KR102631673B1 - 알칼리수 전해용 전해조 - Google Patents
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Abstract
각각 프레스 프레임, 절연판 및 엔드 셀을 구비하는 양극 엔드 유닛 및 음극 엔드 유닛의 사이에, 양극실 셀과 음극실 셀이, 주연부가 보호 부재에 의해 유지된 격막을 개재해서 교호로 복수 배치된 구조를 포함하고, 각 극실 셀에는 각 극액 공급용 유통부 및 각 극액 회수용 유통부가 마련되고, 각각 적어도 내면이 전기절연성의 수지에 의해 피복된 금속관인, 각 극액 공급관 및 회수관이, 프레스 프레임 및 절연판에 마련된 관통공을 통해, 각 극액 공급용/회수용 유통부에 각각 접속되고, 각 극액은, 각 극액 공급관/회수관과 각 극액 공급용/회수용 유통부의 접속부에 있어서, 각 극액 공급관/회수관 및 프레스 프레임의 금속 부재, 그리고 이들과 도통한 금속 부재의 어느 것에도 접촉하지 않는, 알칼리수 전해용 전해조.
Description
본 발명은, 알칼리수 전해용의 전해조에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 재생 가능 에너지 등의 불안정 전원을 사용한 알칼리수의 전해에 호적하게 사용할 수 있는 전해조에 관한 것이다.
수소 가스 및 산소 가스의 제조 방법으로서, 알칼리수 전해법이 알려져 있다. 알칼리수 전해법에 있어서는, 알칼리 금속 수산화물(예를 들면 NaOH, KOH 등)이 용해한 염기성의 수용액(알칼리수)을 전해액으로서 사용해서 물을 전기 분해함에 의해, 음극으로부터 수소 가스가 발생하고, 양극으로부터 산소 가스가 발생한다. 알칼리수 전해용의 전해조로서는, 이온투과성의 격막에 의해서 구획된 양극실 및 음극실을 구비하고, 양극실에 양극이, 음극실에 음극이 각각 배치된 전해 셀이, 복수 직렬로 적층된 전해조가 알려져 있다.
도 1은, 하나의 실시형태에 따른 종래의 알칼리수 전해조(900)를 모식적으로 설명하는 단면도이고, 도 2는 도 1의 A-A 화살표 방향으로부터 본 도면이다. 도 1 및 2에 있어서, 지면(紙面) 상하 방향이 연직 상하 방향에 각각 대응한다. 전해조(900)는, 양극 엔드 유닛(901e) 및 음극 엔드 유닛(902e)과의 사이에, 양극(914)을 수용하는 양극실 셀(910)과, 음극(924)을 수용하는 음극실 셀(920)이, 이온투과성의 격막(930)을 개재해서 교호로 복수 배치된 구조를 포함해서 이루어진다. 전해조(900)는, 양극 엔드 유닛(901e)과, 음극 엔드 유닛(902e)과, 각각 도전성의 배면 격벽(911)을 구비하고 양극(914)을 수용하는, 복수의 양극실 셀(910)과, 각각 도전성의 배면 격벽(921)을 구비하며 또한 음극(924)을 수용하는, 복수의 음극실 셀(920)과, 각각 주연부가 가스킷(940)에 의해서 협지(挾持)된, 복수의 이온투과성 격막(930)을 구비한다. 각각의 인접하는 1조(組)의 격막(930, 930)의 사이에는, 양극실 셀(910)과 음극실 셀(920)의 조가, 배면 격벽(911)과 배면 격벽(921)이 인접하도록 배치되어 있다.
양극 엔드 유닛(901e)은, 전해조의 양극측 단부측(도 1의 지면 우측)으로부터 순서대로 배치된, 양극측 프레스 프레임(961), 양극측 절연판(951), 및 양극 엔드 셀(910e)을 구비해서 이루어진다. 음극 엔드 유닛(902e)은, 전해조의 음극측 단부측(도 1의 지면 좌측)으로부터 순서대로 배치된, 음극측 프레스 프레임(962), 음극측 절연판(952), 및 음극 엔드 셀(920e)을 구비해서 이루어진다.
양극 엔드 셀(910e), 각 양극실 셀(910), 각 음극실 셀(920), 음극 엔드 셀(920e), 및 각 가스킷(940)의 각각 하부에는 양극액 공급용 유통부(971)가, 각각 상부에는 양극액·가스 회수용 유통부(973)가 마련되어 있고, 당해 양극액 공급용 유통부(971)로부터 각 양극실(A)에 양극액이 공급되고, 당해 양극액·가스 회수용 유통부(973)에 각 양극실(A)로부터 양극액 및 양극(914)에서의 발생 가스가 회수된다.
음극 엔드 셀(920e), 각 양극실 셀(910), 각 음극실 셀(920), 및 각 가스킷(940)의 각각 하부에는 음극액 공급용 유통부(972)가, 각각 상부에는 음극액·가스 회수용 유통부(974)가 마련되어 있고, 당해 음극액 공급용 유통부(972)로부터 각 음극실(C)에 음극액이 공급되고, 당해 음극액·가스 회수용 유통부(974)에 각 음극실(C)로부터 음극액 및 음극(924)에서의 발생 가스가 회수된다.
양극액 공급용 유통부에 양극액을 공급하는 양극액 공급관(981)이, 음극측 프레스 프레임(962) 및 음극측 절연판(952)에 마련된 제1 관통공(도시하지 않음)을 통해, 양극액 공급용 유통부(971)에 접속되어 있다.
음극액 공급용 유통부에 음극액을 공급하는 음극액 공급관(982)이, 음극측 프레스 프레임(962) 및 음극측 절연판(952)에 마련된 제2 관통공(도시하지 않음)을 통해, 음극액 공급용 유통부(972)에 접속되어 있다.
양극액·가스 회수용 유통부로부터 양극액 및 가스를 회수하는 양극액·가스 회수관(983)이, 음극측 프레스 프레임(962) 및 음극측 절연판(952)에 마련된 제3 관통공(도시하지 않음)을 통해, 양극액·가스 회수용 유통부(973)에 접속되어 있다.
음극액·가스 회수용 유통부로부터 음극액 및 가스를 회수하는 음극액·가스 회수관(984)이, 음극측 프레스 프레임(962) 및 음극측 절연판(952)에 마련된 제4 관통공(도시하지 않음)을 통해, 음극액·가스 회수용 유통부(974)에 접속되어 있다.
양극 엔드 셀(910e), 각 양극실 셀(910), 각 음극실 셀(920), 및 음극 엔드 셀(920e)은 금속제이고, 양극액 공급관(981), 음극액 공급관(982), 양극액·가스 회수관(983), 및 음극액·가스 회수관(984)도 금속제이다. 양극 엔드 셀(910e)에는 양극 단자가, 음극 엔드 셀(920e)에는 음극 단자가, 각각 접속되어 있다. 양극측 프레스 프레임(961), 음극측 프레스 프레임(962), 양극액 공급관(981), 음극액 공급관(982), 양극액·가스 회수관(983), 및 음극액·가스 회수관(984)은, 안전을 위하여 모두 전기적으로 접지되어 있다.
그러나, 양극액은 양극액 공급관(981), 양극액 공급용 유통부(971), 각 양극실(A), 양극액·가스 회수용 유통부(973), 및 양극액·가스 회수관(983)의 사이에서 연속하고 있기 때문에, 접지된 양극액 공급관(981) 및 양극액·가스 회수관(983) 그리고 프레스 프레임(962)이, 작용극인 양극(914)에 대해서 대극(카운터 전극)으로서 작용하여, 양극액 공급관(981) 및 양극액·가스 회수관(983)의 내부에 있어서 양극 반응의 역반응이 일어난다. 마찬가지로, 음극액은 음극액 공급관(982), 음극액 공급용 유통부(972), 각 음극실(C), 음극액·가스 회수용 유통부(974), 및 음극액·가스 회수관(984)의 사이에서 연속하고 있기 때문에, 접지된 음극액 공급관(982) 및 음극액·가스 회수관(984) 그리고 프레스 프레임(962)이, 작용극인 음극(924)에 대해서 대극(카운터 전극)으로서 작용하여, 음극액 공급관(982) 및 음극액·가스 회수관(984)의 내부에 있어서 음극 반응의 역반응이 일어난다. 이들 역반응에 대응해서 흐르는 전류는 리크 전류라 불린다.
알칼리수 전해조(900)에 있어서, 각 양극실(A)에서는 주반응(양극 반응)에 의해 산소 가스가 발생하고, 각 양극실(A)에 있어서 발생한 산소 가스는 양극액·가스 회수용 유통부(973)를 통해 양극액·가스 회수관(983)으로부터 회수되지만, 양극 반응의 역반응에서는 수소 가스가 발생하기 때문에, 리크 전류가 발생하면 양극액·가스 회수관(983)으로부터 회수되는 산소 가스에 수소 가스가 혼입되어, 회수되는 산소 가스의 순도가 저하해 버린다. 또한 알칼리수 전해조(900)에 있어서, 각 음극실(C)에서는 주반응(음극 반응)에 의해 수소 가스가 발생하고, 각 음극실(C)에 있어서 발생한 수소 가스는 음극액·가스 회수용 유통부(974)를 통해 음극액·가스 회수관(984)으로부터 회수되지만, 음극 반응의 역반응에서는 산소 가스가 발생하기 때문에, 리크 전류가 발생하면 음극액·가스 회수관(984)으로부터 회수되는 수소 가스에 산소 가스가 혼입되어, 회수되는 수소 가스의 순도가 저하해 버린다.
최근, 태양광이나 풍력 등의 재생 가능 에너지를 사용해서 발전된 전력을 사용해서 제조한 수소를, 저장 및 운반이 가능한 에너지원으로서 이용하는 것이 제안되어 있다. 그러나, 재생 가능 에너지의 발전량은 일반적으로 불안정하다. 특히 태양광 발전에 의한 전력은 하루 중의 시간대 및 기후에 의존해서 크게 변동한다. 예를 들면 아침 및 저녁의 시간대나, 담천(曇天) 시나 우천 시의 발전량은 극단적으로 적다. 이와 같은 불안정 전원을 이차전지 등에 의해 안정화하지 않고 알칼리수 전해의 전원으로서 이용했을 경우, 주반응의 전류값은 전원으로부터의 공급 전력에 의존해서 크게 변동하게 된다. 그 한편, 주반응의 전류값이 변동해도 리크 전류값에는 그다지 큰 변화는 없는 것이 알려져 있다. 따라서, 전원으로부터의 공급 전력이 적은 경우에는, 주반응의 전류가 적으므로, 주반응에 의한 수소 가스나 산소 가스의 발생량은 적어지는 한편, 리크 전류값은 주반응의 전류값에 비례할 정도로 감소하지는 않으므로, 역반응에서 발생하는 가스의 양은 크게 감소하지는 않는다. 그 결과, 얻어지는 수소 가스 중의 산소 가스 농도, 및 얻어지는 산소 가스 중의 수소 가스 농도가 상승하여, 얻어지는 가스의 품질이 저하하게 된다. 또한 조건에 따라서는 얻어지는 가스의 조성이 폭발 범위 내에 있을 가능성도 있다.
본 발명은, 불안정 전원을 사용한 경우여도 리크 전류의 영향을 억제하는 것이 가능한, 알칼리수 전해용 전해조를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한, 당해 알칼리수 전해용 전해조를 사용한 가스 제조 방법을 제공한다.
본 발명은, 다음의 [1]∼[6]의 형태를 포함한다.
[1] 알칼리수로 이루어지는 전해액을 전해해서 산소 및 수소를 얻기 위한 전해조로서,
당해 전해조는, 양극 엔드 유닛 및 음극 엔드 유닛의 사이에, 산소 발생용 양극을 수용하는 양극실 셀과, 수소 발생용 음극을 수용하는 음극실 셀이, 주연부가 보호 부재에 의해 유지된 이온투과성 격막을 개재해서 교호로 복수 배치된 구조를 포함해서 이루어지고,
상기 전해조는,
양극 엔드 유닛과,
음극 엔드 유닛과,
각각 제1 도전성의 배면 격벽을 구비하며 또한 산소 발생용 양극을 수용하는, 복수의 양극실 셀과,
각각 제2 도전성의 배면 격벽을 구비하며 또한 수소 발생용 음극을 수용하는, 복수의 음극실 셀과,
각각 주연부가 보호 부재에 의해 유지된, 복수의 이온투과성 격막
을 구비하고,
각각의 인접하는 상기 이온투과성 격막의 사이에는, 상기 제1 배면 격벽을 상기 양극 엔드 유닛측을 향하게 한 하나의 양극실 셀과, 상기 제2 배면 격벽을 상기 음극 엔드 유닛측을 향하게 한 하나의 음극실 셀의 조가, 당해 제1 배면 격벽과 당해 제2 배면 격벽이 인접하도록 배치되고,
각각의 인접하는 상기 이온투과성 격막의 사이에 있어서, 상기 제1 배면 격벽과 상기 제2 배면 격벽은, 일체로 형성되어 있어도, 되어 있지 않아도 되고,
상기 양극 엔드 유닛은, 전해조의 양극측 단부측으로부터 순서대로 배치된, 양극측 프레스 프레임, 양극측 절연판, 및 양극 엔드 셀을 구비해서 이루어지고,
상기 음극 엔드 유닛은, 전해조의 음극측 단부측으로부터 순서대로 배치된, 음극측 프레스 프레임, 음극측 절연판, 및 음극 엔드 셀을 구비해서 이루어지고,
상기 양극 엔드 셀의 하부, 각 양극실 셀의 하부, 각 음극실 셀의 하부, 및 상기 음극 엔드 셀에 인접하는 보호 부재 이외의 각 보호 부재의 하부에는, 양극액 공급용 유통부가 마련되어 있고, 당해 양극액 공급용 유통부로부터 상기 각 양극실에 양극액이 공급되고,
상기 양극 엔드 셀의 상부, 각 양극실 셀의 상부, 각 음극실 셀의 상부, 및 상기 음극 엔드 셀에 인접하는 보호 부재 이외의 각 보호 부재의 상부에는, 양극액·가스 회수용 유통부가 마련되어 있고, 당해 양극액·가스 회수용 유통부에 상기 각 양극실로부터 양극액 및 양극에서의 발생 가스가 회수되고,
상기 음극 엔드 셀의 하부, 각 양극실 셀의 하부, 각 음극실 셀의 하부, 및 상기 양극 엔드 셀에 인접하는 보호 부재 이외의 각 보호 부재의 하부에는, 음극액 공급용 유통부가 마련되어 있고, 당해 음극액 공급용 유통부로부터 상기 각 음극실에 음극액이 공급되고,
상기 음극 엔드 셀의 상부, 각 양극실 셀의 상부, 각 음극실 셀의 상부, 및 상기 양극 엔드 셀에 인접하는 보호 부재 이외의 각 보호 부재의 상부에는, 음극액·가스 회수용 유통부가 마련되어 있고, 당해 음극액·가스 회수용 유통부에 상기 각 음극실로부터 음극액 및 음극에서의 발생 가스가 회수되고,
상기 양극액 공급용 유통부에 양극액을 공급하는 양극액 공급관이, 상기 양극측 프레스 프레임 및 상기 양극측 절연판에 상기 양극액 공급용 유통부와 연통(連通)해서 마련된 또는 상기 음극측 프레스 프레임 및 상기 음극측 절연판에 상기 양극액 공급용 유통부와 연통해서 마련된 제1 관통공을 통해, 상기 양극액 공급용 유통부에 접속되고,
상기 양극액 공급관이 상기 음극측 프레스 프레임 및 상기 음극측 절연판에 마련된 제1 관통공을 통해 상기 양극액 공급용 유통부에 접속되는 경우에는, 상기 음극 엔드 셀의 하부 및 상기 음극 엔드 셀에 인접하는 보호 부재의 하부에도 상기 양극액 공급용 유통부가 마련되어 있고,
상기 음극액 공급용 유통부에 음극액을 공급하는 음극액 공급관이, 상기 양극측 프레스 프레임 및 상기 양극측 절연판에 상기 음극액 공급용 유통부와 연통해서 마련된 또는 상기 음극측 프레스 프레임 및 상기 음극측 절연판에 상기 음극액 공급용 유통부와 연통해서 마련된 제2 관통공을 통해, 상기 음극액 공급용 유통부에 접속되고,
상기 음극액 공급관이 상기 양극측 프레스 프레임 및 상기 양극측 절연판에 마련된 제2 관통공을 통해 상기 음극액 공급용 유통부에 접속되는 경우에는, 상기 양극 엔드 셀의 하부 및 상기 양극 엔드 셀에 인접하는 보호 부재의 하부에도 상기 음극액 공급용 유통부가 마련되어 있고,
상기 양극액·가스 회수용 유통부로부터 양극액 및 가스를 회수하는 양극액·가스 회수관이, 상기 양극측 프레스 프레임 및 상기 양극측 절연판에 상기 양극액·가스 회수용 유통부와 연통해서 마련된 또는 상기 음극측 프레스 프레임 및 상기 음극측 절연판에 상기 양극액·가스 회수용 유통부와 연통해서 마련된 제3 관통공을 통해, 상기 양극액·가스 회수용 유통부에 접속되고,
상기 양극액·가스 회수관이 상기 음극측 프레스 프레임 및 상기 음극측 절연판에 마련된 제3 관통공을 통해 상기 양극액·가스 회수용 유통부에 접속되는 경우에는, 상기 음극 엔드 셀의 상부 및 상기 음극 엔드 셀에 인접하는 보호 부재의 상부에도 상기 양극액·가스 회수용 유통부가 마련되어 있고,
상기 음극액·가스 회수용 유통부로부터 음극액 및 가스를 회수하는 음극액·가스 회수관이, 상기 양극측 프레스 프레임 및 상기 양극측 절연판에 상기 음극액·가스 회수용 유통부와 연통해서 마련된 또는 상기 음극측 프레스 프레임 및 상기 음극측 절연판에 상기 음극액·가스 회수용 유통부와 연통해서 마련된 제4 관통공을 통해, 상기 음극액·가스 회수용 유통부에 접속되고,
상기 음극액·가스 회수관이 상기 양극측 프레스 프레임 및 상기 양극측 절연판에 마련된 제4 관통공을 통해 상기 음극액·가스 회수용 유통부에 접속되는 경우에는, 상기 양극 엔드 셀의 상부 및 상기 양극 엔드 셀에 인접하는 보호 부재의 상부에도 상기 음극액·가스 회수용 유통부가 마련되어 있고,
상기 양극액 공급관, 음극액 공급관, 양극액·가스 회수관, 및 음극액·가스 회수관의 각각은, 적어도 내면이 전기절연성의 수지에 의해 피복된 금속관이고,
양극액은, 상기 양극액 공급관과 상기 양극액 공급용 유통부의 접속부 및 상기 양극액·가스 회수관과 상기 양극액·가스 회수용 유통부의 접속부에 있어서, 상기 양극액 공급관의 금속 부재, 상기 양극액·가스 회수관의 금속 부재, 상기 양극측 프레스 프레임의 금속 부재, 및 상기 음극측 프레스 프레임의 금속 부재, 그리고 이들과 전기적으로 도통한 금속 부재의 어느 것에도 접촉하지 않고,
음극액은, 상기 음극액 공급관과 상기 음극액 공급용 유통부의 접속부 및 상기 음극액·가스 회수관과 상기 음극액·가스 회수용 유통부의 접속부에 있어서, 상기 음극액 공급관의 금속 부재, 상기 음극액·가스 회수관의 금속 부재, 상기 양극측 프레스 프레임의 금속 부재, 및 상기 음극측 프레스 프레임의 금속 부재, 그리고 이들과 전기적으로 도통한 금속 부재의 어느 것에도 접촉하지 않고,
최소 전류에 의해 운전될 때의 주반응의 수소 가스 발생량이, 최대 전류에 의해 운전될 때의 10% 미만인 것을 특징으로 하는, 알칼리수 전해용 전해조.
[2] 각각의 상기 양극액 공급용 유통부가, 상호 연통하고 있고,
각각의 상기 양극액·가스 회수용 유통부가, 상호 연통하고 있고,
각각의 상기 음극액 공급용 유통부가, 상호 연통하고 있고,
각각의 상기 음극액·가스 회수용 유통부가, 상호 연통하고 있는, [1]에 기재된 알칼리수 전해용 전해조.
[3] 상기 양극 엔드 셀, 각 양극실 셀, 각 음극실 셀, 각 보호 부재, 및 상기 음극 엔드 셀의 각각의 하부에, 상기 음극액 공급용 유통부가 마련되어 있고,
상기 양극 엔드 셀, 각 양극실 셀, 각 음극실 셀, 각 보호 부재, 및 상기 음극 엔드 셀의 각각의 상부에, 상기 음극액·가스 회수용 유통부가 마련되어 있고,
상기 양극액 공급관이, 상기 양극측 프레스 프레임 및 상기 양극측 절연판에 상기 양극액 공급용 유통부와 연통해서 마련된 상기 제1 관통공을 통해, 상기 양극액 공급용 유통부에 접속되고,
상기 음극액 공급관이, 상기 양극측 프레스 프레임 및 상기 양극측 절연판에 상기 음극액 공급용 유통부와 연통해서 마련된 상기 제2 관통공을 통해, 상기 음극액 공급용 유통부에 접속되고,
상기 양극액·가스 회수관이, 상기 양극측 프레스 프레임 및 상기 양극측 절연판에 상기 양극액·가스 회수용 유통부와 연통해서 마련된 상기 제3 관통공을 통해, 상기 양극액·가스 회수용 유통부에 접속되고,
상기 음극액·가스 회수관이, 상기 양극측 프레스 프레임 및 상기 양극측 절연판에 상기 음극액·가스 회수용 유통부와 연통해서 마련된 상기 제4 관통공을 통해, 상기 음극액·가스 회수용 유통부에 접속되어 있는, [1] 또는 [2]에 기재된 알칼리수 전해용 전해조.
[4] 상기 양극 엔드 유닛, 각 양극실 셀, 각 음극실 셀, 각 보호 부재, 및 상기 음극 엔드 셀의 각각의 하부에, 상기 양극액 공급용 유통부가 마련되어 있고,
상기 양극 엔드 유닛, 각 양극실 셀, 각 음극실 셀, 각 보호 부재, 및 상기 음극 엔드 셀의 각각의 상부에, 상기 양극액·가스 회수용 유통부가 마련되어 있고,
상기 양극액 공급관이, 상기 음극측 프레스 프레임 및 상기 음극측 절연판에 상기 양극액 공급용 유통부와 연통해서 마련된 상기 제1 관통공을 통해, 상기 양극액 공급용 유통부에 접속되고,
상기 음극액 공급관이, 상기 음극측 프레스 프레임 및 상기 음극측 절연판에 상기 음극액 공급용 유통부와 연통해서 마련된 상기 제2 관통공을 통해, 상기 음극액 공급용 유통부에 접속되고,
상기 양극액·가스 회수관이, 상기 음극측 프레스 프레임 및 상기 음극측 절연판에 상기 양극액·가스 회수용 유통부와 연통해서 마련된 상기 제3 관통공을 통해, 상기 양극액·가스 회수용 유통부에 접속되고,
상기 음극액·가스 회수관이, 상기 음극측 프레스 프레임 및 상기 음극측 절연판에 상기 음극액·가스 회수용 유통부와 연통해서 마련된 상기 제4 관통공을 통해, 상기 음극액·가스 회수용 유통부에 접속되어 있는, [1] 또는 [2]에 기재된 알칼리수 전해용 전해조.
[5] 알칼리수를 전해해서 적어도 수소 가스를 제조하는 방법으로서,
(a) [1]∼[4] 중 어느 하나에 기재된 알칼리수 전해용 전해조에, 변동하는 직류 전류를 통전함에 의해, 상기 음극액·가스 회수관으로부터 수소 가스를 회수하는 공정을 포함하고,
상기 공정 (a)에 있어서, 상기 전해조가 상기 변동하는 직류 전류의 최소값에 의해 운전될 때의 단위 시간당의 주반응의 수소 가스 발생량이, 상기 전해조가 상기 변동하는 직류 전류의 최대값에 의해 운전될 때의 단위 시간당의 주반응의 수소 가스 발생량의 10% 미만인 것을 특징으로 하는, 가스 제조 방법.
[6] 상기 공정 (a)가, 상기 양극액·가스 회수관으로부터 산소 가스를 회수하는 것을 더 포함하는, [5]에 기재된 가스 제조 방법.
본 발명의 알칼리수 전해용 전해조에 있어서는, 금속관인 양극액 공급관, 음극액 공급관, 양극액·가스 회수관, 및 음극액·가스 회수관의 내면이 전기절연성의 수지로 피복되어 있고; 양극액은, 양극액 공급관과 양극액 공급용 유통부의 접속부 및 양극액·가스 회수관과 양극액·가스 회수용 유통부의 접속부에 있어서, 양극측 프레스 프레임 및 음극측 프레스 프레임 그리고 이들과 전기적으로 도통한 금속 부재의 어느 것에도 접촉하지 않고; 음극액은, 음극액 공급관과 음극액 공급용 유통부의 접속부 및 음극액·가스 회수관과 음극액·가스 회수용 유통부의 접속부에 있어서, 양극측 프레스 프레임 및 음극측 프레스 프레임 그리고 이들과 전기적으로 도통한 금속 부재의 어느 것에도 접촉하지 않는다. 따라서 본 발명의 알칼리수 전해용 전해조에 의하면, 리크 전류에 의해서 역반응이 발생할 때의 작용극으로부터 대극까지의 이온 전도 저항(액저항)을 증대시킬 수 있으므로, 불안정 전원을 사용한 경우여도 리크 전류의 영향을 억제하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 가스 제조 방법에 따르면, 본 발명의 알칼리수 전해용 전해조를 사용함에 의해, 불안정 전원을 사용한 경우여도 리크 전류의 영향을 억제하는 것이 가능하게 되므로, 불안정 전원을 사용하면서도 순도가 향상한 가스를 제조하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 종래의 알칼리수 전해조(900)를 모식적으로 설명하는 단면도.
도 2는 도 1의 A-A 화살표 방향으로부터 본 도면.
도 3은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 전해조(100)를 모식적으로 설명하는 단면도.
도 4는 도 3의 B-B 화살표 방향으로부터 본 도면.
도 5는 전해조(100)에 있어서의 양극액 공급용 유통부(71), 음극액 공급용 유통부(72), 양극액·가스 회수용 유통부(73), 및 음극액·가스 회수용 유통부(74)의 연통의 모습을 모식적으로 설명하기 위한 분해 사시도.
도 6은 본 발명의 다른 하나의 실시형태에 따른 전해조(200)를 모식적으로 설명하는 단면도.
도 7은 도 6의 C-C 화살표 방향으로부터 본 도면.
도 8은 전해조(200)에 있어서의 양극액 공급용 유통부(71), 음극액 공급용 유통부(72), 양극액·가스 회수용 유통부(73), 및 음극액·가스 회수용 유통부(74)의 연통의 모습을 모식적으로 설명하기 위한 분해 사시도.
도 9는 다른 하나의 실시형태에 따른 전해조(300)를 모식적으로 설명하는 단면도.
도 10은 다른 하나의 실시형태에 따른 전해조(400)를 모식적으로 설명하는 단면도.
도 11은 다른 일 실시형태에 따른 전해조(500)를 모식적으로 설명하는 단면도.
도 12는 전해조(500)에 있어서의 보호 부재(540)를 더 상세히 설명하는 단면도. (A) 보호 부재(540)를 분해한 자세를 나타내는 단면도. (B) 가스킷(541)이 기체 프레임(5421)의 수용부(5421a)에 수용되고, 지지부(5421b)에 적층 방향으로부터 지지되어 있는 자세를 나타내는 단면도. (C) (B)에 있어서의 기체 프레임(5421)의 면(5421c)과 가스킷의 면(541a)과의 사이의 단차에 덮개 프레임(5422)이 수용된 자세를 나타내는 단면도.
도 2는 도 1의 A-A 화살표 방향으로부터 본 도면.
도 3은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 전해조(100)를 모식적으로 설명하는 단면도.
도 4는 도 3의 B-B 화살표 방향으로부터 본 도면.
도 5는 전해조(100)에 있어서의 양극액 공급용 유통부(71), 음극액 공급용 유통부(72), 양극액·가스 회수용 유통부(73), 및 음극액·가스 회수용 유통부(74)의 연통의 모습을 모식적으로 설명하기 위한 분해 사시도.
도 6은 본 발명의 다른 하나의 실시형태에 따른 전해조(200)를 모식적으로 설명하는 단면도.
도 7은 도 6의 C-C 화살표 방향으로부터 본 도면.
도 8은 전해조(200)에 있어서의 양극액 공급용 유통부(71), 음극액 공급용 유통부(72), 양극액·가스 회수용 유통부(73), 및 음극액·가스 회수용 유통부(74)의 연통의 모습을 모식적으로 설명하기 위한 분해 사시도.
도 9는 다른 하나의 실시형태에 따른 전해조(300)를 모식적으로 설명하는 단면도.
도 10은 다른 하나의 실시형태에 따른 전해조(400)를 모식적으로 설명하는 단면도.
도 11은 다른 일 실시형태에 따른 전해조(500)를 모식적으로 설명하는 단면도.
도 12는 전해조(500)에 있어서의 보호 부재(540)를 더 상세히 설명하는 단면도. (A) 보호 부재(540)를 분해한 자세를 나타내는 단면도. (B) 가스킷(541)이 기체 프레임(5421)의 수용부(5421a)에 수용되고, 지지부(5421b)에 적층 방향으로부터 지지되어 있는 자세를 나타내는 단면도. (C) (B)에 있어서의 기체 프레임(5421)의 면(5421c)과 가스킷의 면(541a)과의 사이의 단차에 덮개 프레임(5422)이 수용된 자세를 나타내는 단면도.
본 발명의 상기한 작용 및 이득은, 이하에 설명하는 발명을 실시하기 위한 형태로부터 명백하게 된다. 이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 단, 본 발명은 이들 형태로 한정되는 것은 아니다. 또, 도면은 반드시 정확한 치수를 반영한 것은 아니다. 또한 도면에서는, 일부의 부호를 생략하는 경우가 있다. 본 명세서에 있어서는 특히 한정하지 않는 한, 수치 A 및 B에 대하여 「A∼B」라는 표기는 「A 이상 B 이하」를 의미하는 것으로 한다. 이러한 표기에 있어서 수치 B에만 단위를 부여한 경우에는, 당해 단위가 수치 A에도 적용되는 것으로 한다. 또한 「또는」 및 「혹은」의 단어는, 특히 한정하지 않는 한 논리화를 의미하는 것으로 한다.
<1. 전해조>
도 3은, 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 전해조(100)를 모식적으로 설명하는 단면도이다. 전해조(100)는, 알칼리수 전해용의 전해조이다. 도 4는, 도 3의 B-B 화살표 방향으로부터 본 도면이다. 도 3 및 4에 있어서, 지면 상하 방향이 연직 상하 방향에 각각 대응한다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 전해조(100)는, 양극 엔드 유닛(101e)과 음극 엔드 유닛(102e)과의 사이에, 산소 발생용 양극(14)을 수용하는 양극실 셀(10)과, 수소 발생용 음극(24)을 수용하는 음극실 셀(20)이, 주연부가 보호 부재(40)에 의해 유지된 이온투과성 격막(30)을 개재해서 교호로 복수 배치된 구조를 포함해서 이루어진다. 전해조(100)는, 양극 엔드 유닛(101e)과, 음극 엔드 유닛(102e)과, 각각 제1 도전성의 배면 격벽(11)을 구비하며 또한 산소 발생용 양극(14)을 수용하는, 복수의 양극실 셀(10, 10, …)과, 각각 제2 도전성의 배면 격벽(21)을 구비하며 또한 수소 발생용 음극(24)을 수용하는, 복수의 음극실 셀(20, 20, …)과, 각각 주연부가 보호 부재(40)에 의해서 유지된, 복수의 이온투과성 격막(30, 30, …)을 구비한다. 전해조(100)에 있어서, 보호 부재(40)는 가스킷이다. 각각의 인접하는 이온투과성 격막(30, 30)의 사이에는, 제1 배면 격벽(11)을 양극 엔드 유닛(101e)측을 향하게 한 하나의 양극실 셀(10)과, 제2 배면 격벽(21)을 음극 엔드 유닛(102e)측을 향하게 한 하나의 음극실 셀(20)의 조가, 당해 제1 배면 격벽(11)과 당해 제2 배면 격벽(21)이 인접하도록 배치되어 있다. 전해조(100)에 있어서, 당해 인접해서 배치된 제1 배면 격벽(11)과 제2 배면 격벽(21)은, 별개의 부재이다.
각 양극실 셀(10)은, 제1 배면 격벽(11)과, 당해 제1 배면 격벽(11)의 주연부와 접합 또는 일체화되고, 제1 배면 격벽(11) 및 격막(30)과 함께 양극실(A)을 획정(劃定)하는 플랜지부(12)와, 제1 배면 격벽(11)으로부터 돌출해서 마련된 도전성 리브(13, 13, …)를 구비하고, 당해 도전성 리브(13)에 의해서 산소 발생용 양극(14)이 유지된다. 각 음극실(20)은, 제2 배면 격벽(21)과, 당해 제2 배면 격벽(21)의 주연부와 접합 또는 일체화되고, 제2 배면 격벽(21) 및 격막(30)과 함께 음극실(C)을 획정하는 플랜지부(22)와, 제2 배면 격벽(21)으로부터 돌출해서 마련된 도전성 리브(23, 23, …)를 구비하고, 당해 도전성 리브(23)에 의해서 수소 발생용 음극(24)이 유지된다.
양극 엔드 유닛(101e)은, 전해조의 양극측 단부측(도 3의 지면 우측)으로부터 순서대로 배치된, 양극측 프레스 프레임(61), 양극측 절연판(51), 및 양극 엔드 셀(10e)을 구비해서 이루어진다. 음극 엔드 유닛(102e)은, 전해조의 음극측 단부측(도 3의 지면 좌측)으로부터 순서대로 배치된, 음극측 프레스 프레임(62), 음극측 절연판(52), 및 음극 엔드 셀(20e)을 구비해서 이루어진다.
양극 엔드 셀(10e)은, 각 양극실 셀(10)과 마찬가지로, 제1 배면 격벽(11)과, 플랜지부(12)와, 도전성 리브(13)를 구비하고, 당해 도전성 리브(13)에 의해서 산소 발생용 양극(14)이 유지된다. 음극 엔드 셀(20e)은, 각 음극실 셀(20)과 마찬가지로, 제2 배면 격벽(21)과, 플랜지부(22)와, 도전성 리브(23)를 구비하고, 당해 도전성 리브(23)에 의해서 수소 발생용 음극(24)이 유지된다.
도 3 및 4에 더하여, 도 5를 더 참조한다. 도 5는, 전해조(100)에 있어서의 양극액 공급용 유통부(71), 음극액 공급용 유통부(72), 양극액·가스 회수용 유통부(73), 및 음극액·가스 회수용 유통부(74)의 연통의 모습을 모식적으로 설명하기 위한 분해 사시도이다. 도 5에 있어서는 도면을 보기 쉽게 하기 위하여, 양극측 프레스 프레임(61) 및 음극측 프레스 프레임(62), 양극측 절연판(51) 및 음극측 절연판(52), 양극 엔드 셀(10e) 및 음극 엔드 셀(20e), 그리고, 양극 엔드 셀(10e)에 인접하는 보호 부재(40(40A)) 및 음극 엔드 셀(20e)에 인접하는 보호 부재(40(40C))만을 나타내고, 다른 요소는 생략하고 있다. 또한 각 도전성 리브(13 및 23)도 생략하고 있다.
양극 엔드 셀(10e), 각 양극실 셀(10), 각 음극실 셀(20), 음극 엔드 셀(20e), 및 각 보호 부재(40)의 각각 하부에는 양극액 공급용 유통부(71)가, 각각 상부에는 양극액·가스 회수용 유통부(73)가 마련되어 있다. 양극액 공급용 유통부(71)는, 양극액 공급로(71a)를 개재해서, 양극실(A)과 연통하고 있고, 양극액·가스 회수용 유통부(73)는, 양극액 배출로(73a)를 개재해서, 양극실(A)과 연통하고 있다. 양극액 공급용 유통부(71)로부터, 각 양극실(A)에, 양극액 공급로(71a)를 통해 양극액이 공급되고, 각 양극실(A)로부터 양극액·가스 회수용 유통부(73)에, 양극액 배출로(73a)를 통해 양극액 및 양극(14)에서의 발생 가스가 회수된다. 각각의 양극액 공급용 유통부(71)는 상호 연통하고 있고, 각각의 양극액·가스 회수용 유통부(73)는 상호 연통하고 있다.
음극 엔드 셀(20e), 각 양극실 셀(10), 각 음극실 셀(20), 및, 양극 엔드 셀(10e)에 인접하는 보호 부재(40A) 이외의 각 보호 부재(40)의, 각각 하부에는 음극액 공급용 유통부(72)가, 각각 상부에는 음극액·가스 회수용 유통부(74)가 마련되어 있다. 음극액 공급용 유통부(72)는, 음극액 공급로(72a)를 개재해서, 음극실(C)과 연통하고 있고, 음극액·가스 회수용 유통부(74)는, 음극액 배출로(74a)를 개재해서, 음극실(C)과 연통하고 있다. 음극액 공급용 유통부(72)로부터 각 음극실(C)에, 음극액 공급로(72a)를 통해 음극액이 공급되고, 각 음극실(C)로부터 음극액·가스 회수용 유통부(74)에, 음극액 배출로(74a)를 통해 음극액 및 음극(24)에서의 발생 가스가 회수된다. 각각의 음극액 공급용 유통부(72)는 상호 연통하고 있고, 각각의 음극액·가스 회수용 유통부(74)는 상호 연통하고 있다.
양극액 공급용 유통부(71)에 양극액을 공급하는 양극액 공급관(81)이, 음극측 프레스 프레임(62) 및 음극측 절연판(52)에 양극액 공급용 유통부(71)와 연통해서 마련된 제1 관통공(62a, 52a)을 통해, 양극액 공급용 유통부(71)에 접속되어 있다.
음극액 공급용 유통부(72)에 음극액을 공급하는 음극액 공급관(82)이, 음극측 프레스 프레임(62) 및 음극측 절연판(52)에 음극액 공급용 유통부(72)와 연통해서 마련된 제2 관통공(62b, 52b)을 통해, 음극액 공급용 유통부(72)에 접속되어 있다.
양극액·가스 회수용 유통부(73)로부터 양극액 및 가스를 회수하는 양극액·가스 회수관(83)이, 음극측 프레스 프레임(62) 및 음극측 절연판(52)에 양극액·가스 회수용 유통부(73)와 연통해서 마련된 제3 관통공(62c, 52c)을 통해, 양극액·가스 회수용 유통부(73)에 접속되어 있다.
음극액·가스 회수용 유통부(74)로부터 음극액 및 가스를 회수하는 음극액·가스 회수관(84)이, 음극측 프레스 프레임(62) 및 음극측 절연판(52)에 음극액·가스 회수용 유통부(74)와 연통해서 마련된 제4 관통공(62d, 52d)을 통해, 음극액·가스 회수용 유통부(74)에 접속되어 있다.
배면 격벽(11 및 21)의 재질로서는, 알칼리내성을 갖는 강성의 도전성 재료를 특히 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면 니켈, 철 등의 단체(單體) 금속이나 SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316, SUS316L 등의 스테인리스강 등의 금속 재료를 바람직하게 채용할 수 있다. 이들 금속 재료는, 내식성이나 도전성을 향상시키기 위해서, 니켈 도금을 실시해서 사용해도 된다. 플랜지부(12 및 22)의 재질로서는, 알칼리내성을 갖는 강성의 재료를 특히 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면 니켈, 철 등의 단체 금속이나 SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316, SUS316L 등의 스테인리스강 등의 금속 재료 외에, 강화 플라스틱 등의 비금속 재료도 사용할 수 있다. 이 중 상기 금속 재료에는, 내식성을 향상시키기 위해서, 니켈 도금을 실시해도 된다. 양극실 셀(10) 및 양극 엔드 셀(10e)의 배면 격벽(11)과 플랜지부(12)는 용접이나 접착 등으로 접합되어 있어도 되고, 동일한 재료에 의해 일체로 형성되어 있어도 된다. 마찬가지로 음극실 셀(20) 및 음극 엔드 셀(20e)의 배면 격벽(21)과 플랜지부(22)는 용접이나 접착 등으로 접합되어 있어도 되고, 동일한 재료에 의해 일체로 형성되어 있어도 된다. 단, 극실 내부의 압력에 대한 내성을 높이는 것이 용이한 점에서, 양극실 셀(10) 및 양극 엔드 셀(10e)의 배면 격벽(11)과 플랜지부(12)는 동일한 도전성 재료(예를 들면 상기 금속 재료)에 의해 일체로 형성되어 있는 것이 바람직하고, 음극실 셀(20) 및 음극 엔드 셀(20e)의 배면 격벽(21)과 플랜지부(22)는 동일한 도전성 재료(예를 들면 상기 금속 재료)에 의해 일체로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
산소 발생용 양극(14)(이하에 있어서 단순히 「양극(14)」이라 하는 경우가 있다)으로서는, 알칼리수 전해용의 전해조에 사용 가능한 양극을 특히 제한 없이 사용할 수 있다. 양극(14)은 통상적으로, 도전성 기재와, 당해 기재의 표면을 피복하는 촉매층을 구비한다. 촉매층은 다공질인 것이 바람직하다. 양극(14)의 도전성 기재로서는, 예를 들면, 니켈, 니켈 합금, 니켈철, 바나듐, 몰리브덴, 구리, 은, 망간, 백금족 원소, 흑연, 혹은 크롬, 또는 그들의 조합을 사용할 수 있다. 양극(14)에 있어서는 니켈로 이루어지는 도전성 기재를 바람직하게 사용할 수 있다. 촉매층은 원소로서 니켈을 포함한다. 촉매층은, 산화니켈, 금속 니켈, 혹은 수산화니켈, 또는 그들의 조합을 포함하는 것이 바람직하고, 니켈과 다른 1종 이상의 금속과의 합금을 포함해도 된다. 촉매층은 금속 니켈로 이루어지는 것이 특히 바람직하다. 또, 촉매층은, 크롬, 몰리브덴, 코발트, 탄탈륨, 지르코늄, 알루미늄, 아연, 백금족 원소, 혹은 희토류 원소, 또는 그들의 조합을 더 포함해도 된다. 촉매층의 표면에, 로듐, 팔라듐, 이리듐, 혹은 루테늄, 또는 그들의 조합이 추가적인 촉매로서 더 담지(擔持)되어 있어도 된다. 양극(14)의 도전성 기재는 강성의 기재여도 되고, 가요성(可撓性)의 기재여도 된다. 양극(14)을 구성하는 강성의 도전성 기재로서는, 예를 들면 익스팬드 메탈, 펀치드 메탈 등을 들 수 있다. 또한 양극(14)을 구성하는 가요성의 도전성 기재로서는, 예를 들면 금속 와이어로 짠(또는 뜬) 금망 등을 들 수 있다.
수소 발생용 음극(24)(이하에 있어서 단순히 「음극(24)」이라 하는 경우가 있다)으로서는, 알칼리수 전해용의 전해조에 사용 가능한 음극을 특히 제한 없이 사용할 수 있다. 음극(24)은 통상적으로, 도전성 기재와, 당해 기재의 표면을 피복하는 촉매층을 구비한다. 음극(24)의 도전성 기재로서는, 예를 들면, 니켈, 니켈 합금, 스테인리스 스틸, 연강, 니켈 합금, 또는, 스테인리스 스틸 혹은 연강의 표면에 니켈 도금을 실시한 것을 바람직하게 채용할 수 있다. 음극(24)의 촉매층으로서는, 귀금속 산화물, 니켈, 코발트, 몰리브덴, 혹은 망간, 혹은 그들의 산화물, 또는 귀금속 산화물로 이루어지는 촉매층을 바람직하게 채용할 수 있다. 음극(24)을 구성하는 도전성 기재는 예를 들면 강성의 기재여도 되고, 가요성의 기재여도 된다. 음극(24)을 구성하는 강성의 도전성 기재로서는, 예를 들면 익스팬드 메탈, 펀치드 메탈 등을 들 수 있다. 또한 음극(24)을 구성하는 가요성의 도전성 기재로서는, 예를 들면 금속 와이어로 짠(또는 뜬) 금망 등을 들 수 있다.
도전성 리브(13 및 23)로서는, 알칼리수 전해조에 사용되는 공지의 도전성 리브를 특히 제한 없이 사용할 수 있다. 전해조(100)에 있어서, 도전성 리브(13)는 양극실 셀(10) 및 양극 엔드 셀(10e)의 배면 격벽(11)으로부터 돌출해서 마련되어 있고, 도전성 리브(23)는 음극실 셀(20) 및 음극 엔드 셀(20e)의 배면 격벽(21)으로부터 돌출해서 마련되어 있다. 도전성 리브(13)가 양극(14)을 양극실 셀(10) 및 양극 엔드 셀(10e)에 대해서 고정 및 유지할 수 있는 한에 있어서, 도전성 리브(13)의 접속 방법, 형상, 수, 및 배치는 특히 제한되지 않는다. 또한 도전성 리브(23)가 음극(24)을 음극실 셀(20) 및 음극 엔드 셀(20e)에 대해서 고정 및 유지할 수 있는 한에 있어서, 도전성 리브(23)의 접속 방법, 형상, 수, 및 배치도 특히 제한되지 않는다. 도전성 리브(13 및 23)의 재질로서는, 알칼리내성을 갖는 강성의 도전성 재료를 특히 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면 니켈, 철 등의 단체 금속이나 SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316, SUS316L 등의 스테인리스강 등의 금속 재료를 바람직하게 채용할 수 있다. 이들 금속 재료에는, 내식성이나 도전성을 향상시키기 위해서, 니켈 도금을 실시해도 된다.
이온투과성 격막(30)(이하에 있어서 단순히 「격막(30)」이라 하는 경우가 있다)으로서는, 알칼리수 전해용의 전해조에 사용 가능한 이온투과성의 격막을 특히 제한 없이 사용할 수 있다. 격막(30)은, 가스투과성이 낮고, 전기전도도가 작고, 강도가 높은 것이 바람직하다. 격막(30)의 예로서는, 아스베스토나 변성 아스베스토로 이루어지는 다공질막, 폴리설폰계 폴리머를 사용한 다공질 격막, 폴리페닐렌설파이드 섬유를 사용한 포(布), 불소계 다공질막, 무기계 재료와 유기계 재료와의 양쪽을 포함하는 하이브리드 재료를 사용한 다공질막 등의 다공질 격막을 들 수 있다. 또한 이들 다공질 격막 이외에도, 불소계 이온 교환막 등의 이온 교환막을 격막(30)으로서 사용하는 것도 가능하다.
전해조(100)에 있어서, 보호 부재(40)는 가스킷으로 이루어진다. 보호 부재(40)를 구성하는 가스킷으로서는, 알칼리수 전해용의 전해조에 사용 가능하고, 전기절연성을 갖는 가스킷을 특히 제한 없이 사용할 수 있다. 도 3에는 가스킷의 단면이 나타나 있다. 보호 부재(40)는 평탄한 형상을 갖고, 격막(30)의 주연부를 유지하는 한편, 인접하는 양극실 셀(10)(또는 양극 엔드 셀(10e))의 플랜지부(12)와 음극실 셀(20)(또는 음극 엔드 셀(20e))의 플랜지부(22)와의 사이에 협지된다. 보호 부재(40)를 구성하는 가스킷은, 내알칼리성을 갖는 엘라스토머에 의해서 형성되어 있는 것이 바람직하다. 가스킷의 재료의 예로서는, 천연 고무(NR), 스티렌부타디엔 고무(SBR), 클로로프렌 고무(CR), 부타디엔 고무(BR), 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR), 에틸렌-프로필렌 고무(EPT), 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(EPDM), 이소부틸렌-이소프렌 고무(IIR), 클로로설폰화폴리에틸렌 고무(CSM) 등의 엘라스토머를 들 수 있다. 또한, 알칼리내성을 갖지 않는 가스킷 재료를 사용할 경우, 당해 가스킷 재료의 표면에 내알칼리성을 갖는 재료의 층을 피복 등에 의해 마련해도 된다.
양극측 절연판(51) 및 음극측 절연판(52)(이하에 있어서 단순히 「절연판(51 및 52)」이라 하는 경우가 있다)으로서는, 알칼리수 전해용의 전해조에 있어서 양극 엔드 셀과 양극측 프레스 프레임과의 사이의 전기적 절연 및 음극 엔드 셀과 음극측 프레스 프레임과의 사이의 전기적 절연에 사용 가능한 절연판을 특히 제한 없이 사용할 수 있다. 절연판(51 및 52)의 재료의 예로서는, 경질 염화비닐 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리에틸렌 수지, 나일론 수지, 폴리아세탈 수지, 비결정성 폴리에스테르 수지, 폴리에테르에테르케톤 수지, 폴리에테르이미드 수지, 폴리페닐렌설파이드 수지, 폴리벤조이미다졸 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌 수지, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체 수지, 테트라플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체 수지 등을 들 수 있다.
양극측 프레스 프레임(61) 및 음극측 프레스 프레임(62)(이하에 있어서 단순히 「프레스 프레임(61 및 62)」이라 하는 경우가 있다)은, 도시하지 않은 타이로드에 의해서 체결됨에 의해, 양극측 프레스 프레임(61)과 음극측 프레스 프레임(62)과의 사이에 배치된, 절연판(51 및 52), 각 양극실 셀(10) 및 양극 엔드 셀(10e), 각 음극실 셀(20) 및 음극 엔드 셀(20e), 그리고 각 보호 부재(40) 및 각 격막(30)을 일체화한다. 프레스 프레임(61 및 62)은, 상기 체결의 하중을 견디는 강성을 갖는 금속 재료에 의해 형성되어 있다. 프레스 프레임(61 및 62)을 구성하는 금속 재료의 예로서는, SS400 등의 탄소강이나 SUS304, SUS316 등의 스테인리스강 등을 들 수 있다.
