DE112021002074T5

DE112021002074T5 - Elektrolyseelement für die elektrolyse von alkalischem wasser und alkalisches-wasser-elektrolysebehälter

Info

Publication number: DE112021002074T5
Application number: DE112021002074.9T
Authority: DE
Inventors: Yasuyuki Tanaka; Hitoshi Matsui
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2021-03-23
Publication date: 2023-01-12
Also published as: JPWO2021200372A1; CN115335550A; WO2021200372A1; TW202140860A; AU2021249587A1; US20230029237A1; JP6999864B1

Abstract

Ein Elektrolyseelement für die alkalische Wasserelektrolyse weist auf: eine elektrisch leitende Trennwand, die eine erste Fläche und eine zweite Fläche aufweist, eine Anode zur Erzeugung von Sauerstoff, eine Kathode zur Erzeugung von Wasserstoff, ein erstes Verbindungsmittel, das die Anode an der Trennwand befestigt, so dass die Anode der ersten Fläche der Trennwand mit einem ersten Abstand zugewandt ist, und das die Anode elektrisch mit der Trennwand verbindet, einen elektrisch leitenden elastischen Körper, der die Kathode stützt, und einen Kathodenstromkollektor, der den elastischen Körper stützt, wobei der Kathodenstromkollektor an der Trennwand befestigt ist, so dass er der zweiten Fläche der Trennwand mit einem zweiten Abstand zugewandt ist, und elektrisch mit der Trennwand verbunden ist, wobei das erste Verbindungsmittel einen elektrisch leitenden Bolzen aufweist, der zumindest einen Schaft aufweist, wobei die Anode mit Hilfe des elektrisch leitenden Bolzens lösbar an der Trennwand befestigt ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrolyseelement und einen Elektrolysebehälter, und insbesondere ein Elektrolyseelement und einen Elektrolysebehälter, die vorzugsweise für die alkalische Wasserelektrolyse verwendet werden können.
Hintergrund
Das Verfahren der alkalischen Wasserelektrolyse ist als Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoffgas und Sauerstoffgas bekannt. Bei dem Verfahren der alkalischen Wasserelektrolyse wird durch Elektrolyse von Wasser mit einer basischen Lösung (alkalisches Wasser), in der ein Alkalimetallhydroxid (z.B. NaOH und KOH) gelöst ist, Wasserstoffgas an einer Kathode und Sauerstoffgas an einer Anode erzeugt, die als elektrolytische Lösung verwendet werden. Ein Elektrolysebehälter, der eine Anodenkammer, in der eine Anode angeordnet ist, und eine Kathodenkammer aufweist, in der eine Kathode angeordnet ist, die durch eine ionendurchlässige Trennmembran getrennt sind, ist als Elektrolysebehälter für die alkalische Wasserelektrolyse bekannt. Ferner wird zur Verringerung des Energieverlustes ein Elektrolysebehälter mit einer Keine-Lücke-Konfiguration (Keine-Lücke-Elektrolysebehälter) vorgeschlagen, der eine Anode und eine Kathode aufweist, die so gehalten werden, dass die Anode und die Kathode in direktem Kontakt mit einer Trennmembran stehen.
Zitierliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: JP 2001-262387 A
Patentliteratur 2: JP 2013-104090 A
Patentliteratur 3: JP 2013-108150 A
Patentliteratur 4: WO 2018/139616 A1
Patentliteratur 5: JP 2015-117407 A
Patentliteratur 6: WO 2013/191140 A1
Patentliteratur 7: JP 4453973 B2
Patentliteratur 8: JP 6093351 B2
Patentliteratur 9: JP 2015-117417 A
Patentliteratur 10: WO 2019/111832 A1
Patentliteratur 11: JP S56-102586 A

Kurzerläuterung der Erfindung
Technisches Problem
1 ist eine Teilquerschnittsansicht, die schematisch einen herkömmlichen Keine-Lücke-Alkalisches-Wasser-Elektrolysebehälter 9000 gemäß einer Ausführungsform zeigt. Der Keine-Lücke-Elektrolysebehälter 9000 weist auf: Elektrodenkammereinheiten 9010, 9010, ..., die jeweils eine elektrisch leitende Trennwand 9011 aufweisen, die eine Anodenkammer A und eine Kathodenkammer C trennt, und einen Flanschabschnitt 9012. Jeweils zwei benachbarte Elektrodenkammereinheiten 9010, 9010 weisen eine dazwischen angeordnete ionendurchlässige Trennmembran 9020, Dichtungen 9030, 9030, die zwischen der Trennmembran 9020 und den Flanschabschnitten 9012 der Elektrodenkammereinheiten 9010 angeordnet sind und zwischen denen der Umfang der Trennmembran 9020 eingebettet ist, eine starre Anode 9040, die von elektrisch leitenden Rippen 9013, 9013, ... die aus der Trennwand 9011 einer der Elektrodenkammereinheiten vorstehen, und eine flexible Kathode 9070 auf, die von einem Stromkollektor 9050 gehalten wird, der von elektrisch leitenden Rippen 9014, 9014, ... gehalten wird, die aus der Trennwand 9011 der anderen Elektrodenkammereinheit vorstehen, und einem elektrisch leitenden elastischen Körper 9060, der in Kontakt mit dem Stromkollektor 9050 angeordnet ist. Die Peripherie der Kathode 9070 und die Peripherie des elektrisch leitenden elastischen Körpers 9060 sind an der Peripherie des Stromkollektors 9050 befestigt. In dem Keine-Lücke-Elektrolysebehälter 9000 drückt der elektrisch leitende elastische Körper 9060 in jeweils zwei benachbarten Elektrodenkammern 9010, 9010 die flexible Kathode 9070 in Richtung zur Trennmembran 9020 und der Anode 9040, wodurch die Trennmembran 9020 zwischen der benachbarten Kathode 9070 und der Anode 9040 angeordnet ist wird. Infolgedessen befindet sich die Trennmembran 9020 in jeweils zwei benachbarten Elektrodenkammern 9010, 9010 in direktem Kontakt mit der Anode 9040 und der Kathode 9070 (d.h. es gibt keine Lücke), was den Widerstand der Lösung zwischen der Anode 9040 und der Kathode 9070 reduziert und somit den Energieverlust verringert.
In dem herkömmlichen Keine-Lücke-Alkalisches-Wasser-Elektrolysebehälter 9000 drücken die elektrisch leitenden elastischen Körper 9060 die flexiblen Kathoden 9070 in Richtung zur Trennmembranen 9020 und der starren Anoden 9040, sind die starren Anoden 9040 mit den elektrisch leitenden Rippen 9013 verschweißt und sind die elektrisch leitenden Rippen 9013 mit den Trennwänden 9011 verschweißt. Dieser Aufbau kann als sinnvoll für den Vorgang der alkalischen Wasserelektrolyse bezeichnet werden, bei welcher es häufig der Fall ist, dass der Druck auf der Seite der Kathodenkammer, wo Wasserstoffgas erzeugt wird, höher gehalten wird als auf der Seite der Anodenkammer, wo Sauerstoffgas erzeugt wird. Das heißt, im Allgemeinen wird eine preiswerte poröse Membran als ionendurchlässige Trennmembran 9020 in einem Alkalisches-Wasser-Elektrolysebehälter anstelle einer teuren Ionenaustauschermembran verwendet, die in einem Elektrolysebehälter für Alkalimetallsalze eingesetzt wird. Die poröse Trennmembran 9020 ist im Gegensatz zu einer Ionenaustauschermembran auch bis zu einem gewissen Grad gasdurchlässig. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, die Elektrolyse in der Kathodenkammer durchzuführen, in der Wasserstoffgas erzeugt wird und in der der Druck höher gehalten wird als in der Anodenkammer, in der Sauerstoffgas erzeugt wird, um die Reinheit des aus der Kathodenkammer gesammelten Wasserstoffgases zu verbessern. Wenn der Druck in der Kathodenkammer höher ist als in der Anodenkammer, wird die Trennmembran 9020 durch den Differenzdruck zwischen den beiden Elektrodenkammern zur Anode 9040 gedrückt. In einer solchen Struktur, in der der elektrisch leitende elastische Körper 9060 die flexible Kathode 9070 in Richtung zur starren Anode 9040 drückt, wie im Keine-Lücke-Alkalisches-Wasser-Elektrolysebehälter 9000, ist die Richtung, in die der elektrisch leitende elastische Körper 9060 die Kathode 9070 drückt, dieselbe wie die Kraft, mit der der Differenzdruck zwischen den beiden Elektrodenkammern die Trennmembran 9020 drückt. Somit ermöglicht eine solche Struktur die stabile Aufrechterhaltung eines Zustands ohne Lücke, auch wenn die Elastizität des elektrisch leitenden elastischen Körpers 9060 gering ist. Dies kann auch im Hinblick auf die Verlängerung der Intervalle für die Erneuerung des elastischen Körpers 9060 und im Hinblick auf die Verringerung des Abriebs der Trennmembran 9020, der durch eine Druckschwankung während des Betriebs verursacht wird, als vorteilhaft bezeichnet werden. Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, die elektrisch leitenden Rippen 9013, die die Anode 9040 halten, an die Trennwand 9011 zu schweißen und zu befestigen, um die mechanische Festigkeit zu verbessern und den elektrischen Widerstand zu verringern.
An der Anode 9040 im Alkalisches-Wasser-Elektrolysebehälter wird jedoch Sauerstoffgas erzeugt, das in Verbindung mit der Tatsache, dass Elektronen aus der Anode 9040 abfließen, die Anode 9040 in eine Oxidationsbedingung versetzt. Die Anode 9040 weist im Allgemeinen ein elektrisch leitfähiges Basismaterial und einen auf der Oberfläche dieses Basismaterials getragenen Katalysator auf. Katalysatoren und elektrisch leitende Basismaterialien tendieren dazu, an der Anode 9040, die wie oben beschrieben in eine Oxidationsbedingung versetzt wird, zu ionisieren oder zu oxidieren, wodurch der Katalysator leicht von der Oberfläche der Elektrode abfällt. Infolgedessen tendiert die Anode 9040 dazu, ihre Lebensdauer früher zu erreichen als die Kathode 9070. Mit dem Erreichen der Lebensdauer der Anode 9040 muss diese durch eine neue Anode ersetzt werden. Dazu ist es notwendig, (1) die Anode 9040 von den elektrisch leitenden Rippen 9013 mechanisch zu trennen (z.B. durch Schmelzschneiden), (2) die elektrisch leitenden Rippen 9013 anzupassen und die elektrisch leitenden Rippen 9013 an ihren Enden auf die gleiche Höhe zu bringen (z.B. durch Schleifen), und danach (3) die neue Anode 9040 an die elektrisch leitenden Rippen 9013 zu schweißen. Es ist schwierig, den Austausch der Anode 9040 an einem Ort durchzuführen, an dem der Elektrolysebehälter aufgestellt und betrieben wird, da spezielle Einrichtungen für einen solchen Austausch erforderlich sind. Daher wird die Elektrodenkammereinheit 9010, die die Anode 9040 aufweist, die ihre Lebensdauer erreicht hat, an eine Fabrik geschickt, in der die Arbeit des Austauschs der Anode 9040 durchgeführt werden kann, und nachdem die Arbeit des Austauschs der Anode 9040 in dieser Fabrik durchgeführt worden ist, wird die Elektrodenkammereinheit 9010, nachdem die Arbeit des Austauschs der Anode 9040 beendet worden ist, von der Fabrik zurück an den Ort geschickt, an dem der Elektrolysebehälter aufgestellt und betrieben wird. Auf diese Weise ist die Erneuerung der Anode für den herkömmlichen Keine-Lücke-Alkalisches-Wasser-Elektrolysebehälter sehr teuer.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Elektrolyseelement für die alkalische Wasserelektrolyse bereitzustellen, das für einen Keine-Lücke-Alkalisches-Wasser-Elektrolysebehälter verwendet werden kann und das einen einfachen Austausch der Anoden ermöglicht. Ein Alkalisches-Wasser-Elektrolysebehälter, der dieses Elektrolyseelement aufweist, wird ebenfalls bereitgestellt.
Lösung des Problems
Die vorliegende Erfindung umfasst die folgenden Ausführungsformen [1] bis [25].
[1] Ein Elektrolyseelement für die alkalische Wasserelektrolyse, wobei das Elektrolyseelement aufweist:

eine elektrisch leitende Trennwand, die eine erste Fläche und eine zweite Fläche aufweist,
eine Anode zur Erzeugung von Sauerstoff,
eine Kathode zur Erzeugung von Wasserstoff,
ein erstes Verbindungsmittel, das die Anode an der Trennwand befestigt, so dass die Anode der ersten Fläche der Trennwand mit einem ersten Abstand zugewandt ist, und das die Anode elektrisch mit der Trennwand verbindet,
einen elektrisch leitenden elastischen Körper, der die Kathode stützt, und
einen Kathodenstromkollektor, der den elastischen Körper stützt,
wobei der Kathodenstromkollektor an der Trennwand befestigt ist, um der zweiten Fläche der Trennwand mit einem zweiten Abstand zugewandt zu sein, und elektrisch mit der Trennwand verbunden ist,
wobei das erste Verbindungsmittel aufweist:
- einen elektrisch leitenden ersten Bolzen, der zumindest einen Schaft aufweist,
wobei die Anode mit Hilfe des ersten Bolzens lösbar an der Trennwand befestigt ist.

[2] Das Elektrolyseelement gemäß [1],
wobei das erste Verbindungsmittel weiter aufweist:

ein erstes Durchgangsloch, das in der Trennwand vorgesehen ist, wobei der Schaft des ersten Bolzens durch das erste Durchgangsloch gesteckt sein kann, und
eine erste Mutter, die mit dem ersten Bolzen eingreifen kann.

[3] Das Elektrolyseelement gemäß [2],
wobei das erste Verbindungsmittel weiter aufweist:

ein elektrisch leitendes erstes Strukturelement,

einen ersten Abstandshalterabschnitt, der sich von der Anode in Richtung zur ersten Fläche der Trennwand in einer Richtung erstreckt, die die erste Fläche der Trennwand kreuzt, und
einen ersten plattenförmigen Abschnitt, der von dem ersten Abstandshalterabschnitt aus durchgehend ist und sich in einer Richtung parallel zur ersten Fläche der Trennwand erstreckt,

ein an der Anode befestigtes Ende,

ein zweites Durchgangsloch, wobei der Schaft des ersten Bolzens durch das zweite Durchgangsloch gesteckt sein kann,

[4] Das Elektrolyseelement gemäß [3],
wobei das zweite Durchgangsloch von dem ersten plattenförmigen Abschnitt zu zumindest einem Teil des ersten Abstandshalterabschnitts durchgehend ist.
[5] Das Elektrolyseelement gemäß [3] oder [4],
wobei der erste Bolzen ferner aufweist:

einen Kopf, der an einem Ende des Schafts angeordnet ist,

einen Drehungsbeschränkungsabschnitt, wobei, wenn der Schaft des ersten Bolzens durch das zweite Durchgangsloch gesteckt ist und der Kopf des ersten Bolzens den ersten plattenförmigen Abschnitt kontaktiert, der Drehungsbeschränkungsabschnitt eine Seitenfläche des Kopfes des ersten Bolzens kontaktiert, um die Drehung des ersten Bolzens zu beschränken.

[6] Das Elektrolyseelement gemäß einem von [3] bis [5],
wobei das erste Verbindungsmittel ferner aufweist:
eine zweite Mutter, die mit dem ersten Bolzen eingreifen kann,
wobei die zweite Mutter mit dem Schaft des ersten Bolzens eingreift, der durch das zweite Durchgangsloch gesteckt ist, so dass der Kopf des ersten Bolzens und die zweite Mutter den ersten plattenförmigen Abschnitt des ersten Strukturelements dazwischen angeordnet haben, um den ersten Bolzen an dem ersten plattenförmigen Abschnitt des ersten Strukturelements zu befestigen, und
der Schaft des ersten Bolzens, der an dem ersten plattenförmigen Abschnitt des ersten Strukturelements befestigt ist, durch das erste Durchgangsloch der Trennwand gesteckt ist und mit der ersten Mutter eingreift, um den ersten Bolzen an der Trennwand zu befestigen.
[7] Das Elektrolyseelement gemäß einem von [3] bis [6],
wobei der Kathodenstromkollektor aufweist:
ein drittes Durchgangsloch, das in einer dem ersten Durchgangsloch der Trennwand zugewandten Position vorgesehen ist, wobei das dritte Durchgangsloch eine Form und Abmessungen hat, so dass die erste Mutter durch das dritte Durchgangsloch hindurchtreten kann.
[8] Das Elektrolyseelement gemäß [7], ferner aufweisend:

ein elektrisch leitendes und lösbares erstes Deckelelement, das zumindest einen Teil des dritten Durchgangslochs des Kathodenstromkollektors abdeckt,
wobei, wenn das erste Deckelelement angebracht ist, so dass es zumindest einen Teil des dritten Durchgangslochs des Kathodenstromkollektors abdeckt, das erste Deckelelement elektrisch mit dem Kathodenstromkollektor verbunden ist.

[9] Das Elektrolyseelement gemäß [1],
wobei das erste Verbindungsmittel weiter aufweist:

ein erstes Gewindeloch, das sich in der ersten Fläche der Trennwand öffnet, wobei das erste Gewindeloch mit dem ersten Bolzen eingreifen kann.

[10] Das Elektrolyseelement gemäß [9],
wobei das erste Verbindungsmittel weiter aufweist:

ein elektrisch leitendes erstes Strukturelement,

einen ersten Abstandshalterabschnitt, der sich von der Anode in Richtung zur ersten Fläche der Trennwand in einer Richtung erstreckt, die die erste Fläche der Trennwand kreuzt, und
einen ersten plattenförmigen Abschnitt, der von dem ersten Abstandshalterabschnitt aus durchgehend und sich in einer Richtung parallel zur ersten Fläche der Trennwand erstreckt,

ein an der Anode befestigtes Ende,

[11] Das Elektrolyseelement gemäß [10],
wobei die Anode aufweist:

ein viertes Durchgangsloch, das in einer dem zweiten Durchgangsloch zugewandten Position vorgesehen ist, wobei das vierte Durchgangsloch eine Form und Abmessungen hat, so dass der erste Bolzen durch das vierte Durchgangsloch hindurchtreten kann.

[12] Das Elektrolyseelement gemäß [11], ferner aufweisend:

ein zweites Deckelelement, das dasselbe Material wie die Anode aufweist und zumindest einen Teil des vierten Durchgangslochs der Anode abdeckt, und
einen elektrisch leitenden zweiten Bolzen, der an dem zweiten Deckelelement befestigt ist,
wobei der erste Bolzen weiter einen Kopf aufweist,
wobei der Kopf des ersten Bolzens aufweist:
- ein zweites Gewindeloch, das mit dem zweiten Bolzen eingreifen kann,
wobei der zweite Bolzen mit dem zweiten Gewindeloch eingreift, so dass das zweite Deckelelement lösbar an dem ersten Bolzen befestigt ist und elektrisch mit dem ersten Bolzen verbunden ist, und so dass das zweite Deckelelement zumindest einen Teil des vierten Durchgangslochs der Anode abdeckt.

[13] Das Elektrolyseelement gemäß [9],
wobei der erste Bolzen ein Stehbolzen ist,
der Stehbolzen aufweist:

ein erstes Ende und
ein zweites Ende,

ein elektrisch leitendes erstes Strukturelement und
eine erste Mutter, die mit dem Stehbolzen eingreifen kann,

ein an der Anode befestigtes Ende,

ein zweites Durchgangsloch, wobei der erste Bolzen durch das zweite Durchgangsloch gesteckt sein kann,

[14] Das Elektrolyseelement gemäß [13], wobei die Anode aufweist:

ein viertes Durchgangsloch, das in einer dem zweiten Durchgangsloch zugewandten Position vorgesehen ist, wobei das vierte Durchgangsloch eine Form und Abmessungen hat, so dass die erste Mutter durch das vierte Durchgangsloch hindurchtreten kann.

[15] Das Elektrolyseelement gemäß [14], ferner aufweisend:

ein zweites Deckelelement, das dasselbe Material wie die Anode aufweist und zumindest einen Teil des vierten Durchgangslochs der Anode abdeckt, und
einen elektrisch leitenden zweiten Bolzen, der an dem zweiten Deckelelement befestigt ist,
wobei das zweite Ende des Bolzens aufweist:
- ein zweites Gewindeloch, das mit dem zweiten Bolzen eingreifen kann,
wobei der zweite Bolzen mit dem zweiten Gewindeloch eingreift, so dass das zweite Deckelelement lösbar an dem Stehbolzen befestigt ist und elektrisch mit dem Stehbolzen verbunden ist und so dass das zweite Deckelelement zumindest einen Teil des vierten Durchgangslochs der Anode abdeckt.

[16] Das Elektrolyseelement gemäß einem der Punkte [1] bis [15], ferner aufweisend:

ein zweites Verbindungsmittel, das den Kathodenstromkollektor an der Trennwand befestigt, so dass der Kathodenstromkollektor der zweiten Fläche der Trennwand im zweiten Abstand zugewandt ist, und den Kathodenstromkollektor mit der Trennwand elektrisch verbindet,
wobei das zweite Verbindungsmittel aufweist:
- ein elektrisch leitendes zweites Strukturelement,
wobei das zweite Strukturelement aufweist:
- einen zweiten Abstandshalterabschnitt, der sich zwischen dem Kathodenstromkollektor und der zweiten Fläche der Trennwand in einer Richtung erstreckt, die die zweite Fläche der Trennwand kreuzt,
- ein erstes Ende, das an dem Kathodenstromkollektor befestigt ist, und
- ein zweites Ende, das an der zweiten Fläche der Trennwand befestigt ist.

[17] Ein Elektrolyseelement für die alkalische Wasserelektrolyse, wobei das Elektrolyseelement aufweist:

eine Trennwand, die eine erste Fläche und eine zweite Fläche aufweist,
eine Anode zur Erzeugung von Sauerstoff,
eine Kathode zur Erzeugung von Wasserstoff,
einen elektrisch leitenden elastischen Körper, der die Kathode stützt,
einen Kathodenstromkollektor, der den elastischen Körper stützt, und
ein drittes Verbindungsmittel, das die Anode und den Kathodenstromkollektor an der Trennwand befestigt und die Anode und den Kathodenstromkollektor elektrisch verbindet, so dass die Anode der ersten Fläche der Trennwand und der Kathodenstromkollektor der zweiten Fläche der Trennwand zugewandt ist,
das dritte Verbindungsmittel aufweist:
- einen elektrisch leitenden ersten Bolzen, der zumindest einen Schaft aufweist,
- ein erstes Durchgangsloch, das in der Trennwand vorgesehen ist, wobei der Schaft des ersten Bolzens durch das erste Durchgangsloch gesteckt sein kann, und
- eine erste Mutter, die mit dem ersten Bolzen eingreifen kann,
die Anode aufweist:
- einen ersten flachen Abschnitt, der sich zweidimensional erstreckt,
- einen ersten becherförmigen Abschnitt, der von dem ersten flachen Abschnitt in Richtung zur ersten Fläche der Trennwand vorsteht und sich verjüngt, und
- ein fünftes Durchgangsloch, das in einem unteren Abschnitt des ersten becherförmigen Abschnitts vorgesehen ist, wobei der Schaft des ersten Bolzens durch das fünfte Durchgangsloch gesteckt sein kann,
der Kathodenstromkollektor aufweist:
- einen zweiten flachen Abschnitt, der sich zweidimensional erstreckt,
- einen zweiten becherförmigen Abschnitt, der von dem zweiten flachen Abschnitt in Richtung zur zweiten Fläche der Trennwand vorsteht und sich verjüngt,
- ein sechstes Durchgangsloch, das in einem unteren Abschnitt des zweiten becherförmigen Abschnitts vorgesehen ist, wobei der Schaft des ersten Bolzens durch das sechste Durchgangsloch gesteckt sein kann,
wobei der Schaft des ersten Bolzens durch das erste Durchgangsloch, das fünfte Durchgangsloch und das sechste Durchgangsloch gesteckt ist und mit der ersten Mutter eingreift, um die Anode und den Kathodenstromkollektor mittels des ersten Bolzens an der Trennwand zu befestigen.

[18] Das Elektrolyseelement gemäß [17],
wobei der erste Bolzen weiter aufweist:

einen Kopf, der an einem Ende des Schafts angeordnet ist,

[19] Das Elektrolyseelement gemäß [18], ferner aufweisend:

ein zweites Deckelelement, das dasselbe Material wie die Anode aufweist und eine Form hat, die sich zweidimensional erstreckt, so dass das zweite Deckelelement zumindest einen Teil einer Öffnung des ersten becherförmigen Abschnitts der Anode abdecken kann, und
einen elektrisch leitenden zweiten Bolzen,
wobei der zweite Bolzen aufweist:
- einen Kopf, der an dem zweiten Deckelelement befestigt ist, und
- einen an dem Kopf befestigten Schaft,
wobei der Kopf des ersten Bolzens aufweist:
- ein Gewindeloch, das mit dem zweiten Bolzen eingreifen kann,
wobei der zweite Bolzen mit dem Gewindeloch eingreift, so dass das zweite Deckelelement lösbar an dem ersten Bolzen befestigt ist und elektrisch mit dem ersten Bolzen verbunden ist und zumindest einen Teil der Öffnung des ersten becherförmigen Abschnitts der Anode abdeckt.

[20] Das Elektrolyseelement gemäß [17], ferner aufweisend:

ein zweites Deckelelement, das dasselbe Material wie die Anode aufweist und eine sich zweidimensional erstreckende Form hat, so dass das zweite Deckelelement zumindest einen Teil einer Öffnung des ersten becherförmigen Abschnitts der Anode abdecken kann,
der erste Bolzen ferner aufweist:
- einen Kopf, der an einem Ende des Schafts angeordnet ist,
wobei das zweite Deckelelement an dem Kopf des ersten Bolzens befestigt und mit dem ersten Bolzen elektrisch verbunden ist,
das dritte Verbindungsmittel weiter aufweist:
- eine zweite Mutter, die mit dem ersten Bolzen eingreifen kann,
wobei der Schaft des ersten Bolzens durch das erste Durchgangsloch, das fünfte Durchgangsloch und das sechste Durchgangsloch gesteckt ist und mit der ersten Mutter und der zweiten Mutter eingreift, so dass die erste Mutter und die zweite Mutter die Anode, die Trennwand und den Kathodenstromkollektor dazwischen angeordnet haben und befestigen und so dass die Anode, das zweite Deckelelement und der Kathodenstromkollektor mittels des ersten Bolzens lösbar an der Trennwand befestigt sind und so dass das zweite Deckelelement zumindest einen Teil der Öffnung des ersten becherförmigen Teils der Anode abdeckt.

[21] Das Elektrolyseelement gemäß einem von [1] bis [20] ferner aufweisend:

einen Flanschabschnitt, der an einem Außenumfang der Trennwand angeordnet ist und sich zu beiden Seiten der Trennwand in einer Richtung erstreckt, die die erste Fläche und die zweite Fläche der Trennwand kreuzt.

[22] Ein Alkalisches-Wasser-Elektrolysebehälter, der eine Stapelstruktur aufweist,
wobei die Stapelstruktur aufweist:

eine Mehrzahl von ionendurchlässigen Trennmembranen,
das Elektrolyseelement, wie in einem von [1] bis [21] definiert, das zwischen jedem benachbarten Paar der ionendurchlässigen Trennmembranen angeordnet ist,

[23] Der Alkalisches-Wasser-Elektrolysebehälter gemäß [22],
wobei die Stapelstruktur aufweist:

ein erstes Elektrolyseelement, das an einem ersten Ende der Stapelstruktur angeordnet ist, und
ein zweites Elektrolyseelement, das an einem zweiten Ende des der Stapelstruktur angeordnet ist,

ein erstes Anschlusselement, das der Kathode des ersten Elektrolyseelements zugewandt ist, so dass das erste Anschlusselement und die Kathode des ersten Elektrolyseelements eine erste der ionendurchlässigen Trennmembranen dazwischen angeordnet haben,
ein zweites Anschlusselement, das der Anode des zweiten Elektrolyseelements zugewandt ist, so dass das zweite Anschlusselement und die Anode des zweiten Elektrolyseelements eine zweite der ionendurchlässigen Trennmembranen dazwischen angeordnet haben,

eine elektrisch leitende erste Trennwand und
eine erste Anode, die elektrisch mit der ersten Trennwand verbunden ist, das zweite Anschlusselement aufweist:
- eine elektrisch leitende zweite Trennwand und
- eine zweite Kathode, die elektrisch mit der zweiten Trennwand verbunden ist.

