JP2002332586A

JP2002332586A - 電解槽

Info

Publication number: JP2002332586A
Application number: JP2001164380A
Authority: JP
Inventors: Uu Sopu Kim; ウーソプキム
Original assignee: HUNG CHANG CO Ltd
Current assignee: HUNG CHANG CO Ltd
Priority date: 2001-05-08
Filing date: 2001-05-31
Publication date: 2002-11-22
Also published as: KR20020085446A; KR100405163B1

Abstract

(57)【要約】【課題】水の電気分解により生成する酸素ガスと水素ガ
スを分離して排出する、エネルギー効率とガス発生効率
の高い電解槽の提供。【解決手段】ガスケット、電極、ガスケット、隔膜固定
用リング、隔膜及びセルフレームが順次結合した単位セ
ットを多数積層し、積層体の両端を陰極及び陽極に固定
してなる電解槽であって、リング状の各部材の上部およ
び下部の中心部に向かって伸びた３個の突出部にそれぞ
れ孔を設け、一方、板状の各部材には、該孔と対応する
位置にそれぞれ孔を空け、リング状および板状の各部材
の孔を連通させ、電解により、隔膜の表裏で別々に発生
した水素ガスおよび酸素ガスを分離した状態のまま上部
の別々の孔を通して外部に排出するようにし、電解液を
下部の孔を通して外部に排出するようにした電解槽。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電解槽に関するもの
で、特に消費電力を減少し、電気分解の効率を高めるこ
とができ、且つ水素ガスと酸素ガスを分離した状態で排
出できる電解槽に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気分解装置、例えば水酸化ナトリウム
又は水酸化カリウムなどの電解質を含有した電解液を電
気分解し、水素ガスと酸素ガスを発生させる電気分解装
置は、電解液の電気分解が行われる電解槽を備えてい
る。ある程度の構造的な違いはあるが、現在使用中の一
般的な電解槽の基本構造は、一端に陽極に接続された電
極板（第１電極板）を配置し、その反対端には陰極に接
続された電極板（第２電極板）を配置する構造である。
第１及び第２電極板の間には薄膜の双極電極板が配置さ
れるが、このような構造の電解槽は狭い空間内に多くの
電極を設けることができ、大量のガスを発生させること
ができるとともに、極間電圧が低いため、単位ガス量の
発生に消耗される電力量も比較的少ない。

【０００３】しかしながら、該構造の電解槽では双極電
極板間での気密性を保つのが容易でないため、電解槽の
使用圧力を高めるのに限界がある。一方、分離型電解槽
では双極電極板の上部には水素ガスと酸素ガスをそれぞ
れ通すための２つのガス排出孔が、下部には電解液供給
孔が形成されている。電気分解の際、各電極板に電流が
引加されると各孔（加工部分として、角部）を通して電
流が漏れ、電気分解効率が低下すると同時にエネルギー
浪費という問題が発生する。

【０００４】一方、電気分解が行われる電解槽内では、
電極は、常に電解液との接触状態を維持しなければなら
ないが、電極上部の一部が電解液の液面上に露出する
と、電気分解の起こる有効面積が減少し、電極の単位面
積当たりの電流密度が上昇し、結果的に電極の寿命を短
縮することになる。

【０００５】このような問題点を解決するため、本出願
人が出願した２００１年特許出願第１２８２５号は、気
密性に優れ、電解液及びガスの漏れもなく、セルフレー
ムの増減によりガス発生容量を容易に調節できる長所を
有し、少量の電力エネルギーで大量のガスを発生させる
ことができる、小型化可能な電解槽に関する。

【０００６】しかしながら、先行特許出願では、電極板
と陽極、陰極と電極板の間で発生したガスは水素と酸素
が２：１の割合で混合された状態で生産されるため、産
業用としての活用度が低い。特に高純度の水素ガスを必
要とする産業分野で活用するためには、水素ガスと酸素
ガスを分離させる別のシステムが必要になるという問題
点がある。

【０００７】最近、水素ガスはブレージング、溶接、貴
金属細工、ガラス加工、半導体製造工程など工業用とし
て、また純水素を用いた燃料電池自動車など次世代無公
害エネルギー源としての産業的活用度も増す一方であ
る。しかしながら、現在生産中の水素ガスは化石燃料よ
り製造され、高圧シリンダーに圧縮ガスの形で充填され
ており、運搬及び使用上の安定性が確保できないため、
それ自体が無公害エネルギー源であるにもかかわらず、
産業用としての実用度はあまり高くない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は上述
した通り、一般の水酸ガス発生用電解槽の抱える問題点
を解決し、エネルギー効率及び水酸ガス発生効率を向上
させると同時に、酸素ガスと水素ガスを分離して生産す
ることのできる電解槽を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による電解槽は、
ガスケット、電極、ガスケット、隔膜固定用リング、隔
膜及びセルフレームが順次に結合した単位セットを多数
積層し、その両端に陰極及び陽極をそれぞれ固定したも
のである。

【００１０】本発明を構成する各電極は双極（ｂｉｐｏ
ｌａｒ）電極であり、電極の上部には第１及び第２ガス
通過孔が、下部には電解液通過孔がそれぞれ形成されて
いる。各ガスケットは電極の外周部と対応するリング状
の部材であり、その上部には第１及び第２突出部が、ま
た下部には第３突出部が中心部に向ってそれぞれ伸びて
おり、各突出部が電極の各孔の周辺部を押圧する第１及
び第２ガス通過孔と電解液通過孔がガスケットの各突出
部に形成されている。また、各隔膜の上部には第１及び
第２ガス通過孔が、下部には電解液通過孔がそれぞれ形
成されている。

