JP2003313689A - 水素酸素発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の水素酸素発生装置では、締付ボルトに
よる加圧力を電解セル全面に均一に分散させるべく金属
製の分厚い端板を使用する必要があり、装置の重量増加
や装置構成の複雑化を招くという問題があり、このよう
な問題は、水素酸素発生装置の大型化あるいは大容量化
によって一層顕著なものとなる。そこで本発明は、該水
素酸素発生装置のより一層の軽量化・簡略化を図ること
を課題とする。 【解決手段】 本発明は、積層された複数の電解セルが
締付具によって積層方向に加圧されてなる水素酸素発生
装置において、積層された複数の電解セルの端には、該
積層された複数の電解セルに電流を供給するための端部
電極板が備えられてなり、該端部電極板が、前記締付具
によって加えられる不均一な加圧力を、前記電解セルに
略均一に分散し得るような厚みをもって構成されたこと
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として、純水等
を電気分解して水素および酸素を発生させる水素酸素発
生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば水等を電気分解して水素お
よび酸素を発生させる水素酸素発生装置（以下、単に
「装置」ともいう）としては、水等の電気分解を行うた
めの電解セルが複数組積層されてなるものが知られてい
る。

【０００３】斯かる水素酸素発生装置について図６およ
び７を参照しつつより具体的に説明すると、その一構成
単位である電解セル１００は、電解質として機能する固
体電解質膜１０１と、この固体電解質膜１０１を挟持す
べく設けられた電極板１０３（陽極側および陰極側電極
板）と、前記固体電解質膜１０１と前記電極板１０３と
の間に設けられた給電体１０２（陽極側および陰極側給
電体）等を備えて構成されている。そして、該電解セル
は、前記電極板１０３を複極電極板として機能させつつ
積層され、且つ、積層された電解セルの両端に、これら
複数の電解セルにおいて必要な電流を一括して供給する
ための端部電極板１０５、１０５が備えらることによ
り、個々の電解セルへの電力供給が不要な構成となって
いる。

【０００４】また、斯かる従来の水素酸素発生装置は、
積層される電解セルの各構成要素を所定の圧力で互いに
密着させるために、所定の圧力をかけた状態で組み立て
られる。その加圧手段としては、例えば図に示したよう
に、積層された電解セル１００、１００の両端に備えら
れた金属製の端板１１０、１１０と、該２枚の端板１１
０、１１０を連結するような複数の締付ボルト１１１、
…とが用いられる。さらに、端部電極板と金属製の端板
との間には、これらを絶縁するための絶縁板１０６、１
０６が設けられてなる。

【０００５】そして、かかる装置を運転する際には、締
付ボルト１１１およびナット１１２を締めつけることに
よってバネ座金１１３を介して端板１１０、１１０間に
挟まれた電解セル１００、１００…に積層方向の圧力を
かけ、固体電解質膜１０１、給電体１０２、及び電極板
１０３を所定の圧力で均一に圧接させる。また、各電解
セルの陽極側へ純水を供給するとともに端部電極板に一
括して電力供給することにより、各電解セル１００から
酸素ガスおよび水素ガスを発生させる。

【０００６】こうして、電解セルの各構成要素を均一に
圧接させつつ運転することにより、各電解セルにおける
電気分解の効率を高め、水素および酸素を効率的に発生
させることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
水素酸素発生装置によれば、締付ボルトによって加えら
れた加圧力を電解セルの全面に均一に分散させるべく金
属製の分厚い端板を使用する必要があり、装置の重量増
加を招くとともに装置構成を複雑化するという問題があ
る。

【０００８】そして、このような端板による重量増加等
の問題は、斯かる水素酸素発生装置が大型化あるいは大
容量化されることによって、一層顕著なものとなる。

【０００９】そこで本発明は、上記の問題点に鑑みてな
されたものであり、上述したような水素酸素発生装置に
おける従来の利点を生かしつつ、該水素酸素発生装置の
より一層の簡略化を図ることを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明は、積層された複数の電解セルが締付具によ
って積層方向に加圧されてなる水素酸素発生装置におい
て、積層された複数の電解セルの端には、該積層された
複数の電解セルに電流を供給するための端部電極板が備
えられてなり、該端部電極板が、前記締付具によって加
えられる不均一な加圧力を、前記電解セルに略均一に分
散し得るような厚みをもって構成されたことを特徴とす
る水素酸素発生装置を提供する。

