JP2007054813A - 銅イオン供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 銅イオンの溶出が、効率的であると共に、単位当たりの通水量と所望銅イオン濃度とから求められる理論電流設定値に対して定量的に行われ得る、水中への銅イオン供給装置を提供すること。
【解決手段】 複数対の等間隔平行の銅極板からなる電極群と、この各対の銅極間に直流電圧を印加する電源とを備えた、水中に銅イオンを供給する装置であって、
上記電極群は、断面正方形又は長方形の通水管路に、上記銅極板が水流方向と平行になるように、かつ、上記電極群の水流方向の外縁部が上記通水管路壁に密着するように嵌装されていることを特徴とする銅イオン供給装置である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、水、特に淡水への銅イオン供給装置に係り、詳しくは、淡水魚の養殖時、淡水魚の卵の孵化時等における病原性微生物や黴等の殺菌等に有効な銅イオンを銅を陽極とする電気分解により、水中に銅イオンを定量的に供給する装置に関する。

従来、通水系内での銅イオン供給装置として、例えば、円筒状通水管内に銅製の陽極パイプと、そのパイプ内に収容された導電性材料の陰極パイプとを備え、これらのパイプの長手方向が水流方向と平行である銅イオン溶出装置等が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−２２９５６７号公報

しかしながら、上記銅イオン溶出装置は、特に、電気伝導度の高い海水等の系では効率的に銅イオンを溶出して好適であるが、電気伝導度の低い淡水等では、銅イオンの溶出効率が必ずしも満足すべきものでない。
また、淡水魚の養殖時、淡水魚の卵の孵化時等における水中環境の銅イオン濃度は、高くなり過ぎると魚に害を与えるため、その濃度管理については、厳格に行う必要がある。そのためにも、電流値の制御によって、銅イオン濃度の安定した淡水を供給することが重要であり、このことからも水中に定量的に銅イオンを供給できる装置が望まれている。

そこで、本発明者らは、先ず、通水系内で淡水でも銅イオンを効率的に溶出（発生）させて水中に供給する装置につき、種々検討した結果、図１に示す銅イオン供給装置１を製作した。
同図は、この銅イオン供給装置１の断面及び左側面図であり、絶縁性合成樹脂（塩化ビニル樹脂等）製等の円筒状通水管２内の通水管路３に複数対の等間隔平行で長四角形状の銅極板４ａ’、４ａ、４ｂ’、４ｂ、・・・からなる電極群４を、これらの銅極板４ａ’、４ａ、４ｂ’、４ｂ、・・・が水流方向Ｆと平行になるように装入したものである（同図においては、銅極板は水平配置である）。
なお、同図において、５ａ及び５ｂはそれぞれ一方の極性、他方の極性を与える銅製等の極柱であり、６ａ及び６ｂはステンレススチール製等の端子棒であって上記極柱５ａ、５ｂの頭部に穿設された螺子孔にその先端部が螺合され、図示しないコネクターを介して図示しない直流電源に接続され、７ａ及び７ｂは絶縁性合成樹脂（塩化ビニル樹脂等）製等の銅極板支持部材であり、また、８ａ及び８ｂはそれぞれ水流の入口側、出口側の絶縁性合成樹脂（塩化ビニル樹脂等）製等のフランジである。

そして、この装置による銅イオンの溶出状態を具に検討したところ、銅イオンの溶出は効率的であるが、時間当たりの通水量と所望銅イオン濃度から求めた理論電流値の設定による稼動では、銅イオン濃度が所望銅イオン濃度と乖離したり、不安定であったりする現象が生じていることがわかった。

