JP2006063419A - Hydrogen production apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水素製造装置に関するものである。 The present invention relates to a hydrogen production apparatus.
従来、図4に示すように、固体高分子膜2と、その両側に相対向して設けられたカソード給電体22、アノード給電体23と、各給電体22,23に積層されたセパレータ5,6とを備える高圧水素製造装置21が知られている(例えば特許文献1参照)。
Conventionally, as shown in FIG. 4, a solid polymer film 2, a cathode power supply 22, an
高圧水素製造装置21では、例えば各セパレータ5,6に各給電体22,23が露出する流体通路7,8を設け、アノード側セパレータ6の流体通路8に水を供給すると共に、カソード側セパレータ5の流体通路7から水素ガスを取り出すように構成される。前記各給電体22,23は、それぞれセパレータ5,6を介して通電されるようになっている。また、各給電体22,23は多孔質部材からなり、流体が流通自在とされている。このような多孔質部材として、例えばチタン粉末等の導電性粒子が焼結されてなる部材が知られている(例えば特許文献2参照)。
In the high-pressure
高圧水素製造装置21によれば、アノード側セパレータ6の流体通路8に水を供給すると共に、カソード給電体22とアノード給電体23とに通電すると、流体通路8に供給された水がアノード給電体23で電気分解され、水素イオンと酸素ガスとが生成する。前記水素イオンは、固体高分子膜2を透過してカソード給電体22側に移動し、カソード給電体22から電子を受け取って水素ガスとなる。
According to the high-pressure
この結果、高圧水素製造装置21では、カソード側セパレータ5の流体通路7に高圧の水素を得ることができる。一方、アノード側セパレータ6の流体通路8で生成した酸素は、前記水と共に流体通路8に設けられた排水口15から排出される。
As a result, in the high-pressure
しかしながら、高圧水素製造装置21では、前記のように酸素を排出すると、カソード側とアノード側とで圧力のバランスが崩れ、カソード側セパレータ5の流体通路7で生成した水素の圧力により、固体高分子膜2とアノード給電体23とがセパレータ6方向に押圧されるという不都合がある。
However, in the high-pressure
ここで、アノード給電体23は前記多孔質部材からなるが、前記のように押圧されると厚さ方向に圧縮されて厚さが低減する一方、厚さと直交する方向に展延される。この結果、前記多孔質部材からなるアノード給電体23の端縁が、固体高分子膜2に対して相対的に移動し、固体高分子膜2を損傷することがある。
Here, the anode
また、アノード給電体23の厚さが低減すると、固体高分子膜2がアノード給電体23側に圧縮されて変形し、固体高分子膜2とカソード給電体22との間に間隙を生じる。前記間隙が生じると、固体高分子膜2とカソード給電体22との接触抵抗が増大し、高圧水素製造装置21の性能が低下する。
本発明は、かかる不都合を解消して、カソード側が高圧になったときに、アノード給電体の変形を防止することができる水素製造装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a hydrogen production apparatus that can eliminate such inconveniences and prevent deformation of the anode power feeder when the cathode side becomes high pressure.
