TWI797285B - 鹼性水電解用電解槽 - Google Patents

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Abstract

一種鹼性水電解用電解槽，係包含在各個具備壓框、絕緣板及端胞的陽極端單元及陰極端單元之間，陽極室胞與陰極室胞，中介著周緣部藉保護構件保持的隔膜而交互配置複數的構造，於各極室胞設有各極液供給用流通部及各極液回收用流通部，分別之至少內面以電氣絕緣性的樹脂包覆的金屬管之各極液供給管及回收管，通過設於壓框及絕緣板的貫通孔，分別被連接於各極液供給用/回收用流通部，各極液，於各極液供給管/回收管與各極液供給用/回收用流通部之接續部，都不與各極液供給管/回收管及壓框之金屬構件以及與這些導通的金屬構件之任一個接觸。

Description

鹼性水電解用電解槽
本發明係關於鹼性水電解用電解槽，更詳細地說，係關於可以適切地用於使用可再生能源等不安定電源之鹼性水的電解之電解槽。
氫氣及氧氣之製造方法，已知有鹼性水電解法。於鹼性水電解法，把鹼金屬氫氧化物(例如NaOH,KOH等)溶解之鹽基性的水溶液(鹼性水)作為電解液使用而藉由電解水，由陰極產生氫氣，由陽極產生氧氣。鹼性水電解用之電解槽，已知有具備藉由離子透過性隔膜區隔的陽極室及陰極室，分別於陽極室配置陽極，於陰極室配置陰極的電解胞被串聯複數地層積之電解槽。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 國際公開2013/191140號冊子 [專利文獻2] 日本特開2002-332586號公報 [專利文獻3] 日本特許4453973號公報 [專利文獻4] 國際公開2014/178317號冊子 [專利文獻5] 日本特許6093351號公報 [專利文獻6] 日本特開2015-117417號公報
[發明所欲解決之課題]
圖1係模式說明相關於一實施型態之從前的鹼性水電解槽900之剖面圖，圖2為圖1之A-A剖面圖。於圖1及2，紙面的上下方向分別對應於鉛直上下方向。電解槽900，包含在陽極端單元(end unit)901e及陰極端單元902e之間，收容陽極914的陽極室胞910與收容陰極924的陰極室胞920中介者離子透過性之隔膜930被交互配置複數的構造而成。電解槽900，具備：陽極端單元910e、陰極端單元902e、分別具備導電性的背面隔壁911而收容陽極914的複數之陽極室胞910、分別具備導電性的背面隔壁921而收容陰極924的複數之陰極室胞920、以及周緣部分別藉由墊片940挾持的複數離子透過性隔膜930。在分別的鄰接之一組隔膜930、930之間，陽極室胞910與陰極室胞920之組(pair)，以背面隔壁911與背面隔壁921鄰接的方式配置。 陽極端單元901e，具備由電解槽的陽極側端部側(圖1之紙面右側)起依序配置的陽極側壓框961、陽極側絕緣板951及陽極端胞(end cell)910e而成。陰極端單元902e，具備由電解槽的陰極側端部側(圖1之紙面左側)起依序配置的陰極側壓框962、陰極側絕緣板952及陰極端胞920e而成。
於陽極端胞910e、各陽極室胞910、各陰極室胞920、陰極端胞920e、及各墊片940之各個的下部設有陽極液供給用流通部971，各個的上部設有陽極液/氣體回收用流通部973，由該陽極液供給用流通部971對各陽極室A供給陽極液，由各陽極室A到該陽極液/氣體回收用流通部973回收陽極液及在陽極914之產生氣體。 於陰極端胞920e、各陽極室胞910、各陰極室胞920、及各墊片940之各個的下部設有陰極液供給用流通部972，各個的上部設有陰極液/氣體回收用流通部974，由該陰極液供給用流通部972對各陰極室C供給陰極液，由各陰極室C到該陰極液/氣體回收用流通部974回收陰極液及在陰極924之產生氣體。
對陽極液供給用流通部供給陽極液的陽極液供給管981，通過設於陰極側壓框962及陰極側絕緣板952的第1貫通孔(不圖示)，被連接於陽極液供給用流通部971。 對陰極液供給用流通部供給陰極液的陰極液供給管982，通過設於陰極側壓框962及陰極側絕緣板952的第2貫通孔(不圖示)，被連接於陰極液供給用流通部972。 由陽極液/氣體回收用流通部回收陽極液及氣體的陽極液/氣體回收管983，通過設於陰極側壓框962及陰極側絕緣板952的第3貫通孔(不圖示)，被連接於陽極液/氣體回收用流通部973。 由陰極液/氣體回收用流通部回收陰極液及氣體的陰極液/氣體回收管984，通過設於陰極側壓框962及陰極側絕緣板952的第4貫通孔(不圖示)，被連接於陰極液/氣體回收用流通部974。
陽極端胞910e、各陽極室胞910、各陰極室胞920、及陰極端胞920e為金屬製，陽極液供給管981、陰極液供給管982、陽極液/氣體回收管983、及陰極液/氣體回收管984也為金屬製。於陽極端胞910e被連接著陽極端子，於陰極端胞920e被連接著陰極端子。陽極側壓框961、陰極側壓框962、陽極液流通管981、陰極液供給管982、陽極液/氣體回收管983、及陰極液/氣體回收管984，為了安全均被接地。
然而，陽極液在陽極液供給管981、陽極液供給用流通部971、各陽極室A、陽極液/氣體回收用流通部973、及陽極液/氣體回收管983之間連續著，所以被接地的陽極液供給管981及陽極液/氣體供給管983以及壓框962相對於作用極之陽極914作為對極(counter electrode，相對電極)發揮作用，於陽極液供給管981及陽極液/氣體回收管983內部發生陽極反應之逆反應。同樣地，陰極液在陰極液供給管982、陰極液供給用流通部972、各陰極室C、陰極液/氣體回收用流通部974、及陰極液/氣體回收管984之間連續著，所以被接地的陰極液供給管982及陰極液/氣體供給管984以及壓框962相對於作用極之陰極924作為對極(相對電極)發揮作用，於陰極液供給管982及陰極液/氣體回收管984內部發生陰極反應之逆反應。對應於這些的逆反應而流通的電流稱為洩漏電流。
於鹼性水電解槽900，在各陽極室A藉由主反應(陽極反應)發生氧氣，於各陽極室A發生的氧氣通過陽極液/氣體回收用流通部973由陽極液/氣體回收管983回收時，在陽極反應的逆反應發生氫氣，所以發生洩漏電流的話由陽極液/氣體回收管983回收的氧氣會混入氫氣，使回收的氧氣的純度降低。此外於鹼性水電解槽900，在各陰極室C藉由主反應(陰極反應)發生氫氣，於各陰極室C發生的氫氣通過陰極液/氣體回收用流通部974由陰極液/氣體回收管984回收時，在陰極反應的逆反應發生氧氣，所以發生洩漏電流的話由陰極液/氣體回收管984回收的氫氣會混入氧氣，使回收的氫氣的純度降低。
近年來，提出了把使用採太陽光或風力等可再生能源發電之電力製造的氫，作為可貯藏及搬運的能源來利用。然而，可再生能源的發電量一般而言並不安定。特別是根據太陽光發電的電力大幅度依存於一天之中的時間帶以及天候而變動。例如在清早或傍晚的時間帶，陰天時或雨天時的發電量極端地少。把這樣的不安定電源不以二次電池等進行安定化而作為鹼性水電解的電源來利用的情況下，主反應的電流值大幅依存於來自電源的供給電力而變動。另一方面，已知即使主反應的電流值變動，洩漏電流值也不大變化。亦即，來自電源的供給電力少的情況下，主反應的電流少，所以根據主反應之氫氣或氧氣的發生量變少，另一方面洩漏電流值不會比例於主反應的電流值而減少，所以在逆反應發生的氣體量不會大幅減少。結果，所得到的氫氣中的氧氣濃度，以及所得到的氧氣中的氫氣濃度會上升，所得到的氣體的品質下降。此外，隨條件不同，所得到的氣體組成有在爆發範圍內的可能性。
本發明的課題在於提供即使用不安定電源的情況下也可以抑制洩漏電流的影響之鹼性水電解用電解槽。此外，提供使用該鹼性水電解用電解槽之氣體製造方法。 [供解決課題之手段]
