(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気分解される水が供給され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第１ケース片と、前記陰極給電体側の第２ケース片と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、前記陽極給電体に当接する複数の第１突起と、前記第１突起よりも高さの小さい複数の第１小突起とが配設され、
前記第２ケース片の前記電解室側を向く内面には、前記隔膜、前記陽極給電体及び前記陰極給電体を挟んで前記第１小突起と対向する位置に、前記陰極給電体に当接する複数の第２突起が配設されると共に、前記隔膜、前記陽極給電体及び前記陰極給電体を挟んで前記第１突起と対向する位置に、前記第２突起よりも高さの小さい複数の第２小突起が配設さ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小突起は、前記陽極給電体とは当接せず、
前記第２小突起は、前記陰極給電体とは当接しない請求項１記載の電解水生成装置。
【請求項３】
前記第１突起及び第２突起は、前記電解室内での水の流れに沿う縦方向に長い縦長形状に形成されている請求項１又は２に記載の電解水生成装置。
【請求項４】
前記第１小突起及び第２小突起は、前記縦方向に垂直な横方向に長い横長形状に形成されている請求項３記載の電解水生成装置。
【請求項５】
前記第１突起は、前記電解室内での水の流れに沿う縦方向と前記縦方向に垂直な横方向とに、行列状に並べて配設され、
前記第２突起は、前記縦方向と前記横方向とに、行列状に並べて配設されると共に、前記縦方向に最も近い距離で隣り合う前記第１突起の間で、かつ前記横方向に最も近い距離で隣り合う前記第１突起の間に配置されている請求項１乃至４のいずれかに記載の電解水生成装置。
【請求項６】
前記第１突起の頂部は、前記第１ケース片の側に中心を有する曲面を含み、
前記第２突起の頂部は、前記第２ケース片の側に中心を有する曲面を含む請求項１乃至５のいずれかに記載の電解水生成装置。
【請求項７】
前記第１小突起及び前記第２小突起には、前記第１小突起及び前記第２小突起を前記電解室内での水の流れに沿う縦方向に貫く溝が形成されている請求項１乃至６のいずれかに記載の電解水生成装置。
【請求項８】
前記第１ケース片の前記電解室側を向く内面のうち、前記第１小突起が前記電解室内での水の流れに沿う縦方向に垂直な横方向に並ぶ領域は、前記縦方向に沿った断面で前記第２ケース片の側に中心を有する曲面を含み、
前記第２ケース片の前記電解室側を向く内面のうち、前記第２小突起が前記横方向に並ぶ領域は、前記縦方向に沿った断面で前記第１ケース片の側に中心を有する曲面を含む請求項１乃至７のいずれかに記載の電解水生成装置。
【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素水を生成する電解水生成装置に関する。
【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して電解水素水を生成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、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】特許第５６３９７２４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、例えば、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。そこで、上記特許文献１の電解水生成装置では、陽極給電体、隔膜及び陰極給電体からなる積層体を波形に成形することにより曲げ剛性を高め、隔膜の損傷を抑制する技術が開示されている。
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載された電解水生成装置では、電解室内の大部分の領域で、複数の凸状部が水の流れに沿う縦方向に連続して形成されている。このような電解水生成装置では、各凸状部の間に形成された溝部では、水の流れが速く各給電体の表面に水が十分に供給される。
【０００７】
ところが、凸状部が連続して形成されている箇所では、各給電体の表面での水の流れが遅くなり、局所的に十分な量の水が供給され難くなる。その結果、例えば、各給電体４１、４２に供給する電解電流を大きくして、陰極給電体４２の表面で大量の水素ガスを発生させる場合にあっては、上記凸状部が連続して形成されている箇所で、電解水素水の溶存水素濃度が局所的に飽和値に近づくおそれがある。このような場合、給電体の表面で発生した水素ガスが水に溶け込みにくくなり、電解水素水と共に気泡状の水素ガスが陰極室から流出されることがあり、陰極室全体での溶存水素濃度の向上を妨げるおそれがあった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、各給電体の表面に供給される水の流れを均一化することにより、溶存水素濃度を容易に高めることが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】
