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JPH0293088A - 水電解方法及び装置 - Google Patents

水電解方法及び装置

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Publication number
JPH0293088A
JPH0293088A JP63244979A JP24497988A JPH0293088A JP H0293088 A JPH0293088 A JP H0293088A JP 63244979 A JP63244979 A JP 63244979A JP 24497988 A JP24497988 A JP 24497988A JP H0293088 A JPH0293088 A JP H0293088A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
water
chamber
anode chamber
electrolytic cell
cathode chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP63244979A
Other languages
English (en)
Inventor
Takayuki Shimamune
孝之 島宗
Hideji Nakamatsu
中松　秀司
Isao Sawamoto
勲 澤本
Yoshinori Nishiki
善則 錦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
De Nora Permelec Ltd
Original Assignee
Permelec Electrode Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Permelec Electrode Ltd filed Critical Permelec Electrode Ltd
Priority to JP63244979A priority Critical patent/JPH0293088A/ja
Priority to DE89830427T priority patent/DE68908850T2/de
Priority to EP89830427A priority patent/EP0368812B1/en
Publication of JPH0293088A publication Critical patent/JPH0293088A/ja
Priority to US07/759,975 priority patent/US5589052A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/13—Ozone
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
    • C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
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  • Metallurgy (AREA)
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  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、原料である水を効率良く電解して、水素、酸
素及びオゾン等を得る水電解方法及びその装置に関する
。
（従来技術とその問題点） 水を電解して水素及び酸素（及びオゾン）を１１￥るこ
とは従来から広く行われ、例えば電解液を苛性カリ水溶
液とし隔膜を装着した電解槽を使用して水素ガスを製造
し、該水素ガスをアンモニア合成の水素源等として利用
することが従来から行われている。
この水電解では、いかにして電力原単位を低下させて効
率良く電解を行うかに注目が集められている。最近では
この要請に応えるために、隔膜をフッ素樹脂系のイオン
交換膜とし、該交換膜の両側に陽極及び陰楕を接触する
よう設置し、前記イオン交換膜を固体電解質とし、陽極
側から水を供給し陰極側は前記イオン交換膜からの移行
水を利用して電解を行ういわゆるＳＰＰ、電解法が採用
されている。この方法では、ガス発生のエネルギが最小
となる等の利点を有する最も望ましい方法と考えられて
いる。しかしながらこの方法では、陽極側から供給した
水の陰極側への移行量が、陰極でのガス発生に必要な水
量の少なくとも４〜５倍に達し、この移行水の一部を系
外に取り出さなければならず、添加水量の増大及び操作
