JP6403052B2

JP6403052B2 - 電解用電極ユニット

Info

Publication number: JP6403052B2
Application number: JP2014183646A
Authority: JP
Inventors: 剛史黒田; 柴田　哲司; 哲司柴田
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-09-09
Filing date: 2014-09-09
Publication date: 2018-10-10
Anticipated expiration: 2034-09-09
Also published as: JP2016056408A

Description

本発明は、電解用電極ユニットに関し、より詳細には液体を電解するために使用する電解用電極ユニットに関する。

従来、この種の電解用電極ユニットとしては、陽極側基板の厚み方向をむく一方の板面上に、導電性ダイヤモンド膜と、イオン交換シートと、陰極側電極板とを、この順に三層に積層してある、電解電極ユニットが知られている（特許文献１）。

陰極側基板としては、チタン、カーボン、タングステン、ニオブ又はケイ素を用いて形成した導電性基板が用いられる。

特許第５４２７１２９号公報

上述の電解電極ユニットにおいては、陽極側基板として、ケイ素を用いて形成した導電性基板を用いることが望まれる場合がある。これは、ケイ素を用いて形成した導電性基板が、チタン、タングステン及びニオブのいずれかを用いて形成した導電性基板に比べて、導電性ダイヤモンド膜の密着性が高いからである。

しかしながら、上述の電解電極ユニットでは、陽極側基板として、ケイ素を用いて形成した導電性基板を用いている場合、陽極側基板の導電性が低くて、通電特性の安定化が難しく、オゾンの発生量が安定しにくかった。

また、ケイ素を用いた導電性基板は、チタン、タングステン及びニオブのいずれかを用いた導電性基板に比べて脆弱であり、割れやすい。

本発明の目的は、通電特性の安定化を図れ且つ長寿命化を図ることが可能な電解用電極ユニットを提供することにある。

本発明の電解用電極ユニットは、第１電極と、イオン交換膜と、第２電極モジュールと、ベースと、カバーと、を備える。前記第１電極は、板状に形成されている。前記第１電極は、厚さ方向に貫通する一群の第１貫通孔を有する。前記イオン交換膜は、前記第１電極と前記第２電極モジュールとの間に介在している。前記イオン交換膜は、厚さ方向に貫通する一群の第２貫通孔を有する。前記一群の第１貫通孔と前記一群の第２貫通孔とは、前記イオン交換膜の厚さ方向において重なる第１貫通孔と第２貫通孔とが連通している。前記第２電極モジュールは、給電板と、前記給電板において前記第１電極に対向する表面上で並んで配置された複数のシリコン基板と、前記複数のシリコン基板の表面上に形成され各々が導電性ダイヤモンド膜からなる複数の第２電極と、を備える。前記第２電極モジュールは、前記複数の第２電極それぞれの表面の一部が露出している。前記イオン交換膜と前記複数の第２電極と前記複数のシリコン基板との積層体が、前記第１電極と前記給電板とで挟持されている。

本発明の電解用電極ユニットは、通電特性の安定化を図れ且つ長寿命化を図ることが可能となる。

図１は、実施形態１の電解用電極ユニットの概略分解斜視図である。図２は、実施形態１の電解用電極ユニットの要部概略平面図である。図３は、実施形態１の電解用電極ユニットを示し、図２のＸ−Ｘ断面に対応する概略断面図である。図４は、実施形態１の電解用電極ユニットを示し、図２のＹ−Ｙ断面に対応する概略断面図である。

図５は、実施形態１の電解用電極ユニットを備えた電解水生成装置の動作説明図である。図６は、比較例１の電解用電極ユニットを備えた電解水生成装置の動作説明図である。図７は、比較例１の電解用電極ユニットの要部の模式的な概略断面図である。図８は、実施形態１の電解用電極ユニットの第１変形例を示す要部概略平面図である。図９は、実施形態１の電解用電極ユニットの第１変形例を示し、図８のＸ−Ｘ概略断面図である。図１０は、実施形態１の電解用電極ユニットの第２変形例を示す要部概略平面図である。図１１は、実施形態１の電解用電極ユニットの第２変形例を示し、図１０のＸ−Ｘ概略断面図である。図１２は、実施形態２の電解用電極ユニットの概略平面図である。図１３は、実施形態２の電解用電極ユニットを示し、図１２のＸ−Ｘ断面に対応する概略断面図である。図１４は、比較例２の電解用電極ユニットの動作説明図である。