そこで、さらに検討した結果、上記のごとく、円筒状通水管２内の通水管路３に電極群４（水流方向Ｆに対して直角の断面正方形又は長方形）を装入した場合には、この通水管路３において、電極群４の水流方向Ｆの外縁部の上下左右に形成される蒲鉾状空間部９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄでは、水の流速が大になり、一方、電極群４内では銅極板４ａ’，４ａ、４ｂ’、４ｂ、・・・による抵抗（水の圧損、滞留）で水の流速が小となり、さらには、これら蒲鉾状空間部９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄでは、銅イオンの溶出が極めて少量であるため、理論電流値の設定に基づく定量的な銅イオンの溶出、水中への供給が困難であることが判明した。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、銅イオンの溶出が、効率的であると共に、単位当たりの通水量と所望銅イオン濃度とから求められる理論電流設定値に対して定量的に行われ得る、水中への銅イオン供給装置を提供することにある。

問題を解決するための手段

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、上記図１において、円筒状通水管２内壁（通水管路３の周面）と電極群４の水流方向Ｆの外縁部とで形成される蒲鉾状空間部９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄを同形状のスペーサーで塞ぎ、これによって新たに形成される断面正方形又は長方形の通水管路に電極群４をその水流方向Ｆの外縁部が通水管路壁に密着するように嵌装することにより、通水管路で銅イオンを効率的に、かつ、単位当たりの通水量と理論電流設定値に対して定量的に溶出させ、水中に供給できることの新知見を得、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の銅イオン供給装置は、複数対の等間隔平行の銅極板からなる電極群と、この各対の銅極板間に直流電圧を印加する電源とを備えた、水中に銅イオンを供給する装置であって、
上記電極群は、断面正方形又は長方形の通水管路に、上記銅極板が水流方向と平行になるように、かつ、上記電極群の水流方向の外縁部が上記通水管路壁に密着するように嵌装されていることを特徴とする。

また、本発明の銅イオン供給装置の他の好適形態は、上記電極群と上記電源との間に、印加する直流電圧の正負を変える極性変換機構が設けられていることを特徴とする。

発明の効果

本発明の銅イオン供給装置によれば、通水管路において、水を各銅極板間のみ通過させ、その各流速も実質的に等しくなるようにしたため、水中に銅イオンを効率的に、かつ、単位当たりの通水量と理論電流設定値に対して定量的に溶出でき、水中に供給することができる。

以下に、本発明の銅イオン供給装置について詳細に説明する。

先ず、本発明の銅イオン供給装置は、魚、特に淡水魚の養殖時、卵の孵化時等における病原性微生物や黴等の殺菌等に有効な銅イオン、さらには、藻類等の発生を防止する等の銅イオンを、淡水中等に供給する装置として好適に用いられる。

通水系としては、水供給系や水循環系のいずれでもよいが、淡水魚の養殖等においては、銅イオンの好適濃度維持の観点から、前者が採用される。

本発明の銅イオン供給装置における最も特徴とするところは、上記のごとく、断面正方形又は長方形の通水管路に複数対の等間隔平行の銅極板からなる電極群を、その銅極板が水流と平行になるように、かつ、上記電極群の水流方向の外縁部が上記通水管路壁に密着するように嵌装すること、すなわち、上記電極群の水流方向の外縁部の上下左右と通水管路壁との間に実質的に空間部を形成させることなく電極群を通水管路に嵌め込み装着することによって、各銅極板間の水流の速さを実質的に等しくし、滞留をも解消して、銅イオンを効率的、かつ、理論電流設定値に対して定量的に溶出させ、水中に供給することにある。

上記の断面正方形又は長方形の通水管路としては、正方形又は長方形の角管によって形成されたもの、あるいは、円筒状管内に、上記したごとく、蒲鉾状空間部を塞ぐスペーサーを管内壁に沿って挿入することによって新たに形成されたもの等、特に制限されない。本発明の銅イオン供給装置は、一般的には、低水圧下で使用されるので、上記の前者（例えば、後記の実施例１等参照）によるもので何ら支障はなく、また、高圧下で使用される特別仕様では、耐圧性の観点から、上記の後者（例えば、後記の実施例２等参照）によるものが好適である。
なお、上記蒲鉾状等空間部を塞ぐ蒲鉾状スペーサーとしては、塩化ビニル樹脂等の絶縁性合成樹脂製等のものが用いられる。

