WO2023106381A1 - 内部マニホールド型複極式電解エレメント、電解槽、及び水素の製造方法 - Google Patents

内部マニホールド型複極式電解エレメント、電解槽、及び水素の製造方法 Download PDF

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WO2023106381A1
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manifold
gasket
covering member
type bipolar
anode
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章 渡邊
悠介 鈴木
陽介 内野
則和 藤本
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旭化成株式会社
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Definitions

  • the present invention relates to an internal manifold type bipolar electrolytic element, an electrolytic cell using the internal manifold type bipolar electrolytic element, and a method for producing hydrogen using the electrolytic cell.
  • renewable energy has the characteristic that its output depends on climatic conditions, so its fluctuations are very large. Therefore, it is not always possible to transport the power generated by renewable energy to the general power system, and there are concerns about social impacts such as imbalances in power supply and demand and instability of the power system.
  • Hydrogen is widely used industrially in petroleum refining, chemical synthesis, metal refining, etc.
  • FCV fuel cell vehicles
  • smart communities smart communities
  • hydrogen power plants etc.
  • Gender is expanding. For this reason, expectations are particularly high for the development of technology to obtain hydrogen from renewable energy.
  • Water electrolysis methods include solid polymer water electrolysis, high-temperature steam electrolysis, and alkaline water electrolysis. Among these methods, alkaline water electrolysis is particularly promising because it has been industrialized for more than several decades, can be implemented on a large scale, and is cheaper than other water electrolysis systems. considered to be one.
  • Patent Document 1 discloses a method of lining the wetted surface of the gas-liquid box with a fluororesin. If this method is applied to the manifold, generation of impurity gas due to leakage current can be prevented, and high electrolysis efficiency can be maintained for a long period of time.
  • the present invention can suppress the generation of impurity gas due to leakage current, can control the output by varying the electrolysis current according to the load fluctuation, and can maintain high efficiency and high purity hydrogen production for a long period of time. , the maintenance of members is easy, and an electrolytic cell stoppage period can be shortened.
  • the gist of the present invention is as follows.
  • An internal manifold type bipolar electrolytic element comprising an anode, a cathode, a partition wall, and an outer frame and having a manifold, At least part of the surface of the manifold is covered with a manifold covering member, An internal manifold type bipolar electrolytic element, wherein the manifold covering member is integrated with a gasket.
  • the internal manifold type bipolar electrolytic element according to [1] which is an internal manifold type bipolar alkaline water electrolysis element.
  • generation of impurity gas due to leakage current can be suppressed, and output can be controlled by varying electrolysis current in accordance with load fluctuations, and high-efficiency and high-purity hydrogen production can be maintained for a long period of time.
  • the industrial production is easy, the maintenance of the parts is easy, and the replacement of the electrolytic cell frame is not required.
  • FIG. 3 is a plan view showing an example of a bipolar electrolytic element in the electrolytic cell of the internal manifold type electrolytic device of the present embodiment.
  • 4(a) is a diagram showing a part of a cross section of an example of a bipolar electrolytic element in the electrolytic cell of the internal manifold type electrolytic device shown in FIG. 3, taken along the line AA.
  • FIG. 3 is a plan view showing an example of a bipolar electrolytic element in the electrolytic cell of the internal manifold type electrolytic device of the present embodiment.
  • 4(a) is a diagram showing a part of a cross section of an example of a bipolar electrolytic element in the electrolytic cell of the internal manifold type electrolytic device shown in FIG. 3, taken along the line AA.
  • FIG. 3 is a plan view showing an example of a bipolar electrolytic element in the electrolytic cell of the internal manifold type electrolytic device of the present embodiment.
  • 4(a) is a diagram showing a part of a cross section
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a manifold covering member that is integrated with the gasket of the present embodiment
  • FIG. 5 is a view showing a part of the cross section of the internal manifold type electrolytic cell of the example, taken in the same manner as in FIG. 4
  • FIG. 5 is a diagram showing a part of the cross section of the internal manifold type electrolytic cell of the example and the comparative example when cut in the same manner as in FIG. 4 ;
  • this embodiment a form for carrying out the present invention (hereinafter referred to as "this embodiment") will be described in detail. It should be noted that the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention.
  • FIG. 1 shows an outline of an example of the electrolytic device of this embodiment.
  • the electrolytic device 70 includes a bipolar electrolytic cell 50, a liquid feed pump 71 for circulating the electrolytic solution, and a gas-liquid separator for separating the electrolytic solution from hydrogen and/or oxygen. It has a tank 72 and a water replenisher (not shown) for replenishing water consumed by electrolysis. More specifically, the electrolytic device 70 of this embodiment includes an anode chamber 5a having an anode 2a and a cathode chamber 5c having a cathode 2c, which are separated from each other by a diaphragm 4.
  • the electrolyzer of the present embodiment may be a water electrolyzer for electrolyzing water, or particularly an alkaline water electrolyzer for electrolyzing alkaline water.
  • the bipolar electrolyzer of the present embodiment may be a bipolar water electrolyzer for electrolyzing water, and particularly a bipolar alkaline water electrolyzer for electrolyzing alkaline water. good too.
  • a bipolar type electrolytic bath 50 which is industrially preferable, is used as the electrolytic bath in the electrolytic device 70 of the present embodiment.
  • the bipolar system is one of the methods of connecting a large number of cells to a power source. is the only way to connect to a power source.
  • the bipolar electrolytic cell 50 has a feature that the electric current of the power source can be reduced, and can produce a large amount of compounds, predetermined substances, etc. by electrolysis in a short time. If the output is the same, constant current and high voltage power supply equipment is cheaper and more compact, so from an industrial point of view, the bipolar type is preferable to the monopolar type.
  • FIG. 2 shows an example of the entire electrolytic cell of the electrolytic device of the present embodiment.
  • FIG. 3 shows a plan view of an example of a bipolar electrolytic element in the electrolytic cell of the present embodiment.
  • the bipolar electrolytic cell 50 includes an anode 2a, a cathode 2c, a partition wall 1 separating the anode 2a and the cathode 2c, and an outer frame 3 bordering the partition wall 1.
  • the bipolar electrolytic cell 50 is a bipolar electrolytic cell 50 in which the bipolar electrolytic elements 60 are stacked with the diaphragm 4 interposed therebetween.
  • the electrolytic element of this embodiment includes a single element in which an anode chamber and a cathode chamber are formed via a diaphragm. Specifically, a diaphragm is sandwiched between a diaphragm and an outer frame in which an anode is held, and a diaphragm and an outer frame in which a cathode is held. There may be.
  • a bipolar electrolytic cell can also be obtained by stacking such single elements.
  • Electrolytic cell 65 includes partition 1, anode chamber 5a, anode 2a, and partition 4 of one element, and cathode 2c, cathode chamber 5c, and partition 1 of the other element.
  • bipolar electrolytic element 60 used in the bipolar electrolytic cell 50 of this embodiment includes a partition wall 1 separating the anode 2a and the cathode 2c and an outer frame 3 bordering the partition wall 1 . More specifically, the partition wall 1 is conductive, and the outer frame 3 is provided along the outer edge of the partition wall 1 so as to surround the partition wall 1 .
  • the bipolar electrolysis element of the present embodiment is suitable as a bipolar water electrolysis element for electrolyzing water, and is particularly suitable as a bipolar alkaline water electrolysis element for electrolyzing alkaline water. .
  • the bipolar electrolytic element 60 of the present embodiment may be used so that the given direction D1 along the partition wall 1 is the vertical direction.
  • the partition wall 1 has a rectangular plan view shape.
  • a given direction D1 along the partition wall 1 may be used in the same direction as the direction of one of the two pairs of opposite sides (see FIG. 3).
  • the vertical direction is also referred to as the electrolyte passage direction.
  • the bipolar electrolytic cell 50 of the present embodiment is constructed by laminating the required number of bipolar electrolytic elements 60 .
  • the bipolar electrolytic cell 50 has a fast head 51g, an insulating plate 51i, and an anode terminal element 51a arranged in this order from one end. and the bipolar electrolytic element 60 are arranged in this order.
  • the bipolar electrolytic element 60 is arranged so that the cathode 2c faces the anode terminal element 51a side. From the anode-side gasket portion to the bipolar electrolytic element 60, the number required for the design production volume is repeatedly arranged.
  • the bipolar electrolytic cell 50 is made into a body by tightening the entirety with a tightening mechanism such as a tie rod system 51r (see FIG. 2) or a hydraulic cylinder system.
  • the arrangement constituting the bipolar electrolytic cell 50 can be arbitrarily selected from either the anode 2a side or the cathode 2c side, and is not limited to the order described above.
  • the bipolar electrolytic element 60 is arranged between the anode terminal element 51a and the cathode terminal element 51c.
  • the diaphragm 4 is arranged between the anode terminal element 51a and the bipolar electrolytic element 60, between the adjacent bipolar electrolytic elements 60, and between the bipolar electrolytic element 60 and the cathode terminal element 51c. It is
  • FIG. 4(a) shows a part of a cross section of an example of the bipolar electrolytic element shown in FIG. 3 taken along the line AA.
  • the electrode chamber 5 has, at the boundary with the outer frame 3 , an electrolyte inlet 5 i for introducing the electrolyte into the electrode chamber 5 and an electrolyte outlet 5 o for leading the electrolyte from the electrode chamber 5 .
  • the anode chamber 5a is provided with an anode electrolyte inlet 5ai for introducing the electrolyte into the anode chamber 5a and an anode electrolyte outlet 5ao for leading the electrolyte out of the anode chamber 5a.
  • the cathode chamber 5c is provided with a cathode electrolyte inlet 5ci for introducing the electrolyte into the cathode chamber 5c and a cathode electrolyte outlet 5co for leading the electrolyte out of the cathode chamber 5c.
  • the anode chamber 5a and the cathode chamber 5c may be provided with internal distributors for uniformly distributing the electrolytic solution within the electrode surface inside the bipolar electrolytic cell 50.
  • the electrode chamber 5 may be provided with a baffle plate having a function of restricting the flow of liquid inside the bipolar electrolytic cell 50 .
  • Protrusions for creating Karman vortices may be provided in order to equalize the concentration and temperature of the electrolytic solution inside the bipolar electrolytic cell 50 and to promote degassing of the gas adhering to the electrode 2 and the diaphragm 4.
  • the manifold 20 includes, and preferably consists of, an inlet header section 20i for introducing electrolyte into the electrode chamber 5 and an outlet header section 20o for discharging gas and electrolyte from the electrode chamber 5. .
  • Typical examples of manifold arrangement include an internal manifold type in which a collection pipe (hereinafter referred to as a header) is provided inside the electrolytic cell and not independent of the bipolar electrolytic cell, and an internal manifold type in which the header is There is an external manifold type that is independent of the bipolar electrolytic cell (provided outside the electrolytic cell). 20 o uses an internal manifold type provided inside the bipolar electrolytic cell 50 .
  • the anode liquid pipe is an anode inlet header portion 20ai
  • the cathode liquid pipe is a cathode inlet header portion 20ci
  • the anode liquid collection pipe is an anode outlet header portion 20ao
  • the cathode liquid collector pipe is a cathode outlet header portion 20co. Called.
  • FIG. 3 shows a plan view of an example of the internal manifold type bipolar electrolytic element of the present embodiment. Further, FIG. 4(a) shows a part of a cross section of an example of the internal manifold type bipolar electrolytic element shown in FIG. 3 taken along the line AA.
  • the bipolar electrolytic element 60 is used so that the given direction D1 along the partition wall 1 is the vertical direction, and the outer frame 3 at the edge of the partition wall 1 is The outer frame at the edge of the partition wall 1 is provided with an anode inlet header portion 20ai for supplying electrolyte to the anode chamber 5a and a cathode inlet header portion 20ci for supplying electrolyte to the cathode chamber 5c. 3, an anode outlet header portion 20ao for discharging the electrolyte from the anode chamber 5a and a cathode outlet header portion 20co for discharging the electrolyte from the cathode chamber 5c.
  • the inlet header portion 20i and the outlet header portion 20o are preferably provided at separate positions from the viewpoint of electrolysis efficiency, and are preferably provided so as to face each other with the central portion of the electrode chamber 5 interposed therebetween. 3, when the partition wall 1 has a rectangular shape in plan view, it is preferable that the partition walls 1 are provided so as to be symmetrical about the center of the rectangle.
  • Both the inlet header portion 20i and the outlet header portion 20o are preferably provided outside the diaphragm 4 (arbitrary locations around the diaphragm 4). Rather than having the manifold 20 inside the diaphragm 4 (e.g., the inlet header section 20i and the outlet header section 20o are positioned inside and through the diaphragm 4), By arranging it outside the electrode chamber 5 (for example, as shown in FIG. 3), the possibility of damaging the diaphragm 4 is eliminated.
  • one anode inlet header portion 20ai, one cathode inlet header portion 20ci, one anode outlet header portion 20ao, and one cathode outlet header portion 20co are provided in each electrode chamber 5.
  • the present invention is not limited to this, and a plurality of electrodes may be provided in each electrode chamber 5 .
  • the partition 1 having a rectangular shape in plan view and the partition 4 having a rectangular shape in plan view are arranged in parallel, and are provided at the edge of the partition 1. Since the inner surface of the rectangular parallelepiped outer frame on the partition wall 1 side is perpendicular to the partition wall 1, the shape of the electrode chamber 5 is a rectangular parallelepiped.
  • the shape of the electrode chamber 5 is not limited to the rectangular parallelepiped shown in the figure, but the shape of the partition 1 and the partition 4 in a plan view, the inner surface of the outer frame 3 on the partition 1 side, and the partition 1 It may be appropriately modified depending on the angle or the like, and may be of any shape as long as the effects of the present invention can be obtained.
  • the extending direction of the manifold 20 is not particularly limited, but from the viewpoint of making it easier to obtain the effects of the present invention, it is preferable that there is a header portion extending in a direction perpendicular to the partition wall 1, as shown in FIGS. It is more preferable that all the header portions extend in the direction perpendicular to the partition wall 1, as in the example shown in (a).
  • extending in a direction perpendicular to the partition walls 1 does not mean extending in a direction perpendicular to the partition walls 1 in a strict sense. It means that it includes the case where it extends in the direction of inclination within the range of 45° or less when viewed in the direction along the partition wall 1 .
  • the inclination angle is preferably 30° or less, more preferably 15° or less.
  • At least part of the surface of the manifold 20 is covered with a manifold covering member 30 integrated with the gasket 7 for the purpose of preventing generation of impurity gas due to leakage current.
  • the integration of the manifold covering member 30 and the gasket 7 means that the sealing function of the gasket 7 and the function of the manifold covering member 30 covering the surface of the manifold 20 are provided by one member.
  • covering with the manifold covering member 30 means covering at least part of the surface (liquid contact surface) of the manifold 20 with the member.
  • the manifold covering member 30 is preferably made of at least an insulating material. Moreover, in order to further improve the sealing performance between the elements, a resin spacer 40 may be arranged outside the gasket 7 so as to surround the outer circumference of the gasket 7 .
  • FIG. 4(b) shows an example of the bipolar electrolytic element 60 shown in FIG. 4(a) in which the manifold covering member 30 integrated with the gasket 7 is attached. Although not shown, there is actually a narrow tube leading from the anode outlet header portion 20ao to the anode chamber 5a, and the opening of the narrow tube on the surface of the anode outlet header portion 20ao is not covered with the manifold covering member 30. state.
  • the convection generated in the electrolytic chamber 5 due to the turbulence of the gas-liquid flow in the electrolytic chamber 5 is reduced, and the temperature of the electrolytic solution locally rises.
  • the number, length, angle formed with the partition wall 1, and the constant interval (pitch) in the direction perpendicular to the given direction D1 along the partition wall 1 are appropriately determined as long as the effects of the present invention can be obtained. It may be fixed or not constant.
  • the current plate 6 may have through-holes, and the number of through-holes and the constant interval (pitch) in a given direction D1 along the partition wall 1 are It may be determined as appropriate, and does not have to be constant.
  • projections and/or recesses may be provided instead of the rectifying plate 6, instead of the rectifying plate 6, projections and/or recesses may be provided.
  • the three-dimensional shape of the protrusions and/or dents is not particularly limited, and may be any geometric shape such as a wave shape, a hemispherical shape, a spherical shape, an ellipsoidal shape, a columnar shape, a pyramidal shape, and a truncated pyramidal shape. be able to.
  • the protrusions and/or recesses can be arranged at certain intervals. Arrangement of the protrusions and/or recesses may be any arrangement such as 60° zigzag, 45° zigzag, or parallel.
  • the bipolar electrolytic cell 50 of the electrolytic device 70 of the present embodiment is not particularly limited, and preferably has 50 to 500 bipolar electrolytic elements 60, and 70 to 300 bipolar electrolytic elements 60. Having 100 to 200 bipolar electrolytic elements 60 is particularly preferable.
  • the number (logarithm) of bipolar electrolytic elements 60 increases, the influence of leak current on gas purity is alleviated, but it becomes difficult to evenly distribute the electrolytic solution to each electrolytic cell 65 . If it is less than the lower limit or exceeds the upper limit, the effect of reducing the self-discharge that occurs when the power supply is stopped, enabling the stabilization of the electric control system, and the storage of power with high efficiency. Practically, it becomes difficult to simultaneously achieve the effects of reducing pump power and reducing leakage current.
  • the shape of the partition wall 1 may be a plate-like shape having a predetermined thickness, but is not particularly limited.
  • the planar shape of the partition wall 1 is not particularly limited, and may be a rectangle (square, rectangle, etc.) or a circle (circle, ellipse, etc.), where the rectangle may have rounded corners.
  • the partition 1 and the outer frame 3 may be joined by welding or other methods.
  • a protruding anode flange portion and a cathode flange portion protruding toward the cathode 2c may be provided, and the flange portions may be part of the outer frame 3.
  • the partition 1 may normally be used so that a given direction D1 along the partition 1 is the vertical direction. Specifically, as shown in FIG. , may be used such that a given direction D1 along the partition 1 is the same as the direction of one of the two pairs of opposite sides.
  • a material having conductivity is preferable from the viewpoint of realizing a uniform supply of electric power.
  • nickel, nickel alloy, mild steel, and nickel alloy are plated with nickel. preferably.
  • the electrolysis voltage for electrolysis includes, in addition to the theoretically required voltage required for electrolysis of water, the overvoltage for the anode reaction (oxygen generation), the overvoltage for the cathode reaction (hydrogen generation), the electrode 2 between the anode 2a and the cathode 2c. It is divided into voltage and voltage according to the distance between them.
  • the overvoltage refers to a voltage that must be applied in excess of the theoretical decomposition potential when a certain current is passed, and its value depends on the current value. When the same current is applied, power consumption can be reduced by using the electrode 2 with a low overvoltage.
  • the requirements for the electrode 2 include high conductivity, high oxygen generating ability (or hydrogen generating ability), and high wettability of the electrolyte solution on the surface of the electrode 2. mentioned.
  • the electrode 2 for electrolysis in addition to low overvoltage, even if an unstable current such as renewable energy is used, corrosion of the base material and catalyst layer of the electrode 2, falling off of the catalyst layer, dissolution in the electrolyte, For example, adhesion of inclusions to the diaphragm 4 is less likely to occur.
  • a porous body is preferable for the electrode 2 in order to increase the surface area used for electrolysis and to efficiently remove gas generated by electrolysis from the surface of the electrode 2 .
