WO2021200372A1 - アルカリ水電解用電解エレメント、及びアルカリ水電解槽 - Google Patents

アルカリ水電解用電解エレメント、及びアルカリ水電解槽 Download PDF

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康行 田中
仁司 松井
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株式会社トクヤマ
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    • Y02E60/36Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Definitions

  • the present invention relates to an electrolytic element and an electrolytic cell, and more particularly to an electrolytic element and an electrolytic cell that can be suitably used for electrolysis of alkaline water.
  • Alkaline water electrolysis method is known as a method for producing hydrogen gas and oxygen gas.
  • hydrogen gas is generated from the cathode by electrolyzing water using a basic aqueous solution (alkaline water) in which an alkali metal hydroxide (for example, NaOH, KOH, etc.) is dissolved as an electrolytic solution.
  • an electrolytic cell for alkaline water electrolysis there is known an electrolytic cell having an anode chamber and a cathode chamber partitioned by an ion-permeable diaphragm, in which an anode is arranged in the anode chamber and a cathode is arranged in the cathode chamber.
  • an electrolytic cell having a zero gap structure zero gap type electrolytic cell in which the anode and the cathode are held so as to be in direct contact with the diaphragm has been proposed.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-262387 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-104090 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-108150 International release 2018/139616 JP-A-2015-117407 International Publication 2013/191140 Japanese Patent No. 4453973 Japanese Patent No. 6093351 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-117417 International Publication No. 2019/111832 Japanese Unexamined Patent Publication No. 56-102586
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view schematically illustrating a conventional zero-gap type alkaline water electrolytic cell 9000 according to one embodiment.
  • the zero-gap type electrolytic cell 9000 is provided between the polar chamber units 9010, 9010, ...
  • the rigid anode 9040 held by the conductive ribs 9013, 9013, ...
  • It comprises a body 9050 and a flexible anode 9070 held by a conductive elastic body 9060 arranged in contact with the current collector 9050.
  • the peripheral edge of the cathode 9070 and the peripheral edge of the conductive elastic body 9060 are fixed to the peripheral edge of the current collector 9050.
  • the conductive elastic body 9060 presses the flexible cathode 9070 toward the diaphragm 9020 and the anode 9040, so that the diaphragm 9020 is sandwiched between the adjacent cathode 9070 and the anode 9040. ..
  • the diaphragm 9020 and the anode 9040 and the cathode 9070 are in direct contact (ie, with a zero gap), thus reducing the solution resistance between the anode 9040 and the cathode 9070 and thus reducing the energy loss.
  • the conductive elastic body 9060 presses the flexible cathode 9070 toward the diaphragm 9020 and the rigid anode 9040, and the rigid anode 9040 is welded to the conductive rib 9013.
  • the conductive rib 9013 is welded to the partition wall 9011.
  • the diaphragm 9020 in the alkaline water electrolytic cell, an inexpensive porous membrane is usually used instead of the expensive ion exchange membrane used in the alkali metal salt electrolytic cell.
  • the diaphragm 9020 which is a porous membrane, has a certain degree of permeability to gas. Therefore, from the viewpoint of increasing the purity of the hydrogen gas recovered from the cathode chamber, it is possible to maintain the pressure in the cathode chamber where the hydrogen gas is generated higher than the pressure in the anode chamber where the oxygen gas is generated to perform electrolysis. It is advantageous.
  • the diaphragm 9020 When the pressure in the cathode chamber is higher than the pressure in the anode chamber, the diaphragm 9020 is pushed toward the anode 9040 by the pressure difference (differential pressure) between the bipolar chambers.
  • the direction in which the conductive elastic body 9060 pushes the cathode 9070 is between the two polar chambers. Since the differential pressure is in the same direction as the force pushing the diaphragm 9020, it is possible to stably maintain the zero gap state even if the repulsive force of the conductive elastic body 9060 is low.
  • the anode 9040 since oxygen gas is generated at the anode 9040 of the alkaline water electrolytic cell, the anode 9040 is placed under oxidative conditions in combination with the outflow of electrons from the anode 9040.
  • the anode 9040 usually comprises a conductive substrate and a catalyst supported on the surface of the substrate.
  • the catalyst and the conductive substrate are likely to be ionized or oxidized, so that the catalyst is likely to fall off from the electrode surface, and as a result, the anode 9040 is faster than the cathode 9070. It tends to reach the end of its life.
  • the anode 9040 that has reached the end of its life needs to be replaced with a new anode.
  • the anode 9040 is mechanically separated from the conductive rib 9013 (for example, by fusing), and (2) the conductive rib 9013. It is necessary to (3) weld a new anode 9040 to the conductive rib 9013 after adjusting the height of the end portion of the (for example, by grinding or the like). Since dedicated equipment is required to perform such replacement work, it is difficult to replace the anode 9040 at the site where the electrolytic cell is installed and operated.
  • the polar chamber unit 9010 whose anode 9040 has reached the end of its life is sent to a factory where the anode 9040 can be replaced, and after the anode 9040 is replaced at the factory, the polar chamber where the anode 9040 has been replaced is completed.
  • Unit 9010 is returned from the factory to the site where the electrolytic cell is installed and operated. In this way, in the conventional zero-gap type alkaline water electrolytic cell, the work of renewing the anode requires a high cost.
  • An object of the present invention is to provide an electrolytic element for alkaline water electrolysis, which is an electrolytic element that can be used in a zero-gap type alkaline water electrolytic cell and whose anode can be easily replaced. Further, an alkaline water electrolytic cell provided with the electrolytic element is provided.
  • the present invention includes the following forms [1] to [25].
  • [1] A conductive partition wall having a first surface and a second surface, Anode for oxygen evolution and A cathode for hydrogen generation and A first connecting means that fixes the anode to the bulkhead and electrically connects the anode to the bulkhead so that the anode faces the first surface of the bulkhead at a distance of a first distance.
  • a conductive elastic body that supports the cathode A cathode current collector that supports the elastic body and With The cathode current collector is fixed to the partition wall so as to face the second surface of the partition wall at a second distance, and is electrically connected to the partition wall.
  • the first connecting means is Includes a first conductive bolt with at least a shaft An electrolytic element for alkaline water electrolysis, wherein the anode is detachably fixed to the partition wall via the first bolt.
  • the first connecting means is A first through hole provided in the partition wall through which the shaft portion of the first bolt can be inserted, A first nut that can be screwed with the first bolt,
  • the first connecting means is A first spacer portion extending from the anode toward the first surface of the partition wall in a direction intersecting the first surface of the partition wall, and a portion of the partition wall continuous from the first spacer portion. Further comprising a conductive first structural element, including a first plate-like portion extending in a direction parallel to the first surface. The first spacer portion comprises an end portion fixed to the anode. The first plate-shaped portion includes a second through hole through which the shaft portion of the first bolt can be inserted. The shaft portion of the first bolt is inserted into the first through hole and the second through hole and screwed into the first nut, whereby the first structural element is fixed to the partition wall.
  • the electrolytic element according to [2].
  • the first bolt is Further provided with a head provided at the end of the shaft portion,
  • the shaft portion of the first bolt has the first through hole and the said portion in a direction in which the head portion of the first bolt pushes the first plate-shaped portion of the first structural element toward the partition wall. Inserted through the second through hole, The first structural element is When the shaft portion of the first bolt is inserted into the second through hole and the head portion of the first bolt comes into contact with the first plate-shaped portion, the rotation of the first bolt is restricted.
  • the electrolytic element according to [3] or [4], further comprising a rotation restricting portion, which is in contact with the side surface of the head of the bolt.
  • the first connecting means is Further provided with a second nut that can be screwed with the first bolt
  • the first bolt inserted into the second through hole so that the head of the first bolt and the second nut sandwich the first plate-shaped portion of the first structural element.
  • the second nut By screwing the second nut into the shaft portion, the first bolt is fixed to the first plate-shaped portion of the first structural element.
  • the shaft portion of the first bolt fixed to the first plate-shaped portion of the first structural element into the first through hole of the partition wall and screwing it with the first nut.
  • the electrolytic element according to any one of [3] to [5], wherein the first bolt is fixed to the partition wall.
  • the cathode current collector is provided with a third through hole having a shape and dimensions through which the first nut can be passed at a position facing the first through hole of the partition wall [3].
  • the electrolytic element according to any one of [6].
  • the first connecting means is The electrolytic element according to [1], further including a first screw hole that is open to the first surface of the partition wall and is screwable with the first bolt.
  • the first connecting means is A first spacer portion extending from the anode toward the first surface of the partition wall in a direction intersecting the first surface of the partition wall, and a portion of the partition wall continuous from the first spacer portion. Further comprising a conductive first structural element, including a first plate-like portion extending in a direction parallel to the first surface. The first spacer portion comprises an end portion fixed to the anode. The first plate-shaped portion includes a second through hole through which the shaft portion of the first bolt can be inserted. The shaft portion of the first bolt is inserted into the second through hole and screwed into the first screw hole of the partition wall, whereby the first structural element is fixed to the partition wall. 9] The electrolytic element.
  • a second lid member made of the same material as the anode and closing at least a part of the fourth through hole of the anode. Further provided with a conductive second bolt fixed to the second lid member.
  • the head of the first bolt comprises a second screw hole that can be screwed into the second bolt. By screwing the second bolt into the second screw hole, the second lid member is detachably fixed to the first bolt and electrically connected to the first bolt.
  • the electrolytic element according to [11] wherein the second lid member closes at least a part of the fourth through hole of the anode.
  • the first bolt is a stud bolt, and the stud bolt has a first end portion and a second end portion.
  • the first connecting means is A first spacer portion extending from the anode toward the first surface of the partition wall in a direction intersecting the first surface of the partition wall, and a portion of the partition wall continuous from the first spacer portion.
  • a conductive first structural element including a first plate-like portion extending in a direction parallel to the first surface, and Further including the stud bolt and a screwable first nut.
  • the first spacer portion comprises an end portion fixed to the anode.
  • the first plate-shaped portion includes a second through hole through which the first bolt can be inserted.
  • the first structural element is formed by inserting the stud bolt fixed to the partition wall into the second through hole and screwing the first nut into the stud bolt from the second end portion.
  • the electrolytic element according to [9], wherein is fixed to the partition wall.
  • a second lid member made of the same material as the anode and closing at least a part of the fourth opening of the anode. Further provided with a conductive second bolt fixed to the second lid member.
  • the second end of the stud bolt comprises a second screw hole that can be screwed into the second bolt.
  • the cathode current collector is fixed to the partition wall so that the cathode current collector faces the second surface of the partition wall at a distance from the second partition wall, and the cathode current collector is attached to the partition wall.
  • the second connecting means is Includes a second conductive structural element, including a second spacer portion extending in a direction intersecting the second surface of the partition between the cathode current collector and the second surface of the partition.
  • the second structural element is described in any one of [1] to [15], which includes an end portion fixed to the cathode current collector and an end portion fixed to the second surface of the partition wall. Electrolytic element.
  • a partition wall having a first surface and a second surface, Anode for oxygen evolution and A cathode for hydrogen generation and A conductive elastic body that supports the cathode, A cathode current collector that supports the elastic body and The anode and the cathode current collector are fixed to the partition so that the anode faces the first surface of the partition and the cathode current collector faces the second surface of the partition.
  • a third connecting means that electrically connects the cathode current collector, With The third connecting means is A first conductive bolt with at least a shaft, A first through hole provided in the partition wall through which the shaft portion of the first bolt can be inserted, A first nut that can be screwed with the first bolt, Including The anode is The first flat part that extends two-dimensionally, A first cup-shaped portion protruding from the first flat portion toward the first surface of the partition wall in a tapered shape. A fifth through hole provided at the bottom of the first cup-shaped portion through which the shaft portion of the first bolt can be inserted is provided.
  • the cathode current collector A second flat part that extends two-dimensionally, A second cup-shaped portion protruding from the second flat portion toward the second surface of the partition wall in a tapered shape.
  • a sixth through hole provided at the bottom of the second cup-shaped portion through which the shaft portion of the first bolt can be inserted is provided. The shaft portion of the first bolt is inserted into the first through hole, the fifth through hole, and the sixth through hole and screwed into the first nut to obtain the anode and the anode.
  • An electrolytic element for alkaline water electrolysis wherein the cathode current collector is detachably fixed to the partition wall via the first bolt.
  • the first bolt is Further provided with a head provided at the end of the shaft portion,
  • a second lid member made of the same material as the anode and having a two-dimensionally extending shape capable of closing at least a part of the opening of the first cup-shaped portion of the anode.
  • a conductive second bolt having a head fixed to the second lid member and a shaft portion fixed to the head.
  • the head of the first bolt has a screw hole that can be screwed into the second bolt.
  • a second lid member made of the same material as the anode and having a two-dimensionally extending shape capable of closing at least a part of the opening of the first cup-shaped portion of the anode.
  • the first bolt is Further provided with a head provided at the end of the shaft portion, The second lid member is fixed to the head of the first bolt and electrically connected to the first bolt.
  • the third connecting means is Further including a second nut that can be screwed with the first bolt, The shaft portion of the first bolt is inserted into the first through hole, the fifth through hole, and the sixth through hole and screwed into the first nut and the second nut.
  • the second lid member closes at least a part of the opening of the first cup-shaped portion of the anode while being detachably fixed to the partition wall via the first bolt. Electrolytic element.
  • a flange portion provided on the outer peripheral portion of the partition wall and extending toward both sides of the partition wall in a direction intersecting the first surface and the second surface of the partition wall is further provided.
  • the electrolytic element according to any one of [20].
  • the electrolytic element according to any one of [1] to [21], which is arranged between adjacent ion-permeable diaphragms, respectively. Equipped with a laminated structure including The adjacent electrolytic cell is an alkaline water electrolytic cell in which the anode of one electrolytic element faces the cathode of the other electrolytic element via the ion-permeable diaphragm.
  • a first terminal element arranged so as to face the cathode of the first electrolytic element arranged at one end of the laminated structure with the ion-permeable diaphragm interposed therebetween.
  • the anode of the second electrolytic element located at the other end of the laminated structure is further provided with a second terminal element arranged so as to face the ion-permeable diaphragm.
  • the first terminal element is With the first conductive partition wall, With the first anode electrically connected to the first bulkhead, With The second terminal element is With a second conductive bulkhead, With a second cathode electrically connected to the second bulkhead,
  • the alkaline water electrolytic cell according to [22].
  • a gasket and a gasket that hold each peripheral edge of the ion-permeable diaphragm An electrically insulating frame-shaped protective member that holds each peripheral edge of the ion-permeable diaphragm via the gasket, and Further provided, a sealing member arranged between the partition wall and the protective member, between the first partition wall and the protective member, and between the second partition wall and the protective member, respectively.
  • Each of the electrolytic elements is the electrolytic element according to [21].
  • the first terminal element is A first flange portion provided on the outer peripheral portion of the first conductive partition wall and extending toward the flange portion of the first electrolytic element is further provided.
  • the second terminal element is The alkaline water electrolytic cell according to [23], further comprising a second flange portion provided on the outer peripheral portion of the second conductive partition wall and extending toward the flange portion of the second electrolytic element.
  • the anode can be easily replaced by being detachably fixed to the partition wall via a conductive bolt. Therefore, it is possible to reduce the time and cost required to update the anode.
  • the anode can be easily replaced by providing the electrolytic element according to the first aspect of the present invention, and therefore the anode can be renewed. It is possible to reduce the time and cost required for this.
  • (A) It is a top view of the cathode current collector 60.
  • (B) is a plan view showing a posture in which the first lid members 61, 61, ... Are attached to the third through holes 60h, 60h, ... Of the cathode current collector 60 of (A).
  • (C) is a view taken along the line CC of (B).
  • (A) It is a top view schematically explaining the 1st lid member 61.
  • (B) is a front view and a left and right side view of (A).
  • (A) is a cross-sectional view schematically illustrating the electrolytic element 300 according to another embodiment of the present invention.
  • (B) is an exploded cross-sectional view schematically illustrating a posture in which the electrolytic element 300 of (A) is disassembled.
  • (A) is a cross-sectional view schematically illustrating the electrolytic element 400 according to another embodiment of the present invention.
  • (B) is an exploded cross-sectional view schematically illustrating a posture in which the electrolytic element 400 of (A) is disassembled.
  • (A) It is a perspective view schematically explaining the first structural element 443.
  • An example of a posture in which the shaft portion 41a of the first bolt 41 is inserted into the second through hole 43b of the first structural element 443 of (A) is shown in the plan view of (A) from above the paper surface. be.
  • FIG. 1 Another example of the posture in which the shaft portion 41a of the first bolt 41 is inserted into the second through hole 43b of the first structural element 443 of (A) is the plane seen from the upper side of the paper surface of (A). It is a figure.
  • (A) It is a perspective view schematically explaining the first structural element 443'according to another embodiment.
  • (B) is a plan view of the posture in which the shaft portion 41a of the first bolt 41 is inserted into the second through hole 43bh of the first structural element 443'of (A) from the upper side of the paper surface of (A). ..
  • (A) It is a perspective view schematically explaining the first structural element 443'' according to another embodiment.
  • (B) The posture in which the shaft portion 41a of the first bolt 41 is inserted into the second through hole 43bh of the first structural element 443'' of (A) is viewed from the upper side of the paper surface of (A).
  • (A) is a cross-sectional view schematically illustrating the electrolytic element 500 according to another embodiment of the present invention.
  • (B) is an exploded cross-sectional view schematically illustrating a posture in which the electrolytic element 500 of (A) is disassembled.
  • (A) It is a perspective view schematically explaining the first structural element 443''' according to another embodiment.
  • (B) An example of a posture in which the shaft portion 41a of the first bolt 41 is inserted into the second through hole 443'''bh of the first structural element 443''' of (A) is the paper surface of (A). It is a plan view seen from the upper side.
  • (A) is a cross-sectional view schematically illustrating the electrolytic element 600 according to another embodiment of the present invention.
  • (B) is an exploded cross-sectional view schematically illustrating a posture in which the electrolytic element 600 of (A) is disassembled.
  • (A) is a cross-sectional view schematically illustrating an electrolytic element 700 according to another embodiment of the present invention.
  • (B) is an exploded cross-sectional view schematically illustrating a posture in which the electrolytic element 700 of (A) is disassembled.
  • (A) is a cross-sectional view schematically illustrating the electrolytic element 800 according to another embodiment of the present invention.
  • (B) is an exploded cross-sectional view schematically illustrating a posture in which the electrolytic element 800 of (A) is disassembled.
  • (A) is a cross-sectional view schematically illustrating the electrolytic element 900 according to another embodiment of the present invention.
  • (B) is an exploded cross-sectional view schematically illustrating a posture in which the electrolytic element 900 of (A) is disassembled.
  • (A) It is a top view schematically explaining the anode 920.
  • (B) is a cross-sectional view taken along the line BB of (A).
  • (A) It is a top view schematically explaining the cathode current collector 960.
  • (B) is a cross-sectional view taken along the line BB of (A).
  • (A) is a cross-sectional view schematically illustrating the electrolytic element 1000 according to another embodiment of the present invention.
  • (B) is an exploded cross-sectional view schematically illustrating a posture in which the electrolytic element 1000 of (A) is disassembled.
  • (A) is a cross-sectional view schematically illustrating the electrolytic element 1100 according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. (B) is an exploded cross-sectional view schematically illustrating a posture in which the electrolytic element 1100 of (A) is disassembled.
  • A) is a cross-sectional view schematically illustrating an electrolytic element 1200 according to another embodiment of the present invention.
  • (B) is an exploded cross-sectional view schematically illustrating a posture in which the electrolytic element 1200 of (A) is disassembled. It is sectional drawing which schematically explains the alkaline water electrolytic cell 10000 which concerns on one Embodiment of this invention. It is an exploded view of FIG. (A) It is a top view schematically explaining the protective member 110 holding the diaphragm 80 and the gasket 90.
  • (B) is a cross-sectional view taken along the line BB of (A). It is sectional drawing which shows the posture which disassembled the protective member 110 in (C) and (B). It is sectional drawing which shows the posture which disassembled the protection member 110 in (D) (B).
  • (A) is a cross-sectional view schematically illustrating the first terminal element 1300.
  • (B) is an exploded cross-sectional view schematically illustrating a posture in which the first terminal element 1300 of (A) is disassembled.
  • (A) is a cross-sectional view schematically illustrating the first terminal element 1300'according to the other embodiment.
  • FIG. (A) is a cross-sectional view schematically illustrating the first terminal element 21300.
  • FIG. (B) is an exploded cross-sectional view schematically illustrating a posture in which the first terminal element 21300 of (A) is disassembled.
  • A) is a cross-sectional view schematically illustrating the second terminal element 21400.
  • B) is an exploded cross-sectional view schematically illustrating a posture in which the second terminal element 21400 of (A) is disassembled.
  • E 1 and E 2 are intended to mean “E 1 or E 2, or combinations thereof", elements E 1, ..., E N (N is 3 for more integer) "E 1, ..., E N-1, and / or E N" notation is a means "E 1, ..., E N-1, or E N or combinations thereof," do.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view schematically illustrating an electrolytic element 100 for alkaline water electrolysis (hereinafter, may be referred to as “electrolytic element 100”) according to one embodiment.
  • the electrolytic element 100 includes a conductive partition wall 10 having a first surface 10a and a second surface 10b; an anode 20 for generating oxygen; a cathode 30 for generating hydrogen; and an anode 20;
  • the first connecting means 40 which fixes the anode 20 to the partition 10 and electrically connects the anode 20 to the partition 10 so that the anode 20 faces the first surface 10a of the partition 10 with a distance d1.
  • the cathode current collector 60 is fixed to the partition wall 10 so as to face the second surface 10b of the partition wall with a second distance d2, and is electrically connected to the partition wall 10.
  • the first connecting means 40 is provided on the partition wall 10 with conductive first bolts 41, 41, ... (Hereinafter referred to simply as “first bolt 41”) having at least a shaft portion 41a.
  • first bolt 41 the first through holes 10h, 10h, ... (Hereinafter, it may be simply referred to as “first through hole 10h") through which the shaft portion 41a of the first bolt 41 can be inserted;
  • First nuts 42, 42, ... (Hereinafter simply referred to as “first nuts 42”) that can be screwed together; It may be referred to as "first structural element 43").
  • the first bolt 41 includes a shaft portion 41a and a head portion 41b provided at one end of the shaft portion 41a. A male thread is cut on at least a part of the shaft portion 41a.
  • the first structural element 43 has a first spacer portion 43a extending from the anode 20 toward the first surface 10a of the partition wall 10 in a direction intersecting the first surface 10a of the partition wall 10; It includes a first plate-shaped portion 43b that extends in a direction parallel to the first surface 10a of the partition wall 10 continuously from the spacer portion 43a.
  • the first spacer portion 43a has an end portion 43ae fixed to the anode 20.
  • the first plate-shaped portion 43b includes a second through hole 43b through which the shaft portion 41a of the first bolt 41 can be inserted.
  • the cathode current collector 60 is fixed to the partition wall 10 so that the cathode current collector 60 faces the second surface 10b of the partition wall 10 with a second distance d2, and the cathode current collector 60 is placed.
  • a second connecting means 70 that electrically connects to the partition wall 10 is further provided.
  • the second connecting means 70 includes a second conductive structural element 71.
  • the second structural element 71 includes a second spacer portion 71a extending in a direction intersecting the second surface 10b of the partition wall 10 between the cathode current collector 70 and the second surface 10b of the partition wall 10. ..
  • the second structural element 71 includes an end portion 71 ec fixed to the cathode current collector and an end portion 71 ew fixed to the second surface 10b of the partition wall 10.
  • FIG. 2 (B) shows that in the electrolytic element 100 of FIG. 2 (A), the coupling between the first structural element 43 of the first connecting means 40 and the partition wall 10 is released, and the cathode current collector 60 and the elastic body are shown.
  • the shaft portion 41b of the first bolt 41 is inserted into the first through hole 10h provided in the partition wall 10 and the second through hole 43b provided in the first plate-shaped portion 43b.
  • the first structural element 43 is detachably fixed to the partition wall 10. That is, the first structural element 43 and the partition wall 10 are connected by the fastening force between the first bolt 41 and the first nut 42.
  • the anode 20 is detachably fixed to the partition wall 10 via the first bolt 41.
  • the cathode current collector 60 has a shape and dimensions that allow the first nut 42 to pass through the first through holes 10h, 10h, ... Of the partition wall 10, and the third through holes 60h, 60h. ... (Hereinafter, it may be simply referred to as "third through hole 60h").
  • the work of arranging the first nut 42 at a position where it is screwed with the first bolt 41 and the fastening force between the first bolt 41 and the first nut 42 cause the first structural element 43. Can be bolted to the partition wall 10 through the third through hole 60h (see arrow X).
  • the work of removing the first structural element 43 from the partition wall 10 by releasing the fastening between the first bolt 41 and the first nut 42 can also be performed through the third through hole 60h. That is, in the electrolytic element 100, the third through hole 60h functions as an opening for access. Since the conductive elastic body 50 exists between the cathode current collector 60 and the cathode 30, even if the cathode current collector 60 is provided with the third through hole 60h, the electrolytic element 100 is used to make zero. It does not interfere with the construction of the gap type electrolytic cell.
  • a rigid conductive material having alkali resistance can be used, and examples of such a material include simple substances such as nickel and iron; SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316, SUS316L and the like. Stainless steel; and metal materials obtained by subjecting them to nickel plating can be mentioned.
  • the anode 20 a known anode for oxygen generation used in a zero-gap type electrolytic cell for alkaline water electrolysis can be used.
  • the anode 20 usually includes a conductive substrate and a catalyst layer that covers the surface of the substrate.
  • the catalyst layer is preferably porous.
  • the conductive base material of the anode 20 for example, nickel, iron, vanadium, molybdenum, copper, silver, manganese, platinum group element, graphite, chromium, or a combination thereof can be used.
  • a conductive base material made of nickel can be preferably used.
  • the catalyst layer contains nickel as an element.
  • the catalyst layer preferably contains nickel oxide, metallic nickel, nickel hydroxide, or a combination thereof, and may contain an alloy of nickel and one or more other metals.
  • the catalyst layer is particularly preferably made of metallic nickel.
  • the catalyst layer may further contain chromium, molybdenum, cobalt, tantalum, zirconium, aluminum, zinc, platinum group elements, rare earth elements, or a combination thereof. Rhodium, palladium, iridium, or ruthenium, or a combination thereof, may be further supported as an additional catalyst on the surface of the catalyst layer.
  • the anode 20 may be, for example, a flexible perforated plate, or may be, for example, a rigid perforated plate, but is preferably a rigid perforated plate.
  • anode 20 which is a rigid perforated plate
  • a perforated plate having a rigid conductive base material for example, expanded metal or the like
  • the anode 20 which is a flexible perforated plate includes a flexible conductive base material (for example, a wire mesh woven (or knitted) with a metal wire, a thin punched metal, etc.) and the catalyst layer.
  • a perforated plate comprising the above can be used.
  • the cathode 30 a known cathode for hydrogen generation used in a zero-gap type electrolytic cell for alkaline water electrolysis can be used.
  • the cathode 30 usually includes a conductive substrate and a catalyst layer that covers the surface of the substrate.
  • the conductive base material of the cathode 30 for example, nickel, nickel alloy, stainless steel, mild steel, nickel alloy, or stainless steel or mild steel whose surface is nickel-plated can be preferably adopted.
  • the catalyst layer of the cathode 30 a coating made of a noble metal oxide, nickel, cobalt, molybdenum, or manganese, or an oxide thereof, or a noble metal oxide can be preferably adopted.
  • the cathode 30 may be, for example, a flexible perforated plate, or may be, for example, a rigid perforated plate, but is preferably a flexible perforated plate.
  • a perforated plate having a rigid conductive base material (for example, expanded metal or the like) and the catalyst layer can be used.
  • the cathode 30, which is a flexible perforated plate includes a flexible conductive base material (for example, a wire mesh woven (or knitted) with a metal wire, a thin punched metal, etc.) and the catalyst layer.
  • a perforated plate comprising the above can be used.
  • the first bolt 41 is a conductive bolt including a shaft portion 41a and a head portion 41b provided at an end portion of the shaft portion, and the length of the shaft portion 41a is the partition wall 10 and the first plate. Those longer than the total thickness of the shape portion 43b and the first nut 42 can be preferably used.
  • the shaft portion 41a may be threaded at a portion to be screwed with the first nut 42, and the shaft portion 41a does not necessarily have to be threaded over the entire shaft portion 41a.
  • the shape of the head 41b is not particularly limited as long as its outer diameter is larger than the second through hole 43b provided in the first plate-shaped portion 43b (that is, the head 41b cannot pass through the second through hole 43b). ..
  • a known conductive bolt such as a hexagon bolt can be used.
  • a rigid conductive material having alkali resistance can be used, and examples of such a material are elemental metals such as nickel and iron; SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316, Examples thereof include stainless steel such as SUS316L; and metal materials obtained by subjecting them to nickel plating.
  • the first nut 42 is a conductive nut that can be screwed with the first bolt 41, and its outer diameter is larger than the first through hole 10h provided in the partition wall 10 (that is, the first penetration). Those that cannot pass through the hole 10h) can be used.
  • a known conductive nut such as a hexagon nut can be used.
  • a rigid conductive material having alkali resistance can be used, and examples of such a material are elemental metals such as nickel and iron; SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316, Examples thereof include stainless steel such as SUS316L; and metal materials obtained by subjecting them to nickel plating.
  • FIG. 3 is a perspective view schematically illustrating the first structural element 43.
  • the elements already shown in FIG. 2 are designated by the same reference numerals as those in FIG. 2, and the description thereof may be omitted.
  • the first structural element 43 includes a first spacer portion 43a and a first plate-shaped portion 43b.
  • the first spacer portion 43a extends from the anode 20 toward the first surface 10a of the partition wall 10 in a direction intersecting the first surface 10a of the partition wall 10.
  • the first plate-shaped portion 43b extends continuously from the first spacer portion 43a in a direction parallel to the first surface 10a of the partition wall 10.
  • the first plate-shaped portion 43b is provided with a second through hole 43b through which the shaft portion 41a of the first bolt 41 can be inserted. Further, the first spacer portion 43a has an end portion 43ae fixed to the anode 20.
  • a rigid conductive material having alkali resistance can be used, and examples of such a material are elemental metals such as nickel and iron; SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316. , SUS316L and other stainless steels; and nickel-plated metal materials thereof.
  • the end portion 43ae of the first spacer portion 43a is fixed to the anode 20 by welding, but it can also be fixed by another method.
  • the second structural element 71 provided with the second spacer portion 71a a known conductive structural element used as a conductive rib in an alkaline water electrolytic cell can be used.
  • the electrolytic element 100 the second structural element 71 is erected from the second surface 10b of the partition wall 10, and one end 71ew is fixed to the second surface 10b of the partition wall 10 and the other end.
  • the unit 71 ec is fixed to the current collector 60.
  • the shape, number, and arrangement of the second structural element 71 are not particularly limited as long as the second structural element 71 can fix and hold the current collector 60 with respect to the partition wall 10.
  • the material of the second structural element 71 a rigid conductive material having alkali resistance can be used without particular limitation, and examples of such a material include simple substances such as nickel and iron; SUS304, SUS310, Stainless steels such as SUS310S, SUS316, and SUS316L; and nickel-plated metals and the like can be mentioned.
  • the second structural element 71 manufactured separately from the partition wall 10 may be fixed to the partition wall 10 by welding or the like, and the partition wall 10 and the second structural element 71 are integrally formed. It may have been done.
  • the first interval d1 and the second interval d2 are not particularly limited, and a non-zero interval is appropriately selected in consideration of the thickness of the anode chamber and the cathode chamber in the electrolytic cell formed by the electrolytic element 100. can do.
  • the first interval d1 is made larger than the total thickness of the thickness of the head 41b of the first bolt 41 and the thickness of the first plate-shaped portion 43b of the first structural element 43.
  • the first interval d1 and the second interval d2 are usually 10 mm or more, preferably 30 mm or more, respectively.
  • the elastic body 50 a known conductive elastic body used in an alkaline water electrolysis tank can be used.
  • a spring or the like can be preferably adopted.
  • the material of the elastic body 50 include elemental metals such as nickel and iron; stainless steels such as SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316, and SUS316L; and metals plated with nickel.
  • known methods such as welding, pinning, and bolting can be adopted without particular limitation.
  • the cathode current collector 60 a known current collector used in an alkaline water electrolytic cell can be used, and for example, an expanded metal, a punched metal, or the like made of a rigid conductive material having alkali resistance can be preferably adopted. ..
  • the material of the current collector 60 include elemental metals such as nickel and iron; stainless steels such as SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316, and SUS316L; and metals plated with nickel.
  • known methods such as welding and pinning can be adopted without particular limitation.
  • the first is in a state where the anode 20 and the first structural element 43 are joined.
  • the shaft portion 41a of the bolt 41 cannot be inserted into the second through hole 43b of the first plate-shaped portion 43b, but even in such a case, the step (a) is the first step (a1).
  • the step of fixing the end portion 43ae of the structural element 43 to the anode 20 can be performed by going through the above order.
