JP2001262386A - 水電解装置 - Google Patents
水電解装置Info
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- electrolysis cells
- cells
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- 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
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- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
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- 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
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- 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
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- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電流の増大を抑制された，薄形の水電解装置
を提供する。 【解決手段】 水電解装置１は，固体高分子電解質膜３
と，その両側にそれぞれ配置された陽極７および陰極１
１を有する複数の水電解セル２を備え，それら水電解セ
ル２は１つの仮想平面上に展開されて，電気的に直列接
続されている。
を提供する。 【解決手段】 水電解装置１は，固体高分子電解質膜３
と，その両側にそれぞれ配置された陽極７および陰極１
１を有する複数の水電解セル２を備え，それら水電解セ
ル２は１つの仮想平面上に展開されて，電気的に直列接
続されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，主として水素の製
造に用いられる水電解装置に関する。
造に用いられる水電解装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来，この種の装置としては特開平６−
３３２８３号公報に開示されたものが公知である。
３３２８３号公報に開示されたものが公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一般的な水電解装置は
数百cm2 程度の電極面積を持つもので，仮に，１Ａ／cm
2 の電流密度で運転するのであれば数百Ａの電流を要す
ることになり，オーム損失およびケーブルの極太化は避
けられない。また大電流を必要とする，ということは，
例えば，ＤＣ／ＤＣコンバータを入力電力の上流側に設
ける場合，コンバータ効率の低下にもつながる。これら
の問題を回避して，同量の水素を得るためには電極面積
を減らし（１Ａ／cm2 固定ならば面積が１／４で電流は
１／４），水電解セル数を増やす（面積を１／４にすれ
ば，水電解セル数を４倍にすると同一の水素量）必要が
ある。
数百cm2 程度の電極面積を持つもので，仮に，１Ａ／cm
2 の電流密度で運転するのであれば数百Ａの電流を要す
ることになり，オーム損失およびケーブルの極太化は避
けられない。また大電流を必要とする，ということは，
例えば，ＤＣ／ＤＣコンバータを入力電力の上流側に設
ける場合，コンバータ効率の低下にもつながる。これら
の問題を回避して，同量の水素を得るためには電極面積
を減らし（１Ａ／cm2 固定ならば面積が１／４で電流は
１／４），水電解セル数を増やす（面積を１／４にすれ
ば，水電解セル数を４倍にすると同一の水素量）必要が
ある。
【０００４】しかしながら従来例のごとく，複数の水電
解セルを積層すると，その積層数に限度があり，水電解
セル面積を小さくして，その水電解セル数を多くすれば
するほど均質な性能維持が難しくなってくる。また積層
構造の水電解装置と，例えばパネル状太陽電池とを組合
わせて電源付水電解装置を構成する場合，コンパクト化
の要請から，それらを重ね合せると，高さが増すため，
屋根等に設置する上で適当ではない，という問題もあっ
た。
解セルを積層すると，その積層数に限度があり，水電解
セル面積を小さくして，その水電解セル数を多くすれば
するほど均質な性能維持が難しくなってくる。また積層
構造の水電解装置と，例えばパネル状太陽電池とを組合
