CN209906895U - 水电解装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种水电解装置，所述水电解装置即便在因从电解质膜起阴极电极催化剂层侧与阳极电极催化剂层侧的差压增大，而导致施加至电解质膜中的负荷已增大的情况下，也可以有效地避免电解质膜的损伤。水电解装置(10)包括水电解单元(12)，所述水电解单元(12)通过水的电解，以与从电解质膜(40)朝阳极电极催化剂层(42a)侧产生的氧气相比变成高压的方式，从电解质膜(40)朝阴极电极催化剂层(44a)侧产生氢气。水电解单元(12)沿着其层叠方向，贯穿形成使氢气流通的氢气连通孔(38c)。在电解质膜(40)中，设置在氢气连通孔(38c)的附近且从阴极电极催化剂层(44a)中露出的露出面(40a)由阴极供电体(44)覆盖。

Description

水电解装置

技术领域

本实用新型涉及一种将水电解来产生氧气与氢气，获得比氧气高压的氢气的水电解装置。

背景技术

作为将水电解来产生氢气及氧气的水电解装置，已知有使用包含固体高分子的电解质膜者。在电解质膜的一侧的面上设置阳极电极催化剂层，且在另一侧的面上设置阴极电极催化剂层，由此构成电解质膜·电极结构体。在电解质膜·电极结构体的阳极电极催化剂层侧层叠阳极供电体及阳极隔板，且在阴极电极催化剂层侧层叠阴极供电体及阴极隔板，由此构成水电解单元。

在包括将多个所述水电解单元层叠而成的层叠体的水电解装置中，通过水的电解，从电解质膜朝阳极电极催化剂层侧产生氧气，并且朝阴极电极催化剂层侧产生氢气。此时，电解质膜发挥朝阴极电极催化剂层中传导阳极电极催化剂层中产生的质子、或将阳极电极催化剂层侧与阴极电极催化剂层侧密封且电绝缘等作用。

当将以所述方式产生的氢气以经压缩的状态储存在高压罐内时，若利用机械式的压缩机等压缩氢气，则为了所述压缩而消耗多余的电力。因此，例如在专利文献1中提出有一种不使用机械式的压缩机等而获得比大气压升压的氢气的差压式高压水电解装置。

在此种水电解装置中，沿着层叠体的层叠方向而贯穿形成有用于将各水电解单元中产生的氢气朝此水电解装置的外部排出的氢气连通孔。在限制了氢气从所述氢气连通孔中的排出的状态下，进行水的电解反应，由此可从各水电解单元的电解质膜起使阴极电极催化剂层侧比阳极电极催化剂层侧升压，而获得高压的氢气。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2016-47946号公报

实用新型内容

[实用新型所要解决的问题]

近年来，储存在高压罐中的氢气的高压化等不断发展，因此对于通过水电解装置所获得的氢气，也要求谋求进一步的高压化。在此情况下，从电解质膜起阴极电极催化剂层侧与阳极电极催化剂层侧的差压增大，因此必须以可承受此差压的方式设计水电解装置中的各构成元件。

本实用新型是与此种技术相关联而形成者，其目的在于提供一种水电解装置，所述水电解装置即便在因从电解质膜起阴极电极催化剂层侧与阳极电极催化剂层侧的差压增大，而导致施加至电解质膜中的负荷已增大的情况下，也可以有效地避免电解质膜的损伤。

[解决问题的技术手段]

为了达成所述目的，本实用新型是一种包括水电解单元的水电解装置，所述水电解单元具有：电解质膜，在一侧的面上设置有阳极电极催化剂层、且在另一侧的面上设置有阴极电极催化剂层；阳极隔板，层叠在覆盖阳极电极催化剂层的阳极供电体上；以及阴极隔板，层叠在覆盖阴极电极催化剂层的阴极供电体上；且通过水的电解，以与从所述电解质膜朝所述阳极电极催化剂层侧产生的氧气相比变成高压的方式，从所述电解质膜朝所述阴极电极催化剂层侧产生氢气，所述水电解装置的特征在于：所述水电解单元沿着所述阳极隔板与所述电解质膜及所述阴极隔板的层叠方向，贯穿形成有使所述氢气流通的氢气连通孔，且所述电解质膜的设置在所述氢气连通孔的附近且从所述阴极电极催化剂层中露出的露出面由多孔质体覆盖。

