JP2001279480A

JP2001279480A - 電解セル

Info

Publication number: JP2001279480A
Application number: JP2000098136A
Authority: JP
Inventors: Manabu Toyoshima; 学豊島; Shingo Torio; 眞吾鳥生; Masaru Yonezawa; 勝米沢
Original assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Current assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2001-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】高圧に耐え得るべく耐圧強度を向上させると
共に、各要素間において高いシール性を維持すべく構成
された電解セルを提供すること課題とする。【解決手段】固体電解質膜（２）と、固体電解質膜
（２）の両側に設けられた電極板（４）と、固体電解質
膜（２）と電極板（４）との間に介在する給電体（５）
とを有する電解セルであって、電極板（４）の周縁部近
傍にはシール部材（７）を配するための凹型の溝（１
１）が形成されており、シール部材（７）を介して電極
板（４）が積層される際に、シール部材（７）の所定部
位が溝（１１）から電解セルの内方および外方に張り出
すべく、シール部材（７）が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水等を電気分解し
て水素ガスおよび酸素ガスを発生させる水素酸素発生装
置等の水電解装置に関し、詳しくは、水電解装置を構成
する際に用いられる電極板、電極板ユニット、および電
解セル等に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来技術に係る水素酸素発生装置を構成
する電解セルとしては、例えば、特開平８−２３９７８
８号公報に開示された技術が知られている。

【０００３】従来技術に係る電解セルは、固体電解質膜
ユニットを所定組並べ合わせて構成されており、係る固
体電解質膜ユニットは、固体電解質膜の両側に電極板を
有している。そして、この固体電解質膜ユニットにおい
ては、陽極板と固体電解質膜とに挟まれた空間が酸素発
生室たる陽極室となり、陰極板と固体電解質膜とに挟ま
れた空間が水素発生室たる陰極室となる。各室には、多
孔質の給電体が収容されている。

【０００４】また、複極式の電極を用いて構成される電
解セルの場合には、並べ合わせた固体電解質膜ユニット
の両端（すなわち、電解セルの両端部）の電極板に直流
電圧を印可すると、各端部電極板はそれぞれ単極式電極
板（陽極および陰極）となり、電解セルの中間部（単極
式電極板で挟まれた中間部）に位置する電極板は複極式
電極板となる。ここで、複極式電極板とは、電極板の一
方の面が陽極となり、他方の面が陰極となる電極板のこ
とである。そして、係る構成においては、電極板の陽極
側と各固体電解質膜とに挟まれた空間が酸素発生室たる
陽極室となり、電極板の陰極側と各固体電解質膜とに挟
まれた空間が水素発生室たる陰極室となる。

【０００５】ここで、図１０は、従来技術に係る電解セ
ルの構成の一例を示したものである。また、図１１は、
図１０に示された電解セルを構成している複極式の電極
板を示したものである。

【０００６】図１０に示された電解セル１５１において
は、単極式の電極板１５３ａと電極板１５３ｂとの間に
複極式の電極板１５２が配されており、単極式の電極板
１５３ａ，１５３ｂと複極式の電極板１５２との間に
は、固体電解質膜１５４、多孔質給電体１５５、多孔質
給電体１５５を外部から隔離するシリコーンゴム製の環
状ガスケット１５６、環状保護シート１５７等が設けら
れている。具体的には、電極板１５２，１５３ａ，１５
３ｂと固体電解質膜１５４との間には、多孔質給電体１
５５が設けられており、電極板１５２，１５３ａ，１５
３ｂと多孔質給電体１５５との間には、環状ガスケット
１５６が設けられ、多孔質給電体１５５と固体電解質膜
１５４との間には、環状保護シート１５７が設けられて
いる。

【０００７】そして、複極式の電極板１５２には、酸素
ガス取り出し用経路１５８、酸素ガス流通通路１５８
ａ、陰極室用のドレン水排出用経路１６１、およびドレ
ン水排出通路１６１ａ等が形成されている。なお、図１
０においては省略したが、図１１をも参照すれば、この
複極式の電極板１５２には、純水供給用経路１６０、純
水流通通路１６０ａ、水素ガス取り出し用経路１５９、
および水素ガス流通通路１５９ａも形成されていること
が明らかである。

【０００８】また、図１０によれば、単極式の電極板１
５３ａ，１５３ｂの外側（固体電解質膜１５４等を有す
る面の反対側）には、それぞれ端板１６２が設けられて
おり、係る端板１６２同士は、電極板１５２，１５３
ａ，１５３ｂ等を貫通させた状態で、締付ボルト等にて
締め付けることによって固定されている。すなわち、締
結ボルト等の締付手段を用いて端板１６２と端板１６２
との間に設けられた各要素を所定間隔等に固定した状態
で電解セル１５１が組み立てられている。

