JP2018104756A

JP2018104756A - 電解槽

Info

Publication number: JP2018104756A
Application number: JP2016251449A
Authority: JP
Inventors: 啓二三吉; Keiji Miyoshi
Original assignee: E Plan Co Ltd; E-Plan Co Ltd
Current assignee: E Plan Co Ltd; E-Plan Co Ltd
Priority date: 2016-12-26
Filing date: 2016-12-26
Publication date: 2018-07-05
Anticipated expiration: 2036-12-26
Also published as: JP6499151B2

Abstract

【課題】気液分離室から電解液が漏れてしまうことを防止可能な電解槽を提供すること。
【解決手段】電解槽１は、陽極１０、陰極２０及び隔壁３０の外縁に配置され、これらを支持する外枠４０と、外枠４０の上部に配置され、複数に区画された陽極室１００が配列された方向に延びる中空形状の陽極気液分離室５０と、外枠４０の上部に配置され、複数に区画された陰極室２００が配列された方向に延びる中空形状の陰極気液分離室６０と、を備え、複数に区画された陽極室１００は、外枠４０を貫通する連通管７０により、それぞれ陽極気液分離室５０に連通し、複数に区画された陰極室２００は、連通管７０により、それぞれ陰極気液分離室６０に連通している。
【選択図】図２

Description

本発明は、電解液を電解して酸素及び水素を生成する電解槽に関する。

従来、ＫＯＨ水溶液やＮａＯＨ水溶液を電解液として、再生可能エネルギーや、クリーンなエネルギーとしての水素を生成するする電解槽が知られている。

このような電解槽として、陽極を収容する陽極室と、陰極を収容する陰極室と、前記陽極室と前記陰極室とを区画する隔膜とよりなる電解ユニットを複数重ね、水溶液からなる電解液及び又は純水を電気分解して陰極より水素ガスを発生させる電解槽が提案されている（特許文献１）。

特開２０１６−２０４６９８号公報

ところで、特許文献１に記載された電解槽は、陽極室と、陰極室と、これらを区画する隔膜と、ガスケットを外枠で囲むことで、一体的な電解ユニットを形成することができ、ガスケットシール面の組み立て精度が向上する。

また、このような電解槽は、陽極室や陰極室で発生したガスを、電解ユニット外に排出する場合、ガスとともに陽極室内や陰極室内の電解液も排出されるため、ガスと電解液とを分離する気液分離室が設けられる。

このような気液分離室は、一体的に形成された電解ユニットの外枠内に設ける場合、例えば、外枠と、ガスケットにより外枠に押さえ付けられるフランジパンと、隔膜と、ガスケットに囲まれた一部が空間となる。

しかしながら、フランジパンを外枠に押さえ付けるガスケットの面圧が一定でなかった場合、フランジパンと外枠等が互いに当接する部分のシール面が凹んだりしてしまい、このシール面から電解液が漏れてしまう場合があった。

本発明は、気液分離室から電解液が漏れてしまうことを防止可能な電解槽を提供することを目的とする。

（１）電解液を電解して酸素及び水素を生成する電解槽であって、
陽極及び陰極の間に配置され、前記陽極との間に陽極室を形成し、前記陰極との間に陰極室を形成する隔壁と、
上下方向に延び、前記隔壁と前記陽極とを連結し、前記陽極室を複数に区画する複数の陽極リブと、
上下方向に延び、前記隔壁と前記陰極とを連結し、前記陰極室を複数に区画する複数の陰極リブと、
前記陽極、前記陰極及び前記隔壁の外縁に配置され、これらを支持する外枠と、
前記外枠の上部に配置され、複数に区画された前記陽極室が配列された方向に延びる中空形状の陽極気液分離室と、
前記外枠の上部に配置され、複数に区画された前記陰極室が配列された方向に延びる中空形状の陰極気液分離室と、を備え、
複数に区画された前記陽極室は、前記外枠を貫通する連通管により、それぞれ前記陽極気液分離室に連通し、
複数に区画された前記陰極室は、前記連通管により、それぞれ前記陰極気液分離室に連通している電解槽。

