(57)【要約】  アノード、アノードから離隔したカソード、並びにカソード及びアノードの各々とイオン流通した電解液を備える電気化学セル構造が開示される。一体非導電性フレームがアノード、カソード及び電解液の各々を支持するとともに、作動流体用及びイオン交換副生物用の流路を画成する。【選択図】    図１
2008536015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード、
前記アノードから離隔したカソード、
前記アノード及び前記カソードの各々とイオン流通した電解液、並びに
前記アノード、前記カソード及び前記電解液の各々を支持するとともに、作動流体用及びイオン交換副生物用の１以上の流路を画成する一体非導電性フレーム
を備える電気化学セル構造。
【請求項２】
前記一体非導電性フレームが、約６０〜約１２０℃の範囲内の最高使用温度を有する材料からなる、請求項１記載の電気化学セル構造。
【請求項３】
前記一体非導電性フレームが、約６０〜約３００℃の範囲内の最高使用温度を有する材料からなる、請求項１記載の電気化学セル構造。
【請求項４】
当該電気化学セル構造がアルカリ電解装置として適する、請求項１記載の電気化学セル構造。
【請求項５】
前記電解液がアルカリ溶液である、請求項４記載の電気化学セル構造。
【請求項６】
前記電解液が水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムからなる群から選択される、請求項５記載の電気化学セル構造。
【請求項７】
前記一体非導電性フレームが成形部品からなる、請求項１記載の電気化学セル構造。
【請求項８】
前記成形部品が型成形部品からなる、請求項７記載の電気化学セル構造。
【請求項９】
前記一体非導電性フレームが互いに接合された複数の個別構造部品からなる、請求項１記載の電気化学セル構造。
【請求項１０】
前記構造部品が接着剤を用いて互いに接合されている、請求項９記載の電気化学セル構造。
【請求項１１】
前記構造部品が超音波溶接又はレーザー溶接の１以上で互いに接合されている、請求項９記載の電気化学セル構造。
【請求項１２】
前記構造部品が溶融及び冷却で互いに接合されている、請求項９記載の電気化学セル構造。
【請求項１３】
前記非導電性フレームの材料がポリマーからなる、請求項１記載の電気化学セル構造。
【請求項１４】
前記非導電性フレームが苛性アルカリに対して化学的抵抗性を有する材料からなる、請求項１記載の電気化学セル構造。
【請求項１５】
前記非導電性フレームの材料が加水分解安定性ポリマーからなる、請求項１記載の電気化学セル構造。
【請求項１６】
前記非導電性フレームの材料がポリエチレン、フッ素化ポリマー、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリスチレン及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１記載の電気化学セル構造。
【請求項１７】
アルカリ電解装置用セル構造であって、
アノード、
前記アノードから離隔したカソード、
前記アノード及び前記カソードの各々とイオン流通したアルカリ電解液、並びに
前記アノード、前記カソード及び前記電解液の各々を支持するとともに、作動流体用及びイオン交換副生物用の１以上の流路を画成する一体非導電性ポリマーフレーム
を備えるアルカリ電解装置用セル構造。
【請求項１８】
前記一体非導電性ポリマーフレームが苛性アルカリに対して化学的抵抗性を有する材料からなる、請求項１７記載のアルカリ電解装置用セル構造。
【請求項１９】
前記一体非導電性ポリマーフレームが加水分解安定性ポリマーからなる、請求項１７記載のアルカリ電解装置用セル構造。
【請求項２０】
前記一体非導電性ポリマーフレームがポリエチレン、フッ素化ポリマー、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリスチレン及びこれらの組合せからなる群から選択される材料からなる、請求項１７記載のアルカリ電解装置用セル構造。
【請求項２１】
