JP7122558B2

JP7122558B2 - 電解水生成装置

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Publication number: JP7122558B2
Application number: JP2018133652A
Authority: JP
Inventors: 友宏山口; 賢一郎稲垣
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-07-13
Filing date: 2018-07-13
Publication date: 2022-08-22
Anticipated expiration: 2038-07-13
Also published as: JP2020011176A

Description

本開示は、電解水生成装置に関する。

従来から、陽極と、陰極と、陽極と陰極との間に設けられた陽イオン交換膜と、水が流入する流入口と、水が流出する流出口とを有し、陽極、陰極、および陽イオン交換膜を内包するハウジングと、を備えた電解水生成装置の開発が行われている。

特開２０１７－１７６９９３号公報

上記の従来の電解水生成装置は、他の装置に組み込まれて使用されるが、より良好に使用することができるよう、改善の余地がある。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、より良好に使用することができる電解水生成装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本開示の第１の態様に係る電解水生成装置は、陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設けられた陽イオン交換膜と、水が流入する流入口と、前記水が流出する流出口とを有し、前記陽極、前記陰極、および前記陽イオン交換膜を内包するハウジングと、を備え、前記ハウジングは、外部の被嵌合部と嵌合する位置決め用嵌合部を含む。

本開示の第２の態様に係る電解水生成装置は、陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設けられた陽イオン交換膜と、水が流入する流入口と、前記水が流出する流出口とを有し、前記陽極、前記陰極、および前記陽イオン交換膜を内包するハウジングと、を備え、前記ハウジングは、前記陽極、前記陰極、および前記陽イオン交換膜を受け入れる容器部と、前記容器部の開口を閉塞する蓋部と、を含み、前記蓋部は、相対的にレーザ光を透過し易い色を有するレーザ透過性樹脂を含み、前記容器部は、相対的にレーザ光を吸収し易い色のレーザ吸収性樹脂を含み、前記蓋部と前記容器部とがレーザ樹脂溶着によって互いに固定されている。

本開示の第３の態様に係る電解水生成装置は、陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設けられた陽イオン交換膜と、水が流入する流入口と、前記水が流出する流出口とを有し、前記陽極、前記陰極、および前記陽イオン交換膜を内包するハウジングと、を備え、前記ハウジングは、前記陽極、前記陰極、および前記陽イオン交換膜を受け入れる容器部と、前記容器部の開口を閉塞する蓋部と、を含み、前記陽極、前記イオン交換膜、および前記陰極は、積層構造を構成し、前記蓋部は、前記積層構造を積層方向において押さえ付けるように内側に設けられた押さえ凸部を含む。

本開示の第１の態様の電解水生成装置によれば、より良好に使用することができる。

本開示の第２の態様の電解水生成装置によれば、蓋部と容器部とを容易に固定することができる。

本開示の第３の態様の電解水生成装置によれば、積層構造を構成する陽極、陽イオン交換膜、および陰極の位置ズレを抑制することができる。

実施の形態の電解水生成装置の分解斜視図である。実施の形態の電解水生成装置の幅方向に沿って切った縦断面図である。実施の形態の電解水生成装置の長さ方向に沿って切った縦断面図である。

以下、図面を参照しながら、実施の形態の電解水生成装置を説明する。複数の図面同士の間において、同一の参照符号が付された部分同士は、図面上における形状に多少の相違があっても、特段の記載がない限り、互いに同一の機能を発揮するものとする。

本実施の形態においては、電解水生成装置１００は、電解水としてオゾン水を生成するオゾン水生成装置である。なお、オゾン水は、殺菌または有機物分解に有効であるため、水処理分野、食品、または医学分野において利用されており、残留性が低いこと、および、副生成物が生成されないという利点を有している。

本明細書においては、図１のＸ方向は、水の流路に沿った方向であり、通水方向と呼ばれる。図１に示されるように、電解水生成装置１００は、Ｘ方向が長手方向となる直方体形状を有している。図１のＹ方向は、水の流路を横切る方向であり、幅方向と呼ばれる。Ｙ方向は、図１では水平面に沿った方向であるものとする。図１のＺ方向は、電極および導電性膜が積層される方向であり、積層方向と呼ばれる。図１では、電解水生成装置１００の蓋部２が上側に位置付けられる状態で、鉛直方向がＺ方向として示されている。Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は、図１に示される方向の組合せに限定されず、電解水生成装置１００は、どのような姿勢で設けられていてもよい。

