JP5756579B1 - 電解水生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】陽極給電体及び陰極給電体の端縁部での電気分解を促進することにより、溶存水素濃度を容易に高めることができる電解水生成装置を提供する。【解決手段】電解水生成装置の電解槽４は、第１ケース片５０と第２ケース片６０とが固着されることにより電解室を形成する。第１ケース片５０の内面には、陽極給電体４１に当接する第１凸部５３が配設され、第２ケース片６０の内面には、陰極給電体４２に当接する第２凸部６３が配設される。第１凸部５３は、陽極給電体４１の端縁部４１ｅと当接する第１突起５６を含み、第２凸部６３は、陰極給電体４２の端縁部４２ｅと当接する第２突起６６を含む。これにより、各給電体４１、４２の端縁部４１ｅ、４２ｅと隔膜４３との接触圧力が高められ、端縁部４１ｅ、４２ｅを流れる電解電流が増大し、電気分解が促進される。【選択図】 図６

Description

本発明は、水を電気分解して電解水素水を生成する電解水生成装置に関する。

従来から、隔膜で仕切られた陽極室と陰極室を有する電解槽を備え、電解槽内に導入された水道水等の原水を電気分解して電解水素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）。

電解水生成装置の陰極室で生成される水素ガスが溶け込んだ電解水素水は、胃腸症状の改善に優れた効果を発揮することが期待されている。また、近年、電解水生成装置で生成された電解水素水は、活性酸素の除去に適しているとして注目されている。

特許第５６３９７２４号公報

電解水生成装置において、隔膜は、陽極室と陰極室との間でイオンを効率よく通過させるために薄く形成されていることから、例えば、陽極室と陰極室との間で生ずる圧力差が過度に大きくなると、隔膜が損傷を受けるおそれがある。そこで、上記特許文献１の電解水生成装置では、陽極給電体、隔膜及び陰極給電体からなる積層体を電解槽を構成するケース片の凸状部によって挟み込んで支持する構造が採用されている。

上記電解水生成装置では、凸状部によって積層体が押圧される箇所においては、各給電体と隔膜との間で十分な接触圧力が得られるため、両者間での接触抵抗が低下し、各給電体に供給される電解電流が十分に確保されうる。

しかしながら、同文献中図４に示されるように、陽極給電体及び陰極給電体の端縁部は、ケース片によって支持されておらず自由端である。従って、陽極給電体及び陰極給電体の端縁部と隔膜との接触圧力を十分に確保することが困難であり、両者間の接触抵抗が増大する。その結果、陽極給電体及び陰極給電体の端縁部に供給される電解電流が低下して、電気分解が阻害されるおそれがある。

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、陽極給電体及び陰極給電体の端縁部での電気分解を促進することにより、溶存水素濃度を容易に高めることが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と、前記電解室内で、互いに対向して配置された陽極給電体及び陰極給電体と、前記陽極給電体と前記陰極給電体との間に配され、かつ、前記電解室を前記陽極給電体側の陽極室と、前記陰極給電体側の陰極室とに区分する隔膜とを備えた電解水生成装置であって、前記隔膜が、前記陽極給電体及び前記陰極給電体で挟持され、前記電解槽は、前記陽極給電体側の第１ケース片と、前記陰極給電体側の第２ケース片とが固着されることにより前記電解室を形成し、前記第１ケース片の前記電解室側を向く内面には、前記陽極給電体に当接する第１凸部が配設され、前記第２ケース片の前記電解室側を向く内面には、前記陰極給電体に当接する第２凸部が配設され、前記第１凸部は、前記陽極給電体の端縁部と当接する第１突起を含み、前記第２凸部は、前記陰極給電体の端縁部と当接する第２突起を含むことを特徴とする。

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記第１突起は、前記陽極給電体の端縁部に沿って複数個設けられ、前記第２突起は、前記陰極給電体の端縁部に沿って複数個設けら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、前記第２突起は、隣り合う前記第１突起の間に配設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、前記第１突起及び前記第２突起は、前記電解室内での水の流れに沿う縦方向に長い縦長突起を含み、前記縦長突起は、前記陽極給電体又は前記陰極給電体の前記縦方向に垂直な横方向の横端縁部と当接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、前記第１突起及び前記第２突起は、前記縦方向に垂直な横方向に長い横長突起を含み、前記横長突起は、前記陽極給電体又は前記陰極給電体の前記縦方向の縦端縁部と当接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、前記第１凸部の頂部は、前記第１ケース片の側に中心を有する曲面を含み、前記第２凸部の頂部は、前記第２ケース片の側に中心を有する曲面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、前記第１ケース片の前記電解室側を向く内面には、前記隔膜、前記陽極給電体及び前記陰極給電体を挟んで前記第２凸部と対向する位置に、前記第１凸部よりも高さの小さい第１小突起が配設され、前記第２ケース片の前記電解室側を向く内面には、前記隔膜、前記陽極給電体及び前記陰極給電体を挟んで前記第１凸部と対向する位置に、前記第２凸部よりも高さの小さい複数の第２小突起が配設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、前記第１小突起は、前記陽極給電体とは当接せず、前記第２小突起は、前記陰極給電体とは当接しないことが望ましい。

本発明の第１発明の電解水生成装置は、第１ケース片の前記電解室側を向く内面には、陽極給電体に当接する複数の第１凸部が配設され、第１凸部は、陽極給電体の端縁部と当接する第１突起を含む。これにより、陽極給電体の端縁部が第１凸部によって隔膜の側に押圧され、陽極給電体の端縁部と隔膜との接触圧力が高められる。一方、第２ケース片の電解室側を向く内面には、陰極給電体に当接する複数の第２凸部が配設され、第２凸部は、陰極給電体の端縁部と当接する第２突起を含む。これにより、陰極給電体の端縁部が第２凸部によって隔膜の側に押圧され、陰極給電体の端縁部と隔膜との接触圧力が高められる。従って、陽極給電体及び陰極給電体の端縁部を流れる電解電流が増大し、各端縁部での電気分解が促進される。よって、陰極室で生成される電解水素水の溶存水素濃度を容易に高めることが可能となる。