かかる目的を達成するために、本発明は、固体高分子膜と、該固体高分子膜のカソード側、アノード側両側に相対向して設けられた1対の給電体と、各給電体に積層されたセパレータと、各セパレータに設けられ各給電体が露出する流体通路とを備え、アノード側セパレータの流体通路に水を供給すると共に各給電体に通電することにより、アノード側セパレータの流体通路に供給された水を電気分解し、カソード側セパレータの流体通路に高圧の水素ガスを得る水素製造装置において、該アノード側セパレータは、カソード側セパレータの流体通路に得られる水素ガスの圧力に抗して形状を維持できる材料からなり、該流体通路が設けられている流体通路領域と、該流体通路領域の外周側に設けられたフレーム領域とを備え、アノード給電体は該固体高分子膜と該アノード側セパレータとに密着して配設されており、導電性粒子が焼結されてなり該流体通路領域に対向する領域を占める多孔質部材と、該フレーム領域に対向する領域を占めて該多孔質部材を取り囲み該多孔質部材の厚さと直交する方向への変形を規制する非多孔質部材とからなることを特徴とする。 In order to achieve such an object, the present invention provides a solid polymer film, a pair of power feeding bodies provided opposite to both the cathode side and the anode side of the solid polymer film, and a laminate on each power feeding body. Each of the separators and a fluid passage provided in each separator and exposing each power supply body. Water is supplied to the fluid passage of the anode separator and energized to each power supply body, whereby the fluid passage of the anode separator is provided. In a hydrogen production apparatus that electrolyzes the supplied water and obtains high-pressure hydrogen gas in the fluid passage of the cathode-side separator, the anode-side separator resists the pressure of the hydrogen gas obtained in the fluid passage of the cathode-side separator. An anode power supply comprising a fluid passage region in which the fluid passage is provided and a frame region provided on the outer peripheral side of the fluid passage region. Is disposed in close contact with the solid polymer membrane and the anode-side separator, and a porous member that sinters conductive particles and occupies a region facing the fluid passage region; and It is characterized by comprising a non-porous member that occupies opposing regions, surrounds the porous member, and regulates deformation in a direction orthogonal to the thickness of the porous member.
本発明の水素製造装置では、前記アノード給電体は、前記多孔質部材と、前記非多孔質部材とにより構成されており、該多孔質部材が前記流体通路領域に対向している。そこで、前記カソード側セパレータの流体通路に得られる水素ガスの圧力は、前記多孔質部材に作用し、該多孔質部材を前記アノード側セパレータ方向に押圧することになる。 In the hydrogen production apparatus according to the present invention, the anode power feeder is constituted by the porous member and the non-porous member, and the porous member faces the fluid passage region. Therefore, the pressure of the hydrogen gas obtained in the fluid passage of the cathode separator acts on the porous member and presses the porous member toward the anode separator.
ところが、本発明の水素製造装置では、前記アノード給電体は、前記固体高分子膜と前記アノード側セパレータとに密着して配設されており、該アノード側セパレータは前記水素ガスの圧力に抗して形状を維持できる材料により構成されている。また、前記アノード給電体の前記多孔質部材は、前記非多孔質部材に取り囲まれている。そこで、前記多孔質部材は、前記水素ガスの圧力により前記アノード側セパレータ方向に押圧されたときに、厚さ方向では該アノード側セパレータに当接して該アノード側セパレータ自体により変形が規制され、厚さ方向に直交する方向では前記非多孔質部材により変形が規制される。 However, in the hydrogen production apparatus of the present invention, the anode feeder is disposed in close contact with the solid polymer membrane and the anode separator, and the anode separator resists the pressure of the hydrogen gas. It is made of a material that can maintain its shape. Further, the porous member of the anode power feeding body is surrounded by the non-porous member. Therefore, when the porous member is pressed in the direction of the anode side separator by the pressure of the hydrogen gas, the deformation is regulated by the anode side separator itself in contact with the anode side separator in the thickness direction. In a direction orthogonal to the vertical direction, deformation is restricted by the non-porous member.
この結果、本発明の水素製造装置によれば、前記アノード給電体の端縁が移動することがなく、前記固体高分子膜が該端縁により損傷を受けることを防止することができる。また、本発明の水素製造装置によれば、前記アノード給電体の厚さが低減されることがないので、前記固体高分子膜と前記カソード給電体との間に間隙を生じることがなく、両者の接触抵抗が増大することを防止することができる。 As a result, according to the hydrogen production apparatus of the present invention, the edge of the anode power feeder does not move, and the solid polymer membrane can be prevented from being damaged by the edge. Further, according to the hydrogen production apparatus of the present invention, since the thickness of the anode feeder is not reduced, there is no gap between the solid polymer film and the cathode feeder, Can be prevented from increasing.