【００１１】各隔膜固定用リングは、各ガスケットと同
一形態であり、またその上部にはガス通過孔がそれぞれ
形成された第１及び第２突出部が、下部には電解液通過
孔が形成された第３突出部が中心部に向ってそれぞれ伸
びており、各突出部が各セルフレームの間に配置された
隔膜の各孔の周辺部を押圧する。

【００１２】各セルフレームの規格は、電極より大き
く、その上部にはガス通過孔がそれぞれ形成された第１
及び第２突出部が、また下部には電解液通過孔が形成さ
れた第３突出部がそれぞれ中心部に向って伸び、各孔は
電極及び各ガスケットに形成されたガス通過孔及び電解
液通過孔とそれぞれ対応し、各電極の第１表面より発生
し酸素ガスは第１ガス通過孔を通り、各電極の第２表面
より発生した水素ガスは第２ガス通過孔を通って外部に
排出される。また外部より供給された電解液は電解液通
過孔を通って内部に流入する。

【００１３】各セルフレームには、その前面に外周部に
沿って一定幅及び高さの第１凸部が形成され、その後面
には前面の第１凸部と同一幅及び深さの第１凹部が形成
されていて、２個のセルフレームが結合する際、後方セ
ルフレームの第１凸部が前方セルフレームの第１凹部内
に差し込まれ、両セルフレームが結合する。

【００１４】各セルフレームの前面の第１、第２及び第
３突出部の各孔の周辺部にはそれぞれ第１、第２及び第
３円筒部が形成され、後面の各孔の周辺部にはそれぞれ
一定深さの凹部が形成され、その前面の第１円筒部及び
第３円筒部の両側及び部材中心に向う部分には、一定幅
の切開部がそれぞれ形成され、第２及び第３突出部後面
の孔の周辺凹部の両側及び部材中心に向う部分には切開
部がそれぞれ形成されている。

【００１５】また、各隔膜固定用リングの、第１及び第
３突出部前面の両側及び部材中心に向う部分にはそれぞ
れ一定幅の切開部が形成され、第３突出部後面の孔の両
側及び部材中心に向う部分には切開部が形成されてい
る。隔膜固定用リングを用い、隔膜を各セルフレームに
結合する際、セルフレーム前面の第１円筒部の切開部と
隔膜固定用リングの対応突出部の表面に形成された切開
部が連通し、セルフレームに装着された電極の第１表面
より発生したガスは隔膜固定用リングの切開部、セルフ
レームの第１円筒部の切開部及び第１孔を通して外部に
排出され、電極の第２表面より発生したガスは、前方の
他のセルフレームの第２円筒部後面に形成された切開部
及び第２孔を通して外部に排出される。

【００１６】また外部より電解液通過孔に流入し電解液
は、各セルフレームの第３突出部の前面及び後面の孔の
周辺に形成された切開部を通して各電極間の空間に流入
する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて、本発明
をより詳しく説明する。図１は、本発明によるフィルタ
ープレス型電解槽を構成する各部材を図示した分離斜視
図であり、図２は、該図１の各部材を固定手段を用いて
一体化させ構成した電解槽の正面図であり、本発明によ
る電解槽１００を構成する部材は次の通りであり、電
極、ガスケット、隔膜及びセルフレームの構造中の一つ
のみを例を上げ説明する。

【００１８】陽極電極１０１及び陰極電極１０２電解槽１００の両側端に位置する陽極電極１０１と陰極
電極１０２はその外側表面に電源連結用ボルト１０１ａ
及び１０２ａがそれぞれ固定されており、陰極電極１０
２には電解液供給口連結ニップル１０２ｂが、陽極電極
１０１には２個のガス排出口連結ニップル（１０１ｂ：
図２では一つのニップルのみ図示される）が固定されて
いる。陽極及び陰極電極１０１及び１０２は４個のステ
ーボルトにより一体化される。

【００１９】電極５０図１では一つの電極５０のみが図示されているが、陽極
電極１０１と陰極電極１０２の間には多数の円盤型電極
［５０；双極（ｂｉｐｏｌａｒ）電極］が配置される。
電極５０の上部には酸素ガス通過孔５１と水素ガス通過
孔５２がそれぞれ形成されており、また下部には電解液
通過孔５３が形成されている。

【００２０】陽極電極１０１と陰極電極１０２に電圧を
引加すると、例えば、陽極電極１０１に対応する電極５
０の表面には反対極性（即ち、陰極）の電荷が帯電し、
その反対表面には陽極電極１０１と同一極性の電荷が帯
電している。また、電荷が帯電した電極５０に隣接して
いる他の電極（図示されていない）の表面には、向かい
合う電極表面に帯電した電荷と反対極性の電荷が帯電
し、このような帯電現象は導電性の電解液が電流を電極
に伝えることにより成り立つ。電極表面でのこのような
電荷帯電現象は全電極５０で起こる。即ち、向かい合う
電極５０の表面に反対極性の電荷が帯電することによ
り、各電極５０の間に存在する電解液の電気分解が行わ
れ酸素ガス及び水素ガスが発生する。

