JP5400414B2 - Electrolyzer - Google Patents
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Description
本発明は、電解質膜の両側に給電体が設けられ、前記給電体にセパレータが積層される電解装置に関する。 The present invention relates to an electrolytic device in which a power feeding body is provided on both sides of an electrolyte membrane, and a separator is stacked on the power feeding body.
例えば、固体高分子型燃料電池は、アノード側電極に燃料ガス(主に水素を含有するガス、例えば、水素ガス)が供給される一方、カソード側電極に酸化剤ガス(主に酸素を含有するガス、例えば、空気)が供給されることにより、直流の電気エネルギを得ている。 For example, in a polymer electrolyte fuel cell, a fuel gas (a gas containing mainly hydrogen, such as hydrogen gas) is supplied to the anode side electrode, while an oxidant gas (mainly containing oxygen) is supplied to the cathode side electrode. By supplying a gas (for example, air), direct current electric energy is obtained.
一般的に、燃料ガスである水素ガスを製造するために、水電解装置が採用されている。この水電解装置は、水を分解して水素(及び酸素)を発生させるため、固体高分子電解質膜(イオン交換膜)を用いている。固体高分子電解質膜の両面には、電極触媒層が設けられて電解質膜・電極構造体が構成されるとともに、前記電解質膜・電極構造体の両側には、給電体を配設してユニットが構成されている。すなわち、ユニットは、実質的には、上記の燃料電池と同様に構成されている。 In general, a water electrolysis apparatus is employed to produce hydrogen gas that is a fuel gas. This water electrolysis apparatus uses a solid polymer electrolyte membrane (ion exchange membrane) in order to decompose water and generate hydrogen (and oxygen). Electrode catalyst layers are provided on both sides of the solid polymer electrolyte membrane to form an electrolyte membrane / electrode structure, and a power feeder is provided on both sides of the electrolyte membrane / electrode structure. It is configured. That is, the unit is configured substantially in the same manner as the above fuel cell.
そこで、複数のユニットが積層された状態で、積層方向両端に電圧が付与されるとともに、アノード側給電体に水が供給される。このため、電解質膜・電極構造体のアノード側では、水が分解されて水素イオン(プロトン)が生成され、この水素イオンが固体高分子電解質膜を透過してカソード側に移動し、電子と結合して水素が製造される。一方、アノード側では、水素と共に生成された酸素が、余剰の水を伴ってユニットから排出される。 Therefore, in a state where a plurality of units are stacked, a voltage is applied to both ends in the stacking direction, and water is supplied to the anode-side power feeding body. For this reason, water is decomposed and hydrogen ions (protons) are generated on the anode side of the electrolyte membrane / electrode structure, and the hydrogen ions permeate the solid polymer electrolyte membrane and move to the cathode side to bond with electrons. Thus, hydrogen is produced. On the other hand, on the anode side, oxygen produced together with hydrogen is discharged from the unit with excess water.
この種の設備として、例えば、特許文献1に開示されている給電体が知られている。この特許文献1では、図15に示すように、粉末焼結部1と繊維焼結部2とを一体に結合することにより、二重構造給電体3が構成されている。
As this type of equipment, for example, a power feeder disclosed in Patent Document 1 is known. In this patent document 1, as shown in FIG. 15, the double structure electric
粉末焼結部1は、チタン粉末が焼結されて形成される一方、繊維焼結部2は、チタン繊維シートが焼結されて形成されている。二重構造給電体3は、水素酸素発生装置の電解セルにおいて、固体電解質膜4に粉末焼結部1が圧接された状態で使用されている。
The powder sintered part 1 is formed by sintering titanium powder, while the fiber sintered
しかしながら、上記の特許文献1では、粉末焼結部1がチタン粉末を焼結させて形成されるため、前記粉末焼結部1は、粒子の凝集状態により開口にばらつきが生じ易く、開口径の分布が広範囲になってしまう。このため、二重構造給電体3を、特に、高圧水素を発生させる高圧水電解装置に適用すると、アノード側とカソード側との差圧によって固体電解質膜4が粉末焼結部1に圧接する際、前記固体電解質膜4に損傷等のダメージが生じるという問題がある。
However, in Patent Document 1 described above, since the powder sintered portion 1 is formed by sintering titanium powder, the powder sintered portion 1 is likely to have variations in opening due to the aggregation state of the particles, and the diameter of the opening is small. The distribution becomes wide. For this reason, when the double
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、電解質膜の損傷を可及的に阻止することが可能な電解装置を提供することを目的とする。 The present invention solves this type of problem, and an object thereof is to provide an electrolysis apparatus capable of preventing damage to an electrolyte membrane as much as possible with a simple configuration.
