JP7308361B2 - 電解システム及びその使用方法 - Google Patents

Description

本発明は、電解システム及びその使用方法に関する。

従来、電解の一例として、陰極から水素ガス、陽極から酸素ガスが発生するアルカリ水電解が知られている。アルカリ水電解の電解槽としては、例えば、電解セルの吐出側に気相部を設け、電解槽出口を通した漏洩電流の発生を防ぐ電解槽が知られている（特許文献１）。

また、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。

特開平０２－１２５８８８号公報 特許第５５５３６０５号公報 国際公開第２０１５／０９８０５８号

メンテナンス等のために、電解システムは電力の供給を停止することがある。電力の供給停止は長期にわたることもあり、近年の電解システムは、電力供給停止後の再起動時の対応も求められているのが現状である。
しかしながら、特許文献１は、電解槽へ通電している稼働中の漏洩電流の発生を防ぐことを目的としており、通電停止時及び再起動時については何ら記載していない。

従って、本発明の目的は、運転時に発生したガスが電力供給停止時に混合することを抑制することにある。特に、本発明（Ｉ）の目的は、運転時に発生したガスが電力供給停止時に混合することを抑制し、電力供給停止後の再起動に要する時間を短縮することにある。

また、電解装置は、太陽光や風力等の変動電源を利用することにより電解液の電解運転を行っており、当該変動電源が弱まる乃至停止した場合には、電解運転が停止し、電解槽の電極室内には、電解運転時の電解液とともに、運転時に発生した気体が気体層として残ったままの状態となる。そしてその結果として、電極室を陽極室及び陰極室に区画する隔膜の一部（両面）がそれぞれの電極室に存在する気体層に露出していた。隔膜がこのように気体層に露出すると、それぞれの電極室中の気体がわずかに隔膜を透過してそれぞれの電極室に拡散することがあり、例えば陽極室内の酸素中の水素濃度や陰極室内の水素中の酸素濃度が局部的に高まる虞があった。

そこで、本発明（ＩＩ）は、電気分解停止時における、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の運転方法を提供することを目的とする。

すなわち、本発明は以下の通りである。なお、本明細書において、［１］～［９］に記載の発明を本発明（Ｉ）と、［１０］～［１３］に記載の発明を本発明（ＩＩ）と称する場合がある。
［１］
隔膜を挟んで陽極と陰極とが重ねあわされた電解セルを含む電解槽、及び
前記電解槽への通電停止時に稼働する、前記電解セル内の電解液の液面高さを調整する液面高さ制御手段を含み、
前記液面高さ制御手段が、通電停止時間に応じて液面高さを調整する手段、電解液温度に応じて液面高さを調整する手段、及び／又は電気抵抗値に応じて液面高さを調整する手段である、ことを特徴とする電解システム。
［２］
前記液面高さ制御手段が、前記液面高さを前記隔膜の非被覆上端より鉛直方向上方に制御する手段である、［１］に記載の電解システム。
［３］
前記液面高さ制御手段が、電解液循環ポンプである、［１］又は［２］に記載の電解システム。
［４］
前記液面高さ制御手段が稼働する時間が、通電停止の時間１００％に対して、０％超２０％以下である、［１］～［３］のいずれかに記載の電解システム。
［５］
前記液面高さ制御手段が、さらに、電解液の液頭圧に応じて液面高さを調整する、［１］～［４］のいずれかに記載の電解システム。
［６］
前記液面高さ制御手段が、さらに、電解セル中の電解液の液面高さに応じて液面高さを調整する、［１］～［５］のいずれかに記載の電解システム。
［７］
前記液面高さ制御手段が、電解液の前記液面高さが、前記隔膜の非被覆上端よりも鉛直方向下方に位置した場合に、送液ポンプにより電解液を電解セル内に注入する手段である、［６］に記載の電解システム。
［８］
アルカリ水電解用である、［１］～［７］のいずれかに記載の電解システム。
［９］
［１］～［８］のいずれかに記載の電解システムの使用方法。
［１０］
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電解装置の運転方法であって、
前記陽極室及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、
前記陽極室及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、前記陽極室及び／又は前記陰極室内の前記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し、
前記電解装置が、当該電解装置の電解槽よりも鉛直方向上方に位置する、前記電解液を貯留する貯留タンクを有し、
前記停止工程において、重力を利用して前記貯留タンク内の前記電解液を前記陽極室及び／又は前記陰極室に注入し、前記陽極室及び／又は前記陰極室の液面を前記隔膜の非被覆上端よりも鉛直方向上方に位置させる、
ことを特徴とする、電解装置の運転方法。
［１１］
前記停止工程において、前記陽極室及び前記陰極室内の前記電解液の液面を測定する液面計によりそれぞれの当該液面を監視し、当該陽極室及び当該陰極室内の当該液面が前記隔膜の非被覆上端よりも鉛直方向下方に位置した場合に、送液ポンプにより前記電解液を前記陽極室及び／又は前記陰極室内に注入し、前記陽極室及び／又は前記陰極室の液面を前記隔膜の非被覆上端よりも鉛直方向上方に位置させる、［１０］に記載の電解装置の運転方法。
［１２］
前記停止工程において、送液ポンプを連続的又は間欠的に稼働し、前記陽極室及び／又は前記陰極室の液面を前記隔膜の非被覆上端よりも鉛直方向上方に位置させる、［１０］又は［１１］に記載の電解装置の運転方法。
［１３］
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、［１０］～［１２］のいずれかに記載の電解装置の運転方法。

本発明の電解システムは、上記構成を有するため、運転時に発生したガスが電力供給停止時に混合することを抑制することができる。特に、本発明（Ｉ）によれば、運転時に発生したガスが電力供給停止時に混合することを抑制し、電力供給停止後の再起動に要する時間を短縮することができる。また、本発明（ＩＩ）によれば、電気分解停止時における、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の運転方法を提供することができる。

本実施形態の電解システムの一例を示す概略図である。 電解槽の一例の全体の概略図である。 図２の点線四角枠の部分の電解セル内部の断面の一例を示す概略図である。 電解システムの通電停止時における電解セル内部を示す概略図である。（ａ）は、液面高さ制御手段で液面高さを調整している一例であり、（ｂ）は液面高さを調整していない例である。 外部ヘッダー型の電解槽の一例の電解室、ヘッダー、導管について示す斜視図である。 外部ヘッダー型の電解装置の電解槽の一例について示す平面図である。 電解装置の電解槽の一例の陰極室を模式的に示す図であり、（ａ）は、当該陰極室について、鉛直方向及び陰極に垂直な方向に沿う面での断面で示す、模式的な断面図である。また、（ｂ）は、当該陰極室について示す模式的な平面図である。 図７に示す陰極室を変形させた例について、鉛直方向及び陰極に垂直な方向に沿う面での断面で示す、模式的な断面図である。 実施例１の結果である。 実施例２の結果である。

