JP2019090087A - 電解槽及び水素製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】純度を高めた水素ガスを製造可能な電解槽及び水素製造装置を提供する。【解決手段】電解槽は、電解液を保持する筐体と、前記筐体の内部を陽極側セルと陰極側セルに区画する隔膜と、前記陽極側セル内に設けられ、表面の半分以上が前記電解液に接する陽極電極と、前記陰極側セル内に設けられ、表面の半分以上が気相に接する陰極電極と、を備える。【選択図】図１
Description
実施形態は、電解槽及び水素製造装置に関する。
電解液を用いて水を電気分解することにより、水素ガスを製造できる。水素ガスの製造装置においては、純度を高めた水素ガスを製造することが要求されている。
実施形態の目的は、純度を高めた水素ガスを製造可能な電解槽及び水素製造装置を提供することである。
実施形態に係る電解槽は、電解液を保持する筐体と、前記筐体の内部を陽極側セルと陰極側セルに区画する隔膜と、前記陽極側セル内に設けられ、表面の半分以上が前記電解液に接する陽極電極と、前記陰極側セル内に設けられ、表面の半分以上が気相に接する陰極電極と、を備える。
（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る水素製造装置を示すブロック図である。
図２は、本実施形態における陰極電極を示す平面図である。
先ず、第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る水素製造装置を示すブロック図である。
図２は、本実施形態における陰極電極を示す平面図である。
図１に示すように、本実施形態に係る水素製造装置１においては、電解槽１０が設けられている。また、本実施形態では、電解液として、例えばアルカリ性の電解液１００を用いる。但し、電解液は中性であってもよく、酸性であってもよい。電解槽１０には筐体１６が設けられており、筐体１６内には隔膜１１が設けられている。筐体１６の内部は、隔膜１１によって、陽極側セル１２と陰極側セル１３に区画されている。隔膜１１は、例えば、樹脂材料からなる多孔質膜であり、水分子及びイオンは通過させるが、大きな気泡は通過させない膜である。隔膜１１は絶縁性の多孔質材料によって形成されていればよく、例えば、セラミックス材料によって形成されていてもよい。
陰極側セル１３の厚さ、すなわち、陽極側セル１２及び陰極側セル１３の配列方向における長さは、陽極側セル１２の厚さよりも短い。このため、陰極側セル１３の容積は、陽極側セル１２の容積よりも小さい。陽極側セル１２内には陽極電極１４が設けられており、陰極側セル１３内には陰極電極１５が設けられている。陽極電極１４及び陰極電極１５は隔膜１１に接しており、隔膜１１を挟んでいる。
陽極側セル１２内には、アルカリ性の電解液１００、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液が保持されている。一方、陰極側セル１３内には、電解液１００はごく少量しか存在しておらず、陰極側セル１３の大部分は気相１０１が占めている。例えば、陽極側セル１２の容積の半分以上には電解液１００が存在し、陰極側セル１３の容積の半分以上には気相１０１が存在する。このため、陽極電極１４における隔膜１１に接していない側の表面の大部分、少なくとも半分以上は電解液１００に接し、陰極電極１５における隔膜１１に接していない側の表面の大部分、少なくとも半分以上は気相１０１に接している。
図２に示すように、陰極電極１５の形状は例えばメッシュ状であり、多数の開口部１５ａが形成されている。陽極電極１４の形状も、陰極電極１５と同様なメッシュ状であり、多数の開口部１４ａ（図３参照）が形成されている。なお、陰極電極１５及び陽極電極１４の形状は、多数の開口部が形成された形状であればよく、メッシュ状には限定されない。
図１に示すように、水素製造装置１には、整流器１９が設けられている。整流器１９は水素製造装置１の外部から電力が供給されて、陽極電極１４と陰極電極１５の間に直流電力を印加する。
