這里敘述的實施方式涉及電解水生成裝置、電極單元。

背景技術(shù)：

近年來，已知有通過電解生成次氯酸水、堿離子水等電解水的電解水生成裝置。作為這樣的電解水生成裝置，提出了使電解液(電解質(zhì)液)以及水流入1隔膜2室型的電解槽、2隔膜3室型的電解槽而生成電解水的流水式的電解水生成裝置。在流水式的電解水生成裝置中，為了使生成水進(jìn)入陽極室或陰極室而流動，需要配管和泵。由此，裝置整體的構(gòu)成變得復(fù)雜，另外，容易因流水壓力產(chǎn)生特性變動。

作為不具有供排水的配管的、較簡單的構(gòu)造的電解水生成裝置，提出了如下一種靜水式(分批(batch)式)的電解水生成裝置：將具有陽極以及陰極并填充有電解液的電極單元放入收容有水的罐等容器內(nèi)，利用電極單元對該容器內(nèi)的水進(jìn)行電解而向電解水轉(zhuǎn)變。

然而，在這樣的靜水式的電解水生成裝置中，在生成所希望的電解水之前，有時電極單元內(nèi)的電解液用盡，反而在生成電解水之后不必要地消耗電力。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本專利第3500173號公報

專利文獻(xiàn)2：日本專利第3551288號公報

專利文獻(xiàn)3：日本專利第4024278號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

實用新型要解決的課題

本實施方式所要解決的課題在于，提供一種能夠穩(wěn)定地生成電解水的 簡易構(gòu)造的電解水生成裝置、電極單元。

用于解決課題的手段

根據(jù)實施方式，電解水生成裝置具備電極單元，該電極單元具有填充電解液的電解液室、將上述電解液室分隔的隔膜、以及設(shè)于上述隔膜的兩側(cè)并相互對置的一對電極，該電解水生成裝置利用上述電極單元將容器內(nèi)的水生成為電解水。上述電解液室的容量形成為上述容器內(nèi)的水的容量的1/100以下。

附圖說明

圖1是表示第1實施方式的電解水生成裝置的概略構(gòu)成的剖面圖。

圖2是表示第1實施方式的電解水生成裝置中的電解經(jīng)過時間與生成水的有效氯濃度以及電解電壓的關(guān)系的圖。

圖3是表示電解液濃度與電解電壓的關(guān)系的圖。

圖4是表示電解液濃度與電解電壓的關(guān)系的圖。

圖5是表示電解液濃度與生成效率的關(guān)系的圖。

圖6是表示電解液濃度與生成效率的關(guān)系的圖。

圖7是表示第2實施方式的電解水生成裝置的概略的構(gòu)成的剖面圖。

具體實施方式

以下，一邊參照附圖，一邊對各種實施方式進(jìn)行說明。此外，對實施方式中共同的構(gòu)成賦予相同的附圖標(biāo)記，并省略重復(fù)的說明。另外，各附圖是用于促進(jìn)實施方式的說明和其理解的示意圖，其形狀、尺寸、比例等存在與實際的裝置不同之處，但它們能夠參考以下的說明與公知的技術(shù)而適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行設(shè)計變更。

(第1實施方式)

圖1是概略地表示第1實施方式的電解水生成裝置的剖面圖。在本實施方式中，電解水生成裝置10構(gòu)成為生成次氯酸水的靜水式或分批式的電解水生成裝置。電解水生成裝置10具備：投入到收容有水等液體的現(xiàn)有的罐(或容器)12中的電極單元20、以及向電極單元20的電極供給電解電力的供電部30。供電部30與未圖示的直流電源連接。此外，供電部30也 可以由供給恒壓的電池等構(gòu)成。

電極單元20具備：大致矩形箱狀的殼體26，其具有電解液室22以及陰極室24；第1隔膜28a，其以將向殼體26的一側(cè)面開口的電解液室22的開口封堵的方式配置，并將電解液室22與外部(這里是罐12內(nèi)部)分隔；以及第2隔膜28b，其在殼體26內(nèi)與第1隔膜28a對置而配置，并將電解液室22與陰極室24分隔。作為第1隔膜28a以及第2隔膜28b，使用了含有化學(xué)耐性優(yōu)異的聚偏氟乙烯(PolyVinylidene DiFuoride：PVDF)與氧化鈦的多孔質(zhì)隔膜。

電極單元20還具備與第1隔膜28a的罐側(cè)(外側(cè))鄰接并對置設(shè)置的陽極14、以及在陰極室24內(nèi)與第2隔膜28b鄰接并對置設(shè)置的陰極16。陽極14以及陰極16將第1以及第2隔膜28a、28b、和電解液室22夾在中間而相互對置。陽極14以及陰極16經(jīng)由布線而電連接于供電部30。

