JP7071595B2 - 電解槽用ガスケット及びそれを用いた電解槽 - Google Patents
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Description
本発明は、第1の解決手段として、下記の電解槽用ガスケットを提供する。
[1]陽極と陰極と、陽極と陰極とを隔離するシート状の隔膜よりなる電解槽に組み込まれた、前記隔膜を保持するための電解槽用ガスケットであって、
前記電解槽は、中央部に陽極室を形成するための開口部を有する額縁状に形成された陽極側金属枠体と、該陽極側金属枠体と同一形状の、中央部に陰極室を形成するための開口部を有する陰極側金属枠体とを有し、前記陽極側金属枠体の開口部に陽極が装着され、前記陰極側金属枠体の開口部に陰極が装着され、かつ、前記陽極側金属枠体と前記陰極側金属枠体との間に、前記電解槽用ガスケットが緊密な状態に挟持されており、
前記電解槽用ガスケットは、前記陽極側金属枠体及び前記陰極側金属枠体と略同じ形状を有する、一枚の、額縁状の薄板状枠体よりなり、
該額縁状の薄板状枠体は、前記陽極側金属枠体に密接する第一面と、前記陰極側金属枠体に密接する第二面とを有し、前記第一面及び前記第二面のいずれか一方の面上に、前記薄板状枠体の、前記陽極側又は前記陰極側の縁を含む一部の領域が均一の厚みで薄く削り取られてなる、前記隔膜の厚みと略同じ厚みの段差を有する切欠き部が形成された構造を有し、
前記隔膜の縁部が、前記切欠き部と、前記陽極側金属枠体あるいは前記陰極側金属枠体との間に形成される隙間に収容されて、前記隔膜が、前記陽極の表面あるいは前記陰極の表面のいずれかに、より近接した状態で保持されていることを特徴とする電解槽用ガスケット。
[2]更に、前記電解槽用ガスケットの外周面に押し付けられた状態で、絶縁性を有するガスケット押え板が装着されている上記[1]に記載の電解槽用ガスケット。
[3]前記電解槽用ガスケットが、電解液及び電解生成ガスに対して耐食性を有する弾性体からなる材料で形成されている上記[1]又は[2]に記載の電解槽用ガスケット。
[5]前記陽極と前記陰極とのゼロギャップ化を図るため、前記陽極側ファインメッシュと前記陽極との間に、及び/又は、前記陰極側ファインメッシュと前記陰極との間に、スプリング材料が装着されている上記[4]に記載の電解槽用ガスケット。
[8]前記陽極側金属枠体が、前記陽極室枠体の一部として形成されているとともに、前記陰極側金属枠体が、前記陰極室枠体の一部として形成されている上記[7]記載の電解槽用ガスケット。
前記隔膜が、水溶液透過性の多孔質隔膜よりなり、
前記陽極室及び前記陰極室に導入される電解液が、共通した組成の苛性アルカリ金属水溶液であり、
前記電解槽が、アルカリ水電解槽である上記[1]~[9]のいずれかに記載の電解槽用ガスケット。
前記陰極、前記陰極側金属枠体及び前記陰極室枠体が、ニッケル、ステンレス、鉄及びそれらの合金よりなる群より選ばれた少なくとも一つを含む材料からなり、
前記隔膜が、陽イオン交換膜よりなり、
前記陽極室及び前記陰極室に導入される電解液が、陰極側電解液と陽極側電解液よりなり、
前記陰極側電解液が、苛性アルカリ金属水溶液よりなり、
前記陽極側電解液が、ハロゲン化アルカリ金属水溶液よりなり、
前記電解槽が、食塩電解槽である上記[1]~[9]のいずれかに記載の電解槽用ガスケット。
[12]上記[1]~[11]のいずれかに記載の電解槽用ガスケットを備えてなることを特徴とする電解槽。
[13]更に、電解液を加圧しながら電解を行う構成の上記[12]に記載の電解槽。
〔第1実施形態〕
図2は、電解槽としてアルカリ水電解槽24に用いた、本発明の電解装用ガスケットの第1実施態様を説明するための、模式的な断面図である。アルカリ水電解槽24を用いて行うアルカリ水電解では、25質量%~35質量%のKOH水溶液又はNaOH水溶液が電解液として用いられる。この電解液が、陽極室15及び陰極室16に供給されて電解が行われると、陽極室15より電解液及び酸素ガスを系外に排出し、陰極室16より電解液及び水素ガスを系外に排出する。排出された電解液は、系外において混合されて、陽極室15及び陰極室16に循環して、連続電解が行われる。
