JP2022090256A - Laminate structure, and solid polymer water electrolysis cell - Google Patents

Laminate structure, and solid polymer water electrolysis cell Download PDF

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Abstract

To provide a technique that improves the sealability of a manifold formed inside a laminate structure.SOLUTION: The laminate structure comprises a pair of laminated members laminated in such a manner that the main faces thereof face each other, with the main face being formed with a manifold for a fluid to flow therethrough, a seal member disposed between the pair of members, groove parts formed on the main face of each of the pair of members in a manner of surrounding the manifold, and a plurality of protrusions formed on the manifold of the pair of members to protrude in the laminating direction of the pair of members. The protrusions formed on one of the pair of members are arranged on the positions overlapping the groove parts formed on the other of the pair of members in the extending direction of the groove parts in the laminating direction, and configured to enable a fluid to flow through between the neighboring protrusions in a state in which the seal member is placed between the groove parts formed on the other of the pair of members and themselves.SELECTED DRAWING: Figure 10

Description

本発明は、積層構造体、および、固体高分子形水電解セルに関する。 The present invention relates to a laminated structure and a polymer electrolyte water electrolysis cell.

従来、複数の部材が積層されて形成される積層構造体が知られている。この積層構造体が固体高分子形燃料電池や固体電解質形電池を構成するセルである場合、セルの内部に、流体が流れるマニフォルド部が形成されており、部材間にシール部材を配置することで、マニフォルド部のシール性を維持させる必要がある(例えば、特許文献1、2)。 Conventionally, a laminated structure formed by laminating a plurality of members is known. When this laminated structure is a cell constituting a polymer electrolyte fuel cell or a solid electrolyte battery, a manifold portion through which a fluid flows is formed inside the cell, and a seal member is arranged between the members. , It is necessary to maintain the sealing property of the manifold portion (for example, Patent Documents 1 and 2).

特開2016-131085号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-131085 特開2003-166092号公報Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2003-166092

しかしながら、上記先行技術においても、積層構造体において、マニフォルド部のシール性を向上するためには、なお改善の余地があった。 However, even in the above-mentioned prior art, there is still room for improvement in order to improve the sealing property of the manifold portion in the laminated structure.

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、積層構造体において、内部に形成されるマニフォルド部のシール性を向上する技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a technique for improving the sealing property of a manifold portion formed inside a laminated structure.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。 The present invention has been made to solve at least a part of the above-mentioned problems, and can be realized as the following forms.

(1)本発明の一形態によれば、積層構造体が提供される。この積層構造体は、積層される一対の部材であって、それぞれが備える主面が互いに対向するように積層され、前記主面に流体が流通するマニフォルド部が形成されている一対の部材と、前記一対の部材の間に配置されるシール部材と、前記一対の部材の前記主面において前記マニフォルド部を囲むように形成される溝部と、前記一対の部材の前記マニフォルド部に形成され、前記一対の部材の積層方向に突出する複数の突起部と、を備え、前記一対の部材の一方に形成される複数の前記突起部は、前記積層方向において、前記一対の部材の他方に形成される前記溝部と重なる位置に前記溝部の延設方向に沿って並んで設けられ、前記一対の部材の他方に形成される前記溝部との間に前記シール部材が配置された状態において、互いに隣接する前記突起部の間を流体が流通可能に構成されている。 (1) According to one embodiment of the present invention, a laminated structure is provided. This laminated structure is a pair of members to be laminated, and the main surfaces of the members are laminated so as to face each other, and a manifold portion through which a fluid flows is formed on the main surface. A seal member arranged between the pair of members, a groove formed so as to surround the manifold portion on the main surface of the pair of members, and the manifold portion formed of the pair of members. A plurality of protrusions projecting in the stacking direction of the members, and the plurality of protrusions formed on one of the pair of members are formed on the other of the pair of members in the stacking direction. The protrusions adjacent to each other in a state where the seal member is arranged at a position overlapping the groove portion along the extending direction of the groove portion and the seal member is arranged between the groove portion formed on the other side of the pair of members. The fluid is configured to be able to flow between the parts.

この構成によれば、一対の部材のそれぞれには、マニフォルド部を囲むように溝部が形成されている。一対の部材とシール部材とが積層されるとき、溝部の内側に向かってシール部材の表面が変形し突出することで、シール部材によるマニフォルド部のシール性が維持される。一対の部材の一方に形成されるマニフォルド部には、積層方向において、一対の部材の他方に形成される溝部と重なる位置に、一対の部材の他方の溝部の延設方向に沿って並べられる複数の突起部が設けられる。これにより、一対の部材の一方では、一対の部材の他方の溝部が重なる位置において、マニフォルド部と突起部との厚みの合計は、マニフォルド部が形成されていない部位の厚みに近い値となる。すなわち、積層構造体は、積層方向で溝部と重なる位置には隙間が少なくなるため、積層方向の構造強度を大きくすることができる。これにより、積層方向における溝部と重なる位置では、溝部の内側に向かって表面が変形しやすいように、シール部材や一対の部材に積層される部材を支持することができる。また、複数の突起部は、マニフォルド部において、流体が流通可能な隙間を、隣接する突起部の間に形成されるように構成されている。これにより、流体は、マニフォルド部における流通が複数の突起部によって妨げられにくくなっている。したがって、マニフォルド部において流体を流通させつつ、シール部材によるマニフォルド部のシール性を向上することができる。 According to this configuration, each of the pair of members has a groove formed so as to surround the manifold portion. When the pair of members and the seal member are laminated, the surface of the seal member is deformed and protrudes toward the inside of the groove portion, so that the sealability of the manifold portion by the seal member is maintained. A plurality of manifold portions formed on one of the pair of members are arranged along the extending direction of the other groove portion of the pair of members at a position overlapping the groove portion formed on the other side of the pair of members in the stacking direction. A protrusion is provided. As a result, in one of the pair of members, the total thickness of the manifold portion and the protrusion portion becomes a value close to the thickness of the portion where the manifold portion is not formed at the position where the other groove portions of the pair of members overlap. That is, since the laminated structure has a small gap at the position where it overlaps with the groove portion in the laminated direction, the structural strength in the laminated direction can be increased. Thereby, at the position overlapping with the groove portion in the stacking direction, the seal member or the member laminated on the pair of members can be supported so that the surface is easily deformed toward the inside of the groove portion. Further, the plurality of protrusions are configured such that a gap through which a fluid can flow is formed between adjacent protrusions in the manifold portion. As a result, the flow of the fluid in the manifold portion is less likely to be obstructed by the plurality of protrusions. Therefore, it is possible to improve the sealing property of the manifold portion by the sealing member while circulating the fluid in the manifold portion.

(2)上記形態の積層構造体において、前記一対の部材の一方に形成される複数の前記突起部のそれぞれの頂部には、前記一対の部材の他方に形成される前記溝部の延設方向に沿った方向に延びる溝が形成されてもよい。この構成によれば、突起部の頂部には、一対の部材の他方に形成される溝部の延設方向に沿った方向に延びる溝が形成されている。これにより、突起部の頂部に対向するシール部材の表面は、頂部に形成されている溝の内側に向かって変形し、シール部材と突起部との間のシール性を維持することができる。したがって、マニフォルド部において、流体がシール部材と突起部との間を流れることを抑制することができるため、流体は、互いに隣接する突起部の間を流れることができる。 (2) In the laminated structure of the above-described structure, the tops of the plurality of protrusions formed on one of the pair of members are formed in the extending direction of the groove formed on the other of the pair of members. Grooves extending along the direction may be formed. According to this configuration, a groove extending in a direction along the extending direction of the groove formed on the other side of the pair of members is formed on the top of the protrusion. As a result, the surface of the seal member facing the top of the protrusion is deformed toward the inside of the groove formed in the top, and the sealing property between the seal member and the protrusion can be maintained. Therefore, in the manifold portion, the fluid can be prevented from flowing between the seal member and the protrusion, so that the fluid can flow between the protrusions adjacent to each other.

(3)上記形態の積層構造体において、前記一対の部材は、前記主面のうちの前記マニフォルド部の外側に形成され、前記溝部を有する外周部を備えており、前記マニフォルド部は、前記主面において、前記外周部に対して凹んでおり、前記突起部は、頂部の高さが前記外周部の高さと揃うように形成されていてもよい。この構成によれば、突起部は、頂部の高さが、溝部を有する外周部の高さと揃うように形成されている。これにより、一対の部材の一方において、マニフォルド部と突起部との厚みの合計は、マニフォルド部が形成されていない部位の厚みとほとんど同じになるため、シール部材がさらに変形しやすくなる。したがって、シール部材によるマニフォルド部のシール性をさらに向上することができる。 (3) In the laminated structure of the above embodiment, the pair of members are formed on the outside of the manifold portion of the main surface and include an outer peripheral portion having the groove portion, and the manifold portion is the main surface. The surface may be recessed with respect to the outer peripheral portion, and the protrusion may be formed so that the height of the apex is aligned with the height of the outer peripheral portion. According to this configuration, the protrusion is formed so that the height of the top is aligned with the height of the outer peripheral portion having the groove. As a result, in one of the pair of members, the total thickness of the manifold portion and the protrusion portion is almost the same as the thickness of the portion where the manifold portion is not formed, so that the seal member is more easily deformed. Therefore, the sealing property of the manifold portion by the sealing member can be further improved.

(4)上記形態の積層構造体において、前記マニフォルド部は、前記外周部に対して凹んでいる凹部と、前記凹部に隣接する孔部と、を備えており、前記一対の部材は、前記凹部と前記孔部との境界に沿って長尺状に形成され、前記凹部から前記孔部に向かう流体の流通方向を前記凹部に沿った方向から、前記凹部に沿った方向と交差する方向に切り替える長尺状部を備えていてもよい。この構成によれば、一対の部材は、マニフォルド部における凹部と孔部との境界に沿って長尺状に形成され、凹部から孔部に向かう流体の流通方向を、凹部に沿った方向から、凹部に沿った方向と交差する方向に切り替える長尺状部を備える。これにより、シール部材に一対の部材のそれぞれのマニフォルド部を連通する貫通孔が形成されており、一対の部材のそれぞれにおいて、凹部をシール部材に配置する場合、一対の部材は、シール部材を凹部と長尺状部とによって押さえつつ、シール部材の貫通孔を介した一対の部材のマニフォルド部の間での流体のやり取りを容易に行うことができる。 (4) In the laminated structure of the above embodiment, the manifold portion includes a recess recessed with respect to the outer peripheral portion and a hole portion adjacent to the recess, and the pair of members is the recess. It is formed in a long shape along the boundary between the recess and the hole, and the flow direction of the fluid from the recess to the hole is switched from the direction along the recess to the direction intersecting the direction along the recess. It may be provided with a long portion. According to this configuration, the pair of members are formed in a long shape along the boundary between the recess and the hole in the manifold portion, and the flow direction of the fluid from the recess to the hole is changed from the direction along the recess. It is provided with a long portion that switches in a direction that intersects with a direction along the recess. As a result, a through hole is formed in the seal member to communicate the manifold portions of the pair of members. When the recess is arranged in the seal member in each of the pair of members, the pair of members has the seal member in the recess. The fluid can be easily exchanged between the manifold portions of the pair of members through the through holes of the seal member while being held by the long portion.

(5)上記形態の積層構造体において、前記長尺状部は、両端部が、前記孔部において前記外周部にそれぞれ接続されており、前記積層方向において前記外周部から突出する複数の突起が形成されてもよい。この構成によれば、長尺状部には、積層方向において外周部から突出する複数の突起が形成されている。これにより、複数の突起は、一対の部材に隣接する部材に接触することができるため、該部材の孔部への落ち込みを抑制することができる。したがって、孔部の断面積の減少を抑制することができる。 (5) In the laminated structure of the above-described embodiment, both ends of the long portion are connected to the outer peripheral portion in the hole portion, and a plurality of protrusions protruding from the outer peripheral portion in the stacking direction are formed. It may be formed. According to this configuration, a plurality of protrusions protruding from the outer peripheral portion in the stacking direction are formed in the elongated portion. As a result, the plurality of protrusions can come into contact with the members adjacent to the pair of members, so that it is possible to suppress the depression of the members into the holes. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the cross-sectional area of the hole.