本発明の電解水生成装置の一実施形態の概略構成を示すブロック図である。 図１の電解槽の組立て斜視図である。 図２の第１ケース片及び第２ケース片を示す斜視図である。 図２の第１ケース片及び第２ケース片を示す正面図である。 図４のＡ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面を含む電解槽の組立断面図である。 図５と同一の断面における電解槽の断面図である。 図３の第１ケース片の変形例を示す斜視図である。 図３の第２ケース片の変形例を示す斜視図である。 図３の第１ケース片及び第２ケース片の別の変形例を示す斜視図である。 図３の第１ケース片及び第２ケース片のさらに別の変形例を示す斜視図である。

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の概略構成を示している。電解水生成装置１は、家庭の飲料用及び料理用の水の生成や血液透析の透析液の生成に用いられてもよい。

電解水生成装置１は、電気分解される水が供給される電解室４０が形成された電解槽４と、電解室４０内で、互いに対向して配置された陽極給電体４１及び陰極給電体４２と、陽極給電体４１と陰極給電体４２との間に配された隔膜４３とを備えている。電解槽４の上流側又は下流側に、別の電解槽が設けられていてもよい。また、電解槽４と並列に、別の電解槽が設けられていてもよい。別に設けられた電解槽についても、電解槽４と同等の構成が適用されうる。

隔膜４３は、電解室４０を陽極給電体４１側の陽極室４０Ａと、陰極給電体４２側の陰極室４０Ｂとに区分する。電解室４０の陽極室４０Ａ及び陰極室４０Ｂの両方に水が供給され、陽極給電体４１及び陰極給電体４２に直流電圧が印加されることにより、電解室４０内で水の電気分解が生ずる。

隔膜４３は、電気分解で生じたイオンを通過させ、隔膜４３を介して陽極給電体４１と、陰極給電体４２とが電気的に接続される。隔膜４３には、例えば、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用いられている。

固体高分子材料を用いた隔膜４３を有する電解槽４では、中性の電解水素水及び電解酸素水が生成される。電解室４０内で水が電気分解されることにより、陰極室４０Ｂでは、水素ガスが溶け込んだ電解水素水が得られ、陽極室４０Ａでは酸素ガスが溶け込んだ電解酸素水が得られる。

電解水生成装置１は、電解槽４を制御する制御手段６と、電解槽４の上流側に設けられた入水部７と、電解槽４の下流側に設けられた出水部８とをさらに備えている。

制御手段６は、例えば、各種の演算処理、情報処理等を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）及びＣＰＵの動作を司るプログラム及び各種の情報を記憶するメモリ等を有している。

陽極給電体４１と制御手段６との間の電流供給ラインには、電流検出手段４４が設けられている。電流検出手段４４は、陰極給電体４２と制御手段６との間の電流供給ラインに設けられていてもよい。電流検出手段４４は、給電体４１、４２に供給する電解電流を検出し、その値に相当する信号を制御手段６に出力する。

制御手段６は、電流検出手段４４から入力される信号に基づいて、陽極給電体４１と陰極給電体４２との間に印加する電圧をフィードバック制御する。例えば、電解電流が過大である場合、制御手段６は、上記電圧を減少させ、電解電流が過小である場合、制御手段６は、上記電圧を増加させる。これにより、給電体４１、４２に供給する電解電流が適切に制御されうる。

入水部７は、給水管７１と、流量センサー７２と、分岐部７３と、流量調整弁７４等を有している。給水管７１は、電解水生成装置１に供給された水を電解室４０に導く。流量センサー７２は、給水管７１に設けられている。流量センサー７２は、電解室４０に供給される水の単位時間あたりの流量（以下、単に「流量」と記すこともある）Ｆを定期的に検出し、その値に相当する信号を制御手段６に出力する。

分岐部７３は、給水管７１を給水管７１ａ、７１ｂの二方に分岐する。流量調整弁７４は、給水管７１ａ、７１ｂを陽極室４０Ａ又は陰極室４０Ｂに接続する。陽極室４０Ａ及び陰極室４０Ｂに供給される水の流量は、制御手段６の管理下で、流量調整弁７４によって調整される。流量調整弁７４は、水の利用効率を高めるために、陽極室４０Ａ及び陰極室４０Ｂに供給される水の流量を調整する。これにより、陽極室４０Ａと陰極室４０Ｂとの間で圧力差が生ずる場合がある。

本実施形態では、流量センサー７２は、分岐部７３の上流側に設けられているので、陽極室４０Ａに供給される水の流量と陰極室４０Ｂに供給される水の流量との総和、すなわち、電解室４０に供給される水の流量Ｆを検出する。

出水部８は、流路切替弁８１と、吐水管８２と、排水管８３等を有している。流路切替弁８１は、陽極室４０Ａ、陰極室４０Ｂを吐水管８２又は排水管８３に選択的に接続する。電解水生成装置１が血液透析の透析液の生成に用いられる場合、陰極室４０Ｂで生成された電解水素水が吐水管８２を介して、濾過処理用の逆浸透膜モジュール及び透析原液を希釈する希釈装置等に供給される。

制御手段６は、陽極給電体４１及び陰極給電体４２に印加する直流電圧の極性を制御する。例えば、制御手段６は、流量センサー７２から入力される信号に基づいて、電解室４０に供給される水の流量Ｆを積算し、所定の流量に達すると陽極給電体４１及び陰極給電体４２に印加する直流電圧の極性を切り替える。これに伴い、陽極室４０Ａと陰極室４０Ｂとが相互に入れ替わる。直流電圧の極性の切り替えにあたっては、制御手段６は、流量調整弁７４及び流路切替弁８１を同期して動作させる。これにより、陰極室４０Ｂと吐水管８２とが常に接続され、陰極室４０Ｂで生成された電解水素水が吐水管８２から吐出される。

図２は、電解槽４の組立て斜視図である。電解槽４は、陽極給電体４１側の第１ケース片５０と、陰極給電体４２側の第２ケース片６０とを有している。互いに対向して配置された第１ケース片５０と第２ケース片６０とが固着されることにより、その内部に電解室４０（図１参照）が形成される。

