JP2015182008A - 電解水生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小さい電解抵抗で安定的に電解可能な電解水生成装置を提供する。【解決手段】電解水生成装置は、ケーシング１１と、ケーシング内を電解質液を流す中間室１５ａと原水を流す陽極室１５ｂとに区画する陰イオン交換膜１６と、ケーシング内を中間室と原水を流す陰極室１５ｃとに区画する陽イオン交換膜１８と、陰イオン交換膜に対向して陽極室に設けられた剛性および通液性を有する陽極１４と、陽イオン交換膜に対向して陰極室に設けられた剛性および通液性を有する陰極２０と、を具備する電解槽と、中間室に内に設けられた多孔質のスペーサであって、陰イオン交換膜に当接し陽極との間に陰イオン交換膜を挟持する第１主面と、陽イオン交換膜に当接し陰極との間に陽イオン交換膜を挟持する第２主面と、流入した電解質液を流出側に流す流路Ｒ１、Ｒ２とを有するスペーサを備える。【選択図】図５

Description

本発明の実施形態は、電解水生成装置に関する。

従来、アルカリイオン水、オゾン水または次亜塩素酸水などを生成する装置として、３室型の電解槽を有する電解水生成装置が用いられている。３室型の電解槽は、陽イオン交換膜および陰イオン交換膜によって、ケーシング内が陽極室、中間室および陰極室と３室に区切られる。陽極室および陰極室には、陽極および陰極がそれぞれ配置されている。

このような電解水生成装置では、例えば、中間室に食塩水を流し、左右の陰極室および陽極室に水を流して、中間室の食塩水を陰極および陽極で電解することにより、陽極室で発生した塩素ガスから次亜塩素酸水を生成するとともに、陰極室で水酸化ナトリウム水を生成する。生成した次亜塩素酸水は殺菌消毒水として、水酸化ナトリウム水は洗浄水として活用される。

このような３室型電解槽では、隔壁となるイオン交換膜に、水圧による応力が掛かって破壊されるおそれがある。このため、中間室に多孔質のスペーサを配置し、これにイオン交換膜を接着する技術があった。

特許第３５００１７３号公報 特許第３４２６３４８号公報

しかしながら、このような３室型の電解槽において、中間室に多孔質のスペーサを配置すると、中間室を流れる食塩水の流れを阻害し、電解抵抗を増やしてしまう問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、小さい電解抵抗で安定的に電解可能な電解水生成装置を提供することである。

実施形態の電解水生成装置は、ケーシングと、前記ケーシング内を電解質液を流す中間室と原水を流す陽極室とに区画する陰イオン交換膜と、前記ケーシング内を前記中間室と原水を流す陰極室とに区画する陽イオン交換膜と、前記陰イオン交換膜に対向して前記陽極室に設けられた剛性および通液性を有する陽極と、前記陽イオン交換膜に対向して前記陰極室に設けられた剛性および通液性を有する陰極と、を具備する電解槽と、前記中間室内に設けられた多孔質のスペーサであって、前記陰イオン交換膜に当接し前記陽極との間に前記陰イオン交換膜を挟持する第１主面と、前記陽イオン交換膜に当接し前記陰極との間に前記陽イオン交換膜を挟持する第２主面と、前記流入した電解質液を流出側に流す流路と、を有するスペーサを備える。

図１は、第１の実施形態に係る電解水生成装置の概略的な構成図。 図２は、第１の実施形態に係る電解槽を部分的に破断した斜視図。 図３は、第１の実施形態に係る電解槽の分解斜視図。 図４は、第１の実施形態に係る電解槽の縦断面図。 図５は、第１の実施形態に係る電解槽の横断面図。 図６は、第２の実施形態に係る電解槽の横断面図。 図７は、第２の実施形態に係る多孔質スペーサの斜視図。 図８は、第３の実施形態に係る電解槽の横断面図。 図９は、第３の実施形態に係る多孔質スペーサの斜視図。 図１０は、第４の実施形態に係る電解槽の縦断面図。

以下に、図面を参照しながら、種々の実施形態について説明する。なお、実施形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電解水生成装置全体の構成を概略的に示す図である。図１に示すように、電解水生成装置は、３室型の電解槽１０を備えている。この電解槽１０は、例えば、ほぼ矩形箱状のケーシング１１を備え、ケーシング１１内は、陽イオン交換膜１８および陰イオン交換膜１６により、中間室１５ａと、中間室１５ａの両側に位置する陽極室１５ｂおよび陰極室１５ｃとに仕切られている。中間室１５ａ内に、後述する押圧機構を構成する多孔質スペーサ１２が設けられている。陽極室１５ｂ内に陽極１４が設けられ、陰極室１５ｃ内に陰極２０が設けられている。

