JP6187861B2 - 電解電極デバイスおよび当該電解電極デバイスを備える電解水生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電解電極デバイスおよび当該電解電極デバイスを備える電解水生成装置に関する。

従来、電解水生成装置として、陽極と、導電性膜と、陰極とで構成された電解電極デバイスを有し、当該電解電極デバイスによりオゾン（電解生成物）を生成してオゾン水（電解水）が得られるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１では、白金製金網で構成した陽極電極、導電性膜としてのイオン交換膜、金網製の陰極電極、を順次円柱状軸体に巻きつけることで電解電極デバイスを形成している。そして、円柱状軸体の軸方向に通水することで、陽極電極とイオン交換膜との境界でオゾン（電解生成物）を生成してオゾン水（電解水）が得られるようにしている。

特開２０００−１６９９８９号公報

上述したイオン交換膜（導電性膜）について発明者らが鋭意研究を重ねた結果、イオン交換膜（導電性膜）は、その含水率によって膜の電気抵抗、つまり導電性が変動することが判明した。

そして、通水初期状態では、通常、電解電極デバイス内には通水されていない。

したがって、通水開始後の所定期間は、導電性膜の含水率の変動に伴って導電性膜の導電率が変動してしまうおそれがある。その結果、動作初期に、例えば、オゾン水（電解水）が生成され難かったり、オゾン（電解生成物）の濃度が安定しなかったりするおそれがあり、オゾン（電解生成物）の生成能力にばらつきが生じてしまう可能性があった。このように、上記従来の技術では、電解生成物の濃度をあまり迅速に制御することができなかった。

そこで、本発明は、電解生成物の濃度をより迅速に制御することのできる電解電極デバイスおよび当該電解電極デバイスを備える電解水生成装置を得ることを目的とする。

本発明の第１の特徴は、互いに隣り合う電極間にイオン交換膜が介在するように積層されるとともに前記イオン交換膜と前記電極との界面の少なくとも一部が水と接触するように構成された溝部を有し、受入面から供給された水に電解処理をし、当該受入面から当該電解処理をした水を送り出す電解電極デバイスであって、前記イオン交換膜は、乾燥・膨潤による寸法変化が生じるものであり、積層方向から視た状態で前記イオン交換膜と前記電極とがオーバーラップしている領域における前記イオン交換膜と前記電極との間に、前記溝部に連通して前記イオン交換膜の膨潤により狭小化もしくは閉塞する通水路が形成されていることを要旨とする。

本発明の第２の特徴は、前記通水路は、前記電極側に形成されていることを特徴とする。

本発明の第３の特徴は、前記通水路は、前記イオン交換膜側に形成されていることを要旨とする。

本発明の第４の特徴は、前記イオン交換膜および前記電極が着脱可能に構成されていることを要旨とする。

本発明の第５の特徴は、電解水生成装置であって、前記電解電極デバイスと、前記電解電極デバイスによって電解処理の対象となる水を供給する流路が形成されて、前記電解電極デバイスが組み入れられる配管と、を備えることを要旨とする。

本発明の第６の特徴は、前記通水路が前記流路内を流れる水の水流方向と略一致する方向に延在するように、前記電解電極デバイスが前記配管に組み入れられていることを要旨とする。

本発明によれば、電解生成物の濃度をより迅速に制御することのできる電解電極デバイスおよび当該電解電極デバイスを備える電解水生成装置を得ることができる。

本発明の一実施形態にかかる電解水生成装置を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態にかかる電解水生成装置の配管内における水の流線を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態にかかる電解水生成装置における電解電極デバイスの分解斜視図である。 本発明の一実施形態にかかる電解水生成装置の変形例を模式的に示す断面図である。 図４に示す電解水生成装置の板状陰極、導電性膜、板状陽極および電極架台を示す平面図である。 本発明の一実施形態にかかる板状陰極を模式的に示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 図６（ｂ）のＣ部を拡大して示す正面図である。 本発明の一実施形態にかかる電解電極デバイスを模式的に示す図であって、電解電極デバイスが通水されていない状態を示す斜視図である。 本発明の一実施形態にかかる電解電極デバイスを模式的に示す図であって、電解電極デバイスが十分に通水された状態を示す斜視図である。 本発明の一実施形態にかかる電解電極デバイスの変形例を模式的に示す図であって、電解電極デバイスが通水されていない状態を示す斜視図である。 本発明の一実施形態にかかる電解電極デバイスの変形例を模式的に示す図であって、電解電極デバイスが十分に通水された状態を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。以下では、電解水生成装置として、オゾン（電解生成物）を発生させ、当該オゾンを水に溶解させることでオゾン水を生成するオゾン水生成装置を例示する。なお、オゾン水は、殺菌や有機物分解に有効であるため水処理分野や食品、医学分野において広く利用されており、残留性がないことや、副生成物を生成しないという利点を有するものである。また、流路の延在方向を水流方向（前後方向）Ｘ、流路の幅方向を幅方向Ｙ、電極や導電性膜が積層される方向を積層方向（上下方向）Ｚとして説明する。