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。

本実施形態（Ｉ）の電解システムは、隔膜を挟んで陽極と陰極とが重ねあわされた電解セルを含む電解槽、及び前記電解槽への通電停止時に稼働する、前記電解セル内の電解液の液面高さを調整する液面高さ制御手段を含む。本実施形態（ＩＩ）の運転方法に使用する電解システム（電解装置）は、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、陽極室内及び陰極室内の電解液の電気分解が停止している時に、陽極室及び／又は陰極室内の電解液の液面が隔膜の非被覆上端よりも鉛直方向上方に位置する。

図１は、本実施形態の電解システムの一例を示す概略図である。
電解システム７０は、電解槽５０を含む。さらに液面高さ制御手段３０を含んでいてもよい。また、さらに、供給電源７４、電解液を循環させるための送液ポンプ７１、電解液と気体（例えば、水素、酸素等）とを分離する気液分離タンク７２（陽極ガス分離タンク７２ａ、陰極ガス分離タンク７２ｃ）、電解により消費した水を補給するための水補給器７３、濃度計、流量計７７、圧力計７８、熱交換器７９、配管８１、圧力制御弁８０等を含んでいてよい。なお、液面高さ制御手段３０が電解液循環ポンプである場合、液面高さ制御手段としての機能も備えた送液ポンプ７１を用いてもよいし、送液ポンプ７１とは異なるポンプを用いてもよい。
図１の矢印は、電解液又は気体が流れる方向である。

上記電解槽は、隔膜を挟んで陽極と陰極とが重ねあわされた電解セルを含む電解槽であってよい。上記電解槽は、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を備えていてよい。
上記電解槽は、少なくとも１つの電極エレメントが接続された、単極式であってもよいし、複極式であってもよい。
例えば、複極式は、多数の電極エレメントを直列に接続して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、隔膜４を挟んで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（図２）。上記電解槽としては、例えば、隣り合う２つのエレメント（例えば、陽極ターミナルエレメント５１ａ、複極式エレメント６０、及び陰極ターミナルエレメント５１ｃのうちの隣り合う２つのエレメント等）において、隔膜４を挟んで一方のエレメントの陽極２ａと他方のエレメントの陰極２ｃとを重ね合わせて並べる構造を少なくとも１つ有する電解槽が挙げられる。隔膜４は、電解槽内の全ての隣り合う２つのエレメント間に設けられていることが好ましい。
複極式電解槽は、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、低電流、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。

図２に電解槽５０の一例を示す。
図２に示す電解槽５０は、複極式電解槽である。複極式電解槽は、エレメント６０（例えば複極式エレメント）を必要数積層することで構成されていてよい。
電解槽５０は、一端からファストヘッド５１ｈ、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、エレメント６０（例えば、複極式エレメント）が、この順番で並べて配置される。このとき、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。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手段により締め付けることにより一体化される。
エレメント６０は、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とを備えている。隔壁１は導電性を有していてよく、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てよい。各エレメント６０は、隔膜４を挟んで重ね合わせられている。
電解槽を構成する配置は、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。
なお、本明細書において、一例として、複極式エレメント等を含む複極式電解槽として説明する場合があるが、本発明は複極式電解槽に限定されるものではない。

図２に示すように、電解槽５０では、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とエレメント６０との間、隣接して並ぶエレメント６０同士の間、及びエレメント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。

なお、上記電解槽では、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５、図６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５、図６参照）。

上記電解槽５０において、隔壁１、外枠３、隔膜４、及びガスケット７により、電解液が通過する電極室５が画成されている（図３）。
なお、図２、３に示した例では、長方形形状の隔壁１と長方形形状の隔膜４とが平行に配置され、また、隔壁１の端縁に設けられた直方体形状の外枠３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の形状が直方体状となっている。

本実施形態では、特に、電解槽５０における、隣接する２つのエレメント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（図３）。電解槽５０は、隔膜４を挟んで陽極２ａと陰極２ｃとが重ねあわされた電解セル６５を含む。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、他方の複極式エレメントの陰極２ｃ、陰極室５ｃ、隔壁１を含むことが好ましい。
電解セル６５において、隣り合うエレメント６０等で挟まれる部分は、隔膜４と非通気性膜とを設けてもよい。例えば、陽極２ａと陰極２ｃとで挟まれた部分は、イオン透過性の隔膜４とし、隔膜よりも外枠３側に、イオン、ガス、電解液を透過させない非通気性膜を用いてもよい。
また、電極室の鉛直方向下側に、陽極室に電解液を供給する陽極用配液管、陰極室に電解液を供給する陰極用配液管を備えていてよく、鉛直方向上側に、陽極室から電解液を排出する陽極用集液管２０ａｏ、陰極室から電解液を排出する陰極用集液管２０ｃｏを備えていてよい。
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とを有していてよい（図５、６）。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とが設けられていてよい。

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。

極間距離を短くし、陽極と陰極の剛性を高め、２つの電極を押しつけても変形が少ない構造とし、電極室内に流れる電解液の方向を制御する観点から、電極は、整流板６（リブ）を設けてもよい（図３）。また、同様の理由から、整流板６（リブ）の先端に集電体２ｒを取り付け、その集電体２ｒの上面側、つまり、隔壁１側とは反対となる側に導電性弾性体２ｅを取り付け、さらに、その上面側、つまり、導電性弾性体２ｅに隣接して隔膜４側となる部分に電極２を重ねた少なくとも３層構造としてもよい。
また、一例の電解槽５０では、整流板６は、電極室５の高さとほぼ同じ長さを有し、隔壁１に垂直に設けられており、電解液通過方向について所定のピッチで貫通孔を有している。

（液面高さ制御手段）
本実施形態の電解システムは、液面高さ制御手段３０を含むことが好ましい。
ここで、図４を用いて、通電停止状態の電解槽について説明する。
電解槽５０の通電及び電解液の循環が停止すると、電極室の鉛直上方に電極から発生したガスが貯留した状態となる（図４（ａ））。このまま通電停止状態が続くと、運転温度から温度が低下し、電解液密度が増加する結果、徐々に電解槽内の電解液レベルが低下し、ガスと電解液との界面（液面３１、喫水線Ｌ）が、陽極と陰極とを隔てる隔膜４の上端（電解室内に露出している隔膜４の上端、非被覆上端４ｔ）よりも低くなることがある（図４（ｂ））。ここで、貯留したガスが、一方の電極室から他方の電極室に拡散する速度は、液面３１（喫水線Ｌ）が電解室内に露出している透過性の隔膜４よりも上側にある場合（図４（ａ））に比べ、隔膜４が露出すると格段に速くなる（図４（ｂ））。ガスが他方の電極室に拡散すると、ガスの混合が進み、ガスの純度が低下し、また、ガスの爆発性が増すことによって安全性が低下する。
本実施形態の電解システムでは、上記液面高さ制御手段３０が、通電停止時に稼働するため、液面３１を電解室内に露出している隔膜４の上端より鉛直方向上方等に制御できるため、ガスの混合を抑制することができる。また、液面を高く維持することで、再稼働に要する時間を短くすることができる。

