JP2022069889A - 電解水生成装置及び電解水生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱部品にて生じた熱を放出できる電解水生成装置を提供する。【解決手段】電解水生成装置１は、水を電気分解するための電解室２と、電解室２に配された電極３と、電極３から電解室２の外部に突出する給電体４と、給電体４を介して電極３に電力を供給するための電源部５とを含む。電源部５は、導電パターン５３が形成された基板５１と、基板５１に実装される発熱部品５２とを含む。給電体４は、基板５１に直接的に装着されている。【選択図】図１

Description

本発明は、電解水生成装置及び電解水生成方法に関する。

従来、電気分解によって電解水を生成する技術が知られている（例えば、特許文献 １参照）。

特許第４９５０５４７

電気分解のための電力を電極に供給する電源回路は、例えば、高周波のスイッチングを行い定電流を得ている。しかしながら、近年、電極の高出力化に伴い、スイッチング素子等の発熱部品が過熱するという問題が顕在化している。

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、発熱部品にて生じた熱を放出できる電解水生成装置を提供することを主たる目的としている。

本発明は、電解水生成装置であって、水を電気分解するための電解室と、前記電解室に配された電極と、前記電極から前記電解室の外部に突出する給電体と、前記給電体を介して前記電極に電力を供給するための電源部とを含み、前記電源部は、導電パターンが形成された基板と、前記基板に実装される発熱部品とを含み、前記給電体は、前記基板に直接的に装着されている。

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記電解室と前記電源部とを隔離する隔壁を含む、ことが望ましい。

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記給電体は、前記隔壁を貫通する、ことが望ましい。

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記給電体は、第１ナットによって前記隔壁に固定される、ことが望ましい。

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記給電体は、前記基板を貫通する、ことが望ましい。

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記基板は、第２ナットによって前記給電体に固定される、ことが望ましい。

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記導電パターンと前記第２ナットが導通している、ことが望ましい。

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記電解室には、前記電極を覆うカバー部材が配され、前記カバー部材には、貫通孔が形成されている、ことが望ましい。

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記貫通孔は、前記電極よりも上方に配された上側貫通孔と、前記電極よりも下方に配された下側貫通孔とを含む、ことが望ましい。

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記電解室での電気分解によって、次亜塩素酸水を生成する、ことが望ましい。

本発明の電解水生成方法は、前記電解水生成装置によって、電解水を生成する。

本発明の前記電解水生成装置は、前記電極から突出する前記給電体が、前記発熱部品が実装される前記基板に直接的に装着されているので、前記発熱部品で生じた熱が前記導電パターン及び前記給電体を介して、前記電極に伝導される。前記電極は、電気分解のために水に浸かった状態で前記電解室内に配されているので、前記電極と水との間で、熱交換が生ずる。その結果、前記発熱部品で生じた熱が水に放出され、前記発熱部品が効率よく冷却される。

本発明の電解水生成装置の概略構成を示す組み立て前の斜視図である。 電源部の構成を示す基板の裏面側から斜視図である。 電極及び基板の取付構造を示す断面図である。 電極及び基板の取付構造を基板の裏面側から示す組み立て前の斜視図である。

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、本実施形態の電解水生成装置１の構成を示している。

本実施形態の電解水生成装置１は、水を電気分解するための電解室２と、電解室２に配された電極３と、電極３から電解室２の外部に突出する給電体４と、給電体４を介して電極３に電力を供給するための電源部５とを含んでいる。

電解室２は、電解槽６の内部に形成される。電解室２には、電気分解される水が充填される。電解室２で電解水が生成される。本実施形態では、一対の電極３が電解室２の内部で、水に浸かるように配されている。本実施形態の各電極３は、スペーサー３１を介して所定の間隔を隔てて配置されるが、上記スペーサー３１は省かれていてもよい。各電極３の間には、膈膜は設けられていない。すなわち、本実施形態の電解槽６は、無膈膜電解槽である。

電解槽６の側壁には、ハンドル６５が一体的に形成されている。また、電解槽６の上端部には、必要に応じて蓋部材６６が着脱自在に装着される。蓋部材６６を取り外すことにより、電解室２に水が補給され、また、生成された電解水が取り出される。

電解槽６の下方には、ベース部材７が配されている。ベース部材７は、電源部５を収容し、例えば、ねじ等の締結具によって電解槽６の下部に固着されている。

電極３には、電極３に電力を供給するための給電体４が設けられている。給電体４は、電極３から突出し、その先端部が電解室２の外部に露出する。本実施形態の給電体４は、棒（円柱）状に形成され、電極３の端面に、例えば、溶接等の手法により接続されている。給電体４の形状は、棒状に限られない。