  • the diaphragm of the electrode 2 The surface located opposite the contact surface with 4 is preferably penetrating. Examples of porous materials include plain weave mesh, punched metal, expanded metal, and metal foam.
  • the electrode 2 may be the base material itself, or may have a highly reactive catalyst layer on the surface of the base material, but preferably has a highly reactive catalyst layer on the surface of the base material.
  • the material of the base material is not particularly limited, but mild steel, stainless steel, nickel, and nickel-based alloys are preferable due to their resistance to the environment in which they are used.
  • the catalyst layer of the anode 2a preferably has a high ability to generate oxygen, and nickel, cobalt, iron, a platinum group element, or the like can be used.
  • these materials can form catalyst layers as simple metals, compounds such as oxides, composite oxides or alloys composed of a plurality of metal elements, or mixtures thereof.
  • An organic substance such as a polymer may be contained in order to improve durability and adhesion to the substrate.
  • the catalyst layer of the cathode 2c preferably has a high ability to generate hydrogen, and nickel, cobalt, iron, a platinum group element, or the like can be used.
  • these materials can form catalyst layers as simple metals, compounds such as oxides, composite oxides or alloys composed of a plurality of metal elements, or mixtures thereof.
  • An organic substance such as a polymer material may be contained in order to improve durability and adhesion to the substrate.
  • Methods for forming a catalyst layer on a substrate include thermal spraying methods such as plating and plasma thermal spraying, thermal decomposition in which the precursor layer solution is applied onto the substrate and then heat is applied, and a catalyst material is mixed with a binder component. and immobilization on a base material, and a vacuum film forming method such as a sputtering method.
  • the shape of the outer frame 3 is not particularly limited as long as it can border the partition wall 1 , but it may be a shape having an inner surface along the direction perpendicular to the plane of the partition wall 1 over the extension of the partition wall 1 .
  • the shape of the outer frame 3 is not particularly limited, and may be appropriately determined according to the plan view shape of the partition wall 1 .
  • a material having conductivity is preferable, and from the standpoint of alkali resistance and heat resistance, nickel, nickel alloys, mild steel, and nickel alloys plated with nickel are preferable.
  • an ion-permeable diaphragm 4 is used to conduct ions while isolating generated hydrogen gas and oxygen gas.
  • the ion-permeable diaphragm 4 include an ion-exchange membrane having ion-exchange capacity and a porous membrane permeable with an electrolyte.
  • the ion-permeable diaphragm 4 preferably has low gas permeability, high ion conductivity, low electron conductivity, and high strength.
  • the porous membrane has a plurality of fine through holes and has a structure that allows the electrolyte to pass through the diaphragm 4 . Since ionic conduction occurs when the electrolytic solution permeates into the porous membrane, it is very important to control the porous structure such as pore size, porosity, and hydrophilicity. On the other hand, it is required that not only the electrolytic solution but also the generated gas be allowed to pass through, that is, it must have gas barrier properties. From this point of view as well, control of the porous structure is important.
  • the porous membrane has a plurality of fine through-holes, and includes porous polymer membranes, inorganic porous membranes, woven fabrics, non-woven fabrics, and the like. These can be produced by known techniques. Examples of methods for producing porous polymer membranes include a phase conversion method (microphase separation method), an extraction method, a stretching method, a wet gel stretching method, and the like.
  • the porous membrane preferably contains a polymeric material and hydrophilic inorganic particles.
  • the presence of the hydrophilic inorganic particles can impart hydrophilicity to the porous membrane.
  • the thickness of the porous membrane is not particularly limited, it is preferably 200 ⁇ m or more and 700 ⁇ m or less. If the thickness of the porous membrane is 200 ⁇ m or more, more excellent gas impermeability can be obtained, and the strength of the porous membrane against impact is further improved. From this point of view, the lower limit of the thickness of the porous membrane is more preferably 300 ⁇ m or more, still more preferably 350 ⁇ m or more, and even more preferably 400 ⁇ m or more. On the other hand, if the thickness of the porous membrane is 700 ⁇ m or less, the ion permeability is less likely to be inhibited by the resistance of the electrolyte contained in the pores during operation, and more excellent ion permeability can be maintained.
  • the upper limit of the thickness of the porous membrane is more preferably 600 ⁇ m or less, still more preferably 550 ⁇ m or less, and even more preferably 500 ⁇ m or less.
  • the polymeric material contains at least one selected from the group consisting of polysulfone, polyethersulfone and polyphenylsulfone, such effects are further enhanced.
  • ion exchange membranes there are cation exchange membranes that selectively permeate cations and anion exchange membranes that selectively permeate anions, and either exchange membrane can be used.
  • the material of the ion exchange membrane is not particularly limited, and known materials can be used.
  • fluorine-containing resins and modified resins of polystyrene-divinylbenzene copolymers can be preferably used.
  • a fluorine-containing ion-exchange membrane is particularly preferable in that it is excellent in heat resistance, chemical resistance, and the like.
  • fluorine-containing ion exchange membranes include those that have the function of selectively permeating ions generated during electrolysis and that contain a fluorine-containing polymer having ion exchange groups.
  • the fluorine-containing polymer having an ion-exchange group as used herein means a fluorine-containing polymer having an ion-exchange group or an ion-exchange group precursor capable of becoming an ion-exchange group by hydrolysis.
  • a polymer having a main chain of fluorinated hydrocarbon, having a functional group convertible to an ion-exchange group by hydrolysis or the like as a pendant side chain, and capable of being melt-processed may be used.
  • the ion-exchange groups possessed by the ion-exchange membrane include cation-exchange groups such as sulfonic acid groups, carboxylic acid groups, and phosphoric acid groups, and anion-exchange groups such as quaternary ammonium groups.
  • An ion-exchange membrane can be provided with excellent ion-exchange capacity and hydrophilicity by adjusting the equivalent mass EW of ion-exchange groups.
  • it can be controlled to have a large number of smaller clusters (microparts in which water molecules are coordinated and/or adsorbed by ion exchange groups), which tends to improve alkali resistance and ion selective permeability.
  • This equivalent mass EW can be measured by subjecting the ion exchange membrane to salt substitution and back titrating the resulting solution with an alkali or acid solution.
  • the equivalent mass EW can be adjusted by the copolymerization ratio of the raw material monomers, the selection of the monomer species, and the like.
  • the equivalent mass EW of the ion exchange membrane is preferably 300 or more from the viewpoint of hydrophilicity and water resistance of the membrane, and preferably 1300 or less from the viewpoint of hydrophilicity and ion exchange capacity.
  • the thickness of the ion exchange membrane is not particularly limited, it is preferably in the range of 5 to 500 ⁇ m from the viewpoint of ion permeability and strength.
  • the ion exchange membrane may be surface-treated for the purpose of improving the hydrophilicity of the surface.
  • Specific examples include a method of coating hydrophilic inorganic particles such as zirconium oxide and a method of imparting fine unevenness to the surface.
  • the ion exchange membrane it is preferable to use the ion exchange membrane together with a reinforcing material.
  • the reinforcing material is not particularly limited, and general nonwoven fabrics, woven fabrics, and porous membranes made of various materials can be used.
  • the porous membrane in this case is not particularly limited, but a polytetrafluoroethylene (PTFE)-based membrane that has been stretched and made porous is preferable.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • an elastic spring is arranged between the electrode 2 and the diaphragm 1 as means for reducing the distance between the electrodes.
  • the electrode 2 is supported by this spring.
  • the diaphragm 1 may be fitted with a spring made of a conductive material, and the electrode 2 may be fitted to this spring.
  • a spring may be attached to the electrode rib attached to the partition wall 1, and the electrode 2 may be attached to the spring.
  • the structure is less deformed even when pressed.
  • the electrode 2 supported via an elastic body has a flexible structure that deforms when the diaphragm 4 is pressed, thereby absorbing irregularities due to tolerances in manufacturing accuracy of the electrolytic cell 65 and deformation of the electrode 2. to keep the zero gap.
  • the conductive elastic body 2e and the current collector 2r are placed between the cathode 2c or the anode 2a and the partition wall 1, and the conductive elastic body 2e is the cathode 2c or It is provided so as to be sandwiched between the anode 2a and the current collector 2r.
  • the current collector 2r conducts electricity to the conductive elastic body 2e and the electrode 2 laminated thereon, supports the load received from them, and has the role of allowing the gas generated from the electrode 2 to pass through to the partition wall 1 side without hindrance. be. Therefore, the shape of the current collector 2r is preferably an expanded metal, a punched perforated plate, or the like.
  • the aperture ratio of the current collector 2r is preferably within a range in which the hydrogen gas generated from the electrode 2 can be extracted to the partition wall 1 side without any trouble. However, if the aperture ratio is too large, problems such as a decrease in strength or a decrease in electrical conductivity to the conductive elastic body 2e may occur, and if it is too small, gas escape may become difficult.
  • Nickel, nickel alloy, stainless steel, soft steel, etc. can be used as the material of the current collector 2r from the viewpoint of conductivity and alkali resistance. preferably.
  • the conductive elastic body 2e is located between the current collector 2r and the electrode 2 and is in contact with the current collector 2r and the electrode 2, and is capable of conducting electricity to the electrode 2 and not inhibiting diffusion of gas generated from the electrode 2. It is a mandatory requirement. This is because the inhibition of gas diffusion increases the electrical resistance, and the area of the electrode 2 used for electrolysis is reduced, thereby lowering the electrolysis efficiency. The most important role is to bring the diaphragm 4 and the electrode 2 into close contact by evenly applying an appropriate pressure to the electrode 2 so as not to damage the diaphragm 4 .
  • a generally known one can be used.
  • a cushion mat made by corrugating a woven nickel wire with a wire diameter of about 0.05 to 0.5 mm maintains a zero gap structure.
  • a wire diameter of about 0.05 to 0.5 mm maintains a zero gap structure.
  • the partition wall 1 , the outer frame 3 , and the partition membrane 4 define an electrode chamber 5 through which the electrolytic solution passes.
  • the arrangement of the manifolds is an internal manifold type, and the space occupied by the anode 2a and the cathode 2c themselves may also be a space inside the electrode chamber 5.
  • the rectifying plate 6 (the anode rectifying plate 6 a and the cathode rectifying plate 6 c ) be attached to the partition wall 1 and that the rectifying plate 6 be physically connected to the electrodes 2 . .
  • the rectifying plate 6 serves as a support for the electrode 2, and the zero gap structure Z can be easily maintained.
  • the current plate 6 may be provided with the electrode 2, and the current plate 6 may be provided with the current collector 2r, the conductive elastic body 2e, and the electrode 2 in this order.
  • the cathode chamber 5c in the cathode chamber 5c, a structure in which the rectifying plate 6c, the current collector 2r, the conductive elastic body 2e, and the electrode 2c are stacked in this order is adopted.
  • the anode chamber 5a a structure is adopted in which the rectifying plate 6a and the electrode 2a are stacked in this order.
  • the present invention is not limited to the structure described above, and the anode chamber 5a may also adopt the structure of "current plate 6a-current collector 2r-conductive elastic body 2e-electrode 2a".
  • the current plate 6 (anode current plate 6a, cathode current plate 6c) preferably has a role of not only supporting the anode 2a or the cathode 2c but also transmitting current from the partition wall 1 to the anode 2a or the cathode 2c.
  • the rectifying plate 6 has conductivity, and it is more preferable that the rectifying plate 6 as a whole has conductivity. According to such a configuration, it is possible to suppress an increase in cell voltage due to electrode deflection.
  • a conductive metal is generally used as the material for the current plate 6 .
  • nickel-plated mild steel, stainless steel, nickel, or the like can be used.
  • the interval between adjacent anode straightening plates 6a or the interval between adjacent cathode straightening plates 6c is determined in consideration of the electrolytic pressure, the pressure difference between the anode chamber 5a and the cathode chamber 5c, and the like.
  • the bipolar electrolytic bath 50 has a cathode chamber 5 c and an anode chamber 5 a for each electrolytic cell 65 .
  • an electrolytic solution containing sufficient raw materials to be consumed by electrolysis is supplied to the cathode chamber 5c and the anode chamber 5a of each electrolytic cell 65. I need to continue.
  • the electrolytic cell 65 is connected to an electrolytic solution supply/discharge pipe called a manifold 20 common to the plurality of electrolytic cells 65 .
  • Manifold 20 has an inlet header section 20i and an outlet header section 20o, preferably consisting of an anode inlet header section 20ai, a cathode inlet header section 20ci, an anode outlet header section 20ao, and a cathode outlet header section 20co.
  • the material of the manifold 20 is not particularly limited, but it is necessary to adopt a material that is sufficiently resistant to operating conditions such as the corrosiveness of the electrolytic solution used and pressure and temperature.
  • Examples of the material of the manifold 20 include metals such as iron, nickel, and cobalt.
  • An internal manifold type and an external manifold type are typical examples of the manner in which the manifold 20 of the bipolar electrolytic cell 50 is arranged, but in this embodiment, the internal manifold type is used.
  • the internal manifold type refers to a type in which the electrolytic cell and the manifold are not independent, and the manifold is provided inside the bipolar electrolytic cell. Since the internal manifold type does not need to use nozzles as in the external manifold type, the problem of nozzles interfering with each other does not occur, and the enlargement of the electrolytic cell for solving the problem is avoided, and the electrolytic cell is made thin. can be done. Furthermore, since the pressure resistance is higher than that of the external manifold type, it can be used for pressurized operation.
  • the anode inlet header portion 20ai and the cathode inlet header portion 20ci are provided inside and/or outside the electrode chamber 5 (partition wall 1).
  • an anode outlet header portion 20ao and a cathode outlet header portion 20co are provided inside and/or outside the electrode chamber 5 (partition wall 1).
  • all header portions are provided inside the diaphragm 4 (for example, the inlet header portion 20i and the outlet header portion 20o are arranged inside the diaphragm 4 so as to pass through the diaphragm 4).
  • it is preferable to dispose outside the diaphragm 4 for example, outside the electrode chamber 5 as shown in FIG. 3) because there is no risk of damaging the diaphragm 4 .
  • each header portion is not particularly limited, but from the viewpoint of easily obtaining the effects of the present invention, the anode inlet header portion 20ai, the cathode inlet header portion 20ci, the anode outlet header portion 20ao, and the cathode outlet header
  • the portion 20co preferably extends in a direction perpendicular to the partition wall 1, and more preferably extends in a direction perpendicular to the partition wall 1 as in the example shown in FIGS. 3 and 4(a).
  • the shape of the cross section of the flow path of the header is not particularly limited, and may be circular, rectangular, elliptical, or the like.
  • the cross-sectional area of the flow path of the header can be freely designed in consideration of the pressure loss and clogging of the flow path.
  • a gasket 7 is arranged around each header portion in order to improve the sealing performance between the elements when stacking the elements. Further, in the internal manifold type bipolar electrolytic cell 50, structurally, each element is greatly affected by the leakage current. In this embodiment, at least a part of the surface (wetted surface) of the manifold 20 is protected by the manifold covering member 30 integrated with the gasket 7 for the purpose of preventing generation of impurity gas due to leakage current. The effect of protecting the surface of the manifold 20 can be enhanced by applying it to both the inlet header portion 20i and the outlet header portion 20o.
  • the internal manifold type bipolar electrolytic cell 50 may have a gas-liquid separation box for separating the gas generated by the electrolysis from the electrolytic solution inside.
  • the installation position of the gas-liquid separation box is not particularly limited, but may be between the anode chamber 5a and the anode outlet header portion 20ao or between the cathode chamber 5c and the cathode outlet header portion 20co.
  • the surface of the gas-liquid separation box may be covered with a coating material that is sufficiently resistant to the corrosiveness of the electrolyte and operating conditions such as pressure and temperature.
  • the material of the coating material may be an insulating material for the purpose of increasing the electric resistance of the leakage current circuit inside the electrolytic cell. Examples of coating materials include ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), PTFE, ETFE, PFA, polyvinyl chloride, and polyethylene.
  • a gasket 7 having a diaphragm 4 is sandwiched between the outer frames 3 bordering the diaphragm 1 .
  • the gasket 7 is used to seal between each element and the diaphragm 4 and between each element against the electrolytic solution and generated gas, and prevents leakage of the electrolytic solution and generated gas to the outside of the bipolar electrolytic cell 50. Mixing of gases between the two electrode chambers can be prevented.
  • the general structure of the gasket 7 is a quadrangular or annular shape in which the electrode surface is hollowed out to match the surface in contact with the frame of the element.
  • the diaphragm 4 can be stacked between the elements by sandwiching the diaphragm 4 between two such gaskets.
  • the gasket 7 has a slit portion capable of accommodating the diaphragm 4 so as to hold the diaphragm 4, and has openings that allow the accommodated diaphragm 4 to be exposed on both surfaces of the gasket 7. is also preferred.
  • the gasket 7 has a structure in which the edge of the diaphragm 4 is accommodated in the slit and the end surface of the edge of the diaphragm 4 is covered. Therefore, leakage of electrolyte or gas from the end surface of the diaphragm 4 can be more reliably prevented.
  • the material of the gasket 7 is not particularly limited, and a known insulating rubber material, resin material, or the like can be selected.
  • rubber materials and resin materials include natural rubber (NR), styrene-butadiene rubber (SBR), chloroprene rubber (CR), butadiene rubber (BR), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), silicone rubber (SR ), ethylene-propylene rubber (EPT), ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), fluororubber (FR), isobutylene-isoprene rubber (IIR), urethane rubber (UR), chlorosulfonated polyethylene rubber (CSM), etc.
  • NR natural rubber
  • SBR styrene-butadiene rubber
  • CR chloroprene rubber
  • BR butadiene rubber
  • NBR acrylonitrile-butadiene rubber
  • silicone rubber SR
  • EPT ethylene-propylene rubber
  • EPDM ethylene-propy
  • Fluororesin materials such as PTFE, PFA, ETFE, and chlorotrifluoroethylene-ethylene copolymer (ECTFE), and resin materials such as polyphenylene sulfide (PPS), polyethylene, polyimide, and polyacetal can be used.
  • EPDM and FR are particularly suitable from the viewpoint of elastic modulus and alkali resistance. These may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
  • a reinforcing material may be embedded in the gasket 7 .
  • the gasket 7 can be suppressed from being crushed and easily prevented from being damaged when it is sandwiched and pressed between the frames during stacking.
  • known metal materials and their oxides, resin materials, carbon materials, etc. can be used. Specifically, metals such as nickel and stainless steel, metal oxides such as alumina and zirconium oxide, nylon, and polypropylene. , PVDF, PTFE, PPS and other resins, and carbon materials such as carbon particles and carbon fibers.
  • the size of the gasket 7 is not particularly limited, and may be designed according to the dimensions of the electrode chamber 5 and the diaphragm 4, but the width is preferably 10 to 40 mm.
  • the size of the slit portion is preferably such that the inner dimension of the slit is 0.5 to 5 mm larger than the size of the membrane.
  • the thickness of the gasket 7 is not particularly limited, and is designed according to the material, elastic modulus, and cell area of the gasket 7, preferably 1.0 to 10 mm, more preferably 3.0 to 10 mm. Further, when the gasket 7 has a slit portion, the opening width of the slit portion may be 0.5 to 1.0 times the thickness of the diaphragm 4 .
  • the elastic modulus of the gasket 7 is not particularly limited, and is designed according to the material of the electrode 2 and the cell area.