[24] Der Alkalisches-Wasser-Elektrolysebehälter gemäß [22], ferner aufweisend:

Dichtungen, die jeweils jeden Umfang der ionendurchlässigen Trennmembranen halten,
isolierende rahmenförmige Schutzelemente, die jeweils jeden Umfang der ionendurchlässigen Trennmembranen halten, wobei die Dichtung zwischen dem Schutzelement und der Trennmembran vorhanden ist, und
Dichtungselemente, die zwischen der Trennwand und dem Schutzelement, zwischen der ersten Trennwand und dem Schutzelement und zwischen der zweiten Trennwand und dem Schutzelement angeordnet sind,
wobei jedes der Elektrolyseelemente das Elektrolyseelement ist, wie in einem von [1] bis [20] definiert.

[25] Der Alkalisches-Wasser-Elektrolysebehälter gemäß [23],
wobei jedes der Elektrolyseelemente das in [21] definierte Elektrolyseelement ist,
wobei das erste Anschlusselement ferner aufweist:

einen ersten Flanschabschnitt, der an einem Umfang der ersten Trennwand angeordnet ist und sich in Richtung des Flanschabschnitts des ersten Elektrolyseelements erstreckt,

einen zweiten Flanschabschnitt, der an einem Umfang der zweiten Trennwand angeordnet ist und sich in Richtung des Flanschabschnitts des zweiten Elektrolyseelements erstreckt.

Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Das Elektrolyseelement für die alkalische Wasserelektrolyse gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ermöglicht ein einfaches Auswechseln der Anode, indem die Anode mittels des elektrisch leitenden Bolzens an der Trennwand lösbar befestigt ist, und kann somit den Zeit- und Kostenaufwand für die Erneuerung der Anode reduzieren.
Der Alkalisches-Wasser-Elektrolysebehälter gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Elektrolyseelement gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung auf und ermöglicht dadurch ein einfaches Auswechseln der Anoden, wodurch Zeit und Kosten für die Erneuerung der Anode reduziert werden können.
Figurenliste

1 ist eine Teilquerschnittsansicht, die schematisch den herkömmlichen Keine-Lücke-Elektrolysebehälter 9000 gemäß einer Ausführungsform zeigt,
2A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Elektrolyseelement 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 2B ist eine Explosionsquerschnittsansicht, die schematisch eine Position des Elektrolyseelements 100 in 2A zeigt, das explodiert ist,
3 ist eine perspektivische Ansicht, in der ein erstes Strukturelement 43 schematisch dargestellt ist,
4A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Elektrolyseelement 200 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 4B ist eine Explosionsquerschnittsansicht, die schematisch eine Position des Elektrolyseelements 200 in 4A zeigt, das explodiert ist,
5A ist eine Draufsicht auf einen Kathodenstromkollektor 60, 5B ist eine Draufsicht, die eine Position von ersten Deckelelementen 61, 61, ... zeigt, die in dritte Durchgangslöcher 60h, 60h, ... des Kathodenstromkollektors 60 in 5A eingesetzt sind, und 5C zeigt 5B in der durch den Pfeil C-C angegebenen Richtung betrachtet,
6A ist eine Draufsicht, die schematisch das erste Deckelelement 61 zeigt, und 6B ist eine Vorderansicht von 6A, die auch als rechte und linke Seitenansicht davon dient,
7A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Elektrolyseelement 300 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 7B ist eine Explosionsquerschnittsansicht, die schematisch eine Position des Elektrolyseelements 300 in 7A zeigt, das explodiert ist,
8A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Elektrolyseelement 400 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 8B ist eine Explosionsquerschnittsansicht, die schematisch eine Position des Elektrolyseelements 400 in 8A zeigt, das explodiert ist,
9A ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch ein erstes Strukturelement 443 zeigt, 9B ist eine Draufsicht auf ein Beispiel der Position, in der ein Schaft 41 a eines ersten Bolzens 41 durch ein zweites Durchgangsloch 43bh des ersten Strukturelements 443 von 9 gesteckt ist, die von der Oberseite des Blattes von 9A aus betrachtet wird, und 9C ist eine Draufsicht eines weiteren Beispiels der Position, an welcher der Schaft 41 a des ersten Bolzens 41 durch das zweite Durchgangsloch 43bh des ersten Strukturelements 443 von 9A gesteckt ist, die von der Oberseite des Blattes von 9A aus betrachtet wird,
10A ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch ein erstes Strukturelement 443' gemäß einer weiteren Ausführungsform zeigt, und 10B ist eine Draufsicht auf eine Position, in der der Schaft 41 a des ersten Bolzens 41 durch das zweite Durchgangsloch 43bh des ersten Strukturelements 443' von 10A gesteckt ist, die von der Oberseite des Blattes von 10A aus betrachtet wird,
11A ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch ein erstes Strukturelement 443" gemäß einer weiteren Ausführungsform zeigt, und 11 B ist eine Draufsicht auf eine Position, in der der Schaft 41 a des ersten Bolzens 41 durch das zweite Durchgangsloch 43bh des ersten Strukturelements 443" von 11A gesteckt ist, die von der Oberseite des Blattes von 11A aus betrachtet wird,
12A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Elektrolyseelement 500 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 12B ist eine Explosionsquerschnittsansicht, die schematisch eine Position des Elektrolyseelements 500 in 12A zeigt, das explodiert ist,
13A ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch ein erstes Strukturelement 443''' gemäß einer weiteren Ausführungsform zeigt, und 13B ist eine Draufsicht auf ein Beispiel der Position, in der der Schaft 41 a des ersten Bolzens 41 durch ein zweites Durchgangsloch 443''' bh des ersten Strukturelements 443''' von 13A gesteckt ist, das von der Oberseite des Blattes von 13A aus betrachtet wird,
14A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Elektrolyseelement 600 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 14B ist eine Explosionsquerschnittsansicht, die schematisch eine Position des Elektrolyseelements 600 in 14A zeigt, das explodiert ist,
15A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Elektrolyseelement 700 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 15B ist eine Explosionsquerschnittsansicht, die schematisch eine Position des Elektrolyseelements 700 in 15A zeigt, das explodiert ist,
16A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Elektrolyseelement 800 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 16B ist eine Explosionsquerschnittsansicht, die schematisch eine Position des Elektrolyseelements 800 in 16A zeigt, das explodiert ist,
17A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Elektrolyseelement 900 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 17B ist eine Explosionsquerschnittsansicht, die schematisch eine Position des Elektrolyseelements 900 in 17A zeigt, das explodiert ist,
18A ist eine Draufsicht, in der eine Anode 920 schematisch dargestellt ist, und 18B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in 18A,
19A ist eine Draufsicht, in der ein Kathodenstromkollektor 960 schematisch dargestellt ist, und 19B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in 19A,
20A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Elektrolyseelement 1000 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 20B ist eine Explosionsquerschnittsansicht, die schematisch eine Position des Elektrolyseelements 1000 in 20A zeigt, das explodiert ist,
21A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Elektrolyseelement 1100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 21 B ist eine Explosionsquerschnittsansicht, die schematisch eine Position des Elektrolyseelements 1100 in 21A zeigt, das explodiert ist,
22A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Elektrolyseelement 1200 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 22B ist eine Explosionsquerschnittsansicht, die schematisch eine Position des Elektrolyseelements 1200 in 22A zeigt, das explodiert ist,
23 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Alkalisches-Wasser-Elektrolysebehälter 10000 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
24 ist eine Explosionsansicht von 23,
25A ist eine Draufsicht, die schematisch ein Schutzelement 110 zeigt, das eine Trennmembran 80 und eine Dichtung 90 hält, 25B ist eine Querschnittsansicht in der durch den Pfeil B-B in 25A angegebenen Richtung, 25C ist eine Querschnittsansicht, die eine Position des Schutzelements 110 in 25B zeigt, das explodiert ist, und 25D ist eine Querschnittsansicht, die eine Position des Schutzelements 110 in 25B zeigt, das explodiert ist,
26A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein erstes Anschlusselement 1300 zeigt, und 26B ist eine Explosionsquerschnittsansicht, die schematisch eine Position des ersten Anschlusselements 1300 in 26A zeigt, das explodiert ist,
27A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein erstes Anschlusselement 1300' gemäß einer weiteren Ausführungsform zeigt, und 27B ist eine Explosionsquerschnittsansicht, die schematisch eine Position des ersten Anschlusselements 1300' in 27A zeigt, das explodiert ist,
28 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Alkalisches-Wasser-Elektrolysebehälter 20000 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
29 ist eine Explosionsansicht von 28,
30A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein erstes Anschlusselement 21300 zeigt, und 30B ist eine Explosionsquerschnittsansicht, die schematisch eine Position des ersten Anschlusselements 21300 in 30A zeigt, das explodiert ist, und
31A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein zweites Anschlusselement 21400 zeigt, und 31B ist eine Explosionsquerschnittsansicht, die schematisch eine Position des zweiten Anschlusselements 21400 in 31A zeigt, das explodiert ist.