【０００９】
本発明の第１発明は、電気分解される水が供給され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第１ケース片と、前記陰極給電体側の第２ケース片と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、前記陽極給電体に当接する複数の第１突起が、前記電解室内での水の流れに沿う縦方向と前記縦方向に垂直な横方向とに、行列状に並べて配設され、前記第２ケース片の前記電解室側を向く内面には、前記陰極給電体に当接する複数の第２突起が、前記縦方向と前記横方向とに、行列状に並べて配設され、前記第２突起は、前記縦方向に最も近い距離で隣り合う前記第１突起の間で、かつ前記横方向に最も近い距離で隣り合う前記第１突起の間に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る前記電解水生成装置において、前記電解室は、前記縦方向に長い長方形状に形成さ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突起及び前記第２突起は、前記縦方向に長い縦長形状に形成されていることが望ましい。
【００１２】
本発明に係る前記電解水生成装置において、前記第１突起の頂部は、前記第１ケース片の側に中心を有する曲面を含み、前記第２突起の頂部は、前記第２ケース片の側に中心を有する曲面を含むことが望ましい。
【００１３】
本発明に係る前記電解水生成装置において、前記第１ケース片の前記電解室側を向く内面には、前記隔膜、前記陽極給電体及び前記陰極給電体を挟んで前記第２突起と対向する位置に、前記第１突起よりも高さの小さい第１小突起が配設され、前記第２ケース片の前記電解室側を向く内面には、前記隔膜、前記陽極給電体及び前記陰極給電体を挟んで前記第１突起と対向する位置に、前記第２突起よりも高さの小さい複数の第２小突起が配設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、前記第１小突起及び前記第２小突起は、前記横方向に長い横長形状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小突起及び前記第２小突起には、前記第１小突起及び前記第２小突起を前記縦方向に貫く溝が形成されていることが望ましい。
【００１６】
本発明に係る前記電解水生成装置において、前記第１ケース片の前記電解室側を向く内面のうち、前記第１小突起が前記横方向に並ぶ領域は、前記縦方向に沿った断面で前記第２ケース片の側に中心を有する曲面を含み、前記第２ケース片の前記電解室側を向く内面のうち、前記第２小突起が前記横方向に並ぶ領域は、前記縦方向に沿った断面で前記第１ケース片の側に中心を有する曲面を含むことが望ましい。
【００１７】
本発明の第２発明は、電気分解される水が供給され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第１ケース片と、前記陰極給電体側の第２ケース片と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、前記陽極給電体に当接する複数の第１突起と、前記第１突起よりも高さの小さい複数の第１小突起とが配設され、前記第２ケース片の前記電解室側を向く内面には、前記隔膜、前記陽極給電体及び前記陰極給電体を挟んで前記第１小突起と対向する位置に、前記陰極給電体に当接する複数の第２突起が配設されると共に、前記隔膜、前記陽極給電体及び前記陰極給電体を挟んで前記第１突起と対向する位置に、前記第２突起よりも高さの小さい複数の第２小突起が配設されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る前記電解水生成装置において、前記第１小突起は、前記陽極給電体とは当接せず、前記第２小突起は、前記陰極給電体とは当接しないことが望ましい。
【００１９】
本発明に係る前記電解水生成装置において、前記第１突起及び第２突起は、前記電解室内での水の流れに沿う縦方向に長い縦長形状に形成さ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、前記第１小突起及び第２小突起は、前記縦方向に垂直な横方向に長い横長形状に形成されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の第１発明の電解水生成装置は、隔膜が陽極給電体及び陰極給電体で挟持され、第１ケース片の内面には、陽極給電体に当接する複数の第１突起が配設され、第２ケース片の内面には、陰極給電体に当接する複数の第２突起が配設されている。これにより、第１突起及び第２突起によって、陽極給電体、隔膜及び陰極給電体が挟持され、隔膜の損傷が抑制される。