図２は、電源部５の構成を、基板５１の裏面側から示している。電源部５は、基板５１と、基板５１に実装される発熱部品５２とを含んでいる。基板５１には、導電パターン５３が形成されている。

導電パターン５３は、基板５１の表面及び裏面の少なくとも一方に形成されている。基板５１が多層の積層構造である場合、導電パターン５３は、基板５１の内部に形成されていてもよい。図２では、基板５１の裏面に形成された導電パターン５３が示されている。

発熱部品５２は、その端子（図示せず）が導電パターン５３の一部と導通するように、基板５１に実装される。

発熱部品５２の一例としては、例えば、定電流を得るために高周波のスイッチングを行うスイッチング素子が挙げられるが、電源部５が動作する際に発熱を伴う部品であれば、これに限られない。

図３は、電極３及び基板５１の取付構造を示している。図４は、電極３及び基板５１の取付構造を基板５１の裏面側から示している。給電体４は、基板５１に直接的に装着されている。「直接的に装着」とは、給電体４が、ケーブルやタブ等のリード部材を介することなく基板５１に取り付けられ、導電パターン５３の一部と電気的に接続されていることを意図している。

本実施形態の電解水生成装置１では電極３から突出する給電体４が、発熱部品５２が実装される基板５１に直接的に装着されているので、発熱部品５２で生じた熱が導電パターン５３及び給電体４を介して、電極３に伝導される。電極３は、電気分解のために水に浸かった状態で電解室２内に配されているので、電極３と水との間で、熱交換が生ずる。その結果、発熱部品５２で生じた熱が水に放出され、発熱部品５２が効率よく冷却される。

また、給電体４が基板５１に直接的に装着されているので、電解室２に対して電源部５がコンパクトに配置でき、容易に電解水生成装置１の小型化を図ることが可能となる。また、リード部材が不要となるため、電解水生成装置１の構造が簡素化され、容易にコストダウンを図ることが可能となる。さらに、基板５１から電極に至る導通経路が容易に短縮されるため、電圧降下が抑制される。

本実施形態では、一対の電極３に設けられた給電体４のそれぞれが、基板５１に直接的に装着されているのが望ましいが、いずれか一方の給電体４が、基板５１に直接的に装着されていてもよい。なお、給電体４及び電極３を介した発熱部品５２の水冷効果をより高めるためには、給電体４に近い位置に発熱部品５２を配置するのが望ましい。

電解水生成装置１は、電解室２と電源部５とを隔離する隔壁６１を含んでいる、のが望ましい。隔壁６１によって電解室２の水密が維持され、電源部５への浸水が防止される。

本実施形態では、電解槽６の底壁によって隔壁６１が構成される。従って、電源部５が電解室２の下部に配置される。隔壁６１は、電解槽６の側壁によって構成されていてもよい。この場合、電源部５が電解室２の横部に配置される。

給電体４は、隔壁６１を貫通している。隔壁６１には、給電体４を通すための貫通孔６２が形成されている。貫通孔６２（スルーホール）には、はんだ等の導電体が配されていてもよい。この場合、給電体４と導電体とが接触し導通する。

給電体４と隔壁６１との間には、水漏れを防止するためのＯリング８６が配されているのが望ましい。Ｏリング８６は、給電体４の周囲を封止する。

給電体４は、第１ナット８１によって隔壁６１に固定される、のが望ましい。第１ナット８１の締結により、給電体４が隔壁６１に強固に固定される。また、Ｏリング８６が変形することにより、良好な水密状態が得られる。

より一層良好な水密状態を得るために、Ｏリング８６と第１ナット８１との間には、ブッシュ８７が配されている、のが望ましい。

基板５１は、第１ナット８１の外側に配される。第１ナット８１と基板５１との間には、金属製のワッシャ８８が配されている、のが望ましい。ワッシャ８８によって基板５１への応力が緩和される。ワッシャ８８との当接面には、発熱部品５２と導通する導電パターン５３が形成されていてもよい。

給電体４は、基板５１を貫通している。基板５１には、給電体４を通すための貫通孔５５が形成されている。貫通孔５５の周囲には、給電体４と電気的に接続されるパッド５４が形成されている。パッド５４は、導電パターン５３の一部を構成する。

