TW202214912A - 鹼水電解槽 - Google Patents

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Abstract

包含和區隔陽極室之陽極側框體、和區隔陰極室之陰極側框體、和配置於陽極側框體與陰極側框體之間，區分陽極室與陰極室之離子透過性之隔膜、和挾持於陽極側框體及陰極側框體，保持隔膜之周緣部的密合墊、和不保持於密合墊，配置於陽極室內部之陽極、和不保持於密合墊，配置於陰極室內部之陰極、和配置於陽極室內部，具有導電性之第1之彈性體；陽極係具有可撓性之第1之多孔板，陽極係配置於隔膜與第1之彈性體之間，經由第1之彈性體，朝向前述陰極按壓之鹼水電解槽。

Description

鹼水電解槽
本發明係有關於鹼水電解用之電解槽。
做為氫氣及氧氣之製造方法，已知有鹼水電解法。於鹼水電解法中，將溶解鹼金屬氫氧化物(例如NaOH、KOH等)之鹽基性之水溶液(鹼水)做為電解液使用，經由電解水，從陰極產生氫氣，從陽極產生氧氣。做為鹼水電解用之電解槽，已知有具備經由離子透過性之隔膜分割之陽極室及陰極室，各別於陽極室配置陽極，於陰極室配置陰極之電解槽。更且，為了減低能量損失，提案有陽極及陰極具有各別以直接接觸隔膜之方式加以保持的零間隙構造的電解槽(零間隙型電解槽)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 日本特開2001-262387號公報 [專利文獻2] 日本特開2013-104090號公報 [專利文獻3] 日本特開2013-108150號公報 [專利文獻4] 國際公開2018/139616號 [專利文獻5] 日本特開2015-117407號公報 [專利文獻6] 國際公開2013/191140號 [專利文獻7] 日本特許第4453973號公報 [專利文獻8] 日本特許第6093351號公報 [專利文獻9] 日本特開2015-117417號公報 [專利文獻10] 國際公開2019/111832號
[發明欲解決之課題]
圖1係模式性說明有關一之實施形態之以往之零間隙型鹼水電解槽900的部分剖面圖。零間隙型電解槽900係具備備有隔成陽極室A與陰極室C之導電性之間隔壁911及凸緣部912之極室單元910、910、…、和配置於鄰接之極室單元910、910之間的離子透過性之隔膜920、和配置於隔膜920與極室單元910之凸緣部912間，挾入隔膜920之周緣部的密合墊930、930、和保持於從一方之極室單元之間隔壁911立設之導電性肋部913、913、…剛性的陽極940、和保持於從另一方之極室單元之間隔壁911立設之導電性肋部914、914、…的集電體950及保持於接觸於該集電體950之導電性之彈性體960之柔軟之陰極970。陰極970之周緣部及導電性之彈性體960之周緣部係固定於集電體950之周緣部。零間隙型電解槽900中，導電性之彈性體960則經由柔軟之陰極970朝向隔膜920及陽極940按壓、於隣接之陰極970及陽極940之間，挾入隔膜920。其結果，隔膜920與陽極940及陰極970直接接觸(即，零間隙)之故，陽極940與陰極970之間之溶液電阻則減低，因此，減低能量損失。
以往之零間隙型鹼水電解槽900中，導電性之彈性體960則經由柔軟之陰極970朝向隔膜920及剛性之陽極940按壓、剛性之陽極940係熔接於導電性肋部913的同時，導電性肋部913係熔接於間隔壁911。此構造係多為將產生氫氣之陰極室側之壓力，維持較產生氧氣之陽極室側之壓力為高之鹼水電解程序中，可稱為是合理的。即，做為鹼水電解槽之離子透過性之隔膜920，代替在鹼金屬鹽之電解槽所使用之高價之離子交換膜，通常使用便宜之多孔質膜。與離子交換膜不同，多孔質膜之隔膜920係對於氣體而言，具有某程度之透過性。因此，從提高自陰極室回收之氫氣之純度的觀點視之，將產生氫氣之陰極室內之壓力，維持在較產生氧氣之陽極室內之壓力為高之下，進行電解為有利的。陰極室內之壓力較陽極室內之壓力為高時，隔膜920係經由兩極室間之壓力差(差壓)，朝向陽極940按壓。如上述鹼水電解槽900，將導電性之彈性體960柔軟之陰極970朝向剛性之陽極940按壓之構造中、導電性之彈性體960按壓陰極970之方向係與兩極室間之差壓按壓隔膜920之力為相同方向之故。即使導電性之彈性體960之反彈力為低，亦可維持安定之零間隙狀態。此係從加長彈性體960之更新間隔之觀點，及從減低起因於運轉中之壓力變動之隔膜10之摩秏之觀點視之，亦為有利的。
但是，於鹼水電解槽之陽極940中，產生氧氣之故，從陽極940流出電子之同時，陽極940係放置在氧化之條件下。陽極940係通常具備導電性基材、和載持於該基材之表面之觸媒。置於如上述氧化條件下之陽極940中，易於產生觸媒或導電性基材之離子化或氧化之故，觸媒則易於從電極表面脫落，其結果陽極940係較陰極970容易迎來壽命到來之傾向。迎來壽命之陽極940係需置換新的陽極。於電解槽900中，為了交換陽極940，需(1)將陽極940從導電性肋部913(例如經由熔斷等)機械性分離，(2)進行排齊導電性肋部913之端部之高度(例如經由研磨等)之調整後，(3)將新陽極940熔接於導電性肋部913。為進行如此交換作業需專用之設備之故，在設置及運用電解槽之現場，則難以進行陽極940之交換作業。因此，陽極940迎接壽命之極室單元910係送達至可進行陽極940之交換作業之工廠，在該工廠進行陽極940之交換作業之後，完成陽極940之交換作業之極室單元910則在示本之狀態下，或更且安裝彈性材960及陰極970之狀態下，從工廠送返至電解槽之設置運用地。如此，以往之零間隙型鹼水電解槽中，對於陽極之更新作業需要高額之費用。