非導電性ハウジング及びその中に配設されたアノードを有する第１のエンドキャップ、
非導電性ハウジング及びその中に配設されたカソードを有する第２のエンドキャップ、並びに
第１のエンドキャップと第２のエンドキャップとの間に配置された複数の繰返しプレートであって、各々が非導電性ハウジング及びその中に配設された電極インサートを含む繰返しプレート
を備える電気化学スタックであって、第１のエンドキャップ、前記繰返しプレート及び第２のエンドキャップの前記非導電性ハウジングの各々が互いに接合されて一体非導電性フレームを形成するとともに、当該電気化学スタックの内部に複数の流路を画成する、電気化学スタック。
【請求項２２】
前記非導電性フレームがポリマー材料からなる、請求項２１記載の電気化学スタック。
【請求項２３】
前記非導電性フレームが苛性アルカリに対して化学的抵抗性を有する材料からなる、請求項２１記載の電気化学スタック。
【請求項２４】
前記非導電性フレームが加水分解安定性ポリマーからなる、請求項２１記載の電気化学スタック。
【請求項２５】
前記非導電性フレームがポリエチレン、フッ素化ポリマー、ポリプロピレン及びポリスルホンからなる群から選択される材料からなる、請求項２１記載の電気化学スタック。
【請求項２６】
前記電極インサートがアノード、カソード及びこれらの間に配置された双極板を含む、請求項２１記載の電気化学スタック。
【請求項２７】
前記繰返しプレートがさらに、ガスの分離を促進するため前記電極インサートの両側に配設された第１の隔膜及び第２の隔膜を含む、請求項２１記載の電気化学スタック。
【請求項２８】
電気化学スタック製造用の繰返しプレートであって、
複数の流路及び電極フレームを画成する一体非導電性フレーム、並びに
前記電極フレームの内部に配設された電極アセンブリ
を備える繰返しプレート。
【請求項２９】
前記一体非導電性フレームがポリマー材料からなる、請求項２８記載の繰返しプレート。
【請求項３０】
アルカリ電解スタック製造用の繰返しプレートであって、アノード、カソード及びこれらの間に配置された双極板を互いに接合して画成された電極アセンブリと、電解液入口、前記アノードと流体流通可能な状態にある少なくとも第１の流路、前記カソードと流体流通可能な状態にある少なくとも第２の流路、前記電極アセンブリを支持する電極フレーム、前記アノードと流体流通可能な状態にありかつ酸素出口で終わる酸素流路、並びに前記カソードと流体流通可能な状態にありかつ水素出口で終わる水素流路を画成する一体非導電性フレームと、隣接する繰返しプレート間での電解液の流れを促進するため、しかし酸素が隣接する繰返しプレートのカソードで生成する水素と混合するのを防止するため、前記双極板の反対側で前記アノードに隣接して配設された第１の隔膜と、隣接する繰返しプレート間での電解液の流れを促進するため、しかし水素が隣接する繰返しプレートのアノードで生成する酸素と混合するのを防止するため、前記双極板の反対側で前記カソードに隣接して配設された第２の隔膜とを含んでなり、電解液の導入及び隣接する繰返しプレート間への電流の印加時には、前記電解液が前記電解液入口を通って前記繰返しプレート中に流入し、それぞれ第１の電解液流路及び第２の電解液流路を通って前記アノード及び前記カソードに達し、前記電解液の一部が前記アノード及び前記カソードで酸素及び水素に解離し、それぞれ前記酸素流路及び前記水素流路を通って流れる、繰返しプレート。
【請求項３１】
前記一体非導電性フレームがポリマーからなる、請求項３０記載の繰返しプレート。
【請求項３２】
前記一体非導電性フレームが加水分解安定性ポリマーからなる、請求項３０記載の繰返しプレート。
【請求項３３】
前記一体非導電性フレームが苛性アルカリに対して化学的抵抗性を有する材料からなる、請求項３０記載の繰返しプレート。
【請求項３４】
前記一体非導電性フレームがポリエチレン、フッ素化ポリマー、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリスチレン及びこれらの組合せからなる群から選択される材料からなる、請求項３０記載の繰返しプレート。
【請求項３５】
