JP7138924B2 - 電解水生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電解水生成装置に関し、液体に所定電圧を印加して電解水を生成する電解水生成装置に関する。

従来の研究により、液体の例として塩化ナトリウム水溶液を用い、生成装置として一室型電解槽（無隔膜式電解槽）を用いて電気分解を行うことにより弱アルカリ性の電解水（電解次亜水）が生成され、二室型電解槽（有隔膜式電解槽）を用いて電気分解を行うことにより弱酸性の電解水が生成される等の知見が得られている。

例えば、上記の電解次亜水は、低濃度でも優れた除菌効果が得られることが知られており、また、食品添加物認定水として直接食材にも使用できるため、使用者・食材・機器へのダメージが少ないという利点を備えている。ここで、電解水生成装置の例として、特許文献１（特許第３９８６８２０号公報）に記載の技術、あるいは、特許文献２（特許第４５９４３５７号公報）に記載の技術等が開示されている。

特許第３９８６８２０号公報 特許第４５９４３５７号公報

一般的に、電解水生成装置においては、液体に通電する電流を大きくすれば、電解水の生成量が増えることが知られている。しかしながら、大電流にすると発熱量が大きくなり、装置構成部材の劣化や破損が生じる危険性が高まるため、思うように大電流化を図ることができないという課題があった。

そのため、電解水生成装置においては、冷却を如何に行うかが重要となる。上記の特許文献１に例示される装置では、電解槽を冷却用ジャケットで覆って冷却を行う構造となっている。一方、特許文献２に例示される装置では、電解槽を主配管内部に格納して冷却を行う構造となっている。ここで、これらの装置で使用する冷却水には、主配管を流れる希釈水を利用しているため、冷却能力は希釈水の流量に依存することとなる。したがって、主配管を閉塞して電解液のみを生成（貯蔵）する動作をなす電解水生成装置においては、その動作中に冷却能力が失われてしまう課題が生じる。また、電解槽の外殻の冷却が可能な一方、内部の電極には冷却水が接液しないため、電極を直接冷却することができずに、局所的な温度上昇が生じてしまう課題が生じる。さらに、構造が複雑であるため、装置コストが高くなってしまう課題が生じる。

したがって、電解水生成装置においては、簡素な構造であると共に、放熱性を向上させて、より大きな電流による電気分解を行って電解水の生成量を増加させることが重要となる。併せて、電気分解に用いられる塩化ナトリウム水溶液等の液体は漏出が生じると金属材料の腐食等の原因となるため、如何に漏出を防止するかということも重要となる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、放熱性を向上させて、より大きな電流による電気分解が可能で、電解水の生成量を増加させることができる共に、電気分解に用いられる液体の漏出を防止することができる簡素な構造の電解水生成装置を提供することを目的とする。

一実施形態として、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。

一実施形態に係る電解水生成装置は、いずれも導電性材料からなり液体を通流させる相対的に小径の第１筒および相対的に大径の第２筒と、第１電極および第２電極を有して前記液体に所定電圧を印加する電源とを備えて前記液体から電解水を生成する電解水生成装置であって、前記第２筒内に前記第１筒が収容された二重構造部が設けられ、前記二重構造部における前記第１筒の外周面と前記第２筒の内周面との間が前記液体の流路として用いられると共に、前記流路のシールを行うシール部材が設けられており、前記第１筒は、第１開口端部に径方向の内側に向かって延設された第１フランジと、第２開口端部に径方向の外側に向かって延設された第２フランジと、を有し、前記第２筒は、第１開口端部に径方向の外側に向かって延設された第３フランジと、第２開口端部に径方向の外側に向かって延設された第４フランジと、を有し、前記第１フランジの外方面に筒状の第１ブロックが固定されており、前記第３フランジの外方面に筒状の第２ブロックが固定されており、前記第２フランジの内方面と前記第４フランジの外方面とで挟持された位置に筒状の第３ブロックが固定されており、前記シール部材として、前記第１フランジの外方面と、前記第１ブロックとの間に、前記第１筒の軸方向に圧縮されるように配設されて前記流路のシールを行う第１シールと、前記第３フランジの外方面と、前記第２ブロックとの間に、前記第２筒の軸方向に圧縮されるように配設されて前記流路のシールを行う第２シールと、前記第２フランジの内方面と、前記第３ブロックとの間に、前記第１筒の軸方向に圧縮されるように配設されて前記流路のシールを行う第３シールと、前記第４フランジの外方面と、前記第３ブロックとの間に、前記第２筒の軸方向に圧縮されるように配設されて前記流路のシールを行う第４シールと、前記第１ブロックの外周面と、前記第２ブロックの内周面との間に、前記第１筒および前記第２筒の径方向に圧縮されるように配設されて前記流路のシールを行う第５シールと、を備え、前記第１電極と、前記第２筒とが、電気的に接続され、前記第２電極と、前記第１筒とが、電気的に接続されていることを要件とする。

