JP7228692B2 - 電解装置の運転方法 - Google Patents
電解装置の運転方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7228692B2 JP7228692B2 JP2021522712A JP2021522712A JP7228692B2 JP 7228692 B2 JP7228692 B2 JP 7228692B2 JP 2021522712 A JP2021522712 A JP 2021522712A JP 2021522712 A JP2021522712 A JP 2021522712A JP 7228692 B2 JP7228692 B2 JP 7228692B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cathode
- electrolytic
- chamber
- anode
- diaphragm
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B15/00—Operating or servicing cells
- C25B15/02—Process control or regulation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
- C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/50—Processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/50—Processes
- C25B1/55—Photoelectrolysis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B13/00—Diaphragms; Spacing elements
- C25B13/02—Diaphragms; Spacing elements characterised by shape or form
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B15/00—Operating or servicing cells
- C25B15/02—Process control or regulation
- C25B15/023—Measuring, analysing or testing during electrolytic production
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
- C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
- C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
- C25B9/75—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having bipolar electrodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
- C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
- C25B9/77—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having diaphragms
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/133—Renewable energy sources, e.g. sunlight
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Description
本発明は、電解装置の運転方法に関する。
近年、二酸化炭素等の温室効果ガスによる地球温暖化、化石燃料の埋蔵量の減少等の問題を解決するため、再生可能エネルギーを利用した風力発電や太陽光発電等の技術が注目されている。
再生可能エネルギーは、出力が気候条件に依存するため、その変動が非常に大きいという性質がある。そのため、再生可能エネルギーによる発電で得られた電力を一般電力系統に輸送することが常に可能とはならず、電力需給のアンバランスや電力系統の不安定化等の社会的な影響が懸念されている。
そこで、再生可能エネルギーから発電された電力を、貯蔵及び輸送が可能な形に代えて、これを利用しようとする研究が行われている。具体的には、再生可能エネルギーから発電された電力を利用した水の電気分解（電解）により、貯蔵及び輸送が可能な水素を発生させ、水素をエネルギー源や原料として利用することが検討されている。
水素は、石油精製、化学合成、金属精製等の場面において、工業的に広く利用されており、近年では、燃料電池車（ＦＣＶ）向けの水素ステーションやスマートコミュニティ、水素発電所等における利用の可能性も広がっている。このため、再生可能エネルギーから特に水素を得る技術の開発に対する期待は高い。
水の電気分解の方法としては、固体高分子型水電解法、高温水蒸気電解法、アルカリ水電解法等があるが、数十年以上前から工業化されていること、大規模に実施することができること、他の水電解システムに比べると安価であること等から、アルカリ水電解は特に有力なものの一つとされている。
しかしながら、アルカリ水電解を今後エネルギーの貯蔵及び輸送のための手段として適応させるためには、前述のとおり出力の変動が大きい電力を効率的且つ安定的に利用して水電解を行うことを可能にする必要があり、アルカリ水電解用の電解セルや装置の諸課題を解決することが求められている。
例えば、アルカリ水電解において電解電圧を低く抑えて、水素製造の電力原単位を改善するという課題を解決するためには、電解セルの構造として、特に、隔膜と電極との隙間を実質的に無くした構造である、ゼロギャップ構造と呼ばれる構造を採用することが有効なことはよく知られている（特許文献１、２参照）。ゼロギャップ構造では、発生するガスを電極の細孔を通して電極の隔膜側とは反対側に素早く逃がすことによって、電極間の距離を低減しつつ、電極近傍におけるガス溜まりの発生を極力抑えて、電解電圧を低く抑制している。ゼロギャップ構造は、電解電圧の抑制にきわめて有効であり、種々の電解装置に採用されている。
しかしながら、従来の電解装置では、太陽光や風力等の変動電源下において、電解運転時に陽極及び陰極に蓄積された電荷が電解停止時に陽極及び陰極に逆に流れ逆電流が生じることがあった。
そして、このように電解停止時に逆電流が生じ、それに併せて各電極の電位が徐々に変化することで当該電位が収束していた。ところが、電位が収束する過程で、陽極や陰極の電位は、通常の電解運転時における陽極や陰極の酸化還元反応とは逆の反応が生じて電極自体が腐食する所定の電位域を一定の時間かけて通過することとなり、それ故に、変動電源下で繰り返される電解停止と電解運転により各電極が劣化する懸念があった。
また、当該逆電流が生じる際には、陽極及び陰極において電解運転時の酸化還元反応とは逆の反応が起こり、それ故に、変動電源下で繰り返される電解停止と電解運転により各電極、特に陰極が劣化する懸念があった。このような懸念に対しては、電解停止時に、陰極室に水素を供給し、陰極と水素とを接触させることで、陰極自体が酸化反応を起こさせず、陰極の劣化防止に有効であると考えられる。しかし、従来の電解装置の電解セルは、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、陰極１０２ｃの鉛直方向上端が隔膜１０４の被覆上端１０４ｔ（隔膜１０４のうちのガスケット１０７等で覆われていない部分についての鉛直方向Ｄ１の上端）と、鉛直方向位置が同じになっており、電解停止時に、陰極１０２ｃを水素と接触させるために、電解セル１６５中の喫水線Ｌ（電解液の水面位置）を図７に示すように陰極１０２ｃの上端よりも下げた場合、電解セル１６５を陽極室１０５ａおよび陰極室１０５ｃに区画する隔膜１０４の一部（両面）がそれぞれの電解セル１６５に存在する気体層に露出することとなっていた。隔膜１０４がこのように気体層に露出すると、それぞれの電極室１０５ａ、１０５ｃ中の気体がわずかに隔膜１０４を透過してそれぞれの電極室１０５ａ、１０５ｃに拡散することがあり、例えば陽極室１０５ａ内の酸素中の水素濃度や陰極室１０５ｃ内の水素中の酸素濃度が局部的に高まる虞があった。また、従来の電解装置では、逆に、上記の、それぞれの電極室１０５ａ、１０５ｃ中の気体の拡散を防ぐために、電解停止時に、電解セル１６５中の喫水線Ｌを上げて、隔膜１０４が気体層に露出しないようにすると、陰極１０２ｃの上端が、陰極１０２ｃを水素と接触することができず、陰極１０２ｃの劣化を防止することができなかった。
そして、このように電解停止時に逆電流が生じ、それに併せて各電極の電位が徐々に変化することで当該電位が収束していた。ところが、電位が収束する過程で、陽極や陰極の電位は、通常の電解運転時における陽極や陰極の酸化還元反応とは逆の反応が生じて電極自体が腐食する所定の電位域を一定の時間かけて通過することとなり、それ故に、変動電源下で繰り返される電解停止と電解運転により各電極が劣化する懸念があった。
また、当該逆電流が生じる際には、陽極及び陰極において電解運転時の酸化還元反応とは逆の反応が起こり、それ故に、変動電源下で繰り返される電解停止と電解運転により各電極、特に陰極が劣化する懸念があった。このような懸念に対しては、電解停止時に、陰極室に水素を供給し、陰極と水素とを接触させることで、陰極自体が酸化反応を起こさせず、陰極の劣化防止に有効であると考えられる。しかし、従来の電解装置の電解セルは、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、陰極１０２ｃの鉛直方向上端が隔膜１０４の被覆上端１０４ｔ（隔膜１０４のうちのガスケット１０７等で覆われていない部分についての鉛直方向Ｄ１の上端）と、鉛直方向位置が同じになっており、電解停止時に、陰極１０２ｃを水素と接触させるために、電解セル１６５中の喫水線Ｌ（電解液の水面位置）を図７に示すように陰極１０２ｃの上端よりも下げた場合、電解セル１６５を陽極室１０５ａおよび陰極室１０５ｃに区画する隔膜１０４の一部（両面）がそれぞれの電解セル１６５に存在する気体層に露出することとなっていた。隔膜１０４がこのように気体層に露出すると、それぞれの電極室１０５ａ、１０５ｃ中の気体がわずかに隔膜１０４を透過してそれぞれの電極室１０５ａ、１０５ｃに拡散することがあり、例えば陽極室１０５ａ内の酸素中の水素濃度や陰極室１０５ｃ内の水素中の酸素濃度が局部的に高まる虞があった。また、従来の電解装置では、逆に、上記の、それぞれの電極室１０５ａ、１０５ｃ中の気体の拡散を防ぐために、電解停止時に、電解セル１６５中の喫水線Ｌを上げて、隔膜１０４が気体層に露出しないようにすると、陰極１０２ｃの上端が、陰極１０２ｃを水素と接触することができず、陰極１０２ｃの劣化を防止することができなかった。
そこで、本発明は、変動電源下における電極の劣化を抑制することを目的とする。
特に、本発明（Ｉ）は、変動電源下における電極の劣化を抑制することが可能な電解装置の運転方法を提供することを目的とする。また、本発明（ＩＩ）は、変動電源下における陰極の劣化を抑制するとともに、隔膜を介した各電極室間の気体の拡散・混合を抑制することが可能な電解装置を提供することを目的とする。
特に、本発明（Ｉ）は、変動電源下における電極の劣化を抑制することが可能な電解装置の運転方法を提供することを目的とする。また、本発明（ＩＩ）は、変動電源下における陰極の劣化を抑制するとともに、隔膜を介した各電極室間の気体の拡散・混合を抑制することが可能な電解装置を提供することを目的とする。
本発明（Ｉ）の要旨は以下の通りである。
〈１〉相互に隔膜で区画された、陽極を有する陽極室と陰極を有する陰極室とを備える変動電源を使用する電解装置の運転方法であって、
前記陽極室および前記陰極室中の電解液の電気分解が行われる通電工程と、
前記陽極室および前記陰極室中の電解液の電気分解が停止している停止工程と、を有し、
前記停止工程において、前記電解装置の電解槽を外部負荷に電気的に接続して、５時間分以内に対電圧を０．１Ｖ以下にする放電工程を有し、
前記放電工程は、前記停止工程において、電解槽の電圧が所定の閾値を下回ったときに実施することを特徴とする、電解装置の運転方法。
〈２〉前記放電工程では、６０分以内に対電圧を０．１Ｖ以下にする、上記〈１〉の電解装置の運転方法。
〈３〉前記電解装置の電解槽が複極式であって、１つの前記陽極室と１つの前記陰極室とで構成される電解セルを複数有し、
前記放電工程を複数の電解セルのうちの一部で実施する、上記〈１〉または〈２〉の電解装置の運転方法。
〈４〉前記電解装置の電解槽が複極式であって、１つの前記陽極室と１つの前記陰極室とで構成される電解セルを３０以上有する、上記〈１〉～〈３〉のいずれかの電解装置の運転方法。
〈５〉前記陰極の保有電荷量が、前記陽極の保有電荷量に対して０．１倍以下である、上記〈１〉～〈４〉のいずれか電解装置の運転方法。
〈６〉前記電解装置が、前記陰極の少なくとも一部が、前記隔膜の非被覆上端よりも鉛直方向上方に存在する電解装置であり、前記停止工程において、前記陽極室および／または前記陰極室の電解液の液面が前記隔膜の非被覆上端よりも鉛直方向上方に位置するとともに、前記陰極の少なくとも一部が水素ガスに露出する、上記〈１〉～〈５〉のいずれかの電解装置の運転方法。
〈７〉前記陰極が、陰極本体部と、陰極本体部と導線部で接続された陰極補助部と、で形成され、
前記陰極補助部の少なくとも一部が、前記隔膜の非被覆上端よりも鉛直方向上方に存在する、上記〈６〉の電解装置の運転方法。
〈８〉前記隔膜の表面が、被覆材によって、当該被覆材の鉛直方向下端が当該隔膜の非被覆上端となるように覆われている、上記〈６〉または〈７〉の電解装置の運転方法。
〈９〉前記電解装置の電解槽は、当該電解槽の前記電極室内の液面を測定することができる液面計を有し、前記停止工程において前記陽極室及び前記陰極室の液面を監視する、上記〈６〉～〈８〉のいずれかの電解装置の運転方法。
〈１〉相互に隔膜で区画された、陽極を有する陽極室と陰極を有する陰極室とを備える変動電源を使用する電解装置の運転方法であって、
前記陽極室および前記陰極室中の電解液の電気分解が行われる通電工程と、
前記陽極室および前記陰極室中の電解液の電気分解が停止している停止工程と、を有し、
前記停止工程において、前記電解装置の電解槽を外部負荷に電気的に接続して、５時間分以内に対電圧を０．１Ｖ以下にする放電工程を有し、
前記放電工程は、前記停止工程において、電解槽の電圧が所定の閾値を下回ったときに実施することを特徴とする、電解装置の運転方法。
〈２〉前記放電工程では、６０分以内に対電圧を０．１Ｖ以下にする、上記〈１〉の電解装置の運転方法。
〈３〉前記電解装置の電解槽が複極式であって、１つの前記陽極室と１つの前記陰極室とで構成される電解セルを複数有し、
前記放電工程を複数の電解セルのうちの一部で実施する、上記〈１〉または〈２〉の電解装置の運転方法。
〈４〉前記電解装置の電解槽が複極式であって、１つの前記陽極室と１つの前記陰極室とで構成される電解セルを３０以上有する、上記〈１〉～〈３〉のいずれかの電解装置の運転方法。
〈５〉前記陰極の保有電荷量が、前記陽極の保有電荷量に対して０．１倍以下である、上記〈１〉～〈４〉のいずれか電解装置の運転方法。
〈６〉前記電解装置が、前記陰極の少なくとも一部が、前記隔膜の非被覆上端よりも鉛直方向上方に存在する電解装置であり、前記停止工程において、前記陽極室および／または前記陰極室の電解液の液面が前記隔膜の非被覆上端よりも鉛直方向上方に位置するとともに、前記陰極の少なくとも一部が水素ガスに露出する、上記〈１〉～〈５〉のいずれかの電解装置の運転方法。
〈７〉前記陰極が、陰極本体部と、陰極本体部と導線部で接続された陰極補助部と、で形成され、
前記陰極補助部の少なくとも一部が、前記隔膜の非被覆上端よりも鉛直方向上方に存在する、上記〈６〉の電解装置の運転方法。
〈８〉前記隔膜の表面が、被覆材によって、当該被覆材の鉛直方向下端が当該隔膜の非被覆上端となるように覆われている、上記〈６〉または〈７〉の電解装置の運転方法。
〈９〉前記電解装置の電解槽は、当該電解槽の前記電極室内の液面を測定することができる液面計を有し、前記停止工程において前記陽極室及び前記陰極室の液面を監視する、上記〈６〉～〈８〉のいずれかの電解装置の運転方法。
本発明によれば、変動電源化における電極の劣化を抑制することができる。
特に、本発明（Ｉ）では、変動電源下における電極の劣化を抑制することが可能な電解装置の運転方法を提供することができる。また、本発明（ＩＩ）によれば、変動電源下における陰極の劣化を抑制するとともに、隔膜を介した各電極室間の気体の拡散・混合を抑制することが可能な電解装置を提供することができる。
特に、本発明（Ｉ）では、変動電源下における電極の劣化を抑制することが可能な電解装置の運転方法を提供することができる。また、本発明（ＩＩ）によれば、変動電源下における陰極の劣化を抑制するとともに、隔膜を介した各電極室間の気体の拡散・混合を抑制することが可能な電解装置を提供することができる。
以下、本発明を実施するための形態（以下、「本実施形態」という）について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。本明細書において、本実施形態の中でも、上記本発明（Ｉ）の実施形態を本実施形態（Ｉ）、上記本発明（ＩＩ）の実施形態を本実施形態（ＩＩ）と称する場合がある。
図１に、本実施形態の電解装置の運転方法に使用可能な電解装置、及び本実施形態の電解装置の概要を示す。
（電解装置）
電解装置７０は、例えば、図１に示すように、電解槽５０と、電解液を循環させるための送液ポンプ７１と、電解液と水素及び／又は酸素とを分離する気液分離タンク７２と、電解により消費した水を補給するための水補給器７３とを有する。また、より具体的には、本実施形態の電解装置７０は、相互に隔膜４で区画された、陽極２ａを有する陽極室５ａと陰極２ｃを有する陰極室５ｃとを備える。
また、陰極２ｃの少なくとも一部が、隔膜４の非被覆上端４ｔよりも鉛直方向上方に存在していてもよく、この電解装置によれば、変動電源下における陰極２ｃの劣化を抑制するとともに、隔膜４を介した各電極室５間の気体の拡散・混合を抑制することができる。
電解装置７０は、例えば、図１に示すように、電解槽５０と、電解液を循環させるための送液ポンプ７１と、電解液と水素及び／又は酸素とを分離する気液分離タンク７２と、電解により消費した水を補給するための水補給器７３とを有する。また、より具体的には、本実施形態の電解装置７０は、相互に隔膜４で区画された、陽極２ａを有する陽極室５ａと陰極２ｃを有する陰極室５ｃとを備える。
また、陰極２ｃの少なくとも一部が、隔膜４の非被覆上端４ｔよりも鉛直方向上方に存在していてもよく、この電解装置によれば、変動電源下における陰極２ｃの劣化を抑制するとともに、隔膜４を介した各電極室５間の気体の拡散・混合を抑制することができる。
初めに、電解装置７０の構成要素のうち、主に電解槽５０について説明する。
（電解槽）
電解装置７０における電解槽５０は、特に限定されることなく、単極式としても複極式としてもよいが、図１等に示すように、工業的に、複極式の電解槽が好ましい。
電解装置７０における電解槽５０は、特に限定されることなく、単極式としても複極式としてもよいが、図１等に示すように、工業的に、複極式の電解槽が好ましい。
複極式は、多数のセルを電源に接続する方法の１つであり、片面が陽極２ａ、片面が陰極２ｃとなる複数の複極式エレメント６０を同じ向きに並べて直列に接続し、両端のみを電源に接続する方法である。
