JP6621970B1 - アルカリ水電解用電解槽 - Google Patents
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Abstract
Description
陽極エンドユニット901eは、電解槽の陽極側端部側(図1の紙面右側)から順に配置された、陽極側プレスフレーム961、陽極側絶縁板951、及び陽極エンドセル910eを備えてなる。陰極エンドユニット902eは、電解槽の陰極側端部側(図1の紙面左側)から順に配置された、陰極側プレスフレーム962、陰極側絶縁板952、及び陰極エンドセル920eを備えてなる。
陰極エンドセル920e、各陽極室セル910、各陰極室セル920、及び各ガスケット940のそれぞれ下部には陰極液供給用流通部972が、それぞれ上部には陰極液・ガス回収用流通部974が設けられており、該陰極液供給用流通部972から各陰極室Cに陰極液が供給され、該陰極液・ガス回収用流通部974に各陰極室Cから陰極液および陰極924での発生ガスが回収される。
陰極液供給用流通部に陰極液を供給する陰極液供給管982が、陰極側プレスフレーム962及び陰極側絶縁板952に設けられた第2の貫通孔(不図示)を通じて、陰極液供給用流通部972に接続されている。
陽極液・ガス回収用流通部から陽極液およびガスを回収する陽極液・ガス回収管983が、陰極側プレスフレーム962及び陰極側絶縁板952に設けられた第3の貫通孔(不図示)を通じて、陽極液・ガス回収用流通部973に接続されている。
陰極液・ガス回収用流通部から陰極液およびガスを回収する陰極液・ガス回収管984が、陰極側プレスフレーム962及び陰極側絶縁板952に設けられた第4の貫通孔(不図示)を通じて、陰極液・ガス回収用流通部974に接続されている。
[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ための電解槽であって、
当該電解槽は、陽極エンドユニット及び陰極エンドユニットの間に、酸素発生用陽極を収容する陽極室セルと、水素発生用陰極を収容する陰極室セルとが、周縁部が保護部材により保持されたイオン透過性隔膜を介して交互に複数配置された構造を含んでなり、
前記電解槽は、
陽極エンドユニットと、
陰極エンドユニットと、
それぞれ第1の導電性の背面隔壁を備え且つ酸素発生用陽極を収容する、複数の陽極室セルと、
それぞれ第2の導電性の背面隔壁を備え且つ水素発生用陰極を収容する、複数の陰極室セルと、
それぞれ周縁部が保護部材により保持された、複数のイオン透過性隔膜と、
を備え、
それぞれの隣接する前記イオン透過性隔膜の間には、前記第1の背面隔壁を前記陽極エンドユニット側に向けた一の陽極室セルと、前記第2の背面隔壁を前記陰極エンドユニット側に向けた一の陰極室セルとの組が、該第1の背面隔壁と該第2の背面隔壁とが隣接するように配置され、
それぞれの隣接する前記イオン透過性隔膜の間において、前記第1の背面隔壁と前記第2の背面隔壁とは、一体に形成されていてもいなくてもよく、
前記陽極エンドユニットは、電解槽の陽極側端部側から順に配置された、陽極側プレスフレーム、陽極側絶縁板、及び陽極エンドセルを備えてなり、
前記陰極エンドユニットは、電解槽の陰極側端部側から順に配置された、陰極側プレスフレーム、陰極側絶縁板、及び陰極エンドセルを備えてなり、
前記陽極エンドセルの下部、各陽極室セルの下部、各陰極室セルの下部、及び前記陰極エンドセルに隣接する保護部材以外の各保護部材の下部には、陽極液供給用流通部が設けられており、該陽極液供給用流通部から前記各陽極室に陽極液が供給され、
前記陽極エンドセルの上部、各陽極室セルの上部、各陰極室セルの上部、及び前記陰極エンドセルに隣接する保護部材以外の各保護部材の上部には、陽極液・ガス回収用流通部が設けられており、該陽極液・ガス回収用流通部に前記各陽極室から陽極液および陽極での発生ガスが回収され、
前記陰極エンドセルの下部、各陽極室セルの下部、各陰極室セルの下部、及び前記陽極エンドセルに隣接する保護部材以外の各保護部材の下部には、陰極液供給用流通部が設けられており、該陰極液供給用流通部から前記各陰極室に陰極液が供給され、
前記陰極エンドセルの上部、各陽極室セルの上部、各陰極室セルの上部、及び前記陽極エンドセルに隣接する保護部材以外の各保護部材の上部には、陰極液・ガス回収用流通部が設けられており、該陰極液・ガス回収用流通部に前記各陰極室から陰極液および陰極での発生ガスが回収され、
前記陽極液供給用流通部に陽極液を供給する陽極液供給管が、前記陽極側プレスフレーム及び前記陽極側絶縁板に前記陽極液供給用流通部と連通して設けられた又は前記陰極側プレスフレーム及び前記陰極側絶縁板に前記陽極液供給用流通部と連通して設けられた第1の貫通孔を通じて、前記陽極液供給用流通部に接続され、
前記陽極液供給管が前記陰極側プレスフレーム及び前記陰極側絶縁板に設けられた第1の貫通孔を通じて前記陽極液供給用流通部に接続される場合には、前記陰極エンドセルの下部および前記陰極エンドセルに隣接する保護部材の下部にも前記陽極液供給用流通部が設けられており、
前記陰極液供給用流通部に陰極液を供給する陰極液供給管が、前記陽極側プレスフレーム及び前記陽極側絶縁板に前記陰極液供給用流通部と連通して設けられた又は前記陰極側プレスフレーム及び前記陰極側絶縁板に前記陰極液供給用流通部と連通して設けられた第2の貫通孔を通じて、前記陰極液供給用流通部に接続され、
