JPS6344830B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は加圧下でアルカリ性条件下に水を電気
分解する装置の改良に関するものである。

本発明の電解装置はフイルタープレス構造のフ
レーム積層体を備えた双極性電解装置である。

電解装置の原理は極めて周知である。この装置
は電極を備え且つ電解液を収容したセルを有して
いる。電極間に作られる電場作用でイオンが電場
方向に電極へ向つて移動する。陰イオンは陽極へ
陽イオンは陰極へと移動する。イオンが電極に達
するとその電荷を失なつて中性原子となる。水の
電解の場合には水に苛性カリを加えた電解液を一
般に用いている。電極上の反応によつて陰極上に
水素が、また陽極上に酸素が発生する。陽極と陰
極は隔膜で分離しておく。消費した水は補充す
る。電解液はセルの底の供給通路から供給する。
各電極で発生した酸素ガスと水素ガスはセルの上
部で回収される。

水の電解には既に種々の型式の装置が知られて
いる。一般に、電極板と組合わせて電解液を収容
するセルを形成する少なくとも一つのフレームに
よつて２枚の隣接電極板が隔てられる。このセル
は隔膜によつて２つの隔室に分割され、各隔室中
に陽極液と陰極液が収容される。この装置は電解
板集合体を備えているので、フレーム積層体を有
し、これは２枚の締付け板の間で締付け系で締付
けられる。各隔室の上部にはガスの回収用オリフ
イスが、また、その下部には電解液の導入口が設
けられている。装置によつては各電極がその一側
面で陽極板、他側面で陰極板となつているものが
あり、双極性電極と呼ばれる。

双極装置の中には高温、高圧で操作されるもの
もある。加圧下で運転すると収率が良くなる。

フレームの一般に平らな環状面によつて作られ
る継手面を介して電解液が漏れるのは防止しなけ
ればならない。この液漏れによつて腐食が起り且
つ陽極室と陰極室間に圧力差が生じてしまうこと
が多い。作動圧を高くした時にはシールを制御し
なければならない。

本発明の目的はフイルタープレス構造の電解装
置の満足なシール方式を提供することにある。こ
のシール方式によつて万一電解液が漏れても、そ
れを回収して再循環することができる。それと同
時に、セルに供給される電解液の漏れと電解で発
生したガスの漏れを防止できる。また、水に対す
る障壁となり、且つ漏れも検出できる。この方式
は圧力が30バール以上で温度が80℃以上で運転さ
れる電解装置に適用できる。

本発明による電解装置は少なくとも一つの供給
通路を介して供給される加圧電解液を収容した隔
室を分離する隔膜と各電極板とで構成されるセル
の集合体を、環状支持面が外部に面した継手面と
なる環状スペーサーの積層体中に収容し、電解で
発生した気体が通路へ排出されるようになつてお
り、その特徴は外部に面した継手面には少くとも
一つの環状回収凹溝が設けられており、この凹溝
はフレームの支持面に収容され、継手面から漏れ
てきた電解液を排出するための排出手段を備えて
いる。

本発明の他の特徴は各継手面の所でフレームの
各支持面に環状分配凹溝が形成され、この凹溝の
周囲長さが環状回収凹溝より短く且つ電解液の圧
力より高い圧力の水が供給されている点にある。

以下、添付図面を参照して実施例を説明する。

第１〜３図に示す装置は環状フレーム２で構成
されるジヤケツト中に配置された電解セル１の集
合体を有している。前記環状フレーム２を積層し
たものは胴体と密閉蓋とで構成される容器３中に
収納されている。フレーム積層体２は容器内部に
配置された２枚の締付け板４，５の間に締付けら
れている。フレーム群の内部と容器３の内部との
間の空間６には電解液圧とほヾ同じ圧力の窒素等
のガスが充填されている。２枚の締付け板４，５
は、それらの中間にある各エレメントを締付ける
ことによつて両締付け板を相互に接近させるため
の締結棒（またはその均等物）によつて互いに連
結されている。

両端板４，５の間に挿入された各スペーサーフ
レーム２は環状をしており、一般に平面状の２つ
の環状支持面２１，２２を有し且つ中心空間２３
を有している。このフレームの各外面形状は多角
形または円筒形にすることができる。