Beschreibung der Ausführungsformen
Nachfolgend werden Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Die Abmessungen in den Zeichnungen stellen nicht immer exakte Abmessungen dar. Einige Bezugszeichen können in den Zeichnungen ausgelassen werden. In der vorliegenden Beschreibung bedeutet der Ausdruck „A bis B“ in Bezug auf die Zahlenwerte A und B „nicht kleiner als A und nicht größer als B“, sofern nicht anders angegeben. Wird in einem solchen Ausdruck nur dem Zahlenwert B eine Einheit hinzugefügt, so ist diese Einheit auch auf den Zahlenwert A anzuwenden. Das Wort „oder“ bedeutet eine logische Summe, sofern nichts anderes angegeben ist. Der Ausdruck „E1 und/oder E2“ in Bezug auf die Elemente E1 und E2 bedeutet „E1 oder E2 oder die Kombination davon“ und der Ausdruck „E1, ..., EN-1 und/oder EN“ in Bezug auf die Elemente E1, ..., EN (N ist eine ganze Zahl von 3 oder mehr) bedeutet „E1, ..., EN-1 oder EN oder eine Kombination davon“.
<1. Elektrolyseelement>
2A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Elektrolyseelement 100 für die alkalische Wasserelektrolyse gemäß einer Ausführungsform zeigt (im Folgenden kann es als „Elektrolyseelement 100“ bezeichnet werden). Wie in den 2A und 2B gezeigt, weist das Elektrolyseelement 100 auf: eine elektrisch leitende Trennwand 10, die eine erste Fläche 10a und eine zweite Fläche 10b aufweist, eine Anode 20 zur Erzeugung von Sauerstoff, eine Kathode 30 zur Erzeugung von Wasserstoff, ein erstes Verbindungsmittel 40, das die Anode 20 an der Trennwand 10 befestigt, so dass die Anode 20 der ersten Fläche 10a der Trennwand 10 mit einem ersten Abstand d1 zugewandt ist, und die Anode 20 mit der Trennwand 10 elektrisch verbindet, einen elektrisch leitenden elastischen Körper 50, der die Kathode 30 stützt, und einen Kathodenstromkollektor 60, der den elastischen Körper 50 stützt. Der Kathodenstromkollektor 60 ist an der Trennwand 10 befestigt, so dass er der zweiten Fläche 20b der Trennwand mit einem zweiten Abstand d2 zugewandt ist, und ist elektrisch mit der Trennwand 10 verbunden.
Das erste Verbindungsmittel 40 weist auf: elektrisch leitende erste Bolzen 41, 41, ..., die jeweils zumindest einen Schaft 41a aufweisen (im Folgenden einfach als „erste Bolzen 41“ bezeichnet), erste Durchgangslöcher 10h, 10h, ..., die in der Trennwand 10 vorgesehen sind und durch die die Schäfte 41 a der ersten Bolzen 41 gesteckt sein können (im Folgenden einfach als „erste Durchgangslöcher 10h“ bezeichnet), erste Muttern 42, 42, ... die mit den ersten Bolzen 41 eingreifen können (im Folgenden einfach als „erste Muttern 42“ bezeichnet), und elektrisch leitende erste Strukturelemente 43, 43, ... (im Folgenden einfach als „erste Strukturelemente 43“ bezeichnet). Die ersten Bolzen 41 weisen Schäfte 41 a und Köpfe 41b auf, die an den Enden auf einer Seite der Schäfte 41 a vorgesehen sind. In jeden der Schäfte 41 a ist zumindest teilweise ein Außengewinde geschnitten.
Die ersten Strukturelemente 43 weisen jeweils auf: einen ersten Abstandshalterabschnitt 43a, der sich von der Anode 20 in Richtung zur ersten Fläche 10a der Trennwand 10 in einer Richtung erstreckt, die die erste Fläche 10a der Trennwand 10 kreuzt, und einen ersten plattenförmigen Abschnitt 43b, der von dem ersten Abstandshalterabschnitt 43a aus durchgehend ist und sich in einer Richtung parallel zur ersten Fläche 10a der Trennwand 10 erstreckt. Der erste Abschnitt 43a weist auf: ein an der Anode 20 befestigtes Ende 43ae. Der erste plattenförmige Abschnitt 43b weist auf: ein zweites Durchgangsloch 43bh, durch das die Schäfte 41 a der ersten Bolzen 41 gesteckt sein können.
Das Elektrolyseelement 100 weist ferner auf: ein zweites Verbindungsmittel 70, das den Kathodenstromkollektor 60 an der Trennwand 10 befestigt, so dass der Kathodenstromkollektor 60 der zweiten Fläche 10b der Trennwand 10 im zweiten Abstand d2 zugewandt ist, und das den Kathodenstromkollektor 60 mit der Trennwand 10 elektrisch verbindet. Das zweite Verbindungsmittel 70 weist auf: ein elektrisch leitendes zweites Strukturelement 71. Das zweite Strukturelement 71 weist auf: einen zweiten Abstandshalterabschnitt 71a, der sich zwischen dem Kathodenstromkollektor 60 und der zweiten Fläche 10b der Trennwand 10 in einer Richtung erstreckt, die die zweite Fläche 10b der Trennwand 10 kreuzt. Das zweite Strukturelement 71 weist außerdem ein Ende 71ec, das an dem Kathodenstromkollektor befestigt ist, und ein Ende 71ew auf, das an der zweiten Fläche 10b der Trennwand 10 befestigt ist.
2B ist eine Explosionsquerschnittsansicht, die schematisch die Position des Elektrolyseelements 100 in 2A zeigt, in welcher die Verbindung der ersten Strukturelemente 43 des ersten Verbindungsmittels 40 und der Trennwand 10 aufgelöst ist, und in welcher die Verbindung des Kathodenstromkollektors 60, des elastischen Körpers 50 und der Kathode 30 aufgelöst ist. In dem Elektrolyseelement 100 werden die Schäfte 41a der ersten Bolzen 41 durch die in der Trennwand 10 vorgesehenen ersten Durchgangslöcher 10h und die in den ersten plattenförmigen Abschnitten 43b vorgesehenen zweiten Durchgangslöcher 43bh gesteckt und greifen mit den ersten Muttern 42 ein, um die ersten Strukturelemente 43 an der Trennwand 10 lösbar zu befestigen. Das heißt, die ersten Strukturelemente 43 und die Trennwand 10 sind durch die Befestigungskraft der ersten Bolzen 41 und der ersten Muttern 42 verbunden. Dies führt dazu, dass die Anode 20 mittels der ersten Bolzen 41 lösbar an der Trennwand 10 befestigt ist.
Der Kathodenstromkollektor 60 weist dritte Durchgangslöcher 60h, 60h, ... auf, die in einer den ersten Durchgangslöchern 10h, 10h, ... der Trennwand 10 zugewandten Position vorgesehen sind und die geformt und dimensioniert sind, so dass die ersten Muttern 42 durch sie hindurchtreten können (im Folgenden einfach als „dritte Durchgangslöcher 60h“ bezeichnet). Im Elektrolyseelement 100 kann die Arbeit des Anbringens der ersten Muttern 42 an Positionen, an denen die ersten Muttern 42 mit den ersten Bolzen 41 eingreifen, und die Arbeit des Verschraubens der ersten Strukturelemente 43 an der Trennwand 10 durch die Befestigungskraft der ersten Bolzen 41 und der ersten Muttern 42 durch die dritten Durchgangslöcher 60h (siehe Pfeil X) ausgeführt werden. Die Arbeit des Lösens der ersten Bolzen 41 und der ersten Muttern 42 und damit das Entfernen der ersten Strukturelemente 43 von der Trennwand 10 kann auch durch die dritten Durchgangslöcher 60h erfolgen. Das heißt, die dritten Durchgangslöcher 60h fungieren in dem Elektrolyseelement 100 als Zugangsöffnungen. Das Vorsehen der dritten Durchgangslöcher 60h im Kathodenstromkollektor 60 verhindert nicht, dass mit dem Elektrolyseelement 100 ein Keine-Lücke-Elektrolysebehälter eingerichtet wird, da der elektrisch leitende elastische Körper 50 zwischen dem Kathodenstromkollektor 60 und der Kathode 30 vorhanden ist.
Als ein Material der Trennwand 10 kann ein alkalibeständiges starres elektrisch leitendes Material verwendet werden. Beispiele für ein solches Material weisen einfache Metalle wie Nickel und Eisen, rostfreien Stahl wie SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316 und SUS316L sowie metallische Materialien auf, die durch Vernickeln von einem davon erhalten werden.
Als Anode 20 kann eine bekannte Anode zur Erzeugung von Sauerstoff verwendet werden, die für einen Keine-Lücke-Elektrolysebehälter für die alkalische Wasserelektrolyse verwendet wird. Die Anode 20 weist im Allgemeinen ein elektrisch leitendes Basismaterial und eine Katalysatorschicht auf, die die Oberfläche des Basismaterials bedeckt. Die Katalysatorschicht ist vorzugsweise porös. Als elektrisch leitendes Basismaterial der Anode 20 kann beispielsweise Nickel, Eisen, Vanadium, Molybdän, Kupfer, Silber, Mangan, ein Platingruppenmetall, Graphit oder Chrom oder eine beliebige Kombination davon verwendet werden. In der Anode 20 kann vorzugsweise ein elektrisch leitfähiges Basismaterial verwendet werden, das Nickel aufweist. Die Katalysatorschicht weist Nickel als ein Element auf. Die Katalysatorschicht weist vorzugsweise Nickeloxid, metallisches Nickel oder Nickelhydroxid oder eine Kombination davon auf und kann eine Legierung aus Nickel und zumindest einem anderen Metall aufweisen. Besonders bevorzugt weist die Katalysatorschicht metallisches Nickel auf. Die Katalysatorschicht kann ferner Chrom, Molybdän, Kobalt, Tantal, Zirkonium, Aluminium, Zink, ein Platingruppenmetall oder ein Seltenerdmetall oder eine beliebige Kombination davon aufweisen. Rhodium, Palladium, Iridium oder Ruthenium oder eine beliebige Kombination davon können als zusätzlicher Katalysator auf die Oberfläche der Katalysatorschicht aufgebracht sein. Die Anode 20 kann z.B. eine flexible poröse Platte oder eine starre poröse Platte sein, und ist vorzugsweise eine starre poröse Platte. Eine poröse Platte, die ein starres elektrisch leitendes Basismaterial (wie Streckmetall) und eine der oben beschriebenen Katalysatorschichten aufweist, kann als die Anode 20 verwendet werden, wenn die Anode 20 eine starre poröse Platte ist. Eine poröse Platte, die ein flexibles elektrisch leitendes Basismaterial (wie ein aus Metalldraht gewebtes (oder gestricktes) Drahtnetz und ein dünnes Stanzmetall) und eine der oben beschriebenen Katalysatorschichten aufweist, kann als die Anode 20 verwendet werden, wenn die Anode 20 eine flexible poröse Platte ist.
Als Kathode 30 kann eine bekannte Kathode zur Erzeugung von Wasserstoff verwendet werden, die für einen Keine-Lücke-Elektrolysebehälter für die alkalische Wasserelektrolyse verwendet wird. Die Kathode 30 weist im Allgemeinen ein elektrisch leitendes Basismaterial und eine Katalysatorschicht auf, die die Oberfläche des Basismaterials bedeckt. Beispielsweise kann Nickel, eine Nickellegierung, rostfreier Stahl, unlegierter Stahl, eine Nickellegierung, vernickelter rostfreier Stahl oder vernickelter unlegierter Stahl vorzugsweise als elektrisch leitfähiges Basismaterial der Kathode 30 verwendet werden. Eine Beschichtung, die ein Edelmetalloxid, Nickel, Kobalt, Molybdän oder Mangan oder ein Oxid oder ein Edelmetalloxid davon aufweist, kann vorzugsweise als die Katalysatorschicht der Kathode 30 verwendet werden. Die Kathode 30 kann z.B. eine flexible poröse Platte oder eine starre poröse Platte sein, und ist vorzugsweise eine flexible poröse Platte. Eine poröse Platte, die ein starres elektrisch leitendes Basismaterial (z.B. ein Streckmetall) und eine der oben beschriebenen Katalysatorschichten aufweist, kann als die Kathode 30 verwendet werden, wenn die Kathode 30 eine starre poröse Platte ist. Eine poröse Platte, die ein flexibles elektrisch leitendes Basismaterial (wie ein aus Metalldraht gewebtes (oder gestricktes) Drahtnetz und ein dünnes Stanzmetall) und eine der oben beschriebenen Katalysatorschichten aufweist, kann als die Kathode 30 verwendet werden, wenn die Kathode 30 eine flexible poröse Platte ist.
Ein elektrisch leitender Bolzen, aufweisend: den Schaft 41a, der länger ist als die Gesamtdicke der Trennwand 10, des ersten plattenförmigen Abschnitts 43b und der ersten Mutter 42, und den Kopf 41b, der am Ende des Schafts vorgesehen ist, kann vorzugsweise als jeder der ersten Bolzen 41 verwendet werden. Es ist nicht immer notwendig, ein Gewinde in den gesamten Schaft 41a zu schneiden, solange ein Gewinde in einen Abschnitt des Schafts 41a geschnitten ist, der mit der ersten Mutter 42 in Eingriff kommen soll. Die Form des Kopfes 41b ist nicht besonders beschränkt, solange sein Außendurchmesser größer ist als das zweite Durchgangsloch 43bh, das in dem ersten plattenförmigen Abschnitt 43b vorgesehen ist (das heißt, der Kopf 41b kann nicht durch das zweite Durchgangsloch 43bh hindurchtreten). Als erster Bolzen 41 kann beispielsweise ein bekannter elektrisch leitender Bolzen wie eine Sechskantschraube verwendet werden. Als ein Material für den ersten Bolzen 41 kann ein alkalibeständiges, starres, elektrisch leitfähiges Material verwendet werden. Beispiele für ein solches Material weisen einfache Metalle wie Nickel und Eisen, rostfreien Stahl wie SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316 und SUS316L sowie metallische Materialien auf, die durch Vernickeln von einem davon erhalten werden.
Als jede der ersten Muttern 42 kann eine elektrisch leitende Mutter verwendet werden, die mit dem ersten Bolzen 41 eingreifen kann und einen Außendurchmesser hat, der größer ist als das erste Durchgangsloch 10h, das in der Trennwand 10 vorgesehen ist (d.h., sie kann nicht durch das erste Durchgangsloch 10h hindurchtreten). Beispielsweise kann eine bekannte elektrisch leitende Mutter wie eine Sechskantmutter als eine solche erste Mutter 42 verwendet werden. Als ein Material für die erste Mutter 42 kann ein alkalibeständiges, starres, elektrisch leitfähiges Material verwendet werden. Beispiele für ein solches Material weisen einfache Metalle wie Nickel und Eisen, rostfreien Stahl wie SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316 und SUS316L sowie metallische Materialien auf, die durch Vernickeln von einem davon erhalten werden.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eines der ersten Strukturelemente 43 zeigt. In 3 sind die bereits in den 2A und 2B gezeigten Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen wie in den 2A und 2B, und eine Beschreibung davon kann ausgelassen werden. Wie oben beschrieben, weist das erste Strukturelement 43 den ersten Abstandshalterabschnitt 43a und den ersten plattenförmigen Abschnitt 43b auf. Der erste Abstandshalterabschnitt 43a erstreckt sich von der Anode 20 in Richtung zur ersten Fläche 10a der Trennwand 10 in einer Richtung, die die erste Fläche 10a der Trennwand 10 kreuzt. Der erste plattenförmige Abschnitt 43b ist vom ersten Abstandshalterabschnitt 43a aus durchgehend und erstreckt sich in einer Richtung parallel zur ersten Fläche 10a der Trennwand 10. Der erste plattenförmige Abschnitt 43b weist auf: das zweite Durchgangsloch 43bh, durch das der Schaft 41a des ersten Bolzens 41 gesteckt sein kann. Der erste Abschnitt 43a des Abstandshalters weist auf: das an der Anode 20 befestigte Ende 43ae. Als ein Material für das erste Strukturelement 43 kann ein alkalibeständiges, starres, elektrisch leitfähiges Material verwendet werden. Beispiele für ein solches Material weisen einfache Metalle wie Nickel und Eisen, rostfreien Stahl wie SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316 und SUS316L sowie metallische Materialien auf, die durch Vernickeln von einem davon gewonnen werden. In dem Elektrolyseelement 100 ist das Ende 43ae des ersten Abstandshalterabschnitts 43a durch Schweißen an der Anode 20 befestigt, kann aber auch durch jedes andere Verfahren befestigt sein.
Als jedes der zweiten Strukturelemente 71, die die zweiten Abstandshalterabschnitte 71a aufweisen, kann ein bekanntes elektrisch leitendes Strukturelement verwendet werden, das als elektrisch leitende Rippe in einem Alkalisches-Wasser-Elektrolysebehälter verwendet wird. Im Elektrolyseelement 100 stehen die zweiten Strukturelemente 71 von der zweiten Fläche 10b der Trennwand 10 aus vor. Die einen Enden 71ew sind an der zweiten Fläche 10b der Trennwand 10 befestigt, und die anderen Enden 71 ec sind an dem Stromkollektor 60 befestigt. Die Form, die Anzahl und die Anordnung der zweiten Strukturelemente 71 sind nicht besonders beschränkt, solange der Stromkollektor 60 mit Hilfe der zweiten Strukturelemente 71 an der Trennwand 10 befestigt und gehalten werden kann. Als ein Material für die zweiten Strukturelemente 71 kann ohne besondere Einschränkungen ein alkalibeständiges, starres, elektrisch leitfähiges Material verwendet werden. Beispiele für ein solches Material weisen Materialien wie einfache Metalle wie Nickel und Eisen, rostfreien Stahl wie SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316 und SUS316L sowie Metalle auf, die durch Vernickeln eines von diesen erhalten werden. In dem Elektrolyseelement 100 können die zweiten Strukturelemente 71, die separat von der Trennwand 10 hergestellt werden, an der Trennwand 10 befestigt sein, beispielsweise durch Schweißen, oder die Trennwand 10 und die zweiten Strukturelemente 71 können als ein Körper geformt werden.
Für den ersten Abstand d1 und den zweiten Abstand d2 kann jeweils ein Abstand außer 0 geeignet gewählt werden, ohne dass es Einschränkungen gibt, insbesondere im Hinblick auf die Dicken der Anodenkammern und der Kathodenkammern in dem Elektrolysebehälter, der das Elektrolyseelement 100 aufweist. Es ist zu beachten, dass der erste Abstand d1 größer ist als die Gesamtdicke der Dicke jedes der Köpfe 41 b der ersten Bolzen 41 und der Dicke jedes der ersten plattenförmigen Abschnitte 43b der ersten Strukturelemente 43. Der erste Abstand d1 und der zweite Abstand d2 betragen in der Regel jeweils nicht weniger als 10 mm und vorzugsweise nicht weniger als 30 mm.
Als ein elastischer Körper 50 kann ein bekannter elektrisch leitfähiger elastischer Körper verwendet werden, der für einen Alkalisches-Wasser-Elektrolysebehälter verwendet wird, und zum Beispiel kann eine elastische Matte aus einem Aggregat von Metalldrähten, eine Schraubenfeder, eine Blattfeder oder dergleichen, die ein alkalibeständiges elektrisch leitfähiges Material aufweist, vorzugsweise verwendet werden. Beispiele für das Material des elastischen Körpers 50 weisen einfache Metalle wie Nickel und Eisen, rostfreien Stahl wie SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316 und SUS316L sowie Metalle, die durch Vernickeln davon erhalten werden, auf. Zum Halten des elastischen Körpers 50 durch den Stromkollektor 60 können alle bekannten Mittel wie Schweißen, Verstiften und Verschrauben ohne besondere Einschränkungen verwendet werden.
Als Kathodenstromkollektor 60 kann ein bekannter Stromkollektor verwendet werden, der für einen Alkalisches-Wasser-Elektrolysebehälter verwendet wird, und zum Beispiel kann vorzugsweise ein Streckmetall oder ein Stanzmetall aus einem alkalibeständigen, starren, elektrisch leitenden Material verwendet werden. Beispiele für das Material des Stromkollektors 60 weisen einfache Metalle wie Nickel und Eisen, rostfreien Stahl wie SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316 und SUS316L sowie Metalle auf, die durch Vernickeln eines dieser Metalle gewonnen werden. Zum Halten des Stromkollektors 60 an den Enden 71 ec der zweiten Abstandsabschnitte 71a können ohne besondere Einschränkungen alle bekannten Mittel wie Schweißen und Verstiften verwendet werden.
Es wird erneut auf die 2A und 2B bezuggenommen. Das Anbringen der Anode 20 an der Trennwand 10 kann beispielsweise durch die Schritte durchgeführt werden: (a) Durchstecken der Schäfte 41a der ersten Bolzen 41 durch die zweiten Durchgangslöcher 43bh, die in den mit der Anode 20 verbundenen ersten Strukturelementen 43 vorgesehen sind, (b) weiteres Durchstecken der Schäfte 41 a der ersten Bolzen 41 durch die Durchgangslöcher 10h der Trennwand 10 und (c) Eingreifen der Schäfte 41a der ersten Bolzen 41 mit den ersten Muttern 42, die durch die Durchgangslöcher 60h des Stromkollektors 60 gesteckt sind, in der genannten Reihenfolge. Es ist unmöglich, die Schäfte 41a der ersten Bolzen 41 durch die zweiten Durchgangslöcher 43bh der ersten plattenförmigen Abschnitte 43b in einem Zustand zu stecken, in dem die Anode 20 und die ersten Strukturelemente 43 miteinander verbunden sind, wenn die ersten Bolzen 41 länger sind als der Abstand zwischen der Anode 20 und einem der jeweiligen ersten plattenförmigen Abschnitte 43b. Auch in einem solchen Fall kann der oben beschriebene Schritt (a) durch die Schritte ausgeführt werden: (a1) Durchstecken der Schäfte 41a der ersten Bolzen 41 durch die zweiten Durchgangslöcher 43bh der ersten plattenförmigen Abschnitte 43b in einem Zustand, in dem die ersten Strukturelemente 43 nicht an der Anode 20 befestigt sind, und (a2) Befestigen der Enden 43ae der ersten Strukturelemente 43 an der Anode 20, in der genannten Reihenfolge. Die Arbeit zum Ausbau der Anode 20 aus dem Elektrolyseelement 100 kann beispielsweise durch die Schritte erfolgen: (d) Entfernen der Kathode 30 und des elastischen Körpers 50 aus dem Kathodenstromkollektor 60, (e) Einsetzen einer Lehre oder dergleichen durch die Durchgangslöcher 60h des Stromkollektors 60, um die ersten Muttern 42 von den Schäften 41a der ersten Bolzen 41 zu entfernen, und (f) Ziehen, um die Anode 20 und die mit der Anode 20 verbundenen ersten Strukturelemente 43 von der Trennwand 10 zu entfernen, in der genannten Reihenfolge. Um zu verhindern, dass sich die ersten Bolzen 41 mit den ersten Muttern 42 mitdrehen, kann der Schritt (a) ferner den Schritt der Befestigung der Köpfe 41b der ersten Bolzen 41 an den ersten plattenförmigen Abschnitten 43b der ersten Strukturelemente 43 durch ein bekanntes Mittel wie Schweißen und Löten aufweisen. Auf diese Weise ermöglicht das Elektrolyseelement 100 ein Arbeiten zum einfachen Auswechseln der Anode 20 und kann somit den Zeit- und Kostenaufwand für die Erneuerung der Anode 20 reduzieren.
Das Elektrolyseelement 100, das die ersten Verbindungsmittel 40 aufweist, die zwei Sätze der ersten Strukturelemente 43, der ersten Bolzen 41 und der ersten Muttern 42 aufweisen, wurde oben im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Der Satz / die Sätze des ersten Strukturelements 43 / der ersten Strukturelemente 43, der erste Bolzen 41 / die ersten Bolzen 41 und die erste Mutter 42 / die ersten Muttern 42 kann/können in beliebiger Anzahl in dem ersten Verbindungsmittel 40 vorhanden sein.
Das Elektrolyseelement 100, das die ersten Strukturelemente 43 aufweist, die jeweils den ersten plattenförmigen Abschnitt 43b aufweisen, der mit dem einzigen zweiten Durchgangsloch 43bh versehen ist, wurde oben im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann das Elektrolyseelement erste Strukturelemente aufweisen, die jeweils einen ersten plattenförmigen Abschnitt aufweisen, der mit einer Mehrzahl von zweiten Durchgangslöchern versehen ist.
Das Elektrolyseelement 100, das die ersten Strukturelemente 43 aufweist, die jeweils den einzelnen ersten Abstandshalterabschnitt 43a und den einzelnen ersten plattenförmigen Abschnitt 43b aufweisen, wurde oben im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann das Elektrolyseelement erste Strukturelemente aufweisen, die jeweils einen einzelnen ersten Abstandshalterabschnitt und eine Mehrzahl von ersten plattenförmigen Abschnitten aufweisen, die voneinander getrennt sind und durchgehend von dem einzelnen ersten Abstandshalterabschnitt aus bereitgestellt sind. Zum Beispiel kann das Elektrolyseelement erste Strukturelemente aufweisen, die jeweils eine Mehrzahl von ersten Abstandshalterabschnitten, die voneinander separat sind, und einen einzelnen ersten plattenförmigen Abschnitt aufweisen, der durchgehend von den mehreren ersten Abstandshalterabschnitten aus bereitgestellt ist.
Das Elektrolyseelement 100, das den Kathodenstromkollektor 60 aufweist, der den elastischen Körper 50 mit den dritten Durchgangslöchern 60h stützt, die in dem Kathodenstromkollektor 60 vorgesehen sind, wurde oben bezüglich der vorliegenden Erfindung als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann das Elektrolyseelement lösbare Deckelelemente aufweisen, die zumindest einen Teil der jeweiligen dritten Durchgangslöcher 60h, die in dem Kathodenstromkollektor 60 vorgesehen sind, abdecken. 4A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Elektrolyseelement 200 für die alkalische Wasserelektrolyse gemäß einer solchen weiteren Ausführungsform (im Folgenden als „Elektrolyseelement 200“ bezeichnet) zeigt und zur 2A korrespondiert. In den 4A und 4B sind die bereits in den 2A bis 3 gezeigten Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen wie in den 2A bis 3, und eine Beschreibung davon kann ausgelassen werden. Das Elektrolyseelement 200 unterscheidet sich von dem Elektrolyseelement 100 (2A und 2B) dadurch, dass es weiter elektrisch leitende und lösbare erste Deckelelemente 61, 61, ... aufweist, die zumindest einen Teil der jeweiligen dritten Durchgangslöcher 60h, 60h, ... des Kathodenstromkollektors 60 abdecken (im Folgenden können sie einfach als „erste Deckelelemente 61“ bezeichnet werden).
4B ist eine Explosionsquerschnittsansicht, die schematisch die Position des Elektrolyseelements 200 in 4A zeigt, in der die Verbindung der ersten Strukturelemente 43 des ersten Verbindungsmittels 40 und der Trennwand 10 aufgelöst ist, in der die Verbindung des Kathodenstromkollektors 60, des elastischen Körpers 50 und der Kathode 30 aufgelöst ist und in der die ersten Deckelelemente 61 aus den dritten Durchgangslöchern 60h entfernt sind, und korrespondiert zu 2B. Die ersten Deckelelemente 61 haben Formen, die zu den dritten Durchgangslöchern 60h des Kathodenstromkollektors 60 korrespondieren, und können auf den Kathodenstromkollektor 60 gelegt werden, um zumindest einen Teil der jeweiligen dritten Durchgangslöcher 60h abzudecken. Wenn sie auf den Kathodenstromkollektor 60 gelegt werden, um zumindest einen Teil der jeweiligen dritten Durchgangslöcher 60h abzudecken, sind die ersten Deckelelemente 61 elektrisch mit dem Kathodenstromkollektor 60 verbunden.
In den 5A bis 6B sind der Kathodenstromkollektor 60 und die ersten Deckelelemente 61 schematisch dargestellt. 5A ist eine Draufsicht auf den Kathodenstromkollektor 60. Wie in 5A dargestellt, weist der Kathodenstromkollektor 60 die dritten Durchgangslöcher 60h, 60h, .... auf. Der Kathodenstromkollektor 60 ist eine poröse Platte aus einem Streckmetall. 5B ist eine Draufsicht, die die Position der ersten Deckelelemente 61, 61, ... zeigt, die in den dritten Durchgangslöchern 60h, 60h, ... des Kathodenstromkollektors 60 in 5A angeordnet sind. 5C zeigt 5B in der durch den Pfeil C-C angegebenen Richtung. 6A ist eine Draufsicht, die schematisch eines der ersten Deckelelemente 61 zeigt. 6B ist eine Vorderansicht von 6A, die auch als rechte und linke Seitenansicht davon dient. Wie in den 6A und 6B gezeigt, hat das erste Deckelelement 61 einen elektrisch leitenden, flachen Flächenteil 61a mit einer Form, die zum dritten Durchgangsloch 60h korrespondiert, und hat L-förmige Drahtteile 61w, 61w, ..., die mit dem flachen Flächenteil 61a verbunden sind (im Folgenden einfach als „Drahtteile 61w“ bezeichnet). Der flache Flächenteil 61a kann z.B. aus einem Streckmetall gebildet sein, wie der Kathodenstromkollektor 60, oder z.B. aus einer Metallplatte. Wie in den 5B und 5C gezeigt, sind die flachen Flächenteile 61a der ersten Deckelelemente 61 in die dritten Durchgangslöcher 60h des Kathodenstromkollektors 60 eingesetzt, und die mit den flachen Flächenteilen 61a verbundenen Drahtteile 61w sind in Poren des Streckmetalls, das den Kathodenstromkollektor 60 bildet, eingesetzt, und dadurch sind die ersten Deckelelemente 61 herausnehmbar in den Kathodenstromkollektor 60 eingesetzt und sind der Kathodenstromkollektor 60 und die flachen Flächenteile 61a der ersten Deckelelemente 61 elektrisch miteinander verbunden.
Beispielsweise kann ein Streckmetall, ein Stanzmetall oder eine Metallplatte, die aus einem alkalibeständigen, starren, elektrisch leitenden Material hergestellt ist, vorzugsweise als die flachen Flächenteile 61a der ersten Deckelelemente 61 verwendet werden. Beispiele für das Material der flachen Flächenteile 61a weisen einfache Metalle wie Nickel und Eisen, rostfreien Stahl wie SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316 und SUS316L sowie Metalle auf, die durch Vernickeln eines von diesen erhalten werden.
Ein Metalldraht aus einem alkalibeständigen, starren, elektrisch leitenden Material kann als Drahtteile 61w der ersten Deckelelemente 61 verwendet werden. Beispiele für das Material der Drahtteile 61w weisen einfache Metalle wie Nickel und Eisen, rostfreien Stahl wie SUS304, SUS310, SUSs310S, SUS316 und SUS316L sowie Metalle auf, die durch Vernickeln davon erhalten werden. Für die Verbindung der Drahtteile 61w mit den flachen Flächenteilen 61a können alle bekannten Verfahren wie Schweißen und Löten ohne besondere Einschränkungen verwendet werden.
Ein solches Elektrolyseelement 200 kann eine gleichmäßigere Kraft gewährleisten, mit der der elastische Körper 50 von hinten abgestützt ist, da zumindest ein Teil eines Abschnitts des elastischen Körpers 50, der zu den dritten Durchgangslöchern 60h in einem Abschnitt davon korrespondiert, der mit dem Kathodenstromkollektor 60 in Kontakt steht, mit den ersten Deckelelementen 61 bedeckt ist. Dadurch kann eine größere Gleichmäßigkeit der Kraft gewährleistet werden, mit der der elastische Körper 50 die Kathode 30 gegen die Trennmembran und die Anode in einem Keine-Lücke-Elektrolysebehälter drückt, der das Elektrolyseelement 200 aufweist. Ein solches Elektrolyseelement 200 ermöglicht auch Arbeiten zum einfachen Auswechseln der Anode 20 und kann somit den Zeit- und Kostenaufwand für die Erneuerung der Anode 20 reduzieren, wie oben bezüglich des Elektrolyseelements 100 beschrieben.
Das Elektrolyseelement 200, das die ersten Deckelelemente 61 aufweist, die die flachen Flächenteile 61a enthalten, die eine zu den dritten Durchgangslöchern 60h des Kathodenstromkollektors 60 korrespondierende Form haben und die in die dritten Durchgangslöcher 60h eingepasst sind, wenn die ersten Deckelelemente 61 zumindest einen Teil der jeweiligen dritten Durchgangslöcher 60h des Kathodenstromkollektors abdecken, wurde oben bezüglich der vorliegenden Erfindung als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann das Elektrolyseelement erste Deckelelemente aufweisen, die flache Flächenteile haben, die größer sind als die dritten Durchgangslöcher 60h, und die von den Umfängen der dritten Durchgangslöcher 60h gestützt sind, wenn die ersten Deckelelemente so angeordnet sind, dass sie die gesamten dritten Durchgangslöcher 60h des Kathodenstromkollektors abdecken. Beispielsweise kann das Elektrolyseelement erste Deckelelemente aufweisen, die nur einen Teil der jeweiligen dritten Durchgangslöcher 60h des Kathodenstromkollektors 60 abdecken. Wenn beispielsweise eines der ersten Deckelelemente in den Kathodenstromkollektor 60 eingesetzt ist, kann ein Spalt zwischen dem Umfang des flachen Flächenteils des ersten Deckelelements und dem Innenumfang des dritten Durchgangslochs 60h des Kathodenstromkollektors 60 vorhanden sein.
Das Elektrolyseelement 200 weist die ersten Deckelelemente 61 auf, die die elektrisch leitenden flachen Flächenteile 61a und die L-förmigen Drahtteile 61w aufweisen, die mit den flachen Flächenteilen 61a verbunden sind, wobei die flachen Flächenteile 61a der ersten Deckelelemente 61 in die dritten Durchgangslöcher 60h des Kathodenstromkollektors 60 eingesetzt sind und die mit den flachen Flächenteilen 61a verbundenen Drahtteile 61w in die Poren des Streckmetalls eingesetzt sind, das den Kathodenstromkollektor 60 bildet, Dadurch werden die ersten Deckelelemente 61 in den Kathodenstromkollektor 60 eingesetzt und sind der Kathodenstromkollektor 60 und die flachen Flächenteile 61a der ersten Deckelelemente 61 elektrisch miteinander verbunden, wie oben bezüglich der vorliegenden Erfindung als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann das Elektrolyseelement erste Deckelelemente aufweisen, die Schrauben aufweisen, die von den flachen Flächenteilen vorstehen, und die ersten Bolzen 41 sind an ihren Enden auf einer Seite mit Gewindelöchern versehen, in die die Schrauben der ersten Deckelelemente eingreifen, wodurch die ersten Deckelelemente befestigt sind. 7A und 7B sind Querschnittsansichten, die schematisch ein Elektrolyseelement 300 für die alkalische Wasserelektrolyse gemäß einer solchen weiteren Ausführungsform (im Folgenden als „Elektrolyseelement 300“ bezeichnet) darstellen und zu den 2A und 4A korrespondieren. In den 7A und 7B sind die bereits in den 2A bis 6B gezeigten Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen wie in den 2A bis 6B, und eine Beschreibung davon kann ausgelassen werden. Das Elektrolyseelement 300 unterscheidet sich von dem Elektrolyseelement 200 (4A bis 6B) dadurch, dass es erste Deckelelemente 361 anstelle der ersten Deckelelemente 61 und ein erstes Verbindungsmittel 340 anstelle der ersten Verbindungsmittel 40 aufweist.
7B ist eine Explosionsquerschnittsansicht, die schematisch die Position des Elektrolyseelements 300 in 7A zeigt, in der die Verbindung der ersten Strukturelemente 43 des ersten Verbindungsmittels 340 und der Trennwand 10 aufgelöst ist, in der die Verbindung des Kathodenstromkollektors 60, des elastischen Körpers 50 und der Kathode 30 aufgelöst ist und in der die ersten Deckelelemente 61 aus den dritten Durchgangslöchern 60h entfernt sind, und korrespondiert zu den 2B und 4B.
Die ersten Deckelelemente 361 unterscheiden sich von den ersten Deckelelementen 61 (4A bis 6B) dadurch, dass sie anstelle der Drahtteile 61w Verlängerungsschäfte 361b, die von den flachen Flächenteilen 61a aus vorstehen, und Deckelelement-Befestigungsschrauben 361c aufweisen, die an den Enden der Verlängerungsschäfte 361 b vorgesehen sind (Enden auf der den flachen Flächenteilen 61a entgegengesetzten Seite).
Das erste Verbindungsmittel 340 unterscheidet sich von dem ersten Verbindungsmittel 40 dadurch, dass es erste Bolzen 341 anstelle der ersten Bolzen 41 aufweist. Die ersten Bolzen 341 unterscheiden sich von den ersten Bolzen 41, indem sie Schäfte 341a anstelle der Schäfte 41a aufweisen. Die Schäfte 341a unterscheiden sich von den Schäften 41a dadurch, dass sie an ihren Enden auf der den Köpfen 41b gegenüberliegenden Seite Bolzenende-Gewindelöcher 341h aufweisen. Die Bolzenende-Gewindelöcher 341h sind Gewindelöcher, die mit der Deckelelement-Befestigungsschrauben 361c eingreifen können.
Die ersten Deckelelemente 361 haben Formen, die es ermöglichen, dass die ersten Deckelelemente 361 zumindest einen Teil der jeweiligen dritten Durchgangslöcher 60h des Kathodenstromkollektors 60 abdecken (beispielsweise Formen, die zu den dritten Durchgangslöchern 60h korrespondieren), und können in den Kathodenstromkollektor 60 eingesetzt sein, um die dritten Durchgangslöcher 60h abzudecken. In dem Elektrolyseelement 300 sind die Deckelelement-Befestigungsschrauben 361c mit den Bolzenende-Gewindelöchern 341h in Eingriff, und dadurch sind die ersten Deckelelemente 361 lösbar an den ersten Bolzen 341 befestigt und in den Kathodenstromkollektor 60 eingesetzt, um zumindest einen Teil der jeweiligen dritten Durchgangslöcher 60h abzudecken. Wenn sie in den Kathodenstromkollektor 60 eingesetzt sind, um zumindest einen Teil der jeweiligen dritten Durchgangslöcher 60h abzudecken, sind die ersten Deckelelemente 361 über die ersten Bolzen 341, die Trennwand 10 und die zweiten Strukturelemente 71 elektrisch mit dem Kathodenstromkollektor 60 verbunden.
Als ein Material für die Verlängerungsschäfte 361b und die Deckelelement-Befestigungsschrauben 361c kann ein alkalibeständiges, starres, elektrisch leitfähiges Material verwendet werden, das beispielsweise einfache Metalle wie Nickel und Eisen, rostfreien Stahl wie SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316 und SUS316L sowie Metalle aufweist, die durch Vernickeln eines von diesen erhalten werden. Jeder der Verlängerungsschäfte 361b und jede der Deckelelement-Befestigungsschrauben 361c kann als ein Körper geformt oder z.B. durch Schweißen verbunden sein. Zum Verbinden der Verlängerungsschäfte 361b mit den flachen Flächenteilen 61a können alle bekannten Mittel wie Schweißen und Löten ohne besondere Einschränkungen verwendet werden.
Ein solches Elektrolyseelement 300 kann eine gleichmäßigere Kraft gewährleisten, mit der der elastische Körper 50 von hinten abgestützt ist, da zumindest ein Teil eines Abschnitts des elastischen Körpers 50, der zu den dritten Durchgangslöchern 60h in einem Abschnitt davon korrespondiert, der mit dem Kathodenstromkollektor 60 in Kontakt steht, mit den ersten Deckelelementen 361 abgedeckt ist. Dadurch kann eine größere Gleichmäßigkeit der Kraft gewährleistet werden, mit der der elastische Körper 50 die Kathode 30 in Richtung zur Trennmembran und der Anode in einem Keine-Lücke-Elektrolysebehälter drückt, der das Elektrolyseelement 300 aufweist. Ein solches Elektrolyseelement 300 ermöglicht auch ein Arbeiten zum einfachen Auswechseln der Anode 20 und kann somit den Zeit- und Kostenaufwand für die Erneuerung der Anode 20 reduzieren, wie oben bezüglich des Elektrolyseelements 100 beschrieben.