本發明提供以下[1]～[6]之型態。 [1]一種鹼性水電解用電解槽，係供電解由鹼性水構成的電解液而得到氧及氫之電解槽，其特徵為： 該電解槽，係包含在陽極端單元(end unit)及陰極端單元之間，收容氧產生用陽極的陽極室胞與收容氫產生用陰極的陰極室胞，中介著周緣部藉保護構件保持之離子透過性隔膜而交互配置複數個之構造； 前述電解槽，具備： 陽極端單元、 陰極端單元、 分別具備第1導電性的背面隔壁且收容氧產生用陽極的複數陽極室胞、 分別具備第2導電性的背面隔壁且收容氫產生用陰極的複數陰極室胞、以及 周緣部分別藉保護構件保持之複數離子透過性隔膜； 於分別的鄰接之前述離子透過性隔膜之間，使前述第1背面隔壁朝向前述陽極端單元側的一陽極室胞，與使前述第2背面隔壁朝向前述陰極端單元側的一陰極室胞之組(pair)，以該第1背面隔壁與該第2背面隔壁鄰接的方式配置； 於分別的鄰接之前述離子透過性隔膜之間，前述第1背面隔壁與前述第2背面隔壁，可被形成為一體亦可不被形成為一體； 前述陽極端單元，具備由電解槽的陽極側端部側起依序配置的陽極側壓框(press frame)、陽極側絕緣板及陽極端胞； 前述陰極端單元，具備由電解槽的陰極側端部側起依序配置的陰極側壓框、陰極側絕緣板及陰極端胞； 於前述陽極端胞的下部、各陽極室胞的下部、各陰極室胞的下部、及除鄰接於前述陰極端胞的保護構件以外之各保護構件的下部，設有陽極液供給用流通部，由該陽極液供給用流通部對各前述陽極室供給陽極液； 於前述陽極端胞的上部、各陽極室胞的上部、各陰極室胞的上部、及除鄰接於前述陰極端胞的保護構件以外之各保護構件的上部，設有陽極液/氣體回收用流通部，陽極液及在陽極產生的氣體由前述各陽極室回收至該陽極液/氣體回收用流通部； 於前述陰極端胞的下部、各陽極室胞的下部、各陰極室胞的下部、及除鄰接於前述陽極端胞的保護構件以外之各保護構件的下部，設有陰極液供給用流通部，由該陰極液供給用流通部對各陰極室供給陰極液； 於鄰接前述陰極端胞的上部、各陽極室胞的上部、各陰極室胞的上部、及前述陽極端胞的保護構件以外之各保護構件的上部，設有陰極液/氣體回收用流通部，陰極液及在陰極產生的氣體由前述各陰極室回收至該陰極液/氣體回收用流通部； 對前述陽極液供給用流通部供給陽極液的陽極液供給管，通過與前述陽極液供給用流通部連通而設於前述陽極側壓框及前述陽極側絕緣板的或者是與前述陽極液供給用流通部連通而設於前述陰極側壓框及前述陰極側絕緣板的第1貫通孔，被連接於前述陽極液供給用流通部； 在前述陽極液供給管通過設於前述陰極側壓框及前述陰極側絕緣板的第1貫通孔連接於前述陽極液供給用流通部的情況下，於前述陰極端胞之下部及鄰接於前述陰極端胞的保護構件之下部也設有前述陽極液供給用流通部； 對前述陰極液供給用流通部供給陰極液的陰極液供給管，通過與前述陰極液供給用流通部連通而設於前述陽極側壓框及前述陽極側絕緣板的或者是與前述陰極液供給用流通部連通而設於前述陰極側壓框及前述陰極側絕緣板的第2貫通孔，被連接於前述陰極液供給用流通部； 在前述陰極液供給管通過設於前述陽極側壓框及前述陽極側絕緣板的第2貫通孔連接於前述陰極液供給用流通部的情況下，於前述陽極端胞之下部及鄰接於前述陽極端胞的保護構件之下部也設有前述陰極液供給用流通部； 由前述陽極液/氣體回收用流通部回收陽極液及氣體的陽極液/氣體回收管，通過與前述陽極液/氣體回收用流通部連通而設於前述陽極側壓框及前述陽極側絕緣板的或者與前述陽極液/氣體回收用流通部連通而設於前述陰極側壓框及前述陰極側絕緣板的第3貫通孔，連接於前述陽極液/氣體回收用流通部； 前述陽極液/氣體回收管通過設於前述陰極側壓框及前述陰極側絕緣板的第3貫通孔被連接於前述陽極液/氣體回收用流通部的情況下，於前述陰極端胞的上部及鄰接於前述陰極端胞的保護構件的上部也設有前述陽極液/氣體回收用流通部； 由前述陰極液/氣體回收用流通部回收陰極液及氣體的陰極液/氣體回收管，通過與前述陰極液/氣體回收用流通部連通而設於前述陽極側壓框及前述陽極側絕緣板的或者與前述陰極液/氣體回收用流通部連通而設於前述陰極側壓框及前述陰極側絕緣板的第4貫通孔，連接於前述陰極液/氣體回收用流通部； 前述陰極液/氣體回收管通過設於前述陽極側壓框及前述陽極側絕緣板的第4貫通孔被連接於前述陰極液/氣體回收用流通部的情況下，於前述陽極端胞的上部及鄰接於前述陽極端胞的保護構件的上部也設有前述陰極液/氣體回收用流通部； 前述陽極液供給管、陰極液供給管、陽極液/氣體回收管及陰極液/氣體回收管之各個，為至少內面以電氣絕緣性的樹脂包覆的金屬管； 陽極液，於前述陽極液供給管與前述陽極液供給用流通部之連接部以及前述陽極液/氣體回收管與前述陽極液/氣體回收用流通部之連接部，不接觸於前述陽極液供給管之金屬構件、前述陽極液/氣體回收管的金屬構件、前述陽極側壓框之金屬構件、以及前述陰極側壓框之金屬構件、以及與這些電氣導通之金屬構件之任一個； 陰極液，於前述陰極液供給管與前述陰極液供給用流通部之連接部以及前述陰極液/氣體回收管與前述陰極液/氣體回收用流通部之連接部，不接觸於前述陰極液供給管之金屬構件、前述陰極液/氣體回收管的金屬構件、前述陽極側壓框之金屬構件、以及前述陰極側壓框之金屬構件、以及與這些電氣導通之金屬構件之任一個； 以最小電流運作時之單位時間的主反應之氫氣產生量，未達以最大電流運作時之單位時間的主反應之氫氣產生量的10%。
[2]如[1]之鹼性水電解用電解槽， 各個前述陽極液供給用流通部相互連通， 各個前述陽極液/氣體回收用流通部相互連通， 各個前述陰極液供給用流通部相互連通， 各個前述陰極液/氣體回收用流通部相互連通。
[3]如[1]或[2]之鹼性水電解用電解槽， 於前述陽極端胞、各陽極室胞、各陰極室胞、各保護構件及前述陰極端胞之各個的下部，設有前述陰極液供給用流通部； 於前述陽極端胞、各陽極室胞、各陰極室胞、各保護構件及前述陰極端胞之各個的上部，設有前述陰極液/氣體回收用流通部； 前述陽極液供給管，通過與前述陽極液供給用流通部連通而設於前述陽極側壓框及前述陽極側絕緣板的第1貫通孔，被連接於前述陽極液供給用流通部； 前述陰極液供給管，通過與前述陰極液供給用流通部連通而設於前述陽極側壓框及前述陽極側絕緣板的第2貫通孔，被連接於前述陰極液供給用流通部； 前述陽極液/氣體回收管，通過與前述陽極液/氣體回收用流通部連通而設於前述陽極側壓框及前述陽極側絕緣板的前述第3貫通孔，被連接於前述陽極液/氣體回收用流通部； 前述陰極液/氣體回收管，通過與前述陰極液/氣體回收用流通部連通而設於前述陽極側壓框及前述陽極側絕緣板的前述第4貫通孔，被連接於前述陰極液/氣體回收用流通部。
[4]如[1]或[2]之鹼性水電解用電解槽， 於前述陽極端單元、各陽極室胞、各陰極室胞、各保護構件及前述陰極端胞之各個的下部，設有前述陽極液供給用流通部； 於前述陽極端單元、各陽極室胞、各陰極室胞、各保護構件及前述陰極端胞之各個的上部，設有前述陽極液/氣體回收用流通部； 前述陽極液供給管，通過與前述陽極液供給用流通部連通而設於前述陰極側壓框及前述陰極側絕緣板的第1貫通孔，被連接於前述陽極液供給用流通部； 前述陰極液供給管，通過與前述陰極液供給用流通部連通而設於前述陰極側壓框及前述陰極側絕緣板的第2貫通孔，被連接於前述陰極液供給用流通部； 前述陽極液/氣體回收管，通過與前述陽極液/氣體回收用流通部連通而設於前述陰極側壓框及前述陰極側絕緣板的前述第3貫通孔，被連接於前述陽極液/氣體回收用流通部； 前述陰極液/氣體回收管，通過與前述陰極液/氣體回收用流通部連通而設於前述陰極側壓框及前述陰極側絕緣板的前述第4貫通孔，被連接於前述陰極液/氣體回收用流通部。
[5]一種氣體製造方法，係電解鹼性水而至少製造氫氣之方法， 包含(a)於[1]～[4]之任一之鹼性水電解用電解槽，藉由通以變動的直流電流，由前述陰極液/氣體回收管回收氫氣的工程， 於前述工程(a)，前述電解槽以前述變動的直流電流的最小值運作時之單位時間的主反應之氫氣產生量，未達前述電解槽以前述變動的直流電流之最大值運作時之單位時間的主反應之氫氣產生量的10%。