各セルは２枚の電極板７の間に形成され且つ隔
膜８を有している。これらの電極板と隔膜は装置
の縦軸方向に交互に且つ垂直に配置されている。
電極板７は例えばニツケルで構成されている。隔
膜８は高温高圧に耐える例えばアスベスト板のよ
うな材料で作るのが好ましい。電極板と隔膜はス
ペーサーフレームとともに一連の隔室９，１０を
形成する。この中、隔室９中には陽極液が入つて
おり、この隔室は電極板７の陽極面側７１にあ
る。一方、隔室１０は上記隔室９と交互に配置さ
れ、その中には陰極液が入つており、この隔室１
０は電極板７の陰極面７２側にある。各隔膜８は
前記中心空間２３の直角断面全体を密閉し、その
外周はスペーサーフレーム２の環状溝中に係止さ
れている。各電極板７は２枚のスペーサーフレー
ム２の支持面２１，２２の間に締付けられてい
る。電極板の前記面７１はフレームの環状支持面
２１に、また前記面７２は他のフレームの環状支
持面２２に各々接している。これらの面７１，７
２はそれらを挾んでいる２枚のスペーサーフレー
ムとともに２つの平行継手面を形成している。こ
れら２つの平行継手面２１―７１および２２―７
２は外部室６中にまで達している。

各電解セルに電解液を供給するために少なくと
も一方の締付け板４または５を貫通した供給通路
２４が形成されている。この通路２４はスペーサ
ーフレーム２全体を水平に貫通しており且つ導路
２４１を介して各隔室９または１０と連通してい
る。

各電極板７の陰極面７２で発生した水素は対応
する陰極隔室中を上昇してその隔室上部の導路２
５１に回収される。各導路２５１は両端板４，５
間の全長にわたつて水平にのびた回収通路２５中
に開口している。各電極板７の陽極面７１上で発
生した酸素は対応する陽極隔室中を上昇してその
上部の導路２６１に回収される。各導路２６１は
両方の端板４，５間の全長にわたつて水平にのび
た回収通路２６中に開口している。これら２つの
回収通路２５，２６はスペーサーフレーム全体を
貫通している。

電極板の片面とそれに隣接するフレーム２の支
持面との間に作られる各継手面には２１１または
２２１で示した回収凹溝が設けられている。凹溝
２２１は陰極面７２と接する継手支持面２２に設
けられている。凹溝２１１は陽極面７１と接する
継手支持面２１に設けられている。これらの凹溝
はスペーサーフレームの環状支持面２１または２
２に彫まれている。互いに隣接する２枚のスペー
サーフレームにはそれらの間の電極板の対称面に
対して対称な２つの回収凹溝２１１，２２１が設
けられている。これら互いに対向する凹溝は中間
に介在する電極板を貫通した一つまたは複数の孔
によつて互いに連通している。各回収凹溝は環状
をしており且つその周囲長さは中心空間２３の周
囲長さより長い。全ての回収凹溝２１１，２２１
は全ての環状フレームを水平に貫通した排出路２
７を介して互いに連結されている。各排出路２７
は同一のスペーサーフレームの２つの回収凹溝２
１１，２２１を一体にする。

締付け板、例えば５と接触しているフレームの
回収溝はこの締付け板に形成された導路５１と連
通している。この導路５１は外部室６を通つて容
器から外へ出るパイプに連結されている。このパ
イプは回収凹溝中に回収した液体を図示していな
いタンクへ排出するためのものである。

電極板の片面とそれに隣接するフレームの支持
面との間に形成された各継手面には２１２または
２２２で示す分配凹溝が形成されている。分配凹
溝２１２は陽極面７１と接する継手支持面２１に
形成されており、分配凹溝２２２は陰極面７２と
接する継手支持面２２に形成されている。これら
の凹溝はスペーサーフレームの環状支持面２１ま
たは２２に彫まれている。各電極板の両側にはそ
の電極の対称面に対して対称な２つの分配凹溝２
１２と２２２が設けられている。これらの互いに
対向する分配凹溝はその中間にある電極板を貫通
した一つまたは複数の孔を介して互いに連通して
いる。各分配凹溝は環状で且つその周囲長さはフ
レームの中心空間の周囲長さより大きく且つ前記
の環状回収凹溝の周囲長さよりは小さい。全ての
分配凹溝２１２と２２２は全てのスペーサーフレ
ームを水平に貫通する供給導路２８を介して互い
に一体化されている。各供給導路２８は同一のス
ペーサーフレームの２つの分配凹溝２１２と２２
２すなわち電極の陽極面と接する継手支持面２１
に形成された凹溝と別の電極の陰極面と接する継
手支持面２２に形成された凹溝とを一体にしてい
る。締付け板、例えば５と接するフレームの分配
凹溝はその締付け板に形成された導路５２と連通
している。この供給導路５２は外部室を介して容
器外に出る供給パイプと連結されている。この供
給パイプは鉱物を除去した水の供給源に連結され
ている。分配凹溝２１２および２２２に供給され
る軟水の圧力は隔室中の電解液に加わる圧力より
大きい。

