JP2011149075A - Water electrolysis equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電解質膜の両側に給電体が設けられ、前記給電体にセパレータが積層されるとともに、一対の前記セパレータ間で前記電解質膜の周縁部を挟持する水電解装置に関する。 The present invention relates to a water electrolysis apparatus in which a power feeding body is provided on both sides of an electrolyte membrane, a separator is stacked on the power feeding body, and a peripheral portion of the electrolyte membrane is sandwiched between a pair of separators.
一般的に、燃料ガスである水素ガスを製造するために、水電解装置が採用されている。この水電解装置は、水を分解して水素(及び酸素)を発生させるため、固体高分子電解質膜を用いている。固体高分子電解質膜の両面には、電極触媒層が設けられて電解質膜・電極構造体が構成されるとともに、前記電解質膜・電極構造体の両側には、給電体を配設してユニットが構成されている。 In general, a water electrolysis apparatus is employed to produce hydrogen gas that is a fuel gas. This water electrolysis apparatus uses a solid polymer electrolyte membrane in order to decompose water and generate hydrogen (and oxygen). Electrode catalyst layers are provided on both sides of the solid polymer electrolyte membrane to form an electrolyte membrane / electrode structure, and a power feeder is provided on both sides of the electrolyte membrane / electrode structure. It is configured.
そこで、複数のユニットが積層された状態で、積層方向両端に電圧が付与されるとともに、アノード側給電体に水が供給される。このため、電解質膜・電極構造体のアノード側では、水が分解されて水素イオン(プロトン)が生成され、この水素イオンが固体高分子電解質膜を透過してカソード側に移動し、電子と結合して水素が製造される。一方、アノード側では、水素と共に生成された酸素が、余剰の水を伴ってユニットから排出される。 Therefore, in a state where a plurality of units are stacked, a voltage is applied to both ends in the stacking direction, and water is supplied to the anode-side power feeding body. For this reason, water is decomposed and hydrogen ions (protons) are generated on the anode side of the electrolyte membrane / electrode structure, and the hydrogen ions permeate the solid polymer electrolyte membrane and move to the cathode side to bond with electrons. Thus, hydrogen is produced. On the other hand, on the anode side, oxygen produced together with hydrogen is discharged from the unit with excess water.
例えば、特許文献1に開示されている水電解装置では、図8に示すように、膜電極接合体1の両面に給電体2a、2bを配して構成された単位セルと、陽極室3a及び陰極室3bを備えたセパレータ4とを積層するとともに、両端に陽極側端板4aと陰極側端板4bとを配して構成されている。
For example, in the water electrolysis apparatus disclosed in
膜電極接合体1は、高分子電解質膜1bの両面に陽極触媒層1a及び陰極触媒層1cを備えるとともに、前記高分子電解質膜1bが外部に突出している。陽極室3aと陰極室3bとに導入された純水は、電気分解により前記陽極室3aで酸素ガスが発生する一方、前記陰極室3bで水素ガスが発生している。
The
陽極室3aは、膜電極接合体1の高分子電解質膜1bに対向して形成された溝5に配設された陽極側シールパッキング6aによりガスシールされている。陰極室3bは、高分子電解質膜1bに対向してパッキング溝5に配設された陰極側シールパッキング6bによりガスシールされている。
The
上記の特許文献1では、発生ガスの圧力が高くなって高圧運転になり易い。このため、高分子電解質膜1bが高面圧で押し付けられ、特に、陰極側端板4bでは、陰極側シールパッキング6bによりシールされている部位7に腐食が発生し易いという問題がある。
In the above-mentioned
しかも、高圧運転では、高圧シールを行うために、単位セルの積層方向に付与される押し付け圧力が相当に大きくなる。その際、セパレータ4、陽極側端板4a及び陰極側端板4bでは、押し付け力付与面積(付与面圧面積)が大きくなり易く、耐圧強度を維持するために、板厚が増加するという問題がある。
In addition, in high-pressure operation, the pressure applied in the stacking direction of the unit cells is considerably increased in order to perform high-pressure sealing. At that time, in the
その上、水電解装置全体には、外部から大きな押し付け圧力を付与する必要があり、押し付け力付与装置が相当に大型化する。これにより、設備全体のコンパクト化を容易に図ることができず、しかも、経済的ではないという問題がある。 Moreover, it is necessary to apply a large pressing pressure from the outside to the entire water electrolysis apparatus, and the pressing force applying apparatus is considerably increased in size. As a result, there is a problem that the entire facility cannot be easily made compact and is not economical.
