JPH10512922A - 水の電解槽用二方向流イオン交換媒質支持体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 イオン交換媒質の構造上の強度が限定されているために、２００ｐｓｉ以上の圧力勾配で電解槽を作動させることは、イオン交換媒質がその低圧力側にある空間（chamber）を構成しているスクリーンセットの孔の中に物理的に押し込まれることによる破損を引き起こしやすい。陽電極（７）とスクリーンセット（１）の間に多孔質のシート（１４）を用いることにより、イオン交換媒質に付加的な構造上の強度を与え、陽電極への水の流れと陽電極からの酸素の流れの二方向の流れを同時に成すことができ、それによって高圧力勾配での作動が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】 水の電解槽用二方向流イオン交換媒質支持体産業上の利用分野 本発明は水の電解槽に関し、特に高圧力勾配の下で作動可能な水の電解槽に関 する。発明の背景 水を電気分解して水素と酸素を生成するためのイオン交換媒質（membrane）を 用いた電解槽は２０年以上前から知られている。電解槽の構成部分は典型的には 、水の導入用の空間（chamber）と、水素、酸素および水を除去するための空間 と、触媒反応する電極の間に置かれたイオン交換媒質と、イオン交換媒質を支持 してこれらの空間を形成する金属スクリーンとを含んでいる。通常の電解槽の構 成部分の配列を示す第１図を参照すると、陽極空間を形成している第１の金属ス クリーンセット１は、イオン交換媒質５に隣接している触媒反応用の陽電極７の 上方に位置している。イオン交換媒質５の反対側は触媒反応用の陰電極９に隣接 して、陰極空間を形成する第２の金属スクリーンセット３の上方に位置している 。 作動中、水は第１の金属スクリーンセット１によって形成された陽極空間に流 入し、スクリーンセット１を通り抜け陽極７と密接する。陽極７に於て、水は電 気分解によって水素イオンと酸素に変えられる。これらの水素イオンはイオン交 換媒質５を横切って反対側へ通り抜け、その一方 で酸素は第１の金属スクリーンセット１を通過して水の流れに入り電解槽１０を 出る。水素イオンはイオン交換媒質５を通過するや陰極９に於て水素分子を形成 し、第２の金属スクリーンセット３を通って電解槽１０を出る。この反応の過程 は第１図のＡに示してある。 電解槽の金属スクリーンは種々の機能を果たしている。通例、システムの圧力 制御を簡単にするために電解槽内にあるイオン交換媒質を横切る圧力勾配を低く させてある。多くの場合、電解槽の作動中はイオン交換媒質を横切る圧力は高々 約１．３８ＭＰａ（即ち１平方インチ当たり２００ポンド、２００ｐｓｉ）まで である。イオン交換媒質の構造上の強度は低いので、イオン交換媒質での圧力勾 配は媒質の破損を引き起こしかねない。従って、作動中にイオン交換媒質に構造 上の支持を与えるように数個の金属製のスクリーンが用いられる。これら金属ス クリーンはまた、水と酸素と水素とに対する流路を形成し、電気分解中に両電極 に用いられた電子を、近接する電池または外部の回路との間で伝導させている。 上述したような構成の電解槽は１０７５３Ａ／ｍ²（即ち、１平方フィート当 たり１０００アンペア、１０００ＡＳＦ）と４９℃（１２０°Ｆ）に於て安定し て動作する基本的なセルを形成するが、より高い圧力差で作動することが望まし い。より高い圧力差での作動が可能になれば、圧力制御装備や（片面での）低圧 力構成部品を簡単にしたり或は除 去したりすることを含む様々な方法で電気分解過程を簡単にするであろう。しか しながら、圧力差が増大すると金属スクリーンはイオン交換媒質に必要な構造上 の強度を与えきれなくなる。約２．７５ＭＰａ（４００ｐｓｉ）を超える圧力差 では、イオン交換媒質はその低圧力を有する側に位置する金属スクリーンの中に 突き出し、それによって電解槽の破損を引き起こしかねない。