複極式電解槽５０は、電源の電流を小さくできるという特徴を持ち、電解により化合物や所定の物質等を短時間で大量に製造することができる。電源設備は出力が同じであれば、定電流、高電圧の方が安価でコンパクトになるため、工業的には単極式よりも複極式の方が好ましい。
複極式電解槽５０は、電源の電流を小さくできるという特徴を持ち、電解により化合物や所定の物質等を短時間で大量に製造することができる。電源設備は出力が同じであれば、定電流、高電圧の方が安価でコンパクトになるため、工業的には単極式よりも複極式の方が好ましい。
電解装置７０の複極式電解槽５０は、図２に示すとおり、陽極２ａと、陰極２ｃと、陽極２ａと陰極２ｃとを隔離する隔壁１と、隔壁１を縁取る外枠３とを備える複数の複極式エレメント６０が隔膜４を挟んで重ね合わせられている複極式電解槽５０である。
（（複極式エレメント））
一例の電解装置７０の複極式電解槽５０に用いられる複極式エレメント６０は、図２に示すように、陽極２ａと陰極２ｃとを隔離する隔壁１を備え、隔壁１を縁取る外枠３を備えている。より具体的には、隔壁１は導電性を有し、外枠３は隔壁１の外縁に沿って隔壁１を取り囲むように設けられている。
一例の電解装置７０の複極式電解槽５０に用いられる複極式エレメント６０は、図２に示すように、陽極２ａと陰極２ｃとを隔離する隔壁１を備え、隔壁１を縁取る外枠３を備えている。より具体的には、隔壁１は導電性を有し、外枠３は隔壁１の外縁に沿って隔壁１を取り囲むように設けられている。
なお、電解装置７０では、複極式エレメント６０は、通常、隔壁１に沿う所与の方向Ｄ１が、鉛直方向となるように、使用してよく、具体的には、図３、図４に示すように隔壁１の平面視形状が長方形である場合、隔壁１に沿う所与の方向Ｄ１が、向かい合う２組の辺のうちの１組の辺の方向と同じ方向となるように、使用してよい（図２、図３参照）。
図２に示すとおり、複極式電解槽５０は複極式エレメント６０を必要数積層することで構成されている。
図２に示す一例では、複極式電解槽５０は、一端からファストヘッド５１ｇ、絶縁板５１ｉ、陽極ターミナルエレメント５１ａが順番に並べられ、更に、陽極側ガスケット部分７、隔膜４、陰極側ガスケット部分７、複極式エレメント６０が、この順番で並べて配置される。このとき、複極式エレメント６０は陽極ターミナルエレメント５１ａ側に陰極２ｃを向けるよう配置する。陽極側ガスケット部分７から複極式エレメント６０までは、設計生産量に必要な数だけ繰り返し配置される。陽極側ガスケット部分７から複極式エレメント６０までを必要数だけ繰り返し配置した後、再度、陽極側ガスケット部分７、隔膜４、陰極側ガスケット部分７を並べて配置し、最後に陰極ターミナルエレメント５１ｃ、絶縁板５１ｉ、ルーズヘッド５１ｇをこの順番で配置される。複極式電解槽５０は、全体をタイロッド方式５１ｒ（図２参照）や油圧シリンダー方式等の締め付け機構により締め付けることによりー体化され、複極式電解槽５０となる。
複極式電解槽５０を構成する配置は、陽極２ａ側からでも陰極２ｃ側からでも任意に選択でき、上述の順序に限定されるものではない。
図２に示す一例では、複極式電解槽５０は、一端からファストヘッド５１ｇ、絶縁板５１ｉ、陽極ターミナルエレメント５１ａが順番に並べられ、更に、陽極側ガスケット部分７、隔膜４、陰極側ガスケット部分７、複極式エレメント６０が、この順番で並べて配置される。このとき、複極式エレメント６０は陽極ターミナルエレメント５１ａ側に陰極２ｃを向けるよう配置する。陽極側ガスケット部分７から複極式エレメント６０までは、設計生産量に必要な数だけ繰り返し配置される。陽極側ガスケット部分７から複極式エレメント６０までを必要数だけ繰り返し配置した後、再度、陽極側ガスケット部分７、隔膜４、陰極側ガスケット部分７を並べて配置し、最後に陰極ターミナルエレメント５１ｃ、絶縁板５１ｉ、ルーズヘッド５１ｇをこの順番で配置される。複極式電解槽５０は、全体をタイロッド方式５１ｒ（図２参照）や油圧シリンダー方式等の締め付け機構により締め付けることによりー体化され、複極式電解槽５０となる。
複極式電解槽５０を構成する配置は、陽極２ａ側からでも陰極２ｃ側からでも任意に選択でき、上述の順序に限定されるものではない。
図２に示すように、複極式電解槽５０では、複極式エレメント６０が、陽極ターミナルエレメント５１ａと陰極ターミナルエレメント５１ｃとの間に配置されている。隔膜４は、陽極ターミナルエレメント５１ａと複極式エレメント６０との間、隣接して並ぶ複極式エレメント６０同士の間、及び複極式エレメント６０と陰極ターミナルエレメント５１ｃとの間に配置されている。
また、複極式電解槽５０では、図３、図４に示すとおり、隔壁１と外枠３と隔膜４とにより、電解液が通過する電極室５が画成されている。
本実施形態では、特に、複極式電解槽５０における、隣接する２つの複極式エレメント６０間の互いの隔壁１間における部分、及び、隣接する複極式エレメント６０とターミナルエレメントとの間の互いの隔壁１間における部分を電解セル６５と称する。電解セル６５は、一方のエレメントの隔壁１、陽極室５ａ、陽極２ａ、及び、隔膜４、及び、他方のエレメントの陰極２ｃ、陰極室５ｃ、隔壁１を含む。
詳細には、電極室５は、外枠３との境界において、電極室５に電解液を導入する電解液入口５ｉと、電極室５から電解液を導出する電解液出口５ｏとを有する。より具体的には、陽極室５ａには、陽極室５ａに電解液を導入する陽極電解液入口５ａｉと、陽極室５ａから導出する電解液を導出する陽極電解液出口５ａｏとが設けられる。同様に、陰極室５ｃには、陰極室５ｃに電解液を導入する陰極電解液入口５ｃｉと、陰極室５ｃから導出する電解液を導出する陰極電解液出口５ｃｏとが設けられる。
陽極室５ａ及び陰極室５ｃにおいて、電解液を電解槽５０内部で、電極面内に均一に分配するための内部ディストリビュータを備えてもよい。また、電極室５は、電解槽５０内部での液の流れを制限する機能を備えるバッフル板を備えてもよい。さらに、陽極室５ａ及び陰極室５ｃにおいて、電解槽５０内部での電解液の濃度や温度の均一化、及び、電極２や隔膜４に付着するガスの脱泡の促進のために、カルマン渦を作るための突起物を備えてもよい。
そして、複極式電解槽５０は、外枠３の外方に、電極室５に連通するヘッダー１０を備える（図３、図４参照）。
図３、図４に示す一例では、複極式電解槽５０に、ガスや電解液を配液又は集液する管であるヘッダー１０が取り付けられる。詳細には、ヘッダー１０は、電極室５に電解液を入れるための入口ヘッダーと電極室５からガスや電解液を出すための出口ヘッダーとからなる。
一例では、隔壁１の端縁にある外枠３の下方に、陽極室５ａに電解液を入れる陽極入口ヘッダー１０Ｏａｉと、陰極室５ｃに電解液を入れる陰極入口ヘッダー１０Ｏｃｉとを備えており、また、同様に、隔壁１の端縁にある外枠３の側方に、陽極室５ａから電極液を出す陽極出口ヘッダー１０Ｏａｏと、陰極室５ｃから電解液を出す陰極出口ヘッダー１０Ｏｃｏとを備えている。
また、一例では、陽極室５ａ及び陰極室５ｃにおいて、入口ヘッダーと出口ヘッダーとが、電極室５の中央部を挟んで向かい合うように設けられている。
一例では、隔壁１の端縁にある外枠３の下方に、陽極室５ａに電解液を入れる陽極入口ヘッダー１０Ｏａｉと、陰極室５ｃに電解液を入れる陰極入口ヘッダー１０Ｏｃｉとを備えており、また、同様に、隔壁１の端縁にある外枠３の側方に、陽極室５ａから電極液を出す陽極出口ヘッダー１０Ｏａｏと、陰極室５ｃから電解液を出す陰極出口ヘッダー１０Ｏｃｏとを備えている。
また、一例では、陽極室５ａ及び陰極室５ｃにおいて、入口ヘッダーと出口ヘッダーとが、電極室５の中央部を挟んで向かい合うように設けられている。
特に、この一例の複極式電解槽５０は、複極式電解槽５０とヘッダー１０とが独立している形式である外部ヘッダー１０Ｏ型を採用している。
図４に、外部ヘッダー型の電解装置の電解槽の一例について平面図で示す。
図４に、外部ヘッダー型の電解装置の電解槽の一例について平面図で示す。
なお、図２～図４に示す複極式電解槽に取り付けられるヘッダー１０の配設態様として、代表的には、内部ヘッダー型と外部ヘッダー１０Ｏ型とがあるが、本発明では、いずれの型を採用してもよく、特に限定されない。
さらに、図３、図４に示す一例では、ヘッダー１０に、ヘッダー１０に配液又は集液されたガスや電解液を集める管である導管２０が取り付けられる。詳細には、導管２０は、入口ヘッダーに連通する配液管と出口ヘッダーに連通する集液管とからなる。
一例では、外枠３のうちの下方に、陽極入口ヘッダー１０Ｏａｉに連通する陽極用配液管２０Ｏａｉと、陰極入口ヘッダー１０Ｏｃｉに連通する陰極用配液管２０Ｏｃｉとを備えており、また、同様に、外枠３のうちの側方に、陽極出口ヘッダー１０Ｏａｏに連通する陽極用集液管２０Ｏａｏと、陰極出口ヘッダー１０Ｏｃｏに連通する陰極用集液管２０Ｏｃｏとを備えている。
一例では、外枠３のうちの下方に、陽極入口ヘッダー１０Ｏａｉに連通する陽極用配液管２０Ｏａｉと、陰極入口ヘッダー１０Ｏｃｉに連通する陰極用配液管２０Ｏｃｉとを備えており、また、同様に、外枠３のうちの側方に、陽極出口ヘッダー１０Ｏａｏに連通する陽極用集液管２０Ｏａｏと、陰極出口ヘッダー１０Ｏｃｏに連通する陰極用集液管２０Ｏｃｏとを備えている。
陽極室５ａ及び陰極室５ｃにおいて、入口ヘッダーと出口ヘッダーとは、水電解効率の観点から、離れた位置に設けられることが好ましく、電極室５の中央部を挟んで向かい合うように設けられることが好ましく、図３、図４に示すように隔壁１の平面視形状が長方形である場合、長方形の中心に関して対称となるように設けられることが好ましい。
通常、図３、図４に示すように、陽極入口ヘッダー１０Ｏａｉ、陰極入口ヘッダー１０Ｏｃｉ、陽極出口ヘッダー１０Ｏａｏ、陰極出口ヘッダー１０Ｏｃｏは、各電極室５に１つずつ設けられるが、これに限定されず、各電極室５にそれぞれ複数設けられてもよい。
また、通常、陽極用配液管２０Ｏａｉ、陰極用配液管２０Ｏｃｉ、陽極用集液管２０Ｏａｏ、陰極用集液管２０Ｏｃｏは、各電極室５に１つずつ設けられるが、これに限定されず、複数の電極室５で兼用されてもよい。
また、通常、陽極用配液管２０Ｏａｉ、陰極用配液管２０Ｏｃｉ、陽極用集液管２０Ｏａｏ、陰極用集液管２０Ｏｃｏは、各電極室５に１つずつ設けられるが、これに限定されず、複数の電極室５で兼用されてもよい。
なお、図示した例では、平面視で長方形形状の隔壁１と平面視で長方形形状の隔膜４とが平行に配置され、また、隔壁１の端縁に設けられる直方体形状の外枠の隔壁１側の内面が隔壁１に垂直となっているため、電極室５の形状が直方体となっている。しかしながら、本発明において、電極室５の形状は、図示の例の直方体に限定されることなく、隔壁１や隔膜４の平面視形状、外枠３の隔壁１側の内面と隔壁１とのなす角度等により、適宜変形されてよく、本発明の効果が得られる限り、いかなる形状であってもよい。
電極室５とヘッダー１０との位置関係は、特に限定されず、図３、図４に示すように、複極式エレメント６０を隔壁１に沿う所与の方向Ｄ１が鉛直方向となるように使用した場合に、入口ヘッダーは、電極室５に対して下方や側方に位置し（図示では、下方）、出口ヘッダーは、電極室５に対して上方や側方に位置していてよく（図示では、側方）、また、入口ヘッダーに連通する配液管は、電極室５に対して下方や側方に位置し（図示では、下方）、出口ヘッダーに連通する集液管は、電極室５に対して上方や側方に位置していてよい（図示では、側方）。
ヘッダー１０の延在方向は、特に限定されない。
導管２０の延在方向は、特に限定されないが、図３、図４に示す一例のように、本発明の効果を得られやすくする観点から、配液管（陽極用配液管２０Ｏａｉ、陰極用配液管２０Ｏｃｉ）及び集液管（陽極用集液管２０Ｏａｏ、陰極用集液管２０Ｏｃｏ）は、ぞれぞれ、隔壁１に垂直な方向に延びることが好ましく、導管２０のいずれもが、隔壁１に垂直な方向に延びることがさらに好ましい。
なお、電解装置７０の複極式電解槽５０では、電解室５内における気液の流れの乱れにより電解室５に生じる対流を低減して、局所的な電解液の温度の上昇を抑制するため、隔壁１に沿う所与の方向Ｄ１に対して平行に配置される複数の整流板６を備えていてもよい。
電解装置７０の複極式電解槽５０は、２９～５００の複極式エレメント６０を有することが好ましく、５０～５００の複極式エレメント６０を有することがより好ましく、７０～３００の複極式エレメント６０を有することがさらに好ましく、１００～２００の複極式エレメント６０を有することが特に好ましい。
対数が減ると、リーク電流によるガス純度の影響は緩和される一方で、対数が増加すると、電解液を各電解セル６５に均一に分配することが困難になる。下限未満の場合や上限超の場合には、電力供給を停止した際に生じる自己放電を低減して、電気制御システムの安定化を可能にする効果、及び、高効率での電力の貯蔵、具体的には、ポンプ動力の低減やリーク電流の低減を実現することを可能にする効果の並立が困難になる。
また、複極式エレメント６０の数（対数）が増え過ぎると、電解槽５０の製作が困難になるおそれがあり、製作精度が悪い複極式エレメント６０を多数スタックした場合には、シール面圧が不均一になりやすく、電解液の漏れやガス漏洩が生じやすい。
対数が減ると、リーク電流によるガス純度の影響は緩和される一方で、対数が増加すると、電解液を各電解セル６５に均一に分配することが困難になる。下限未満の場合や上限超の場合には、電力供給を停止した際に生じる自己放電を低減して、電気制御システムの安定化を可能にする効果、及び、高効率での電力の貯蔵、具体的には、ポンプ動力の低減やリーク電流の低減を実現することを可能にする効果の並立が困難になる。
また、複極式エレメント６０の数（対数）が増え過ぎると、電解槽５０の製作が困難になるおそれがあり、製作精度が悪い複極式エレメント６０を多数スタックした場合には、シール面圧が不均一になりやすく、電解液の漏れやガス漏洩が生じやすい。
電解装置７０では、複数のエレメント６０は、相互に絶縁された状態で隔膜４を挟んで重ね合わせられていることが好ましい。このようにすることにより、エレメント６０間では相互に絶縁された状態となるので、通電工程（電解液の電気分解が行われる工程）でそれぞれのエレメント６０に蓄積された電荷が、停止工程（電解液の電気分解が停止している工程）において他のエレメント６０に影響することを抑制することができる。
なお、複数のエレメント６０が相互に絶縁された状態になるとは、具体的には、エレメント６０の外枠３間で絶縁された状態となることが好ましく、例えば、エレメント６０間に配置するガスケット７の絶縁性を高める等により行うことができる。また、ここでの絶縁とは、エレメント６０間で、絶縁抵抗が１ＭΩ以上であることが好ましい。
なお、複数のエレメント６０が相互に絶縁された状態になるとは、具体的には、エレメント６０の外枠３間で絶縁された状態となることが好ましく、例えば、エレメント６０間に配置するガスケット７の絶縁性を高める等により行うことができる。また、ここでの絶縁とは、エレメント６０間で、絶縁抵抗が１ＭΩ以上であることが好ましい。
電解装置７０の複極式電解槽５０は、３０以上の電解セル６５を有することが好ましく、１００以上の電解セル６５を有することがより好ましく、１５０～２００の電解セル６５を有することがさらに好ましい。複数の電解セル６５を有する電解装置７０において、各電解セル６５に流れる逆電流は、中央側の電解セル６５が比較的大きくなり、端部側の電解セル６５が比較的小さくなる。したがって、電解セル６５が３０以上の場合において、後述の本実施形態の電解装置７０の運転方法を好適に適用することができる。
以下、電解装置７０の主に複極式電解槽５０の構成要素について詳細に説明する。
また、以下では、本発明の効果を高めるための好適形態についても詳述する。
また、以下では、本発明の効果を高めるための好適形態についても詳述する。
－隔壁－
隔壁１の形状は、所定の厚みを有する板状の形状としてよいが、特に限定されない。
隔壁１の形状は、所定の厚みを有する板状の形状としてよいが、特に限定されない。
なお、隔壁１は、通常、隔壁１に沿う所与の方向Ｄ１が、鉛直方向となるように、使用してよく、具体的には、図３、図４に示すように隔壁１の平面視形状が長方形である場合、隔壁１に沿う所与の方向Ｄ１が、向かい合う２組の辺のうちの１組の辺の方向と同じ方向となるように、使用してよい。
隔壁１の材料としては、電力の均一な供給を実現する観点から、導電性を有する材料が好ましく、耐アルカリ性や耐熱性といった面から、ニッケル、ニッケル合金、軟鋼、ニッケル合金上にニッケルメッキを施したものが好ましい。
－電極－
アルカリ水電解による水素製造において、エネルギー消費量の削減、具体的には電解電圧の低減は、大きな課題である。この電解電圧は電極２に大きく依存するため、両電極２の性能は重要である。
アルカリ水電解による水素製造において、エネルギー消費量の削減、具体的には電解電圧の低減は、大きな課題である。この電解電圧は電極２に大きく依存するため、両電極２の性能は重要である。
アルカリ水電解の電解電圧は、理論的に求められる水の電気分解に必要な電圧の他に、陽極反応（酸素発生）の過電圧、陰極反応（水素発生）の過電圧、陽極２ａと陰極２ｃとの電極２間距離による電圧とに分けられる。ここで、過電圧とは、ある電流を流す際に、理論分解電位を越えて過剰に印加する必要のある電圧のことを言い、その値は電流値に依存する。同じ電流を流すとき、過電圧が低い電極２を使用することで消費電力を少なくすることができる。
低い過電圧を実現するために、電極２に求められる要件としては、導電性が高いこと、酸素発生能（或いは水素発生能）が高いこと、電極２表面で電解液の濡れ性が高いこと等が挙げられる。
アルカリ水電解の電極２として、過電圧が低いこと以外に、再生可能エネルギーのような不安定な電流を用いても、電極２の基材及び触媒層の腐食、触媒層の脱落、電解液への溶解、隔膜４への含有物の付着等が起きにくいことが挙げられる。
電極２としては、電解に用いられる表面積を増加させるため、また、電解により発生するガスを効率的に電極２表面から除去するために、多孔体が好ましい。特に、ゼロギャップ電解槽の場合、隔膜４との接触面の裏側から発生するガスを脱泡する必要があるため、電極２の膜に接する面と反対に位置する面が、貫通していることが好ましい。
多孔体の例としては、平織メッシュ、パンチングメタル、エキスパンドメタル、金属発泡体等が挙げられる。
電極２は、基材そのものとしてもよく、基材の表面に反応活性の高い触媒層を有するものとしてもよいが、基材の表面に反応活性の高い触媒層を有するものが好ましい。
基材の材料は、特に制限されないが、使用環境への耐性から、軟鋼、ステンレス、ニッケル、ニッケル基合金が好ましい。
陽極２ａの触媒層は、酸素発生能が高いものであることが好ましく、ニッケルやコバルト、鉄もしくは白金族元素等を使用することができる。これらは、所望の活性や耐久性を実現するために、金属単体や、酸化物等の化合物、複数の金属元素からなる複合酸化物や合金、或いはそれらの混合物として、触媒層を形成できる。耐久性や基材との接着性を向上させるために高分子等の有機物が含まれていてもよい。
陰極２ｃの触媒層は、水素発生能が高いものであることが好ましく、ニッケルやコバルト、鉄もしくは白金族元素等を使用することができる。これらは、所望の活性や耐久性を実現するために、金属単体や、酸化物等の化合物、複数の金属元素からなる複合酸化物や合金、或いはそれらの混合物として、触媒層を形成できる。耐久性や基材との接着性を向上させるために高分子材料等の有機物が含まれていてもよい。
基材上に触媒層を形成させる方法としては、めっき法、プラズマ溶射法等の溶射法、基材上に前駆体層溶液を塗布した後に熱を加える熱分解法、触媒物質をバインダー成分と混合して基材に固定化する方法、及び、スパッタリング法等の真空成膜法といった手法が挙げられる。
－外枠－
外枠３の形状は、隔壁１を縁取ることができる限り特に限定されないが、隔壁１の平面に対して垂直な方向に沿う内面を隔壁１の外延に亘って備える形状としてよい。
外枠３の形状としては、特に限定されることなく、隔壁１の平面視形状に合わせて適宜定められてよい。
