海水電解系統(tǒng)及海水電解方法
【專利說明】海水電解系統(tǒng)及海水電解方法
[0001]本申請(qǐng)是分案申請(qǐng)，其母案申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)?2011800524887,申請(qǐng)日:2011.11.17，發(fā)明名稱:海水電解系統(tǒng)及海水電解方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及具備通過對(duì)海水實(shí)施電解而產(chǎn)生次氯酸的海水電解裝置的海水電解系統(tǒng)、以及海水電解方法。
【背景技術(shù)】
[0003]以往，在大量地使用海水的火力發(fā)電站、原子能發(fā)電站、海水淡化工廠、化學(xué)工廠等中，其取水口或配管、冷凝器、各種冷卻器等與海水接觸的部分的藻類、貝類的附著繁殖成為大問題。
[0004]為了解決該問題，提出過如下的海水電解裝置，S卩，通過對(duì)天然的海水實(shí)施電解而生成次氯酸，將該次氯酸注入取水口中而抑制海洋生物的附著(例如參照專利文獻(xiàn)1)。
[0005]S卩，該海水電解裝置采用在制成殼體狀的電解槽主體內(nèi)配置作為電極的陽極.陰極的結(jié)構(gòu)，在該電解槽主體內(nèi)流通海水。由于在海水中存在氯化物離子及氫氧根離子，因此一旦向陽極?陰極間通入電流，就會(huì)在陽極生成氯，在陰極生成氫氧化鈉。此后，因氯與氫氧化鈉反應(yīng)，而生成具有海洋生物的附著抑制效果的次氯酸。
[0006]這里，作為配置于上述海水電解裝置的電解槽內(nèi)的電極，特別是作為陽極，一般使用在鈦基板上涂布以鉑為主體的復(fù)合金屬、即鉑主體涂布材料而得的電極(例如參照專利文獻(xiàn)2) ο
[0007]另外，雖然還沒有作為海水電解裝置實(shí)用化的事例，然而作為電解的陽極的涂布材料，提出過使用以氧化銥為主體的復(fù)合金屬、即氧化銥主體涂布材料的方案(例如參照專利文獻(xiàn)3)。
[0008]另外，還已知有將從海水淡化裝置等的海水濃縮裝置中排出的鹽分濃度高的濃縮水作為處理水使用的海水電解裝置。該海水電解裝置通過提高將濃縮水電解而生成的電解處理水中的次氯酸的濃度來減少耗電，實(shí)現(xiàn)海水電解裝置的有效化、小型化(例如參照專利文獻(xiàn)4) ο
[0009]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0010]專利文獻(xiàn)
[0011]專利文獻(xiàn)1日本專利第3389082號(hào)公報(bào)
[0012]專利文獻(xiàn)2日本特開2001 - 262388號(hào)公報(bào)
[0013]專利文獻(xiàn)3日本特開平8 - 85894號(hào)公報(bào)
[0014]專利文獻(xiàn)4日本特開平9 - 294986號(hào)公報(bào)
[0015]發(fā)明的概要
[0016]發(fā)明要解決的問題
[0017]但是，在使用了鉑主體涂布材料的電極中，受電解時(shí)在陽極近傍產(chǎn)生的氧、在陰極近傍產(chǎn)生的垢物(scale)(鈣、鎂等)的影響，電極的消耗快速地推進(jìn)。由此，需要頻繁地進(jìn)行電極清洗、電極更換，從而花費(fèi)很多維護(hù)成本。
[0018]另外，可以認(rèn)為，電極表面的電流密度越高，則氯產(chǎn)生效率越高。該趨勢在向海水電解裝置中導(dǎo)入海水濃縮水而產(chǎn)生次氯酸的情況下也同樣地顯現(xiàn)。
[0019]但是，當(dāng)電流密度增大時(shí)，在陽極近傍產(chǎn)生的氧或在陰極近傍產(chǎn)生的垢物的量也會(huì)增加，因此反而使電極的消耗快速地進(jìn)行。由此，在使用了鉑主體涂布材料的電極中，視為技術(shù)常識(shí)的是，無法提高電極表面的電流密度，例如將電流密度的最大值限制為15A/dm2左右。
[0020]由于需要像這樣限制電解的電流密度，因此若要從海水中產(chǎn)生足夠的次氯酸就需要配置多個(gè)電極，從而導(dǎo)致裝置的制造成本增大、裝置的大型化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]本發(fā)明是鑒于此種問題而完成的，其目的在于，提供可以實(shí)現(xiàn)電極的耐久性的提高、并且可以抑制氯產(chǎn)生效率的降低的海水電解裝置、海水電解系統(tǒng)及海水電解方法。
