(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気分解される水が流入する電解室が形成された電解槽と、
前記電解室内で、互いに対向して配置された陽極給電体及び陰極給電体と、
前記陽極給電体と前記陰極給電体との間に配され、かつ、前記電解室を前記陽極給電体側の陽極室と、前記陰極給電体側の陰極室とに区分する隔膜とを備えた電解水生成装置であって、
前記隔膜が、前記陽極給電体及び前記陰極給電体で挟持され、
前記電解槽は、前記陽極給電体側の縦長形状の第１ケース片と、前記陰極給電体側の縦長形状の第２ケース片が固着されることにより前記電解室を形成し、
前記第１ケース片の前記電解室側を向く内面には、
前記第１ケース片の長手方向に沿ってのび、前記陽極給電体と当接する第１凸状部と、
前記第１ケース片の長手方向に沿ってのび、前記第１凸状部とは交互に設けられ、前記陽極室に流入した水が流通する複数の第１溝部と、
前記第１凸状部及び前記第１溝部の一端側に設けられ、前記陽極室に流入した水を各第１溝部に導く第１分水路と、
前記第１凸状部及び前記第１溝部の他端側に設けられ、前記各第１溝部を流通した水を集める第１集水路とが形成され、
前記第２ケース片の前記電解室側を向く内面には、
前記第２ケース片の長手方向に沿ってのび、前記陰極給電体と当接する第２凸状部と、
前記第２ケース片の長手方向に沿ってのび、前記第２凸状部とは交互に設けられ、前記陰極室に流入した水が流通する複数の第２溝部と、
前記第２凸状部及び前記第２溝部の一端側に設けられ、前記陰極室に流入した水を各第２溝部に導く第２分水路と、
前記第２凸状部及び前記第２溝部の他端側に設けられ、前記各第２溝部を流通した水を集める第２集水路とが形成され、
前記第１分水路及び第１集水路には、前記陽極給電体と当接する第１凸部が設けられ、 前記第２分水路及び第２集水路には、前記陰極給電体と当接する第２凸部が設けられていることを特徴とする電解水生成装置。
【請求項２】
前記第１ケース片の前記第１凸状部は、前記陽極給電体を前記陰極給電体側に突出させると共に、
前記第２ケース片の前記第２凸状部は、前記陰極給電体を前記陽極給電体側に突出させる請求項１記載の電解水生成装置。
【請求項３】
前記陽極給電体、前記陰極給電体及び前記隔膜は、波形に形成されている請求項１又は２記載の電解水生成装置。
【請求項４】
前記第１凸状部が前記陽極給電体を前記陰極給電体側に突出させると共に、前記第２凸状部が前記陰極給電体を前記陽極給電体側に突出させることによって、前記陽極給電体と前記陰極給電体と前記隔膜とが同じ波形の形状に矯正される請求項３記載の電解水生成装置。
【請求項５】
請求項１記載の電解水生成装置を製造する電解水生成装置の製造方法であって、
前記第１ケース片と、前記第２ケース片との間に前記陽極給電体、前記隔膜及び前記陰極給電体の積層体を配置する給電体配置工程と、
前記第１ケース片と前記第ケース片とを固着することにより、前記第１ケース片の前記第１凸状部と、前記第２ケース片の第２凸状部とで、前記積層体を挟み込んで押圧する積層体押圧工程とを含むことを特徴とする電解水生成装置の製造方法。
【請求項６】
前記積層体押圧工程では、前記第１凸状部は、前記積層体を前記第２ケース片の側に突出させると共に、前記第２凸状部は、前記積層体を前記第１ケース片の側に突出させることによって、前記積層体は、波形に変形される請求項５記載の電解水生成装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を電気分解して電解水を生成する電解水生成装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、隔膜で仕切られた陽極室と陰極室を有する電解槽を備え、電解槽内に導入された水道水等の原水を電気分解する電解水生成装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
電解水生成装置の陰極室で生成される水素ガスが溶け込んだ電解水素水は、胃腸症状の改善に優れた効果を発揮することが期待されている。また、近年、電解水生成装置で生成された電解水素水は、血液透析治療の際に活性酸素の除去に適しているとして注目されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２４００３７号公報
【０００５】
電解水生成装置において、隔膜は、陽極室と陰極室との間でイオンを効率よく通過させるために薄く形成されていることから、陽極室と陰極室との間で生ずる圧力差が過度に大きくなると、隔膜が損傷を受けるおそれがある。
【０００６】
