JP2016094650A - 複極式アルカリ水電解セル、及び電解槽 - Google Patents

Abstract

【課題】複極式電解槽上部に溜まる泡を破泡させ、気液分離性を向上させた複極式アルカリ水電解セル、及び電解槽を提供する。【解決手段】アルカリ水からなる電解液を電解して酸素及び水素を得る電解槽を構成する複極式アルカリ水電解セルであって、複極式アルカリ水電解ユニットは、酸素発生用の多孔質体からなる陽極と、水素発生用の陰極と、陽極と陰極とを区画する導電性隔壁と、導電性隔壁の外縁を取り囲む外枠と、導電性隔壁の上部及び下部において導電性隔壁を覆うカバープレートと、を備え、導電性隔壁及び／又は外枠の上部には、ガス及び電解液が通過する第１の通過部が設けられており、導電性隔壁及び／又は外枠の下部には、電解液が通過する第２の通過部が設けられており、導電性隔壁の上部と外枠の上部とカバープレートとで囲まれた上部空間の内壁面が、疎水性樹脂からなるライニング層で被覆されていることを特徴とする。【選択図】図５

Description

本発明は、アルカリ水からなる電解液を電解することにより酸素と水素を得るための電解槽に組み込まれる複極式アルカリ水電解ユニット、及び電解槽に関する。より詳しくは、気液分離性を高めた複極式アルカリ水電解ユニット、及び電解槽に関する。

近年、地球温暖化、環境、地下資源の減少などの問題がクローズアップされている。この解決策として、再生可能エネルギーや、クリーンなエネルギーとして水素が注目されている。しかし、このような再生可能エネルギーには、地域により偏りがあるばかりでなく、出力の変動が非常に大きい。そのため、自然エネルギーから発電された電力を、一般電力系統に送るには限界があり、更に天候や季節により発電量が大きく変わること等により余剰の電力が発生することなどの問題もある。そこで、現在注目されているのが、水電解による水素の製造と貯蔵・輸送である。安価な余剰電力を用いて、安価で貯蔵可能な水素を製造し、必要に応じて輸送し、クリーンなエネルギー源や原料として利用することである。

水電解により水素を製造する方法としては、電解質としてＫＯＨ水溶液やＮａＯＨ水溶液を用いた「アルカリ水電解法」が挙げられる。アルカリ水電解装置は、他の水電解装置に比べると設備費が安価であること、すでに商業プラントとして実績があることなどから、大規模水素製造装置として期待されている。しかし、再生可能エネルギーのような短時間で電圧や電流が大きく変動する電力を用いて、従来以上に設備コストが安く、性能の良いアルカリ水電解装置とするにはまだ多くの課題がある。

ここで、図７は、アルカリ水電解システム３００の一構成例を模式的に示す図である。
アルカリ水電解システム３００は、アルカリ水溶液を電気分解することによって酸素及び水素を製造する複極式電解槽３１０と、複極式電解槽３１０に電圧を印加する電源３１５と、複極式電解槽３１０から排出される酸素及び水を分離する陽極タンク（気液分離タンク）３２０と、陽極タンク３２０で気液分離された酸素を導出する酸素排出ライン３２１と、排出される酸素の圧力を調整する水封器３３０と、酸素を外部に導出する酸素導出ライン３３１を備える。
また、アルカリ水電解システム３００は、複極式電解槽３１０から排出される水素及び水を分離する陰極タンク（気液分離タンク）３４０と、陰極タンク３４０で気液分離された水素を導出する水素排出ライン３４１と、排出される水素の圧力を調整する水封器３５０と、水素を外部に導出する水素導出ライン３５１を備える。陰極タンク３４０には、純水供給配管３６０及び純水供給ポンプ３６１が連結される。
さらに、陽極タンク３２０及び陰極タンク３４０の底部には分離したアルカリ液を循環する、循環ライン３２４及び３４４が接続されており、循環ライン３２４及び３４４は、ポンプ３７１及び電解槽入ライン３７０を介して複極式電解槽３１０に連通する。

複極式電解槽３１０の酸素連通孔３１１には、酸素ライン３１２の一端が接続され、この酸素ライン３１２の他端が陽極タンク３２０に接続される。陽極タンク３２０は気液分離タンクであり、陽極タンク３２０で水と分離された酸素は、酸素排出ライン３２１、水封器３３０及び酸素導出ライン３３１を経て導出される。
複極式電解槽３１０の水素連通孔３１３には、水素ライン３１４の一端が接続され、この水素ライン３１４の他端が陰極タンク３４０に接続される。陰極タンク３４０は気液分離タンクであり、陰極タンク３４０で水と分離された水素は、水素排出ライン３４１、水封器３５０及び水素導出ライン３５１を経て導出される。

