(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向における少なくとも一部において重なるように積層されている少なくとも２つの外枠と、
前記２つの外枠に挟持され、該外枠と周方向の全体に亘って当接可能な枠状であり、内周面において周方向に沿ってスリットが形成されており、前記スリットの厚み方向から見て該スリットに重なる位置で周方向の全体に亘って突出する第１突起部を有するガスケットと、
前記スリットにおいて前記ガスケットに把持されている隔膜と、を備え、
前記ガスケットの厚み方向への押圧を解放させた状態での、前記スリットの底面から前記隔膜の端までの体積Ａ１に対する、前記第１突起部の体積Ｂ１である体積比（Ｂ１／Ａ１）が０．５以上１００以下である
アルカリ水電解槽。
【請求項２】
前記２つの外枠による挟持から解放された状態での前記第１突起部の体積Ｂ１に対する、前記２つの外枠により挟持された状態での前記第１突起部の体積Ｂ２の体積変化率｛（Ｂ１−Ｂ２）／Ｂ１｝が０．５以上１．０以下である
請求項１に記載のアルカリ水電解槽。
【請求項３】
前記２つの外枠による挟持から解放された状態での前記スリット底面から前記隔膜の端までの体積Ａ１に対する、前記２つの外枠により挟持された状態での前記スリット底面から前記隔膜の端までの体積Ａ２の第１の体積変化率（（Ａ１−Ａ２）／Ａ１）が０．５以上１．０以下である
請求項１に記載のアルカリ水電解槽。
【請求項４】
前記２つの外枠による挟持から解放された状態での前記第１突起部の体積Ｂ１に対する、前記２つの外枠により挟持された状態での前記第１突起部の体積Ｂ２の第２の体積変化率（（Ｂ１−Ｂ２）／Ｂ１）が０．５以上１．０以下である
請求項３に記載のアルカリ水電解槽。
【請求項５】
前記第１の体積変化率に対する前記第２の体積変化率の比［（Ｂ１−Ｂ２）／Ｂ１］／［（Ａ１−Ａ２）／Ａ１］］が０．５以上１．０以下である
請求項４に記載のアルカリ水電解装置。
【請求項６】
前記ガスケットは、前記スリットの厚み方向から見て該スリットから外れる位置で突出する第２突起部を有する
請求項１から５のいずれか１項に記載のアルカリ水電解槽。
【請求項７】
前記２つの外枠による挟持から解放された状態での前記第２突起部の体積Ｃ１に対する、前記２つの外枠により挟持された状態での前記第２突起部の体積Ｃ２の体積変化率｛（Ｃ１−Ｃ２）／Ｃ１｝が０．５以上１．０以下である
請求項６に記載のアルカリ水電解槽。
【請求項８】
前記外枠は、周方向の一部において、前記ガスケットに当接する面と同一平面を形成する壁部を含む気液分離ボックスを有し、
前記ガスケットの枠を全周囲に亘って前記外枠に重ねた状態で、前記外枠を前記ガスケットに２ＭＰａで押圧させた状態において、前記ガスケットの厚み方向における前記壁部の撓み量が０．３ｍｍ以下である
請求項１から７のいずれか１項に記載のアルカリ水電解槽。
【請求項９】
前記２つの外枠の一方は、前記隔膜に接触する陽極を少なくとも有し、
該２つの外枠の他方は、該隔膜に接触する陰極を少なくとも有する
請求項１から８のいずれか１項に記載のアルカリ水電解槽。
【請求項１０】
前記ガスケットの厚みは、０．５ｍｍより大きく、１０ｍｍ以下である
請求項１から９のいずれか１項に記載のアルカリ水電解槽。
【請求項１１】
前記スリットの厚みは、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下である
請求項１から１０のいずれか１項に記載のアルカリ水電解槽。
【請求項１２】
前記隔膜は、多孔膜である
請求項１から１１のいずれか１項に記載のアルカリ水電解槽。
【請求項１３】
前記隔膜の厚みは、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下である
請求項１から１２のいずれか１項に記載のアルカリ水電解槽。
【請求項１４】
前記ガスケットの少なくとも一部に外枠に対する係止部を有する
請求項１から１３のいずれか１項に記載のアルカリ水電解槽。
【請求項１５】
前記係止部の幅は前記係止部の長さよりも大きい
請求項１４に記載のアルカリ水電解槽。
【請求項１６】
前記外枠による前記ガスケットの押付面圧が１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下であり、
前記ガスケットと前記隔膜との最大接触面圧が３ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下である
請求項１から１５のいずれか１項に記載のアルカリ水電解槽。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１９年７月３０日に、日本国に特許出願された特願２０１９−１４００２２の優先権を主張するものであり、この先の出願の開示全体をここに参照のために取り込む。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、アルカリ水電解槽に関する。
【背景技術】
【０００３】
アルカリ水電解槽では、スタックされる電解セル同士の短絡や、電解槽内部の電解液および発生ガスの漏洩を防止する目的で、電解セル間に隔膜とガスケットを配置する。特に多孔膜を隔膜として使用する場合には、隔膜平面方向端部からの漏洩を防止する目的から、スリットタイプのガスケットを使用し、ガスケットは隔膜がスリット内部に挿入された状態で電解セル間に配置される（特許文献１参照）。また、スリットタイプのガスケットを使用する場合、隔膜平面方向端部からの漏洩は、電解セルとガスケット間を介した電解液や発生ガスの外部への漏洩である槽外リークと、隔膜とガスケット間を介して陽極および陰極間で発生ガスが混合する槽内リークに大別される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第１４／１７８３１７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に、ガスケットの押付面圧を上げる程、槽外リークおよび槽内リークの防止に有利に作用するが、過剰な押付面圧はガスケットおよび隔膜へのダメージに繋がる。したがって、槽外リークおよび槽内リークを防止する為には、ガスケットの押付面圧を適切な範囲で制御する必要がある。また、隔膜がより薄い方が、隔膜の抵抗が減り、電解効率が向上する反面、隔膜の破断強度は低下していく。そのため、ガスケットの押付面圧の制御はより困難になる。【０００６】
そこで本発明の目的は、ガスケットおよび隔膜へのダメージを低減させながら、槽外リークおよび槽内リークの可能性を低減するアルカリ水電解槽を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は以下の通りである。
［１］
周方向における少なくとも一部において重なるように積層されている少なくとも２つの外枠と、
前記２つの外枠に挟持され、該外枠と周方向の全体に亘って当接可能な枠状であり、内周面において周方向に沿ってスリットが形成されており、前記スリットの厚み方向から見て該スリットに重なる位置で周方向の全体に亘って突出する第１突起部を有するガスケットと、
前記スリットにおいて前記ガスケットに把持されている隔膜と、を備え、
前記ガスケットの厚み方向への押圧を解放させた状態での、前記スリットの底面から前記隔膜の端までの体積Ａ１に対する、前記第１突起部の体積Ｂ１である体積比（Ｂ１／Ａ１）が０．５以上１００以下である
アルカリ水電解槽。
［２］
前記２つの外枠による挟持から解放された状態での前記第１突起部の体積Ｂ１に対する、前記２つの外枠により挟持された状態での前記第１突起部の体積Ｂ２の体積変化率｛（Ｂ１−Ｂ２）／Ｂ１｝が０．５以上１．０以下である
［１］に記載のアルカリ水電解槽。
［３］
前記２つの外枠による挟持から解放された状態での前記スリット底面から前記隔膜の端までの体積Ａ１に対する、前記２つの外枠により挟持された状態での前記スリット底面から前記隔膜の端までの体積Ａ２の第１の体積変化率（（Ａ１−Ａ２）／Ａ１）が０．５以上１．０以下である
［１］に記載のアルカリ水電解槽。
［４］
前記２つの外枠による挟持から解放された状態での前記第１突起部の体積Ｂ１に対する、前記２つの外枠により挟持された状態での前記第１突起部の体積Ｂ２の第２の体積変化率（（Ｂ１−Ｂ２）／Ｂ１）が０．５以上１．０以下である
［３］に記載のアルカリ水電解槽。
［５］
前記第１の体積変化率に対する前記第２の体積変化率の比［（Ｂ１−Ｂ２）／Ｂ１］／［（Ａ１−Ａ２）／Ａ１］］が０．５以上１．０以下である
［４］に記載のアルカリ水電解槽。
［６］
前記ガスケットは、前記スリットの厚み方向から見て該スリットから外れる位置で突出する第２突起部を有する
［１］から［５］のいずれか１つに記載のアルカリ水電解槽。
［７］
前記２つの外枠による挟持から解放された状態での前記第２突起部の体積Ｃ１に対する、前記２つの外枠により挟持された状態での前記第２突起部の体積Ｃ２の体積変化率｛（Ｃ１−Ｃ２）／Ｃ１｝が０．５以上１．０以下である
［６］に記載のアルカリ水電解装置。
［８］
前記外枠は、周方向の一部において、前記ガスケットに当接する面と同一平面を形成する壁部を含む気液分離ボックスを有し、
前記ガスケットの枠を全周囲に亘って前記外枠に重ねた状態で、前記外枠を前記ガスケットに２ＭＰａで押圧させた状態において、前記ガスケットの厚み方向における前記壁部の撓み量が０．３ｍｍ以下である
［１］から［７］のいずれか１つに記載のアルカリ水電解槽。
［９］
前記２つの外枠の一方は、前記隔膜に接触する陽極を少なくとも有し、
該２つの外枠の他方は、該隔膜に接触する陰極を少なくとも有する
［１］から［８］のいずれか１つに記載のアルカリ水電解槽。
［１０］
前記ガスケットの厚みは、０．５ｍｍより大きく、１０ｍｍ以下である
［１］から［９］のいずれか１つに記載のアルカリ水電解槽。
［１１］
前記スリットの厚みは、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下である
［１］から［１０］のいずれか１つに記載のアルカリ水電解槽。
［１２］
前記隔膜は、多孔膜である
［１］から［１１］のいずれか１つに記載のアルカリ水電解槽。
［１３］
前記隔膜の厚みは、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下である
［１］から［１２］のいずれか１つに記載のアルカリ水電解槽。
［１４］
前記ガスケットの少なくとも一部に外枠に対する係止部を有する
［１］から［１３］のいずれか１つに記載のアルカリ水電解槽。
［１５］
前記係止部の幅は前記係止部の長さよりも大きい
［１４］に記載のアルカリ水電解槽。
［１６］
前記外枠による前記ガスケットの押付面圧が１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下であり、
前記ガスケットと前記隔膜との最大接触面圧が３ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下である
［１］から［１５］のいずれか１つに記載のアルカリ水電解槽。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ガスケットおよび隔膜へのダメージを低減させながら、槽外リークおよび槽内リークの可能性を低減するアルカリ水電解槽を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態に係るアルカリ水電解槽を含むアルカリ水電解用電解装置の模式的な構成図である。
【図２】図１のアルカリ水電解槽の模式的な構成を示す側面図である。
【図３】図２の複極式ターミナルエレメントの構造を示す第１の方向に垂直な平面で切断した断面図である。
【図４】図２の複極式ターミナルエレメントの構造を示す第１の方向に平行な平面で切断した、第１の方向側の端部近傍を示す部分断面図である。
【図５】図２のガスケットの構造を示すスリットの厚み方向に沿った断面図である。
【図６】係止部を有する図２のガスケットの一例を示す、スリットの厚み方向に沿った断面図である。
【図７】係止部を有する図２のガスケットの別の一例を示す、スリットの厚み方向に沿った断面図である。
【図８】係止部を有する図２のガスケットの別の一例を示す、スリットの厚み方向に沿った断面図である。
【図９】図２のアルカリ水電解槽内で形成されている電解セルの構造を示すための、アルカリ水電解槽全体を第１の方向に垂直な平面で切断した、部分断面図である。