分配凹溝２１２又は２２２の各々は、この分配
凹溝の外周で構成される領域の内側に電解液供給
通路２４を位置決めすることができるように形成
されている。各分配凹溝はまた、この分配凹溝の
外周で構成される領域の内側に気体排出通路２５
及び２６を位置決めすることもできるように形成
されている。

以下、この装置の作用について説明する。分配
凹溝２１２，２２２中には導路５２と２８を介し
て軟水が供給されている。この軟水の圧力は通路
２４または隔室９，１０中の電解液の圧力より高
い。漏れが無い時には凹溝２１２と２２２に供給
される水の量はゼロであり、導路５１の出口から
も水は出てこない。しかし、任意の継手面の対向
面２１と７１または２２と７２の間で外部室６に
通じる間隙が生じた時には、この間隙を通つた窒
素が回収凹溝２１１または２２１で回収される。
導路５１の下流で窒素を検出することは可能であ
る。また、各凹溝間に間隙が生じた時には軟水が
その間隙を通つて回収凹溝２１１または２２１中
に回収される。凹溝２１２または２２２と供給通
路２４との間に間隙が生じた時には軟水が電解質
中に流入するため導路５２中の軟水の減少が観察
される。中心空間２３の所で間隙が生じた時には
電解液の漏れは起こらず、間隙が生じた隔室中に
軟水が流入することになる。分配凹溝に対する排
出路２５，２６の位置関係から、水素と酸素が外
へ漏れることはない。

本発明はその精神を逸脱することなく種々変更
でき、細部を改良し、均等手段を用いることがで
きるものであることは理解できよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電解装置の断面図。第２
図は第１図に示した断面の詳細図。第３図は第
１，２図のＡ―Ａ断面の部分図。 １…電解セル、２…スペーサーフレーム、３…
容器、４，５…締付け板、６…外側空間、７…電
極板、８…隔膜、９，１０…隔室、２１，２２…
支持面、２３…中心空間、２４…供給通路、２５
…水素回収通路、２６…酸素回収通路、７１…陽
極面、７２…陰極面、２１１，２２１…回収凹
溝、２１２，２２２…分配凹溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 窒素で満たされた加圧容器３と、電解セルを
   形成する隔壁８及び電極板７を有するフレーム２
   の積層体とを備え、上記電解セルには少なくとも
   １つの供給通路２４１を通して電解液が供給さ
   れ、電解によつて発生した気体を出口通路２５
   １，２６１を介して排出する加圧電解装置におい
   て、 上記フレーム２には、その継手面の周辺に設け
   られ且つ電解液の供給圧力より高い圧力で水を供
   給するための環状分配凹溝２１２，２２２と、上
   記フレーム２間の密閉作用の欠陥によつて漏れ出
   た液体を回収して排出するための環状回収凹溝２
   １１，２２１とが設けられていることを特徴とす
   る電解装置。 ２ 上記分配凹溝２１２又は２２２の外周は、上
   記回収凹溝２１１又は２２１の外周内に全体的に
   位置決めされていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の電解装置。 ３ 各電解液入口通路が上記スペーサフレームの
   積層体を貫通し、上記分配凹溝の各々の外形は、
   各分配凹溝２１２，２２２の外周によつて構成さ
   れた領域内を電解液供給通路２４が通るよう位置
   決めされるようになつていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の電解装置。 ４ 気体排出通路が上記スペーサフレームの積層
   体を貫通し、上記分配凹溝２１２，２２２の各々
   の外形は、各分配凹溝２１２，２２２の外周によ
   つて構成された領域内を気体排出通路２５，２６
   が通るよう位置決めされるようになつていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電解
   装置。 ５ 上記分配凹溝２１２，２２２を連通させる供
   給ダクト２８と、上記回収凹溝２１１又は２２１
   を連通させる排出ダクト２７が、上記スペーサフ
   レーム２を貫通していることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の電解装置。 ６ 上記分配凹溝２１２，２２２及び回収凹溝２
   １１，２２１は、上記電極板７の両側に設けられ
   且つ上記電極板７を貫通するオリフイス７３，７
   ４を介して連通していることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の電解装置。