(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液を電気分解するための縦長の電解部と、
該電解部に前記電解液を流入させるための電解液流入部と、
前記電解部から前記電解液を流出させるとともに前記電解部で発生した電解ガスを流出させるための電解液流出部と、
前記電解液流入部から流入した前記電解液を前記電解部内全体に流すための液流分配部と、を有し、
前記電解液流入部と前記電解液流出部とが、前記電解部の中心に対して対称となる該電解部の周縁位置に設けられており、
前記液流分配部が、前記電解部の隣り合う２辺に沿って設けられる２つの流路と、該２つの流路の間に設けられる１つの流路とを有することを特徴とする電解室。
【請求項２】
前記電解部の長手方向の長さ（Ｌ）と短手方向の長さ（Ｗ）の比（Ｌ：Ｗ）が、３：２〜６：１である、請求項１に記載の電解室。
【請求項３】
前記電解部の周縁の内壁面が、平坦形状、又は、均等若しくは不均等な波形状である、請求項１又は２に記載の電解室。
【請求項４】
電解液を酸化又は還元するための縦長の第１電解室と、電解液を還元又は酸化するための縦長の第２電解室とが、第１電極板、第１電解室を形成するための第１電解室形成枠体、隔膜、第２電解室を形成するための第２電解室形成枠体及び第２電極板をその順で重ね合わせて形成され、
前記第１電解室及び前記第２電解室が、前記電解液を電気分解するための縦長の電解部と、該電解部に前記電解液を流入させるための電解液流入部と、前記電解部から前記電解液を流出させるとともに前記電解部で発生した電解ガスを流出させるための電解液流出部と、前記電解液流入部から流入した前記電解液を前記電解部内全体に流すための液流分配部と、を有し、前記電解液流入部と前記電解液流出部とが、前記電解部の中心に対して対称となる該電解部の周縁位置に設けられており、前記液流分配部が、前記電解部の隣り合う２辺に沿って設けられる２つの流路と、該２つの流路の間に設けられる１つの流路とを有することを特徴とする電解セルユニット。
【請求項５】
前記第１電極板、前記第１電解室形成枠体及び前記第２電解室形成枠体のそれぞれの周縁部には、位置決め用切り欠き部又は位置決め用突出部が設けられている、請求項４に記載の電解セルユニット。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の電解セルユニットを備え、
前記電解セルユニットを、前記第２電極板と前記第１電極板とが接するように複数重ねて構成し、又は、前記第２電極板及び前記第１電極板が同じ電極板からなる複極式電極板として複数重ねて構成したことを特徴とする電解セルスタック。
【請求項７】
前記電解液流入部が、前記電解部の周縁部を貫通する電解液供給路に接続され、
前記電解液流出部が、前記電解部の周縁部を貫通する電解液排出路に接続されている、請求項６に記載の電解セルスタック。
【請求項８】
前記電解セルユニットの周縁部のさらに外側には、前記複数の電解セルユニットを重ね合わせた方向に締めるための締結部が設けられている、請求項６又は７に記載の電解セルスタック。
【請求項９】
前記締結部が、前記複数の電解セルユニットを重ね合わせたときの位置決め用凸部を有する、請求項８に記載の電解セルスタック。
【請求項１０】
前記締結部は、前記電解セルユニットを収容する空間厚さを有し、該空間厚さは、前記締結部を密接させて締結できる厚さである、請求項８又は９に記載の電解セルスタック。
【請求項１１】
前記締結部が、凸凹部を有する、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の電解セルスタック。
【請求項１２】
請求項７〜１１のいずれか１項に記載の電解セルスタックを備え、該電解セルスタックを構成する第１電解室又は第２電極室から水素を発生させることを特徴とする水素発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解室構造、電解セルユニット、電解セルスタック及び水素発生装置に関する。更に詳しくは、電流効率及び水素発生効率に優れる電解セルの電解室構造、その電解室構造を有する電解セルユニット、その電解セルユニットを複数重ねて構成した電解セルスタック及びその電解セルスタックを備える水素発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素は、産業用ガスとして年間３００億ｍ３消費されている。そして、地球温暖化問題を背景に、近い将来水素エネルギー社会の実現が想定されているため、さらに大量の水素需要が見込まれている。そうした水素需要が増加するとともに、水素の単価低減は必須の課題となっている。低コストで水素を製造できる手段として、アルカリ水電解が期待されている。
【０００３】
アルカリ水電解による水素発生方式は、カソード電極とアノード電極とを電解セル内に配置し、その電解セル内で水を電気分解して水素と酸素とを発生させる方式である。しかしながら、こうした水素発生方式では、電極の表面で発生した電解ガスの気泡の抜けが悪い場合、電解ガスには導電性がないので、電極の表面に発生した電解ガスの気泡が水の導電性を阻害して通電抵抗が大きくなり、電流効率及び水素発生効率を低下させるという問題がある。
【０００４】
こうした問題に対し、特許文献１には、固体電解質膜と、多孔質給電体と、複極式の電極板とから構成される固体電解質膜ユニットを積層した構造とし、各固体電解質膜ユニットを長手方向に貫通するマニホールド式の純水供給経路と、水素ガス取出し経路と、酸素ガス取出し経路と、水抜き用ドレン経路とをそれぞれ形成し、各電極板の陽極面側に、純水供給経路から陽極室まで溝形状の純水供給凹部を設けると共に、酸素ガス取出し経路まで溝形状の酸素ガス捕集凹部を設け、各電極板の陰極面側に、水素ガス取出し経路まで溝形状の水素ガス捕集凹部を設けると共に、水抜き用ドレン経路まで水抜き捕集凹部を設けたことを特徴とする水素・酸素発生装置が記載されている。この技術によれば、効率良く純水を供給し、発生した水素ガス及び酸素ガスを取り出すことが可能で、電気分解に必要な電気エルギーを極力抑えることができる構造簡単な水素・酸素発生装置が提供できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２３９７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１で提案された技術は、純水を陽極室に供給するための純水供給用孔部に、略逆Ｌ字形状の純水供給凹部を設けている。この技術によれば、この略逆Ｌ字形状の純水供給凹部は漏斗のような形状を有しているので、この純水供給凹部から陽極室に流入する純水を陽極室全体に均一に供給できるとしている。
【０００７】
しかしながら、この技術では、陽極室である電解室の内部形状が、図１４（Ｃ），（Ｄ）に示すような正面視で円形に形成されているので、純水供給用孔部から電解室に流入した純水は、円形の電解室内に広がる。そのため、電解室内を流れる純水の流速が低下してしまう。また、この技術では、略逆Ｌ字形状の純水供給凹部を設けているが、このような略逆Ｌ字形状の純水供給凹部では、電解室内に流入した純水が流れる方向が定まっていないので、純水が電解室内全体を均一に通り難いものになる。その結果、電解室内を流れる純水が、固体電解質膜や多孔質給電体の表面から離脱させ難いという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電極板の表面で発生した電解ガスの気泡をその表面から容易に離脱させることにより、電流効率及び水素発生効率に優れる電解セルの電解室構造、その電解室構造を有する電解セルユニット及びその電解セルユニットを複数重ねて構成した電解セルスタックを提供することにある。また、本発明の他の目的は、その電解セルスタックを備える水素発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、アルカリ水電解による水素発生方式に用いられる電解セルの電解室構造に関する研究開発を行っている過程で、アルカリ水の水電解に限らず、純水や海水等の水電解にも適用でき、電極板の表面で発生した電解ガスの気泡をその表面から容易に離脱させることができる電解室構造を見いだし、本発明を完成させた。
【００１０】
上記課題を解決するための本発明に係る電解室構造は、電解液を電気分解するための縦長の電解部と、該電解部に前記電解液を流入させるための電解液流入部と、前記電解部から前記電解液を流出させるとともに前記電解部で発生した電解ガスを流出させるための電解液流出部と、前記電解液流入部から流入した前記電解液を前記電解部内全体に流すための液流分配部と、を有し、前記電解液流入部と前記電解液流出部とが、前記電解部の中心に対して対称となる該電解部の周縁位置に設けられていることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、電解液を電気分解するための縦長の電解部を有するので、この電解部は幅が細いものになる。そのため、電解液流入部から電解部に流入した電解液が電解部内に広がっても流速が低下せず、電解液が電解部内を速やかに移動するので、その電解液が電極板の表面で発生した電解ガスの気泡をその表面から容易に離脱させる。また、この電解室構造は、電解部に流入した電解液が電解部内全体に流すための液流分配部を有し、電解液流入部と電解液流出部とが、電解部の中心に対して対称となる電解部の周縁位置に設けられているので、電解部に流入した電解液は、電解部内全体を流れる。その結果、電解部で発生した電解ガスを効率的に排出できるので、電極板の表面に電解ガスの気泡が存在することによる通電抵抗の増大を防止できる。よって、この電解室構造は、電流効率及び水素発生効率に優れるものになる。