また、他の実施形態として、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。

他の実施形態に係る電解水生成装置は、いずれも導電性材料からなり液体を通流させる相対的に小径の第１筒および相対的に大径の第２筒と、第１電極および第２電極を有して前記液体に所定電圧を印加する電源とを備えて前記液体から電解水を生成する電解水生成装置であって、前記第２筒内に前記第１筒が収容された二重構造部が設けられ、前記二重構造部における前記第１筒の外周面と前記第２筒の内周面との間が前記液体の流路として構成され、いずれも導電性材料からなり前記第１筒の第１開口端部に当接する第１側板、および前記第１筒の第２開口端部に当接する第２側板と、導電性材料からなり前記第１筒の内部空間に配設される一つのシャフトと、をさらに備え、前記第１側板および前記第２側板は、前記シャフトによって前記第１筒を間に保持した状態で相互に固定されると共に、いずれも前記シャフトを当接させて固定する固定部と、前記固定部の周囲に開口する通風孔と、を有し、前記第１電極と、前記第１筒、前記第１側板、前記第２側板、および前記シャフトとが、電気的に接続され、前記第２電極と、前記第２筒とが、電気的に接続されていることを要件とする。

なお、上記の装置においては、一方の前記通風孔から前記第１筒の前記内部空間に空気を送入させて、他方の前記通風孔から前記空気を送出させるファンをさらに備える構成とすることが考えられる。また、前記二重構造部は、第１開口部において前記第１側板と第１押え板とで挟持されて固定される第４ブロックと、第２開口部において前記第２側板と第２押え板とで挟持されて固定される第５ブロックと、を有し、前記第４ブロックは、前記流路と連通して前記液体を流入させる流入口を有し、前記第５ブロックは、前記流路と連通して前記液体を流出させる流出口を有し、前記ファンは、前記第１側板に配設されており、前記液体の通流方向と前記空気の送流する方向とが一致する構成とすることが考えられる。また、前記第４ブロックは、前記第１側板との当接面に第１パッキンを入れ込む第１溝と、前記第１押え板との当接面に第２パッキンを入れ込む第２溝と、を有し、前記第１パッキンは、前記第１側板と前記第１押え板とで前記第４ブロックが挟持されたときに圧縮されて前記第１側板、前記第４ブロック、および前記第１筒の全てと密着する寸法に形成されており、前記第２パッキンは、前記第１側板と前記第１押え板とで前記第４ブロックが挟持されたときに圧縮されて前記第１押え板、前記第４ブロック、および前記第２筒の全てと密着する寸法に形成されており、前記第４ブロックは、内径が前記第１筒の外径よりも大きく形成されて、前記第１筒と非接触状態で配設され、且つ、前記第２筒の端部との間に空隙部が設けられて、前記第２筒と非接触状態で配設されており、前記第５ブロックは、前記第２側板との当接面に第３パッキンを入れ込む第３溝と、前記第２押え板との当接面に第４パッキンを入れ込む第４溝と、を有し、前記第３パッキンは、前記第２側板と前記第２押え板とで前記第５ブロックが挟持されたときに圧縮されて前記第２側板、前記第５ブロック、および前記第１筒の全てと密着する寸法に形成されており、前記第４パッキンは、前記第２側板と前記第２押え板とで前記第５ブロックが挟持されたときに圧縮されて前記第２押え板、前記第５ブロック、および前記第２筒の全てと密着する寸法に形成されており、前記第５ブロックは、内径が前記第１筒の外径よりも大きく形成されて、前記第１筒と非接触状態で配設され、且つ、前記第２筒の端部との間に空隙部が設けられて、前記第２筒と非接触状態で配設されている構成とすることが考えられる。

開示の電解水生成装置によれば、放熱性を向上させて、より大きな電流による電気分解を行って電解水の生成量を増加させることができる。また、電気分解に用いられる液体の漏出を防止することができる。さらに、簡素な構造が実現できるため、装置コストをより一層、低減することができる。

本発明の第一の実施形態に係る電解水生成装置の例を示す概略図（正面断面図）である。 図１に示す電解水生成装置のII部拡大図である。 図１に示す電解水生成装置のIII部拡大図である。 本発明の第二の実施形態に係る電解水生成装置の例を示す概略図（斜視図）である。 図４に示す電解水生成装置の概略図（正面視上半断面図）である。 図４に示す電解水生成装置の概略図（一部切欠き斜視断面図）である。 図６におけるVII部矢視拡大図である。 図６におけるVIII部矢視拡大図である。 図４に示す電解水生成装置の第１筒の例を示す概略図（図９（ａ）は左側面図、図９（ｂ）は正面図、図９（ｃ）は右側面図）である。 図４に示す電解水生成装置の第２筒の例を示す概略図（図１０（ａ）は左側面図、図１０（ｂ）は正面図、図１０（ｃ）は右側面図）である。

（第一の実施形態）
以下、図面を参照して、本発明の第一の実施形態について詳しく説明する。図１は、本実施形態に係る電解水生成装置１の例を示す正面断面図（概略図）である（なお、ファンの部分は非断面表示）。また、図２は、図１におけるII部拡大図、図３は、図１におけるIII部拡大図である（なお、図の簡素化のため、ボルト類、電気配線は不図示）。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

この電解水生成装置１は、いわゆる一室型電解槽（無隔膜式電解槽）の電解水生成装置であって、被電解液となる液体に所定の電圧を印加して電気分解を行うことにより、生成物としての電解水を得る装置である。例えば、当該液体として塩化ナトリウム水溶液（食塩水）を用いれば、弱アルカリ性の電解水である電解次亜水が生成される。一例として、濃度３［％］程度の塩化ナトリウム水溶液に対して、３．５～４．５［Ｖ］程度の電圧を印加して電気分解を行うと、ｐＨ７．５～１０程度の液性を示す電解次亜水が生成される。ただし、本装置に用いることが可能な被電解液は塩化ナトリウム水溶液に限定されるものではなく、水、塩酸等、種々の液体を用いることが可能である。なお、被電解液の種類に応じて、生成される電解水の液性は異なるものとなる。