このようなアルカリ水電解システム３００において用いられる複極式アルカリ水電解ユニットとしては、例えば特許文献１に示すように、電解ユニットが、酸素発生用の多孔質体からなる陽極と、水素発生用の陰極と、前記陽極と前記陰極とを区画する導電性隔壁と、導電性隔壁の周囲を取り囲む外枠と、導電性隔壁を覆うカバープレートとを備える複極式アルカリ水電解ユニットが開示されている。
電解ユニットを構成する隔壁、外枠は、陽極又は陰極を支えるだけでなく、電流を隔壁から陽極又は陰極へ伝える役割がある。そのため、隔壁及び外枠には一般的に導電性の金属、例えば、ニッケルメッキを施した軟鋼、ステンレススチール、ニッケル等が利用されている。

国際公開第２０１３／１９１１４０号

しかしながら、特許文献１に示すような複極式アルカリ水電解ユニットにおいて、電解ユニットの外枠及びカバープレートの内壁面を構成するニッケルは親水性である。このため、図８に示すように、電解ユニット４００内で発生した水素や酸素などの気泡が壁面に付着せず、小さなままユニット上部に上がる。すると、ビール泡のような小さな泡Ｂ_２が電解ユニット４００の上部空間４１０に溜まってしまう。この小さな泡Ｂ_２がラインを通じて気液分離タンク（陽極タンク３２０及び陰極タンク３４０）に流れてしまう。
泡が小さいと、気液分離タンクにおいても破泡できず、気体の流路（気相ライン）に泡が浸入してしまい、気液分離が良好になされないという問題があった。

本発明は、上述した従来の実情に鑑みてなされたものであり、電解セル上部に溜まる泡を破泡させ、気液分離性を向上させた複極式アルカリ水電解セル、及び電解槽を提供することを目的とする。

［１］
アルカリ水からなる電解液を電解して酸素及び水素を得る電解槽を構成する複極式アルカリ水電解セルであって、
前記複極式アルカリ水電解セルは、
酸素発生用の多孔質体からなる陽極と、
水素発生用の陰極と、
前記陽極と前記陰極とを区画する導電性隔壁と、
前記導電性隔壁の外縁を取り囲む外枠と、
前記導電性隔壁の上部及び下部において該導電性隔壁を覆うカバープレートと、を備え、
前記導電性隔壁及び／又は前記外枠の上部には、ガス及び電解液が通過する第１の通過部が設けられており、
前記導電性隔壁及び／又は前記外枠の下部には、電解液が通過する第２の通過部が設けられており、
前記導電性隔壁の上部と前記外枠の上部と前記カバープレートとで囲まれた上部空間の内壁面が、疎水性樹脂からなるライニング層で被覆されていることを特徴とする複極式アルカリ水電解セル。
［２］
前記第１の通過部の内壁面が、疎水性樹脂からなるライニング層で被覆されている、［１］に記載の複極式アルカリ水電解セル。
［３］
前記カバープレートの外表面において前記第１の通過部の周囲が、疎水性樹脂からなるライニング層で被覆されていることを特徴とする［１］又は［２］に記載の複極式アルカリ水電解セル。
［４］
前記疎水性樹脂は、フッ素系樹脂である、［１］〜［３］のいずれか一項に記載の複極式アルカリ水電解セル。
［５］
前記導電性隔壁及び／又は外枠の上部に設けられたガス及び電解液の通過部は、陽極液及びガス通過パイプと陰極液及びガス通過パイプとであり、前記導電性隔壁及び／又は外枠の下部に設けられた電解液の通過部は、陽極液通過パイプと陰極液通過パイプとである［１］〜［４］のいずれか一項に記載の複極式アルカリ水電解セル。
［６］
アルカリ水からなる電解液を電解して酸素、及び水素を得るための電解槽であって、
［１］〜［５］のいずれか一項に記載の複数の複極式アルカリ水電解セルと、
陽極用給電端子及び陽極が設けられた陽極ターミナルエレメントと、
陰極用給電端子及び陰極が設けられた陰極ターミナルエレメントと、
複数のイオン透過性隔膜と、を備え、
前記複極式アルカリ水電解ユニットは、前記陽極ターミナルエレメントと前記陰極ターミナルエレメントとの間に配置され、
前記イオン透過性隔膜は、前記陽極ターミナルエレメントと前記複極式アルカリ水電解ユニットとの間、隣接して並ぶ複極式アルカリ水電解ユニット同士の間、及び前記複極式アルカリ水電解ユニットと前記陰極ターミナルエレメントとの間に配置されることを特徴とする電解槽。