前記陰極液供給管が前記陽極側プレスフレーム及び前記陽極側絶縁板に設けられた第2の貫通孔を通じて前記陰極液供給用流通部に接続される場合には、前記陽極エンドセルの下部および前記陽極エンドセルに隣接する保護部材の下部にも前記陰極液供給用流通部が設けられており、
前記陽極液・ガス回収用流通部から陽極液およびガスを回収する陽極液・ガス回収管が、前記陽極側プレスフレーム及び前記陽極側絶縁板に前記陽極液・ガス回収用流通部と連通して設けられた又は前記陰極側プレスフレーム及び前記陰極側絶縁板に前記陽極液・ガス回収用流通部と連通して設けられた第3の貫通孔を通じて、前記陽極液・ガス回収用流通部に接続され、
前記陽極液・ガス回収管が前記陰極側プレスフレーム及び前記陰極側絶縁板に設けられた第3の貫通孔を通じて前記陽極液・ガス回収用流通部に接続される場合には、前記陰極エンドセルの上部および前記陰極エンドセルに隣接する保護部材の上部にも前記陽極液・ガス回収用流通部が設けられており、
前記陰極液・ガス回収用流通部から陰極液およびガスを回収する陰極液・ガス回収管が、前記陽極側プレスフレーム及び前記陽極側絶縁板に前記陰極液・ガス回収用流通部と連通して設けられた又は前記陰極側プレスフレーム及び前記陰極側絶縁板に前記陰極液・ガス回収用流通部と連通して設けられた第4の貫通孔を通じて、前記陰極液・ガス回収用流通部に接続され、
前記陰極液・ガス回収管が前記陽極側プレスフレーム及び前記陽極側絶縁板に設けられた第4の貫通孔を通じて前記陰極液・ガス回収用流通部に接続される場合には、前記陽極エンドセルの上部および前記陽極エンドセルに隣接する保護部材の上部にも前記陰極液・ガス回収用流通部が設けられており、
前記陽極液供給管、陰極液供給管、陽極液・ガス回収管、及び陰極液・ガス回収管のそれぞれは、少なくとも内面が電気絶縁性の樹脂で被覆された金属管であり、
陽極液は、前記陽極液供給管と前記陽極液供給用流通部との接続部および前記陽極液・ガス回収管と前記陽極液・ガス回収用流通部との接続部において、前記陽極液供給管の金属部材、前記陽極液・ガス回収管の金属部材、前記陽極側プレスフレームの金属部材、および前記陰極側プレスフレームの金属部材、ならびにこれらと電気的に導通した金属部材のいずれにも接触せず、
陰極液は、前記陰極液供給管と前記陰極液供給用流通部との接続部および前記陰極液・ガス回収管と前記陰極液・ガス回収用流通部との接続部において、前記陰極液供給管の金属部材、前記陰極液・ガス回収管の金属部材、前記陽極側プレスフレームの金属部材、および前記陰極側プレスフレームの金属部材、ならびにこれらと電気的に導通した金属部材のいずれにも接触せず、
最小電流で運転されるときの主反応の水素ガス発生量が、最大電流で運転されるときの10%未満であることを特徴とする、アルカリ水電解用電解槽。
それぞれの前記陽極液・ガス回収用流通部が、相互に連通しており、
それぞれの前記陰極液供給用流通部が、相互に連通しており、
それぞれの前記陰極液・ガス回収用流通部が、相互に連通している、[1]に記載のアルカリ水電解用電解槽。
前記陽極エンドセル、各陽極室セル、各陰極室セル、各保護部材、及び前記陰極エンドセルのそれぞれの上部に、前記陰極液・ガス回収用流通部が設けられており、
前記陽極液供給管が、前記陽極側プレスフレーム及び前記陽極側絶縁板に前記陽極液供給用流通部と連通して設けられた前記第1の貫通孔を通じて、前記陽極液供給用流通部に接続され、
前記陰極液供給管が、前記陽極側プレスフレーム及び前記陽極側絶縁板に前記陰極液供給用流通部と連通して設けられた前記第2の貫通孔を通じて、前記陰極液供給用流通部に接続され、
前記陽極液・ガス回収管が、前記陽極側プレスフレーム及び前記陽極側絶縁板に前記陽極液・ガス回収用流通部と連通して設けられた前記第3の貫通孔を通じて、前記陽極液・ガス回収用流通部に接続され、
前記陰極液・ガス回収管が、前記陽極側プレスフレーム及び前記陽極側絶縁板に前記陰極液・ガス回収用流通部と連通して設けられた前記第4の貫通孔を通じて、前記陰極液・ガス回収用流通部に接続されている、[1]又は[2]に記載のアルカリ水電解用電解槽。
前記陽極エンドユニット、各陽極室セル、各陰極室セル、各保護部材、及び前記陰極エンドセルのそれぞれの上部に、前記陽極液・ガス回収用流通部が設けられており、
前記陽極液供給管が、前記陰極側プレスフレーム及び前記陰極側絶縁板に前記陽極液供給用流通部と連通して設けられた前記第1の貫通孔を通じて、前記陽極液供給用流通部に接続され、
前記陰極液供給管が、前記陰極側プレスフレーム及び前記陰極側絶縁板に前記陰極液供給用流通部と連通して設けられた前記第2の貫通孔を通じて、前記陰極液供給用流通部に接続され、
前記陽極液・ガス回収管が、前記陰極側プレスフレーム及び前記陰極側絶縁板に前記陽極液・ガス回収用流通部と連通して設けられた前記第3の貫通孔を通じて、前記陽極液・ガス回収用流通部に接続され、
前記陰極液・ガス回収管が、前記陰極側プレスフレーム及び前記陰極側絶縁板に前記陰極液・ガス回収用流通部と連通して設けられた前記第4の貫通孔を通じて、前記陰極液・ガス回収用流通部に接続されている、[1]又は[2]に記載のアルカリ水電解用電解槽。
