CN115335551A - 碱性水电解槽 - Google Patents

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CN115335551A CN202180021700.7A CN202180021700A CN115335551A CN 115335551 A CN115335551 A CN 115335551A CN 202180021700 A CN202180021700 A CN 202180021700A CN 115335551 A CN115335551 A CN 115335551A
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Abstract

一种碱性水电解槽，包含：阳极侧框体，其划定阳极室；阴极侧框体，其划定阴极室；离子透过性的隔膜，其配置于阳极侧框体与阴极侧框体之间，划分阳极室与阴极室；垫片，其被阳极侧框体和阴极侧框体夹持，保持隔膜的周缘部；阳极，其不保持于垫片地配置于阳极室内部；阴极，其不保持于垫片地配置于阴极室内部；以及第1弹性体，其配置于阳极室内部并且具有导电性，阳极是具有挠性的第1多孔板，阳极配置于隔膜与第1弹性体之间，被第1弹性体朝向阴极按压。

Description

碱性水电解槽
技术领域
本发明涉及碱性水电解用的电解槽。
背景技术
作为氢气和氧气的制造方法，已知有碱性水电解法。在碱性水电解法中，通过将溶解了碱金属氢氧化物(例如NaOH、KOH等。)的碱性的水溶液(碱性水)作为电解液使用来对水进行电解，从而从阴极产生氢气，从阳极产生氧气。作为碱性水电解用的电解槽，已知有如下电解槽，该电解槽具备由离子透过性的隔膜划分的阳极室和阴极室，分别在阳极室配置有阳极，在阴极室配置有阴极。而且，为了降低能量损失，提出了一种具有阳极和阴极以分别与隔膜直接接触的方式保持的、零间隙构造的电解槽(零间隙型电解槽)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-262387号公报
专利文献2：日本特开2013-104090号公报
专利文献3：日本特开2013-108150号公报
专利文献4：国际公开2018/139616号
专利文献5：日本特开2015-117407号公报
专利文献6：国际公开2013/191140号
专利文献7：日本专利第4453973号公报
专利文献8：日本专利第6093351号公报
专利文献9：日本特开2015-117417号公报
专利文献10：国际公开2019/111832号
发明内容
发明要解决的问题
图1是示意性地说明一个实施方式的以往的零间隙型碱性水电解槽900的局部剖视图。零间隙型电解槽900具备：极室单元910、910、…，其具备隔开阳极室A与阴极室C的导电性的分隔壁911和凸缘部912；离子透过性的隔膜920，其配置于相邻的极室单元910、910之间；垫片930、930，其配置于隔膜920与极室单元910的凸缘部912之间，并且夹着隔膜920的周缘部；刚性的阳极940，其保持于从一个极室单元的分隔壁911立起设置的导电性肋913、913、…；以及柔软的阴极970，其保持于集电体950和与该集电体950接触地配置的导电性的弹性体960，该集电体950保持于从另一个极室单元的分隔壁911立起设置的导电性肋914、914、…。阴极970的周缘部和导电性的弹性体960的周缘部固定于集电体950的周缘部。在零间隙型电解槽900中，通过导电性的弹性体960将柔软的阴极970朝向隔膜920和阳极940按压，从而将隔膜920夹入相邻的阴极970和阳极940之间。其结果为，隔膜920与阳极940以及隔膜920与阴极970直接接触(即零间隙)，因此阳极940与阴极970之间的溶液电阻降低，因此能量损失降低。
在以往的零间隙型碱性水电解槽900中，导电性的弹性体960将柔软的阴极970朝向隔膜920和刚性的阳极940按压，刚性的阳极940被焊接于导电性肋913，并且导电性肋913被焊接于分隔壁911。该构造在大多将产生氢气的阴极室侧的压力维持得比产生氧气的阳极室侧的压力高的碱性水电解工艺中可以说是合理的。即，作为碱性水电解槽的离子透过性的隔膜920，通常代替在碱金属盐的电解槽中使用的高价的离子交换膜而使用廉价的多孔质膜。与离子交换膜不同，作为多孔质膜的隔膜920对于气体也具有某种程度的透过性。因此，从提高从阴极室回收的氢气的纯度的观点来看，将产生氢气的阴极室内的压力维持得比产生氧气的阳极室内的压力高来进行电解是有利的。当阴极室内的压力比阳极室内的压力高时，隔膜920由于两极室间的压力差(压差)被朝向阳极940按压。像上述碱性水电解槽900中那样，在导电性的弹性体960将柔软的阴极970朝向刚性的阳极940按压的构造中，导电性的弹性体960按压阴极970的方向是与两极室间的压差按压隔膜920的力相同的方向，因此即使导电性的弹性体960的反作用力低，也能够稳定地维持零间隙状态。这对于延长弹性体960的更新间隔和降低由运转中的压力变动引起的隔膜10的磨损方面也可以说是有利的。