第２図を参照する と、圧力勾配が約０．０７ＭＰａ（１０ｐｓｉ）以上で作動させると、イオン交 換媒質５を変形させその低圧力側にある金属スクリーンセット１の中に媒質を押 し入れることもあり得る。 そこで必要とされる技術が高圧力差での作動が可能な電解槽である。発明の開示 本発明は水の電解槽に関する。この電解槽は、１つの陽極と、その陽極上に重 なる第１のスクリーンセットによって形成された陽極空間と、１つの陰極と、そ の陰極上に重なる第２のスクリーンセットによって形成された陰極空間と、前記 陽極及び陰極との間にあってこれら両極と隣接しているイオン交換媒質と、第１ のスクリーンセットと陽極との間に挟まってこれらと密接している多孔質のシー トとを含んでいる。 更に、本発明は電解槽を用いて水を電気分解する方法に関する。この方法は水 を電解槽の陽極空間に導入する過程 を含む。水はシートの孔隙を通って陽極へ達し、そこで酸素と水素イオンとに分 解される。水素イオンはイオン交換媒質を横切って陰極へ移り、そこで水素分子 を形成する。この水素分子は陰極空間を経た後電解槽を流出し、酸素はシートの 孔隙を通過し陽極空間を経て電解槽を出る。 本発明の上述した特徴、他の特徴及び利点は以下の記述と添付図から明らかに なるであろう。図面の簡単な説明 第１図は、従来技術に基ずく基本的なイオン交換媒質電解槽の図である。 第２図は、第１図の電解槽とそこを通る流路を示す図である。 第３図は、陽極空間と陰極空間とを形成する金属スクリーンを使用し、かつイ オン交換媒質に付加的な支持を与えるように細かいメッシュスクリーンを用いた 電解槽の図である。 第４図は、陽極空間と陽極との間に位置する多孔質のシートと共に陽極空間と 陰極空間とを形成するように金属製のスクリーンセットを用いた本発明の電解槽 の一例である。 第５図は、従来型の金属スクリーン、細かなメッシュスクリーン及び本発明に 基ずく多孔質スクリーン等の種々の支持体を用いて得た電解槽の動作グラフであ る。本発明を実施するための最良の形態 本発明は、約１３．８ＭＰａ（２０００ｐｓｉ）まで或 いはそれ以上のイオン交換媒質の圧力勾配に於て作動可能な電解槽に関する。こ の電解槽は複数の金属性のスクリーンと、１つの多孔質シートと、１つの陽極と 、１つのイオン交換媒質と、１つの陰極とを含んでいる。約１．３８ＭＰａ（２ ００ｐｓｉ）を越す圧力勾配に於ては、イオン交換媒質は金属スクリーンの中に 押し出されるのを避けるために付加的な支持を必要とする。イオン交換媒質への 付加的な支持は細かなメッシュスクリーンないし多孔質のシートを用いることに よって与えることができる。 細かなメッシュスクリーンは電導性のものである必要から一般的には約５／０ から６／０のメッシュサイズを有する金属スクリーンである。更に、これらメッ シュスクリーンは、約１．３８ＭＰａ（２００ｐｓｉ）以上、典型的には約６． ８９ＭＰａ（１０００ｐｓｉ）まで或いはそれ以上の圧力差に於てイオン交換媒 質に構造上の強度を与えることができるものである。いくつかの使用可能なメッ シュスクリーンとしてＸ−ＭＥＴ社製のチタン、ジルコニウム、タンタル及びニ オブ等を金網状に広げたスクリーンがある。これらのスクリーンは主に厚さが約 ０．０５mmから０．３mmのものである。より厚みのあるメッシュスクリーンを使 用することもできるが、これらに於ては質量輸送速度が落ちるので実用には向い ていない。 これらの細かいメッシュスクリーンはイオン交換媒質に構造上の強度を与えて はいるが、水の流れを妨げるため電 解槽の交換効率が落ちてしまう。例として第３図はこの現象を説明している。す なわち、電解槽１０が起動すると、水は金属スクリーンセット１の孔とメッシュ スクリーン１２の孔とを経て陽極７に達し、そこで電気分解されて水素イオンと 酸素に変えられる。