本発明は、電解質膜の両側に給電体が設けられ、前記給電体にセパレータが積層される電解装置に関するものである。この電解装置は、電解質膜と給電体との間には、多数の貫通孔が形成された保護シート部材が介装されるとともに、前記貫通孔の両端には、前記電解質膜に向かって拡径する第1テーパ形状部と、前記給電体に向かって拡径する第2テーパ形状部とが設けられている。 The present invention relates to an electrolytic apparatus in which a power feeding body is provided on both sides of an electrolyte membrane, and a separator is stacked on the power feeding body. In this electrolysis apparatus, a protective sheet member having a large number of through holes is interposed between the electrolyte membrane and the power feeding body, and the diameter of the through holes is increased toward the electrolyte membrane at both ends. And a second tapered portion that expands toward the power feeding body.
また、給電体は、水が供給されるアノード側給電体と、前記水の電気分解により常圧よりも高圧な水素が得られるカソード側給電体とを備え、保護シート部材は、電解質膜と前記アノード側給電体との間に介装されることが好ましい。 The power supply body includes an anode-side power supply body to which water is supplied, and a cathode-side power supply body from which hydrogen higher than normal pressure is obtained by electrolysis of the water, and the protective sheet member includes the electrolyte membrane and the above-mentioned It is preferable to interpose between the anode-side power feeder.
さらに、本発明に係る電解装置は、給電体は、多数の貫通孔が形成され、前記貫通孔の両端には、電解質膜に向かって拡径する第1テーパ形状部と、前記電解質膜から離間する方向に向かって拡径する第2テーパ形状部と、が設けられるとともに、水が供給されるアノード側給電体と、貫通孔を設けることなく多孔質導電体で形成されるとともに、前記水の電気分解により常圧よりも高圧な水素が得られるカソード側給電体と、を備え、電解運転時に、高圧な前記水素が生成されるカソード流路と、前記水及び生成される常圧の酸素が流通するアノード流路との圧力差によって、前記電解質膜が前記アノード側給電体に押圧されている。 Furthermore, the electrolytic apparatus of the present invention, the feed body is a large number of through-holes formed at both ends of the through hole includes a first tapered portion whose diameter increases toward the electrolyte membrane, from the electrolyte membrane a second tapered portion whose diameter increases in a direction away, with is provided, and the anode current collector which water is supplied, while being formed of a porous conductive material without providing a through-hole, the water A cathode-side power feeder that can obtain hydrogen at a pressure higher than normal pressure by electrolysis of the cathode, a cathode flow path in which the high-pressure hydrogen is generated during electrolysis, water and oxygen at normal pressure that are generated The electrolyte membrane is pressed against the anode-side power feeder by a pressure difference with the anode flow path through which the gas flows .
また、アノード流路は、セパレータのアノード側給電体に対向する面に該アノード側給電体の表面積に対応する範囲内に設けられる一方、カソード流路は、前記セパレータのカソード側給電体に対向する面に該カソード側給電体の表面積に対応する範囲内に設けられることが好ましい。 The anode flow path is provided in a range corresponding to the surface area of the anode-side power supply body on the surface of the separator facing the anode-side power supply body, while the cathode flow path faces the cathode-side power supply body of the separator. it is preferable et provided within a range corresponding to the surface area of the cathode current collector is in the plane.