然而，在碱性水电解槽的阳极940产生氧气，因此结合电子从阳极940流出，阳极940被置于氧化的条件下。阳极940通常具备导电性的基材、负载于该基材的表面的催化剂。在像上述那样置于氧化的条件下的阳极940中，容易引起催化剂、导电性基材的离子化或氧化，因此催化剂容易从电极表面脱落，其结果为，阳极940有比阴极970更早到达使用寿命的倾向。寿命到期的阳极940需要更换为新的阳极。为了在电解槽900中更换阳极940，需要(1)将阳极940从导电性肋913(例如通过熔切等)机械地分离，(2)在进行了将导电性肋913的端部的高度(例如通过磨削等)对齐的调整后，(3)将新的阳极940焊接于导电性肋913。在进行这样的更换作业时需要专用的设备，因此难以在设置和运用电解槽的现场进行阳极940的更换作业。因此，阳极940的寿命到期的极室单元910被送到能够进行阳极940的更换作业的工厂，在该工厂进行阳极940的更换作业后，完成了阳极940的更换作业的极室单元910保持该状态，或以进一步安装有弹性体960和阴极970的状态，被从工厂送返至电解槽的设置运用地。这样，在以往的零间隙型碱性水电解槽中，阳极的更新作业需要高额的费用。
这样，刚性的阳极一般通过焊接等固定于导电性肋，因此在阳极的更换中需要劳力和费用。从容易拆装阳极的观点来看，虽然也能够设为不具备导电性肋的电解槽，但导电性肋不仅起到将电极与分隔壁电连接的作用，还起到在极室内确保用于供极液和气体流通的空间的其他重要的作用。特别地，在零间隙型电解槽中，在电极产生的气体无法向电极的隔膜侧逸出，因此会向电极的分隔壁侧逸出。通过将能够供在电极产生的气体逸出的、具有某种程度的大小的空间设于电极(以及导电性的弹性体，如果有的话)的背后(即分隔壁侧)，能够缩短在电极产生的气体在电极附近滞留的时间，因此能够降低气体电阻并且降低电解电压。因此，在阳极室设置导电性肋从降低能量损失的观点来看也很重要。
本发明的课题在于，提供一种能够容易地进行阳极的更换的零间隙型碱性水电解槽，特别是在阳极室内设有导电性肋的情况下也能够容易地进行阳极的更换的零间隙型碱性水电解槽。
用于解决问题的方案
本发明包含以下[1]～[9]的技术方案。
[1]一种碱性水电解槽，其包含：
阳极侧框体，其划定阳极室；
阴极侧框体，其划定阴极室；
离子透过性的隔膜，其配置于所述阳极侧框体与所述阴极侧框体之间，划分所述阳极室与所述阴极室；
垫片，其被所述阳极侧框体和所述阴极侧框体夹持，该垫片保持所述隔膜的周缘部；
阳极，其不保持于所述垫片地配置于所述阳极室内部；
阴极，其不保持于所述垫片地配置于所述阴极室内部；以及
第1弹性体，其配置于所述阳极室内部并且具有导电性，
所述阳极是具有挠性的第1多孔板，
所述阳极配置于所述隔膜与所述第1弹性体之间，所述阳极被所述第1弹性体朝向所述阴极按压。
[2]根据[1]所述的碱性水电解槽，其中，
所述阳极室包含：
至少一个第1导电性肋，其从所述阳极侧框体的内壁突出地设置；以及
导电性的第1集电体，其保持于所述第1导电性肋，
所述第1弹性体支承于所述第1集电体。
[3]根据[1]或[2]所述的碱性水电解槽，其中，
该碱性水电解槽还包含第1刚体集电体，该第1刚体集电体与所述阳极接触地配置并且具有导电性，
所述第1刚体集电体配置于所述阳极与所述第1弹性体之间，
所述阳极由所述第1刚体集电体支承。
[4]根据[1]～[3]中任一项所述的碱性水电解槽，其中，
所述阴极是刚体多孔板。
[5]根据[4]所述的碱性水电解槽，其中，
所述阴极室包含从所述阴极侧框体的内壁突出地设置的至少一个第2导电性肋，
所述阴极保持于所述第2导电性肋。
[6]根据[1]～[3]中任一项所述的碱性水电解槽，其中，
该碱性水电解槽还包含第2弹性体，该第2弹性体配置于所述阴极室内部并且具有导电性，
所述阴极是具有挠性的第2多孔板，
所述阴极配置于所述隔膜与所述第2弹性体之间，所述阴极被所述第2弹性体朝向所述阳极按压。
[7]根据[6]所述的碱性水电解槽，其中，
所述阴极室包含：
至少一个第2导电性肋，其从所述阴极侧框体的内壁突出地设置；以及
导电性的第2集电体，其保持于所述第2导电性肋，
所述第2弹性体支承于所述第2集电体。
[8]根据[6]或[7]所述的碱性水电解槽，其中，
该碱性水电解槽还包含第2刚体集电体，该第2刚体集电体与所述阴极接触地配置并且具有导电性，
所述第2刚体集电体配置于所述阴极与所述第2弹性体之间，
所述阴极由所述第2刚体集电体支承。
[9]一种碱性水电解槽的电极更换方法，其是在[1]～[8]中任一项所述的碱性水电解槽中更换所述阳极的方法，在该碱性水电解槽的电极更换方法中包含：
将所述阳极侧框体从所述垫片分离；
将所述隔膜从所述阳极分离；
将所述阳极从所述阳极室拆下；以及
代替所述阳极而使用新的阳极来组装所述碱性水电解槽。
发明的效果
利用本发明的碱性水电解槽，具有挠性的阳极被导电性的弹性体朝向阴极按压，由此实现零间隙构造。因此，利用本发明的碱性水电解槽，能够容易地进行阳极的更换，特别是在阳极室内设有导电性肋的情况下，也能够容易地进行阳极的更换。
附图说明
图1是示意性地说明一个实施方式的以往的零间隙型电解槽900的剖视图。
图2是示意性地说明本发明的一个实施方式的碱性水电解槽100的剖视图。
图3是示意性地说明本发明的另一个实施方式的碱性水电解槽200的剖视图。
图4是示意性地说明本发明的另一个实施方式的碱性水电解槽300的剖视图。
图5是示意性地说明本发明的另一个实施方式的碱性水电解槽400的剖视图。
图6是示意性地说明本发明的另一个实施方式的碱性水电解槽500的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。不过，本发明并不限定于这些方式。此外，附图反映的未必是准确的尺寸。另外，在附图中，有时会省略一部分附图标记。在本说明书中，有关数值A和B，只要未特别说明，“A～B”这样的表达就意为“大于等于A且小于等于B”。在该表达中仅对数值B附带单位的情况下，该单位也被应用于数值A。另外，有关“或”、“或者”这些用词，只要未特别说明，就意为逻辑或。另外，有关要素E1和E2，“E1和/或E2”这样的表达意为“E1或E2、或者它们的组合”，有关要素E1、…、EN(N是3以上的整数)，“E1、…、EN-1、和/或EN”这样的表达意为“E1、…、EN-1、或EN、或者它们的组合”。