の煩雑化といった問題点を有している。前記移行水の取
り出しを行わなければ圧力バランスが崩れて発生ガスの
取り出しに支障を来すことがある。該問題点は、Ｓ　ｒ
−’　Ｅ電解以外の通常の電極を使用する水電解方法で
も指摘され、過剰となってしまう陰極液の処理が常に大
きな問題点となっている。
（発明の目的） 本発明は、従来の水電解において不可避であった陰極水
の取り出しを不要として連続的な操業を可能にした水電
解方法及び装置を提供することを目的とずろ。
（問題点を解決するだめの手段） 本発明は、隔膜を装着した電解槽で水を電解して該電解
槽の陽（あ室に酸素及び／又はオゾンを陰［語学に水素
を発生させる水電解方法において、前記陽極室から前記
隔膜を透過して前記陰極室へ移動する水を、前記陰極室
から前記陽極室へ戻しながら水電解を行う方法と該方法
に使用できる′Ａ置である。該装置としては、前記陰極
室からｎ；Ｉ記隔膜を透過して前記陰極室へ移動する水
を、前記陰極室から前記陽ネへ室へｉＩ通する専管によ
り前記陽極室へ戻しなから水電解を行う装置と、同様に
陰ｉｋ液の一部をポンプにより陽極室に循環さセながら
水電解を行う装置である。
以下本発明の詳細な説明する。
本発明では、隔膜特にイオン交換１漠により陽極室と陰
極室に区画された電解槽を使用する。該電解槽は、隔膜
が縦方向を向く縦型電解槽であることか好ましい。
使用する電極は、多孔質板状等の１ｆｆｌ常の電極を使
用してもよいが、前記隔膜に電を函活性物質を付着させ
たＳＰＥ　（固体電解質）型電極とすることが消費電力
を節約できるため好ましい。
この電解槽により陽極室Ｇこ水、望ましくは純水を供給
しながら電解を行うと、陽極室に酸素そして条件によっ
ては酸素及びオゾンが発生し、一方陰題室には水素が発
生する。この電解の間、陽極室に供給された水は前記隔
膜を透過して陰極室に移行する。該移行量は通常陰極室
で消費される水の量よりも多く、徐々に陰極液の量が増
加する。
従って本発明では、水量の増加した陰極液の一部を陽極
室へ導管を通して又はポンプを使用して循環させる。
導管による場合は、例えば両極室の底板に穿孔を設は両
岸孔間を導管で連結し該導管内を電解液が自由に流通で
きるようにし、これにより陰極液が該導管を通って陽極
室へ移行できるようにする。
前記穿孔は電解槽の側壁に形成してもよいが、該形成箇
所は常に電解液が存在する箇所としなければならない。
前記穿孔に発生ガスが進入するとこのガスが前記導管を
通って対極側ζこ移動し、対極側のガスと混合されて用
発する危険があるからである。従って電解槽の底板に前
記穿孔を形成する場合にも該形成箇所はガスが発生する
電極からなるべく刈れた箇所とすることが好ましい。
前記導管により両極室間を連結する場合には、両極室内
の電解液の位置エネルギの差異により自然に陰極液の移
行が行われるため他の動力源を使用することは必要ない
が、ポンプ等により陰極液の移行を促進してもよい。ポ
ンプ等を使用する場合には、陰極液を陽極室ではなく陽
極室への水の供給ラインへ循環させることも可能である
。
陽極室に発生する酸素及び／又はオゾン、陰険室に発生
する水素は常法により取り出し、所定の用途に使用する
ことができる。なお、陽極室にオゾン含有酸素ガスが発
生する場合、該ガスを陽極液に熔解した状態で取り出し
て、水道水等の殺菌処理に使用してもよいが、−旦オシ
ン含有酸素ガスとして陽極液から分離し、該ガスを直接
又は水に溶解して所定濃度のオゾン水とした後、被処理
水の処理に使用することが望ましい。
本発明では、水を全て電解に利用することができるため
、使用する水量を従来の水電解装置の約５分の１まで減
少させることができる。
以下図面に示す本発明に係わる水電解装置の例に基づい
て本発明をより詳細に説明する。
第１図は、本発明装置の第１の例を示す概略縦断面図で
ある。
両＋ｆｎに電極活性物質が形成されたＳＰＥ型イオン交
換膜１で陽（工学２と陰極室３に区画された電解槽４の
前記陽極室２及び陰極室３の底板には、それぞれ穿孔５
．５“が形成され、両穿孔５．５゜は細径の導管６によ
り連結されている。前記電解槽４の前記陽極室２及び陰
極室３の天板には、それぞれ上向きの１対の細管７．７
°が連設され、両細管７．７°にはその中間部において
外向きの分枝管８．８′が連設され、両分枝管８．８°
は下向きに折曲され更にその先端がＵ字状に上向きに折
曲されている。該分枝管８．８′の下部は、水が収容さ
れた吸収容器９．９′に浸漬されている。
この水電解装置の陽極室２に前記細管７から純水を供給
しながら通電すると、陽極室２内の陽極液は電解されて
イオン交換膜１上で酸素及び／又はオゾンガスを発生し
、該ガスは前記細管７及び分枝管８を通って前記吸収容
器９に導かれ、オゾン水が調製される。一方法極室２内