Das Elektrolyseelement 300, das die ersten Deckelelemente 361 aufweist, von denen jedes den Verlängerungsschaft 361 b, der an dem flachen Flächenteil 61a befestigt ist, und die Deckelelement-Befestigungsschraube 361c aufweist, die an dem Ende des Verlängerungsschafts 361b vorgesehen ist, wurde oben bezüglich der vorliegenden Erfindung als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann das Elektrolyseelement ein erstes Deckelelement aufweisen, das die Deckelelement-Befestigungsschraube 361c aufweist, die direkt an dem flachen Flächenteil 61a befestigt ist. Zum Beispiel kann das Elektrolyseelement ein erstes Deckelelement aufweisen, das einen flachen Flächenteil enthält, der an einem Kopf befestigt ist, der an einem Ende einer Deckelelement-Befestigungsschraube vorgesehen ist.
Die Elektrolyseelemente 100, 200 und 300, die jeweils die ersten Strukturelemente 43 aufweisen, die jeweils den Abstandshalterabschnitt 43a und den ersten plattenförmigen Abschnitt 43b aufweisen, wurden oben bezüglich der vorliegenden Erfindung als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann das Elektrolyseelement die ersten Strukturelemente aufweisen, von welchen jedes aufweist: einen Drehungsbeschränkungsabschnitt, wobei, wenn der Schaft 41a des ersten Bolzens 41 durch das zweite Durchgangsloch 43bh gesteckt ist und der Kopf 41b des ersten Bolzens 41 den ersten plattenförmigen Abschnitt 43b kontaktiert, der Drehungsbeschränkungsabschnitt die Seitenfläche des Kopfes 41b des ersten Bolzens 41 kontaktiert, um die Drehung des ersten Bolzens 41 zu beschränken. 8A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Elektrolyseelement 400 für die alkalische Wasserelektrolyse gemäß einer solchen weiteren Ausführungsform (im Folgenden als „Elektrolyseelement 400“ bezeichnet) zeigt und korrespondiert zur 2A. In den 8A und 8B sind die bereits in den 2A bis 7B gezeigten Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen wie in den 2A bis 7B, und eine Beschreibung davon kann ausgelassen werden. Das Elektrolyseelement 400 unterscheidet sich von dem Elektrolyseelement 100 dadurch, dass es anstelle des ersten Verbindungsmittels 40 ein erstes Verbindungsmittel 440 aufweist. Das erste Verbindungsmittel 440 unterscheidet sich von dem ersten Verbindungsmittel 40, indem es ein erstes Strukturelement 443 anstelle des ersten Strukturelements 43 aufweist. 8B ist eine Explosionsquerschnittsansicht, die schematisch die Position des Elektrolyseelements 400 in 8A zeigt, in welcher die Verbindung der ersten Strukturelemente 443 des ersten Verbindungsmittels 440 und der Trennwand 10 aufgelöst ist, und in welcher die Verbindung des Kathodenstromkollektors 60, des elastischen Körpers 50 und der Kathode 30 aufgelöst ist, und korrespondiert zur 2B.
9A ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eines der ersten Strukturelemente 443 zeigt und zur 3 korrespondiert. In den 9A bis 9C sind die bereits in den 2A bis 8B gezeigten Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen wie in den 2A bis 8B, und die Beschreibung davon kann ausgelassen werden. Das erste Strukturelement 443 unterscheidet sich von dem ersten Strukturelement 43 (3) dadurch, dass es zusätzlich zu dem ersten Abstandshalterabschnitt 43a und dem ersten plattenförmigen Abschnitt 43b einen Drehungsbeschränkungsabschnitt 443c aufweist. Der Drehungsbeschränkungsabschnitt 443c ist ein plattenförmiges Element, das von dem ersten plattenförmigen Abschnitt 43b aus vorsteht. Als ein Material des Drehungsbeschränkungsabschnitts 443c kann ein alkalibeständiges, starres, elektrisch leitfähiges Material verwendet werden. Beispiele für ein solches Material weisen einfache Metalle wie Nickel und Eisen, rostfreien Stahl wie SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316 und SUS316L sowie metallische Materialien auf, die durch Vernickeln von einem davon erhalten werden. Vorzugsweise kann das gleiche Material wie für den ersten plattenförmigen Abschnitt 43b verwendet werden. Der Drehungsbeschränkungsabschnitt 443c und der erste plattenförmige Abschnitt 43b können als ein einziger Körper geformt sein. Der Drehungsbeschränkungsabschnitt 443c kann mit dem ersten plattenförmigen Abschnitt durch Schweißen oder dergleichen verbunden sein.
9B ist eine Draufsicht auf ein Beispiel für die Position des Schafts 41a des ersten Bolzens 41, der durch das zweite Durchgangsloch 43bh des ersten Strukturelements 443 von 9A gesteckt ist, das von der Oberseite des Blattes von 9A aus betrachtet wird. 9B zeigt das Ende 43ae des Abstandshalterabschnitts 43a, den ersten plattenförmigen Abschnitt 43b, den Drehungsbeschränkungsabschnitt 443c und den Kopf 41b des ersten Bolzens 41. In dem Elektrolyseelement 400 sind die ersten Bolzen 41 Sechskantschrauben. Wie in 9B gezeigt, wenn der Schaft 41 a des ersten Bolzens 41 durch das zweite Durchgangsloch 43bh des ersten Strukturelements 443 gesteckt ist und der Kopf 41b des ersten Bolzens 41 den ersten plattenförmigen Abschnitt 43b kontaktiert, kontaktiert der Drehungsbegrenzungsabschnitt 443c die Seitenfläche (Peripherie) des Kopfes 41b, und dadurch wird die Drehung des ersten Bolzens 41 beschränkt. Wie in 9B gezeigt, „kontaktiert der Drehungsbeschränkungsabschnitt 443c die Seitenfläche des Kopfes 41b, und dadurch ist die Drehung des ersten Bolzens 41 beschränkt“, was bedeutet, dass es für den ersten Bolzen 41 beschränkt ist, sich frei zu drehen, aber es ist nicht erforderlich, die Drehung des ersten Bolzens 41 vollständig zu beschränken. Im ersten Strukturelement 443 kontaktiert bei der Drehung des ersten Bolzens 41 ein Eckteil 41be an der Seitenfläche des Kopfes 41b des ersten Bolzens 41 den Drehungsbeschränkungsabschnitt 443c, dadurch wird die freie Drehung des ersten Bolzens 41 eingeschränkt. In dem Zustand, „in dem der Drehungsbeschränkungsabschnitt 443c die Seitenfläche des Kopfes 41b kontaktiert und dadurch die Drehung des ersten Bolzens 41 beschränkt ist“, bedeutet, dass es nicht erforderlich, dass der Drehungsbeschränkungsabschnitt 443c immer in Kontakt mit der Seitenfläche des Kopfes 41b des ersten Bolzens 41 ist. 9C ist eine Draufsicht auf ein weiteres Beispiel für die Position des Schafts 41a des ersten Bolzens 41, der durch das zweite Durchgangsloch 43bh des ersten Strukturelements 443 von 9A gesteckt ist, die von der Oberseite des Blattes von 9A aus betrachtet wird. Wie in 9C gezeigt, kann ein Spalt zwischen dem Drehungsbeschränkungsabschnitt 443c und dem Kopf 41b des ersten Bolzens 41 vorhanden sein, wenn eine der flachen Flächen, die die Seitenfläche des Kopfes 41b des ersten Bolzens 41 bilden, in einer Position parallel zu dem Drehungsbeschränkungsabschnitt 443c ist.
Das erste Strukturelement 443c, das einen solchen Drehungsbeschränkungsabschnitt 443c aufweist, kann verhindern, dass sich der erste Bolzen 41 mit der ersten Mutter 42 mitdreht, wenn der Schaft des ersten Bolzens 41 mit der ersten Mutter 42 in Eingriff ist. Auf diese Weise erleichtert das Elektrolyseelement 400 die Arbeiten zum Einsetzen und Entfernen der Anode 20. Ein solches Elektrolyseelement 400 ermöglicht auch eine Arbeit zum einfachen Auswechseln der Anode 20 und kann somit die Zeit und die Kosten für die Erneuerung der Anode 20 reduzieren, wie oben bezüglich des Elektrolyseelements 100 beschrieben.
Das Elektrolyseelement 400, das die ersten Strukturelemente 443 aufweist, die jeweils ein plattenförmiges Element aufweisen, das von dem ersten plattenförmigen Abschnitt 43b als Drehungsbeschränkungsabschnitt 443c aus vorsteht, wurde oben bezüglich der vorliegenden Erfindung als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Die Struktur des Drehungsbeschränkungsabschnitts ist nicht besonders beschränkt, solange die Drehung des ersten Bolzens durch den Kontakt des Drehungsbeschränkungsabschnitts mit dem Kopf des ersten Bolzens beschränkt werden kann. Beispielsweise kann das Elektrolyseelement ein erstes Strukturelement aufweisen, das geformt ist, so dass es eine Struktur aufweist, die die Drehung des ersten Bolzens durch den Kontakt der Struktur mit dem Kopf des ersten Bolzens durch Gießen, Pressen, Schneiden oder dergleichen beschränkt. Ein Beispiel für eine solche Struktur ist eine Struktur eines ersten Strukturelements, das geformt ist, so dass es einen vertieften Abschnitt mit einer Form aufweist, die zum Kopf 41b des ersten Bolzens 41 korrespondiert, und zwar um das zweite Durchgangsloch 43bh des ersten plattenförmigen Abschnitts 43b. 10A ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch ein erstes Strukturelement 443' gemäß einer solchen weiteren Ausführungsform zeigt und zur 9A korrespondiert. In den 10A und 10B sind die bereits in den 2A bis 9C gezeigten Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen wie in den 2A bis 9C, und eine Beschreibung davon kann ausgelassen werden. Wie in 10A gezeigt, ist in dem ersten Strukturelement 443' um das zweite Durchgangsloch 43bh in dem plattenförmigen Abschnitt 43b ein vertiefter Abschnitt 443'c vorgesehen, dessen Form zum Kopf 41 b des ersten Bolzens 41 korrespondiert, der eine Sechskantschraube ist. Dieser vertiefte Abschnitt 443'c fungiert als Drehungsbegrenzungsabschnitt. 10B ist eine Draufsicht auf die Position des Schafts 41a des ersten Bolzens 41, der durch das zweite Durchgangsloch 43bh des ersten Strukturelements 443' von 10A gesteckt ist, betrachtet von der Oberseite des Blattes von 10A. 10B zeigt das Ende 43ae des Abstandshalterabschnitts 43a, den ersten plattenförmigen Abschnitt 43b, den Drehungsbeschränkungsabschnitt 443'c und den Kopf 41 b des ersten Bolzens 41. Wie in 10B gezeigt, wenn der Schaft 41a des ersten Bolzens 41 durch das zweite Durchgangsloch 43bh des ersten Strukturelements 443' gesteckt ist und der Kopf 41 b des ersten Bolzens 41 den ersten plattenförmigen Abschnitt 43b kontaktiert, kontaktiert die Seitenfläche des vertieften Abschnitts 443'c, der ein Drehungsbeschränkungsabschnitt ist, die Seitenfläche (Peripherie) des Kopfes 41 b (d.h. die Peripherie des Kopfes 41b des ersten Bolzens 41 kontaktiert die Seitenfläche des vertieften Abschnitts 443'c (, der ein Drehungsbeschränkungsabschnitt ist)), und dadurch wird die Drehung des ersten Bolzens 41 beschränkt. Der gleiche Effekt, der durch den oben beschriebenen Drehungsbeschränkungsabschnitt 443c erzielt wird, kann auch durch einen solchen Drehungsbeschränkungsabschnitt 443'c erzielt werden, der ein vertiefter Abschnitt ist. In der obigen Beschreibung ist das erste Strukturelement 443' mit dem sechseckigen vertieften Abschnitt 443'c, der zur Form des Kopfes 41 b des ersten Bolzens 41, der eine Sechskantschraube ist, korrespondiert, als ein Drehungsbeschränkungsabschnitt dargestellt. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Das erste Strukturelement kann z.B. einen polygonalen (z.B. sechseckigen) vertieften Abschnitt mit runden Scheiteln als Drehungsbeschränkungsabschnitt aufweisen.
Zum Beispiel kann man in dem Elektrolyseelement die zweiten Durchgangslöcher 43bh an Positionen in der Nähe der ersten Abstandshalterabschnitte 43a anordnen, und dadurch wird die Drehung der Köpfe 41b durch den Kontakt der Seitenflächen der Köpfe 41 b der ersten Bolzen 41, die durch die zweiten Durchgangslöcher 43bh gesteckt sind, mit den ersten Abstandshalterabschnitten 43a beschränkt, d.h. die ersten Abstandshalterabschnitte 43a können als ein Drehungsbeschränkungsabschnitt fungieren. 11A ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch ein erstes Strukturelement 443" gemäß einer solchen weiteren Ausführungsform zeigt und zur 9A korrespondiert. In den 11A und 11B sind die bereits in den 2A bis 10B gezeigten Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen wie in den 2A bis 10B, und die Beschreibung davon kann ausgelassen werden. Wie in 11A gezeigt, ist in dem ersten Strukturelement 443" das zweite Durchgangsloch 43bh in dem plattenförmigen Abschnitt 43b in unmittelbarer Nähe des Abstandshalterabschnitts 43a vorgesehen, und der Abstandshalterabschnitt 43a fungiert auch als ein Drehungsbeschränkungsabschnitt 443"c. 11B ist eine Draufsicht auf die Position des Schafts 41a des ersten Bolzens 41, der durch das zweite Durchgangsloch 43bh des ersten Strukturelements 443" von 11A gesteckt ist, betrachtet von der Oberseite des Blattes von 11 A. 11B zeigt das Ende 43ae des Abstandshalterabschnitts 43a, den ersten plattenförmigen Abschnitt 43b und den Kopf 41 b des ersten Bolzens 41. Wie in 11B gezeigt, wenn der Schaft 41a des ersten Bolzens 41 durch das zweite Durchgangsloch 43bh des Strukturelements 443" gesteckt ist und der Kopf 41b des ersten Bolzens 41 den ersten plattenförmigen Abschnitt 43b kontaktiert, kontaktiert der Abstandshalterabschnitt 43a, der auch als ein Drehungsbeschränkungsabschnitt fungiert, die Seitenfläche (Peripherie) des Kopfes 41b, und dadurch wird die Drehung des ersten Bolzens 41 beschränkt. Der gleiche Effekt, der durch den oben beschriebenen Drehungsbeschränkungsabschnitt 443c erzielt wird, kann auch durch einen solchen Abstandshalterabschnitt erzielt werden, der ebenfalls als ein Drehungsbeschränkungsabschnitt fungiert.
Das Elektrolyseelement 100, 200, 300 oder 400, wobei die ersten Bolzen 41 oder 341, die ersten Strukturelemente 43 oder 443 und die Trennwand 10 durch die Befestigungskraft der ersten Bolzen 41 oder 341 und der ersten Muttern 42 aneinander befestigt sind, wurde oben bezüglich der vorliegenden Erfindung als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann das Elektrolyseelement weiter auch zweite Muttern aufweisen, mit denen die ersten Bolzen und die ersten Strukturelemente befestigt sind. 12A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Elektrolyseelement 500 für die alkalische Wasserelektrolyse gemäß einer solchen weiteren Ausführungsform (im Folgenden als „Elektrolyseelement 500“ bezeichnet) zeigt und zur 8A korrespondiert. In den 12A und 12B sind die bereits in den 2A bis 11B gezeigten Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen wie in den 2A bis 11B, und die Beschreibung davon kann ausgelassen werden. Das Elektrolyseelement 500 unterscheidet sich von dem Elektrolyseelement 400 (8A bis 11B) dadurch, dass es ein erstes Verbindungsmittel 540 anstelle des ersten Verbindungsmittels 440 aufweist.
12B ist eine Explosionsquerschnittsansicht, die schematisch die Position des Elektrolyseelements 500 in 12A zeigt, in der die Verbindung der ersten Strukturelemente 443 des ersten Verbindungsmittels 540 und der Trennwand 10 aufgelöst ist, in der die Verbindung des Kathodenstromkollektors 60, des elastischen Körpers 50 und der Kathode 30 aufgelöst ist, und in der die Verbindung der ersten Strukturelemente 443 und der ersten Bolzen 41 aufgelöst ist, und korrespondiert zu 8B.
Das erste Verbindungsmittel 540 unterscheidet sich von dem ersten Verbindungsmittel 440 dadurch, dass es ferner zweite Muttern 44, 44, ... aufweist, die mit den ersten Bolzen 41, 41, ... eingreifen können (im Folgenden einfach als „zweite Muttern 44“ bezeichnet). In 12B greifen die zweiten Muttern 44 mit den Schäften 41a der ersten Bolzen 41 ein, nachdem die Schäfte 41a der ersten Bolzen 41 durch die zweiten Durchgangslöcher 43bh der ersten plattenförmigen Abschnitte 43b gesteckt wurden, so dass die Köpfe 41b der ersten Bolzen 41 und die zweiten Muttern 44 die ersten plattenförmigen Abschnitte 43b dazwischen angeordnet haben, um die ersten Bolzen 41 an den ersten plattenförmigen Abschnitten 43b zu befestigen. Danach werden die Schäfte 41 der an den ersten plattenförmigen Abschnitten 43b befestigten ersten Schrauben 41 durch die ersten Durchgangslöcher 10h der Trennwand 10 gesteckt und greifen mit den ersten Muttern 42 ein, um die ersten Bolzen 41 an der Trennwand 10 zu befestigen (12A).
Als zweite Muttern 44 können elektrisch leitende Muttern verwendet werden, die mit den ersten Bolzen 41 in Eingriff gebracht werden können und die jeweils einen größeren Außendurchmesser haben als die ersten Durchgangslöcher 10h, die in der Trennwand 10 vorgesehen sind, und als die zweiten Durchgangslöcher 43bh, die in den ersten plattenförmigen Abschnitten 43b vorgesehen sind (d.h. die nicht durch die ersten Durchgangslöcher 10h oder die zweiten Durchgangslöcher 43bh passen). Als solche zweiten Muttern 44 können beispielsweise bekannte elektrisch leitende Muttern wie Sechskantmuttern verwendet werden. Als ein Material für die zweiten Muttern 44 kann ein alkalibeständiges, starres, elektrisch leitfähiges Material verwendet werden. Beispiele für ein solches Material weisen einfache Metalle wie Nickel und Eisen, rostfreien Stahl wie SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316 und SUS316L sowie metallische Materialien auf, die durch Vernickeln von einem davon erhalten werden.
Ein solches Elektrolyseelement 500 ermöglicht es, die Schäfte 41a der ersten Bolzen 41, die durch die zweiten Durchgangslöcher 43bh der ersten plattenförmigen Abschnitte 43b gesteckt sin, durch die ersten Durchgangslöcher 10h der Trennwand 10 zur Befestigung der Anode 20 an der Trennwand 10 in einem Zustand zu stecken, in dem die ersten Bolzen 41 bereits an den ersten plattenförmigen Abschnitten befestigt sind. Dadurch wird verhindert, dass die ersten Bolzen 41 während dieser Arbeit schwanken und sich aus den zweiten Durchgangslöchern 43bh lösen, was ein leichteres Arbeiten beim Anbringen der Anode 20 an der Trennwand 10 ermöglicht. Ein solches Elektrolyseelement 500 ermöglicht auch ein einfaches Auswechseln der Anode 20 und kann somit den Zeit- und Kostenaufwand für die Erneuerung der Anode 20 reduzieren, wie er oben für das Elektrolyseelement 100 beschrieben wurde.
Das Elektrolyseelement 500, das die ersten Strukturelemente 443 aufweist, die jeweils den Drehungsbegrenzungsabschnitt 443c aufweisen, wurde oben bezüglich der vorliegenden Erfindung als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann das Elektrolyseelement 500 (12A und 12B) anstelle der ersten Strukturelemente 443 (9A bis 9C) auch die ersten Strukturelemente 43 (3) aufweisen, die keinen Drehungsbeschränkungsabschnitt aufweisen. Gemäß dem Elektrolyseelement 500, das die ersten Strukturelemente 443 aufweist, die jeweils den Drehungsbeschränkungsabschnitt 443c aufweisen, verhindert der Drehungsbeschränkungsabschnitt 443c, dass sich der erste Bolzen 41 mit der ersten Mutter 41 mitdreht, wenn der Schaft 41 b des ersten Bolzens 41 in die erste Mutter 41 eingreift, was bevorzugt ist. Im Gegensatz dazu, selbst wenn die ersten Strukturelemente keinen Drehungsbeschränkungsabschnitt aufweisen, befestigen die ersten Bolzen 41 und die zweiten Muttern 44 die ersten plattenförmigen Abschnitte 43b, und dadurch wird die Drehung des ersten Bolzens 41 in gewissem Maße unterdrückt. Somit wird in gewissem Maße unterdrückt, dass sich der erste Bolzen 41 mit den ersten Muttern 42 mitdreht, wenn die Schäfte 41b der ersten Bolzen 41 mit den ersten Muttern 42 in Eingriff kommen, und daher kann eine ausreichende Befestigung durchgeführt werden.
Die Elektrolyseelemente 400 und 500, die kein erstes Deckelelement aufweisen, das zumindest einen Teil des dritten Durchgangslochs 60h des Kathodenstromkollektors 60 abdeckt, wurden oben im Rahmen der vorliegenden Erfindung als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann das Elektrolyseelement, wie oben unter Bezugnahme auf das Elektrolyseelement 200 (4A bis 6B) und das Elektrolyseelement 300 (7A und 7B) beschrieben, ferner erste Deckelelemente aufweisen, die zumindest einen Teil der jeweiligen dritten Durchgangslöcher 60h des Kathodenstromkollektors 60 abdecken.
Das Elektrolyseelement 100, 200, 300, 400 oder 500, das die ersten Strukturelemente 43, 443, 443' oder 443" mit den ersten plattenförmigen Abschnitten 43b aufweist, die mit den zweiten Durchgangslöchern 43bh versehen sind, die jeweils einen runden Querschnitt haben, wurde oben bezüglich der vorliegenden Erfindung als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann das Elektrolyseelement ein erstes Strukturelement aufweisen, das ein zweites Durchgangsloch aufweist, das durchgehend von dem ersten plattenförmigen Abschnitt bis zu zumindest einem Teil des ersten Abstandshalterabschnitts vorgesehen ist. 13A ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch ein erstes Strukturelement 443''' gemäß einer solchen weiteren Ausführungsform zeigt und zu 10A korrespondiert. In den 13A und 13B sind die bereits in den 2A bis 12B gezeigten Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen wie in den 2A bis 12B, und die Beschreibung davon kann ausgelassen werden. Wie in 13A gezeigt, unterscheidet sich das erste Strukturelement 443''' von dem ersten Strukturelement 443' (10A und 10B) dadurch, dass es ein zweites Durchgangsloch 443'''bh anstelle des zweiten Durchgangslochs 43bh aufweist. Das zweite Durchgangsloch 443'''bh unterscheidet sich von dem zweiten Durchgangsloch 43b, das nur in dem ersten plattenförmigen Abschnitt 43b vorgesehen ist, dadurch, dass es durchgehend von dem ersten plattenförmigen Abschnitt 43b zu zumindest einem Teil des ersten Abstandshalterabschnitts 43a vorgesehen ist. 13B ist eine Draufsicht auf ein Beispiel für die Position des Schafts 41 a des ersten Bolzens 41, der durch das zweite Durchgangsloch 443'''bh des ersten Strukturelements 443''' von 13A gesteckt ist, das von der Oberseite des Blattes von 13A aus betrachtet wird. 13B zeigt das Ende 43ae des Abstandshalterabschnitts 43a, den ersten plattenförmigen Abschnitt 43b, den Drehungsbeschränkungsabschnitt 443c, das zweite Durchgangsloch 443'''bh und den Kopf 41b des ersten Bolzens 41. Ein solches erstes Strukturelement 443''' ermöglicht es, den ersten Bolzen 41 so anzuordnen, dass, wenn der Schaft 41a des ersten Bolzens 41 durch das zweite Durchgangsloch 443"'bh gesteckt ist, der Schaft 41a des ersten Bolzens 41 durch einen Abschnitt des zweiten Durchgangslochs 443"'bh gesteckt ist, der in dem Abstandshalterabschnitt 43a vorgesehen ist (Pfeil X in 13A), und danach wird die Richtung zur ersten Schraube geändert, und dadurch kontaktiert der Kopf 41b des ersten Bolzens 41 den ersten plattenförmigen Abschnitt 43b, wie in 13B gezeigt. Wenn die Höhe des Abstandshalterabschnitt 43a (Abstand vom ersten plattenförmigen Abschnitt 43b zur Anode 20) kürzer ist als die Länge des ersten Bolzens 41 im ersten Strukturelement 43 (3), 443 (9A bis 9C), 443' (10A und 10B) oder 443" (11A und 11B), die das zweite Durchgangsloch 43bh aufweisen, das nur in dem ersten plattenförmigen Abschnitt 43b vorgesehen ist, ist es erforderlich, den ersten Bolzen 41 durch das zweite Durchgangsloch 43b zu stecken und danach das erste Strukturelement mit der Anode 20 durch Schweißen oder dergleichen zu verbinden. Im Gegensatz ermöglicht es hingegen das Elektrolyseelement, das das erste Strukturelement 443''' (13A und 13B) mit dem zweiten Durchgangsloch 443'''bh aufweist, das durchgehend von dem ersten plattenförmigen Abschnitt 43b zu zumindest einem Teil des ersten Abstandshalterabschnitts 43a vorgesehen ist, den Schaft 41a des ersten Bolzens 41 durch das zweite Durchgangsloch 443'''bh in einem Zustand zu stecken, in dem das erste Strukturelement 443''' bereits mit der Anode 20 verbunden ist, selbst wenn die Höhe des Abstandshalterabschnitts 43a (Abstand von den ersten plattenförmigen Abschnitten 43b zur Anode 20) weniger kürzer als die Länge des ersten Bolzens 41 ist. Dies erleichtert die Arbeit beim Befestigen der Anode 20 an der Trennwand 10 auch dann, wenn der Abstand d1 zwischen der Trennwand 10 und der Anode 20 kurz ist. Die 13A und 13B zeigen das erste Strukturelement 443''', das mit dem Drehungsbeschränkungsabschnitt 443'c versehen ist, der ein vertiefter Abschnitt mit einer Form ist, die zum Kopf 41b des ersten Bolzens 41 korrespondiert, der eine Sechskantschraube ist, um das zweite Durchgangsloch 443'''bh. Das erste Strukturelement kann gemäß einer weiteren Ausführungsform einen Drehungsbeschränkungsabschnitt oder keinen Drehungsbeschränkungsabschnitt aufweisen. Beispielsweise kann der Drehungsbeschränkungsabschnitt 443c (9A bis 9C), der ein plattenförmiges Element ist, vorgesehen sein. Im Hinblick auf eine einfachere Positionierung des ersten Bolzens 41 kann das erste Strukturelement 443''', das mit dem Drehungsbeschränkungsabschnitt 443'c versehen ist, der ein vertiefter Abschnitt mit einer Form ist, die zum Kopf 41b des ersten Bolzens 41 korrespondiert (z.B. ein Polygon oder ein Polygon mit runden Scheiteln), um das zweite Durchgangsloch 443'''bh herum verwendet werden.
Die Elektrolyseelemente 100, 200, 300, 400 und 500, die jeweils die Trennwand 10 mit den Durchgangslöchern 10h aufweisen, sind oben beispielhaft für die vorliegende Erfindung beschrieben worden. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann das Elektrolyseelement anstelle der Durchgangslöcher eine Trennwand aufweisen, die in der ersten Fläche mündende Gewindelöcher aufweist. 14A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Elektrolyseelement 600 für die alkalische Wasserelektrolyse gemäß einer solchen weiteren Ausführungsform (im Folgenden als „Elektrolyseelement 600“ bezeichnet) zeigt und zu 2A korrespondiert. In den 14A und 14B sind die bereits in den 2A bis 13B gezeigten Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen wie in den 2A bis 13B, und eine Beschreibung davon kann ausgelassen werden. Das Elektrolyseelement 600 unterscheidet sich von dem Elektrolyseelement 100 (2A und 2B) dadurch, dass es eine Trennwand 610 anstelle der Trennwand 10, eine Anode 620 anstelle der Anode 20, einen Kathodenstromkollektor 660 anstelle des Kathodenstromkollektors 60 und ein erstes Verbindungsmittel 640 anstelle des ersten Verbindungsmittels 40 aufweist. Der Kathodenstromkollektor 660 unterscheidet sich von dem Kathodenstromkollektor 60 dadurch, dass er kein drittes Durchgangsloch 60h aufweist.
14B ist eine Explosionsquerschnittsansicht, die schematisch die Position des Elektrolyseelements 600 in 14A zeigt, in der die Verbindung der ersten Strukturelemente 43 des ersten Verbindungsmittels 640 und der Trennwand 610 aufgelöst ist, und korrespondiert zu 2B.
Die Trennwand 610 unterscheidet sich von der Trennwand 10 dadurch, dass sie anstelle der ersten Durchgangslöcher 10h, 10h, .... mit ersten Gewindelöchern 610h, 610h, ... (im Folgenden einfach als „erste Gewindelöcher 610h“ bezeichnet) versehen ist. Das erste Verbindungsmittel 640 unterscheidet sich von dem ersten Verbindungsmittel 40 (2A und 2B) dadurch, dass es erste Bolzen 641, 641, ... (im Folgenden einfach als „erste Bolzen 641“ bezeichnet) anstelle der ersten Bolzen 41, 41, ... und die ersten Gewindelöcher 610h anstelle der ersten Durchgangslöcher 10h, aber keine erste Mutter 42 aufweist.
Jeder vom ersten Bolzen 641 ist ein kürzerer Bolzen als jeder vom ersten Bolzen 41 (2A und 2B). Die ersten Bolzen 641 unterscheiden sich von den ersten Bolzen 41 dadurch, dass sie anstelle der Schäfte 41a Schäfte 641a aufweisen, die jeweils kürzer als jeder der Schäfte 41a sind. Die in der Trennwand 610 vorgesehenen ersten Gewindelöcher 610h sind Gewindelöcher, die mit den ersten Bolzen 641 eingreifen können. Die Länge jedes der Schäfte 641a der ersten Bolzen 641 ist vorzugsweise kürzer als die Summe aus der Dicke jedes der ersten plattenförmigen Abschnitte 43b und der Tiefe jedes der ersten Gewindelöcher 610h, die in der Trennwand 610 vorgesehen sind. Als ein Material der ersten Bolzen 641 kann das gleiche elektrisch leitende Material wie oben bezüglich der ersten Bolzen 41 beschrieben verwendet werden, und ein bevorzugter Modus der ersten Bolzen 641 ist ebenfalls wie oben beschrieben.
Die Anode 620 unterscheidet sich von der Anode 20 (2A und 2B) dadurch, dass sie vierte Durchgangslöcher 620h, 620h, ... (im Folgenden einfach als „vierte Durchgangslöcher 620h“ bezeichnet) an Positionen aufweist, die den in den ersten plattenförmigen Abschnitten 43b der ersten Strukturelemente 43 vorgesehenen zweiten Durchgangslöchern 43bh zugewandt sind. Die vierten Durchgangslöcher 620h sind geformt und bemessen, so dass die ersten Bolzen 641 durch sie hindurchtreten können.
In dem Elektrolyseelement 600 kann die Arbeit zum Befestigen der Anode 620 an der Trennwand 610 beispielsweise durch die folgenden Schritte ausgeführt werden: (a) Durchstecken der Schäfte 641a der ersten Bolzen 641 durch die in den ersten Strukturelementen 43 vorgesehenen zweiten Durchgangslöcher 43bh, die mit der Anode 620 verbunden sind, und (b) Eingreifen der Schäfte 641a der ersten Bolzen 641 mit den ersten Gewindelöchern 610h der Trennwand 610, in der genannten Reihenfolge. Der Ausbau der Anode 620 aus dem Elektrolyseelement 600 kann beispielsweise durch folgende Schritte erfolgen: (c) Einsetzen einer Lehre oder dergleichen durch die vierten Durchgangslöcher 620h der Anode 620, um die ersten Bolzen 641 aus den ersten Gewindelöchern 610h der Trennwand 610 zu entfernen, und (d) Ziehen, um die Anode 620 und die mit der Anode 620 verbundenen ersten Strukturelemente 43 von der Trennwand 610 zu entfernen, in der genannten Reihenfolge. Ein solches Elektrolyseelement 600 ermöglicht auch ein Arbeiten zum einfachen Austausch der Anode 620 und kann somit den Zeit- und Kostenaufwand für die Erneuerung der Anode 620 reduzieren. Bei dem Elektrolyseelement 600 wird die Anode 620 nicht durch den Eingriff der ersten Bolzen 41 mit den ersten Muttern 42 an der Trennwand 610 befestigt, sondern durch den Eingriff der ersten Bolzen 641 mit den in der Trennwand 610 vorgesehenen ersten Gewindelöchern 610h. Somit müssen keine Maßnahmen gegen das Mitdrehen der ersten Muttern mit den ersten Bolzen getroffen werden. Ferner bewegt sich gemäß dem Elektrolyseelement 600 ein Elektrolyt zwischen der Anodenkammer und der Kathodenkammer nicht durch irgendwelche Kontaktabschnitte der in der Trennwand vorgesehenen Durchgangslöcher und der ersten Bolzen, da die Trennwand die Gewindelöcher, jedoch kein Durchgangsloch aufweist.
Das Elektrolyseelement 600, das die vierten Durchgangslöcher 620h aufweist, die in der Anode 620 vorgesehen sind und nicht abgedeckt sind, wurde oben in Bezug auf die vorliegende Erfindung als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann das Elektrolyseelement ferner aufweisen: zweite Deckelelemente, die das gleiche Material wie die Anode 620 aufweisen und zumindest einen Teil der jeweiligen vierten Durchgangslöcher 620h, die in der Anode 620 vorgesehen sind, abdecken. 15A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Elektrolyseelement 700 für die alkalische Wasserelektrolyse gemäß einer solchen weiteren Ausführungsform zeigt (im Folgenden als „Elektrolyseelement 700“ bezeichnet) und zu 14A korrespondiert. In den 15A und 15B sind die bereits in den 2A bis 14B gezeigten Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen wie in den 2A bis 14B, und eine Beschreibung davon kann ausgelassen werden. Das Elektrolyseelement 700 unterscheidet sich von dem Elektrolyseelement 600 (14A und 14B) dadurch, dass es ferner lösbare, elektrisch leitende zweite Deckelelemente 721, 721, ..., die zumindest einen Teil der jeweiligen vierten Durchgangslöcher 620h, 620h, ... der Anode 620 abdecken (im Folgenden einfach als „zweite Deckelelemente 721“ bezeichnet), sowie elektrisch leitende zweite Bolzen 722 aufweist, die jeweilig an den zweiten Deckelelementen 721 befestigt sind, und dass es ein erstes Verbindungsmittel 740 anstelle des ersten Verbindungsmittels 640 aufweist. Das erste Verbindungsmittel 740 unterscheidet sich von dem ersten Verbindungsmittel 640, indem es erste Bolzen 741, 741, ... (im Folgenden einfach als „erste Bolzen 741“ bezeichnet) anstelle der ersten Bolzen 641, 641, .... aufweist.
15B ist eine Explosionsquerschnittsansicht, die schematisch die Position des Elektrolyseelements 700 in 15A zeigt, in der die Verbindung der ersten Strukturelemente 43 des ersten Verbindungsmittels 640 und der Trennwand 610 aufgelöst ist und in der die zweiten Deckelelemente 721 aus den vierten Durchgangslöchern 620h entfernt sind, und korrespondiert zu 14B.
Die zweiten Deckelelemente 721 sind aus demselben Material wie die Anode 620 hergestellt und haben Formen, die es den zweiten Deckelelementen 721 ermöglichen, zumindest einen Teil der jeweiligen vierten Durchgangslöcher 620h der Anode 620 abzudecken (beispielsweise Formen, die zu den vierten Durchgangslöchern 620h korrespondieren). In dem Elektrolyseelement 700 sind die Anode 620 und die zweiten Deckelelemente 721 starre poröse Platten, die jeweils ein starres elektrisch leitendes Basismaterial aus einem Streckmetall aufweisen, und sind derselbe Katalysator, der auf der Oberfläche dieses elektrisch leitenden Basismaterials getragen wird.
Die zweiten Bolzen 722 weisen Verlängerungsschäfte 722a, die von den zweiten Deckelelementen 721 vorstehen, sowie Deckelelement-Befestigungsschrauben 722b auf, die an den Enden der Verlängerungsschäfte 722a (Enden auf der den zweiten Deckelelementen 721 entgegengesetzte Seite) vorgesehen sind. Als ein Material für die zweiten Bolzen 722 kann ein alkalibeständiges, starres, elektrisch leitfähiges Material verwendet werden. Beispiele hierfür weisen einfache Metalle wie Nickel und Eisen, rostfreien Stahl wie SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316 und SUS316L sowie Metalle auf, die durch Vernickeln eines von diesen erhalten werden. Jeder der Verlängerungsschäfte 722a und jede der Deckelelement-Befestigungsschrauben 722b kann als ein Körper geformt sein. Jeder der Verlängerungsschäfte 722a kann mit jeder der Deckelelement-Befestigungsschrauben 722b verbunden sein, beispielsweise durch Schweißen. Für das Verbinden der zweiten Bolzen 722 mit den zweiten Deckelelementen 721 können alle bekannten Verfahren wie Schweißen und Löten ohne besondere Einschränkungen verwendet werden.
Die ersten Bolzen 741 unterscheiden sich von den ersten Bolzen 641 dadurch, dass sie Köpfe 741b anstelle der Köpfe 641b aufweisen. Die Köpfe 741b unterscheiden sich von den Köpfen 641b dadurch, dass sie zweite Gewindelöcher 741bh aufweisen, die mit (den Deckelelement-Befestigungsschrauben 722b der) zweiten Bolzen 722 eingreifen können.
Die zweiten Deckelelemente 721 haben Formen, die es den zweiten Deckelelementen 721 ermöglichen, zumindest einen Teil der jeweiligen vierten Durchgangslöcher 620h der Anode 620 abzudecken (zum Beispiel Formen haben, die zu den vierten Durchgangslöchern 620h korrespondieren), und können in die Anode 620 eingesetzt sein, um zumindest einen Teil der jeweiligen vierten Durchgangslöcher 620h abzudecken. Im Elektrolyseelement 700 greifen (die Deckelelement-Befestigungsschrauben 722b der) zweiten Bolzen 722 mit den zweiten Gewindelöchern 741bh ein, wodurch die zweiten Deckelelemente 721 lösbar an den ersten Bolzen 741 befestigt sind, zumindest einen Teil der jeweiligen vierten Durchgangslöcher 620h der Anode 620 abdecken und über die zweiten Bolzen 722 mit den ersten Bolzen 741 elektrisch verbunden sind. Dies bewirkt, dass die zweiten Deckelelemente 721 über die zweiten Bolzen 722, die ersten Bolzen 741 und die ersten Strukturelemente 43 elektrisch mit der Anode 620 verbunden sind.
Der gleiche Effekt wie bei dem oben beschriebenen Elektrolyseelement 600 (14A und 14B) kann auch mit einem solchen Elektrolyseelement 700 erzielt werden. Ferner, gemäß dem Elektrolyseelement 700, das die zweiten Deckelelemente 721 aufweist, kompensieren die zweiten Deckelelemente 721 die Fläche der Anode, die durch die vierten Durchgangslöcher reduziert wird, und die somit eine gleichmäßigere Stromverteilung gewährleisten können, um den Energieverlust weiter zu reduzieren.
Das Elektrolyseelement 700, das die zweiten Bolzen 722 mit den aus den zweiten Deckelelementen 721 vorstehenden Verlängerungsschäften 722a und die an den Enden der Verlängerungsschäfte 722a vorgesehenen Deckelelement-Befestigungsschrauben 722b aufweist, wurde oben im Rahmen der vorliegenden Erfindung als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann das Elektrolyseelement einen zweiten Bolzen aufweisen, der die Deckelelement-Befestigungsschraube 722b aufweist, die direkt am zweiten Deckelelement 721 befestigt ist. Beispielsweise kann das Elektrolyseelement einen zweiten Bolzen mit der Deckelelement-Befestigungsschraube 722b und einem Kopf aufweisen, der an einem Ende der Deckelelement-Befestigungsschraube 722b vorgesehen ist und an dem das zweite Deckelelement 721 befestigt ist.
