(57)【要約】【課題】電気分解効率に優れる電解水生成装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、電解槽は、２つの第１電極１８ａ、１８ｂと、第１電極と極性の異なる少なくとも１つの第２電極２０と、第２電極が配置された中間室１５と、それぞれ第１電極が配置された第１電極室１４ａおよび第２電極室１４ｂであって、中間室１５を両側から挟み込むように配置された第１電極室１４ａおよび第２電極室１４ｂと、第１電極室と中間室との間を仕切る第１隔膜１６ａと、２電極室と中間室との間を仕切る第２隔膜１６ｂと、を備えている。【選択図】図１
2017056376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの第１電極と、前記第１電極と極性の異なる少なくとも１つの第２電極と、前記第２電極が配置された中間室と、それぞれ前記第１電極が配置された第１電極室および第２電極室であって、前記中間室を両側から挟み込むように配置された第１電極室および第２電極室と、前記第１電極室と前記中間室との間を仕切る第１隔膜と、前記第２電極室と前記中間室との間を仕切る第２隔膜と、を備える電解槽。
【請求項２】
前記第１電極室を有する第１カバー板と、前記第２電極室を有し、前記第１カバー板と対向して配置された第２カバー板と、前記第１カバー板と第２カバー板との間に配置され、前記中間室を形成する中間フレームと、を備え、前記第１カバー板および第２カバー板の少なくとも一方は、１５ｍｍ以上の板厚を有している請求項１に記載の電解槽。
【請求項３】
前記第１カバー板に設けられ、前記第１電極室に連通する継手管を備え、前記継手管の内径が１０ｍｍ以上である請求項２に記載の電解槽。
【請求項４】
前記第１あるいは第２電極室に流水する流量は１０Ｌ／分以上である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電解槽。
【請求項５】
前記中間室に配置された２つの第２電極を備え、
一方の第２電極は、前記第１隔膜を挟んで、前記第１電極室内の前記第１電極と対向し、他方の第２電極は、前記第２隔膜を挟んで、前記第２電極室内の前記第１電極と対向している請求項１から４のいずれか１項に記載の電解槽。
【請求項６】
前記中間室と第１電極室との間に設けられた第１電解液室と、前記中間室と第２電極室との間に設けられた第２電解液室と、前記第１電解液室と前記第１電極室との間を仕切る前記第１隔膜と、前記第１電解液室と前記中間室との間を仕切る第３隔膜と、前記第２電解液室と前記第２電極室との間を仕切る前記第２隔膜と、前記第２電解液室と前記中間室との間を仕切る第４隔膜と、を備えている請求項５に記載の電解槽。
【請求項７】
前記第１電極は陽極であり、前記第２電極は陰極である請求項１から６のいずれか１項に記載の電解槽。
【請求項８】
前記第１電極は陰極であり、前記第２電極は陽極である請求項１から７のいずれか１項に記載の電解槽。
【請求項９】
請求項１から５のいずれか１項に記載の電解槽と、
前記第１電極室および第２電極室に水を供給する水供給部と、
前記中間室に電解液を供給する電解液供給部と、
前記第１電極および第２電極に電圧を印加する電源と、
を備える電解水生成装置。
【請求項１０】
請求項６に記載の電解槽と、
前記第１電極室、第２電極室、および中間室に水を供給する水供給部と、
前記第１電解液室および第２電解液室に電解液を供給する電解液供給部と、
前記第１電極および第２電極に電圧を印加する電源と、
を備える電解水生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電解槽およびこれを用いた電解水生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水を電解して様々な機能を有する電解水、例えば、アルカリイオン水、オゾン水または次亜塩素酸水などを生成する電解水生成装置が提供されている。電解水の生成方法としては、例えば、塩素を含む電解液を電解することにより陽極で塩素ガスを生成し、この塩素ガスと水を反応させて次亜塩素酸水と塩酸水を生成する方法が知られている。次亜塩素酸水の利用法としては、殺菌消毒、除臭などが知られている。
【０００３】
このような次亜塩素酸水を生成する電解水生成装置としては、１隔膜２室型電解槽や、２隔膜３室型電解槽を有する電解装置がある。１隔膜２室型の電解槽は、陽極を収納した陽極室と陰極を収納した陰極室とを特定イオンだけ通過させる隔膜で隔てて対向させた電解槽を備えている。１隔膜２室型電解槽は、電解液として、たとえば塩を混ぜた水を流水させ、陽極室で酸性水を、陰極室でアルカリ性水を生成するものである。酸性水としては、次亜塩素酸と塩酸を混合した水、アルカリ性水としては、水酸化ナトリウム水や溶存水素を含んだ水となる。