【００１１】締付具によって加えられる不均一な加圧力
を電解セルに略均一に分散し得るような厚みをもって構
成された端部電極板を用いることにより、従来、該端部
電極板とは別に用いる必要があった端板を省略でき、装
置の簡略化を図ることができる。さらに、このような十
分な厚みのある端部電極板を用いることにより、該端部
電極板における電流密度が過大となることなく、水素酸
素発生装置のエネルギー効率の改善を図ることができ
る。

【００１２】また、本発明は、積層された複数の電解セ
ルが締付具によって積層方向に加圧されてなる水素酸素
発生装置において、積層された複数の電解セルの端に
は、電解セルと締付具とを絶縁するための絶縁板が備え
られてなり、該絶縁板が、合成樹脂によって形成され、
且つ、前記締付具によって加えられる不均一な加圧力
を、前記電解セルに略均一に分散し得るように構成され
たことを特徴とする水素酸素発生装置を提供する。

【００１３】締付具によって加えられる不均一な加圧力
を、前記電解セルに略均一に分散し得るように構成され
た合成樹脂製の絶縁板を使用することにより、従来の端
板を省略することができ、装置の簡略化を図ることがで
きる。また、該絶縁板を合成樹脂によって形成すること
により、従来の端板と比べて重量を大きく低減できると
いう効果が得られる。さらに、端板が合成樹脂で形成さ
れていれば、該端板の内部に多様な通水路を形成するこ
とが容易となり、配管等の簡略化が図れる。

【００１４】また、本発明は、積層された複数の電解セ
ルが締付具によって積層方向に加圧されてなる水素酸素
発生装置において、積層された複数の電解セルの端に
は、該積層された複数の電解セルに電流を供給するため
の端部電極板が備えられてなり、また、該端部電極板と
締付具とを絶縁するための絶縁板が備えられてなり、該
端部電極板と該絶縁板とが一体として、前記締付具によ
って加えられる不均一な加圧力を、前記電解セルに略均
一に分散し得るように構成されたことを特徴とする水素
酸素発生装置を提供する。

【００１５】端部電極板と絶縁板とを一体として、締付
具によって加えられる不均一な加圧力を電解セルに略均
一に分散し得るように構成することにより、従来、これ
ら端部電極板と絶縁板とは別に、水素酸素発生装置の両
端に設置していた端板が不要となり、装置の簡略化を図
ることができる。

【００１６】尚、本発明において略均一とは、被加圧面
全体における加圧力のバラツキが、±１０％の範囲内と
なるような状態をいう。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る水素酸素発生
装置の実施の形態について、図面に基づき説明する。

【００１８】図１は、本発明に係る水素酸素発生装置の
第１実施形態を示した分解断面図である。ここで、水素
酸素発生装置１は、電解質として機能する固体電解質膜
１１と、この固体電解質膜１１を挟持すべく陽極側およ
び陰極側に設けられた一対の電極板１３、１３と、前記
固体電解質膜１１と該電極板１３との間にそれぞれ設け
られた給電体１２、１２（陽極側および陰極側）等を備
えた電解セル１０を一つの構成要素として構成され、前
記電極板１３を複極電極板として該電解セル１０が所定
数量積層されて構成されている。また、該積層された電
解セル１０、１０…の両端には、これら複数の電解セル
において必要な電流を一括して供給するための端部電極
板１５、１５が備えられて構成されている。さらに、該
端部電極板１５、１５の外側には、絶縁板１６、１６が
備えられている。

【００１９】そして、端部電極板１５および絶縁板１６
には、該端部電極板１５および絶縁板１６を貫通するよ
うな状態で複数の締付具１７、…が備えられている。該
締付具１７としては、例えば図１に示したように、締付
ボルト１７ａ、ナット１７ｂおよびバネ座金１７ｃ等よ
りなるものが好適に使用される。

【００２０】さらに、本実施形態に係る水素酸素発生装
置１においては、締付具１７によって端部電極板１５の
表面に作用する不均一な加圧力が、端部電極板１５によ
って均等化され、該端部電極板の裏面側では、電解セル
１０の全面に略均一に分散されるように構成されてい
る。具体的には、該端部電極板１５は、例えば、チタ
ン、ステンレス、銅等といった導電性の部材からなり、
１５〜５０ｍｍ程度の厚みで構成された板状体である。
また、該端部電極板１５は、複数の電解セルへ供給する
電流を一括して供給するための端子（図示せず）を、該
端部電極板の側面に備えて構成されている。