  • a preferred elastic modulus range is a tensile stress of 0.20 to 20 MPa at 100% deformation, and a range of 1.0 to 10 MPa is more preferred from the viewpoint of sealing properties and cell strength during stacking.
  • the tensile stress can be measured according to JIS K6251.
  • Autograph AG manufactured by Shimadzu Corporation may be used.
  • the thickness of the gasket 7 is 3.0 to 10 mm, and the tensile stress at 100% deformation is 1.0 to 10 MPa. It is preferable from the viewpoint of cell strength when stacked.
  • the electrolytic device 70 it is preferable to cover the surface of the gasket 7 with an insulating resin sheet (for example, a fluororesin such as polytetrafluoroethylene, etc.).
  • an insulating resin sheet for example, a fluororesin such as polytetrafluoroethylene, etc.
  • a plurality of gaskets may be arranged on each element according to the object to be sealed.
  • the gasket 7 may be arranged separately as an electrode chamber gasket that seals the electrode chamber 5 and a manifold gasket that seals the manifold 20 .
  • the manifold covering member may be integrated with any one of the gaskets. All manifold covering members may be integrated with the same gasket, or each manifold covering member may be integrated with a separate gasket. From the viewpoint of maintainability, it is preferable that the number of gaskets is as small as possible.
  • a resin spacer 40 may be arranged outside the gasket 7 so as to surround the outer circumference of the gasket 7 .
  • FIG. 4(b) shows an example of a state in which the gasket 7 and the resin spacer 40 are attached to the bipolar electrolytic element 60.
  • Materials for the electrode chamber gasket, manifold gasket, and resin spacer 40 can be appropriately selected according to the object to be sealed.
  • the resin spacer 40 has a compression modulus larger than that of the gasket 7 .
  • the compression modulus can be measured according to JIS K 6254 standard. For example, an autograph manufactured by Shimadzu Corporation may be used.
  • At least part of the surface (wetted surface) of the manifold 20 is integrated with the gasket 7 for the purpose of preventing generation of impurity gas due to leakage current. 30 covered and protected.
  • at least part of the surface of the manifold is covered means that at least part of the surface of the manifold excluding the openings of the capillaries leading to the electrode chambers is covered.
  • the manifold covering member 30 is integrated with the gasket 7, compared to the case where the manifold covering member 30 exists independently, gaps are less likely to form between the gasket 7 and the manifold 20, etc., resulting in deterioration of gas purity. (generation of impurity gas due to leakage current) is less likely to occur.
  • the manifold covering member 30 is preferably removable from the manifold 20 .
  • the manifold covering member 30 is preferably detachable together in an integrated state. By being detachable, only the manifold covering member 30 can be easily replaced during maintenance. On the other hand, for example, if the manifold 20 is lined with a non-removable resin lining, the entire set of cells must be replaced when a problem such as interfacial peeling occurs, which may result in a large maintenance load. Since the electrolysis equipment is generally out of service during the period of cell replacement, the problem of lower operating rate of the electrolyzer can be solved by improving maintainability.
  • the manifold covering member 30 At least part of the surface of any one of the anode inlet header portion 20ai, the cathode inlet header portion 20ci, the anode outlet header portion 20ao, and the cathode outlet header portion 20co is the manifold covering member 30.
  • the manifold covering member 30 At least part of the surface of the anode inlet header portion 20ai and the anode outlet header portion 20ao is covered with the manifold covering member 30 from the viewpoint of more efficiently preventing generation of impurity gas due to leakage current. More preferably, at least a portion of the surfaces of all these header portions are covered with the manifold covering member 30 .
  • FIG. 5 shows an example of the manifold covering member 30 integrated with the gasket 7 of this embodiment.
  • FIG. 5 shows an anode inlet manifold covering member 30ai covering the anode inlet header section 20ai of the manifold, an anode outlet manifold covering member 30ao covering the anode outlet header section 20ao, and a cathode inlet covering the cathode inlet header section 20ci of the manifold.
  • one manifold covering member 30ci and one cathode outlet manifold covering member 30co covering the cathode outlet header portion 20co are integrated with the gasket 7 .
  • portions corresponding to the openings of the narrow tubes leading to the electrode chambers on the surface of the manifold 20 are similarly opened, but are omitted in FIG.
  • the manifold covering member 30 integrated with the gasket 7 may be attached to each element to cover at least part of the surface of the manifold 20 (header portion) of the element. That is, the bipolar electrolytic cell 50 of the present embodiment has an element in which the entire surface of the manifold 20 is covered with the manifold covering member 30, a part of the surface of the manifold 20 is covered with the manifold covering member 30, and the remaining The part is an element where the surface (metal surface etc.) of the manifold 20 is exposed, and the whole surface (metal surface etc.) of the manifold 20 where the surface of the manifold 20 is not covered at all by the manifold covering member 30 is exposed. and at least one element selected from the group consisting of As the number of manifold covering members 30 used increases, the effect of suppressing impurity gas generation due to leakage current tends to increase.
  • the total surface area of all the manifolds 20 provided in the bipolar electrolytic cell 50 is set to 100% from the viewpoint of efficiently preventing the generation of impurity gas due to leakage current.
  • the ratio of the surface area covered by the manifold covering member 30 (surface coverage) is preferably 13 to 100%, more preferably 25 to 100%, and still more preferably 50 to 100%.
  • the ratio (surface coverage) of the surface area covered by the manifold covering member 30 to the surface area of the manifold 20 provided in each terminal element (cathode terminal element 51c or anode terminal element 51a) is the impurity gas generation due to leakage current. From the viewpoint of suppressing effect and maintainability, it is preferably 13 to 100%, more preferably 25 to 100%, and still more preferably 50 to 100%.
  • the ratio of the surface area covered by the manifold covering member 30 to the total surface area of the manifold 20 provided for all the middle frame elements (elements other than the cathode terminal element 51c and the anode terminal element 51a) (surface coverage) is From the viewpoint of the effect of suppressing impurity gas generation due to leakage current and maintainability, it is preferably 13 to 100%, more preferably 25 to 100%, and still more preferably 50 to 100%.
  • the ratio (surface coverage) of the surface area covered by the manifold covering member 30 to the surface area of the manifold 20 provided in each inner frame element is effective in suppressing the generation of impurity gas due to leakage current and maintainability. From the viewpoint, it is preferably 13 to 100%, more preferably 25 to 100%, still more preferably 50 to 100%.
  • the above surface coverage is calculated for the surface of the manifold 20 excluding the openings of the narrow tubes leading to the electrode chambers.
  • the manifold 20 does not include inlet piping and outlet piping connected to terminal elements.
  • FIG. 4(b) shows an example of a state in which the manifold covering member 30 integrated with the gasket 7 and the resin spacer 40 described above are attached to the bipolar electrolytic element 60. As shown in FIG. In FIG. 4B, 100% of the surface of the anode outlet header portion 20ao is covered with the manifold covering member 30 (30ao).
  • the manifold covering member 30 integrated with the gasket 7 is preferably attached to at least one element from the viewpoint of preventing generation of impurity gas due to leakage current, and is attached to at least the cathode terminal element 51c. More preferably attached to at least the cathode terminal element 51c and the anode terminal element 51a, and even more preferably attached to the cathode terminal element 51c, the anode terminal element 51a, and part of the middle frame element Preferably, it is particularly preferably attached to all elements.
  • the material of the manifold covering member 30 is not particularly limited, but like the gasket 7, it preferably contains at least an insulating material such as a known rubber material or resin material having insulating properties.
  • Specific examples of the material of the manifold covering member 30 include natural rubber (NR), styrene-butadiene rubber (SBR), chloroprene rubber (CR), butadiene rubber (BR), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), silicone rubber ( SR), ethylene-propylene rubber (EPT), ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), fluororubber (FR), isobutylene-isoprene rubber (IIR), urethane rubber (UR), chlorosulfonated polyethylene rubber (CSM), etc.
  • natural rubber NR
  • SBR styrene-butadiene rubber
  • CR chloroprene rubber
  • BR butadiene rubber
  • NBR acrylonitrile-butadiene rubber
  • Rubber materials fluorine resin materials such as PTFE, PFA, ETFE, and chlorotrifluoroethylene/ethylene copolymer (ECTFE), and resin materials such as polyphenylene sulfide (PPS), polyethylene, polyimide, and polyacetal, and the like. These may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. From the standpoint of ease of manufacture and alkali resistance of the member, it is preferable that the member is made of at least one material selected from the group consisting of rubber materials and polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • Rubber is less prone to cracking and has better creep properties, so it is more durable, and compared to polytetrafluoroethylene (PTFE), it is softer and has higher conformability when covering the surface of the manifold.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • Materials are more preferred, and EPDM and FR are particularly preferred.
  • the modulus of elasticity of the manifold covering member 30 is not particularly limited, and is designed according to the shape of the manifold 20 and the material of the gasket 7 .
  • the tensile stress at 100% deformation is preferably in the range of 0.20 to 20 MPa. From the viewpoint of followability when covering the surface of the manifold 20 and member strength, 1.0 to 10 MPa. is more preferred, and a range of 1.0 to 5.0 MPa is even more preferred.
  • the tensile stress can be measured according to JIS K6251. For example, Autograph AG manufactured by Shimadzu Corporation may be used. The test temperature complies with JIS K 6250, 6.1 (standard temperature of test room: 23 ⁇ 2° C.).
  • the thickness of the manifold covering member 30 is not particularly limited, and may be determined according to the size of the manifold 20, the thickness of the gasket 7, and the like. It is preferably 1.0 to 8.0 mm, more preferably 2.0 to 6.0 mm.
  • the method of manufacturing the manifold covering member 30 integrated with the gasket 7 is not particularly limited, and existing methods can be used. For example, there is a method of integrally molding with a mold, and a method of bonding the gasket 7 and the manifold covering member 30 after they are manufactured.
  • the liquid-sending pump 71 is not particularly limited and may be determined as appropriate.
  • the liquid-sending pump 71 that can be used in the electrolytic device 70 of the present embodiment it has a cathode-side liquid-sending pump for sending liquid to the cathode chamber 5c and an anode-side liquid-sending pump for sending liquid to the anode chamber 5a. and each can operate separately.
  • the gas-liquid separation tank 72 includes a hydrogen separation tank 72h that separates the electrolyte and hydrogen gas, and an oxygen separation tank 72o that separates the electrolyte and oxygen gas.
  • the hydrogen separation tank 72h is connected to the cathode chamber 5c, and the oxygen separation tank 72o is connected to the anode chamber 5a.
  • the water replenisher used in the electrolytic device 70 is not particularly limited and may be determined as appropriate.
  • the water general clean water may be used, but ion-exchanged water, RO water, ultrapure water, or the like is preferably used in consideration of long-term operation.
  • the electrolysis device 70 includes an electrolysis power supply (rectifier) 74 . Furthermore, an electrical circuit may be formed that includes the bipolar electrolytic cell 50 and the electrolytic power source 74 . In addition, the electrolytic device 70 may include an external load connected to the bipolar electrolytic cell 50 . Particularly, in this embodiment, it is preferable to have an electric circuit and an external load. Specifically, in the example of FIG.
  • the anode 2a of the electrolytic cell 65 which is the end portion in the bipolar electrolytic cell 50, and the positive electrode of the electrolytic power source 74 are connected by a cable, and the bipolar electrolytic cell
  • the cathode 2c of the electrolysis cell 65, which is the end of the electrolysis cell 50, and the anode of the electrolysis power source 74 are connected by a cable, but the cables may be connected by an external load and a switch.
  • the stopping step by closing the switch while the electrolysis power source 74 is stopped, it is possible to form a circuit between the bipolar electrolytic cell 50 (all the electrolytic cells 65) and the external load. can.
  • the external load may be connected to the entire electrolytic cell 65 of the bipolar electrolytic bath 50 or may be connected to a part of the electrolytic cell 65 .
  • a circuit can be formed between some of the electrolytic cells 65 in the bipolar electrolytic bath 50 and an external load.
  • the electrolytic device 70 can have a storage tank that stores the electrolytic solution. Moreover, the storage tank is preferably positioned vertically above the bipolar electrolytic bath 50 . By connecting the storage tank and the bipolar electrolytic cell 50 with a pipe or the like, the electrolyte in the storage tank can be injected into the electrolytic cell using gravity. Also, by providing a valve or the like in the pipe or the like, the flow rate can be appropriately adjusted.
  • the electrolytic device 70 has an inlet pipe for supplying the electrolytic solution to the bipolar electrolytic bath 50 and an outlet pipe for discharging the electrolytic solution from the bipolar electrolytic bath 50, which are connected to a storage tank or the like.
  • the inlet pipe and the outlet pipe may have valves or the like for appropriately adjusting the flow rate of the electrolytic solution.
  • Both the inlet pipe and the outlet pipe are preferably connected to the anode terminal element 51a of the bipolar electrolytic cell 50 from the viewpoint of suppressing deterioration of gas purity due to leakage current.
  • the electrolytic device 70 includes a bipolar electrolytic bath 50, a liquid feed pump 71, a gas-liquid separation tank 72, a water replenisher, an electrolysis power source 74, a storage tank, an inlet/outlet pipe, an oxygen concentration meter 75, and a hydrogen concentration meter 76. , a flow meter 77, a pressure gauge 78, a heat exchanger 79, a pressure control valve 80, etc. (see FIG. 1).
  • the electrolytic device 70 preferably further includes a detector that detects the stoppage of power supply and a controller that automatically stops the liquid transfer pump 71 .
  • a detector that detects the stoppage of power supply
  • a controller that automatically stops the liquid transfer pump 71 .
  • the method for producing hydrogen according to the present embodiment can be carried out by electrolyzing water using the electrolytic device 70 according to the present embodiment.
  • the electrolysis apparatus 70 of this embodiment is used under a power source in which the current density changes over time at a current density of 0 to 20 kA/m 2 and at an electrolysis temperature of 0 to 120° C. without problems. be able to.
  • the temperature of the electrolyte in the electrolytic cell 65 is preferably 40° C. or higher, more preferably 70° C. or higher, and 110° C. or lower. It is preferably 95° C. or less, more preferably 95° C. or less.
  • the current density applied to the electrolytic cell 65 is not particularly limited, but is preferably 0.1 kA/m 2 to 20 kA/m 2 , more preferably 0.5 kA/m 2 . More preferably ⁇ 15 kA/m 2 .
  • the electrolytic solution used in this embodiment may be an alkaline aqueous solution in which an alkali salt is dissolved, such as an aqueous NaOH solution and an aqueous KOH solution.
  • concentration of the alkali salt is preferably 10-50% by mass, more preferably 15-40% by mass.
  • a KOH aqueous solution of 25 to 40% by mass is particularly preferred from the viewpoint of ionic conductivity, kinematic viscosity, and freezing during cooling.
  • the pressure in the electrolytic cell 65 is preferably 3 kPa or higher, more preferably 70 kPa or higher, and even more preferably 200 kPa or higher, from the viewpoint of the load on the compressor. From the viewpoint of gas purity, it is preferably 4000 kPa or less, more preferably 1000 kPa or less, and even more preferably 800 kPa or less.
  • the constituent elements of the electrolytic device 70 described above can be used to fabricate the electrolytic device 70 having the configuration shown in FIG. 1, for example, but the present invention is not limited to this.
  • the method for producing hydrogen according to the present embodiment may use electricity with load fluctuations, and may fluctuate the electrolysis current according to the load fluctuations.
  • the hydrogen production method of the present embodiment uses at least one renewable energy output power source (variable power source) selected from the group consisting of wind power, solar power, hydraulic power, tidal power, wave power, ocean current, and geothermal power. By doing so, the above-mentioned effects become remarkable.
  • a variable power supply as described above specifically, current densities ranging from low to high are randomly applied to the electrolytic device 70, and the concentration of hydrogen in oxygen deteriorates particularly at low current densities.
  • Example 1 A bipolar alkaline water electrolysis element and an alkaline water electrolysis apparatus using the element were produced as follows. -Partition wall, outer frame- As a bipolar alkaline water electrolysis element, an element provided with a partition partitioning an anode and a cathode and an outer frame surrounding the partition was used. The materials of the members such as the partition wall and the outer frame which come into contact with the electrolytic solution were all nickel. -anode- The anode was manufactured by using a nickel expanded base material that had been blasted in advance, and by spraying nickel oxide granules onto both sides of the conductive base material by plasma spraying.
  • -cathode- As the conductive base material, a plain-woven mesh base material in which nickel fine wires with a diameter of 0.15 mm were woven with 40 mesh and platinum supported on the base material was used. -diaphragm- Zirfon perl UTP500 manufactured by Agfa was used as a diaphragm. -Zero gap structure- Each element was stacked via a gasket to assemble a bipolar alkaline water electrolyzer, and the cathode and anode were pressed from both sides of the diaphragm to form a zero-gap structure. As the gasket, a gasket integrated with the manifold covering member and sandwiching a diaphragm was used.
  • cathode structure consisting of a combination of "cathode--conductive elastic body--collector" was used on the cathode side.
  • a current collector a nickel expanded base material that had undergone blasting in advance was used.
  • the substrate had a thickness of 1 mm and an aperture ratio of 54%.
  • the conductive elastic body a woven nickel wire having a wire diameter of 0.15 mm was corrugated so as to have a corrugation height of 5 mm.
  • a conductive elastic body was fixed on the current collector by spot welding.
  • the anode and the cathode those described above were used.
  • bipolar alkaline water electrolysis cell bipolar alkaline water electrolysis element
  • An anode terminal element, a cathode terminal element and 10 bipolar alkaline water electrolysis elements were used.
  • a fast head, an insulating plate, and an anode terminal element are arranged at one end, and further an anode-side gasket portion, a diaphragm, a cathode-side gasket portion, and a bipolar alkaline water electrolysis element are arranged in this order.
  • the dimension of the opening in plan view is the dimension of the electrode chamber of the cell frame, and here, a diaphragm is inserted into the central portion in the thickness direction of the inner wall of the opening to hold it. It had a slit structure with a thickness of 0.4 mm.
  • the middle frame gasket has, on one side, an anode inlet manifold covering member covering the anode inlet header portion of the manifold and an anode outlet manifold covering member covering the anode outlet header portion of the manifold, and on the other side, a manifold and a cathode inlet manifold covering member covering the cathode inlet header portion and a cathode outlet manifold covering member covering the cathode outlet header portion.
  • the anode terminal gasket has, on the surface in contact with the anode terminal element, an anode inlet manifold covering member covering the anode inlet header portion of the manifold, an anode outlet manifold covering member covering the anode outlet header portion, and a cathode covering the cathode inlet header portion. It has an inlet manifold covering member and a cathode outlet manifold covering member covering the cathode outlet header section, and on the other side covers the anode inlet manifold covering member covering the anode inlet header section of the manifold and the anode outlet header section. and an anode outlet manifold covering member.
  • a cathode terminal gasket having on both sides a cathode inlet manifold covering member covering the cathode inlet header portion of the manifold and a cathode outlet manifold covering member covering the cathode outlet header portion of the element adjacent the cathode terminal element.
  • the gasket portion in contact with the anode manifold (anode inlet header portion and anode outlet header portion) has no holes and is closed so that the electrolytic solution does not come into contact with the cathode terminal element at that portion.
  • the thickness of each manifold covering member was 3.0 mm.