【０００４】
２隔膜３室型電解槽では、生成された酸性水およびアルカリ性水に塩分が混入するのを防ぐため、陽極室と陰極室との間に塩水などの電解液を満たした中間室を配置し、中間室と陽極室との間を陰イオン交換膜、中間室と陰極室との間を陽イオン交換膜で隔てている。そして、塩水から電解に必要な陰イオンあるいは陽イオンだけを陽極室あるいは陰極室に通過させる構造としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３２８７６４９号公報
【特許文献２】特許第３５００１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本実施形態の課題は、生成能力の向上、および機械的強度の向上を図ることが可能な電解槽、およびこの電解槽を備える電解水生成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態によれば、電解水生成装置の電解槽は、  ２つの第１電極と、前記第１電極と極性の異なる少なくとも１つの第２電極と、前記第２電極が配置された中間室と、それぞれ前記第１電極が配置された第１電極室および第２電極室であって、前記中間室を両側から挟み込むように配置された第１電極室および第２電極室と、前記第１電極室と前記中間室との間を仕切る第１隔膜と、前記第２電極室と前記中間室との間を仕切る第２隔膜と、を備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る電解水生成装置を概略的に示すブロック図。
【図２】図２は、第１の実施形態に係る電解水生成装置の電解槽を示す斜視図。
【図３】図３は、前記電解槽の分解斜視図。
【図４】図４は、前記電解槽の第１カバー板を示す斜視図。
【図５】図５は、継手管の内径と流水量、圧力損失との関係を示す図。
【図６】図６は、第２の実施形態に係る電解水生成装置を概略的に示すブロック図。
【図７】図７は、第２の実施形態に係る電解水生成装置の電解槽を示す斜視図。
【図８】図８は、第３の実施形態に係る電解水生成装置を概略的に示すブロック図。
【図９】図９は、第３の実施形態に係る電解水生成装置の電解槽を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、図面を参照しながら、種々の実施形態について説明する。なお、実施形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。
【００１０】
（第１の実施形態）  
図１は、第１の実施形態に係る電解槽を有する電解水生成装置全体の構成を概略的に示す図である。始めに、電解水生成装置全体の構成を説明する。図１に示すように、電解水生成装置１０は、いわゆる３室型の電解槽１１を備えている。電解水生成装置１０は、殺菌消毒に用いられる次亜塩素酸水を生成する装置であり、電解槽１１に水と電解液を送水し、電解槽１１で必要な電解処理を行うことで、電解槽１１から次亜塩素酸水と不要な排水を排出するものである。
【００１１】
電解槽１１は、例えば、矩形箱状に形成され、その内部は、２枚のイオン交換膜（第１隔膜および第２隔膜）１６ａ，１６ｂにより、中間室１５と、中間室１５の両側に左右対称に位置する第１電極室１４ａおよび第２電極室１４ｂとに仕切られている。また、電解槽１１は、少なくとも一対の電極を有し、１対の電極の少なくとも一方を２枚設けて他方の電極の外側に配置し、これら２枚の電極を収納した２つの電極室で他方の電極を収納した中間室（電極室）を外側から挟み込む構成としている。
【００１２】
本実施形態において、電解槽１１は、２つの第１電極（２つの陽極）１８ａ、１８ｂと、この第１電極と極性の異なる第２電極（陰極）２０と、を備えている。２つの第１電極１８ａ、１８ｂは、第１電極室１４ａおよび第２電極室１４ｂに配置され、それぞれイオン交換膜１６ａ、１６ｂに対向している。第１電極室１４ａおよび第２電極室１４ｂは、それぞれ陽極を収容した第１陽極室および第２陽極室として機能する。また、第２電極（陰極）は、中間室１５に配置され、イオン交換膜１６ａ、１６ｂと隙間を置いて対向している。中間室１５は、電解液を収容する電解液室および陰極を収容した陰極室として機能する。これにより、それぞれ第１電極１８ａ、１８ｂを収容した第１電極室１４ａおよび第２電極室１４ｂで、第２電極２０を収容した中間室１５を外側から挟み込んでいる。そして、電解槽１１は、中間室１５を中心として、左右対称に形成されている。
【００１３】