ただし、実施の形態の電解水生成装置１００は、その流路が鉛直方向に沿って延びるような姿勢で他の装置に組み込まれることが望ましい。より具体的には、電解水生成装置１００は、その流入口Ｆｉｎが下を向き、かつ、その流出口Ｆｏｕｔが上を向くような姿勢で他の装置へ組み込むことが好ましい。言い換えると、電解水生成装置１００の姿勢は、水が下方から上方へ流れるように設定されていることが好ましい。その理由は、陽極Ａの表面で発生したオゾンが気泡成長する前に速やかに陽極Ａの表面からオゾンを引き離すことが好ましいためである。つまり、流入口Ｆｉｎが下を向き、かつ、流出口が上を向いていると、浮力によって、オゾンが速やかに陽極Ａの表面から離れるためである。これによれば、オゾンが、気泡の状態で残存することを抑制され、水に溶け込み易くなることにより、オゾン水の生成効率が向上する。ただし、電解水生成装置１００は、その流路が鉛直方向に沿って延びるような姿勢以外のいかなる姿勢で他の装置に組み込まれてもよい。

図１に示されるように、電解水生成装置１００は、給電体Ｆおよび陽極本体ＡＭからなる陽極Ａと、陰極Ｃと、陽極Ａと陰極Ｃとの間に設けられた陽イオン交換膜Ｉと、を備えている。本実施の形態においては、陽極Ａが陽極本体ＡＭと給電体Ｆとからなる例が示されているが、陽極Ａが１つの材料によって構成されていてもよいとともに、３以上の材料によって構成されていてもよい。

給電体Ｆ、陽極本体ＡＭ、陽イオン交換膜Ｉ、および陰極Ｃは、積層構造４を構成している。給電体Ｆ、陽極本体ＡＭ、イオン交換膜、および陰極Ｃは、いずれも、平板形状を有している。平板形状は、Ｘ方向、すなわち通水方向を長手方向とし、Ｙ方向、すなわち幅方向を短手方向とする長方形の平面形状を有しており、Ｚ方向、すなわち積層方向に厚さを有している。給電体Ｆ、陽極本体ＡＭ、陽イオン交換膜Ｉ、および陰極Ｃは、この順番で下から上へ向かって、Ｚ方向に積層されている。

図１に示されるように、本実施の形態の電解水生成装置１００は、ハウジング５を備えている。ハウジング５は、水が流入する流入口Ｆｉｎと、水が流出する流出口Ｆｏｕｔとを有し、給電体Ｆ、陽極本体ＡＭ、陰極Ｃ、および陽イオン交換膜Ｉを内包している。ハウジング５は、給電体Ｆ、陽極本体ＡＭ、陰極Ｃ、および陽イオン交換膜Ｉを受け入れる容器部１と、容器部１の開口を閉塞する蓋部２と、を含んでいる。

陰極Ｃは、平面視において複数のＶ字状の貫通孔を有している。陽イオン交換膜Ｉは、通水方向を横切る方向に沿って複数の貫通孔が設けられている。陰極Ｃの貫通孔および陽イオン交換膜Ｉの貫通孔の中でオゾンが発生し、容器部１内の水に溶解する。これにより、オゾン水が生成される。

図１に示されるように、容器部１の底には、弾性体３が置かれる。弾性体３の上には、積層構造４が置かれる。蓋部２は、積層構造４を押さえ付けるように、容器部１の上面に固定される。

図１および図２に示されるように、ハウジング５は、外部装置２００の被嵌合部Ｐに嵌合する位置決め用嵌合部Ｔを含んでいる。そのため、電解水生成装置１００を外部装置２００に対して容易に位置決めすることができる。本実施の形態においては、被嵌合部Ｐは、凸部であり、位置決め用嵌合部Ｔは、凹部である。しかしながら、被嵌合部Ｐは、凹部であり、位置決め用嵌合部Ｔは、凸部であってもよい。つまり、被嵌合部Ｐおよび位置決め用嵌合部Ｔは、互いに嵌合する形状であれば、いかなる形状を有していてもよい。