【００２１】隔膜２０陽極電極１０１と電極５０の間、反対極性に帯電される
各電極５０の間及び電極５０と陰極電極１０２の間に
は、電極５０より小さい直径の円盤型隔膜２０が配置さ
れる。各隔膜２０の上部には、それぞれ酸素ガス通過孔
２１と水素ガス通過孔２２が形成されており、下部には
電解液通過孔２３が形成されている。隔膜２０は、ある
一つの電極５０の陽極（＋）に帯電された表面より発生
した酸素ガスと、向かい合う電極５０の陰極（−）に帯
電された表面より発生した水素ガスの混合を防止する。
また、隔膜２０は各電極５０の間に存在する電解液中の
イオンの流れを円滑にすることで電気分解に必要なエネ
ルギーを減らすことができる。

【００２２】セルフレーム（１０）陽極電極１０１及び各電極５０の後方（図１基準）には
それぞれリング状のセルフレーム１０が配置される。各
セルフレーム１０の直径は電極５０の直径よりやや大き
く、上部及び下部には各電極５０の上部及び下部に形成
された孔５１及び５２とそれぞれ対応する酸素ガス通過
孔、水素ガス通過孔及び電解液通過孔がそれぞれ形成さ
れている。各セルフレーム１０の構成に対しては、図３
と関連し追って説明する。

【００２３】ガスケット（４０）陽極電極１０１と隔膜２０、電極５０と隔膜２０、セル
フレーム１０と電極５０及びセルフレーム１０と陰極電
極１０２の間には密封用ガスケット４０がそれぞれ配置
される。ガスケット４０はリング状で、その直径は電極
５０の直径と同一である。ガスケット４０の上部及び下
部にも、電極５０及びセルフレーム１０の上部及び下部
に形成された孔５１、５２及び５３に対応する酸素ガス
通過孔４１、水素ガス通過孔４２及び電解液通過孔４３
がそれぞれ形成されている。

【００２４】図１に図示された通り、各ガスケット４０
に形成された各孔４１、４２及び４３は、本体より内側
に円形に伸びた突出部４１Ａ、４２Ａ及び４３Ａの中央
部にそれぞれ形成されている。したがって、電極５０の
両面にそれぞれガスケットを密着させる際、両部材４０
及び５０の各孔４１及び５１、４２及び５２、４３及び
５３が互いに連通した状態で、ガスケット４０の各突出
部４１Ａ、４２Ａ及び４３Ａは電極５０の孔５１、５２
及び５３の周辺部表面に気密状態で密着される。

【００２５】隔膜固定用リング３０隔膜２０とガスケット４０の間に配置される隔膜固定用
リング（３０；以下“リング”と称す）の形態はガスケ
ット４０の形状と同一である。即ち、リング３０の直径
は電極５０の直径と同一であり、その上部及び下部に、
電極５０及びセルフレーム１０の上部及び下部に形成さ
れた孔と対応する酸素ガス通過孔３１、水素ガス通過孔
３２及び電解液通過孔３３がそれぞれ形成されている。

【００２６】後節で説明する図４ａ及び４ｂに図示され
ている通り、各リング３０に形成された各孔３１、３２
及び３３は、本体より内側に伸びた円形の突出部３１
Ａ、３２Ａ及び３３Ａの中央部にそれぞれ形成されてい
る。したがって、セルフレーム１０の一面に隔膜２０を
密着固定させる際、リング３０と隔膜２０の各孔３１及
び２１、３２及び２２、３３及び２３が互いに連通した
状態で、リング３０の各突出部３１Ａ、３２Ａ及び３３
Ａは、隔膜２０の各孔２１、２２及び２３の周辺部表面
に気密状態で密着される。

【００２７】図３ａ及び図３ｂは、本発明の構成部材中
の一つであるセルフレーム１０の正面図及び背面図、図
３ｃは、切取線Ａ−Ａによって切取ってなる断面図で、
上述したセルフレーム１０の構成をより詳しく図示する
ものである。リング状のセルフレーム１０は、図３ｃに
図示した通り、厚さが異なる内側部Ｉと外側部Ｏに区分
され、内側部Ｉの厚さは外側部Ｏの厚さより薄くなって
いる。

【００２８】セルフレーム１０の上部（図３ａ基準）に
は中心に向って伸びた第１及び第２突出部１０Ｅ−１及
び１０Ｅ−２があり、各突出部１０Ｅ−１及び１０Ｅ−
２の中央には酸素ガス通過孔Ｈ１及び水素ガス通過孔Ｈ
２がそれぞれ形成されている。また、セルフレーム１０
の下部には中心に向って伸びた第３突出部１０Ｅ−３が
形成されており、第３突出部１０Ｅ−３の中央には電解
液通過孔Ｈ３が形成されている。

【００２９】セルフレーム１０の前面の外周部、即ち外
側部Ｏの表面には、一定幅及び高さの第１凸部１１Ａが
形成されており、その内側には微小高さの第２凸部１２
Ａが形成されている。また、内側部Ｉの表面にも微小高
さの第３凸部１３Ａが形成されている。各突出部１０Ｅ
−１、１０Ｅ−２及び１０Ｅ−３の中央部に形成された
上述した各孔Ｈ１，Ｈ２及びＨ３の周辺には中空円筒部
１４Ａ−１、１４Ａ−２及び１４Ａ−３が形成されてお
り、その外径はガスケット４０及び電極５０に形成され
た孔４１、４２、４３及び５１、５２、５３の直径と同
一である。