図１に示すように、電解水生成装置１０は、電解槽１１の中間室１５にハロゲン元素を含む電解液、例えば、塩を溶かした塩水を供給する電解液供給部１９と、第１電極室１４ａおよび第２電極室１４ｂに被電解水、例えば、水を供給する水供給部２１と、第１電極１８ａ、１８ｂおよび第２電極２０に正電圧および負電圧をそれぞれ印加する電源２３と、電源２３を制御するコントローラ２４と、を備えている。
【００１４】
電解液供給部１９は、塩水を生成する塩水タンク２５と、塩水タンク２５から中間室１５の下部に塩水を導く供給配管１９ａと、中間室１５内を流れた電解液を中間室１５の上部から排水する排水配管１９ｂと、水供給部２１から塩水タンク２５の上部に水を供給する給水配管１９ｃと、給水配管１９ｃ中に設けられた電磁弁（絞り弁）３０ａと、排水配管１９ｂ中に設けられた電磁弁（絞り弁）３０ｂと、を有している。なお、電解液供給部１９は、給水配管１９ｃに設ける送液ポンプを備えていてもよい。
【００１５】
水供給部２１は、水を供給する図示しない給水源と、給水源から第１電極室１４ａの下部および第２電極室１４ｂの下部に水を導く第１給水配管２１ａと、第１電極室１４ａを流れた水を第１電極室１４ａの上部から排出する第１排水配管２１ｂと、第２電極室１４ｂを流れた水を第２電極室１４ｂの上部から排出する第２排水配管２１ｃと、第１給水配管２１ａの中途部に設けられた電磁弁（絞り弁）３０ｃと、を備えている。なお、前述した電解液供給部１９の給水配管１９ｃは、給水源と電磁弁３０ｃとの間で、第１給水配管２１ａに接続している。
【００１６】
上記のように構成された電解水生成装置１０により、塩水を電解して酸性水（次亜塩素酸および塩酸）とアルカリ性水（水酸化ナトリウム）を生成する動作について説明する。  
図１に示すように、塩水タンク２５から電解槽１１の中間室１５に塩水を供給するとともに、第１電極室１４ａおよび第２電極室１４ｂに水を給水する。同時に、電源２３から正電圧および負電圧を第１電極１８ａ、１８ｂおよび第２電極２０にそれぞれ印加する。中間室１５へ流入した塩水中において電離している塩素イオンは、第１電極１８ａ、１８ｂに引き寄せられ、イオン交換膜１６ａ、１６ｂを通過して、第１電極室１４ａおよび第２電極室１４ｂへ流入する。そして、第１電極１８ａ、１８ｂにて塩素イオンが還元され塩素ガスが発生する。その後、塩素ガスは第１電極室１４ａ内および第２電極室１４ｂ内で水と反応して次亜塩素酸と塩酸を生じる。このようにして生成された酸性水（次亜塩素酸水および塩酸）は、第１電極室１４ａおよび第２電極室１４ｂから第１排水配管２１ｂおよび第２排水配管２１ｃを通って流出し、図示しない貯水タンク等に送られる。
【００１７】
また、中間室１５内では、第２電極２０により水を電気分解して水素ガスが生成され、同時に、生成された水酸イオンがナトリウムイオンと結合して水酸化ナトリウム水溶液（アルカリ性水）を生成する。生成された水酸化ナトリウム水溶液および水素ガスは、中間室１５から排水配管１９ｂに流出し、排水配管１９ｂを通って排水される。  
電源２３およびコントローラ２４は、正電圧を第１電極１８ａ、１８ｂに、負電圧を第２電極２０に印加し、この２つの電極間に流れる電流が設定した一定の電流に保たれるように作動する。これにより、上述した電解反応は電荷量に基づく一定量の生成量となり、所定の濃度の電解水を生成する。
【００１８】
このように２枚の第１電極１８ａ、１８ｂを中間室１５の両側を挟むように設置することで、電解槽１１の面積はそのままに２倍の電流を流すことができるため、より大きな生成量の電解槽１１および電解水生成装置１０をコンパクトに実現することができる。また、生成量の増大に伴い大きな水量を電解槽１１に流す必要があるが、第１電極１８ａ、１８ｂを収納した第１、２電極室１４ａ、１４ｂは電解槽１１の最も外側に配置してあるため、後述するように、第１、２電極室１４ａ，１４ｂの厚さを厚くし、流入、流出継手管の内径を太くすることで対応することができる。
【００１９】
なお、実施形態では第１電極１８ａ、１８ｂに同じ電流を分配して流しているが、電極の消耗や水質調整のために２つの電極を交互に動作させて片方は休止させたり、流す電流の大きさを任意に変えてもよい。
【００２０】
次に、電解槽１１の構成をより詳細に説明する。図２は、電解槽の斜視図、図３は電解槽の分解斜視図である。  
図２および図３に示すように、電解槽１１は、隔壁として機能する一対の矩形枠状の中間フレーム３２ａ、３２ｂ、中間フレーム３２ａ、３２ｂとほぼ等しい外径寸法を有し中間フレームの一側面を覆う矩形板状の第１カバー板（第１カバー部材）３４と、中間フレーム３２ａ、３２ｂとほぼ等しい外径寸法を有し中間フレームの他側面を覆う矩形板状の第２カバー板（第２カバー部材）３６と、を有している。中間フレーム３２ａ、３２ｂは、その内周面により中間室１５を形成している。第１カバー板３４は、その内面に形成された凹所により第１電極室１４ａを形成し、また、第２カバー板３６は、その内面に形成された凹所により第２電極室１４ｂを形成している。