電解槽４は、電解室４０内に、陽極給電体４１、隔膜４３及び陰極給電体４２が重ねられてなる積層体４５を収容している。陽極給電体４１、隔膜４３及び陰極給電体４２は、それぞれ矩形状に形成されている。

陽極給電体４１及び陰極給電体４２は、それぞれ、その板厚方向で水が行き来可能に構成されている。陽極給電体４１及び陰極給電体４２には、例えば、エクスパンドメタル等の網状の金属が適用されうる。このような、網状の陽極給電体４１及び陰極給電体４２は、隔膜４３を挟持しながら、隔膜４３の表面に水を行き渡らせることができ、電解室４０内での電気分解を促進する。本実施形態では、陽極給電体４１及び陰極給電体４２として、チタニウム製のエクスパンドメタルの表面に白金のめっき層が形成されたものが適用されている。白金のめっき層は、チタニウムの酸化を防止する。

陽極給電体４１には、第１ケース片５０を貫通して電解槽４の外部に突出する端子４１ａが設けられている。同様に、陰極給電体４２にも、第２ケース片６０を貫通して電解槽４の外部に突出する端子４２ａが設けられている。端子４１ａ、４２ａを介して、陽極給電体４１及び陰極給電体４２に直流電圧が印加される。

本実施形態では、隔膜４３には、例えば、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用いられている。固体高分子材料を用いた隔膜４３を有する電解槽４では、中性の電解水が生成される。隔膜４３の両面には、白金からなるめっき層４３ａが形成されている。めっき層４３ａと陽極給電体４１及び陰極給電体４２とは、当接し、電気的に接続される。

隔膜４３は、電解室４０内で、陽極給電体４１及び陰極給電体４２によって挟持されている。従って、隔膜４３の形状は陽極給電体４１及び陰極給電体４２によって保持されている。このような、隔膜４３の保持構造によれば、陽極室４０Ａと陰極室４０Ｂとの間に生ずる圧力差に起因する応力の大部分は、陽極給電体４１及び陰極給電体４２によって負担され、隔膜４３にかかる応力は減少する。これにより、陽極室４０Ａと陰極室４０Ｂとの間で大きな圧力差が生ずる状態で電解水生成装置１を動作させても、隔膜４３には大きな応力が生じない。従って、隔膜４３の損傷を抑制し、水の利用効率を容易に高めることが可能となる。

また、隔膜４３が陽極給電体４１及び陰極給電体４２で挟持されているので、隔膜４３のめっき層４３ａと陽極給電体４１との間及びめっき層４３ａと陰極給電体４２との間での接触抵抗が減少し、電圧降下が抑制される。これにより、電解室４０内での電気分解が促進され、高い溶存水素濃度の電解水素水が生成可能となる。

陽極給電体４１及び陰極給電体４２の外周縁の外側には、第１ケース片５０と第２ケース片６０との合わせ面からの水漏れを防止するための封止部材４６が設けられている。隔膜４３の外周部は、封止部材４６によって挟持されている。

各ケース片５０及び６０は、電解室４０内での水の流れに沿う縦方向Ｖに長い長方形状に形成されている。これに伴い、電解室４０は、縦方向Ｖに長い長方形状に形成されている。このような縦長形状の電解室４０によって、電解槽４内での流路が長くなる。その結果、陰極室４０Ｂで発生した水素ガスが、陰極室４０Ｂ内の水に溶け込みやすくなり、溶存水素濃度を高めることができる。

電解槽４には、Ｌ字状の継手９１、９２、９３、９４が設けられている。継手９１、９２は、第１ケース片５０、第２ケース片６０の下部に装着され、上記流量調整弁７４と接続される。継手９３、９４は、第１ケース片５０、第２ケース片６０の上部に装着され、上記流路切替弁８１と接続される。電解水生成装置１への通水を開始することにより、陽極室４０Ａ及び陰極室４０Ｂの下部から上部に向かって、大局的な水の流れが生ずる。

陰極室４０Ｂにて発生した水素ガスは、微小な気泡となって陰極室４０Ｂの上方に移動する。本実施形態では、水素ガスの移動方向と大局的に水が流れる方向が一致するため、水素分子が水に溶け込み易くなり、溶存水素濃度が高められる。

図３は、電解室４０側を向く内面側から視た第１ケース片５０及び第２ケース片６０の斜視図である。図４（ａ）は、内面側から視た第１ケース片５０の正面図であり、図４（ｂ）は、内面側から視た第２ケース片６０の正面図である。図５は、図４のＡ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面を含む電解槽４の組立断面図である。さらに、図６は、図５と同一の断面における電解槽４の断面図である。

第１ケース片５０及び第２ケース片６０の内面の外縁部には、第１ケース片５０と第２ケース片６０とを固着するための合わせ面５１、６１が形成されている。合わせ面５１、６１の内側には、内壁が合わせ面５１、６１から第１ケース片５０、第２ケース片６０の厚さ方向に陥没することにより、電解部５２、６２が設けられている。電解部５２は陽極室４０Ａを構成し、電解部６２は陰極室４０Ｂを構成する。

第１ケース片５０の内面には、複数の第１凸部５３が配設されている。本実施形態では、第１凸部５３は、電解部５２の主要部５２Ａに離散化して配置された突起５３Ｐを含む。主要部５２Ａとは、陽極給電体４１の端縁部４１ｅ及び陰極給電体４２の端縁部４２ｅの内側に位置される電解部５２の大部分を占める領域である。（以下、電解部６２の主要部６２Ａについても同様とする。）各第１凸部５３は、縦方向Ｖと、縦方向Ｖに垂直な横方向Ｈとに、行列状（マトリックス状）に並べて配設されている。突起の配置に関して「行列状」とは、突起が縦方向Ｖにｍ個、横方向Ｈにｎ個並べられた配置（ｍ行×ｎ列の行列のような配置）をいう（ｍ、ｎは２以上の整数である。以下、同様とする）。

一方、第２ケース片６０の内面には、複数の第２凸部６３が配設されている。本実施形態では、第２凸部６３は、電解部６２の主要部６２Ａに離散化して配置された突起６３Ｐを含む。各第２凸部６３は、縦方向Ｖと横方向Ｈとに、行列状に並べて配設されている。