また、以下の実施形態およびその変形例には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、それら同様の構成要素には共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。

本実施形態にかかるオゾン水生成装置（電解水生成装置）１００は、図１に示すように、電解電極デバイス１と、配管２と、電源部３と、制御部３０と、を備えている。このオゾン水生成装置（電解水生成装置）１００は、水に電気化学反応を起こす電解処理をして、オゾン（電解生成物）が溶解したオゾン水（電解水）を生成するものである。

オゾン水生成装置（電解水生成装置）１００は、配管部２１および水流入側配管部２２から形成された配管２の開口２ａから水が流入するようになっている。そして、配管２の開口２ａから流入した水は、図２に示すような流線に沿って流れ、電解電極デバイス１によって電解処理が行われる。そして、電解電極デバイス１によって電解処理された水は、配管部２１および水流出側配管部２３から形成された配管２の開口２ｂから流出されることとなる。

この電解電極デバイス１は、図１に示すように、板状陽極１１、導電性膜１３、板状陰極１４の順に積層することで構成されている。このように、本実施形態では、電解電極デバイス１は、互いに隣り合う電極（板状陽極１１および板状陰極１４）間に導電性膜１３が介在するように積層されている。

さらに、本実施形態では、電解電極デバイス１は、導電性膜１３と板状陽極１１との界面の少なくとも一部が水と接触するように構成されている。図１に示す構成例では、導電性膜１３の側面１３ｂおよび板状陰極１４の側面１４ｂが側面２８ａとなり、板状陽極１１の上面（表面）１１ａが底部２８ｂとなっている溝部２８が形成されている。この溝部２８は、板状陰極１４側（図１では、上下方向Ｚの上方）が開口する略直方体状に形成されている（図３参照）。このような溝部２８を形成することで、溝部２８の下部に配置された板状陽極１１が水と自由に接触できるようにしている。

なお、溝部２８は少なくとも１個形成されていればよいが、本実施形態では、複数の溝部２８を１列に形成している。

このような溝部２８を形成することで、導電性膜１３と板状陽極１１との界面（導電性膜と電極との界面）２７Ａの少なくとも一部を溝部２８に露出させることができる。また、導電性膜１３と板状陰極１４との界面（導電性膜と電極との界面）２７Ｂの少なくとも一部も溝部２８に露出することとなる。

このように、本実施形態では、導電性膜１３と板状陽極１１との界面２７Ａの少なくとも一部が水と接触するとともに、導電性膜１３と板状陰極１４との界面２７Ｂの少なくとも一部が水と接触するように、電解電極デバイス１を構成している。なお、本実施形態における導電性膜１３と板状陽極１１との界面２７Ａとは、導電性膜１３の側面１３ｂと板状陽極１１の上面（表面）１１ａとの交線のことである。また、本実施形態における導電性膜１３と板状陰極１４との界面２７Ｂとは、板状陰極１４の側面１４ｂと導電性膜１３の側面１３ｂとの境界線のことである。

また、水と接触する界面は、上記のものに限られるものではなく、板状陽極１１と導電性膜１３との界面、または板状陰極１４と導電性膜１３との界面のいずれかの少なくとも一部が水と接触するように構成していればよい。

また、導電性膜１３と板状陰極１４とは同じ大きさでもよいし、異なっていてもよいが、少なくとも相互のスリット（シート状通水孔１３ａおよび通水孔１４ａ）同士が連通している必要があり、また、電気的な接触面積が十分確保されている必要がある。そのため、これらを勘案すると、導電性膜１３と板状陰極１４とはほぼ同じ投影寸法である（積層方向Ｚから視た状態でほぼ同じ大きさとなる）ことが好ましい。

また、板状陽極１１は、導電性膜１３や板状陰極１４と同じ大きさでもよいし、異なっていてもよいが、積層方向Ｚから視た際に、全ての溝部２８から見える程度以上の大きさであることが好ましい。