  • the work of removing the anode 20 from the electrolytic element 100 includes, for example, (d) a step of removing the cathode 30 and the elastic body 50 from the cathode current collector 60, and (e) a jig or the like from the through hole 60h of the current collector 60.
  • the head 41b of the first bolt 41 is changed to the first plate of the first structural element 43.
  • a step of fixing to the shaped portion 43b by a known method such as welding or brazing may be further performed.
  • the replacement work of the anode 20 can be easily performed, and therefore the time and cost required for updating the anode 20 can be reduced.
  • the electrolytic element 100 in which the first connecting means 40 includes two sets of the first structural element 43, the first bolt 41, and the first nut 42 is given as an example.
  • the present invention is not limited to this form.
  • the number of pairs of the first structural element 43, the first bolt 41, and the first nut 42 included in the first connecting means 40 is arbitrary.
  • the electrolytic element 100 in the form in which only one second through hole 43bh is provided in the first plate-shaped portion 43b of the first structural element 43 is given as an example, but the present invention has been given. Is not limited to this form.
  • the electrolytic element 100 in which the first structural element 43 includes a single first spacer portion 43a and a single first plate-shaped portion 43b is given as an example.
  • the present invention is not limited to this form.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view schematically illustrating an electrolytic element 200 for alkaline water electrolysis (hereinafter, may be referred to as “electrolytic element 200”) according to another embodiment. It is a figure corresponding to FIG. 2 (A). In FIG. 4, the elements already shown in FIGS.
  • the electrolytic element 200 closes at least a part of each of the third through holes 60h, 60h, ... Of the cathode current collector 60, and is a removable conductive first lid member 61, 61, ... It is different from the electrolytic element 100 (FIG. 2) in that it further includes a "first lid member 61").
  • FIG. 4B shows that in the electrolytic element 200 of FIG. 4A, the coupling between the first structural element 43 of the first connecting means 40 and the partition wall 10 is released, and the cathode current collector 60 and the elastic body 50 are released.
  • the first lid member 61 has a shape corresponding to the third through hole 60h of the cathode current collector 60, and the cathode current collector 60 is formed so as to close at least a part of the third through hole 60h. Can be installed.
  • the first lid member 61 is attached to the cathode current collector 60 so as to close at least a part of the third through hole 60h, the first lid member 61 is electrically connected to the cathode current collector 60.
  • FIG. 5 and 6 are diagrams schematically illustrating the cathode current collector 60 and the first lid member 61.
  • FIG. 5A is a plan view of the cathode current collector 60. As shown in FIG. 5A, the cathode current collector 60 includes third through holes 60h, 60h, .... The cathode current collector 60 is a perforated plate made of expanded metal.
  • 5 (B) is a plan view showing a posture in which the first lid members 61, 61, ... Are attached to the third through holes 60h, 60h, ... Of the cathode current collector 60 of FIG. 5 (A).
  • 5 (C) is a view taken along the line CC of FIG. 5 (B).
  • FIG. 6 (A) is a plan view schematically explaining the first lid member 61
  • FIG. 6 (B) is a front view and a left-right side view of FIG. 6 (A).
  • the first lid member 61 has a conductive flat surface portion 61a having a shape corresponding to the third through hole 60h, and L joined to the flat surface portion 61a. It has a character-shaped wire portion 61w, 61, ... (Hereinafter, it may be simply referred to as "wire portion 61w").
  • the flat surface portion 61a may be made of, for example, the same expanded metal as the cathode current collector 60, or may be made of, for example, a metal plate. As shown in FIGS.
  • the first lid member 61 is detachably attached to the cathode current collector 60, and the cathode current collector 60 and the first The flat surface portion 61a of the lid member 61 is electrically connected.
  • the flat surface portion 61a of the first lid member 61 for example, an expanded metal, a punched metal, a metal plate or the like made of a rigid conductive material having alkali resistance can be preferably adopted.
  • the material of the flat surface portion 61a include elemental metals such as nickel and iron; stainless steels such as SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316, and SUS316L; and metals plated with nickel.
  • a metal wire made of a rigid conductive material having alkali resistance can be used as the wire portion 61w of the first lid member 61.
  • the material of the wire portion 61w include elemental metals such as nickel and iron; stainless steels such as SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316, and SUS316L; and metals plated with nickel.
  • known methods such as welding and brazing can be adopted without particular limitation.
  • the first lid member 61 Since it is closed, the uniformity of the force that supports the elastic body 50 from behind can be enhanced. This makes it possible to increase the uniformity of the force with which the elastic body 50 presses the cathode 30 toward the diaphragm and the anode in the zero-gap type electrolytic cell provided with the electrolytic element 200. Further, as in the above description regarding the electrolytic element 100, the anode 20 can be easily replaced by such an electrolytic element 200, and therefore the time and cost required for updating the anode 20 can be reduced. be.
  • the first lid member 61 includes a flat surface portion 61a having a shape corresponding to the third through hole 60h of the cathode current collector 60, and the first lid member 61 is the cathode current collector.
  • the electrolytic element 200 in which the flat surface portion 61a fits into the third through hole 60h when mounted so as to close at least a part of the third through hole 60h is given as an example. It is not limited to the form. For example, when a first lid member having a flat surface portion wider than the third through hole 60h is provided and the first lid member is mounted so as to block the entire third through hole 60h of the cathode current collector.
  • the first lid member may be an electrolytic element having a first lid member that closes only a part of the third through hole 60h of the cathode current collector 60.
  • the first lid member when the first lid member is attached to the cathode current collector 60, between the outer peripheral portion of the flat surface portion of the first lid member and the inner peripheral portion of the third through hole 60h of the cathode current collector 60. There may be a gap.
  • the first lid member 61 includes a conductive flat surface portion 61a and an L-shaped wire portion 61w joined to the flat surface portion 61a, and the flat surface portion 61a of the first lid member 61. Is inserted into the third through hole 60h of the cathode current collector 60, and the wire portion 61w joined to the flat surface portion 61a is inserted into the hole of the expanded metal constituting the cathode current collector 60 to form the first lid.
  • the electrolytic element 200 in which the member 61 is mounted on the cathode current collector 60 and the cathode current collector 60 and the flat surface portion 61a of the first lid member 61 are electrically connected is given as an example. The present invention is not limited to this form.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view schematically illustrating an electrolytic element 300 for alkaline water electrolysis (hereinafter, may be referred to as “electrolytic element 300”) according to another embodiment. It is a figure corresponding to A) and FIG. 4 (A).
  • electrolytic element 300 includes an electrolytic element 200 (FIG. 4) in that the first lid member 361 is provided in place of the first lid member 61 and the first connecting means 340 is provided in place of the first connecting means 40. It is different from ⁇ 6).
  • FIG. 7 (B) shows that in the electrolytic element 300 of FIG. 7 (A), the coupling between the first structural element 43 of the first connecting means 340 and the partition wall 10 is released, and the cathode current collector 60 and the elastic body 50 are shown.
  • 2 (B) and 4 (B) are exploded cross-sectional views illustrating a posture in which the first lid member 61 is removed from the third through hole 60h while releasing the coupling with the cathode 30 and the cathode 30. ) Corresponds to.
  • the first lid member 361 was provided at the extension shaft 361b erected from the flat surface portion 61a and at the end of the extension shaft 361b (the end opposite to the flat surface portion 61a) instead of the wire portion 61w. It is different from the first lid member 61 (FIGS. 4 to 6) in that it is provided with the lid member fixing screw 361c.
  • the first connecting means 340 is different from the first connecting means 40 in that the first bolt 341 is included instead of the first bolt 41.
  • the first bolt 341 is different from the first bolt 41 in that the shaft portion 341a is provided instead of the shaft portion 41a.
  • the shaft portion 341a is different from the shaft portion 41a in that the bolt end screw hole 341h is provided at the end opposite to the head portion 41b.
  • the bolt end screw hole 341h is a screw hole that can be screwed into the lid member fixing screw 361c.
  • the first lid member 361 has a shape capable of closing at least a part of the third through hole 60h of the cathode current collector 60 (for example, a shape corresponding to the third through hole 60h). It can be attached to the cathode current collector 60 so as to close the third through hole 60h.
  • the first lid member 361 is detachably fixed to the first bolt 341 by screwing the lid member fixing screw 361c into the screw hole 341h at the end of the bolt, and the third lid member 361. It is attached to the cathode current collector 60 so as to close at least a part of the through hole 60h.
  • the first lid member 361 When the first lid member 361 is attached to the cathode current collector 60 so as to close at least a part of the third through hole 60h, the first lid member 361 has a first bolt 341, a partition wall 10, and a first lid member 361. It is electrically connected to the cathode current collector 60 via the structural element 71 of 2.
  • a rigid conductive material having alkali resistance can be used, and examples thereof include simple substances such as nickel and iron; SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316, and SUS316L. Such as stainless steel; and metals obtained by subjecting them to nickel plating, and the like.
  • the extension shaft 361b and the lid member fixing screw 361c may be integrally formed, or may be joined by welding or the like, for example. Further, in joining the extension shaft 361b to the flat surface portion 61a, known methods such as welding and brazing can be adopted without particular limitation.
  • an electrolytic element 300 At least a part of the portion in contact with the elastic body 50 in contact with the cathode current collector 60, which corresponds to the third through hole 60h, is the first lid member 361. Since it is closed, the uniformity of the force that supports the elastic body 50 from behind can be enhanced. This makes it possible to increase the uniformity of the force with which the elastic body 50 presses the cathode 30 toward the diaphragm and the anode in the zero-gap type electrolytic cell provided with the electrolytic element 300. Further, as in the above description regarding the electrolytic element 100, the anode 20 can be easily replaced by such an electrolytic element 300, and therefore the time and cost required for updating the anode 20 can be reduced. be.
  • the electrolytic element 300 is provided with a first lid member 361 having an extension shaft 361b fixed to the flat surface portion 61a and a lid member fixing screw 361c provided at the end of the extension shaft 361b.
  • the present invention is not limited to this embodiment.
  • the electrolytic elements 100, 200, and 300 in the form in which the first structural element 43 is composed of the spacer portion 43a and the first plate-shaped portion 43b are given as an example, but the present invention has the same embodiment. Not limited to.
  • the shaft portion 41a of the first bolt 41 is inserted into the second through hole 43bh and the head portion 41b of the first bolt 41 comes into contact with the first plate-shaped portion 34b, the first structural element is present.
  • an electrolytic element having a rotation restricting portion that is in contact with the side surface of the head 41b of the first bolt 41 so as to limit the rotation of the first bolt 41.
  • FIG. 8A is a cross-sectional view schematically illustrating an electrolytic element 400 for alkaline water electrolysis (hereinafter, may be referred to as “electrolytic element 400”) according to another embodiment. It is a figure corresponding to FIG. 2 (A).
  • the elements already shown in FIGS. 2 to 7 are designated by the same reference numerals as those in FIGS. 2 to 7, and the description thereof may be omitted.
  • the electrolytic element 400 is different from the electrolytic element 100 in that the first connecting means 440 is provided in place of the first connecting means 40.
  • the first connecting means 440 differs from the first connecting means 40 in that the first structural element 443 is provided in place of the first structural element 43.
  • 8 (B) shows that in the electrolytic element 400 of FIG.
  • FIG. 9A is a perspective view schematically explaining the first structural element 443, and is a diagram corresponding to FIG.
  • the first structural element 443 is different from the first structural element 43 (FIG. 3) in that it further includes a rotation restricting portion 443c in addition to the first spacer portion 43a and the first plate-shaped portion 43b. ..
  • the rotation restricting portion 443c is a plate-shaped member erected from the first plate-shaped portion 43b.
  • a rigid conductive material having alkali resistance can be used, and examples of such a material are elemental metals such as nickel and iron; SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316, SUS316L. And the like; and metal materials obtained by subjecting them to nickel plating can be mentioned, and the same material as the first plate-shaped portion 43b can be preferably adopted.
  • the rotation restricting portion 443c may be integrally formed with the first plate-shaped portion 43b, or may be joined to the first plate-shaped portion by welding or the like.
  • FIG. 9 (B) shows an example of a posture in which the shaft portion 41a of the first bolt 41 is inserted into the second through hole 43b of the first structural element 443 of FIG. 9 (A). It is a plan view seen from the upper side of the paper surface.
  • FIG. 9B shows the head portion 41b of the first bolt 41 together with the end portion 43ae of the spacer portion 43a, the first plate-shaped portion 43b, and the rotation restricting portion 443c.
  • the first bolt 41 is a hexagon bolt.
  • the shaft portion 41a of the first bolt 41 is inserted into the second through hole 43b of the first structural element 443, and the head portion 41b of the first bolt 41 is the first.
  • the rotation restricting portion 443c When in contact with the plate-shaped portion 43b, the rotation restricting portion 443c comes into contact with the side surface (outer peripheral portion) of the head 41b, so that the rotation of the first bolt 41 is restricted.
  • the rotation regulating portion 443c "restricts the rotation of the first bolt 41 by coming into contact with the side surface of the head 41b" means that the first bolt 41 rotates freely. It means that the rotation of the first bolt 41 is restricted, and does not require that the rotation of the first bolt 41 is completely restricted.
  • the first bolt 41 becomes the first nut when the shaft portion of the first bolt 41 is screwed with the first nut 42. It is prevented from rotating together with 42. Therefore, according to the electrolytic element 400, the work of attaching and detaching the anode 20 becomes easier. Similar to the above description of the electrolytic element 100, such an electrolytic element 400 can also easily replace the anode 20 and thus reduce the time and cost required to renew the anode 20.
  • an electrolytic element 400 having a first structural element 443 having a plate-shaped member erected from the first plate-shaped portion 43b as the rotation restricting portion 443c has been mentioned as an example.
  • the invention is not limited to this form.
  • the configuration of the rotation restricting unit is not particularly limited as long as the rotation of the first bolt can be restricted by contact with the head of the first bolt.
  • an electrolytic element having a structure in which the rotation of the first bolt is restricted by contact with the head of the first bolt includes a first structural element shaped by casting, pressing, cutting, or the like. It is also possible to do.
  • FIG. 10 (A) is a perspective view schematically illustrating the first structural element 443'according to the other embodiment, and is a diagram corresponding to FIG. 9 (A).
  • the elements already shown in FIGS. 2 to 9 are designated by the same reference numerals as those in FIGS. 2 to 9, and the description thereof may be omitted. As shown in FIG.
  • the head 41b of the first bolt 41 which is a hexagon bolt, corresponds to the circumference of the second through hole 43b of the plate-shaped portion 43b.
  • a concave portion 443'c having a shape is provided, and this concave portion 443'c functions as a rotation restricting portion.
  • 10 (B) shows the posture in which the shaft portion 41a of the first bolt 41 is inserted into the second through hole 43b of the first structural element 443'of FIG. 10 (A), and the paper surface of FIG. 10 (A). It is a plan view seen from the upper side. In FIG.
  • the head portion 41b of the first bolt 41 appears together with the end portion 43ae of the spacer portion 43a, the first plate-shaped portion 43b, and the rotation restricting portion 443'c.
  • the shaft portion 41a of the first bolt 41 is inserted into the second through hole 43b of the first structural element 443', and the head portion 41b of the first bolt 41 is first.
  • the side surface of the recess 443'c which is the rotation restricting portion, is in contact with the side surface (outer peripheral portion) of the head 41b (that is, the outer peripheral portion of the head 41b of the first bolt 41 is recessed.
  • the rotation of the first bolt 41 is restricted by (contacting the side surface of the 443'c (which is the rotation restricting portion) from the inside).
  • the rotation regulating portion 443'c which is such a recess, can also obtain the same effect as the rotation regulating portion 443c described above.
  • the first structural element 443'having the hexagonal recess 443'c as the rotation restricting portion corresponding to the shape of the head 41b of the first bolt 41 which is a hexagon bolt has been illustrated.
  • the present invention is not limited to this form.
  • the first structural element may have, for example, a polygonal (for example, hexagonal) concave portion in which each apex is rounded as a rotation restricting portion.
  • FIG. 11A is a perspective view schematically illustrating the first structural element 443'' according to the other embodiment, and is a diagram corresponding to FIG. 9A.
  • the elements already shown in FIGS. 2 to 10 are designated by the same reference numerals as those in FIGS. 2 to 10, and the description thereof may be omitted.
  • the second through hole 43b of the plate-shaped portion 43b is provided in the vicinity of the spacer portion 43a, and the spacer portion 43a rotates. It also serves as the regulatory department 443''c.
  • 11 (B) shows the posture in which the shaft portion 41a of the first bolt 41 is inserted into the second through hole 43bh of the first structural element 443'' of FIG. 11 (A). It is a plan view seen from the upper side of the paper surface. In FIG. 11B, the head portion 41b of the first bolt 41 appears together with the end portion 43ae of the spacer portion 43a and the first plate-shaped portion 43b. As shown in FIG.
  • the shaft portion 41a of the first bolt 41 is inserted into the second through hole 43b of the first structural element 443'', and the head portion 41b of the first bolt 41 is the first.
  • the spacer portion 43a also serving as the rotation restricting portion comes into contact with the side surface (outer peripheral portion) of the head 41b, so that the rotation of the first bolt 41 is restricted.
  • the spacer portion also serves as the rotation restricting portion as described above, the same effect as that of the rotation regulating portion 443c described above can be obtained.
  • FIG. 12A is a cross-sectional view schematically illustrating an electrolytic element 500 for alkaline water electrolysis (hereinafter, may be referred to as “electrolytic element 500”) according to another embodiment. It is a figure corresponding to FIG. 8A.
  • electrolytic element 500 for alkaline water electrolysis
  • the electrolytic element 500 is different from the electrolytic element 400 (FIGS. 8 to 11) in that the first connecting means 540 is provided instead of the first connecting means 440.
  • FIG. 12 (B) shows that in the electrolytic element 500 of FIG. 12 (A), the coupling between the first structural element 443 of the first connecting means 540 and the partition wall 10 is released, and the cathode current collector 60 and the elastic body 50 are shown. It is an exploded cross-sectional view schematically explaining the posture which released the coupling with the cathode 30 and the coupling between the first structural element 443 and the first bolt 41, and corresponds to FIG. 8 (B). It is a figure.
  • the first connecting means 540 further includes second nuts 44, 44, ... (Hereinafter simply referred to as "second nut 44") that can be screwed with the first bolts 41, 41, .... It differs from the first connecting means 440 in that it includes.
  • second nut 44 is screwed into the shaft portion 41a of the first bolt 41 so that the nut 44 sandwiches the first plate-shaped portion 43b, so that the first bolt 41 becomes the first plate-shaped portion. It is fixed to 43b.
  • the second nut 44 is a conductive nut that can be screwed with the first bolt 41, and has a first through hole 10h and a first plate-shaped portion 43b whose outer diameter is provided in the partition wall 10. Can be used that is larger than the second through hole 43bh provided in the above (that is, cannot pass through the first through hole 10h and the second through hole 43bh).
  • a known conductive nut such as a hexagon nut can be used.
  • a rigid conductive material having alkali resistance can be used, and examples of such a material are elemental metals such as nickel and iron; SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316, Examples thereof include stainless steel such as SUS316L; and metal materials obtained by subjecting them to nickel plating.
  • the shaft portion 41a of the first bolt 41 inserted into the second through hole 43bh of the first plate-shaped portion 43b is inserted into the partition wall 10
  • the work of inserting the first through hole 10h into the first through hole 10h can be performed in a state where the first bolt 41 is already fixed to the first plate-shaped portion. This prevents the first bolt 41 from swinging during the work and the first bolt 41 from coming out of the second through hole 43b, so that the work of attaching the anode 20 to the partition wall 10 is performed. It can be done more easily.
  • the anode 20 can be easily replaced by such an electrolytic element 500, and therefore the time and cost required for updating the anode 20 can be reduced. be.
  • the electrolytic element 500 in the form of including the first structural element 443 having the rotation control unit 443c has been given as an example, but the present invention is not limited to this form.
  • the electrolytic element 500 instead of the first structural element 443 (FIG. 9), the electrolytic element is provided with a first structural element 43 (FIG. 3) having no rotation restricting portion. Is also possible.
  • the electrolytic element 500 including the first structural element 443 having the rotation restricting portion 443c when the shaft portion 41b of the first bolt 41 is screwed with the first nut 41, the first bolt 41 becomes the first bolt 41.
  • the rotation restricting portion 443c prevents the nut 41 from rotating together with the nut 41.
  • the first bolt 41 and the second nut 44 tighten the first plate-shaped portion 43b, so that the first bolt 41 and the second nut 44 tighten the first plate-shaped portion 43b. Since the rotation of the bolt 41 is suppressed to some extent, the first bolt 41 may rotate together with the first nut 42 when the shaft portion 41b of the first bolt 41 is screwed with the first nut 42. It is suppressed to some extent and therefore sufficient tightening is possible.
  • electrolytic elements 400 and 500 having no first lid member for closing at least a part of the third through hole 60h of the cathode current collector 60 have been mentioned as an example, but the present invention has been made. It is not limited to this form.
  • the first one that closes at least a part of the third through hole 60h of the cathode current collector 60 it is also possible to use an electrolytic element in which a lid member is further provided.
  • FIG. 13 (A) is a perspective view schematically illustrating the first structural element 443''' according to the other embodiment, and is a diagram corresponding to FIG. 10 (A).
  • FIG. 13 (A) is a perspective view schematically illustrating the first structural element 443''' according to the other embodiment, and is a diagram corresponding to FIG. 10 (A).
  • the elements already shown in FIGS. 2 to 12 are designated by the same reference numerals as those in FIGS. 2 to 12, and the description thereof may be omitted.
  • the first structural element 443'''' has a first structure in that it includes a second through hole 443'''bh in place of the second through hole 43bh. It is different from element 443'(FIG. 10).
  • the second through hole 443'''bh is provided only in the first plate-shaped portion 43b in that it is continuously provided from the first plate-shaped portion 43b to at least a part of the first spacer portion 43a. It is different from the second through hole 43b provided.
  • FIG. 13 (B) shows an example of a posture in which the shaft portion 41a of the first bolt 41 is inserted into the second through hole 443'''bh of the first structural element 443'' of FIG. 13 (A).
  • the head portion 41b of the first bolt 41 is shown together with the end portion 43ae of the spacer portion 43a, the first plate-shaped portion 43b, the rotation restricting portion 443c, and the second through hole 443'''b. Is appearing.
  • a rotation restricting portion 443'c which is a recess having a shape corresponding to the head 41b of the first bolt 41, which is a hexagon bolt, is provided around the second through hole 443'''bh.
  • the first structural element 443'' of the present form is illustrated, the first structural element may or may not include the rotation restricting part of another form.
  • a rotation restricting unit 443c (FIG. 9), which is a plate-shaped member, may be provided.
  • a shape corresponding to the head 41b of the first bolt 41 (for example, a polygonal shape or a polygonal shape) is formed around the second through hole 443'''bh.
  • the first structural element 443''' in the form in which the rotation restricting portion 443'c, which is a concave portion of each apex is rounded), can be preferably adopted.
  • FIG. 14A is a cross-sectional view schematically illustrating an electrolytic element 600 for alkaline water electrolysis (hereinafter, may be referred to as “electrolytic element 600”) according to another embodiment. It is a figure corresponding to FIG. 2 (A).
  • electrolytic element 600 for alkaline water electrolysis
  • the electrolytic element 600 includes a partition wall 610 instead of the partition wall 10, an anode 620 instead of the anode 20, a cathode current collector 660 instead of the cathode current collector 60, and a first connecting means 40 instead. It differs from the electrolytic element 100 (FIG. 2) in that it includes a first connecting means 640.
  • the cathode current collector 660 is different from the cathode current collector 60 in that it does not have a third through hole 60h.
  • FIG. 14 (B) is an exploded cross-sectional view schematically illustrating a posture in which the first structural element 43 of the first connecting means 640 and the partition wall 610 are released from the electrolytic element 600 of FIG. 14 (A). It is a figure corresponding to FIG. 2 (B).
  • the partition wall 610 is provided with first screw holes 610h, 610h, ... (Hereinafter, it may be simply referred to as “first screw hole 610h”) instead of the first through holes 10h, 10h, .... In that respect, it differs from the partition wall 10.
  • the first connecting means 640 includes first bolts 641, 641, ... (Hereinafter, it may be simply referred to as “first bolt 641”) in place of the first bolts 41, 41, ... It differs from the first connecting means 40 (FIG. 2) in that it is provided with the first screw hole 610h instead of the through hole 10h of 1, but is not provided with the first nut 42.
  • the first bolt 641 is a bolt shorter than the first bolt 41 (FIG. 2).
  • the first bolt 641 is different from the first bolt 41 in that it includes a shaft portion 641a shorter than the shaft portion 41a instead of the shaft portion 41a.
  • the first screw hole 610h provided in the partition wall 610 is a screw hole that can be screwed with the first bolt 641.
  • the length of the shaft portion 641a of the first bolt 641 is preferably shorter than the sum of the thickness of the first plate-shaped portion 43b and the depth of the first screw hole 610h provided in the partition wall 610.
  • the anode 620 faces the second through hole 43b provided in the first plate-shaped portion 43b of the first structural element 43, and the fourth through holes 620h, 620h, ... It is different from the anode 20 (FIG. 2) in that it is provided with a through hole (620h).
  • the fourth through hole 620h has a shape and dimensions through which the first bolt 641 can be passed.
  • the work of attaching the anode 620 to the partition wall 10 is, for example, (a) the first bolt 641 in the second through hole 43b provided in the first structural element 43 joined to the anode 620.
  • the step of inserting the shaft portion 641a and (b) the step of screwing the shaft portion 641a of the first bolt 641 into the first screw hole 610h of the partition wall 610 can be performed in the above order.
  • the step of removing the anode 620 and the step of pulling the anode 620 and the first structural element 43 joined to the anode 620 from the partition wall 610 to remove the anode 620 can be performed in the above order. Even with such an electrolytic element 600, the replacement work of the anode 620 can be easily performed, and therefore the time and cost required for updating the anode 620 can be reduced. Further, in the electrolytic element 600, the anode 620 is fixed to the partition wall 610 instead of being screwed between the first bolt 41 and the first nut 42, but the first screw hole 610h provided in the first bolt 641 and the partition wall 610.
  • the partition wall has a screw hole instead of a through hole, the polar solution moves between the anode chamber and the cathode chamber through the contact portion between the through hole provided in the partition wall and the first bolt. There is nothing to do.
  • FIG. 15A is a cross-sectional view schematically illustrating an electrolytic element 700 for alkaline water electrolysis (hereinafter, may be referred to as “electrolytic element 700”) according to another embodiment. It is a figure corresponding to FIG. 14A. In FIG. 15, the elements already appearing in FIGS.
  • the electrolytic element 700 is a removable conductive fourth lid member 721, 721, ... (In the following, simply “fourth"), which closes at least a part of each of the fourth through holes 620h, 620h, ...
  • the lid member 721 ”) and a conductive second bolt 722 fixed to each second lid member 721. It differs from the electrolytic element 600 (FIG. 14) in that it includes the connecting means 740 of 1.
  • the first connecting means 740 is provided with first bolts 741, 741, ... (Hereinafter, it may be simply referred to as "first bolt 741") instead of the first bolts 641, 641, .... , Different from the first connecting means 640.
  • FIG. 15 (B) shows that in the electrolytic element 700 of FIG. 15 (A), the coupling between the first structural element 43 of the first connecting means 640 and the partition wall 610 is released, and the second lid member 721 is attached to the second lid member 721. It is an exploded sectional view schematically explaining the posture removed from the through hole 620h of No. 4, and is the figure corresponding to FIG. 14B.
  • the second lid member 721 is made of the same material as the anode 620 and has a shape capable of closing at least a part of the fourth through hole 620h of the anode 620 (for example, a shape corresponding to the fourth through hole 620h).
  • the anode 620 and the second lid member 721 are rigid perforated plates having a rigid conductive base material made of expanded metal and the same catalyst supported on the surface of the conductive base material. be.
  • the second bolt 722 is a lid provided on an extension shaft 722a erected from the second lid member 721 and an end portion of the extension shaft 722a (the end opposite to the second lid member 721). It is provided with a member fixing screw 722b.
  • a rigid conductive material having alkali resistance can be used, and examples thereof include elemental metals such as nickel and iron; stainless steels such as SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316, and SUS316L. ; And metals obtained by subjecting them to nickel plating, and the like can be mentioned.
  • the extension shaft 722a and the lid member fixing screw 722b may be integrally formed, or may be joined by welding or the like, for example. Further, in joining the second bolt 722 to the second lid member 721, known methods such as welding and brazing can be adopted without particular limitation.
  • the first bolt 741 is different from the first bolt 641 in that the head 741b is provided instead of the head 641b.
  • the head 741b differs from the head 641b in that it includes a second screw hole 741bh that can be screwed into the second bolt 722 (the lid member fixing screw 722b).
  • the second lid member 721 has a shape capable of closing at least a part of the fourth through hole 620h of the anode 620 (for example, a shape corresponding to the fourth through hole 620h), and the fourth through hole member 721 has a shape corresponding to the fourth through hole 620h. It can be attached to the anode 620 so as to close at least a part of the through hole 620h.
  • the second lid member 721 can be attached to and detached from the first bolt 741 by screwing the second bolt 722 (the lid member fixing screw 722b) into the second screw hole 741bh.
  • the second lid member 721 is electrically connected to the anode 620 via the second bolt 722, the first bolt 741, and the first structural element 43.
  • the same effect as that described above can be obtained for the electrolytic element 600 (FIG. 14). Further, according to the electrolytic element 700 including the second lid member 721, the anode area reduced by the fourth through hole is supplemented by the second lid member 721, so that the uniformity of the current distribution is improved and energy loss is reduced. It can be further reduced.
  • the second bolt 722 includes an extension shaft 722a erected from the second lid member 721 and a lid member fixing screw 722b provided at the end of the extension shaft 722a.
  • the electrolytic element 700 has been taken as an example, the present invention is not limited to this form.
  • the second bolt has a lid member fixing screw 722b and a head provided at the end of the lid member fixing screw 722b, and the second lid member 721 is attached to the head of the second bolt. It is also possible to use a fixed form of the electrolytic element.
  • FIG. 16A is a cross-sectional view schematically illustrating an electrolytic element 800 for alkaline water electrolysis (hereinafter, may be referred to as “electrolytic element 800”) according to another embodiment. It is a figure corresponding to FIG. 15A. In FIG. 16, the elements already shown in FIGS.
  • the electrolytic element 800 differs from the electrolytic element 700 (FIG. 15) in that it includes a first connecting means 840 instead of the first connecting means 740.
  • the first connecting means 840 is a stud bolt 841, 841, ... (In the following, simply “first bolt 841” or ... (Sometimes referred to as “stud bolt 841”), and first nuts 842, 842, ... ”), Which is different from the first connecting means 740.
  • 16 (B) shows that in the electrolytic element 800 of FIG.
  • FIG. 5 is an exploded cross-sectional view schematically illustrating a posture in which the bond with the first bolt 841 which is a bolt is released, and is a view corresponding to FIG. 15 (B).
  • the first bolt 841 is a stud bolt, that is, a bolt having no head provided at the end of the shaft portion.
  • the stud bolt 841 has a first end portion 841e1 and a second end portion 841e2.
  • the first end 841e1 of the stud bolt 841 is fixed to the partition 610 by screwing the stud bolt 841 into the first screw hole 610h provided in the partition 610 from the first end 841e1.
  • the stud bolt 841 fixed to the partition wall is inserted into the second through hole 43b provided in the first plate-shaped portion 43b of the first structural element 43, and the second end portion 841e2 to the first nut 842 By being screwed, the first structural element 43 is fixed to the partition wall 610.
  • the material of the stud bolt 841 and the first nut 842 the conductive material described above in relation to the first bolt 41 and the first nut 42 can be used, and the same applies to the preferred embodiment thereof. ..
  • the second end 841e2 of the stud bolt 841 is provided with a second screw hole 841bh that can be screwed with the second bolt 722 (the lid member fixing screw 722b).
  • the second lid member 721 is detachably fixed to the stud bolt 841 via the second bolt 722, and the second lid is attached.
  • the member 721 closes at least a part of the fourth through hole 620h of the anode 620, and the second lid member 721 is electrically connected to the stud bolt 841.
  • the second lid member 721 is electrically connected to the anode 620 via the second bolt 722, the stud bolt 841, the first nut 842, and the first structural element 43.
  • the second bolt 722 includes an extension shaft 722a erected from the second lid member 721 and a lid member fixing screw 722b provided at the end of the extension shaft 722a.
  • the electrolytic element 800 has been taken as an example, the present invention is not limited to this form.
  • the second bolt has a lid member fixing screw 722b and a head provided at the end of the lid member fixing screw 722b, and the second lid member 721 is attached to the head of the second bolt.
  • a fixed form of the electrolytic element Further, for example, it is also possible to use an electrolytic element in a form that does not include the second lid member 721 and the second bolt 722.
  • FIG. 17A is a cross-sectional view schematically illustrating an electrolytic element 900 for alkaline water electrolysis (hereinafter, may be referred to as “electrolytic element 900”) according to another embodiment. It is a figure corresponding to FIG. 2 (A). In FIG. 17, the elements already appearing in FIGS.
