JP7261260B2

JP7261260B2 - 電解槽

Info

Publication number: JP7261260B2
Application number: JP2021062952A
Authority: JP
Inventors: 悠平山内
Original assignee: Nihon Trim Co Ltd
Current assignee: Nihon Trim Co Ltd
Priority date: 2021-04-01
Filing date: 2021-04-01
Publication date: 2023-04-19
Anticipated expiration: 2041-04-01
Also published as: JP2022158208A

Description

本発明は、液体を電気分解するための電解槽に関する。

従来、例えば、特許文献１に開示されているように、電解室が直列に接続された電解水生成装置が提案されている。

特開２０１８－６１９２９号公報

しかしながら、上記発明の構成では、複数の電解槽によって電解水生成装置が肥大する。

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、電解水生成装置の小型化を図ることが可能な電解槽を提供することを主たる目的としている。

本発明は、液体を電気分解するための電解槽であって、互いに対向して配される第１ケース片及び第２ケース片と、前記第１ケース片と前記第２ケース片とによって挟み込まれる隔膜とを含み、前記第１ケース片は、第１電極が配される第１室、第２電極が配される第２室、及び、前記第１室と前記第２室とをつなぐ第１流路を有し、前記第２ケース片は、前記隔膜を挟んで前記第１室に対向し第３電極が配される第３室、前記隔膜を挟んで前記第２室に対向し第４電極が配される第４室、及び、前記第３室と前記第４室とをつなぐ第２流路を有する。

本発明に係る前記電解槽において、前記隔膜は、前記第１室と前記第３室とを隔てる第１隔膜と、前記第２室と前記第４室とを隔てる第２隔膜とを含む、ことが望ましい。

本発明に係る前記電解槽において、前記第１隔膜は、前記第１電極及び前記第３電極と接する、ことが望ましい。

本発明に係る前記電解槽において、前記第２電極及び前記第４電極から前記第２隔膜を離隔させるためのスペーサーを含む、ことが望ましい。

本発明に係る前記電解槽において、前記第１隔膜が、固体高分子膜である、ことが望ましい。

本発明の電解槽は、前記第１ケース片に前記第１室、前記第２室及び前記第１流路が形成され、前記第２ケース片に前記第３室、前記第４室及び前記第２流路が形成され、前記第１ケース片と前記第２ケース片との間に、前記隔膜が挟み込まれる。従って、前記隔膜を挟んで前記第１ケース片と前記第２ケース片とを接合することにより、簡素かつ小さな構成で、直列に接続された２つの電解室を有する前記電解槽が得られる。

本発明の電解槽の概略構成を示す断面図である。図１の電解槽の変形例を示す分解斜視図である。

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
図１は、本実施形態の電解槽１の構成を示している。電解槽１は、液体を電気分解するための装置である。

電解槽１は、第１ケース片１０と、第２ケース片２０と、隔膜３０とを含んでいる。第１ケース片１０と第２ケース片２０とは、互いに対向して配されている。第１ケース片１０及び第２ケース片２０は、例えば、絶縁性を有する樹脂材料を射出成形することにより形成される。第１ケース片１０及び第２ケース片２０は、積層造形または切削加工によって形成されていてもよい。

第１ケース片１０と第２ケース片２０との間には、隔膜３０が配されている。隔膜３０は、第１ケース片１０と第２ケース片２０とによって挟み込まれている。

第１ケース片１０は、第１室１１、第２室１２及び第１流路１６を有している。第１室１１には、第１電極４１が配されている。第２室１２には、第２電極４２が配されている。第１室１１と第２室１２とは、第１ケース片１０の長手方向に沿って配されている。図１にあっては、第１室１１の上方に第２室１２が配されている。第１室１１の下方に第２室１２が配されていてもよい。

第１流路１６は、第１ケース片１０の長手方向にのびており、第１室１１と第２室１２とをつないでいる。すなわち、第１室１１と第２室１２とは、第１流路１６を介して連通している。

一方、第２ケース片２０は、第３室２３、第４室２４及び第２流路２６を有している。第３室２３には、第３電極４３が配されている。第４室２４には、第４電極４４が配されている。第３室２３と第４室２４とは、第２ケース片２０の長手方向に沿って配されている。図１にあっては、第３室２３の上方に第４室２４が配されている。第３室２３の下方に第４室２４が配されていてもよい。

第２流路２６は、第２ケース片２０の長手方向にのびており、第３室２３と第４室２４とをつないでいる。すなわち、第３室２３と第４室２４とは、第２流路２６を介して連通している。