わせて電源付水電解装置を構成する場合，コンパクト化
の要請から，それらを重ね合せると，高さが増すため，
屋根等に設置する上で適当ではない，という問題もあっ
た。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は，電流の増大を
抑制された，薄形で，パネル状太陽電池と重ね合せた場
合にも高さを低く抑えることが可能な前記水電解装置を
提供することを目的とする。
抑制された，薄形で，パネル状太陽電池と重ね合せた場
合にも高さを低く抑えることが可能な前記水電解装置を
提供することを目的とする。
【０００６】前記目的を達成するため本発明によれば，
固体高分子電解質膜と，その両側にそれぞれ配置された
陽極および陰極とを有する複数の水電解セルを備え，そ
れら水電解セルは仮想平面上に展開されて，電気的に直
列接続されている水電解装置が提供される。
固体高分子電解質膜と，その両側にそれぞれ配置された
陽極および陰極とを有する複数の水電解セルを備え，そ
れら水電解セルは仮想平面上に展開されて，電気的に直
列接続されている水電解装置が提供される。
【０００７】前記のように構成すると，水電解装置にお
いて，電流の増大を抑制することができる。また水電解
装置の厚さを水電解セルの厚さと略同一にして，その装
置の薄形化を達成することができ，よって，この水電解
装置はパネル状太陽電池と重ね合せても，その高さを低
く抑えることが可能である。
いて，電流の増大を抑制することができる。また水電解
装置の厚さを水電解セルの厚さと略同一にして，その装
置の薄形化を達成することができ，よって，この水電解
装置はパネル状太陽電池と重ね合せても，その高さを低
く抑えることが可能である。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１〜３において，水電解装置１
は複数の水電解セル２を備え，それら水電解セル２は１
つの仮想平面上に展開されて，電気的に直列に接続され
ている。
は複数の水電解セル２を備え，それら水電解セル２は１
つの仮想平面上に展開されて，電気的に直列に接続され
ている。
【０００９】各水電解セル２は，全体として直方体形を
なし，且つ積層構造を持つもので，図２に明示するよう
に，中央にプロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜
（例えば，デュポン社製，Ｎａｆｉｏｎ）３を備え，そ
の膜３の上面側に順次，外周部にシール部材４を有する
給電体５および同様に外周部にシール部材６を有する板
状陽極７が配置され，一方，下面側に順次，外周部にシ
ール部材８を有する給電体９および同様に外周部にシー
ル部材１０を有する板状陰極１１が配置されている。固
体高分子電解質膜３の，陽極７側の上面にＩｒを有する
触媒層１２が，また陰極１１側の下面にＰｔを有する触
媒層１３がそれぞれ設けられている。
なし，且つ積層構造を持つもので，図２に明示するよう
に，中央にプロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜
（例えば，デュポン社製，Ｎａｆｉｏｎ）３を備え，そ
の膜３の上面側に順次，外周部にシール部材４を有する
給電体５および同様に外周部にシール部材６を有する板
状陽極７が配置され，一方，下面側に順次，外周部にシ
ール部材８を有する給電体９および同様に外周部にシー
ル部材１０を有する板状陰極１１が配置されている。固
体高分子電解質膜３の，陽極７側の上面にＩｒを有する
触媒層１２が，また陰極１１側の下面にＰｔを有する触
媒層１３がそれぞれ設けられている。
【００１０】図１に明示するように，陽極７の一端部側
に在る陽端子１４がシール部材６の一方の端面から外部
に突出する。陰極１１においては，陽端子１４と反対側
の他端部に在る陰端子１５がシール部材１０の他方の端
面から外部に突出する。
に在る陽端子１４がシール部材６の一方の端面から外部
に突出する。陰極１１においては，陽端子１４と反対側
の他端部に在る陰端子１５がシール部材１０の他方の端
面から外部に突出する。
【００１１】複数の水電解セル２は，相隣るものの長辺
部が平行し，且つ陽端子１４（および陰端子１５）がジ
グザクに配置されるように並べられている。これによ
り，複数の水電解セル２の各陽極７が１つ，したがって
上側の１つの仮想平面上に，また各陰極１１が他の１
つ，したがって下側の１つの仮想平面上にそれぞれ配置
される。
部が平行し，且つ陽端子１４（および陰端子１５）がジ
グザクに配置されるように並べられている。これによ
り，複数の水電解セル２の各陽極７が１つ，したがって
上側の１つの仮想平面上に，また各陰極１１が他の１
つ，したがって下側の１つの仮想平面上にそれぞれ配置
される。
【００１２】この場合，水電解セル２の数は偶数であ
り，一方の最外側に位置する水電解セル２の陽端子１４
と，他方の最外側に位置する水電解セル２の陰端子１５
とが同一側に配置されて，それらが電源に対する接続端
子として機能する。また相隣る両水電解セル２におい
て，上側に在る陽端子１４と下側に在る陰端子１５との
相対向する側の両側縁部が導電板１６を介して接続され
る。これにより，複数の水電解セル２は電気的に直列接
続される。
り，一方の最外側に位置する水電解セル２の陽端子１４
と，他方の最外側に位置する水電解セル２の陰端子１５
とが同一側に配置されて，それらが電源に対する接続端
子として機能する。また相隣る両水電解セル２におい
て，上側に在る陽端子１４と下側に在る陰端子１５との
相対向する側の両側縁部が導電板１６を介して接続され
る。これにより，複数の水電解セル２は電気的に直列接
続される。
【００１３】図２，３に明示するように，全部の水電解
セル２を挟むように，それら水電解セル２の上側および
下側に偏平な箱形をなす第１，第２流路形成部材１７，
１８がそれぞれ配置される。第１流路形成部材１７の内
部は水および酸素の流路１９として機能するもので，そ
の一側壁に水の供給口２０を，また他側壁に水および酸
素の排出口２１をそれぞれ有する。またその底壁２２に
は各陽極７に臨むように複数の開口２３が形成され，各
開口２３の周縁部は各陽極７のシール部材６に密着して
シールされる。各陽極７は，各開口２３と給電体５，し
たがって固体高分子電解質膜３とを連通する複数の細長
い連通口２４を有し，それら連通口２４は水の出，入口
および酸素の出口として機能する。第２流路形成部材１
８の内部は水素の流路２５として機能するもので，水お
よび酸素の排出口２１が存する側の一側壁に水素の排出
口２６を有する。またその天井壁２７には各陰極１１に
臨むように複数の開口２８が形成され，各開口２８の周
縁部は各陰極１１のシール部材１０に密着してシールさ
れる。各陰極１１は，各開口２８と給電体９，したがっ
て固体高分子電解質膜３とを連通する複数の連通口２９
を有し，それら連通口２９は陽極７の連通口２４と同様
に細長く形成されて，水素の出口として機能する。これ
により１つの水および酸素の流路１９および１つの水素
の流路２５が複数の水電解セル２において共有されてい
る。これは，各水電解セル２に設けられて相互に独立す
る二種の流路１９，２５を一種毎に一連に接続する場合
に比べて，流路構造の簡素化および流路形成性の向上を
図ることができる。
セル２を挟むように，それら水電解セル２の上側および
下側に偏平な箱形をなす第１，第２流路形成部材１７，
１８がそれぞれ配置される。第１流路形成部材１７の内
部は水および酸素の流路１９として機能するもので，そ
の一側壁に水の供給口２０を，また他側壁に水および酸
素の排出口２１をそれぞれ有する。またその底壁２２に
は各陽極７に臨むように複数の開口２３が形成され，各
開口２３の周縁部は各陽極７のシール部材６に密着して
シールされる。各陽極７は，各開口２３と給電体５，し
たがって固体高分子電解質膜３とを連通する複数の細長
い連通口２４を有し，それら連通口２４は水の出，入口
および酸素の出口として機能する。第２流路形成部材１
８の内部は水素の流路２５として機能するもので，水お
よび酸素の排出口２１が存する側の一側壁に水素の排出
口２６を有する。またその天井壁２７には各陰極１１に
臨むように複数の開口２８が形成され，各開口２８の周
縁部は各陰極１１のシール部材１０に密着してシールさ
れる。各陰極１１は，各開口２８と給電体９，したがっ
て固体高分子電解質膜３とを連通する複数の連通口２９
を有し，それら連通口２９は陽極７の連通口２４と同様
に細長く形成されて，水素の出口として機能する。これ
により１つの水および酸素の流路１９および１つの水素
の流路２５が複数の水電解セル２において共有されてい
る。これは，各水電解セル２に設けられて相互に独立す
る二種の流路１９，２５を一種毎に一連に接続する場合
に比べて，流路構造の簡素化および流路形成性の向上を
図ることができる。
【００１４】第１流路形成部材１７の上面に，電源とし
てのパネル状をなす太陽電池３０が重ね合せられ，その
陽端子側のリード線３１が，水電解装置１の最外側の陽
端子１４に，一方，陰端子側のリード線３２が，水電解
装置１の最外側の陰端子１５にそれぞれ接続される。
てのパネル状をなす太陽電池３０が重ね合せられ，その
陽端子側のリード線３１が，水電解装置１の最外側の陽
端子１４に，一方，陰端子側のリード線３２が，水電解