水素製造装置１には、陽極側電解液タンク２１が設けられている。陽極側セル１２の上部と陽極側電解液タンク２１の上部との間には、配管２２が接続されている。なお、本明細書において「接続」とは、内部間を流体が流通可能なように機械的に連結されていることをいう。陽極側電解液タンク２１の下部と陽極側セル１２の下部との間には、配管２３が接続されている。配管２３の途中には、ポンプ２４が介在している。陽極側セル１２、配管２２、陽極側電解液タンク２１、配管２３及びポンプ２４により、ループ状の流路２５が形成されている。ポンプ２４が作動することにより、電解液１００は流路２５に沿って循環する。
水素製造装置１には、陰極側電解液タンク２６が設けられている。陰極側セル１３の下部、例えば、底面と陰極側電解液タンク２６の上部との間には、配管２７が接続されている。配管２７の途中には、ポンプ２８が介在している。ポンプ２８が作動することにより、陰極側セル１３の下部に溜まった電解液１００が、配管２７を介して陰極側電解液タンク２６に排出される。但し、電解液１００を陰極側電解液タンク２６から陰極側セル１３に移動させるポンプは設けられていない。このため、電解液１００は、陰極側セル１３と陰極側電解液タンク２６との間を循環はせず、陰極電極１５の開口部１５ａからしみ出す電解液１００を除けば、陰極側セル１３から陰極側電解液タンク２６に一方的に移動するのみである。
図１に示すように、水素製造装置１には、酸素ガス洗浄塔３１、水素ガス洗浄塔３２、圧縮器３３、及び、配管３５〜４０が設けられている。水素製造装置１の外部には、水素貯蔵タンク１２０が設けられている。配管３５は陽極側電解液タンク２１の上部と酸素ガス洗浄塔３１の下部との間に接続されており、配管３６は酸素ガス洗浄塔３１の上部から水素製造装置１の外部に引き出されている。配管３７は陰極側セル１３の上部と水素ガス洗浄塔３２の下部との間に接続されており、配管３８は水素ガス洗浄塔３２の上部と圧縮器３３との間に接続されており、配管３９は圧縮器３３と外部の水素貯蔵タンク１２０との間に接続されている。配管４０は、陽極側電解液タンク２１と陰極側電解液タンク２６との間に接続されている。配管２７、ポンプ２８、陰極側電解液タンク２６及び配管４０は、陰極側セル１３の底部から陽極側電解液タンク２１に電解液１００を移動させる手段である。
次に、本実施形態に係る水素製造装置の動作について説明する。
図３は、本実施形態に係る水素製造装置の動作を示す断面図である。
図１に示すように、電解槽１０の陽極側セル１２、及び、陽極側電解液タンク２１内に、電解液１００を注入する。一方、陰極側セル１３内には電解液１００を注入せず、気相１０１としておく。電解液１００はアルカリ性水溶液であり、例えば、水酸化カリウム水溶液である。また、酸素ガス洗浄塔３１及び水素ガス洗浄塔３２内には、洗浄液、例えば、純水を注入する。ポンプ２４が作動することにより、流路２５に沿って、（陽極側電解液タンク２１→配管２３→陽極側セル１２→配管２２→陽極側電解液タンク２１）の順に、電解液１００が循環する。
図３は、本実施形態に係る水素製造装置の動作を示す断面図である。
図１に示すように、電解槽１０の陽極側セル１２、及び、陽極側電解液タンク２１内に、電解液１００を注入する。一方、陰極側セル１３内には電解液１００を注入せず、気相１０１としておく。電解液１００はアルカリ性水溶液であり、例えば、水酸化カリウム水溶液である。また、酸素ガス洗浄塔３１及び水素ガス洗浄塔３２内には、洗浄液、例えば、純水を注入する。ポンプ２４が作動することにより、流路２５に沿って、（陽極側電解液タンク２１→配管２３→陽極側セル１２→配管２２→陽極側電解液タンク２１）の順に、電解液１００が循環する。
このとき、図３に示すように、陽極側セル１２内に充填された電解液１００が、陽極電極１４の開口部１４ａ、隔膜１１の孔１１ａ、及び、陰極電極１５の開口部１５ａを介して、陰極電極１５と気相１０１との界面付近までしみ出し、電解液１００の表面張力により、開口部１５ａの出口付近で停止する。このため、陽極電極１４と陰極電極１５が、共に電解液１００に接触する。