【００１２】
本発明に係る電解室構造において、前記電解部の長手方向の長さ（Ｌ）と短手方向の長さ（Ｗ）の比（Ｌ：Ｗ）が、３：２〜６：１であるように構成する。
【００１３】
この発明によれば、電解部の長手方向の長さ（Ｌ）と短手方向の長さ（Ｗ）の比（Ｌ：Ｗ）が、３：２〜６：１であるので、電解部は幅が細いものになる。そのため、電解部に流入した電解液が電解部内に広がっても流速が低下せず、電解液が電解部内を速やかに移動し、その電解液が電極板の表面で発生した電解ガスの気泡をその表面から容易に離脱させる。
【００１４】
本発明に係る電解室構造において、前記液流分配部が、前記電解部の隣り合う２辺に沿って設けられる２つの流路と、該２つの流路の間に設けられる１つの流路とを有する。
【００１５】
この発明によれば、液流分配部が、電解部の隣り合う２辺に沿って設けられる２つの流路と、その２つの流路の間に設けられる１つの流路とを有するので、液流分配部から電解部に流入した電解液が電解部内全体に流れる。そのため、この電解室構造は、電解部で発生した電解ガスを効率的に排出できる。
【００１６】
本発明に係る電解室構造において、前記電解部の周縁の内壁面が、平坦形状、又は、均等若しくは不均等な波形状である。
【００１７】
この発明よれば、電解部の周縁の内壁面が、平坦形状、又は、均等若しくは不均等な波形状であるので、電解部に流入した電解液は、こうした内壁面に衝突して乱流を発生させる。そのため、この電解室構造は、電解液の乱流により電極板の表面に存在する電解ガスの気泡をその表面から容易に離脱させる。
【００１８】
上記課題を解決するための本発明に係る電解セルユニットは、電解液を酸化又は還元するための縦長の第１電解室と、電解液を還元又は酸化するための縦長の第２電解室とが、第１電極板、第１電解室を形成するための第１電解室形成枠体、隔膜、第２電解室を形成するための第２電解室形成枠体及び第２電極板をその順で重ね合わせて形成され、前記第１電解室及び前記第２電解室が、前記電解液を電気分解するための縦長の電解部と、該電解部に前記電解液を流入させるための電解液流入部と、前記電解部から前記電解液を流出させるとともに前記電解部で発生した電解ガスを流出させるための電解液流出部と、前記電解液流入部から流入した前記電解液を前記電解部内全体に流すための液流分配部と、を有し、前記電解液流入部と前記電解液流出部とが、前記電解部の中心に対して対称となる該電解部の周縁位置に設けられていることを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、第１電解室及び第２電解室が、電解液を電気分解するための縦長の電解部を有するので、電解部は幅が細いものになる。そのため、電解液流入部から電解部に流入した電解液が電解部内に広がっても流速が低下せず、電解液が電解部内を速やかに移動し、その電解液が電極板の表面で発生した電解ガスの気泡をその表面から容易に離脱させる。また、この電解セルユニットは、電解部に流入した電解液が電解部内全体に流すための液流分配部を有し、電解液流入部と電解液流出部とが、電解部の中心に対して対称となる電解部の周縁位置に設けられているので、電解部に流入した電解液は、電解部内全体を流れる。その結果、電解部で発生した電解ガスを効率的に排出できるので、電極板の表面に電解ガスの気泡が存在することによる通電抵抗の増大を防止できる。よって、この電解セルユニットは、電流効率及び水素発生効率に優れるものになる。
【００２０】
本発明に係る電解セルユニットにおいて、前記第１電極板、前記第１電解室形成枠体及び前記第２電解室形成枠体のそれぞれの周縁部には、位置決め用切り欠き部又は位置決め用突出部が設けられている。
【００２１】
この発明によれば、第１電極板、第１電解室形成枠体及び第２電解室形成枠体のそれぞれの周縁部には、位置決め用切り欠き部又は位置決め用突出部が設けられているので、第１電極板、第１電解室形成枠体及び第２電解室形成枠体を重ね合わせるときの位置ずれを抑えることができる。そのため、上記した各構成部材が重ね合わさって形成する第１電解室、第２電解室、後述する電解液供給路及び後述する電解液排出路からの電解液の漏洩を防止できるので、電解部を流れる電解液の流速が安定する。その結果、この電解セルユニットは、電極板の表面で発生した電解ガスの気泡をその表面から容易に離脱させることができる。
【００２２】
上記課題を解決するための本発明に係る電解セルスタックは、前記電解セルユニットを備え、前記電解セルユニットを、前記第２電極板と前記第１電極板とが接するように複数重ねて構成し、又は、前記第２電極板及び前記第１電極板が同じ電極板からなる複極式電極板として複数重ねて構成したことを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、電解セルユニットを複数重ねて構成しているので、電解ガスの発生量を必要に応じて増加減することができる。また、前記した電解セルユニットを備えているので、電極板の表面に電解ガスの気泡が存在することによる通電抵抗の増大を防止できる。その結果、この電解セルスタックは、電流効率及び水素発生効率に優れるものになる。
【００２４】
本発明に係る電解セルスタックにおいて、前記電解液流入部が、前記電解部の周縁部を貫通する電解液供給路に接続され、前記電解液流出部が、前記電解部の周縁部を貫通する電解液排出路に接続されている。
【００２５】
この発明によれば、電解液流入部が、電解部の周縁部を貫通する電解液供給路に接続され、電解液流出部が、電解部の周縁部を貫通する電解液排出路に接続されているので、電解液の流路が密封される。そのため、電解液供給路及び電解液排出路から電解液が漏洩するのを防止できるので、第１電解室及び第２電解室を流れる電解液の流速が安定する。その結果、この電解セルスタックは、電極板の表面で発生した電解ガスの気泡をその表面から容易に離脱させることができる。
【００２６】
本発明に係る電解セルスタックにおいて、前記電解セルユニットの周縁部のさらに外側には、前記複数の電解セルユニットを重ねた方向に締めるための締結部が設けられている。
【００２７】
この発明によれば、電解セルユニットの周縁部のさらに外側には、複数の電解セルユニットを重ねた方向に締めるための締結部が設けられているので、電解セルユニット同士の密着性を高めることができる。そのため、第１電解室及び第２電解室からの電解液の漏洩を防止できるので、第１電解室及び第２電解室を流れる電解液の流速が安定する。その結果、この電解セルスタックは、電極板の表面で発生した電解ガスの気泡をその表面から容易に離脱させることができる。
【００２８】
本発明に係る電解セルスタックにおいて、前記締結部が、前記複数の電解セルユニットを重ねたときの位置決め用凸部を有する。
【００２９】
この発明によれば、前記した締結部が、複数の電解セルユニットを重ねたときの位置決め用凸部を有するので、電解セルユニットを重ねるときの位置ずれを抑えることができる。そのため電解セルユニット２の各構成部材が重ね合わさって形成する第１電解室２Ａ、第２電解室２Ｂ、電解液供給路７０，７１及び電解液排出路７２，７３からの電解液の漏洩を防止できるので、第１電解室及び第２電解室を流れる電解液の流速が安定する。その結果、この電解セルスタックは、電極板の表面で発生した電解ガスの気泡をその表面から容易に離脱させることができる。
【００３０】
本発明に係る電解セルスタックにおいて、前記締結部は、前記電解セルユニットを収容する空間厚さを有し、該空間厚さは、前記締結部を密接させて締結できる厚さであるように構成する。
【００３１】
この発明によれば、前記した締結部は、電解セルユニットを収容する空間厚さを有し、その空間厚さは、締結部を密接させて締結できる厚さであるので、その締結部を密接させて電解セルユニット同士の密着性を高めることができる。そのため、第１電解室及び第２電解室からの電解液の漏洩を防止できるので、第１電解室及び第２電解室を流れる電解液の流速が安定する。その結果、この電解セルスタックは、電極板の表面で発生した電解ガスの気泡をその表面から容易に離脱させることができる。
【００３２】
本発明に係る電解セルスタックにおいて、前記締結部が凹凸部を有する。
【００３３】