(a)[1]〜[4]のいずれかに記載のアルカリ水電解用電解槽に、変動する直流電流を通電することにより、前記陰極液・ガス回収管から水素ガスを回収する工程を含み、
前記工程(a)において、前記電解槽が前記変動する直流電流の最小値で運転されるときの単位時間あたりの主反応の水素ガス発生量が、前記電解槽が前記変動する直流電流の最大値で運転されるときの単位時間あたりの主反応の水素ガス発生量の10%未満であることを特徴とする、ガス製造方法。
図3は、本発明の一の実施形態に係る電解槽100を模式的に説明する断面図である。電解槽100は、アルカリ水電解用の電解槽である。図4は、図3のB−B矢視図である。図3及び4において、紙面上下方向が鉛直上下方向にそれぞれ対応する。図3に示すように、電解槽100は、陽極エンドユニット101eと陰極エンドユニット102eとの間に、酸素発生用陽極14を収容する陽極室セル10と、水素発生用陰極24を収容する陰極室セル20とが、周縁部が保護部材40により保持されたイオン透過性隔膜30を介して交互に複数配置された構造を含んでなる。電解槽100は、陽極エンドユニット101eと、陰極エンドユニット102eと、それぞれ第1の導電性の背面隔壁11を備え且つ酸素発生用陰極14を収容する、複数の陽極室セル10、10、…と、それぞれ第2の導電性の背面隔壁21を備え且つ水素発生用陰極24を収容する、複数の陰極室セル20、20、…と、それぞれ周縁部が保護部材40によって保持された、複数のイオン透過性隔膜30、30、…とを備える。電解槽100において、保護部材40はガスケットである。それぞれの隣接するイオン透過性隔膜30、30の間には、第1の背面隔壁11を陽極エンドユニット101e側に向けた一の陽極室セル10と、第2の背面隔壁21を陰極エンドユニット102e側に向けた一の陰極室セル20との組が、該第1の背面隔壁11と該第2の背面隔壁21とが隣接するように配置されている。電解槽100において、該隣接して配置された第1の背面隔壁11と第2の背面隔壁21とは、別個の部材である。
各陽極室セル10は、第1の背面隔壁11と、該第1の背面隔壁11の周縁部と接合または一体化され、第1の背面隔壁11及び隔膜30とともに陽極室Aを画定するフランジ部12と、第1の背面隔壁11から突出して設けられた導電性リブ13、13、…とを備え、該導電性リブ13によって酸素発生用陽極14が保持される。各陰極室20は、第2の背面隔壁21と、該第2の背面隔壁21の周縁部と接合または一体化され、第2の背面隔壁21及び隔膜30とともに陰極室Cを画定するフランジ部22と、第2の背面隔壁21から突出して設けられた導電性リブ23、23、…とを備え、該導電性リブ23によって水素発生用陰極24が保持される。
陽極エンドユニット101eは、電解槽の陽極側端部側(図3の紙面右側)から順に配置された、陽極側プレスフレーム61、陽極側絶縁板51、及び陽極エンドセル10eを備えてなる。陰極エンドユニット102eは、電解槽の陰極側端部側(図3の紙面左側)から順に配置された、陰極側プレスフレーム62、陰極側絶縁板52、及び陰極エンドセル20eを備えてなる。
陽極エンドセル10eは、各陽極室セル10と同様に、第1の背面隔壁11と、フランジ部12と、導電性リブ13とを備え、該導電性リブ13によって酸素発生用陽極14が保持される。陰極エンドセル20eは、各陰極室セル20と同様に、第2の背面隔壁21と、フランジ部22と、導電性リブ23とを備え、該導電性リブ23によって水素発生用陰極24が保持される。
陽極エンドセル10e、各陽極室セル10、各陰極室セル20、陰極エンドセル20e、及び各保護部材40のそれぞれ下部には陽極液供給用流通部71が、それぞれ上部には陽極液・ガス回収用流通部73が設けられている。陽極液供給用流通部71は、陽極液供給路71aを介して、陽極室Aと連通しており、陽極液・ガス回収用流通部73は、陽極液排出路73aを介して、陽極液と連通している。陽極液供給用流通部71から、各陽極室Aに、陽極液供給路71aを通じて陽極液が供給され、各陽極室Aから陽極液・ガス回収用流通部73に、陽極液排出路73aを通じて陽極液および陽極14での発生ガスが回収される。それぞれの陽極液供給用流通部71は相互に連通しており、それぞれの陽極液・ガス回収用流通部73は相互に連通している。
陰極エンドセル20e、各陽極室セル10、各陰極室セル20、及び、陽極エンドセル10eに隣接する保護部材40A以外の各保護部材40の、それぞれ下部には陰極液供給用流通部72が、それぞれ上部には陰極液・ガス回収用流通部74が設けられている。陰極液供給用流通部72は、陰極液供給路72aを介して、陰極室Cと連通しており、陰極液・ガス回収用流通部74は、陰極液排出路74aを介して、陰極室Cと連通している。陰極液供給用流通部72から各陰極室Cに、陰極液供給路72aを通じて陰極液が供給され、各陰極室Cから陰極液・ガス回収用流通部74に、陰極液排出路74aを通じて陰極液および陰極24での発生ガスが回収される。それぞれの陰極液供給用流通部72は相互に連通しており、それぞれの陰極液・ガス回収用流通部74は相互に連通している。
陰極液供給用流通部72に陰極液を供給する陰極液供給管82が、陰極側プレスフレーム62及び陰極側絶縁板52に陰極液供給用流通部72と連通して設けられた第2の貫通孔62b、52bを通じて、陰極液供給用流通部72に接続されている。
