JP2017057482A - 電極体、電解装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被電解液に対する電極の接触面積を、電極室内面に対向した投影面積よりも拡大（増大）させることが可能な電解装置を提供する。【解決手段】一実施形態によれば、電極体６,７は、被電解液を陰極側と陽極側とに区画するために用いられる隔膜６ａ,７ａと、陰極側及び陽極側の被電解液を電気分解するために用いられる電極６ｂ,７ｂと、から構成されている。電極体は、平坦エリア９と凸凹エリア１０とを有する。電極は、平坦エリアから凸凹エリアに亘って構成されている。隔膜は、少なくとも凸凹エリアに亘って構成されている。平坦エリアにおいて、電極は、平坦面を有して構成されている。凸凹エリアにおいて、電極は、平坦エリアの前記平坦面よりも突出する少なくとも１つの凸部１０ａ、又は、平坦エリアの平坦面よりも窪ませた少なくとも１つの凹部１０ｂ、を備えている。隔膜は、電極の形状に沿って構成されている。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、例えば、被電解液に対する電極の接触面積を拡大（増大）可能な電極体、及び、電解装置に関する。

従来、電解液を生成する装置として、例えば、１隔膜２室型の電解槽を有する装置、２隔膜３室型の電解槽を有する装置などが知られている。ここで、２隔膜３室型の電解液生成装置において、電解槽は、２つの電極室（陰極室、陽極室）の間に、１つの中間室を備えて構成されている。中間室には、電解液が供給される。２つの電極室には、被電解液が供給される。中間室と電極室との間は、それぞれ、隔膜（例えば、イオン交換膜）で仕切られている。電極室には、電極（陽極、陰極）が配置されている。かかる構成において、電気分解に際し、陽イオンが陰極室に流入すると共に、陰イオンが陽極室に流入する。これにより、陰極室でアルカリ性水が生成され、陽極室で酸性水が生成される。

特開２０００−３２５９５６号公報

ところで、電解室内に供給された被電解液を、電極全体に亘って満遍無くかつ均一に接触させるために、複数の流路壁が設けられる場合がある。複数の流路壁は、電極室（陰極室、陽極室）内面の投影平面に沿って互いに平行に延びている。各流路壁は、その端面が電極（陽極、陰極）に沿って接触ないし近接して延びている。この場合、電気分解を効率良く行うためには、被電解液に対する電極（陽極、陰極）の接触面積を拡大（増大）させることが必要がある。

しかし、現状の電極（陽極、陰極）は、その全体が平坦状の形状（輪郭）を有して構成されている。このため、被電解液に対する電極（陽極、陰極）の接触面積は、電極室（陰極室、陽極室）内面に対向した投影面積よりも大きくすることができない。更に、流路壁の端面が接触ないし近接する電極（陽極、陰極）の部分には、被電解液が接触し難い。よって、流路壁の端面の大きさの程度によっては、被電解液に対する電極（陽極、陰極）の接触面積が大幅に制限されてしまう。

本発明の目的は、被電解液に対する電極の接触面積を、電極室内面に対向した投影面積よりも拡大（増大）させることが可能な電極体、電解装置を提供することにある。

一実施形態によれば、電極体は、被電解液を陰極側と陽極側とに区画するために用いられる隔膜と、陰極側及び陽極側の被電解液を電気分解するために用いられる電極と、から構成されている。電極体は、平坦エリアと凸凹エリアとを有する。電極は、平坦エリアから凸凹エリアに亘って構成されている。隔膜は、少なくとも凸凹エリアに亘って構成されている。平坦エリアにおいて、電極は、平坦面を有して構成されている。凸凹エリアにおいて、電極は、平坦エリアの前記平坦面よりも突出する少なくとも１つの凸部又は、平坦エリアの平坦面よりも窪ませた少なくとも１つの凹部、を備えている。隔膜は、電極の形状に沿って構成されている。

第１実施形態に係る電解装置の３室型電解槽の外部構成を示す斜視図。 図１のＦ２−Ｆ２線に沿う部分断面図。 図１の電解槽の分解斜視図。 第１実施形態に係る電極体（電極、隔膜）の構成を示す分解斜視図。 第１実施形態に係る電極体（電極、隔膜）の他の構成を示す分解斜視図。 第１実施形態に係る電極体（電極、隔膜）の他の構成を示す斜視図。 電極と隔膜との連結方法の一例を示す部分断面図。 電極と隔膜との連結方法の他の例を示す部分断面図。 第２実施形態に係る電解装置の２室型電解槽の外部構成を示す斜視図。 図９のＦ１０−Ｆ１０線に沿う部分断面図。 第２実施形態の変形例に係る電解槽の外部構成を示す斜視図。 図１１の電解槽の分解斜視図。

「第１実施形態」
「電解装置、電解槽１の概要」
図１〜図３に示すように、第１実施形態に係る電解装置は、２隔膜３室型の電解槽１を備えている。電解槽１には、後述する被電解液及び電解液を収容可能な内部空間２（収容空間とも言う）が構成されている。内部空間（収容空間）２は、後述する陰極室４ｐ、陽極室５ｐ、中間室３ｐを含めた領域を指す。

電解槽１は、その全体が矩形の立方体形状を有している。電解槽１は、支持フレーム３と、陰極ケース４と、陽極ケース５と、を備えている。支持フレーム３は、陰極ケース４と陽極ケース５との間に配置されている。換言すると、陰極ケース４及び陽極ケース５は、支持フレーム３の両側に、互いに対向させて配置されている。