【０００９】さらに、上述した多孔質給電体１５５は、
メッシュや焼結体等の通気性材料から形成されており、
その側面からも自在に流体が流通できるように構成され
ている。また、電極板１５２，１５３ａ，１５３ｂに
は、各流体の通路１５８ａ，１５９ａ，１６０ａ，１６
１ａが形成されている。すなわち、こららの通路１５８
ａ，１５９ａ，１６０ａ，１６１ａのためのガスケット
座を形成する必要もあることから、電極板１５２，１５
３ａ，１５３ｂは、比較的厚めのチタン板等を用いて形
成されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術に係る電解セルには、次のような問題があった。

【００１１】上述した電解セルを構成する環状ガスケッ
トは、酸素発生室と水素発生室とをセル外部から隔離す
るための耐圧部品としての機能を有する。しかし、環状
ガスケット自体が軟質であるため、内圧が高くなれば、
環状ガスケットがその内圧によって締付ボルトの間から
外方へはみ出すおそれがある。したがって、従来技術に
係る電解セルは、高圧使用には不向きなものとなる。

【００１２】また、この環状ガスケットは、他の部品に
比較して熱膨張率が大きい。したがって、環状ガスケッ
トには、使用中に大きな膨張が発生し、結果的に締結ボ
ルトによる締め付け力が増大して、電解セルに種々の問
題が生ずるおそれがある。例えば、電解セルの構成要素
に疲労破壊等が発生する場合がある。

【００１３】さらに、従来技術に係る電解セルを構成す
る電極板等は、通常、外気にさらされている。したがっ
て、従来技術に係る電解セルは、耐候性が低いという問
題があった。

【００１４】そこで、本発明は上記従来技術に係る問題
を解決するためになされたものであって、高圧に耐え得
るべく耐圧強度を向上させると共に、各要素間において
高いシール性を維持すべく構成された電解セルを提供す
ること課題とする。また、本発明は、耐候性を向上さ
せ、寿命を伸ばすことが可能な電解セルを提供すること
を課題とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】すなわち、上記課題を解
決するための本発明は、固体電解質膜と、前記固体電解
質膜の両側に設けられた電極板と、前記固体電解質膜と
前記電極板との間に介在する給電体とを有する電解セル
であって、前記電極板の周縁部近傍にはシール部材を配
するための凹型の溝が形成されており、前記シール部材
を介して前記電極が積層される際に、前記シール部材の
所定部位が前記溝から前記電解セルの内方および外方に
張り出すべく、前記シール部材が形成されていることを
特徴としている。

【００１６】本発明によれば、前記電解セルを構成する
際において、前記シール部材の所定部位が前記溝から前
記電解セルの内方および外方に張り出すべく、前記シー
ル部材が形成されているので、使用時等において前記電
解セル内の圧力が上昇したとしても、上記張り出しによ
る自締作用によって高圧に耐え、水素、酸素、および純
水の漏れを防止することができる。したがって、本発明
によれば、耐圧強度を向上させると共に、各要素間にお
いて高いシール性を維持すべく構成された電解セルを得
ることができる。

【００１７】また、本発明に係る電解セルにおいては、
前記シール部材を前記溝に嵌入させた際における前記シ
ール部材の肩部が、前記電解セルの内方および外方に突
出すべく、前記シール部材が形成されている構成が好ま
しい。具体的には、例えば、前記シール部材の断面形状
が、ダイヤモンド形状あるいは逆台形形状であることが
好ましい。

【００１８】また、上記課題を解決するための本発明
は、固体電解質膜と、前記固体電解質膜の両側に設けら
れた電極板と、前記固体電解質膜と前記電極板との間に
介在する給電体とを有する電解セルであって、前記電極
板の外周面が樹脂材料を用いて固着されていることを特
徴としている。

【００１９】本発明に係る電解セルによれば、前記電極
板の外周全面が樹脂にて固着されているので、水素、酸
素、および純水が前記電解セルの外方に漏れるのを防ぐ
ことが可能となる。また、前記電極板に直接的に外気が
触れることもなくなるので、前記電解セルの耐候性を向
上させることが可能となり、延いては、前記電解セルの
寿命を伸ばすことが可能となる。さらに、使用中におい
て、前記電解セルに熱膨張等が発生したとしても、前記
樹脂材料によって固着されていることにより、前記樹脂
材料が構成要素の熱膨張等の変化に対する抗力となる。
したがって、本発明に係る電解セルによれば、前記電解
セルを構成する各要素における疲労破壊等を効果的に防
止することが可能となる。

【００２０】また、本発明に係る電解セルにおいては、
前記樹脂材料が、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、お
よびシリコン樹脂の少なくとも一つから成ることが好ま
しい。

【００２１】また、本発明に係る電解セルにおいては、
前記固体電解質膜と前記給電体との接触状態を調整すべ
く、前記電極板間にシムが設けられている構成が好まし
い。ここで「シム」とは、高さや隙間の調整のために敷
く（あるいは挟む）薄い板（例えば、銅、鋼、プラスチ
ック、ゴム、合成樹脂等から成る板）のことである。