如此，剛性之陽極係一般而言經由熔接於導電性肋部加以固定之故，對於陽極之交換需要勞工及費用。從容易進行陽極之卸脫之觀點視之，可成為不具備導電性肋部之電解槽，但導電性肋部不單是有電性連接電極與間隔壁之功能，另外還有確保極室內之極液及氣體流動之空間的重要功能。尤其，於零間隙型電解槽中，電極所產生之氣體係無法逃逸至電極之隔膜側之故，因此逃逸至電極之間隔壁側。經由將具有可使電極所產生之氣體逃逸之某程度之寬廣之空間，設置於電極(及如存在為導電性之彈性體)之背後(即間隔壁側)，電極所產生之氣體可縮短滯留於電極附近之時間之故，可減低氣體阻抗而減低電解電壓。因此，在於陽極室設置導電性肋部，從減低能量損失之觀點視為為重要的。
本發明係提供可容易進行陽極之交換之零間隙型鹼水電解槽，尤其提供即使於陽極室設有導電性肋部之時，亦可容易進行陽極之交換之零間隙型鹼水電解槽為課題。 [為解決課題之手段]
本發明係包含以下之[1]~[9]之形態。 [1] 包含區隔陽極室之陽極側框體、 和區隔陰極室之陰極側框體、 和分割配置於前述陽極側框體與前述陰極側框體間之前述陽極室與前述陰極室之離子透過性之隔膜、 和挾持於陽極側框體及陰極側框體，保持前述隔膜之周緣部的密合墊、 和不保持於前述密合墊，配置於前述陽極室內部之陽極、 和不保持於前述密合墊，配置於前述陰極室內部之陰極、 和配置於前述陽極室內部，具有導電性之第1之彈性體； 前述陽極係具有可撓性之第1之多孔板， 前述陽極係配置於前述隔膜與前述第1之彈性體之間，經由前述第1之彈性體，朝向前述陰極按壓的之鹼水電解槽。
[2] 前述陽極室係包含 從前述陽極側框體之內壁突而設之至少1個之第1之導電性肋部、 和保持於前述第1之導電性肋部之導電性之第1之集電體； 前述第1之彈性體係支持於前述第1之集電體之記載於[1]之鹼水電解槽。
[3] 更包含接觸配置於前述陽極，具有導電性之第1之剛體集電體， 前述第1之剛體集電體係配置於前述陽極與前述第1之彈性體之間， 前述陽極係經由前述第1之剛體集電體加以支持之記載於[1]或[2]之鹼水電解槽。
[4] 前述陰極係剛體多孔板之記載於[1]~[3]之鹼水電解槽。
[5] 前述陰極室係包含從前述陰極側框體之內壁突而設之至少1個之第2之導電性肋部、 前述陰極係保持於前述第2之導電性肋部之記載於[4]之鹼水電解槽。
[6] 更包含配置於前述陰極室內部，具有導電性之第2之彈性體； 前述陰極係具有可撓性之第2之多孔板， 前述陰極係配置於前述隔膜與前述第2之彈性體之間，經由前述第2之彈性體，朝向前述陽極按壓之記載於[1]~[3]之任一之鹼水電解槽。
[7] 前述陰極室係包含 從前述陰極側框體之內壁突而設之至少1個之第2之導電性肋部、 和保持於前述第2之導電性肋部之導電性之第2之集電體； 前述第2之彈性體係支持於前述第2之集電體之記載於[6]之鹼水電解槽。
[8] 更包含接觸配置於前述陰極，具有導電性之第2之剛體集電體， 前述第2之剛體集電體係配置於前述陰極與前述第2之彈性體之間， 前述陰極係經由前述第2之剛體集電體加以支持之記載於[6]或[7]之鹼水電解槽。
[9] 記載於[1]~[8]之任一之鹼水電解槽中，交換前述陽極之方法中， 包含將前述陽極側框體從前述密合墊分離、 和將前述隔膜從前述陽極分離、 和將前述陽極從前述陽極室取出、 和代替前述陽極，使用新的陽極，組裝前述鹼水電解槽、 之鹼水電解槽之電極交換方法。 [發明效果]
根據本發明之鹼水電解槽時，具有可撓性之陽極則經由導電性之彈性體，朝向陰極按壓，實現零間隙構造。因此，根據本發明之鹼水電解槽，可容易進行陽極之交換，尤其即使於陽極室內設有導電性肋部之時，亦可容易進行陽極之交換。
以下，參照圖面，對於本發明之實施形態加以說明。惟，本發明係非限定於此等之形態。然而，圖面並非反映正確之尺寸。又，圖中，有省略部分符號之情形。於本說明書中，沒有特別禁制之下，對於數值A及B，「A~B」之表記係意味「A以上B以下」。於有關表記中，僅於數值B附上單位時，該單位亦適用於數值A。又，「或」及「或者」之用語在未特別加以禁制之下，係意味邏輯或。又，對於要素E 1及E 2 ，「E 1及/或E 2」之表記係意味「E 1或者是E 2 ，或此等之組合」，對於要素E 1、…、E N(N係3以上之整數)，「E 1、…、E N-1、及/或E N」之表記係意味「E 1、…、E N-1、或者是E N、或此等之組合」。
圖2係模式性說明關於一之實施形態之鹼水電解槽100(以下有記為「電解槽100」之情形)之剖面圖。如圖2所示、電解槽100 係具備區隔陽極室A之導電性之陽極側框體51；和區隔陰極室C之導電性之陰極側框體52；和配置於陽極側框體51與陰極側框體52之間，區分陽極室A與陰極室C之離子透過性之隔膜10；和挾持於陽極側框體51及陰極側框體52，保持隔膜10之周緣部的密合墊30、30(以下，有單純稱「密合墊30」之情形。)；和不保持於密合墊30，配置於陽極室A內部之陽極40；和不保持於密合墊30，配置於陰極室C內部之陰極21。於電解槽100中，陽極40係具有可撓性之多孔板(第1之多孔板)，陰極21係剛體多孔板(第2之多孔板)。電解槽100係具備從陽極側框體51內壁突出而設之至少1個之導電性肋部(第1之導電性肋部)61、61、…(以下，有稱為「導電性肋板61」之情形。)、和保持於導電性肋板61之集電體(第1之集電體)71、和保持於集電體71之具有導電性之彈性體(第1之彈性體)81，陽極40係經由彈性體81，朝向陰極21按壓槽。電解槽100係更具備從陰極側框體52內壁突出而設之至少1個之導電性肋部(第2之導電性肋部)62、62、…(以下，有稱為「導電性肋板62」之情形。)，陰極21係保持於導電性肋板62。
