JP2007131954A - Electrolytic cell and hydrogen-oxygen generator - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrolytic cell capable of maintaining high sealability, improving pressure resistant strength and reducing the deterioration of a solid electrolyte membrane. <P>SOLUTION: The electrolytic cell is equipped with: a pair of electrode plates 3; a solid electrolyte membrane 2 arranged between the pair of electrode plates 3; power feeders 4 arranged between either electrode plate 3 and solid electrolyte membrane 2, and between the other electrode plate 3 and solid electrolyte membrane 2, respectively; and gaskets 5, 6 covering the circumferences of the power feeders 4. Port seal parts 53, 63 projecting to the sides of the electrode plates are formed at the gaskets 5, 6. Each powder feeder 4 is provided with: an electrically conductive plate; and a sintered compact arranged at the side of the solid electrolyte membrane than the electrically conductive plate. A port is formed at each electrically conductive plate. In the sintered compact, a notch part is formed at a position corresponding to the port of each electrically conductive plate, and a seal member for sealing the port is arranged at each notch part. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

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解セルに関するものである。また、本発明は、かかる電解セルを用いて構成される水素酸素発生装置に関するものである。   The present invention relates to a water electrolysis apparatus such as a hydrogen / oxygen generator that generates hydrogen gas and oxygen gas by electrolyzing water or the like, and more particularly to an electrolysis cell used when a water electrolysis apparatus is configured. The present invention also relates to a hydrogen-oxygen generator configured using such an electrolytic cell.

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8−239788号公報(特許文献1)、あるいは特開2001−164391号公報(特許文献2)に開示された技術が知られている。   As an electrolysis cell which constitutes a hydrogen oxygen generator according to the prior art, for example, there is a technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-239788 (Patent Document 1) or Japanese Patent Laid-Open No. 2001-164391 (Patent Document 2). Are known.

特許文献1にて開示された電解セルは、図14に示すように構成されており、この電解セル151は、電極板153aと電極板153bとの間に電極板152が配されており、電極板153a,153bと電極板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等が設けられた複極式の電解セルである。具体的には、電極板152,153a,153bと固体電解質膜154との間には、多孔質給電体155が設けられており、電極板152,153a,153b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。また、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。   The electrolysis cell disclosed in Patent Document 1 is configured as shown in FIG. 14, and this electrolysis cell 151 has an electrode plate 152 disposed between an electrode plate 153a and an electrode plate 153b. Between the plates 153a and 153b and the electrode plate 152, a solid electrolyte membrane 154, a porous power feeder 155, an annular gasket 156 made of silicone rubber for isolating the porous power feeder 155 from the outside, an annular protective sheet 157, and the like are provided. A bipolar electrolysis cell. Specifically, a porous power feeder 155 is provided between the electrode plates 152, 153 a, 153 b and the solid electrolyte membrane 154, and the electrode plates 152, 153 a, 153 b and the porous power feeder 155 are provided between them. Is provided with an annular gasket 156, and an annular protective sheet 157 is provided between the porous power feeder 155 and the solid electrolyte membrane 154. The porous power supply 155 is made of a breathable material such as a mesh or a sintered body, and is configured to allow fluid to freely flow from the side surface.

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158a、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14においては省略したが、この電極板152には、純水供給用経路、純水流通通路、水素ガス取り出し用経路、および水素ガス流通通路も形成されている。   In the electrode plate 152, an oxygen gas extraction path 158, an oxygen gas circulation path 158a, a drain water discharge path 161 for the cathode chamber, a drain water discharge path 161a, and the like are formed. Although omitted in FIG. 14, the electrode plate 152 is also formed with a pure water supply path, a pure water circulation path, a hydrogen gas extraction path, and a hydrogen gas circulation path.

また、電極板153a,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、端板162同士は、電極板152,153a,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。   Further, end plates 162 are respectively provided on the outer sides of the electrode plates 153a and 153b (opposite the surface having the solid electrolyte membrane 154), and the end plates 162 connect the electrode plates 152, 153a, 153b, and the like. It is fixed by tightening with a tightening bolt or the like in the state of being penetrated. That is, the electrolysis cell 151 is assembled in a state in which each element provided between the end plate 162 and the end plate 162 is fixed at a predetermined interval by using fastening means such as fastening bolts.

特許文献2にて開示された電解セルは、固体電解質膜と電極板ユニットとを複数積層して構成されている。電極板ユニットは、チタン板製の電極板の両面側に、多孔質給電体とスペーサとシール部材等とを配設して構成されている。スペーサ等には、発生した酸素ガス、水素ガスを取り出すために用いられる酸素用孔、水素用孔が形成され、加えて、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が形成されている。   The electrolytic cell disclosed in Patent Document 2 is configured by laminating a plurality of solid electrolyte membranes and electrode plate units. The electrode plate unit is configured by disposing a porous power feeder, a spacer, a seal member, and the like on both sides of an electrode plate made of a titanium plate. The spacer is formed with oxygen holes and hydrogen holes that are used to take out the generated oxygen gas and hydrogen gas, and for pure water that is used to supply pure water used for electrolysis A hole is formed.

この特許文献2にて開示された電解セルを成す電極板の周縁部近傍には、凹型の溝が形成されており、この溝にシール部材を配設した状態で各構成要素を積層させて組み立てることによって、特許文献2に記載された電解セルが構成されている。   A concave groove is formed in the vicinity of the peripheral edge of the electrode plate constituting the electrolytic cell disclosed in Patent Document 2, and each component is assembled by laminating a seal member in the groove. Thus, the electrolytic cell described in Patent Document 2 is configured.

特開平8−239788号公報JP-A-8-239788 特開2001−164391号公報JP 2001-164391 A

しかしながら、上記従来技術にかかる電解セルには、次のような問題があった。   However, the electrolytic cell according to the above prior art has the following problems.

特許文献1に記載された電解セルを成す環状ガスケットは、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り、この環状ガスケットは、平板状の電極板と接することによって耐圧部品として機能しているため、内圧が高くなれば、環状ガスケットがその内圧によって電極板上でずれて、締付ボルトの間から外方へ、はみ出すおそれがある。つまり、このように構成された電解セルは、環状ガスケットのずれによってシール性が低減するおそれがあるという問題があった。   The annular gasket constituting the electrolytic cell described in Patent Document 1 has a function as a pressure-resistant component for isolating the oxygen generation chamber and the hydrogen generation chamber from the outside of the cell. However, the annular gasket itself is soft, and this annular gasket functions as a pressure-resistant component by contacting a flat electrode plate. Therefore, if the internal pressure increases, the annular gasket is displaced on the electrode plate by the internal pressure. Then, it may protrude from between the tightening bolts. That is, the electrolytic cell configured as described above has a problem that the sealing performance may be reduced due to the shift of the annular gasket.

特許文献2に記載された電解セルにおいては、上記環状ガスケットに相当するシール部材が、電極板に形成された溝内に配設されている。したがって、電解セルの内圧が高くなっても、電極板上でシール部材がずれる可能性は、特許文献1に記載された電解セルよりも低減し、耐圧性も持たせることができる。
しかしながら、かかる構成の電解セルはシール部材が線接触状態となり、このような線接触状態にあるシール部材と電極板との間に固体電解質膜が挟持されているため、高圧ガス発生用電解セルとして使用する場合、十分な耐圧性能を得ることは困難であった。よって、電解セルを高圧下にて使用する場合には、別に高圧仕様の構成要素(例えば、電解セルを内包可能な密閉容器等)が必要であった。また、固体電解質膜との接触部が線接触であるために、局部的に固体電解質膜に負荷がかかり、破損等が起こりやすいという問題があった。
さらに、この特許文献2によれば、上述したとおり、シール部材と電極板とで固体電解質膜を挟持して電解セルが構成されているため、電極板との接触箇所において、固体電解質膜が劣化しやすいという問題があった。
In the electrolysis cell described in Patent Document 2, a seal member corresponding to the annular gasket is disposed in a groove formed in the electrode plate. Therefore, even if the internal pressure of the electrolysis cell increases, the possibility that the sealing member is displaced on the electrode plate is reduced as compared with the electrolysis cell described in Patent Document 1, and pressure resistance can be provided.
However, in the electrolytic cell having such a configuration, the seal member is in a line contact state, and the solid electrolyte membrane is sandwiched between the seal member and the electrode plate in such a line contact state. When used, it was difficult to obtain sufficient pressure resistance performance. Therefore, when the electrolytic cell is used under high pressure, a component having a high-pressure specification (for example, a sealed container that can contain the electrolytic cell) is required. In addition, since the contact portion with the solid electrolyte membrane is a line contact, there is a problem that a load is applied to the solid electrolyte membrane locally and damage or the like is likely to occur.
Further, according to this Patent Document 2, as described above, the electrolytic cell is configured by sandwiching the solid electrolyte membrane between the sealing member and the electrode plate, so that the solid electrolyte membrane deteriorates at the contact point with the electrode plate. There was a problem that it was easy to do.

そこで、本発明は、上記従来技術にかかる問題を解決するためになされたものであって、高いシール性を維持し、耐圧強度を向上させるべく構成された電解セルを提供することを課題とする。また、本発明は、シール部材による固体電解質膜の破損を防止し、劣化低減を実現可能な電解セルを提供することを課題とする。さらに、本発明は、これらの電解セルを用いて構成された水素酸素発生装置を提供することを課題とする。   Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide an electrolytic cell configured to maintain high sealing performance and improve pressure resistance. . It is another object of the present invention to provide an electrolytic cell capable of preventing the solid electrolyte membrane from being damaged by the sealing member and reducing deterioration. Furthermore, this invention makes it a subject to provide the hydrogen-oxygen generator comprised using these electrolysis cells.

本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたもので、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溝部が形成されており、前記溝部に嵌合した状態で、前記給電体の周囲を覆い、前記固体電解質膜の各面に接するように、第一シール部材および第二シール部材が設けられ、前記第一シール部材側に位置し、前記第二シール部材との間に前記固体電解質膜を挟持する第三シール部材が設けられ、前記第三シール部材が前記第一シール部材よりも前記給電体側に配設されていることを特徴としている。   The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and includes a solid electrolyte membrane, electrode plates provided on both sides of the solid electrolyte membrane, and between the solid electrolyte membrane and the electrode plate. An electrolytic cell having an intervening power supply body, wherein a groove portion for arranging a seal member is formed in the vicinity of the peripheral edge portion of the electrode plate, and the periphery of the power supply body is fitted in the groove portion. A first seal member and a second seal member are provided so as to be in contact with each surface of the solid electrolyte membrane, located on the first seal member side, and between the second seal member and the solid electrolyte A third seal member for sandwiching the membrane is provided, and the third seal member is disposed closer to the power feeding body than the first seal member.

