JP3885027B2 - 電解槽 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水道水や井戸水などの原水を電気分解してアルカリ電解水と酸性電解水とを生成する電解槽に係り、特に、連続式のうちのユニットセル方式の電解槽に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、水道水や井戸水などの原水を電気分解してアルカリ電解水と酸性電解水とを生成することのできる電解槽が知られている。この電解槽は、隔膜を介して、内部に陰極を有する陰極室と、内部に陽極を有する陽極室とがそれぞれ形成されており、さらに陰極室と陽極室とには、水の流入口と流出口とが両端部にそれぞれ設けられており、流入口から流入した水が隔膜で仕切られた陰極室と陽極室とで電気分解されて、陰極室側からアルカリ電解水が、陽極室側から酸性電解水が生成されるものである。
【０００３】
このような電解槽は、その構造によってバッチ式と連続式の二つの方式に大きく分類される。バッチ式は、電解槽で生成されたアルカリ電解水と酸性電解水とをこの電解槽に保存する方式であり、連続式は、電解槽の陰極室と陽極室とに水を連続的に流出入して、アルカリ電解水と酸性電解水とを連続的に得られる方式である。この二つの方式のうち連続式の方が、連続して電解水を得られる便利さから、浄水機能を付加することも併せて主流となっている。
【０００４】
連続式の電解槽においては、短時間で効率よくｐＨ（水素イオン指数）の大きいアルカリ電解水やｐＨの小さい酸性電解水を生成するために、あるいは電解槽の小型化を図るために、種々の構造の流水式の電解槽が提案されており、その代表的なものとして、ユニットセル方式がある。
【０００５】
ユニットセル方式は、電解槽本体の箱と、電解槽本体の箱の内部に配置される隔膜付き隔膜箱とで構成され、隔膜箱内部に陽極室または陰極室が形成されるとともに、隔膜箱外部で且つ電解槽本体の箱内部に陰極室または陽極室が形成される方式である。そして、このユニットセル方式の電解槽に関しては、小型化および電解効率の向上による高性能化を図るための提案がされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２２４６７１号公報。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年においては各種の装置において小型化、高性能化が常に図られており、各種の装置の小型化、高性能化の一つとして、電解槽においても小型化、高性能化が求められている。
【０００８】
本発明はこの点に鑑みてなされたものであり、小型で高性能の電解槽を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するため特許請求の範囲の請求項１に係る本発明の電解槽の特徴は、相互に対向配置される少なくとも２枚の電極板と、これらの電極板の間に配設される一対の隔膜保持部材と、この一対の隔膜保持部材の間に配設される隔膜とを有するとともに、前記一対の隔膜保持部材により前記隔膜と前記各電極板との間にそれぞれ電解液流路を形成した電解槽において、前記隔膜保持部材は、四角枠状の主フレームと、この主フレームの内部空間を複数に分割するための前記主フレームの内部に格子状をなすように配置されている分割リブとを備え、前記主フレームは、その四辺のうちの相対向する二辺のうちの一方が電解液の流入辺とされ、他方が電解水の流出辺とされているとともに、前記流入辺の一面には流入辺に隣位する複数の分割された内部空間のそれぞれに電解液を導入可能な導入溝が形成されており、前記流出辺の一面には流出辺に隣位する複数の分割された内部空間のそれぞれから電解水を流出可能な内外を連通する複数の流出溝が形成されており、前記主フレームの内部に格子状をなすように配置されている分割リブの一面には、複数の分割された内部空間のうちの隣位するものを連通する連通溝が形成されている点にある。そして、このような構成を採用したことにより、小型化および電解効率の向上による高性能化を容易に図ることができる。
【００１０】
また、請求項２に係る本発明の電解槽の特徴は、請求項１において、原水に電解質を供給するための電解質供給手段が設けられているとともに、前記電解質供給手段が一体形成されている点にある。そして、このような構成を採用したことにより、原水に対して電解質を供給するので高い電解効率を確実に得ることができる。さらに、部品点数の削減と、全体として小型化と、取り扱い性の向上などを容易に図ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施形態により説明する。
【００１３】
図１から図４は本発明に係る電解槽の実施形態を示すものであり、図１は要部の分解斜視図、図２は要部の一部切断拡大正面図、図３は図２の一部切断拡大右側面図、図４は図２の一部切断拡大左側面図、図５は隔膜ユニットの斜視図である。
【００１４】
本実施形態における電解槽は、原水に電解質を供給する電解質供給手段を一体形成したものを例示している。
【００１５】
本実施形態の電解槽１は、図１に示すように、ケーシング２と、このケーシング２に収納される電解ユニット３とを有している。ここで、説明の便宜上、図１の右斜め下側を前側ＦＳ、図１の左斜め上側を後側ＢＳ、図１の右斜め上側を右側ＲＳ、図１の左斜め下側を左側ＬＳとして以下に説明する。
【００１６】
本実施形態のケーシング２は、例えばＡＢＳ樹脂などのような非導電素材により、縦寸法が２１０ｍｍ程度、横方向が１０５ｍｍ程度、厚さが３０ｍｍ程度の縦長長方体状に形成されている。そして、ケーシング２の右端面には、図２および図３に示すように、電解ユニット３を収納するためのユニット収納凹部５が凹設されている。
【００１７】