本実施の形態においては、位置決め用嵌合部Ｔは長手方向に沿って延びる複数の線状の溝である。ただし、位置決め用嵌合部Ｔは、外部装置２００以外に外部に存在する被装着物の被嵌合部に嵌合するものであれば、いなかる形状を有していてもよい。

本実施の形態においては、位置決め用嵌合部Ｔは、蓋部２に設けられている。そのため、位置決め用嵌合部Ｔに起因した強度の低下を抑制しながら、位置決め用嵌合部Ｔを有する容器部１を形成することができる。ただし、位置決め用嵌合部Ｔは、容器部１に設けられていてもよい。

図２に示されるように、外部装置２００は、電解水生成装置１００とは別の装置である。外部装置２００は、その外縁から垂れ下がる部分の先端に設けられた爪部２０１を有している。外部装置２００の爪部２０１が電解水生成装置１００の容器部１の上端から外方へ延びる鍔部１２の下側に引っ掛けられるように、電解水生成装置１００が外部装置２００の爪部２０１同士の間に挿入される。それにより、電解水生成装置１００が外部装置２００に固定される。なお、外部装置２００は、電解水生成装置１００で生成された電解水、たとえば、オゾン水を利用して殺菌処理をするための装置である。

図２から分かるように、蓋部２は、相対的に肉厚が小さい薄肉部２１と、相対的に肉厚が大きい厚肉部２２とを含んでいる。の位置決め用嵌合部Ｔとしての凹部は、厚肉部２２に設けられている。そのため、蓋部２の強度が低下することを抑制することができる。位置決め用嵌合部Ｔを構成する凹部は、蓋部２の長手方向に沿って延びる溝部である。そのため、電解水生成装置１００を外部装置２００の被嵌合部Ｐとしての凸部に対して安定的に位置決めすることができる。

蓋部２は、相対的にレーザ光を透過し易い色を有するレーザ透過性樹脂で形成されている。容器部１は、相対的にレーザ光を吸収し易い色のレーザ吸収性樹脂で形成されている。電解水生成装置１００の製造時においては、蓋部２のＺ方向の上側からレーザが薄肉部２１に照射される。それにより、薄肉部２１を透過したレーザ光が、蓋部２の薄肉部２１の下面と容器部１の上面とを加熱し、溶融させる。その結果、本実施の形態においては、蓋部２の薄肉部２１と容器部１とがレーザ樹脂溶着によって互いに固定される。これによれば、レーザ光は、薄肉部２１の短い距離において樹脂材料を透過するだけであるため、蓋部２と容器部１とを容易に固定することができる。

なお、本実施の形態においては、容器部１は、黒色またはそれに近い色を有し、蓋部２は、透明や白色またはそれに近い色を有している。つまり、容器部１と蓋部２とは、レーザ光の透過度が最も大きく異なっている。そのため、レーザ溶着を極めて容易に実行することができる。ただし、容器部１および蓋部２の色は、それぞれ、互いのレーザ樹脂溶着を実現できる色であれば、いかなる色であってもよい。

また、蓋部２の薄肉部２１は、蓋部２に形成された溝の底部を構成し、溝に容器部１の容器部１の鍔部１２に形成された容器凸部１１が挿入されている。そのため、蓋部２と容器部１とを強固に固定することができる。また、蓋部２と容器部１との位置決めとレーザ樹脂溶着のための薄肉部２１の形成との双方を１つの溝部によって実現することができる。

図１および図３に示されるように、給電体Ｆには、陽極用の給電シャフトＡＳが電気的に接続されている。給電体Ｆと陽極Ａ用の給電シャフトＡＳとは陽極Ａ用のバネ部ＡＢを介して接続されている。図３に示されるように、陽極Ａ用の給電シャフトＡＳは、容器部１の底面に設けられた貫通孔１Ａに挿入される。陽極Ａ用の給電シャフトＡＳの容器部１の外部に突出する部分が電力供給部の正極に電気的に接続される。