本発明はこの種の問題を解決するものであり、セパレータの押し付け力付与面積を有効に削減することができ、押し付け力付与装置の小型化が容易に図られるとともに、所望のシール面圧を確保することが可能な水電解装置を提供することを目的とする。 The present invention solves this type of problem, and can effectively reduce the pressing force application area of the separator, facilitate the downsizing of the pressing force application device, and secure the desired seal surface pressure. It is an object of the present invention to provide a water electrolysis apparatus that can do this.
本発明に係る水電解装置は、電解質膜の両側に設けられる給電体にセパレータが積層され、一対の前記セパレータ間で前記電解質膜の周縁部を挟持するとともに、一方の前記セパレータには、前記給電体の外方を周回して第1シール部材を配設するための第1シール部が形成され、且つ、他方の前記セパレータには、他方の前記給電体の外方を周回して第2シール部材を配設するための第2シール部が形成され、前記第1シール部と前記第2シール部とは、前記セパレータの積層方向に対し前記電解質膜を挟んで互いに異なる位置に設定されている。 In the water electrolysis apparatus according to the present invention, a separator is stacked on a power feeding body provided on both sides of an electrolyte membrane, and a peripheral portion of the electrolyte membrane is sandwiched between a pair of separators. A first seal portion is formed to circulate around the outside of the body to dispose the first seal member, and the second separator is circulated around the outside of the other power supply body on the other separator. A second seal portion for disposing a member is formed, and the first seal portion and the second seal portion are set at different positions with respect to the stacking direction of the separator with the electrolyte membrane interposed therebetween. .
そして、少なくとも一方のセパレータには、第1シール部の外方に位置し且つ電解質膜に対向する第1セパレータ平面部に、前記電解質膜より閉塞される凹部が形成されるとともに、前記第1セパレータ平面部の前記凹部以外の平坦部と、他方のセパレータの前記第1セパレータ平面部に対向する第2セパレータ平面部とは、前記電解質膜を挟んで積層方向の荷重を受ける受圧部を構成している。 The at least one separator is formed with a recess closed by the electrolyte membrane in a first separator flat portion located outside the first seal portion and facing the electrolyte membrane, and the first separator The flat portion other than the concave portion of the flat portion and the second separator flat portion facing the first separator flat portion of the other separator constitute a pressure receiving portion that receives a load in the stacking direction across the electrolyte membrane. Yes.
また、水電解装置は、水を電気分解して酸素と常圧よりも高圧な水素とを生成する一方、一対のセパレータには、前記水を積層方向に流通させる水供給連通孔の外方を周回して第3シール部材を配設するための第3シール部と、未反応の前記水及び前記酸素を前記積層方向に流通させる排出連通孔の外方を周回して第4シール部材を配設するための第4シール部と、前記水素を前記積層方向に流通させる水素連通孔の外方を周回して第5シール部材を配設するための第5シール部とが形成されるとともに、少なくとも前記第1セパレータ平面又は第2セパレータ平面には、第1シール部と前記第3シール部、前記第4シール部及び前記第5シール部との間に位置して凹部が形成されることが好ましい。 Further, the water electrolysis apparatus electrolyzes water to generate oxygen and hydrogen having a pressure higher than normal pressure, while the pair of separators has an outer side of a water supply communication hole through which the water flows in the stacking direction. A fourth seal member is arranged around the third seal portion for circulating the third seal member and the outside of the discharge communication hole for circulating the unreacted water and oxygen in the stacking direction. A fourth seal portion for installing and a fifth seal portion for arranging a fifth seal member around the outside of the hydrogen communication hole for circulating the hydrogen in the stacking direction; At least in the first separator plane or the second separator plane, a recess is formed between the first seal portion, the third seal portion, the fourth seal portion, and the fifth seal portion. preferable.
