JP3278834B2 - Electrolysis cell for electrolysis - Google Patents

Electrolysis cell for electrolysis

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JP3278834B2
JP3278834B2 JP21915297A JP21915297A JP3278834B2 JP 3278834 B2 JP3278834 B2 JP 3278834B2 JP 21915297 A JP21915297 A JP 21915297A JP 21915297 A JP21915297 A JP 21915297A JP 3278834 B2 JP3278834 B2 JP 3278834B2
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electrolytic
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哲夫 三好
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アイエスプラン株式会社
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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本願発明は、水の電気分解に
用いることのできる電解槽の改良に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to electrolysis of water.
The present invention relates to improvement of an electrolytic cell that can be used .

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、電解槽、特に水の電気分解に用い
られる電極板に関しては、導電性のある金属、特に、
金、白金、パラジウム、鉄、ステンレス、亜鉛、チタン
等が用いられている。ところが、これらの金属では、電
解時に使用する電気のためにイオン化して、磨滅してし
まうことが避けられない。また、電気分解する際に起こ
る電気抵抗を減少させることが、電解効率の向上には望
ましいが、これらの金属では、その効率上昇のための改
良にも限度がある。さらに、これらの導電性金属の中に
は、加工性の悪いものや、或いは、高価のものもあり、
その性能、目的によっては、これらの欠点を知りつつ
も、使用せざるを得ない場合もある。また、従来の電極
板を用いた電解セルは、陰極用と陽極用の各電極板の間
に、絶縁体と、防水用のOリングとの少なくとも2部材
を、それぞれ介在させていた。ところが、これらの部材
を介在させることは、電極間の間隔を減少させるのにも
限度があり、その分、電解セル並びにこれを収納する電
解槽が大型化し、電解効率の向上にも限度が生ずるもの
であった。また、これらの部材を、厚み方向に重ねて介
在させるのではなく、半径方向に配位することによっ
て、電極間の間隔の減少を図ることも考え得るが、その
場合には、各部材の加工精度のみならず組付けの精度の
向上を図る必要がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, an electrolysis cell, particularly an electrode plate used for electrolysis of water, has a conductive metal, in particular,
Gold, platinum, palladium, iron, stainless steel, zinc, titanium and the like are used. However, it is inevitable that these metals are ionized due to electricity used during electrolysis and worn away. Further, it is desirable to reduce the electric resistance generated during the electrolysis to improve the electrolysis efficiency. However, with these metals, the improvement for increasing the efficiency is limited. Furthermore, some of these conductive metals have poor workability or are expensive.
Depending on its performance and purpose, it may be necessary to use it while knowing these disadvantages. Further, in an electrolytic cell using a conventional electrode plate, at least two members of an insulator and a waterproof O-ring are interposed between each of the cathode and anode electrode plates. However, the interposition of these members has a limit in reducing the interval between the electrodes, and accordingly, the size of the electrolytic cell and the electrolytic tank containing the electrolytic cell are increased, and the improvement in the electrolytic efficiency is also limited. Was something. In addition, it is conceivable to reduce the distance between the electrodes by arranging these members in the radial direction instead of interposing them in the thickness direction. It is necessary to improve not only the accuracy but also the accuracy of the assembly.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本願の発明は、電極の
イオン化による磨滅を防止し、電気分解する際に起こる
電気抵抗を減少させ、電解効率の向上を図ることがで
き、さらに、加工性が良い電気分解用の電極を備えると
共に、電解セル及び電解槽の小型化を図ることができる
水の電気分解用の電解槽を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to an electrode
Prevents wear due to ionization and occurs during electrolysis
It is possible to reduce the electric resistance and improve the electrolytic efficiency.
And with an electrode for electrolysis with good processability
In both cases, the size of the electrolytic cell and the electrolytic cell can be reduced.
An electrolytic cell for electrolysis of water is provided.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本願の第1の発明は、内
部に電解セル101を備えた水、KOH,NaOH,
2 SO 4 等の電解液の電気分解用の電解層において、こ
の電解セル101は陰極板102aと陽極板102bと
の電極板102を交互に配位したものであり、各電極板
102は、導電性を有する金属によって形成された板状
体の表面に、プロトン伝導セラミックの層を形成したも
のであり、この電極板102は、電気分解により発生し
たガスを流通させるガス流通穴104と電解水流通穴1
06とが、それぞれ表裏を貫いて形成されたものであ
り、陰極板102aと陽極板102bとの各電極板10
2a,102bの間には、絶縁、防水、耐圧性を有する
1枚のスペーサ111が介在させて固定され、スペーサ
111は、電極板102a,102bの全周に当接する
リング状をなし、中央に表裏を貫いて形成された貫通部
112を有し、この貫通部112は、電極板102のガ
ス流通穴104及び電解水流通穴106を含む大きさに
形成されたものであることを特徴とする電気分解用の電
解層を提供する。本願の第2の発明は、上記の水の電気
分解用の電解層にあって、陰極板102aの表面に形成
されたプロトン伝導セラミックの層が、1)SrCeY
bO 3 とMgとCaCO 2 を配合して焼結したセラミッ
ク、2)SrZrYbO 3 とMgとCaCO 2 を配合し
て焼結したセラミック3)SrCeYO 3 とMgとCa
CO 2 を配合して焼結したセラミックからなる群から選
択された少なくとも1種であり、陽極板102bの表面
に形成されたプロトン伝導セラミックの層が、1)Ca
ZrYO 3 とCeとCaCO 2 を配合して焼結したセラ
ミック、2)CaZrInO 3 とCeとCaCO 2 を配
合して焼結したセラミック、3)SrZrYbO 3 とC
eとCaCO 2 を配合して焼結したセラミックからなる
群から選択された少なくとも1種であることを特徴とす
る電気分解用の電解層を提供するものである。水等の電
気分解に使われるプロトン伝導セラミックとしては、種
々のものを用いることができるが、セラミック上で生ず
る電気化学的反応が高速で効率が高い点で、ストロンチ
ウムセレートベースとジルコン酸塩ベースのベログスカ
イト酸化サラミックが特に有効である。
Means for Solving the Problems The first invention of the present application comprises:
Water, KOH, NaOH, H provided with an electrolytic cell 101 in the section
2 In the electrolytic layer for electrolysis of electrolyte such as SO 4
Electrolytic cell 101 has a cathode plate 102a and an anode plate 102b.
Electrode plates 102 are alternately arranged.
102 is a plate-shaped member formed of conductive metal
Formed a layer of proton conducting ceramic on the surface of the body
This electrode plate 102 is generated by electrolysis.
Flow hole 104 for flowing the gas and electrolytic water flow hole 1
06 are formed through the front and back, respectively.
And the respective electrode plates 10 of the cathode plate 102a and the anode plate 102b.
Insulation, waterproof, and pressure resistance between 2a and 102b
One spacer 111 is interposed and fixed.
111 is in contact with the entire circumference of the electrode plates 102a and 102b.
Ring-shaped, penetrating part formed in the center through the front and back
112, and the through portion 112
Size including the flow hole 104 and the electrolytic water flow hole 106
An electrode for electrolysis characterized by being formed
Provide delamination. The second invention of the present application is the above-mentioned water electricity
In the electrolytic layer for decomposition, formed on the surface of the cathode plate 102a
1) SrCeY
Ceramic sintered by blending bO 3 , Mg and CaCO 2
Click, 2) blended SrZrYbO 3 Mg and CaCO 2
3) SrCeYO 3 , Mg and Ca
Select from the group consisting of ceramics mixed and sintered with CO 2
At least one selected surface of the anode plate 102b
The layer of the proton conductive ceramic formed on
Sera sintered by blending ZrYO 3 , Ce and CaCO 2
Mick, 2) configuration of CaZrInO 3 Ce and CaCO 2
3) SrZrYbO 3 and C
It is composed of a ceramic sintered by mixing e and CaCO 2
Characterized in that it is at least one selected from the group
The present invention provides an electrolytic layer for electrolysis. Various types of proton conductive ceramics can be used for the electrolysis of water, etc., but the strontium serate-based and zirconate-based Is particularly effective.