本発明によれば、電解質膜と給電体との間に介装される保護シート部材、又は前記給電体に複数の貫通孔が設けられており、前記貫通孔は、開口径の制御が容易に行われる。 According to the present invention, the protective sheet member interposed between the electrolyte membrane and the power feeding body, or the power feeding body is provided with a plurality of through holes, and the through holes can be easily controlled in opening diameter. Done.
さらに、貫通孔の一端には、電解質膜に向かって拡径する第1テーパ形状部が設けられているため、前記貫通孔内での前記電解質膜のせん断及び伸びが良好に抑制される。これにより、簡単な構成で、電解質膜が損傷することを可及的に阻止することができる。 Furthermore, since the 1st taper-shaped part which diameter-expands toward an electrolyte membrane is provided in the end of the through-hole, the shearing and elongation of the said electrolyte membrane within the said through-hole are suppressed favorably. Thereby, it is possible to prevent the electrolyte membrane from being damaged as much as possible with a simple configuration.
しかも、貫通孔の他端には、給電体に向かって又は電解質膜から離間する方向に向かって拡径する第2テーパ形状部が設けられている。このため、貫通孔内に水が円滑に導入され、電解質膜に対して前記水を良好に供給するとともに、発生ガスの離脱が容易に遂行可能になる。これにより、簡単な構成で、水供給性及びガス離脱性の向上を図ることができる。 In addition, the other end of the through hole is provided with a second tapered portion that expands in diameter toward the power supply body or in a direction away from the electrolyte membrane. For this reason, water is smoothly introduced into the through hole, the water is satisfactorily supplied to the electrolyte membrane, and the generated gas can be easily detached. Thereby, it is possible to improve the water supply property and the gas detachability with a simple configuration.
図1及び図2に示すように、本発明の第1の実施形態に係る水電解装置10は、高圧水素製造装置を構成しており、複数の単位セル12が水平方向(矢印A方向)又は鉛直方向(矢印B方向)に積層された積層体14を備える。積層体14の積層方向一端には、ターミナルプレート16a、絶縁プレート18a及びエンドプレート20aが、順次、配設される。積層体14の積層方向他端には、同様にターミナルプレート16b、絶縁プレート18b及びエンドプレート20bが、順次、配設される。
As shown in FIG.1 and FIG.2, the
水電解装置10は、例えば、矢印A方向に延在する複数のタイロッド22を介して円盤形状のエンドプレート20a、20b間を一体的に締め付け保持する。なお、水電解装置10は、エンドプレート20a、20bを端板として含む箱状ケーシング(図示せず)により一体的に保持される構成を採用してもよい。また、水電解装置10は、全体として略円柱体形状を有しているが、立方体形状等の種々の形状に設定可能である。
The
図1に示すように、ターミナルプレート16a、16bの側部には、端子部24a、24bが外方に突出して設けられる。端子部24a、24bは、配線26a、26bを介して電源28に電気的に接続される。陽極(アノード)側である端子部24aは、電源28のプラス極に接続される一方、陰極(カソード)側である端子部24bは、前記電源28のマイナス極に接続される。