さらに、給電体は、円形状を有しており、水供給連通孔及び排出連通孔は、水素連通孔よりも開口断面積が大きく設定されるとともに、前記水供給連通孔と前記排出連通孔とは、セパレータの対称位置に配置されることが好ましい。 Further, the power feeding body has a circular shape, and the water supply communication hole and the discharge communication hole are set to have an opening cross-sectional area larger than that of the hydrogen communication hole, and the water supply communication hole and the discharge communication hole Is preferably arranged at a symmetrical position of the separator.
本発明によれば、第1セパレータ平面部に、電解質膜により閉塞される凹部が形成されるとともに、前記第1セパレータ平面部の前記凹部以外の平坦部と、第2セパレータ平面部とは、前記解質膜を挟んで積層方向の荷重を受ける受圧部を構成している。 According to the present invention, the first separator flat portion is formed with the recess closed by the electrolyte membrane, and the flat portion other than the concave portion of the first separator flat portion and the second separator flat portion are: The pressure receiving part which receives the load of a lamination direction is comprised on both sides of a denatured film.
このため、受圧部における押し付け力付与面積を有効に削減することができる。これにより、外部の押し付け力付与装置の小型化が容易に図られるとともに、所望のシール面圧を確保することが可能になる。 For this reason, the pressing force application area in the pressure receiving portion can be effectively reduced. Thereby, it is possible to easily reduce the size of the external pressing force application device and to secure a desired seal surface pressure.
図1及び図2に示すように、本発明の第1の実施形態に係る水電解装置10は、高圧水素製造装置を構成しており、複数の単位セル12が鉛直方向(矢印A方向)又は水平方向(矢印B方向)に積層された積層体14を備える。積層体14の積層方向一端には、ターミナルプレート16a、絶縁プレート18a及びエンドプレート20aが上方に向かって、順次、配設される。積層体14の積層方向他端には、同様にターミナルプレート16b、絶縁プレート18b及びエンドプレート20bが下方に向かって、順次、配設される。
As shown in FIG.1 and FIG.2, the
水電解装置10は、例えば、矢印A方向に延在する4本のタイロッド22を介して円盤形状のエンドプレート20a、20b間を一体的に締め付け保持する。なお、水電解装置10は、エンドプレート20a、20bを端板として含む箱状ケーシング(図示せず)により一体的に保持される構成を採用してもよい。また、水電解装置10は、全体として略円柱体形状を有しているが、立方体形状等の種々の形状に設定可能である。
The
図1に示すように、ターミナルプレート16a、16bの側部には、端子部24a、24bが外方に突出して設けられる。端子部24a、24bは、配線26a、26bを介して電源28に電気的に接続される。陽極(アノード)側である端子部24aは、電源28のプラス極に接続される一方、陰極(カソード)側である端子部24bは、前記電源28のマイナス極に接続される。
As shown in FIG. 1,
図2及び図3に示すように、単位セル12は、略円盤状の電解質膜・電極構造体32と、この電解質膜・電極構造体32を挟持するアノード側セパレータ34及びカソード側セパレータ36とを備える。アノード側セパレータ34及びカソード側セパレータ36は、略円盤状を有するとともに、例えば、カーボン部材等で構成され、又は、鋼板、ステンレス鋼板、チタン板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板をプレス成形して、あるいは切削加工した後に防食用の表面処理を施して構成される。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