【００２２】
第１突起は、電解室内での水の流れに沿う縦方向と縦方向に垂直な横方向とに、行列状に並べて配設され、第２突起も、縦方向と前記横方向とに、行列状に並べて配設されている。さらに、第２突起は、縦方向に最も近い距離で隣り合う第１突起の間で、かつ横方向に最も近い距離で隣り合う第１突起の間に配置されている。これにより、第１突起及び第２突起が、縦方向及び横方向に離散的かつ均等に点在することになり、各給電体の表面に供給される水の流れが均一化され、溶存水素濃度が高められる。
【００２３】
さらに、本発明の第２発明の電解水生成装置では、第２突起によって、陰極室内の水が整流され、陰極室内で縦方向の大局的な水流が得られる。そして、第２小突起は、陰極室を流れる水の一部をせき止めて、第２小突起の周辺に案内する。これにより、陰極室内の水が第２小突起６４の周辺で局所的に攪拌される。上記大局的な水流と局所的な水流とが融合されることにより、陰極給電体４２の表面に供給される水の流れがより一層均一化され、溶存水素濃度が高められる。
【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の電解槽の組立て斜視図である。
【図３】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４】図２の電解槽における水の流れに平行な断面を拡大した断面図である。
【図５】図２の電解槽における水の流れに垂直な断面を拡大した断面図である。
【図６】図２の電解槽で第２ケース片及び積層体を透視した正面図である。
【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供給される電解室４０が形成された電解槽４と、電解室４０内で、互いに対向して配置された陽極給電体４１及び陰極給電体４２と、陽極給電体４１と陰極給電体４２との間に配された隔膜４３とを備えている。電解槽４の上流側又は下流側に、別の電解槽が設けられていてもよい。また、電解槽４と並列に、別の電解槽が設けられていてもよい。別に設けられた電解槽についても、電解槽４と同等の構成が適用されうる。
【００２７】
隔膜４３は、電解室４０を陽極給電体４１側の陽極室４０Ａと、陰極給電体４２側の陰極室４０Ｂとに区分する。電解室４０の陽極室４０Ａ及び陰極室４０Ｂの両方に水が供給され、陽極給電体４１及び陰極給電体４２に直流電圧が印加されることにより、電解室４０内で水の電気分解が生ずる。
【００２８】
隔膜４３は、電気分解で生じたイオンを通過させ、隔膜４３を介して陽極給電体４１と、陰極給電体４２とが電気的に接続される。隔膜４３には、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材料が用いられている。
【００２９】
固体高分子材料を用いた隔膜４３を有する電解槽４では、中性の電解水素水及び電解酸素水が生成される。電解室４０内で水が電気分解されることにより、陰極室４０Ｂでは、水素ガスが溶け込んだ電解水素水が得られ、陽極室４０Ａでは酸素ガスが溶け込んだ電解酸素水が得られる。
【００３０】
電解水生成装置１は、電解槽４を制御する制御手段６と、電解槽４の上流側に設けられた入水部７と、電解槽４の下流側に設けられた出水部８とをさらに備えている。
【００３１】
制御手段６は、例えば、各種の演算処理、情報処理等を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）及びＣＰＵの動作を司るプログラム及び各種の情報を記憶するメモリ等を有している。
【００３２】
陽極給電体４１と制御手段６との間の電流供給ラインには、電流検出手段４４が設けられている。電流検出手段４４は、陰極給電体４２と制御手段６との間の電流供給ラインに設けられていてもよい。電流検出手段４４は、給電体４１、４２に供給する電解電流を検出し、その値に相当する信号を制御手段６に出力する。
【００３３】
制御手段６は、電流検出手段４４から入力される信号に基づいて、陽極給電体４１と陰極給電体４２との間に印加する電圧をフィードバック制御する。例えば、電解電流が過大である場合、制御手段６は、上記電圧を減少させ、電解電流が過小である場合、制御手段６は、上記電圧を増加させる。これにより、給電体４１、４２に供給する電解電流が適切に制御されうる。
【００３４】
入水部７は、給水管７１と、流量センサー７２と、分岐部７３と、流量調整弁７４等を有している。給水管７１は、電解水生成装置１に供給された水を電解室４０に導く。流量センサー７２は、給水管７１に設けられている。流量センサー７２は、電解室４０に供給される水の単位時間あたりの流量（以下、単に「流量」と記すこともある）Ｆを定期的に検出し、その値に相当する信号を制御手段６に出力する。
【００３５】
分岐部７３は、給水管７１を給水管７１ａ、７１ｂの二方に分岐する。流量調整弁７４は、給水管７１ａ、７１ｂを陽極室４０Ａ又は陰極室４０Ｂに接続する。陽極室４０Ａ及び陰極室４０Ｂに供給される水の流量は、制御手段６の管理下で、流量調整弁７４によって調整される。流量調整弁７４は、水の利用効率を高めるために、陽極室４０Ａ及び陰極室４０Ｂに供給される水の流量を調整する。これにより、陽極室４０Ａと陰極室４０Ｂとの間で圧力差が生ずる場合がある。