前記アノード給電体としては、例えばチタン粉末が焼結されてなる前記多孔質部材と、チタンからなる前記非多孔質部材とからなるものを挙げることができ、前記非多孔質部材としては、チタン製板材等を挙げることができる。また、前記水素ガスの圧力により前記固体高分子膜が前記アノード給電体に押圧されたときに、該固体高分子膜の損傷をさけるために、該アノード給電体は前記多孔質部材と前記非多孔質部材との境界が平滑になるように接合されていることが好ましい。 Examples of the anode feeder include those made of the porous member obtained by sintering titanium powder and the non-porous member made of titanium. The non-porous member is made of titanium. A board material etc. can be mentioned. In order to prevent damage to the solid polymer film when the solid polymer film is pressed against the anode power supply by the pressure of the hydrogen gas, the anode power supply includes the porous member and the non-porous material. It is preferable to join so that the boundary with the material member becomes smooth.
前記アノード給電体は、チタン粒子が焼結されてなる前記多孔質部材とチタンからなる前記非多孔質部材とが、圧入、電子ビーム溶接、拡散接合からなる群から選ばれる1種の方法により接合されていることが好ましい。前記多孔質部材と前記非多孔質部材とは前記いずれかの方法により容易に接合することができ、しかも両者の境界を段差なく平滑にすることができる。 In the anode power feeder, the porous member formed by sintering titanium particles and the non-porous member formed of titanium are joined by one method selected from the group consisting of press-fitting, electron beam welding, and diffusion joining. It is preferable that The porous member and the non-porous member can be easily joined by any of the above methods, and the boundary between the two can be smoothed without any step.
前記カソード給電体は、前記水素ガスの圧力が作用しないので、変形防止のために前記非多孔質部材を備える必要がなく、前記カソード側セパレータの流体通路が設けられている流体通路領域に対向する領域を占める多孔質部材のみから構成することができる。前記カソード給電体は、前記多孔質部材のみからなることにより安価に製造することができる。前記多孔質部材としては、前記アノード側給電体と同様に、例えばチタン粉末が焼結されてなるもの等を挙げることができる。 Since the pressure of the hydrogen gas does not act on the cathode power supply body, it is not necessary to provide the non-porous member to prevent deformation, and faces the fluid passage region where the fluid passage of the cathode separator is provided. It can comprise only the porous member which occupies an area | region. The cathode power supply body can be manufactured at low cost by being composed of only the porous member. Examples of the porous member include those obtained by sintering titanium powder, as in the case of the anode-side power feeder.
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図1は本実施形態の高圧水素製造装置の構成を示す説明的断面図であり、図2は図1の高圧水素製造装置に用いるアノード給電体の構成を示す平面図であり、図3は図1に示す高圧水素製造装置の要部組み立て図である。 Next, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view showing the configuration of the high-pressure hydrogen production apparatus of the present embodiment, FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the anode power supply used in the high-pressure hydrogen production apparatus of FIG. 1, and FIG. 1 is a main part assembly diagram of the high-pressure hydrogen production apparatus shown in FIG.