本発明によれば、電解セルの上部空間の内壁面が、疎水性樹脂からなるライニング層で被覆されているため、セル内で発生した気泡が壁面に付着する。そして、小さな泡が会合して大きな泡となり上部に上がり、上部に溜まる。大きな泡は自然に破泡するため、気体の流路には浸入しない。したがって、本発明の複極式アルカリ水電解セル、及び電解槽では、気液分離性が向上する。

電解槽の主要部である複極式アルカリ電解セルを構成する各部材の配置を示す斜視図である。 電解槽を一部破断して示す側面図である。 本実施形態に係る複極式アルカリ水電解セルを陽極側から見た平面図である。 図３のａ−ａ線断面図である。 図３のｂ−ｂ線断面図である。 本実施形態の複極式アルカリ電解セル内部で発生する気泡の様子を説明するための図である。 アルカリ水電解システムの一構成例を模式的に示す図である。 従来の複極式アルカリ電解セル内部で発生する気泡の様子を説明するための図である。

本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

（電解槽の構成）
図１及び図２に示されるように、本実施形態に係る電解槽１００は、アルカリ水からなる電解液を電解して酸素、及び水素を得るための装置であり、電解槽１００は複極式アルカリ水電解セル２００を含む各部材によって構成される複極式電解槽１０１を備え、複極式電解槽１０１は、タイロッド１５（図２参照）で締め付けられることで各部材が一体化されている。

複極式電解槽１０１は、端からプレスフランジ５、プレスフランジガスケット６、及び陽極ターミナルエレメント８が順番に並べられ、更に、陽極ガスケット９、イオン透過性隔膜１０、陰極ガスケット１１、複極式アルカリ水電解セル２００が、この順番で並べて配置されている。陽極ガスケット９から複極式アルカリ水電解セル２００までは、設計生産量に必要な数だけ繰り返し配置される。なお、図２では、繰り返し配置される陽極ガスケット９、イオン透過性隔膜１０、陰極ガスケット１１、及び複極式アルカリ水電解セル２００のうち、便宜的にイオン透過性隔膜１０、及び複極式アルカリ水電解セル２００のみを示している。

陽極ガスケット９から複極式アルカリ水電解セル２００までを必要数だけ繰り返し配置した後（図１参照）、再度、陽極ガスケット９、イオン透過性隔膜１０、陰極ガスケット１１を並べて配置し、最後に陰極ターミナルエレメント１３、絶縁プレート４１、エンドプレスフランジ１４をこの順番で配置して複極式電解槽１０１が構成される。複極式電解槽１０１は、全体をタイロッド１５で締め付けることにより一体化され、電解槽１００となる。複極式電解槽１０１を構成する配置は、陽極側からでも陰極側からでも任意に選択でき、本実施形態の順序に限定されるものではない。つまり、複極式電解槽１０１は、複極式アルカリ水電解セル２００が陽極ターミナルエレメント８と陰極ターミナルエレメント１３との間に配置され、イオン透過性隔膜１０は、陽極ターミナルエレメント８と複極式アルカリ水電解セル２００との間、隣接して並ぶ複極式アルカリ水電解セル２００同士の間、及び複極式アルカリ水電解セル２００と陰極ターミナルエレメント１３との間に配置された態様を具現化している。

プレスフランジ５は、矩形板状のカバー部５ａの縁に沿って短筒状の外枠５ｂが設けられており、さらにカバー部５ａには格子状の補強リブ５ｃが設けられている。また、プレスフランジ５には、陽極液入口ノズル１、陰極液入口ノズル２、陽極液及びガス出口ノズル３、及び陰極液及びガス出口ノズル４がカバー部５ａを貫通して設けられており、更に、カバー部５ａには、陽極用給電端子７Ａが挿通するスリットＳａが四か所に形成されている。