前記ユニット収納凹部５は、例えば縦寸法が１９０ｍｍ程度、横方向が８５ｍｍ程度、深さ寸法が１０ｍｍ程度に形成されている。このユニット収納凹部５の縦方向の寸法は、電解ユニット３の縦方向の寸法より大きく形成されており、図２に示すように、ユニット収納凹部５の下部に、電解液が導入される電解液導入空間６を形成することができるようになっている。この電解液導入空間６には、ユニット収納凹部５の底面の下部に形成されているケーシング２を厚さ方向に貫通する複数の電解液導入孔７の一端が配置されており、これらの電解液導入孔７を介して電解液導入空間６に電解液が供給可能に形成されている。また、電解液導入空間６に供給された電解液は、電解ユニット３の内部を下方から上方に通過するように形成されている。
【００１８】
前記ユニット収納凹部５の内周壁の前側ＦＳの上部には、ケーシング２の外周面の前側ＦＳに貫通するアルカリ電解水吐出ポート８が形成されており、このアルカリ電解水吐出ポート８とほぼ対向するユニット収納凹部５の内周壁の後側ＢＳの上部には、ケーシング２の外周面の後側に貫通する酸性電解水吐出ポート９（図３）が形成されている。そして、アルカリ電解水吐出ポート８は、図３に示すように、ユニット収納凹部５の底面の上部に凹設されているアルカリ電解水吐出用接続空間１０に連通されており、電解水生成時において、電解ユニット３により生成されるアルカリ電解水がアルカリ電解水吐出用接続空間１０およびアルカリ電解水吐出ポート８をこの順に通過して外部に吐出されるようになっている。
【００１９】
また、酸性電解水吐出ポート９は、ユニット収納凹部５の底面の上部に配設され漏斗状の流路が形成された酸性電解水吐出用接続部材１１（図３）に連通されており、電解水生成時において、電解ユニット３により生成される酸性電解水が酸性電解水吐出用接続部材１１および酸性電解水吐出ポート９をこの順に通過して外部に吐出されるようになっている。
【００２０】
前記ケーシング２の右端面には、ユニット収納凹部５の開口を塞ぐようにして右サイドカバー１３が配設されている。この右サイドカバー１３のケーシング２との対向面には、ユニット収納凹部５の開口側に嵌合される押え凸部１４が形成されており、ユニット収納凹部５の底面と押え凸部１４の表面とにより、電解ユニット３が密着状態で挟持されるようになっている。さらに、ユニット収納凹部５の開口端縁には、ゴム様弾性体によって形成された四角枠状の右ガスケット１５が配設されており、電解液、アルカリ電解水および酸性電解水が外部に漏洩するのを防止することができるようになっている。
【００２１】
前記ケーシング２の左端面には、電解質供給手段１７が形成されている。本実施形態の電解質供給手段１７は、図４に示すように、ケーシング２の左端面に凹設されている原水供給水路１８と電解質供給槽１９とを有している。
【００２２】
一方の原水供給水路１８は、ケーシング２の左端面の図４の左辺および下辺側をほぼＬ字状に凹設するように形成されている。この原水供給水路１８は、例えばケーシング２の図４の左辺に沿った縦寸法が１９０ｍｍ程度、下辺に沿った横方向が８５ｍｍ程度、左辺および下辺における幅寸法が１０ｍｍ程度、深さ寸法が１０ｍｍ程度に形成されている。そして、原水供給水路１８の内周壁の後側ＢＳの上部には、ケーシング２の外周面の後端面に貫通する原水供給ポート２０が形成されており、この原水供給ポート２０を介して原水供給水路１８に原水が供給可能に形成されている。また、原水供給水路１８の底部のケーシング２の下辺に沿った部分には、ケーシング２を厚さ方向に貫通する複数の電解液導入孔７の他端が配置されており、これらの電解液導入孔７によって、原水供給水路１８の下部とユニット収納凹部５の下部とが連通されている。
【００２３】
他方の電解質供給槽１９は、原水供給水路１８に隣位するように、ケーシング２の左端面の図４の右辺および上辺側を縦長の長方形状に凹設するように形成されている。この電解質供給槽１９は、例えばケーシング２の図４の右辺に沿った縦寸法が１７５ｍｍ程度、上辺に沿った横方向が７０ｍｍ程度、深さ寸法が１０ｍｍ程度に形成されている。この電解質供給槽１９の内周壁の上部には、ケーシング２の外周面の上面側に貫通する電解質供給ポート２１が形成されており、電解質供給ポート２１を介して電解質供給槽１９に電解質が外部から供給可能に形成されている。すなわち、本実施形態においては、電解質供給ポート２１を介して電解質供給槽１９に電解質が予め供給されている。そして、電解水生成時には、原水供給ポート２０と電解質供給ポート２１とを図示しない導通管により導通させることにより、原水の水圧により予め電解質が供給されている電解質供給槽１９内を加圧するようになっている。すなわち、電解質供給槽１９の内圧が、後述する隔壁２２および隔膜ユニット２４を隔てて原水供給水路１８と同圧になるようになっている。
【００２４】
前記電解質供給槽１９に供給される電解質としては、塩化ナトリウム（塩）が一般的であり、必要に応じて珪酸塩、炭酸塩、重炭酸塩、サルチル酸ナトリウム、グリセロリン酸カルシウム、塩化カリウム、炭酸タリウム、塩化マグネシウムなどの水溶性電解質を用いるとよい。また、電解質は、固体でも、水溶液でもよい。
【００２５】
図４に示すように、原水供給水路１８と電解質供給槽１９とは、両者を区分するＬ字状の隔壁２２に形成された切欠部２３により連通されている。この切欠部２３には、図５に示す隔膜ユニット２４が装着されている。この隔膜ユニット２４には、原水供給水路１８に対向するように所定の開口面積の開口部２４ａが形成されており、この開口部２４ａには、隔膜２５が配置されている。そして、電解水生成時において、原水供給水路１８に原水が供給されると、電解質供給槽１９に供給（貯留）されている電解質が隔膜２５を介して原水供給水路１８を通過する原水中に透過し、原水を所定濃度の電解液とすることができるようになっている。また、隔膜ユニット２４の開口部２４ａの開口面積は、必要とする電解液の濃度に応じて設定すればよい。