【００２２】この好ましい構成によれば、上述した耐圧
構造を実現しつつ、前記固体電解質膜と前記給電体との
接触状態を調整可能であるため、電解効率の向上、長寿
命化等を実現することが可能となる。さらに、本発明に
係る電解セルにおいては、前記電極板の周縁部の全周に
わたるべく、前記シムが無端形状に形成されている構成
が好ましい。ここで、無端形状とは、端部を有さずに連
続したリング形状のことをいい、その形状は特に円形
状、角形状に限定されるものではなく、前記電極板の周
縁部の適切な位置に装着可能であればよい。

【００２３】また、本発明に係る電解セルにおいては、
二つの端板間に、前記固体電解質膜と前記電極板と前記
給電体と前記シムとが積層して構成され、前記端板間が
複数本のボルトおよび前記ボルトに対応したナットを用
いて締め付けられており、前記ナットと前記端板との間
には付勢力を有する緩衝部材が設けられている構成が好
ましい。

【００２４】この好ましい構成によれば、上述した種々
の効果と共に、前記緩衝部材を設けることによって、前
記電解セルに対して当初与えられた締め付け面圧等を効
果的に維持することが可能となる。

【００２５】また、本発明に係る電解セルにおいては、
前記緩衝部材が、皿バネおよびコイルバネの少なくとも
一方である構成が好ましい。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
実施の形態を説明する。

【００２７】図１は、本発明の実施形態に係る電解セル
の概略図を示したものであり、図１（ａ）は電解セルの
平面図を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）の一部を断面に
したI−I線矢視の側面図を示している。また、図２は、
図１（ａ）のII−II線断面のうちの要部を示す断面図で
ある。また、図３は、図１（ａ）のIII−III線断面のう
ちの要部を示す断面図である。また、図４は、本発明に
係る電解セルを構成する電極板ユニットの分解斜視図を
示したものである。本実施形態においては、この図４に
示した電極板ユニットと後述する固体電解質膜等とを用
いて電解セルが構成されている。

【００２８】図１〜図３に示す電解セル１は、固体電解
質膜２と電極板ユニット３とを複数積層して構成されて
いる。すなわち、固体電解質膜２を電極板ユニット３に
て挟持するように、固体電解質膜２と電極板ユニット３
とを所定数積層して構成されている。そして、固体電解
質膜２および電極板ユニット３が、両端側のそれぞれに
設けられた端板２２で挟持され、締付ボルト２３によっ
て締め付けられることによって電解セル１が構成されて
いる。

【００２９】また、本実施形態に係る電解セル１におい
ては、締付ボルト２３に対し複数の皿バネ２５を介して
ナット２４が取り付けられている。そして、電解セルの
組立時においては、固体電解質膜２および電極板ユニッ
ト３等を積層した後に、プレス機で締め付けた状態で、
締付ボルト２３等による締め付けが行われている。

【００３０】電極板ユニット３は、チタン板製の電極板
４の両面側に、多孔質給電体５とスペーサ６とシール部
材７等とが配設して構成されている。また、後述すべ
く、スペーサ６等には、発生した酸素ガスを取り出すた
めに用いられる酸素用孔１３、発生した水素ガスを取り
出すために用いられる水素用孔１４、電気分解に供され
る純水を供給するために用いられる純水用孔１５，１６
が形成されている。

【００３１】次に、図４を用いて、電極板４およびその
周辺の構造を詳細に説明する。

【００３２】電極板４は、その内方部分たる板部分４ａ
と、この板部分４ａの外周部に設けられた周縁部４ｂ等
とから形成されいる。また、この板部分４ａと周縁部４
ｂとの間には、外方側突条１２ａおよび内方側突条１２
ｂが形成されいている。すなわち、周縁部４ｂの内方縁
に沿って、シール部材７用の溝１１が屈曲によって形成
されている。この溝１１の外方側および内方側は溝１１
に沿った突条１２ａ，１２ｂとなるように屈曲されてい
る。また、電極板４は、チタン板を型プレスによって成
形することにより得ることができる。さらに、電極板ユ
ニット３を積層したときに接触する（および接触するお
それがある）電極板４の所定部分には、電気的絶縁のた
めのコーティングが施されている。例えば、シール部材
用溝１１の底部にはテフロン（登録商標）（ポリテトラ
フルオロエチレン）のコーティングが施されている。

【００３３】電極板４の両面側には、その中央部にそれ
ぞれ多孔質給電体５（Ａ），５（Ｃ）が配置され、多孔
質給電体５の両側にスペーサ６がそれぞれ配置されてい
る。また、このスペーサ６は、内方側突条１２ｂの存在
により、下面側のスペーサ６ｃ，６ｄの方が上面側のス
ペーサ６ａ，６ｂよりも大きく形成されている。

