JPH111790A

JPH111790A - 水の電気分解用電極

Info

Publication number: JPH111790A
Application number: JP9149324A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Sano; 洋一佐野
Original assignee: FIRST OCEAN KK
Current assignee: FIRST OCEAN KK
Priority date: 1997-06-06
Filing date: 1997-06-06
Publication date: 1999-01-06

Abstract

(57)【要約】【課題】変形しがたく、且つ広大な面積を有するにも拘
らず狭い空間に設置できる水電気分解用電極を提供す
る。【解決手段】多数の開口部を有するシート状の電極板を
両面に配して積層してなる積層電極（１）に、多数の折
り目（９）を付けて波板状となし、該電極の一方の電極
板を陽極に、他方の電極板を陰極とした水の電気分解用
電極である。この積層電極（１）は、多数の開口部を有
するシート状の非導電性材料の両面に多数の開口部を有
するシート状の電極板を積層してなる積層電極板、或は
シート状の隔膜の両面に、それぞれ、多数の開口部を有
するシート状の非導電性材料と多数の開口部を有するシ
ート状の電極板を順次積層してなる積層電極板である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水及び電解質を含
む水溶液の電気分解用の電極に関し、特に水を電気分解
して、水を滅菌処理したり、酸性及びアルカリ性のイオ
ン水を製造したり、酸素及び水素を生成させたりするの
に好適な水の電気分解用電極に関する。

【０００２】

【従来技術】水及び電解質を含む水溶液を電気分解し
て、水の滅菌処理をしたり、酸性及びアルカリ性のイオ
ン水を製造したり、酸素及び水素を生成したりすること
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、健康飲料水などとしてのアルカリイオン水を製造
すること、あるいは殺菌水などとしての酸性水を製造す
ること、また、水の滅菌処理を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４−２８４３９号
公報、特公平４−５７３９４号公報、特開平−２４６２
６８号公報）。これらの従来の水の電気分解には、陰極
と陽極を間隔を設けて独立に配置し、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】そして、従来、電解質をあまり含まない水
や純度の高い水等の溶液を電気分解しようとする場合に
は、溶液の電気抵抗が高い為に、陰陽両電極の間隔はで
きるだけ狭く配置し、電極を複数枚用いたりする方法で
電極面積を大きくし、更に電圧を高く設定して電気分解
を行っている。また、製造しようとするイオン水の濃度
を高めようとする場合には、複数備えた電極で溶液の電
気分解処理を多段に行う等の対策をとるが、そのため電
気分解装置の構造が大きくなったり、複雑になる問題が
ある。

【０００４】そこで、本発明者は、先に陰電極と陽電極
とを対面させず、各々の電極が外側すなわち互いに背面
を向くように配置し、両電極が対面する側は非導電材料
となし、該非導電材料の間に隔膜を配置させる積層構造
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、イオン及びガスを生成させ、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水電気分解用電極を提案し
た（特開平８−２７６１８４号公報、特願平８−２４６
０１５号）。更に、本発明者は特に水の殺菌処理に適す
るものとして、多数の貫通する孔を有するシ−ト状の非
導電性材料の両面に、多数の貫通する孔を有するシ−ト
状の導電性材料を積層してなり、且つシート状の非導電
性材料とシート状の導電性材料を貫通する孔を存在させ
たことを特徴とする水の電気分解用電極を提案した（特
願平８−２０７１４６）。

