極５１・・・電解槽
本体　５７・・・陽極６１・・・炭素陰極　６２・・・
補助電極６３・・被処理水取出口　６６・・被処理水供
給ロア２・・・グラファイト板　７３・・・補助電極７
５・・・分銅　７６・・・整流器 ７７・・・電圧計 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）多孔質三次元炭素電極を使用する電解槽において
   、該炭素電極の少なくとも一部に接触させて該炭素電極
   より過電圧の低い材料から成りその開孔率が８０％以下
   である補助電極を設置したことを特徴とする三次元電極
   式電解槽。
2. （２）補助電極と炭素電極の接触圧が０．１ｋｇ／ｃｍ
   ＾２以上である請求項１に記載の三次元電極式電解槽。
3. （３）補助電極を構成する材料が不溶性金属電極である
   請求項１又は２に記載の三次元電極式電解槽。