JP2018122211A

JP2018122211A - 電解槽

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Publication number: JP2018122211A
Application number: JP2017014561A
Authority: JP
Inventors: 孝士橘; Takashi Tachibana
Original assignee: Nihon Trim Co Ltd
Current assignee: Nihon Trim Co Ltd
Priority date: 2017-01-30
Filing date: 2017-01-30
Publication date: 2018-08-09
Anticipated expiration: 2037-01-30
Also published as: JP6470773B2

Abstract

【課題】ケースの強度及び剛性を容易に高めることができる電解槽を提供する。
【解決手段】電解水素水を生成する電解槽１は、電解室５０を区画するための樹脂製のケース５と、電解室５０内に対向して配置された互いに極性が異なる第１給電体３１及び第２給電体３２と、第１給電体３１と第２給電体３２との間に配され、電解室５０を第１給電体３１の側の第１極室５１と第２給電体３２の側の第２極室５２とに区分する隔膜３３とを含む。隔膜３３は、互いに平行かつ直線状にのびる一対の長端縁３４ａ及び３４ｂと長端縁３４ａ及び３４ｂに直交する一対の短端縁３４ｃ及び３４ｄとを有する。ケース５は、第１長端縁３４ａの側の第１ケース片６と、第２長端縁３４ｂの側の第２ケース片７とを含む。第１ケース片６と第２ケース片７とは、隔膜３３と交差する合わせ面６１及び７１で結合されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電解水生成装置に好適に用いることができる電解槽に関する。

電解槽は、電解室を区画するための樹脂製のケースと、電解室内に対向して配置された第１給電体及び第２給電体と、第１給電体と第２給電体との間に配される隔膜等によって構成されている。

例えば、特許文献１には、隔膜にスルホン酸基を有するフッ素系の樹脂材料からなる固体高分子材料が適用された電解槽が開示されている。この電解槽では、隔膜に平行な合わせ面で互いに固着される第１ケース片及び第２ケース片等によってケースが構成されている。

一方、特許文献２には、隔膜に直交する合わせ面で互いに固着される第１ケース片及び第２ケース片によってケースが構成されている電解槽が開示されている。このような構成の電解槽は、隔膜にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）親水膜が適用された電解槽に好適である。

特開２０１５−１７４０６０号公報特開２０１１−１６８８５７号公報

電解槽は、電解室内の水圧に耐えられるように設計されている。例えば、上記特許文献１及び特許文献２に記載された電解槽は、いずれも合わせ面で第１ケース片と第２ケース片とが固着されることにより、ケース全体での強度及び剛性が高められている。

しかしながら、上記特許文献２に示される電解槽では、矩形状の隔膜の短端縁に平行な合わせ面で第１ケース片と第２ケース片とが固着されている。このようなケースにあっては、その構造上、合わせ面から一定距離以上離れた領域が生じ、かかる領域では上述した合わせ面の固着による強度及び剛性の向上作用が得られにくい。特に、大量の電解水を生成するために電解室の内容積が大きく設定された電解槽にあっては、ケースの強度及び剛性を十分に確保することが困難となるおそれがある。また、短端縁の長さに対する長端縁の長さの比（縦横比）の大きい隔膜を備えた縦長形状の電解槽にあっても、ケースの強度及び剛性を十分に確保することが困難となるおそれがある。

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、ケースの強度及び剛性を容易に高めることができる電解槽を提供することを主たる目的としている。

本発明は、電気分解される水が供給される電解室が形成された電解槽であって、前記電解室を区画するための樹脂製のケースと、前記電解室内に対向して配置された互いに極性が異なる第１給電体及び第２給電体と、前記第１給電体と前記第２給電体との間に配され、前記電解室を前記第１給電体の側の第１極室と前記第２給電体の側の第２極室とに区分する隔膜とを含み、前記隔膜は、互いに平行かつ直線状にのびる一対の長端縁と前記長端縁に直交する一対の短端縁とを有し、前記ケースは、一方の前記長端縁である第１長端縁の側の第１ケース片と、他方の前記長端縁である第２長端縁の側の第２ケース片とを含み、前記第１ケース片と前記第２ケース片とは、前記隔膜と交差する合わせ面で結合されていることを特徴とする。