양극액 공급관(81), 음극액 공급관(82), 양극액·가스 회수관(83), 및 음극액·가스 회수관(84)(이하에 있어서 총칭해서 「극액 공급관/회수관」이라 하는 경우가 있다)의 각각은, 적어도 내면이 전기절연성의 수지에 의해 피복된 금속관이다. 양극액 공급관(81), 음극액 공급관(82), 양극액·가스 회수관(83), 및 음극액·가스 회수관(84)을 구성하는 금속 재료의 예로서는, SS400 등의 탄소강, SUS304, SUS310, SUS316 등의 스테인리스강, 및 니켈강 등을 들 수 있다. 또한 양극액 공급관(81), 음극액 공급관(82), 양극액·가스 회수관(83), 및 음극액·가스 회수관(84)의 내면을 피복하는 전기절연성의 수지로서는, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체 수지, 테트라플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체 수지 등의, 전기절연성 및 내알칼리성을 갖는 수지 재료를 특히 제한 없이 사용할 수 있다. 양극액 공급관(81), 음극액 공급관(82), 양극액·가스 회수관(83), 및 음극액·가스 회수관(84)을, 각각 제1 관통공(62a, 52a), 제2 관통공(62b, 52b), 제3 관통공(62c, 52c), 및 제4 관통공(62d, 52d)(이하에 있어서 총칭해서 「각 관통공」이라 하는 경우가 있다)을 통해, 각각 양극액 공급용 유통부(71), 음극액 공급용 유통부(72), 양극액·가스 회수용 유통부(73), 및 음극액·가스 회수용 유통부(74)(이하에 있어서 총칭해서 「극액 공급용/회수용 유통부」라 하는 경우가 있다)에 접속하는 방법으로서는, 예를 들면 스크류 접속, 소켓 용접, 맞대기 용접, 플랜지 접속 등의 공지의 접속 방법을 특히 제한 없이 사용할 수 있다. 또, 각 극액 공급관/회수관(81∼84)을 각 관통공(62a/52a∼62d/52d)을 통해 각 극액 공급용/회수용 유통부(71∼74)에 접속했을 때에, 각 극액 공급관/회수관의 내부로부터 각 극액 공급용/회수용 유통부까지의 공간에 있어서, 당해 극액 공급관/회수관의 금속 부재 혹은 음극측 프레스 프레임(62)의 금속 부재 또는 그들과 전기적으로 도통한 금속 부재가 극액의 유로에 노출하는 경우에는, 당해 유로에 노출하는 금속 부재의 표면에 전기절연성의 수지에 의한 피복을 도공 등에 의해 더 마련할 수 있다. 당해 전기절연성의 수지로서는, 각 극액 공급관/회수관의 내면을 피복하는 전기절연성의 수지와 마찬가지의 전기절연성 수지를 특히 제한 없이 사용할 수 있다.
적어도 내면이 전기절연성의 수지에 의해 피복된 금속관인 각 극액 공급관/회수관(81∼84)의 내부의 유로 길이(단위 : m)의 유로 단면적(관 내부의 공동의, 관 길이 방향에 수직인 단면의 면적)(단위 : ㎡)에 대한 비는 특히 제한되는 것은 아니지만, 본 발명의 효과가 보다 현저하게 나타나는 점에서, 바람직하게는 100m/㎡ 이상, 보다 바람직하게는 1,000m/㎡ 이상이다. 상한은 특히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면 20,000m/㎡ 미만일 수 있다. 또 상기 「유로 길이」에 대하여, 금속관이 굴곡하고 있는 경우에는, 최단의 경로를 채용하는 것으로 한다. 굴곡한 금속관 내부의 최단의 경로의 길이는, 예를 들면 실을 금속관 내부에 금속관의 전장에 걸쳐서 통과시키고, 실에 늘어짐이 없도록 양단으로부터 인장함에 의해, 실의 금속관 내부를 통과하는 부분의 길이로서 알 수 있다. 또한 상기 「단면적」에 대하여, 관 내부의 장소에 따라서 단면적이 서로 다른 경우에는, 그 최대값을 채용하는 것으로 한다.
양극 엔드 셀(10e)에는 양극 단자가, 음극 엔드 셀(20e)에는 음극 단자가, 각각 접속되어 있다. 또한 양극측 프레스 프레임(61), 음극측 프레스 프레임(62), 양극액 유통관(81), 음극액 공급관(82), 양극액·가스 회수관(83), 및 음극액·가스 회수관(84)은, 모두 전기적으로 접지되어 있다.
전해조(100)에 있어서, 양극액은, 양극액 공급관(81)과 양극액 공급용 유통부(71)와의 접속부 및 양극액·가스 회수관(83)과 양극액·가스 회수용 유통부(73)와의 접속부에 있어서, 양극액 공급관(81)의 금속 부재, 양극액·가스 회수관(83)의 금속 부재, 양극측 프레스 프레임(61)의 금속 부재, 및 음극측 프레스 프레임(62)의 금속 부재, 그리고 이들과 전기적으로 도통한 금속 부재의 어느 것에도 접촉하지 않는다. 또한 음극액은, 음극액 공급관(82)과 음극액 공급용 유통부(72)와의 접속부 및 음극액·가스 회수관(84)과 음극액·가스 회수용 유통부(74)와의 접속부에 있어서, 음극액 공급관(82)의 금속 부재, 양극액·가스 회수관(83)의 금속 부재, 양극측 프레스 프레임(61)의 금속 부재, 및 음극측 프레스 프레임(62)의 금속 부재, 그리고 이들과 전기적으로 도통한 금속 부재의 어느 것에도 접촉하지 않는다. 따라서 전해조(100)에 의하면, 리크 전류에 의해서 역반응이 발생할 때의 작용극으로부터 대극까지의 이온 전도 저항(액저항)을 증대시킬 수 있으므로, 불안정 전원을 사용한 경우여도 리크 전류의 영향을 억제하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 효과가 현저하게 되는 관점에서, 본 발명의 전해조가 최소 전류에 의해 운전될 때의 단위 시간당의 주반응의 수소 가스 발생량은, 본 발명의 전해조가 최대 전류에 의해 운전될 때의 단위 시간당의 주반응의 수소 가스 발생량에 대해서, 바람직하게는 10% 미만, 보다 바람직하게는 5% 미만이고, 하나의 실시형태에 있어서 1% 이상, 다른 하나의 실시형태에 있어서 2% 이상이다. 또 본 명세서에 있어서, 「최대 전류」 및 「최소 전류」는, 전해조에 통전되는 전류의 최대값 및 최소값을 의미한다.
이와 같은 전해조(100)의 효과는, 양극실 및 음극실의 적어도 한쪽을 대기압보다도 고압으로 유지하면서 전해를 행하는 경우에 특히 현저하다. 전해조에 극액을 공급하고, 당해 전해조로부터 극액 및 가스를 회수하는 각 극액 공급관 및 회수관으로서는, 플렉서블 호스 등의 수지제의 배관을 사용하는 것이, 배관의 핸들링 등의 면에서 간편하다. 그러나 극실이 가압되어 있는 경우에는, 각 극액 공급관 및 회수관의 내부도 가압되어 있으므로, 각 극액 공급관 및 회수관으로서 플렉서블 호스 등의 수지제의 배관을 사용하는 것은 강도의 면에서 곤란하다. 따라서 가압 조건 하에서의 전해를 행하는 전해조에 접속하는 극액 공급관 및 회수관으로서는 금속관을 사용하는 것이 바람직하다. 그러나 금속관은 안전을 위하여 전기적으로 접지하는 것이 필요하지만, 그와 같은 전해조에 있어서 전원으로서 불안정 전원을 사용하는 경우에는, 전기적으로 접지된 금속관이 카운터 전극으로서 작용하는 것에 의한 리크 전류의 영향을 무시할 수 없어진다. 이것에 대해서 전해조(100)에 의하면, 극액 공급관 및 회수관으로서 금속관을 사용하는 것이 필요한 가압 조건 하에서의 전해를, 불안정 전원을 사용해서 행하는 경우여도, 리크 전류의 영향을 억제하는 것이 가능하다.
양극실 및 음극실의 적어도 한쪽을 대기압보다도 고압으로 유지하면서 전해를 행할 경우, 음극실 내부의 압력은 대기압에 대해서 20kPa 이상 고압인 것이 바람직하고, 400kPa 이상 고압인 것이 보다 바람직하고, 800kPa 이상 고압인 것이 더 바람직하다. 음극실 내부의 압력의 상한은 전해조를 구성하는 부재의 강도에도 따르지만, 예를 들면 대기압+1000kPa 미만으로 할 수 있다. 음극실 내부의 압력이 상기 하한값 이상임에 의해, 음극실로부터 수소 가스를 회수한 후의 승압 공정에 있어서의 압축률을 저감, 또는 승압 공정을 생략할 수 있으므로, 설비 코스트를 삭감하고, 설비 전체로서 스페이스 절약화 및 에너지 절약화를 도모하는 것이 가능하게 된다. 또한 음극실 내부의 압력이 상기 하한값 이상임에 의해, 음극실에서 발생하는 기포의 사이즈가 작아지므로, 양극-음극 간의 저항이 감소하고, 따라서 전해 전압을 저감하는 것이 가능하게 된다.
또한 양극실 및 음극실의 적어도 한쪽을 대기압보다도 고압으로 유지하면서 전해를 행할 경우, 양극실 내부의 압력은 대기압에 대해서 20kPa 이상 고압인 것이 바람직하고, 400kPa 이상 고압인 것이 보다 바람직하고, 800kPa 이상 고압인 것이 더 바람직하다. 양극실 내부의 압력의 상한은 전해조를 구성하는 부재의 강도에도 따르지만, 예를 들면 대기압+1000kPa 미만으로 할 수 있다. 양극실 내부의 압력이 상기 하한값 이상임에 의해, 양극실로부터 산소 가스를 회수한 후의 승압 공정에 있어서의 압축률을 저감, 또는 승압 공정을 생략할 수 있으므로, 설비 코스트를 더 삭감하고, 설비 전체로서 추가적인 스페이스 절약화 및 에너지 절약화를 도모하는 것이 가능하게 된다. 또한 양극실 내부의 압력이 상기 하한값 이상임에 의해, 양극실에서 발생하는 기포의 사이즈가 작아지므로, 양극-음극 간의 저항이 더 감소하고, 따라서 전해 전압을 더 저감하는 것이 가능하게 된다.
음극실 내부의 압력과 양극실 내부의 압력과의 차는, 예를 들면 5.0kPa 미만인 것이 바람직하고, 1.0kPa 미만인 것이 보다 바람직하다. 음극실 내부의 압력과 양극실 내부의 압력과의 차가 상기 상한값 미만임에 의해, 양극실-음극실 간의 차압에 기인해서 가스가 격막을 투과해서 양극실로부터 음극실에 또는 음극실로부터 양극실에 이동하는 것을 억제하는 것, 및, 양극실-음극실 간의 차압에 기인해서 격막이 손상하는 사태를 억제하는 것이 용이하게 된다.
본 발명에 관한 상기 설명에서는, 각 극액 공급관/회수관(81∼84)이, 음극측 프레스 프레임(62) 및 음극측 절연판(52)에 마련된 제1∼제4 관통공(62a/52a∼62d/52d)을 통해, 각 극액 공급용/회수용 유통부(71∼74)에 각각 접속되어 있는 형태의 전해조(100)를 예시했지만, 본 발명은 당해 형태로 한정되지 않는다. 예를 들면, 각 극액 공급관/회수관 중 하나 이상이, 양극측 프레스 프레임 및 양극측 절연판에 마련된 관통공을 통해, 대응하는 극액 공급용/회수용 유통부에 접속되어 있는 형태의 전해조로 하는 것도 가능하다.
도 6은, 그와 같은 다른 하나의 실시형태에 따른 전해조(200)를 모식적으로 설명하는 단면도이다. 전해조(200)는, 알칼리수 전해용의 전해조이다. 도 7은, 도 6의 C-C 화살표 방향으로부터 본 도면이다. 도 6 및 7에 있어서, 지면 상하 방향이 연직 상하 방향에 각각 대응한다. 도 8은, 전해조(200)에 있어서의 양극액 공급용 유통부(71), 음극액 공급용 유통부(72), 양극액·가스 회수용 유통부(73), 및 음극액·가스 회수용 유통부(74)의 연통의 모습을 모식적으로 설명하기 위한 분해 사시도이다. 도 6∼8에 있어서, 도 3∼5에 이미 나타난 요소에는 도 3∼5에 있어서의 부호와 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략한다.