各第１凸部５３は、陽極室４０Ａで陽極給電体４１と当接し、陽極給電体４１を第２ケース片６０の側に押圧する。一方、各第２凸部６３は、陰極室４０Ｂで陰極給電体４２と当接し、陰極給電体４２を第１ケース片５０の側に押圧する。従って、各第１凸部５３及び各第２凸部６３によって、積層体４５は、その両面から挟持される。

第１凸部５３は、陽極給電体４１の端縁部４１ｅ（図２、６参照）と当接する第１突起５６を含む。第１突起５６は、第１凸部５３のうち、電解部５２の主要部に離散化して配置された突起の周辺に設けられている。これにより、陽極給電体４１の端縁部４１ｅが第１突起５６によって隔膜４３の側に押圧され、陽極給電体４１の端縁部４１ｅと隔膜４３との接触圧力が高められ、両者の間の接触抵抗が低減される。

一方、第２凸部６３は、陰極給電体４２の端縁部４２ｅ（図２、６参照）と当接する第２突起６６を含む。第２突起６６は、第２凸部６３のうち、電解部６２の主要部に離散化して配置された突起の周辺に設けられている。これにより、陰極給電体４２の端縁部４２ｅが第２突起６６によって隔膜４３の側に押圧され、陰極給電体４２の端縁部４２ｅと隔膜４３との接触圧力が高められ、両者の間の接触抵抗が低減される。

従って、陽極給電体４１の端縁部４１ｅ及び陰極給電体４２の端縁部４２ｅを流れる電解電流が増大し、各端縁部４１ｅ、４２ｅでの電気分解が促進される。よって、陰極室４０Ｂで生成される電解水素水の溶存水素濃度を容易に高めることが可能となる。

本実施形態では、第１突起５６は、陽極給電体４１の端縁部４１ｅに沿って複数個設けられている。同様に、第２突起６６は、陰極給電体４２の端縁部４２ｅに沿って複数個設けられている。

図５、６に示されるように、第１ケース片５０と第２ケース片６０とが固着されると、第１突起５６及び第２突起６６の外側に、封止部材４６が配設される。封止部材４６の内側、すなわち、陽極給電体４１の端縁部４１ｅ及び陰極給電体４２の４２ｅにも、水が供給される。

図３乃至６に示されるように、各第２突起６６は、隣り合う第１突起５６の間に隔設されている。換言すると、各第１突起５６は、隣り合う第２突起６６の間に隔設されている。これにより、陽極給電体４１の端縁部４１ｅ及び陰極給電体４２の端縁部４２ｅは、第１突起５６及び第２突起６６によって第１ケース片５０の側及び第２ケース片６０の側から交互に押圧され、支持される。また、端縁部４２ｅにおいて発生した水素ガスが、隣り合う第２突起６６の間に流れ込んだ水に溶け込みやすくなり、溶存水素濃度がより一層高められる。

図６に示されるように、第１突起５６及び第２突起６６の高さは、陽極給電体４１の端縁部４１ｅ及び陰極給電体４２の端縁部４２ｅを波形に矯正できる程度に設定されるのが好ましい。このような波形の陽極給電体４１の端縁部４１ｅ及び陰極給電体４２は、大きな曲げ剛性を有しているので、電解室４０内での圧力差により積層体４５が大きな応力を受けても、その変形が抑制され、隔膜４３の損傷が抑制される。

図３乃至６に示されるように、第１突起５６は、陽極室４０Ａ内での水の流れに沿う縦方向Ｖに長い第１縦長突起５７を含む。第１縦長突起５７は、陽極給電体４１の横方向Ｈの横端縁部４１ｈと当接する。横端縁部４１ｈは、第１縦長突起５７によって隔膜４３の側に押圧され、隔膜４３との接触圧力が高められる。なお、陽極給電体４１の横端縁部４１ｈとは、例えば、陽極給電体４１の横方向Ｈの端縁から内側に、陽極給電体４１の横方向Ｈの長さの２％以下の領域をいう（以下、陰極給電体４２の横端縁部４２ｈについても同様とする）。

第２突起６６は、陰極室４０Ｂ内での水の流れに沿う縦方向Ｖに長い第２縦長突起６７を含む。各第２縦長突起６７は、電解槽４を横方向Ｈから視た側面視で、隣り合う第１縦長突起５７の間に隔設されている。第２縦長突起６７は、陰極給電体４２の横方向Ｈの横端縁部４２ｈと当接する。横端縁部４２ｈは、第２縦長突起６７によって隔膜４３の側に押圧され、隔膜４３との接触圧力が高められる。なお、各第２縦長突起６７は、第１縦長突起５７に対して縦方向Ｖに交互に設けられていればよく、第１ケース片５０と第２ケース片６０とが固着されたとき、隣り合う第１縦長突起５７から横方向Ｈにずれた位置に設けられていてもよい。

第１凸部５３の頂部５３ａは、第１ケース片５０の側に中心を有する凸曲面５３ｂを含んで構成されている。凸曲面５３ｂは、図６に示される第１縦長突起５７の頂部５７ａに形成されている凸曲面５７ｂを含む。凸曲面５３ｂは、円柱の側面の一部のような２次曲面であってもよく、球の表面の一部のような３次曲面であってもよい。頂部５３ａが凸曲面５３ｂで構成されることにより、積層体４５がゆるやかな曲率で湾曲するため、隔膜４３への応力集中が緩和され、隔膜４３の損傷が抑制される。

第２凸部６３の頂部６３ａは、第２ケース片６０の側に中心を有する凸曲面６３ｂを含んで構成されている。凸曲面６３ｂは、図６に示される第２縦長突起６７の頂部６７ａに形成されている凸曲面６７ｂを含む。凸曲面６３ｂについても上記凸曲面５３ｂと同様である。

本実施形態では、第１ケース片５０と第２ケース片６０とが固着されたとき、第２凸部６３は、縦方向Ｖに最も近い距離で隣り合う第１凸部５３、５３の間に配置されている。これに伴い、第２凸部６３は、第１凸部５３よりも、一行少なく設けられている。さらに、第２凸部６３は、横方向Ｈに最も近い距離で隣り合う第１凸部５３、５３の間に配置されている。

