CN1782135B

CN1782135B - 电解水生成装置的电解槽

Info

Publication number: CN1782135B
Application number: CN200510123776.3A
Authority: CN
Inventors: 宫下公一; 武藤刚
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-11-25
Filing date: 2005-11-22
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2025-11-22
Also published as: JP4249693B2; JP2006150151A; CN1782135A

Abstract

一种电解槽，该电解槽(1)具有：经隔膜(11)而呈相向配置的电解腔(5、6)、原水供给机构(8、7)、夹持隔膜(11)而设置于电解腔中的电极(12a、12b)、以及将通过原水的电解而得到的电解水取出的电解水取出机构(9、10)。电解槽(1)设有：电极(12a、12b)紧贴于隔膜的表面而形成的膜-电极结构体(2)、与电极相向配置的网状集电体(13、14)、以及多个突出部(15、16)。电解槽还设有：贯穿电解腔的外壁而将网状集电体(13、14)和外部电源连接起来的连接部件(17、18)、将连接部件向网状集电体方向顶靠的弹性部件(25)。电解槽还设有：位于膜-电极结构体(2)的两侧的相互相向位置的突出部(15、16)、以及连接部件(17、18)。集电体由耐腐蚀性导电材料构成。电极由包含导电性粉体的多孔质体构成。

Description

电解水生成装置的电解槽

技术领域

本发明涉及一种电解水生成装置，该电解水生成装置是通过对一对电极外加电压来电解供给到一对电解腔中的原水，以生成酸性及碱性的电解水，其中所述的一对电解腔是经离子渗透性的隔膜而呈相向配置，而所述的一对电极则是夹持该隔膜而设置于各个电解腔内。具体而言，本发明是涉及一种所述电解水生成装置的电解槽。

背景技术

众所周知这样一种电解水生成装置，其使用下述的电解槽来生成电解水，该电解槽具有：经离子渗透性的隔膜而呈相向配置的一对电解腔、以及夹持该隔膜而设置于各个电解腔内的一对电极。根据所述电解水生成装置，将含有电解质的原水供给到所述各电解腔，并对所述一对电极外加电压，来电解该原水，这样，可以在阳极侧的电解腔中生成酸性的电解水，而在阴极侧的电解腔中生成碱性的电解水。

在所述电解水生成装置的电解槽中，所述电极通常是以离开所述隔膜的方式来设置的。然而，根据上述通常的构成，由于夹持所述隔膜而配设的两个电极的间隔较大，以至电极间的电阻变大，由此产生相对于所外加的电压而言其电解效率呈现较低的问题。

为了解决所述问题，提出有例如这样一种电解槽，也即，通过使电极抵接于隔膜，来缩小两电极的间隔，而所述的电极是通过将由平纹金属网构成的多孔电极素材和穿孔板(Punched metal)进行重合而得到的电极(例如，参照日本特许公开2001-73177号公报)。根据所述电解槽，通过使原水流通于所述多孔电极素材的内部，可以增大该原水和电极的接触面积。另外，根据所述电解槽，可以某种程度地提高相对于所外加的电压而言的电解效率。

但是，所述公报记载的电解槽却无法避免流通阻抗大，以及若想增多单位时间内的电解水生成量的话装置就会变得大型化的问题。如前所述，流通阻抗大是由于所述原水在所述多孔电极素材的内部流通的原因。

因此，本发明者们提出了关于使用下述膜-电极结构体的电解槽的方案，该膜-电极结构体是通过将所述一对电极紧贴在离子渗透性的隔膜的两表面而形成，所述电极自身具有离子渗透性(例如，参照日本特许公开2005-144239号公报，日本特许公开2005-144240号公报)。根据所述膜-电极结构体，由于在两电极间只存在有所述隔膜，因此，可以提高相对于所外加的电压而言的电解效率，并且还可以使得装置小型化。

