特開 2023-70528 電解水生成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023070528

(43)【公開日】2023-05-19

(54)【発明の名称】電解水生成装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/461 20230101AFI20230512BHJP

【ＦＩ】

C02F1/461 A

【審査請求】有

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021182759

(22)【出願日】2021-11-09

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2023-03-13

(71)【出願人】

【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】小河原 賢一郎

【テーマコード（参考）】

4D061

【Ｆターム（参考）】

4D061DA01

4D061DA03

4D061DB07

4D061EA02

4D061EB01

4D061EB04

4D061EB05

4D061EB17

4D061EB18

4D061EB19

4D061EB39

4D061GC14

4D061GC16

(57)【要約】

【課題】水圧による電解槽の膨張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、管壁２１を有する管体２と、管体２の内部に配された電解槽３と、電解槽３を管壁２１に押付ける押付部材５とを含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電解水生成装置であって、
管壁を有する管体と、
前記管体の内部に配された電解槽と、
前記電解槽を前記管壁に押付ける押付部材とを含む、
電解水生成装置。

【請求項2】

前記押付部材は、前記管壁を貫通するねじ部材であり、前記ねじ部材の先端部は、前記電解槽に接触している、請求項１に記載の電解水生成装置。

【請求項3】

前記電解槽は、筒状の本体部と、前記本体部の外側に配された補強部材とを含み、前記先端部は前記補強部材と接触している、請求項２に記載の電解水生成装置。

【請求項4】

前記電解槽と前記管壁とは、互いに面接触している、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】

複数の前記管体が、直列及び／または並列に接続されてなる、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】

前記電解槽は、第１給電体及び第２給電体が配された電解室を有する、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】

前記電解室は、隔膜によって前記第１給電体の側の第１極室と前記第２給電体の側の第２極室とに区分されている、請求項６に記載の電解水生成装置。

【請求項8】

前記押付部材は、前記隔膜に垂直な方向に前記電解槽を押圧する、請求項７に記載の電解水生成装置。

【請求項9】

前記第１給電体及び前記第２給電体は、前記隔膜と接触している、請求項７または８に記載の電解水生成装置。

【請求項10】

前記第１極室で発生した気体を排出するための脱気弁をさらに含む、請求項７ないし９のいずれかに記載の電解水生成装置。

【請求項11】

前記管体の内部に流入した水を前記電解室に導くための入水口と、前記電解室で生成された電解水を前記電解室から取り出すための出水口とをさらに含む、請求項７に記載の電解水生成装置。

【請求項12】

前記電解槽は、前記入水口と前記第２極室とを連通させる第１ポートと、前記第２極室と前記出水口とを連通させる第２ポートを有する、請求項１１に記載の電解水生成装置。

【請求項13】

前記電解槽は、前記第１ポートと前記第１極室とを連通させる第３ポートを有している、請求項１２に記載の電解水生成装置。

【請求項14】

前記第３ポートには、前記第１ポートから前記第１極室へと流入する水の流量を調整するための絞り弁が設けられている、請求項１３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を生成する装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、管体の内部に外部電極と内部電極とを備えた電解水生成装置が提案されている（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２００４－３３０１３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示されている装置では、通電パイプが電解槽の外殻を構成する。しかしながら、管内部の空間に通水が開始されると、その水圧により通電パイプが膨張し、漏水が生ずるおそれがある。また、外部電極及び内部電極として特殊な形状の専用部品が必要となるため、製造コストが嵩む。

【0005】

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、安価で水圧による電解槽の膨張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、電解水生成装置であって、管壁を有する管体と、前記管体の内部に配された電解槽と、前記電解槽を前記管壁に押付ける押付部材とを含む。