陰極ケース４は、支持フレーム３の一方側面の一部を覆うように配置されている。陰極ケース４の内側には、後述する陰極室４ｐが構成されている。陽極ケース５は、支持フレーム３の他方側面の一部を覆うように配置されている。陽極ケース５の内側には、後述する陽極室５ｐが構成されている。陰極室４ｐと陽極室５ｐとの間には、後述する中間室３ｐが設けられている。支持フレーム３は、中間室３ｐに配置されている。

陰極ケース４には、陰極供給部４ａと、陰極排出部４ｂ（図２参照）と、が設けられている。陰極供給部４ａ、及び、陰極排出部４ｂは、電解槽１の内部空間２（即ち、陰極室４ｐ）に連通している。陰極供給部４ａは、陰極室４ｐ内に被電解液を供給可能に構成されている。陰極排出部４ｂは、陰極室４ｐ内に収容された被電解液を、陰極室４ｐから外部に排出可能に構成されている。

陽極ケース５には、陽極供給部５ａと、陽極排出部５ｂと、が設けられている。陽極供給部５ａ、及び、陽極排出部５ｂは、電解槽１の内部空間２（即ち、陽極室５ｐ）に連通している。陽極供給部５ａは、陽極室５ｐ内に被電解液を供給可能に構成されている。陽極排出部５ｂは、陽極室５ｐ内に収容された被電解液を、陽極室５ｐから外部に排出可能に構成されている。

支持フレーム３には、中間供給部３ａと、中間排出部３ｂと、が設けられている。中間供給部３ａ、及び、中間排出部３ｂは、電解槽１の内部空間２（即ち、中間室３ｐ）に連通している。中間供給部３ａは、中間室３ｐ内に電解液を供給可能に構成されている。中間排出部３ｂは、中間室３ｐに収容された電解液を、中間室３ｐから外部に排出可能に構成されている。

更に、本実施形態に係る電解装置は、複数の電極体６,７を備えている。図面では一例として、２つの電極体６,７が電解槽１の内部空間（収容空間）２に収容されている。電解槽１の内部空間２において、２つの電極体（第１電極体６、第２電極体７）は、互いに平行に対向させて配置されている。

第１電極体６は、第１隔膜６ａと、第１電極６ｂと、から構成されている。第１隔膜６ａは、被電解液を陰極側に区画するために用いられる。第１電極６ｂは、陰極側の被電解液を電気分解するために用いられる。一方、第２電極体７は、第２隔膜７ａと、第２電極７ｂと、から構成されている。第２隔膜７ａは、被電解液を陽極側に区画するために用いられる。第２電極７ｂは、陽極側の被電解液を電気分解するために用いられる。

２つの電極体（第１電極体６、第２電極体７）の配置構成において、その内側に２つの隔膜６ａ,７ａが対向配置されている。２つの隔膜６ａ,７ａの両外側に、電極６ｂ,７ｂが１つずつ配置されている。２つの電極６ｂ,７ｂは、２つの隔膜６ａ,７ａを挟んで対向配置されている。２つの隔膜６ａ,７ａの相互間には、中間室３ｐが配置構成されている。

具体的には、一方の第１隔膜６ａと陰極ケース４の内側との間に陰極室４ｐが構成されている。第１隔膜６ａは、中間室３ｐと陰極室４ｐとの間に設けられている。他方の第２隔膜７ａと陽極ケース５の内側との間に陽極室５ｐが構成されている。第２隔膜７ａは、中間室３ｐと陽極室５ｐとの間に設けられている。かくして、陰極室４ｐ及び陽極室５ｐの相互間には、２つの隔膜６ａ,７ａによって、中間室３ｐが区画されている。

ここで、２つの電極６ｂ,７ｂは、陰極室４ｐ及び陽極室５ｐにそれぞれ１つずつ配置されている。即ち、一方の第１電極６ｂは、陰極室４ｐ内において、陰極６ｂとして収容されている。他方の第２電極７ｂは、陽極室５ｐ内において、陽極７ｂとして収容されている。陰極６ｂ及び陽極７ｂは、相互に等しい大きさの形状ないし輪郭を有している。陰極６ｂ及び陽極７ｂは、中間室３ｐの両側に配置され、互いに対向している。

陰極（第１電極）６ｂは、第１端子６ｔを介して、図示しない電源に接続されている。陽極（第２電極）７ｂは、第２端子７ｔを介して、図示しない電源に接続されている。この場合、誤った接続（即ち、電気配線）を防止すべく、第１端子６ｔ及び第２端子７ｔには、互いに異なったマークが設けられている。図面ではマークの一例として、第１端子６ｔには、２つの貫通孔６ｈが構成されている。第２端子７ｔには、１つの貫通孔７ｈが構成されている。

なお、電解槽１（支持フレーム３、陰極ケース４、陽極ケース５）の周縁には、複数の固定用孔８ｈ（図３参照）が設けられている。各々の固定用孔８ｈは、電解槽１（支持フレーム３、陰極ケース４、陽極ケース５）の周縁を貫通させて形成されている。各々の固定用孔８ｈには、固定ボルト８が挿通されている。この状態において、各固定ボルト８を締め付ける。これにより、電解槽１（支持フレーム３、陰極ケース４、陽極ケース５）の周縁が密着し合う。この結果、電解槽１の内部空間（収容空間）２が、外部から気密的ないし液密的に密封された状態に維持される。