上記電極群は、複数対の等間隔で平行に配置された銅極板からなる組み体、すなわち、各銅極板が実質的に同形状で同表面積のものであり、また、通常は、長四角形状で水流方向が長辺のものである。
そして、この銅極板の複数対の対数、間隔、極板表面積、長辺の長さ等については、特に制限はなく、通水管路の断面積、所望の銅イオン濃度等により、適宜選択決定される。
そしてまた、銅極板としては、電気分解によって銅が溶出するものであれば特に制限されず、純銅、銅合金等の材料が適宜用いられる。
さらにまた、上記通水管路を形成する材料としては、絶縁性で硬質のものであれば特に制限されないが、例えば、塩化ビニル樹脂等の絶縁性合成樹脂等が好適なものとして挙げられる。

上記電極群における各対の一方及び他方の銅極板には、それぞれ極性（正又は負）を与える極柱が連結されており、そして、その頭部には、そこに穿設された螺子孔に端子棒が螺合されており、その端子棒はコネクターを介して直流電源に接続される。
上記銅極板に連結される一方の極柱と他方の極柱との位置関係については、電気分解に支障がなければ特に制限されず、例えば、両極柱とも、水流方向の入口側あるいは出口側等の略同一位置の各銅極板の端部とする、一方の極柱を水流の入口側の、他方の極柱を出口側の各銅極板の端部とする等、適宜の位置関係を採用すればよい。

また、印加する直流電圧の正負を変える極性変換機構を、上記電極群と上記電源との間に設け、例えば、周期的に極性を変換する等すれば、銅極板の一層の均一な消耗等の効果が得られ、好適である。
さらにまた、本発明の銅イオン供給装置は水平に設置しても勿論よいが、立設し、かつ、てアップフロー方式で使用することが、電気分解によって発生する水素ガスの円滑な排出等の観点から好ましい。

図２は、本発明の銅イオン供給装置の一実施例を示す断面及び左側面図である。
同図において、この銅イオン供給装置御３１は、通水管（正方形又は長方形の角管）３２内の断面正方形又は長方形の通水管路３３に、複数対の長四角形状（水流方向が長辺）の銅極板３４ａ’、３４ａ、３４ｂ’、３４ｂ、・・・からなり等間隔平行に配置された電極群３４が、これらの銅極板３４ａ’、３４ａ、３４ｂ’、３４ｂ、・・・が水流方向Ｆと平行になるように、かつ、電極群３４の水流方向Ｆの外縁部が通水管路３３壁に密着するように嵌装されたものである（同図において、銅極板３４ａ’、３４ａ、３４ｂ’、・・・は水平配置である。）。

上記電極群３４は、例えば、次のように構成され、そして、通水管３２内に支持、固定されている。
この電極群３４において、銅製等で棒状の一方の極柱３５ａが、各対の一方の銅極板３４ａ、３４ｂ、・・・の水流の入口側の端部に設けられた穴及び各銅極板間に介装される銅製等のリングスペーサーＫ３５ａ１に挿通され、また、この極柱３５ａの下端部は銅製等のナットＫ３５ａ３（通水管３２内面の凹部に嵌入される。）に螺合されており、このことによって、各銅極板３４ａ、３４ｂ、・・・は極柱３５ａに固定され、電気的に連結されている。
さらに、この極柱３５ａの頭部３５ａ２（その上端部は通水管３２内面の凹部に嵌入される。）に穿設されたら螺子孔には、ステンレス製等の端子棒３５ａ４が通水管３２の外壁に取付けられた貫通孔を有するサポート３５ａ５を介し通水管３２壁を貫通して螺合されており、このことによって、電極群３４は通水管３２内に支持、固定されている。
なお、３５ａ６，３５ｂ６はシリコンゴム製等のＯリングであり、これによって水密性が確保されている。