外枠３の形状は、隔壁１を縁取ることができる限り特に限定されないが、隔壁１の平面に対して垂直な方向に沿う内面を隔壁１の外延に亘って備える形状としてよい。
外枠３の形状としては、特に限定されることなく、隔壁１の平面視形状に合わせて適宜定められてよい。
外枠３の材料としては、導電性を有する材料が好ましく、耐アルカリ性や耐熱性といった面から、ニッケル、ニッケル合金、軟鋼、ニッケル合金上にニッケルメッキを施したものが好ましい。
－隔膜－
電解装置７０の複極式電解槽５０において用いられる隔膜４としては、イオンを導通しつつ、発生する水素ガスと酸素ガスを隔離するために、イオン透過性の隔膜４が使用される。このイオン透過性の隔膜４は、イオン交換能を有するイオン交換膜と、電解液を浸透することができる多孔膜が使用できる。このイオン透過性の隔膜４は、ガス透過性が低く、イオン伝導率が高く、電子電導度が小さく、強度が強いものが好ましい。
電解装置７０の複極式電解槽５０において用いられる隔膜４としては、イオンを導通しつつ、発生する水素ガスと酸素ガスを隔離するために、イオン透過性の隔膜４が使用される。このイオン透過性の隔膜４は、イオン交換能を有するイオン交換膜と、電解液を浸透することができる多孔膜が使用できる。このイオン透過性の隔膜４は、ガス透過性が低く、イオン伝導率が高く、電子電導度が小さく、強度が強いものが好ましい。
－－多孔膜－－
多孔膜は、複数の微細な貫通孔を有し、隔膜４を電解液が透過できる構造を有する。電解液が多孔膜中に浸透することにより、イオン伝導を発現するため、孔径や気孔率、親水性といった多孔構造の制御が非常に重要となる。一方、電解液だけでなく、発生ガスを通過させないこと、すなわちガスの遮断性を有することが求められる。この観点でも多孔構造の制御が重要となる。
多孔膜は、複数の微細な貫通孔を有し、隔膜４を電解液が透過できる構造を有する。電解液が多孔膜中に浸透することにより、イオン伝導を発現するため、孔径や気孔率、親水性といった多孔構造の制御が非常に重要となる。一方、電解液だけでなく、発生ガスを通過させないこと、すなわちガスの遮断性を有することが求められる。この観点でも多孔構造の制御が重要となる。
多孔膜は、複数の微細な貫通孔を有するものであるが、高分子多孔膜、無機多孔膜、織布、不織布等が挙げられる。これらは公知の技術により作製することができる。
高分子多孔膜の製法例としては、相転換法（ミクロ相分離法）、抽出法、延伸法、湿式ゲル延伸法等が挙げられる。
高分子多孔膜の製法例としては、相転換法（ミクロ相分離法）、抽出法、延伸法、湿式ゲル延伸法等が挙げられる。
多孔膜は、高分子材料と親水性無機粒子とを含むことが好ましく、親水性無機粒子が存在することによって多孔膜に親水性を付与することができる。
－－－高分子材料－－－
高分子材料としては、例えば、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリビニリデンフロライド、ポリカーボネート、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライド、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロスルホン酸、パーフルオロカルボン酸、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド等が挙げられる。これらの中でも、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリテトラフルオロエチレン、であることが好ましく、ポリスルホンであることがより好ましい。これらは１種単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
高分子材料としては、例えば、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリビニリデンフロライド、ポリカーボネート、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライド、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロスルホン酸、パーフルオロカルボン酸、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド等が挙げられる。これらの中でも、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリテトラフルオロエチレン、であることが好ましく、ポリスルホンであることがより好ましい。これらは１種単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
多孔膜は、分離能、強度等適切な膜物性を得る為に、孔径を制御することが好ましい。また、アルカリ水電解に用いる場合、陽極２ａから発生する酸素ガス及び陰極２ｃから発生する水素ガスの混合を防止し、かつ電解における電圧損失を低減する観点から、多孔膜の孔径を制御することが好ましい。
多孔膜の平均孔径が大きいほど、単位面積あたりの多孔膜透過量は大きくなり、特に、電解においては多孔膜のイオン透過性が良好となり、電圧損失を低減しやすくなる傾向にある。また、多孔膜の平均孔径が大きいほど、アルカリ水との接触表面積が小さくなるので、ポリマーの劣化が抑制される傾向にある。
一方、多孔膜の平均孔径が小さいほど、多孔膜の分離精度が高くなり、電解においては多孔膜のガス遮断性が良好となる傾向にある。さらに、後述する粒径の小さな親水性無機粒子を多孔膜に担持した場合、欠落せずしっかりと保持することができる。これにより、親水性無機粒子が持つ高い保持能力を付与でき、長期に亘ってその効果を維持することができる。
多孔膜の平均孔径が大きいほど、単位面積あたりの多孔膜透過量は大きくなり、特に、電解においては多孔膜のイオン透過性が良好となり、電圧損失を低減しやすくなる傾向にある。また、多孔膜の平均孔径が大きいほど、アルカリ水との接触表面積が小さくなるので、ポリマーの劣化が抑制される傾向にある。
一方、多孔膜の平均孔径が小さいほど、多孔膜の分離精度が高くなり、電解においては多孔膜のガス遮断性が良好となる傾向にある。さらに、後述する粒径の小さな親水性無機粒子を多孔膜に担持した場合、欠落せずしっかりと保持することができる。これにより、親水性無機粒子が持つ高い保持能力を付与でき、長期に亘ってその効果を維持することができる。
かかる観点から、多孔膜においては、平均孔径は、０．１μｍ以上１．０μｍ以下の範囲であることが好ましい。多孔膜は、孔径がこの範囲であれば、優れたガス遮断性と高いイオン透過性とを両立することができる。また、多孔膜の孔径は実際に使用する温度域において制御されることが好ましい。従って、例えば９０℃の環境下での電解用隔膜４として使用する場合は、９０℃で上記の孔径の範囲を満足させることが好ましい。また、多孔膜は、アルカリ水電解用隔膜４として、より優れたガス遮断性と高いイオン透過性とを発現できる範囲として、平均孔径が０．１μｍ以上０．５μｍ以下であることがより好ましい。
多孔膜の平均孔径は、以下の方法で測定することができる。
多孔膜の平均孔径とは、完全性試験機（ザルトリウス・ステディム・ジャパン社製、「Ｓａｒｔｏｃｈｅｃｋ Ｊｕｎｉｏｒ ＢＰ－Ｐｌｕｓ」）を使用して以下の方法で測定した平均透水孔径をいう。まず、多孔膜を芯材も含めて所定の大きさに切り出して、これをサンプルとする。このサンプルを任意の耐圧容器にセットして、容器内を純水で満たす。次に、耐圧容器を所定温度に設定した恒温槽内で保持し、耐圧容器内部が所定温度になってから測定を開始する。測定が始まると、サンプルの上面側が窒素で加圧されていき、サンプルの下面側から純水が透過してくる際の圧力及び透過流量の数値を記録する。平均透水孔径は、圧力が１０ｋＰａから３０ｋＰａの間の圧力と透水流量との勾配を使い、以下のハーゲンポアズイユの式から求めることができる。
平均透水孔径（ｍ）＝｛３２ηＬμ０／（εＰ）｝０．５
ここで、ηは水の粘度（Ｐａ・ｓ）、Ｌは多孔膜の厚み（ｍ）、μ０は見かけの流速であり、μ０（ｍ／ｓ）＝流量（ｍ３／ｓ）／流路面積（ｍ２）である。また、εは空隙率、Ｐは圧力（Ｐａ）である。
多孔膜の平均孔径とは、完全性試験機（ザルトリウス・ステディム・ジャパン社製、「Ｓａｒｔｏｃｈｅｃｋ Ｊｕｎｉｏｒ ＢＰ－Ｐｌｕｓ」）を使用して以下の方法で測定した平均透水孔径をいう。まず、多孔膜を芯材も含めて所定の大きさに切り出して、これをサンプルとする。このサンプルを任意の耐圧容器にセットして、容器内を純水で満たす。次に、耐圧容器を所定温度に設定した恒温槽内で保持し、耐圧容器内部が所定温度になってから測定を開始する。測定が始まると、サンプルの上面側が窒素で加圧されていき、サンプルの下面側から純水が透過してくる際の圧力及び透過流量の数値を記録する。平均透水孔径は、圧力が１０ｋＰａから３０ｋＰａの間の圧力と透水流量との勾配を使い、以下のハーゲンポアズイユの式から求めることができる。
平均透水孔径（ｍ）＝｛３２ηＬμ０／（εＰ）｝０．５
ここで、ηは水の粘度（Ｐａ・ｓ）、Ｌは多孔膜の厚み（ｍ）、μ０は見かけの流速であり、μ０（ｍ／ｓ）＝流量（ｍ３／ｓ）／流路面積（ｍ２）である。また、εは空隙率、Ｐは圧力（Ｐａ）である。
アルカリ水電解用隔膜４は、ガス遮断性、親水性の維持、気泡の付着によるイオン透過性低下の防止、さらには長時間安定した電解性能（低電圧損失等）が得られるといった観点から、多孔膜の気孔率を制御することが好ましい。
ガス遮断性や低電圧損失等を高いレベルで両立させるといった観点から、多孔膜の気孔率の下限は３０％以上であることが好ましく、３５％以上であることがより好ましく、４０％以上であることが更に好ましい。また、気孔率の上限は７０％以下であることが好ましく、６５％以下であることがより好ましく、５５％以下であることが更に好ましい。多孔膜の気孔率が上記上限値以下であれば、膜内をイオンが透過しやすく、膜の電圧損失を抑制できる。
ガス遮断性や低電圧損失等を高いレベルで両立させるといった観点から、多孔膜の気孔率の下限は３０％以上であることが好ましく、３５％以上であることがより好ましく、４０％以上であることが更に好ましい。また、気孔率の上限は７０％以下であることが好ましく、６５％以下であることがより好ましく、５５％以下であることが更に好ましい。多孔膜の気孔率が上記上限値以下であれば、膜内をイオンが透過しやすく、膜の電圧損失を抑制できる。
多孔膜の気孔率とは、アルキメデス法により求めた開気孔率をいい、以下の式により求めることができる。
気孔率Ｐ（％）＝ρ／（１＋ρ）×１００
ここで、ρ＝（Ｗ３－Ｗ１）／（Ｗ３－Ｗ２）であり、Ｗ１は多孔膜の乾燥質量（ｇ）、Ｗ２は多孔膜の水中質量（ｇ）、Ｗ３は多孔膜の飽水質量（ｇ）である。
気孔率Ｐ（％）＝ρ／（１＋ρ）×１００
ここで、ρ＝（Ｗ３－Ｗ１）／（Ｗ３－Ｗ２）であり、Ｗ１は多孔膜の乾燥質量（ｇ）、Ｗ２は多孔膜の水中質量（ｇ）、Ｗ３は多孔膜の飽水質量（ｇ）である。
気孔率の測定方法としては、純水で洗浄した多孔膜を３ｃｍ×３ｃｍの大きさで３枚に切出して、測定サンプルとする。まず、サンプルのＷ２及びＷ３を測定する。その後、多孔膜を５０℃に設定された乾燥機で１２時間以上静置して乾燥させて、Ｗ１を測定する。そして、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３の値から気孔率を求める。３枚のサンプルについて気孔率を求め、それらの算術平均値を気孔率Ｐとする。
多孔膜の厚みは、特に限定されないが、１００μｍ以上７００μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１００μｍ以上６００μｍ以下、更に好ましくは２００μｍ以上６００μｍ以下である。
多孔膜の厚みが、上記下限値以上であると、突刺し等で破れにくく、電極間がショートしにくい。また、ガス遮断性が良好となる。また、上記上限値以下であると、電圧損失が増大しにくい。また、多孔膜の厚みのばらつきによる影響が少なくなる。
また、隔膜の厚みが、１００μｍ以上であると、突刺し等で破れにくく、電極間がショートしにくい。また、ガス遮断性が良好となる。６００μｍ以下であると、電圧損失が増大しにくい。また、多孔膜の厚みのばらつきによる影響が少なくなる。
多孔膜の厚みが、２５０μｍ以上であれば、一層優れたガス遮断性が得られ、また、衝撃に対する多孔膜の強度が一層向上する。この観点より、多孔膜の厚みの下限は、３００μｍ以上であることがより好ましく、３５０μｍ以上であることが更に好ましく４００μｍ以上でることがより一層好ましい。一方で、多孔膜の厚みが、７００μｍ以下であれば、運転時に孔内に含まれる電解液の抵抗によりイオンの透過性を阻害されにくく、一層優れたイオン透過性を維持すことができる。かかる観点から、多孔膜の厚みの上限は、６００μｍ以下であることがより好ましく、５５０μｍ以下であることが更に好ましく、５００μｍ以下であることがより一層好ましい。
多孔膜の厚みが、上記下限値以上であると、突刺し等で破れにくく、電極間がショートしにくい。また、ガス遮断性が良好となる。また、上記上限値以下であると、電圧損失が増大しにくい。また、多孔膜の厚みのばらつきによる影響が少なくなる。
また、隔膜の厚みが、１００μｍ以上であると、突刺し等で破れにくく、電極間がショートしにくい。また、ガス遮断性が良好となる。６００μｍ以下であると、電圧損失が増大しにくい。また、多孔膜の厚みのばらつきによる影響が少なくなる。
多孔膜の厚みが、２５０μｍ以上であれば、一層優れたガス遮断性が得られ、また、衝撃に対する多孔膜の強度が一層向上する。この観点より、多孔膜の厚みの下限は、３００μｍ以上であることがより好ましく、３５０μｍ以上であることが更に好ましく４００μｍ以上でることがより一層好ましい。一方で、多孔膜の厚みが、７００μｍ以下であれば、運転時に孔内に含まれる電解液の抵抗によりイオンの透過性を阻害されにくく、一層優れたイオン透過性を維持すことができる。かかる観点から、多孔膜の厚みの上限は、６００μｍ以下であることがより好ましく、５５０μｍ以下であることが更に好ましく、５００μｍ以下であることがより一層好ましい。
－－－親水性無機粒子－－－
多孔膜は、高いイオン透過性及び高いガス遮断性を発現するために親水性無機粒子を含有していることが好ましい。親水性無機粒子は多孔膜の表面に付着していても良いし、一部が多孔膜を構成する高分子材料に埋没していても良い。また親水性無機粒子が多孔膜の空隙部に内包されると、多孔膜から脱離しにくくなり、多孔膜の性能を長時間維持できる。
多孔膜は、高いイオン透過性及び高いガス遮断性を発現するために親水性無機粒子を含有していることが好ましい。親水性無機粒子は多孔膜の表面に付着していても良いし、一部が多孔膜を構成する高分子材料に埋没していても良い。また親水性無機粒子が多孔膜の空隙部に内包されると、多孔膜から脱離しにくくなり、多孔膜の性能を長時間維持できる。
親水性無機粒子としては、例えば、ジルコニウム、ビスマス、セリウムの酸化物又は水酸化物；周期律表第ＩＶ族元素の酸化物；周期律表第ＩＶ族元素の窒化物、及び周期律表第ＩＶ族元素の炭化物からなる群より選ばれる少なくとも１種の無機物が挙げられる。これらの中でも、化学的安定性の観点から、ジルコニウム、ビスマス、セリウムの酸化物、周期律表第ＩＶ族元素の酸化物がより好ましく、ジルコニウム、ビスマス、セリウムの酸化物が更に好ましく、酸化ジルコニウムがより更に好ましい。
親水性無機粒子の形態は、微粒子形状であることが好ましい。
－－多孔性支持体－－
隔膜４として多孔膜を用いる場合、多孔膜は多孔性支持体と共に用いてよい。好ましくは、多孔膜が多孔性支持体を内在した構造であり、より好ましくは、多孔性支持体の両面に多孔膜を積層した構造である。また、多孔性支持体の両面に対称に多孔膜を積層した構造であってもよい。
隔膜４として多孔膜を用いる場合、多孔膜は多孔性支持体と共に用いてよい。好ましくは、多孔膜が多孔性支持体を内在した構造であり、より好ましくは、多孔性支持体の両面に多孔膜を積層した構造である。また、多孔性支持体の両面に対称に多孔膜を積層した構造であってもよい。
多孔性支持体としては、例えば、メッシュ、多孔質膜、不織布、織布、不織布及びこの不織布に内在する織布とを含む複合布等が挙げられる。これらは１種単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。多孔性支持体のより好適な態様としては、例えば、ポリフェニレンサルファイドのモノフィラメントで構成されるメッシュ基材、又は不織布及び該不織布内に内在する織布とを含む複合布等が挙げられる。
－－イオン交換膜－－
イオン交換膜としては、カチオンを選択的に透過させるカチオン交換膜とアニオンを選択的に透過させるアニオン交換膜があり、いずれの交換膜でも使用することができる。
イオン交換膜の材質としては、特に限定されず、公知のものを用いることができる。例えば、含フッ素系樹脂やポリスチレン・ジビニルベンゼン共重合体の変性樹脂が好適に使用できる。特に耐熱性及び耐薬品性等に優れる点で、含フッ素系イオン交換膜が好ましい。
イオン交換膜としては、カチオンを選択的に透過させるカチオン交換膜とアニオンを選択的に透過させるアニオン交換膜があり、いずれの交換膜でも使用することができる。
イオン交換膜の材質としては、特に限定されず、公知のものを用いることができる。例えば、含フッ素系樹脂やポリスチレン・ジビニルベンゼン共重合体の変性樹脂が好適に使用できる。特に耐熱性及び耐薬品性等に優れる点で、含フッ素系イオン交換膜が好ましい。
含フッ素系イオン交換膜としては、電解時に発生するイオンを選択的に透過する機能を有し、かつイオン交換基を有する含フッ素系重合体を含むもの等が挙げられる。ここでいうイオン交換基を有する含フッ素系重合体とは、イオン交換基、又は、加水分解によりイオン交換基となり得るイオン交換基前駆体、を有する含フッ素系重合体をいう。例えば、フッ素化炭化水素の主鎖を有し、加水分解等によりイオン交換基に変換可能な官能基をペンダント側鎖として有し、かつ溶融加工が可能な重合体等が挙げられる。
含フッ素系共重合体の分子量は、特に限定されないが、該前駆体を、ＡＳＴＭ：Ｄ１２３８に準拠して（測定条件：温度２７０℃、荷重２１６０ｇ）測定されたメルトフローインデックス（ＭＦＩ）の値で０．０５～５０（ｇ／１０分）であることが好ましく、０．１～３０（ｇ／１０分）であることがより好ましい。
イオン交換膜が有するイオン交換基としては、スルホン酸基、カルボン酸基、リン酸基等のカチオン交換基、４級アンモニウム基等のアニオン交換基が挙げられる。
イオン交換膜は、イオン交換基の当量質量ＥＷを調整することによって、優れたイオン交換能と親水性を付与することができる。また、より小さなクラスター（イオン交換基が水分子を配位及び／又は吸着した微小部分）を数多く有するように制御でき、耐アルカリ性やイオン選択透過性を向上する傾向にある。
この当量質量ＥＷは、イオン交換膜を塩置換し、その溶液をアルカリ又は酸溶液で逆滴定することにより測定することができる。当量質量ＥＷは、原料であるモノマーの共重合比、モノマー種の選定等により調整することができる。
イオン交換膜の当量質量ＥＷは、親水性、膜の耐水性の観点から３００以上であることが好ましく、親水性、イオン交換能の観点から１３００以下であることが好ましい。
この当量質量ＥＷは、イオン交換膜を塩置換し、その溶液をアルカリ又は酸溶液で逆滴定することにより測定することができる。当量質量ＥＷは、原料であるモノマーの共重合比、モノマー種の選定等により調整することができる。
イオン交換膜の当量質量ＥＷは、親水性、膜の耐水性の観点から３００以上であることが好ましく、親水性、イオン交換能の観点から１３００以下であることが好ましい。
イオン交換膜の厚みは特に制限されないが、イオン透過性や強度の観点から、５μｍ～３００μｍの範囲が好ましい。
イオン交換膜の表面の親水性を向上させる目的で、表面処理を施してもよい。具体的には、酸化ジルコニウム等の親水性無機粒子をコーティングする方法や、表面に微細な凹凸を付与する方法が挙げられる。