第1の実施態様においては、陽極側金属枠体2に接するガスケット17の第一面18の切欠き形成部27に切欠き部20を設けた例について説明した。第2実施形態では、これとは逆側の、陰極側金属枠体4に接するガスケット17の第二面19に、切欠き形成部27を設けて、切欠き部20を形成した(不図示)。この例では、ガスケット17の第二面19の中央より上方の充填部26を、陰極側金属枠体4に面接触させ、一方、ガスケット17の第一面18は、その全面を陽極側金属枠体2に面接触させる。この場合、陰極側金属枠体4及び陰極3は、同一の平面状に配置された構成になる。このため、ガスケット17の陰極側に設けられた切欠き部20内に、縁部が収容保持された隔膜6は、隔膜6の全面が、陰極側金属枠体4及び陰極3に接触した状態となり、隔膜6が、陰極3の表面に沿った状態(積層されているような状態)で、固定された一平面の状態に保持されることになる。
第3実施形態では、第1実施形態又は第2実施形態の構成に加えて、陽極1に、隔膜6側の表面に陽極活性化触媒を被覆したものを用い、陰極3に、隔膜6側の表面に陰極活性化触媒を被覆したものを用いる。このように構成することによって、電解槽の高性能化を図ることが可能となる。更に、本発明の電解槽を高性能化するためには、陽極1の隔膜6側の表面に、陽極触媒活性コーティングを施した陽極側ファインメッシュ28を装着し、及び/又は、陰極3の隔膜6側表面に、陰極触媒活性コーティングを施した陰極側ファインメッシュ29を装着することが好ましい。
本発明の電解槽用ガスケットは、アルカリ水電解槽に好適であるが、食塩電解の電解槽や、その他の電解槽、例えば、純水電解、非精製水の電解、臭化物水溶液電解、塩酸水溶液電解、硫酸水溶液電解等の電解槽にも適用することができる。本発明を食塩電解槽に適用するためには、隔膜6として、陽イオン交換膜を使用し、電解槽の陽極室15及び陰極室16を、前記陽イオン交換膜により隔離し、陽極側電解液として食塩水を使用し、陰極側電解液として、苛性アルカリ金属水溶液とする。
更に、本発明の電解槽用ガスケット及び電解槽は、加圧システムにおいても適用することができる。尚、加圧システムの場合は、陽極室、陰極室がともに加圧される。このとき陽極側より陰極側の圧力を少し高め、陰極加圧の制御をすることで陰極側から集められる水素純度は高くなる傾向があり、運転管理としては陰極加圧が好ましい。一方、隔膜の種類にもより、電解液が透過し易い隔膜では、その陰極加圧も水柱10cm-H2O程度の小さなもの、又は同圧を採用することになる。
更に、本発明の電解槽用ガスケット及び電解槽は、単極式の電解槽だけでなく複極式電解槽にも適用することができる。
2:陽極側金属枠体
3:陰極
4:陰極側金属枠体
5:О-リング
6:隔膜
7:陽極側ガスケット
8:陰極側ガスケット
9:電解槽用ガスケット(従来技術)
10:第一面(従来技術)
11:第二面(従来技術)
12:スリット部
13:充填部
14:スリット形成部
15:陽極室
16:陰極室
17:電解槽用ガスケット
18:第一面
19:第二面
20:切欠き部
21:押え板
22:陽極室枠体
23:陰極室枠体
24:アルカリ水電解槽
25:タイロッド
26:充填部
27:切欠き形成部
28:陽極側ファインメッシュ
29:陰極側ファインメッシュ
30:スプリング材料
Claims (12)
- 陽極と陰極と、陽極と陰極とを隔離するシート状の隔膜よりなる電解槽に組み込まれた、前記隔膜を保持するための電解槽用ガスケットであって、
前記電解槽は、中央部に陽極室を形成するための開口部を有する額縁状に形成された陽極側金属枠体と、該陽極側金属枠体と同一形状の、中央部に陰極室を形成するための開口部を有する陰極側金属枠体とを有し、前記陽極側金属枠体の開口部に陽極が装着され、前記陰極側金属枠体の開口部に陰極が装着されており、前記電解槽用ガスケットは、前記陽極側金属枠体と前記陰極側金属枠体との間に緊密な状態に挟持されて使用されるものであり、