図１および図３に示されるように、陰極Ｃには、陰極Ｃ用の給電シャフトＣＳが電気的に接続されている。陰極Ｃと陰極Ｃ用の給電シャフトＣＳとは陰極Ｃ用のバネ部ＣＢを介して接続されている。陰極Ｃ用の給電シャフトＣＳは、容器部１の底面に設けられた貫通孔１Ｃに挿入される。陰極Ｃ用の給電シャフトＣＳの容器部１の外部に突出する部分が電力供給部の負極に電気的に接続される。

図１に示されるように、陽極Ａ用の給電シャフトＡＳの容器部１の外部に突出する部分および陰極Ｃ用の給電シャフトＣＳの容器部１の外部に突出する部分が、それぞれ、オーリングＯ、ワッシャＷ、座金Ｓ、および六角ナットＮに挿入される。その結果、積層構造４を構成する給電体Ｆ、陽極本体ＡＭ、陽イオン交換膜Ｉ、および陰極Ｃが、六角ナットＮの締め付けにより、容器部１の底面に押し付けられ、固定される。

図２および図３に示されるように、蓋部２は、積層構造４を積層方向において押さ付けるように内側に設けられた押さえ凸部Ｒを含んでいる。これによれば、蓋部２を容器部１に固定するだけで、積層構造４を構成する給電体Ｆ、陽極Ａ、陽イオン交換膜Ｉ、および陰極Ｃの位置ズレや変形を抑制することができる。

図２における３つの押さえ凸部Ｒのうち幅方向（Ｙ方向）の両側のそれぞれに設けられた２つの押さえ凸部Ｒは、通水方向（Ｘ方向）に沿って直線状に延びる凸条である。また、図２における３つの押さえ凸部Ｒのうち幅方向の中央に設けられた１つの押さえ凸部Ｒは、図３に示されるように、通水方向に沿って並べられた複数の押さえ突起ＲＡ，ＲＣである。そのため、押さえ凸部Ｒが電解水生成装置１００内での水の流れを阻害する程度を極力小さくすることができる。

ただし、図２における中央の押さえ凸部Ｒの下端面は、図２における両側のそれぞれの押さえ凸部Ｒの下端面に比較して、わずかに上側に位置付けられている。図２における中央の押さえ凸部Ｒは、図２における両側のそれぞれの押さえ凸部Ｒが積層構造４を押さえ付けたときに、積層構造４の幅方向における中央部の積層方向（Ｚ方向）における浮き上がりを抑制する。

具体的には、図２における幅方向の中央部の押さえ凸部Ｒは、図３に示されるように、陽極Ａを押さえ付ける陽極Ａ用の押さえ突起ＲＡと、陰極Ｃを押さえ付ける陰極Ｃ用の複数の押さえ突起ＲＣとを含でんいる。そのため、陰極Ｃおよび陽極Ａのそれぞれの位置ズレをより確実に抑制することができる。具体的には、図３に示される長手方向の一端の陰極Ｃ用の押さえ突起ＲＣは、陰極Ｃ用の給電シャフトＣＳの軸方向の位置ズレを抑制する。一方、図３に示される陽極Ａ用の押さえ突起ＲＡは、陽極Ａ用の給電シャフトＡＳの軸方向の位置ズレを抑制する。

本実施の形態においては、押さえ凸部Ｒは、複数列、たとえば、３列に並べられているが、これに限定されず、陽極Ａおよび陰極Ｃの位置ズレおよび変形を抑制できるのであれば、いかなる形状を有していてよい。

実施の形態の電解水生成装置１００は、オゾン水を生成するオゾン水生成装置であるが、生成させる物質はオゾンに限定されない。たとえば、電解水生成装置１００は、次亜塩素酸を生成することにより、殺菌作用を発揮するものであってもよい。また、電解水生成装置１００は、酸素水、水素水、塩素含有水、または過酸化水素水等を生成するものであってもよい。

本実施の形態の電解水生成装置１００の陽極Ａは、導電性シリコン、導電性ダイヤモンド、チタン、白金、酸化鉛、または酸化タンタル等の電解水を生成することができ、導電性および耐久性を有するのであれば、いかなる物質により構成されていてもよい。また、陽極Ａがダイヤモンド電極である場合、陽極Ａの製造方法は、成膜による製造方法に限定されず、また、金属以外の材料を用いるものであってもよい。