As shown in FIG. 1,
図2〜図4に示すように、単位セル12は、円盤状の電解質膜・電極構造体32と、この電解質膜・電極構造体32を挟持するアノード側セパレータ34及びカソード側セパレータ36とを備える。アノード側セパレータ34及びカソード側セパレータ36は、円盤状を有するとともに、例えば、カーボン部材等で構成され、又は、鋼板、ステンレス鋼板、チタン板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板をプレス成形して、あるいは切削加工した後に防食用の表面処理を施して構成される。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
電解質膜・電極構造体32は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜38と、前記固体高分子電解質膜38の両側に配設されるアノード側給電体40及びカソード側給電体42とを備える。
The electrolyte membrane /
固体高分子電解質膜38の両面には、アノード電極触媒層40a及びカソード電極触媒層42aが形成される。アノード電極触媒層40aは、例えば、Ru(ルテニウム)系触媒を使用する一方、カソード電極触媒層42aは、例えば、白金触媒を使用する。
An anode
アノード側給電体40及びカソード側給電体42は、例えば、球状アトマイズチタン粉末の焼結体(多孔質導電体)により構成される。アノード側給電体40及びカソード側給電体42は、研削加工後にエッチング処理される平滑表面部を設けるとともに、空隙率が10%〜50%、より好ましくは、20%〜40%の範囲内に設定される。
The anode-side
図3及び図4に示すように、固体高分子電解質膜38とアノード側給電体40との間には、多数の貫通孔44aが形成された保護シート部材44が介装される。この保護シート部材44は、例えば、チタンシートで構成され、厚さが、例えば、20μm〜500μmの範囲内に設定される。チタンシートの表面粗さとしては、6.3μm以下、好ましくは、3.2μm以下に設定される。このチタンシートは、好ましくは、冷間圧延により成形される。
As shown in FIGS. 3 and 4, a
貫通孔44aは、この貫通孔44aの分布幅がアノード側給電体40の孔部の分布幅よりも小さく設定される。貫通孔44aの一端には、固体高分子電解質膜38に向かって拡径する第1テーパ形状部45aが設けられる一方、前記貫通孔44aの他端には、アノード側給電体40に向かって拡径する第2テーパ形状部45bが設けられる。なお、貫通孔44aは、円形に限定されるものではなく、固体高分子電解質膜38にダメージを与えない形状であればよく、例えば、楕円形の他、鋭利な突起形状がなければ、種々の形状に設定可能である。
The through
図5に示すように、第1テーパ形状部45aのテーパ角度θは、5°<θ<85°の範囲、より好ましくは、30°<θ<60°の範囲内に設定される。第1テーパ形状部45aの深さL及び貫通孔44aの内径Dは、固体高分子電解質膜38に損傷を与えることがない寸法に設定される。貫通孔44aは、種々の製法により形成可能であり、例えば、エッチングの他、両側からのマイクロドリル、電子ビーム、レーザー又は切削等の加工を採用することができる。
As shown in FIG. 5, the taper angle θ of the first
図3に示すように、単位セル12の外周縁部には、積層方向である矢印A方向に互いに連通して、水(純水)を供給するための水供給連通孔46と、反応により生成された酸素及び使用済みの水を排出するための排出連通孔48と、反応により生成された水素を流すための水素連通孔50とが設けられる。
As shown in FIG. 3, the outer peripheral edge of the
アノード側セパレータ34の電解質膜・電極構造体32に向かう面34aには、水供給連通孔46に連通する供給通路52aと、排出連通孔48に連通する排出通路52bとが設けられる。面34aには、供給通路52a及び排出通路52bに連通する第1流路54が設けられる。この第1流路54は、アノード側給電体40の表面積に対応する範囲内に設けられるとともに、複数の流路溝や複数のエンボス等で構成される(図2及び図4参照)。
A
図3に示すように、カソード側セパレータ36の電解質膜・電極構造体32に向かう面36aには、水素連通孔50に連通する排出通路56が設けられる。面36aには、排出通路56に連通する第2流路58が形成される。この第2流路58は、カソード側給電体42の表面積に対応する範囲内に設けられるとともに、複数の流路溝や複数のエンボス等で構成される(図2及び図4参照)。
As shown in FIG. 3, a