【００２１】
中間フレーム３２ａ、３２ｂの側壁下端部に、それぞれ中間室１５に連通する第１流入継手管３８ａ、３８ｂが形成され、中間フレーム３２ａ、３２ｂの他側壁上端部に、それぞれ中間室１５に連通する第１流出継手管４０ａ、４０ｂが設けられている。これら第１流入継手管３８ａ、３８ｂに供給配管１９ａが接続され、第１流出継手管４０ａ、４０ｂに排水配管１９ｂが接続される。
【００２２】
第１カバー板３４の側壁下端部に、第１電極室１４ａに連通する第２流入継手管４２ａ（図４参照）が形成され、第１カバー板３４の他側壁上端部に、第１電極室１４ａに連通する第２流出継手管４２ｂが形成されている。同様に、第２カバー板３６の側壁下端部に、第２電極室１４ｂに連通する第３流入継手管４４ａが形成され、第２カバー板３６の他側壁上端部に、第２電極室１４ｂに連通する第３流出継手管４４ｂが形成されている。  
これら第２流入継手管４２ａおよび第３流入継手管４４ａに第１給水配管２１ａが接続され、第２流出継手管４２ｂおよび第３流出継手管４４ｂに第１排水配管２１ｂおよび第２排水配管２１ｃがそれぞれ接続される。
【００２３】
第２電極（陰極）２０は、中間フレーム３２ａ、３２ｂとほぼ等しい外径寸法の矩形板状に形成され、その上側縁から突出した接続端子３１を有している。第２電極２０は、その周縁部が中間フレーム３２ａ、３２ｂ間に挟まれた状態で電解槽１１に固定され、中間室１５内に位置している。
【００２４】
中間フレーム３２ａと第１カバー板３４との間に、第１隔膜として陰イオン交換膜１６ａが配置され、中間室１５と第１電極室１４ａを隔てている。第１電極（陽極）１８ａは、中間フレーム３２ａ、３２ｂとほぼ等しい外径寸法の矩形板状に形成され、その上側縁から突出した接続端子３３ａを有している。第１電極１８ａは、その周縁部が中間フレーム３２ａと第１カバー板３４との間に挟まれた状態で電解槽１１に固定されている。これにより、第１電極１８ａは、陰イオン交換膜１６ａに接近対向した状態で、第１電極室１４ａに位置している。
【００２５】
中間フレーム３２ｂと第２カバー板３６との間に、第２隔膜として陰イオン交換膜１６ｂが配置され、中間室１５と第２電極室１４ｂを隔てている。第１電極（陽極）１８ｂは、中間フレーム３２ａ、３２ｂとほぼ等しい外径寸法の矩形板状に形成され、その上側縁から突出した接続端子３３ｂを有している。第１電極１８ｂは、その周縁部が中間フレーム３２ｂと第２カバー板３６との間に挟まれた状態で電解槽１１に固定されている。これにより、第１電極１８ｂは、陰イオン交換膜１６ｂ接近対向した状態で、第２電極室１４ｂに位置している。なお、第１隔膜および第２隔膜は、イオン交換膜に限らず、透水性を有する多孔質膜を用いてもよい。
【００２６】
電解槽１１の各構成部材間、すなわち、第１カバー板３４の周縁部と第１電極１８ａの周縁部との間、陰イオン交換膜１６ａの周縁部と中間フレーム３２ａとの間、中間フレーム３２ａと第２電極２０の周縁部との間、第２電極２０の周縁部と中間フレーム３２ｂとの間、中間フレーム３２ｂと陰イオン交換膜１６ｂの周縁部との間、第１電極１８ｂの周縁部と第２カバー板３６の周縁部との間に、水漏れを防止するための矩形枠状かつ面状のシール材４８がそれぞれ配置されている。
【００２７】
各構成部材の周縁部を貫通して複数の固定ボルト５０が挿通され、例えば、第２カバー板３６側から挿通され、その先端部が第１カバー板３４から突出している。各固定ボルト５０の先端部にナット５２がねじ込まれている。締結部材としての固定ボルト５０およびナット５２により、各構成部材の周縁部同士が互いに締結され、中間室１５、第１電極室１４ａ、第２電極室１４ｂの水密性を保持している。
【００２８】
次に、電解槽１１の各構成部材についてより詳細に説明する。  
図３に示すように、陰イオン交換膜１６ａ、１６ｂは、それぞれ中間フレーム３２ａとほぼ等しい外径を有し、膜厚が約１００〜２００μｍ程度の薄い矩形平板状に形成されている。陰イオン交換膜１６ａ、１６ｂは、特定のイオンのみを通過させる特性を有している。陰イオン交換膜１６ａ、１６ｂの周縁部には、それぞれ固定ボルト５０を挿通する複数の貫通孔が形成されている。
【００２９】
陰イオン交換膜１６ａは、中間フレーム３２ａの片面側に対向して配置され、その周縁部は、シール材４０を介して、中間フレーム３２ａに密着している。同様に、陰イオン交換膜１６ｂは、中間フレーム３２ｂの他面側に対向して配置され、その周縁部は、シール材４０を介して、中間フレーム３２ｂに密着している。なお、第１隔膜および第２隔膜は、イオン交換膜に限らず、透水性を有する多孔質膜を用いてもよい。