下記の実施形態１、２において説明する各図は、模式的な図であり、各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。また、実施形態１、２に記載した材料、数値等は、好ましい例を示しているだけであり、それに限定する主旨ではない。更に、本願発明は、その技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、構成に適宜変更を加えることが可能である。

（実施形態１）
以下では、本実施形態の電解用電極ユニット１ａについて、図１〜５に基づいて説明する。

電解用電極ユニット１ａは、第１電極２と、イオン交換膜３と、第２電極モジュール４と、ベース５と、カバー６と、を備える。第１電極２は、板状に形成されている。第１電極２は、厚さ方向に貫通する一群の第１貫通孔２１を有する。イオン交換膜３は、第１電極２と第２電極モジュール４との間に介在している。イオン交換膜３は、厚さ方向に貫通する一群の第２貫通孔３１を有する。一群の第１貫通孔２１と一群の第２貫通孔３１とは、イオン交換膜３の厚さ方向において重なる第１貫通孔２１と第２貫通孔３１とが連通している。カバー６は、一群の第１貫通孔２１を露出させる開口部６１を有する。第２電極モジュール４は、給電板７と、給電板７において第１電極２に対向する表面７１上で並んで配置された複数のシリコン基板８と、複数のシリコン基板８の表面８１上に形成され各々が導電性ダイヤモンド膜からなる複数の第２電極９と、を備える。第２電極モジュール４は、複数の第２電極９それぞれの表面９１の一部が露出している。また、電解用電極ユニット１ａは、イオン交換膜３と複数の第２電極９と複数のシリコン基板８との積層体が、第１電極２と給電板７とで挟持されている。以上の構成により、電解用電極ユニット１ａは、通電特性の安定化を図れ、且つ、長寿命化を図ることが可能となる。電解用電極ユニット１ａは、ベース５とカバー６とが複数の螺子５６（以下、「第１螺子５６」ともいう。）により結合されているのが好ましい。

電解用電極ユニット１ａは、例えば、第１電極２とイオン交換膜３と第２電極モジュール４との積層体が、ベース５とカバー６とで挟持されているのが好ましい一形態である。これにより、電解用電極ユニット１ａは、例えば、第１電極２と給電板７とを電気絶縁性の螺子により結合してある他の一形態に比べて、通電特性の更なる安定化を図ることが可能となる。また、電解用電極ユニット１ａは、第１電極２とイオン交換膜３と第２電極モジュール４との積層体との積層体を、ベース５とカバー６とで保護することが可能となり、取り扱いが容易となる。なお、電解用電極ユニット１ａは、例えば、第１電極２とイオン交換膜３と第２電極モジュール４との積層体が、ベース５とカバー６とで挟持されている場合でも、イオン交換膜３と複数の第２電極９と複数のシリコン基板８との積層体が、第１電極２と給電板７とで挟持されている。

ベース５は、第２電極モジュール４を収める凹部５１を有するのが好ましい。これにより、電解用電極ユニット１ａは、ベース５とカバー６との間に第２電極モジュール４を安定して保持することが可能となる。

電解用電極ユニット１ａは、第１電極２が陰極を構成し、第２電極９が陽極を構成するように、外部の電源１０（図５参照）から直流電流を供給して使用することができる。ここで、電解用電極ユニット１ａは、第１電極２に電気的に接続された第１電線１１と、第２電極モジュール４の給電板７に電気的に接続された第２電線１２と、を備えるのが好ましい。電源１０から出力する直流電流の電流密度は、例えば、０．０１〜１Ａ／ｃｍ²程度の範囲で適宜設定すればよい。

電解用電極ユニット１ａを備えた電解水生成装置１００は、図５に示すように、電解用電極ユニット１ａを収納するハウジング１１０を備えている。ハウジング１１０は、ハウジング本体１２０と、流入管１３０と、流出管１４０と、を備える。これにより、電解水生成装置１００は、流入管１３０から流れ込んだ流体が電解用電極ユニット１ａの表面に沿って流出管１４０側へ流れる。流体は、例えば、水道水である。水道水の流量は、例えば、０．１〜１０Ｌ／ｍｉｎ程度である。