【００３０】一方、酸素ガス通過孔Ｈ１の周辺に形成さ
れた第１円筒部１４Ａ−１の上部及び電解液通過孔Ｈ３
の周辺に形成された第３円筒部１４Ａ−３の下部には、
両側を水平に所定深さで切開した切開部Ａ１１及びＡ１
３がそれぞれ形成され、突出部１０Ｅ−１及び１０Ｅ−
３の表面と孔Ｈ１及びＨ３は連通している。また、酸素
通過孔Ｈ１の周辺に形成された第１円筒部１４Ａ−１の
下部、及び電解液通過孔Ｈ３の周辺に形成された第３円
筒部１４Ａ−３の上部には、中心に向う形で所定深さに
切開した切開部Ａ２１及びＡ２３をそれぞれ形成され、
セルフレーム１０の内部空間と孔Ｈ１及びＨ３は連通し
ている。

【００３１】セルフレーム１０の後面部は平らな形状を
しており、その外側部Ｏには全部材にかけて、一定幅及
び深さの第１凹部１１Ｂが形成されており、その内側に
は微小高さの第１凸部１２Ｂが形成されている。また、
酸素ガス及び水素ガス通過孔Ｈ１、Ｈ２及び電解液通過
孔Ｈ３の周辺にも、一定深さ及び幅の第２凹部１３Ｂ−
１、１３Ｂ−２及び１３Ｂ−３がそれぞれ形成されてい
る。一方、水素ガス通過孔Ｈ２と電解液通過孔Ｈ３が形
成された突出部１０Ｅ−２及び１０Ｅ−３の後面には、
セルフレーム１０の本体内側端と隣接する部分を切開し
た切開部Ｂ１２及びＢ１３が形成され、突出部１０Ｅ−
２及び１０Ｅ−３の表面と孔Ｈ２及びＨ３がそれぞれ連
通し、突出部１０Ｅ−２及び１０Ｅ−３の内側表面には
中心方向に切開部Ｂ２２及びＢ２３が形成され、セルフ
レームの内部空間と各孔Ｈ２及びＨ３が連通している。

【００３２】図４ａ及び図４ｂは、本発明の構成部材中
の一つである隔膜固定用リング３０の正面図及び背面図
で、隔膜固定用リング３０の構成をより詳しく説明す
る。隔膜固定用リング３０もリング状をしており、その
内径はセルフレーム１０と同一であるが、外径はセルフ
レーム１０の内側部Ｉの外径と同一である。

【００３３】隔膜固定用リング３０の上部（図４ａ基
準）には内側部分より中心に向って伸びた第１及び第２
突出部３０Ｅ−１及び３０Ｅ−２が形成されており、各
突出部３０Ｅ−１及び３０Ｅ−２の中央には酸素ガス通
過孔Ｇ１及び水素ガス通過孔Ｇ２がそれぞれ形成されて
いる。また、隔膜固定用リング３０の下部には中心に向
って伸びた第３突出部３０Ｅ−３が形成されており、該
突出部３０Ｅ−３の中央には電解液通過孔Ｇ３が形成さ
れている。

【００３４】隔膜固定用リング３０の前面及び後面は平
らな形をしており、本体の中央部の前面及び後面には、
全部材にかけて一定高さの凸部３０Ａ及び３０Ｂがそれ
ぞれ形成されている。一方、前面部には、酸素ガス通過
孔Ｇ１と電解液通過孔Ｇ３が形成された突出部３０Ｅ−
１及び３０Ｅ−３の上に、本体内側端と隣接する部分を
切開した切開部Ｂ３１−１及びＢ３３−１を形成し、内
部空間と各孔Ｇ１及びＧ３をそれぞれ連通させ、また突
出部３０Ｅ−１及び３０Ｅ−３の内側部にも中心方向に
切開部Ｂ３１−２及びＢ３３−２を形成し、内部空間と
孔Ｇ１及びＧ３を連通させている。

【００３５】以上通りの部材を組立てて電解槽を構成す
る過程を各図面を用いて説明する。なお、以下の説明で
は便宜上、各部材に構成された酸素ガス通過孔及び水素
ガス通過孔をそれぞれ“第１上部孔”及び“第２上部
孔”と、下部に構成された電解液通過孔を“下部孔”と
称する。

【００３６】組立てに当っては、まず、ガスケット４
０、電極５０、ガスケット４０、隔膜固定用リング３
０、隔膜２０及びセルフレーム１０を単位セット（例え
ば、図１のＡおよびＢ）にして組み立てる。ガスケット
４０、電極５０及びガスケット４０、隔膜固定用リング
３０及び隔膜２０の第１上部孔４１、５１、４１、３
１、２１及び第２上部孔４２、５２、４２、３２、２２
と、下部孔４３、５３、４３、３３、２３を対応させた
形にして、セルフレーム１０の前面に密着させる。

【００３７】これにより、ガスケット４０、電極５０、
ガスケット４０、隔膜固定用リング３０及び隔膜２０の
第１及び第２上部孔４１、５１、４１、３１、２１及び
４２、５２、４２、３２、２２と下部孔４３、５３、４
３、３３、２３は、セルフレーム１０の各突出部１０Ｅ
−１，１０Ｅ−２及び１０Ｅ−３の前面に形成された第
２凹部１３Ｂ−１，１３Ｂ−２及び１３Ｂ−３に差し込
まれる。

【００３８】この際、隔膜２０と隔膜固定用リング３０
の外周端はセルフレーム１０の前面の内側部Ｉと外側部
Ｏの境界端に密着される。隔膜固定用リング３０の各突
出部３０Ｅ−１，３０Ｅ−２及び３０Ｅ−３と、セルフ
レーム１０の各突出部１０Ｅ−１，１０Ｅ−２及び１０
Ｅ−３の間には隔膜２０の外周部が位置し、結果的に、
隔膜２０は隔膜固定用リング３０とセルフレーム１０の
間で支持される。