さらに、上記極柱３５ａの下流近傍において、絶縁性合成樹脂（塩化ビニル樹脂等）製等の棒状の極板支持部材３６ａが、各対の他方の銅極板３４ａ’、３４ｂ’、・・・の端部とそれと相対する各対の他方の銅極板３４ａ、３４ｂ、・・・の位置に設けられた穴及び各銅極板３４ａ’，３４ａ、３４ｂ’、３４ｂ、・・・間に介装される絶縁性のリングスペーサーＳ３６ａ１（例えば、絶縁性合成樹脂（塩化ビニル樹脂）製等のリングスペーサーの上下を、例えば、絶縁性と弾力性を有する合成樹脂（シリコンゴム合成樹脂等）製等のリングスペーサーで挟んだ形体のリングスペーサーＳ、絶縁性と弾力性を有する合成樹脂（シリコンゴム合成樹脂等）製等のリングスペーサーのみからなるリングスペーサーＳ等）に挿通され、さらに、その下端部が絶縁性合成樹脂（塩化ビニル樹脂等）製等のナットＳ３６ａ３に螺合されている。そして、この極板支持部材３６ａの頭部３６ａ２及びナットＳ３６ａ３は、それぞれ通水管３２内面の凹部に嵌入されている。
このようにして、銅極板３４ａ’、３４ａ、３４ｂ’、３４ｂ、・・・は、通水管３２内に支持、固定されている。

上記絶縁性リングスペーサーＳ３６ａ１の介在意義は、各銅極板３４ａ’、３４ａ、３４ｂ’、３４ｂ，・・・の間隔を確保することの他に、上記のごとく、絶縁性の棒状の極板支持部材３６ａが各対の銅極板３４ａ’、３４ａ、３４ｂ’、３４ｂ，・・・に貫通して設けられた穴に挿通された態様の場合には、これらの穴及びリングスペーサーＳ３６ａ１内と棒状の極板支持部材３６ａとの間隙で生じる銅イオン含有電解液の銅極板３４ａ’、３４ａ、３４ｂ’、３４ｂ、・・・間の流通を、シリコンゴム等での水密性確保によって、防止し、以て電気の短絡（ショート）を回避することにある。すなわち、上記したような間隙で銅イオン含有電解液の流通があるときには、この電解液の銅イオン濃度は、流通速度が非常に遅かったり、停滞する等によって徐々に高くなり、遂には（稼動後、例えば、２週間程度等で）電気的短絡を生じ、稼動不能となったりする。

一方、上記電極群３４の他方の極柱３５ｂやこの極柱３５ｂの上流近傍における極板支持部材３６ｂの構成、固定方法等については、図２において、１８０度回転させた位置に上記したと同様にして構成され、支持、固定される。
そして、上記電極群３４は、上記端子棒３５ａ４、３５ｂ４の先端部で図示しないコネクター、極性変換装置等を介して図示しない直流電源に接続される。
なお、上記電極群３４における上記両端子棒３５ａ４，３５ｂ４の位置関係については、本実施例では反対方向であるが、勿論同方向であってもよい。

上記のように構成される電極群３４は、例えば、次のような方法等により、通水管３２内の断面正方形又は長方形の通水管路３３に嵌装される。
先ず、通水管３２がコ字状の樋状部材３２ａと蓋状部材３２ｂとに分割して製作され、そして、この両部材３２ａ、３２ｂには、極柱３５ａ、３５ｂの頭部３５ａ２、３５ｂ２、その下端部に螺合するナットＫ３５ａ３、３５ｂ３、極板支持部材３６ａ、３６ｂの頭部３６ａ２、３６ｂ２及びその下端部に螺合するナットＳ３６ａ３，３６ｂ３が位置する部位に凹部が設けられ、また、その相当位置に貫通穴を有するサポート３５ａ５、３５ｂ５が設けられ、更にまた、端子棒３５ａ４、３５ｂ４が挿通される位置に貫通穴が設けられる。