プレスフランジガスケット６には、陽極液入口ノズル１に連通する流路孔６ａ、陰極液入口ノズル２に連通する流路孔６ｂ、陽極液及びガス出口ノズル３に連通する流路孔６ｃ、及び陰極液及びガス出口ノズル４に流路孔６ｄが設けられており、さらに、陽極用給電端子７Ａを避けるための孔部６ｅが形成されている。

陽極ターミナルエレメント８には、プレスフランジ５側に突き出した四本の陽極用給電端子７Ａと、隣接する陽極ガスケット９側に設けられた陽極８ａ（図２参照）とが設けられている。

一方で、陰極ターミナルエレメント１３には、隣接する陰極ガスケット１１側に設けられた陰極１３ａと、エンドプレスフランジ１４側に突き出した四本の陰極用給電端子７Ｂとが設けられており、絶縁プレート４１、及びエンドプレスフランジ１４には陰極用給電端子７Ｂが挿通するスリットＳｂが四か所に形成されている。
＜電解セル＞

電解セル２００について、図３〜図５を参照して説明する。図４は電解の平面図であり、図４は図３のａ−ａ線断面図であり、図５は図３のｂ−ｂ線断面図である。

電解セル２００は、陽極２０２側と陰極２０４側とを区画する矩形状の隔壁２０６を備え、隔壁２０６の外縁に沿って、隔壁２０６を取り囲むように矩形状の外枠フレーム２０８が配置されている。また、隔壁２０６の上部及び下部において隔壁２０６を覆うカバープレートと、を備える。
特に、本実施形態の複極式アルカリ水電解セル２００では、隔壁２０６の上部と外枠フレーム２０８の上部と、カバープレート（陽極上部カバープレート２１６Ａ及び陰極上部カバープレート２１６Ｂ）で囲まれた上部空間（陽極気液分離室２１９Ａ及び陰極気液分離室２１９Ｂ）の内壁面が、疎水性樹脂からなるライニング層２５０ａで被覆されていることを特徴とする。

隔壁２０６の外周には、隔壁２０６から延びて外枠フレーム２０８の一部を覆うように当接する陽極側フランジパン２１０が設けられている。また、隔壁２０６の外周には、隔壁２０６から延びて外枠フレーム２０８の一部を覆うように当接する陰極側フランジパン２１２が設けられている。陽極側フランジパン２１０と陰極側フランジパン２１２とによって、外枠フレーム２０８に取り付けられる金属薄板部２１４が構成される。

陽極側フランジパン２１０は、隔壁２０６から陽極２０２側に屈曲して形成される周壁部２１０ａと、周壁部２１０ａから更に屈曲して隔壁２０６の延在方向に延びるフランジ部２１０ｂとを備えている。また、陰極側フランジパン２１２は、外枠フレーム２０８を挟んで、陽極側フランジパン２１０に対して対称形状をなし、具体的には、隔壁２０６から陰極２０４側に屈曲して形成される周壁部２１２ａと、周壁部２１２ａから更に屈曲して隔壁２２の延在方向向に延びるフランジ部２１２ｂとを備えている。

隔壁２０６は導電性の金属鋼板からなり、陽極側フランジパン２１０は、その金属鋼板を屈曲することで形成されている。したがって、隔壁２０６と陽極側フランジパン２１０とは一体的な部材である。また、陰極側フランジパン２１２は導電性の金属鋼板からなり、隔壁２０６に接合することで隔壁２０６に一体化されている。陰極側フランジパン２１２を隔壁２０６に接合する接合方法としては、レーザー溶接やＴｉｇ溶接などにより電解液やガスが外部に漏れないように接合することが必要である。

また、陽極側フランジパン２１０と陰極側フランジパン２１２とは、外枠フレーム２０８を挟み、その一部を包むように設けられている。具体的には、陽極側フランジパン２１０の周壁部２１０ａは、矩形状の外枠フレーム２０８の内周面の陽極２０２側の半分に当接し、陰極側フランジパン２１２の周壁部２１２ａは、矩形状の外枠フレーム２０８の内周面の陰極２０４側の半分に当接している。また、陽極側フランジパン２１０のフランジ部２１０ｂは外枠フレーム２０８の陽極２０２側の側面に当接するように重なっており、陰極側フランジパン２１２のフランジ部２１２ｂは外枠フレーム２０８の陰極２０４側の側面に当接するように重なっている。