このような各第１凸部５３及び各第２凸部６３の相対的な配置によって、陰極室４０Ｂ内では、各第２凸部６３が、縦方向Ｖ及び横方向Ｈに離散的かつ均等に点在することになる。これにより、陰極室４０Ｂ内で縦方向Ｖ及び横方向Ｈに点在する第２凸部６３の間に流速の大きな水が流れ込み、陰極給電体４２の表面に十分な水が供給される。従って、例えば、各給電体４１、４２に供給する電解電流を大きくして、陰極給電体４２の表面で大量の水素ガスを発生させる場合であっても、電解水素水の溶存水素濃度が局所的に飽和値に近づくことが抑制され、陰極室４０Ｂ全体での溶存水素濃度が向上する。また、例えば、陰極室４０Ｂに供給される水の流量が少ない場合であっても、電解水素水の溶存水素濃度が局所的に飽和値に近づくことが抑制され、陰極室４０Ｂ全体での溶存水素濃度が向上する。

一方、陽極室４０Ａ内では、各第１凸部５３が、縦方向Ｖ及び横方向Ｈに離散的かつ均等に点在し、陽極室４０Ａ内で縦方向Ｖ及び横方向Ｈに点在する第１凸部５３の間にも流速の大きな水が流れ込み、陽極給電体４１の表面に十分な水が供給される。従って、上述した陰極室４０Ｂと同様に、陽極室４０Ａ全体での溶存酸素濃度が向上する。これにより、陽極室４０Ａで発生する酸素ガスを、陽極室４０Ａ内の水に容易に溶け込ませて排出することが可能となる。

第１凸部５３及び第２凸部６３は、縦方向Ｖに長い縦長形状に形成されている。このような縦長形状の第１凸部５３及び第２凸部６３によって、陽極室４０Ａ及び陰極室４０Ｂ内の水が整流され、縦方向Ｖの大局的な水流を妨げることなく、積層体４５が広い面積で強固に支持されうる。従って、各給電体４１、４２と隔膜４３のめっき層４３ａとの間の接触抵抗が低下し、電解室４０内の水を効率よく電気分解することが可能となる。本実施形態では、縦長形状の第１凸部５３として楕円柱状の突起が採用されているが、長円柱状又は直方体状の突起であってもよい。

各第１凸部５３は、頂部５３ａで陽極給電体４１に当接する。頂部５３ａは、例えば、合わせ面５１と、同等の高さに突出している。これにより、陽極給電体４１は、頂部５３ａとの当接箇所で第２ケース片６０の側に押圧されて突出する。一方、各第２凸部６３は、頂部６３ａで陰極給電体４２に当接する。これにより、陰極給電体４２は、頂部６３ａとの当接箇所で第１ケース片５０の側に押圧されて突出する。

本発明では、縦方向Ｖに隣り合う第１凸部５３、５３の間に第２凸部６３が配置されているので、積層体４５は、縦方向Ｖに沿った断面で波形に矯正されている。さらに、横方向Ｈに最も近い距離で隣り合う第１凸部５３、５３の間に第２凸部６３が配置されているので、積層体４５は、横方向Ｈに沿った断面でも波形に矯正されている。このような波形の積層体４５は、大きな曲げ剛性を有しているので、電解室４０内での圧力差により積層体４５が大きな応力を受けても、その変形が抑制され、隔膜４３の損傷が抑制される。

図３、４に示されるように、第１ケース片５０の電解室４０側を向く内面には、積層体４５（図２参照）を挟んで第２ケース片６０の第２凸部６３（突起６３Ｐ）と対向する位置に、複数の第１小突起５４が配設されているのが望ましい。各第１小突起５４は、横方向Ｈに隣り合う第１凸部５３、５３の間を縦方向Ｖに流れる水の一部をせき止めて、第１小突起５４の横方向Ｈの両端、すなわち縦方向Ｖに隣り合う第１凸部５３、５３の間に案内する。これにより、陽極室４０Ａ内の水が第１小突起５４の周辺で局所的に攪拌される。従って、第１凸部５３による縦方向Ｖの大局的な水流と第１小突起５４による局所的な水流とが融合されることにより、陽極給電体４１の表面に供給される水の流れがより一層均一化され、溶存水素濃度が高められる。

第１小突起５４は、横方向Ｈに長い横長形状に形成されているのが望ましい。このような第１小突起５４は、縦方向Ｖに隣り合う第１凸部５３、５３の間に水を案内する効果が高く、陽極給電体４１の表面に供給される水の流れがより一層均一化され、溶存水素濃度が高められる。本実施形態では、横長形状の第１凸部５３として、楕円柱状の突起が採用されているが、長円柱状又は直方体状の突起であってもよい。

第１小突起５４は、高さが第１凸部５３よりも小さく、陽極給電体４１とは当接しない。このため、第１小突起５４と陽極給電体４１との間には流路が形成され、陽極給電体４１の表面に供給される水の流れがより一層均一化される。

一方、第２ケース片６０の電解室４０側を向く内面には、積層体４５（図２参照）を挟んで第１ケース片５０の第１凸部５３（突起５３Ｐ）と対向する位置に、複数の第２小突起６４が配設されているのが望ましい。第２小突起６４の形状や作用効果については、上記第１小突起５４と同様であるため、その説明を省略する。

本発明では、第２突起６６の近傍に設けられた第２小突起６４は、陰極給電体４２の横端縁部４２ｈに向って、陰極室４０Ｂ内の水を案内するので、陰極給電体４２の横端縁部４２ｈの表面にも水が十分に供給されうる。従って、上述した第１突起５６及び第２突起６６による端縁部４２ｅでの電気分解の促進作用によって発生した水素ガスが水に溶け込みやすくなり、溶存水素濃度が容易に高められる。