做為陽極側框體51及陰極側框體52，只要可各別區隔陽極室A及陰極室C，可不特別限制使用於鹼水電解槽之公知之框體。陽極側框體51係具有導電性之間隔壁51a、和與間隔壁51a之全周緣部水密性結合之凸緣部51b。同樣地，陰極側框體52亦具有導電性之間隔壁52a、和與間隔壁52a之全周緣部水密性結合之凸緣部52b。間隔壁51a、52a係分割鄰接之電解單元之彼此，且將鄰接之電解單元之彼此電性加以串聯連接。凸緣部51b係伴隨間隔壁51a、隔膜10、及密合墊30，區隔陽極室A，凸緣部52b係伴隨間隔壁52a、隔膜10、及密合墊30，區隔陰極室C。凸緣部51b、52b係具有對應於密合墊30之形状。即，在陽極側框體51與陰極側框體52，挾持密合墊30時，陽極側框體51之凸緣部51b及陰極側框體52之凸緣部52b係各別與密合墊30、30無間隙地接觸，然而，雖然未示於圖2，凸緣部51b係具備於陽極室A供給陽極液之陽極液供給流路、和從陽極室A回收在陽極液及陽極所產生之氣體的陽極液回收流路。又，凸緣部52b係具備於陰極室C供給陰極液之陰極液供給流路、和從陰極室C回收在陰極液及陰極所產生之氣體的陰極液回收流路。做為間隔壁51a、52a之材質，可不特別限制使用具有耐鹼性之剛性之導電性材料，做為如此材料，可列舉鎳、鐵等之單體金屬；SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等之不鏽鋼線；及於此等施以鍍鎳之金屬材料。做為凸緣部51b、52b之材質，可不特別限制使用具有耐鹼性之剛性之導電性材料，做為如此材料，可列舉鎳、鐵等之單體金屬；SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等之不鏽鋼線；及於此等施以鍍鎳之金屬材料；以及強化塑膠等之非金屬材料。陽極側框體51之間隔壁51a與凸緣部51b係可以焊接或黏著加以接合，以同一材料一體形成亦可。同樣地，陰極側框體52之間隔壁52a與凸緣部52b係可以焊接或黏著加以接合，以同一材料一體形成亦可。又，於圖2，雖僅顯示單一之電解單元(電解槽100)，陽極側框體51之凸緣部51b係亦延伸存在於間隔壁51a之相反側(圖2之紙面右側)，伴隨間隔壁51a，區隔隣接之電解單元之陰極室亦可，又陰極側框體52之凸緣部52b係延伸存在於間隔壁52a之相反側(圖2之紙面左側)，伴隨間隔壁52a，區隔隣接之電解單元之陽極室亦可。
做為隔膜10，可不特別限制採用使用於鹼水電解用之零間隙型電解槽之公知之離子透過性之隔膜。隔膜10係期望為氣體透過性低，導電度小，強度高。做為隔膜10之例，可列舉石棉及/或改性石棉所成多孔質膜、使用聚碸系聚合物多孔質膜、使用聚苯硫醚纖維之布、氟系多孔質膜、使用包含無機系材料與有機系材料之兩者之混合材料之多孔質膜等之多孔質隔膜。又，除了此等多孔質隔膜以外，可將氟系離子交換膜等之離子交換膜，做為隔膜10使用。
做為密合墊30，可不特別限制採用使用於鹼水電解用之電解槽，具有電性絕緣性之密合墊。於圖2，顯示密合墊30之剖面。密合墊30係具有平坦之形狀，挾持隔膜10之周緣部，另一方面，挾持於陽極側框體51之凸緣部51b及陰極側框體52之凸緣部52b之間。密合墊30係經由具有耐鹼性之彈性體加以形成為佳。做為密合墊30之材料之例，可列舉天然橡膠(NR)、苯乙烯丁二烯橡膠(SBR)、氯丁二烯橡膠(CR)、丁二烯橡膠(BR)、丙烯腈-丁二烯橡膠(NBR)、聚矽氧橡膠(SR)、乙烯-丙烯橡膠(EPT)、乙烯-丙烯-二烯橡膠(EPDM)、氟橡膠(FR)、異丁烯-異戊二烯橡膠(IIR)、胺甲酸乙酯橡膠(UR)、氯磺化聚乙烯橡膠(CSM)等之彈性體。又，使用不具有耐鹼性之密合墊材料之時，於該密合墊材料之表面，被覆設置具有耐鹼性之材料之層亦可。
做為第1之導電性肋部61及第2之導電性肋部62，可不特別限制使用於鹼水電解槽之公知之導電性肋部。於電解槽100中，第1之導電性肋部61係從陽極側框體51之間隔壁51a立設，第2之導電性肋部62係從陰極側框體52之間隔壁52a立設。第1之導電性肋部61只要可將第1之集電體71對於陽極側框體51而言加以固定及保持，第1之導電性肋部61之形狀、數目、及配置則不特別加以限制。又，第2之導電性肋部62只要可將陰極21對於陰極側框體52而言加以固定及保持，第2之導電性肋部62之形狀、數目、及配置則不特別加以限制。做為第1之導電性肋部61及第2之導電性肋部62之材質，可不特別限制使用具有耐鹼性之剛性之導電性材料，做為如此材料之例，可列舉鎳、鐵等之單體金屬；SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等之不鏽鋼；及於此等施以鍍鎳之金屬等之材料。