そして、電解電極デバイス１は、複数の溝部２８の並設方向を前後方向Ｘに略一致させた状態で、配管２に組み入れられている。

また、電解電極デバイス１は、水の受入面１Ａから供給された水に電解処理をするとともに、当該受入面１Ａから、電解処理をした水を送り出すようになっている。このとき、電解処理した水にはオゾンが含まれており、図２に示すように、このオゾンが含まれた水が受入面１Ａから送出されると水流出側２Ｂに向けて流れることとなる。なお、生成されたオゾンは、受入面１Ａから送出されて水流出側２Ｂに向けて流れる過程で、水に溶解する。

電解電極デバイス１は、導電性膜１３からのイオン供給および電源部３からの電流を受けて、板状陽極１１と導電性膜１３との界面２７Ａにおいてオゾンを電気化学的に生成させる電解処理を行う。この電気化学反応は、以下の通りである。

陽極側：３Ｈ_２Ｏ→Ｏ_３＋６Ｈ^＋＋６ｅ^-
２Ｈ_２０→Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ^-
陰極側：２Ｈ^＋＋２ｅ^-→Ｈ_２
板状陽極１１は、ニオブを用いて形成した幅１０ｍｍ、長さ５０ｍｍ程度の導電性基板に導電性ダイヤモンド膜を成膜することで形成することができる。この導電性ダイヤモンド膜は、ボロンドーブ導電性を有するものである。導電性ダイヤモンド膜は、プラズマＣＶＤ法によって、３μｍ程度の膜厚で導電性基板上に形成される。なお、本実施形態では、板状陽極１１および板状陰極１４の形状を板状としているが、板状陽極１１や板状陰極１４は、膜状、網目状、線状であってもよい。

導電性膜１３は、導電性ダイヤモンド膜が形成された板状陽極１１上に配置されている。この導電性膜１３は、プロトン導電型のイオン交換フィルムであり、１００〜２００μｍ程度の厚みを有している。そして、この導電性膜１３には、図３に示すように、厚み方向（Ｚ方向）に貫通したシート状通水孔１３ａが複数形成されている。本実施形態では、各シート状通水孔１３ａを同一形状に設けている。また、複数のシート状通水孔１３ａは、一列に設けている。なお、シート状通水孔１３ａの形状および配列は別の形態であってもよい。

板状陰極１４は、導電性膜１３上に配置されている。板状陰極１４は、例えば厚みが１ｍｍ程度のステンレスの電極板からなるものである。この板状陰極１４には、図３に示すように、厚み方向に貫通した通水孔１４ａが、複数形成されている。この通水孔１４ａは、シート状通水孔１３ａと同一又は互いに近似した開口形状を有している。また、通水孔１４ａは、シート状通水孔１３ａの配列と同一ピッチ、同一方向に列設されている。

そして、電解電極デバイス１は、板状陽極１１に成膜した導電性ダイヤモンド膜上に導電性膜１３を載せ、導電性膜１３上に板状陰極１４を載せて構成されている。

このとき、板状陰極１４は、通水孔１４ａがシート状通水孔１３ａと連通するようにした状態（通水孔１４ａとシート状通水孔１３ａとで溝部２８が形成された状態）で導電性膜１３上に載せられている。したがって、電解電極デバイス１は、板状陰極１４の表面から通水孔１４ａおよびシート状通水孔１３ａへと水を受け入れることができるようになっている。また、電解電極デバイス１は、シート状通水孔１３ａの端部と板状陽極１１との界面で発生したオゾンを含む水を通水孔１４ａおよびシート状通水孔１３ａから送り出すことができるようになっている。すなわち、通水孔１４ａの上面が受入面１Ａとなっており、電解電極デバイス１は、当該受入面１Ａから水を受け入れて、送り出すようになっている。

配管２は、電解電極デバイス１に電解処理の対象となる水を供給するものであり、この配管２は、水を供給する開口２ａ，２ｂを有する水供給流路（流路）Ｐを形成している。本実施形態では、配管２は、アクリル等の非導電性の樹脂を用いた部材で形成されている。また、配管２の外周面の側面には板状陽極１１と同じ幅１０ｍｍ、長さ５０ｍｍ程度のハウジング部（開口）１５ｂが形成されている。

さらに、配管２は、電解電極デバイス１を格納するための開口２ｃを有している。この開口２ｃは、水流入側配管部２２および水流出側配管部２３によって形成されている。そして、配管２の水流入側配管部２２と水流出側配管部２３との間に電解電極デバイス１が格納されている。

また、配管２は、開口２ｃを形成する内壁に、電解電極デバイス１の受入面１Ａが含まれるように構成されている。本実施形態では、電解電極デバイス１は、板状陰極１４の上面が、水流入側２Ａおよび水流出側２Ｂにおける水流入側配管部２２および水流出側配管部２３の内壁と略同一面となるように、配管２に組み込まれている。