  • the electrolytic element 900 includes an anode 920 instead of the anode 20, a cathode current collector 960 instead of the cathode current collector 60, and a third connecting means 40 and a third connecting means 70. It differs from the electrolytic element 100 (FIG. 2) in that it includes the connecting means 940.
  • FIG. 17B is an exploded cross-sectional view schematically illustrating the posture in which the connection between the anode 920, the partition wall 10 and the cathode current collector 960 is released in the electrolytic element 900 of FIG. 17A.
  • FIG. It is a figure corresponding to (B).
  • the third connecting means 940 includes the first bolts 41, 41, ..., And the first through holes 10h, 10h, ... , First nuts 42, 42, ... Which can be screwed with the first bolt 41.
  • the third connecting means is to partition the anode 920 and the cathode current collector 960 so that the anode 920 faces the first surface 10a of the partition wall 10 and the cathode current collector 960 faces the second surface 10b of the partition wall 10. While fixing to 10, the anode 920 and the cathode current collector 960 are electrically connected.
  • FIG. 18 (A) is a plan view schematically explaining the anode 920
  • FIG. 18 (B) is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 18 (A).
  • the anode 920 is directed toward the two-dimensionally extending first flat portion 920a and the first flat portion 920a toward the first surface 10a of the partition wall 10.
  • the first cup-shaped portions 920b, 920b, ... It is provided with a fifth through hole 920h through which the shaft portion 41a of the first bolt 41 can be inserted.
  • the anode 920 has openings 920d, 920d, ...
  • anode 920 As the material of the anode 920, the same conductive base material and catalyst as the anode 20 (FIG. 2) described above can be used, and the preferred embodiment thereof is also the same as described above.
  • the anode 920 for example, a rigid conductive group made of expanded metal in which the shape corresponding to the first cup-shaped portion 920a and the fifth through hole 920h is imparted by, for example, press working and punching.
  • An anode having a material and a catalyst supported on the surface of the conductive substrate can be used.
  • FIG. 19 (A) is a plan view schematically explaining the cathode current collector 960
  • FIG. 19 (B) is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 19 (A).
  • the cathode current collector 960 has a two-dimensionally extending second flat portion 960a and a second surface of the partition wall 10 from the second flat portion 960a.
  • the second cup-shaped portions 960b, 960b, ... It is provided with a sixth through hole 960h provided in the bottom portion 960c through which the shaft portion 41a of the first bolt 41 can be inserted.
  • the cathode current collector 960 has openings 960d, 960d, ... (Hereinafter, it may be simply referred to as "opening 960d").
  • a conductive material having the same rigidity as that of the cathode current collector 60 (FIG. 2) described above can be used, and the preferred embodiment thereof is also the same as described above.
  • the shaft portion 41a of the first bolt 41 is provided in the first through hole 10h of the partition wall 10, the fifth through hole 920h of the anode 920, and the sixth through hole 960h of the cathode current collector 960.
  • the anode 920, the partition wall 10, and the cathode current collector 960 are sandwiched and fastened by the head 41b of the first bolt 41 and the first nut 42.
  • the anode 920 and the cathode current collector 960 are detachably fixed to the partition wall 10 via the first bolt 41 and the first nut 42.
  • the anode 920, the cathode current collector 960, and the partition wall 10 are electrically connected via the first bolt 41 and the first nut 42.
  • the work of attaching the anode 920 and the cathode current collector 960 to the partition wall 10 includes, for example, (a) a step of inserting the shaft portion 41a of the first bolt 41 into the fifth through hole 920h of the anode 920. , (B) The step of further inserting the shaft portion 41a of the first bolt 41 into the through hole 10h of the partition wall 10, and (c) further inserting the shaft portion 41a of the first bolt 41 into the sixth of the cathode current collector 960.
  • the step of inserting the through hole 960h and (d) the step of screwing the shaft portion 41a of the first bolt 41 and the first nut 42 can be performed in the above order.
  • the work of removing the anode 920 and the cathode current collector 960 from the electrolytic element 900 includes, for example, (e) a step of removing the cathode 30 and the elastic body 50 from the cathode current collector 960, and (f) the first nut 42.
  • the step of removing from the shaft portion 41a of the bolt 41 of No. 1 (g) the step of pulling the anode 920 from the partition wall 10 to remove it, and (h) the fifth through hole 920h of the anode 920 and the first through hole 10h of the partition wall 10.
  • the step of pulling out the shaft portion 41a of the first bolt 41 from the sixth through hole 960h of the cathode current collector 960 can also easily replace the anode 920, and thus can reduce the time and cost required for updating the anode 920.
  • the first bolt 41 is inserted from the side of the anode 920 into the fifth through hole 920h, the first through hole 10h, and the sixth through hole 960h, and is on the side of the cathode current collector 960.
  • the electrolytic element 900 in the form of being screwed with the first nut 42 is given as an example, the present invention is not limited to this form.
  • the first bolt 41 is inserted into the sixth through hole 960h, the first through hole 10h, and the fifth through hole 920h from the side of the cathode current collector 960, and the first nut is inserted on the side of the anode 920. It is also possible to make an electrolytic element in a form screwed with 42.
  • the anode 920 and the cathode current collector 960 are detachably fixed to the partition wall 10 via the first bolt 41 and the first nut 42, so that the anode 920 and the cathode current collector are fixed to the partition wall 10.
  • An example is an electrolytic element 900 in which the body 960 and the partition wall 10 are electrically connected via a first bolt 41 and a first nut 42, but the present invention is not limited to this form.
  • the anode 920 and the cathode current collector 960 are detachably fixed to the partition wall 10 via the first bolt 41 and the first nut 42, the anode 920 and the cathode current collector 960 are attached to each other.
  • the partition wall 10 can be an electrolytic element that is electrically connected via the bolt 41 of 1 and the first nut 42, but is not electrically connected to the anode 920 and the cathode current collector 960.
  • the electrolytic element 900 in the form of providing the conductive partition wall 10 is given as an example, but the present invention is not limited to this form.
  • a partition wall having no conductivity is provided, and the anode 920 and the cathode current collector 960 are connected to the partition wall having no conductivity via the first bolt 41 and the first nut 42.
  • an electrolytic element in which the anode 920 and the cathode current collector 960 are electrically connected via the first bolt 41 and the first nut 42 as they are detachably fixed. Is. This is because even if the partition wall does not have conductivity, the function as an electrolytic element is fulfilled as long as the anode and the cathode current collector arranged across the partition wall are electrically connected.
  • a resin material having alkali resistance and strength capable of supporting the anode and the cathode current collector can be preferably used.
  • resin materials are hard vinyl chloride resin, polypropylene resin, polyethylene resin, polyetherimide resin, polyphenylene sulfide resin, polybenzoimidazole resin, polytetrafluoroethylene resin, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether.
  • resin materials include a copolymer resin and a tetrafluoroethylene-ethylene copolymer resin.
  • the anode 920 has four fifth through holes 920h corresponding to the number of first cup-shaped portions 920b, and the cathode current collector 960 has the number of second cup-shaped portions 960b.
  • an electrolytic element 900 having a form having four sixth through holes 960h and a partition wall 10 having four first through holes 10h has been mentioned as an example, but the present invention is not limited to this form. The number of the fifth through hole provided in the anode, the sixth through hole provided in the cathode current collector, and the first through hole provided in the partition wall, and the corresponding first cup provided in the anode.
  • the shape and arrangement of the second cup-shaped portion provided on the shaped portion and the cathode current collector are arbitrary as long as the anode and the cathode current collector can be detachably fixed to the partition wall via the first bolt.
  • the fifth through hole, the sixth through hole, and the first through hole are provided at corresponding positions, if the arrangement of the first through hole is determined, the first cup-shaped portion corresponds to this. And the arrangement of the second cup-shaped portion will also be determined.
  • the electrolytic element 900 in which the opening 960d corresponding to the second cup-shaped portion 960b of the cathode current collector 960 is not closed is given as an example.
  • the electrolytic element may further include a first lid member that closes at least a part of the opening 960d of the cathode current collector 960.
  • a first lid member is, for example, the same as the first lid member 61 described above in relation to the electrolytic element 200 or the first lid member 361 described above in relation to the electrolytic element 300. In this way, it can be attached so as to close at least a part of the opening 960d corresponding to the second cup-shaped portion 960b and electrically connected to the cathode current collector 960.
  • FIG. 20A is a cross-sectional view schematically illustrating an electrolytic element 1000 for alkaline water electrolysis (hereinafter, may be referred to as “electrolytic element 1000”) according to another embodiment. It is a figure corresponding to FIG. 17A. In FIG. 20, the elements already shown in FIGS.
  • the electrolytic element 1000 is made of the same material as the anode 920, and is a removable second that closes at least a part of each of the openings 920d, 920d, ... Of the first cup-shaped portions 920b, 920b, ... Of the anode 920.
  • the lid members 1021, 1021, ... (Hereinafter, they may be simply referred to as "second lid member 1021"), and the conductive second bolt 1022 fixed to each of the second lid members 1021. It differs from the electrolytic element 900 (FIG.
  • the third connecting means 1040 is provided with first bolts 1041, 1041, ... (Hereinafter referred to as "first bolt 1041") instead of the first bolts 41, 41, .... It is different from the third connecting means 940.
  • the first bolt 1041 is different from the first bolt 41 in that the head 1041b is provided instead of the head 41b.
  • 20 (B) shows that in the electrolytic element 1000 of FIG. 20 (A), the connection between the anode 920, the partition wall 10, and the cathode current collector 960 is released, and the second lid member 1021 is attached to the first cup-shaped portion. It is an exploded sectional view schematically explaining the posture removed from the opening 920d of 920b, and is the figure corresponding to FIG. 17B.
  • the second lid member 1021 is made of the same material as the anode 920, and can close at least a part of the opening 920d of the first cup-shaped portion 920b of the anode 920 (for example, corresponding to the shape of the opening 920d). It has a shape that extends two-dimensionally.
  • the anode 920 and the second lid member 1021 are rigid perforated plates having a rigid conductive base material made of expanded metal and the same catalyst supported on the surface of the conductive base material. be.
  • the second lid member 1021 has a disk-like shape corresponding to the opening 920d (see FIG. 18) of the first cup-shaped portion 920b of the anode 920.
  • the second bolt 1022 is a conductive bolt having a head portion 1022b fixed to the second lid member 1021 and a shaft portion 1022a fixed to the head portion 1022b.
  • a rigid conductive material having alkali resistance can be used, and examples thereof include elemental metals such as nickel and iron; stainless steels such as SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316, and SUS316L. ; And metals obtained by subjecting them to nickel plating, and the like can be mentioned.
  • known methods such as welding and brazing can be adopted without particular limitation.
  • the first bolt 1041 is different from the first bolt 41 (see FIGS. 2 and 17) in that the head 1041b is provided instead of the head 41b.
  • the head 1041b of the first bolt 1041 differs from the head 41b of the first bolt 41 in that it has a screw hole 1041bh that can be screwed into the second bolt 1022 (the shaft portion 1022a).
  • the second bolt 1022 (shaft portion 1022a) fixed to the second lid member 1021 is screwed into the screw hole 1041bh of the head of the first bolt 1041 to form a second lid.
  • the member 1021 is detachably fixed to the first bolt 1041, and the second lid member 1021 closes at least a part of the opening 920d of the first cup-shaped portion 920b of the anode 920.
  • the second lid member 1021 is electrically connected to the anode 920 via the second bolt 1022 and the first bolt 1041.
  • the same effect as that of the electrolytic element 900 (FIG. 17) described above can be obtained. Further, according to the electrolytic element 1000 including the second lid member 1021, the anode area reduced by the opening 920d of the first cup-shaped portion 920b is compensated by the second lid member 1021, so that the uniformity of the current distribution is obtained. It becomes possible to further reduce the energy loss.
  • the anode 920 and the cathode current collector 960 are detachably fixed to the partition wall 10 via the first bolt 1041 and the first nut 42, so that the anode 920 and the cathode current collector are fixed to the partition wall 10.
  • An example is an electrolytic element 1000 in which the body 960 and the partition wall 10 are electrically connected via a first bolt 1041 and a first nut 42, but the present invention is not limited to this form.
  • the anode 920 and the cathode current collector 960 become the first.
  • the partition wall 10 can be an electrolytic element in a form that is not electrically connected to the anode 920 and the cathode current collector 960.
  • the electrolytic element 1000 having a form including the conductive partition wall 10 is given as an example, but the present invention is not limited to this form.
  • a partition wall having no conductivity is provided, and the anode 920 and the cathode current collector 960 are connected to the partition wall having no conductivity via the first bolt 1041 and the first nut 42.
  • an electrolytic element in which the anode 920 and the cathode current collector 960 are electrically connected via the first bolt 1041 and the first nut 42 as they are detachably fixed. Is. This is because even if the partition wall does not have conductivity, the function as an electrolytic element is fulfilled as long as the anode and the cathode current collector arranged across the partition wall are electrically connected.
  • a resin material having alkali resistance and strength capable of supporting the anode and the cathode current collector can be preferably used.
  • resin materials are hard vinyl chloride resin, polypropylene resin, polyethylene resin, polyetherimide resin, polyphenylene sulfide resin, polybenzoimidazole resin, polytetrafluoroethylene resin, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether.
  • resin materials include a copolymer resin and a tetrafluoroethylene-ethylene copolymer resin.
  • FIG. 21 (A) is a cross-sectional view schematically illustrating an electrolytic element 1100 for alkaline water electrolysis (hereinafter, may be referred to as “electrolytic element 1100”) according to another embodiment.
  • the electrolytic element 1100 is provided with a third connecting means 1140 in place of the third connecting means 1040 without the conductive second bolt 1022 fixed to the second lid member 1021. It is different from (Fig. 20).
  • the third connecting means 1140 includes first bolts 1141, 1141, ... (Hereinafter, it may be simply referred to as "first bolt 1141”) instead of the first bolts 1041, 1041, ....
  • second nut 1144 that can be screwed into the first bolts 1141, 1141, .... It is different from means 1040.
  • FIG. 21 (B) in the electrolytic element 1100 of FIG. 21 (A), the coupling between the anode 920, the partition wall 10, and the cathode current collector 960 is released, and the second lid member 1021 is attached to the first cup-shaped portion.
  • FIG. 21 (B) in the electrolytic element 1100 of FIG. 21 (A), the coupling between the anode 920, the partition wall 10, and the cathode current collector 960 is released, and the second lid member 1021 is attached to the first cup-shaped portion.
  • the first bolt 1141 is different from the first bolt 41 in that it includes a shaft portion 1141a longer than the shaft portion 41a instead of the shaft portion 41a.
  • the same conductive material as that of the first bolt 41 (FIG. 2) described above can be used, and the preferred embodiment thereof is also the same as described above.
  • the second nut 1144 the same conductive nut as the first nut 42 can be used.
  • the first bolt 1141 includes a shaft portion 1141a and a head portion 41b provided at an end portion of the shaft portion 1141a.
  • the second lid member 1021 is fixed to the head 41b of the first bolt 1141 and is electrically connected to the first bolt 1141.
  • the shaft portion 1141a of the first bolt 1141 screwed with the second nut 1144 is a fifth through hole 920h of the anode 920, a first through hole 10h of the partition wall 10, and a cathode collection.
  • the anode 920, the partition wall 10, and the cathode are collected by the first nut 42 and the second nut 1144 by being inserted into the sixth through hole 960h of the electric body 960 and screwed with the first nut 42.
  • the body 960 is sandwiched and fastened.
  • the anode 920, the second lid member 1021, and the cathode current collector 960 are detachably fixed to the partition wall 10 via the first bolt 1141, the first nut 42, and the second nut 1144.
  • the second lid member 1021 closes at least a part of the opening 920d of the first cup-shaped portion 920b of the anode 920.
  • the anode 920, the cathode current collector 960, and the partition wall 10 are electrically connected via the first bolt 1141, the first nut 42, and the second nut 1144, and the second The lid member 1021 is electrically connected to the anode 920 via a first bolt 1141 and a second nut 1144.
  • the same effect as that of the electrolytic element 900 (FIG. 17) described above can be obtained. Further, according to the electrolytic element 1100 including the second lid member 1021, the anode area reduced by the opening 920d of the first cup-shaped portion 920b is compensated by the second lid member 1021, so that the uniformity of the current distribution is obtained. It becomes possible to further reduce the energy loss.
  • the anode 920 and the cathode current collector 960 are detachably fixed to the partition wall 10 via the first bolt 1141, the first nut 42, and the second nut 1144.
  • the electrolytic element 1100 in which the anode 920, the cathode current collector 960, and the partition wall 10 are electrically connected via the first bolt 1141 and the first nut 42 is given as an example. It is not limited to this form.
  • the anode 920 and the cathode as the anode 920 and the cathode current collector 960 are detachably fixed to the partition wall 10 via the first bolt 1141, the first nut 42, and the second nut 1144.
  • the current collector 960 is electrically connected to the current collector 960 via the first bolt 1141, the first nut 42, and the second nut 1144, but the partition wall 10 is electrically connected to the anode 920 and the cathode current collector 960. It is also possible to use an electrolytic element that is not connected. Further, in the above description of the present invention, the electrolytic element 1100 in a form including the conductive partition wall 10 is given as an example, but the present invention is not limited to this form. For example, a non-conductive partition wall is provided in place of the conductive partition wall 10, and the anode 920 and the cathode current collector 960 are connected via a first bolt 1141, a first nut 42, and a second nut 1144.
  • the anode 920 and the cathode current collector 960 are electrically connected via the first bolt 1141, the first nut 42, and the second nut 1144 as they are detachably fixed to the non-conductive partition wall. It is also possible to use an electrolytic element in the form of being connected to. This is because even if the partition wall does not have conductivity, the function as an electrolytic element is fulfilled as long as the anode and the cathode current collector arranged across the partition wall are electrically connected.
  • a resin material having alkali resistance and strength capable of supporting the anode and the cathode current collector can be preferably used.
  • resin materials are hard vinyl chloride resin, polypropylene resin, polyethylene resin, polyetherimide resin, polyphenylene sulfide resin, polybenzoimidazole resin, polytetrafluoroethylene resin, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether.
  • resin materials include a copolymer resin and a tetrafluoroethylene-ethylene copolymer resin.
  • FIG. 22A is a cross-sectional view schematically illustrating an electrolytic element 1200 for alkaline water electrolysis (hereinafter, may be referred to as “electrolytic element 1200”) according to another embodiment. It is a figure corresponding to FIG. 17A. In FIG. 22, the elements already appearing in FIGS.
  • the electrolytic element 1200 is provided on the outer peripheral portion of the partition wall 10, and further includes a flange portion 11 extending in a direction intersecting the first surface 10a and the second surface 10b of the partition wall 10 toward both sides of the partition wall 10. In that respect, it differs from the electrolytic element 900 (FIG. 17).
  • the flange portion 11 is watertightly coupled to the outer peripheral portion of the partition wall 10. Although not shown in FIG. 22, the flange portion 11 has an anode liquid supply flow path for supplying the anode liquid to the anode chamber in which the anode 920 is arranged, and recovers the anode liquid and the gas generated at the anode from the anode chamber.
  • An anode liquid recovery flow path, a cathode liquid supply flow path for supplying the cathode liquid to the cathode chamber in which the cathode 30 is arranged, and a cathode liquid recovery flow path for recovering the cathode liquid and the gas generated at the cathode from the cathode chamber are provided. Has been done.
  • a rigid material having alkali resistance can be used without particular limitation, and examples of such a material are simple metals such as nickel and iron; SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316, SUS316L. Such as stainless steel; and metal materials obtained by subjecting them to nickel plating; and non-metal materials such as reinforced plastic.
  • the partition wall 10 and the flange portion 11 may be joined by welding, adhesion, or the like, or may be integrally formed of the same material.
  • FIG. 22 (B) is an exploded cross-sectional view schematically illustrating the posture in which the connection between the anode 920, the partition wall 10 and the cathode current collector 960 is released in the electrolytic element 1200 of FIG. 22 (A). It is a figure corresponding to (B).
  • the electrolytic element 1200 including the flange portion 11 can easily replace the anode 920, thus reducing the time and cost required for updating the anode 920. It is possible to do.
  • the electrolytic element 1200 in which the flange portion 11 is further provided on the outer peripheral portion of the partition wall 10 of the electrolytic element 900 (FIG. 17) is given as an example, but the present invention is not limited to this embodiment.
  • FIG. 16), 1000 (FIG. 20), or 1100 (FIG. 21) the electrolytic element may have a form in which a flange portion is further provided on the outer peripheral portion of the partition wall 10 or 610.
  • the anode 920 and the cathode current collector 960 are detachably fixed to the partition wall 10 via the first bolt 41 and the first nut 42, so that the anode 920 and the cathode current collector are fixed to the partition wall 10.
  • An example is an electrolytic element 1200 in which the body 960 and the partition wall 10 are electrically connected via a first bolt 41 and a first nut 42, but the present invention is not limited to this form.
  • the anode 920 and the cathode current collector 960 are detachably fixed to the partition wall 10 via the first bolt 41 and the first nut 42, the anode 920 and the cathode current collector 960 are attached to each other.
  • the partition wall 10 can be an electrolytic element that is electrically connected via the bolt 41 of 1 and the first nut 42, but is not electrically connected to the anode 920 and the cathode current collector 960.
  • the electrolytic element 1200 in a form including the conductive partition wall 10 is given as an example, but the present invention is not limited to this form.
  • a partition wall having no conductivity is provided, and the anode 920 and the cathode current collector 960 are connected to the partition wall having no conductivity via the first bolt 41 and the first nut 42.
  • an electrolytic element in which the anode 920 and the cathode current collector 960 are electrically connected via the first bolt 41 and the first nut 42 as they are detachably fixed. Is. This is because even if the partition wall does not have conductivity, the function as an electrolytic element is fulfilled as long as the anode and the cathode current collector arranged across the partition wall are electrically connected.
  • a resin material having alkali resistance and strength capable of supporting the anode and the cathode current collector can be preferably used.
  • resin materials are hard vinyl chloride resin, polypropylene resin, polyethylene resin, polyetherimide resin, polyphenylene sulfide resin, polybenzoimidazole resin, polytetrafluoroethylene resin, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether.
  • resin materials include a copolymer resin and a tetrafluoroethylene-ethylene copolymer resin.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view schematically illustrating an alkaline water electrolytic cell 10000 (hereinafter, may be referred to as “electrolytic cell 10000”) according to one embodiment, and FIG. 24 is an exploded view of FIG. 23. ..
  • the electrolytic cell 10000 is composed of a plurality of ion-permeable diaphragms 80, 80, ... (hereinafter, may be simply referred to as “septum 80”); , 900, ... (FIG. 17).
  • the adjacent electrolytic elements 900 and 900 are arranged so that the anode 920 of one electrolytic element 900 faces the cathode 30 of the other electrolytic element 900 via the diaphragm 80.
  • the electrolytic cell 10000 further includes a first terminal element 1300 and a second terminal element 1400.
  • the first terminal element 1300 is arranged so as to face the cathode 30 of the first electrolytic element 900a arranged at one end of the laminated structure so as to sandwich the diaphragm 80.
  • the second terminal element 1400 is arranged so as to face the anode 920 of the second electrolytic element 900b arranged at the other end of the laminated structure so as to sandwich the diaphragm 80.
  • the first terminal element 1300 includes a conductive first bulkhead 1310 and a first anode 920 electrically connected to the first bulkhead 1310.
  • the second terminal element 1400 includes a conductive second bulkhead 1410 and a second cathode 30 electrically connected to the second bulkhead 1410.
  • the electrolytic cell 10000 has gaskets 90, 90, ... (Hereinafter referred to simply as "gasket 90") holding the peripheral edges of the diaphragm 80; and the peripheral edges of the diaphragm 80 via the gasket 90.
  • gasket 90 gasket holding the peripheral edges of the diaphragm 80; and the peripheral edges of the diaphragm 80 via the gasket 90.
  • an electrically insulating frame-shaped protective member 110 between the partition wall 10 and the protective member 110, between the first partition wall 1310 and the protective member 110, and between the second partition wall 1410 and the protective member 110.
  • a sealing member 120 which is arranged between the two, is further provided.
  • FIG. 25 (A) is a plan view schematically explaining the protective member 110 holding the diaphragm 80 and the gasket 90
  • FIG. 25 (B) is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 25 (A).
  • 25 (C) and 25 (D) are cross-sectional views showing the posture in which the protective member 110 is disassembled in FIG. 25 (B).
  • the elements already appearing in FIGS. 2 to 24 are designated by the same reference numerals as those in FIGS. 2 to 24, and the description thereof may be omitted.
  • the peripheral edge of the diaphragm 80 is held by the gasket 90
  • the gasket 90 is held by the frame-shaped protective member 110.
  • the protective member 110 includes a frame-shaped base 111 and a frame-shaped lid member 112.
  • the base 111 is provided on the inner peripheral side of the base 111, and has a receiving portion 111a that receives the gasket 90 (holding the diaphragm 80) and the lid member 112, and projects from the receiving portion 111a toward the inner peripheral side of the base 111.
  • the direction in which the gasket 90 that extends and is received by the receiving portion 111a intersects the main surface of the diaphragm 80 (the left-right direction of the paper surface in FIGS. ),
  • a support portion 111b and a support portion 111b are provided (FIG. 25 (D)).
  • FIG. 25C is a cross-sectional view showing a posture in which the gasket 90 is received by the receiving portion 111a of the substrate 111 and supported by the supporting portion 111b from the direction intersecting the main surface of the diaphragm 80. Since the depth of the receiving portion 111a in the stacking direction is deeper than the thickness of the gasket 90 holding the peripheral edge of the diaphragm 80 in the stacking direction, the gasket 90 holding the diaphragm 80 is received by the receiving portion 111a and is received by the supporting portion 111b.
  • the lid member 112 has dimensions that can be received by the step between the surface 111c of the substrate 111 that has received the gasket 90 in the receiving portion 111a and the surface 90a of the gasket. That is, the outer peripheral portion of the lid member 112 has substantially the same dimensions as the inner peripheral portion of the receiving portion 111a of the base 111, and the inner peripheral portion of the lid member 112 is the inner peripheral portion of the support portion 111b of the base 111.
  • the thickness of the lid member 112 in the stacking direction is the sum of the thickness of the gasket 90 holding the diaphragm 80 in the stacking direction and the thickness of the lid member 112 in the stacking direction of the substrate 111. It is set to be substantially the same as the depth of the receiving portion 111a in the stacking direction.
  • FIG. 25B is a cross-sectional view showing a posture in which the lid member 112 is received by the step between the surface 111c of the substrate 111 and the surface 90a of the gasket 90 in FIG. 25C. As shown in FIG. 25 (B), the gasket 90 and the lid member 112 are received by the receiving portion 111a of the substrate 111, so that the gasket 90 is sandwiched between the support portion 111b of the substrate 111 and the lid member 112. Be retained.
  • an ion-permeable diaphragm that can be used in an electrolytic cell for alkaline water electrolysis can be used without particular limitation. It is desirable that the diaphragm 80 has low gas permeability, low electrical conductivity, and high strength.
  • the diaphragm 80 include a porous membrane made of asbestos and modified asbestos, a porous membrane made of a polysulfone polymer, a cloth made of polyphenylene sulfide fiber, a fluorine-based porous membrane, an inorganic material and an organic material. Examples thereof include a porous diaphragm such as a porous membrane using a hybrid material containing both of the above.
  • an ion exchange membrane such as a fluorine-based ion exchange membrane can also be used as the diaphragm 80.
  • FIG. 25 shows a cross section of the gasket 90.
  • the gasket 90 has a flat shape and holds the peripheral edge portion of the diaphragm 80, while being sandwiched and held between the support portion 111b of the substrate 111 and the lid member 112 at the receiving portion 111a of the substrate 111.
  • the gasket 90 is preferably formed of an elastomer having alkali resistance.
  • Examples of materials for the gasket 90 include natural rubber (NR), styrene-butadiene rubber (SBR), chloroprene rubber (CR), butadiene rubber (BR), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), ethylene-propylene rubber (EPT), Elastomers such as ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), isobutylene-isoprene rubber (IIR), and chlorosulfonated polyethylene rubber (CSM) can be mentioned.
  • NR natural rubber
  • SBR styrene-butadiene rubber
  • CR chloroprene rubber
  • BR butadiene rubber
  • NBR acrylonitrile-butadiene rubber
  • EPT ethylene-propylene rubber
  • EPDM ethylene-propylene-diene rubber
  • IIR isobutylene-isoprene rubber
  • CSM chlorosulfonated polyethylene rubber
  • the substrate 111 is preferably electrically insulating against external voltage application.
  • the substrate 111 is made of an electrically insulating material.
  • a resin material having alkali resistance and strength to withstand the pressing force applied in the stacking direction can be preferably used, and a preferable example of such a resin material is Hard vinyl chloride resin, polypropylene resin, polyethylene resin, polyetherimide resin, polyphenylene sulfide resin, polybenzoimidazole resin, polytetrafluoroethylene resin, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer resin, tetrafluoroethylene-ethylene Examples include polymer resins.
  • the substrate 111 comprises a core made of a metal material and a coating layer of an electrically insulating material that covers the surface of the core material.
  • the metal material forming the core material of the base material 111 include a rigid metal material such as a simple substance metal such as iron and stainless steel such as SUS304.
  • the electrically insulating material forming the coating layer of the base material 111 in addition to the above-mentioned electrically insulating resin material, an elastomer having electrically insulating properties and alkali resistance can be mentioned.
  • elastomers are natural rubber (NR), styrene-butadiene rubber (SBR), chloroprene rubber (CR), butadiene rubber (BR), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), ethylene-propylene rubber (EPT). , Ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), isobutylene-isoprene rubber (IIR), chlorosulfonated polyethylene rubber (CSM) and the like.
  • NR natural rubber
  • SBR styrene-butadiene rubber
  • CR chloroprene rubber
  • BR butadiene rubber
  • NBR acrylonitrile-butadiene rubber
  • EPT ethylene-propylene rubber
  • EPDM Ethylene-propylene-diene rubber
  • IIR isobutylene-isoprene rubber
  • CSM chlorosulfonated polyethylene rubber
  • the lid member 112 may be made of metal or may be formed of an electrically insulating material.
  • the metal material forming the lid member 112 a metal material similar to that described above in relation to the substrate 111 can be mentioned.
  • the lid member 112 is made of an electrically insulating material.
  • a preferred example of the electrically insulating material forming the lid member 112 is a resin material similar to that described above in relation to the substrate 111.
  • the lid member 112 comprises a core material made of a metal material and a coating layer of an electrically insulating material that covers the surface of the core material.
  • the metal material forming the core material of the lid member 112 a metal material having the same rigidity as that described above in relation to the core material of the base 111 can be mentioned.
  • a resin material and an elastomer similar to those described above in relation to the coating layer of the substrate 111 can be mentioned.
  • Anode chambers (A1, A2, A3) accommodating the anode 920 are defined between the diaphragm 80 facing the first partition wall 1310. Further, between the second surface 10b of the partition wall 10 of the electrolytic element 900 and the diaphragm 80 facing the second surface 10b, and the second partition wall 1410 of the second terminal element 1400, and the second partition wall. Cathode chambers (C1, C2, C3) accommodating the cathode 30 are defined between the diaphragm 80 facing the partition wall 1410 of the above.
  • the first terminal element 1300 defines only the anode chamber (A1), the positive electrode terminal is connected to the first partition wall 1310, and the positive electrode terminal is connected to the positive electrode of the DC power supply.
  • the second terminal element 1400 defines only the cathode chamber (C3), the negative electrode terminal is connected to the second partition wall 1410, and the negative electrode terminal is connected to the negative electrode of the DC power supply.
  • the electrolytic tank 10000 includes an anode liquid supply flow path (not shown) for supplying the anode liquid to each anode chamber (A1, A2, A3), and an anode liquid / gas recovery for recovering the anode liquid and gas from each anode chamber.
  • a flow path (not shown), a cathode liquid supply flow path (not shown) for supplying the cathode liquid to each cathode chamber (C1, C2, C3), and a cathode liquid / gas for recovering the cathode liquid and gas from each cathode chamber. It is further provided with a recovery flow path (not shown).
  • FIG. 26 (A) is a cross-sectional view schematically illustrating the first terminal element 1300, and is a diagram corresponding to FIG. 17 (A).
  • the elements already appearing in FIGS. 2 to 25 are designated by the same reference numerals as those in FIGS. 2 to 25, and the description thereof may be omitted.
  • 26 (B) is an exploded cross-sectional view schematically illustrating the posture in which the anode 920 and the first partition wall 1310 are released from the coupling in FIG. 26 (A), and is a diagram corresponding to FIG. 17 (B). be.
  • the first terminal element 1310 includes a conductive first partition wall 1310, an anode 920 electrically connected to the first partition wall 1310, and a conductive first bolt 1341 for fixing the anode 920 to the partition wall 1310. And.
  • the first partition wall 1310 is different from the partition wall 10 in that it is provided with a screw hole 1310h that can be screwed with the first bolt 1341 instead of the first through hole 10h.