【0005】より詳しくは、プロトン伝導セラミックと
して、下記の成分に示した複数種類の元素を含有する酸
化物伝導材料を用いる。 即ち、このプロトン伝導セラミックの主成分としては、
1)元素周期表IIIa族のSr(ストロンチウム)、Ba
(バリウム)、Zr(ジルコニウム)からなる群(1)
群)から選ばれた少なくとも一種を採用する。この主成
分のみで実施してもよいが、これに加えて、複合材とし
て、 2) Y(イットリウム)、Gd(ガドリニウム)、Yb
(イッテルビウム)、Eu(ユーロビウム)、Tb(テ
ルビウム)、Dy(ジスプロシウム)、Ho(ホルミウ
ム)、Er(エルビウム)、Tm(ツリウム)、Lu
(ルテチウム)、Sc(スカンジウム)および、その他
のランタノイドよりなる群(2)群)から選ばれた1種又
は複数種の元素と、 3) Mg(マグネシウム)、Be(ベリリウム)、Al
(アルミニウム)、Fe(鉄)、Co(コバルト)、N
i(ニッケル)、Cr(クロム)、Ti(チタン)、M
n(マンガン)からなる群(3)群)から選ばれた1つま
たは、複数種類の元素を夫々配合することが好ましい。
2)群から選ばれた少なくとも1種と、3)群から選ばれた
少なくとも1種との少なくとも2種を配合することが好
ましいが、2)群から選ばれた少なくとも1種のみ、3)群
から選ばれた少なくとも1種のみを、配合してもよい。
また、1)群の主成分として選択されなかった1)群中の他
の成分を、少量、複合材として配合してもよい。例え
ば、Sr(ストロンチウム)を主成分として配合すると
共に、少量のZr(ジルコニウム)を複合材として配合
してもよい。
[0005] More specifically, an oxide conductive material containing a plurality of types of elements shown below is used as the proton conductive ceramic. That is, as a main component of this proton conductive ceramic,
1) Sr (strontium), Ba of group IIIa of the periodic table
(1) Group consisting of (barium) and Zr (zirconium)
Group) is adopted. It may be carried out only with this main component, but in addition, 2) Y (yttrium), Gd (gadolinium), Yb
(Ytterbium), Eu (eurobium), Tb (terbium), Dy (dysprosium), Ho (holmium), Er (erbium), Tm (thulium), Lu
One or more elements selected from the group consisting of (lutetium), Sc (scandium) and other lanthanoids (group (2)); 3) Mg (magnesium), Be (beryllium), Al
(Aluminum), Fe (iron), Co (cobalt), N
i (nickel), Cr (chromium), Ti (titanium), M
It is preferable to mix one or more elements selected from the group consisting of n (manganese) (group (3)).
It is preferable to mix at least two kinds of at least one kind selected from group 2) and at least one kind selected from group 3), but only at least one kind selected from group 2) and group 3). At least one selected from the above may be blended.
Further, other components in the 1) group, which were not selected as the main components of the 1) group, may be blended as a composite material in a small amount. For example, Sr (strontium) may be compounded as a main component, and a small amount of Zr (zirconium) may be compounded as a composite material.