このように、本実施形態では、配管２は、水流入側配管部２２と水流出側配管部２３とによって形成している開口２ｃに、電解電極デバイス１の受入面１Ａを組み入れるよう構成されている。これによって、配管２の流路Ｐを形成する面の一部が、電解電極デバイス１の受入面１Ａによって形成されることとなる。このとき、溝部２８は、配管２内を流れる水の流路（水供給流路Ｐ）に向かって開口することとなる。

また、本実施形態では、電解電極デバイス１は、ハウジング１５によって、配管２の内壁に受入面１Ａが含まれるよう固定されている。このハウジング１５は、電解電極デバイス１を格納するものであり、アクリル等の非導電性の樹脂を用いた部材で形成されている。

ハウジング１５には、図１に示すように、ハウジング部（開口）１５ｂが形成されるとともに、つば部１５ａが形成されており、このつば部１５ａに対向する配管面にはシール溝２６が形成されている。そして、シール溝２６内にはシール材２５が配設されている。そして、つば部１５ａと配管２とを締結材１６により締結固定することで、ハウジング１５が配管２に取り付けられることとなる。

本実施形態では、このような構成とすることで、導電性膜１３および電極（板状陽極１１や板状陰極１４）を着脱可能に構成している。

電源部３は、板状陽極１１と板状陰極１４との間に導電性膜１３を介して電位差を生じさせるものである。この電源部３の＋側には、板状陽極１１が導線３１を介して電気的に接続されており、電源部３の−側には、板状陰極１４が導線３２を介して電気的に接続されている。さらに、電源部３は配線Ｈを介して制御部３０に電気的に接続されており、この制御部３０によって、電源部３のオン、オフを切り替えたり、出力を変化させたりすることができるようになっている。

このような構成とすることによって、電解水生成装置１００は、図１に示すように、水流入側２Ａにおける配管２の断面積Ａ１と、水流入側２Ａにおける電解電極デバイス１の受入面１Ａを含む配管２の断面積Ａ２とが略同一となるように形成される。同様に、電解水生成装置１００は、水流出側２Ｂにおける配管２の断面積Ａ４と、水流出側２Ｂにおける電解電極デバイス１の受入面１Ａを含む配管２の断面積Ａ３とが略同一となるように形成される。すなわち、電解電極デバイス１の設置部における水流入側２Ａの内壁面から、電解電極デバイス１の設置部における水流出側２Ｂの内壁面まで、水供給流路と直交する断面積が略同一となるように、電解水生成装置１００が形成されることとなる。

なお、図４に示すような電解水生成装置１００Ａとすることも可能である。

電解水生成装置１００Ａは、基本的に電解水生成装置１００とほぼ同様の構成をしているが、配管２に開口２ｃが形成されていない点が電解水生成装置１００と異なっている。

具体的には、配管２に、電解電極デバイス１収納用の凹部２ｄを設け、この凹部２ｄ内に電解電極デバイス１を収納するようにしている。すなわち、配管２の開口２ａや開口２ｂから電解電極デバイス１を配管２内に挿入して凹部２ｄ内に収納するようになっている。

また、電解水生成装置１００Ａの配管２内に収納される電解電極デバイス１は、アクリル樹脂製の電極架台１５Ａを介して凹部２ｄ内に収納されている（図４参照）。なお、電極架台１５Ａは、図５に示すように、板状陽極１１、板状陰極１４および導電性膜１３とほぼ同形状の矩形板状をしており、電極架台１５Ａの上部に、板状陽極１１、導電性膜１３、板状陰極１４の順に積層されている。この電極架台１５Ａには、板状陽極１１、板状陰極１４および導電性膜１３をネジ止めなどで固定する際のネジ穴（図示せず）が形成されている。さらに、電極架台１５Ａは、板状陽極１１や板状陰極１４や導電性膜１３が応力で曲がらないように補強する機能を有するものでもある。

なお、図４では、板状陽極１１に導線３１を接続したものを例示しているが、電極架台１５Ａを導電性材料で形成するとともに、電極架台１５Ａに導線３１を設け、電極架台１５Ａ全体を給電体とすることによって板状陽極１１に給電する構成とすることも可能である。

また、板状陽極１１、板状陰極１４および導電性膜１３を接続する方法については、ネジの他に、ばねや押さえ冶具などを用いることが考えられるが、導電性膜１３と板状陽極１１および板状陰極１４が、電気的・物理的に確実に接続されていること、板状陽極１１と板状陰極１４とが短絡していないことを満たしていればよく、上記手段に限定されるものではない。