電解質膜・電極構造体32は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜38と、前記固体高分子電解質膜38の両面に設けられる円形状のアノード側給電体40及びカソード側給電体42とを備える。固体高分子電解質膜38の周縁部は、アノード側給電体40及びカソード側給電体42の外周から外方に突出している。
The electrolyte membrane /
固体高分子電解質膜38の両面には、アノード電極触媒層40a及びカソード電極触媒層42aが形成される。アノード電極触媒層40aは、例えば、Ru(ルテニウム)系触媒を使用する一方、カソード電極触媒層42aは、例えば、白金触媒を使用する。
An anode
アノード側給電体40及びカソード側給電体42は、例えば、球状アトマイズチタン粉末の焼結体(多孔質導電体)により構成される。アノード側給電体40及びカソード側給電体42は、研削加工後にエッチング処理される平滑表面部を設けるとともに、空隙率が10%〜50%、より好ましくは、20%〜40%の範囲内に設定される。
The anode-side
図3に示すように、単位セル12の外周部には、セパレータ面方向外方に突出する第1突出部44a、第2突出部44b及び第3突出部44cが形成される。第1突出部44aには、積層方向である矢印A方向に互いに連通して、第1流体である水(純水)を供給するための水供給連通孔46が設けられる。
As shown in FIG. 3, a
第2突出部44bには、矢印A方向に互いに連通して、反応により生成された酸素及び使用済みの水を排出するための排出連通孔48が設けられる。第3突出部44cには、積層方向である矢印A方向に互いに連通して、反応により生成された水素を流すための水素連通孔50が設けられる。
The second projecting
図4に示すように、水供給連通孔46及び排出連通孔48は、断面長円形状を有するとともに、互いに点対称の位置に配置される。水供給連通孔46と排出連通孔48とを繋ぐ仮想直線L1は、単位セル12の中心Oを通るとともに、この仮想直線L1に直交し且つ中心Oを通る仮想直交線L2上には、断面円形状の水素連通孔50が配置される。水供給連通孔46及び排出連通孔48は、水素連通孔50よりも開口断面積が大きく設定される。
As shown in FIG. 4, the water
図3及び図5に示すように、アノード側セパレータ34には、水供給連通孔46に連通する供給通路52aと、排出連通孔48に連通する排出通路52bとが設けられる。アノード側セパレータ34の電解質膜・電極構造体32に向かう面34aには、供給通路52a及び排出通路52bに連通する第1流路54が設けられる。この第1流路54は、アノード側給電体40の表面積に対応する範囲内に設けられるとともに、複数の流路溝や複数のエンボス等で構成される(図2及び図5参照)。
As shown in FIGS. 3 and 5, the
図3及び図5に示すように、カソード側セパレータ36には、水素連通孔50に連通する排出通路56が設けられる。カソード側セパレータ36の電解質膜・電極構造体32に向かう面36aには、排出通路56に連通する第2流路58が形成される。この第2流路58は、カソード側給電体42の表面積に対応する範囲内に設けられるとともに、複数の流路溝や複数のエンボス等で構成される(図2及び図5参照)。
As shown in FIGS. 3 and 5, the cathode-
アノード側セパレータ34及びカソード側セパレータ36の外周端部を周回して、シール部材60a、60bが一体化される。このシール部材60a、60bには、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材が用いられる。
The
図3及び図5に示すように、アノード側セパレータ34の電解質膜・電極構造体32に向かう面34aには、第1流路54及びアノード側給電体40の外方を周回して第2シール部材62aを配設するための第2シール溝(第2シール部)64aが形成される。
As shown in FIG. 3 and FIG. 5, the
面34aには、水供給連通孔46、排出連通孔48及び水素連通孔50の外側を周回して、第3シール部材62b、第4シール部材62c及び第5シール部材62dを配置するための第3シール溝(第3シール部)64b、第4シール溝(第4シール部)64c及び第5シール溝(第5シール部)64dが形成される。第2シール部材62a〜第5シール部材62dは、例えば、Oリングである。
On the
カソード側セパレータ36の電解質膜・電極構造体32に向かう面36aには、第2流路58及びカソード側給電体42の外方を周回して、第1シール部材66aを配設するための第1シール溝(第1シール部)68aが形成される。
On the
図3及び図5に示すように、面36aには、水供給連通孔46、排出連通孔48及び水素連通孔50の外側を周回して、第3シール部材66b、第4シール部材66c及び第5シール部材66dを配置するための第3シール溝(第3シール部)68b、第4シール溝(第4シール部)68c及び第5シール溝(第5シール部)68dが形成される。第1シール部材66a、第3シール部材66b〜第5シール部材66dは、例えば、Oリングである。
As shown in FIGS. 3 and 5, the
