JPH10121284A - 膜電解槽または電気化学ジェネレータにおける正しく作動しないエレメンタリーセルを除外する方法 - Google Patents
膜電解槽または電気化学ジェネレータにおける正しく作動しないエレメンタリーセルを除外する方法Info
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Abstract
除外する。 【解決手段】 正しく作動しないセルの電極(4)を含
む区画を縦のダクトと接続する分配チャネル(9、1
0)にアクセスできるように、該セルのバイポーラ・プ
レート(2)及びガスケット(5)、又はバイポーラ・
プレート(2)又はガスケット(5)の周辺範囲に穴
(12)を作成する。次に、分配チャネル(9、10)
及び穴(12)のそれぞれに閉塞部(14、15)を形
成するためにシーリング手段を穴(12)を通じて注入
する。
Description
水素の電気分解のような処理に適当な膜電解槽や、電気
エネルギへの直接的変換のための水素及び酸素を含むガ
スが供給される電気化学ジェネレータ(電気化学的発電
装置)を考慮したものである。一般に、これらの装置
は、導電性バイポーラ・プレート(2)、電極(4)、
シーリング・ガスケット(5)、膜(6)及び反応体
(reactant)を供給し且つプロダクト及び残余反応体を
引き出す内部の縦のダクトのフィルタプレス(filter-p
ress)組立体を備える。本発明は、エレメンタリ・セル
が正しく作動しないときに前記の電解槽又はジェネレー
タを修理する方法に関する。
構造において行われる電気分解又は電力生成プロセスが
従来知られている。前記のプロセスに適切な典型的な基
本的(エレメンタリ)電解セルは、通常、エネルギ消費
を最小化するために厚さを薄くされている。典型的に、
エレメンタリ・セルは、一対の周辺シーリング・ガスケ
ット、イオン交換膜、一対の電極及び一対の電流コレク
タ/ディストリビュータを囲む2つの導電性プレートに
よって境界を画される。プレート及び/又はガスケット
は、分配チャネル(流路)によって陽極及び陰極の区画
(コンパートメント)を接続する穴を有する。複数のエ
レメンタリ・セルは一般にフィルタプレス配置に組み立
てられ、電解槽又は電流ジェネレータを形成する。従っ
て、電解槽又はジェネレータは、一連のバイポーラ・プ
レート、ガスケット、膜、電極及び電流コレクタ/ディ
ストリビュータで作られる。特に、プレート及びガスケ
ットにおける穴のアライメントは縦のダクトを形成し、
このダクトは電解槽又はジェネレータの一端又は両端に
配置された適切なノズルに接続される。反応体、及び或
る場合には残余の反応体と混合している反応生成物は、
それらのノズル及びダクトを通じて供給されるか又は引
き出される。分配チャネルは、反応体を各エレメンタリ
・セルに供給すること、及び生成物及び残余反応体をそ
こから引き出すひとを可能にする。上述のエレメンタリ
・セルの組立体は、本出願人によるヨーロッパ特許の出
願番号EP 0629015 A1に記述されている。
典型的には直列電気接続を有するこれらの組立体は、エ
レメンタリ・セルの1つのみが正しく作動しないときで
も、即ち、例えば、電極の1つのみが適正に動作しない
場合(例えば、電気触媒作用の活動が乏しい場合)又は
コレクタの1つのみが適正に動作しない場合(例えば、
不適切な混合物又は機械的特性により増加した電気抵抗
に起因する)にも、又は穴が膜に存在する場合にも、動
作が停止される。この最後のものは、配合禁忌の反応体
又は生成物を混合することになり得るので特に危険であ
る。電流ジェネレータにおける場合では、膜の穴によっ
て酸素と水素が混合され、電極に供給される電気触媒作
用用物質によって混合物が続いて発火する。従って、ヨ
ーロッパ特許の出願番号EP 0629015 A1に
記述されているような、正しく作動しないセルを外部で
短絡する方法は上記の問題の一部のみを解決する。なぜ
なら、その方法は、正しく作動しないセルを電流がバイ
パスすることを可能にするからである。しかし、その方
法は、膜に損傷を受けた場合の反応体及び/又は生成物