【図１０】槽外リーク試験を行うためのモデル電解槽の模式的な構造図である。
【図１１】槽内リーク試験に用いたガスケットの寸法を説明するための部分断面図である。
【図１２】槽内リーク試験に用いたガスケットの寸法を説明するための部分断面図である。
【図１３】槽内リーク試験に用いたガスケットの寸法を説明するための部分断面図である。
【図１４】槽内リーク試験を行うためのモデル電解槽の模式的な構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明するが、本発明は以下の記載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できる。
【００１１】
（アルカリ水電解用電解装置）
図１に示すように、本実施形態のアルカリ水電解槽５０を含むアルカリ水電解用電解装置７０は、送液ポンプ７１、気液分離タンク７２ｈ、７２ｏ、水補給器７３、およびアルカリ水電解用複極式電解槽５０を有する。
【００１２】
送液ポンプ７１は、気液分離端タンク７２ｈ、７２ｏに貯蔵される電解液、および水補給機７３から供給される水を昇圧して、アルカリ水電解槽５０に供給する。送液ポンプ７１の昇圧により、電解液は循環する。送液ポンプ７１およびアルカリ水電解槽５０の間には、流量計７７および熱交換器７９が設けられている。流量計７７は、電解液の流量を検出する。熱交換器７０は、熱交換により電解液を加熱する。
【００１３】
気液分離タンク７２ｈ、７２ｏは、気体の上昇および電解液の流下により、電解液と気体とを分離する。気液分離タンク７２ｈ、７２ｏの気体の排出路には、圧力計７８および圧力制御弁８０が設けられている。圧力制御弁８０は、例えば、圧力計７８の検出する圧力の値に基づいて開閉することにより、排出路における圧力を調整する。気液分離タンク７２ｈ、７２ｏの電解炉の排出路が送液ポンプ７１に接続される。
【００１４】
より具体的には、気液分離タンクは、酸素分離タンク７２ｏおよび水素分離タンク７２ｈを含む。
【００１５】
酸素分離タンク７２ｈは、後述するアルカリ水電解槽５０の陽極室に接続され、当該陽極室から排出される電解液および酸素ガスを分離する。酸素分離タンク７２ｏの気体の排出路には、圧力計７８および圧力制御弁８０とともに、酸素濃度系７５が設けられている。酸素濃度系７５は、排出路における酸素濃度を検出する。
【００１６】
また、水素分離タンク７２ｈは、後述するアルカリ水電解槽５０の陰極室に接続され、当該陰極室から排出される電解液および水素ガスを分離する。水素分離タンク７２ｈの気体の排出路には、圧力計７８および圧力制御弁８０とともに、水素濃度系７６が設けられている。水素濃度系７６は、排出路における水素濃度を検出する。
【００１７】
水補給器７３は、電解により消費した水を補給する。なお、水補給機７３が補給する水は、一般上水を使用してもよいが、長期間に渡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。
【００１８】
アルカリ水電解用電解装置７０は、整流器７４により制御されてアルカリ水電解槽５０に印加される電力に基づく、水の電気分解により、酸素および水素を発生させる。さらに、アルカリ水電解用電解装置７０は、発生させた酸素および水素を、気液分離タンク７２ｈ、７２ｏを介して、別々に供給する。
【００１９】
（アルカリ水電解槽）
次に、アルカリ水電解槽の詳細な構成を以下に説明する。本実施形態のアルカリ水電解用電解槽は、単極式であっても、複極式であってもよく、隔膜を介して複極式ターミナルエレメントがスタックされたアルカリ水電解用複極式電解セルを含む複極式電解槽であることが好ましい。
【００２０】
単極式とは、１または複数のエレメントを直接電源に接続する方法であり、並列に並べた陰極と陽極とを備える各エレメントの陽極に隔膜を挟んで陰極ターミナルエレメントを設け、陰極に隔膜を挟んで陽極ターミナルエレメントを設け、各ターミナルエレメントに電源をつなぐ並列回路である。
【００２１】
複極式とは、多数のセルを電源に接続する方法の１つであり、一方の片面に陽極、他方の片面に陰極を有する複数の複極式ターミナルエレメント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。
【００２２】
複極式電解槽は、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し得る。電源設備は出力が同じであれば、低電流、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。
【００２３】
図２に示すように、複極式電解槽である、アルカリ水電解槽５０は、複数の複極式ターミナルエレメント６０、複数のガスケット７、複数の隔膜４、陽極ターミナルエレメント５１ａ、および陰極ターミナルエレメント５１ｃを有する。以後、複極式ターミナルエレメント６０、陽極ターミナルエレメント５１ａ、および陰極ターミナルエレメント５１ｃを、区別しない限り、エレメントとも呼ぶ。
【００２４】
アルカリ水電解槽５０では、陽極ターミナルエレメント５１ａおよび陰極ターミナルエレメント５１ｃの間に、隣接する２つのエレメント間にガスケット７を挟みながら、設計生産量に必要な数の複極式ターミナルエレメント６０を挟むように、並べて、配置されることにより積層体が構成される。なお、アルカリ水電解槽５０では、後述するように、各ガスケット７は、隔膜４を把持する。アルカリ水電解槽５０は、積層体を、積層方向に沿った両端から、ファストヘッド５１ｇおよびルーズヘッド５１ｇに、それぞれ絶縁板５１ｉを介して挟み、ファストヘッド５１ｇおよびルーズヘッド５１をタイロッド５１ｒや油圧シリンダー方式等の締付け機構により締付けることによりー体化させることにより形成される。なお、アルカリ水電解槽５０において、複数の複極式ターミナルエレメント６０は、後述する陰極が陽極ターミナルエレメント５１ａ側に向くように配置されている。
【００２５】
なお、複極式ターミナルエレメント６０の数は、後述する、複極式ターミナルエレメント６０の構成要素により構成される電解セルを１０個以上５００個以下含ませる数であることが好ましく、３０個以上３００個以下含ませる数であることがより好ましく、５０個以上２００個以下含ませる数であることがさらに好ましい。
【００２６】
特に、電解セルが外部ヘッダー型である構成において、重ね合わせる電解セルの数が５００個以下であると、リーク電流が少なくなり、効率が高くなる。また、シール面圧が均一になり易く、電解液の漏れやガス漏洩が起こりにくい。また、電解セルの数が１０個以上であると、大電力をためることが可能となり、実質的に電力貯蔵システムとして一層機能することが可能となる。
【００２７】
図３に示すように、複極式ターミナルエレメント６０は、隔壁１、外枠３、陽極２ａ、および陰極２ｃを備えている。また、複極式ターミナルエレメント６０は、陽極整流板６ａ、陰極整流板６ｃ、集電体２ｒ、および導電性弾性体２ｅを備えてよい。なお、以下において、「陽極２ａ」および「陰極２ｃ」を、区別しない限り、「電極２」と呼ぶ。また、以下において、「陽極整流板６ａ」を「陽極リブ６ａ」とも呼ぶ。また、以下において、「陰極整流板６ｃ」を「陰極リブ６ｃ」とも呼ぶ。また、以下において、「陽極整流板６ａ」および「陰極整流板６ｃ」を、区別しない限り、「整流板６」または「電極リブ６」とも呼ぶ。
【００２８】
−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、矩形は角が丸みを帯びていてもよい。
【００２９】
隔壁１のサイズとしては、特に限定されることなく、電極室５のサイズに応じて適宜設計されてよい。なお、電極室５とは、隔壁１、外枠３、および隔膜４によって画定される内部空間である。以後、陽極２ａ側の「電極室５」を、区別する場合、「陽極室５ａ」とも呼ぶ。また、陰極２ｃ側の「電極室５」を、区別する場合、「陰極室５ｃ」とも呼ぶ。
【００３０】
隔壁１が板状の形状である場合、隔壁１の厚さは、０．５ｍｍ〜５ｍｍとしてよく、縦の長さや横の長さは、特に限定されない。上記隔壁１の厚みは、陽極リブ６ａおよび陰極リブ６ｃが隔壁１に溶接等で接合されて一体構造になっている構成においては、陽極リブ６ａや陰極リブ６ｃにより補強されるので、厚くする必要はない。通常は、０．５〜２ｍｍの厚みで十分である。０．５ｍｍより薄いと陽極リブ６ａや陰極リブ６ｃと隔壁との溶接も困難になる上、製作上もハンドリングがし難くなる欠点があり、また２ｍｍより厚い場合は、製作コストが高くなり電解ユニットも重くなるため好ましくない。
【００３１】
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、高い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。
【００３２】
−外枠−
外枠３は、隔壁１を縁取る。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の外縁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。
【００３３】
外枠３の寸法としては、特に限定されることなく、電極室５の外寸に応じて設計されてよい。外枠３の幅は、１０ｍｍ〜４０ｍｍとしてよく、１５ｍｍ〜３０ｍｍが好ましく、外枠３の延在長さは、特に限定されない。
【００３４】
隔壁１と外枠３とは、溶接その他の方法で接合することにより一体化されてもよく、例えば、隔壁１に、隔壁１の平面に対して垂直な両方向に張り出したフランジ部を設け、フランジ部を外枠３の一部としてもよい。このような構成において、フランジ部の長さは、特に限定されないが、５ｍｍ〜２０ｍｍとしてよく、７．５ｍｍ〜１５ｍｍが好ましい。
【００３５】
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。
【００３６】
図４に示すように、外枠３の周方向の一部において、気液分離ボックス３ｓｐが設けられている。気液分離ボックス３ｓｐは、外枠３の全周囲に亘ってガスケット７に当接する面と同一平面を形成する壁部３ｗを含む。外枠３の、陽極２ａ側において気液分離ボックス３ｓｐが設けられる位置には、外枠３の内周面から外周面に貫通する陽極電解液出口５ａｏが穿設されている。外枠３の、陰極２ｃ側において気液分離ボックス３ｓｐが設けられる位置には、内外枠３の内周面から外周面に貫通する陰極電解液出口５ｃｏが穿設されている。なお、以下において、陽極電解液出口５ａｏおよび陰極電解液出口５ｃｏを、区別しない限り、「電解液出口５ｏ」と呼ぶ。
【００３７】
気液分離ボックス３ｓｐには、積層時の反力により撓むことを防止する目的で、内部にリブが設置されていてもよい。リブの形状は電解液およびガスの流れを乱さない範囲で適宜選択されてよく、複数のリブが設置されていてもよい。また、リブの位置は、気液分離ボックス３ｓｐの撓み量を抑え、かつ電解液およびガスの流れを阻害しないように設計されることが好ましい。例えば、内側（電極室５側）の表面から外側の表面までの間隔が９０ｍｍの気液分離ボックス３ｓｐに対しては、内側の表面から６０ｍｍの位置にリブが設けられてよい。
【００３８】
図３に示すように、外枠３には、隔壁１の平面に垂直な方向に陥凹する陥凹部３ｄｐ
が形成されていてよい。陥凹部３ｄｐは、後述するガスケット７の係止部と掛合する。陥凹部３ｄｐは、枠の周方向全体に亘って連続する溝状であってよく、断続的な窪状であってよい。なお、ガスケット７の係止部が外枠３の外周面または内周面と掛合する構成においては、陥凹部３ｄｐが形成されなくてよい。
【００３９】
少なくとも２つの外枠３は、アルカリ水電解槽５０において、枠状の周方向における少なくとも一部において互いに重なるように積層されている。
【００４０】
−電極−
陽極２ａおよび陰極２ｃは、隔壁１を挟む位置に設けられる。本実施形態のアルカリ水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。
【００４１】
アルカリ水電解の電解電圧は、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。
【００４２】
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。
【００４３】
アルカリ水電解の電極２として、過電圧が低いこと以外に電極２に求められる要件としては、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。
【００４４】