【００３４】そして、内方側突条１２ｂの裏側（下面
側）のデッドスペースには環状のスペーサ６ｅが嵌着さ
れている。電極板４およびスペーサ６には、対応する位
置に流体通路孔（酸素用孔１３、水素用孔１４、純水用
孔１５，１６）が穿設されている。具体的には、図２、
図３、および図４にしめすべく、電極板４の左方のスペ
ーサ６ａ，６ｃおよび対応する電極板４の所定位置に穿
設されているは酸素用孔１３および水素用孔１４であ
り、右方のスペーサ６ｂ，６ｄおよび対応する電極板４
の所定位置に穿設されているのは純水用孔１５，１６で
ある。

【００３５】図２、図３、および図４においては、電極
板４の上面側のスペースが水素発生室Ｃとなり、下面側
のスペースが酸素発生室Ａとなる。そして、電極板４に
屈曲によって形成された溝１１には、これらの水素発生
室Ｃと酸素発生室Ａとを外部からシールするためのシー
ル部材７が嵌着される。

【００３６】また、図２、図３、および図４に示すよう
に、電極板４の上面左方のスペーサ６ａの下面における
酸素用孔１３の周囲にはＯリング溝１７が形成されてお
り、水素用孔１４から多孔質給電体に対向する縁まで水
素用溝１８が形成されている。このスペーサ６ａの上面
における酸素用孔１３の周囲にもＯリング溝１７が形成
されている。

【００３７】また、電極板４の下面左方のスペーサ６ｃ
の上面における水素用孔１４の周囲にはＯリング溝１７
が形成されており、酸素用孔１３から多孔質給電体５に
対向する縁まで酸素用溝１９が形成されている。このス
ペーサ６ｃの下面における水素用孔１４の周囲にもＯリ
ング溝１７が形成されている。

【００３８】さらに、電極板４の上面右方のスペーサ６
ｂの上面および下面ともに、純水用孔１５，１６の周囲
には、Ｏリング溝１７が形成されている。また、電極板
４の下面右方のスペーサ６ｄの上面における純水用孔１
５，１６から多孔質給電体５に対向する縁まで純水用溝
２０が形成されている。また、各Ｏリング溝１７には、
Ｏリング２１が嵌着される。

【００３９】下面右方のスペーサ６ｄに形成された純水
用溝２０は、他のスペーサ６ａ，６ｃに形成された水素
用溝１８および酸素用溝１９と異なる形に形成されてい
る。すなわち、水素用溝１８および酸素用溝１９は独立
した一本の溝として水素用孔１４および酸素用孔１３か
らそれぞれ形成されている。しかしながら、純水用溝２
０は、二つの純水用孔１５，１６からこれらの孔に連通
する広い凹所２０ａと、この凹所２０ａから多孔質給電
体５に対向する縁まで複数本形成された小溝２０ｂとか
ら構成されている。純水用溝２０の凹所２０ａ、小溝２
０ｂは略扇状に形成されている。これは、被分解水たる
純水が多孔質給電体５にできるだけ均一に行き渡るよう
に工夫されたものである。

【００４０】また、本実施形態においては、強度を向上
させる等の目的のために、スペーサ６がチタン等の金属
を用いて形成されているため、各スペーサ６と電極板４
との間には、各スペーサ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの大き
さに応じた絶縁シート９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄが設けら
れている。この絶縁シート９には、それぞれ所定の位置
に（対応する位置に）、流体通路孔（酸素用孔１３、水
素用孔１４、純水用孔１５，１６）が穿設されている。

【００４１】さらに、本実施形態に係る電解セル１にお
いては、電極板４の一部たる周縁部４ｂ（板部分４ａの
外周部であって、外方側突条１２ａの外周部）に、シム
１０を配設すべく構成されている。

【００４２】また、図５は、本実施形態に係る電解セル
１を構成するシール部材７の拡大断面図を示したもので
あり、シール部材７の断面形状は、図２、図３、および
図５に示すべく、いわゆるダイヤモンド形状となってい
る。

