电化学反应装置及电化学反应方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供电化学反应装置和电化学反应方法。实施方式的电化学反应装置具备：电化学反应槽，其包括具有第1流路的第1电极、具有第2流路的第2电极、和被第1电极和第2电极夹持的隔膜；液罐，其用于收容供给至第2电极的第2流路中的被处理液；第1配管，其连接第2流路的入口和液罐；第2配管，其连接第2流路的出口和液罐；和逆流抑制机构，其设在第2配管中，用于防止在第2配管内流动的被处理液的逆流或者降低逆流速度。逆流速度。逆流速度。

【技术实现步骤摘要】
电化学反应装置及电化学反应方法
[0001]本申请以日本专利申请2022
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011964(申请日：01/28/2022)及日本专利申请2022
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118767(申请日：07/26/2022)为基础，从上述申请享受优先权。本申请通过参照上述申请而包含该申请的全部内容。


[0002]本专利技术的实施方式涉及电化学反应装置及电化学反应方法。

技术介绍

[0003]作为电解装置那样的电化学反应装置的代表例，已知有通过对水(H2O)进行电解而产生氢(H2)和氧(O2)的水电解装置。水电解装置例如具备电解槽，电解槽具有阳极、阴极、由阳极和阴极夹持的固体高分子电解质膜(Polymer Electrolyte Membrane：PEM)等隔膜。水电解装置中，通过对水(H2O)进行电解，而在阴极产生氢(H2)，在阳极产生氧(O2)。使用这样的固体高分子电解质膜(PEM)作为隔膜的水电解槽(PEM型水电解槽)具有工作温度低、氢纯度高等特征。但是，PEM型水电解槽这样的具备隔膜的水电解槽存在如果进行起动停止操作则其性能容易下降的问题。这样的问题并不局限于水电解槽，在具有隔膜的电解槽及电解装置(电化学反应装置)中也都成为问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的问题在于，提供可抑制实施起动停止操作时的性能下降的电化学反应装置及电化学反应方法。
[0005]实施方式的电化学反应装置具备：电化学反应槽，其包括具有第1流路的第1电极、具有第2流路的第2电极、和被所述第1电极和所述第2电极夹持的隔膜；液罐，其用于收容供给至所述第2电极的所述第2流路中的被处理液；第1配管，其连接所述第2流路的入口和所述液罐，并将所述被处理液供给至所述第2流路中；第2配管，其连接所述第2流路的出口和所述液罐，并将所述被处理液返送至所述液罐中；和逆流抑制机构，其设在所述第2配管上，用于防止在所述第2配管内流动的所述被处理液的逆流或者降低逆流速度。
附图说明
[0006]图1是表示实施方式的电化学反应装置中的电化学反应槽的构成和电化学反应槽与电源的连接结构的图。
[0007]图2是表示第1实施方式的电化学反应装置的图。
[0008]图3是放大地表示第1实施方式的电化学反应装置的一部分的图。
[0009]图4是将利用第1实施方式的电化学反应装置的停止时的水的比电阻与利用不具有止回阀的电化学反应装置的停止时的水的比电阻进行比较而示出的图。
[0010]图5是将第1实施方式的电化学反应装置的经时的电压变化与不具有止回阀的电化学反应装置的经时的电压变化进行比较而示出的图。
[0011]图6是表示第2实施方式的电化学反应装置的图。
[0012]图7是表示第2实施方式的电化学反应装置的第1例的一部分的图。
[0013]图8是表示第2实施方式的电化学反应装置的第2例的一部分的图。
[0014]图9是表示第3实施方式的电化学反应装置的图。
[0015]图10是表示第4实施方式的电化学反应装置的图。
[0016]图11是表示第5实施方式的电化学反应装置的图。
[0017]图12是表示第6实施方式的电化学反应装置的图。
[0018]图13是表示图12所示的电化学反应装置的变形例的图。
[0019]图14是表示第7实施方式的电化学反应装置的一个例子的图。
[0020]图15是表示第7实施方式的电化学反应装置的其它例子的图。
[0021](符号说明)
[0022]1：电化学反应槽(电解槽)，2：第1电极，3：第2电极，4：隔膜，12：第1流路，13：第2流路，20：电化学反应装置(电解装置)，22：水罐，23：纯水制造装置，24：第1配管，25：第2配管，26：泵，27：超纯水制造装置，28：止回阀，29：液面传感器，31：U字状配管，32：气体供给部，33：长配管，41：电化学反应槽堆(electrochemical reaction cell stack)，46：溢水壁，47：具有溢水结构的水罐，51：气液分离罐(第2水罐)，53：阀。
具体实施方式
[0023]以下，参照附图对实施方式的电化学反应装置进行说明。在以下所示的各实施方式中，实质上对同一构成部位标记同一符号，有时部分省略其说明。附图是示意图，厚度与平面尺寸的关系、各部的厚度的比率等有时与实际不同。以下的说明中的“～”的符号分别表示上限值和下限值间的范围。在此种情况下，各范围包含上限值及下限值。
[0024]参照图1对实施方式的电化学反应装置的电化学反应槽的构成和电化学反应槽与电源的连接结构进行说明。图1所示的电化学反应槽1具备第1电极2、第2电极3、和由第1电极2和第2电极3夹持的隔膜4。隔膜4例如具有固体高分子电解质膜(PEM)。在使用电化学反应槽1作为水电解槽时，第1电极2为阴极(还原电极/氢极)，第2电极3为阳极(氧化电极/氧极)。以下，主要对使用电化学反应槽1作为水电解槽的情况进行说明，但并不限定于此。作为隔膜4的固体高分子电解质膜可使用质子传导膜。
[0025]作为质子传导性的PEM的构成材料，例如可使用具有磺酸基的氟树脂。作为那样的材料的具体例子，可列举杜邦公司的将四氟乙烯磺化聚合而成的氟树脂即Nafion(注册商标)、旭化成公司制造的Aciplex(注册商标)、AGC公司制造的
フレミオン
(注册商标)等。隔膜4并不局限于固体高分子电解质膜，也可以是含有电解质成分的烃膜、含有钨酸及磷钨酸等无机物的膜等电解质膜。
[0026]阳极即第2电极3通过氧化反应对水(H2O)进行电解，生成氢离子(H
+
)和氧(O2)。阴极即第1电极2通过对阳极中产生的氢离子(H
+
)进行还原而生成氢(H2)。阴极即第1电极2具有第1催化剂层5和第1给电层6。第1催化剂层5以与隔膜4接触的方式配置。阳极即第2电极3具有第2催化剂层7和第2给电层8。第2催化剂层7以与隔膜4接触的方式配置。通过用这样的第1电极2和第2电极3夹持PEM等隔膜4，而构成膜电极接合体(Membrane Electrode Assembly：MEA)9。
[0027]作为阴极即第1电极2的第1催化剂层5，例如可采用铂(Pt)、银(Ag)、钯(Pd)等金属及含有Pt、Ag、Pd中的至少1种的合金(Pt合金、Ag合金、Pd合金)等。在第1催化剂层5中更优选采用Pt及PtCo、PtFe、PtNi、PtPd、PtIr、PtRu、PtSn等Pt合金。作为阳极即第2电极3的第2催化剂层7，例如可采用铱(Ir)氧化物、钌(Ru)氧化物、钯(Pd)氧化物、Ir复合氧化物、Ru复合氧化物、Pd复合氧化物等。作为构成Ir复合氧化物及Ru复合氧化物的复合金属，可列举钛(Ti)、铌(Nb)、钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、钴(Co)、锌(Zn)、锆(Zr)、钼(Mo)、钽(Ta)、Ru、Ir、Pd等。作为第2催化剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电化学反应装置，其具备：电化学反应槽，其包括具有第1流路的第1电极、具有第2流路的第2电极、和被所述第1电极和所述第2电极夹持的隔膜；液罐，其收容用于供给至所述第2电极的所述第2流路中的被处理液；第1配管，其连接所述第2流路的入口和所述液罐，并将所述被处理液供给至所述第2流路中；第2配管，其连接所述第2流路的出口和所述液罐，并将所述被处理液返送至所述液罐中；和逆流抑制机构，其设在所述第2配管上，用于防止在所述第2配管内流动的所述被处理液的逆流或降低逆流速度。2.根据权利要求1所述的电化学反应装置，其中，所述液罐具有液面传感器，所述第2配管连接在比通过所述液面传感器设定的所述液罐内的液面低的位置上。3.根据权利要求1所述的电化学反应装置，其中，所述逆流抑制机构具备止回阀。4.根据权利要求3所述的电化学反应装置，其中，所述止回阀具有摆动式止回阀、升降式止回阀、对夹式止回阀或球式止回阀。5.根据权利要求1所述的电化学反应装置，其中，所述逆流抑制机构具备逆流抑制配管，所述逆流抑制配管具有可形成气体存留部的形状。6.根据权利要求5所述的电化学反应装置，其中，所述逆流抑制机构具备用于向所述逆流抑制配管的所述气体存留部供给气体的气体供给部。7.根据权利要求1所述的电化学反应装置，其中，所述液罐具有液面传感器，所述第2配管连接在比通过所述液面传感器设定的所述液罐内的液面高的位置上。8.根据权利要求1所述的电化学反应装置，其中，进一步具备连接在所述第1流路的出口上的气液分离罐，所述气液分离罐以其内部的液面高于通过设在所述液罐上的液面传感器而设定的所述液罐内的液面的方式配置。9.根据权利要求1所述的电化学反应装置，其中，进一步具备：连接在所述第1流路的出口上的气液分离罐，和设在所述气液分离罐的气体排出配管上的阀；所述阀按照使所述气液分离罐的内压高于所述液罐的内压的方式被控制。10.根据权利要求1所述的电化学反应装置，其中，进一步具备：连接在所述液罐上、并向所述液罐供给纯水的纯水制造部，和设在所述第1配管上、并向所述第2电极的所述第2流路供给超纯水的超纯水制造部；所述电化学反应槽以电解所述超纯水的方式构成。11.一种电化学反应装置，其具备：电化学反应槽，其包括具有第1流路的第1电极、具有第2流路的第2电极、和被所述第1电极和所述第2电极夹持的隔膜，被处理液供给系统，其具备用于制造纯水的纯水制造部、和通过对从所述纯水制造部
供给的纯水进行处理来制造超纯水的超纯水制造部，且向所述电化学反应槽供给所述超纯水作为被处理液，和液罐，其收容供给至所述电化学反应槽而被处理过的所述被处理液；所述被处理液供给系统具备纯水逆流抑制机构，所述纯水逆流抑制机构抑制含有所述纯水的被处理液从所述液罐向电化学反应槽中逆流。12.根据权利要求11所述的电化学反应装置，其中，所述液罐具有通过溢水壁分离为低水位槽部和高水位槽部这两个槽的溢水结构，将所述纯水从所述纯水制造...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉永典裕，关口申一，庄司直树，北川良太，中森洋二，佐藤秀晟，菅野义经，田上哲治，
申请(专利权)人：东芝能源系统株式会社，
类型：发明
国别省市：