【００３６】
本実施形態では、流量センサー７２は、分岐部７３の上流側に設けられているので、陽極室４０Ａに供給される水の流量と陰極室４０Ｂに供給される水の流量との総和、すなわち、電解室４０に供給される水の流量Ｆを検出する。
【００３７】
出水部８は、流路切替弁８１と、吐水管８２と、排水管８３等を有している。流路切替弁８１は、陽極室４０Ａ、陰極室４０Ｂを吐水管８２又は排水管８３に選択的に接続する。電解水生成装置１が血液透析の透析液の生成に用いられる場合、陰極室４０Ｂで生成された電解水素水が吐水管８２を介して、濾過処理用の逆浸透膜モジュール及び透析原液を希釈する希釈装置等に供給される。
【００３８】
制御手段６は、陽極給電体４１及び陰極給電体４２に印加する直流電圧の極性を制御する。例えば、制御手段６は、流量センサー７２から入力される信号に基づいて、電解室４０に供給される水の流量Ｆを積算し、所定の流量に達すると陽極給電体４１及び陰極給電体４２に印加する直流電圧の極性を切り替える。これに伴い、陽極室４０Ａと陰極室４０Ｂとが相互に入れ替わる。直流電圧の極性の切り替えにあたっては、制御手段６は、流量調整弁７４及び流路切替弁８１を同期して動作させる。これにより、陰極室４０Ｂと吐水管８２とが常に接続され、陰極室４０Ｂで生成された電解水素水が吐水管８２から吐出される。
【００３９】
図２は、電解槽４の組立て斜視図である。電解槽４は、陽極給電体４１側の第１ケース片５０と、陰極給電体４２側の第２ケース片６０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５０と第２ケース片６０とが固着されることにより、その内部に電解室４０（図１参照）が形成される。
【００４０】
電解槽４は、電解室４０内に、陽極給電体４１、隔膜４３及び陰極給電体４２が重ねられてなる積層体４５を収容している。
【００４１】
陽極給電体４１及び陰極給電体４２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。陽極給電体４１及び陰極給電体４２には、例えば、エクスパンドメタル等の網状の金属が適用されうる。このような、網状の陽極給電体４１及び陰極給電体４２は、隔膜４３を挟持しながら、隔膜４３の表面に水を行き渡らせることができ、電解室４０内での電気分解を促進する。本実施形態では、陽極給電体４１及び陰極給電体４２として、チタニウム製のエクスパンドメタルの表面に白金のめっき層が形成されたものが適用されている。白金のめっき層は、チタニウムの酸化を防止する。
【００４２】
陽極給電体４１には、第１ケース片５０を貫通して電解槽４の外部に突出する端子４１ａが設けられている。同様に、陰極給電体４２にも、第２ケース片６０を貫通して電解槽４の外部に突出する端子４２ａが設けられている。端子４１ａ、４２ａを介して、陽極給電体４１及び陰極給電体４２に直流電圧が印加される。
【００４３】
本実施形態では、隔膜４３には、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材料が用いられている。固体高分子材料を用いた隔膜４３を有する電解槽４では、中性の電解水が生成される。隔膜４３の両面には、白金からなるめっき層４３ａが形成されている。めっき層４３ａと陽極給電体４１及び陰極給電体４２とは、当接し、電気的に接続される。
【００４４】
隔膜４３は、電解室４０内で、陽極給電体４１及び陰極給電体４２によって挟持されている。従って、隔膜４３の形状は陽極給電体４１及び陰極給電体４２によって保持されている。このような、隔膜４３の保持構造によれば、陽極室４０Ａと陰極室４０Ｂ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４１及び陰極給電体４２によって負担され、隔膜４３にかかる応力は減少する。これにより、陽極室４０Ａと陰極室４０Ｂ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４３には大きな応力が生じない。従って、隔膜４３の損傷を抑制し、水の利用効率を容易に高めることが可能となる。
【００４５】
また、隔膜４３が陽極給電体４１及び陰極給電体４２で挟持されているので、隔膜４３のめっき層４３ａと陽極給電体４１との間及びめっき層４３ａと陰極給電体４２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４０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。
【００４６】
陽極給電体４１及び陰極給電体４２の外周縁の外側には、第１ケース片５０と第２ケース片６０との合わせ面からの水漏れを防止するための封止部材４６が設けられている。隔膜４３の外周部は、封止部材４６によって挟持されている。
