JP2017018852A - 電解槽及び電解水生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電解電流の低下を抑制して、水素ガスの発生効率を容易に高めることができる電解槽及び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。電解室では、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。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凸状部５３が配設され、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凸状部が配設される。第１ケース片５０の外面には、第１ケース片５０を補強する第１補強部材１１０が装着され、第２ケース片６０の外面には、第２ケース片６０を補強する第２補強部材１２０が装着される。第１補強部材１１０及び第２補強部材１２０によって電解槽４の膨張が抑制され、隔膜４３と陽極給電体４１及び陰極給電体４２との接触圧力が高められ、接触抵抗が低減される。【選択図】 図２

Description

本発明は、水を電気分解して電解水素水を生成する電解槽及びそれを備えた電解水生成装置に関する。

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）。

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還元性の電解水素水は、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。

特許第５６３９７２４号公報

上記特許文献１に記載された電解水生成装置では、電解槽の第１ケース片の内面に配設された第１凸状部が陽極給電体と当接し、第２ケース片の内面に配設された第２凸状部が陰極給電体と当接する。第１凸状部及び第２凸状部によって、陽極給電体、隔膜及び陰極給電体からなる積層体が挟持される。

ところで、電解水素水の溶存水素濃度を高めるためには、電解槽での水素ガスの発生量を多くすることと、発生した水素ガスを効率よく電解水に溶け込ませることとが必要とされる。水素ガスの発生量は、各給電体に供給される電解電流に依存するので、電解槽で大量の水素ガスを発生させるためには、電解電流を大きくする必要がある。

そして、電解電流を大きくするには、各給電体に印加する電解電圧を大きくすること、あるいは、隔膜と各給電体との間の電気抵抗を抑制することが重要である。後者の技術は、電解水生成装置の消費電力を抑制しつつ水素ガスの発生量を増大できるため、水素ガスの発生効率が向上し、特に有用である。

上記特許文献１に示される構造の電解槽において、限られた容量の電解槽を用いながら水素ガスの発生効率を高めるためには、隔膜と各給電体との接触圧力を大きくすることにより両者間での接触抵抗を低減することが有効である。

しかしながら、電解槽への通水が開始されると、電解室内の水圧によって第１ケース片及び第２ケース片が外側に膨張する。このような第１ケース片及び第２ケース片の膨張は、第１凸状部と陽極給電体との接触圧力及び第２凸状部と陰極給電体との接触圧力の低下を招き、隔膜と各給電体との接触圧力が低下するように作用する。従って、隔膜と各給電体との間の接触抵抗が増大することに伴い、電解電流が低下するため、水素ガスの発生効率を十分に高めることができないおそれがある。

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、電解槽の膨張を抑制することにより、電解電流の低下を抑制して、水素ガスの発生効率を容易に高めることができる電解槽及び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。

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、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によって挟持され、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が装着される電解槽であって、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凸状部が配設され、前記第２ケース片の前記電解室側を向く内面には、前記陰極給電体に当接する複数の第２凸状部が配設され、前記第１ケース片の外面には、前記第１ケース片を補強する第１補強部材が装着され、前記第２ケース片の外面には、前記第２ケース片を補強する第２補強部材が装着されていることを特徴とする。

本発明に係る前記電解槽において、前記第１補強部材は、前記第１ケース片の外面に沿って形成された第１基部と、前記第１基部から起立して形成された第１起立部とを含み、前記第２補強部材は、前記第２ケース片の外面に沿って形成された第２基部と、前記第２基部から起立して形成された第２起立部とを含むことが望ましい。

本発明に係る前記電解槽において、前記第１ケース片には、前記電解室の外壁面から外方向に突出する第１リブが形成され、前記第２ケース片には、前記電解室の外壁面から外方向に突出する第２リブが形成されていることが望ましい。

本発明に係る前記電解槽において、前記第１リブの先端部は、前記第１基部と当接し、前記第２リブの先端部は、前記第２基部と当接することが望ましい。

本発明に係る前記電解槽において、前記第１起立部は、前記第１基部から前記電解槽の内方向に向って突出し、前記第２起立部は、前記第２基部から前記電解槽の内方向に向って突出することが望ましい。

本発明に係る前記電解槽において、前記第１リブの側面は、前記第１起立部と当接し、前記第２リブの側面は、前記第２起立部と当接することが望ましい。

本発明に係る前記電解槽において、前記第１起立部は、前記第１基部から前記電解槽の外方向に向って突出し、前記第２起立部は、前記第２基部から前記電解槽の外方向に向って突出することが望ましい。