非導電性ハウジング及びその中に配設されたアノードを有する第１のエンドキャップ、
非導電性ハウジング及びその中に配設されたカソードを有する第２のエンドキャップ、並びに
第１のエンドキャップと第２のエンドキャップとの間に配置された複数の繰返しプレートであって、各々が非導電性ハウジング及びその中に配設された電極インサートを含む繰返しプレート
を備える電気化学スタックであって、第１のエンドキャップ、前記繰返しプレート及び第２のエンドキャップの前記非導電性ハウジングの各々が一体非導電性フレームとして一緒に形成されると共に、当該電気化学スタックの内部に複数の流路を画成する、電気化学スタック。
【請求項３６】
前記非導電性ハウジングが型を用いて一緒に形成される、請求項３５記載の電気化学スタック。
【請求項３７】
電気化学セルの製造方法であって、
第１の非導電性フレームピースの内部に電極アセンブリを配置する段階、及び
第１の非導電性フレームピースに第２の非導電性フレームピースを接合して両者間に電極アセンブリをサンドイッチする段階
を含んでなる方法。
【請求項３８】
当該方法がさらに、
前記電極アセンブリの第１の側に隔膜を配置する段階、及び
第１の非導電性フレームピースに非導電性フレームピースを接合して両者間に隔膜をサンドイッチする段階
を含む、請求項３７記載の方法。
【請求項３９】
当該方法がさらに、
前記電極アセンブリの第２の側に第２の隔膜を配置する段階、及び
第２の非導電性フレームピースに非導電性フレームピースを接合して両者間に第２の隔膜をサンドイッチする段階
を含む、請求項３８記載の方法。
【請求項４０】
電気化学セルの製造方法であって、
成形装置の内部に複数の電極アセンブリを配置する段階、
前記成形装置の内部で前記電極アセンブリに出入りする流路を包囲する段階、
前記複数の電極アセンブリ及び前記包囲された流路を取り囲むようにして、前記成形装置の内部に加熱された非導電性成形材料を供給する段階、並びに
前記加熱された非導電性成形材料を冷却することで、電極アセンブリを機械的に結合するとともに、一体非導電性フレーム中に流路を画成する段階
を含んでなる方法。
【請求項４１】
第１の電極アセンブリ、
第１の電極アセンブリから離隔した第２の電極アセンブリ、並びに
第１の電極アセンブリ及び第２の電極アセンブリの各々を支持するとともに、作動流体用及びイオン交換副生物用の１以上の流路を画成する一体非導電性フレーム
を含んでなる電気化学セル構造。
【請求項４２】
前記非導電性フレームの材料がポリマーからなる、請求項４１記載の電気化学セル構造。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は一般に電気化学セル構造に関し、さらに詳しくは、アノード、カソード及び電解質を支持するとともに作動流体及びイオン交換副生物用の流路を画成する一体非導電性フレームを有する電気化学セル構造に関する。
【技術分野】
【０００２】
電気化学セルは、通常は電解槽又は燃料電池として分類されるエネルギー変換装置である。電解槽は、水を電気分解して水素ガス及び酸素ガスを生成することで水素発生器として機能し得る。燃料電池は、交換膜又は電解質を介して水素ガスを酸化剤と電気化学的に反応させることで電気を発生しかつ水を生成する。
【０００３】
アルカリ電解装置は、数十年にわたって商業的に利用可能であった。電解液中に配置された２つの電極間に約１．７〜約２．２Ｖの直流電圧が印加される。正電極では酸素が生成し、負電極では水素が生成する。イオン透過性の隔膜が両ガスを分離状態に保つ。
【０００４】
電気化学装置（特にアルカリ電解装置）が経済的に実用可能となるためには、これらの装置に関連する製造コストを顕著に改善しなければならない。現行の装置は組立てに際して多数の工程を必要とし、各々の工程が装置全体のコストを増加させる。さらに従来の装置は、現時点では複数の電極、隔膜、ガスケット、ボルト及び他の種々雑多な部品を含む多くの個別構成部品を有しており、これらが装置組立ての複雑さを増すと共に製造コストを押し上げる。
【０００５】
