(57)【要約】【解決課題】電解槽の耐熱、耐化学特性及び電気伝導特性の低下を防止すると同時に、イオン流れの特性の低下を防止できる酸素及び水素ガスの分離効率を極大化する方法を提供する。【解決手段】内部へ供給された電解液に対する電気分解を進行し生成された異種のガスを分離状態として得るGasket、電極、隔膜固定リング、Cell-Frameと一緒に単位槽と組合わされる水電解槽のガス分離隔膜において、該隔膜が0.2〜3.5mmの太さ、0.85〜0.96の比重を持つように、苛性ソーダ/ソーダ灰/非イオン界面活性剤/Na5P3O10の混合アルカリ浴に70−98℃の温度で2−5分程度、精錬、縮小処理したPolypropylene糸として製織された電解槽のガス分離隔膜及びこれを製造した。【選択図】図１
2007528442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部へ供給された電解液に関する電気分解を進行し生成された異種のガスを分離状態で得られるようにGasket、電極、隔膜固定リング、Cell-Frameと一緒に単位槽として組合わされる電気分解槽のガス分離隔膜において、
上記隔膜が0.2〜3.5mm太さ/0.85〜0.96の比重を持つように、苛性ソーダ/ソーダ灰/
非イオン界面活性剤/Sodium Tripoly Phosphate (Na5P3O10)の混合アルカリ浴に70−98℃の温度で2−5分程度、精錬、縮小処理したポリプロピレン糸として織造されたことを特徴にする電気分解槽の水、酸素分離用の隔膜。
【請求項２】
内部へ供給された電解液に関する電気分解を進行し生成された異種のガスを分離状態として得られるようにGasket、電極、隔膜固定リング、Cell-Frameと一緒に単位槽として組合わされる水電解槽のガス分離隔膜を製造する方法において、
上記隔膜が0.2〜3.5mm太さ/0.85〜0.96の比重とR85〜110の硬度を持つ電解液コーテ
ィングポリプロピレン糸として具備されるようにし、前記ポリプロピレン糸の隔膜を水酸化ナトリウム(NaOH)溶液で加水分解して1次表面処理し、該1次表面処理されたポリプロピレン糸の隔膜を水酸化カリウム(KOH)溶液でコーティングして2次表面処理し、１、2次表面処理した電解液コーティング ポリプロピレン糸の隔膜を合成繊維の熱可塑性を利用する方法として190〜200℃の雰囲気で30秒〜90秒くらい熱処理して幅、密度等を合わせ、形態安定性を高め、500〜150メッシュを持つように織造する方法により製造することを特徴とする電気分解槽のガス分離隔膜の製造方法。
【請求項３】
第2項において、上記の1次表面処理に使われる水酸化ナトリウム(NaOH)溶液の濃度は30〜45重量(%)であることを特徴とする電解槽のガス分離隔膜の製造方法。
【請求項４】
第2項において、上記の2次表面処理に使われる水酸化カリウム(KOH)溶液の濃度は25重量(%)であることを特徴とする電解槽のガス分離隔膜の製造方法。
【請求項５】
内部へ供給された電解液に関する電気分解を進行し生成された異種のガスを分離状態として得られるようにGasket、電極、隔膜固定リング、Cell-Frameと一緒に単位槽として組合わされる水電解槽のガス分離隔膜を製造する方法において、
上記隔膜が0.2〜3.5mm太さ/0.85〜0.96の比重とR85〜110の硬度を持つ電解液コーテ
ィングポリプロピレン糸として具備されるようにし、前記ポリプロピレン糸の隔膜を水酸化ナトリウム(NaOH)溶液で加水分解して1次表面処理し、該1次表面処理されたポリプロピレン糸の隔膜を水酸化カリウム(KOH)溶液でコーティングして2次表面処理し、１、2次表面処理した電解液コーティング ポリプロピレン糸の隔膜を苛性ソーダ/ソーダ灰/非イオン界面活性剤/Sodium Tripoly Phosphate (Na5P3O10)の混合アルカリ浴に70−98℃の温度で2−5分程度、精錬、縮小処理して熱可塑性を利用する方法とし、熱処理した後、190〜200℃の雰囲気で30秒〜90秒くらい予備熱処理して幅、密度等を合わせ、形態の安定性を高めて、500〜150メッシュを持つように織造して製造する水電解槽のガス分離隔膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気分解槽のガス分離隔膜の製造方法に関する。