また、電解水生成装置では、電解水素水に溶け込んだ水素分子（水素ガス）の濃度（溶存水素濃度）の制御が重要である。例えば、電解水素水が血液透析に用いられる場合、高い溶存水素濃度が望ましいとされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、電解槽の陽極室と陰極室との間で大きな圧力差が生じても、隔膜の損傷を抑制できる電解水生成装置を提供することを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、電気分解される水が流入する電解室が形成された電解槽と、前記電解室内で、互いに対向して配置された陽極給電体及び陰極給電体と、前記陽極給電体と前記陰極給電体との間に配され、かつ、前記電解室を前記陽極給電体側の陽極室と、前記陰極給電体側の陰極室とに区分する隔膜とを備えた電解水生成装置であって、前記隔膜が、前記陽極給電体及び前記陰極給電体で挟持されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る前記電解水生成装置において、前記電解槽は、前記陽極給電体側の第１ケース片と、前記陰極給電体側の第２ケース片が固着されることにより前記電解室を形成し、前記第１ケース片の前記電解室側を向く内面には、前記陽極給電体と当接する第１凸状部が形成され、前記第２ケース片の前記電解室側を向く内面には、前記陰極給電体と当接する第２凸状部が形成されていることが望ましい。
【００１０】
本発明に係る前記電解水生成装置において、前記第１凸状部と前記第２凸状部とは、交互に設けられていることが望ましい。
【００１１】
本発明に係る前記電解水生成装置において、前記第１ケース片の前記第１凸状部は、前記陽極給電体を前記陰極給電体側に突出させると共に、前記第２ケース片の前記第２凸状部は、前記陰極給電体を前記陽極側に突出させることが望ましい。
【００１２】
本発明に係る前記電解水生成装置において、前記陽極給電体及び前記陰極給電体のうち、少なくとも一方の給電体は、波形に形成されていることが望ましい。
【００１３】
本発明に係る前記電解水生成装置において、前記隔膜は、前記一方の給電体に沿って波形に形成されていることが望ましい。
【００１４】
本発明に係る前記電解水生成装置において、前記陽極給電体及び前記陰極給電体のうち、他方の給電体は、前記隔膜に沿って波形に形成されていることが望ましい。
【００１５】
本発明に係る前記電解水生成装置において、前記第１凸状部が前記陽極給電体を前記陰極給電体側に突出させると共に、前記第２凸状部が前記陰極給電体を前記陽極給電体側に突出させることによって、前記陽極給電体と前記陰極給電体と前記隔膜とが同じ波形の形状に矯正されることが望ましい。
【００１６】
本発明に係る前記電解水生成装置において、前記第１ケース片の前記内面には、前記電解室に流入した水が流通する第１溝部が形成され、前記第１凸状部と前記第１溝部とは交互に設けられ、前記第２ケース片の前記内面には、前記電解室に流入した水が流通する第２溝部が形成され、前記第２凸状部と前記第２溝部とは交互に設けられていることが望ましい。
【００１７】
本発明に係る前記電解水生成装置において、前記陽極給電体及び前記陰極給電体は、それぞれ、その板厚方向で水が行き来可能な網状給電体であることが望ましい。
【００１８】
本発明に係る前記電解水生成装置において、前記陽極給電体及び前記陰極給電体の各々は、第１網状給電体と、前記第１網状給電体に重なると共に前記第１網状給電体よりも曲げ剛性が小さい第２網状給電体とを含み、前記第２網状給電体は、前記隔膜の側に配されていることが望ましい。
【００１９】
本発明に係る前記電解水生成装置において、前記第１凸状部は、前記陰極給電体、前記隔膜及び前記陽極給電体を挟んで、前記第２凸状部に対向する位置に設けられていることが望ましい。
【００２０】
本発明に係る前記電解水生成装置において、前記隔膜は、固体高分子膜を含むことが望ましい。
【００２１】
本発明は、前記電解水生成装置を製造する電解水生成装置の製造方法であって、前記第１ケース片と、前記第２ケース片との間に前記陽極給電体、前記隔膜及び前記陰極給電体の積層体を配置する給電体配置工程と、前記第１ケース片と前記第ケース片とを固着することにより、前記第１ケース片の前記第１凸状部と、前記第２ケース片の第２凸状部とで、前記積層体を挟み込んで押圧する積層体押圧工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の電解水生成装置は、電気分解される水が流入する電解室が形成された電解槽と、電解室内で、互いに対向して配置された陽極給電体及び陰極給電体と、陽極給電体と陰極給電体との間に配され、電解室を陽極室と陰極室とに区分する隔膜とを備える。隔膜は陽極給電体及び陰極給電体で挟持されているので、隔膜の形状は陽極給電体及び陰極給電体によって保持され、隔膜にかかる応力は減少する。従って、電解槽の陽極室と陰極室との間で大きな圧力差が生じても隔膜の損傷が抑制される。また、第１凸部及び第２凸部が陽極給電体及び陰極給電体とそれぞれ当接することにより、陽極給電体及び陰極給電体がそれらの上部及び下部で挟持され、陽極給電体、隔膜及び陰極給電体が保持される。