イオン交換膜は、膜強度の観点から、補強材と共に用いることが好ましい。補強材としては、特に限定されず、一般的な不織布や織布、各種素材からなる多孔膜が挙げられる。この場合の多孔膜としては、特に限定されないが、延伸されて多孔化したＰＴＦＥ系膜が好ましい。
（（ゼロギャップ構造））
ゼロギャップ型セルにおける複極式エレメント６０では、極間距離を小さくする手段として、電極２と隔壁１との間に弾性体であるバネを配置し、このバネで電極２を支持する形態をとることが好ましい。例えば、第１の例では、隔壁１に導電性の材料で製作されたバネを取り付け、このバネに電極２を取り付けてよい。また、第２の例では、隔壁１に取り付けた電極リブにバネを取り付け、そのバネに電極２を取り付けてよい。なお、このような弾性体を用いた形態を採用する場合には、電極２が隔膜４に接する圧力が不均一にならないように、バネの強度、バネの数、形状等必要に応じて適宜調節する必要がある。
ゼロギャップ型セルにおける複極式エレメント６０では、極間距離を小さくする手段として、電極２と隔壁１との間に弾性体であるバネを配置し、このバネで電極２を支持する形態をとることが好ましい。例えば、第１の例では、隔壁１に導電性の材料で製作されたバネを取り付け、このバネに電極２を取り付けてよい。また、第２の例では、隔壁１に取り付けた電極リブにバネを取り付け、そのバネに電極２を取り付けてよい。なお、このような弾性体を用いた形態を採用する場合には、電極２が隔膜４に接する圧力が不均一にならないように、バネの強度、バネの数、形状等必要に応じて適宜調節する必要がある。
－電極室－
複極式電解槽５０では、図３に示すとおり、隔壁１と外枠３と隔膜４とにより、電解液が通過する電極室５が画成されている。
複極式電解槽５０では、図３に示すとおり、隔壁１と外枠３と隔膜４とにより、電解液が通過する電極室５が画成されている。
本実施形態において、複極式電解槽のヘッダー１０の配設態様としては、内部ヘッダー型及び外部ヘッダー１０Ｏ型を採用できるところ、例えば、図示の例の場合、陽極２ａ及び陰極２ｃ自身が占める空間も電極室５の内部にある空間であるものとしてよい。また、特に、気液分離ボックスが設けられている場合、気液分離ボックスが占める空間も電極室５の内部にある空間であるものとしてよい。
－整流板－
電解装置７０の複極式電解槽５０では、隔壁１に整流板６（陽極整流板６ａ、陰極整流板６ｃ）が取り付けられ、整流板６が電極２と物理的に接続されていることが好ましい。かかる構成によれば、整流板６が電極２の支持体となり、ゼロギャップ構造Ｚを維持しやすい。
ここで、整流板６に、電極２が設けられていてもよく、整流板６に、集電体２ｒ、導電性弾性体２ｅ、電極２がこの順に設けられていてもよい。
前述の一例の電解装置７０の複極式電解槽５０では、陰極室５ｃにおいて、整流板６－集電体２ｒ－導電性弾性体２ｅ－電極２の順に重ね合わせられた構造が採用され、陽極室５ａにおいて、整流板６－電極２の順に重ね合わせられた構造が採用されている。
電解装置７０の複極式電解槽５０では、隔壁１に整流板６（陽極整流板６ａ、陰極整流板６ｃ）が取り付けられ、整流板６が電極２と物理的に接続されていることが好ましい。かかる構成によれば、整流板６が電極２の支持体となり、ゼロギャップ構造Ｚを維持しやすい。
ここで、整流板６に、電極２が設けられていてもよく、整流板６に、集電体２ｒ、導電性弾性体２ｅ、電極２がこの順に設けられていてもよい。
前述の一例の電解装置７０の複極式電解槽５０では、陰極室５ｃにおいて、整流板６－集電体２ｒ－導電性弾性体２ｅ－電極２の順に重ね合わせられた構造が採用され、陽極室５ａにおいて、整流板６－電極２の順に重ね合わせられた構造が採用されている。
なお、前述の一例の電解装置７０の複極式電解槽５０では、陰極室５ｃにおいて上記「整流板６－集電体２ｒ－導電性弾性体２ｅ－電極２」の構造が採用され、陽極室５ａにおいて上記「整流板６－電極２」の構造が採用されているが、本発明ではこれに限定されることなく、陽極室５ａにおいても「整流板６－集電体２ｒ－導電性弾性体２ｅ－電極２」構造が採用されてもよい。
整流板６（陽極整流板６ａ、陰極整流板６ｃ）には、陽極２ａ又は陰極２ｃを支える役割だけでなく、電流を隔壁１から陽極２ａ又は陰極２ｃへ伝える役割を備えることが好ましい。
電解装置７０の複極式電解槽５０では、整流板６の少なくとも一部が導電性を備えことが好ましく、整流板６全体が導電性を備えことがさらに好ましい。かかる構成によれば、電極たわみによるセル電圧の上昇を抑制することができる。
整流板６の材料としては、一般的に導電性の金属が用いられる。例えば、ニッケルメッキを施した軟鋼、ステンレススチール、ニッケル等が利用できる。
隣接する陽極整流板６ａ同士の間隔、又は隣接する陰極整流板６ｃ同士の間隔は、電解圧力や陽極室５ａと陰極室５ｃの圧力差等を勘案して決められる。
整流板６（陽極整流板６ａ、陰極整流板６ｃ）の長さは、隔壁１のサイズに応じて、適宜に定められてよい。
整流板６の高さは、隔壁１から各フランジ部までの距離、ガスケット７の厚さ、電極２（陽極２ａ、陰極２ｃ）の厚さ、陽極２ａと陰極２ｃとの間の距離等に応じて、適宜に定められてよい。
また、整流板６の厚みは、コストや製作性、強度等も考慮して、０．５ｍｍ～５ｍｍとしてよく、１ｍｍ～２ｍｍのものが用いやすいが、特に限定されない。
整流板６の高さは、隔壁１から各フランジ部までの距離、ガスケット７の厚さ、電極２（陽極２ａ、陰極２ｃ）の厚さ、陽極２ａと陰極２ｃとの間の距離等に応じて、適宜に定められてよい。
また、整流板６の厚みは、コストや製作性、強度等も考慮して、０．５ｍｍ～５ｍｍとしてよく、１ｍｍ～２ｍｍのものが用いやすいが、特に限定されない。
－ガスケット－
電解装置７０の複極式電解槽５０では、隔壁１を縁取る外枠３同士の間に隔膜４を有するガスケット７が挟持されることが好ましい。
ガスケット７は、複極式エレメント６０と隔膜４の間、複極式エレメント６０間を電解液と発生ガスに対してシールするために使用され、電解液や発生ガスの電解槽外への漏れや両極室間におけるガス混合を防ぐことができる。
電解装置７０の複極式電解槽５０では、隔壁１を縁取る外枠３同士の間に隔膜４を有するガスケット７が挟持されることが好ましい。
ガスケット７は、複極式エレメント６０と隔膜４の間、複極式エレメント６０間を電解液と発生ガスに対してシールするために使用され、電解液や発生ガスの電解槽外への漏れや両極室間におけるガス混合を防ぐことができる。
ガスケット７の一般的な構造としては、エレメントの枠体に接する面に合わせて、電極面をくり抜いた四角形状又は環状である。このようなガスケット２枚で隔膜４を挟み込む形でエレメント間に隔膜４をスタックさせることができる。さらに、ガスケット７は、隔膜４を保持できるように、隔膜４を収容することが可能なスリット部を備え、収容された隔膜４がガスケット７両表面に露出することを可能にする開口部を備えることも好ましい。これにより、ガスケット７は、隔膜４の縁部をスリット部内に収容し、隔膜４の縁部の端面を覆う構造がとれる。したがって、隔膜４の端面から電解液やガスが漏れることをより確実に防止できる。
ガスケット７の材質としては、特に制限されるものではなく、絶縁性を有する公知のゴム材料や樹脂材料等を選択することができる。
ゴム材料や樹脂材料としては、具体的には、天然ゴム（ＮＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、アクリロニトリル－ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、シリコーンゴム（ＳＲ）、エチレン－プロピレンゴム（ＥＰＴ）、エチレン－プロピレン－ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、フッ素ゴム（ＦＲ）、イソブチレン－イソプレンゴム（ＩＩＲ）、ウレタンゴム（ＵＲ）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）等のゴム材料、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、クロロトリフルオエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）等のフッ素樹脂材料や、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアセタール等の樹脂材料を用いることができる。これらの中でも、弾性率や耐アルカリ性の観点でエチレン－プロピレン－ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、フッ素ゴム（ＦＲ）が特に好適である。
ゴム材料や樹脂材料としては、具体的には、天然ゴム（ＮＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、アクリロニトリル－ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、シリコーンゴム（ＳＲ）、エチレン－プロピレンゴム（ＥＰＴ）、エチレン－プロピレン－ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、フッ素ゴム（ＦＲ）、イソブチレン－イソプレンゴム（ＩＩＲ）、ウレタンゴム（ＵＲ）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）等のゴム材料、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、クロロトリフルオエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）等のフッ素樹脂材料や、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアセタール等の樹脂材料を用いることができる。これらの中でも、弾性率や耐アルカリ性の観点でエチレン－プロピレン－ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、フッ素ゴム（ＦＲ）が特に好適である。
ガスケット７は、補強材が埋設されていてもよい。これにより、スタック時に枠体に挟まれて押圧されたときに、ガスケット７が潰れることを抑制でき、破損を防止し易くできる。
このような補強材は公知の金属材料、樹脂材料及び炭素材料等が使用でき、具体的には、ニッケル、ステンレス等の金属、ナイロン、ポリプロピレン、ＰＶＤＦ、ＰＴＦＥ、ＰＰＳ等の樹脂、カーボン粒子や炭素繊維等の炭素材料が挙げられる。
このような補強材は公知の金属材料、樹脂材料及び炭素材料等が使用でき、具体的には、ニッケル、ステンレス等の金属、ナイロン、ポリプロピレン、ＰＶＤＦ、ＰＴＦＥ、ＰＰＳ等の樹脂、カーボン粒子や炭素繊維等の炭素材料が挙げられる。
ガスケット７のサイズは、特に制限されるものではなく、電極室５や膜の寸法に合わせて設計すればよいが、幅が１０ｍｍ～４０ｍｍにするのがよい。
この場合、ガスケット７がスリット部を備える場合、スリット部のサイズはスリットの内寸が膜のサイズより縦横で０．５ｍｍ～５ｍｍ大きくなるようにするのがよい。
この場合、ガスケット７がスリット部を備える場合、スリット部のサイズはスリットの内寸が膜のサイズより縦横で０．５ｍｍ～５ｍｍ大きくなるようにするのがよい。
ガスケット７の厚みは、特に制限されるものではなく、ガスケット７の材質や弾性率、セル面積に応じて設計される。好ましい厚みの範囲としては、１．０ｍｍ～１０ｍｍが好ましく、３．０ｍｍ～１０ｍｍがより好ましい。
また、ガスケット７がスリット部を備える場合、スリット部の開口幅としては、膜の厚みの０．５倍～１．０倍としてよい。
また、ガスケット７がスリット部を備える場合、スリット部の開口幅としては、膜の厚みの０．５倍～１．０倍としてよい。
ガスケット７の弾性率は、特に制限されるものではなく、電極２の材質やセル面積に応じて設計される。好ましい弾性率の範囲としては、１００％変形時の引張応力で、０．２０ＭＰａ～２０ＭＰａの範囲がより好ましく、シーリング特性やスタック時のセル強度の観点から、１．０ＭＰａ～１０ＭＰａの範囲がより好ましい。
なお、引張応力は、ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠して、測定することができる。例えば、島津製作所社製のオートグラフＡＧを用いてよい。
なお、引張応力は、ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠して、測定することができる。例えば、島津製作所社製のオートグラフＡＧを用いてよい。
特に、ガスケット７の厚みが３．０ｍｍ～１０ｍｍであり、１００％変形時の引張応力で１．０ＭＰａ～１０ＭＰａであることが、電極たわみによるセル電圧の上昇を抑制する観点、また、シーリング特性やスタック時のセル強度の観点から、好ましい。
電解装置７０においては、ガスケット７の表面を絶縁性の樹脂シート（例えばポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂等）で覆うことが好ましい。このようにすることにより、複数のエレメント６０間では相互に絶縁された状態となるので、通電工程（電解液の電気分解が行われる工程）でそれぞれのエレメント６０に蓄積された電荷が、停止工程（電解液の電気分解が停止している工程）において他のエレメント６０に影響することを抑制することができる。
－ヘッダー－
電解装置７０の複極式電解槽５０は、電解セル６５毎に、陰極室５ｃ、陽極室５ａを有する。電解槽５０で、電気分解反応を連続的に行うためには、各電解セル６５の陰極室５ｃと陽極室５ａとに電気分解によって消費される原料を十分に含んだ電解液を供給し続ける必要がある。
電解装置７０の複極式電解槽５０は、電解セル６５毎に、陰極室５ｃ、陽極室５ａを有する。電解槽５０で、電気分解反応を連続的に行うためには、各電解セル６５の陰極室５ｃと陽極室５ａとに電気分解によって消費される原料を十分に含んだ電解液を供給し続ける必要がある。
電解セル６５は、複数の電解セル６５に共通するヘッダー１０と呼ばれる電解液の給排配管と繋がっている。一般に、陽極用配液管は陽極入口ヘッダー１０ａｉ、陰極用配液管は陰極入口ヘッダー１０ｃｉ、陽極用集液管は陽極出口ヘッダー１０ａｏ、陰極用集液管は陰極出口ヘッダー１０ｃｏと呼ばれる。電解セル６５はホース等を通じて各電極用配液管及び各電極用集液管と繋がっている。
ヘッダー１０の材質は特に限定されないが、使用する電解液の腐食性や、圧力や温度等の運転条件に十分耐えうるものを採用する必要がある。ヘッダー１０の材質に、鉄、ニッケル、コバルト、ＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ，ＰＦＡ、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン等を採用しても良い。
電極室５の範囲は、隔壁１の外端に設けられる外枠３の詳細構造により、変動するところ、外枠３の詳細構造は、外枠３に取り付けられるヘッダー１０（電解液を配液又は集液する管）の配設態様により異なることがある。複極式電解槽５０のヘッダー１０の配設態様としては、内部ヘッダー１０Ｉ型及び外部ヘッダー１０Ｏ型が代表的である。
－内部ヘッダー－
内部ヘッダー型とは、複極式電解槽５０とヘッダー１０（電解液を配液又は集液する管）とが一体化されている形式をいう。
内部ヘッダー型とは、複極式電解槽５０とヘッダー１０（電解液を配液又は集液する管）とが一体化されている形式をいう。
内部ヘッダー型複極式電解槽５０では、より具体的には、陽極入口ヘッダー及び陰極入口ヘッダーが、隔壁１内及び／又は外枠３内の下部に設けられ、且つ、隔壁１に垂直な方向に延在するように設けられ、また、陽極出口ヘッダー及び陰極出口ヘッダーが、隔壁１内及び／又は外枠３内の上部に設けられ、且つ、隔壁１に垂直な方向に延在するように設けられる。
内部ヘッダー型複極式電解槽５０が内在的に有する、陽極入口ヘッダーと、陰極入口ヘッダーと、陽極出口ヘッダーと、陰極出口ヘッダーを総称して、内部ヘッダーと呼ぶ。
内部ヘッダー型の例では、隔壁１の端縁にある外枠３のうちの下方に位置する部分の一部に、陽極入口ヘッダーと陰極入口ヘッダーとを備えており、また、同様に、隔壁１の端縁にある外枠３のうちの上方に位置する部分の一部に、陽極出口ヘッダーと陰極出口ヘッダーとを備えている。
－外部ヘッダー－
外部ヘッダー１０Ｏ型とは、複極式電解槽５０とヘッダー１０（電解液を配液又は集液する管）とが独立している形式をいう。
外部ヘッダー１０Ｏ型とは、複極式電解槽５０とヘッダー１０（電解液を配液又は集液する管）とが独立している形式をいう。
外部ヘッダー１０Ｏ型複極式電解槽５０は、陽極入口ヘッダー１０Ｏａｉと、陰極入口ヘッダー１０Ｏｃｉとが、電解セル６５の通電面に対し、垂直方向に、電解槽５０と並走する形で、独立して設けられる。この陽極入口ヘッダー１０Ｏａｉ及び陰極入口ヘッダー１０Ｏｃｉと、各電解セル６５が、ホースで接続される。
外部ヘッダー１０Ｏ型複極式電解槽５０に外在的に接続される、陽極入口ヘッダー１０Ｏａｉと、陰極入口ヘッダー１０Ｏｃｉと、陽極出口ヘッダー１０Ｏａｏと、陰極出口ヘッダー１０Ｏｃｏを総称して、外部ヘッダー１０Ｏと呼ぶ。
外部ヘッダー１０Ｏ型の例では、隔壁１の端縁にある外枠３のうちの下方に位置する部分に設けられたヘッダー１０用貫通孔に、管腔状部材が設置され、管腔状部材が、陽極入口ヘッダー１０Ｏａｉ及び陰極入口ヘッダー１０Ｏｃｉに接続されており、また、同様に、隔壁１の端縁にある外枠３のうちの上方に位置する部分に設けられたヘッダー１０用貫通孔に、管腔状部材（例えば、ホースやチューブ等）が設置され、かかる管腔状部材が、陽極出口ヘッダー１０Ｏａｏ及び陰極出口ヘッダー１０Ｏｃｏに接続されている。
外部ヘッダー１０Ｏ型の例では、隔壁１の端縁にある外枠３のうちの下方に位置する部分に設けられたヘッダー１０用貫通孔に、管腔状部材が設置され、管腔状部材が、陽極入口ヘッダー１０Ｏａｉ及び陰極入口ヘッダー１０Ｏｃｉに接続されており、また、同様に、隔壁１の端縁にある外枠３のうちの上方に位置する部分に設けられたヘッダー１０用貫通孔に、管腔状部材（例えば、ホースやチューブ等）が設置され、かかる管腔状部材が、陽極出口ヘッダー１０Ｏａｏ及び陰極出口ヘッダー１０Ｏｃｏに接続されている。
なお、内部ヘッダー１０Ｉ型及び外部ヘッダー１０Ｏ型の複極式電解槽５０において、その内部に電解によって発生した気体と、電解液を分離する気液分離ボックスを有してもよい。気液分離ボックスの取付位置は、特に限定されないが、陽極室５ａと陽極出口ヘッダー１０ａｏとの間や、陰極室５ｃと陰極出口ヘッダー１０ｃｏとの間に取付けられてもよい。
気液分離ボックスの表面は、電解液の腐食性や、圧力や温度等の運転条件に十分耐えうる材質のコーティング材料で、被覆されていても良い。コーティング材料の材質は、電解槽内部での漏洩電流回路の電気抵抗を大きくする目的で、絶縁性のものを採用してもよい。コーティング材料の材質に、ＥＰＤＭ、ＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ，ＰＦＡ、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン等を採用してもよい。
－液面計－
電解装置７０の電解槽５０は、電解槽５０の各電極室５ａ、５ｃ内の液面を測定することができる液面計を有していてよい。特に、本実施形態（ＩＩ）では、上記液面計を有することが好ましい。当該液面計により、各電極室５ａ、５ｃ内の液面を監視し（電極室５ａ、５ｃ内での液面の高さを監視し）、各電極室５ａ、５ｃ内の隔膜４の表面が電解液に対して浸漬状態であるか、または浸漬していない非浸漬状態であるかを把握することができる。
液面計としては、特に限定されないが例えば、直視式、接触式、差圧式の液面計を用いることができる。