このような構成によれば、前記電極板に嵌合された状態のシール部材を用いて、前記電極板、前記給電体、および前記固体電解質膜のシールを行っているため、電解セル内の圧力が高まっても、嵌合状態であるが故に、各シール部材のずれ等が生じない。よって、従来よりも高いシール性、耐圧強度を有する電解セルを得ることができる。
また、このような構成によれば、前記固体電解質膜の周囲が第二シール部材と第三シール部材とで挟持されているため、従来(特許文献2参照)の場合のように一方が電極板で挟持されている場合と比較して、固体電解質膜の劣化低減を実現可能な電解セルを得ることができる。
さらに、このような構成によれば、固体電解質膜の両側面にそれぞれシール部材を有し、一方のシール部材が第一シール部材と第三シール部材とを組み合わせて構成されているため、より高いシール性を得ることができる。
なお、上記シール部材がそれぞれ電極板および固体電解質膜と平面接触するような形状を有していれば(すなわち各構成要素を積層した際におけるシール部材の接触部が面状に接触した状態(「面」でシールした状態)であれば)、従来(特許文献2参照)のような線接触状態のシール部を有する構成に比較して、高いシール性を有する電解セルを得ることができ、局部的に負荷がかかることも避けられるため、固体電解質膜の破損も防止することができる。
According to such a configuration, since the electrode plate, the power feeding body, and the solid electrolyte membrane are sealed using the sealing member fitted to the electrode plate, the pressure in the electrolytic cell Even if it increases, since it is a fitting state, the shift | offset | difference of each sealing member, etc. do not arise. Therefore, it is possible to obtain an electrolytic cell having higher sealing performance and pressure strength than conventional ones.
Further, according to such a configuration, since the periphery of the solid electrolyte membrane is sandwiched between the second seal member and the third seal member, one of the electrode plates is used as in the conventional case (see Patent Document 2). Compared with the case where it is pinched | interposed by, the electrolytic cell which can implement | achieve deterioration reduction of a solid electrolyte membrane can be obtained.
Furthermore, according to such a structure, since it has a sealing member in the both sides | surfaces of a solid electrolyte membrane, respectively, and one sealing member is comprised combining the 1st sealing member and the 3rd sealing member, it is higher Sealability can be obtained.
In addition, if the sealing member has a shape such that the electrode plate and the solid electrolyte membrane are in plane contact with each other (that is, the contact portion of the sealing member when the constituent elements are stacked is in a planar contact state (“ If it is in a state of being sealed with a “surface”), an electrolytic cell having a high sealing performance can be obtained as compared with a configuration having a seal portion in a line contact state as in the prior art (see Patent Document 2). Therefore, it is possible to prevent the solid electrolyte membrane from being damaged.

また、本発明にかかる電解セルにおいては、前記第一シール部材と前記第三シール部材とが一体的に構成されていることが好ましい。   In the electrolysis cell according to the present invention, it is preferable that the first seal member and the third seal member are integrally formed.

この好ましい構成によれば、電解セル内の圧力が高まった場合であっても、第一シール部材と第三シール部材とが一体的であるため、より強固にシール部材のずれを防止することができる。   According to this preferable configuration, even when the pressure in the electrolysis cell is increased, the first seal member and the third seal member are integrated, so that the displacement of the seal member can be prevented more firmly. it can.

また、本発明にかかる電解セルにおいては、前記固体電解質膜における圧力が低い面側に接するように、前記第三シール部材が配設されている構成が好ましい。   Moreover, in the electrolysis cell concerning this invention, the structure by which the said 3rd seal member is arrange | positioned so that the surface side with a low pressure in the said solid electrolyte membrane may be contacted is preferable.

前記電解セルを構成する前記電極板が、前記第一シール部材、第二シール部材、および第三シール部材を配設可能な溝部を有する場合、前記電極板をプレス成型等にて形成すると、前記第二シール部材を配設する溝部の同一面側であって前記第一シール部材の外側部分に、若干の空隙領域が形成される。前記空隙領域が形成された状態において、前記第一および第三シール部材が配設された側が高圧状態となると、前記空隙領域方向に前記第一および第三シール部材がずれ込むおそれがある。
上述した好ましい構成によれば、前記固体電解質膜における圧力が低い面側に接するように、前記第三シール部材が配設されるため、このような前記空間領域方向への前記第一および第三シール部材のずれ込みを効果的に防止することができる。
なお、このようなずれ込みを防止する構成としては、前記空間領域に何等かのスペーサを設ける構成があげられる。かかる構成によれば、前記空間領域が前記スペーサによって埋められるため、前記第一シール部材側であっても前記第二シール部材側であっても、高圧状態に対応可能となる。
When the electrode plate constituting the electrolysis cell has a groove part in which the first seal member, the second seal member, and the third seal member can be disposed, the electrode plate is formed by press molding or the like, A slight gap region is formed on the same surface side of the groove portion in which the second seal member is disposed and in the outer portion of the first seal member. In the state where the gap region is formed, if the side on which the first and third seal members are disposed is in a high pressure state, the first and third seal members may be displaced toward the gap region.
According to the preferred configuration described above, since the third seal member is disposed so as to contact the surface of the solid electrolyte membrane where the pressure is low, the first and third in the direction of the space region. The seal member can be effectively prevented from being displaced.
In addition, as a structure which prevents such shift | offset | difference, the structure which provides some spacers in the said space area | region is mention | raise | lifted. According to such a configuration, since the space region is filled with the spacer, it is possible to cope with a high pressure state on either the first seal member side or the second seal member side.

また、本発明にかかる電解セルにおいては、前記電極板が外周縁に沿って凹部と凸部とが交互に整列するように屈曲されてなる周縁部を有し、前記電極板が積層された際、上下に位置する前記電極板の凹部と凸部とが対向すべく配設される構成が好ましい。   Further, in the electrolysis cell according to the present invention, the electrode plate has a peripheral portion that is bent so that concave portions and convex portions are alternately aligned along the outer peripheral edge, and the electrode plate is laminated. A configuration in which the concave and convex portions of the electrode plate positioned above and below are arranged to face each other is preferable.

この好ましい構成によれば、従来の電極板と比較して薄い電極板を使用しながら、前記電解セルの耐圧強度を維持または向上させることができる。   According to this preferable configuration, the pressure strength of the electrolytic cell can be maintained or improved while using a thin electrode plate as compared with the conventional electrode plate.

また、本発明にかかる電解セルにおいては、側面部が、前記電極板の周縁部によって形成されるハニカム構造を有することが好ましい。   In the electrolysis cell according to the present invention, it is preferable that the side surface portion has a honeycomb structure formed by the peripheral edge portion of the electrode plate.

この好ましい構成によれば、前記ハニカム構造の側面部を有するため、高い内圧に対しても十分な強度を得ることができる。また、前記ハニカム構造であることから、本発明にかかる電解セルは、その材料および形状から生ずる適度な弾性力をも有することとなって、熱膨張による接触面圧の上昇を吸収することができる。   According to this preferable configuration, since the side surface portion of the honeycomb structure is provided, sufficient strength can be obtained even with a high internal pressure. In addition, because of the honeycomb structure, the electrolysis cell according to the present invention also has an appropriate elastic force resulting from its material and shape, and can absorb an increase in contact surface pressure due to thermal expansion. .

さらに、本発明にかかる水素酸素発生装置は、上述したいずれかの電解セルを用いて構成されたことを特徴としている。   Furthermore, the hydrogen oxygen generator according to the present invention is characterized by being configured using any of the above-described electrolysis cells.

以上説明したように、本発明によれば、高いシール性を維持し、耐圧強度を向上させる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、固体電解質膜のシール部材による破損を防ぎ、劣化低減を実現可能な電解セルを得ることができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an electrolysis cell configured to maintain high sealing performance and improve pressure strength. Moreover, according to the present invention, it is possible to obtain an electrolytic cell capable of preventing damage due to the sealing member of the solid electrolyte membrane and realizing reduction in deterioration.

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

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解セル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に示した電解セルユニットを複数積層することによって、電解セルが構成されている。   FIG. 1 shows a schematic view of an electrolysis cell according to an embodiment of the present invention, FIG. 1 (a) shows a plan view of the electrolysis cell, and FIG. 1 (b) shows one part of FIG. 1 (a). The side view of the II arrow which made the section a cross section is shown. Moreover, FIG. 2 is sectional drawing which shows the principal part among the II-II line cross sections of Fig.1 (a). FIG. 3 is a cross-sectional view showing the main part of the cross section taken along the line III-III in FIG. FIG. 4 shows an exploded perspective view of the electrolytic cell unit constituting the electrolytic cell according to the present invention. In the present embodiment, an electrolytic cell is configured by stacking a plurality of electrolytic cell units shown in FIG.

図1〜図3に示す電解セル1は、固体電解質膜2、電極板3、多孔質給電体4(本発明の「給電体」に相当)、陰極側ガスケット5(本発明の「シール部材」に相当)、および陽極側ガスケット6(本発明の「シール部材」に相当)を備えた電解セルユニット(図4参照)を複数積層して構成されている。図4に示すように、本実施形態にかかる電解セル1を成す電解セルユニット10は、一対の電極板3間に、固体電解質膜2、多孔質給電体4、およびガスケット5,6を挟持して構成されている。   The electrolytic cell 1 shown in FIGS. 1 to 3 includes a solid electrolyte membrane 2, an electrode plate 3, a porous power feeder 4 (corresponding to the “power feeder” of the present invention), and a cathode side gasket 5 (“seal member” of the present invention). And an electrolytic cell unit (see FIG. 4) provided with an anode side gasket 6 (corresponding to the “sealing member” of the present invention). As shown in FIG. 4, an electrolytic cell unit 10 constituting the electrolytic cell 1 according to the present embodiment sandwiches a solid electrolyte membrane 2, a porous power supply 4, and gaskets 5 and 6 between a pair of electrode plates 3. Configured.

つまり、本実施形態にかかる電解セル1は、積層状態にある複数の電解セルユニット10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構成されている。
また、本実施形態にかかる電解セル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、複数の電解セルユニット10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。
That is, the electrolytic cell 1 according to the present embodiment is configured by sandwiching a plurality of electrolytic cell units 10 in a stacked state by the end plates 22 provided on both ends, and tightening with the fastening bolts 23. ing.
In the electrolysis cell 1 according to the present embodiment, nuts 24 are attached to the fastening bolts 23 via a plurality of disc springs 25. And at the time of the assembly of an electrolysis cell, after laminating | stacking the some electrolysis cell unit 10, it clamp | tightens by the bolt 23 etc. in the state fastened with the press.

さらに、上述した電解セル1(を成す電解セルユニット10)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(ポート)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(ポート)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(ポート)15,16が形成されている。
つまり、固体電解質膜2、電極板3、および多孔質給電体4には、それぞれ対応する位置に、酸素用孔(ポート)13、水素用孔(ポート)14、および純水用孔(ポート)15,16が設けられている。また、各ガスケット5,6には、必要に応じて、各ポートに流入出する流体の制御を行うポートシール部が設けられている。
Further, the above-described electrolysis cell 1 (the electrolysis cell unit 10) includes an oxygen hole (port) 13 used for taking out the generated oxygen gas, and a hydrogen hole (used for taking out the generated hydrogen gas). Port) 14, pure water holes (ports) 15 and 16 used for supplying pure water to be electrolyzed are formed.
That is, the solid electrolyte membrane 2, the electrode plate 3, and the porous power feeder 4 are respectively provided with oxygen holes (ports) 13, hydrogen holes (ports) 14, and pure water holes (ports) at corresponding positions. 15 and 16 are provided. Each gasket 5, 6 is provided with a port seal portion for controlling the fluid flowing into and out of each port as necessary.

電解セルユニット10についてさらに詳細に説明すると、図4に示すように、電解セルユニット10は、固体電解質膜2の両側に、電極板3および陽極側給電体4A(本発明の「給電体」に相当)等から成る酸素発生室A側領域と、電極板3および陰極側給電体4C(本発明の「給電体」に相当)等から成る水素発生室C側領域とを備えるように構成されている。
酸素発生室A側領域は、電極板3、この電極板3と固体電解質膜2とに接するように設けられた陽極側給電体4A、および電極板3の所定箇所に嵌合するガスケット本体部と陽極側給電体4A周辺における所定のポートに対する流体(液体、気体)の流入出状態を制御するポートシール部とを有する陽極側ガスケット6等を用いて構成されている。
また、水素発生室C側領域は、電極板3、この電極板3と固体電解質膜2とに接するように設けられた陰極側給電体4C、および電極板3の所定箇所に嵌合するガスケット本体部と陰極側給電体4C周辺における所定のポートに対する流体の流入出状態を制御するポートシール部とを有する陰極側ガスケット5等を用いて構成されている。
The electrolysis cell unit 10 will be described in more detail. As shown in FIG. 4, the electrolysis cell unit 10 is provided on both sides of the solid electrolyte membrane 2 with an electrode plate 3 and an anode side power feeding body 4A (the “power feeding body” of the present invention). Etc.) and an oxygen generation chamber A side region composed of the electrode plate 3 and the cathode side power feeder 4C (corresponding to the “power feeder” of the present invention) and the like. Yes.
The oxygen generation chamber A side region includes an electrode plate 3, an anode-side power feeding body 4 </ b> A provided so as to be in contact with the electrode plate 3 and the solid electrolyte membrane 2, and a gasket main body portion that fits in a predetermined portion of the electrode plate 3. The anode side gasket 6 has a port seal portion that controls the inflow / outflow state of fluid (liquid, gas) with respect to a predetermined port around the anode side power supply body 4A.
Further, the hydrogen generation chamber C side region includes an electrode plate 3, a cathode side power supply body 4 </ b> C provided so as to be in contact with the electrode plate 3 and the solid electrolyte membrane 2, and a gasket body that fits into a predetermined portion of the electrode plate 3. And a cathode side gasket 5 having a port seal portion for controlling a fluid inflow / outflow state with respect to a predetermined port around the cathode side power supply body 4C.

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もしくはホットプレス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薄くて柔らかい膜であるため、多孔質給電体4との接触面圧が高くなれば損傷する可能性がある。従来技術のように線接触状態で挟持すると、局部的に接触面圧が高くなることとなり、固体高分子電解質膜に負担をかけることとなる。しかしながら、本実施形態によれば、複数の電解セルユニット10の積層時において、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。また、後述するガスケット5,6の作用によっても、固体電解質膜2が損傷する可能性は、従来より大きく低減する。詳細は後述する。   As the solid electrolyte membrane 2, a so-called solid polymer electrolyte membrane is used in which a catalyst electrode of a porous layer made of a platinum group metal or the like is formed on both surfaces of an ion conductive polymer membrane by chemical plating or hot pressing. Since this solid polymer electrolyte membrane is a relatively thin and soft membrane, there is a possibility of damage if the contact surface pressure with the porous power feeder 4 is increased. When sandwiched in a line contact state as in the prior art, the contact surface pressure locally increases and places a burden on the solid polymer electrolyte membrane. However, according to the present embodiment, since the surface pressure can be made uniform when the plurality of electrolytic cell units 10 are stacked, the solid electrolyte membrane 2 is not damaged and water electrolysis is stably maintained. Also, the possibility of damage to the solid electrolyte membrane 2 is greatly reduced by the action of gaskets 5 and 6 described later. Details will be described later.

電極板3は、その内方部分たる板部分3aと、この板部分3aの外周部に設けられた周縁部3b等とから形成され、この板部分3aと周縁部3bとの間には、外方側凹凸部3c(本発明の「溝部」に相当)および外方側凹凸部3よりも溝部の深さの低い内方側凹凸部3d(本発明の「溝部」に相当)が形成されている(図2、図3等参照)。これらの凹凸部3c,3dは、後に詳細に説明するガスケット5,6が、適切に嵌合し得るように屈曲形成されている。また、電極板3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。   The electrode plate 3 is formed of a plate portion 3a which is an inner portion of the electrode plate 3 and a peripheral edge portion 3b provided on the outer peripheral portion of the plate portion 3a. Between the plate portion 3a and the peripheral edge portion 3b, A side uneven portion 3c (corresponding to "groove portion" of the present invention) and an inner side uneven portion 3d (corresponding to "groove portion" of the present invention) having a groove depth lower than that of the outer uneven portion 3 are formed. (See FIG. 2, FIG. 3, etc.). These concavo-convex portions 3c and 3d are formed to be bent so that gaskets 5 and 6 described in detail later can be appropriately fitted. The electrode plate 3 can be obtained by molding a titanium plate with a mold press.

また、この電極板3は、上述したように型プレスによって成形され、図10に示すように、その周縁部3bは、屈曲されることによって凹部38と凸部39とが外周縁に沿って交互に形成されている。ここで、図10(a)は電極板3の平面図を示し、図10(b)は図10(a)のB−B線断面図を示し、図10(c)は図10(a)のC−C線断面図を示している。   Further, the electrode plate 3 is formed by a mold press as described above, and as shown in FIG. 10, the peripheral edge portion 3b is bent so that the concave portions 38 and the convex portions 39 are alternately arranged along the outer peripheral edge. Is formed. Here, FIG. 10A shows a plan view of the electrode plate 3, FIG. 10B shows a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 10A, and FIG. 10C shows FIG. The CC sectional view taken on the line is shown.

本実施形態にかかる電極板3は、その周縁部3bを成す凹部38および凸部39が、それぞれともに正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10(c)参照)。
また、図10(a)から明らかなように、凹部38と凸部39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3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38と凸部39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1(b)に示すように、この電解セル1の側面は、複数の電極板3の周縁部3bによって形成される蜂の巣状の構造、すなわち、立体的な六角形ハニカム構造となる。
このような構成であれば、従来の電極板と比較して薄い電極板を使用しながら、電解セルの耐圧強度を維持または向上させることができる。また、このような形状を有する電極板3は、電解セル1の積層方向に弾性を有するため、電解セルのシール面圧を均一化させることも可能となる。さらに、このようなハニカム構造を有する電解セル1は、その材料および形状から生ずる適度な弾性力をも有することとなって、熱膨張による接触面圧の上昇を吸収することができる。
In the electrode plate 3 according to the present embodiment, the concave portion 38 and the convex portion 39 constituting the peripheral edge portion 3b are each formed in a shape (a kind of trapezoid) obtained by cutting a regular hexagon at a center line connecting the diagonals. (See FIG. 10 (c)).
Further, as is clear from FIG. 10A, the alignment of the concave portions 38 and the convex portions 39 is shifted by a half pitch between the opposing sides. Therefore, when two electrode plates 3 having the same configuration are rotated by 180 ° and overlapped with each other, the concave portion 38 and the convex portion 39 are opposed to each other. When the electrolytic cell 1 is assembled by alternately rotating the multi-stage electrode plate units 3 by 180 ° in this way, as shown in FIG. 1B, the side surface of the electrolytic cell 1 has a plurality of electrode plates. 3 has a honeycomb-like structure formed by the three peripheral portions 3b, that is, a three-dimensional hexagonal honeycomb structure.
With such a configuration, the pressure strength of the electrolytic cell can be maintained or improved while using a thin electrode plate as compared with a conventional electrode plate. Moreover, since the electrode plate 3 having such a shape has elasticity in the stacking direction of the electrolysis cell 1, it is possible to make the sealing surface pressure of the electrolysis cell uniform. Furthermore, the electrolytic cell 1 having such a honeycomb structure also has an appropriate elastic force resulting from its material and shape, and can absorb an increase in contact surface pressure due to thermal expansion.

なお、各電極板3は、複極式であるため、複数の電解セルユニット10を積層させる際には、一方面が陽極側として他方面が陰極側として機能し、それぞれの面が積層されている上面および下面の電解セルユニット10を構成する。つまり、図4においては、上方(酸素発生室(+)側)に位置する電極板3はその下面が電解セルユニット10の陽極として機能し、その上面が他の電解セルユニット(さらに上方に設けられる電解セルユニット(図示省略))の陰極として機能する。同様に、図4において下方(水素発生室(−)側に)位置する電極板3はその上面が電解セルユニット10の陰極として機能し、その下面が他の電解セルユニット(さらに下方に設けられる電解セルユニット(図示省略))の陽極として機能する。
また、本実施形態にて用いられる電極板3の形成材料としては、プレス成型し得る厚さの板状部材を採用することが好ましい。プレス成型し得る厚さの板状部材であれば、凹部と凸部とを有する電極板3を容易且つ安価に製造することができるからである。
In addition, since each electrode plate 3 is a bipolar type, when laminating a plurality of electrolytic cell units 10, one surface functions as an anode side and the other surface functions as a cathode side, and the respective surfaces are stacked. The upper and lower electrolytic cell units 10 are configured. That is, in FIG. 4, the lower surface of the electrode plate 3 positioned on the upper side (oxygen generation chamber (+) side) functions as an anode of the electrolysis cell unit 10, and the upper surface thereof is provided with another electrolysis cell unit (further above). It functions as a cathode of an electrolytic cell unit (not shown). Similarly, in FIG. 4, the upper surface of the electrode plate 3 positioned below (on the hydrogen generation chamber (−) side) functions as a cathode of the electrolysis cell unit 10, and the lower surface thereof is provided in another electrolysis cell unit (further below). It functions as an anode of an electrolysis cell unit (not shown).
Moreover, as a forming material of the electrode plate 3 used in this embodiment, it is preferable to employ a plate-like member having a thickness that can be press-molded. This is because the plate member having a thickness capable of being press-molded can easily and inexpensively manufacture the electrode plate 3 having the concave portion and the convex portion.

多孔質給電体4としては、上述したように、酸素発生室A側に設けられた陽極側給電体4Aと水素発生室C側に設けられた陰極側給電体4Cとが用いられる。   As the porous power feeder 4, as described above, the anode-side power feeder 4A provided on the oxygen generation chamber A side and the cathode-side power feeder 4C provided on the hydrogen generation chamber C side are used.

陽極側給電体4Aは、純水を適切に流通させ、電極板3間の電気抵抗が小さく、固体電解質膜2に損傷を発生させないような構成が好ましく、例えば、二層構造を有するように構成されている。具体的には、所定の空隙率を有するチタン製等のパンチングメタル、エキスパンドメタル等を用いて構成された電極板側近接部と、チタン、タンタル、ジルコニウム等の金属繊維や粉末、粒子を焼結して構成された電解質膜側近接部によって、陽極側給電体4Aが構成されている。
また、陰極側給電体4Cは、例えば、所定の空隙率を有するチタン製、ステンレス製のパンチングメタル、エキスパンドメタル等を用いて構成された電極板側近接部と、カーボンあるいはステンレス等の金属繊維や粉末、粒子を焼結して構成された電解質膜側近接部により構成されている。
さらに、これらの給電体4は、白金等の貴金属メッキを施したものでもよい。
The anode-side power feeding body 4A preferably has a configuration in which pure water is appropriately circulated, the electrical resistance between the electrode plates 3 is small, and the solid electrolyte membrane 2 is not damaged, and has, for example, a two-layer structure. Has been. Specifically, the electrode plate side proximity part made of punched metal such as titanium having a predetermined porosity, expanded metal, etc., and metal fibers, powders and particles such as titanium, tantalum, and zirconium are sintered. 4A of anode side electric power feeding bodies are comprised by the electrolyte membrane side adjacent part comprised in this way.
The cathode-side power feeder 4C includes, for example, an electrode plate side proximity portion made of a punching metal, an expanded metal, etc. made of titanium or stainless steel having a predetermined porosity, a metal fiber such as carbon or stainless steel, It is comprised by the electrolyte membrane side proximity | contact part comprised by sintering powder and particle | grains.
Further, these power feeders 4 may be plated with noble metal such as platinum.