【００２６】
なお、電解質供給手段１７は、ケーシング２に一体形成せずに別体としてもよい。この場合には、１つの電解質供給手段１７を複数の電解槽１で共用することが可能である。
【００２７】
前記ケーシング２の左端面には、左サイドカバー２６が配置されている。そして、ケーシング２の左端面と左サイドカバー２６との間には、原水や電解質が外部に漏洩するのを防止するためのゴム様弾性体によって形成された枠状の左ガスケット２７が配設されている。
【００２８】
前記ケーシング２、右サイドカバー１３および左サイドカバー２６は、固定ボルト、座金およびナットを組にして形成されている複数の締結手段２８によって固定されている（図１に一組のみ図示）。
【００２９】
ここで、本実施形態の電解ユニット３の構成について図１により具体的に説明する。
【００３０】
本実施形態の電解ユニット３は、図１に示すように、相互に対向配置される３枚の電極板３１，３２，３３を有している。これら３枚の電極板３１，３２，３３は、例えば、チタン、ステンレスなどの導電性金属素材により、縦寸法が１６０ｍｍ程度、横寸法が８０ｍｍ程度の縦長の長方形状で厚さが０．５ｍｍ程度の薄板状に形成されている。これらの電極板３１，３２，３３には、前側ＦＳに向かって水平方向に延在する端子部３１ａ，３２ａ，３３ａがそれぞれ形成されている。そして、各端子部３１ａ，３２ａ，３３ａの先端部は、ケーシング２のユニット収納凹部５の内周壁を貫通して前側ＦＳに突出されており、図示しないコントロールユニットからの給電用の配線が接続されるようになっている。そして、各端子部３１ａ，３２ａ，３３ａには、電解水の生成時において、図１の左側ＬＳと右側ＲＳとを結ぶ左右方向に示すユニット配列方向に沿った両端の２つの電極板３１，３３を陰極、中央の電極板３２を陽極とするように通電可能に形成されている。
【００３１】
すなわち、本実施形態の３つの電極板３１，３２，３３は、電解水生成時において、ユニット配列方向の両端に示す２枚の電極板３１，３３が陰極板とされ、中央の電極板３２が陽極板とされている。
【００３２】
前記３枚の電極板３１，３２，３３の相互間には、一対の隔膜保持部材としてのそれぞれ２枚、総計４枚のスペーサ３４，３５，３６，３７が配設されている。すなわち、ユニット配列方向の右端と中央との２枚の電極板３１，３２の相互間に２枚１組のスペーサ３４，３５が配置されており、中央と左端との２枚の電極板３２，３３の相互間に２枚１組のスペーサ３６，３７が配置されている。これらのスペーサ３４，３５，３６，３７は、ＡＢＳ樹脂などのような非導電素材により形成されており、電極板３１，３２，３３との対向面間に電解液の流路となる流通空間を形成することができるようになっている。
【００３３】
前記ユニット配列方向の右端と中央との２枚の電極板３１，３２の相互間に配置された２枚１組のスペーサ３４，３５の間には、隔膜３８が配置されており、中央と左端との２枚の電極板３２，３３の相互間に配置された２枚１組のスペーサ３６，３７の間にも、隔膜３９が配置されている。これらの隔膜３８，３９は、従来公知の如く透水性を有する不織布などにより形成されており、図１の右側ＲＳに位置する隔膜３８が２枚のスペーサ３４，３５、図１の左側ＬＳに位置する隔膜３９が２枚のスペーサ３６，３７によって両側からそれぞれ挟持されるようになっている。
【００３４】
すなわち、本実施形態の電解ユニット３は、ユニット配列方向に沿った図１の右側ＲＳから左側ＬＳに向かって、陰極板とされる電極板３１、スペーサ３４、隔膜３８、スペーサ３５、陽極板とされる電極板３２、スペーサ３６、隔膜３９、スペーサ３７、陰極板とされる電極板３３がこの順に配置されている。
【００３５】
なお、電解ユニット３としては、相互に対向配置される少なくとも２枚の電極板と、これらの電極板の間に配設される一対の隔膜保持部材としてのスペーサと、この一対のスペーサの間に配設される隔膜とを有していればよい。
【００３６】
また、電解ユニット３としては、電極板の数を２枚としたり、５、７、９…のように５枚以上の奇数とする構成であってもよい。但し、相互に対向配置される２枚の電極板の間に一対の隔膜保持部材を配置するとともに、この一対の隔膜保持部材の間に隔膜を配置することが肝要である。
【００３７】
つぎに、本実施形態のスペーサ３４，３５，３６，３７の構成について具体的に説明する。
【００３８】
本実施形態の各スペーサ３４，３５，３６，３７は、ユニット配列方向の中央を対称面として左右対称に形成されている。そこで、ユニット配列方向の両端に位置する２枚のスペーサ３４，３７についてユニット配列方向の左端に位置するスペーサ３７を、ユニット配列方向の内側に位置する２枚のスペーサ３５，３６についてユニット配列方向の右端から２番目に位置するスペーサ３５を例示してそれぞれ説明する。
【００３９】
まず、図１の左側ＬＳに示すユニット配列方向の左端に位置するスペーサ３７について図６により説明する。
【００４０】
図６はユニット配列方向の左端に位置するスペーサの一例を示す左側面図である。
【００４１】
本実施形態のスペーサ３７は、図６に示すように、四角枠状の主フレーム４１を有している。そして、主フレーム４１の内部には、この主フレーム４１の内部空間４２を複数に分割するための分割リブとしての２本の主分割リブ４３，４４と、３本の副分割リブ４５，４６，４７とが配置されている。本実施形態の主分割リブ４３，４４と副分割リブ４５，４６，４７とは、主フレーム４１の内部に格子状をなすように配置されている。すなわち、縦方向に延在し主フレーム４１の内部空間４２を左右方向に３分割する２本の主分割リブ４３，４４と、水平方向に延在し主分割リブ４３，４４により分割された空間をそれぞれ上下方向に４分割する３本の副分割リブ４５，４６，４７とを有している。これにより、主フレーム４１の上辺と下辺とを接続する主分割リブ４３，４４の長手方向と、主フレーム４１の左辺と右辺とを接続する副分割リブ４５，４６，４７の長手方向とが異なる方向に配置されている。