Das Elektrolyseelement 600 bzw. 700, das die ersten Bolzen 641 bzw. 741 mit den Köpfen 641b bzw. 741b aufweist, die in die in der Trennwand 610 vorgesehenen ersten Gewindelöcher 610h eingreifen, wurde oben im Rahmen der vorliegenden Erfindung beispielhaft beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann das Elektrolyseelement einen ersten Bolzen aufweisen, der ein Stehbolzen ist und keinen Kopf aufweist. 16A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Elektrolyseelement 800 für die alkalische Wasserelektrolyse gemäß einer solchen weiteren Ausführungsform zeigt (im Folgenden als „Elektrolyseelement 800“ bezeichnet) und zu 15A korrespondiert. In den 16A und 16B sind die bereits in den 2A bis 15B gezeigten Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen wie in den 2A bis 15B, und eine Beschreibung davon kann ausgelassen werden. Das Elektrolyseelement 800 unterscheidet sich von dem Elektrolyseelement 700 (15A und 15B) dadurch, dass es anstelle des ersten Verbindungsmittels 740 ein erstes Verbindungsmittel 840 aufweist. Das erste Verbindungsmittel 840 unterscheidet sich von dem ersten Verbindungsmittel 740 dadurch, dass es anstelle der ersten Bolzen 741, 741, ..., welche die Köpfe 741b aufweisen, erste Bolzen 841, 841, ... aufweist, die Stehbolzen sind (im Folgenden einfach als „erste Bolzen 841“ oder „Stehbolzen 841“ bezeichnet), und dass es ferner erste Muttern 842, 842, ... aufweist, die mit den ersten Bolzen 841, die Stehbolzen sind, eingreifen können (im Folgenden einfach als „erste Muttern 842“ bezeichnet). 16B ist eine Explosionsquerschnittsansicht, die schematisch die Position des Elektrolyseelements 800 in 16A zeigt, in der die Verbindung der ersten Strukturelemente 43 des ersten Verbindungsmittels 840 und der Trennwand 610 aufgelöst ist, und in der die Verbindung der zweiten Deckelelemente 721 und der ersten Bolzen 841, die Stehbolzen sind, aufgelöst ist, und korrespondiert zu 15B.
Bei den ersten Bolzen 841 handelt es sich um Stehbolzen, d.h. um Bolzen, die jeweils an einem Ende ihres Schafts keinen Kopf aufweisen. Die Stehbolzen 841 haben jeweils ein erstes Ende 841e1 und ein zweites Ende 841e2. Die Stehbolzen 841 werden mit den ersten Enden 841 e1 mit den ersten Gewindelöchern 610h in der Trennwand 610 in Eingriff gebracht, und dadurch werden die ersten Enden 841e1 der Stehbolzen 841 an der Trennwand 610 befestigt. Die an der Trennwand befestigten Stehbolzen 841 werden durch die zweiten Durchgangslöcher 43bh, die in den ersten plattenförmigen Abschnitten 43b der ersten Strukturelemente 43 vorgesehen sind, gesteckt, um von den zweiten Enden 841e2 aus mit den ersten Muttern 842 einzugreifen, und dadurch werden die ersten Strukturelemente 43 an der Trennwand 610 befestigt. Als ein Material für die Stehbolzen 841 und die ersten Muttern 842 kann ein elektrisch leitfähiges Material verwendet werden, wie es oben für die ersten Bolzen 41 und die ersten Muttern 42 beschrieben wurde. Bevorzugte Modi der Stehbolzen 841 und der ersten Muttern 842 sind ebenfalls wie oben beschrieben.
In den zweiten Enden 841e2 der Stehbolzen 841 sind zweite Gewindelöcher 841bh vorgesehen, die mit den zweiten Bolzen 722 (den Befestigungsschrauben 722b des Deckelelements) in Eingriff gebracht werden können. Die zweiten Bolzen 722 sind mit den zweiten Gewindelöchern 841bh in Eingriff, und dadurch sind die zweiten Deckelelemente 721 mittels der zweiten Bolzen 722 lösbar an den Stehbolzen 841 befestigt, decken zumindest einen Teil der jeweiligen vierten Durchgangslöcher 620h der Anode 620 ab und sind elektrisch mit den Stehbolzen 841 verbunden. Dadurch sind die zweiten Deckelelemente 721 über die zweiten Bolzen 722, die Stehbolzen 841, die ersten Muttern 842 und die ersten Strukturelemente 43 mit der Anode 620 elektrisch verbunden.
Der gleiche Effekt wie bei dem oben beschriebenen Elektrolyseelement 700 kann auch mit einem solchen Elektrolyseelement 800 erzielt werden.
Das Elektrolyseelement 800, das die zweiten Bolzen 722 mit den von den zweiten Deckelelementen 721 vorstehenden Verlängerungsschäften 722a und die an den Enden der Verlängerungsschäfte 722a vorgesehenen Deckelelement-Befestigungsschrauben 722b aufweist, wurde oben im Rahmen der vorliegenden Erfindung als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann das Elektrolyseelement einen zweiten Bolzen aufweisen, der die Deckelelement-Befestigungsschraube 722b aufweist, die direkt am zweiten Deckelelement 721 befestigt ist. Beispielsweise kann das Elektrolyseelement einen zweiten Bolzen mit der Deckelelement-Befestigungsschraube 722b und einem Kopf aufweisen, der am Ende der Deckelelement-Befestigungsschraube 722b vorgesehen ist und an dem das zweite Deckelelement 721 befestigt ist. Beispielsweise kann das Elektrolyseelement kein zweites Deckelelement 721 oder keinen zweiten Bolzen 722 aufweisen.
Die Elektrolyseelemente 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700 und 800, die jeweils die ersten Bolzen aufweisen, mit denen die Anode an der Trennwand befestigt ist, wurden oben beispielhaft für die vorliegende Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann das Elektrolyseelement einen Bolzen aufweisen, mit dem sowohl die Anode als auch der Kathodenstromkollektor an der Trennwand befestigt sind. 17A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Elektrolyseelement 900 für die alkalische Wasserelektrolyse gemäß einer solchen weiteren Ausführungsform zeigt (im Folgenden als „Elektrolyseelement 900“ bezeichnet) und zu 2A korrespondiert. In den 17A und 17B sind die bereits in den 2A bis 16B gezeigten Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen wie in den 2A bis 16B, und eine Beschreibung davon kann ausgelassen werden. Das Elektrolyseelement 900 unterscheidet sich von dem Elektrolyseelement 100 (2A und 2B) dadurch, dass es eine Anode 920 anstelle der Anode 20, einen Kathodenstromkollektor 960 anstelle des Kathodenstromkollektors 60 und ein drittes Verbindungsmittel 940 anstelle des ersten Verbindungsmittels 40 und des zweiten Verbindungsmittels 70 aufweist. 17B ist eine Explosionsquerschnittsansicht, die schematisch die Position des Elektrolyseelements 900 in 17A zeigt, in der die Verbindung zwischen der Anode 920, der Trennwand 10 und dem Kathodenstromkollektor 960 aufgelöst ist, und korrespondiert zu 2B.
Das dritte Verbindungsmittel 940 weist die ersten Bolzen 41, 41, ..., die ersten Durchgangslöcher 10h, 10h, ..., die in der Trennwand 10 vorgesehen sind und durch die die Schäfte 41a der ersten Bolzen 41 gesteckt sein können, und die ersten Muttern 42, 42, ... auf, die mit den ersten Bolzen 41 eingreifen können. Das dritte Verbindungsmittel fixiert die Anode 920 und den Kathodenstromkollektor 960 an der Trennwand 10 und verbindet die Anode 920 und den Kathodenstromkollektor 960 elektrisch, so dass die Anode 920 der ersten Fläche 10a der Trennwand 10 und der Kathodenstromkollektor 960 der zweiten Fläche 10b der Trennwand 10 zugewandt ist.
18A ist eine Draufsicht, in der die Anode 920 schematisch dargestellt ist. 18B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in 18A. Wie in den 18A und 18B gezeigt, weist die Anode 920 auf: einen ersten flachen Abschnitt 920a, der sich zweidimensional erstreckt, erste becherförmige Abschnitte 920b, 920b, ..., die von dem ersten flachen Abschnitt 920a in Richtung zur ersten Fläche 10a der Trennwand 10 vorstehen und sich verjüngen (im Folgenden einfach als „erste becherförmige Abschnitte 920b“ bezeichnet), und fünfte Durchgangslöcher 920h, die in jeweiligen unteren Abschnitten 920c der ersten becherförmigen Abschnitte 920b vorgesehen sind und durch die die Schäfte 41a der ersten Bolzen 41 gesteckt sein können. Wie aus den 17A, 17B und 18B ersichtlich, weist die Anode 920 Öffnungen 920d, 920d, ... auf, die zu den ersten becherförmigen Abschnitten 920b, 920b, ... korrespondieren (im Folgenden einfach als „Öffnungen 920d“ bezeichnet). Als ein Material der Anode 920 können das elektrisch leitende Basismaterial und der Katalysator verwendet werden, die die gleichen sind wie das Material der oben beschriebenen Anode 20 (2A und 2B), und ein bevorzugter Modus der Anode 920 ist auch der gleiche wie oben beschrieben. In dem Elektrolyseelement 900 kann als die Anode 920 beispielsweise eine Anode verwendet werden, die aufweist: ein starres elektrisch leitendes Basismaterial, das entsprechend den ersten becherförmigen Abschnitten 920b und den fünften Durchgangslöchern 920h geformt ist, beispielsweise durch Pressen und Stanzen, und das aus einem Streckmetall hergestellt ist, und einen Katalysator, der auf der Oberfläche dieses elektrisch leitenden Basismaterials getragen wird.
19A ist eine Draufsicht, die den Kathodenstromkollektor 960 schematisch darstellt. 19B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in 19A. Wie in den 19A und 19B gezeigt, weist der Kathodenstromkollektor 960 auf: einen zweiten flachen Abschnitt 960a, der sich zweidimensional erstreckt, zweite becherförmige Abschnitte 960b, 960b, ..., die von dem zweiten flachen Abschnitt 960a in Richtung zur zweiten Fläche 10b der Trennwand 10 vorstehen und sich verjüngen (im Folgenden einfach als „zweite becherförmige Abschnitte 960b“ bezeichnet), und sechste Durchgangslöcher 960h, die in den jeweiligen unteren Abschnitten 960c der zweiten becherförmigen Abschnitte 960b vorgesehen sind und durch die die Schäfte 41a der ersten Bolzen 41 gesteckt sein können. Wie aus den 17A, 17B und 19B ersichtlich ist, weist der Kathodenstromkollektor 960 Öffnungen 960d, 960d, ... auf, die zu den zweiten becherförmigen Abschnitten 960b, 960b, ... korrespondieren (im Folgenden einfach als „Öffnungen 960d“ bezeichnet). Als ein Material des Kathodenstromkollektors 960 kann das gleiche starre elektrisch leitende Material wie das Material des oben beschriebenen Kathodenstromkollektors 60 (2A und 2B) verwendet werden, und ein bevorzugter Modus des Kathodenstromkollektors 960 ist auch der gleiche wie oben beschrieben. In dem Elektrolyseelement 900 kann als der Kathodenstromkollektor 960 beispielsweise ein starrer Kathodenstromkollektor verwendet werden, der die zweiten becherförmigen Abschnitte 960b und die sechsten Durchgangslöcher 960h beispielsweise durch Pressen und Stanzen erhält und aus einem Streckmetall hergestellt ist.
Es wird erneut auf die 17A und 17B bezuggenommen. Im Elektrolyseelement 900 sind die Schäfte 41a der ersten Bolzen 41 durch die ersten Durchgangslöcher 10h der Trennwand 10, die fünften Durchgangslöcher 920h der Anode 920 und die sechsten Durchgangslöcher 960h des Kathodenstromkollektors 960 gesteckt, um mit den ersten Muttern 42 einzugreifen, wodurch die Köpfe 41b der ersten Bolzen 41 und die ersten Muttern 42 die Anode 920, die Trennwand 10 und den Kathodenstromkollektor 960 dazwischen angeordnet haben und befestigen. Dies bewirkt, dass die Anode 920 und der Kathodenstromkollektor 960 mittels der ersten Bolzen 41 und der ersten Muttern 42 lösbar an der Trennwand 10 befestigt sind. Dabei sind die Anode 920, der Kathodenstromkollektor 960 und die Trennwand 10 über die ersten Bolzen 41 und die ersten Muttern 42 elektrisch verbunden.
In dem Elektrolyseelement 900 kann das Befestigen der Anode 920 und des Kathodenstromkollektors 960 an der Trennwand 10 beispielsweise durch die Schritte erfolgen: (a) Durchstecken der Schäfte 41a der ersten Bolzen 41 durch die fünften Durchgangslöcher 920h der Anode 920, (b) weiteres Durchstecken der Schäfte 41 a der ersten Bolzen 41 durch die Durchgangslöcher 10h der Trennwand 10, (c) weiteres Durchstecken der Schäfte 41a der ersten Bolzen 41 durch die sechsten Durchgangslöcher 960h des Kathodenstromkollektors 960, und (d) Eingreifen der Schäfte 41a der ersten Bolzen 41 mit den ersten Muttern 42, in der genannten Reihenfolge. Die Arbeit zum Ausbau der Anode 920 und des Kathodenstromkollektors 960 aus dem Elektrolyseelement 900 kann beispielsweise durch die Schritte erfolgen: (e) Entfernen der Kathode 30 und des elastischen Körpers 50 von dem Kathodenstromkollektor 960, (f) Entfernen der ersten Muttern 42 von den Schäften 41 a der ersten Bolzen 41, (g) Ziehen und Entfernen der Anode 920 von der Trennwand 10, und (h) Herausziehen der Schäfte 41a der ersten Bolzen 41 aus den fünften Durchgangslöchern 920h der Anode 920, den ersten Durchgangslöchern 10h der Trennwand 10 und den sechsten Durchgangslöchern 960h des Kathodenstromkollektors 960. Auf diese Weise ermöglicht das Elektrolyseelement 900 auch ein einfaches Auswechseln der Anode 920 und kann somit den Zeit- und Kostenaufwand für die Erneuerung der Anode 920 reduzieren.
Das Elektrolyseelement 900, welches die die ersten Bolzen 41 aufweist, die von der Seite der Anode 920 durch die fünften Durchgangslöcher 920h, die ersten Durchgangslöcher 10h und die sechsten Durchgangslöcher 960h gesteckt werden, um mit den ersten Muttern 42 auf der Seite des Kathodenstromkollektors 960 einzugreifen, ist oben im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung als ein Beispiel beschrieben worden. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann das Elektrolyseelement die ersten Bolzen 41 aufweisen, die durch die sechsten Durchgangslöcher 960h, die ersten Durchgangslöcher 10h und die fünften Durchgangslöcher 920h von der Seite des Kathodenstromkollektors 960 aus gesteckt sind, um mit den ersten Muttern 42 auf der Seite der Anode 920 einzugreifen.
Das Elektrolyseelement 900, wobei die Anode 920 und der Kathodenstromkollektor 960 mittels der ersten Bolzen 41 und der ersten Muttern 42 lösbar an der Trennwand 10 befestigt sind, und dabei die Anode 920, der Kathodenstromkollektor 960 und die Trennwand 10 über die ersten Bolzen 41 und die ersten Muttern 42 elektrisch verbunden sind, wurde oben im Rahmen der vorliegenden Erfindung als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann ein solches Elektrolyseelement umfasst sein, dass die Anode 920 und der Kathodenstromkollektor 960 mittels der ersten Bolzen 41 und der ersten Muttern 42 lösbar an der Trennwand 10 befestigt sind, wobei die Anode 920 und der Kathodenstromkollektor 960 über die ersten Bolzen 41 und die ersten Muttern 42 elektrisch verbunden sind, die Trennwand 10 jedoch nicht elektrisch mit der Anode 920 oder dem Kathodenstromkollektor 960 verbunden ist. Das Elektrolyseelement 900, das die elektrisch leitende Trennwand 10 aufweist, wurde oben im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann das Elektrolyseelement anstelle der elektrisch leitenden Trennwand 10 eine nicht elektrisch leitende Trennwand aufweisen, wobei die Anode 920 und der Kathodenstromkollektor 960 mittels der ersten Bolzen 41 und der ersten Muttern 42 an der nicht elektrisch leitenden Trennwand lösbar befestigt sind und dabei die Anode 920 und der Kathodenstromkollektor 960 über die ersten Bolzen 41 und die ersten Muttern 42 elektrisch verbunden sind. Das vorhergehende trifft zu, denn die Funktion als Elektrolyseelement wird ausgeübt, solange die Anode und der Kathodenstromkollektor, die mit der Trennwand dazwischen angeordnet sind, elektrisch verbunden sind, auch wenn die Trennwand nicht elektrisch leitend ist. Als ein Material einer solchen nicht elektrisch leitenden Trennwand kann vorzugsweise ein alkalibeständiges Harzmaterial verwendet werden, das eine Festigkeit hat, mit der die Anode und der Kathodenstromkollektor getragen werden können.
Bevorzugte Beispiele für ein solches Harzmaterial weisen starre Polyvinylchloridharze, Polypropylenharze, Polyethylenharze, Polyetherimidharze, Polyphenylensulfidharze, Polybenzimidazolharze, Polytetrafluorethylenharze, Tetrafluorethylen-Perfluoralkylvinylether-Copolymerharze und Tetrafluorethylen-Ethylen-Copolymerharze auf.
Das Elektrolyseelement 900, das die Anode 920, die vier fünfte Durchgangslöcher 920h, die in ihrer Anzahl zu den ersten becherförmigen Abschnitten 920b korrespondieren, den Kathodenstromkollektor 960, der vier sechste Durchgangslöcher 960h aufweist, die in ihrer Anzahl zu den zweiten becherförmigen Abschnitten 960b korrespondieren, und die Trennwand 10 aufweist, die die vier ersten Durchgangslöcher 10h aufweist, wurde oben bezüglich der vorliegenden Erfindung als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Solange die Anode und der Kathodenstromkollektor mittels des ersten Bolzens / der ersten Bolzen lösbar an der Trennwand befestigt sein können, können die folgenden frei ausgewählt werden: die Anzahl der fünften Durchgangslöcher in der Anode, der sechsten Durchgangslöcher, welche im Kathodenstromkollektor vorgesehen sind, und der ersten Durchgangslöcher, welche in der Trennwand vorgesehen sind, sowie die Formen und die Anordnung der ersten becherförmigen Abschnitte in der Anode und der zweiten becherförmigen Abschnitte im Kathodenstromkollektor. Es wird darauf hingewiesen, dass, wenn die Anordnung der ersten Durchgangslöcher festgelegt wird, die Anordnung der ersten becherförmigen Abschnitte und der zweiten becherförmigen Abschnitte korrespondierend dazu festgelegt wird, da die fünften Durchgangslöcher, die sechsten Durchgangslöcher und die ersten Durchgangslöcher an korrespondierenden Positionen vorgesehen sind.
Das Elektrolyseelement 900, das die Öffnungen 960d aufweist, die mit den zweiten becherförmigen Abschnitten 960b des Kathodenstromkollektors 960 korrespondieren und die nicht abgedeckt sind, wurde oben im Rahmen der vorliegenden Erfindung als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann das Elektrolyseelement weiter erste Deckelelemente aufweisen, die zumindest einen Teil der jeweiligen Öffnungen 960d des Kathodenstromkollektors 960 abdecken. Solche ersten Deckelelemente können so angebracht sein, dass sie zumindest einen Teil der jeweiligen Öffnungen 960d abdecken, die zu den zweiten becherförmigen Abschnitten 960b korrespondieren, die elektrisch mit dem Kathodenstromkollektor 960 verbunden werden sollen, und zwar auf die gleiche Weise wie beispielsweise die ersten Deckelelemente 61, die oben in Bezug auf das Elektrolyseelement 200 beschrieben wurden, oder die ersten Deckelelemente 361, die oben in Bezug auf das Elektrolyseelement 300 beschrieben wurden.
Das Elektrolyseelement 900, das die Öffnungen 920d aufweist, die zu den ersten becherförmigen Abschnitten 920b der Anode 920 korrespondieren und die nicht abgedeckt sind, wurde oben bezüglich der vorliegenden Erfindung als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann das Elektrolyseelement ferner zweite Deckelelemente aufweisen, die zumindest einen Teil der jeweiligen Öffnungen 920d der Anode 920 abdecken. 20A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Elektrolyseelement 1000 für die alkalische Wasserelektrolyse gemäß einer solchen weiteren Ausführungsform (im Folgenden als „Elektrolyseelement 1000“ bezeichnet) zeigt und zu 17A korrespondiert. In den 20A und 20B sind die bereits in den 2A bis 19B gezeigten Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen wie in den 2A bis 19B, und eine Beschreibung davon kann ausgelassen werden. Das Elektrolyseelement 1000 unterscheidet sich von dem Elektrolyseelement 900 (17A und 17B) weiter dadurch, dass es ferner lösbare zweite Deckelelemente 1021, 1021, ..., die das gleiche Material wie die Anode 920 aufweisen und zumindest einen Teil der jeweiligen Öffnungen 920d, 920d, ... der ersten becherförmigen Abschnitte 920b, 920b, ... der Anode 920 (im Folgenden einfach als „zweite Deckelelemente 1021“ bezeichnet) abdecken, und elektrisch leitende zweite Schrauben 1022 aufweist, die an den jeweiligen zweiten Deckelelementen 1021 befestigt sind, und ein drittes Verbindungsmittel 1040 anstelle des dritten Verbindungsmittels 940 aufweist. Das dritte Verbindungsmittel 1040 unterscheidet sich von dem dritten Verbindungsmittel 940 dadurch, dass es erste Bolzen 1041, 1041, ... (im Folgenden als „erste Bolzen 1041“ bezeichnet) anstelle der ersten Bolzen 41, 41, .... aufweist. Die ersten Bolzen 1041 unterscheiden sich von den ersten Bolzen 41 dadurch, dass sie Köpfe 1041b anstelle der Köpfe 41b aufweisen. 20B ist eine Explosionsquerschnittsansicht, die schematisch die Position des Elektrolyseelements 1000 in 20A zeigt, in der die Verbindung der Anode 920, der Trennwand 10 und des Kathodenstromkollektors 960 aufgelöst ist und in der die zweiten Deckelelemente 1021 aus den Öffnungen 920d der ersten becherförmigen Abschnitte 920b entfernt sind, und korrespondiert zu 17B.
Die zweiten Deckelelemente 1021 weisen das gleiche Material wie die Anode 920 auf und haben Formen, die sich zweidimensional erstrecken, so dass die zweiten Deckelelemente zumindest einen Teil der jeweiligen Öffnungen 920d der ersten becherförmigen Abschnitte 920b der Anode 920 abdecken können (beispielsweise korrespondierend zu den Formen der Öffnungen 920d). In dem Elektrolyseelement 1000 sind die Anode 920 und die zweiten Deckelelemente 1021 starre poröse Platten, die jeweils ein starres elektrisch leitendes Basismaterial aus einem Streckmetall aufweisen, und sind derselbe Katalysator, der auf der Oberfläche dieses elektrisch leitenden Basismaterials getragen wird. Unter ihnen haben die zweiten Deckelelemente 1021 eine scheibenartige Form, die zu den Öffnungen 920d der ersten becherförmigen Abschnitte 920b der Anode 920 korrespondiert (siehe 18A und 18B).
Die zweiten Bolzen 1022 sind elektrisch leitende Bolzen mit Köpfen 1022b, die an den zweiten Deckelelementen 1021 befestigt sind, und mit Schäften 1022a, die an den Köpfen 1022b befestigt sind. Als ein Material der zweiten Bolzen 1022 kann ein alkalibeständiges, starres, elektrisch leitfähiges Material verwendet werden, und Beispiele dafür weisen einfache Metalle wie Nickel und Eisen, rostfreien Stahl wie SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316 und SUS316L sowie Metalle auf, die durch Vernickeln eines von diesen erhalten werden. Für die Verbindung der Köpfe 1022b der zweiten Bolzen 1022 mit den zweiten Deckelelementen 1021 können alle bekannten Mittel wie Schweißen und Löten ohne besondere Einschränkungen verwendet werden.
Die ersten Bolzen 1041 unterscheiden sich von den ersten Bolzen 41 dadurch, dass sie anstelle der Köpfe 41 b die Köpfe 1041b aufweisen (siehe 2A, 2B, 17A und 17B). Die Köpfe 1041b der ersten Bolzen 1041 unterscheiden sich von den Köpfen 41b der ersten Bolzen 41 dadurch, dass sie Gewindelöcher 1041bh aufweisen, die mit (den Schäften 1022a der) zweiten Bolzen 1022 eingreifen können.
In dem Elektrolyseelement 1000 sind (die Schäfte 1022a der) zweiten Bolzen 1022, die an den zweiten Deckelelementen 1021 befestigt sind, mit den Gewindelöchern 1041bh der Köpfe der ersten Bolzen 1041 in Eingriff, und dadurch sind die zweiten Deckelelemente 1021 lösbar an den ersten Bolzen 1041 befestigt und decken zumindest einen Teil der jeweiligen Öffnungen 920d der ersten becherförmigen Abschnitte 920b der Anode 920 ab. Dabei sind die zweiten Deckelelemente 1021 über die zweiten Bolzen 1022 und die ersten Bolzen 1041 elektrisch mit der Anode 920 verbunden.
Der gleiche Effekt wie bei dem oben beschriebenen Elektrolyseelement 900 (17A und 17B) kann auch mit einem solchen Elektrolyseelement 1000 erzielt werden. Ferner, gemäß dem Elektrolyseelement 1000, das die zweiten Deckelelemente 1021 aufweist, kompensieren die zweiten Deckelelemente 1021 die Fläche der Anode, die durch die Öffnungen 920d der ersten becherförmigen Abschnitte 920b reduziert ist, und die somit eine gleichmäßigere Stromverteilung gewährleisten können, um den Energieverlust weiter zu reduzieren.
Das Elektrolyseelement 1000, wobei die Anode 920 und der Kathodenstromkollektor 960 mittels der ersten Bolzen 1041 und der ersten Muttern 42 lösbar an der Trennwand 10 befestigt sind, und dabei die Anode 920, der Kathodenstromkollektor 960 und die Trennwand 10 über die ersten Bolzen 1041 und die ersten Muttern 42 elektrisch verbunden sind, wurde oben bezüglich der vorliegenden Erfindung als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann ein solches Elektrolyseelement auch umfasst sein, dass die Anode 920 und der Kathodenstromkollektor 960 mittels der ersten Bolzen 1041 und der ersten Muttern 42 lösbar an der Trennwand 10 befestigt sind und dabei die Anode 920 und der Kathodenstromkollektor 960 über die ersten Bolzen 1041 und die ersten Muttern 42 elektrisch verbunden sind, die Trennwand 10 jedoch nicht elektrisch mit der Anode 920 oder dem Kathodenstromkollektor 960 verbunden ist. Das Elektrolyseelement 1000, das die elektrisch leitende Trennwand 10 aufweist, wurde oben im Rahmen der vorliegenden Erfindung als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann das Elektrolyseelement anstelle der elektrisch leitenden Trennwand 10 eine nicht elektrisch leitende Trennwand aufweisen, wobei die Anode 920 und der Kathodenstromkollektor 960 mittels der ersten Bolzen 1041 und der ersten Muttern 42 an der nicht elektrisch leitenden Trennwand lösbar befestigt sind und dabei die Anode 920 und der Kathodenstromkollektor 960 über die ersten Bolzen 1041 und die ersten Muttern 42 elektrisch verbunden sind. Das vorhergehende trifft zu, denn die Funktion als Elektrolyseelement wird ausgeübt, solange die Anode und der Kathodenstromkollektor, die mit der Trennwand dazwischen angeordnet sind, elektrisch verbunden sind, auch wenn die Trennwand nicht elektrisch leitend ist. Als ein Material einer solchen nicht elektrisch leitenden Trennwand kann vorzugsweise ein alkalibeständiges Harzmaterial verwendet werden, das eine Festigkeit hat, mit der die Anode und der Kathodenstromkollektor getragen werden können. Bevorzugte Beispiele für ein solches Harzmaterial weisen starre Polyvinylchloridharze, Polypropylenharze, Polyethylenharze, Polyetherimidharze, Polyphenylensulfidharze, Polybenzimidazolharze, Polytetrafluorethylenharze, Tetrafluorethylen-Perfluoralkylvinylether-Copolymerharze und Tetrafluorethylen-Ethylen-Copolymerharze auf.
Das Elektrolyseelement 900 oder 1000, wobei die Köpfe der ersten Bolzen 41 oder 1041 und die ersten Muttern 42 die Anode 920, die Trennwand 10 und den Kathodenstromkollektor 960 dazwischen angeordnet haben und befestigen, wurde oben im Rahmen der vorliegenden Erfindung als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann das Elektrolyseelement zwei Muttern aufweisen, die mit demselben Bolzen in Eingriff stehen und die Anode 920, die Trennwand 10 und den Kathodenstromkollektor 960 dazwischen angeordnet haben und verbinden und befestigen. 21A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Elektrolyseelement 1100 für die alkalische Wasserelektrolyse gemäß einer solchen weiteren Ausführungsform (im Folgenden als „Elektrolyseelement 1100“ bezeichnet) zeigt und zu den 17A und 20A korrespondiert. In den 21A und 21B sind die bereits in den 2A bis 20B gezeigten Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen wie in den 2A bis 20B, und eine Beschreibung davon kann ausgelassen werden. Das Elektrolyseelement 1100 unterscheidet sich von dem Elektrolyseelement 1000 (20A und 20B) dadurch, dass es keinen elektrisch leitenden zweiten Bolzen 1022 aufweist, der an dem zweiten Deckelelement 1021 befestigt ist, sondern ein drittes Verbindungsmittel 1140 anstelle des dritten Verbindungsmittels 1040 aufweist. Das dritte Verbindungsmittel 1140 unterscheidet sich von dem dritten Verbindungsmittel 1040 dadurch, dass es erste Bolzen 1141, 1141, ... (im Folgenden einfach als „erste Bolzen 1141“ bezeichnet) anstelle der ersten Bolzen 1041, 1041, ... aufweist, und ferner zweite Muttern 1144, 1144, ... (im Folgenden einfach als „zweite Muttern 1144“ bezeichnet) aufweist, die in die ersten Bolzen 1141, 1141, .... eingreifen können. 21B ist eine Explosionsquerschnittsansicht, die schematisch die Position des Elektrolyseelements 1100 in 20A zeigt, in der die Verbindung der Anode 920, der Trennwand 10 und des Kathodenstromkollektors 960 aufgelöst ist, und in der die zweiten Deckelelemente 1021 aus den Öffnungen 920d der ersten becherförmigen Abschnitte 920b entfernt sind, und korrespondiert zu den 17B und 20B.
Die ersten Bolzen 1141 unterscheiden sich von den ersten Bolzen 41 dadurch, dass sie anstelle der Schäfte 41a Schäfte 1141 a aufweisen, die jeweils länger sind als die Schäfte 41a. Als ein Material der ersten Bolzen 1141 kann das gleiche elektrisch leitende Material wie das oben beschriebene Material der ersten Bolzen 41 (2A und 2B) verwendet werden, und ein bevorzugter Modus der ersten Bolzen 1141 ist ebenfalls wie oben beschrieben. Als zweite Muttern 1144 können die gleichen elektrisch leitenden Muttern wie die ersten Muttern 42 verwendet werden. Die ersten Bolzen 1141 weisen jeweils einen Schaft 1141a und einen Kopf 41b auf, der an einem Ende des Schafts 1141 a vorgesehen ist. Die zweiten Deckelelemente 1021 sind an den Köpfen 41b der ersten Bolzen 1141 befestigt und elektrisch mit den ersten Bolzen 1141 verbunden.
In dem Elektrolyseelement 1100 sind die mit den zweiten Muttern 1144 in Eingriff stehenden Schäfte 1141a der ersten Bolzen 1141 durch die fünften Durchgangslöcher 920h der Anode 920, die ersten Durchgangslöcher 10h der Trennwand 10, Durchgangslöcher 920h der Anode 920, die ersten Durchgangslöcher 10h der Trennwand 10 und die sechsten Durchgangslöcher 960h des Kathodenstromkollektors 960 gesteckt, um mit den ersten Muttern 42 einzugreifen, wodurch die ersten Muttern 42 und die zweiten Muttern 1144 die Anode 920, die Trennwand 10 und den Kathodenstromkollektor 960 dazwischen angeordnet haben und befestigen. Dies bewirkt, dass die Anode 920, die zweiten Deckelelemente 1021 und der Kathodenstromkollektor 960 mittels der ersten Bolzen 1141, der ersten Muttern 42 und der zweiten Muttern 1144 lösbar an der Trennwand 10 befestigt sind und die zweiten Deckelelemente 1021 zumindest einen Teil der jeweiligen Öffnungen 920d der ersten becherförmigen Abschnitte 920b der Anode 920 abdecken. Dabei sind die Anode 920, der Kathodenstromkollektor 960 und die Trennwand 10 über die ersten Bolzen 1141, die ersten Muttern 42 und die zweiten Muttern 1144 elektrisch verbunden, und die zweiten Deckelelemente 1021 sind über die ersten Bolzen 1141 und die zweiten Muttern 1144 elektrisch mit der Anode 920 verbunden.
Der gleiche Effekt wie bei dem oben beschriebenen Elektrolyseelement 900 (17A und 17B) kann auch mit einem solchen Elektrolyseelement 1100 erzielt werden. Ferner, gemäß dem Elektrolyseelement 1100, das die zweiten Deckelelemente 1021 aufweist, kompensieren die zweiten Deckelelemente 1021 die Fläche der Anode, die durch die Öffnungen 920d der ersten becherförmigen Abschnitte 920b reduziert wird, was somit eine gleichmäßigere Stromverteilung gewährleisten kann, um den Energieverlust weiter zu reduzieren.
Das Elektrolyseelement 1100 wobei die Anode 920 und der Kathodenstromkollektor 960 mittels der ersten Bolzen 1141, der ersten Muttern 42 und der zweiten Muttern 1144 lösbar an der Trennwand 10 befestigt sind, und dabei die Anode 920, der Kathodenstromkollektor 960 und die Trennwand 10 über die ersten Bolzen 1141 und die ersten Muttern 42 elektrisch verbunden sind, wurde oben bezüglich der vorliegenden Erfindung als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann ein solches Elektrolyseelement auch umfasst sein, dass die Anode 920 und der Kathodenstromkollektor 960 mittels der ersten Bolzen 1141, der ersten Muttern 42 und der zweiten Muttern 1144 lösbar an der Trennwand 10 befestigt sind und dabei die Anode 920 und der Kathodenstromkollektor 960 über die ersten Bolzen 1141, die ersten Muttern 42 und die zweiten Muttern 1144 elektrisch verbunden sind, die Trennwand 10 jedoch nicht mit der Anode 920 oder dem Kathodenstromkollektor 960 elektrisch verbunden ist. Das Elektrolyseelement 1100, das die elektrisch leitende Trennwand 10 aufweist, wurde oben beispielhaft für die vorliegende Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann das Elektrolyseelement anstelle der elektrisch leitfähigen Trennwand 10 eine nicht elektrisch leitfähige Trennwand aufweisen, wobei die Anode 920 und der Kathodenstromkollektor 960 mittels der ersten Bolzen 1141, der ersten Muttern 42 und der zweiten Muttern 1144 an der nicht elektrisch leitfähigen Trennwand lösbar befestigt sind und dabei die Anode 920 und der Kathodenstromkollektor 960 über die ersten Bolzen 1141, die ersten Muttern 42 und die zweiten Muttern 1144 elektrisch verbunden sind. Das vorhergehende trifft zu, denn die Funktion als Elektrolyseelement wird ausgeübt, solange die Anode und der Kathodenstromkollektor, die mit der Trennwand dazwischen angeordnet sind, elektrisch verbunden sind, auch wenn die Trennwand nicht elektrisch leitend ist. Als ein Material einer solchen nicht elektrisch leitenden Trennwand kann vorzugsweise ein alkalibeständiges Harzmaterial verwendet werden, das eine Festigkeit hat, mit der die Anode und der Kathodenstromkollektor getragen werden können. Bevorzugte Beispiele für ein solches Harzmaterial weisen starre Polyvinylchloridharze, Polypropylenharze, Polyethylenharze, Polyetherimidharze, Polyphenylensulfidharze, Polybenzimidazolharze, Polytetrafluorethylenharze, Tetrafluorethylen-Perfluoralkylvinylether-Copolymerharze und Tetrafluorethylen-Ethylen-Copolymerharze auf.
Die Elektrolyseelemente 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000 und 1100, die jeweils ohne einen Flanschabschnitt am Umfang der Trennwand versehen sind, wurden oben im Rahmen der vorliegenden Erfindung als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann das Elektrolyseelement weiter einen am Umfang der Trennwand angeordneten Flanschabschnitt aufweisen. 22A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Elektrolyseelement 1200 für die alkalische Wasserelektrolyse gemäß einer solchen weiteren Ausführungsform (im Folgenden als „Elektrolyseelement 1200“ bezeichnet) zeigt und zu 17A korrespondiert. In den 22A und 22B sind die bereits in den 2A bis 21B gezeigten Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen wie in den 2A bis 21B, und die Beschreibung davon kann ausgelassen werden. Das Elektrolyseelement 1200 unterscheidet sich von dem Elektrolyseelement 900 (17A und 17B) dadurch, dass es ferner aufweist: einen Flanschabschnitt 11, der am Umfang der Trennwand 10 angeordnet ist und sich zu beiden Seiten der Trennwand 10 in einer Richtung erstreckt, die die erste Fläche 10a und die zweite Fläche 10b der Trennwand 10 kreuzt.
Der Flanschabschnitt 11 schließt mit dem Umfang der Trennwand 10 wasserdicht ab. Der Flanschabschnitt 11 ist versehen mit: einem Anolyt-Zufuhrströmungspfad, der angepasst ist, um der Anodenkammer, in der die Anode 920 angeordnet ist, ein Anolyt zuzuführen, einem Anolyt-Sammelströmungspfad, der angepasst ist, um von der Anodenkammer das Anolyt und an der Anode erzeugtes Gas zu sammeln, einem Katholyt-Zufuhrströmungspfad, der angepasst ist, um der Kathodenkammer, in der die Kathode 30 angeordnet ist, ein Katholyt zuzuführen, und einem Katholyt-Sammelströmungspfad, der angepasst ist, um von der Kathodenkammer das Katholyt und an der Kathode erzeugtes Gas zu sammeln, die in den 22A und 22B nicht gezeigt sind. Als ein Material des Flanschabschnitts 11 kann ohne besondere Einschränkungen ein alkalibeständiges starres Material verwendet werden. Beispiele für ein solches Material weisen einfache Metalle wie Nickel und Eisen, rostfreien Stahl wie SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316 und SUS316L, metallische Materialien, die durch Vernickeln davon erhalten werden, und nichtmetallische Materialien wie verstärkte Kunststoffe auf. Die Trennwand 10 und der Flanschabschnitt 11 können durch Schweißen, Kleben oder ähnliches miteinander verbunden sein und aus demselben Material als ein Körper geformt sein.
22B ist eine Explosionsquerschnittsansicht, die schematisch die Position des Elektrolyseelements 1200 in 22A zeigt, in welcher die Verbindung der Anode 920, der Trennwand 10 und des Kathodenstromkollektors 960 aufgelöst ist, und korrespondiert zu 17B. Das Elektrolyseelement 1200, das den Flanschabschnitt 11 aufweist, ermöglicht auch eine Arbeit zum einfachen Austausch der Anode 920 wie das oben beschriebene Elektrolyseelement 900 (17A und 17B) und kann somit den Zeit- und Kostenaufwand für die Erneuerung der Anode 920 reduzieren.
Das Elektrolyseelement 1200, das ferner den Flanschabschnitt 11 am Umfang der Trennwand 10 des Elektrolyseelements 900 (17A und 17B) aufweist, wurde oben bezüglich der vorliegenden Erfindung als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann das Elektrolyseelement weiter den Flanschabschnitt am Umfang der Trennwand 10 oder 610 des oben beschriebenen Elektrolyseelements 100 (2A und 2B), 200 (4A und 4B), 300 (7A und 7B), 400 (8A und 8B), 500 (12A und 12B), 600 (14A und 14B), 700 (15A und 15B), 800 (16A und 16B), 1000 ( 20A und 20B), oder 1100 (21A und 21B) aufweisen.