装置１の最外側の陰端子１５にそれぞれ接続される。
【００１５】前記のように構成すると，水電解装置１に
おいて，電流の増大を抑制することができる。また水電
解装置１の厚さを水電解セル２の厚さと略同一にして，
その装置１の薄形化を達成することができ，よって，こ
の水電解装置１はパネル状太陽電池３０と重ね合せて
も，その高さを低く抑えることが可能である。
おいて，電流の増大を抑制することができる。また水電
解装置１の厚さを水電解セル２の厚さと略同一にして，
その装置１の薄形化を達成することができ，よって，こ
の水電解装置１はパネル状太陽電池３０と重ね合せて
も，その高さを低く抑えることが可能である。
【００１６】水素の製造時には，陽極７側において，Ｈ
2 Ｏ→２Ｈ+ ＋1/2 Ｏ2 ＋２ｅ- の反応が発生し，また
固体高分子電解質膜３においてプロトン伝導が行われ，
さらに陰極１１側にて，２Ｈ+ ＋２ｅ- →Ｈ2 の反応が
発生する。
2 Ｏ→２Ｈ+ ＋1/2 Ｏ2 ＋２ｅ- の反応が発生し，また
固体高分子電解質膜３においてプロトン伝導が行われ，
さらに陰極１１側にて，２Ｈ+ ＋２ｅ- →Ｈ2 の反応が
発生する。
【００１７】図４，５に示す水電解装置１は１つの平板
３３上に複数の水電解セル２を展開させたもので，各水
電解セル２は，水および酸素の流路を有する第１流路形
成部材１７と水素の流路を有する第２流路形成部材１８
とを有する。図４，５において左，右方向に並ぶ第１，
第３列の複数の水電解セル２は，水，酸素用の第１流路
形成部材１７を上側に，また水素用の第２流路形成部材
１８を下側にそれぞれ位置させて平板３３上に設置さ
れ，一方，第２，第４列の複数の水電解セル２は，水素
用の第２流路形成部材１８を上側に，また水および酸素
用の第１流路形成部材１７を下側にそれぞれ位置させて
平板３３上に設置されている。第１列，左端の水電解セ
ル２の陽端子１４および第４列，左端の水電解セル２の
陰端子１５がそれぞれ電源に接続される。また第１，第
２列の複数の水電解セル２において，左端側より右端側
に向って，第１列→第２列→第１列→第２列……→第２
列の順序で，陽極７および陰極１１が導体３４を介して
直列接続され，一方，第３，第４列の複数の水電解セル
２において，右端側より左端側に向って，第３列→第４
列→第３列→第４列……→第４列の順序で，陽極７およ
び陰極１１が導体３５を介して直列に接続され，さらに
第２列，右端の水電解セル２の陰極１１と第３列，右端
の水電解セル２の陽極７とが導体３６を介して接続され
ている。これにより，複数の水電解セル２は電気的に直
列に接続される。第１〜第４列，左端の各水電解セル２
における第１流路形成部材１７は導管３７が介して水供
給管３８に接続され，また第１〜第４列，右端の各水電
解セル２における第１流路形成部材１７は導管３９を介
して水および酸素排出管４０に接続され，さらに各列に
おける相隣る両水電解セル２の第１流路形成部材１７間
は導管４１を介して接続される。
３３上に複数の水電解セル２を展開させたもので，各水
電解セル２は，水および酸素の流路を有する第１流路形
成部材１７と水素の流路を有する第２流路形成部材１８
とを有する。図４，５において左，右方向に並ぶ第１，
第３列の複数の水電解セル２は，水，酸素用の第１流路
形成部材１７を上側に，また水素用の第２流路形成部材
１８を下側にそれぞれ位置させて平板３３上に設置さ
れ，一方，第２，第４列の複数の水電解セル２は，水素
用の第２流路形成部材１８を上側に，また水および酸素
用の第１流路形成部材１７を下側にそれぞれ位置させて
平板３３上に設置されている。第１列，左端の水電解セ
ル２の陽端子１４および第４列，左端の水電解セル２の
陰端子１５がそれぞれ電源に接続される。また第１，第
２列の複数の水電解セル２において，左端側より右端側
に向って，第１列→第２列→第１列→第２列……→第２
列の順序で，陽極７および陰極１１が導体３４を介して
直列接続され，一方，第３，第４列の複数の水電解セル
２において，右端側より左端側に向って，第３列→第４
列→第３列→第４列……→第４列の順序で，陽極７およ
び陰極１１が導体３５を介して直列に接続され，さらに
第２列，右端の水電解セル２の陰極１１と第３列，右端
の水電解セル２の陽極７とが導体３６を介して接続され
ている。これにより，複数の水電解セル２は電気的に直
列に接続される。第１〜第４列，左端の各水電解セル２
における第１流路形成部材１７は導管３７が介して水供
給管３８に接続され，また第１〜第４列，右端の各水電
解セル２における第１流路形成部材１７は導管３９を介
して水および酸素排出管４０に接続され，さらに各列に
おける相隣る両水電解セル２の第１流路形成部材１７間