次いで、このコ字状の樋状部材３２ａに電極群３４が嵌入され、続いて、これに蓋状部材３２ｂが載せられ、さらに、端子棒３５ａ４、３５ｂ４がサポート３５ａ５、３５ｂと両部材３２ａ、３２ｂの上記貫通穴に挿通され、さらにまた、その下端部が極柱３５ａ、３５ｂのそれぞれの頭部３５ａ２、３５ｂ２の螺孔に螺合され、そして、この電極群３４は通水管３２内に固定される。
なお、上記樋状部材３２ａと蓋状部材３２ｂとは、水密的に封じられ、また、通水管３２の両端部のフランジ３７ａ、３７ｂの取付けは、電極群３４の嵌装前後のいずれでもよい。
このようにして、電極群３４の水流方向Ｆの外縁部が通水管路３３壁に密着して嵌装され、すなわち、電極群３４の水流方向Ｆの外縁部の上下左右と通水管路３３壁との間には実質的に空間部が形成されない状態になされている。

なお、極板支持方法については、上記の方法に限定されることなく、他の適宜の方法が採用されるが、例えば、次の方法等が挙げられる。
１ 絶縁性ボタンを用いる方法（図３（ａ）参照）
極板３４ａ’、３４ａの貫通する穴の深さ半分に嵌入する突起を有する絶縁性ボタン６１ａ、６１ｂ（例えば、塩化ビニル樹脂製等）を組み合わせてスペーサーとして用いる方法。
２ 上記１の絶縁性ボタンと絶縁性シートとを用いる方法（図３（ｂ）参照）
上記１の方法に用いたと同様の絶縁性ボタン６２ａの背部（突起の反対側）の中央部には凸部を、これに組み合わされる他方の絶縁性ボタン６２ｂの背部の中央部には凹部を設け、この両背部の間に、例えば、テトラフルオロエチレン樹脂製等でボタン背部の面積より大の絶縁性シート６３を介在させ沿面距離を増大させるようにしたものをスペーサーとして用いる方法。
３ 絶縁性ボタン及びこの絶縁性ボタンと絶縁性パッキングとを用いる方法（図３（ｃ）参照）。
（１）極板３４ａ’、３４ａの貫通しない凹部に嵌入する凸部を有する絶縁性ボタン６４ａ、６４ｂ（例えば、塩化ビニル樹脂製等）を組み合わせたものをスペーサーとして用いる方法。
（２）上記（１）の絶縁性ボタン６４ａ、６４ｂと極板との間にシリコンゴムシート等の図示しない絶縁性パッキングを介装するようにしたものを組み合わせてスペーサーとして用いる方法。

次に、本実施例の銅イオン供給装置３１の使用方法例について説明する。
図示しない通水源に配水管を介して連結された立設の本実施例の銅イオン供給装置３１には、図示しない直流電源が図示しない極性変換装置及びコネクターを介して端子棒３５ａ４、３５ｂ４に接続されている。
通水の開始と共に、通水量と所望銅イオン濃度から求められる理論電流値に設定して直流電圧を印加すると、電気分解により陽極より銅イオンが、効率的に、かつ、理論電流設定値に対し定量的に溶出し、そして、目的銅イオン濃度の水が安定的に流出され、淡水魚の養殖槽等に供給される。
また、極性変換装置によって、一定時間毎に、例えば、１〜６０分毎等に極性を逆転させることにより、両極が平均に溶解し、高い電極利用率が得られる。