本発明に係る前記電解槽において、前記第１リブは、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沿ってのびる第１横リブを含み、前記第２リブは、前記横方向に沿ってのびる第２横リブを含むことが望ましい。

本発明に係る前記電解槽において、前記第１横リブ及び第２横リブは、それぞれ複数形成され、前記第１ケース片には、前記外壁面から外方向に***し、隣り合う第１横リブ間をつなぐ第１***部が形成され、前記第２ケース片には、前記外壁面から外方向に***し、隣り合う第２横リブ間をつなぐ第２***部が形成されていることが望ましい。

本発明に係る前記電解槽において、前記第１リブは、前記第１ケース片の外壁面の端縁に沿ってのびる第１端縁リブを含み、前記第２リブは、前記第２ケース片の外壁面の端縁に沿ってのびる第２端縁リブを含むことが望ましい。

本発明に係る前記電解槽において、前記第１横リブの両端は、前記第１端縁リブとつながり、前記第２横リブの両端は、前記第２端縁リブとつながることが望ましい。

本発明に係る前記電解槽において、前記第１起立部は、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沿ってのびる第１横起立部を含み、前記第２起立部は、前記横方向に沿ってのびる第２横起立部を含むことが望ましい。

本発明に係る前記電解槽において、前記第１起立部は、前記第１補強部材の端縁に沿ってのびる第１端縁起立部を含み、前記第２起立部は、前記第２補強部材の端縁に沿ってのびる第２端縁起立部を含むことが望ましい。

本発明に係る前記電解槽において、前記第１補強部材及び第２補強部材は、板金からなることが望ましい。

本発明の第２発明は、前記電解槽を備えたことを特徴とする電解水生成装置である。

本発明の第１発明の電解槽は、第１ケース片の外面には、第１ケース片を補強する第１補強部材が装着され、第２ケース片の外面には、第２ケース片を補強する第２補強部材が装着されている。これにより、電解槽の膨張が抑制されるので、隔膜と各給電体との接触圧力が十分に確保され、隔膜と各給電体との間の接触抵抗が低減される。これに伴い、各給電体に印加する電解電圧を過度に大きくすることなく、十分な電解電流が得られ易くなり、水素ガスの発生効率を容易に高めることが可能となる。

本発明の第２発明の電解水生成装置によれば、上記第１発明と同様に、各給電体に印加する電解電圧を過度に大きくすることなく、十分な電解電流が得られ易くなり、水素ガスの発生効率を容易に高めることが可能となる。

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１の電解槽の組立て斜視図である。 図２の第１ケース片の構成を示す斜視図である。 図２の第２ケース片の構成を示す斜視図である。 図２の第１補強部材の構成を示す斜視図である。 図２の第２補強部材の構成を示す斜視図である。 図２の電解槽の断面図である。 電解槽の変形例を示す断面図である。 電解槽の別の変形例を示す断面図である。 電解槽のさらに別の変形例を示す断面図である。 電解槽のさらに別の変形例を示す断面図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、例えば、浄水カートリッジ（図示せず）に接続され、浄水カートリッジによって浄化された水が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。

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。

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。

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。

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。

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、第１ケース片５０の外面に装着される第１補強部材１１０と、第２ケース片６０の外面に装着される第２補強部材１２０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。

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。

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。

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。端子４１ａには、例えば、封止部材４１ｂ、ブッシュ４１ｃ、ナット４１ｄ、４１ｅを介して端子４１ｆが装着される。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４２ａには、例えば、封止部材４２ｂ、ブッシュ４２ｃ、ナット４２ｄ、４２ｅを介して端子４２ｆが装着される。端子４１ｆ、４２ｆは、図１に示される制御手段６に接続されている。端子４１ａ、４２ａ及び４１ｆ、４２ｆ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。

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。

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。

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、十分な電解電流Ｉによって電解室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。

図２に示されるように、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。

各ケース片５０及び６０は、例えば、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）やＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂によって形成されている。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。

図３（ａ）は、電解室４０側を向く内面側から視た第１ケース片５０の斜視図であり、図３（ｂ）は、外面側から視た第１ケース片５０の斜視図である。一方、図４（ａ）は、電解室４０側を向く内面側から視た第２ケース片６０の斜視図であり、図４（ｂ）は、外面側から視た第２ケース片６０の斜視図である。