【０００５】上記本発明者が上記提案した如き二枚の電
極板を積層した積層電極は、シート状の非導電性材料、
隔膜及び導電性材料を積層させて、陽極と陰極の間膜を
可能な限り狭くすると同時に、電極の面積を広くするこ
とにより、水の如く電気抵抗が高い溶液の電気分解を効
率よく行うことができ有効であるが、シート状であるが
故に容易に曲げやすく、そのため加工し易いという利点
がある反面、使用に際し捩じれたりするなどの欠点があ
る。また、広い面積を有する積層電極を平面の状態で使
用しようとする場合、電極材料であるシート状の隔膜と
非導電性材料と導電性材料との相互の接合を接着剤やビ
ス等で強固に固定しておかないと、積層電極のそれぞれ
シート状材料が相互に剥離して、電極と隔膜の間隔、あ
るいは隔膜と非導電性材料の間隔あるいは非導電材料と
導電性材料との接合部に間隙が生じやすく、ひいては陽
極と陰極の間隔が広がって所定の電気分解効率を得られ
ないという問題点が生じる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の積層
電極について、積層したシート状の材料の全面にわたり
強固な接着剤やビスによる固定をすることなしに、部分
的な接着またはビス等による固定方法を用いるだけで、
長時間にわたり該電極を使用しても、シート状の材料間
に剥離を生ぜず、所定の性能を維持できるようにした水
電気分解用電極を提供することを目的とする。また、併
せて狭い空間に、広大な面積を有する電極を収納できる
水電気分解用電極を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、多数
の開口部を有するシート状の電極板を両面に配して積層
してなる積層電極に、多数の折り目を付けて波板状とな
し、該電極の一方の電極板を陽極に、他方の電極板を陰
極としたことを特徴とする水の電気分解用電極である
〔請求項１〕。更に具体的には本発明は、多数の開口部
を有するシート状の非導電性材料の両面に、多数の開口
部を有するシート状の電極板を積層してなる積層電極
に、多数の折り目を付けて波板状とし、該電極の一方の
電極板を陽極に、他方の電極板を陰極としたことを特徴
とする水の電気分解用電極である〔請求項２〕。また本
発明は、シート状の隔膜の両面に、それぞれ、多数の開
口部を有するシート状の非導電性材料と多数の開口部を
有するシート状の電極板を順次積層してなる積層電極
に、多数の折り目を付けて波板状とし、該電極の一方の
電極板を陽極に、他方の電極板を陰極としたことを特徴
とする水の電気分解用電極である〔請求項３〕。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明における水の電気分解用電
極は、多数の開口部を有するシート状の電極板を両面に
配して積層してなる積層電極の構造をとる。先ず、電気
分解用電極の積層構造について図１及び図２で説明す
る。図１は請求項２記載の水の電気分解用電極（１）の
積層構造を示したものである。この電気分解用電極
（１）はシート状の非導電性材料（２）の両面にシート
状の導電性材料からなる電極板（４）及び（５）を積層
した構造になっている。そして、シート状の非導電性材
料（２）には多数の開口部（３）が穿孔されている。ま
た、シート状の電極板（４）には多数の開口部（６）が
穿孔され、また電極板（５）には多数の開口部（７）が
穿孔されている。そして、上記のシート状の非導電性材
料（２）の開口部（３）とシート状の電極板（４）の開
口部（６）とシート状の電極板（５）の開口部（７）と
は、貫通する孔を存在させるように配置されている。こ
の図１の電気分解用電極では、電気分解時の電子の極間
移動及び電気分解により生成する陰、陽イオンの対極へ
の移動は、電極を貫通する孔に充満する水溶液を通じて
行われる。そして、陰極と陽極の電極間距離は、シート
状非導電性材料及びシート状電極板の厚みの合計値であ
るので、従来の極間距離に比べると極端に狭くする事が
可能となり、電気分解時の水の電気抵抗が高くても電力
効率を高めることが出来る。