この状態で、図１に示すように、外部から整流器１９に電力を供給すると、整流器１９が陽極電極１４と陰極電極１５の間に直流電力を供給する。これにより、電解液１００における陽極電極１４と陰極電極１５の間で、以下の反応が生じる。
陽極側：２ＯＨ− → （１／２）Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ−
陰極側：２Ｈ２Ｏ＋２ｅ− → Ｈ２＋２ＯＨ−
陰極側：２Ｈ２Ｏ＋２ｅ− → Ｈ２＋２ＯＨ−
この結果、水が電気分解されて、陽極側セル１２においては、水（Ｈ２Ｏ）と酸素ガス（Ｏ２）が発生し、陰極側セル１３においては、水が消費されて水素ガス（Ｈ２）が発生する。発生した酸素ガスは、陽極電極１４の開口部１４ａ付近に小さな気泡として付着するが、循環する電解液１００によって陽極電極１４から引き剥がされて、陽極側セル１２の上部に移動する。一方、発生した水素ガスは、陰極電極１５の開口部１５ａを介して、そのまま気相１０１中に拡散し、陰極側セル１３の上部に移動する。
陽極側セル１２において発生した酸素ガスは、電解液１００と共に配管２２を介して陽極側電解液タンク２１に流入し、陽極側電解液タンク２１内において電解液１００から分離される。分離された酸素ガスは、配管３５を介して酸素ガス洗浄塔３１内に引き込まれ、洗浄液と接触することにより電解液１００が更に除去された後、配管３６を介して水素製造装置１の外部に排出される。
一方、陰極側セル１３においては発生した水素ガスは、配管３７を介して水素ガス洗浄塔３２内に引き込まれ、洗浄液と接触することにより不純物が除去された後、配管３８を介して圧縮器３３に供給される。圧縮器３３は水素ガスを圧縮し、配管３９を介して水素貯蔵タンク１２０に供給する。水素貯蔵タンク１２０は、水素ガスを貯蔵する。
また、上述の電気分解過程において、少量の電解液１００が陰極電極１５の開口部１５ａからしみ出し、陰極電極１５の表面を伝わって落下し、陰極側セル１３の底部に溜まることがある。この場合は、ポンプ２８を作動させることにより、配管２７を介して、電解液１００を陰極側電解液タンク２６内に移動させる。陰極側電解液タンク２６内に保持された電解液１００は、配管４０を介して、陽極側電解液タンク２１に戻される。
なお、なお、配管４０の途中にもポンプを設け、陰極側電解液タンク２６に溜まった電解液１００を強制的に陽極側電解液タンク２１に移動させてもよい。また、本実施形態においては、陰極側セル１３の底部から陽極側電解液タンク２１に電解液１００を移動させる手段として、配管２７、ポンプ２８、陰極側電解液タンク２６及び配管４０を設ける例を示したが、これには限定されない。例えば、陽極側電解液タンク２１を電解槽１０よりも下方に設置し、電解液１００を、陰極側セル１３から配管を介して陽極側電解液タンク２１に落下させてもよい。この場合は、陽極側電解液タンク２１内の酸素ガスが陰極側セル１３に流入しないように、配管の途中に弁等の逆流防止機構を設けることが好ましい。これにより、陰極側電解液タンク２６及びポンプ２８を省略することができる。
次に、本実施形態の効果について説明する。
図１に示すように、電解槽１０の陽極側セル１２においては、水の電気分解によって発生した酸素が、電解液１００中に混入する。電解液１００中に混入した酸素の大部分は、陽極側電解液タンク２１内において電解液１００から分離されるが、一部は電解液１００に溶解した状態、又は、ナノバブルの状態で、電解液１００中に残留する。
図１に示すように、電解槽１０の陽極側セル１２においては、水の電気分解によって発生した酸素が、電解液１００中に混入する。電解液１００中に混入した酸素の大部分は、陽極側電解液タンク２１内において電解液１００から分離されるが、一部は電解液１００に溶解した状態、又は、ナノバブルの状態で、電解液１００中に残留する。
仮に、このようにして酸素が残留した電解液１００が、陰極側セル１３内に混入すると、この酸素が水素ガス中に混入し、水素ガスの純度が低下する。しかしながら、本実施形態に係る水素製造装置１においては、上述の如く、陰極側セル１３は流路２５から切り離されており、電解液１００自体が陰極側セル１３に漏出することがほとんどない。このため、電解液１００内の酸素が水素ガス中に混入することもほとんどなく、純度を高めた水素ガスを得ることができる。