図４は、本発明の銅イオン供給装置の他の実施例を示す断面及び左側面図である。
なお、本実施例において、実施例１の場合と実質的に同一の部材・個所については同一の符号を付し、その説明を省略する。
図４に示した銅イオン供給装置４１は、電極群３４が、その断面（水流方向Ｆに直角の断面）正方形又は長方形の４つの角が内接する円筒状の通水管４２に挿通されたときに、こ電極群３４の水流方向Ｆの外縁部の上下左右と通水管４２内壁とで形成される蒲鉾状空間部を塞ぐ絶縁性合成樹脂（塩化ビニル樹脂）製等の蒲鉾状スペーサー５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄがその内壁に密着、固定されていて、その新たに形成された断面正方形又は長方形の通水管路３３に電極群３４が嵌装されている。

このときの電極群３４を通水管路３３へ嵌装する方法については、例えば、コの字樋状部材３２ａ及び蓋状部材３２ｂに代えて蒲鉾状スペーサー５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄとすること、サポート３５ａ５、３５ｂ５の取り付けを樋状部材３２ａ及び蓋状部材３２ｂの外面に代えて円筒状の通水管路４２の外面にすること以外は、実質的に、上記実施例１に記載したと同様の方法等を採用することができる。

そして、図示しない通水源に配水管を介して連結された立設の本実施例の銅イオン供給装置４１には、図示しない直流電源が図示しない極性変換装置及びコネクターを介して端子棒３５ａ４、３５ｂ４に接続されている。
上記実施例１と同様にして、この銅イオン供給装置４１を稼動させると、電気分解により陽極より銅イオンが、効率的に、かつ、理論電流設定値に対し定量的に溶出し、そして、目的銅イオン濃度の水が安定的に流出され、淡水魚の養殖槽等に供給される。、

以上、本発明を若干の実施例により詳細に説明したが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲において種々の変形が可能である。

円筒状通水管路内に電極群を挿通して設けた銅イオン供給装置の断面及び左側面図である。 本発明の銅イオン供給装置の一実施例を示す断面及び左側面図である。 極板の支持方法を例示する説明概略断面図である。 本発明の銅イオン供給装置の他の実施例を示す断面及び左側面図である。

符号の説明

１ 銅イオン供給装置
２ 円筒状通水管
３ 通水管路
４ 電極群
４ａ’、４ａ、４ｂ’、４ｂ 銅極板
５ａ、５ｂ 極柱
６ａ、６ｂ 端子棒
７ａ、７ｂ 極板支持部材
８ａ、８ｂ フランジ
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ 蒲鉾状空間部
３１、４１ 銅イオン供給装置
３２、４２ 通水管
３２ａ 樋状部材
３２ｂ 蓋状部材
３３ 通水管路
３４ 電極群
３４ａ’、３４ａ、３４ｂ’、３４ｂ 銅極板
３５ａ、３５ｂ 極柱
３５ａ１、３５ｂ１ リングスペーサーＫ
３５ａ２、３５ｂ２ 極柱の頭部
３５ａ３、３５ｂ３ ナットＫ
３５ａ４、３５ｂ４ 端子棒
３５ａ５、３５ｂ５ サポート
３５ａ６、３５ｂ６ Ｏリング
３６ａ、３６ｂ 極板支持部材
３６ａ１、３６ｂ１ リングスペーサーＳ
３６ａ２、３６ｂ２ 極板支持部材の頭部
３６ａ３、３６ｂ３ ナットＳ
３７ａ、３７ｂ フランジ
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ 蒲鉾状スペーサー
６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ、６４ａ、６４ｂ ボタン
６３ シート

Claims (2)

1. 複数対の等間隔平行の銅極板からなる電極群と、この各対の銅極間に直流電圧を印加する電源とを備えた、水中に銅イオンを供給する装置であって、
   上記電極群は、断面正方形又は長方形の通水管路に、上記銅極板が水流方向と平行になるように、かつ、上記電極群の水流方向の外縁部が上記通水管路壁に密着するように嵌装されていることを特徴とする銅イオン供給装置。
2. 上記電極群と上記電源との間に、印加する直流電圧の正負を変える極性変換機構が設けられていることを特徴とする請求項１記載の銅イオン供給装置。

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