[6]如[5]之氣體製造方法，前述工程(a)，進而包含由前述陽極液/氣體回收管回收氧氣。 [發明之效果]
於本發明之鹼性水電解用電解槽，金屬管之陽極液供給管、陰極液供給管、陽極液/氣體回收管、及陰極液氣體回收管的內面以電氣絕緣性之樹脂包覆著； 陽極液，於陽極液供給管與陽極液供給用流通部之連接部以及陽極液/氣體回收管與陽極液/氣體回收用流通部之連接部，都不與陽極側壓框及陰極側壓框以及與這些電氣導通的金屬構件之任一個接觸； 陰極液，於陰極液供給管與陰極液供給用流通部之連接部以及陰極液/氣體回收管與陰極液/氣體回收用流通部之連接部，都不與陽極側壓框及陰極側壓框以及與這些電氣導通的金屬構件之任一個接觸。亦即，根據本發明之鹼性水電解用電解槽，可以藉由洩漏電流增大逆反應產生時之作用極到對極為止的離子傳導電阻(液電阻)，所以即使用不安定電源的情況下也可以抑制洩漏電流的影響。
根據本發明之氣體製造方法，藉由使用本發明之鹼性水電解用電解槽，即使用不安定電源的情況下也可以抑制洩漏電流的影響，所以可以使用不安定電源同時製造純度提高的氣體。
本發明之前述作用及利益，可由供實施以下說明的發明之型態而明白。以下，參照圖式同時說明本發明之實施形態。但，本發明並不僅以這些型態為限。又，圖式未必反映正確的尺寸。此外，在圖式亦有省略部分符號的情形。於本說明書，在沒有特別聲明時，關於數值A及B之「A～B」之標記意味著「A以上B以下」。於相關的標記，僅對數值B賦予單位的情況下，該單位也適用於數值A。此外「或」及「或者」之用語，在沒有特別聲明時意味著邏輯和。
＜1.電解槽＞ 圖3係模式說明相關於本發明之一實施型態之電解槽100之剖面圖。電解槽100，是鹼性水電解用之電解槽。圖4為圖3之B-B箭頭視圖。於圖3及4，紙面的上下方向分別對應於鉛直上下方向。如圖3所示，電解槽100，包含在陽極端單元101e及陰極端單元102e之間，收容氧發生用陽極14的陽極室胞10與收容氫發生用陰極24的陰極室胞20，中介者周緣部藉由保護構件40保持的離子透過性隔膜30被交互配置複數的構造而成。電解槽100，具備：陽極端單元101e、陰極端單元102e、分別具備第1導電性的背面隔壁11且收容氧發生用陽極14的複數之陽極室胞10、10、…、分別具備第2導電性的背面隔壁21而收容氫發生用陰極24的複數之陰極室胞20、20、…、以及周緣部分別藉由保護構件40保持的複數離子透過性隔膜30、30、…。於電解槽100，保護構件40為墊片。在分別的鄰接之離子透過性隔膜30、30之間，使第1背面隔壁11朝向陽極端單元101e側的一陽極室胞10與使第2背面隔壁朝向陰極端單元102e側的一陰極室胞20之組(pair)，以該第1背面隔壁11與該第2背面隔壁21鄰接的方式配置。於電解槽100，該鄰接配置的第1背面隔壁11與第2背面隔壁21為分別的構件。 各陽極室胞10，具備第1背面隔壁11、與該第1背面隔壁11的周緣部接合或一體化，而與第1背面隔壁11及隔膜30一起劃定陽極室A的凸緣部12、以及由第1背面隔壁11突出設置之導電性肋片13、13、…；藉由該導電性肋片13保持氧發生用陽極14。各陰極室20，具備第2背面隔壁21、與該第2背面隔壁21的周緣部接合或一體化，而與第2背面隔壁21及隔膜30一起劃定陰極室C的凸緣部22、以及由第2背面隔壁21突出設置之導電性肋片23、23、…；藉由該導電性肋片23保持氫發生用陰極24。 陽極端單元101e，具備由電解槽的陽極側端部側(圖3之紙面右側)起依序配置的陽極側壓框61、陽極側絕緣板51及陽極端胞(end cell)10e而成。陰極端單元102e，具備由電解槽的陰極側端部側(圖3之紙面左側)起依序配置的陰極側壓框62、陰極側絕緣板52及陰極端胞20e而成。 陽極端胞10e，與各陽極室胞10同樣，具備第1背面隔壁11、凸緣部12、與導電性肋片13，藉由該導電性肋片13保持氧發生用陽極14。陰極端胞20e，與各陰極室胞20同樣，具備第2背面隔壁21、凸緣部22、與導電性肋片23，藉由該導電性肋片23保持氫發生用陰極24。
除了圖3及4，進而參照圖5。圖5為供模式說明電解槽100之陽極液供給用流通部71、陰極液供給用流通部72、陽極液/氣體回收用流通部73及陰極液/氣體回收用流通部74的連通模樣之分解立體圖。於圖5為了使圖容易閱讀，僅表示出鄰接於陽極側壓框61及陰極側壓框62、陽極側絕緣板51及陰極側絕緣板52、陽極端胞10e及陰極端胞20e、以及陽極端胞10e的保護構件40(40A)及鄰接於陰極端胞20e的保護構件40(40C)，其他要素省略。此外各導電性肋片13及23也省略。 於陽極端胞10e、各陽極室胞10、各陰極室胞20、陰極端胞20e、及各保護構件40之各個的下部設有陽極液供給用流通部71，各個的上部設有陽極液/氣體回收用流通部73。陽極液供給用流通部71，透過陽極液供給路徑71a與陽極室A連通，陽極液/氣體回收用流通部73透過陽極液排出路徑73a與陽極液連通。由陽極液供給用流通部71，到各陽極室A，通過陽極液供給路徑71a供給陽極液，由各陽極室A到陽極液/氣體回收用流通部73，通過陽極液排出路徑73a回收陽極液及在陽極14之發生氣體。分別的陽極液供給用流通部71相互連通，分別的陽極液/氣體回收用流通部73相互連通。 鄰接於陰極端胞20e、各陽極室胞10、各陰極室胞20、陽極端胞10e的保護構件40A以外之各保護構件40之各個的下部設有陰極液供給用流通部72，各個的上部設有陰極液/氣體回收用流通部74。陰極液供給用流通部72，透過陰極液供給路徑72a與陰極室C連通，陰極液/氣體回收用流通部74透過陰極液排出路徑74a與陰極室C連通。由陰極液供給用流通部72到各陰極室C，通過陰極液供給路徑72a供給陰極液，由各陰極室C到陰極液/氣體回收用流通部74，通過陰極液排出路徑74a回收陰極液及在陰極24之發生氣體。分別的陰極液供給用流通部72相互連通，分別的陰極液/氣體回收用流通部74相互連通。
對陽極液供給用流通部71供給陽極液的陽極液供給管81，通過與陽極液供給用流通部71連通而設於陰極側壓框62及陰極側絕緣板52的第1貫通孔62a，52a，被連接於陽極液供給用流通部71。 對陰極液供給用流通部72供給陰極液的陰極液供給管82，通過與陰極液供給用流通部72連通而設於陰極側壓框62及陰極側絕緣板52的第2貫通孔62b，52b，被連接於陰極液供給用流通部72。 由陽極液/氣體回收用流通部73回收陽極液及氣體的陽極液/氣體回收管83，通過與陽極液/氣體回收用流通部73連通而設於陰極側壓框62及陰極側絕緣板52的第3貫通孔62c，52c，被連接於陽極液/氣體回收用流通部73。 由陰極液/氣體回收用流通部74回收陰極液及氣體的陰極液/氣體回收管84，通過與陰極液/氣體回收用流通部74連通而設於陰極側壓框62及陰極側絕緣板52的第4貫通孔62d，62d，被連接於陰極液/氣體回收用流通部74。
作為背面隔壁11及21的材質，可以無特別限制地使用具有耐鹼性的剛性導電性材料，例如較佳的可以採用鎳、鐵等單體金屬或是SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等不銹鋼等金屬材料。這些金屬材料，為了提高耐蝕性或導電性，施以鍍鎳而使用亦可。作為凸緣部12及22的材質，可以無特別限制地使用具有耐鹼性的剛性材料，例如除了鎳、鐵等單體金屬或是SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等不銹鋼等金屬材料以外，還可以使用強化塑膠等非金屬材料。這些之中，於金屬材料，為了提高耐蝕性，亦可施以鍍鎳。陽極室胞10及陽極端胞10e的背面隔壁11與凸緣部12亦可以熔接或接著等接合，亦可以相同材料一體地形成。同樣地，陰極室胞20及陰極端胞20e的背面隔壁21與凸緣部22亦可以熔接或接著等接合，亦可以相同材料一體地形成。但，從容易提高對於極室內部的壓力之耐性的觀點，陽極室胞10及陽極端胞10e之背面隔壁11與凸緣部12以相同的導電性材料(例如前述金屬材料)一體地形成為佳，陰極室胞20及陰極端胞20e之背面隔壁21與凸緣部22以相同的導電性材料(例如前述金屬材料)一體地形成為佳。