【００４２】
すなわち、本実施形態のスペーサ３７の内部空間４２は、縦方向に４段、横方向に３列の総計１２の分割された内部空間４２である小空間４８，４９，５０，５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７，５８，５９に分割されている。
【００４３】
したがって、本実施形態のスペーサ３７の分割リブは、主フレーム４１の内部空間４２を図６の下方に示す電解液の流入側から図６の上方に示す流出側に向かう方向に対して直交する方向に３つに分割する２本の主分割リブ４３，４４と、これらの主分割リブ４３，４４により分割された空間を電解液の流入側から流出側に向かう方向に沿って平行にさらに４つに分割する３本の副分割リブ４５，４６，４７とを有する構成となっている。
【００４４】
なお、副分割リブ４５，４６，４７をそれぞれ１本の直線状とせずに、主分割リブ４３，４４との接続部位でその長手方向に沿って３分割し、これらを主分割リブ４３，４４の左右において上下方向に異なる位置にずらして配置する構成としてもよい。
【００４５】
前記主フレーム４１は、その四辺のうちの相対向する二辺のうちの一方である図６の下辺が電解液の流入辺４１ｉとされ、他方である図６の上辺が電解水の流出辺４１ｅとされている。
【００４６】
前記主フレーム４１の流入辺４１ｉである下辺の一面である電極板３３との対向面側には、下辺に隣位する３つの小空間４８，４９，５０のそれぞれに電解液を導入可能な電解液の流路として機能する複数の導入溝６１が内外を連通するように形成されている。これらの導入溝６１は、その深さ寸法が厚さ寸法の半分程度に形成されているとともに、図６の左右方向に示す幅寸法が例えば４ｍｍ程度の幅狭導入溝６１ａと、幅寸法が１８ｍｍ程度の幅広導入溝６１ｂとの２種類が用いられている。そして、図６の右下および図６の左下に示す２つの小空間４８，５０に対しては、幅狭導入溝６１ａがそれぞれ３つずつ配置されており、これらの幅狭導入溝６１ａにより、左右２つの小空間４８，５０と電解液導入空間６（図２）とが連通されている。さらに、図６の中央下に示す小空間４９に対しては、幅広導入溝６１ｂが１つ配置されており、この幅広導入溝６１ｂにより、中央下の小空間４９と電解液導入空間６とが連通されている。
【００４７】
すなわち、本実施形態においては、図６の右下および左下の小空間４８，５０に対してそれぞれ配置されている３つの幅狭導入溝６１ａの断面積の総計であらわされる流路面積が、図６の中央下に示す小空間４９に対して配置されている１つの幅広導入溝６１ｂの断面積であらわされる流路面積より若干小さく形成されている。したがって、中央下の小空間４９に流入する電解液の流入量が、右下および左下の小空間４８，５０に流入する電解液のそれぞれの流入量より多くなるように形成されている。
【００４８】
前記主フレーム４１の流出辺４１ｅである上辺の一面である電極板３３との対向面側には、上辺に隣位する３つの小空間５７，５８，５９のそれぞれから電解水を流出可能な電解水の流路として機能する複数の流出溝６２が内外を連通するように形成されている。これらの流出溝６２は、前記幅狭の導入溝６１と同様に、その深さ寸法が厚さ寸法の半分程度に形成されているとともに、図６の左右方向に示す幅寸法が例えば４ｍｍ程度に形成されている。そして、図６の右上および図６の左上に示す２つの小空間５７，５９に対しては、３つの流出溝６２が配置されており、図６の中央上に示す小空間５８に対しては、４つの流出溝６２が配置されている。
【００４９】
すなわち、図６の右上および左上の小空間５７，５９に対してそれぞれ配置されている３つの流出溝６２の断面積の総計であらわされる流路面積が、図６の中央上に示す小空間５８に対して配置されている４つの流出溝６２の断面積の総計であらわされる流路面積より若干小さく形成されている。したがって、中央上の小空間５８から流出するアルカリ電解水の流出量が、右上および左上の小空間５７，５９から流出するアルカリ電解水のそれぞれの流出量より多くなるように形成されている。
【００５０】
前記各主分割リブ４３，４４の一面である電極板３３との対向面側には、連通溝６３としての水平連通溝６４が形成されている。この水平連通溝６４は、主フレーム４１の内部空間４２において電解液を左右方向に流動させるための流路として機能するものであり、各小空間４８，４９，５０，５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７，５８，５９のうちの図６の左右方向に隣位するものを相互に連通するように形成されている。そして、水平連通溝６４は、前記幅狭導入溝６１ａと同様に、その深さ寸法が厚さ寸法の半分程度に形成されているとともに、図６の上下方向に示す幅寸法が例えば４ｍｍ程度に形成されている。
【００５１】
具体的には、図６の右側に示す主分割リブ４３には、図６の右下の小空間４８とその左隣に位置する図６の中央下の小空間４９、図６の右下から上に２番目の小空間５１とその左隣に位置する図６の中央下から上に２番目の小空間５２、図６の右下から上に３番目の小空間５４とその左隣に位置する図６の中央下から上に３番目の小空間５５、図６の右上の小空間５７とその左隣に位置する図６の中央上の小空間５８をそれぞれ２カ所で連通するための総計８つの水平連通溝６４が配置されている。
【００５２】