  • EPDM elastic modulus at 100% deformation: 4.0 MPa
  • An anode terminal gasket was disposed between the anode terminal element and its adjacent element, a cathode terminal gasket was disposed between the cathode terminal element and its adjacent element, and a middle frame gasket was disposed between the middle frame elements.
  • each manifold covering member corresponding to each header portion was inserted to cover each header portion with each manifold covering member (Fig. 6(a) shows the mounted state of the inner frame gasket).
  • an adhesive was used to fix the manifold covering member.
  • the manifold surface coverage of the manifold covering member was 100%. In this way, an internal manifold type bipolar alkaline water electrolytic cell was produced.
  • the electrolyte flowed from the cathode inlet header section to the cathode chamber and from the cathode chamber to the cathode outlet header section. Also, the electrolyte was flowed from the anode inlet header portion to the anode chamber, and from the anode chamber to the anode outlet header portion.
  • the cathode inlet header is connected to one end of the lower side of the rectangular outer frame in plan view
  • the cathode outlet header is connected to the upper side of the other side of the lower side of the rectangular outer frame in plan view. (see Figure 3).
  • the cathode inlet header portion and the cathode outlet header portion were provided so as to face each other across the central portion of the electrode chamber in the rectangular electrolytic chamber in plan view.
  • the electrolytic solution flowed upward while being inclined with respect to the vertical direction, and rose along the electrode surface.
  • the electrolyte flows into the anode chamber and the cathode chamber from the electrolyte inlet of the anode chamber and the cathode chamber, and the electrolyte and the generated gas flow from the electrolyte outlet of the anode chamber and the cathode chamber. and flows out of the bipolar electrolytic cell.
  • a method for producing hydrogen using an alkaline water electrolyzer was carried out under the following conditions.
  • a 30% KOH aqueous solution was used as the electrolytic solution.
  • Electricity was supplied from an electrolysis power source (rectifier) to the bipolar alkaline water electrolyzer so that a desired current density was obtained with respect to the areas of the cathode and anode of the bipolar alkaline water electrolyzer.
  • the temperature was adjusted by a heat exchanger so that the outlet temperature of the electrolytic cell was 90°C.
  • a liquid feed pump was used to circulate the anode chamber, oxygen separation tank (gas-liquid separation tank for anode), and anode chamber, and circulate the cathode chamber, hydrogen separation tank (gas-liquid separation tank for cathode), and cathode chamber.
  • the pressure in the chamber after the start of energization was measured with a pressure gauge and adjusted so that the cathode (hydrogen gas) side pressure was 50 kPa and the anode (oxygen gas) side pressure was 49 kPa. Pressure regulation was performed by a control valve installed downstream of the pressure gauge.
  • Example 2 Only between the cathode terminal element and its adjacent element and between the anode terminal element and its adjacent element, each terminal gasket integrated with the same manifold covering member as in Example 1 was used. Between the elements (middle frame elements), a gasket without a manifold covering member (Fig. 7(a) shows the mounting state of the middle frame gasket without a manifold covering member) was used (that is, the manifold was attached to the manifold An alkaline water electrolysis device was produced in the same manner as in Example 1, except that it was not covered with a covering member.
  • each terminal gasket having a manifold surface coverage of 50% is used for each terminal, and between the elements (middle frame elements) other than the above, a middle frame gasket having a manifold covering member with a manifold surface coverage of 50% (Fig. 6(b) shows the mounted state of the middle frame gasket)
  • Fig. 6(b) shows the mounted state of the middle frame gasket
  • Example 4 Alkaline water was added in the same manner as in Example 1, except that a resin spacer was placed on the outer side of the gasket integrated with the manifold covering member (Fig. 6(c) shows the mounting state of the inner frame gasket and the resin spacer). An electrolytic device was produced. By using the resin spacer, the pressure in the electrolysis cell during the electrolysis operation could be increased to 800 kPa, which is higher than that in Example 1.
  • Example 5 An alkaline water electrolysis apparatus was produced in the same manner as in Example 1, except that PTFE (elastic modulus at 100% deformation of 9.0 MPa) was used as the material of each manifold covering member.
  • PTFE elastic modulus at 100% deformation of 9.0 MPa
  • Example 1-5 a low cell voltage was exhibited, indicating that hydrogen can be produced efficiently.
  • Example 1 since the entire surface of the manifold was protected by the manifold covering member, generation of impurity gas due to leakage current was suppressed, and the hydrogen concentration in oxygen was low at low current density, and the gas purity was high. Furthermore, high gas purity could be maintained even after long-term use. In addition, it was not necessary to replace each electrolytic cell, and the maintainability was high.
  • Example 2 when the gasket integrated with the manifold covering member was used only between the terminal element and its adjacent element, the effect of suppressing the generation of impurity gas due to leakage current was obtained, though not as much as in Example 1. The gas purity was high.
  • Example 3 when a gasket having a manifold covering member with a manifold surface coverage of 50% was used, the effect of suppressing the generation of impurity gas due to leakage current was observed although not as good as in Example 1, and the gas purity was improved. it was high. Furthermore, high gas purity could be maintained even after long-term use. In addition, it was not necessary to replace each electrolytic cell, and the maintainability was high.
  • Example 4 when the resin spacer was used, the pressure in the electrolysis cell during the electrolysis operation could be increased to a high value. Furthermore, high gas purity could be maintained even after long-term use. In addition, it was not necessary to replace each electrolytic cell, and the maintainability was high.
  • Example 5 when PTFE was used as the material of the manifold covering member, impurity gas was generated due to leakage current even in this case, though not as much as in Example 1 using EPDM as the material of the manifold covering member. The gas purity was high. Furthermore, although the gas purity was slightly deteriorated after long-term use, it was possible to maintain the gas purity with no problem in practical use. In addition, it was not necessary to replace each electrolytic cell, and the maintainability was high.
  • the generation of impurity gas due to leakage current can be suppressed, and the output can be controlled by varying the electrolysis current according to the load fluctuation.
  • High efficiency and high purity hydrogen production can be maintained for a long period of time.
  • industrial production is easy, maintenance of parts is easy, and replacement of the entire electrolytic cell frame is not required.

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Abstract

陽極と、陰極と、隔壁と、外枠で構成され、マニホールドを有する内部マニホールド型複極式電解エレメントであり、マニホールドの表面の少なくとも一部は、マニホールド被覆部材で覆われており、マニホールド被覆部材は、ガスケットと一体化されていることを特徴とする、内部マニホールド型複極式電解エレメント。

Description

内部マニホールド型複極式電解エレメント、電解槽、及び水素の製造方法
　本発明は、内部マニホールド型複極式電解エレメント、該内部マニホールド型複極式電解エレメントを用いた電解槽、及び該電解槽を用いた水素の製造方法に関する。
　近年、二酸化炭素等の温室効果ガスによる地球温暖化、化石燃料の埋蔵量の減少等の問題を解決するため、再生可能エネルギーを利用した風力発電や太陽光発電等の技術が注目されている。
　再生可能エネルギーは、出力が気候条件に依存するため、その変動が非常に大きいという性質がある。そのため、再生可能エネルギーによる発電で得られた電力を一般電力系統に輸送することが常に可能とはならず、電力需給のアンバランスや電力系統の不安定化等の社会的な影響が懸念されている。
　そこで、再生可能エネルギーから発電された電力を、貯蔵及び輸送が可能な形に代えて利用しようとする研究が行われている。具体的には、再生可能エネルギーから発電された電力を利用した水の電気分解（電解）により、貯蔵及び輸送が可能な水素を発生させ、水素をエネルギー源や原料として利用することが検討されている。
　水素は、石油精製、化学合成、金属精製等の場面において、工業的に広く利用されており、近年では、燃料電池車（ＦＣＶ）向けの水素ステーションやスマートコミュニティ、水素発電所等における利用の可能性も広がっている。このため、再生可能エネルギーから水素を得る技術の開発に対する期待は特に高い。
　水の電気分解の方法としては、固体高分子型水電解法、高温水蒸気電解法、アルカリ水電解法等がある。これらの方法のうち、数十年以上前から工業化されていること、大規模に実施することができること、他の水電解システムに比べると安価であること等から、アルカリ水電解は特に有力なものの一つとされている。
　しかしながら、アルカリ水電解を今後エネルギーの貯蔵及び輸送のための手段として適応させるためには、前述のとおり出力の変動が大きい電力を効率的かつ安定的に利用して水電解を行うことを可能にする必要がある。そのため、アルカリ水電解用の電解セルや装置の諸課題を解決することが求められている。
　アルカリ水電解においては、電解時に、カソードで水の還元反応が生じ、これにより生成したＯＨ－は、隔膜を介してアノードへ拡散する。電解液の供給配管であるマニホールドの内部でも、電解液を介したイオン電導性を有するため、一部のＯＨ－はマニホールドを介してアノードへ移動する。その際にＯＨ－の流れとは逆にイオン電流が流れる。このように、マニホールドを介して流れるイオン電流はリーク電流と呼ばれる。リーク電流は、電解時に複数の水電解エレメントのアノード間またはカソード間におけるポテンシャル差が駆動力となってマニホールドを流れる。リーク電流が流れると、不純物ガスの発生によってガス純度（水素中酸素濃度、酸素中水素濃度）が悪化することや、電流効率が低下する場合がある。また、リーク電流による不純物ガス発生に伴うガス純度悪化は、水電解に限らず発生する現象である。例えば、食塩電解においては、ガス純度（水素中酸素濃度や塩素中水素濃度、塩素中酸素濃度）の悪化につながる。
　このような諸課題に対し、フッ素樹脂などの高耐薬品性の電気絶縁材料をライニングする方法がある。例えば、特許文献１では、気液ボックスの接液面にフッ素樹脂をライニングする方法が挙げられている。この方法をマニホールドへ用いれば、リーク電流による不純物ガスの発生を防止することができ、高電解効率を長期間持続することができる。