【００３９】一方、ガスケット４０、電極５０及びガス
ケット４０の外周端は、セルフレーム１０前面の外側部
Ｏに形成された第１凸部１１Ａの内面に密着される。こ
こで、隔膜固定用リング３０の後面に形成された凸部３
０Ｂ及びセルフレーム１０前面に形成された第２凸部１
２Ａは、その間に位置した隔膜２０の外周部にそれぞれ
接触することになり、より優れた密封効果が得られる。
また、電極５０、前／後方に配置した諸ガスケット４０
の突出部４１Ａ、４２Ａ及び４３Ａは、前／後方で電極
５０の上部及び下部孔５１、５２及び５３の周辺部にそ
れぞれ密着される。

【００４０】このように、ガスケット４０、電極５０、
ガスケット４０、隔膜固定用リング３０、隔膜２０及び
セルフレーム１０よりなる多数の単位セットＡを積層す
る形で組み立てることにより電解槽が構築される。以下
の説明では、便宜上、２個の単位セットＡ及びＢを用い
て単位セットの結合を説明する。なお、以下の説明で
は、便宜上、２個の単位セット中、前方（図１及び図６
基準）の単位セットを第１単位セットＡと、後方の単位
セットを第２単位セットＢと称する。

【００４１】以上のように組立てられた第１及び第２単
位セットＡ及びＢを、各部材に形成された上部孔及び下
部孔を基準に結合させると、第２単位セットＢのセルフ
レーム１０の前面に形成された第１凸部１１Ａは、第１
単位セットＡのセルフレーム１０の後面に形成された第
１凹部１１Ｂ内に差し込まれる。また、第２単位セット
Ｂのセルフレーム１０の前面の各孔Ｈ１，Ｈ２及びＨ３
の周辺に形成された円筒部１４Ａ−１，１４Ａ−２及び
１４Ａ−３は、第１単位セットＡのセルフレーム１０の
後面の各孔の周辺部に形成された第２凹部１３Ｂ−１，
１３Ｂ−２及び１３Ｂ−３内にそれぞれ差し込まれる。
一方、第１単位セットＡのセルフレーム１０の後面に形
成された第２凸部１２Ｂは、第２単位セットＢの前方ガ
スケット４０の表面を押圧するようになる。

【００４２】以上のように、多数の単位セットＡ，Ｂを
組み立てる際、ある一方の単位セットＢの電極５０と、
他方の単位セットＡの電極（図１では陽極電極１０１で
ある）の間には隔膜２０が存在するようになり、結局、
この隔膜２０により、一方の単位セット（例えばＢ）の
電極表面より発生した水素ガス（又は酸素ガス）は、他
方の単位セットの向かい合う電極表面より発生した酸素
ガス（又は水素ガス）と混ざらなくなる。以上を、より
詳細に説明すると次の通りになる。

【００４３】第２単位セットＢのセルフレーム１０の前
面の酸素ガス通過孔Ｈ１の周辺に形成された第１円筒部
１３Ａ−１の各切開部Ａ１１及びＡ２１は、隔膜固定用
リング３０の酸素ガス通過孔Ｇ１が形成された突出部３
０Ｅ−１上の切開部Ｂ３１−１及びＢ３１−２とそれぞ
れ対応した形をしている。また、隔膜固定用リング３０
の前面は、その前方に位置した第１単位セットＢのセル
フレーム１０の突出部１０Ｅ−１の後面に密着した状態
（勿論その間にはガスケット４０と電極５０が位置す
る）になる。

【００４４】したがって、電気分解により隔膜２０の前
方に位置した電極５０の後面より発生した酸素ガスは、
隔膜固定用リング３０の突出部３０Ｅ−１前面に形成さ
れた切開部Ｂ３１−１，Ｂ３１−２及びセルフレーム１
０の酸素ガス通過孔Ｈ１の周辺部の第１円筒部１４Ａ−
１に形成された切開部Ａ１１及びＡ２１を通して酸素通
過孔Ｈ１に流入する。この際、酸素ガスは、隔膜２０に
よって、隣接した他方の単位セットのセルフレームに流
入せず、セルフレーム１０及び隔膜固定用リング３０の
水素ガス通過孔Ｈ２及びＧ２が形成された突出部１０Ｅ
−２及び３０Ｅ−２には、切開部が形成されていないた
め、酸素ガスは水素ガス通過孔Ｈ２には当然流入しな
い。

【００４５】また、外部から電解液通過孔Ｈ３に流入し
た電解液は、セルフレーム１０の電解液通過孔Ｈ３の周
辺に形成された第３円筒部１３Ａ−３の切開部Ａ１３，
Ａ２３及び隔膜固定用リング３０の突出部３０Ｅ−３に
形成された切開部Ｂ３３−１，Ｂ３３−２を通し、電極
５０の後方空間に流入する。

【００４６】一方、第２単位セットＢの前方に位置する
第１単位セットＡのセルフレーム１０で、水素ガス通過
孔Ｈ２が形成された突出部１０Ｅ−２の後面に形成され
た切開部Ｂ１２及びＢ２２は、第２単位セットＢの電極
５０及びガスケット４０により密閉された通路を形成す
るようになる。したがって、電気分解により第２単位セ
ットＢの電極５０の前面より発生した水素ガスは、第１
単位セットＡのセルフレーム１０の突出部１０Ｅ−２後
面に形成された切開部Ｂ１２及びＢ２２を通して通過孔
Ｈ２に流入し、隔膜２０によって、その流れが遮断され
る。また、当然なことに、第１単位セットＡの電極より
生じた酸素ガスとは混ざらない。