陽極液・ガス回収用流通部73から陽極液およびガスを回収する陽極液・ガス回収管83が、陰極側プレスフレーム62及び陰極側絶縁板52に陽極液・ガス回収用流通部73と連通して設けられた第3の貫通孔62c、52cを通じて、陽極液・ガス回収用流通部73に接続されている。
陰極液・ガス回収用流通部74から陰極液およびガスを回収する陰極液・ガス回収管84が、陰極側プレスフレーム62及び陰極側絶縁板52に陰極液・ガス回収用流通部74と連通して設けられた第4の貫通孔62d、52dを通じて、陰極液・ガス回収用流通部74に接続されている。
電解槽200は、陽極エンドユニット101eに代えて陽極エンドユニット201eを備え、陰極エンドユニット102eに代えて陰極エンドユニット202eを備え、陰極エンドユニット201eに各極液供給管/回収管81〜84が接続されている点において、電解槽100と異なっている。陽極エンドユニット201eは、陽極エンドセル10eに代えて陽極エンドセル210eを備え、陽極側絶縁板51に代えて陽極側絶縁板251を備え、陽極側プレスフレーム61に代えて陽極側プレスフレーム261を備える点において、陽極エンドユニット101eと異なっている。陰極エンドユニット202eは、陰極エンドセル20eに代えて陰極エンドセル220eを備え、陰極側絶縁板52に代えて陰極側絶縁板252を備え、陰極側プレスフレーム62に代えて陰極側プレスフレーム262を備える点において、陰極エンドユニット102eと異なっている。陰極側プレスフレーム262は、第1〜第4の貫通孔62a〜62dを備えない点において、陰極側プレスフレーム62と異なっている。陰極側絶縁板252は、第1〜第4の貫通孔52a〜52dを備えない点において、陰極側絶縁板52と異なっている。
陽極エンドセル210e、各陽極室セル10、各陰極室セル20、陰極エンドセル220e、及び各保護部材40のそれぞれ下部には陰極液供給用流通部72が、それぞれ上部には陰極液・ガス回収用流通部74が設けられている。陰極液供給用流通部72は陰極液供給路72aを介して陰極室Cと連通しており、陰極液・ガス回収用流通部74は陰極液排出路74aを介して陰極液Cと連通している。陰極液供給用流通部72から各陰極室Cに、陰極液供給路72aを通じて陰極液が供給され、各陰極室Cから陰極液・ガス回収用流通部74に、陰極液排出路74aを通じて陰極液および陰極24での発生ガスが回収される。それぞれの陰極液供給用流通部72は相互に連通しており、それぞれの陰極液・ガス回収用流通部74は相互に連通している。
陽極エンドセル210e、各陽極室セル10、各陰極室セル20、及び、陰極エンドセル220eに隣接する保護部材40(240C)以外の各保護部材40の、それぞれ下部には陽極液供給用流通部71が、それぞれ上部には陽極液・ガス回収用流通部73が設けられている。陽極液供給用流通部71は陽極液供給路71aを通じて陽極室Aと連通しており、陽極液・ガス回収用流通部73は陽極液排出路73aを通じて陽極室Aと連通している。陽極液供給用流通部71から各陽極室Aに、陽極液供給路71aを通じて陽極液が供給され、各陽極室Aから陽極液・ガス回収用流通部73に、陽極液排出路73aを通じて陽極液および陽極14での発生ガスが回収される。それぞれの陽極液供給量流通部71は相互に連通しており、それぞれの陽極液・ガス回収用流通部73は相互に連通している。
陰極液供給用流通部に陰極液を供給する陰極液供給管82が、陽極側プレスフレーム261及び陽極側絶縁板251に陰極液供給用流通部72と連通して設けられた第2の貫通孔261b、251bを通じて、陰極液供給用流通部72に接続されている。
陽極液・ガス回収用流通部から陽極液およびガスを回収する陽極液・ガス回収管83が、陽極側プレスフレーム261及び陽極側絶縁板251に陽極液・ガス回収用流通部73と連通して設けられた第3の貫通孔261c、251cを通じて、陽極液・ガス回収用流通部73に接続されている。
陰極液・ガス回収用流通部から陰極液およびガスを回収する陰極液・ガス回収管84が、陽極側プレスフレーム261及び陽極側絶縁板251に陰極液・ガス回収用流通部74と連通して設けられた第4の貫通孔261d、251dを通じて、陰極液・ガス回収用流通部74に接続されている。
このような電解槽500によっても、電解槽100(図3〜5)について上記説明した効果と同様の効果を得ることが可能である。
本発明のガス製造方法は、アルカリ水を電解して少なくとも水素ガスを製造する方法であって、(a)本発明のアルカリ水電解用電解槽に、変動する直流電流を通電することにより、陰極液・ガス回収管(84)から水素ガスを回収する工程を含む。工程(a)においては、本発明の上記効果が顕著に表れる点で、電解槽が上記変動する直流電流の最小値で運転されるときの単位時間あたりの主反応の水素ガス発生量が、電解槽が上記変動する直流電流の最大値で運転されるときの単位時間あたりの主反応の水素ガス発生量の10%未満であることが好ましく、5%未満であることがより好ましく、また一の実施形態において1%以上、他の一の実施形態において2%以上である。工程(a)は、陽極液・ガス回収管(83)から酸素ガスを回収することをさらに含んでもよい。工程(a)はさらに、陽極液供給管71から陽極液を、陰極液供給管72から陰極液をそれぞれ供給するとともに、陽極液・ガス回収管73から陽極液を、陰極液・ガス回収管74から陰極液をそれぞれ回収することを含み得る。なお上記変動する直流電流の変動幅は、所定の範囲内であることが好ましい。本発明のガス製造方法によれば、上記本発明のアルカリ水電解用電解槽を用いることにより、不安定電源を用いた場合であってもリーク電流の影響を抑制できるので、不安定電源を用いながらも純度の向上した水素ガス及び酸素ガスを製造することが可能になる。