然而，在所述膜-电极结构体中，导线不容易连接到所述电极，以至难以经由该导线来供电。虽然可以考虑替换所述导线，而使集电体抵接于所述电极的表面，但是，当该电极为具有微小细孔的多孔质体也即所谓微孔状时，该电极的表面阻抗将变大。因此，即使使集电体抵接于所述电极的表面，也难以从该集电体向该电极供给充分的电力，故而需要进一步改良。

发明内容

本发明为了解决所述课题，目的在于，以提供一种确实可以对膜-电极结构体进行充分供电的电解水生成装置的电解槽。

为达到上述目的，本发明的电解水生成装置的电解槽具有：经离子渗透性的隔膜而呈相向配置的一对电解腔、向各电解腔供给原水的原水供给机构、夹持该隔膜而设置于电解腔中的电极、以及将电解水从各电解腔中取出的电解水取出机构，而该电解水是：通过对两电极外加电压，对借助于该原水供给机构而被供给到各电解腔内的原水进行电解来得到的；其特征在于，设有：各电极紧贴于该隔膜的两表面而形成的膜-电极结构体、与该膜-电极结构体的各电极相向配置的网状集电体、以及设置在各电解腔的内壁上的多个突出部；其中该多个突出部向该电极方向推压该网状集电体，并使之压接该电极。

根据本发明的电解槽，通过使所述集电体抵接于各电极，而从该集电体向该电极供给充分的电力。由于所述集电体为网状的，能使原水透过并接触于所述电极，因此，不会妨碍所述电解。

此时，在本发明的电解槽中，设置在所述电解腔的内壁上的所述多个突出部，向所述电极方向推压所述网状集电体，并使之压接该电极。因此，根据本发明的电解槽，由于所述网状集电体与膜-电极结构体的电极之间的接触面积变大，电力而被均等供给该电极，因此，确实可以从该集电体向该电极供给充分的电力。

另外，设置在所述电解腔的内壁上的所述突出部，在该电解腔内通过形成所述电解水的流通路，或者在该电解水的流通路中形成为岛状，可以提高电解水中的离子的扩散效果。

另外，在本发明的电解槽中，其特征在于，所述各电解腔在所述膜-电极结构体的两侧的相互相向位置设置所述突出部。通过在所述膜-电极结构体的两侧的相互相向位置设置所述突出部，可以避免所述集电体只在其中的一方侧被施加以局部性的压力。因此，所述集电体是被从两侧以均等的压力所推压，确实可以被压接于该膜-电极结构体，这样，确实进一步可以从所述集电体向所述电极供给充分的电力。

另外，本发明的电解槽，其特征在于，设有：贯穿各电解腔的外壁而将所述网状集电体和外部电源连接起来的连接部件、将该连接部件向该网状集电体方向顶靠推压并使该网状集电体压接于所述电极的弹性部件。

此时，在本发明的电解槽中，所述连接部件通过所述弹性部件而被顶靠向所述网状集电体方向，并推压该网状集电体，且使该网状集电体压接于该电极。所以，根据本发明的电解槽，由于所述网状集电体与膜-电极结构体的电极之间的接触面积变大，电力而被均等供给该电极，因此，确实可以从该集电体向该电极供给充分的电力。

另外，在本发明的电解槽中，通过设置所述连接部件，可以容易地将所述集电体和所述外部电源连接起来，而且装置的构成变得简单，因此，可以容易地进行组装、保养等作业。

在本发明的电解槽中，所述各电解腔最好是在所述膜-电极结构体的两侧的相互相向位置具有所述连接部件。通过所述连接部件被设置在所述膜-电极结构体的两侧的相互相向位置，可以避免所述集电体只在其中的一方侧被施加以局部性的压力。因此，所述集电体是被从两侧以均等的压力所推压，确实可以被压接于该膜-电极结构体，这样，确实进一步可以从所述集电体向所述电极供给充分的电力。

另外，在本发明的电解槽中，其特征在于，所述集电体由耐腐蚀性导电材料构成。作为所述耐腐蚀性导电材料，可以例举出钛等。通过所述集电体由耐腐蚀性导电材料构成，可以实现该集电体的长寿命化，而且还可以避免因为该集电体的老化所导致的电压上升等而对电解产生的不良影响。

