JP2021191886A - 積層構造体 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、第1実施形態の水電解セル1の模式図である。図2は、複数の水電解セル1を備える水電解装置5の模式図である。図1に示す本実施形態の水電解セル1は、固体高分子形水電解セルであり、複数個が積層されることで固体高分子形水電解槽(以下、単に「水電解槽」という)2(図2参照)を構成する。水電解槽2は、いわゆる、水電解スタックであり、水電解槽2に直流電力を供給する電力供給部3や、貯留している水を水電解セル1に供給する水タンク4などを備えることで、図2に示す水電解装置5を構成する。水電解装置5は、固体高分子形水電解装置であり、水タンク4の水を電力供給部3の電力によって電気分解することで、酸素ガスと水素ガスを生成する。本実施形態では、水電解装置5が備える複数の水電解槽2のそれぞれは、4個の水電解セル1を積層することで形成される。しかしながら、1つの水電解槽2において積層される水電解セル1の数はこれに限定されない。なお、図1および図2において、水電解セル1が積層される方向をz軸方向とし、z軸に垂直な平面上において直交する2つの方向をx軸方向とy軸方向とする。また、図1に示す水電解セル1や図2に示す水電解槽2を構成する部材の厚みや大きさは、説明の便宜上、実際の厚みや大きさと異なっている。水電解セル1は、特許請求の範囲の「積層構造体」に相当する。
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
上述の実施形態では、積層構造体としての水電解セルは、固体高分子形水電解槽に適用されるとした。しかしながら、積層構造体が適用される分野はこれに限定されない。水素と酸素との化学反応によって発電する固体高分子形燃料電池が備えるセルに適用されてもよい。
上述の実施形態では、アノード側スペーサ20のz軸方向のプラス側の表面において、流路構造体24が配置される開口の周囲に形成される溝21aと溝21bとは、平行に形成されるとした。また、同様に、アノード側スペーサ20のz軸方向のマイナス側の表面において形成される、溝21cと溝21dとは、平行に形成されるとした。これらの溝は平行に形成されていなくてもよい。また、カソード側スペーサ50に形成される溝51aと溝51bとの関係、および、溝51cと溝51dとの関係についても同様に、平行であってもよいし、平行でなくてもよい。
上述の実施形態では、アノード側スペーサ20の枠部21において、連接面21eと、内側接続面21fと、外側接続面21gとは、同じ高さとなるように形成されるとした。しかしながら、これらの面は同じ高さでなくてもよい。同じ高さとすることで、ガスケット36の変形量が少なくなるため、ガスケット36が過度に変形することを抑制できるため、シール性が低下することを抑制することができる。なお、隣り合う溝における、連接面と、内側接続面と、外側接続面との関係は、水電解セル1において、二重に溝が形成されている部位のそれぞれに適用可能である。
上述の実施形態では、水電解セル1で電気分解される水の流れを整える整流部材70を備えるとした。しかしながら、整流部材はなくてもよい。また、整流部材70が有する平面部72は、整流部材70に形成されている複数の流路73の面積の合計より大きい面積を有しているとした。しかしながら、整流部材70の形状はこれに限定されず、平面部72の面積も複数の流路73の面積の合計よりも小さい面積であってもよい。ガスケット36に接触する部分に流路が形成することなく面積を大きくすることで、流路へのガスケット36の落ち込みによるガスケット36の変形を抑制することができるため、シール性が低下することを抑制することができる。
上述の実施形態では、整流部材70には、ガスケット36の表面の一部が変形し、内側に突出する溝70a、70bが形成されているとした。しかしながら、溝70a、70bはなくてもよい。また、整流部材70をアノード側スペーサ20と同じ材料で形成しなくてもよい。同程度の硬さであればよい。また、整流部材70では、平面部72のガスケット36側の端面75は、枠部21の連接面21eなどと同一平面となるように形成されており、同じ高さに位置しているとした。しかしながら、これらの面は同じ高さでなくてもよい。同じ高さとすることで、ガスケット36の変形量が少なくなるため、ガスケット36が過度に変形することを抑制できるため、シール性が低下することを抑制することができる。
上述の実施形態では、水電解装置5は、膜電極接合部40を2つのガスケット36、61で挟み込んでいる積層体をアノード側スペーサ20とカソード側スペーサ50とによって挟み込む構成と、ガスケット31をアノード側スペーサ20とバイポーラプレート10とで挟み込む構成と、ガスケット66をカソード側スペーサ50とバイポーラプレート10とで挟み込む構成と、を備えるとした。しかしながら、水電解装置5は、これらの構成を全て備えていなくてもよい。いずれか1つを備えていればよい。