【００２１】そして、斯かる構成の水素酸素発生装置１
を運転する際には、図２に示したように、上述したよう
な電解セルの各部材は、締付具１７から端部電極板１５
を介して加えられた所定の加圧力で加圧された状態とな
る。

【００２２】斯かる第１実施形態の水素酸素発生装置１
によれば、締付具１７によって加えられた加圧力は、端
部電極板１５によって略均一化され、該端部電極板に挟
まれた電解セル各部材の全面に略均一な加圧力として伝
達されることとなる。従って、該端部電極板とは別に端
板を使用する必要がなくなり、該水素酸素発生装置の軽
量化及び簡略化を図ることができる。

【００２３】また、端部電極板１５が、そのような強度
を有する厚みで構成された場合には、側面から供給され
る電流に対して電流密度を下げ、電気抵抗による電力の
ロスを低減できるという効果がある。

【００２４】図３は、本発明に係る水素酸素発生装置の
第２実施形態を示した断面図である。該水素酸素発生装
置１は、電解セル１０が積層された状態で構成されてい
るが、該電解セルの構成については前記第１実施形態と
同様であるため、その具体的な説明は省略する。そし
て、該第２実施形態に係る水素酸素発生装置１において
は、前記第１実施形態と異なり、通常の厚みの端部電極
板１５と、該端部電極板１５の外側に設けられた厚みの
大きい合成樹脂製の絶縁板１６を備えて構成されてい
る。

【００２５】該第２実施形態における端部電極板１５
は、第１実施形態と同様の材質より構成されたものであ
るが、その厚みは、従来と同様、締付具１７による加圧
力を均一にするような強度を有するものではない。

【００２６】これに対し、絶縁板１６は、締付具１７に
よってその表面に加えられる不均一な加圧力を、裏面側
に接する端部電極板又は電解セルに略均一に分散するよ
うな強度で構成されている。具体的には、該絶縁板１６
は、例えば、合成樹脂がガラス繊維等とともに成形され
てなる繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）などの硬質の
合成樹脂が使用され、厚み３０〜１００ｍｍ程度の板状
体として構成されたものが好適に使用される。

【００２７】斯かる第２実施形態の水素酸素発生装置１
によれば、締付具１７によって加えられた加圧力は、絶
縁板１６によって均一化され、該絶縁板１６に挟まれた
端部電極板１５や電解セル１０の各部材の全面に略均一
な加圧力として伝達されることとなる。従って、従来、
締付具１７による加圧力を均一化させるために用いてい
た端板を使用する必要がなくなり、装置の簡略化を図る
ことができる。また、合成樹脂製の絶縁板は、従来の端
板と比較して比重が小さいため、水素酸素発生装置を大
幅に軽量化することができる。

【００２８】さらに、本実施形態のような絶縁板１６を
使用する場合には、該絶縁板１６の一方に、図４に示し
たような通水路１６ａを容易に形成できるという効果が
ある。該通水路１６ａとしては、電解セル１０の陽極側
へ純水を供給するための純水用通水路や、電解セルの陽
極側で発生した酸素および余剰水を排出するための酸素
用通水路や、電解セルの陰極側にて発生した水素および
水を排出するための水素用通水路を挙げることができ
る。通水路１６ａの形状としては、図４（ｃ）に示した
ように、絶縁板１６の内部で分岐したようなものも可能
である。該絶縁板１６は合成樹脂等で構成されているた
め、金属と比較して機械加工性が格段に優れているから
である。

【００２９】図５は、本発明に係る水素酸素発生装置の
第３実施形態を示した断面図である。該水素酸素発生装
置１においても、電解セル１０が積層された状態で構成
されているが、前記第１実施形態と同様であるため、具
体的な説明は省略する。

【００３０】そして、該第３実施形態に係る水素酸素発
生装置１においては、前記第１および第２実施形態と異
なり、端部電極板１５と絶縁板１６とが一体として機能
し、締付具１７による加圧力を略均一にするように構成
されている。絶縁板１６および端部電極板１５の材質
は、前記第１および第２実施形態と同じである。しか
し、該第３実施形態においては、絶縁板１６および端部
電極板１５の双方が、所定の強度を保つための適度な厚
みをもって構成されている。より具体的には、端部電極
板１５の厚みを１５〜３０ｍｍ程度とし、且つ端部電極
板１５と絶縁板１６との厚みの比率を、端部電極板：絶
縁板＝１：３〜３：１程度の範囲とすることが好まし
い。