图2是示意性地说明一个实施方式的碱性水电解槽100(以下有时称为“电解槽100”。)的剖视图。如图2所示，电解槽100具备：导电性的阳极侧框体51，其划定阳极室A；导电性的阴极侧框体52，其划定阴极室C；离子透过性的隔膜10，其配置于阳极侧框体51与阴极侧框体52之间，划分阳极室A与阴极室C；垫片30、30(以下有时仅称为“垫片30”。)，其被阳极侧框体51和阴极侧框体52夹持，保持隔膜10的周缘部；阳极40，其不保持于垫片30地配置于阳极室A内部；以及阴极21，其不保持于垫片30地配置于阴极室C内部。在电解槽100中，阳极40是具有挠性的多孔板(第1多孔板)，阴极21是刚体多孔板(第2多孔板)。电解槽100还具备：至少一个导电性肋(第1导电性肋)61、61、…(以下有时称为“导电性肋61”。)，其以从阳极侧框体51的内壁突出的方式设置；集电体(第1集电体)71，其保持于导电性肋61；以及弹性体(第1弹性体)81，其保持于集电体71并且具有导电性，阳极40被弹性体81朝向阴极21按压。电解槽100还具备以从阴极侧框体52的内壁突出的方式设置的至少一个导电性肋(第2导电性肋)62、62、…(以下有时称为“导电性肋62”。)，阴极21保持于导电性肋62。
作为阳极侧框体51和阴极侧框体52，只要能够分别划定阳极室A和阴极室C，则能够没有特别限制地使用在碱性水电解槽中使用的公知的框体。阳极侧框体51具有导电性的分隔壁51a和与分隔壁51a的整个周缘部水密地结合的凸缘部51b。同样地，阴极侧框体52也具有导电性的分隔壁52a和与分隔壁52a的整个周缘部水密地结合的凸缘部52b。分隔壁51a、52a划分相邻的电解单元彼此，且将相邻的电解单元彼此串联地电连接。凸缘部51b与分隔壁51a、隔膜10以及垫片30一起划定阳极室A，凸缘部52b与分隔壁52a、隔膜10以及垫片30一起划定阴极室C。凸缘部51b、52b具有与垫片30对应的形状。即，当用阳极侧框体51与阴极侧框体52夹持垫片30时，阳极侧框体51的凸缘部51b和阴极侧框体52的凸缘部52b分别与垫片30、30无间隙地接触。此外，虽然在图2中未示出，但凸缘部51b具备向阳极室A供给阳极液的阳极液供给流路和从阳极液A回收阳极液和在阳极产生的气体的阳极液回收流路。另外，凸缘部52b具备向阴极室C供给阴极液的阴极液供给流路和从阴极室C回收阴极液和在阴极产生的气体的阴极液回收流路。作为分隔壁51a、52a的材质，能够没有特别限制地使用具有耐碱性的刚性的导电性材料，作为像那样的材料的例子，能够列举出镍、铁等单质金属；SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等不锈钢；以及对它们实施了镀镍的金属材料。作为凸缘部51b、52b的材质，能够没有特别限制地使用具有耐碱性的刚性的材料，作为像那样的材料的例子，能够列举出镍、铁等单质金属；SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等不锈钢；及对它们实施了镀镍的金属材料；以及强化塑料等非金属材料。阳极侧框体51的分隔壁51a与凸缘部51b可以通过焊接、粘接等接合，也可以由相同的材料一体地形成。同样地，阴极侧框体52的分隔壁52a与凸缘部52b可以通过焊接、粘接等接合，也可以由相同的材料一体地形成。另外，在图2中仅示出单一的电解单元(电解槽100)，但也可以是，阳极侧框体51的凸缘部51b还向分隔壁51a的相反侧(图2中的纸面右侧)延伸，与分隔壁51a一起划定相邻的电解单元的阴极室，另外，也可以是，阴极侧框体52的凸缘部52b还向分隔壁52a的相反侧(图2中的纸面左侧)延伸，与分隔壁52a一起划定相邻的电解单元的阳极室。
作为隔膜10，能够没有特别限制地使用在碱性水电解用的零间隙型电解槽中使用的公知的离子透过性的隔膜。期望隔膜10其气体透过性较低，导电率较小，强度较高。作为隔膜10的例子，能够列举出由石棉和/或改性石棉构成的多孔质膜、使用聚砜类聚合物的多孔质隔膜、使用聚苯硫醚纤维的布、氟类多孔质膜、使用包含无机类材料和有机类材料这两者的混合材料的多孔质膜等多孔质隔膜。另外，除了这些多孔质隔膜以外，也能够将氟类离子交换膜等离子交换膜作为隔膜10来使用。
作为垫片30，能够没有特别限制地使用能够在碱性水电解用的电解槽中使用的、具有电绝缘性的垫片。在图2中表示垫片30的截面。垫片30具有平坦的形状，夹持隔膜10的周缘部，另一方面，垫片30被夹持于阳极侧框体51的凸缘部51b与阴极侧框体52的凸缘部52b之间。垫片30优选为由具有耐碱性的弹性体形成。作为垫片30的材料的例子，能够列举出天然橡胶(NR)、丁苯橡胶(SBR)、氯丁橡胶(CR)、丁二烯橡胶(BR)、丙烯腈-丁二烯橡胶(NBR)、硅橡胶(SR)、乙烯-丙烯橡胶(EPT)、乙烯-丙烯-二烯橡胶(EPDM)、氟橡胶(FR)、异丁烯-异戊二烯橡胶(IIR)、聚氨酯橡胶(UR)、氯磺化聚乙烯橡胶(CSM)等弹性体。另外，在使用不具有耐碱性的垫片材料的情况下，也可以通过覆盖等在该垫片材料的表面设置具有耐碱性的材料的层等。