  • the same conductive material as the partition wall 10 described above can be used, and the preferred embodiment thereof is also the same as described above.
  • the first bolt 1341 differs from the bolt 41 in that it includes a shorter shaft portion 1341a instead of the shaft portion 41a.
  • the same conductive material as the bolt 41 described above can be used, and the preferred embodiment thereof is also the same as described above.
  • the length of the shaft portion 1341a is preferably shorter than the sum of the thickness of the bottom portion 920c of the first cup-shaped portion 920b of the anode 920 and the depth of the screw hole 1310h.
  • the shaft portion 1341a of the first bolt 1341 is inserted into the fifth through hole 920h provided in the bottom portion 920c of the first cup-shaped portion 920b of the anode 920, and the first partition wall is formed.
  • the anode 920 is screwed to the first partition 1310 by the first bolt 1341 and the anode 920 is electrically connected to the first partition 1310.
  • the second terminal element 1400 has a conductive second partition 1410, a conductive rib 1470 erected from the second partition 1410, and a cathode held by the conductive rib 1470. It includes a current collector 660 (see FIG. 14), a conductive elastic body 50 supported by the cathode current collector 660, and a cathode 30 supported by the elastic body 50.
  • the conductive rib 1470 a known conductive rib used in an alkaline water electrolytic cell can be used without particular limitation.
  • the conductive ribs 1470 are erected from the second bulkhead 1410.
  • the connection method, shape, number, and arrangement of the conductive ribs 1470 are not particularly limited.
  • the material of the conductive rib 1470 a rigid conductive material having alkali resistance can be used without particular limitation.
  • a simple metal such as nickel or iron or stainless steel such as SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316 or SUS316L can be used.
  • Metallic material can be preferably adopted. These metal materials may be nickel-plated and used in order to improve corrosion resistance and conductivity.
  • the seal member 120 is sandwiched between the frame-shaped protective member 110 and the partition walls 10, 1310, 1410, and receives a pressing force between the protective member 110 and the partition wall 10, 1310, or 1410. It prevents the electrolytic solution or gas from leaking from the internal pressure of each polar chamber between the protective member 110 and the partition walls 10, 1310 and 1410.
  • the sealing member 120 is preferably formed of an elastomer having alkali resistance. Examples of materials for the sealing member 120 include natural rubber (NR), styrene-butadiene rubber (SBR), chloroprene rubber (CR), butadiene rubber (BR), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), and ethylene-propylene rubber (EPT).
  • Ethylene-propylene-diene rubber EPDM
  • IIR isobutylene-isoprene rubber
  • CSM chlorosulfonated polyethylene rubber
  • a layer of a material having alkali resistance may be provided on the surface of the core material provided with the elastomer by coating or the like.
  • the sealing member 120 may be a flat gasket, but is preferably an O-ring. By using an O-ring as a sealing member, the pressure resistance of the electrolytic cell 10000 can be further increased.
  • the electrolytic cell 10000 includes the electrolytic element 900 of the present invention as the electrolytic element, the replacement work of the anode 920 can be easily performed, and therefore the time and cost required for updating the anode 920 can be reduced. be. Further, since the anode 920 of the first terminal element 1300 is fixed to the first partition wall 1310 by screwing with the first bolt 1341, the anode 920 of the first terminal element 1300 can be easily replaced. can.
  • an electrolytic cell 10000 in a form including an electrolytic element 900 is given as an example, but the present invention is not limited to this form.
  • the other electrolytic elements 100 (FIG. 2), 200 (FIG. 4), 300 (FIG. 7), 400 (FIG. 8), 500 (FIG. 12), 600 (FIG. 14) described above. ), 700 (FIG. 15), 800 (FIG. 16), 1000 (FIG. 20), or 1100 (FIG. 21).
  • an electrolytic cell 10000 in which the opening 920d of the first cup-shaped portion 920b of the anode 920 is not closed in the first terminal element 1300 is given as an example, but the present invention is the present invention. It is not limited to the form.
  • the first terminal element may be an electrolytic cell having a lid member that closes at least a part of the opening 920d of the first cup-shaped portion 920b of the anode 920.
  • 27 (A) is a cross-sectional view schematically illustrating the first terminal element 1300'according to the other embodiment, and corresponds to FIGS. 26 (A) and 20 (A). It is a figure.
  • the first terminal element 1300' is made of the same material as the anode 920, and is a removable second lid that closes at least a part of the openings 920d of the first cup-shaped portions 920b, 920b, ... Of the anode 920.
  • the first bolt 1341' is different from the first bolt 1341 in that it includes a head 1041b (see FIG. 20) instead of the head 41b.
  • 27 (B) shows that in the first terminal element 1300'of FIG. 27 (A), the connection between the anode 920 and the first partition wall 1310 is released, and the lid member 1021 is attached to the first cup-shaped portion 920b. It is an exploded sectional view schematically explaining the posture removed from the opening 920d, and is the figure corresponding to FIG. 26 (B) and FIG. 20 (B).
  • the second bolt 1022 (shaft portion 1022a) fixed to the second lid member 1021 is screwed into the screw hole 1041b provided in the head 1041b of the first bolt 1341'.
  • the second lid member 1021 is detachably fixed to the first bolt 1341'and is electrically connected to the first bolt 1341' via the second bolt 1022.
  • the second lid member 1021 closes at least a part of the opening 920d of the first cup-shaped portion 920b of the anode 920.
  • the second lid member 1021 is electrically connected to the anode 920 via the second bolt 1022 and the first bolt 1341'.
  • the same effect as that of the electrolytic cell 10000 (FIG. 23) described above can be obtained.
  • the electrolytic cell including the first terminal element 1300'with the second lid member 1021 the anode area reduced by the opening 920d of the first cup-shaped portion 920b in the first terminal element 1300' Since it is supplemented by the second lid member 1021, it is possible to improve the uniformity of the current distribution and further reduce the energy loss.
  • FIG. 28 is a cross-sectional view schematically illustrating an alkaline water electrolytic cell 20000 (hereinafter, may be simply referred to as “electrolytic cell 20000”) according to another embodiment
  • FIG. 29 is a diagram. It is an exploded view of 28.
  • the elements already shown in FIGS. 2 to 27 are designated by the same reference numerals as those in FIGS.
  • the electrolytic cell 20000 has a laminated structure including a plurality of ion-permeable diaphragms 80, 80, ...; Electrolytic elements 1200, 1200, ... (FIG. 22) arranged between adjacent diaphragms 80, 80, respectively. To be equipped. The adjacent electrolytic elements 1200 and 1200 are arranged such that the anode 920 of one electrolytic element 1200 faces the cathode 30 of the other electrolytic element 1200 via the diaphragm 80.
  • the electrolytic cell 20000 further includes a first terminal element 21300 and a second terminal element 21400.
  • the first terminal element 21300 is arranged so as to face the cathode 30 of the first electrolytic element 1200a arranged at one end of the laminated structure so as to sandwich the diaphragm 80.
  • the second terminal element 21400 is arranged so as to face the anode 920 of the second electrolytic element 1200b arranged at the other end of the laminated structure so as to sandwich the diaphragm 80.
  • the first terminal element 21300 includes a conductive first bulkhead 1310 and a first anode 920 electrically connected to the first bulkhead 1310.
  • the second terminal element 21400 includes a conductive second partition wall 1410 and a second cathode 30 electrically connected to the second partition wall 1410.
  • FIG. 30A is a cross-sectional view schematically illustrating the first terminal element 21300, and is a diagram corresponding to FIG. 26A.
  • the elements already appearing in FIGS. 2 to 29 are designated by the same reference numerals as those in FIGS. 2 to 29, and the description thereof may be omitted.
  • FIG. 30B is an exploded cross-sectional view schematically illustrating the posture in which the anode 920 and the first partition wall 1310 are released from the coupling in FIG. 30A, and is a diagram corresponding to FIG. 26B. be.
  • the first terminal element 21300 is provided on the outer peripheral portion of the first conductive partition wall 1310, and further includes a first flange portion 1311 extending toward the flange portion 11 of the first electrolytic element 1200a. , It is different from the first terminal element 1300 (FIGS. 24 and 26).
  • the flange portion 1311 is watertightly coupled to the outer peripheral portion of the first partition wall 1310.
  • a rigid material having alkali resistance can be used without particular limitation, and examples of such a material are simple metals such as nickel and iron; SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316, SUS316L. Such as stainless steel; and metal materials obtained by subjecting them to nickel plating; and non-metal materials such as reinforced plastic.
  • the partition wall 1310 and the flange portion 1311 may be joined by welding, adhesion, or the like, or may be integrally formed of the same material.
  • FIG. 31 (A) is a cross-sectional view schematically illustrating the second terminal element 21400.
  • the elements already appearing in FIGS. 2 to 30 are designated by the same reference numerals as those in FIGS. 2 to 30, and the description thereof may be omitted.
  • FIG. 31 (B) is an exploded cross-sectional view schematically illustrating a posture in which the cathode 30 and the elastic body 50 are removed in the second terminal element 21400 of FIG. 31 (A).
  • the second terminal element 21400 is provided on the outer peripheral portion of the second conductive partition wall 1410, and further includes a second flange portion 1411 extending toward the flange portion 11 of the second electrolytic element 1200b. , Different from the second terminal element 1400 (FIG. 24).
  • the flange portion 1411 is watertightly coupled to the outer peripheral portion of the second partition wall 1410.
  • a rigid material having alkali resistance can be used without particular limitation, and examples of such a material are simple metals such as nickel and iron; SUS304, SUS310, SUS310S, SUS316, SUS316L. Such as stainless steel; and metal materials obtained by subjecting them to nickel plating; and non-metal materials such as reinforced plastic.
  • the partition wall 1410 and the flange portion 1411 may be joined by welding, adhesion, or the like, or may be integrally formed of the same material.
  • each diaphragm 80 is sandwiched between the gaskets 90 and 90, and two adjacent flange portions (that is, the flange portion 11 of the electrolytic element 1200, the flange portion 1311 of the first terminal element 21300, and the flange portion 1311 of the first terminal element 21300, and The diaphragm 80 is sandwiched between the flange portions 1411 of the second terminal element 21400 (a set of two adjacent flange portions) via the gasket 90.
  • Anode chambers (A1, A2, A3) accommodating the anode 920 are defined between the diaphragm 80 facing the first partition wall 1310. Further, between the second surface 10b of the partition wall 10 of the electrolytic element 1200 and the diaphragm 80 facing the second surface 10b, and the second partition wall 1410 of the second terminal element 21400, and the second partition wall. Cathode chambers (C1, C2, C3) accommodating the cathode 30 are defined between the diaphragm 80 facing the partition wall 1410 of the above.
  • the first terminal element 21300 defines only the anode chamber (A1), the positive electrode terminal is connected to the first partition wall 1310, and the positive electrode terminal is connected to the positive electrode of the DC power supply.
  • the second terminal element 21400 defines only the cathode chamber (C3), the negative electrode terminal is connected to the second partition wall 1410, and the negative electrode terminal is connected to the negative electrode of the DC power supply.
  • the flange portion 11 of each electrolytic element 1200 has an anode liquid supply flow path (not shown) for supplying the anode liquid to each anode chamber (A1, A2, A3), and an anode from each anode chamber.
  • the cathode liquid supply flow path for supplying the cathode liquid to each cathode chamber (C1, C2, C3), and each cathode chamber.
  • a cathode liquid / gas recovery flow path (not shown) for recovering the cathode liquid and gas is provided.
  • the flange portion 1311 of the first terminal element 21300 is provided with an anolyte supply flow path and an anolyte liquid / gas recovery flow path.
  • the flange portion 1411 of the second terminal element 21400 is provided with a cathode liquid supply flow path and a cathode liquid / gas recovery flow path.
  • the flange portion 1311 of the first terminal element 21300 may be further provided with a cathode liquid supply flow path and a cathode liquid / gas recovery flow path, but any of the cathode liquid supply flow path and the cathode liquid / gas recovery flow path may be provided. However, it is not connected to the anode chamber A1 defined by the first terminal element 23100. Further, the flange portion 1411 of the second terminal element 21400 may be further provided with an anolyte supply flow path and an anolyte liquid / gas recovery flow path, but the anolyte liquid supply flow path and the anolyte liquid / gas recovery flow path are provided. Neither is connected to the cathode chamber C3 defined by the second terminal element.
  • the electrolytic cell 20000 includes the electrolytic element 1200 of the present invention as an electrolytic element, the work of replacing the anode 920 can be easily performed, and therefore the time and cost required for updating the anode 920 can be reduced. be. Further, since the anode 920 of the first terminal element 21300 is fixed to the first partition wall 1310 by screwing with the first bolt 1341, the anode 920 of the first terminal element 21300 can be easily replaced. can.
  • an electrolytic cell 20000 in a form including an electrolytic element 1200 is given as an example, but the present invention is not limited to this form.
  • the other electrolytic elements 100 (FIG. 2), 200 (FIG. 4), 300 (FIG. 7), 400 (FIG. 8), 500 (FIG. 12), 600 (FIG. 14) described above. ), 700 (FIG. 15), 800 (FIG. 16), 1000 (FIG. 20), or 1100 (FIG. 21). It is possible.
  • the present invention is the present invention. It is not limited to the form.
  • the first terminal element may be an electrolytic cell having a lid member that closes at least a part of the opening 920d of the first cup-shaped portion 920b of the anode 920.
  • a flange portion 1311 is provided on the outer peripheral portion of the first partition wall 1310 of the first terminal element 1300'(see FIG. 27) described above.
  • the first terminal element of the form can be used.
  • Electrolytic element 10 Partition 10a First surface 10b Second surface 11, 1311, 1411 Flange portion 20, 620, 920 Anosome 620h Fourth through hole 721, 1021 Second lid member 722, 1022 Second bolt 722a Extension shaft 722b Lid member fixing screw 1022a Shaft portion 1022b Head 920a First flat portion 920b First cup-shaped portion 920c Bottom (of the first cup) 920d Open (of the first cup) 920h Fifth through hole 30 Cone 40, 340, 440, 540, 640, 740 First connecting means 41, 341 , 641, 741, 841 First bolt 41a, 341a, 641a Shaft portion 841e1 (of stud bolt) First end 841e2 (of stud bolt) Second end 341h Bolt end Screw hole 41b, 741b Head 741bh, 841h Second screw hole 1041bh (bolt head) Screw hole 10h First connecting means 41, 341 , 641, 741, 841 First bolt 41a, 341a, 641
  • Second connecting means 71 Second structural element 71a Second spacer portion 71 ec End portion 71 ew End portion 940 Third connecting means 941 First bolt 941a Shaft portion 941b Head 942 First nut 80 (Ion permeable) diaphragm 90 Gasket 110 Frame-shaped protective member 120 Sealing member 1300 First terminal element 1310 First partition 1400 Second terminal element 1410 Second partition d1 First interval d2 Second Interval 10000, 20000 Alkaline water electrolytic tank 9000 Conventional zero gap type alkaline water electrolytic tank 9010 Polar chamber unit 9011 Conductive partition 9012 Flange 9013, 9014 Conductive rib 9020 Ion permeability Diaphragm 9030 Gasket 9040 Anode 9050 Current collector 9060 Conductive elastic body 9070 Cathode A, A1, A2, A3 Anode chamber C, C1, C2, C3 Cathode chamber

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Abstract

第1の面および第2の面を有する導電性の隔壁と、酸素発生用の陽極と、水素発生用の陰極と、陽極が隔壁の第1の面と第1の間隔を隔てて向かい合うように陽極を前記隔壁に固定し且つ陽極を隔壁に電気的に接続する、第1の連結手段と、陰極を支持する導電性の弾性体と、弾性体を支持する陰極集電体とを備え、陰極集電体は、隔壁の第2の面と第2の間隔を隔てて向かい合うように隔壁に固定されるとともに、隔壁に電気的に接続され、第1の連結手段は、少なくとも軸部を備える導電性のボルトを含み、導電性のボルトを介して陽極が隔壁に着脱可能に固定される、アルカリ水電解用電解エレメント。

Description

アルカリ水電解用電解エレメント、及びアルカリ水電解槽
 本発明は、電解エレメント及び電解槽に関し、より詳しくは、アルカリ水の電解に好適に用いることのできる電解エレメント及び電解槽に関する。
 水素ガスおよび酸素ガスの製造方法として、アルカリ水電解法が知られている。アルカリ水電解法においては、アルカリ金属水酸化物(例えばNaOH、KOH等。)が溶解した塩基性の水溶液(アルカリ水)を電解液として用いて水を電気分解することにより、陰極から水素ガスが発生し、陽極から酸素ガスが発生する。アルカリ水電解用の電解槽としては、イオン透過性の隔膜によって区画された陽極室および陰極室を備え、陽極室に陽極が、陰極室に陰極がそれぞれ配置された電解槽が知られている。さらに、エネルギーロスを低減するために、陽極および陰極が、それぞれ隔膜に直接に接触するように保持される、ゼロギャップ構造を有する電解槽(ゼロギャップ型電解槽)が提案されている。