図1に示すように、本実施形態の高圧水素製造装置1は、固体高分子膜2と、その両側に相対向して設けられたカソード給電体3、アノード給電体4と、各給電体3,4に積層されたセパレータ5,6と、各セパレータ5,6に設けられ各給電体3,4が露出する流体通路7,8とを備えている。
As shown in FIG. 1, the high-pressure hydrogen production apparatus 1 of the present embodiment includes a solid polymer film 2, a
固体高分子膜2、各給電体3,4、各セパレータ5,6は、セパレータ5,6に積層された絶縁部材9,9を介してエンドプレート10,10に挟持されており、エンドプレート10,10に取着されたボルト11とナット12とにより押圧されて相互に密着せしめられている。また、カソード側セパレータ5は流体通路7に連通する水素取出口13を備え、アノード側セパレータ6は流体通路8に連通する給水口14と排水口15とを備えている。そして、各給電体3,4は、それぞれセパレータ5,6を介して通電されるようになっている。
The solid polymer film 2, the
高圧水素製造装置1において、固体高分子膜2は陽イオン透過膜であり、例えばNafion(デュポン社製)やAsplex(旭化成社製)等を用いることができる。固体高分子膜2は、アノード側には例えば白金触媒を含む触媒層(図示せず)を備え、カソード側には例えばRuIrFeOX触媒を含む触媒層(図示せず)を備えている。 In the high-pressure hydrogen production apparatus 1, the solid polymer membrane 2 is a cation permeable membrane, and for example, Nafion (manufactured by DuPont), Asplex (manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.) or the like can be used. The solid polymer membrane 2 includes a catalyst layer (not shown) containing, for example, a platinum catalyst on the anode side, and a catalyst layer (not shown) containing, for example, a RuIrFeO X catalyst on the cathode side.
アノード給電体4は、図2に示すように、多孔質チタン焼結体16と、多孔質チタン焼結体16の周囲を取り囲むチタンプレート17とからなる。多孔質チタン焼結体16は、例えば、チタンの溶融飛沫を飛散中に凝固させるガスアトマイズ法により製造された球状ガスアトマイズチタン粉末を所定形状の焼結容器に充填して真空焼結することにより得られたものを用いることができる。チタンプレート17は、実質的に非多孔質体である。
As shown in FIG. 2, the anode power feeder 4 includes a porous titanium sintered
アノード給電体4は、図2(a)に示すように、円盤状に形成された多孔質チタン焼結体16aを、ドーナッツ状に形成されたチタンプレート17aの内周部に圧入することにより形成することができる。また、アノード給電体4は、図2(b)に示すように、矩形状に形成された多孔質チタン焼結体16bの周囲に、チタンプレート17b1,b2,b3,b4を電子ビーム溶接することにより形成するようにしてもよい。この場合、チタンプレート17b1,b2、チタンプレートb2,b3、チタンプレートb3,b4、チタンプレートb4,b1はそれぞれ溶接部18aにより裏面側から溶接接合される。また、多孔質チタン焼結体16bは、その四周でチタンプレート17b1,b2,b3,b4とそれぞれ溶接部18bにより裏面側から溶接接合される。尚、図2(b)の構成では、電子ビーム溶接に代えて拡散接合により接合するようにしてもよい。
As shown in FIG. 2A, the anode power supply 4 is formed by press-fitting a porous titanium sintered body 16a formed in a disk shape into an inner peripheral portion of a
アノード給電体4は、前述のようにして多孔質チタン焼結体16とチタンプレート17とを一体化した後、固体高分子膜2に当接する面にスライス加工、表面研削等を施すことにより、多孔質チタン焼結体16とチタンプレート17との境界を、容易に段差のない平滑なものとすることができる。この結果、固体高分子膜2が多孔質チタン焼結体16とチタンプレート17との境界に押圧されて損傷を受けることを防止することができる。