作为第1导电性肋61和第2导电性肋62，能够没有特别限制地使用在碱性水电解槽中使用的公知的导电性肋。在电解槽100中，第1导电性肋61从阳极侧框体51的分隔壁51a立起设置，第2导电性肋62从阴极侧框体52的分隔壁52a立起设置。只要第1导电性肋61能够将第1集电体71相对于阳极侧框体51固定和保持，则第1导电性肋61的形状、数量以及配置没有特别限制。另外，只要第2导电性肋62能够将阴极21相对于阴极侧框体52固定和保持，则第2导电性肋62的形状、数量以及配置也没有特别限制。作为第1导电性肋61和第2导电性肋62的材质，能够没有特别限制地使用具有耐碱性的刚性的导电性材料，作为像那样的材料的例子，能够列举出镍、铁等单质金属；SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等不锈钢；对它们实施了镀镍的金属等材料。
作为集电体(第1集电体)71，能够没有特别限制地使用在碱性水电解槽中使用的公知的集电体，例如能够优选采用由具有耐碱性的刚性的导电性材料构成的、多孔金属网、穿孔金属、网状体等。作为集电体71的材料的例子，能够列举出镍、铁等单质金属；SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等不锈钢；对它们实施了镀镍的金属等。在将集电体71保持于导电性肋61时，能够没有特别限制地采用焊接、销固定等公知的方法。
作为弹性体(第1弹性体)81，能够没有特别限制地使用在碱性水电解槽中使用的公知的导电性弹性体，例如能够优选采用由用具有耐碱性的导电性材料制成的金属线的集合体构成的弹性垫、螺旋弹簧、板簧等。作为集电体81的材料的例子，能够列举出镍、铁等单质金属；SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等不锈钢；对它们实施了镀镍的金属等。在将弹性体81保持于集电体71时，能够没有特别限制地采用焊接、销固定等公知的方法。
阳极40是产生氧用的阳极。阳极40通常具备导电性基材和覆盖该基材的表面的催化剂层。催化剂层优选为多孔质。作为阳极40的导电性基材，例如能够使用镍、铁、钒、钼、铜、银、锰、铂族元素、石墨、或铬、或者它们的组合。在阳极40中能够优选使用由镍构成的导电性基材。催化剂层作为元素而包含镍。催化剂层优选为包含氧化镍、金属镍、或氢氧化镍、或者它们的组合，也可以包含镍与其他一种以上的金属的合金。催化剂层特别优选为由金属镍构成。此外，催化剂层也可以还包含铬、钼、钴、钽、锆、铝、锌、铂族元素、或稀土元素、或者它们的组合。也可以在催化剂层的表面进一步负载有铑、钯、铱、或钌、或者它们的组合作为追加的催化剂。
阳极40是具有挠性的多孔板(第1多孔板)。作为是具有挠性的多孔板的阳极40，能够使用具备具有挠性的导电性基材(例如由金属线织成(或编成)的金属网、薄的穿孔金属等。)和上述催化剂层的多孔板。作为具有挠性的多孔板的阳极40的一个孔的面积优选为0.05～2.0mm2，更优选为0.1～0.5mm2。作为具有挠性的多孔板的阳极40的开孔率相对于通电面的面积而言优选为20％以上，更优选为20～50％。作为具有挠性的多孔板即阳极40的弯曲柔软度优选为0.05mm/g以上，更优选为0.1～0.8mm/g。此外，在本说明书中，弯曲柔软度是指将纵10mm×横10mm的正方形状的试样以成为水平的方式固定一边，对与该被固定的一边相对的另一边向下施加一定的负荷时的该另一边(试样顶端)的挠曲幅度(mm)除以负荷(g)而得到的值。即，弯曲柔软度是表示与弯曲刚性相反的性质的参数。弯曲柔软度能够根据多孔板的材质和厚度等来调整，对于金属网还能够根据构成金属网的金属线的织法(或编法)来调整。
阳极40的周缘部保持于集电体71、弹性体81和/或阳极侧框体51的凸缘部51b。在将阳极40的周缘部保持于集电体71、弹性体81和/或阳极侧框体51的凸缘部51b时，能够没有特别限制地采用焊接、销固定、螺栓固定、向集电体71的折入(即，将通过弯折阳极40的周缘部而形成的谷部挂在集电体71的周缘部)等公知的方法。
阴极21是产生氢用的阴极。阴极21通常具备导电性基材和覆盖该基材的表面的催化剂层。作为阴极21的导电性基材，例如，能够优选采用镍、镍合金、不锈钢、软钢、镍合金、或对不锈钢或软钢的表面实施了镀镍的基材。作为阴极20的催化剂层，能够优选采用贵金属氧化物、镍、钴、钼、或锰、或它们的氧化物、或由贵金属氧化物构成的涂层。
阴极21是刚体多孔板。作为是刚体多孔板的阴极21，能够使用具备具有刚性的导电性基材(例如多孔金属网等。)和上述催化剂层的多孔板。在将阴极21保持于导电性肋62时，能够没有特别限制地采用焊接、销固定、螺栓固定等公知的方法。
在电解槽100中，阳极40配置于隔膜10与第1弹性体81之间，并且被第1弹性体81朝向阴极21按压，由此实现零间隙构造。在电解槽100中，在将寿命到期的阳极40更换为新的阳极40的作业中，包含：(1)将阳极侧框体51从垫片30分离；(2)将隔膜10从阳极40分离；(3)将阳极40从阳极室A拆下；以及(4)代替拆下的阳极40而使用新的阳极40来组装电解槽100。在电解槽100中，上述(3)中的拆下阳极40和上述(4)中的组装新的阳极40是容易的。另外，在组装好的电解槽100中，阳极40的位置利用第1弹性体81而自动地进行调整，因此在组装新的阳极40时，不需要像以往的零间隙型碱性水电解槽中那样的繁杂的作业(例如通过磨削等将导电性肋913的端部的高度对齐的作业(参照图1)。)。因此，利用电解槽100，能够容易地进行阳极40的更换。
