JPH08276184A

JPH08276184A - 水の電気分解用電極

Info

Publication number: JPH08276184A
Application number: JP8010737A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Sano; 洋一佐野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-01-30
Filing date: 1996-01-25
Publication date: 1996-10-22

Abstract

(57)【要約】【目的】水の電気分解の際に生成するイオンを含む溶液
の拡散とガスの放散を容易にし、該イオンの生成効率を
高め、酸性およびアルカリ性のイオン水を効率的に製造
することができ、且つ電極および隔膜の保持構造を簡素
化した水電気分解用電極を提供する。【構成】表側は金属性等の導電性材料からなる面
（１）、裏側はプラスチック等の非導電性材料からなる
面（２）であり、且つ多数の貫通する孔（３）を有する
電極板（５）の２枚を、それぞれの電極板の非導電性材
料面（２）が向い合わせになるように配置し、その中間
に隔膜（４）を配置した水電気分解用電極である。該水
電気分解用電極を、電解槽中に該電解槽を二分するごと
く設置し、一方の電極板を陽極、他方の電極板を陰極に
して電圧を印加して電気分解を起こさせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水および電解質を含む
水溶液の電気分解用の電極に関し、特に酸性イオン水及
びアルカリイオン水の製造に好適な水の電気分解用電極
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】水の電気分解によって酸性イオン水およ
びアルカリイオン水が生成することは従来から知られて
いる。そして、近年この現象を利用して、健康用飲料水
などとしてのアルカリイオン水を製造すること、或いは
殺菌水などとしての酸性イオン水を製造することに関し
て種々の方法、装置が提案されている（特公平４−２８
４３９号公報、特公平４−５７３９４号公報、特開平６
−４７３７６号公報、特開平６−５５１７３号公報、特
開平６−２４６２６８号公報）。これらの従来の水の電
気分解には、電解槽中に陰極と陽極とを一定の間隔を置
いて対面させて配置し、この陰極と陽極の中間に隔膜を
配置した電気分解装置が用いられていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記構成の従来の電気
分解装置を用いて水の電気分解を行うに当たり、電気分
解の反応効率を高めるには、陰極と陽極の間隔をできる
だけ狭く配置するのが有効である。ところで、電気分解
は隔膜を挟んで対向する陰陽両電極面で起こるので、酸
性イオンおよびアルカリ性イオンを含む溶液やガスは、
隔膜と各電極との狭い間隙に生成する。対象とする水お
よび電解質を含む水溶液が効率的に電気分解されるため
には、生成したイオンを含む溶液を適当に拡散させる必
要があるし、発生したガスを放散させる必要がある。従
って、両電極と隔膜は上記の必要条件を満足させなが
ら、狭い間隔に適切に保持する必要があり、そのため該
電気分解装置は構造が複雑になるという問題点があっ
た。本発明は、上記の事情に鑑みなされたもので、電気
分解によって生成するイオンを含む溶液の拡散とガスの
放散を容易にならしめた上で、可能な限り両電極間の距
離を狭めることによって電気分解効率を高め、更には電
解槽中に電極や隔膜を保持させる構造を簡素化した水電
気分解用電極を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の目的
を達成させるべく水の電気分解用電極の構成について種
々究明した結果、従来とは全く異なり、対面する陰極及
び陽極の電極間で電気分解を起こさず、陰極及び陽極を
お互いに外側に向けて電気分解を起こさせるようにする
ことによって、従来の問題点を解消し得ることを見出
し、本発明を完成した。

【０００５】すなわち、本発明は、表側は金属性等の導
電性材料からなる面（１）、裏側はプラスチック等の非
導電性材料からなる面（２）であり、且つ多数の貫通す
る孔（３）を有する電極板（５）の２枚を、それぞれの
非導電性材料面（２）が向い合わせになるように配置
し、その中間に隔膜（４）を配置してなることを特徴と
する水電気分解用電極である。

【０００６】本発明について更に詳しく説明する。水ま
たは電解質を含む水溶液の中に設置された陰、陽の電極
に電圧が印加されると、電極面で電離した水または電解
質との間で電子の移動が起こる。陽極側では酸素ガスや
電解質として例えば塩化ナトリウムを使用している場合
には塩素ガスが発生すると同時に溶液中には水素イオ
ン、ヒドロニウムイオン等が生成し溶液は酸性を呈す
る。陰極では水素ガスが発生すると共に水酸化物イオン
が生成し溶液はアルカリ性を呈する。陰極から溶液に移
動した電子は溶液中を移動して陽極に達する。即ち、陽
極から陰極へ電気が流れることになる。