また、図６の左側に示す主分割リブ４４には、図６の左下の小空間５０とその右隣に位置する図６の中央下の小空間４９、図６の左下から上に２番目の小空間５３とその右隣に位置する図６の中央下から上に２番目の小空間５２、図６の左下から上に３番目の小空間５６とその右隣に位置する図６の中央下から上に３番目の小空間５５、図６の左上の小空間５９とその右隣に位置する図６の中央上の小空間５８をそれぞれ２カ所で連通するための総計８つの水平連通溝６４が配置されている。
【００５３】
前記副分割リブ４５，４６，４７の一面である電極板３３との対向面側には、連通溝６３としての垂直連通溝６５が形成されている。この垂直連通溝６５は、主フレーム４１の内部空間４２において電解液を流入辺４１ｉから流出辺４１ｅに向かう上方向へ流動させるための流路として機能するものであり、各小空間４８，４９，５０，５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７，５８，５９のうちの図６の上下方向に隣位するものを相互に連通するように形成されている。そして、垂直連通溝６５は、前記導入溝６１と同様に、その深さ寸法が厚さ寸法の半分程度に形成されているとともに、図６の左右方向に示す幅寸法が例えば４ｍｍ程度の幅狭垂直連通溝６５ａと、幅寸法が１８ｍｍ程度の幅広垂直連通溝６５ｂとの２種類が用いられている。そして、図６の下段および上段に示す副分割リブ４５，４７には、幅狭垂直連通溝６５ａが用いられており、図６の中段に示す副分割リブ４６には、幅狭垂直連通溝６５ａと幅広垂直連通溝６５ｂとが用いられている。
【００５４】
具体的には、図６の下段に示す副分割リブ４５には、図６の右下の小空間４８とその上隣に位置する図６の右下から上に２番目の小空間５１を連通するための４つの幅狭垂直連通溝６５ａと、図６の中央下の小空間４９とその上隣に位置する図６の中央下から上に２番目の小空間５２を連通するための２つの幅狭垂直連通溝６５ａと、図６の左下の小空間５０とその上隣に位置する図６の左下から上に２番目の小空間５３を連通するための４つの幅狭垂直連通溝６５ａとの総計１０の幅狭垂直連通溝６５ａが配置されている。
【００５５】
そして、図６の中段に示す副分割リブ４６には、図６の右下から上に２番目の小空間５１とその上隣に位置する図６の右下から上に３番目の小空間５４を連通するための２つの幅狭垂直連通溝６５ａと、図６の中央下から上に２番目の小空間５２とその上隣に位置する図６の中央下から上に３番目の小空間５５を連通するための１つの幅広垂直連通溝６５ｂと、図６の左下から上に２番目の小空間５３とその上隣に位置する図６の左下から上に３番目の小空間５６を連通するための２つの幅狭垂直連通溝６５ａとの総計５つの垂直連通溝６５が配置されている。
【００５６】
さらに、図６の上段に示す副分割リブ４７には、下段の副分割リブ４５と同様に、図６の右上の小空間５７とその下隣に位置する図６の右下から上に３番目の小空間５４を連通するための４つの幅狭垂直連通溝６５ａと、図６の中央上の小空間５８とその下隣に位置する図６の中央下から上に３番目の小空間５５を連通するための２つの幅狭垂直連通溝６５ａと、図６の左上の小空間５９とその下隣に位置する図６の左下から上に３番目の小空間５６を連通するための４つの幅狭垂直連通溝６５ａとの総計１０の幅狭垂直連通溝６５ａが配置されている。
【００５７】
すなわち、図６の下段の副分割リブ４５は、図６の右下の小空間４８からその上隣の小空間５１、および、図６の左下の小空間５０からその上隣の小空間５３へのそれぞれの流路面積が、図６の中央下の小空間４９からその上隣の小空間５２への流路面積より若干大きく形成されている。したがって、図６の右下の小空間４８からその上隣の小空間５１、および、図６の左下の小空間５０からその上隣の小空間５３への電解液のそれぞれの流動量が、図６の中央下の小空間４９からその上隣の小空間５２への流動量より多くなるように形成されている。
【００５８】
さらに、図６の中段の副分割リブ４６は、図６の右下から２番目の小空間５１からその上隣の小空間５４、および図６の左下から２番目の小空間５３からその上隣の小空間５６へのそれぞれの流路面積が、図６の中央下から２番目の小空間５２からその上隣の小空間５５への流路面積より若干小さく形成されている。したがって、図６の中央下から２番目の小空間５２からその上隣の小空間５５への流動量が、図６の右下から２番目の小空間５１からその上隣の小空間５４、および図６の左下から２番目の小空間５３からその上隣の小空間５６への電解液のそれぞれの流動量より多くなるように形成されている。
【００５９】
また、図６の上段の副分割リブ４７は、図６の右下から３番目の小空間５４からその上隣である右上の小空間５７、および図６の左下から３番目の小空間５６からその上隣である左上の小空間５９へのそれぞれの流路面積が、図６の中央下から３番目の小空間５５からその上隣である中央上の小空間５８への流路面積より若干大きく形成されている。したがって、図６の右下から３番目の小空間５４から右上の小空間５７、および図６の左下から３番目の小空間５６から左上の小空間５９への電解液のそれぞれの流動量が、図６の中央下から３番目の小空間５８から中央上の小空間５８への流動量より多くなるように形成されている。
【００６０】
したがって、スペーサ３７の内部空間４２を導入溝６１から流出溝６２に通過する電解液は、導入溝６１、流出溝６２および連通溝６３によって流速が変化し、各小空間４８，４９，５０，５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７，５８，５９を全体として迷路状に通過して流出溝６２から流出するように形成されている。
【００６１】
なお、図６には、導入溝６１、流出溝６２および連通溝６３の形成位置を他の部分と明瞭に区別するためこれらを斜線領域にて示してある。
【００６２】
前記スペーサ３７の主フレーム４１、主分割リブ４３，４４および副分割リブ４５，４６，４７の他面である隔膜３９との対向面側の表面は平坦面とされており、隔膜３９と密着可能に形成されている。