10e、210e 陽極エンドセル
20 陰極室セル
20e、220e 陰極エンドセル
310 一体型極室セル
11、21、311 背面隔壁
12、22、312 フランジ部
13、23 導電性リブ
14 (酸素発生用)陽極
24 (水素発生用)陰極
30 (イオン透過性)隔膜
40、40A、40C、240A、240C、440、440A、440C、540、540A、540C 保護部材
441 金属板
442 (電気絶縁性の)エラストマー被覆
541 ガスケット
542 保持部材
5421 基体枠
5421a 受容部
5421b 支持部
5422 蓋枠
51、251 陽極側絶縁板
52、252 陰極側絶縁板
61、261 陽極側プレスフレーム
62、262 陰極側プレスフレーム
62a、52a、261a、251a 第1の貫通孔
62b、52b、261b、251b 第2の貫通孔
62c、52c、261c、251c 第3の貫通孔
62d、52d、261d、251c 第4の貫通孔
71 陽極液供給用流通部
72 陰極液供給用流通部
73 陽極液・ガス回収用流通部
74 陰極液・ガス回収用流通部
81 陽極液供給管
82 陰極液供給管
83 陽極液・ガス回収管
84 陰極液・ガス回収管
71a 陽極液供給路
73a 陽極液排出路
72a 陰極液供給路
74a 陰極液排出路
101e、201e 陽極エンドユニット
102e、202e 陰極エンドユニット
100、200、300、400、500、900 電解槽
A 陽極室
C 陰極室
Claims (9)
- 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と、最小値および最大値を有する所定の範囲内で変動する直流電流を前記電解槽に通電する電源と、を備えるアルカリ水電解システムであって、
前記電解槽は、陽極エンドユニット及び陰極エンドユニットの間に、酸素発生用陽極を収容する陽極室セルと、水素発生用陰極を収容する陰極室セルとが、周縁部が保護部材により保持されたイオン透過性隔膜を介して交互に複数配置された構造を含んでなり、
前記電解槽は、
陽極エンドユニットと、
陰極エンドユニットと、
それぞれ第1の導電性の背面隔壁を備え且つ酸素発生用陽極を収容する、複数の陽極室セルと、
それぞれ第2の導電性の背面隔壁を備え且つ水素発生用陰極を収容する、複数の陰極室セルと、
それぞれ周縁部が保護部材により保持された、複数のイオン透過性隔膜と、
を備え、
それぞれの隣接する前記イオン透過性隔膜の間には、前記第1の背面隔壁を前記陽極エンドユニット側に向けた一の陽極室セルと、前記第2の背面隔壁を前記陰極エンドユニット側に向けた一の陰極室セルとの組が、該第1の背面隔壁と該第2の背面隔壁とが隣接するように配置され、
それぞれの隣接する前記イオン透過性隔膜の間において、前記第1の背面隔壁と前記第2の背面隔壁とは、一体に形成されていてもいなくてもよく、
前記陽極エンドユニットは、電解槽の陽極側端部側から順に配置された、陽極側プレスフレーム、陽極側絶縁板、及び陽極エンドセルを備えてなり、
前記陰極エンドユニットは、電解槽の陰極側端部側から順に配置された、陰極側プレスフレーム、陰極側絶縁板、及び陰極エンドセルを備えてなり、
前記陽極エンドセルの下部、各陽極室セルの下部、各陰極室セルの下部、及び前記陰極エンドセルに隣接する保護部材以外の各保護部材の下部には、陽極液供給用流通部が設けられており、該陽極液供給用流通部から前記各陽極室に陽極液が供給され、
前記陽極エンドセルの上部、各陽極室セルの上部、各陰極室セルの上部、及び前記陰極エンドセルに隣接する保護部材以外の各保護部材の上部には、陽極液・ガス回収用流通部が設けられており、該陽極液・ガス回収用流通部に前記各陽極室から陽極液および陽極での発生ガスが回収され、
前記陰極エンドセルの下部、各陽極室セルの下部、各陰極室セルの下部、及び前記陽極エンドセルに隣接する保護部材以外の各保護部材の下部には、陰極液供給用流通部が設けられており、該陰極液供給用流通部から前記各陰極室に陰極液が供給され、
前記陰極エンドセルの上部、各陽極室セルの上部、各陰極室セルの上部、及び前記陽極エンドセルに隣接する保護部材以外の各保護部材の上部には、陰極液・ガス回収用流通部が設けられており、該陰極液・ガス回収用流通部に前記各陰極室から陰極液および陰極での発生ガスが回収され、
前記陽極液供給用流通部に陽極液を供給する陽極液供給管が、前記陽極側プレスフレーム及び前記陽極側絶縁板に前記陽極液供給用流通部と連通して設けられた又は前記陰極側プレスフレーム及び前記陰極側絶縁板に前記陽極液供給用流通部と連通して設けられた第1の貫通孔を通じて、前記陽極液供給用流通部に接続され、
前記陽極液供給管が前記陰極側プレスフレーム及び前記陰極側絶縁板に設けられた第1の貫通孔を通じて前記陽極液供給用流通部に接続される場合には、前記陰極エンドセルの下部および前記陰極エンドセルに隣接する保護部材の下部にも前記陽極液供給用流通部が設けられており、