(6)本発明の別の形態によれば、固体高分子形水電解セルが提供される。この固体高分子形水電解セルは、上記の積層構造体を備え、前記一対の部材の一方をアノード側スペーサとし、他方をカソード側スペーサとする。この構成によれば、固体高分子形水電解セルが備える積層構造体では、一対の部材の一方をアノード側スペーサとし、他方をカソード側スペーサとする。固体高分子形水電解セルでは、アノード側スペーサに水を供給することで酸素ガスと水素イオンを発生させつつ、カソード側スペーサにおいて、アノード側スペーサとカソード側スペーサとの間の膜電極接合体を介して供給される水素イオンから水素を発生させる。この固体高分子形水電解セルが上記の積層構造体を備えることで、アノード側スペーサのマニフォルド部を流れる水やカソード側スペーサのマニフォルド部を流れる水素ガスなどが外部に漏れることを抑制することができる。 (6) According to another embodiment of the present invention, a polymer electrolyte water electrolysis cell is provided. This solid polymer electrolyzed cell includes the above-mentioned laminated structure, and one of the pair of members is an anode side spacer and the other is a cathode side spacer. According to this configuration, in the laminated structure included in the solid polymer electrolyzed cell, one of the pair of members is used as an anode side spacer and the other is used as a cathode side spacer. In the solid polymer type water electrolysis cell, oxygen gas and hydrogen ions are generated by supplying water to the anode side spacer, and at the cathode side spacer, a membrane electrode assembly between the anode side spacer and the cathode side spacer is formed. Hydrogen is generated from the hydrogen ion supplied through the hydrogen ion. By providing the above-mentioned laminated structure in this solid polymer type water electrolysis cell, it is possible to prevent water flowing through the manifold portion of the anode side spacer and hydrogen gas flowing through the manifold portion of the cathode side spacer from leaking to the outside. can.

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、積層構造体を含む各種装置、積層構造体を製造する方法、積層構造体を含む装置の制御方法等の形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various aspects, for example, in various forms such as various devices including a laminated structure, a method for manufacturing a laminated structure, a control method for a device including the laminated structure, and the like. can do.

第1実施形態の水電解セルの模式図である。It is a schematic diagram of the water electrolysis cell of 1st Embodiment. 複数の水電解セルを備える水電解装置の模式図である。It is a schematic diagram of the water electrolysis apparatus provided with a plurality of water electrolysis cells. アノード側スペーサの斜視図である。It is a perspective view of the anode side spacer. アノード側スペーサをバイポーラプレート側から見た図である。It is the figure which looked at the anode side spacer from the bipolar plate side. アノード側スペーサを膜電極接合部側から見た図である。It is the figure which looked at the anode side spacer from the membrane electrode joint side. 図3のA部拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of part A in FIG. カソード側スペーサを膜電極接合部側から見た図である。It is the figure which looked at the cathode side spacer from the membrane electrode joint side. カソード側スペーサをバイポーラプレート側から見た図である。It is the figure which looked at the cathode side spacer from the bipolar plate side. 第1実施形態の水電解セルの作用を説明する第1の模式図である。It is 1st schematic diagram explaining the operation of the water electrolysis cell of 1st Embodiment. 第1実施形態の水電解セルの透過拡大図である。It is a transmission enlarged view of the water electrolysis cell of 1st Embodiment. 比較例の水電解セルの透過拡大図である。It is a transmission enlarged view of the water electrolysis cell of the comparative example. 第1実施形態の水電解セルの作用を説明する第2の模式図である。It is a 2nd schematic diagram explaining the operation of the water electrolysis cell of 1st Embodiment. 第1実施形態の水電解セルの第1の部分断面図である。It is a 1st partial cross-sectional view of the water electrolysis cell of 1st Embodiment. 第1実施形態の水電解セルの第2の部分断面図である。2 is a second partial cross-sectional view of the water electrolysis cell of the first embodiment. 第2実施形態の水電解セルの模式図である。It is a schematic diagram of the water electrolysis cell of the 2nd Embodiment. 水電解セルの第1の変形例の模式図である。It is a schematic diagram of the 1st modification of a water electrolysis cell. 水電解セルの第2の変形例の模式図である。It is a schematic diagram of the 2nd modification of the water electrolysis cell. 水電解セルの第3の変形例の模式図である。It is a schematic diagram of the 3rd modification of the water electrolysis cell.

<第1実施形態>
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6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)3(図2参照)を構成する。水電解槽3は、いわゆる、水電解スタックであり、水電解槽3に直流電力を供給する電力供給部4や、貯留している水を水電解セル1に供給する水タンク5などを備えることで、図2に示す水電解装置6を構成する。本実施形態では、水電解装置6は、固体高分子形水電解装置であり、水タンク5の水を電力供給部4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6が備える複数の水電解槽3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3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3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。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic diagram of the water electrolysis cell 1 of the first embodiment. FIG. 2 is a schematic view of a water electrolysis device 6 including a plurality of water electrolysis cells 1. The water electrolysis cell 1 of the present embodiment shown in FIG. 1 is a solid polymer type water electrolysis cell, and a plurality of them are laminated to form a solid polymer type water electrolysis tank (hereinafter, simply referred to as “water electrolysis tank”). 3 (see FIG. 2) is configured. The water electrolysis tank 3 is a so-called water electrolysis stack, and includes a power supply unit 4 that supplies DC power to the water electrolysis tank 3, a water tank 5 that supplies stored water to the water electrolysis cell 1, and the like. The water electrolyzer 6 shown in FIG. 2 is configured. In the present embodiment, the water electrolyzer 6 is a solid polymer type water electrolyzer, and generates oxygen gas and hydrogen gas by electrolyzing the water in the water tank 5 with the electric power of the power supply unit 4. In the present embodiment, each of the plurality of water electrolysis tanks 3 included in the water electrolysis device 6 is formed by stacking four water electrolysis cells 1. However, the number of water electrolysis cells 1 stacked in one water electrolysis tank 3 is not limited to this. In FIGS. 1 and 2, the direction in which the water electrolysis cells 1 are laminated is defined as the z-axis direction, and the two directions orthogonal to each other on the plane perpendicular to the z-axis are defined as the x-axis direction and the y-axis direction. Further, the thickness and size of the members constituting the water electrolysis cell 1 shown in FIG. 1 and the water electrolysis tank 3 shown in FIG. 2 are different from the actual thickness and size for convenience of explanation. The water electrolysis cell 1 corresponds to the "laminated structure" in the claims.

水電解セル1は、バイポーラプレート10と、アノード側スペーサ20と、膜電極接合部40と、カソード側スペーサ50と、ガスケット31、36、61、66と、を備える。水電解セル1では、z軸方向のマイナス側から、バイポーラプレート10、ガスケット31、アノード側スペーサ20、ガスケット36、膜電極接合部40、ガスケット61、カソード側スペーサ50、ガスケット66の順に積層されている。本実施形態では、水電解セル1は、直方体形状をなしており、4個の水電解セル1と1枚のバイポーラプレート10が積層されている水電解槽3には、水電解槽3をz軸方向に貫通する貫通孔1a、1b、1c、1dのそれぞれが四隅に形成されている(水電解槽3をz軸方向から見た図2(B)参照)。貫通孔1a、1b、1c、1dは、水電解槽3が有する複数の水電解セル1のそれぞれでの水の電気分解に関与する流体が流れる流路となる。 The water electrolysis cell 1 includes a bipolar plate 10, an anode side spacer 20, a membrane electrode joint portion 40, a cathode side spacer 50, and gaskets 31, 36, 61, 66. In the water electrolysis cell 1, the bipolar plate 10, the gasket 31, the anode side spacer 20, the gasket 36, the film electrode joint 40, the gasket 61, the cathode side spacer 50, and the gasket 66 are laminated in this order from the minus side in the z-axis direction. There is. In the present embodiment, the water electrolysis cell 1 has a rectangular shape, and in the water electrolysis tank 3 in which the four water electrolysis cells 1 and one bipolar plate 10 are laminated, the water electrolysis tank 3 is z. Through holes 1a, 1b, 1c, and 1d penetrating in the axial direction are formed at the four corners (see FIG. 2B when the water electrolyzer tank 3 is viewed from the z-axis direction). The through holes 1a, 1b, 1c, and 1d serve as flow paths through which fluids involved in the electrolysis of water in each of the plurality of water electrolysis cells 1 of the water electrolysis tank 3 flow.

バイポーラプレート10は、略長方形の平板状部材であって、隣り合う水電解セル1との間に配置されるセパレータである。バイポーラプレート10には、アノード側スペーサ20に供給される水が流れる流路11が形成されている。流路11は、バイポーラプレート10において、x軸方向のマイナス側であって、y軸方向のマイナス側の角に形成されており、貫通孔1a(図2(B)参照)の一部となる。バイポーラプレート10のz軸方向のマイナス側の表面における流路11の開口の周囲には、流路11の開口を囲むように配置される環状の溝11a、11bが形成される。また、バイポーラプレート10のz軸方向のプラス側の表面における流路11の開口の周囲には、流路11の開口を囲むように配置される環状の溝11c、11dが形成される。バイポーラプレート10には、流路11の他に、図1に示す流路12を含む流路が長方形状の四隅のそれぞれに形成されている(図2(B)参照)。これらの流路は、水電解セル1の貫通孔1b、1c、1dの一部となる。これらの流路においても、バイポーラプレート10のz軸方向のプラス側の表面と、マイナス側の表面とのそれぞれには、これらの流路の開口を囲むように配置される環状の溝(例えば、図1に示す流路12における溝12a、12b、12c、12d)が二重に形成される。 The bipolar plate 10 is a substantially rectangular flat plate-shaped member, and is a separator arranged between adjacent water electrolysis cells 1. The bipolar plate 10 is formed with a flow path 11 through which water supplied to the anode-side spacer 20 flows. The flow path 11 is formed in the corner of the bipolar plate 10 on the minus side in the x-axis direction and on the minus side in the y-axis direction, and becomes a part of the through hole 1a (see FIG. 2B). .. An annular grooves 11a and 11b arranged so as to surround the opening of the flow path 11 are formed around the opening of the flow path 11 on the surface of the bipolar plate 10 on the negative side in the z-axis direction. Further, around the opening of the flow path 11 on the positive side surface of the bipolar plate 10 in the z-axis direction, annular grooves 11c and 11d arranged so as to surround the opening of the flow path 11 are formed. In the bipolar plate 10, in addition to the flow path 11, a flow path including the flow path 12 shown in FIG. 1 is formed at each of the four rectangular corners (see FIG. 2B). These flow paths become part of the through holes 1b, 1c, and 1d of the water electrolysis cell 1. Also in these flow paths, an annular groove (for example, an annular groove) arranged so as to surround the opening of these flow paths is provided on each of the positive side surface and the negative side surface of the bipolar plate 10 in the z-axis direction. Grooves 12a, 12b, 12c, 12d) in the flow path 12 shown in FIG. 1 are doubly formed.

アノード側スペーサ20は、中央部に開口が形成される樹脂製の板状部材であって、バイポーラプレート10のz軸方向のプラス側に配置される。アノード側スペーサ20には、貫通孔1a、1b、1c、1dのそれぞれの一部となる流路20a、20b、20c、20dが四隅に形成されている(図2(B)参照)。アノード側スペーサ20は、流路20aを流れる水が、アノード側スペーサ20のほぼ全面に流れるように、水電解セル1のxy平面に沿って流す。アノード側スペーサ20の構造の詳細は、後述する。アノード側スペーサ20は、特許請求の範囲の「一対の部材の一方」に該当する。 The anode-side spacer 20 is a resin plate-shaped member having an opening formed in the central portion, and is arranged on the positive side of the bipolar plate 10 in the z-axis direction. The anode-side spacer 20 is formed with flow paths 20a, 20b, 20c, and 20d, which are part of the through holes 1a, 1b, 1c, and 1d, at the four corners (see FIG. 2B). The anode-side spacer 20 flows along the xy plane of the water electrolysis cell 1 so that the water flowing through the flow path 20a flows over almost the entire surface of the anode-side spacer 20. The details of the structure of the anode side spacer 20 will be described later. The anode-side spacer 20 corresponds to "one of a pair of members" in the claims.

ガスケット31は、バイポーラプレート10のz軸方向のプラス側と、アノード側スペーサ20のz軸方向のマイナス側との間に配置されるテフロン(登録商標)からなるシートである。ガスケット31は、バイポーラプレート10とアノード側スペーサ20との間をシールする。なお、ガスケット31は、EPDMであってもよい。 The gasket 31 is a sheet made of Teflon (registered trademark) arranged between the positive side of the bipolar plate 10 in the z-axis direction and the negative side of the anode-side spacer 20 in the z-axis direction. The gasket 31 seals between the bipolar plate 10 and the anode-side spacer 20. The gasket 31 may be EPDM.

膜電極接合部40は、略長方形の板状部材であって、樹脂製の枠部41と、膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly、以下、「MEA」という)42と、を有する。枠部41の外形は、長方形であって、内側にMEA42が配置される開口が形成されている。MEA42は、図示しない電解質膜の両面に、図示しない触媒を含む電極が接合されている。電解質膜は、例えば、ナフィオン(登録商標)から形成されており、水素イオンや水を透過可能である。電解質膜のz軸方向のマイナス側に接合されるアノード側電極は、酸化イリジウム(Ir2O)を含むアノード側触媒層と、チタン(Ti)から形成されるメッシュであるアノード側拡散層と、を有する。アノード側電極では、電気的に接続する電力供給部4が供給する電力を用いて水を電気分解し、酸素ガスと水素イオンとを生成する。アノード側電極で生成された水素イオンと水の一部は、電解質膜を通って、電解質膜のz軸方向のプラス側に接合されるカソード側電極に移動する。カソード側電極は、白金(Pt)を含むカソード側触媒層と、カーボンペーパであるカソード側拡散層と、を有する。カソード側電極では、電気的に接続する電力供給部4が供給する電力を用いて、電解質膜を通過した水素イオンを水素ガスにする。 The membrane electrode assembly 40 is a substantially rectangular plate-shaped member, and has a resin frame portion 41 and a membrane electrode assembly (Membrane Electrode Assembly, hereinafter referred to as “MEA”) 42. The outer shape of the frame portion 41 is rectangular, and an opening in which the MEA 42 is arranged is formed inside. In the MEA42, electrodes containing a catalyst (not shown) are bonded to both sides of an electrolyte membrane (not shown). The electrolyte membrane is formed from, for example, Nafion® and is permeable to hydrogen ions and water. The anode-side electrode bonded to the negative side of the electrolyte film in the z-axis direction includes an anode-side catalyst layer containing iridium oxide (Ir 2 O), an anode-side diffusion layer which is a mesh formed of titanium (Ti), and an anode-side diffusion layer. Has. At the anode-side electrode, water is electrolyzed using the electric power supplied by the electrically connected electric power supply unit 4, and oxygen gas and hydrogen ions are generated. Some of the hydrogen ions and water generated at the anode-side electrode move through the electrolyte membrane to the cathode-side electrode bonded to the positive side of the electrolyte membrane in the z-axis direction. The cathode side electrode has a cathode side catalyst layer containing platinum (Pt) and a cathode side diffusion layer which is carbon paper. At the cathode side electrode, hydrogen ions that have passed through the electrolyte membrane are converted into hydrogen gas by using the electric power supplied by the electric power supply unit 4 that is electrically connected.

ガスケット36は、アノード側スペーサ20のz軸方向のプラス側と、膜電極接合部40のz軸方向のマイナス側との間に配置されるテフロン(登録商標)からなるシートである。ガスケット36は、アノード側スペーサ20と膜電極接合部40との間をシールする。なお、ガスケット36は、EPDMであってもよい。 The gasket 36 is a sheet made of Teflon (registered trademark) arranged between the positive side of the anode side spacer 20 in the z-axis direction and the negative side of the membrane electrode joint 40 in the z-axis direction. The gasket 36 seals between the anode-side spacer 20 and the membrane electrode joint 40. The gasket 36 may be EPDM.

カソード側スペーサ50は、内側に開口が形成されている樹脂製の板状部材であって、膜電極接合部40のz軸方向のプラス側に配置されている。本実施形態では、カソード側スペーサ50は、アノード側スペーサ20と同じ構成の部材を用いている。具体的には、カソード側スペーサ50は、水電解セル1において、アノード側スペーサ20の状態で配置されている部材を、z軸方向のプラス側とマイナス側とが入れ替わるようにひっくり返した状態で配置されている。カソード側スペーサ50には、貫通孔1a、1b、1c、1dのそれぞれの一部となる流路50a、50b、50c、50dが四隅に形成されている(図2(B)参照)。カソード側スペーサ50の構造の詳細は、後述する。カソード側スペーサ50は、特許請求の範囲の「一対の部材の他方」に該当する。 The cathode side spacer 50 is a resin plate-shaped member having an opening formed inside, and is arranged on the plus side in the z-axis direction of the membrane electrode joint portion 40. In the present embodiment, the cathode side spacer 50 uses a member having the same configuration as the anode side spacer 20. Specifically, the cathode side spacer 50 is in a state where the member arranged in the state of the anode side spacer 20 in the water electrolysis cell 1 is turned upside down so that the plus side and the minus side in the z-axis direction are interchanged. Have been placed. In the cathode side spacer 50, flow paths 50a, 50b, 50c, and 50d that are part of the through holes 1a, 1b, 1c, and 1d are formed at the four corners (see FIG. 2B). Details of the structure of the cathode side spacer 50 will be described later. The cathode side spacer 50 corresponds to "the other of the pair of members" in the claims.

ガスケット61は、膜電極接合部40のz軸方向のプラス側と、カソード側スペーサ50のz軸方向のマイナス側との間に配置されているテフロン(登録商標)からなるシートである。ガスケット61は、膜電極接合部40とカソード側スペーサ50との間をシールする。なお、ガスケット61は、EPDMであってもよい。 The gasket 61 is a sheet made of Teflon (registered trademark) arranged between the positive side of the membrane electrode joint 40 in the z-axis direction and the negative side of the cathode side spacer 50 in the z-axis direction. The gasket 61 seals between the membrane electrode joint 40 and the cathode side spacer 50. The gasket 61 may be EPDM.

本実施形態では、水電解セル1において、ガスケット36と、膜電極接合部40と、ガスケット61とからなる積層体は、アノード側スペーサ20とカソード側スペーサ50とに挟み込まれている。ガスケット36と、膜電極接合部40と、ガスケット61とからなる積層体は、特許請求の範囲の「シール部材」に該当する。 In the present embodiment, in the water electrolysis cell 1, the laminate composed of the gasket 36, the membrane electrode joint portion 40, and the gasket 61 is sandwiched between the anode side spacer 20 and the cathode side spacer 50. The laminate composed of the gasket 36, the membrane electrode joint portion 40, and the gasket 61 falls under the "sealing member" in the claims.

ガスケット66は、カソード側スペーサ50のz軸方向のプラス側に配置されているテフロン(登録商標)からなるシートである。ガスケット66は、水電解セル1に隣り合う別の水電解セル1が備えるバイポーラプレート(図1に示す二点鎖線10A)と、カソード側スペーサ50との間をシールする。なお、ガスケット66は、EPDMであってもよい。 The gasket 66 is a sheet made of Teflon (registered trademark) arranged on the positive side of the cathode side spacer 50 in the z-axis direction. The gasket 66 seals between the bipolar plate (two-dot chain line 10A shown in FIG. 1) provided in another water electrolysis cell 1 adjacent to the water electrolysis cell 1 and the cathode side spacer 50. The gasket 66 may be EPDM.

図3は、アノード側スペーサ20の斜視図である。図4は、水電解セル1に備えられているアノード側スペーサ20をバイポーラプレート10側から見た図である。図5は、水電解セル1に備えられているアノード側スペーサ20を膜電極接合部40側から見た図である。図6は、図3のA部拡大図である。次に、アノード側スペーサ20の詳細な構造について説明する。アノード側スペーサ20は、外周部21と、マニフォルド部22と、2つのリブ23、24と、2つのガスケット押え25、26と、を備える。本実施形態では、外周部21と、マニフォルド部22と、2つのリブ23、24と、2つのガスケット押え25、26とは、一体に形成されている。リブ23、24のそれぞれは、特許請求の範囲の「突起部」に該当する。 FIG. 3 is a perspective view of the anode side spacer 20. FIG. 4 is a view of the anode side spacer 20 provided in the water electrolysis cell 1 as viewed from the bipolar plate 10 side. FIG. 5 is a view of the anode side spacer 20 provided in the water electrolysis cell 1 as viewed from the membrane electrode joint portion 40 side. FIG. 6 is an enlarged view of part A of FIG. Next, the detailed structure of the anode side spacer 20 will be described. The anode-side spacer 20 includes an outer peripheral portion 21, a manifold portion 22, two ribs 23 and 24, and two gasket retainers 25 and 26. In the present embodiment, the outer peripheral portion 21, the manifold portion 22, the two ribs 23 and 24, and the two gasket retainers 25 and 26 are integrally formed. Each of the ribs 23 and 24 corresponds to the "protrusion" in the claims.

外周部21は、外形が長方形状の平板である。外周部21の内側には、マニフォルド部22が配置されている。外周部21には、マニフォルド部22の外側において、マニフォルド部22を囲むように、複数の溝部21a、21b、21c、21dが形成される。溝部21aと溝部21bとは、外周部21のバイポーラプレート10側(z軸方向のマイナス側)の主面において、マニフォルド部22の開口を囲むように形成されている。本実施形態では、溝部21aと溝部21bとは、図4に示すように、平行となるように形成されている。溝部21cと溝部21dとは、外周部21の膜電極接合部40側(z軸方向のプラス側)の主面において、マニフォルド部22の開口を囲むように形成されている。本実施形態では、溝部21cと溝部21dとは、図5に示すように、平行となるように形成されている。 The outer peripheral portion 21 is a flat plate having a rectangular outer shape. A manifold portion 22 is arranged inside the outer peripheral portion 21. On the outer peripheral portion 21, a plurality of groove portions 21a, 21b, 21c, 21d are formed on the outer side of the manifold portion 22 so as to surround the manifold portion 22. The groove portion 21a and the groove portion 21b are formed so as to surround the opening of the manifold portion 22 on the main surface of the peripheral portion 21 on the bipolar plate 10 side (minus side in the z-axis direction). In the present embodiment, the groove portion 21a and the groove portion 21b are formed so as to be parallel to each other as shown in FIG. The groove portion 21c and the groove portion 21d are formed so as to surround the opening of the manifold portion 22 on the main surface of the outer peripheral portion 21 on the film electrode joint portion 40 side (plus side in the z-axis direction). In the present embodiment, the groove portion 21c and the groove portion 21d are formed so as to be parallel to each other as shown in FIG.

外周部21には、貫通孔1b、1cのそれぞれの一部である流路20b、20cが形成されている。流路20bについては、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ける流路20bの周囲に、流路20bを囲むように配置される環状の溝部21e、21fが形成される(図4参照)。また、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ける流路20bの周囲には、流路20bを囲むように配置される環状の溝部21g、21hが形成される(図5参照)。流路20cについては、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ける流路20cの周囲に、流路20cを囲むように配置される環状の溝20i、20jが形成される(図4参照)。また、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ける流路20cの周囲には、流路20cを囲むように配置される環状の溝20k、20lが形成される(図5参照)。 The outer peripheral portion 21 is formed with flow paths 20b and 20c, which are a part of the through holes 1b and 1c, respectively. Regarding the flow path 20b, annular groove portions 21e and 21f arranged so as to surround the flow path 20b are formed around the flow path 20b on the surface of the anode side spacer 20 on the minus side in the z-axis direction (FIG. 4). reference). Further, around the flow path 20b on the positive side surface of the anode side spacer 20 in the z-axis direction, annular groove portions 21g and 21h arranged so as to surround the flow path 20b are formed (see FIG. 5). Regarding the flow path 20c, annular grooves 20i and 20j arranged so as to surround the flow path 20c are formed around the flow path 20c on the surface of the anode side spacer 20 on the minus side in the z-axis direction (FIG. 4). reference). Further, around the flow path 20c on the positive side surface of the anode side spacer 20 in the z-axis direction, annular grooves 20k and 20l arranged so as to surround the flow path 20c are formed (see FIG. 5).

マニフォルド部22は、図4および図5に示すように、アノード側スペーサ20の略中央部に配置される略平行四辺形形状の部位である。マニフォルド部22は、2つの凹部22a、22bと、孔部22cと、を備える。 As shown in FIGS. 4 and 5, the manifold portion 22 is a substantially parallelogram-shaped portion arranged at a substantially central portion of the anode-side spacer 20. The manifold portion 22 includes two recesses 22a and 22b and a hole portion 22c.

凹部22aは、マニフォルド部22において、x軸方向のマイナス側に配置されている。凹部22aは、z軸に垂直な断面形状が略三角形状に形成されており、外周部21に対してz軸方向のプラス側に凹んでいる。凹部22aには、凹部22aのx軸方向のプラス側であってy軸方向のマイナス側の端に、貫通孔1aの一部である流路20aが形成されている(図4参照)。凹部22aのz軸方向のプラス側には、流路20aの周りに、溝部22dが形成されている(図5参照)。 The recess 22a is arranged on the minus side in the x-axis direction in the manifold portion 22. The recess 22a has a substantially triangular cross-sectional shape perpendicular to the z-axis, and is recessed on the plus side in the z-axis direction with respect to the outer peripheral portion 21. In the recess 22a, a flow path 20a, which is a part of the through hole 1a, is formed at the end of the recess 22a on the plus side in the x-axis direction and on the minus side in the y-axis direction (see FIG. 4). A groove 22d is formed around the flow path 20a on the positive side of the recess 22a in the z-axis direction (see FIG. 5).

凹部22bは、マニフォルド部22において、y軸方向のプラス側に配置されている。凹部22bは、z軸に垂直な断面形状が略三角形状に形成されており、外周部21に対してz軸方向のプラス側に凹んでいる。凹部22bには、凹部22bのx軸方向のプラス側であってy軸方向のプラス側の端に、貫通孔1dの一部である流路20dが形成されている(図4参照)。凹部22bのz軸方向のプラス側には、流路20dの周りに、溝部22eが形成されている(図5参照)。 The recess 22b is arranged on the positive side in the y-axis direction in the manifold portion 22. The recess 22b has a substantially triangular cross-sectional shape perpendicular to the z-axis, and is recessed on the plus side in the z-axis direction with respect to the outer peripheral portion 21. In the recess 22b, a flow path 20d, which is a part of the through hole 1d, is formed at the end of the recess 22b on the plus side in the x-axis direction and on the plus side in the y-axis direction (see FIG. 4). A groove 22e is formed around the flow path 20d on the positive side of the recess 22b in the z-axis direction (see FIG. 5).

孔部22cは、凹部22aのx軸のプラス側の端部と凹部22bのx軸のマイナス側の端部との間に配置されている。孔部22cは、z軸に垂直な断面形状が矩形形状に形成されており、流路構造体27を収容している。流路構造体27は、白金(Pt)がコーティングされているチタン(Ti)からなる多孔質体であり、電気伝導性を有する。流路構造体27には、凹部22aと凹部22bとの間を流れる流体の流路が複数形成されている。 The hole 22c is arranged between the positive end of the x-axis of the recess 22a and the negative end of the x-axis of the recess 22b. The hole portion 22c has a rectangular cross-sectional shape perpendicular to the z-axis, and accommodates the flow path structure 27. The flow path structure 27 is a porous body made of titanium (Ti) coated with platinum (Pt) and has electrical conductivity. The flow path structure 27 is formed with a plurality of flow paths of the fluid flowing between the recesses 22a and the recesses 22b.

リブ23は、凹部22aのz軸方向のマイナス側に配置され、凹部22aからz軸のマイナス方向に向かって突出する凸形状の部位である。リブ23は、複数の第1リブ23aと、複数の第2リブ23bと、を有する。 The rib 23 is arranged on the negative side of the concave portion 22a in the negative direction in the z-axis direction, and is a convex portion protruding from the concave portion 22a in the negative direction of the z-axis. The rib 23 has a plurality of first ribs 23a and a plurality of second ribs 23b.

第1リブ23aは、流路20aの周りに配置されている。複数の第1リブ23aのそれぞれは、頂部の高さが外周部21の高さに揃うように形成されている(図1参照)。複数の第1リブ23aは、図4に示すように、流路20aから放射状に延びるように配置されており、隣り合う第1リブ23aの間には、流体が流れる隙間が形成されている。複数の第1リブ23aのそれぞれの頂部には、流路20aを囲むように配置される円弧状の溝23c、23dが形成されている。 The first rib 23a is arranged around the flow path 20a. Each of the plurality of first ribs 23a is formed so that the height of the top thereof is aligned with the height of the outer peripheral portion 21 (see FIG. 1). As shown in FIG. 4, the plurality of first ribs 23a are arranged so as to extend radially from the flow path 20a, and a gap through which a fluid flows is formed between the adjacent first ribs 23a. At the top of each of the plurality of first ribs 23a, arcuate grooves 23c and 23d arranged so as to surround the flow path 20a are formed.

第2リブ23bは、第1リブ23aに比べ、流路20aから離れた位置に配置されている。複数の第2リブ23bのそれぞれは、頂部の高さが外周部21の高さに揃うように形成されている(図1参照)。複数の第2リブ23bは、図4に示すように、流路20aから放射状に延びるように配置されており、隣り合う第2リブ23bの間には、流体が流れる隙間が形成されている。複数の第2リブ23bのそれぞれの頂部には、直線状に配置される溝23e、23fが形成されている。 The second rib 23b is arranged at a position farther from the flow path 20a than the first rib 23a. Each of the plurality of second ribs 23b is formed so that the height of the top thereof is aligned with the height of the outer peripheral portion 21 (see FIG. 1). As shown in FIG. 4, the plurality of second ribs 23b are arranged so as to extend radially from the flow path 20a, and a gap through which a fluid flows is formed between the adjacent second ribs 23b. Grooves 23e and 23f arranged in a straight line are formed on the tops of the plurality of second ribs 23b.

リブ24は、凹部22bのz軸方向のマイナス側に配置され、凹部22bからz軸のマイナス方向に向かって突出する凸形状の部位である。リブ24は、複数の第1リブ24aと、複数の第2リブ24bとを有する。 The rib 24 is arranged on the negative side of the concave portion 22b in the negative direction in the z-axis direction, and is a convex portion protruding from the concave portion 22b in the negative direction of the z-axis. The rib 24 has a plurality of first ribs 24a and a plurality of second ribs 24b.

第1リブ24aは、流路20dの周りに配置されている。複数の第1リブ24aは、頂部の高さが外周部21の高さに揃うように形成されている(図1参照)。複数の第1リブ24aのそれぞれは、図4に示すように、流路20dから放射状に延びるように配置されており、隣り合う第1リブ24aの間には、流体が流れる隙間が形成されている。複数の第1リブ24aのそれぞれの頂部には、流路20dを囲むように配置される円弧状の溝24c、24dが形成されている。 The first rib 24a is arranged around the flow path 20d. The plurality of first ribs 24a are formed so that the height of the top thereof is aligned with the height of the outer peripheral portion 21 (see FIG. 1). As shown in FIG. 4, each of the plurality of first ribs 24a is arranged so as to extend radially from the flow path 20d, and a gap through which a fluid flows is formed between the adjacent first ribs 24a. There is. At the top of each of the plurality of first ribs 24a, arcuate grooves 24c and 24d arranged so as to surround the flow path 20d are formed.

第2リブ24bは、第1リブ24aに比べ、流路20dから離れた位置に配置されている。複数の第2リブ24bのそれぞれは、頂部の高さが外周部21の高さに揃うように形成されている(図1参照)。複数の第2リブ24bは、図4に示すように、流路20dから放射状に延びるように配置されており、隣り合う第2リブ24bの間には、流体が流れる隙間が形成されている。複数の第2リブ24bのそれぞれの頂部には、直線状に配置される溝24e、24fが形成されている。 The second rib 24b is arranged at a position farther from the flow path 20d than the first rib 24a. Each of the plurality of second ribs 24b is formed so that the height of the top thereof is aligned with the height of the outer peripheral portion 21 (see FIG. 1). As shown in FIG. 4, the plurality of second ribs 24b are arranged so as to extend radially from the flow path 20d, and a gap through which a fluid flows is formed between the adjacent second ribs 24b. Grooves 24e and 24f arranged linearly are formed on the tops of the plurality of second ribs 24b.

ガスケット押え25は、凹部22aと孔部22cとの境界に沿って長尺状に形成されており、両端が外周部21に接続されている。ガスケット押え25は、アノード側スペーサ20において、z軸のマイナス側に設けられている。これにより、ガスケット押え25は、バイポーラプレート10とアノード側スペーサ20との間にガスケット31が積層されるとき、ガスケット31に接触し、ガスケット31がマニフォルド部22に落ちることを抑制する。ガスケット押え25には、z軸のプラス側に、複数の突起25aが設けられている。複数の突起25aは、積層方向において、外周部21から突出するように形成されており、アノード側スペーサ20と膜電極接合部40との間にガスケット36が積層されるとき、ガスケット36に接触し、ガスケット36がマニフォルド部22に落ちることを抑制する。ガスケット押え25は、特許請求の範囲の「長尺状部」に該当する。 The gasket retainer 25 is formed in a long shape along the boundary between the recess 22a and the hole 22c, and both ends are connected to the outer peripheral portion 21. The gasket retainer 25 is provided on the negative side of the z-axis in the anode side spacer 20. As a result, the gasket retainer 25 comes into contact with the gasket 31 when the gasket 31 is laminated between the bipolar plate 10 and the anode side spacer 20, and prevents the gasket 31 from falling onto the manifold portion 22. The gasket retainer 25 is provided with a plurality of protrusions 25a on the positive side of the z-axis. The plurality of protrusions 25a are formed so as to protrude from the outer peripheral portion 21 in the stacking direction, and come into contact with the gasket 36 when the gasket 36 is laminated between the anode side spacer 20 and the membrane electrode joint portion 40. , Prevents the gasket 36 from falling onto the manifold portion 22. The gasket retainer 25 corresponds to the "long portion" in the claims.

ガスケット押え26は、凹部22bと孔部22cとの境界に沿って長尺状に形成されており、両端が外周部21に接続されている。ガスケット押え26は、アノード側スペーサ20において、z軸のマイナス側に設けられている。これにより、ガスケット押え26は、バイポーラプレート10とアノード側スペーサ20との間にガスケット31が積層されるとき、ガスケット31に接触し、ガスケット31がマニフォルド部22に落ちることを抑制する。ガスケット押え26には、z軸のプラス側に、複数の突起26aが設けられている。複数の突起25aは、積層方向において、外周部21から突出するように形成されており、アノード側スペーサ20と膜電極接合部40との間にガスケット36が積層されるとき、ガスケット36に接触し、ガスケット36がマニフォルド部22に落ちることを抑制する。ガスケット押え26は、特許請求の範囲の「長尺状部」に該当する。 The gasket retainer 26 is formed in a long shape along the boundary between the recess 22b and the hole 22c, and both ends are connected to the outer peripheral portion 21. The gasket retainer 26 is provided on the negative side of the z-axis in the anode side spacer 20. As a result, the gasket retainer 26 comes into contact with the gasket 31 when the gasket 31 is laminated between the bipolar plate 10 and the anode side spacer 20, and prevents the gasket 31 from falling onto the manifold portion 22. The gasket retainer 26 is provided with a plurality of protrusions 26a on the positive side of the z-axis. The plurality of protrusions 25a are formed so as to protrude from the outer peripheral portion 21 in the stacking direction, and come into contact with the gasket 36 when the gasket 36 is laminated between the anode side spacer 20 and the membrane electrode joint portion 40. , Prevents the gasket 36 from falling onto the manifold portion 22. The gasket retainer 26 corresponds to the "long portion" in the claims.

図7は、水電解セル1に備えられているカソード側スペーサ50を膜電極接合部40側から見た図である。図8は、水電解セル1に備えられているカソード側スペーサ50を、水電解セル1に隣り合う別の水電解セル1が備えるバイポーラプレート10A(図1参照)側から見た図である。次に、カソード側スペーサ50の詳細な構造について説明する。カソード側スペーサ50は、上述したように、アノード側スペーサ20と同じ構成を有しており、外周部51と、マニフォルド部52と、2つのリブ53、54と、2つのガスケット押え55、56と、を備える。本実施形態では、外周部51と、マニフォルド部52と、2つのリブ53、54と、2つのガスケット押え55、56とは、一体に形成されている。リブ53、54のそれぞれは、特許請求の範囲の「突起部」に該当する。 FIG. 7 is a view of the cathode side spacer 50 provided in the water electrolysis cell 1 as viewed from the membrane electrode joint portion 40 side. FIG. 8 is a view of the cathode side spacer 50 provided in the water electrolysis cell 1 as viewed from the bipolar plate 10A (see FIG. 1) side provided in another water electrolysis cell 1 adjacent to the water electrolysis cell 1. Next, the detailed structure of the cathode side spacer 50 will be described. As described above, the cathode side spacer 50 has the same configuration as the anode side spacer 20, and includes an outer peripheral portion 51, a manifold portion 52, two ribs 53 and 54, and two gasket retainers 55 and 56. , Equipped with. In the present embodiment, the outer peripheral portion 51, the manifold portion 52, the two ribs 53 and 54, and the two gasket retainers 55 and 56 are integrally formed. Each of the ribs 53 and 54 corresponds to the "protrusion" in the claims.

外周部51は、外形が長方形状の平板である。外周部51には、外周部51の内側に配置されているマニフォルド部52の外側において、マニフォルド部52を囲むように、複数の溝部51a、51b、51c、51dが形成される。溝部51aと溝部51bとは、外周部51の膜電極接合部40側の主面において、図7に示すように、マニフォルド部52の開口を囲むように形成されている。本実施形態では、溝部51aと溝部51bとは、平行となるように形成されている。溝部51cと溝部51dとは、図8に示すように、外周部51のバイポーラプレート10A側の主面において、マニフォルド部52の開口を囲むように形成されている。本実施形態では、溝部51cと溝部51dとは、平行となるように形成されている。 The outer peripheral portion 51 is a flat plate having a rectangular outer shape. On the outer peripheral portion 51, a plurality of groove portions 51a, 51b, 51c, 51d are formed so as to surround the manifold portion 52 on the outside of the manifold portion 52 arranged inside the outer peripheral portion 51. The groove portion 51a and the groove portion 51b are formed on the main surface of the outer peripheral portion 51 on the film electrode joint portion 40 side so as to surround the opening of the manifold portion 52 as shown in FIG. In the present embodiment, the groove portion 51a and the groove portion 51b are formed so as to be parallel to each other. As shown in FIG. 8, the groove portion 51c and the groove portion 51d are formed so as to surround the opening of the manifold portion 52 on the main surface of the outer peripheral portion 51 on the bipolar plate 10A side. In the present embodiment, the groove portion 51c and the groove portion 51d are formed so as to be parallel to each other.