【００６３】
なお、スペーサ３７の主フレーム４１の内部空間４２の分割数および分割形状、ならびに導入溝６１、流出溝６２、連通溝６３の配置位置と数などは、設計コンセプトなどの必要に応じて設定すればよく、特に、本実施形態の分割数および分割形状、ならびに導入溝６１、流出溝６２、連通溝６３の配置位置と数に限定されるものではない。
【００６４】
例えば、内部空間４２の分割形状としては、全体を格子状やアヤ目状としたり、三角形、菱形、矩形、多角形などを単独もしくは組み合わせた形状などを用いることができる。この場合、内部空間４２の分割形状に応じて分割リブの形状および配置箇所ならびに数などを設定すればよい。
【００６５】
前記スペーサ３７の変形例の一つを図７に示す。図７に示すスペーサ３７Ａは、内部空間４２を、１本の主分割リブ９０と、この主分割リブ９０を間において右上がりおよび右下がりに傾斜配置した１２本の副分割リブ９１によって主として三角形状の２６分割した小空間９２を設けたものである。このような構成により、内部空間４２を通過する電解液の死水域や空気溜まりを防止することができる。また、連通溝９４は、副分割リブ９１の主分割リブ９０との接続部位、および、主フレーム４１の左右両辺との接続部位に形成されている。さらに、図７に示す主分割リブ９０の図７の左右両側および主フレーム４１の図７の左右両辺の内側には、流動抵抗となる突起９３が設けられており、連通溝９４を通過した電解液の流動方向を積極的に変化させて通過時間を長くできるようになされている。このスペーサ３７Ａの内部を通過する電解液の流動状態を図７に矢印にて示す。
【００６６】
つぎに、ユニット配列方向の右端から２番目に位置するスペーサ３５について、図８から図１０により説明する。
【００６７】
図８はユニット配列方向の右端から２番目に位置するスペーサの一例を示す左側面図、図９は図８の要部の背面図、図１０は図８のスペーサ近傍の拡大分解正面図である。
【００６８】
本実施形態のスペーサ３５は、図８に示すように、四角枠状の主フレーム６８と、その上方に延出形成された排出流路形成部６９とを有している。
【００６９】
一方の主フレーム６８の陽極板としての電極板３２との対向面側である表面の図８の左辺の後側ＢＳには、電極板３２の後端の位置決めに用いる位置決め凸部７１が上下方向に沿って形成されている。この位置決め凸部７１の高さ寸法は、電極板３２の厚さ寸法のほぼ半分程度とされている。この主フレーム６８のその他の構成は、前記ユニット配列方向の左端に位置するスペーサ３７の主フレーム４１と同様とされているので、各部の構成については前記スペーサ３７の主フレーム４１の各部の構成に付した符号と同一符号を付し、その詳しい説明は省略する。
【００７０】
他方の排出流路形成部６９は、電解ユニット３により生成された酸性電解水を酸性電解水吐出ポート９へ、アルカリ電解水をアルカリ電解水吐出ポート８へと導くためのものであり、電極板３２との対向面側である左側ＬＳの表面は、図１０に示すように、位置決め凸部７１の表面と同一平面位置に配置されている。そして、排出流路形成部６９の左側ＬＳの下端面と前記位置決め凸部７１とにより陽極板となる電極板３２の上端面と後側ＢＳの端面とが接触するように配置されるようになっている。
【００７１】
また、排出流路形成部６９の隔膜３８との対向面側である右側ＲＳの表面は、隔膜３８、スペーサ３４および陰極板となる電極板３１のそれぞれの厚みを加算した寸法とほぼ等しい高さ寸法だけ主フレーム６８より突出形成されており、図１０に示すように、右側ＲＳの下端面に、隔膜３８、スペーサ３４および陰極板となる電極板３１がそれぞれの上端を接触させるようにして配置されるようになっている。
【００７２】
前記スペーサ３５の排出流路形成部６９の左側ＬＳの表面には、このスペーサ３５と対向するユニット配列方向の右端から３番目に位置するスペーサ３６の排出流路形成部６９の右側ＲＳの表面と当接することで、両スペーサ３５，３６の排出流路形成部６９の内部に、電解液から生成された酸性電解水を、酸性電解水吐出用接続部材１１を介して酸性電解水吐出ポート９に導くためのほぼ直角三角形状の酸性電解水誘導部７３の一方が凹設されている。すなわち、陽極板となる電極板３２とこの電極板３２の左右両側に配置される２つの隔膜３８，３９との間に形成される２つの流通空間である陽極室７６，７７（図１１）を通過する電解液から生成される酸性電解水をともに酸性電解水吐出ポート９から吐出できるようになっている。また、酸性電解水誘導部７３の下部には、流出溝６２に連通する接続溝７３ａ（図８、図１０）が形成されている。
【００７３】
また、前記スペーサ３５の排出流路形成部６９の右側ＲＳに位置する表面には、電解液から生成されたアルカリ電解水を、アルカリ電解水吐出用接続空間１０を介してアルカリ電解水吐出ポート８に導くためのほぼ直角三角形状のアルカリ電解水誘導部７４の一方が凹設されている。このアルカリ電解水誘導部７４の下部には、陰極室７８（図１１）から流出するアルカリ電解水をアルカリ電解水誘導部７４に導くための接続溝７４ａ（図９、図１０）が形成されている。
【００７４】
なお、図１に示すように、ユニット配列方向の右から３番目のスペーサ３６の排出流路形成部６９の左側ＬＳの表面にも、アルカリ電解水誘導部７４および接続溝７４ａが凹設されている。そして、２つのスペーサ３５，３６のアルカリ電解水誘導部７４は、排出流路形成部６９を厚さ方向に貫通する三角形状の貫通孔７５（図８、図９）により接続されており、ユニット配列方向の両端に位置する陰極板となる２つの電極板３１，３３とこれらの電極板３１，３３と対向する隔膜３８，３９との間に形成される２つの流通空間である陰極室７８，７９（図１１）を通過する電解液から生成されるアルカリ電解水をともにアルカリ電解水吐出ポート８から吐出できるようになっている。