在关于本发明的上述说明中，举出作为刚体多孔板的阴极21被导电性肋62保持的方式的碱性水电解槽100作为例子，但本发明不限定于该方式。例如，也能够是作为刚体多孔板的阴极被具有导电性的第2弹性体朝向阳极按压的方式的碱性水电解槽。图3是示意性地说明像那样的另一个实施方式的碱性水电解槽200(以下有时称为“电解槽200”。)的剖视图。在图3中，有时对与已经在图2中表示的要素相同的要素标注与图2中的附图标记相同的附图标记并省略说明。如图3所示，电解槽200具备：导电性的阳极侧框体51，其划定阳极室A；导电性的阴极侧框体52，其划定阴极室C；离子透过性的隔膜10，其配置于阳极侧框体51与阴极侧框体52之间，划分阳极室A与阴极室C；垫片30、30，其被阳极侧框体51和阴极侧框体52夹持，保持隔膜10的周缘部；阳极40，其不保持于垫片30地配置于阳极室A内部；以及阴极20，其不保持于垫片30地配置于阴极室C内部。在电解槽200中，阳极40是具有挠性的第1多孔板，阴极20是具有挠性的第2多孔板。电解槽200还具备：至少一个导电性肋(第1导电性肋)61，其以从阳极侧框体51的内壁突出的方式设置；集电体(第1集电体)71，其保持于导电性肋61；以及弹性体(第1弹性体)81，其保持于集电体71并且具有导电性，阳极40被弹性体81朝向阴极20按压。电解槽200还具备：导电性肋(第2导电性肋)62，其以从阴极侧框体52的内壁突出的方式设置；集电体(第2集电体)72，其保持于导电性肋62；以及弹性体(第2弹性体)82，其保持于集电体72并且具有导电性，阴极20被弹性体82朝向阳极40按压。
在电解槽200中，作为第2导电性肋62，能够使用与关联于电解槽100(图2)的上述说明的第2导电性肋62相同的导电性肋。在电解槽200中，第2导电性肋62从阴极侧框体的分隔壁52a立起设置。只要第2导电性肋62能够将第2集电体72相对于阴极侧框体52固定和保持，则第2导电性肋62的形状、数量以及配置没有特别限制。
在电解槽200中，阳极40的周缘部保持于集电体71、弹性体81和/或阳极侧框体51的凸缘部51b。在将阳极40的周缘部保持于集电体71、弹性体81和/或阳极侧框体51的凸缘部51b时，能够没有特别限制地采用焊接、销固定、螺栓固定、向集电体71的折入(即，将通过弯折阳极40的周缘部而形成的谷部挂在集电体71的周缘部)等公知的方法。
阴极20是具有挠性的多孔板(第2多孔板)，在这一点上与阴极21(参照图2。)不同。作为是具有挠性的多孔板的阴极20，能够使用具备具有挠性的导电性基材(例如由金属线织成(或编成)的金属网、薄的穿孔金属等。)和上述催化剂层的多孔板。作为具有挠性的多孔板的阴极20的一个孔的面积优选为0.05～2.0mm2，更优选为0.1～0.5mm2。作为具有挠性的多孔板的阴极20的开孔率相对于通电面的面积而言优选为20％以上，更优选为20～50％。作为具有挠性的多孔板的阴极20的弯曲柔软度优选为0.05mm/g以上，更优选为0.1～0.8mm/g。
在电解槽200中，阴极20的周缘部保持于集电体72、弹性体82和/或阴极侧框体52的凸缘部52b。在将阴极20的周缘部保持于集电体72、弹性体82和/或阴极侧框体52的凸缘部52b时，能够没有特别限制地采用焊接、销固定、螺栓固定、向集电体72的折入(即，将通过弯折阴极20的周缘部而形成的谷部挂在集电体72的周缘部)等公知的方法。
作为集电体(第2集电体)72，能够没有特别限制地使用在碱性水电解槽中使用的公知的集电体，例如能够优选采用由具有耐碱性的刚性的导电性材料构成的多孔金属网、穿孔金属等。作为集电体72的材料的例子，能够列举出镍、铁等单质金属；SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等不锈钢；以及对它们实施了镀镍的金属等。在将集电体72保持于导电性肋62时，能够没有特别限制地采用焊接、销固定等公知的方法。
作为弹性体(第2弹性体)82，能够没有特别限制地使用在碱性水电解槽中使用的公知的导电性弹性体，例如能够优选采用由用具有耐碱性的导电性材料制成的金属线的集合体构成的弹性垫、螺旋弹簧、板簧等。作为弹性体82的材料的例子，能够列举出镍、铁等单质金属；SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等不锈钢；对它们实施了镀镍的金属等。在将弹性体82保持于集电体72时，能够没有特别限制地采用焊接、销固定、螺栓固定等公知的方法。
在电解槽200中，阳极40配置于隔膜10与第1弹性体81之间，被第1弹性体81朝向阴极20按压，并且，阴极20配置于隔膜10与第2弹性体82之间，被第2弹性体82朝向阳极40按压，由此实现零间隙构造。在电解槽200中，在将寿命到期的阳极40更换为新的阳极40的作业中，包含：(1)将阳极侧框体51从垫片30分离；(2)将隔膜10从阳极40分离；(3)将阳极40从阳极室A拆下；以及(4)代替拆下的阳极40而使用新的阳极40来组装电解槽200。在电解槽200中，上述(3)中的拆下阳极40和上述(4)中的组装新的阳极40是容易的。另外，在组装好的电解槽200中，阳极40和阴极20的位置利用第1弹性体81和第2弹性体82而自动地进行调整，因此在组装新的阳极40时，不需要像以往的零间隙型碱性水电解槽中那样的繁杂的作业(例如通过磨削等将导电性肋913的端部的高度对齐的作业(参照图1)。)。因此，在电解槽200中也能够容易地进行阳极40的更换。