（１）の発明によれば、電解槽は、陽極及び陰極と、隔壁と、複数の陽極リブと、複数の陰極リブと、外枠と、陽極気液分離室と、陰極気液分離室と、を備え、電解液を電解して酸素及び水素を生成する。
隔壁は、陽極及び陰極の間に配置され、陽極との間に陽極室を形成し、陰極との間に陰極室を形成する。
複数の陽極リブは、上下方向に延び、隔壁と陽極とを連結し、陽極室を複数に区画する。
複数の陰極リブは、上下方向に延び、隔壁と陰極とを連結し、陰極室を複数に区画する。
外枠は、陽極、陰極及び隔壁の外縁に配置され、これらを支持する。
陽極気液分離室は、外枠の上部に配置され、複数に区画された陽極室が配列された方向に延び、中空形状である。
陰極気液分離室は、外枠の上部に配置され、複数に区画された陰極室が配列された方向に延び、中空形状である。
複数に区画された陽極室は、外枠を貫通する連通管により、それぞれ陽極気液分離室に連通している。
複数に区画された陰極室は、連通管により、それぞれ陰極気液分離室に連通している。

これにより、電解槽は、陽極室において電解液を電解し酸素（ガス）を生成し、陰極室において電解液を電解し水素（ガス）を生成する。
陽極室で生成されたガスは電解液とともに、連通管を通って、陽極気液分離室に流入し、ガスと電解液とに分離される。また、陰極室で生成されたガスは電解液とともに、連通管を通って、陰極気液分離室に流入し、ガスと電解液とに分離される。
このとき、陽極気液分離室及び陰極気液分離室は、陽極、陰極及び隔壁を支持する外枠の外に設けられ、中空形状の１つの部材により形成されているので、例えば、複数の部材で形成した場合に生ずる接合部（例えば、ガスケットシール面等）がないので、このような接合部から電解液が漏れるおそれがない。
したがって、気液分離室から電解液が漏れてしまうことを防止可能な電解槽を提供できる。

（２）前記陽極気液分離室は、一方の端部に陽極出口ノズルを有し、
前記陰極気液分離室は、一方の端部に陰極出口ノズルを有し、
前記陰極出口ノズルは、前記陽極出口ノズルと反対方向に向けて配置されている（１）に記載の電解槽。

（２）の発明によれば、陰極出口ノズルは、陽極出口ノズルと反対方向に向けて配置されている。
これにより、陽極により生成されたガスや電解液と、陰極により生成されたガスや電解液とを、互いに離れた位置に配置された経路で、電解槽から排出できるので、経路のレイアウトや、電解槽を含む装置の組み立てが容易になる。

（３）前記陽極出口ノズル及び前記陰極出口ノズルは、水平より下方側に向けて配置されている（２）に記載の電解槽。

（３）の発明によれば、陽極出口ノズル及び陰極出口ノズルを、水平より下方側に向けて配置した。
これにより、陽極気液分離室や陰極気液分離室に流入した電解液を排出し易くなるので、電解液が陽極気液分離室や陰極気液分離室に滞留し、陽極気液分離室や陰極気液分離室が腐食するのを防止できる。

本発明によれば、気液分離室から電解液が漏れてしまうことを防止可能な電解槽を提供できる。

本発明の実施形態に係る電解槽１を陽極側から視た図である。図１に示す電解槽１のＡＡ断面図である。図１に示す電解槽１のＢＢ断面図である。本発明の実施形態の別例に係る電解槽１を陽極側から視た図である。

以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。また、以下の実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。

前記実施形態に係る電解槽１の構成について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る電解槽１を陽極側から視た図である。
図２は、図１に示す電解槽１のＡＡ断面図である。
図３は、図１に示す電解槽１のＢＢ断面図である。

電解槽１は、例えば、アルカリ水（例えば、ＫＯＨの水溶液）からなる電解液を電解して酸素、及び水素を得るための複極式アルカリ水電解装置に組み込まれる。
複極式アルカリ水電解装置は、例えば、両端に配置されるプレスフランジの間において、プレスフランジに押圧されるガスケット、陽極用給電端子を有する陽極ターミナルエレメント、陰極用給電端子を有する陰極ターミナルエレメント等を有し、陽極ターミナルエレメントと陰極ターミナルエレメントとの間に隣接して複数の電解槽１が配置される。

電解槽１は、陽極１０と、陰極２０（図２参照）と、隔壁３０（図２参照）と、外枠４０と、陽極気液分離室５０と、陰極気液分離室６０と、を備え、電解液を電解して酸素及び水素を生成する。

陽極１０は、陽極用給電端子（図示無し）と電気的に接続され、板形状に形成された電性基材上に触媒層が配置され、触媒層中にはニッケルの金属結晶を含んだ細孔が形成されている。
陽極１０は、複数の陽極リブ１１により、隔壁３０に電気的に接続されている。
ている。