電解水生成装置は、電解槽１０の中間室１５ａに電解質液、例えば、飽和食塩水を供給する電解質液供給部１９と、陽極室１５ａおよび陰極室１５ｂに電解原水、例えば、水を供給する原水供給部２１と、陽極１４および陰極２０に正電圧および負電圧をそれぞれ印加する電源２２と、を備えている。

電解質液供給部１９は、飽和食塩水を生成する食塩水タンク２４と、食塩水タンク２４から中間室１５ａの下部に飽和食塩水を導く供給配管１９ａと、供給配管１９ａ中に設けられた第１送液ポンプ２８と、中間室１５ａ内を流れた電解質液を中間室１５ａの上部から食塩水タンク２４に送る排出配管１９ｂと、を備えている。

原水供給部２１は、水を供給する図示しない給水源と、給水源から陽極室１５ｂおよび陰極室１５ｃの下部に水を導く給水配管２１ａと、給水配管２１ａ中に設けられた第２送液ポンプ３０と、陽極室１５ｂを流れた水を陽極室１５ｂの上部から排出する第１排水配管２１ｂと、陰極室１５ｃを流れた水を陰極室１５ｃの上部から排出する第２排水配管２１ｃと、第２排水配管２１ｃ中に設けられた気液分離器２６と、を備えている。

次に、電解槽１０の構成をより詳細に説明する。図２は電解槽１０の一部を破断した斜視図、図３は電解槽１０の分解斜視図である。
図２および図３に示すように、電解槽１０は、ほぼ矩形状のケーシング１１を備えている。このケーシング１１は、矩形枠状の中間フレーム１３と、中間フレーム１３とほぼ等しい外径寸法を有し中間フレームの片面側を覆う矩形カップ状の陽極カバー（第１カバー）２３と、中間フレーム１３とほぼ等しい外径寸法を有し中間フレームの他面側を覆う矩形カップ状の陰極カバー（第２カバー）２５と、を有している。中間フレーム１３の内面により中間室１５ａが形成されている。陽極カバー２３は、その外周縁部が中間フレーム１３に当接し、その内面により、陽極室１５ｂを形成している。陰極カバー２５は、その外周縁部が中間フレーム１３に当接し、その内面により、陰極室１５ｃを形成している。

図２および図３に示すように、陽極カバー２３と中間フレーム１３と陰極カバー２５とは、複数のボルト、ナットにより、周縁部同士が互いに締結され一体となってケーシング１１を構成している。

中間フレーム１３の下端に、中間室１５ａに連通する第１流入口３２が形成され、上端に中間室１５ａに連通する第１流出口３４が設けられている。これら第１流入口３２および第１流出口３４に供給配管１９ａおよび排水配管１９ｂがそれぞれ接続される。陽極カバー２３の下部に陽極室１５ｂに連通する第２流入口３６が形成され、上部に陽極室１５ｂに連通する第２流出口３８が設けられている。これら第２流入口３６および第２流出口３８に給水配管２１ａおよび第１排水配管２１ｂがそれぞれ接続される。陰極カバー２５の下部に陰極室１５ｃに連通する第３流入口４０が形成され、上部に陰極室１５ｃに連通する第３流出口４２が設けられている。これら第３流入口４０および第３流出口４２に給水配管２１ａおよび第２排水配管２１ｃがそれぞれ接続される。

図２および図３に示すように、陰イオン交換膜１６および陽イオン交換膜１８は、それぞれ中間フレーム１３とほぼ等しい外径を有する矩形状に形成されている。陰イオン交換膜１６は、中間フレーム１３の片面側に対向して配置され、その周縁部は、図示しないシール材を介して、中間フレーム１３に密着している。同様に、陽イオン交換膜１８は、中間フレーム１３の他面側に対向して配置され、その周縁部は、図示しないシール材を介して、中間フレーム１３に密着している。ケーシング１１内は、陰イオン交換膜１６により、中間室１５ａと陽極室１５ｂとに区画され、更に、陽イオン変換膜１８により、中間室１５ａと陰極室１５ｃとに区画されている。

