JP2018508339A - 電解モジュール - Google Patents

Abstract

パイプ型電解セルが複数備えられて直列に接続された電解単位モジュールと、電解単位モジュールの周囲を取り囲んで保護するモールディングケースと、モールディングケースに設置され、電解単位モジュールを支持するセルガイド部材と、一端が電解単位モジュールに接続され、他端はモールディングケースを突き抜けて外部に延びる電源ケーブルと、モールディングケースに据え付けられた電解単位モジュールの外側を覆うようにモールディングケースに樹脂材を充填してなる樹脂充填層と、を含んでなることを特徴とする、電解モジュールが開示される。

Description

本発明は、電解モジュールに係り、より詳しくは、チューブ型電解セルの利点を最大限に生かしながら、サイズを減らして設置スペースの制約を克服し、製作コストを下げることが可能な、パイプ型電解セルを直列に接続した単位モジュールを、並列に接続してなる電解モジュールに関する。

一般に、海水、淡水などを電気分解するための電気分解槽の一例として、パイプ型電解セルがある。

このような電解セルは、パイプ型の電極を有し、通常、外部パイプおよび内部パイプから構成される。内部パイプの場合は、一方が陽極で他方が陰極である一体型バイポーラチューブ電極から構成されてもよく、外部パイプの場合は、セル中央の絶縁スペーサーを基準として、内部電極の逆の極性の陽極、および、陰極である個別パイプ電極から構成されてもよい。また、内部パイプおよび外部パイプは、それぞれ単極からなるモノポーラ型電極で構成されてもよい。

パイプ型電解槽において、前記外部パイプおよび内部パイプ上に海水が通過するようにしつつ、陽極と陰極の各端子に直流電源を供給して電気分解を行うと、目的とする次亜塩素酸ナトリウムを生成することができる。

このような電気分解による次亜塩素酸ナトリウムの発生についての、主な化学反応式を表現すると、次のとおりである。

陽極反応）２Ｃｌ^-→Ｃｌ₂＋２ｅ^-
陰極反応）２Ｈ₂Ｏ＋２ｅ^-→２ＯＨ^-＋Ｈ₂↑
バルク反応）Ｃｌ₂＋２ＮａＯＨ→ＮａＯＣｌ＋ＮａＣｌ＋Ｈ₂Ｏ

このように、陽極では塩素イオン（Ｃｌ^-）の酸化反応によって塩素（Ｃｌ₂）が生成され、陰極では水分解反応によって水素ガス（Ｈ₂）と水酸化イオン（ＯＨ^-）が生成される。陰極で生成された水酸化イオン（ＯＨ^-）は、バルク相のナトリウムイオン（Ｎａ⁺）と出会って苛性ソーダ（ＮａＯＨ）を生成する。このような苛性ソーダと陽極で生成された塩素（Ｃｌ₂）とがバルク相で反応して次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＯＣｌ）を生成する。このように生成された次亜塩素酸ナトリウムは、生物の活性低減や殺菌消毒、洗浄などを目的として様々な使用先で使用される。

しかし、この際、海水中に含まれている硬度物質（Ｃａ、Ｍｇ）などが電解反応中の下記化学反応によって陰極にスケールを形成して蓄積されるので、電解効率を下げ、セル電圧の上昇をもたらし、流体の流れを妨げるうえ、ひいては極間短絡による物理的損傷をもたらす。

スケール生成反応）ＨＣＯ₃ ^-＋ＮａＯＨ→ＣＯ₃ ^2-＋Ｈ₂Ｏ＋Ｎａ⁺
Ｃａ²⁺またはＭｇ²⁺＋ＣＯ₃ ^2-→ＣａＣＯ₃またはＭｇＣＯ₃
Ｃａ²⁺またはＭｇ²⁺＋２ＯＨ^-→Ｃａ（ＯＨ）₂またはＭｇ（ＯＨ）₂

このようなスケールの蓄積を防止するための従来技術として、韓国公開特許１０−２００６−００９８４４５（電磁場水処理システムおよびその制御方法）にも開示されているように、流体が流れる配管の内部に陽極としてアノードバーを設置し、アノードバーを取り囲んだハウジングを陰極とし、アノードバーに電流を印加することにより流路に電磁場を形成させてスケールの生成を防止する技術が提案されている。すなわち、流体が電磁場の形成された流路に沿って流れるとき、流体内の無機物は、電磁場によって十分に自由電子が含有されることにより安定な構造に変化して、スケールの生成を防止することができる。

