JP6713615B1 - 電解槽 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)カソード室およびアノード室の間の中間室にあるスペーサは、前記カソード室および前記アノード室が対向する第1方向に並ぶカソード側格子およびアノード側格子を備え、
前記カソード側格子のカソード側孔、および前記アノード側格子のアノード側孔であって前記カソード側孔と前記第1方向に並ぶアノード側孔は、前記第1方向と直交する第2方向にずれ、
前記カソード側格子および前記アノード側格子は、前記中間室に流入する電解液を、前記第2方向の一方側から、前記第2方向にずれて並ぶ前記カソード側孔および前記アノード側孔に交互に案内することで前記第1方向に蛇行させながら、前記第2方向の他方側に案内する電解槽。
(2)(1)に記載の電解槽において、
前記カソード側孔は、平面視矩形であり、前記カソード側孔の4辺の壁部は、断面視で前記カソード室側に向かうに従って細くなる山なりの形状であり、
前記アノード側孔は、平面視矩形であり、前記アノード側孔の4辺の壁部は、断面視で前記アノード室側に向かうに従って細くなる山なりの形状である電解槽。
(3)(1)または(2)に記載の電解槽において、
前記カソード側孔および前記アノード側孔は、前記第2方向の長さが等しく、かつ前記第2方向に等しい数並び、
前記カソード側格子において、前記第2方向の前記一方側の端部からは、第1突出部が前記一方側に突出し、前記第2方向の前記他方側の端部からは、前記第1突出部と長さが異なる第2突出部が前記他方側に突出し、
前記アノード側格子において、前記第2方向の前記一方側の端部からは、前記第2突出部と長さが等しい第3突出部が前記一方側に突出し、前記第2方向の前記他方側の端部からは、前記第2突出部と長さが等しい第4突出部が前記他方側に突出する電解槽。
(4)(3)に記載の電解槽において、
前記カソード側孔および前記アノード側孔は、前記第1方向および前記第2方向に直交する第3方向の長さが等しく、かつ前記第3方向に等しい数並び、
前記カソード側格子の前記第3方向の両端部からは、長さが等しい第5突出部が前記第3方向の両側に突出し、
前記アノード側格子の前記第3方向の両端部からは、前記第5突出部と長さが等しい第6突出部が前記第3方向の両側に突出し、
前記第1方向に並ぶ前記カソード側孔および前記アノード側孔は、前記第3方向において同位置にある電解槽。
(5)(1)から(4)のいずれか一つに記載の電解槽において、
前記カソード室のカソード電極と、前記カソード側格子との間には、前記カソード電極側から順に、陽イオン交換膜と、透水性および弾性を有するクッション材とがあり、
および/または、前記アノード室のアノード電極と、前記アノード側格子との間には、前記アノード電極側から順に、陰イオン交換膜と、弾性および透水性を有するクッション材とがある電解槽。
(6)(1)から(5)のいずれか一つに記載の電解槽において、
前記カソード側格子および前記アノード側格子の間には、弾性および透水性を有するクッション材がある電解槽。
(7)(1)から(6)のいずれか一つに記載の電解槽において、
前記中間室に前記電解液を送るとともに、前記中間室から前記電解液を回収し、前記電解液に電解質を加えて循環させる電解液循環部を備え、
前記電解液循環部は、
前記中間室から回収する前記電解液を貯留するタンクと、
前記中間室から前記タンクに至る前記電解液の流路中にあり、前記電解液の圧力が設定圧力以上になると作動し、前記電解液の圧力を下げるリリーフバルブと、を備える電解槽。
(8)(7)に記載の電解槽において、
前記リリーフバルブは、前記中間室から前記タンクに至る前記電解液の流路中にある電解槽。
(9)(4)に記載の電解槽において、
前記第1突出部は、前記カソード側孔の前記第2方向に延びる壁部毎に設けられ、それぞれ、前記第2方向に延びる壁部に対して前記第2方向上にあり、
前記第3突出部は、前記アノード側孔の前記第2方向に延びる壁部毎に設けられ、それぞれ、前記第2方向に延びる壁部に対して前記第2方向上にあり、
前記第1突出部および前記第3突出部は、それぞれ平面視で重なり、