陰極Ｃ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、チタン、ステンレス、または導電性シリコンなどで構成することも可能である。

本実施の形態の電解水生成装置１００は、電解処理した液中の電解水生成濃度を高めることを可能にするための装置に取り付けることによって使用することができる。その装置は、たとえば、浄水装置等の水処理機器、洗濯機、食洗機、温水洗浄便座、冷蔵庫、給湯給水装置、殺菌装置、医療用機器、空調機器、または厨房機器等である。

以下、実施の形態の電解水生成装置１００の特徴的構成およびそれにより得られる効果を説明する。

（１）電解水生成装置１００は、陽極Ａと、陰極Ｃと、陽極Ａと陰極Ｃとの間に設けられた陽イオン交換膜Ｉと、を備えている。また、電解水生成装置１００は、水が流入する流入口Ｆｉｎと、水が流出する流出口Ｆｏｕｔとを有し、陽極Ａ、陰極Ｃ、および陽イオン交換膜Ｉを内包するハウジング５を備えている。ハウジング５は、外部の被嵌合部Ｐと嵌合する位置決め用嵌合部Ｔを含んでいる。そのため、電解水生成装置１００を外部装置２００に対して容易に位置決めすることができる。その結果、電解水生成装置１００をより良好に使用することができる。

（２）ハウジング５は、陽極Ａ、陰極Ｃ、および陽イオン交換膜Ｉを受け入れる容器部１と、容器部１の開口を閉塞する蓋部２と、を含み、位置決め用嵌合部Ｔは、蓋部２に設けられていてもよい。これによれば、位置決め用嵌合部Ｔに起因した強度の低下を抑制しながら、位置決め用嵌合部Ｔを有する容器部１を形成することができる。

（３）蓋部２は、相対的に肉厚が小さい薄肉部２１と、相対的に肉厚が大きい厚肉部２２とを含み、位置決め用嵌合部Ｔは、厚肉部２２に設けられていることが好ましい。これによれば、蓋部２の強度が低下することを抑制することができる。

（４）位置決め用嵌合部Ｔは、蓋部２の長手方向に沿って延びる溝部であってもよい。これによれば、電解水生成装置１００を外部の被嵌合部Ｐに対して安定的に位置決めすることができる。

（５）電解水生成装置１００は、陽極Ａと、陰極Ｃと、陽極Ａと陰極Ｃとの間に設けられた陽イオン交換膜Ｉと、を備えている。また、電解水生成装置１００は、水が流入する流入口Ｆｉｎと、水が流出する流出口Ｆｏｕｔとを有し、陽極Ａ、陰極Ｃ、および陽イオン交換膜Ｉを内包するハウジング５を備えている。ハウジング５は、陽極Ａ、陰極Ｃ、および陽イオン交換膜Ｉを受け入れる容器部１と、容器部１の開口を閉塞する蓋部２と、を含んでいる。蓋部２は、相対的に肉厚が小さい薄肉部２１と、相対的に肉厚が大きい厚肉部２２とを含んでいる。蓋部２は、相対的にレーザ光を透過し易い色を有するレーザ透過性樹脂を含み、容器部１は、相対的にレーザ光を吸収し易い色のレーザ吸収性樹脂を含んでいる。薄肉部２１と容器部１とがレーザ樹脂溶着によって互いに固定されている。これによれば、蓋部２と容器部１とを容易に固定することができる。

（６）蓋部２は、相対的に肉厚が小さい薄肉部２１と、相対的に肉厚が大きい厚肉部２２とを含んでいてもよい。容器部１は、蓋部２の薄肉部２１に向かって突出する容器凸部１１を含んでいてもよい。薄肉部２１と容器凸部１１とがレーザ樹脂溶着によって互いに固定されていてもよい。これによれば、蓋部２と容器部１とを強固に固定することができる。