アノード側給電体40の外方を周回する第2シール溝64aと、カソード側給電体42の外方を周回する第1シール溝68aとは、セパレータ積層方向(矢印A方向)に対し固体高分子電解質膜38を挟んで互いに異なる位置に設定される。
The
水素連通孔50の外方を周回する第5シール溝64dと前記水素連通孔50の外方を周回する第5シール溝68dとは、矢印A方向に対し固体高分子電解質膜38を挟んで互いに異なる位置に設定される。
The
カソード側セパレータ36には、第1シール溝68aの外方に位置し且つ固体高分子電解質膜38に対向する第1セパレータ平面部36aaに、前記固体高分子電解質膜38により閉塞される凹部70が形成される。凹部70は、略リング状を有するとともに、第1シール溝68aと第3シール溝68b、第4シール溝68c及び第5シール溝68dとの間に位置して形成される。
In the
第1セパレータ平面部36aaの凹部70以外の平坦部と、アノード側セパレータ34の前記第1セパレータ平面部36aaに対向する第2セパレータ平面部34aaとは、固体高分子電解質膜38を挟んで積層方向の荷重を受ける受圧部72を構成する。受圧部72は、積層方向に対して、第5シール溝68dと第2シール溝64aとの距離Hに設定されるとともに、凹部70は、前記距離H内の所定の寸法範囲に形成される。
The flat portion other than the
図1及び図2に示すように、エンドプレート20aには、水供給連通孔46、排出連通孔48及び水素連通孔50に連通する配管76a、76b及び76cが接続される。配管76cには、図示しないが、背圧弁(又は電磁弁)が設けられており、水素連通孔50に生成される水素の圧力を高圧に維持することができる。エンドプレート20a、20b間には、図示しない押し付け力付与装置により押し付け力が付与され、この状態で、前記エンドプレート20a、20bがタイロッド22を介して締め付けられる。
As shown in FIGS. 1 and 2,
このように構成される水電解装置10の動作について、以下に説明する。
The operation of the
図1に示すように、配管76aから水電解装置10の水供給連通孔46に水が供給されるとともに、ターミナルプレート16a、16bの端子部24a、24bに電気的に接続されている電源28を介して電圧が付与される。このため、図3に示すように、各単位セル12では、水供給連通孔46からアノード側セパレータ34の第1流路54に水が供給され、この水がアノード側給電体40内に沿って移動する。
As shown in FIG. 1, water is supplied from a
従って、水は、アノード電極触媒層40aで電気により分解され、水素イオン、電子及び酸素が生成される。この陽極反応により生成された水素イオンは、固体高分子電解質膜38を透過してカソード電極触媒層42a側に移動し、電子と結合して水素が得られる。
Accordingly, water is decomposed by electricity in the anode
このため、カソード側セパレータ36とカソード側給電体42との間に形成される第2流路58に沿って水素が流動する。この水素は、水供給連通孔46よりも高圧に維持されており、水素連通孔50を流れて水電解装置10の外部に取り出し可能となる。一方、第1流路54には、反応により生成した酸素と、使用済みの水とが流動しており、これらが排出連通孔48に沿って水電解装置10の外部に排出される。
For this reason, hydrogen flows along the
この場合、第1の実施形態では、図5に示すように、カソード側セパレータ36には、第1シール溝68aの外方に位置し且つ固体高分子電解質膜38に対向する第1セパレータ平面部36aaに、前記固体高分子電解質膜38により閉塞される凹部70が形成されている。そして、第1セパレータ平面部36aaの凹部70以外の平坦部と、アノード側セパレータ34の前記第1セパレータ平面部36aaに対向する第2セパレータ平面部34aaとは、固体高分子電解質膜38を挟んで積層方向の荷重を受ける受圧部72を構成している。
In this case, in the first embodiment, as shown in FIG. 5, the
このため、受圧部72では、押し付け力付与面積(付与面圧面積)を有効に削減することができる。特に、第2流路58に高圧水素が生成される高圧水素製造装置である水電解装置10では、高圧シールを行うために、単位セル12ルの積層方向に付与される押し付け圧力が相当に大きくなり易い。
For this reason, in the
ここで、第1の実施形態では、上記のように受圧部72の押し付け力付与面積が有効に削減されるため、外部の押し付け力付与装置(図示せず)の小型化が容易に図られるとともに、所望のシール面圧を確保することが可能になるという効果が得られる。
Here, in the first embodiment, since the pressing force application area of the
さらに、凹部70は、積層方向に対して、第5シール溝68dと第2シール溝64aとの距離H内に形成されており、第2シール部材62a〜第5シール部材62dと積層方向に重なり合うことがない。従って、シール不良の発生を良好に阻止することができる。
Further, the