ところが、上述したような従来技術によれば、電磁場を形成させてスケールの発生を抑制するためには電磁場の密度が均一に形成されるようにしなければならないが、流路に沿って流れる流体の流量が一定でなく変動する場合、電磁場の密度を均一に維持することが難しくなるため、スケールの発生を効果的に抑制することができないという問題点がある。つまり、従来のように電気的方法によってスケールの発生を防止する方法は、流量に応じて印加される電流の強さを精密に制御しなければならないという高度の技術が求められるので、実質的にスケールの発生を根本的に防止することが容易でない。よって、生成されたスケールを器具的方法によって強制的に除去する必要性がある。

かかる従来技術の問題点を解決するために、韓国特許出願第１０−２０１２−００３２３９９号（パイプ型電解セル）が開示されている。出願された従来の「パイプ型電解セル」は、電解槽の運転時に発生する陰極部のスケール生成を遮断するために、流体流動領域には電極に稜線部分がないように電解槽の形状を実現したものであって、より具体化された構成が図１〜図１１に示されている。

図１〜図１１を参照すると、従来のパイプ型電解セル１０は、中央の絶縁部１１を挟んで陽極外部パイプ１２と陰極外部パイプ１３とが接続された構造を持つ。陽極外部パイプ１２の内側には陰極内部パイプ（図示されず）が設置され、陰極外部パイプ１３の内側には陽極内部パイプ１３’が設置される。そして、電解セル１０の端部には、絶縁ブッシュ１４、スパイラルブロック１５、固定ブッシュ１６および入出口接続ニップル１７が互いに外側の結合部材１８によって結合されて設置される。前記スパイラルブロック１５を用いて、スパイラルブロック１５の螺旋ホール１５ａを通じて流体が、電解セル１０の内外へと、流入および流出する際にスパイラル（らせん）状をなすように構成することで、速度分布を均一に維持することにより、電解反応の際に生成されるガス（Ｈ₂、Ｏ₂）が特定の区間で密集して流動するようにさせる原因を除去し、結果として、ガスによる電極表面反応の妨害要因が除去され、これに伴い電極表面の均一な反応が行わわれるので、電解反応効率および寿命向上の効果を得ることができた。

一方、上述したような構成のパイプ型電解セル１０を単位電解セルとして、複数の電解セル１０を図１の如く直列接続して単位モジュール２０を製作することにより、ユーザーの希望する容量で使用することができ、単位モジュール２０を並列にさらに接続して図６の如く容量を増やして設置、使用することができる。

一方、単位モジュール２０を製作するためには、電解セル１０間の流体の流動流路は「Ｕ」字状のエルボーまたは金型で製作された連結部材２１を用いて接続する。そして、フレーム２２に各電解セル１０をＵ字ボルトまたはサドル２３を用いて固定し、それぞれの電解セル１０はリング状のバスバー（bus bar）２４を用いて相互接続する。このように複数の電解セル１０を接続して単位モジュール２０を製作することができ、単位モジュール２０を図６の如く並列に設置することにより、ユーザーの希望する大容量の電解モジュール３０を現場に設置して使用することができる。

このようなパイプ型電解セルを用いた電解モジュールは、既存の平板型電極を用いた四角ケーシング方式の電解モジュールと比較して耐圧性に優れるうえ、構造が簡単であり、円滑な流速分布に基づいて生成された水素を円滑に排出すること、およびスケール蓄積を最小限に抑えることができるという利点を備えている。

しかし、このようなパイプ型電解セルの場合は、電極の一面のみを使用することにより、素材の無駄遣いが大きく、設置スペースが狭いところへの使用に限界がある。これに加えて、電極を構成する構成品を多く要し、組立が複雑であることなどから、製作コストが増加する要因となる。

また、既存のパイプ型電解セルの場合は、電極における電流分布が不均一であって多段に構成することが難しく、多段に構成しても均一な反応性を確保するのが難しく、電極の寿命短縮および発熱量過多などの問題点を内包している。

韓国公開特許第１０−２００６−００９８４４５号公報

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、組立部品数を減らし、組立工程を単純化して製作コストを下げ、安全性が確保された従来の利点を最大限に保ちながら同一容量の単位モジュールの半分サイズに製作することにより、設置スペースを減らしてスペース制約を克服するように改善された電解モジュールを提供することを目的とする。