【００４７】また、外部から第１単位セットＡのセルフ
レームの電解液通過孔Ｈ３に流入した電解液は、セルフ
レーム１０の後面の電解液通過孔Ｈ３の周辺に形成され
た第３円筒部１３Ａ−３の切開部Ｂ１３、Ｂ２３、及び
第２単位セットの隔膜固定リング３０の突出部３０Ｅ−
３に形成された切開部Ｂ３３−１及びＢ３３−２を通し
て隔膜３０の前方空間に流入する。

【００４８】本発明で、外部から供給された電解液は、
積層された各部材の下部孔を通過する過程で重ねられた
セルフレーム１０の中、後方セルフレーム１０の下部突
出部１０Ｅ−３に形成された下部孔Ｈ３及び下部円筒部
１４Ａ−３に形成された切開部Ａ１３及びＡ２３及び前
方セルフレーム１０の下部突出部１０Ｅ−３の後面の表
面に形成された切開部Ｂ１３及びＢ２３が形成する通路
を通して、電解槽内部空間、即ち、多数のガスケット４
０、電極２０及びセルフレーム１０が形成する空間内に
流入する。

【００４９】このように、電気分解により各セットの電
極後面より発生した酸素ガス（電解液が含有された状態
である）は、セルフレーム１０の第１上部突出部１０Ｅ
−１の第１円筒部１４Ａ−１に形成された切開部Ａ１
１，及びＡ２１と、セルフレーム１０に装着された隔膜
固定用リング３０の第１突出部３０Ｅ−１の表面に形成
された切開部Ｂ３１−１及びＢ３１−２が形成する通路
を通し、セルフレーム１０の第１上部孔Ｈ１内に流入
し、その後、各部材の第１上部孔を通過した後、外部の
収集タンクに排出される。

【００５０】一方、各セットの電極前面から発生した水
素ガス（電解液が含有された状態である）は、前方に位
置した他の単位セットを構成するセルフレーム１０の第
２上部突出部１０Ｅ−２後面に形成された切開部Ｂ１
２，及びＢ２２が形成する通路を通って、前方セルフレ
ーム１０の第２上部孔Ｈ２内に流入し、その後、各部材
の第２上部孔を通過した後、外部の収集タンクに排出さ
れる。

【００５１】以上のような形で設定された各単位セット
を結合し、結合体両端に陽極電極１０１と陰極電極１０
２を結合させた後、陽極電極１０１と陰極電極１０２を
ステーボルト１０３で結合することにより、図２に図示
されたような完全な電解槽１００が組み立てられる。即
ち、多数の単位セットの組立体両端に陽極電極１０１及
び陰極電極１０２を配置させ、多数のステーボルト１０
３を両電極板のボルト孔に貫通させる。露出したステー
ボルト１０３の両端に皿バネ１０４を差込み、ナット１
０５を締結することにより、各単位セットは締結され、
最終的に電解槽１００が完成する。

【００５２】この際、各部材は一定圧力で押圧される。
ここで、陽極及び陰極電極１０１及び１０２のボルト孔
には絶縁体（例えば、プラスチック）の材質の套管（ｂ
ｕｓｈｉｎｇ）が差し込まれることにより電流の洩れが
防げる。このように構成された電解槽一端の上部及び他
方の下部に連結ニップルをそれぞれ設け、ガス排出口及
び電解液供給口を設置する。このように、電解液流入及
び水酸ガス排出過程は、電解槽を構成する全ての単位セ
ット及び隣接セットの間で進行し、各単位セットの電極
と隣接セットの電極の間で電解液の電気分解が行われ
る。

【００５３】本発明で使用されたセルフレーム１０、ガ
スケット４０、隔膜２０及び隔膜固定用リング３０につ
いて具体的に説明すると次の通りである。セルフレーム
１０と隔膜固定用リング３０は、高い電気絶縁性、耐熱
性及びアルカリ電解液に対する耐化学性を有するものが
望ましい。また、セルフレーム１０は、その両端より圧
縮力が加えられるため、高い機械的強度を保つべきであ
る。セルフレーム１０の材料としては、ガラス強化繊維
プラスチックが適当であり、例えば、ポリスルホン、ポ
リイミド、ポリフェニルスルフィド、ポリプロピレンな
どが挙げられる。これらは耐化学性、耐熱性と共に機械
的強度も優れており、９０℃での連続電解に使用するこ
とができる。

【００５４】ガスケット４０は、セルフレーム１０の持
つ特性とともに、弾性をも有すべきである。ガスケット
４０として適当な材料には、例えば、エチレン−プロピ
レン共重合体（ＥＰＤＭ）、ポリテトラフルオロエチレ
ン（「テフロン（登録商標）」）などが挙げられ、好ま
しい厚さは０．３〜０．５ｍｍである。