さらにまた、図4に示すように、水供給連通孔46と排出連通孔48とは、点対称の位置に配置されるとともに、前記水供給連通孔46と前記排出連通孔48とを繋ぐ仮想直線L1に直交する仮想直交線L2上に、水素連通孔50が設けられている。このため、水素連通孔50に高圧水素が導出されることにより、アノード側セパレータ34及びカソード側セパレータ36に反力が作用する際、水供給連通孔46と排出連通孔48とに前記反力が均等に分散される。
Furthermore, as shown in FIG. 4, the water
しかも、水供給連通孔46及び排出連通孔48は、水素連通孔50よりも開口断面積が大きく設定されている。従って、単位セル12は、水供給連通孔46のシール構造及び排出連通孔48のシール構造により、安定した状態で、良好なシール機能を有することができる。
Moreover, the water
これにより、簡単な構成で、比較的低圧(常圧)な水供給連通孔46と排出連通孔48とのシール圧を均等に維持することができ、シール性能の低下を可及的に阻止することが可能になるという効果が得られる。
As a result, the seal pressure of the water
図6は、本発明の第2の実施形態に係る水電解装置80を構成する単位セル82の断面説明図である。
FIG. 6 is an explanatory cross-sectional view of a
なお、第1の実施形態に係る水電解装置10を構成する単位セル12と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第3の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。
In addition, the same referential mark is attached | subjected to the component same as the
単位セル82は、電解質膜・電極構造体32を挟持するアノード側セパレータ84及びカソード側セパレータ86を備える。アノード側セパレータ84には、第2シール溝64aの外方に位置し且つ固体高分子電解質膜38に対向する第2セパレータ平面部84aaに、前記固体高分子電解質膜38により閉塞される凹部88が形成される。凹部88は、略リング状を有するとともに、第2シール溝64aと第3シール溝64b、第4シール溝64c及び第5シール溝64dとの間に位置して形成される。
The
第2セパレータ平面部84aaの凹部88以外の平坦部と、カソード側セパレータ86の前記第2セパレータ平面部84aaに対向する第1セパレータ平面部86aaとは、固体高分子電解質膜38を挟んで積層方向の荷重を受ける受圧部90を構成する。凹部88は、積層方向に対して、第5シール溝68dと第2シール溝64aとの距離H内の所定の寸法範囲に形成される。
The flat portion other than the
このように構成される第2の実施形態では、第2セパレータ平面部84aaの凹部88以外の平坦部と、カソード側セパレータ86の前記第2セパレータ平面部84aaに対向する第1セパレータ平面部86aaとは、固体高分子電解質膜38を挟んで積層方向の荷重を受ける受圧部90を構成している。
In the second embodiment configured as described above, a flat portion other than the
これにより、受圧部90の押し付け力付与面積が有効に削減されるため、外部の押し付け力付与装置(図示せず)の小型化が容易に図られるとともに、所望のシール面圧を確保することが可能になる等、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。
As a result, the pressing force application area of the
図7は、本発明の第3の実施形態に係る水電解装置100を構成する単位セル102の断面説明図である。
FIG. 7 is an explanatory cross-sectional view of the
単位セル102は、電解質膜・電極構造体32を挟持するアノード側セパレータ104及びカソード側セパレータ106を備える。カソード側セパレータ106には、第1シール溝68aの外方に位置し且つ固体高分子電解質膜38に対向する第1セパレータ平面部106aaに、前記固体高分子電解質膜38により閉塞される凹部70が形成される。
The
アノード側セパレータ104には、第2シール溝64aの外方に位置し且つ固体高分子電解質膜38に対向する第2セパレータ平面部104aaに、前記固体高分子電解質膜38により閉塞される凹部88が形成される。第1セパレータ平面部106aaの凹部70以外の平坦部と、第2セパレータ平面部104aaの凹部88以外の平坦部とは、固体高分子電解質膜38を挟んで積層方向の荷重を受ける受圧部108を構成する。
The anode-
このように構成される第3の実施形態では、上記の第1及び第2の実施形態と同様の効果が得られる。 In the third embodiment configured as described above, the same effects as those of the first and second embodiments can be obtained.