【0006】特に、直流電気分解においては、電解液が
昇温する事も、伝導度が高まる為には有効な働きをする
事も、プラス要因となるため、ストロンチウム酸化セレ
ート等の上記の1)群から選ばれた少なくとも一種の元素
の酸化物を、セラミック成分中の60〜95重量%とす
ることが望ましく、その他の成分を上記の複合材、特
に、鉄、アルミ、銅、金、銀等の導電性金属とすること
が好ましい。これらの配合成分は、電気伝導度と電解液
の耐腐食性を考慮に入れて適宜選択して使用する事が出
来る。
Particularly, in direct current electrolysis, since the temperature of the electrolyte solution and the effective function for increasing the conductivity are both positive factors, the above-mentioned 1) such as strontium oxide serate is used. The oxide of at least one element selected from the group is desirably 60 to 95% by weight of the ceramic component, and the other components are the above-mentioned composite materials, particularly iron, aluminum, copper, gold, silver and the like. It is preferable to use the conductive metal. These components can be appropriately selected and used in consideration of electric conductivity and corrosion resistance of the electrolytic solution.

【0007】このセラミックをコーティングして層を形
成する基体としては、電気分解に生ずる圧力と熱に対す
る耐圧性と耐熱性を備えたものであれば良く、例えば、
水の電気分解の場合には、約2.5気圧の耐圧性、10
0°C程度の耐熱性を備えておればよく、鉄やステンレ
ス等の金属や、合成樹脂の板材を採用し得るものであ
り、導電性の有無を問わない。また、基体には、従来と
同様の白金、金等の他の金属も採用することができる
が、製造コストの上昇を抑えるためには、貴金属をあえ
て採用する必要はない。
The substrate on which this ceramic is coated to form a layer may be any substrate provided that it has pressure resistance and heat resistance to electrolysis pressure and heat, and for example,
In the case of water electrolysis, a pressure resistance of about 2.5 atm.
It is only necessary to have a heat resistance of about 0 ° C., and a metal such as iron or stainless steel, or a plate material of a synthetic resin can be adopted, and it does not matter whether or not there is conductivity. In addition, other metals such as platinum and gold as in the prior art can be used for the substrate, but it is not necessary to use a noble metal in order to suppress an increase in manufacturing cost.

【0008】上記の酸化物伝導材料は、セラミック製造
の常法に従い、1300°C程度の適当な焼結温度で焼
結させられる。この焼結は、上記の基体へ付与した後に
行ってもよいが、基体へ付与する前に行うこともでき
る。この焼結温度に対する耐熱性を持つ鉄等を基体とし
て採用した場合には、焼結は、酸化物伝導材料を基体に
付与した後に、若しくは付与前、何れの段階で行っても
よいが、焼結温度に対する耐熱性を持たない合成樹脂等
を基体として採用した場合には、焼結は、酸化物伝導材
料を基体に付与する前に行えばよい。付与後に焼結する
方法の一例としては、微粒子状の上記の酸化物伝導材料
に水等の液体を加えて、スラリー状として基体表面に付
与した後、焼結する方法を上げることができる。付与前
に焼結する方法としては、微粒子状の上記の酸化物伝導
材料をそのまま焼結し、アーク溶射等によって、基体表
面に積層する。
The above-mentioned oxide conductive material is sintered at an appropriate sintering temperature of about 1300 ° C. in accordance with a conventional method for producing a ceramic. This sintering may be performed after the application to the substrate, but may also be performed before the application to the substrate. When iron or the like having heat resistance to the sintering temperature is used as the base, sintering may be performed at any stage after or before the application of the oxide conductive material to the base. When a synthetic resin or the like having no heat resistance to the sintering temperature is used as the base, the sintering may be performed before applying the oxide conductive material to the base. As an example of a method of sintering after application, a method of adding a liquid such as water to the above-mentioned oxide conductive material in the form of fine particles, applying the slurry to the surface of the substrate, and then sintering can be used. As a method of sintering before application, the above-mentioned oxide conductive material in the form of fine particles is sintered as it is and laminated on the surface of the base by arc spraying or the like.

【0009】このプロトン伝導セラミックのコーティン
グ方法としては、適宜方法を選択して行うことができる
が、上記の電極板の基体に、プロトン伝導酸化セラミッ
クを酸化雰囲気でアニール後、スパッタ法、印刷法例え
ばスクリーン印刷法、スプレー法、プラズマスプレー
法、電化ビーム蒸着法、プラズマとVD法その他の方法
より形成することが望ましい。
As a method of coating the proton conductive ceramic, any method can be selected as appropriate, and the above-mentioned substrate of the electrode plate is annealed with a proton conductive oxide ceramic in an oxidizing atmosphere, and then subjected to a sputtering method, a printing method, or the like. It is desirable to form by a screen printing method, a spray method, a plasma spray method, an electrified beam evaporation method, a plasma and VD method, or other methods.