在所述水电解装置中，在电解质膜的氢气连通孔的附近设置从阴极电极催化剂层中露出的露出面，此露出面由多孔质体覆盖。多孔质体即便在因从电解质膜起阴极电极催化剂层侧与阳极电极催化剂层侧的差压增大而导致被施加的负荷已增大的情况下，通过所述多孔质体的细孔如被压缩那样进行形状变化，也可以良好地吸收所述负荷。因此，电解质膜的露出面即便从阴极电极催化剂层中露出，通过由多孔质体覆盖，也避免受到所述负荷的影响而损伤。

另外，若通过所述负荷来将多孔质体按压在露出面上，则电解质膜的一部分进入所述多孔质体的细孔内，由此在相互之间产生锚固效应(anchor effect)。因此，在经由多孔质体而施加至露出面上的所述负荷已增大的情况下，可抑制所述露出面在其面方向上伸长变形。由此，也避免电解质膜的损伤。

根据以上所述，根据所述水电解装置，即便在因从电解质膜起阴极电极催化剂层侧与阳极电极催化剂层侧的差压增大，而导致施加至电解质膜中的负荷已增大的情况下，也可以有效地避免电解质膜的损伤。

在所述水电解装置中，优选所述多孔质体为所述阴极供电体，且所述阴极供电体的面对所述露出面的面的背面的至少所述氢气连通孔的附近由绝缘片覆盖。在此情况下，使覆盖阴极电极催化剂层的阴极供电体朝氢气连通孔侧延伸，而覆盖电解质膜的露出面，由此可将所述阴极电极催化剂层的延伸部分用作所述多孔质体。由此，可获得能够不增加零件数、或不使制造步骤繁杂化，而有效地避免电解质膜的损伤的水电解装置。

另外，在水电解装置中，有时配设在氢气连通孔的附近且与阴极隔板电连接的导电性的构件形成将经由所述阴极隔板所供给的电流引导至阴极电极催化剂层中的导电通道。因此，若如所述那样使阴极供电体朝氢气连通孔侧延伸，则使所述阴极供电体的端部接近导电通道。即便在此情况下，由于阴极供电体的氢气连通孔侧的端部的面对露出面的面的背面由绝缘片覆盖，因此也可以避免电流集中流入所述端部中。由此，可抑制在阴极供电体的氢气连通孔侧的端部产生腐蚀，因此可提升水电解装置的耐久性。

在所述水电解装置中，优选所述阴极供电体在被施加了比所述水电解装置的通常运转时被施加的压力高的压力的情况下，所述阴极供电体的细孔被压缩且进行形状变化，在所述水电解装置的通常运转时，所述细孔被维持成压缩前的形状。在此情况下，在水电解装置的通常运转时，可使阴极电极催化剂层中产生的氢气经由阴极供电体的细孔的内部而良好地流入氢气连通孔的内部。

另一方面，在水电解装置的异常时等，在对阴极供电体施加了比通常运转时被施加的压力大的压力的情况下，通过阴极供电体的细孔如所述那样进行形状变化，可有效地吸收由所述压力所产生的负荷。因此，在水电解装置的异常时等，即便在电解质膜的阴极电极催化剂层侧与阳极电极催化剂层侧的差压已变大的情况下，也可以抑制电解质膜损伤。

在所述水电解装置中，也可以设为所述阴极供电体与所述氢气连通孔空开间隔来配设，所述多孔质体是包含与所述阴极电极催化剂层不同的物体的多孔质构件，所述多孔质构件配设在所述阴极供电体与所述氢气连通孔之间，覆盖所述露出面。在此情况下，可使阴极供电体的氢气连通孔侧的端部远离氢气连通孔。因此，即便在氢气连通孔的附近形成如所述那样将电流引导至阴极电极催化剂层中的导电通道，也可以避免产生电流集中流入阴极供电体中的部位而抑制腐蚀的产生。

另外，通过在阴极供电体与氢气连通孔之间设置覆盖电解质膜的露出面的多孔质构件，与例如利用绝缘性的树脂构件等覆盖露出面的情况相比，可有效地抑制电解质膜损伤。在利用树脂构件覆盖露出面的情况下，若所述负荷增大，则树脂构件沿着面方向伸长。此时，因露出面与树脂构件之间产生的摩擦力，而导致露出面被树脂构件拉拽，因此在露出面中也容易产生沿着面方向的伸长，甚至存在电解质膜损伤的担忧。

相对于此，若为多孔质构件，则在所述负荷已增大的情况下，其细孔如被压缩那样进行变形。因此，可抑制在电解质膜的露出面中产生沿着面方向的伸长变形。另外，如上所述，在多孔质构件与露出面之间产生锚固效应，因此也可以抑制由所述负荷所引起的电解质膜自身的伸长。