アノード側セパレータ34及びカソード側セパレータ36の外周端部を周回して、シール部材60a、60bが一体化される。このシール部材60a、60bには、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材が用いられる。
The
図1及び図2に示すように、エンドプレート20aには、水供給連通孔46、排出連通孔48及び水素連通孔50に連通する配管62a、62b及び62cが接続される。配管62cには、図示しないが、背圧弁(又は電磁弁)が設けられており、水素連通孔50に生成される水素の圧力を高圧に維持することができる。
As shown in FIGS. 1 and 2,
このように構成される水電解装置10の動作について、以下に説明する。
The operation of the
図1に示すように、配管62aから水電解装置10の水供給連通孔46に水が供給されるとともに、ターミナルプレート16a、16bの端子部24a、24bに電気的に接続されている電源28を介して電圧が付与される。このため、図3に示すように、各単位セル12では、水供給連通孔46からアノード側セパレータ34の第1流路54に水が供給され、この水がアノード側給電体40内に沿って移動する。
As shown in FIG. 1, water is supplied from a
従って、水は、アノード電極触媒層40aで電気により分解され、水素イオン、電子及び酸素が生成される。この陽極反応により生成された水素イオンは、固体高分子電解質膜38を透過してカソード電極触媒層42a側に移動し、電子と結合して水素が得られる。
Accordingly, water is decomposed by electricity in the anode
このため、カソード側セパレータ36とカソード側給電体42との間に形成される第2流路58に沿って水素が流動する。この水素は、水供給連通孔46よりも高圧に維持されており、水素連通孔50を流れて水電解装置10の外部に取り出し可能となる。一方、第1流路54には、反応により生成した酸素と、使用済みの水とが流動しており、これらが排出連通孔48に沿って水電解装置10の外部に排出される。なお、第2流路58は、第1流路54よりも圧力が高い。
For this reason, hydrogen flows along the
この場合、第1の実施形態では、図4に示すように、固体高分子電解質膜38とアノード側給電体40との間に、複数の貫通孔44aを設けた保護シート部材44が介装されている。このため、高圧水素ガスが生成される第2流路58と、水及び酸素が流通する常圧の第1流路54との圧力差によって、固体高分子電解質膜38がアノード側給電体40に向かって押圧される際、この固体高分子電解質膜38が前記アノード側給電体40に直接接触することがない。
In this case, in the first embodiment, as shown in FIG. 4, a
さらに、保護シート部材44に設けられる貫通孔44aは、開口径の制御が容易に行われる。従って、保護シート部材44では、貫通孔44aの開口径を狭小な範囲内に設定することができ、アノード側給電体40の分布幅よりも著しく狭小な分布幅に設定することが可能になる。
Further, the opening diameter of the through
さらにまた、貫通孔44aの一端には、固体高分子電解質膜38に向かって拡径する第1テーパ形状部45aが設けられている。このため、図5に示すように、貫通孔44a内での固体高分子電解質膜38のせん断及び伸びが良好に抑制される。
Furthermore, a first taper-shaped
しかも、貫通孔44aの他端には、アノード側給電体40に向かって拡径する第2テーパ形状部45bが設けられている。これにより、図5に示すように、アノード側給電体40から貫通孔44a内に水が円滑に導入され、固体高分子電解質膜38のアノード電極触媒層40aに対して前記水を良好に供給することが可能になる。一方、アノード電極触媒層40aで生成される酸素は、貫通孔44aの第2テーパ形状部45bに沿ってアノード側給電体40に円滑に移動し、前記酸素の離脱が容易に遂行される。
In addition, a second taper-shaped
従って、第1の実施形態では、固体高分子電解質膜38に向かって拡径する第1テーパ形状部45a及びアノード側給電体40に向かって拡径する第2テーパ形状部45bを有する貫通孔44aを設けるだけでよい。これにより、簡単な構成で、固体高分子電解質膜38が損傷することを可及的に阻止し、且つ水供給性及びガス離脱性の向上を図ることができるという効果が得られる。
Therefore, in the first embodiment, the through