前記陰極液供給用流通部に陰極液を供給する陰極液供給管が、前記陽極側プレスフレーム及び前記陽極側絶縁板に前記陰極液供給用流通部と連通して設けられた又は前記陰極側プレスフレーム及び前記陰極側絶縁板に前記陰極液供給用流通部と連通して設けられた第2の貫通孔を通じて、前記陰極液供給用流通部に接続され、
前記陰極液供給管が前記陽極側プレスフレーム及び前記陽極側絶縁板に設けられた第2の貫通孔を通じて前記陰極液供給用流通部に接続される場合には、前記陽極エンドセルの下部および前記陽極エンドセルに隣接する保護部材の下部にも前記陰極液供給用流通部が設けられており、
前記陽極液・ガス回収用流通部から陽極液およびガスを回収する陽極液・ガス回収管が、前記陽極側プレスフレーム及び前記陽極側絶縁板に前記陽極液・ガス回収用流通部と連通して設けられた又は前記陰極側プレスフレーム及び前記陰極側絶縁板に前記陽極液・ガス回収用流通部と連通して設けられた第3の貫通孔を通じて、前記陽極液・ガス回収用流通部に接続され、
前記陽極液・ガス回収管が前記陰極側プレスフレーム及び前記陰極側絶縁板に設けられた第3の貫通孔を通じて前記陽極液・ガス回収用流通部に接続される場合には、前記陰極エンドセルの上部および前記陰極エンドセルに隣接する保護部材の上部にも前記陽極液・ガス回収用流通部が設けられており、
前記陰極液・ガス回収用流通部から陰極液およびガスを回収する陰極液・ガス回収管が、前記陽極側プレスフレーム及び前記陽極側絶縁板に前記陰極液・ガス回収用流通部と連通して設けられた又は前記陰極側プレスフレーム及び前記陰極側絶縁板に前記陰極液・ガス回収用流通部と連通して設けられた第4の貫通孔を通じて、前記陰極液・ガス回収用流通部に接続され、
前記陰極液・ガス回収管が前記陽極側プレスフレーム及び前記陽極側絶縁板に設けられた第4の貫通孔を通じて前記陰極液・ガス回収用流通部に接続される場合には、前記陽極エンドセルの上部および前記陽極エンドセルに隣接する保護部材の上部にも前記陰極液・ガス回収用流通部が設けられており、
前記陽極液供給管、陰極液供給管、陽極液・ガス回収管、及び陰極液・ガス回収管のそれぞれは、少なくとも内面が電気絶縁性の樹脂で被覆された金属管であり、
陽極液は、前記陽極液供給管と前記陽極液供給用流通部との接続部および前記陽極液・ガス回収管と前記陽極液・ガス回収用流通部との接続部において、前記陽極液供給管の金属部材、前記陽極液・ガス回収管の金属部材、前記陽極側プレスフレームの金属部材、および前記陰極側プレスフレームの金属部材、ならびにこれらと電気的に導通した金属部材のいずれにも接触せず、
陰極液は、前記陰極液供給管と前記陰極液供給用流通部との接続部および前記陰極液・ガス回収管と前記陰極液・ガス回収用流通部との接続部において、前記陰極液供給管の金属部材、前記陰極液・ガス回収管の金属部材、前記陽極側プレスフレームの金属部材、および前記陰極側プレスフレームの金属部材、ならびにこれらと電気的に導通した金属部材のいずれにも接触せず、
前記電源が前記電解槽に通電する前記電流が前記最小値となるときの前記電解槽における単位時間あたりの主反応の水素ガス発生量が、前記電源が前記電解槽に通電する前記電流が前記最大値となるときの前記電解槽における単位時間あたりの主反応の水素ガス発生量の10%未満であることを特徴とする、アルカリ水電解システム。 - それぞれの前記陽極液供給用流通部が、相互に連通しており、
それぞれの前記陽極液・ガス回収用流通部が、相互に連通しており、
それぞれの前記陰極液供給用流通部が、相互に連通しており、
それぞれの前記陰極液・ガス回収用流通部が、相互に連通している、
請求項1に記載のアルカリ水電解システム。 - 前記陽極エンドセル、各陽極室セル、各陰極室セル、各保護部材、及び前記陰極エンドセルのそれぞれの下部に、前記陰極液供給用流通部が設けられており、
前記陽極エンドセル、各陽極室セル、各陰極室セル、各保護部材、及び前記陰極エンドセルのそれぞれの上部に、前記陰極液・ガス回収用流通部が設けられており、
前記陽極液供給管が、前記陽極側プレスフレーム及び前記陽極側絶縁板に前記陽極液供給用流通部と連通して設けられた前記第1の貫通孔を通じて、前記陽極液供給用流通部に接続され、
前記陰極液供給管が、前記陽極側プレスフレーム及び前記陽極側絶縁板に前記陰極液供給用流通部と連通して設けられた前記第2の貫通孔を通じて、前記陰極液供給用流通部に接続され、
前記陽極液・ガス回収管が、前記陽極側プレスフレーム及び前記陽極側絶縁板に前記陽極液・ガス回収用流通部と連通して設けられた前記第3の貫通孔を通じて、前記陽極液・ガス回収用流通部に接続され、
前記陰極液・ガス回収管が、前記陽極側プレスフレーム及び前記陽極側絶縁板に前記陰極液・ガス回収用流通部と連通して設けられた前記第4の貫通孔を通じて、前記陰極液・ガス回収用流通部に接続されている、
請求項1又は2に記載のアルカリ水電解システム。 - 前記陽極エンドセル、各陽極室セル、各陰極室セル、各保護部材、及び前記陰極エンドセルのそれぞれの下部に、前記陽極液供給用流通部が設けられており、
前記陽極エンドセル、各陽極室セル、各陰極室セル、各保護部材、及び前記陰極エンドセルのそれぞれの上部に、前記陽極液・ガス回収用流通部が設けられており、