また、本発明は、多段パイプ型電解槽での電流分布を均一にして、反応の均一性および効率増加を図ることを目的とする。

すなわち、本発明は、上述したような問題点に鑑みてなされたもので、サイズを減らしながら、電気分解性能はそのまま維持することができるようにすることにより、設置スペースを減らし且つコストを削減することができるように改善された電解モジュールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明のある観点による電解モジュールは、パイプ型電解セルが複数備えられて直列に接続された電解単位モジュールと、前記電解単位モジュールの周囲を取り囲んで保護するモールディングケースと、前記モールディングケースに設置され、前記電解単位モジュールを支持するセルガイド部材と、一端が前記電解単位モジュールに接続され、他端は前記モールディングケースを突き抜けて外部に延びる電源ケーブルと、前記モールディングケースに据え付けられた電解単位モジュールの外側を覆うように前記モールディングケースに樹脂材質を充填してなる樹脂充填層と、を含むことを特徴とする。

また、上記目的を達成するための本発明の他の観点による電解モジュールは、複数のパイプ型電解セルを直列に接続してなる電解単位モジュールと、一端が前記電解単位モジュールに接続される電源ケーブルと、前記電解単位モジュールが直列状態に組み立てられた状態を保つように、前記電解モジュールを横切って支持するセルガイド部材と、前記電解単位モジュール、電源ケーブルおよびセルガイド部材が互いに組み付けられた状態で前記電解単位モジュールの周囲を取り囲むようにモールディングケースを位置させ、この状態で、前記モールディングケースに据え付けられた電解単位モジュールの外側を覆うように前記モールディングケースの内側に樹脂材を充填してなり、硬化後に前記モールディングケースを除去することにより外部に露出する樹脂充填層と、を含んでなることを特徴とする。

ここで、前記パイプ型電解セルは、一端は互いに電気的に接続され且つ他端は互いに分離されるパイプ型の外部電極および内部電極からなる一対のターミナル電極と、前記一対のターミナル電極の内部に設置され、前記ターミナル電極と絶縁された状態のパイプ型のバイポーラ電極と、を含むことが好ましい。

また、前記パイプ型電解セルは、前記一対のターミナル電極の互いに分離された他端を支持して接続する絶縁部と、前記一対のターミナル電極の互いに接続された一端に対応するように結合され、流体が通過する螺旋状ガイド孔を有するスパイラルブロックと、をさらに含むことが良い。

また、前記ターミナル電極は、前記内部電極の端部と外部電極の端部とを接続して支持するとともに、前記内部電極と外部電極との間に連通されて流体移動をガイドする流体通過孔を有する接続板を含むことが良い。

また、前記バイポーラ電極の両端のそれぞれに設置され、前記接続板、前記内部電極および外部電極と離隔して絶縁させる、端部絶縁スペーサーをさらに含むことが良い。

また、前記電解反応が行われない、電極の他側の面、すなわち、外部電極のパイプの外部または内部電極のパイプの内部のうちの少なくとも一つの側面について、電気伝導性の良い金属でメッキされることが好ましい。

また、前記流体通過孔を有する接続板は、前記外部電極と溶接されることが良い。

また、前記接続板に設けられる多数の流体通過孔は、前記スパイラルブロックの螺旋状ガイド孔と合致するように穿設されることが良い。

また、前記単位モジュールを並列に接続して容量を拡張することができるように構成されることが良い。

本発明の電解モジュールによれば、既存のパイプ型電解モジュールの利点を全て有しながら、内部電極の内面を電気伝導性の良い金属でメッキすることにより、電気的流れが円滑であって電気分解効率を向上させることができるうえ、樹脂材質でモールディング処理することにより、水漏れと水素ガス漏れによる爆発の危険性を根本的に防止することができ、作業者や運営者の作業上の感電およびショートを防止する安全性が確保された電解モジュールを供給することができる。

また、従来の技術と比較して組立ポイントを減らすことができるため、組立工程が簡単であり、部品点数を減らすことにより製造コストを大幅に削減することができ、設置スペースを減らすことにより空間的制約を克服することができる。

また、外部振動による接続部の緩み現象がなく、透明材質でモールディング処理することにより、観察および点検が容易であってメンテナンスコストを削減し、メンテナンスを便利にすることができる。また、本発明のパイプ型電解セルによれば、バイポーラ電極の内面と外面の両方ともを電気分解に利用することが可能な構造を持つことにより、同じ体積容量で既存よりも２倍の電気分解を行うことができる。したがって、全体的な電解モジュールのコストを下げながらも大きさを減らして、船舶への設置時にスペース上の制約を受けないという利点がある。

また、多段電解槽を構成する際に、電解反応を行わない電極の他側面に、電気伝導性に優れる金属をメッキ処理することにより、電極の電流分布を均一にして電解反応の均一性および効率増加を図ることができる。