在关于本发明的上述说明中，举出阳极40与第1弹性体81直接接触，第1弹性体81直接将阳极40朝向阴极(20、21)按压的方式的碱性水电解槽100和200作为例子，但本发明不限定于该方式。例如，也能够是还具备配置于阳极与第1弹性体之间的、具有导电性的刚体集电体的方式的碱性水电解槽。图4是示意性地说明像那样的另一个实施方式的碱性水电解槽300(以下有时称为“电解槽300”。)的剖视图。在图4中，有时对已经在图2～图3中表示的要素标注与图2～图3中的附图标记相同的附图标记并省略说明。如图4所示，电解槽300具备：导电性的阳极侧框体51，其划定阳极室A；导电性的阴极侧框体52，其划定阴极室C；离子透过性的隔膜10，其配置于阳极侧框体51与阴极侧框体52之间，划分阳极室A与阴极室C；垫片30、30，其被阳极侧框体51和阴极侧框体52夹持，保持隔膜10的周缘部；阳极40，其不保持于垫片30地配置于阳极室A内部；以及阴极20，其不保持于垫片30地配置于阴极室C内部。在电解槽300中，阳极40是具有挠性的第1多孔板，阴极20是具有挠性的第2多孔板。电解槽300还具备：至少一个导电性肋(第1导电性肋)61，其以从阳极侧框体51的内壁突出的方式设置；集电体(第1集电体)71，其保持于导电性肋61；弹性体(第1弹性体)81，其保持于集电体71并且具有导电性；以及刚体集电体91，其配置于弹性体81与阳极40之间并且具有导电性，阳极40被弹性体81隔着刚体集电体91朝向阴极20按压。即，在电解槽300中，刚体集电体91以在刚体集电体91与隔膜10之间夹着阳极40的方式配置，阳极40由刚体集电体91支承。电解槽300还具备：至少一个导电性肋(第2导电性肋)62，其以从阴极侧框体52的内壁突出的方式设置；集电体(第2集电体)72，其保持于导电性肋62；以及弹性体(第2弹性体)82，其保持于集电体72并且具有导电性，阴极20被弹性体82朝向阳极40按压。
作为刚体集电体91，能够使用具有导电性的刚性的集电体，例如能够优选采用由具有耐碱性的刚性的导电性材料构成的、多孔金属网、穿孔金属等。作为刚体集电体91的材料的例子，能够列举出镍、铁等单质金属；SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等不锈钢；对它们实施了镀镍的金属等。刚体集电体91可以保持于弹性体81，也可以不保持于弹性体81。在将刚体集电体91保持于弹性体81的情况下，能够没有特别限制地采用焊接、销固定、螺栓固定等公知的手段。
在电解槽300中，阳极40的周缘部保持于刚体集电体91、集电体71、弹性体81和/或阳极侧框体51的凸缘部51b，优选为保持于刚体集电体91。在将阳极40的周缘部保持于刚体集电体91、集电体71、弹性体81和/或阳极侧框体51的凸缘部51b时，能够没有特别限制地采用焊接、销固定、螺栓固定、向刚体集电体91或集电体71的折入(即，将通过弯折阳极40的周缘部而形成的谷部挂在刚体集电体91的周缘部或集电体71的周缘部)等公知的方法。
在电解槽300中，阴极20的周缘部保持于集电体72、弹性体82和/或阴极侧框体52的凸缘部52b。在将阴极20的周缘部保持于集电体72、弹性体82和/或阴极侧框体52的凸缘部52b时，能够没有特别限制地采用焊接、销固定、螺栓固定、向集电体72的折入(即，将通过弯折阴极20的周缘部而形成的谷部挂在集电体72的周缘部)等公知的方法。
在电解槽300中，隔膜10、阳极40、刚体集电体91以及第1弹性体81按该顺序配置(即阳极40配置于隔膜10与第1弹性体81之间且刚体集电体91配置于阳极40与第1弹性体81之间)，阳极40被第1弹性体81隔着刚体集电体91朝向阴极20(即朝向隔膜10)按压，并且，隔膜10、阴极20以及第2弹性体82按该顺序配置(即阴极20配置于隔膜10与第2弹性体82之间)，阴极20被第2弹性体82朝向阳极40(即朝向隔膜10)按压，由此实现零间隙构造。在电解槽300中，在将寿命到期的阳极40更换为新的阳极40的作业中，包含：(1)将阳极侧框体51从垫片30分离；(2)将隔膜10从阳极40分离；(3)将阳极40从阳极室A拆下；以及(4)代替拆下的阳极40而使用新的阳极40来组装电解槽300。在电解槽300中，上述(3)中的拆下阳极40和上述(4)中的组装新的阳极40是容易的。特别地，在阳极40的周缘部保持于刚体集电体91的情况下，阳极40的拆下只要解除阳极40与刚体集电体91的连结即可，阳极40的组装只要将阳极40固定于刚体集电体91即可。另外，在组装好的电解槽300中，阳极40和阴极20的位置利用第1弹性体81和第2弹性体82而自动地进行调整，因此在组装新的阳极40时，不需要像以往的零间隙型碱性水电解槽中那样的繁杂的作业(例如通过磨削等将导电性肋913的端部的高度对齐的作业(参照图1)。)。因此，在电解槽300中也能够容易地进行阳极40的更换。另外，电解槽300在阳极40与第1弹性体81之间具备刚体集电体91，因此能够使阳极40和阴极20朝向隔膜10按压的压力在两电极的整个面上更均匀，因此能够使电流密度更均匀。另外，电解槽300在阳极40与第1弹性体81之间具备刚体集电体91，因此能够减少由于极室内的压力变动引起的隔膜10的变形和磨损。
