特開 2025-2458 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】P2025002458

(43)【公開日】2025-01-09

(54)【発明の名称】電解水生成装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/461 20230101AFI20241226BHJP

   C25B 1/13 20060101ALI20241226BHJP

   C25B 9/00 20210101ALI20241226BHJP

   C25B 9/23 20210101ALI20241226BHJP

   C25B 1/26 20060101ALI20241226BHJP

【ＦＩ】

C02F1/461 A

C25B1/13

C25B9/00 A

C25B9/23

C25B1/26 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023102648

(22)【出願日】2023-06-22

(71)【出願人】

【識別番号】000004709

【氏名又は名称】株式会社ノーリツ

(74)【代理人】

【識別番号】100089004

【弁理士】

【氏名又は名称】岡村 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】弘中 睦己

【テーマコード（参考）】

4D061

4K021

【Ｆターム（参考）】

4D061DA01

4D061DB07

4D061EA02

4D061EB01

4D061EB04

4D061EB13

4D061EB17

4D061EB19

4D061EB28

4D061EB29

4D061EB30

4D061EB31

4D061EB35

4K021AA09

4K021BA02

4K021DB53

4K021DC07

(57)【要約】      （修正有）

【課題】中央開口部を備えた電解部における触媒層を有する触媒電極の無駄の発生を防ぐことができる電解水生成装置を提供すること。
【解決手段】各々が平板状である陽極板と陽極側メッシュ電極とイオン交換膜と陰極側メッシュ電極と陰極板を積層配置した電解部を有し、流動する水に浸漬した電解部の陽極板と陰極板の間に電圧を印加し電解水を生成する電解水生成装置において、電解部は、陽極側メッシュ電極とイオン交換膜の間に触媒電極を有し且つ電解部を積層方向に貫通する中央開口部を備え、陽極側メッシュ電極と陰極側メッシュ電極の外周部から中央開口部に向かって又はこれと反対方向に水が流動するように構成され、触媒電極は、複数の触媒電極片がこれらと同じ厚さのリテーナに保持されたことにより、イオン交換膜と同形の平板状に形成された。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

各々が平板状である陽極板と陽極側メッシュ電極とイオン交換膜と陰極側メッシュ電極と陰極板を積層配置して形成された電解部を有し、流動する水に前記電解部を浸漬した状態で前記陽極板と前記陰極板の間に電圧を印加して電解水を生成する電解水生成装置において、
前記電解部は、前記陽極側メッシュ電極と前記イオン交換膜の間に触媒電極を有すると共に、この電解部を積層方向に貫通する中央開口部を備え、
前記陽極側メッシュ電極の外周部及び前記陰極側メッシュ電極の外周部から前記中央開口部に向かって水が流動するように、又は前記中央開口部から前記陽極側メッシュ電極の外周部及び前記陰極側メッシュ電極の外周部に向かって水が流動するように構成され、
前記触媒電極は、複数の触媒電極片がこれらと同じ厚さのリテーナに保持されたことにより、前記イオン交換膜と同形の平板状に形成されたことを特徴とする電解水生成装置。

【請求項2】

前記複数の触媒電極片の片面に触媒層が夫々担持され、
前記触媒電極は、前記複数の触媒電極片の前記触媒層を前記イオン交換膜に夫々当接させた状態に固定されたことを特徴とする請求項１に記載の電解水生成装置。

【請求項3】

前記リテーナの導電率は、前記触媒電極片よりも低いことを特徴とする請求項１又は２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、電解部で水を電気分解して電解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、例えばオゾン水や次亜塩素酸水のような殺菌作用を有する電解水を生成する電解水生成装置が利用されている。電解水生成装置は、陽極と陰極の間に電圧を印加してこの電極間を流動する水を電気分解し、電解水を生成する。

【0003】

効率的に水を電気分解するために、例えば特許文献１のように、陽極と陰極の間にイオン交換膜を配設し、陽極に接続された陽極側メッシュ電極をイオン交換膜に接触させると共に、その反対側からイオン交換膜に対して陰極に接続された陰極側メッシュ電極を接触させた積層構造の電解部（電解セル）が知られている。そして、電気分解をさらに効率的にするために、例えば特許文献２のように、イオン交換膜である固体電解質膜と接触するメッシュ電極の接触面に触媒層を形成することが知られている。