電解装置７０の電解槽５０は、電解槽５０の各電極室５ａ、５ｃ内の液面を測定することができる液面計を有していてよい。特に、本実施形態（ＩＩ）では、上記液面計を有することが好ましい。当該液面計により、各電極室５ａ、５ｃ内の液面を監視し（電極室５ａ、５ｃ内での液面の高さを監視し）、各電極室５ａ、５ｃ内の隔膜４の表面が電解液に対して浸漬状態であるか、または浸漬していない非浸漬状態であるかを把握することができる。
液面計としては、特に限定されないが例えば、直視式、接触式、差圧式の液面計を用いることができる。
（第１の陰極保護部）
電解装置７０において、供給経路及び／又は排出経路を、陰極室５ｃに対して絶縁することが可能な第１の陰極保護部を有していてよい。特に、本実施形態（ＩＩ）では、第１の陰極保護部をすることが好ましい。停止工程において、第１の陰極保護部によって供給経路及び／又は排出経路を、陰極室５ｃに対して絶縁することにより、停止工程において、陰極２ｃに生じる逆電流の全体量を低減することができる。その結果として、変動電源下における陰極２ｃの劣化を抑制することができる。
なお、第１の陰極保護部としては、供給経路及び／又は排出経路（具体的には、陰極用配液管２０Ｏｃｉ、陰極入口ヘッダー（陰極入口側ホース）１０Ｏｃｉ、陰極用集液管２０Ｏｃｏ、陰極出口ヘッダー（陰極出口側ホース）１０Ｏｃｏ等）に樹脂製のバルブを設けることが挙げられる。また、第１の陰極保護部としては、供給経路が陰極室５ｃに対して鉛直方向上方に位置すること、排出経路が陰極室５ｃに対して鉛直方向上方に位置すること、も挙げることができ、このようにすることにより、停止工程において、例えば、送液ポンプ７１を停止した際、電解液が自重で流れ落ち、それにより供給経路及び／又は排出経路に絶縁性のガス層を形成させることができる。
電解装置７０において、供給経路及び／又は排出経路を、陰極室５ｃに対して絶縁することが可能な第１の陰極保護部を有していてよい。特に、本実施形態（ＩＩ）では、第１の陰極保護部をすることが好ましい。停止工程において、第１の陰極保護部によって供給経路及び／又は排出経路を、陰極室５ｃに対して絶縁することにより、停止工程において、陰極２ｃに生じる逆電流の全体量を低減することができる。その結果として、変動電源下における陰極２ｃの劣化を抑制することができる。
なお、第１の陰極保護部としては、供給経路及び／又は排出経路（具体的には、陰極用配液管２０Ｏｃｉ、陰極入口ヘッダー（陰極入口側ホース）１０Ｏｃｉ、陰極用集液管２０Ｏｃｏ、陰極出口ヘッダー（陰極出口側ホース）１０Ｏｃｏ等）に樹脂製のバルブを設けることが挙げられる。また、第１の陰極保護部としては、供給経路が陰極室５ｃに対して鉛直方向上方に位置すること、排出経路が陰極室５ｃに対して鉛直方向上方に位置すること、も挙げることができ、このようにすることにより、停止工程において、例えば、送液ポンプ７１を停止した際、電解液が自重で流れ落ち、それにより供給経路及び／又は排出経路に絶縁性のガス層を形成させることができる。
（第２の陰極保護部）
電解装置７０において、電解槽と電解電源（整流器）７４とを含む電気回路が形成されているところ、当該電気回路を遮断すること可能な第２の陰極保護部を有していてよい。特に、本実施形態（ＩＩ）では、第２の陰極保護部を有することが好ましい。停止工程において第２の陰極保護部によって電気回路を遮断することにより、陰極２ｃに生じる逆電流を低減することができる。
なお、第２の陰極保護部としては、電気回路の遮断器、断路器、開閉器、逆向きの電流を阻害するダイオードが挙げられる。
電解装置７０において、電解槽と電解電源（整流器）７４とを含む電気回路が形成されているところ、当該電気回路を遮断すること可能な第２の陰極保護部を有していてよい。特に、本実施形態（ＩＩ）では、第２の陰極保護部を有することが好ましい。停止工程において第２の陰極保護部によって電気回路を遮断することにより、陰極２ｃに生じる逆電流を低減することができる。
なお、第２の陰極保護部としては、電気回路の遮断器、断路器、開閉器、逆向きの電流を阻害するダイオードが挙げられる。
（陰極及び隔膜の鉛直方向Ｄ１の上端の位置関係について）
電解装置７０において、陰極２ｃの少なくとも一部が、隔膜４の非被覆上端４ｔよりも鉛直方向Ｄ１上方に存在することが好ましい。これにより、停止工程において、図５、図６に示すように、陽極室５ａおよび／または陰極室５ｃの電解液の喫水線Ｌ（液面の位置）を隔膜４の非被覆上端４ｔよりも鉛直方向上方に位置させつつ、陰極２ｃの少なくとも一部を、陰極室５ｃ中に存在させ得る水素ガス層に露出させることができる。その結果、電気分解停止時における、陰極２ｃの劣化を抑制するとともに、隔膜を介した各電極室５ａ、５ｃ間の気体の拡散・混合を抑制することができる。
具体的には、陰極２ｃの劣化の抑制について、従来の電解装置の運転では、通電工程時に陰極（及び陽極２ａ）に蓄積された電荷により停止工程時に陰極２ｃに逆電流が生じ、当該逆電流が生じる際には、陰極自体を酸化させることがあった（通電工程時は、陰極室では還元反応が生じる）。そして、通電工程と停止工程が繰り返し行われることで陰極２ｃが劣化する懸念があった。これに対して、本実施形態（特に、本実施形態（ＩＩ））の電解装置では、停止工程において、陰極２ｃが、図５、図６に示すように、そのうちの一部が喫水線Ｌよりも上方にあり水素ガスに露出するので、陰極２ｃの逆電流が生じても、陰極２ｃに接触する当該水素が酸化し、陰極２ｃ自体の酸化を低減させて、陰極２ｃの劣化を抑制することができる。
また、隔膜４を介した気体の拡散・混合の抑制について、従来の電解装置の運転では、隔膜４の両方の表面が気体中に露出すると、それぞれの電極室５ａ、５ｃ中の気体がわずかに隔膜４を透過してそれぞれの電極室５ａ、５ｃに拡散することがあった。しかし、本実施形態の電解装置では、停止工程において、陰極２ｃの一部を水素ガスに露出させながら、陽極室５ａおよび／または陰極室５ｃの電解液の喫水線Ｌ（液面の位置）を隔膜４の非被覆上端４ｔよりも鉛直方向上方に位置させ、隔膜４の少なくとも一方の表面が液体に浸漬した状態にすることができる。したがって、各電極室５ａ、５ｃ間の気体の拡散・混合を抑制することができる。
なお、上記の「隔膜の非被覆上端」とは、隔膜４の鉛直方向Ｄ１の上端であるか、或いは、隔膜自体のうちの鉛直方向Ｄ１の上端側の部分が、例えば、図５（ａ）に示すように、隔膜４を電解槽５０の外枠３の間に固定する際に用いるガスケット等で隔膜４の表面の一部が覆われている場合や、図６に示すように、ガスケット７とともに後述するように被覆材４１で隔膜４の表面の一部が覆われている場合には、「隔膜の非被覆上端」とは、隔膜４のうちのガスケット７や被覆材４１等で覆われていない部分についての鉛直方向Ｄ１の上端を指す。
電解装置７０において、陰極２ｃの少なくとも一部が、隔膜４の非被覆上端４ｔよりも鉛直方向Ｄ１上方に存在することが好ましい。これにより、停止工程において、図５、図６に示すように、陽極室５ａおよび／または陰極室５ｃの電解液の喫水線Ｌ（液面の位置）を隔膜４の非被覆上端４ｔよりも鉛直方向上方に位置させつつ、陰極２ｃの少なくとも一部を、陰極室５ｃ中に存在させ得る水素ガス層に露出させることができる。その結果、電気分解停止時における、陰極２ｃの劣化を抑制するとともに、隔膜を介した各電極室５ａ、５ｃ間の気体の拡散・混合を抑制することができる。
具体的には、陰極２ｃの劣化の抑制について、従来の電解装置の運転では、通電工程時に陰極（及び陽極２ａ）に蓄積された電荷により停止工程時に陰極２ｃに逆電流が生じ、当該逆電流が生じる際には、陰極自体を酸化させることがあった（通電工程時は、陰極室では還元反応が生じる）。そして、通電工程と停止工程が繰り返し行われることで陰極２ｃが劣化する懸念があった。これに対して、本実施形態（特に、本実施形態（ＩＩ））の電解装置では、停止工程において、陰極２ｃが、図５、図６に示すように、そのうちの一部が喫水線Ｌよりも上方にあり水素ガスに露出するので、陰極２ｃの逆電流が生じても、陰極２ｃに接触する当該水素が酸化し、陰極２ｃ自体の酸化を低減させて、陰極２ｃの劣化を抑制することができる。
また、隔膜４を介した気体の拡散・混合の抑制について、従来の電解装置の運転では、隔膜４の両方の表面が気体中に露出すると、それぞれの電極室５ａ、５ｃ中の気体がわずかに隔膜４を透過してそれぞれの電極室５ａ、５ｃに拡散することがあった。しかし、本実施形態の電解装置では、停止工程において、陰極２ｃの一部を水素ガスに露出させながら、陽極室５ａおよび／または陰極室５ｃの電解液の喫水線Ｌ（液面の位置）を隔膜４の非被覆上端４ｔよりも鉛直方向上方に位置させ、隔膜４の少なくとも一方の表面が液体に浸漬した状態にすることができる。したがって、各電極室５ａ、５ｃ間の気体の拡散・混合を抑制することができる。
なお、上記の「隔膜の非被覆上端」とは、隔膜４の鉛直方向Ｄ１の上端であるか、或いは、隔膜自体のうちの鉛直方向Ｄ１の上端側の部分が、例えば、図５（ａ）に示すように、隔膜４を電解槽５０の外枠３の間に固定する際に用いるガスケット等で隔膜４の表面の一部が覆われている場合や、図６に示すように、ガスケット７とともに後述するように被覆材４１で隔膜４の表面の一部が覆われている場合には、「隔膜の非被覆上端」とは、隔膜４のうちのガスケット７や被覆材４１等で覆われていない部分についての鉛直方向Ｄ１の上端を指す。
このような電解装置７０としては、具体的には、陰極室５ｃを模式的に表す図５（ａ）、（ｂ）に示すように、陰極２ｃとして、陰極本体部２ｃ１と、陰極本体部２ｃ１と導線部２ｃ３で接続された陰極補助部２ｃ２と、で形成されたものを用い、また、当該陰極補助部２ｃ２のうち少なくとも鉛直方向Ｄ１上方の一部が、図５（ａ）に示すように、隔膜４の非被覆上端４ｔよりも鉛直方向Ｄ１上方に存在している。このように陰極２ｃが陰極補助部２ｃ２を有することにより、停止工程において、電解液の喫水線Ｌを図示のような位置にすることで、逆電流が生じても陰極補助部２ｃ２が水素ガスを酸化することで陰極２ｃの劣化を防ぎつつ、停止工程で隔膜４の表面が気体中に露出することにより生じうる陰極室５ｃに存在する水素中への酸素の混合を防ぐことができる。
なお、電解装置７０としては、陰極２ｃが陰極本体部２ｃ１から離間した陰極補助部２ｃ２を有するものではなく、陰極２ｃが陰極本体部２ｃ１のみからなり、陰極本体部２ｃ１の鉛直方向Ｄ１の上端を、図５（ａ）の陰極補助部２ｃ２の鉛直方向Ｄ１の上端の位置まで伸長させたものを用いることもできる。しかし、図５（ａ）のように陰極２ｃが陰極補助部２ｃ２を有することにより、有しないものと比較して、メンテナンス時に陰極２ｃの交換をより行いやすくすることができる。また、陰極補助部２ｃ２を用いることで陰極２ｃ全体としての大きさを小さくすることができたり、或いは、例えば陰極補助部２ｃ２は通電工程時の電解性能を陰極本体部２ｃ２よりも低くする（例えば触媒量を減少させる等）ことができるので、陰極２ｃのコストを低減することができる。
なお、電解装置７０としては、陰極２ｃが陰極本体部２ｃ１から離間した陰極補助部２ｃ２を有するものではなく、陰極２ｃが陰極本体部２ｃ１のみからなり、陰極本体部２ｃ１の鉛直方向Ｄ１の上端を、図５（ａ）の陰極補助部２ｃ２の鉛直方向Ｄ１の上端の位置まで伸長させたものを用いることもできる。しかし、図５（ａ）のように陰極２ｃが陰極補助部２ｃ２を有することにより、有しないものと比較して、メンテナンス時に陰極２ｃの交換をより行いやすくすることができる。また、陰極補助部２ｃ２を用いることで陰極２ｃ全体としての大きさを小さくすることができたり、或いは、例えば陰極補助部２ｃ２は通電工程時の電解性能を陰極本体部２ｃ２よりも低くする（例えば触媒量を減少させる等）ことができるので、陰極２ｃのコストを低減することができる。
ここで、陰極本体部２ｃ１は、陰極補助部２ｃ２を有しない場合の陰極２ｃのように、通電工程において電解液を電気分解するための電極であり、陰極補助部２ｃ２を有しない場合の陰極２ｃと同様な構成や材料を有することができる。
また、陰極補助部２ｃ２は、陰極本体部２ｃ１に用い得る材料で形成することができ、また、陰極本体部２ｃ１と同じ材料とすることもできるが、逆電流が生じた際に水素と接触して酸化させることができれば特に限定されない。また、陰極補助部２ｃ２は、図５（ｂ）の陰極室５ｃの模式的な平面図に示すように、鉛直方向Ｄ１の長さ、及び、鉛直方向Ｄ１に直交する方向の長さが、陰極本体部２ｃ１の水平方向の長さ、及び、鉛直方向Ｄ１に直交する方向の長さよりも小さくなっている。具体的な寸法は、陰極補助部２ｃ２が陰極本体部２ｃ１とともに陰極室５ｃに収まる大きさよりも小さければ特に限定されず、陰極補助部２ｃ２の鉛直方向Ｄ１の長さは、９０ｍｍ以下が好ましい。
また、陰極本体部２ｃ１と陰極補助部２ｃ２と接続する導線部２ｃ３は、陰極２ｃの基材に用い得る材料で形成することができ、また陰極本体部２ｃ１と同じ材料とすることもできる。
なお、図５（ａ）の例では、図６の例で用いるような隔膜４の表面を覆う被覆材４１を用いていないが、当該被覆材４１を用いることもできる。
また、陰極補助部２ｃ２は、陰極本体部２ｃ１に用い得る材料で形成することができ、また、陰極本体部２ｃ１と同じ材料とすることもできるが、逆電流が生じた際に水素と接触して酸化させることができれば特に限定されない。また、陰極補助部２ｃ２は、図５（ｂ）の陰極室５ｃの模式的な平面図に示すように、鉛直方向Ｄ１の長さ、及び、鉛直方向Ｄ１に直交する方向の長さが、陰極本体部２ｃ１の水平方向の長さ、及び、鉛直方向Ｄ１に直交する方向の長さよりも小さくなっている。具体的な寸法は、陰極補助部２ｃ２が陰極本体部２ｃ１とともに陰極室５ｃに収まる大きさよりも小さければ特に限定されず、陰極補助部２ｃ２の鉛直方向Ｄ１の長さは、９０ｍｍ以下が好ましい。
また、陰極本体部２ｃ１と陰極補助部２ｃ２と接続する導線部２ｃ３は、陰極２ｃの基材に用い得る材料で形成することができ、また陰極本体部２ｃ１と同じ材料とすることもできる。
なお、図５（ａ）の例では、図６の例で用いるような隔膜４の表面を覆う被覆材４１を用いていないが、当該被覆材４１を用いることもできる。
また、陰極２ｃの少なくとも一部が隔膜４の非被覆上端４ｔよりも上方に存在する電解装置７０としては、図５に示す例に変えて、図６に示す電解装置７０とすることも好ましい。具体的には、図６に示す電解装置７０は、隔膜４の表面が、被覆材４１により、当該被覆材４１の鉛直方向下端が隔膜４の非被覆上端４ｔとなるように覆われている。より具体的には、ガスケット７とともに後述するように被覆材４１で隔膜４の表面の一部が覆われており、それにより、陰極２ｃの少なくとも一部が、隔膜４の非被覆上端４ｔよりも上方に存在することとなっている。このようにすることにより、図５に示す電解装置７０と同様な効果を奏するとともに、図５に示すように陰極２ｃが陰極補助部２ｃ２を有する場合と比較して、陰極自体の構造を簡略にすることができる。
ここで、上記の被覆材４１としては、隔膜４の表面を覆うことが可能であるとともに、隔膜４のうち被覆材４１で覆われている部分が気体中に存在した場合に、隔膜４で区画されるそれぞれの電極室５ａ、５ｃの気体が透過するのを防止することができれば、特に限定されないが、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等を用いることができる。
また、被覆材４１は、図６では隔膜４の両方の表面に設けているが、隔膜４のうち被覆材４１で覆われている部分が気体中に存在した場合に、隔膜４で区画されるそれぞれの電極室５ａ、５ｃの気体が透過するのを防止することができれば、隔膜４の片方の表面だけに設けてもよい。なお、このように、隔膜４の一方側・他方側の表面で非被覆上端の鉛直方向の位置が異なり、それによって一方側・他方側の表面で覆っている範囲が異なる場合には、鉛直方向下方側にある表面の非被覆上端を「隔膜の非被覆上端」とする。
また、被覆材４１は、図６では隔膜４の両方の表面に設けているが、隔膜４のうち被覆材４１で覆われている部分が気体中に存在した場合に、隔膜４で区画されるそれぞれの電極室５ａ、５ｃの気体が透過するのを防止することができれば、隔膜４の片方の表面だけに設けてもよい。なお、このように、隔膜４の一方側・他方側の表面で非被覆上端の鉛直方向の位置が異なり、それによって一方側・他方側の表面で覆っている範囲が異なる場合には、鉛直方向下方側にある表面の非被覆上端を「隔膜の非被覆上端」とする。
また、隔膜４の表面に被覆材４１を設ける場合には、隔膜４の上端より被覆材４１を用いて表面を覆い（ガスケット等により隔膜４の上端側の表面が覆われる場合には、そのガスケット等の下端に隣接する位置から覆い）、被覆材４１の鉛直方向Ｄ１の下端が、陰極２ｃの鉛直方向Ｄ１の上端の位置よりも鉛直方向Ｄ１下方となるように位置することが好ましい。また、より好ましくは、被覆材４１の鉛直方向Ｄ１の下端が、陰極２ｃの鉛直方向Ｄ１の上端の位置よりも鉛直方向Ｄ１下方であって、陰極２ｃの鉛直方向Ｄ１の上端の位置よりも鉛直方向Ｄ１で２０ｍｍ下方に離間した位置よりも鉛直方向Ｄ１上方にあり、さらに好ましくは、当該下端が、陰極２ｃの鉛直方向Ｄ１の上端の位置よりも鉛直方向Ｄ１で１０ｍｍ下方に離間した位置よりも鉛直方向Ｄ１上方にあることである。
続いて、電解装置７０の構成要素のうち、主に電解槽５０以外について説明する。
－送液ポンプ－
送液ポンプ７１としては、特に限定されず、適宜定められてよい。
また、本実施形態に使用することができる電解装置７０の送液ポンプ７１として、陰極室５ｃへ送液するための陰極側送液ポンプ、陽極室５ａへ送液するための陽極側送液ポンプを有することができ、それぞれ別々に稼働することができる。
送液ポンプ７１としては、特に限定されず、適宜定められてよい。
また、本実施形態に使用することができる電解装置７０の送液ポンプ７１として、陰極室５ｃへ送液するための陰極側送液ポンプ、陽極室５ａへ送液するための陽極側送液ポンプを有することができ、それぞれ別々に稼働することができる。
－気液分離タンク－
気液分離タンク７２は、電解液と水素ガスとを分離する水素分離タンク７２ｈと、電解液と酸素ガスとを分離する酸素分離タンク７２ｏとを含む。
水素分離タンク７２ｈは陰極室５ｃに接続され、酸素分離タンク７２ｏは陽極室５ａに接続されて用いられる。
気液分離タンク７２は、電解液と水素ガスとを分離する水素分離タンク７２ｈと、電解液と酸素ガスとを分離する酸素分離タンク７２ｏとを含む。
水素分離タンク７２ｈは陰極室５ｃに接続され、酸素分離タンク７２ｏは陽極室５ａに接続されて用いられる。
電解装置７０の気液分離タンク７２は、陽極室５ａ用に用いられる酸素分離タンク７２ｏと、陰極室５ｃに用に用いられる水素分離タンク７２ｈの二つが備えられる。
陽極室５ａ用の気液分離タンク７２は、陽極室５ａで発生した酸素ガスと電解液を分離し、陰極室５ｃ用の気液分離タンク７２は、陰極室５ｃで発生した水素ガスと電解液を分離する。
電解セル６５から電解液と発生ガスが混合した状態で排出されたものを、気液分離タンク７２に流入させる。気液分離が適切に行われなかった場合は、陰極室５ｃと陽極室５ａの電解液が混合したときに、酸素ガス、水素ガスが混合されてしまい、ガスの純度が低下する。最悪の場合、爆鳴気を形成してしまう危険性がある。
気液分離タンク７２に流入したガスと電解液は、ガスはタンク上層の気相へ、電解液はタンク下層の液相に分かれる。気液分離タンク７２内での電解液の線束と、発生したガス気泡の浮遊する速度と、気液分離タンク７２内の滞留時間によって、気液分離の度合いが決まる。
ガスが分離された後の電解液は、タンク下方の流出口から流出し、電解セル６５に再び流入することで循環経路を形成する。タンク上方の排出口から排出された酸素、及び水素ガスは、いずれもアルカリミストを含んだ状態であるため、排出口の下流に、ミストセパレーターや、クーラー等の、余剰ミストを液化し気液分離タンク７２に戻すことが可能な装置を取り付けることが好ましい。
気液分離タンク７２には、内部に貯留する電解液の液面Ｌの高さを把握するために、液面計を備えることも可能である。