従来の単位電解モジュールを示す斜視図である。 図１の要部を抜粋して示す部分拡大図である。 図１に示された単位電解モジュールの正面図である。 図１に示された単位電解モジュールの平面図である。 図１に示された単位電解モジュールの側面図である。 従来の大容量電解モジュールを示す斜視図である。 図６に示された大容量電解モジュールを示す側面図である。 従来のパイプ型電解セルを示す斜視図である。 図９のＡ部分を拡大して示す図である。 図９のＢ部分を拡大して示す図である。 図１０に示されたスパイラルブロックを抜粋して示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る電解モジュールを組み立てる過程を説明するための分離斜視図である。 図１２ａに示されたモールディングケースの他の例を示す斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る電解モジュールを示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る電解モジュールを仮組立した状態を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る電解モジュールを並列に配置して大容量化した状態を示す斜視図である。 図１４に示された電解モジュールの側面図である。 図１３に示された電解モジュールの平面図である。 図１４のＡ’部分を拡大して示す図である。 図１６のＢ’の部分を拡大して示す図である。 図１２に示されたパイプ型電解セルを示す斜視図である。 図１９のＤ１部分を拡大して示す図である。 図１９のＤ２部分を拡大して示す図である。 図１９のＤ３の部分を拡大して示す図である。 図１９に示された中間電極を抜粋して示す斜視図である。 図２３ａの要部を抜粋して示す断面図である。 外部電極と内部電極との接続部分を抜粋して示す図である。 図１９の外側絶縁スペーサーを抜粋して示す図である。 図１９の内側絶縁スペーサーを抜粋して示す図である。 図１９のスパイラルブロックを抜粋して示す図である。 接続管の他の例を説明するための図である。 接続ニップルの他の例を説明するための図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るパイプ型電解セルおよびこれを備える電解モジュールを詳細に説明する。

図１２〜図２１を参照すると、本発明の実施形態に係る電解モジュール５０は、電解単位モジュール１００、モールディングケース２００、セルガイド部材３００、電源ケーブル４００、および樹脂充填層５００を備える。

図１９〜図２７を参照すると、前記電解単位モジュール１００は、パイプ型電解セル１１０、接続管１２０、および入出口接続ニップル１３０を備える。

ここで、パイプ型電解セル１１０は、一対のターミナル電極、バイポーラ電極、絶縁部、およびスパイラルブロック１１８を備える。

ここで、一対のターミナル電極は、それぞれ、一端が互いに接続される内部電極１１５ａ、１１５ｂおよび外部電極１１４ａ、１１４ｂ、並びに内部電極１１５ａ、１１５ｂの一端と外部電極１１４ａ、１１４ｂの一端とを互いに電気的に接続する接続板１１６を備える。

そして、バイポーラ電極は、内部電極１１５ａ、１１５ｂと外部電極１１４ａ、１１４ｂとの間に設置されるパイプ型の中間電極１１１を備える。

すなわち、中間電極１１１は、両端のそれぞれで、互いに逆の極性を帯びるバイポーラ電極であり、図２３ａおよび図２３ｂに示すように、両端のそれぞれには端部絶縁スペーサー１１７が結合される。具体例として、端部絶縁スペーサー１１７は、中間電極１１１の両端のそれぞれに、３つずつ設置され、これらが１２０度の間隔で設置されるように構成できるが、その数量と間隔は限定されない。より具体的には、端部絶縁スペーサー１１７は、中間電極１１１の端部から突き出し、且つ、外周の側へも突き出すように設置できる。このため、端部絶縁スペーサー１１７には、中間電極１１１の端部に設けられたスペーサー結合孔１１１ｂに結合される結合ピン１１７ａが設けられる。このような端部絶縁スペーサー１１７によって、中間電極１１１は、外部電極１１４ａ、１１４ｂと一定の間隔で離隔し、前記接続板１１６とも一定の間隔を維持することで絶縁状態が可能となる。このような端部絶縁スペーサー１１７は、上述のような形態だけでなく、中間電極１１１を、外部電極１１４ａ、１１４ｂと一定の間隔で離隔させ且つ前記接続板１１６とも一定の間隔で離隔させて絶縁状態を維持することが可能な構造であれば、いずれの形態および構造も持つことができる。但し、この際、接続板１１６の流体通過孔に流入する海水が電極同士の間にて移動できる構造でなければならない。

そして、前記絶縁部は、中間電極１１１の中心部の外側に設置される外側絶縁スペーサー１１２と、中間電極１１１の中心部の内側に設置される内側絶縁スペーサー１１３とを備える。より詳細な説明は後述する。