前記第2突出部は、前記カソード側孔の前記第2方向に延びる壁部毎に設けられ、前記第2方向に延びる壁部に対して前記第2方向上にあり、
前記第4突出部は、前記アノード側孔の前記第2方向に延びる壁部毎に設けられ、それぞれ、前記第2方向に延びる壁部に対して前記第2方向上にあり、
前記第2突出部および前記第4突出部は、それぞれ平面視で重なり、
前記カソード側格子および前記アノード側格子を収容する枠状の中間室フレームを備え、
前記中間室フレームにおいて、前記第2方向の前記一方側の内壁部には、前記第3方向に延び、前記中間室フレームにおける前記電解液の受入口に繋がる供給溝があり、
前記供給溝は、平面視で重なる前記第1突出部および前記第3突出部の組と、前記組と前記第3方向に隣り合い、平面視で重なる前記第1突出部および前記第3突出部の組と、の間の各空間に前記電解液を供給し、
前記中間室フレームにおいて、前記第2方向の前記他方側の内壁部には、前記第3方向に延び、前記中間室フレームにおける前記電解液の排出口に繋がる排出溝があり、
前記排出溝には、平面視で重なる前記第2突出部および前記第4突出部の組と、前記組と前記第3方向に隣り合い、平面視で重なる前記第2突出部および前記第4突出部の組と、の間の各空間から前記電解液が排出される電解槽。
(10)(9)に記載の電解槽において、
前記排出溝と前記排出口を繋ぐ流路には、オリフィスがある電解槽。
(11)(1)から(8)のいずれか一つに記載の電解槽において、
枠状であり、内部が、前記第1方向および前記第2方向に直交する第3方向に延びる仕切り部によって前記第2方向に仕切られ、収容空間が前記第2方向に並ぶ中間室フレームを備え、前記各収容空間には、前記スペーサが収容される電解槽。
(12)(4)に記載の電解槽において、
前記第1突出部は、複数あり、それぞれ、前記カソード側孔の前記第2方向に延びる壁部に対して前記第2方向上にあり、
前記第3突出部は、複数あり、それぞれ、前記アノード側孔の前記第2方向に延びる壁部に対して前記第2方向上にあり、
前記第1突出部および前記第3突出部は、それぞれ前記第3方向において異なる位置にあり、
前記カソード側格子および前記アノード側格子を収容する枠状の中間室フレームを備え、
前記中間室フレームにおいて、前記第2方向の前記一方側の内壁部には、前記電解液の供給口があり、
前記供給口から供給される電解液は、前記カソード側格子および前記アノード側格子の前記一方側において、前記第1突出部および前記第3突出部の間を抜けながら前記第3方向に拡がる電解槽。
(電解水生成装置1の全体構成)
図1は、電解水生成装置1の概略図である。
電解水生成装置1(以下、装置1と記載)の電解槽10は、内部がカソード室2、中間室3、およびアノード室4に仕切られた三室型である。カソード室2は、図1中左側にあり、アノード室4は、図1中右側にある。中間室3は、カソード室2およびアノード室4の間にある。
図2は、電解槽10の分解斜視図である。
電解槽10は、ケースとして、カソード室フレーム24、中間室フレーム33、アノード室フレーム44を備える。フレーム24,33,44は、平面視でZ方向に長い矩形状、かつ略同一の大きさである。フレーム24,33,44において、縁には複数の孔91がある。孔91にはボルト92(図9)が通され、フレーム24,33,44が位置決めされる。フレーム24,33,44の間には、複数の要素が配置される。中間室フレーム33内には、後述するスペーサ5が配置される。この状態で、各孔91に通されるボルト92がナット93(図9)で締められることで、フレーム24,33,44が締結される。
カソード室フレーム24は、アノード室フレーム44とX方向に逆向きの構成であり、カソード室2を形成する平面視矩形の穴241がある。穴241の底における中央部には、カソード電極22に接続する配線部材222(図9)が通る孔94がある。穴241の底における−Z方向側には、カソード室2に原水を供給する孔242がY方向両側に離れて位置する。孔242は、ユニオン等の継手、配管を介して原水供給口101に接続される。カソード室フレーム24の+Z方向の面には孔243がY方向両側に離れて位置する。孔243は、ユニオン等の継手、配管を介してアルカリ水排出口23に接続され、カソード室2からアルカリ水を排出する。