また、本実施形態によれば、陰極側電解液タンク２６における気液分離が不要となるため、水素製造装置１の構成を簡略化できる。そして、気液分離が不要な分だけ、水素ガスの製造に要する消費電力量を抑えることが可能となる。また、同じ電力供給量であれば、従来よりも水素ガスの製造量を多くすることが可能となる。更に、陰極側セル１３内に所定量の電解液１００を保持する必要がないため、陰極側セル１３の容積を陽極側セル１２の容積よりも小さくできる。これにより、水素製造装置１の小型化が可能となる。この結果、水素製造装置１の設備コスト、運搬コスト及び設置コストを低減できる。又は、水素製造装置１のサイズを維持したまま、陽極側セル１２及び陰極側セル１３の対の数を増加させることができるため、製造できる水素量が増加する。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。
図４は、本実施形態に係る水素製造装置を示すブロック図である。
次に、第２の実施形態について説明する。
図４は、本実施形態に係る水素製造装置を示すブロック図である。
図４に示すように、本実施形態に係る水素製造装置２は、前述の第１の実施形態に係る水素製造装置１（図１参照）と比較して、電解槽１０の替わりに電解槽５０が設けられている点、陽極側電解液タンク２１及び陰極側電解液タンク２６の替わりに、電解液タンク５１が設けられている点、並びに、ポンプ２４及び２８の替わりにポンプ５２が設けられている点が異なっている。
電解槽５０においては、筐体１６が設けられており、筐体１６内には陽極電極１４及び陰極電極１５が相互に離隔して設けられている。陽極電極１４と陰極電極１５との間には、陽極側隔膜５４及び陰極側隔膜５５が相互に離隔して設けられている。陽極側隔膜５４は陽極電極１４における陰極電極１５側の面に接しており、陰極側隔膜５５は陰極電極１５における陽極電極１４側の面に接している。
電解槽５０における陽極電極１４から見て陰極電極１５の反対側の部分が、陽極側セル１２となっており、電解槽５０における陰極電極１５から見て陽極電極１４の反対側の部分が、陰極側セル１３となっている。陽極側隔膜５４と陰極側隔膜５５との間は、中央セル５６となっている。
例えば、電解液タンク５１は電解槽５０よりも下方に配置されている。陽極側セル１２の下部、例えば底面と電解液タンク５１の上部との間には、配管６１が接続されている。陰極側セル１３の下部、例えば底面と電解液タンク５１の上部との間には、配管６２が接続されている。電解液タンク５１と中央セル５６との間には、配管６３が接続されている。配管６３の途中には、ポンプ５２が介在している。中央セル５６の上部から電解液タンク５１の上部との間には、配管６４が接続されている。中央セル５６、配管６４、電解液タンク５１、配管６３及びポンプ５２により、電解液１００の流路６０が形成されている。そして、ポンプ５２が作動することにより、流路６０に沿って電解液１００が循環し、電解液タンク５１から中央セル５６内に電解液１００を供給する。また、配管２２は、陽極側セル１２の上部と酸素ガス洗浄塔３１の下部との間に接続されている。
電解液タンク５１内及び中央セル５６内には、電解液１００が保持されている。陽極側セル１２内は気相１０２によって占められている。陰極側セル１３内は気相１０１によって占められている。陽極電極１４は気相１０２に接し、陰極電極１５は気相１０１に接している。
次に、本実施形態に係る水素製造装置の動作について説明する。
前述の第１の実施形態においては、電気分解により発生した酸素ガスは陽極側セル１２内において電解液１００中に放出され、水素ガスは陰極側セル１３内において気相１０１中に放出された。これに対して、本実施形態においては、酸素ガスも気相１０２中に放出される。
前述の第１の実施形態においては、電気分解により発生した酸素ガスは陽極側セル１２内において電解液１００中に放出され、水素ガスは陰極側セル１３内において気相１０１中に放出された。これに対して、本実施形態においては、酸素ガスも気相１０２中に放出される。