図１～図３に示すように、電解水生成装置１は、相対的に小径の第１筒１１と、相対的に大径の第２筒１２とを備えると共に、第２筒１２内に第１筒１１が収容された二重構造部１４が設けられている。この二重構造部１４における第１筒１１の外周面１１ａと第２筒１２の内周面１２ｂとの間が、液体を通流させる流路２０として構成される。なお、本実施形態においては後述の第４ブロック３１、第５ブロック３２の構成に応じて、第１筒１１を相対的に長く、第２筒１２を相対的に短くしている。なお、変形例として、第４ブロック３１、第５ブロック３２の構成を変更する等によって、第１筒１１と、第２筒１２とを同じ長さに形成してもよい（不図示）。

本実施形態においては、第１筒１１および第２筒１２は金属もしくは炭素等の導電性材料（一例としてチタン合金）を用いた筒状（一例として円筒状）であって、第１筒１１の外径Ｌ１が第２筒１２の内径Ｌ２よりも小さくなるように形成されている。前述の通り、第１筒１１の外周面１１ａと第２筒１２の内周面１２ｂとの間が流路２０となるため、一例として、第１筒１１の外径Ｌ１が１００［ｍｍ］程度、第２筒１２の内径Ｌ２が１１０［ｍｍ］程度であって、第１筒１１および第２筒１２の肉厚は共に２［ｍｍ］程度の構成としている。ただし、上記構成は一例に過ぎず、これらの寸法に限定されるものではなく、また、形状も円筒状に限定されるものでもない。

また、電解水生成装置１は、第１筒１１の第１開口端部１１Ａに当接する第１側板２１および第１筒１１の第２開口端部１１Ｂに当接する第２側板２２と、第１筒１１の内部空間（内周面１１ｂよりも内側となる空間）１１Ｃに配設されて両端が第１側板２１および第２側板２２にそれぞれ当接する一本のシャフト３６とを備えている。一例として、第１側板２１および第２側板２２は導電性材料（一例としてステンレス合金）を用いて板状に形成されており、シャフト３６は、導電性材料（一例としてステンレス合金）を用いて中実丸棒状に形成されている。ただし、材質、形状共に、これらに限定されるものではない。

ここで、第１側板２１および第２側板２２は、それらの間に第１筒１１を挟み込んで保持した状態で、シャフト３６を用いて相互に連結されている。これによって、第１側板２１、第２側板２２、第１筒１１、およびシャフト３６が相互に固定されて導通可能な状態となる。固定方法の一例として、シャフト３６の両端部にはネジ孔が形成されており、第１側板２１および第２側板２２のそれぞれの中心近傍位置の固定部２６Ａ、２６Ｂにそれぞれ設けられた貫通孔を挿通するネジ（ボルト）３８Ａ、３８Ｂを螺合させて固定する構成となっている。

次に、液体に電圧を印加するための電極等の構成について説明する。本実施形態においては、極性の異なる２つの電極（第１電極６０Ａ、第２電極６０Ｂ）を有し、直流の所定電圧（３．５～４．５［Ｖ］程度）を印加可能な電源６０が設けられる。

先ず、第１電極６０Ａと、第１筒１１、第１側板２１、第２側板２２、およびシャフト３６とが電気的に接続される。前述の通り、第１側板２１、第２側板２２、第１筒１１、およびシャフト３６が導通可能に連結されているため、いずれかの部材と結線すれば、全て同電位とすることができる。本実施形態においては、第１電極６０Ａと、第２側板２２とが結線（電気的に接続）される構成としている。

一方、第２電極６０Ｂと、第２筒１２とが、電気的に接続される。本実施形態においては、第２筒１２の外周面１２ａに、当該第２筒１２と電気的な導通を保つ状態で外部電極５２が固定されており、第２電極６０Ｂと、第２筒１２とが、当該外部電極５２を介して結線（電気的に接続）される構成としている。一例として、外部電極５２は、金属材料を用いたフランジ付き環状形状に形成されており第２筒１２の外周面１２ａに密着するように巻回された状態でボルト等により締結される構成を備えている。

上記の構成によれば、第１筒１１の外周面１１ａと第２筒１２の内周面１２ｂとの間の流路２０内を流れる液体に対し、第１電極６０Ａに接続された第１筒１１と、第２電極６０Ｂに接続された第２筒１２とによって所定電圧を印加することができるため、当該液体を被電解液として電解水を生成することができる。

ここで、原理的には、電源６０における第１電極６０Ａと第２電極６０Ｂとに関して、いずれを陽極（すなわち他方を陰極）に設定しても、流路２０内を流れる液体に所定電圧を印加することが可能であるため、被電解液から電解水が生成される作用が得られる。

しかしながら、その一方で、液体として塩化ナトリウム水溶液（食塩水）を用いて電気分解を行い、弱アルカリ性の電解次亜水を生成する場合等においては、接液する部材のうちの陽極となる方に高価な白金材料等を用いた表面処理を施さなければならないという技術的な必要性が生じる。この点に関して、電気分解を行う際の電流値が第１筒１１と第２筒１２とで同じ場合には、表面積（ここでは、電気分解で使用することのできる有効表面積）が大きい方が（電流密度が小さい方が）、表面処理への負荷が少なく、高寿命となるため、本実施形態においては、表面積（有効表面積）が大きい第２筒１２に表面処理を施す構成としている。すなわち、第２筒１２が陽極となるように（第１電極６０Ａが陰極、第２電極６０Ｂが陽極となるように）設定している。