【００７５】
このように、本実施形態の電解槽１においては、図１１に示すように、ユニット配列方向の中央に位置する陽極板となる電極板３２の両側に２つの陽極室７６，７７が形成され、図１１の左右両端に位置する２つの陰極板となる電極板３１，３３のそれぞれの内側に２つの陰極室７８，７９が形成されており、陽極室７６，７７と陰極室７８，７９との相互間に隔膜３８，３９がそれぞれ配置されている。
【００７６】
したがって、本実施形態の電解槽１においては、陽極室７６，７７および陰極室７８，７９によって、電解ユニット３の内部における電解液の流通空間である流路が４つ形成されている。
【００７７】
なお、本実施形態においては、３枚の電極板３１，３２，３３と４枚のスペーサ３４，３５，３６，３７と２枚の隔膜３８，３９とをそれぞれ個別に形成したが、２枚のスペーサ３４，３５と１枚の隔膜３８とを、２枚のスペーサ３６，３７と１枚の隔膜３９とをそれぞれインサート成型などにより一体形成してもよい。これにより部品点数を少なくすることができるので、組み立てに要する手間を低減できる。
【００７８】
つぎに、前述した構成からなる本実施形態の作用について説明する。
【００７９】
図１２は電解ユニットの内部を通過する電解液の流動状態を示す斜視図、図１３は電解ユニットを通過した電解液の流動状態を示す斜視図である。
【００８０】
本実施形態の電解槽１における電解水生成時には、図４の矢印にて示すように、原水供給ポート２０を介して原水供給水路１８に原水を供給するとともに、原水供給ポート２０と電解質供給ポート２１とを図示しない導通管により導通するようになっている。この時、公知の如く浄水器によって浄化した原水を用いてもよい。そして、原水供給水路１８に供給された原水は、図４の矢印にて示すように原水供給水路１８の上部から下部に流下する。また、電解質供給槽１９には、予め電解質が貯留されており、原水供給ポート２０と電解質供給ポート２１とを導通させることにより、隔壁２２および隔膜ユニット２４によって区分された原水供給水路１８と電解質供給槽１９とが同圧となる。また、電解質供給槽１９に予め貯留された電解質が、図４の破線矢印にて示すように、隔膜ユニット２４を介して原水供給水路１８内の原水に透過し、少なくとも原水供給水路１８の下部に流下した原水は所定濃度の電解液となる。
【００８１】
このように、原水供給ポート２０と電解質供給ポート２１とを導通させることにより、隔壁２２および隔膜ユニット２４によって区分された原水供給水路１８と電解質供給槽１９とを同圧にしているので、電解質が隔膜ユニット２４を透過して原水供給水路１８内の原水への電解質の供給を確実に行うことができる。
【００８２】
ついで、原水供給水路１８の下部の電解液は、複数の電解液導入孔７を介して電解液導入空間６に流入する。そして、電解液導入空間６に流入した電解液は、図１１に示すように、３枚の電極板３１，３２，３３と４枚のスペーサ３４，３５，３６，３７および２枚の隔膜３８，３９とにより区画された２つの陰極室７８，７９と２つの陽極室７６，７７とにより形成される４つの流路を上方に向かって流動する。
【００８３】
この時、電解液は、図６に代表して示すように、スペーサ３７の主フレーム４１の流入辺４１ｉに形成されている導入溝６１から内部空間４２に導入され、スペーサ３７の内部を電極板３３と接触しつつ図１２の矢印にて示すように、複数に分割された内部空間４２である各小空間４８，４９，５０，５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７，５８，５９を全体として迷路状に流動して流出辺４１ｅの流出溝６２から流出する。このスペーサ３７の内部を通過する電解液の流動状態を図１２に矢印にて示す。
【００８４】
また、この時、各電極板３１，３２，３３に所定の極性の電圧が印加されていると、隔膜３８，３９を通過して陽極板となる電極板３２には陰イオンが、陰極板となる電極板３１，３３には陽イオンがそれぞれ引き付けられ、陽極側の電解液は陰イオンの増加した酸性電解水となり、陰極側の電解液は陽イオンの増加したアルカリ電解水となる。
【００８５】
ついで、ユニット配列方向の両端に位置する陰極板となる電極板３１，３３への通電により生成されたアルカリ電解水は、図１３に代表して示すように、アルカリ電解水誘導部７４からアルカリ電解水吐出用接続空間１０を介してアルカリ電解水吐出ポート８に導かれて吐出される。また、ユニット配列方向の中央に位置する陽極板となる電極板３２への通電により生成された酸性電解水は、図１３の破線矢印にて示すように、酸性電解水誘導部７３から酸性電解水吐出用接続部材１１を介して酸性電解水吐出ポート９に導かれて吐出される。このようなアルカリ電解水の流動状態を図１３の矢印にて示し、酸性電解水の流動状態を図１３の破線矢印にて示す。
【００８６】
なお、電解水の生成を連続して行う場合には、正常な機能維持のために各電極板３１，３２，３３の極性を定期的に逆とするように通電することにより、各電極板３１，３２，３３上に付着したスケールを除去することが好ましい。
【００８７】
このように、本実施形態の電解槽１によれば、各スペーサ３４，３５，３６，３７の導入溝６１から流出溝６２に向かう電解液の全水流が、各スペーサ３４，３５，３６，３７に設けられた主分割リブ４３，４４および副分割リブ４５，４６，４７により区分された１２の小空間４８，４９，５０，５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７，５８，５９を、水平連通溝６４および垂直連通溝６５により全体として迷路状に通過するように形成してあるので、全体としての流路面積、および電解液が電極板３１，３２，３３と接触する接触面積をともに大きくすることができるとともに、電解液の通過時間を長くすることができる。その結果、電解槽１の小型化および電解効率の向上による高性能化を容易に図ることができる。