【０００９】図２は、請求項３記載の水の電気分解用電
極（１）の積層構造を示したものである。この電気分解
用電極（１）は、図１に示す請求項１記載の発明におけ
るシート状の非導電性材料（２）の替わりに、隔膜
（８）の両面に開口部を有するシート状の非導電性材料
を積層したものを用いたものである。すなわち、請求項
２記載の電気分解用電極（１）は、隔膜（８）を中心と
し、その一方の面にシート状の非導電性材料（２）とシ
ート状の電極板（４）を順次積層し、他方の面にシート
状の非導電性材料（２）とシート状の電極板（５）を順
次積層した構造になっている。そして、隔膜（８）には
開口部は存在しないが、シート状の非導電性材料（２）
には開口部（３）穿孔されており、電極板（４）には開
口部（６）が穿孔され、電極板（５）には開口部（７）
が穿孔されている。そして、孔（２）と孔（６）、及び
孔（２）と孔（７）とはそれぞれ貫通する孔を存在させ
るように配置されている。この図２の電気分解用電極で
は、電気分解反応は対面せずに背面を向いた電極間で起
こり、電気分解時の電子の極間移動及び電気分解により
生成する陰、陽イオンの対極への移動は、電極を貫通す
る孔を経て隔膜を通し行われる。そして、陰極と陽極の
電極間距離は、シート状隔膜、シート状非導電性材料及
びシート状電極板の厚みの合計値であるので、従来の極
間距離に比べると極端に狭くする事が可能となり、電気
分解時の水の電気抵抗が高くても電力効率を高めること
が出来る。

【００１０】図３は、本発明の水の電気分解用電極の一
例を示した斜視図である。すなわち、上記図１又は図２
に示す積層構造の電気分解用電極に折り目を付けて波板
状にした状態を示した斜視図である。１は電気分解用電
極で、図１又は図２に示す積層電極である。（９）は折
り目である。折り目（９）の折り目線は平行であっても
なくてもよい。この折り目は、弯曲した曲線でも、鋭角
に曲がる折り目でも良く、折り目の幅は３ｍｍから５０
ｃｍで、好ましくは、０．５〜３０ｃｍである。折り目
の幅は電極の厚みが薄い場合ほど小さくし、電極が厚く
なると大きくする。すなわち、厚みが２００μｍ程度の
薄い電極の場合には折り目の幅は０．５〜３ｃｍが適当
であり、厚みが３ｍｍの電極では折り目幅は５〜３０ｃ
ｍが適当である。端子を取り付ける部分や容器に固定す
る部分を除いた電極全面にわたって折り目は付けられ
る。そして、このように波板状にした電極の一方の電極
板を陽極に、他方の電極板を陰極として、水の電気分解
に用いる。

【００１１】本発明の水の電気分解用電極は、上記の如
く積層電極に折り目を付け波板状にした点に特徴があ
る。すなわち、本発明の水の電気分解用電極は、図１又
は図２に示すように、多数の開口部を有するシート状の
非導電性材料と多数の開口部を有するシート状の電極板
とを積層したもの、或はシート状の隔膜と多数の開口部
を有するシート状の非導電性材料と多数の開口部を有す
るシート状の電極板とを積層した積層電極であるが、こ
れらの材料は何れも厚みが薄いシート状であるために、
容易に曲がったり捩じれたりし易い。このシート状材料
を積層して作った電気分解用電極に波板状に多数の折り
目を付けることにより、構造的に縦方向に強い強度を持
たせることができる。更に積層させるシート材料の全面
にわたって強固に接着剤等で接着したり、ビスで固定し
なくても、シート状の隔膜、シート状の非導電性材料及
びシート状の電極板の各材料間での剥離や相対的位置ず
れが生じにくくなり、長期間の使用においても電極形状
が変形しにくく、陽極と陰極の極間距離を適切に保つ電
極が得られる。

【００１２】上記のシート状の非導電性材料（２）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、ポリアミド樹脂、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、弗素ゴ
ム等の板であり、またガラス繊維、木綿、合成繊維等の
布やネット等で補強した合成樹脂板でもよいし、更に非
導電性塗料の被覆膜や合成樹脂のフィルムでもよい。こ
の非導電性材料のシートは絶縁の為に設ける層で、厚さ
は１μｍから３ｍｍである。また、シート状の非導電性
材料に多数の開口部を設けるには通常穿孔によって行
う。この孔の直径は１〜２０ｍｍであり、そのピッチ
（間隔）は１．５〜２５ｍｍが好ましい。また、この孔
を開けたシート状の非導電性材料の替わりにネット状の
非導電性材料を用いてもよい。