因此，在所述水电解装置中，利用多孔质构件代替树脂构件来覆盖露出面，由此即便在所述负荷已变大的情况下，也可以有效地抑制电解质膜的损伤。

在所述水电解装置中，优选所述多孔质构件为导电性，且面对所述露出面的面的背面的至少所述氢气连通孔的附近由绝缘片覆盖。在此情况下，即便在氢气连通孔的附近形成如所述那样将电流引导至阴极电极催化剂层中的导电通道，也可以避免电流集中流入多孔质构件中，因此可抑制在所述多孔质构件中产生腐蚀。

在所述水电解装置中，优选在与所述绝缘片的与所述多孔质体相反侧邻接的邻接构件中，设置所述层叠方向的深度为所述绝缘片的厚度以上的收容所述绝缘片的凹部。在此情况下，可不增大水电解单元的层叠方向的厚度而设置绝缘片。因此，即便如所述那样为了抑制多孔质体的腐蚀而设置绝缘片，也可以避免施加至水电解单元中的负荷增大。

[实用新型的效果]

根据本实用新型的水电解装置，即便在因从电解质膜起阴极电极催化剂层侧与阳极电极催化剂层侧的差压增大，而导致施加至电解质膜中的负荷已增大的情况下，也可以有效地避免电解质膜的损伤。

附图说明

图1是本实用新型的第1实施方式的水电解装置的立体说明图。

图2是构成图1的水电解装置的水电解单元的分解立体说明图。

图3是图2的III-III线向视剖面图。

图4是图3的主要部分放大图。

图5是本实用新型的第2实施方式的水电解装置的主要部分放大剖面图。

[符号的说明]

10、80：水电解装置

12：水电解单元

14：层叠体

32：阳极隔板

34：阴极隔板

40：电解质膜

40a：露出面

42：阳极供电体

42a：阳极电极催化剂层

44、82：阴极供电体

44a：阴极电极催化剂层

66：导电片

66a：凹部

68：绝缘片

82a：端部

84：多孔质构件

具体实施方式

针对本实用新型的水电解装置列举适宜的实施方式，一边参照随附的附图一边详细地进行说明。另外，在以下的图中，对发挥同一或同样的功能及效果的构成元件标注同一个参照符号，有时省略重复的说明。

如图1所示，第1实施方式的水电解装置10包括将多个水电解单元12在垂直方向(箭头A方向)或水平方向(箭头B方向)上层叠而成的层叠体14。在层叠体14的层叠方向一端侧(上端侧)，朝上方依次配设端子板(terminal plate)16a、绝缘板18a及端板(end plate)20a。在层叠体14的层叠方向另一端侧(下端侧)，朝下方同样地依次配设端子板16b、绝缘板18b及端板20b。

水电解装置10经由按压机构，例如在箭头A方向上延伸的四根系杆(tie rod)22而将圆盘状的端板20a、端板20b间一体地系紧保持，并在层叠方向上紧固。另外，水电解装置10也可以采用通过包含端板20a、端板20b作为端板的箱状壳体(未图示)来一体地保持的结构。另外，水电解装置10作为整体，具有大致圆柱体形状，但可设定成立方体形状等各种形状。

在端子板16a、端子板16b的侧部，端子部24a、端子部24b朝外侧突出而设置。端子部24a、端子部24b经由配线26a、配线26b而与电解电源28电连接。

如图2及图3所示，水电解单元12包括大致圆盘状的电解质膜·电极结构体30、以及夹持此电解质膜·电极结构体30的阳极隔板32及阴极隔板34。在阳极隔板32与阴极隔板34之间，以围绕电解质膜·电极结构体30的方式配置树脂框构件36。

树脂框构件36为大致环形状，并且在此树脂框构件36的两面上设置密封构件37a、密封构件37b(参照图3)。在树脂框构件36的径向(箭头B方向)一端，在层叠方向(箭头A方向)上相互连通地设置用于供给水(纯水)的水供给连通孔38a。在树脂框构件36的径向(箭头B方向)另一端，设置用于排出因反应而生成的氧气及未反应的水(混合流体)的水排出连通孔38b。

如图1所示，在配置在层叠方向最下方的树脂框构件36的侧部连接与水供给连通孔38a(参照图2及图3)连通的水供给口39a。在配置在层叠方向最上方的树脂框构件36的侧部连接与水排出连通孔38b(参照图2及图3)连通的水排出口39b。

