特許 6871454 電解水生成装置及び洗浄用水生成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6871454

(24)【登録日】2021年4月19日

(45)【発行日】2021年5月12日

(54)【発明の名称】電解水生成装置及び洗浄用水生成装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/461 20060101AFI20210426BHJP

   C25B 9/00 20210101ALI20210426BHJP

【ＦＩ】

   C02F1/461 A

   C25B9/00 A

【請求項の数】8

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2020-66676(P2020-66676)

(22)【出願日】2020年4月2日

【審査請求日】2020年4月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】591201686

【氏名又は名称】株式会社日本トリム

(74)【代理人】

【識別番号】100104134

【弁理士】

【氏名又は名称】住友 慎太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100156225

【弁理士】

【氏名又は名称】浦 重剛

(74)【代理人】

【識別番号】100168549

【弁理士】

【氏名又は名称】苗村 潤

(74)【代理人】

【識別番号】100200403

【弁理士】

【氏名又は名称】石原 幸信

(72)【発明者】

【氏名】名木 祐貴

【審査官】 富永 正史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１７−１３６５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０８７１１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０８７１０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１９５８８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０３３７６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５０８６６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／００６４８２４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−００６７６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２８１２６８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ １／４６−１／４８

Ｃ２５Ｂ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水を電気分解することにより、電解水を生成する電解水生成装置であって、
第１給電体が配された第１極室と第２給電体が配された第２極室とが隔膜によって区分された電解槽と、
前記第１極室及び前記第２極室に電気分解のための水を供給するための給水路と、
前記第１極室に接続され、前記第１極室で発生した第１ガスを前記第１極室から取り出すための第１水路と、
前記第２極室に接続され、前記第２極室で生成した前記電解水を前記第２極室から取り出すための第２水路と、
前記第１ガスを前記第１水路から排出するための排気装置と、
前記給水路と前記第１水路とを接続する第３水路とを含み、
前記第３水路には、電気分解中の前記第１水路の水圧を制御するための圧力制御装置が設けられている、
電解水生成装置。

【請求項2】

前記第３水路は、前記電解槽に沿って上下方向にのびる、請求項１に記載の電解水生成装置。

【請求項3】

前記圧力制御装置は、前記水圧を、前記排気装置が適正に動作する圧力以上となるように制御する、請求項１又は２に記載の電解水生成装置。

【請求項4】

前記圧力制御装置は、前記第１水路から前記給水路への水の逆流を防ぐための逆止弁を含む、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電解水生成装置。

【請求項5】

前記排気装置は、前記第１ガスを前記第１水路から排出するためのガス抜き弁を含む、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電解水生成装置。

【請求項6】

前記給水路は、前記第１極室と接続された第１給水路と、前記第２極室と接続された第２給水路とを含み、
前記第３水路は、前記第１給水路と前記第１水路とを接続する、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電解水生成装置。

【請求項7】

前記第１給電体は、陽極給電体であり、前記第２給電体は、陰極給電体である、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の電解水生成装置。

【請求項8】

請求項１ないし７のいずれか１項に記載の電解水生成装置と、前記電解水を貯蔵するタンクと、前記タンク内の前記電解水を洗浄用水として吐出する吐出部とを含む、洗浄用水生成装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水を電気分解することにより、電解水を生成する電解水生成装置等に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、陽極室で生成される酸素ガスを排出するためのガス抜き弁が設けられた電解水生成装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７−０８７１０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記特許文献１で開示されている装置では、酸素ガスが排出される際に、ガス抜き弁から僅かながら水漏れが生ずるおそれがあった。

【0005】

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、水漏れ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】

【0006】

本発明は、水を電気分解することにより、電解水を生成する電解水生成装置であって、第１給電体が配された第１極室と第２給電体が配された第２極室とが隔膜によって区分された電解槽と、前記第１極室及び前記第２極室に電気分解のための水を供給するための給水路と、前記第１極室に接続され、前記第１極室で発生した第１ガスを前記第１極室から取り出すための第１水路と、前記第２極室に接続され、前記第２極室で生成した電解水を前記第２極室から取り出すための第２水路と、前記第１ガスを前記第１水路から排出するための排気装置と、前記給水路と前記第１水路とを接続する第３水路とを含み、前記第３水路には、前記第１水路の水圧を制御するための圧力制御装置が設けられている。

【0007】

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記第３水路は、前記電解槽に沿って上下方向にのびる、ことが望ましい。

【0008】

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記圧力制御装置は、前記水圧を、前記排気装置が適正に動作する圧力以上となるように制御する、ことが望ましい。