特に、電気伝導率が良くてイオンの流れを極大化させ、これにより電気分解の効率を向上させることができると同時に、良質の水素ガスや酸素ガスを分離状態として得られるようにする電気分解槽のガス分離隔膜及びこの製造方法に関する。 
【背景技術】
【０００２】
電気分解は電解質水溶液、溶融塩等のイオン伝導体に電流を通過させ化学変化を引き起こすことで、電解とも言い、一対の金属又は黒鉛等の棒状、板状の導体を電極としてイオン伝導体中に入れ直流電流を流すと、陽イオンは陰極に、陰イオンは陽極に移動し電極の表面で様々な化学変化を引き起こす。つまり、電位が高い方の電極(陽極)表面では陰イオンが放電して各種物質を生成したりし(例えば、塩化ナトリウム水溶液の電気分解では  Ｃｌ- →Ｃｌ+e, 2Ｃｌ →Ｃｌ２  のように塩素分子を生成して気体の塩素を発生し、その他一部は水に溶け様々な反応を引き起こすのである)、陽極の金属自体が溶けてその金属の陽イオンを生成する。(例えば、薄い硫酸の中に金属亜鉛板を入れて陽極にすると、Ｚｎ  →Ｚｎ２+2e  のように亜鉛が溶けて出る。) 
【０００３】
これに比べ、電位が低い方の電極(陰極）表面では陽イオンの放電が起ったり(例えば、硫酸の電気分解ではＨ＋＋e→Ｈ, ２Ｈ→Ｈ２のように水素分子を生成し、気体の水素を発生する)、また金属が析出される。(例えば、硫酸銅水溶液を電解すると、Ｃｕ２+2e→Ｃｕ  のように陰極表面に金属銅が析出される) 
【０００４】
一方、電気分解は広大な分野にかかって実際応用されているが、電気分解分析、電気冶金、電気分解の研磨、電気鍍金、電気分解コンデンサー、食塩水の電気分解による塩素、水酸化ナトリウムの製造等に利用される。 
【０００５】
それだけではなく、水を電解し水素や酸素を得ることができるが、このような水電解(water electrolysis)法は水素を得る工業的な製造法の一つとして重要な部分を占めているし、水電解槽の単位槽は数個以上が組合わせている構造になっていることが一般的である。(図1及び図2参照) 
【０００６】
また、図1及び図2を参照すると、陰極では水素過電圧が小さく、耐食性が優れる鉄が主に使われている。陽極ではニッケルとかニッケルを鍍金した鉄板が主に使われ、電解液は電気伝導率が高い水酸化カリウムとか水酸化ナトリウム溶液が使われる。 
【０００７】
生成したガスの混合を防止するために両極の間には石綿、布等の分離隔膜が置かれ、ガスの純度は水素が99.5〜99.7%、酸素が99.0〜99.5%以上になる。水酸化カリウムとか水酸化ナトリウムを使用して60℃の温度で電気分解する場合の理論的な分解電圧は電解ガスに伴する水の蒸発度を考慮して1.125Vだが、普通は1.4〜2.4Vの電圧として調整される。 
【０００８】
そして、電極板の上部には水素ガスと酸素ガスを各々通過させるための２個のガス排出穴が形成され、電極板の下部には電解液供給用の穴が形成される。 
【０００９】
その他、Gasket、 隔膜固定リング、Cell-Frame等が隔膜及び電極板等と一緒に一つの糟を作り単位槽を形成し、該単位槽を多数積層組み合わせ、陰極及び陽極の電極端子を固定させ電解槽を構成することになる。 
【００１０】
一方、各隔膜(20)の上部には酸素ガスの流れ用穴と水素ガスの流れ用穴が各々形成され、下部には電解液の流れ用穴が形成され、陽極電極と電極の間、また他の極性が互いに帯電される電極(50)の間及び陽極電極と陰極電極の間には電極(50)より小さい直径の円板型隔膜(20)が具備される構造になっている。 
【００１１】