[0022]用于解決問題的方法
[0023]這里，發(fā)明人等對(duì)上述海水電解裝置的電極反復(fù)進(jìn)行了深入研究，結(jié)果得到如下的見解，即，在覆蓋有氧化銥主體涂布材料的陽極中，與覆蓋有鉑主體涂布材料的以往的電極的技術(shù)常識(shí)相反，以超過15A/dm2的電流密度通電對(duì)于提高電極的耐久性及抑制氯產(chǎn)生效率的降低是有效的。
[0024]S卩，本發(fā)明的海水電解裝置具備:包括陽極和陰極的電極；收納所述陽極和所述陰極的電解槽主體；以及在所述陽極與所述陰極之間以使兩極表面的電流密度為20A/dm2以上的方式通電的電源裝置，所述陽極包括覆蓋有含有氧化銥的涂布材料的鈦。
[0025]本發(fā)明的海水電解方法中，使海水流過所述電解槽主體內(nèi)，在所述陽極與所述陰極之間，以使兩極表面的電流密度為20A/dm2以上的方式通電，將所述電解槽主體內(nèi)的海水電解。
[0026]本發(fā)明中，由于電極表面的電流密度被設(shè)為比以往的15A/dm2大的20A/dm2以上，因此伴隨著電解在陰極中產(chǎn)生的氫氣的量與以往相比增大。由于利用該大量的氫氣，顯現(xiàn)出電極的清洗效果，因此可以防止錳垢物向陽極上的附著、以及陰極中鈣、鎂等垢物的附著。另外，陽極附近產(chǎn)生的氧的量也增大，然而由于氧化銥對(duì)于氧具有足夠的耐久性，因此可以防止電極因該氧而消耗。
[0027]本發(fā)明中，利用所述電源裝置通電的所述陽極和所述陰極表面的電流密度也可以包含于20A/dm2以上40A/dm2以下的范圍中。也可以優(yōu)選包含于20A/dm2以上30A/dm2以下的范圍中。
[0028]在電流密度過大的情況下，例如在超過40A/dm2的情況下，陽極和陰極中的垢物產(chǎn)生量就會(huì)超過氫的清洗效果的有效的范圍。針對(duì)于此，本發(fā)明中，將電流密度的上限值設(shè)為40A/dm2，優(yōu)選設(shè)為30A/dm2，因此可以利用氫有效地體現(xiàn)出清洗效果，可以有效地防止陽極及陰極中垢物附著。
[0029]本發(fā)明的海水電解裝置也可以還具備多個(gè)所述電解槽主體、將這些電解槽主體之間的所述海水的流出口與流入口連接的連接管、和除去所述連接管內(nèi)的氣體的脫氣機(jī)構(gòu)。
[0030]由于越是提高電流密度，則因陰極中的氫的產(chǎn)生而使液氣比越是降低，因此氯產(chǎn)生效率降低。針對(duì)于此，通過利用設(shè)于連接管中的脫氣機(jī)構(gòu)特意地除去氫氣，就可以將電解槽內(nèi)限制為給定的液氣比以下，有效地防止效率降低。
[0031]本發(fā)明的海水電解系統(tǒng)具備上述的本發(fā)明的海水電解裝置、和提高要導(dǎo)入到所述電解槽主體的海水中所含的氯化物離子的濃度的濃縮機(jī)構(gòu)。
[0032]本發(fā)明的海水電解方法提高要電解的海水中所含的氯化物離子的濃度，使提高了氯化物離子濃度的海水在所述電解槽主體內(nèi)流通，在所述陽極與所述陰極間通電，將所述電解槽主體內(nèi)的海水電解。
[0033]本發(fā)明中，向海水電解裝置中導(dǎo)入提高了氯化物離子濃度、電導(dǎo)率的濃縮水。此夕卜，由于在陽極的涂布材料中含有氧化銥，因此可以將電極表面的電流密度設(shè)定得較高，可以提高所生成的電解處理水中所含的次氯酸的濃度。即，通過增加電極的每單位面積的次氯酸的產(chǎn)生量，可以減少電極面積，實(shí)現(xiàn)裝置的小型化。
[0034]本發(fā)明中，利用所述電源裝置通電的所述陽極及所述陰極表面的電流密度也可以包含于20A/dm2以上60A/dm2以下的范圍中。也可以優(yōu)選包含于20A/dm2以上50A/dm2以下的范圍中。
[0035]在電流密度過大的情況下，例如在超過60A/dm2的情況下，陽極及陰極中的垢物產(chǎn)生量就會(huì)超過氫的清洗效果的有效的范圍。針對(duì)于此，本發(fā)明中，將電流密度的上限值設(shè)為60A/dm2，優(yōu)選設(shè)為50A/dm2，因此可以利用氫有效地體現(xiàn)出清洗效果，可以有效地防止陽極及陰極中的垢物附著。
[0036]本發(fā)明的海水電解系統(tǒng)也可以還具備從所述電解后的海水中將在所述陰極中生成的氫氣分離的氫分離機(jī)構(gòu)。這樣，就可以更加有效地體現(xiàn)出氫氣的清洗效果，可以有效地防止陽極及陰極中的垢物附著。