の混合と関係する不都合を除かない。実際、反応体及び
生成物は、何れにしても、分配チャネルを通じての引き
出し用ダクトと縦のフィードとセルの間の接続に起因し
て損傷を受けた膜を含むエレメンタリ・セルに存在す
る。従って、膜の損傷は電極又は電流コレクタ/ディス
トリビュータがこわれたときに発生するので、損傷した
膜は電解槽又はジェネレータの動作を妨げるだけでな
く、安全性の問題も提起される。膜に損傷のある場合に
おける効率的な修理方法が従来技術にはない。従って、
損傷のある膜を除去又は置換するために、電解槽又はジ
ェネレータを解体するか又は少なくとも正しく作動しな
いセルに対応して電解槽又はジェネレータを開放するこ
とが必要となる。この処理は非常に繊細さを必要とする
ものであり、欠陥のないエレメンタリ・セルを傷つけて
しまうことがしばしばある。更に、操作の点からみた場
合、この処理は時間がかかるものであり、経済的に不利
益である。
く作動しないエレメンタリ・セルの修理のための効率的
な方法を開示して従来技術の欠点を克服することであ
る。本方法は、損傷のある又は欠陥のある部分を開放又
は置換する必要なく、電解槽又は電流ジェネレータの最
善の動作状態を回復することを可能にする。
(4)を含む区画(コンパートメント)を前記の縦ダク
トと接続する分配チャネル(9、11)に届くように
(アクセスできるように)、正しく作動しないセルのバ
イポーラ・プレート(2)及び/又はガスケット(5)
の周辺範囲に少なくとも2つの穴を作ることを含む。次
に、分配チャネル(9、11)及び穴(12)それぞれ
に適切な閉塞部(14、15)を形成するためにシーリ
ング手段(エージェント)が穴(12)を通じて注入さ
れる。穴空け処理を容易にするために、バイポーラ・プ
レート(2)及び/又はガスケット(5)の周辺範囲に
ブラインド(盲)支援穴が備えられる。分配チャネル
(9、11)及び穴(12)をシーリングすると、正し
く作動しないセルの境界を画するバイポーラ・プレート
(2)は外部で短絡され、電解槽又はジェネレータの作
動準備が完了する。
み立てられた複数のエレメンタリ・セルを備える膜電解
槽又は膜電気化学電流ジェネレータであって、前記の複
数のセルは一連のバイポーラ・プレートとガスケットと
電極と膜とを備え、前記ガスケット及び前記バイポーラ
・プレート、又は前記ガスケット又は前記バイポーラ・
プレートに、各セルの電極の区画における反応体の供給
及び生成物の取り出し(引き出し)のために縦ダクトに
前記エレメンタリ・セルを接続するのに適切な分配チャ
ネルが設けられる、膜電解槽又は膜電気化学電流ジェネ
レータの正しく作動しないエレメンタリ・セルを除外す
る方法において、正しく作動しない膜を含む前記エレメ
ンタリ・セルの前記ガスケット及び前記バイポーラ・プ
レート、又は前記ガスケット又は前記バイポーラ・プレ
ートの周辺範囲に穴を作成して前記分配チャネルにアク
セスできるようにするステップと、硬化したときに前記
分配チャネルに及び前記穴にそれぞれ閉塞を形成するシ
ーリング手段を前記穴を通じて注入するステップとを備
える。
動しないエレメンタリ・セルの前記ガスケット及び前記
バイポーラ・プレートの又は前記ガスケット又は前記バ
イポーラ・プレートの周辺範囲には、ブラインド支援穴
が備えられる。
手段はエポキシのバイ−コンポーネントの物質又はシリ
コン・ベースの物質である。
スケットにのみ作成される。
イポーラ・プレートにのみ作成される。
イポーラ・プレート及び前記ガスケットの両方に作成さ
れる。
イポーラ・プレート及び/又は前記ガスケットの両方に
作成される。
の正しく作動しないエレメンタリ・セルの前記バイポー
ラ・プレートの1つのみ及び前記ガスケットの1つの
み、又は前記バイポーラ・プレートの1つのみ又は前記
ガスケットの1つのみに作成される。
交換膜である。
電極の区画に含まれる反応体の混合を避けるのに適切な
セパレータである。
ータ(membrance electric current generator)又は電
解槽の多種のコンポーネントが以下のように識別され
る。
示せず)などによって、圧力のもとでコンポーネントを
共にしめつけるクランプ用グリッドであり、(2)は、
正しく作動しないセルを短絡するため又は除くための外
部接続部(7)を備えたバイポーラ・プレートであり、
(3)は、バイポーラ・プレート(2)に備えられたく
ぼみ又は適当なプロフィールを有するガスケット(5)
に収められる電流コレクタ/ディストリビュータであ
り、(4)は触媒電極であり、(5)は、周辺シーリン
グのためのガスケットであり、(6)は、イオン交換膜
である。
ジェネレータの1つのエレメンタリ・セルを示し、電流
コレクタ/ディストリビュータ(3)のハウジング及び
第1のタイプのガスケット(5)の内側の触媒電極
(4)のハウジングを示す。
成物を供給及び排出するための穴を示し、(9)はガス
ケットのボディに組み入れられた分配チャネルを示し、
これは、穴(8)と、多孔性の電流コレクタ/ディスト
リビュータ(3)によって及び電極(4)によって占め
られたガスケットに形成されたくぼみ部(へこみ部)と
を接続する。類似の穴(図示せず)がバイポーラ・プレ
ートに存在する。複数のガスケット及びバイポーラ・プ
レートを、ガスケットの穴(8)とバイポーラ・プレー
トの穴を整合して結合して配置することによって、図1
の電解槽又はジェネレータの組立体全体を横切る縦のチ
ャネルが形成される。これらのチャネルは、すべてのエ
レメンタリ・セルに反応体を分配し且つそれらからの反
応生成物を取り出す。
6に示されている。図6において、ガスケット(5)の
かわりにバイポーラ・プレート(2)に分配チャネルが
組み入れられている。この場合、分配チャネルは参照番
号(10)で示されており、穴は(11)で示されてい
る。図6の別の実施形態が図7及び図8に示されてい
る。図8において、分配チャネルはバイポーラ・プレー
ト(2)及びガスケット(5)の両方に組み入れられ
る。これは実質的には図3に示した実施形態と図5に示
した実施形態とを組み合わせたものである。この実施形
態の利点は、反応体の分配及び生成物の取り出しのため
に、より高い流れのセクションが使用可能であることで
あり、特に、大型の電解槽又はジェネレータにおいて有
用である。
8のバイポーラ・プレート(2)及びガスケット(5)
は、電流コレクタ/ディストリビュータ(3)、電極
(4)及びイオン交換膜(6)と共に組み立てられ、図
1に示された電流ジェネレータ又は電解槽を形成する。
誤った組み立てや欠陥のあるコンポーネントなどによっ
て、エレメンタリ・セルの1つが正しく作動しないと
き、その電圧は他のセルの平均値と大きく異なる。従っ
て、電解槽又はジェネレータを動作させる間にエレメン
タリ・セルの電圧を周期的に測定することによって、異
常を迅速に検出することができる。これが発生したと
き、即ち、エレメンタリ・セルの異常電圧が検出された
とき、本発明の方法は、電解槽又はジェネレータを開い
たり分解したりする必要なく、電解槽又はジェネレータ
が安全な状態で動作を維持することを可能にする。実
際、本発明の方法は、例えば、適当な直径のドリルを有
する電気又は手動のせん孔機(ボーリング・マシン)の
ような適当な道具で、例えばガスケット(図3及び5を
参照)又はバイポーラ・プレート(図6及び7を参照)
のような分配チャネルが組み入れられている正しく作動
しないユニタリー・セル(単位セル)のエレメントの周
辺範囲に穴をあけることを含む。穴あけは、電解槽又は
ジェネレータを分解又は開放することなく行われる。完
全に安全な状態を確保するために、穴あけを開始する前
に、例えば窒素のような不活性の液体でフラッシュする
(洗い流す)ことによって内側に含まれる反応体を除く
ために電解槽又はジェネレータを一時的に停止しなけれ
ばならない。穴をあけられるガスケット又はバイポーラ
・プレートは、異常電圧が検出された一対の電極を取り
囲むものである。図9において、2つのバイポーラ・プ
レート(2)と電流ディストリビュータ/コレクタ
(3)の間に囲まれた一対の電極(4)は、欠陥又は損
傷があると考えられる膜(6)を囲む。分配チャネル
は、図5に示すように、ガスケット(5)に組み入れら