此外，在本发明的电解槽中，其特征在于，所述电极由含有导电性粉体的多孔质体构成。通过所述电极为所述多孔质体，当在覆盖所述隔膜的表面全体的场合时，也可以使所述原水透过，并接触于该隔膜，因此，不会阻碍该隔膜的功能，可以得到充分的离子交换能。

另外，通过所述电极为所述多孔质体，与所述原水之间的接触面积变大，从而可以提高电解效率。

附图说明

图1表示本发明的电解槽的一构成例的剖面示意图。

图2表示图1的局部放大图。

图3(a)至图3(c)表示图1的电解槽中的连接部件的安装方法的剖面示意图。

图4表示从图1所示的膜-电极结构体一侧观察到的电解腔壳体的平面图。

图5表示本发明的电解槽的另一构成例的剖面示意图。

具体实施方式

下面，参照附图，进一步具体说明本发明的电解槽的实施方式。

本实施方式的电解槽1是使用于电解水生成装置上的电解槽，如图1所示，其具有膜-电极结构体2和夹持膜-电极结构体2的电解腔壳体3、4，各电解腔壳体3、4在内部还具有电解腔5、6。其结果，在电解槽1中，一对的电解腔5、6经膜-电极结构体2而呈相向配置。

另外，电解腔壳体3、4具有分别向各电解腔5、6供给原水的原水供给口7、8、以及用于将电解水从各电解腔5、6中取出的电解水取出口9、10。原水供给口7、8连接于未图示的原水箱等的原水供给机构，电解水取出口9、10连接于未图示的蓄水箱等。

膜-电极结构体2如图2所示，具有在阴离子交换膜11的两表面形成有膜状的电极12a、12b的构成，例如，使电极12a配设在电解腔5中，使电极12b配设在电解腔6中。其结果，电解槽1具有夹持阴离子交换膜11而设置在电解腔5、6中的一对电极12a、12b。

作为阴离子交换膜11，例如可以使用由旭化成工业株式会社制的ACIPLEX膜(注册商标)、旭硝子株式会社制的SELEMION膜(注册商标)等的烃类聚合物构成的阴离子交换膜，或者旭硝子株式会社制的FLEMION膜(注册商标)等的氟类阴离子交换膜。

另外，电极12a、12b是由：将金属粉末混合于导电性粉体，并且再加入下述混合物后的糊状体来构成的，该混合物是将聚乙烯醇溶解到水和乙醇的混合液中而得到的混合物。电极12a、12b是通过将所述糊状体在阴离子交换膜11的两表面涂敷成规定形状，并进行加热、加压，使之紧贴于阴离子交换膜11，而与阴离子交换膜11形成一体。

作为所述导电性粉体，可以例举出炭墨等。作为所述金属粉末，可以例举出铱等的粉末。所述金属粉末是以例如相对于所述导电体粉末为5重量％的比例而被混合的。

电极12a、12b由于是由所述导电性粉体、金属粉末形成的，故而成为具有直径数μm细孔的多孔质体也即所谓微孔状体。另外，在所述糊状体上，使用聚乙烯醇来作为粘合剂。

在膜-电极结构体2中，阴离子交换膜11具有50～200μm的膜厚。另外，电极12a、12b是按前述的方法而形成为干燥膜厚30～200μm。

在电解腔5、6的内部设置有相对于该膜-电极结构体2的表面而相向配置的集电体13、14。集电体13、14由钛等的耐腐蚀性导电材料形成为网状，以使得供给电解腔5、6的原水透过，并使该原水能接触于电极12a、12b。作为所述网状的集电体13、14，可以例举出由钛筛网构成的集电体。

另外，电解腔壳体3、4在电解腔5、6的内壁面具有多个突出部15、16。所述突出部15、16设置于膜-电极结构体2的两侧的相互相向位置，各自的平坦的前端部抵接于集电体13、14。其结果，突出部15、16分别向电极12a、12b方向推压集电体13、14，并使集电体13、14分别压接电极12a、12b。