したがって、構成部品数の総合的な減少を推進するとともに関連する製造プロセス及び組立プロセスを簡略化する改良された電気化学セルに対するニーズが存在している。
【特許文献１】米国特許第４８５７４２０号明細書
【特許文献２】米国特許第６０３９８５２号明細書
【特許文献３】米国特許第６０９９７１６号明細書
【特許文献４】米国特許第６５１１７６６号明細書
【特許文献５】米国特許第６５５４９７８号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００４／０１１５５１１号明細書
【特許文献７】国際公開第２００４／０５１７７８号パンフレット
【特許文献８】国際公開第０２／２７８４７号パンフレット
【発明の開示】
【０００６】
アノード、アノードから離隔したカソード、並びにカソード及びアノードの各々とイオン流通した電解液を備える電気化学セル構造が開示される。一体非導電性フレームがアノード、カソード及び電解液の各々を支持するとともに、作動流体用及びイオン交換副生物用の流路を画成する。
【０００７】
図面の簡単な説明
本発明の上記その他の特徴、態様及び利点は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読んだ場合に一層良く理解されよう。図面全体を通じて、同じ符号は類似の部分を表している。
【０００８】
図１は、本発明の一実施形態を示す側断面図である。
【０００９】
図２は、アルカリ電解装置の略図である。
【００１０】
図３は、例示的なアルカリ電解スタック集成装置の略図である。
【００１１】
図４は、本発明の一実施形態を示す分解組立図である。
【００１２】
図５は、本発明の一実施形態に係る電極インサートの側面図である。
【００１３】
図６は、本発明の一実施形態に係るエンドキャップの斜視図である。
【００１４】
図７は、本発明の一実施形態に係る電気化学セル構造の上面図である。
【００１５】
図８は、図７に示した電気化学セル構造の側面図である。
【００１６】
図９は、本発明の一製造方法を示すフローチャートである。
【００１７】
図１０は、本発明の別の製造方法を示すフローチャートである。
【００１８】
図１１は、本発明に係るアルカリ電解装置の略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
アノード１２、アノード１２から離隔したカソード１４、アノード１２及びカソード１４の各々とイオン流通した電解液１６、並びに一体非導電性フレーム１８を備える電気化学セル構造１０を図１に示す。一体非導電性フレーム１８は、アノード１２、カソード１４及び電解液１６を支持するとともに、作動流体（図示せず）又はイオン交換副生物（図示せず）用の複数の流路２０を画成する。図１に示す通り、構成要素は一体非導電性フレーム１８内に収容され、流路２０は同者によって画成されているので、構成は効率的かつ効果的であり（いかなるガスケット又はシールも要求されない）、製造方法は簡略化される。
【００２０】
図２に略示されるように、アルカリ電解装置３０内には１種の電気化学セル構造が使用される。装置３０内には入口３２を通して水（Ｈ２Ｏ）を供給し、ポンプ３４で循環させる。水を塩基（通例は水酸化カリウム（ＫＯＨ）又は水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ））と混合することでアルカリ電解液３６を形成し、この電解液３６をポンプ３４で電解槽３８に循環させる。電解槽３８は、アノード（正電極）４０、隔膜４２及びカソード（負電極）４４を含んでいる。電解液３６の存在下でアノード４０及びカソード４４に直流電圧を印加する。直流電圧（通例は約１．７〜約２．２Ｖの範囲内の電圧）は、水をその成分に解離させ、カソード４４で水素（Ｈ２）を生じ、アノード４０で酸素（Ｏ２）を生じる。隔膜４２はＨ２ガス及びＯ２ガスを分離した状態に保つ。電解液３６と混合したＯ２ガスは酸素分離器４８に輸送される。電解液３６からの分離後、Ｏ２ガスは貯蔵、放出又はその他の方法で利用され、電解液５０の一部はポンプ３４で装置３０内に再循環させる。電解液３６と混合したＨ２ガスは水素分離器４８に輸送される。電解液３６からの分離後、Ｈ２ガスは捕獲貯蔵、燃焼、電気化学的反応又はその他の方法で利用され、電解液５４の一部はポンプ３４で装置３０内に再循環させる。