は導管４１を介して接続される。
【００１８】第１〜第４列，右端の各水電解セル２にお
ける第２流路形成部材１８は導管４２を介して水素排出
管４３に接続され，さらに各列における相隣る両水電解
セル２の第２流路形成部材１８間は導管４４を介して接
続される。
ける第２流路形成部材１８は導管４２を介して水素排出
管４３に接続され，さらに各列における相隣る両水電解
セル２の第２流路形成部材１８間は導管４４を介して接
続される。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば前記のように構成するこ
とによって，電流の増大を抑制された，薄形で，パネル
状太陽電池と重ね合せた場合にも高さを低く抑えること
が可能な水電解装置を提供することができる。
とによって，電流の増大を抑制された，薄形で，パネル
状太陽電池と重ね合せた場合にも高さを低く抑えること
が可能な水電解装置を提供することができる。
【図１】複数の水電解セルを１つの仮想平面上に展開し
た状態を示す平面図である。
た状態を示す平面図である。
【図２】水電解装置の一例の断面図で，図１の２−２線
拡大断面図に相当する。
拡大断面図に相当する。
【図３】水電解装置の一例の分解斜視図である。
【図４】水電解装置の他例の平面図である。
【図５】水電解装置の他例の分解説明図である。
１ 水電解装置 ２ 水電解セル ３ 固体高分子電解質膜 ７ 陽極 １１ 陰極 １９ 水および酸素の流路 ２５ 水素の流路 ３０ 太陽電池
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡部 昌規 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 浦田 健多 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 4K021 AA01 BA02 CA05 CA08 CA09 DB02 DB07 DB12 DB31 DB43 DB46
Claims (4)
- 【請求項１】 固体高分子電解質膜（３）と，その両側
にそれぞれ配置された陽極（７）および陰極（１１）と
を有する複数の水電解セル（２）を備え，それら水電解
セル（２）は仮想平面上に展開されて，電気的に直列接
続されていることを特徴とする水電解装置。 - 【請求項２】 複数の前記水電解セル（２）の電源とし
て太陽電池（３０）を備えている，請求項１記載の水電
解装置。 - 【請求項３】 複数の前記水電解セル（２）の各陽極
（７）が１つの仮想平面上に，また各陰極（１１）が他
の１つの仮想平面上にそれぞれ配置され，１つの水およ
び酸素の流路（１９）および１つの水素の流路（２５）
が複数の前記水電解セル（２）において共有されてい
る，請求項１または２記載の水電解装置。 - 【請求項４】 前記太陽電池（３０）はパネル状をな
し，複数の前記水電解セル（２）上に重ね合せられてい
る，請求項２または３記載の水電解装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000076328A JP2001262386A (ja) | 2000-03-14 | 2000-03-14 | 水電解装置 |
| US09/804,083 US20010035345A1 (en) | 2000-03-14 | 2001-03-13 | Water electrolytic apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000076328A JP2001262386A (ja) | 2000-03-14 | 2000-03-14 | 水電解装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001262386A true JP2001262386A (ja) | 2001-09-26 |
Family
ID=18594088
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000076328A Pending JP2001262386A (ja) | 2000-03-14 | 2000-03-14 | 水電解装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20010035345A1 (ja) |
| JP (1) | JP2001262386A (ja) |
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