[0037]本發(fā)明的海水電解裝置中，也可以向所述涂布材料中添加鉭的氧化物。
[0038]通過將對(duì)氧的耐久性高的鉭添加到所述涂布材料中，可以提高對(duì)陽極中產(chǎn)生的氧的耐久性，更加有效地防止電極的異常消耗。
[0039]本發(fā)明的海水電解裝置中，也可以是，所述電極包含將所述海水的流通方向一方側(cè)的部分設(shè)為所述陽極并且將另一方側(cè)的部分設(shè)為所述陰極的多個(gè)雙極電極板，將這些雙極電極板在所述流通方向拉開間隔地排列而成的電極組被相互平行地配置多個(gè)，相互平行地相鄰的所述電極組之間的所述雙極電極板被將所述陽極與所述陰極相面對(duì)地配置。
[0040]像這樣，通過將具有陽極及陰極的雙極電極板集約地配置，就可以實(shí)現(xiàn)裝置自身的小型化。
[0041]另外，由于各雙極電極板被沿著海水的流通方向配置，因此不會(huì)有妨礙海水的流通的情況。這樣，就可以將海水維持高流速，因此可以有效地獲得因該海水向電極上垢物附著的防止效果。
[0042]此外，由于相互平行地相鄰的電極組之間的陽極與陰極相面對(duì)，因此通過在這些陽極與陰極之間通電，可以對(duì)流通在電極之間的海水有效地實(shí)施電解。
[0043]本發(fā)明的海水電解裝置中，各所述電極組中的在所述流通方向上相鄰的所述雙極電極板之間的間隔也可以是相互平行地相鄰的所述電極組之間的間隔的8倍以上。
[0044]在流通方向上相鄰的雙極電極板之間的間隔小的情況下，就會(huì)產(chǎn)生流通在這些雙極電極板之間的電流、即對(duì)電解的貢獻(xiàn)小的雜散電流。電極表面的電流密度越高，則該雜散電流越明顯。針對(duì)于此，通過如上所述地實(shí)現(xiàn)在流通方向上相鄰的雙極電極板之間的間隔的恰當(dāng)化，可以抑制該雜散電流的產(chǎn)生，防止海水電解效率的降低。
[0045]本發(fā)明中，所述海水電解裝置也可以具備如下的循環(huán)流路，該循環(huán)流路使從所述電解槽主體的流出口中流出的電解后的所述海水混合在從所述電解槽主體的流入口流入前的所述海水中。
[0046]越是提高電流密度，就越有可能向電極表面附著垢物。但是，通過將電解后的海水經(jīng)由循環(huán)流路混合到電解前的海水中，就可以獲得由通過海水電解裝置的電解槽的海水中所含的垢物成分帶來的晶種效果，因此可以防止向電極表面上的垢物附著。
[0047]發(fā)明的效果
[0048]根據(jù)本發(fā)明，可以防止垢物向電極上的附著，實(shí)現(xiàn)電極的耐久性的提高及氯產(chǎn)生效率的降低的抑制。
【附圖說明】
[0049]圖1是表不本發(fā)明的海水電解系統(tǒng)的第一實(shí)施方式的不意圖。
[0050]圖2是表示第一實(shí)施方式的海水電解裝置的縱剖面圖。
[0051]圖3是將海水電解裝置的要部放大觀看的圖。
[0052]圖4是說明電源裝置的恒電流控制電路的恒電流控制曲線的曲線圖。
[0053]圖5是表示本發(fā)明的海水電解系統(tǒng)的第二實(shí)施方式的示意圖。
[0054]圖6是表示第二實(shí)施方式的變形例的示意圖。
[0055]圖7是表不本發(fā)明的海水電解系統(tǒng)的第三實(shí)施方式的不意圖。
[0056]圖8是表示第三實(shí)施方式的氫分離裝置的概略圖。
[0057]圖9是表示氯產(chǎn)生效率測定試驗(yàn)的結(jié)果的曲線圖。
[0058]圖10是表示電極消耗量測定試驗(yàn)的結(jié)果的曲線圖。
[0059]其中，A…陽極，K…陰極，Μ…電極組，W…海水，C…濃縮水，10...海水電解裝置，20...電解槽主體，30...電極，31...雙極電極板，32...陽極板，33...陰極板，40...電源裝置，60…取水部，65...淡化裝置(濃縮機(jī)構(gòu))，70...注水部，80...循環(huán)部，81...循環(huán)流路，90...氫分離裝置(氫分離機(jī)構(gòu))，100A、100B、100C…海水電解系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0060]以下，對(duì)本發(fā)明的第一實(shí)施方式，參照?qǐng)D1到圖4進(jìn)行說明。
[0061]第一實(shí)施方式的海水電解系統(tǒng)100A是如下的系統(tǒng)，即，從海水所流通的取