このように、陽イオン交換膜１８および陰イオン交換膜１６は、互いに平行となるようにケーシング１１内部に配置されて、ケーシング１１内を３室に区画している。陽イオン交換膜１８は、陽イオンを通過させ、陰イオンを通過させない。また、陰イオン交換膜１６は、陰イオンを通過させ、陽イオンを通過させない。陽イオン交換膜１８および陰イオン交換膜１６は、公知の材料を使用してよい。

図２および図３に示すように、陽極室１５ｂ内に配設された陽極１４は、中間フレーム１３とほぼ等しい外径を有する矩形状に形成されている。陽極１４は、剛性および通液性を有するメッシュ状の板により形成されている。陽極１４は、陰イオン交換膜１６の全面に対向して配置され、その周縁部は、中間フレーム１３と第１カバー２３の周縁部との間に挟持されている。すなわち、陽極１４の周縁部の一面側は、陰イオン交換膜１６を介して中間フレーム１３に密着し、他面側は、図示しないシール材を介して第１カバー２３の周縁部に密着している。

本実施形態において、陽極１４と陰イオン交換膜１６との間に、不織布１７を挟んで配置してもよい。この不織布１７は、陰イオン交換膜１６とほぼ等しい大きさの矩形状に形成され、陰イオン交換膜１６および陽極１４のほぼ全面に接触している。このような不織布１７を設けることにより、イオン交換膜から来るイオンを通過させるとともに、電極で発生するガスをイオン交換膜側へ戻り難くして電解効率を上げることが可能となる。また、イオン交換膜の劣化を回避することができる。また、陽極１４と陰イオン交換膜１６との間に不織布１７を挟むと、後述するように、陰イオン交換膜１６を多孔質スペーサ１２により陽極１４へ押圧する際に、陰イオン交換膜１６が破損しにくくなる。

同様に、陰極室１５ｃ内に配設された陰極２０は、中間フレーム１３とほぼ等しい外径を有する矩形状に形成されている。陰極２０は、剛性および通液性を有するメッシュ状の板により形成されている。陰極２０は、陽イオン交換膜１８の全面に対向して配置され、その周縁部は、中間フレーム１３と第２カバー２５の周縁部との間に挟持されている。すなわち、陰極２０の周縁部の一面側は、陽イオン交換膜１８を介して中間フレーム１３に密着し、他面側は、図示しないシール材を介して第２カバー２５の周縁部に密着している。本実施形態において、陰極２０と陽イオン交換膜１８との間に、不織布１７を挟んで配置してもよい。この不織布１７は、陽イオン交換膜１８とほぼ等しい大きさの矩形状に形成され、陽イオン交換膜１８および陰極のほぼ全面に接触している。この場合でも、陽極１４と陰イオン交換膜１６との間に不織布１７を挟んだときと同様の作用効果が得られる。

図４は、第１の実施形態に係る電解槽を中間フレームの位置で破断して示す電解槽の縦断面図、図５は、電解槽の横断面図である。
図２ないし図５に示すように、中間室１５ａには、押圧機構として、通液性を有する多孔質スペーサ１２が設けられている。多孔質スペーサ１２は、全体として、直方体形状に形成され、中間室１５ａとほぼ同様の幅、高さを有し、イオン交換膜のほぼ全体に接するように、中間室１５ａ内に配置されている。また、多孔質スペーサ１２には第１流入口３２から第１流出口３４をつなぐ流路が形成されている。ただし、多孔質スペーサ１２の高さは、中間室１５ａの高さよりも小さく形成されており、この隙間を通して第１流入口３２から入った電解液、あるいは第１流出口３４から出る電解液を多孔質スペーサ１２の幅方向に供給する流路を形成している。これにより、多孔質スペーサ１２の一方の主面は、陰イオン交換膜１６のほぼ全面に当接し、他方の主面は、陽イオン交換膜１８のほぼ全面に当接している。また、多孔質スペーサ１２の下端は、第１流入口３２を塞がないように、この第１流入口３２と隙間をおいて対向している。同様に、多孔質スペーサ１２の上端は、第１流出口３４を塞がないように、この第１流出口３４と隙間をおいて対向している。