【００２１】
上述の通り、電気化学装置（特にアルカリ電解装置）が経済的に実用可能となるためには、これらの装置に関連する製造コストを顕著に改善しなければならない。現行の装置は組立てに際して多数の工程を必要とし、各々の工程が装置全体のコストを増加させる。さらに従来の装置は、現時点では複数の電極、隔膜、ガスケット、ボルト及び他の種々雑多な部品を含む多くの個別構成部品を有しており、これらが装置組立ての複雑さを増すと共に製造コストを押し上げる。
【００２２】
特に困難で費用のかかる製造分野の１つは、これらの電気化学装置内のスタックアセンブリである。例示的なスタック集成装置としてアルカリ電解スタックを取り上げれば、一般的な構成及び製造上の困難を図３に関して説明することができる。図３に示すように、典型的なスタックアセンブリ５６は複数の繰返し単位５８を含んでいる。各繰返し単位５８は、アノード６０、双極板６２、カソード６４及び隔膜６６を含んでいる。アルカリ電解スタックの大規模実現例は、１００以上もの繰返し単位５８を含み得る。各繰返し単位５８は、アノード６０、双極板６２及びカソード６４（電極アセンブリ６５という）の間の電気的結合を要求する。主として水素ガス及び酸素ガスが隣接する電極アセンブリ６５間で混合するのを防止するため、各電極アセンブリ６５は隔膜６６で隔離しなければならない。スタック内の繰返し単位５８のすべては、何らかのタイプのハウジング内に配置するとともに、非導電性ガスケット、封止手段、並びに電解液を分配しかつ水素ガス及び酸素ガスを捕獲するための配管又はマニホルドを周囲に取り付けなければならない。このタイプのスタックを組み立てるためには数百又は恐らくは数千の結線及びボルトや他の留め具が使用され、これが製造コストにさらなる影響を及ぼす。
【００２３】
本発明の一実施形態に係る電気化学セル構造１００を図４〜８に示す。図４では、構成部品をさらに明確に示すために電気化学セル構造１００が分解組立図で示されている。電気化学セル構造１００は、アノード１０２及びアノード１０２から離隔したカソード１０４を含んでいる。アノード１０２とカソード１０４との間には、両者間の電気的接続を可能にするために双極板１０６が配置されている。本発明の一実施形態では、図５に一層よく示される通り、アノード１０２、双極板１０６及びカソード１０４を互いに接合することで電極インサート１１０が形成される。電気化学セル構造１００（図４）は、さらに電極フレーム１１０を含んでいる。電極フレーム１１０は、電解液入口１１２、上面１１６にある第１の電解液流路１１４、下面１１８にある第２の電解液流路１１７（点線で示す）、受座１２０、上面１１６にある酸素流路１２２、及び下面１１８にある水素流路１２４（点線で示す）を含んでいる。電極インサート１０８は受座１２０上に配置される。電気化学セル構造１００はさらに、上部隔膜１２６、上部隔膜フレーム１２８、下部隔膜１３０及び下部隔膜フレーム１３２を含んでいる。説明目的のため、この実施形態では、上部隔膜フレーム１２８、上部隔膜１２６、電極インサート１０８、電極フレーム１１０、下部隔膜１３０及び下部隔膜フレーム１３２は繰返しプレート１３４を形成する。アルカリ電解スタックの実現例は、多くの（例えば、約１０〜約１００の）個別繰返しプレート１３４を含むであろう。図６に示すように、各スタックは、一端ではエンドキャップ１４０、アノード１０２及び集電体１４２で封鎖されており、他端ではエンドキャップ１４０、カソード１０４及び集電体１４２で封鎖されている。
【００２４】
運転に際しては、入口１１２（図４）を通して電解液が導入され、第１の流路１１４によってアノード１０２に配給され、第２の流路１１７によってカソード１０４に配給される。さらに、電解液は上部隔膜１２６及び下部隔膜１３０を通って流れることで、隣接する繰返しプレート１３４間にイオンブリッジを生み出す。電極インサート１０８にＤＣ電流を印加すると、電解液の一部が代表的なスタック内の各々のアノード１０２及びカソード１０４でそれぞれ酸素及び水素に解離する。酸素及び電解液の一部は酸素流路１２２を通って流れて酸素出口１２３に達し、水素及び電解液の一部は水素流路１２４を通って流れて水素出口１２５に達する。隣接する繰返しプレート１３４間には、電解液を入口１１２、酸素出口１２３及び水素出口１２５の１つに流すため、追加の流路（図示せず）が設けられている。