前記外部電極１１４ａ、１１４ｂは、パイプ状をなし、一つには陰極、他の一つには陽極の電源が、それぞれ印加される。一対の外部電極１１４ａ、１１４ｂの間には外側絶縁スペーサー１１２が設置され、外部電極１１４ａ、１１４ｂを互いに絶縁させることで、中間電極１１１と一定の間隔をなして保持されるように支持する。すなわち、外側絶縁スペーサー１１２は、図２６に示すように、内周側の中央部分から突出するように設けられる突出部１１２ａを備えることにより、中間電極１１１の外周と一定の間隔で離隔して保持されるようにすることができる。突出部１１２ａは、複数が円周方向に一定の間隔で配置され、中間電極１１１の外周に接触して支持される。そして、外側絶縁スペーサー１１２の両端部のそれぞれには、各外部電極１１４ａ、１１４ｂが嵌め込まれて結合される電極結合部１１２ｂが、内周面１１２ｃから段差をなすように（内径が拡張されるように）形成されており、外部電極１１４ａ、１１４ｂは、互いに絶縁された状態で、外側絶縁スペーサー１１２に支持されて結合できる。

このように、外部電極１１４ａ、１１４ｂの互いに隣接した一端は、外側絶縁スペーサー１１２に結合され、反対側の他端は、接続管１２０または入出口接続ニップル１３０に嵌め込まれて結合される。

また、外部電極１１４ａ、１１４ｂの他端は、接続板１１６によって内部電極１１５ａ、１１５ｂの他端に接続される。接続板１１６は、金属材質で形成されており、内部電極１１５ａ、１１５ｂおよび外部電極１１４ａ、１１４ｂの他端と、溶接などの方法によって、電気抵抗を下げて伝導性を維持することが可能な締結方式で結合する。したがって、接続板１１６によって互いに接続された内部電極１１５ａ、１１５ｂと外部電極１１４ａ、１１４ｂとは、互いに接続されたいずれか一方の電極１１４ａ、１１５ａが同じ極（陰極）を帯び、互いに接続された反対側の電極１１４ｂ、１１５ｂは同じ極（陽極）を帯びる。

そして、内部電極１１５ａ、１１５ｂ同士の間には、内側絶縁スペーサー１１３が設置され、内部電極１１５ａ、１１５ｂ同士が絶縁され、内部電極１１５ａ、１１５ｂと中間電極１１１とが離隔して絶縁された状態を維持するように支持する。

ここで、内側絶縁スペーサー１１３は、中間電極１１１の内部の中央部分に設置され、外周に突設された複数の突出部１１３ａを有する。突出部１１３ａは、内側絶縁スペーサー１１３の外周面１１３ｃから突出し、円周方向に一定の間隔で設けられて中間電極１１１の内周に接触する。そして、内側絶縁スペーサー１１３の両端部には、外周面１１３ｃよりも小さい外径を持つように段差が付けられ、内部電極１１５ａ、１１５ｂの互いに隣接した一端に嵌め込まれて結合される結合部１１３ｂが互いに対称となる。このような内側絶縁スペーサー１１３は、内部電極１１５ａ、１１５ｂを互いに絶縁させながら支持し、中間電極１１１とも離隔して絶縁された状態を維持するようにする。

このような外側絶縁スペーサー１１２と内側絶縁スペーサー１１３は、上述のような形態だけでなく、それぞれ、外部電極１１４ａ、１１４ｂ同士または内部電極１１５ａ、１１５ｂ同士を絶縁させつつ支持し、中間電極１１１と一定の間隔で離隔して絶縁された状態を維持することが可能な構造であれば、いずれの形態と構造も持つように構成できる。但し、この際、中間電極１１１と離隔して絶縁された状態を維持するように構成された外側絶縁スペーサー１１２の突出部１１２ａ、および内側絶縁スペーサー１１３の突出部１１３ａは、内外部電極および中間電極の間に流通する海水の流れを最大限に妨害しない構造を持つことが好ましい。

上記の構成によれば、外部電極１１４ａ、１１４ｂと内部電極１１５ａ、１１５ｂとの間にパイプ状に間隔を開けて設置される中間電極１１１、すなわち、バイポーラ電極には、外部電極１１４ａ、１１４ｂおよび内部電極１１５ａ、１１５ｂと、互いに対応する反対極の電源が印加される。したがって、中間電極１１１の外周側および内周側のそれぞれの間に流体が通過しながら電気分解反応が行われる。この際、中間電極１１１の内側および外側のそれぞれに流体が流れながら電気分解を行うことができるので、従来のパイプ型電解セルよりも２倍以上の電気分解能力を持つ。すなわち、既存の電解モジュールと同じ体積でもって２倍以上の電気分解能力を得ることができる。このようなパイプ型電解セルの詳細な説明および動作は、従来技術から当業者が理解することができるものなので、これ以上の詳細な説明は省略する。