基板５１は、金属製の第２ナット８２によって給電体４に固定される、のが望ましい。第２ナット８２の締結により、基板５１が給電体４に強固に固定される。第２ナット８２を介して、基板５１の導電パターン５３と給電体４との間で良好な導通が得られる。

第１ナット８１の締結状態を良好に維持するために、基板５１と第２ナット８２との間には、スプリングワッシャ８９が配されているのが望ましい。

図１に示されるように、電解室２には、電極３を覆うカバー部材９が配されている。カバー部材９によって、電極３が保護される。カバー部材９には、水が行き来可能な貫通孔９１が形成されている。これにより、電極３との間で熱交換された水の移動が促進され、発熱部品５２の冷却効率が高められる。

貫通孔９１は、電極３よりも上方に配された上側貫通孔９２と、電極３よりも下方に配された下側貫通孔９３とを含んでいる。電極３との熱交換により温度が上昇した水は、上側貫通孔９２よりカバー部材９の上方に排出される。一方、電解室２の下部でカバー部材９の外部にあった低温の水は、下側貫通孔９３からカバー部材９の内側に流入する。これに伴い、電解室２内で水が対流し、カバー部材９の内側には電解室２内でより低温の水が供給されるので発熱部品５２の冷却効率が高められる。

電気分解の際には、電極３の表面でガスが生成される。この電気分解によって生成されたガスは、気泡となって上昇し、電極３の周辺の水を巻き込みながら、上側貫通孔９２よりカバー部材９の上方に排出される。これにより、電解室２内での水の対流が促進される。

電解室２での電気分解によって、電解水が生成される。本電解水生成装置１では、例えば、希塩酸が添加された水が電解室２に補給されたとき、電気分解によって生成される電解水は、次亜塩素酸水（ＨＣｌＯ）とも称され、除菌・消臭に有効とされる。本電解水生成装置１では、発熱部品５２が効率よく冷却される構成を有しているので、長時間に亘って電極３に大きい電解電流を供給することが可能となり、容易に有効塩素濃度の高い次亜塩素酸水を生成することが可能となる。

以上、本発明の電解水生成装置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、本発明の電解水生成装置１は、水を電気分解するための電解室２と、電解室２に配された電極３と、電極３から電解室２の外部に突出する給電体４と、給電体４を介して電極３に電力を供給するための電源部５とを含み、電源部５は、導電パターン５３が形成された基板５１と、基板５１に実装される発熱部品５２とを含み、給電体４は、基板５１に直接的に装着されていればよい。

１ 電解水生成装置
２ 電解室
３ 電極
４ 給電体
５ 電源部
９ カバー部材
５１ 基板
５２ 発熱部品
５３ 導電パターン
５５ 貫通孔
６１ 隔壁
６２ 貫通孔
８１ 第１ナット
８２ 第２ナット
９１ 貫通孔
９２ 上側貫通孔
９３ 下側貫通孔

Claims (11)

1. 電解水生成装置であって、
   水を電気分解するための電解室と、前記電解室に配された電極と、前記電極から前記電解室の外部に突出する給電体と、前記給電体を介して前記電極に電力を供給するための電源部とを含み、
   前記電源部は、導電パターンが形成された基板と、前記基板に実装される発熱部品とを含み、
   前記給電体は、前記基板に直接的に装着されている、
   電解水生成装置。
2. 前記電解室と前記電源部とを隔離する隔壁を含む、請求項１に記載の電解水生成装置。
3. 前記給電体は、前記隔壁を貫通する、請求項２に記載の電解水生成装置。
4. 前記給電体は、第１ナットによって前記隔壁に固定される、請求項３に記載の電解水生成装置。
5. 前記給電体は、前記基板を貫通する、請求項１ないし４のいずれかに記載の電解水生成装置。
6. 前記基板は、第２ナットによって前記給電体に固定される、請求項５に記載の電解水生成装置。
7. 前記導電パターンと前記第２ナットが導通している、請求項６に記載の電解水生成装置。
8. 前記電解室には、前記電極を覆うカバー部材が配され、
   前記カバー部材には、貫通孔が形成されている、請求項１ないし７のいずれかに記載の電解水生成装置。
9. 前記貫通孔は、前記電極よりも上方に配された上側貫通孔と、前記電極よりも下方に配された下側貫通孔とを含む、請求項８に記載の電解水生成装置。
10. 前記電解室での電気分解によって、次亜塩素酸水を生成する、請求項１ないし９のいずれかに記載の電解水生成装置。
11. 請求項１ないし１０のいずれかに記載の電解水生成装置によって、電解水を生成する電解水生成方法。

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