隔膜３０を介して第１ケース片１０と第２ケース片２０とが接合されたとき、第１室１１と第３室２３とが、隔膜３０を挟んで対向する。これにより、隔膜３０によって区分された第１室１１と第３室２３とが１つの電解室を構成する。そして、第１電極４１と第３電極４３とが、隔膜３０を挟んで対向するように配される。

また、隔膜３０を介して第１ケース片１０と第２ケース片２０とが接合されたとき、第２室１２と第４室２４とが、隔膜３０を挟んで対向する。これにより、隔膜３０によって区分された第２室１２と第４室２４とが１つの電解室を構成する。そして、第２電極４２と第４電極４４とが、隔膜３０を挟んで対向するように配される。

本実施形態の第１ケース片１０は、第１室１１に連通する第３流路１５を有している。第３流路１５は、電解槽１の外部から第１室１１に液体を供給するための流路である。

電解槽１において、第３流路１５は、第１ケース片１０の長手方向にのび、第１ケース片１０の本体部の底壁から突出している。第３流路１５の先端部には、液体を供給するための管（図示せず）等が装着される。第１室１１には、上記液体として、例えば、各種のフィルターによって浄化された水が供給される。水には、電解補助液が添加されていてもよい。

一方、第２ケース片２０は、第３室２３に連通する第４流路２５を有している。第４流路２５は、電解槽１の外部から第３室２３に液体を供給するための流路である。

第４流路２５は、第２ケース片２０の長手方向にのび、第２ケース片２０の本体部の底壁から突出している。第４流路２５の先端部には、液体を供給するための管（図示せず）等が装着される。第１室１１と同様に、第３室２３には、浄化された水が供給される。水には、電解補助液が添加されていてもよい。

第１電極４１と第３電極４３との間には、直流電圧が印加される。第１電極４１及び第３電極４３のうちいずれか一方が陽極として機能し、他方が陰極として機能する。第１電極４１及び第３電極４３の極性及び上記直流電圧は、電解槽１の外部の制御部（図示せず）によって制御される。第１室１１及び第３室２３に液体が充填された状態で上記直流電圧が印加されると、第１室１１及び第３室２３にて液体が電気分解され、１次電解液が生成される。

第１室１１で生成された１次電解液は、第１流路１６を介して第２室１２に流入する。一方、第３室２３で生成された１次電解液は、第２流路２６を介して第４室２４に流入する。

第２電極４２と第４電極４４との間には、直流電圧が印加される。第２電極４２及び第４電極４４のうちいずれか一方が陽極として機能し、他方が陰極として機能する。第２電極４２及び第４電極４４の極性及び上記直流電圧も、上記制御部によって制御される。

本実施形態では、第１電極４１の極性と第２電極４２の極性及び第３電極４３の極性と第４電極４４の極性が同一となるように制御されるが、第１電極４１の極性と第４電極４４の極性及び第３電極４３の極性と第２電極４２の極性が同一となるように制御されてもよい。第２室１２及び第４室２４に液体（１次電解液）が充填された状態で上記直流電圧が印加されると、第２室１２及び第４室２４にて液体が電気分解され、２次電解液が生成される。

本実施形態の第１ケース片１０は、第２室１２に連通する第５流路１７を有している。第５流路１７は、第２室１２から液体を取り出すための流路である。

第５流路１７は、第１ケース片１０の長手方向にのび、第１ケース片１０の本体部の天壁から突出している。第５流路１７の先端部には、液体を取り出すための管（図示せず）等が装着される。第２室１２で生成された２次電解液は、第５流路１７を介して電解槽１の外部に取り出される。

一方、第２ケース片２０は、第４室２４に連通する第６流路２７を有している。第６流路２７は、第４室２４から液体を取り出すための流路である。

第６流路２７は、第２ケース片２０の長手方向にのび、第２ケース片２０の本体部の天壁から突出している。第６流路２７の先端部には、液体を取り出すための管（図示せず）等が装着される。第４室２４で生成された２次電解液は、第６流路２７を介して電解槽１の外部に取り出される。

以上のように、本電解槽１は、第１ケース片１０に第１室１１、第２室１２及び第１流路１６が形成され、第２ケース片２０に第３室２３、第４室２４及び第２流路２６が形成され、第１ケース片１０と第２ケース片２０との間に、隔膜３０が挟み込まれる。従って、隔膜３０を挟んで第１ケース片１０と第２ケース片２０とを接合することにより、簡素かつ小さな構成で、直列に接続された２つの電解室を有する電解槽１が得られる。