【００１３】また、上記のシート状の電極板（４）及び
（５）は、導電性材料からなるシート状物であり、アル
ミニウム、銅、鉛、ニッケル、クロム、チタン、ステン
レス、金、白金、酸化鉄、グラファイト、炭素線維等で
あるが、白金属すなわち白金、ルテニウム、ロジウム、
パラジウム、オスミウム、イリジウムが好ましい。ま
た、上記の導電性材料に白金属をメッキしたものも用い
られる。この電極板の厚みは５μｍから５ｍｍ程度であ
るが、通常は２０μｍから１ｍｍである。また、この電
極板に多数の開口部を設けるには通常穿孔によって行
う。この孔の直径は１〜２０ｍｍであり、そのピッチ
（間隔）は１．５〜２５ｍｍが好ましい。また、上記シ
ート状の電極板（４）及び（５）の両方又はどちらか一
方に金属ネットや炭素繊維布を用いてもよい。

【００１４】また、上記のシート状の隔膜（８）は、ポ
リ弗化ビニル系繊維、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、芳香属ポリアミド繊
維、塩素化ポリエチレン、アスベスト、グラスウール、
炭素繊維、繊維状活性炭等の織布や不織布及び紙、セロ
ハン、イオン交換樹脂等である。この隔膜は、電気分解
によつて陽極や陰極で生成するイオンやガスを分離する
目的に主に使用される。したがって、水の滅菌処理の時
には隔膜は存在させなくてもよいが、アルカリ及び酸性
のイオン水の製造、水素ガスや酸素ガスの製造のときに
は、この隔膜を用いる必要がある。隔膜の厚みは１μｍ
〜５ｍｍである。水の滅菌処理等の目的では、隔膜を使
用してもよいが使用しない場合もあり、通常の隔膜より
目開きの大きいネット等を使用することもある。

【００１５】上記波板状にした本発明の電気分解用電極
は種々の態様で用いられる。すなわち、貯水槽内に設置
して電気分解に用いてもよいし、流水中に設置して電気
分解に用いてもよい。電極を取り付ける際は、折り目が
垂直方向になるように取り付ける場合と、折り目が水平
方向になるように取り付ける場合がある。垂直方向に取
り付ける場合には、折り目の方向が電気分解によって生
成するガスが気泡となって上昇する方向と同じなので、
ガスの流れを阻害しない特徴がある。一方、折り目を水
平方向に取付け、水を容器の下から上に流す場合には、
電極の折り目が流れを撹拌する効果を持つ特徴がある。
また波板状に折り目をつけた電極を円筒形にするとパイ
プ形の容器の中に設置するのに好適となる。

【００１６】次に、本発明の電気分解用電極の使用例を
説明する。図４は本発明の電気分解用電極を用いてアル
カリ水及び酸性水を製造する装置の組立て図である。
（１０）は電気分解槽、（１１）は電気分解槽の底部、
（１２）は電気分解槽の上板である。（１）は図３に示
した本発明の波板状に折り曲げた水分解用電極である。
（１３）及び（１４）は水供給管、（１５）及び（１
６）は水排出管である。電気分解槽（１０）は、電気分
解槽の使用目的や使用個所によって任意の大きさに、ま
た直方体、立方体、円筒状など任意の形状にし得るが、
この例では直方体である。この電気分解槽（１０）に波
板状の電極（１）を電気分解槽（１０）が二分され、Ａ
室及びＢ室が形成されるように配置する。すなわち、電
気分解槽（１０）は波板状の電極（１）によってＡ室及
びＢ室に完全に区切られている。

【００１７】そして、Ａ室には原料水を供給する水供給
管（１３）が底部（１１）に設けられ、また電気分解さ
れた水及びガスを排出する水排出管（１５）が上板（１
２）に備えられている。また同じくＢ室にも原料水を供
給する水供給管（１４）が底部（１１）に設けられ、電
気分解された水及びガスを排出する水排出管（１６）が
上板（１２）に備えられている。そして、波板状の電極
（１）の両側の電極板には電源に接続する端子がそれぞ
れ設けられている。（１７）は水の流れを制御し、電極
板との接触をよくするじゃま板であり、合成樹脂板で作
られている。このじゃま板はあってもなくてもよいし、
またこのじゃま（１７）には貫通する孔があいていても
よい。