電極２のサイズとしては、特に限定されることなく、後述する、電極室５のサイズに合わせて平面的に定められてよく、縦：０．４ｍ〜４．０ｍ、横：０．４ｍ〜６．０ｍ、厚さ：０．１ｍｍ〜３ｍｍとしてよい。なお、電極２の厚みがあまり薄すぎると、陽極室５ａと陰極室５ｃの圧力差や、押しつけ圧力により電極２に変形が生じ、例えば電極２端部が落ち込み、極間距離が広がり電圧が高くなる場合がある。
【００４５】
本実施形態における電極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、陽極２ａおよび陰極２ｃのうち少なくとも一方が多孔体であることが好ましく、陽極２ａおよび陰極２ｃが多孔体であることがより好ましい。特に、後述する、ゼロギャップ構造の電解槽において、隔膜との接触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の隔膜に接する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。
【００４６】
本実施形態における電極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。
【００４７】
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。さらに、ゼロギャップ構造に使用できる電極２としては、線径が細くメッシュの小さい電極２が柔軟性も高く好ましい。このような基材材質は通常公知のものを使用できる。例えば、陰極２ｃの基材としては、ニッケル、ニッケル合金、ステンレススチール、軟鋼、或いはニッケル合金又はステンレススチール又は軟鋼上にニッケルメッキを施したものを用いることができる。これらの基材の線径は０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍで、目開きが３０メッシュから８０メッシュ程度の範囲が好ましい。
【００４８】
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。陽極２ａの触媒層を形成できる材料としては、具体的には、ニッケルめっきや、ニッケルとコバルト、ニッケルと鉄等の合金めっき、ＬａＮｉＯ3やＬａＣｏＯ3、ＮｉＣｏ2Ｏ4等のニッケルやコバルトを含む複合酸化物、酸化イリジウム等の白金族元素の化合物、グラフェン等の炭素材料等が挙げられる。触媒層には、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。
【００４９】
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。陰極２ｃの触媒層を形成できる材料としては、具体的には、ラネーニッケルや、ニッケルとアルミニウム、或いはニッケルと錫等の複数の材料の組み合わせからなるラネー合金、ニッケル化合物やコバルト化合物を原料として、プラズマ溶射法により作製した多孔被膜、ニッケルと、コバルト、鉄、モリブデン、銀、銅等から選ばれる元素との合金や複合化合物、水素発生能が高い白金やルテニウム等の白金族元素の金属や酸化物、及び、それら白金族元素の金属や酸化物と、イリジウムやパラジウム等の他の白金族元素の化合物やランタンやセリウム等の希土類金属の化合物との混合物、グラフェン等の炭素材料等が挙げられる。高い触媒活性や耐久性を実現するために、上記の材料を複数積層してもよく、触媒層中に複数混在させてもよい。触媒層には、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。
【００５０】
触媒層の厚みが厚すぎると、電気抵抗が増加し過電圧を上昇させる場合がある。逆に、触媒層の厚みが薄すぎると、長期間の電解や電解の停止により触媒層が溶解もしくは脱落することで電極２が劣化し、過電圧が上昇する場合がある。これらの理由から、触媒層の厚みは、０．２μｍ以上１０００μｍ以下が好ましく、より好ましくは０．５μｍ以上３００μｍ以下である。なお、触媒層の厚みは、例えば電子顕微鏡にて電極２の断面を観察することにより測定できる。
【００５１】
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。
【００５２】
本実施形態においては、電極２の比表面積は０．００１ｍ2／ｇ以上１ｍ2／ｇ以下が好ましく、より好ましくは、０．００５ｍ2／ｇ以上０．１ｍ2／ｇ以下である。電極２の比表面積（基材を含む電極２全体の比表面積）が小さいと、単位面積当たりの反応活性点が少なくなるので、低い過電圧が得られない場合がある。一方、水電解用電極２の比表面積が大き過ぎると触媒層の機械的強度が低下し、耐久性が低下する場合がある。
【００５３】
なお、比表面積は例えばＢＥＴ法を用いて測定することができる。測定試料を専用セルに入れ、加熱真空排気を行うことにより前処理を行い、細孔表面への吸着物を予め取り除く。その後、−１９６℃で測定サンプルへのガス吸着の吸脱着等温線を測定する。得られた吸脱着等温線をＢＥＴ法で解析することにより、測定サンプルの比表面積を求めることができる。
【００５４】
−整流板−
本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽５０では、整流板６は、例えば、隔壁１に沿う第１の方向Ｄ１に対して略平行に配置されている。整流板６は、陽極室５ａおよび陰極室５ｃ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。例えば、図３に示すように、複数の整流板６が、隔壁１に沿う第１の方向Ｄ１（図示の例では、電解液通過方向）に垂直な方向に、一定の間隔Ｃ（ピッチ）で設けられている。また、例えば、整流板６は、電極室５の高さとほぼ同じ長さを有し、隔壁１に垂直に設けられている。整流板６は、必須ではないが、電解槽の重量を削減する等の目的で、第１の方向Ｄ１について所定のピッチで貫通孔ｔｈを有している。
【００５５】
整流板６は隔壁１に取付けられ、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（リブ）となり、ゼロギャップ構造を維持しやすい。また、整流板６は隔壁１と電気的につながっていることが好ましい。また、整流板６を設けることでは、電極室５内における気液の流れの乱れにより電極室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ことができる。
【００５６】
このような構成において、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。前述の一例のアルカリ水電解用複極式電解槽５０では、陰極２ｃ側において、陰極整流板６ｃ、集電体２ｒ、導電性弾性体２ｅ、および陰極２ｃの順に重合わせられた陰極集電体を構成する構造が採用されている。陽極２ａ側においては、陽極整流板６ａ、陽極２ａの順に重合わせられた構造が採用されている。
【００５７】
なお、前述の一例のアルカリ水電解用複極式電解槽５０では、陰極２ｃ側において上記陰極整流板６ｃ、集電体２ｒ、導電性弾性体２ｅ、および陰極２ｃの順番に重合わせられた陰極集電体を構成する構造が採用され、陽極２ａ側において陽極整流板６ａおよび陽極２ａ順番に重合わせられた構造が採用されているが、本発明ではこれに限定されない。陽極２ａ側においても陽極整流板６ａ、集電体２ｒ、導電性弾性体２ｅ、および陽極２ａを重合わせた陽極集電体を構成する構造が採用されてもよい。
【００５８】
詳細には、本実施形態では、隔壁１に整流板６（陽極整流板６ａ、陰極整流板６ｃ）が取り付けられている。
【００５９】
整流板６（陽極整流板６ａ、陰極整流板６ｃ）は、陽極２ａまたは陰極２ｃを支える役割だけでなく、電流を隔壁１から陽極２ａまたは陰極２ｃへ伝える役割を備えることがより好ましい。
【００６０】
本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽５０では、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さらに好ましい。かかる構成によれば、電極２のたわみによるセル電圧の上昇を抑制することができる。
【００６１】
すなわち、所定の間隔で導電性の整流板６が電極２を支持するように配置することにより、電極２が押圧や、電極室５内の液およびガスの圧力によって撓んでしまい、局所的にゼロギャップ構造を損なうという現象を、予防することができる。また、上記構成によれば、電極２に均一に電流を伝達させやすく、より高電密の運転においても、より高い効率を維持することが容易になる。
【００６２】
整流板６の材料としては、使用環境での耐久性・強度等を考慮して決定される。例えば高分子材料や金属材料が挙げられる。複数の材料を同時に用いることも可能である。高分子材料は、例えば、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリビニリデンフロライド、ポリカーボネート、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライド、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロスルホン酸、パーフルオロカルボン酸、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド等が挙げられる。これらの中でも、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリテトラフルオロエチレン、であることが好ましい。金属材料としては導電性の金属が好ましく用いられる。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。整流板６の材料は、特に隔壁１と同じ材料であることが好ましく、特にニッケルであることが最も好ましい。これら導電性の金属材料は電解セルの導電抵抗の低減にも寄与する効果も期待できる。
【００６３】
複数の整流板６が１方向に沿って並べられる構成において、隣接する整流板６同士の間隔は、電解圧力や、電極室５の圧力差等を勘案して決められる。
【００６４】
隣接する整流板６間の間隔Ｃは、５０ｍｍ以上１９０ｍｍ以下であり、より好ましくは５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であり、さらに好ましくは６０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下である。整流板６同士の間隔の間隔が狭すぎれば電解液やガスの流動を阻害するだけでなくコストも高くなる欠点がある。整流板６を電極２と接続されたリブとして機能させる場合、リブピッチが５０ｍｍ以上であると、電極２の裏面へのガス抜けが良好となる。また広すぎると、陽極室５ａと陰極室５ｃとのわずかな差圧で保持している電極２が変形する等の欠点が生じる。リブピッチが１５０ｍｍ以下であると電極２がたわみにくくなる。
【００６５】
リブピッチは、複数の整流板６が一定の間隔（ピッチ）で設けられている場合には、その間隔（ピッチ）をいい、複数の整流板６が一定の間隔（ピッチ）で設けられていない場合には、設けられた複数の整流板６同士の間隔の平均をいう。また、隣接する２つの整流板６間においてその間隔が整流板６の延在方向について変化している（一定でない）場合には、当該隣接する２つの整流板６間の間隔の平均としてよい。
【００６６】
整流板６の数、整流板６の長さ、整流板６と隔壁１とのなす角度、貫通孔ｔｈの数や貫通孔ｔｈの隔壁に沿う所与の方向についての間隔（ピッチ）は、本発明の効果が得られる限り、適宜定められてよい。陽極整流板６ａのリブピッチと、陰極整流板６ｃのリブピッチとは、同一であってもよいし異なっていてもよく、陽極整流板６ａのリブピッチおよび陰極整流板６ｃのリブピッチが共に上記範囲を満たすことが好ましい。
【００６７】
整流板６の長さは、電極室５や電極２のサイズに応じて、適宜に定められてよい。整流板６の高さは、隔壁１の平面に垂直な方向における外枠３の端までの距離、ガスケット７の厚さ、電極２の厚さ、ならびに陽極２ａおよび陰極２ｃの間の距離等に応じて、適宜に定められてよい。また、整流板６の厚みは、コストや製作性、強度等も考慮して、０．５ｍｍ〜５ｍｍとしてよく、１ｍｍ〜２ｍｍのものが用いやすいが、特に限定されない。
【００６８】