この発明によれば、前記した締結部が凹凸部を有するので、この締結部の厚さが薄くなっている。そのため、この締結部がプラスチック材料で形成されている場合、締結部の厚い部分に、射出成形後の熱収縮時にヒケが発生するのを防止できると共に、凸部で締結部を密接させて締結できるので、電解セルユニット同士の密着性を維持できる。さらに、締結部の長手方向及び短手方向の収縮を抑えることができる。そのため、電解セルユニット同士の締め付けが安定するので、第１電解室及び第２電解室からの電解液の漏洩が防止できる。その結果、第１電解室及び第２電解室を流れる電解液の流速が安定したものになるので、この電解セルスタックは、電極板の表面で発生した電解ガスの気泡をその表面から容易に離脱させることができる。
【００３４】
上記課題を解決するための本発明に係る水素発生装置は、前記した電解セルスタックを備え、該電解セルスタックを構成する第１電解室又は第２電極室から水素を発生させることを特徴とする。
【００３５】
この発明によれば、前記した電解セルスタックを備えているので、電解ガスの発生量を必要に応じて増加減することができる。また、電極板の表面に電解ガスの気泡が存在することによる通電抵抗の増大を防止できる。その結果、この水素発生装置は、電流効率及び水素発生効率に優れるものになる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明に係る電解室構造及び電解セルユニットによれば、電解部は幅が細いものになるので、電解液流入部から電解部に流入した電解液が電解部内に広がっても流速が低下せず、電解液が電解部内を速やかに移動する。そのため、その電解液が電極板の表面で発生した電解ガスの気泡をその表面から容易に離脱させる。また、電解部に流入した電解液は、電解部内全体を流れる。その結果、電解部で発生した電解ガスを効率的に排出できるので、電極板の表面に電解ガスの気泡が存在することによる通電抵抗の増大を防止できる。よって、この電解室構造及び電解セルユニットは、電流効率及び水素発生効率に優れるものになる。
【００３７】
また、本発明に係る電解セルスタック及び水素発生装置によれば、電解ガスの発生量を必要に応じて増加減することができる。また、電極板の表面に電解ガスの気泡が存在することによる通電抵抗の増大を防止できる。その結果、この電解セルスタック及び水素発生装置は、電流効率及び水素発生効率に優れるものになる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る電解室構造の構成を示す模式的な正面図である。
【図２】本発明に係る電解セルユニットの構成を示す模式的な分解構成図である。
【図３】本発明に係る電解セルスタックの一例を示す模式的な斜視図である。
【図４】本発明に係る電解セルユニットの構成を示す模式的な断面構成図である。
【図５】電極板の一例を示す模式的な正面図である。
【図６】第１電解室形成枠体の一例を示す模式的な正面図である。
【図７】第２電解室形成枠体の一例を示す模式的な正面図である。
【図８】第２電解室形成枠体の他の面の一例を示す模式的な正面図である。
【図９】シール部材の一例を示す模式的な正面図である。
【図１０】（Ａ）は液流分配部の一例を示す模式的な正面図である。（Ｂ）は、スリットの一例を示す模式的な正面図である。
【図１１】（Ａ）は図６のＩ−Ｉ’線の断面図である。（Ｂ）は図７のＩＩ−ＩＩ’線断面図である。（Ｃ）は図７のＩＩＩ−ＩＩＩ’線の断面図である。
【図１２】（Ａ）は、本発明に係る電解室構造の一例を示す模式的な正面図である。（Ｂ）は、本発明に係る電解室構造の他の一例を示す模式的な正面図である。
【図１３】本発明に係る水素ガス発生装置の一例を示す模式的な構成図である。
【図１４】（Ａ）は、本発明に係る電解室構造の実施例を示す模式的な正面図である。（Ｂ）〜（Ｄ）は、本発明に係る電解室構造の比較例を示す模式的な正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明に係る電解室構造、電解セルユニット、電解セルスタック及び水素発生装置について図面を参照しつつ説明する。本発明の技術的範囲は、下記の記載や図面に限定されるものではない。
【００４０】
［電解室構造］
本発明に係る電解室構造１は、アルカリ水等の電解液を電気分解する水素発生方式の電解セルに用いられる電解室の構造であり、図１に示すように、電解液を電気分解するための縦長の電解部１ｅと、電解部１ｅに電解液を流入させるための電解液流入部１ａと、電解部１ｅから電解液を流出させるとともに電解部１ｅで発生した電解ガスを流出させるための電解液流出部１ｂと、電解液流入部１ａから流入した電解液を電解部１ｅ内全体に流すための液流分配部１ｃと、を有し、電解液流入部１ａと電解液流出部１ｂとが、電解部１ｅの中心に対して対称となる電解部１ｅの周縁位置に設けられていることに特徴がある。
【００４１】
電解室構造１は、アルカリ水等の電解液を電気分解して、水素ガス及び酸素ガス等の電解ガスを発生させる電解部１ｅを有する。電解部１ｅは、電解室形成枠体３９（以下、単に「枠体３９」という。）の縦長の開口部で形成される。こうした開口部は、一方が電極板（図示しない）で密閉され、他方が封止部材（図示しない）で封止されて電解室構造１を形成する。電解部１ｅは、電解液の流れ６０が示すように、電解液流入部１ａから電解部１ｅの内部に電解液を流入させ、電解液流出部１ｂから電解部１ｅの外部に電解液を流出させる。電解液は、電極板の表面で電気分解され、その表面で電解ガスを発生させる。電極板の表面で発生した電解ガスは、電解液とともに電解液流出部１ｂから電解部１ｅの外部に流出する。
【００４２】
電解液は、電気分解により分解される被分解液のことであり、水酸化ナトリウム水溶液や、水酸化カリウム水溶液等のアルカリ水溶液が挙げられる。また、こうしたアルカリ水溶液の他にも、純水、海水、食塩水等を適用できる。
【００４３】
電解部１ｅは、縦長形状であり、こうした縦長形状としては、例えば、矩形又は略矩形（以下、単に「矩形」ともいう。）、楕円形又は略楕円形（以下、単に「楕円形」ともいう。）、縦長の円形、レーストラック形状等が挙げられる。また、こうした矩形には、例えば、図１に示すような角に丸みがある矩形が挙げられる。なお、レーストラック形状とは、同じ長さで平行な２直線の端部同士を円弧で結んだ形状である。
【００４４】
電解部１ｅの中心とは、電解部１ｅを正面視したときの中心又は略中心（以下、単に「中心」ともいう。）である。電解部１ｅの中心は、例えば、電解部１ｅが矩形、楕円形又はレーストラック形状の場合、こうした矩形、楕円形又はレーストラック形状の中心のことである。
【００４５】
電解液流入部１ａは、電解部１ｅに電解液を流入させるためのものである。電解液流入部１ａの構造は特に限定されない。例えば、図１では、電解液流入部１ａが円形の貫通孔で形成されている場合を示している。
【００４６】
電解液流出部１ｂは、電解部１ｅから電解液を流出させるとともに電解部１ｅで発生した電解ガスを流出させるためのものである。電解液流出部１ｂの構造は特に限定されない。例えば、図１では、電解液流出部１ｂが直角三角形又は略直角三角形の貫通孔で形成されている場合を示している。また、電解液流出部１ｂと電解部１ｅとの間には、電解液及び電解ガスを電解液流出部１ｂに導くための流路である電解液流出路１ｄが設けられていてもよい。さらに、こうした電解液流出路１ｄには、スリットが設けられていてもよいし、スリットが設けられていなくてもよい。
【００４７】
電解液流入部１ａと電解液流出部１ｂとは、電解部１ｅの中心に対して対称となる電解部１ｅの周縁位置に設けられている。電解部１ｅの中心に対して対称となる位置とは、電解部１ｅの中心に対して対称となる位置であり、又は、その周辺位置である。電解部１ｅの周縁位置とは、電解部１ｅの周囲の縁部分のことであり、例えば、図１においては、電解部１ｅと枠体３９の境界の部分のことである。こうした電解部１ｅの中心に対して対称となる電解部１ｅの周縁位置とは、例えば、電解部１ｅが矩形の場合、その矩形の対角部分や、その対角部分の周辺部分である。また、電解部１ｅが楕円形の場合、その楕円形の長軸の両端部分や、その長軸の両端部分の周辺部分である。また、電解部１ｅがレーストラック形状の場合、そのレーストラック形状の円弧の一部及びその円弧の一部分とレーストラック形状の中心に対して対称位置にある円弧の一部分である。例えば、図１では、電解液流入部１ａは、矩形の電解部１ｅの角部分に設けられ、電解液流出部１ｂは、電解液流入部１ａに対向する電解部１ｅの短辺のうち、電解液流入部１ａの対角部の周辺部分に設けられている。電解液流入部１ａ及び電解液流出部１ｂが、こうした電解部１ｅの中心に対して対称となる電解部１ｅの周縁位置に設けられていることにより、電解液が電解部１ｅの全体を通るものになる。
【００４８】