【0010】プロトン伝導セラミックは、コーティング
方法に従って、バインダーを用いて基体表面に積層する
ことができる。バインダーとする材料は、非プロトン伝
導体を用いる場合は1〜15%体積を加えた。特にスク
リーン印刷法やスプレー法で表面コートする場合のバイ
ンダーとしては、有機溶剤で溶ける有機樹脂を用いた。
この時の膜厚は10μm以上が必要で30μmまでの厚
みが望ましい。スパッタ法などでも、6μm以上が必要
で、10μmまでの厚みが望ましい。
The proton conductive ceramic can be laminated on the surface of the substrate using a binder according to a coating method. When a non-proton conductor is used, 1 to 15% by volume is added to the material as the binder. In particular, an organic resin soluble in an organic solvent was used as a binder for surface coating by a screen printing method or a spray method.
At this time, the film thickness is required to be 10 μm or more, and a thickness up to 30 μm is desirable. A thickness of 6 μm or more is required even in a sputtering method or the like, and a thickness up to 10 μm is desirable.

【0011】次に、上記の電気分解用の電極を少なくと
も陰陽一対配位し、これらの電極の間に、絶縁、防水、
耐圧性を有する1枚のスペーサを介在させて固定した電
解セルを、電解槽の内部に配位する。
Next, at least the above-mentioned electrode for electrolysis is used.
There is also a pair of yin and yang, between these electrodes, insulation, waterproof,
An electrode fixed with one pressure-resistant spacer interposed
The solution cell is coordinated inside the electrolytic cell.

【0012】この電解槽におけるスヘーサにあっては、
電極と電極の間に必要な、絶縁、防水、耐圧の各条件
を、別個の部材によって担わせるものではなく、1つの
部材によって満たすようにしたものである。具体的に
は、コルク材を粉砕し耐熱樹脂と混合させて成形するこ
とにより、耐圧、耐熱、絶縁、防水の各機能をもったス
ペーサを得るものである。即ち、樹脂の種類を選択する
と共に、粉砕コルク材との混合率を調整することによっ
て、適当な耐圧、耐熱、絶縁、防水の各機能をもったス
ペーサを得るものである。耐熱温度としては、80°C
以上、より望ましくは100°C以上の耐熱性があれば
よく、この耐熱性が満足できれば、熱可塑性の合成樹
脂、熱硬化性の合成樹脂の何れを問わない。耐圧圧力と
しては、約2.5気圧以上の耐圧性があればよい。
In the spacer in this electrolytic cell,
The conditions required for insulation, waterproofing, and pressure resistance between electrodes are not performed by separate members, but are satisfied by one member. More specifically, a cork material is pulverized, mixed with a heat-resistant resin, and molded to obtain a spacer having functions of pressure resistance, heat resistance, insulation, and water resistance. That is, by selecting the type of resin and adjusting the mixing ratio with the pulverized cork material, a spacer having appropriate functions of pressure resistance, heat resistance, insulation, and water resistance is obtained. 80 ° C as heat resistant temperature
As described above, more desirably, a heat resistance of 100 ° C. or more is sufficient. If this heat resistance can be satisfied, any of a thermoplastic synthetic resin and a thermosetting synthetic resin can be used. It is sufficient that the pressure resistance is at least about 2.5 atm.

【0013】このスペーサは、少なくとも陰陽一対の電
極板の間に配位される。このスペーサは、両電極板の全
周に当接するリング状をなすものとして実施され、必要
に応じて、固定用のボルトを挿通するボルト挿通穴を設
ける。そして、樹脂等の材質と配合率を任意に調整する
ことによって、必要耐圧、必要耐熱、必要弾性を得るも
のとする。また、成形の際のプレス圧によって、弾性も
任意に調整することができる。
The spacer is arranged between at least a pair of electrode plates. The spacer is formed in a ring shape that comes into contact with the entire circumference of both electrode plates, and a bolt insertion hole for inserting a fixing bolt is provided as necessary. Then, the required pressure resistance, required heat resistance, and required elasticity are obtained by arbitrarily adjusting the material such as resin and the mixing ratio. Also, the elasticity can be arbitrarily adjusted by the pressing pressure at the time of molding.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本願発明の実
施の形態を説明する。図1の(A)は本願発明の実施の
形態に係る電極板の斜視図であり、(B)はスペーサの
斜視図である。図2及び図3は電解セルの縦断面図であ
り、図2は図1の(A)のII−II線に沿うもので、図3
は図1の(A)のIII −III 線に沿うものである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1A is a perspective view of an electrode plate according to the embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a perspective view of a spacer. 2 and 3 are longitudinal sectional views of the electrolytic cell. FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II of FIG.
Is along the line III-III in FIG.