【００１８】本発明の電気分解装置を用いて電気分解す
るには、水供給管（１３）及び（１４）から原料水を供
給し電気分解槽を水で満たし、端子を通じて電極板に電
流を流す。水供給は連続的に行われる。そして、供給さ
れた水は波板状の電極板にぶつかり、接触しながら電気
分解される。このとき電気分解槽の壁に沿って流れる水
を防ぐため、じゃま板（１７）を設けておくのが好まし
い。じゃま板（１７）は電気分解槽の壁から突出させる
のが好ましい。水は電気分解されながら移動し、連続的
に水排出管（１５）及び（１６）から排出される。例え
ば、Ａ室側の電極を陰極にし、Ｂ室側の電極を陽極にし
て電流を流すと、Ｂ室の水排出管（１６）からはアルカ
リイオン水と水素ガスが排出され、Ａ室の水排出管（１
５）からは酸性イオン水と酸素ガスが排出される。斯く
して、アルカリイオン水と酸性イオン水とを効率よく得
ることができる。

【００１９】上記の例では、電気分解槽が縦型であっ
て、原料水を下から供給し、水を上昇させながら電気分
解する例であるが、電気分解槽を横型にして水を横方向
に移動させながら電気分解してもよい。また、波板状の
電極は、電極が水の流れを遮る状態になるように配置す
るのが好ましい。また、水供給管や水排出管は電気分解
槽の底部や蓋部でなく、電気分解槽の側壁に設けてもよ
い。また、これらの装置のアルカリ水排出口に活性炭処
理装置を付ければ、活性炭によって不純物を取り除いた
分さらにおいしい水を得ることができ、しかも活性炭に
繁殖しがちなバクテリアや細菌の滅菌もできる。また、
本発明の電極は小型軽量である特徴を生かして、水道の
蛇口に取り付ける形式のアルカリイオン水製造装置にす
ることがで、更に飲料水、冷却用水、風呂水、農業用水
など滅菌装置に利用してもよい。

【００２０】

【実施例】

実施例１非導電性材料として孔径４．５ｍｍの孔をピッチ６ｍｍ
の間隔で全面に設けた厚さ２００μｍのポリエチレンシ
ートの両面に、孔径４．５ｍｍの孔をピッチ６ｍｍの間
隔で全面に設けた厚さ２０μｍのチタン板に厚さ０．５
μｍの白金メッキを施したシート状導電性材料（電極
板）を、図１に示す如く配置し積層した。このとき、ポ
リエチレンシートの孔とシート状導電性材料の孔とが一
致するようにした。この幅１１．５ｃｍ、長さ２９ｃｍ
の積層した電極に横方向に幅１．６ｃｍの平行する、図
３に示す如き折り目を１６本付けた。さらに導電性材料
の一方に（＋）の端子を接続し、もう一方に（−）の端
子を接続した。該電極を８リットルの水道水を満たした
容器の中に設置し、１０ボルトの直流電圧を負荷した。
２．８アンペアの電流が流れ、水の電器分解を行うこと
が出来た。これにより、わずか３３０ｃｍ²のシート状
電極は、水道水のように電気抵抗の大きな水において
も、１０ボルトという低電圧でも容易に約３アンペアの
比較的大きな電流を流すことができることが証明され、
各種の水の滅菌処理が可能となった。また、多数の折り
目が付いたことにより、長時間の形状安定性が高まった
ばかりでなく、配管や容器の隙間などの狭い空間に電気
分解用電極の設置が容易になった。