また、前記気液分離タンク７２は、圧力解放弁を備えることが好ましい。これにより電解で発生するガスによる圧力の上昇を受けても、設計圧力を超えた場合、安全に圧力を下げることが可能となる。
気液分離タンク７２への流入口は、気液分離性を向上させる上で、電解液面よりも上面に位置することが好ましいが、これに限定されるものではない。
循環停止時の電解槽中の液面Ｌの低下を防ぐ目的で、気液分離タンク７２内の電解液面を電解槽上面よりも高いことが好ましいが、これに限定されるものではない。
電解セル６５と気液分離タンク７２との間に遮断弁を付けることが好ましいが、これに限定されるものではない。
循環停止時の電解槽中の液面Ｌの低下を防ぐ目的で、気液分離タンク７２内の電解液面を電解槽上面よりも高いことが好ましいが、これに限定されるものではない。
電解セル６５と気液分離タンク７２との間に遮断弁を付けることが好ましいが、これに限定されるものではない。
気液分離タンク７２の材料には、ニッケル等の耐アルカリ性金属が用いられる。一方、鉄等の汎用金属をタンク筐体材料として用いる場合においては、タンク内部の電解液接触面に、フッ素系樹脂等で被覆処理を施したものを用いることもあるが、本実施形態における気液分離タンク７２の素材を限定するものではない。
気液分離タンク７２の容量は、設置容積を考慮すると、小さい方が好ましいが、容積が小さすぎると、陰極２ｃと陽極２ａの圧力差が大きくなった場合や電解電流値に変動が生じた場合、タンク内の液面が変動するため、この変動分を考慮する必要がある。
また、タンク高さも同様に、高さが低い場合は、上記変動の影響を受けやすいため、高くすることが好ましい。
また、タンク高さも同様に、高さが低い場合は、上記変動の影響を受けやすいため、高くすることが好ましい。
－水補給器－
電解装置７０において用いる水補給器７３としては、特に限定されず、適宜定められてよい。
水としては、一般上水を使用してもよいが、長期間に亘る運転を考慮した場合、イオン交換水、ＲＯ水、超純水等を使用することが好ましい。
電解装置７０において用いる水補給器７３としては、特に限定されず、適宜定められてよい。
水としては、一般上水を使用してもよいが、長期間に亘る運転を考慮した場合、イオン交換水、ＲＯ水、超純水等を使用することが好ましい。
－電気回路－
電解装置７０は電解電源（整流器）７４を備えている。さらに、電解槽５０と電解電源（整流器）７４とを含む電気回路Ｃが形成されていてよい。また、電解装置７０では、電解槽５０に接続される外部負荷８を備えていてよい。特に、本実施形態（Ｉ）では、電気回路Ｃ及び外部不可８を備えていることが好ましい。
具体的には、図１の例では、電解槽５０中の端部となる電解セル６５の陽極２ａと、電解電源７４の正極とがケーブルで接続され、また、電解槽５０中の端部となる電解セル６５の陰極２ｃと、電解電源７４の負極とがケーブルで接続されているが、当該ケーブル間を外部負荷８と開閉器９とで接続している。これにより、例えば、停止工程において、電解電源７４が停止している状態で開閉器９を閉じることにより、電解槽５０（全ての電解セル６５）と外部負荷８との回路を形成することができる。また、図１の例では、外部負荷８を電解槽５０の電解セル６５の全体と接続しているが、図示は省略するが、外部負荷を電解槽５０の電解槽５０のうちの一部と接続してもよい。これにより、例えば、停止工程において、電解槽５０のうちの一部の電解セル６５と外部負荷８との回路を形成することができる。
電解装置７０は電解電源（整流器）７４を備えている。さらに、電解槽５０と電解電源（整流器）７４とを含む電気回路Ｃが形成されていてよい。また、電解装置７０では、電解槽５０に接続される外部負荷８を備えていてよい。特に、本実施形態（Ｉ）では、電気回路Ｃ及び外部不可８を備えていることが好ましい。
具体的には、図１の例では、電解槽５０中の端部となる電解セル６５の陽極２ａと、電解電源７４の正極とがケーブルで接続され、また、電解槽５０中の端部となる電解セル６５の陰極２ｃと、電解電源７４の負極とがケーブルで接続されているが、当該ケーブル間を外部負荷８と開閉器９とで接続している。これにより、例えば、停止工程において、電解電源７４が停止している状態で開閉器９を閉じることにより、電解槽５０（全ての電解セル６５）と外部負荷８との回路を形成することができる。また、図１の例では、外部負荷８を電解槽５０の電解セル６５の全体と接続しているが、図示は省略するが、外部負荷を電解槽５０の電解槽５０のうちの一部と接続してもよい。これにより、例えば、停止工程において、電解槽５０のうちの一部の電解セル６５と外部負荷８との回路を形成することができる。
－貯留タンク－
電解装置７０では、電解液を貯留する貯留タンクを有することができる。また、当該貯留タンクは、電解装置７０の電解槽５０よりも鉛直方向上方に位置することが好ましい。貯留タンクが電解槽５０と配管等で接続することで、重力を利用して貯留タンク内の電解液を電解槽へ注入することができる。また当該配管等にバルブ等を設けることで流量を適切に調節することもできる。
電解装置７０では、電解液を貯留する貯留タンクを有することができる。また、当該貯留タンクは、電解装置７０の電解槽５０よりも鉛直方向上方に位置することが好ましい。貯留タンクが電解槽５０と配管等で接続することで、重力を利用して貯留タンク内の電解液を電解槽へ注入することができる。また当該配管等にバルブ等を設けることで流量を適切に調節することもできる。
－その他－
電解装置７０は、電解槽５０、気液分離タンク７２、水補給器７３以外にも、整流器７４、酸素濃度計７５、水素濃度計７６、流量計７７、圧力計７８、熱交換器、圧力制御弁８０等を備えてよい。
電解装置７０は、電解槽５０、気液分離タンク７２、水補給器７３以外にも、整流器７４、酸素濃度計７５、水素濃度計７６、流量計７７、圧力計７８、熱交換器、圧力制御弁８０等を備えてよい。
また、電解装置７０は、さらに、電力供給の停止を検知する検知器、及び、送液ポンプを自動停止する制御器を備えることが好ましい。検知器及び制御器を備えることで、再生可能エネルギーのように、変動が激しい電力源下でも、人為的な操作なしに、自己放電の影響を効率的に低減することが可能になる。
（電解装置の運転方法）
本実施形態の電解装置の運転方法は、上述した本実施形態の電解装置７０を用いて、実施することができる。
具体的には、本実施形態の電解装置の運転方法としては、相互に隔膜４で区画された、陽極２ａを有する陽極室５ａと陰極２ｃを有する陰極室５ｃとを備える電解装置７０を用いた電解装置７０の運転方法であって、陽極室５ａおよび陰極室５ｃ中の電解液の電気分解が行われる通電工程と、陽極室５ａおよび陰極室５ｃ中の電解液の電気分解が停止している停止工程と、を有し、停止工程において、電解装置７０の電解槽５０を外部負荷８に電気的に接続して、５時間以内に対電圧を０．１Ｖ以下にする放電工程を有する方法が挙げられる（本実施形態（Ｉ））。本実施形態（Ｉ）の電解装置７０の運転方法によれば、変動電源下における電極２の劣化を抑制することが可能となる。
また、上述の本実施形態の電解装置の、他の運転方法としては、陽極室５ａおよび陰極室５ｃ中の電解液の電気分解が行われる通電工程と、陽極室５ａおよび陰極室５ｃ中の電解液の電気分解が停止している停止工程と、を有し、停止工程において、陽極室ａおよび／または陰極室５ｃの電解液の液面Ｌが隔膜４の非被覆上端４ｔよりも鉛直方向上方に位置するとともに、陰極の少なくとも一部が水素ガスに露出することを含む方法とすることができる。上記の電解装置７０の運転方法によれば、電気分解停止時における、変動電源下における陰極の劣化を抑制するとともに、隔膜４を介した各電極室５ａ、５ｃ間の気体の拡散・混合を抑制することが可能となる。
本実施形態の電解装置の運転方法は、上述した本実施形態の電解装置７０を用いて、実施することができる。
具体的には、本実施形態の電解装置の運転方法としては、相互に隔膜４で区画された、陽極２ａを有する陽極室５ａと陰極２ｃを有する陰極室５ｃとを備える電解装置７０を用いた電解装置７０の運転方法であって、陽極室５ａおよび陰極室５ｃ中の電解液の電気分解が行われる通電工程と、陽極室５ａおよび陰極室５ｃ中の電解液の電気分解が停止している停止工程と、を有し、停止工程において、電解装置７０の電解槽５０を外部負荷８に電気的に接続して、５時間以内に対電圧を０．１Ｖ以下にする放電工程を有する方法が挙げられる（本実施形態（Ｉ））。本実施形態（Ｉ）の電解装置７０の運転方法によれば、変動電源下における電極２の劣化を抑制することが可能となる。
また、上述の本実施形態の電解装置の、他の運転方法としては、陽極室５ａおよび陰極室５ｃ中の電解液の電気分解が行われる通電工程と、陽極室５ａおよび陰極室５ｃ中の電解液の電気分解が停止している停止工程と、を有し、停止工程において、陽極室ａおよび／または陰極室５ｃの電解液の液面Ｌが隔膜４の非被覆上端４ｔよりも鉛直方向上方に位置するとともに、陰極の少なくとも一部が水素ガスに露出することを含む方法とすることができる。上記の電解装置７０の運転方法によれば、電気分解停止時における、変動電源下における陰極の劣化を抑制するとともに、隔膜４を介した各電極室５ａ、５ｃ間の気体の拡散・混合を抑制することが可能となる。
まず、電解装置７０の運転方法の構成要素のうち、通電工程について説明する。
通電工程は、陽極室５ａおよび陰極室５ｃ中の電解液の電気分解が行われる工程である。具体的には、図１に示すような電解装置７０において、電解槽５０の陽極室５ａ及び陰極室５ｃに電解液を送液ポンプ７１を用いて送液しつつ、整流器７４より正通電して陽極室５ａ及び陰極室５ｃ中の電解液を電気分解する。また、電気分解より発生した酸素を含む電解液、水素を含む電解液を、それぞれ陽極室５ａおよび陰極室５ｃから気液分離タンク７２へ送液し、それぞれ気液分離する。さらに、気液分離タンク７２で気液分離した電解液は水補給器７３にて水が補給されつつ、送液ポンプ７１に戻る。このように通電工程において電解液が循環しながら電気分解されることにより、効率よく電気分解を行うことができる。
通電工程は、陽極室５ａおよび陰極室５ｃ中の電解液の電気分解が行われる工程である。具体的には、図１に示すような電解装置７０において、電解槽５０の陽極室５ａ及び陰極室５ｃに電解液を送液ポンプ７１を用いて送液しつつ、整流器７４より正通電して陽極室５ａ及び陰極室５ｃ中の電解液を電気分解する。また、電気分解より発生した酸素を含む電解液、水素を含む電解液を、それぞれ陽極室５ａおよび陰極室５ｃから気液分離タンク７２へ送液し、それぞれ気液分離する。さらに、気液分離タンク７２で気液分離した電解液は水補給器７３にて水が補給されつつ、送液ポンプ７１に戻る。このように通電工程において電解液が循環しながら電気分解されることにより、効率よく電気分解を行うことができる。
ここで正通電とは、電解装置７０を用いた電解液の電気分解により、陽極２ａで酸素、陰極２ｃで水素を得ることができる方向に電気を通電することを指す。
ここで、電解液としては、アルカリ塩が溶解されたアルカリ性の水溶液としてよく、例えば、ＮａＯＨ水溶液、ＫＯＨ水溶液等が挙げられる。
アルカリ塩の濃度としては、２０質量％～５０質量％が好ましく、２５質量％～４０質量％がより好ましい。
上記運転方法では、イオン導電率、動粘度、冷温化での凍結の観点から、２５質量％～４０質量％のＫＯＨ水溶液が特に好ましい。
アルカリ塩の濃度としては、２０質量％～５０質量％が好ましく、２５質量％～４０質量％がより好ましい。
上記運転方法では、イオン導電率、動粘度、冷温化での凍結の観点から、２５質量％～４０質量％のＫＯＨ水溶液が特に好ましい。
通電工程において、電解セル６５内にある電解液の温度は、８０℃～１３０℃であることが好ましい。
上記温度範囲とすれば、高い電解効率を維持しながら、ガスケット７、隔膜４等の電解装置７０の部材が熱により劣化することを効果的に抑制することができる。
電解液の温度は、８５℃～１２５℃であることがさらに好ましく、９０℃～１１５℃であることが特に好ましい。
上記温度範囲とすれば、高い電解効率を維持しながら、ガスケット７、隔膜４等の電解装置７０の部材が熱により劣化することを効果的に抑制することができる。
電解液の温度は、８５℃～１２５℃であることがさらに好ましく、９０℃～１１５℃であることが特に好ましい。
通電工程において、電解セル６５に与える電流密度としては、４ｋＡ／ｍ２～２０ｋＡ／ｍ２であることが好ましく、６ｋＡ／ｍ２～１５ｋＡ／ｍ２であることがさらに好ましい。
特に、変動電源を使用する場合には、電流密度の上限を上記範囲にすることが好ましい。
なお、通電工程においては、上記の好ましい電流密度で電気分解を行うことが製造上好ましいが、当該好ましい電流密度を下回るような電流が流れる場合も通電工程に含まれる。
特に、変動電源を使用する場合には、電流密度の上限を上記範囲にすることが好ましい。
なお、通電工程においては、上記の好ましい電流密度で電気分解を行うことが製造上好ましいが、当該好ましい電流密度を下回るような電流が流れる場合も通電工程に含まれる。
通電工程において、電解セル６５内の圧力（ゲージ圧）としては、３ｋＰａ～１０００ｋＰａであることが好ましく、３ｋＰａ～３００ｋＰａであることがより好ましく、３ｋＰａ～１００ｋＰａであることがさらに好ましい。
続いて、電解装置７０の上記運転方法の構成要素のうち、停止工程について説明する。
停止工程は、陽極室５ａおよび陰極室５ｃ中の電解液の電気分解が停止している工程である。具体的には、上記通電工程では、陽極室５ａにおいて電解液の電気分解により酸素が発生し、陰極室５ｃでは電解液の電気分解により水素が発生するが、当該停止工程では、このような電気分解が停止する。ただし、停止工程では、通電量が、電解装置７０に流すことが許容される最大の正通電量（ｋＡ／ｍ２）の１％以下となる通電量であれば正通電していてもよい。なお、最大の正通電量は使用される電解装置７０において運転条件として許容される最大の正通電量を意味する。
また、停止工程において、送液ポンプ７１を停止させてもよくまたは動かした状態にしてもよいが、好ましくは送液ポンプ７１を停止することが好ましい。
停止工程は、陽極室５ａおよび陰極室５ｃ中の電解液の電気分解が停止している工程である。具体的には、上記通電工程では、陽極室５ａにおいて電解液の電気分解により酸素が発生し、陰極室５ｃでは電解液の電気分解により水素が発生するが、当該停止工程では、このような電気分解が停止する。ただし、停止工程では、通電量が、電解装置７０に流すことが許容される最大の正通電量（ｋＡ／ｍ２）の１％以下となる通電量であれば正通電していてもよい。なお、最大の正通電量は使用される電解装置７０において運転条件として許容される最大の正通電量を意味する。
また、停止工程において、送液ポンプ７１を停止させてもよくまたは動かした状態にしてもよいが、好ましくは送液ポンプ７１を停止することが好ましい。
そして、電解装置７０の上記運転方法では、停止工程において、図５、６に示すように、陽極室５ａおよび／または陰極室５ｃ内の電解液の液面（電解液の喫水線）Ｌが隔膜４の非被覆上端４ｔよりも鉛直方向上方に位置するとともに、陰極２ｃの少なくとも一部が水素ガスに露出していることが好ましい。この場合、電気分解停止時における、陰極２ｃの劣化を抑制するとともに、隔膜４を介した各電極室５ａ、５ｃ間の気体の拡散・混合を抑制することができる。
なお、上記の「隔膜の非被覆上端」とは、隔膜４の鉛直方向Ｄ１の上端であるか、或いは、隔膜４自体のうちの鉛直方向Ｄ１の上端側の部分が、例えば、図５（ａ）に示すように、隔膜４を電解槽の外枠３の間に固定する際に用いるガスケット等で隔膜４の表面の一部が覆われている場合や、図６に示すように、ガスケット７とともに後述するように被覆材４１で隔膜４の表面の一部が覆われている場合には、「隔膜の非被覆上端」とは、隔膜４のうちのガスケット７や被覆材４１等で覆われていない部分についての鉛直方向Ｄ１の上端４ｔを指す。また、本実施形態において、陽極室５ａ内の電解液の液面Ｌと陰極室５ｃ内の電解液の液面Ｌとは、鉛直方向の位置が相互に同じでも異なっていてもよい。
なお、上記の「隔膜の非被覆上端」とは、隔膜４の鉛直方向Ｄ１の上端であるか、或いは、隔膜４自体のうちの鉛直方向Ｄ１の上端側の部分が、例えば、図５（ａ）に示すように、隔膜４を電解槽の外枠３の間に固定する際に用いるガスケット等で隔膜４の表面の一部が覆われている場合や、図６に示すように、ガスケット７とともに後述するように被覆材４１で隔膜４の表面の一部が覆われている場合には、「隔膜の非被覆上端」とは、隔膜４のうちのガスケット７や被覆材４１等で覆われていない部分についての鉛直方向Ｄ１の上端４ｔを指す。また、本実施形態において、陽極室５ａ内の電解液の液面Ｌと陰極室５ｃ内の電解液の液面Ｌとは、鉛直方向の位置が相互に同じでも異なっていてもよい。
ここで、陽極室５ａおよび／または陰極室５ｃの電解液の液面Ｌを隔膜４の非被覆上端４ｔよりも鉛直方向上方に位置させる方法としては、特に限定されないが、例えば、停止工程において、陽極室５ａおよび／または陰極室５ｃに送液ポンプ７１を用いて、電解液を注入する方法が挙げられる。
具体的には、停止工程において、送液ポンプ７１を連続的または間欠的に稼働し、陽極室５ａおよび／または陰極室５ｃの液面Ｌを隔膜４の非被覆上端４ｔよりも鉛直方向上方に位置させることができる。これにより、電極室５ａ、５ｃ内の電解液により隔膜４の少なくとも一方の表面を浸漬させることができる。また、停止工程中に電極室５ａ、５ｃ内の電解液が減少するのを防止し、または減少しても補充することもできる。なお、停止工程において、送液ポンプ７１を連続的に稼働することで、電解液を循環させ続けてもよい。
また、送液ポンプ７１は、通電工程から停止工程に移行した後から連続的または間欠的に稼働させたり、停止工程移行して一定時間経過後から連続的または間欠的に稼働させたり、することができる。
また、電解装置７０が送液ポンプ７１として、陰極室５ｃへ送液するための陰極側送液ポンプ、陽極室５ａへ送液するための陽極側送液ポンプを有する場合には、それぞれ別々に稼働させることができる。これにより、より効率的に酸素中の水素濃度や陰極室５ｃ内の水素中の酸素濃度の上昇を抑制することができる。
具体的には、停止工程において、送液ポンプ７１を連続的または間欠的に稼働し、陽極室５ａおよび／または陰極室５ｃの液面Ｌを隔膜４の非被覆上端４ｔよりも鉛直方向上方に位置させることができる。これにより、電極室５ａ、５ｃ内の電解液により隔膜４の少なくとも一方の表面を浸漬させることができる。また、停止工程中に電極室５ａ、５ｃ内の電解液が減少するのを防止し、または減少しても補充することもできる。なお、停止工程において、送液ポンプ７１を連続的に稼働することで、電解液を循環させ続けてもよい。
また、送液ポンプ７１は、通電工程から停止工程に移行した後から連続的または間欠的に稼働させたり、停止工程移行して一定時間経過後から連続的または間欠的に稼働させたり、することができる。
また、電解装置７０が送液ポンプ７１として、陰極室５ｃへ送液するための陰極側送液ポンプ、陽極室５ａへ送液するための陽極側送液ポンプを有する場合には、それぞれ別々に稼働させることができる。これにより、より効率的に酸素中の水素濃度や陰極室５ｃ内の水素中の酸素濃度の上昇を抑制することができる。
また、電解液の液面Ｌを隔膜４の非被覆上端４ｔよりも鉛直方向上方に位置させる、別の方法としては、電解装置７０が、電解液を貯留する貯留タンクを有するとともに、当該貯留タンクが当該電解装置７０の電解槽５０よりも鉛直方向上方に位置する場合には、停止工程において、重力を利用して貯留タンク内の電解液を陽極室５ａおよび／または陰極室５ｃに注入することによっても行うことができる。これにより、動力を用いずに、電極室５ａ、５ｃ内の電解液により隔膜４の少なくとも一方の表面を浸漬させることができる。なお、この場合には、重力を利用してタンク内の電解液で陽極室５ａおよび／または陰極室５ｃを満たすこともできる。