Das Elektrolyseelement 1200, wobei die Anode 920 und der Kathodenstromkollektor 960 mittels der ersten Bolzen 41 und der ersten Muttern 42 lösbar an der Trennwand 10 befestigt sind, und dabei die Anode 920, der Kathodenstromkollektor 960 und die Trennwand 10 über die ersten Bolzen 41 und die ersten Muttern 42 elektrisch verbunden sind, wurde oben bezüglich der vorliegenden Erfindung als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann ein solches Elektrolyseelement auch umfasst sein, dass die Anode 920 und der Kathodenstromkollektor 960 mittels der ersten Bolzen 41 und der ersten Muttern 42 lösbar an der Trennwand 10 befestigt sind und dabei die Anode 920 und der Kathodenstromkollektor 960 über die ersten Bolzen 41 und die ersten Muttern 42 elektrisch verbunden sind, die Trennwand 10 jedoch nicht elektrisch mit der Anode 920 oder dem Kathodenstromkollektor 960 verbunden ist. Das Elektrolyseelement 1200, das die elektrisch leitende Trennwand 10 aufweist, wurde oben im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann das Elektrolyseelement anstelle der elektrisch leitenden Trennwand 10 eine nicht elektrisch leitende Trennwand aufweisen, wobei die Anode 920 und der Kathodenstromkollektor 960 mittels der ersten Bolzen 41 und der ersten Muttern 42 an der nicht elektrisch leitenden Trennwand lösbar befestigt sind und dabei die Anode 920 und der Kathodenstromkollektor 960 über die ersten Bolzen 41 und die ersten Muttern 42 elektrisch verbunden sind. Das vorhergehende trifft zu, denn die Funktion als Elektrolyseelement wird ausgeübt, solange die Anode und der Kathodenstromkollektor, die mit der Trennwand dazwischen angeordnet sind, elektrisch verbunden sind, auch wenn die Trennwand nicht elektrisch leitend ist. Als ein Material einer solchen nicht elektrisch leitenden Trennwand kann vorzugsweise ein alkalibeständiges Harzmaterial verwendet werden, das eine Festigkeit hat, mit der die Anode und der Kathodenstromkollektor getragen werden können. Bevorzugte Beispiele für ein solches Harzmaterial weisen starre Polyvinylchloridharze, Polypropylenharze, Polyethylenharze, Polyetherimidharze, Polyphenylensulfidharze, Polybenzimidazolharze, Polytetrafluorethylenharze, Tetrafluorethylen-Perfluoralkylvinylether-Copolymerharze und Tetrafluorethylen-Ethylen-Copolymerharze auf.
<2. Elektrolysebehälter für alkalisches Wasser>
23 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Elektrolysebehälter 10000 für alkalisches Wasser gemäß einer Ausführungsform zeigt (im Folgenden kann dieser als „Elektrolysebehälter 10000“ bezeichnet werden). 24 ist eine Explosionsansicht von 23. In den 23 und 24 sind die bereits in den 2A bis 22B gezeigten Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen wie in den 2A bis 22B, und eine Beschreibung davon kann ausgelassen werden. Der Elektrolysebehälter 10000 weist eine Stapelstruktur auf, aufweisend: eine Mehrzahl von ionendurchlässigen Trennmembranen 80, 80, ... (im Folgenden einfach als „Trennmembranen 80“ bezeichnet), und die Elektrolyseelemente 900, 900, ..., die jeweilig zwischen jedem benachbarten Paar der Trennmembranen 80, 80 angeordnet sind (17A und 17B). Jedes benachbarte Paar der Elektrolyseelemente 900, 900 ist angeordnet, so dass die Anode 920 eines der Elektrolyseelemente 900 und die Kathode 30 des anderen Elektrolyseelements 900 einander zugewandt sind und die Trennmembran 80 dazwischen angeordnet haben. Der Elektrolysebehälter 10000 weist ferner ein erstes Anschlusselement 1300 und ein zweites Anschlusselement 1400 auf. Das erste Anschlusselement 1300 ist der Kathode 30 eines ersten Elektrolyseelements 900a zugewandt, das an einem Ende der Stapelstruktur angeordnet ist, so dass das erste Anschlusselement 1300 und die Kathode 30 des ersten Elektrolyseelements 900a die Trennmembran 80 dazwischen angeordnet haben. Das zweite Anschlusselement 1400 ist der Anode 920 eines zweiten Elektrolyseelements 900b zugewandt, das am anderen Ende der Stapelstruktur angeordnet ist, so dass das zweite Anschlusselement 1400 und die Anode 920 des zweiten Elektrolyseelements 900b die Trennmembran 80 dazwischen angeordnet haben. Das erste Anschlusselement 1300 weist auf: eine elektrisch leitende erste Trennwand 1310 und eine erste Anode 920, die elektrisch mit der ersten Trennwand 1310 verbunden ist. Das zweite Anschlusselement 1400 weist auf: eine elektrisch leitende zweite Trennwand 1410 und eine zweite Kathode 30, die elektrisch mit der zweiten Trennwand 1410 verbunden ist.
Der Elektrolysebehälter 10000 weist ferner auf: Dichtungen 90, 90, ... die jeweils jeden Umfang der Trennmembranen 80 halten (im Folgenden einfach als „Dichtungen 90“ bezeichnet), isolierende rahmenförmige Schutzelemente 110, die jeweils jeden Umfang der Trennmembranen 80 halten, wobei die Dichtungen 90 jeweils zwischen jedem der Schutzelemente 110 und jeder der Trennmembranen 80 vorhanden sind, und Dichtungselemente 120, die jeweils zwischen den Trennwänden 10 und den Schutzelementen 110, zwischen der ersten Trennwand 1310 und dem Schutzelement 110 und zwischen der zweiten Trennwand 1410 und dem Schutzelement 110 angeordnet sind.
25A ist eine Draufsicht, die schematisch eines der Schutzelemente 110 zeigt, das die Trennmembran 80 und die Dichtung 90 hält. 25B ist eine Querschnittsansicht in der durch den Pfeil B-B in 25A angegebenen Richtung. 25C und 25D sind Querschnittsansichten, die die Position zeigen, in der das Schutzelement 110 in 25B explodiert ist. In den 25A bis 25D sind die bereits in den 2A bis 24 gezeigten Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen wie in den 2A bis 24, und eine Beschreibung davon kann ausgelassen werden. Wie oben beschrieben wird der Umfang der Trennmembran 80 von der Dichtung 90 gehalten und wird die Dichtung 90 von dem rahmenförmigen Schutzelement 110 gehalten. Das Schutzelement 110 weist einen rahmenförmigen Basiskörper 111 und ein rahmenförmiges Deckelelement 112 auf. Der Basiskörper 111 weist auf: einen Aufnahmeteil 111a, der an der Innenumfangsseite des Basiskörpers 111 angeordnet ist und die Dichtung 90 (, die die Trennmembran 80 hält,) und das Deckelelement 112 aufnimmt, und einen Stützteil 111b, der von dem Aufnahmeteil 111a vorsteht und sich in Richtung des Innenumfangs des Basiskörpers 111 erstreckt und die in dem Aufnahmeteil 111a aufgenommene Dichtung 90 in der Richtung stützt, die die Hauptfläche der Trennmembran 80 kreuzt (die Rechts-Links-Richtung des Blattes von 25B bis 25D, die im Folgenden als „Stapelrichtung“ bezeichnet werden kann) (25D).
25C ist eine Querschnittsansicht, die die Position zeigt, in der die Dichtung 90 in dem Aufnahmeteil 111a des Basiskörpers 111 aufgenommen ist und von dem Stützteil 111b in der die Hauptfläche der Trennmembran 80 kreuzenden Richtung gestützt ist. Der Aufnahmeteil 111a hat eine Tiefe in der Stapelrichtung, die größer ist als die Dicke der Dichtung 90, die den Umfang der Trennmembran 80 hält. Wenn also die die Trennmembran 80 haltende Dichtung 90 in dem Aufnahmeteil 111a aufgenommen und von dem Stützteil 111b in der Stapelrichtung gestützt ist, wird eine Stufe zwischen einer Fläche 90a der in dem Aufnahmeteil 111a aufgenommenen Dichtung 90, die sich auf der entgegengesetzten Seite zum Stützteil 111b befindet, und einer Fläche 111c des Basiskörpers 111, die sich auf der entgegengesetzten Seite zum Stützteil 111b befindet, gebildet (25C). Das Deckelelement 112 hat Abmessungen, die es erlauben, in der Stufe zwischen der Fläche 111c des Basiskörpers 111, der den Aufnahmeteil 111a aufweist, der die Dichtung 90 aufnimmt, und der Fläche 90a der Dichtung 90 aufgenommen zu sein. Das heißt, der Umfang des Deckelelements 112 hat in etwa die gleichen Abmessungen wie der Innenumfang des Aufnahmeteils 111a des Basiskörpers 111, der Innenumfang des Deckelelements 112 hat in etwa die gleichen Abmessungen wie der Innenumfang des Stützteils 111b des Basiskörpers 111, und die Dicke des Deckelelements 112 ist in Stapelrichtung festgelegt, so dass die Summe der Dicke der Dichtung 90, die die Trennmembran 80 hält, und der Dicke des Deckelelements 112 in etwa gleich zur Tiefe des Aufnahmeteils 111a des Basiskörpers 111 ist. 25B ist eine Querschnittsansicht, die die Position zeigt, in der das Deckelelement 112 in der Stufe zwischen der Fläche 111c des Basiskörpers 111 und der Fläche 90a der Dichtung 90 in 25C aufgenommen ist. Wie in 25B gezeigt, werden die Dichtung 90 und das Deckelelement 112 in dem Aufnahmeteil 111a des Basiskörpers 111 aufgenommen, und dadurch wird die Dichtung 90 zwischen dem Stützteil 111b des Basiskörpers 111 und dem Deckelelement 112 angeordnet und von diesen gehalten.
Eine ionendurchlässige Trennmembran, die für einen Elektrolysebehälter für die alkalische Wasserelektrolyse verwendet werden kann, kann ohne besondere Einschränkungen als die Trennmembran 80 verwendet werden. Die Trennmembran 80 hat wünschenswerterweise eine geringe Gasdurchlässigkeit, eine geringe elektrische Leitfähigkeit und eine hohe Festigkeit. Beispiele für die Trennmembran 80 weisen poröse Trennmembranen auf, wie eine poröse Membran aus Asbest und modifiziertem Asbest, eine poröse Trennmembran aus einem Polymer auf Polysulfonbasis, ein Gewebe aus einer Polyphenylensulfidfaser, eine fluorierte poröse Membran und eine poröse Membran aus einem Hybridmaterial, das sowohl anorganische als auch organische Materialien enthält. Neben diesen porösen Trennmembranen kann auch eine Ionenaustauschermembran wie eine fluorierte Ionenaustauschermembran als die Trennmembran 80 verwendet werden.
Eine Dichtung, die für einen Elektrolysebehälter zur alkalischen Wasserelektrolyse verwendet werden kann, kann ohne besondere Einschränkungen als die Dichtung 90 verwendet werden. 25B bis 25D zeigen einen Querschnitt der Dichtung 90. Die Dichtung 90 hat eine flache Form, hält den Umfang der Trennmembran 80 und wird zwischen dem Stützteil 111b des Basiskörpers 111 und dem Deckelelement 112 in dem Aufnahmeteil 111a des Basiskörpers 111 eingesetzt und von diesen gehalten. Die Dichtung 90 ist vorzugsweise aus einem alkalibeständigen Elastomer gebildet. Beispiele für das Material der Dichtung 90 weisen Elastomere wie Naturgummi (NR), Styrol-Butadien-Gummi (SBR), Polychloropren (CR), Butadiengummi (BR), Acrylnitril-Butadien-Gummi (NBR), Ethylen-Propylen-Gummi (EPT), Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-Gummi (EPDM), Isobutylen-Isopren-Gummi (IIR) und chlorsulfonierter Polyethylen-Gummi (CSM) auf. Wenn ein Dichtungsmaterial verwendet wird, das nicht alkalibeständig ist, kann eine Schicht aus einem alkalibeständigen Material über der Oberfläche des Dichtungsmaterials durch Beschichten oder ähnliches angebracht werden.
Vorzugsweise ist der Basiskörper 111 elektrisch isolierend gegen das Anlegen von Spannung von außen. In einer Ausführungsform ist der Basiskörper 111 aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet. Als elektrisch isolierendes Material für den Basiskörper 111 kann vorzugsweise ein alkalibeständiges Harzmaterial verwendet werden, das eine Festigkeit hat, die einer in Stapelrichtung aufgebrachten Presskraft standhält. Bevorzugte Beispiele für ein solches Harzmaterial weisen starre Polyvinylchloridharze, Polypropylenharze, Polyethylenharze, Polyetherimidharze, Polyphenylensulfidharze, Polybenzimidazolharze, Polytetrafluorethylenharze, Tetrafluorethylen-Perfluoralkylvinylether-Copolymerharze und Tetrafluorethylen-Ethylen-Copolymerharze auf. In einer weiteren Ausführungsform weist der Basiskörper 111 einen Kern aus einem metallischen Material und eine Beschichtungsschicht aus einem elektrisch isolierenden Material auf, mit der die Oberfläche des Kerns beschichtet ist. Beispiele für das metallische Material, das den Kern des Basiskörpers 111 bildet, weisen starre metallische Materialien wie einfache Metalle einschließlich Eisen und rostfreien Stahl einschließlich SUS304 auf. Bevorzugte Beispiele für das elektrisch isolierende Material, das die Beschichtungsschicht des Basiskörpers 111 bildet, weisen die oben beschriebenen elektrisch isolierenden Harzmaterialien sowie elektrisch isolierende und alkalibeständige Elastomere auf. Bevorzugte Beispiele für ein solches Elastomer weisen Naturgummi (NR), Styrol-Butadien-Gummi (SBR), Polychloropren (CR), Butadien-Gummi (BR), Acrylnitril-Butadien-Gummi (NBR), Ethylen-Propylen-Gummi (EPT), Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-Gummi (EPDM), Isobutylen-Isopren-Gummi (IIR) und chlorsulfonierter Polyethylen-Gummi (CSM) auf. Wenn ein nicht alkalibeständiges Elastomer verwendet wird, kann eine Schicht aus einem alkalibeständigen Material über der Oberfläche dieses Elastomers durch Beschichten oder ähnliches angebracht werden.
Das Deckelelement 112 kann aus einem Metall oder aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt sein. Beispiele für das metallische Material, aus dem das Deckelelement 112 gebildet ist, weisen die gleichen metallischen Materialien auf, wie sie oben für den Basiskörper 111 beschrieben wurden. In einer Ausführungsform wird das Deckelelement 112 aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet. Bevorzugte Beispiele für das elektrisch isolierende Material, aus dem das Deckelelement 112 gebildet ist, weisen die gleichen Harzmaterialien auf, wie sie oben für den Basiskörper 111 beschrieben wurden. In einer weiteren Ausführungsform weist das Deckelelement 112 einen Kern aus einem metallischen Material und eine Beschichtungsschicht aus einem elektrisch isolierenden Material auf, mit der die Oberfläche des Kerns beschichtet ist. Beispiele für das metallische Material, aus dem der Kern des Deckelelements 112 gebildet ist, weisen die gleichen starren metallischen Materialien auf, wie sie oben für den Kern des Basiskörpers 111 beschrieben wurden. Bevorzugte Beispiele für das elektrisch isolierende Material, das die Beschichtungsschicht des Deckelelements 112 bildet, weisen die gleichen Harzmaterialien und Elastomere auf, wie sie oben für die Beschichtungsschicht des Basiskörpers 111 beschrieben wurden.
Im Elektrolysebehälter 10000 sind zwischen den ersten Flächen 10a der Trennwände 10 der Elektrolyseelemente 900 und den diesen ersten Flächen 10a zugewandten Trennmembranen 80 sowie zwischen der ersten Trennwand 1310 des ersten Anschlusselements 1300 und der der ersten Trennwand 1310 zugewandten Trennmembran 80 jeweils Anodenkammern (A1, A2, A3), welche alle die darin angeordneten Anode 920 aufweisen, definiert. Darüber hinaus sind Kathodenkammern (C1, C2, C3), die alle die darin angeordnete Kathode 30 aufweisen, jeweils zwischen den zweiten Flächen 10b der Trennwände 10 der Elektrolyseelemente 900 und den diesen zweiten Flächen 10b zugewandten Trennmembranen 80 sowie zwischen der zweiten Trennwand 1410 des zweiten Anschlusselements 1400 und der der zweiten Trennwand 1410 zugewandten Trennmembran 80 definiert. Das erste Anschlusselement 1300 definiert nur die Anodenkammer (A1), und ein Anodenanschluss ist mit seiner ersten Trennwand 1310 verbunden. Dieser Anodenanschluss ist mit einer Kathode einer Gleichstromversorgung verbunden. Das zweite Anschlusselement 1400 definiert nur die Kathodenkammer (C3), und ein Kathodenanschluss ist mit der zweiten Trennwand 1410 verbunden. Dieser Kathodenanschluss ist mit einer Anode der Gleichstromquelle verbunden. Der Elektrolysebehälter 10000 weist ferner auf: einen Anolyt-Zuführungsströmungspfad (nicht dargestellt), der angepasst ist, jeder der Anodenkammern (A1, A2, A3) einen Anolyt zuzuführen, einen Anolyt- und Gassammelströmungspfad (nicht dargestellt), der angepasst ist, den Anolyt und das Gas aus jeder der Anodenkammern zu sammeln, einen Katholyt-Zuführungsströmungspfad (nicht gezeigt), der angepasst ist, jeder der Kathodenkammern (C1, C2, C3) einen Katholyt zuzuführen, und einen Katholyt- und Gassammelströmungspfad (nicht gezeigt), der angepasst ist, den Katholyt und das Gas aus jeder der Kathodenkammern zu sammeln.
26A ist eine Querschnittsansicht, die das erste Anschlusselement 1300 schematisch darstellt und zu 17A korrespondiert. In den 26A und 26B sind die bereits in den 2A bis 25D gezeigten Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen wie in den 2A bis 25D, und eine Beschreibung davon kann ausgelassen werden. 26B ist eine Explosionsquerschnittsansicht, die schematisch die Position zeigt, an der die Verbindung zwischen der Anode 920 und der ersten Trennwand 1310 in 26A aufgelöst ist, und korrespondiert zu 17B. Das erste Anschlusselement 1310 weist auf: die elektrisch leitende erste Trennwand 1310, die Anode 920, die mit der ersten Trennwand 1310 elektrisch verbunden ist, und elektrisch leitende erste Bolzen 1341, mit denen die Anode 920 an der Trennwand 1310 befestigt ist.
Die erste Trennwand 1310 weist im Unterschied zur Trennwand 10 anstelle der ersten Durchgangslöcher 10h Gewindelöcher 1310h auf, mit denen die ersten Bolzen 1341 eingreifen können. Als ein Material der ersten Trennwand 1310 kann das gleiche elektrisch leitende Material wie das Material der oben beschriebenen Trennwand 10 verwendet werden, und ein bevorzugter Modus der ersten Trennwand 1310 ist auch der gleiche wie oben beschrieben. Die ersten Bolzen 1341 unterscheiden sich von den Bolzen 41 dadurch, dass sie kürzere Schäfte 1341a anstelle der Schäfte 41 a aufweisen. Als ein Material der ersten Bolzen 1341 kann das gleiche elektrisch leitende Material wie das Material der oben beschriebenen Bolzen 41 verwendet werden, und ein bevorzugter Modus der ersten Bolzen 1341 ist auch der gleiche wie oben beschrieben. Die Länge jedes der Schäfte 1341a ist vorzugsweise kürzer als die Summe aus der Dicke des unteren Abschnitts 920c jedes der ersten becherförmigen Abschnitte 920b der Anode 920 und der Tiefe jedes der Gewindelöcher 1310h. In dem ersten Anschlusselement 1300 sind die Schäfte 1341a der ersten Bolzen 1341 durch die fünften Durchgangslöcher 920h gesteckt, die in den unteren Abschnitten 920c der ersten becherförmigen Abschnitte 920b der Anode 920 vorgesehen sind, um in die Gewindelöcher 1310h der ersten Trennwand 1310 einzugreifen, und dadurch wird die Anode 920 mit den ersten Bolzen 1341 an die erste Trennwand 1310 geschraubt und die Anode 920 elektrisch mit der ersten Trennwand 1310 verbunden.
Wie in 24 gezeigt, weist das zweite Anschlusselement 1400 die elektrisch leitende zweite Trennwand 1410, elektrisch leitende Rippen 1470, die von der zweiten Trennwand 1410 aus vorstehen, den von den elektrisch leitenden Rippen 1470 gehaltenen Kathodenstromkollektor 660 (siehe 14A und 14B), den elektrisch leitenden elastischen Körper 50, der von dem Kathodenstromkollektor 660 gestützt wird, und die von dem elastischen Körper 50 gestützten Kathode 30 auf.
Bekannte elektrisch leitende Rippen, die für einen Alkalisches-Wasser-Elektrolysebehälter verwendet werden, können ohne besondere Einschränkungen als die elektrisch leitenden Rippen 1470 verwendet werden. In dem zweiten Anschlusselement 1400 stehen die elektrisch leitenden Rippen 1470 von der zweiten Trennwand 1410 vor. Die Verbindungsart, die Form, die Anzahl und die Anordnung der elektrisch leitenden Rippen 1470 sind nicht besonders beschränkt, solange der Kathodenstromkollektor 660 durch die elektrisch leitenden Rippen 1470 an der zweiten Trennwand 1410 befestigt und gehalten werden kann. Als ein Material der elektrisch leitenden Rippen 1470 kann ein alkalibeständiges, starres, elektrisch leitendes Material ohne besondere Einschränkungen verwendet werden, und zum Beispiel kann ein metallisches Material wie einfache Metalle einschließlich Nickel und Eisen und rostfreien Stahl einschließlich SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316 und SUS316L vorzugsweise verwendet werden. Diese metallischen Materialien können zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit und der elektrischen Leitfähigkeit vernickelt werden.
Die Dichtungselemente 120 sind jeweils zwischen den rahmenförmigen Schutzelementen 110 und den jeweiligen Trennwänden 10, 1310 und 1410 gehalten. Die Dichtungselemente 120 erfahren jeweils eine Presskraft zwischen den Schutzelementen 110 und der Trennwand 10, 1310 oder 1410 und verhindern dadurch, dass der Elektrolyt oder das Gas aufgrund des Innendrucks der jeweiligen Kammer zwischen den Schutzelementen 110 und den Trennwänden 10, 1310 und 1410 austritt. Die Dichtungselemente 120 sind vorzugsweise aus einem alkalibeständigen Elastomer gebildet. Beispiele für das Material der Dichtungselemente 120 weisen Elastomere wie Naturgummi (NR), Styrol-Butadien-Gummi (SBR), Polychloropren (CR), Butadiengummi (BR), Acrylnitril-Butadien-Gummi (NBR), Ethylen-Propylen-Gummi (EPT), Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-Gummi (EPDM), Isobutylen-Isopren-Gummi (IIR) und chlorsulfonierter Polyethylen-Gummi (CSM) auf. Wenn für die Dichtungselemente 120 ein nicht alkalibeständiges Elastomer verwendet wird, kann auf der Oberfläche eines Kerns, der ein solches Elastomer aufweist, durch Beschichtung oder Ähnliches eine Schicht aus einem alkalibeständigen Material angebracht sein. Bei den Dichtungselementen 120 kann es sich um flache Dichtungen, und vorzugsweise jedoch um O-Ringe handeln. Die Verwendung von O-Ringen als die Dichtungselemente kann die Druckbeständigkeit des Elektrolysebehälters 10000 weiter verbessern.
Der Elektrolysebehälter 10000 weist das erfindungsgemäße Elektrolyseelement 900 als das Elektrolyseelement auf, das somit ein Arbeiten zum einfachen Auswechseln der Anode 920 ermöglicht und somit den Zeit- und Kostenaufwand für das Erneuern der Anode 920 reduzieren kann. In dem ersten Anschlusselement 1300 ist die Anode 920 an der ersten Trennwand 1310 durch Verschraubung mit den ersten Bolzen 1341 befestigt. Dies ermöglicht auch ein Arbeiten zum einfachen Auswechseln der Anode 920 im ersten Anschlusselement 1300.
Der Elektrolysebehälter 10000, der die Elektrolyseelemente 900 aufweist, wurde oben beispielhaft für die vorliegende Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann der Elektrolysebehälter das oben beschriebene andere Elektrolyseelement 100 (2A und 2B), 200 (4A und 4B), 300 (7A und 7B), 400 (8A und 8B), 500 (12A und 12B), 600 (14A und 14B), 700 (15A und 15B), 800 (16A und 16B), 1000 (20A und 20B) oder 1100 (21A und 21B) anstelle des Elektrolyseelements 900 aufweisen.
Der Elektrolysebehälter 10000, der das erste Anschlusselement 1300 aufweist, wobei die Öffnungen 920d der ersten becherförmigen Abschnitte 920b der Anode 920 nicht abgedeckt sind, wurde oben bezüglich der vorliegenden Erfindung als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann der Elektrolysebehälter ein erstes Anschlusselement aufweisen, das Deckelelemente aufweist, die zumindest einen Teil der jeweiligen Öffnungen 920d der ersten becherförmigen Abschnitte 920b der Anode 920 abdecken. 27A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein erstes Anschlusselement 1300' gemäß einer solchen weiteren Ausführungsform zeigt und zu den 26A und 20A korrespondiert. Das erste Anschlusselement 1300' unterscheidet sich ferner von dem ersten Anschlusselement 1300 (26A und 26B) dadurch, dass es ferner die lösbaren zweiten Deckelelemente 1021, 1021, ... aufweist, die das gleiche Material wie die Anode 920 aufweisen und zumindest einen Teil der jeweiligen Öffnungen 920d der ersten becherförmigen Abschnitte 920b, 920b, ... der Anode 920 abdecken (siehe 20A und 20B), und die elektrisch leitenden zweiten Bolzen 1022, die an den jeweiligen zweiten Deckelelementen 1021 (siehe 20A und 20B) befestigt sind, und erste Bolzen 1341', 1341, ... (im Folgenden einfach als „erste Bolzen 1341'“ bezeichnet) anstelle der ersten Bolzen 1341, 1341, .... aufweisen. Die ersten Bolzen 1341' unterscheiden sich von den ersten Bolzen 1341 dadurch, dass sie anstelle der Köpfe 41 b die Köpfe 1041b (siehe 20A und 20B) aufweisen. 27B ist eine Explosionsquerschnittsansicht, die schematisch die Position des ersten Anschlusselements 1300' in 27A zeigt, in der die Verbindung zwischen der Anode 920 und der Trennwand 1310 aufgelöst ist und in der die Deckelelemente 1021 aus den Öffnungen 920d der ersten becherförmigen Abschnitte 920b entfernt sind, und korrespondiert zu den 26B und 20B.
In dem ersten Anschlusselement 1300' sind (die Schäfte 1022a der) zweiten Bolzen 1022, die an den zweiten Deckelelementen 1021 befestigt sind, mit den Gewindelöchern 1041bh in Eingriff gebracht, die in den Köpfen 1041b der ersten Bolzen 1341' vorgesehen sind, und sind dadurch die zweiten Deckelelemente 1021 lösbar an den ersten Bolzen 1341' befestigt, über die zweiten Bolzen 1022 elektrisch mit den ersten Bolzen 1341' verbunden sind und zumindest einen Teil der jeweiligen Öffnungen 920d der ersten becherförmigen Abschnitte 920b der Anode 920 abdecken. Dies bewirkt, dass die zweiten Deckelelemente 1021 über die zweiten Bolzen 1022 und die ersten Bolzen 1341' elektrisch mit der Anode 920 verbunden sind.
Der gleiche Effekt wie bei dem oben beschriebenen Elektrolysebehälter 10000 (23) kann auch bei dem Elektrolysebehälter mit einem solchen ersten Anschlusselement 1300' erzielt werden. Ferner, gemäß dem Elektrolysebehälter, der das erste Anschlusselement 1300' einschließlich der zweiten Deckelelemente 1021 aufweist, kompensieren die zweiten Deckelelemente 1021 die Fläche der Anode, die durch die Öffnungen 920d der ersten becherförmigen Abschnitte 920b in dem ersten Anschlusselement 1300' reduziert wird, was somit eine gleichmäßigere Stromverteilung sicherstellen kann, um den Energieverlust weiter zu reduzieren.
Der Elektrolysebehälter 10000, der das Elektrolyseelement 900 aufweist, das keinen Flanschabschnitt am Umfang der Trennwand 10 aufweist, wurde oben im Rahmen der vorliegenden Erfindung als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann der Elektrolysebehälter ein Elektrolyseelement aufweisen, das am Umfang der Trennwand 10 mit einem Flanschabschnitt versehen ist. 28 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Alkalisches-Wasser-Elektrolysebehälter 20000 gemäß einer solchen weiteren Ausführungsform zeigt (im Folgenden einfach als „Elektrolysebehälter 20000“ bezeichnet). 29 ist eine Explosionsansicht von 28. In den 28 und 29 sind die bereits in den 2A bis 27B gezeigten Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen wie in den 2A bis 27B, und eine Beschreibung davon kann ausgelassen werden. Der Elektrolysebehälter 20000 weist eine Stapelstruktur auf, aufweisend: eine Mehrzahl von ionendurchlässigen Trennmembranen 80, 80, ..., und die Elektrolyseelemente 1200, 1200, ..., die jeweilig zwischen jedem benachbarten Paar der Trennmembranen 80, 80 angeordnet sind (22A und 22B). Jedes benachbarte Paar der Elektrolyseelemente 1200, 1200 ist so angeordnet, dass die Anode 920 eines der Elektrolyseelemente 1200 und die Kathode 30 des anderen Elektrolyseelements 1200 einander zugewandt sind und die Trennmembran 80 dazwischen angeordnet haben. Der Elektrolysebehälter 20000 weist ferner ein erstes Anschlusselement 21300 und ein zweites Anschlusselement 21400 auf. Das erste Anschlusselement 21300 ist der Kathode 30 eines ersten Elektrolyseelements 1200a zugewandt angeordnet, das an einem Ende der Stapelstruktur angeordnet ist, so dass das erste Anschlusselement 21300 und die Kathode 30 des ersten Elektrolyseelements 1200a die Trennmembran 80 dazwischen angeordnet haben. Das zweite Anschlusselement 21400 ist der Anode 920 eines zweiten Elektrolyseelements 1200b zugewandt angeordnet, das am anderen Ende des der Stapelstruktur angeordnet ist, so dass das zweite Anschlusselement 21400 und die Anode 920 des zweiten Elektrolyseelements 1200b die Trennmembran 80 dazwischen angeordnet haben. Das erste Anschlusselement 21300 weist auf: die elektrisch leitende erste Trennwand 1310 und die erste Anode 920, die elektrisch mit der ersten Trennwand 1310 verbunden ist. Das zweite Anschlusselement 21400 weist auf: die elektrisch leitende zweite Trennwand 1410 und die zweite Kathode 30, die elektrisch mit der zweiten Trennwand 1410 verbunden ist.
30A ist eine Querschnittsansicht, in der das erste Anschlusselement 21300 schematisch dargestellt ist, und korrespondiert zu 26A. In den 30A und 30B sind die bereits in den 2A bis 29 gezeigten Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen wie in den 2A bis 29, und die Beschreibung davon kann ausgelassen werden. 30B ist eine Explosionsquerschnittsansicht, die schematisch die Position zeigt, an der die Verbindung zwischen der Anode 920 und der ersten Trennwand 1310 in 30A aufgelöst ist, und korrespondiert zu 26B. Das erste Anschlusselement 21300 unterscheidet sich von dem ersten Anschlusselement 1300 (24, 26A und 26B) dadurch, dass es ferner einen ersten Flanschabschnitt 1311 aufweist, der am Umfang der ersten elektrisch leitenden Trennwand 1310 angeordnet ist und sich in Richtung des Flanschabschnitts 11 des ersten Elektrolyseelements 1200a erstreckt.
In dem ersten Anschlusselement 21300 schließt der Flanschabschnitt 1311 mit dem Umfang der ersten Trennwand 1310 wasserdicht ab. Als ein Material des Flanschabschnitts 1311 kann ohne besondere Einschränkungen ein alkalibeständiges, starres Material verwendet werden. Beispiele für ein solches Material weisen einfache Metalle wie Nickel und Eisen, rostfreien Stahl wie SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316 und SUS316L, metallische Materialien, die durch Vernickeln davon erhalten werden, und nichtmetallische Materialien wie verstärkte Kunststoffe auf. Die Trennwand 1310 und der Flanschabschnitt 1311 können durch Schweißen, Kleben oder ähnliches miteinander verbunden sein und aus demselben Material als ein Körper geformt sein.
31A ist eine Querschnittsansicht, die das zweite Anschlusselement 21400 schematisch darstellt. In den 31A und 31B sind die bereits in den 2A bis 30B gezeigten Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen wie in den 2A bis 30B, und eine Beschreibung davon kann ausgelassen werden. 31B ist eine Explosionsquerschnittsansicht, die schematisch die Position zeigt, in der die Kathode 30 und der elastische Körper 50 in dem zweiten Anschlusselement 21400 in 31A entfernt sind. Das zweite Anschlusselement 21400 unterscheidet sich von dem zweiten Anschlusselement 1400 (24) dadurch, dass es ferner einen zweiten Flanschabschnitt 1411 aufweist, der am Umfang der zweiten elektrisch leitenden Trennwand 1410 angeordnet ist und sich in Richtung des Flanschabschnitts 11 des zweiten Elektrolyseelements 1200b erstreckt.
In dem zweiten Anschlusselement 21400 schließt der Flanschabschnitt 1411 mit dem Umfang der zweiten Trennwand 1410 wasserdicht ab. Als ein Material des Flanschabschnitts 1411 kann ohne besondere Einschränkungen ein alkalibeständiges, starres Material verwendet werden. Beispiele für ein solches Material weisen einfache Metalle wie Nickel und Eisen, rostfreien Stahl wie SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316 und SUS316L, metallische Materialien, die durch Vernickeln davon erhalten werden, und nichtmetallische Materialien wie verstärkte Kunststoffe auf. Die Trennwand 1410 und der Flanschabschnitt 1411 können durch Schweißen, Kleben oder ähnliches miteinander verbunden sein und aus demselben Material als ein Körper geformt sein.
In dem Elektrolysebehälter 20000 wird der Umfang jeder der Trennmembranen 80 durch die Dichtungen 90, 90 gehalten, und die Trennmembranen 80 sind jeweils zwischen zwei benachbarten Flanschabschnitten (d.h. jedes Paar von zwei benachbarten Flanschabschnitten unter den Flanschabschnitten 11 der Elektrolyseelemente 1200, dem Flanschabschnitt 1311 des ersten Anschlusselements 21300 und dem Flanschabschnitt 1411 des zweiten Anschlusselements 21400) mittels der Dichtungen 90 eingeschlossen und werden von diesen gehalten. Im Elektrolysebehälter 20000 sind Anodenkammern (A1, A2, A3), welche jeweils darin die Anode 920 angeordnet haben, zwischen den ersten Flächen 10a der Trennwände 10 der Elektrolyseelemente 1200 und den diesen ersten Flächen 10a zugewandten Trennmembranen 80 sowie zwischen der ersten Trennwand 1310 des ersten Anschlusselements 21300 und der der ersten Trennwand 1310 zugewandten Trennmembran 80 definiert. Darüber hinaus sind Kathodenkammern (C1, C2, C3), die jeweils die darin angeordnete Kathode 30 aufweisen, jeweils zwischen den zweiten Flächen 10b der Trennwände 10 der Elektrolyseelemente 1200 und den diesen zweiten Flächen 10b zugewandten Trennmembranen 80 sowie zwischen der zweiten Trennwand 1410 des zweiten Anschlusselements 21400 und der der zweiten Trennwand 1410 zugewandten Trennmembran 80 definiert. Das erste Anschlusselement 21300 definiert nur die Anodenkammer (A1), und ein Anodenanschluss ist mit dessen erster Trennwand 1310 verbunden. Dieser Anodenanschluss ist mit einer Kathode einer Gleichstromversorgung verbunden. Das zweite Anschlusselement 21400 definiert nur die Kathodenkammer (C3), und ein Kathodenanschluss ist mit der zweiten Trennwand 1410 verbunden. Dieser Kathodenanschluss ist mit einer Anode der Gleichstromquelle verbunden. In dem Elektrolysebehälter 20000 ist der Flanschabschnitt 11 jedes der Elektrolyseelemente 1200 mit dem Anolyt-Zufuhrströmungspfad (nicht dargestellt), der angepasst ist, jeder der Anodenkammern (A1, A2, A3) den Anolyt zuzuführen, dem Anolyt- und Gassammelströmungspfad (nicht dargestellt), der angepasst ist, den Anolyt und das Gas aus jeder der Anodenkammern zu sammeln, den Katholyt-Zuführungsströmungspfad (nicht dargestellt), der angepasst ist, den Katholyt zu jeder der Kathodenkammern (C1, C2, C3) zuzuführen, und den Katholyt- und Gassammelströmungspfad (nicht dargestellt) versehen, der angepasst ist, den Katholyt und das Gas von jeder der Kathodenkammern zu sammeln. Der Flanschabschnitt 1311 des ersten Anschlusselements 21300 ist mit einem Anolyt-Zufuhrströmungspfad und einem Anolyt- und Gassammelströmungspfad bereitgestellt. Der Flanschabschnitt 1411 des zweiten Anschlusselements 21400 ist mit einem Katholyt-Zuführungsströmungspfad und einem Katholyt- und Gassammelströmungspfad bereitgestellt. Der Flanschabschnitt 1311 des ersten Anschlusselements 21300 kann außerdem mit einem Katholyt-Zuführungsströmungspfad und einem Katholyt- und Gassammelströmungspfad bereitgestellt sein. Dieser Katholyt-Zuführungsströmungspfad und der Katholyt- und Gassammelströmungspfad sind jedoch nicht mit der Anodenkammer A1 verbunden, die durch das erste Anschlusselement 23100 definiert ist. Der Flanschabschnitt 1411 des zweiten Anschlusselements 21400 kann ferner mit einem Anolyt-Zuführungsströmungspfad und einem Anolyt- und Gassammelströmungspfad bereitgestellt sein. Diese Anolyt-Zufuhrströmungspfade und Anolyt- und Gassammelströmungspfade sind jedoch nicht mit der Kathodenkammer C3 verbunden, die durch das zweite Anschlusselement definiert ist.
Der Elektrolysebehälter 20000 weist das Elektrolyseelement 1200 gemäß der vorliegenden Erfindung als ein Elektrolyseelement auf, das somit ein einfaches Auswechseln der Anode 920 ermöglicht und somit den Zeit- und Kostenaufwand für die Erneuerung der Anode 920 reduzieren kann. In dem ersten Anschlusselement 21300 ist die Anode 920 an der ersten Trennwand 1310 durch Verschraubung mit den ersten Bolzen 1341 befestigt. Dies ermöglicht auch ein einfaches Auswechseln der Anode 920 im ersten Anschlusselement 21300.
Der Elektrolysebehälter 20000, der das Elektrolyseelement 1200 aufweist, wurde oben im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann der Elektrolysebehälter ein Elektrolyseelement aufweisen, das den Flanschabschnitt am Umfang der Trennwand des oben beschriebenen anderen Elektrolyseelements 100 (2A und 2B), 200 (4A und 4B), 300 (7A und 7B), 400 (8A und 8B), 500 (12A und 12B), 600 (14A und 14B), 700 (15A und 15B), 800 (16A und 16B), 1000 (20A und 20B) oder 1100 (21A und 21B) anstelle des Elektrolyseelements 1200 aufweist.
Der Elektrolysebehälter 20000, der das erste Anschlusselement 21300 aufweist, wobei die Öffnungen 920d der ersten becherförmigen Abschnitte 920b der Anode 920 nicht abgedeckt sind, wurde oben bezüglich der vorliegenden Erfindung als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann der Elektrolysebehälter ein erstes Anschlusselement aufweisen, das Deckelelemente aufweist, die zumindest einen Teil der jeweiligen Öffnungen 920d der ersten becherförmigen Abschnitte 920b der Anode 920 abdecken. Als ein solches erstes Anschlusselement kann zum Beispiel ein erstes Anschlusselement verwendet werden, das den Flanschabschnitt 1311 (siehe 30A und 30B) am Umfang der ersten Trennwand 1310 des oben beschriebenen ersten Anschlusselements 1300' (siehe 27A und 27B) aufweist.
Bezugszeichenliste