【０００７】イオンおよびガスの生成反応は、陽極およ
び陰極の電極面およびその近傍で行われるので、イオン
濃度は各々の電極面に近い程濃度が高く、従って遠い程
低くなって濃度差が生じる。一般的に言われていること
によれば、電極付近に生じたイオン等の生成物質は、濃
度勾配、電位勾配および溶液の対流等が駆動力になって
移動したり拡散するが、陰極用電極と陽極用電極の中間
に配置した隔膜は、陽極および陰極で生成した両溶液の
混合を阻止する役割を担っている。

【０００８】従来の方法の如き陰極と陽極とが対面する
電極を用い、中間に隔膜を配置した場合には、陰極およ
び陽極の当該隔膜側の電極面で活発に電気分解が起こ
り、各々の電極でイオンおよびガスが生成する。該ガス
は電極と隔膜の間に存在する溶液中を気泡となって放散
し、陰イオンおよび陽イオンは濃度勾配、電位勾配およ
び対流等の作用で拡散する。この時隔膜により両溶液の
混合は阻止されるが、電位勾配が存在するので溶液中に
存在するイオンは電気泳動しながら隔膜を通過して対極
側に移動する。この物理現象は、例えば塩化ナトリウム
の電気分解によってカセイソーダを製造する場合等に応
用されていて、陽極で生成したナトリウムイオンが陰極
に移動することにより水酸化ナトリウムの生成を可能と
する。

【０００９】しかし、本発明の目的である、酸性及びア
ルカリ性のイオン水を製造する場合には、生成した陰イ
オンおよび陽イオンが、各々の生成した極側の溶液中で
濃度を高める必要があり、そのため溶液中に存在するイ
オンが反対極側に移動する現象は好ましくないことであ
る。そこで、本発明では、陰電極と陽電極とを対面させ
ず、各々の電極が外側すなわち互いに背面を向くように
し、そして対面する側は非導電材料となし、その中間に
隔膜を配置させる構成にすることによって、電気分解反
応を背面の電極面で起こさせ、イオンおよびガスを生成
させ、溶液中に存在するイオンが反対極側に移動するの
を抑制し、溶液中のイオン濃度を高め得るようにしたも
のである。

【００１０】本発明の水電気分解用電極の一例を示す図
面に従って説明する。図１は本発明の水の電気分解用電
極の斜視図であり、図２はそのＡ−Ａ断面図である。
（１）は金属等の導電性材料から成る面で、材料として
は銅、鉛、ニッケル、クロム、チタン、金、白金、酸化
鉄、グラファイト等であるが、白金が好ましい。金属等
の板を使用する場合には、５〜１００ミクロンの板を使
用するのが適当であるが、０．１〜５ミリメートル程度
のチタン等の金属板に白金等をメッキしたものを使用し
てもよい。（２）はプラスチック等の非導電性材料から
成る面で、材料としてはポリエチレン樹脂、ポリプロピ
レン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエチレンテレフタレ
ート樹脂、塩化ビニール樹脂、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹
脂、エポキシ樹脂、ポリ弗化ビニル樹脂、セラミック
ス、天然ゴム、ＳＢＲ、シリコンゴム、クロロプレンゴ
ム等の板が用いられる。また、ガラス繊維、木綿、合成
繊維等の布やネット等で強化した合成樹脂板でもよい
し、更に非導電性塗料の塗布膜や合成樹脂のフィルムで
あってもよい。上記（１）と（２）とはその中間に溶液
が入らないように密着積層させて電極板（５）とする。

【００１１】上記の電極板（５）に貫通する多数の孔
（３）を穿孔する。この孔（３）の大きさは１個当りの
面積が１〜５００平方ミリメートル、好ましくは２〜３
００平方ミリメートルであり、この孔（３）は電気分解
に寄与する電極面全体に配置する。孔全体の合計面積の
電極全面に対する割合（開口率）は１０〜９０％であ
り、好ましくは３０〜７０％が適当である。この孔の大
きさ、開口率は、電気分解の電力効率に影響する。