次に、本実施形態に係る電解装置の動作を説明する。

図示しないポンプを作動させる。これにより、電解液（例えば、塩水）が、中間供給部３ａを通って、中間室３ｐに流入する。被電解液（例えば、水道水）が、陰極供給部４ａ及び陽極供給部５ａを通って、陰極室４ｐ及び陽極室５ｐに流入する。更に、電源から第１端子６ｔを介して陰極６ｂに負電圧を印加する。電源から第２端子７ｔを介して陽極７ｂに正電圧を印加する。

このとき、中間室３ｐに流入した塩水中に電離しているナトリウムイオン（陽イオン）は、陰極６ｂに引き寄せられる。ナトリウムイオン（陽イオン）は、第１隔膜６ａ（例えば、陽イオン交換膜）を通過して、陰極室４ｐに流入する。陰極室４ｐにおいて、陰極６ｂで水が電気分解される。換言すると、陰極６ｂと水との間で還元反応が生じる。これにより、水素ガスと水酸化ナトリウム水溶液が生成される。生成された水素ガスと水酸化ナトリウム水溶液は、陰極室４ｐ（陰極排出部４ｂ）から流出した後、水素ガスと水酸化ナトリウム水溶液とに分離される。かくして、水酸化ナトリウム水溶液（アルカリ性水）が供給される。

更に、中間室３ｐに流入した塩水中に電離している塩素イオン（陰イオン）は、陽極７ｂに引き寄せられる。塩素イオン（陰イオン）は、第２隔膜７ａ（例えば、陰イオン交換膜）を通過して、陽極室５ｐに流入する。陽極室５ｐにおいて、塩素イオン（陰イオン）が還元される。このとき、塩素ガスが発生する。発生した塩素ガスは、陽極室５ｐ内の水と反応する。換言すると、陽極７ｂと水との間で酸化反応が生じる。これにより、次亜塩素酸と塩酸が生成される。生成された次亜塩素酸と塩酸によって、陽極室５ｐ内に酸性水が生成される。かくして、酸性水が、陽極室５ｐ（陽極排出部５ｂ）から流出して供給される。

「電極体６,７の詳細」
電極体６,７の詳細に際し、２つの電極体６,７は、互いに同一の構成を有している。この場合、２つの隔膜６ａ,７ａは、互いに同一の構成を有している。２つの電極６ｂ,７ｂは、互いに同一の構成を有している。よって、以下の説明（図４〜図６参照）では、第２電極体７の詳細のみを示し、第１電極体６の詳細は省略する。

図２〜図４に示すように、２つの電極体（第１電極体６、第２電極体７）は、平坦エリア９と、凸凹エリア１０と、を有している。平坦エリア９は、平坦形状の輪郭を有している。凸凹エリア１０は、凸凹形状の輪郭を有している。この場合、凸凹エリア１０は、平坦エリア９の内側に構成されている。平坦エリア９は、凸凹エリア１０の周囲に沿って連続して構成されている。平坦エリア９は、凸凹エリア１０の外側に隣接して構成されている。図面では一例として、凸凹エリア１０は、矩形状を有している。平坦エリア９は、矩形状の凸凹エリア１０の周囲に沿って連続的に延びている。

隔膜７ａは、平坦エリア９から凸凹エリア１０に亘って構成されている。電極７ｂは、平坦エリア９から凸凹エリア１０に亘って構成されている。平坦エリア９において、隔膜７ａ及び電極７ｂは、当該平坦エリア９に沿った仮想平坦面を有し、かつ、当該平坦面に沿って構成されている。平坦エリア９において、隔膜７ａと電極７ｂとは、互いに平行に配置されている。

凸凹エリア１０において、電極７ｂは、少なくとも１つの凸部１０ａと、少なくとも１つの凹部１０ｂと、を備えている。この場合、凸凹エリア１０は、凸部１０ａのみで構成してもよいし、凹部１０ｂのみで構成してもよい。或いは、凸部１０ａと凹部１０ｂの双方を備えて凸凹エリア１０を構成してもよい。図面では一例として、凸部１０ａと凹部１０ｂの双方を備えて凸凹エリア１０が構成されている。

かかる構成において、凸部１０ａは、電極７ｂの一部を先細り状に出っ張らせた（突出させた）輪郭を有して構成されている。凹部１０ｂは、電極７ｂの一部を先細り状に窪ませた輪郭を有して構成されている。凸凹エリア１０において、隔膜７ａは、電極７ｂの凸凹状の輪郭に沿った形状を有している。図面では一例として、凸凹エリア１０において、電極７ｂは、複数の凸部１０ａと、複数の凹部１０ｂと、を備えて構成されている。

なお、先細り状の輪郭としては、例えば、円錐形状、角錐形状（三角錐形状、四角錐形状）などを適用することができる。また、凸部１０ａ及び凹部１０ｂの輪郭は、必ずしも先細り形状に構成する必要はない。例えば、柱形状、円筒形状などを適用することができる。

ここで、凸部１０ａ及び凹部１０ｂについて規定する。例えば、陽極ケース５に向けて突出している山を、凸部１０ａとして規定することができる。反対に、陰極ケース４に向けて窪んでいる谷を、凹部１０ｂとして規定することができる。この場合、凸部１０ａの相互間において、窪んでいる部分を凹部１０ｂとして規定してもよい。

別の捉え方をすると、例えば、平坦エリア９に沿った仮想平坦面を中心に見た場合において、当該平坦面よりも陽極ケース５の側に出っ張った部分（突出した部分）を凸部１０ａとして規定することができる。反対に、当該平坦面よりも陰極ケース４の側に窪んだ部分を凹部１０ｂとして規定することができる。

複数の凸部１０ａは、凸凹エリア１０を横断する方向に沿って連続的に延出している。複数の凸部１０ａのうち、隣り合う凸部１０ａは、互いに平行に配置されている。（ここで、隣り合う凸部１０ａの出っ張り量（出っ張り高さ）は、互いに同一に設定してもよいし、或いは、相違させてもよい。

図面では一例として、複数の凸部１０ａは、互いに同一の出っ張り量（出っ張り高さ）に設定されている。なお、出っ張り量（出っ張り高さ）とは、平坦エリア９に直交する方向で見た場合の当該平坦エリア９からの高さ寸法として規定することができる。

複数の凹部１０ｂは、凸凹エリア１０を横断する方向に沿って連続的に延出している。複数の凹部１０ｂのうち、隣り合う凹部１０ｂは、互いに平行に配置されている。ここで、隣り合う凹部１０ｂの窪み量（窪み深さ）は、互いに同一に設定してもよいし、或いは、相違させてもよい。

図面では一例として、複数の凹部１０ｂは、互いに同一の窪み量（窪み深さ）に設定されている。なお、窪み量（窪み深さ）とは、平坦エリア９に直交する方向で見た場合の当該平坦エリア９からの深さ寸法として規定することができる。

更に、凸凹エリア１０において、複数の凸部１０ａと、複数の凹部１０ｂとは、交互に配置されている。図面では一例として、凸凹エリア１０において、凸部１０ａと凹部１０ｂとを、正弦波（余弦波）に類似した波形状に凸凹変化させている。このように、凸部１０ａと凹部１０ｂとを互い違いに配置することで、凸凹エリア１０を横断する方向に沿って複数の流路（陰極流路１１、陽極流路１２）が構成される。

複数の陰極流路１１は、陰極（第１電極）６ｂと陰極ケース４の内側との間（即ち、陰極室４ｐ）に構成されている。複数の陰極流路１１は、互いに平行に延びている。複数の陰極流路１１の両端側は、第１電極体６の平坦エリア９に連続（連通）している。
複数の陽極流路１２は、陽極（第２電極）７ｂと陽極ケース５の内側との間（即ち、陽極室５ｐ）に構成されている。複数の陽極流路１２は、互いに平行に延びている。複数の陽極流路１２の両端側は、第２電極体７の平坦エリア９に連続（連通）している。
なお、第１電極体６及び第２電極体７において、平坦エリア９の構成は、互いに同一である。以下、同一の構成には、同一符号を付して説明する。

第１電極体６及び第２電極体７において、平坦エリア９は、第１案内部１３と、第２案内部１４と、を有する。第１案内部１３及び第２案内部１４は、複数の流路（陰極流路１１、陽極流路１２）に直交する方向に沿って延びている。第１案内部１３及び第２案内部１４は、これに対向する陰極ケース４及び陽極ケース５の内側との間に、図示しない大きな通路ないしマニホルド（manifold）を構成する。これにより、第１案内部１３は、凸凹エリア１０内に向けて被電解液を案内可能に構成されている。第２案内部１４は、凸凹エリア１０内の被電解液を、当該凸凹エリア１０外に向けて案内可能に構成されている。

第１案内部１３と第２案内部１４とは、平坦エリア９のエリア周縁において、凸凹エリア１０の両側に対向して平行に配置されている。第１案内部１３及び第２案内部１４は、エリア周縁の中で最も幅広くなるように設定されている。なお、エリア周縁とは、特に参照符号は付さないが、凸凹エリア１０の外側に隣接した領域であって、かつ、上記した固定ボルト８で締結される部分を除いた領域を指す。

上記した構成において、上記した供給部４ａ,５ａ（図１参照）から供給された被電解液は、第１案内部１３を通って、凸凹エリア１０内に向けて案内される。かくして、電解槽１において、被電解液（例えば、水道水）が、陰極室４ｐ及び陽極室５ｐを流動する。また、凸凹エリア１０内の被電解液は、第２案内部１４を通って、凸凹エリア１０外に向けて案内された後、上記した排出部４ｂ,５ｂ（図１参照）から排出される。かくして、電解槽１から電解水（アルカリ性水、酸性水）が供給される。

なお、上記した構成において、特に言及しなかったが、２つの電極６ｂ,７ｂには、その全体に亘って複数の微小孔１５が構成（貫通）されている。複数の微小孔１５を構成することで、上記した動作説明において、陽イオンは、微小孔１５を通って陰極室４ｐに流入可能となり、同時に、陰イオンは、微小孔１５を通って陽極室５ｐに流入可能となる。この場合、微小孔１５の大きさ（孔径）は、例えば、電解槽１の使用目的や使用環境などに応じて設定されるため、ここでは特に数値限定はしない。

「電極体６,７の他の構成」
上記の実施形態では、隔膜７ａを、平坦エリア９から凸凹エリア１０に亘って構成したが、これに代えて、例えば図５に示すように、凸凹エリア１０或いはその一部のみに亘って構成してもよい。かかる構成において、上記した微小孔１５は、隔膜７ａに対向する部分のみに構成すればよい。それ以外の部分（非隔膜部分）は、微小孔１５を設ける代わりに、絶縁性のコーティングを施す。絶縁性のコーティングは、非隔膜部分のうち、中間室３ｐの側、即ち、中間室３ｐに対向する領域に亘って施す。要するに、電気分解に際し、電解反応をしないように、無反応化させる。

かかる構成によれば、例えば、プレス等により３次元的な形状を作り易い金属で形成された電極と、３次元的な曲面を作るとシワが発生し易い材質の隔膜と、を組み合わせて電極体６,７を構成することができる。

上記した実施形態では、複数の凸部１０ａ、及び、複数の凹部１０ｂを、凸凹エリア１０を横断する方向に沿って連続的に延出させて構成したが、これに代えて、例えば図６に示すように、凸部１０ａ、及び、凹部（図示しない）を、断続的に構成してもよい。具体的には、複数の凸部１０ａを、凸凹エリア１０の複数個所に亘って断続的に点在させる。凹部（図示しない）を、凸凹エリア１０の複数個所に亘って断続的に点在させる。また、第１案内部１３、第２案内部１４は設けていないが、設けてもよい。

「連結機構」
電極体６,７において、隔膜６ａ,７ａと電極６ｂ,７ｂとは、複数個所において、連結機構によって互いに連結されている。この場合、連結機構としては、例えば、接着剤、リベット、ネジ、ボルトなど、既存の連結（接続）手段を適用することが可能である。図面では、連結機構の一例として、リベット１６を適用している。

ここで、図７に示された連結方法は、隔膜６ａ,７ａと電極６ｂ,７ｂとを隙間無く密着させる。両者間を貫通させた複数の孔１７にリベット１６を通す。リベット１６の両端をかしめる。かくして、隔膜６ａ,７ａと電極６ｂ,７ｂとが連結される。

この場合、図８に示すように、隔膜６ａ,７ａと電極６ｂ,７ｂとの間にスペーサ１８を挟み込んでもよい。更に、リベット１６の端部を電極６ｂ,７ｂ内に埋没させてもよい（図８中向かって右側のリベット１６参照）。スペーサ１８によって、隔膜６ａ,７ａと電極６ｂ,７ｂとの間に隙間を構成することで、電極６ｂ,７ｂ表面全体に被電解液を均一に行き渡らせることができる。この結果、電解効率を格段に向上させることができる。

「支持フレーム３」
支持フレーム３は、中間室３ｐに配置されている。中間室３ｐは、電極体６,７の２つの隔膜６ａ,７ａによって区画されている。この場合、支持フレーム３は、２つの隔膜６ａ,７ａの相互間に配置されている。ここで、支持フレーム３には、複数の開口部１９と、複数の支持部２０と、が構成されている。開口部１９は、中間室３ｐに供給された電解液が通過可能に構成されている。支持部２０は、複数の開口部１９のうち、隣り合う開口部１９の相互間に構成されている。

図面では一例として、長板状の支持部２０が間隔を存して配置されており、これら支持部２０の相互間に長孔状の開口部１９が構成されている。なお、開口部１９及び支持部２０の形状は、これに限定されることはない。例えば、矩形状の支持部において、円形ないし楕円形、或いは、三角形状ないし多角形状の開口部を、複数個所に貫通させて構成させてもよい。また、支持部２０が複数設けられているが、複数でなくてもよい。各開口部の大きさは、例えば、電極体６,７の大きさや形状、凸凹エリア１０の構成などに対応して設定されるため、ここでは特に数値限定はしない。

ところで、電極体６,７において、凸部１０ａは、電極７ｂの一部を先細り状に出っ張らせた輪郭を有して構成されている。凸部１０ａの輪郭は、先細り状に最も出っ張った突端１０ｔを有して構成されている。一方、凹部１０ｂは、電極７ｂの一部を先細り状に窪ませた輪郭を有して構成されている。凹部１０ｂの輪郭は、先細り状に最も窪んだ突端１０ｔを有して構成されている。

この場合、支持フレーム３は、中間室３ｐにおいて、２つの電極体６,７を互いに非接触状態に支持可能に構成されている。かかる構成において、電極体６,７は、凸凹エリア１０が複数の支持部２０に接触した状態で、支持されている。具体的には、電極体６,７は、凸凹エリア１０のうち、複数の凸部１０ａの突端１０ｔ、及び、複数の凹部１０ｂの突端１０ｔのみが支持部２０に接触した状態で、支持されている。ここで、支持フレーム３において、少なくとも支持部２０の表面は、平滑形状（例えば、鏡面仕上げ）を有していることが好ましい。

「電解槽１の組立方法」
図３に示すように、支持フレーム３の一方側面に第１電極体６を配置すると共に、支持フレーム３の他方側面に第２電極体７を配置する。続いて、図２に示すように、第１電極体６の外側に、陰極ケース４を配置する。第２電極体７の外側に、陽極ケース５を配置する。必要に応じて、パッキンなどのシール材を介在させてもよい。

このとき、第１電極体６の外縁（固定用孔８ｈが配置されたシール領域）が、支持フレーム３と陰極ケース４の周縁相互間に挟まれる。第２電極体７の外縁（固定用孔８ｈが配置されたシール領域）が、支持フレーム３と陽極ケース５の周縁相互間に挟まれる。

この状態において、支持フレーム３、陰極ケース４、陽極ケース５、第１及び第２電極体６,７の周縁の固定用孔８ｈが一列に整列する。かかる固定用孔８ｈに、固定ボルト８を挿通させる。各固定ボルト８を締め付ける。支持フレーム３、陰極ケース４、陽極ケース５、第１及び第２電極体６,７の周縁が密着し合う。

このとき、外部から気密的ないし液密的に密封された電解槽１の内部空間（収容空間）２に、第１及び第２電極体６,７が収容される。これにより、第１及び第２電極体６,７の相互間に、中間室３ｐが配置構成される。同時に、第１及び第２電極体６,７の両側に、陰極室４ｐと陽極室５ｐが配置構成される。かくして、２隔膜３室型の電解槽１の組立が完了する。

「第１実施形態の効果」
本実施形態によれば、電極体６,７（隔膜６ａ,７ａ、電極６ｂ,７ｂ）に凸凹エリア１０を設ける。凸凹エリア１０において、電極６ｂ,７ｂは、複数の凸部１０ａと、複数の凹部１０ｂと、を備えて構成されている。これにより、限られた電解槽１の内部空間（収容空間）２の範囲内で、被電解液に対する電極６ｂ,７ｂの接触面積を、電極室１内面に対向した投影面積よりも拡大（増大）させることができる。この結果、電気分解の効率を飛躍的に高めることができる。

本実施形態によれば、電極体６,７は、凸凹エリア１０（凸部１０ａ、凹部１０ｂ）の突端１０ｔのみが支持部２０（支持フレーム３）に接触する。この場合、接触部分は、先細り状の突端１０ｔのみであり、極めて狭い範囲に限定される。これにより、電極６ｂ,７ｂのほとんど表面を、被電解水に対する接触面として機能させることができる。この結果、電解水の生成効率を飛躍的に高めることができる。

本実施形態によれば、支持フレーム３によって電極体６,７を互いに非接触状態に支持する。このとき、電極体６,７は、凸凹エリア１０が複数の支持部２０に接触した状態で、支持される。これにより、電解槽１の内部空間（収容空間）２における電極体６,７の位置を一定に維持することができる。即ち、電極体６,７によって区画される中間室３ｐの形状が一定に維持される。この場合、中間室３ｐに流入させる電解液の量を一定に維持することができる。この結果、一定量の電解水（アルカリ性水、酸性水）を常に安定して生成することができる。

本実施形態によれば、支持フレーム３によって電極体６,７を互いに非接触状態に支持する。この場合、電極体６,７の隔膜６ａ,７ａ同士が直接接触することが防止される。これにより、隔膜６ａ,７ａの早期劣化を防止することができる。この結果、電極体６,７を長期に亘って連続して使用し続けることができる。

本実施形態によれば、支持フレーム３において、少なくとも支持部２０の表面を、平滑形状（例えば、鏡面仕上げ）に構成する。これにより、支持部２０と隔膜６ａ,７ａとの間の摩擦抵抗を軽減させることができる。この結果、例えば、輸送時や動作時の振動、水圧変動による振動などに起因した隔膜６ａ,７ａの早期摩耗を抑制することができる。

「第２実施形態」
図９〜図１２に示すように、第２実施形態に係る電解装置は、１隔膜２室型の電解槽１を備えている。電解槽１は、陰極ケース４と陽極ケース５とを重ね合わせて構成されている。陰極ケース４と陽極ケース５とで囲まれた空間は、電解槽１の内部空間（収容空間）２として構成されている。この場合、内部空間（収容空間）２は、１つの電極体２１によって、陰極室４ｐと陽極室５ｐとに区画されている。

陰極ケース４には、陰極供給部４ａと、陰極排出部４ｂ（図１０参照）と、が設けられている。陰極供給部４ａ、及び、陰極排出部４ｂは、電解槽１の内部空間２（即ち、陰極室４ｐ）に連通している。陰極供給部４ａは、陰極室４ｐ内に被電解液を供給可能に構成されている。陰極排出部４ｂは、陰極室４ｐ内に収容された被電解液を、陰極室４ｐから外部に排出可能に構成されている。

陽極ケース５には、陽極供給部５ａと、陽極排出部５ｂと、が設けられている。陽極供給部５ａ、及び、陽極排出部５ｂは、電解槽１の内部空間２（即ち、陽極室５ｐ）に連通している。陽極供給部５ａは、陽極室５ｐ内に被電解液を供給可能に構成されている。陽極排出部５ｂは、陽極室５ｐ内に収容された被電解液を、陽極室５ｐから外部に排出可能に構成されている。

電極体２１は、１つの隔膜２１ａと、２つの電極（陰極２１ｂ、陽極２１ｃ）と、から構成されている。電極体２１は、隔膜２１ａの両側に陰極２１ｂと陽極２１ｃを配置させて構成されている。換言すると、電極体２１は、陰極２１ｂと陽極２１ｃの間に隔膜２１ａを介在させて構成されている。隔膜２１ａは、被電解液を陰極側と陽極側とに区画するために用いられる。

陰極２１ｂは、陰極室４ｐに配置されている。陰極２１ｂは、陰極室４ｐ内の被電解水を電気分解するために用いられる。陽極２１ｃは、陽極室５ｐに配置されている。陽極２１ｃは、陽極室５ｐ内の被電解液を電気分解するために用いられる。陰極２１ｂ及び陽極２１ｃは、相互に等しい大きさの形状ないし輪郭を有している。

陰極２１ｂは、陰極端子２２を介して、図示しない電源に接続されている。陽極２１ｃは、陽極端子２３を介して、図示しない電源に接続されている。この場合、誤った接続（即ち、電気配線）を防止すべく、陰極端子２２及び陽極端子２３には、互いに異なったマークが設けられている。図面ではマークの一例として、陰極端子２２には、２つの貫通孔２２ｈが構成されている。陽極端子２３には、１つの貫通孔２３ｈが構成されている。

電解槽１（陰極ケース４、陽極ケース５）の周縁には、複数の固定ボルト８が挿通されている。この場合、各々の固定ボルト８を締め付ける際に、電極体２１の外縁が、陰極ケース４と陽極ケース５の周縁相互間に挟まれるようにする。これにより、陰極ケース４、陽極ケース５、電極体２１の周縁が密着し合う。この結果、外部から気密的ないし液密的に密封された電解槽１の内部空間（収容空間）２に、電極体２１が収容される。これにより、電極体２１の両側に、陰極室４ｐと陽極室５ｐが配置構成される。かくして、１隔膜２室型の電解槽１の組立が完了する。

次に、本実施形態に係る電解装置の動作を説明する。

例えば、陰極室４ｐと陽極室５ｐの双方に薄い食塩水（被電解液）を供給する。電源から陰極２１ｂと陽極２１ｃの間に直流電圧を印加する。このとき、陽イオンのナトリウムは、陰極室４ｐに移動する。ここで、水が電気分解した水酸化イオンと反応して、アルカリ性水が生成される。アルカリ性水は、陰極排出部４ｂから排出される。一方、陰イオンの塩素は、陽極室５ｐに移動する。ここで、電気分解により次亜塩素酸（酸性水）が生成される。酸性水は、陽極排出部５ｂから排出される。

電極体２１（隔膜２１ａ、陰極２１ｂ、陽極２１ｃ）は、平坦エリア９と、凸凹エリア１０と、を有している。平坦エリア９は、平坦形状の輪郭を有している。凸凹エリア１０は、凸凹形状の輪郭を有している。この場合、凸凹エリア１０は、平坦エリア９の内側に構成されている。なお、平坦エリア９、及び、凸凹エリア１０の構成（例えば、陰極流路１１、陽極流路１２、マニホルドなどの構成を含む）は、上記した第１実施形態と同様であるため、その説明は省略する。

更に、上記した第１実施形態と同様に、電極体２１において、隔膜２１ａと、陰極２１ｂ及び陽極２１ｃとは、複数個所において、連結機構によって互いに連結されている。連結機構として、例えば、接着剤、リベット、ネジ、ボルトなど、既存の連結（接続）手段を適用することが可能である。この場合、隔膜２１ａと、陰極２１ｂ及び陽極２１ｃとを隙間なく密着させてもよいし、或いは、隔膜２１ａと、陰極２１ｂ及び陽極２１ｃとの間にスペーサ（図示しない）を挟み込んでもよい。

「第２実施形態の効果」
本実施形態によれば、電極体２１（隔膜２１ａ、陰極２１ｂ、陽極２１ｃ）に凸凹エリア１０を設ける。凸凹エリア１０において、電極２１ｂ,２１ｃは、複数の凸部１０ａと、複数の凹部１０ｂと、を備えて構成されている。これにより、限られた電解槽１の内部空間（収容空間）２の範囲内で、被電解液に対する電極２１ｂ,２１ｃの接触面積を、電極室１内面に対向した投影面積よりも拡大（増大）させることができる。この結果、電気分解の効率を飛躍的に高めることができる。

「第２実施形態の変形例」
上記した第１実施形態では、硬質の陰極ケース４及び陽極ケース５を想定したが、これに代えて、図１１〜図１２に示すように、軟質の陰極ケース４及び陽極ケース５を適用することができる。電極体２１（隔膜２１ａ、陰極２１ｂ、陽極２１ｃ）自体に、陰極流路１１、及び、陽極流路１２が構成される。これにより、ケース４,５の内面に流路を構成する必要がない。この結果、軟質性（可撓性）を有するケース４,５の適用が可能となる。

ここで、上記した陰極供給部４ａ及び陰極排出部４ｂは、電極体２１の陰極側に取り付けられている。上記した陽極供給部５ａ及び陽極排出部５ｂは、電極体２１の陽極側に取り付けられている。この場合、双方のケース４,５の周縁は、例えば、熱溶融により接合される。このとき、各供給部４ａ,５ａ及び各排出部４ｂ,５ｂは、双方のケース４,５の周縁の相互間に挟み込まれた状態で固定される。これにより、接合されたケース４,５は、その内部に電極体２１と共に、被電解液を収容可能に構成される。

この場合、例えば、双方のケース４,５内の圧力が大気圧よりも高くなるように、被電解液を供給する。被電解液によって、双方のケース４,５の全体を膨らませる。これにより、上記したマニホルド空間を確保することができる。なお、双方のケース４,５の相互間に、シール材を塗布するか、あるいは、シール材を挟み込む。これにより、ケース４,５の相互間から被電解液が外部に漏洩するのを防止することができる。

更に、ケース４,５の周縁（接合部）については、熱溶融により接合させると共に、例えば、リベットなどの締結具で、当該周縁（接合部）を何箇所か補強してもよい。

１…電解槽、２…内部（収容）空間、３…支持フレーム、４…陰極ケース、
５…陽極ケース、６…第１電極体、７…第２電極体、６ａ,７ａ…隔膜、
６ｂ,７ｂ…電極（陰極，陽極）、９…平坦エリア、１０…凸凹エリア、１０ａ…凸部、１０ｂ…凹部。

Claims (16)

1. 被電解液を陰極側と陽極側とに区画するために用いられる少なくとも１つの隔膜と、
   前記陰極側及び前記陽極側の被電解液を電気分解するために用いられる少なくとも１つの電極と、から成る電極体であって、
   前記電極体は、
   平坦形状の輪郭を有する平坦エリアと、
   凸凹形状の輪郭を有する凸凹エリアと、を有し、
   前記電極は、前記平坦エリアから前記凸凹エリアに亘って構成されていると共に、
   前記隔膜は、少なくとも前記凸凹エリアに亘って構成され、
   前記平坦エリアにおいて、前記電極は、平坦面を有して構成され、
   前記凸凹エリアにおいて、前記電極は、前記平坦エリアの前記平坦面よりも突出する少なくとも１つの凸部、又は、前記平坦エリアの前記平坦面よりも窪ませた少なくとも１つの凹部、を備えて構成されていると共に、前記隔膜は、前記電極の形状に沿って構成されている電極体。
2. 前記凸凹エリアは、前記平坦エリアの内側に構成され、
   前記平坦エリアは、前記凸凹エリアの外側に隣接したエリア周縁に沿って連続して構成されている請求項１に記載の電極体。
3. 複数の前記凸部は、前記凸凹エリアを横断する方向に沿って連続的に延出し、かつ、隣り合う前記凸部は、互いに平行に配置されていると共に、
   複数の前記凹部は、前記凸凹エリアを横断する方向に沿って延出し、かつ、隣り合う前記凹部は、互いに平行に配置されている請求項１に記載の電極体。
4. 複数の前記凸部は、前記凸凹エリアの複数個所に亘って断続的に点在していると共に、
   複数の前記凹部は、前記凸凹エリアの複数個所に亘って断続的に点在している請求項１に記載の電極体。
5. 前記凸凹エリアにおいて、前記凸部と前記凹部とは、交互に配置されている請求項３又は４に記載の電極体。
6. 前記隔膜は、前記平坦エリアから前記凸凹エリアに亘って構成され、
   前記平坦エリアにおいて、前記隔膜と前記電極とは、それぞれ平坦形状を有し、かつ、互いに平行に配置されている請求項１に記載の電極体。
7. 前記隔膜と前記電極とは、複数個所において、連結機構によって互いに連結されている請求項１に記載の電極体。
8. 前記平坦エリアは、
   前記凸凹エリア内に向けて被電解液を案内する第１案内部と、
   前記凸凹エリア内の被電解液を前記凸凹エリア外に向けて案内する第２案内部と、を有し、
   前記第１案内部と前記第２案内部とは、前記平坦エリアの前記エリア周縁において、前記凸凹エリアの両側に対向して平行に配置されていると共に、
   前記第１案内部、及び、前記第２案内部は、前記エリア周縁の中で最も幅広くなるように設定されている請求項２〜７のいずれか１項に記載の電極体。
9. 請求項８に記載の前記電極体と、
   前記電極体と共に、被電解液を収容可能なケースを備えた電解槽と、
   前記ケース内に設けられ、前記隔膜によって区画された前記陰極側の陰極室及び前記陽極側の陽極室と、
   前記陰極室及び前記陽極室に被電解液を供給する供給部と、
   前記陰極室及び前記陽極室から被電解液を排出する排出部と、を有し、
   複数の前記電極は、前記陰極室及び前記陽極室にそれぞれ配置されている電解装置。
10. 前記供給部から供給された被電解液は、前記第１案内部を通って、前記凸凹エリア内に向けて案内され、
    前記凸凹エリア内の被電解液は、前記第２案内部を通って、前記凸凹エリア外に向けて案内された後、前記排出部から排出される請求項９に記載の電解装置。
11. 前記電解槽には、２つの前記電極体が収容されていると共に、
    前記電解槽内において、２つの前記電極体の前記隔膜によって、前記陰極室及び前記陽極室の相互間に、中間室が区画され、
    前記中間室には、２つの前記電極体を互いに非接触状態に支持する支持フレームが配置されている請求項９に記載の電解装置。
12. 一方の前記隔膜は、前記陰極室と前記中間室との間に設けられ、
    他方の前記隔膜は、前記陽極室と前記中間室との間に設けられ、
    前記支持フレームは、２つの前記隔膜の相互間に配置されている請求項１１に記載の電解装置。
13. 前記支持フレームは、
    前記中間室に供給された電解液が通過可能な複数の開口部と、
    複数の前記開口部のうち隣り合う前記開口部の相互間に構成された複数の支持部と、を有し、
    前記電極体は、前記凸凹エリアが複数の前記支持部に接触した状態で、支持されている請求項１１に記載の電解装置。
14. 前記凸部の輪郭は、先細り状に最も出っ張った突端を有して構成され、
    前記凹部の輪郭は、先細り状に最も窪んだ突端を有して構成され、
    前記電極体は、前記凸凹エリアのうち複数の前記凸部及び前記凹部の前記突端のみが前記支持部に接触した状態で、支持されている請求項１３に記載の電解装置。
15. 前記支持フレームにおいて、少なくとも前記支持部の表面は、平滑形状を有している請求項１４に記載の電解装置。
16. 前記ケースは、可撓性を有し、かつ、内部に前記電極体と共に、被電解液を収容可能に構成されている請求項９に記載の電解装置。

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