なお、上記のように送液ポンプ７１にて電解液を注入した場合には、注入した後、送液ポンプ７１を停止したり、または液量が変化しない程度に動作させたりすることもできる。また、送液ポンプ７１を停止する場合には、送液ポンプ７１を停止させた後に、電極室５ａ、５ｃの鉛直方向下方の入口や配管（例えば、電解液入口５ｉ、陽極入口ヘッダー（陽極入口側ホース）１０Ｏａｉ、陰極入口ヘッダー（陰極入口側ホース）１０Ｏｃｉ等）を例えば閉止弁などで閉止することもできる。
さらに、上記運転方法においては、電解槽５０に、電解槽５０の陽極室５ａおよび陰極室５ｃ内の液面Ｌを測定することができる液面計を設けて、液面計により陽極室５ａおよび陰極室５ｃ内の当該液面Ｌを監視することが好ましい。
また、液面計を設ける場合には、停止工程において、液面計によりそれぞれの液面Ｌを監視し、陽極室５ａおよび陰極室５ｃ内の液面Ｌが隔膜４の非被覆上端４ｔよりも鉛直方向下方に位置した場合に、送液ポンプ７１により電解液を陽極室５ａおよび／または陰極室５ｃ内に注入し、陽極室５ａおよび／または陰極室５ｃの液面Ｌを隔膜４の非被覆上端４ｔよりも鉛直方向上方に位置させることが好ましい。或いは、停止工程において、液面計によりそれぞれの液面Ｌの位置を監視し、陽極室５ａおよび陰極室５ｃ内の液面Ｌが隔膜４の非被覆上端４ｔに近づいた場合に、送液ポンプ７１により電解液を陽極室５ａおよび／または陰極室５ｃに注入して液面Ｌを押し上げたりすることも好ましい。
これにより、停止工程中に電極室５ａ、５ｃ内の電解液が減少しても、隔膜４の表面の少なくとも一方を浸漬状態にし続けることができる。
これにより、停止工程中に電極室５ａ、５ｃ内の電解液が減少しても、隔膜４の表面の少なくとも一方を浸漬状態にし続けることができる。
ところで、上記運転方法においては、電解装置７０として、陰極２ｃの少なくとも一部が、隔膜４の非被覆上端４ｔよりも上方に存在するものを用いることが好ましい。停止工程において、陰極室５ｃの電解液の液面Ｌが隔膜４の非被覆上端４ｔよりも鉛直方向上方に位置する場合には、それと併せて、陰極２ｃの少なくとも一部を、陰極室５ｃ中に存在させ得る水素ガス層に露出させることができる。その結果、電気分解停止時における、隔膜４を介した各電極室５ａ、５ｃ間の気体の拡散・混合を抑制するとともに、さらに、陰極２ｃの劣化を抑制することができる。
陰極２ｃの劣化の抑制について具体的には、停止工程において、陰極２ｃがそのうちの一部で水素ガスに露出するので、陰極２ｃの逆電流が生じても、陰極２ｃに接触する当該水素が酸化し、陰極２ｃ自体の酸化を低減させて、陰極２ｃの劣化を抑制することができる。
陰極２ｃの劣化の抑制について具体的には、停止工程において、陰極２ｃがそのうちの一部で水素ガスに露出するので、陰極２ｃの逆電流が生じても、陰極２ｃに接触する当該水素が酸化し、陰極２ｃ自体の酸化を低減させて、陰極２ｃの劣化を抑制することができる。
なお、陰極２ｃの少なくとも一部を、陰極室中の水素ガスに十分に露出させる観点からは、停止工程において、陰極室５ｃの外部より陰極室５ｃに水素ガスを供給して陰極室５ｃに水素ガス層を形成させることが好ましい。また、電解槽５０に液面計を設けた場合には、液面計により、陽極室５ａおよび／または陰極室５ｃの電解液の液面Ｌが隔膜４の非被覆上端４ｔよりも鉛直方向上方に位置しつつ、陰極２ｃの鉛直方向の位置よりも鉛直方向下方に位置するか、監視することが好ましい。
具体的な、陰極室５ｃの外部より陰極室５ｃに水素ガスを供給して陰極室５ｃに水素ガス層を形成させる方法としては、陰極室５ｃの陰極電解液出口５ｃｏの鉛直方向Ｄ１の上端の位置を、陰極室５ｃの外枠３の内面の鉛直方向Ｄ１の上端の位置よりも鉛直方向Ｄ１下方に、且つ、陰極２ｃの鉛直方向Ｄ１の上端よりも鉛直方向Ｄ１下方に位置させた電解装置７０を用い、停止工程において、陰極室５ｃまたは陰極室５ｃよりも流通方向の上流側（例えば、陰極室５ｃの上流側の配管）に設けた水素供給口を介して水素ガスを注入し続けることで、陰極室５ｃ内の鉛直方向Ｄ１上方に水素ガス層（水素溜まり）が形成され続けるようにすることができる。
なお、流通方向とは、電解装置７０の通電工程等において、電解装置７０内を電解液が流れる方向である。
また、上記の陰極室５ｃの外部より供給する水素ガスは、水素分離タンク７２ｈ後に水素を貯蔵する貯蔵タンクと上記の水素供給口を配管で連結して当該貯蔵タンクより注入することや、水素が充填された移動式ボンベを上記の水素供給口に接続して当該ボンベより注入することができる。
具体的な、陰極室５ｃの外部より陰極室５ｃに水素ガスを供給して陰極室５ｃに水素ガス層を形成させる方法としては、陰極室５ｃの陰極電解液出口５ｃｏの鉛直方向Ｄ１の上端の位置を、陰極室５ｃの外枠３の内面の鉛直方向Ｄ１の上端の位置よりも鉛直方向Ｄ１下方に、且つ、陰極２ｃの鉛直方向Ｄ１の上端よりも鉛直方向Ｄ１下方に位置させた電解装置７０を用い、停止工程において、陰極室５ｃまたは陰極室５ｃよりも流通方向の上流側（例えば、陰極室５ｃの上流側の配管）に設けた水素供給口を介して水素ガスを注入し続けることで、陰極室５ｃ内の鉛直方向Ｄ１上方に水素ガス層（水素溜まり）が形成され続けるようにすることができる。
なお、流通方向とは、電解装置７０の通電工程等において、電解装置７０内を電解液が流れる方向である。
また、上記の陰極室５ｃの外部より供給する水素ガスは、水素分離タンク７２ｈ後に水素を貯蔵する貯蔵タンクと上記の水素供給口を配管で連結して当該貯蔵タンクより注入することや、水素が充填された移動式ボンベを上記の水素供給口に接続して当該ボンベより注入することができる。
ところで、上記運転方法では、電解装置７０が、陰極室５ｃへの電解液の供給経路（具体的には、陰極用配液管２０Ｏｃｉ、陰極入口ヘッダー（陰極入口側ホース）１０Ｏｃｉ等）及び、陰極室５ｃからの電解液の排出経路（具体的には、陰極用集液管２０Ｏｃｏ、陰極出口ヘッダー（陰極出口側ホース）１０Ｏｃｏ等）を備える場合、停止工程において、供給経路及び／又は排出経路を、陰極室５ｃに対して絶縁することが好ましい。具体的には、供給経路及び／又は排出経路（具体的には、陰極用配液管２０Ｏｃｉ、陰極入口ヘッダー（陰極入口側ホース）１０Ｏｃｉ、陰極用集液管２０Ｏｃｏ、陰極出口ヘッダー（陰極出口側ホース）１０Ｏｃｏ等）に樹脂製のバルブを設け、停止工程において、当該バルブを閉止することで絶縁することができる。また、供給経路が陰極室５ｃに対して鉛直方向上方に位置すること、及び／又は、排出経路が陰極室５ｃに対して鉛直方向上方に位置すること、により、停止工程において、例えば、送液ポンプ７１を停止した際、電解液が自重で流れ落ち、または、適宜ガスを供給経路や排出経路に供給したり電解液を抜き取る等して、供給経路及び／又は排出経路に絶縁性のガス層を形成させることができる。
停止工程において上記のように絶縁することにより、陰極２ｃに生じる逆電流の全体量を低減することができる。なお、当該絶縁は、停止工程の開始時から終了時まで行うことが好ましい。
停止工程において上記のように絶縁することにより、陰極２ｃに生じる逆電流の全体量を低減することができる。なお、当該絶縁は、停止工程の開始時から終了時まで行うことが好ましい。
また、電解装置の上記運転方法では、電解装置７０において電解槽と電解電源（整流器）７４とを含む電気回路が形成されている場合、停止工程において、当該電気回路を遮断することが好ましい。
停止工程において上記のように遮断することにより、停止工程において、陰極２ｃに生じる逆電流を低減することができる。具体的には、電気回路の遮断器、断路器、開閉器、逆向きの電流を阻害するダイオードを用いて遮断することができる。
停止工程において上記のように遮断することにより、停止工程において、陰極２ｃに生じる逆電流を低減することができる。具体的には、電気回路の遮断器、断路器、開閉器、逆向きの電流を阻害するダイオードを用いて遮断することができる。
電解装置の上記運転方法において、電解装置７０が、陽極２ａと、陰極２ｃと、陽極２ａおよび陰極２ｃを隔離する隔壁１と、隔壁１を縁取る外枠３とを有するエレメント６０を複数備える場合において、複数のエレメント６０は、相互に絶縁された状態で隔膜４を挟んで重ね合わせられていることが好ましい。このようにすることにより、エレメント６０間では相互に絶縁された状態となるので、通電工程でそれぞれのエレメント６０に蓄積された電荷が、停止工程において他のエレメント６０に影響することを抑制することができる。
複数のエレメント６０が相互に絶縁された状態にする方法とは、具体的には、エレメント６０の外枠３間で絶縁された状態とすることが好ましく、具体的には、例えば、エレメント６０間に配置するガスケット７の絶縁性を高める等により行うことができる。また、ここでの絶縁とは、エレメント６０間で、絶縁抵抗が１ＭΩ以上であることが好ましい。または、当該ガスケット７の表面を絶縁性の樹脂シート（例えばポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂等）で覆うことにより行うことができる。
複数のエレメント６０が相互に絶縁された状態にする方法とは、具体的には、エレメント６０の外枠３間で絶縁された状態とすることが好ましく、具体的には、例えば、エレメント６０間に配置するガスケット７の絶縁性を高める等により行うことができる。また、ここでの絶縁とは、エレメント６０間で、絶縁抵抗が１ＭΩ以上であることが好ましい。または、当該ガスケット７の表面を絶縁性の樹脂シート（例えばポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂等）で覆うことにより行うことができる。
次いで、本実施形態の電解装置７０の運転方法の構成要素のうち、放電工程について説明する。
放電工程は、停止工程において、電解装置７０の電解槽５０を外部負荷８に電気的に接続して、５時間以内に対電圧を０．１Ｖ以下にする。
電解装置７０の運転方法が放電工程を有する場合、変動電源下における電極２の劣化を一層抑制することが可能となる。具体的には、従来の電解装置７０の運転方法では、通電工程時に陽極２ａ及び陰極２ｃに蓄積された電荷が停止工程時に陽極２ａ及び陰極２ｃに逆に流れ逆電流が生じ、それに併せて各電極２の電位が徐々に変化することで当該電位が収束していた。ところが、電位が収束する過程で、陽極２ａや陰極２ｃの電位が、電極２自体が腐食する所定の電位域を一定の時間かけて通過することとなり、それ故に、変動電源下で繰り返される電解停止と電解運転により各電極２が劣化する懸念があった。電解装置７０の上記運転方法において、電解装置７０の電解槽５０を外部負荷８に電気的に接続して、５時間以内に対電圧を０．１Ｖ以下にする場合、陽極２ａや陰極２ｃの電位が、所定の腐食電位域を速やかに通過することとなり、各電極２の劣化を十分に抑制することができる。
なお、上述のように、電解停止時には逆電流が生じ、各電極２の電位が収束して、対電圧が０Ｖに近づくところ、対電圧が０．１Ｖ以下であれば、電極２自体が腐食する所定の電位域外にすることができる。また、対電圧０．１Ｖ以下にする時間は短いほど、電極２の劣化の抑制の観点から好ましいが、当該時間が５時間以内であれば、電極２の劣化を抑制しつつ、外部負荷８に短時間に流れる電流が大きくなりすぎず、外部負荷８の発熱およびその放熱の設計を適切にすることができる。
放電工程は、停止工程において、電解装置７０の電解槽５０を外部負荷８に電気的に接続して、５時間以内に対電圧を０．１Ｖ以下にする。
電解装置７０の運転方法が放電工程を有する場合、変動電源下における電極２の劣化を一層抑制することが可能となる。具体的には、従来の電解装置７０の運転方法では、通電工程時に陽極２ａ及び陰極２ｃに蓄積された電荷が停止工程時に陽極２ａ及び陰極２ｃに逆に流れ逆電流が生じ、それに併せて各電極２の電位が徐々に変化することで当該電位が収束していた。ところが、電位が収束する過程で、陽極２ａや陰極２ｃの電位が、電極２自体が腐食する所定の電位域を一定の時間かけて通過することとなり、それ故に、変動電源下で繰り返される電解停止と電解運転により各電極２が劣化する懸念があった。電解装置７０の上記運転方法において、電解装置７０の電解槽５０を外部負荷８に電気的に接続して、５時間以内に対電圧を０．１Ｖ以下にする場合、陽極２ａや陰極２ｃの電位が、所定の腐食電位域を速やかに通過することとなり、各電極２の劣化を十分に抑制することができる。
なお、上述のように、電解停止時には逆電流が生じ、各電極２の電位が収束して、対電圧が０Ｖに近づくところ、対電圧が０．１Ｖ以下であれば、電極２自体が腐食する所定の電位域外にすることができる。また、対電圧０．１Ｖ以下にする時間は短いほど、電極２の劣化の抑制の観点から好ましいが、当該時間が５時間以内であれば、電極２の劣化を抑制しつつ、外部負荷８に短時間に流れる電流が大きくなりすぎず、外部負荷８の発熱およびその放熱の設計を適切にすることができる。
また、放電工程において対電圧０．１Ｖ以下とする時間は、好ましくは６０分以内であり、より好ましくは３０分以内である。
対電圧は、０．１Ｖ以下が好ましく、より好ましくは０．０Ｖ以下である。
なお、対電圧とは、電解セル６５の１つ分の電圧を意味する。また、対電圧は図１に示すような外部負荷８を用いて、全部の電解セル６５について放電を実施する場合には、電解槽５０中の端部となる電解セル６５の陽極２ａと、電解槽５０中の端部となる電解セル６５の陰極２ｃと、の間の電位差を測定し（外部負荷８の両端等で測定）、電解セル６５の数で除することにより、対電圧を得ることができる。または、各電解セル６５についての対電圧を測定し、それぞれの対電圧の積算値を電解セルの数で除することで得ることができる。または、特定の１つの電解セル６５の対電圧を、放電工程での基準となる対電圧とすることもできる。
対電圧は、０．１Ｖ以下が好ましく、より好ましくは０．０Ｖ以下である。
なお、対電圧とは、電解セル６５の１つ分の電圧を意味する。また、対電圧は図１に示すような外部負荷８を用いて、全部の電解セル６５について放電を実施する場合には、電解槽５０中の端部となる電解セル６５の陽極２ａと、電解槽５０中の端部となる電解セル６５の陰極２ｃと、の間の電位差を測定し（外部負荷８の両端等で測定）、電解セル６５の数で除することにより、対電圧を得ることができる。または、各電解セル６５についての対電圧を測定し、それぞれの対電圧の積算値を電解セルの数で除することで得ることができる。または、特定の１つの電解セル６５の対電圧を、放電工程での基準となる対電圧とすることもできる。
ところで、放電工程は、停止工程において、電解槽５０の電圧が所定の閾値を下回ったときに実施してもよい。これにより、所定の閾値が例えば各電極２の腐食する電位域になる前に設定されることで、各電極２の腐食を抑制するとともに、外部負荷８で発生する熱量を抑制することができる。
なお、当該閾値は、外部負荷８の発熱量、その放熱設計等によって任意にすることができるが、対電圧換算で０．５Ｖ以上であることが好ましく、より好ましくは１．０Ｖ以上、更に好ましくは１．２Ｖ以上である。
なお、当該閾値は、外部負荷８の発熱量、その放熱設計等によって任意にすることができるが、対電圧換算で０．５Ｖ以上であることが好ましく、より好ましくは１．０Ｖ以上、更に好ましくは１．２Ｖ以上である。
ここで、電解装置７０の上記運転方法は、電解装置７０の電解槽５０が複極式であって、電解セル６５を複数有する場合、特に、電解槽５０が電解セル６５を３０以上有する場合により好適に適用することができる。
すなわち、従来の電解装置７０の運転方法では、下記のような課題もあった。
複数の電解セル６５を直列にスタックされる電解槽５０においては、停止工程時において流れる逆電流は、電解槽５０の中でも中央側の電解セル６５で比較的大きく、端部の電解セル６５で比較的小さくなっていた。このため停止工程時の電極電位の変化は中央側で顕著に進み、端部側では遅くなっていた。
したがって、従来の電解装置７０の運転方法では、中央側の電解セル６５の電極２と端部側の電解セル６５の電極２は、停止工程時において、腐食電位に晒される時間が異なっており、電極２の劣化に電解セル６５の位置による分布が生じ、また、端部側の電解セル６５の電極２の劣化が顕著となっていた。
また、電極２の劣化の分布以外にも次のような課題があった。すなわち、上述のように逆電流が生じると、各電極２の電位が徐々に変化するが、陽極２ａの電位が所定の水素発生電位に、陰極２ｃの電位が所定の酸素発生電位に達すると、陽極室５ａでは水素が、陰極室５ｃでは酸素が発生する。そして、複数の電解セル６５を直列にスタックされる電解槽５０においては、中央側の電解セル６５で電位が早期に所定の電位に達することとなっていた。そして、その後も、端部側の電解セル６５の電圧により中央側の電解セル６５にも逆電流が流れ続けることで、中央側の電解セル６５において、陽極室５ａでは酸素中の水素濃度、陰極室５ｃでは水素中の酸素濃度が局部的に高まる虞があった。
これに対して、電解装置７０の上記放電工程を有する上記運転方法は、外部負荷８による放電が均一化し、それにより、電極劣化の分布を抑制するとともに、放電を促進することで腐食電位に晒される時間を短くすることができる。
また、上記の、陽極室５ａ内での酸素中の水素濃度、陰極室５ｃ内での水素中の酸素濃度の上昇については、外部負荷８による放電の均一化により、中央側の電解セル６５において、電極２の電位が水素発生電位や酸素発生電位に達した後の逆電流を低減することができるので、陽極室５ａの水素発生量や陰極室５ｃの酸素発生量が抑制される。
外部負荷８を用いて電解槽５０の電圧を迅速に低下させることにより、保守作業等を行う際に感電する危険性を下げ、且つ電解停止から保守作業を開始するまでの時間を短縮することができる。
すなわち、従来の電解装置７０の運転方法では、下記のような課題もあった。
複数の電解セル６５を直列にスタックされる電解槽５０においては、停止工程時において流れる逆電流は、電解槽５０の中でも中央側の電解セル６５で比較的大きく、端部の電解セル６５で比較的小さくなっていた。このため停止工程時の電極電位の変化は中央側で顕著に進み、端部側では遅くなっていた。
したがって、従来の電解装置７０の運転方法では、中央側の電解セル６５の電極２と端部側の電解セル６５の電極２は、停止工程時において、腐食電位に晒される時間が異なっており、電極２の劣化に電解セル６５の位置による分布が生じ、また、端部側の電解セル６５の電極２の劣化が顕著となっていた。
また、電極２の劣化の分布以外にも次のような課題があった。すなわち、上述のように逆電流が生じると、各電極２の電位が徐々に変化するが、陽極２ａの電位が所定の水素発生電位に、陰極２ｃの電位が所定の酸素発生電位に達すると、陽極室５ａでは水素が、陰極室５ｃでは酸素が発生する。そして、複数の電解セル６５を直列にスタックされる電解槽５０においては、中央側の電解セル６５で電位が早期に所定の電位に達することとなっていた。そして、その後も、端部側の電解セル６５の電圧により中央側の電解セル６５にも逆電流が流れ続けることで、中央側の電解セル６５において、陽極室５ａでは酸素中の水素濃度、陰極室５ｃでは水素中の酸素濃度が局部的に高まる虞があった。
これに対して、電解装置７０の上記放電工程を有する上記運転方法は、外部負荷８による放電が均一化し、それにより、電極劣化の分布を抑制するとともに、放電を促進することで腐食電位に晒される時間を短くすることができる。
また、上記の、陽極室５ａ内での酸素中の水素濃度、陰極室５ｃ内での水素中の酸素濃度の上昇については、外部負荷８による放電の均一化により、中央側の電解セル６５において、電極２の電位が水素発生電位や酸素発生電位に達した後の逆電流を低減することができるので、陽極室５ａの水素発生量や陰極室５ｃの酸素発生量が抑制される。
外部負荷８を用いて電解槽５０の電圧を迅速に低下させることにより、保守作業等を行う際に感電する危険性を下げ、且つ電解停止から保守作業を開始するまでの時間を短縮することができる。
ところで、電解装置７０の上記運転方法では、電解装置７０の電解槽５０が複極式であって、電解セル６５を複数有する場合、放電工程は、図１に示すような外部負荷８を用いて、全部の電解セル６５について放電させることができる。しかし、複数の電解セル６５のうちの一部（１つの電解セル６５や複数の電解セル６５）で実施することができる。一部の電解セル６５について実施することにより、当該一部の電解セル６５中の電極２をより十分に劣化から保護することができる。