本実施形態において、多孔質スペーサ１２は、例えば、３つに分離した直方体形状の多孔質部材１２１、１２２、１２３により構成されている。３つの多孔質部材１２１〜１２３は、互いに平行に並んで中間室１５ａ内に配置され、かつ、多孔質部材１２１、１２２は隙間Ｓ１を置いて対向し、多孔質部材１２２、１２３は、隙間Ｓ２を置いて対向している。隙間Ｓ１、Ｓ２は、中間室１５ａの高さ方向（鉛直方向）に延び、第１流入口３２から流入した電解質液（食塩水）を第１流出口３４へ流す流路Ｒ１、Ｒ２をそれぞれ形成している。
図２ないし図５に示すとおり、適度な隙間Ｓ１、Ｓ２を設けながら３つの多孔質部材１２１〜１２３を並べることにより、３つの多孔質部材全体は、中間室１５ａの内径とほぼ等しい外径寸法を有している。また、３つの多孔質部材１２１〜１２３のそれぞれは、中間室１５ａの厚さとほぼ等しい厚さ、あるいは、僅かに厚い、厚さに形成されている。

多孔質スペーサ１２（多孔質部材１２１、１２２、１２３）を構成する多孔質体は、例えば、ポリプロピレンまたはポリエチレンからなる粒状または繊維状の材料を固めたものである。このような樹脂製の多孔質スペーサ１２では適度な弾性も有しており、イオン交換膜を傷めにくい。多孔質スペーサ１２の空隙率は、２０〜５０％であることが望ましい。多孔質スペーサ１２の空隙率が小さいと、中間室１５ａに流入する電解質液（食塩水）の流水抵抗が高くなり、食塩水流量が０．５Ｌ／ｍ以下に低下して、ポンプや流量計を安定的に稼働できなくなる。また、電解で消費する塩分の供給が追い付かず、電解稼働初期に対して数分で電解電圧が上昇する。逆に、多孔質スペーサ１２の空隙率が大き過ぎると、多孔質スペーサの強度を失うとともに、イオン交換膜を面で支持できなくなり、局所的にイオン交換膜を押せなくなる箇所が存在して、電極とイオン交換膜の間の拡散抵抗を増大させる。適切な多孔質の隙間は０．３ｍｍ以下である。そこで、本実施形態によれば、上記のように、各多孔質部材１２１、１２２、１２３の空隙率を５０％以下とし、かつ、食塩水を流す流路Ｒ１、Ｒ２を多孔質スペーサ１２に設けることにより、多孔質スペーサ１２の強度を維持しつつ、食塩水の円滑な流通を図っている。

図２および図５に示す通り、３つの多孔質部材（多孔質スペーサ）１２１、１２２、１２３は、陰イオン交換膜１６にそれぞれ対向、密着する矩形状の第１主面１２１ａ、１２２ａ、１２３ａ、および陽イオン交換膜１８にそれぞれ対向、密着する第２主面１２１ｂ、１２２ｂ、１２３ｂを有している。本実施形態において、これら第１主面１２１ａ、１２２ａ、１２３ａおよび第２主面１２１ｂ、１２２ｂ、１２３ｂは、陽イオン交換膜１６および陰イオン交換膜１８にそれぞれ弾性的に当接し、陰イオン交換膜１６および陽イオン交換膜１８を電極側に押圧および支持する。

第１の実施形態では、図４および図５に示すＷで定義される１つの多孔質部材の水平方向の幅を、１００ｍｍ以下とする。また、多孔質スペーサ１２を構成する３つの多孔質部材１２１〜１２３は、隙間Ｓ１、Ｓ２を設けられて中間室１５ａ内に配置されている。この隙間Ｓ１、Ｓ２は、第１流入口３２から流入する食塩水の主要な流路Ｒ１、Ｒ２となる。この流路Ｒ１、Ｒ２から、食塩水が多孔質スペーサ１２全体に浸みわたり、イオン交換膜全体に食塩水が行きわたるようになる。

イオン交換膜に接している流路Ｒ１、Ｒ２の面積は、がこの隙間Ｓ１、Ｓ２の幅Ｇ１、Ｇ２の面積は、中間室１５ａと陽極室１５ｂまたは陰極室１５ｃとの境界がなす面の面積の５％以下とすることが望ましい。即ち、図４に示した、隙間Ｓ１の幅Ｇ１と隙間Ｓ２の幅Ｇ２との合計が中間室１５ａの幅Ｘの５％以下とすることが望ましい。上述のとおり、中間室１５ａと陽極室１５ｂまたは陰極室１５ｃとの境界がなす面は、ほぼイオン交換膜全体に近い。したがって、イオン交換膜に接する流路の面積は、多孔質スペーサ１２とイオン交換膜とが接する面積の５％以下と言い換えてもよい。こうすると、多孔質スペーサ１２の主面がイオン交換膜を電極に圧接する機能を保持できる。同時に、低い電解電圧の上昇を抑えることができる。