此外，电解腔壳体3、4具有贯穿电解腔5、6的外壁且抵接于集电体13、14的终端17、18。该终端17、18作为将集电体13、14连接于未图示的外部电源的连接部件而作用。

终端17、18具有抵接集电体13、14的平坦的抵接部19、以及设置在抵接部19的背面的轴部20，该轴部20插通于穿设在电解腔壳体3、4上的贯穿孔21、22。另外，终端17、18在突出到电解腔壳体3、4外部的轴部20的外周侧，具有与电解腔壳体3、4之间存在有间隔设置的凸缘部23。终端17、18通过介设在帽部件24的内侧面和凸缘部23之间的弹簧25，而被顶靠/推压向集电体13、14方向，其中帽部件24设置在外侧并卡止于电解腔壳体3、4上。

此时，帽部件24如图3(a)所示，为包围轴部20外周侧的有底圆筒状体，并具有沿着开口端的外周部而断续地形成的多个帽沿部26，其中所述轴部20突出到电解腔壳体3、4外部。另一方面，电解腔壳体3、4具有供帽沿部26插入的多个插入孔27、以及将插入孔27、27相互连通的过渡部28。

因此，在安装终端17、18时，首先，如图3(a)所示，抵抗介设在轴部20的凸缘部23和帽部件24的底部29之间的弹簧25的弹力，而将帽部件24推压向电解腔壳体3、4方向。并且，使帽沿部26插入插入孔27。

接着，当帽部件24的帽沿部26被插入插入孔27中之后，如图3(b)所示，使帽部件24在圆周方向旋转。这样，如图3(c)所示，帽沿部26则被将插入孔27相互连通的过渡部28所导向并与之卡合。此时，弹簧25的弹力则作用在使帽部件24的底部29和轴部20的凸缘部23相互离开的方向。

因此，帽部件24通过作用在底部29方向的弹簧25的弹力而被顶靠，帽沿部26被卡止于过渡部28的上方的电解腔壳体3、4上，使之不能脱落。另一方面，终端17、18通过从底部29向凸缘部23方向作用的弹簧25的弹力而被顶靠，并被推压向集电体13、14。

由于终端17、18位于膜-电极结构体2的两侧的相互相向位置，因此，可以避免集电体13、14只在其中的一方侧被施加以局部性的压力，由此，集电体13、14是被从两侧以均等的压力所推压，确实可以被压接于膜-电极结构体2的电极12a、12b。

另外，终端17、18通过未图示的导线等连接于所述外部电源，在轴部20和贯穿孔21、22之间套入有O型环。

而且，各电解腔壳体3、4通过未图示的螺栓和拧到该螺栓上的未图示的螺母而被相互紧固，并经由隔板31、衬垫32而压接于膜-电极结构体2上。

在本实施方式的电解槽1中，例如，将电极12a定为阳极，将电极12b定为阴极。这种场合，将几乎不含电解质的水作为原水而经原水供给口7来供给电解腔5，而将作为含有电解质的原水的食盐水(氯化钠水溶液)经原水供给口8来供给电解腔6。而且，经集电体13、14而对电极12a、12b通电。

其结果，在电解腔5中可以得到含有次氯酸盐的酸性电解水，而在电解腔6中可以得到碱性电解水。所述酸性电解水经电解水取出口9而从电解腔5中取出，而所述碱性电解水经电解水取出口10则从电解腔6中取出。

此时，电极12a、12b紧贴于阴离子交换膜11，与阴离子交换膜11形成一体，由于两电极间的间隔非常窄小，故而，电极间阻抗较小，可以以较低电压进行高效率的电解。

集电体13、14通过突出部15、16和终端17、18而被推压，并被压至电极12a、12b。因此，由所述钛筛网构成的集电体13、14与电极12a、12b之间的接触面积变得较大，电力而被均等供给电极12a、12b。其结果，确实可以从集电体13、14向电极12a、12b供给充分的电力。