ハウジング本体１２０は、円筒状の筒体１２１と、筒体１２１の軸方向の第１端部１２２から外方へ突出して形成された第１フランジ１２４と、筒体１２１の軸方向の第２端部１２３から外方へ突出して形成された第２フランジ１２５と、を備える。流入管１３０は、円筒状の管部１３１と、管部１３１の軸方向の第１端部１３２から外方へ突出して形成された第３フランジ１３４と、を備える。流出管１４０は、円筒状の管部１４１と、管部１４１の軸方向の第１端部１４２から外方へ突出して形成された第４フランジ１４５と、を備える。ハウジング１１０は、ハウジング本体１２０の第１フランジ１２４と流入管１３０の第３フランジ１３４とが重ね合わせて複数の螺子（第２螺子）により結合されている。第１フランジ１２４と第３フランジ１３４との互いの対向面それぞれには、第１のＯリング１５１を略半分ずつ収納する環状の溝１６４、１７４が形成されている。また、ハウジング１１０は、ハウジング本体１２０の第２フランジ１２５と流出管１４０の第４フランジ１４５とが重ね合わせて複数の螺子（第３螺子）により結合されている。第２フランジ１２５と第４フランジ１４５との互いの対向面それぞれには、第２のＯリング１５２を収納する環状の溝１６５、１７５が形成されている。

電解用電極ユニット１ａは、例えば、水道水を電解することにより、電解水を生成することができる。電解水は、オゾン水である。オゾン水とは、オゾン（Ｏ_３）が溶け込んだ水を意味する。電解水生成装置１００では、ハウジング１１０の流入口１１１から流れ込んだ水道水を電解して生成されたオゾン水が、ハウジング１１０の流出口１１２から流れ出る。電解水生成装置１００は、電解用電極ユニット１ａの長手方向が、流入口１１１と流出口１１２とを結ぶ方向に揃うように、ハウジング１１０内に電解用電極ユニット１ａを収納してある。電解用電極ユニット１ａは、導電性ダイヤモンド膜からなる第２電極９の表面９１にて発生したオゾンが、第２貫通孔３１及び第１貫通孔２１を通して、水道水中に分子オーダで溶解される。

電解用電極ユニット１ａは、水道水が供給された状態で、第１電極２が陰極を構成し、第２電極９が陽極を構成するように、直流電圧が供給された場合、電子をｅ⁻とすると、電流が流れ、陽極、陰極それぞれにおいて、下記の電気化学反応が起こると考えられる。
陽極；３Ｈ_２Ｏ→Ｏ_３＋６Ｈ^＋＋６ｅ⁻
陰極；２Ｈ^＋＋２ｅ⁻→Ｈ_２
すなわち、陽極では、上記の電気化学反応により、オゾンを発生させる。また、陰極では、上記の電気化学反応により、水素分子（Ｈ_２）を発生させる。陰極では、水素イオン（Ｈ^＋）が、電源１０から流れてきた電子と反応して水素分子（Ｈ_２）を発生させる。イオン交換膜３は、陽極側で生じた水素イオンを陰極側に導く機能を有する。電解用電極ユニット１ａは、陽極と陰極との間にイオン交換膜３が介在することにより、陽極側及び陰極側それぞれの電気化学反応が速やかに進行される。

電解用電極ユニット１ａは、第１電極２の側面から突出した第１接続片２３に第１電線１１を結線してある。第１電線１１は、絶縁被覆電線であり、露出させた第１導体部１１ｂを第１接続片２３に巻き付けて電気的に接続してある。電解用電極ユニット１ａは、第１接続片２３と第１導体部１１ｂとを、耐オゾン性、防水性及び電気絶縁性を有するテープにより覆ってある。

上述の電解用電極ユニット１ａは、液体中で使用されるので、シリコン基板８に第２電線１２を結線するのが難しい。このため、電解用電極ユニット１ａは、給電板７に第２電線１２を結線してある。より詳細には、電解用電極ユニット１ａは、給電板７の側面から突出した第２接続片７３に第２電線１２を結線してある。第２電線１２は、絶縁被覆電線であり、露出させた第２導体部１２ｂを第２接続片７３に巻き付けて電気的に接続してある。電解用電極ユニット１ａは、第２接続片７３と第２導体部とを、耐オゾン性、防水性及び電気絶縁性を有するテープにより覆ってある。

電解用電極ユニット１ａでは、電解の対象となる液体として、水道水を想定しているが、これに限らず、例えば、純水や、その他の水、電解質を水等の溶媒に溶かした溶液等でもよい。

電解用電極ユニット１ａの各構成要素については、以下に、より詳細に説明する。

第１電極２は、平面視形状を、長尺の長方形状としてある。第１電極２は、平面視における長手方向の長さを６０ｍｍ、短手方向の長さを２０ｍｍとしてある。第１電極２の厚さは、１ｍｍとしてある。