特開2001-262387号公報 特開2013-104090号公報 特開2013-108150号公報 国際公開2018/139616号 特開2015-117407号公報 国際公開2013/191140号 特許第4453973号公報 特許第6093351号公報 特開2015-117417号公報 国際公開2019/111832号 特開昭56-102586号公報
 図1は、一の実施形態に係る従来のゼロギャップ型アルカリ水電解槽9000を模式的に説明する部分断面図である。ゼロギャップ型電解槽9000は、陽極室Aと陰極室Cとを隔てる導電性の隔壁9011及びフランジ部9012を備える極室ユニット9010、9010、…と、隣接する極室ユニット9010、9010の間に配置されたイオン透過性の隔膜9020と、隔膜9020と極室ユニット9010のフランジ部9012との間に配置され、隔膜9020の周縁部を挟み込むガスケット9030、9030と、一方の極室ユニットの隔壁9011から立設された導電性リブ9013、9013、…に保持された剛性の陽極9040と、他方の極室ユニットの隔壁9011から立設された導電性リブ9014、9014、…に保持された集電体9050及び該集電体9050に接して配置された導電性の弾性体9060に保持された柔軟な陰極9070と、を備えている。陰極9070の周縁部および導電性の弾性体9060の周縁部は、集電体9050の周縁部に固定されている。ゼロギャップ型電解槽9000においては、導電性の弾性体9060が柔軟な陰極9070を隔膜9020及び陽極9040に向けて押し付けることにより、隣接する陰極9070及び陽極9040の間に隔膜9020が挟み込まれている。その結果、隔膜9020と陽極9040及び陰極9070とが直接に接触する(すなわちゼロギャップである)ので、陽極9040と陰極9070との間の溶液抵抗が低減され、したがってエネルギーロスが低減される。
 従来のゼロギャップ型アルカリ水電解槽9000においては、導電性の弾性体9060が柔軟な陰極9070を隔膜9020及び剛性の陽極9040に向けて押し付けており、剛性の陽極9040は導電性リブ9013に溶接されるとともに、導電性リブ9013は隔壁9011に溶接されている。この構造は、水素ガスが発生する陰極室側の圧力を、酸素ガスが発生する陽極室側の圧力よりも高く維持することが多いアルカリ水電解プロセスにおいては合理的といえる。すなわち、アルカリ水電解槽におけるイオン透過性の隔膜9020としては、アルカリ金属塩の電解槽において用いられる高価なイオン交換膜に代えて、安価な多孔質膜が通常用いられる。イオン交換膜とは異なり、多孔質膜である隔膜9020はガスに対してもある程度の透過性を有する。このため、陰極室から回収される水素ガスの純度を高める観点からは、水素ガスが発生する陰極室内の圧力を、酸素ガスが発生する陽極室内の圧力よりも高く維持して電解を行うことが有利である。陰極室内の圧力が陽極室内の圧力よりも高いとき、隔膜9020は両極室間の圧力差(差圧)によって陽極9040に向けて押されることになる。上記アルカリ水電解槽9000におけるように、導電性の弾性体9060が柔軟な陰極9070を剛性の陽極9040に向けて押す構造においては、導電性の弾性体9060が陰極9070を押す方向は両極室間の差圧が隔膜9020を押す力と同じ向きであるので、導電性の弾性体9060の反発力が低くても安定的にゼロギャップ状態を維持することが可能である。このことは、弾性体9060の更新間隔を長くとる観点、及び、運転中の圧力変動に起因する隔膜9020の摩耗を低減する観点からも有利であるといえる。また陽極9040を保持する導電性リブ9013が隔壁9011に溶接固定されることは、機械強度を高める観点および電気抵抗を低減する観点の両方から有利であるといえる。
 しかしながら、アルカリ水電解槽の陽極9040においては酸素ガスが発生するため、陽極9040から電子が流出することと相まって陽極9040は酸化的条件下に置かれることになる。陽極9040は通常、導電性の基材と、該基材の表面に担持された触媒とを備える。上記のように酸化的条件下に置かれる陽極9040においては、触媒や導電性基材のイオン化又は酸化が起こりやすいので、触媒が電極表面から脱落しやすく、その結果陽極9040は陰極9070よりも早く寿命を迎える傾向にある。寿命を迎えた陽極9040は新たな陽極に置き換える必要があるが、そのためには(1)陽極9040を導電性リブ9013から(例えば溶断等により)機械的に分離し、(2)導電性リブ9013の端部の高さを(例えば研削等により)揃える調整を行った後、(3)新たな陽極9040を導電性リブ9013に溶接する必要がある。このような交換作業を行うには専用の設備が必要であるので、電解槽を設置および運用している現地で陽極9040の交換作業を行うことは困難である。したがって陽極9040が寿命を迎えた極室ユニット9010は陽極9040の交換作業が可能な工場に送付され、当該工場で陽極9040の交換作業が行われた後、陽極9040の交換作業を終えた極室ユニット9010が工場から電解槽の設置運用地に返送される。このようにして従来のゼロギャップ型アルカリ水電解槽においては、陽極の更新作業に高額な費用を要していた。
 本発明は、ゼロギャップ型アルカリ水電解槽に用いることができる電解エレメントであって、陽極の交換を容易に行うことが可能な、アルカリ水電解用電解エレメントを提供することを課題とする。また、該電解エレメントを備えるアルカリ水電解槽を提供する。
 本発明は、次の[1]~[25]の形態を包含する。
[1] 第1の面および第2の面を有する導電性の隔壁と、
 酸素発生用の陽極と、
 水素発生用の陰極と、
 前記陽極が前記隔壁の第1の面と第1の間隔を隔てて向かい合うように前記陽極を前記隔壁に固定し、且つ前記陽極を前記隔壁に電気的に接続する、第1の連結手段と、
 前記陰極を支持する、導電性の弾性体と、
 前記弾性体を支持する、陰極集電体と、
を備え、
 前記陰極集電体は、前記隔壁の第2の面と第2の間隔を隔てて向かい合うように前記隔壁に固定されるとともに、前記隔壁に電気的に接続され、
 前記第1の連結手段は、
  少なくとも軸部を備える導電性の第1のボルト
を含み、
 前記陽極が、前記第1のボルトを介して、前記隔壁に着脱可能に固定される
ことを特徴とする、アルカリ水電解用電解エレメント。
[2]  前記第1の連結手段が、
  前記隔壁に設けられた、前記第1のボルトの軸部を挿通可能な第1の貫通孔と、
  前記第1のボルトと螺合可能な第1のナットと、
をさらに含む、[1]に記載の電解エレメント。
[3] 前記第1の連結手段が、
  前記陽極から前記隔壁の第1の面に向かって、前記隔壁の第1の面に交差する方向に延在する第1のスペーサー部と、該第1のスペーサー部から連続して、前記隔壁の第1の面に平行な方向に延在する第1の板状部とを含む、導電性の第1の構造要素
をさらに含み、
 前記第1のスペーサー部は、前記陽極に固定された端部を備え、
 前記第1の板状部は、前記第1のボルトの軸部を挿通可能な第2の貫通孔を備え、
 前記第1のボルトの軸部が前記第1の貫通孔及び前記第2の貫通孔に挿通されて前記第1のナットと螺合されることにより、前記第1の構造要素が前記隔壁に固定される、[2]に記載の電解エレメント。
[4]  前記第2の貫通孔が、前記第1の板状部から前記第1のスペーサー部の少なくとも一部にわたって連続して設けられている、[3]に記載の電解エレメント。
[5] 前記第1のボルトは、
  前記軸部の端部に設けられた頭部
をさらに備え、
 前記第1のボルトの軸部は、該第1のボルトの頭部が前記第1の構造要素の第1の板状部を前記隔壁に向けて押す向きに、前記第1の貫通孔及び前記第2の貫通孔に挿通され、
 前記第1の構造要素は、
  前記第1のボルトの軸部が前記第2の貫通孔に挿通され且つ該第1のボルトの頭部が前記第1の板状部に接したとき、該第1のボルトの回転を制限するように該ボルトの頭部の側面に接する、回転規制部
をさらに備える、[3]又は[4]に記載の電解エレメント。
[6]  前記第1の連結手段が、
  前記第1のボルトと螺合可能な第2のナット
をさらに備え、
 前記第1のボルトの頭部と前記第2のナットとが前記第1の構造要素の第1の板状部を挟むように、前記第2の貫通孔に挿通された前記第1のボルトの軸部に前記第2のナットが螺合されることにより、前記第1のボルトが前記第1の構造要素の第1の板状部に固定され、
 前記第1の構造要素の第1の板状部に固定された前記第1のボルトの軸部が前記隔壁の第1の貫通孔に挿通されて前記第1のナットと螺合されることにより、前記第1のボルトが前記隔壁に固定される、[3]~[5]のいずれかに記載の電解エレメント。
[7] 前記陰極集電体が、前記隔壁の第1の貫通穴と向かい合う位置に、前記第1のナットを通すことが可能な形状および寸法を有する第3の貫通孔を備える、[3]~[6]のいずれかに記載の電解エレメント。
[8] 前記陰極集電体の第3の貫通孔の少なくとも一部を塞ぐ、着脱可能な導電性の第1の蓋部材
をさらに備え、
 前記第1の蓋部材が前記陰極集電体の第3の貫通孔の少なくとも一部を塞ぐように装着されたとき、前記第1の蓋部材が前記陰極集電体に電気的に接続される、[7]に記載の電解エレメント。
[9] 前記第1の連結手段が、
  前記隔壁の第1の面に開口した、前記第1のボルトと螺合可能な第1のネジ穴
をさらに含む、[1]に記載の電解エレメント。
[10] 前記第1の連結手段が、
  前記陽極から前記隔壁の第1の面に向かって、前記隔壁の第1の面に交差する方向に延在する第1のスペーサー部と、該第1のスペーサー部から連続して、前記隔壁の第1の面に平行な方向に延在する第1の板状部とを含む、導電性の第1の構造要素
をさらに含み、
 前記第1のスペーサー部は、前記陽極に固定された端部を備え、
 前記第1の板状部は、前記第1のボルトの軸部を挿通可能な第2の貫通孔を備え、
 前記第1のボルトの軸部が前記第2の貫通孔に挿通され且つ前記隔壁の第1のネジ穴と螺合されることにより、前記第1の構造要素が前記隔壁に固定される、[9]に記載の電解エレメント。
[11] 前記陽極が、前記第2の貫通孔と向かい合う位置に、前記第1のボルトを通すことが可能な形状および寸法を有する第4の貫通孔を備える、[10]に記載の電解エレメント。
[12] 前記陽極と同一の材質からなり、前記陽極の第4の貫通孔の少なくとも一部を塞ぐ、第2の蓋部材と、
 前記第2の蓋部材に固定された、導電性の第2のボルトと
をさらに備え、
 前記第1のボルトの頭部は、前記第2のボルトと螺合可能な第2のネジ穴を備え、
 前記第2のボルトが前記第2のネジ穴に螺合されることにより、前記第2の蓋部材が前記第1のボルトに着脱可能に固定され且つ前記第1のボルトに電気的に接続されるとともに、前記第2の蓋部材が前記陽極の第4の貫通孔の少なくとも一部を塞ぐ、[11]に記載の電解エレメント。
[13] 前記第1のボルトがスタッドボルトであり、該スタッドボルトは第1の端部と第2の端部とを有し、
 前記第1の連結手段が、
  前記陽極から前記隔壁の第1の面に向かって、前記隔壁の第1の面に交差する方向に延在する第1のスペーサー部と、該第1のスペーサー部から連続して、前記隔壁の第1の面に平行な方向に延在する第1の板状部とを含む、導電性の第1の構造要素と、
  前記スタッドボルトと螺合可能な第1のナットと
をさらに含み、
 前記第1のスペーサー部は、前記陽極に固定された端部を備え、
 前記第1の板状部は、前記第1のボルトを挿通可能な第2の貫通孔を備え、
 前記スタッドボルトが前記隔壁の第1のネジ穴に螺合されることにより、該スタッドボルトの第1の端部が前記隔壁に固定され、
 前記隔壁に固定された前記スタッドボルトが前記第2の貫通孔に挿通され且つ前記第1のナットが前記第2の端部から前記スタッドボルトと螺合されることにより、前記第1の構造要素が前記隔壁に固定される、[9]に記載の電解エレメント。
[14] 前記陽極が、前記第2の貫通孔と向かい合う位置に、前記第1のナットを通すことが可能な形状および寸法を有する第4の貫通孔を備える、[13]に記載の電解エレメント。
[15] 前記陽極と同一の材質からなり、前記陽極の第4の開口部の少なくとも一部を塞ぐ、第2の蓋部材と、
 前記第2の蓋部材に固定された、導電性の第2のボルトと
をさらに備え、
 前記スタッドボルトの第2の端部は、前記第2のボルトと螺合可能な第2のネジ穴を備え、
 前記第2のボルトが前記第2のネジ穴に螺合されることにより、前記第2の蓋部材が前記スタッドボルトに着脱可能に固定され且つ前記スタッドボルトに電気的に接続されるとともに、前記第2の蓋部材が前記陽極の第4の貫通孔の少なくとも一部を塞ぐ、[14]に記載の電解エレメント。
[16] 前記陰極集電体が前記隔壁の第2の面と前記第2の間隔を隔てて向かい合うように前記陰極集電体を前記隔壁に固定し、且つ前記陰極集電体を前記隔壁に電気的に接続する、第2の連結手段
をさらに備え、
 前記第2の連結手段は、
  前記陰極集電体と前記隔壁の第2の面との間において前記隔壁の第2の面に交差する方向に延在する第2のスペーサー部を含む、導電性の第2の構造要素
を含み、
 前記第2の構造要素は、前記陰極集電体に固定された端部と、前記隔壁の第2の面に固定された端部とを含む、[1]~[15]のいずれかに記載の電解エレメント。
[17] 第1の面および第2の面を有する隔壁と、
 酸素発生用の陽極と、
 水素発生用の陰極と、
 前記陰極を支持する、導電性の弾性体と、
 前記弾性体を支持する、陰極集電体と、
 前記陽極が前記隔壁の第1の面と向かい合い、前記陰極集電体が前記隔壁の第2の面と向かい合うように、前記陽極および前記陰極集電体を前記隔壁に固定するとともに前記陽極と前記陰極集電体とを電気的に接続する、第3の連結手段と、
を備え、
 前記第3の連結手段は、
  少なくとも軸部を備える導電性の第1のボルトと、
  前記隔壁に設けられた、前記第1のボルトの軸部を挿通可能な第1の貫通孔と、
  前記第1のボルトと螺合可能な第1のナットと、
を含み、
 前記陽極が、
  2次元的に延在する、第1の平坦部と、
  前記第1の平坦部から前記隔壁の第1の面に向けて先細状に突出した、第1のカップ状部と、
  前記第1のカップ状部の底部に設けられた、前記第1のボルトの軸部を挿通可能な第5の貫通孔と
を備え、
 前記陰極集電体が、
  2次元的に延在する、第2の平坦部と、
  前記第2の平坦部から前記隔壁の第2の面に向けて先細状に突出した、第2のカップ状部と、
  前記第2のカップ状部の底部に設けられた、前記第1のボルトの軸部を挿通可能な第6の貫通孔と
を備え、
 前記第1のボルトの軸部が前記第1の貫通孔、前記第5の貫通孔、及び前記第6の貫通孔に挿通されて前記第1のナットと螺合されることにより、前記陽極および前記陰極集電体が前記第1のボルトを介して前記隔壁に着脱可能に固定される
ことを特徴とする、アルカリ水電解用電解エレメント。
[18] 前記第1のボルトは、
  前記軸部の端部に設けられた頭部
をさらに備え、
 前記第1のボルトの頭部と前記第1のナットとによって前記陽極、前記隔壁、及び前記陰極集電体が挟まれ締結される、[17]に記載の電解エレメント。
[19] 前記陽極と同一の材質からなり、前記陽極の第1のカップ状部の開口部の少なくとも一部を塞ぐことが可能な2次元的に延在する形状を有する、第2の蓋部材と、
 前記第2の蓋部材に固定された頭部と、該頭部に固定された軸部とを有する、導電性の第2のボルトと
をさらに備え、
 前記第1のボルトの頭部は、前記第2のボルトと螺合可能なネジ穴を備え、
 前記第2のボルトが前記ネジ穴に螺合されることにより、前記第2の蓋部材が前記第1のボルトに着脱可能に固定され且つ前記第1のボルトに電気的に接続されるとともに、前記第2の蓋部材が前記陽極の第1のカップ状部の開口部の少なくとも一部を塞ぐ、[18]に記載の電解エレメント。
[20] 前記陽極と同一の材質からなり、前記陽極の第1のカップ状部の開口部の少なくとも一部を塞ぐことが可能な2次元的に延在する形状を有する、第2の蓋部材
をさらに備え、
 前記第1のボルトは、
  前記軸部の端部に設けられた頭部
をさらに備え、
 前記第2の蓋部材は、前記第1のボルトの頭部に固定され且つ該第1のボルトに電気的に接続されており、
 前記第3の連結手段は、
  前記第1のボルトと螺合可能な第2のナット
をさらに含み、
 前記第1のボルトの軸部が前記第1の貫通孔、前記第5の貫通孔、及び前記第6の貫通孔に挿通されて前記第1のナット及び前記第2のナットと螺合されることにより、前記第1のナットと前記第2のナットによって前記陽極、前記隔壁、及び前記陰極集電体が挟まれ締結され、前記陽極、前記第2の蓋部材、および前記陰極集電体が前記第1のボルトを介して前記隔壁に着脱可能に固定されるとともに、前記第2の蓋部材が前記陽極の第1のカップ状部の開口部の少なくとも一部を塞ぐ、[17]に記載の電解エレメント。
[21] 前記隔壁の外周部に設けられ、該隔壁の両側に向けて、該隔壁の第1の面及び第2の面に交差する方向に延在するフランジ部
をさらに備える、[1]~[20]のいずれかに記載の電解エレメント。
[22] 複数のイオン透過性の隔膜と、
 隣接する前記イオン透過性の隔膜の間にそれぞれ配置された、[1]~[21]のいずれかに記載の電解エレメントと、
を含む積層構造を備え、
 隣接する前記電解エレメントは、一方の電解エレメントの陽極が他方の電解エレメントの陰極と前記イオン透過性の隔膜を介して向かい合うように配置されている、アルカリ水電解槽。
[23] 前記積層構造の一方の端部に配置された第1の電解エレメントの前記陰極に、前記イオン透過性の隔膜を挟んで向かい合うように配置された、第1のターミナルエレメントと、
 前記積層構造の他方の端部に配置された第2の電解エレメントの前記陽極に、前記イオン透過性の隔膜を挟んで向かい合うように配置された、第2のターミナルエレメントと
をさらに備え、
 前記第1のターミナルエレメントは、
  導電性の第1の隔壁と、
  前記第1の隔壁に電気的に接続された、第1の陽極と、
を備え、
 前記第2のターミナルエレメントは、
  導電性の第2の隔壁と、
  前記第2の隔壁に電気的に接続された、第2の陰極と、
を備える、[22]に記載のアルカリ水電解槽。
[24] 前記イオン透過性の隔膜のそれぞれの周縁部を保持する、ガスケットと、
 前記イオン透過性の隔膜のそれぞれの周縁部を、前記ガスケットを介して保持する、電気絶縁性の枠状の保護部材と、
 前記隔壁と前記保護部材との間、前記第1の隔壁と前記保護部材との間、及び、前記第2の隔壁と前記保護部材との間にそれぞれ配置された、シール部材と
をさらに備え、
 前記電解エレメントのそれぞれが、[1]~[20]のいずれかに記載の電解エレメントである、[22]に記載のアルカリ水電解槽。
[25] 前記電解エレメントのそれぞれが、[21]に記載の電解エレメントであり、
 前記第1のターミナルエレメントは、
  前記第1の導電性の隔壁の外周部に設けられ、前記第1の電解エレメントのフランジ部に向けて延在する第1のフランジ部
をさらに備え、
 前記第2のターミナルエレメントは、
  前記第2の導電性の隔壁の外周部に設けられ、前記第2の電解エレメントのフランジ部に向けて延在する第2のフランジ部
をさらに備える、[23]に記載のアルカリ水電解槽。
 本発明の第1の態様に係るアルカリ水電解用電解エレメントによれば、陽極が導電性のボルトを介して隔壁に着脱可能に固定されることにより、陽極の交換を容易に行うことが可能であり、したがって陽極の更新に要する時間および費用を低減することが可能である。
 本発明の第2の態様に係るアルカリ水電解槽によれば、本発明の第1の態様に係る電解エレメントを備えることにより、陽極の交換を容易に行うことが可能であり、したがって陽極の更新に要する時間および費用を低減することが可能である。
一の実施形態に係る従来のゼロギャップ型電解槽9000を模式的に説明する部分断面図である。 (A)本発明の一の実施形態に係る電解エレメント100を模式的に説明する断面図である。(B)(A)の電解エレメント100を分解した姿勢を模式的に説明する分解断面図である。 第1の構造要素43を模式的に説明する斜視図である。 (A)本発明の他の一の実施形態に係る電解エレメント200を模式的に説明する断面図である。(B)(A)の電解エレメント200を分解した姿勢を模式的に説明する分解断面図である。 (A)陰極集電体60の平面図である。(B)(A)の陰極集電体60の第3の貫通孔60h、60h、…に第1の蓋部材61、61,…を装着した姿勢を示す平面図である。(C)(B)のC-C矢視図である。 (A)第1の蓋部材61を模式的に説明する平面図である。(B)(A)の正面図兼左右側面図である。 (A)本発明の他の一の実施形態に係る電解エレメント300を模式的に説明する断面図である。(B)(A)の電解エレメント300を分解した姿勢を模式的に説明する分解断面図である。 (A)本発明の他の一の実施形態に係る電解エレメント400を模式的に説明する断面図である。(B)(A)の電解エレメント400を分解した姿勢を模式的に説明する分解断面図である。 (A)第1の構造要素443を模式的に説明する斜視図である。(B)(A)の第1の構造要素443の第2の貫通穴43bhに第1のボルト41の軸部41aを挿通した姿勢の一例を、(A)の紙面上側から見た平面図である。(C)(A)の第1の構造要素443の第2の貫通穴43bhに第1のボルト41の軸部41aを挿通した姿勢の他の一例を、(A)の紙面上側から見た平面図である。 (A)他の一の実施形態に係る第1の構造要素443’を模式的に説明する斜視図である。(B)(A)の第1の構造要素443’の第2の貫通穴43bhに第1のボルト41の軸部41aを挿通した姿勢を、(A)の紙面上側から見た平面図である。 (A)他の一の実施形態に係る第1の構造要素443''を模式的に説明する斜視図である。(B)(A)の第1の構造要素443''の第2の貫通穴43bhに第1のボルト41の軸部41aを挿通した姿勢を、(A)の紙面上側から見た平面図である。 (A)本発明の他の一の実施形態に係る電解エレメント500を模式的に説明する断面図である。(B)(A)の電解エレメント500を分解した姿勢を模式的に説明する分解断面図である。 (A)他の一の実施形態に係る第1の構造要素443'''を模式的に説明する斜視図である。(B)(A)の第1の構造要素443'''の第2の貫通穴443'''bhに第1のボルト41の軸部41aを挿通した姿勢の一例を、(A)の紙面上側から見た平面図である。 (A)本発明の他の一の実施形態に係る電解エレメント600を模式的に説明する断面図である。(B)(A)の電解エレメント600を分解した姿勢を模式的に説明する分解断面図である。 (A)本発明の他の一の実施形態に係る電解エレメント700を模式的に説明する断面図である。(B)(A)の電解エレメント700を分解した姿勢を模式的に説明する分解断面図である。 (A)本発明の他の一の実施形態に係る電解エレメント800を模式的に説明する断面図である。(B)(A)の電解エレメント800を分解した姿勢を模式的に説明する分解断面図である。 (A)本発明の他の一の実施形態に係る電解エレメント900を模式的に説明する断面図である。(B)(A)の電解エレメント900を分解した姿勢を模式的に説明する分解断面図である。 (A)陽極920を模式的に説明する平面図である。(B)(A)のB-B断面図である。 (A)陰極集電体960を模式的に説明する平面図である。(B)(A)のB-B断面図である。 (A)本発明の他の一の実施形態に係る電解エレメント1000を模式的に説明する断面図である。(B)(A)の電解エレメント1000を分解した姿勢を模式的に説明する分解断面図である。 (A)本発明の他の一の実施形態に係る電解エレメント1100を模式的に説明する断面図である。(B)(A)の電解エレメント1100を分解した姿勢を模式的に説明する分解断面図である。 (A)本発明の他の一の実施形態に係る電解エレメント1200を模式的に説明する断面図である。(B)(A)の電解エレメント1200を分解した姿勢を模式的に説明する分解断面図である。 本発明の一の実施形態に係るアルカリ水電解槽10000を模式的に説明する断面図である。 図23の分解図である。 (A)隔膜80及びガスケット90を保持している保護部材110を模式的に説明する平面図である。(B)(A)のB-B矢視断面図である。(C)(B)において保護部材110を分解した姿勢を示す断面図である。(D)(B)において保護部材110を分解した姿勢を示す断面図である。 (A)第1のターミナルエレメント1300を模式的に説明する断面図である。(B)(A)の第1のターミナルエレメント1300を分解した姿勢を模式的に説明する分解断面図である。 (A)他の一の実施形態に係る第1のターミナルエレメント1300’を模式的に説明する断面図である。(B)(A)の第1のターミナルエレメント1300’を分解した姿勢を模式的に説明する分解断面図である。 本発明の他の一の実施形態に係るアルカリ水電解槽20000を模式的に説明する断面図である。 図28の分解図である。 (A)第1のターミナルエレメント21300を模式的に説明する断面図である。(B)(A)の第1のターミナルエレメント21300を分解した姿勢を模式的に説明する分解断面図である。 (A)第2のターミナルエレメント21400を模式的に説明する断面図である。(B)(A)の第2のターミナルエレメント21400を分解した姿勢を模式的に説明する分解断面図である。
 以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。ただし、本発明はこれらの形態に限定されるものではない。なお、図面は必ずしも正確な寸法を反映したものではない。また図では、一部の符号を省略することがある。本明細書においては特に断らない限り、数値A及びBについて「A~B」という表記は「A以上B以下」を意味するものとする。かかる表記において数値Bのみに単位を付した場合には、当該単位が数値Aにも適用されるものとする。また「又は」及び「若しくは」の語は、特に断りのない限り論理和を意味するものとする。また要素E及びEについて「E及び/又はE」という表記は「E若しくはE、又はそれらの組み合わせ」を意味するものとし、要素E、…、E(Nは3以上の整数)について「E、…、EN-1、及び/又はE」という表記は「E、…、EN-1、若しくはE、又はそれらの組み合わせ」を意味するものとする。
 <1.電解エレメント>
 図2(A)は、一の実施形態に係るアルカリ水電解用電解エレメント100(以下において「電解エレメント100」ということがある。)を模式的に説明する断面図である。図2に示すように、電解エレメント100は、第1の面10a及び第2の面10bを有する導電性の隔壁10と;酸素発生用の陽極20と;水素発生用の陰極30と;陽極20が隔壁10の第1の面10aと第1の間隔d1を隔てて向かい合うように陽極20を隔壁10に固定し、且つ陽極20を隔壁10に電気的に接続する、第1の連結手段40と;陰極30を支持する導電性の弾性体50と;弾性体50を支持する陰極集電体60と、を備えている。陰極集電体60は、隔壁の第2の面10bと第2の間隔d2を隔てて向かい合うように隔壁10に固定されるとともに、隔壁10に電気的に接続されている。
 第1の連結手段40は、少なくとも軸部41aを備える導電性の第1のボルト41、41、…(以下において単に「第1のボルト41」ということがある。)と;隔壁10に設けられた、第1のボルト41の軸部41aを挿通可能な第1の貫通孔10h、10h、…(以下において単に「第1の貫通孔10h」ということがある。)と;第1のボルト41と螺合可能な第1のナット42、42、…(以下において単に「第1のナット42」ということがある。)と;導電性の第1の構造要素43、43、…(以下において単に「第1の構造要素43」ということがある。)と、を含む。第1のボルト41は、軸部41aと、軸部41aの一方の端部に設けられた頭部41bとを備えている。軸部41aの少なくとも一部には雄ネジが切られている。
 第1の構造要素43は、陽極20から隔壁10の第1の面10aに向かって、隔壁10の第1の面10aに交差する方向に延在する第1のスペーサー部43aと;第1のスペーサー部43aから連続して、隔壁10の第1の面10aに平行な方向に延在する第1の板状部43bと、を含む。第1のスペーサー部43aは、陽極20に固定された端部43aeを有している。第1の板状部43bは、第1のボルト41の軸部41aを挿通可能な第2の貫通孔43bhを備えている。
 電解槽100は、陰極集電体60が隔壁10の第2の面10bと第2の間隔d2を隔てて向かい合うように陰極集電体60を隔壁10に固定し、且つ陰極集電体60を隔壁10に電気的に接続する、第2の連結手段70をさらに備えている。第2の連結手段70は、導電性の第2の構造要素71を含む。第2の構造要素71は、陰極集電体70と隔壁10の第2の面10bとの間において隔壁10の第2の面10bに交差する方向に延在する第2のスペーサー部71aを含む。また第2の構造要素71は、陰極集電体に固定された端部71ecと、隔壁10の第2の面10bに固定された端部71ewとを含む。
 図2(B)は、図2(A)の電解エレメント100において、第1の連結手段40の第1の構造要素43と隔壁10との結合を解除するとともに、陰極集電体60と弾性体50及び陰極30との結合を解除した姿勢を模式的に説明する分解断面図である。電解エレメント100においては、第1のボルト41の軸部41bが隔壁10に設けられた第1の貫通孔10h及び第1の板状部43bに設けられた第2の貫通孔43bhに挿通されて第1のナット42と螺合されることにより、第1の構造要素43が隔壁10に着脱可能に固定されている。すなわち、第1のボルト41と第1のナット42との締結力によって、第1の構造要素43と隔壁10とが連結されている。これにより、陽極20が第1のボルト41を介して隔壁10に着脱可能に固定されている。
 陰極集電体60は、隔壁10の第1の貫通孔10h、10h、…と向かい合う位置に、第1のナット42を通すことが可能な形状および寸法を有する第3の貫通孔60h、60h、…(以下において単に「第3の貫通孔60h」ということがある。)を備えている。電解エレメント100において、第1のナット42を第1のボルト41と螺合する位置に配置する作業、及び、第1のボルト41と第1のナット42との締結力によって第1の構造要素43を隔壁10にボルト固定する作業は、第3の貫通孔60hを通じて行うことができる(矢印X参照)。また、第1のボルト41と第1のナット42との締結を解除することによって第1の構造要素43を隔壁10から取り外す作業も、第3の貫通孔60hを通じて行うことができる。すなわち電解エレメント100において、第3の貫通孔60hはアクセス用の開口部として機能する。陰極集電体60と陰極30との間には導電性の弾性体50が存在するので、陰極集電体60に第3の貫通孔60hが設けられていても、電解エレメント100を用いてゼロギャップ型電解槽を構成することの妨げにはならない。
 隔壁10の材質としては、アルカリ耐性を有する剛性の導電性材料を用いることができ、そのような材料の例としては、ニッケル、鉄等の単体金属;SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等のステンレス鋼;及び、これらにニッケルめっきを施した金属材料を挙げることができる。
 陽極20としては、アルカリ水電解用のゼロギャップ型電解槽に用いられる公知の酸素発生用の陽極を用いることができる。陽極20は通常、導電性基材と、該基材の表面を被覆する触媒層とを備える。触媒層は多孔質であることが好ましい。陽極20の導電性基材としては、例えば、ニッケル、鉄、バナジウム、モリブデン、銅、銀、マンガン、白金族元素、黒鉛、若しくはクロム、又はそれらの組み合わせを用いることができる。陽極20においてはニッケルからなる導電性基材を好ましく用いることができる。触媒層は元素としてニッケルを含む。触媒層は、酸化ニッケル、金属ニッケル、若しくは水酸化ニッケル、又はそれらの組み合わせを含むことが好ましく、ニッケルと他の1種以上の金属との合金を含んでもよい。触媒層は金属ニッケルからなることが特に好ましい。なお、触媒層は、クロム、モリブデン、コバルト、タンタル、ジルコニウム、アルミニウム、亜鉛、白金族元素、もしくは希土類元素、またはそれらの組み合わせをさらに含んでもよい。触媒層の表面に、ロジウム、パラジウム、イリジウム、若しくはルテニウム、又はそれらの組み合わせが追加的な触媒としてさらに担持されていてもよい。陽極20は例えば可撓性を有する多孔板であってもよく、また例えば剛体多孔板であってもよいが、好ましくは剛体多孔板である。剛体多孔板である陽極20としては、剛性を有する導電性基材(例えばエキスパンドメタル等。)と上記触媒層とを備える多孔板を用いることができる。また可撓性を有する多孔板である陽極20としては、可撓性を有する導電性基材(例えば金属ワイヤーで織った(又は編んだ)金網、薄いパンチドメタル等。)と上記触媒層とを備える多孔板を用いることができる。
 陰極30としては、アルカリ水電解用のゼロギャップ型電解槽に用いられる公知の水素発生用の陰極を用いることができる。陰極30は通常、導電性基材と、該基材の表面を被覆する触媒層とを備える。陰極30の導電性基材としては、例えば、ニッケル、ニッケル合金、ステンレススチール、軟鋼、ニッケル合金、又は、ステンレススチール若しくは軟鋼の表面にニッケルメッキを施したものを好ましく採用できる。陰極30の触媒層としては、貴金属酸化物、ニッケル、コバルト、モリブデン、若しくはマンガン、若しくはそれらの酸化物、又は貴金属酸化物からなるコーティングを好ましく採用できる。陰極30は例えば可撓性を有する多孔板であってもよく、また例えば剛体多孔板であってもよいが、好ましくは可撓性を有する多孔板である。剛体多孔板である陰極30としては、剛性を有する導電性基材(例えばエキスパンドメタル等。)と上記触媒層とを備える多孔板を用いることができる。また可撓性を有する多孔板である陰極30としては、可撓性を有する導電性基材(例えば金属ワイヤーで織った(又は編んだ)金網、薄いパンチドメタル等。)と上記触媒層とを備える多孔板を用いることができる。
 第1のボルト41としては、軸部41aと該軸部の端部に設けられた頭部41bとを備える導電性のボルトであって、軸部41aの長さが隔壁10と第1の板状部43bと第1のナット42との合計厚さよりも長いものを好ましく用いることができる。軸部41aには第1のナット42と螺合すべき部分にネジが切られていればよく、必ずしも軸部41aの全体にわたってネジが切られている必要はない。頭部41bの形状はその外径が第1の板状部43bに設けられた第2の貫通孔43bhより大きい(すなわち頭部41bが第2の貫通孔43bhを通過できない)限りにおいて特に制限されない。そのような第1のボルト41としては、例えば六角ボルト等の公知の導電性のボルトを用いることができる。第1のボルト41の材質としては、アルカリ耐性を有する剛性の導電性材料を用いることができ、そのような材料の例としては、ニッケル、鉄等の単体金属;SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等のステンレス鋼;及び、これらにニッケルめっきを施した金属材料を挙げることができる。
 第1のナット42としては、第1のボルト41と螺合可能な導電性のナットであって、その外径が隔壁10に設けられた第1の貫通孔10hより大きい(すなわち第1の貫通孔10hを通過できない)ものを用いることができる。そのような第1のナット42としては、例えば六角ナット等の公知の導電性のナットを用いることができる。第1のナット42の材質としては、アルカリ耐性を有する剛性の導電性材料を用いることができ、そのような材料の例としては、ニッケル、鉄等の単体金属;SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等のステンレス鋼;及び、これらにニッケルめっきを施した金属材料を挙げることができる。
 図3は、第1の構造要素43を模式的に説明する斜視図である。図3において、図2に既に表れた要素には図2における符号と同一の符号を付し、説明を省略することがある。上記の通り、第1の構造要素43は、第1のスペーサー部43aと、第1の板状部43bとを備える。第1のスペーサー部43aは、陽極20から隔壁10の第1の面10aに向かって、隔壁10の第1の面10aに交差する方向に延在する。第1の板状部43bは、第1のスペーサー部43aから連続して、隔壁10の第1の面10aに平行な方向に延在する。第1の板状部43bには、第1のボルト41の軸部41aを挿通可能な第2の貫通孔43bhが設けられている。また第1のスペーサー部43aは、陽極20に固定される端部43aeを有している。第1の構造要素43の材質としては、アルカリ耐性を有する剛性の導電性材料を用いることができ、そのような材料の例としては、ニッケル、鉄等の単体金属;SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等のステンレス鋼;及び、これらにニッケルめっきを施した金属材料を挙げることができる。電解エレメント100において第1のスペーサー部43aの端部43aeは溶接により陽極20に固定されているが、他の方法で固定することも可能である。
 第2のスペーサー部71aを備える第2の構造要素71としては、アルカリ水電解槽において導電性リブとして用いられる公知の導電性の構造要素を用いることができる。電解エレメント100において、第2の構造要素71は隔壁10の第2の面10bから立設されており、一方の端部71ewが隔壁10の第2の面10bに固定されるとともに、他方の端部71ecが集電体60に固定されている。第2の構造要素71が集電体60を隔壁10に対して固定および保持できる限りにおいて、第2の構造要素71の形状、数、及び配置は特に制限されない。第2の構造要素71の材質としては、アルカリ耐性を有する剛性の導電性材料を特に制限なく用いることができ、そのような材料の例としては、ニッケル、鉄等の単体金属;SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等のステンレス鋼;これらにニッケルめっきを施した金属、等の材料を挙げることができる。電解エレメント100においては、隔壁10とは別個に製造された第2の構造要素71が例えば溶接等により隔壁10に固定されていてもよく、隔壁10と第2の構造要素71とが一体に形成されていてもよい。
 第1の間隔d1及び第2の間隔d2は、特に制限されるものではなく、電解エレメント100が構成する電解槽における陽極室および陰極室の厚さを考慮して、0ではない間隔を適宜選択することができる。ただし第1の間隔d1は、第1のボルト41の頭部41bの厚さと第1の構造要素43の第1の板状部43bの厚さとの合計厚さより大とされる。第1の間隔d1及び第2の間隔d2はそれぞれ通常10mm以上、好ましくは30mm以上である。
 弾性体50としては、アルカリ水電解槽において用いられる公知の導電性弾性体を用いることができ、例えば耐アルカリ性を有する導電性材料からなる、金属線の集合体からなる弾性マット、コイルばね、板バネ等を好ましく採用できる。弾性体50の材料の例としては、ニッケル、鉄等の単体金属;SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等のステンレス鋼;これらにニッケルめっきを施した金属、等を挙げることができる。弾性体50を集電体60に保持するにあたっては、溶接やピン止め、ボルト止め等の公知の手法を特に制限なく採用できる。
 陰極集電体60としては、アルカリ水電解槽において用いられる公知の集電体を用いることができ、例えば耐アルカリ性を有する剛性の導電性材料からなる、エキスパンドメタル、パンチドメタル等を好ましく採用できる。集電体60の材料の例としては、ニッケル、鉄等の単体金属;SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等のステンレス鋼;及びこれらにニッケルめっきを施した金属、等を挙げることができる。集電体60を第2のスペーサー部71aの端部71ecに保持するにあたっては、溶接やピン止め等の公知の手法を特に制限なく採用できる。