如图2及图3所示，在水电解单元12中设置沿着层叠方向贯穿径向的中央部的氢气连通孔38c。氢气连通孔38c将通过水的电解而生成、且已升压至例如1MPa～80MPa的状态的氢气排出。

阳极隔板32及阴极隔板34为大致圆盘状，并且例如包含碳构件等。此外，阳极隔板32及阴极隔板34也可以将钢板、不锈钢板、钛板、铝板、电镀处理钢板、或对其金属表面实施了防蚀用的表面处理的金属板压制成形。或者，也可以在进行切削加工后实施防蚀用的表面处理来构成。

电解质膜·电极结构体30包括大致环形状的包含固体高分子的电解质膜40、阳极电极催化剂层42a、及阴极电极催化剂层44a，由具有环形状的电解用的阳极供电体42及阴极供电体44(多孔质体)夹持。电解质膜40例如包含烃(HC)系的膜或氟系的膜。

电解质膜40在径向的大致中心形成氢气连通孔38c。在电解质膜40的一侧的面上，在除氢气连通孔38c的附近及此电解质膜40的外周缘部以外的部分上设置具有环形状的阳极电极催化剂层42a。在电解质膜40的另一侧的面上，在除氢气连通孔38c的附近及此电解质膜40的外周缘部以外的部分上设置具有环形状的阴极电极催化剂层44a。即，在电解质膜40的另一侧的面的氢气连通孔38c的附近的部分上，设置从阴极电极催化剂层44a中露出的露出面40a。

阳极电极催化剂层42a例如使用Ru(钌)系催化剂，并且阴极电极催化剂层44a例如使用铂催化剂。在水电解单元12中，阳极电极催化剂层42a及阴极电极催化剂层44a的与层叠方向相向的范围成为电解区域。

阳极供电体42及阴极供电体44例如包含球状雾化钛粉末的烧结体(多孔质导电体)。阳极供电体42及阴极供电体44设置研削加工后进行蚀刻处理的平滑表面部，并且空隙率被设定在10％～50％，更优选20％～40％的范围内。

阳极供电体42以设置在阳极电极催化剂层42a的与层叠方向相向的范围(电解区域)内的方式设定内径及外径。另外，在阳极供电体42的外周嵌入框部42e。框部42e比阳极供电体42更致密地构成。另外，通过致密地构成延伸至电解区域的径向外侧为止的阳极供电体42的外周部，也可以将此外周部作为框部42e。阴极供电体44在径向的大致中心形成氢气连通孔38c，并且覆盖阴极电极催化剂层44a及电解质膜40的露出面40a。

阳极隔板32及树脂框构件36与电解质膜40之间形成收容阳极供电体42的阳极室45an。阴极隔板34及树脂框构件36与电解质膜40之间形成收容阴极供电体44的阴极室45ca。

在阳极隔板32与阳极供电体42之间(阳极室45an)插装水流道构件46，并且在所述阳极供电体42与阳极电极催化剂层42a之间插装保护片构件48。如图2所示，水流道构件46具有大致圆盘状，在其外周部形成在径向上相互相向的入口突起部46a及出口突起部46b。

在入口突起部46a中形成与水供给连通孔38a连通的供给连结管路50a，并且此供给连结管路50a与水流道50b连通(参照图3)。多个孔部50c与水流道50b连通，此孔部50c朝阳极供电体42开口。在出口突起部46b中形成与水流道50b连通的排出连结管路50d，此排出连结管路50d与水排出连通孔38b连通。

保护片构件48的内周被配置在比阳极供电体42的内周更内侧，并且外周位置被设定在与电解质膜40及框部42e的外周位置相同的位置上。保护片构件48具有设置在电解区域中的多个贯穿孔48a。保护片构件48在比电解区域更靠近径向外侧具有框部48b。在框部48b中，例如形成长方形状的孔部(未图示)。

在阳极隔板32与电解质膜40之间的径向中心侧配置围绕氢气连通孔38c的大致圆筒状的连通孔体52。另外，以下有时也将水流道构件46与阳极供电体42及保护片构件48总称为阳极侧构件。在此情况下，连通孔体52在氢气连通孔38c的径向上配置在此氢气连通孔38c与阳极侧构件之间。

连通孔体52具有面对氢气连通孔38c的包含多孔质体的内侧构件54、及配置在此内侧构件54与阳极侧构件之间的外侧构件55。在外侧构件55的面对内侧构件54之侧设置收容室55a、收容室55b。收容室55a、收容室55b是将外侧构件55的径向中心侧且轴方向(层叠方向)的两端切割成环状而形成，并配置环绕氢气连通孔38c的密封构件(O型圈)56a、密封构件56b。由此，氢气连通孔38c与阳极室45an(阳极供电体42侧)得到密封。