在关于本发明的上述说明中，举出导电性的弹性体81隔着刚体集电体91将阳极40朝向阴极20按压的方式的碱性水电解槽300作为例子，但本发明不限定于该方式。例如，也能够是导电性的弹性体隔着刚体集电体将阴极朝向阳极按压的方式的碱性水电解槽。图5是示意性地说明像那样的另一个实施方式的碱性水电解槽400(以下有时称为“电解槽400”。)的剖视图。在图5中，有时对已经在图2～图4中表示的要素标注与图2～图4中的附图标记相同的附图标记并省略说明。如图5所示，电解槽400具备：导电性的阳极侧框体51，其划定阳极室A；导电性的阴极侧框体52，其划定阴极室C；离子透过性的隔膜10，其配置于阳极侧框体51与阴极侧框体52之间，划分阳极室A与阴极室C；垫片30、30，其被阳极侧框体51和阴极侧框体52夹持，保持隔膜10的周缘部；阳极40，其不保持于垫片30地配置于阳极室A内部；以及阴极20，其不保持于垫片30地配置于阴极室C内部。在电解槽400中，阳极40是具有挠性的第1多孔板。在电解槽400中，阴极20可以是具有刚性的多孔板，也可以是具有挠性的多孔板(第2多孔板)，但优选为具有挠性的多孔板。电解槽400具备：至少一个导电性肋(第1导电性肋)61，其以从阳极侧框体51的内壁突出的方式设置；集电体(第1集电体)71，其保持于导电性肋61；以及弹性体(第1弹性体)81，其保持于集电体71并且具有导电性，阳极40被弹性体81朝向阴极20按压。电解槽400还具备：至少一个导电性肋(第2导电性肋)62，其以从阴极侧框体52的内壁突出的方式设置；集电体(第2集电体)72，其保持于导电性肋62；弹性体(第2弹性体)82，其保持于集电体72并且具有导电性；以及刚体集电体91，其配置于弹性体82与阴极20之间并且具有导电性，阴极20被弹性体82隔着刚体集电体91朝向阳极40按压。即，在电解槽400中，刚体集电体91以在刚体集电体91与隔膜10之间夹着阴极20的方式配置，阴极20由刚体集电体91支承。
在电解槽400中，阳极40的周缘部保持于集电体71、弹性体81和/或阳极侧框体51的凸缘部51b。在将阳极40的周缘部保持于集电体71、弹性体81和/或阳极侧框体51的凸缘部51b时，能够没有特别限制地采用焊接、销固定、螺栓固定、向集电体71的折入(即，将通过弯折阳极40的周缘部而形成的谷部挂在集电体71的周缘部)等公知的方法。
在电解槽400中，阴极20的周缘部保持于刚体集电体91、集电体72、弹性体82和/或阴极侧框体52的凸缘部52b，优选为保持于刚体集电体91。在将阴极20的周缘部保持于刚体集电体91、集电体72、弹性体82和/或阴极侧框体52的凸缘部52b时，能够没有特别限制地采用焊接、销固定、螺栓固定、向刚体集电体91或集电体72的折入(即，将通过弯折阴极20的周缘部而形成的谷部挂在刚体集电体91的周缘部或集电体72的周缘部)等公知的方法。
在电解槽400中，隔膜10、阳极40以及第1弹性体81按该顺序配置(即阳极40配置于隔膜10与第1弹性体81之间)，阳极40被第1弹性体81朝向阴极20(即朝向隔膜10)按压，并且，隔膜10、阴极20、刚体集电体91以及第2弹性体82按该顺序配置(即阴极20配置于隔膜10与第2弹性体82之间且刚体集电体91配置于阴极20与第2弹性体82之间)，阴极20被第2弹性体82隔着刚体集电体91朝向阳极40(即朝向隔膜10)按压，由此实现零间隙构造。在电解槽400中，在将寿命到期的阳极40更换为新的阳极40的作业中，包含：(1)将阳极侧框体51从垫片30分离；(2)将隔膜10从阳极40分离；(3)将阳极40从阳极室A拆下；以及(4)代替拆下的阳极40而使用新的阳极40来组装电解槽400。在电解槽400中，上述(3)中的拆下阳极40和上述(4)中的组装新的阳极40是容易的。另外，在组装好的电解槽400中，阳极40和阴极20的位置利用第1弹性体81和第2弹性体82而自动地进行调整，因此在组装新的阳极40时，不需要像以往的零间隙型碱性水电解槽中那样的繁杂的作业(例如通过磨削等将导电性肋913的端部的高度对齐的作业(参照图1)。)。因此，在电解槽400中也能够容易地进行阳极40的更换。另外，电解槽400在阴极20与第2弹性体82之间具备刚体集电体91，因此能够使阳极40和阴极20朝向隔膜10按压的压力在两电极的整个面上更均匀，因此能够使电流密度更均匀。另外，电解槽400在阴极20与第2弹性体82之间具备刚体集电体91，因此能够减少由于极室内的压力变动引起的隔膜10的变形和磨损。
在关于本发明的上述说明中，举出在阳极室具备导电性肋61，在阴极室具备导电性肋62的方式的碱性水电解槽100～400作为例子，但本发明不限定于该方式。例如，也能够是阳极室和阴极室中的仅一者具备导电性肋的方式的碱性水电解槽，或在阳极室和阴极室中均不具备导电性肋的方式的碱性水电解槽。图6是示意性地说明像那样的另一个实施方式的碱性水电解槽500(以下有时称为“电解槽500”。)的剖视图。在图6中，有时对已经在图2～图5中表示的要素标注与图2～图5中的附图标记相同的附图标记并省略说明。如图6所示，电解槽500具备：导电性的阳极侧框体51，其划定阳极室A；导电性的阴极侧框体52，其划定阴极室C；离子透过性的隔膜10，其配置于阳极侧框体51与阴极侧框体52之间，划分阳极室A与阴极室C；垫片30、30，其被阳极侧框体51和阴极侧框体52夹持，保持隔膜10的周缘部；阳极40，其不保持于垫片30地配置于阳极室A内部；以及阴极20，其不保持于垫片30地配置于阴极室C内部。在电解槽500中，阳极40是具有挠性的第1多孔板。阴极20可以是具有挠性的第2多孔板，也可以是刚体多孔板，优选为刚体多孔板。电解槽500在阳极侧框体51的导电性的分隔壁51a与阳极40之间具备以与分隔壁51a和阳极40直接接触的方式配置的、具有导电性的弹性体(第1弹性体)81，阳极40被弹性体81朝向阴极20按压。电解槽500还在阴极侧框体52的导电性的分隔壁52a与阴极20之间具备以与分隔壁52a和阴极20直接接触的方式配置的、具有导电性的弹性体(第2弹性体)82，阴极20被弹性体82朝向阳极40按压。