 再び図2(A)及び(B)を参照する。隔壁10に陽極20を取り付ける作業は、例えば、(a)陽極20に接合されている第1の構造要素43に設けられた第2の貫通孔43bhに第1のボルト41の軸部41aを挿通させる工程と、(b)該第1のボルト41の軸部41aをさらに隔壁10の貫通孔10hに挿通する工程と、(c)該第1のボルト41の軸部41aを集電体60の貫通孔60hから挿入された第1のナット42と螺合させる工程と、を上記順に経ることにより行うことができる。なお、陽極20と第1の板状部43bとの間の間隔が第1のボルト41の長さより長い場合には、陽極20と第1の構造要素43とが接合された状態で第1のボルト41の軸部41aを第1の板状部43bの第2の貫通孔43bhに挿通させることはできないが、そのような場合であっても上記工程(a)は、(a1)第1の構造要素43が陽極20に固定されていない状態で、第1のボルト41の軸部41aを第1の板状部43bの第2の貫通孔43bhに挿通させる工程と、(a2)第1の構造要素43の端部43aeを陽極20に固定する工程と、を上記順に経ることにより行うことができる。また電解エレメント100から陽極20を取り外す作業は、例えば、(d)陰極集電体60から陰極30及び弾性体50を取り外す工程と、(e)集電体60の貫通孔60hから治具等を挿入して第1のナット42を第1のボルト41の軸部41aから取り外す工程と、(f)陽極20及び該陽極20に接合されている第1の構造要素43を隔壁10から引っ張って取り外す工程と、を上記順に経ることにより行うことができる。なお、第1のボルト41が第1のナット42と共回りすることを防止する目的で、工程(a)において第1のボルト41の頭部41bを第1の構造要素43の第1の板状部43bに溶接、ロウ付け等の公知の手法により固定する工程をさらに行ってもよい。このように、電解エレメント100によれば、陽極20の交換作業を容易に行うことができ、したがって陽極20の更新に要する時間および費用を低減することが可能である。
 本発明に関する上記説明では、第1の連結手段40が第1の構造要素43、第1のボルト41、及び第1のナット42の組を2つ含む形態の電解エレメント100を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。第1の連結手段40が含む、第1の構造要素43、第1のボルト41、及び第1のナット42の組の数は任意である。
 本発明に関する上記説明では、第1の構造要素43の第1の板状部43bに第2の貫通孔43bhが1つのみ設けられている形態の電解エレメント100を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、第1の構造要素の第1の板状部に、第2の貫通孔が複数個設けられている形態の電解エレメントとすることも可能である。
 本発明に関する上記説明では、第1の構造要素43が、単一の第1のスペーサー部43aと単一の第1の板状部43bとを備える形態の電解エレメント100を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、相互に離隔した複数の第1の板状部が、単一の第1のスペーサー部から連続して設けられている形態の第1の構造要素を備える電解エレメントとすることも可能である。また例えば、相互に離隔した複数の第1のスペーサー部と連続して、単一の第1の板状部が設けられている形態の第1の構造要素を備える電解エレメントとすることも可能である。
 本発明に関する上記説明では、陰極集電体60に設けられた第3の貫通孔60hが塞がれることなく陰極集電体60に弾性体50が支持される形態の電解エレメント100を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、陰極集電体60に設けられた第3の貫通孔60hの少なくとも一部を塞ぐ、着脱可能な蓋部材をさらに備える形態の電解エレメントとすることも可能である。図4(A)は、そのような他の一の実施形態に係るアルカリ水電解用電解エレメント200(以下において「電解エレメント200」ということがある。)を模式的に説明する断面図であり、図2(A)に対応する図である。図4において、図2~3に既に表れた要素には図2~3における符号と同一の符号を付し、説明を省略することがある。電解エレメント200は、陰極集電体60の第3の貫通孔60h、60h、…のそれぞれの少なくとも一部を塞ぐ、着脱可能な導電性の第1の蓋部材61、61、…(以下において単に「第1の蓋部材61」ということがある。)をさらに備える点において、電解エレメント100(図2)と異なっている。
 図4(B)は、図4(A)の電解エレメント200において、第1の連結手段40の第1の構造要素43と隔壁10との結合を解除し、陰極集電体60と弾性体50及び陰極30との結合を解除するとともに、第1の蓋部材61を第3の貫通穴60hから取り外した姿勢を模式的に説明する分解断面図であり、図2(B)に対応する図である。第1の蓋部材61は、陰極集電体60の第3の貫通穴60hに対応する形状を有しており、第3の貫通孔60hの少なくとも一部を塞ぐように陰極集電体60に装着することができる。第3の貫通孔60hの少なくとも一部を塞ぐように第1の蓋部材61が陰極集電体60に装着されたとき、第1の蓋部材61は陰極集電体60に電気的に接続される。
 図5及び図6は、陰極集電体60及び第1の蓋部材61を模式的に説明する図である。図5(A)は陰極集電体60の平面図である。図5(A)に示すように、陰極集電体60は、第3の貫通孔60h、60h、…を備える。陰極集電体60は、エキスパンドメタルからなる多孔板である。図5(B)は、図5(A)の陰極集電体60の第3の貫通孔60h、60h、…に第1の蓋部材61、61、…を装着した姿勢を示す平面図であり、図5(C)は、図5(B)のC-C矢視図である。また図6(A)は、第1の蓋部材61を模式的に説明する平面図であり、図6(B)は図6(A)の正面図兼左右側面図である。図6(A)及び(B)に示すように、第1の蓋部材61は、第3の貫通孔60hに対応する形状を有する導電性の平面部61aと、平面部61aに接合されたL字形状の針金部61w、61、…(以下において単に「針金部61w」ということがある。)とを有する。平面部61aは例えば陰極集電体60と同じエキスパンドメタルで構成されていてもよく、また例えば金属板で構成されていてもよい。図5(B)及び(C)に示すように、第1の蓋部材61の平面部61aを陰極集電体60の第3の貫通孔60hに挿入して、平面部61aに接合された針金部61wを陰極集電体60を構成するエキスパンドメタルの孔に差し込むことにより、第1の蓋部材61が陰極集電体60に着脱可能に装着されるとともに、陰極集電体60と第1の蓋部材61の平面部61aとが電気的に接続される。
 第1の蓋部材61の平面部61aとしては、例えば耐アルカリ性を有する剛性の導電性材料からなる、エキスパンドメタル、パンチドメタル、金属板等を好ましく採用できる。平面部61aの材料の例としては、ニッケル、鉄等の単体金属;SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等のステンレス鋼;及びこれらにニッケルめっきを施した金属、等を挙げることができる。
 第1の蓋部材61の針金部61wとしては、耐アルカリ性を有する剛性の導電性材料からなる金属線を用いることができる。針金部61wの材料の例としては、ニッケル、鉄等の単体金属;SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等のステンレス鋼;及びこれらにニッケルめっきを施した金属、等を挙げることができる。針金部61wを平面部61aに接合するにあたっては、溶接、ロウ付け等の公知の手法を特に制限なく採用できる。
 このような電解エレメント200によれば、弾性体50が陰極集電体60に接触する接触する部分のうち、第3の貫通孔60hに対応する部分の少なくとも一部が第1の蓋部材61で塞がれているので、弾性体50を背後から支持する力の均一性を高めることができる。これにより、電解エレメント200を備えるゼロギャップ型電解槽において、弾性体50が陰極30を隔膜および陽極に向けて押し付ける力の均一性を高めることが可能になる。また、電解エレメント100に関する上記説明と同様に、このような電解エレメント200によっても陽極20の交換作業を容易に行うことができ、したがって陽極20の更新に要する時間および費用を低減することが可能である。
 本発明に関する上記説明では、第1の蓋部材61が、陰極集電体60の第3の貫通孔60hに対応する形状を有する平面部61aを備え、第1の蓋部材61が陰極集電体の第3の貫通孔60hの少なくとも一部を塞ぐように装着されたとき、平面部61aが第3の貫通孔60hに嵌まり込む形態の電解エレメント200を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、第3の貫通穴60hより広い平面部を有する第1の蓋部材を備え、第1の蓋部材が陰極集電体の第3の貫通孔60hの全体を塞ぐように装着されたとき、第1の蓋部材の平面部が第3の貫通孔60hの周縁部に支持される形態の電解エレメントとすることも可能である。また例えば、第1の蓋部材が、陰極集電体60の第3の貫通孔60hの一部のみを塞ぐ第1の蓋部材を備える形態の電解エレメントとすることも可能である。例えば、第1の蓋部材が陰極集電体60に装着されたとき、第1の蓋部材の平面部の外周部と陰極集電体60の第3の貫通孔60hの内周部との間に、隙間が存在していてもよい。
 本発明に関する上記説明では、第1の蓋部材61が導電性の平面部61aと、平面部61aに接合されたL字形状の針金部61wとを備え、第1の蓋部材61の平面部61aを陰極集電体60の第3の貫通孔60hに挿入して、平面部61aに接合された針金部61wを陰極集電体60を構成するエキスパンドメタルの孔に差し込むことにより、第1の蓋部材61が陰極集電体60に装着されるとともに、陰極集電体60と第1の蓋部材61の平面部61aとが電気的に接続される形態の電解エレメント200を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、第1の蓋部材が平面部から立設されたネジを備るとともに、第1のボルト41の端部にネジ穴が設けられ、該ネジ穴に第1の蓋部材のネジが螺合されることにより第1の蓋部材が固定される形態の電解エレメントとすることも可能である。図7は、そのような他の一の実施形態に係るアルカリ水電解用電解エレメント300(以下において「電解エレメント300」ということがある。)を模式的に説明する断面図であり、図2(A)及び図4(A)に対応する図である。図7において、図2~6に既に表れた要素には図2~6における符号と同一の符号を付し、説明を省略することがある。電解エレメント300は、第1の蓋部材61に代えて第1の蓋部材361を備えるとともに、第1の連結手段40に代えて第1の連結手段340を備える点において、電解エレメント200(図4~6)と異なっている。
 図7(B)は、図7(A)の電解エレメント300において、第1の連結手段340の第1の構造要素43と隔壁10との結合を解除し、陰極集電体60と弾性体50及び陰極30との結合を解除するとともに、第1の蓋部材61を第3の貫通穴60hから取り外した姿勢を模式的に説明する分解断面図であり、図2(B)及び図4(B)に対応する図である。
 第1の蓋部材361は、針金部61wに代えて、平面部61aから立設された延長軸361bと、延長軸361bの端部(平面部61aとは反対側の端部)に設けられた、蓋部材固定ネジ361cとを備える点において、第1の蓋部材61(図4~6)と異なっている。
 第1の連結手段340は、第1のボルト41に代えて第1のボルト341を含む点において第1の連結手段40と異なっている。第1のボルト341は、軸部41aに代えて軸部341aを備える点において第1のボルト41と異なっている。軸部341aは、頭部41bとは反対側の端部にボルト端部ネジ穴341hを備える点において、軸部41aと異なっている。ボルト端部ネジ穴341hは、蓋部材固定ネジ361cと螺合可能なネジ穴である。
 第1の蓋部材361は、陰極集電体60の第3の貫通穴60hの少なくとも一部を塞ぐことが可能な形状(例えば第3の貫通穴60hに対応する形状)を有しており、第3の貫通孔60hを塞ぐように陰極集電体60に装着することができる。電解エレメント300において、第1の蓋部材361は、蓋部材固定ネジ361cがボルト端部ネジ穴341hに螺合されることにより、第1のボルト341に着脱可能に固定されるとともに、第3の貫通孔60hの少なくとも一部を塞ぐように陰極集電体60に装着される。第3の貫通孔60hの少なくとも一部を塞ぐように第1の蓋部材361が陰極集電体60に装着されたとき、第1の蓋部材361は第1のボルト341、隔壁10、及び第2の構造要素71を介して陰極集電体60に電気的に接続される。
 延長軸361b及び蓋部材固定ネジ361cの材料としては、耐アルカリ性を有する剛性の導電性材料を用いることができ、その例としてはニッケル、鉄等の単体金属;SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等のステンレス鋼;及びこれらにニッケルめっきを施した金属、等を挙げることができる。延長軸361bと蓋部材固定ネジ361cとは一体に形成されていてもよく、例えば溶接等で接合されていても良い。また延長軸361bを平面部61aに接合するにあたっては、溶接、ロウ付け等の公知の手法を特に制限なく採用できる。
 このような電解エレメント300によれば、弾性体50が陰極集電体60に接触する接触する部分のうち、第3の貫通孔60hに対応する部分の少なくとも一部が第1の蓋部材361で塞がれているので、弾性体50を背後から支持する力の均一性を高めることができる。これにより、電解エレメント300を備えるゼロギャップ型電解槽において、弾性体50が陰極30を隔膜および陽極に向けて押し付ける力の均一性を高めることが可能になる。また、電解エレメント100に関する上記説明と同様に、このような電解エレメント300によっても陽極20の交換作業を容易に行うことができ、したがって陽極20の更新に要する時間および費用を低減することが可能である。
 本発明に関する上記説明では、平面部61aに固定された延長軸361bと、延長軸361bの端部に設けられた蓋部材固定ネジ361cとを有する第1の蓋部材361を備える形態の電解エレメント300を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、蓋部材固定ネジ361cが平面部61aに直接固定されている第1の蓋部材を備える形態の電解エレメントとすることも可能である。また例えば、蓋部材固定ネジの端部に設けられた頭部に平面部が固定されている形態の第1の蓋部材を備える電解エレメントとすることも可能である。
 本発明に関する上記説明では、第1の構造要素43がスペーサー部43aと第1の板状部43bとからなる形態の電解エレメント100、200、及び300を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、第1の構造要素が、第1のボルト41の軸部41aが第2の貫通穴43bhに挿通され第1のボルト41の頭部41bが第1の板状部34bに接したとき、第1のボルト41の回転を制限するように第1のボルト41の頭部41bの側面に接する、回転規制部をさらに備える形態の電解エレメントとすることも可能である。図8(A)は、そのような他の一の実施形態に係るアルカリ水電解用電解エレメント400(以下において「電解エレメント400」ということがある。)を模式的に説明する断面図であり、図2(A)に対応する図である。図8において、図2~7に既に表れた要素には図2~7における符号と同一の符号を付し、説明を省略することがある。電解エレメント400は、第1の連結手段40に代えて第1の連結手段440を備える点において、電解エレメント100と異なっている。第1の連結手段440は、第1の構造要素43に代えて第1の構造要素443を備える点において、第1の連結手段40と異なっている。図8(B)は、図8(A)の電解エレメント400において、第1の連結手段440の第1の構造要素443と隔壁10との結合を解除するとともに、陰極集電体60と弾性体50及び陰極30との結合を解除した姿勢を模式的に説明する分解断面図であり、図2(B)に対応する図である。
 図9(A)は、第1の構造要素443を模式的に説明する斜視図であり、図3に対応する図である。図9において、図2~8に既に表れた要素には図2~8における符号と同一の符号を付し、説明を省略することがある。第1の構造要素443は、第1のスペーサー部43a及び第1の板状部43bに加えて、回転規制部443cをさらに備える点において、第1の構造要素43(図3)と異なっている。回転規制部443cは、第1の板状部43bから立設された板状の部材である。回転規制部443cの材質としては、アルカリ耐性を有する剛性の導電性材料を用いることができ、そのような材料の例としては、ニッケル、鉄等の単体金属;SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等のステンレス鋼;及び、これらにニッケルめっきを施した金属材料を挙げることができ、第1の板状部43bと同一の材料を好ましく採用できる。回転規制部443cは第1の板状部43bと一体に形成されていてもよく、溶接等により第1の板状部と接合されていてもよい。
 図9(B)は、図9(A)の第1の構造要素443の第2の貫通穴43bhに第1のボルト41の軸部41aを挿通した姿勢の一例を、図9(A)の紙面上側から見た平面図である。図9(B)には、スペーサー部43aの端部43ae、第1の板状部43b、回転規制部443cとともに、第1のボルト41の頭部41bが表れている。電解エレメント400において、第1のボルト41は六角ボルトである。図9(B)に示すように、第1の構造要素443の第2の貫通穴43bhに第1のボルト41の軸部41aが挿通され、第1のボルト41の頭部41bが第1の板状部43bに接したとき、回転規制部443cが頭部41bの側面(外周部)に接することにより第1のボルト41の回転が制限される。なお図9(B)に示すように、回転規制部443cが「頭部41bの側面に接することにより第1のボルト41の回転が制限される」とは、第1のボルト41が自由に回転することが制限されることを意味するものであり、第1のボルト41の回転が完全に制限されることまでも要求するものではない。第1の構造要素443においては、第1のボルト41が回転したとき、第1のボルト41の頭部41bの側面に存在する角部41beが回転規制部443cに接触することにより、第1のボルト41の自由な回転が制限される。また、回転規制部443cが「頭部41bの側面に接することにより第1のボルト41の回転が制限される」とは、回転規制部443cが第1のボルト41の頭部41bの側面に常に接することまでも要求するものではない。図9(C)は、図9(A)の第1の構造要素443の第2の貫通穴43bhに第1のボルト41の軸部41aを挿通した姿勢の他の一例を、図9(A)の紙面上側から見た平面図である。図9(C)に示すように、第1のボルト41の頭部41bの側面をなす平面の一つが回転規制部443cと平行な姿勢にあるとき、回転規制部443cと第1のボルト41の頭部41bとの間には隙間が存在していてもよい。
 第1の構造要素443cがこのような回転規制部443cを備えることにより、第1のボルト41の軸部を第1のナット42と螺合させたときに第1のボルト41が第1のナット42と共回りすることが防止される。よって電解エレメント400によれば、陽極20の着脱作業がさらに容易になる。電解エレメント100に関する上記説明と同様に、このような電解エレメント400によっても陽極20の交換作業を容易に行うことができ、したがって陽極20の更新に要する時間および費用を低減することが可能である。
 本発明に関する上記説明では、回転規制部443cとして第1の板状部43bから立設された板状部材を有する第1の構造要素443を備える形態の電解エレメント400を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。回転規制部は第1のボルトの頭部との接触によって第1のボルトの回転を制限できる限りにおいて、その構成は特に制限されない。例えば、第1のボルトの頭部との接触により第1のボルトの回転を制限する構造が鋳造、プレス加工、あるいは切削加工等により賦形された第1の構造要素を備える形態の電解エレメントとすることも可能である。そのような構造の一例としては、第1のボルト41の頭部41bに対応する形状の凹部が第1の板状部43bの第2の貫通孔43bhの周囲に賦形されている構造を挙げることができる。図10(A)は、そのような他の一の実施形態に係る第1の構造要素443’を模式的に説明する斜視図であり、図9(A)に対応する図である。図10において、図2~9に既に表れた要素には図2~9における符号と同一の符号を付し、説明を省略することがある。図10(A)に示すように、第1の構造要素443’においては、板状部43bの第2の貫通孔43bhの周囲に六角ボルトである第1のボルト41の頭部41bに対応する形状の凹部443’cが設けられており、この凹部443’cが回転規制部として機能する。図10(B)は、図10(A)の第1の構造要素443’の第2の貫通穴43bhに第1のボルト41の軸部41aを挿通した姿勢を、図10(A)の紙面上側から見た平面図である。図10(B)には、スペーサー部43aの端部43ae、第1の板状部43b、回転規制部443’cとともに、第1のボルト41の頭部41bが表れている。図10(B)に示すように、第1の構造要素443’の第2の貫通穴43bhに第1のボルト41の軸部41aが挿通され、第1のボルト41の頭部41bが第1の板状部43bに接したとき、回転規制部である凹部443’cの側面が頭部41bの側面(外周部)に接する(すなわち、第1のボルト41の頭部41bの外周部が凹部443’c(回転規制部である)の側面に内側から接する)ことにより第1のボルト41の回転が制限される。このような凹部である回転規制部443’cによっても、上記説明した回転規制部443cと同様の効用を得ることができる。また上記説明では、六角ボルトである第1のボルト41の頭部41bの形状に対応して、六角形状の凹部443’cを回転規制部として有する第1の構造要素443’を図示したが、本発明は当該形態に限定されない。第1の構造要素は、例えば、各頂点が丸められた多角形(例えば六角形)状の凹部を回転規制部として有していてもよい。
 また例えば、第2の貫通孔43bhが第1のスペーサー部43aに近い位置に配置されていることにより、第2の貫通孔43bhに挿通された第1のボルト41の頭部41bの側面が第1のスペーサー部43aに接触することにより頭部41bの回転が制限される、すなわち第1のスペーサー部43aが回転規制部として機能する形態の電解エレメントとすることも可能である。図11(A)は、そのような他の一の実施形態に係る第1の構造要素443''を模式的に説明する斜視図であり、図9(A)に対応する図である。図11において、図2~10に既に表れた要素には図2~10における符号と同一の符号を付し、説明を省略することがある。図11(A)に示すように、第1の構造要素443''においては、板状部43bの第2の貫通孔43bhはスペーサー部43aに近接して設けられており、スペーサー部43aが回転規制部443''cを兼ねている。図11(B)は、図11(A)の第1の構造要素443''の第2の貫通穴43bhに第1のボルト41の軸部41aを挿通した姿勢を、図11(A)の紙面上側から見た平面図である。図11(B)には、スペーサー部43aの端部43ae及び第1の板状部43bとともに、第1のボルト41の頭部41bが表れている。図11(B)に示すように、第1の構造要素443''の第2の貫通穴43bhに第1のボルト41の軸部41aが挿通され、第1のボルト41の頭部41bが第1の板状部43bに接したとき、回転規制部を兼ねるスペーサー部43aが頭部41bの側面(外周部)に接することにより第1のボルト41の回転が制限される。このようにスペーサー部が回転規制部を兼ねる形態によっても、上記説明した回転規制部443cと同様の効用を得ることができる。
 本発明に関する上記説明では、第1のボルト41又は341と第1のナット42との締結力によって、第1のボルト41又は341と、第1の構造部材43又は443と、隔壁10とが相互に固定される形態電解エレメント100、200、300、400を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、第1のボルトと第1の構造部材とを固定する第2のナットをさらに備える形態の電解エレメントとすることも可能である。図12(A)は、そのような他の一の実施形態に係るアルカリ水電解用電解エレメント500(以下において「電解エレメント500」ということがある。)を模式的に説明する断面図であり、図8(A)に対応する図である。図12において、図2~11に既に表れた要素には図2~11における符号と同一の符号を付し、説明を省略することがある。電解エレメント500は、第1の連結手段440に代えて第1の連結手段540を備える点において、電解エレメント400(図8~11)と異なっている。
 図12(B)は、図12(A)の電解エレメント500において、第1の連結手段540の第1の構造要素443と隔壁10との結合を解除し、陰極集電体60と弾性体50及び陰極30との結合を解除するとともに、第1の構造要素443と第1のボルト41との結合を解除した姿勢を模式的に説明する分解断面図であり、図8(B)に対応する図である。
 第1の連結手段540は、第1のボルト41、41、…と螺合可能な第2のナット44、44、…(以下において単に「第2のナット44」ということがある。)をさらに含む点において、第1の連結手段440と異なっている。図12(B)において、第1のボルト41の軸部41aが第1の板状部43bの第2の貫通穴43bhに挿通された後、第1のボルト41の頭部41bと第2のナット44とが第1の板状部43bを挟むように第1のボルト41の軸部41aに第2のナット44が螺合されることにより、第1のボルト41が第1の板状部43bに固定される。その後、第1の板状部43bに固定された第1のボルト41の軸部41aが隔壁10の貫通穴10hに挿通されて第1のナット42と螺合されることにより、第1のボルト41が隔壁10に固定される(図12(A))。
 第2のナット44としては、第1のボルト41と螺合可能な導電性のナットであって、その外径が隔壁10に設けられた第1の貫通孔10h及び第1の板状部43bに設けられた第2の貫通孔43bhより大きい(すなわち第1の貫通孔10h及び第2の貫通孔43bhを通過できない)ものを用いることができる。そのような第2のナット44としては、例えば六角ナット等の公知の導電性のナットを用いることができる。第2のナット44の材質としては、アルカリ耐性を有する剛性の導電性材料を用いることができ、そのような材料の例としては、ニッケル、鉄等の単体金属;SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等のステンレス鋼;及び、これらにニッケルめっきを施した金属材料を挙げることができる。
 このような電解エレメント500によれば、陽極20を隔壁10に取り付けるために、第1の板状部43bの第2の貫通孔43bhに挿通された第1のボルト41の軸部41aを隔壁10の第1の貫通孔10hに挿通する作業を、第1のボルト41が第1の板状部に既に固定された状態で行うことができる。これにより、当該作業中に第1のボルト41が揺動すること、及び、第1のボルト41が第2の貫通孔43bhから抜けることが防止されるので、陽極20を隔壁10に取り付ける作業をさらに容易に行うことができる。また、電解エレメント100に関する上記説明と同様に、このような電解エレメント500によっても陽極20の交換作業を容易に行うことができ、したがって陽極20の更新に要する時間および費用を低減することが可能である。
 本発明に関する上記説明では、回転規制部443cを有する第1の構造要素443を備える形態の電解エレメント500を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、電解エレメント500(図12)において、第1の構造要素443(図9)に代えて、回転規制部を有しない第1の構造要素43(図3)を備える形態の電解エレメントとすることも可能である。回転規制部443cを有する第1の構造要素443を備える電解エレメント500によれば、第1のボルト41の軸部41bを第1のナット41と螺合させた際に第1のボルト41が第1のナット41と共回りすることが回転規制部443cにより防止されるので好ましい。その一方で第1の構造要素が回転規制部を有しない場合であっても、第1のボルト41と第2のナット44とが第1の板状部43bを締め付けていることにより第1のボルト41の回転がある程度抑制されるので、第1のボルト41の軸部41bを第1のナット42と螺合させた際に第1のボルト41が第1のナット42と共回りすることがある程度抑制され、したがって十分な締付けを行うことが可能である。
 本発明に関する上記説明では、陰極集電体60の第3の貫通孔60hの少なくとも一部を塞ぐ第1の蓋部材を備えない形態の電解エレメント400、500を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、電解エレメント200(図4~6)及び電解エレメント300(図7)を参照して上記説明したように、陰極集電体60の第3の貫通孔60hの少なくとも一部を塞ぐ第1の蓋部材をさらに備える形態の電解エレメントとすることも可能である。
 本発明に関する上記説明では、第1の板状部43bに円形断面の第2の貫通孔43bhが設けられている第1の構造要素43、443、443’、又は443''を備える形態の電解エレメント100、200、300、400、500を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、第2の貫通孔が、第1の板状部から第1のスペーサー部の少なくとも一部にわたって連続して設けられている第1の構造要素を備える形態の電解エレメントとすることも可能である。図13(A)は、そのような他の一の実施形態に係る第1の構造要素443'''を模式的に説明する斜視図であり、図10(A)に対応する図である。図13において、図2~12に既に表れた要素には図2~12における符号と同一の符号を付し、説明を省略することがある。図13(A)に示すように、第1の構造要素443'''は、第2の貫通孔43bhに代えて、第2の貫通孔443'''bhを備える点において、第1の構造要素443’(図10)と異なっている。第2の貫通孔443'''bhは、第1の板状部43bから第1のスペーサー部43aの少なくとも一部にわたって連続して設けられている点において、第1の板状部43bにのみ設けられた第2の貫通孔43bと異なっている。図13(B)は、図13(A)の第1の構造要素443'''の第2の貫通穴443'''bhに第1のボルト41の軸部41aを挿通した姿勢の一例を、図13(A)の紙面上側から見た平面図である。図13(B)には、スペーサー部43aの端部43ae、第1の板状部43b、回転規制部443c、第2の貫通孔443'''bとともに、第1のボルト41の頭部41bが表れている。このような第1の板状部443'''bによれば、第1のボルト41の軸部41aを第2の貫通孔443'''bに挿通する際に、第2の貫通孔443'''bのうちスペーサー部43aに設けられた部分に第1のボルト41の軸部41aを挿通し(図13(A)中の矢印X)、その後に第1のボルトの向きを変えることにより、図13(B)に示すように第1のボルト41の頭部41bが第1の板状部43bに接するように第1のボルト41を配置することができる。第2の貫通孔43bhが第1の板状部43bにのみ設けられた第1の構造要素43(図3)、443(図9)、443’(図10)、又は443''(図11)においては、スペーサー部43aの高さ(第1の板状部43bから陽極20までの距離)が第1のボルト41の長さよりも短い場合には、第1のボルト41を第2の貫通孔43bに挿通してから第1の構造要素を陽極20に溶接等で接合する必要がある。これに対して、第1の板状部43bから第1のスペーサー部43aの少なくとも一部にわたって連続して設けられた第2の貫通孔443'''bを有する第1の構造要素443'''(図13)を備える電解エレメントによれば、スペーサー部43aの高さ(第1の板状部43bから陽極20までの距離)が第1のボルト41の長さよりも短い場合であっても、第1の構造要素443'''が陽極20に既に接合された状態で第2の貫通孔443'''bhに第1のボルト41の軸部41aを挿通できるので、隔壁10から陽極20までの間隔d1が短い場合であっても、陽極20を隔壁10に取り付ける作業をより容易に行うことが可能である。なお図13には、第2の貫通孔443'''bhの周囲に六角ボルトである第1のボルト41の頭部41bに対応する形状の凹部である回転規制部443’cが設けられている形態の第1の構造要素443'''を図示したが、第1の構造要素は他の形態の回転規制部を備えていてもよく、回転規制部を備えなくてもよい。例えば板状部材である回転規制部443c(図9)を備えていてもよい。ただし、第1のボルト41の位置決めをより容易にする観点からは、第2の貫通孔443'''bhの周囲に第1のボルト41の頭部41bに対応する形状(例えば多角形状、又は、各頂点が丸められた多角形状)の凹部である回転規制部443’cが設けられている形態の第1の構造要素443'''を好ましく採用できる。
 本発明に関する上記説明では、隔壁10が貫通穴10hを備える形態の電解エレメント100、200、300、400、500を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、隔壁が貫通孔に代えて、第1の面に開口したネジ穴を備える形態の電解エレメントとすることも可能である。図14(A)は、そのような他の一の実施形態に係るアルカリ水電解用電解エレメント600(以下において「電解エレメント600」ということがある。)を模式的に説明する断面図であり、図2(A)に対応する図である。図14において、図2~13に既に表れた要素には図2~13における符号と同一の符号を付し、説明を省略することがある。電解エレメント600は、隔壁10に代えて隔壁610を備え、陽極20に代えて陽極620を備え、陰極集電体60に代えて陰極集電体660を備え、第1の連結手段40に代えて第1の連結手段640を備える点において、電解エレメント100(図2)と異なっている。陰極集電体660は、第3の貫通孔60hを備えない点において、陰極集電体60と異なっている。
 図14(B)は、図14(A)の電解エレメント600において、第1の連結手段640の第1の構造要素43と隔壁610との結合を解除した姿勢を模式的に説明する分解断面図であり、図2(B)に対応する図である。
 隔壁610は、第1の貫通孔10h、10h、…に代えて第1のネジ穴610h、610h、…(以下において単に「第1のネジ穴610h」ということがある。)が設けられている点において、隔壁10と異なっている。第1の連結手段640は、第1のボルト41、41、…に代えて第1のボルト641、641、…(以下において単に「第1のボルト641」ということがある。)を備え、第1の貫通穴10hに代えて上記第1のネジ穴610hを備える一方で、第1のナット42を備えない点において、第1の連結手段40(図2)と異なっている。
 第1のボルト641は、第1のボルト41(図2)より短いボルトである。第1のボルト641は、軸部41aに代えて軸部41aよりも短い軸部641aを備える点において、第1のボルト41と異なっている。隔壁610に設けられている第1のネジ穴610hは、第1のボルト641と螺合可能なネジ穴である。第1のボルト641の軸部641aの長さは、第1の板状部43bの厚さと隔壁610に設けられた第1のネジ穴610hの深さとの合計よりも短いことが好ましい。第1のボルト641の材料としては、第1のボルト41に関連して上記説明したものと同様の導電性材料を用いることができ、その好ましい態様についても上記同様である。
 陽極620は、第1の構造要素43の第1の板状部43bに設けられた第2の貫通孔43bhと向かい合う位置に、第4の貫通孔620h、620h、…(以下において単に「第4の貫通孔620h」ということがある。)を備える点において、陽極20(図2)と異なっている。第4の貫通孔620hは、第1のボルト641を通すことが可能な形状および寸法を有している。
 電解エレメント600において、隔壁10に陽極620を取り付ける作業は、例えば、(a)陽極620に接合されている第1の構造要素43に設けられた第2の貫通孔43bhに第1のボルト641の軸部641aを挿通させる工程と、(b)該第1のボルト641の軸部641aを隔壁610の第1のネジ穴610hと螺合させる工程と、を上記順に経ることにより行うことができる。また電解エレメント600から陽極620を取り外す作業は、例えば、(c)陽極620の第4の貫通孔620hから治具等を挿入して第1のボルト641を隔壁610の第1のネジ穴610hから取り外す工程と、(d)陽極620及び該陽極620に接合されている第1の構造要素43を隔壁610から引っ張って取り外す工程と、を上記順に経ることにより行うことができる。このような電解エレメント600によっても、陽極620の交換作業を容易に行うことができ、したがって陽極620の更新に要する時間および費用を低減することが可能である。また電解エレメント600においては陽極620の隔壁610への固定は第1のボルト41と第1のナット42との螺合ではなく第1のボルト641と隔壁610に設けられた第1のネジ穴610hとの螺合により行われるので、第1のナットと第1のボルトとの共回りの対策は不要である。さらに電解エレメント600によれば、隔壁が貫通孔ではなくネジ穴を有するので、隔壁に設けられた貫通孔と第1のボルトとの接触部を通じて極液が陽極室と陰極室との間を移動することがない。
 本発明に関する上記説明では、陽極620に設けられた第4の貫通孔620hが塞がれない形態の電解エレメント600を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、陽極620と同一の材質からなり、陽極620に設けられた第4の貫通孔620hの少なくとも一部を塞ぐ第2の蓋部材をさらに備える形態の電解エレメントとすることも可能である。図15(A)は、そのような他の一の実施形態に係るアルカリ水電解用電解エレメント700(以下において「電解エレメント700」ということがある。)を模式的に説明する断面図であり、図14(A)に対応する図である。図15において、図2~14に既に表れた要素には図2~14における符号と同一の符号を付し、説明を省略することがある。電解エレメント700は、陽極620の第4の貫通孔620h、620h、…のそれぞれの少なくとも一部を塞ぐ、着脱可能な導電性の第4の蓋部材721、721、…(以下において単に「第4の蓋部材721」ということがある。)と、各第2の蓋部材721に固定された導電性の第2のボルト722とをさらに備える点、及び、第1の連結手段640に代えて第1の連結手段740を備える点において、電解エレメント600(図14)と異なっている。第1の連結手段740は、第1のボルト641、641、…に変えて第1のボルト741、741、…(以下において単に「第1のボルト741」ということがある。)を備える点において、第1の連結手段640と異なっている。
 図15(B)は、図15(A)の電解エレメント700において、第1の連結手段640の第1の構造要素43と隔壁610との結合を解除するとともに、第2の蓋部材721を第4の貫通穴620hから取り外した姿勢を模式的に説明する分解断面図であり、図14(B)に対応する図である。
 第2の蓋部材721は、陽極620と同一の材質からなり、陽極620の第4の貫通孔620hの少なくとも一部を塞ぐことが可能な形状(例えば第4の貫通孔620hに対応する形状)を有している。電解エレメント700において、陽極620及び第2の蓋部材721は、エキスパンドメタルからなる剛性の導電性基材と、該導電性基材の表面に担持された同一の触媒とを備える剛体の多孔板である。
 第2のボルト722は、第2の蓋部材721から立設された延長軸722aと、延長軸722aの端部(第2の蓋部材721とは反対側の端部)に設けられた、蓋部材固定ネジ722bとを備える。第2のボルト722の材料としては、耐アルカリ性を有する剛性の導電性材料を用いることができ、その例としてはニッケル、鉄等の単体金属;SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等のステンレス鋼;及びこれらにニッケルめっきを施した金属、等を挙げることができる。延長軸722aと蓋部材固定ネジ722bとは一体に形成されていてもよく、例えば溶接等で接合されていても良い。また第2のボルト722を第2の蓋部材721に接合するにあたっては、溶接、ロウ付け等の公知の手法を特に制限なく採用できる。
 第1のボルト741は、頭部641bに代えて頭部741bを備える点において、第1のボルト641と異なっている。頭部741bは、第2のボルト722(の蓋部材固定ネジ722b)と螺合可能な第2のネジ穴741bhを備える点において、頭部641bと異なっている。