【００４３】本実施形態に係る電解セル１は、以上のよ
うに構成されているため、次のような効果を得ることが
できる。

【００４４】すなわち、本実施形態に係る電解セル１
は、複数積層された電極板４の全周の隙間に（周縁部４
ｂ上に）、所定厚さのシム１０が挿入されているので、
電極板４間の隙間が均一となり、固体電解質膜２と多孔
質給電体５とに対して所定の締め付け面圧をかけ、全面
均一に面圧をかけることが可能となる。通常、液漏れ等
を防止するために電極板４内部には、弾性体たるシール
部材等が設けられている。このようなシール部材は圧縮
量が不均一であるため、電極板４の各段の隙間が不均一
になりがちである。しかしながら、上記のように、各段
にシム１０を設ける構成であれば、シム１０が所定の剛
性を有することによって、係る隙間を容易に均一に保つ
ことが可能となる。なお、シム１０を形成する材料とし
ては、所定の耐熱性（８０℃程度に耐えうる性質）およ
び絶縁性を有するプラスチック等の合成樹脂、セラミッ
ク、表面に絶縁性材料を被覆した金属等があげられる。
このように絶縁性を兼ね備えた材料とすることにより、
隣接する電極板間の絶縁を確実に行うことができる。ま
た、上述した材料の中でも、加工性およびコスト（低コ
ストにて作製可能な点）等から鑑みれば、合成樹脂（例
えば、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ等）を用いることが好ましい。
また、本実施形態においては、シムが電極板４の全周に
わたる形状である場合について説明したが、本発明はこ
の構成に限定されるものではなく、必要に応じて、電極
板の四辺に対してそれぞれシムを設けるような構成であ
ってもよい。

【００４５】また、本実施形態に係る電解セル１を構成
するスペーサ６は、チタン、ステンレス等の金属を用い
て形成されている。このスペーサ６を樹脂等を用いて形
成すれば、機械的強度および熱的強度が不足することに
よって、水素側と酸素側との差圧により、漏れが生ずる
可能性がある。しかしながら、本実施形態に示すべく、
金属を用いてスペーサ６を形成すれば、機械的強度と熱
的強度とを共に向上させることが可能となるため、水素
側と酸素側との差圧による漏れ等は生じないこととな
る。さらに、本実施形態においては、電極板４間の絶縁
を確保するため、スペーサ６と電極板４との間に、絶縁
シート９が挿入されている。この絶縁シート９は、本実
施形態のように、金属製のスペーサ６を用いる場合や、
電極板４に特に樹脂コーティング（絶縁コーティング）
等を行わないときに必要となる。

【００４６】また、本実施形態に係る電解セル１を構成
するシール部材７は、図２、図３、および図５に示すべ
く、その断面形状が、いわゆるダイヤモンド形状に形成
されている。そして、このような形状のシール部材７
は、電解セル１の組み立て時において上部から圧縮され
ると、図５の仮想線（二点鎖線）で示すように変形す
る。具体的には、圧縮されることによって、シール部材
７の両肩部７ａ，７ａが、左右に突き出すように変形す
る（図２、図３、および図５参照）。従来技術に係るシ
ール部材、いわゆる一般的なＯリング、六角形リング、
八角形リングを用いる場合は、電解セル内の圧力が高圧
力となれば、各シール部材は電解セルの外側にはみ出す
ように変形してしまうので、水素、酸素、および純水が
漏れる可能性がある。しかしながら、本実施形態に係る
シール部材７（断面形状がダイヤモンド形状であるシー
ル部材７）によれば、組み立て時に、図５に示すべく両
肩部７ａ，７ａが電解セル１の内側と外側とに張り出す
ように変形するため（図５の仮想線部参照）、その後電
解セル内の圧力が上昇したとしても、上記張り出しによ
る自締作用によって高圧に耐え、水素、酸素、および純
水の漏れを防止することができる。すなわち、シール部
材７は、溝１１に嵌着されたうえで、隣接する（上方に
位置する）電極板４の溝１１の底部によって押圧され
る。したがって、閉止された溝１１内で上記押圧および
内圧によってシール効果を発揮する。その結果、従来の
平板状ガスケットのごとく締めすぎによって外方へのみ
はみ出したり、クリープ劣化を生じることがない。な
お、このシール部材７を形成する材料としては、ゴム、
合成樹脂（例：テフロン（ポリテトラフルオロエチレ
ン））、フッ素ゴム等の比較的に弾性に富む材料が用い
られる。また、このシール部材７の形状は、ダイヤモン
ド形状に限定されるものではなく、シール部材７の所定
部分が電解セル１の内方および外方にはみ出すような形
状であれば、如何なる形状であってもよい。したがっ
て、例えば、逆台形形状等であってもよい。

【００４７】また、本実施形態に係る電解セル１は、そ
の組立時において、固体電解質膜２および電極板ユニッ
ト３等を積層した後に、プレス機で締め付けた状態で、
締付ボルト２３等による締め付けが行われている。従来
技術においては、複数のボルトをトルクレンチ等を用い
て締め付けていたが、ボルトの摩擦抵抗、片締め等によ
り、給電体と固体電解質膜とに所定の締め付け面圧を与
えることと、締め付け面圧を全面均一にすることとが非
常に困難であった。しかしながら、本実施形態において
は、プレス機を用いて電解セル１の組み立てを行うこと
によって、容易に給電体と固体電解質膜とに所定の締め
付け面圧を与えることが可能となり、さらに、この締め
付け面圧の全面均一化をも比較的容易に行うことができ
る。