做為集電體(第1之集電體)71，可不特別限制在於鹼水電解槽使用之公知之集電體，例如可適切採用具有耐鹼性之剛性之導電性材料所成膨脹金屬、多孔金屬、網狀體等。做為集電體71之材料之例子，可列舉鎳、鐵等之單體金屬；SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等之不鏽鋼；及於此等施以鍍鎳之金屬等。將集電體71保持於導電性肋部61時，可不特別限制採用焊接或銷釘固定等之公知手法。
做為彈性體(第1之彈性體)81，可不特別限制在於鹼水電解槽使用之公知之彈性體，例如可適切採用具有耐鹼性之導電性材料所成金屬線之集合體所成彈性墊、螺旋彈簧、板彈簧等。做為集電體81之材料之例子，可列舉鎳、鐵等之單體金屬；SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等之不鏽鋼；及於此等施以鍍鎳之金屬等。將彈性體81保持於集電體71時，可不特別限制採用焊接或銷釘固定等之公知手法。
陽極40係產生氧用之陽極。陽極40係通常具備導電性基材、和被覆該基材之表面之觸媒層。觸媒層係以多孔質為佳。做為陽極40之導電性基材，例如可使用鎳鐵、釩、鉬、銅、銀、錳、白金族元素、石墨、或鉻、或此等之組合。於陽極40，可較佳使用鎳所成導電性基材。觸媒層係做為元素，含有鎳。觸媒層係包含氧化鎳、金屬鎳，或氫氧化鎳、或此等之組合為佳，亦可包含鎳與其他之1種以上之金屬的合金。觸媒層係由金屬鎳所成尤佳。然而，觸媒層係可更包含鉻、鉬、鈷、鉭、鋯、鋁、鋅、白金族元素、或稀土類元素、或此等之組合。於觸媒層之表面，可更載持銠、鈀、銥、或釕、或此等之組合做為追加之觸媒。
陽極40係具有可撓性之多孔板(第1之多孔板)。做為具有可撓性之多孔板之陽極40，可使用具備具有可撓性之導電性基材(例如以金屬線織成(或編成)之金屬網、薄多孔金屬等。)和上述觸媒層之多孔板。具有可撓性之多孔板之陽極40之一個孔之面積係較佳為0.05~2.0 mm 2，更佳為0.1~0.5mm 2。具有可撓性之多孔板之陽極40之開孔率係對於通電面之面積而言，較佳為20%以上，更佳為20~50%。具有可撓性之多孔板之陽極40之彎曲柔軟度係較佳為0.05mm/g以上，更佳為0.1~0.8mm/g。然而，於本說明書中，彎曲柔軟度係為使縱10mm×橫10mm之正方形狀之試料成為水平，進行固定一邊，將於面向該固定之一邊之其他之一邊，向下施加一定之負荷時之該一邊(試料前端)之彎曲寬度(mm)，以負荷(g)加以除得之值。即，彎曲柔軟度係顯示與彎曲剛性相反之性質的參數。彎曲柔軟度係可經由多孔板之材質及厚度、對於金屬網而言，構成金屬網之金屬線之織法(或編法)等加以調整。
陽極40之周緣部係保持於集電體71、彈性體81、及/或陽極側框體51之凸緣部51b。將陽極40之周緣部保持於集電體71、彈性體81及/或陽極側框體51之凸緣部51b之時，可不特別限制採用熔接、銷釘固定、螺栓固定、對集電體71折入(即將經由彎折陽極40之周緣部形成之谷部，掛上集電體71之周緣部)等之公知手法。
陰極21係產生氫用之陰極。陰極21係通常具備導電性基材、和被覆該基材之表面之觸媒層。做為陰極21之導電性基材係可較佳採用例如鎳、鎳合金、不鏽鋼、軟鋼、鎳合金、或、於不鏽鋼或軟鋼之表面，施以鍍鎳者。做為陰極20之觸媒層，可較佳採用貴金屬氧化物、鎳、鈷、鉬、或錳、或此等之氧化物、或貴金屬氧化物所成塗佈。
陰極21係剛體多孔板，做為剛體多孔板之陰極21，可使用具備具有剛性之導電性基材(例如膨脹金屬等)與上述觸媒層之多孔板。將陰極21保持於導電性肋部62時，可不特別限制採用熔接或銷釘固定、螺栓固定等之公知手法。
電解槽100中，陽極40則配置隔膜10與第1之彈性體81之間，經由第1之彈性體81，朝向陰極21按壓，實現零間隙構造。於電解槽100中，將迎來壽命陽極40交換成新陽極40之作業係包含(1)陽極側框體51從密合墊30分離；(2)和隔膜10從陽極40分離；(3)和將陽極40從陽極室A取出；(4)和代替取下之陽極40，使用新的陽極40，組裝電解槽100。電解槽100中，容易進行上述(3)之陽極40之卸下及上述(4)之新陽極40之組裝。又組裝之電解槽100中，陽極40之位置係經由第1之彈性體81自動調整之故，無當組裝新的陽極40，不需要以往之零間隙型鹼水電解槽之煩雜之作業(例如研磨導電性肋部913之端部之高度等之整飭作業(參照圖1)。)。因此，根據電解槽100時，可容易進行陽極40之交換。
關於本發明之上述說明中，雖列舉了剛體多孔板之陰極21經由導電性肋部62加以保持之形態之鹼水電解槽100，但本發明非限定於該形態。例如，剛體多孔板之陰極亦可為經由具有導電性之第2之彈性體，朝向陽極按壓之形態之鹼水電解槽。圖3係模式性說明關於如此其他之一之實施形態之鹼水電解槽200(以下，有稱為「電解槽200」之情形)之剖面圖。於圖3中，對於與示於圖2之要素同一之要素，有附上與圖2之符號相同之符號，省略說明之情形。如圖3所示、電解槽200 係具備區隔陽極室A之導電性之陽極側框體51；和區隔陰極室C之導電性之陰極側框體52；和配置於陽極側框體51與陰極側框體52之間，區分陽極室A與陰極室C之離子透過性之隔膜10；和挾持於陽極側框體51及陰極側框體52，保持隔膜10之周緣部的密合墊30、30；和不保持於密合墊30，配置於陽極室A內部之陽極40；和不保持於密合墊30，配置於陰極室C內部之陰極20。於電解槽200中，陽極40係具有可撓性之第1之多孔板，陰極20係具有可撓性之第2之多孔板。電解槽200係又具備從陽極側框體51內壁突出而設之至少1個之導電性肋部(第1之導電性肋部)61、和保持於導電性肋部61之集電體(第1之集電體)71、和保持於集電體71之具有導電性之彈性體(第1之彈性體)81，陽極40係經由彈性體81，朝向陰極20按壓。電解槽200係又具備從陰極側框體52內壁突出而設之導電性肋部(第2之導電性肋部)62、和保持於導電性肋部62之集電體(第2之集電體)72、和保持於集電體72之具有導電性之彈性體(第2之彈性體)82，陰極20係經由彈性體82，朝向陽極40按壓。