陽極リブ１１は、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）で形成され、上下方向に延び、隔壁３０と陽極１０とを連結し、隔壁３０と陽極１０との間に形成された陽極室１００において、複数配列されている。即ち、複数の陽極リブ１１は、陽極室１００を複数に区画する。

図２又は図３に示すように、陰極２０は、陰極用給電端子（図示無し）と電気的に接続され、軟鋼、ステンレススチール、ニッケル合金基材、軟鋼又はニッケル合金上にニッケルメッキを施した基材に白金族金属、ニッケル、コバルト、モリブデン、又はマンガンから選ばれた金属或いはそれらの合金又は酸化物からなるコーティングが施されていてもよい。
陰極２０は、複数の陰極リブ２１により、隔壁３０に電気的に接続されている。
ている。

陰極リブ２１は、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）で形成され、上下方向に延び、隔壁３０と陰極２０とを連結し、隔壁３０と陰極２０との間に形成された陰極室２００において、複数配列されている。即ち、複数の陰極リブ２１は、陰極室２００を複数に区画する。

隔壁３０は、導電性の金属鋼板であり、陽極１０及び陰極２０の間に配置され、陽極１０との間に陽極室１００を形成し、陰極２０との間に陰極室２００を形成する。

図１に示すように、外枠４０は、陽極１０、陰極２０及び隔壁３０の外縁に配置され、これらを支持する。詳細には、外枠４０は、隔壁３０等の上辺を支持する上フレーム４１と、隔壁３０等の下辺を支持する下フレーム４２と、隔壁３０等の両側辺を支持する一対の縦フレーム４３と、を備える。

陽極気液分離室５０は、外枠４０の上フレーム４１の上部に配置され、複数に区画された陽極室１００が配列された方向に延び、中空形状の１つの部材で形成されている。詳細には、陽極気液分離室５０は、中空の四角形状に形成され、一端側（図１中左端側）が閉鎖され、他端側（図１中右端側）に、陽極気液分離室５０内に流入したガス（例えば、酸素）と電解液の出口となる陽極出口ノズル５１が設けられている。

複数に区画された陽極室１００の上部には、それぞれ外枠４０の上フレーム４１を貫通する連通管７０が設けられている。即ち、複数に区画された陽極室１００は、それぞれ陽極気液分離室５０に連通している。

陰極気液分離室６０は、外枠４０の上フレーム４１の上部に配置され、複数に区画された陰極室２００が配列された方向に延び、中空形状の１つの部材で形成されている。詳細には、陰極気液分離室６０は、中空の四角形状に形成され、他端側（図１中右端側）が閉鎖され、他端側（図１中左端側）に、陰極気液分離室６０内に流入したガス（例えば、水素）と電解液の出口となる陰極出口ノズル６１が設けられている。

複数に区画された陰極室２００の上部には、それぞれ外枠４０の上フレーム４１を貫通する連通管７０が設けられている。即ち、複数に区画された陰極室２００は、それぞれ陰極気液分離室６０に連通している。

このように、陰極出口ノズル６１は、陽極出口ノズル５１と反対方向に向けて配置されている。
また、陽極出口ノズル５１及び陰極出口ノズル６１は、水平より下方側に向けて配置されている。

なお、陽極気液分離室５０及び陰極気液分離室６０は、四角柱形状に限らす、中空形状であれば、円筒形状や三角形形状やその他の多角形形状等であってもよい。また、電解槽１の外観の正面視の形状も、四角形に限らず、円形状や三角形形状やその他の多角形形状であってもよい。

図４は、本発明の実施形態の別例に係る電解槽１を陽極側から視た図である。
電解槽１の大きさは、例えば、図１に示す１０００ｍｍ角から、図４に示す１２００ｍｍ×２４００ｍｍ以上のように、様々に対応できる。

また、下フレーム４２には、外枠４０の外部から、陽極室１００内部に連通する陽極入口ノズル５５が設けられている。この陽極入口ノズル５５から、陽極室１００内に電解液が注入される。

また、下フレーム４２には、外枠４０の外部から、陰極室２００内部に連通する陰極入口ノズル６５が設けられている。この陰極入口ノズル６５から、陰極室２００内に電解液が注入される。

また、一対の縦フレーム４３の外枠４０の外側には、それぞれブラケット８０が取り付けられている。

このような電解槽１は、陽極入口ノズル５５及び陰極入口ノズル６５から、陽極室１００及び陰極室２００内部に電解液が注入され、この電解液が通電された状態の陽極１０及び陰極２０により電解され、陽極室１００において酸素が生成され、陰極室２００において水素が生成される。