作為氧發生用陽極14(以下亦簡稱「陽極14」)，可以無特別限制地使用可用於鹼性水電解用電解槽之陽極。陽極14通常具備導電性基材，及包覆該基材的表面之觸媒層。觸媒層為多孔質為較佳。陽極14之導電性基材，例如可以使用鎳、鎳合金、鎳鐵、釩、鉬、銅、銀、錳、鉑族元素、石墨、或者鉻，或這些之組合。於陽極14可以較佳地使用由鎳構成的導電性基材。觸媒層含鎳元素。觸媒層較佳為含有氧化鎳、金屬鎳、或氫氧化鎳，或這些的組合，含有鎳與其他1種以上金屬之合金亦可。觸媒層為金屬鎳所構成為特佳。又，觸媒層亦可進而含有鉻、鉬、鈷、鉭、鋯、鋁、鋅、鉑族元素，或稀土類元素，或者這些的組合。於觸媒層的表面，亦可進而追加的銠、鈀、銥、或釕，或者這些的組合作為觸媒。陽極14的導電性基材可以是剛性的基材，也可以是可撓性的基材。構成陽極14的剛性導電性基材，例如可舉出展延金屬(expanded metal)或沖壓金屬等。此外作為構成陽極14的可撓性導電性基材，例如可舉出金屬線編成(或織成)之金屬網等。
作為氫發生用陰極24(以下亦簡稱「陰極24」)，可以無特別限制地使用可用於鹼性水電解用電解槽之陰極。陰極24通常具備導電性基材，及包覆該基材的表面之觸媒層。陰極24的導電性基材，例如可以較佳地採用鎳、鎳合金、不銹鋼、軟鋼、鎳合金、或者不銹鋼或軟鋼的表面施以鍍鎳者。陰極24的觸媒層，可以較佳地採用貴金屬氧化物、鎳、鈷、鉬、或者錳，或者這些的氧化物，或由貴金屬氧化物構成的觸媒層。構成陰極24的導電性基材例如可以是剛性的基材，也可以是可撓性的基材。構成陰極24的剛性導電性基材，例如可舉出展延金屬或沖壓金屬等。此外，構成陰極24的可撓性導電性基材，例如可舉出金屬線編成(或織成)之金屬網等。
導電性肋片13及23，可以無特別限制地使用用於鹼性水電解槽之公知的導電性肋片。於電解槽100，導電性肋片13由陽極室胞10及陽極端胞10e的背面隔壁11突出設置，導電性肋片23由陰極室胞20及陰極端胞20e的背面隔壁21突出設置。導電性肋片13只要可以使陽極14對陽極室胞10及陽極端胞10e固定及保持即可，導電性肋片13的連接方法、形狀、數目及配置沒有特別限制。此外，導電性肋片23只要可以使陰極24對陰極室胞20及陰極端胞20e固定及保持即可，導電性肋片23的連接方法、形狀、數目及配置也沒有特別限制。導電性肋片13及23的材質，可以無特別限制地使用具有耐鹼性的剛性導電性材料，例如較佳的可以採用鎳、鐵等單體金屬或是SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等不銹鋼等金屬材料。這些金屬材料，為了提高耐蝕性或導電性，施以鍍鎳亦可。
離子透過性隔膜30(以下亦簡稱「隔膜30」)，可以無特別限制地使用可用於鹼性水電解用電解槽之離子透過性隔膜。隔膜30以氣體透過性低，電氣傳導度小，強度高者為佳。隔膜30之例，可以舉出石棉或變性石棉所構成的多孔質膜、使用聚碸(polysulfone)系高分子之多孔質隔膜、使用聚苯硫醚纖維之布、氟系多孔質膜、含有無機系材料與有機系材料雙方之混成材料之多孔質膜等多孔質隔膜。此外，這些多孔質隔膜以外，還可以使用氟系離子交換膜等離子交換膜作為隔膜30。
於電解槽100，保護構件40由墊片構成。構成保護構件40的墊片，可以無特別限制地使用可用於鹼性水電解用電解槽，具有電氣絕緣性之墊片。圖3為墊片30的剖面。保護構件40具有平坦的形狀，保持隔膜30的周緣部，另一方面被挾持於鄰接的陽極室單元10(或陽極端單元10e)的凸緣部12與陰極室單元20(或陰極端單元20e)的凸緣部22之間。構成保護構件40的墊片，以藉由具有耐鹼性的彈性體形成為佳。墊片的材料之例，可以舉出天然橡膠(NR)、丁苯橡膠(SBR)、氯丁橡膠(CR)、丁二烯橡膠(BR)、丙烯腈-丁二烯(NBR)、乙烯-丙烯橡膠(EPT)、乙烯-丙烯-雙烯橡膠(EPDM)、異丁烯-異戊二烯橡膠(IIR)、氯磺基化聚乙烯橡膠(CSM)等彈性體。此外，使用不具有耐鹼性的墊片材料的情況下，於該墊片材料的表面藉由包覆等而設具有耐鹼性的材料之層亦可。
陽極側絕緣板51及陰極側絕緣板52(以下亦簡稱「絕緣板51及52」)，可以無特別限制地使用可用於鹼性水電解用電解槽之陽極端胞與陽極側壓框之間的電氣絕緣以及陰極端胞與陰極側壓框之間的電氣絕緣之絕緣板。絕緣板51及52的材料之例，可以舉出硬質氯乙烯樹脂、聚丙烯樹脂、聚乙烯樹脂、尼龍樹脂、聚縮醛樹脂、非晶性聚酯樹脂、聚醚醚酮樹脂、聚醚亞醯胺樹脂、聚苯硫醚樹脂、聚苯咪唑樹脂、聚四氟乙烯樹脂、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚合物樹脂、四氟乙烯-乙烯共聚合物樹脂等。
陽極側壓框61及陰極側壓框62(以下亦簡稱「壓框61及62」)，藉由不圖示的拉桿來締結，使陽極側壓框61與陰極側壓框62之間所配置之絕緣板51及52、各陽極室單元10及陽極端胞10e、各陰極室單元20及陰極端單元20e、以及各保護構件40以及各隔膜30一體化。壓框61及62，以具有耐得住前述締結的荷重的剛性之金屬材料來形成。構成壓框61及62的金屬材料之例，可以舉出SS400等碳鋼或SUS304、SUS316等不銹鋼等。
陽極液供給管81、陰極液供給管82、陽極液/氣體回收管83、及陰極液/氣體回收管84(以下亦匯總稱為「極液供給管/回收管」)之各個，是至少內面以電氣絕緣性的樹脂包覆的金屬管。構成陽極液供給管81、陰極液供給管82、陽極液/氣體回收管83、及陰極液/氣體回收管84的金屬材料之例，可以舉出SS400等碳鋼或SUS304、SUS310、SUS316等不銹鋼、及鎳鋼等。此外，作為包覆陽極液供給管81、陰極液供給管82、陽極液/氣體回收管83、及陰極液/氣體回收管84的內面之電氣絕緣性樹脂，可以無特別限制地使用四氟乙烯-全氟代烷基乙烯基醚共聚合物樹脂、四氟乙烯-乙烯共聚合物樹脂等具有電氣絕緣性及耐鹼性的樹脂材料。使陽極液供給管81、陰極液供給管82、陽極液/氣體回收管83、及陰極液/氣體回收管84，分別通過第1貫通孔62a、52a，第2貫通孔62b、52b，第3貫通孔62c、52c及第4貫通孔62d、52d(以下亦匯總稱為「各貫通孔」)，分別連接於陽極液供給用流通部71、陰極供給液流通部72、陽極液/氣體回收用流通部73、及陰極液/氣體回收用流通部74(以下亦匯總稱為「極液供給用/回收用流通部」)的手法，例如可以無特別限制地使用螺紋鎖入連接、插入熔接、嵌柱焊接(stud welding)、凸緣連接等公知的連接手法。又，使各極液供給管/回收管(81～84)通過各貫通孔(62a/52a～62d/52d)連接於各極液供給用/回收用流通部(71～74)時，由各極液供給管/回收管的內部到各極液供給用/回收用流通部為止的空間，該極液供給管/回收管之金屬構件或陰極側壓框62的金屬構件或者與這些電氣導通的金屬構件露出於極液的流通路徑的情況下，可以藉由塗布等而在露出於該流通路徑的金屬構件的表面設根據電氣絕緣性之樹脂的包覆。作為該電氣絕緣性樹脂，可以無特別限制地使用與包覆各極液供給管/回收管的內面的電氣絕緣性樹脂相同之電氣絕緣性樹脂。
至少內面以電氣絕緣性樹脂包覆的金屬管之各極液供給管/回收管81～84的內部之流通路徑長(單位：m)對於流通路徑剖面積(管內部的空洞之垂直於管長方向的剖面之面積)(單位：m2 )之比沒有特別限制，從使本發明的效果更顯著地表現之觀點來看，較佳為100m/m2 以上，更佳為1,000m/m2 以上。上限沒有特別限制，例如可為未滿20,000m/m2 。又，針對前述「流通路徑長」，在金屬管彎曲的情況下，採用最短的路徑。彎曲的金屬管內部的最短路徑的長度，例如使線在金屬管內部通跨金屬管全長，以使線不鬆弛的方式由兩端拉緊，可知線之通過金屬管內部的部分之長度。針對前述「剖面積」，隨著管內部的場所不同而剖面積不同的情況下，採用其最大值。