れている。図9は、穴(12)が、分配チャネル(9)
と接続された穴(8)に対応して作られることを明瞭に
示している。正しく作動しないセルを完全に除くために
は、少なくとも2つの穴が必要である。好適には各ガス
ケットに対して2つずつの4つの穴を作るとよい。本発
明の特に好適な実施形態において、ガスケット(5)の
周辺範囲は、図10に示すように、個々の分配チャネル
(9)と整合されたブラインド支援穴(13)を含む。
図10は、図5に示すタイプのガスケット(5)を詳細
に示す。この場合、穴(13)は穴あけ用ドリルを導く
機能を有するので、ひとたびこの手順が完了すると、穴
(12)は個々の分配チャネルを完全に到達可能とす
る。穴あけを完了した後、本発明の方法は、例えば細い
針を備えた注入器(syringe)のような適当な道具によ
って、分配チャネル(9)の内側に、そして穴(12)
の内側にシーリング・エージェント(密封用物質)を注
入することを含む。シーリング(密封)手順の2つのス
テップが図11に示されており、図5に示したタイプの
ガスケットの詳細が示されている。参照番号(14)及
び(15)はそれぞれ分配チャネル(9)と穴(12)
の閉塞部を示す。(16)は注入用の道具を示す。シー
リング・エージェントはひとたび硬化すると2つの別個
の機能を行う。穴(12)をふさぐ部分は環境に対して
のシーリングを確実にし、電解槽又はジェネレータが圧
力の下で動作するときにもガスの放出や液体の漏れをな
くす。分配チャネル(9)をふさぐ部分は、電流コレク
タ/ディストリビュータ及び電極を含む区画と、反応体
の供給及び生成物の放出のための縦のダクトとの完全な
分離を確実にする。本発明の別の実施例に従うと、穴の
数が減少され得、従って、電流コレクタ/ディストリビ
ュータ及び1つの電極を含む1つの区画のみがシーリン
グされる。この場合、1つのみのガスケット及び1つの
みのバイポーラ・プレート、又は、1つのみのガスケッ
ト又は1つのみのバイポーラ・プレートに穴があけられ
る。明らかに、この手順は時間を短縮することを可能に
するが、その信頼性は、正しく作動しないセルの両方の
区画をシーリングすることによって確実にもたらされる
それよりも低い。
く作動しないエレメンタリ・セルのバイポーラ・プレー
ト(2)は接続(7)(図1)によって短絡されるか又
はセルが除外される。次に電解槽又はジェネレータは完
全に安全な状態のもとで再び始動され得る。実際、この
短絡又は除外は電流の流れをそらせるか又は妨げ、従っ
て、電流の流れないセルは生成物を生成しない。更に、
前述のように、縦ダクトに含まれる生成物及び反応体
は、正しく作動しないセルの区画に入り込むことができ
ない。従って、欠陥のある膜を通じて起こる反応体と生
成物の危険な混合が行われる危険性がない。使用される
シーリング・エージェントのタイプに関して、以下の選
択規準を考慮する必要がある。
を害する揮発性コンポーネントがない。
反応体及び生成物と接触したときの安定性。
タの多種のコンポーネントの全体と適合した温度での硬
化。
及び/又はバイポーラ・プレートの化学成分とシーリン
グ・エージェント自身の化学成分のコンパチビリティに
依存する。
A1に記述されている物質、即ち、ガスケットに対して
デュポン社から販売されているヒトレル(Hytrel)(ヒ
トレル(Hytrel)は登録商標)のような熱可塑性物質
と、バイポーラ・プレートに対してアルミニウム合金と
を用いるとき、好適なシーリング・エージェントは、酢
酸の含有が少ないシリコン・ベースの物質又はエポキシ
・ベースのバイ−コンポーネント(bi-component、二成
分系)の物質であることが発見されている。これら両方
の物質は市場で容易に入手可能である。
ージェントに制限されるものではなく、上述の一般的規
準に従う他の多くのタイプのものも使用できることを理
解すべきである。
た、分配チャネルがガスケットに設けられた電解槽又は
電流ジェネレータに関連して詳細に説明した。本発明は
また、分配チャネルが図3に示されるようにガスケット
に、又は図6及び図7に示されるようにバイポーラ・プ
レートに、又は図8に示されるようにガスケットとバイ