図３及び６に示されるように、第１小突起５４には、第１小突起５４を縦方向Ｖに貫く溝５５が形成されているのが望ましい。一つの第１小突起５４に対する溝５５の本数、幅、深さは、適宜設定されうる。例えば、本実施形態では、１本の溝５５が第１小突起５４の横方向Ｈの中央部に設けられている。また、溝５５の深さは、第１小突起５４の高さと同等である。溝５５は、横方向Ｈに隣り合う第１凸部５３、５３の間を流れる水の一部を縦方向Ｖに導いて、第１小突起５４を通過させる。溝５５によって、陽極給電体４１の表面に供給される水の流れがより一層均一化される。

同様に、第２小突起６４には、第２小突起６４を縦方向Ｖに貫く溝６５が形成されているのが望ましい。溝６５の本数等については、上記溝５５と同様である。溝６５は、横方向Ｈに隣り合う第２凸部６３、６３の間を流れる水の一部を縦方向Ｖに導いて、第２小突起６４を通過させる。溝６５によって、陰極給電体４２の表面に供給される水の流れがより一層均一化される。

なお、上記第１小突起５４及び第２小突起６４によって、陽極室４０Ａ内及び陰極室４０Ｂ内の水の流れが阻害されるおそれもある。しかしながら、本実施形態では、第１小突起５４の高さは、第１凸部５３の高さよりも小さく、第１小突起５４は、陽極給電体４１とは当接しない。従って、第１小突起５４と陽極給電体４１との間には流路が形成され、第１小突起５４によって、陽極室４０Ａ内の水の流れが阻害されるおそれは限定的となる。同様に、第２小突起６４によって、陰極室４０Ｂ内の水の流れが阻害されるおそれは限定的となる。

図３及び４に示されるように、第１ケース片５０の内面の下部には、第１分水路５８Ｄが形成されている。第１分水路５８Ｄは、第１ケース片５０の横方向Ｈに沿ってのび、電解部５２と連通している。継手９１から流入した水は、第１分水路５８Ｄを介して、電解部５２に流れ込み、第１凸部５３等の間隙を上方に流れる。同様に、第２ケース片６０の内面の下部には、第２分水路６８Ｄが形成されている。第２分水路６８Ｄは、第２ケース片６０の横方向Ｈに沿ってのび、電解部６２と連通している。継手９２から流入した水は、第２分水路６８Ｄを介して、電解部６２に流れ込み、第２凸部６３等の間隙を上方に流れる。

一方、第１ケース片５０の内面の上部には、第１集水路５８Ｃが形成されている。第１集水路５８Ｃは、第１ケース片５０の横方向Ｈに沿ってのび、電解部５２と連通している。電解部５２の上方に移動した水は、第１集水路５８Ｃによって集められて、継手９３から電解槽４の外部に流出する。同様に、第２ケース片６０の内面の上部には、第２集水路６８Ｃが形成されている。第２集水路６８Ｃは、第２ケース片６０の横方向Ｈに沿ってのび、電解部６２と連通している。電解部６２の上方に移動した水は、第２集水路６８Ｃによって集められて、継手９４から電解槽４の外部に流出する。

合わせ面５１を基準とすると、電解部５２の深さは、第１分水路５８Ｄ及び第１集水路５８Ｃよりも小さい。このような電解部５２によって、電解部５２を流れる水の速度が高められ、酸素ガスが溶け込みやすくなる。そして、電解部５２と第１分水路５８Ｄ及び第１集水路５８Ｃとの段差部には、斜面５９が形成されている。斜面５９は、陽極室４０Ａ内の水の流れを円滑なものとし、電解部５２を流れる水の速度の低下を抑制する。

同様に、合わせ面６１を基準とすると、電解部６２の深さは、第２分水路６８Ｄ及び第２集水路６８Ｃよりも小さい。このような電解部６２によって、電解部６２を流れる水の速度が高められ、水素ガスが溶け込みやすくなる。そして、電解部６２と第２分水路６８Ｄ及び第２集水路６８Ｃとの段差部には、斜面６９が形成されている。斜面６９は、陰極室４０Ｂ内の水の流れを円滑なものとし、電解部６２を流れる水の速度の低下を抑制する。

図７は、第１ケース片５０の変形例である第１ケース片５０Ａを示している。一方、図８は、第２ケース片６０の変形例である第２ケース片６０Ａを示している。

第１ケース片５０Ａは、第１分水路５８Ｄ（図３参照）及び第１集水路５８Ｃの周囲に第１突起５６が設けられている点で、第１ケース片５０とは異なる。同様に、第２ケース片６０Ａは、第２分水路６８Ｄ（図３参照）及び第２集水路６８Ｃの周囲に第２突起６６が設けられている点で、第２ケース片６０とは異なる。本第１ケース片５０Ａ及び第２ケース片６０Ａのうち、以下で説明されてない部分については、上記第１ケース片５０及び第２ケース片６０の構成が採用されうる。

図７に示されるように、第１突起５６は、横方向Ｈに長い第１横長突起５７Ａを含む。第１横長突起５７Ａは、図７中第１分水路５８Ｄの下端及び第１集水路５８Ｃの上端に沿って複数個設けられ、陽極給電体４１の縦方向Ｖの縦端縁部４１ｖ（図２参照）と当接する。これにより、陽極給電体４１の縦端縁部４１ｖが第１横長突起５７Ａによって支持される。従って、陽極室４０Ａと陰極室４０Ｂとの間で大きな圧力差が生ずる場合であっても、積層体４５の変形が抑制され、隔膜４３の損傷が抑制される。なお、陽極給電体４１の縦端縁部４１ｖとは、例えば、陽極給電体４１の縦方向Ｖの端縁から内側に、陽極給電体４１の縦方向Ｖの長さの２％以下の領域をいう（以下、陰極給電体４２の縦端縁部４２ｖについても同様とする）。