第１の実施形態は、例えば、多孔質部材１２１〜１２３の水平方向の幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３が５０ｍｍであり、隙間Ｓ１、Ｓ２の幅Ｇ１、Ｇ２が２ｍｍであり、中間室１５ａの幅Ｘは、１５６ｍｍである。多孔質部材１２１〜１２３を上記の幅および間隔で中間室１５ａ内に配置すると、中間室１５ａへ流入する食塩水の流量を０．７Ｌ／ｍ以上とすることができるとともに、塩分供給不足による電解電圧の上昇を回避することができる。なお、多孔質部材１２１〜１２３の水平方向の幅および多孔質部材１２１〜１２３を並べる隙間Ｓ１、Ｓ２は、上記の値に限定されない。また、多孔質スペーサ１２は、３つ以外の複数の多孔質部材から構成されてもよい。多孔質スペーサ１２を構成する多孔質部材は、それぞれ異なる大きさであってもよい。図５において、３つの多孔質部材１２１〜１２３の幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３は全て同じでもよく、あるいは、それぞれ異なる値でもよい。また、隙間Ｓ１、Ｓ２の幅Ｇ１、Ｇ２は同じでもよく、あるいは、互いに異なる値でもよい。その場合も、Ｗが１００ｍｍ以下、Ｇ１＋Ｇ２がＸの５％以下とすることによって、上記と同様の作用効果がえられる。

以下、上記のように構成された電解水生成装置により、実際に食塩水を電解して酸性水（次亜塩素酸および塩酸）とアルカリ性水（水酸化ナトリウム）を生成する動作について説明する。
図１に示すように、第１送液ポンプ２８および第２送液ポンプ３０を作動させ、電解槽１０の中間室１５ａに飽和食塩水を供給するとともに、陽極室１５ｂおよび陰極室１５ｃに水を給水する。同時に、電源２２から正電圧および負電圧を陽極１４および陰極２０にそれぞれ印加する。第１流入口３２から中間室１５ａに流入した食塩水は、多孔質スペーサ１２の流路Ｒ１、Ｒ２を通って流れ、第１流出口３４に至る。この間、食塩水は、流路Ｒ１、Ｒ２から多孔質部材１２１、１２２、１２３全体に浸みわたり、陰イオン交換膜１６および陽イオン交換膜１８全体に食塩水が行きわたる。

中間室１５ａへ流入した食塩水中において電離しているナトリウムイオンは、陰極２０に引き寄せられ、陽イオン交換膜１８を通過して、陰極室１５ｃへ流入する。そして、陰極室１５ｃにおいて、ナトリウムイオンは水酸化物イオンと反応し、水酸化ナトリウム水溶液を生成する。また、水から分解された水素イオンは、陰極２０から電子を受け取って水素ガスが発生する。このようにして生成された水酸化ナトリウム水溶液および水素ガスは、陰極室１５ｃの第３流出口４２から第２排出配管２１ｃに流出し、気液分離器２６により、水酸化ナトリウム水溶液と水素ガスとに分離される。分離された水酸化ナトリウム水溶液（アルカリ性水）は、第２排出配管２１ｃを通って排出される。

また、中間室１５ａ内の食塩水中において電離している塩素イオンは、陽極１４に引き寄せられ、陰イオン交換膜１６を通過して、陽極室１５ｂへ流入する。そして、陽極１４にて塩素イオンが還元され塩素ガスが発生する。その後、塩素ガスは陽極室１５ｂ内で水と反応して次亜塩素酸と塩酸を生じる。このようにして生成された酸性水（次亜塩素酸および塩酸）は、陽極室１５ｂの第２流出口３８から第１排出配管２１ｂを通って流出する。

上記の陽イオン交換膜１８および陰イオン交換膜１６は、中間室１５ａに設けられた弾性のある多孔質スペーサ１２によって、陽極１４および陰極２０へ押し付けられている。また、多孔質スペーサ１２は、陽イオン交換膜１８および陰イオン交換膜１６と面接触している。そのため、陽イオン交換膜１８および陰イオン交換膜１６は、それぞれ、陰極および陽極と均一に密着し、電解抵抗の上昇が抑制されて安定的に電解を行うことができる。また、柔らかい膜である陽イオン交換膜１８および陰イオン交換膜１６は、剛性を有する陽極１４および陰極２０と多孔質スペーサ１２との間に挟持されている。そのため、イオン交換膜と電極とが互いに常に近接し、拡散抵抗の上昇を抑制し、低く安定した電解電圧を維持するとともに、水圧などによって応力がかかっても破壊されない。