上記液面高さ制御手段３０としては、電解液循環ポンプやバルブ等が好ましく、中でも、より精密かつ迅速に液面高さを制御できる観点から、電解液循環ポンプがより好ましい。
上記液面高さ制御手段は、液面高さを隔膜の非被覆上端より鉛直方向上方に制御する手段であることが好ましい。なお、被覆上端より鉛直方向上方に制御するとは、液面高さが常に非被覆上端より鉛直上方にあることだけでなく、液面高さが非被覆上端より低くなった後に液面高さを非被覆上端より鉛直上方まで回復させることを含む。

上記液面高さ制御手段３０は、通電停止時間、電解液温度、電解液の液頭圧、電気抵抗値、及び電解セル中（例えば、電極室内中）の電解液の液面高さ、からなる群から選択される少なくとも一種のトリガーに応じて液面高さを調整することが好ましい。例えば、電解システムに、上記トリガーを測定する計器を取り付け、計器の測定値に基づいて液面高さを調整してよい。例えば、上記測定値に応じて、電解セル内（例えば、電極室内）に注入する電解液量を決定する機器を含んでいてもよい。上記トリガーは、１種を単独で用いてもよいし、複数種を組み合わせて用いてもよい。また、通電停止後からの時間に応じて、適用するトリガーを変えてもよい。
なお、図１において、送液ポンプ７１とは別に液面高さ制御手段３０を設ける例を記載したが、例えば、上記トリガーからの入力に応じて送液量を変動できる一つのポンプを用いてもよいし、上記トリガーからの入力に応じて流量を調整する弁を用いてもよい。

上記液面高さ制御手段３０は、陰極室及び陽極室の両側の液面を制御できるように両電極室に供給する電解液の量等を調整してもよいし、一方の電極室に供給する電解液の量等のみを調整してもよい。また、全電解セル（例えば、全電極室）に均一量の電解液を注入してもよいし、各電極室のトリガー値に応じて、各電極室に注入する電解液を調整してもよい。

上記液面高さ制御手段３０により、電解液の流動が多すぎると、電解液中に溶存するガスによって、ガスの混合を促進するおそれがあるため、好ましくない。例えば、通電停止の時間（１００％）に対して、液面高さ制御手段が稼働する時間は、２０％以下であることが好ましく、０％超２０％以下であることがより好ましく、０．１～５％であることがさらに好ましい。

上記液面高さ制御手段３０により制御する液面高さの下限としては、液浸しない隔膜の露出面積を小さくし、ガス拡散速度を抑える観点から、隔膜上端（例えば、電解室に露出している隔膜の上端、非被覆上端４ｔ）から鉛直下方に１００ｍｍ以内位置であることがより好ましく、隔膜上端から１０ｍｍ以内の位置であることがさらに好ましく、隔膜上端であることが特に好ましい。

上記液面高さ制御手段３０により制御する液面高さの上限としては、電極室上端であることが好ましい。
また、再起動に要する時間をより一層短縮できる観点から、上記上限は、電極室から電解液が排出する管（例えば、内部ヘッダー型の陽極用集液管２０ａｏ、陰極用集液管２０ｃｏ）が電解液に満たされている位置であることが好ましい。なお、隔膜が露出しない液面高さであれば、例えば、集液管の鉛直上端から１０ｍｍの位置を上限としてもよいし、１００ｍｍの位置を上限としてもよい。
上記液面高さ制御手段は、電極室中の電解液の液面高さが、隔膜の非被覆上端よりも鉛直方向下方に位置した場合に、送液ポンプにより電解液を電解セル内（例えば、液面高さが低下した電極室内）に注入する手段であることが好ましい。

上記液面高さ制御手段３０は、液浸していない隔膜の長時間露出を抑えるため、液面高さの下限に達したときに、液面高さ制御手段を稼働させて、一度で液面高さの上限まで液面を上げることが好ましい。上記液面の上限及び／下限は、通電停止時間、電解液温度等に応じて変えてもよい。

上記トリガーとしての通電停止時間は、電解槽への電力の供給が止まってからの連続累積時間としてよい。上記通電停止時間は、０時間超２４０時間以下であることが好ましく、より好ましくは０時間超７２時間以下である。

上記トリガーとしての電解液温度は、電解室内の電解液温度としてもよいし、電解槽から排出される電解液の温度としてもよい。
上記電解液温度としては、前回の液面高さ制御手段３０を稼働させたときの電解液温度から１０℃低くなった時点で液面高さ制御手段３０を稼働させることが好ましく、５℃低くなった時点で稼働させることがより好ましい。なお、通電停止後の液面高さ制御手段の最初の制御を、電解液温度をトリガーとして行う場合、通電停止時の電解液温度から上記温度低下したときに稼働させて良い。

上記トリガーとしての電解液の液頭圧は、陽極及び陰極の各電極室の電解液の液頭圧としてよい。例えば、液頭圧は、電極室内に圧力計等を設けて測定してよい。
上限としては、液面が電極室上端にある時の液頭圧が好ましく、下限としては、隔膜上端（例えば、電極室に露出している隔膜の上端、非被覆上端４ｔ）から鉛直下方に１００ｍｍ以内の位置であるときの液頭圧がより好ましく、隔膜上端から１０ｍｍ以内の位置である時の液頭圧がさらに好ましく、隔膜上端であるときの液頭圧が特に好ましい。陽極室と陰極室とで異なる上限と下限を設定してもよい。

上記トリガーとしての電気抵抗値は、電解槽の陽極、陰極間の電気抵抗値としてよい。電解液は電気伝導性に優れているため、陽極・陰極間の電気抵抗値は液面高さが高いほど小さくなる。したがって、液面高さ制御手段３０は電気抵抗値が上限に至った時に稼働させることとなる。下限として液面が電極室上端にある時の電気抵抗値が好ましく、上限としては、隔膜上端から鉛直下方に１００ｍｍ以内の位置であるときの電気抵抗値がより好ましく、隔膜上端から１０ｍｍ以内の位置である時の電気抵抗値がさらに好ましい。

上記液面高さ制御手段は、電解セル中の電解液の液面高さに応じて液面高さを調整してよい。上記液面高さは、例えば、電極室内に液体センサー等を設けることで検出することができる。
例えば、上記液面高さ制御手段は、上記液面高さが、鉛直方向に隔膜上端となったときに稼働することが好ましく、隔膜上端から鉛直下方に１００ｍｍ以内となったときに稼働することがより好ましく、隔膜上端から１０ｍｍ以内の位置となったときに稼働することがさらに好ましく、隔膜上端未満の位置となったときに稼働することが特に好ましい。