なお、一部の電解セル６５について実施する場合には、一部の電解セル６５と外部負荷８とを含めて電気回路を形成すればよく、具体的には、正電流方向上流側の端部の電解セル６５の陽極２ａと、正電流方向下流側の端部の電解セル６５の陰極２ｃとを、間に外部負荷８を介在させてケーブル等で接続することにより一部の電解セル６５について実施することができる。
また、一部の電解セル６５について放電を実施する場合には、対電圧は、全部の電解セル６５について測定する場合と同様に、放電工程を行う対象の電解セル６５についての端部となる電解セル６５の陽極２ａと、電解槽５０中の端部となる電解セル６５の陰極２ｃと、の間の電位差を測定し（外部負荷８の両端等で測定）、電解セル６５の数で除することにより、対電圧を得ることができる。または、各電解セル６５についての対電圧を測定し、それぞれの対電圧の積算値を電解セルの数で除することで得ることができる。
なお、一部の電解セル６５について実施する場合には、一部の電解セル６５と外部負荷８とを含めて電気回路を形成すればよく、具体的には、正電流方向上流側の端部の電解セル６５の陽極２ａと、正電流方向下流側の端部の電解セル６５の陰極２ｃとを、間に外部負荷８を介在させてケーブル等で接続することにより一部の電解セル６５について実施することができる。
また、一部の電解セル６５について放電を実施する場合には、対電圧は、全部の電解セル６５について測定する場合と同様に、放電工程を行う対象の電解セル６５についての端部となる電解セル６５の陽極２ａと、電解槽５０中の端部となる電解セル６５の陰極２ｃと、の間の電位差を測定し（外部負荷８の両端等で測定）、電解セル６５の数で除することにより、対電圧を得ることができる。または、各電解セル６５についての対電圧を測定し、それぞれの対電圧の積算値を電解セルの数で除することで得ることができる。
上記運転方法において、陰極２ｃの保有電荷量が、陽極２ａの保有電荷量に対して０．１倍以下であることが好ましい。このような電極を用いて電解装置７０を運転した場合に、電解装置７０の運転方法を好適に適用することができる。
当該陰極２ｃの保有電荷量は、通電工程における電解液の電気分解を停止したとき（通電工程の終了時）に、当該保有電荷量（Ｃ）に基づき水素ガスの量を制御する陰極室５ｃの陰極２ｃが保有する電荷量である。具体的には、陰極２ｃの保有電荷量（Ｃ）は、陰極２ｃに正通電を流して十分に還元した後、正通電を停止し、逆電流を流しながら陰極２ｃの電位を測定して、陰極２ｃの電位が陽極２ａの電位と等しくなるまでの逆電流の時間積算値を陰極２ｃが保有する保有電荷量とする。また、陽極２ａの保有電荷量（Ｃ）は陰極２ｃの保有電荷量と同様に測定することができる。
また、上記運転方法において、陰極２ｃの保有電荷量を、陽極２ａの保有電荷量に対して０．１倍以下にする方法としては、陽極２ａや陰極２ｃの材料等を適宜選択することにより行うことができる。
当該陰極２ｃの保有電荷量は、通電工程における電解液の電気分解を停止したとき（通電工程の終了時）に、当該保有電荷量（Ｃ）に基づき水素ガスの量を制御する陰極室５ｃの陰極２ｃが保有する電荷量である。具体的には、陰極２ｃの保有電荷量（Ｃ）は、陰極２ｃに正通電を流して十分に還元した後、正通電を停止し、逆電流を流しながら陰極２ｃの電位を測定して、陰極２ｃの電位が陽極２ａの電位と等しくなるまでの逆電流の時間積算値を陰極２ｃが保有する保有電荷量とする。また、陽極２ａの保有電荷量（Ｃ）は陰極２ｃの保有電荷量と同様に測定することができる。
また、上記運転方法において、陰極２ｃの保有電荷量を、陽極２ａの保有電荷量に対して０．１倍以下にする方法としては、陽極２ａや陰極２ｃの材料等を適宜選択することにより行うことができる。
本実施形態では、上述の電解装置７０の構成要素を用いて、例えば、図１に示すような構成の電解装置７０を作製することができるが、これに限定されるものではない。
本実施形態の電解装置の運転方法では、太陽光や風力等の変動電源を使用することによって、上述の効果が顕著になる。
以上、図面を参照して、本発明の実施形態の電解装置、電解装置の運転方法について例示説明したが、本発明の電解装置、電解装置の運転方法は、上記の例に限定されることはなく、上記実施形態には、適宜変更を加えることができる。
本発明によれば、太陽光や風力等の変動電源下において電解停止時に生じ得る陽極及び陰極の劣化を抑制することができる。また、本発明（ＩＩ）によれば、さらに、隔膜を介した各電極室間の気体の拡散・混合を抑制することが可能な電解装置を提供することができる。
１ 隔壁
２ 電極
２ａ 陽極
２ｃ 陰極
２ｃ１ 陰極本体部
２ｃ２ 陰極補助部
２ｃ３ 導線部
３ 外枠
４ 隔膜
４１ 被覆材
４ｔ 隔膜の非被覆上端
５ 電極室
５ａ 陽極室
５ｃ 陰極室
５ｉ 電解液入口
５ｏ 電解液出口
５ａｉ 陽極電解液入口
５ａｏ 陽極電解液出口
５ｃｉ 陰極電解液入口
５ｃｏ 陰極電解液出口
６ 整流板
７ ガスケット
８ 外部負荷
９ 開閉器
１０ ヘッダー
１０Ｏ 外部ヘッダー
１０Ｏａｉ 陽極入口ヘッダー（陽極入口側ホース）
１０Ｏａｏ 陽極出口ヘッダー（陽極出口側ホース）
１０Ｏｃｉ 陰極入口ヘッダー（陰極入口側ホース）
１０Ｏｃｏ 陰極出口ヘッダー（陰極出口側ホース）
２０ 導管
２０Ｏａｉ 陽極用配液管
２０Ｏａｏ 陽極用集液管
２０Ｏｃｉ 陰極用配液管
２０Ｏｃｏ 陰極用集液管
５０ 複極式電解槽
５１ｇ ファストヘッド、ルーズヘッド
５１ａ 陽極ターミナルエレメント
５１ｃ 陰極ターミナルエレメント
５１ｒ タイロッド
５１ｉ 絶縁板
６０ 複極式エレメント
６５ 電解セル
７０ 電解装置
７１ 送液ポンプ
７２ 気液分離タンク
７２ｈ 水素分離タンク
７２ｏ 酸素分離タンク
７３ 水補給器
７４ 整流器
７５ 酸素濃度計
７６ 水素濃度計
７７ 流量計
７８ 圧力計
８０ 圧力制御弁
１０２ａ 陽極
１０２ｃ 陰極
１０４ 隔膜
１０４ｔ 隔膜の非被覆上端
１０５ａ 陽極室
１０５ｃ 陰極室
１０７ ガスケット
１６５ 電解セル
Ｄ１ 隔壁に沿う所与の方向（鉛直方向）
Ｚ ゼロギャップ構造
Ｌ 喫水線
Ｃ 電気回路
２ 電極
２ａ 陽極
２ｃ 陰極
２ｃ１ 陰極本体部
２ｃ２ 陰極補助部
２ｃ３ 導線部
３ 外枠
４ 隔膜
４１ 被覆材
４ｔ 隔膜の非被覆上端
５ 電極室
５ａ 陽極室
５ｃ 陰極室
５ｉ 電解液入口
５ｏ 電解液出口
５ａｉ 陽極電解液入口
５ａｏ 陽極電解液出口
５ｃｉ 陰極電解液入口
５ｃｏ 陰極電解液出口
６ 整流板
７ ガスケット
８ 外部負荷
９ 開閉器
１０ ヘッダー
１０Ｏ 外部ヘッダー
１０Ｏａｉ 陽極入口ヘッダー（陽極入口側ホース）
１０Ｏａｏ 陽極出口ヘッダー（陽極出口側ホース）
１０Ｏｃｉ 陰極入口ヘッダー（陰極入口側ホース）
１０Ｏｃｏ 陰極出口ヘッダー（陰極出口側ホース）
２０ 導管
２０Ｏａｉ 陽極用配液管
２０Ｏａｏ 陽極用集液管
２０Ｏｃｉ 陰極用配液管
２０Ｏｃｏ 陰極用集液管
５０ 複極式電解槽
５１ｇ ファストヘッド、ルーズヘッド
５１ａ 陽極ターミナルエレメント
５１ｃ 陰極ターミナルエレメント
５１ｒ タイロッド
５１ｉ 絶縁板
６０ 複極式エレメント
６５ 電解セル
７０ 電解装置
７１ 送液ポンプ
７２ 気液分離タンク
７２ｈ 水素分離タンク
７２ｏ 酸素分離タンク
７３ 水補給器
７４ 整流器
７５ 酸素濃度計
７６ 水素濃度計
７７ 流量計
７８ 圧力計
８０ 圧力制御弁
１０２ａ 陽極
１０２ｃ 陰極
１０４ 隔膜
１０４ｔ 隔膜の非被覆上端
１０５ａ 陽極室
１０５ｃ 陰極室
１０７ ガスケット
１６５ 電解セル
Ｄ１ 隔壁に沿う所与の方向（鉛直方向）
Ｚ ゼロギャップ構造
Ｌ 喫水線
Ｃ 電気回路
Claims (9)
- 相互に隔膜で区画された、陽極を有する陽極室と陰極を有する陰極室とを備える変動電源を使用する電解装置の運転方法であって、
前記陽極室および前記陰極室中の電解液の電気分解が行われる通電工程と、
前記陽極室および前記陰極室中の電解液の電気分解が停止している停止工程と、を有し、
前記停止工程において、前記電解装置の電解槽を外部負荷に電気的に接続して、５時間以内に対電圧を０．１Ｖ以下にする放電工程を有し、
前記放電工程は、前記停止工程において、電解槽の電圧が所定の閾値を下回ったときに実施することを特徴とする、電解装置の運転方法。 - 前記放電工程では、６０分以内に対電圧を０．１Ｖ以下にする、請求項１に記載の電解装置の運転方法。
- 前記電解装置の電解槽が複極式であって、１つの前記陽極室と１つの前記陰極室とで構成される電解セルを複数有し、
前記放電工程を複数の電解セルのうちの一部で実施する、請求項１または２に記載の電解装置の運転方法。 - 前記電解装置の電解槽が複極式であって、１つの前記陽極室と１つの前記陰極室とで構成される電解セルを３０以上有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の電解装置の運転方法。
- 前記陰極の保有電荷量が、前記陽極の保有電荷量に対して０．１倍以下である、請求項１～４のいずれか一項に記載の電解装置の運転方法。
- 前記電解装置が、前記陰極の少なくとも一部が、前記隔膜の非被覆上端よりも鉛直方向上方に存在する電解装置であり、
前記停止工程において、前記陽極室および／または前記陰極室の電解液の液面が前記隔膜の非被覆上端よりも鉛直方向上方に位置するとともに、前記陰極の少なくとも一部が水素ガスに露出する、請求項１～５のいずれか一項に記載の電解装置の運転方法。 - 前記陰極が、陰極本体部と、陰極本体部と導線部で接続された陰極補助部と、で形成され、
前記陰極補助部の少なくとも一部が、前記隔膜の非被覆上端よりも鉛直方向上方に存在する、請求項６に記載の電解装置の運転方法。 - 前記隔膜の表面が、被覆材によって、当該被覆材の鉛直方向下端が当該隔膜の非被覆上端となるように覆われている、請求項６または７に記載の電解装置の運転方法。
- 前記電解装置の電解槽は、当該電解槽の前記電極室内の液面を測定することができる液面計を有し、前記停止工程において前記陽極室及び前記陰極室の液面を監視する、請求項６～８のいずれか一項に記載の電解装置の運転方法。
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019103103 | 2019-05-31 | ||
| JP2019103106 | 2019-05-31 | ||
| JP2019103103 | 2019-05-31 | ||
| JP2019103106 | 2019-05-31 | ||
| PCT/JP2020/017357 WO2020241129A1 (ja) | 2019-05-31 | 2020-04-22 | 電解装置の運転方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2020241129A1 JPWO2020241129A1 (ja) | 2021-12-23 |
| JP7228692B2 true JP7228692B2 (ja) | 2023-02-24 |
Family
ID=73554020
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021522712A Active JP7228692B2 (ja) | 2019-05-31 | 2020-04-22 | 電解装置の運転方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20220316081A1 (ja) |
| EP (1) | EP3978653A4 (ja) |
| JP (1) | JP7228692B2 (ja) |
| AU (1) | AU2020285790B2 (ja) |
| CA (1) | CA3139906C (ja) |
| WO (1) | WO2020241129A1 (ja) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000054177A (ja) | 1998-07-31 | 2000-02-22 | Toto Ltd | 電気分解装置 |
| JP2003094060A (ja) | 2001-09-27 | 2003-04-02 | Denso Corp | 電解装置 |
| WO2006058369A1 (en) | 2004-12-01 | 2006-06-08 | Poolrite Equipment Pty Ltd | Reversible polarity electrode systems |
| WO2012043085A1 (ja) | 2010-09-30 | 2012-04-05 | 株式会社日立製作所 | 水素製造システム |
| JP2017020053A (ja) | 2013-10-17 | 2017-01-26 | 株式会社日立製作所 | 水電気分解装置およびそれを用いたエネルギー貯蔵・供給システム |
| WO2019078141A1 (ja) | 2017-10-17 | 2019-04-25 | 富士フイルム株式会社 | 水分解装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51161448U (ja) * | 1975-06-16 | 1976-12-22 | ||
| US4561949A (en) * | 1983-08-29 | 1985-12-31 | Olin Corporation | Apparatus and method for preventing activity loss from electrodes during shutdown |
| US10472723B2 (en) * | 2015-01-06 | 2019-11-12 | Thyssenkrupp Uhde Chlorine Engineers (Japan) Ltd. | Method of preventing reverse current flow through an ion exchange membrane electrolyzer |
-
2020
- 2020-04-22 JP JP2021522712A patent/JP7228692B2/ja active Active
- 2020-04-22 AU AU2020285790A patent/AU2020285790B2/en active Active
- 2020-04-22 WO PCT/JP2020/017357 patent/WO2020241129A1/ja unknown
- 2020-04-22 CA CA3139906A patent/CA3139906C/en active Active
- 2020-04-22 US US17/595,861 patent/US20220316081A1/en active Pending
- 2020-04-22 EP EP20813694.5A patent/EP3978653A4/en active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000054177A (ja) | 1998-07-31 | 2000-02-22 | Toto Ltd | 電気分解装置 |
| JP2003094060A (ja) | 2001-09-27 | 2003-04-02 | Denso Corp | 電解装置 |
| WO2006058369A1 (en) | 2004-12-01 | 2006-06-08 | Poolrite Equipment Pty Ltd | Reversible polarity electrode systems |
| WO2012043085A1 (ja) | 2010-09-30 | 2012-04-05 | 株式会社日立製作所 | 水素製造システム |
| JP2017020053A (ja) | 2013-10-17 | 2017-01-26 | 株式会社日立製作所 | 水電気分解装置およびそれを用いたエネルギー貯蔵・供給システム |
| WO2019078141A1 (ja) | 2017-10-17 | 2019-04-25 | 富士フイルム株式会社 | 水分解装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU2020285790A1 (en) | 2022-01-06 |
| EP3978653A1 (en) | 2022-04-06 |
| CA3139906A1 (en) | 2020-12-03 |
| EP3978653A4 (en) | 2022-12-28 |
| US20220316081A1 (en) | 2022-10-06 |
| WO2020241129A1 (ja) | 2020-12-03 |
| CA3139906C (en) | 2024-04-16 |
| AU2020285790B2 (en) | 2023-03-16 |
| JPWO2020241129A1 (ja) | 2021-12-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6948384B2 (ja) | 水電解システム、水電解方法、水素の製造方法 | |
| JP6797940B2 (ja) | 電解槽、電解装置、電解方法、水素製造方法 | |
| JP6912557B2 (ja) | 水電解システム、水電解方法、水素の製造方法 | |
| JP7295704B2 (ja) | 電解装置の運転方法及び電解装置 | |
| JP7454428B2 (ja) | 電解槽、電解装置、電解方法 | |
| JP7228692B2 (ja) | 電解装置の運転方法 | |
| WO2022124309A1 (ja) | アルカリ水電解システム、およびアルカリ水電解システムの運転方法 | |
| JP2022036814A (ja) | 電解装置の運転方法、および電解システム | |
| JP7269099B2 (ja) | 電解装置の運転方法及び電解装置 | |
| JP7308361B2 (ja) | 電解システム及びその使用方法 | |
| JP2021195597A (ja) | 内部マニホールド型複極式水電解エレメント | |
| AU2021272504B2 (en) | Electrolysis system and method for using same | |
| WO2023106381A1 (ja) | 内部マニホールド型複極式電解エレメント、電解槽、及び水素の製造方法 | |
| JP6858841B2 (ja) | 外部ヘッダー型複極式エレメント、外部ヘッダー型複極式電解槽、及び水素製造方法 | |
| JP2021172867A (ja) | 水電解用複極式電解槽 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210813 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220830 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20221026 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230131 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230213 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7228692 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |