JP2022182004A

JP2022182004A - 電解水生成装置

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Publication number: JP2022182004A
Application number: JP2021089277A
Authority: JP
Inventors: 悠平山内; Yuhei Yamauchi
Original assignee: Nihon Trim Co Ltd
Current assignee: Nihon Trim Co Ltd
Priority date: 2021-05-27
Filing date: 2021-05-27
Publication date: 2022-12-08
Anticipated expiration: 2041-05-27
Also published as: JP6984061B1

Abstract

【課題】電解槽の接続部での水漏れを抑制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、内部に収容空間１０を区画するためのケース１００と、収容空間１０を第１空間１１を含む複数の空間に区分するためのフレーム５と、第１空間１１に配された電解槽２とを備える。電解槽２は、上方に向かう水流Ｗが形成される電解室２０を有する。フレーム５には、電解槽２の上端部２６と当接して電解槽２の上向き移動を抑制するための支持部５５が形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、電解水生成装置に関する。

従来、水を電気分解することにより発生した水素ガスが溶け込んだ電解水を生成する電解水生成装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第５９０６２６６号公報

電解水生成装置は、水を電気分解する電解槽を有している。電気分解で発生した水素ガスは、浮力により電解室の上部に移動する。上記電解室の上部での水素ガスの滞留を抑制して電解水に溶け込ませるために、電解室で上方に向かう水流が形成されるように、電解室への入口を電解室の下部に、出口を電解室の上部にそれぞれ設ける構成が望ましい。

しかしながら、このような電解槽は、電解室内を下から上へと移動する水によって上向きの力（水圧）を受けて僅かながら上方に移動し、その入口、出口の接続部等で水漏れが生ずるおそれがある。

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、電解槽の接続部での水漏れを簡素な構成で抑制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、内部に収容空間を区画するためのケースと、前記収容空間を第１空間を含む複数の空間に区分するためのフレームと、前記第１空間に配された電解槽とを備えた電解水生成装置であって、前記電解槽は、上方に向かう水流が形成される電解室を有し、前記フレームには、前記電解槽の上端部と当接して前記電解槽の上向き移動を抑制するための支持部が形成されている、電解水生成装置。

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記ケースは、前記フレームを上から覆う天壁を含み、前記支持部は、前記天壁に当接している、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、前記電解槽は、前記第１空間に複数配されており、前記支持部は、少なくとも１つの前記電解槽と当接している、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、複数の前記電解槽は、互いに直列に接続されている、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、前記支持部は、下流側の前記電解槽と当接している、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、複数の前記電解槽を一体的に結合するための結合部材をさらに備える、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、前記フレームは、前記第１空間を区分するための隔壁を含み、前記支持部は、前記隔壁から前記第１空間に向かってのびている、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、前記支持部の前記隔壁に平行な断面積は、前記隔壁から前記支持部の先端に向かって漸減している、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、前記電解槽は、電解室を区画するための本体部と、前記本体部と前記支持部との間に装填されるスペーサーとを含む、ことが望ましい。

本発明の前記電解水生成装置は、前記収容空間を区分するための前記フレームに、前記支持部が形成されている。前記支持部は前記電解槽の前記上端部と当接する。これにより、簡素な構成で水圧による前記電解槽の上向き移動が抑制され、前記電解槽の接続部での水漏れが抑制される。

本発明の電解水生成装置の概略構成を示す図である。図１の電解水生成装置の内部構成を示す断面図である。図２の電解槽の内部構成を示す断面図である。図２の電解槽及びその周辺の構成を示す斜視図である。図１の電解水生成装置のＡ－Ａ線断面図である。図２の電解水生成装置の変形例を示す断面図である。図６の電解水生成装置の変形例を示す断面図である。図５の電解水生成装置の変形例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、本実施形態の電解水生成装置１の外観を示している。電解水生成装置１は、内部に収容空間１０を区画するためのケース１００を有している。