前記電解槽用ガスケットは、前記陽極側金属枠体及び前記陰極側金属枠体と略同じ形状を有する、一枚の、額縁状の薄板状枠体よりなり、
該額縁状の薄板状枠体は、前記陽極側金属枠体に密接する第一面と、前記陰極側金属枠体に密接する第二面とを有し、前記第一面及び前記第二面のいずれか一方の面上に、前記薄板状枠体の、額縁の内側の縁を含む一部の領域が均一の厚みで薄く削り取られてなる、前記隔膜の厚みと略同じ厚みの段差を有する切欠き部が形成された構造を有し、
前記隔膜の縁部が、前記切欠き部と、前記陽極側金属枠体あるいは前記陰極側金属枠体との間に形成される隙間に収容された状態で保持される構成としたことを特徴とする電解槽用ガスケット。 - その外周面に、絶縁性を有するガスケット押え板が押し付けられた状態で装着されて、前記電解槽に組み込まれている請求項1に記載の電解槽用ガスケット。
- 電解液及び電解生成ガスに対して耐食性を有する弾性体からなる材料で形成されている請求項1又は2に記載の電解槽用ガスケット。
- 請求項1~3のいずれか1項に記載の電解槽用ガスケットを備えてなる電解槽であって、
前記陽極の隔膜側に、陽極触媒活性コーティングが施されているか、あるいは、陽極触媒活性コーティングが施されている陽極側ファインメッシュが装着されている、
及び/又は、前記陰極の隔膜側に、陰極触媒活性コーティングが施されているか、あるいは、陰極触媒活性コーティングが施されている陰極側ファインメッシュが装着されていることを特徴とする電解槽。 - 前記陽極と前記陰極とのゼロギャップ化を図るため、前記陽極側ファインメッシュと前記陽極との間に、及び/又は、前記陰極側ファインメッシュと前記陰極との間に、スプリング材料が装着されている請求項4に記載の電解槽。
- 前記陽極及び前記陰極が、エキスパンデッドメッシュ、打抜き多孔板、金網、及び、これらに類似する形状の、多数の孔を有する導電性電極材料からなる群から、独立して選ばれるいずれかの材料よりなる請求項4又は5に記載の電解槽。
- 前記隔膜は、前記隙間に収容されている縁部を除く隔膜の一方の面の全面が、前記陽極又は前記陽極に装着されている陽極側ファインメッシュに接触している状態で、あるいは、前記陰極又は前記陰極に装着されている陰極側ファインメッシュに接触している状態で、保持されている請求項4又は5に記載の電解槽。
- 前記陽極側金属枠体の背面に、前記陽極室を形成するための陽極室枠体が接続されているとともに、前記陰極側金属枠体の背面に、前記陰極室を形成するための陰極室枠体が接続されている請求項4~7のいずれか1項に記載の電解槽。
- 前記陽極側金属枠体が、前記陽極室枠体の一部として形成されているとともに、前記陰極側金属枠体が、前記陰極室枠体の一部として形成されている請求項8に記載の電解槽。
- 前記陽極、前記陽極側金属枠体、前記陽極室枠体、前記陰極、前記陰極側金属枠体、及び前記陰極室枠体が、それぞれ、ニッケル、ステンレス、鉄及びそれらの合金よりなる群より選ばれた少なくとも一つを含む材料からなり、
前記隔膜が、水溶液透過性の多孔質隔膜よりなり、
前記陽極室及び前記陰極室に導入される電解液が、共通した組成の苛性アルカリ金属水溶液であり、
前記電解槽が、アルカリ水電解槽である請求項8又は9に記載の電解槽。 - 前記陽極、前記陽極側金属枠体及び前記陽極室枠体が、チタン又はチタン合金からなり、
前記陰極、前記陰極側金属枠体及び前記陰極室枠体が、ニッケル、ステンレス、鉄及びそれらの合金よりなる群より選ばれた少なくとも一つを含む材料からなり、
前記隔膜が、陽イオン交換膜よりなり、
前記陽極室及び前記陰極室に導入される電解液が、陰極側電解液と陽極側電解液よりなり、
前記陰極側電解液が、苛性アルカリ金属水溶液よりなり、
前記陽極側電解液が、ハロゲン化アルカリ金属水溶液よりなり、
前記電解槽が、食塩電解槽である請求項8又は9に記載の電解槽。 - 更に、電解液を加圧しながら電解を行う構成の請求項10又は11に記載の電解槽。
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