以下、本実施形態の電解システムの構成要素について詳細に説明する。

（電解槽）
電解槽５０は、電極と隔膜との隙間に電解で発生したガスが滞留しにくくなり、ガスが混合しにくくなり、また電気抵抗を低くして効率的な電解反応が可能となる観点から、隔膜４が陽極２ａ及び陰極２ｃと接触してゼロギャップ構造Ｚを形成してもよい（図３）。
なお図３、４では、陽極２ａ、隔膜４、陰極２ｃとの間に隙間を設けているが、ゼロギャップ構造Ｚでは隙間がないことが好ましい。電解セルにおいて、隔膜４と、陽極２ａや陰極２ｃとの間に隙間がある場合、この部分には電解液の他に電解で発生した大量の気泡が滞留することで、電気抵抗が非常に高くなる。また、通電停止時にガスが混合しやすくなる。電解セル６５における大幅な電解電圧の低減を図るためには、陽極２ａと陰極２ｃの間隔（以下、「極間距離」ともいう。）をできるだけ小さくして、陽極２ａと陰極２ｃの間に存在する電解液や気泡の影響をなくすことが効果的である。電極全面にわたり、陽極２ａと隔膜４とが互いに接触し、且つ、陰極２ｃと隔膜４とが互いに接触している状態、又は、電極全面にわたり、極間距離が隔膜４の厚みとほぼ同じとなる距離で、上記隙間のほとんど無い状態、に保つことのできる、ゼロギャップ構造Ｚが採用される。
極間距離を小さくするための手段は、例えば、陽極２ａと陰極２ｃを完全に平滑に加工して、隔膜４を挟むように押し付ける方法や、電極２と隔壁１との間にバネ等の弾性体を配置し、この弾性体で電極２を支持する方法が挙げられる。例えば、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、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。

上記電解槽において、電解セル６５の数としては、５０～５００個であることが好ましく、より好ましくは７０～３００個である。
電解槽５０は、５０～５００のエレメント６０（例えば、複極式エレメント）を有することが好ましく、７０～３００のエレメント６０を有することがさらに好ましく、１００～２００のエレメント６０を有することが特に好ましい。

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。
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。
電解槽に取り付けられるヘッダーの配設態様として、代表的には、内部ヘッダー型と外部ヘッダー型とがあるが、いずれの型を採用してもよい。
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、陰極用配液管は陰極入口ヘッダー、陽極用集液管は陽極出口ヘッダー、陰極用集液管は陰極出口ヘッダーと呼ばれる。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。

内部ヘッダー型とは、電解槽５０とヘッダー（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。例えば、内部ヘッダー型電解槽では、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。例えば、図３において、各電極室内に設けられた陽極用集液管２０ａｏ又は陰極用集液管２０ｃｏが、隔壁１に垂直な方向（図３の左右方向）に連結された電極槽内の配管を通して電極槽外に排出されるヘッダーを有していてもよい。電極室内に、配液管、集液管を有していてよい（図４）。

外部ヘッダー型とは、電解槽５０とヘッダー（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。例えば、外部ヘッダー型電解槽は、陽極入口ヘッダー及び陰極入口ヘッダー、陽極出口ヘッダー及び陰極出口ヘッダーが、電解槽の通電面に対して垂直方向に、電解槽と並走する形で、独立して設けられる。これらのヘッダーと、各エレメントが、ホースで接続される。例えば、図３において、各電極室に設けられた各陽極用集液管２０ａｏ又は各陰極用集液管２０ｃｏが、電解槽外まで延び、電解槽外で陽極の電解液又は陰極の電解液を一本の配管にまとめ、気液分離タンクへ送ってもよい。
外部ヘッダー型の場合、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を備えていてよい（図５、図６参照）。

図５、図６に示す一例では、電解槽５０に、ガスや電解液を配液又は集液する管につなぐヘッダー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。

特に、この一例の電解槽５０は、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型を採用している。
図６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。

さらに、図５、図６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。

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５、図６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５、図６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。

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、本実施形態において、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５、図６に示すように、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５、図６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。

ヘッダー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ことが好ましい。ヘッダーの材質に、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。

なお、内部ヘッダー型及び外部ヘッダー型の電解槽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。

－電極－
アルカリ水電解による水素製造等の電解において、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。

上記電極の種類としては、電解反応の種類に応じて適宜選択することができる。例えば、アルカリ水電解である場合は、陽極で酸素ガス、陰極で水素ガスが発生する電極を選択することができる。また、食塩電解である場合は、陽極で塩素ガス、陰極で水素ガスが発生する電極を選択することができる。

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。

電極としては、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表面から除去するため等の目的で、電極基材が多孔体であることが好ましい。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。中でも、担体として比表面積を確保すること、及び脱泡性を両立する観点から、メッシュ構造が好ましい。
平織メッシュを用いる場合、寸法は特に制限されないが、電解表面積増加によるガス発生量の増加と、電解により発生するガスの電極表面からの効率的な除去を両立させるために、線径は０．０５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下、ピッチは２０メッシュ以上６０メッシュ以下、開口率は３０％以上７０％以下が好ましい。より好ましくは、線径は０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下、ピッチは３０メッシュ以上５０メッシュ以下、開口率は４０％以上６０％以下である。
パンチングメタルを用いる場合、寸法は特に制限されないが、電解表面積増加によるガス発生量の増加と、電解により発生するガスの電極表面からの効率的な除去を両立させるため、また、機械的強度の観点から、孔径は２ｍｍ以上８ｍｍ以下、ピッチは２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、開口率は２０％以上８０％以下、厚みは０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下が好ましい。
エキスパンドメタルを用いる場合、寸法は特に制限されないが、電解表面積増加によるガス発生量の増加と、電解により発生するガスの電極表面からの効率的な除去を両立させるため、また、機械的強度の観点から、メッシュの短目方向の中心間距離（ＳＷ）は２ｍｍ以上５ｍｍ以下、メッシュの長目方向の中心間距離（ＬＷ）は３ｍｍ以上１０ｍｍ以下、厚みは０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下、開口率は２０％以上８０％以下が好ましい。より好ましくは、ＳＷは３ｍｍ以上４ｍｍ以下、ＬＷは４ｍｍ以上６ｍｍ以下、厚みは０．８ｍｍ以上１．５ｍｍ以下、開口率は４０％以上６０％以下である。
金属発泡体を用いる場合、寸法は特に制限されないが、電解表面積増加によるガス発生量の増加と、電解により発生するガスの電極表面からの効率的な除去を両立させるため、また、機械的強度の観点から、気孔率は８０％以上９５％以下、厚みは０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下が好ましい。

上記電極は、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、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く、ニッケルを含む基材がより好ましい。