すなわち、Frame(10)一面に隔膜(20)を密着、固定させる際、リング(30)と隔膜(20)の各穴が互い連通されている状態でリング(30)の各延長部は隔膜(20)穴の中で連辺表面に機密状態として密着され、ある一つの単位槽の各電極(50)とその他の単位槽の電極の間に隔膜(20)が位置されることになる。
【００１２】
このように隔膜(20)によってある一つの単位槽の電極(50)の一部表面から発生された水素ガス(或は酸素ガス)はまた他の単位槽電極に相応する表面から発生した酸素ガス(或は水素ガス)と混合されないことになる。 
【００１３】
この時、外部から電解液流れ用の穴へ流入された電解液はCell-Frame(10)の電解液流れ用の穴周辺に形成された第３円筒部の切開部及び隔膜固定リング(30)の延長部に形成された切開部を通じ隔膜(20)の前方空間へ流入される。 
【００１４】
上記のような電解液流入及び水素、酸素ガスの排出過程は電解槽を構成する全ての単位槽の間で進行され、各単位槽の電極と電極の間の空間で電解液に関する電気分解が行うことになる。 
【００１５】
またCell-Frame(10)の材料としては耐化学性と耐熱性が優れ、機械的な強度が高くて90℃の温度より使用し続けられるガラス強化繊維プラスチック、つまりポリスルフォン（PolySulfone）、ポリイミド（Polyimides）、ポリフェニレンスルフィッド（Polyphenylenesulfide）、ポリプロピレン（Polypropylene）等が適合し、Gasket(40)は耐化学性と耐熱性が優れ、機械的な強度だけでなく弾性が高いエチレンープロピレン（Ethylene-propylene）空中合体(EPDM)及びポリテトラ  フルオロエチレン（Polytetra  fluoroethylene）(Teflon)等が適合である。 
【００１６】
並びに隔膜(2)は厚さが0.5〜2.0mmのポリフェニレンスルフィッドの有機合成繊維を温度が70〜80℃で濃い硫酸(90%以上)として2時間くらい処理し、水洗浄した後、150℃の温度下で3時間くらい乾燥させる方法により製造されるため、耐熱性、電気伝導率、イオンの流れ性等を確保できることになる。 
【００１７】
しかし、上記のように従来の電解槽のガス分離隔膜は25%の水酸化カリウム(ＫＯＨ）を電解液として採用する電解槽/30%の水酸化ナトリウム(ＮａＯＨ)を電解液として採用する電解槽等より耐熱特性及び電気伝導の特性が下げることになり、イオン流れの特性もまた低下され究極的には酸素及び水素ガスの分離効率を下げることになるため、このような問題点を解消することができる手段が要求されることになった。 
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は上記のような従来の要求に応じるため案出されたことであって、本発明の目的は25重量比(%)の水酸化カリウム(ＫＯＨ)とか30重量比(%)の水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を電解液として採用することになった電解槽の耐熱特性及び電気伝導特性の低下を防止できるようにしてイオン流れの特性が低下されるのを防止することができ、特に隔膜を生産する繊維加工の基本工程で染料及び薬品の浸透により電解槽内でかなり多くの泡を発生し電極の有効面積を節減して効率低下は勿論、仮水位現状で水位調節を邪魔する要因を除去して究極的に酸素及び水素ガスの分離効率と運転効率を最大化させるようになった電気分解槽の水素、酸素ガス分離隔膜及びこの製造方法を提供しようとすることである。 
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記の目的を達成するために本発明では、内部に供給された電解液に関する電気分解を進行し生成された異種のガスを分離状態として得ることができるようにGasket、電極、隔膜固定リング、Cell-Frameと一緒に単位槽として組合わされる水電解槽のガス分離隔膜において上記隔膜が0.2〜3.5mmの太さ/0.85〜0.96の比重を持つように、 苛性ソーダ/ソーダ灰/非イオン界面活性剤/Sodium Tripoly Phosphate (Na5P3O10)の混合アルカリ浴に70−98℃の温度で2−5分程度、精錬、縮小処理して製造されたのを特徴にする水電解槽のガス分離隔膜を提供する。 