於陽極端胞10e被連接著陽極端子，於陰極端胞20e被連接著陰極端子。此外陽極側壓框61、陰極側壓框62、陽極液流通管81、陰極液供給管82、陽極液/氣體回收管83、及陰極液/氣體回收管84，均被接地。
於電解槽100，陽極液，於陽極液供給管81與陽極液供給用流通部71之連接部以及陽極液/氣體回收管83與陽極液/氣體回收用流通部73之連接部，都不與陽極液供給管81的金屬構件、陽極液/氣體回收管83的金屬構件、陽極側壓框61的金屬構件、及陰極側壓框62的金屬構件、以及與這些電氣導通的金屬構件之任一個接觸。此外，陰極液，於陰極液供給管82與陰極液供給用流通部72之連接部以及陰極液/氣體回收管84與陰極液/氣體回收用流通部74之連接部，都不與陰極液供給管82的金屬構件、陽極液/氣體回收管83的金屬構件、陽極側壓框61的金屬構件、及陰極側壓框62的金屬構件、以及與這些電氣導通的金屬構件之任一個接觸。亦即，根據電解槽100，可以藉由洩漏電流增大逆反應產生時之作用極到對極為止的離子傳導電阻(液電阻)，所以即使用不安定電源的情況下也可以抑制洩漏電流的影響。
由使本發明的效果變得顯著的觀點來看，本發明的電解槽以最小電流運作時之單位時間的主反應之氫氣發生量，對比於本發明的電解槽以最大電流運作時之單位時間的主反應之氫氣發生量，較佳為未滿10%，更佳為未滿5%，於一實施型態為1%以上，於另一實施型態為2%以上。又，於本說明書，「最大電流」及「最小電流」，意味著通電至電解槽的電流之最大值及最小值。
這樣的電解槽100的效果，在陽極室及陰極室之至少一方維持在比大氣壓更高壓同時進行電解的情況下特別顯著。對電解槽供給極液，由該電解槽回收極液及氣體的各極液供給管及回收管，使用可撓性軟管等樹脂製的配管，再配管的處理等面向上是簡便的。然而，在極室被加壓的情況下，各極液供給管及回收管的內部也被加壓，所以各極液供給管及回收管使用可撓性軟管等樹脂製的配管在強度方面是困難的。亦即，作為連接至在加壓條件下進行電解的電解槽的極液供給管及回收管以使用金屬管為佳。然而，金屬管為了安全有必要電氣接地，於那樣的電解槽，電源使用不安定電源的情況下，被電氣接地的金屬管作為相對電極發揮作用導致的洩漏電流的影響變成無法忽視。對此，根據電解槽100，即使作為極液供給管及回收管必須使用金屬管之加壓條件下之電解，使用不安定電源來進行的情況下，也可以抑制洩漏電流的影響。
使陽極室及陰極室之至少一方維持比大氣壓更高壓同時進行電解的情況下，陰極室內部的壓力為比大氣壓還高出20kPa以上的高壓為佳，400kPa以上高壓為更佳，800kPa以上高壓進而更佳。陰極室內部的壓力上限隨構成電解槽的構件強度而定，例如可以為未滿大氣壓+1000kPa。藉由使陰極室內部的壓力為前述下限值以上，可以減低由陰極室回收氫氣後之升壓工程之壓縮率，或者省略升壓工程，所以可以削減設備成本，謀求設備全體之省空間化及節能化。此外，藉由陰極室內部的壓力為前述下限值以上，在陰極室發生的氣泡尺寸變小，所以陽極-陰極間的電阻減少，亦即可以減低電解電壓。
此外，使陽極室及陰極室之至少一方維持比大氣壓更高壓同時進行電解的情況下，陽極室內部的壓力為比大氣壓還高出20kPa以上的高壓為佳，400kPa以上高壓為更佳，800kPa以上高壓進而更佳。陽極室內部的壓力上限隨構成電解槽的構件強度而定，例如可以為未滿大氣壓+1000kPa。藉由使陽極室內部的壓力為前述下限值以上，可以減低由陽極室回收氧氣後之升壓工程之壓縮率，或者省略升壓工程，所以可以進而削減設備成本，謀求設備全體之省空間化及節能化。此外，藉由陽極室內部的壓力為前述下限值以上，在陽極室發生的氣泡尺寸變小，所以陽極-陰極間的電阻進而減少，亦即可以進而減低電解電壓。
陰極室內部的壓力與陽極室內部的壓力之差，例如以未滿5.0kPa為佳，未滿1.0kPa更佳。藉由使陰極室內部的壓力與陽極室內部的壓力之差未滿前述上限值，要抑制起因於陽極室-陰極室間的差壓使氣體透過隔膜而由陽極室往陰極室或者由陰極室往陽極室移動的情形，以及，要抑制起因於陽極室-陰極室間的差壓使隔膜損傷的情形會變得容易。
關於本發明之前述說明，例示了各極液供給管/回收管81～84，通過設於陰極側壓框62及陰極側絕緣板52的第1～第4貫通孔62a/52a～62d/52d，分別被連接於各極液供給用/回收用流通部71～74的型態之電解槽100，但本發明不限定於該型態。例如，各極液供給管/回收管之中的一個以上，通過設於陽極側壓框及陽極側絕緣板的貫通孔，被連接於對應的極液供給用/回收用流通部的型態之電解槽亦為可能。
圖6係模式說明相關於那樣的其他實施型態之電解槽200之剖面圖。電解槽200，是鹼性水電解用之電解槽。圖7為圖6之C-C箭頭視圖。於圖6及7，紙面的上下方向分別對應於鉛直上下方向。圖8為供模式說明電解槽200之陽極液供給用流通部71、陰極液供給用流通部72、陽極液/氣體回收用流通部73及陰極液/氣體回收用流通部74的連通模樣之分解立體圖。於圖6～8，對已圖示於圖3～5的要素賦予與圖3～5同一之符號而省略說明。 電解槽200，替代陽極端單元101e而具備陽極端單元201e，替代陰極端單元102e而具備陰極端單元202e，於陰極端單元201e被連接著各極液供給管/回收管81～84這點，與電解槽100不同。陽極端單元201e，替代陽極端胞10e而具備陽極端胞201e，替代陽極側絕緣板51而具備陽極側絕緣板251，替代陽極側壓框61而具備陽極側壓框261這點，與陽極端單元101e不同。陰極端單元202e，替代陰極端胞20e而具備陰極端胞220e，替代陰極側絕緣板52而具備陰極側絕緣板252，替代陰極側壓框62而具備陰極側壓框262這點，與陽極端單元102e不同。陰極側壓框262，不具備第1～第4貫通孔62a～62d這點，與陰極側壓框62不同。陰極側絕緣板252，不具備第1～第4貫通孔52a～52d這點，與陰極側絕緣板52不同。
於圖8為了使圖容易閱讀，僅表示出陽極側壓框261及陰極側壓框262、陽極側絕緣板251及陰極側絕緣板252、陽極端胞210e及陰極端胞220e、以及鄰接於陽極端胞210e的保護構件40(240A)及鄰接於陰極端胞220e的保護構件40(240C)，其他要素省略。此外各導電性肋片13及14也省略。 於陽極端胞210e、各陽極室胞10、各陰極室胞20、陰極端胞220e、及各保護構件40之各個的下部設有陰極液供給用流通部72，各個的上部設有陰極液/氣體回收用流通部74。陰極液供給用流通部72，中介著陰極液供給路徑72a與陰極室C連通，陰極液/氣體回收用流通部74中介著陰極液排出路徑74a與陰極室C連通。由陰極液供給用流通部72到各陰極室C，通過陰極液供給路徑72a供給陰極液，由各陰極室C到陰極液/氣體回收用流通部74，通過陰極液排出路徑74a回收陰極液及在陰極24之發生氣體。分別的陰極液供給用流通部72相互連通，分別的陰極液/氣體回收用流通部74相互連通。 鄰接於陽極端胞210e、各陽極室胞10、各陰極室胞20、陰極端胞220e的保護構件40(240C)以外之各保護構件40之各個的下部設有陽極液供給用流通部71，各個的上部設有陽極液/氣體回收用流通部73。陽極液供給用流通部71通過陽極液供給路徑71a與陽極室A連通，陽極液/氣體回收用流通部73通過陽極液排出路徑73a與陽極室A連通。由陽極液供給用流通部71到各陽極室A，通過陽極液供給路徑71a供給陽極液，由各陽極室A到陽極液/氣體回收用流通部73，通過陽極液排出路徑73a回收陽極液及在陽極14之發生氣體。分別的陽極液供給用流通部71相互連通，分別的陽極液/氣體回收用流通部73相互連通。