液流分配部１ｃは、電解液流入部１ａから流入した電解液を電解部１ｅ内全体に流すためのものであり、通常、電解液流入部１ａと電解部１ｅの間に設けられる。液流分配部１ｃの形状は、例えば、電解部１ｅの隣り合う２辺に沿って設けられる２つの流路と、その２つの流路の間に設けられる１つの流路とを有するように形成される。こうした形状の液流分配部１ｃは、電解液の流れ６０が示すように、電解液を電解部１ｅの隣り合う２辺に沿うよう流入させ、また、電解液を電解部１ｅの中心に向かって流入させる。そのため、電解液は、電解部１ｅの全体を通る。こうした液流分配部１ｃの２つの流路の間に設けられる１つの流路の幅は、電解部１ｅの隣り合う２辺に沿って設けられる２つの流路と同一の幅で設けられていてもよいし、半分以下の幅で設けられていてもよい。なお、液流分配部１ｃは、上記した目的を達成できれば、こうした形状に限定されない。例えば、液流分配部１ｃを形成する流路は２つでもよいし、４つでもよいし、５つ以上でもよい。
【００４９】
電解室構造１の枠体３９は、電解室構造１の外形を形成するものであり、また、その開口部が電解部１ｅを形成するものである。枠体３９の正面視したときの外形は、例えば、１つの短辺が円弧で形成された矩形である。電解室構造１の枠体３９の形状は、こうした矩形に限定されず、例えば、正面視したときの外形が楕円形でもよいし、縦長の円形でもよいし、レーストラック形状でもよい。
【００５０】
電解部１ｅを正面視したときの長手方向の長さＬ（Ｌ１）と、この長手方向と直角に交わる短手方向の長さＷ（Ｗ１）の比（Ｌ１：Ｗ１）は、好ましくは、３：２〜６：１であり、より好ましくは３：１〜４：１である。こうした電解部１ｅの長手方向の長さと短手方向の長さの比により、電解部１ｅは幅が細いものになり、且つ、実用に適した形状になる。そのため、電解液流入部１ａから電解部１ｅに流入した電解液は、電解部１ｅ内に広がっても流速が低下するのを防止できる。こうした電解部１ｅの寸法は、上記した長手方向の長さＬ１と短手方向の長さＷ１の比（Ｌ１：Ｗ１）を満たせば、得ようとする電解ガスの量に応じて、小型のものから大型のものまで任意に設計できる。
【００５１】
電解部１ｅの周縁の内壁面は、通常、図１に示すように、平滑面で形成されているが、例えば、図１２（Ａ）に示すように、電解液流入部１ａに対向する長辺の内壁面３８が、均等な波形状で形成されていてもよいし、また、図１２（Ｂ）に示すように、電解液流入部１ａに対向する長辺の内壁面３８が、不均等な波形状で形成されていてもよい。こうした波形状で形成された電解液流入部１ａに対向する長辺の内壁面３８は、平坦面で形成された場合よりも、電解部１ｅに流入した電解液がこの内壁面３８に衝突して乱流をより発生させる。そのため、この乱流により、電極板の表面に存在する電解ガスをその表面から容易に離脱させる。なお、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）では、電解液流入部１ａに対向する長辺の内壁面３８のみが波形状で形成されているが、他の辺の内壁をこうした波形状で形成してもよいし、全ての内壁をこうした波形状で形成してもよい。
【００５２】
電解室構造１の形成材料は、電気分解を行う温度での耐熱性を有し、アルカリ水溶液に対する耐食性を有する材料ならば特に限定されない。こうした形成材料としては、例えば、耐アルカリ性を有するプラスチック材料が挙げられる。耐アルカリ性を有するプラスチック材料としては、例えば、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂等が挙げられる。こうした電解室構造１は、例えば、射出成形により成形できる。
【００５３】
以上、本発明に係る電解室構造１によれば、電解部１ｅは幅が細いものになるので、電解液流入部１ａから電解部１ｅに流入した電解液が電解部１ｅ内に広がっても流速が低下せず、電解液が電解部１ｅ内を速やかに移動する。そのため、その電解液が電極板の表面で発生した電解ガスの気泡をその表面から容易に離脱させる。また、電解部１ｅに流入した電解液は、電解部１ｅ内全体を流れる。その結果、電解部１ｅで発生した電解ガスを効率的に排出できるので、電極板の表面に電解ガスの気泡が存在することによる通電抵抗の増大を防止できる。よって、この電解室構造１は、電流効率及び水素発生効率に優れるものになる。
【００５４】
［電解セルユニット］
本発明に係る電解セルユニット２は、電解液を酸化又は還元するための縦長の第１電解室２Ａと、電解液を還元又は酸化するための縦長の第２電解室２Ｂとが、第１電極板１１、第１電解室形成枠体１３、隔膜１２、第２電解室形成枠体１４及び第２電極板１７とをその順で重ね合わせて形成され、第１電解室２Ａ及び第２電解室２Ｂが、それぞれ、電解液を電気分解するための縦長の電解部１３ｅ，１４ｅと、電解部１３ｅ，１４ｅに電解液を流入させるための電解液流入部１３ａ，１４ａと、電解部１３ｅ，１４ｅから電解液を流出させるとともに電解部１３ｅ，１４ｅで発生した電解ガスを流出させるための電解液流出部１３ｂ，１４ｂと、電解液流入部１３ａ，１４ａから流入した電解液を電解部１３ｅ，１４ｅ内全体に流すための液流分配部１３ｃ，１４ｃと、を有し、電解液流入部１３ａ，１４ａと電解液流出部１３ｂ，１４ｂとが、電解部１３ｅ，１４ｅの中心に対して対称となる電解部１３ｅ，１４ｅの周縁位置に設けられていることに特徴がある。以下、電解セルユニット２の基本構成について説明する。
【００５５】
第１電解室２Ａは、図２に示すように、第１電極板１１、シール部材１５、第１電解室形成枠体１３（以下、単に「第１枠体１３」ともいう。）及び隔膜１２が重ね合わさって形成される。また、第２電解室２Ｂは、隔膜１２、第２電解室形成枠体１４（以下、単に「第２枠体」１４ともいう。）、シール部材１５及び第２電極板１７が重ね合わさって形成される。こうした第１電解室２Ａ及び第２電解室２Ｂを形成する構成部材のうち、シール部材１５は必須の構成部材ではないが、後述するように第１電解室２Ａ及び第２電解室２Ｂの気密性を高めるために好ましく用いられる。また、図２のＯリング（オーリング）１６も必須の構成部材ではないが、後述するように電解セルユニット２を重ねて電解セルスタック３を形成する場合に、電解セルスタック３の気密性を高めるために好ましく用いられる。
【００５６】
第１電解室２Ａ及び第２電解室２Ｂは、より具体的には、図４に示すように、第１枠体１３の縦長の開口部である電解部１３ｅの一方が第１電極板１１で密封され、第２枠体１４の縦長の開口部である電解部１４ｅの一方が第２電極板１７で密封される。そして、電解部１３ｅと電解部１４ｅとが、隔膜１２で隔てられ、第１電解室２Ａ及び第２電解室２Ｂが形成される。
【００５７】
第１電解室２Ａは、電解液を酸化又は還元するためのものである。例えば、第１電解室２Ａで電解液を還元する場合、第１電極板１１はカソード電極として機能し、第１電解室２Ａで水素ガスを発生させる。また、第１電解室２Ａが電解液を酸化する場合、第１電極板１１はアノード電極として機能し、第１電解室２Ａで酸素ガスを発生させる。
【００５８】
第２電解室２Ｂは、電解液を酸化又は還元するためのものであり、第１電解室とは逆の電気分解を行うものである。例えば、第１電解室２Ａで電解液を還元させる場合、第２電解室２Ｂでは電解液が酸化されて酸素ガスを発生させる。この場合、第２電極板１７はアノード電極として機能する。また、第１電解室２Ａで電解液を酸化させる場合、第２電解室２Ｂでは電解液が還元されて水素ガスを発生させる。この場合、第２電極板１７はカソード電極として機能する。
【００５９】
第１電解室２Ａ内及び第２電解室２Ｂ内で発生した水素ガス及び酸素ガスの電解ガスの気泡は、電解液と共にそれぞれ第１電解室２Ａ及び第２電解室２Ｂの外部に排出される。具体的には、第１電解室２Ａで発生した電解ガスの気泡は、電解液とともに第１枠体１３の電解液流出部１３ｂを通って第１電解室２Ａの外部に排出される。また、第２電解室２Ｂで発生した電解ガスの気泡は、第２枠体１４の電解液流出部１４ｂを通って第２電解室２Ｂの外部に排出される。
【００６０】
電解液流入部１３ａと電解液流出部１３ｂとは、電解部１３ｅの中心に対して対称となる電解部１３ｅの周縁位置に設けられている。また、電解液流入部１４ａと電解液流出部１４ｂとは、電解部１４ｅの中心に対して対称となる電解部１４ｅの周縁位置に設けられている。こうした電解液流入部１３ａ，１４ａ及び電解液流出部１３ｂ，１４ｂが設けられる位置については、「電解室構造」欄で説明した内容と同じであるので、ここでの説明は省略する。
【００６１】
第１枠体１３の液流分配部１３ｃ及び第２枠体１４の液流分配部１４ｃは、「電解室構造」欄で説明した液流分配部１ｃと同様のものである。すなわち、液流分配部１３ｃ，１４ｃは、それぞれ電解液流入部１３ａ，１４ａから流入した電解液を電解部１３ｅ，１４ｅ内全体を通るように作用する。
【００６２】
こうした本発明に係る電解セルユニット２によれば、電解部１３ｅ，１４ｅは幅が細いものになるので、電解液流入部１３ａ，１４ａから電解部１３ｅ，１４ｅに流入した電解液が電解部１３ｅ，１４ｅ内に広がっても流速が低下せず、電解液が電解部１３ｅ，１４ｅ内を速やかに移動する。そのため、その電解液が電極板の表面で発生した電解ガスの気泡をその表面から容易に離脱させる。また、電解部１３ｅ，１４ｅに流入した電解液は、電解部１３ｅ，１４ｅ内全体を流れる。その結果、電解部１３ｅ，１４ｅで発生した電解ガスを効率的に排出できるので、第１電極板１１及び第２電極板１７の表面に電解ガスの気泡が存在することによる通電抵抗の増大を防止できる。よって、電解セルユニット２は、電流効率及び水素発生効率に優れるものになる。