一方、前記接続板１１６には、流体を内部電極１１５ａ、１１５ｂと外部電極１１４ａ、１１４ｂとの間を通過させる多数の流体通過孔１１６ａが、円周方向に沿って一定の大きさおよび一定の間隔で設けられる。そして、接続板１１６の外側に、位置決めガイドピン１１６ｂが少なくとも一つ突設され、前記スパイラルブロック１１８との結合の際に、結合姿勢を正確に整列させて結合できるように構成することが好ましい。

また、前記接続板１１６は、二つ以上が密接している多段に構成することもできる。このように多段に接続される場合に、流体通過孔についてずらして積層してスパイラル構造を形成するか、或いは、流体通過孔自体がスパイラルを形成して螺旋状ガイド孔の役割を果たすように構成することが好ましい。

前記スパイラルブロック１１８は、接続板１１６の外側に結合されており、多数の螺旋状ガイド孔１１８ａが、円周方向に沿って設けられる。流体が螺旋状ガイド孔１１８ａを通過することで、流体の流出入の際に流体をスパイラル（らせん）状となるようにガイドして、速度分布を均一にすることができる。また、スパイラルブロック１１８には、接続板１１６との結合の際に、ガイド孔１１８ａと接続板１１６の流体通過孔１１６ａとが互いに合致するようにして接続された状態で結合できるように、結合位置を決定するための位置決め孔１１８ｂが設けられる。この位置決め孔１１８ｂに、接続板１１６の位置決めガイドピン１１６ｂが挿入されて結合されるように接続すると、流体通過孔１１６ａとガイド孔１１８ａとが合致して、流体が抵抗を受けることなくスムーズに移動するようにすることができる。このようなスパイラルブロック１１８は、接続管１２０または入出口接続ニップル１３０に結合される。

また、前記中間電極１１１は、外周面および内周面について全長の半分を両面電極コーティング処理することにより、従来とは異なり、内面と外面の両方ともを電気分解に使用することができるため、電気分解容量を２倍に増やすことができる。

また、ターミナル電極、すなわち、陰極側の外部電極１１４ａおよび内部電極１１５ａはチタン、ステンレス鋼またはニッケル合金の材質で形成することができる。そして、陰極側の外部電極１１４ａおよび内部電極１１５ａを、接続板１１６と、溶接などの方法で電気抵抗を下げて電気伝導性を維持することが可能な締結方式で結合し、海水が通過しながらも電解反応を行わない、電極の他側面、すなわち、外部電極１１４ａの外周面または内部電極１１５ａの内周面のうち少なくとも一つの側面に、電気伝導性の良い金属でメッキすることにより、電解反応の際に電極の長さ方向に電流を均一に配分し得るようにすることができる。これにより、既存の方式の多段電解槽で解決できない電解反応の均一性および効率増加を図るとともに発熱量を制御することができるように構成できる。

そして、ターミナル電極のうち、陽極側の外部電極１１４ｂと内部電極１１５ｂは、チタンを用いて形成するが、外部電極１１４ａは内面を、内部電極１１５ｂは外面を、白金族酸化物をコーティングした不溶性電極で構成し、前述した陰極側のターミナル電極と同様にしてメッキおよび溶接によって電気伝導性を維持するようにして製作する。

前記構成を持つ複数のパイプ型電解セル１１０は、直列に配置された状態で、互いに隣接した端部が前記接続管１２０によって相互接続され、流体が移動できるようにする。前記接続管１２０は「Ｕ」字状を有する。そして、電解単位モジュール１００のうち、最外側に位置したパイプ型電解セル１１０には、電源ケーブル４００がそれぞれ接続される。

また、複数のパイプ型電解セル１１０のうち、両側の最外郭に位置した電解セル１１０には、入出口接続ニップル１３０がそれぞれ接続される。前記接続ニップル１３０に関して、パイプ型電解セル１１０の両側に、接続管１２０または接続ニップル１３０が接続された構造も可能であり、一側に接続管１２０が接続され、他側には接続ニップル１３０が接続された構造も可能である。このような接続管１２０および接続ニップル１３０は、流体をパイプ型電解セル１１０の内部に流入するようにするか或いは排出されるようにするものであって、スパイラルブロック１１８の端部に結合され、モールディングケース２００に設けられたニップル通過ホール２３０（図１２ａ、図１２ｂ参照）を通過してモールディングケース２００の外部に延びうる。