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。

アルカリ水電解の場合、陽極の触媒層は、酸素発生能が高いことが好ましく、ニッケル、コバルト、鉄、又は白金族元素を用いることができ、所望の活性や耐久性を実現するために、金属単体、酸化物等の化合物、複数の金属元素を含む複合酸化物や合金、又はこれらの混合物を用いて形成される触媒層が好ましい。
また、陰極の触媒層は、水素発生能が高いことが好ましく、ニッケル、コバルト、鉄、又は白金族元素等を用いることができる。

－隔壁－
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。

一実施形態において、隔壁１と外枠３とを溶接その他の方法で接合することで一体化してもよく、例えば、隔壁１に、隔壁１の平面に対して垂直な方向に張り出したフランジ部（陽極２ａ側に張り出した陽極フランジ部、陰極２ｃ側に張り出した陰極フランジ部）を設け、フランジ部を外枠３の一部としてもよい。

隔壁１のサイズとしては、特に限定されることなく、電極室５のサイズに応じて適宜設計されてよい。
特に、隔壁１が板状の形状である場合、隔壁１の厚さは、０．５ｍｍ～５ｍｍとしてよく、縦の長さや横の長さは、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５、図６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。

－外枠－
上記外枠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の寸法としては、特に限定されることなく、電極室５の外寸に応じて設計されてよい。外枠３の幅は、１０ｍｍ～４０ｍｍとしてよく、１５ｍｍ～３０ｍｍが好ましく、外枠３の延在長さは、特に限定されない。
この場合の陽極フランジ部及び陰極フランジ部の長さとしては、特に限定されないが、それぞれ、５ｍｍ～２０ｍｍとしてよく、７．５ｍｍ～１５ｍｍが好ましい。

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－
上記隔膜４としては、イオンを導通しつつ、発生するガス（例えば、アルカリ水電解の場合は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が使用することが好ましい。このイオン透過性の隔膜４としては、イオン交換能を有するイオン交換膜、電解液を浸透することができる多孔膜等を用いることができる。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。
アルカリ水電解用電解槽において用いられる隔膜４としては、ポリスルホン系隔膜が好ましい。

－－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。
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、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を用いることで、高温、高濃度のアルカリ溶液に対する耐性が一層向上する。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は架橋処理が施されていてもよい。かかる架橋処理が施されたポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホンの重量平均分子量は、標準ポリスチレン換算の重量平均分子量として、４万以上１５万以下であることが好ましい。架橋処理の方法は、特に限定されないが、電子線やγ線等の放射線照射による架橋や架橋剤による熱架橋等が挙げられる。なお、標準ポリスチレン換算の重量平均分子量はＧＰＣで測定することができる。
上記した高分子材料は、市販品を用いることもできる。ポリスルホンとしては、例えば、ＢＡＳＦ社の「Ｕｌｔｒａｓｏｎ Ｓ ＰＳＵ（登録商標、以下同様）」、ソルベイアドバンストポリマーズ社の「ユーデル（登録商標、以下同様）」等が挙げられる。ポリエーテルスルホンとしては、例えば、ＢＡＳＦ社の「Ｕｌｔｒａｓｏｎ Ｅ ＰＥＳ（登録商標、以下同様）」、ソルベイアドバンストポリマーズ社の「レーデル Ａ（登録商標、以下同様）」等が挙げられる。ポリフェニルスルホンとしては、例えば、ＢＡＳＦ社の「Ｕｌｔｒａｓｏｎ Ｐ ＰＰＳＵ（登録商標、以下同様）」、ソルベイアドバンストポリマーズ社の「レーデル Ｒ（登録商標、以下同様）」等が挙げられる。ポリフェニレンサルファイドとしては、例えば、東レ社の「トレリナ（登録商標、以下同様）」等が挙げられる。ポリテトラフルオロエチレンとしては、三井デュポンフロロケミカル社の「テフロン（登録商標、以下同様）」、ダイキン社の「ポリフロン（登録商標、以下同様）」、旭硝子社の「フロオン（登録商標、以下同様）」等が挙げられる。

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。
平均孔径は、０．１μｍ以上１．０μｍ以下、かつ／又は、最大孔径は０．１μｍよりも大きく２．０μｍ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、かつ／又は、最大孔径が０．５μｍ以上１．８μｍ以下であることがより好ましい。

多孔膜の平均孔径と最大孔径とは、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）＝｛３２ηＬμ_０／（εＰ）｝^０．５
ここで、ηは水の粘度（Ｐａ・ｓ）、Ｌは多孔膜の厚み（ｍ）、μ_０は見かけの流速であり、μ_０（ｍ／ｓ）＝流量（ｍ^３／ｓ）／流路面積（ｍ^２）である。また、εは空隙率、Ｐは圧力（Ｐａ）である。

多孔膜の最大孔径は、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することができる。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。このサンプルを純水で濡らし、多孔膜の孔内に純水を含浸させ、これを測定用の耐圧容器にセットする。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気泡が連続して発生してくるときの窒素圧力を、バブルポイント圧力とする。最大孔径はヤング－ラプラスの式を変形させた下記バブルポイント式から求めることができる。
最大孔径（ｍ）＝４γｃｏｓθ／Ｐ
ここで、γは水の表面張力（Ｎ／ｍ）、ｃｏｓθは多孔膜表面と水の接触角（ｒａｄ）、Ｐはバブルポイント圧力（Ｐａ）である。

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６５％以下であることが好ましく、６０％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。また、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。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、上記上限値以下であれば、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ることができる。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。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。特に、高分子樹脂が、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン及びポリフェニルスルホンからなる群より選ばれる少なくとも１種を含むものである場合に、かかる効果は一層向上する。

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。親水性無機粒子の粒子表面は、極性を帯びている。水溶液である電解液内における、極性の小さな酸素分子や水素分子と、極性の大きな水分子との親和性等を踏まえると、極性の大きな水分子の方が親水性無機粒子と吸着し易いとと考えられる。よって、このような親水性無機粒子が膜表面に存在することで、膜表面には水分子が優先的に吸着し、酸素分子や水素分子等の気泡は膜表面に吸着しない。その結果、多孔膜の表面への気泡の付着を効果的に抑制することができる。但し、本実施形態の作用効果はこれらに限定されない。
親水性無機粒子のモード粒径は、親水性無機粒子が多孔膜孔内に存在しているときの二次粒子の状態のものであり、粒子径分布の極大値の粒子径である。モード粒径は、以下の方法によって測定できる。高分子樹脂を溶解可能な溶媒を用いて、多孔膜から高分子樹脂を溶解除去する。その後に残った親水性無機粒子を、親水性無機粒子の重量の１０００倍以上の量の当該溶媒を用いて、３回以上繰り返し洗浄する。洗浄した親水性無機粒子を測定試料として、レーザー回折・散乱法により、体積分布からモード粒径を計測する。親水性無機粒子のモード粒径は、例えば、レーザー回折・散乱式粒度分布測定装置（堀場製作所社製、「ＬＡ－９５０」）によって測定することができる。