【0015】この実施の形態に係る電解槽は、電解セル
101を内部に備える。電解セル101は少なくとも一
対、この例では電極板102を、多数配列したものであ
る。この例では、横方向に多数配列したが、配列方向は
自由であり、縦方向に配列した電解槽とすることもでき
る。電極板102は、陰極板102aと陽極板102b
とを交互に配位し、各電極板102a,102bの間に
スペーサ111を配位したものであるが、陰極板102
aと陽極板102bの具体的の形状構成は、同一であ
り、以下の説明では特に必要のない限り電極板102と
して説明する。
The electrolytic cell according to this embodiment includes an electrolytic cell 101 therein. The electrolytic cell 101 has at least one pair, in this example, a large number of electrode plates 102 arranged. In this example, a large number of cells are arranged in the horizontal direction, but the arrangement direction is arbitrary, and an electrolytic cell arranged in the vertical direction can be used. The electrode plate 102 includes a cathode plate 102a and an anode plate 102b.
Are alternately arranged, and a spacer 111 is arranged between each of the electrode plates 102a and 102b.
The specific shape and configuration of a and the anode plate 102b are the same, and in the following description, the electrode plate 102 will be described unless otherwise required.

【0016】電極板102は、鉄、ステンレス等の導電
性を有する金属によって形成された板状体の表面に、プ
ロトン伝導セラミックをコーティングしたものである。
この電極板102は、矩形状をなし、その四隅にボルト
用の貫通穴105が表裏を貫いて形成されている。ま
た、中央上方には、電気分解により発生したガス(水
素、酸素)を流通させるガス流通穴104が、中央下方
には、電解水流通穴106が、それぞれ表裏を貫いて形
成されている。
The electrode plate 102 is formed by coating a surface of a plate-shaped body made of a conductive metal such as iron or stainless steel with a proton conductive ceramic.
The electrode plate 102 has a rectangular shape, and through holes 105 for bolts are formed at four corners of the electrode plate 102 so as to penetrate the front and back. Further, a gas flow hole 104 through which gas (hydrogen and oxygen) generated by electrolysis flows is formed above the center, and an electrolyzed water flow hole 106 is formed below the center through the front and back.

【0017】陰極板102aにコーティングされるプロ
トン伝導セラミックとしては、下記のものを例示し得
る。1)SrCeYbO3 とMgとCaCO2 を配合し
て焼結したセラミック 2)SrZrYbO3 とMgとCaCO2 を配合して焼
結したセラミック 3)SrCeYO3 とMgとCaCO2 を配合して焼結
したセラミック
Examples of the proton conductive ceramic coated on the cathode plate 102a include the following. 1) Ceramic sintered by mixing SrCeYbO 3 , Mg and CaCO 2 2) Ceramic sintered by mixing SrZrYbO 3 , Mg and CaCO 2 3) Sintered by mixing SrCeYO 3 , Mg and CaCO 2 ceramic

【0018】陽極板102bにコーティングされるプロ
トン伝導セラミックとしては、下記のものを例示し得
る。1)CaZrYO3 とCeとCaCO2 を配合して
焼結したセラミック 2)CaZrInO3 とCeとCaCO2 を配合して焼
結したセラミック 3)SrZrYbO3 とCeとCaCO2 を配合して焼
結したセラミック
Examples of the proton conductive ceramic coated on the anode plate 102b include the following. 1) A ceramic sintered by blending CaZrYO 3 , Ce and CaCO 2 2) A ceramic sintered by blending CaZrInO 3 , Ce and CaCO 2 3) A ceramic sintered by blending SrZrYbO 3 , Ce and CaCO 2 ceramic

【0019】次に、陰陽の電極板102a,102bの
間に、配位されるスペーサ111について説明する。こ
のスペーサ111は、両電極板102a,102bの全
周に当接するリング状をなすものとして実施されてい
る。詳しくは、スペーサ111は、電極板102と略等
しい外形を有し、その中央に、表裏を貫いて形成された
貫通部112を有する。この貫通部112は、電極板1
02のガス流通穴104及び電解水流通穴106を含む
大きさに形成されている。また、スペーサ111の四隅
には、電極板102のボルト用の貫通穴105に嵌まり
込む突起部113が形成され、この突起部113には、
表裏を貫いてボルト挿通穴114が形成されている。
Next, the spacer 111 arranged between the negative and positive electrode plates 102a and 102b will be described. The spacer 111 is embodied as a ring that comes into contact with the entire periphery of both electrode plates 102a and 102b. More specifically, the spacer 111 has an outer shape substantially equal to that of the electrode plate 102, and has a penetrating portion 112 formed at the center thereof so as to penetrate the front and back surfaces. The penetrating portion 112 is provided in the electrode plate 1
No. 02 is formed in a size including the gas flow hole 104 and the electrolytic water flow hole 106. Further, at the four corners of the spacer 111, projections 113 that fit into the bolt through holes 105 of the electrode plate 102 are formed.
A bolt insertion hole 114 is formed through the front and back.

【0020】電解セルの組付けに際しては、電極板10
2のボルト用の貫通穴105に、スペーサ111の突起
部113を嵌入する。そして、所定数の電極板102を
スペーサ111を介して陰極と陽極を交互に並べて配設
する。そして、各スペーサ111の突起部113を貫く
ボルト挿通穴114に、固定用のボルト121を通し
て、ナット122で締めつけて固定する。また、電解セ
ルの両端に位置する陰極板102aと、陽極板102b
には、それぞれ、スタッドボルト等による端子107
a,107bが形成され、電解用の電流が供給される。
When assembling the electrolytic cell, the electrode plate 10
The protrusion 113 of the spacer 111 is fitted into the through hole 105 for the second bolt. Then, a predetermined number of electrode plates 102 are arranged by alternately arranging cathodes and anodes via spacers 111. Then, a fixing bolt 121 is passed through a bolt insertion hole 114 that penetrates the protrusion 113 of each spacer 111, and is tightened and fixed with a nut 122. Further, a cathode plate 102a located at both ends of the electrolytic cell and an anode plate 102b
Have terminals 107 such as stud bolts, respectively.
a, 107b are formed, and a current for electrolysis is supplied.