本実施形態において、隔膜３０は、第１室１１と第３室２３とを隔てる第１隔膜３１と、第２室１２と第４室２４とを隔てる第２隔膜３２とを含む、ことが望ましい。例えば、第１隔膜３１と第２隔膜３２とを異なる材料にて構成することにより、１次電解液の性質と２次電解液の性質とを容易に異ならせることが可能となる。

本実施形態の第１隔膜３１には、例えば、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂からなる固体高分子膜が用いられる。この固体高分子膜である第１隔膜３１は、第１電極４１及び第３電極４３と接するように配される。このような第１隔膜３１、第１電極４１及び第３電極４３によって液体を電気分解する場合、第１室１１及び第３室２３では、中性の電解液が生成可能となる。特に陽極側の電解室では、発生した酸素ガスが溶け込んだ電解液が、陰極側の電解室では、発生した水素ガスが溶け込んだ電解液がそれぞれ生成される。

本実施形態の第２隔膜３２には、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）親水膜が用いられる。この親水膜である第２隔膜３２は、第２電極４２及び第４電極４４から離隔するように配される。このような第２隔膜３２、第２電極４２及び第４電極４４によって液体を電気分解する場合、第２電極４２及び第４電極４４では、酸性またはアルカリ性の電解液が生成可能となる。特に陽極側の電解室では、発生した酸素ガスが溶け込んだ酸性の電解液が、陰極側の電解室では、発生した水素ガスが溶け込んだアルカリ性の電解液がそれぞれ生成される。

本電解槽１において、第１電極４１、第３電極４３間に印加する直流電圧（１次電解電圧）と、第２電極４２、第４電極４４間に印加する直流電圧（２次電解電圧）とは、独立して設定可能である。これにより、簡素でコンパクトな単一の電解槽１によって、種々のｐＨ及び溶存水素濃度（溶存酸素濃度）を組み合わせた性質の多彩な電解水を生成することが可能となる。

図２は、電解槽１の変形例である電解槽１Ａの分解斜視図である。電解槽１Ａのうち、以下で説明されてない部分については、上述した電解槽１の構成が採用されうる。

電解槽１Ａは、隔膜３０を挟んで互いに対向して配される第１ケース片１０Ａと、第２ケース片２０Ａとを含んでいる。

電解槽１Ａにおいて、第３流路１５は、第１ケース片１０Ａの短手方向にのびており、第１ケース片１０Ａの本体部の側壁から突出している。同様に、第４流路２５は、第２ケース片２０Ａの短手方向にのびており、第２ケース片２０Ａの本体部の側壁から突出している。

電解槽１Ａにおいて、第１室１１及び第２室１２は、第１ケース片１０Ａの隔膜３０側を向く内面で開口するように形成され、第１流路１６は、第１ケース片１０Ａの外面で開口するように形成されている。そして、第１流路１６の開口部には、ハッチ１８が装着されている。同様に、第３室２３及び第４室２４は、第２ケース片２０Ａの隔膜３０側を向く内面で開口するように形成され、第２流路２６は、第２ケース片２０Ａの外面で開口するように形成されている。そして、第２流路２６の開口部には、ハッチ２８が装着されている。このような第１ケース片１０Ａ及び第２ケース片２０Ａの構成によって、簡素な金型で第１ケース片１０Ａ及び第２ケース片２０Ａを成形することが可能となる。

電解槽１Ａにおいて、第１電極４１、第３電極４３には、網状の電極板４５が適用されている。このような第１電極４１、第３電極４３は、電極板４５の表裏間で液体の行き来が可能であり、固体高分子膜である第１隔膜３１と相俟って、第１室１１及び第３室２３での１次電解を促進する。

第１電極４１は、電極板４５から起立する給電端子４６を有している。給電端子４６は、第１ケース片１０Ａに形成されている貫通孔から電解槽１Ａの外側に突出している。同様に、第３電極４３は、電極板４５から起立する給電端子４６を有している。給電端子４６は、第２ケース片２０Ａに形成されている貫通孔から電解槽１Ａの外側に突出している。このような給電端子４６によって網状の電極板４５に容易に給電可能となる。

電解槽１Ａにおいて、第２電極４２及び第４電極４４から第２隔膜３２を離隔させるためのスペーサー３３が設けられている。スペーサー３３は、第２隔膜３２の両面の外縁部に形成されている。スペーサー３３によって第２隔膜３２と第２電極４２及び第４電極４４との距離が維持され、ＰＴＦＥ親水膜である第２隔膜３２と相俟って、第２室１２及び第４室２４での２次電解を促進する。