このとき酸素はメッシュスクリーン１２の孔をふさぎ、後続 の水が陽極７に近づくのを妨げる。メッシュスクリーン１２は流れを一方向に流 させるので、酸素が陽極７からメッシュスクリーン１２を通って金属スクリーン セット１の方へ流されるのみで、水が陽極７の方へ流れるのを妨げる。その結果 、酸素がメッシュスクリーン１２を経て金属スクリーンセット１へ通過した後で のみ、水は陽極７に近づくことが出来ることになる。水が陽極７に到達出来なく なることが電気分解速度の遅れの原因となり電解槽の交換効率が減少する原因と なる。 例として第４図に示した様な多孔質のシートを用いることによって、陽極７で 生成された酸素は多孔質シート１４の孔隙を通って漏出し、後続の水は陽極７へ 流れて電気分解される。多孔質シートは種々の大きさに穿孔されている。水は金 属スクリーンセット１から多孔質シート１４を経て陽極７へ流れる（ｗｉｃｋｓ ）。陽極７で水は電気分解により酸素と水素イオンに変えられる。この酸素は次 いで陽極７から多孔質シート１４の大きいほうの孔隙を経て金属スクリーンセッ ト１へと移行する。その間に後続の水は多孔質シート１４の小さいほうの孔隙の いくつかを経て電気 分解されるために陽極７の方へ流れる。 小さいほうの孔隙が水を陽極７に流れるようにさせると同時に大きいほうの孔 隙が酸素を陽極７から金属スクリーンセット１へ通過させるので、多孔質のシー ト１４は二方向の流れを同時に成立させる。この結果、多孔質シートは電解槽１ ０の交換効率を落とすことなく高圧力勾配での作動中にイオン交換媒質に必要な 支持を与えることが出来る。 多孔質のシートは電導性の化合物から成っているのが良く、この化合物は種々 の大きさの孔隙を有する薄いシート状に形成されることができ、（イオン交換媒 質がどちら側にあるかによって）酸素または水素の流路と水の流路とが同時に起 こるような二方向流を与えることができ、かつ高圧力勾配の条件下でイオン交換 媒質を支持することができる様なものが良い。加えて、酸素・水または水素・水 が存在する環境との多孔質シートの協調性も重要である。典型的には、この多孔 質シートは炭素、ニオブ、タンタル、チタン、ジルコニウム及びこれらの混合物 等のような金属製である。シートはその厚さが約０．１２７mmから０．６３５mm の範囲内のものであってよく、好ましくは約０．２９３mmから０．３０５mmのも のが良い。更に大きな厚さの媒質は付加的な支持を与えはするが、その質量輸送 速度が小さいので水を輸送する速度と電解槽の交換効率とを減少させる。多孔質 シートの孔隙の大きさは、これらの孔隙を通過しなければならない分子の大きさ に依存する。約１０μ ｍから１４μｍの範囲内の大きさの孔隙が有用であることが立証された。多孔度 が６０％を越すと多孔質シートの強度が減少しがちでイオン交換媒質に十分な構 造上の強度を与えられなくなりかつ、多孔度が約４０％以下では水と酸素または 水と水素のそれぞれに対応した電極方向への流れまたは電極からの流れを妨げる ので、シートの多孔度は４０％から６０％の間が典型的である。 水の電気分解は電気を用いて水を水素イオンと酸素とに転化させることを必要 とするので、多孔質シートの導電率も重要である。多孔質シートの導電率は電導 性の金属によってシートを電気メッキすることによって高めることができる。陽 極および陰極を形成するために通常使用される金属は電気メッキをする目的に利 用できる。電気メッキ用金属としては金、イリジウム、パラジウム、白金、ロジ ウム、ルテニウム及これらの合金等があるが、白金によるメッキが好ましい。一 般に、多孔質シートは通常の電気メッキ技術を用いて０．０５mg／cm²から０． ２mg／cm²のメッキ金属材によって薄く付着（ｓｐｏｔ）されるが、０．０７mg ／cm²から０．１２mg／cm²が好ましい。 これらの多孔質シートは、二方向の流れが必要とされる場所に応じかつ必要な 支持の数に応じて陽極と金属スクリーンセット、陰極と金属スクリーンセット、 または陰陽両極と金属スクリーンセットとの間に置くことができる。例えば、潜 水艦用の電解槽にはどちらかといえば、陽極と陽 極空間を形成している金属スクリーンセットとの間に位置した多孔質シートが使 用され、航空機用の電解槽には、陰極と陰極空間を形成している金属スクリーン セットとの間に位置した多孔質シートがむしろ用いられている。 潜水艦用の電解槽に於て、艦艇は電解槽から低圧の新陳代謝用の酸素を直接受 け取り、水素は海中の水圧で放出される。従って、イオン交換媒質の陰極側の圧 力は陽極側の圧力を越え、約６．８９ＭＰａ（１０００ｐｓｉ）までの圧力勾配 が起こる。もしこの場合イオン交換媒質が多孔質シートによって支持されていな いとすると、交換媒質は陽極側にある金属スクリーンの中に押し出され、イオン 交換媒質及び電解槽は破損する可能性がある。他方、航空機の１．３８ＭＰａ（ ２００ｐｓｉ）の圧力にある酸素の再充填システムでは、約０．１３８ＭＰａ（ ２０ｐｓｉ）にある水素は、高度圧（即ち機内圧）の周辺の空気と反応する。従 って、イオン交換媒質の陽極側の圧力は陰極側の圧力を越え、約１３．８ＭＰａ （２０００ｐｓｉ）までの圧力勾配が起こる。こうして、陰極側にイオン交換媒 質を支持する多孔質シートが無いと媒質の破損を起こす可能性が再び生ずる。 細かいメッシュスクリーン及び多孔質シートに比べて、電解槽の他の構成部分 は従来のものであってよい。従来の陽極及び陰極は貴金属とその貴金属との合金 とを含み、これら貴金属合金はイリジウムを基にした金属、パラジウム を基にした金属、プラチナを基にした金属、ロジウムを基にした金属、ルテニウ ムを基にした金属、これらの複合物及びこの種の既知の触媒金属である。従来の 電解槽のイオン交換媒質は水素イオンを陽極から陰極へ流動（migration）させ る。典型的な耐用年数の長いイオン交換媒質はその電気化学的な安定性により過 フルオロカーボンスルホン酸（ｐｅｒｔｌｕｏｒｏ ｃａｒｂｏｎ ｓｕｌｆｏ ｎｉｃ ａｃｉｄ）型のものが使われる。この型のイオン交換媒質の１つにＥ． Ｉ． ｄｕＰｏｎｔ ｄｅＮｅｍｏｕｒｓ ＆Ｃｏ．製造のＮａｆｉｏｎ（商標 ）がある。類似の媒質はＤｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ及び他社で製造されている。 従来の金属スクリーンは、質量の流量、圧力、及び温度の条件に基づいて決め られた厚さとメッシュサイズとを有するスクリーンを含む。典型的に、これらの 金属スクリーンは約２／０から６／０のメッシュサイズで、２／０から４／０の ものが好ましい。金属スクリーンの厚さは主に０．０５mmから０．５mmの範囲の もので、０．０５mmから０．３mmのものが好ましい。 本発明による水の電解槽の一実施例の作動は、水を陽極空間へ導入することを 含む。水は金属スクリーンセットを通り抜け、多孔質シートを通って送られ陽極 と密接する。陽極上で水は電気分解によって水素イオンと酸素に変えられる。水 素イオンはイオン交換媒質を通って陰極へ移り、そこで水素分子を形成し、水素 分子として陰極空間を経て 電解槽を出る。一方酸素は、陽極から多孔質シート内の大きいほうの孔隙を通過 し、金属スクリーンセットを経て電解槽を出る。このとき同時に後続の水は金属 スクリーンセットを通り多孔質シートを経て陽極まで進入する。 １つまたは複数の多孔質シートは、支持を必要とする場所と数に応じてイオン 交換媒質の片側または両側に使用され得ることに注目すべきである。更に、付加 的な支持がイオン交換媒質の両側で必要とされるが、イオン交換媒質の片側のみ が二方向流を必要とする場所には、１つまたは複数のスクリーンをイオン交換媒 質のそれぞれの側で１つまたは複数の多孔質シートと共に使用できる。