また、図4に示すように、本実施形態によれば、陽極側給電体4Aには、その四隅の一カ所に切り欠き部が設けられ、残りの三カ所にポートが設けられており、陰極側給電体4Cには、その四隅の三カ所に切り欠き部が設けられ、残りの一カ所にポートが設けられて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ない。
したがって、例えば、この給電体におけるシール性を向上させるために、給電体を二重構造として、その四隅の構造を変更してもよい。具体的には、例えば、給電体を、電極板側に設けた導電プレート(導電性板)と、電解質膜側に設けた繊維焼結体(導電性焼結体)とを用いた二重構造(二重構造給電体)とし、導電プレートには、図4に示した給電体4と同様の切り欠き部を設け、それに重ねる繊維焼結体の四隅には全て切り欠き部を設け、シールが必要な切り欠き部には、別途平板状のシール部材を配設すべく構成すればよい。ここで、「平板状のシール部材」は、チタンあるいはステンレス等の剛性、機械的強度の高い材料にて形成された平板状の部材であって、繊維焼結体の切り欠き部にきっちりと収まる外形を有すべく構成され、その内径は図4に示された各給電体4のポートと同様の形状に構成されている。すなわち、導電プレートと、その上に重ねられた繊維焼結体および平板状シール部材とを用いて給電体を構成してもよい。このような構成によれば、コーナーのポートが平板状シール部材(剛性、機械的強度の高い平板状部材)にてシールされるため、ポートにおけるシール性を向上させることが可能となって、コーナーにおける水素と酸素との混合を防止することができる。
As shown in FIG. 4, according to the present embodiment, the anode-side power feeder 4A is provided with notches at one of the four corners and ports at the remaining three, and the cathode Although the side power supply 4C has been described with respect to the case where the notch portions are provided at the three corners and the port is provided at the remaining one location, the present invention is not limited to this configuration.
Therefore, for example, in order to improve the sealing performance of the power feeding body, the power feeding body may have a double structure, and the structure of the four corners may be changed. Specifically, for example, the power feeding body is a double structure using a conductive plate (conductive plate) provided on the electrode plate side and a fiber sintered body (conductive sintered body) provided on the electrolyte membrane side. (Double structure power feeder), the conductive plate is provided with notches similar to those of the power feeder 4 shown in FIG. 4, and notches are provided at all four corners of the fiber sintered body overlaid thereon. What is necessary is just to comprise so that a flat-plate-shaped sealing member may be separately arrange | positioned in a required notch part. Here, the “flat seal member” is a flat plate member made of a material having high rigidity and mechanical strength such as titanium or stainless steel, and fits tightly into the cutout portion of the fiber sintered body. It is configured to have an outer shape, and the inner diameter thereof is configured in the same shape as the port of each power feeding body 4 shown in FIG. That is, you may comprise an electric power feeding body using the conductive plate, the fiber sintered compact and flat plate-shaped sealing member which were piled up on it. According to such a configuration, since the corner port is sealed by the flat plate sealing member (the flat plate member having high rigidity and mechanical strength), it is possible to improve the sealing performance at the port. Mixing of hydrogen and oxygen in can be prevented.

上述した導電プレートとしては、例えば、平板状の板部分と、この板部分から突出した複数の突出部とを備え、その厚さ方向を貫通する複数の貫通孔が形成されたものを用いてもよい。ここで、突出部は、貫通孔の周縁部から延びる脚部と、板部分と略平行な平面部とを備えた突出片であることが好ましい。また、突出片は、板部分に貫通孔を形成する切り目を入れて片面側に突出させて形成されたものであることが好ましい。さらに、突出片の脚部と板部分とが成す角度が30°以上であることが好ましい。また、導電プレートの開口率(複数の貫通孔の総開口面積/導電性板の片面の総面積)が30%以上70%以下であることが好ましい。さらに、導電性板は導電性を有する板材を加工して得られたものであり、この板材の厚さは0.2mm以上1.0mm以下であることが好ましい。   As the conductive plate described above, for example, a plate having a flat plate portion and a plurality of protruding portions protruding from the plate portion, and having a plurality of through holes penetrating in the thickness direction may be used. Good. Here, the protruding portion is preferably a protruding piece including a leg portion extending from the peripheral portion of the through hole and a flat portion substantially parallel to the plate portion. Moreover, it is preferable that the protruding piece is formed by making a cut to form a through hole in the plate portion and protruding to one side. Furthermore, it is preferable that the angle formed between the leg portion of the protruding piece and the plate portion is 30 ° or more. Moreover, it is preferable that the aperture ratio (total opening area of a plurality of through holes / total area of one surface of the conductive plate) of the conductive plate is 30% or more and 70% or less. Furthermore, the conductive plate is obtained by processing a conductive plate, and the thickness of the plate is preferably 0.2 mm or greater and 1.0 mm or less.

陰極側ガスケット5は、例えば、図5に示すように構成されている。図5は、図2のV−V線方向から見た陰極側ガスケット5の平面図を示したものである。また、図8は、図5のVIII−VIII線断面図を示したものである。
これらの図に示すように、本実施形態にかかる陰極側ガスケット5は、ガスケット本体部50(本発明の「シール部材」、「第二シール部材」に相当)と、このガスケット本体部50の三方の隅部に設けられたポートシール部53とを用いて構成されている。
The cathode side gasket 5 is configured, for example, as shown in FIG. FIG. 5 shows a plan view of the cathode side gasket 5 as seen from the direction of the VV line in FIG. FIG. 8 shows a cross-sectional view taken along line VIII-VIII in FIG.
As shown in these drawings, the cathode side gasket 5 according to the present embodiment includes a gasket main body 50 (corresponding to “seal member” and “second seal member” of the present invention) and the gasket main body 50 in three directions. It is comprised using the port seal part 53 provided in the corner part.

また、本実施形態にかかる陰極側ガスケット5は、図2および図3に示したように、電極板3の内方側凹凸部3dの上面側(図2等における上方面側)に嵌合した状態で、陰極側給電体4Cからの流体の漏洩を防止すべく、陰極側給電体4Cの周囲を覆うように設けられている。つまり、陰極側ガスケット5のガスケット本体部50は、図2等に示すように、一方面(突出したポートシール部53を有する面)が内方側凹凸部3dの上面側に嵌合し、他方面(平滑面)が固体電解質膜2に接するように構成されている。   Further, as shown in FIGS. 2 and 3, the cathode side gasket 5 according to the present embodiment is fitted to the upper surface side (upper surface side in FIG. 2, etc.) of the inner side uneven portion 3 d of the electrode plate 3. In order to prevent leakage of fluid from the cathode side power supply 4C, the cathode side power supply 4C is provided so as to cover the periphery. That is, as shown in FIG. 2 and the like, the gasket main body portion 50 of the cathode side gasket 5 is fitted with one surface (the surface having the protruding port seal portion 53) on the upper surface side of the inner uneven portion 3d. The surface (smooth surface) is configured to be in contact with the solid electrolyte membrane 2.

上記の通り、本実施形態においては、ポートシール部53が電極板3側に接し、具体的には、ポートシール部53は、電極板3の板部分3aに形成されたポートの周囲を覆う状態で接する。本実施形態は、このような位置にポートシール部53が接するため、各構成要素を積層してプレス機で締め付けた際に、ポートシール部53が圧縮され、酸素用孔および純水用孔内外における流体の漏洩等(酸素用孔および純水用孔からの酸素および純水の漏洩、および給電体4Cから酸素用孔および純水用孔に対する水素の進入)を適切に防止することができる。   As described above, in the present embodiment, the port seal portion 53 is in contact with the electrode plate 3 side. Specifically, the port seal portion 53 covers the periphery of the port formed in the plate portion 3a of the electrode plate 3. Contact with. In the present embodiment, since the port seal portion 53 is in contact with such a position, when the components are stacked and tightened with a press, the port seal portion 53 is compressed, and the inside and outside of the hole for oxygen and the hole for pure water are compressed. It is possible to appropriately prevent fluid leakage and the like (leaching of oxygen and pure water from the oxygen hole and pure water hole, and entry of hydrogen from the power supply 4C into the oxygen hole and pure water hole).

陽極側ガスケット6は、例えば、図6に示すように構成されている。図6は、図3のVI−VI線方向から見た陽極側ガスケット6の平面図を示したものである。また、図9は、図6のIX−IX線断面図を示したものである。
これらの図に示すように、本実施形態にかかる陽極側ガスケット6は、ガスケット本体部60(本発明の「シール部材」に相当)と、このガスケット本体部60の一つの隅部に設けられたポートシール部63とを用いて構成されている。ガスケット本体部60は、外側本体部61(本発明の「第一シール部材」に相当)と内側本体部62(本発明の「第三シール部材」に相当)とを用いて構成されている。
The anode side gasket 6 is configured, for example, as shown in FIG. FIG. 6 shows a plan view of the anode side gasket 6 viewed from the VI-VI line direction of FIG. FIG. 9 is a sectional view taken along line IX-IX in FIG.
As shown in these drawings, the anode-side gasket 6 according to the present embodiment is provided at a gasket body 60 (corresponding to a “seal member” of the present invention) and at one corner of the gasket body 60. The port seal part 63 is used. The gasket main body portion 60 is configured using an outer main body portion 61 (corresponding to the “first seal member” of the present invention) and an inner main body portion 62 (corresponding to the “third seal member” of the present invention).

また、本実施形態にかかる陽極側ガスケット6は、図2および図3に示したように、外側本体部61が外方側凹凸部3cの下面側(図2等における下方面側)に嵌合し、内側本体部62が内方側凹凸部3dの下面側(図2等における下方面側)に嵌合した状態で、陽極側給電体4Aからの流体の漏洩を防止すべく、陽極側給電体4Aの周囲を覆うように設けられている。つまり、陽極側ガスケット6のガスケット本体部60は、図2等に示すように、一方面(突出したポートシール部63を有する面)が外方側凹凸部3cおよび内方側凹凸部3dの下面側に嵌合し、他方面(平滑面)が固体電解質膜2に接するように構成されている。   In addition, as shown in FIGS. 2 and 3, the anode side gasket 6 according to the present embodiment has the outer main body portion 61 fitted on the lower surface side (the lower surface side in FIG. 2, etc.) of the outer side uneven portion 3 c. In order to prevent fluid leakage from the anode-side power feeding body 4A in a state where the inner main body 62 is fitted to the lower surface side (the lower surface side in FIG. 2 and the like) of the inner side uneven portion 3d, It is provided so as to cover the periphery of the body 4A. That is, as shown in FIG. 2 and the like, the gasket main body portion 60 of the anode side gasket 6 has one surface (the surface having the protruding port seal portion 63) as the lower surface of the outer side uneven portion 3c and the inner side uneven portion 3d. The other surface (smooth surface) is in contact with the solid electrolyte membrane 2.