図３、４に示されるように、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。

第１ケース片５０の内面には、複数の第１凸状部５３が配設されている。各第１凸状部５３は、電解部５２を縦方向Ｖにのび、縦方向Ｖに垂直な横方向Ｈに並べて配設されている。一方、第２ケース片６０の内面には、複数の第２凸状部６３が配設されている。各第２凸状部６３は、電解部６２を縦方向Ｖにのび、横方向Ｈに並べて配設されている。このような第１凸状部５３及び第２凸状部６３は、電解室４０内を縦方向Ｖに流れる水の移動を阻害しない。

各第１凸状部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凸状部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凸状部５３及び各第２凸状部６３によって、積層体４５は、その両面から挟持される。第１凸状部５３及び第２凸状部６３の形状及び配置は、任意である。例えば、各第１凸状部５３及び各第２凸状部６３は、上記特許文献１の図４に示されるように、積層体を挟んで電解室の横方向に交互に配設されていてもよく、該文献の図８に示されるように、積層体を挟んで対向するように配設されていてもよい。また、第１凸状部５３及び第２凸状部６３は、上記特許文献１の図９及び１０に示される形態であってもよい。

図２に示されるように、各ケース片５０及び６０の外面には、第１補強部材１１０及び第２補強部材１２０が装着されている。本実施形態では、例えば、ステンレス鋼等の金属を板金加工することにより、第１補強部材１１０及び第２補強部材１２０が構成されている。第１補強部材１１０及び第２補強部材１２０は、ねじ９５等を介して、第１ケース片５０及び第２ケース片６０に固着される。第１補強部材１１０には、ねじ９５に対応する雌ねじ１１９が形成されている。これにより、第１ケース片５０と第２ケース片６０との接合にナット等が不要となり、電解槽４の部品点数が削減されると共に、電解槽４の生産性が向上しうる。

第１補強部材１１０は、第１ケース片５０を補強する。第２補強部材１２０は、第２ケース片６０を補強する。第１補強部材１１０及び第２補強部材１２０により、第１ケース片５０及び第２ケース片６０の変形すなわち電解槽４の膨張が抑制されるので、隔膜４３と各給電体４１、４２との接触圧力が十分に確保され、隔膜４３と各給電体４１、４２との間の接触抵抗が低減される。これに伴い、各給電体４１、４２に印加する電解電圧を過度に大きくすることなく、十分な電解電流Ｉが得られ易くなり、水素ガスの発生効率を容易に高めることが可能となる。

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。

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。

図５（ａ）は、第１ケース片５０側を向く内面側から視た第１補強部材１１０の斜視図であり、図５（ｂ）は、外面側から視た第１補強部材１１０の斜視図である。一方、図６（ａ）は、第２ケース片６０側を向く内面側から視た第２補強部材１２０の斜視図であり、図６（ｂ）は、外面側から視た第２補強部材１２０の斜視図である。

図５、６に示されるように、第１補強部材１１０は、第１ケース片５０の外面に沿って形成された第１基部１１１と、第１基部１１１から起立して形成された第１起立部１１２とを含む。第１起立部１１２によって第１補強部材１１０の剛性が高められるので、電解槽４の膨張がより一層抑制され、もって水素ガスの発生効率がさらに向上する。

同様に、第２補強部材１２０は、第２ケース片６０の外面に沿って形成された第２基部１２１と、第２基部１２１から起立して形成された第２起立部１２２とを含む。第２起立部１２２によって第２補強部材１２０の剛性が高められるので、電解槽４の膨張がより一層抑制され、もって水素ガスの発生効率がさらに向上する。

第１起立部１１２は、縦方向Ｖに垂直な横方向Ｈに沿ってのびる第１横起立部１１３と、第１補強部材１１０の端縁に沿ってのびる第１端縁起立部１１４とを含む。同様に、第２起立部１２２は、縦方向Ｖに垂直な横方向Ｈに沿ってのびる第２横起立部１２３と、第２補強部材１２０の端縁に沿ってのびる第２端縁起立部１２４とを含む。このような第１補強部材１１０及び第２補強部材１２０は、金属板をプレス成形することにより容易に形成できる。

例えば、第１横起立部１１３は、第１基部１１１を部分的に切り起こすことにより形成される。これに伴い、第１基部１１１には、貫通孔１１５が開口される。本実施形態では、複数の第１横起立部１１３及び貫通孔１１５が、縦方向Ｖに並べて配設されている。そして、貫通孔１１５の縦方向Ｖの両端に一対の第１横起立部１１３が形成されている。同様に、第２横起立部１２３は、第２基部１２１を部分的に切り起こすことにより形成される。これに伴い、第２基部１２１には、貫通孔１２５が開口される。第２横起立部１２３及び貫通孔１２５の配列については、第１横起立部１１３及び貫通孔１１５と同様である。