【0007】

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記押付部材は、前記管壁を貫通するねじ部材であり、前記ねじ部材の先端部は、前記電解槽に接触している、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、前記電解槽は、筒状の本体部と、前記本体部の外側に配された補強部材とを含み、前記先端部は前記補強部材と接触している、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、前記電解槽と前記管壁とは、互いに面接触している、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、複数の前記管体が、直列及び／または並列に接続されてなる、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、前記電解槽は、第１給電体及び第２給電体が配された電解室を有する、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、前記電解室は、隔膜によって前記第１給電体の側の第１極室と前記第２給電体の側の第２極室とに区分されている、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、前記押付部材は、前記隔膜に垂直な方向に前記電解槽を押圧する、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給電体及び前記第２給電体は、前記隔膜と接触している、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極室で発生した気体を排出するための脱気弁をさらに含む、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、前記管体の内部に流入した水を前記電解室に導くための入水口と、前記電解室で生成された電解水を前記電解室から取り出すための出水口とをさらに含む、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、前記電解槽は、前記入水口と前記第２極室とを連通させる第１ポートと、前記第２極室と前記出水口とを連通させる第２ポートを有する、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、前記電解槽は、前記第１ポートと前記第１極室とを連通させる第３ポートを有している、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３ポートには、前記第１ポートから前記第１極室へと流入する水の流量を調整するための絞り弁が設けられている、ことが望ましい。

【発明の効果】

【0020】

本発明の前記電解水生成装置は、前記管体と、前記電解槽と、前記押付部材とを含む。前記電解槽は、前記管体の内部に配され、前記押付部材によって前記管体の前記管壁に押付けられる。これにより、前記電解槽の壁と前記管壁とによって強固な二重構造の壁が構成され、水圧による前記電解槽の膨張が抑制される。また、前記管体の内部に収容可能な形状及びサイズであれば通常構造の前記電解槽が適用できるため、前記電解水生成装置を安価に製造可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の電解水生成装置の概略構成を示す断面図である。

【図2】図１の電解槽の構成を示す断面図である。

【図3】図１の電解水生成装置の別な断面図である。

【図4】図１、３の電解水生成装置の変形例の断面図である。

【図5】図１、３、４の電解水生成装置の変形例の側面図である。

【図6】図１、３、４の電解水生成装置の別な変形例の側面図である。

【図7】図５、６の電解水生成装置の別な変形例の側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

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の構成を示している。

【0023】

電解水生成装置１は、管体２と、電解槽３と、押付部材５とを含んでいる。

【0024】

管体２は、管壁２１を有する。管壁２１は、管体２の外殻を構成する。管壁２１によって区画された内部には、水等の流体が移動する。

【0025】

電解槽３は、管体２の内部に配されている。管体２の内部を流れる水は、電解槽３の内部に流入し、電気分解される。

【0026】

押付部材５は、管体２に装着される。押付部材５は、電解槽３を管壁２１に押付ける。これにより、電解槽３の壁３１と管体２の管壁２１とによって強固な二重構造の壁が構成され、水圧による電解槽３の膨張が抑制される。また、管体２の内部に収容可能な形状及びサイズであれば通常構造の電解槽３が適用できるため、電解水生成装置１を安価に製造可能となる。

【0027】

本実施形態の押付部材５は、ねじ部材５１である。ねじ部材５１は、管壁２１を貫通し、先端部５２が電解槽３に接触している。このような構成では、ねじ部材５１を締め込むことにより、簡素な構成で容易に電解槽３を管壁２１に押付けることが可能となる。

【0028】

電解槽３は、筒状の本体部３２と、本体部３２の外側に配された補強部材３３とを含み、ねじ部材５１の先端部５２は補強部材３３と接触している、のが望ましい。補強部材３３としては、例えば、板状の金属が適用される。本体部３２と補強部材３３とは、一体化されていてもよく、別体で構成されていてもよい。

【0029】

ねじ部材５１が締め込まれ、先端部５２との接触に伴い電解槽３に生ずる応力は、補強部材３３によって分散して本体部３２に伝達される。これにより、電解槽３が大きい範囲で管壁２１に押付けられ、電解槽３の膨張が抑制される。また、補強部材３３によっても電解槽３の膨張が抑制される。