なお、第1の実施形態では、少なくとも第1テーパ形状部45aの固体高分子電解質膜38側の開口形状及び貫通孔44aの開口断面形状は、円形状が望ましいが、これに限定されるものではない。固体高分子電解質膜38にダメージを与えることのない形状であれば、例えば、楕円形状や四角形状等であってもよく、種々選定可能である。一方、第2テーパ形状部45bの形状は、円形状の他、楕円形状、三角形状、又は多角形状等、種々の形状に設定することができる。
In the first embodiment, at least the opening shape of the first
図6は、本発明の第2の実施形態に係る水電解装置を構成する単位セル70の要部拡大断面説明図である。
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional explanatory view of a main part of the
なお、第1の実施形態に係る水電解装置10を構成する単位セル12と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第3の実施形態以降においても同様に、その詳細な説明は省略する。
In addition, the same referential mark is attached | subjected to the component same as the
単位セル70は、固体高分子電解質膜38とアノード側給電体40との間に介装される保護シート部材72を備える。保護シート部材72は、例えば、チタンシートで構成され、複数の貫通孔72aを設ける。
The
貫通孔72aの一端には、固体高分子電解質膜38に向かって拡径する第1テーパ形状部74aが設けられるとともに、前記貫通孔72aの他端には、アノード側給電体40に向かって拡径する第2テーパ形状部74bが設けられる。第1テーパ形状部74a及び第2テーパ形状部74bは、断面開口形状が略半円形を有する湾曲面によって構成される。
One end of the through
この第2の実施形態では、保護シート部材72に複数の貫通孔72aが設けられるとともに、前記貫通孔72aの両端には、固体高分子電解質膜38に向かって拡径する第1テーパ形状部74aと、アノード側給電体40に向かって拡径する第2テーパ形状部74bとが設けられている。従って、第2の実施形態は、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる他、水及び酸素が、湾曲面によって貫通孔72a内を円滑に流通することができる。
In the second embodiment, the
図7は、本発明の第3の実施形態に係る水電解装置を構成する単位セル80の要部拡大断面説明図である。
FIG. 7 is an enlarged cross-sectional explanatory view of a main part of a
単位セル80は、固体高分子電解質膜38とアノード側給電体40との間に介装される保護シート部材82を備える。保護シート部材82は、複数の貫通孔82aを設けるとともに、前記貫通孔82aは、固体高分子電解質膜38に向かって拡径する第1テーパ形状部84aと、アノード側給電体40に向かって拡径する第2テーパ形状部84bとを有する。
The
第1テーパ形状部84aの固体高分子電解質膜38側の最大開口径D1は、第2テーパ形状部84bのアノード側給電体40側の最大開口径D2よりも小径に設定される(D1<D2)。従って、保護シート部材82は、厚みを増加させることがなく、水の供給を一層円滑に行うことが可能になる。
The maximum opening diameter D1 on the solid
図8は、本発明の第4の実施形態に係る水電解装置を構成する単位セル90の要部拡大断面説明図である。
FIG. 8 is an enlarged cross-sectional explanatory view of a main part of a
単位セル90は、固体高分子電解質膜38とアノード側給電体40との間に介装される保護シート部材92とを備える。保護シート部材92は、複数の貫通孔92aを設けるとともに、前記貫通孔92aは、固体高分子電解質膜38に向かって拡径する湾曲面状の第1テーパ形状部94aと、アノード側給電体40に向かって拡径する湾曲面状の第2テーパ形状部94bとを有する。第1テーパ形状部94aの最大開口径D3は、第2テーパ形状部94bの最大開口径D4よりも小径に設定される(D3<D4)。
The
上記の第3及び第4の実施形態では、上述した第1及び第2の実施形態と同様の効果が得られる。 In said 3rd and 4th embodiment, the effect similar to 1st and 2nd embodiment mentioned above is acquired.
図9は、本発明の第5の実施形態に係る水電解装置を構成する単位セル100の断面説明図である。
FIG. 9 is a cross-sectional explanatory view of a
単位セル100は、アノード側給電体40に代えて、アノード側給電プレート102を備える。このアノード側給電プレート102には、複数の貫通孔102aが、例えば、エッチング、電子ビーム、レーザー、ドリル、放電、パンチング、またはエキスパンドメタル等による微細多孔加工を施すことにより、設けられる。貫通孔102aの孔径>保護シート部材44の貫通孔44aの孔径に設定される。
The
なお、第5の実施形態では、第1の実施形態の保護シート部材44を用いているが、これに代えて、第2〜第4の実施形態を適用することも可能である。
In addition, in 5th Embodiment, although the
図10は、本発明の第6の実施形態に係る水電解装置を構成する単位セル110の断面説明図である。
FIG. 10 is an explanatory cross-sectional view of a
単位セル110は、アノード側セパレータ34と固体高分子電解質膜38との間に介装されるアノード側給電プレート112を備える。アノード側給電プレート112は、例えば、第1の実施形態に用いられているアノード側給電体40及び保護シート部材44に代えて採用されており、実質的には、第3の実施形態に用いられる保護シート部材82、又は、第4の実施形態に用いられる保護シート部材92を適用することができる。
The
これにより、第6の実施形態では、上記の第1〜第5の実施形態と同様の効果が得られる他、部品数の削減が図られ、構成の簡素化が可能になるという利点がある。 Thereby, in the sixth embodiment, in addition to the same effects as those in the first to fifth embodiments, there are advantages that the number of parts can be reduced and the configuration can be simplified.
図11は、本発明の第7の実施形態に係る水電解装置を構成する単位セル120の断面説明図である。
FIG. 11 is an explanatory cross-sectional view of a
単位セル120は、固体高分子電解質膜38とアノード側セパレータ34との間に介装されるアノード側流路部材122を備える。図12及び図13に示すように、アノード側給電流路部材122は、例えば、チタンプレートで構成された略円盤状を有する。
The
アノード側給電流路部材122の固体高分子電解質膜38に対向する面には、複数の貫通孔122aが形成される。貫通孔122aは、固体高分子電解質膜38に向かって拡径する第1テーパ形状部124aと、この固体高分子電解質膜38から離間する方向に向かって拡径する第2テーパ形状部124bとを有する。アノード側給電流路部材122の逆側の面には、互いに並列される複数の第1流路126が形成される。第1流路126は、所定の第2テーパ形状部124bを連通することにより直線状に構成される。
A plurality of through
この第7の実施形態では、上記の第1〜第6の実施形態と同様の効果が得られる他、例えば、第1の実施形態における第1流路54、アノード側給電体40及び保護シート部材44に代えて、単一のアノード側給電流路部材122を用いることができる。これにより、単位セル120全体の構成が、一層簡素化されるという利点がある。
In the seventh embodiment, the same effects as those of the first to sixth embodiments can be obtained. For example, the
図14は、本発明の第8の実施形態に係る水電解装置を構成するアノード側給電流路部材130の断面説明図である。
FIG. 14 is an explanatory cross-sectional view of the anode-side power supply
アノード側給電流路部材130は、上記の第7の実施形態のアノード側給電流路部材122と略同様に構成され、複数の貫通孔130aを設ける。貫通孔130aは、湾曲形状を有する第1テーパ形状部132aと、湾曲形状を有する第2テーパ形状部132bとを有する。第2テーパ形状部132bを所定の部位毎に連通することによって、第1流路134が形成される。従って、第8の実施形態では、上記の第7の実施形態と同様の効果が得られる。
The anode side power supply
10…水電解装置
12、70、80、90、100、110、120…単位セル
14…積層体 16a、16b…ターミナルプレート
18a、18a…絶縁プレート 20a、20b…エンドプレート
24a、24b…端子部 28…電源
32…電解質膜・電極構造体 34…アノード側セパレータ
36…カソード側セパレータ 38…固体高分子電解質膜
40…アノード側給電体 42…カソード側給電体
44、72、82、92…保護シート部材
44a、72a、82a、92a、102a、122a、130a…貫通孔
45a、45d、74a、74b、84a、84b、94a、94b、124a、124b、132a、132b…テーパ形状部
46…水供給連通孔 48…排出連通孔
50…水素連通孔 54、58、126、134…流路
102、112…アノード側給電プレート
122、130…アノード側給電流路部材
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記電解質膜と前記給電体との間には、多数の貫通孔が形成された保護シート部材が介装されるとともに、
前記貫通孔の両端には、前記電解質膜に向かって拡径する第1テーパ形状部と、
前記給電体に向かって拡径する第2テーパ形状部と、
が設けられることを特徴とする電解装置。 An electrolytic device in which a power feeding body is provided on both sides of an electrolyte membrane, and a separator is stacked on the power feeding body,