100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200: Elektrolyseelement
10, 610: Trennwand
10a: erste Fläche
10b: zweite Fläche
11, 1311, 1411: Flanschabschnitt
20, 620, 920: Anode
620h: viertes Durchgangsloch
721, 1021: zweites Deckelelement
722, 1022: zweiter Bolzen
722a: Verlängerungsschaft
722b: Deckelelement-Befestigungsschraube
1022a: Schaft
1022b: Kopf
920a: erster flacher Abschnitt
920b: erster becherförmiger Abschnitt
920c: unterer Abschnitt (des ersten becherförmigen Abschnitts)
920d: Öffnung (des ersten becherförmigen Abschnitts)
920h: fünftes Durchgangsloch
30: Kathode
40, 340, 440, 540, 640, 740: erstes Verbindungsmittel
41, 341, 641, 741, 841: erster Bolzen
41a, 341a, 641a: Schaft
841e1: erstes Ende (eines Stehbolzens)
841e2: zweites Ende (des Stehbolzens)
341h: Bolzenende-Gewindeloch
41b, 741b: Kopf
741bh, 841h: zweites Gewindeloch
1041bh: (Bolzenkopf) Gewindeloch
10h: erstes Durchgangsloch
610h: erstes Gewindeloch
42, 842: erste Mutter
43, 443: erstes Strukturelement
43a: erster Abstandshalterabschnitt
43ae: Ende
43b: erster plattenförmiger Abschnitt
43bh: zweites Durchgangsloch
44, 1144: zweite Mutter
50: elastischer Körper
60, 660, 960: Kathodenstromkollektor
60h: drittes Durchgangsloch
61, 361: erstes Deckelelement
61a: flacher Flächenteil
61w: Drahtteil
361 b: Verlängerungsschaft
361c: Deckelelement-Befestigungsschraube
960a: zweiter flacher Abschnitt
960b: zweiter becherförmiger Abschnitt
960c: unterer Abschnitt (des zweiten becherförmigen Abschnitts)
960d: Öffnung (des zweiten becherförmigen Abschnitts)
960h: sechstes Durchgangsloch
70: zweites Verbindungsmittel
71: zweites Strukturelement
71a: zweiter Abstandshalterabschnitt
71ec: Ende
71ew: Ende
940: drittes Verbindungsmittel
941: erster Bolzen
941a: Schaft
941b: Kopf
942: erste Mutter
80: (ionendurchlässige) Trennmembran
90: Dichtung
110: rahmenförmiges Schutzelement
120: Dichtungselement
1300: erstes Anschlusselement
1310: erste Trennwand
1400: zweites Anschlusselement
1410: zweite Trennwand
d1: erster Abstand
d2: zweiter Abstand
10000, 20000: Alkalisches-Wasser-Elektrolysebehälter
9000: Herkömmlicher Keine-Lücke-Alkalisches-Wasser-Elektrolysebehälter
9010: Kammereinheit
9011: elektrisch leitende Trennwand
9012: Flanschabschnitt
9013, 9014: elektrisch leitende Rippe
9020: Ionendurchlässige Trennmembran
9030: Dichtung
9040: Anode
9050: Stromkollektor
9060: elektrisch leitfähiger elastischer Körper
9070: Kathode
A, A1, A2, A3: Anodenkammer
C, C1, C2, C3: Kathodenkammer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2001262387 A [0002]
JP 2013104090 A [0002]
JP 2013108150 A [0002]
WO 2018139616 A1 [0002]
JP 2015117407 A [0002]
WO 2013191140 A1 [0002]
JP 4453973 B2 [0002]
JP 6093351 B2 [0002]
JP 2015117417 A [0002]
WO 2019111832 A1 [0002]
JP S56102586 A [0002]