【００２３】
本発明の電解水生成装置の製造方法は、給電体配置工程と積層体押圧工程とを含む。給電体配置工程では、第１ケース片と、第２ケース片との間に陽極給電体、隔膜及び陰極給電体の積層体を配置する。積層体押圧工程では、第１ケース片と第２ケース片とを固着することにより、第１ケース片の第１凸状部と、第２ケース片の第２凸状部とによって、積層体を挟み込んで押圧する。これにより、隔膜の損傷が抑制され、高濃度の電解水素水が生成可能な電解水生成装置を安価かつ容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の電解水生成装置の一実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１の電解槽の構造を示す断面図である。
【図３】図１の電解槽の組立て斜視図である。
【図４】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】電解室に収容される前の第１網状給電体及び第２網状給電体を拡大して示す正面図である。
【図６】図２の第１ケース片及び第２ケース片を示す斜視図である。
【図７】図１の電解水生成装置の製造方法の主要工程を示す断面図である。
【図８】図４の電解槽の変形例を示すＡ−Ａ線断面図である。
【図９】図６の第１ケース片及び第２ケース片の変形例を示す斜視図である。
【図１０】図６の第１ケース片及び第２ケース片の別の変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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、本実施形態の電解水生成装置１の概略構成を示している。電解水生成装置１は、家庭の飲料用及び料理用の水の生成や血液透析の透析液の生成に用いられてもよい。
【００２６】
電解水生成装置１は、電気分解される水が流入する電解室２が形成された電解槽３と、電解室２内で、互いに対向して配置された陽極給電体４及び陰極給電体５と、陽極給電体４と陰極給電体５との間に配された隔膜６とを備えている。隔膜６は、電解室２を陽極給電体４側の陽極室２Ａと、陰極給電体５側の陰極室２Ｂとに区分する。隔膜６は、電気分解で生じたイオンを通過させ、隔膜６を介して陽極給電体４と、陰極給電体５とが電気的に接続される。陽極給電体４と陰極給電体５との間に電圧が印加されると、電解室２内で水が電気分解され、電解水が得られる。
【００２７】
電解水生成装置１は、電源部１１と、極性切替部１２と、電流計１３と、流量計１４と、流量制御弁１５ａ及び１５ｂと、流路切替弁１６ａ及び１６ｂと、制御部１７を備えている。
【００２８】
電源部１１は、プラグ１１ａを介して商用交流電源に接続され、制御部１７から入力された制御信号に応じて、陽極給電体４及び陰極給電体５に直流電圧を印加する。極性切替部１２は、制御部１７から入力された制御信号に応じて、陽極給電体４及び陰極給電体５に印加する直流電圧の極性を切り替える。極性切替部１２が、陽極給電体４及び陰極給電体５に印加する直流電圧の極性を切り替えることにより、図１中の陽極給電体４と陰極給電体５の極性が相互に入れ替わり、これに伴い、陽極室２Ａと陰極室２Ｂとが相互に入れ替わる（以下、図２以降においても同様である）。極性切替部１２が、所定時間、所定流量又は所定の動作毎に給電体４、５の極性を切り替えることにより、陰極側の給電体にスケールが付着し続けることが防止される。電流計１３は、電源部１１、極性切替部１２、陽極給電体４及び陰極給電体５等によって構成される回路を流れる電流を検知して、対応する信号を制御部１７に出力する。
【００２９】
流量計１４は、給水路１８に設けられ、電解水生成装置１に流入する水量を検知して、制御部１７に出力する。給水路１８には、浄化された水が供給される。流量計１４の下流に設けられた給水路１８は、第１給水路１８ａ及び第２給水路１８ｂに分岐する。
【００３０】
流量制御弁１５ａは、第１給水路１８ａに設けられ、電解室２に流入する水量を制御する。流量制御弁１５ｂは、排水路２０に設けられ、電解室２から流出する水量を制御する。流量制御弁１５ａ及び１５ｂが陽極室２Ａ又は陰極室２Ｂを流入出する水量を制限することにより、陽極室２Ａを流入出する水量と陰極室２Ｂを流入出する水量との間に差が生ずる。これにより、排水路２０から排出される排水を減らして、水の有効利用を図ることができる。陽極室２Ａを流入出する水量と陰極室２Ｂを流入出する水量との比は、固定されてもよいし、手動又は制御部１７の制御によって適宜変更可能に構成されていてもよい。陽極室２Ａを流入出する水量と陰極室２Ｂを流入出する水量との比を変更することにより、陽極室２Ａと陰極室２Ｂとの間で圧力差が生ずる場合がある。