第１補強部材１１０には、第１横起立部１１３と、第１端縁起立部１１４とが形成されている形態が望ましいが、第１横起立部１１３及び第１端縁起立部１１４のうち、少なくとも一方が形成されていてもよい。第１横起立部１１３によって、第１補強部材１１０の横方向Ｈすなわち短手方向の曲げ剛性が高められ、電解槽４の膨張がより一層抑制される。第１端縁起立部１１４によって、第１補強部材１１０の端縁近傍の曲げ剛性が高められ、電解槽４の膨張がより一層抑制される。第１横起立部１１３及び第１端縁起立部１１４についても、同様である。

上記第１横起立部１１３に替えて、縦方向Ｖに沿ってのびる第１縦起立部が第１補強部材１１０に形成されていてもよい。この場合、第１補強部材１１０の縦方向Ｖすなわち長手方向の曲げ剛性が高められ、電解槽４の膨張が抑制されうる。同様に、上記第２横起立部１２３に替えて、縦方向Ｖに沿ってのびる第２縦起立部が第２補強部材１２０に形成されていてもよい。

図３に示されるように、第１ケース片５０には、第１リブ５４が形成されている。第１リブ５４は、電解室４０の第１ケース片５０の外壁面５０ａから電解槽４の外方向に突出する。第１リブ５４によって、第１ケース片５０の剛性が高められ、電解槽４の膨張がより一層抑制され、もって水素ガスの発生効率がさらに向上する。

第１リブ５４は、横方向Ｈに沿ってのびる第１横リブ５５と、第１ケース片５０の外壁面５０ａの端縁に沿ってのびる第１端縁リブ５６とを含む。

第１ケース片５０には、第１横リブ５５と、第１端縁リブ５６とが形成されている形態が望ましいが、第１横リブ５５及び第１端縁リブ５６のうち、いずれか一方が形成されていてもよい。第１横リブ５５によって、第１ケース片５０の横方向Ｈすなわち短手方向の曲げ剛性が高められ、電解槽４の膨張がより一層抑制される。第１端縁リブ５６によって、第１ケース片５０の端縁近傍の曲げ剛性が高められ、電解槽４の膨張がより一層抑制される。

本実施形態では、複数の第１横リブ５５は、縦方向Ｖに並べて配設されている。隣り合う第１横リブ５５の間には、第１ケース片５０の外壁面５０ａから***する第１***部５７が形成されている。第１***部５７は、隣り合う第１横リブ５５間をつなぎ、第１ケース片５０の剛性をより一層高める。第１***部５７は、第１端縁リブ５６につながっていてもよい。

本実施形態では、封止部材４６を収容するために第１ケース片５０の内面側に形成されている溝部に対応する箇所に、第１***部５７が形成されている。すなわち、第１***部５７は、第１横リブ５５の横方向の両端部に設けられている。第１***部５７は、第１横リブ５５の横方向の中央部に設けられていてもよい。この場合、第１ケース片５０の横方向の中央部の剛性を効果的に高めることができる。

第１横リブ５５の横方向の両端は、第１端縁リブ５６につながっている。これにより、第１横リブ５５と第１端縁リブ５６とによって連続する閉じた断面が構成され、第１ケース片５０の剛性がより一層高められる。

上記第１横リブ５５に替えて、又は第１横リブ５５に加えて、縦方向Ｖに沿ってのびる第１縦リブが第１ケース片５０の外壁面５０ａに形成されていてもよい。この場合、第１ケース片５０の縦方向Ｖすなわち長手方向の曲げ剛性が高められ、電解槽４の膨張が抑制されうる。

図４に示されるように、第２ケース片６０には、第２リブ６４が形成されている。第２リブ６４は、電解室４０の第２ケース片６０の外壁面６０ａから電解槽４の外方向に突出する。第２リブ６４によって、第２ケース片６０の剛性が高められ、電解槽４の膨張がより一層抑制され、もって水素ガスの発生効率がさらに向上する。