2…水電解槽
5…水電解装置
10…バイポーラプレート
11a、11b、12a、12b、21a、21b、21c、21d、25a、25b、25c、25d、26a、26b、26c、26d、27c、27d、28c、28d、51a,51b,51c,51d,57c,57d,58c,58d,70a,70b,80a,80b…溝
20…アノード側スペーサ
21e…連接面
21f…内側接続面
21g…外側接続面
31、36、61、66…ガスケット
32、33、37、63…突出部
36a、61b…表面
40…膜電極接合部
50…カソード側スペーサ
70、80…整流部材
72、82…平面部
73、83…流路
Claims (10)
- 積層構造体であって、
積層される一対の部材と、
前記一対の部材の間に配置されるシール部材と、
前記一対の部材のそれぞれが有する、前記シール部材と対向する面に形成される凹部と、を備え、
前記一対の部材のそれぞれに形成される前記凹部は、前記シール部材を挟んで互いに対向する位置に配置されており、
前記シール部材は、前記一対の部材に挟み込まれることによって変形し、前記凹部と接する表面の一部が前記凹部の内側に向かって突出する、
積層構造体。 - 請求項1に記載の積層構造体であって、
前記一対の部材は、
前記シール部材と対向する面に開口が形成されており、
前記開口の外側には、前記開口を囲むように、前記凹部としての溝が形成される、
積層構造体。 - 請求項2に記載の積層構造体であって、
前記一対の部材は、前記開口の外側において、互いに平行となるように、複数の溝が形成される、
積層構造体。 - 請求項3に記載の積層構造体であって、
前記一対の部材が有するシール部材と対向する面において、
隣り合う溝を連接する連接面は、平面状に形成されており、
前記隣り合う溝のうちの前記開口側の溝に、前記開口側で接続する内側接続面と、前記隣り合う溝のうちの前記開口とは反対側の溝に、前記開口とは反対側で接続する外側接続面と、前記連接面とは、同じ高さとなるように形成される、
積層構造体。 - 請求項2から請求項4のいずれか一項に記載の積層構造体は、さらに、
前記一対の部材と前記シール部材との間に配置され、前記一対の部材と前記シール部材との間を流れる流体の流れを整流する整流部材を備え、
前記整流部材は、
前記シール部材と対向する面を有する平面部と、
前記一対の部材側に形成され、前記一対の部材と前記シール部材との間を流れる流体の流れを整流する複数の流路と、を有する、
積層構造体。 - 請求項5に記載の積層構造体であって、
前記整流部材は、前記平面部の前記シール部材と対向する面に、凹部が形成されており、
前記シール部材は、前記一対の部材に挟み込まれることによって変形し、前記整流部材に形成されている凹部と接する表面の一部が、前記整流部材に形成されている凹部の内側に向かって突出する、
積層構造体。 - 請求項6に記載の積層構造体であって、
前記整流部材は、前記一対の部材と同じ材料から形成される、
積層構造体。 - 請求項5から請求項7のいずれか一項に記載の積層構造体であって、
前記シール部材は、平面状に形成されており、
前記平面部が有する前記シール部材と対向する面と、前記一対の部材が有する前記シール部材と対向する面とは、同じ高さに位置する、
積層構造体。 - 請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の積層構造体であって、
前記積層構造体は、固体高分子形水電解セルであり、
前記一対の部材は、電気分解用の水が流れるアノード側流路が形成されるアノード側スペーサと、水の電気分解によって生成される水素が流れるカソード側流路が形成されるカソード側スペーサと、であり、
前記シール部材は、膜電極接合体を2つのガスケットで挟み込んだ積層体である、
積層構造体。 - 請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の積層構造体であって、
前記積層構造体は、複数の固体高分子形水電解セルを有する水電解槽に含まれており、
前記一対の部材は、電気分解用の水が流れるアノード側流路が形成されるアノード側スペーサまたは水の電気分解によって生成される水素が流れるカソード側流路が形成されるカソード側スペーサと、バイポーラプレートと、であり、
前記シール部材は、前記アノード側スペーサまたは前記カソード側スペーサと、前記バイポーラプレートとによって挟みこまれるガスケットである、
積層構造体。
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