国際公開第２０１８－１８２００５号
　しかしながら、特許文献１に記載されているような樹脂ライニングであっても、セル構造体との線膨張係数の違いやライニング末端における流体摩擦によって界面剥離を引き起こす可能性がある。界面剥離が発生すると、セル一式の交換が必要になり、かえって費用負担が大きくなる場合がある。また、一般的にセル交換の期間中は電解設備の停止期間が発生するため、電解槽の稼働率が低下してしまう問題があった。
　そこで、本発明は、リーク電流による不純物ガスの発生を抑制し、負荷変動に応じて電解電流を変動させて出力を制御することができ、長期間高効率及び高純度水素の製造を維持できると共に、部材のメンテナンスが容易であり、電解槽停止期間を短くできることを目的とする。
　本発明の要旨は以下のとおりである。
［１］
　陽極と、陰極と、隔壁と、外枠で構成され、マニホールドを有する内部マニホールド型複極式電解エレメントであり、
　前記マニホールドの表面の少なくとも一部は、マニホールド被覆部材で覆われており、
　前記マニホールド被覆部材は、ガスケットと一体化されている
ことを特徴とする、内部マニホールド型複極式電解エレメント。
［２］
　内部マニホールド型複極式水電解エレメントである、［１］に記載の内部マニホールド型複極式電解エレメント。
［３］
　内部マニホールド型複極式アルカリ水電解エレメントである、［１］に記載の内部マニホールド型複極式電解エレメント。
［４］
　陰極ターミナルエレメントと陽極ターミナルエレメントのマニホールドの表面の少なくとも一部が、前記マニホールド被覆部材で覆われている、［１］～［３］のいずれかに記載の内部マニホールド型複極式電解エレメント。
［５］
　前記マニホールド被覆部材が脱着可能である、［１］～［４］のいずれかに記載の内部マニホールド型複極式電解エレメント。
［６］
　前記マニホールド被覆部材が、少なくとも絶縁材料で構成される、［１］～［５］のいずれかに記載の内部マニホールド型複極式電解エレメント。
［７］
　前記マニホールド被覆部材が、ゴム材料及びポリテトラフルオロエチレンからなる群から選択される少なくとも１種の材料で構成される、［１］～［６］のいずれかに記載の内部マニホールド型複極式電解エレメント。
［８］
　前記マニホールド被覆部材が、ゴム材料で構成される、［１］～［６］のいずれかに記載の内部マニホールド型複極式電解エレメント。
［９］
　前記ガスケットの外側に樹脂スペーサーが配置され、前記樹脂スペーサーの圧縮弾性率は、前記ガスケットの圧縮弾性率よりも大きい、［１］～［８］のいずれかに記載の内部マニホールド型複極式電解エレメント。
［１０］
　［１］～［９］のいずれかに記載の内部マニホールド型複極式電解エレメントと隔膜とが前記ガスケットを介してスタックされて電解セルが構成されることを特徴とする、内部マニホールド型複極式電解槽。
［１１］
　前記マニホールドが、前記隔膜の外側に配置されている、［１０］に記載の内部マニホールド型複極式電解槽。
［１２］
　前記陽極ターミナルエレメントに、入口配管及び出口配管が接続されている、［１０］又は［１１］に記載の内部マニホールド型複極式電解槽。
［１３］
　［１０］～［１２］のいずれかに記載の内部マニホールド型複極式電解槽を使用することを特徴とする、水素の製造方法。
［１４］
　電解運転時の前記電解セル内の圧力が３～４０００ｋＰａである、［１３］に記載の水素の製造方法。
［１５］
　電力を供給する電源が、風力、太陽光、水力、潮力、波力、海流、及び地熱からなる群から選ばれる少なくとも一つの再生可能エネルギー出力由来の電源である、［１３］又は［１４］に記載の水素の製造方法。
［１６］
　マニホールドを有する内部マニホールド型複極式電解槽に組み込まれるガスケットであり、
　前記マニホールドの表面の少なくとも一部は、マニホールド被覆部材で覆われており、
　前記ガスケットは、前記マニホールド被覆部材と一体化されている
ことを特徴とする、ガスケット。
［１７］
　マニホールドを有する内部マニホールド型複極式アルカリ水電解槽に組み込まれるガスケットであり、
　前記マニホールドの表面の少なくとも一部は、マニホールド被覆部材で覆われており、
　前記ガスケットは、前記マニホールド被覆部材と一体化されている
ことを特徴とする、ガスケット。
［１８］
　前記マニホールド被覆部材が、ゴム材料及びポリテトラフルオロエチレンからなる群から選択される少なくとも１種の材料で構成される、［１６］又は［１７］に記載のガスケット。
［１９］
　前記マニホールド被覆部材が、ゴム材料で構成される、［１６］又は［１７］に記載のガスケット。
　本発明によれば、リーク電流による不純物ガスの発生を抑制でき、負荷変動に応じて電解電流を変動させて出力を制御することができ、長期間高効率及び高純度水素の製造を維持できる。
　その上、工業生産が容易で、部材のメンテナンスが容易であり、電解槽枠一式の交換が不要となるだけでなく、作業時間を大幅に短縮でき、電解停止時間を最小化することができる。
本実施形態の電解装置の一例の概要を示す図である。 本実施形態の電解装置の電解槽の一例の全体を示す図である。 本実施形態の内部マニホールド型電解装置の電解槽における複極式電解エレメントの一例を示す平面図である。 （ａ）図３に示す内部マニホールド型電解装置の電解槽における複極式電解エレメントの一例を線Ａ－Ａに沿う面により切断した時の断面の一部を示す図である。（ｂ）（ａ）に示す複極式電解エレメントに、ガスケットと一体化されたマニホールド被覆部材と樹脂スペーサーとを取り付けた状態を示す図である。 本実施形態のガスケットと一体化されたマニホールド被覆部材の一例を示す図である。 実施例の内部マニホールド型電解槽を、図４と同様に切断した時の断面の一部を示す図である。 実施例及び比較例の内部マニホールド型電解槽を、図４と同様に切断した時の断面の一部を示す図である。
　以下、本発明を実施するための形態（以下、「本実施形態」という）について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
　図１に、本実施形態の電解装置の一例の概要を示す。
（電解装置）
　電解装置７０は、例えば、図１に示すように、複極式電解槽５０と、電解液を循環させるための送液ポンプ７１と、電解液と水素及び／又は酸素とを分離する気液分離タンク７２と、電解により消費した水を補給するための水補給器（図示せず）とを有する。また、より具体的には、本実施形態の電解装置７０は、相互に隔膜４で区画された、陽極２ａを有する陽極室５ａと陰極２ｃを有する陰極室５ｃとを備える。
　本実施形態の電解装置は、水を電気分解するための水電解装置であってもよいし、特にアルカリ水を電気分解するためのアルカリ水電解装置であってもよい。
　初めに、電解装置７０の構成要素のうち、主に複極式電解槽５０について説明する。
　本実施形態の複極式電解槽は、水を電気分解するための複極式水電解槽であってもよいし、特にアルカリ水を電気分解するための複極式アルカリ水電解槽であってもよい。
（電解槽）
　電解槽には単極式と複極式があるが、本実施形態の電解装置７０における電解槽としては、図１等に示すように、工業的に好ましい複極式の電解槽５０を用いる。
　複極式は、多数のセルを電源に接続する方法の１つであり、片面が陽極２ａ、片面が陰極２ｃとなる複数の複極式電解エレメント６０を同じ向きに並べて直列に接続し、両端のみを電源に接続する方法である。
　複極式電解槽５０は、電源の電流を小さくできるという特徴を持ち、電解により化合物や所定の物質等を短時間で大量に製造することができる。電源設備は出力が同じであれば、定電流、高電圧の方が安価でコンパクトになるため、工業的には単極式よりも複極式の方が好ましい。
　図２に、本実施形態の電解装置の電解槽の一例の全体について示す。
　また、図３に本実施形態の電解槽における複極式電解エレメントの一例を平面図で示す。
　図２及び３に示す一例では、複極式電解槽５０は、陽極２ａと、陰極２ｃと、陽極２ａと陰極２ｃとを隔離する隔壁１と、隔壁１を縁取る外枠３とを備える複数の複極式電解エレメント６０が隔膜４を挟んで重ね合わせられている複極式電解槽５０である。
　なお、本実施形態の電解エレメントには、隔膜を介して陽極室と陰極室が形成されているシングルエレメントを含む。具体的には、隔壁と外枠に陽極が保持されたものと隔壁と外枠に陰極が保持されたものとの間に隔膜を挟んでボルトで締め、陰極室と陽極室を内包するエレメントであってもよい。このようなシングルエレメントをスタックすることでも複極式電解槽とすることができる。
　本実施形態では、特に、複極式電解槽５０における、隣接する２つの複極式電解エレメント６０間の互いの隔壁１間における部分、及び、隣接する複極式電解エレメント６０とターミナルエレメントとの間の互いの隔壁１間における部分を電解セル６５と称する。電解セル６５は、一方のエレメントの隔壁１、陽極室５ａ、陽極２ａ、及び、隔膜４、及び、他方のエレメントの陰極２ｃ、陰極室５ｃ、隔壁１を含む。
（（複極式電解エレメント））
　本実施形態の複極式電解槽５０に用いられる複極式電解エレメント６０の一例は、陽極２ａと陰極２ｃとを隔離する隔壁１を備え、隔壁１を縁取る外枠３を備えている。より具体的には、隔壁１は導電性を有し、外枠３は隔壁１の外縁に沿って隔壁１を取り囲むように設けられている。
　本実施形態の複極式電解エレメントは、水を電気分解するための複極式水電解エレメントとして適しており、特にアルカリ水を電気分解するための複極式アルカリ水電解エレメントとしても適している。
　なお、本実施形態の複極式電解エレメント６０では、隔壁１に沿う所与の方向Ｄ１が鉛直方向となるように使用してよく、具体的には、隔壁１の平面視形状が長方形である場合、隔壁１に沿う所与の方向Ｄ１が、向かい合う２組の辺のうちの１組の辺の方向と同じ方向となるように、使用してよい（図３参照）。そして、本明細書では、上記鉛直方向を電解液通過方向とも称する。
　本実施形態の複極式電解槽５０は、図２に示すとおり、複極式電解エレメント６０を必要数積層することで構成されている。
　図２に示す一例では、複極式電解槽５０は、一端からファストヘッド５１ｇ、絶縁板５１ｉ、陽極ターミナルエレメント５１ａが順番に並べられ、更に、ガスケット７の陽極側ガスケット部分、隔膜４、ガスケット７の陰極側ガスケット部分、複極式電解エレメント６０が、この順番で並べて配置される。このとき、複極式電解エレメント６０は、陽極ターミナルエレメント５１ａ側に陰極２ｃを向けるよう配置する。陽極側ガスケット部分から複極式電解エレメント６０までは、設計生産量に必要な数だけ繰り返し配置される。陽極側ガスケット部分から複極式電解エレメント６０までを必要数だけ繰り返し配置した後、再度、陽極側ガスケット部分、隔膜４、陰極側ガスケット部分を並べて配置し、最後に陰極ターミナルエレメント５１ｃ、絶縁板５１ｉ、ルーズヘッド５１ｇがこの順番で配置される。複極式電解槽５０は、全体をタイロッド方式５１ｒ（図２参照）や油圧シリンダー方式等の締め付け機構により締め付けることによりー体化され、複極式電解槽５０となる。
　複極式電解槽５０を構成する配置は、陽極２ａ側からでも陰極２ｃ側からでも任意に選択でき、上述の順序に限定されるものではない。
　図２に示すように、複極式電解槽５０では、複極式電解エレメント６０が、陽極ターミナルエレメント５１ａと陰極ターミナルエレメント５１ｃとの間に配置されている。隔膜４は、陽極ターミナルエレメント５１ａと複極式電解エレメント６０との間、隣接して並ぶ複極式電解エレメント６０同士の間、及び複極式電解エレメント６０と陰極ターミナルエレメント５１ｃとの間に配置されている。
　また、本実施形態における複極式電解槽５０では、隔壁１と外枠３と隔膜４とにより、電解液が通過する電極室５が画成されている。
　図４（ａ）に、図３に示す複極式電解エレメントの一例を線Ａ－Ａに沿う面により切断したときの断面の一部を示す。
　詳細には、電極室５は、外枠３との境界において、電極室５に電解液を導入する電解液入口５ｉと、電極室５から電解液を導出する電解液出口５ｏとを有する。より具体的には、陽極室５ａには、陽極室５ａに電解液を導入する陽極電解液入口５ａｉと、陽極室５ａから導出する電解液を導出する陽極電解液出口５ａｏとが設けられる。同様に、陰極室５ｃには、陰極室５ｃに電解液を導入する陰極電解液入口５ｃｉと、陰極室５ｃから導出する電解液を導出する陰極電解液出口５ｃｏとが設けられる。
　本実施形態では、陽極室５ａ及び陰極室５ｃにおいて、電解液を複極式電解槽５０内部で電極面内に均一に分配するための、内部ディストリビュータを備えてもよい。また、電極室５は、複極式電解槽５０内部での液の流れを制限する機能を備える、バッフル板を備えてもよい。更に、陽極室５ａ及び陰極室５ｃにおいて、複極式電解槽５０内部での電解液の濃度や温度の均一化、及び、電極２や隔膜４に付着するガスの脱泡の促進のために、カルマン渦を作るための突起物を備えてもよい。
　複極式電解槽５０には、ガスや電解液を配液又は集液する管であるマニホールド２０が取り付けられる。詳細には、マニホールド２０は、電極室５に電解液を入れるための入口ヘッダー部２０ｉと、電極室５からガスや電解液を出すための出口ヘッダー部２０ｏとを含み、好適にはこれらからなる。
　マニホールドの配設態様として、代表的には、集合配管（以下、ヘッダーと記載する）が複極式電解槽とは独立しておらず電解槽内部に設けられている内部マニホールド型と、ヘッダーが複極式電解槽とは独立している（電解槽の外部に設けられている）外部マニホールド型とがあるが、本実施形態の複極式電解槽５０では、入口ヘッダー部２０ｉ及び出口ヘッダー部２０ｏのいずれも複極式電解槽５０の内部に設けられている内部マニホールド型を用いる。
　一般に、陽極用配液管は陽極入口ヘッダー部２０ａｉ、陰極用配液管は陰極入口ヘッダー部２０ｃｉ、陽極用集液管は陽極出口ヘッダー部２０ａｏ、陰極用集液管は陰極出口ヘッダー部２０ｃｏと呼ばれる。
　図３に、本実施形態の内部マニホールド型の複極式電解エレメントの一例を平面図で示す。
　また、図４（ａ）に、図３に示す内部マニホールド型の複極式電解エレメントの一例を線Ａ－Ａに沿う面により切断したときの断面の一部を示す。
　図３、図４（ａ）に示す一例では、複極式電解エレメント６０を隔壁１に沿う所与の方向Ｄ１が鉛直方向となるように使用し、隔壁１の端縁にある外枠３の下方に、陽極室５ａに電解液を供給するための陽極入口ヘッダー部２０ａｉと、陰極室５ｃに電解液を供給するための陰極入口ヘッダー部２０ｃｉとを備え、隔壁１の端縁にある外枠３のうちの上方に、陽極室５ａから電解液を排出するための陽極出口ヘッダー部２０ａｏと、陰極室５ｃから電解液を排出するための陰極出口ヘッダー部２０ｃｏとを備えている。
　本実施形態では、入口ヘッダー部２０ｉと出口ヘッダー部２０ｏとは、電解効率の観点から、離れた位置に設けられることが好ましく、電極室５の中央部を挟んで向かい合うように設けられることが好ましく、図３に示すように隔壁１の平面視形状が長方形である場合、長方形の中心に関して対称となるように設けられることが好ましい。
　また、入口ヘッダー部２０ｉ及び出口ヘッダー部２０ｏのいずれも、隔膜４の外側（隔膜４の周囲の任意の箇所）に設けられることが好ましい。マニホールド２０を、隔膜４の内側に設ける（例えば、入口ヘッダー部２０ｉと出口ヘッダー部２０ｏとを、隔膜４の内側に隔膜４を貫通するようにして配置する等）のではなく、隔膜４の外側（例えば、図３に示すように電極室５の外側）に配置することにより、隔膜４を損傷させるおそれがなくなる。
　通常、図３に示すように、陽極入口ヘッダー部２０ａｉ、陰極入口ヘッダー部２０ｃｉ、陽極出口ヘッダー部２０ａｏ、及び陰極出口ヘッダー部２０ｃｏは、各電極室５に１つずつ設けられるが、本実施形態では、これに限定されず、各電極室５にそれぞれ複数設けられてもよい。
　なお、図３、図４（ａ）に示した例では、平面視で長方形形状の隔壁１と平面視で長方形形状の隔膜４とが平行に配置され、また、隔壁１の端縁に設けられる直方体形状の外枠の隔壁１側の内面が隔壁１に垂直となっているため、電極室５の形状が直方体となっている。しかしながら、本発明において、電極室５の形状は、図示の例の直方体に限定されることなく、隔壁１や隔膜４の平面視形状、外枠３の隔壁１側の内面と隔壁１とのなす角度等により、適宜変形されてよく、本発明の効果が得られる限り、いかなる形状であってもよい。
　本実施形態において、マニホールド２０の延在方向は特に限定されないが、本発明の効果を得られやすくする観点から、隔壁１に垂直な方向に延びるヘッダー部があることが好ましく、図３及び図４（ａ）に示す一例のように、すべてのヘッダー部が隔壁１に垂直な方向に延びることがより好ましい。
　なお、本明細書において、隔壁１に垂直な方向に延びるとは、隔壁１に厳密な意味で垂直な方向に延びることを意味するものではなく、隔壁１に垂直な方向に対して、例えば、隔壁１に沿う方向にみて４５°以下の範囲で、傾斜する方向に延びる場合も含むことを意味する。なお、上記傾斜角度は、３０°以下であることが好ましく、１５°以下であることがより好ましい。
　本実施形態において、マニホールド２０の表面の少なくとも一部は、リーク電流による不純物ガスの発生を防止する目的で、ガスケット７と一体化されたマニホールド被覆部材３０で覆われている。
　ここで、マニホールド被覆部材３０とガスケット７の一体化とは、ガスケット７のシール機能と、マニホールド被覆部材３０のマニホールド２０の表面を覆う機能とが１つの部材で有することを指す。
　また、マニホールド被覆部材３０の被覆とは、マニホールド２０の表面（接液面）の少なくとも一部を、その部材で覆うことを指す。マニホールド被覆部材３０が、マニホールド２０の表面の少なくとも一部を覆うことで、マニホールド２０の表面でのリーク電流による不純物ガス発生を防止することができる。マニホールド被覆部材３０は、少なくとも絶縁材料で構成されることが好ましい。
　また、各エレメント間のシール性を更に向上させるために、ガスケット７の外周を囲うようにして、ガスケット７の外側に樹脂スペーサー４０を配置してもよい。
　図４（ｂ）に、図４（ａ）に示す複極式電解エレメント６０の一例に、ガスケット７と一体化されたマニホールド被覆部材３０を取り付けた状態を示す。なお、図示していないが、実際には、陽極出口ヘッダー部２０aｏから陽極室５aに通じる細管があり、陽極出口ヘッダー部２０aｏの表面上の該細管の開口部はマニホールド被覆部材３０で覆っていない状態となっている。
　なお、本実施形態の電解装置７０の複極式電解槽５０では、電解室５内における気液の流れの乱れにより電解室５に生じる対流を低減して、局所的な電解液の温度の上昇を抑制するため、隔壁１に沿う所与の方向Ｄ１に対して平行に配置される複数の整流板６（陽極整流板６ａ、陰極整流板６ｃ）を備えていてもよい（図３、図４参照）。
　整流板６の数、長さ、隔壁１とのなす角度、及び隔壁１に沿う所与の方向Ｄ１に垂直な方向についての一定の間隔（ピッチ）は、本発明の効果が得られる限り、適宜定められてよく、一定でなくてもよい。また、整流板６は、貫通孔を有していてもよく、貫通孔の数及び隔壁１に沿う所与の方向Ｄ１についての一定の間隔（ピッチ）は、本発明の効果が得られる限り、適宜定められてよく、一定でなくてもよい。
　また、整流板６の代わりに、突起及び／又は凹みを備えていてもよい。突起及び／又は凹みの立体形状は、特に限定されず、例えば、波形状、半球状、球状、楕円球状、柱体状、錐体状、錐台体状などの任意の幾何学的形状とすることができる。突起及び／又は凹みは、ある間隔のもと配置することができる。前記突起及び／又は凹みの配置は、６０°千鳥や４５°千鳥、並列など、任意の配列とすることができる。
　本実施形態の電解装置７０の複極式電解槽５０は、特に限定されず、５０～５００個の複極式電解エレメント６０を有することが好ましく、７０～３００個の複極式電解エレメント６０を有することが更に好ましく、１００～２００個の複極式電解エレメント６０を有することが特に好ましい。
　複極式電解エレメント６０の数（対数）が増えると、リーク電流によるガス純度の影響は緩和される一方で、電解液を各電解セル６５に均一に分配することが困難になる。下限未満の場合や上限超の場合には、電力供給を停止した際に生じる自己放電を低減して、電気制御システムの安定化を可能にする効果、及び、高効率での電力の貯蔵、具体的には、ポンプ動力の低減やリーク電流の低減を実現することを可能にする効果の並立が困難になる。
　また、対数が増え過ぎると、複極式電解槽５０の製作が困難になるおそれがあり、製作精度が悪い複極式電解エレメント６０を多数スタックした場合には、シール面圧が不均一になりやすく、電解液の漏れやガス漏洩が生じやすい。
　以下、本実施形態の電解装置７０の複極式電解槽５０の構成要素について詳細に説明する。
　また、以下では、本発明の効果を高めるための好適形態についても詳述する。
－隔壁－
　隔壁１の形状は、所定の厚みを有する板状の形状としてよいが、特に限定されない。
　隔壁１の平面視形状としては、特に限定されることなく、矩形（正方形、長方形等）、円形（円、楕円等）としてよく、ここで、矩形は角が丸みを帯びていてもよい。