於電解槽200，做為第2之導電性肋部62，關連於電解槽100(圖2)，可使用與上述說明第2之導電性肋部62相同之導電性肋部。於電解槽200中，第2之導電性肋部62係從陰極側框體之間隔壁52a立設。第2之導電性肋部62只要可將第2之集電體72對於陰極側框體52而言加以固定及保持，第2之導電性肋部62之形狀、數目、及配置則不特別加以限制。
電解槽200中，陽極40之周緣部係保持於集電體71、彈性體81、及/或陽極側框體51之凸緣部51b。將陽極40之周緣部保持於集電體71、彈性體81及/或陽極側框體51之凸緣部51b之時，可不特別限制採用熔接、銷釘固定、螺栓固定、對集電體71折入(即將經由彎折陽極40之周緣部形成之谷部，掛上集電體71之周緣部)等之公知手法。
陰極20係在具有可撓性之多孔板(第2之多孔板)之部分，與陰極21(參照圖2)不同。做為具有可撓性之多孔板之陰極20，可使用具備具有可撓性之導電性基材(例如以金屬線織成(或編成)之金屬網、薄多孔金屬等。)和上述觸媒層之多孔板。具有可撓性之多孔板之陰極20之一個孔之面積係較佳為0.05~2.0mm 2，更佳為0.1~0.5 mm 2。具有可撓性之多孔板之陰極20之開孔率係對於通電面之面積而言，較佳為20%以上，更佳為20~50%。具有可撓性之多孔板之陰極20之彎曲柔軟度係較佳為0.05mm/g以上，更佳為0.1~0.8mm/g。
電解槽200中，陰極20之周緣部係保持於集電體72、彈性體82、及/或陰極側框體52之凸緣部52b。將陰極20之周緣部保持於集電體72、彈性體82及/或陰極側框體52之凸緣部52b之時，可不特別限制採用熔接、銷釘固定、螺栓固定、對集電體72折入(即將經由彎折陰極20之周緣部形成之谷部，掛上集電體72之周緣部)等之公知手法。
做為集電體(第2之集電體)72，可不特別限制在於鹼水電解槽使用之公知之集電體，例如可適切採用具有耐鹼性之剛性之導電性材料所成膨脹金屬、多孔金屬等。做為集電體72之材料之例子，可列舉鎳、鐵等之單體金屬；SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等之不鏽鋼；及於此等施以鍍鎳之金屬等。將集電體72保持於導電性肋部62時，可不特別限制採用焊接或銷釘固定等之公知手法。
做為彈性體(第2之彈性體)82，可不特別限制在於鹼水電解槽使用之公知之彈性體，例如可適切採用具有耐鹼性之導電性材料所成金屬線之集合體所成彈性墊、螺旋彈簧、板彈簧等。做為彈性體82之材料之例子，可列舉鎳、鐵等之單體金屬；SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等之不鏽鋼；及於此等施以鍍鎳之金屬等。將彈性體82保持於集電體72時，可不特別限制採用熔接或銷釘固定、螺栓固定等之公知手法。
電解槽200中，陽極40則配置隔膜10與第1之彈性體81之間，經由第1之彈性體81，朝向陰極20按壓，陰極20則配置隔膜10與第2之彈性體82之間，經由第2之彈性體82，朝向陽極40按壓，實現零間隙構造。於電解槽200中，將迎來壽命陽極40交換成新陽極40之作業係包含(1)陽極側框體51從密合墊30分離；(2)和隔膜10從陽極40分離；(3)和將陽極40從陽極室A取出；(4)和代替取下之陽極40，使用新的陽極40，組裝電解槽200。電解槽200中，容易進行上述(3)之陽極40之卸下及上述(4)之新陽極40之組裝。又組裝之電解槽200中，陽極40及陰極20之位置係經由第1之彈性體81及第2之彈性體82自動調整之故，無當組裝迎的陽極40，不需要以往之零間隙型鹼水電解槽之煩雜之作業(例如研磨導電性肋部913之端部之高度等之整飭作業(參照圖1)。)。因此，根據電解槽200時，可容易進行陽極40之交換。
關於本發明之上述說明中，雖列舉陽極40與第1之彈性體81直接接觸，第1之彈性體81直接將陽極40朝向陰極(20、21)按壓之形態之鹼水電解槽100及200之例，但本發明非限定於該形態。例如，亦可為更具備配置於陽極與第1之彈性體之間，具有導電性之剛體集電體之形態之鹼水電解槽。圖4係模式性說明關於如此其他之一之實施形態之鹼水電解槽300(以下，有稱為「電解槽300」之情形)之剖面圖。於圖4中，對於已示於圖2~3之要素，有附上與圖2~3之符號相同之符號，省略說明之情形。如圖4所示、電解槽300係具備區隔陽極室A之導電性之陽極側框體51；和區隔陰極室C之導電性之陰極側框體52；和配置於陽極側框體51與陰極側框體52之間，區分陽極室A與陰極室C之離子透過性之隔膜10；和挾持於陽極側框體51及陰極側框體52，保持隔膜10之周緣部的密合墊30、30；和不保持於密合墊30，配置於陽極室A內部之陽極40；和不保持於密合墊30，配置於陰極室C內部之陰極20。