本発明に係る前記電解槽において、前記第１ケース片は、前記電解室の前記合わせ面よりも前記第１長端縁の側を区画する第１本体部と、前記第１本体部の前記合わせ面の側で前記電解室の外方に突出する第１フランジとを含み、前記第２ケース片は、前記電解室の前記合わせ面よりも前記第２長端縁の側を区画する第２本体部と、前記第２本体部の前記合わせ面の側で前記電解室の外方に突出する第２フランジとを含み、前記第１フランジと前記第２フランジとが前記合わせ面で互いに固着されていることが望ましい。

本発明に係る前記電解槽において、前記第１ケース片を補強するための金属製の第１補強部材と、前記第２ケース片を補強するための金属製の第２補強部材とをさらに含み、前記第１補強部材は、前記第１フランジに沿って配される第１フランジ補強部を含み、前記第２補強部材は、前記第２フランジに沿って配される第２フランジ補強部を含むことが望ましい。

本発明に係る前記電解槽において、前記第１フランジ補強部及び前記第２フランジ補強部は、前記第１フランジ及び前記第２フランジを挟むように配置されていることが望ましい。

本発明に係る前記電解槽において、前記第１補強部材は、前記第１本体部に沿って配される第１本体補強部を含み、前記第２補強部材は、前記第２本体部に沿って配される第２本体補強部を含むことが望ましい。

本発明に係る前記電解槽において、前記第１ケース片は、前記合わせ面とは反対側に、電解室外方に突出する複数の第１リブを有し、前記第２ケース片は、前記合わせ面とは反対側に、電解室外方に突出する複数の第２リブを有することが望ましい。

本発明に係る前記電解槽において、前記第１リブ及び前記第２リブは、前記隔膜に直交する方向にのびることが望ましい。

本発明では、隔膜は、互いに平行かつ直線状にのびる一対の長端縁と前記長端縁に直交する一対の短端縁とを有する矩形状に形成されている。そして、一方の第１長端縁の側の第１ケース片と他方の第２長端縁の側の第２ケース片とが、隔膜と交差する合わせ面で結合されることにより、ケースが構成される。従って、合わせ面から一定距離以上離れた領域が生じにくく、合わせ面からの距離が抑制され、ケースの任意領域で合わせ面の固着による強度及び剛性の向上作用が十分に得られ、ケースの強度及び剛性を容易に高めることが可能となる。また、これにより、電解室の内容積や隔膜縦横比等の設計の自由度が容易に高められる。

本発明の電解槽の一実施形態の概略構成を示す分解斜視図である。図１の電解ユニットの構成を示す分解斜視図である。同電解ユニットの構成を示す断面図である。図１の電解槽の構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
図１は、本実施形態の電解槽１の概略構成を示している。電解槽１は、例えば、電解水生成装置に搭載され、供給された水を電気分解し電解水を生成する。陰極側で生成された電解水は、電気分解によって生じた水素ガスが溶存する電解水素水とも称され、飲用等に好適である。電解槽１は、電気分解を行なう電解ユニット２と、電解ユニット２を収容し、電解室５０を区画するケース５とを備える。電解室５０には、電解ユニット２によって電気分解される水（以下、単に水と記す）が供給される。

図２は、電解ユニット２の斜視図であり、図３は、電解ユニット２の構成を示す断面図である。電解ユニット２は、電解室５０内で互いに対向して配置された第１給電体３１及び第２給電体３２と、第１給電体３１と第２給電体３２との間に配された隔膜３３とを含む。