このような接続管１２０と接続ニップル１３０のうちの少なくとも一つは、内部流体移動口、すなわち流体移動通路の形態が、より容易な流体の移動および水素の分離のために、図２８ａおよび図２８ｂの如くその底部（底面）１２１、１３１が漸進的に上方へと傾斜して形成されるように構成されることが良い。

上述した構成の如く、電解単位モジュール１００は、複数のパイプ型電解セル１１０が互いに並んで隣接して直列に接続されることで、図１２の如く組み立てられ、組み立てられた状態で、互いに隣接したパイプ型電解セル１１０は、リング状の接続端子１４０によって互いに電気的に接続される。そして、最外側のパイプ型電解セル１１０に接続された接続端子１４０のそれぞれにはターミナル端子１５０が接続され、前記ターミナル端子１５０には、前記電源ケーブル４００が、ボルトなどの締結部材１６０（図１８参照）によって互いに接続されるようにして連結される。

前記モールディングケース２００は、四角の枠の形状を有し、その内側に前記組み立てられた状態の電解単位モジュール１００が配置されてモールディング処理される。このようなモールディングケース２００は、一対の長辺フレーム２１０と、長辺フレーム２１０の両端のそれぞれを接続する一対の短辺フレーム２２０とを有する。長辺フレーム２１０の内側には、前記セルガイド部材３００の端部が挿入されて結合される、ガイド部材結合孔２４０が設けられる。そして、短辺フレーム２２０には、電源ケーブル４００が通過するケーブル通過ホール２５０と、前記入出口接続ニップル１３０が通過するニップル通過ホール２３０とが設けられる。

前記セルガイド部材３００は、複数備えられ、両端が前記モールディングケース２００の長辺フレーム２１０に設けられたガイド部材結合孔２４０に挿入結合されて組み立てられた状態の電解単位モジュール１００を、モールディングケース２００の内側に位置するように支持する役割を果たす。このため、セルガイド部材３００は、モールディングケース２００を横切るように設置され、変形可能な絶縁材質ないし絶縁構造で形成される。そして、セルガイド部材３００は、直列に接続される多数のパイプ型電解セル１１０の外周を取り囲んで支持することができるように、パイプ型電解セル１１０の外周に対応する円弧状の装着部３１０が、長さ方向に連続的に形成された構造を持つ。

この際、図１２ｂに示すように、他の例によるモールディングケース２００’は、樹脂との結束力を高めるために樹脂充填部を折り曲げるか（参照符号Ｄ１、Ｄ２部分）、或いは内側面に粗さを与えることができる。

また、モールディングケース２００に樹脂を充填し、最終硬化の後にモールディングケース２００を除去し（図１２ｃ参照）、充填された樹脂自体がモールディングケースの役割を果たすように構成できる。

このようなセルガイド部材３００をモールディングケース２００にまず組み付けた状態で、その上に組み立てられた電解単位モジュール１００を装着させることで、モールディングケース２００の内側に、組み立てられた電解単位モジュール１００を位置させることができる。組み立てられた電解単位モジュール１００をモールディングケース２００の内側に装着させた後、前記電源ケーブル４００を接続した後には、電解単位モジュール１００の外側全体を覆うように、樹脂の材質で、モールディングケース２００の開放された両側面を充填させて、樹脂充填層４００を形成する。ここで、前記樹脂充填層４００は、透明なエポキシ樹脂で充填されることが好ましい。また、場合に応じて、樹脂充填層４００は、難燃性樹脂材質からなるものを使用することが好ましい。よって、外部からも、モールディング処理された電解単位モジュール１００の状態を確認することができる。

このように、電解単位モジュール１００を組み立てた状態でモールディングケース２００の内部に位置させた状態で樹脂を充填してモールディング処理し、モールディングされた電解モジュール５０を製造することにより、電解セル１１０での水漏れと水素漏れを根本的に遮断することができるのはもとより、モールディング処理によって、組み立てに伴う組み立てポイントを減らすことができる。

また、モールディング処理された電解モジュール５０を、図１４および図１５に示すように、互いに密着させて接続して使用することにより、容量を可変させて調整することができる。また、モールディング処理された電解モジュール５０は、水漏れおよび水素漏れの防止だけでなく、感電事故から安全に遮断された状態であるので、従来のように感電防止のためのケーシング処理を行う必要がなくなり、水漏れ検出のためのセンサーおよび水素センサーの設置も不要になって製作コストを削減することができる。