如图2及图3所示，在外侧构件55的面对阳极侧构件之侧，在与电解质膜40相向的端面上形成配置保护片构件48的槽部55s。

在阴极室45ca内的电解区域中配置阴极供电体44、及将此阴极供电体44按压在阴极电极催化剂层44a上的负荷赋予机构58。负荷赋予机构58例如包括板弹簧60等导电性的弹性构件，并且此板弹簧60经由金属制的板弹簧固定器(垫片(shim)构件)62而对阴极供电体44赋予负荷。另外，作为弹性构件，除板弹簧60以外，可使用碟形弹簧或螺旋弹簧等。

在阴极供电体44与板弹簧固定器62之间，配置导电片66(邻接构件)与绝缘片68的一部分。如图3及图4所示，导电片66例如包含钛、不锈钢(Stainless Steel，SUS)或铁等的金属片，并且具有在径向的大致中心形成有氢气连通孔38c的环形状，被设定成与阴极供电体44大致相同的内径及外径。另外，在导电片66的面对阴极供电体44之侧，形成绝缘片68的厚度以上的深度的凹部66a。

绝缘片68包含例如聚萘二甲酸乙二酯(Polyethylene Naphthalate，PEN)或聚酰亚胺膜等绝缘性的树脂片，并且具有在径向的大致中心形成有氢气连通孔38c的环形状，被收容在导电片66的凹部66a中。即，阴极供电体44的面对电解质膜40侧的面的背面44b由绝缘片68、及导电片66的比凹部66a更靠近径向外侧的部分覆盖。另外，如图3及图4所示，优选绝缘片68仅其径向外侧的端部的一部分配设在电解区域内。但是，并不特别限定于此，绝缘片68只要以覆盖阴极供电体44的背面44b的至少氢气连通孔38c的附近的方式设置即可，例如也可以配设在比电解区域更靠近径向中心侧。

在径向上的负荷赋予机构58与氢气连通孔38c之间、且在层叠方向上的导电片66与阴极隔板34之间配置筒构件70。筒构件70具有包含例如金属等导电性的材料的圆筒形状，在中央部形成氢气连通孔38c。在筒构件70的面对阴极隔板34之侧的一端面上，形成将阴极室45ca与氢气连通孔38c连通的氢气排出通道71。

如上所述，通过在阳极隔板32与阴极隔板34之间配设连通孔体52(外侧构件55)及筒构件70，可提升水电解单元12的氢气连通孔38c的附近的耐负荷性。另外，在连通孔体52与筒构件70之间夹持电解质膜40(露出面40a)、阴极供电体44、绝缘片68及导电片66的比电解区域更靠近径向中心侧的部分(氢气连通孔38c的附近的部分)。

在阴极室45ca内的比电解区域更靠近径向外侧，以介于电解质膜40与阴极隔板34之间的方式配置密封构件(O型圈)72。在密封构件72的外周配置耐压构件74。耐压构件74具有大致环形状，并且外周部嵌合在树脂框构件36的内周部中。

在水电解单元12中，形成从阴极隔板34朝筒构件70、导电片66及阴极供电体44电连接的导电通道与从阴极隔板34朝板弹簧60、板弹簧固定器62、导电片66及阴极供电体44电连接的导电通道。

在图1中所示的端板20a中，虽然未图示，但设置与氢气连通孔38c连结的配管，在此配管中设置可限制经由氢气连通孔38c的氢气的排出的背压机构。

以下对基本上如所述那样构成的水电解装置10的动作进行说明。

如图1所示，从水供给口39a朝水电解装置10的水供给连通孔38a(参照图2)中供给水，并且经由电解电源28而对端子板16a、端子板16b的端子部24a、端子部24b赋予电压。因此，如图3所示，在各水电解单元12中，从水供给连通孔38a经由供给连结管路50a而朝水流道构件46的水流道50b中供给水。水被从多个孔部50c朝阳极供电体42中供给，并在所述阳极供电体42内移动。

因此，通过电来将水在阳极电极催化剂层42a中分解，而生成氢离子、电子及氧气。通过此阳极反应所生成的氢离子透过电解质膜40而朝阴极电极催化剂层44a侧移动，并与电子结合而获得氢气。此氢气经由阴极供电体44的细孔及氢气排出通道71而朝氢气连通孔38c中排出。