第１給電体３１は、板状に形成された第１本体部３５と、軸状に形成された第１給電部３６とを含んでいる。第１本体部３５は、隔膜３３に沿って隔膜３３と平行に配されている。軸状の第１給電部３６とは、断面が円形の円柱状及び中空な円筒状の他、断面が多角形の角柱状の形態を含む。第１給電部３６の一端部３６ａは、第１本体部３５と電気的に接続され、他端部３６ｂはケース５の外部に突出されている。一端部３６ａと第１本体部３５とは、溶接等によって接合されている。他端部３６ｂには、第１給電体３１に電解電流を供給するためのケーブル（図示せず）が接続される。

第２給電体３２は、板状に形成された第２本体部３７と、軸状に形成された第２給電部３８とを含んでいる。第２本体部３７は、隔膜３３に沿って隔膜３３と平行に配されている。第２給電部３８の形態も第１給電部３６と同様である。第２給電部３８の一端部３８ａは、第２本体部３７と電気的に接続され、他端部３８ｂはケース５の外部に突出されている。一端部３８ａと第２本体部３７とは、溶接等によって接合されている。他端部３８ｂには、第２給電体３２に電解電流を供給するためのケーブル（図示せず）が接続される。

第１給電体３１及び第２給電体３２の極性は、電解水生成装置の制御部（図示せず）によって制御される。第１給電体３１が陽極として制御される場合、第２給電体３２は陰極として制御される。一方、第１給電体３１が陰極として制御される場合、第２給電体３２は陽極として制御される。

隔膜３３は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）親水膜からなり、電解室５０を第１給電体３１の側の第１極室５１と第２給電体３２の側の第２極室５２とに区分する。隔膜３３は、矩形状に形成されている。隔膜３３は、互いに平行かつ直線状にのびる一対の長端縁３４ａ、３４ｂと、長端縁３４ａ、３４ｂに直交する一対の短端縁３４ｃ、３４ｄとを有している。

隔膜３３は、膜支持体４によって支持されている。膜支持体４は、例えば、樹脂によって構成され、インサート成形等により隔膜３３と一体に形成されている。膜支持体４は、複数の第１桟４５と複数の第２桟４６とを含む。第１桟４５は、第１給電部に沿って隔膜３３の短手方向（短端縁３４ｃ、３４ｄと平行）にのびる。第２桟４６は、第１桟に直交し、隔膜３３の長手方向（長端縁３４ａ、３４ｂと平行）にのびる。複数の第１桟４５と複数の第２桟４６とによって、膜支持体４は格子状に形成されている。各第１桟４５及び各第２桟４６は、隔膜３３の表裏側に設けられている。各第１桟４５及び各第２桟４６は、隔膜３３を第１給電体３１の側及び第２給電体３２の側から挟み込んで支持する。すなわち、膜支持体４は、隔膜３３を第１給電体３１の側及び第２給電体３２の側から挟み込んで支持する。

図１に示されるように、ケース５は、樹脂によって形成されている。ケース５は、長端縁３４ａ、３４ｂ及び短端縁３４ｃ、３４ｄを有する隔膜に対応する縦長形状に形成されている。ケース５は、第１長端縁３４ａの側の第１ケース片６と、第２長端縁３４ｂの側の第２ケース片７とを含んでいる。

ケース５は、第１入水口６６と、第２入水口７６と、第１出水口７７と、第２出水口６７とを有している。第１入水口６６は、第１極室５１に前記水を供給する。第１入水口６６は、第１ケース片６に形成されている。第２入水口７６は、第２極室５２に水を供給する。第２入水口７６は、第２ケース片７に形成されている。第１入水口６６と第２入水口７６とは、互いに対向するように配されている。

第１出水口７７は、第１極室５１から電気分解された電解水を取り出す。第１出水口７７は、第２ケース片７に形成されている。第２出水口６７は、第２極室５２から電気分解された電解水を取り出す。第２出水口６７は、第１ケース片６に形成されている。

第１入水口６６は、第１対角３５ａ、３５ｂの一方（すなわち角３５ａ）側に設けられている。第１出水口７７は、第１対角３５ａ、３５ｂの他方（すなわち角３５ｂ）側に設けられている。