Between the electrolyte membrane and the power feeder, a protective sheet member having a large number of through holes is interposed,
At both ends of the through-hole, a first tapered portion that expands toward the electrolyte membrane, and
A second tapered portion that expands toward the power supply;
Is provided.
前記水の電気分解により常圧よりも高圧な水素が得られるカソード側給電体と、
を備え、
前記保護シート部材は、前記電解質膜と前記アノード側給電体との間に介装されることを特徴とする電解装置。 The electrolyzer according to claim 1, wherein the power feeding body includes an anode power feeding body to which water is supplied;
A cathode-side power feeder that can obtain hydrogen at a pressure higher than normal pressure by electrolysis of the water;
With
The electrolysis apparatus, wherein the protective sheet member is interposed between the electrolyte membrane and the anode-side power feeding body.
前記給電体は、多数の貫通孔が形成され、前記貫通孔の両端には、前記電解質膜に向かって拡径する第1テーパ形状部と、前記電解質膜から離間する方向に向かって拡径する第2テーパ形状部と、が設けられるとともに、水が供給されるアノード側給電体と、
貫通孔を設けることなく多孔質導電体で形成されるとともに、前記水の電気分解により常圧よりも高圧な水素が得られるカソード側給電体と、
を備え、
電解運転時に、高圧な前記水素が生成されるカソード流路と、前記水及び生成される常圧の酸素が流通するアノード流路との圧力差によって、前記電解質膜が前記アノード側給電体に押圧されることを特徴とする電解装置。 An electrolytic device in which a power feeding body is provided on both sides of an electrolyte membrane, and a separator is stacked on the power feeding body,
Expanded the power feeder is a large number of through-holes formed, the both ends of the through hole, a first tapered portion whose diameter increases toward the electrolyte membrane, in a direction away from the electrolyte membrane A second taper-shaped portion, and an anode-side power feeder to which water is supplied,
A cathode-side power feeder that is formed of a porous conductor without providing a through-hole, and that can obtain hydrogen higher than normal pressure by electrolysis of the water;
With
During the electrolysis operation, the electrolyte membrane is pressed against the anode-side power supply body by a pressure difference between the cathode flow channel in which the high-pressure hydrogen is generated and the anode flow channel in which the water and generated normal-pressure oxygen flow. Electrolytic apparatus characterized by being made .
前記カソード流路は、前記セパレータの前記カソード側給電体に対向する面に該カソード側給電体の表面積に対応する範囲内に設けられることを特徴とする電解装置。 The electrolyzer according to claim 3 , wherein the anode flow path is provided in a range corresponding to a surface area of the anode-side power supply body on a surface of the separator facing the anode-side power supply body,
The cathode passage, an electrolytic device according to claim provided et the possible within a range corresponding to the surface area of the cathode current collector the cathode current collector to the surface facing to the separator.
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