整流板６には、特に限定されないが、適宜貫通孔ｔｈを設けてよく、整流板６の延在方向について等間隔に貫通孔ｔｈを設けることが好ましい。貫通孔ｔｈの平面視形状としては、特に限定されないが、矩形としても円形としてもよく、例えば、半径０．５ｍｍ〜３０ｍｍ、特には半径０．５ｍｍ〜１０ｍｍの半円形状としてよい。また、整流板６の面積に対する貫通孔ｔｈの面積の割合としては、５％〜９５％としてよく、１０％〜８０％であることが好ましく、２０％〜６０％であることがより好ましい。貫通孔ｔｈの面積が、５％以上になると、電解液の槽内の第１の方向Ｄ１に垂直な方向への通水が円滑化する。９５％を超えると機械的な強度が得られず、陽極５ａや陰極集電体の変形が生じる。
【００６９】
整流板６は通常隔壁１に固定して用いるが、隔壁１への取り付けは、どのような方法でもよい。例えばビス止めによる方法、接着剤を用いる方法、金属材料を用いた整流板の場合にはスポット溶接、レーザー溶接等による方法でもよい。整流板６は、陽極２ａまたは陰極２ｃと同様に、スポット溶接、レーザー溶接等の手段で隔壁１に固定されている。電極２や集電体２ｒの整流板６への取り付けも同様の方法で行われる他、ワイヤーやひも状の部材を用い、結びつけて密着させる方法でもよい。
【００７０】
−集電体−
集電体２ｒとしては、例えば、陰極２ｃ側に設けられる陰極集電体、および陽極２ａ側に設けられる陽極集電体が挙げられる。
【００７１】
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を有する。したがって、集電体２ｒの形状に関しては、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、あるいは導電性弾性体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。
【００７２】
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ある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。このような集電体２ｒの整流板６への固定は、スポット溶接、レーザー溶接等の手段で固定される。
【００７３】
−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および電極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。上記のことが必要要件である理由は、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の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。
【００７４】
導電性弾性体２ｅとしては、ワイヤーにより構成される弾性体等の通常公知のものが使用でき、例えば、線径０．０５〜０．５ｍｍ程度（好ましくは０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下、より好ましくは０．１２ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下）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、導電性弾性体の密度を低くし、ゼロギャップ構造を維持しやすいため、好ましい。線径が０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であると、導電性弾性体２ｅの密度が低くなり、セル電圧上昇の抑制効果が一層得られやすくなるため、好ましい。
【００７５】
導電性弾性体２ｅの材質は限定されるものではないが、導電性、耐アルカリ性の面からニッケル、ニッケル合金又はステンレススチール又は軟鋼にニッケルメッキを施したものが好ましい。
【００７６】
また、このような導電性弾性体２ｅの厚みは、通常１ｍｍ〜２０ｍｍ程度のものが使用できる。
【００７７】
導電性弾性体２ｅの柔軟性は、公知の範囲のものが使用できる。例えば、５０％圧縮変形時の反発力が３０ｇ／ｃｍ2〜３００ｇ／ｃｍ2の弾性を有するものが使用できる。このような導電性弾性体２ｅは、導電性プレートからなる集電体２ｒの上に重ねて使用する。この取り付け方法も通常公知の方法、例えばスポット溶接で適宜固定するか或いは樹脂製のピンや金属製のワイヤー等が使用できる。なお、５０％圧縮変形時の反発力は、ＪＩＳ  Ｋ６４００に準拠して、測定することができる。例えば、島津製作所社製の品番：ＡＧＳ−１ｋＮＸの卓上形精密万能試験機を、常温、大気圧で、圧縮試験モードの条件下で用いてよい。
【００７８】
導電性弾性体２ｅの上に、直接電極２を重ねてもよく、或いは、別の導電性シートを介して電極２を重ねてもよい。
【００７９】
導電性弾性体２ｅの導電性としては、例えば、テスター、デジタルマルチメーター等により測定される電気抵抗率が１×１０-9〜１×１０-5Ωｍであってもよい。
【００８０】
ゼロギャップ構造を実現するために、導電性弾性体２ｅは、電極２と、好ましくは、スポット溶接、金属或いはプラスチック製のピンによる固定、あるいは導電性弾性体２ｅの弾力性による押しつけ等により固定される。
【００８１】
−ガスケット−
図２に示すように、本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽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、複極式ターミナルエレメント６０と隔膜４の間、複極式ターミナルエレメント６０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電解槽外への漏れや両極室間におけるガス混合を防ぐことができる。
【００８２】
ガスケット７は、互いに隣接する２つのエレメントにおけるそれぞれの外枠３に挟持され、外枠３と周方向全体に亘って当接可能な枠状である。図５に示すように、ガスケット７は、内周面ＩＳにおいて、周方向に沿ってスリットＳＬが形成されている。ガスケット７は、隔膜４の縁部をスリットＳＬ内に収容し、隔膜４の全周囲に亘って縁部を覆うことにより、隔膜４を把持する。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。
【００８３】
また、ガスケット７には、スリットＳＬの厚み方向の少なくとも１方向に突出する第１突起部７ｐ１が設けられている。さらに、ガスケット７には、第２突起部７ｐ２が、設けられていることが好ましい。以後の説明において、第１突起部７ｐ１および第２突起部７ｐ２を、区別しない限り、「突起部７ｐ」と呼ぶ。突起部７ｐは、枠の周方向全体に亘って設けられて、畝状であってよい。第１突起部７ｐ１は、スリットＳＬの厚み方向から見て、スリットＳＬに重なる位置に形成されてよい。さらに、第２突起部７ｐ２が、スリットＳＬの厚み方向から見てスリットＳＬから外れる位置に形成されていてよい。
【００８４】
突起部７ｐを設けることにより、スタック時に突起部７ｐが局所的に押圧され、突起部７ｐに対応する位置においてスリットＳＬに収容された隔膜４がガスケット７により押圧される。したがって、ガスケット７では、隔膜４をより強固に保持することができ、電解液やガスが漏れることをより防止しやすくなる。
【００８５】
さらに、ガスケット７には、枠の内縁から外縁の間の少なくとも一部に外枠３に対する係止部が設けられていることが好ましい。係止部は、ガスケット７の厚み方向の少なくとも１方向に突出する。係止部は、枠の周方向に沿って連続する畝状であってもよく、枠の周方向に沿って断続する突起状であってもよい。係止部は、外枠３に対するガスケット７の位置を固定し得、ガスケット７の変形に伴う位置ずれを抑止し得る。
【００８６】
係止部は、その目的によって任意の位置に設けることができる。例えば、図６に示すように、ガスケット７の幅方向において、外側への位置ずれを防止する目的で、係止部７ｌｃがガスケット７の内周面ＩＳ側に、外枠３の内周面と掛合可能に設けられていてもよい。また、例えば、図７に示すように、ガスケット７の幅方向において、内側への位置ずれを防止する目的で、係止部７ｌｃが外周面ＯＳ側に、外枠３の外周面と掛合可能に設けられていてもよい。また、例えば、図８に示すように、ガスケット７の幅方向において、外枠３に対するガスケット７の設置位置を固定する目的で、外枠３の陥凹部３ｄｐに対向する位置に、陥凹部３ｄｐに掛合可能な形状で、係止部７ｌｃが設けられていてもよい。
【００８７】
係止部７ｌｃを設けることにより、ガスケット７を外枠３に対して意図した位置に設置でき、ガスケット７がずれて過剰な押圧がかかることを防止しやすくなる。また、温度サイクルに伴うガスケット７の体積変化やセルの内圧変動に伴う押圧の変化によって、ガスケット７が外枠３からはみ出すことを防止しやすくなる。さらに、係止部７ｌｃの曲げモーメントの増加や外枠３との接触面積の増加によって上記効果を高める事ができる。これらの手法の一例として、係止部７ｌｃの幅を大きくする、係止部７ｌｃの角の曲率を大きくする、といった方法がある。
【００８８】
係止部７ｌｃの幅は、特に制限されるものではないが、係止部７ｌｃの長さと同じか、大きくすることで、上記の効果をより高める事ができる。ここで係止部７ｌｃの幅とは、ガスケット７の幅方向において外枠３に対して係止される部分の最大幅をいう。一方係止部７ｌｃの長さとは、ガスケット７の厚み方向に沿った、ガスケット７の表面からの最大長さをいう。
【００８９】
係止部７ｌｃの幅は、特に制限されるものではないが、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましく、２ｍｍ以上５ｍｍ以下であることがより好ましい。係止部７ｌｃの幅が上記範囲内であれば、ガスケット７のはみ出しに対して係止部７ｌｃが切れにくくなる。また、同様の観点から、係止部７ｌｃの長さは、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましく、２ｍｍ以上５ｍｍ以下であることがより好ましい。さらに、係止部７ｌｃの効果を効率よく発揮するために、係止部７ｌｃの幅は係止部７ｌｃの長さの１．０倍以上１０倍以内であることが好ましく、１．０倍以上５．０倍以内であることがより好ましく、１．０倍以上３．０倍以内であることがさらに好ましい。係止部７ｌｃの長さに対する係止部７ｌｃの幅が上記範囲内であれば、係止部７ｌｃの曲げモーメントを十分高く設計でき、電極２などの他の部材への干渉を抑制できる。
【００９０】
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、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（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エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、フッ素ゴム（ＦＲ）が特に好適である。
【００９１】
ガスケット７には、補強材が埋設されていてもよい。これにより、スタック時に外枠３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。
【００９２】
このような補強材としては公知の金属材料、樹脂材料及び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、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。
【００９３】
補強材の形状としては、織布、不織布、短繊維、多孔膜等の形状のものが好適である。さらに、ガスケット７の表面に保護層が設けられていてもよい。これにより、ガスケット７およびエレメントの間の密着性を向上させることや、ガスケット７の耐アルカリ性を向上させることもできる。このような保護層の材質も、ガスケット７の材質の中から選択され得る。
【００９４】
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。
【００９５】
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。好ましい厚みの範囲としては、０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましく、１．０ｍｍより大きく１０ｍｍ以下がより好ましく、３．０ｍｍ以上１０ｍｍ以下が更に好ましい。
【００９６】
スリットＳＬの厚みは、特に制限されるものではなく、隔膜４の厚みなどに応じて設計される。好ましい厚みの範囲は、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下である。スリットＳＬの内周面ＩＳからの深さは、アルカリ水電解槽５０の組立て前の状態で、隔膜４の縁部を全周囲に亘って収容した場合に、隔膜４の端からスリットＳＬの底面までの間に、空隙が生じることが好ましい。なお、アルカリ水電解槽５０の組立て前のガスケット７の状態は、組み立て後のアルカリ水電解槽５０において外枠３による挟持、言換えると押付けを解放させたガスケット７の状態にほぼ等しいとみなされる。
【００９７】
また、アルカリ水電解槽５０の組立て前の状態での突起部７ｐの高さも、特に制限されるものではないが、十分な押し圧を発現するために、０．５ｍｍ〜５ｍｍであることが好ましい。第１突起部７ｐ１の体積Ｂ１は、アルカリ水電解槽５０の組立て前の状態で、隔膜４をスリットＳＬに収容させたガスケット７における、隔膜４の端からスリットＳＬの底面までの間のスリットＳＬ内の空隙の体積Ａ１に対する体積Ｂ１の体積比（Ｂ１／Ａ１）が０．５以上１００以下を満たすことが必要である。なお、アルカリ水電解槽５０の組立て前の状態における、隔膜４の端からスリットＳＬの底面までの空隙の体積Ａ１、および第１突起部７ｐ１の体積Ｂ１は、後述の実施例に記載の方法で測定することができる。
【００９８】
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、０．２０ＭＰａ〜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、０．５ＭＰａ〜１５ＭＰａの範囲がより好ましく、１．０ＭＰａ〜１０ＭＰａの範囲が更に好ましい。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。
【００９９】
本実施形態では、ガスケット７の厚みが０．５ｍｍ〜１０ｍｍであり、１００％変形時の引張応力で１．０ＭＰａ〜１０ＭＰａであることが、電極撓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。また、ガスケット７を２ＭＰａで押付けたときの、ガスケット７の圧縮ひずみが１０%以上４０％以下であることが好ましい。
【０１００】
ガスケット７を複極式ターミナルエレメント６０に取り付ける際に、接着剤を使用してもよい。ガスケット７の片面に接着剤を塗布し、エレメントの片側の外枠３に貼り付けることができる。なお、接着剤を乾燥させた後、複極式ターミナルエレメント６０の電極２の表面に水をかけ、電極２を湿らせておくことが好ましい。隔膜４を保持できるように、隔膜４の縁部を収容するスリットＳＬを設けたガスケット７においては、隔膜４を保持した状態で貼付けてもよいし、貼付けた後に隔膜４を保持させてもよい。
【０１０１】
−隔膜−
本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽５０において、隔膜４は、前述のように、スリットＳＬにおいてガスケット７に把持される。隔膜４としては、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、イオン透過性の膜が使用される。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使用できる。このイオン透過性の隔膜４としては、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。
【０１０２】
隔膜４の引張破断強度は、ガスケット７に把持された部分の破断を防ぐ観点からは、１０ＭＰａ以上であることが好ましい。また、隔膜４の引張破断強度は、４０ＭＰａ以下であることが好ましい。
【０１０３】
隔膜４のサイズは、隔膜４の縁部が全体に亘ってスリットＳＬに収容される限り、特に制限されるものではなく、スリットＳＬの寸法に合わせて設計すればよい。隔膜４の厚みは、特に制限されるものではないが、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。
【０１０４】
−−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。
【０１０５】
多孔膜は、複数の微細な貫通孔を有するものである。多孔膜としては、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。
【０１０６】
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く、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。
【０１０７】
−−−高分子材料−−−
高分子材料としては、例えば、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリビニリデンフロライド、ポリカーボネート、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライド、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロスルホン酸、パーフルオロカルボン酸、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド等が挙げられる。これらの中でも、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリテトラフルオロエチレン、であることが好ましく、ポリスルホンであることがより好ましい。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。
【０１０８】
高分子材料として、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホンを用いることで、高温、高濃度のアルカリ溶液に対する耐性が一層向上する。また、例えば、非溶媒誘起相分離法等の方法を用いることで、隔膜４を一層簡便に製膜することができる。特にポリスルホンであれば、孔径を一層精度よく制御することができる。
【０１０９】
多孔膜では、分離能、強度等適切な膜物性を得る為に、孔径が制御されることが好ましい。また、アルカリ水電解に用いる場合、陽極２ａから発生する酸素ガスおよび陰極２ｃから発生する水素ガスの混合を防止し、かつ電解における電圧損失を低減する観点から、多孔膜の孔径が制御されることが好ましい。
【０１１０】
多孔膜の平均孔径が大きいほど、単位面積あたりの多孔膜透過量は大きくなり、特に、電解においては多孔膜のイオン透過性が良好となり、電圧損失を低減しやすくなる傾向にある。また、多孔膜の平均孔径が大きいほど、アルカリ水との接触表面積が小さくなるので、ポリマーの劣化が抑制される傾向にある。一方、多孔膜の平均孔径が小さいほど、多孔膜の分離精度が高くなり、電解においては多孔膜のガス遮断性が良好となる傾向にある。さらに、後述する粒径の小さな親水性無機粒子を多孔膜に担持した場合、欠落せずしっかりと保持することができる。これにより、親水性無機粒子が持つ高い保持能力を付与でき、長期に亘ってその効果を維持することができる。
【０１１１】
また、多孔膜の最大孔径は多孔膜の分離精度を高める為、制御されることが好ましい。具体的には、平均孔径と最大孔径との差が小さいほど、多孔膜の分離性能は高くなる傾向にある。特に、電解においては、多孔膜内の孔径のばらつきを小さく保てる為、ピンホールが発生して両電極室５から発生するガスの純度が低下する可能性を低くできる。
【０１１２】
上記多孔膜の平均透水孔径（平均孔径）は、０．０１μｍ以上１．０μｍ以下が好ましく、より好ましくは０．１μｍ以上０．５μｍ以下である。平均透水孔径が０．０１μｍ以上であると、細孔が閉塞しにくく、不純物によって細孔が目詰まりしにくい。また、１．０μｍ以下であると、ガス遮断性に優れる。
【０１１３】
かかる観点から、本実施形態の多孔膜においては、平均孔径が、０．０１μｍ以上１．０μｍ以下、かつ／または最大孔径は０．０１μｍよりも大きく２．０μｍ以下の範囲であることが好ましい。多孔膜は、孔径がこの範囲であれば、優れたガス遮断性と高いイオン透過性とを両立することができる。
【０１１４】
また、多孔膜の孔径は実際に使用する温度域において制御されることが好ましい。したがって、例えば９０℃の環境下での電解用の隔膜４として使用する場合は、９０℃で上記の孔径の範囲を満足させることが好ましい。また、多孔膜は、アルカリ水電解用隔膜４として、より優れたガス遮断性と高いイオン透過性とを発現できる範囲として、平均孔径が０．１μｍ以上０．５μｍ以下、かつ／または、最大孔径が０．５μｍ以上１．８μｍ以下であることがより好ましく、また、平均孔径が０．０１μｍ以上０．５μｍ以下、かつ／または、最大孔径が０．０５μｍ以上１．８μｍ以下であることがより好ましい。
【０１１５】
多孔膜の透水平均孔径と最大孔径とは、以下の方法で測定することができる。
多孔膜の透水平均孔径とは、完全性試験機（ザルトリウス・ステディム・ジャパン社製、「Ｓａｒｔｏｃｈｅｃｋ  Ｊｕｎｉｏｒ  ＢＰ−Ｐｌｕｓ」）を使用して以下の方法で測定した平均透水孔径をいう。まず、多孔膜を芯材も含めて所定の大きさに切り出して、これをサンプルとする。このサンプルを任意の耐圧容器にセットして、容器内を純水で満たす。次に、耐圧容器を所定温度に設定した恒温槽内で保持し、耐圧容器内部が所定温度になってから測定を開始する。測定が始まると、サンプルの上面側が窒素で加圧されていき、サンプルの下面側から純水が透過してくる際の圧力及び透過流量の数値を記録する。平均透水孔径は、圧力が１０ｋＰａから３０ｋＰａの間の圧力と透水流量との勾配を使い、以下のハーゲンポアズイユの式から求めることができる。
平均透水孔径（ｍ）＝｛３２ηＬμ0／（εＰ）｝0.5
ここで、ηは水の粘度（Ｐａ・ｓ）、Ｌは多孔膜の厚み（ｍ）、μ0は見かけの流速であり、μ0（ｍ／ｓ）＝流量（ｍ3／ｓ）／流路面積（ｍ2）である。また、εは空隙率、Ｐは圧力（Ｐａ）である。
【０１１６】
多孔膜の最大孔径は、完全性試験機（ザルトリウス・ステディム・ジャパン社製、「Ｓａｒｔｏｃｈｅｃｋ  Ｊｕｎｉｏｒ  ＢＰ−Ｐｌｕｓ」）を使用して以下の方法で測定することができる。まず、多孔膜を芯材も含めて所定の大きさに切り出して、これをサンプルとする。このサンプルを純水で濡らし、多孔膜の孔内に純水を含浸させ、これを測定用の耐圧容器にセットする。次に、耐圧容器を所定温度に設定した恒温槽内で保持し、耐圧容器内部が所定温度になってから測定を開始する。測定が始まると、サンプルの上面側が窒素で加圧されていき、サンプルの下面側から気泡が連続して発生してくるときの窒素圧力を、バブルポイント圧力とする。最大孔径はヤング−ラプラスの式を変形させた下記バブルポイント式から求めることができる。
最大孔径（ｍ）＝４γｃｏｓθ／Ｐ
ここで、γは水の表面張力（Ｎ／ｍ）、ｃｏｓθは多孔膜表面と水の接触角（ｒａｄ）、Ｐはバブルポイント圧力（Ｐａ）である。
【０１１７】
アルカリ水電解用の隔膜４においては、ガス遮断性、親水性の維持、気泡の付着によるイオン透過性低下の防止、さらには長時間安定した電解性能（低電圧損失等）が得られるといった観点から、多孔膜の気孔率が制御されることが好ましい。
【０１１８】
ガス遮断性や低電圧損失等を高いレベルで両立させるといった観点から、多孔膜の気孔率の下限は３０％以上であることが好ましく、３５％以上であることがより好ましく、４０％以上であることが更に好ましい。また、気孔率の上限は７０％以下であることが好ましく、６５％以下であることがより好ましく、６０％以下であることが更に好ましく、５５％以下であることが更により好ましい。また、多孔膜の気孔率は３０％以上７０％以下であることが好ましい。多孔膜の気孔率が上記下限値以上であれば、セル電圧を低くすることができる。また、上記上限値以下であれば、ガスの遮断性、機械的強度が良好となり、変形しにくくなる。また、長期間使用しても隙間ができにくく、多孔膜中の細孔が潰れにくい。多孔膜の気孔率が上記上限値以下であれば、膜内をイオンが透過しやすく、膜の電圧損失を抑制できる。また、隔膜の気孔率が３０％以上であると、セル電圧が高くなりすぎにくい。また、７０％以下であれば、ガスの遮断性、機械的強度が良好となり、変形しにくくなる。また、長期間使用しても隙間ができにくく、多孔膜中の細孔が潰れにくい。
【０１１９】
多孔膜の気孔率とは、アルキメデス法により求めた開気孔率をいい、以下の式により求めることができる。
気孔率Ｐ（％）＝ρ／（１＋ρ）×１００