また、本実施形態に係る電解水生成装置１は、二重構造部１４の第１開口部１４Ａにおいて第１側板２１と第１押え板２３とで挟持されて固定部材（ボルト等）４６を用いて固定される第４ブロック３１と、二重構造部１４の第２開口部１４Ｂにおいて第２側板２２と第２押え板２４とで挟持されて固定部材（ボルト等）４６を用いて固定される第５ブロック３２とを備えている。一例として、第１押え板２３および第２押え板２４は導電性材料（一例としてステンレス合金）を用いて第２筒１２が挿通可能な丸孔２５Ａ、２５Ｂをそれぞれ備えた板状に形成されている。ただし、材質、形状共に、これらに限定されるものではない。

ここで、第４ブロック３１には、流路２０の入口（すなわち二重構造部１４の第１開口部１４Ａ）と連通して液体を装置内へ流入させる流入口３３が設けられており、第５ブロックには、流路２０の出口（すなわち二重構造部１４の第２開口部１４Ｂ）と連通して液体を装置外へ流出させる流出口３４が設けられている。一例として、第４ブロック３１および第５ブロック３２は、酸性もしくはアルカリ性の液体に対して所定の耐性を有する必要があり、また、第１電極６０Ａと同電位となる部材（第１筒１１等）と第２電極６０Ｂと同電位となる部材（第２筒１２等）との間に介在させるため電気的絶縁性を有する必要がある。本実施形態においては、後述する特徴的な構成を備えることによって、低コストの絶縁性樹脂材料（一例として、塩化ビニル樹脂等）を用いることが可能となっている。構成の例として、略円筒状に形成されていると共に、所定の箇所において外周面から内周面に至る貫通孔が設けられることによって流入口３３および流出口３４が形成されている。ただし、これらの構成に限定されるものではない。

より具体的な構成として、第４ブロック３１には、第１側板２１との当接面（対向面）に第１パッキン４１を入れ込む第１溝３１Ａと、第１押え板２３との当接面（対向面）に第２パッキン４２を入れ込む第２溝３１Ｂとが設けられている。さらに、第４ブロック３１は、内径Ｌ３が第１筒１１の外径Ｌ１よりも大きく、且つ、第２筒１２の端部（第１開口端部１２Ａ）との間に空隙部３５Ａを有する形状に形成されている。ここで、第１パッキン４１は、第１側板２１と第１押え板２３とで第４ブロック３１が挟持されて圧縮変形された状態において第１側板２１、第４ブロック３１、および第１筒１１の全てと密着する寸法に形成されている。また、第２パッキン４２は、第１側板２１と第１押え板２３とで第４ブロック３１が挟持されて圧縮変形された状態において第１押え板２３、第４ブロック３１、および第２筒１２の全てと密着する寸法に形成されている。上記の構成によれば、第４ブロック３１は、第１筒１１および第２筒１２のいずれとも非接触の状態で、第１側板２１と第１押え板２３とで挟持して固定することが可能となる。

同様に、第５ブロック３２には、第２側板２２との当接面（対向面）に第３パッキン４３を入れ込む第３溝３２Ａと、第２押え板２４との当接面（対向面）に第４パッキン４４を入れ込む第４溝３２Ｂとが設けられている。さらに、第５ブロック３２は、内径Ｌ４が第１筒の外径Ｌ１よりも大きく、且つ、第２筒１２の端部（第２開口端部１２Ｂ）との間に空隙部３５Ｂを有する形状に形成されている。ここで、第３パッキン４３は、第２側板２２と第２押え板２４とで第５ブロック３２が挟持されて圧縮変形された状態において第２側板２２、第５ブロック３２、および第１筒１１の全てと密着する寸法に形成されている。また、第４パッキン４４は、第２側板２２と第２押え板２４とで第５ブロック３２が挟持されて圧縮変形された状態において第２押え板２４、第５ブロック３２、および第２筒１２の全てと密着する寸法に形成されている。上記の構成によれば、第５ブロック３２は、第１筒１１および第２筒１２のいずれとも非接触の状態で、第２側板２２と第２押え板２４とで挟持して固定することが可能となる。

ここで、第１電極６０Ａと接続されて通電される第１筒１１、および第２電極６０Ｂと接続されて通電される第２筒１２は、いずれも通電による発熱作用によって高温状態となる。仮に、第４ブロック３１、第５ブロック３２が、高温状態の第１筒１１や第２筒１２と接触すると、その熱で溶解や変形を生じてしまい、パッキン（第１～第４パッキン）による液体の封止が不十分となって液漏れが起こり得るという課題が生じる。しかし、本実施形態によれば、第４ブロック３１および第５ブロック３２は、第１筒１１および第２筒１２のいずれとも非接触の状態で固定する構成が実現できるため、当該課題の解決を図ることが可能となる。さらに、非接触構成が実現できることによって、耐熱温度の低い低コストの樹脂材料（一例として、塩化ビニル樹脂等）を採用することが可能となるため、装置コストの低減を図ることができる。

なお、一例として、第１パッキン４１、第２パッキン４２、第３パッキン４３、および第４パッキン４４は、エラストマー（一例として、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）等）を用いて形成されている。

また、本実施形態に係る電解水生成装置１は、第１側板２１の固定部２６Ａの周囲に開口形成された通風孔２８Ａから、第１筒１１の内部空間１１Ｃに空気を送入させて、第２側板２２の固定部２６Ｂの周囲に開口形成された通風孔２８Ｂから当該空気を送出させる作用をなすファン５０を備えている。