【0004】

イオン交換膜は殆ど水を通さないため、上記の電解部を備えた電解水生成装置は、陽極側と陰極側に夫々入水部と吐水部を設けている。そのため、水の配管が多くなり、接続が容易ではない。そこで、例えば特許文献３のように、イオン交換膜を挟んだ積層構造の電解部が、その積層方向に貫通させた中央開口部を備え、電解部の外周側から中央開口部に向かって水を流動させるように、又は中央開口部から電解部の外周側に向かって水を流動させるように構成されたものが知られている。電解部に対して入水部と吐水部が１つずつになり、水の配管の接続が容易になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第４３９２３５４号公報

【特許文献2】特開２０１８－７６５７６号公報

【特許文献3】特許第７０１０５２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献３の中央開口部を備えた電解部を形成するためには、電解部を構成する平板状のイオン交換膜や電極等の部材の中央部分を除去する必要がある。このとき、特許文献２のような触媒層を有する触媒電極は、触媒層の形成が容易ではなく高価であるが、この触媒電極の中央部分が除去されて利用されないので無駄が生じる。そこで、本発明は、中央開口部を備えた電解部における触媒層を有する触媒電極の無駄の発生を防ぐことができる電解水生成装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

請求項１の発明の電解水生成装置は、各々が平板状である陽極板と陽極側メッシュ電極とイオン交換膜と陰極側メッシュ電極と陰極板を積層配置して形成された電解部を有し、流動する水に前記電解部を浸漬した状態で前記陽極板と前記陰極板の間に電圧を印加して電解水を生成する電解水生成装置において、前記電解部は、前記陽極側メッシュ電極と前記イオン交換膜の間に触媒電極を有すると共に、この電解部を積層方向に貫通する中央開口部を備え、前記陽極側メッシュ電極の外周部及び前記陰極側メッシュ電極の外周部から前記中央開口部に向かって水が流動するように、又は前記中央開口部から前記陽極側メッシュ電極の外周部及び前記陰極側メッシュ電極の外周部に向かって水が流動するように構成され、前記触媒電極は、複数の触媒電極片がこれらと同じ厚さのリテーナに保持されたことにより、前記イオン交換膜と同形の平板状に形成されたことを特徴としている。

【0008】

上記構成によれば、電解水生成装置は、各々が平板状の陽極板と陽極側メッシュ電極とイオン交換膜と陰極側メッシュ電極と陰極板が積層された電解部を有する。電解部は、陽極側メッシュ電極とイオン交換膜の間に触媒電極を有し、その積層方向に貫通する中央開口部が形成されている。触媒電極は、複数の触媒電極片がこれらと同じ厚さのリテーナに保持されたことにより、中央開口部を構成する開口部を有するイオン交換膜と同形の平板状に形成されている。複数の触媒電極片によって触媒電極が形成されるので、中央開口部となる部分には触媒電極片を配設せずにイオン交換膜と同形の平板状に形成することができる。従って、触媒電極から中央開口部となる部分が除去されて使用されない無駄が発生しないので、電解部の製造コストを低減することができる。

【0009】

請求項２の発明の電解水生成装置は、請求項１の発明において、前記複数の触媒電極片の片面に触媒層が夫々担持され、前記触媒電極は、前記複数の触媒電極片の前記触媒層を前記イオン交換膜に夫々当接させた状態に固定されたことを特徴としている。
上記構成によれば、触媒電極片の片面にのみ触媒層を形成して触媒電極の製造コストを低減すると共に、触媒層をイオン交換膜に当接させて触媒層による効果を高めることができる。

【0010】

請求項３の発明の電解水生成装置は、請求項１又は２の発明において、前記リテーナの導電率は、前記触媒電極片よりも低いことを特徴としている。
上記構成によれば、触媒電極片の導電率がリテーナよりも高いため、水の電気分解時の電流の大部分が触媒電極片を介して流れ、触媒電極片の効果を高めることができる。

【発明の効果】

【0011】

本発明の電解水生成装置によれば、中央開口部を備えた電解部における触媒層を有する触媒電極の無駄の発生を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施例に係る電解水生成装置の外観斜視図である。