前記陽極液供給管が、前記陰極側プレスフレーム及び前記陰極側絶縁板に前記陽極液供給用流通部と連通して設けられた前記第1の貫通孔を通じて、前記陽極液供給用流通部に接続され、
前記陰極液供給管が、前記陰極側プレスフレーム及び前記陰極側絶縁板に前記陰極液供給用流通部と連通して設けられた前記第2の貫通孔を通じて、前記陰極液供給用流通部に接続され、
前記陽極液・ガス回収管が、前記陰極側プレスフレーム及び前記陰極側絶縁板に前記陽極液・ガス回収用流通部と連通して設けられた前記第3の貫通孔を通じて、前記陽極液・ガス回収用流通部に接続され、
前記陰極液・ガス回収管が、前記陰極側プレスフレーム及び前記陰極側絶縁板に前記陰極液・ガス回収用流通部と連通して設けられた前記第4の貫通孔を通じて、前記陰極液・ガス回収用流通部に接続されている、
請求項1又は2に記載のアルカリ水電解システム。 - 変動する直流電流を電解槽に通電することによりアルカリ水を電解して少なくとも水素ガスを製造する方法であって、
前記電解槽は、陽極エンドユニット及び陰極エンドユニットの間に、酸素発生用陽極を収容する陽極室セルと、水素発生用陰極を収容する陰極室セルとが、周縁部が保護部材により保持されたイオン透過性隔膜を介して交互に複数配置された構造を含んでなり、
前記電解槽は、
陽極エンドユニットと、
陰極エンドユニットと、
それぞれ第1の導電性の背面隔壁を備え且つ酸素発生用陽極を収容する、複数の陽極室セルと、
それぞれ第2の導電性の背面隔壁を備え且つ水素発生用陰極を収容する、複数の陰極室セルと、
それぞれ周縁部が保護部材により保持された、複数のイオン透過性隔膜と、
を備え、
それぞれの隣接する前記イオン透過性隔膜の間には、前記第1の背面隔壁を前記陽極エンドユニット側に向けた一の陽極室セルと、前記第2の背面隔壁を前記陰極エンドユニット側に向けた一の陰極室セルとの組が、該第1の背面隔壁と該第2の背面隔壁とが隣接するように配置され、
それぞれの隣接する前記イオン透過性隔膜の間において、前記第1の背面隔壁と前記第2の背面隔壁とは、一体に形成されていてもいなくてもよく、
前記陽極エンドユニットは、電解槽の陽極側端部側から順に配置された、陽極側プレスフレーム、陽極側絶縁板、及び陽極エンドセルを備えてなり、
前記陰極エンドユニットは、電解槽の陰極側端部側から順に配置された、陰極側プレスフレーム、陰極側絶縁板、及び陰極エンドセルを備えてなり、
前記陽極エンドセルの下部、各陽極室セルの下部、各陰極室セルの下部、及び前記陰極エンドセルに隣接する保護部材以外の各保護部材の下部には、陽極液供給用流通部が設けられており、該陽極液供給用流通部から前記各陽極室に陽極液が供給され、
前記陽極エンドセルの上部、各陽極室セルの上部、各陰極室セルの上部、及び前記陰極エンドセルに隣接する保護部材以外の各保護部材の上部には、陽極液・ガス回収用流通部が設けられており、該陽極液・ガス回収用流通部に前記各陽極室から陽極液および陽極での発生ガスが回収され、
前記陰極エンドセルの下部、各陽極室セルの下部、各陰極室セルの下部、及び前記陽極エンドセルに隣接する保護部材以外の各保護部材の下部には、陰極液供給用流通部が設けられており、該陰極液供給用流通部から前記各陰極室に陰極液が供給され、
前記陰極エンドセルの上部、各陽極室セルの上部、各陰極室セルの上部、及び前記陽極エンドセルに隣接する保護部材以外の各保護部材の上部には、陰極液・ガス回収用流通部が設けられており、該陰極液・ガス回収用流通部に前記各陰極室から陰極液および陰極での発生ガスが回収され、
前記陽極液供給用流通部に陽極液を供給する陽極液供給管が、前記陽極側プレスフレーム及び前記陽極側絶縁板に前記陽極液供給用流通部と連通して設けられた又は前記陰極側プレスフレーム及び前記陰極側絶縁板に前記陽極液供給用流通部と連通して設けられた第1の貫通孔を通じて、前記陽極液供給用流通部に接続され、
前記陽極液供給管が前記陰極側プレスフレーム及び前記陰極側絶縁板に設けられた第1の貫通孔を通じて前記陽極液供給用流通部に接続される場合には、前記陰極エンドセルの下部および前記陰極エンドセルに隣接する保護部材の下部にも前記陽極液供給用流通部が設けられており、
前記陰極液供給用流通部に陰極液を供給する陰極液供給管が、前記陽極側プレスフレーム及び前記陽極側絶縁板に前記陰極液供給用流通部と連通して設けられた又は前記陰極側プレスフレーム及び前記陰極側絶縁板に前記陰極液供給用流通部と連通して設けられた第2の貫通孔を通じて、前記陰極液供給用流通部に接続され、
前記陰極液供給管が前記陽極側プレスフレーム及び前記陽極側絶縁板に設けられた第2の貫通孔を通じて前記陰極液供給用流通部に接続される場合には、前記陽極エンドセルの下部および前記陽極エンドセルに隣接する保護部材の下部にも前記陰極液供給用流通部が設けられており、
前記陽極液・ガス回収用流通部から陽極液およびガスを回収する陽極液・ガス回収管が、前記陽極側プレスフレーム及び前記陽極側絶縁板に前記陽極液・ガス回収用流通部と連通して設けられた又は前記陰極側プレスフレーム及び前記陰極側絶縁板に前記陽極液・ガス回収用流通部と連通して設けられた第3の貫通孔を通じて、前記陽極液・ガス回収用流通部に接続され、
前記陽極液・ガス回収管が前記陰極側プレスフレーム及び前記陰極側絶縁板に設けられた第3の貫通孔を通じて前記陽極液・ガス回収用流通部に接続される場合には、前記陰極エンドセルの上部および前記陰極エンドセルに隣接する保護部材の上部にも前記陽極液・ガス回収用流通部が設けられており、