これによれば、通電による発熱作用によって高温状態となる第１筒１１を空冷することが可能となる。より具体的には、二重構造部１４における外周側となる第２筒１２は外気に対して露出しているため、放熱性が高く、温度上昇が抑えられる一方、内周側となる第１筒１１は外気に対して露出しておらず、放熱性が低く、熱が内部空間１１Ｃにこもってしまうため、温度が上昇してしまう課題が生じる。しかし、上記の構成を備えることによって、電気分解を行う際の電極となる第１筒１１を内部空間１１Ｃ側から直接、冷却することが可能となる。したがって、特に第１筒１１の放熱性を高め、温度上昇を抑制することができるため、電気分解を行う際の電流値をより一層、大きくすることができ、電解水の生成量を増加させることが可能となる。

さらに、本実施形態においては、第１筒１１の内部空間１１Ｃに一本のシャフト３６を配設し、当該シャフト３６によって第１側板２１、第２側板２２、第１筒１１を固定する構成を備えている。このように、内部空間１１Ｃにシャフト３６を配設することによって、仮に第２筒１２の外周面１２ａよりも外方となる位置に固定部材を設けようとする場合には複数本の設置が必要となるが、本実施形態のように内部空間１１Ｃを利用することで一本の固定部材（すなわち、シャフト３６）のみで足り、部品コストの低減を図ることが可能となる。この効果に加えて、シャフト３６は、第１筒１１と当接する第１側板２１および第２側板２２のそれぞれに対して当接する構成であるため、送風流路となる第１筒１１の内部空間１１Ｃに配設されてファン５０の送風を受けることでヒートシンクの役割をなし、第１筒１１のみならず、第１側板２１および第２側板２２の温度上昇をも抑制できる効果を得ることができる。

なお、ファン５０を設置する構成としては、次の（Ａ）～（Ｄ）とすることが考えられる。（Ａ）第１側板２１に取付けて、第１筒１１の内部空間１１Ｃに空気を送入させる（送り込む）構成。（Ｂ）第１側板２１に取付けて、第１筒１１の内部空間１１Ｃから空気を送出させる（吸い出す）構成。（Ｃ）第２側板２２に取付けて、第１筒１１の内部空間１１Ｃに空気を送入させる（送り込む）構成。（Ｄ）第２側板２２に取付けて、第１筒１１の内部空間１１Ｃから空気を送出させる（吸い出す）構成。

ここで、本発明者らが鋭意研究した結果、上記（Ａ）の構成とすることが最適であることを究明した。より詳しくは、装置各部における温度を外気温との差として表した表１に示すように、（Ａ）の構成の場合に、装置各部の温度上昇をバランスよく抑制でき、局所的に温度上昇してしまうことの防止が可能となる効果が得られるためである（なお、表中の（Ｅ）はファンを設けない場合の比較データである）。すなわち、ファン５０の設置に関しては、流路２０内の液体の通流方向とファン５０による空気の送流する方向とを一致させる構成が最適である。

なお、上記のファン５０に加えて、第２筒１２の外周面１２ａよりも外方となる位置に、第２筒１２の外周面１２ａに対して送風を行って、当該第２筒１２の空冷を行うファンを追加的に設ける構成としてもよい（不図示）。

（第二の実施形態）
続いて、本発明の第二の実施形態に係る電解水生成装置２について説明する。本実施形態に係る電解水生成装置２は、前述の第一の実施形態に係る電解水生成装置１と同様に、一室型電解槽（無隔膜式電解槽）の電解水生成装置であって、被電解液となる液体（例えば、濃度３［％］程度の塩化ナトリウム水溶液）に所定の電圧（例えば、３．５～４．５［Ｖ］程度）を印加して電気分解を行うことにより、生成物としての電解水（例えば、ｐＨ７．５～１０程度の液性を示す電解次亜水）を得る装置である。なお、上記液体は塩化ナトリウム水溶液に限定されるものではなく、水、塩酸等を用いることも可能である。

この電解水生成装置２は、前述の第一の実施形態と基本的な構成は同様であるが、幾つかの相違点を有している。以下、当該相違点を中心に本実施形態について説明する。ここで、本実施形態に係る電解水生成装置２の斜視図（概略図）を図４に、正面視上半断面図（概略図）を図５に、一部を切欠いた斜視断面図（概略図）を図６にそれぞれ示す。

先ず、本実施形態に係る第１筒１１は、第１開口端部１１Ａに径方向に延設された第１フランジ１５と、第２開口端部に径方向に延設された第２フランジ１６とを有している。一方、第２筒１２は、第１開口端部１２Ａに径方向に延設された第３フランジ１７と、第２開口端部１２Ｂに径方向に延設された第４フランジ１８とを有している。ここで、各フランジ１５～１８は、第１筒１１、第２筒１２と同じ材料（一例として、チタンもしくはチタン合金）からなる板材を用いて、中心に開口を有する円盤状に形成されており、それぞれ、第１筒１１、第２筒１２に対して、全周溶接により隙間なく連結されて設けられている。