【0009】

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記圧力制御装置は、前記第１水路から前記給水路への前記第１電解水の逆流を防ぐための逆止弁を含む、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、前記排気装置は、前記第１ガスを前記第１水路から排出するためのガス抜き弁を含む、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、前記給水路は、前記第１極室と接続された第１給水路と、前記第２極室と接続された第２給水路とを含み、前記第３水路は、前記第１給水路と前記第１水路とを接続する、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給電体は、陽極給電体であり、前記第２給電体は、陰極給電体である、ことが望ましい。

【0013】

本発明は、洗浄用水生成装置であって、前記電解水生成装置と、前記第２電解水を貯蔵する前記タンクと、前記タンク内の前記第２電解水を洗浄用水として吐出する吐出部とを含む。

【発明の効果】

【0014】

本発明の前記電解水生成装置は、前記給水路と前記第１水路とを接続する前記第３水路に、前記圧力制御装置が設けられているので、前記第１水路の前記水圧が適正に制御される。これにより、前記排気装置からの水漏れが抑制される。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の電解水生成装置の概略構成を示す図である。

【図2】図１の電解水生成装置の電気的構成を示すブロック図である。

【図3】本発明の洗浄用水生成装置の概略構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

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の流路構成を示している。図２は、電解水生成装置１の電気的構成を示している。

【0017】

電解水生成装置１は、電気分解が実行される電解槽４と、電解槽４に電気分解のための水を供給するための給水路２と、電解槽４から電解水を取り出すための第１水路３１及び第２水路３２と、電気分解によって発生したガスを第１水路３１から排出するための排気装置５と、給水路２と第１水路３１とを接続する第３水路６とを含んでいる。

【0018】

電解槽４は、電解室４０を備え、電解室４０内に第１給電体４１と、第２給電体４２と、隔膜４３とを有する。

【0019】

電解室４０は、隔膜４３によって、第１給電体４１が配された第１極室４０ａと、第２給電体４２が配された第２極室４０ｂとに区分される。電気分解によって、第１極室４０ａでは、第１ガス（図示せず）が発生し、第１電解水Ｗ１が生成される。一方、第２極室４０ｂでは、第２ガス（図示せず）が発生し、第２電解水Ｗ２が生成される。

【0020】

第１給電体４１及び第２給電体４２は、制御部７によって制御される（図２参照）。制御部７は、給電体４１、４２等の各部の制御を司る。制御部７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。

【0021】

制御部７は、例えば、電流検出手段４４から出力された電気信号に基づいて、電解電流が所望の値となるように第１給電体４１及び第２給電体４２に印加する直流電圧（電解電圧）を制御する。

【0022】

制御部７は、例えば、第１給電体４１及び第２給電体４２の極性を制御する。第１給電体４１及び第２給電体４２の極性は、相互に交換可能である。制御部７が第１給電体４１及び第２給電体４２の極性を相互に変更することにより、第１極室４０ａ及び第２極室４０ｂで発生するガス及び生成される電解水が変更される。そして、第２極室４０ｂで生成された所望の電解水が、第２極室４０ｂから第２水路３２を介して取り出され、利用可能となる。以下、本明細書では、便宜上、特に断りのない限り、第１給電体４１が陽極給電体であり、第２給電体４２が陰極給電体である場合について説明する。

【0023】

隔膜４３は、電気分解で生じたイオンを通過させ、隔膜４３を介して第１給電体４１と第２給電体４２とが電気的に接続される。隔膜４３には、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の親水性材料や、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材料等が用いられている。

【0024】

給水路２は、第１極室４０ａ及び第２極室４０ｂに電気分解のための水を供給する。本実施形態の給水路２は、分岐部２０において第１給水路２１と、第２給水路２２に分岐している。第１給水路２１は、第１極室４０ａに接続され、第１極室４０ａに電気分解のための水を供給する。一方、第２給水路２２は、第２極室４０ｂに接続され、第２極室４０ｂに電気分解のための水を供給する。

【0025】

第１水路３１は、第１極室４０ａに接続され、第１極室４０ａで発生した第１ガスを第１極室４０ａから取り出す。一方、第２水路３２は、第２極室４０ｂに接続され、第２極室４０ｂで生成された第２電解水Ｗ２を第２極室４０ｂから取り出す。

【0026】

既に述べたように、電解槽４において水が電気分解されることによって、第１極室４０ａでは、第１ガスが発生する。第１給電体４１が陽極給電体である場合、第１極室４０ａにおいて第１ガスとして酸素ガスが発生し、第１電解水Ｗ１は、酸素ガスを含む電解水である。一方、第２極室４０ｂでは、第２ガスが発生する。第２給電体４２が陰極給電体である場合、第２極室４０ｂにおいて第２ガスとして水素ガスが発生し、第２電解水Ｗ２は、水素ガスを含む電解水である。水素ガスは、第２電解水Ｗ２に溶け込んだ状態で第２極室４０ｂから取り出される。