 第2の蓋部材721は、陽極620の第4の貫通穴620hの少なくとも一部を塞ぐことが可能な形状(例えば第4の貫通穴620hに対応する形状)を有しており、第4の貫通孔620hの少なくとも一部を塞ぐように陽極620に装着することができる。電解エレメント700において、第2の蓋部材721は、第2のボルト722(の蓋部材固定ネジ722b)が第2のネジ穴741bhに螺合されることにより、第1のボルト741に着脱可能に固定され、陽極620の第4の貫通孔620hの少なくとも一部を塞ぐとともに、第2のボルト722を介して第1のボルト741に電気的に接続される。これにより、第2の蓋部材721は、第2のボルト722、第1のボルト741、及び第1の構造要素43を介して陽極620に電気的に接続される。
 このような電解エレメント700によっても、電解エレメント600(図14)について上記説明したものと同様の効用を得ることができる。さらに、第2の蓋部材721を備える電解エレメント700によれば、第4の貫通孔によって減少する陽極面積が第2の蓋部材721によって補われるので、電流分布の均一性を高めてエネルギーロスをさらに低減することが可能になる。
 本発明に関する上記説明では、第2のボルト722が、第2の蓋部材721から立設された延長軸722aと、延長軸722aの端部に設けられた蓋部材固定ネジ722bとを備える形態の電解エレメント700を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、第2の蓋部材721に直接固定された蓋部材固定ネジ722bからなる第2のボルトを備える形態の電解エレメントとすることも可能である。また例えば、第2のボルトが、蓋部材固定ネジ722bと、蓋部材固定ネジ722bの端部に設けられた頭部とを有し、第2のボルトの頭部に第2の蓋部材721が固定されている形態の電解エレメントとすることも可能である。
 本発明に関する上記説明では、頭部641b又は741bを備える第1のボルト641又は741が隔壁610に設けられた第1のネジ穴610hに螺合される形態の電解エレメント600及び700を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、第1のボルトが頭部を備えないスタッドボルトである形態の電解エレメントとすることも可能である。図16(A)は、そのような他の一の実施形態に係るアルカリ水電解用電解エレメント800(以下において「電解エレメント800」ということがある。)を模式的に説明する断面図であり、図15(A)に対応する図である。図16において、図2~15に既に表れた要素には図2~15における符号と同一の符号を付し、説明を省略することがある。電解エレメント800は、第1の連結手段740に代えて第1の連結手段840を備える点において、電解エレメント700(図15)と異なっている。第1の連結手段840は、頭部741bを備える第1のボルト741、741、…に代えてスタッドボルトである第1のボルト841、841、…(以下において単に「第1のボルト841」又は「スタッドボルト841」ということがある。)を有する点、及び、スタッドボルトである第1のボルト841と螺合可能な第1のナット842、842、…(以下において単に「第1のナット842」ということがある。)をさらに備える点において、第1の連結手段740と異なっている。図16(B)は、図16(A)の電解エレメント800において、第1の連結手段840の第1の構造要素43と隔壁610との結合を解除するとともに、第2の蓋部材721とスタッドボルトである第1のボルト841との結合を解除した姿勢を模式的に説明する分解断面図であり、図15(B)に対応する図である。
 第1のボルト841はスタッドボルト、すなわち軸部の端部に頭部が設けられていないボルトである。スタッドボルト841は、第1の端部841e1と、第2の端部841e2とを有する。スタッドボルト841が隔壁610に設けられた第1のネジ穴610hに第1の端部841e1から螺合されることにより、スタッドボルト841の第1の端部841e1が隔壁610に固定される。隔壁に固定されたスタッドボルト841が第1の構造要素43の第1の板状部43bに設けられた第2の貫通孔43bhに挿通され、第2の端部841e2から第1のナット842と螺合されることにより、第1の構造要素43が隔壁610に固定される。スタッドボルト841及び第1のナット842の材質としては、第1のボルト41及び第1のナット42に関連して上記説明した導電性材料を用いることができ、その好ましい態様についても上記同様である。
 スタッドボルト841の第2の端部841e2には、第2のボルト722(の蓋部材固定ネジ722b)と螺合可能な第2のネジ穴841bhが設けられている。第2のボルト722が、第2のネジ穴841bhに螺合されることにより、第2の蓋部材721が第2のボルト722を介してスタッドボルト841に着脱可能に固定され、第2の蓋部材721が陽極620の第4の貫通孔620hの少なくとも一部を塞ぐとともに、第2の蓋部材721がスタッドボルト841に電気的に接続される。これにより、第2の蓋部材721が、第2のボルト722、スタッドボルト841、第1のナット842、及び第1の構造要素43を介して陽極620に電気的に接続される。
 このような電解エレメント800によっても、上記説明した電解エレメント700と同様の効用を得ることができる。
 本発明に関する上記説明では、第2のボルト722が、第2の蓋部材721から立設された延長軸722aと、延長軸722aの端部に設けられた蓋部材固定ネジ722bとを備える形態の電解エレメント800を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、第2の蓋部材721に直接固定された蓋部材固定ネジ722bからなる第2のボルトを備える形態の電解エレメントとすることも可能である。また例えば、第2のボルトが、蓋部材固定ネジ722bと、蓋部材固定ネジ722bの端部に設けられた頭部とを有し、第2のボルトの頭部に第2の蓋部材721が固定されている形態の電解エレメントとすることも可能である。また例えば、第2の蓋部材721及び第2のボルト722を備えない形態の電解エレメントとすることも可能である。
 本発明に関する上記説明では、第1のボルトによって陽極が隔壁に固定される形態の電解エレメント100、200、300、400、500、600、700、及び800を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、1本のボルトによって陽極および陰極集電体の両方が隔壁に固定される形態の電解エレメントとすることも可能である。図17(A)は、そのような他の一の実施形態に係るアルカリ水電解用電解エレメント900(以下において「電解エレメント900」ということがある。)を模式的に説明する断面図であり、図2(A)に対応する図である。図17において、図2~16に既に表れた要素には図2~16における符号と同一の符号を付し、説明を省略することがある。電解エレメント900は、陽極20に代えて陽極920を備え、陰極集電体60に代えて陰極集電体960を備え、第1の連結手段40及び第2の連結手段70に代えて第3の連結手段940を備える点において、電解エレメント100(図2)と異なっている。図17(B)は、図17(A)の電解エレメント900において、陽極920と隔壁10と陰極集電体960との結合を解除した姿勢を模式的に説明する分解断面図であり、図2(B)に対応する図である。
 第3の連結手段940は、第1のボルト41、41、…と、隔壁10に設けられた、第1のボルト41の軸部41aを挿通可能な第1の貫通孔10h、10h、…と、第1のボルト41と螺合可能な第1のナット42、42、…とを含む。第3の連結手段は、陽極920が隔壁10の第1の面10aと向かい合い、陰極集電体960が隔壁10の第2の面10bと向かい合うように、陽極920及び陰極集電体960を隔壁10に固定するとともに、陽極920と陰極集電体960とを電気的に接続する。
 図18(A)は、陽極920を模式的に説明する平面図であり、図18(B)は図18(A)のB-B断面図である。図18(A)及び(B)に示すように、陽極920は、2次元的に延在する第1の平坦部920aと、第1の平坦部920aから隔壁10の第1の面10aに向けて先細状に突出した第1のカップ状部920b、920b、…(以下において単に「第1のカップ状部920b」ということがある。)と、各第1のカップ状部920bの底部920cに設けられた、第1のボルト41の軸部41aを挿通可能な第5の貫通穴920hとを備えている。図17(A)及び(B)並びに図18(B)から理解されるように、陽極920は、第1のカップ状部920b、920b、…に対応する開口部920d、920d、…(以下において単に「開口部920d」ということがある。)を有している。陽極920の材質としては、上記説明した陽極20(図2)と同様の導電性基材および触媒を用いることができ、その好ましい態様も上記同様である。電解エレメント900において、陽極920としては例えば、第1のカップ状部920a及び第5の貫通孔920hに対応する形状を例えばプレス加工および打ち抜き加工等により付与されたエキスパンドメタルからなる剛性の導電性基材と、該導電性基材の表面に担持された触媒とを備える陽極を用いることができる。
 図19(A)は、陰極集電体960を模式的に説明する平面図であり、図19(B)は図19(A)のB-B断面図である。図19(A)及び(B)に示すように、陰極集電体960は、2次元的に延在する第2の平坦部960aと、第2の平坦部960aから隔壁10の第2の面10bに向けて先細状に突出した第2のカップ状部960b、960b、…(以下において単に「第2のカップ状部960b」ということがある。)と、各第2のカップ状部960bの底部960cに設けられた、第1のボルト41の軸部41aを挿通可能な第6の貫通孔960hとを備えている。図17(A)及び(B)並びに図19(B)から理解されるように、陰極集電体960は、第2のカップ状部960b、960b、…に対応する開口部960d、960d、…(以下において単に「開口部960d」ということがある。)を有している。陰極集電体960の材質としては、上記説明した陰極集電体60(図2)と同様の剛性の導電性材料を用いることができ、その好ましい態様も上記同様である。電解エレメント900において、陰極集電体960としては例えば、第2のカップ状部960b及び第6の貫通孔960hを例えばプレス加工および打ち抜き加工等により付与されたエキスパンドメタルからなる剛性の陰極集電体を用いることができる。
 再び図17(A)及び(B)を参照する。電解エレメント900においては、第1のボルト41の軸部41aが隔壁10の第1の貫通孔10h、陽極920の第5の貫通孔920h、及び陰極集電体960の第6の貫通孔960hに挿通され、第1のナット42と螺合されることにより、第1のボルト41の頭部41bと第1のナット42とによって陽極920、隔壁10、及び陰極集電体960が挟まれ締結される。これにより、陽極920及び陰極集電体960が第1のボルト41及び第1のナット42を介して隔壁10に着脱可能に固定される。これに伴い、陽極920と陰極集電体960と隔壁10とが、第1のボルト41及び第1のナット42を介して電気的に接続される。
 電解エレメント900において、隔壁10に陽極920及び陰極集電体960を取り付ける作業は、例えば、(a)陽極920の第5の貫通孔920hに第1のボルト41の軸部41aを挿通させる工程と、(b)第1のボルト41の軸部41aをさらに隔壁10の貫通孔10hに挿通する工程と、(c)第1のボルト41の軸部41aをさらに陰極集電体960の第6の貫通孔960hに挿通する工程と、(d)第1のボルト41の軸部41aと第1のナット42とを螺合させる工程と、を上記順に経ることにより行うことができる。また電解エレメント900から陽極920及び陰極集電体960を取り外す作業は、例えば、(e)陰極集電体960から陰極30及び弾性体50を取り外す工程と、(f)第1のナット42を第1のボルト41の軸部41aから取り外す工程と、(g)陽極920を隔壁10から引っ張って取り外す工程と、(h)陽極920の第5の貫通孔920h、隔壁10の第1の貫通孔10h、及び陰極集電体960の第6の貫通孔960hから第1のボルト41の軸部41aを抜き取る工程と、を経ることにより行うことができる。このように、電解エレメント900によっても、陽極920の交換作業を容易に行うことができ、したがって陽極920の更新に要する時間および費用を低減することが可能である。
 本発明に関する上記説明では、第1のボルト41が陽極920の側から第5の貫通孔920h、第1の貫通孔10h、及び第6の貫通孔960hに挿通され、陰極集電体960の側で第1のナット42と螺合される形態の電解エレメント900を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、第1のボルト41が陰極集電体960の側から第6の貫通孔960h、第1の貫通孔10h、及び第5の貫通孔920hに挿通され、陽極920の側で第1のナット42と螺合される形態の電解エレメントとすることも可能である。
 本発明に関する上記説明では、陽極920及び陰極集電体960が第1のボルト41及び第1のナット42を介して隔壁10に着脱可能に固定されることに伴って、陽極920と陰極集電体960と隔壁10とが、第1のボルト41及び第1のナット42を介して電気的に接続される形態の電解エレメント900を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、陽極920及び陰極集電体960が第1のボルト41及び第1のナット42を介して隔壁10に着脱可能に固定されることに伴って、陽極920と陰極集電体960とが第1のボルト41及び第1のナット42を介して電気的に接続されるが、隔壁10は陽極920及び陰極集電体960と電気的に接続されない形態の電解エレメントとすることも可能である。また本発明に関する上記説明では、導電性の隔壁10を備える形態の電解エレメント900を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、導電性の隔壁10に代えて導電性を有しない隔壁を備え、陽極920と陰極集電体960とが第1のボルト41及び第1のナット42を介して導電性を有しない隔壁に着脱可能に固定されることに伴って、陽極920と陰極集電体960とが第1のボルト41及び第1のナット42を介して電気的に接続される形態の電解エレメントとすることも可能である。隔壁が導電性を有していなくても、当該隔壁を挟んで配置された陽極と陰極集電体とが電気的に接続されている限り、電解エレメントとしての機能は果たされるからである。そのような導電性を有しない隔壁の材質としては、耐アルカリ性を有し、陽極および陰極集電体を支持できる強度を有する樹脂材料を好ましく用いることができる。そのような樹脂材料の好ましい例としては、硬質塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂、テトラフルオロエチレン-エチレン共重合体樹脂等を挙げることができる。
 本発明に関する上記説明では、陽極920が第1のカップ状部920bの数に対応して4つの第5の貫通孔920hを備え、陰極集電体960が第2のカップ状部960bの数に対応して4つの第6の貫通孔960hを備え、隔壁10が4つの第1の貫通孔10hを備える形態の電解エレメント900を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。陽極に設けられる第5の貫通孔、陰極集電体に設けられる第6の貫通孔、及び隔壁に設けられる第1の貫通孔の数、並びにこれに対応して陽極に設けられる第1のカップ状部および陰極集電体に設けられる第2のカップ状部の形状および配置は、第1のボルトを介して陽極および陰極集電体を隔壁に着脱可能に固定できる限りにおいて任意である。ただし第5の貫通孔と第6の貫通孔と第1の貫通孔とは対応する位置に設けられるので、第1の貫通孔の配置が定まればこれに対応して第1のカップ状部および第2のカップ状部の配置も定まることになる。
 本発明に関する上記説明では、陰極集電体960の第2のカップ状部960bに対応する開口部960dが塞がれていない形態の電解エレメント900を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、陰極集電体960の開口部960dの少なくとも一部を塞ぐ第1の蓋部材をさらに備える形態の電解エレメントとすることも可能である。そのような第1の蓋部材は、例えば、電解エレメント200に関連して上記説明した第1の蓋部材61、又は、電解エレメント300に関連して上記説明した第1の蓋部材361と同様のやり方で、第2のカップ状部960bに対応する開口部960dの少なくとも一部を塞ぐように装着し、陰極集電体960と電気的に接続することができる。
 本発明に関する上記説明では、陽極920の第1のカップ状部920bに対応する開口部920dが塞がれていない形態の電解エレメント900を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、陽極920の開口部920dの少なくとも一部を塞ぐ第2の蓋部材をさらに備える形態の電解エレメントとすることも可能である。図20(A)は、そのような他の一の実施形態に係るアルカリ水電解用電解エレメント1000(以下において「電解エレメント1000」ということがある。)を模式的に説明する断面図であり、図17(A)に対応する図である。図20において、図2~19に既に表れた要素には図2~19における符号と同一の符号を付し、説明を省略することがある。電解エレメント1000は、陽極920と同一の材質からなり、陽極920の第1のカップ状部920b、920b、…の開口部920d、920d、…のそれぞれの少なくとも一部を塞ぐ、着脱可能な第2の蓋部材1021、1021、…(以下において単に「第2の蓋部材1021」ということがある。)と、各第2の蓋部材1021に固定された導電性の第2のボルト1022とをさらに備える点、及び、第3の連結手段940に代えて第3の連結手段1040を備える点において、電解エレメント900(図17)と異なっている。第3の連結手段1040は、第1のボルト41、41、…に変えて第1のボルト1041、1041、…(以下において「第1のボルト1041」ということがある。)を備える点において、第3の連結手段940と異なっている。第1のボルト1041は、頭部41bに代えて頭部1041bを備える点において、第1のボルト41と異なっている。図20(B)は、図20(A)の電解エレメント1000において、陽極920と隔壁10と陰極集電体960との結合を解除するとともに、第2の蓋部材1021を第1のカップ状部920bの開口部920dから取り外した姿勢を模式的に説明する分解断面図であり、図17(B)に対応する図である。
 第2の蓋部材1021は、陽極920と同一の材質からなり、陽極920の第1のカップ状部920bの開口部920dの少なくとも一部を塞ぐことが可能な(例えば開口部920dの形状に対応する)、2次元的に延在する形状を有している。電解エレメント1000において、陽極920及び第2の蓋部材1021は、エキスパンドメタルからなる剛性の導電性基材と、該導電性基材の表面に担持された同一の触媒とを備える剛体の多孔板である。このうち第2の蓋部材1021は、陽極920の第1のカップ状部920bの開口部920d(図18参照。)に対応して、円盤状の形状を有している。
 第2のボルト1022は、第2の蓋部材1021に固定された頭部1022bと、該頭部1022bに固定された軸部1022aとを有する、導電性のボルトである。第2のボルト722の材料としては、耐アルカリ性を有する剛性の導電性材料を用いることができ、その例としてはニッケル、鉄等の単体金属;SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等のステンレス鋼;及びこれらにニッケルめっきを施した金属、等を挙げることができる。第2のボルト1022の頭部1022bを第2の蓋部材1021に接合するにあたっては、溶接、ロウ付け等の公知の手法を特に制限なく採用できる。
 第1のボルト1041は、頭部41bに代えて頭部1041bを備える点において、第1のボルト41(図2及び17参照。)と異なっている。第1のボルト1041の頭部1041bは、第2のボルト1022(の軸部1022a)と螺合可能なネジ穴1041bhを備える点において、第1のボルト41の頭部41bと異なっている。
 電解エレメント1000において、第2の蓋部材1021に固定された第2のボルト1022(の軸部1022a)が第1のボルト1041頭部のネジ穴1041bhに螺合されることにより、第2の蓋部材1021が第1のボルト1041に着脱可能に固定されるとともに、第2の蓋部材1021が陽極920の第1のカップ状部920bの開口部920dの少なくとも一部を塞ぐ。これに伴い、第2の蓋部材1021は、第2のボルト1022、及び第1のボルト1041を介して陽極920に電気的に接続される。
 このような電解エレメント1000によっても、上記説明した電解エレメント900(図17)と同様の効用を得ることができる。さらに、第2の蓋部材1021を備える電解エレメント1000によれば、第1のカップ状部920bの開口部920dによって減少する陽極面積が第2の蓋部材1021によって補われるので、電流分布の均一性を高めてエネルギーロスをさらに低減することが可能になる。
 本発明に関する上記説明では、陽極920及び陰極集電体960が第1のボルト1041及び第1のナット42を介して隔壁10に着脱可能に固定されることに伴って、陽極920と陰極集電体960と隔壁10とが、第1のボルト1041及び第1のナット42を介して電気的に接続される形態の電解エレメント1000を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、陽極920及び陰極集電体960が第1のボルト1041及び第1のナット42を介して隔壁10に着脱可能に固定されることに伴って、陽極920と陰極集電体960とが第1のボルト1041及び第1のナット42を介して電気的に接続されるが、隔壁10は陽極920及び陰極集電体960と電気的に接続されない形態の電解エレメントとすることも可能である。また本発明に関する上記説明では、導電性の隔壁10を備える形態の電解エレメント1000を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、導電性の隔壁10に代えて導電性を有しない隔壁を備え、陽極920と陰極集電体960とが第1のボルト1041及び第1のナット42を介して導電性を有しない隔壁に着脱可能に固定されることに伴って、陽極920と陰極集電体960とが第1のボルト1041及び第1のナット42を介して電気的に接続される形態の電解エレメントとすることも可能である。隔壁が導電性を有していなくても、当該隔壁を挟んで配置された陽極と陰極集電体とが電気的に接続されている限り、電解エレメントとしての機能は果たされるからである。そのような導電性を有しない隔壁の材質としては、耐アルカリ性を有し、陽極および陰極集電体を支持できる強度を有する樹脂材料を好ましく用いることができる。そのような樹脂材料の好ましい例としては、硬質塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂、テトラフルオロエチレン-エチレン共重合体樹脂等を挙げることができる。
 本発明に関する上記説明では、第1のボルト41又は1041の頭部と第1のナット42とによって陽極920、隔壁10、及び陰極集電体960が挟まれ締結される形態の電解エレメント900及び1000を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、同一のボルトに螺合された2つのナットによって陽極920、隔壁10、及び陰極集電体960が挟まれ締結される形態の電解エレメントとすることも可能である。図21(A)は、そのような他の一の実施形態に係るアルカリ水電解用電解エレメント1100(以下において「電解エレメント1100」ということがある。)を模式的に説明する断面図であり、図17(A)及び図20(A)に対応する図である。図21において、図2~20に既に表れた要素には図2~20における符号と同一の符号を付し、説明を省略することがある。電解エレメント1100は、第2の蓋部材1021に固定された導電性の第2のボルト1022を備えず、第3の連結手段1040に代えて第3の連結手段1140を備える点において、電解エレメント1000(図20)と異なっている。第3の連結手段1140は、第1のボルト1041、1041、…に変えて第1のボルト1141、1141、…(以下において単に「第1のボルト1141」ということがある。)を備えるとともに、第1のボルト1141、1141、…と螺合可能な第2のナット1144、1144、…(以下において単に「第2のナット1144」ということがある。)をさらに備える点において、第3の連結手段1040と異なっている。図21(B)は、図21(A)の電解エレメント1100において、陽極920と隔壁10と陰極集電体960との結合を解除するとともに、第2の蓋部材1021を第1のカップ状部920bの開口部920dから取り外した姿勢を模式的に説明する分解断面図であり、図17(B)及び図20(B)に対応する図である。
 第1のボルト1141は、軸部41aに代えて軸部41aより長い軸部1141aを備える点において、第1のボルト41と異なっている。第1のボルト1141の材質としては、上記説明した第1のボルト41(図2)と同様の導電性材料を用いることができ、その好ましい態様についても上記同様である。第2のナット1144としては、第1のナット42と同様の導電性のナットを用いることができる。第1のボルト1141は、軸部1141aと、軸部1141aの端部に設けられた頭部41bを備える。第2の蓋部材1021は、第1のボルト1141の頭部41bに固定されるとともに、第1のボルト1141に電気的に接続されている。
 電解エレメント1100においては、第2のナット1144と螺合された第1のボルト1141の軸部1141aが、陽極920の第5の貫通孔920h、隔壁10の第1の貫通孔10h、及び陰極集電体960の第6の貫通孔960hに挿通され、第1のナット42と螺合されることにより、第1のナット42と第2のナット1144とによって陽極920、隔壁10、及び陰極集電体960が挟まれて締結される。これにより、陽極920、第2の蓋部材1021、及び陰極集電体960が第1のボルト1141、第1のナット42、及び第2のナット1144を介して隔壁10に着脱可能に固定されるとともに、第2の蓋部材1021が陽極920の第1のカップ状部920bの開口部920dの少なくとも一部を塞ぐ。これに伴い、陽極920と陰極集電体960と隔壁10とが、第1のボルト1141、第1のナット42、及び第2のナット1144を介して電気的に接続されるとともに、第2の蓋部材1021が、第1のボルト1141及び第2のナット1144を介して陽極920に電気的に接続される。
 このような電解エレメント1100によっても、上記説明した電解エレメント900(図17)と同様の効用を得ることができる。さらに、第2の蓋部材1021を備える電解エレメント1100によれば、第1のカップ状部920bの開口部920dによって減少する陽極面積が第2の蓋部材1021によって補われるので、電流分布の均一性を高めてエネルギーロスをさらに低減することが可能になる。
 本発明に関する上記説明では、陽極920及び陰極集電体960が第1のボルト1141、第1のナット42、及び第2のナット1144を介して隔壁10に着脱可能に固定されることに伴って、陽極920と陰極集電体960と隔壁10とが、第1のボルト1141及び第1のナット42を介して電気的に接続される形態の電解エレメント1100を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、陽極920及び陰極集電体960が第1のボルト1141、第1のナット42、及び第2のナット1144を介して隔壁10に着脱可能に固定されることに伴って、陽極920と陰極集電体960とが第1のボルト1141、第1のナット42、及び第2のナット1144を介して電気的に接続されるが、隔壁10は陽極920及び陰極集電体960と電気的に接続されない形態の電解エレメントとすることも可能である。また本発明に関する上記説明では、導電性の隔壁10を備える形態の電解エレメント1100を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、導電性の隔壁10に代えて導電性を有しない隔壁を備え、陽極920と陰極集電体960とが第1のボルト1141、第1のナット42、及び第2のナット1144を介して導電性を有しない隔壁に着脱可能に固定されることに伴って、陽極920と陰極集電体960とが第1のボルト1141、第1のナット42、第2のナット1144を介して電気的に接続される形態の電解エレメントとすることも可能である。隔壁が導電性を有していなくても、当該隔壁を挟んで配置された陽極と陰極集電体とが電気的に接続されている限り、電解エレメントとしての機能は果たされるからである。そのような導電性を有しない隔壁の材質としては、耐アルカリ性を有し、陽極および陰極集電体を支持できる強度を有する樹脂材料を好ましく用いることができる。そのような樹脂材料の好ましい例としては、硬質塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂、テトラフルオロエチレン-エチレン共重合体樹脂等を挙げることができる。
 本発明に関する上記説明では、隔壁の外周部にフランジ部が設けられていない形態の電解エレメント100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、及び1100を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、隔壁の外周部に設けられたフランジ部をさらに備える形態の電解エレメントとすることも可能である。図22(A)は、そのような他の一の実施形態に係るアルカリ水電解用電解エレメント1200(以下において「電解エレメント1200」ということがある。)を模式的に説明する断面図であり、図17(A)に対応する図である。図22において、図2~21に既に表れた要素には図2~21における符号と同一の符号を付し、説明を省略することがある。電解エレメント1200は、隔壁10の外周部に設けられ、隔壁10の両側に向けて、隔壁10の第1の面10a及び第2の面10bに交差する方向に延在するフランジ部11をさらに備える点において、電解エレメント900(図17)と異なっている。
 フランジ部11は、隔壁10の外周部と水密に結合されている。図22には示していないが、フランジ部11には、陽極920が配置される陽極室に陽極液を供給する陽極液供給流路と、陽極室から陽極液および陽極で発生したガスを回収する陽極液回収流路と、陰極30が配置される陰極室に陰極液を供給する陰極液供給流路と、陰極室から陰極液および陰極で発生したガスを回収する陰極液回収流路とが設けられている。フランジ部11の材質としては、アルカリ耐性を有する剛性の材料を特に制限なく用いることができ、そのような材料の例としては、ニッケル、鉄等の単体金属;SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等のステンレス鋼;及び、これらにニッケルめっきを施した金属材料;並びに、強化プラスチック等の非金属材料を挙げることができる。隔壁10とフランジ部11とは溶接や接着等で接合されていてもよく、同一の材料で一体に形成されていてもよい。
 図22(B)は、図22(A)の電解エレメント1200において、陽極920と隔壁10と陰極集電体960との結合を解除した姿勢を模式的に説明する分解断面図であり、図17(B)に対応する図である。フランジ部11を備える電解エレメント1200においても、上記説明した電解エレメント900(図17)と同様に、陽極920の交換作業を容易に行うことができ、したがって陽極920の更新に要する時間および費用を低減することが可能である。
 本発明に関する上記説明では、電解エレメント900(図17)の隔壁10の外周部にフランジ部11がさらに設けられた形態の電解エレメント1200を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、上記説明した電解エレメント100(図2)、200(図4)、300(図7)、400(図8)、500(図12)、600(図14)、700(図15)、800(図16)、1000(図20)、又は1100(図21)の隔壁10又は610の外周部にフランジ部がさらに設けられた形態の電解エレメントとすることも可能である。
 本発明に関する上記説明では、陽極920及び陰極集電体960が第1のボルト41及び第1のナット42を介して隔壁10に着脱可能に固定されることに伴って、陽極920と陰極集電体960と隔壁10とが、第1のボルト41及び第1のナット42を介して電気的に接続される形態の電解エレメント1200を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、陽極920及び陰極集電体960が第1のボルト41及び第1のナット42を介して隔壁10に着脱可能に固定されることに伴って、陽極920と陰極集電体960とが第1のボルト41及び第1のナット42を介して電気的に接続されるが、隔壁10は陽極920及び陰極集電体960と電気的に接続されない形態の電解エレメントとすることも可能である。また本発明に関する上記説明では、導電性の隔壁10を備える形態の電解エレメント1200を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、導電性の隔壁10に代えて導電性を有しない隔壁を備え、陽極920と陰極集電体960とが第1のボルト41及び第1のナット42を介して導電性を有しない隔壁に着脱可能に固定されることに伴って、陽極920と陰極集電体960とが第1のボルト41及び第1のナット42を介して電気的に接続される形態の電解エレメントとすることも可能である。隔壁が導電性を有していなくても、当該隔壁を挟んで配置された陽極と陰極集電体とが電気的に接続されている限り、電解エレメントとしての機能は果たされるからである。そのような導電性を有しない隔壁の材質としては、耐アルカリ性を有し、陽極および陰極集電体を支持できる強度を有する樹脂材料を好ましく用いることができる。そのような樹脂材料の好ましい例としては、硬質塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂、テトラフルオロエチレン-エチレン共重合体樹脂等を挙げることができる。
 <2.アルカリ水電解槽>
 図23は、一の実施形態に係るアルカリ水電解槽10000(以下において「電解槽10000」ということがある。)を模式的に説明する断面図であり、図24は図23の分解図である。図23及び図24において、図2~22に既に表れた要素には図2~22における符号と同一の符号を付し、説明を省略することがある。電解槽10000は、複数のイオン透過性の隔膜80、80、…(以下において単に「隔膜80」ということがある。)と;隣接する隔膜80、80の間にそれぞれ配置された、電解エレメント900、900、…(図17)と、を含む積層構造を備える。隣接する電解エレメント900、900は、一方の電解エレメント900の陽極920が他方の電解エレメント900の陰極30と隔膜80を介して向かい合うように配置されている。電解槽10000はさらに、第1のターミナルエレメント1300と、第2のターミナルエレメント1400とを備えている。第1のターミナルエレメント1300は、上記積層構造の一方の端部に配置された第1の電解エレメント900aの陰極30に、隔膜80を挟んで向かい合うように配置されている。第2のターミナルエレメント1400は、上記積層構造の他方の端部に配置された第2の電解エレメント900bの陽極920に、隔膜80を挟んで向かい合うように配置されている。第1のターミナルエレメント1300は、導電性の第1の隔壁1310と、第1の隔壁1310に電気的に接続された第1の陽極920とを備えている。第2のターミナルエレメント1400は、導電性の第2の隔壁1410と、第2の隔壁1410に電気的に接続された第2の陰極30とを備えている。
 電解槽10000は、それぞれの隔膜80の周縁部を保持するガスケット90、90、…(以下において単に「ガスケット90」ということがある。)と;隔膜80のそれぞれの周縁部を、ガスケット90を介して保持する、電気絶縁性の枠状の保護部材110と;隔壁10と保護部材110との間、第1の隔壁1310と保護部材110との間、及び、第2の隔壁1410と保護部材110との間にそれぞれ配置された、シール部材120と、をさらに備えている。
 図25(A)は、隔膜80及びガスケット90を保持している保護部材110を模式的に説明する平面図であり、図25(B)は図25(A)のB-B矢視断面図であり、図25(C)及び(D)は図25(B)において保護部材110を分解した姿勢を示す断面図である。図25において、図2~24に既に表れた要素には図2~24における符号と同一の符号を付し、説明を省略することがある。上記したように、隔膜80の周縁部がガスケット90に保持され、ガスケット90が枠状の保護部材110に保持される。保護部材110は、枠状の基体111と、枠状の蓋部材112とを備えている。基体111は、基体111の内周側に設けられ、(隔膜80を保持した)ガスケット90、及び蓋部材112を受け容れる受容部111aと、受容部111aより基体111の内周側に向けて突出して延在し、受容部111aに受け容れられたガスケット90を隔膜80の主面に交差する方向(図25(B)~(D)の紙面左右方向。以下において「積層方向」ということがある。)に支持する支持部111bと、を備えている(図25(D))。
 図25(C)は、ガスケット90が基体111の受容部111aに受け容れられ、支持部111bに、隔膜80の主面と交差する方向から支持されている姿勢を示す断面図である。受容部111aの積層方向における深さは、隔膜80の周縁部を保持したガスケット90の積層方向における厚さよりも深いので、隔膜80を保持したガスケット90が受容部111aに受け容れられ支持部111bに積層方向から支持されているとき、受容部111aに受け容れられたガスケット90の支持部111bとは反対側の面90aと、基体111の支持部111bとは反対側の面111cとの間には段差が生じる(図25(C))。蓋部材112は、受容部111aにガスケット90を受け容れた基体111の面111cとガスケットの面90aとの間の段差に受け容れられることが可能な寸法を有している。すなわち、蓋部材112の外周部は、基体111の受容部111aの内周部と略同一の寸法を有しており、蓋部材112の内周部は、基体111の支持部111bの内周部と略同一の寸法を有しており、蓋部材112の積層方向における厚さは、隔膜80を保持したガスケット90の積層方向の厚さと蓋部材112の積層方向の厚さとの合計が基体111の受容部111aの積層方向における深さと略同一となるようにされている。図25(B)は、図25(C)における基体111の面111cとガスケット90の面90aとの間の段差に蓋部材112が受け容れられた姿勢を示す断面図である。図25(B)に示すように、ガスケット90及び蓋部材112が基体111の受容部111aに受け容れられることにより、ガスケット90が基体111の支持部111bと蓋部材112との間に挟まれて保持される。
 隔膜80としては、アルカリ水電解用の電解槽に使用可能なイオン透過性の隔膜を特に制限なく用いることができる。隔膜80は、ガス透過性が低く、電気伝導度が小さく、強度が高いことが望ましい。隔膜80の例としては、アスベストや変性アスベストからなる多孔質膜、ポリスルホン系ポリマーを用いた多孔質隔膜、ポリフェニレンスルファイド繊維を用いた布、フッ素系多孔質膜、無機系材料と有機系材料との両方を含むハイブリッド材料を用いた多孔質膜等の多孔質隔膜を挙げることができる。またこれらの多孔質隔膜以外にも、フッ素系イオン交換膜等のイオン交換膜を隔膜80として用いることも可能である。