【００６３】
［電解セルスタック］
本発明に係る電解セルスタック３は、電解セルユニット２を、第２電極板１７と第１電極板１１とが接するように複数重ねて構成し、又は、第２電極板１７及び第１電極板１１が同じ電極板からなる複極式電極板として複数重ねて構成したことに特徴がある。以下、電解セルスタック３の基本構成について説明する。
【００６４】
電解セルスタック３は、電解セルユニット２を第２電極板１７と第１電極板１１とが接するように複数重ねて構成することができる。この場合、電解セルスタック３は、図２及び図４に示すように、シール部材１５、第１電極板１１、シール部材１５、第１枠体１３、隔膜１２、第２枠体１４、シール部材１５及び第２電極板１７がその順で重ね合わせて構成された電解セルユニット２が複数重ねられて構成される。なお、上記したように、シール部材１５は必須の構成部材ではなく、第１電解室２Ａ及び第２電解室２Ｂの気密性を高めるために好ましく用いられる。また、第２電極板１７及び第１電極板１１が同じ電極板からなる複極式電極板として複数重ねて電解セルユニット２を構成することもできる。この場合、第１電極１１及び第２電極１７は同じ複極式電極板となり、実質的に両者を区別することはできないが、以下では形式的に両者を区別して説明する。
【００６５】
電解セルスタック３は、電解セルユニット２が複数重ねられた後、図３に示すように、両側に給電プレート１８，１９が重ねられて構成される。一方の給電プレート１８には、電解セルスタック３の内部の第１電解室２Ａ及び第２電解室２Ｂに電解液を供給するための電解液供給口２１，２２が設けられ、また、第１電解室２Ａ及び第２電解室２Ｂから電解液及び電解ガスを排出するための電解液排出口２３，２４が設けられている。なお、図３の矢印６１〜６４は、電解液が流れる向きを示している。
【００６６】
電解液流入口２１から電解セルスタック３の内部に流入した電解液は、図２に示す電解液供給路７０を通って、第１電解室２Ａに供給される。電解液供給路７０は、電解液供給孔１１ａ，１５ａ，１４ｇ及び隔膜１２に設けられる電解液供給孔が重ね合わさって形成される。また、電解液流入口２２から電解セルスタック３の内部に流入した電解液は、図２に示す電解液供給路７１を通って、第２電解室２Ｂに供給される。電解液供給路７１は、電解液供給孔１１ｇ，１５ｇ，１３ｇ及び隔膜１２に設けられる電解液供給孔が重ね合わさって形成される。こうした電解液供給路７０，７１は、それぞれ電解液流入部１３ａ，１４ａに接続されている。
【００６７】
第１電解室２Ａで発生した電解ガスは、電解液とともに、電解液排出路７３を通って、電解液排出口２４から電解セルスタック３の外部に排出される。電解液排出路７３は、電解液排出孔１１ｂ，１５ｂ，１４ｈが重ね合わさって形成される。また、第２電解室２Ｂで発生した電解ガスは、電解液とともに、電解液排出路７２を通って、電解液排出口２３から電解セルスタック３の外部に排出される。電解液排出路７２は、電解液排出孔１１ｈ，１５ｈ，１３ｈが重ね合わさって形成される。こうした電解液排出路７２，７３は、それぞれ電解液流出部１３ｂ，１４ｂに接続されている。
【００６８】
こうした本発明に係る電解セルスタック３によれば、電解ガスの発生量を必要に応じて増加減することができる。また、電極板の表面に電解ガスの気泡が存在することによる通電抵抗の増大を防止できる。その結果、この電解セルスタック３は、電流効率と水素発生効率に優れるものになる。
【００６９】
以下、電解セルユニット２及び電解セルスタック３を構成する各構成部材について具体的に説明する。
【００７０】
（電極板）
第１電極板１１及び第２電極板１７は、いずれも電解液を電気分解するための電極板であり、同じ構造及び機能を有する。こうした第１電極板１１及び第２電極板１７は、単極式電極板でもよいし、複極式電極板でもよい。第２電極板１７は、第１電極板１１と同様のものであるので、ここでは第１電極板のみを説明する。
【００７１】
第１電極板の形状は、上記したような第１電解室２Ａを形成できれば特に限定されず、例えば、図２及び図５に示すように、一方の短辺が円弧で形成された縦長の矩形とすることができる。矩形の短辺の両端部のそれぞれには、電解液を第１電解部１３ｅに供給するための貫通孔である電解液供給孔１１ａ、及び、電解液を第２電解部１４ｅに供給するための貫通孔である電解液供給孔１１ｇが設けられている。また、もう一方の短辺の両角部のそれぞれには、電解液及び電解ガスを第１電解部１３ｅから外部に排出するための貫通孔である電解液排出孔１１ｂ、及び、電解液及び電解ガスを第２電解部１４ｅから外部に排出するための貫通孔である電解液排出孔１１ｈが設けられている。
【００７２】
第１電極板１１の厚さは、特に限定されないが、例えば０．１ｍｍ〜５ｍｍである。第１電極板１１の厚さをこのように設計することにより、第１電極板１１の外周部の反りが抑えられると共に、電解セルユニット２及び電解セルスタック３の重量が重くなりすぎるのを防ぐことができる。
【００７３】
図４における第１電極板１１と第２電極板１７との距離Ｄ３は、特に限定されないが、好ましくは０．１ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり、より好ましくは、５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。第１電極板１１と第２電極板１７との距離をこのように設計することにより、第１電極板１１と第２電極板１７との間に流れる電流の値（電解電流値）を大きくすることができるので、電気分解をより効率的に行うことができる。また、第１電極板１１と隔膜１２との距離Ｄ１と、第２電極板１７と隔膜１２との距離Ｄ２は、特に限定されず、第１電解室２Ａ及び第２電解室２Ｂそれぞれで得られる電解ガスの量に応じて任意に設計できる。
【００７４】
電解液供給孔１１ａは、電解セルユニット２が組み立てられたときに、後述する隔膜１２に設けられる電解液供給孔と、第１枠体１３に設けられる電解液流入部１３ａと重ね合わさるように設けられ、電解液供給路７０を形成する。また、電解液供給孔１１ｇは、電解セルユニット２が組み立てられたときに、後述する隔膜１２に設けられる電解液供給孔と、第２枠体１４に設けられる電解液流入部１４ａと重ね合わさるように設けられ、電解液供給路７１を形成する。
【００７５】
電解液排出孔１１ｂは、電解セルユニット２が組み立てられたときに、第１枠体１３に設けられる電解液流出部１３ｂと重ね合わさるように設けられ、電解液排出路７３を形成する。また、電解液排出孔１１ｈは、電解セルユニット２が組み立てられたときに、第１枠体１４に設けられる電解液流出部１４ｂと重ね合わさるように設けられ、電解液排出路７２を形成する。
【００７６】
このように、電解液供給路７０，７１及び電解液排出路７２，７３が、各構成部材の貫通孔で形成されていることにより、電解液の流路が密封された構造になる。そのため、電解液供給路及び電解液排出路から電解液が漏洩するのを防止できる。
【００７７】
こうした電解液供給孔１１ａ，１１ｇは、「電解室構造」欄で説明した電解液流入部１ａと同様の形状で形成することができる。また、電解液排出孔１１ｂ，１１ｈは、「電解室構造」欄で説明した電解液流出部１ｂと同様の形状で形成することができる。
【００７８】
位置決め用切り欠き部１１ｆは、必須の構成ではないが、第１電極板１１及び第１枠体１３を重ね合わせる際に両者の位置決めを容易にするために好ましく設けられる。こうした位置決め用切り欠き部１１ｆは、第１電極板１１の周縁部に設けられ、また、後述する位置決め用突出部１４ｆとはめ合わさるように設けられる。また、位置決め用切り欠き部１１ｆは、図５では１つの第１電極板１１に対して２つ設けられているが、例えば、３つ設けられていてもよいし、４つ設けられていてもよいし、５つ以上の複数設けられていてもよい。また、１つだけ設けられていてもよい。
【００７９】
第１電極板１１の形成材料は、電極の導電性とアルカリ水溶液に対する耐食性を有するものであれば特に限定されない。こうした形成材料としては、例えば、炭素電極や導電性と耐食性に優れた金属材料等が挙げられる。こうした金属材料は特に限定されないが、例えば、白金、金等の貴金属や、低価格で耐食性のよいステンレス鋼、チタン又はチタン合金、ニッケル又はニッケル合金等が挙げられる。また、こうした金属材料には、ニッケル合金等でめっき処理がなされていてもよい。
【００８０】
電解液流入部１１ａ，１１ｇ及び電解液流出部１１ｂ，１１ｈは、ドリルやエンドミル等で貫通を設けて形成してもよいし、プレス加工、放電加工等の種々の加工法で貫通孔を設けて形成してもよい。
【００８１】
第１電極板１１の表面は、平坦面で形成されていてもよいが、凹凸面で形成されている方がより好ましい。第１電極板１１を凹凸面で形成することにより、電解ガスが第１電極板１１の表面から容易させることができる。こうした凹凸面の表面粗さＲａは、例えば、０．３μｍ〜１０μｍである。なお、表面粗さＲａは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１（１９９４）で規定されている算術平均粗さであり、例えば、原子間力顕微鏡で表面粗さを測定して算出される。
【００８２】
第１電極板１１を平坦面にする平坦化処理としては、真空焼鈍、バフ研磨、バレル研磨及び電解研磨等が挙げられる。また、第１電極板１１を凹凸面とする粗面化処理としては、任意の粒度の研磨紙で研磨することによる粗面化処理、ブラスト材料での粗面化処理、ケミカルエッチングでの粗面化処理等が挙げられる。
【００８３】
（隔膜）
隔膜１２は、電解セルユニット２の第１電解室２Ａと第２電解室２Ｂとを隔てるためのものであり、図２及び図４に示すように、第１電極板１１と第２電極板１７の間に設けられる。隔膜１２の形状は、こうした目的を達成できれば特に限定されないが、例えば図２に示すように、正面視で縦長の矩形である。
【００８４】
隔膜１２は、空隙を有する材料で形成されており、液体は自由に通すが、液体中の気泡は自由に通さないように機能する。そのため、隔膜１２は、第１電解室２Ａ及び第２電解室２Ｂを満たしている電解液は自由に通すが、第１電解室２Ａ及び第２電解室２Ｂで発生した電解ガスの気泡は自由に通さない。そのため、第１電解室２Ａで発生した電解ガスと第２電解室２Ｂで発生した電解ガスは、互いに混ざらずに、それぞれ分離されて第１電解室２Ａ及び第２電解室２Ｂの外部へ排出される。
【００８５】
隔膜１２の形成材料は、上記した目的を達成するための空隙を有し、アルカリ水溶液に対する耐食性を有するものであれば特に限定されない。こうした形成材料としては、例えば、合成樹脂繊維やガラス繊維をフェルト又は紙状の不織布に形成したものや、ポリウレタン等の合成樹脂を発泡成形したものをシート状に加工したもの等を挙げることができる。
【００８６】
（第１電解室形成枠体）
第１枠体１３は、第１電解室２Ａの電解部１３ｅを形成するためのものである。第１枠体１３は、例えば図２及び図６に示すように、縦長の開口部で形成される電解部１３ｅを有する矩形であり、第１枠体１３を正面視した外形は、電極板の外形と同じになるように形成されている。電解部１３ｅの周縁位置には、電解液が電解部１３ｅに流入するための電解液流入部１３ａ、電解部１３ｅから電解液を流出させるとともに電解部１３ｅで発生した電解ガスを流出させるための電解液流出部１３ｂ、電解液を第２電解部１４ｅに供給するための貫通孔である電解液供給孔１３ｇ及び電解液及び電解ガスを第２電解部１４ｅから外部に排出するための貫通孔である電解液排出孔１３ｈが設けられる。これらのうち、電解液流入部１３ａ及び電解液流出部１３ｂは、電解部１３ｅの中心に対して対称となる電解部１３ｅの周縁位置に設けられている。また、電解液流入部１３ａ、電解液流出部１３ｂ、電解液供給孔１３ｇ及び電解液排出孔１３ｈは、第１電極板１１に設けられる電解液供給孔１１ａ、電解液排出孔１１ｂ、電解液供給孔１１ｇ及び電解液排出孔１１ｈと、電解セルユニット２が組み立てられたときに重ね合わさるように設けられている。
【００８７】
電解液流入部１３ａ、電解液流出部１３ｂ、電解液供給孔１３ｇ及び電解液排出孔１３ｈは、それぞれ上述した第１電極板１１に設けられる第１電極板１１に設けられる電解液供給孔１１ａ、電解液排出孔１１ｂ、電解液供給孔１１ｇ及び電解液排出孔１１ｈと同様のものであるので、ここではその説明を省略する。
【００８８】
液流分配部１３ｃは、例えば図１０（Ａ）に示すように、上述した「電解室構造」欄の液流分配部１ｃと同様の形状である。流路の形成されていない凸部２５は、第１枠体１３と第１電極板１１との間にシール部材１５が設けられる場合に、シール部材１５と接するので、液流分配部１３ｃとシール部材１５との密着性が高まり、液流分配部１３ｃから第１電解室２Ａの外部に電解液が漏洩するのを防止できる。こうした液流分配部１３ｃは、上記した目的を達成できれば、図１０（Ａ）に示した形状に限定されない。例えば、流路が２つ設けられていてもよいし、流路が３つ設けられていてもよいし、流路が４つ以上設けられていてもよい。
【００８９】
電解液流出部１３ｂと電解部１３ｅの間には、電解液及び電解ガスを電解液流出部１３ｂに導くための流路である電解液流出路１３ｄが設けられていてもよい。こうした電解液流出路１３ｄには、スリットが設けられていてもよいし、スリットが設けられていなくてもよい。電解液流出路１３ｄに設けられるスリットは、例えば図１０（Ｂ）に示すように、凸部２６で形成され、電解液流出部１３ｂと電解部１３ｅとを幅の等しい複数の流路で結ぶように設けることができる。電解液は、矢印６４が示すように、この流路を通って電解液流出部１３ｂまで流れる。電解液流出路１３ｄにこうしたスリットを設けることにより、流路の形成されていない凸部２６は、第１枠体１３と第１電極板１１との間にシール部材１５が設けられた場合に、シール部材１５と接するので、第１枠体１３とシール部材１５との密着性が高まり、第１電解室２Ａの外部に電解液が漏洩するのを防止できる。
【００９０】
電解部１３ｅは、「電解室構造」欄で説明した電解部１ｅと同様の構成である。例えば、電解部１３ｅの形状は、縦長の形状であり、第１枠体１３を正面視したときの長手方向の長さＬ（Ｌ２）と、この長手方向と直角に交わる短手方向の長さＷ（Ｗ２）との比（Ｌ２：Ｗ２）は、好ましくは、３：２〜６：１であり、より好ましくは３：１〜４：１である。また、電解部１３ｅの周縁の内壁面は、通常平滑面で形成されているが、例えば、「電解室構造」欄で図１２を用いて説明したように、電解液流入部１３ａに対向する長辺の内壁面が、均等な波形状で形成されてもよいし、不均等な波形状で形成されてもよい。
【００９１】
第１枠体１３の第１電極板１１と向かい合う面の縁部には、凸状リブ２７が設けられていてもよい。凸状リブ２７は、図１１（Ａ）に示すように、凸形状の突出部であり、第１枠体１３と第１電極板１１との間にシール部材１５が設けられる場合に、第１枠体とシール部材１５との密着性を高めるためのものである。凸状リブ２７は、第１枠体１３の第１電極板１１と向かい合う面の縁部に設けられる。こうした縁部は、具体的には、第１枠体１３の周縁部、電解部１ｅの周縁部、電解液供給孔１３ｇの周縁部及び電解液排出孔１３ｈの周縁部（いずれも、図６の点線で示す部分である）である。こうした凸状リブ２７を設けることにより、第１枠体１３が、電解セルユニット２を組み立てたときにシール部材１５と面接触し、且つ、凸状リブ２７で線接触するので、両者の密着性が高まり、第１電解室２Ａから電解液が漏洩するのを防止できる。
【００９２】
第１枠体１３の周縁部には、さらに、位置決め用切り欠き部１３ｆが設けられていてもよい。位置決め用切り欠き部１３ｆは、上記した位置決め用切り欠き部１１ｆと同じ構成であるので、ここではその説明を省略する。
【００９３】
第１枠体１３の形成材料は、電気分解を行う温度での耐熱性を有し、アルカリ水溶液に対する耐食性を有する材料ならば特に限定されない。こうした形成材料としては、例えば、耐アルカリ性を有するプラスチック材料が挙げられる。耐アルカリ性を有するプラスチック材料としては、例えば、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂等が挙げられる。こうした第１枠体１３は、例えば、射出成形加工により成形できる。
【００９４】
（第２電解室形成枠体）
第２枠体１４は、第２電解室２Ｂを形成するためのものである。第２枠体１４の第２電極板１７と接する面は、例えば図２及び図７に示すように、図６に示した第１枠体１３と同様のものである。また、第２枠体１４の他方の面には、図８に示すように、任意に隔膜収容部２９、電解室収容部３０、Ｏリング収容部３１及び位置決め用突出部１４ｆが設けられていてもよく、また、第２枠体１４の周縁部のさらに外側には、任意に締結部３４が設けられていてもよい。
【００９５】
第２枠体１４の第２電極板１７と接する面に設けられる電解部１４ｅ、電解液流入部１４ａ、電解液流出部１４ｂ、液流分配部１４ｃ、電解液供給孔１４ｇ及び電解液排出孔１４ｈは、第１枠体１３に設けられる電解部１３ｅ、電解液流入部１３ａ、電解液流出部１３ｂ、液流分配部１３ｃ、電解液供給孔１３ｇ及び電解液排出孔１３ｈと同様のものであるので、ここでの説明は省略する。また、この第２枠体１４の面には、第１枠体１３と同様の構成で、任意に電解液流出路１４ｄ及び凸状リブ２８が設けられていてもよい。
【００９６】
第１枠体１３及び第２枠体１４のそれぞれの液流分配部１３ｃ，１４ｃは、液流分配部１３ｃ，１４ｃを流れる電解液の種類に応じて変更することが好ましく、また、第１枠体１３及び第２枠体１４のそれぞれの電解液流出路１３ｄ，１４ｄは、電解ガスの発生量にあわせた形状にするか、又は、それぞれを同様の形状にすることもできる。こうすることにより、第１電解室２Ａと第２電解室２Ｂの圧力バランスを均一にすることができる。
【００９７】
隔膜収容部２９、電解室収容部３０及びＯリング収容部３１は、必須の構成ではないが、電解セルユニット２の各構成部材を重ね合わせて電解セルユニット２を容易に組み立てるために好ましく設けられる。
【００９８】