第１電極２の材料は、耐食性が高い材料が好ましく、例えば、ステンレス鋼を挙げることができる。ステンレス鋼としては、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼を挙げることができる。オーステナイト系ステンレス鋼としては、例えば、ＳＵＳ３０４を採用することができる。第１電極２では、水素分子を発生させるので、水素により脆化しない材料が好ましく、ステンレス鋼に限らず、例えば、チタン、ジルコニウム、ニッケル等を採用してもよい。また、第１電極２の材料は、耐酸化性に優れた材料が好ましい。

第１電極２の周部には、複数の第１螺子５６それぞれの軸部を通す複数の孔２２が形成されている。

一群の第１貫通孔２１は、第１電極２の長手方向において等間隔で並んでいる。第１貫通孔２１の開口形状は、長孔状としてある。

イオン交換膜３としては、例えば、プロトン導電性を有するイオン交換フィルムを用いることができる。イオン交換膜３の厚さは、例えば、５０〜５００μｍとすることができる。

水素イオンは、プロトンなので、イオン交換膜３を透過することができる。イオン交換膜３は、水素イオンの選択透過性を有する。イオン交換膜３は、イオン伝導性を有するが、電子伝導性を有していない。イオン交換膜３は、例えば、水素イオンの伝導性の高い固体高分子膜からなるイオン伝導膜により構成することができる。イオン交換膜３は、陽イオン交換膜である。陽イオン交換膜は、陽イオン交換能を有する膜である。

イオン交換膜３の材料としては、例えば、パーフルオロスルホン酸系のフッ素樹脂等を挙げることができる。

イオン交換膜３の周部には、複数の第１螺子５６それぞれの軸部を通す複数の孔３２が形成されている。

一群の第２貫通孔３１は、イオン交換膜３の長手方向において等間隔で並んでいる。第２貫通孔３１の開口形状は、長孔状としてある。

一群の第１貫通孔２１と一群の第２貫通孔３１とは、イオン交換膜３の厚さ方向において重なる第１貫通孔２１と第２貫通孔３１とが、略同一の開口形状であるのが好ましい一態様である。一群の第２貫通孔３１は、一群の第１貫通孔２１の配列と同一ピッチで、同一方向に並んで形成されているのが好ましい。

給電板７は、表面７１側から見た平面視形状を、長尺の長方形状としてある。給電板７は、長手方向の長さを５０ｍｍとし、短手方向の長さを１０ｍｍとしてある。給電板７の厚さは、０．５ｍｍとしてある。給電板７は、剛体であるのが好ましい。

給電板７の材料としては、チタンを採用しているが、これに限らず、シリコン基板８よりも導電率の高い材料であればよく、例えば、銅、ステンレス鋼等を採用してもよい。給電板７の材料は、耐酸化性に優れた材料が、より好ましい。

第２電極モジュール４は、各シリコン基板８が、給電板７と同じ平面視形状で同じ大きさのシリコン基板を長手方向に直交する複数の断面で等分割したときの１個分に相当する大きさに形成されている。より詳細には、第２電極モジュール４は、各シリコン基板８が、給電板７と同じ平面視形状で同じ大きさのシリコン基板を４個に等分割したときの１個分に相当する大きさに形成されている。そして、第２電極モジュール４は、給電板７の表面７１上において、４個のシリコン基板８が給電板７の長手方向に隙間なく並んで配置されている。隙間なく配置されているとは、隣り合うシリコン基板８同士を離間させずに、隣り合うシリコン基板８同士が接するように配置されていることを意味する。第２電極モジュール４は、全てのシリコン基板８が一直線上において隙間なく並ぶように配置されている。

シリコン基板８は、表面８１側から見た平面視形状を、矩形（直角四辺形）状としてある。シリコン基板８の厚さは、５２５μｍとしてある。

シリコン基板８は、導電性が高いほうが好ましい。言い換えれば、シリコン基板８は、抵抗率が低いほうが好ましい。シリコン基板８の抵抗率は、例えば、０．００１〜２０Ωｃｍであるのが好ましく、０．００１〜１０Ωｃｍであるのが、より好ましい。

第２電極９は、表面９１側から見た平面視形状を、矩形状としてある。第２電極９は、平面サイズを１２．５ｍｍ×１０ｍｍに設定してある。矩形状の形状としては、長方形状を採用しているが、これに限らず、正方形状でもよい。