【００４８】また、本実施形態に係る電解セル１におい
ては、締付ボルト２３に対し複数の皿バネ２５を介して
ナット２４が取り付けられている。したがって、本実施
形態によれば、締め付けボルト２３に設けられた皿バネ
２５がボルト２３およびナット２５に付勢力を与えるこ
とによって、この電解セル１を長期間使用した場合であ
っても、当初与えられた締め付け面圧等を効果的に維持
することが可能となる。すなわち、この皿バネ２５が、
電解セル１（を構成する電極板４等）に発生する熱膨
張、熱収縮等を緩衝するための緩衝部材として機能する
こととなる。ここで、緩衝部材としては、皿バネ２５を
用いる場合について説明したが、本発明は、この構成に
限定されるものではなく、例えば、コイルバネ等を用い
てもよい。

【００４９】なお、本実施形態においては、スペーサ６
が金属を用いて一体的に形成された場合について説明し
たが、本発明はこの構成に限定されるものではない。し
たがて、例えば、図６に示すべく、スペーサを構成して
もよい。図６に示されたスペーサ４６は、テフロン（ポ
リテトラフルオロエチレン）製の本体部４７（図６にお
いては破線にて示す）と、この本体部４７にはめ込むべ
く形成された第一の補強プレート４８および第二の補強
プレート４９とから構成されている。ここで、図６
（ａ）は、本体部４７と補強プレート４８とを用いて形
成されたスペーサ４６の平面図を示し、図６（ｂ）は、
図６（ａ）のＢ−Ｂ線断面における各補強プレート４
８，４９の要部断面図を示したものである。本体部４７
には、各補強プレート４８，４９をはめ込むことが可能
であるように貫通孔が穿設されており、各補強プレート
４８，４９は、チタン、ステンレス等の金属を用いて形
成されている。第一の補強プレート４８には、Ｏリング
溝１７が形成されており、第二の補強プレート４９に
は、酸素、水素、純水を通過させるための通過用溝４９
ａが形成されている。先述したように、図１〜図５で説
明した実施形態にて金属製のスペーサ６を用いたのは、
水素側と酸素側との差圧による漏れを防止するためであ
るが、この漏れが最も生じやすいのは、スペーサに設け
られた流体（酸素等）を流通させるための貫通孔等近傍
である。したがって、必要に応じて、その漏れが生じや
すい部分のみを金属等の強固な材料で形成してもよい。
そこで、この図６においては、流体流通孔近傍のみを金
属にて形成し、水素側と酸素側との差圧による漏れを効
果的に防止可能なスペーサ４６を実現している。

【００５０】また、以上のように構成された本実施形態
に係る電解セル１においては、二つの純水用孔１５，１
６から純水用溝２０を介して、酸素発生室Ａとなる電極
板４の下面側の多孔質給電体５に純水が供給される。純
水は、Ｏリング２１によって、水素発生室Ｃへの流入が
阻止される。酸素発生室Ａで発生した酸素ガスは、酸素
用溝１９からから酸素用孔１３を介して取り出される。
酸素ガスは、Ｏリング２１によって水素発生室Ｃに流入
することが阻止される。水素発生室Ｃで発生した水素ガ
スは、水素用溝１８から水素用孔１４を介して取り出さ
れる。水素ガスは、Ｏリング２１によって、酸素発生室
Ａへの流入が阻止される。当然のことながら、発生した
酸素ガスおよび水素ガスは、シール部材７によって、電
極板ユニット３同士の間から外部への漏出が防止されて
いる。

【００５１】さらに、本実施形態に係る電極板ユニット
３を用いて電解セル１を組み立てる場合、多孔質給電体
５およびスペーサ６は、電極板４にあらかじめ形成され
たスペースに嵌着され、シール部材７およびＯリング２
１もそれぞれの溝１１，１７に嵌着される。すなわち、
多孔質給電体５およびスペーサ６等の各部材は、電極板
４に形成されたスペースに応じて、必然的に位置決めさ
れることとなる。したがって、本実施形態に係る電解セ
ル１によれば、従来技術に係る電解セルと比較して、組
立工程を遙かに容易とすることができる。

【００５２】また、図１に示すべく、本実施形態に係る
電解セル１は、ボルト２３の締結によって強固な周側壁
が構成される。その結果、高い内圧に対しても十分な強
度が提供されることとなる。

【００５３】さらに、本実施形態に係る電解セル１を構
成する固体電解質膜２としては、イオン導電性の高分子
膜の両面に白金族金属等からなる多孔質層の触媒電極が
化学メッキによって形成されたいわゆる固体高分子電解
質膜が用いられる。この固体高分子電解質膜は比較的柔
らかい膜であるため、多孔質給電体５との接触面圧が高
くなれば損傷する可能性がある。しかしながら、本実施
形態に係る電解セルは、シム１０等を用いることによっ
て、面圧の均一化を実現可能であるので、固体電解質膜
２は損傷せず、水電解が安定に維持される。