The anode feeder 4 is obtained by integrating the porous titanium sintered
カソード給電体3は、多孔質チタン焼結体16と全く同一にして得られたものであり、多孔質チタン焼結体16と同一の形状を備えている。カソード給電体3は、カソード側セパレータ5の流体通路7に生成する水素ガスの圧力を受けることがないので、周囲にチタンプレート17を備えていなくてもよく、チタンプレート17を備えない分だけ安価に製造することができる。
The
セパレータ5,6は、例えば非多孔質のチタン材料等に流体通路7,8を形成したものを用いることができる。ここで、カソード側セパレータ5は、図3に示すように、流体通路7が設けられている流体通路領域19aと、流体通路領域19aの外周側に設けられたフレーム領域20aとからなる。そして、カソード給電体3は、流体通路領域19aに対向する領域を占めるように配設される。
As the
また、アノード側セパレータ6は、図3に示すように、流体通路8が設けられている流体通路領域19bと、流体通路領域19bの外周側に設けられたフレーム領域20bとからなる。そして、アノード給電体4は、多孔質チタン焼結体16が流体通路領域19bに対向する領域を占め、チタンプレート17がフレーム領域20bに対向する領域を占めるように配設される。
As shown in FIG. 3, the anode-
前記構成を備える高圧水素製造装置1では、給水口14から流体通路8に水を供給すると共に、セパレータ5,6を介してカソード給電体3とアノード給電体4とに通電すると、水の電気分解により、流体通路8内に水素イオン、電子、酸素ガスが生成する。次に、前記水素イオンは、カソード給電体3とアノード給電体4との電位差により、一部の水分子を伴って陽イオン透過膜である固体高分子膜2を透過し、カソード給電体3側に移動する。そして、前記水素イオンがカソード給電体3から電子を受け取って分子化することにより、流体通路7に高圧の水素ガスが得られる。
In the high-pressure hydrogen production apparatus 1 having the above-described configuration, when water is supplied from the
一方、流体通路8内に生成した酸素ガスは、大部分の水と共に排水口15から排出されるが、このようにすると、カソード側とアノード側とで圧力のバランスが崩れる。この結果、カソード側セパレータ5の流体通路7に得られた高圧の水素ガスにより、固体高分子膜2とアノード給電体4の多孔質チタン焼結体16とがアノード側セパレータ6方向に押圧されることになる。
On the other hand, the oxygen gas generated in the
このとき、高圧水素製造装置1では、アノード側セパレータ6は前述のように非多孔質のチタン材料等からなり、さらに流体通路8が形成されているために十分な厚さがあり、前記水素ガスの圧力に抗して変形することなく、形状を維持することが可能な剛性を備えている。そして、アノード給電体4はアノード側セパレータ6に密着して配設されている。また、アノード給電体4は、多孔質チタン焼結体16の周囲がチタンプレート17により取り囲まれた構成を備えている。この結果、アノード給電体4の多孔質チタン焼結体16は、厚さ方向ではアノード側セパレータ6により変形が規制され、厚さと直交する方向ではチタンプレート17により変形が規制されることとなり、変形することがない。
At this time, in the high-pressure hydrogen production apparatus 1, the
上述のように、多孔質チタン焼結体16が厚さと直交する方向に変形することがないので、多孔質チタン焼結体16の端部は固体高分子膜2に対して移動することがなく、固体高分子膜2は該端部により損傷を受けることがない。また、多孔質チタン焼結体16が厚さ方向に変形することがないので、固体高分子膜2はアノード側セパレータ6方向に押圧されても、カソード給電体3との間に間隙が生じることもない。従って、固体高分子膜2とカソード給電体3との間の接触抵抗の増大を防止することができる。
As described above, since the porous titanium sintered
次に、本発明の実施例と比較例とを示す。 Next, examples of the present invention and comparative examples will be described.