第２電極４２及び第４電極４４には、電極板を貫通するスリット４７が形成されている。スリット４７は、電極板の表裏間で液体の行き来を可能とし、第２電極４２及び第４電極４４での２次電解を促進する。

第２電極４２及び第４電極４４には、第１ケース片１０Ａ、第２ケース片２０Ａの側壁から電解槽１Ａの外側にはみ出す給電部４８が形成されている。給電部４８は、第２電極４２及び第４電極４４の一部が第２ケース片２０Ａの側壁の側に突き出るように形成されている。給電部４８には、給電端子（図示せず）を装着可能にするための貫通孔が形成されている。このような給電部４８によって第２電極４２及び第４電極４４の電極板に容易に給電可能となる。

第１室１１内には、枠状の封止部材５１が設けられている。封止部材５１は、ゴム等の弾性体によって形成され、第１電極４１と第１ケース片１０Ａとの間に配される。同様に、第３室２３内には、枠状の封止部材５３が設けられている。封止部材５１、５３によって、第１室１１及び第３室２３からの液体漏れが回避される。

また、第２室１２内には、枠状の封止部材５２が設けられている。封止部材５２は、ゴム等の弾性体によって形成され、第２電極４２と第１ケース片１０Ａとの間に配される。同様に、第４室２４内には、枠状の封止部材５４が設けられている。封止部材５２、５４によって、第２室１２及び第４室２４からの液体漏れが回避される。

以上、本発明の電解槽１等が詳細に説明されたが、本発明は上記の具体的な実施形態に限定されることなく種々の態様に変更して実施される。すなわち、本発明の電解槽１は、少なくとも、液体を電気分解するための電解槽１であって、互いに対向して配される第１ケース片１０及び第２ケース片２０と、第１ケース片１０と第２ケース片２０とによって挟み込まれる隔膜３０とを含み、第１ケース片１０は、第１電極４１が配される第１室１１、第２電極４２が配される第２室１２、及び、第１室１１と第２室１２とをつなぐ第１流路１６を有し、第２ケース片２０は、隔膜３０を挟んで第１室１１に対向し第３電極４３が配される第３室２３、隔膜３０を挟んで第２室１２に対向し第４電極４４が配される第４室２４、及び、第３室２３と第４室２４とをつなぐ第２流路２６を有していればよい。

例えば、電解槽１Ａにおける網状の電極板４５または給電端子４６は、電解槽１にも好適に適用される。また、電解槽１Ａにおけるスリット４７、給電部４８または封止部材５１、５２、５３、５４は、電解槽１にも好適に適用される。

１電解槽
１０第１ケース片
１１第１室
１２第２室
１６第１流路
２０第２ケース片
２３第３室
２４第４室
２６第２流路
３０隔膜
３１第１隔膜
３２第２隔膜
３３スペーサー
４１第１電極
４２第２電極
４３第３電極
４４第４電極

Claims

液体を電気分解するための電解槽であって、
互いに対向して配される第１ケース片及び第２ケース片と、
前記第１ケース片と前記第２ケース片とによって挟み込まれる隔膜とを含み、
前記第１ケース片は、第１電極が配される第１室、第２電極が配される第２室、及び、前記第１室と前記第２室とをつなぐ第１流路を有し、
前記第２ケース片は、前記隔膜を挟んで前記第１室に対向し第３電極が配される第３室、前記隔膜を挟んで前記第２室に対向し第４電極が配される第４室、及び、前記第３室と前記第４室とをつなぐ第２流路を有し、
前記第１流路は、前記第１ケース片の外面で開口する第１開口部を有し、前記第１開口部には、第１ハッチが装着され、
前記第２流路は、前記第２ケース片の外面で開口する第２開口部を有し、前記第２開口部には、第２ハッチが装着されている、
電解槽。
前記隔膜は、前記第１室と前記第３室とを隔てる第１隔膜と、前記第２室と前記第４室とを隔てる第２隔膜とを含む、請求項１に記載の電解槽。
前記第１隔膜は、前記第１電極及び前記第３電極と接する、請求項２に記載の電解槽。
前記第２電極及び前記第４電極から前記第２隔膜を離隔させるためのスペーサーを含む、請求項２または３に記載の電解槽。
前記第１隔膜が、固体高分子膜である、請求項２ないし４のいずれかに記載の電解槽。
前記スペーサーは、前記第２隔膜の両面の外縁部に形成されている、請求項４に記載の電解槽。
前記第２電極及び前記第４電極には、その表裏間で液体の行き来を可能とする貫通部が形成されている、請求項６に記載の電解槽。