従って、 第４図に示すように、電解槽は第１金属スクリーンセット１、多孔質シート１４ 、陽極７、イオン交換媒質５、陰極９、細かいメッシュスクリーン１２、第２金 属スクリーンセット３の順に配列できる。この配列はイオン交換媒質の両側の構 造上の強度を高めるだけでなく、水と酸素に必要な二方向の流れを与えかつ水素 に一方向の流れを与える。 本発明の利点は、高圧力勾配の条件下に於て構造上の強度と効果的な作動の可 能性を高めることから実際上全ての高圧力勾配条件下でセルの性能を向上するこ とにまでおよぶ。これらの圧力勾配は約４１．４ＭＰａ（６０００ｐｓｉ）まで 或いはまたはそれ以上の勾配を含む。 例として第５図の実験データを参照して、それぞれ金属スクリーンセット（破 線３）、細メッシュスクリーン（破 線１）、多孔質シート（実線２）を用いた電解槽の性能の相違を見ることができ る。細かいメッシュスクリーンを用いた電解槽は金属スクリーンを用いたものに 比べかなり性能が落ちる。細メッシュスクリーンの電解槽は電流密度２６８８Ａ ／ｍ²（２５０ＡＳＦ）以下でセル電位を直流２Ｖ以下に維持したにすぎないが （破線１参照）、金属スクリーンセットの電解槽は７８５０Ａ／ｍ²（７３０Ａ ＳＦ）から８９２５Ａ／ｍ²（８３０ＡＳＦ）までの電流密度でセル電位を２Ｖ 以下に維持した（破線３参照）。対照的に、多孔質シートを用いた電解槽は金属 スクリーンセットを用いたものより高電流密度及び高圧力勾配（ΔP）でセル電 位を２Ｖ以下に維持した。即ち、前者が電位２ＶのところでΔPが５．１７ＭＰ ａ（７５０ｐｓｉ）、電流密度が１０７５３Ａ／ｍ²（１０００ＡＳＦ）（実線 ２参照）であるのに対し、後者はΔPが１．３８ＭＰａ（２００ｐｓｉ）以下で あり電流密度８９２５Ａ／ｍ²以下である（破線３参照）。細メッシュスクリー ン及び多孔質シート使用の電解槽はそれぞれΔPが５．１７ＭＰａ（７５０ｐｓ ｉ）で作動されたのに対し、金属スクリーンセット使用の電解槽はΔPが１．３ ８ＭＰａ（２００ｐｓｉ）以下で作動されたことに注目されたい。 従来のイオン交換媒質を使用した電解槽を０．１７ＭＰａ（２５ｐｓｉ）から １．３８ＭＰａ（２００ｐｓｉ）の間の圧力勾配で効果的に作動させるには、付 加的な圧力制 御装置が重要となり、かつ電解槽の性能を犠牲にした作動が要求される。本発明 によるイオン交換媒質使用の電解槽は、４１．３４ＭＰａ（６０００ｐｓｉ）ま での圧力勾配で付加的な装置を使用することなくかつ電解槽の性能を犠牲にする ことなく作動できる。更に本発明の電解槽は広範囲の圧力勾配及び電流密度にわ たって使用できる点で従来の電解槽よりも秀でている。即ち圧力勾配は約０．６ ９ＭＰａ（１００ｐｓｉ）から約２０．６８ＭＰａ（３０００ｐｓｉ）以上、ま た電流密度は１０７５Ａ／ｍ²から２１５０５Ａ／ｍ²（２０００ＡＳＦ）である 。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９４年５月１８日 【補正内容】請求の範囲 １．水の電解槽（１０）であって、 ａ．一つの陽極（７）と、 ｂ．前記陽極（７）の上に重なる第１のスクリーンセット（１）によって形成 された陽極空間と、 ｃ．一つの陰極（９）と、 ｄ．前記陰極（９）の上に重なる第２のスクリーンセット（３）によって形成 された陰極空間と、 ｅ．前記陽極（７）と前記陰極（９）との間に配置され、これら両電極に隣接 しているイオン交換媒質（５）と、 ｆ．二方向流を起こすようにかつ前記イオン交換媒質（５）を支持するように 組み立てられ配列された多孔質シート（１４）とを有することを特徴とする電解 槽。 ２．前記第２のスクリーンセット（３）と前記陰極（９）との間に位置し前記イ オン交換媒質（５）を支持する為に第２の多孔質シートを含むことを特徴とする 請求項１に記載の電解槽。 ３．前記の第２スクリーンセット（３）と前記陰極（９）の間に位置し前記のイ オン交換媒質（５）を支持する為に細メッシュスクリーン（１２）を含むことを 特徴とする請求項１に記載の電解槽。 ４．前記の多孔質シート（１４）がカーボン、ニオブ、タンタル、チタン、ジル コニウムまたはこれらの混合物であることを特徴とする請求項１に記載の電解槽 。 ５．前記の多孔質シート（１４）の孔隙の大きさが平均１０ミクロン（μｍ）か ら１４ミクロンでありかつ４０％から６０％の多孔度を有することを特徴とする 請求項１に記載の電解槽。 ６．前記の多孔質シート（１４）がプラチナで電気メッキされていることを特徴 とする請求項１に記載の電解槽。 ７．水の電解槽（１０）にして、 ａ．一つの陽極（７）と、 ｂ．前記陽極（７）の上に重なる第１のスクリーンセット（１）によって形成 された陽極空間と、 ｃ．一つの陰極（９）と、 ｄ．前記陰極（９）の上に重なる第２のスクリーンセット（３）によって形成 された陰極空間と、 ｅ．前記陽極（７）と前記陰極（９）の間に配置され、これら両電極に隣接し ているイオン交換媒質（５）と、 ｆ．二方向流を起こすようにかつ前記イオン交換媒質（５）を支持するように 組み立てられ配列された多孔質シート（１４）とを含み、前記多孔質シート（１ ４）は前記第１のスクリーンセット（１）と前記陰極（９）の間に位置し、幾つ かの大きさの孔隙を有して小さい方の孔隙は水を電解質へ流入させるだけの働き をし、大きい方の孔隙は電解質表面から 気泡を除去させる働きをすることを特徴とする電解槽。 ８．前記の多孔質シート（１４）がカーボン、ニオブ、タ ンタル、チタン、ジルコニウムまたはこれらの混合物であることを特徴とする請 求項７に記載の電解槽。 ９．前記の多項質シート（１４）の孔隙の大きさが平均１０ミクロン（μｍ）か ら１４ミクロンでありかつ４０％から６０％の多孔度を有することを特徴とする 請求項７に記載の電解槽。 １０．前記の多孔質シート（１４）がプラチナで電気メッキされていることを特 徴とする請求項７に記載の電解槽。 １１．前記の陽極（７）と前記の第１のスクリーンセット（１）の間に位置し前 記イオン交換媒質（５）を支持するように細メッシュスクリーン（１２）を含む ことを特徴とする請求項７に記載の電解槽。 １２．水の電解槽（１０）を用いて水を電気分解する方法にして、 前記の電解槽（１０）が一つの陽極空間と、一つの陰極空間と、一つの陽極（７ ）と、一つの陰極（９）と、前記陽極（７）及び前記陰極（９）の間に配置され たイオン交換媒質（５）とを有し、 ａ．前記の陽極空間に水を導入させる段階と、 ｂ．前記の導入した水を前記の陽極空間と陽極（７）との間に位置しこれらと 隣接している多孔質シート（１４）内の孔隙を通過させる段階とを含み、 前記の多孔質シート（１４）は同時に二方向の流れを可能にするように組み立 て配列されており、幾つかの大きさ の孔隙を有して、小さい方の孔隙には水を電解質へ流入させるだけの働きをさせ 、大きい方の孔隙には電解質表面から気泡を除去する働きをさせ、 ｃ．更に、前記の陽極（７）に於て前記の水を酸素と水素イオンに電気分解さ せる段階と、 ｄ．前記の水素イオンをイオン交換媒質を横切って陰極（９）へ移動させる段 階と、 ｅ．前記の陰極（９）に於て前記の水素イオンを水素分子に形成させる段階と 、 ｆ．前記の水素分子を陰極空間を経て電解槽（１０）から除去させる段階と、 ｇ．前記の酸素を多孔質シート（１４）の孔隙を通過させ陽極空間を経て電解 槽（１０）から除去させる段階とを含むことを特徴とする水の電気分解方法。 １３．前記の水素分子を陰極（９）と陰極空間との間に位置する第２の多孔質シ ート（１４）を通過させる段階を更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の 前記方法。 １４．前記の水素分子を陰極（９）と陰極空間との間に位置する細メッシュスク リーン（１２）を通過させる段階を更に含むことを特徴とする請求項１２に記載 の前記方法。 １５．