陽極側フランジパン２１０、及び陰極側フランジパン２１２と外枠フレーム２０８とは、溶接やその他の固定方法により隙間等ができないように固定されているほうが望ましいが、固定されていなくても、離脱しない手段で取り付けられていれば足りる。

隔壁２０６の上部において、陽極側フランジパン２１０の内側（下方）には、陽極上部カバープレート２１６Ａが設けられている。陽極上部カバープレート２１６Ａは、陽極側フランジパン２１０に沿った矩形形状のカバー本体２１６ａと、カバー本体２１６ａの下端で屈曲して隔壁２０６に当接する出口壁２１６ｂとを有し、出口壁２１６ｂには陽極上部孔２１８Ａが形成されている。陽極側フランジパン２１０と、隔壁２０６と、陽極上部カバープレート２１６Ａとにより陽極気液分離室２１９Ａ（上部空間）が形成されている。陽極上部孔２１８Ａは陽極室２２０の上部に連通している。

同様に、隔壁２０６の上部において、陰極側フランジパン２１２の内側（下方）には、陰極上部カバープレート２１６Ｂが設けられている。陰極上部カバープレート２１６Ｂは、陰極側フランジパン２１２に沿った矩形形状のカバー本体２１６ｃと、カバー本体２１６ｃの下端で屈曲して隔壁２０６に当接する出口壁２１６ｄとを有し、出口壁２１６ｄには陰極上部孔２１８Ｂが形成されている。陰極側フランジパン２１２と、隔壁２０６と、陰極上部カバープレート２１６Ｂとにより陰極気液分離室２１９Ｂ（上部空間）が形成されている。陰極上部孔２１８Ｂは陰極室２２２の上部に連通している。

また、隔壁２０６の下部において、陽極側フランジパン２１０の内側には、陽極下部カバープレート２２４Ａが設けられている。陽極下部カバープレート２２４Ａは、陽極側フランジパン２１０に沿った矩形形状のカバー本体２２４ａと、カバー本体２２４ａの上端で屈曲して隔壁２０６に当接する入口壁２２４ｂとを有し、入口壁２２４ｂには陽極下部孔２２６Ａが形成されている。陽極側フランジパン２１０と、隔壁２０６と、陽極下部カバープレート２２４Ａとにより陽極室入口空間部２２８Ａが形成されている。陽極下部孔２２６Ａは陽極室２２０の下部に連通している。

同様に、隔壁２０６の下部において、陰極側フランジパン２１２の内側（上方）には、陰極下部カバープレート２２４Ｂが設けられている。陰極下部カバープレート２２４Ｂは、陰極側フランジパン２１２に沿った矩形形状のカバー本体２２４ｃと、カバー本体２２４ｃの上端で屈曲して隔壁２０６に当接する入口壁２２４ｄとを有し、入口壁２２４ｄには陰極下部孔２２６Ｂが形成されている。陰極側フランジパン２１２と、隔壁２０６と、陰極下部カバープレート２２４Ｂとにより陰極室入口空間部２２８Ｂが形成されている。陰極下部孔２２６Ｂは陰極室２２２の下部に連通している。

陽極室入口空間部２２８Ａには、陽極室２２０に電解液（陽極液）を導入するための陽極液導入孔２３０を備えた陽極液通過パイプ２３２（図３参照）が設けられており、陰極室入口空間部２２８Ｂには、陰極室２２２内に電解液（陰極液）を導入するための陰極液導入孔２３４を備えた陰極液通過パイプ２３６が設けられている。

陽極気液分離室２１９Ａには、陽極室２２０内から電解液（陽極液）とガスを抜き出すための陽極液及びガス排出孔２３８を備えた陽極液及びガス通過パイプ２４０（図３参照）が設けられており、陰極気液分離室２１９Ｂには、陰極室２２２内から電解液（陰極液）とガスを抜き出すための陰極液及びガス排出孔２４２を備えた陰極液及びガス通過パイプ２４４が設けられている。

隔壁２０６の上部には、陽極液及びガス通過パイプ２４０、陰極液及びガス通過パイプ２４４に対応する位置に一対の開口部が形成されており、一方の開口部には、陽極液及びガス通過パイプ２４０が挿し込まれるように装着されており、他方の開口部には、陰極液及びガス通過パイプ２４４が挿し込まれるように装着されている。本実施形態では、陽極液及びガス通過パイプ２４０と陰極液及びガス通過パイプ２４４とによって、電解液及びガスの通過部が形成されている。

