JP2018178202A - 複極式電解槽 - Google Patents

Abstract

【課題】気液分離室からの電解液の漏出を確実に防止するとともに、ガスケットの離脱を防止可能な複極式電解槽を提供すること。【解決手段】電解槽の外枠４０のプレスフランジ４２，５２の積層構造において、プレスフランジ４２，５２に押圧されるガスケット９０を、断面略Ｃ字状パンで囲み固定してシール面の面圧を一定にすると共に、外枠のプレスフランジ４２，５２の外周縁にガスケット９０が嵌装される段付部４３，５３をヘラ絞り加工により一体に形成する。【選択図】図４

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、とくに、フィルタープレス型の複極式電解槽に関する。

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、前記陽極室とを区画する隔膜とから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複極式電解槽が種々提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。

特開２０１６−２０４６９８号公報 特開１０−１５８８７５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を、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、隔壁と、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。また、例えば、特許文献２に記載されたような従来の電解槽に多くみられるように、上部の気液分離器構造が電解槽のガスケットシール面を兼ねており、他の外辺のように外枠フレームがなく、ガスケット面圧が一定ではなく、気液分離器のシール面が凹んだりして、液漏れなどが発生するおそれがあった。

本発明は、気液分離室からの電解液の漏洩を確実に防止可能な複極式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複極式電解槽であって、
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のプレスフランジを積層する構造において、
前記プレスフランジに押圧されるガスケットを、断面略Ｃ字状の外枠パンで囲み固定してガスケットシール面の面圧を一定にした。

（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。
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のプレスフランジを積層する構造において、
前記プレスフランジに押圧されるガスケットを、断面略Ｃ字状の外枠フレームで囲み固定してガスケットシール面の面圧を一定にした。

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た水素（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。
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のプレスフランジ同士を積層する構造において、
前記プレスフランジに押圧されるガスケットシール面を、断面略Ｃ字状の外枠フレームで囲み固定してガスケットシール面の面圧を一定にした。
このとき、プレスフランジに押圧されるガスケットシール面を、全て外枠フレームで固定し、前記電解槽のガスケットシール面の面圧を一定にし、気液分離器を上部外枠フレームから、外部に突出構造にし、パイプで接続して気液分離器からの液漏れを防止する構造としので、このようなプレスフランジ同士の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複極外枠の外周縁にヘラ絞り加工を施し、ガスケットが嵌装される段部が形成されている電解槽を提供できる。

（２） 外枠の外周縁にガスケットが嵌装される段部が形成されている（１）に記載の電解槽。

（２）の発明によれば、高圧負荷によるガスケットの離脱を防止できる。

本発明によれば、気液分離室からの電解液の漏洩を確実に防止可能であるとともに高圧負荷によるガスケットの離脱を防止可能な複極式電解槽を提供できる。

本発明の実施形態に係る電解槽を陽極側から視た図である。 図１に示す電解槽のＡ−Ａ断面図である。 図１に示す電解槽のＢ−Ｂ断面図である。 本発明の実施形態の別例に係る電解槽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。
以下、図面にしたがって本発明装置の一実施例を説明する。便宜上、図１乃至図２に示す従来装置の全体構成を基に改良を施した部分について説明する。尚、同様の構成要件には同一参照符号を付して説明する。

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Ａ−Ａ断面図である。
図３は、図１に示す電解槽１のＢ−Ｂ断面図である。
図４は、本発明の実施形態の別例に係る電解槽の側面断面図である。

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、円環状の外枠４０（プレスフランジ）の間において、外枠４０に押圧されるガスケット９０、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陽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。

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。

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。そして、電解槽１の外枠４０（プレスフランジ）同士を積層する構造において、外枠４０に押圧されるガスケット９０を、断面略Ｃ字状パン４２及び５２で囲み固定してガスケット９０のシール面の面圧を一定にした。

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は円環状で、隔壁３０等の外周縁を支持するフレーム４１を備える。

陽極気液分離室５０は、外枠４０のフレーム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印極出口ノズル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、円形状に限らず、中空形状であれば、矩形状や円筒形状や三角形形状やその他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、円形に限らず、四角状や三角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の側面断面図である。
ここで、外枠４０の外周縁のプレスフランジ４２には、環状のガスケット９０が嵌装される段部４３がヘラ絞り加工によって形成されている。これにより、高圧負荷によるガスケット９０の飛び出しなどの離脱を防止可能にされている。

また、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、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、陰極気液分離室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
４２ 陰極プレスフランジ（Ｃ字状パン）
４３ 陰極ガスケット段付部
５０ 陽極気液分離室
５１ 陽極出口ノズル
５２ 陽極プレスフランジ（Ｃ字状パン）
５３ 陽極ガスケット段付部
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
９０ ガスケット
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複極式電解槽であって、
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のプレスフランジ同士の積層構造において、
前記プレスフランジに押圧されるガスケットシールを、断面略Ｃ字状の外枠パンで囲み固定してガスケットシール面の面圧を一定にすると共に、外枠の当該プレスフランジの外周縁に環状のガスケットが嵌装される段付部をヘラ絞り加工により一体に形成した。

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た水素（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。
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のプレスフランジ同士を積層する構造において、
前記プレスフランジに押圧されるガスケットシール面を、断面略Ｃ字状の外枠フレームで囲み固定してガスケットシール面の面圧を一定にした。
このとき、プレスフランジに押圧されるガスケットシール面を、全て外枠フレームで固定し、前記電解槽のガスケットシール面の面圧を一定にし、気液分離器を上部外枠フレームから、外部に突出構造にし、パイプで接続して気液分離器からの液漏れを防止する構造としたので、このようなプレスフランジ同士の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複極外枠の外周縁にヘラ絞り加工を施し、ガスケットが嵌装される段付部が形成されている電解槽を提供できる。

陽極気液分離室５０は、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、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。

陰極気液分離室６０は、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、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。

図４は、本発明の実施形態の別例に係る電解槽１の側面断面図である。
ここで、外枠４０の外周縁のプレスフランジ４２及び５２には、環状のガスケット９０が嵌装される段付部４３及び５３がヘラ絞り加工によって形成されている。これにより、高圧負荷によるガスケット９０の飛び出しなどの離脱を防止可能にされている。

また、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。

（１） 電解液を電解して酸素及び水素を生成する複極式電解槽であって、
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のプレスフランジ同士の積層構造において、
前記プレスフランジに押圧されるガスケットシールを、断面略Ｃ字状の外枠パンで囲み固定してガスケットシール面の面圧を一定にすると共に、外枠の当該プレスフランジの外周縁に環状のガスケットが嵌装される段付部を一体に形成した。

Claims (2)

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のプレスフランジ同士の積層構造において、
   前記プレスフランジに押圧されるガスケットシールを、断面略Ｃ字状の外枠パンで囲み固定してガスケットシール面の面圧を一定にした複極式電解槽。
2. 外枠の外周縁にガスケットが嵌装される段部が形成されている請求項１に記載の複式電解槽。