【００８８】
また、本実施形態の電解槽１によれば、各スペーサ３４，３５，３６，３７の内部空間４２が主分割リブ４３，４４および副分割リブ４５，４６，４７により格子状に形成されているから、隔膜３８，３９の中央部がたわまないように確実に保持できる。その結果、隔膜３８，３９がたわむことによって流動する電解液の流れが不安定になるという不都合を防止することができる。
【００８９】
さらに、本実施形態の電解槽１によれば、電解液が電解液導入孔７を介して電解液導入空間６に流入してから電解ユニット３に供給されるので、電解液を電解ユニット３に直接供給する場合に比べて電解ユニット３に流入する電解液の流れをより均一にすることができる。
【００９０】
また、本実施形態の電解槽１によれば、電解質供給手段１７が設けられているので、原水に対する電解質の供給を長時間にわたって安定的に行うことができる。
【００９１】
また、本実施形態の電解槽１によれば、電解質供給手段１７が一体形成されているので、原水に対する電解質の供給を確実かつ容易に行うことができるとともに、部品点数の削減と、全体として小型化と、取り扱い性の向上などを容易に図ることができる。
【００９２】
なお、電解質供給手段１７を一体形成せずに付設した場合においても原水に対する電解質の供給を確実に行うことができる。
【００９３】
また、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々変更することができる。例えば、電解ユニットの内部を上方から下方に電解液が通過するように構成してもよい。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に係る本発明の電解槽によれば、小型化および電解効率の向上による高性能化を容易に図ることができるなどの極めて優れた効果を奏する。
【００９５】
また、請求項２に係る本発明の電解槽によれば、原水に対して電解質を供給するので高い電解効率を確実に得ることができるなどの極めて優れた効果を奏する。さらに、部品点数の削減と、全体として小型化と、取り扱い性の向上などを容易に図ることができるなどの極めて優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る電解槽の実施形態の要部を示す分解斜視図
【図２】 図１の一部切断拡大正面図
【図３】 図２の一部切断拡大右側面図
【図４】 図２の一部切断拡大左側面図
【図５】 図１の隔膜ユニットの斜視図
【図６】 図１の電解ユニットのユニット配列方向の左端に位置するスペーサの一例を示す左側面図
【図７】 図６のスペーサの変形例を示す左側面図
【図８】 図１の電解ユニットのユニット配列方向の右端から２番目に位置するスペーサの一例を示す左側面図
【図９】 図８の要部の背面図
【図１０】 図８のスペーサ近傍の拡大分解正面図
【図１１】 図１の電解ユニットにおける電解液の流路を説明する模式的断面図
【図１２】 図６のスペーサにおける電解液の流動状態を説明する斜視図
【図１３】 図１の電解ユニットにおけるアルカリ電解水および酸性電解水の流動状態を説明する斜視図
【符号の説明】
１ 電解槽
２ ケーシング
３ 電解ユニット
５ ユニット収納凹部
６ 電解液導入空間
７ 電解液導入孔
１３ 右サイドカバー
１７ 電解質供給手段
１８ 原水供給水路
１９ 電解質供給槽
２４ 隔膜ユニット
２５ 隔膜
２６ 左サイドカバー
３１、３２、３３ 電極板
３４、３５、３６、３７ スペーサ
３８、３９ 隔膜
４１、６８ 主フレーム
４１ｉ 流入辺
４１ｅ 流出辺
４２ 内部空間
４３、４４ 主分割リブ
４５、４６、４７ 副分割リブ
４８、４９、５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９小空間
６１ 導入溝
６１ａ 幅狭導入溝
６１ｂ 幅広導入溝
６２ 流出溝
６３ 連通溝
６４ 水平連通溝
６５ 垂直連通溝
６５ａ 幅狭垂直連通溝
６５ｂ 幅広垂直連通溝
６９ 排出流路形成部
７３ 酸性電解水誘導部
７４ アルカリ電解水誘導部
７６、７７ 陽極室
７８、７９ 陰極室

Claims (2)

1. 相互に対向配置される少なくとも２枚の電極板と、これらの電極板の間に配設される一対の隔膜保持部材と、この一対の隔膜保持部材の間に配設される隔膜とを有するとともに、前記一対の隔膜保持部材により前記隔膜と前記各電極板との間にそれぞれ電解液流路を形成した電解槽において、
   前記隔膜保持部材は、四角枠状の主フレームと、この主フレームの内部空間を複数に分割するための前記主フレームの内部に格子状をなすように配置されている分割リブとを備え、
   前記主フレームは、その四辺のうちの相対向する二辺のうちの一方が電解液の流入辺とされ、他方が電解水の流出辺とされているとともに、前記流入辺の一面には流入辺に隣位する複数の分割された内部空間のそれぞれに電解液を導入可能な導入溝が形成されており、前記流出辺の一面には流出辺に隣位する複数の分割された内部空間のそれぞれから電解水を流出可能な内外を連通する複数の流出溝が形成されており、
   前記主フレームの内部に格子状をなすように配置されている分割リブの一面には、複数の分割された内部空間のうちの隣位するものを連通する連通溝が形成されていることを特徴とする電解槽。
2. 原水に電解質を供給するための電解質供給手段が設けられているとともに、前記電解質供給手段が一体形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電解槽。

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