このように、本発明の第１の実施形態によれば、３室型電解槽を備える電解水生成装置において、中間室に設けた電解質液供給用の流路付きの多孔質スペーサと剛性のある電極とにより、柔らかく壊れやすいイオン交換膜を挟持して保持することにより、イオン交換膜の破壊を回避することができる。同時に、多孔質スペーサによりイオン交換膜を押圧して電極に均一に密着させることにより、電解抵抗を小さくし、かつ安定した電解を行うことができる。更に、多孔質スペーサに電解質液が流れる流路を設けることにより、電解質液を円滑に供給できるとともに多孔質スペーサを介してイオン交換膜全体に電解質液を供給することができる。これにより、塩分供給不足による電解電圧の上昇を回避することができる。

（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態に係る電解水生成装置が有する電解槽の横断面図、図７は、多孔質スペーサを示す斜視図である。第２の実施形態に係る電解水生成装置によれば、多孔質スペーサ１２は独立した３つの多孔質部材ではなく、単一の直方体形状の多孔質部材により構成され、この多孔質スペーサの第１および第２主面に、流路を形成する複数の溝が形成されている。第２の実施形態において、他の電解水生成装置の他の構成は、第１の実施形態に係る電解水生成装置と同様である。

第２の実施形態に係る多孔質スペーサ１２は、中間室１５ａの内径とほぼ等しい寸法の直方体形状に形成され、陰イオン交換膜１６に面接触する矩形状の第１主面１２ａと、陽イオン交換膜１８に面接触する矩形状の第２主面１２ｂを有している。また、多孔質スペーサ１２は、第１主面１２ａに形成された２つの溝Ｓ１、Ｓ２、および第２主面１２ｂに形成された２つの溝Ｓ１を有している。これらの溝Ｓ１、Ｓ２は、中間室１５ａの高さ方向に沿って、ここでは、鉛直方向に沿って、多孔質スペーサ１２の下端縁から上端縁まで直線的に延びている。そして、これらの溝Ｓ１、Ｓ２は、第１流入口３２から中間室１５ａ内に流入した電解質液を第１排出口３９に向かって流す流路Ｒ１、Ｒ２を形成している。

２つの溝Ｓ１およびＳ２の幅は、それぞれ、Ｇ１およびＧ２である。多孔質スペーサ１２の幅方向一端と溝Ｓ１との間隔Ｗ１、溝Ｓ１、Ｓ２間の間隔Ｗ２、溝Ｓ２と多孔質スペーサ１２の幅方向他端との間隔Ｗ３は、ほぼ同一に設定されている。多孔質スペーサ１２の第１主面１２ａは陰イオン交換膜１６と面接触し、第２主面１２ｂは陽イオン交換膜１８と面接触する。多孔質スペーサ１２は、ケーシング１１の中間室１５ａに設けられた第１流入口３２および第１流出口３４を塞がないように配置されている。第２の実施形態において、溝Ｓ１、Ｓ２は、第１流入口３２から流入する食塩水の主要な流路Ｒ１、Ｒ２となる。これらの流路Ｒ１、Ｒ２を流れる食塩水は、多孔質スペーサ１２全体に浸みわたり、イオン交換膜１６、１８全体に行きわたるようになる。

第２の実施形態においても、溝Ｓ１、Ｓ２の幅Ｇ１＋Ｇ２は、中間室１５ａ幅Ｘの５％以下となるようにする。上記の関係を満たせば、幅Ｇ１およびＧ２の値は互いに同じでもよく、異なってもよい。また、間隔Ｗ１、Ｗ２およびＷ３の値は互い異なってもよい。

第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様、中間室１５ａに設けた流路付きの多孔質スペーサ１２と剛性のある電極１４、２０とにより、柔らかく壊れやすいイオン交換膜１６、１８を挟持してイオン交換膜の破壊を回避するとともに、電解抵抗を小さくし、かつ安定した電解を行うことができる。また、多孔質スペーサ１２が１体の部品であるため、少ないコストで量産することが可能である。