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。多孔膜を作製する際に用いられる、材料としての親水性無機粒子のモード粒径は、０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。親水性無機粒子のモード粒径が、０．１μｍ以上であると、例えば、非溶媒誘起相分離法で多孔膜を作製する際、親水性無機粒子を含む高分子樹脂溶液の粘度が高くなり過ぎず、塗工の際に斑の発生を効果的に抑制できるので、均一な多孔膜を作製しやすい傾向にある。また、非溶媒誘起相分離法で親水性無機粒子が多孔膜孔内に取り込まれた際、そこで凝集して形成される二次粒子の粒径が多孔膜の孔径より大きくなるため、多孔膜から親水性無機粒子が欠落することを一層抑制できる。この観点から、親水性無機粒子のモード粒径は０．１μｍ以上であることが好ましく、０．５μｍ以上であるとより好ましく、１．０μｍ以上であるとさらに好ましく、２．０μｍ以上であるとより一層好ましい。親水性無機粒子のモード粒径が１０μｍ以下であれば、親水性無機粒子の大きさに対して、親水性無機粒子と孔内以外の多孔膜との結着面積が小さくなり過ぎることを防止できるとともに、親水性無機粒子が多孔膜から欠落することを一層抑制できる。さらに、親水性無機粒子によって多孔膜が損傷されること等も一層防止できる。この観点から、親水性無機粒子のモード粒径は１０μｍ以下であることが好ましく、８μｍ以下であるとより好ましく、６μｍ以下であるとさらに好ましく、５μｍ以下であるとより一層好ましい。

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。

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。

－ガスケット－
電解槽５０では、図３に示すように、隔壁１を縁取る外枠３同士の間に、隔膜４と共にガスケット７が挟持されることが好ましい。ガスケットは、エレメント６０と隔膜４との間、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電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。

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。

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。

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。

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。

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。

－液面計－
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、又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。

（圧力計）
圧力計７８は、電解槽内に設置してもよいし、電解槽外に設置してもよい。複数の電解セルを設ける場合は、全電解セルの一方の電極から排出されるガスをまとめて圧力を測定してよい。

（送液ポンプ）
上記送液ポンプ７１としては、特に限定されず、適宜定められてよい。上記送液ポンプ７１により、電解槽５０中及び配管８１を流れる電解液を循環させることができる。
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）
上記気液分離タンク７２は、電解液と電解槽で発生する気体とを分離するタンクであることが好ましく、電解槽の陽極で発生する気体と電解液とを分離する陽極側気液分離タンク７２ａ及び電解槽の陰極で発生する気体と電解液とを分離する陰極側気液分離タンク７２ｃであることが好ましい。
例えば、アルカリ水電解の場合、陽極で酸素、陰極で水素が発生する。この場合、上記陽極側気液分離タンク７２ａは酸素分離タンクであり、上記陰極側気液分離タンク７２ｃは水素分離タンクである。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、本発明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。

－水補給器－
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。

－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。

（配管）
上記配管８１としては、特に限定されず、適宜定められてよい。
上記配管８１は、電解液を電解槽５０外へ流す配管である。例えば、図１に示すように、電解槽５０と気液分離タンク７２、気液分離タンク７２と送液ポンプ７１、送液ポンプ７１と電解槽５０とをつなぐことができる。
なお、気液分離タンク７２で分離した気体と圧力計７８、圧力制御弁８０、濃度計は、気体用の管でつながれていることが好ましい。

（供給電源）
上記供給電源は、直流電源であることが好ましい。

上記供給電源は、再生エネルギー等の出力が変動するエネルギー源による発電で得られた電力を用いた電源（変動電源）であってもよいし、出力がほぼ一定の電源（一定電源）であってもよいし、これらの組み合わせであってもよい。中でも、温室効果ガスの発生等を抑える観点から、変動電源であることが好ましく、風力、太陽光、水力、潮力、波力、海流、及び地熱からなる群から選ばれる少なくとも一つの再生可能エネルギー出力由来の電源であることがより好ましく、太陽光出力由来の電源、又は風力出力由来の電源であることがさらに好ましい。
上記一定電源としては、グリッドを通して供給される電力の電力源、蓄電池電源等が挙げられる。グリッドを通して供給される電力源は、火力、原子力等の安定な電力源由来の電源であってもよいし、再生可能エネルギー出力由来等の変動電源と安定な電源由来の電源との組み合わせであってもよい。

上記電源から供給される電力は、電解槽へ供給される前に、整流器で直流に変換してもよい。上記整流器は、電解槽の直前に１つ設けられていてもよいし、各電源と電解槽との間に設けられていてもよい。

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。

上記電解としては、アルカリ水電解等の水電解、食塩電解等が挙げられる。中でも、電極からのガスの発生量が多く、電解槽の締め付け荷重の変動が大きいアルカリ水電解が好ましい。

（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７、図８に示すように、陽極室５ａ及び／又は陰極室５ｃの電解液の喫水線Ｌ（液面の位置３１）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、隔膜を介した各電極室５ａ、５ｃ間の気体の拡散・混合を抑制するとともに、さらに、陰極２ｃの劣化を抑制することができる。
隔膜４を介した気体の拡散・混合の抑制について、具体的には、従来の電解装置を用いた運転方法では、停止工程において、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、停止工程において、陽極室及び／又は陰極室内の電解液の液面が隔膜の非被覆上端よりも鉛直方向上方に位置する運転方法では、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及び／又は陰極室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ると、隔膜４の少なくとも一方の表面を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。
陰極２ｃの劣化の抑制について、具体的には、従来の電解装置の運転方法では、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、この電解装置７０を用いた運転方法では、停止工程において、陰極２ｃが、図７、図８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。
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７（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８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７（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７（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７（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７（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７（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７（ａ）の例では、図８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７に示す例に変えて、図８に示す電解装置７０とすることも好ましい。具体的には、図８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７に示す電解装置７０と同様な効果を奏するとともに、図７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８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。

［電解システムの使用方法（運転方法）］
本実施形態の使用方法としては、上述の本実施形態の電解システムを用いる方法が挙げられる。
例えば、電解槽への通電停止時に液面高さ制御手段を稼働させ、電解セル内の電解室中の電解液の液面高さを調整して用いる。
上記通電停止時とは、電解槽に供給される電流値が０Ａの状態としてよいし、電解セル内の電解液の液面高さが鉛直下方向に低下する低い電流値での運転を含めてもよい。また、電解システム稼働時に電解液を循環させる送液ポンプ７１も停止した状態としてよい。上記の電解システム及び使用方法は、電解槽に供給される電力（例えば電流）が停止し、電解液を循環させる送液ポンプも停止している状態において、上記トリガー等に応じて液面高さ制御手段３０により、液面高さを調整することが好ましい。