【００５４】また、本実施形態に係る電解セル１は、電
極板４として、その周縁部４ｂが平板状に形成された電
極板４を用いた場合について説明したが、本発明はこの
構成に限定されるものではなく、例えば、電極板４が、
図７に示すような構成であってもよい。ここで、図７
（ａ）は、本発明の電極板の他の実施形態を示す平面図
であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＢ−Ｂ線断面図で
あり、図７（ｃ）は、図７（ａ）のＣ−Ｃ線断面図であ
る。また、図８には、図７に示された電極板４を用いて
形成された電解セルの概略図が示されている。

【００５５】図７に示された電極板４の周縁部３８は、
屈曲されることによって凹部３９と凸部４０とが周縁に
沿って交互に形成されている。凹部３９および凸部４０
ともに六角形をその対角同士を結ぶ中心線で切った形状
（台形の一種）にされている（図７（ｃ）参照）。ま
た、図７（ａ）から明らかなように、凹部３９と凸部４
０との並びは、対向辺同士で半ピッチだけずれている。
したがって、同一構成の二枚の電極板４を相互に１８０
゜旋回させて重ね合わせると、いずれの部位においても
凹部３９と凸部４０とが対向することになる。多数段の
電極板ユニット３をこのように交互に１８０゜旋回させ
て重ね合わせて電解セル１を組み立てると、図８に示す
ように、この電解セル１の側面は、蜂の巣状の構造、す
なわち、立体的な六角形ハニカム構造となる。

【００５６】凹部３９と凸部４０とは電極板４の内方に
向かって所定寸法範囲に形成されており、凹部３９と凸
部４０との配列（周縁部３８）の内方縁に沿ってシール
部材７用の溝１１が屈曲によって形成されている。この
溝１１の外方側および内方側は溝１１に沿った突条１２
ａ，１２ｂとなるように屈曲されている。内方側突条１
２ｂのさらに内方の板部分４ａは、厚さ方向で凹部３９
の底部と凸部４０の頂部とのほぼ中央部分に位置してい
る（図７（ｂ）参照）。そうすることにより、この板部
分４ａの一方の面側には内方側突条１２ｂに囲まれたお
盆状のスペースＣＳが形成され、他方の面側には溝１１
に囲まれたお盆状のスペースＡＳが形成される（図７
（ｂ）参照）。

【００５７】先に述べた実施形態に係る電極板（図１〜
図４参照）も、ここで説明した電極板（図７および図８
参照）も、それぞれの電極板は、チタン板を型プレスに
よって成形することにより得ることができる。また、電
極板ユニットを積層したときに接触する（および接触す
るおそれがある）電極板の部分には、電気的絶縁のため
のコーティングが施されている。すなわち、凹部３９の
底部、凸部４０の頂部、外方側突条１２ａの頂部、およ
びシール部材用溝１１の底部にはテフロン（ポリテトラ
フルオロエチレン）のコーティングが施されている。

【００５８】上述の如く、図７に示された電極を用いて
図８に示された電解セル１を構成する場合においては、
電解セル１の側面は電極板４の凹部３９および凸部４０
によって蜂の巣状となり（図８参照）、ボルト２３の締
結によって電解セル１の強固な周側壁が構成される。そ
の結果、高い内圧に対しても十分な強度が提供される。
しかも、この蜂の巣状の周側壁は、その材料および形状
から生ずる適度な弾性力をも有しているため、熱膨張に
よる接触面圧の上昇を吸収することができる。この電解
セル１は、いわゆる高圧型水素酸素発生装置用として、
公知の電解タンク等を用いずに採用することが可能とな
る。

【００５９】また、上述したように、本実施形態に係る
電解セルを構成する固体高分子電解質膜は、比較的柔ら
かい膜であるため、多孔質給電体との接触面圧が高くな
れば損傷する可能性がある。しかしながら、図８に示さ
れた電解セル１によれば、熱膨張による接触面圧の上昇
を吸収することが可能となるので、固体高分子電解質膜
は損傷せず、水電解が安定に維持される。

【００６０】さらに、図８に示した電解セルに対して、
図１〜図５を用いて説明した電解セルを構成する際に用
いられる、スペーサ（金属製等）、シール部材（ダイヤ
モンド断面型）、絶縁シート、シム等を用いれば、図１
〜図５で説明した実施形態と同様の効果を得ることが可
能となる。