本実施例では、まず、チタンの溶融飛沫を飛散中に凝固させるガスアトマイズ法により製造された球状ガスアトマイズチタン粉末を所定形状の焼結容器に充填して真空焼結した後、表面を研削することにより、外径28mm、はめあい公差h6、厚さ1mmに加工して、図2(a)に示す多孔質チタン焼結体16aを製造した。次に、純チタン2種相当のプレートを外径56mm、内径28mm、はめあい公差H6、厚さ1mmに加工して、図2(a)に示すドーナッツ状のチタンプレート17aを製造し、チタンプレート17aの内周部に多孔質チタン焼結体16aを圧入して一体化し、アノード給電体4を製造した。
In this example, first, a spherical gas atomized titanium powder produced by a gas atomizing method that solidifies molten droplets of titanium during scattering is filled into a predetermined shaped sintering vessel and vacuum sintered, and then the surface is ground. The porous titanium sintered body 16a shown in FIG. 2 (a) was manufactured by processing into an outer diameter of 28 mm, a fitting tolerance h6, and a thickness of 1 mm. Next, a plate corresponding to two types of pure titanium is processed into an outer diameter of 56 mm, an inner diameter of 28 mm, a fitting tolerance H6, and a thickness of 1 mm to produce a donut-shaped
次に、多孔質チタン焼結体16aと全く同一のカソード給電体3を製造した。
Next, the cathode
次に、図3に示すように、膜の両極に触媒を担持した(図示せず)厚さ100μmの固体高分子膜2の両側に、前記カソード給電体3、アノード給電体4を配設し、さらにカソード給電体3、アノード給電体4に、チタン材料からなるセパレータ5,6を積層して、高圧水素製造装置1を形成した。次に、セパレータ5,6に絶縁部材9,9を積層した高圧水素製造装置1を、さらにエンドプレート10,10により挟持して、エンドプレート10,10に取着されたボルト11とナット12とにより締め付け、図1に示す構成とした。
Next, as shown in FIG. 3, the
次に、前記構成の高圧水素製造装置1により水素ガスを製造し、該水素ガスによりカソード側から固体高分子膜2と多孔質チタン焼結体16aとを40MPaで加圧したところ、固体高分子膜2には損傷がなく、カソード側を40MPaの圧力に安定して維持することができた。このとき、固体高分子膜2の水素透過量はほぼ1ml/分以下であった。 Next, hydrogen gas is produced by the high-pressure hydrogen production apparatus 1 having the above-described configuration, and the solid polymer film 2 and the porous titanium sintered body 16a are pressurized from the cathode side with the hydrogen gas at 40 MPa. The membrane 2 was not damaged, and the cathode side could be stably maintained at a pressure of 40 MPa. At this time, the hydrogen permeation amount of the solid polymer membrane 2 was approximately 1 ml / min or less.
次に、本実施例に用いたものと同一のアノード給電体4を機械的に40MPaの圧力で3分間加圧した。前記加圧を解放したのち、アノード給電体4の厚さの減少量を測定したところ1μmであり、実質的に減少は認められなかった。
〔比較例1〕
本比較例1では、多孔質チタン焼結体16aのみによりアノード給電体4を構成した以外は、実施例1と全く同一にして高圧水素製造装置を製造した。
Next, the same anode power supply 4 as that used in this example was mechanically pressurized at a pressure of 40 MPa for 3 minutes. After releasing the pressure, the amount of decrease in the thickness of the anode power supply 4 was measured and found to be 1 μm, and no substantial decrease was observed.
[Comparative Example 1]
In this comparative example 1, a high-pressure hydrogen production apparatus was produced in exactly the same manner as in example 1 except that the anode feeder 4 was constituted only by the porous titanium sintered body 16a.
次に、本比較例の高圧水素製造装置により水素ガスを製造したところ、カソード側からの固体高分子膜2と多孔質チタン焼結体16aとに対する圧力が約22MPaに達した時点で固体高分子膜2が破損し、カソード側を高圧に維持することができなかった。 Next, when hydrogen gas was produced by the high-pressure hydrogen production apparatus of this comparative example, when the pressure on the solid polymer membrane 2 and the porous titanium sintered body 16a from the cathode side reached about 22 MPa, the solid polymer was produced. The membrane 2 was damaged and the cathode side could not be maintained at a high pressure.
次に、本比較例に用いたものと同一のアノード給電体4(多孔質チタン焼結体16a)を機械的に40MPaの圧力で3分間加圧したところ、約20MPaから塑性変形の発生が認められた。前記加圧を解放したのち、アノード給電体4の厚さの減少量を測定したところ50μmであり、約5%の減少が認められた。 Next, when the same anode feeder 4 (porous titanium sintered body 16a) as that used in this comparative example was mechanically pressed at a pressure of 40 MPa for 3 minutes, the occurrence of plastic deformation was observed from about 20 MPa. It was. After releasing the pressure, the amount of decrease in the thickness of the anode power supply 4 was measured and found to be 50 μm, and a decrease of about 5% was observed.