第２電極９を構成する導電性ダイヤモンド膜は、ｐ型ダイヤモンド膜であるのが好ましい。ｐ型ダイヤモンド膜は、アクセプタ不純物がホウ素であるのが好ましい。第２電極モジュール４は、シリコン基板８の導電型と導電性ダイヤモンド膜の導電型とが、同じであるのが好ましい。ｐ型ダイヤモンド膜の抵抗率は、０．０１〜１０Ωｃｍであるのが好ましく、０．０１〜１Ωｃｍであるのが、より好ましい。

導電性ダイヤモンド膜の厚さは、例えば、１μｍとすることができる。導電性ダイヤモンド膜は、例えば、プラズマＣＶＤ法、熱フィラメントＣＶＤ法等によって形成することができる。

第２電極９を構成する導電性ダイヤモンド膜は、導電性を有する多結晶ダイヤモンド膜であるのが好ましい。導電性ダイヤモンド膜として現状ではｐ型ダイヤモンド膜のほうがｎ型ダイヤモンド膜よりも低抵抗率の膜を容易に形成できる観点から、シリコン基板８は、単結晶のｐ型シリコン基板であるのが好ましい。シリコン基板８の表面８１は、（１００）面であるのが好ましい。また、シリコン基板８の表面８１は、（１００）面からのオフ角が、０〜０．３°であるのが好ましい。

第２電極モジュール４は、シリコン基板８の表面８１上に導電性ダイヤモンド膜からなる第２電極９が積層されているが、シリコン基板８の厚さに比べて導電性ダイヤモンド膜の厚さが十分に薄い。第２電極９は、シリコン基板８と略同じ形状となっている。よって、第２電極モジュール４は、全ての第２電極９が一直線上において隙間なく並ぶように配置されている。第２電極９は、シリコン基板８の表面８１の全面を覆うように形成されているのが好ましい。第２電極９は、シリコン基板８の表面８１と側面とを覆うように形成されていてもよい。

ベース５は、表面５０１側からみた平面視形状を、長尺の長方形状としてある。ベース５は、長手方向の長さを６０ｍｍとし、短手方向の長さを２０ｍｍとしてある。ベース５の厚さは、１．５ｍｍとしてある。

ベース５は、凹部５１の開口形状を、長尺の長方形状としてある。凹部５１は、給電板７及び複数のシリコン基板８を収納できる大きさに形成されている。凹部５１の長手方向の長さは、給電板７の長手方向の長さと略同じであるのが好ましい。凹部５１の短手方向の長さは、給電板７の短手方向の長さと略同じであるのが好ましい。ベース５の凹部５１は、カバー６に対向する表面５０１側の他に、４つの側面のうちの１つの側面側が開放されている。これにより、電解用電極ユニット１ａは、組立性を向上させることが可能となる。

ベース５は、凹部５１の深さを、給電板７の厚さとシリコン基板８の厚さと第２電極９の厚さとの合計厚さよりもやや小さく設定してある。これにより、電解用電極ユニット１ａは、第２電極９とイオン交換膜３との密着性を向上させることが可能となる。より詳細には、ベース５は、凹部５１の深さを０．９ｍｍとしてある。ベース５の材料は、例えば、耐オゾン性、耐腐食性を有する材料が好ましく、低コスト化の観点から樹脂が好ましい。樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂等を挙げることができる。

ベース５の周部には、第１螺子５６の軸部が嵌め合される螺子孔５２が形成されている。

カバー６は、表面６０側からみた平面視の外周形状を長尺の長方形状としてある。カバー６は、長手方向の長さを６０ｍｍとし、短手方向の長さを２０ｍｍとしてある。カバー６の厚さは、１ｍｍとしてある。カバー６の開口部６１は、長尺の長方形状としてある。要するに、カバー６は、全体として矩形枠状の形状に形成されている。

カバー６は、開口部６１の開口形状を第２電極モジュール４の外形形状と略同じ形状としてあるのが好ましい。

カバー６の材料は、例えば、耐オゾン性、耐食性を有する材料が好ましく、低コスト化の観点から樹脂が好ましい。樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂等を挙げることができる。

カバー６の周部には、第１螺子５６の軸部が挿通される孔６２が形成されている。

第１螺子５６は、樹脂により形成されているのが好ましい。第１螺子５６を形成する樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂等を挙げることができる。