在本實施方式中，電極單元20具備：氣體排放(gas vent)管32，其連接于陰極室24的上部，并用于將在陰極室24產(chǎn)生的氣體排出；多個攪拌板34，其設(shè)于陽極14的外側(cè)；以及注入管36，其從電解液室22向上方延伸。通過注入管36，能夠向電解液室22注入電解液(電解質(zhì)液)。但是，注入管36是為了使電解液向電解液室22的填充簡便而設(shè)置的，并非必須需要，也能夠省略。例如，也可以采用在殼體26設(shè)置注入口，在從該注入口向電解液室填充電解液之后，利用塞子封閉注入口的構(gòu)成。

在如上述那樣構(gòu)成的電極單元20的電解液室22中，作為含有氯化物的電解液，預(yù)先填充例如飽和食鹽水，在陰極室24中，預(yù)先填充有水。將飽和食鹽水以與電解液室22的容量相同的量填充于電解液室22，將電解液室22填滿。這里，在罐12的容量、這里是收容于罐12的水(靜水)的容量為100L的情況下，電解液室22的容量為罐12的容量的1/100以下，例如形成為100mL，陰極室24的容量形成為200mL。在生成電解水時，電極單元20被浸漬在罐12的水中，殼體26配置于水面的下方。氣體排放管32以及注入管36的上端部貫通罐12的上部開口而向罐12的外部延伸。

在如上述那樣將電極單元20浸漬在罐12的水中的狀態(tài)下，從供電部30向陽極14以及陰極16以200分鐘左右通入1.8A的電流，由此能夠?qū)⒐?2的水生成為50ppm左右的幾乎不含有鹽分的次氯酸水。具體而言，從電 解液室22經(jīng)由第1隔膜28a擴(kuò)散到陽極14的氯離子在陽極14被奪走電子而成為氯氣，擴(kuò)散到罐12的水內(nèi)。然后，該氯氣與水反應(yīng)，產(chǎn)生次氯酸與鹽酸。此時，攪拌板34防止在陽極14產(chǎn)生的次氯酸與鹽酸和氣泡(主要是氧氣)一起向正上方以高濃度上升，并向水平方向進(jìn)行攪拌。由此，能夠?qū)⒐?2內(nèi)的水轉(zhuǎn)變?yōu)榇温人崴ｋ姌O單元20僅向電解液室22填充一次飽和食鹽水，就能夠無需替換地將罐12的水轉(zhuǎn)變?yōu)殡娊馑?/p>

在生成次氯酸水的同時，在陰極室24中，水被陰極16分解而產(chǎn)生氫氣與氫氧離子，與經(jīng)由第2隔膜28b從電解液室22向陰極16擴(kuò)散的鈉離子一起產(chǎn)生氫氧化鈉水。產(chǎn)生的氫氣經(jīng)由氣體排放管32向罐12之外排出。

在這樣構(gòu)成的電解水生成裝置中，如上述那樣，電解液室22的容量為100mL，被設(shè)定為罐12的容量(100L)的1/1000。生成有效氯濃度為50ppm的次氯酸水100L所需的鹽量在生成效率為90％(10％是在氧氣生成中被不必要地消耗)時為12g多，若成為飽和食鹽水則為將近50mL。填充于容量100mL的電解液室22的飽和食鹽水也為100mL，在將罐12的100L的水轉(zhuǎn)變?yōu)?0ppm左右的次氯酸水的情況下，將會消耗100mL的飽和鹽水中所含的鹽分的大約一半。由此，飽和食鹽水的初始的飽和濃度26％降低為13％左右。這種飽和濃度的降低會引起后述的電解電壓的上升，通過對其進(jìn)行檢測而使電解停止，生成所希望的有效氧濃度(50ppm)的電解水。

圖2是表示電解時間與電解電壓及罐的水的有效氯濃度(次氯酸生成濃度)的關(guān)系的圖。在圖2中，橫軸表示電解時間(電流為1.8A恒定)，縱軸表示罐的水的有效氯濃度(次氯酸生成濃度)與電解電壓。根據(jù)該圖可知，罐12內(nèi)的水的有效氯濃度(曲線A)隨著電解時間呈線形上升，然后大約從超過150分鐘起表現(xiàn)出飽和的情況。另外，電解電壓(曲線B)在150分鐘之前為4.8～5.0V而大致恒定，但大約從超過150分鐘起上升，若超過200分鐘則達(dá)到5.8V左右。