そして、陽極室１００で生成された酸素は、電解液とともに、連通管７０を通って、陽極気液分離室５０に流入し分離され、陽極出口ノズル５１から、電解槽１外に排出され、酸素は回収され、電解液は循環される。
また、陰極室２００で生成された水素は、電解液とともに、連通管７０を通って、陰極気液分離室６０に流入し分離され、陰極出口ノズル６１から、電解槽１外に排出され、酸素は回収され、電解液は循環される。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

１電解槽
１０陽極
１１陽極リブ
２０陰極
２１陰極リブ
３０隔壁
４０外枠
４１上フレーム
４２下フレーム
４３縦フレーム
５０陽極気液分離室
５１陽極出口ノズル
５５陽極入口ノズル
６０陰極気液分離室
６１陰極出口ノズル
６５陰極入口ノズル
７０連通管
８０ブラケット
１００陽極室
２００陰極室

（１）電解液を電解して酸素及び水素を生成する電解槽であって、
陽極及び陰極の間に配置され、前記陽極との間に陽極室を形成し、前記陰極との間に陰極室を形成する隔壁と、
上下方向に延び、前記隔壁と前記陽極とを連結し、前記陽極室を複数に区画する複数の陽極リブと、
上下方向に延び、前記隔壁と前記陰極とを連結し、前記陰極室を複数に区画する複数の陰極リブと、
前記陽極、前記陰極及び前記隔壁の外縁に配置され、これらを支持する外枠と、
前記外枠の上部に配置され、複数に区画された前記陽極室が配列された方向に延びる中空形状の１つの部材で形成されている陽極気液分離室と、
前記外枠の上部に配置され、複数に区画された前記陰極室が配列された方向に延びる中空形状の１つの部材で形成されている陰極気液分離室と、を備え、
複数に区画された前記陽極室は、前記外枠を貫通する連通管により、それぞれ前記陽極気液分離室に連通し、
複数に区画された前記陰極室は、前記連通管により、それぞれ前記陰極気液分離室に連通している電解槽。

（１）電解液を電解して酸素及び水素を生成する電解槽であって、
陽極及び陰極の間に配置され、陽極との間に陽極室を形成し、前記陰極との間に陰極室を形成する隔壁と、
上下方向に延び、前記隔壁と前記陽極とを連結し、前記陽極室を複数に区画する複数の陽極リブと、
上下方向に延び、前記隔壁と前記陰極とを連結し、前記陰極室を複数に区画する複数の陰極リブと、
前記陽極、前記陰極及び前記隔壁の外縁に配置され、これらを支持する外枠と、
前記外枠の上部に配置され、複数に区画された前記陽極室が配列された方向に延び、１つの部材が、中空形状に形成されている陽極気液分離室と、
前記外枠の上部に配置され、複数に区画された前記陰極室が配列された方向に延び、１つの部材が、中空形状に形成されている陰極気液分離室と、を備え、
複数に区画された前記陽極室は、前記外枠を貫通する連通管により、それぞれ前記陽極気液分離室に連通し、
複数に区画された前記陰極室は、前記連通管により、それぞれ前記陰極気液分離室に連通している電解槽。

Claims

電解液を電解して酸素及び水素を生成する電解槽であって、
陽極及び陰極の間に配置され、陽極との間に陽極室を形成し、前記陰極との間に陰極室を形成する隔壁と、
上下方向に延び、前記隔壁と前記陽極とを連結し、前記陽極室を複数に区画する複数の陽極リブと、
上下方向に延び、前記隔壁と前記陰極とを連結し、前記陰極室を複数に区画する複数の陰極リブと、
前記陽極、前記陰極及び前記隔壁の外縁に配置され、これらを支持する外枠と、
前記外枠の上部に配置され、複数に区画された前記陽極室が配列された方向に延びる中空形状の陽極気液分離室と、
前記外枠の上部に配置され、複数に区画された前記陰極室が配列された方向に延びる中空形状の陰極気液分離室と、を備え、
複数に区画された前記陽極室は、前記外枠を貫通する連通管により、それぞれ前記陽極気液分離室に連通し、
複数に区画された前記陰極室は、前記連通管により、それぞれ前記陰極気液分離室に連通している電解槽。
前記陽極気液分離室は、一方の端部に陽極出口ノズルを有し、
前記陰極気液分離室は、一方の端部に陰極出口ノズルを有し、
前記陰極出口ノズルは、前記陽極出口ノズルと反対方向に向けて配置されている請求項１に記載の電解槽。
前記陽極出口ノズル及び前記陰極出口ノズルは、水平より下方側に向けて配置されている請求項２に記載の電解槽。