また、隔壁２０６の下部には、陽極液通過パイプ２３２、陰極液通過パイプ２３６に対応する位置に一対の開口部が形成されており、一方の開口部には、陽極液通過パイプ２３２が挿し込まれるように装着されており、他方の開口部には、陰極液通過パイプ２３６が挿し込まれるように装着されている。本実施形態では、陽極液通過パイプ２３２と陰極液通過パイプ２３６とによって、電解液の通過部が形成されている。

隔壁２０６には陽極リブ２４６と陰極リブ２４８が取り付けられている。陽極リブ２４６と陰極リブ２４８には、陽極２０２又は陰極２０４を支えるだけでなく、電流を隔壁２０６から陽極２０２又は陰極２０４へ伝える役割があるので、一般的に導電性の金属が用いられる。例えば、ニッケルメッキを施した軟鋼、ステンレススチール、ニッケル等が利用できる。また陽極リブ２４６及び陰極リブ２４８の厚みも、コストや製作性、強度等も考慮して０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲から選ばれる。

そして、本実施形態の電解セル２００では、図５に示すように、隔壁２０６の上部と外枠フレーム２０８の上部と、カバープレート（陽極上部カバープレート２１６Ａ及び陰極上部カバープレート２１６Ｂ）で囲まれた上部空間（陽極気液分離室２１９Ａ及び陰極気液分離室２１９Ｂ）の内壁面が、疎水性樹脂からなるライニング層２５０ａで被覆されていることを特徴とする。
図６に示すように、陽極気液分離室２１９Ａ及び陰極気液分離室２１９Ｂの内壁面が、樹脂によりライニングされていると、このライニング層２５０ａの表面は疎水性を有するため、ユニット内で発生した水素や酸素の気泡が陽極気液分離室２１９Ａ及び陰極気液分離室２１９Ｂの内壁面に付着する。そして、小さな泡が会合して大きな泡Ｂ_１となって上がり、上部に溜まる。大きな泡Ｂ_１は自然に破泡し消滅することができる。泡がラインを通じて気液分離タンク（図７における陽極タンク３２０及び陰極タンク３４０）に流入しても、気液分離タンクにおいて破泡することができ、気体の導出流路に泡が浸入することが防止される。その結果、気液分離性を向上することができる。

ライニング層２５０ａを構成する材料には、耐アルカリ性を有し、疎水性を有する材料が用いられる。
このような材料としては、例えばゴム、ポリオレフィン樹脂、フッ素系樹脂が挙げられ、好ましくはフッ素系樹脂であり、例えばＰＴＦＥ，ＰＦＡ，ＥＴＦＥである。
ライニング層２５０ａの厚みとしては特に限定されるものではないが、例えば１０μｍ以上程度とすることが好ましく、５０μｍ以上程度にすることが特に好ましい。１０μｍ以上であればライニング層２５０ａの表面に泡を付着させ、破泡性の優れる泡に会合させられる為、気液分離性を向上させることができる。５０μｍ以上であれば、ライニング層の耐性が上がる為、長期で気液分離性を上げることができる。
また、ライニング層２５０ａを形成する範囲は、導電性隔壁２０６の上部と外枠フレーム２０８の上部とカバープレートとで囲まれた上部空間の内壁面のうち６０％以上が好ましく、８０％以上が特に好ましい。６０％であればライニング層表面に泡を付着させ、破泡性の優れる泡に会合させられる為、気液分離性を向上させることができる。８０％以上であれば、循環液量の乱れが起きた際も安定して気液分離性を向上させることができる。
ライニング層２５０ａの形成方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、樹脂微粒子を含むパウダーを吹き付ける方法、樹脂微粒子を含む懸濁溶液を用いたコーティング等の方法が挙げられる。

さらに、図４に示すように、陽極液及びガス通過パイプ２４０、陰極液及びガス通過パイプ２４４（第１の通過部）の内壁面が、疎水性樹脂からなるライニング層２５０ｂで被覆されていてもよい。
陽極液及びガス通過パイプ２４０、陰極液及びガス通過パイプ２４４の内壁面がライニング層２５０ｂで被覆されていることにより、ユニット内で発生した水素や酸素の小さな気泡を付着、会合させて大きな泡として破泡することができ、気体の導出流路に泡が浸入することがより確実に防止される。