この電解電極デバイス１は、配管２の内壁に受入面１Ａが組み入れられるようにして収納させるのが好ましい。また、導電性膜１３および電極（板状陽極１１や板状陰極１４）を着脱可能に構成するのが好ましい。

次に、かかる構成をした電解水生成装置１００，１００Ａの動作、作用について説明する。

まず、電解電極デバイス１へ水を供給するために、配管２の開口２ａから配管２へと給水を供給する。

そして、電解電極デバイス１へと供給された水は、水流入側配管部２２の水流入側２Ａから電解電極デバイス１の受入面１Ａに流入し、受入面１Ａから溝部２８へと流入する。そして、オゾンが生成される電解電極デバイス１の表面（溝部２８内における導電性膜１３と板状陽極１１との界面２７Ａ）を経由して、電解電極デバイス１の受入面１Ａから流出する。そして、電解電極デバイス１の受入面１Ａから流出した水は、水流出側配管部２３の水流出側２Ｂを介して、配管２の開口２ｂから排出される。

かかる状態（供給された水によって電解電極デバイス１を水中に浸した状態）で、電源部３をオンにして、電源部３により電解電極デバイス１の板状陽極１１と板状陰極１４との間に電圧を印加すると、板状陽極１１と板状陰極１４との間には導電性膜１３を介して電位差が生じる。このように、板状陽極１１と板状陰極１４との間に電位差を生じさせることで、板状陽極１１、導電性膜１３および板状陰極１４が通電し、電解電極デバイス１のシート状通水孔１３ａおよび通水孔１４ａ内の水中にて電解処理がなされ、導電性膜１３と板状陽極１１との界面２７Ａ近傍でオゾンが発生する。

このとき印加される電圧は数ボルト〜数十ボルトであり、電圧が高いほど（電流値が高いほど）オゾンの発生量が大きくなる。

そして、導電性膜１３と板状陽極１１との界面２７Ａ近傍で発生したオゾンは、水の流れに沿って流路Ｐの下流側へと運ばれながら水に溶解する。このように、オゾンを水に溶解させることで溶存オゾン水（オゾン水）が生成される。

ところで、導電性膜１３について発明者らが鋭意研究を重ねた結果、導電性膜１３は、その含水率によって膜の電気抵抗、つまり導電性が変動することが判明した。

そして、通水初期状態では、通常、電解電極デバイス内には通水されていない。

したがって、通水開始後の所定期間は、導電性膜１３の含水率の変動に伴って導電性膜１３の導電率が変動してしまうおそれがある。その結果、動作初期に、例えば、オゾン水（電解水）が生成され難かったり、オゾン（電解生成物）の濃度が安定しなかったりするおそれがあり、オゾン（電解生成物）の生成能力にばらつきが生じてしまう可能性があった。このように、従来の構造では、オゾン（電解生成物）の濃度をあまり迅速に制御することができなかった。

そこで、本実施形態では、電解電極デバイス１により生成されるオゾン（電解生成物）の濃度をより迅速に制御（より早く所定の濃度の溶存オゾン水が生成されるように制御）することができるようにした。

具体的には、積層方向Ｚから視た状態で導電性膜１３と板状陰極（電極）１４とがオーバーラップしている領域Ｒにおける導電性膜１３と板状陰極（電極）１４との間に、通水路１４ｄを形成した。

本実施形態では、図８に示すように、互いに対向する導電性膜１３の上面１３ｃと板状陰極（電極）１４の下面１４ｃのうち、板状陰極（電極）１４の下面１４ｃ（電極側）に、通水路１４ｄを形成している。

本実施形態では、通水路１４ｄは、積層方向Ｚから視た状態で導電性膜１３と板状陰極（電極）１４とがオーバーラップしている領域Ｒにおける下面１４ｃに、断面略Ｕ字状かつ直線状の溝を形成し、導電性膜１３上に積層することで、断面略Ｕ字状かつ直線状となるように形成されている。この通水路１４ｄは、一方側および他方側がともに開口する連通路となっており、幅方向Ｙに複数並設されている。

さらに、本実施形態では、通水路１４ｄは、図６および図７に示すように、板状陰極（電極）１４の外縁１４ｅと溝部２８と溝部２８とにまたがる部位１４ｆに形成されている。

このように、通水路１４ｄを形成することで、積層方向Ｚから視た状態で導電性膜１３と板状陰極（電極）１４とがオーバーラップしている領域Ｒが微細な凹凸を備えた構造となるようにしている。