【００４７】
各ケース片５０及び６０は、電解室４０内での水の流れに沿う縦方向Ｖに長い長方形状に形成されている。これに伴い、電解室４０は、縦方向Ｖに長い長方形状に形成されている。このような縦長形状の電解室４０によって、電解槽４内での流路が長くなる。その結果、陰極室４０Ｂで発生した水素ガスが、陰極室４０Ｂ内の水に溶け込みやすくなり、溶存水素濃度を高めることができる。
【００４８】
電解槽４には、Ｌ字状の継手９１、９２、９３、９４が設けられている。継手９１、９２は、第１ケース片５０、第２ケース片６０の下部に装着され、上記流量調整弁７４と接続される。継手９３、９４は、第１ケース片５０、第２ケース片６０の上部に装着され、上記流路切替弁８１と接続される。電解水生成装置１への通水を開始することにより、陽極室４０Ａ及び陰極室４０Ｂの下部から上部に向かって、大局的な水の流れが生ずる。
【００４９】
陰極室４０Ｂにて発生した水素ガスは、微小な気泡となって陰極室４０Ｂの上方に移動する。本実施形態では、水素ガスの移動方向と大局的に水が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。
【００５０】
図３は、電解室４０側を向く内面側から視た、第１ケース片５０及び第２ケース片６０の斜視図である。
【００５１】
第１ケース片５０及び第２ケース片６０の内面の外縁部には、第１ケース片５０と第２ケース片６０とを固着するための合わせ面５１、６１が形成されている。合わせ面５１、６１の内側には、内壁が合わせ面５１、６１から第１ケース片５０、第２ケース片６０の厚さ方向に陥没することにより、電解部５２、６２が設けられている。電解部５２は陽極室４０Ａを構成し、電解部６２は陰極室４０Ｂを構成する。
【００５２】
第１ケース片５０の内面には、複数の第１突起５３が配設されている。各第１突起５３は、縦方向Ｖと、縦方向Ｖに垂直な横方向Ｈとに、行列状（マトリックス状）に並べて配設されている。突起の配置に関して「行列状」とは、突起が縦方向Ｖにｍ個、横方向Ｈにｎ個並べられた配置（ｍ行×ｎ列の行列のような配置）をいう（ｍ、ｎは２以上の整数である。以下、同様とする）。
【００５３】
一方、第２ケース片６０の内面には、複数の第２突起６３が配設されている。各第２突起６３は、縦方向Ｖと横方向Ｈとに、行列状に並べて配設されている。
【００５４】
各第１突起５３は、陽極室４０Ａで陽極給電体４１と当接し、陽極給電体４１を第２ケース片６０の側に押圧する。一方、各第２突起６３は、陰極室４０Ｂで陰極給電体４２と当接し、陰極給電体４２を第１ケース片５０の側に押圧する。従って、各第１突起５３及び各第２突起６３によって、積層体４５は、その両面から挟持される。
【００５５】
本実施形態では、第１ケース片５０と第２ケース片６０とが固着されたとき、第２突起６３は、縦方向Ｖに最も近い距離で隣り合う第１突起５３、５３の間に配置されている。これに伴い、第２突起６３は、第１突起５３よりも、一行少なく設けられている。さらに、第２突起６３は、横方向Ｈに最も近い距離で隣り合う第１突起５３、５３の間に配置されている。
【００５６】
このような各第１突起５３及び各第２突起６３の相対的な配置によって、陰極室４０Ｂ内では、各第２突起６３が、縦方向Ｖ及び横方向Ｈに離散的かつ均等に点在することになる。これにより、陰極室４０Ｂ内で縦方向Ｖ及び横方向Ｈに点在する第２突起６３の間に流速の大きな水が流れ込み、陰極給電体４２の表面に十分な水が供給される。従って、例えば、各給電体４１、４２に供給する電解電流を大きくして、陰極給電体４２の表面で大量の水素ガスを発生させる場合であっても、電解水素水の溶存水素濃度が局所的に飽和値に近づくことが抑制され、陰極室４０Ｂ全体での溶存水素濃度が向上する。また、例えば、陰極室４０Ｂに供給される水の流量が少ない場合であっても、電解水素水の溶存水素濃度が局所的に飽和値に近づくことが抑制され、陰極室４０Ｂ全体での溶存水素濃度が向上する。
【００５７】
一方、陽極室４０Ａ内では、各第１突起５３が、縦方向Ｖ及び横方向Ｈに離散的かつ均等に点在し、陽極室４０Ａ内で縦方向Ｖ及び横方向Ｈに点在する第１突起５３の間にも流速の大きな水が流れ込み、陽極給電体４１の表面に十分な水が供給される。従って、上述した陰極室４０Ｂと同様に、陽極室４０Ａ全体での溶存酸素濃度が向上する。これにより、陽極室４０Ａで発生する酸素ガスを、陽極室４０Ａ内の水に容易に溶け込ませて排出することが可能となる。
【００５８】
第１突起５３及び第２突起６３は、縦方向Ｖに長い縦長形状に形成されている。このような縦長形状の第１突起５３及び第２突起６３によって、陽極室４０Ａ及び陰極室４０Ｂ内の水が整流され、縦方向Ｖの大局的な水流を妨げることなく、積層体４５が広い面積で強固に支持されうる。従って、各給電体４１、４２と隔膜４３のめっき層４３ａとの間の接触抵抗が低下し、電解室４０内の水を効率よく電気分解することが可能となる。本実施形態では、縦長形状の第１突起５３として楕円柱状の突起が採用されているが、長円柱状又は直方体状の突起であってもよい。
【００５９】