【0021】このスペーサ111は、コルク材を粉砕し
耐熱製の合成樹脂と混合させて成形することにより、絶
縁、防水、耐圧、耐熱、弾性の各性能を備えたものとし
て一体に形成されている。即ち、スペーサ111によっ
て、各電極板102間の絶縁が図られ、また、この実施
の形態では、固定用のボルト121と各電極板102と
の間の絶縁も図られている。また、各電極板102間の
間の防水性も図られ、各電極板102間から水や発生し
たガス(水素、酸素)が、外部に洩れ出ることが防止さ
れる。また、電解液が昇温した際にも影響のない程度の
適度の耐熱性によって、その性能は維持され得る。
The spacer 111 is integrally formed as a material having insulation, waterproof, pressure resistance, heat resistance and elasticity properties by crushing a cork material, mixing with a heat-resistant synthetic resin and molding. . That is, the insulation between the electrode plates 102 is achieved by the spacer 111, and in this embodiment, the insulation between the fixing bolt 121 and each electrode plate 102 is also achieved. In addition, waterproofness between the electrode plates 102 is also achieved, and water and generated gas (hydrogen, oxygen) from between the electrode plates 102 are prevented from leaking to the outside. In addition, the performance can be maintained by an appropriate heat resistance that is not affected even when the temperature of the electrolytic solution rises.

【0022】次に、この電解セル101は、図4に示す
ように、電解槽1内に配位される。この電解槽1内に
は、水や、KOH,NaOH,H2 SO4 等の電解液が
満たされる。電解液の水位は、上下の2箇所に設けられ
たセンサー(図示せず)によって感知され、弁(図示せ
ず)の開閉等によって、水位の調整がなされる。電解液
は、図2に示すように、各電極板102の中央下方の電
解水流通穴106から、各電極板102間のスペーサ1
11の貫通部112を経て、各電極板102間に行き渡
る。そして、電流が流され、電気分解によって、酸素及
び水素が発生する。発生した水素及び酸素は、別個に捕
収してもよいが、この実施の形態では、酸素及び水素を
混合ガスとして取り出す。即ち、各電極板102間のス
ペーサ111の貫通部112から、各電極板102の中
央下方のガス流通穴104を経て、電解セルの外部に流
出する。流出した酸素及び水素の混合ガスは、電解槽の
上部の捕収タンクに捕収される。
Next, as shown in FIG. 4, the electrolytic cell 101 is arranged in an electrolytic cell 1. The electrolytic cell 1 is filled with water or an electrolytic solution such as KOH, NaOH, and H 2 SO 4 . The water level of the electrolyte is sensed by sensors (not shown) provided at the upper and lower positions, and the water level is adjusted by opening and closing a valve (not shown). As shown in FIG. 2, the electrolytic solution is supplied from the electrolyzed water flow hole 106 below the center of each electrode plate 102 to the spacer 1 between the electrode plates 102.
The electrode extends between the electrode plates 102 through the 11 through portions 112. Then, an electric current is passed and oxygen and hydrogen are generated by electrolysis. Although the generated hydrogen and oxygen may be separately collected, in this embodiment, oxygen and hydrogen are extracted as a mixed gas. That is, the gas flows out of the electrolytic cell from the penetrating part 112 of the spacer 111 between the electrode plates 102 through the gas flow holes 104 below the center of each electrode plate 102. The mixed gas of oxygen and hydrogen that has flowed out is collected in a collection tank above the electrolytic cell.

【0023】取り出された混合ガスは、燃焼ガスとし
て、調理、暖房、加熱、燃焼エネルギーガスとして使用
され得る。このように、この実施の形態では、陰極板と
陽極板との間に分離膜を使用しないで混合ガスとして取
り出すものであるため、その分、電気抵抗も少なくで
き、また、電極板間の空間も最小空間しか必要としない
ものであり、水素、酸素の製造コストも安価なものとす
ることができる。勿論、分離膜等を使用して、陰極室と
陽極室とを分離して、水素、酸素を別々に取り出すこと
も可能である。
The mixed gas taken out can be used as cooking gas, heating, heating and combustion energy gas as combustion gas. As described above, in this embodiment, since the mixed gas is taken out without using the separation membrane between the cathode plate and the anode plate, the electric resistance can be reduced accordingly, and the space between the electrode plates can be reduced. Requires only a minimum space, and the production cost of hydrogen and oxygen can be reduced. Of course, it is also possible to separate the cathode chamber and the anode chamber by using a separation membrane or the like, and to separately extract hydrogen and oxygen.