（７）電解水生成装置１００は、陽極Ａと、陰極Ｃと、陽極Ａと陰極Ｃとの間に設けられた陽イオン交換膜Ｉと、を備えている。また、電解水生成装置１００は、水が流入する流入口Ｆｉｎと、水が流出する流出口Ｆｏｕｔとを有し、陽極Ａ、陰極Ｃ、および陽イオン交換膜Ｉを内包するハウジング５を備えている。ハウジング５は、陽極Ａ、陰極Ｃ、および陽イオン交換膜Ｉを受け入れる容器部１と、容器部１の開口を閉塞する蓋部２と、を含んでいる。陽極Ａ、陽イオン交換膜、および陰極Ｃは、積層構造４を構成している。蓋部２は、積層構造４を積層方向において押さえ付けるように蓋部２の内側に設けられた押さえ凸部Ｒを含んでいる。これによれば、蓋部２を容器部１に固定するだけで、積層構造４を構成する陽極Ａ、陽イオン交換膜、および陰極Ｃの位置ズレを抑制することができる。

（８）押さえ凸部Ｒは、通水方向に沿って延びる凸条であるかまたは通水方向に沿って並べられた複数の押さえ突起ＲＡ，ＲＣであることが好ましい。これによれば、押さえ凸部Ｒが電解水生成装置１００内での水の流れを阻害する程度を極力小さくすることができる。

（９）押さえ凸部Ｒは、陽極Ａを押さえ付ける陽極Ａ用の押さえ突起ＲＡと、陰極Ｃを押さえ付ける陰極Ｃ用の押さえ突起ＲＣとを含でんいることが好ましい。これによれば、陰極Ｃおよび陽極Ａのそれぞれの位置ズレをより確実に抑制することができる。

１容器部
２蓋部
４積層構造
５ハウジング
１００電解水生成装置
Ａ陽極
Ｃ陰極
Ｉ陽イオン交換膜
Ｆｉｎ流入口
Ｆｏｕｔ流出口
Ｐ被嵌合部
Ｒ押さえ凸部
ＲＡ，ＲＣ押さえ突起
Ｔ位置決め用嵌合部

Claims

陽極と、
陰極と、
前記陽極と前記陰極との間に設けられた陽イオン交換膜と、
水が流入する流入口と、前記水が流出する流出口とを有し、前記陽極、前記陰極、および前記陽イオン交換膜を内包するハウジングと、を備え、
前記ハウジングは、前記陽極、前記陰極、および前記陽イオン交換膜を受け入れる容器部と、前記容器部の開口を閉塞する蓋部と、を含み、
前記ハウジングの蓋部は、外部装置の被嵌合部と嵌合する位置決め用嵌合部と、相対的に肉厚が小さい薄肉部と、相対的に肉厚が大きい厚肉部とを含み、
前記位置決め用嵌合部は、前記厚肉部に設けられ、前記薄肉部は、前記蓋部と前記容器との溶着部である、電解水生成装置。
前記位置決め用嵌合部は、前記蓋部の長手方向に沿って延びる溝部である、請求項１に記載の電解水生成装置。
前記蓋部は、相対的にレーザ光を透過し易い色を有するレーザ透過性樹脂を含み、
前記容器部は、相対的にレーザ光を吸収し易い色のレーザ吸収性樹脂を含み、
前記蓋部と前記容器部とがレーザ樹脂溶着によって互いに固定された、請求項１又は２に記載の電解水生成装置。
前記容器部は、前記蓋部の前記薄肉部に向かって突出する容器凸部を含み、
前記薄肉部と前記容器凸部とが前記レーザ樹脂溶着によって互いに固定された、請求項３に記載の電解水生成装置。
前記陽極、前記陽イオン交換膜、および前記陰極は、積層構造を構成し、
前記蓋部は、前記積層構造を積層方向において押さえ付けるように前記蓋部の内側に設けられた押さえ凸部を含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
前記押さえ凸部は、通水方向に沿って延びる凸条であるかまたは前記通水方向に沿って並べられた複数の押さえ突起である、請求項５に記載の電解水生成装置。
前記押さえ凸部は、前記陽極を押さえ付ける陽極用の押さえ突起と、前記陰極を押さえ付ける陰極用の押さえ突起とを含む、請求項５に記載の電解水生成装置。