上記の通り、本実施形態においては、ポートシール部63が電極板3側に接し、具体的には、ポートシール部63は、電極板3の板部分3aに形成されたポート(水素用孔14)を覆う状態で接する。本実施形態は、このような位置にポートシール部63が接するため、各構成要素を積層してプレス機で締め付けた際に、ポートシール部63が圧縮され、水素用孔14内外における流体の漏洩等(水素用孔14からの水素の漏洩、および給電体4Aから水素用孔14に対する純水および酸素の浸入)を適切に防止することができる。   As described above, in this embodiment, the port seal portion 63 is in contact with the electrode plate 3 side. Specifically, the port seal portion 63 is a port (hydrogen hole 14 formed in the plate portion 3 a of the electrode plate 3. ) In this embodiment, since the port seal portion 63 is in contact with such a position, when the components are stacked and tightened with a press machine, the port seal portion 63 is compressed and fluid leaks inside and outside the hydrogen hole 14. Etc. (leakage of hydrogen from the hydrogen holes 14 and intrusion of pure water and oxygen into the hydrogen holes 14 from the power supply 4A) can be prevented appropriately.

以上のように、固体電解質膜2、電極板3、多孔質給電体4、および各ガスケット5,6は、積層して構成されており、その積層状態を拡大して示しているのが、図7である。図7は、本実施形態にかかる電解セルの周縁部近傍の部分拡大図を示したものである。
この図7に示すように、本実施形態にかかるガスケット5,6を成すガスケット本体部50,60は、それぞれ突起状のポートシール部53,63(図8、図9参照)を有する面が電極板3に接触して、平滑面(ポートシール部53,63を有しない面)が固体電解質膜2に接触するように構成されている。そして、ガスケット本体部50,60が電極板3の各凹凸部3c,3dに嵌合した状態で、ガスケット本体部50,60の内周面が各給電体4C,4Aの周囲を覆うように構成されている。
つまり、本実施形態においては、図7に示すように、上述したような位置関係を有する、固体電解質膜2、電極板3、多孔質給電体4、および各ガスケット5,6を複数積層することによって、電解セル1が構成されている。
As described above, the solid electrolyte membrane 2, the electrode plate 3, the porous power feeder 4, and the gaskets 5 and 6 are laminated, and the laminated state is shown enlarged. 7. FIG. 7 shows a partially enlarged view of the vicinity of the periphery of the electrolysis cell according to the present embodiment.
As shown in FIG. 7, the gasket body portions 50 and 60 forming the gaskets 5 and 6 according to the present embodiment have electrode surface portions having projecting port seal portions 53 and 63 (see FIGS. 8 and 9), respectively. A smooth surface (a surface not having the port seal portions 53, 63) is in contact with the plate 3 so as to contact the solid electrolyte membrane 2. The gasket body portions 50 and 60 are configured so that the inner peripheral surfaces of the gasket body portions 50 and 60 cover the periphery of the power feeders 4C and 4A in a state where the gasket body portions 50 and 60 are fitted to the uneven portions 3c and 3d of the electrode plate 3, respectively. Has been.
That is, in the present embodiment, as shown in FIG. 7, a plurality of the solid electrolyte membrane 2, the electrode plate 3, the porous power feeder 4, and the gaskets 5 and 6 having the positional relationship as described above are stacked. Thus, the electrolysis cell 1 is configured.

本実施形態にかかる電解セルは、以上のように構成されており、次のようにして、酸素および水素が発生し、適切に抽出される。   The electrolysis cell according to the present embodiment is configured as described above, and oxygen and hydrogen are generated and appropriately extracted as follows.

まず、本実施形態においては、純水用孔15,16を介して純水を陽極側給電体4Aへ供給し、各電極板3に対して電流を供給する(通電する)。そうすると、主に酸素発生室A(陽極側給電体4A)側に位置する固体電解質膜2の陽極側触媒層で純水が分解され、酸素ガスが発生することとなる。この際、純水の一部は電解セル等を冷却するための冷却水としても機能するため、すべての純水が分解されるわけではない。
酸素発生室Aで酸素ガスが発生すると、電極板3に設けられた酸素用孔13を介して、酸素ガスおよび純水が、電解セル1の外部に抽出されることとなる。なお、電極板3に設けられた水素用孔14の周囲は、陽極側ガスケット6に設けられたポートシール部63によって適切にシールされているため、酸素ガスおよび純水が水素用孔14側に漏洩することはない。
First, in the present embodiment, pure water is supplied to the anode-side power feeder 4A through the pure water holes 15 and 16, and current is supplied (energized) to each electrode plate 3. If it does so, pure water will be decomposed | disassembled in the anode side catalyst layer of the solid electrolyte membrane 2 mainly located in the oxygen generation chamber A (anode side electric power feeding body 4A) side, and oxygen gas will be generated. At this time, a portion of the pure water also functions as cooling water for cooling the electrolysis cell and the like, so that not all pure water is decomposed.
When oxygen gas is generated in the oxygen generation chamber A, oxygen gas and pure water are extracted outside the electrolytic cell 1 through the oxygen holes 13 provided in the electrode plate 3. In addition, since the periphery of the hydrogen hole 14 provided in the electrode plate 3 is appropriately sealed by the port seal portion 63 provided in the anode side gasket 6, oxygen gas and pure water are introduced to the hydrogen hole 14 side. There is no leakage.

次に、本実施形態においては、酸素ガスと同時に生成されたH+イオンが、電場の働きによって固体電解質膜2内を移動する。したがって、本実施形態においては、H+イオンが移動することによって、水素発生室C(陰極側給電体4C)側に位置する固体電解質膜2の陰極側触媒層で水素イオンが電子を得ることとなり、水素ガスが発生する。
水素発生室Cで水素ガスが発生すると、電極板に設けられた水素用孔14を介して、水素ガスが、電解セル1の外部に抽出されることとなる。なお、水素発生室C側の各ポート(酸素用孔13、純水用孔15,16)は、陰極側ガスケット5に設けられたポートシール部53によって適切にシールされているため、発生された水素ガスが水素用孔14以外のポートに漏洩することはない。
Next, in the present embodiment, H + ions generated simultaneously with oxygen gas move in the solid electrolyte membrane 2 by the action of an electric field. Therefore, in the present embodiment, when the H + ions move, the hydrogen ions obtain electrons in the cathode side catalyst layer of the solid electrolyte membrane 2 located on the hydrogen generation chamber C (cathode side feeder 4C) side, Hydrogen gas is generated.
When hydrogen gas is generated in the hydrogen generation chamber C, the hydrogen gas is extracted to the outside of the electrolysis cell 1 through the hydrogen holes 14 provided in the electrode plate. Each port (oxygen hole 13 and pure water holes 15 and 16) on the hydrogen generation chamber C side was generated because it was appropriately sealed by the port seal portion 53 provided in the cathode side gasket 5. Hydrogen gas does not leak into ports other than the hydrogen holes 14.

本実施形態にかかる電解セルは、以上のように構成され機能するため、次のような効果を得ることができる。   Since the electrolytic cell according to the present embodiment is configured and functions as described above, the following effects can be obtained.

本実施形態においては、図7等に示したように、電極板3の周縁部近傍にはガスケット5,6を配するための凹凸部3c,3dが形成されており、この凹凸部3c,3dに嵌合した状態で、ガスケット5,6の内周が多孔質給電体4の外周を覆い、固体電解質膜2の各面にガスケット5,6を成すガスケット本体部50,60の平滑面が接するように構成されている。また、陽極側のガスケット本体部60は、外側本体部61と内側本体部62とから成り、内側本体部62と陰極側のガスケット本体部50とで固体電解質膜2を挟持し、内側本体部62と陰極側のガスケット本体部50との外方側に外側本体部61が設けられている。   In the present embodiment, as shown in FIG. 7 and the like, uneven portions 3c and 3d for arranging gaskets 5 and 6 are formed in the vicinity of the peripheral portion of the electrode plate 3, and the uneven portions 3c and 3d. The inner periphery of the gaskets 5, 6 covers the outer periphery of the porous power supply 4, and the smooth surfaces of the gasket main body portions 50, 60 forming the gaskets 5, 6 are in contact with the respective surfaces of the solid electrolyte membrane 2. It is configured as follows. The anode-side gasket main body portion 60 includes an outer main body portion 61 and an inner main body portion 62. The solid electrolyte membrane 2 is sandwiched between the inner main body portion 62 and the cathode-side gasket main body portion 50. The outer main body 61 is provided on the outer side of the gasket main body 50 on the cathode side.

すなわち、本実施形態によれば、各ガスケット5,6が、それぞれ凹凸部3c,3dに嵌合した状態で、シール面を構成しているため、電解セル1内の圧力が高まった場合であっても、ガスケット5,6が電極板3上でずれたり、はみ出すことがない。したがって、従来(特許文献1参照)の構成に比較して、高いシール性を有する電解セル1を得ることができる。   That is, according to the present embodiment, since the gaskets 5 and 6 constitute the sealing surfaces in a state of being fitted to the concave and convex portions 3c and 3d, respectively, the pressure in the electrolytic cell 1 is increased. However, the gaskets 5 and 6 do not shift or protrude on the electrode plate 3. Therefore, it is possible to obtain the electrolysis cell 1 having a high sealing performance as compared with the conventional configuration (see Patent Document 1).

また、本実施形態によれば、各構成要素を積層した際におけるガスケット5,6の接触部が面状に接触した状態(「面」でシールした状態)となるため、従来(特許文献2参照)のような線接触状態のシール部を有する構成に比較して、高いシール性を有する電解セル1を得ることができる。   In addition, according to the present embodiment, the contact portions of the gaskets 5 and 6 when the constituent elements are stacked are brought into a state of contact in a planar shape (a state sealed with a “surface”). The electrolytic cell 1 having a high sealing property can be obtained as compared with a configuration having a seal portion in a line contact state such as

さらに、本実施形態によれば、固体電解質膜2の周囲がガスケット5,6によって挟持されている。したがって、従来(特許文献2参照)の場合のように一方が電極板で挟持されている場合と比較して、本実施形態によれば、固体電解質膜の劣化低減を実現可能な電解セル1を得ることができる。   Furthermore, according to this embodiment, the periphery of the solid electrolyte membrane 2 is sandwiched between the gaskets 5 and 6. Therefore, compared to the case where one is sandwiched between electrode plates as in the conventional case (see Patent Document 2), according to the present embodiment, the electrolytic cell 1 capable of reducing the deterioration of the solid electrolyte membrane is provided. Obtainable.

また、本実施形態においては、陽極側ガスケット6のガスケット本体部60を成す外側本体部61と内側本体部62とが一体的に構成されている。
したがって、本実施形態によれば、電解セル1内の圧力が高まった場合であっても、より強固にガスケット6のずれを防止することができる。
In the present embodiment, the outer main body 61 and the inner main body 62 constituting the gasket main body 60 of the anode side gasket 6 are integrally configured.
Therefore, according to this embodiment, even if the pressure in the electrolysis cell 1 increases, the shift of the gasket 6 can be more securely prevented.