若在通过所述背压机构而限制了氢气从氢气连通孔38c中的排出的状态下，进行各水电解单元12中的水的电解反应，则阴极室45ca的内压因所生成的氢气而上升。其结果，从电解质膜40起阴极电极催化剂层44a侧(阴极室45ca)比阳极电极催化剂层42a侧(阳极室45an)升压，氢气连通孔38c内的氢气被维持成高压。由此，可从水电解装置10中取出已高压化成规定的压力的氢气。另一方面，通过阴极反应所生成的氧气与未反应的水在常压的状态下经由水排出连通孔38b及水排出口39b而朝水电解装置10的外部排出。

在水电解装置10中，如上所述，在电解质膜40的氢气连通孔38c的附近设置从阴极电极催化剂层44a中露出的露出面40a，此露出面40a由阴极供电体44覆盖。阴极供电体44包含多孔质体，因此即便在因从电解质膜40起阴极电极催化剂层44a侧与阳极电极催化剂层42a侧的差压增大而导致被施加的负荷已增大的情况下，通过所述阴极供电体44的细孔如被压缩那样进行形状变化，也可以良好地吸收所述负荷。因此，关于电解质膜40之中，特别是从阴极电极催化剂层44a中露出，并设置在容易在连通孔体52与筒构件70之间被高压压缩的部位上的露出面40a，也可以避免受到所述负荷的影响而损伤。

另外，若通过所述负荷来将阴极供电体44按压在露出面40a上，则电解质膜40的一部分进入所述阴极供电体44的细孔内，由此在相互之间产生锚固效应。因此，在经由阴极供电体44而施加至露出面40a上的所述负荷已增大时，可抑制所述露出面40a在其面方向上伸长变形。由此，也可以避免电解质膜40的损伤。

根据以上所述，根据所述水电解装置10，即便在因从电解质膜40起阴极电极催化剂层44a侧与阳极电极催化剂层42a侧的差压增大，而导致施加至电解质膜40中的所述负荷已增大的情况下，也可以有效地避免电解质膜40的损伤。

在水电解装置10中，使覆盖阴极电极催化剂层44a的阴极供电体44朝比电解区域更靠近氢气连通孔38c侧延伸，而覆盖电解质膜40的露出面40a。由此，与例如利用包含与阴极供电体44不同的物体的多孔质体覆盖露出面40a的情况相比，可不增加水电解装置10的零件数、或不使制造步骤繁杂化，而避免电解质膜40的损伤。

在水电解装置10中，作为配设在氢气连通孔38c的附近且与阴极隔板34电连接的导电性的构件，在筒构件70、导电片66及阴极供电体44中形成导电通道。因此，若如所述那样使阴极供电体44朝氢气连通孔38c侧延伸，则使所述阴极供电体44的端部接近导电通道。即便在此情况下，由于阴极供电体44的背面44b由绝缘片68覆盖，因此也可以避免电流集中流入阴极供电体44的氢气连通孔38c侧的端部中。由此，可抑制在阴极供电体44中产生腐蚀，因此可提升水电解装置10的耐久性。此时，如所述那样仅将绝缘片68的径向外侧的端部的一部分配设在电解区域内，由此可抑制绝缘片68妨碍朝向阴极供电体44的电流的流动，并有效地抑制阴极供电体44的腐蚀。

在如所述那样覆盖电解质膜40的露出面40a的阴极供电体44中，优选例如通过其材料的选定或调整空隙率等，在被施加了比水电解装置10的通常运转时被施加的压力(例如，70MPa～80MPa)高的压力的情况下，所述阴极供电体44的细孔被压缩且进行形状变化，在水电解装置10的通常运转时，细孔被维持成压缩前的形状。

由此，在水电解装置10的通常运转时，可使阴极电极催化剂层44a中产生的氢气经由阴极供电体44的细孔的内部而良好地流入氢气连通孔38c的内部。

另一方面，在水电解装置10的异常时等，在被施加了比通常运转时被施加的压力大的压力的情况下，通过阴极供电体44的细孔如所述那样进行形状变化，可有效地吸收由所述压力所产生的负荷。因此，在水电解装置10的异常时等，即便在从电解质膜40起阴极电极催化剂层44a侧与阳极电极催化剂层42a侧的差压已变大的情况下，也可以抑制电解质膜40损伤。

在水电解装置10中，在导电片66中设置凹部66a，在此凹部66a中收容绝缘片68。由此，可不增大水电解单元12的层叠方向的厚度而设置绝缘片68。因此，即便如所述那样为了抑制阴极供电体44的腐蚀而设置绝缘片68，也可以避免施加至水电解单元12中的负荷增大。