前記陰極液・ガス回収用流通部から陰極液およびガスを回収する陰極液・ガス回収管が、前記陽極側プレスフレーム及び前記陽極側絶縁板に前記陰極液・ガス回収用流通部と連通して設けられた又は前記陰極側プレスフレーム及び前記陰極側絶縁板に前記陰極液・ガス回収用流通部と連通して設けられた第4の貫通孔を通じて、前記陰極液・ガス回収用流通部に接続され、
前記陰極液・ガス回収管が前記陽極側プレスフレーム及び前記陽極側絶縁板に設けられた第4の貫通孔を通じて前記陰極液・ガス回収用流通部に接続される場合には、前記陽極エンドセルの上部および前記陽極エンドセルに隣接する保護部材の上部にも前記陰極液・ガス回収用流通部が設けられており、
前記陽極液供給管、陰極液供給管、陽極液・ガス回収管、及び陰極液・ガス回収管のそれぞれは、少なくとも内面が電気絶縁性の樹脂で被覆された金属管であり、
陽極液は、前記陽極液供給管と前記陽極液供給用流通部との接続部および前記陽極液・ガス回収管と前記陽極液・ガス回収用流通部との接続部において、前記陽極液供給管の金属部材、前記陽極液・ガス回収管の金属部材、前記陽極側プレスフレームの金属部材、および前記陰極側プレスフレームの金属部材、ならびにこれらと電気的に導通した金属部材のいずれにも接触せず、
陰極液は、前記陰極液供給管と前記陰極液供給用流通部との接続部および前記陰極液・ガス回収管と前記陰極液・ガス回収用流通部との接続部において、前記陰極液供給管の金属部材、前記陰極液・ガス回収管の金属部材、前記陽極側プレスフレームの金属部材、および前記陰極側プレスフレームの金属部材、ならびにこれらと電気的に導通した金属部材のいずれにも接触せず、
前記方法は、
(a)前記電解槽に、最小値から最大値までの所定の範囲内で変動する直流電流を通電することにより、前記陰極液・ガス回収管から水素ガスを回収する工程を含み、
前記工程(a)において、前記電解槽が前記変動する直流電流の最小値で運転されるときの単位時間あたりの主反応の水素ガス発生量が、前記電解槽が前記変動する直流電流の最大値で運転されるときの単位時間あたりの主反応の水素ガス発生量の10%未満であることを特徴とする、ガス製造方法。 - 前記工程(a)が、前記陽極液・ガス回収管から酸素ガスを回収することをさらに含む、
請求項5に記載のガス製造方法。 - それぞれの前記陽極液供給用流通部が、相互に連通しており、
それぞれの前記陽極液・ガス回収用流通部が、相互に連通しており、
それぞれの前記陰極液供給用流通部が、相互に連通しており、
それぞれの前記陰極液・ガス回収用流通部が、相互に連通している、
請求項5又は6に記載のガス製造方法。 - 前記陽極エンドセル、各陽極室セル、各陰極室セル、各保護部材、及び前記陰極エンドセルのそれぞれの下部に、前記陰極液供給用流通部が設けられており、
前記陽極エンドセル、各陽極室セル、各陰極室セル、各保護部材、及び前記陰極エンドセルのそれぞれの上部に、前記陰極液・ガス回収用流通部が設けられており、
前記陽極液供給管が、前記陽極側プレスフレーム及び前記陽極側絶縁板に前記陽極液供給用流通部と連通して設けられた前記第1の貫通孔を通じて、前記陽極液供給用流通部に接続され、
前記陰極液供給管が、前記陽極側プレスフレーム及び前記陽極側絶縁板に前記陰極液供給用流通部と連通して設けられた前記第2の貫通孔を通じて、前記陰極液供給用流通部に接続され、
前記陽極液・ガス回収管が、前記陽極側プレスフレーム及び前記陽極側絶縁板に前記陽極液・ガス回収用流通部と連通して設けられた前記第3の貫通孔を通じて、前記陽極液・ガス回収用流通部に接続され、
前記陰極液・ガス回収管が、前記陽極側プレスフレーム及び前記陽極側絶縁板に前記陰極液・ガス回収用流通部と連通して設けられた前記第4の貫通孔を通じて、前記陰極液・ガス回収用流通部に接続されている、
請求項5〜7のいずれかに記載のガス製造方法。 - 前記陽極エンドセル、各陽極室セル、各陰極室セル、各保護部材、及び前記陰極エンドセルのそれぞれの下部に、前記陽極液供給用流通部が設けられており、
前記陽極エンドセル、各陽極室セル、各陰極室セル、各保護部材、及び前記陰極エンドセルのそれぞれの上部に、前記陽極液・ガス回収用流通部が設けられており、
前記陽極液供給管が、前記陰極側プレスフレーム及び前記陰極側絶縁板に前記陽極液供給用流通部と連通して設けられた前記第1の貫通孔を通じて、前記陽極液供給用流通部に接続され、
前記陰極液供給管が、前記陰極側プレスフレーム及び前記陰極側絶縁板に前記陰極液供給用流通部と連通して設けられた前記第2の貫通孔を通じて、前記陰極液供給用流通部に接続され、
前記陽極液・ガス回収管が、前記陰極側プレスフレーム及び前記陰極側絶縁板に前記陽極液・ガス回収用流通部と連通して設けられた前記第3の貫通孔を通じて、前記陽極液・ガス回収用流通部に接続され、
前記陰極液・ガス回収管が、前記陰極側プレスフレーム及び前記陰極側絶縁板に前記陰極液・ガス回収用流通部と連通して設けられた前記第4の貫通孔を通じて、前記陰極液・ガス回収用流通部に接続されている、
請求項5〜7のいずれかに記載のガス製造方法。
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