図3からも、カソード電極22、フッ素メッシュシート252(図2)、陽イオン交換膜21(図2)の縁がフレーム24,33に挟持されることがわかる。
図4は、スペーサ5の−X方向側に位置するネット状クッション材312を示す平面図である。
ネット状クッション材312は、網目がひし形であり、例えばポリエチレン製で弾性を有する。ネット状クッション材312は、中間室フレーム33のZ方向両側の枠間の長さよりも短く、Y方向の幅も収容スペースSの幅よりも短い。ネット状クッション材312は、中間室フレーム33の枠部にかからない位置に配置される。スペーサ5の+X方向側に位置するネット状クッション材314も、上記ネット状クッション材312と同様の構成である。本実施形態では、ネット状クッション材312,314の厚さや、X方向に重ねる枚数を適宜設定することで、中間室3の内圧を容易に調整できる。また、ネット状クッション材312,314により、交換膜21,41にスペーサ5が直接あたることを防ぐことができ、交換膜21,41を保護できる。ネット状クッション材312,314は、スペーサ5の片側のみに設けられていてもよい。
ネット状クッション材316は、カソード側格子51とアノード側格子52との間に設けられてもよい。この場合でも、ネット状クッション材316の厚さや、X方向に重ねる枚数を適宜設定でき、中間室3の内圧を容易に調整できる。このように、スペーサ5の少なくとも片側、または格子51,52間にクッション材があることが好ましい。クッション材は、弾性および透水性を有するものであればよく、ネット状クッション材312,314のほか、例えば不織布であってもよい。
図5は、中間室フレーム33の平面図である。
中間室フレーム33において、−Z方向(Z方向の一方)側の内壁部には、塩水の供給口333がある。供給口333は、−Z方向側の各収容空間SのY方向中央部に対応する位置にあり、中間室フレーム33を貫通する。供給口333は、ユニオン等の継手、配管等を介して循環タンク81の塩水供給側に接続され、−Z方向側のスペーサ5に塩水を供給する。
図6は、カソード側格子51の構成および製作方法を説明するための図である。
図6(A)に示されるように、カソード側格子51において、カソード側孔511は、平面視正方形であり、Z方向およびY方向に直線状に並ぶ。本実施形態では、カソード側孔511は、Z方向に6つ、Y方向に4つ並ぶ。
図7(A)は、カソード側格子51を示し、図7(B)は、アノード側格子52を示す。アノード側格子52は、カソード側格子51と同じものを、姿勢をZ方向に逆にして用いられる。アノード側格子52は、カソード側孔511と同様のアノード側孔521を備える。すなわち、アノード側孔521は、カソード側孔511とZ方向の長さが等しく、かつZ方向に等しい数並ぶ。また、アノード側孔521は、カソード側孔511とY方向の長さが等しく、かつY方向に等しい数並ぶ。
図8は、スペーサ5を収容した状態の中間室フレーム33を示す図である。
スペーサ5の格子51,52において、孔511,521のZ方向に延びる壁部516,526は、Y方向に同位置にあり、X方向(図8の紙面垂直方向)において当接する。このZ方向に延び、Y方向に隣り合う壁部516,526により、塩水をZ方向に案内する通路PがY方向に複数形成される。スペーサ5のY方向両端では、収容空間Sの壁部と、孔511,521のZ方向に延びる壁部516,526とから通路Pが形成される。
図9は、電解槽10の断面図である
カソード側格子51およびアノード側格子52は、収容空間S(中間室3)に流入する塩水を、−Z方向から、Z方向にずれて並ぶカソード側孔511およびアノード側孔521に交互に案内することで、X方向に蛇行させながら、+Z方向に案内する。具体的には、前述したように、+−Z方向の各スペーサ5には、格子51,52によって、Z方向に延びる通路PがY方向に並ぶように形成され、これら各通路Pに塩水は進行する。各通路Pにおいて、塩水は、Z方向にずれて並ぶカソード側孔511およびアノード側孔521に交互に案内され、X方向に蛇行しながら+Z方向に進行する。