の陽極液は電流の流れに伴って前記イオン交換膜１を透
過して陰極室３に透過し、該陰極室３で電解されて水素
ガスを発生する。該水素ガスは同様に前記細管７′及び
分枝管８゛を通って系外に取り出される。
ｎｉＩ記陽記法極液過により陰極液量が増加するが、両
極室２．３が前記専管６を通して連結されているため、
両極室２．３の電解液の液面が等しくなるよう陰を萌液
が前記導管６を通して陽極室２に移行し、両極室液の液
面は常にほぼ等しく維持されるため、増加する陰極液を
取り出して廃棄するといった操作を必要とせず、効率良
く水電解を行うことができる。
第２図は、本発明装置の第２の例を示す概略縦断面図で
あり、第１図と同一箇所には同一符号を付して説明を省
略する。
陰陽室３の細管７“には、ガス抜き弁１０が設置され、
陰極室で発生する水素ガスは該ガス抜き弁ＩＯから系外
に取り出される。
第３図は、本発明装置の第３の例を示す概略縦断面図で
あり、第１図と同一箇所には同一符号を付して説明を省
略する。
陰極室３の底板に形成された穿孔５“には、循環ポンプ
１１を有するｗＪ環用導管１２が連結され、該循環用導
管１２の他端は、陽極室の細管７に連結されている。
（実施例） 以下本発明の詳細な説明するが、該実施例は本発明を限
定するものではない。
実施例１ その両面にそれぞれ面積が２Ｑｃｔであるβ−二酸化鉛
（陽極側）及び白金（陰極側）層を形成したイオン交換
膜（ナフィオン（商品名）　＃１１７）を、イオン交換
水を満たした容Ｎ　３００ｍ１の電解槽に装着し、更に
陰極室のガス出口に圧力調節弁を装着しかつ両極室の底
板間を直径１０宵−の導管で連結させてＳＰＥ型電解槽
とした。該電解槽の陽極室に純水を供給せずに前記圧力
調節弁により両極室の内圧をほぼ同等に維持しながら、
１００Ａ／ｄｍ２の電流密度、及び３．５■の摺電圧、
液温３０°Ｃで通電し、陽極室でオゾンを含む酸素ガス
を発へドさせた。電解の間、両極室の電解液面は一致し
、水の全減少量は約８ｍ１／時であった。
比較として、前記導管を有しない同構造の電解槽を使用
し同条件で電解を行ったところ、陰極へ移行する陽極液
量が約３０ｍ　ｌ　／時であり、水の全減少量は約４０
ｍ１／時であった。
（発明の効果） 本発明は、隔膜型水電解槽の陽極室から隔膜を透過して
陰極室へ移動する水を、前記陰極室から前記陽極室へ戻
しながら水電解を行う方法及び装置である。
従って、電解の進行に伴って陰極液の量が増加すること
がないため、該陰題液の取り出しを行う必要がなく、連
続的な運転が可能になる。更に原ねである水特に純水を
効率良く電解に使用でき、水の消費量を従来法の約５分
の１にまで減少させることができる。又陰極液の取り出
しのための部材が不要となるため、装置全体の小型化を
図ることができ、経済的効果も期待することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明装置の第１の例を示す概略縦断面図、
第２図は、本発明装置の第２の例を示す概略縦断面図、
第３図は、本発明装置の第３の例を示す概略縦断面図で
ある。 １　・　・ ３　・ ５、５ ７、７ ９、９ １１・　・ ・イオン交換膜 ・陰極室　４・ ９・・・穿孔 °・・・細管 １・・吸収容器 ・ポンプ　１２・ ２・・・陽極室 ・電解槽 ６・・・導管 ８．８１・・・分枝管 １０・・・ガス抜き弁 ・・循環用導管

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）隔膜を装着した電解槽で水を電解して該電解槽の
    陽極室に酸素及び／又はオゾンを陰極室に水素を発生さ
    せる水電解方法において、前記陽極室から前記隔膜を透
    過して前記陰極室へ移動する水を、前記陰極室から前記
    陽極室へ戻しながら水電解を行うことを特徴とする方法
    。
  2. （２）隔膜を装着した電解槽で水を電解して該電解槽の
    陽極室に酸素及び／又はオゾンを陰極室に水素を発生さ
    せる水電解装置において、前記陽極室と前記陰極室とを
    導管により連通させ、前記陰極室内の電極液の一部を該
    導管を通して前記陽極室へ循環させながら電解を行うこ
    とを特徴とする水電解装置。
  3. （３）隔膜を装着した電解槽で水を電解して該電解槽の
    陽極室に酸素及び／又はオゾンを陰極室に水素を発生さ
    せる水電解装置において、前記陰極室内の電極液の一部
    をポンプにより前記陽極室へ循環させながら電解を行う
    ことを特徴とする水電解装置。
JP63244979A 1988-09-29 1988-09-29 水電解方法及び装置 Pending JPH0293088A (ja)

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