（第３の実施形態）
図８は、第３の実施形態に係る電解水生成装置の電解槽の横断面図、図９は、多孔質スペーサの斜視図である。第３の実施形態に係る電解水生成装置によれば、多孔質スペーサ１２は、単一の直方体形状の多孔質部材により構成され、この多孔質スペーサ１２内に複数、例えば、３本の透孔が貫通形成されている。第２の実施形態において、他の電解水生成装置の他の構成は、第１の実施形態に係る電解水生成装置と同様である。

第３の実施形態に係る多孔質スペーサ１２は、中間室１５ａの内径とほぼ等しい寸法の直方体形状に形成され、陰イオン交換膜１６に面接触する矩形状の第１主面１２ａと、陽イオン交換膜１８に面接触する矩形状の第２主面１２ｂを有している。また、多孔質スペーサ１２内には、３本の透孔Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が貫通形成されている。これらの透孔Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は、それぞれ中間室１５ａの高さ方向に沿って、ここでは、鉛直方向に沿って、多孔質スペーサ１２の下端縁から上端縁まで直線的に延びている。また、透孔Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は、多孔質スペーサ１２の幅方向に互いに離間して設けられている。そして、これらの３つの透孔は、第１流入口３２から中間室１５ａ内に流入した電解質液を第１排出口３９に向かって流す流路Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を形成している。

多孔質スペーサ１２は、ケーシング１１の中間室１５ａに設けられた第１流入口３２および第１流出口３４を塞がないように配置されている。第３の実施形態においても同様に、多孔質スペーサ１２の透孔Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は、第１流入口３２から流入する食塩水の主要な流路Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３となる。これらの流路Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を流れる食塩水は多孔質スペーサ１２全体に浸みわたり、陰イオン交換膜１６および陽イオン交換膜１８全体に行きわたるようになる。

第３の実施形態においても、中間室１５ａに設けた流路付きの多孔質スペーサ１２と剛性のある電極１４、２０とにより、柔らかく壊れやすいイオン交換膜１６、１８を挟持してイオン交換膜の破壊を回避するとともに、電解抵抗を小さくし、かつ安定した電解を行うことができる。また、多孔質スペーサ１２が１体の部品であるため、少ないコストで量産することが可能である。

（第４の実施形態）
図１０は、第４の実施形態に係る電解水生成装置が有する電解槽の横断面図である。第４の実施形態に係る電解水生成装置によれば、多孔質スペーサ１２は、陰イオン交換膜１６に面接触する第１主面１２１ａを有する第１多孔質部材１２１と、陽イオン交換膜１８に面接触する第２主面１２２ａを有しているとともに第１多孔質部材１２１と隙間を置いて対向する第２多孔質部材１２２とを備えている。第１多孔質部材１２１および第２多孔質部材１２２は、それぞれ板状に形成されている。第１多孔質部材１２１と第２多孔質部材１２２との間には複数の弾性部材９０が設けられている。弾性部材９０は、第１多孔質部材１２１および第２多孔質部材１２２のそれぞれを、陰イオン交換膜側１６および陽イオン交換膜側１８へ押圧する。

弾性部材９０は、例えば、中空の円筒形状に形成され、透孔Ｓ１が貫通形成されている。透孔Ｓ１は、中間室１５ａの高さ方向に沿って、ここでは、鉛直方向に沿って、多孔質スペーサ１２の下端縁から上端縁まで直線的に延びている。弾性部材９０を複数個中間室１５ａに設けることによって、第１多孔質部材１２１および第２多孔質部材１２２を押圧する。多孔質スペーサ１２は、ケーシング１１の中間室１５ａに設けられた第１流入口３２および第１流出口３４を塞がないように配置されている。弾性部材９０のそれぞれに設けられた透孔Ｓ１と弾性部材９０を並べる際にできる隙間Ｓ２とは、第１流入口３２から中間室１５ａ内に流入した電解質液を第１排出口３９に向かって流す流路Ｒ１、Ｒ２を形成している。

弾性部材９０には、適度な弾力と剛性を有するテフロン（登録商標）チューブを使用した。この場合、第１および第２多孔質部材の材料は、樹脂のみならず、硬いセラミックスや金属も使用することができる。また、弾性部材９０の材料は、テフロン（登録商標）チューブとは異なる弾性部品であってよい。また、第１多孔質部材１２１および第２多孔質部材１２２のそれぞれを、厚さが２ｍｍ以下の薄板とした場合、多孔質部材の空隙率が２０〜５０％であっても、イオン交換膜全体へ食塩水が行きわたるようになる。そのため、第１および第２多孔質部材１２１、１２２がイオン交換膜と接触する主面に溝を形成する必要がなくなる。