【００２５】
図４に最もよく示される通り、各繰返しプレート１３４の部品である上部隔膜支持体１２８、電極フレーム１１０及び下部隔膜支持体１３２は非導電性材料で作製され、通例は（必ずではないが）同一の一般的形状を有している。明快にするため、これらの合体部品は非導電性フレーム１５０という。一実施形態では、非導電性フレーム１５０は約６０〜約１２０℃の範囲内の最高使用温度を有する材料からなる。この温度範囲は大抵のアルカリ電解用途を支援するであろう。別の実施形態では、非導電性フレーム１５０は約６０〜約３００℃の範囲内の最高使用温度を有する材料からなる。この温度範囲は大抵のアルカリ電解及び燃料電池用途を支援するとともに、大抵のプロトン交換膜（ＰＥＭ）、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、酸電解及び燃料電池用途を支援するであろう。
【００２６】
本発明の一実施形態では、非導電性フレーム１５０はポリマーからなり、通例はＫＯＨ又はＮａＯＨのような塩基への長時間暴露中の劣化を回避するために苛性アルカリに対して化学的抵抗性を有するポリマーからなる。別の実施形態では、非導電性フレーム１５０は加水分解安定性ポリマーからなる。別の実施形態では、非導電性フレーム１５０は、ポリエチレン、フッ素化ポリマー、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリスチレン及びこれらの組合せからなる群から選択される材料からなる。
【００２７】
図７及び８に関して述べれば、繰返しプレート１３４が単一の単位として示されている。各繰返しプレート１３４は、電解液用の入口１１２を設けるように構成されている。図８に最もよく示される通り、電解液は双極板１０６の両側で２つの流れに分割され、Ｈ２及びＯ２に解離する。隔膜１２６及び１３０が電極インサートの各々の側に境界を設けることで、Ｈ２及びＯ２は隣接する繰返しプレート１３４間で混合しないことが保証される。この例示的な繰返しプレート１３４の構成は簡単であり、シール又はガスケットの使用は回避される。図示の通り、電極インサート１０８並びに隔膜１２６及び１３０は、繰返しプレート１３４の一体非導電性フレームの内部に支持されかつ収容されている。電解液用の流路もまた、繰返しプレート１３４の一体非導電性フレームで画成されていて、装置内でのガスケットの必要性は本質的に排除される。
【００２８】
本発明の一実施形態では、電気化学セル構造は、図９に関して説明される方法に従って製造される。最初に、第１の非導電性フレームピースの内部に電極アセンブリを配置する（Ｓ１）。上述の通り、電極アセンブリは通例はアノード、カソード及び双極板を含んでいる。次に、第１の非導電性フレームピースに第２の非導電性フレームピースを適用して両者間に電極アセンブリをサンドイッチする（Ｓ２）。次に、第１及び第２の非導電性フレームピースを互いに接合して電極アセンブリの周囲に一体非導電性フレームユニットを形成する（Ｓ３）。必要に応じ、追加の非導電性フレームピース及び追加の構成部品（例えば、隔膜フレーム及び隔膜）を付加できる。複数の一体非導電性フレームユニットを互いに接合することで、一体非導電性フレームを有する電気化学スタック構造を形成する。一実施形態では、フレームピース又はユニットは接着剤で互いに接合される。別の実施形態では、フレームピース又はユニットは超音波溶接又はレーザー溶接で互いに接合される。さらに別の実施形態では、フレームピース又はユニットは、加熱又は電流の印加によってピース又はユニットを溶融することで互いに接合される。
【００２９】