【００６１】また、図９は、本発明に係る電解セルを構
成する電極板の外周全面を樹脂にて固着した状態を示す
概略図である。図９（ａ）は、図１等を用いて説明した
実施形態に係る電解セルを樹脂にて固着した状態を示
し、図９（ｂ）は、図８等を用いて説明した実施形態に
係る電解セルを樹脂にて固着した状態を示している。従
来であれば、電解セルを構成する電極板の外周は、外気
にさらされており、電極板間のシール部材の劣化等に基
づいて、水素、酸素、および純水が電解セルの外方に漏
れる可能性があった。また、電極板が外気にさらされて
いるため、耐候性が低いという問題もあった。しかしな
がら、図９に示すように、電極板４の外周全面を樹脂に
て固着すべく構成すれば、水素、酸素、および純水が電
解セル１の外方に漏れるのを防ぐことが可能となる。ま
た、電極板４に直接的に外気が触れることもなくなるの
で、電解セル１の耐候性が向上し、延いては、電解セル
１の寿命を伸ばすことが可能となる。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、高
圧に耐え得るべく耐圧強度を向上させると共に、各要素
間において高いシール性を維持すべく構成された電解セ
ルを得ることができる。また、本発明によれば、耐候性
を向上させ、寿命を伸ばすことが可能な電解セルを得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る電解セルの概略図

【図２】図１（ａ）のII−II線断面のうちの要部を示す
断面図

【図３】図１（ａ）のIII−III線断面のうちの要部を示
す断面図

【図４】本発明の実施形態に係る電解セルを構成する電
極板ユニットの分解斜視図

【図５】本発明の実施形態に係る電解セルを構成するシ
ール部材の拡大断面図

【図６】本発明の実施形態に係る電解セルを構成するス
ペーサの他の構成を示す概略図

【図７】本発明の他の実施形態に係る電極板の概略図

【図８】本発明の他の実施形態に係る電極板を用いて構
成された電解セルの概略図

【図９】本発明に係る電解セルを構成する電極板の外周
全面を樹脂にて固着した状態を示す概略図

【図１０】従来技術に係る電解セルの分解断面図

【図１１】図１０の電解セルを構成する複極式電極板の
斜視図

【符号の説明】

１…電解セル、２…固体電解質膜、３…電極板ユニッ
ト、４…電極板、４ａ…板部分（内方部分）、４ｂ…周
縁部、５…多孔質給電体、６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ
…スペーサ、７…シール部材、９，９ａ，９ｂ，９ｃ，
９ｄ…絶縁シート、１０…シム、１１…溝（シール部材
用溝）、１２ａ…突条（外方側突条）、１２ｂ…突条
（内方側突条）、１３…酸素用孔、１４…水素用孔、１
５，１６…純水用孔、１７…Ｏリング溝、１８…水素用
溝、１９…酸素用溝、２０…純水用溝、２０ａ…凹所、
２０ｂ…小溝、２１…Ｏリング、２２…端板、２３…締
付ボルト、２４…ナット、２５…皿バネ、３８…周縁
部、３９…凹部、４０…凸部、５０…樹脂Ａ…酸素発生室、Ｃ…水素発生室ペース

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体電解質膜と、前記固体電解質膜の両
側に設けられた電極板と、前記固体電解質膜と前記電極
板との間に介在する給電体とを有する電解セルであっ
て、前記電極板の周縁部近傍にはシール部材を配するた
めの凹型の溝が形成されており、前記シール部材を介し
て前記電極板が積層される際に、前記シール部材の所定
部位が前記溝から前記電解セルの内方および外方に張り
出すべく、前記シール部材が形成されていることを特徴
とする電解セル。
【請求項２】前記シール部材を前記溝に嵌入させた際
における前記シール部材の肩部が、前記電解セルの内方
および外方に突出すべく、前記シール部材が形成されて
いる請求項１に記載の電解セル。
【請求項３】前記シール部材の断面形状が、ダイヤモ
ンド形状あるいは逆台形形状である請求項２に記載の電
解セル。
【請求項４】固体電解質膜と、前記固体電解質膜の両
側に設けられた電極板と、前記固体電解質膜と前記電極
板との間に介在する給電体とを有する電解セルであっ
て、前記電極板の外周面が樹脂材料を用いて固着されて
いることを特徴とする電解セル。
【請求項５】前記樹脂材料が、エポキシ樹脂、ポリエ
ステル樹脂、およびシリコン樹脂の少なくとも一つから
成る請求項４に記載の電解セル。
【請求項６】前記固体電解質膜と前記給電体との接触
状態を調整すべく、前記電極板間にシムが設けられてい
る請求項１から５のいずれか１項に記載の電解セル。
【請求項７】二つの端板間に、前記固体電解質膜と前
記電極板と前記給電体と前記シムとが積層して構成さ
れ、前記端板間が複数本のボルトおよび前記ボルトに対
応したナットを用いて締め付けられており、前記ナット
と前記端板との間には付勢力を有する緩衝部材が設けら
れている請求項１から６のいずれか１項に記載の電解セ
ル。
【請求項８】前記緩衝部材が、皿バネおよびコイルバ
ネの少なくとも一方である請求項７に記載の電解セル。