【0024】さらに、図4に基づき、燃焼ガスとしての
利用の一例を示しておくと、この電解槽1は、炭化水素
燃料を気化させるための気化手段2と、水の分解より発
生して(H2 ,O2 )と気化した炭化水素燃料とを所定
の比率で混合させことにより燃焼ガスを得るための混合
手段3と、この燃焼ガスを燃焼させるための燃焼手段4
とに接合して用いられる。
Further, referring to FIG. 4, an example of utilization as a combustion gas will be described. This electrolytic cell 1 is formed by vaporizing means 2 for vaporizing a hydrocarbon fuel and decomposition of water ( Mixing means 3 for obtaining combustion gas by mixing H 2 , O 2 ) and vaporized hydrocarbon fuel at a predetermined ratio, and combustion means 4 for burning this combustion gas.
Used in conjunction with

【0025】電解槽1には、ポンプ12等で供給される
電解液が供給され、DC電源13から電極間に通電し
て、電気分解がなされるものである。分解により発生し
た水素、酸素(H2 ,O2 )は、パイプ51等の移送路
を通り、混合手段3に送られる。
An electrolytic solution supplied by a pump 12 or the like is supplied to the electrolytic cell 1, and electricity is supplied from a DC power supply 13 between the electrodes to perform electrolysis. Hydrogen and oxygen (H 2 , O 2 ) generated by the decomposition are sent to the mixing means 3 through a transfer path such as a pipe 51.

【0026】気化手段2には、ジャケット等の加温手段
21を備えたレギュレータタンク22等の液体化石燃料
の加熱装置が用いられ、重油、軽油、灯油等の液体の化
石燃料が、ポンプ23等によってレギュレータタンク2
2内に供給される。供給される液体化石燃料は、加熱に
よって気化し、パイプ52等の移送路を通り、混合手段
3に送られる。
A liquid fossil fuel heating device such as a regulator tank 22 provided with a heating means 21 such as a jacket is used as the vaporizing means 2, and a liquid fossil fuel such as heavy oil, light oil, kerosene or the like is supplied to a pump 23 or the like. By regulator tank 2
2. The supplied liquid fossil fuel is vaporized by heating, and is sent to the mixing means 3 through a transfer path such as the pipe 52.

【0027】混合手段3は、水素、酸素(H2 ,O2
と、気化燃料との流量の混合比率を、所定の値に調整し
て混合するものであり、調整手段として、電気分解槽1
1からのパイプ51等の移送路に設けられた圧力調整器
31及び流量調整バルブ32と、レギュレータタンク2
2等の液体化石燃料の加熱装置からのパイプ52等の移
送路に設けられた流量調整バルブ33とを備える。
The mixing means 3 comprises hydrogen, oxygen (H 2 , O 2 )
And the mixing ratio of the flow rate with the vaporized fuel is adjusted to a predetermined value and mixed.
A pressure regulator 31 and a flow regulating valve 32 provided in a transfer path such as a pipe 51 from
And a flow control valve 33 provided on a transfer path such as a pipe 52 from a liquid fossil fuel heating device such as the second.

【0028】両流量調整バルブ32,33によって所定
のモル比に調整された水素、酸素(H2 ,O2 )及び気
化燃料(主とし炭化水素ガス)は、スタティックミキサ
ー34によって混合させられ、理想の混合燃焼ガスとし
て、パイプ53等の移送路を経て、燃焼手段4に送られ
る。
Hydrogen, oxygen (H 2 , O 2 ) and vaporized fuel (mainly hydrocarbon gas) adjusted to a predetermined molar ratio by the two flow control valves 32 and 33 are mixed by a static mixer 34, and ideally mixed. Is sent to the combustion means 4 via a transfer path such as a pipe 53.

【0029】燃焼手段4には、通常のボイラー等を採用
でき、耐火煉瓦等の耐火物を内壁に備えた炉41と、こ
の炉に設けられた連通気孔耐火物を有するバーナー42
等の燃焼器とを備える。そして、前述のように、バーナ
ー42から供給された混合燃焼ガスが炉内で爆発的に燃
焼するものである。排気ガスは、炉41に設けられた排
管43から外部に排出されるが、この排管43の熱を、
前述のジャケット等の加温手段21の熱源の一部として
利用することもできる。
As the combustion means 4, a normal boiler or the like can be employed, and a furnace 41 having a refractory such as a refractory brick on its inner wall, and a burner 42 having a continuous vent refractory provided in the furnace.
And the like. As described above, the mixed combustion gas supplied from the burner 42 explosively burns in the furnace. The exhaust gas is exhausted to the outside from an exhaust pipe 43 provided in the furnace 41.
It can also be used as a part of the heat source of the heating means 21 such as the above-mentioned jacket.

【0030】尚、この実施の形態では、水の電気分解を
例に説明したが、他の電気分解の電極若しくは電解槽と
しても本願発明は実施し得る。また、電極の形状は、矩
形の板状として実施したが、円盤形状等、適宜形状に変
更し得る。
In this embodiment, the electrolysis of water has been described as an example. However, the present invention can be applied to other electrolysis electrodes or electrolytic cells. Although the shape of the electrode is a rectangular plate, the shape may be changed to an appropriate shape such as a disk shape.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上、本願発明は、電極のイオン化によ
る磨滅を防止し、電気分解する際に起こる電気抵抗を減
少させ、電解効率の向上を図ることができ、さらに、加
工性が良い電気分解用の電極を備え、電解セルひいては
電解槽の小型化を図ることができる電気分解用の電解槽
を提供し得たものである。
As described above , the present invention is based on the ionization of the electrode.
To reduce the electrical resistance that occurs during electrolysis.
And improve the electrolysis efficiency.
Equipped with an electrode for electrolysis with good workability,
An electrolytic cell for electrolysis that can reduce the size of the electrolytic cell
Was provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(A)は本願発明の実施の形態に係る電極板の
斜視図であり、(B)はスペーサの斜視図である。
FIG. 1A is a perspective view of an electrode plate according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a perspective view of a spacer.