第２リブ６４は、横方向Ｈに沿ってのびる第２横リブ６５と、第２ケース片６０の外壁面６０ａの端縁に沿ってのびる第２端縁リブ６６とを含む。

第２ケース片６０には、第２横リブ６５と、第２端縁リブ６６とが形成されている形態が望ましいが、第２横リブ６５及び第２端縁リブ６６のうち、いずれか一方が形成されていてもよい。第２横リブ６５及び第２端縁リブ６６の作用効果については、第１横リブ５５及び第１端縁リブ５６と同等である。

本実施形態では、複数の第２横リブ６５は、縦方向Ｖに並べて配設されている。隣り合う第２横リブ６５の間には、第２ケース片６０の外壁面６０ａから***する第２***部６７が形成されている。第２***部６７は、隣り合う第２横リブ６５間をつなぎ、第２ケース片６０の剛性をより一層高める。第２***部６７の構成及び作用効果については、第１***部５７と同等である。

第２横リブ６５の横方向の両端は、第２端縁リブ６６につながっている。これにより、第２横リブ６５と第２端縁リブ６６とによって連続する閉じた断面が構成され、第２ケース片６０の剛性がより一層高められる。

上記第２横リブ６５に替えて、又は第２横リブ６５に加えて、縦方向Ｖに沿ってのびる第２縦リブが第２ケース片６０の外壁面６０ａに形成されていてもよい。この場合、第２ケース片６０の縦方向Ｖすなわち長手方向の曲げ剛性が高められ、電解槽４の膨張が抑制されうる。

図７は、縦方向Ｖで切断された電解槽４の断面図である。第１補強部材１１０が第１ケース片５０に装着されると、第１リブ５４の先端部５４ａは、第１基部１１１に内接する。これにより、第１補強部材１１０と第１ケース片５０とが強固に接合されると共に、第１リブ５４と第１基部１１１とによって連続する閉じた断面が構成され、第１リブ５４及び第１補強部材１１０による補強効果がより一層高められる。第２補強部材１２０が第２ケース片６０に装着されると、第２リブ６４の先端部６４ａは、第２基部１２１に内接する。第２リブ６４の先端部６４ａの構成及び作用効果についても、第１リブ５４の先端部５４ａと同様である。

本実施形態では、第１補強部材１１０の第１起立部１１２は、第１基部１１１から電解槽４の内方向に向って突出する。第１補強部材１１０が第１ケース片５０に装着されたとき、第１起立部１１２のうち、第１横起立部１１３は、隣り合う第１横リブ５５の間に位置される。一方、第１端縁起立部１１４は、第１端縁リブ５６の外側に位置される。これにより、電解槽４の厚さを抑制しつつ、電解槽４の膨張を抑制することが可能となる。

同様に、第２補強部材１２０の第２起立部１２２は、第２基部１２１から電解槽４の内方向に向って突出する。これにより、上記第１起立部１１２と同様に、電解槽４の厚さを抑制しつつ、電解槽４の膨張を抑制することが可能となる。

第１リブ５４のうち、第１横リブ５５の側面は、第１横起立部１１３と当接するように構成されていてもよい。また、第１端縁リブ５６の側面は、第１端縁起立部１１４と当接するように構成されていてもよい。これにより、電解槽４の膨張時に、第１リブ５４の側面と第１起立部１１２とが一体的に変形して大きな応力を発生し、電解槽４の膨張を抑制することが可能となる。第２横リブ６５の側面及び第２端縁リブ６６の側面についても、上記第１横リブ５５の側面及び第１端縁リブ５６の側面と同様である。

図３及び７に示されるように、第１ケース片５０には、端子４１ａを第１ケース片５０の外部に突出させるため貫通孔５８が形成されている。貫通孔５８の縦方向Ｖの両側には、一対の第３リブ５９が形成されている。第３リブ５９は、第１横リブ５５と平行に形成されている。

第３リブ５９の高さ、すなわち、第１ケース片５０の外壁面５０ａからの突出し量は、第１リブ５４の高さよりも大きい。このため、第３リブ５９の先端部５９ａは、第１補強部材１１０の貫通孔１１５ａから第１補強部材１１０の外側に突出している。これにより、端子４１ａ、ナット４１ｅ及び端子４２ｆ等と第１補強部材１１０との接触が回避され、両者間での短絡が防止される。

図４及び７に示されるように、第２ケース片６０には、貫通孔６８及び一対の第４リブ６９が形成されている。貫通孔６８及び第４リブ６９の構成及び作用効果については、貫通孔５８及び第３リブ５９と同等である。