　一実施形態において、隔壁１と外枠３とを溶接その他の方法で接合してもよく、例えば、隔壁１に、隔壁１の平面に対して垂直な方向に張り出したフランジ部（陽極２ａ側に張り出した陽極フランジ部、陰極２ｃ側に張り出した陰極フランジ部）を設け、フランジ部を外枠３の一部としてもよい。
　なお、隔壁１は、通常、隔壁１に沿う所与の方向Ｄ１が、鉛直方向となるように、使用してよく、具体的には、図３に示すように隔壁１の平面視形状が長方形である場合、隔壁１に沿う所与の方向Ｄ１が、向かい合う２組の辺のうちの１組の辺の方向と同じ方向となるように、使用してよい。
　隔壁１の材料としては、電力の均一な供給を実現する観点から、導電性を有する材料が好ましく、耐アルカリ性や耐熱性といった面から、ニッケル、ニッケル合金、軟鋼、ニッケル合金上にニッケルメッキを施したものが好ましい。
－電極－
　電解による水素製造において、エネルギー消費量の削減、具体的には電解電圧の低減は、大きな課題である。この電解電圧は電極２に大きく依存するため、両電極２の性能は重要である。
　電解の電解電圧は、理論的に求められる水の電気分解に必要な電圧の他に、陽極反応（酸素発生）の過電圧、陰極反応（水素発生）の過電圧、陽極２ａと陰極２ｃとの電極２間距離による電圧とに分けられる。ここで、過電圧とは、ある電流を流す際に、理論分解電位を越えて過剰に印加する必要のある電圧のことを言い、その値は電流値に依存する。同じ電流を流すとき、過電圧が低い電極２を使用することで消費電力を少なくすることができる。
　低い過電圧を実現するために、電極２に求められる要件としては、導電性が高いこと、酸素発生能（或いは水素発生能）が高いこと、電極２表面で電解液の濡れ性が高いこと等が挙げられる。
　電解の電極２として、過電圧が低いこと以外に、再生可能エネルギーのような不安定な電流を用いても、電極２の基材及び触媒層の腐食、触媒層の脱落、電解液への溶解、隔膜４への含有物の付着等が起きにくいことが挙げられる。
　電極２としては、電解に用いられる表面積を増加させるため、また、電解により発生するガスを効率的に電極２表面から除去するために、多孔体が好ましい。特に、隔膜４が陽極２ａ及び陰極２ｃと接触したゼロギャップ構造Ｚの電解槽の場合、電極２の隔膜４に接する面の裏側から発生するガスを脱泡する必要があるため、電極２の隔膜４との接触面と反対に位置する面が、貫通していることが好ましい。
　多孔体の例としては、平織メッシュ、パンチングメタル、エキスパンドメタル、金属発泡体等が挙げられる。
　電極２は、基材そのものとしてもよく、基材の表面に反応活性の高い触媒層を有するものとしてもよいが、基材の表面に反応活性の高い触媒層を有するものが好ましい。
　基材の材料は、特に制限されないが、使用環境への耐性から、軟鋼、ステンレス、ニッケル、ニッケル基合金が好ましい。
　陽極２ａの触媒層は、酸素発生能が高いものであることが好ましく、ニッケルやコバルト、鉄もしくは白金族元素等を使用することができる。これらは、所望の活性や耐久性を実現するために、金属単体や、酸化物等の化合物、複数の金属元素からなる複合酸化物や合金、或いはそれらの混合物として、触媒層を形成できる。耐久性や基材との接着性を向上させるために高分子等の有機物が含まれていてもよい。
　陰極２ｃの触媒層は、水素発生能が高いものであることが好ましく、ニッケルやコバルト、鉄もしくは白金族元素等を使用することができる。これらは、所望の活性や耐久性を実現するために、金属単体や、酸化物等の化合物、複数の金属元素からなる複合酸化物や合金、或いはそれらの混合物として、触媒層を形成できる。耐久性や基材との接着性を向上させるために高分子材料等の有機物が含まれていてもよい。
　基材上に触媒層を形成させる方法としては、めっき法、プラズマ溶射法等の溶射法、基材上に前駆体層溶液を塗布した後に熱を加える熱分解法、触媒物質をバインダー成分と混合して基材に固定化する方法、及び、スパッタリング法等の真空成膜法といった手法が挙げられる。
－外枠－
　外枠３の形状は、隔壁１を縁取ることができる限り特に限定されないが、隔壁１の平面に対して垂直な方向に沿う内面を隔壁１の外延に亘って備える形状としてよい。
　外枠３の形状としては、特に限定されることなく、隔壁１の平面視形状に合わせて適宜定められてよい。
　外枠３の材料としては、導電性を有する材料が好ましく、耐アルカリ性や耐熱性といった面から、ニッケル、ニッケル合金、軟鋼、ニッケル合金上にニッケルメッキを施したものが好ましい。
－隔膜－
　電解装置７０の複極式電解槽５０において用いられる隔膜には、イオンを導通しつつ、発生する水素ガスと酸素ガスを隔離するために、イオン透過性の隔膜４が使用される。このイオン透過性の隔膜４としては、イオン交換能を有するイオン交換膜と、電解液を浸透することができる多孔膜が挙げられる。このイオン透過性の隔膜４は、ガス透過性が低く、イオン伝導率が高く、電子電導度が小さく、強度が強いものが好ましい。
－－多孔膜－－
　多孔膜は、複数の微細な貫通孔を有し、隔膜４を電解液が透過できる構造を有する。電解液が多孔膜中に浸透することにより、イオン伝導を発現するため、孔径や気孔率、親水性といった多孔構造の制御が非常に重要となる。一方、電解液だけでなく、発生ガスを通過させないこと、すなわちガスの遮断性を有することが求められる。この観点でも多孔構造の制御が重要となる。
　多孔膜は、複数の微細な貫通孔を有するものであるが、高分子多孔膜、無機多孔膜、織布、不織布等が挙げられる。これらは公知の技術により作製することができる。
　高分子多孔膜の製法例としては、相転換法（ミクロ相分離法）、抽出法、延伸法、湿式ゲル延伸法等が挙げられる。
　多孔膜は、高分子材料と親水性無機粒子とを含むことが好ましい。親水性無機粒子が存在することによって多孔膜に親水性を付与することができる。
　多孔膜の厚みは、特に限定されないが、２００μｍ以上７００μｍ以下であることが好ましい。多孔膜の厚みが、２００μｍ以上であれば、一層優れたガス遮断性が得られ、また、衝撃に対する多孔膜の強度が一層向上する。この観点より、多孔膜の厚みの下限は、３００μｍ以上であることがより好ましく、３５０μｍ以上であることが更に好ましく、４００μｍ以上であることがより一層好ましい。一方で、多孔膜の厚みが、７００μｍ以下であれば、運転時に孔内に含まれる電解液の抵抗によりイオンの透過性を阻害されにくく、一層優れたイオン透過性を維持すことができる。かかる観点から、多孔膜の厚みの上限は、６００μｍ以下であることがより好ましく、５５０μｍ以下であることが更に好ましく、５００μｍ以下であることがより一層好ましい。特に、高分子材料が、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン及びポリフェニルスルホンからなる群より選ばれる少なくとも１種を含むものである場合に、かかる効果は一層向上する。
－－イオン交換膜－－
　イオン交換膜としては、カチオンを選択的に透過させるカチオン交換膜とアニオンを選択的に透過させるアニオン交換膜とがあり、いずれの交換膜でも使用することができる。
　イオン交換膜の材質としては、特に限定されず、公知のものを用いることができる。例えば、含フッ素系樹脂やポリスチレン・ジビニルベンゼン共重合体の変性樹脂が好適に使用できる。特に耐熱性及び耐薬品性等に優れる点で、含フッ素系イオン交換膜が好ましい。
　含フッ素系イオン交換膜としては、電解時に発生するイオンを選択的に透過する機能を有し、かつイオン交換基を有する含フッ素系重合体を含むもの等が挙げられる。ここでいうイオン交換基を有する含フッ素系重合体とは、イオン交換基、又は、加水分解によりイオン交換基となり得るイオン交換基前駆体を有する含フッ素系重合体をいう。例えば、フッ素化炭化水素の主鎖を有し、加水分解等によりイオン交換基に変換可能な官能基をペンダント側鎖として有し、かつ溶融加工が可能な重合体等が挙げられる。
　イオン交換膜が有するイオン交換基としては、スルホン酸基、カルボン酸基、リン酸基等のカチオン交換基、４級アンモニウム基等のアニオン交換基が挙げられる。
　イオン交換膜は、イオン交換基の当量質量ＥＷを調整することによって、優れたイオン交換能と親水性を付与することができる。また、より小さなクラスター（イオン交換基が水分子を配位及び／又は吸着した微小部分）を数多く有するように制御でき、耐アルカリ性やイオン選択透過性が向上する傾向にある。
　この当量質量ＥＷは、イオン交換膜を塩置換し、その溶液をアルカリ又は酸溶液で逆滴定することにより測定することができる。当量質量ＥＷは、原料であるモノマーの共重合比、モノマー種の選定等により調整することができる。
　イオン交換膜の当量質量ＥＷは、親水性、膜の耐水性の観点から３００以上であることが好ましく、親水性、イオン交換能の観点から１３００以下であることが好ましい。
　イオン交換膜の厚みは、特に制限されないが、イオン透過性や強度の観点から、５～５００μｍの範囲が好ましい。
　イオン交換膜は、表面の親水性を向上させる目的で、表面処理を施してもよい。具体的には、酸化ジルコニウム等の親水性無機粒子をコーティングする方法や、表面に微細な凹凸を付与する方法等が挙げられる。
　イオン交換膜は、膜強度の観点から、補強材と共に用いることが好ましい。補強材としては、特に限定されず、一般的な不織布や織布、各種素材からなる多孔膜が挙げられる。この場合の多孔膜としては、特に限定されないが、延伸されて多孔化したポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）系膜が好ましい。
（（ゼロギャップ構造））
　隔膜４が陽極２ａ及び陰極２ｃと接触したゼロギャップ型セルにおける複極式電解エレメント６０では、極間距離を小さくする手段として、電極２と隔壁１との間に弾性体であるバネを配置し、このバネで電極２を支持する形態をとることが好ましい。例えば、第１の例では、隔壁１に導電性の材料で製作されたバネを取り付け、このバネに電極２を取り付けてよい。また、第２の例では、隔壁１に取り付けた電極リブにバネを取り付け、そのバネに電極２を取り付けてよい。なお、このような弾性体を用いた形態を採用する場合には、電極２が隔膜４に接する圧力が不均一にならないように、バネの強度、バネの数、形状等必要に応じて適宜調節する必要がある。
　また、弾性体を介して支持した電極２の対となるもう一方の電極２の剛性を強くすることで、押しつけても変形の少ない構造としている。―方で、弾性体を介して支持した電極２については、隔膜４を押しつけると変形する柔軟な構造とすることで、電解セル６５の製作精度上の公差や電極２の変形等による凹凸を吸収してゼロギャップを保つことができる。
　本実施形態の電解システム７０の複極式電解槽５０では、陰極２ｃ又は陽極２ａと隔壁１との間に、導電性弾性体２ｅ及び集電体２ｒが、導電性弾性体２ｅが陰極２ｃ又は陽極２ａと集電体２ｒとに挟まれるように、設けられている。
－集電体－
　集電体２ｒは、その上に積層される導電性弾性体２ｅや電極２へ電気を伝えるとともに、それらから受ける荷重を支え、電極２から発生するガスを隔壁１側に支障なく通過させる役割がある。従って、この集電体２ｒの形状は、エキスパンドメタルや打ち抜き多孔板等が好ましい。この場合の集電体２ｒの開口率は、電極２から発生した水素ガスを支障なく隔壁１側に抜き出せる範囲であることが好ましい。しかし、あまり開口率が大きいと強度が低下する、或いは導電性弾性体２ｅへの導電性が低下する等の問題が生ずる場合があり、小さすぎるとガス抜けが悪くなる場合がある。
　集電体２ｒの材質は、導電性と耐アルカリ性の面からニッケル、ニッケル合金、ステンレススチール、軟鋼等が利用できるが、耐蝕性の面からニッケル或いは軟鋼やステンレススチールニッケル合金上にニッケルメッキを施したものが好ましい。
－導電性弾性体－
　導電性弾性体２ｅは、集電体２ｒと電極２の間にあって集電体２ｒ及び電極２と接しており、電気を電極２に伝えること、電極２から発生したガスの拡散を阻害しないことが必須要件である。ガスの拡散が阻害されることにより、電気的抵抗が増加し、また電解に使用される電極２面積が低下することで、電解効率が低下するためである。そして最も重要な役割は、隔膜４を損傷させない程度の適切な圧力を電極２に均等に加えることで、隔膜４と電極２とを密着させることである。
　導電性弾性体２ｅとしては、通常公知のものが使用でき、例えば、線径０．０５～０．５ｍｍ程度のニッケル製ワイヤーを織ったものを波付け加工したクッションマットが、ゼロギャップ構造を維持しやすいため、好ましい。
－電極室－
　複極式電解槽５０では、隔壁１と外枠３と隔膜４とにより、電解液が通過する電極室５が画成されている。
　本実施形態の複極式電解槽５０において、マニホールドの配設態様は内部マニホールド型であるところ、陽極２ａ及び陰極２ｃ自身が占める空間も電極室５の内部にある空間であるものとしてよい。
－整流板－
　電解装置７０の複極式電解槽５０では、隔壁１に整流板６（陽極整流板６ａ、陰極整流板６ｃ）が取り付けられ、整流板６が電極２と物理的に接続されていることが好ましい。かかる構成によれば、整流板６が電極２の支持体となり、ゼロギャップ構造Ｚを維持しやすい。
　ここで、整流板６に、電極２が設けられていてもよく、整流板６に、集電体２ｒ、導電性弾性体２ｅ、電極２がこの順に設けられていてもよい。
　図４（ａ）に示す複極式電解エレメント６０の一例では、陰極室５ｃにおいて、整流板６ｃ－集電体２ｒ－導電性弾性体２ｅ－電極２ｃの順に重ね合わせられた構造が採用され、陽極室５ａにおいて、整流板６ａ－電極２ａの順に重ね合わせられた構造が採用されている。本発明では上記構造に限定されることなく、陽極室５ａにおいても「整流板６ａ－集電体２ｒ－導電性弾性体２ｅ－電極２ａ」の構造が採用されてもよい。
　整流板６（陽極整流板６ａ、陰極整流板６ｃ）には、陽極２ａ又は陰極２ｃを支える役割だけでなく、電流を隔壁１から陽極２ａ又は陰極２ｃへ伝える役割を備えることが好ましい。
　また、整流板６の少なくとも一部が導電性を備えことが好ましく、整流板６全体が導電性を備えことがより好ましい。かかる構成によれば、電極たわみによるセル電圧の上昇を抑制することができる。
　整流板６の材料としては、一般的に導電性の金属が用いられる。例えば、ニッケルメッキを施した軟鋼、ステンレススチール、ニッケル等が利用できる。
　隣接する陽極整流板６ａ同士の間隔、又は隣接する陰極整流板６ｃ同士の間隔は、電解圧力や陽極室５ａと陰極室５ｃの圧力差等を勘案して決められる。
－マニホールド－
　複極式電解槽５０は、電解セル６５毎に、陰極室５ｃ、陽極室５ａを有する。複極式電解槽５０で電気分解反応を連続的に行うためには、各電解セル６５の陰極室５ｃと陽極室５ａとに電気分解によって消費される原料を十分に含んだ電解液を供給し続ける必要がある。
　電解セル６５は、複数の電解セル６５に共通するマニホールド２０と呼ばれる電解液の給排配管と繋がっている。マニホールド２０は、入口ヘッダー部２０ｉ及び出口ヘッダー部２０ｏを有し、陽極入口ヘッダー部２０ａｉと、陰極入口ヘッダー部２０ｃｉと、陽極出口ヘッダー部２０ａｏと、陰極出口ヘッダー部２０ｃｏとからなることが好ましい。
　マニホールド２０の材質は、特に限定されないが、使用する電解液の腐食性、圧力や温度等の運転条件に十分耐え得るものを採用する必要がある。マニホールド２０の材質として、例えば、鉄、ニッケル、コバルト等の金属等が挙げられる。
　複極式電解槽５０のマニホールド２０の配設態様としては、内部マニホールド型及び外部マニホールド型が代表的であるが、本実施形態では、内部マニホールド型を用いる。
－－内部マニホールド型－－
　内部マニホールド型とは、電解槽とマニホールドとが独立しておらず、マニホールドが複極式電解槽の内部に設けられている形式をいう。
　内部マニホールド型では、外部マニホールド型のようにノズルを用いる必要がないため、ノズル同士が干渉するという問題が生じなくなり、その解消ための電解セルの肥大化が回避されて電解セルを薄型化することができる。更に、外部マニホールド型よりも耐圧性が増すため、加圧運転にも対応可能となる。
　本実施形態の内部マニホールド型の複極式電解槽５０では、具体的には、陽極入口ヘッダー部２０ａｉ及び陰極入口ヘッダー部２０ｃｉが、電極室５（隔壁１）の内部及び／又は外部に設けられ、陽極出口ヘッダー部２０ａｏ及び陰極出口ヘッダー部２０ｃｏが、電極室５（隔壁１）の内部及び／又は外部に設けられる。これらの配置の中でも、すべてのヘッダー部について、隔膜４の内側に設ける（例えば、入口ヘッダー部２０ｉと出口ヘッダー部２０ｏとを、隔膜４の内側に隔膜４を貫通するようにして配置する等）のではなく、隔膜４の外側（例えば、図３に示すように電極室５の外側）に配置することが、隔膜４を損傷させるおそれがないため、好ましい。
　また、各ヘッダー部の延在方向は、特に限定されないが、本発明の効果を得られやすくする観点から、陽極入口ヘッダー部２０ａｉ、陰極入口ヘッダー部２０ｃｉ、陽極出口ヘッダー部２０ａｏ、及び陰極出口ヘッダー部２０ｃｏは、隔壁１に垂直な方向に延びるものがあることが好ましく、図３及び図４（ａ）に示す一例のように、いずれもが隔壁１に垂直な方向に延びることがより好ましい。
　ヘッダー部の流路断面の形状は、特に限定されず、丸形、矩形、楕円形等が挙げられる。
　ヘッダー部の流路断面積は、流路の圧損や流路閉塞を考慮して自由に設計できる。
　各エレメントをスタックする際、エレメント間のシール性を高めるため、各ヘッダー部の周囲にガスケット７を配置する。
　また、内部マニホールド型の複極式電解槽５０では、構造的に各エレメントがリーク電流に大きく影響される。本実施形態では、リーク電流による不純物ガスの発生を防止する目的で、マニホールド２０の表面（接液面）の少なくとも一部を、ガスケット７と一体化されたマニホールド被覆部材３０で保護する。マニホールド２０の表面の保護は、入口ヘッダー部２０ｉと出口ヘッダー部２０ｏの両方に施すことで、その効果を高めることができる。
　なお、内部マニホールド型複極式電解槽５０では、その内部に電解によって発生した気体と、電解液を分離する気液分離ボックスを有してもよい。気液分離ボックスの取付位置は、特に限定されないが、陽極室５ａと陽極出口ヘッダー部２０ａｏとの間や、陰極室５ｃと陰極出口ヘッダー部２０ｃｏとの間であってもよい。
　気液分離ボックスの表面は、電解液の腐食性や、圧力や温度等の運転条件に十分耐えうる材質のコーティング材料で、覆われていてもよい。コーティング材料の材質は、電解槽内部での漏洩電流回路の電気抵抗を大きくする目的で、絶縁性のものを採用してもよい。コーティング材料の材質としては、例えばエチレン－プロピレン－ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ、ＰＦＡ、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン等が挙げられる。
－ガスケット－
　複極式電解槽５０では、隔壁１を縁取る外枠３同士の間に隔膜４を有するガスケット７が挟持される。
　ガスケット７は、各エレメントと隔膜４との間及び各エレメント間を、電解液と発生ガスに対してシールするために使用され、電解液や発生ガスの複極式電解槽５０外への漏れや両電極室間におけるガスの混合を防ぐことができる。
　ガスケット７の一般的な構造としては、エレメントの枠体に接する面に合わせて、電極面をくり抜いた四角形状又は環状である。このようなガスケット２枚で隔膜４を挟み込む形でエレメント間に隔膜４をスタックさせることができる。更に、ガスケット７は、隔膜４を保持できるように、隔膜４を収容することが可能なスリット部を備え、収容された隔膜４がガスケット７両表面に露出することを可能にする開口部を備えることも好ましい。これにより、ガスケット７は、隔膜４の縁部をスリット部内に収容し、隔膜４の縁部の端面を覆う構造がとれる。したがって、隔膜４の端面から電解液やガスが漏れることをより確実に防止できる。
　ガスケット７の材質としては、特に制限されるものではなく、絶縁性を有する公知のゴム材料や樹脂材料等を選択することができる。
　ゴム材料や樹脂材料としては、具体的には、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）、シリコーンゴム（ＳＲ）、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）、フッ素ゴム（ＦＲ）、イソブチレン－イソプレンゴム（ＩＩＲ）、ウレタンゴム（ＵＲ）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）等のゴム材料、ＰＴＦＥやＰＦＡ、ＥＴＦＥ、クロロトリフルオエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）等のフッ素樹脂材料や、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアセタール等の樹脂材料を用いることができる。これらの中でも、弾性率や耐アルカリ性の観点でＥＰＤＭ、ＦＲが特に好適である。これらは１種単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