同様に、図８に示されるように、第２突起６６は、横方向Ｈに長い第２横長突起６７Ａを含む。第２横長突起６７Ａは、電解槽４を縦方向Ｖから視た上面視で、隣り合う第１横長突起５７Ａの間に隔設されている。第２横長突起６７Ａは、図７中第２分水路６８Ｄの下端及び第２集水路６８Ｃの上端に沿って複数個設けられ、陰極給電体４２の縦方向Ｖの縦端縁部４２ｖ（図２参照）と当接する。これにより、陰極給電体４２の縦端縁部４２ｖが第２横長突起６７Ａによって支持される。従って、陽極室４０Ａと陰極室４０Ｂとの間で大きな圧力差が生ずる場合であっても、積層体４５の変形が抑制され、隔膜４３の損傷が抑制される。なお、各第２横長突起６７Ａは、第１横長突起５７Ａに対して横方向Ｈに交互に設けられていればよく、第１ケース片５０と第２ケース片６０とが固着されたとき、隣り合う第１横長突起５７Ａから縦方向Ｈにずれた位置に設けられていてもよい。

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、電解水生成装置１は、少なくとも、電気分解される水が供給される電解室４０が形成された電解槽４と、電解室４０内で、互いに対向して配置された陽極給電体４１及び陰極給電体４２と、陽極給電体４１と陰極給電体４２との間に配され、かつ、電解室４０を陽極室４０Ａと、陰極室４０Ｂとに区分する隔膜４３とを備え、隔膜４３が、陽極給電体４１及び陰極給電体４２で挟持され、電解槽４は、陽極給電体４１側の第１ケース片５０と、陰極給電体４２側の第２ケース片６０とが固着されることにより電解室４０を形成し、第１ケース片５０の内面には、陽極給電体４１に当接する第１凸部５３が配設され、第２ケース片６０の内面には、陰極給電体４２に当接する第２凸部６３が配設され、第１凸部５３は、陽極給電体４１の端縁部４１ｅと当接する第１突起５６を含み、第２凸部６３は、陰極給電体４２の端縁部４２ｅと当接する第２突起６６を含んでいればよい。

例えば、電解部５２、６２の主要部に設けられている第１凸部５３、第２凸部６３は、第１ケース片５０の縦方向Ｖに離散的に点在する形態の凸部に限られず、種々の形態であってもよい。

図９は、第１ケース片５０の別の変形例である第１ケース片５０Ｂ、及び、第２ケース片６０の別の変形例である第２ケース片６０Ｂを示している。第１ケース片５０Ｂは、電解部５２の主要部５２Ａ（図３参照）に設けられている第１凸部５３に替えて、上記特許文献１の図６等において、符合３２で示される凸状部と同等の第１凸部５３Ｂが適用されている点で、第１ケース片５０とは異なる。本第１ケース片５０Ｂのうち、以下で説明されてない部分については、上記第１ケース片５０の構成が採用されうる。

第１凸部５３は、第１凸部５３Ｂ及び第１突起５６を含む。第１凸部５３Ｂは、第１分水路５８Ｄの上端から第１集水路５８Ｃの下端にわたって、縦方向Ｖに連続してのびる。この場合、隣り合う第１凸部５３Ｂの間には、第１溝部５４Ｂが設けられている。

一方、第２ケース片６０Ｂは、電解部６２の主要部６２Ａ（図３参照）に設けられている第２凸部６３に替えて、第１凸部５３Ｂと同等の第２凸部６３Ｂが適用されている点で、第２ケース片６０とは異なる。本第２ケース片６０Ｂのうち、以下で説明されてない部分については、上記第２ケース片６０の構成が採用されうる。

第２凸部６３は、第２凸部６３Ｂ及び第２突起６６を含む。第２凸部６３Ｂは、第２分水路６８Ｄの上端から第２集水路６８Ｃの下端にわたって、縦方向Ｖに連続してのびる。この場合、隣り合う第２凸部６３Ｂの間には、第２溝部６４Ｂが設けられている。

第１凸部５３Ｂと第２凸部６３Ｂとは、横方向Ｖに交互に位置するように設けられている。従って、第１ケース片５０Ｂと、第２ケース片６０Ｂとが固着されたとき、積層体４５を挟んで、第１凸部５３Ｂと第２溝部６４Ｂとが対向し、第２凸部６３Ｂと第１溝部５４Ｂとが対向する。例えば、水素ガスが、第１溝部５４Ｂ及び第２溝部６４Ｂを流れる水に十分に溶け込むことができる電解槽４にあっては、第１ケース片５０Ｂ及び第２ケース片６０Ｂが好適に適用されうる。

第１ケース片５０Ｂ及び第２ケース片６０Ｂにあっては、第１凸部５３及び第２凸部６３の一部について第１凸部５３Ｂ及び第２凸部６３Ｂに置き換えられていてもよい。例えば、第１ケース片５０Ｂには、電解部５２の主要部に離散化して配置された第１凸部５３と、縦方向Ｖに連続してのびる第１溝部５４Ｂとが混在して設けられていてもよい。同様に、第２ケース片６０Ｂには、電解部６２の主要部に離散化して配置された第２凸部６３と、縦方向Ｖに連続してのびる第２溝部６４Ｂとが混在して設けられていてもよい。なお、第１ケース片５０Ｂ及び第２ケース片６０Ｂの特徴は、図７、８に示される第１ケース片５０Ａ及び第２ケース片６０Ａとも適宜組み合わせて適用されうる。

図１０は、第１ケース片５０の別の変形例である第１ケース片５０Ｃ、及び、第２ケース片６０の別の変形例である第２ケース片６０Ｃを示している。第１ケース片５０Ｃは、電解部５２の主要部５２Ａ（図３参照）には第１凸部５３は存在しない点で第１ケース片５０とは異なる。同様に、第２ケース片６０Ｃは、電解部６２の主要部６２Ａ（図３参照）には、第２凸部６３は存在しない点で第２ケース片６０とは異なる。本第１ケース片５０Ｃ及び第２ケース片６０Ｃのうち、以下で説明されてない部分については、上記第１ケース片５０及び第２ケース片６０の構成が採用されうる。

第１凸部５３は第１突起５６を含み、第２凸部６３は第２突起６６を含む。例えば、隔膜４３と陽極給電体４１及び陰極給電体４２との間で、大きな接触圧力が要求されない電解槽４にあっては、第１ケース片５０Ｃ及び第２ケース片６０Ｃが好適に適用されうる。なお、第１ケース片５０Ｃ及び第２ケース片６０Ｃの特徴は、図７、８に示される第１ケース片５０Ａ及び第２ケース片６０Ａとも適宜組み合わせて適用されうる。