電解用電極ユニット１ａの組み立てにあたっては、ベース５の凹部５１の内底面上に給電板７を載せ、予め第２電極９が形成された複数のシリコン基板８を給電板７の表面７１上に載せる。電解用電極ユニット１ａの組み立てにあたっては、その後、ベース５における表面５０１及び各第２電極９上にイオン交換膜３を載せ、イオン交換膜３上に第１電極２を載せ、第１電極２上にカバー６を載せる。そして、電解用電極ユニット１ａの組み立てにあたっては、複数の第１螺子５６により、カバー６とベース５とを結合する。より詳細には、カバー６の表面６０側からカバー６の孔６２、第１電極２の孔２２、イオン交換膜３の孔３２に挿入した第１螺子５６の軸部の先端部を、ベース５の螺子孔５２に嵌め合せる。これにより、電解用電極ユニット１ａは、第１電極２とイオン交換膜３と第２電極モジュール４との積層体が、ベース５とカバー６とで挟持される。電解用電極ユニット１ａは、第１電極２及び各第２電極９をイオン交換膜３と密着させることができ、また、各第２電極９と給電板７との接触性を向上させることが可能となる。

電解用電極ユニット１ａは、シリコン基板８よりも導電性の高い給電板７と、複数のシリコン基板８と、複数のシリコン基板８の表面８１上に形成され各々が導電性ダイヤモンド膜からなる複数の第２電極９と、を組み合わせて第２電極モジュール４を構成している。これにより、電解用電極ユニット１ａは、図６に示すように第２電極モジュール４を１個の給電板７と１個のシリコン基板８と１個の第２電極９とで構成した比較例１の電解用電極ユニット１ｒに比べて、通電特性の向上を図ることが可能となる。すなわち、比較例１の電解用電極ユニット１ｒでは、図７に示すように、給電板７の反りやうねりに起因して、給電板７の表面７１とシリコン基板８の裏面８２とを安定して接触させるのが難しい場合がある。ここで、シリコン基板８は、金属等に比べて導電性が低く、給電板７に比べて導電性が低いという課題がある。このため、比較例１の電解用電極ユニット１ｒでは、給電板７に反りやうねりがあると、第２電極９への通電の支障になる。しかしながら、比較例１の電解用電極ユニット１ｒでは、給電板７を平らにしようとして第１螺子５６の締め付け力を強くすると、シリコン基板８が割れてしまうことがある。これに対し、本実施形態の電解用電極ユニット１ａは、給電板７の表面と各シリコン基板８の裏面８２とを安定して接触させることが可能となり、各第２電極９に略均一に給電することが可能となる。電解用電極ユニット１ａは、第１螺子５６の締め付け力を適宜調整することにより、各シリコン基板８が割れるのを防止しつつ、給電板７と各シリコン基板８とを圧接させることが可能となる。よって、電解用電極ユニット１ａは、オゾンの発生効率の向上を図ることが可能となる。オゾンの発生効率は、例えば、水中のオゾンの濃度から求めることができる。オゾンの濃度は、例えば、インジゴ法（紫外吸光法）、ＫＩ法等で測定することができる。

なお、比較例１の電解用電極ユニット１ｒについては、電解用電極ユニット１ａと略同じ構成なので、電解用電極ユニット１ａと同様の構成要素に同一の符号を付してある。図６には、比較例１の電解用電極ユニット１ｒを備えた電解水生成装置１０１を示してある。また、電解水生成装置１０１については、電解水生成装置１００と略同じ構成なので、電解水生成装置１００と同様の構成要素に同一の符号を付してある。

電解用電極ユニット１ａは、一群の第１貫通孔２１及び一群の第２貫通孔３１が、第２電極９同士の境界を露出させないようにレイアウトされているのが好ましい。これにより、電解用電極ユニット１ａは、第２電極９がシリコン基板８から剥れるのをより抑制することが可能となる。

以下では、電解用電極ユニット１ａを備えた電解水生成装置１００について、更に説明する。

ハウジング１１０は、電気絶縁性を有する材料により形成されているのが好ましい。つまり、ハウジング本体１２０、流入管１３０及び流出管１４０は、電気絶縁性を有する材料により形成されているのが好ましい。ハウジング本体１２０、流入管１３０及び流出管１４０の材料としては、例えば、アクリル樹脂等を採用することができる。

流入管１３０は、例えば、水道用のホース（hose）を接続できるように、管部１３１の外径を設定してあるのが好ましい。ホースは、例えば、プラスチック、ゴム、ビニール、金属等により形成されている。

また、流出管１４０は、水道用のホースを接続できるように、管部１４１の外径を設定してあるのが好ましい。

電解用電極ユニット１ａは、その厚み方向がハウジング本体１２０の径方向に揃うようにハウジング本体１２０内に配置されているのが好ましい。

電解水生成装置１００は、ハウジング１１０が、電解用電極ユニット１ａを支持する支持部を備えているのが好ましい。支持部は、ハウジング１１０の内面に設けた突起や凹部等により構成することができる。電解用電極ユニット１ａは、例えば、ハウジング１１０に対して螺子や接着剤等により固定してもよい。