上記電解システムは、通電時には、電解液を循環させて使用する。電極で発生したガスが混合した電解液が、電解セルの吐出口から排出され、気液分離タンクで電解液とガスとに分離する。ガスを分離した電解液は、送液ポンプ７１等を通して、電解槽に再び供給される。電解液を循環させることで、電解質内の電解質濃度を一定に保つとともに、電解に伴う余剰熱を冷却でき、効率よく安定した電解を長時間継続することができる。

上記水電解システムにおいて、ガス純度が一層向上する観点から、陽極側気液分離タンク７２ａ及び陰極側気液分離タンク７２ｃから吐出された電解液が、混合されて複極式電解槽５０に送られることが好ましい（図１）。

上記電解システムとしては、例えば、アルカリ水電解、食塩電解に用いることができる。
アルカリ水電解である場合、電解液として、アルカリ塩が溶解したアルカリ性の水溶液を用いてよく、ＮａＯＨ水溶液、ＫＯＨ水溶液等を使用し、陰極で発生する水素ガスの製造、及び／又は陽極で発生する酸素ガスの製造に用いてよい。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。
食塩電解である場合、電解液として、塩水、及びＮａＯＨを使用し、陰極で発生する水素ガスの製造、及び／又は陽極で発生する塩素ガスの製造に用いてよい。

上記使用方法において、電解槽５０内にある電解液の温度は８０℃～１３０℃であることが好ましく、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等の電解システム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。

本実施形態の他の電解装置の運転方法は、上述した電解装置７０を用いて、実施することができる。具体的には、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及び陰極室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及び陰極室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及び／又は陰極室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方法が挙げられる。
該運転方法によれば、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・混合を一層抑制することが可能となる。

まず、上記運転方法の構成要素のうち、通電工程について説明する。
上記通電工程は、陽極室５ａ及び陰極室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及び陰極室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、アルカリ水電気分解の場合、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、上記方法において用いられる電解液としては、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。
中でも、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。

上記通電工程において、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／ｍ^２～２０ｋＡ／ｍ^２であることが好ましく、６ｋＡ／ｍ^２～１５ｋＡ／ｍ^２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、上記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。

上記通電工程において、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、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。
上記停止工程は、陽極室５ａ及び陰極室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／ｍ^２）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、上記停止工程において、送液ポンプ７１を停止させてもよく又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、上記運転方法では、停止工程において、図７、８に示すように、陽極室５ａ及び／又は陰極室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ことが好ましい。この場合、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・混合を一層抑制することができる。
具体的には、従来の電解装置の運転方法では、停止工程において、電解槽の電極室内には、電解運転時の電解液とともに、運転時に発生した気体が気体層として残ったままの状態となり、その結果として、電極室を陽極室及び陰極室に区画する隔膜の一部（両面）がそれぞれの電極室に存在する気体層に露出することがあった。そして、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５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５に拡散することがあった。しかし、上記の運転方法では、上記のようにすることにより、隔膜４は少なくとも一方の表面が液体に浸漬した状態になる。したがって、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、それゆえに、例えば陽極室５ａ内の酸素中の水素濃度や陰極室５ｃ内の水素中の酸素濃度が局部的に高まることを避けることができる。
なお、上記の「隔膜の非被覆上端」（電極室に露出している隔膜の上端）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７（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８に示すように、ガスケット７とともに被覆材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、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（液面３１）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、上記運転方法において、陽極室５ａ及び／又は陰極室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及び／又は陰極室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を連続的又は間欠的に稼働し、陽極室５ａ及び／又は陰極室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、又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又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又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及び／又は陰極室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及び／又は陰極室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、又は液量が変化しない程度に動作させこともできる。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）を例えば閉止弁等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及び陰極室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及び陰極室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及び陰極室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及び／又は陰極室５ｃ内に注入し、陽極室５ａ及び／又は陰極室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及び陰極室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及び／又は陰極室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。

ところで、上記の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。

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及び／又は陰極室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又は陰極室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７２ａ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。

また、上記の運転方法では、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ところ、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。

上記の運転方法において、電解装置７０が、陽極２ａと、陰極２ｃと、陽極２ａ及び陰極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。又は、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。

上記の運転方法においては、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、上記の運転方法をより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、上記の運転方法において、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。

上記の運転方法では、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。

上記の運転方法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。

電極面積約３平米の大型電解槽において、隔膜露出高さが表１及び２に記載の値となるように保持した場合、陽極側気液分離ボックス中の酸素中水素濃度の経時変化を試算した結果を表１に、陰極側気液分離ボックス中の水素中酸素濃度の経時変化を試算した結果を表２に示す。酸素分子よりも水素分子の拡散速度が高いため、水素中酸素濃度よりも酸素中水素濃度の上昇速度が速くなる。
なお、隔膜露出（ｍｍ）は、隔膜の非被覆上端から液面までの鉛直方向長さを表す。

停止中の酸素中水素濃度の経時変化

停止中の水素中酸素濃度の経時変化

（実施例１）
電極面積約３平米の大型電解セルを複数積層した大型電解槽５０、及び電解液循環ポンプ７１、熱交換器７９を含むアルカリ水電解システムにおいて、通電停止から１時間ごとに電解液循環を実施するように液面高さ制御手段３０に指令する。液面の時間変化グラフを図９に例示する。通電を停止すると、発熱源が無くなることから時間とともに電解液温度が低下し、電解液密度が増加する結果、液面が徐々に低下する。これに対し、１時間ごとに電解液循環を実施することで、液面が下限に至る前に液位を回復することができる。
なお、図９において、液位（即ち液面）の上限とは、電極室上端を表し、下限とは、非被覆上端４ｔから鉛直下方に５０ｍｍの位置である。

（実施例２）
電極面積約３平米の大型電解セルを複数積層した大型電解槽５０、及び電解液循環ポンプ７１、熱交換器７９を含むアルカリ水電解システムにおいて、通電停止時の電解液温度から５℃低下するごとに電解液循環を実施するように液面高さ制御手段３０に指令する。電解液温度の時間経過グラフを図１０に例示する。通電を停止すると、発熱源が無くなることから時間とともに電解液温度が低下し、電解液密度が増加する結果、液面が徐々に低下する。
これに対し、電解液温度が一定程度下がるごとに電解液循環を実施することで、液面が下限に至る前に液位を回復することができる。ただし、常時循環すると電解液中に溶存するガスによって、ガスの混合を促進するおそれがあるため、好ましくない。