また、第１ケース片５０、５０Ａ、５０Ｂ又は５０Ｃにおいて、陽極給電体４１の横端縁部４１ｈに沿って、第１分水路５８Ｄの外縁から第１集水路５８Ｃの外縁に亘って連続する一対の凸状部によって横端縁部４１ｈと当接する第１突起５６が構成されていてもよい。このような第１突起５６は、複数個の離散化された第１縦長突起５７に替えて適用される。同様に、第２ケース片６０、６０Ａ、６０Ｂ又は６０Ｃにおいて、陰極給電体４２の横端縁部４２ｈに沿って、第１分水路５８Ｄの外縁から第１集水路５８Ｃの外縁に亘って連続する一対の凸状部によって横端縁部４２ｈと当接する第２突起６６が形成されていてもよい。このような第２突起６６は、複数個の離散化された第２縦長突起６７に替えて適用される。

上記凸状部で構成された第１突起５６及び第２突起６６によれば、横端縁部４１ｈ及び横端縁部４２ｈの近傍での隔膜４３との接触抵抗が減少するため、横端縁部４１ｈ及び横端縁部４２ｈの近傍を流れる電解電流が増大し、電気分解がより一層促進される。なお、このような凸状部による第１突起５６及び第２突起６６の高さは、隔膜４３と陽極給電体４１及び陰極給電体４２との接触圧力によって隔膜４３に損傷を及ぼさない程度に設定されるのが望ましい。

さらに、第１ケース片５０Ａにおいて、陽極給電体４１の縦端縁部４１ｖに沿って、第１分水路５８Ｄの外縁及び第１集水路５８Ｃの外縁に亘って連続する一対の凸状部によって縦端縁部４１ｖと当接する第１突起５６が構成されていてもよい。このような第１突起５６は、複数個の離散化された第１横長突起５７Ａに替えて適用される。同様に、第２ケース片６０Ａにおいて、陰極給電体４２の縦端縁部４２ｖに沿って連続する一対の凸状部によって縦端縁部４２ｖと当接する第２突起６６が構成されていてもよい。このような第２突起６６は、複数個の離散化された第２横長突起６７Ａに替えて適用される。

上記第１突起５６及び第２突起６６によれば、縦端縁部４１ｖ及び縦端縁部４２ｖの近傍で、隔膜４３を強固に支持できるので、陽極室４０Ａと陰極室４０Ｂとの間で大きな圧力差が生ずる場合であっても、積層体４５の変形が抑制され、隔膜４３の損傷が抑制される。なお、このような凸状部による第１突起５６及び第２突起６６の高さは、隔膜４３と陽極給電体４１及び陰極給電体４２との接触圧力によって隔膜４３に損傷を及ぼさない程度に設定されるのが望ましい。

１ 電解水生成装置
４ 電解槽
４０ 電解室
４０Ａ 陽極室
４０Ｂ 陰極室
４１ 陽極給電体
４１ｅ 端縁部
４２ 陰極給電体
４２ｅ 端縁部
４３ 隔膜
５０ 第１ケース片
５３ 第１凸部
５６ 第１突起
５７ 縦長突起
６０ 第２ケース片
６３ 第２凸部
６６ 第２突起
６７ 縦長突起

Claims (8)

1. 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と、
   前記電解室内で、互いに対向して配置された陽極給電体及び陰極給電体と、
   前記陽極給電体と前記陰極給電体との間に配され、かつ、前記電解室を前記陽極給電体側の陽極室と、前記陰極給電体側の陰極室とに区分する隔膜とを備えた電解水生成装置であって、
   前記隔膜が、前記陽極給電体及び前記陰極給電体で挟持され、
   前記電解槽は、前記陽極給電体側の第１ケース片と、前記陰極給電体側の第２ケース片とが固着されることにより前記電解室を形成し、
   前記第１ケース片の前記電解室側を向く内面には、前記陽極給電体に当接する第１凸部が配設され、
   前記第２ケース片の前記電解室側を向く内面には、前記陰極給電体に当接する第２凸部が配設され、
   前記第１凸部は、前記陽極給電体の端縁部と当接する第１突起を含み、
   前記第２凸部は、前記陰極給電体の端縁部と当接する第２突起を含むことを特徴とする電解水生成装置。
2. 前記第１突起は、前記陽極給電体の端縁部に沿って複数個設けられ、
   前記第２突起は、前記陰極給電体の端縁部に沿って複数個設けられている請求項１記載の電解水生成装置。
3. 前記第２突起は、隣り合う前記第１突起の間に配設されている請求項２記載の電解水生成装置。
4. 前記第１突起及び前記第２突起は、前記電解室内での水の流れに沿う縦方向に長い縦長突起を含み、
   前記縦長突起は、前記陽極給電体又は前記陰極給電体の前記縦方向に垂直な横方向の横端縁部と当接する請求項２又は３に記載の電解水生成装置。
5. 前記第１突起及び前記第２突起は、前記縦方向に垂直な横方向に長い横長突起を含み、
   前記横長突起は、前記陽極給電体又は前記陰極給電体の前記縦方向の縦端縁部と当接する請求項２乃至４のいずれかに記載の電解水生成装置。
6. 前記第１凸部の頂部は、前記第１ケース片の側に中心を有する曲面を含み、
   前記第２凸部の頂部は、前記第２ケース片の側に中心を有する曲面を含む請求項１乃至５のいずれかに記載の電解水生成装置。
7. 前記第１ケース片の前記電解室側を向く内面には、前記隔膜、前記陽極給電体及び前記陰極給電体を挟んで前記第２凸部と対向する位置に、前記第１凸部よりも高さの小さい第１小突起が配設され、
   前記第２ケース片の前記電解室側を向く内面には、前記隔膜、前記陽極給電体及び前記陰極給電体を挟んで前記第１凸部と対向する位置に、前記第２凸部よりも高さの小さい複数の第２小突起が配設されている請求項１乃至６のいずれかに記載の電解水生成装置。
8. 前記第１小突起は、前記陽極給電体とは当接せず、
   前記第２小突起は、前記陰極給電体とは当接しない請求項７記載の電解水生成装置。

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