(電解槽10Aの全体構成)
図10は、電解槽10Aを示す分解斜視図である。
電解槽10Aが電解槽10と異なる点の一つは、スペーサ5Aが簡素化され、これに伴い、中間室フレーム33Aが、スペーサ5AのY方向に亘って塩水を供給するとともに、スペーサ5Aを通過した塩水をY方向に亘って集める点である。この点については後述する。
図11は、スペーサ5Aおよび中間室フレーム33Aを示す平面図である。図11では、アノード側格子52Aに色を付けて描いている。
スペーサ5Aは、カソード側格子51Aおよびアノード側格子52Aを備える。カソード側格子51Aは、前記実施形態のカソード側格子51を作成するための格子510(図6(C))と同じものである。アノード側格子52Aは、カソード側格子51Aと同じものを使用しており、カソード側格子51Aと姿勢がZ方向に逆である。従って、本実施形態では、前記実施形態とは異なり、格子51A,52AのZ方向両側の突出部512,514,522,524を削除する手間を省くことができる。
図12は、電解槽10Aの断面図である。
本実施形態においても、カソード側格子51Aおよびアノード側格子52Aは、中間室3に流入する塩水をカソード側孔511およびアノード側孔521に交互に案内することで、X方向に蛇行させる。そのため、塩水を良好に撹拌でき、中間室3によるイオン供給能力を向上できる。
スペーサ5,5Aは、任意の大きさのものを利用でき、スペーサ5,5Aに対応して電解槽10,10Aの大きさも任意に設計できる。第1実施形態において、スペーサ5の収容数は、平面方向に任意の数設置でき、スペーサ5の数に応じて、中間室フレーム33に仕切り部331、332を設けることができる。
Claims (12)
- カソード室およびアノード室の間の中間室にあるスペーサは、前記カソード室および前記アノード室が対向する第1方向に並ぶカソード側格子およびアノード側格子を備え、
前記カソード側格子のカソード側孔、および前記アノード側格子のアノード側孔であって前記カソード側孔と前記第1方向に並ぶアノード側孔は、前記第1方向と直交する第2方向にずれ、
前記カソード側格子および前記アノード側格子は、前記中間室に流入する電解液を、前記第2方向の一方側から、前記第2方向にずれて並ぶ前記カソード側孔および前記アノード側孔に交互に案内することで前記第1方向に蛇行させながら、前記第2方向の他方側に案内する電解槽。 - 請求項1に記載の電解槽において、
前記カソード側孔は、平面視矩形であり、前記カソード側孔の4辺の壁部は、断面視で前記カソード室側に向かうに従って細くなる山なりの形状であり、
前記アノード側孔は、平面視矩形であり、前記アノード側孔の4辺の壁部は、断面視で前記アノード室側に向かうに従って細くなる山なりの形状である電解槽。 - 請求項1または請求項2に記載の電解槽において、
前記カソード側孔および前記アノード側孔は、前記第2方向の長さが等しく、かつ前記第2方向に等しい数並び、
前記カソード側格子において、前記第2方向の前記一方側の端部からは、第1突出部が前記一方側に突出し、前記第2方向の前記他方側の端部からは、前記第1突出部と長さが異なる第2突出部が前記他方側に突出し、
前記アノード側格子において、前記第2方向の前記一方側の端部からは、前記第2突出部と長さが等しい第3突出部が前記一方側に突出し、前記第2方向の前記他方側の端部からは、前記第2突出部と長さが等しい第4突出部が前記他方側に突出する電解槽。 - 請求項3に記載の電解槽において、
前記カソード側孔および前記アノード側孔は、前記第1方向および前記第2方向に直交する第3方向の長さが等しく、かつ前記第3方向に等しい数並び、
前記カソード側格子の前記第3方向の両端部からは、長さが等しい第5突出部が前記第3方向の両側に突出し、
前記アノード側格子の前記第3方向の両端部からは、前記第5突出部と長さが等しい第6突出部が前記第3方向の両側に突出し、
前記第1方向に並ぶ前記カソード側孔および前記アノード側孔は、前記第3方向において同位置にある電解槽。 - 請求項1から4のいずれか一つに記載の電解槽において、