以下、詳細に説明する。
図４に示すように、電解槽５０の中央セル５６内及び電解液タンク５１内に、電解液１００を注入する。このとき、陽極側セル１２内及び陰極側セル１３内には電解液１００を注入せず、それぞれ、気相１０２及び気相１０１としておく。また、酸素ガス洗浄塔３１及び水素ガス洗浄塔３２内には、洗浄液、例えば、純水を注入する。そして、ポンプ５２が作動することにより、流路６０に沿って、（電解液タンク５１→配管６３→中央セル５６→配管６４→電解液タンク５１）の順に、電解液１００が循環する。
図４に示すように、電解槽５０の中央セル５６内及び電解液タンク５１内に、電解液１００を注入する。このとき、陽極側セル１２内及び陰極側セル１３内には電解液１００を注入せず、それぞれ、気相１０２及び気相１０１としておく。また、酸素ガス洗浄塔３１及び水素ガス洗浄塔３２内には、洗浄液、例えば、純水を注入する。そして、ポンプ５２が作動することにより、流路６０に沿って、（電解液タンク５１→配管６３→中央セル５６→配管６４→電解液タンク５１）の順に、電解液１００が循環する。
このとき、中央セル５６内に充填された電解液１００が、陽極側隔膜５４の孔（図示せず）、及び、陽極電極１４の開口部１４ａ（図３参照）を介して、陽極電極１４と気相１０２との界面付近までしみ出す。一方、中央セル５６内に充填された電解液１００は、陰極側隔膜５５の孔（図示せず）、及び、陰極電極１５の開口部１５ａ（図３参照）を介して、陰極電極１５と気相１０１との界面付近までしみ出す。これにより、陽極電極１４と陰極電極１５が、共に電解液１００に接触する。
この状態で、外部から整流器１９に電力を供給すると、陽極電極１４と陰極電極１５との間で水が電気分解されて、陽極側セル１２においては酸素ガスが発生し、陰極側セル１３においては水素ガスが発生する。発生した酸素ガスは、陽極電極１４の開口部１４ａを介して、そのまま気相１０２中に拡散し、陽極側セル１２の上部に移動する。一方、発生した水素ガスは、第１の実施形態と同様に、陰極電極１５の開口部１５ａを介して、そのまま気相１０１中に拡散し、陰極側セル１３の上部に移動する。
また、上述の電気分解過程において、電解液１００が陽極電極１４の開口部１４ａからしみ出し、陽極電極１４の表面を伝わって落下し、陽極側セル１２の底部に溜まることがある。陽極側セル１２の底部に溜まった電解液１００は、配管６１を介して、電解液タンク５１に落下する。同様に、電解液１００が陰極電極１５の開口部１５ａからしみ出し、陰極電極１５の表面を伝わって落下し、陰極側セル１３の底部に溜まることがある。陰極側セル１３の底部に溜まった電解液１００は、配管６２を介して、電解液タンク５１に落下する。なお、電解液タンク５１を電解槽５０の下方に配置できない場合には、配管６１及び配管６２の途中にポンプを設けて、電解液１００を強制的に移動させてもよい。
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態においては、電解液１００の流路６０が陽極側セル１２から切り離されているため、電解液１００中に酸素が混入することを抑制できる。また、仮に、少量の酸素が電解液１００中に混入したとしても、陰極側セル１３が流路６０から切り離されているため、電解液１００中の酸素が水素ガス中に混入することを抑制できる。この結果、純度を高めた水素ガスを得ることができる。
本実施形態においては、電解液１００の流路６０が陽極側セル１２から切り離されているため、電解液１００中に酸素が混入することを抑制できる。また、仮に、少量の酸素が電解液１００中に混入したとしても、陰極側セル１３が流路６０から切り離されているため、電解液１００中の酸素が水素ガス中に混入することを抑制できる。この結果、純度を高めた水素ガスを得ることができる。
（比較例）
次に、比較例について説明する。
図５は、本比較例に係る水素製造装置を示すブロック図である。
次に、比較例について説明する。
図５は、本比較例に係る水素製造装置を示すブロック図である。