【0030】

電解槽３と管壁２１とは、互いに面接触している、のが望ましい。これにより、電解槽３の膨張がより一層抑制される。

【0031】

図２は、電解槽３の構成を示している。電解槽３は、第１給電体４１及び第２給電体４２が配された電解室４０を有している。第１給電体４１及び第２給電体４２には、給電端子４４が接続されている。給電端子４４は、電解槽３及び管体２を貫通し、管体２の外部に突出している。

【0032】

一対の給電端子４４には、直流電圧が印加される。このとき、第１給電体４１は、陰極又は陽極として、第２給電体４２は、陽極又は陰極として機能する。電解室４０内に水が充填された状態で第１給電体４１と第２給電体４２との間に直流電圧が印加されると、電解電流が流れ、電解室４０内の水が電気分解される。

【0033】

給電端子４４に印加される直流電圧は、制御部（図示せず）によって制御される。第１給電体４１及び第２給電体４２の極性も、制御部によって制御される。第１給電体４１及び第２給電体４２の極性は、必要に応じて反転可能に構成されていてもよい。以下では、第１給電体４１が陽極、第２給電体４２が陰極として機能する状態について説明する。

【0034】

本実施形態の電解槽３では、第１給電体４１と第２給電体４２との間に隔膜４３が設けられている。隔膜４３は、電解室４０を第１給電体４１の側の第１極室４０ａと第２給電体４２の側の第２極室４０ｂとに区分する。

【0035】

第１極室４０ａの側の壁３１は、管壁２１に面接触している。一方、第２極室４０ｂの側の壁３１には、補強部材３３が装着される。第２極室４０ｂの側の壁３１は、補強部材３３を介して押付部材５に押圧される。

【0036】

押付部材５は、隔膜４３に垂直な方向に電解槽３を押圧する。本実施形態では、ねじ部材５１の軸線方向を隔膜４３に垂直な方向と一致させることにより実現される。これにより、管体２と平行に第１給電体４１、第２給電体４２及び隔膜４３を配置して、容易に電解効率を高めることが可能となる。

【0037】

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。

【0038】

固体高分子材料を用いた隔膜４３を有する電解槽３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、陰極側の第２極室４０ｂでは、水素ガスが溶け込んだ電解水素水が得られ、陽極側の第１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。第２極室４０ｂにて生成された電解水素水は、血液透析治療の際に発生する活性酸素を除去し、患者の酸化ストレスの軽減に適しているとして注目されている。また、農業分野においては、単位面積当たりの収量増加、栄養価の高い高機能作物の栽培が期待できるとして注目されている。

【0039】

隔膜４３が固体高分子膜で構成されている本電解槽３においては第１給電体４１及び第２給電体４２は、隔膜４３と接触している、のが望ましい。これにより、電解室４０内の水が効率よく電気分解される。

【0040】

電気分解の進行に伴い、電解室４０では気体が生成される。陽極側の第１極室４０ａでは、酸素ガスが生成される。

【0041】

本実施形態の電解槽３には、第１極室４０ａに連通する脱気ポート３４が設けられている。脱気ポート３４は、第１極室４０ａの側の壁３１を貫通して形成されている。管体２には、脱気ポート３４に対応する位置に脱気ポート２４が設けられている。脱気ポート２４は、管体２の径方向にのび、管壁２１を貫通して形成され、脱気ポート３４と連通している。

【0042】

脱気ポート２４には、脱気弁２５が設けられている、のが望ましい。脱気弁２５は、第１極室４０ａで発生した気体（すなわち、酸素ガス）を排出する。第１極室４０ａで生成された酸素ガスは、脱気ポート２４、３４を通過して脱気弁２５へと導かれる。脱気弁２５が開かれることにより、酸素ガスは、管体２の外部に排出される。

【0043】

図１に示されるように、電解水生成装置１は、入水口６１と、出水口６２とをさらに含んでいる。

【0044】

入水口６１は、管体２の一端に設けられている。入水口６１は、管体２の内部に流入した水を電解室４０に導く。本実施形態の入水口６１には、漏斗状の導水部材６３が装着されている。