 ガスケット90としては、アルカリ水電解用の電解槽に使用可能なガスケットを特に制限なく用いることができる。図25にはガスケット90の断面が表れている。ガスケット90は平坦な形状を有し、隔膜80の周縁部を保持する一方で、基体111の受容部111aにおいて、基体111の支持部111bと蓋部材112との間に挟まれて保持される。ガスケット90は、耐アルカリ性を有するエラストマーによって形成されていることが好ましい。ガスケット90の材料の例としては、天然ゴム(NR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、クロロプレンゴム(CR)、ブタジエンゴム(BR)、アクリロニトリル-ブタジエンゴム(NBR)、エチレン-プロピレンゴム(EPT)、エチレン-プロピレン-ジエンゴム(EPDM)、イソブチレン-イソプレンゴム(IIR)、クロロスルホン化ポリエチレンゴム(CSM)等のエラストマーを挙げることができる。また、アルカリ耐性を有しないガスケット材料を使用する場合、該ガスケット材料の表面に耐アルカリ性を有する材料の層を被覆等により設けてもよい。
 基体111は、外部からの電圧印加に対して電気絶縁性であることが好ましい。一の実施形態において、基体111は、電気絶縁性の材料により形成される。基体111を形成する電気絶縁性材料としては、耐アルカリ性を有し積層方向に印加される押圧力に耐える強度を有する樹脂材料を好ましく用いることができ、そのような樹脂材料の好ましい例としては、硬質塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂、テトラフルオロエチレン-エチレン共重合体樹脂等を挙げることができる。他の実施形態において、基体111は、金属材料からなる芯材と、該芯材の表面を被覆する電気絶縁性材料の被覆層とを備えてなる。基材111の芯材を形成する金属材料の例としては、例えば鉄等の単体金属やSUS304等のステンレス鋼等の、剛性の金属材料を挙げることができる。また基材111の被覆層を形成する電気絶縁性材料の好ましい例としては、上記した電気絶縁性の樹脂材料のほか、電気絶縁性および耐アルカリ性を有するエラストマーを挙げることができる。そのようなエラストマーの好ましい例としては、天然ゴム(NR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、クロロプレンゴム(CR)、ブタジエンゴム(BR)、アクリロニトリル-ブタジエンゴム(NBR)、エチレン-プロピレンゴム(EPT)、エチレン-プロピレン-ジエンゴム(EPDM)、イソブチレン-イソプレンゴム(IIR)、クロロスルホン化ポリエチレンゴム(CSM)等を挙げることができる。また、アルカリ耐性を有しないエラストマーを使用する場合、該エラストマーの表面に耐アルカリ性を有する材料の層を被覆等により設けても良い。
 蓋部材112は、金属製であってもよく、電気絶縁性の材料により形成されてもよい。蓋部材112を形成する金属材料の例としては、基体111に関連して上記説明したものと同様の金属材料を挙げることができる。一の実施形態において、蓋部材112は電気絶縁性の材料により形成される。蓋部材112を形成する電気絶縁性材料の好ましい例としては、基体111に関連して上記説明したものと同様の樹脂材料を挙げることができる。他の実施形態において、蓋部材112は、金属材料からなる芯材と、該芯材の表面を被覆する電気絶縁性材料の被覆層とを備えてなる。蓋部材112の芯材を形成する金属材料の例としては、基体111の芯材に関連して上記説明したものと同様の剛性の金属材料を挙げることができる。また蓋部材112の被覆層を形成する電気絶縁性材料の好ましい例としては、基体111の被覆層に関連して上記説明したものと同様の樹脂材料およびエラストマーを挙げることができる。
 電解槽10000において、電解エレメント900の隔壁10の第1の面10aと、該第1の面10aに対向する隔膜80との間、及び、第1のターミナルエレメント1300の第1の隔壁1310と、該第1の隔壁1310に対向する隔膜80との間に、陽極920を収容する陽極室(A1、A2、A3)がそれぞれ画定されている。また、電解エレメント900の隔壁10の第2の面10bと、該第2の面10bに対向する隔膜80との間、及び、第2のターミナルエレメント1400の第2の隔壁1410と、該第2の隔壁1410に対向する隔膜80との間に、陰極30を収容する陰極室(C1、C2、C3)がそれぞれ画定されている。第1のターミナルエレメント1300は陽極室(A1)のみを画定しており、その第1の隔壁1310には正極端子が接続されており、正極端子は直流電源の正極に接続される。第2のターミナルエレメント1400は陰極室(C3)のみを画定しており、その第2の隔壁1410には負極端子が接続されており、負極端子は直流電源の負極に接続される。なお、電解槽10000は、各陽極室(A1、A2、A3)に陽極液を供給する陽極液供給流路(不図示)と、各陽極室から陽極液およびガスを回収する陽極液・ガス回収流路(不図示)と、各陰極室(C1、C2、C3)に陰極液を供給する陰極液供給流路(不図示)と、各陰極室から陰極液およびガスを回収する陰極液・ガス回収流路(不図示)とをさらに備えている。
 図26(A)は、第1のターミナルエレメント1300を模式的に説明する断面図であり、図17(A)に対応する図である。図26において、図2~25に既に表れた要素には図2~25における符号と同一の符号を付し、説明を省略することがある。図26(B)は、図26(A)において陽極920と第1の隔壁1310との結合を解除した姿勢を模式的に説明する分解断面図であり、図17(B)に対応する図である。第1のターミナルエレメント1310は、導電性の第1の隔壁1310と、第1の隔壁1310に電気的に接続された陽極920と、陽極920を隔壁1310に固定する導電性の第1のボルト1341とを備える。
 第1の隔壁1310は、第1の貫通孔10hに代えて、第1のボルト1341と螺合可能なネジ穴1310hを備える点において、隔壁10と異なっている。第1の隔壁1310の材質としては、上記説明した隔壁10と同様の導電性材料を用いることができ、その好ましい態様についても上記同様である。第1のボルト1341は、軸部41aに代えてより短い軸部1341aを備える点において、ボルト41と異なっている。第1のボルト1341の材質としては、上記説明したボルト41と同様の導電性材料を用いることができ、その好ましい態様についても上記同様である。軸部1341aの長さは、陽極920の第1のカップ状部920bの底部920cの厚さと、ネジ穴1310hの深さとの合計よりも短いことが好ましい。第1のターミナルエレメント1300においては、第1のボルト1341の軸部1341aが陽極920の第1のカップ状部920bの底部920cに設けられた第5の貫通孔920hに挿通され、第1の隔壁1310のネジ穴1310hと螺合されることにより、陽極920が第1のボルト1341によって第1の隔壁1310にネジ止めされるとともに、陽極920が第1の隔壁1310に電気的に接続される。
 図24に示すように、第2のターミナルエレメント1400は、導電性の第2の隔壁1410と、第2の隔壁1410から立設された導電性リブ1470と、導電性リブ1470に保持された陰極集電体660(図14参照)と、陰極集電体660に支持された導電性の弾性体50と、弾性体50に支持された陰極30と、を備えている。
 導電性リブ1470としては、アルカリ水電解槽に用いられる公知の導電性リブを特に制限なく用いることができる。第2のターミナルエレメント1400において、導電性リブ1470は第2の隔壁1410から立設されている。導電性リブ1470が陰極集電体660を第2の隔壁1410に対して固定および保持できる限りにおいて、導電性リブ1470の接続方法、形状、数、及び配置は特に制限されない。導電性リブ1470の材質としては、アルカリ耐性を有する剛性の導電性材料を特に制限なく用いることができ、例えばニッケル、鉄等の単体金属やSUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等のステンレス鋼等の金属材料を好ましく採用できる。これら金属材料は、耐食性や導電性を向上させるために、ニッケルめっきを施して用いてもよい。
 シール部材120は、枠状の保護部材110と、隔壁10、1310、1410との間に挟持されており、保護部材110と隔壁10、1310、又は1410との間で押圧力を受けることにより、各極室の内圧から電解液またはガスが保護部材110と隔壁10、1310、1410との間から漏出することを防止する。シール部材120は、耐アルカリ性を有するエラストマーによって形成されていることが好ましい。シール部材120の材料の例としては、天然ゴム(NR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、クロロプレンゴム(CR)、ブタジエンゴム(BR)、アクリロニトリル-ブタジエンゴム(NBR)、エチレン-プロピレンゴム(EPT)、エチレン-プロピレン-ジエンゴム(EPDM)、イソブチレン-イソプレンゴム(IIR)、クロロスルホン化ポリエチレンゴム(CSM)等のエラストマーを挙げることができる。また、シール部材120にアルカリ耐性を有しないエラストマーを使用する場合、該エラストマーを備えた芯材の表面に耐アルカリ性を有する材料の層を被覆等により設けても良い。シール部材120は平ガスケットでもよいが、好ましくはOリングである。シール部材としてOリングを用いることにより、電解槽10000の耐圧性をさらに高めることが可能になる。
 電解槽10000は、電解エレメントとして本発明の電解エレメント900を備えているので、陽極920の交換作業を容易に行うことができ、したがって陽極920の更新に要する時間および費用を低減することが可能である。また第1のターミナルエレメント1300において陽極920が第1のボルト1341によるネジ止めによって第1の隔壁1310に固定されているので、第1のターミナルエレメント1300の陽極920の交換作業も容易に行うことができる。
 本発明に関する上記説明では、電解エレメント900を備える形態の電解槽10000を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、電解エレメント900に代えて、上記説明した他の電解エレメント100(図2)、200(図4)、300(図7)、400(図8)、500(図12)、600(図14)、700(図15)、800(図16)、1000(図20)、又は1100(図21)を備える形態の電解槽とすることも可能である。
 本発明に関する上記説明では、第1のターミナルエレメント1300において陽極920の第1のカップ状部920bの開口部920dが塞がれていない形態の電解槽10000を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、第1のターミナルエレメントが、陽極920の第1のカップ状部920bの開口部920dの少なくとも一部を塞ぐ蓋部材を備える形態の電解槽とすることも可能である。図27(A)は、そのような他の一の実施形態に係る第1のターミナルエレメント1300’を模式的に説明する断面図であり、図26(A)及び図20(A)に対応する図である。第1のターミナルエレメント1300’は、陽極920と同一の材質からなり、陽極920の第1のカップ状部920b、920b、…の開口部920dの少なくとも一部を塞ぐ、着脱可能な第2の蓋部材1021、1021、…(図20参照)と、各第2の蓋部材1021に固定された導電性の第2のボルト1022(図20参照)とをさらに備える点、及び、第1のボルト1341、1341、…に代えて第1のボルト1341’、1341、…(以下において単に「第1のボルト1341’」ということがある。)を備える点において、さらに第1のターミナルエレメント1300(図26)と異なっている。第1のボルト1341’は、頭部41bに代えて頭部1041b(図20参照)を備える点において、第1のボルト1341と異なっている。図27(B)は、図27(A)の第1のターミナルエレメント1300’において、陽極920と第1の隔壁1310との結合を解除するとともに、蓋部材1021を第1のカップ状部920bの開口部920dから取り外した姿勢を模式的に説明する分解断面図であり、図26(B)及び図20(B)に対応する図である。
 第1のターミナルエレメント1300’において、第2の蓋部材1021に固定された第2のボルト1022(の軸部1022a)が第1のボルト1341’の頭部1041bに設けられたネジ穴1041bhに螺合されることにより、第2の蓋部材1021が第1のボルト1341’に着脱可能に固定され、且つ第2のボルト1022を介して第1のボルト1341’に電気的に接続されるとともに、第2の蓋部材1021が陽極920の第1のカップ状部920bの開口部920dの少なくとも一部を塞ぐ。これにより、第2の蓋部材1021は、第2のボルト1022、及び第1のボルト1341’を介して陽極920に電気的に接続される。
 このような第1のターミナルエレメント1300’を用いる形態の電解槽によっても、上記説明した電解槽10000(図23)と同様の効用を得ることができる。さらに、第2の蓋部材1021を備える第1のターミナルエレメント1300’を備える電解槽によれば、第1のターミナルエレメント1300’において第1のカップ状部920bの開口部920dによって減少する陽極面積が第2の蓋部材1021によって補われるので、電流分布の均一性を高めてエネルギーロスをさらに低減することが可能になる。
 本発明に関する上記説明では、隔壁10の外周部にフランジ部が設けられていない電解エレメント900を備える形態の電解槽10000を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、隔壁10の外周部にフランジ部が設けられている電解エレメントを備える形態の電解槽とすることも可能である。図28は、そのような他の一の実施形態に係るアルカリ水電解槽20000(以下において単に「電解槽20000」ということがある。)を模式的に説明する断面図であり、図29は図28の分解図である。図28及び図29において、図2~27に既に表れた要素には図2~27における符号と同一の符号を付し、説明を省略することがある。電解槽20000は、複数のイオン透過性の隔膜80、80、…と;隣接する隔膜80、80の間にそれぞれ配置された、電解エレメント1200、1200、…(図22)と、を含む積層構造を備える。隣接する電解エレメント1200、1200は、一方の電解エレメント1200の陽極920が他方の電解エレメント1200の陰極30と隔膜80を介して向かい合うように配置されている。電解槽20000はさらに、第1のターミナルエレメント21300と、第2のターミナルエレメント21400とを備えている。第1のターミナルエレメント21300は、上記積層構造の一方の端部に配置された第1の電解エレメント1200aの陰極30に、隔膜80を挟んで向かい合うように配置されている。第2のターミナルエレメント21400は、上記積層構造の他方の端部に配置された第2の電解エレメント1200bの陽極920に、隔膜80を挟んで向かい合うように配置されている。第1のターミナルエレメント21300は、導電性の第1の隔壁1310と、第1の隔壁1310に電気的に接続された第1の陽極920とを備えている。第2のターミナルエレメント21400は、導電性の第2の隔壁1410と、第2の隔壁1410に電気的に接続された第2の陰極30とを備えている。
 図30(A)は、第1のターミナルエレメント21300を模式的に説明する断面図であり、図26(A)に対応する図である。図30において、図2~29に既に表れた要素には図2~29における符号と同一の符号を付し、説明を省略することがある。図30(B)は、図30(A)において陽極920と第1の隔壁1310との結合を解除した姿勢を模式的に説明する分解断面図であり、図26(B)に対応する図である。第1のターミナルエレメント21300は、第1の導電性の隔壁1310の外周部に設けられ、第1の電解エレメント1200aのフランジ部11に向けて延在する第1のフランジ部1311を更に備える点において、第1のターミナルエレメント1300(図24、図26)と異なっている。
 第1のターミナルエレメント21300において、フランジ部1311は、第1の隔壁1310の外周部と水密に結合されている。フランジ部1311の材質としては、アルカリ耐性を有する剛性の材料を特に制限なく用いることができ、そのような材料の例としては、ニッケル、鉄等の単体金属;SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等のステンレス鋼;及び、これらにニッケルめっきを施した金属材料;並びに、強化プラスチック等の非金属材料を挙げることができる。隔壁1310とフランジ部1311とは溶接や接着等で接合されていてもよく、同一の材料で一体に形成されていてもよい。
 図31(A)は、第2のターミナルエレメント21400を模式的に説明する断面図である。図31において、図2~30に既に表れた要素には図2~30における符号と同一の符号を付し、説明を省略することがある。図31(B)は、図31(A)の第2のターミナルエレメント21400において陰極30及び弾性体50を取り外した姿勢を模式的に説明する分解断面図である。第2のターミナルエレメント21400は、第2の導電性の隔壁1410の外周部に設けられ、第2の電解エレメント1200bのフランジ部11に向けて延在する第2のフランジ部1411をさらに備える点において、第2のターミナルエレメント1400(図24)と異なっている。
 第2のターミナルエレメント21400において、フランジ部1411は、第2の隔壁1410の外周部と水密に結合されている。フランジ部1411の材質としては、アルカリ耐性を有する剛性の材料を特に制限なく用いることができ、そのような材料の例としては、ニッケル、鉄等の単体金属;SUS304、SUS310、SUS310S、SUS316、SUS316L等のステンレス鋼;及び、これらにニッケルめっきを施した金属材料;並びに、強化プラスチック等の非金属材料を挙げることができる。隔壁1410とフランジ部1411とは溶接や接着等で接合されていてもよく、同一の材料で一体に形成されていてもよい。
 電解槽20000において、それぞれの隔膜80の周縁部がガスケット90、90に挟まれ、隣接する2つのフランジ部(すなわち、電解エレメント1200のフランジ部11、第1のターミナルエレメント21300のフランジ部1311、及び第2のターミナルエレメント21400のフランジ部1411のうち隣接する2つのフランジ部の組)の間にガスケット90を介して隔膜80が挟持される。電解槽20000において、電解エレメント1200の隔壁10の第1の面10aと、該第1の面10aに対向する隔膜80との間、及び、第1のターミナルエレメント21300の第1の隔壁1310と、該第1の隔壁1310に対向する隔膜80との間に、陽極920を収容する陽極室(A1、A2、A3)がそれぞれ画定されている。また、電解エレメント1200の隔壁10の第2の面10bと、該第2の面10bに対向する隔膜80との間、及び、第2のターミナルエレメント21400の第2の隔壁1410と、該第2の隔壁1410に対向する隔膜80との間に、陰極30を収容する陰極室(C1、C2、C3)がそれぞれ画定されている。第1のターミナルエレメント21300は陽極室(A1)のみを画定しており、その第1の隔壁1310には正極端子が接続されており、正極端子は直流電源の正極に接続される。第2のターミナルエレメント21400は陰極室(C3)のみを画定しており、その第2の隔壁1410には負極端子が接続されており、負極端子は直流電源の負極に接続される。なお、電解槽20000において、各電解エレメント1200のフランジ部11には、各陽極室(A1、A2、A3)に陽極液を供給する陽極液供給流路(不図示)と、各陽極室から陽極液およびガスを回収する陽極液・ガス回収流路(不図示)と、各陰極室(C1、C2、C3)に陰極液を供給する陰極液供給流路(不図示)と、各陰極室から陰極液およびガスを回収する陰極液・ガス回収流路(不図示)とが設けられている。第1のターミナルエレメント21300のフランジ部1311には、陽極液供給流路および陽極液・ガス回収流路が設けられている。また第2のターミナルエレメント21400のフランジ部1411には、陰極液供給流路および陰極液・ガス回収流路が設けられている。第1のターミナルエレメント21300のフランジ部1311には陰極液供給流路および陰極液・ガス回収流路がさらに設けられていてもよいが、陰極液供給流路および陰極液・ガス回収流路はいずれも、第1のターミナルエレメント23100が画定する陽極室A1とは繋がっていない。また第2のターミナルエレメント21400のフランジ部1411には陽極液供給流路および陽極液・ガス回収流路がさらに設けられていてもよいが、陽極液供給流路および陽極液・ガス回収流路はいずれも、第2のターミナルエレメントが画定する陰極室C3には繋がっていない。
 電解槽20000は、電解エレメントとして本発明の電解エレメント1200を備えているので、陽極920の交換作業を容易に行うことができ、したがって陽極920の更新に要する時間および費用を低減することが可能である。また第1のターミナルエレメント21300において陽極920が第1のボルト1341によるネジ止めによって第1の隔壁1310に固定されているので、第1のターミナルエレメント21300の陽極920の交換作業も容易に行うことができる。
 本発明に関する上記説明では、電解エレメント1200を備える形態の電解槽20000を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、電解エレメント1200に代えて、上記説明した他の電解エレメント100(図2)、200(図4)、300(図7)、400(図8)、500(図12)、600(図14)、700(図15)、800(図16)、1000(図20)、又は1100(図21)の隔壁の外周部にフランジ部が設けられた形態の電解エレメントを備える電解槽とすることも可能である。
 本発明に関する上記説明では、第1のターミナルエレメント21300において陽極920の第1のカップ状部920bの開口部920dが塞がれていない形態の電解槽20000を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、第1のターミナルエレメントが、陽極920の第1のカップ状部920bの開口部920dの少なくとも一部を塞ぐ蓋部材を備える形態の電解槽とすることも可能である。そのような第1のターミナルエレメントとしては、例えば、上記説明した第1のターミナルエレメント1300’(図27参照)の第1の隔壁1310の外周部にフランジ部1311(図30参照)が設けられた形態の第1のターミナルエレメントを用いることができる。
100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、1100、1200 電解エレメント
10、610 隔壁
10a 第1の面
10b 第2の面
11、1311、1411 フランジ部
20、620、920 陽極
620h 第4の貫通孔
721、1021 第2の蓋部材
722、1022 第2のボルト
722a 延長軸
722b 蓋部材固定ネジ
1022a 軸部
1022b 頭部
920a 第1の平坦部
920b 第1のカップ状部
920c (第1のカップ状部の)底部
920d (第1のカップ状部の)開口部
920h 第5の貫通孔
30 陰極
40、340、440、540、640、740 第1の連結手段
41、341、641、741、841 第1のボルト
41a、341a、641a 軸部
841e1 (スタッドボルトの)第1の端部
841e2 (スタッドボルトの)第2の端部
341h ボルト端部ネジ穴
41b、741b 頭部
741bh、841h 第2のネジ穴
1041bh (ボルト頭部)ネジ穴
10h 第1の貫通孔
610h 第1のネジ孔
42、842 第1のナット
43、443 第1の構造要素
43a 第1のスペーサー部
43ae 端部
43b 第1の板状部
43bh 第2の貫通孔
44、1144 第2のナット
50 弾性体
60、660、960 陰極集電体
60h 第3の貫通孔
61、361 第1の蓋部材
61a 平面部
61w 針金部
361b 延長軸
361c 蓋部材固定ネジ
960a 第2の平坦部
960b 第2のカップ状部
960c (第2のカップ状部の)底部
960d (第2のカップ状部の)開口部
960h 第6の貫通孔
70 第2の連結手段
71 第2の構造要素
71a 第2のスペーサー部
71ec 端部
71ew 端部
940 第3の連結手段
941 第1のボルト
941a 軸部
941b 頭部
942 第1のナット
80 (イオン透過性の)隔膜
90 ガスケット
110 枠状の保護部材
120 シール部材
1300 第1のターミナルエレメント
1310 第1の隔壁
1400 第2のターミナルエレメント
1410 第2の隔壁
d1 第1の間隔
d2 第2の間隔
10000、20000 アルカリ水電解槽
9000 従来のゼロギャップ型アルカリ水電解槽
9010 極室ユニット
9011 導電性の隔壁
9012 フランジ部
9013、9014 導電性リブ
9020 イオン透過性の隔膜
9030 ガスケット
9040 陽極
9050 集電体
9060 導電性の弾性体
9070 陰極
A、A1、A2、A3 陽極室
C、C1、C2、C3 陰極室

Claims (25)

  1.  第1の面および第2の面を有する導電性の隔壁と、
     酸素発生用の陽極と、
     水素発生用の陰極と、
     前記陽極が前記隔壁の第1の面と第1の間隔を隔てて向かい合うように前記陽極を前記隔壁に固定し、且つ前記陽極を前記隔壁に電気的に接続する、第1の連結手段と、
     前記陰極を支持する、導電性の弾性体と、
     前記弾性体を支持する、陰極集電体と、
    を備え、
     前記陰極集電体は、前記隔壁の第2の面と第2の間隔を隔てて向かい合うように前記隔壁に固定されるとともに、前記隔壁に電気的に接続され、
     前記第1の連結手段は、
      少なくとも軸部を備える導電性の第1のボルト
    を含み、
     前記陽極が、前記第1のボルトを介して、前記隔壁に着脱可能に固定される
    ことを特徴とする、アルカリ水電解用電解エレメント。
  2.  前記第1の連結手段が、
      前記隔壁に設けられた、前記第1のボルトの軸部を挿通可能な第1の貫通孔と、
      前記第1のボルトと螺合可能な第1のナットと、
    をさらに含む、
    請求項1に記載の電解エレメント。
  3.  前記第1の連結手段が、
      前記陽極から前記隔壁の第1の面に向かって、前記隔壁の第1の面に交差する方向に延在する第1のスペーサー部と、該第1のスペーサー部から連続して、前記隔壁の第1の面に平行な方向に延在する第1の板状部とを含む、導電性の第1の構造要素
    をさらに含み、
     前記第1のスペーサー部は、前記陽極に固定された端部を備え、
     前記第1の板状部は、前記第1のボルトの軸部を挿通可能な第2の貫通孔を備え、
     前記第1のボルトの軸部が前記第1の貫通孔及び前記第2の貫通孔に挿通されて前記第1のナットと螺合されることにより、前記第1の構造要素が前記隔壁に固定される、
    請求項2に記載の電解エレメント。
  4.  前記第2の貫通孔が、前記第1の板状部から前記第1のスペーサー部の少なくとも一部にわたって連続して設けられている、
    請求項3に記載の電解エレメント。
  5.  前記第1のボルトは、
      前記軸部の端部に設けられた頭部
    をさらに備え、
     前記第1のボルトの軸部は、該第1のボルトの頭部が前記第1の構造要素の第1の板状部を前記隔壁に向けて押す向きに、前記第1の貫通孔及び前記第2の貫通孔に挿通され、
     前記第1の構造要素は、
      前記第1のボルトの軸部が前記第2の貫通孔に挿通され且つ該第1のボルトの頭部が前記第1の板状部に接したとき、該第1のボルトの回転を制限するように該第1のボルトの頭部の側面に接する、回転規制部
    をさらに備える、
    請求項3又は4に記載の電解エレメント。
  6.  前記第1の連結手段が、
      前記第1のボルトと螺合可能な第2のナット
    をさらに備え、
     前記第1のボルトの頭部と前記第2のナットとが前記第1の構造要素の第1の板状部を挟むように、前記第2の貫通孔に挿通された前記第1のボルトの軸部に前記第2のナットが螺合されることにより、前記第1のボルトが前記第1の構造要素の第1の板状部に固定され、
     前記第1の構造要素の第1の板状部に固定された前記第1のボルトの軸部が前記隔壁の第1の貫通孔に挿通されて前記第1のナットと螺合されることにより、前記第1のボルトが前記隔壁に固定される、
    請求項3~5のいずれかに記載の電解エレメント。
  7.  前記陰極集電体が、前記隔壁の第1の貫通穴と向かい合う位置に、前記第1のナットを通すことが可能な形状および寸法を有する第3の貫通孔を備える、
    請求項3~6のいずれかに記載の電解エレメント。
  8.  前記陰極集電体の第3の貫通孔の少なくとも一部を塞ぐ、着脱可能な導電性の第1の蓋部材
    をさらに備え、
     前記第1の蓋部材が前記陰極集電体の第3の貫通孔の少なくとも一部を塞ぐように装着されたとき、前記第1の蓋部材が前記陰極集電体に電気的に接続される、
    請求項7に記載の電解エレメント。
  9.  前記第1の連結手段が、
      前記隔壁の第1の面に開口した、前記第1のボルトと螺合可能な第1のネジ穴
    をさらに含む、
    請求項1に記載の電解エレメント。
  10.  前記第1の連結手段が、
      前記陽極から前記隔壁の第1の面に向かって、前記隔壁の第1の面に交差する方向に延在する第1のスペーサー部と、該第1のスペーサー部から連続して、前記隔壁の第1の面に平行な方向に延在する第1の板状部とを含む、導電性の第1の構造要素
    をさらに含み、
     前記第1のスペーサー部は、前記陽極に固定された端部を備え、
     前記第1の板状部は、前記第1のボルトの軸部を挿通可能な第2の貫通孔を備え、
     前記第1のボルトの軸部が前記第2の貫通孔に挿通され且つ前記隔壁の第1のネジ穴と螺合されることにより、前記第1の構造要素が前記隔壁に固定される、
    請求項9に記載の電解エレメント。
  11.  前記陽極が、前記第2の貫通孔と向かい合う位置に、前記第1のボルトを通すことが可能な形状および寸法を有する第4の貫通孔を備える、
    請求項10に記載の電解エレメント。
  12.  前記陽極と同一の材質からなり、前記陽極の第4の貫通孔の少なくとも一部を塞ぐ、第2の蓋部材と、
     前記第2の蓋部材に固定された、導電性の第2のボルトと
    をさらに備え、
     前記第1のボルトの頭部は、前記第2のボルトと螺合可能な第2のネジ穴を備え、
     前記第2のボルトが前記第2のネジ穴に螺合されることにより、前記第2の蓋部材が前記第1のボルトに着脱可能に固定され且つ前記第1のボルトに電気的に接続されるとともに、前記第2の蓋部材が前記陽極の第4の貫通孔の少なくとも一部を塞ぐ、
    請求項11に記載の電解エレメント。
  13.  前記第1のボルトがスタッドボルトであり、該スタッドボルトは第1の端部と第2の端部とを有し、
     前記第1の連結手段が、
      前記陽極から前記隔壁の第1の面に向かって、前記隔壁の第1の面に交差する方向に延在する第1のスペーサー部と、該第1のスペーサー部から連続して、前記隔壁の第1の面に平行な方向に延在する第1の板状部とを含む、導電性の第1の構造要素と、
      前記スタッドボルトと螺合可能な第1のナットと
    をさらに含み、
     前記第1のスペーサー部は、前記陽極に固定された端部を備え、
     前記第1の板状部は、前記第1のボルトを挿通可能な第2の貫通孔を備え、
     前記スタッドボルトが前記隔壁の第1のネジ穴に螺合されることにより、該スタッドボルトの第1の端部が前記隔壁に固定され、
     前記隔壁に固定された前記スタッドボルトが前記第2の貫通孔に挿通され且つ前記第1のナットが前記第2の端部から前記スタッドボルトと螺合されることにより、前記第1の構造要素が前記隔壁に固定される、
    請求項9に記載の電解エレメント。
  14.  前記陽極が、前記第2の貫通孔と向かい合う位置に、前記第1のナットを通すことが可能な形状および寸法を有する第4の貫通孔を備える、
    請求項13に記載の電解エレメント。
  15.  前記陽極と同一の材質からなり、前記陽極の第4の開口部の少なくとも一部を塞ぐ、第2の蓋部材と、
     前記第2の蓋部材に固定された、導電性の第2のボルトと
    をさらに備え、
     前記スタッドボルトの第2の端部は、前記第2のボルトと螺合可能な第2のネジ穴を備え、
     前記第2のボルトが前記第2のネジ穴に螺合されることにより、前記第2の蓋部材が前記スタッドボルトに着脱可能に固定され且つ前記スタッドボルトに電気的に接続されるとともに、前記第2の蓋部材が前記陽極の第4の貫通孔の少なくとも一部を塞ぐ、
    請求項14に記載の電解エレメント。
  16.  前記陰極集電体が前記隔壁の第2の面と前記第2の間隔を隔てて向かい合うように前記陰極集電体を前記隔壁に固定し、且つ前記陰極集電体を前記隔壁に電気的に接続する、第2の連結手段
    をさらに備え、
     前記第2の連結手段は、
      前記陰極集電体と前記隔壁の第2の面との間において前記隔壁の第2の面に交差する方向に延在する第2のスペーサー部を含む、導電性の第2の構造要素
    を含み、
     前記第2の構造要素は、前記陰極集電体に固定された端部と、前記隔壁の第2の面に固定された端部とを含む、
    請求項1~15のいずれかに記載の電解エレメント。
  17.  第1の面および第2の面を有する隔壁と、
     酸素発生用の陽極と、
     水素発生用の陰極と、
     前記陰極を支持する、導電性の弾性体と、
     前記弾性体を支持する、陰極集電体と、
     前記陽極が前記隔壁の第1の面と向かい合い、前記陰極集電体が前記隔壁の第2の面と向かい合うように、前記陽極および前記陰極集電体を前記隔壁に固定するとともに前記陽極と前記陰極集電体とを電気的に接続する、第3の連結手段と、
    を備え、
     前記第3の連結手段は、
      少なくとも軸部を備える導電性の第1のボルトと、
      前記隔壁に設けられた、前記第1のボルトの軸部を挿通可能な第1の貫通孔と、
      前記第1のボルトと螺合可能な第1のナットと、
    を含み、
     前記陽極が、
      2次元的に延在する、第1の平坦部と、
      前記第1の平坦部から前記隔壁の第1の面に向けて先細状に突出した、第1のカップ状部と、
      前記第1のカップ状部の底部に設けられた、前記第1のボルトの軸部を挿通可能な第5の貫通孔と
    を備え、
     前記陰極集電体が、
      2次元的に延在する、第2の平坦部と、
      前記第2の平坦部から前記隔壁の第2の面に向けて先細状に突出した、第2のカップ状部と、
      前記第2のカップ状部の底部に設けられた、前記第1のボルトの軸部を挿通可能な第6の貫通孔と
    を備え、
     前記第1のボルトの軸部が前記第1の貫通孔、前記第5の貫通孔、及び前記第6の貫通孔に挿通されて前記第1のナットと螺合されることにより、前記陽極および前記陰極集電体が前記第1のボルトを介して前記隔壁に着脱可能に固定される
    ことを特徴とする、アルカリ水電解用電解エレメント。
  18.  前記第1のボルトは、
      前記軸部の端部に設けられた頭部
    をさらに備え、
     前記第1のボルトの頭部と前記第1のナットとによって前記陽極、前記隔壁、及び前記陰極集電体が挟まれ締結される、
    請求項17に記載の電解エレメント。
  19.  前記陽極と同一の材質からなり、前記陽極の第1のカップ状部の開口部の少なくとも一部を塞ぐことが可能な2次元的に延在する形状を有する、第2の蓋部材と、
     前記第2の蓋部材に固定された頭部と、該頭部に固定された軸部とを有する、導電性の第2のボルトと
    をさらに備え、
     前記第1のボルトの頭部は、前記第2のボルトと螺合可能なネジ穴を備え、
     前記第2のボルトが前記ネジ穴に螺合されることにより、前記第2の蓋部材が前記第1のボルトに着脱可能に固定され且つ前記第1のボルトに電気的に接続されるとともに、前記第2の蓋部材が前記陽極の第1のカップ状部の開口部の少なくとも一部を塞ぐ、
    請求項18に記載の電解エレメント。
  20.  前記陽極と同一の材質からなり、前記陽極の第1のカップ状部の開口部の少なくとも一部を塞ぐことが可能な2次元的に延在する形状を有する、第2の蓋部材
    をさらに備え、
     前記第1のボルトは、
      前記軸部の端部に設けられた頭部
    をさらに備え、
     前記第2の蓋部材は、前記第1のボルトの頭部に固定され且つ該第1のボルトに電気的に接続されており、
     前記第3の連結手段は、
      前記第1のボルトと螺合可能な第2のナット
    をさらに含み、
     前記第1のボルトの軸部が前記第1の貫通孔、前記第5の貫通孔、及び前記第6の貫通孔に挿通されて前記第1のナット及び前記第2のナットと螺合されることにより、前記第1のナットと前記第2のナットによって前記陽極、前記隔壁、及び前記陰極集電体が挟まれ締結され、前記陽極、前記第2の蓋部材、および前記陰極集電体が前記第1のボルトを介して前記隔壁に着脱可能に固定されるとともに、前記第2の蓋部材が前記陽極の第1のカップ状部の開口部の少なくとも一部を塞ぐ、
    請求項17に記載の電解エレメント。
  21.  前記隔壁の外周部に設けられ、該隔壁の両側に向けて、該隔壁の第1の面及び第2の面に交差する方向に延在するフランジ部
    をさらに備える、請求項1~20のいずれかに記載の電解エレメント。
  22.  複数のイオン透過性の隔膜と、
     隣接する前記イオン透過性の隔膜の間にそれぞれ配置された、請求項1~21のいずれかに記載の電解エレメントと、
    を含む積層構造を備え、
     隣接する前記電解エレメントは、一方の電解エレメントの陽極が他方の電解エレメントの陰極と前記イオン透過性の隔膜を介して向かい合うように配置されている、
    アルカリ水電解槽。
  23.  前記積層構造の一方の端部に配置された第1の電解エレメントの前記陰極に、前記イオン透過性の隔膜を挟んで向かい合うように配置された、第1のターミナルエレメントと、
     前記積層構造の他方の端部に配置された第2の電解エレメントの前記陽極に、前記イオン透過性の隔膜を挟んで向かい合うように配置された、第2のターミナルエレメントと
    をさらに備え、
     前記第1のターミナルエレメントは、
      導電性の第1の隔壁と、
      前記第1の隔壁に電気的に接続された、第1の陽極と、
    を備え、
     前記第2のターミナルエレメントは、
      導電性の第2の隔壁と、
      前記第2の隔壁に電気的に接続された、第2の陰極と、
    を備える、
    請求項22に記載のアルカリ水電解槽。
  24.  前記イオン透過性の隔膜のそれぞれの周縁部を保持する、ガスケットと、
     前記イオン透過性の隔膜のそれぞれの周縁部を、前記ガスケットを介して保持する、電気絶縁性の枠状の保護部材と、
     前記隔壁と前記保護部材との間、前記第1の隔壁と前記保護部材との間、及び、前記第2の隔壁と前記保護部材との間にそれぞれ配置された、シール部材と
    をさらに備え、
     前記電解エレメントのそれぞれが、請求項1~20のいずれかに記載の電解エレメントである、
    請求項22に記載のアルカリ水電解槽。
  25.  前記電解エレメントのそれぞれが、請求項21に記載の電解エレメントであり、
     前記第1のターミナルエレメントは、
      前記第1の導電性の隔壁の外周部に設けられ、前記第1の電解エレメントのフランジ部に向けて延在する第1のフランジ部
    をさらに備え、
     前記第2のターミナルエレメントは、
      前記第2の導電性の隔壁の外周部に設けられ、前記第2の電解エレメントのフランジ部に向けて延在する第2のフランジ部
    をさらに備える、
    請求項23に記載のアルカリ水電解槽。
PCT/JP2021/011894 2020-03-31 2021-03-23 アルカリ水電解用電解エレメント、及びアルカリ水電解槽 WO2021200372A1 (ja)

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