在本實施方式中，向電極單元20的電極通電的供電部30具備電源31與檢測電解電壓的傳感器或檢測電路35。供電部30向電極供給1.8A恒流，并且利用檢測電路35檢測電解電壓。而且，供電部30構(gòu)成為，在電解電壓比初始電壓(4.8V)上升了0.8V的時刻，停止向電極的通電。因此，如圖2所示，在電解時間為205分鐘的階段停止向電極的通電，罐12的水成 為有效氯濃度為45ppm的次氯酸水，能夠生產(chǎn)大致目標(biāo)的有效氯濃度為50ppm左右的次氯酸水。

圖3以及圖4分別示出電解液濃度(鹽水濃度)與電解電壓的關(guān)系，圖3是通常的圖表，圖4對數(shù)圖表。根據(jù)這些圖可知，電解電壓在鹽水濃度為15％以上時大致恒定，若為15％以下的鹽水濃度則上升。具體而言，在鹽水濃度為10％時成為+0.8V的電壓上升，在鹽水濃度為5％時成為+1.2V的電壓上升，在鹽水濃度為2％時成為+3V的電壓上升。這是因為，電解液中的電解質(zhì)(氯化物)成為低濃度，導(dǎo)致電解液的擴(kuò)散阻力上升。在鹽水濃度為15％以上時，其他的電壓上升的因素是主要因素，所以不顯著，但在鹽水濃度為15％以下時，電解液濃度成為主要因素，顯現(xiàn)出電壓上升?；旧?，電解液濃度的對數(shù)值與電壓上升成比例關(guān)系。

圖5以及圖6分別示出電解液濃度(鹽水濃度)與電解水的生成效率的關(guān)系，圖5是通常的圖表，圖6對數(shù)圖表。根據(jù)這些圖可知，生成效率也同樣在鹽水濃度為15％以下時開始降低。這里，生成效率指的是電解水相對于供給的電荷的有效氯濃度(次氯酸濃度)。若氯離子濃度變小，則會引發(fā)沖突的氧氣生成(在生成氧氣時不形成次氯酸)，因此存在不能獲得與供給的電荷相當(dāng)?shù)挠行葷舛鹊膬A向。具體而言，在鹽水濃度達(dá)到15％之前，生成效率為80～90％，在鹽水濃度為10％時生成效率為70％，在鹽水濃度為5％時生成效率為60％，在鹽水濃度為2％時生成效率降低到50％以下。

考慮以上的特性，本實施方式的電解水生成裝置在生成50ppm濃度的次氯酸水時，使電解液室22的容量(電解液的容量)為罐12的容量的1/1000，利用由電解帶來的鹽分的消耗，使電解液的鹽分濃度從飽和濃度降低至13％左右，對此時產(chǎn)生的電壓上升進(jìn)行檢測，使電解結(jié)束，即，采用停止向電極通電的構(gòu)成。

作為電解液室22的容量，優(yōu)選的是設(shè)定為比罐容量的1/100小且比2mL大。這是因為，作為次氯酸水，難以謀求殺菌力較高的濃度為500ppm左右的次氯酸水，而且若過度減小電解液室22的容量，則難以向電解液室內(nèi)部注入電解液。

如以上那樣，根據(jù)本實施方式的電解水生成裝置以及電極單元，使電 解液室的容量與罐(容器)的容量和作為目標(biāo)的電解水特性相符地設(shè)定電解液室的容量，以便電解液濃度因電解帶來的電解質(zhì)的消耗成為13％以下，從而能夠以檢測電壓上升、達(dá)到所希望的電解水特性的方式使電解結(jié)束，并且能夠使電解液適量地消耗。由此，不會產(chǎn)生電解液的用盡、不必要的消耗，獲得了能夠穩(wěn)定地生成電解水的簡易構(gòu)造的電解水生成裝置、電極單元、以及電解水生成方法。

接下來，對其他實施方式的電解水生成裝置進(jìn)行說明。此外，在以下說明的其他實施方式中，對與上述第1實施方式相同的部分賦予相同的參照附圖標(biāo)記，并省略其詳細(xì)的說明，以與第1實施方式不同的部分為中心詳細(xì)地進(jìn)行說明。

(第2實施方式)

圖7是表示第2實施方式的電解水生成裝置的剖面圖。根據(jù)第2實施方式，電解水生成裝置10例如具備容量5L的專用的生成容器(罐)40、以及更簡易的構(gòu)造的電極單元20，構(gòu)成了生成濃度為100ppm的次氯酸水的裝置。

生成容器40例如形成為上端開口的圓錐臺形狀。在生成容器40的上端開口安裝有具有注入排水口42的蓋體44，將該上端開口封堵。電極單元20以支承于蓋體44的狀態(tài)配置于生成容器40內(nèi)。

電極單元20例如具備細(xì)長的棱柱形狀的殼體26，在該殼體26的下半部形成有電解液室22。殼體26的上端部貫通蓋體44，并從蓋體44向上方延伸。電解液室22兼作陰極室。電解液室22的容量形成為生成容器40的容量的1/100以下，例如6mL。電解液室22在殼體26的一側(cè)面開口。