ここで、ρ＝（Ｗ３−Ｗ１）／（Ｗ３−Ｗ２）であり、Ｗ１は多孔膜の乾燥質量（ｇ）、Ｗ２は多孔膜の水中質量（ｇ）、Ｗ３は多孔膜の飽水質量（ｇ）である。
【０１２０】
気孔率の測定方法としては、純水で洗浄した多孔膜を３ｃｍ×３ｃｍの大きさで３枚に切出して、測定サンプルとする。まず、サンプルのＷ２及びＷ３を測定する。その後、多孔膜を５０℃に設定された乾燥機で１２時間以上静置して乾燥させて、Ｗ１を測定する。そして、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３の値から気孔率を求める。３枚のサンプルについて気孔率を求め、それらの算術平均値を気孔率Ｐとする。
【０１２１】
隔膜４として用いられる多孔膜の厚みは、特に限定されないが、０．２０ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．２５ｍｍ以上０．７ｍ以下、更に好ましくは０．３０ｍｍ以上０．６ｍｍ以下である。なお、多孔膜の厚みは、後述の実施例に記載の方法で測定することができる。
【０１２２】
多孔膜の厚みが、上記下限値以上であると、突刺し等で破れにくく、電極間がショートしにくい。また、ガス遮断性が良好となる。また、多孔膜の厚みが、０．２０ｍｍ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、０．２５ｍｍ以上であることがより好ましい。
【０１２３】
また、多孔膜の厚みが上記上限値以下であると、電圧損失が増大しにくい。また、多孔膜の厚みのばらつきによる影響が少なくなる。多孔膜の厚みが０．７ｍｍ以下であると、電圧損失が増大しにくい。また、多孔膜の厚みのばらつきによる影響が少なくなる。多孔膜の厚みが、１ｍｍ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、０．７ｍｍ以下であることがより好ましく、０．６ｍｍ以下であることが更に好ましい。
【０１２４】
−陽極ターミナルエレメント−
陽極ターミナルエレメント５１ａは、複極式ターミナルエレメント６０における陰極２ｃ側の構成要素を省いた構造を有しており、隔壁１、外枠３、および陽極２ａを有する。図２において、アルカリ水電解槽５０において、陽極ターミナルエレメント５１ａは、陽極２ａが陰極ターミナルエレメント５１ｃ側に向くように配置されている。
【０１２５】
−陰極ターミナルエレメント−
陰極ターミナルエレメント５１ｃは、複極式ターミナルエレメント６０における陽極２ａ側の構成要素を省いた構造を有しており、隔壁１、外枠３、および陰極２ｃを有する。アルカリ水電解槽５０において、陰極ターミナルエレメント５１ｃは、陰極２ｃが陽極ターミナルエレメント５１ａ側に向くように配置されている。
【０１２６】
−電解セル−
前述の、アルカリ水電解槽５０における、複数の複極式ターミナルエレメント６０、陽極ターミナルエレメント５１ａ、陰極ターミナルエレメント５１ｃ、ガスケット７、および隔膜４の配置により、互いに隣接する２つのエレメントの一方の陽極２ａと他方の陰極２ｃとは、隔膜４を挟んで対向する。図９に例示すように、互いに隣接する２つの複極式ターミナルエレメント６０それぞれの隔壁１の間における部分は、電解セル６５を構成する。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、および、隔膜４、ならびに、他方のエレメントの陰極２ｃ、陰極室５ｃ、および隔壁１を含む。
【０１２７】
−電極室−
電極室５は、電解液が通過する流路として機能する。エレメントにおいて、隔壁１、陽極２ａ側の外枠３の部分、および陽極２ａに対向する隔膜４は、陽極室５ａを画定する。エレメントにおいて、隔壁１、陰極２ｃ側の外枠３の部分、および陰極２ｃに対向する隔膜４は、陰極室５ｃを画定する。
【０１２８】
電極室５には、外枠３において、電極室５に電解液を導入する電解液入口５ａｉ、５ｃｉが設けられる。また、図４に示すように、電極室５には、外枠３において、電極室５から電解液を導出する電解液出口５ａｏ、５ｃｏが設けられる。より具体的には、陽極室５ａには、図９に示すように、陽極室５ａに電解液を導入する陽極電解液入口５ａｉ、および、図４に示すように、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が設けられる。同様に、陰極室５ｃには、図９に示すように、陰極室５ｃに電解液を導入する陰極電解液入口５ｃｉ、および、図４に示すように、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が設けられる。
【０１２９】
なお、アルカリ水電解槽５０は、電極室５の中で電解液入口５ａｉ、５ｃｉおよび電解液出口５ａｏ、５ｃｏがそれぞれ鉛直下方および鉛直上方を向くように、設置される。隔壁１の平面視形状が矩形である構成において、隔壁１に沿う第１の方向Ｄ１が向かい合う２組の辺の中の１組の辺の方向と同じ方向となるように配置されてよい。
【０１３０】
（（ゼロギャップ構造））
本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽５０では、図９に示すとおり、隔膜４が陽極２ａ及び陰極２ｃと接触してゼロギャップ構造Ｚが形成されている。
【０１３１】
アルカリ水電解において、隔膜４と、陽極２ａや陰極２ｃとの間に隙間がある場合、この部分には電解液の他に電解で発生した大量の気泡が滞留することで、電気抵抗が非常に高くなる。電解セル６５における大幅な電解電圧の低減を図るためには、陽極２ａと陰極２ｃの間隔（以下、「極間距離」ともいう。）をできるだけ小さくして、陽極２ａと陰極２ｃの間に存在する電解液や気泡の影響をなくすことが効果的である。
【０１３２】
そこで、電極２全面にわたり、陽極２ａおよび隔膜４が互いに接触し、且つ、陰極２ｃおよび隔膜４が互いに接触している状態、または、電極２全面にわたり、電極間距離が隔膜４の厚みとほぼ同じとなる距離で、陽極２ａおよび隔膜４の間、ならびに陰極２ｃおよび隔膜４の間に隙間のほとんど無い状態、に保つことのできる、ゼロギャップ構造Ｚが採用される。
【０１３３】
極間距離を小さくするための手段は、従来公知の提案があり、例えば、陽極２ａと陰極２ｃを完全に平滑に加工して、隔膜４を挟むように押し付ける方法、電極２および隔壁１の間にバネ等の弾性体を配置し、この弾性体で電極２を支持する方法、ならびに電極２および隔壁１の間に、上記弾性体および集電体を配置し、集電体で弾性体をささえる方法等が挙げられる。
【０１３４】
ゼロギャップ型の電解セル６５における複極式ターミナルエレメント６０では、極間距離を小さくする手段として、電極２および隔壁１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付け、このバネに電極２を取付けてよい。また、第２の例では、隔壁１に取付けた電極リブ６にバネを取付け、そのバネに電極２を取付けてよい。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、形状等が必要に応じて適宜調節される必要がある。
【０１３５】
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（例えば、陽極の剛性を陰極の剛性よりも強くすること）で、押しつけても変形の少ない構造としてよい。―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、アルカリ水電解槽５０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構造Ｚを保つことができる。
【０１３６】
より具体的には、隔壁１と電気的に接触している整流板６の先端に集電体２ｒを取付け、その集電体２ｒの、隔壁１側とは反対となる側に導電性弾性体２ｅを取付け、さらに、導電性弾性体２ｅに隣接して隔膜４側となる部分に電極２を重ねた少なくとも３層構造を構成することが挙げられる。集電体２ｒと導電性弾性体２ｅとによって弾性体が構成されてよい。
【０１３７】
本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽５０では、陰極２ｃおよび隔壁１の間に、導電性弾性体２ｅおよび集電体２ｒが、導電性弾性体２ｅが陰極２ｃおよび集電体２ｒに挟まれるように、設けられている。また、陰極集電体２ｒは、陰極リブ６と接していることが好ましい。あるいは、陽極２ａおよび隔壁１の間に、導電性弾性体２ｅおよび集電体２ｒが、導電性弾性体２ｅが陽極２ａおよび集電体２ｒに挟まれるように、設けられていてもよい。
【０１３８】
本実施形態のアルカリ水電解用電解セル６５のゼロギャップ構造Ｚは、隔壁１の陽極２ａ側に陽極リブ６および陽極２ａがこの順に重ねられ、隔壁１の陰極２ｃ側に陰極リブ６、陰極集電体２ｒ、導電性弾性体２ｅ、および陰極２ｃがこの順に重ねられた複極式ターミナルエレメント６０が、隔膜４を挟んで重ね合わせられた、隔膜４が陽極２ａ及び陰極２ｃと接触する構造であることが好ましい。
【０１３９】
（（ガスケットの押付））
前述のように、アルカリ水電解槽５０の形成に際した締付けにより、ガスケット７は、積層方向の両方向において外枠３から押付けられる。本実施形態における外枠３によるガスケット７の押付面圧は、１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下であることが好ましい。なお、押付面圧とは、ガスケット７および外枠３の接触面全体の平均押付面圧である。平均押付面圧は、アルカリ水電解槽５０の締付けの圧力からゼロギャップ構造に伴う電極２同士の接触面圧およびアルカリ水電解槽５０の内圧を差し引いたものである。
【０１４０】
ガスケット７の押付面圧は、内圧と等しい接触面圧が得られるように設計されれば充足するが、接触面の平滑性やガスケット７のクリープ等を考慮して高く設計するのが一般的である。従って、ガスケット７の押付面圧は、アルカリ水電解槽１０の内圧を考慮し、ガスケット７の物理的耐久性を超えない範囲で適宜選択してよく、本実施形態の押付面圧は突起部７ｐに対してアルカリ水電解槽５０の内圧以上の接触面圧がかかるように設計されることが好ましい。また、本実施形態におけるガスケット７はスリットＳＬを有しており、後述する槽内リークを防ぐ目的で、押付面圧は、ガスケット７におけるスリットＳＬの面と隔膜４の接触面圧も内圧以上になるように設計されることが好ましい。
【０１４１】
本願発明者は、これらの要求設計を充足する平均押付面圧について鋭意検討を重ねた結果、ガスケット７の押付面圧が１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下で、かつ後述する最大接触面圧が３ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下であることにより、ガスケット７または隔膜４の破断および亀裂を防ぎつつ、槽外リークおよび槽内リークを防ぐために好ましいことを見出した。より詳細に説明すると、ガスケット７の押付面圧が１ＭＰａ以上であれば、ガスケット７および外枠３の間からの電解液および電解により発生するガスの漏洩（槽外リーク）が防がれ得るだけでなく、後述する槽内リークも防がれ得る。また、ガスケット７の押付面圧が１０ＭＰａ以下であれば、ガスケット７または隔膜４の破断および亀裂が防がれ得る。
【０１４２】
ガスケット７は、外枠３からの押付けにより、スリットＳＬが狭まるように変形する。また、ガスケット７は、当該押付けにより、第１突起部７ｐ１および第２突起部７ｐ２が潰れるように変形する。第１突起部７ｐ１は、ガスケット７におけるスリットＳＬの厚み方向に変形しうる。それゆえ、ガスケット７は、スリットＳＬの厚み方向から見て、第１突起部７ｐ１に重なる位置において、他の位置よりも大きな最大接触面圧で隔膜４を押圧する。
【０１４３】