電解水生成装置１００は、例えば、洗面台に設置することができる。より詳細には、電解水生成装置１００は、洗面台の蛇口に水道水を送る水道管の途中にハウジング１１０を介在させて使用するのが好ましい。電解水生成装置１００は、ハウジング１１０を、蛇口の吐出口の上流側で吐出口の近傍に設置するのが好ましい。

電源１０は、ハウジング１１０の外部に配置されているのが好ましい。電源１０は、ハウジング１１０と一体に組み付けてもよいし、ハウジング１１０とは離間して設けてもよい。電解水生成装置１００は、電源１０を構成要件として含んだ形態に限らず、含んでいない形態でもよい。

電解水生成装置１００は、ハウジング１１０の流入口１１１からハウジング１１０内へ流れ込んだ水道水が、電解用電極ユニット１ａにおいて第１貫通孔２１と第２貫通孔３１とを通して、各第２電極９それぞれの表面９１の一部に供給される。これにより、電解水生成装置１００では、各第２電極９それぞれにおいてオゾンを発生させることができる。図５では、各第２電極９それぞれにおいて発生したオゾンの流れる方向を二点鎖線の矢印で模式的に図示してある。各第２電極９それぞれにおいて発生したオゾンは、水道水に溶解される。よって、電解水生成装置１００では、オゾン水を生成することが可能である。

図８及び９は、第１変形例の電解用電極ユニット１ｂを示す。第１変形例の電解用電極ユニット１ｂは、一群の第１貫通孔２１及び一群の第２貫通孔３１の配置が実施形態１の電解用電極ユニット１ａと相違する。なお、第１変形例の電解用電極ユニット１ｂについては、実施形態１の電解用電極ユニット１ａと同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

第１変形例の電解用電極ユニット１ｂでは、第１電極２の第１貫通孔２１が、複数の第２電極９の配列方向に沿った方向において全ての第２電極９に跨る長孔状の形状に形成されている。一群の第１貫通孔２１は、平面視において第２電極９の配列方向に直交する方向に並んでいる。イオン交換膜３の第２貫通孔３１は、第１貫通孔２１と同様、複数の第２電極９の配列方向に沿った方向において全ての第２電極９に跨る長孔状の形状に形成されている。一群の第２貫通孔３１は、一群の第１貫通孔２１と同様、平面視において第２電極９の配列方向に直交する方向に並んでいる。

図１０及び１１は、第２変形例の電解用電極ユニット１ｃを示す。第２変形例の電解用電極ユニット１ｃは、一群の第１貫通孔２１及び一群の第２貫通孔３１の配置が実施形態１の電解用電極ユニット１ａと相違する。なお、第２変形例の電解用電極ユニット１ｃについては、実施形態１の電解用電極ユニット１ａと同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

第２変形例の電解用電極ユニット１ｃは、第１電極２の第１貫通孔２１が、円形状の形状に形成されている。一群の第１貫通孔２１は、２次元アレイ状に並んでいる。より詳細には、一群の第１貫通孔２１は、平面視において第２電極９の配列方向、配列方向に直交する方向それぞれに並んでいる。イオン交換膜３の第２貫通孔３１は、第１貫通孔２１と同様、円形状の形状に形成されている。一群の第２貫通孔３１は、一群の第１貫通孔２１と同様、２次元アレイ状に並んでいる。より詳細には、一群の第２貫通孔３１は、平面視において第２電極９の配列方向、配列方向に直交する方向それぞれに並んでいる。

（実施形態２）
以下では、本実施形態の電解用電極ユニット１ｄについて、図１２及び１３に基づいて説明する。

本実施形態の電解用電極ユニット１ｄは、複数の第２電極９のうち隣り合う第２電極９同士が離れて配置されている点等が相違する。複数の第２電極９のうち隣り合う第２電極９同士の間において、給電板７の表面７１の上に配置される整流板１５を備える点で実施形態１の電解用電極ユニット１ａと相違する。なお、本実施形態の電解用電極ユニット１ｄは、実施形態１の電解用電極ユニット１ａと略同じ構成なので、実施形態１の電解用電極ユニット１ａと同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