另外，树脂制的绝缘片68也具有在阴极供电体44与导电片66之间减少施加至水电解单元12中的负荷的缓冲功能。此时，若将绝缘片68按压在阴极供电体44上，则绝缘片68的一部分进入所述阴极供电体44的细孔内，由此产生锚固效应，因此可抑制绝缘片68在其面方向上伸长变形。另外，绝缘片68被收容在导电片66的凹部66a中，因此通过抵接在此凹部66a的内壁上，也可以抑制产生所述伸长变形。由此，在所述负荷已增大时，也可以有效地避免绝缘片68损伤。

继而，一边参照图5一边对第2实施方式的水电解装置80进行说明。除包括阴极供电体82来代替阴极供电体44、及进而包括多孔质构件84(多孔质体)以外，水电解装置80与第1实施方式的水电解装置10同样地构成。阴极供电体82以设置在电解区域中的方式设定其内径及外径。因此，阴极供电体82的径向中心侧的端部82a与氢气连通孔38c空开间隔来配设。

多孔质构件84配设在阴极供电体82与氢气连通孔38c之间，覆盖电解质膜40的露出面40a，并且包含与例如阳极供电体42或阴极供电体82相同的材料。另外，多孔质构件84的厚度被设定成与阴极供电体82的厚度相同，在多孔质构件84的径向的大致中心形成氢气连通孔38c。多孔质构件84的面对露出面40a的面的背面84a由绝缘片68覆盖。

在如所述那样构成的第2实施方式的水电解装置80中，可使阴极供电体82的径向中心侧的端部82a远离氢气连通孔38c。因此，即便在如所述那样配设在氢气连通孔38c的附近的筒构件70、导电片66及阴极供电体82中形成导电通道，也可以避免产生电流集中流入阴极供电体82中的部位。其结果，可有效地抑制在阴极供电体82中产生腐蚀。

此时，由于多孔质构件84由绝缘片68覆盖，因此也可以避免电流集中流入所述多孔质构件84中。由此，也可以抑制在多孔质构件84中产生腐蚀。另外，在多孔质构件84为绝缘性的情况下，水电解装置80也可以不包括绝缘片68，且不在导电片66中设置凹部66a。

另外，如所述那样在阴极供电体82与氢气连通孔38c之间设置覆盖露出面40a的多孔质构件84，由此与例如利用与所述多孔质构件84相同形状的绝缘性的树脂构件(未图示)覆盖露出面40a的情况相比，可更有效地抑制电解质膜40损伤。

即，在利用树脂构件覆盖露出面40a的情况下，若所述负荷增大，则所述树脂构件沿着面方向伸长。此时，因露出面40a与树脂构件之间产生的摩擦力，而导致露出面40a被树脂构件拉拽，因此在露出面40a中也容易产生沿着面方向的伸长，甚至存在容易产生损伤的担忧。

相对于此，若为多孔质构件84，则在所述负荷已增大的情况下，其细孔如被压缩那样进行变形，因此在面方向上伸长变形得到抑制。因此，可抑制伴随多孔质构件84的变形的露出面40a的伸长变形。另外，如上所述，在多孔质构件84与露出面40a之间产生锚固效应，因此也可以抑制由所述负荷增大所引起的露出面40a自身的伸长变形。

本实用新型并不特别限定于所述实施方式，可在不脱离其主旨的范围内进行各种变形。

[实施例]

[实施例1～实施例7]

使用将与图3同样地构成的三个水电解单元12层叠所制作的层叠体14，获得实施例1～实施例7的水电解装置10。使用未图示的面压赋予装置，以对应于从电解质膜40起阳极电极催化剂层42a侧与阴极电极催化剂层44a侧的差压的方式，对所述各水电解装置10分别赋予不同的大小的面压。

具体而言，在实施例1中赋予100MPa的面压，在实施例2中赋予200MPa的面压，在实施例3中赋予250MPa的面压，在实施例4中赋予300MPa的面压，在实施例5中赋予350MPa的面压，在实施例6中赋予400MPa的面压，在实施例7中赋予450MPa的面压。其后，将各水电解装置10解体，并针对三个水电解单元12分别确认在电解质膜40中是否产生了破损。其结果，关于实施例1～实施例7，在三个水电解单元12的任一者的电解质膜40中均未产生破损。

[比较例1～比较例7]