最大接触面圧は、３ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下であることが好ましい。さらに、最大接触面圧は、外枠３によるガスケット７の押付面圧の１．５倍以上であることが好ましい。最大接触面圧が押付面圧の１．５倍以上であれば、槽内リークおよび槽外リークの両者の抑制に要する押付力を効率よく利用することができ、ガスケットのクリープ速度を低下させることができる。また、外枠や他の部材にかかる負荷も軽減できるため、電解槽に意図しない撓みが発生することを抑制できる。ガスケット７の最大接触面圧は、押付面圧と同じ目的を満たすように設計されることが好ましい。本願発明者は、このような要求設計を充足する最大接触面圧について鋭意検討を重ねた結果、最大接触面圧が３ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下で、かつ前述のようにガスケット７の押付面圧が１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下であることにより、ガスケット７または隔膜４の破断および亀裂を防ぎつつ、槽外リーク及び槽内リークを防ぐために好ましいことを見出した。より詳細に説明すると、最大接触面圧が３ＭＰａ以上であれば、ガスケット７および隔膜４の間を介した、隔膜４を介した２つの電極室５間の電解液及び電解により発生するガスの漏洩（槽内リーク）が防がれ得る。最大接触面圧が２０ＭＰａ以下であれば、ガスケット７および隔膜４の破断および亀裂が防がれ得る。
【０１４４】
なお、最大接触面圧は、アルカリ水電解槽５０をタイロッド５１ｒなどによる締付けから解放して、ガスケット７を抜出し、ガスケット７が把持している隔膜４を圧力に応じて変色する感圧紙に入替えて、再度、解放前と同じ押付面圧でガスケット７を外枠３に挟持させる。挟持後に、再度、締付けから解放し、抜出したガスケット７から感圧紙を取出し、変色した色を目視することにより測定される。
【０１４５】
ガスケット７において、スリットＳＬにおける隔膜４の端からスリットＳＬの底面までの空隙の、アルカリ水電解槽５０の組立て前の状態から、外枠３からの押付けにより変形した状態への第１の体積変化率は、０．５以上１．０以下であることが好ましい。言換えると、外枠３からの押付けにより変形したスリットＳＬにおける、隔膜４の端からスリットＳＬの底面までの空隙の体積をＡ２とすると、第１の体積変化率＝｛（Ａ１−Ａ２）／Ａ１｝が０．５以上１．０以下であることが好ましい。第１の体積変化率が０．５以上であれば、ガスケット７を押付けた際の変形によって隔膜に過度な応力がかかって隔膜が破断することを防止できる。また、第１の体積変化率が１．０以下であれば、槽内リークに必要なガスケット７と隔膜４の適切な接触応力が得られる。なお、外枠３からの押付けにより変形したスリットＳＬにおける、隔膜４の端からスリットＳＬの底面までの空隙の体積Ａ２は、後述の実施例に記載の方法で測定することができる。
【０１４６】
ガスケット７において、第１突起部７ｐ１の、アルカリ水電解槽５０の組立て前の状態から、外枠３からの押付けにより変形した状態への第２の体積変化率は、０．５以上１．０以下であることが好ましい。言換えると、外枠３からの押付けにより変形した状態における、第１突起部７ｐ１の体積をＢ２とすると、第２の体積変化率＝｛（Ｂ１−Ｂ２）／Ｂ１｝が０．５以上１．０以下であることが好ましい。第２の体積変化率が０．５以上であれば、スリットＳＬ内の隔膜４に対して内部リークを防ぐために必要な接触面圧を確保できる。また、第２の体積変化率が１．０以下であれば、隔膜４へ過度な応力がかかり、隔膜４が破断することを防止できる。第１突起部７ｐ１は、変形の前後のいずれにおいても、スリットＳＬの厚み方向に垂直な平面から突出する部分である。したがって、変形前に第１突起部７ｐ１を構成していた部分が、押付けにより変形して厚み方向に垂直な平面を構成する場合、当該平面から突出する部分が変形後の第１突起部７ｐ１とみなされる。なお、外枠３からの押付けにより変形した状態における、第１突起部７ｐ１の体積Ｂ２は、後述の実施例に記載の方法で測定することができる。
【０１４７】
ガスケット７において、第２突起部７ｐ２の、アルカリ水電解槽５０の組立て前の状態から、外枠３からの押付けにより変形した状態への体積変化率は、０．５以上１．０以下であることが好ましい。言換えると、アルカリ水電解槽５０の組立て前の状態、および外枠３からの押付けにより変形した状態それぞれにおける、第２突起部７ｐ２の体積をＣ１およびＣ２とすると、体積変化率＝｛（Ｃ１−Ｃ２）／Ｃ１｝が０．５以上１．０以下であることが好ましい。当該体積変化率が０．５以上であれば、槽外リークを防止するのに十分な外枠３とガスケット７の接触面圧が得られる。また、当該体積変化率が１．０以下であれば、過度な押付によりガスケット７が破断することを防止できる。第２突起部７ｐ２は、変形の前後のいずれにおいても、スリットＳＬの厚み方向に垂直な平面から突出する部分である。したがって、変形前に第２突起部７ｐ２を構成していた部分が、押付けにより変形して厚み方向に垂直な平面を構成する場合、当該平面から突出する部分が変形後の第２突起部７ｐ２とみなされる。なお、アルカリ水電解槽５０の組立て前の状態、および外枠３からの押付けにより変形した状態それぞれにおける、第２突起部７ｐ２の体積Ｃ１およびＣ２は、後述の実施例に記載の方法で測定することができる。
【０１４８】
ガスケット７において、第１の体積変化率に対する第２の体積変化率の比［（Ｂ１−Ｂ２）／Ｂ１］／［（Ａ１−Ａ２）／Ａ１］］が０．５以上１．０以下であることが好ましい。体積変化率の比が０．５以上であれば、槽内リークを防止するに十分なガスケット７と隔膜４の接触面圧を得られる。また、体積変化率の比が１．０以下であれば、隔膜４へ過度な応力が加わり、隔膜４が破断することを防止できる。
【０１４９】
アルカリ水電解槽５０の組立て前の状態から、ガスケット７の枠を周方向の全体に亘って外枠３に重ねた状態で、外枠３をガスケット７に２ＭＰａで押圧させた場合の気液分離ボックス３ｓｐの壁部３ｗの、撓み量が０．３ｍｍ以下であることが好ましい。撓み量が０．３ｍｍ以下であればガスケット７に十分な応力を与えられ、槽内リーク及び槽内リークを防止できる。なお、外枠３をガスケット７に２ＭＰａで押圧させた場合の壁部３ｗの撓み量は、後述の実施例に記載の方法で測定することができる。
【実施例】
【０１５０】
以下、具体的な実施例および比較例を挙げて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。【０１５１】
以下、実施例で用いた測定方法および試験方法について説明する。【０１５２】
（隔膜の厚み）
適当なサイズに切り出した隔膜の厚みを、デジタルシックネスゲージで５点以上測定し、その算術平均を隔膜の厚みとした。【０１５３】
（スリットの厚み）
適当なサイズに切り出したガスケットの厚みを、デジタルシックネスゲージで５点以上測定し、その算術平均をガスケットの厚みとした。次に、ガスケットにおけるスリットを画定する、互いに対向する２つの壁部のそれぞれの厚みを、デジタルシックネスゲージで５点以上測定し、その算術平均値を２つの壁部それぞれの厚みとした。測定したガスケットの厚みから、測定した２つの壁部それぞれの厚みの和を減じた厚みをスリットの厚みとした。【０１５４】
（壁部の撓み量）
後述する気液分離ボックスの壁部のたわみ量を、Ｘ線ＣＴによる画像解析によって測定した。測定において、後述するセル枠をガスケットに２ＭＰａで押圧させた状態で壁部の撓み量を電解セルの幅方向に対して５点以上測定し、その算術平均を壁部の撓み量とした。【０１５５】
（隔膜の端からスリットの底面までの空隙の体積）
解放時の隔膜の端からスリットの底面までの空隙の体積は、スリット深さを含めたガスケットの内側面積から隔膜の面積を引き、スリット高さを乗ずることで算出される。また、挟持時の体積は、Ｘ線ＣＴによる断面の画像解析によって測定することができる。【０１５６】
（第１突起部および第２突起部の体積）
解放時の第１突起部および第２突起部の体積は、Ｘ線ＣＴによるガスケット断面の画像解析によって測定することができる。【０１５７】
（槽外リーク試験）
以下に説明するように、図１０に示す、モデル電解槽を作成した。【０１５８】
−隔壁、外枠、整流板−
モデル電解槽を構成する隔壁及び外枠３として、電解セル内部を視認できる透明な材質（アクリル）で構成されているセル枠を用いた。【０１５９】
まず、厚みＱ：７５ｍｍ、横幅Ｒ：３００ｍｍ、縦幅Ｐ：１．４５ｍ又は２．６５ｍのアクリル板を用意した。【０１６０】
次いで、このアクリル板を、片面側から電極室となる空間の分（所定の厚み、横幅：２５０ｍｍ、所定の縦幅）だけ削り、所望のサイズの電極室を有する箱型のセル枠を準備した。【０１６１】
そして、整流板として、厚さ３ｍｍのアクリル板を、横幅Ｒの方向に沿って所望の間隔Ｃで、２枚〜４枚設けた。このとき、２〜４枚の整流板は、電極室の横幅Ｒの方向の中心に関して対称となるように配置した。また、整流板の延在方向の端と電極室との縦幅Ｐの方向の間隔は、両端において１００ｍｍとした。【０１６２】
−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た。陽極のサイズは、電解室のサイズと同様とした。【０１６３】
−陰極−
導電性基材として、直径０．１５ｍｍのニッケルの細線を４０メッシュの目開きで編んだ平織メッシュ基材を用いた。なお、陰極の厚さは、０．３ｍｍであった。陰極のサイズは、電解室のサイズと同様とした。【０１６４】
−隔膜−
隔膜として、市販の水電解用多孔膜（「Ｚｉｒｆｏｎ  Ｐｅｒｌ  ＵＴＰ５００」、Ａｇｆａ社製）を用いた。隔膜の厚みは５００ｕｍ、室温における引張破断強度は２５ＭＰａだった。【０１６５】
−ガスケット−
ガスケットとして、ＥＰＤＭゴムを材質とし、１００％変形時の弾性率が４．０ＭＰａであるものを用いた。セル枠と電極との間に挿入したガスケットは、平面視での開口部の寸法がアクリル製のセル枠の電極室の寸法であるものを使用した。【０１６６】
特に、陰極と陽極との間に挿入したガスケットは、平面視での開口部の寸法がアクリル製のセル枠の電極室の寸法であり、ここで、ガスケットは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するものを使用した。また、その他の寸法については、表１に記載のガスケットＡ〜ガスケットＪを製作し、使用した。なお、ガスケットＡ〜ガスケットＪは、第１突起部７ｐ１として、突起部７ｐの高さ方向から見てスリットＳＬに重なる突起部７ｐ１を有する。また、ガスケットＢ〜ガスケットＤ、およびガスケットＨ〜ガスケットＪは、第２突起部７ｐ２として、突起部７ｐの高さ方向から見てスリットＳＬに重なる突起部７ｐ２を有する。それぞれのガスケットにおいて、第２突起部は第１突起部と同形状とした。さらに、ガスケットＨおよびガスケットＩは、内周側に係止部７ｌｃを有する。ガスケットＪは、内周側および外周側に係止部を７ｌｃ有する。【０１６７】
【表１】
0006826243.tif 000002
【０１６８】
なお、表１において、突起部高さｈとは、図１１に示すように、ガスケット７において突起部７ｐが設けられる面からの高さである。突起部高さｈは、第１突起部７ｐ１を有するガスケット７においては、第１突起部７ｐ１の高さである。また、突起部高さｈは、第２突起部７ｐ２を有するガスケット７においては、第２突起部７ｐ２の高さである。また、突起部幅ｗとは、図１１に示すように、ガスケット７の周方向および突起部７ｐの高さ方向に垂直な方向における突起部７ｐの幅である。突起部幅ｗは、第１突起部７ｐ１を有するガスケット７においては、第１突起部７ｐ１の幅である。また、突起部幅ｗは、第２突起部７ｐ２を有するガスケット７においては、第２突起部７ｐ２の幅である。また、第１突起部位置Ｌ１とは、図１１に示すように、第１の突起部７ｐ１の、枠の周方向および突起部７ｐの高さ方向に垂直な方向において、ガスケット７の内側の端からの、最大高さとなる位置までの距離である。また、第２突起部位置Ｌ２とは、図１１に示すように、第２の突起部７ｐ２の、枠の周方向および突起部７ｐの高さ方向に垂直な方向において、ガスケット７の内側の端からの、最大高さとなる位置までの距離である。また、全幅Ｗとは、図１１に示すように、ガスケット７の枠の周方向に垂直な断面において、ガスケット７の内側の端から外側の端までの幅である。ただし、図１２、１３に示すように、ガスケット７の内側の端または外側の端に係止部７ｌｃが設けられている構成においては、全幅Ｗは、係止部７ｌｃの幅を除いた幅である。また、スリット長Ｓとは、図１１に示すように、枠の周方向および突起部の高さ方向に垂直な方向において、ガスケット７の内側の端からのスリットＳＬの深さである。また、全長Ｈとは、図１１に示すように、突起部７ｐを含めたガスケットの厚みである。ただし、図１２、１３に示すように、ガスケット７に係止部７ｌｃが設けられている構成においては、全長Ｈは、係止部７ｌｃの長さＬｆを除いた長さである。また、スリット厚みｓとは、図１１に示すように、突起部７ｐの高さ方向におけるスリットＳＬの対向する内面間の距離である。また、係止部幅Ｗｆは、図１２、１３に示す様に、外枠に接する全幅Ｗから外側または内側へはみ出した長さの最大値である。また、係止部長さＬｆは、図１２、１３に示す様に、ガスケット厚み方向において、ガスケット７の表面から突出する係止部７ｌｃの最大長さである。【０１６９】