　ガスケット７は、補強材が埋設されていてもよい。これにより、スタック時に枠体に挟まれて押圧されたときに、ガスケット７が潰れることを抑制でき、破損を防止し易くできる。
　このような補強材は公知の金属材料及びその酸化物、樹脂材料、炭素材料等が使用でき、具体的には、ニッケル、ステンレス等の金属、アルミナ、酸化ジルコニウム等の金属酸化物、ナイロン、ポリプロピレン、ＰＶＤＦ、ＰＴＦＥ、ＰＰＳ等の樹脂、カーボン粒子や炭素繊維等の炭素材料が挙げられる。
　ガスケット７のサイズは、特に制限されるものではなく、電極室５や隔膜４の寸法に合わせて設計すればよいが、幅を１０～４０ｍｍにするのがよい。
　また、ガスケット７がスリット部を備える場合、スリット部のサイズはスリットの内寸が膜のサイズより縦横で０．５～５ｍｍ大きくなるようにするのがよい。
　ガスケット７の厚みは、特に制限されるものではなく、ガスケット７の材質や弾性率、セル面積に応じて設計されるが、１．０～１０ｍｍが好ましく、３．０～１０ｍｍがより好ましい。
　また、ガスケット７がスリット部を備える場合、スリット部の開口幅としては、隔膜４の厚みの０．５～１．０倍としてよい。
　ガスケット７の弾性率は、特に制限されるものではなく、電極２の材質やセル面積に応じて設計される。好ましい弾性率の範囲としては、１００％変形時の引張応力で、０．２０～２０ＭＰａの範囲が好ましく、シーリング特性やスタック時のセル強度の観点から、１．０～１０ＭＰａの範囲がより好ましい。
　なお、引張応力は、ＪＩＳ　Ｋ６２５１に準拠して、測定することができる。例えば、島津製作所社製のオートグラフＡＧを用いてよい。
　特に、ガスケット７の厚みが３．０～１０ｍｍであり、１００％変形時の引張応力で１．０～１０ＭＰａであることが、電極たわみによるセル電圧の上昇を抑制する観点、また、シーリング特性やスタック時のセル強度の観点から、好ましい。
　電解装置７０においては、ガスケット７の表面を絶縁性の樹脂シート（例えば、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂等）で覆うことが好ましい。このようにすることにより、エレメント間で相互に絶縁された状態となるため、通電工程（電解液の電気分解が行われる工程）で各エレメントに蓄積された電荷が、停止工程（電解液の電気分解が停止している工程）において他のエレメントに影響することを抑制することができる。
　各エレメントは、シール対象に応じて複数のガスケットを配置してもよい。例えば、ガスケット７は、電極室５をシールする電極室ガスケットと、マニホールド２０をシールするマニホールドガスケットとを別に配置してもよい。
　マニホールド被覆部材はいずれかのガスケットと一体化されてれいればよい。すべてのマニホールド被覆部材が同一のガスケットと一体化されていてもよいし、各々のマニホールド被覆部材がそれぞれ別のガスケットと一体化されていてもよい。メンテナンス性の観点から、ガスケットの枚数は少ないほうが好ましい。
　また、更に、ガスケット７の外周を囲うようにして、ガスケット７の外側に樹脂スペーサー４０を配置してもよい。樹脂スペーサー４０を用いることで、ガスケット７のクリープやはみ出しによる隔膜損傷を防ぐことができる。
　図４（ｂ）に、ガスケット７及び樹脂スペーサー４０を複極式電解エレメント６０に取り付けた状態の一例を示す。
　電極室ガスケット、マニホールドガスケット、樹脂スペーサー４０の材質は、シール対象により適宜選択することができる。
　樹脂スペーサー４０は、ガスケット７よりも圧縮弾性率が大きいことが好ましい。樹脂スペーサー４０の圧縮弾性率がガスケット７の圧縮弾性率よりも大きいと、長期的な電解においてガスケット７にクリープが発生した場合でも、エレメント間の距離が一定に保たれやすく、ガスケット７及び樹脂スペーサー４０のシール面圧のバランスが保たれやすい。
　なお、圧縮弾性率は、ＪＩＳ　Ｋ　６２５４規格に準拠して、測定することができる。例えば、島津製作所社製のオートグラフを用いてよい。
－マニホールド被覆部材－
　本実施形態の複極式電解槽５０では、リーク電流による不純物ガスの発生を防止する目的で、マニホールド２０の表面（接液面）の少なくとも一部が、ガスケット７と一体化されたマニホールド被覆部材３０で覆われて保護されている。
　なお、本明細書において、マニホールドの表面の少なくとも一部が覆われているとは、電極室に通じる細管の開口部を除いたマニホールドの表面の少なくとも一部が覆われていることを意味する。
　マニホールド被覆部材３０は、ガスケット７と一体化しているため、独立して存在している場合と比較して、ガスケット７との間やマニホールド２０との間等に隙間ができにくく、ガス純度の悪化（リーク電流による不純物ガスの発生）が生じにくくなる。また、ガスケット７と一体化されていると、独立して存在している場合と比較して、部材点数が少なくなるため、組み立ておよびメンテナンスが容易になり、作業時間（電解停止期間）を短縮できる。
　また、マニホールド被覆部材３０は、マニホールド２０から脱着可能であることが好ましい。すなわち、マニホールド被覆部材３０は、ガスケット７を複極式電解槽５０から脱着する際に、一体化された状態のまま一緒に脱着可能であることが好ましい。脱着可能であることにより、メンテナンスの際、マニホールド被覆部材３０のみを容易に交換することが可能となる。これに対し、例えば、脱着できない樹脂ライニングをマニホールド２０に施した場合では、界面剥離等の不具合が発生した際、セル一式の交換が必要になり、メンテナンスの負荷が大きい場合がある。一般的にセル交換の期間中は電解設備の停止期間が発生するため、メンテナンス性を向上することで電解槽の稼働率が低下してしまう問題を解決可能である。
　本実施形態のマニホールド２０において、陽極入口ヘッダー部２０ａｉ、陰極入口ヘッダー部２０ｃｉ、陽極出口ヘッダー部２０ａｏ、及び陰極出口ヘッダー部２０ｃｏのいずれかのヘッダー部の表面の少なくとも一部がマニホールド被覆部材３０で覆われていればよいが、リーク電流による不純物ガスの発生をより効率的に防止する観点から、陽極入口ヘッダー部２０ａｉと陽極出口ヘッダー部２０ａｏの表面の少なくとも一部がマニホールド被覆部材３０で覆われていることが好ましく、これらすべてのヘッダー部の表面の少なくとも一部がマニホールド被覆部材３０で覆われていることが更に好ましい。
　図５に、本実施形態のガスケット７と一体化されたマニホールド被覆部材３０の一例を示す。図５は、マニホールドの陽極入口ヘッダー部２０ａｉを被覆する陽極入口マニホールド被覆部材３０ａｉと、陽極出口ヘッダー部２０ａｏを被覆する陽極出口マニホールド被覆部材３０ａｏと、マニホールドの陰極入口ヘッダー部２０ｃｉを被覆する陰極入口マニホールド被覆部材３０ｃｉと、陰極出口ヘッダー部２０ｃｏを被覆する陰極出口マニホールド被覆部材３０ｃｏとが、各１つずつガスケット７に一体化されている例である。なお、マニホールド被覆部材３０において、マニホールド２０の表面上の電極室に通じる細管の開口部に対応する部分は、同様に開口しているが、図５では省略している。
　ガスケット７と一体化されたマニホールド被覆部材３０は、エレメントごとに装着されて、該エレメントのマニホールド２０（ヘッダー部）の表面の少なくとも一部を覆っていればよい。すなわち、本実施形態の複極式電解槽５０は、マニホールド被覆部材３０によってマニホールド２０の全表面が覆われているエレメントと、マニホールド２０の表面の一部はマニホールド被覆部材３０によって覆われ、残りの部分はマニホールド２０の表面（金属面等）が露出しているエレメントと、マニホールド２０の表面がマニホールド被覆部材３０によって全く覆われていない、マニホールド２０の全表面（金属面等）が露出しているエレメントとからなる群から選ばれる少なくとも１種のエレメントで構成されている。
　マニホールド被覆部材３０の使用個数が多いほど、リーク電流による不純物ガス発生の抑制効果は高まる傾向にある。
　本実施形態の複極式電解槽５０では、リーク電流による不純物ガスの発生を効率的に防止する観点から、複極式電解槽５０に備えられたすべてのマニホールド２０の表面積の合計を１００％としたときに、マニホールド被覆部材３０によって被覆された表面積の割合（表面被覆率）が、１３～１００％であることが好ましく、より好ましくは２５～１００％、更に好ましくは５０～１００％である。
　特に、各ターミナルエレメント（陰極ターミナルエレメント５１ｃ又は陽極ターミナルエレメント５１ａ）に備えられたマニホールド２０の表面積における、マニホールド被覆部材３０よって被覆された表面積の割合（表面被覆率）は、リーク電流による不純物ガス発生の抑制効果及びメンテナンス性の観点から、１３～１００％であることが好ましく、より好ましくは２５～１００％、更に好ましくは５０～１００％である。
　また、すべての中枠エレメント（陰極ターミナルエレメント５１ｃ及び陽極ターミナルエレメント５１ａ以外のエレメント）に備えられたマニホールド２０の合計表面積における、マニホールド被覆部材３０によって被覆された表面積の割合（表面被覆率）は、リーク電流による不純物ガス発生の抑制効果及びメンテナンス性の観点から、１３～１００％であることが好ましく、より好ましくは２５～１００％、更に好ましくは５０～１００％である。
　また、特に、個々の中枠エレメントに備えられたマニホールド２０の表面積における、マニホールド被覆部材３０によって被覆された表面積の割合（表面被覆率）は、リーク電流による不純物ガスの発生抑制効果及びメンテナンス性の観点から、１３～１００％であることが好ましく、より好ましくは２５～１００％、更に好ましくは５０～１００％である。
　なお、上記表面被覆率は、電極室に通じる細管の開口部を除いたマニホールド２０の表面について算出するものとする。また、ターミナルエレメントに接続されている入口配管及び出口配管は、マニホールド２０には含まれない。
　図４（ｂ）に、ガスケット７と一体化されたマニホールド被覆部材３０及び上述の樹脂スペーサー４０を複極式電解エレメント６０に取り付けた状態の一例を示す。図４（ｂ）では、マニホールド被覆部材３０（３０aｏ）により陽極出口ヘッダー部２０aｏの表面が１００％被覆されている。
　ガスケット７と一体化されたマニホールド被覆部材３０は、リーク電流による不純物ガスの発生を防止する観点から、少なくとも１つのエレメントに装着されていることが好ましく、少なくとも陰極ターミナルエレメント５１ｃに装着されていることがより好ましく、少なくとも陰極ターミナルエレメント５１ｃ及び陽極ターミナルエレメント５１ａに装着されていることが更に好ましく、陰極ターミナルエレメント５１ｃ、陽極ターミナルエレメント５１ａ、及び中枠エレメントの一部に装着されていることがより更に好ましく、すべてのエレメントに装着されていることが特に好ましい。
　マニホールド被覆部材３０の材質としては、特に制限されるものではないが、ガスケット７と同様に、絶縁性を有する公知のゴム材料や樹脂材料等の絶縁材料を少なくとも含むことが好ましい。
　マニホールド被覆部材３０の材質としては、具体的には、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）、シリコーンゴム（ＳＲ）、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）、フッ素ゴム（ＦＲ）、イソブチレン－イソプレンゴム（ＩＩＲ）、ウレタンゴム（ＵＲ）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）等のゴム材料、ＰＴＦＥやＰＦＡ、ＥＴＦＥ、クロロトリフルオエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）等のフッ素樹脂材料や、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアセタール等の樹脂材料等が挙げられる。これらは１種単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。部材の製作容易さと耐アルカリ性の観点から、ゴム材料及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる群から選択される少なくとも１種の材料で構成されることが好ましい。樹脂材料と比較してひび割れしにくく、クリープ特性がよいため、耐久性が高い点と、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）と比較して柔らかくマニホールドの表面を覆う際の追従性が高い点から、ゴム材料がより好ましく、ＥＰＤＭ、ＦＲが特に好適である。
　マニホールド被覆部材３０の弾性率は、特に制限されるものではなく、マニホールド２０の形状やガスケット７の材質に応じて設計される。好ましい弾性率の範囲としては、１００％変形時の引張応力で、０．２０～２０ＭＰａの範囲が好ましく、マニホールド２０の表面を覆う際の追従性や、部材強度の観点から、１．０～１０ＭＰａの範囲がより好ましく、１．０～５．０ＭＰａの範囲がさらに好ましい。
　なお、引張応力は、ＪＩＳ　Ｋ６２５１に準拠して、測定することができる。例えば、島津製作所社製のオートグラフＡＧを用いてよい。試験温度は、ＪＩＳ　Ｋ　６２５０の６．１（試験室の標準温度２３±２℃）に準拠する。
　マニホールド被覆部材３０の厚みは、特に制限されず、マニホールド２０のサイズ、ガスケット７の厚み等に応じて定められてよいが、部材の製作容易さおよびハンドリング性の観点から、０．５～１０ｍｍが好ましく、より好ましくは１．０～８．０ｍｍ、更に好ましくは２．０～６．０ｍｍである。
　ガスケット７と一体化されたマニホールド被覆部材３０の製作方法としては、特に限定されず、既存の方法を用いることができる。例えば、金型にて一体で成形する方法や、ガスケット７とマニホールド被覆部材３０をそれぞれ製作後に接合することなどが挙げられる。
　続いて、電解装置７０の構成要素のうち、主に複極式電解槽５０以外について説明する。
－送液ポンプ－
　送液ポンプ７１としては、特に限定されず、適宜定められてよい。
　本実施形態の電解装置７０に使用することができる送液ポンプ７１として、陰極室５ｃへ送液するための陰極側送液ポンプ、陽極室５ａへ送液するための陽極側送液ポンプを有することができ、それぞれ別々に稼働することができる。
－気液分離タンク－
　気液分離タンク７２は、電解液と水素ガスとを分離する水素分離タンク７２ｈと、電解液と酸素ガスとを分離する酸素分離タンク７２ｏとを含む。
　水素分離タンク７２ｈは陰極室５ｃに接続され、酸素分離タンク７２ｏは陽極室５ａに接続されて用いられる。
－水補給器－
　電解装置７０において用いる水補給器としては、特に限定されず、適宜定められてよい。
　水としては、一般上水を使用してもよいが、長期間に亘る運転を考慮した場合、イオン交換水、ＲＯ水、超純水等を使用することが好ましい。
－電解電源－
　電解装置７０は、電解電源（整流器）７４を備えている。更に、複極式電解槽５０と電解電源７４とを含む電気回路が形成されていてよい。また、電解装置７０では、複極式電解槽５０に接続される外部負荷を備えていてよい。特に、本実施形態では、電気回路及び外部負荷を備えていることが好ましい。
　具体的には、図１の例では、複極式電解槽５０中の端部となる電解セル６５の陽極２ａと、電解電源７４の正極とがケーブルで接続され、また、複極式電解槽５０中の端部となる電解セル６５の陰極２ｃと、電解電源７４の負極とがケーブルで接続されているが、当該ケーブル間を外部負荷と開閉器とで接続してもよい。これにより、例えば、停止工程において、電解電源７４が停止している状態で開閉器を閉じることにより、複極式電解槽５０（全ての電解セル６５）と外部負荷との回路を形成することができる。また、外部負荷は、複極式電解槽５０の電解セル６５の全体と接続してもよく、また、電解セル６５のうちの一部と接続してもよい。これにより、例えば、停止工程において、複極式電解槽５０のうちの一部の電解セル６５と外部負荷との回路を形成することができる。
－貯留タンク－
　電解装置７０では、電解液を貯留する貯留タンクを有することができる。また、当該貯留タンクは、複極式電解槽５０よりも鉛直方向上方に位置することが好ましい。貯留タンクと複極式電解槽５０とを配管等で接続することで、重力を利用して貯留タンク内の電解液を電解槽へ注入することができる。また当該配管等にバルブ等を設けることで流量を適切に調節することもできる。
－入出口配管－
　電解装置７０では、複極式電解槽５０に電解液を供給する入口配管と、複極式電解槽５０から電解液を排出する出口配管とを有し、それぞれ貯留タンク等に接続している。入口配管及び出口配管は、電解液の流量を適切に調節するためのバルブ等を有していてもよい。
　入口配管及び出口配管は、リーク電流によるガス純度悪化抑制の観点から、いずれも複極式電解槽５０の陽極ターミナルエレメント５１ａに接続されていることが好ましい。
－その他－
　電解装置７０は、複極式電解槽５０、送液ポンプ７１、気液分離タンク７２、水補給器、電解電源７４、貯留タンク、入出口配管以外にも、酸素濃度計７５、水素濃度計７６、流量計７７、圧力計７８、熱交換器７９、圧力制御弁８０等を備えてよい（図１参照）。
　また、電解装置７０は、更に、電力供給の停止を検知する検知器、及び、送液ポンプ７１を自動停止する制御器を備えることが好ましい。検知器及び制御器を備えることで、再生可能エネルギーのように、変動が激しい電力源下でも、人為的な操作なしに、自己放電の影響を効率的に低減することが可能になる。
（水素の製造方法）
　本実施形態の水素の製造方法は、本実施形態の電解装置７０を用いて、水を電気分解することにより実施することができる。
　本実施形態では、本実施形態の電解装置７０を、電流密度０～２０ｋＡ／ｍ２で継時的に電流密度が変動する電源下で、かつ、電解温度が０～１２０℃で問題なく使用することができる。
　一方で、本実施形態の水素の製造方法において、電解セル６５内にある電解液の温度は、４０℃以上であることが好ましく、７０℃以上であることがより好ましく、また、１１０℃以下であることが好ましく、９５℃以下であることがより好ましい。
　上記温度範囲とすれば、高い電解効率を維持しながら、電解装置７０の部材が熱により劣化することを効果的に抑制することができる。
　更に、本実施形態の水素の製造方法において、電解セル６５に与える電流密度としては、特に限定されないが、０．１ｋＡ／ｍ２～２０ｋＡ／ｍ２であることが好ましく、０．５ｋＡ／ｍ２～１５ｋＡ／ｍ２であることがさらに好ましい。
　特に、変動電源を使用する場合には、電流密度の上限を上記範囲にすることが好ましい。
　以下に、本実施形態の水素の製造方法の好適な条件を記載する。
　本実施形態において用いられる電解液としては、アルカリ塩が溶解されたアルカリ性の水溶液としてよく、例えば、ＮａＯＨ水溶液、ＫＯＨ水溶液等が挙げられる。
　アルカリ塩の濃度としては、１０～５０質量％が好ましく、１５～４０質量％がより好ましい。本実施形態では、イオン導電率、動粘度、冷温化での凍結の観点から、２５～４０質量％のＫＯＨ水溶液が特に好ましい。
　本実施形態の水素の製造方法において、電解セル６５内の圧力としては、コンプレッサーの負荷の観点から、３ｋＰａ以上が好ましく、７０ｋＰａ以上がより好ましく、２００ｋＰａ以上がさらに好ましい。ガス純度の観点から、４０００ｋＰａ以下であることが好ましく、１０００ｋＰａ以下であることがより好ましく、８００ｋＰａ以下であることが更に好ましい。
　本実施形態では、前述の電解装置７０の構成要素を用いて、例えば、図１に示すような構成の電解装置７０を作製することができるが、これに限定されるものではない。
　本実施形態の水素の製造方法は、負荷変動を有する電気を使用し、負荷変動に応じて電解電流を変動させてもよい。
　本実施形態の水素の製造方法は、風力、太陽光、水力、潮力、波力、海流、及び地熱からなる群から選ばれる少なくとも一つの再生可能エネルギー出力由来の電源（変動電源）を使用することによって、上述の効果が顕著になる。
　上記のような、変動電源を用いた場合、具体的には、電解装置７０に低電流密度から高電流密度までがランダムに印可されることとなり、特に低電流密度時に酸素中水素濃度が悪化することとなるところ、本実施形態の水素の製造方法を採用すれば、酸素中水素濃度の悪化を抑制することが可能となる。
　以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
　実施例及び比較例で用いた測定方法及び評価方法について、以下に説明する。
（１）セル電圧
　電流密度１０ｋＡ／ｍ２で連続して２時間通電し、アルカリ水電解を行った。２時間後、電解セルの対電圧の平均値を算出し、セル電圧（Ｖ）として評価した。
（２）ガス純度
　電流密度１ｋＡ／ｍ２で連続して６時間通電し、アルカリ水電解を行った。６時間後、アルカリ水電解により得られた酸素中水素濃度（％）の値をガスクロマトグラフィーにより測定した。なお、酸素中水素濃度が低い方が、爆発範囲（水素が酸素と混合している場合、火源を近づけると爆発現象がおこる混合ガスの組成濃度範囲）を外れるため好ましい。