【００３１】
流路切替弁１６ａは、制御部１７から入力された制御信号に応じて、第１給水路１８ａ及び第２給水路１８ｂと陽極室２Ａ及び陰極室２Ｂとの接続を切り替える。流路切替弁１６ｂは、制御部１７から入力された制御信号に応じて、陽極室２Ａ及び陰極室２Ｂと、送水路１９及び排水路２０との接続を切り替える。流路切替弁１６ａと流路切替弁１６ｂとは、例えばモーター（図示せず）によって駆動される。送水路１９は、陰極室２Ｂで生成された電解水素水を送出する。
【００３２】
制御部１７は、各部の制御を司る。例えば、制御部１７は、電流計１３から入力される信号に基づいて、電源部１１の出力をフィードバック制御する。
【００３３】
さらに、制御部１７は、時間を計数し、所定時間が経過する毎に、極性切替部１２及び流路切替弁１６ａ及び１６ｂの切替動作を制御する。極性切替部１２及び流路切替弁１６ａ及び１６ｂの切替動作の制御は、上記時間によって管理する形態に替えて、又は上記時間によって管理する形態に加えて、送水路１９から送水される水量によって管理する形態であってもよい。この場合、制御部１７は、流量計１４から入力される信号に基づいて、送水路１９から送水される水量を積算し、所定水量が送水される毎に、極性切替部１２及び流路切替弁１６ａ及び１６ｂの切替動作を制御するものであってもよい。さらに、極性切替部１２及び流路切替弁１６ａ及び１６ｂの切替動作の制御は、所定の動作が行なわれる毎になされるものであってもよい。
【００３４】
制御部１７による管理の下で、極性切替部１２及び流路切替弁１６ａ及び１６ｂが同期して動作することにより、送水路１９から常に陰極室２Ｂで生成された電解水素水が送出され、排水路２０から常に陽極室２Ａで生成された酸性水が送出される。なお、陽極室２Ａで生成された酸性水を送水路１９から送水させる場合は、流路切替弁１６ｂの動作を反転させればよい。この場合、送水路１９から陽極室２Ａで生成された酸性水が送出され、排水路２０から陰極室２Ｂで生成された電解水素水が送出される。
【００３５】
図２は、電解槽３の構造を示している。図３は、電解槽３の組立て斜視図である。電解槽３は、陽極給電体４側の第１ケース片３Ａと、陰極給電体５側の第２ケース片３Ｂとを有している。互いに対向して配置された第１ケース片３Ａと第２ケース片３Ｂとが固着されることにより、その内部に電解室２が形成される。
【００３６】
陽極給電体４及び陰極給電体５の外周縁の外側には、第１ケース片３Ａと第２ケース片３Ｂとの合わせ面からの水漏れを防止するための封止部材３Ｃが設けられている。隔膜６の外周部は、封止部材３Ｃによって挟持されている。
【００３７】
図３に示されるように、電解槽３は、電解室２内に、陽極給電体４、隔膜６及び陰極給電体５が重ねられてなる積層体１０を収容している。本実施形態では、隔膜６として、例えば、スルホン酸基を有するフッ素系の樹脂材料からなる固体高分子膜６ａが用いられている。固体高分子膜６ａの両面には、白金からなるめっき層６ｂが形成されている。固体高分子膜６ａを隔膜６に用いた電解槽３では、隔膜６の陽極側と陰極側とで以下に示される反応が生ずる。
陽極側  ：  ６Ｈ２Ｏ  →  ４Ｈ３Ｏ＋  ＋  Ｏ２  ＋  ４ｅ−
陰極側  ：  ４Ｈ３Ｏ＋  ＋  ４ｅ−  →  ２Ｈ２  ＋  ４Ｈ２Ｏ
このとき、陽極側で生じたオキソニウムイオン４Ｈ３Ｏ＋は、固体高分子膜６ａを通過して陰極側に移動し、電子４ｅ−と結合して、水素分子２Ｈ２が発生する。陰極側にて生じた水素分子Ｈ２は、陰極室２Ｂ内の水に溶け込み、電解水素水を構成する。陰極室２Ｂで生じた電解水素水は、送水路１９を介して送水される。一方、陽極室２Ａで生じた酸性水は、排水路２０を介して排出される。
【００３８】
隔膜６は、電解室２内で、陽極給電体４及び陰極給電体５によって挟持されている。従って、隔膜６の形状は陽極給電体４及び陰極給電体５によって保持されている。このような、隔膜６の保持構造を有する本実施形態によれば、電解槽３の陽極室２Ａと陰極室２Ｂとの間に生ずる圧力差に起因する応力の大部分は、陽極給電体４及び陰極給電体５によって負担され、隔膜６にかかる応力は減少する。これにより、陽極室２Ａと陰極室２Ｂとの間で大きな圧力差が生ずる状態で電解水生成装置１を動作させても、隔膜６には大きな応力が生じない。従って、水の利用効率を高めることが可能となる。また、隔膜６が陽極給電体４及び陰極給電体５で挟持されているので、隔膜６のめっき層６ｂと陽極給電体４との間及び隔膜６のめっき層６ｂと陰極給電体５との間での接触抵抗が減少し、電圧降下が抑制される。これにより、電解室２内での電気分解が促進され、高い溶存水素濃度の電解水素水が生成可能となる。