本実施例では、まず、チタンの溶融飛沫を飛散中に凝固させるガスアトマイズ法により製造された球状ガスアトマイズチタン粉末を所定形状の焼結容器に充填して真空焼結した後、表面を研削することにより、外径28mm、はめあい公差h6、厚さ300mmに加工して、図2(a)に示す多孔質チタン焼結体16aを製造した。次に、純チタン2種相当のバルク材を外径56mm、内径28mm、はめあい公差H6、厚さ300mmに加工して、図2(a)に示すドーナッツ状のチタン部材17aを製造し、チタン部材17aの内周部に多孔質チタン焼結体16aを圧入して一体化した。次に、チタン部材17aの内周部に多孔質チタン焼結体16aを圧入して一体化した部材を厚さ1mmにスライス加工した後、表面研削することにより、アノード給電体4を製造した。
In this example, first, a spherical gas atomized titanium powder produced by a gas atomizing method that solidifies molten droplets of titanium during scattering is filled into a predetermined shaped sintering vessel and vacuum sintered, and then the surface is ground. The porous titanium sintered body 16a shown in FIG. 2 (a) was manufactured by processing into an outer diameter of 28 mm, a fitting tolerance h6, and a thickness of 300 mm. Next, a bulk material corresponding to two types of pure titanium is processed into an outer diameter of 56 mm, an inner diameter of 28 mm, a fit tolerance of H6, and a thickness of 300 mm to produce a donut-shaped
次に、本実施例で得られたアノード給電体4を用いた以外は、実施例1と全く同一にして、高圧水素製造装置1を製造した。 Next, a high-pressure hydrogen production apparatus 1 was produced in exactly the same manner as in Example 1 except that the anode feeder 4 obtained in this example was used.
次に、本実施例の高圧水素製造装置1を用いた以外は、実施例1と全く同一にして水素ガスを製造し、該水素ガスによりカソード側から固体高分子膜2と多孔質チタン焼結体16aとを40MPaで加圧した。このとき、固体高分子膜2の水素透過量はほぼ1ml/分以下であった。 Next, hydrogen gas was produced in exactly the same manner as in Example 1 except that the high-pressure hydrogen production apparatus 1 of this example was used, and the solid polymer membrane 2 and porous titanium sintered from the cathode side with the hydrogen gas. The body 16a was pressurized at 40 MPa. At this time, the hydrogen permeation amount of the solid polymer membrane 2 was approximately 1 ml / min or less.
本実施例の方法によれば、チタンプレート17aの内周部に多孔質チタン焼結体16aが圧入されて一体化された構成のアノード給電体4を、容易に多量に製造することができる。
According to the method of the present embodiment, the anode power supply 4 having a structure in which the porous titanium sintered body 16a is press-fitted into the inner peripheral portion of the
本実施例では、まず、チタンの溶融飛沫を飛散中に凝固させるガスアトマイズ法により製造された球状ガスアトマイズチタン粉末を所定形状の焼結容器に充填して真空焼結した後、表面を研削することにより、30mm角、厚さ1mmに加工して、図2(b)に示す多孔質チタン焼結体16bを製造した。次に、純チタン2種相当のプレートを長さ40mm、幅10mm、厚さ1mmに加工して、図2(b)に示すチタンプレート17b1,b2,b3,b4を製造し、多孔質チタン焼結体16bの周囲にチタンプレート17b1,b2,b3,b4を電子ビーム溶接することにより、アノード給電体4を製造した。このとき、溶接ビード幅は1.5mm、溶接深さは0.6〜0.8mmであった。
In this example, first, a spherical gas atomized titanium powder produced by a gas atomizing method that solidifies molten droplets of titanium during scattering is filled into a predetermined shaped sintering vessel and vacuum sintered, and then the surface is ground. The porous titanium sintered
次に、本実施例で得られたアノード給電体4を用いた以外は、実施例1と全く同一にして、高圧水素製造装置1を製造した。 Next, a high-pressure hydrogen production apparatus 1 was produced in exactly the same manner as in Example 1 except that the anode feeder 4 obtained in this example was used.