Claims

Ein Elektrolyseelement für die alkalische Wasserelektrolyse, wobei das Elektrolyseelement aufweist: eine elektrisch leitende Trennwand, die eine erste Fläche und eine zweite Fläche aufweist, eine Anode zur Erzeugung von Sauerstoff, eine Kathode zur Erzeugung von Wasserstoff, ein erstes Verbindungsmittel, das die Anode an der Trennwand befestigt, so dass die Anode der ersten Fläche der Trennwand mit einem ersten Abstand zugewandt ist, und das die Anode elektrisch mit der Trennwand verbindet, einen elektrisch leitenden elastischen Körper, der die Kathode stützt, und einen Kathodenstromkollektor, der den elastischen Körper stützt, wobei der Kathodenstromkollektor an der Trennwand befestigt ist, um der zweiten Fläche der Trennwand mit einem zweiten Abstand zugewandt zu sein, und elektrisch mit der Trennwand verbunden ist, wobei das erste Verbindungsmittel aufweist: einen elektrisch leitenden ersten Bolzen, der zumindest einen Schaft aufweist, wobei die Anode mittels des ersten Bolzens lösbar an der Trennwand befestigt ist.
Das Elektrolyseelement gemäß Anspruch 1, wobei das erste Verbindungsmittel ferner aufweist: ein erstes Durchgangsloch, das in der Trennwand vorgesehen ist, wobei der Schaft des ersten Bolzens durch das erste Durchgangsloch gesteckt sein kann, und eine erste Mutter, die mit dem ersten Bolzen eingreifen kann.
Das Elektrolyseelement gemäß Anspruch 2, wobei das erste Verbindungsmittel weiter aufweist: ein elektrisch leitendes erstes Strukturelement, wobei das erste Strukturelement aufweist: einen ersten Abstandshalterabschnitt, der sich von der Anode in Richtung zur ersten Fläche der Trennwand in einer Richtung erstreckt, die die erste Fläche der Trennwand kreuzt, und einen ersten plattenförmigen Abschnitt, der von dem ersten Abstandshalterabschnitt aus durchgehend ist und sich in einer Richtung parallel zur ersten Fläche der Trennwand erstreckt, wobei der erste Abstandshalterabschnitt aufweist: ein an der Anode befestigtes Ende, der erste plattenförmige Abschnitt aufweist: ein zweites Durchgangsloch, wobei der Schaft des ersten Bolzens durch das zweite Durchgangsloch gesteckt sein kann, wobei der Schaft des ersten Bolzens durch das erste Durchgangsloch und das zweite Durchgangsloch gesteckt ist und mit der ersten Mutter eingreift, um das erste Strukturelement an der Trennwand zu befestigen.
Das Elektrolyseelement gemäß Anspruch 3, wobei das zweite Durchgangsloch von dem ersten plattenförmigen Abschnitt zu zumindest einem Teil des ersten Abstandshalterabschnitts durchgehend ist.
Das Elektrolyseelement gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei der erste Bolzen ferner aufweist: einen Kopf, der an einem Ende des Schafts angeordnet ist, wobei der Schaft des ersten Bolzens durch das erste Durchgangsloch und das zweite Durchgangsloch in einer Richtung gesteckt ist, so dass der Kopf des ersten Bolzens den ersten plattenförmigen Abschnitt des ersten Strukturelements in Richtung zur Trennwand drückt, das erste Strukturelement weiter aufweist: einen Drehungsbeschränkungsabschnitt, wobei, wenn der Schaft des ersten Bolzens durch das zweite Durchgangsloch gesteckt ist und der Kopf des ersten Bolzens den ersten plattenförmigen Abschnitt kontaktiert, der Drehungsbeschränkungsabschnitt eine Seitenfläche des Kopfes des ersten Bolzens kontaktiert, um die Drehung des ersten Bolzens zu beschränken.
Das Elektrolyseelement gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das erste Verbindungsmittel ferner aufweist: eine zweite Mutter, die mit dem ersten Bolzen eingreifen kann, wobei die zweite Mutter mit dem Schaft des ersten Bolzens eingreift, der durch das zweite Durchgangsloch gesteckt ist, so dass der Kopf des ersten Bolzens und die zweite Mutter den ersten plattenförmigen Abschnitt des ersten Strukturelements dazwischen angeordnet haben, um den ersten Bolzen an dem ersten plattenförmigen Abschnitt des ersten Strukturelements zu befestigen, und der Schaft des ersten Bolzens, der an dem ersten plattenförmigen Abschnitt des ersten Strukturelements befestigt ist, durch das erste Durchgangsloch der Trennwand gesteckt ist und mit der ersten Mutter eingreift, um den ersten Bolzen an der Trennwand zu befestigen.
Das Elektrolyseelement gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der Kathodenstromkollektor aufweist: ein drittes Durchgangsloch, das in einer dem ersten Durchgangsloch der Trennwand zugewandten Position vorgesehen ist, wobei das dritte Durchgangsloch eine Form und Abmessungen hat, so dass die erste Mutter durch das dritte Durchgangsloch hindurchtreten kann.
Das Elektrolyseelement gemäß Anspruch 7, ferner aufweisend: ein elektrisch leitendes und lösbares erstes Deckelelement, das zumindest einen Teil des dritten Durchgangslochs des Kathodenstromkollektors abdeckt, wobei, wenn das erste Deckelelement angebracht ist, so dass es zumindest einen Teil des dritten Durchgangslochs des Kathodenstromkollektors abdeckt, das erste Deckelelement elektrisch mit dem Kathodenstromkollektor verbunden ist.
Das Elektrolyseelement gemäß Anspruch 1, wobei das erste Verbindungsmittel ferner aufweist: ein erstes Gewindeloch, das sich in der ersten Fläche der Trennwand öffnet, wobei das erste Gewindeloch mit dem ersten Bolzen eingreifen kann.
Das Elektrolyseelement gemäß Anspruch 9, wobei das erste Verbindungsmittel ferner aufweist: ein elektrisch leitendes erstes Strukturelement, wobei das erste Strukturelement aufweist: einen ersten Abstandshalterabschnitt, der sich von der Anode in Richtung zur ersten Fläche der Trennwand in einer Richtung erstreckt, die die erste Fläche der Trennwand kreuzt, und einen ersten plattenförmigen Abschnitt, der von dem ersten Abstandshalterabschnitt aus durchgehend ist und sich in einer Richtung parallel zur ersten Fläche der Trennwand erstreckt, wobei der erste Abstandshalterabschnitt aufweist: ein an der Anode befestigtes Ende, der erste plattenförmige Abschnitt aufweist: ein zweites Durchgangsloch, wobei der Schaft des ersten Bolzens durch das zweite Durchgangsloch gesteckt sein kann, wobei der Schaft des ersten Bolzens durch das zweite Durchgangsloch gesteckt ist und mit dem ersten Gewindeloch der Trennwand eingreift, um das erste Strukturelement an der Trennwand zu befestigen.
Das Elektrolyseelement gemäß Anspruch 10, wobei die Anode aufweist: ein viertes Durchgangsloch, das in einer dem zweiten Durchgangsloch zugewandten Position vorgesehen ist, wobei das vierte Durchgangsloch eine Form und Abmessungen hat, so dass der erste Bolzen durch das vierte Durchgangsloch hindurchtreten kann.
Das Elektrolyseelement gemäß Anspruch 11, ferner aufweisend: ein zweites Deckelelement, das dasselbe Material wie die Anode aufweist und zumindest einen Teil des vierten Durchgangslochs der Anode abdeckt, und einen elektrisch leitenden zweiten Bolzen, der an dem zweiten Deckelelement befestigt ist, wobei der erste Bolzen weiter einen Kopf aufweist, wobei der Kopf des ersten Bolzens aufweist: ein zweites Gewindeloch, das mit dem zweiten Bolzen eingreifen kann, wobei der zweite Bolzen mit dem zweiten Gewindeloch eingreift, so dass das zweite Deckelelement lösbar an dem ersten Bolzen befestigt und elektrisch mit dem ersten Bolzen verbunden ist, und so dass das zweite Deckelelement zumindest einen Teil des vierten Durchgangslochs der Anode abdeckt.
Das Elektrolyseelement gemäß Anspruch 9, wobei der erste Bolzen ein Stehbolzen ist, der Stehbolzen aufweist: ein erstes Ende und ein zweites Ende, wobei das erste Verbindungsmittel ferner aufweist: ein elektrisch leitendes erstes Strukturelement und eine erste Mutter, die mit dem Stehbolzen eingreifen kann, wobei das erste Strukturelement aufweist: einen ersten Abstandshalterabschnitt, der sich von der Anode in Richtung zur ersten Fläche der Trennwand in einer Richtung erstreckt, die die erste Fläche der Trennwand kreuzt, und einen ersten plattenförmigen Abschnitt, der von dem ersten Abstandshalterabschnitt aus durchgehend ist und sich in einer Richtung parallel zur ersten Fläche der Trennwand erstreckt, wobei der erste Abstandshalterabschnitt aufweist: ein an der Anode befestigtes Ende, der erste plattenförmige Abschnitt aufweist: ein zweites Durchgangsloch, wobei der erste Bolzen durch das zweite Durchgangsloch gesteckt sein kann, wobei der Stehbolzen mit dem ersten Gewindeloch der Trennwand eingreift, um das erste Ende des Stehbolzens an der Trennwand zu befestigen, und der an der Trennwand befestigte Stehbolzen durch das zweite Durchgangsloch gesteckt ist und die erste Mutter vom zweiten Ende des Stehbolzens aus mit dem Stehbolzen eingreift, um das erste Strukturelement an der Trennwand zu befestigen.
Das Elektrolyseelement gemäß Anspruch 13, wobei die Anode aufweist: ein viertes Durchgangsloch, das in einer dem zweiten Durchgangsloch zugewandten Position vorgesehen ist, wobei das vierte Durchgangsloch eine Form und Abmessungen hat, so dass die erste Mutter durch das vierte Durchgangsloch hindurchtreten kann.
Das Elektrolyseelement gemäß Anspruch 14, ferner aufweisend: ein zweites Deckelelement, das dasselbe Material wie die Anode aufweist und zumindest einen Teil des vierten Durchgangslochs der Anode abdeckt, und einen elektrisch leitenden zweiten Bolzen, der an dem zweiten Deckelelement befestigt ist, wobei das zweite Ende des Bolzens aufweist: ein zweites Gewindeloch, das mit dem zweiten Bolzen eingreifen kann, wobei der zweite Bolzen mit dem zweiten Gewindeloch eingreift, so dass das zweite Deckelelement lösbar an dem Stehbolzen befestigt und elektrisch mit dem Stehbolzen verbunden ist und so dass das zweite Deckelelement zumindest einen Teil des vierten Durchgangslochs der Anode abdeckt.
Das Elektrolyseelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, ferner aufweisend: ein zweites Verbindungsmittel, das den Kathodenstromkollektor an der Trennwand befestigt, so dass der Kathodenstromkollektor der zweiten Fläche der Trennwand im zweiten Abstand zugewandt ist, und den Kathodenstromkollektor mit der Trennwand elektrisch verbindet, wobei das zweite Verbindungsmittel aufweist: ein elektrisch leitendes zweites Strukturelement, wobei das zweite Strukturelement aufweist: einen zweiten Abstandshalterabschnitt, der sich zwischen dem Kathodenstromkollektor und der zweiten Fläche der Trennwand in einer Richtung erstreckt, die die zweite Fläche der Trennwand kreuzt, ein erstes Ende, das an dem Kathodenstromkollektor befestigt ist und ein zweites Ende, das an der zweiten Fläche der Trennwand befestigt ist.
Ein Elektrolyseelement für die alkalische Wasserelektrolyse, wobei das Elektrolyseelement aufweist: eine Trennwand, die eine erste Fläche und eine zweite Fläche aufweist, eine Anode zur Erzeugung von Sauerstoff, eine Kathode zur Erzeugung von Wasserstoff, einen elektrisch leitenden elastischen Körper, der die Kathode stützt, einen Kathodenstromkollektor, der den elastischen Körper stützt, und ein drittes Verbindungsmittel, das die Anode und den Kathodenstromkollektor an der Trennwand befestigt und die Anode und den Kathodenstromkollektor elektrisch verbindet, so dass die Anode der ersten Seite der Trennwand und der Kathodenstromkollektor der zweiten Seite der Trennwand zugewandt ist, das dritte Verbindungsmittel aufweist: einen elektrisch leitenden ersten Bolzen, der zumindest einen Schaft aufweist, ein erstes Durchgangsloch, das in der Trennwand vorgesehen ist, wobei der Schaft des ersten Bolzens durch das erste Durchgangsloch gesteckt sein kann, und eine erste Mutter, die mit dem ersten Bolzen eingreifen kann, die Anode aufweist: einen ersten flachen Abschnitt, der sich zweidimensional erstreckt, einen ersten becherförmigen Abschnitt, der von dem ersten flachen Abschnitt in Richtung zur ersten Fläche der Trennwand vorsteht und sich verjüngt, und ein fünftes Durchgangsloch, das in einem unteren Abschnitt des ersten becherförmigen Abschnitts vorgesehen ist, wobei der Schaft des ersten Bolzens durch das fünfte Durchgangsloch gesteckt sein kann, der Kathodenstromkollektor aufweist: einen zweiten flachen Abschnitt, der sich zweidimensional erstreckt, einen zweiten becherförmigen Abschnitt, der von dem zweiten flachen Abschnitt in Richtung zur zweiten Fläche der Trennwand vorsteht und sich verjüngt, ein sechstes Durchgangsloch, das in einem unteren Abschnitt des zweiten becherförmigen Abschnitts vorgesehen ist, wobei der Schaft des ersten Bolzens durch das sechste Durchgangsloch gesteckt sein kann, wobei der Schaft des ersten Bolzens durch das erste Durchgangsloch, das fünfte Durchgangsloch und das sechste Durchgangsloch gesteckt ist und mit der ersten Mutter eingreift, um die Anode und den Kathodenstromkollektor mittels des ersten Bolzens an der Trennwand zu befestigen.
Das Elektrolyseelement gemäß Anspruch 17, wobei der erste Bolzen ferner aufweist: einen Kopf, der an einem Ende des Schafts angeordnet ist, wobei der Kopf des ersten Bolzens und die erste Mutter die Anode, die Trennwand und den Kathodenstromkollektor dazwischen angeordnet haben und befestigen.
Das Elektrolyseelement gemäß Anspruch 18, ferner aufweisend: ein zweites Deckelelement, das dasselbe Material wie die Anode aufweist und eine sich zweidimensional erstreckende Form hat, so dass das zweite Deckelelement zumindest einen Teil einer Öffnung des ersten becherförmigen Abschnitts der Anode abdecken kann, und einen elektrisch leitenden zweiten Bolzen, wobei der zweite Bolzen aufweist: einen Kopf, der an dem zweiten Deckelelement befestigt ist, und einen an dem Kopf befestigten Schaft, wobei der Kopf des ersten Bolzens aufweist: ein Gewindeloch, das mit dem zweiten Bolzen eingreifen kann, wobei der zweite Bolzen mit dem Gewindeloch eingreift, so dass das zweite Deckelelement lösbar an dem ersten Bolzen befestigt ist und elektrisch mit dem ersten Bolzen verbunden ist und zumindest einen Teil der Öffnung des ersten becherförmigen Abschnitts der Anode abdeckt.
Das Elektrolyseelement gemäß Anspruch 17, ferner aufweisend: ein zweites Deckelelement, das dasselbe Material wie die Anode aufweist und eine sich zweidimensional erstreckende Form hat, so dass das zweite Deckelelement zumindest einen Teil einer Öffnung des ersten becherförmigen Abschnitts der Anode abdecken kann, der erste Bolzen ferner aufweist: einen Kopf, der an einem Ende des Schafts angeordnet ist, wobei das zweite Deckelelement an dem Kopf des ersten Bolzens befestigt und mit dem ersten Bolzen elektrisch verbunden ist, das dritte Verbindungsmittel weiter aufweist: eine zweite Mutter, die mit dem ersten Bolzen eingreifen kann, wobei der Schaft des ersten Bolzens durch das erste Durchgangsloch, das fünfte Durchgangsloch und das sechste Durchgangsloch gesteckt ist und mit der ersten Mutter und der zweiten Mutter eingreift, so dass die erste Mutter und die zweite Mutter die Anode, die Trennwand und den Kathodenstromkollektor dazwischen angeordnet haben und befestigen und so dass die Anode, das zweite Deckelelement und der Kathodenstromkollektor mittels des ersten Bolzens lösbar an der Trennwand befestigt sind und so dass das zweite Deckelelement zumindest einen Teil der Öffnung des ersten becherförmigen Teils der Anode abdeckt.
Das Elektrolyseelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20, ferner aufweisend: einen Flanschabschnitt, der an einem Außenumfang der Trennwand angeordnet ist und sich zu beiden Seiten der Trennwand in einer Richtung erstreckt, die die erste Fläche und die zweite Fläche der Trennwand kreuzt.
Ein Alkalisches-Wasser-Elektrolysebehälter, der eine Stapelstruktur aufweist, wobei die Stapelstruktur aufweist: eine Mehrzahl von ionendurchlässigen Trennmembranen, das in einem der Ansprüche 1 bis 21 definierte Elektrolyseelement, das zwischen jedem benachbarten Paar der ionendurchlässigen Trennmembranen angeordnet ist, wobei jedes benachbarte Paar der Elektrolyseelemente angeordnet ist, so dass die Anode eines ersten der Elektrolyseelemente des Paares und die Kathode eines zweiten der Elektrolyseelemente des Paares einander zugewandt sind und die ionendurchlässige Trennmembran dazwischen angeordnet ist.
Der Alkalisches-Wasser-Elektrolysebehälter gemäß Anspruch 22, wobei die Stapelstruktur aufweist: ein erstes Elektrolyseelement, das an einem ersten Ende der Stapelstruktur angeordnet ist, und ein zweites Elektrolyseelement, das an einem zweiten Ende des der Stapelstruktur angeordnet ist, wobei der Elektrolysebehälter ferner aufweist: ein erstes Anschlusselement, das der Kathode des ersten Elektrolyseelements zugewandt ist, so dass das erste Anschlusselement und die Kathode des ersten Elektrolyseelements eine erste der ionendurchlässigen Trennmembranen dazwischen angeordnet haben, ein zweites Anschlusselement, das der Anode des zweiten Elektrolyseelements zugewandt ist, so dass das zweite Anschlusselement und die Anode des zweiten Elektrolyseelements eine zweite der ionendurchlässigen Trennmembranen dazwischen angeordnet haben, das erste Anschlusselement aufweist: eine elektrisch leitende erste Trennwand und eine erste Anode, die elektrisch mit der ersten Trennwand verbunden ist, das zweite Anschlusselement aufweist: eine elektrisch leitende zweite Trennwand und eine zweite Kathode, die elektrisch mit der zweiten Trennwand verbunden ist.
Der Alkalisches-Wasser-Elektrolysebehälter gemäß Anspruch 22, ferner aufweisend: Dichtungen, die jeweils jeden Umfang der ionendurchlässigen Trennmembranen halten, isolierende rahmenförmige Schutzelemente, die jeweils jeden Umfang der ionendurchlässigen Trennmembranen halten, wobei die Dichtung zwischen dem Schutzelement und der Trennmembran vorhanden ist, und Dichtungselemente, die zwischen der Trennwand und dem Schutzelement, zwischen der ersten Trennwand und dem Schutzelement und zwischen der zweiten Trennwand und dem Schutzelement angeordnet sind, wobei jedes der Elektrolyseelemente das in einem der Ansprüche 1 bis 20 definierte Elektrolyseelement ist.
Der Alkalisches-Wasser-Elektrolysebehälter gemäß Anspruch 23, wobei jedes der Elektrolyseelemente das Elektrolyseelement gemäß Anspruch 21 ist, wobei das erste Anschlusselement ferner aufweist: einen ersten Flanschabschnitt, der an einem Umfang der ersten Trennwand angeordnet ist und sich in Richtung des Flanschabschnitts des ersten Elektrolyseelements erstreckt, das zweite Anschlusselement weiter aufweist: einen zweiten Flanschabschnitt, der an einem Umfang der zweiten Trennwand angeordnet ist und sich in Richtung des Flanschabschnitts des zweiten Elektrolyseelements erstreckt.