　また、以下の評価基準により評価した。
　［評価基準］
　　◎（優れる）：酸素中水素濃度が０．５％以下
　　○（良好）：　酸素中水素濃度が０．５％超１％以下
　　×（不良）：　酸素中水素濃度が１％超
（３）ガス純度の長期維持
　電流密度１０ｋＡ／ｍ２で１０００時間通電し、アルカリ水電解を行った。その後、電流密度１ｋＡ／ｍ２で連続して６時間通電し、アルカリ水電解を行った。６時間後、アルカリ水電解により得られた酸素中水素濃度（％）の値をガスクロマトグラフィーにより測定した。
　また、以下の評価基準により評価した。
　［評価基準］
　　◎（優れる）：酸素中水素濃度が０．５％以下
　　○（良好）：　酸素中水素濃度が０．５％超１％以下
　　×（不良）：　酸素中水素濃度が１％超
（４）メンテナンス性
　電解槽のメンテナンス性について、以下の評価基準により評価した。
　［評価基準］
　　◎（優れる）：マニホールド被覆部材と一体化されたガスケットのみの交換でメンテナンス可能、かつ当該マニホールド被覆部材と一体化されたガスケットの数が２個以下である
　　○（良好）：マニホールド被覆部材と一体化されたガスケットのみの交換でメンテナンス可能、かつ当該マニホールド被覆部材と一体化されたガスケットの数が２個超である
　　×（不良）：樹脂コーティングの界面剥離などのため、電解槽ごとの交換が必要
［実施例１］
　複極式アルカリ水電解エレメント及びそれを用いたアルカリ水電解装置は、下記のとおり作製した。
－隔壁、外枠－
　複極式アルカリ水電解エレメントとして、陽極と陰極とを区画する隔壁と、隔壁を取り囲む外枠とを備えたものを用いた。隔壁及び外枠等の電解液に接液する部材の材料は、全てニッケルとした。
－陽極－
　陽極としては、あらかじめブラスト処理を施したニッケルエキスパンド基材を用い、酸化ニッケルの造粒物をプラズマ溶射法によって導電性基材の両面に吹き付けて製作した。
－陰極－
　導電性基材として、直径０．１５ｍｍのニッケルの細線を４０メッシュで編んだ平織メッシュ基材上に白金を担持したものを用いた。
－隔膜－
　隔膜としてＡｇｆａ社製Ｚｉｒｆｏｎ　ｐｅｒｌ　ＵＴＰ５００を使用した。
－ゼロギャップ構造－
　各エレメントをガスケットを介してスタックさせ、複極式アルカリ水電解槽を組み立てることによって、陰極と陽極とを隔膜の両側から押し付けて接触させ、ゼロギャップ構造を形成した。ガスケットとしては、マニホールド被覆部材と一体化されており、隔膜を挟んだものを用いた。
　陽極側では陽極のみを用い、陰極側は「陰極－導電性弾性体－集電体」の組み合わせからなる陰極構造体を用いた。
　集電体として、あらかじめブラスト処理を施したニッケルエキスパンド基材を用いた。基材の厚みは１ｍｍであり、開口率は５４％であった。
　導電性弾性体として、線径０．１５ｍｍのニッケル製ワイヤーを織ったものを、波高さ５ｍｍになるように波付け加工したものを使用した。
　導電性弾性体を集電体上にスポット溶接して固定した。
　陽極及び陰極としては、前述のものを用いた。
－複極式アルカリ水電解槽、複極式アルカリ水電解エレメント
　陽極ターミナルエレメントと、陰極ターミナルエレメントと、１０個の複極式アルカリ水電解エレメントとを使用した。図２に示すように、一方の端側で、ファストヘッド、絶縁板、陽極ターミナルエレメントを配置し、更に、陽極側ガスケット部分、隔膜、陰極側ガスケット部分、複極式アルカリ水電解エレメントをこの順に並べたものを１０組配置し、更に、陽極側ガスケット部分、隔膜、陰極側ガスケット部分を配置し、もう一方の端側で、陰極ターミナルエレメント、絶縁板、ルーズヘッドを配列した。その後、これらをファストヘッド及びルーズヘッドの両側からガスケットのシール面圧２．５ＭＰａで締め付けることでスタックし、複極式アルカリ水電解槽を組み立てた。この複極式アルカリ水電解槽は、陰極室及び陽極室が、それぞれ１０室ある１０対の直列接続構造を有していた。
－マニホールド－
　ニッケル製のマニホールドを使用し、内部マニホールド型の複極式アルカリ水電解エレメントとした。当該マニホールドは、図３、図４に示すように、すべてのヘッダー部（陽極入口ヘッダー部、陰極入口ヘッダー部、陽極出口ヘッダー部、陰極出口ヘッダー部）が隔壁に垂直な方向に延びるように（スタック方向に沿う方向に延びるように）、配置されている。
－ガスケット－
　ガスケットとして、ＥＰＤＭを材質とし、１００％変形時の弾性率が４．０ＭＰａであり、厚みが４．０ｍｍであるものを用いた。このガスケットは、平面視での開口部の寸法がセル枠の電極室の寸法であり、ここで、開口部の内壁の厚み方向中央部分に、隔膜を挿入することでこれを保持するための、厚み０．４ｍｍのスリット構造を有していた。
　中枠用ガスケットは、一方の面に、マニホールドの陽極入口ヘッダー部を被覆する陽極入口マニホールド被覆部材と陽極出口ヘッダー部を被覆する陽極出口マニホールド被覆部材とを有し、もう一方の面に、マニホールドの陰極入口ヘッダー部を被覆する陰極入口マニホールド被覆部材と陰極出口ヘッダー部を被覆する陰極出口マニホールド被覆部材とを有するものとした。
　陽極ターミナル用ガスケットは、陽極ターミナルエレメントと接する面に、マニホールドの陽極入口ヘッダー部を被覆する陽極入口マニホールド被覆部材と陽極出口ヘッダー部を被覆する陽極出口マニホールド被覆部材と陰極入口ヘッダー部を被覆する陰極入口マニホールド被覆部材と陰極出口ヘッダー部を被覆する陰極出口マニホールド被覆部材とを有し、もう一方の面に、マニホールドの陽極入口ヘッダー部を被覆する陽極入口マニホールド被覆部材と陽極出口ヘッダー部を被覆する陽極出口マニホールド被覆部材とを有するものとした。
　陰極ターミナル用ガスケットは、両方の面に、マニホールドの陰極入口ヘッダー部を被覆する陰極入口マニホールド被覆部材と陰極出口ヘッダー部を被覆する陰極出口マニホールド被覆部材とを有し、陰極ターミナルエレメントに隣接するエレメントの陽極マニホールド（陽極入口ヘッダー部及び陽極出口ヘッダー部）と接するガスケット部分は孔が空いておらず塞がれており、該当部分で陰極ターミナルエレメントに電解液が接液しない状態になっている。
　各マニホールド被覆部材の厚みは、３．０ｍｍとした。各マニホールド被覆部材の材質としてＥＰＤＭ（１００％変形時の弾性率が４．０ＭＰａ）を用いた。
　陽極ターミナル用ガスケットを陽極ターミナルエレメントとその隣接するエレメントとの間に、陰極ターミナル用ガスケットを陰極ターミナルエレメントとその隣接するエレメントとの間に、中枠用ガスケットを中枠エレメント同士の間に配置した。このとき、各ヘッダー部に対応する各マニホールド被覆部材を挿入して、各ヘッダー部を各マニホールド被覆部材で覆った（図６（ａ）に中枠用ガスケットの装着状態を示す）。その際、マニホールド被覆部材の固定には接着剤を用いた。
　マニホールド被覆部材のマニホールド表面被覆率は、いずれも１００％であった。
　こうして、内部マニホールド型の複極式アルカリ水電解槽を作製した。
　送液ポンプ、水補給器等は、いずれも当該技術分野において通常使用されるものを用いて、図１に示すようなアルカリ水電解装置を作製した。なお、貯留タンクに接続される入口配管及び出口配管は、いずれも陽極ターミナルエレメントに接続した。
　陰極入口ヘッダー部から陰極室へ、陰極室から陰極出口ヘッダー部へと電解液を流した。また、陽極入口ヘッダー部から陽極室へ、陽極室から陽極出口ヘッダー部へと電解液を流した。
　陰極入口ヘッダー部は、平面視で長方形の外枠の下辺の一方端側に、陰極出口ヘッダー部は、平面視で長方形の外枠の下辺の他方端側に繋がる側辺の上側に、それぞれ接続した（図３参照）。ここでは、陰極入口ヘッダー部と陰極出口ヘッダー部とを、平面視で長方形の電解室において電極室の中央部を挟んで向かい合うように設けた。電解液は、鉛直方向に対して傾斜しながら下方から上方へ流れ、電極面に沿って上昇した。
　この実施例の複極式電解槽では、陽極室及び陰極室の電解液入口から、陽極室及び陰極室に電解液が流入し、陽極室及び陰極室の電解液出口から、電解液と生成ガスとが複極式電解槽の外へ流出する構造とした。
　陰極室では、電解により水素ガスが発生し、陽極室では、電解により酸素ガスが発生するため、前述した陰極出口ヘッダー部では、電解液と水素ガスとの混相流となり、陽極出口ヘッダー部では、電解液と酸素ガスとの混相流となった。
　アルカリ水電解装置を用いた水素の製造方法を、下記の条件で実施した。
　電解液として、３０％ＫＯＨ水溶液を用いた。
　電解電源（整流器）から複極式アルカリ水電解槽に対して、複極式アルカリ水電解槽の陰極及び陽極の面積に対して、所望の電流密度となるように通電をした。温度は、熱交換器によって、電解槽出口側温度が９０℃になるように調整した。
　送液ポンプにより、陽極室、酸素分離タンク（陽極用気液分離タンク）、陽極室の循環を、また、陰極室、水素分離タンク（陰極用気液分離タンク）、陰極室の循環を行った。
　通電開始後の槽内圧力は、圧力計で測定し、陰極（水素ガス）側圧力が５０ｋＰａ、陽極（酸素ガス）側圧力が４９ｋＰａとなるように調整した。圧力調整は、圧力計下流に設置した制御弁により行った。
［実施例２］
　陰極ターミナルエレメントとその隣接するエレメントとの間、及び陽極ターミナルエレメントとその隣接するエレメントとの間のみに、実施例１と同じマニホールド被覆部材と一体化された各ターミナル用ガスケットを用い、それ以外のエレメント（中枠エレメント）同士の間は、マニホールド被覆部材を有しないガスケット（図７（ａ）にマニホールド被覆部材を有しない中枠用ガスケットの装着状態を示す）を用いた（すなわち、マニホールドをマニホールド被覆部材で覆わなかった）こと以外は、実施例１と同様にしてアルカリ水電解装置を作製した。
［実施例３］
　陰極ターミナルエレメントとその隣接するエレメントとの間、及び陽極ターミナルエレメントとその隣接するエレメントとの間は、マニホールド表面被覆率がいずれも５０％であるマニホールド被覆部材を有する各ターミナル用ガスケットを用い、それ以外のエレメント（中枠エレメント）同士の間は、マニホールド表面被覆率がいずれも５０％であるマニホールド被覆部材を有する中枠用ガスケット（図６（ｂ）に中枠用ガスケットの装着状態を示す）を用いたこと以外は、実施例１と同様にしてアルカリ水電解装置を作製した。
［実施例４］
　マニホールド被覆部材と一体化されたガスケットの外側に樹脂スペーサーを配置した（図６（ｃ）に中枠用ガスケット及び樹脂スペーサーの装着状態を示す）こと以外は、実施例１と同様にしてアルカリ水電解装置を作製した。
　樹脂スペーサーを用いたことにより、電解運転時の電解セル内の圧力を、実施例１よりも高い８００ｋＰａまで上げることができた。
［実施例５］
　各マニホールド被覆部材の材質としてＰＴＦＥ（１００％変形時の弾性率が９．０ＭＰａ）のものを用いたこと以外は、実施例１と同様にしてアルカリ水電解装置を作製した。
　実施例１－５において、低いセル電圧を示したことから、効率的に水素を製造できることが示された。
　実施例１において、マニホールドの全表面がマニホールド被覆部材で保護されていたため、リーク電流による不純物ガスの発生が抑制され、低電流密度において酸素中水素濃度が低く、ガス純度が高かった。さらに、長期使用後も、高いガス純度を維持できた。また、電解槽ごとの交換が不要であり、メンテナンス性が高かった。
　実施例２において、ターミナルエレメントとその隣接するエレメントとの間のみにマニホールド被覆部材と一体化されたガスケットを用いたところ、実施例１ほどではないもののリーク電流による不純物ガスの発生を抑制する効果がみられ、ガス純度が高かった。さらに、長期使用後も、高いガス純度を維持できた。また、電解槽ごとの交換が不要であり、マニホールド被覆部材と一体化されたガスケットの数も少なかったため、電解槽の組み立てもより容易であり、メンテナンス性が高かった。
　実施例３において、マニホールド表面被覆率が５０％であるマニホールド被覆部材を有するガスケットを用いたところ、実施例１ほどではないもののリーク電流による不純物ガスの発生を抑制する効果がみられ、ガス純度が高かった。さらに、長期使用後も、高いガス純度を維持できた。また、電解槽ごとの交換が不要であり、メンテナンス性が高かった。
　実施例４において、樹脂スペーサーを用いたところ、電解運転時の電解セル内の圧力を高値にすることができ、この場合においてもリーク電流による不純物ガスの発生が抑制され、ガス純度が高かった。さらに、長期使用後も、高いガス純度を維持できた。また、電解槽ごとの交換が不要であり、メンテナンス性が高かった。
　実施例５において、マニホールド被覆部材の材質としてＰＴＦＥのものを用いたところ、マニホールド被覆部材の材質としてＥＰＤＭのものを用いた実施例１ほどではないものの、この場合においてもリーク電流による不純物ガスの発生を抑制する効果がみられ、ガス純度が高かった。さらに、長期使用後には若干のガス純度の悪化が見られるものの実用上問題のないガス純度を維持できた。また、電解槽ごとの交換が不要であり、メンテナンス性が高かった。
［比較例１］
　すべてのエレメント間において、マニホールド被覆部材を有しないガスケット（図７（ａ）にマニホールド被覆部材を有しない中枠用ガスケットの装着状態を示す）を用いた（すなわち、マニホールドをマニホールド被覆部材で覆わなかった）こと以外は、実施例１と同様にしてアルカリ水電解装置を作製した。
　マニホールドの表面全体において、マニホールド被覆部材で保護されていない金属面が露出した状態であったため、実施例と比較して、電解開始当初も長期的にも、酸素中水素濃度が高く、ガス純度が悪かった。
［比較例２］
　特許第６４０４６８５号公報の実施例に記載の方法ですべてのマニホールド（ヘッダー部）の表面をＰＴＦＥでコーティングし、マニホールド被覆部材を有しないガスケット（図７（ｂ）にマニホールド被覆部材を有しない中枠用ガスケットの装着状態及びＰＴＦＥコーティングを示す）を用いたこと以外は、実施例１と同様にしてアルカリ水電解装置を作製した。
　マニホールドの表面がコーティング材で保護されていたため、電解開始当初はリーク電流による不純物ガスの発生が抑制され、酸素中水素濃度が低く、ガス純度が高かったが、長期使用中にコーティング材が剥がれたため、高いガス純度を維持することができなかった。
　また、剥がれたコーティング材の修復のため、電解槽ごと交換する必要があり、メンテナンス性は低かった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　本発明の内部マニホールド型複極式電解エレメントを用いた電解槽によれば、リーク電流による不純物ガスの発生を抑制し、負荷変動に応じて電解電流を変動させて出力を制御することができ、長期間高効率及び高純度水素の製造を維持することができる。その上、工業生産が容易で、部材のメンテナンスが容易であり、電解槽枠一式の交換が不要となるだけでなく、作業時間を大幅に短縮でき、電解停止時間を最小化することができるため、電気分解（水の電気分解、特にアルカリ水の電気分解）による水素の製造に好適に使用することができる。
　１　　　　　隔壁
　２　　　　　電極
　２ａ　　　　陽極
　２ｃ　　　　陰極
　２ｅ　　　　導電性弾性体
　２ｒ　　　　集電体
　３　　　　　外枠
　４　　　　　隔膜
　５　　　　　電極室
　５ａ　　　　陽極室
　５ｃ　　　　陰極室
　５ｉ　　　　電解液入口
　５ｏ　　　　電解液出口
　５ａｉ　　　陽極電解液入口
　５ａｏ　　　陽極電解液出口
　５ｃｉ　　　陰極電解液入口
　５ｃｏ　　　陰極電解液出口
　６　　　　　整流板
　６ａ　　　　陽極整流板（陽極リブ）
　６ｃ　　　　陰極整流板（陰極リブ）
　７　　　　　ガスケット
　２０　　　　マニホールド
　２０ｉ　　　入口ヘッダー部
　２０ａｉ　　陽極入口ヘッダー部
　２０ｃｉ　　陰極入口ヘッダー部
　２０ｏ　　　出口ヘッダー部
　２０ａｏ　　陽極出口ヘッダー部
　２０ｃｏ　　陰極出口ヘッダー部
　３０　　　　マニホールド被覆部材
　３０ａｉ　　陽極入口マニホールド被覆部材
　３０ｃｉ　　陰極入口マニホールド被覆部材
　３０ａｏ　　陽極出口マニホールド被覆部材
　３０ｃｏ　　陰極出口マニホールド被覆部材
　４０　　　　樹脂スペーサー
　５０　　　　複極式電解槽
　５１ｇ　　　ファストヘッド、ルーズヘッド
　５１ａ　　　陽極ターミナルエレメント
　５１ｃ　　　陰極ターミナルエレメント
　５１ｒ　　　タイロッド
　５１ｉ　　　絶縁板
　６０　　　　複極式電解エレメント
　６５　　　　電解セル
　７０　　　　電解装置
　７１　　　　送液ポンプ
　７２　　　　気液分離タンク
　７２ｈ　　　水素分離タンク
　７２ｏ　　　酸素分離タンク
　７４　　　　電解電源
　７５　　　　酸素濃度計
　７６　　　　水素濃度計
　７７　　　　流量計
　７８　　　　圧力計
　７９　　　　熱交換器
　８０　　　　圧力制御弁
　Ｄ１　　　　隔壁に沿う所与の方向（鉛直方向）
　Ｚ　　　　　ゼロギャップ構造
　Ｃ　　　　　樹脂コーティング
 

Claims (19)

  1. 　陽極と、陰極と、隔壁と、外枠で構成され、マニホールドを有する内部マニホールド型複極式電解エレメントであり、
    　前記マニホールドの表面の少なくとも一部は、マニホールド被覆部材で覆われており、
    　前記マニホールド被覆部材は、ガスケットと一体化されている
    ことを特徴とする、内部マニホールド型複極式電解エレメント。
  2. 　内部マニホールド型複極式水電解エレメントである、請求項１に記載の内部マニホールド型複極式電解エレメント。
  3. 　内部マニホールド型複極式アルカリ水電解エレメントである、請求項１に記載の内部マニホールド型複極式電解エレメント。
  4. 　陰極ターミナルエレメントと陽極ターミナルエレメントのマニホールドの表面の少なくとも一部が、前記マニホールド被覆部材で覆われている、請求項１～３のいずれか一項に記載の内部マニホールド型複極式電解エレメント。
  5. 　前記マニホールド被覆部材が脱着可能である、請求項１～３のいずれか一項に記載の内部マニホールド型複極式電解エレメント。
  6. 　前記マニホールド被覆部材が、少なくとも絶縁材料で構成される、請求項１～３のいずれか一項に記載の内部マニホールド型複極式電解エレメント。
  7. 　前記マニホールド被覆部材が、ゴム材料及びポリテトラフルオロエチレンからなる群から選択される少なくとも１種の材料で構成される、請求項１～３のいずれか一項に記載の内部マニホールド型複極式電解エレメント。
  8. 　前記マニホールド被覆部材が、ゴム材料で構成される、請求項１～３のいずれか一項に記載の内部マニホールド型複極式電解エレメント。
  9. 　前記ガスケットの外側に樹脂スペーサーが配置され、前記樹脂スペーサーの圧縮弾性率は、前記ガスケットの圧縮弾性率よりも大きい、請求項１～３のいずれか一項に記載の内部マニホールド型複極式電解エレメント。
  10. 　請求項１～３のいずれか一項に記載の内部マニホールド型複極式電解エレメントと隔膜とが前記ガスケットを介してスタックされて電解セルが構成されることを特徴とする、内部マニホールド型複極式電解槽。
  11. 　前記マニホールドが、前記隔膜の外側に配置されている、請求項１０に記載の内部マニホールド型複極式電解槽。
  12. 　前記陽極ターミナルエレメントに、入口配管及び出口配管が接続されている、請求項１０に記載の内部マニホールド型複極式電解槽。
  13. 　請求項１０に記載の内部マニホールド型複極式電解槽を使用することを特徴とする、水素の製造方法。
  14. 　電解運転時の前記電解セル内の圧力が３～４０００ｋＰａである、請求項１３に記載の水素の製造方法。
  15. 　電力を供給する電源が、風力、太陽光、水力、潮力、波力、海流、及び地熱からなる群から選ばれる少なくとも一つの再生可能エネルギー出力由来の電源である、請求項１３又は１４に記載の水素の製造方法。
  16. 　マニホールドを有する内部マニホールド型複極式電解槽に組み込まれるガスケットであり、
    　前記マニホールドの表面の少なくとも一部は、マニホールド被覆部材で覆われており、
    　前記ガスケットは、前記マニホールド被覆部材と一体化されている
    ことを特徴とする、ガスケット。
  17. 　マニホールドを有する内部マニホールド型複極式アルカリ水電解槽に組み込まれるガスケットであり、
    　前記マニホールドの表面の少なくとも一部は、マニホールド被覆部材で覆われており、
    　前記ガスケットは、前記マニホールド被覆部材と一体化されている
    ことを特徴とする、ガスケット。
  18. 　前記マニホールド被覆部材が、ゴム材料及びポリテトラフルオロエチレンからなる群から選択される少なくとも１種の材料で構成される、請求項１６又は１７に記載のガスケット。
  19. 　前記マニホールド被覆部材が、ゴム材料で構成される、請求項１６又は１７に記載のガスケット。
     
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