JP6783418B1 - 電極を含む積層構造体 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1には、溶液の電気分解のための装置が開示されている。複数のバイポーラエレメントをロッドで連結した積層構造体が記載されている。
特許文献2には、陽極と陰極を含む電池セルを複数積層するレドックスフロー電池が開示されている。複数の電池セルを2枚のエンドプレートの間に配置し、ボルトとナットによって積層状態を保持することが記載されている。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、ユニットのズレを効果的に防止することが可能な電極を含む積層構造体を提供することである。
すなわち、本発明による積層構造体は、扁平なユニットを含む複数のユニットを積層し、緊締具で緊締した電極を含む積層構造体であって、各ユニットは、両面外周部に枠状の緊締部を備え、各緊締部の表面が互いに押圧されることによって積層されており、一方のユニットの緊締部の幅が他方の緊締部の幅と異なるように形成されている。
このような構成によれば、ユニット間のずれを防止することができる。
このような構成によれば、本発明を、適切な部材で構成することができる。
上記のような態様の構成によれば、本発明を適切に実施することができる。
(第1実施形態)
以下に本発明の実施の形態の一例を示す。図1は、本発明の実施形態に係る電極を含む積層構造体を備えた電解槽1の斜視図である。電解槽1は、電極を含む積層構造体2、ミドルチャンバ供給マニフォールド3、ミドルチャンバ排出マニフォールド4、陰極室供給マニフォールド5、陰極室排出マニフォールド6、陽極室供給マニフォールド7、および陽極室排出マニフォールド8を備えている。
バイポーラエレメント23は、バイポーラエレメント本体231、陽極232、および陰極233から構成されている。バイポーラエレメント本体231は、その表裏面に凹所234a、234bが形成されており、これら凹所234a、234bの周縁部は枠状の凸部235a、235bとなっている。凹所234a内には陽極232が設けられており、凹所234b内には陰極233が設けられている。
ミドルチャンバ24は、ミドルチャンバ本体241と、このミドルチャンバ本体241の表裏面に貼着されたガスケット246a、246bで構成されている。ミドルチャンバ本体241とガスケット246a、246bは、緊締部247a、247bを構成している。ミドルチャンバ本体241は、枠状に形成されており、その中心部分は空間をなしている。
本実施形態では、隔膜201は、陽イオン交換膜であり、隔膜202は、陰イオン交換膜である。
ミドルチャンバ24の緊締部247a、247bの幅Aは、バイポーラエレメントの緊締部237a、237bの幅Bより広く(幅Bと異なるように)形成されている。
この状態になると電気的中性を保つため、硫酸イオンSO4 2−が、陰イオン交換膜202を通過して中間室28から陽極室29へ移動し、ナトリウムイオンNa+が、陽イオン交換膜201を通過して中間室28から陰極室27へそれぞれ移動する。
原料として供給された中間室28の硫酸ナトリウム溶液(Na2SO4)はリサイクルのためミドルチャンバ排出マニフォールド4を介して回収される。
図5は、図4に点線の円Cで示す部分であって、バイポーラエレメント23の緊締部237bとミドルチャンバ24の緊締部247aの拡大図が示されている。図6は、従来技術の図5に相当する部分であって、バイポーラエレメント23の緊締部237bとミドルチャンバ240の緊締部247の拡大図が示されている。
図7は、本発明の第2実施形態に係るユニット積層体30の斜視図である。図8は、本実施形態のユニット積層体30の断面図である。本実施形態については、第1実施形態と違う点について説明し、同等の構成のものについては、同じ符号を採用し、その説明を省略する。
本実施形態のユニット積層体30は、第1実施形態と同じ構造のバイポーラエレメント23と、緊締部337a、337bの幅がバイポーラエレメント23の緊締部237a、237bの幅と異なり他は同様の構造を持つバイポーラエレメント33とを備えており、バイポーラエレメント23、バイポーラエレメント33、およびバイポーラエレメント23の1組で、ユニット積層体30を構成している。
バイポーラエレメント33の緊締部337a、337bの幅Aは、バイポーラエレメント23の緊締部237a、237bの幅Bより広く形成されている。
図8の左側のバイポーラエレメント23の陰極233と隔膜300の間の空間は陰極室27を構成し、隔膜300とバイポーラエレメント33の陽極332の間の空間は陽極室29を構成している。