於電解槽300中，陽極40係具有可撓性之第1之多孔板，陰極20係具有可撓性之第2之多孔板。電解槽300係又具備從陽極側框體51內壁突出而設之至少1個之導電性肋部(第1之導電性肋部)61、和保持於導電性肋部61之集電體(第1之集電體)71、和保持於集電體71之具有導電性之彈性體(第1之彈性體)81，和配置於彈性體81與陽極40之間，具有導電性之剛體集電體91。陽極40係經由彈性體81，隔著剛體集電體91，朝向陰極20按壓。即，於電解槽300中，剛體集電體91係於剛體集電體91與隔膜10之間，挾持陽極40加以配置，陽極40係經由剛體集電體91加以支持。電解槽300係又具備從陰極側框體52內壁突出而設之至少1個之導電性肋部(第2之導電性肋部)62、和保持於導電性肋部62之集電體(第2之集電體)72、和保持於集電體72之具有導電性之彈性體(第2之彈性體)82，陰極20係經由彈性體82，朝向陽極40按壓。
做為剛體集電體91，可使用具有導電性之剛性之集電體，例如可較佳採用具有耐鹼性之剛性之導電性材料所成膨脹金屬、多孔金屬等。做為剛體集電體91之材料之例子，可列舉鎳、鐵等之單體金屬；SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等之不鏽鋼；及於此等施以鍍鎳之金屬等。剛體集電體91係可保持於彈性體81，亦可為不保持於此。將剛體集電體91保持於彈性體81之時，可不特別限制採用熔接、銷釘固定、螺栓固定等之公知手段。
電解槽300中，陽極40之周緣部係保持於剛體集電體91、集電體71、彈性體81、及/或陽極側框體51之凸緣部51b，較佳為保持於剛體集電體91。將陽極40之周緣部保持於剛體集電體91、集電體71、彈性體81及/或陽極側框體51之凸緣部51b之時，可不特別限制採用熔接、銷釘固定、螺栓固定、對剛體集電體91或集電體71折入(即將經由彎折陽極40之周緣部形成之谷部，掛上剛體集電體91之周緣部或集電體71之周緣部)等之公知手法。
電解槽300中，陰極20之周緣部係保持於集電體72、彈性體82、及/或陰極側框體52之凸緣部52b。將陰極20之周緣部保持於集電體72、彈性體82及/或陰極側框體52之凸緣部52b之時，可不特別限制採用熔接、銷釘固定、螺栓固定、對集電體72折入(即將經由彎折陰極20之周緣部形成之谷部，掛上集電體72之周緣部)等之公知手法。
電解槽300中，隔膜10、陽極40、剛體集電體91及第1之彈性體81依此順序配置(即，陽極40配置隔膜10與第1之彈性體81之間，且剛體集電體91配置於陽極40與第1之彈性體81之間)，陽極40則經由第1之彈性體81，隔著剛體集電體91，朝向陰極20(即朝向隔膜10)按壓的同時，隔膜10、陰極20及第2之彈性體82依此順序配置(即，陰極20配置隔膜10與第2之彈性體82之間)，陰極20則經由第2之彈性體82，朝向陽極40(即朝向隔膜10)按壓，實現零間隙構造。於電解槽300中，將迎來壽命陽極40交換成新陽極40之作業係包含(1)陽極側框體51從密合墊30分離；(2)和隔膜10從陽極40分離；(3)和將陽極40從陽極室A取出；(4)和代替取下之陽極40，使用新的陽極40，組裝電解槽300。電解槽300中，容易進行上述(3)之陽極40之卸下及上述(4)之新陽極40之組裝。尤其，陽極40之周緣部保持於剛體集電體91之時，陽極40之卸下係只要解除陽極40與剛體集電體91之連結即可，陽極40之組裝只要將陽極40固定於剛體集電體91即可。又組裝之電解槽300中，陽極40及陰極20之位置係經由第1之彈性體81及第2之彈性體82自動調整之故，無當組裝迎的陽極40，不需要以往之零間隙型鹼水電解槽之煩雜之作業(例如研磨導電性肋部913之端部之高度等之整飭作業(參照圖1)。)。因此，根據電解槽300時，可容易進行陽極40之交換。又，電解槽300係於陽極40與第1之彈性體81之間，具備剛體集電體91之故，陽極40及陰極20則邊朝向隔膜10按壓，邊可將壓力更加均勻遍及兩電極之整面，因此，可使電流密度更在均勻。又，電解槽300係於陽極40與第1之彈性體81之間，具備剛體集電體91之故，可減低極室內之壓力變動所造成隔膜10之變形及摩耗。
關於本發明之上述說明中，雖列舉導電性之彈性體81隔著剛體集電體91，將陽極40朝向陰極20按壓之形態之鹼水電解槽300之例，但本發明非限定於該形態。例如，亦可成為導電性之彈性體隔著剛體集電體，將陰極朝向陽極按壓之形態之鹼水電解槽。圖5係模式性說明關於如此其他之一之實施形態之鹼水電解槽400(以下，有稱為「電解槽400」之情形)之剖面圖。於圖5中，對於已示於圖2~4之要素，有附上與圖2~4之符號相同之符號，省略說明之情形。如圖5所示、電解槽400 係具備區隔陽極室A之導電性之陽極側框體51；和區隔陰極室C之導電性之陰極側框體52；和配置於陽極側框體51與陰極側框體52之間，區分陽極室A與陰極室C之離子透過性之隔膜10；和挾持於陽極側框體51及陰極側框體52，保持隔膜10之周緣部的密合墊30、30；和不保持於密合墊30，配置於陽極室A內部之陽極40；和不保持於密合墊30，配置於陰極室C內部之陰極20。電解槽400中，陽極40係具有可撓性之第1之多孔板。電解槽400中，陰極20係具有剛性之多孔板即可，亦可為具有可撓性之多孔板(第2之多孔板)，但較佳為具有可撓性之多孔板。電解槽400係具備從陽極側框體51內壁突出而設之至少1個之導電性肋部(第1之導電性肋部)61、和保持於導電性肋部61之集電體(第1之集電體) 71、和保持於集電體71之具有導電性之彈性體(第1之彈性體)81，陽極40係經由彈性體81，朝向陰極20按壓。電解槽400係又具備從陰極側框體52內壁突出而設之至少1個之導電性肋部(第2之導電性肋部)62、和保持於導電性肋部62之集電體(第2之集電體)72、和保持於集電體72之具有導電性之彈性體(第2之彈性體)82，和配置於彈性體82與陰極20之間，具有導電性之剛體集電體91。和陰極20係經由彈性體82，隔著剛體集電體91，朝向陽極40按壓。即，於電解槽400中，剛體集電體91係於剛體集電體91與隔膜10之間，挾持陰極20加以配置，陰極20係經由剛體集電體91加以支持。