【図2】図１の電解水生成装置を入水部側から見た平面図である。

【図3】図２のIII－III線断面図である。

【図4】図１の電解水生成装置の分解図である。

【図5】図４の電解部の分解図である。

【図6】触媒電極の他の例を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。

【実施例0014】

図１、図２、図３に示すように、電解水生成装置１は、入水部２と吐水部３を有するケース４内に電解部１０が収容され、外部から電解部１０に電力を供給するための電力線９ａ，９ｂが接続される。ケース４は、入水部２を有する第１ケース５と、吐水部３を有する第２ケース６によって構成されている。入水部２と吐水部３には不図示の水管又はホースが夫々接続される。

【0015】

ケース４内では、入水部２から導入された水は、例えば矢印Ａ１のように電解部１０の外周側に向かって広がるように流動した後、矢印Ａ２のように向きを変えて電解部１０の外周部から中央に向かって集まるように流動し、矢印Ａ３のように吐水部３からケース４の外に流出する。このとき、ケース４内を流動する水の一部が電解部１０で電気分解されることにより電解水が生成される。電解水は、例えばオゾン水、次亜塩素酸水等であり、殺菌作用を有する。入水部２には水の流量を一定にするための水ガバナー２ａが装備され、一定の質（濃度）の電解水が生成される。

【0016】

図３、図４に示すように、電解部１０は、複数のビス７ａで固定される抑え板７によって、吐水部３を有する第２ケース６に固定される。抑え板７は、第１ケース５の入水部２から導入された水を電解部１０の外周側に向かうように誘導する。電解部１０が固定された第２ケース６には、パッキン８を挟んで第１ケース５が複数のビス４ａによって固定される。

【0017】

次に電解部１０について説明する。
電解部１０は、第１電極１１と第２電極１２とがイオン交換膜１３を挟んで絶縁された状態に積層配置されて形成されている。以下では第１電極１１が陽極且つ第２電極１２が陰極の場合について説明する。

【0018】

図４、図５に示すように、第１電極１１は、各々が矩形の平板状に形成された陽極板１５と陽極側メッシュ電極１６と触媒電極１７とを積層して平板形状に形成されている。陽極板１５は中央に矩形の貫通孔１５ａを有する。陽極側メッシュ電極１６は中央に矩形の貫通孔１６ａを有する。触媒電極１７は中央に矩形の貫通孔１７ａを有する。第１電極１１は、これら貫通孔１５ａ，１６ａ，１７ａが連通して積層方向に貫通する開口部１１ａを有する。

【0019】

第２電極１２は、各々が矩形の平板状に形成された陰極板１８と陰極側メッシュ電極１９とを積層して平板形状に形成されている。陰極板１８は中央に矩形の貫通孔１８ａを有する。陰極側メッシュ電極１９は中央に矩形の貫通孔１９ａを有する。第２電極１２は、これら貫通孔１８ａ，１９ａが連通して積層方向に貫通する開口部１２ａを有する。尚、陽極側メッシュ電極１６及び陰極側メッシュ電極１９は、メッシュ状に形成された電極を複数重ねて形成されてもよい。

【0020】

第１電極１１は触媒電極１７をイオン交換膜１３に接触させ、第２電極１２は陰極側メッシュ電極１９をイオン交換膜１３に接触させるように積層されている。イオン交換膜１３は、例えば厚さが１ｍｍ未満の矩形の平板形状に形成され、中央にイオン交換膜１３をその厚さ方向に貫通する矩形の開口部１３ａを備えている。陽極板１５は電力線９ａと接続するための端子部１５ｂを有する。陰極板１８は電力線９ｂと接続するための端子部１８ｂを有する。

【0021】

図５に示すように、中央に矩形の貫通孔１７ａを有する触媒電極１７は、複数の触媒電極片１７ｂが、触媒電極片１７ｂと同じ厚さを有する例えば格子状のリテーナ１７ｃに保持されて平板状に形成されている。複数の触媒電極片１７ｂは、水の電気分解を促進させるための触媒層１７ｄが片面に形成されたプレート状又はメッシュ状の電極を、同じ大きさの例えば正方形状に分割して形成される。

【0022】

リテーナ１７ｃは、触媒電極片１７ｂよりも導電率が低い素材として、例えばシリコン又は導電性樹脂によって格子状に形成されている。リテーナ１７ｃには、触媒層１７ｄが形成された面をイオン交換膜１３に接触させるように揃えた複数の触媒電極片１７ｂが、リテーナ１７ｃに形成された貫通孔１７ａを除いて格子間に嵌め込まれた状態に保持される。図５では、８つの触媒電極片１７ｂが、貫通孔１７ａを囲むように配置されてリテーナ１７ｃに保持されている。尚、触媒電極片１７ｂを保持可能であれば、触媒電極片１７ｂの４辺のうちの一部、例えば触媒電極１７の外周側と接触しない外周開放状のリテーナ１７ｃを使用してもよい。