外周部51には、貫通孔1a、1dのそれぞれの一部である流路50a、50dが形成されている。流路50aについては、カソード側スペーサ50のz軸方向のマイナス側の表面における流路50aの周囲に、流路50aを囲むように配置される環状の溝部51e、51fが形成される(図7参照)。また、カソード側スペーサ50のz軸方向のプラス側の表面における流路50aの周囲には、流路50aを囲むように配置される環状の溝部51g、51hが形成される(図8参照)。流路50dについては、カソード側スペーサ50のz軸方向のマイナス側の表面における流路50dの周囲に、流路50dを囲むように配置される環状の溝50i、50jが形成される(図7参照)。また、カソード側スペーサ50のz軸方向のプラス側の表面における流路50dの周囲には、流路50dを囲むように配置される環状の溝50k、50lが形成される(図8参照)。 The outer peripheral portion 51 is formed with flow paths 50a and 50d, which are a part of the through holes 1a and 1d, respectively. With respect to the flow path 50a, annular groove portions 51e and 51f arranged so as to surround the flow path 50a are formed around the flow path 50a on the surface of the cathode side spacer 50 on the minus side in the z-axis direction (FIG. 7). reference). Further, around the flow path 50a on the positive side surface of the cathode side spacer 50 in the z-axis direction, annular groove portions 51g and 51h arranged so as to surround the flow path 50a are formed (see FIG. 8). With respect to the flow path 50d, annular grooves 50i and 50j arranged so as to surround the flow path 50d are formed around the flow path 50d on the surface of the cathode side spacer 50 on the minus side in the z-axis direction (FIG. 7). reference). Further, around the flow path 50d on the positive side surface of the cathode side spacer 50 in the z-axis direction, annular grooves 50k and 50l arranged so as to surround the flow path 50d are formed (see FIG. 8).

マニフォルド部52は、図7および図8に示すようにカソード側スペーサ50の略中央部に配置される略平行四辺形形状の部位である。マニフォルド部52は、2つの凹部52a、52bと、孔部52cと、を備える。 The manifold portion 52 is a substantially parallelogram-shaped portion arranged at a substantially central portion of the cathode side spacer 50 as shown in FIGS. 7 and 8. The manifold portion 52 includes two recesses 52a and 52b and a hole portion 52c.

凹部52aは、マニフォルド部52において、x軸方向のマイナス側に配置されている。凹部52aは、z軸に垂直な断面形状が略三角形状に形成されており、z軸方向のマイナス側が外周部51に対して凹んでいる。凹部52aには、凹部52aのx軸方向のマイナス側であってy軸方向のプラス側の端に、貫通孔1bの一部である流路50bが形成されている(図8参照)。凹部52aのz軸方向のマイナス側には、流路50aの周りに、溝部52dが形成されている(図7参照)。 The recess 52a is arranged on the minus side in the x-axis direction in the manifold portion 52. The recess 52a has a substantially triangular cross-sectional shape perpendicular to the z-axis, and the negative side in the z-axis direction is recessed with respect to the outer peripheral portion 51. In the recess 52a, a flow path 50b, which is a part of the through hole 1b, is formed at the end of the recess 52a on the minus side in the x-axis direction and on the plus side in the y-axis direction (see FIG. 8). A groove 52d is formed around the flow path 50a on the minus side of the recess 52a in the z-axis direction (see FIG. 7).

凹部52bは、マニフォルド部52において、x軸方向のプラス側に配置されている。凹部52bは、z軸に垂直な断面形状が略三角形状に形成されており、z軸方向のプラス側が外周部51に対して凹んでいる。凹部52bには、凹部52bのx軸方向のプラス側であってy軸方向のマイナス側の端に、貫通孔1cの一部である流路50cが形成されている(図8参照)。凹部52bのz軸方向のマイナス側には、流路50cの周りに、溝部52eが形成されている(図7参照)。 The recess 52b is arranged on the positive side in the x-axis direction in the manifold portion 52. The recess 52b has a substantially triangular cross-sectional shape perpendicular to the z-axis, and the plus side in the z-axis direction is recessed with respect to the outer peripheral portion 51. In the recess 52b, a flow path 50c, which is a part of the through hole 1c, is formed at the end of the recess 52b on the plus side in the x-axis direction and on the minus side in the y-axis direction (see FIG. 8). A groove 52e is formed around the flow path 50c on the negative side of the recess 52b in the z-axis direction (see FIG. 7).

孔部52cは、凹部52aのx軸のプラス側の端部と凹部52bのx軸のマイナス側の端部との間に配置されている。孔部52cは、z軸に垂直な断面形状が矩形形状に形成されており、流路構造体57を収容している。流路構造体57は、白金(Pt)がコーティングされているチタン(Ti)からなる多孔質体であり、電気伝導性を有する。流路構造体57には、凹部52aと凹部52bとの間を流れる流体の流路が複数形成されている。 The hole 52c is arranged between the positive end of the x-axis of the recess 52a and the negative end of the x-axis of the recess 52b. The hole portion 52c has a rectangular cross-sectional shape perpendicular to the z-axis, and accommodates the flow path structure 57. The flow path structure 57 is a porous body made of titanium (Ti) coated with platinum (Pt) and has electrical conductivity. The flow path structure 57 is formed with a plurality of flow paths of the fluid flowing between the recesses 52a and the recesses 52b.

リブ53は、凹部52aのz軸方向のプラス側に配置され、凹部52aからz軸のプラス方向に向かって突出する凸形状の部位である。リブ53は、複数の第1リブ53aと、複数の第2リブ53bと、を有する。 The rib 53 is arranged on the positive side of the concave portion 52a in the z-axis direction, and is a convex portion protruding from the concave portion 52a in the positive direction of the z-axis. The rib 53 has a plurality of first ribs 53a and a plurality of second ribs 53b.

第1リブ53aは、流路50aの周りに配置されている。複数の第1リブ53aのそれぞれは、頂部の高さが外周部51の高さに揃うように形成されている(図1参照)。複数の第1リブ53aは、図8に示すように、流路50bから放射状に延びるように配置されており、隣り合う第1リブ53aの間には、流体が流れる隙間が形成されている。複数の第1リブ53aのそれぞれの頂部には、流路50bを囲むように配置される円弧状の溝53c、53dが形成されている。 The first rib 53a is arranged around the flow path 50a. Each of the plurality of first ribs 53a is formed so that the height of the top thereof is aligned with the height of the outer peripheral portion 51 (see FIG. 1). As shown in FIG. 8, the plurality of first ribs 53a are arranged so as to extend radially from the flow path 50b, and a gap through which a fluid flows is formed between the adjacent first ribs 53a. At the top of each of the plurality of first ribs 53a, arcuate grooves 53c and 53d arranged so as to surround the flow path 50b are formed.

第2リブ53bは、第1リブ53aに比べ、流路50aから離れた位置に配置されている。複数の第2リブ53bのそれぞれは、頂部の高さが外周部51の高さに揃うように形成されている(図1参照)。複数の第2リブ53bは、図8に示すように、流路50aから放射状に延びるように配置されており、隣り合う第2リブ53bの間には、流体が流れる隙間が形成されている。複数の第2リブ53bのそれぞれの頂部には、直線状に配置される溝53e、53fが形成されている。 The second rib 53b is arranged at a position farther from the flow path 50a than the first rib 53a. Each of the plurality of second ribs 53b is formed so that the height of the top thereof is aligned with the height of the outer peripheral portion 51 (see FIG. 1). As shown in FIG. 8, the plurality of second ribs 53b are arranged so as to extend radially from the flow path 50a, and a gap through which a fluid flows is formed between the adjacent second ribs 53b. Grooves 53e and 53f arranged in a straight line are formed on the tops of the plurality of second ribs 53b.

リブ54は、凹部52bのz軸方向のプラス側に配置され、凹部52bからz軸のプラス方向に向かって突出する凸形状の部位である。リブ54は、複数の第1リブ54aと、複数の第2リブ54bと、を有する。 The rib 54 is a convex portion that is arranged on the positive side of the concave portion 52b in the z-axis direction and protrudes from the concave portion 52b in the positive direction of the z-axis. The rib 54 has a plurality of first ribs 54a and a plurality of second ribs 54b.

第1リブ54aは、流路50cの周りに配置されている。複数の第1リブ54aは、頂部の高さが外周部51の高さに揃うように形成されている(図1参照)。複数の第1リブ54aのそれぞれは、図8に示すように、流路50cから放射状に延びるように配置されており、隣り合う第1リブ54aの間には、流体が流れる隙間が形成されている。複数の第1リブ54aのそれぞれの頂部には、流路50cを囲むように配置される円弧状の溝54c、54dが形成されている。 The first rib 54a is arranged around the flow path 50c. The plurality of first ribs 54a are formed so that the height of the top thereof is aligned with the height of the outer peripheral portion 51 (see FIG. 1). As shown in FIG. 8, each of the plurality of first ribs 54a is arranged so as to extend radially from the flow path 50c, and a gap through which a fluid flows is formed between the adjacent first ribs 54a. There is. At the top of each of the plurality of first ribs 54a, arcuate grooves 54c and 54d arranged so as to surround the flow path 50c are formed.

第2リブ54bは、第1リブ54aに比べ、流路50cから離れた位置に配置されている。複数の第2リブ54bのそれぞれは、頂部の高さが外周部51の高さに揃うように形成されている(図1参照)。複数の第2リブ54bは、図8に示すように、流路50cから放射状に延びるように配置されており、隣り合う第2リブ54bの間には、流体が流れる隙間が形成されている。複数の第2リブ54bのそれぞれの頂部には、直線状に配置される溝54e、54fが形成されている。 The second rib 54b is arranged at a position farther from the flow path 50c than the first rib 54a. Each of the plurality of second ribs 54b is formed so that the height of the top thereof is aligned with the height of the outer peripheral portion 51 (see FIG. 1). As shown in FIG. 8, the plurality of second ribs 54b are arranged so as to extend radially from the flow path 50c, and a gap through which a fluid flows is formed between the adjacent second ribs 54b. Grooves 54e and 54f arranged in a straight line are formed on the tops of the plurality of second ribs 54b.

ガスケット押え55は、凹部52aと孔部52cとの境界に沿って長尺状に形成されており、両端が外周部51に接続されている。ガスケット押え55は、カソード側スペーサ50において、z軸のプラス側に設けられている。これにより、ガスケット押え55は、バイポーラプレート10Aとカソード側スペーサ50との間にガスケット66が積層されるとき、ガスケット66に接触し、ガスケット66がマニフォルド部52に落ちることを抑制する。ガスケット押え55には、z軸のマイナス側に、複数の突起55aが設けられている。複数の突起55aは、積層方向において、外周部51から突出するように形成されており、カソード側スペーサ50と膜電極接合部40との間にガスケット61が積層されるとき、ガスケット61に接触し、ガスケット61がマニフォルド部52に落ちることを抑制する。ガスケット押え55は、特許請求の範囲の「長尺状部」に該当する。 The gasket retainer 55 is formed in a long shape along the boundary between the recess 52a and the hole 52c, and both ends are connected to the outer peripheral portion 51. The gasket retainer 55 is provided on the positive side of the z-axis in the cathode side spacer 50. As a result, the gasket retainer 55 comes into contact with the gasket 66 when the gasket 66 is laminated between the bipolar plate 10A and the cathode side spacer 50, and prevents the gasket 66 from falling onto the manifold portion 52. The gasket retainer 55 is provided with a plurality of protrusions 55a on the minus side of the z-axis. The plurality of protrusions 55a are formed so as to protrude from the outer peripheral portion 51 in the stacking direction, and come into contact with the gasket 61 when the gasket 61 is laminated between the cathode side spacer 50 and the membrane electrode joint portion 40. , The gasket 61 is prevented from falling onto the manifold portion 52. The gasket retainer 55 corresponds to the "long portion" in the claims.