前記カソード室のカソード電極と、前記カソード側格子との間には、前記カソード電極側から順に、陽イオン交換膜と、弾性および透水性を有するクッション材とがあり、
および/または、前記アノード室のアノード電極と、前記アノード側格子との間には、前記アノード電極側から順に、陰イオン交換膜と、弾性および透水性を有するクッション材とがある電解槽。 - 請求項1から5のいずれか一つに記載の電解槽において、
前記カソード側格子および前記アノード側格子の間には、弾性および透水性を有するクッション材がある電解槽。 - 請求項1から6のいずれか一つに記載の電解槽において、
前記中間室に前記電解液を送るとともに、前記中間室から前記電解液を回収し、前記電解液に電解質を加えて循環させる電解液循環部を備え、
前記電解液循環部は、
前記中間室から回収する前記電解液を貯留するタンクと、
前記電解液の圧力が設定圧力以上になると作動し、前記電解液の圧力を下げるリリーフバルブと、を備える電解槽。 - 請求項7に記載の電解槽において、
前記リリーフバルブは、前記中間室から前記タンクに至る前記電解液の流路中にある電解槽。 - 請求項4に記載の電解槽において、
前記第1突出部は、前記カソード側孔の前記第2方向に延びる壁部毎に設けられ、それぞれ、前記第2方向に延びる壁部に対して前記第2方向上にあり、
前記第3突出部は、前記アノード側孔の前記第2方向に延びる壁部毎に設けられ、それぞれ、前記第2方向に延びる壁部に対して前記第2方向上にあり、
前記第1突出部および前記第3突出部は、それぞれ平面視で重なり、
前記第2突出部は、前記カソード側孔の前記第2方向に延びる壁部毎に設けられ、前記第2方向に延びる壁部に対して前記第2方向上にあり、
前記第4突出部は、前記アノード側孔の前記第2方向に延びる壁部毎に設けられ、それぞれ、前記第2方向に延びる壁部に対して前記第2方向上にあり、
前記第2突出部および前記第4突出部は、それぞれ平面視で重なり、
前記カソード側格子および前記アノード側格子を収容する枠状の中間室フレームを備え、
前記中間室フレームにおいて、前記第2方向の前記一方側の内壁部には、前記第3方向に延び、前記中間室フレームにおける前記電解液の受入口に繋がる供給溝があり、
前記供給溝は、平面視で重なる前記第1突出部および前記第3突出部の組と、前記組と前記第3方向に隣り合い、平面視で重なる前記第1突出部および前記第3突出部の組と、の間の各空間に前記電解液を供給し、
前記中間室フレームにおいて、前記第2方向の前記他方側の内壁部には、前記第3方向に延び、前記中間室フレームにおける前記電解液の排出口に繋がる排出溝があり、
前記排出溝には、平面視で重なる前記第2突出部および前記第4突出部の組と、前記組と前記第3方向に隣り合い、平面視で重なる前記第2突出部および前記第4突出部の組と、の間の各空間から前記電解液が排出される電解槽。 - 請求項9に記載の電解槽において、
前記排出溝と前記排出口を繋ぐ流路には、オリフィスがある電解槽。 - 請求項1から8のいずれか一つに記載の電解槽において、
枠状であり、内部が、前記第1方向および前記第2方向に直交する第3方向に延びる仕切り部によって前記第2方向に仕切られ、収容空間が前記第2方向に並ぶ中間室フレームを備え、前記各収容空間には、前記スペーサが収容される電解槽。 - 請求項4に記載の電解槽において、
前記第1突出部は、複数あり、それぞれ、前記カソード側孔の前記第2方向に延びる壁部に対して前記第2方向上にあり、
前記第3突出部は、複数あり、それぞれ、前記アノード側孔の前記第2方向に延びる壁部に対して前記第2方向上にあり、
前記第1突出部および前記第3突出部は、それぞれ前記第3方向において異なる位置にあり、
前記カソード側格子および前記アノード側格子を収容する枠状の中間室フレームを備え、
前記中間室フレームにおいて、前記第2方向の前記一方側の内壁部には、前記電解液の供給口があり、
前記供給口から供給される電解液は、前記カソード側格子および前記アノード側格子の前記一方側において、前記第1突出部および前記第3突出部の間を抜けながら前記第3方向に拡がる電解槽。
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