別の実施形態では、電気化学セル構造は、図１０に関して説明される方法に従って製造される。最初に、成形装置の内部に１以上（通例は複数）の電極アセンブリを配置する（Ｓ４）。上述の通り、電極アセンブリは通例はアノード、カソード及び双極板を含んでいる。次に、加熱された成形材料（通例はポリマー）を成形装置内に供給すると、成形材料は配置された電極アセンブリの周囲に流れる（Ｓ５）。最後に、成形材料を冷却し、電気化学セル構造を成形装置から取り出す（Ｓ６）。この実施形態では、一体非導電性フレームが電極アセンブリの周囲の所定の位置に形成され、それによって製造プロセスがさらに簡略化される。成形装置内に流路及び通路を予め画成することで、使用中における作動流体及びイオン交換副生物の適正な流れが保証される。必要ならば、追加の構成部品を含めることもできる。例えば、Ｓ５に先立って成形装置内に隔膜を配置することができる。
【００３０】
本発明の一実施形態を図１１に示す。装置内に水（Ｈ２Ｏ）を供給し、ポンプ３４で循環させる。水をアルカリ塩基（通例は水酸化カリウム（ＫＯＨ）又は水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ））と混合することでアルカリ電解液を形成し、この電解液を一体非導電性フレーム１５０に設けられた入口１１２にポンプ３４で循環させる。一体非導電性フレームの内部には複数の電極インサート１０８が配置され、上述のように隔膜で隣接する電極インサート１０８から隔離されている。電解液は入口１１２を通って流れ、それぞれの電極インサート１０８に達する。電解液の存在下で電極インサート１０８に直流電圧を印加する。直流電圧は水をその成分に解離させ、カソードで水素（Ｈ２）を生じ、アノードで酸素（Ｏ２）を生じる。隔膜はＨ２ガス及びＯ２ガスを分離した状態に保つ。電解液と混合したＯ２ガスは（一体非導電性フレーム１５０で画成された）酸素出口１２３を通して酸素分離器に輸送される。電解液からの分離後、Ｏ２ガスは貯蔵、放出又はその他の方法で利用され、電解液の一部はポンプ３４で装置内に再循環させる。電解液と混合したＨ２ガスは（一体非導電性フレーム１５０で画成された）水素出口１２５を通して水素分離器に輸送される。電解液からの分離後、Ｈ２ガスは捕獲貯蔵、燃焼、電気化学的反応又はその他の方法で利用され、電解液の一部はポンプ３４で装置内に再循環させる。
【００３１】
以上、本発明の若干の特徴のみを本明細書に例示して説明してきたが、当業者には多くの修正および変更が想起されよう。したがって、特許請求の範囲は本発明の真の技術思想に含まれるすべてのかかる修正及び変更を包括するように意図されていることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態を示す側断面図である。
【図２】アルカリ電解装置の略図である。
【図３】例示的なアルカリ電解スタック集成装置の略図である。
【図４】本発明の一実施形態を示す分解組立図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る電極インサートの側面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るエンドキャップの斜視図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る電気化学セル構造の上面図である。
【図８】図７に示した電気化学セル構造の側面図である。
【図９】本発明の一製造方法を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の別の製造方法を示すフローチャートである。
【図１１】本発明に係るアルカリ電解装置の略図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  電気化学セル構造
１２  アノード
１４  カソード
１６  電解液
１８  一体非導電性フレーム
２０  流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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