図１４に示す比較例２の電解用電極ユニット１ｓでは、給電板７の長手方向において、複数のシリコン基板８が離れて配置されている。要するに、比較例２の電解用電極ユニット１ｓは、隣り合うシリコン基板８同士が離れて配置されており、隣り合う第２電極９同士も離れて配置されている。比較例２の電解用電極ユニット１ｓは、隣り合うシリコン基板８の間に形成される溝の部分で水道水の流れの滞留が起こって、水道水中へのオゾンの溶解効率が低下し、オゾンが気泡になりやすくなる。図１４は、水道水等の液体の流れの向きを、一点鎖線の矢印で模式的に示してある。

これに対し、本実施形態の電解用電極ユニット１ｄは、複数の第２電極９のうち隣り合う第２電極９同士が離れて配置されており、複数の第２電極９のうち隣り合う第２電極９同士の間において、給電板７の表面７１の上に配置される整流板１５を備える。これにより、電解用電極ユニット１ｄは、水道水等の液体の滞留が発生するのを抑制することが可能となり、気泡の発生も抑制することが可能となる。よって、電解用電極ユニット１ｄは、例えば、電解効率の低下、オゾンの溶解効率の低下を抑制することが可能となり、オゾンの濃度の低下を抑制することが可能となる。電解用電極ユニット１ｄは、整流板１５とシリコン基板８及び第２電極９とが隙間なく並んでいるのが好ましい。また、整流板１５の材料は、電気絶縁性を有する材料が好ましい。整流板１５の材料としては、例えば、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂等を採用することができる。

整流板１５の厚さは、シリコン基板８の厚さと第２電極９の厚さとを合わせた厚さと同じであるのが好ましい。これにより、電解用電極ユニット１ｄは、隣り合う第２電極９の間に溝が形成されるのを抑制することが可能となる。整流板１５の厚さは、シリコン基板８の厚さと第２電極９の厚さとを合わせた厚さと厳密に同じである場合に限らず、略同じであればよい。ここで、略同じとは、整流板１５の厚さが、シリコン基板８の厚さと第２電極９の厚さとを合わせた厚さの９０〜１１０％の厚さであることを意味する。

ところで、実施形態１において説明した電解水生成装置１００（図５参照）は、電解用電極ユニット１ａの代わりに、他の電解用電極ユニット１ｂ、１ｃ及び１ｄのいずれかを採用してもよい。また、電解用電極ユニット１ｂ、１ｃ及び１ｄは、電解用電極ユニット１ａと同様、ベース５とカバー６とを備えているのが好ましい一形態であるが、備えていない構成としてもよい。

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ電解用電極ユニット
２第１電極
３イオン交換膜
４第２電極モジュール
５ベース
６カバー
７給電板
８シリコン基板
９第２電極
１５整流板
２１第１貫通孔
３１第２貫通孔
５１凹部
６１開口部
８１表面
９１表面

Claims

第１電極と、イオン交換膜と、第２電極モジュールと、を備え、
前記第１電極は、板状に形成されており、厚さ方向に貫通する一群の第１貫通孔を有し、
前記イオン交換膜は、前記第１電極と前記第２電極モジュールとの間に介在しており、厚さ方向に貫通する一群の第２貫通孔を有し、
前記一群の第１貫通孔と前記一群の第２貫通孔とは、前記イオン交換膜の厚さ方向において重なる第１貫通孔と第２貫通孔とが連通しており、
前記第２電極モジュールは、給電板と、前記給電板において前記第１電極に対向する表面上で並んで配置された複数のシリコン基板と、前記複数のシリコン基板の表面上に形成され各々が導電性ダイヤモンド膜からなる複数の第２電極と、を備え、前記複数の第２電極それぞれの表面の一部が露出しており、
前記イオン交換膜と前記複数の第２電極と前記複数のシリコン基板との積層体が、前記第１電極と前記給電板とで挟持されている、
ことを特徴とする電解用電極ユニット。
ベースと、カバーと、を更に備え、
前記カバーは、前記一群の第１貫通孔を露出させる開口部を有し、
前記第１電極と前記イオン交換膜と前記第２電極モジュールとの積層体が、前記ベースと前記カバーとで挟持されている、
ことを特徴とする請求項１記載の電解用電極ユニット。
前記ベースは、前記第２電極モジュールを収める凹部を有する、
ことを特徴とする請求項２記載の電解用電極ユニット。
前記複数の第２電極のうち隣り合う第２電極同士が離れて配置されており、
前記複数の第２電極のうち隣り合う第２電極同士の間において、前記給電板の前記表面の上に配置される整流板を備える、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電解用電極ユニット。