【0045】

出水口６２は、管体２の他端に設けられている。出水口６２は、電解槽３で生成された電解水を電解室４０から取り出す。本実施形態の出水口６２には、漏斗状の導水部材６４が装着されている。

【0046】

図２に示されるように、電解槽３は、入水口６１と第２極室４０ｂとを連通させる第１ポート３６と、第２極室４０ｂと出水口６２とを連通させる第２ポート３７を有する。

【0047】

第１ポート３６は、導水部材６３と接続されている。入水口６１から管体２の内部に流入した水は、導水部材６３及び第１ポート３６を介して第２極室４０ｂに導かれる。

【0048】

第２ポート３７は、導水部材６４と接続されている。第２極室４０ｂで生成された電解水は、第２ポート３７及び導水部材６４を介して出水口６２に導かれ管体２の外部に排出される。

【0049】

電解槽３は、第１ポート３６と第１極室４０ａとを連通させる第３ポート３８を有している。第３ポート３８は、第１ポート３６から流入した水の一部を第１極室４０ａに導く。
これにより、電解槽３の外側（入水口６１）の側の構成を簡素化できる。

【0050】

第３ポート３８には、第１ポート３６から第１極室４０ａへと流入する水の流量を調整するための絞り弁４６が設けられている。第２極室４０ｂで生成された電解水を利用する場合、絞り弁４６が第１極室４０ａに流入する水を制限することにより、水の有効利用が図られる。

【0051】

本実施形態の電解槽３には、第１極室４０ａに連通する第４ポート３９が設けられている。第４ポート３９は、管体２の径方向にのび、第１極室４０ａの側の壁３１を貫通して形成されている。管体２には、第４ポート３９に対応する位置に排水ポート２９が設けられている。排水ポート２９は、管壁２１を貫通して形成され、第４ポート３９と連通している。第１極室４０ａにて生成された電解水は、第４ポート３９及び排水ポート２９を介して管体２の外部に排出される。

【0052】

図３は、管体２の軸方向に垂直な電解水生成装置１の断面を示している。

【0053】

本実施形態の電解槽３は、矩形状の断面を有している。このような形状の電解槽３は製造が容易で、電解水生成装置１の製造コストの低減に貢献する。

【0054】

本実施形態の管体２も、矩形状の断面を有している。このような管体２は、３つの面で電解槽３と接触する。これにより、電解槽３の膨張がより一層抑制される。なお、本管体２では、入水口６１及び出水口６２の部分は、その断面が円形状に形成されていてもよい。

【0055】

図４は、図１、３の電解水生成装置１の変形例である電解水生成装置１Ａの断面図である。電解水生成装置１Ａのうち、以下で説明されてない部分については、上述した電解水生成装置１の構成が採用されうる。管体２Ａの軸方向に垂直な電解水生成装置１の断面を示している。

【0056】

本実施形態の管体２Ａは、円形状の断面を有している。このような形状の管体２Ａは製造が容易で、電解水生成装置１の製造コストの低減に貢献する。

【0057】

本実施形態では、電解槽３の角部が管体２Ａの管壁２１と当接する。管壁２１の内腔には、充填剤２２が充填されている。充填剤２２は、管体２Ａと電解槽３の間に介在している。充填剤２２によって、電解槽３の膨張がより一層抑制される。

【0058】

図１に示されるように、管体２の一端には雄ねじ、他端には雌ねじが形成されている。これにより、管体２同士又は、別の部材と相互に連結可能である。

【0059】

図５は、図１、３、４の電解水生成装置１、１Ａの変形例である電解水生成装置１Ｂの側面図である。電解水生成装置１Ｂのうち、以下で説明されてない部分については、上述した電解水生成装置１、１Ａの構成が採用されうる。

【0060】

電解水生成装置１Ｂでは、複数の管体２が直列に接続されている。このような形態では、第２極室４０ｂで生成される電解水素水の溶存水素濃度を容易に高めることが可能となる。