図４は、電解槽４の縦方向Ｖに沿った断面の一部を拡大して示している。また、図５は、電解槽４の横方向Ｈに沿った断面の一部を拡大して示している。
【００６０】
各第１突起５３は、頂部５３ａで陽極給電体４１に当接する。頂部５３ａは、合わせ面５１と、同等の高さに突出している。これにより、陽極給電体４１は、頂部５３ａとの当接箇所で第２ケース片６０の側に押圧されて突出する。一方、各第２突起６３は、頂部６３ａで陰極給電体４２に当接する。これにより、陰極給電体４２は、頂部６３ａとの当接箇所で第１ケース片５０の側に押圧されて突出する。
【００６１】
図４に示されるように、本発明では、縦方向Ｖに隣り合う第１突起５３、５３の間に第２突起６３が配置されているので、積層体４５は、縦方向Ｖに沿った断面で波形に矯正されている。一方、図５に示されるように、本発明では、横方向Ｈに最も近い距離で隣り合う第１突起５３、５３の間に第２突起６３が配置されているので、積層体４５は、横方向Ｈに沿った断面でも波形に矯正されている。このような波形の積層体４５は、大きな曲げ剛性を有しているので、電解室４０内での圧力差により積層体４５が大きな応力を受けても、その変形が抑制され、隔膜４３の損傷が抑制される。
【００６２】
図４に示されるように、第１突起５３の頂部５３ａは、第１ケース片５０の側に中心を有する凸曲面５３ｂを含んで構成されている。凸曲面５３ｂは、円柱の側面の一部のような２次曲面であってもよく、球の表面の一部のような３次曲面であってもよい。頂部５３ａが凸曲面５３ｂで構成されることにより、積層体４５がゆるやかな曲率で湾曲するため、隔膜４３への応力集中が緩和され、隔膜４３の損傷が抑制される。
【００６３】
第２突起６３の頂部６３ａは、第２ケース片６０の側に中心を有する凸曲面６３ｂを含んで構成されている。凸曲面６３ｂについても上記凸曲面５３ｂと同様である。
【００６４】
図３、４に示されるように、第１ケース片５０の電解室４０側を向く内面には、第１突起５３よりも高さの小さい複数の第１小突起５４が配設されている。同様に、第２ケース片６０の電解室４０側を向く内面には、第２突起６３よりも高さの小さい複数の第２小突起６４が配設されている。
【００６５】
図６は、第２ケース片６０の外面側から第２ケース片６０及び積層体４５を透視した平面図である。同図では、電解槽４の一部が拡大して表示され、第２突起６３及び第２小突起６４が、二点鎖線にて、第１小突起５４及び第１突起５３に重ね合わせて描かれている。また、陽極室４０Ａでの水の流れＦＡが実線で、陰極室４０Ｂでの水の流れＦＢが２点鎖線で描かれている。
【００６６】
図３乃至６に示されるように、各第１小突起５４は、積層体４５を挟んで第２ケース片６０の第２突起６３と対向する位置に設けられている。各第１小突起５４は、横方向Ｈに隣り合う第１突起５３、５３の間を縦方向Ｖに流れる水の一部をせき止めて、第１小突起５４の横方向Ｈの両端、すなわち縦方向Ｖに隣り合う第１突起５３、５３の間に案内する。これにより、陽極室４０Ａ内の水が第１小突起５４の周辺で局所的に攪拌される。従って、第１突起５３による縦方向Ｖの大局的な水流と第１小突起５４による局所的な水流とが融合されることにより、陽極給電体４１の表面に供給される水の流れＦＡがより一層均一化され、溶存水素濃度が高められる。
【００６７】
第１小突起５４は、横方向Ｈに長い横長形状に形成されているのが望ましい。このような第１小突起５４は、縦方向Ｖに隣り合う第１突起５３、５３の間に水を案内する効果が高く、陽極給電体４１の表面に供給される水の流れＦＡがより一層均一化され、溶存水素濃度が高められる。本実施形態では、横長形状の第１突起５３として、楕円柱状の突起が採用されているが、長円柱状又は直方体状の突起であってもよい。
【００６８】
図４及び５に示されるように、第１小突起５４は、第１突起５３よりも高さが小さいので、陽極給電体４１とは当接しない。このため、第１小突起５４と陽極給電体４１との間には流路が形成され、陽極給電体４１の表面に供給される水の流れＦＡがより一層均一化される。
【００６９】
図３乃至６に示されるように、各第２小突起６４は、積層体４５を挟んで第１ケース片５０の第１突起５３と対向する位置に設けられている。各第２小突起６４も、横方向Ｈに隣り合う第２突起６３、６３の間を縦方向Ｖに流れる水の一部を第２小突起６４の横方向Ｈの両端、すなわち縦方向Ｖに隣り合う第２突起６３、６３の間に案内する。これにより、陰極室４０Ｂ内の水が第２小突起６４の周辺で局所的に攪拌される。従って、第２突起６３による縦方向Ｖの大局的な水流と第２小突起６４による局所的な水流とが融合されることにより、陰極給電体４２の表面に供給される水の流れＦＢがより一層均一化され、溶存水素濃度が高められる。
【００７０】
図４及び５に示されるように、第２小突起６４は、横方向Ｈに長い横長形状に形成されているのが望ましい。このような第２小突起６４は、縦方向Ｖに隣り合う第２突起６３、６３の間に水を案内する効果が高く、陰極給電体４２の表面に供給される水の流れＦＢがより一層均一化され、溶存水素濃度が高められる。本実施形態では、横長形状の第２突起６３として、楕円柱状の突起が採用されているが、長円柱状又は直方体状の突起であってもよい。