本実施形態においては、第１フランジ１５は、第１筒１１の径方向の内側に向かって延設された構成となっており、第２フランジ１６は、第１筒１１の径方向の外側に向かって延設された構成となっており、第３フランジ１７は、第２筒１２の径方向の外側に向かって延設された構成となっており、第４フランジ１８は、第２筒１２の径方向の外側に向かって延設された構成となっている。これによれば、第２筒１２内に第１筒１１を収容して組付けることが可能となる。すなわち、流路２０として用いられる二重構造部１４を、被電解液の電気分解に適切な寸法で構成すること可能となる。仮に、第１フランジ１５を、第１筒１１の径方向の外側に向かって延設された構成とした場合にも、第２筒１２の内径を第１フランジ１５の外径よりも大きく設定すれば、組付け自体は不可能ではない。しかし、そのような構成では、二重構造部１４を適切な寸法に設定することは不可能もしくは困難となる。なお、少なくとも第３フランジ１７および第４フランジ１８は、径方向の外周部における同一位置に、同一形状で直線状に切断された水平カット部（いわゆる、Ｄカット部）１７ｘ、１８ｘを有する構成としている。これにより、第３フランジ１７および第４フランジ１８の溶接を行う際の位相合わせが容易となる。

次に、本実施形態に係る第１筒１１、第２筒１２は、第１フランジ１５における軸方向の外方面（第２開口端部１１Ｂ側の面と逆側の面）である第１フランジ外面１５ａに、所定寸法の軸方向厚みを有する筒状の第１ブロック６１が固定されている。また、第３フランジ１７における軸方向の外方面（第２開口端部１２Ｂ側の面と逆側の面）である第３フランジ外面１７ａに、所定寸法の軸方向厚みを有する筒状の第２ブロック６２が固定されている。さらに、第２フランジ１６における軸方向の内方面（第１開口端部１１Ａ側の面）である第２フランジ内面１６ｂと、第４フランジ１８における軸方向の外方面（第１開口端部１２Ａ側の面と逆側の面）である第４フランジ外面１８ａとで挟持された位置に、所定寸法の軸方向厚みを有する筒状の第３ブロック６３が固定されている。なお、流路２０のシールを行うシール部材については後述する。

ここで、第１～第３ブロック６１～６３は、前述の第４ブロック３１、第５ブロック３２と同じ理由から同様の材料（一例として、塩化ビニル樹脂等）で形成されている。より具体的な構成として、第１ブロック６１には、第１フランジ外面１５ａとの対向面に後述のシール部材を入れ込む第１溝６１Ａと、第２ブロック６２との対向面に後述のシール部材を入れ込む第２溝６１Ｂとが設けられている。且つ、第１ブロック６１の径方向寸法は、第１フランジ１５に対して対向面が設けられるように設定されている。また、第２ブロック６２には、第３フランジ外面１７ａとの対向面に後述のシール部材を入れ込む第１溝６２Ａが設けられている。且つ、第２ブロック６２の径方向寸法は、第３フランジ１７に対して対向面が設けられるように設定されている。また、第３ブロック６３には、第２フランジ内面１６ｂとの対向面に後述のシール部材を入れ込む第１溝６３Ａと、第４フランジ外面１８ａとの対向面に後述のシール部材を入れ込む第２溝６３Ｂとが設けられている。且つ、第３ブロック６３の径方向寸法は、第２フランジ１６および第４フランジ１８に対して対向面が設けられるように設定されている。

さらに、第２ブロック６２には、流路２０の入口（すなわち二重構造部１４の第１開口部１４Ａ）と連通して液体を装置内へ流入させる流入口３３が設けられており、第３ブロック６３には、流路２０の出口（すなわち二重構造部１４の第２開口部１４Ｂ）と連通して液体を装置外へ流出させる流出口３４が設けられている。一例として、第２ブロック６２および第３ブロック６３は、略円筒状に形成されていると共に、所定の箇所において外周面から内周面に至る貫通孔が設けられることによって流入口３３および流出口３４がそれぞれ形成されている。ただし、これらの構成に限定されるものではない。また、本実施形態に係る第２ブロック６２および第３ブロック６３は、同一形状に形成された共通部品として構成されている。部品の共通化を図ることで、装置コストの低減を可能としている。

ここで、前述のシール部材として、第１フランジ外面１５ａと第１ブロック６１との間に、第１筒１１の軸方向に圧縮されるようにして流路２０のシールを行う第１シール７１が配設されて、第１フランジ１５と第１ブロック６１とが第１ボルト６４によって締付け固定されている。また、第３フランジ外面１７ａと第２ブロック６２との間に、第２筒１２の軸方向に圧縮されるようにして流路２０のシールを行う第２シール７２が配設されて、第３フランジ１７と第２ブロック６２とが第２ボルト６５によって締付け固定されている。また、第２フランジ内面１６ｂと第３ブロック６３との間に、第１筒１１の軸方向に圧縮されるようにして流路２０のシールを行う第３シール７３が配設される共に、第４フランジ外面１８ａと第３ブロック６３との間に、第２筒１２の軸方向に圧縮されるようにして流路２０のシールを行う第４シール７４が配設されて、第２フランジ１６および第４フランジ１８と、第３ブロック６３とが第３ボルト６６によって締付け固定されている。なお、第１ブロック６１の軸方向における外周面６１ｘと、第２ブロック６２の軸方向における内周面６２ｙとの間に、第１筒１１および第２筒１２の径方向に圧縮されるようにして流路２０のシールを行う第５シール７５が配設されている。そのため、第１ブロック６１の外径と第２ブロック６２の内径とは、第５シール７５の圧縮が可能な寸法に設定されている。