전해조(200)는, 양극 엔드 유닛(101e) 대신에 양극 엔드 유닛(201e)을 구비하고, 음극 엔드 유닛(102e) 대신에 음극 엔드 유닛(202e)을 구비하고, 음극 엔드 유닛(201e)에 각 극액 공급관/회수관(81∼84)이 접속되어 있는 점에 있어서, 전해조(100)와 서로 다르다. 양극 엔드 유닛(201e)은, 양극 엔드 셀(10e) 대신에 양극 엔드 셀(210e)을 구비하고, 양극측 절연판(51) 대신에 양극측 절연판(251)을 구비하고, 양극측 프레스 프레임(61) 대신에 양극측 프레스 프레임(261)을 구비하는 점에 있어서, 양극 엔드 유닛(101e)과 서로 다르다. 음극 엔드 유닛(202e)은, 음극 엔드 셀(20e) 대신에 음극 엔드 셀(220e)을 구비하고, 음극측 절연판(52) 대신에 음극측 절연판(252)을 구비하고, 음극측 프레스 프레임(62) 대신에 음극측 프레스 프레임(262)을 구비하는 점에 있어서, 음극 엔드 유닛(102e)과 서로 다르다. 음극측 프레스 프레임(262)은, 제1∼제4 관통공(62a∼62d)을 구비하지 않는 점에 있어서, 음극측 프레스 프레임(62)과 서로 다르다. 음극측 절연판(252)은, 제1∼제4 관통공(52a∼52d)을 구비하지 않는 점에 있어서, 음극측 절연판(52)과 서로 다르다.
도 8에 있어서는 도면을 보기 쉽게 하기 위하여, 양극측 프레스 프레임(261) 및 음극측 프레스 프레임(262), 양극측 절연판(251) 및 음극측 절연판(252), 양극 엔드 셀(210e) 및 음극 엔드 셀(220e), 그리고, 양극 엔드 셀(210e)에 인접하는 보호 부재(40(240A)) 및 음극 엔드 셀(220e)에 인접하는 보호 부재(40(240C))만을 나타내고, 다른 요소는 생략하고 있다. 또한 각 도전성 리브(13 및 23)도 생략하고 있다.
양극 엔드 셀(210e), 각 양극실 셀(10), 각 음극실 셀(20), 음극 엔드 셀(220e), 및 각 보호 부재(40)의 각각 하부에는 음극액 공급용 유통부(72)가, 각각 상부에는 음극액·가스 회수용 유통부(74)가 마련되어 있다. 음극액 공급용 유통부(72)는 음극액 공급로(72a)를 개재해서 음극실(C)과 연통하고 있고, 음극액·가스 회수용 유통부(74)는 음극액 배출로(74a)를 개재해서 음극실(C)과 연통하고 있다. 음극액 공급용 유통부(72)로부터 각 음극실(C)에, 음극액 공급로(72a)를 통해 음극액이 공급되고, 각 음극실(C)로부터 음극액·가스 회수용 유통부(74)에, 음극액 배출로(74a)를 통해 음극액 및 음극(24)에서의 발생 가스가 회수된다. 각각의 음극액 공급용 유통부(72)는 상호 연통하고 있고, 각각의 음극액·가스 회수용 유통부(74)는 상호 연통하고 있다.
양극 엔드 셀(210e), 각 양극실 셀(10), 각 음극실 셀(20), 및, 음극 엔드 셀(220e)에 인접하는 보호 부재(40(240C)) 이외의 각 보호 부재(40)의, 각각 하부에는 양극액 공급용 유통부(71)가, 각각 상부에는 양극액·가스 회수용 유통부(73)가 마련되어 있다. 양극액 공급용 유통부(71)는 양극액 공급로(71a)를 통해 양극실(A)과 연통하고 있고, 양극액·가스 회수용 유통부(73)는 양극액 배출로(73a)를 통해 양극실(A)과 연통하고 있다. 양극액 공급용 유통부(71)로부터 각 양극실(A)에, 양극액 공급로(71a)를 통해 양극액이 공급되고, 각 양극실(A)로부터 양극액·가스 회수용 유통부(73)에, 양극액 배출로(73a)를 통해 양극액 및 양극(14)에서의 발생 가스가 회수된다. 각각의 양극액 공급량 유통부(71)는 상호 연통하고 있고, 각각의 양극액·가스 회수용 유통부(73)는 상호 연통하고 있다.
양극액 공급용 유통부에 양극액을 공급하는 양극액 공급관(81)이, 양극측 프레스 프레임(261) 및 양극측 절연판(251)에 양극액 공급용 유통부(71)와 연통해서 마련된 제1 관통공(261a, 251a)을 통해, 양극액 공급용 유통부(71)에 접속되어 있다.
음극액 공급용 유통부에 음극액을 공급하는 음극액 공급관(82)이, 양극측 프레스 프레임(261) 및 양극측 절연판(251)에 음극액 공급용 유통부(72)와 연통해서 마련된 제2 관통공(261b, 251b)을 통해, 음극액 공급용 유통부(72)에 접속되어 있다.
양극액·가스 회수용 유통부로부터 양극액 및 가스를 회수하는 양극액·가스 회수관(83)이, 양극측 프레스 프레임(261) 및 양극측 절연판(251)에 양극액·가스 회수용 유통부(73)와 연통해서 마련된 제3 관통공(261c, 251c)을 통해, 양극액·가스 회수용 유통부(73)에 접속되어 있다.
음극액·가스 회수용 유통부로부터 음극액 및 가스를 회수하는 음극액·가스 회수관(84)이, 양극측 프레스 프레임(261) 및 양극측 절연판(251)에 음극액·가스 회수용 유통부(74)와 연통해서 마련된 제4 관통공(261d, 251d)을 통해, 음극액·가스 회수용 유통부(74)에 접속되어 있다.
각 극액 공급관/회수관(81∼84)을, 각각 제1∼제4 관통공(261a/251a∼261d/251d)을 통해, 각자 각 극액 공급용/회수용 유통부(71∼74)에 접속하는 방법으로서는, 전해조(100)에 대하여 상기 설명한 것과 마찬가지의 접속 방법을 특히 제한 없이 사용할 수 있다. 또, 각 극액 공급관/회수관(81∼84)을 제1∼제4 관통공(261a/251a∼261d/251d)을 통해 각 극액 공급용/회수용 유통부(71∼74)에 접속했을 때에, 각 극액 공급관/회수관의 내부로부터 각 극액 공급용/회수용 유통부까지의 공간에 있어서, 당해 극액 공급관/회수관의 금속 부재 혹은 양극측 프레스 프레임(261)의 금속 부재 또는 그들과 전기적으로 도통한 금속 부재가 극액의 유로에 노출하는 경우에는, 당해 유로에 노출하는 금속 부재의 표면에 전기절연성의 수지에 의한 피복을 도공 등에 의해 더 마련할 수 있다.
양극 엔드 셀(210e)에는 양극 단자가, 음극 엔드 셀(220e)에는 음극 단자가, 각각 접속되어 있다. 또한 양극측 프레스 프레임(261), 음극측 프레스 프레임(262), 양극액 유통관(81), 음극액 공급관(82), 양극액·가스 회수관(83), 및 음극액·가스 회수관(84)은, 모두 전기적으로 접지되어 있다.
전해조(200)에 있어서, 양극액은, 양극액 공급관(81)과 양극액 공급용 유통부(71)와의 접속부 및 양극액·가스 회수관(83)과 양극액·가스 회수용 유통부(73)와의 접속부에 있어서, 양극액 공급관(81)의 금속 부재, 양극액·가스 회수관(83)의 금속 부재, 양극측 프레스 프레임(261)의 금속 부재, 및 음극측 프레스 프레임(262)의 금속 부재, 그리고 이들과 전기적으로 도통한 금속 부재의 어느 것에도 접촉하지 않는다. 또한 음극액은, 음극액 공급관(82)과 음극액 공급용 유통부(72)와의 접속부 및 음극액·가스 회수관(84)과 음극액·가스 회수용 유통부(74)와의 접속부에 있어서, 음극액 공급관(82)의 금속 부재, 음극액·가스 회수관(84)의 금속 부재, 양극측 프레스 프레임(261)의 금속 부재, 및 음극측 프레스 프레임(262)의 금속 부재, 그리고 이들과 전기적으로 도통한 금속 부재의 어느 것에도 접촉하지 않는다. 따라서 전해조(200)에 의하면, 리크 전류에 의해서 역반응이 발생할 때의 작용극으로부터 대극까지의 이온 전도 저항(액저항)을 증대시킬 수 있으므로, 전해조(200)가 최소 전류에 의해 운전될 때의 주반응의 수소 가스 발생량이, 전해조(200)가 최대 전류에 의해 운전될 때의 10% 미만인 불안정 전원을 사용한 경우여도, 리크 전류의 영향을 억제하는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 관한 상기 설명에서는, 보호 부재(40)에 유지된 격막(30)을 사이에 두지 않고 인접하는 양극실 셀(10)의 배면 격벽(11)과 음극실 셀(20)의 배면 격벽(21)이 별개의 부재인 형태의 전해조(100, 200)를 예로 들었지만, 본 발명은 당해 형태로 한정되지 않는다. 예를 들면, 보호 부재에 유지된 격막을 사이에 두지 않고 인접하는 양극실 셀의 배면 격벽과 음극실 셀의 배면 격벽이 일체로 형성된 형태의 전해조로 하는 것도 가능하다.
도 9는, 그와 같은 다른 하나의 실시형태에 따른 전해조(300)를 모식적으로 설명하는 단면도이다. 전해조(300)는, 알칼리수 전해용의 전해조이다. 도 9에 있어서, 도 3∼8에 이미 나타난 요소에는 도 3∼8에 있어서의 부호와 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략한다. 도 9에 있어서, 지면 상하 방향이 연직 상하 방향에 각각 대응한다. 전해조(300)는, 양극실 셀(10) 및 음극실 셀(20) 대신에, 일체형 극실 셀(310)을 구비하는 점에 있어서, 전해조(100)(도 3)와 서로 다르다. 일체형 극실 셀(310)에 있어서는, 인접하는 양극실 셀(10)의 배면 격벽(11)과 음극실 셀(20)의 배면 격벽(21)이 일체로 형성되어, 일체의 배면 격벽(311)으로 되어 있다. 또한 일체형 극실 셀(310)에 있어서는, 인접하는 양극실 셀(10)의 플랜지부(12)와 음극실 셀(20)의 플랜지부(22)가 일체로 형성되어, 배면 격벽(311)의 양극실측(도 9의 지면 좌측) 및 음극실측(도 9의 지면 우측)의 양쪽으로 연재(延在)하는 일체의 플랜지부(312)로 되어 있다. 이와 같은 전해조(300)에 의해서도, 전해조(100)(도 3∼5)에 대하여 상기 설명한 효과와 마찬가지의 효과를 얻는 것이 가능하다.
본 발명에 관한 상기 설명에서는, 가스킷으로 이루어지는 보호 부재(40)를 구비하는 형태의 전해조(100, 200, 300)를 예로 들었지만, 본 발명은 당해 형태로 한정되지 않는다. 예를 들면, 금속판의 표면이 엘라스토머로 피복되어 이루어지는 보호 부재를 구비하는 형태의 전해조로 하는 것도 가능하다.
도 10은, 그와 같은 다른 하나의 실시형태에 따른 전해조(400)를 모식적으로 설명하는 단면도이다. 전해조(400)는, 알칼리수 전해용의 전해조이다. 도 10에 있어서, 도 3∼9에 이미 나타난 요소에는 도 3∼9에 있어서의 부호와 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략한다. 도 10에 있어서, 지면 상하 방향이 연직 상하 방향에 각각 대응한다. 전해조(400)는, 보호 부재(40) 대신에 보호 부재(440)를 구비하는 점에 있어서, 전해조(100)(도 3∼5)와 서로 다르다. 보호 부재(440)는, 금속판(441)과, 금속판(441)의 표면에 마련된 전기절연성의 엘라스토머 피복(442)을 구비하는 점에 있어서, 보호 부재(40)와 서로 다르다. 보호 부재(40)와 마찬가지로, 보호 부재(440)의 각각 하부에는 양극액 공급용 유통부(71)가, 각각 상부에는 양극액·가스 회수용 유통부(73)가 마련되어 있다. 또한 양극 엔드 셀(10e)에 인접하는 보호 부재(440A) 이외의 각 보호 부재(440)의 각각 하부에는 음극액 공급용 유통부(72)가, 각각 상부에는 음극액·가스 회수용 유통부(74)가 마련되어 있다. 격막(30)의 주연부는, 보호 부재(440)의 엘라스토머 피복(442) 및 금속판(441)에 연통해서 마련된 슬릿부에 유지되어 있다. 이와 같은 전해조(400)에 의해서도, 전해조(100)(도 3∼5)에 대하여 상기 설명한 효과와 마찬가지의 효과를 얻는 것이 가능하다.
금속판(441)을 구성하는 금속 재료로서는, 알칼리내성을 갖는 강성의 금속 재료를 바람직하게 사용할 수 있고, 예를 들면 니켈, 철 등의 단체 금속이나 SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316, SUS316L 등의 스테인리스강 등의 금속 재료를 바람직하게 채용할 수 있다. 이들 금속 재료에는, 내식성을 향상시키기 위해서, 니켈 도금을 실시해도 된다.