【００２０】
また本発明では内部へ供給された電解液に対する電気分解を進行し生成された異種のガスを分離状態として得られるようにGasket、電極、隔膜固定リング、Cell-Frameと一緒に単位槽で組合わされる電気分解槽のガス分離隔膜を製造する方法において、上記隔膜が0.2〜3.5mmの太さ/R85〜110の硬度を持つポリプロピレン糸で具備されるようにし、前記ポリプロピレン糸の隔膜を水酸化ナトリウム(NaOH)溶液で加水分解し隔膜が絹と似ている触感を与えられるように2次表面処理し、該2次表面処理されたポリプロピレン糸の隔膜を合成繊維の熱可塑性を利用する方法として190〜200℃の雰囲気で30秒〜90秒くらい予備熱処理して幅、密度等を合わせ、形態の安定性を高めて、500〜150メッシュを持つように織造する方法により製造されることを特徴とする。 
【００２１】
上記の1次表面処理に使われる水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）溶液の濃度は30〜45重量比(%)であることを特徴とする。
【００２２】
上記の2次表面処理に使われる水酸化カリウム(ＫＯＨ）溶液の濃度は25重量比(%)であることを特徴とする。
【００２３】
内部へ供給された電解液に対する電気分解を進行し生成された異種のガスを分離状態として得られるようにGasket、電極、隔膜固定リング、Cell-Frameと一緒に単位槽で組合わされる電気分解槽のガス分離隔膜を製造する方法において、上記隔膜が0.2〜3.5mmの太さ/R85〜110の硬度を持つポリプロピレン糸で具備されるようにし、前記ポリプロピレン糸の隔膜を水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）溶液で加水分解し隔膜が絹と似ている触感を与えられるように2次表面処理し、該2次表面処理されたポリプロピレン糸の隔膜を合成繊維の熱可塑性を利用する方法として190〜200℃の雰囲気で30秒〜90秒くらい予備熱処理して幅、密度等を合わせ、形態の安定性を高めて、500〜150メッシュを持つように織造する方法により製造されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
上記のように、本発明による電気分解槽のガス分離隔膜及びこの製造方法は、25重量比(%)の水酸化カリウム(ＫＯＨ)または95重量比(%)の水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を電解液に採用した電解槽の耐熱特性及び電気伝導特性の低下を防止することができると同時に、イオン流れの特性が低下されることを防止できることになって、究極的には酸素及び水素ガスの分離効率を最大化することができるというメリットを提供する。 
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の正しい実施の例に関してもっと詳細に説明することにする。 
本発明の実施例はGasket、電極、隔膜固定リング、Cell-Frameと一緒に単位槽として組合わされる水電解槽のガス分離隔膜に関連される。 
【００２６】
即ち、上記のような水電解槽は従来でと同じようにGasket、隔膜固定リング、Cell-Frame等が隔膜及び電極板等と一緒に一つの単位槽を形成し、該単位槽を多数積層組み合わせ、陰極及び陽極の電極端子を固定させ構成される。(図1及び図2参照) 
また各隔膜(20)の上部には酸素ガスの流れ用穴と水素ガスの流れ用穴が各々形成され、下部には電解液流れ用の穴が形成されていて、電極と電極の間、その他極性で帯電される電極(50)の間及び陽極電極と陰極電極の間には電極(50)より小さい直径の円板型隔膜(20)が具備される構造になっていることもまた従来と同じである。 