【００３１】斯かる第３実施形態の水素酸素発生装置１
によれば、従来のような端板を使用する必要がなくな
り、該水素酸素発生装置の簡略化を図ることができる。
また、端部電極板１５が、適度な厚みで構成されている
ため、前記第１実施形態と同様に電気抵抗による電力ロ
スを低減できるという効果がある。また、所定の厚みを
有する合成樹脂製の絶縁板を使用することにより、前記
第２実施形態と同様に、装置の軽量化が図られるととも
に、通水路等の加工が容易なものとなる。

【００３２】尚、前記第１〜第３の実施形態において
は、端部電極板および絶縁板の形状を板状としたが、本
発明はこのような形状には限定されず、これらを任意の
形状とすることができる。よって、例えば、端部電極板
の表面や絶縁板の表面にリブ等を設けて強度の改善を図
ることも可能である。

【００３３】また、端部電極板は、給電体と直接接する
ような電解セル構成部材としての電極板か、又は、この
ような電極板に隣接するように別体として設けられた電
流供給専用の電極板であっても良い。

【００３４】さらに、上記実施形態では、締付具として
ボルト、ナットおよび座金等により構成された締付具を
使用したが、本発明における締付具はこれに限定され
ず、水素酸素発生装置の両端より電解セルを加圧し得る
任意の器具を使用することができる。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る水素酸素発
生装置によれば、装置の軽量化および簡略化を図ること
ができ、該装置の組み立てを容易にし、コストダウンを
図ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る水素酸素発生装置
を示したものであり、各構成要素を積層方向に分解して
示した模式図。

【図２】本発明の第１実施形態に係る水素酸素発生装置
が、締付具によって加圧された状態を示した断面図。

【図３】本発明の第２実施形態に係る水素酸素発生装置
が、締付具によって加圧された状態を示した断面図。

【図４】本発明に係る水素酸素発生装置を構成する絶縁
板について、（ａ）は電解セル側（裏面側）を示した斜
視図、（ｂ）は電解セルとは反対側（表面側）を示した
斜視図、（ｃ）は（ａ）におけるＸ−Ｘ線断面を示した
断面図。

【図５】本発明の第３実施形態に係る水素酸素発生装置
が、締付具によって加圧された状態を示した断面図。

【図６】従来の水素酸素発生装置について、各構成要素
を積層方向に分解して示した模式図。

【図７】従来の水素酸素発生装置が締付具により加圧さ
れた状態を示した断面図。

【符号の説明】

１…水素酸素発生装置、１０…電解セル、１１…固体電
解質膜、１２…給電体、１３…複極式の電極板、１５…
端部電極板、１６…絶縁板、１７…締付具

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 多田 篤志 神戸市須磨区南落合１−13−８アプリーレ 北須磨282号室 (72)発明者 大倉 一也 神戸市北区山田町藍那中畑27 Ｆターム(参考） 4K021 AA01 BA02 CA01 CA05 CA08 CA09 CA15 DB02 DB04 DB31

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 積層された複数の電解セルが締付具によ
   って積層方向に加圧されてなる水素酸素発生装置におい
   て、積層された複数の電解セルの端には、該積層された
   複数の電解セルに電流を供給するための端部電極板が備
   えられてなり、該端部電極板が、前記締付具によって加
   えられる不均一な加圧力を、前記電解セルに略均一に分
   散し得るような厚みをもって構成されたことを特徴とす
   る水素酸素発生装置。
2. 【請求項２】 積層された複数の電解セルが締付具によ
   って積層方向に加圧されてなる水素酸素発生装置におい
   て、積層された複数の電解セルの端には、電解セルと締
   付具とを絶縁するための絶縁板が備えられてなり、該絶
   縁板が、合成樹脂によって形成され、且つ、前記締付具
   によって加えられる不均一な加圧力を、前記電解セルに
   略均一に分散し得るように構成されたことを特徴とする
   水素酸素発生装置。
3. 【請求項３】 積層された複数の電解セルが締付具によ
   って積層方向に加圧されてなる水素酸素発生装置におい
   て、積層された複数の電解セルの端には、該積層された
   複数の電解セルに電流を供給するための端部電極板が備
   えられてなり、また、該端部電極板と締付具とを絶縁す
   るための絶縁板が備えられてなり、該端部電極板と該絶
   縁板とが一体として、前記締付具によって加えられる不
   均一な加圧力を、前記電解セルに略均一に分散し得るよ
   うに構成されたことを特徴とする水素酸素発生装置。