엘라스토머 피복(442)을 구성하는 엘라스토머로서는, 전기절연성 및 내알칼리성을 갖는 엘라스토머를 바람직하게 사용할 수 있다. 그와 같은 엘라스토머의 예로서는, 천연 고무(NR), 스티렌부타디엔 고무(SBR), 클로로프렌 고무(CR), 부타디엔 고무(BR), 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR), 에틸렌-프로필렌 고무(EPT), 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(EPDM), 이소부틸렌-이소프렌 고무(IIR), 클로로설폰화폴리에틸렌 고무(CSM) 등의 엘라스토머를 들 수 있다. 또한, 알칼리내성을 갖지 않는 엘라스토머를 사용할 경우, 당해 엘라스토머의 표면에 내알칼리성을 갖는 재료의 층을 피복 등에 의해 마련해도 된다.
도 11은, 본 발명의 또 다른 일 실시형태에 따른 전해조(500)를 모식적으로 설명하는 단면도이다. 전해조(500)는, 알칼리수 전해용의 전해조이다. 도 11에 있어서, 도 3∼10에 이미 나타낸 요소에는 도 3∼10에 있어서의 부호와 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략한다. 도 11에 있어서, 지면 상하 방향이 연직 상하 방향에 각각 대응한다. 전해조(500)는, 보호 부재(40) 대신에 보호 부재(540)를 구비하는 점에 있어서, 전해조(300)(도 9)와 서로 다르다. 보호 부재(540)는, 격막(30)의 주연부를 협지하는 가스킷(541)과, 가스킷(541)을 유지하는 수지제의 유지 부재(542)를 구비하고, 유지 부재(542)가 각 극실 셀의 사이에 협지되는 점에 있어서, 보호 부재(40)와 서로 다르다. 보호 부재(40)와 마찬가지로, 보호 부재(540)의 각각 하부에는 양극액 공급용 유통부(71)가, 각각 상부에는 양극액·가스 회수용 유통부(73)가 마련되어 있다. 또한 양극 엔드 셀(10e)에 인접하는 보호 부재(540A) 이외의 각 보호 부재(540)의 각각 하부에는 음극액 공급용 유통부(72)가, 각각 상부에는 음극액·가스 회수용 유통부(74)가 마련되어 있다.
도 12는, 전해조(500)에 있어서의 보호 부재(540)를 더 상세히 설명하는 단면도이다. 도 12의 (A)∼(C)에 있어서, 지면 상하 방향이 연직 상하 방향에 각각 대응한다. 도 12의 (A)는, 보호 부재(540)를 분해한 자세를 나타내는 단면도이다. 상기한 바와 같이, 보호 부재(540)는, 격막(30)의 주연부를 유지하는 가스킷(541)과, 가스킷(541)을 유지하는 수지제의 유지 부재(542)를 구비하고 있다. 유지 부재(542)는, 기체 프레임(5421)과, 덮개 프레임(5422)을 구비한다. 기체 프레임(5421)의 외주측에는, 각 극액 공급용/회수용 유통부(71∼74)가 마련되어 있다. 기체 프레임(5421)은, 기체 프레임(5421)의 내주측에 마련되고, 가스킷(541)을 수용하는 것이 가능한 치수를 갖는 수용부(5421a)와, 수용부(5421a)로부터 기체 프레임(5421)의 내주측으로 돌출해서 연재하고, 수용부(5421a)에 가스킷(541)이 수용되었을 때에 가스킷(541)을 각 극실 셀 및 보호 부재(540)의 적층 방향(도 12의 지면 좌우 방향. 이하에 있어서 단순히 「적층 방향」이라 하는 경우가 있다)으로 지지하는 지지부(5421b)를 구비하고 있다. 도 12의 (B)는, 가스킷(541)이 기체 프레임(5421)의 수용부(5421a)에 수용되고, 지지부(5421b)에 적층 방향으로부터 지지되어 있는 자세를 나타내는 단면도이다. 수용부(5421a)의 적층 방향에 있어서의 깊이는, 격막(30)의 주연부를 유지한 가스킷(541)의 적층 방향에 있어서의 두께보다도 깊으므로, 격막(30)을 유지한 가스킷(541)이 수용부(5421a)에 수용되어 지지부(5421b)에 적층 방향으로부터 지지되어 있을 때, 수용부(5421a)에 수용된 가스킷(541)의 지지부(5421b)와는 반대측의 면(541a)과, 기체 프레임(5421)의 지지부(5421b)와는 반대측의 면(5421c)과의 사이에는 단차가 발생한다(도 12의 (B)). 덮개 프레임(5422)은, 수용부(5421a)에 가스킷(541)을 수용한 기체 프레임(5421)의 면(5421c)과 가스킷의 면(541a)과의 사이의 단차에 수용되는 것이 가능한 치수를 갖고 있다. 즉, 덮개 프레임(5422)의 외주부는, 기체 프레임(5421)의 수용부(5421a)의 내주부와 대략 동일한 치수를 갖고 있고, 덮개 프레임(5422)의 내주부는, 기체 프레임(5421)의 지지부(5421b)의 내주부와 대략 동일한 치수를 갖고 있고, 덮개 프레임(5422)의 적층 방향에 있어서의 두께는, 격막(30)을 유지한 가스킷(541)의 적층 방향의 두께와 덮개 프레임(5422)의 적층 방향의 두께와의 합계가 기체 프레임(5421)의 수용부(5421a)의 적층 방향의 깊이와 대략 동일하게 되도록 되어 있다. 도 12의 (C)는, 도 12의 (B)에 있어서의 기체 프레임(5421)의 면(5421c)과 가스킷의 면(541a)과의 사이의 단차에 덮개 프레임(5422)이 수용된 자세를 나타내는 단면도이다. 도 12의 (C)에 나타내는 바와 같이, 가스킷(541) 및 덮개 프레임(5422)이 기체 프레임(5421)의 수용부(5421a)에 수용됨에 의해, 가스킷(541)이 유지 부재(542)에 유지된다. 전해조(500)에 있어서 보호 부재(540)는, 인접하는 양극 엔드 셀(10e) 혹은 음극 엔드 셀(20e) 또는 각 극실 셀(10, 20)로부터 적층 방향으로 압압력(押壓力)을 받으므로(도 11), 기체 프레임(5421)의 수용부(5421a)에 수용된 가스킷(541)은 기체 프레임(5421)의 지지부(5421b)와 덮개 프레임(5422)에 의해서 적층 방향으로 협지되어 고정된다.
전해조(500)에 있어서, 가스킷(541)을 구성하는 재료로서는, 가스킷(40)에 대하여 상기 설명한 재료와 마찬가지의 재료를 사용할 수 있다. 유지 부재(542)의 기체 프레임(5421) 및 덮개 프레임(5422)을 구성하는 수지 재료로서는, 내알칼리성을 갖고 적층 방향으로 인가되는 압압력에 견딜 수 있는 강도를 갖는 수지 재료를 특히 제한 없이 사용할 수 있다. 그와 같은 수지 재료의 예로서는, 경질 염화비닐 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리에테르이미드 수지, 폴리페닐렌설파이드 수지, 폴리벤조이미다졸 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌 수지, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체 수지, 테트라플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체 수지 등을 들 수 있다.
이와 같은 전해조(500)에 의해서도, 전해조(100)(도 3∼5)에 대하여 상기 설명한 효과와 마찬가지의 효과를 얻는 것이 가능하다.
<2. 가스 제조 방법>
본 발명의 가스 제조 방법은, 알칼리수를 전해해서 적어도 수소 가스를 제조하는 방법으로서, (a) 본 발명의 알칼리수 전해용 전해조에, 변동하는 직류 전류를 통전함에 의해, 음극액·가스 회수관(84)으로부터 수소 가스를 회수하는 공정을 포함한다. 공정 (a)에 있어서는, 본 발명의 상기 효과가 현저하게 나타나는 점에서, 전해조가 상기 변동하는 직류 전류의 최소값에 의해 운전될 때의 단위 시간당의 주반응의 수소 가스 발생량이, 전해조가 상기 변동하는 직류 전류의 최대값에 의해 운전될 때의 단위 시간당의 주반응의 수소 가스 발생량의 10% 미만인 것이 바람직하고, 5% 미만인 것이 보다 바람직하고, 또한 하나의 실시형태에 있어서 1% 이상, 다른 하나의 실시형태에 있어서 2% 이상이다. 공정 (a)는, 양극액·가스 회수관(83)으로부터 산소 가스를 회수하는 것을 더 포함해도 된다. 공정 (a)는 또한, 양극액 공급관(71)으로부터 양극액을, 음극액 공급관(72)으로부터 음극액을 각각 공급함과 함께, 양극액·가스 회수관(73)으로부터 양극액을, 음극액·가스 회수관(74)으로부터 음극액을 각각 회수하는 것을 포함할 수 있다. 또 상기 변동하는 직류 전류의 변동폭은, 소정의 범위 내인 것이 바람직하다. 본 발명의 가스 제조 방법에 따르면, 상기 본 발명의 알칼리수 전해용 전해조를 사용함에 의해, 불안정 전원을 사용한 경우여도 리크 전류의 영향을 억제할 수 있으므로, 불안정 전원을 사용하면서도 순도가 향상한 수소 가스 및 산소 가스를 제조하는 것이 가능하게 된다.