另外，在本实施方式的电解槽1中，突出部15、16如以突出部15为例的图4所示，沿着电解腔壳体3的长度方向而平行地设置有多个，在电解腔5内突出部15、15之间形成有所述酸性电解水的流通路33。但是，突出部15也可以如图4中的假想线151所示那样，在流通路33中设置成岛状。通过将突出部15设置成岛状，可以提高所述酸性电解水中的离子的扩散效果。

电解腔壳体3、4通过插通到在外周部设置的螺栓孔34之中的螺栓和拧到该螺栓上的螺母而被相互紧固，并经由隔板31、衬垫32而压接于膜-电极结构体2上。

另外，在本实施方式的电解槽1中，突出部15、16设置在膜-电极结构体2的两侧的相互相向位置。但是，突出部15、16只要能分别将集电体13、14压至电极12a、12b就可以，不一定非设置在相向位置不可。

另外，在本实施方式的电解槽1中，终端17、18设置在膜-电极结构体2的两侧的相互相向位置。但是，如图5所示，在电解槽1中，在膜-电极结构体2的两侧，也可以使一个突出部16与终端17相对向，而使一个突出部15与终端18相对向。在图5的构成中，与图1的构成同样，可以避免集电体13、14只在其中的一方侧被施加以局部性的压力，由此，集电体13、14是被从两侧以均等的压力所推压，可以得到确实被压接于膜-电极结构体2的电极12a、12b上的效果。

另外，在本实施方式的电解槽1中，作为离子渗透性的隔膜而使用了阴离子交换膜11，但是，替换它即使使用阳离子交换膜，也同样可以实施。

另外，本实施方式的电解槽1，通过设置向电极12a、12b供电的电源装置或控制所述原水供给机构等动作的控制装置等的外围设备，则可以构成电解水生成装置。

Claims

1.一种电解水生成装置的电解槽，其具有：经离子渗透性的隔膜而呈相向配置的一对电解腔、向所述一个电解腔供给不含有电解质的原水，向另一个电解腔供给含有电解质的原水的原水供给机构、夹持该隔膜而设置于电解腔中的电极、以及将电解水从各电解腔中取出的电解水取出机构，而该电解水是：通过对两电极外加电压，对借助于该原水供给机构而被供给到各电解腔内的原水进行电解来得到的；其特征在于，

设有：各电极紧贴于该隔膜的两表面而形成的膜-电极结构体、与该膜-电极结构体的各电极相向配置的网状集电体、贯穿各电解腔的外壁而将所述网状集电体和外部电源连接起来的连接部件、以及设置在各电解腔的内壁上的多个突出部；其中该多个突出部与所述连接部件一起向该电极方向推压该网状集电体，并使之压接该电极，以使所述网状集电体和所述电极的接触面积变得较大，使从所述集电体向所述电极供给充分的电力用于电解。

2.根据权利要求1所述的电解水生成装置的电解槽，其特征在于，所述各电解腔在所述膜-电极结构体的两侧的相互相向位置具有所述突出部。

3.根据权利要求1所述的电解水生成装置的电解槽，其特征在于，所述突出部在所述电解腔内形成有所述电解水的流通路。

4.根据权利要求1所述的电解水生成装置的电解槽，其特征在于，所述突出部在所述电解腔内，并在所述电解水的流通路中形成为岛状。

5.根据权利要求1所述的电解水生成装置的电解槽，其特征在于，设有：将所述连接部件向该网状集电体方向顶靠推压并使该网状集电体压接于所述电极的弹性部件。

6.根据权利要求5所述的电解水生成装置的电解槽，其特征在于，所述各电解腔在所述膜-电极结构体的两侧的相互相向位置具有所述连接部件。

7.根据权利要求1所述的电解水生成装置的电解槽，其特征在于，所述集电体由耐腐蚀性导电材料构成。

8.根据权利要求1所述的电解水生成装置的电解槽，其特征在于，所述电极由含有导电性粉体的多孔质体构成。