【００１２】上記構成の電極板（５）の２枚を、それぞ
れの非導電性の面（２）が向かい合うように配置し、そ
の間に隔膜（４）を配置する。そして、各電極板（５）
と隔膜（４）とを密着させて一体化して、各電極板
（５）に接続する陰、陽電極用の接点（５’）、
（５’）を設けた非導電性材料の固定用の枠（６）に取
り付けて、本発明の水電気分解用電極となす。隔膜
（４）の材質は、通常使用されているアスベスト、グラ
スウール、ポリ塩化ビニル繊維、ポリ塩化ビニリデン繊
維、ポリエステル繊維、芳香族ポリアミド繊維等の不織
布、素焼きの陶器、紙、イオン交換樹脂膜等である。上
記の例では、各電極板（５）と隔膜（４）とを密着一体
化したが、これらの配置方法としては、それぞれを独立
に配置してもよい。すなわち、電極板（５）の非導電性
の面（２）と隔膜（４）との間に溶液が存在できるよう
に、非導電性材料で構成したスペーサーを挿入して一体
化して、非導電性材料の固定用の枠（６）に取り付けて
もよい。

【００１３】図３は、本発明の水電気分解用電極を使用
して、水または電解質を含む水溶液を電気分解する装置
の斜視図である。（７）は水電気分解用電極であり、
（８）は電解槽である。電解層（８）の略中央に、水電
気分解用電極（７）を設置する。この時、水電気分解用
電極（７）で電解槽（８）中の水溶液が完全に分離さ
れ、両側の水溶液が混合されないような構成にする。電
解層（８）に水または電解質を含む水溶液を満たす。次
いで、水電気分解用電極（７）の片方の電極板（５）を
陰極となし、他方の電極板（５）を陽極となし、それぞ
れの接点（５’）、（５’）に通電して電圧を印加して
電気分解を行う。また、上記の例では電解槽に、水電気
分解用電極（７）を一個のみ設置したが、２個以上設置
してもよい。このように複数個設置する場合には、同じ
極同士が向い合うように、例えば陽極と陽極が向い合う
ように設置する。

【００１４】

【作用】本発明は、上述の如く、陰極と陽極とは対面せ
ず、各々が外側すなわち背面を向き、対面する側は非導
電材料であり、その中間に隔膜を配置させた構成にした
ために、電気分解反応は背面の電極面で起きてイオンお
よびガスを生成する。この時、電流は各々の電極板に設
けられた貫通する孔と隔膜を通じて各々の背面の電極面
との間を流れる為に、電位勾配は孔と隔膜の間に存在す
る溶液中にだけ存在し、それぞれの背面電極側の溶液中
には存在しない。したがって、それぞれの電極で生成し
た陰イオン、陽イオンは濃度勾配及び対流により電極よ
り遠ざかる方向に移動するが、電位勾配により対極する
電極へ引かれて移動する力が弱いので、陰イオン及び陽
イオンが混合しにくい。すなわち、生成したイオンは濃
度勾配や対流で当該電極から遠ざかる方向に拡散し、一
部電極板の孔の部分に存在するイオンだけが電位勾配に
より対極に移動する。そのため、溶液中に存在するイオ
ンの対極側への移動現象が減少し、生成した陰イオンお
よび陽イオンが各々の生成した極側の溶液中で濃度を高
められ、効率良く酸性及びアルカリ性のイオン水を製造
することができる。また、ガスは隔膜とは反対側の解放
された溶液側で放散される。

【００１５】電気分解時に、電気は陽極と陰極の間に存
在する電解質を含む水溶液中を移動するが、この両電極
間距離及び隔膜が電気分解時の電気抵抗の因子となる。
電気分解に於ける電力効率を高めるためには、電気抵抗
を減らすべく、陰、陽両極間距離を狭くするのが望まし
いが、従来の陰極と陽極が向かい合った対面電極の場合
には、両電極の間に存在する溶液の移動やガスの放散を
考慮する必要があるので一定の限度がある。陰極と陽極
が外側を向き背中合わせになった本発明の背面電極の場
合には、両電極間には絶縁材と隔膜を存在させるだけで
よく、溶液の移動やガスの放散を考慮する必要は無い。
そのため、極間距離は使用する電極や絶縁材料および隔
膜の厚みの合計値まで減少させ得、もって電気分解にお
ける電力効率を高めることができる。

【００１６】実施例１．一方の面に白金メッキを施した
厚さ１ｍｍのチタン板の反対面に非導電性の厚さ０．２
のポリエチレンフィルムを積層し、この積層物に直径５
ｍｍの孔をピッチが７．７ｍｍになるように均等に穿孔
して電極板を作った。この開口率は３３％であった。上
記の電極板２枚を、ポリエチレンフィルム面が相対する
ように配置し、その間に厚さ０．１７ｍｍのユミクロン
メンブランスフィルター（湯浅電池性ＭＦ−６０Ｂ）隔
膜を配置し、三者を密着させ、その上部非導電性型枠で
固定して電極を作成した。この電極の縦横各１００ｍｍ
のサイズのものを容量１リットルの電解層の略中央に設
置した。この電極で電解槽中の水溶液が完全に分離され
混合されないような構成にした。この電解槽中に、電解
質を含む水溶液として０．０３重量％の塩化ナトリウム
水溶液を満たした。次いで、上記電極の一方の電極板を
陽極、他方の電極板を陰極とし、約１３Ｖの低電圧にて
直流電流を流した。そして、陽極側の水溶液と陰極側の
水溶液のｐＨ及び酸化還元電位（ＯＲＰ）の経時的変化
を測定した。その結果を表１に示す。また、陽極側の液
のｐＨが２．７に到達するまでの電力効率を測定したと
ころ、５．１ワット・時／リットルであった。