また、本実施形態においては、上記のように二つの要素61,62を用いて構成されたガスケット6を圧力が低い面側(上記実施形態においては酸素発生室A側)に接するように構成することが好ましい。
なぜならば、本実施形態にかかる電極板3はプレス成型のため屈曲部が垂直でなく、電極板3における陰極側ガスケット(ガスケット本体部50)を配設する溝部の同一面側であって、陽極側ガスケットの外側本体部61のさらに外側部分に、ガスケット(シール部材)の押さえがきかない若干の空隙領域71(図7参照)が形成されるからである。つまり、このような空隙領域71が形成された常態において、ガスケット6側が高圧状態となると、空隙領域71方向にガスケット6がずれ込むおそれがあるため、上述したように、ガスケット6は圧力が低い面側(酸素発生室A側)に接するように構成することが好ましい。
Further, in the present embodiment, the gasket 6 configured using the two elements 61 and 62 as described above is configured so as to be in contact with the surface side where the pressure is low (the oxygen generation chamber A side in the above embodiment). It is preferable.
This is because the bent portion of the electrode plate 3 according to the present embodiment is not vertical because of press molding, and is on the same surface side of the groove portion in which the cathode side gasket (gasket body portion 50) is arranged in the electrode plate 3, This is because a slight gap region 71 (see FIG. 7) where the gasket (seal member) cannot be pressed is formed in the further outer portion of the outer main body 61 of the side gasket. That is, in the normal state in which such a gap region 71 is formed, if the gasket 6 side is in a high pressure state, the gasket 6 may be displaced in the direction of the gap region 71. As described above, the gasket 6 has a low pressure side. It is preferable to configure so as to be in contact with the oxygen generation chamber A side.

なお、上述したような空隙領域71を有することによる不具合を是正するためには、例えば、図11に示すように、空隙領域71にスペーサ72を設ける構成が好ましい。
このようにスペーサ72を設ければ、いずれの面側を高圧状態としても、ガスケットのずれ込みが生じないため、より高圧対応の電解セルとすることができる。
In order to correct the problems caused by having the gap region 71 as described above, for example, a configuration in which a spacer 72 is provided in the gap region 71 as shown in FIG. 11 is preferable.
If the spacer 72 is provided in this way, the gasket does not shift even if any surface side is in a high-pressure state, so that an electrolysis cell corresponding to a higher pressure can be obtained.

さらに、本実施形態においては、図8および図9等に示したように、ガスケット本体部50,60とポートシール部53,63とが一体的に構成されているため、従来(特許文献2参照)のようなスペーサを設けることなく、電解セル1を構成することが可能となる。よって、部品点数を削減させて、組み立て工程の煩雑さを解消可能な電解セル1を得ることができる。   Furthermore, in the present embodiment, as shown in FIGS. 8 and 9, etc., the gasket body portions 50 and 60 and the port seal portions 53 and 63 are integrally configured, so that the conventional (see Patent Document 2). The electrolytic cell 1 can be configured without providing a spacer such as Therefore, the electrolytic cell 1 which can reduce the number of parts and can eliminate the complexity of the assembly process can be obtained.

また、本実施形態によれば、ガスケット本体部50,60にて確実に多孔質給電体4(酸素発生室A、水素発生室C)の周囲を封止し、ポートシール部53,63にて確実に流体の流入出状態を制御可能であるため、スペーサをなくして従来よりも構成が簡略化された上に、高いシール性を有する電解セル1とすることができる。   Further, according to the present embodiment, the periphery of the porous power feeder 4 (oxygen generation chamber A, hydrogen generation chamber C) is securely sealed by the gasket main body portions 50, 60, and the port seal portions 53, 63 are used. Since the inflow / outflow state of the fluid can be reliably controlled, the configuration can be simplified as compared with the prior art by eliminating the spacer, and the electrolytic cell 1 having high sealing performance can be obtained.

さらに、本実施形態によれば、従来のようなスペーサ(特許文献2参照)を用いることなく電解セル1が構成されているため、その分だけ、固体電解質膜2と給電体4との接触面積を広げて、電解面積の拡大を図ることが可能となる。   Furthermore, according to this embodiment, since the electrolytic cell 1 is configured without using a conventional spacer (see Patent Document 2), the contact area between the solid electrolyte membrane 2 and the power feeder 4 is increased accordingly. It is possible to expand the electrolysis area by expanding the area.

また、本実施形態によれば、各ポートシール部53,63が突起状に形成されているため、各構成要素を積層して電解セル1を構成した際に、突起状のポートシール部53,63が圧縮されて、各ポートの周囲をより効果的に封止することができる。   Moreover, according to this embodiment, since each port seal part 53 and 63 is formed in projection shape, when each cell is laminated | stacked and the electrolysis cell 1 is comprised, projection port seal part 53, 63 can be compressed to more effectively seal around each port.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit of the present invention.

例えば、上記実施形態においては、一段構成(嵌合部がガスケット本体部50のみ)のガスケット(陰極側ガスケット5)と、二段構成(嵌合部が外側本体部61と内側本体部62との二つ)のガスケット(陽極側ガスケット6)との組合せによって、電解セル1が構成されて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い。したがって、例えば、一段構成と三段構成以上との組合せ、複数段構成同士の組合せ等、電極板および電解セルの大きさの許容範囲、あるいは必要なシール性等に応じて、適宜変更することが可能である。   For example, in the above embodiment, the gasket (cathode side gasket 5) having a one-stage configuration (the fitting portion is only the gasket main body portion 50) and the two-stage configuration (the fitting portion is an outer main body portion 61 and an inner main body portion 62). Although the case where the electrolysis cell 1 is configured by combination with two gaskets (the anode side gasket 6) has been described, the present invention is not limited to this configuration. Therefore, for example, a combination of a one-stage configuration and a three-stage configuration or more, a combination of multiple-stage configurations, etc., such as an allowable range of the size of the electrode plate and the electrolysis cell, or a necessary sealing property can be changed as appropriate. Is possible.

また、上記実施形態においては、ガスケットと各ポートシール部とを結合し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。したがって、必要に応じて、ガスケットと各ポートシール部とを別体としてもよい。例えば、従来技術のようにスペーサを設け、このスペーサと各ポートシール部とを一体的に構成してもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the case where a gasket and each port seal part were couple | bonded was demonstrated, this invention is not limited to this structure. Therefore, it is good also as a separate body for a gasket and each port seal part as needed. For example, a spacer may be provided as in the prior art, and the spacer and each port seal portion may be configured integrally.

また、上記実施形態においては、陰極ガスとして水素、陽極ガスとして酸素を発生する水の電気分解装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。したがって、例えば、陽極ガスとしてオゾンを発生させるもののように、水の電気分解によってガスを発生させるような装置であれば、その用途および適用範囲は特に限定されない。   Moreover, in the said embodiment, although the electrolysis apparatus of the water which generate | occur | produces hydrogen as a cathode gas and oxygen as an anode gas was demonstrated, this invention is not limited to this. Therefore, for example, as long as it is a device that generates gas by electrolysis of water, such as one that generates ozone as the anode gas, its use and application range are not particularly limited.

また、上記実施形態においては、ガスケット5,6の材料については特に言及しなかったが、所望の耐久性および弾力性等を有するものであれば、何等かの材料に限定されるものではない。したがって、例えば、ガスケット5,6の形成材料としては、フッ素ゴム、シリコンゴム等を用いることが可能である。
また、ガスケット5,6を保護するために、固体電解質膜2とガスケット5,6との間に、保護部材を入れるように構成してもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the material of the gaskets 5 and 6 was not mentioned in particular, if it has desired durability, elasticity, etc., it will not be limited to any material. Therefore, for example, as a material for forming the gaskets 5 and 6, it is possible to use fluorine rubber, silicon rubber, or the like.
In order to protect the gaskets 5 and 6, a protective member may be inserted between the solid electrolyte membrane 2 and the gaskets 5 and 6.

また、上記実施形態においては、電極板の周縁部が台形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ない。したがって、例えば、半円状の凹部および凸部が交互に連続したような波形、または上記実施形態と異なる台形、あるいは長方形等の形状を有する周縁部であってもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the peripheral part of the electrode plate demonstrated the case where it was trapezoid shape, this invention is not limited to this structure. Therefore, for example, it may be a corrugated shape in which semicircular concave portions and convex portions are alternately continued, or a peripheral portion having a trapezoidal shape or a rectangular shape different from the above embodiment.

さらに、本実施形態にかかる電解セルは、以上説明したように、高いシール性および耐圧強度を有するため、高圧型のシステム(例えば、高圧水素を生成するシステム)を構成するのに適している。
より具体的には、電極板が凹凸プレス成形板であって、ガスケットがシール性を高める突起付きであるため、電解セルの耐圧性が従来よりも大きく向上する。また、給電体について、先に説明した二重構造(導電プレートと繊維焼結体とを用いた二重構造)を採用することによって、膜の破損と電圧上昇とを防ぐことが可能となって、耐差圧性を向上させ得る。さらに、突起付きのガスケットを使用しているため、ポート周囲のシール性を高めて、水素ガス、酸素ガスの各ポート間(各通路間)の差圧保持を効果的に行うことができる。
Furthermore, as described above, the electrolysis cell according to the present embodiment has high sealing performance and pressure resistance, and thus is suitable for configuring a high-pressure system (for example, a system that generates high-pressure hydrogen).
More specifically, since the electrode plate is a concavo-convex press-molded plate and the gasket is provided with a protrusion that enhances the sealing performance, the pressure resistance of the electrolytic cell is greatly improved as compared with the conventional case. In addition, it is possible to prevent damage to the film and increase in voltage by adopting the double structure described above (double structure using a conductive plate and a fiber sintered body) for the power feeding body. , Resistance to differential pressure can be improved. Further, since the gasket with the protrusion is used, the sealing performance around the port can be improved, and the differential pressure can be effectively maintained between the hydrogen gas and oxygen gas ports (between the passages).

高圧水素を発生させる場合、従来は、電解タンク(O2タンク)内に電解セルを入れて、電解セル内外の圧力差が小さくなるよう、また、電解セルの酸素側と水素側との圧力差が小さくなるように、水素および酸素の圧力あるいは差圧を制御すべく、高圧型システム(例えば、高圧水素発生装置)が構成されていた。
しかしながら、上述した実施形態にかかる電解セルは、非常に高いシール性および耐圧強度を有するため、高圧側システムを構成する場合においても、電解タンク(O2タンク)内に電解セルを入れる必要がなく、小さな電解タンク(O2タンク)を用いて高圧型システム(図12,図13)(本発明の「水素酸素発生装置」に相当)を構成することができる。
Conventionally, when high-pressure hydrogen is generated, an electrolytic cell is placed in an electrolytic tank (O 2 tank) to reduce the pressure difference between the inside and outside of the electrolytic cell, and the pressure difference between the oxygen side and the hydrogen side of the electrolytic cell. In order to control the pressure or the differential pressure between hydrogen and oxygen, a high-pressure system (for example, a high-pressure hydrogen generator) has been configured.
However, since the electrolysis cell according to the above-described embodiment has a very high sealing performance and pressure resistance, there is no need to place an electrolysis cell in the electrolysis tank (O 2 tank) even when a high-pressure side system is configured. A high-pressure system (FIGS. 12 and 13) (corresponding to the “hydrogen oxygen generator” of the present invention) can be configured using a small electrolytic tank (O 2 tank).