ガスケット押え56は、凹部52bと孔部52cとの境界に沿って長尺状に形成されており、両端が外周部51に接続されている。ガスケット押え56は、カソード側スペーサ50において、z軸のプラス側に設けられている。これにより、ガスケット押え56は、バイポーラプレート10Aとカソード側スペーサ50との間にガスケット66が積層されるとき、ガスケット66に接触し、ガスケット66がマニフォルド部52に落ちることを抑制する。ガスケット押え56には、z軸のマイナス側に、複数の突起56aが設けられている。複数の突起56aは、積層方向において、外周部51から突出するように形成されており、カソード側スペーサ50と膜電極接合部40との間にガスケット61が積層されるとき、ガスケット61に接触し、ガスケット61がマニフォルド部52に落ちることを抑制する。ガスケット押え56は、特許請求の範囲の「長尺状部」に該当する。 The gasket retainer 56 is formed in a long shape along the boundary between the recess 52b and the hole 52c, and both ends are connected to the outer peripheral portion 51. The gasket retainer 56 is provided on the positive side of the z-axis in the cathode side spacer 50. As a result, the gasket retainer 56 comes into contact with the gasket 66 when the gasket 66 is laminated between the bipolar plate 10A and the cathode side spacer 50, and prevents the gasket 66 from falling onto the manifold portion 52. The gasket retainer 56 is provided with a plurality of protrusions 56a on the minus side of the z-axis. The plurality of protrusions 56a are formed so as to protrude from the outer peripheral portion 51 in the stacking direction, and come into contact with the gasket 61 when the gasket 61 is laminated between the cathode side spacer 50 and the membrane electrode joint portion 40. , The gasket 61 is prevented from falling onto the manifold portion 52. The gasket retainer 56 corresponds to the "long portion" in the claims.

次に、本実施形態の水電解セル1の第1の特徴について説明する。水電解セル1では、バイポーラプレート10と、アノード側スペーサ20と、カソード側スペーサ50のそれぞれに、アノード側スペーサ20やカソード側スペーサ50に形成されている流路や開口を囲むように、複数の溝が形成されている。 Next, the first feature of the water electrolysis cell 1 of the present embodiment will be described. In the water electrolysis cell 1, a plurality of bipolar plates 10, the anode-side spacer 20, and the cathode-side spacer 50 are provided so as to surround the flow paths and openings formed in the anode-side spacer 20 and the cathode-side spacer 50, respectively. A groove is formed.

図9は、水電解セル1の第1の特徴による作用を説明する模式図である。図9には、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、膜電極接合部40を介してガスケット36とガスケット61とを挟み込むときのガスケット36とガスケット61の変形を模式的に示している。図9(A)には、アノード側スペーサ20とカソード側スペーサ50とを締結する前の状態を示しており、図9(B)には、アノード側スペーサ20とカソード側スペーサ50とが締結された後の状態を示している。 FIG. 9 is a schematic diagram illustrating the operation of the first feature of the water electrolysis cell 1. FIG. 9 schematically shows the deformation of the gasket 36 and the gasket 61 when the gasket 36 and the gasket 61 are sandwiched between the anode side spacer 20 and the cathode side spacer 50 via the membrane electrode joint portion 40. FIG. 9A shows a state before the anode side spacer 20 and the cathode side spacer 50 are fastened, and FIG. 9B shows the anode side spacer 20 and the cathode side spacer 50 being fastened together. It shows the state after the cathode.

図9に示すように、ガスケット36とガスケット61とが間に配置されているアノード側スペーサ20とカソード側スペーサ50とを締結すると、ガスケット36の表面36aの一部が変形し、溝部21c、21dの内側に突出する(図9(B)に示す突出部37)。これより、アノード側スペーサ20とガスケット36との間にラビリンスシールが形成されるため、アノード側スペーサ20とガスケット36との間からのガスの漏れが抑制される。また、アノード側スペーサ20とカソード側スペーサ50とを締結すると、ガスケット61の表面61bの一部が変形し、溝部51a、51bの内側に突出する(図9(B)に示す突出部63)。これより、カソード側スペーサ50とガスケット61との間にラビリンスシールが形成されるため、カソード側スペーサ50とガスケット61との間からのガスの漏れが抑制される。この状態において、アノード側スペーサ20のマニフォルド部22と、カソード側スペーサ50のマニフォルド部52とは、上述したラビリンスシールによってシール性が維持される。 As shown in FIG. 9, when the anode side spacer 20 and the cathode side spacer 50 in which the gasket 36 and the gasket 61 are arranged are fastened, a part of the surface 36a of the gasket 36 is deformed, and the groove portions 21c and 21d are formed. (Protruding portion 37 shown in FIG. 9B). As a result, a labyrinth seal is formed between the anode-side spacer 20 and the gasket 36, so that gas leakage from between the anode-side spacer 20 and the gasket 36 is suppressed. Further, when the anode side spacer 20 and the cathode side spacer 50 are fastened, a part of the surface 61b of the gasket 61 is deformed and protrudes inward of the groove portions 51a and 51b (the protruding portion 63 shown in FIG. 9B). As a result, a labyrinth seal is formed between the cathode side spacer 50 and the gasket 61, so that gas leakage from between the cathode side spacer 50 and the gasket 61 is suppressed. In this state, the manifold portion 22 of the anode-side spacer 20 and the manifold portion 52 of the cathode-side spacer 50 are maintained from each other by the labyrinth seal described above.

本実施形態の水電解セル1では、バイポーラプレート10のガスケット31側には、ガスケット31の表面の一部を突出させる溝11c、11d、12c、12dが形成されている(図1参照)。アノード側スペーサ20のガスケット31側には、ガスケット31の表面の一部を突出させる21a、21b、21e、21f、21i、21jが形成されている(図4参照)。アノード側スペーサ20の膜電極接合部40側には、ガスケット36の表面の一部を突出させる21c、21d、21g、21h、21k、21lが形成されている(図5参照)。カソード側スペーサ50の膜電極接合部40側には、ガスケット61の表面の一部を突出させる溝部51a、51b、51e、51f、51i、51jが形成されている(図7参照)。カソード側スペーサ50のバイポーラプレート10A側には、ガスケット66の表面の一部を突出させる溝部51c、51d、51g、51h、51k、51lが形成されている(図8参照)。水電解セル1が備えるガスケットの表面の一部は、隣り合うバイポーラプレートやスペーサの溝部に突出することで、内部からの流体の漏れを抑制することができる。 In the water electrolysis cell 1 of the present embodiment, grooves 11c, 11d, 12c, and 12d are formed on the gasket 31 side of the bipolar plate 10 so as to project a part of the surface of the gasket 31 (see FIG. 1). 21a, 21b, 21e, 21f, 21i, 21j are formed on the gasket 31 side of the anode side spacer 20 so as to project a part of the surface of the gasket 31 (see FIG. 4). 21c, 21d, 21g, 21h, 21k, 21l are formed on the membrane electrode joint portion 40 side of the anode side spacer 20 so as to project a part of the surface of the gasket 36 (see FIG. 5). Grooves 51a, 51b, 51e, 51f, 51i, 51j are formed on the membrane electrode joint 40 side of the cathode side spacer 50 so as to project a part of the surface of the gasket 61 (see FIG. 7). Grooves 51c, 51d, 51g, 51h, 51k, 51l are formed on the bipolar plate 10A side of the cathode side spacer 50 so as to project a part of the surface of the gasket 66 (see FIG. 8). A part of the surface of the gasket provided in the water electrolysis cell 1 protrudes into the groove of the adjacent bipolar plate or spacer, so that the leakage of fluid from the inside can be suppressed.

次に、本実施形態の水電解セル1の第2の特徴について説明する。本実施形態の水電解セル1では、アノード側スペーサ20のリブ23、24のそれぞれは、積層方向において、カソード側スペーサ50に形成される溝部と重なる位置に、該溝部の延設方向に沿って並んで設けられている。また、カソード側スペーサ50のリブ53、54のそれぞれは、積層方向において、アノード側スペーサ20に形成される溝部と重なる位置に、該溝部の延設方向に沿って並んで設けられている。 Next, the second feature of the water electrolysis cell 1 of the present embodiment will be described. In the water electrolysis cell 1 of the present embodiment, each of the ribs 23 and 24 of the anode side spacer 20 is located at a position overlapping the groove portion formed in the cathode side spacer 50 in the stacking direction along the extending direction of the groove portion. They are installed side by side. Further, each of the ribs 53 and 54 of the cathode side spacer 50 is provided side by side along the extending direction of the groove portion at a position overlapping the groove portion formed in the anode side spacer 20 in the stacking direction.

図10は、第1実施形態の水電解セル1の透過拡大図である。図11は、比較例の水電解セルの透過拡大図である。比較例の水電解セル9には、水電解セル1においてアノード側スペーサ20のマニフォルド部22に設けられるリブ23、24と、カソード側スペーサ50のマニフォルド部52に設けられるリブ53、54とが設けられていない。また、比較例の水電解セル9は、図11に示すように、水電解セル1が備えるガスケット押え25、26、55、56を備えていない。 FIG. 10 is a permeation enlarged view of the water electrolysis cell 1 of the first embodiment. FIG. 11 is a transmission enlarged view of the water electrolysis cell of the comparative example. The water electrolysis cell 9 of the comparative example is provided with ribs 23 and 24 provided in the manifold portion 22 of the anode side spacer 20 and ribs 53 and 54 provided in the manifold portion 52 of the cathode side spacer 50 in the water electrolysis cell 1. Not done. Further, as shown in FIG. 11, the water electrolysis cell 9 of the comparative example does not include the gasket retainers 25, 26, 55, 56 provided in the water electrolysis cell 1.

比較例の水電解セル9は、図11に示すように、カソード側スペーサ50の溝部の一部が、積層方向(z軸方向)において、アノード側スペーサ20のマニフォルド部22に重なる。具体的には、図11において、ドットによるハッチングで示す、溝部51e、51f、51h、51gの一部と、溝部51a、51b、51c、51dの一部とが、アノード側スペーサ20のマニフォルド部22に重なる。なお、アノード側スペーサ20のマニフォルド部22には、アノード側スペーサ20の溝部21c、22dの一部も重なる。 In the water electrolysis cell 9 of the comparative example, as shown in FIG. 11, a part of the groove portion of the cathode side spacer 50 overlaps the manifold portion 22 of the anode side spacer 20 in the stacking direction (z-axis direction). Specifically, in FIG. 11, a part of the groove portions 51e, 51f, 51h and 51g and a part of the groove portions 51a, 51b, 51c and 51d shown by hatching with dots are the manifold portion 22 of the anode side spacer 20. Overlaps on. A part of the groove portions 21c and 22d of the anode side spacer 20 also overlaps with the manifold portion 22 of the anode side spacer 20.

また、比較例の水電解セル9は、図11に示すように、アノード側スペーサ20の溝部の一部が、積層方向において、カソード側スペーサ50のマニフォルド部52に重なる。具体的には、図11において、ドットのハッチングで示す、溝部21e、21f、21g、21hの一部と、溝部21a、21b、21c、21dの一部とが、カソード側スペーサ50のマニフォルド部52に重なる。なお、カソード側スペーサ50のマニフォルド部52には、カソード側スペーサ50の溝部51c、51dの一部も重なる。 Further, in the water electrolysis cell 9 of the comparative example, as shown in FIG. 11, a part of the groove portion of the anode side spacer 20 overlaps the manifold portion 52 of the cathode side spacer 50 in the stacking direction. Specifically, in FIG. 11, a part of the groove portions 21e, 21f, 21g, 21h and a part of the groove portions 21a, 21b, 21c, 21d shown by dot hatching are the manifold portions 52 of the cathode side spacer 50. Overlap on. A part of the groove portions 51c and 51d of the cathode side spacer 50 also overlaps with the manifold portion 52 of the cathode side spacer 50.

比較例の水電解セル1では、上述したように、積層方向において、アノード側スペーサ20またはカソード側スペーサ50の一方の溝部の一部が、アノード側スペーサ20またはカソード側スペーサ50の他方のマニフォルド部に重なっている。このため、ガスケットのうち、マニフォルド部に面している表面は、スペーサによって支持されていないため、ガスケットが溝部の内側に向かって変形しにくくなり、ガスケットによるシール性を維持しにくくなる。 In the water electrolysis cell 1 of the comparative example, as described above, a part of one groove portion of the anode side spacer 20 or the cathode side spacer 50 is a manifold portion of the other anode side spacer 20 or the cathode side spacer 50 in the stacking direction. It overlaps with. Therefore, since the surface of the gasket facing the manifold portion is not supported by the spacer, the gasket is less likely to be deformed toward the inside of the groove portion, and it is difficult to maintain the sealing property of the gasket.