为了进行比较，将代替图5中所示的水电解单元12的多孔质构件84而设置与此多孔质构件84相同形状的包含PEN的所述树脂构件，并且不设置导电片66的凹部66a及绝缘片68所构成的三个水电解单元层叠来制作层叠体。使用此层叠体，获得比较例1～比较例7的水电解装置。针对所述比较例1～比较例7，也与实施例1～实施例7同样地分别赋予面压后，将各水电解装置解体，并针对三个水电解单元分别确认在电解质膜40中是否产生了破损。其结果，在比较例1～比较例3中，在三个水电解单元的任一者的电解质膜40中均未产生破损，但在比较例4～比较例7的层叠体中，在三个水电解单元的至少任一者的电解质膜40中产生了破损。

根据以上所述，可知根据利用包含多孔质体的阴极供电体44覆盖电解质膜40的露出面40a的水电解装置10，尤其在所述面压变成300MPa以上的高压下，与利用树脂构件覆盖露出面40a的情况相比，可有效地抑制电解质膜40的损伤。

[实施例8、实施例9]

使用将与图3同样地构成的五个水电解单元12层叠所制作的层叠体14，获得实施例8的水电解装置10。另外，使用将不设置图3中所示的水电解单元12的导电片66的凹部66a及绝缘片68所构成的五个水电解单元12层叠所制作的层叠体14，获得实施例9的水电解装置10。对所述水电解装置10分别供给水，并且经由电解电源28而赋予电压，由此连续3000小时进行水的电解。此时，将水电解装置10的温度设为65℃，将从电解质膜40起阳极电极催化剂层42a侧与阴极电极催化剂层44a侧的差压设为70MPa。

继而，将实施例8、实施例9的水电解装置10分别解体，针对各水电解装置10的五个水电解单元12，确认在阴极供电体44中是否产生了由腐蚀所引起的变色。其结果，在实施例8中，在五个水电解单元12的任一者的阴极供电体44中均未产生变色。另一方面，在实施例9中，也确认到产生了变色的阴极供电体44。

根据以上所述，可知即便在如所述那样使阴极供电体44朝氢气连通孔38c侧延伸，而使此阴极供电体44的端部接近导电通道的情况下，通过利用绝缘片68覆盖此阴极供电体44的背面44b，也可以有效地抑制在阴极供电体44中产生腐蚀。

Claims (6)

1.一种水电解装置，其是包括水电解单元的水电解装置，所述水电解单元具有：电解质膜，在一侧的面上设置有阳极电极催化剂层、且在另一侧的面上设置有阴极电极催化剂层；阳极隔板，经由阳极供电体而层叠在所述阳极电极催化剂层上；以及阴极隔板，经由阴极供电体而层叠在所述阴极电极催化剂层上；且通过水的电解，以与从所述电解质膜朝所述阳极电极催化剂层侧产生的氧气相比变成高压的方式，从所述电解质膜朝所述阴极电极催化剂层侧产生氢气，其特征在于，

所述水电解单元沿着所述阳极隔板与所述电解质膜与所述阴极隔板的层叠方向，贯穿形成有使所述氢气流通的氢气连通孔，且

在所述电解质膜中，设置在所述氢气连通孔的附近且从所述阴极电极催化剂层中露出的露出面由多孔质体覆盖。

2.根据权利要求1所述的水电解装置，其特征在于，

所述多孔质体为所述阴极供电体，

所述阴极供电体的面对所述露出面的面的背面的至少所述氢气连通孔的附近由绝缘片覆盖。

3.根据权利要求2所述的水电解装置，其特征在于，

所述阴极供电体在被施加了比所述水电解装置的通常运转时被施加的压力高的压力的情况下，所述阴极供电体的细孔被压缩且进行形状变化，在所述水电解装置的通常运转时，所述细孔被维持成压缩前的形状。

4.根据权利要求1所述的水电解装置，其特征在于，

所述阴极供电体与所述氢气连通孔空开间隔来配设，

所述多孔质体是包含与所述阴极电极催化剂层不同的物体的多孔质构件，

所述多孔质构件配设在所述阴极供电体与所述氢气连通孔之间，覆盖所述露出面。

5.根据权利要求4所述的水电解装置，其特征在于，

所述多孔质构件为导电性，且面对所述露出面的面的背面的至少所述氢气连通孔的附近由绝缘片覆盖。

6.根据权利要求2、3、5中任一项所述的水电解装置，其特征在于，

在与所述绝缘片的与所述多孔质体相反侧邻接的邻接构件中，设置所述层叠方向的深度为所述绝缘片的厚度以上且收容所述绝缘片的凹部。

Images