10、80、100…水電解装置 12、82、102…単位セル
14…積層体 16a、16b…ターミナルプレート
18a、18b…絶縁プレート 20a、20b…エンドプレート
24a、24b…端子部 28…電源
32…電解質膜・電極構造体 34、84、104…アノード側セパレータ
34aa、36aa、84aa、86aa、104aa、106aa…セパレータ平面部
36、86、106…カソード側セパレータ
38…固体高分子電解質膜 40…アノード側給電体
42…カソード側給電体 44a〜44c…突出部
46…水供給連通孔 48…排出連通孔
50…水素連通孔 54、58…流路
62a〜62d、66a〜66d…シール部材
64a〜64d、68a〜68d…シール溝
70、88…凹部 72、90、108…受圧部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
少なくとも一方の前記セパレータには、前記第1シール部の外方に位置し且つ前記電解質膜に対向する第1セパレータ平面部に、前記電解質膜により閉塞される凹部が形成されるとともに、
前記第1セパレータ平面部の前記凹部以外の平坦部と、他方の前記セパレータの前記第1セパレータ平面部に対向する第2セパレータ平面部とは、前記電解質膜を挟んで前記積層方向の荷重を受ける受圧部を構成することを特徴とする水電解装置。 A separator is stacked on a power supply body provided on both sides of the electrolyte membrane, and sandwiches a peripheral edge portion of the electrolyte membrane between the pair of separators, and one separator wraps around the outside of the power supply body. A first seal portion for disposing one seal member is formed, and a second seal member is disposed on the other separator around the outside of the other power feeding body. A water electrolysis apparatus in which a seal portion is formed, and the first seal portion and the second seal portion are set at different positions across the electrolyte membrane with respect to the stacking direction of the separator,
In at least one of the separators, a concave portion that is closed by the electrolyte membrane is formed in a first separator flat portion that is located outside the first seal portion and faces the electrolyte membrane,
The flat portion other than the concave portion of the first separator flat portion and the second separator flat portion facing the first separator flat portion of the other separator receive a load in the stacking direction across the electrolyte membrane. A water electrolysis apparatus comprising a pressure receiving portion.
前記一対のセパレータには、前記水を前記積層方向に流通させる水供給連通孔の外方を周回して第3シール部材を配設するための第3シール部と、
未反応の前記水及び前記酸素を前記積層方向に流通させる排出連通孔の外方を周回して第4シール部材を配設するための第4シール部と、
前記水素を前記積層方向に流通させる水素連通孔の外方を周回して第5シール部材を配設するための第5シール部と、
が形成されるとともに、
少なくとも前記第1セパレータ平面又は前記第2セパレータ平面には、前記第1シール部と前記第3シール部、前記第4シール部及び前記第5シール部との間に位置して前記凹部が形成されることを特徴とする水電解装置。 The water electrolysis apparatus according to claim 1, wherein the water electrolysis apparatus electrolyzes water to produce oxygen and hydrogen having a pressure higher than normal pressure.
In the pair of separators, a third seal portion for circulating a water supply communication hole for circulating the water in the stacking direction to dispose a third seal member;
A fourth seal portion for circulating the unreacted water and oxygen in the stacking direction around the discharge communication hole and disposing a fourth seal member;
A fifth seal portion for circulating the hydrogen in the stacking direction around the hydrogen communication hole and disposing a fifth seal member;
Is formed,
At least in the first separator plane or the second separator plane, the recess is formed between the first seal portion, the third seal portion, the fourth seal portion, and the fifth seal portion. A water electrolysis apparatus characterized by the above.
前記水供給連通孔及び前記排出連通孔は、前記水素連通孔よりも開口断面積が大きく設定されるとともに、
前記水供給連通孔と前記排出連通孔とは、前記セパレータの対称位置に配置されることを特徴とする水電解装置。 The water electrolysis apparatus according to claim 2, wherein the power supply body has a circular shape,
The water supply communication hole and the discharge communication hole are set to have a larger opening cross-sectional area than the hydrogen communication hole,
The water electrolysis apparatus, wherein the water supply communication hole and the discharge communication hole are arranged at symmetrical positions of the separator.
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