【００７１】
第２小突起６４は、第２突起６３よりも高さが小さいので、陰極給電体４２とは当接しない。このため、第２小突起６４と陰極給電体４２との間には流路が形成され、陰極給電体４２の表面に供給される水の流れＦＢがより一層均一化される。
【００７２】
図３及び６に示されるように、第１小突起５４には、第１小突起５４を縦方向Ｖに貫く溝５５が形成されている。一つの第１小突起５４に対する溝５５の本数、幅、深さは、適宜設定されうる。本実施形態では、１本の溝５５が第１小突起５４の横方向Ｈの中央部に設けられている。また、溝５５の深さは、第１小突起５４の高さと同等である。溝５５は、横方向Ｈに隣り合う第１突起５３、５３の間を流れる水の一部を縦方向Ｖに導いて、第１小突起５４を通過させる。溝５５によって、陽極給電体４１の表面に供給される水の流れＦＡがより一層均一化される。
【００７３】
同様に、第２小突起６４には、第２小突起６４を縦方向Ｖに貫く溝６５が形成されている。溝６５の本数等については、上記溝５５と同様である。溝６５は、横方向Ｈに隣り合う第２突起６３、６３の間を流れる水の一部を縦方向Ｖに導いて、第２小突起６４を通過させる。溝６５によって、陰極給電体４２の表面に供給される水の流れＦＢがより一層均一化される。
【００７４】
図４に示されるように、第１ケース片５０の電解室４０側を向く内面のうち、第１小突起５４が横方向Ｈに並ぶ領域５６は、凹曲面５６ａを含んで構成されている。凹曲面５６ａは、縦方向Ｖに沿った断面で第２ケース片６０の側に中心を有する。凹曲面５６ａは、波形に湾曲する隔膜４３と対応するように、湾曲して形成されている。凹曲面５６ａによって、隔膜４３と領域５６との間の流路断面積が十分に確保される。これにより、陽極給電体４１の表面に供給される水の流れＦＡがより一層均一化される。
【００７５】
第１ケース片５０の上記内面のうち、第１突起５３が横方向Ｈに並ぶ領域５７は、凸曲面５７ａを含んで構成されている。凸曲面５７ａは、縦方向Ｖに沿った断面で第１ケース片５０の側に中心を有する。凸曲面５７ａは、波形に湾曲する隔膜４３と対応するように、湾曲して形成されている。凹曲面５６ａと凸曲面５７ａとは、領域５６と領域５７との境界で滑らかにつながっている。これにより、陽極室４０Ａ内の水の流れＦＡがより一層円滑となり、流速を高めることが可能となる。
【００７６】
第２ケース片６０の電解室４０側を向く内面のうち、第２小突起６４が横方向Ｈに並ぶ領域６６は、凹曲面６６ａを含んで構成されている。凹曲面６６ａは、縦方向Ｖに沿った断面で第１ケース片５０の側に中心を有する。凹曲面６６ａの作用効果については、凹曲面５６ａと同様であり、陰極給電体４２の表面に供給される水の流れＦＢがより一層均一化される。
【００７７】
第２ケース片６０の上記内面のうち、第２突起６３が横方向Ｈに並ぶ領域６７は、凸曲面６７ａを含んで構成されている。凸曲面６７ａは、縦方向Ｖに沿った断面で第２ケース片６０の側に中心を有する。凸曲面６７ａは、波形に湾曲する隔膜４３と対応するように、湾曲して形成されている。凹曲面６６ａと凸曲面６７ａとは、領域６６と領域６７との境界で滑らかにつながっている。これにより、陰極室４０Ｂ内の水の流れＦＢがより一層円滑となり、流速を高めることが可能となる。
【００７８】
図４乃至６に示されるように、第１突起５３と第２小突起６４とは、積層体４５を挟んで互いに対向する位置に配設されている。同様に、第２突起６３と第１小突起５４とは、積層体４５を挟んで互いに対向する位置に配設されている。
【００７９】
既に述べたように、第１小突起５４は、陽極室４０Ａを流れる水の一部をせき止めて、第１小突起５４の周辺に案内する。同様に、第２小突起６４は、陰極室４０Ｂを流れる水の一部をせき止めて、第２小突起６４の周辺に案内する。従って、陽極室４０Ａ内の水及び陰極室４０Ｂ内の水が攪拌されることにより、陽極給電体４１の表面及び陰極給電体４２の表面に供給される水の流れＦＡ及びＦＢがより一層均一化され、溶存水素濃度が高められる。
【００８０】
また、第１小突起５４は、陽極給電体４１とは当接せず、第２小突起６４は、陰極給電体４２とは当接しない。従って、第１小突起５４と陽極給電体４１との間、及び第２小突起６４と陰極給電体４２との間には流路が形成され、陽極給電体４１及び陰極給電体４２の表面に供給される水の流れＦＡ及びＦＢがより一層均一化される。
【００８１】
なお、上記第１小突起５４及び第２小突起６４によって、陽極室４０Ａ内及び陰極室４０Ｂ内の水の流れＦＡ及びＦＢが阻害されるおそれもある。しかしながら、本実施形態では、第１小突起５４の高さは、第１突起５３の高さよりも小さく、第１小突起５４は、陽極給電体４１とは当接しない。従って、第１小突起５４と陽極給電体４１との間には流路が形成され、第１小突起５４によって、陽極室４０Ａ内の水の流れＦＡが阻害されるおそれは限定的となる。同様に、第２小突起６４によって、陰極室４０Ｂ内の水の流れＦＢが阻害されるおそれは限定的となる。