【００３０】
第１電極１８ａ、１８ｂ、および第２電極２０は、それぞれ厚さ１ｍｍ程度の金属製の平板で形成され、中間フレーム３２ａ、３２ｂの外径とほぼ同一の外径を有する矩形状に形成されている。第１電極１８ａ、１８ｂおよび第２電極２０の中央部（有効領域）には液体を通過させるための微細な貫通孔が形成され、電極の周縁部には固定ボルト５０を挿通するための複数の貫通孔が形成されている。第１電極１８ａ、１８ｂは、その一側縁から突出する接続端子３３ａ、３３ｂを有している。第１電極１８ａは、陰イオン交換膜１６ａに対向して配置され、陰イオン交換膜１６ａに接している。第１電極１８ｂは、陰イオン交換膜１６ｂに対向して配置され、陰イオン交換膜１６ｂに密着している。
【００３１】
電解槽１１の第１および第２カバー板３４、３６についてより詳細に説明する。第１カバー板３４および第２カバー板３６は、同一の構成を有していることから、ここでは、第１カバー板３４を代表して説明する。  
図４は、第１カバー板の内面側を示す斜視図である。この図に示すように、第１カバー板３４は、第１電極１８ａに対向する内面３４ａと、反対側の外面と、を有している。第１カバー板３４の内面２４ａに矩形状の凹所６０が形成され、この凹所６０により第１電極室１４ａを形成している。第１電極室１４ａにはそれぞれ水を流す複数の流路が設けられている。すなわち、凹所６０の底面に複数の直線状のリブ６４が立設され、例えば、鉛直方向（第２方向Ｙ）に延びている。これらのリブ６４は、互いに平行に、かつ、所定の間隔を置いて設けられている。隣合う２つのリブ６４間に、それぞれ鉛直方向に延びる直線状の流通溝６５が形成されている。これら複数の流通溝６５は、第１電極１８ａの中央部分に対向し、それぞれ水が流れる第１流路Ｐ１を形成している。流通溝６５の幅および深さは、例えば、幅：８ｍｍ、深さ：２ｍｍとしている。
【００３２】
第１電極室１４ａには、各流通溝６５の両端部に連通する上下一対の横溝６６ａが形成されている。横溝６６ａは、第１電極室１４ａへの給水と排水を受ける部分であり、大きな容量を持ちマニホールドを形成している。
【００３３】
第１カバー板３４の側壁下部に設けられた第２流入継手管４２ａは下側の横溝６６ａに連通している。第１カバー板３４の他側壁上部に設けられた第２流出継手管４２ｂは上側の横溝６６ａに連通している。
【００３４】
上記のように構成された第１カバー板３４は、樹脂で形成され、板厚Ｌを２０ｍｍと厚くしている。通常、樹脂製のカバー板は柔らかいため、水圧により膨らんでしまうことが多いが、本実施形態では第１カバー板３４および第２カバー板３６の厚さＬを従来の倍以上に厚くする、具体的には１５ｍｍ以上とすることで、板厚による曲げ剛性を強化している。水漏れ防止用のシール材４８を押しつぶすのに必要なボルトナット５０、５２の数を従来の半分程度に削減するとともに、水圧による電解槽１１の膨らみを従来の１／１０程度に緩和し、電極やイオン交換膜の機械的な変形や位置ずれを防止することができる。
【００３５】
また、第２流入継手管４２ａおよび第２流出継手管４２ｂは、内径ｄが１５ｍｍと太い継手管を用いている。具体的には内径ｄを１０ｍｍ以上とすることで、大量の次亜塩素酸水生成に対応することができる。具体的には、電極室に連通する継手管の内径ｄを１０ｍｍ以上とすることで、１０Ｌ／分以上の大量流水を低圧力損失で実現し、かつ、第１および第２電極室１４ａ、１４ｂ内部の流水速度を十分に低くして陰イオン交換膜１６ａ、１６ｂを透過拡散した塩素イオンの流水損失を最低限に抑制し、塩素ガス生成効率を高めることができる。
【００３６】
図５は、継手管の内径ｄと、流水量毎の圧力損失との関係を示すグラフである。ここで圧力損失は、第１電極室１４ａ（または第２電極室１４ｂ）に連結されている配管２１ａ、２１ｃでの圧力損失も含んでいる。しかし、第１電極室の流通溝６５は大きな幅に拡がって配置されているため、圧力損失はほとんど起こらず、圧力損失は主に流入／流出継手管とそれに続く配管部で生じている。本実施形態では、流入／流出継手管ともに内径を１５ｍｍとしているため、３０Ｌ／分流しても圧力損失が５ｋＰａ程度に抑えられる。すなわち、第１、２電極室１４ａ、１４ｂにあわせて６０Ｌ／分の流水を５ｋＰａ程度で送水することができる。
【００３７】
図からわかるように、流量と圧力損失の関係は線形ではなく、流量が増えると急激に大きくなる特徴がある。このため、１０Ｌ／分以上の大流量を生成する電解水生成装置では、流入／流出継手部の内径を１０ｍｍ以上として圧力損失を５ｋＰａ以下にすることが重要とである。