水の電解槽（１０）を用いて水を電気分解する方法にして、 前記の電解槽（１０）が一つの陽極空間と、一つの陰極空間と、一つの陽極（ ７）と、一つの陰極（９）と、前記 陽極（７）及び前記陰極（９）の間に配置されたイオン交換媒質（５）とを有し 、 ａ．前記の陽極空間に水を導入させる段階と、 ｂ．前記導入水を前記の陰極空間と陰極（９）との間に位置しこれらと隣接し ている多孔質シート（１４）内の孔隙を通過させる段階とを含み、 前記の多孔質シート（１４）は同時に二方向の流れを可能にするように組み立 て配列されており、幾つかの大きさの孔隙を有して、小さい方の孔隙には水を電 解質へ流入させるだけの働きをさせ、大きい方の孔隙には電解質表面から気泡を 除去する働きをさせ、 ｃ．更に、前記の陰極（９）に於て前記の水を酸素イオンと水素に電気分解さ せる段階と、 ｄ．前記の酸素イオンをイオン交換媒質を横切って陽極（７）へ移動させる段 階と、 ｅ．前記の陽極（７）に於て前記の酸素イオンを酸素分子に形成させる段階と 、 ｆ．前記の酸素分子を陽極空間を経て電解槽（１０）から除去させる段階と、 ｇ．前記の水素を多孔質シート（１４）の孔隙を通過させ陰極空間を経て電解 槽（１０）から除去させる段階とを含むことを特徴とする水の電気分解方法。 １６．前記の酸素分子を陽極（７）と陽極空間との間に位置する第２の多孔質シ ート（１４）を通過させる段階を更 に含むことを特徴とする請求項１５に記載の前記方法。 １７．前記の酸素分子を陽極（７）と陽極空間との間に位置する細メッシュスク リーン（１２）を通過させる段階を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載 の前記方法。 【図５】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リオニーダ、アンドレイ アメリカ合衆国コネチカット州06117・ウ ェストハートフォード・リンカーンアベニ ュー ２ (72)発明者 マケルロイ、ジェイムス・エフ アメリカ合衆国コネチカット州06078・イ ーストサフィールド・ハラデイアベニュー 278 (72)発明者 シェイン、エリック・エム アメリカ合衆国コネチカット州06070・シ ムズベリー・クリフドンドライブ 27

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．水の電解槽であって、 ａ．１つの陽極と、 ｂ．前記の陽極上に置かれた第１のスクリーンセットによって形成された陽極 空間と、 ｃ．１つの陰極と、 ｄ．前記の陰極上に置かれた第２のスクリーンセットによって形成された陰極 空間と、 ｅ．前記の陽極と陰極との間に位置してこれらと隣接しているイオン交換媒質 と、 ｆ．二方向の流れを行いかつ前記イオン交換媒質を支持するように組み立て配 列された多孔質シートとを含み、前記多孔質シートは前記の第１のスクリーンセ ットと前記の陽極との間に位置することを特徴とする電解槽。 ２．前記の第２のスクリーンセットと前記陰極との間に位置したイオン交換媒質 を支持するように第２の多孔質シートを更に含むことを特徴とする請求項１に記 載の電解槽。 ３．前記の第２のスクリーンセットと前記陰極との間に位置したイオン交換媒質 を支持するように細メッシュスクリーンを更に含むことを特徴とする請求項１に 記載の電解槽。 ４．前記の多孔質シートがカーボン、ニオブ、タンタル、チタン、ジルコニウム またはこれらの混合物であることを特徴とする請求項１に記載の電解槽。 ５．前記多孔質シートの孔隙の大きさは平均１０μｍから １４μｍであり多孔度は１０％から１４％であることを特徴とする請求項１に記 載の電解槽。 ６．前記多孔質シートがプラチナで電気メッキされていることを特徴とする請求 項１に記載の電解槽。 ７．水の電解槽にして、 ａ．１つの陽極と、 ｂ．前記の陽極上に置かれた第１のスクリーンセットによって形成された陽極 空間と、 ｃ．