對陽極液供給用流通部供給陽極液的陽極液供給管81，通過與陽極液供給用流通部71連通而設於陽極側壓框261及陽極側絕緣板251的第1貫通孔261a，251a，被連接於陽極液供給用流通部71。 對陰極液供給用流通部供給陰極液的陰極液供給管82，通過與陰極液供給用流通部72連通而設於陽極側壓框261及陽極側絕緣板251的第2貫通孔261b，251b，被連接於陰極液供給用流通部72。 由陽極液/氣體回收用流通部回收陽極液及氣體的陽極液/氣體回收管83，通過與陽極液/氣體回收用流通部73連通而設於陽極側壓框261及陽極側絕緣板251的第3貫通孔261c，251c，被連接於陽極液/氣體回收用流通部73。 由陰極液/氣體回收用流通部回收陰極液及氣體的陰極液/氣體回收管84，通過與陰極液/氣體回收用流通部74連通而設於陽極側壓框261及陽極側絕緣板251的第4貫通孔261d，251d，被連接於陰極液/氣體回收用流通部74。
使各極液供給管/回收管81～84，分別通過第1～第4貫通孔261a/251a～261d/251d，分別連接於各極液供給用/回收用流通部71～74的手法，可以無特別限制使用針對電解槽100於前述說明者相同的連接手法。又，使各極液供給管/回收管(81～84)通過第1～第4貫通孔(261a/251a～261d/251d)連接於各極液供給用/回收用流通部(71～74)時，由各極液供給管/回收管的內部到各極液供給用/回收用流通部為止的空間，該極液供給管/回收管之金屬構件或陽極側壓框261的金屬構件或者與這些電氣導通的金屬構件露出於極液的流通路徑的情況下，可以藉由塗布等而在露出於該流通路徑的金屬構件的表面設根據電氣絕緣性之樹脂的包覆。
於陽極端胞210e被連接著陽極端子，於陰極端胞220e被連接著陰極端子。此外陽極側壓框261、陰極側壓框262、陽極液流通管81、陰極液供給管82、陽極液/氣體回收管83、及陰極液/氣體回收管84，均被接地。
於電解槽200，陽極液，於陽極液供給管81與陽極液供給用流通部71之連接部以及陽極液/氣體回收管83與陽極液/氣體回收用流通部73之連接部，都不與陽極液供給管81的金屬構件、陽極液/氣體回收管83的金屬構件、陽極側壓框261的金屬構件、及陰極側壓框262的金屬構件、以及與這些電氣導通的金屬構件之任一個接觸。此外，陰極液，於陰極液供給管82與陰極液供給用流通部72之連接部以及陰極液/氣體回收管84與陰極液/氣體回收用流通部74之連接部，都不與陰極液供給管82的金屬構件、陰極液/氣體回收管84的金屬構件、陽極側壓框261的金屬構件、及陰極側壓框262的金屬構件、以及與這些電氣導通的金屬構件之任一個接觸。亦即，根據電解槽200，可以藉由洩漏電流增大逆反應產生時之作用極到對極為止的離子傳導電阻(液電阻)，所以即使用電解槽200以最小電流運作時的主反應之氫氣發生量未達電解槽200以最大電流雲作時的10%那樣的不安定電源的情況下，也可以抑制洩漏電流的影響。
關於本發明之前述說明，舉出不挾住被保持於保護構件40的隔膜30而鄰接的陽極室胞10的背面隔壁11與陰極室胞20的背面隔壁21為個別的構件的型態之電解槽100，200為例，但本發明不限定於該型態。例如，不挾住被保持於保護構件的隔膜而鄰接的陽極室胞的背面隔壁與陰極室胞的背面隔壁被形成為一體的型態之電解槽亦為可能。
圖9係模式說明相關於那樣的其他實施型態之電解槽300之剖面圖。電解槽300，是鹼性水電解用之電解槽。於圖9，對已圖示於圖3～8的要素賦予與圖3～8同一之符號而省略說明。於圖9，紙面的上下方向分別對應於鉛直上下方向。電解槽300，替代陽極室胞10及陰極室胞20，而具備一體型極室胞310這點，與電解槽100(圖3)不同。於一體型極室胞310，鄰接的陽極室胞10的背面隔壁11與陰極室胞20的背面隔壁21被形成為一體，為一體之背面隔壁311。此外，於一體型極室胞310，鄰接的陽極室胞10的凸緣部12與陰極室胞20的凸緣部22被形成為一體，為延伸於背面隔壁311的陽極室側(圖9的紙面左側)及陰極室側(圖9之紙面右側)雙方之一體的凸緣部312。藉由這樣的電解槽300，也同樣可以得到與針對電解槽100(圖3～5)於前述說明之效果相同的效果。
關於本發明之前述說明，舉出具備由墊片構成的保護構件40的型態之電解槽100，200，300為例，但本發明不限定於該型態。例如，具備金屬板表面以彈性體包覆而成的保護構件的型態之電解槽亦為可能。
圖10係模式說明相關於那樣的其他實施型態之電解槽400之剖面圖。電解槽400，是鹼性水電解用之電解槽。於圖10，對已圖示於圖3～9的要素賦予與圖3～9同一之符號而省略說明。於圖10，紙面的上下方向分別對應於鉛直上下方向。電解槽400，替代保護構件40而具備保護構件440這點，與電解槽100(圖3～5)不同。保護構件440，具備金屬板441、與設於金屬板441表面的電氣絕緣性的彈性體包覆442這點，與保護構件40不同。與保護構件40同樣，於保護構件440之各個的下部設有陽極液供給用流通部71，各個的上部設有陽極液/氣體回收用流通部73。此外，鄰接於陽極端胞10e的保護構件440A以外之各保護構件440之各個的下部設有陰極液供給用流通部72，各個的上部設有陰極液/氣體回收用流通部74。隔膜30的周緣部，被保持於保護構件440之彈性體包覆442及連通於金屬板441而設的狹縫部。藉由這樣的電解槽400，也同樣可以得到與針對電解槽100(圖3～5)於前述說明之效果相同的效果。
構成金屬板441的金屬材料，可以較佳地使用具有耐鹼性的剛性金屬材料，例如較佳的可以採用鎳、鐵等單體金屬或是SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等不銹鋼等金屬材料。這些金屬材料，為了提高耐蝕性，亦可施以鍍鎳。
構成彈性體包覆442的彈性體，較佳可以使用具有電氣絕緣性及耐鹼性的彈性體。那樣的彈性體之例，可以舉出天然橡膠(NR)、丁苯橡膠(SBR)、氯丁橡膠(CR)、丁二烯橡膠(BR)、丙烯腈-丁二烯(NBR)、乙烯-丙烯橡膠(EPT)、乙烯-丙烯-雙烯橡膠(EPDM)、異丁烯-異戊二烯橡膠(IIR)、氯磺基化聚乙烯橡膠(CSM)等彈性體。此外，使用不具有耐鹼性的彈性體的情況下，於該彈性體的表面藉由包覆等而設具有耐鹼性的材料之層亦可。
圖11係模式說明相關於本發明之其他實施型態之電解槽500之剖面圖。電解槽500，是鹼性水電解用之電解槽。於圖11，對已圖示於圖3～10的要素賦予與圖3～10同一之符號而省略說明。於圖11，紙面的上下方向分別對應於鉛直上下方向。電解槽500，替代保護構件40而具備保護構件540這點，與電解槽300(圖9)不同。保護構件540，具備挾持隔膜30的周緣部的墊片541，與保持墊片541的樹脂製的保持構件542，保持構件542被挾持於各極室胞之間這點，與保護構件40不同。與保護構件40同樣，於保護構件540之各個的下部設有陽極液供給用流通部71，各個的上部設有陽極液/氣體回收用流通部73。此外，鄰接於陽極端電池10e的保護構件540A以外之各保護構件540之各個的下部設有陰極液供給用流通部72，各個的上部設有陰極液/氣體回收用流通部74。