隔膜収容部２９は、隔膜１２を収容するための部分であり、図２に示すように、第２枠体１４の隔膜１２と接する面に設けられる。隔膜収容部２９は、図８に示すように、隔膜１２を収容できるように、隔膜１２を正面視した外形と同じ形状で形成される。また、隔膜収容部２９は、図１１（Ｂ）に示すように、隔膜１２を収容できる高さで形成される。
【００９９】
電解室収容部３０は、電極板及び第１枠体１３をこの順で収容するための部分であり、隔膜収容部２９の外側に設けられる。電解室収容部３０は、こうした構成部材を重ねて収容できるように、電解室収容部３０を正面視した外形が第１電極板１１及び第１枠体１３を正面視した外形と同じ形状になるように形成される。また、電解室収容部３０は、第１電極板１１及び第１枠体１３を重ね合わせて収容できる高さで形成される。なお、図４に示すように、第１電極板１１の両側の面に接するようにシール部材１５が設けられる場合は、こうしたシール部材１５も収容できる高さで形成される。
【０１００】
Ｏリング収容部３１は、Ｏリング１６を収容するための部分であり、電解室収容部３０の外側に設けられる。Ｏリング収容部３１は、Ｏリング１６をはめ込むように、Ｏリング１６の太さに合わせた形状の凹部で形成される。
【０１０１】
Ｏリング１６は、電解セルスタック３の気密性を向上させるためのものである。Ｏリング１６は、電解セルユニット２同士が締付ボルト２０で連結されるときに、Ｏリング収容部３１に配置される。Ｏリング１６を配置して電解セルユニット２同士を締付ボルト２０で連結した場合、Ｏリング１６の弾性により電解セルユニット２同士の密着性が向上するので、電解セルスタック３の気密性を高めることができる。
【０１０２】
こうしたＯリング１６の形成材料は、電解セルユニット２同士の気密性を向上させることができ、アルカリ水溶液に対する耐食性を有する材料であれば特に限定されないが、例えば、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、ニトリルゴム、ＥＰＤＭ及びテフロン（登録商標）等の合成ゴム等の弾性を有するゴム材料が挙げられる。
【０１０３】
電解室収容部３０が設けられた第２枠体１４の厚さＴは、図４に示すように、
電解セルユニット２を収容する空間厚さを有する。すなわち、第２枠体１４は、第２電解室２Ｂを形成するので第２電解室２Ｂの厚さを有し、また、電解室収容部３０を有するので第１電解室２Ａも収容する厚さを有する。そのため、第２枠体１４の厚さＴは、電解セルユニット２を収容できる厚さを有することになる。
【０１０４】
位置決め用突出部１４ｆは、必須の構成ではないが、第１電極板１１及び第１枠体１３を重ね合わせて、第２枠体１４に収容させるときの位置決めを容易にするために好ましく設けられる。位置決め用突出部１４ｆは、第１電極板１１及び第１枠体１３が重ね合わされて第２枠体１４の電解室収容部３０に収容されるときに、位置決め用切り欠き部１１ｆ，１３ｆとはめ合わさるように設けられる。位置決め用突出部１４ｆは、図８では１つの第２枠体１４に対して２つ設けられているが、この数は特に限定されず、例えば、位置決め用切り欠き部１１ｆ，１３ｆが設けられている数と同じ数だけ設けることができる。
【０１０５】
こうした位置決め用切り欠き部１１ｆ，１３ｆ及び位置決め用突出部１４ｆによれば、各構成部材を重ね合わせて電解セルユニット２を組み立てるときの位置ずれを抑えることができる。そのため、電解セルユニット２の各構成部材が重ね合わさって形成する第１電解室２Ａ、第２電解室２Ｂ、電解液供給路７０，７１及び電解液排出路７２，７３からの電解液の漏洩を防止できるので、電解部１３ｅを流れる電解液の流速が安定する。
【０１０６】
締付部３４は、必須の構成ではないが、電解セルユニット２を重ね合わせた方向に締めて、電解セルスタック３を形成するために好ましく設けられる。締付部３４は、電解セルユニット２の周縁部のさらに外側に設けられ、例えば、図７及び図８に示すように、第２枠体１４の周縁部のさらに外側に第２枠体１４と一体となって設けられ、また、電解セルユニット２を囲むように帯状に設けられる。締付部３４には、締付ボルト２０を挿入する貫通孔である締付ボルト挿入口３５が電解セルユニット２を囲むように複数設けられる。電解セルユニット２同士の締め付けが、締付部３４を貫通する締付ボルト挿入口３５に締付ボルト２０を挿入して行われることにより、電解セルユニット２同士の密着性を高めることができる。なお、こうした締結部３４は、必ずしも第２枠体１４に設けられている必要はなく、例えば第１枠体１３に設けられていてもよい。
【０１０７】
締結部３４の厚さは、図１１（Ｂ）に示すように、第２枠体１４と同じ厚さであることが好ましい。こうした締結部３４は、電解セルユニット２を収容する空間厚さを有し、また、締結部３４同士を密接させて電解セルユニット２を締結できる厚さを有する。こうした締結部３４により、電解セルスタック３を形成する際に締結部３４を密接させて電解セルユニット２同士の密着性を高めることができる。
【０１０８】
締付部３４には、凹凸部が設けられていてもよい。こうした凹凸部は、例えば、図７、図８及び図１１（Ｂ）に示すように、締付ボルト挿入口３５の周縁部に凸部３２が設けられ、また、こうした凸部３２を結ぶように十字型の凸部３３が設けられて形成される。締付部３４に凹凸部を設けることにより、締付部３４の厚さが薄くなる。そのため、締付部３４がプラスチック材料で形成されている場合、締付部３４の厚い部分に、射出成形後の熱収縮時にヒケが発生するのを防止できると共に、凸部３２，３３で締付部３４同士の密着性を維持できる。さらに、こうした締付部３４の長手方向及び短手方向の収縮を抑えることができる。そのため、電解セルユニット２同士の締め付けが安定するので、第１電解室２Ａ及び第２電解室２Ｂから電解液が漏洩するのを防止できる。
【０１０９】
締付部３４の凹凸部は、締付部３４にヒケが発生するのを防止でき、締付部３４同士の密着性を維持できる形態であれば、上記した形態に限定されない。例えば、締付部３４の周囲にのみ凸部３２が形成されていてもよいし、締付部３４の周囲に凸部３２が形成され、また、締付部３４の間に、締付部３４の周囲の凸部３２を結ぶように一直線の凸部３３が形成されていてもよい。
【０１１０】
位置決め用凸部３７は、必須の構成ではないが、電解セルユニット２を重ねるときに位置ずれを防止するために締結部３４に好ましく設けられる。位置決め用凸部３７は、図７に示すように、締結部３４の２つの短辺の長手方向に対角の部分にそれぞれ設けられる。また、位置決め用凹部３６は、位置決め用凸部３７をはめ込むためのものであり、図８及び図１１（Ｃ）に示すように、位置決め用凸部３７の裏面に形成される。位置決め用凸部３７は、円形の凸部であり、また、位置決め用凹部３６は、円形の凹部である。位置決め用凸部３７は、位置決め用凹部３６とはめ合わせることができるので、電解セルユニット２同士の位置ずれを防止できる。
【０１１１】
位置決め用凸部３７は、締結部３４の長手方向の対角の部分に設けられ電解セルユニット２同士を離れた２点で位置決めすることが好ましい。こうすることで、電解セルユニット２の回転方向の位置ずれを最小限に抑えることができる。また、位置決め用凸部３７の位置に成形の誤差があったとしても、その影響をできるだけ小さくして、電解セルユニット２を重ねるときの位置ずれを防止できる。その結果、電解セルユニット２の各構成部材が重ね合わさって形成する第１電解室２Ａ、第２電解室２Ｂ、電解液供給路７０，７１及び電解液排出路７２，７３からの電解液が漏洩するのを防止できるので、第１電解室２Ａ及び第２電解室２Ｂを流れる電解液の流速が安定したものになる。また、位置決め用凸部３７が対角に位置することにより、電解セルユニット２を逆に配置することを防止できる。
【０１１２】
こうした第２枠体１４の形成材料は、上記した第１枠体１３と同じ形成材料を用いることができる。
【０１１３】
（シール部材）
シール部材１５は、第１電解室２Ａ及び第２電解室２Ｂの気密性を高めるために好ましく設けられる。シール部材１５は、図２及び図９に示すように、縦長の開口部１５ｅを有する矩形であり、電極板と第１枠体１３との間、又は、及び第２枠体との間に設けられることで、それぞれの両者の密着性を向上させる。そのため、第１電解室２Ａ及び第２電解室２Ｂの気密性を高めることができる。シール部材１５の形状は、開口部１５ｅが設けられていること以外は、第１電極板１１と同じである。具体的には、シール部材１５の正面視した外形は、第１電極板１１を正面視した外形と同じあり、また、第１電極板１１に設けられる電解液供給孔１１ａ、電解液供給孔１１ｇ、電解液排出孔１１ｂ及び電解液排出孔１１ｈと同様のものである電解液供給孔１５ａ、電解液供給孔１５ｇ、電解液排出孔１５ｂ及び電解液排出孔１５ｈが設けられる。
【０１１４】
シール部材１５には、任意に位置決め用切り欠き部１５ｆが設けられる。こうした位置決め用切り欠き部１５ｆは、第１電極板１１の位置決め用切り欠き部１１ｆと同様のものであるので、ここではその説明を省略する。
【０１１５】