図２は、電解水生成装置１の内部構成を示している。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槽２と、電解槽２に供給される水を浄化するための浄水カートリッジ３と、電解槽２に給電するための電気回路４とを備えている。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槽２と、電解槽２、浄水カートリッジ３及び電気回路４は、収容空間１０に収容される。

図３は、電解槽２を示している。電解槽２は、電解水生成装置１のシャーシ（図示せず）等に搭載されている。電解槽２の内部には、電解室２０が形成されている。電解室２０には、電極対２１と、隔膜２２とが設けられている。電極対２１は、互いに対向して配置された第１電極２１ａと第２電極２１ｂとによって構成されている。

隔膜２２は、第１電極２１ａと第２電極２１ｂとの間に配されている。隔膜２２は、電解室２０を第１電極２１ａ側の第１極室２０ａと第２電極２１ｂ側の第２極室２０ｂに区分する。隔膜２２には、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）親水膜が用いられる。また、隔膜２２には、例えば、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂からなる固体高分子膜が用いられていてもよい。

電解槽２は、第１極室２０ａと第２極室２０ｂのそれぞれに、入口２３と出口２４を有している。入口２３及び出口２４は、接続部２５を介して、電解槽２の上流側及び下流側の配管と接続されている。

入口２３は、第１極室２０ａ及び第２極室２０ｂの下部に配されている。出口２４は、第１極室２０ａ及び第２極室２０ｂの上部に配されている。これにより、第１極室２０ａ及び第２極室２０ｂの内部で、上方に向かう水流Ｗが形成される。

第１電極２１ａと第２電極２１ｂとの間には、直流電圧が印加される。第１極室２０ａ及び第２極室２０ｂのうちいずれか一方が陽極として機能し、他方が陰極として機能する。第１極室２０ａ及び第２極室２０ｂの極性及び上記直流電圧は、電気回路４によって制御される。第１極室２０ａ及び第２極室２０ｂに水が充填された状態で上記直流電圧が印加されると、第１極室２０ａ及び第２極室２０ｂにて水が電気分解され、電解水が生成される。このとき、陽極側の電解室２０で酸素ガスが発生し、陰極側の電解室２０で水素ガスが発生する。

浄水カートリッジ３は、電解槽２の上流に設けられている。浄水カートリッジ３によって浄化された水は、入口２３を経て第１極室２０ａ及び第２極室２０ｂに供給される。浄水カートリッジ３は、電解槽２の下流に設けられていてもよい。この場合、第１極室２０ａ及び第２極室２０ｂで電気分解された水が浄水カートリッジ３に供給され浄化される。

浄水カートリッジ３は、装置本体に対して着脱されることで交換可能とされている。使用により又は経時によって寿命を迎えた浄水カートリッジ３は、例えば、ユーザーがケース１００の一部を開放することにより、新品の浄水カートリッジ３へと交換される。

電気回路４は、回路基板４１に形成された配線パターン（図示せず）と回路基板４１に実装される電子部品（図示せず）等により構成される。電気回路４は、電極対２１に電解電圧を印加する。

電解水生成装置１は、収容空間１０を複数の空間に区分するためのフレーム５を有している。フレーム５は、上記シャーシ等に固着されている。本実施形態のフレーム５は、収容空間１０を電解槽２が収容される第１空間１１と、浄水カートリッジ３が収容される第２空間１２と、電気回路４が収容される第３空間１３とに区分する。

フレーム５によって、第１空間１１及び第２空間１２と、第３空間１３とが隔離されるので、万が一、電解槽２及び浄水カートリッジ３で水漏れが生じても、電気回路４に影響が及ばない。また、第１空間１１及び第３空間１３と、第２空間１２とが隔離されるので、ユーザーが浄水カートリッジ３を交換する際、電解槽２及び電気回路４に触れることが抑制される。

図４は、電解槽２及びその周辺の構成を示している。フレーム５には、電解槽２を支持するための支持部５５が形成されている。支持部５５は、電解槽２の上端部２６と当接している。支持部５５と電解槽２との当接によって、電解槽２が支持部５５によって支持され、電解槽２の上向き移動が抑制される。これにより、電解槽２の接続部２５に作用する外力が抑制され、簡素な構成で接続部２５での水漏れが抑制される。