なお、図１０に示すように、互いに対向する導電性膜１３の上面１３ｃと板状陰極（電極）１４の下面１４ｃのうち、導電性膜１３の上面１３ｃ（導電性膜側）に、通水路１３ｄを形成してもよい。また、互いに対向する導電性膜１３の上面１３ｃと板状陰極（電極）１４の下面１４ｃの両方に通水路を形成することも可能である。

そして、電解電極デバイス１は、通水路１４ｄが流路Ｐ内を流れる水の水流方向（前後方向）Ｘと略一致する方向に延在するように、配管２に組み入れられている。

かかる構成とすることで、電解電極デバイス１に水が供給されると、通水路１４ｄや通水路１３ｄを通じて、水を導電性膜１３に容易に供給することができるようになり、導電性膜１３をより迅速に湿潤状態とすることができる。

以上、説明したように、本実施形態では、積層方向Ｚから視た状態で、導電性膜１３と板状陰極（電極）１４とがオーバーラップしている領域Ｒにおける導電性膜１３と板状陰極（電極）１４との間に、通水路１４ｄや通水路１３ｄを形成している。

したがって、電解電極デバイス１に水が供給されると、通水路１４ｄや通水路１３ｄを通じて、水を導電性膜１３に容易に供給することができるようになり、導電性膜１３をより迅速に湿潤状態とすることができる。その結果、オゾン（電解生成物）の濃度をより迅速に安定状態とすることができるようになる。

なお、導電性膜１３が十分に湿潤状態になった場合、図９や図１１に示すように、導電性膜１３が吸水して膨張し、膨張した導電性膜１３が通水路１４ｄや通水路１３ｄに侵入して通水路１４ｄや通水路１３ｄが狭小化もしくは閉塞する。

そして、通水路１４ｄや通水路１３ｄが狭小化もしくは閉塞した場合には、通水路１４ｄや通水路１３ｄに水があまり流れない状態となる。しかしながら、このような場合には、既に導電性膜１３は十分湿潤状態になっており電気抵抗が低くなっているため、電流が流れやすい状態になっている。したがって、通水路１４ｄや通水路１３ｄから導電性膜１３への給水は既に不要となる。また、導電性膜１３が湿潤状態となっている場合には、板状陰極（電極）１４と導電性膜１３との接触面積が、通水路１４ｄや通水路１３ｄの面積分だけ増大するため、電流をより多く流すことができる。その結果、電気分解効率が向上してオゾン生成効率が向上し、装置の性能をより安定させることができるようになる。

さらに、通水路１４ｄや通水路１３ｄを形成することで、導電性膜１３の膨潤により生じる導電性膜１３と板状陰極（電極）１４との位置ずれを通水路１４ｄや通水路１３ｄで吸収することができる。そのため、例えば、導電性膜１３が溝部２８にはみ出すことによる溝部２８の面積の狭小化を抑制することができる。さらに、導電性膜１３が乾燥と湿潤を繰り返すことにより生じる位置ずれが蓄積されて大幅に性能が低下してしまうことを抑制することができ、より長期間にわたって電解性能を維持することが可能となる。

また、導電性膜１３と通水路１４ｄや通水路１３ｄとがエッジ状の接点１３ｅを持つことになるため、エッジ状の接点１３ｅによってより確実に導電性膜１３と板状陰極（電極）１４とを接触させることができるようになる。その結果、単純に平面同士で接触しているだけの構造よりも、より確実に導電性膜１３と板状陰極（電極）１４とを電気的に接続させることができるようになるという利点もある。

このように、本実施形態にかかる電解電極デバイス１は、多くのメリットを持つものであるにもかかわらず、ごくシンプルな構造をしているため、加工コストを廉価にすることができるものである。

また、上述したように、通水路１４ｄや通水路１３ｄを形成しない場合には、オゾン（電解生成物）の濃度をあまり迅速に制御することができないという問題があるが、このような問題を回避するためには、例えば、流路の途中に締め切り弁を設けて水を抜けないようにしたり、加圧ポンプなどを配置して強制的に水圧をかけて湿潤状態にしたりすることが考えられる。しかしながら、このような構成とすると、装置が大型化、複雑化してしまい初期コストがかかる上、運転動力コストも多く必要になってしまうという問題がある。また、オゾン濃度を安定させるために高電圧をかけて電気分解を促進することも考えられるが、このような方法では、含水率が低く抵抗が高い状態の導電性膜１３に対して多大なダメージを与えることになり、結果的に装置としての寿命を短くしてしまうことになる。