【図2】本願発明の実施の形態に係る電解セルの図1
(A)のII−II線に沿う断面図である。
FIG. 2 shows an electrolytic cell according to an embodiment of the present invention.
It is sectional drawing which follows the II-II line of (A).

【図3】本願発明の実施の形態に係る電解セルの図1
(A)のIII −III 線に沿う断面図である。
FIG. 3 shows an electrolytic cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3A is a cross-sectional view along the line III-III.

【図4】本願発明の実施の形態に係る電解槽を用いた化
石燃料の燃焼装置の説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a fossil fuel combustion apparatus using an electrolytic cell according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 電解セル 102 電極板 102a 陰極板 102b 陽極板 104 ガス流通穴 105 貫通穴 106 電解水流通穴 111 スペーサ 112 貫通部 113 突起部 114 ボルト挿通穴 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Electrolysis cell 102 Electrode plate 102a Cathode plate 102b Anode plate 104 Gas flow hole 105 Through hole 106 Electrolyzed water flow hole 111 Spacer 112 Penetrating part 113 Projecting part 114 Bolt insertion hole

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 内部に電解セル101を備えた水、KO
H,NaOH,H 2 SO 4 等の電解液の電気分解用の電
解層において、 この電解セル101は陰極板102aと陽極板102b
との電極板102を交互に配位したものであり、 各電極板102は、導電性を有する金属によって形成さ
れた板状体の表面に、プロトン伝導セラミックの層を形
成したものであり、 この電極板102は、電気分解により発生したガスを流
通させるガス流通穴104と電解水流通穴106とが、
それぞれ表裏を貫いて形成されたものであり、 陰極板102aと陽極板102bとの各電極板102
a,102bの間には、絶縁、防水、耐圧性を有する1
枚のスペーサ111が介在させて固定され、 スペーサ111は、電極板102a,102bの全周に
当接するリング状をなし、中央に表裏を貫いて形成され
た貫通部112を有し、この貫通部112は、電極板1
02のガス流通穴104及び電解水流通穴106を含む
大きさに形成されたものであることを特徴とする電気分
解用の電解層。
1. Water, KO having an electrolytic cell 101 therein
H, NaOH, electricity for electrolysis of the electrolytic solution such as H 2 SO 4
In the delamination, the electrolytic cell 101 includes a cathode plate 102a and an anode plate 102b.
Electrode plates 102 are alternately arranged , and each electrode plate 102 is formed of a conductive metal.
A layer of proton conductive ceramic on the surface of the plate
Are those that form, the electrode plate 102, the flow of gas generated by electrolysis
The gas flow hole 104 and the electrolytic water flow hole 106 to be passed are
Each of the electrode plates 102 of the cathode plate 102a and the anode plate 102b is formed through the front and back sides.
a, 102b having insulation, waterproofness, and pressure resistance
A plurality of spacers 111 are interposed and fixed, and the spacers 111 are provided all around the electrode plates 102a and 102b.
It has a ring shape that abuts and is formed through the front and back at the center.
The through-hole 112 is formed on the electrode plate 1.
02 including a gas flow hole 104 and an electrolytic water flow hole 106
An electric component characterized by being formed in a size.
Electrolytic layer for solution.
【請求項2】 陰極板102aの表面に形成されたプロ
トン伝導セラミックの層が、1)SrCeYbO 3 とM
gとCaCO 2 を配合して焼結したセラミック、2)S
rZrYbO 3 とMgとCaCO 2 を配合して焼結した
セラミック3)SrCeYO 3 とMgとCaCO 2 を配
合して焼結したセラミックからなる群から選択された少
なくとも1種であり、 陽極板102bの表面に形成されたプロトン伝導セラミ
ックの層が、1)CaZrYO 3 とCeとCaCO 2
配合して焼結したセラミック、2)CaZrInO 3
CeとCaCO 2 を配合して焼結したセラミック、3)
SrZrYbO 3 とCeとCaCO 2 を配合して焼結し
たセラミックからなる群から選択された少なくとも1種
であることを特徴とする請求項1記載の電気分解用の電
解層。
2. A profile formed on the surface of the cathode plate 102a.
The layers of conductive ceramics are: 1) SrCeYbO 3 and M
g ) and ceramic sintered by mixing CaCO 2 2) S
rZrYbO 3 , Mg and CaCO 2 were mixed and sintered
Distribution ceramic 3) SrCeYO 3 Mg and CaCO 2
Selected from the group consisting of ceramics sintered together.
At least one kind of proton conductive ceramic is formed on the surface of the anode plate 102b.
Layer of click is, 1) a CaZrYO 3 and Ce and CaCO 2
2) CaZrInO 3 with ceramic sintered and blended
Ceramic sintered by mixing Ce and CaCO 2 3)
SrZrYbO 3 , Ce and CaCO 2 are mixed and sintered
At least one selected from the group consisting of ceramics
2. The electrode for electrolysis according to claim 1, wherein
Delamination.
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