【００３８】
上記電解槽１１では、必要とする次亜塩素酸水を生成する陽極室（第１および第２電極室１４ａ、１４ｂ）を２つとして左右対称に配置し、第２電極（陰極）が設けられた中間室（陰極室）を２つの陽極室で両側から挟み込む構成としている。また、薄い中間室（陰極室）を厚い陽極室（第１および第２カバー板）で両側から挟むことで、頑強で大流量の電解槽を実現している。更に、第１電極（陽極）を２枚設けることで、各第１電極での電解密度を一定とすれば２倍量の次亜塩素酸水を生成可能となる。逆に、陽極電流量を一定とすれば、従来の１枚陽極に比べて１／２の電流密度とすることができ、電極の長寿命化を図ることができる。  
以上のことから、第１の実施形態によれば、生成能力の向上、および機械的強度の向上を図ることが可能な電解槽、およびこの電解槽を備える電解水生成装置が得られる。
【００３９】
上述した第１の実施形態では、２つの第１電極を陽極とし、１つの第２電極を陰極としているが、これに限らず、２つの第１電極を陰極とし、１つの第２電極を陽極としてもよい。すなわち、アルカリ性水を主に生成する場合、電解槽の中央に中間室（陽極室）を、左右に第１および第２電極室（陰極室）を対称に配置し、２枚の第１電極（陰極）で中間室（陽極室）を挟む構成とすることで、陰極で生成されるアルカリ性水をシンプルな電解槽で大量に生成することが可能となる。
【００４０】
次に、他の実施形態に係る電解水生成装置について説明する。なお、以下に説明する他の実施形態において、前述した第１の実施形態と同一の部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略し、第１の実施形態と異なる部分を中心に詳しく説明する。
【００４１】
（第２の実施形態）  
図６は、第２の実施形態に係る電解水生成装置を概略的に示すブロック図、図７は、第２の実施形態に係る電解水生成装置の電解槽を示す斜視図である。  
第２の実施形態によれば、図６に示すように、第２電極（陰極）２０ａ、２０ｂも２枚とし、中間室（陰極室）１５内に配置している。すなわち、第２電極２０ａは、陰イオン交換膜１６ａを挟んで第１電極１８ａに対向している。第２電極２０ｂは、陰イオン交換膜１６ｂを挟んで第１電極１８ｂに対向している。２枚の第２電極２０ａ、２０ｂは、電源２３に接続されている。
【００４２】
図６および図７に示すように、電解槽１１の中間室１５は、単一の中間フレーム３２により形成されている。第２電極２０ａ、２０ｂは、それぞれ中間フレーム３２とほぼ等しい外径寸法の矩形板状に形成され、その上側縁から突出した接続端子３１ａ、３１ｂを有している。第２電極２０ａは、その周縁部が中間フレーム３２とイオン交換膜１６ａとの間に挟まれた状態で電解槽１１に固定され、中間室１５内に位置している。第２電極２０ｂは、その周縁部が中間フレーム３２とイオン交換膜１６ｂとの間に挟まれた状態で電解槽１１に固定され、中間室１５内に位置している。これにより、第１電極１８ａは、陰イオン交換膜１６ａを挟んで第２電極２０ａに積層され、第１電極１８ｂは、陰イオン交換膜１６ｂを挟んで第２電極２０ｂに積層されている。電解槽１１の他の構成は、前述した第１の実施形態と同一である。
【００４３】
上記第２の実施形態によれば、中間フレームを単一とすることにより、電解槽の部品構成を一層集約、簡素化することができる。また、第１電極および第２電極間の間隔を狭めて電解電圧を低減し、装置の省電力化を実現することができる。その他、第２の実施形態においても、前述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。なお、第２の実施形態においても、第１電極を陰極、第２電極を陽極としてもよい。
【００４４】
（第３の実施形態）  
図８は、第３の実施形態に係る電解水生成装置を概略的に示すブロック図、図９は、第３の実施形態に係る電解水生成装置の電解槽を示す斜視図である。  
図８に示すように、電解槽１１は、２枚の第１電極（陽極）１８ａ、１８ｂ、および、２枚の第２電極（陰極）２０ａ、２０ｂを備えている。また、電解槽１１は、２枚の第２電極２０ａ、２０ｂが配置された中間室１５と、中間室１５の両側に配置され、それぞれ第１電極１８ａ、１８ｂを収納した第１電極室１４ａおよび第２電極室１４ｂと、中間室１５と第１電極室１４ａとの間に配置された第１電解液室４３ａと、中間室１５と第２電極室１４ｂとの間に配置された第２電解液室４３ｂと、を有している。中間室１５の両側に隔膜として第１陽イオン交換膜（第３隔膜）４５ａおよび第２陽イオン交換膜（第４隔膜）４５ｂが設けられている。第１陽イオン交換膜４５ａは、中間室１５と第１電解液室４３ａとの間を仕切り、第２陽イオン交換膜４５ｂは、中間室１５と第２電解液室４３ｂとの間を仕切っている。更に、電解槽１１内に、第１電解液室４３ａと第１電極室１４ａとを仕切る第１陰イオン交換膜（第１隔膜）１６ａ、および、第２電解液室４３ｂと第２電極室１４ｂとを仕切る第２陰イオン交換膜（第２隔膜）１６ｂが設けられている。