これに対して、本実施形態のように、通水路１４ｄや通水路１３ｄを形成する構成とすれば、コストの低減を図ることができる上、装置の寿命が低下してしまうのを抑制することができるようになる。

また、通常、導電性膜１３は高分子のポリマーを基材としているため、乾燥状態と湿潤状態では水分含有量の違いによる寸法変化（いわゆる乾燥・膨潤による寸法変化）が生じるものである。そして、導電性膜１３の寸法変化が生じると、寸法変化のない板状陽極（電極）１１や板状陰極（電極）１４との間に相対的な位置ずれが生じることとなり、必然的に通電面積が変化して、装置の電気分解能力が不安定となってしまう。

このように、通水路１４ｄや通水路１３ｄを形成しない場合には、装置の電気分解能力が不安定となってしまうおそれがある。

これに対して、本実施形態のように、通水路１４ｄや通水路１３ｄを形成する構成とすれば、乾燥・膨潤による導電性膜１３の寸法変化を通水路１４ｄや通水路１３ｄによって吸収することができるため、装置の電気分解能力をより安定化させることができるようになる。

また、導電性膜１３が乾燥、湿潤による伸び縮みを繰り返すことで、次第に板状陽極（電極）１１や板状陰極（電極）１４と導電性膜１３との間に電気的な接触不良が生じてしまうおそれがある。そして、一旦接触不良部位が発生すると、導電性膜１３を交換したり、押し付け力を確保するためにネジ等でまし締めをしたりするなど、手間とコストが必要になる。また、別構造によって押し付け力を調整するなども考えられるが、構造的に複雑になってしまい高コストになってしまう。

このように、通水路１４ｄや通水路１３ｄを形成しない場合には、板状陽極（電極）１１や板状陰極（電極）１４と導電性膜１３との間に電気的な接触不良が生じてしまうのを抑制するための手間とコストがかかってしまう。

これに対して、本実施形態のように、通水路１４ｄや通水路１３ｄを形成する構成とすれば、より簡素な構成で、乾燥・膨潤による導電性膜１３の寸法変化を吸収したり、板状陽極（電極）１１や板状陰極（電極）１４と導電性膜１３との間に電気的な接触不良が生じてしまうのを抑制したりすることができるようになる。すなわち、手間やコストをかけることなく、寸法変化を吸収したり電気的な接触不良を抑制したりすることのできる電解電極デバイス１を得ることができる。

このように、本実施形態によれば、オゾン濃度を簡便かつ迅速に制御することのできる電解電極デバイス１および当該電解電極デバイス１を備えるオゾン水生成装置（電解水生成装置）１００，１００Ａを得ることができる。

また、本実施形態によれば、通水路１４ｄや通水路１３ｄが流路Ｐ内を流れる水の水流方向（前後方向）Ｘと略一致する方向に延在するように、電解電極デバイス１を配管２に組み入れている。

したがって、積層方向Ｚから視た状態で導電性膜１３と板状陰極（電極）１４とがオーバーラップしている領域Ｒにおける導電性膜１３と板状陰極（電極）１４との間に、上流側から下流側に向かう通水路１４ｄや通水路１３ｄが形成されることとなる。その結果、初期状態などで導電性膜１３の含水率が一定でない場合であっても、処理水量以上の水を導電性膜１３に供給することができ、より早期に導電性膜１３の含水率を一定にすることができる。これにより、より迅速に導電性膜１３の電気抵抗を安定させることができ、オゾン濃度をより迅速に安定させることができるようになる。

また、本実施形態では、導電性膜１３や電極（板状陽極１１や板状陰極１４）が着脱可能に構成されているため、より容易に導電性膜１３や電極（板状陽極１１や板状陰極１４）のメンテナンスを行うことができるようになる。

特に、電解水生成装置１００のように、電解電極デバイス１を格納するハウジング１５を配管の外側から固定するようにすれば、電解水生成装置１００の組み立てが容易になって、より一層容易に導電性膜１３や電極（板状陽極１１や板状陰極１４）のメンテナンスを行うことができるようになる。

また、配管２の内壁に電解電極デバイス１の受入面１Ａが組み入れられるようにすれば、電解電極デバイス１の近傍の段差を小さくすることができる。こうすれば、電解電極デバイス１へ供給する水が、配管２の水流入側２Ａから水流の乱れなく電解電極デバイス１の受入面１Ａへ流入することとなり、配管２内の水流が乱れることなく電解電極デバイス１に通水でき、電解電極デバイス１の受入面１Ａ付近での滞留を回避できる。これにより、発生したオゾンが気泡に成長することを抑制して水流出側２Ｂから流出するオゾン水のオゾン濃度を向上させることができるようになる。