さらに図３に示すように、カバープレート（陽極上部カバープレート２１６Ａ及び陰極上部カバープレート２１６Ｂ）の外表面において、陽極液及びガス通過パイプ２４０、陰極液及びガス通過パイプ２４４（第１の通過部）の周囲が、疎水性樹脂からなるライニング層２５０ｃで被覆されていてもよい。
図１に示すように電解セル２００を用いて電解槽１００を構成する場合、隣接するガスケット（陽極ガスケット９、陰極ガスケット１１）との接合部位も、陽極液、陰極液及びガスの流路の一部を構成する。陽極液及びガス通過パイプ２４０、陰極液及びガス通過パイプ２４４の周囲がライニング層２５０ｃで被覆されていることにより、ユニット内で発生した水素や酸素の小さな気泡を付着、会合させて大きな泡として破泡することができ、気体の導出流路に泡が浸入することがより確実に防止される。
ライニング層２５０ｂ及び２５０ｃはいずれも、上述したライニング層２５０ａと同様のものを用いることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
なお、上述した説明では、電解セルを初めとして、電解槽を構成する各部材の外観形状が、長方形状を有する場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電解セル及び各部材の外観形状は、円形、正方形、その他多角形でも良い。

本発明の効果を確認するために、以下のような実験を行った。
（実施例）
図３〜図５に示したような電解セルにおいて、上部空間の内壁面（隔壁の上部、外枠フレームの上部、カバープレートで囲まれた上部空間、陽極液及びガス通過パイプ、陰極液及びガス通過パイプの内壁面及び／又は周囲）に、フッ素系樹脂としてテフロン（登録商標）からなるライニング層を２００μｍの厚みに形成した。なお、ライニング層の形成は、つぎのようにして行った。
１）ライニング層を形成する基材の汚れや、油分をエタノールで洗浄した。
２）基材を炉中で４５０℃に加熱し、油脂や汚れを焼却した。
３）モランダム（２００メッシュ）の砥粒と空気によりブラストし、錆や汚れ等を除去し
、３〜６ミクロン程度に粗面化した。
４）基材にフッ素樹脂と接着樹脂の混合物（株式会社吉田ＳＫＴ ＲＥＯ−０３３−Ｔ）
を塗布し、２００℃で１時間、焼き付けを炉で行った。
５）ライニング層の厚みが２００μｍになる様に、４）を繰り返し、ライニング層を形成
した。
ライニング層を形成した電解セルを用いて、図１に示すような電解槽及び図８に示すような電解システムを構成した。
構成した電解槽及び電解システムにより、次の電解条件で電解を行った。電解の条件は、電解液：ＫＯＨ３２．１％、電解液温度：６９℃、電流密度：６ｋＡ／ｍ^２で行った。
気液分離能の評価はつぎのようにして行った。すなわち、全長３０ｃｍの陰極気液分離タンクにおいて、気液分離タンク底辺から泡がどの高さまで蓄積しているかを、陰極気液分離タンクに備え付けられている、アクリル製の透明窓から目視で測定を行った。電解液の高さは、電解を行う前の状態で、気液分離タンク底辺から１５ｃｍになるように設定した。
結果、本実験では底辺から蓄積した泡上部までの高さが１９ｃｍとなり、良好に気液分離が行えた。

（比較例）
図３〜図５に示したような電解セルにおいて、上部空間の内壁面にライニング層を形成しなかったものを用意した。

ライニング層を形成してない電解セルを用いて、図１に示すような電解槽及び図８に示すような電解システムを構成した。
構成した電解槽及び電解システムにより、次の電解条件で電解を行った。電解の条件は、電解液：ＫＯＨ２９．７％、電解液温度：５９℃、電流密度：６ｋＡ／ｍ^２で行った。
気液分離能の評価はつぎのようにして行った。すなわち、全長３０ｃｍの陰極気液分離タンクにおいて、底辺から泡がどの高さまで蓄積しているかを、陰極気液分離タンクに備え付けられている、アクリル製の透明窓から目視で測定を行った。電解液の高さは、電解を行う前の状態で、気液分離タンク底辺から１５ｃｍになるように設定した。
結果、本実験では底辺から蓄積した泡上部までの高さが２７ｃｍとなり、気液分離能は良好でないことが明らかとなった。

したがって、複極式アルカリ水電解セルにおいて、上部空間の内壁面に、疎水性樹脂、例えばフッ素系樹脂からなるライニング層を形成することにより、電解セル内で発生した水素や酸素の気泡を上部空間の内壁面に付着、会合させて大きな泡とすることができ、破泡し消滅させることができることがわかった。