【0023】

また、例えば図６のように、同じ大きさの長方形状に形成された４つの触媒電極片１７ｂが、貫通孔１７ａを囲むように配置されてリテーナ１７ｃに保持されるようにすることもできる。尚、複数の触媒電極片１７ｂは、同じ大きさ且つ同じ形状にすることで分割し易くなると共に触媒電極１７を形成し易くなるが、大きさ及び形状が夫々異なる複数の触媒電極片を組み合せて触媒電極を形成することも可能である。

【0024】

触媒電極１７は、例えば化学気相成長法によって片面に形成された例えばダイヤモンド触媒からなる触媒層１７ｄを有する。触媒層１７ｄの形成は容易ではないので、触媒電極１７は他の電極よりも製造コストがかかり、高価である。そして、この触媒層１７ｄが片面に担持された触媒電極１７の中央を除去して貫通孔１７ａを形成すると、除去された部分が利用されず無駄になるところ、図５、図６のように触媒電極１７が複数の触媒電極片１７ｂによって形成されるので、貫通孔１７ａにより無駄になる部分が発生しない。

【0025】

図４に示すように、第２ケース６は、ケース４の内方に突出する複数の突起によって形成された電解部１０の位置決め用の位置決め部６ａを有する。この第２ケース６に第１電極１１とイオン交換膜１３と第２電極１２とを積層配置する際には、第２ケース６の内と外を連通させる吐水部３の開口部３ａが、例えば作業台に設置された治具２０の上方に延びる棒状部２０ａに嵌められる。

【0026】

開口部３ａは、第１電極１１の開口部１１ａ及びイオン交換膜１３の開口部１３ａと大きさ及び形状が一致するように形成されている。棒状部２０ａの軸方向と直交する断面の形状は、吐水部３の開口部３ａと同形状であるが、開口部３ａを嵌めたときに棒状部２０ａを中心に第２ケース６が回転せず安定する例えば八角形、十字形等にすることもできる。

【0027】

吐水部３の開口部３ａが嵌められた治具２０の棒状部２０ａの先端側は、第２ケース６の内側に突出する。第１電極１１とイオン交換膜１３と第２電極１２は、この突出した棒状部２０ａに、各々の開口部１１ａ，１３ａ，１２ａを嵌めて積層される。

【0028】

このとき治具２０の棒状部２０ａと第２ケース６の位置決め部６ａによって、第１電極１１とイオン交換膜１３と第２電極１２は、その積層方向と直交する方向に拘束されて位置が決まる。尚、第１電極１１を構成する陽極板１５と陽極側メッシュ電極１６と触媒電極１７と、イオン交換膜１３と、第２電極１２を構成する陰極側メッシュ電極１９と陰極板１８とが、治具２０の棒状部２０ａに順に嵌められて積層配置されてもよい。

【0029】

積層された第１電極１１とイオン交換膜１３と第２電極１２を積層方向に拘束する抑え板７が第２ケース６に固定されることによって、電解部１０が第２ケース６に固定される。抑え板７は、その外縁部が位置決め部６ａに当接することにより位置決めされるが、治具２０の棒状部２０ａの先端部分との当接により位置決めされてもよい。電解部１０が固定された第２ケース６は治具２０から取り外され、端子部１５ｂ，１８ｂに電力線９ａ，９ｂが締結固定され、第１ケース５が第２ケース６に固定される。

【0030】

第２ケース６を治具２０から取り外したので、電解部１０の第１電極１１とイオン交換膜１３と第２電極１２の各々の開口部１１ａ，１３ａ，１２ａと吐水部３の開口部３ａから棒状部２０ａが除去されて連通する。この開口部３ａと連通する開口部１１ａ，１３ａ，１２ａによって、電解部１０を積層方向に貫通する中央開口部１０ａが形成されている。また、第２ケース６の位置決め部６ａはケース４の内方に突出する複数の突起によって形成されているので、電解部１０の外周側は位置決め部６ａによって閉塞されない。