以上、本実施形態の電解水生成装置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、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の電解室４０側を向く内面には、陽極給電体４１に当接する複数の第１凸状部５３が配設され、第２ケース片６０の電解室４０側を向く内面には、陰極給電体４２に当接する複数の第２凸状部６３が配設され、第１ケース片５０の外面には、第１ケース片５０を補強する第１補強部材１１０が装着され、第２ケース片６０の外面には、第２ケース片６０を補強する第２補強部材１２０が装着されていればよい。

図８、９、１０及び１１は、電解槽４の変形例を示している。同図に示される変形例のうち、以下で説明されてない部分については、上述した電解槽４の構成が採用されうる。図８（ａ）に示される電解槽４Ａでは、第１ケース片５０Ａ及び第２ケース片６０Ａが、第１補強部材１１０Ａ及び第２補強部材１２０Ａと組み合わせられて適用されている。第１ケース片５０Ａ及び第２ケース片６０Ａでは、第１リブ５４及び第２リブ６４が廃されている。第１補強部材１１０Ａ及び第２補強部材１２０Ａでは、第１起立部１１２、貫通孔１１５及び第２起立部１２２、貫通孔１２５が廃されている。第１ケース片５０Ａ及び第２ケース片６０Ａに替えて、第１ケース片５０及び第２ケース片６０が、第１補強部材１１０Ａ及び第２補強部材１２０Ａと組み合わせられて適用されていてもよい（図示省略）。

図８（ｂ）に示される電解槽４Ｂでは、第１リブ５４及び第２リブ６４が廃された第１ケース片５０Ａ及び第２ケース片６０Ａが、第１補強部材１１０及び第２補強部材１２０と組み合わせて適用されている。第１補強部材１１０は、第１横起立部１１３の先端部が第１ケース片５０Ａに外接するように装着されている。一方、第２補強部材１２０は、第２横起立部１２３の先端部が第２ケース片６０Ａに外接するように装着されている。

図８（ｃ）に示される電解槽４Ｃでは、第１リブ５４及び第２リブ６４が廃された第１ケース片５０Ａ及び第２ケース片６０Ａが、第１補強部材１１０及び第２補強部材１２０と組み合わせて適用されている。電解槽４Ｃでは、電解槽４Ｂと比較すると、第１補強部材１１０及び第２補強部材１２０の装着向きが異なる。すなわち、第１補強部材１１０は、第１基部１１１が第１ケース片５０Ａに外接するように装着されている。これにより、第１補強部材１１０の第１横起立部１１６は、第１基部１１１から電解槽４Ｃの外方向に向って突出する。一方、第２補強部材１２０は、第２基部１２１が第２ケース片６０Ａに外接するように装着されている。これにより、第２補強部材１２０の第２横起立部１２６は、第２基部１２１から電解槽４Ｃの外方向に向って突出する。

図９（ａ）に示される電解槽４Ｄでは、図７等に示される電解槽４と比較すると、第１補強部材１１０及び第２補強部材１２０の装着向きが異なる。すなわち第１補強部材１１０は、第１横起立部１１６が第１基部１１１から電解槽４Ｄの外方向に向って突出する向きに装着される。同様に、第２補強部材１２０は、第２横起立部１２６が第２基部１２１から電解槽４Ｄの外方向に向って突出する向きに装着される。上述した構成の電解槽４Ｄによれば、電解槽４と同等の第１リブ５４、第２リブ６４及び第１横起立部１１６、第２横起立部１２６を用いつつ、電解槽全体での断面二次モーメントを高めることができる。

図９（ｂ）に示される電解槽４Ｅでは、貫通孔１１５の縦方向Ｖの一端に第１横起立部１１３が形成されている第１補強部材１１０Ｅ及び貫通孔１２５の縦方向Ｖの一端に第２横起立部１２３が形成されている第２補強部材１２０Ｅが適用されている。第１補強部材１１０Ｅは、第１ケース片５０に外接するように装着される。第１補強部材１１０Ｅは、第１横起立部１１３が第１基部１１１から電解槽Ｅの内方向に向って突出する向きに装着される。一方、第２補強部材１２０Ｅは、第２ケース片６０に外接するように装着される。第２補強部材１２０Ｅは、第２横起立部１２３が第２基部１２１から電解槽４Ｅの内方向に向って突出する向きに装着される。