10 : 양극실 셀
10e, 210e : 양극 엔드 셀
20 : 음극실 셀
20e, 220e : 음극 엔드 셀
310 : 일체형 극실 셀
11, 21, 311 : 배면 격벽
12, 22, 312 : 플랜지부
13, 23 : 도전성 리브
14 : (산소 발생용)양극
24 : (수소 발생용)음극
30 : (이온투과성)격막
40, 40A, 40C, 240A, 240C, 440, 440A, 440C, 540, 540A, 540C : 보호 부재
441 : 금속판
442 : (전기절연성의)엘라스토머 피복
541 : 가스킷
542 : 유지 부재
5421 : 기체 프레임
5421a : 수용부
5421b : 지지부
5422 : 덮개 프레임
51, 251 : 양극측 절연판
52, 252 : 음극측 절연판
61, 261 : 양극측 프레스 프레임
62, 262 : 음극측 프레스 프레임
62a, 52a, 261a, 251a : 제1 관통공
62b, 52b, 261b, 251b : 제2 관통공
62c, 52c, 261c, 251c : 제3 관통공
62d, 52d, 261d, 251c : 제4 관통공
71 : 양극액 공급용 유통부
72 : 음극액 공급용 유통부
73 : 양극액·가스 회수용 유통부
74 : 음극액·가스 회수용 유통부
81 : 양극액 공급관
82 : 음극액 공급관
83 : 양극액·가스 회수관
84 : 음극액·가스 회수관
71a : 양극액 공급로
73a : 양극액 배출로
72a : 음극액 공급로
74a : 음극액 배출로
101e, 201e : 양극 엔드 유닛
102e, 202e : 음극 엔드 유닛
100, 200, 300, 400, 500, 900 : 전해조
A : 양극실
C : 음극실
10e, 210e : 양극 엔드 셀
20 : 음극실 셀
20e, 220e : 음극 엔드 셀
310 : 일체형 극실 셀
11, 21, 311 : 배면 격벽
12, 22, 312 : 플랜지부
13, 23 : 도전성 리브
14 : (산소 발생용)양극
24 : (수소 발생용)음극
30 : (이온투과성)격막
40, 40A, 40C, 240A, 240C, 440, 440A, 440C, 540, 540A, 540C : 보호 부재
441 : 금속판
442 : (전기절연성의)엘라스토머 피복
541 : 가스킷
542 : 유지 부재
5421 : 기체 프레임
5421a : 수용부
5421b : 지지부
5422 : 덮개 프레임
51, 251 : 양극측 절연판
52, 252 : 음극측 절연판
61, 261 : 양극측 프레스 프레임
62, 262 : 음극측 프레스 프레임
62a, 52a, 261a, 251a : 제1 관통공
62b, 52b, 261b, 251b : 제2 관통공
62c, 52c, 261c, 251c : 제3 관통공
62d, 52d, 261d, 251c : 제4 관통공
71 : 양극액 공급용 유통부
72 : 음극액 공급용 유통부
73 : 양극액·가스 회수용 유통부
74 : 음극액·가스 회수용 유통부
81 : 양극액 공급관
82 : 음극액 공급관
83 : 양극액·가스 회수관
84 : 음극액·가스 회수관
71a : 양극액 공급로
73a : 양극액 배출로
72a : 음극액 공급로
74a : 음극액 배출로
101e, 201e : 양극 엔드 유닛
102e, 202e : 음극 엔드 유닛
100, 200, 300, 400, 500, 900 : 전해조
A : 양극실
C : 음극실
Claims (6)
- 알칼리수로 이루어지는 전해액을 전해해서 산소 및 수소를 얻기 위한 전해조로서,
당해 전해조는, 양극 엔드 유닛 및 음극 엔드 유닛의 사이에, 산소 발생용 양극을 수용하는 양극실 셀과, 수소 발생용 음극을 수용하는 음극실 셀이, 주연부가 보호 부재에 의해 유지된 이온투과성 격막을 개재해서 교호로 복수 배치된 구조를 포함해서 이루어지고,
상기 전해조는,
양극 엔드 유닛과,
음극 엔드 유닛과,
각각 제1 도전성의 배면 격벽을 구비하며 또한 산소 발생용 양극을 수용하는, 복수의 양극실 셀과,
각각 제2 도전성의 배면 격벽을 구비하며 또한 수소 발생용 음극을 수용하는, 복수의 음극실 셀과,
각각 주연부가 보호 부재에 의해 유지된, 복수의 이온투과성 격막
을 구비하고,
각각의 인접하는 상기 이온투과성 격막의 사이에는, 상기 제1 도전성의 배면 격벽을 상기 양극 엔드 유닛측을 향하게 한 하나의 양극실 셀과, 상기 제2 도전성의 배면 격벽을 상기 음극 엔드 유닛측을 향하게 한 하나의 음극실 셀의 조(組)가, 상기 제1 도전성의 배면 격벽과 상기 제2 도전성의 배면 격벽이 인접하도록 배치되고,
각각의 인접하는 상기 이온투과성 격막의 사이에 있어서, 상기 제1 도전성의 배면 격벽과 상기 제2 도전성의 배면 격벽은, 일체로 형성되어 있어도, 되어 있지 않아도 되고,
상기 양극 엔드 유닛은, 전해조의 양극측 단부측으로부터 순서대로 배치된, 양극측 프레스 프레임, 양극측 절연판, 및 양극 엔드 셀을 구비해서 이루어지고,
상기 음극 엔드 유닛은, 전해조의 음극측 단부측으로부터 순서대로 배치된, 음극측 프레스 프레임, 음극측 절연판, 및 음극 엔드 셀을 구비해서 이루어지고,
상기 양극 엔드 셀의 하부, 각 양극실 셀의 하부, 각 음극실 셀의 하부, 및 상기 음극 엔드 셀에 인접하는 보호 부재 이외의 각 보호 부재의 하부에는, 양극액 공급용 유통부가 마련되어 있고, 당해 양극액 공급용 유통부로부터 상기 각 양극실에 양극액이 공급되고,
상기 양극 엔드 셀의 상부, 각 양극실 셀의 상부, 각 음극실 셀의 상부, 및 상기 음극 엔드 셀에 인접하는 보호 부재 이외의 각 보호 부재의 상부에는, 양극액·가스 회수용 유통부가 마련되어 있고, 당해 양극액·가스 회수용 유통부에 상기 각 양극실로부터 양극액 및 양극에서의 발생 가스가 회수되고,
상기 음극 엔드 셀의 하부, 각 양극실 셀의 하부, 각 음극실 셀의 하부, 및 상기 양극 엔드 셀에 인접하는 보호 부재 이외의 각 보호 부재의 하부에는, 음극액 공급용 유통부가 마련되어 있고, 당해 음극액 공급용 유통부로부터 상기 각 음극실에 음극액이 공급되고,
상기 음극 엔드 셀의 상부, 각 양극실 셀의 상부, 각 음극실 셀의 상부, 및 상기 양극 엔드 셀에 인접하는 보호 부재 이외의 각 보호 부재의 상부에는, 음극액·가스 회수용 유통부가 마련되어 있고, 당해 음극액·가스 회수용 유통부에 상기 각 음극실로부터 음극액 및 음극에서의 발생 가스가 회수되고,
상기 양극액 공급용 유통부에 양극액을 공급하는 양극액 공급관이, 상기 양극측 프레스 프레임 및 상기 양극측 절연판에 상기 양극액 공급용 유통부와 연통해서 마련된 또는 상기 음극측 프레스 프레임 및 상기 음극측 절연판에 상기 양극액 공급용 유통부와 연통해서 마련된 제1 관통공을 통해, 상기 양극액 공급용 유통부에 접속되고,
상기 양극액 공급관이 상기 음극측 프레스 프레임 및 상기 음극측 절연판에 마련된 제1 관통공을 통해 상기 양극액 공급용 유통부에 접속되는 경우에는, 상기 음극 엔드 셀의 하부 및 상기 음극 엔드 셀에 인접하는 보호 부재의 하부에도 상기 양극액 공급용 유통부가 마련되어 있고,
상기 음극액 공급용 유통부에 음극액을 공급하는 음극액 공급관이, 상기 양극측 프레스 프레임 및 상기 양극측 절연판에 상기 음극액 공급용 유통부와 연통해서 마련된 또는 상기 음극측 프레스 프레임 및 상기 음극측 절연판에 상기 음극액 공급용 유통부와 연통해서 마련된 제2 관통공을 통해, 상기 음극액 공급용 유통부에 접속되고,
상기 음극액 공급관이 상기 양극측 프레스 프레임 및 상기 양극측 절연판에 마련된 제2 관통공을 통해 상기 음극액 공급용 유통부에 접속되는 경우에는, 상기 양극 엔드 셀의 하부 및 상기 양극 엔드 셀에 인접하는 보호 부재의 하부에도 상기 음극액 공급용 유통부가 마련되어 있고,
상기 양극액·가스 회수용 유통부로부터 양극액 및 가스를 회수하는 양극액·가스 회수관이, 상기 양극측 프레스 프레임 및 상기 양극측 절연판에 상기 양극액·가스 회수용 유통부와 연통해서 마련된 또는 상기 음극측 프레스 프레임 및 상기 음극측 절연판에 상기 양극액·가스 회수용 유통부와 연통해서 마련된 제3 관통공을 통해, 상기 양극액·가스 회수용 유통부에 접속되고,
상기 양극액·가스 회수관이 상기 음극측 프레스 프레임 및 상기 음극측 절연판에 마련된 제3 관통공을 통해 상기 양극액·가스 회수용 유통부에 접속되는 경우에는, 상기 음극 엔드 셀의 상부 및 상기 음극 엔드 셀에 인접하는 보호 부재의 상부에도 상기 양극액·가스 회수용 유통부가 마련되어 있고,
상기 음극액·가스 회수용 유통부로부터 음극액 및 가스를 회수하는 음극액·가스 회수관이, 상기 양극측 프레스 프레임 및 상기 양극측 절연판에 상기 음극액·가스 회수용 유통부와 연통해서 마련된 또는 상기 음극측 프레스 프레임 및 상기 음극측 절연판에 상기 음극액·가스 회수용 유통부와 연통해서 마련된 제4 관통공을 통해, 상기 음극액·가스 회수용 유통부에 접속되고,
상기 음극액·가스 회수관이 상기 양극측 프레스 프레임 및 상기 양극측 절연판에 마련된 제4 관통공을 통해 상기 음극액·가스 회수용 유통부에 접속되는 경우에는, 상기 양극 엔드 셀의 상부 및 상기 양극 엔드 셀에 인접하는 보호 부재의 상부에도 상기 음극액·가스 회수용 유통부가 마련되어 있고,
상기 양극액 공급관, 음극액 공급관, 양극액·가스 회수관, 및 음극액·가스 회수관의 각각은, 적어도 내면이 전기절연성의 수지에 의해 피복된 금속관이고,
양극액은, 상기 양극액 공급관과 상기 양극액 공급용 유통부의 접속부 및 상기 양극액·가스 회수관과 상기 양극액·가스 회수용 유통부의 접속부에 있어서, 상기 양극액 공급관의 금속 부재, 상기 양극액·가스 회수관의 금속 부재, 상기 양극측 프레스 프레임의 금속 부재, 및 상기 음극측 프레스 프레임의 금속 부재, 그리고 이들과 전기적으로 도통한 금속 부재의 어느 것에도 접촉하지 않고,
음극액은, 상기 음극액 공급관과 상기 음극액 공급용 유통부의 접속부 및 상기 음극액·가스 회수관과 상기 음극액·가스 회수용 유통부의 접속부에 있어서, 상기 음극액 공급관의 금속 부재, 상기 음극액·가스 회수관의 금속 부재, 상기 양극측 프레스 프레임의 금속 부재, 및 상기 음극측 프레스 프레임의 금속 부재, 그리고 이들과 전기적으로 도통한 금속 부재의 어느 것에도 접촉하지 않고,
최소 전류에 의해 운전될 때의 단위 시간당의 주반응의 수소 가스 발생량이, 최대 전류에 의해 운전될 때의 단위 시간당의 주반응의 수소 가스 발생량의 10% 미만인 것을 특징으로 하는, 알칼리수 전해용 전해조. - 제1항에 있어서,
각각의 상기 양극액 공급용 유통부가, 상호 연통하고 있고,
각각의 상기 양극액·가스 회수용 유통부가, 상호 연통하고 있고,
각각의 상기 음극액 공급용 유통부가, 상호 연통하고 있고,
각각의 상기 음극액·가스 회수용 유통부가, 상호 연통하고 있는,
알칼리수 전해용 전해조. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 양극 엔드 셀, 각 양극실 셀, 각 음극실 셀, 각 보호 부재, 및 상기 음극 엔드 셀의 각각의 하부에, 상기 음극액 공급용 유통부가 마련되어 있고,
상기 양극 엔드 셀, 각 양극실 셀, 각 음극실 셀, 각 보호 부재, 및 상기 음극 엔드 셀의 각각의 상부에, 상기 음극액·가스 회수용 유통부가 마련되어 있고,
상기 양극액 공급관이, 상기 양극측 프레스 프레임 및 상기 양극측 절연판에 상기 양극액 공급용 유통부와 연통해서 마련된 상기 제1 관통공을 통해, 상기 양극액 공급용 유통부에 접속되고,
상기 음극액 공급관이, 상기 양극측 프레스 프레임 및 상기 양극측 절연판에 상기 음극액 공급용 유통부와 연통해서 마련된 상기 제2 관통공을 통해, 상기 음극액 공급용 유통부에 접속되고,
상기 양극액·가스 회수관이, 상기 양극측 프레스 프레임 및 상기 양극측 절연판에 상기 양극액·가스 회수용 유통부와 연통해서 마련된 상기 제3 관통공을 통해, 상기 양극액·가스 회수용 유통부에 접속되고,
상기 음극액·가스 회수관이, 상기 양극측 프레스 프레임 및 상기 양극측 절연판에 상기 음극액·가스 회수용 유통부와 연통해서 마련된 상기 제4 관통공을 통해, 상기 음극액·가스 회수용 유통부에 접속되어 있는,
알칼리수 전해용 전해조. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 양극 엔드 유닛, 각 양극실 셀, 각 음극실 셀, 각 보호 부재, 및 상기 음극 엔드 셀의 각각의 하부에, 상기 양극액 공급용 유통부가 마련되어 있고,
상기 양극 엔드 유닛, 각 양극실 셀, 각 음극실 셀, 각 보호 부재, 및 상기 음극 엔드 셀의 각각의 상부에, 상기 양극액·가스 회수용 유통부가 마련되어 있고,
상기 양극액 공급관이, 상기 음극측 프레스 프레임 및 상기 음극측 절연판에 상기 양극액 공급용 유통부와 연통해서 마련된 상기 제1 관통공을 통해, 상기 양극액 공급용 유통부에 접속되고,
상기 음극액 공급관이, 상기 음극측 프레스 프레임 및 상기 음극측 절연판에 상기 음극액 공급용 유통부와 연통해서 마련된 상기 제2 관통공을 통해, 상기 음극액 공급용 유통부에 접속되고,
상기 양극액·가스 회수관이, 상기 음극측 프레스 프레임 및 상기 음극측 절연판에 상기 양극액·가스 회수용 유통부와 연통해서 마련된 상기 제3 관통공을 통해, 상기 양극액·가스 회수용 유통부에 접속되고,
상기 음극액·가스 회수관이, 상기 음극측 프레스 프레임 및 상기 음극측 절연판에 상기 음극액·가스 회수용 유통부와 연통해서 마련된 상기 제4 관통공을 통해, 상기 음극액·가스 회수용 유통부에 접속되어 있는,
알칼리수 전해용 전해조. - 알칼리수를 전해해서 적어도 수소 가스를 제조하는 방법으로서,
(a) 제1항 또는 제2항에 기재된 알칼리수 전해용 전해조에, 변동하는 직류 전류를 통전함에 의해, 상기 음극액·가스 회수관으로부터 수소 가스를 회수하는 공정을 포함하고,
상기 공정 (a)에 있어서, 상기 전해조가 상기 변동하는 직류 전류의 최소값에 의해 운전될 때의 단위 시간당의 주반응의 수소 가스 발생량이, 상기 전해조가 상기 변동하는 직류 전류의 최대값에 의해 운전될 때의 단위 시간당의 주반응의 수소 가스 발생량의 10% 미만인 것을 특징으로 하는, 가스 제조 방법. - 제5항에 있어서,
상기 공정 (a)가, 상기 양극액·가스 회수관으로부터 산소 가스를 회수하는 것을 더 포함하는,
가스 제조 방법.
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