【００３９】
図４は、図２で示される電解槽３のＡ−Ａ線断面を示している。図４に示されるように、陽極給電体４は、第１ケース片３Ａと第２ケース片３Ｂとによって矯正されることにより、波形に形成されている。このような波板状の陽極給電体４は、大きな曲げ剛性を有しているので、隔膜６を介して陽極給電体４が電解室２内での圧力差により大きな応力を受けても、その変形が抑制され、隔膜６の損傷が抑制される。
【００４０】
隔膜６は、陽極給電体４に沿って波形に形成されている。すなわち、陽極給電体４と隔膜６とは、同振幅、同波長かつ同位相の波形に形成されている。これにより、隔膜６と陽極給電体４との間の接触抵抗が小さくなることから、隔膜６と陽極給電体４との間の導通が良好となり、電解室２内での電気分解が促進される。
【００４１】
陰極給電体５は、第１ケース片３Ａと第２ケース片３Ｂとによって矯正されることにより、波形に形成されている。すなわち、陰極給電体５と隔膜６とは、同振幅、同波長かつ同位相の波形に形成されている。このような波板状の陰極給電体５は、大きな曲げ剛性を有しているので、隔膜６を介して陰極給電体５が電解室２内での圧力差により大きな応力を受けても、その変形が抑制され、隔膜６の損傷が抑制される。また、隔膜６と陰極給電体５との間の接触抵抗が小さくなることから、隔膜６と陰極給電体５との間の導通が良好となり、電解室２内での電気分解が促進される。
【００４２】
本実施形態では、陽極給電体４、隔膜６及び陰極給電体５が、それぞれ対応する波形に形成されている。従って、極性切替部１２が給電体の極性を反転させた場合であっても、隔膜６は、少なくとも一方の給電体によって保持されるので、電解槽３の陽極室２Ａと陰極室２Ｂとの間で大きな圧力差が生じても、隔膜６の変形が抑制され、隔膜６の損傷が抑制される。
【００４３】
陽極給電体４及び陰極給電体５は、それぞれ、その板厚方向で水が行き来可能に構成されている。本実施形態では、図３によく示されるように、陽極給電体４及び陰極給電体５の各々は、第１網状給電体７と第２網状給電体８とを含む。このような、網状の陽極給電体４及び陰極給電体５は、隔膜６を挟持しながら、隔膜６の表面に水を行き渡らせることができ、電解室２内での電気分解を促進する。
【００４４】
第１網状給電体７と第２網状給電体８とは、互いに重ねられた状態で、電解室２に収容されている。隔膜６と、隔膜６を挟んで設けられた一対の第２網状給電体８及び一対の第１網状給電体７とによって、積層体１０が構成される。第１網状給電体７には、電解槽３の外部に突出する端子７ａが設けられている。第２網状給電体８は、隔膜６の側に配されている。端子７ａを介して、陽極給電体４及び陰極給電体５に直流電圧が印加される。
【００４５】
図５は、電解室２に収容される前の第１網状給電体７及び第２網状給電体８を拡大して示している。本実施形態の第１網状給電体７及び第２網状給電体８は、エクスパンドメタルによって構成されている。第１網状給電体７及び第２網状給電体８は、織金網等によって構成されていてもよい。
【００４６】
第１網状給電体７及び第２網状給電体８は、例えば、チタニウムからなり、その表面には白金からなるめっき層（図示せず）が形成されている。めっき層は、チタニウムの酸化を防止する。
【００４７】
第２網状給電体８の曲げ剛性は、第１網状給電体７の曲げ剛性よりも小さく設定されている。より具体的には、第２網状給電体８のストランド幅Ｓ２は、第１網状給電体７のストランド幅Ｓ１よりも小さく設定されている。このような第１網状給電体７は、隔膜６と共に柔軟に変形可能であり、隔膜６の損傷を抑制する。
【００４８】
さらに、第２網状給電体８のピッチＰ２は、第１網状給電体７のピッチＰ１よりも小さく設定されている。このような第２網状給電体８は、隔膜６との接触抵抗を少なくする。これにより、隔膜６と第２網状給電体８との間の導通が良好となり、電解室２内での電気分解が促進される。
【００４９】
一方、図４に示されるように、陽極給電体４及び陰極給電体５の外側に設けられている第１網状給電体７の厚さＴ１は、第２網状給電体８の厚さＴ２よりも大きく設定されている。このような第１網状給電体７は、曲げ剛性が大きいので、積層体１０に曲げ応力が加えられたとき、より大きな応力を負担することが可能であり、隔膜６には生ずる応力を抑制する。これにより、隔膜６の損傷をより一層抑制することが可能となる。
【００５０】