【００５５】隔膜２０は、陽極１０１、陰極１０２及び
各電極５０より発生した酸素ガスと水素ガスの混合を防
ぐ目的で設けられる。また、エネルギー効率を向上（即
ち、各電極への円滑なイオン流れ）させるためには、優
れた電気伝導度を有すべきである。本発明では、厚さ
１．０〜２．０ｍｍ、重量３５０〜５００ｇ／ｃｍ²の
ポリフェニレンスルフィド繊維を、７０〜８０℃の濃硫
酸（９０％以上）で２時間処理し、水で洗浄した後、１
５０℃で３時間乾燥させて製造した隔膜２０を用いた。
このような工程を経た隔膜２０は高い耐熱性と向上され
た電気伝導度を有する。

【００５６】以上の工程を経た本発明における電解槽の
構成及び機能的特徴を、図５及び図６により説明する
と、次の通りである。図５は、各部材の結合関係及びガ
スと電解液の移動路を図示する電解槽の詳細断面図、図
６は図５の“Ｋ”部の詳細図である。

【００５７】１．図６に図示された様に、各単位セット
の前方ガスケット４０の全面と後方ガスケット４０の後
面には、結合されたセルフレーム１０全面に形成された
第２凸部１２Ａと、前方に位置した他の単位セットのセ
ルフレーム１０の後面に形成された第２凸部１２Ｂが押
圧された状態で、ガスケット４０の気密機能を効率的に
向上させることにより、電解液及び水酸ガスの外部漏出
が阻止できる。

【００５８】２．一つの電極５０の両面には同一規格の
リング状ガスケット４０がそれぞれ密着されており、特
に電極５０の上部孔５１、５２及び下部孔５３の周辺に
は、各ガスケット４０の突出部４１Ａ、４２Ａ及び４３
Ａの表面が圧着されているため、電極５０の表面に帯電
した電荷が電極の加工面及び各孔５１、５２及び５３の
加工面に集中する現象を防止することができる。したが
って、電極５０の全面にかけて電流密度を均一に保たせ
電流効率を向上させることができる。

【００５９】３．上述した通り、本発明では、各単位セ
ットの電極５０の後面には隔膜２０が配置され、したが
って、各電極５０の間に隔膜２０が位置するようにな
る。結果的に、各電極５０の表面より発生した水素ガス
（又は酸素ガス）は、向かい合う電極の表面より発生し
た酸素ガス（又は水素ガス）と混合しなくなる。これと
同時に、各セルフレーム１０全面のそれぞれの上部突出
部１０Ｅ−１及び１０Ｅ−２に形成された各円筒部１４
Ａ−１及び１４Ａ−２の中、第１円筒部１４Ａ−１にだ
け、例えば、酸素ガス通過用の切開部Ａ１１及びＡ２１
を設け、他の突出部１４Ａ−２の後面には、例えば、水
素ガス通過用の切開部Ｂ１２及びＢ２２のみを設けるこ
とにより、分離された一種類だけのガスをセルフレーム
１０の各ガス孔Ｈ１又はＨ２に流入させることができ
る。

【００６０】

【発明の効果】本発明は単位ユニットを構成する各電極
の後方に隔膜を配置させることにより、電極の各表面か
ら発生した酸素ガスと水素ガスを分離した状態で外部に
排出でき、高純度のガスを生産することができる。ま
た、各単位ユニットを構成する前方ガスケット及び後方
ガスケットの表面に、セルフレーム表面に形成された凸
部が押圧、接触することにより、ガスケットの気密機能
を効率的に向上させ、電解液及び水酸ガスの漏出が防止
できる。なお、電極のガス排出用孔と電解液供給用孔の
周辺部にはガスケットの突出部表面が圧着されており、
電極表面に帯電した電荷が電極の加工面及び各孔の加工
面に集中する現象が阻止され、電極全面にかけて全密度
を均一に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電解槽を構成する各部材を図示
した分離斜視図である。

【図２】図１の各部材を結合して構成した電解槽の正
面図である。

【図３】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の構成部材中の
一つであるセルフレームの正面図及び背面図であり、
（ｃ）は、（ａ）の切取線Ａ−Ａで切取ってなる断面図
である。