上記の各シール部材による流路２０のシール構造によれば、第１筒１１および第２筒１２の軸方向寸法、径方向寸法の精度、第１～第４フランジ１５～１８の径方向寸法、厚み寸法の精度、第１～第４フランジ１５～１８を第１筒１１および第２筒１２に溶接する位置の精度、第１～第３ブロック６１～６３の軸方向寸法、径方向寸法の精度、の全てにおいて相関なくそれぞれに製品（原材料品）公差および加工公差によるばらつきが生じている場合であっても、当該ばらつきに一切影響されることなく、安定的に各シール部材のシール作用を発揮させることができるため、流路２０からの液体（被電解液）の漏出を確実に防止することができる。したがって、金属を用いた装置構成材料が液体（被電解液）の漏出によって腐食されてしまうことを防止することができる。なお、一例として、第１～第５シール７１～７５には、エラストマー（一例として、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）等）を用いた市販のＯリングを用いている。専用品ではなく市販品の利用が可能な構成とすることによって、装置コストの低減を可能としている。ただし、これに限定されるものではなく、他の形状のシール部材や、液状シール等を用いてもよい。

ここで、前述の第一の実施形態と同様に、第１筒１１および第２筒１２は、一例として、チタンもしくはチタン合金を用いて形成されているため、液体（被電解液）に対する耐腐食性を有している。これに加えて、第１ボルト、第２ボルト、および、第３ボルトについても、第１筒１１、第２筒１２と同じ材料（ここでは、チタンもしくはチタン合金）を用いて形成されている。したがって、万一、各シール部材を超えて微量の液体（被電解液）が漏出した場合であっても、到達し得る金属構成部材である第１ボルト、第２ボルト、および、第３ボルトが耐腐食性材料で構成されていることにより、確実な腐食防止対策が実現されている。なお、図中の符号６７は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）等の絶縁性樹脂材料を用いて形成された絶縁ブッシュである。したがって、第３ボルト６６によって相互に固定される第１筒１１と第２筒１２との間での絶縁の確保が可能となる。

なお、前述の第一の実施形態と同様に、第１筒１１および第２筒１２のうちの陽極となる方に白金材料等を用いた表面処理を施す必要があるが、本実施形態においては、第一の実施形態とは相違して、第１筒１１が陽極に設定されている。すなわち、第１筒１１における接液部（具体的には、第１筒１１の外周面、第１フランジ外面１５ａ、第２フランジ内面１６ｂ）に、当該表面処理が施されている。したがって、電源接続に関しても、本実施形態においては、第１筒１１が陽極、第２筒１２が陰極となるように、それぞれ、電源６０の第２電極６０Ｂ（陽極）、第１電極６０Ａ（陰極）に対して、電源ケーブル５３Ｂ、５３Ａを用いて電気的に接続されている。

ここで、第２筒１２への電源ケーブル５３Ａの接続は、前述の第一の実施形態と同様に、第２筒１２に設けられた外部電極５２によって行われる。一方、第１筒１１への電源ケーブル５３Ｂの接続は、前述の第一の実施形態と異なり、以下のように行われる。具体的には、第１ブロック６１における第１フランジ１５と対向する面と逆側の面に導電性材料からなる第１側板２１が固定されている（なお、固定には第１ボルト６４が共用される）。さらに、第１側板２１の径方向中心位置に接続部５４（一例として、ボルトが使用される）が設けられており、この接続部５４に電源ケーブル５３Ｂが接続される構成となっている。したがって、陽極側の通電回路としては、電源ケーブル５３Ｂから、接続部５４、第１側板２１、第１ボルト６４を順に経由して、第１筒１１へ通電される構成となっている。一例として、第１ボルト６４を複数本（ここでは、Ｍ５サイズのボルト六本）設けることで、点接触による温度上昇を防止して、第１ブロック６１に樹脂材料の使用を可能とし、且つ、劣化防止を図っている。なお、前述のシール構造によって確実なシールが実現されるため、第１側板２１には、チタン合金よりも安価なステンレス合金を使用することができ、装置コストの低減を可能としている。

また、前述の第一の実施形態と同様に、第１側板２１には、第１ブロック６１の内部空間および第１筒１１の内部空間１１Ｃと連通する通風孔２８Ａが設けられている。したがって、当該通風孔２８Ａから、第１ブロック６１の内部空間および第１筒１１の内部空間１１Ｃへ空気を送入するファン（不図示）を備える構成とすれば、第１筒１１および第２筒１２（特に、第１筒１１）の放熱性を高め、温度上昇を抑制することができるため、電気分解を行う際の電流値をより一層、大きくすることができ、電解水の生成量を増加させることが可能となる。ここで、当該ファンは、前述の第一の実施形態と同様に第１側板２１に固定する構成としてもよく、あるいは、第１筒１１および第２筒１２に対して所定距離離れた位置に設置する構成としてもよい（いずれも不図示）。

以上、説明した通り、本発明に係る電解水生成装置によれば、放熱性を高めることができる二重構造部を備えた構成によって、電気分解の際に通電する電流値をより一層、大きくすることができるため、電解水の生成量を増加させる（生成濃度を高める）ことができる。

また、製品公差および加工公差によるばらつきが生じている場合であっても、当該ばらつきに一切影響されることなく、安定的に各シール部材のシール作用を発揮させることができるため、金属材料の腐食等の原因となる流路からの液体（被電解液）の漏出を確実に防止することができる。さらに、万一、微量の漏出が生じた場合に対しても、金属材料の腐食を生じさせない構造が実現される。

また、装置構造自体も簡素であることに加えて、放熱性を高める構造、および通電回路における点接触による温度上昇の発生を防止できる構造の実現によって、塩化ビニル樹脂等に例示される常用耐熱温度が低い低コストの材料（絶縁性樹脂材料）を採用することが可能となり、装置コストをより一層、低減することができる。