【0031】

陽極側メッシュ電極１６と陰極側メッシュ電極１９は、例えばチタンやステンレス鋼を素材とする金属線によって、外部と連通する細かい空隙を有するメッシュ状に形成されている。それ故、図３の矢印Ａ１のように入水部２からケース４内に導入されて外周側に向かった水は、矢印Ａ２のように向きを変え、電解部１０の外周部から電解部１０の中央の開口部１１ａ，１３ａ，１２ａが連通した中央開口部１０ａに向かって陽極側メッシュ電極１６の内部及び陰極側メッシュ電極１９の内部を流動する。

【0032】

このケース４内を流動する水に電解部１０を浸漬した状態で第１電極１１と第２電極１２の間に電圧を印加することにより、流動する水の一部が電気分解されて電解水が生成される。そして、矢印Ａ３のように電解部１０の中央開口部１０ａに集められた電解水が吐水部３の開口部３ａを介してケース４の外に向かって流れ出る。

【0033】

上記の電解水生成装置１の作用、効果について説明する。
電解水生成装置１は、各々が平板状の陽極板１５と陽極側メッシュ電極１６とイオン交換膜１３と陰極側メッシュ電極１９と陰極板１８が積層された電解部１０を有する。電解部１０は、陽極側メッシュ電極１６とイオン交換膜１３の間に触媒電極１７を有する。そして、電解部１０を積層方向に貫通する中央開口部１０ａが形成されている。触媒電極１７は、複数の触媒電極片１７ｂがこれらと同じ厚さのリテーナ１７ｃに保持されたことにより、中央開口部１０ａを構成する開口部１３ａを有するイオン交換膜１３と同形の平板状に形成されており、貫通孔１７ａを有する。複数の触媒電極片１７ｂによって、貫通孔１７ａには触媒電極片１７ｂを配設せずに触媒電極１７を形成することができるので、高価な触媒電極１７から中央開口部１０ａとなる部分が除去されて使用されない無駄が発生しない。それ故、電解部１０の製造コストの低減が可能である。

【0034】

また、複数の触媒電極片１７ｂの片面には触媒層１７ｄが夫々担持され、触媒電極１７は、複数の触媒電極片１７ｂの触媒層１７ｄをイオン交換膜１３に夫々当接させた状態に固定されている。触媒電極片１７ｂの片面にのみ触媒層１７ｄを形成して触媒電極１７の製造コストを抑制すると共に、触媒層１７ｄをイオン交換膜１３に当接させて触媒層１７ｄによる効果を高めることができる。

【0035】

リテーナ１７ｃは、触媒電極片１７ｂよりも導電率が低い素材で形成されている。従って、触媒電極片１７ｂの導電率がリテーナ１７ｃよりも高いので、水の電気分解時の電流の大部分は、触媒電極片１７ｂを介して流れ、触媒電極片１７ｂが有する触媒層１７ｄによる効果を高めることができる。

【0036】

入水部２と吐水部３を入れ替えて、水の流動方向が上記と反対の電解水生成装置１とすることもできる。積層方向と直交する断面が矩形の中央開口部１０ａを有する矩形の平板形状の電解部１０は、円形又は正多角形の平板形状に形成されてもよく、積層方向と直交する断面が円形又は正多角形の中央開口部１０ａを有していてもよい。その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、上記実施形態に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態を包含するものである。

【符号の説明】

【0037】

１ ：電解水生成装置
２ ：入水部
３ ：吐水部
４ ：ケース
５ ：第１ケース
６ ：第２ケース
７ ：抑え板
８ ：パッキン
９ａ，９ｂ：電力線
１０ ：電解部
１１ ：第１電極
１１ａ：開口部
１２ ：第２電極
１２ａ：開口部
１３ ：イオン交換膜
１３ａ：開口部
１５ ：陽極板
１５ａ：貫通孔
１５ｂ：端子部
１６ ：陽極側メッシュ電極
１６ａ：貫通孔
１７ ：触媒電極
１７ａ：貫通孔
１７ｂ：触媒電極片
１７ｃ：リテーナ
１７ｄ：触媒層
１８ ：陰極板
１８ａ：貫通孔
１８ｂ：端子部
１９ ：陰極側メッシュ電極
１９ａ：貫通孔
２０ ：治具
２０ａ：棒状部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】