この状態になると電気的中性を保つため、陽極室29の陽イオンNa+が陽イオン交換膜(隔膜)300を通過して陰極室27に移動し、陽極室29では、酸素ガス(O2)と硫酸(H2SO4)が生成され、原料の残りの硫酸ナトリウム(Na2SO4)とこれら生成物が混合状態にある、陰極室27では、水酸化ナトリウム(NaOH)と水素ガス(H2)が生成される。それぞれの生成物は、図示しない排出マニフォールドを介して回収される。
図9は、本発明の第3実施形態に係るユニット積層体40の斜視図である。図10は、本実施形態のユニット積層体40の断面図である。本実施形態については、第1実施形態と違う点について説明し、同等の構成のものについては、同じ符号を採用し、その説明を省略する。
本実施形態のユニット積層体40は、陽極ユニット41と陰極ユニット42とを備えており、陽極ユニット41、陰極ユニット42、および陽極ユニット41の1組で、ユニット積層体40を構成している。
陽極ユニット本体411の表面には、それぞれ弾性部材からなるガスケット416a、416bが貼着されている。陽極ユニット本体411とガスケット416a、416bは緊締部417a、417bを構成している。
陰極ユニット本体421の表面には、それぞれ弾性部材からなるガスケット426a、426bが貼着されている。陰極ユニット本体421とガスケット426a、426bは緊締部427a、427bを構成している。
陰極ユニット42の緊締部427a、427bの幅Aは、陽極ユニット41の緊締部417a、417bの幅Bより広く形成されている。
陰極ユニット42の陰極422と隔膜400の間の空間は陰極室27を構成し、隔膜400と陽極ユニット41の陽極412の間の空間は陽極室29を構成している。
陰極室27と陽極室29における電気分解による電解槽の動作は、第2実施形態と同じであるので、ここでは説明を省略する。
また、上述した実施形態における緊締部の幅の違いは、上述の実施形態中の記載に限定されない。緊締部の幅は、積層される一方のユニットの緊締部の幅が他方と異なっていれば良い。例えば、第1実施形態においては、バイポーラエレメント33の緊締部の幅がミドルチャンバの幅より広くても良い。第3実施形態においては、陽極ユニット41の緊締部の幅が陰極ユニット42の緊締部の幅より広くても良い。
20、30、40 ユニット積層体
23、33 バイポーラエレメント(ユニット)
232、332、412 陽極
233、333、422 陰極
236a、236b、336a、336b バイポーラエレメントのガスケット
237a、237b、337a、337b バイポーラエレメントの緊締部
24、240 ミドルチャンバ(ユニット)
247a、247b、247 ミドルチャンバの緊締部
25 緊締具
41 陽極ユニット(ユニット)
416a、416b 陽極ユニットのガスケット
417a、417b 陽極ユニットの緊締部
42 陰極ユニット(ユニット)
426a、426b 陰極ユニットのガスケット
427a、427b 陰極ユニットの緊締部
201、202、300、400 隔膜
Claims (6)
- 扁平なユニットを含む複数のユニットを積層し、緊締具で緊締した電極を含む積層構造体であって、
各ユニットは、両面外周部に枠状の緊締部を備え、各緊締部の表面が互いに押圧されることによって積層されており、一方のユニットの緊締部の幅が他方の緊締部の幅と異なるように形成されており、
前記緊締部は、その表面側に、弾性部材からなるガスケットを備えていることを特徴とし、
前記緊締部の幅の狭い側の外縁部が幅の広い側の外縁部よりも内側に位置するとともに、前記緊締部の幅の狭い側の内縁部が幅の広い側の内縁部よりも内側に位置していることを特徴とする電極を含む積層構造体。 - 前期積層されるユニットの間には、隔膜が設けられ、これら各ユニットの緊締部間には前記隔膜が介在されていることを特徴とする請求項1に記載の電極を含む積層構造体。
- 前記複数のユニットは、バイポーラエレメント、ミドルチャンバを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の電極を含む積層構造体。
- 前記複数のユニットは、バイポーラエレメント、ミドルチャンバおよびバイポーラエレメントをこの順に積層して構成された1組のユニット積層体を1単位として複数組積層されることを特徴とする請求項3に記載の電極を含む積層構造体。
- 前記複数のユニットは、バイポーラエレメントであることを特徴とする請求項1または2に記載の電極を含む積層構造体。
- 前記複数のユニットは、陰極ユニット、陽極ユニットを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の電極を含む積層構造体。
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