圖12系進而詳細說明電解槽500之保護構件540之剖面圖。於圖12(A)～(C)，紙面的上下方向分別對應於鉛直上下方向。圖12(A)係顯示分解保護構件540的姿勢之剖面圖。如前所述，保護構件540，具備保持隔膜30的周緣部的墊片541，與保持墊片541的樹脂製的保持構件542。保持構件542，具備基體框5421，與蓋框5422。於基體框5421的外周側，設有各極液供給用/回收用流通部71～74。基體框5421，具備：設於基體框5421內周側，具有可接受容納墊片541的尺寸之受容部5421a，以及由受容部5421a往基體框5421的內周側突出延伸，於受容部5421a受容墊片541時使墊片541支撐於各極室胞及保護構件540的層積方向(圖12之紙面左右方向，以下亦簡稱「層積方向」)之支撐部5421b。圖12(B)係墊片541被收容於基體框5421之受容部5421a，顯示由層積方向被支撐於支撐部5421b的姿勢之剖面圖。受容部5421a的層積方向之深度，比保持隔膜30的周緣部之墊片541的層積方向之厚度更深，所以保持隔膜30的墊片541被接受容納於受容部5421a而由層積方向被支撐於支撐部5421b時，被接受容納於受容部5421a的墊片541之與支撐部5421b相反側的面541a，與基體框5421之與支撐部5421b相反側的面5421c之間產生階差(圖12(B))。蓋框5422，具有可被收受容納於在受容部5421a被收受容納墊片541的基體框5421之面5421c與墊片之面5421a之間的階差之尺寸。亦即，蓋框5422的外周部，具有與基體框5421的受容部5421a的內周部約略相同的尺寸，蓋框5422的內周部，具有與基體框5421的支撐部5421b的內周部約略相同的尺寸，蓋框5422的層積方向之厚度，為使保持隔膜30的墊片541的層積方向之厚度與蓋框5422的層積方向之厚度的合計，與基體框5421的受容部5421a的層積方向之深度為約略相同。圖12(C)係顯示(B)之基體框5421之面5421c與墊片之面5421a之間的階差被收容蓋框5422的姿勢之剖面圖。如圖12(C)所示，藉由墊片541及蓋框5422被收容於基體框5421的受容部5421a，墊片541被保持構件542保持。於電解槽500，保護構件540由鄰接的陽極端胞10e或者陰極端胞20e或者各極室胞10,20往層積方向承受推壓力(圖11)，所以被收容於基體框5421的受容部5421a的墊片541藉由基體框5421的支撐部5421b與蓋框5422挾持固定於層積方向。
於電解槽500，作為構成墊片541的材料，可以使用與針對墊片40於前述說明的材料相同之材料。保持構件542的基體框5421及構成蓋框5422的樹脂材料，可以無特別限制地使用具有耐鹼性而具有耐得住被施加於層積方向的推壓力的強度之樹脂材料。那樣的樹脂材料之例，可以舉出硬質氯乙烯樹脂、聚丙烯樹脂、聚乙烯樹脂、聚醚亞醯胺樹脂、聚苯硫醚樹脂、聚苯咪唑樹脂、聚四氟乙烯樹脂、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚合物樹脂、四氟乙烯-乙烯共聚合物樹脂等。
藉由這樣的電解槽500，也同樣可以得到與針對電解槽100(圖3~5)於前述說明之效果相同的效果。
<2.氣體製造方法>
本發明之氣體製造方法，係電解鹼性水而製造至少氫氣之方法，包含(a)於本發明的鹼性水電解用電解槽，藉由通以變動的直流電流，由陰極液/氣體回收管(84)回收氫氣的工程。於工程(a)，由本發明之前述效果顯著地呈現的觀點，電解槽以前述變動的直流電流的最小值運作時之單位時間的主反應之氫氣產生量，未達電解槽以前述變動的直流電流之最大值運作時之單位時間的主反應之氫氣產生量的10%為佳，未達5%為更佳，此外於一實施型態為1%以上，另一實施型態為2%以上。工程(a)，亦可進而包含由陽極液/氣體回收管(83)回收氧氣。工程(a)，進而可包含由陽極液供給管81供給陽極液，由陰極液供給管82供給陰極液，同時由陽極液/氣體回收管83回收陽極液，由陰極液/氣體回收管84回收陰極液。又，前述變動的直流電流的變動幅度，以在特定範圍內為佳。根據本發明之氣體製造方法，藉由使用前述本發明之鹼性水電解用電解槽，即使用不安定電源的情況下也可以抑制洩漏電流的影響，所以可以使用不安定電源同時製造純度提高的氫氣與氧氣。
10:陽極室胞(cell)
10e,210e:陽極端胞(end cell)
20:陰極室胞
20e,220e‧‧‧陰極端胞 310‧‧‧一體型極室胞 11,21,311‧‧‧背面隔壁 12，22，312‧‧‧凸緣部 13,23‧‧‧導電性肋片 14‧‧‧(氧產生用)陽極 24‧‧‧(氫產生用)陰極 30‧‧‧(離子透過性)隔膜 40,40A,40C,240A,240C,440,440A,440C,540,540A,540C‧‧‧保護構件 441‧‧‧金屬板 442‧‧‧(電氣絕緣性之)彈性體包覆 541‧‧‧墊片 542‧‧‧保持構件 5421‧‧‧基體框 5421a‧‧‧受容部 5421b‧‧‧支撐部 5422‧‧‧蓋框 51,251‧‧‧陽極側絕緣板 52,252‧‧‧陰極側絕緣板 61,261‧‧‧陽極側壓框(press frame) 62,262‧‧‧陰極側壓框 62a,52a,261a,251a‧‧‧第1貫通孔 62b,52b,261b,251b‧‧‧第2貫通孔 62c,52c,261c,251c‧‧‧第3貫通孔 62d,52d,261d,251d‧‧‧第4貫通孔 71‧‧‧陽極液供給用流通部 72‧‧‧陰極液供給用流通部 73‧‧‧陽極液/氣體回收用流通部 74‧‧‧陰極液/氣體回收用流通部 81‧‧‧陽極液供給管 82‧‧‧陰極液供給管 83‧‧‧陽極液/氣體回收管 84‧‧‧陰極液/氣體回收管 71a‧‧‧陽極液供給路徑 73a‧‧‧陽極液排出路徑 72a‧‧‧陰極液供給路徑 74a‧‧‧陰極液排出路徑 101e,201e‧‧‧陽極端單元(end unit) 102e,202e‧‧‧陰極端單元 100,200,300,400,500,900‧‧‧電解槽 A‧‧‧陽極室 C‧‧‧陰極室
圖1係模式說明從前的鹼性水電解槽900之剖面圖。 圖2為圖1之A-A箭頭視圖。 圖3係模式說明相關於本發明之一實施型態之電解槽100之剖面圖。 圖4為圖3之B-B箭頭視圖。 圖5為供模式說明電解槽100之陽極液供給用流通部71、陰極液供給用流通部72、陽極液/氣體回收用流通部73及陰極液/氣體回收用流通部74的連通模樣之分解立體圖。 圖6係模式說明相關於本發明之其他實施型態之電解槽200之剖面圖。 圖7為圖6之C-C箭頭視圖。 圖8為供模式說明電解槽200之陽極液供給用流通部71、陰極液供給用流通部72、陽極液/氣體回收用流通部73及陰極液/氣體回收用流通部74的連通模樣之分解立體圖。 圖9係模式說明相關於其他實施型態之電解槽300之剖面圖。 圖10係模式說明相關於其他實施型態之電解槽400之剖面圖。 圖11係模式說明相關於其他實施型態之電解槽500之剖面圖。 圖12系進而詳細說明電解槽500之保護構件540之剖面圖。(A)係顯示分解保護構件540的姿勢之剖面圖。(B)係墊片541被收容於基體框5421之受容部5421a，顯示由層積方向被支撐於支撐部5421b的姿勢之剖面圖。(C)係顯示(B)之基體框5421之面5421c與墊片之面5421a之間的階差被收容蓋框5422的姿勢之剖面圖。
10‧‧‧陽極室胞(cell)
10e‧‧‧陽極端胞(end cell)
11,21‧‧‧背面隔壁
12，22‧‧‧凸緣部
13,23‧‧‧導電性肋片
14‧‧‧(氧產生用)陽極
20‧‧‧陰極室胞
20e‧‧‧陰極端胞
24‧‧‧(氫產生用)陰極
30‧‧‧(離子透過性)隔膜
40(40A)‧‧‧陽極端胞10e的保護構件
40(40C)‧‧‧陰極端胞20e的保護構件
51‧‧‧陽極側絕緣板
52‧‧‧陰極側絕緣板
61‧‧‧陽極側壓框(press frame)
62‧‧‧陰極側壓框
71‧‧‧陽極液供給用流通部
72‧‧‧陰極液供給用流通部
73‧‧‧陽極液/氣體回收用流通部
74‧‧‧陰極液/氣體回收用流通部
81‧‧‧陽極液供給管
82‧‧‧陰極液供給管
83‧‧‧陽極液/氣體回收管
84‧‧‧陰極液/氣體回收管
100‧‧‧電解槽
101e‧‧‧陽極端單元(end unit)
102e‧‧‧陰極端單元
A‧‧‧陽極室
C‧‧‧陰極室

Claims (6)