【0027】

排気装置５は、第１水路３１に設けられている。排気装置５は、第１極室４０ａで発生した酸素ガスを第１水路３１から排出する。これにより、第１極室４０ａ内の水位が維持され、電解効率の低下が抑制される。排気装置５は、電解槽４よりも上方に配されている。

【0028】

第３水路６は、給水路２と第１水路３１とを接続する。第３水路６は、第１極室４０ａと排気装置５との間で、第１水路３１と接続されている。すなわち、第３水路６は、第１極室４０ａよりも上方で第１水路３１と接続されている。第３水路６によって、排気装置５からの酸素ガスの排出が促進される。

【0029】

第３水路６には、圧力制御装置６１が設けられている。圧力制御装置６１は、第１水路３１の水圧を制御する。これにより、第１水路３１の水圧が適正化され。排気装置５からの水漏れが抑制される。

【0030】

第３水路６は、電解槽４に沿って上下方向にのびる、のが望ましい。これにより、容易にコンパクトな電解水生成装置１を構成できる。

【0031】

圧力制御装置６１は、第１水路３１の水圧を、排気装置５が適正に動作する圧力以上となるように制御する。これにより、排気装置５から第１電解水Ｗ１が漏れることなく、酸素ガスが排出される。

【0032】

本実施形態の圧力制御装置６１は、逆止弁６２を含んでいる。逆止弁６２は、第１水路３１から給水路２への第１電解水Ｗ１の逆流を防ぐ。これにより、簡素な構成で、排気装置５から第１電解水Ｗ１の漏れが抑制される。

【0033】

ところで、電解槽４における電気分解の進行に伴い第１極室４０ａで発生する酸素ガスにより、第１水路３１の水圧は、第１給水路２１の水圧よりも僅かに高くなると考えられる。そうしたところ、第３水路６によって給水路２と第１水路３１とが接続される構成では、第１水路３１から第１給水路２１に第１電解水Ｗ１が流れ込むことにより、第１水路３１の水圧と第１給水路２１の水圧とは略等しくなる。しかしながら、本実施形態の電解水生成装置１では、逆止弁６２を含む圧力制御装置６１によって第１水路３１から第１給水路２１への第１電解水Ｗ１の流れ込みが阻止されるため、第１水路３１の水圧の上昇は、酸素ガスが排気装置５から排出されるまで維持される。これにより、排気装置５の適正な動作が担保される。

【0034】

なお、本願発明者による実験によれば、第３水路６に逆止弁６２を設けることにより、第１水路３１の水圧に対して第３水路６の水圧が１０kPa〜２０kPa上昇することが確認された。そして、このような第３水路６の水圧の上昇は、排気装置５の適正な動作に寄与し、排気装置５からの水漏れが効果的に抑制されることも確認された。

【0035】

第３水路６が設けられた電解水生成装置１では、第１極室４０ａの前後における水の流れは、以下の通り説明される。すなわち、電気分解に伴い第１極室４０ａで酸素ガスが発生することにより、第１極室４０ａの水圧が高まり第１給水路２１から第１極室４０ａに原水が流れ込みにくくなる。このため、第１給水路２１から第３水路６により多くの原水が流れ込む傾向となる。そして、第３水路６に流れ込んだ原水は、第１水路３１に流入することで、第１極室４０ａから第１水路３１に移動した酸素ガスを第１極室４０ａ側へと押し戻すように作用し、排気装置５からの酸素ガスの円滑な排出が阻害され、同時に排気装置５からの水漏れが発生し易い傾向となる。しかしながら、本実施形態の第３水路６に設けられた逆止弁６２は、第３水路６を通じて第１給水路２１から第１水路３１へと流れ込む原水の流れを制限する絞り弁として作用するため、第１極室４０ａから排気装置５へと向う第１水路３１内の酸素ガスの移動が妨げられない。その結果、酸素ガスが排気装置５から円滑に排出され、排気装置５からの水漏れが抑制される。

【0036】

本実施形態の排気装置５は、ガス抜き弁５１を含んでいる。ガス抜き弁５１は、第１電解水Ｗ１から酸素ガスを分離して、第１水路３１から排出する。ガス抜き弁５１としては、既知の空気抜き弁等を適用できる。排気装置５にガス抜き弁５１を用いることにより、簡素な構成で、第１水路３１から酸素ガスを排出することが可能となる。

【0037】

本実施形態の第３水路６は、第１給水路２１に接続されている。第３水路６によって第１極室４０ａの上流側の第１給水路２１と第１極室４０ａの下流側の第１水路３１とが接続される。これにより、電解水生成装置１の構成が簡素化される。