次に、本実施例の高圧水素製造装置1を用いた以外は、実施例1と全く同一にして水素ガスを製造し、該水素ガスによりカソード側から固体高分子膜2と多孔質チタン焼結体16aとを40MPaで加圧した。このとき、固体高分子膜2の水素透過量はほぼ1ml/分以下であった。 Next, hydrogen gas was produced in exactly the same manner as in Example 1 except that the high-pressure hydrogen production apparatus 1 of this example was used, and the solid polymer membrane 2 and porous titanium sintered from the cathode side with the hydrogen gas. The body 16a was pressurized at 40 MPa. At this time, the hydrogen permeation amount of the solid polymer membrane 2 was approximately 1 ml / min or less.
本実施例の方法によれば、多孔質チタン焼結体16bの周囲にチタンプレート17b1,b2,b3,b4が接合されて一体化された構成の異型のアノード給電体4を、容易に製造することができる。
According to the method of the present embodiment, the odd-shaped anode power feeder 4 having a configuration in which the titanium plates 17b 1 , b 2 , b 3 , and b 4 are joined and integrated around the porous titanium sintered
1…水素製造装置、 2…固体高分子膜、 3…カソード給電体、 4…アノード給電体、 5…カソード側セパレータ、 6…アノード側セパレータ、 7,8…流体通路、 16…多孔質部材、 17…非多孔質部材、 19a,19b…流体通路領域、 20a,20b…フレーム領域。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Hydrogen production apparatus, 2 ... Solid polymer membrane, 3 ... Cathode electric power supply, 4 ... Anode electric power supply, 5 ... Cathode side separator, 6 ... Anode side separator, 7, 8 ... Fluid passage, 16 ... Porous member, 17 ... Non-porous member, 19a, 19b ... Fluid passage region, 20a, 20b ... Frame region.
Claims (4)
該アノード側セパレータは、カソード側セパレータの流体通路に得られる水素ガスの圧力に抗して形状を維持できる材料からなり、該流体通路が設けられている流体通路領域と、該流体通路領域の外周側に設けられたフレーム領域とを備え、
アノード給電体は該固体高分子膜と該アノード側セパレータとに密着して配設されており、導電性粒子が焼結されてなり該流体通路領域に対向する領域を占める多孔質部材と、該フレーム領域に対向する領域を占めて該多孔質部材を取り囲み該多孔質部材の厚さと直交する方向への変形を規制する非多孔質部材とからなることを特徴とする水素製造装置。 A solid polymer film, a pair of power supply bodies provided opposite to each other on both the cathode side and the anode side of the solid polymer film, a separator stacked on each power supply body, and each power supply provided on each separator A fluid passage exposing the body, and supplying water to the fluid passage of the anode-side separator and energizing each power feeding body to electrolyze the water supplied to the fluid passage of the anode-side separator, In a hydrogen production apparatus for obtaining high-pressure hydrogen gas in the fluid passage of
The anode separator is made of a material capable of maintaining a shape against the pressure of hydrogen gas obtained in the fluid passage of the cathode separator, and includes a fluid passage region in which the fluid passage is provided, and an outer periphery of the fluid passage region. Frame area provided on the side,
The anode power supply is disposed in close contact with the solid polymer membrane and the anode-side separator, and a porous member occupying a region facing the fluid passage region formed by sintering conductive particles; A hydrogen production apparatus comprising: a non-porous member that occupies a region facing a frame region, surrounds the porous member, and restricts deformation in a direction orthogonal to the thickness of the porous member.
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