ポーラ・プレートに同時に設けられた電解槽又はジェネ
レータに適用されることが明白である。これらのすべて
の場合において、手順は図5の実施形態と関連して説明
したのと全く同じである。穴あけ手順は同じであり、同
様にブラインド支援穴が有用であり、シーリングが同様
に行われる。
く、当業者は、多種の使用及び状態に適用するために本
発明に多種の変更及び改造を行うことができる。従っ
て、それらの変更及び改造は請求項に記載の範囲内にあ
るものと意図される。
面図である。
タリー・セルの分解断面図である。
れたコンポーネントの断面図である。
る。
テップを示す。
Claims (10)
- 【請求項1】 フィルタプレス配置に組み立てられた複
数のエレメンタリ・セルを備える膜電解槽又は膜電気化
学電流ジェネレータであって、前記の複数のセルは一連
のバイポーラ・プレートとガスケットと電極と膜とを備
え、前記ガスケット及び前記バイポーラ・プレート、又
は前記ガスケット又は前記バイポーラ・プレートに、各
セルの電極の区画における反応体の供給及び生成物の取
り出しのために縦ダクトに前記エレメンタリ・セルを接
続するのに適切な分配チャネルが設けられる、膜電解槽
又は膜電気化学電流ジェネレータの正しく作動しないエ
レメンタリ・セルを除外する方法において、 正しく作動しない膜を含む前記エレメンタリ・セルの前
記ガスケット及び前記バイポーラ・プレート、又は前記
ガスケット又は前記バイポーラ・プレートの周辺範囲に
穴を作成して前記分配チャネルにアクセスできるように
するステップと、 硬化したときに前記分配チャネルに及び前記穴にそれぞ
れ閉塞を形成するシーリング手段を前記穴を通じて注入
するステップとを備える方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載の方法において、前記の
正しく作動しないエレメンタリ・セルの前記ガスケット
及び/又は前記バイポーラ・プレートの周辺範囲にはブ
ラインド支援穴が備えられることを特徴とする方法。 - 【請求項3】 請求項1に記載の方法において、前記シ
ーリング手段はエポキシのバイ−コンポーネントの物質
又はシリコン・ベースの物質であることを特徴とする方
法。 - 【請求項4】 請求項1に記載の方法において、前記穴
は前記ガスケットにのみ作成されることを特徴とする方
法。 - 【請求項5】 請求項1に記載の方法において、前記穴
は前記バイポーラ・プレートにのみ作成されることを特
徴とする方法。 - 【請求項6】 請求項1に記載の方法において、前記穴
は前記バイポーラ・プレート及び前記ガスケットの両方
に作成されることを特徴とする方法。 - 【請求項7】 請求項1に記載の方法において、前記穴
は前記バイポーラ・プレート及び/又は前記ガスケット
の両方に作成されることを特徴とする方法。 - 【請求項8】 請求項1に記載の方法において、前記穴
は、前記の正しく作動しないエレメンタリ・セルの前記
バイポーラ・プレートの1つのみ及び/又は前記ガスケ
ットの1つのみに作成されることを特徴とする方法。 - 【請求項9】 請求項1に記載の方法において、前記膜
はイオン交換膜であることを特徴とする方法。 - 【請求項10】 請求項1に記載の方法において、前記
膜は、前記電極の区画に含まれる反応体の混合を避ける
のに適切なセパレータであることを特徴とする方法。
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JPH10121284A true JPH10121284A (ja) | 1998-05-12 |
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JP9271394A Pending JPH10121284A (ja) | 1996-10-03 | 1997-10-03 | 膜電解槽または電気化学ジェネレータにおける正しく作動しないエレメンタリーセルを除外する方法 |
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