【0038】

図３は、電解水生成装置１を含む洗浄用水生成装置１００を示している。洗浄用水生成装置１００は、電解水生成装置１と、第２電解水Ｗ２を貯蔵するタンク１０１と、タンク１０１内の第２電解水Ｗ２を洗浄用水として吐出する吐出部１０２とを含んでいる。

【0039】

本実施形態の洗浄用水生成装置１００では、タンク１０１は、循環水路１０３を介して電解槽４と接続されている。上記給水路２及び第２水路３２は、循環水路１０３の一部を構成する。循環水路１０３は、電解槽４とタンク１０１との間で、第２電解水Ｗ２（図１参照）を循環させる。第２電解水Ｗ２を循環させながら、電解槽４にて電気分解を実行することにより、第２電解水Ｗ２に溶け込んでいる水素ガスの濃度（溶存水素濃度）が高められる。

【0040】

第２電解水Ｗ２を循環させることなく溶存水素濃度を十分に高めることができる場合には、循環水路１０３は省かれていてもよい。また、タンク１０１には、第２電解水Ｗ２を加熱するためのヒーター（図示せず）が設けられていてもよい。本実施形態では、隔膜４３として固体高分子材料を用いることによって、より高温度の電解水を生成することが可能となる。

【0041】

循環水路１０３には、タンク１０１内の第２電解水Ｗ２を電解槽４に圧送するためのポンプ１０４が配されている。また、本実施形態の循環水路１０３には、三方弁１０５が設けられている。

【0042】

三方弁１０５は、タンク１０１と給水路２との間に配され、両者を接続する。また、三方弁１０５には、水源（図示せず）が接続されている。三方弁１０５は、タンク１０１又は水源のうち一方を給水路２に接続する。電気分解のための原水は、水源から三方弁１０５及び給水路２を経て、電解槽４に供給される。原水には、水道水の他、例えば、井戸水、地下水等を用いることができ、また予め不純物を取り除いた純水を用いてもよい。

【0043】

洗浄用水生成装置１００では、原水がタンク１０１に供給される形態であってもよい。この場合、水源はタンク１０１と接続され、三方弁１０５は不要である。

【0044】

吐出部１０２は、例えば、洗浄装置（図示せず）と接続されている。洗浄装置は洗浄の対象物に洗浄用水として第２電解水Ｗ２を供給する。

【0045】

以上、本発明の電解水生成装置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、電解水生成装置１は、少なくとも、水を電気分解することにより、電解水を生成する電解水生成装置１であって、第１給電体４１が配された第１極室４０ａと第２給電体４２が配された第２極室４０ｂとが隔膜４３によって区分された電解槽４と、第１極室４０ａ及び第２極室４０ｂに電気分解のための水を供給するための給水路２と、第１極室４０ａに接続され、第１極室４０ａで発生した第１ガスを第１極室４０ａから取り出すための第１水路３１と、第２極室４０ｂに接続され、第２極室４０ｂで生成した第２電解水を第２極室４０ｂから取り出すための第２水路３２と、第１ガスを第１水路３１から排出するための排気装置５と、給水路２と第１水路３１とを接続する第３水路６とを含み、第３水路６には、第１水路３１の水圧を制御するための圧力制御装置６１が設けられていればよい。

【符号の説明】

【0046】

１ 電解水生成装置
２ 給水路
４ 電解槽
５ 排気装置
６ 第３水路
２１ 第１給水路
３１ 第１水路
３２ 第２水路
４０ａ 第１極室
４０ｂ 第２極室
４１ 給電体
４１ 第１給電体
４２ 給電体
４２ 第２給電体
４３ 隔膜
５１ ガス抜き弁
６１ 圧力制御装置
６２ 逆止弁
１００ 洗浄用水生成装置
１０１ タンク
１０２ 吐出部
Ｗ１ 第１電解水
Ｗ２ 第２電解水

【要約】

【課題】水漏れ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１は、第１給電体４１が配された第１極室４０ａと第２給電体４２が配された第２極室４０ｂとが隔膜４３によって区分された電解槽４と、第１極室４０ａ及び第２極室４０ｂに電気分解のための水を供給するための給水路２と、第１極室４０ａに接続され、第１極室４０ａで発生した第１ガスを第１極室４０ａから取り出すための第１水路３１と、第２極室４０ｂに接続され、第２極室４０ｂで生成した第２電解水Ｗ２を第２極室４０ｂから取り出すための第２水路３２と、第１ガスを第１水路３１から排出するための排気装置５と、給水路２と第１水路３１とを接続する第３水路６とを含む。第３水路６には、第１水路３１の水圧を制御するための圧力制御装置６１が設けられている。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】