図５は、図１の電解水生成装置１のＡ－Ａ線断面を示している。ケース１００は、天壁１０１を含んでいる。天壁１０１は、電解槽２、浄水カートリッジ３、電気回路４及びフレーム５を上から覆っている。

支持部５５は、天壁１０１に当接している、のが望ましい。これにより、電解槽２にかかる上向きの力の一部が天壁１０１によって負担されるので、電解槽２の上向き移動がより一層抑制され、接続部２５での水漏れがより一層抑制される。

図６は、上記電解水生成装置１の変形例である電解水生成装置１Ａの断面図である。電解水生成装置１Ａのうち、以下で説明されてない部分については、上述した電解水生成装置１の構成が採用されうる。

電解水生成装置１Ａにおいて、電解槽２は、第１空間１１に複数配されている。図６では、２つの電解槽２及び２Ａが第１空間１１に複数配されている。３以上の電解槽２等が第１空間１１に配されていてもよい。

電解水生成装置１Ａでは、隔膜２２にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）親水膜が用いられた電解槽２と、隔膜２２にスルホン酸基を有するフッ素系樹脂からなる固体高分子膜が用いられた電解槽２Ａとが第１空間１１に配されている。この場合、支持部５５は、いずれか一方、すなわち複数の電解槽２、２Ａ等のうち少なくとも１つ（例えば、電解槽２）と当接していればよい。電解槽２と電解槽２Ａとにおいて、同一の材質の隔膜２２が適用されていてもよい。

上記複数の電解槽２は、互いに直列に接続されている、のが望ましい。「直列に接続」とは、一つの電解槽２の下流側に別の電解槽２が接続されていることを意図している。電解水生成装置１Ａでは、電解槽２Ａの下流側に電解槽２が接続されている。複数の電解槽２が互いに直列に接続されていることにより、電気分解が重畳的に行われ、電解水の溶存水素濃度を容易に高めることが可能となる。

本願発明者は、鋭意研究の結果、電解水生成装置１Ａにおいて、より下流側の電解槽２が顕著に上向きの力を受けることを見出した。従って、支持部５５は、下流側の電解槽２と当接している、のが望ましい。これにより、簡素な構成で接続部２５での水漏れを効果的に抑制できる。

なお、電解水生成装置１Ａでは、支持部５５を延長または複数設けることにより、すべての電解槽２等が支持されるように構成されていてもよい。

図７は、上記電解水生成装置１Ａの変形例である電解水生成装置１Ｂの断面図である。電解水生成装置１Ｂのうち、以下で説明されてない部分については、上述した電解水生成装置１Ａの構成が採用されうる。

電解水生成装置１Ｂは、電解槽２、２Ａを一体的に結合するための結合部材６をさらに備えている。結合部材６は、複数の電解槽２等を一体的に結合できれば足り、その形態は特に限定されない。

電解水生成装置１Ｂでは、結合部材６によって複数の電解槽２等が一体的に結合されるので、いずれかの電解槽が支持部５５に支持されることにより、全ての電解槽の上向き移動が抑制され、簡素な構成で接続部２５での水漏れがより一層抑制される。

図２、４～７に示されるように、電解水生成装置１～１Ｂでは、フレーム５は隔壁５１を含んでいる。隔壁５１は、収容空間１０を上下方向にのび、第１空間１１を区分する。隔壁５１は、平面上に形成されているが、一部または全体が曲面状に形成されていてもよい。支持部５５は、隔壁５１から第１空間１１に向かってのびている。これにより、簡素な構成で接続部２５での水漏れがより一層抑制される。