本実施形態では、積層体１０の外側に曲げ剛性の高い第１網状給電体７が配設されているので、積層体１０全体の曲げ剛性が高くなり、隔膜６には生ずる応力がより一層抑制される。さらに、隔膜６と第１網状給電体７との間に配設されている第２網状給電体８が、両者の緩衝材として機能し、隔膜６の損傷をより一層抑制する。
【００５１】
図６は、第１ケース片３Ａ及び第２ケース片３Ｂを示している。図４、６に示されるように、第１ケース片３Ａの電解室２側を向く内面には、電解室２に流入した水が流通する複数の第１溝部３１と、陽極給電体４と当接する複数の第１凸状部３２とが交互に形成されている。第１溝部３１及び第１凸状部３２は、縦長形状の第１ケース片３Ａの長手方向に沿って連続的にのびている。第１溝部３１は、陽極室２Ａを構成する。
【００５２】
一方、第２ケース片３Ｂの電解室２側を向く内面には、電解室２に流入した水が流通する複数の第２溝部３３と、陰極給電体５と当接する複数の第２凸状部３４とが交互に形成されている。第２溝部３３及び第２凸状部３４は、縦長形状の第２ケース片３Ｂの長手方向に沿って連続的にのびている。第２溝部３３は、陰極室２Ｂを構成する。
【００５３】
第１凸状部３２は、陽極給電体４、隔膜６及び陰極給電体５を挟んで、第２溝部３３に対向する位置に設けられている。一方、第２凸状部３４は、陰極給電体５、隔膜６及び陽極給電体４を挟んで、第１溝部３１に対向する位置に設けられている。第１凸状部３２と第２凸状部３４とは、第１ケース片３Ａと第２ケース片３Ｂとが固着されたときに交互に位置するように形成されている。
【００５４】
図４に示されるように、第１ケース片３Ａの第１凸状部３２の先端部は、陽極給電体４の第１網状給電体７と当接し、陽極給電体４を陰極給電体５の側に突出させる。一方、第２ケース片３Ｂの第２凸状部３４は、陰極給電体５の第１網状給電体７と当接し、陰極給電体５を陽極給電体４の側に突出させる。これにより、陰極給電体５、隔膜６及び陽極給電体４からなる積層体１０が波形の形状に矯正される。すなわち、陽極給電体４と陰極給電体５と隔膜６とが同じ波形に矯正される。
【００５５】
第１凸状部３２の先端部は、陽極給電体４の第１網状給電体７と当接しているので、陽極室２Ａと陰極室２Ｂとの圧力差によって陽極給電体４が隔膜６を介して第１ケース片３Ａの側に力を受けたとき、陽極給電体４を支持しながら陽極給電体４の変形を抑制する。同様に、第２凸状部３４の先端部は、陰極給電体５の第１網状給電体７と当接しているので、陽極室２Ａと陰極室２Ｂとの圧力差によって陰極給電体５が隔膜６を介して第２ケース片３Ｂの側に力を受けたとき、陰極給電体５を支持しながら陰極給電体５の変形を抑制する。
【００５６】
図２、３に示されるように、電解槽３には、Ｌ字状の継手３５、３６、３７、３８が設けられている。継手３５、３６は、第１ケース片３Ａ、第２ケース片３Ｂの下部に装着され、流路切替弁１６ａと接続される。継手３７、３８は、第１ケース片３Ａ、第２ケース片３Ｂの上部に装着され、流路切替弁１６ｂと接続される。
【００５７】
図３、６に示されるように、第１ケース片３Ａの内面の下部には、第１分水路４１が形成されている。第１分水路４１は、第１ケース片３Ａの短手方向に沿ってのび、第１溝部３１と連通している。同様に、第２ケース片３Ｂの内面の下部には、第２分水路４２が形成されている。第２分水路４２は、第２ケース片３Ｂの短手方向に沿ってのび、第２溝部３３と連通している。継手３５、３６から流入した水は、それぞれ第１分水路４１又は第２分水路４２を介して、第１溝部３１又は第２溝部３３に流れ込み、第１溝部３１又は第２溝部３３に沿って上方に流れる。
【００５８】
一方、第１ケース片３Ａの内面の上部には、第１集水路４３が形成されている。第１集水路４３は、第１ケース片３Ａの短手方向に沿ってのび、第１溝部３１と連通している。同様に、第２ケース片３Ｂの内面の上部には、第２集水路４４が形成されている。第２集水路４４は、第２ケース片３Ｂの短手方向に沿ってのび、第２溝部３３と連通している。第１溝部３１又は第２溝部３３に沿って上方に移動した水は、それぞれ第１集水路４３又は第２集水路４４によって集められて、継手３７又は３８から流出する。
【００５９】
陰極室２Ｂにて発生した水素分子は、微小な気泡となって陰極室２Ｂの上方に移動する。本実施形態では、電解室２の下部に設けられた継手３５、３６から流入した水は、第２溝部３３を上方に流れる。従って、水素分子の移動方向と水の流れる方向が一致するため、水素分子が水に溶け込み易くなり、溶存水素濃度が高められる。さらには、第２溝部３３が縦長形状の第２ケース片３Ｂの長手方向に沿ってすなわち短手方向に垂直にのびているので、流路の断面積が小さくなる。これにより、第２溝部３３を流れる水の流速が高くなるため、水素分子が水に溶け込み易くなり、溶存水素濃度が高められる。
【００６０】