一方側から他方側に向かって、プレス板、陽極用セル枠、ガスケット７、陽極２ａ、隔膜４を収容したガスケット７、陰極２ｃ、ガスケット７、陰極用セル枠、プレス板、の順に配置し、これらをプレス板の両側からタイロッド５１ｒで締め付けることでスタックし、モデル電解槽を組み立てた。【０１７０】
陽極用セル枠の鉛直下方に、電解液を陽極室に流入させるための陽極入口側ホース１０Ｏａｉを取付けた。陽極用セル枠の側面上方に、電解液を陽極室から流出させるための陽極出口側ホース１０Ｏａｏを取付けた。陰極用セル枠の鉛直下方に、電解液を陰極室に流入させるための陰極入口側ホース１０Ｏｃｉを取付けた。陰極用セル枠の鉛直上方に、電解液を陰極室から流出させるための陰極出口側ホース１０Ｏｃｏを取付けた。陽極出口側ホース１０Ｏａｏおよび陰極出口側ホース１０Ｏｃｏに圧力計ＰＩを取付けた。【０１７１】
陽極入口側ホース１０Ｏａｉ、陽極室５ａ、および陽極出口側ホース１０Ｏａｏ、陰極入口側ホース１０Ｏｃｉ、陰極室５ｃ、陰極出口側ホース１０Ｏｃｏに１００ｋＰａで水を封止した。封止した状態で１５分間放置し、圧力値の変動を測定した。また、放置後に目視で、ガスケット７およびセル枠間からの水漏れを確認した。圧力計の変動が１ｋＰａ以下または水漏れが確認できなければ合格とした。【０１７２】
（槽内リーク試験）
槽外リーク試験と同様のモデル電解槽を作成した。【０１７３】
図１４に示すように、モデル電解槽では筐体となるアクリル製のセル枠に、槽外リーク試験と同様に、電解液を通過させる陽極入口側ホース１０Ｏａｉ、陽極出口側ホース１０Ｏａｏ、陰極入口側ホース１０Ｏｃｉ、陰極出口側ホース１０Ｏｃｏを取付けた。陰極出口側ホース１０Ｏｃｏを、下端部にノズルを有する容器ＶＬの当該ノズルに連結させた。【０１７４】
陽極入口側ホース１０Ｏａｉおよび陽極出口側ホース１０Ｏａｏのバルブを閉じた。次に、容器ＶＬ内に高さ５０ｃｍになるように水を入れ、陰極入口側ホース１０Ｏｃｉから空気の流入を開始し、容器ＶＬ内から安定して気泡が発生するように流出した空気による泡を発生させた。この操作により、陰極側の圧力が５ｋＰａに保たれ、陽極側との差圧が発生する。流入開始後１０分経過後に、陽極側の圧力値の変動を測定した。また、測定後に陽極出口側ホース１０Ｏａｏを開放し、当該陽極出口ホース１０Ｏａｏに石鹸水を付け、泡が発生しないか目視で判別した。圧力計の変動が０．５ｋＰａ以内または泡が発生しなければ合格とした。【０１７５】
（反復締付試験）
槽外リーク試験と同様のモデル電解槽を作成した。【０１７６】
陽極入口側ホース１０Ｏａｉ、および陰極入口側ホース１０Ｏｃｉから８０℃の水を流し、循環させながら電解槽を６０℃以上に昇温した。抜液後、締付力を調整し、電解槽をガスケット７のシール面圧０ＭＰａおよび４ＭＰａで繰返し締付けた。２５回の反復締付後、槽内リーク試験を行い、圧力計の変動が０．５ｋＰａ以内または泡が発生しなければ合格とした。【０１７７】
また、反復締付前後のガスケットのはみ出し量を測定した。前後の差が±１ｍｍであればＡ、±３ｍｍ以内であればＢ、それ以上はＣと評価した。ここで、ガスケットのはみ出し量は外枠の最外部からガスケットの最外部までの長さである。【０１７８】
（実施例１）
表１に記載のガスケットＡを用いて、隔膜をスリットの最深部から２．５ｍｍの位置まで挿入し、タイロッド５１ｒによるモデル電解槽締付けを、０．５ＭＰａで行い、実施例１のモデル電解槽を作成した。実施例１のモデル電解槽に対して、上述の測定および反復締付け試験を除く評価試験を行い、結果を表２に示す。【０１７９】
【表２】
0006826243.tif 000003
【０１８０】
【表３】
0006826243.tif 000004
【０１８１】
（実施例２）
表１に記載のガスケットＡを用いて、隔膜をスリットの最深部から２．５ｍｍの位置まで挿入し、タイロッド５１ｒによるモデル電解槽締付けを、４．０ＭＰａで行い、実施例２のモデル電解槽を作成した。実施例２のモデル電解槽に対して、上述の測定および反復締付け試験を除く評価試験を行い、結果を表２に示す。【０１８２】
（実施例３）
表１に記載のガスケットＢを用いて、隔膜をスリットの最深部から０．１ｍｍまでの位置まで挿入し、タイロッド５１ｒによるモデル電解槽締付けを、１．０ＭＰａで行い、実施例３のモデル電解槽を作成した。実施例３のモデル電解槽に対して、上述の測定および反復締付け試験を除く評価試験を行い、結果を表２に示す。【０１８３】
（実施例４）
表１に記載のガスケットＢを用いて、隔膜をスリットの最深部から０．１ｍｍまでの位置まで挿入し、タイロッド５１ｒによるモデル電解槽締付けを、８．０ＭＰａで行い、実施例４のモデル電解槽を作成した。実施例４のモデル電解槽に対して、上述の測定および反復締付け試験を除く評価試験を行い、結果を表２に示す。【０１８４】
（実施例５）
表１に記載のガスケットＢを用いて、隔膜をスリットの最深部から２．５ｍｍの位置まで挿入し、タイロッド５１ｒによるモデル電解槽締付けを、１．０ＭＰａで行い、実施例５のモデル電解槽を作成した。実施例５のモデル電解槽に対して、上述の測定および反復締付け試験を除く評価試験を行い、結果を表２に示す。【０１８５】
（実施例６）
表１に記載のガスケットＢを用いて、隔膜をスリットの最深部から２．５ｍｍの位置まで挿入し、タイロッド５１ｒによるモデル電解槽締付けを、８．０ＭＰａで行い、実施例６のモデル電解槽を作成した。実施例６のモデル電解槽に対して、上述の測定および反復締付け試験を除く評価試験を行い、結果を表２に示す。【０１８６】
（実施例７）
表１に記載のガスケットＢを用いて、隔膜をスリットの最深部から７．０ｍｍまでの位置まで挿入し、タイロッド５１ｒによるモデル電解槽締付けを、１．０ＭＰａで行い、実施例７のモデル電解槽を作成した。実施例７のモデル電解槽に対して、上述の測定および反復締付け試験を除く評価試験を行い、結果を表２に示す。【０１８７】
（実施例８）
表１に記載のガスケットＢを用いて、隔膜をスリットの最深部から７．０ｍｍまでの位置まで挿入し、タイロッド５１ｒによるモデル電解槽締付けを、８．０ＭＰａで行い、実施例８のモデル電解槽を作成した。実施例８のモデル電解槽に対して、上述の測定および反復締付け試験を除く評価試験を行い、結果を表２に示す。【０１８８】
（実施例９）
表１に記載のガスケットＦを用いて、隔膜をスリットの最深部から７．０ｍｍまでの位置まで挿入し、タイロッド５１ｒによるモデル電解槽締付けを、０．２ＭＰａで行い、実施例９のモデル電解槽を作成した。実施例６のモデル電解槽に対して、上述の測定および反復締付け試験を除く評価試験を行い、結果を表２に示す。【０１８９】
（実施例１０）
表１に記載のガスケットＢを用いて、隔膜をスリットの最深部から０．１ｍｍまでの位置まで挿入し、タイロッド５１ｒによるモデル電解槽締付けを、１４．０ＭＰａで行い、実施例１０のモデル電解槽を作成した。実施例１０のモデル電解槽に対して、上述の測定反復締付け試験を除くおよび評価試験を行い、結果を表３に示す。【０１９０】
（実施例１１）
表１に記載のガスケットＧを用いて、隔膜をスリットの最深部から２．５ｍｍまでの位置まで挿入し、タイロッド５１ｒによるモデル電解槽締付けを、８．０ＭＰａで行い、実施例１１のモデル電解槽を作成した。実施例１１のモデル電解槽に対して、上述の測定および反復締付け試験を除く評価試験を行い、結果を表３に示す。【０１９１】
（実施例１２）
表１に記載のガスケットＨを用いて、タイロッド５１ｒによるモデル電解槽の締付けを行い、実施例１２のモデル電解槽を作成した。実施例１２のモデル電解槽に対して、上述の測定および評価試験を行い、結果を表３に示す。なお、表３に示した槽内リーク試験は、反復締付け試験後に行った結果である。また、反復締付試験後の槽内リーク試験は合格で、ガスケットのはみ出し量はＡとなった。【０１９２】
（実施例１３）
表１に記載のガスケットＩを用いて、タイロッド５１ｒによるモデル電解槽の締付けを
行い、実施例１３のモデル電解槽を作成した。実施例１３のモデル電解槽に対して、上述の測定および評価試験を行い、結果を表３に示す。なお、表３に示した槽内リーク試験は、反復締付け試験後に行った結果である。また、反復締付試験後の槽内リーク試験は合格で、ガスケットのはみ出し量はＢとなった。【０１９３】
（実施例１４）
表１に記載のガスケットＪを用いて、タイロッド５１ｒによるモデル電解槽の締付けを行い、実施例１３のモデル電解槽を作成した。実施例１４のモデル電解槽に対して、上述の測定および評価試験を行い、結果を表３に示す。なお、表３に示した槽内リーク試験は、反復締付け試験後に行った結果である。また、反復締付試験後の槽内リーク試験は合格で、ガスケットのはみ出し量はＡとなった。【０１９４】
（比較例１）
表１に記載のガスケットＣを用いて、隔膜をスリットの最深部から７．０ｍｍまでの位置まで挿入し、タイロッド５１ｒによるモデル電解槽締付けを、１．０ＭＰａで行い、比較例１のモデル電解槽を作成した。比較例１のモデル電解槽に対して、上述の測定および反復締付け試験を除く評価試験を行い、結果を表３に示す。【０１９５】
（比較例２）
表１に記載のガスケットＤを用いて、隔膜をスリットの最深部から０．１ｍｍまでの位置まで挿入し、タイロッド５１ｒによるモデル電解槽締付けを、１．０ＭＰａで行い、比較例２のモデル電解槽を作成した。比較例２のモデル電解槽に対して、上述の測定および反復締付け試験を除く評価試験を行い、結果を表３に示す。【０１９６】
（比較例３）
表１に記載のガスケットＥを用いて、隔膜をスリットの最深部から７．０ｍｍまでの位置まで挿入し、タイロッド５１ｒによるモデル電解槽締付けを、２．０ＭＰａで行い、比較例３のモデル電解槽を作成した。比較例３のモデル電解槽に対して、上述の測定および反復締付け試験を除く評価試験を行い、結果を表３に示す。
【符号の説明】
【０１９７】
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
３ｄｐ  陥凹部
３ｓｐ  気液分離ボックス
３ｗ  壁部
４  隔膜
５  電極室
５ａ  陽極室
５ａｉ  陽極電解液入口
５ａｏ  陽極電解液出口
５ｃ  陰極室
５ｃｉ  陰極電解液入口
５ｃｏ  陰極電解液出口
５ｏ  電解液出口
６  整流板（電極リブ）
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
７ｌｃ  係止部
７ｐ  突起部
７ｐ１  第１突起部
７ｐ２  第２突起部
１０Ｏａｉ  陽極入口側ホース
１０Ｏａｏ  陽極出口側ホース
１０Ｏｃｉ  陰極入口側ホース
１０Ｏｃｏ  陰極出口側ホース
５０  アルカリ水電解槽
５１ａ  陽極ターミナルエレメント（エレメント）
５１ｃ  陰極ターミナルエレメント（エレメント）
５１ｇ  ファストヘッド、ルーズヘッド
５１ｉ  絶縁板
５１ｒ  タイロッド
６０  複極式ターミナルエレメント（エレメント）
６５  電解セル
７０  アルカリ水電解用電解装置
７１  送液ポンプ
７２ｈ  水素分離タンク（気液分離タンク）
７２ｏ  酸素分離タンク（気液分離タンク）
７３  水補給器
７４  整流器
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
ＩＳ  内周面
ＰＩ  圧力計
ＳＬ  スリット
ｔｈ  貫通孔
ＶＬ  容器
Ｚ  ゼロギャップ構造
【要約】
アルカリ水電解槽（５０）は少なくとも２つの外枠(３)とガスケット(７)と隔膜(４)とを有する。少なくとも２つの外枠(３)を周方向における少なくとも一部において重なるように積層する。ガスケット(７)を２つの外枠(３)に挟持させる。ガスケット(７)は外枠(３)と周方向の全体に亘って当接可能である。ガスケット(７)の内周面において周方向に沿ってスリットを形成する。ガスケット(７)は第１突起部を有する。第１突起部はスリットの厚み方向から見てスリットに重なる位置で周方向全体に亘って突出する。隔膜(４)をスリットにおいてガスケット(７)に挟持させる。スリットの底面から隔膜(４)の端までの体積に対する第１突起部の体積である体積比が０．５以上１．０以下である。【図１】
0006826243.tif 000005
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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