第４の実施形態において、他の電解水生成装置の他の構成は、第１の実施形態に係る電解水生成装置と同様である。上記のように構成された第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様、中間室１５ａに設けた多孔質スペーサ１２と剛性のある電極１４、２０とにより、柔らかく壊れやすいイオン交換膜１６、１８を挟持してイオン交換膜の破壊を回避するとともに、電解抵抗を小さくし、かつ安定した電解を行うことができる。

本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

たとえば、溝の形状は、ケーシングの中間室側に設けられた第１流入口から第１流出口まで、多孔質スペーサ１２を蛇腹状に這うものであってもよい。さらには、電解質液は食塩水以外のものでもよく、生成する電解水も次亜塩素酸以外の電解水でもよい。

１０…電解槽、１１…ケーシング、
１２…多孔質スペーサ、１２ａ…第１面、１２ｂ…第２面、１３…中間フレーム、
１４…陽極、１５ａ…中間室、１５ｂ…陽極室、１５ｃ…陰極室、
１６…陰イオン交換膜、１７…不織布、
１８…陽イオン交換膜、１９…電解質液供給部、２０…陰極、
２１…原水供給部、２２…電源、２３…第１カバー、
２４…食塩水タンク、２５…第２カバー、
２６…気液分離器、２８…第１送液ポンプ、３０…第２送液ポンプ、
３２…第１流入口、３４…第１流出口、３６…第２流入口、３８…第２流出口、
４０…第３流入口、４２…第３流出口、 ９０…弾性部材、
１２１、１２２、１２３…多孔質部材、
１２１ａ、１２２ａ、１２３ａ…第１主面、
１２１ｂ、１２２ｂ、１２３ｂ…第２主面、
Ｓ１…隙間、溝、Ｓ２…隙間、溝、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３…流路

Claims (8)

1. ケーシングと、前記ケーシング内を電解質液を流す中間室と原水を流す陽極室とに区画する陰イオン交換膜と、前記ケーシング内を前記中間室と原水を流す陰極室とに区画する陽イオン交換膜と、前記陰イオン交換膜に対向して前記陽極室に設けられた剛性および通液性を有する陽極と、前記陽イオン交換膜に対向して前記陰極室に設けられた剛性および通液性を有する陰極と、を具備する電解槽と、
   前記中間室内に設けられた多孔質のスペーサであって、前記陰イオン交換膜に当接し前記陽極との間に前記陰イオン交換膜を挟持する第１主面と、前記陽イオン交換膜に当接し前記陰極との間に前記陽イオン交換膜を挟持する第２主面と、前記流入した電解質液を流出側に流す流路と、を有するスペーサと、
   を備える電解水生成装置。
2. 前記スペーサは、空隙率が２０〜５０％の多孔質体で形成されている請求項１に記載の電解水生成装置。
3. 前記流路の前記陰イオン交換膜あるいは陽イオン交換膜に面接触する面における面積が前記中間室の面積の５％以下である請求項１又は２に記載の電解水生成装置。
4. 前記スペーサは、それぞれ前記陰イオン交換膜に当接する第１主面および前記陽イオン交換膜に当接する第２主面を有する複数の多孔質部材で構成され、前記複数の多孔質部材は、隙間をおいて並んで配置され、この隙間により前記流路を形成している請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
5. 前記スペーサは、前記第１主面および第２主面の少なくとも一方に形成され前記流路を規定した溝を有する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
6. 前記スペーサは、前記電解質液の流通方向に沿って貫通形成された透孔を有し、前記透孔により前記流路を形成している請求項１又は２に記載の電解水生成装置。
7. 前記スペーサは、前記陰イオン交換膜に面接触する第１主面を有する第１多孔質部材と、前記陽イオン交換膜に面接触する第２主面を有しているとともに前記第１多孔質部材と隙間を置いて対向する第２多孔質部材と、前記第１多孔質部材と前記第２多孔質部材との間に設けられ、前記第１多孔質部材および第２多孔質部材のそれぞれを、前記陰イオン交換膜側および前記陽イオン交換膜側へ押圧する弾性部材と、を備えている請求項１に記載の電解水生成装置。
8. 前記第１多孔質部材および前記第２多孔質部材は、それぞれ、厚さが２ｍｍ以下の薄板である請求項７に記載の電解水生成装置。

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