電極單元20具有第1隔膜28a，該第1隔膜28a以封堵電解液室22的開口的方式設(shè)于殼體26，并將電解液室22與外部(這里是生成容器40內(nèi)部)分隔。電極單元20還具備與第1隔膜28a的外側(cè)鄰接且對置設(shè)置的陽極14、以及配設(shè)于電解液室22內(nèi)的陰極16。陰極16與陽極14夾著第1隔膜28a以及電解液室22而對置。陽極14以及陰極16經(jīng)由布線電連接于供電部30。供電部30具有供給恒壓的電池等電源。作為第1隔膜28a，使用了含有化學(xué)耐性優(yōu)異的PVDF與氧化鈦的多孔質(zhì)隔膜。

殼體26具有將在陰極16產(chǎn)生的氫氣排出的排氣通路46。排氣通路46 從電解液室22的上端大致垂直地延伸至殼體26的上端，并在殼體26的上端面開口。該排氣通路46也能夠作為向電解液室22注入電解液的注入通路使用?；蛘?，也可以在殼體26形成獨立的注入通路。

在如上述那樣構(gòu)成的電極單元20的電解液室22中，預(yù)先填充有例如6mL的飽和食鹽水作為含有氯化物的電解液。被一度填充到電解液室22的飽和食鹽水在電解水生成期間不被替換地使用。在生成電解水時，在生成容器40裝入規(guī)定量、例如5L的水，在生成容器40內(nèi)以靜水狀態(tài)收容。由此，電極單元20的電解液室22、陽極14以及陰極16被浸漬在水中。在該狀態(tài)下，利用供電部30向陽極14以及陰極16施加5V的恒壓30分鐘。

剛開始電解之后的電解液室22的鹽水濃度為26％左右，流過1～2A的電流，但經(jīng)過10分鐘時，電解液室22的鹽水濃度低于13％，流過的電流降低至0.5～1.5A左右。進(jìn)而，在經(jīng)過15～25分鐘的時刻，電解液室22的鹽水濃度低于5％，流過的電流成為0.5A以下。之后，因電流降低，成為幾乎不進(jìn)行電解的狀態(tài)。

雖然上述的過程因水溫、電極單元的差別而產(chǎn)生一些差異，但由于電解液室22的容量被規(guī)定，因此經(jīng)過30分鐘后的電解水的水質(zhì)非常穩(wěn)定，次氯酸濃度到達(dá)100±10ppm左右。

根據(jù)如以上那樣構(gòu)成的電解水生成裝置，因電解液室22的鹽水被完全消耗而自動地控制成由生成容器(罐)40的容量與電解液容量的比例確定的電解水的水質(zhì)，能夠穩(wěn)定地生成電解水。即，電極單元20僅向電解液室22填充一次飽和食鹽水，就能夠不進(jìn)行替換地將生成容器40的水轉(zhuǎn)變?yōu)殡娊馑?。另外，能夠在供電?0的電解電源中使用設(shè)定了一定的上限電壓的簡易的電源，只要注意電壓條件、最大電流的設(shè)計，即使是干電池也能夠進(jìn)行電解。而且，電極單元為預(yù)先填充電解液的構(gòu)成，因此構(gòu)成極其簡單，能夠以低價格供給電極單元以及電解水生成裝置。

本實用新型并限定于上述實施方式原樣，在實施階段，能夠在不脫離其主旨的范圍內(nèi)將構(gòu)成要素變形而具體化。另外，能夠通過上述實施方式所公開的多個構(gòu)成要素的適當(dāng)?shù)慕M合來形成各種發(fā)明。例如，也可以從實施方式所示的全部構(gòu)成要素中刪除幾個構(gòu)成要素。并且，也可以將不同的實施方式中的構(gòu)成要素適當(dāng)?shù)亟M合。

例如，在上述實施方式中，使電解液為鹽水，使生成水為次氯酸水，但并不限定于此，本實施方式的電解水生成裝置能夠應(yīng)用各種電解液以及各種生成水。生成容器并不限定于上述實施方式，能夠應(yīng)用各種容器、水槽，除此之外，只要能夠存儲水即可。

陰極以及陽極并不限定于矩形形狀，也能夠選擇其他各種形狀。在上述實施方式中，隔膜使用了含有PVDF與氧化鈦的多孔質(zhì)隔膜，但并不局限于此，也能夠應(yīng)用具有透水性的各種多孔質(zhì)膜。另外，隔膜也可以使用具有離子選擇性的離子交換膜。在第2實施方式中，電極單元也可以具備設(shè)于陽極的外側(cè)的攪拌板。