そして、支持部５５の隔壁５１に平行な断面積Ｓ（図４参照）は、隔壁５１から支持部５５の先端に向かって漸減している、のが望ましい。換言すると、支持部５５の断面積Ｓは、支持部５５の先端から隔壁５１に向かって漸贈している、のが望ましい。これにより、支持部５５の基端部での曲げ剛性が高められ、電解槽２の上向き移動がより一層抑制され、接続部２５での水漏れがより一層抑制される。また、隔壁５１から支持部５５にわたって応力が分散され、支持部５５の強度が容易に高められる。

なお、電解水生成装置１～１Ｂでは、支持部５５の端縁の一方側のみが隔壁５１の法線に対して傾斜しているが、支持部５５の端縁の両側が隔壁５１の法線に対して傾斜していてもよい。また、図２、６～７に示される平面視で支持部５５の端縁が直線状に形成されているが、曲線状に形成されていてもよい。

図８は、図５に示される電解水生成装置１の別の変形例である電解水生成装置１Ｃの断面図である。電解水生成装置１Ｃのうち、以下で説明されてない部分については、上述した電解水生成装置１等の構成が採用されうる。

電解水生成装置１Ｃにおいて、電解槽２Ｃは、電解室２０を区画するための本体部２７と、本体部２７と支持部５５との間に装填されるスペーサー２８とを含んでいる。スペーサー２８は、高さ違いの本体部２７を有する電解槽２Ｃの数に応じて複数準備され、適合する電解槽２Ｃの本体部２７に装着される。スペーサー２８を用いることにより、電解槽２Ｃの上端部２６が支持部５５に当接するように、電解槽２Ｃの高さが調節される。従って、既存の電解槽２Ｃを有効に利用して、安価に電解水生成装置１Ｃを構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等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等は、少なくとも、内部に収容空間１０を区画するためのケース１００と、収容空間１０を第１空間１１を含む複数の空間に区分するためのフレーム５と、第１空間１１に配された電解槽２とを備え、電解槽２は、上方に向かう水流Ｗが形成される電解室２０を有し、フレーム５には、電解槽２の上端部２６と当接して電解槽２の上向き移動を抑制するための支持部５５が形成されていればよい。

１電解水生成装置
１Ａ電解水生成装置
１Ｂ電解水生成装置
１Ｃ電解水生成装置
２電解槽
２Ａ電解槽
２Ｃ電解槽
５フレーム
６結合部材
１０収容空間
１１第１空間
２０電解室
２６上端部
２７本体部
２８スペーサー
５１隔壁
５５支持部
１００ケース
１０１天壁
Ｓ断面積
Ｗ水流

Claims

内部に収容空間を区画するためのケースと、前記収容空間を第１空間を含む複数の空間に区分するためのフレームと、前記第１空間に配された電解槽とを備えた電解水生成装置であって、
前記電解槽は、上方に向かう水流が形成される電解室を有し、
前記フレームには、前記電解槽の上端部と当接して前記電解槽の上向き移動を抑制するための支持部が形成されている、
電解水生成装置。
前記ケースは、前記フレームを上から覆う天壁を含み、
前記支持部は、前記天壁に当接している、請求項１に記載の電解水生成装置。
前記電解槽は、前記第１空間に複数配されており、前記支持部は、少なくとも１つの前記電解槽と当接している、請求項１または２に記載の電解水生成装置。
複数の前記電解槽は、互いに直列に接続されている、請求項３に記載の電解水生成装置。
前記支持部は、下流側の前記電解槽と当接している、請求項４に記載の電解水生成装置。
複数の前記電解槽を一体的に結合するための結合部材をさらに備える、請求項３ないし５のいずれかに記載の電解水生成装置。
前記フレームは、前記第１空間を区分するための隔壁を含み、
前記支持部は、前記隔壁から前記第１空間に向かってのびている、請求項１ないし６のいずれかに記載の電解水生成装置。
前記支持部の前記隔壁に平行な断面積は、前記隔壁から前記支持部の先端に向かって漸減している、請求項７に記載の電解水生成装置。
前記電解槽は、前記電解室を区画するための本体部と、前記本体部と前記支持部との間に装填されるスペーサーとを含む、請求項１ないし８のいずれかに記載の電解水生成装置。