また、透明な樹脂材質でモールディング処理することにより、観察および点検が容易であってメンテナンスが便利であるという利点がある。

特に、本発明の場合には、パイプ型電解セル１１０は、外部電極と内部電極からなるターミナル電極の間にパイプ型バイポーラ電極（中間電極）を設置することにより、バイポーラ電極の内面と外面のそれぞれで電気分解反応を行うことができる。したがって、既存のモジュール２セットに該当する電気分解容量を、本発明の電解モジュールの場合には１セットのモジュールで処理することができる。結局、従来よりも全体サイズを５０％減らしながらも電気分解容量は同様に得ることができる。この場合、電極素材の使用量も約６５％だけ使用すれば済み、エポキシモールディングの量についても約５０％、当該フレームの使用量も約５０％程度減らすことができる。これにより、容量をそのまま維持しながらコストを下げるとともに、サイズも減らすことができるため、非常に経済的であるうえ、新たに建造される船舶だけでなく、既存の船舶にも設置スペースを最小化して設置することができるという利点がある。

以上、本発明を、本発明の原理を例示するための好適な実施形態に関連して図示および説明したが、本発明は、そのように図示および説明されたそのままの構成および作用に限定されるものではない。むしろ、添付された特許請求の範囲の思想および範囲を逸脱することなく、本発明に多数の変更および修正を加え得ることを、当業者であれば理解することができるであろう。

５０ 電解モジュール
１００ 単位電解モジュール
１１０ パイプ型電解セル
１２０ 接続管
１３０ 接続ニップル
２００ モールディングケース
３００ セルガイド部材
４００ 電源ケーブル
５００ 充填層

Claims (10)

1. パイプ型電解セルが複数備えられて直列に接続された電解単位モジュールと、
   前記電解単位モジュールの周囲を取り囲んで保護するモールディングケースと、
   前記モールディングケースに設置され、前記電解単位モジュールを支持するセルガイド部材と、
   一端が前記電解単位モジュールに接続され、他端は前記モールディングケースを通過して外部に延びる電源ケーブルと、
   前記モールディングケースに据え付けられた電解単位モジュールの外側を覆うように、前記モールディングケースに樹脂材を充填してなる樹脂充填層と、を含んでなることを特徴とする、電解モジュール。
2. 複数のパイプ型電解セルを直列に接続してなる電解単位モジュールと、
   一端が前記電解単位モジュールに接続される電源ケーブルと、
   前記電解単位モジュールが直列状態に組み立てられた状態を保つように、前記電解モジュールを横切って支持するセルガイド部材と、
   前記電解単位モジュール、電源ケーブルおよびセルガイド部材が互いに組み立付けられ、この状態で前記電解単位モジュールの周囲を取り囲むようにモールディングケースを位置させた状態で、前記モールディングケースに据え付けられた電解単位モジュールの外側を覆うように、前記モールディングケースの内側に樹脂材質を充填してなり、硬化後に前記モールディングケースを除去することにより外部に露出する樹脂充填層と、を含んでなることを特徴とする、電解モジュール。
3. 前記パイプ型電解セルは、
   一端は互いに電気的に接続され、且つ、他端は互いに分離されるパイプ型の外部電極および内部電極からなる一対のターミナル電極と、
   前記一対のターミナル電極の内部に設置され、前記ターミナル電極と絶縁された状態のパイプ型のバイポーラ電極と、を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の電解モジュール。
4. 前記パイプ型電解セルは、
   前記一対のターミナル電極の互いに分離された他端を支持して接続する絶縁部と、
   前記一対のターミナル電極の互いに接続された一端に対応するように結合され、流体が通過する螺旋状ガイド孔を有するスパイラルブロックと、をさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の電解モジュール。
5. 前記ターミナル電極は、
   前記内部電極の端部と外部電極の端部とを接続して支持するとともに、前記内部電極と外部電極との間に連通されて流体移動をガイドする流体通過孔を有する接続板を含むことを特徴とする、請求項３に記載の電解モジュール。
6. 前記バイポーラ電極の両端のそれぞれに設置され、前記接続板、前記内部電極および外部電極と離隔して絶縁させる端部絶縁スペーサーをさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載の電解モジュール。
7. 電解反応が行われない、電極の他側の面である、前記外部電極のパイプの外部または前記内部電極のパイプの内部のうちの少なくとも一つの側面が、電気伝導性の良い金属でメッキ処理されていることを特徴とする、請求項３に記載の電解モジュール。
8. 前記流体通過孔を有する接続板は、前記外部電極と溶接されていることを特徴とする、請求項５に記載の電解モジュール。
9. 前記接続板に設けられる多数の流体通過孔は、前記スパイラルブロックの螺旋状ガイド孔と合致するように穿設されていることを特徴とする、請求項５に記載の電解モジュール。
10. 前記単位モジュールを並列に接続して容量を拡張することができるように構成されることを特徴とする、請求項５に記載の電解モジュール。

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