【００４５】
図９に示すように、電解槽１１は、中間室１５を形成する矩形枠状の中間フレーム３２と、第１電極室１４ａを有する第１カバー板３４と、第２電極室１４ｂを有する第２カバー板３６と、中間フレーム３２と第１カバー板３４との間に配置され第１電解液室４３ａを形成する矩形枠状の第１フレーム４６ａと、中間フレーム３２と第２カバー板３６の間に配置され第２電解液室４３ｂを形成する矩形枠状の第２フレーム４６ｂと、を有している。第１カバー板３４および第２カバー板３６は、それぞれ２０ｍｍ以上の板厚に形成されている。
【００４６】
第１電極１８ａ、１８ｂは、それぞれ中間フレーム３２とほぼ等しい外径寸法の矩形板状に形成され、その上側縁から突出した接続端子３１ａ、３１ｂを有している。第１電極１８ａは、その周縁部が第１カバー板３４と第１フレーム４６ａおよび第１陰イオン交換膜１６ａとの間に挟まれた状態で電解槽１１に固定され、第１電極室１４ａ内に位置している。第１電極１８ｂは、その周縁部が第２カバー板３６と第２フレーム４６ｂおよび第２陰イオン交換膜１６ｂとの間に挟まれた状態で電解槽１１に固定され、第２電極室１４ｂ内に位置している。
【００４７】
第２電極２０ａ、２０ｂは、それぞれ中間フレーム３２とほぼ等しい外径寸法の矩形板状に形成され、その上側縁から突出した接続端子３１ａ、３１ｂを有している。第２電極２０ａは、その周縁部が中間フレーム３２と第１陽イオン交換膜４５ａおよび第１フレーム４６ａとの間に挟まれた状態で電解槽１１に固定され、中間室１５内に位置している。第２電極２０ｂは、その周縁部が中間フレーム３２と第２陽イオン交換膜４５ｂおよび第２フレーム４６ｂとの間に挟まれた状態で電解槽１１に固定され、中間室１５内に位置している。これにより、第１電極１８ａおよび第２電極２０ａは、第１陰イオン交換膜１６ａ、第１陽イオン交換膜４５ａ、および第１電解液室４３ａを間に挟んで、互いに対向して配置されている。また、第１電極１８ｂおよび第２電極２０ｂは、第２陰イオン交換膜１６ｂ、第２陽イオン交換膜４５ｂ、および第２電解液室４３ｂを間に挟んで、互いに対向して配置されている。
【００４８】
中間フレーム３２の側壁下端部に、中間室１５に連通する第１流入継手管３８が形成され、中間フレーム３２の他側壁上端部に、中間室１５に連通する第１流出継手管が設けられている。第１流入継手管に第１給水配管２１ａが接続され、第１流出継手管に第３排水配管２１ｄが接続される。
【００４９】
第１カバー板３４の側壁下端部に、第１電極室１４ａに連通する第２流入継手管が形成され、第１カバー板３４の他側壁上端部に、第１電極室１４ａに連通する第２流出継手管４２ｂが形成されている。同様に、第２カバー板３６の側壁下端部に、第２電極室１４ｂに連通する第３流入継手管が形成され、第２カバー板３６の他側壁上端部に、第２電極室１４ｂに連通する第３流出継手管４４ｂが形成されている。  
これら第２流入継手管および第３流入継手管に第１給水配管２１ａが接続され、第２流出継手管および第３流出継手管４４ｂに第１排水配管２１ｂおよび第２排水配管２１ｃがそれぞれ接続される。
【００５０】
更に、第１フレーム４６ａの下壁部に、第１電解液室４３ａに連通する第４流入継手管（図示しない）が設けられ、第１フレーム４６ａの上壁部に、第１電解液室４３ａに連通する第４流出継手管５０ｂが設けられている。第２フレーム４６ｂの下壁部に、第２電解液室４３ｂに連通する第５流入継手管（図示しない）が設けられ、第２フレーム４６ｂの上壁部に、第２電解液室４３ｂに連通する第５流出継手管５２ｂが設けられている。これら第４流入継手管および第５流入継手管に電解液供給部１９の供給配管１９ａが接続される。第４流出継手管５０ｂおよび第５流出継手管５２ｂに電解液供給部１９の第１電解液排水配管１９ｂおよび第２電解液排水配管１９ｄが接続される。
【００５１】
図８に示すように、電解水生成装置１０の電解液供給部１９は、塩水を生成する塩水タンク２５と、塩水タンク２５から第１電解液室４３ａの下部および第２電解液室４３ｂの下部に塩水を導く供給配管１９ａと、供給配管１９ａ中に設けられた送液ポンプ３５と、第１電解液室４３ａ内を流れた電解液を第１電解液室４３ａの上部から排水し塩水タンク２５に導く第１電解液排水配管１９ｂと、第２電解液室４３ｂ内を流れた電解液を第２電解液室４３ｂの上部から排水し塩水タンク２５に導く第２電解液排水配管１９ｄと、を備えている。