第１ケース片３Ａの第１分水路４１及び第１集水路４３には、複数の凸部４５が設けられている。凸部４５の先端は、陽極給電体４の第１網状給電体７と当接する。同様に第２ケース片３Ａの第２分水路４２及び第２集水路４４には、複数の凸部４６が設けられている。凸部４６の先端は、陰極給電体５の第１網状給電体８と当接する。凸部４５及び凸部４６の先端が陽極給電体４及び陰極給電体５とそれぞれ当接することにより、陽極給電体４及び陰極給電体５がそれらの上部及び下部で挟持され、積層体１０が保持される。
【００６１】
図７は、電解水生成装置１の製造方法の主要工程を示している。図７（ａ）に示される給電体配置工程では、陽極給電体４、隔膜６及び陰極給電体５の積層体１０が、第１ケース片３Ａと、第２ケース片３Ｂとの間に配置される。すなわち、第１網状給電体７、第２網状給電体８、隔膜６、第２網状給電体８及び第１網状給電体７の積層体１０が、第１ケース片３Ａと、第２ケース片３Ｂとの間に配置される。
【００６２】
図７（ｂ）乃至（ｃ）に示される積層体押圧工程では、第１ケース片３Ａと第２ケース片３Ｂとが固着される。すなわち、図７（ｂ）の矢印Ａに示されるように、第１ケース片３Ａと第２ケース片３Ｂとが接近され、第１ケース片３Ａの第１凸状部３２が陽極給電体４の第１網状給電体７と当接する。このとき、第２ケース片３Ｂの第２凸状部３４も、陰極給電体５の第１網状給電体７と当接する。
【００６３】
さらに、図７（ｃ）の矢印Ｂに示されるように、第１ケース片３Ａと第２ケース片３Ｂとが接近され、両者が接合される。このとき、第１ケース片３Ａの第１凸状部３２と、第２ケース片３Ｂの第２凸状部３４とが、積層体１０を挟み込んで押圧する。これに伴い、第１ケース片３Ａの第１凸状部３２は、積層体１０を第２ケース片３Ｂの第２溝部３３の側に突出させる。同様に、第２ケース片３Ｂの第２凸状部３４は、積層体１０を第１ケース片３Ａの第１溝部３１の側に突出させる。これにより、積層体１０は波形に変形され、波形の陽極給電体４、隔膜６及び陰極給電体５を有する電解水生成装置１を安価かつ容易に製造できる。なお、第１ケース片３Ａと第２ケース片３Ｂとは、例えば、ボルト（図示せず）等によって接合され、固着される。
【００６４】
（変形例１）
図８は、電解槽３の変形例を示している。電解槽３は、第１ケース片３Ａの第１凸状部３２が、陰極給電体５、隔膜６及び陽極給電体４を挟んで、第２ケース片３Ｂの第２凸状部３４と対向するように配置されている点で、図３等に示される電解槽３とは異なる。これに伴い、第１ケース片３Ａの第１溝部３１は、陰極給電体５、隔膜６及び陽極給電体４を挟んで、第２ケース片３Ｂの第２溝部３３と対向するように配置される。
【００６５】
この電解槽３では、陽極給電体４、隔膜６及び陰極給電体５の形状は、平板状のまま維持されている。陽極給電体４、隔膜６及び陰極給電体５の積層体１０は、第１凸状部３２及び第２凸状部３４によって挟持されている。すなわち、陽極給電体４の第１網状給電体７は、第１ケース片３Ａの第１凸状部３２によって支持されている。同様に、陰極給電体５の第１網状給電体７は、第２ケース片３Ｂの第２凸状部３４によって支持されている。従って、電解槽３の陽極室２Ａと陰極室２Ｂとの間に生ずる圧力差に起因する応力の大部分は、陽極給電体４、第１凸状部３２又は陰極給電体５、第２凸状部３４によって負担され、隔膜６にかかる応力は減少する。これにより、陽極室２Ａと陰極室２Ｂとの間で大きな圧力差が生ずる状態で電解水生成装置１を動作させても、隔膜６には大きな応力が生じないので、隔膜６の損傷が抑制される。
【００６６】
（変形例２）
図９は、図６に示される第１ケース片３Ａ及び第２ケース片３Ｂの変形例である第１ケース片９Ａ及び第２ケース片９Ｂを示している。第１ケース片９Ａは、第１凸状部３２に替えて第１ケース片９Ａの長手方向に沿って断続的にのびる複数の第１凸状部９２を有している点で、第１ケース片３Ａとは相違している。第１凸状部９２は、第１ケース片９Ａの電解室２側を向く内底面９１から電解室２側に隆起して形成されている。電解室２に流入した水は、第１ケース片９Ａの短手方向に隣り合う第１凸状部９２の間を流通する。
【００６７】
同様に、第２ケース片９Ｂは、第２凸状部３４に替えて第２ケース片９Ｂの長手方向に沿って断続的にのびる複数の第２凸状部９４を有している点で、第２ケース片３Ｂとは相違している。第２凸状部９４は、第２ケース片９Ｂの電解室２側を向く内底面９３から電解室２側に隆起して形成されている。電解室２に流入した水は、第２ケース片９Ｂの短手方向に隣り合う第２凸状部９４の間を流通する。
【００６８】
第１凸状部９２と第２凸状部９４とは、第１ケース片９Ａと第２ケース片９Ｂとが固着されたときに交互に位置するように形成されている。このとき、第１凸状部９２及び第２凸状部９４は、陽極給電体４及び極給電体５と当接し、陽極給電体４及び極給電体５を波形に矯正する。