【００１７】

【表１】

【００１８】実施例２．電極板に穿孔する孔の直径を７
ｍｍ、配列のピッチを１０ｍｍとした以外は実施例１と
全く同じ形状及び条件にて電気分解を行った。この場合
の開口率は４４％であった。陽極側の水溶液と陰極側の
水溶液のｐＨ及び酸化還元電位（ＯＲＰ）の経時的変化
を測定した結果を表２に示す。また、ｐＨが２．７に到
達するまでの電力効率は３．４ワット・時／リットルで
あった。

【００１９】

【表２】

【００２０】実施例３．実施例２で用いたと同じ構成
で、その大きさを縦３６０ｍｍ、横５００ｍｍとした電
極を使用した。この電極を、容量１００リットルの電解
層の略中央に、電解槽中の水溶液が完全に分離され混合
されないように配置した。電解槽に０．０３％塩化ナト
リウム水溶液を入れ電気分解を行った。この時の電流を
約１５Ｖに維持した。陽極側の水溶液と陰極側の水溶液
のｐＨ及び酸化還元電位（ＯＲＰ）の経時的変化を測定
した。その結果を表３に示す。また、ｐＨが２．７に到
達するまでの電力効率は４．４ワット・時／リットルで
あった。

【００２１】

【表３】

【００２２】ｐＨ２．７以下のレベルでの酸性イオン水
は良好な殺菌力を有する。通常の電解方法によれば、こ
のレベルに達するための電力効率は条件によって変動は
あるが、通常８〜１０ワット・時／リットル程度であ
る。本発明の電極を用いた場合は、実施例１では５．１
ワット・時／リットル、実施例２では３．４ワット・時
／リットル、実施例３では４．４ワット・時／リットル
であり、電力効率がすぐれていることがわかる。

【００２３】

【発明の効果】本発明の水電気分解用電極を用いて水ま
たは電解質を含む水溶液を電気分解すると、該電極の
陰、陽両電極間の距離を電極板および隔膜の厚みの合計
値まで減少させ得るので、電気分解における電力効率を
高めることができる。また電極と隔膜の間でイオンおよ
びガスの生成が無いので溶液の拡散やガスの排出が容易
であり、ガスが電極と隔膜の中間や隔膜の内部に留まり
ることによる電気抵抗の増加が原因で生じる電流不安定
要因が少なくなる。また、本発明の水電気分解用電極を
用い場合、それぞれの電極で生成した陰イオン、陽イオ
ンは濃度勾配及び対流により電極より遠ざかる方向に移
動するが、電位勾配により対極する電極へ引かれて移動
する力が弱いので、陰イオン及び陽イオンが混合しにく
く、目的とするイオンの濃縮度を高めることができる、
効率良く酸性イオン水、アルカリイオン水を製造するこ
とができる。更に、従来の方法では、陰、陽の電極板と
隔膜をそれぞれを独立に保持する必要があったものを、
本発明の場合には電極と隔膜を直接、またはスペーサー
を挿入して、密着し一体化した構造物にし易いので、電
気分解に供する容器等に保持する為の構造を単純化出来
るし、電極の形状設計上の自由度が広がり、平板だけで
なく曲面や球面や角面を持つ電極の製作が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水電気分解用電極の一例を示す斜視
図。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図。

【図３】本発明の水電気分解用電極を設置した電解装置
の斜視図。

【符号の説明】

１導電性材料から成る面２非導電性材料から
成る面３孔４隔膜５電極板５’
陰、陽電極用の接点６固定用の枠７電極８電解槽

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表側は金属等の導電性材料からなる面
（１）、裏側はプラスチック等の非導電性材料からなる
面（２）であり、且つ多数の貫通する孔（３）を有する
電極板（５）の２枚を、それぞれの非導電性材料面
（２）が向い合わせになるように配置し、その中間に隔
膜（４）を配置してなることを特徴とする水電気分解用
電極。