【0061】

図６は、図１、３、４の電解水生成装置１、１Ａの別な変形例である電解水生成装置１Ｃの側面図である。電解水生成装置１Ｂのうち、以下で説明されてない部分については、上述した電解水生成装置１、１Ａの構成が採用されうる。

【0062】

電解水生成装置１Ｃでは、複数の管体２が並列に接続されている。このような形態では、単位時間に大量の電解水を生成することが可能となる。

【0063】

図７は、図５、６の電解水生成装置１Ｃ、１Ｃの別な変形例である電解水生成装置１Ｄの側面図である。電解水生成装置１Ｄのうち、以下で説明されてない部分については、上述した電解水生成装置１Ｂ、１Ｃの構成が採用されうる。

【0064】

電解水生成装置１Ｄでは、複数の管体２が直列に接続されて管体群を構成し、その管体群同士が、並列に接続されている。このような形態では、溶存水素濃度が高い電解水を単位時間に大量に生成することが可能となる。

【0065】

電解水生成装置１Ｂないし１Ｄでは、各管体２の排水ポート２９と接続される管（図示せず）が接続されていてもよい。各管を集約することにより、第１極室４０ａで生成される電解水を容易に集めて処理することが可能となる。

【0066】

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、管壁２１を有する管体２と、管体２の内部に配された電解槽３と、電解槽３を管壁２１に押付ける押付部材５とを含んでいればよい。

【符号の説明】

【0067】

１ ：電解水生成装置
１Ａ ：電解水生成装置
１Ｂ ：電解水生成装置
１Ｃ ：電解水生成装置
１Ｄ ：電解水生成装置
２ ：管体
２Ａ ：管体
３ ：電解槽
５ ：押付部材
２１ ：管壁
２５ ：脱気弁
３１ ：壁
３２ ：本体部
３３ ：補強部材
３６ ：第１ポート
３７ ：第２ポート
３８ ：第３ポート
４０ ：電解室
４０ａ ：第１極室
４０ｂ ：第２極室
４１ ：第１給電体
４２ ：第２給電体
４３ ：隔膜
４６ ：絞り弁
５１ ：ねじ部材
５２ ：先端部
６１ ：入水口
６２ ：出水口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【手続補正書】

【提出日】2022-11-30

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電解水生成装置であって、
管壁を有する管体と、
前記管体の内部に配され、第１給電体及び第２給電体が配された電解室を有する電解槽と、
前記電解槽を前記管壁に押付ける押付部材と、
前記管体の内部に流入した水を前記電解室に導くための入水口と、
前記電解室で生成された電解水を前記電解室から取り出すための出水口とを含み、
前記電解室は、隔膜によって前記第１給電体の側の第１極室と前記第２給電体の側の第２極室とに区分され、
前記電解槽は、前記入水口と前記第２極室とを連通させる第１ポートと、前記第２極室と前記出水口とを連通させる第２ポートと、前記第１ポートと前記第１極室とを連通させる第３ポートとを、前記管体の内部に有し、
前記第３ポートには、前記第１ポートから前記第１極室へと流入する水の流量を調整するための絞り弁が設けられている、
電解水生成装置。

【請求項2】

前記押付部材は、前記管壁を貫通するねじ部材であり、前記ねじ部材の先端部は、前記電解槽に接触している、請求項１に記載の電解水生成装置。

【請求項3】

前記電解槽は、筒状の本体部と、前記本体部の外側に配された補強部材とを含み、前記先端部は前記補強部材と接触している、請求項２に記載の電解水生成装置。

【請求項4】

前記電解槽と前記管壁とは、互いに面接触している、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】

複数の前記管体が、直列及び／または並列に接続されてなる、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】

前記押付部材は、前記隔膜に垂直な方向に前記電解槽を押圧する、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給電体及び前記第２給電体は、前記隔膜と接触している、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】

前記第１極室で発生した気体を排出するための脱気弁をさらに含む、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。