なお、本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、本発明を逸脱しない範囲において種々変更可能である。

１、２ 電解水生成装置
１１ 第１筒
１２ 第２筒
１４ 二重構造部
１５ 第１フランジ
１５ａ 第１フランジ外面
１５ｂ 第１フランジ内面
１６ 第２フランジ
１６ａ 第２フランジ外面
１６ｂ 第２フランジ内面
１７ 第３フランジ
１７ａ 第３フランジ外面
１７ｂ 第３フランジ内面
１８ 第４フランジ
１８ａ 第４フランジ外面
１８ｂ 第４フランジ内面
２０ 流路
２１ 第１側板
２２ 第２側板
３１ 第４ブロック
３２ 第５ブロック
３３ 流入口
３４ 流出口
３６ シャフト
４１ 第１パッキン
４２ 第２パッキン
４３ 第３パッキン
４４ 第４パッキン
５０ ファン
５２ 外部電極
５４ 接続部
６０ 電源
６０Ａ 第１電極
６０Ｂ 第２電極
６１ 第１ブロック
６２ 第２ブロック
６３ 第３ブロック
６４ 第１ボルト
６５ 第２ボルト
６６ 第３ボルト
６７ 絶縁ブッシュ
７１ 第１シール
７２ 第２シール
７３ 第３シール
７４ 第４シール
７５ 第５シール

Claims (7)

1. いずれも導電性材料からなり液体を通流させる相対的に小径の第１筒および相対的に大径の第２筒と、第１電極および第２電極を有して前記液体に所定電圧を印加する電源とを備えて前記液体から電解水を生成する電解水生成装置であって、
   前記第２筒内に前記第１筒が収容された二重構造部が設けられ、
   前記二重構造部における前記第１筒の外周面と前記第２筒の内周面との間が前記液体の流路として用いられると共に、前記流路のシールを行うシール部材が設けられており、 前記第１筒は、第１開口端部に径方向の内側に向かって延設された第１フランジと、第２開口端部に径方向の外側に向かって延設された第２フランジと、を有し、
   前記第２筒は、第１開口端部に径方向の外側に向かって延設された第３フランジと、第２開口端部に径方向の外側に向かって延設された第４フランジと、を有し、
   前記第１フランジの外方面に筒状の第１ブロックが固定されており、
   前記第３フランジの外方面に筒状の第２ブロックが固定されており、
   前記第２フランジの内方面と前記第４フランジの外方面とで挟持された位置に筒状の第３ブロックが固定されており、
   前記シール部材として、
   前記第１フランジの外方面と、前記第１ブロックとの間に、前記第１筒の軸方向に圧縮されるように配設されて前記流路のシールを行う第１シールと、
   前記第３フランジの外方面と、前記第２ブロックとの間に、前記第２筒の軸方向に圧縮されるように配設されて前記流路のシールを行う第２シールと、
   前記第２フランジの内方面と、前記第３ブロックとの間に、前記第１筒の軸方向に圧縮されるように配設されて前記流路のシールを行う第３シールと、
   前記第４フランジの外方面と、前記第３ブロックとの間に、前記第２筒の軸方向に圧縮されるように配設されて前記流路のシールを行う第４シールと、
   前記第１ブロックの外周面と、前記第２ブロックの内周面との間に、前記第１筒および前記第２筒の径方向に圧縮されるように配設されて前記流路のシールを行う第５シールと、を備え、
   前記第１電極と、前記第２筒とが、電気的に接続され、
   前記第２電極と、前記第１筒とが、電気的に接続されていること
   を特徴とする電解水生成装置。
2. 前記第１フランジと、前記第１ブロックとの固定には、第１ボルトが用いられており、
   前記第３フランジと、前記第２ブロックとの固定には、第２ボルトが用いられており、
   前記第２フランジおよび前記第４フランジと、前記第３ブロックとの固定には、第３ボルトが用いられており、
   前記第１筒、前記第２筒、前記第１ボルト、前記第２ボルト、および、前記第３ボルトは、チタンもしくはチタン合金を用いて形成されていること
   を特徴とする請求項１記載の電解水生成装置。
3. 前記第２ブロックには、前記流路と連通して前記液体を流入させる流入口となる貫通孔が設けられており、
   前記第３ブロックには、前記流路と連通して前記液体を流出させる流出口となる貫通孔が設けられており、
   前記第２ブロックおよび前記第３ブロックは、絶縁性樹脂材料を用いて同一形状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記載の電解水生成装置。
4. 前記第１ブロックにおける前記第１フランジと対向する面と逆側の面に導電性材料からなる第１側板が固定されており、
   前記第１側板には、前記第１ブロックの内部空間および前記第１筒の内部空間と連通する通風孔が設けられていること
   を特徴とする請求項１～３いずれか一項に記載の電解水生成装置。
5. 前記通風孔から、前記第１ブロックの内部空間および前記第１筒の内部空間へ空気を送入するファンを備えること
   を特徴とする請求項４記載の電解水生成装置。
6. 前記第１側板の径方向中心位置に、前記第２電極と電気的に接続される電源ケーブルの接続部が設けられていること
   を特徴とする請求項４または請求項５記載の電解水生成装置。
7. 少なくとも前記第３フランジおよび前記第４フランジは、径方向の外周部における同一位置に、同一形状で直線状に切断された水平カット部を有すること
   を特徴とする請求項１～６いずれか一項に記載の電解水生成装置。

Images