図12は、上述した電解セルを用いて構成された高圧型システム(本発明の「水素酸素発生装置」に相当)の一例を示したものである。
図12に示されたシステムは、電解セル1が大気中に配設され、この電解セル1に対して、補給水タンクWT、酸素分離器(O2タンク)ST、および水素分離器HTが接続されている。
FIG. 12 shows an example of a high-pressure system (corresponding to the “hydrogen oxygen generator” of the present invention) configured using the above-described electrolytic cell.
In the system shown in FIG. 12, an electrolysis cell 1 is disposed in the atmosphere, and a makeup water tank WT, an oxygen separator (O 2 tank) ST, and a hydrogen separator HT are connected to the electrolysis cell 1. ing.

補給水タンクWTと、その上流側の水源との間を接続する配管には、補給水制御バルブ125Wと、補給水タンクWTに補給水を供給する第一ポンプP1とが設けられている。また、補給水タンクWTには、水位センサ121Wが設けられており、この水位センサ121Wでの検出値に基づいて、補給水タンクWT内の水位が適切な状態となるように、補給水制御バルブ125Wが制御される。   A pipe that connects between the makeup water tank WT and the upstream water source is provided with a makeup water control valve 125W and a first pump P1 that supplies makeup water to the makeup water tank WT. Further, the makeup water tank WT is provided with a water level sensor 121W, and a makeup water control valve is set so that the water level in the makeup water tank WT is in an appropriate state based on the detection value of the water level sensor 121W. 125W is controlled.

補給水タンクWT内の水は、補給水タンクWTと電解セル1とを接続する配管に設けられた第二ポンプP2によって電解セル1に供給され、この水を用いて電解セル1内にて、酸素および水素が生成される。   The water in the make-up water tank WT is supplied to the electrolysis cell 1 by a second pump P2 provided in a pipe connecting the make-up water tank WT and the electrolysis cell 1, and in this electrolysis cell 1 using this water, Oxygen and hydrogen are produced.

電解セル1内にて生成された酸素は、配管を介して酸素分離器STに送られる。酸素分離器STには、水位センサ121Sと圧力センサ122Sとが設けられ、これらの各センサを用いて水位制御バルブ125Sと圧力制御バルブ124Sとが制御される。酸素分離器ST内の水は、水位制御バルブ125Sを介して、補給水タンクWTに戻され、再び電解セル1内に供給される。   Oxygen generated in the electrolysis cell 1 is sent to the oxygen separator ST via a pipe. The oxygen separator ST is provided with a water level sensor 121S and a pressure sensor 122S, and the water level control valve 125S and the pressure control valve 124S are controlled using these sensors. The water in the oxygen separator ST is returned to the makeup water tank WT via the water level control valve 125S and supplied again into the electrolysis cell 1.

電解セル1内にて生成された水素は、配管を介して水素分離器HTに送られる。水素分離器HTには、水位センサ121Hと圧力センサ122Hとが設けられ、これらの各センサを用いて水位制御バルブ125Hと圧力制御バルブ124Hとが制御される。水素分離器HTから水素が供給される配管には(図12においては、水素分離器HTと圧力制御バルブ124Hとの間)、除湿器123が設けられており、生成された水素は、この除湿器123にて除湿されて所定の箇所に供給される。   The hydrogen generated in the electrolysis cell 1 is sent to the hydrogen separator HT via a pipe. The hydrogen separator HT is provided with a water level sensor 121H and a pressure sensor 122H, and the water level control valve 125H and the pressure control valve 124H are controlled using these sensors. A pipe to which hydrogen is supplied from the hydrogen separator HT (between the hydrogen separator HT and the pressure control valve 124H in FIG. 12) is provided with a dehumidifier 123, and the generated hydrogen is dehumidified. Dehumidified by the vessel 123 and supplied to a predetermined location.

すなわち、この図12によれば、電解セル1を大気中に配設した状態であっても、水素と酸素の圧力あるいは差圧を制御して運転することが可能となり、低圧から高圧まで所定圧力の水素を発生させて供給することができる。つまり、先に説明した実施形態にかかる電解セル1を用いることによって、従来技術における低圧型と同様のシステムを用いて、高圧型にも対応可能となる。   That is, according to FIG. 12, even when the electrolysis cell 1 is disposed in the atmosphere, it is possible to operate by controlling the pressure or differential pressure between hydrogen and oxygen, and a predetermined pressure from low pressure to high pressure. Of hydrogen can be generated and supplied. That is, by using the electrolytic cell 1 according to the embodiment described above, it is possible to cope with a high pressure type using a system similar to the low pressure type in the prior art.

この図12に示すような構成によれば、従来電解セルを入れる必要があった電解タンクを酸素分離器STとして分離して小型にすることができるため、システム全体の小型化を実現可能である。   According to the configuration shown in FIG. 12, since the electrolytic tank that has conventionally been required to contain the electrolytic cell can be separated and reduced in size as the oxygen separator ST, the entire system can be reduced in size. .

図13は、上述した電解セルを用いて構成された高圧側システム(本発明の「水素酸素発生装置」に相当)の他例を示したものである。
図13に示されたシステムは、電解セル1が大気中に配設され、この電解セル1に対して、補給水タンクWTと水素分離器HTとが接続されている。
FIG. 13 shows another example of the high-pressure side system (corresponding to the “hydrogen oxygen generator” of the present invention) configured using the above-described electrolysis cell.
In the system shown in FIG. 13, the electrolysis cell 1 is disposed in the atmosphere, and the make-up water tank WT and the hydrogen separator HT are connected to the electrolysis cell 1.

補給水タンクWTと、そのさらに上流側の水源との間を接続する配管には、補給水制御バルブ125Wが設けられている。また、補給水タンクWTには、水位センサ121Wが設けられており、この水位センサ121Wでの検出値に基づいて、補給水タンクWT内の水位が適切な状態となるように、補給水制御バルブ125Wが制御される。   A makeup water control valve 125 </ b> W is provided in a pipe that connects between the makeup water tank WT and a further upstream water source. Further, the makeup water tank WT is provided with a water level sensor 121W, and a makeup water control valve is set so that the water level in the makeup water tank WT is in an appropriate state based on the detection value of the water level sensor 121W. 125W is controlled.

補給水タンクWT内の水は、補給水タンクWTと電解セル1とを接続する配管に設けられた第二ポンプP2によって電解セル1に供給され、この水を用いて電解セル1内にて、酸素および水素が生成される。   The water in the make-up water tank WT is supplied to the electrolysis cell 1 by a second pump P2 provided in a pipe connecting the make-up water tank WT and the electrolysis cell 1, and in this electrolysis cell 1 using this water, Oxygen and hydrogen are produced.

電解セル1内にて生成された酸素は、配管を介して補給水タンクWTに送られ、生成された水素は、配管を介して水素分離器HTに送られる。   Oxygen generated in the electrolysis cell 1 is sent to the makeup water tank WT via a pipe, and the generated hydrogen is sent to the hydrogen separator HT via the pipe.

水素分離器HTには、水位センサ121Hと圧力センサ122Hとが設けられ、これらの各センサを用いて水位制御バルブ125Hと圧力制御バルブ124Hとが制御される。水素分離器HTから水素が供給される配管には(図13においては、水素分離器HTと圧力制御バルブ124Hとの間)、除湿器123が設けられており、生成された水素は、この除湿器123にて除湿されて所定の箇所に供給される。   The hydrogen separator HT is provided with a water level sensor 121H and a pressure sensor 122H, and the water level control valve 125H and the pressure control valve 124H are controlled using these sensors. A pipe to which hydrogen is supplied from the hydrogen separator HT (between the hydrogen separator HT and the pressure control valve 124H in FIG. 13) is provided with a dehumidifier 123, and the generated hydrogen is dehumidified. Dehumidified by the vessel 123 and supplied to a predetermined location.

すなわち、この図13によれば、電解セル1を大気中に配設した状態であっても、酸素側を大気圧にして水素圧力のみを制御して運転することが可能となり、低圧から高圧まで所定圧力の水素を発生させて供給することができる。   That is, according to FIG. 13, even when the electrolysis cell 1 is disposed in the atmosphere, it is possible to operate by controlling only the hydrogen pressure with the oxygen side at atmospheric pressure, from low pressure to high pressure. Hydrogen of a predetermined pressure can be generated and supplied.

この図13に示すような構成によれば、酸素分離器が不要となり、補給水タンクWTで兼用可能となる。また、酸素側が大気圧となるので、補給水を供給するためのポンプが不要となる。さらに、酸素分離器の圧力センシングが不要となるため、小型化を図ることができる。また、循環水ラインの耐圧性が不要となるので、配管が容易になる。   According to the configuration shown in FIG. 13, an oxygen separator is not required, and the makeup water tank WT can also be used. Further, since the oxygen side is at atmospheric pressure, a pump for supplying makeup water is not necessary. Further, since pressure sensing of the oxygen separator is not required, the size can be reduced. Moreover, since the pressure resistance of the circulating water line becomes unnecessary, piping becomes easy.

以上説明したように、図12および図13のようなシステムであれば、装置の小型化を実現可能であって、装置の設置面積が小さくなり、延いては、装置の製作面および設置面からコストダウンを図ることができる。   As described above, if the system is as shown in FIGS. 12 and 13, it is possible to reduce the size of the apparatus, and the installation area of the apparatus is reduced. Cost can be reduced.

また、このように小型化することにより、省電力型の水電解装置を構成することが可能となる。
省電力化するためには、セル電圧の低い電極膜接合体を使用するが、この場合、電解による発熱量(熱ロス)が小さくなるため、さらに電解温度を高めて電極触媒の活性を上げるには、発熱量が不足し水電解装置に外部加熱機構を設けなければならない(つまり、従来は、セル電圧が高く発熱量が大きいので循環水ラインには熱交換器等の冷却機構を設けていた。)。
しかしながら、以上に説明した本実施形態にかかる電解セルを使用して装置を小型化すれば、配管および機器類を含む装置全体の保有水量を低減することができ、電解による発熱のみで80℃以上に温度を上昇させることができる。また、水素の発生圧力0.85MPa〜1MPa(差圧0.85MPa〜1MPa)で、膜の破損が無く消費電力量4.0kWh/Nm3以下を達成している。
Moreover, it becomes possible to comprise a power-saving water electrolysis apparatus by downsizing in this way.
In order to save power, an electrode membrane assembly with a low cell voltage is used. In this case, however, the amount of heat generated by electrolysis (heat loss) is reduced, so the electrolysis temperature is further increased to increase the activity of the electrode catalyst. Has a shortage of heat generation and an external heating mechanism must be provided in the water electrolysis apparatus (that is, conventionally, since the cell voltage is high and the heat generation amount is large, a cooling mechanism such as a heat exchanger has been provided in the circulating water line. .)
However, if the apparatus is miniaturized using the electrolytic cell according to the present embodiment described above, the amount of water retained in the entire apparatus including piping and equipment can be reduced, and only 80 ° C. or more can be generated only by heat generated by electrolysis. The temperature can be increased. Moreover, the generation pressure of hydrogen is 0.85 MPa to 1 MPa (differential pressure 0.85 MPa to 1 MPa), and the membrane is not damaged, and the power consumption is 4.0 kWh / Nm 3 or less.