図９（ｃ）に示される電解槽４Ｆでは、第１リブ５４及び第２リブ６４が廃された第１ケース片５０Ａ及び第２ケース片６０Ａが、第１補強部材１１０Ｅ及び第２補強部材１２０Ｅと組み合わせて適用されている。第１補強部材１１０Ｅは、第１基部１１１が第１ケース片５０Ａに外接するように装着されている。これにより、第１補強部材１１０Ｅの第１横起立部１１６は、第１基部１１１から電解槽４Ｆの外方向に向って突出する。一方、第２補強部材１２０Ｅは、第２基部１２１が第２ケース片６０Ａに外接するように装着されている。これにより、第２補強部材１２０Ｅの第２横起立部１２６は、第２基部１２１から電解槽４Ｆの外方向に向って突出する。

図１０（ａ）に示される電解槽４Ｇでは、図９（ｂ）に示される電解槽４Ｅと比較すると、第１補強部材１１０Ｅ及び第２補強部材１２０Ｅの装着向きが異なる。すなわち第１補強部材１１０Ｅは、第１横起立部１１６が第１基部１１１から電解槽４Ｇの外方向に向って突出する向きに装着される。同様に、第２補強部材１２０Ｅは、第２横起立部１２６が第２基部１２１から電解槽４Ｇの外方向に向って突出する向きに装着される。

図１０（ｂ）に示される電解槽４Ｈでは、第１ケース片５０及び第２ケース片６０に第１補強部材１１０Ｈ及び第２補強部材１２０Ｈが組み合わせて適用されている。第１補強部材１１０Ｈは、貫通孔１１５の縦方向Ｖの一端に第１横起立部１１３が形成され、他端に第１横起立部１１６が形成されている。第１横起立部１１３は、第１基部１１１から電解槽４Ｈの内方向に向って突出し、第１横起立部１１６は、第１基部１１１から電解槽４Ｈの外方向に向って突出する。同様に、第２補強部材１２０Ｈは、貫通孔１２５の縦方向Ｖの一端に第２横起立部１２３が形成され、他端に第２横起立部１２６が形成されている。第２横起立部１２３は、第２基部１２１から電解槽４Ｈの内方向に向って突出し、第２横起立部１２６は、第２基部１２１から電解槽４Ｈの外方向に向って突出する。

上記電解槽４乃至４Ｈでは、第１ケース片５０に一体に形成された第１補強部材１１０乃至１１０Ｈが装着され、第２ケース片６０に一体に形成された第２補強部材１２０乃至１２０Ｅが装着されている。

図１０（ｃ）に示される電解槽４Ｉでは、第１ケース片５０に複数片に分割された第１補強部材１１０Ｉが装着され、第２ケース片６０に複数片に分割された第２補強部材１２０Ｉが装着されている。各第１補強部材１１０Ｉ及び第２補強部材１２０Ｉは、第１ケース片５０及び第２ケース片６０の外面の全体にわたって配設される形態に限られず、剛性が不足する箇所に限定的に配設されていてもよい。この構成によれば、第１補強部材１１０Ｉの第１基部１１１及び第１起立部１１２の設計自由度が高まり、容易に電解槽４Ｉの剛性を高めることが可能となる。第２補強部材１２０Ｉについても、同様である。

電解槽４Ａ乃至４Ｈの特徴と、電解槽４Ｉの特徴とが、組み合わせられてもよい。すなわち、電解槽４Ａ乃至４Ｈに適用されている第１補強部材１１０、１１０Ａ、１１０Ｅ、１１０Ｈ及び第２補強部材１２０、１２０Ａ、１２０Ｅ、１２０Ｈが複数片に分割されていてもよい。

図１１（ａ）に示される電解槽４Ｊでは、第１ケース片５０及び第２ケース片６０に第１補強部材１１０Ｊ及び第２補強部材１２０Ｊが組み合わせて適用されている。第１補強部材１１０及び第２補強部材１２０と比較すると、第１補強部材１１０Ｊ及び第２補強部材１２０Ｊでは、第１起立部１１２及び第２起立部１２２が廃されている。第１補強部材１１０Ｊは、第１基部１１１に第１リブ５４を挿通させるための貫通孔１１５を有する。第２補強部材１２０Ｊは、第２基部１２１に第２リブ６４を挿通させるための貫通孔１２５を有する。

図１１（ｂ）に示される電解槽４Ｋでは、第１ケース片５０及び第２ケース片６０に第１補強部材１１０Ｋ及び第２補強部材１２０Ｋが組み合わせて適用されている。第１補強部材１１０Ｋは、貫通孔１１５の縦方向Ｖの一端に、第１起立部１１２を有する。第２補強部材１２０Ｋは、貫通孔１２５の縦方向Ｖの一端に、第２起立部１２２を有する。