電解槽400中，陽極40之周緣部係保持於集電體71、彈性體81、及/或陽極側框體51之凸緣部51b。將陽極40之周緣部保持於集電體71、彈性體81及/或陽極側框體51之凸緣部51b之時，可不特別限制採用熔接、銷釘固定、螺栓固定、對集電體71折入(即將經由彎折陽極40之周緣部形成之谷部，掛上集電體71之周緣部)等之公知手法。
電解槽400中，陰極20之周緣部係保持於剛體集電體91、集電體72、彈性體82、及/或陰極側框體52之凸緣部52b，較佳為保持於剛體集電體91。將陰極20之周緣部保持於剛體集電體91、集電體72、彈性體82及/或陰極側框體52之凸緣部52b之時，可不特別限制採用熔接、銷釘固定、螺栓固定、對剛體集電體91或集電體72折入(即將經由彎折陰極20之周緣部形成之谷部，掛上剛體集電體91之周緣部或集電體72之周緣部)等之公知手法。
電解槽400中，隔膜10、陽極40、及第1之彈性體81依此順序配置(即，陽極40配置隔膜10與第1之彈性體81之間)，陽極40則經由第1之彈性體81，朝向陰極20(即朝向隔膜10)按壓的同時，隔膜10、陰極20、剛體集電體91及第2之彈性體82依此順序配置(即，陰極20配置隔膜10與第2之彈性體82之間，且剛體集電體91配置於陰極20與第2之彈性體82之間)，陰極20則經由第2之彈性體82，隔著剛體集電體91，朝向陽極40(即朝向隔膜10)按壓，實現零間隙構造。於電解槽400中，將迎來壽命陽極40交換成新陽極40之作業係包含(1)陽極側框體51從密合墊30分離；(2)和隔膜10從陽極40分離；(3)和將陽極40從陽極室A取出；(4)和代替取下之陽極40，使用新的陽極40，組裝電解槽400。電解槽400中，容易進行上述(3)之陽極40之卸下及上述(4)之新陽極40之組裝。又組裝之電解槽400中，陽極40及陰極20之位置係經由第1之彈性體81及第2之彈性體82自動調整之故，無當組裝新的陽極40，不需要以往之零間隙型鹼水電解槽之煩雜之作業(例如研磨導電性肋部913之端部之高度等之整飭作業(參照圖1)。)。因此，根據電解槽400時，可容易進行陽極40之交換。又，電解槽400係於陰極20與第2之彈性體82之間，具備剛體集電體91之故，陽極40及陰極20則邊朝向隔膜10按壓，邊可將壓力更加均勻遍及兩電極之整面，因此，可使電流密度更在均勻。又，電解槽400係於陰極20與第2之彈性體82之間，具備剛體集電體91之故，可減低極室內之壓力變動所造成隔膜10之變形及摩耗。
關於本發明之上述說明中，雖列舉於陽極室具備導電性肋部61，於陰極室具備導電性肋部62之形態之鹼水電解槽100~400之例，但本發明非限定於該形態。例如，可成為僅陽極室及陰極室之一方，具備導電性肋部之形態之鹼水電解槽，或陽極室及陰極室皆不具備導電性肋部之形態之鹼水電解槽。圖6係模式性說明關於如此其他之一之實施形態之鹼水電解槽500(以下，有稱為「電解槽500」之情形)之剖面圖。於圖6中，對於已示於圖2~5之要素，有附上與圖2~5之符號相同之符號，省略說明之情形。如圖6所示、電解槽500 係具備區隔陽極室A之導電性之陽極側框體51；和區隔陰極室C之導電性之陰極側框體52；和配置於陽極側框體51與陰極側框體52之間，區分陽極室A與陰極室C之離子透過性之隔膜10；和挾持於陽極側框體51及陰極側框體52，保持隔膜10之周緣部的密合墊30、30；和不保持於密合墊30，配置於陽極室A內部之陽極40；和不保持於密合墊30，配置於陰極室C內部之陰極20。電解槽500中，陽極40係具有可撓性之第1之多孔板。陰極20係可為具有可撓性之第2之多孔板，亦可為剛體多孔板，但較佳為剛體多孔板。電解槽500係具備於陽極側框體51之導電性之間隔壁51a與陽極40之間，直接接觸於間隔壁51a及陽極40地加以配置，具有導電性之彈性體(第1之彈性體)81，陽極40係經由彈性體81朝向陰極20按壓。電解槽500係又具備於陰極側框體52之導電性之間隔壁52a與陰極20之間，直接接觸於間隔壁52a及陰極20地加以配置，具有導電性之彈性體(第2之彈性體)82，陰極20係經由彈性體82朝向陽極40按壓。
電解槽500中，陽極40之周緣部係保持於彈性體81及/或陽極側框體51。將陽極40之周緣部保持於彈性體81及或陽極側框體51時，可不特別限制採用熔接、銷釘固定、螺栓固定等之公知手法。
電解槽500中，陰極20之周緣部係保持於彈性體82及/或陰極側框體52。將陰極20之周緣部保持於彈性體82及或陰極側框體52時，可不特別限制採用熔接、銷釘固定、螺栓固定等之公知手法。