１つの陰極と、 ｄ．前記の陰極上に置かれた第２のスクリーンセットによって形成された陰極 空間と、 ｅ．前記の陽極と陰極との間に位置してこれらと隣接しているイオン交換媒質 と、 ｆ．二方向の流れを行いかつ前記イオン交換媒質を支持するように組み立て配 列された多孔質シートとを含み、前記多孔質シートは前記の第１のスクリーンセ ットと前記の陰極との間に位置することを特徴とする電解槽。 ８．前記の多孔質シートがカーボン、ニオブ、タンタル、チタン、ジルコニウム またはこれらの混合物から成っていることを特徴とする請求項７に記載の電解槽 。 ９．前記多項質シートの孔隙の大きさは平均１０μｍから１４μｍであり多孔度 は１０％から１４％であることを特徴とする請求項７に記載の電解槽。 １０．前記多孔質シートがプラチナで電気メッキされてい ることを特徴とする請求項７に記載の電解槽。 １１．前記陽極と前記の第１のスクリーンセットとの間に位置したイオン交換媒 質を支持するように細メッシュスクリーンを更に含むことを特徴とする請求項７ に記載の電解槽。 １２．水の電解槽を用いて水を電気分解する方法にして、 前記電解槽が、陽極空間と、陰極空間と、１つの陽極と、１つの陰極と、前記 陽極と陰極との間に配置されたイオン交換媒質とを有し、 ａ．陽極空間に水を導入させる段階と、 ｂ．陽極空間と陽極との間に位置してこれらと隣接している多孔質シート内の 孔隙を通って前記の水を通過させる段階とを含み、前記の多孔質シートは二方向 の流れを可能にするように組み立て配列され、 ｃ．更に前記の水を陽極に於て酸素と水素イオンに電気分解させる段階と、 ｄ．前記の水素イオンをイオン交換媒質を横切って陰極へ移動させる段階と、 ｅ．前記の水素イオンを陰極に於て水素分子に形成させる段階と、 ｆ．前記の水素分子を陰極空間を経て電解槽から除去させる段階と、 ｇ．前記の酸素を前記の多孔質シートの孔隙を通過させ陽極空間を経て電解槽 から除去させる段階とを含むことを 特徴とする水の電気分解方法。 １３．前記の水素分子を、陰極と陰極空間との間に位置する第２の多孔質シート を通過させる段階を更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の前記方法。 １４．前記の水素分子を、陰極と陰極空間との間に位置する細メッシュスクリー ンを通過させる段階を更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の前記方法。 １５．水の電解槽を用いて水を電気分解する方法にして、 前記電解槽が、陽極空間と、陰極空間と、１つの陽極と、１つの陰極と、前記 陽極と陰極との間に配置されたイオン交換媒質とを有し、 ａ．陰極空間に水を導入させる段階と、 ｂ．陰極空間と陰極との間に位置してこれらと隣接している多孔質シート内の 孔隙を通って前記の水を通過させる段階とを含み、前記の多孔質シートは二方向 の流れを可能にするように組み立て配列され、 ｃ．更に前記の水を陰極に於て酸素イオンと水素とに電気分解させる段階と、 ｄ．前記の酸素イオンをイオン交換媒質を横切って陽極へ移動させる段階と、 ｅ．前記の酸素イオンを陽極に於て酸素分子に形成させる段階と、 ｆ．前記の酸素分子を陽極空間を経て電解槽から除去させる段階と、 ｇ．前記の水素を前記の多孔質シートの孔隙を通過させ陰極空間を経て電解槽 から除去させる段階とを含むことを特徴とする水の電気分解方法。 １６．前記の酸素分子を、陽極と陽極空間との間に位置する第２の多孔質シート を通過させる段階を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の前記方法。 １７．前記の酸素分子を、陽極と陽極空間との間に位置する細メッシュスクリー ンを通過させる段階を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の前記方法。