【００５２】
水供給部２１は、水を供給する図示しない給水源と、給水源から第１電極室１４ａの下部、第２電極室１４ｂの下部、および中間室１５の下部に水を導く第１給水配管２１ａと、第１電極室１４ａを流れた水を第１電極室１４ａの上部から排出する第１排水配管２１ｂと、第２電極室１４ｂを流れた水を第２電極室１４ｂの上部から排出する第２排水配管２１ｃと、第１給水配管２１ａの中途部に設けられた電磁弁（絞り弁）３０ｃと、を備えている。  
電源２３は、第１電極１８ａ、１８ｂに正電圧を、第２電極２０ａ、２０ｂに負電圧をそれぞれ印加する。
【００５３】
上記のように構成された電解水生成装置１０により、塩水を電解して酸性水（次亜塩素酸および塩酸）とアルカリ性水（水酸化ナトリウム）を生成する動作について説明する。  
図８に示すように、塩水タンク２５から電解槽１１の第１および第２電解液室４３ａ、４３ｂに塩水を供給するとともに、第１電極室１４ａ、中間室１５、および第２電極室１４ｂに水を給水する。同時に、電源２３から正電圧および負電圧を第１電極１８ａ、１８ｂおよび第２電極２０ａ、２０ｂにそれぞれ印加する。第１および第２電解液室４３ａ、４３ｂへ流入した塩水中において電離している塩素イオンは、第１電極１８ａ、１８ｂに引き寄せられ、第１および第２陰イオン交換膜１６ａ、１６ｂを通過して、第１電極室１４ａおよび第２電極室１４ｂへ流入する。そして、第１電極１８ａ、１８ｂにて塩素イオンが還元され塩素ガスが発生する。その後、塩素ガスは第１電極室１４ａ内および第２電極室１４ｂ内で水と反応して次亜塩素酸と塩酸を生じる。このようにして生成された酸性水（次亜塩素酸水および塩酸）は、第１電極室１４ａおよび第２電極室１４ｂから第１排水配管２１ｂおよび第２排水配管２１ｃを通って流出し、図示しない貯水タンク等に送られる。
【００５４】
また、中間室１５内では、第２電極２０ａ、２０ｂにより水を電気分解して水素ガスが生成され、同時に、生成された水酸イオンがナトリウムイオンと結合して水酸化ナトリウム水溶液（アルカリ性水）を生成する。生成された水酸化ナトリウム水溶液および水素ガスは、中間室１５から第３排水配管２１ｄに流出し、第３排水配管２１ｄを通って貯水タンク等に送られる。
【００５５】
以上のように構成された第３の実施形態に係る電解水生成装置によれば、電解槽１１は、中央に２つの第２電極（陰極）２０ａ２０ｂを収納した１つの中間室（陰極室）１５を配置し、その外側に第１および第２陽イオン交換膜４０ａ、４０ｂを介して第１電解液室４３ａおよび第２電解液室４３ｂを配置し、更に、その外側に第１および第２陰イオン交換膜１６ａ、１６ｂを介して、第１電極（陽極）１８ａ、１８ｂを収納した第１電極室１４ａおよび第２電極室１４ｂを配置している。このような電解液を流水する専用の第１および第２電解液室４３ａ、４３ｂを追加すると、構造は複雑になるものの中間室（陰極室）への電解液混入を排除し、陰極水（ここでは水酸化ナトリウム水）を有効に活用することができる。その他、第３の実施形態においても、前述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、第３の実施形態においても、第１電極を陰極、第２電極を陽極とすることが可能である。
【００５６】
本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。  
例えば、電解液は塩水以外のものでもよく、生成する電解水も次亜塩素酸水以外の電解水でもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１１…電解槽、１４ａ…第１電極室、１４ｂ…第２電極室、１５…中間室、  
１６ａ…第１陰イオン交換膜、１６ｂ…第２陰イオン交換膜、  
１８ａ、１８ｂ…第１電極、１９…電解液供給部、  
２０、２０ａ、２０ｂ…第２電極、２１…水供給部、  
３４…第１カバー板（第１カバー部材）、３６…第２カバー板（第２カバー部材）、  
４３ａ…第１電解液室、４３ｂ…第２電解液室、４５ａ…第１陽イオン交換膜、  
４５ｂ…第２陽イオン交換膜、４２ｂ…第２流出継手管、４４ｂ…第３流出継手管
【図１】
2017056376.tif 000003
【図２】
2017056376.tif 000004
【図３】
2017056376.tif 000005
【図４】
2017056376.tif 000006
【図５】
2017056376.tif 000007
【図６】
2017056376.tif 000008
【図７】
2017056376.tif 000009
【図８】
2017056376.tif 000010
【図９】
2017056376.tif 000011