【００２１】実施例２骨材にポリエステル不織布を使用し塩素化ポリエチレン
をコーティングして作った厚さ０．１７ｍｍのシート状
隔膜を作った。孔径４．５ｍｍの孔をピッチ６ｍｍの間
隔で全面に設けた厚さ０．２ｍｍのチタン板に厚さ０．
５μｍの白金メッキを施したシート状導電性材料（電極
板）の片面にエポキシ樹脂（非導電性材料）を塗布し
た。上記シート状隔膜の両側に、エポキシ塗布面を隔膜
側にして電極板を積層して図２に示すごとき水電気分解
用電極を作成した。この幅１５ｃｍ、長さ３１ｃｍの電
極に横方向に幅２．５ｃｍの平行する、図３に示す如き
折り目を１２本付けた。更に導電性材料の一方に（＋）
の端子を接続し、もう一方に（−）の端子を接続した。
上記の波板状の電極を用いて図４に示す如き電気分解装
置を組み立てた。６ボルトの直流電圧を負荷し、８アン
ペアの電流を流した状態で、濃度が０．０３％の食塩水
を流量１２０リットル／時で電気分解したところ、陽極
側からは、ＰＨが２．７の酸性水６０リットル／時と
１．６リットル／時の酸素ガスが得られ、陰極側から
は、ＰＨが１１．３のアルカリ水６０リットル／時と水
素ガス３．２リットル／時が得られた。

【００２２】

【発明の効果】本発明の水電気分解用電極は、上記した
シート状材料を積層した電極を波板状に折り曲げて用い
たので、軽量、構造が簡単、小型でしかも低電圧で効率
良く水を電気分解するので、酸性及びアルカリ性のイオ
ン水の製造、酸素や水素ガスの製造あるいは電気分解に
よる水の滅菌処理に適した装置の開発に好適である。さ
らに、本発明の電極は構造が複雑にならずに、容易に電
極面積を大きく広げることが出来るので、電気抵抗が水
道水にくらべて二桁ないし三桁大きい純水や超純水の電
気分解装置にも好適である。また、本発明の電極は小型
軽量である特徴を生かして、水道の蛇口に取り付ける形
式のアルカリイオン水製造装置や水の滅菌装置の作成が
容易である。また、本装置の出口に活性炭処理装置を付
ければ、活性炭によって不純物を取り除いた分さらにお
いしい水を得ることができ、しかも活性炭に繁殖しがち
なバクテリアや細菌の滅菌もできる。本発明の水電気分
解用電極は、上記したシート状材料を積層した電極に波
板状に多数の折り目を付けたので、構造的に縦方向に強
い強度を持たせることができ、更に積層させるシート材
料の全面にわたって強固に接着剤等で接着したり、ビス
で固定しなくても、シート状の隔膜、シート状の非導電
性材料及びシート状の電極板の各材料間での剥離や相対
的位置ずれが生じにくくなり、長期間の使用においても
電極形状が変形しにくく、陽極と陰極の極間距離を適切
に保つ電極が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水の電気分解用電極の一例の部分展開
斜視図である。

【図２】本発明の水の電気分解用電極の一例の部分展開
斜視図である。

【図３】本発明の水の電気分解用電極の一例の斜視図で
ある。

【図４】本発明の電気分解用電極を使用した水電気分解
装置の概略図

【符号の説明】

１電極２非導電性材料３、６、７孔４、５導電性材料（電極板）８隔膜９折り目１０電解槽１３、１４水供給管１５、１６水排出管、１７じゃま板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多数の開口部を有するシート状の電極板を
両面に配して積層してなる積層電極に、多数の折り目を
付けて波板状となし、該電極の一方の電極板を陽極に、
他方の電極板を陰極としたことを特徴とする水の電気分
解用電極。
【請求項２】多数の開口部を有するシート状の非導電性
材料の両面に、多数の開口部を有するシート状の電極板
を積層してなる積層電極に、多数の折り目を付けて波板
状とし、該電極の一方の電極板を陽極に、他方の電極板
を陰極としたことを特徴とする水の電気分解用電極。
【請求項３】シート状の隔膜の両面に、それぞれ、多数
の開口部を有するシート状の非導電性材料と多数の開口
部を有するシート状の電極板を順次積層してなる積層電
極に、多数の折り目を付けて波板状とし、該電極の一方
の電極板を陽極に、他方の電極板を陰極としたことを特
徴とする水の電気分解用電極。