  1. 一種鹼性水電解用電解槽，係供電解由鹼性水構成的電解液而得到氧及氫之電解槽，其特徵為：該電解槽，係包含在陽極端單元(end unit)及陰極端單元之間，收容氧產生用陽極的陽極室胞與收容氫產生用陰極的陰極室胞，中介著周緣部藉保護構件保持之離子透過性隔膜而交互配置複數個之構造；前述電解槽，具備：陽極端單元、陰極端單元、分別具備第1導電性的背面隔壁且收容氧產生用陽極的複數陽極室胞、分別具備第2導電性的背面隔壁且收容氫產生用陰極的複數陰極室胞、以及周緣部分別藉保護構件保持之複數離子透過性隔膜；於分別的鄰接之前述離子透過性隔膜之間，使前述第1導電性的背面隔壁朝向前述陽極端單元側的一陽極室胞，與使前述第2導電性的背面隔壁朝向前述陰極端單元側的一陰極室胞之組(pair)，以該第1導電性的背面隔壁與該第2導電性的背面隔壁鄰接的方式配置；於分別的鄰接之前述離子透過性隔膜之間，前述第1導電性的背面隔壁與前述第2導電性的背面隔壁，可被形成為一體亦可不被形成為一體； 前述陽極端單元，具備由電解槽的陽極側端部側起依序配置的陽極側壓框(press frame)、陽極側絕緣板及陽極端胞；前述陰極端單元，具備由電解槽的陰極側端部側起依序配置的陰極側壓框、陰極側絕緣板及陰極端胞；於前述陽極端胞的下部、各陽極室胞的下部、各陰極室胞的下部、及除鄰接於前述陰極端胞的保護構件以外之各保護構件的下部，設有陽極液供給用流通部，由該陽極液供給用流通部對前述各陽極室供給陽極液；於前述陽極端胞的上部、各陽極室胞的上部、各陰極室胞的上部、及除鄰接於前述陰極端胞的保護構件以外之各保護構件的上部，設有陽極液/氣體回收用流通部，陽極液及在陽極產生的氣體由前述各陽極室回收至該陽極液/氣體回收用流通部；於前述陰極端胞的下部、各陽極室胞的下部、各陰極室胞的下部、及除鄰接於前述陽極端胞的保護構件以外之各保護構件的下部，設有陰極液供給用流通部，由該陰極液供給用流通部對前述各陰極室供給陰極液；於鄰接前述陰極端胞的上部、各陽極室胞的上部、各陰極室胞的上部、及前述陽極端胞的保護構件以外之各保護構件的上部，設有陰極液/氣體回收用流通部，陰極液及在陰極產生的氣體由前述各陰極室回收至該陰極液/氣體回收用流通部；對前述陽極液供給用流通部供給陽極液的陽極液供給 管，通過與前述陽極液供給用流通部連通而設於前述陽極側壓框及前述陽極側絕緣板的或者是與前述陽極液供給用流通部連通而設於前述陰極側壓框及前述陰極側絕緣板的第1貫通孔，被連接於前述陽極液供給用流通部；在前述陽極液供給管通過設於前述陰極側壓框及前述陰極側絕緣板的第1貫通孔連接於前述陽極液供給用流通部的情況下，於前述陰極端胞之下部及鄰接於前述陰極端胞的保護構件之下部也設有前述陽極液供給用流通部；對前述陰極液供給用流通部供給陰極液的陰極液供給管，通過與前述陰極液供給用流通部連通而設於前述陽極側壓框及前述陽極側絕緣板的或者是與前述陰極液供給用流通部連通而設於前述陰極側壓框及前述陰極側絕緣板的第2貫通孔，被連接於前述陰極液供給用流通部；在前述陰極液供給管通過設於前述陽極側壓框及前述陽極側絕緣板的第2貫通孔連接於前述陰極液供給用流通部的情況下，於前述陽極端胞之下部及鄰接於前述陽極端胞的保護構件之下部也設有前述陰極液供給用流通部；由前述陽極液/氣體回收用流通部回收陽極液及氣體的陽極液/氣體回收管，通過與前述陽極液/氣體回收用流通部連通而設於前述陽極側壓框及前述陽極側絕緣板的或者與前述陽極液/氣體回收用流通部連通而設於前述陰極側壓框及前述陰極側絕緣板的第3貫通孔，連接於前述陽極液/氣體回收用流通部；前述陽極液/氣體回收管通過設於前述陰極側壓框及 前述陰極側絕緣板的第3貫通孔被連接於前述陽極液/氣體回收用流通部的情況下，於前述陰極端胞的上部及鄰接於前述陰極端胞的保護構件的上部也設有前述陽極液/氣體回收用流通部；由前述陰極液/氣體回收用流通部回收陰極液及氣體的陰極液/氣體回收管，通過與前述陰極液/氣體回收用流通部連通而設於前述陽極側壓框及前述陽極側絕緣板的或者與前述陰極液/氣體回收用流通部連通而設於前述陰極側壓框及前述陰極側絕緣板的第4貫通孔，連接於前述陰極液/氣體回收用流通部；前述陰極液/氣體回收管通過設於前述陽極側壓框及前述陽極側絕緣板的第4貫通孔被連接於前述陰極液/氣體回收用流通部的情況下，於前述陽極端胞的上部及鄰接於前述陽極端胞的保護構件的上部也設有前述陰極液/氣體回收用流通部；前述陽極液供給管、陰極液供給管、陽極液/氣體回收管及陰極液/氣體回收管之各個，為至少內面以電氣絕緣性的樹脂包覆的金屬管；陽極液，於前述陽極液供給管與前述陽極液供給用流通部之連接部以及前述陽極液/氣體回收管與前述陽極液/氣體回收用流通部之連接部，不接觸於前述陽極液供給管之金屬構件、前述陽極液/氣體回收管的金屬構件、前述陽極側壓框之金屬構件、以及前述陰極側壓框之金屬構件、以及與這些電氣導通之金屬構件之任一個； 陰極液，於前述陰極液供給管與前述陰極液供給用流通部之連接部以及前述陰極液/氣體回收管與前述陰極液/氣體回收用流通部之連接部，不接觸於前述陰極液供給管之金屬構件、前述陰極液/氣體回收管的金屬構件、前述陽極側壓框之金屬構件、以及前述陰極側壓框之金屬構件、以及與這些電氣導通之金屬構件之任一個；以最小電流運作時之單位時間的主反應之氫氣產生量，未達以最大電流運作時之單位時間的主反應之氫氣產生量的10%。
  2. 如申請專利範圍第1項之鹼性水電解用電解槽，其中各個前述陽極液供給用流通部相互連通，各個前述陽極液/氣體回收用流通部相互連通，各個前述陰極液供給用流通部相互連通，各個前述陰極液/氣體回收用流通部相互連通。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之鹼性水電解用電解槽，其中於前述陽極端胞、各陽極室胞、各陰極室胞、各保護構件及前述陰極端胞之各個的下部，設有前述陰極液供給用流通部；於前述陽極端胞、各陽極室胞、各陰極室胞、各保護構件及前述陰極端胞之各個的上部，設有前述陰極液/氣體回收用流通部； 前述陽極液供給管，通過與前述陽極液供給用流通部連通而設於前述陽極側壓框及前述陽極側絕緣板的第1貫通孔，被連接於前述陽極液供給用流通部；前述陰極液供給管，通過與前述陰極液供給用流通部連通而設於前述陽極側壓框及前述陽極側絕緣板的第2貫通孔，被連接於前述陰極液供給用流通部；前述陽極液/氣體回收管，通過與前述陽極液/氣體回收用流通部連通而設於前述陽極側壓框及前述陽極側絕緣板的前述第3貫通孔，被連接於前述陽極液/氣體回收用流通部；前述陰極液/氣體回收管，通過與前述陰極液/氣體回收用流通部連通而設於前述陽極側壓框及前述陽極側絕緣板的前述第4貫通孔，被連接於前述陰極液/氣體回收用流通部。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之鹼性水電解用電解槽，其中於前述陽極端單元、各陽極室胞、各陰極室胞、各保護構件及前述陰極端胞之各個的下部，設有前述陽極液供給用流通部；於前述陽極端單元、各陽極室胞、各陰極室胞、各保護構件及前述陰極端胞之各個的上部，設有前述陽極液/氣體回收用流通部；前述陽極液供給管，通過與前述陽極液供給用流通部 連通而設於前述陰極側壓框及前述陰極側絕緣板的第1貫通孔，被連接於前述陽極液供給用流通部；前述陰極液供給管，通過與前述陰極液供給用流通部連通而設於前述陰極側壓框及前述陰極側絕緣板的第2貫通孔，被連接於前述陰極液供給用流通部；前述陽極液/氣體回收管，通過與前述陽極液/氣體回收用流通部連通而設於前述陰極側壓框及前述陰極側絕緣板的前述第3貫通孔，被連接於前述陽極液/氣體回收用流通部；前述陰極液/氣體回收管，通過與前述陰極液/氣體回收用流通部連通而設於前述陰極側壓框及前述陰極側絕緣板的前述第4貫通孔，被連接於前述陰極液/氣體回收用流通部。
  5. 一種氣體製造方法，係電解鹼性水而至少製造氫氣之方法，其特徵為：包含(a)於申請專利範圍第1~4項之任一項所記載的鹼性水電解用電解槽，藉由通以變動的直流電流，由前述陰極液/氣體回收管回收氫氣的工程，於前述工程(a)，前述電解槽以前述變動的直流電流的最小值運作時之單位時間的主反應之氫氣產生量，未達前述電解槽以前述變動的直流電流之最大值運作時之單位時間的主反應之氫氣產生量的10%。
  6. 如申請專利範圍第5項之氣體製造方法，其中前述工程(a)，進而包含由前述陽極液/氣體回收管回收氧氣。
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