図５に示すように、本比較例に係る水素製造装置１１１においては、電解槽１１０が設けられている。電解槽１１０においては、隔膜１１によって陽極側セル１２と陰極側セル１３とが区画されており、陽極側セル１２及び陰極側セル１３の双方に電解液１００が保持されている。そして、陽極側セル１２及び陰極側セル１３から同じ電解液タンク１１２に電解液１００が落下し、この電解液タンク１１２から陽極側セル１２及び陰極側セル１３に電解液１００が供給される。すなわち、陽極側セル１２に対して電解液１００を循環させる流路と、陰極側セル１３に対して電解液１００を循環させる流路が、１つの電解液タンク１１２を共有している。
このため、陽極側セル１２において電解液１００中に混入した酸素が、電解液タンク１１２を介して、陰極側セル１３に流入する。この結果、陰極側セル１３において生成される水素ガスに酸素が混入し、水素ガスの純度が低下する。
なお、電解液１００の循環流量を小さくすれば、酸素の流入量も抑制できるが、そうすると、陰極電極１５に付着した水素ガスの気泡を陰極電極１５から引き剥がす効果が低減し、水素の製造効率が低下する。このため、電解槽１１０に投入する電流密度を高くしても、それに見合った量の水素を生成できなくなる。
これに対して、前述の各実施形態によれば、電解液１００の循環経路を陰極側セル１３から切り離しているため、電解液１００の循環流量を大きくしても、高純度の水素ガスを生成することができる。これにより、電解槽に投入する電流密度を高くしても、効率よく水素を生成することができる。
例えば、前述の各実施形態に係る水素製造装置は、再生可能エネルギーを利用した発電施設、例えば、風力発電施設又は太陽光発電施設に隣接して設置してもよい。再生可能エネルギーは、化石燃料とは異なり、持続可能であり、一般的には発電時に二酸化炭素を生成することもないため、将来のエネルギー源として注目されている。しかしながら、再生可能エネルギーを利用した発電は、発電量に時間的なばらつきがあることが多い。例えば、風力発電施設であれば風に依存して発電量がばらつき、太陽光発電施設であれば日射量に依存して発電量がばらつく。
そこで、再生可能エネルギーにより発電された電力を、水素製造装置に投入して水素を製造し、この水素を水素貯蔵タンクに貯蔵しておき、必要に応じて回収し、燃料電池により電力に変換する。これにより、発電時と使用時を一致させる必要がなくなり、再生可能エネルギーを効率よく利用することができる。そして、上述の如く、水素製造装置において電解液の循環流量を大きくしておけば、発電量が一時的に大きくなったとき、例えば、強い風が吹いたときや日射が強くなったときに、発電された大電流を効率的に利用して水素を製造することができる。このように、再生可能エネルギーを利用した発電施設に前述の各実施形態に係る水素製造装置を組み合わせたシステムを構築すれば、再生可能エネルギーを効率よく回収することができる。
再生可能エネルギーを利用した発電において、発電量に時間的なばらつきや低下が生じた場合、水素ガスの生成純度が低下する虞がある。本実施形態では、このような場合に、従来よりも水素ガスの製造に要する消費電力量を抑え、水素ガスの生成純度の低下を抑えることが可能となる。
（試験例）
次に、試験例について説明する。
図６は、横軸に水素製造装置の種類をとり、縦軸に生成された水素ガス中の酸素濃度をとって、第１の実施形態の効果を示すグラフ図である。
前述の第１の実施形態に係る水素製造装置１、及び、比較例に係る水素製造装置１１１を使用して水素を製造し、生成された水素ガス中の酸素濃度を測定した。
図６に示すように、第１の実施形態によれば、比較例と比較して、水素ガス中の酸素濃度を大幅に低減することができた。
次に、試験例について説明する。
図６は、横軸に水素製造装置の種類をとり、縦軸に生成された水素ガス中の酸素濃度をとって、第１の実施形態の効果を示すグラフ図である。
前述の第１の実施形態に係る水素製造装置１、及び、比較例に係る水素製造装置１１１を使用して水素を製造し、生成された水素ガス中の酸素濃度を測定した。
図６に示すように、第１の実施形態によれば、比較例と比較して、水素ガス中の酸素濃度を大幅に低減することができた。