【００６９】
（変形例３）
図１０は、図６に示される第１ケース片３Ａ及び第２ケース片３Ｂの別の変形例である第１ケース片９Ｃ及び第２ケース片９Ｄを示している。第１ケース片９Ｃは、第１凸状部３２に替えて離散的に設けられた複数の第１凸状部９７を有している点で、第１ケース片３Ａとは相違している。第１凸状部９７は、平面視でドット状の円柱にて形成されている。第１凸状部９７は、平面視で楕円形に形成されていてもよい。第１凸状部９７は、第１ケース片９Ａの電解室２側を向く内底面９６から電解室２側に隆起して形成されている。電解室２に流入した水は、第１ケース片９Ｃの短手方向に隣り合う第１凸状部９７の間を流通する。
【００７０】
同様に、第２ケース片９Ｄは、第２凸状部３４に替えて離散的に設けられた複数の第２凸状部９９を有している点で、第２ケース片３Ｂとは相違している。第２凸状部９９は、平面視でドット状の円柱にて形成されている。第２凸状部９９は、平面視で楕円形に形成されていてもよい。第２凸状部９９は、第２ケース片９Ｄの電解室２側を向く内底面９８から電解室２側に隆起して形成されている。電解室２に流入した水は、第２ケース片９Ｄの短手方向に隣り合う第２凸状部９９の間を流通する。
【００７１】
第１凸状部９７と第２凸状部９９とは、第１ケース片９Ｃと第２ケース片９Ｄとが固着されたときに交互に位置するように形成されている。このとき、第１凸状部９７及び第２凸状部９９は、陽極給電体４及び極給電体５と当接し、陽極給電体４及び極給電体５を波形に矯正する。
【００７２】
以上のような構成を有する本実施形態の電解水生成装置１によれば、隔膜６が、陽極給電体４及び陰極給電体５で挟持されているので、隔膜６の形状は陽極給電体４及び陰極給電体５によって保持され、隔膜６にかかる応力は減少する。従って、電解槽３の陽極室２Ａと陰極室２Ｂとの間で大きな圧力差が生じても隔膜６の損傷が抑制される。
【００７３】
以上、本発明の電解水生成装置１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、電解水生成装置１は、少なくとも、電気分解される水が流入する電解室２を区画する電解槽３と、電解室２内で、互いに対向して配置された陽極給電体４及び陰極給電体５と、陽極給電体４と陰極給電体５との間に配され、かつ、電解室２を陽極給電体４側の陽極室２Ａと、陰極給電体５側の陰極室２Ｂとに区分する隔膜６とを備え、隔膜６が、陽極給電体４及び陰極給電体５で挟持されていればよい。
【００７４】
また、複数の電解槽３を直列に設けることにより、透析装置に供給する電解水素水の溶存水素濃度を高めることができる。
【００７５】
陽極給電体４及び陰極給電体５は、それぞれ、その板厚方向で水が行き来可能な導電体から構成されていればよい。例えば、陽極給電体４及び陰極給電体５は、パンチングメタルから構成されていてもよい。また、陽極給電体４及び陰極給電体５の各々が第１網状給電体７と第２網状給電体８とを含む構成を示したが、陽極給電体４及び陰極給電体５は１枚の網状給電体から構成されていてもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１  電解水生成装置
２  電解室
２Ａ  陽極室
２Ｂ  陰極室
３  電解槽
３Ａ  第１ケース片
３Ｂ  第２ケース片
４  陽極給電体
５  陰極給電体
６  隔膜
６ａ  固体高分子膜
７  第１網状給電体
８  第２網状給電体
３１  第１溝部
３２  第１凸状部
３３  第２溝部
３４  第２凸状部
【要約】
【課題】電解槽の陽極室と陰極室との間で大きな圧力差が生じても、隔膜の損傷を抑制できる電解水生成装置を提供する。
【解決手段】電解水生成装置は、電気分解される水が流入する電解室２を区画する電解槽３と、電解室２内で、互いに対向して配置された陽極給電体４及び陰極給電体５と、陽極給電体４と陰極給電体５との間に配され、かつ、電解室２を陽極給電体４側の陽極室２Ａと、陰極給電体５側の陰極室２Ｂとに区分する隔膜６とを備える。隔膜６は、陽極給電体４及び陰極給電体５で挟持されている。
【選択図】図２【図１】
0005639724.tif 000002
【図２】
0005639724.tif 000003
【図３】
0005639724.tif 000004
【図４】
0005639724.tif 000005
【図５】
0005639724.tif 000006
【図６】
0005639724.tif 000007
【図７】
0005639724.tif 000008
【図８】
0005639724.tif 000009
【図９】
0005639724.tif 000010
【図１０】
0005639724.tif 000011