電解槽500中，陽極40則配置隔膜10與第1之彈性體81之間，經由第1之彈性體81，朝向陰極20按壓，陰極20則配置隔膜10與第2之彈性體82之間，經由第2之彈性體82，朝向陽極40按壓，實現零間隙構造。於電解槽500中，將迎來壽命陽極40交換成新陽極40之作業係包含(1)陽極側框體51從密合墊30分離；(2)和隔膜10從陽極40分離；(3)和將陽極40從陽極室A取出；(4)和代替取下之陽極40，使用新的陽極40，組裝電解槽500。電解槽500中，容易進行上述(3)之陽極40之卸下及上述(4)之新陽極40之組裝。又組裝之電解槽500中，陽極40及陰極20之位置係經由第1之彈性體81及第2之彈性體82自動調整之故，無當組裝新的陽極40，不需要以往之零間隙型鹼水電解槽之煩雜之作業(例如研磨導電性肋部913之端部之高度等之整飭作業(參照圖1)。)。因此，根據電解槽500時，可容易進行陽極40之交換。更且，於電解槽500中，陽極室A及陰極室C係不具備導電性肋部之故，可使電解單元每一個之厚度變薄，因此，可小型化電解槽，提高每佔有占地面積之氣體生產量。又，陽極室及陰極室之一方或雙方，不具備導電性肋部之故，可減少構成電解槽之材料及電解槽之製作所需之工程數。
10:(離子透過性之)隔膜 20,21:陰極 30:密合墊 40:陽極 51:陽極側框體 52:陰極側框體 51a,52a:(導電性之)間隔壁 51b,52b:凸緣部 61,62:導電性肋部 71,72:集電體 81,82:具有導電性之彈性體 91:剛體集電體 900:以往之零間隙型鹼水電解槽 910:極室單元 911:導電性之間隔壁 912:凸緣部 913,914:導電性肋部 920:離子透過性之隔膜 930:密合墊 940:陽極 950:集電體 960:導電性之彈性體 970:陰極 100,200,300,400,500,900:鹼水電解槽 A:陽極室 C:陰極室
[圖1]係模式性說明有關於一之實施形態之以往之零間隙型電解槽900的部分剖面圖。 [圖2]模式性說明關於本發明之一之實施形態之鹼水電解槽100之剖面圖。 [圖3]模式性說明關於本發明其他之一之實施形態之鹼水電解槽200之剖面圖。 [圖4]模式性說明關於本發明其他之一之實施形態之鹼水電解槽300之剖面圖。 [圖5]模式性說明關於本發明其他之一之實施形態之鹼水電解槽400之剖面圖。 [圖6]模式性說明關於本發明其他之一之實施形態之鹼水電解槽500之剖面圖。
10:(離子透過性之)隔膜
21:陰極
30:密合墊
40:陽極
51:陽極側框體
52:陰極側框體
51a,52a:(導電性之)間隔壁
51b,52b:凸緣部
61,62:導電性肋部
71:集電體
81:具有導電性之彈性體
100:鹼水電解槽
A:陽極室
C:陰極室

Claims (9)

  1. 一種鹼水電解槽，其特徵係包含區隔陽極室之陽極側框體、 和區隔陰極室之陰極側框體、 和配置於前述陽極側框體與前述陰極側框體間，分割前述陽極室與前述陰極室之離子透過性之隔膜、 和挾持於前述陽極側框體及前述陰極側框體，保持前述隔膜之周緣部的密合墊、 和不保持於前述密合墊，配置於前述陽極室內部之陽極、 和不保持於前述密合墊，配置於前述陰極室內部之陰極、 和配置於前述陽極室內部，具有導電性之第1之彈性體； 前述陽極係具有可撓性之第1之多孔板， 前述陽極係配置於前述隔膜與前述第1之彈性體之間，經由前述第1之彈性體，朝向前述陰極按壓。
  2. 如請求項1記載之鹼水電解槽，其中，前述陽極室係包含 從前述陽極側框體之內壁突出而設之至少1個之第1之導電性肋部、 和保持於前述第1之導電性肋部之導電性之第1之集電體； 前述第1之彈性體係支持於前述第1之集電體。
  3. 如請求項1或2記載之鹼水電解槽，其中，更包含接觸配置於前述陽極，具有導電性之第1之剛體集電體， 前述第1之剛體集電體係配置於前述陽極與前述第1之彈性體之間， 前述陽極係經由前述第1之剛體集電體加以支持。
  4. 如請求項1或2記載之鹼水電解槽，其中，前述陰極係剛體多孔板。
  5. 如請求項4記載之鹼水電解槽，其中，前述陰極室係包含從前述陰極側框體之內壁突出而設之至少1個之第2之導電性肋部、 前述陰極係保持於前述第2之導電性肋部。
  6. 如請求項1或2記載之鹼水電解槽，其中，更包含配置於前述陰極室內部，具有導電性之第2之彈性體； 前述陰極係具有可撓性之第2之多孔板， 前述陰極係配置於前述隔膜與前述第2之彈性體之間，經由前述第2之彈性體，朝向前述陽極按壓。
  7. 如請求項6記載之鹼水電解槽，其中，前述陰極室係包含 從前述陰極側框體之內壁突出而設之至少1個之第2之導電性肋部、 和保持於前述第2之導電性肋部之導電性之第2之集電體； 前述第2之彈性體係支持於前述第2之集電體。
  8. 如請求項6記載之鹼水電解槽，其中，更包含接觸配置於前述陰極，具有導電性之第2之剛體集電體， 前述第2之剛體集電體係配置於前述陰極與前述第2之彈性體之間， 前述陰極係經由前述第2之剛體集電體加以支持。
  9. 一種鹼水電解槽之電極交換方法，如請求項1~8任一項記載之鹼水電解槽中，交換前述陽極之方法，其特徵係包含 將前述陽極側框體從前述密合墊分離、 和將前述隔膜從前述陽極分離、 和將前述陽極從前述陽極室取出、 和代替前述陽極，使用新的陽極，組裝前述鹼水電解槽。
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