以上説明した実施形態によれば、純度を高めた水素ガスを製造可能な電解槽及び水素製造装置を実現することができる。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及びその等価物の範囲に含まれる。
１：水素製造装置
２：水素製造装置
１０：電解槽
１１：隔膜
１１ａ：孔
１２：陽極側セル
１３：陰極側セル
１４：陽極電極
１４ａ：開口部
１５：陰極電極
１５ａ：開口部
１６：筐体
１９：整流器
２１：陽極側電解液タンク
２２、２３：配管
２４：ポンプ
２５：流路
２６：陰極側電解液タンク
２７：配管
２８：ポンプ
３１：酸素ガス洗浄塔
３２：水素ガス洗浄塔
３３：圧縮器
３５〜４０：配管
５０：電解槽
５１：電解液タンク
５２：ポンプ
５４：陽極側隔膜
５５：陰極側隔膜
５６：中央セル
６０：流路
６１〜６４：配管
１００：電解液
１０１、１０２：気相
１１０：電解槽
１１１：水素製造装置
１１２：電解液タンク
１２０：水素貯蔵タンク
２：水素製造装置
１０：電解槽
１１：隔膜
１１ａ：孔
１２：陽極側セル
１３：陰極側セル
１４：陽極電極
１４ａ：開口部
１５：陰極電極
１５ａ：開口部
１６：筐体
１９：整流器
２１：陽極側電解液タンク
２２、２３：配管
２４：ポンプ
２５：流路
２６：陰極側電解液タンク
２７：配管
２８：ポンプ
３１：酸素ガス洗浄塔
３２：水素ガス洗浄塔
３３：圧縮器
３５〜４０：配管
５０：電解槽
５１：電解液タンク
５２：ポンプ
５４：陽極側隔膜
５５：陰極側隔膜
５６：中央セル
６０：流路
６１〜６４：配管
１００：電解液
１０１、１０２：気相
１１０：電解槽
１１１：水素製造装置
１１２：電解液タンク
１２０：水素貯蔵タンク
Claims (11)
- 電解液を保持する筐体と、
前記筐体の内部を陽極側セルと陰極側セルに区画する隔膜と、
前記陽極側セル内に設けられ、表面の半分以上が前記電解液に接する陽極電極と、
前記陰極側セル内に設けられ、表面の半分以上が気相に接する陰極電極と、
を備えた電解槽。 - 前記陽極側セルの容積の半分以上には前記電解液が保持され、前記陰極側セルの容積の半分以上には前記気相が存在する請求項１記載の電解槽。
- 前記陰極側セルの容積は前記陽極側セルの容積よりも小さい請求項１または２に記載の電解槽。
- 請求項１〜３のいずれか１つに記載の電解槽と、
前記陽極側セルとの間で前記電解液を循環させる陽極側電解液タンクと、
を備えた水素製造装置。 - 隔膜によって陽極側セルと陰極側セルに区画され、前記陽極側セル内に陽極電極が設けられ、前記陰極側セル内に陰極電極が設けられた電解槽と、
電解液を保持する陽極側電解液タンクと、
前記陽極側電解液タンクから前記陽極側セルに前記電解液を供給するポンプと、
を備え、
前記陰極側セルに前記電解液を供給するポンプは設けられていない水素製造装置。 - 前記陽極電極の表面の半分以上は前記電解液に接し、前記陰極電極の表面の半分以上は気相に接する請求項５記載の水素製造装置。
- 前記陰極側セルの底部から前記陽極側電解液タンクに前記電解液を移動させる手段をさらに備えた請求項４〜６のいずれか１つに記載の水素製造装置。
- 筐体と、
前記筐体内に相互に離隔して設けられた陽極電極及び陰極電極と、
前記陽極電極と前記陰極電極との間に設けられ、前記陽極電極に接した陽極側隔膜と、
前記陽極電極と前記陰極電極との間に設けられ、前記陰極電極に接し、前記陽極側隔膜から離隔した陰極側隔膜と、
を備え、
前記陽極側隔膜と前記陰極側隔膜との間に電解液が供給される電解槽。 - 前記陽極電極から見て前記陰極電極の反対側の部分には陽極側気相が存在し、前記陰極電極から見て前記陽極電極の反対側の部分には陰極側気相が存在する請求項８記載の電解槽。
- 前記陽極電極は前記陽極側気相に接し、前記陰極電極は前記陰極側気相に接する請求項９記載の電解槽。
- 請求項８〜１０のいずれか１つに記載の電解槽と、
前記電解液を保持する電解液タンクと、
前記電解液タンクから前記陽極側隔膜と前記陰極側隔膜との間に前記電解液を供給する供給手段と、
を備えた水素製造装置。
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