（実施例３）
電極面積約３平米の大型電解セルを複数積層した大型電解槽５０、及び電解液循環ポンプ７１、熱交換器７９を含むアルカリ水電解システムにおいて、電解液循環停止中の各部圧力から、下式により陽極液頭圧Ｌａ［ｋＰａ］、陰極液頭圧Ｌｃ［ｋＰａ］が求められる。
Ｌａ＝Ｐｉａ―Ｐｏａ
Ｌｃ＝Ｐｉｃ―Ｐｏｃ
ここで、Ｐｉａ：陽極電解液入口圧力［ｋＰａ］、Ｐｏａ：酸素ガス圧力［ｋＰａ］、Ｐｉｃ：陰極電解液入口圧力［ｋＰａ］、Ｐｏｃ：水素ガス圧力［ｋＰａ］を示す。さらに、液頭圧を電解液密度および重力加速度で除することで、陽極液面高さＨａ［ｍ］、陰極液面高さＨｃ［ｍ］を求めることができる。
Ｈａ＝Ｌａ×１０００／ρａ・ｇ
Ｈｃ＝Ｌｃ×１０００／ρｃ・ｇ
ここで、ρａ：陽極電解液密度［ｋｇ／ｍ^３］、ρｃ：陽極電解液密度［ｋｇ／ｍ^３］、ｇ：重力加速度［ｍ／ｓ^２］、を示す。ここで、一液循環方式であれば、ρａ＝ρｃとみなすことができる。なお、電解液密度は一般的に温度依存性があるため、その補正を行う必要がある。
電解液停止中の圧力差からの演算により、ＨａあるいはＨｃが所定の値に達した場合、電解液循環を実施するように液面高さ制御手段３０に指令することで、液面が下限に至る前に液位を回復することができる。

（実施例４）
電極面積約３平米の大型電解セルを複数積層した大型電解槽５０、及び電解液循環ポンプ７１、熱交換器７９を含むアルカリ水電解システムにおいて、通電および電解液循環停止中の電解槽の極間抵抗値を測定する手段を設けることで、電解槽内の平均液面高さを評価する。電解液は良導電体であり、他の経路の抵抗値は相対的に無視できることから、平均液面高さＬ［ｍ］と電気抵抗値Ｒ［Ω］は次の関係にある。
１／Ｒ＝ａ・Ｌ＋ｂ
Ｌ＝ａ’／Ｒ＋ｂ’
ここで、ａ，ｂ，ａ’，ｂ’は係数である。Ｌが所定の値に達した場合、電解液循環を実施するように液面高さ制御手段３０に指令することで、液面が下限に至る前に液位を回復することができる。

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。

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
２ｅ 導電性弾性体
２ｒ 集電体
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 整流版（リブ）
７ ガスケット
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、２０ａｏ 陽極用集液管
２０Ｏｃｉ 陰極用配液管
２０Ｏｃｏ、２０ｃｏ 陰極用集液管
３０ 液面高さ制御手段
３１ 液面
５０ 電解槽
５１ｇ ルーズヘッド
５１ｈ ファストヘッド
５１ｉ 絶縁板
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 エレメント（複極式エレメント）
６５ 電解セル
７０ 水電解システム、電解装置
７１ 送液ポンプ
７２ａ 陽極側気液分離タンク
７２ｃ 陰極側気液分離タンク

７３ 水補給器
７４ 整流器
７７ａ 陽極液流量計
７７ｃ 陰極液流量計
７８ａ 酸素ガス圧力計
７８ｃ 水素ガス圧力計
７９ 熱交換器
８０ａ 酸素ガス圧力制御弁
８０ｃ 水素ガス圧力制御弁
８１ａ 陽極液戻り配管
８１ｃ 陰極液戻り配管
８２ａ 陽極電解液入口圧力計
８２ｃ 陰極電解液入口圧力計
Ｄ１ 隔壁に沿う所与の方向（鉛直方向）
Ｌ 喫水線
Ｚ ゼロギャップ構造

Claims (13)

1. 隔膜を挟んで陽極と陰極とが重ねあわされた電解セルを含む電解槽、及び
   前記電解槽への通電停止時に稼働する、前記電解セル内の電解液の液面高さを調整する液面高さ制御手段を含み、
   前記液面高さ制御手段が、通電停止時間に応じて液面高さを調整する手段、電解液温度に応じて液面高さを調整する手段、及び／又は電気抵抗値に応じて液面高さを調整する手段である、
   ことを特徴とする電解システム。
2. 前記液面高さ制御手段が、前記液面高さを前記隔膜の非被覆上端より鉛直方向上方に制御する手段である、請求項１に記載の電解システム。
3. 前記液面高さ制御手段が、電解液循環ポンプである、請求項１又は２に記載の電解システム。
4. 前記液面高さ制御手段が稼働する時間が、通電停止の時間１００％に対して、０％超２０％以下である、請求項１～３のいずれか一項に記載の電解システム。
5. 前記液面高さ制御手段が、さらに、電解液の液頭圧に応じて液面高さを調整する、請求項１～４のいずれか一項に記載の電解システム。
6. 前記液面高さ制御手段が、さらに、電解セル中の電解液の液面高さに応じて液面高さを調整する、請求項１～５のいずれか一項に記載の電解システム。
7. 前記液面高さ制御手段が、電解液の前記液面高さが、前記隔膜の非被覆上端よりも鉛直方向下方に位置した場合に、送液ポンプにより電解液を電解セル内に注入する手段である、請求項６に記載の電解システム。
8. アルカリ水電解用である、請求項１～７のいずれか一項に記載の電解システム。
9. 請求項１～８のいずれか一項に記載の電解システムの使用方法。
10. 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電解装置の運転方法であって、
    前記陽極室及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、
    前記陽極室及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、前記陽極室及び／又は前記陰極室内の前記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し、
    前記電解装置が、当該電解装置の電解槽よりも鉛直方向上方に位置する、前記電解液を貯留する貯留タンクを有し、
    前記停止工程において、重力を利用して前記貯留タンク内の前記電解液を前記陽極室及び／又は前記陰極室に注入し、前記陽極室及び／又は前記陰極室の液面を前記隔膜の非被覆上端よりも鉛直方向上方に位置させる、
    ことを特徴とする、電解装置の運転方法。
11. 前記停止工程において、前記陽極室及び前記陰極室内の前記電解液の液面を測定する液面計によりそれぞれの当該液面を監視し、当該陽極室及び当該陰極室内の当該液面が前記隔膜の非被覆上端よりも鉛直方向下方に位置した場合に、送液ポンプにより前記電解液を前記陽極室及び／又は前記陰極室内に注入し、前記陽極室及び／又は前記陰極室の液面を前記隔膜の非被覆上端よりも鉛直方向上方に位置させる、請求項１０に記載の電解装置の運転方法。
12. 前記停止工程において、送液ポンプを連続的又は間欠的に稼働し、前記陽極室及び／又は前記陰極室の液面を前記隔膜の非被覆上端よりも鉛直方向上方に位置させる、請求項１０又は１１に記載の電解装置の運転方法。
13. 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、請求項１０～１２のいずれか一項に記載の電解装置の運転方法。

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