第２入水口７６は、第２対角３５ｃ、３５ｄの一方（すなわち角３５ｃ）側に設けられている。第２出水口６７は、第２対角３５ｃ、３５ｄの他方（すなわち角３５ｄ）側に設けられている。

図４は、電解槽１の断面を示している。図１及び４に示されるように、第１ケース片６は、合わせ面６１を有し、第２ケース片７は、合わせ面７１を有している。第１ケース片６と第２ケース片７とは、隔膜３３と交差する合わせ面６１、７１で結合されている。これにより、ケース５が構成される。電解槽１では、隔膜３３の長手方向に分割して形成された第１ケース片６と第２ケース片７とを合わせ面６１、７１で結合することにより、ケース５が構成されるので、合わせ面６１、７１から一定距離以上離れた領域が生じにくく、ケース５の任意領域で合わせ面６１、７１の固着による強度及び剛性の向上作用が十分に得られ、ケース５の強度及び剛性を容易に高めることが可能となる。また、これにより、電解室５０の内容積や隔膜３３の縦横比等の設計の自由度が容易に高められる。

第１ケース片６と第２ケース片７とは、封止部材１０を介してねじ１１等によって結合される。合わせ面６１、７１は、互いに対応する凹凸形状に形成されていてもよい。

第１ケース片６は、第１本体部６２と、第１フランジ６３とを含んでいる。第１本体部６２は、電解室５０の合わせ面６１よりも第１長端縁３４ａの側を区画する。第１フランジ６３は、第１本体部６２の合わせ面６１の側で電解室５０の外方に突出する。第１フランジ６３によって第１本体部６２の変形が抑制される。

同様に、第２ケース片７は、第２本体部７２と、第２フランジ７３とを含んでいる。第２本体部７２は、電解室５０の合わせ面７１よりも第２長端縁３４ｂの側を区画する。第２フランジ７３は、第２本体部７２の合わせ面７１の側で電解室５０の外方に突出する。第２フランジ７３によって第２本体部７２の変形が抑制される。第１フランジ６３と第２フランジ７３とが合わせ面６１、７１で互いに固着されることにより、第１ケース片６と第２ケース片７とが広い面積で結合され、ケース５の強度及び剛性を容易に高めることが可能となる。

図１に示されるように、電解槽１は、第１補強部材８及び第２補強部材９とをさらに含んでいてもよい。第１補強部材８及び第２補強部材９は、例えば、金属板を板金加工することにより形成される。

第１補強部材８によって第１ケース片６が補強される。第２補強部材９によって第２ケース片７が補強される。第１補強部材８は、第１フランジ６３に沿って配される第１フランジ補強部８１を含むのが望ましい。第１フランジ補強部８１によって第１フランジ６３が強化され、第１ケース片６の強度及び剛性が高められる。同様に、第２補強部材９は、第２フランジ７３に沿って配される第２フランジ補強部９１を含むのが望ましい。第２フランジ補強部９１によって第２フランジ７３が強化され、第２ケース片７の強度及び剛性が高められる。

本実施形態では、第１フランジ補強部８１と第２フランジ補強部９１とは、第１フランジ６３及び第２フランジ７３を挟むように配置されている。第２フランジ補強部９１、第２フランジ７３、第１フランジ６３及び第１フランジ補強部８１には、ねじ１１が共締めされ、ねじ１１によって第２フランジ補強部９１、第２フランジ７３、第１フランジ６３及び第１フランジ補強部８１が一体化される。

第１補強部材８は、第１本体部６２に沿って配される第１本体補強部８２を含むのが望ましい。第１本体補強部８２によって、第１給電体３１及び第２給電体３２と対向する領域で第１本体部６２が直接的に強化され、第１ケース片６の強度及び剛性が高められる。同様に、第２補強部材９は、第２本体部７２に沿って配される第２本体補強部９２を含むのが望ましい。第２本体補強部９２によって、第１給電体３１及び第２給電体３２と対向する領域で第２本体部７２が直接的に強化され、第２ケース片７の強度及び剛性が高められる。また、第１フランジ６３、第１フランジ補強部８１、第１本体補強部８２、第２フランジ７３、第２フランジ補強部９１及び第２本体補強部９２が相乗的に機能することによって、第１本体部６２及び第２本体部７２が第１給電体３１及び第２給電体３２の厚さ方向に変形することが抑制され、ケース５の強度及び剛性をより一層高めることが可能となる。

第１ケース片６には、第１リブ６４が設けられるのが望ましい。第１リブ６４は、第１ケース片６の合わせ面６１とは反対側で、電解室５０の外方に突出する。第１リブ６４によって、第１長端縁３４ａの近傍領域で第１本体部６２が強化され、第１ケース片６の強度及び剛性が高められる。同様に、第２ケース片７には、第２リブ７４が設けられるのが望ましい。第２リブ７４は、第２ケース片７の合わせ面７１とは反対側で、電解室５０の外方に突出する。第２リブ７４によって、第２長端縁３４ｂの近傍領域で第２本体部７２が強化され、第２ケース片７の強度及び剛性が高められる。

本電解槽１では、第１リブ６４及び第２リブ７４は、隔膜３３に直交する方向にのびて形成されている。これにより、第１フランジ６３、第１フランジ補強部８１、第１本体補強部８２及び第１リブ６４が相乗的に機能し、第１本体部６２が第１給電体３１及び第２給電体３２の厚さ方向に変形することがより一層抑制されうる。同様に、第２フランジ７３、第２フランジ補強部９１、第２本体補強部９２及び第２リブ７４が相乗的に機能し、第２本体部７２が第１給電体３１及び第２給電体３２の厚さ方向に変形することがより一層抑制されうる。

図２乃至４に示されるように、本実施形態では、電解ユニット２は、一対の隔膜３３、３３Ａ及び一対の第２給電体３２、３２Ａを有している。

隔膜３３は、膜支持体４０によって支持され、第１給電体３１の表側（図１乃至４において上側）に配されている。隔膜３３Ａは、膜支持体４０Ａによって支持され、第１給電体３１の裏側（図１乃至４において下側）に配されている。膜支持体４０Ａは、複数の第１桟４５Ａと複数の第２桟４６Ａとを含む。隔膜３３Ａは、第１桟４５Ａと第２桟４６Ａとによって、表裏両面で支持されている。膜支持体４０と膜支持体４０Ａとが固着されて膜支持体４を構成する。

隔膜３３Ａの構成は、隔膜３３と同様である。第２給電体３２は、第１給電体３１の表側に配され、第２給電体３２Ａは、第１給電体３１の裏側に配されている。第２給電体３２Ａの構成は、第２給電体３２と同様である。例えば、第２給電体３２Ａは、板状に形成された第２本体部３７Ａと、軸状に形成された第２給電部３８Ａとを含んでいる。隔膜３３Ａによって、第１給電体３１の側の第１極室５１Ａと第２給電体３２の側の第２極室５２Ａとが区画される。

第２給電体３２、３２Ａと対向する第１本体部６２の側壁６５の外面は、平坦状に形成されている。これにより、第１ケース片６に第１補強部材８を容易に装着することができる。また、第１本体補強部８２と側壁６５とが広い面積で当接し、第１本体補強部８２の補強効果が高められる。

同様に、第２給電体３２、３２Ａと対向する第２本体部７２の側壁７５の外面は、平坦状に形成されている。これにより、第２ケース片７に第２補強部材９を容易に装着することができる。また、第２本体補強部９２と側壁７５とが広い面積で当接し、第２本体補強部９２の補強効果が高められる。

以上、本実施形態の電解槽１が詳細に説明されたが、本発明は上記の具体的な実施形態に限定されることなく種々の態様に変更して実施される。すなわち、電解槽１は、少なくとも、電解室５０を区画するための樹脂製のケース５と、電解室５０内に対向して配置された互いに極性が異なる第１給電体３１及び第２給電体３２と、第１給電体３１と第２給電体３２との間に配され、電解室５０を第１給電体３１の側の第１極室５１と第２給電体の側の第２極室５２とに区分する隔膜３３とを含み、隔膜３３は、互いに平行かつ直線状にのびる一対の長端縁３４ａ及び３４ｂと長端縁３４ａ及び３４ｂに直交する一対の短端縁３４ｃ及び３４ｄとを有し、ケース５は、第１長端縁３４ａの側の第１ケース片６と、第２長端縁３４ｂの側の第２ケース片７とを含み、第１ケース片６と第２ケース片７とは、隔膜３３と交差する合わせ面６１及び７１で結合されていればよい。

１：電解槽
５：ケース
６：第１ケース片
７：第２ケース片
８：第１補強部材
９：第２補強部材
３１：第１給電体
３２：第２給電体
３３：隔膜
３４ａ：第１長端縁
３４ｂ：第２長端縁
３４ｃ：短端縁
３４ｄ：短端縁
５０：電解室
５１：第１極室
５２：第２極室
６１：合わせ面
６２：第１本体部
６３：第１フランジ
６４：第１リブ
６５：側壁
７１：合わせ面
７２：第２本体部
７３：第２フランジ
７４：第２リブ
７５：側壁
８１：第１フランジ補強部
８２：第１本体補強部
９１：第２フランジ補強部
９２：第２本体補強部

Claims

電気分解される水が供給される電解室が形成された電解槽であって、
前記電解室を区画するための樹脂製のケースと、
前記電解室内に対向して配置された互いに極性が異なる第１給電体及び第２給電体と、
前記第１給電体と前記第２給電体との間に配され、前記電解室を前記第１給電体の側の第１極室と前記第２給電体の側の第２極室とに区分する隔膜とを含み、
前記隔膜は、互いに平行かつ直線状にのびる一対の長端縁と前記長端縁に直交する一対の短端縁とを有し、
前記ケースは、一方の前記長端縁である第１長端縁の側の第１ケース片と、他方の前記長端縁である第２長端縁の側の第２ケース片とを含み、
前記第１ケース片と前記第２ケース片とは、前記隔膜と交差する合わせ面で結合されていることを特徴とする電解槽。
前記第１ケース片は、前記電解室の前記合わせ面よりも前記第１長端縁の側を区画する第１本体部と、前記第１本体部の前記合わせ面の側で前記電解室の外方に突出する第１フランジとを含み、
前記第２ケース片は、前記電解室の前記合わせ面よりも前記第２長端縁の側を区画する第２本体部と、前記第２本体部の前記合わせ面の側で前記電解室の外方に突出する第２フランジとを含み、
前記第１フランジと前記第２フランジとが前記合わせ面で互いに固着されている請求項１記載の電解槽。
前記第１ケース片を補強するための金属製の第１補強部材と、前記第２ケース片を補強するための金属製の第２補強部材とをさらに含み、
前記第１補強部材は、前記第１フランジに沿って配される第１フランジ補強部を含み、
前記第２補強部材は、前記第２フランジに沿って配される第２フランジ補強部を含む請求項２記載の電解槽。
前記第１フランジ補強部及び前記第２フランジ補強部は、前記第１フランジ及び前記第２フランジを挟むように配置されている請求項３に記載の電解槽。
前記第１補強部材は、前記第１本体部に沿って配される第１本体補強部を含み、前記第２補強部材は、前記第２本体部に沿って配される第２本体補強部を含む請求項３又は４に記載の電解槽。
前記第１ケース片は、前記合わせ面とは反対側に、電解室外方に突出する複数の第１リブを有し、
前記第２ケース片は、前記合わせ面とは反対側に、電解室外方に突出する複数の第２リブを有する請求項１乃至５のいずれかに記載の電解槽。
前記第１リブ及び前記第２リブは、前記隔膜に直交する方向にのびる請求項６記載の電解槽。