【図４】（ａ）および（ｂ）は、隔膜固定用リングの
正面図及び背面図である。

【図５】各部材の結合関係を図示する電解槽の詳細断
面図である。

【図６】図５の“Ｋ”部の詳細図である。

【符号の説明】

１０：セルフレーム１０Ｅ−１：突出部Ｈ１：酸素ガス通過孔１４Ａ−１：中空円筒部Ａ１１：切開部Ａ２１：切開部１０Ｅ−２：突出部Ｈ２：水素ガス通過孔１４Ａ−２：中空円筒部１０Ｅ−３：突出部Ｈ３：電解液通過孔１４Ａ−３：中空円筒部Ａ１３：切開部Ａ２３：切開部１１Ａ：第１凸部１２Ａ：第２凸部１３Ａ：第３凸部１１Ｂ：第１凹部１２Ｂ：第２凸部１３Ｂ−１：第２凹部Ｈ１：水素ガス通過孔１３Ｂ−２：第２凹部Ｈ２：酸素ガス通過孔Ｂ１２：切開部Ｂ２２：切開部１３Ｂ−３：第２凹部Ｈ３：電化液通過孔Ｂ１３：切開部Ｂ２３：切開部２０：隔膜２１：酸素ガス通過孔２２：水素ガス通過孔２３：電化液通過孔３０：隔膜固定用リング３０Ａ：凸部３０Ｂ：凸部３０Ｅ−１：突出部Ｇ１：酸素ガス通過孔Ｂ３１−１〜２：切開部３０Ｅ−２：突出部Ｇ２：水素ガス通過孔３０Ｅ−３：突出部Ｇ３：電解液通過孔Ｂ３３−１〜２：切開部３１：酸素ガス通過孔３１Ａ：突出部３２：水素ガス通過孔３１Ｂ：突出部３３：電解液通過孔３１Ｃ：突出部４０：ガスケット４１：酸素ガス通過孔４１Ａ：突出部４２：水素ガス通過孔４１Ｂ：突出部４３：電解液通過孔４１Ｃ：突出部５０：電極５１：酸素ガス通過孔５２：水素ガス通過孔５３：電解液通過孔１０１：陽極電極１０１ａ：電源連結用ボルト１０１ｂ：ガス排出口ニップル１０２：陰極電極１０２ａ：電源連結用ボルト１０２ｂ：電解液供給口連結ニップル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に供給された電解液の電気分解を進行
させ、ガスを発生させる電解槽において、ガスケット、
電極、ガスケット、隔膜固定用リング、隔膜及びセルフ
レームが順次的に結合された単位セットを多数積層し、
その両端に陰極及び陽極電極を固定してなり、各電極
は、双極（ｂｉｐｏｌａｒ）電極であり、その上部には
第１及び第２ガス通過孔が、下部には電解液の通過孔が
それぞれ形成されており、各ガスケットは電極の外周部
と対応するリング状の部材であり、上部にはガス通過孔
がそれぞれ形成された第１及び第２突出部が、下部には
電解液通過孔が形成された第３突出部が中心部に向って
それぞれ形成されており、各突出部が、各突出部の間に
位置した電極の各孔の周辺部を押圧し、各隔膜は上部に
第１及び第２ガス通過孔が、下部に電解液通過孔がそれ
ぞれ形成されており、各隔膜固定用リングはその上部に
ガス通過孔がそれぞれ形成された第１及び第２突出部
が、下部には電解液通過孔が形成された第３突出部が、
中心部に向ってそれぞれ形成されており、各突出部がセ
ルフレームとの間に配置した隔膜の各孔の周辺部を押圧
し、各セルフレームの規格は電極より大きく、上部には
ガス通過孔がそれぞれ形成された第１及び第２突出部
が、下部には電解液通過孔が形成された第３突出部がそ
れぞれ構成され、上記各孔は、電極及び各ガスケットに
形成されたガス通過孔及び電解液通過孔とそれぞれ対応
し、各電極の第１表面より形成された酸素ガスは第１ガ
ス通過孔を通して、各電極の第２表面より形成された水
素ガスは第２ガス通過孔を通してそれぞれ外部に排出さ
れ、外部より供給された電解液は電解液通過孔を通して
内部に流入することを特徴とする電解槽。
【請求項２】各セルフレームの全面及び後面の外周部に
は、外周部に添って一定高さの凸部が形成され、前方及
び後方に配置されたガスケットの後面及び全面に圧着、
接触されることを特徴とする請求項１に記載の電解槽。
【請求項３】各セルフレームの本体の全面及び後面の各
ガス通過孔及び電解液通過孔の周辺には凸部がそれぞれ
形成されており、前方及び後方に配置されたガスケット
の各孔の周辺部に圧着、接触されることを特徴とする請
求項１に記載の電解槽。
【請求項４】前記各セルフレームには、その全面に外周
部に添って一定幅及び高さの第１凸部が形成され、その
後面に前面の第１凸部と同一幅及び深さの第１凹部が形
成され、２個のセルフレームが結合する際、前方セルフ
レームの第１凸部が後方セルフレームの第１凹部内に差
し込まれ、両セルフレームが結合されることを特徴とす
る請求項１に記載の電解槽。
【請求項５】前記各セルフレームは、その前面の第１、
第２及び第３突出部の各孔の周辺部に、第１、第２及び
第３円筒部がそれぞれ形成され、後面の各孔の周辺部に
は一定深さの凹部が形成され、前面の第１円筒部及び第
３円筒部と部材中心に向う部分には一定幅の切開部がそ
れぞれ形成され、第２及び第３突出部後面の各孔の周辺
の凹部の両側及び部材中心に向う部分には切開部がそれ
ぞれ形成されており、前記各隔膜固定用リングは、第１
及び第３突出部の両側及び部材中心に向う部分には一定
幅の切開部がそれぞれ形成され、第３突出部後面の孔の
両側及び部材中心に向う部分には切開部が形成されてお
り、隔膜固定用リングを用いて隔膜を各セルフレームに
結合させる際、セルフレーム前面の第１円筒部の切開部
と隔膜固定用リングの対応突出部の表面に形成された切
開部が連通され、セルフレームに装着された電極の第１
表面より発生したガスは隔膜固定用リングの切開部、セ
ルフレームの第１円筒部の切開部及び第１孔を通して外
部に排出され、電極の第２表面より発生したガスは前方
に配置された他のセルフレームの第２円筒部後面に形成
された切開部及び第２孔を通して外部に排出され、外部
から電解液通過孔に流入した電解液は各セルフレームの
第３突出部の前面及び後面の各孔の周辺にそれぞれ形成
された切開部を通して、各電極の間の空間に流入するこ
とを特徴とする請求項１又は４に記載の電解槽。
【請求項６】前記隔膜は厚さ１．０〜２．０ｍｍ、重量
３５０〜５００ｇ／ｃｍ²であるポリフェニレンスルフ
ィドの繊維を、７０〜８０℃の濃硫酸（９０％以上）で
２時間処理し、水で洗浄した後１５０℃で、３時間乾燥
し製造したことを特徴とする請求項１に記載の電解槽。