図１１（ｃ）に示される電解槽４Ｌでは、第１ケース片５０及び第２ケース片６０に第１補強部材１１０Ｌ及び第２補強部材１２０Ｌが組み合わせて適用されている。第１補強部材１１０Ｋは、貫通孔１１５の縦方向Ｖの両端に、第１起立部１１２を有する。第２補強部材１２０Ｋは、貫通孔１２５の縦方向Ｖの両端に、第２起立部１２２を有する。

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凸状部
５４ 第１リブ
６０ 第２ケース片
６３ 第２凸状部
６４ 第２リブ
１１０ 第１補強部材
１１１ 第１基部
１１２ 第１起立部
１２０ 第２補強部材
１２１ 第２基部
１２２ 第２起立部

Claims (15)

1. 電気分解される水が供給される電解室が形成され、
   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によって挟持され、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が装着される電解槽であって、
   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凸状部が配設され、
   前記第２ケース片の前記電解室側を向く内面には、前記陰極給電体に当接する複数の第２凸状部が配設され、
   前記第１ケース片の外面には、前記第１ケース片を補強する第１補強部材が装着され、
   前記第２ケース片の外面には、前記第２ケース片を補強する第２補強部材が装着されていることを特徴とする電解槽。
2. 前記第１補強部材は、前記第１ケース片の外面に沿って形成された第１基部と、前記第１基部から起立して形成された第１起立部とを含み、
   前記第２補強部材は、前記第２ケース片の外面に沿って形成された第２基部と、前記第２基部から起立して形成された第２起立部とを含む請求項１記載の電解槽。
3. 前記第１ケース片には、前記電解室の外壁面から外方向に突出する第１リブが形成され、
   前記第２ケース片には、前記電解室の外壁面から外方向に突出する第２リブが形成されている請求項２記載の電解槽。
4. 前記第１リブの先端部は、前記第１基部と当接し、
   前記第２リブの先端部は、前記第２基部と当接する請求項３記載の電解槽。
5. 前記第１起立部は、前記第１基部から前記電解槽の内方向に向って突出し、
   前記第２起立部は、前記第２基部から前記電解槽の内方向に向って突出する請求項２乃至４のいずれかに記載の電解槽。
6. 前記第１リブの側面は、前記第１起立部と当接し、
   前記第２リブの側面は、前記第２起立部と当接する請求項５記載の電解槽。
7. 前記第１起立部は、前記第１基部から前記電解槽の外方向に向って突出し、
   前記第２起立部は、前記第２基部から前記電解槽の外方向に向って突出する請求項２乃至４のいずれかに記載の電解槽。
8. 前記第１リブは、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沿ってのびる第１横リブを含み、
   前記第２リブは、前記横方向に沿ってのびる第２横リブを含む請求項３乃至７のいずれかに記載の電解槽。
9. 前記第１横リブ及び第２横リブは、それぞれ複数形成され、
   前記第１ケース片には、前記外壁面から外方向に***し、隣り合う第１横リブ間をつなぐ第１***部が形成され、
   前記第２ケース片には、前記外壁面から外方向に***し、隣り合う第２横リブ間をつなぐ第２***部が形成されている請求項８記載の電解槽。
10. 前記第１リブは、前記第１ケース片の外壁面の端縁に沿ってのびる第１端縁リブを含み、
    前記第２リブは、前記第２ケース片の外壁面の端縁に沿ってのびる第２端縁リブを含む請求項８又は９に記載の電解槽。
11. 前記第１横リブの両端は、前記第１端縁リブとつながり、
    前記第２横リブの両端は、前記第２端縁リブとつながる請求項１０記載の電解槽。
12. 前記第１起立部は、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沿ってのびる第１横起立部を含み、
    前記第２起立部は、前記横方向に沿ってのびる第２横起立部を含む請求項２乃至１１のいずれかに記載の電解槽。
13. 前記第１起立部は、前記第１補強部材の端縁に沿ってのびる第１端縁起立部を含み、
    前記第２起立部は、前記第２補強部材の端縁に沿ってのびる第２端縁起立部を含む請求項２乃至１２のいずれかに記載の電解槽。
14. 前記第１補強部材及び第２補強部材は、板金からなる請求項１乃至１３のいずれかに記載の電解槽。
15. 請求項１乃至１４のいずれかに記載の前記電解槽を備えたことを特徴とする電解水生成装置。

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