【００２７】
一方、上記隔膜(20)は0.2〜3.5mmの太さ/0.85〜0.96の比重を持つように製造した電解液コーティング ポリプロピレン糸を織造して得られる。
【００２８】
また、上記の規格で具備されたポリプロピレン糸は、 苛性ソーダ/ソーダ灰/非イオン界面活性剤/Sodium Tripoly Phosphate (Na5P3O10)の混合アルカリ浴に70−98℃の温度で2−5分程度、精錬、縮小処理したものである。
【００２９】
さらに、上記の精練、縮小処理した電解液コーティングポリプロピレン糸の隔膜を190〜200℃の雰囲気で30秒〜90秒くらい予備熱処理して幅、密度等を合わせ、形態の安定性を高めて、500〜150メッシュを持つように織造するものである。
【００３０】
本発明では、上記のような隔膜(20)を製造する為の方法を提供するに、0.2〜3.5mmの太さ/R85〜110の硬度を持つ電解液コーティングポリプロピレン糸で具備して製造する。
【００３１】
また、このように具備された上記の電解液コーティング ポリプロピレン糸を水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）溶液で加水分解し、１次表面処理して製造する。
【００３２】
また、このように１次表面処理した電解液コーティング ポリプロピレン糸を水酸化カリウム(ＫＯＨ）溶液でコーティングして２次表面処理して製造する。
【００３３】
また、上記の１、2次表面処理された電解液コーティングポリプロピレン糸の隔膜を合成繊維の熱可塑性を利用する方法として190〜200℃の雰囲気で30秒〜90秒くらい予備熱処理して幅、密度等を合わせ、形態の安定性を高めて、500〜150メッシュを持つように織造して製造する。
【００３４】
上記の1次表面処理に使われる水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）溶液の濃度は30〜45重量比(%)のものであり、2次表面処理に使われる水酸化カリウム(ＫＯＨ）溶液の濃度は25重量比(%)ものである。
【００３５】
また、本発明では ポリプロピレン糸を高濃度の混合アルカリ浴に加水分解し、70−98℃の温度で2−5分程度、精錬、縮小処理して熱可塑性を利用する方法として隔膜（20）を製造する他の方法を提供する。
【００３６】
即ち、0.2〜3.5mmの太さ/R85〜110の硬度を持つ電解液コーティングポリプロピレン糸で具備して製造する。
【００３７】
また、上記の電解液コーティング ポリプロピレン糸を水酸化ナトリウム(NaOH)溶液で加水分解して１次表面処理し、このように１次表面処理した電解液コーティング ポリプロピレン糸を水酸化カリウム(KOH)溶液でコーティングして２次表面処理して製造する。
【００３８】
そして、上記の１、2次表面処理された電解液コーティングポリプロピレン糸を苛性ソーダ/ソーダ灰/非イオン界面活性剤/Sodium Tripoly Phosphate (Na5P3O10)の混合アルカリ浴に70−98℃の温度で2−5分程度、精錬、縮小処理して熱可塑性を利用する方法とし、熱処理して製造する。
【００３９】
さらに、190〜200℃の雰囲気で30秒〜90秒くらい予備熱処理して幅、密度等を合わせ、形態の安定性を高めて、500〜150メッシュを持つように織造して製造する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は一般的な電気分解原理を現すための概略写視図
【図２】図２は一般的な電気分解槽の構成を部分的に現した部分断面図である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
2007528442.tif 000005
2007528442.tif 000006