一方、本実施形態の水電解セル1では、積層方向において、アノード側スペーサ20またはカソード側スペーサ50の一方のマニフォルド部には、アノード側スペーサ20またはカソード側スペーサ50の他方の溝部が重なる位置にリブが設けられている(図10参照)。具体的には、アノード側スペーサ20のマニフォルド部22には、溝部51e、51f、51h、51gの一部の延設方向に沿って並べられている第1リブ23aが設けられており、溝部51a、51b、51c、51dの一部の延設方向に沿って並べられている第2リブ23bが設けられている。また、カソード側スペーサ50のマニフォルド部52には、溝部21e、21f、21g、21hの一部の延設方向に沿って並べられている第1リブ53aが設けられており、溝部21a、21b、21c、21dの一部の延設方向に沿って並べられている第2リブ53bが設けられている。これにより、アノード側スペーサ20またはカソード側スペーサ50の一方では、アノード側スペーサ20またはカソード側スペーサ50の他方の溝部が重なる位置において、マニフォルド部とリブとの厚みの合計は、マニフォルド部が形成されていない部位、例えば、外周部の厚みに近い値となる。したがって、マニフォルド部においてもガスケットを支持することができるため、アノード側スペーサ20およびカソード側スペーサ50に形成される溝部のエッジへの応力集中によってガスケットが変形しやすくなる。ガスケットが変形しやすくなると、溝部の内側への突出によってラビリンスシールが形成されやすくなるたため、ガスケットによるマニフォルド部のシール性を向上することができる。 On the other hand, in the water electrolysis cell 1 of the present embodiment, in the stacking direction, one manifold portion of the anode side spacer 20 or the cathode side spacer 50 is positioned so that the other groove portion of the anode side spacer 20 or the cathode side spacer 50 overlaps. Ribs are provided (see FIG. 10). Specifically, the manifold portion 22 of the anode side spacer 20 is provided with first ribs 23a arranged along the extending direction of a part of the groove portions 51e, 51f, 51h, and 51g, and the groove portion 51a is provided. , 51b, 51c, 51d are provided with second ribs 23b arranged along a partial extending direction. Further, the manifold portion 52 of the cathode side spacer 50 is provided with first ribs 53a arranged along the extending direction of a part of the groove portions 21e, 21f, 21g, 21h, and the groove portions 21a, 21b, Second ribs 53b arranged along a part of the extending direction of 21c and 21d are provided. As a result, in one of the anode side spacer 20 and the cathode side spacer 50, the manifold portion is formed by the total thickness of the manifold portion and the rib at the position where the other groove portion of the anode side spacer 20 or the cathode side spacer 50 overlaps. The value is close to the thickness of the non-existent portion, for example, the outer peripheral portion. Therefore, since the gasket can be supported even in the manifold portion, the gasket is easily deformed by stress concentration on the edges of the grooves formed in the anode side spacer 20 and the cathode side spacer 50. When the gasket is easily deformed, the labyrinth seal is easily formed by the protrusion inward of the groove portion, so that the sealing property of the manifold portion by the gasket can be improved.

本実施形態の水電解セル1は、図10で示した端部とは反対側の端部、すなわち、アノード側スペーサ20の凹部22bと、カソード側スペーサ50の凹部52bのそれぞれについても、同様の構成を備えている。具体的には、アノード側スペーサ20の凹部22bには、溝部51i、51j、51k、51lの一部の延設方向に沿って並べられている第1リブ24aが設けられており、溝部51a、51b、51c、51dの一部の延設方向に沿って並べられている第2リブ24bが設けられている。また、カソード側スペーサ50の凹部52bには、溝部21i、21j、21k、21lの一部の延設方向に沿って並べられている第1リブ54aが設けられており、溝部21a、21b、21c、21dの一部の延設方向に沿って並べられている第2リブ54bが設けられている。これにより、アノード側スペーサ20のリブ24と、カソード側スペーサ50のリブ54についても、上述したリブ23、53と同様の効果を奏する。 In the water electrolysis cell 1 of the present embodiment, the same applies to the end portion opposite to the end portion shown in FIG. 10, that is, the recess 22b of the anode side spacer 20 and the recess 52b of the cathode side spacer 50. It has a configuration. Specifically, the recess 22b of the anode side spacer 20 is provided with first ribs 24a arranged along the extending direction of a part of the groove portions 51i, 51j, 51k, 51l, and the groove portions 51a, Second ribs 24b arranged along the extending direction of a part of 51b, 51c, 51d are provided. Further, in the recess 52b of the cathode side spacer 50, first ribs 54a arranged along the extending direction of a part of the groove portions 21i, 21j, 21k, 21l are provided, and the groove portions 21a, 21b, 21c are provided. , 21d is provided with a second rib 54b arranged along a part of the extending direction. As a result, the rib 24 of the anode side spacer 20 and the rib 54 of the cathode side spacer 50 have the same effects as the ribs 23 and 53 described above.

図12は、水電解セル1の作用を説明する図である。次に、水電解セル1の作用について説明する。水タンク5によって供給される水(図12の二点鎖線矢印F11)がバイポーラプレート10の流路11を経由してアノード側スペーサ20の流路20aを流れる。流路20aを流れる水の一部は、マニフォルド部22の凹部22aを通って、流路構造体27に流入する(図12の二点鎖線矢印F12)。また、流路20aを流れる水のうち、凹部22aに流入しなかった残りの水は、流路20aを通って、水電解セル1に隣接する別の水電解セル1に供給される(図12の二点鎖線矢印F13)。 FIG. 12 is a diagram illustrating the operation of the water electrolysis cell 1. Next, the operation of the water electrolysis cell 1 will be described. The water supplied by the water tank 5 (two-dot chain line arrow F11 in FIG. 12) flows through the flow path 20a of the anode-side spacer 20 via the flow path 11 of the bipolar plate 10. A part of the water flowing through the flow path 20a flows into the flow path structure 27 through the recess 22a of the manifold portion 22 (two-dot chain line arrow F12 in FIG. 12). Further, of the water flowing through the flow path 20a, the remaining water that has not flowed into the recess 22a is supplied to another water electrolysis cell 1 adjacent to the water electrolysis cell 1 through the flow path 20a (FIG. 12). Two-dot chain arrow F13).

図13は、水電解セル1の第1の部分断面図であって、流路20aから凹部22aを通って孔部22cに向かう水の流れを説明するアノード側スペーサ20の断面斜視図である。図14は、水電解セル1の第2の部分断面図であって、図13に示した水の流れを示す水電解セル1の拡大断面図である。図13に示すように、流路20aから凹部22aに流入する水は、アノード側スペーサ20におけるバイポーラプレート10側(z軸のマイナス側)を流れる。凹部22aに流入する水は、第1リブ23aにおける隣り合うリブの間と、第2リブ23bにおける隣り合うリブの間と、を流れる。凹部22aを流れた水は、孔部22cに流入する前に、バイポーラプレート10側に配置されているガスケット押え25によって、バイポーラプレート10側から膜電極接合部40側に移動する(図14参照)。膜電極接合部40側に移動した水は、ガスケット押え25が有する複数の突起25aの間を通って、孔部22cに収容されている流路構造体27に流入する(図14参照)。 FIG. 13 is a first partial cross-sectional view of the water electrolysis cell 1 and is a cross-sectional perspective view of the anode-side spacer 20 for explaining the flow of water from the flow path 20a through the recess 22a to the hole 22c. FIG. 14 is a second partial cross-sectional view of the water electrolysis cell 1 and is an enlarged cross-sectional view of the water electrolysis cell 1 showing the flow of water shown in FIG. As shown in FIG. 13, the water flowing from the flow path 20a into the recess 22a flows on the bipolar plate 10 side (minus side of the z-axis) of the anode side spacer 20. The water flowing into the recess 22a flows between the adjacent ribs in the first rib 23a and between the adjacent ribs in the second rib 23b. The water flowing through the recess 22a moves from the bipolar plate 10 side to the membrane electrode joint 40 side by the gasket retainer 25 arranged on the bipolar plate 10 side before flowing into the hole 22c (see FIG. 14). .. The water that has moved to the membrane electrode joint 40 side passes between the plurality of protrusions 25a of the gasket retainer 25 and flows into the flow path structure 27 housed in the hole 22c (see FIG. 14).

図12に戻り、流路構造体27に流入した水は、孔部22cの全面に広がる(図12の二点鎖線矢印F14)。流路構造体27の全面に広がった水は、ほとんどが膜電極接合部40のアノード側拡散層を通り、アノード側触媒層に到達する。アノード側触媒層は、電力供給部4によって供給されている電力を用いて、アノード側触媒層に到達した水から電気分解されて酸素ガスと水素イオンとを生成する。生成された酸素ガスは、電気分解されなかった水とともに、アノード側スペーサ20の凹部22bを通って、貫通孔1dを流れ、水電解セル1の外部に排出される(図12の二点鎖線矢印F15)。 Returning to FIG. 12, the water flowing into the flow path structure 27 spreads over the entire surface of the hole portion 22c (two-dot chain line arrow F14 in FIG. 12). Most of the water that has spread over the entire surface of the flow path structure 27 passes through the anode-side diffusion layer of the membrane electrode junction 40 and reaches the anode-side catalyst layer. The anode-side catalyst layer is electrolyzed from water reaching the anode-side catalyst layer to generate oxygen gas and hydrogen ions by using the electric power supplied by the power supply unit 4. The generated oxygen gas, together with the unelectrolyzed water, flows through the through hole 1d through the recess 22b of the anode side spacer 20 and is discharged to the outside of the water electrolytic cell 1 (two-dot chain arrow in FIG. 12). F15).

アノード側触媒層において生成される水素イオンは、水の一部(随伴水)とともに電解質膜を通り(図12の二点鎖線矢印F16)、カソード側電極に到達する。カソード側電極は、電力供給部4によって供給される電力を用いて、水素イオンから水素ガスを生成する。生成された水素ガスと随伴水は、流路構造体57を経由して(図12の二点鎖線矢印F17)、ガスケット押え55の複数の突起55aの間を通る。複数の突起55aの間を通った水素ガスは、図12に示すように、膜電極接合部40側からバイポーラプレート10A側に移動し、第2リブ53bにおける隣り合うリブの間と、第1リブ53aにおける隣り合うリブの間とを流れ、流路50bを通って、水電解セル1の外部に排出される(図12の二点鎖線矢印F18)。 The hydrogen ions generated in the anode-side catalyst layer pass through the electrolyte membrane together with a part of water (accompanying water) (two-dot chain line arrow F16 in FIG. 12) and reach the cathode-side electrode. The cathode side electrode uses the electric power supplied by the electric power supply unit 4 to generate hydrogen gas from hydrogen ions. The generated hydrogen gas and accompanying water pass through the flow path structure 57 (two-dot chain line arrow F17 in FIG. 12) and pass between the plurality of protrusions 55a of the gasket retainer 55. As shown in FIG. 12, the hydrogen gas passing between the plurality of protrusions 55a moves from the membrane electrode joint 40 side to the bipolar plate 10A side, and is between the adjacent ribs in the second rib 53b and the first rib. It flows between adjacent ribs in 53a, passes through the flow path 50b, and is discharged to the outside of the water electrolysis cell 1 (two-dot chain line arrow F18 in FIG. 12).