シール部材１５は、液流分配部１３ｃ，１４ｃ及び電解液流出路１３ｄ，１４ｄと接するように設けられ、また、第１枠体１３及び第２枠体１４の凸状リブ２７，２８と接するように設けられることが好ましい。シール部材１５をこうした位置に配置することにより、シール部材１５の弾性により第１電極板１１と第１枠体１３との密着性が向上し、また、第２電極板１７と第２枠体１４との密着性が向上するので、電解液及び電解ガスが第１電解室２Ａ及び第２電解室２Ｂから漏洩するのを防ぐことができる。また、電極板の外周部での電解ガスの発生を抑制することができる。
【０１１６】
こうしたシール部材１５の形成材料は、電極板とのシール性を保持でき、アルカリ水溶液に対する耐食性を有する材料であれば特に限定されないが、例えば、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、ニトリルゴム、ＥＰＤＭ及びテフロン（登録商標）等の合成ゴム等の弾性を有するゴム材料が挙げられる。
【０１１７】
（給電プレート）
給電プレート１８，１９は、電解セルスタック３内の第１電解室２Ａ及び第２電解室２Ｂに電圧を印加するためのものであり、図３に示すように、電解セルスタック３の最外層に設けられる。給電プレート１８，１９は、例えば、給電プレート１８，１９の周囲が締付ボルト２０により締結部３４と連結されて、電解セルスタック３が組み立てられる。
【０１１８】
電解液供給口２１，２２及び電解液排出口２３，２４は、図３に示すように、２つの給電プレート１８，１９のうち、一方の給電プレート１８に設けられることが好ましい。電解液供給口２１，２２と電解液排出口２３，２４を給電プレート１８の同じ面に設け、給電プレート１８に負の電圧を印加することにより、電解液に漏れ電流が発生するのを防止できる。また、絶縁性の電解ガスに電気が流れることによるスパークが発生するのを防止できる。
【０１１９】
［水素発生装置］
本発明に係る水素発生装置４は、電解セルスタック３を備え、電解セルスタック３を構成する第１電解室２Ａ又は第２電極室２Ｂから水素を発生させることに特徴がある。以下、水素発生装置４の基本構成について説明する。
【０１２０】
水素発生装置４は、図１３に示すように、例えば、電解セルスタック３、水素ガス分離器５１、酸素ガス分離器５２、フィルター５３、冷却器５４及び循環ポンプ５５が配管ライン５６で接続されて構成される循環型水素発生装置である。なお、図１３に示す矢印は、電解液が配管ライン５６中を移動する方向を示している。
【０１２１】
こうした水素発生装置４によれば、電解セルスタック３から排出された水素ガスを含む電解液は、水素ガス分離器５１に送液され、水素ガスが分離される。また、電解セルスタック３から排出された酸素ガスを含む電解液は、酸素ガス分離器５２に送液され、酸素ガスが分離される。水素ガス分離器５１で分離された電解液と、酸素ガス分離器５２で分離された電解液が１つの配管ライン中で混合された後、フィルター５３に通される。その後、電解液は冷却器５４で電気分解に適した温度まで冷却された後、循環ポンプ５５の駆動力により電解セルスタック３に送液される。
【０１２２】
水素ガス分離器５１、酸素ガス分離器５２、フィルター５３、冷却器５４、循環ポンプ５５及び配管ライン５６については、特に限定されず、通常用いられる公知のものを適用できる。
【０１２３】
以上、本発明に係る水素ガス発生装置４によれば、電解ガスの発生量を必要に応じて増加減することができる。また、電極板の表面に電解ガスの気泡が存在することによる通電抵抗の増大を防止できる。その結果、水素ガス発生装置４は、電流効率及び水素発生効率に優れるものになる。
【実施例】
【０１２４】
実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではない。
【０１２５】
［参考例］
電解室構造として、図１４（Ａ）に示すように、レーストラック形状の電解部４０とした。電解部４０の円弧部の一部には、円形の電解液流入部４１及び円形の電解液流出部４２を設けた。電解液流入部４１と電解液流出部４２とは、電解部４０の中心に対して対称となる電解部４０の周縁位置に設けた。電解部４０は、正面視した長手方向の長さと短手方向の長さの比を３．８：１にした。
【０１２６】
電解部４０を、両面を透明のガラス板（図示しない）で密閉して試験セルを組み立てた。こうした試験セルは、透明のガラス板を用いて組み立てられているので、電解液流入部４１から電解部４０の内部を通って電解液流出部４２まで通る液体の流れが外から目視で確認できた。
【０１２７】
［比較例１］
電解室構造として、図１４（Ｂ）に示すように、電解液流入部４１と電解液流出部４２を電解部４７の一方の長辺の両端部に設けた以外は、実施例１と同様にして試験セルを組み立てた。
【０１２８】
［比較例２］
電解室構造として、図１４（Ｃ）に示すように、電解部４８の形状を円形にした以外は、実施例１と同様にして試験セルを組み立てた。
【０１２９】
［比較例３］
電解室構造として、図１４（Ｄ）に示すように、電解液流入部４１と電解液流出部４２を電解部４９の同一半円部分に設けた以外は、比較例２と同様にして試験セルを組み立てた。
【０１３０】
［評価］
参考例及び比較例１〜３で得られた試験セルの内部を着色した液体で満たした。この試験セルに、電解液流入部から水を流入させて、試験セル内部に満たされている液体の色が抜ける様子を目視で観察し、試験セル内部に満たされている液体の色が抜けるまでの時間を測定した。水の流量は３０Ｌ／分にした。
【０１３１】
［結果］
参考例で得られた電解室構造を用いた場合、試験セル内部に満たされている液体の色が抜けるまでの時間は１４５秒であった。比較例１で得られた電解室構造を用いた場合、試験セル内部に満たされている液体の色が抜けるまでの時間は１８１秒であった。比較例２で得られた電解室構造を用いた場合、試験セル内部に満たされている液体の色が抜けるまでの時間は３０１秒であった。比較例３で得られた電解室構造を用いた場合、試験セル内部に満たされている液体の色が抜けるまでの時間は３４１秒であった。
【０１３２】
以上の結果から、参考例で得られた試験セルが、液体の色が抜けるまでの時間が最も短かった。よって、電解室構造は、縦長で矩形形状で、電解液流入部と電解液流出部とが、電解部の中心に対して対称となる電解部の周縁位置に設けられている電解室構造が、液体の抜けがよいことが分かった。その結果、こうした電解室構造は、電極板の表面で発生した電解ガスの抜けがよいことが示唆された。
【符号の説明】
【０１３３】
１  電解室構造
２  電解セルユニット
３  電解セルスタック
４  水素発生装置
１１  第１電極板
１２  隔膜
１３  第１電解室形成枠体
１４  第２電解室形成枠体
１５  シール部材
１６  Ｏリング
１７  第２電極板
１８，１９  給電プレート
２０  締付ボルト
２１，２２  電解液供給口
２３，２４  電解液排出口
２５，２６，３２，３３  凸部
２７，２８  凸状リブ
２９  隔膜収容部
３０  電解室収容部
３１  Ｏリング収容部
３４  締結部
３５  締付ボルト挿入口
３６  位置決め用凹部
３７  位置決め用凸部
３８  内壁面
３９  電解室形成枠体
５１  水素ガス分離器
５２  酸素ガス分離器
５３  フィルター
５４  冷却器
５５  循環ポンプ
５６  配管ライン
６０，６１，６２，６３，６４，６５，６６  電解液の流れ
７０，７１  電解液供給路
７２，７３  電解液排出路
１ａ，１３ａ，１４ａ，４１  電解液流入部
１１ａ，１１ｇ，１３ｇ，１４ｇ，１５ａ，１５ｇ  電解液供給孔
１ｂ，１３ｂ，１４ｂ，４２  電解液流出部
１１ｂ，１１ｈ，１３ｈ，１４ｈ，１５ｂ，１５ｈ  電解液排出孔
１ｃ，１３ｃ，１４ｃ  液流分配部
１ｄ，１３ｄ，１４ｄ  電解液流出路
１ｅ，１３ｅ，１４ｅ，４０，４７，４８，４９  電解部
１５ｅ  開口部
１１ｆ，１３ｆ，１５ｆ  位置決め用切り欠き部
１４ｆ  位置決め用突出部
Ｄ１  第１電極板と第２電極板との距離
Ｄ２  第１電極板と隔膜との距離
Ｄ３  第２電極板と隔膜との距離
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２  長手方向の長さ
Ｔ  第２電解室形成枠体１４の厚さ
Ｗ，Ｗ１，Ｗ２  短手方向の長さ
【図１】
0005980524.tif 000002
【図２】
0005980524.tif 000003
【図３】
0005980524.tif 000004
【図４】
0005980524.tif 000005
【図５】
0005980524.tif 000006
【図６】
0005980524.tif 000007
【図７】
0005980524.tif 000008
【図８】
0005980524.tif 000009
【図９】
0005980524.tif 000010
【図１０】
0005980524.tif 000011
【図１１】
0005980524.tif 000012
【図１２】
0005980524.tif 000013
【図１３】
0005980524.tif 000014
【図１４】
0005980524.tif 000015