在电解槽500中，阳极40的周缘部保持于弹性体81和/或阳极侧框体51。在将阳极40的周缘部保持于弹性体81和/或阳极侧框体51时，能够没有特别限制地采用焊接、销固定、螺栓固定等公知的方法。
在电解槽500中，阴极20的周缘部保持于弹性体82和/或阴极侧框体52。在将阴极20的周缘部保持于弹性体82和/或阴极侧框体52时，能够没有特别限制地采用焊接、销固定、螺栓固定等公知的方法。
在电解槽500中，阳极40配置于隔膜10与第1弹性体81之间，被第1弹性体81朝向阴极20按压，并且，阴极20配置于隔膜10与第2弹性体82之间，被第2弹性体82朝向阳极40按压，由此实现零间隙构造。在电解槽500中，在将寿命到期的阳极40更换为新的阳极40的作业中，包含：(1)将阳极侧框体51从垫片30分离；(2)将隔膜10从阳极40分离；(3)将阳极40从阳极室A拆下；以及(4)代替拆下的阳极40而使用新的阳极40来组装电解槽500。在电解槽500中，上述(3)中的拆下阳极40和上述(4)中的组装新的阳极40是容易的。另外，在组装好的电解槽500中，阳极40和阴极20的位置利用第1弹性体81和第2弹性体82而自动地进行调整，因此在组装新的阳极40时，不需要像以往的零间隙型碱性水电解槽中那样的繁杂的作业(例如通过磨削等将导电性肋913的端部的高度对齐的作业(参照图1)。)。因此，在电解槽500中也能够容易地进行阳极40的更换。而且，在电解槽500中，阳极室A和阴极室C不具备导电性肋，因此能够使每个电解单元的厚度变薄，因此能够使电解槽小型化而提高单位占有用地面积的气体生产量。另外，阳极室和阴极室中的一者或两者不具备导电性肋，因此能够削减构成电解槽的材料和电解槽的制作所需要的工时。
附图标记说明
10、(离子透过性的)隔膜；20、21、阴极；30、垫片；40、阳极；51、阳极侧框体；52、阴极侧框体；51a、52a、(导电性的)分隔壁；51b、52b、凸缘部；61、62、导电性肋；71、72、集电体；81、82、具有导电性的弹性体；91、刚体集电体；900、以往的零间隙型碱性水电解槽；910、极室单元；911、导电性的分隔壁；912、凸缘部；913、914、导电性肋；920、离子透过性的隔膜；930、垫片；940、阳极；950、集电体；960、导电性的弹性体；970、阴极；100、200、300、400、500、900、碱性水电解槽；A、阳极室；C、阴极室。

Claims (9)

1.一种碱性水电解槽，其中，
该碱性水电解槽包含：
阳极侧框体，其划定阳极室；
阴极侧框体，其划定阴极室；
离子透过性的隔膜，其配置于所述阳极侧框体与所述阴极侧框体之间，划分所述阳极室与所述阴极室；
垫片，其被所述阳极侧框体和所述阴极侧框体夹持，该垫片保持所述隔膜的周缘部；
阳极，其不保持于所述垫片地配置于所述阳极室内部；
阴极，其不保持于所述垫片地配置于所述阴极室内部；以及
第1弹性体，其配置于所述阳极室内部并且具有导电性，
所述阳极是具有挠性的第1多孔板，
所述阳极配置于所述隔膜与所述第1弹性体之间，所述阳极被所述第1弹性体朝向所述阴极按压。
2.根据权利要求1所述的碱性水电解槽，其中，
所述阳极室包含：
至少一个第1导电性肋，其从所述阳极侧框体的内壁突出地设置；以及
导电性的第1集电体，其保持于所述第1导电性肋，
所述第1弹性体支承于所述第1集电体。
3.根据权利要求1或2所述的碱性水电解槽，其中，
该碱性水电解槽还包含第1刚体集电体，该第1刚体集电体与所述阳极接触地配置并且具有导电性，
所述第1刚体集电体配置于所述阳极与所述第1弹性体之间，
所述阳极由所述第1刚体集电体支承。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的碱性水电解槽，其中，
所述阴极是刚体多孔板。
5.根据权利要求4所述的碱性水电解槽，其中，
所述阴极室包含从所述阴极侧框体的内壁突出地设置的至少一个第2导电性肋，
所述阴极保持于所述第2导电性肋。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的碱性水电解槽，其中，
该碱性水电解槽还包含第2弹性体，该第2弹性体配置于所述阴极室内部并且具有导电性，
所述阴极是具有挠性的第2多孔板，
所述阴极配置于所述隔膜与所述第2弹性体之间，所述阴极被所述第2弹性体朝向所述阳极按压。
7.根据权利要求6所述的碱性水电解槽，其中，
所述阴极室包含：
至少一个第2导电性肋，其从所述阴极侧框体的内壁突出地设置；以及
导电性的第2集电体，其保持于所述第2导电性肋，
所述第2弹性体支承于所述第2集电体。
8.根据权利要求6或7所述的碱性水电解槽，其中，
该碱性水电解槽还包含第2刚体集电体，该第2刚体集电体与所述阴极接触地配置并且具有导电性，
所述第2刚体集电体配置于所述阴极与所述第2弹性体之间，
所述阴极由所述第2刚体集电体支承。
9.一种碱性水电解槽的电极更换方法，其是在权利要求1～8中任一项所述的碱性水电解槽中更换所述阳极的方法，其中，
在该碱性水电解槽的电极更换方法中包含：
将所述阳极侧框体从所述垫片分离；
将所述隔膜从所述阳极分离；
将所述阳极从所述阳极室拆下；以及
代替所述阳极而使用新的阳极来组装所述碱性水电解槽。
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