本発明の実施形態にかかる電解セルの概略図である。It is the schematic of the electrolytic cell concerning embodiment of this invention. 図1(a)のII−II線断面のうちの要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part among the II-II line cross sections of Fig.1 (a). 図1(a)のIII−III線断面のうちの要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part among the III-III line cross sections of Fig.1 (a). 本実施形態にかかる電解セルを構成する電解セルユニットの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the electrolytic cell unit which comprises the electrolytic cell concerning this embodiment. 図2のV−V線方向から見た陰極側ガスケットの平面図である。It is a top view of the cathode side gasket seen from the VV line direction of FIG. 図3のVI−VI線方向から見た陽極側ガスケットの平面図である。It is a top view of the anode side gasket seen from the VI-VI line direction of FIG. 本実施形態にかかる電解セルの周縁部近傍の部分拡大図である。It is the elements on larger scale near the peripheral part of the electrolytic cell concerning this embodiment. 図5のVIII−VIII線断面図である。It is the VIII-VIII sectional view taken on the line of FIG. 図6のIX−IX線断面図である。It is the IX-IX sectional view taken on the line of FIG. 本実施形態にかかる電解セルを構成する電極板の概略図であり、図10(a)は平面図、図10(b)は図10(a)のB−B線断面図、図10(c)は図10(a)のC−C線断面図である。It is the schematic of the electrode plate which comprises the electrolytic cell concerning this embodiment, Fig.10 (a) is a top view, FIG.10 (b) is the BB sectional drawing of Fig.10 (a), FIG.10 (c). ) Is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 本発明の他の実施形態にかかる電解セルの周縁部近傍の部分拡大図である。It is the elements on larger scale near the peripheral part of the electrolysis cell concerning other embodiments of the present invention. 本実施形態にかかる電解セルを用いて構成された高圧型システムの一例を示したシステム構成図である。It is a system configuration figure showing an example of a high-pressure type system constituted using an electrolysis cell concerning this embodiment. 本実施形態にかかる電解セルを用いて構成された高圧型システムの他例を示したシステム構成図である。It is a system block diagram which showed the other example of the high voltage | pressure type | system | group system comprised using the electrolytic cell concerning this embodiment. 従来技術にかかる電解セルの分解断面図である。It is decomposition | disassembly sectional drawing of the electrolytic cell concerning a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

1…電解セル、2…固体電解質膜、3…電極板、3a…板部分(内方部分)、3b…周縁部、3c…外方側凹凸部、3d…内方側凹凸部、4…多孔質給電体(4A…陽極側給電体、4C…陰極側給電体)、5…陰極側ガスケット、6…陽極側ガスケット、10…電解セルユニット、13…酸素用孔、14…水素用孔、15,16…純水用孔、22…端板、23…締付ボルト、24…ナット、25…皿バネ、38…凹部、39…凸部、50…ガスケット本体部、53…ポートシール部、60…ガスケット本体部、61…外側本体部、62…内側本体部、63…ポートシール部、71…空隙領域、72…スペーサ、A…酸素発生室、C…水素発生室ペース   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrolytic cell, 2 ... Solid electrolyte membrane, 3 ... Electrode plate, 3a ... Plate part (inner part), 3b ... Peripheral part, 3c ... Outer side uneven part, 3d ... Inner side uneven part, 4 ... Porous Power feeding body (4A ... anode side feeding body, 4C ... cathode side feeding body), 5 ... cathode side gasket, 6 ... anode side gasket, 10 ... electrolytic cell unit, 13 ... oxygen hole, 14 ... hydrogen hole, 15 , 16 ... pure water hole, 22 ... end plate, 23 ... clamping bolt, 24 ... nut, 25 ... disc spring, 38 ... concave part, 39 ... convex part, 50 ... gasket main body part, 53 ... port seal part, 60 ... gasket main body part, 61 ... outer main body part, 62 ... inner main body part, 63 ... port seal part, 71 ... gap area, 72 ... spacer, A ... oxygen generation chamber, C ... hydrogen generation chamber pace

Claims (5)

一対の電極板と、該一対の電極板の間に配置される固体電解質膜と、一方の電極板と固体電解質膜との間及び他方の電極板と固体電解質膜との間のそれぞれの間に配置される給電体と、該給電体の周囲を覆うガスケットとを備え、
前記電極板と前記固体電解質膜と前記給電体との各々には、それぞれ対応した位置に、前記固体電解質膜での電気分解に供される純水を供給するための純水用のポートと、該純水が電気分解されることによって発生する酸素を取出すための酸素用のポートと、前記純水が電気分解されることによって発生する水素を取出すための水素用のポートとが形成されており、
前記ガスケットには、前記各ポートの周囲を覆うように前記電極板側に突起したポートシール部が形成されている電解セルにおいて、
前記給電体は、導電プレートと、該導電プレートよりも前記固体電解質膜側に配置される焼結体とを備え、前記導電プレートには、前記各ポートに対応した位置にポートがそれぞれ形成されており、前記焼結体には、前記導電プレートに形成されている各ポートに対応した位置に切欠き部がそれぞれ形成されており、該各々の切欠き部には、前記各ポートをシールするためのシール部材が配置されていることを特徴とする電解セル。
A pair of electrode plates, a solid electrolyte membrane disposed between the pair of electrode plates, and between the one electrode plate and the solid electrolyte membrane and between the other electrode plate and the solid electrolyte membrane. And a gasket that covers the periphery of the power supply,
Each of the electrode plate, the solid electrolyte membrane, and the power feeder has a pure water port for supplying pure water to be electrolyzed in the solid electrolyte membrane at a corresponding position, respectively. A port for oxygen for taking out oxygen generated by electrolyzing the pure water and a port for hydrogen for taking out hydrogen generated by electrolyzing the pure water are formed. ,
In the electrolytic cell where the gasket is formed with a port seal portion protruding toward the electrode plate so as to cover the periphery of each port,
The power supply body includes a conductive plate and a sintered body disposed closer to the solid electrolyte membrane than the conductive plate, and the conductive plate has ports formed at positions corresponding to the ports. In the sintered body, notches are respectively formed at positions corresponding to the respective ports formed in the conductive plate, and the respective notches are sealed with the respective ports. An electrolysis cell in which a sealing member is disposed.
前記シール部材は、前記各ポートの形状と同じ形状の孔を有する平板状であることを特徴とする請求項1に記載の電解セル。   The electrolysis cell according to claim 1, wherein the sealing member has a flat plate shape having a hole having the same shape as each port. 一対の電極板と、該一対の電極板の間に配置される固体電解質膜と、一方の電極板及び固体電解質膜の間に配置される陽極側給電体と、該陽極側給電体の周囲を覆う陽極側ガスケットと、他方の電極板及び固体電解質膜の間に配置される陰極側給電体と、該陰極側給電体の周囲を覆う陰極側ガスケットとを備え、
前記一対の電極板には、前記固体電解質膜での電気分解に供される純水を供給するための純水用のポートと、該純水が電気分解されることによって発生する酸素を取出すための酸素用のポートと、前記純水が電気分解されることによって発生する水素を取出すための水素用のポートとがそれぞれ形成されており、
前記陽極側給電体は、前記一方の電極板の純水用のポートに対応した位置に純水用のポートが、前記一方の電極板の酸素用のポートに対応した位置に酸素用のポートがそれぞれ形成され、且つ、前記一方の電極板の水素用のポートに対応した位置に切欠き部が形成された導電プレートを備え、
前記陽極側ガスケットには、前記陽極側給電体の導電プレートの切欠き部に対応した位置に、前記水素用のポートの周囲を覆うように前記一方の電極板側に突起したポートシール部が形成されており、
前記陰極側給電体は、前記他方の電極板の水素用のポートに対応した位置に水素用のポートが形成され、且つ、前記他方の電極板の純水用のポート及び酸素用のポートに対応した位置に切欠き部がそれぞれ形成された導電プレートを備え、
前記陰極側ガスケットには、前記陰極側給電体の導電プレートの各々の切欠き部に対応した位置に、前記純水用のポート及び前記酸素用のポート各々の周囲を覆うように前記他方の電極板側に突起したポートシール部が形成されている電解セルにおいて、
前記陽極側給電体は、その導電プレートよりも前記固体電解質膜側に配置され、且つ、該導電プレートの純水用のポートと酸素用のポートと切欠き部とのそれぞれに対応した位置に切欠き部がそれぞれ形成された焼結体を備え、前記陰極側給電体は、その導電プレートよりも前記固体電解質膜側に配置され、且つ、該導電プレートの水素用のポートと各々の切欠き部とのそれぞれに対応した位置に切欠き部がそれぞれ形成された焼結体を備え、
前記陽極側給電体の焼結体の純水用のポート及び酸素用のポートのそれぞれに対応した切欠き部と、前記陰極側給電体の焼結体の水素用のポートに対応した切欠き部とには、前記各々のポートの形状に対応した形状の孔を有する平板状のシール部材が配置されていることを特徴とする電解セル。
A pair of electrode plates, a solid electrolyte membrane disposed between the pair of electrode plates, an anode-side power feeder disposed between one electrode plate and the solid electrolyte membrane, and an anode covering the periphery of the anode-side power feeder A side gasket, a cathode-side power feeder disposed between the other electrode plate and the solid electrolyte membrane, and a cathode-side gasket covering the periphery of the cathode-side power feeder,
The pair of electrode plates has a pure water port for supplying pure water to be electrolyzed in the solid electrolyte membrane, and takes out oxygen generated by the electrolysis of the pure water. A port for oxygen and a port for hydrogen for taking out hydrogen generated by electrolyzing the pure water, respectively,
The anode-side power feeder has a pure water port at a position corresponding to the pure water port of the one electrode plate, and an oxygen port at a position corresponding to the oxygen port of the one electrode plate. Each having a conductive plate formed with a notch at a position corresponding to the hydrogen port of the one electrode plate;
The anode side gasket is formed with a port seal portion protruding toward the one electrode plate so as to cover the periphery of the hydrogen port at a position corresponding to the cutout portion of the conductive plate of the anode side feeder. Has been
The cathode-side power feeder has a hydrogen port formed at a position corresponding to the hydrogen port of the other electrode plate, and corresponds to a pure water port and an oxygen port of the other electrode plate. A conductive plate with a notch formed at each position,
The cathode-side gasket includes the other electrode so as to cover the periphery of the pure water port and the oxygen port at positions corresponding to the notches of the conductive plates of the cathode-side power feeder. In the electrolysis cell in which the port seal part protruding on the plate side is formed,
The anode-side power feeder is disposed on the solid electrolyte membrane side of the conductive plate, and is cut at positions corresponding to the pure water port, the oxygen port, and the cutout portion of the conductive plate. Each of which is provided with a sintered body having notches formed therein, the cathode-side power feeder being disposed on the solid electrolyte membrane side of the conductive plate, and a port for hydrogen of the conductive plate and each notch And a sintered body in which notches are respectively formed at positions corresponding to the
A notch corresponding to each of the pure water port and oxygen port of the sintered body of the anode side power feeder, and a notch corresponding to a hydrogen port of the sintered body of the cathode side power feeder And a flat plate-shaped sealing member having a hole having a shape corresponding to the shape of each of the ports is disposed.
前記シール部材は、チタンからなることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の電解セル。   The electrolysis cell according to claim 1, wherein the seal member is made of titanium. 請求項1乃至4の何れかに記載の電解セルを用いて構成されることを特徴とする水素酸素発生装置。   A hydrogen-oxygen generator comprising the electrolytic cell according to any one of claims 1 to 4.
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