【００８２】
図３に示されるように、第１ケース片５０の内面の下部には、第１分水路５８Ｄが形成されている。第１分水路５８Ｄは、第１ケース片５０の横方向Ｈに沿ってのび、電解部５２と連通している。継手９１から流入した水は、第１分水路５８Ｄを介して、電解部５２に流れ込み、第１突起５３等の間隙を上方に流れる。同様に、第２ケース片６０の内面の下部には、第２分水路６８Ｄが形成されている。第２分水路６８Ｄは、第２ケース片６０の横方向Ｈに沿ってのび、電解部６２と連通している。継手９２から流入した水は、第２分水路６８Ｄを介して、電解部６２に流れ込み、第２突起６３等の間隙を上方に流れる。
【００８３】
一方、第１ケース片５０の内面の上部には、第１集水路５８Ｃが形成されている。第１集水路５８Ｃは、第１ケース片５０の横方向Ｈに沿ってのび、電解部５２と連通している。電解部５２の上方に移動した水は、第１集水路５８Ｃによって集められて、継手９３から電解槽４の外部に流出する。同様に、第２ケース片６０の内面の上部には、第２集水路６８Ｃが形成されている。第２集水路６８Ｃは、第２ケース片６０の横方向Ｈに沿ってのび、電解部６２と連通している。電解部６２の上方に移動した水は、第２集水路６８Ｃによって集められて、継手９４から電解槽４の外部に流出する。
【００８４】
合わせ面５１を基準とすると、電解部５２の深さは、第１分水路５８Ｄ及び第１集水路５８Ｃよりも小さい。このような電解部５２によって、電解部５２を流れる水の速度が高められ、酸素ガスが溶け込みやすくなる。そして、電解部５２と第１分水路５８Ｄ及び第１集水路５８Ｃとの段差部には、斜面５９が形成されている。斜面５９は、陽極室４０Ａ内の水の流れＦＡを円滑なものとし、電解部５２を流れる水の速度の低下を抑制する。
【００８５】
同様に、合わせ面６１を基準とすると、電解部６２の深さは、第２分水路６８Ｄ及び第２集水路６８Ｃよりも小さい。このような電解部６２によって、電解部６２を流れる水の速度が高められ、水素ガスが溶け込みやすくなる。そして、電解部６２と第２分水路６８Ｄ及び第２集水路６８Ｃとの段差部には、斜面６９が形成されている。斜面６９は、陰極室４０Ｂ内の水の流れＦＢを円滑なものとし、電解部６２を流れる水の速度の低下を抑制する。
【００８６】
図４乃至６に示されるように、第１突起５３及び第２突起６３、第１小突起５４及び第２小突起６４の側壁には、電解部５２及び６２の底壁と滑らかにつながるフィレット部９５が設けられている。フィレット部９５は、陽極室４０Ａ及び陰極室４０Ｂ内の水の流れを円滑なものとし、電解部６２を流れる水の速度の低下を抑制する。
【００８７】
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供給される電解室４０が形成された電解槽４と、電解室４０内で、互いに対向して配置された陽極給電体４１及び陰極給電体４２と、陽極給電体４１と陰極給電体４２との間に配され、かつ、電解室４０を陽極室４０Ａと、陰極室４０Ｂとに区分する隔膜４３とを備え、隔膜４３が、陽極給電体４１及び陰極給電体４２で挟持され、電解槽４は、陽極給電体４１側の第１ケース片５０と、陰極給電体４２側の第２ケース片６０とが固着されることにより電解室４０を形成し、第１ケース片５０の内面には、陽極給電体４１に当接する複数の第１突起５３が、縦方向Ｖと横方向Ｈとに、行列状に並べて配設され、第２ケース片６０の内面には、陰極給電体４２に当接する複数の第２突起６３が、縦方向Ｖと横方向Ｈとに、行列状に並べて配設され、第２突起６３は、縦方向Ｖに最も近い距離で隣り合う第１突起５３の間で、かつ横方向Ｈに最も近い距離で隣り合う第１突起５３の間に配置されていればよい。
【符号の説明】
【００８８】
１    電解水生成装置
４    電解槽
４０    電解室
４０Ａ  陽極室
４０Ｂ  陰極室
４１    陽極給電体
４２    陰極給電体
４３    隔膜
５０    第１ケース片
５３    第１突起
６０    第２ケース片
６３    第２突起
【要約】
【課題】溶存水素濃度を容易に高めることができる電解水生成装置を提供する。
【解決手段】電解水生成装置の電解槽４は、第１ケース片５０と第２ケース片６０とが固着されることにより電解室を形成する。第１ケース片５０の内面には、陽極給電体に当接する複数の第１突起５３が、縦方向Ｖと横方向Ｈとに行列状に並べて配設され、第２ケース片６０の内面には、陰極給電体に当接する複数の第２突起６３が、縦方向Ｖと横方向Ｈとに行列状に並べて配設される。第２突起６３は、縦方向Ｖに最も近い距離で隣り合う第１突起５３の間で、かつ横方向Ｈに最も近い距離で隣り合う第１突起５３の間に配置される。これにより、各給電体の表面に供給される水の流れが均一化され、溶存水素濃度を容易に高めることができる。
【選択図】  図３【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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