本発明による複極式アルカリ水電解セル、及び電解槽を用いることで、気液分離性が向上したものとなり、アルカリ水電解により酸素と水素を発生させるための複極式アルカリ水電解セル、及び電解槽として広く利用することができる。

１ 陽極液入口ノズル
２ 陰極液入口ノズル
３ ガス出口ノズル
４ ガス出口ノズル
５ プレスフランジ
６ プレスフランジガスケット
８ 陽極ターミナルエレメント
９ 陽極ガスケット
１０ イオン透過性隔膜
１１ 陰極ガスケット
１２ 電解セル
１３ 陰極ターミナルエレメント
１４ エンドプレスフランジ
１５ タイロッド
１００ 電解槽
１０１ 複極式電解槽
２００ 複極式アルカリ水電解セル
２０２ 陽極
２０４ 陰極
２０６ 隔壁
２０８ 外枠フレーム
２１６Ａ 陽極上部カバープレート
２１６Ｂ 陰極上部カバープレート
２１９Ａ 陽極気液分離室
２１９Ｂ 陰極気液分離室
２２０ 陽極室
２２２ 陰極室
２２４Ａ 陽極下部カバープレート
２２４Ｂ 陰極下部カバープレート
２２８Ａ 陽極室入口空間部
２２８Ｂ 陰極室入口空間部
２３０ 陽極液導入孔
２３２ 陽極液通過パイプ
２３４ 陰極液導入孔
２３６ 陰極液通過パイプ
２４６ 陽極リブ
２４８ 陰極リブ
２５０ａ〜２５０ｃ ライニング層
３００ アルカリ水電解システム

Claims (6)

1. アルカリ水からなる電解液を電解して酸素及び水素を得る電解槽を構成する複極式アルカリ水電解セルであって、
   前記複極式アルカリ水電解セルは、
   酸素発生用の多孔質体からなる陽極と、
   水素発生用の陰極と、
   前記陽極と前記陰極とを区画する導電性隔壁と、
   前記導電性隔壁の外縁を取り囲む外枠と、
   前記導電性隔壁の上部及び下部において該導電性隔壁を覆うカバープレートと、を備え、
   前記導電性隔壁及び／又は前記外枠の上部には、ガス及び電解液が通過する第１の通過部が設けられており、
   前記導電性隔壁及び／又は前記外枠の下部には、電解液が通過する第２の通過部が設けられており、
   前記導電性隔壁の上部と前記外枠の上部と前記カバープレートとで囲まれた上部空間の内壁面が、疎水性樹脂からなるライニング層で被覆されていることを特徴とする複極式アルカリ水電解セル。
2. 前記第１の通過部の内壁面が、疎水性樹脂からなるライニング層で被覆されている、請求項１に記載の複極式アルカリ水電解セル。
3. 前記カバープレートの外表面において前記第１の通過部の周囲が、疎水性樹脂からなるライニング層で被覆されている、請求項１又は２に記載の複極式アルカリ水電解セル。
4. 前記疎水性樹脂は、フッ素系樹脂である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の複極式アルカリ水電解セル。
5. 前記導電性隔壁及び／又は外枠の上部に設けられたガス及び電解液の通過部は、陽極液及びガス通過パイプと陰極液及びガス通過パイプとであり、前記導電性隔壁及び／又は外枠の下部に設けられた電解液の通過部は、陽極液通過パイプと陰極液通過パイプとである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の複極式アルカリ水電解セル。
6. アルカリ水からなる電解液を電解して酸素、及び水素を得るための電解槽であって、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の複数の複極式アルカリ水電解セルと、
   陽極用給電端子及び陽極が設けられた陽極ターミナルエレメントと、
   陰極用給電端子及び陰極が設けられた陰極ターミナルエレメントと、
   複数のイオン透過性隔膜と、を備え、
   前記複極式アルカリ水電解ユニットは、前記陽極ターミナルエレメントと前記陰極ターミナルエレメントとの間に配置され、
   前記イオン透過性隔膜は、前記陽極ターミナルエレメントと前記複極式アルカリ水電解ユニットとの間、隣接して並ぶ複極式アルカリ水電解ユニット同士の間、及び前記複極式アルカリ水電解ユニットと前記陰極ターミナルエレメントとの間に配置されることを特徴とする電解槽。

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