また、電解電極デバイス１の受入面１Ａにおける板状陰極１４を、配管２と略同一面となるように形成すれば、配管２内の水流が乱れることなく電解電極デバイス１に通水できるようになるので、水の滞留の発生を抑制してオゾン濃度をより向上させることができる。

さらに、配管２を、水通過方向に鉛直方向の断面積が水流入側２Ａの水流入側配管部２２から、水流出側２Ｂの水流出側配管部２３まで、断面積Ａ１〜Ａ４が略同一の構成となるようにすれば、配管２内の水流が乱れることなく電解電極デバイス１に通水できるので、水の滞留の発生を抑制してオゾン濃度をより一層向上させることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。

例えば、板状陽極１１は、例えば導電性シリコン、導電性ダイヤモンド、チタン、白金、酸化鉛、酸化タンタルなどで構成することも可能であり、電解水を生成することのできる導電性と耐久性を持つ電極であればどのような材料を用いてもよい。また、板状陽極１１をダイヤモンド電極とした場合、その製造方法は成膜による製造方法に限定されるものではない。また、金属以外の材料を用いて基板を構成することも可能である。

また、上記実施形態では、オゾンを発生させ、当該オゾンを水に溶解させることでオゾン水を生成するオゾン水生成装置を例示したが、生成させる物質はオゾンに限るものではなく、例えば、次亜塩素酸を生成して殺菌や水処理等に利用するようにしてもよい。また、酸素水、水素水、塩素含有水、過酸化水素水等を生成する装置とすることも可能である。

また、板状陰極１４は、導電性と耐久性を備えた電極であればよく、例えば白金やチタン、ステンレス、導電性シリコンなどで構成することも可能である。

また、上記実施形態では、水の流れに対して略同じ方向に延在するように通水路を設けたものを例示したが、通水路は、膜表面に対して開口しており、かつ水が通過できる構造であれば、流れに対して交差する方向（直行や所定角度を有する向き）に延在していてもよく、直線でなくてもよい。また、導電性膜と陽極との間に通水路が形成されていてもよい。また通水路の断面形状はＵ字状でなくてもよく、例えば、Ｖ字状や曲線状、多角形状であってもよい。

また、配管や電解電極デバイス、その他細部のスペック（形状、大きさ、レイアウト等）も適宜に変更可能である。

以上のように、本発明にかかる電解電極デバイスや電解水生成装置は、発生した電界生成物が有効に溶解可能となるので、例えば、電界生成物としてのオゾンが溶解したオゾン水によって浄化・殺菌を行う水処理分野や、食品分野、医学分野、半導体分野等の用途にも適用できる。

１ 電解電極デバイス
２ 配管
１１ 板状陽極（陽極：電極）
１３ 導電性膜
１４ 板状陰極（陰極：電極）
２７Ａ 導電性膜と電極との界面
２７Ｂ 導電性膜と電極との界面
１００，１００Ａ 電解水生成装置
Ｐ 水供給流路（流路）
Ｒ 領域
Ｚ 積層方向

Claims (6)

1. 互いに隣り合う電極間にイオン交換膜が介在するように積層されるとともに前記イオン交換膜と前記電極との界面の少なくとも一部が水と接触するように構成された溝部を有し、受入面から供給された水に電解処理をし、当該受入面から当該電解処理をした水を送り出す電解電極デバイスであって、
   前記イオン交換膜は、乾燥・膨潤による寸法変化が生じるものであり、
   積層方向から視た状態で前記イオン交換膜と前記電極とがオーバーラップしている領域における前記イオン交換膜と前記電極との間に、前記溝部に連通して前記イオン交換膜の膨潤により狭小化もしくは閉塞する通水路が形成されていることを特徴とする電解電極デバイス。
2. 前記通水路は、前記電極側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電解電極デバイス。
3. 前記通水路は、前記イオン交換膜側に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電解電極デバイス。
4. 前記イオン交換膜および前記電極が着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の電解電極デバイス。
5. 請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の電解電極デバイスと、
   前記電解電極デバイスによって電解処理の対象となる水を供給する流路が形成されて、前記電解電極デバイスが組み入れられる配管と、
   を備えることを特徴とする電解水生成装置。
6. 前記通水路が前記流路内を流れる水の水流方向と略一致する方向に延在するように、前記電解電極デバイスが前記配管に組み入れられていることを特徴とする請求項５に記載の電解水生成装置。

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