以上説明した、本実施形態の水電解セル1によれば、水電解セル1では、アノード側スペーサ20には、マニフォルド部22を囲むように、溝部21a、21b、21c、21dなどが形成されている。また、カソード側スペーサ50には、マニフォルド部52を囲むように、溝部51a、51b、51c、51dなどが形成されている。アノード側スペーサ20とカソード側スペーサ50とが積層されるとき、これらの溝部の内側に向かってガスケット36、61の表面を変形し突出させることで、ガスケット36、61および膜電極接合部40と、アノード側スペーサ20と、カソード側スペーサ50との間のシール性を維持することができる。さらに、アノード側スペーサ20のマニフォルド部22には、積層方向において、カソード側スペーサ50の溝部の延設方向に沿って並べられているリブ23、24が設けられる。また、カソード側スペーサ50のマニフォルド部52には、積層方向において、アノード側スペーサ20の溝部の延設方向に沿って並べられているリブ53、54が設けられる。これにより、アノード側スペーサ20またはカソード側スペーサ50の一方では、アノード側スペーサ20またはカソード側スペーサ50の他方の溝部が重なる位置において、マニフォルド部と突起部との厚みの合計は、外周部の厚みに近い値となる。すなわち、水電解セル1は、積層方向で溝部と重なる位置には隙間が少なくなるため、積層方向の構造強度を大きくすることができる。これにより、積層方向における溝部と重なる位置では、溝部の内側に向かって表面が変形しやすいように、ガスケット31、36、61、66を支持することができる。また、リブ23、24は、マニフォルド部22において、流体が流通可能な隙間を、隣接するリブの間に形成している。リブ53、54は、マニフォルド部52において、流体が流通可能な隙間を、隣接するリブの間に形成している。このように、リブ23、24、53、54は、マニフォルド部22、52において、流体が流通可能な隙間を、隣接するリブの間に形成するため、マニフォルド部22、52における流体の流通を妨げにくくなっている。したがって、マニフォルド部22、52において流体を流通させつつ、ガスケット31、36、61、66によるマニフォルド部22、52のシール性を向上することができる。 According to the water electrolysis cell 1 of the present embodiment described above, in the water electrolysis cell 1, groove portions 21a, 21b, 21c, 21d and the like are formed on the anode side spacer 20 so as to surround the manifold portion 22. There is. Further, the cathode side spacer 50 is formed with groove portions 51a, 51b, 51c, 51d and the like so as to surround the manifold portion 52. When the anode-side spacer 20 and the cathode-side spacer 50 are laminated, the surfaces of the gaskets 36 and 61 are deformed and protrude toward the inside of these grooves to form the gaskets 36 and 61 and the membrane electrode joint portion 40. The sealing property between the anode-side spacer 20 and the cathode-side spacer 50 can be maintained. Further, the manifold portion 22 of the anode side spacer 20 is provided with ribs 23 and 24 arranged along the extending direction of the groove portion of the cathode side spacer 50 in the stacking direction. Further, the manifold portion 52 of the cathode side spacer 50 is provided with ribs 53 and 54 arranged along the extending direction of the groove portion of the anode side spacer 20 in the stacking direction. As a result, in one of the anode side spacer 20 and the cathode side spacer 50, the total thickness of the manifold portion and the protrusion portion is the thickness of the outer peripheral portion at the position where the other groove portion of the anode side spacer 20 or the cathode side spacer 50 overlaps. The value is close to. That is, since the water electrolysis cell 1 has a small gap at the position where it overlaps with the groove portion in the stacking direction, the structural strength in the stacking direction can be increased. As a result, the gaskets 31, 36, 61, and 66 can be supported so that the surface is easily deformed toward the inside of the groove portion at the position where the groove portion overlaps in the stacking direction. Further, the ribs 23 and 24 form a gap between adjacent ribs in the manifold portion 22 through which a fluid can flow. The ribs 53 and 54 form a gap between adjacent ribs in the manifold portion 52 through which a fluid can flow. As described above, the ribs 23, 24, 53, 54 form a gap in the manifold portions 22, 52 through which the fluid can flow between the adjacent ribs, which hinders the flow of the fluid in the manifold portions 22, 52. It's getting harder. Therefore, it is possible to improve the sealing property of the manifold portions 22 and 52 by the gaskets 31, 36, 61 and 66 while circulating the fluid in the manifold portions 22 and 52.

また、本実施形態の水電解セル1において、アノード側スペーサ20またはカソード側スペーサ50のそれぞれにおいて、マニフォルド部とリブとの厚みの合計は、外周部の厚みに近い値となる。これにより、2つのバイポーラプレート10、10Aの間に積層されている部材どうしの物理的な接触状態が把握しやすくなるため、2つのバイポーラプレート10、10Aの間における電気抵抗を比較的容易に管理することができる。 Further, in the water electrolysis cell 1 of the present embodiment, the total thickness of the manifold portion and the rib in each of the anode side spacer 20 or the cathode side spacer 50 is a value close to the thickness of the outer peripheral portion. This makes it easier to grasp the physical contact state between the members stacked between the two bipolar plates 10 and 10A, so it is relatively easy to manage the electrical resistance between the two bipolar plates 10 and 10A. can do.

また、本実施形態の水電解セル1において、アノード側スペーサ20では、マニフォルド部22とリブ23、24とは一体に形成されており、カソード側スペーサ50では、マニフォルド部52とリブ53、54とは一体に形成されている。これにより、リブをマニフォルド部とは別部品とする場合に比べ、構造強度を維持しつつ、隣り合うリブの間の断面積を大きくすることができる。 Further, in the water electrolysis cell 1 of the present embodiment, in the anode side spacer 20, the manifold portion 22 and the ribs 23 and 24 are integrally formed, and in the cathode side spacer 50, the manifold portion 52 and the ribs 53 and 54 are formed. Is formed integrally. As a result, it is possible to increase the cross-sectional area between adjacent ribs while maintaining the structural strength, as compared with the case where the rib is a separate part from the manifold portion.

また、本実施形態の水電解セル1において、アノード側スペーサ20において、第1リブ23aの頂部には、カソード側スペーサ50の溝部51eなどの延設方向に沿った方向に延びる溝23c、23dが形成されている。また、第2リブ23bの頂部には、カソード側スペーサ50の溝部51aなどの延設方向に沿った方向に延びる溝23e、23fが形成されている。第1リブ24aの頂部には、カソード側スペーサ50の溝部51iなどの延設方向に沿った方向に延びる溝24c、24dが形成されている。第2リブ24bの頂部には、カソード側スペーサ50の溝部51aなどの延設方向に沿った方向に延びる溝24e、24fが形成されている。カソード側スペーサ50において、第1リブ53aの頂部には、アノード側スペーサ20の溝部21eなどの延設方向に沿った方向に延びる溝53c、53dが形成されている。また、第2リブ53bの頂部には、アノード側スペーサ20の溝部21aなどの延設方向に沿った方向に延びる溝53e、53fが形成されている。第1リブ54aの頂部には、アノード側スペーサ20の溝部21iなどの延設方向に沿った方向に延びる溝54c、54dが形成されている。第2リブ54bの頂部には、アノード側スペーサ20の溝部21aなどの延設方向に沿った方向に延びる溝54e、54fが形成されている。これにより、例えば、リブ23の頂部に対向するガスケット31の表面は、頂部に形成されている溝23c、23d、23e、23fの内側に向かって変形し、ガスケット31とリブ23との間のシール性を維持することができる。したがって、マニフォルド部22、52において、流体がガスケットとリブとの間を流れることを抑制することができるため、流体は、互いに隣接するリブの間を流れることができる。 Further, in the water electrolysis cell 1 of the present embodiment, in the anode side spacer 20, the top of the first rib 23a has grooves 23c and 23d extending in the extending direction such as the groove portion 51e of the cathode side spacer 50. It is formed. Further, on the top of the second rib 23b, grooves 23e and 23f extending in the extending direction such as the groove portion 51a of the cathode side spacer 50 are formed. Grooves 24c and 24d extending in the extending direction such as the groove 51i of the cathode side spacer 50 are formed on the top of the first rib 24a. Grooves 24e and 24f extending in the extending direction such as the groove 51a of the cathode side spacer 50 are formed on the top of the second rib 24b. In the cathode side spacer 50, grooves 53c and 53d extending in the extending direction such as the groove portion 21e of the anode side spacer 20 are formed on the top of the first rib 53a. Further, on the top of the second rib 53b, grooves 53e and 53f extending in the extending direction such as the groove portion 21a of the anode side spacer 20 are formed. Grooves 54c and 54d extending in the extending direction such as the groove portion 21i of the anode side spacer 20 are formed on the top of the first rib 54a. At the top of the second rib 54b, grooves 54e and 54f extending in the extending direction such as the groove portion 21a of the anode side spacer 20 are formed. As a result, for example, the surface of the gasket 31 facing the top of the rib 23 is deformed toward the inside of the grooves 23c, 23d, 23e, 23f formed in the top, and the seal between the gasket 31 and the rib 23 is formed. Can maintain sex. Therefore, in the manifold portions 22 and 52, it is possible to prevent the fluid from flowing between the gasket and the ribs, so that the fluid can flow between the ribs adjacent to each other.

また、本実施形態の水電解セル1において、アノード側スペーサ20のリブ23、24は、頂部の高さが、外周部21の高さと揃うように形成されている。カソード側スペーサ50のリブ53、54は、頂部の高さが、外周部51の高さと揃うように形成されている。これにより、アノード側スペーサ20とカソード側スペーサ50とのそれぞれにおいて、マニフォルド部とリブとの積層方向における厚みの合計は、外周部の厚みとほとんど同じなるため、ガスケットがさらに変形しやすくなる。したがって、ガスケットによるマニフォルド部のシール性をさらに向上することができる。 Further, in the water electrolysis cell 1 of the present embodiment, the ribs 23 and 24 of the anode side spacer 20 are formed so that the height of the top thereof is aligned with the height of the outer peripheral portion 21. The ribs 53 and 54 of the cathode side spacer 50 are formed so that the height of the top thereof is aligned with the height of the outer peripheral portion 51. As a result, in each of the anode side spacer 20 and the cathode side spacer 50, the total thickness of the manifold portion and the rib in the stacking direction is almost the same as the thickness of the outer peripheral portion, so that the gasket is more easily deformed. Therefore, the sealing property of the manifold portion by the gasket can be further improved.

また、本実施形態の水電解セル1において、アノード側スペーサ20は、凹部22aから孔部22cに向かう水の流通方向を、凹部22aに沿った方向から、凹部22aに沿った方向と交差する方向に切り替えるガスケット押え25を備える。また、アノード側スペーサ20は、マニフォルド部22における凹部22bと孔部22cとの境界に沿って長尺状に形成されているガスケット押え26を備える。これにより、アノード側スペーサ20では、ガスケット36を凹部22a、22bによって押さえるとともに、ガスケット31をガスケット押え25、26によって押さえることができる。さらに、凹部22aから孔部22cに向かう水の流通方向を切り替えることによって、MEA42を介したカソード側スペーサ50のマニフォルド部52への水素イオンや随伴水の供給を容易に行うことができる。 Further, in the water electrolysis cell 1 of the present embodiment, the anode-side spacer 20 has a direction in which the water flow direction from the recess 22a to the hole 22c intersects the direction along the recess 22a from the direction along the recess 22a. A gasket presser 25 for switching to is provided. Further, the anode-side spacer 20 includes a gasket retainer 26 formed in a long shape along the boundary between the recess 22b and the hole 22c in the manifold portion 22. As a result, in the anode side spacer 20, the gasket 36 can be pressed by the recesses 22a and 22b, and the gasket 31 can be pressed by the gasket retainers 25 and 26. Further, by switching the flow direction of water from the recess 22a to the hole 22c, hydrogen ions and accompanying water can be easily supplied to the manifold portion 52 of the cathode side spacer 50 via the MEA 42.

また、本実施形態の水電解セル1において、膜電極接合部40には、ナフィオンから形成される電解質膜が配置されており、ガスケット36は、テフロン(登録商標)から形成されている。この場合、凹部22a、22bは、ガスケット36を押さえているため、ガスケット36と電解質膜との間に水が浸入することを抑制することができる。これにより、水との接触によって水電解質膜の膨潤を抑制することができるため、ナフィオン膜の膨潤によるガスケットの押出を起因とするマニフォルド部22の断面積の低下を抑制することができる。 Further, in the water electrolysis cell 1 of the present embodiment, an electrolyte membrane formed of Nafion is arranged at the membrane electrode joint portion 40, and the gasket 36 is formed of Teflon (registered trademark). In this case, since the recesses 22a and 22b hold down the gasket 36, it is possible to prevent water from entering between the gasket 36 and the electrolyte membrane. As a result, the swelling of the water electrolyte membrane can be suppressed by contact with water, so that the reduction in the cross-sectional area of the manifold portion 22 due to the extrusion of the gasket due to the swelling of the Nafion membrane can be suppressed.

また、本実施形態の水電解セル1において、ガスケット押え25、26のそれぞれには、積層方向において外周部21から突出する複数の突起25a、26aが形成されている。これにより、複数の突起25a、26aは、ガスケット36に接触し、ガスケット36の孔部22cへの落ち込みを抑制することができるため、孔部22cの流路断面積の減少を抑制することができる。また、ガスケット押え55、56のそれぞれには、積層方向において外周部51から突出する複数の突起55a、56aが形成されている。これにより、複数の突起55a、56aは、ガスケット61に接触し、ガスケット61の孔部52cへの落ち込みを抑制することができるため、孔部52cの流路断面積の減少を抑制することができる。 Further, in the water electrolysis cell 1 of the present embodiment, each of the gasket pressers 25 and 26 is formed with a plurality of protrusions 25a and 26a protruding from the outer peripheral portion 21 in the stacking direction. As a result, the plurality of protrusions 25a and 26a come into contact with the gasket 36 and can suppress the drop of the gasket 36 into the hole portion 22c, so that the decrease in the flow path cross-sectional area of the hole portion 22c can be suppressed. .. Further, each of the gasket retainers 55 and 56 is formed with a plurality of protrusions 55a and 56a protruding from the outer peripheral portion 51 in the stacking direction. As a result, the plurality of protrusions 55a and 56a come into contact with the gasket 61 and can suppress the drop of the gasket 61 into the hole portion 52c, so that the decrease in the flow path cross-sectional area of the hole portion 52c can be suppressed. ..

また、本実施形態の水電解セル1において、アノード側スペーサ20に水を供給することで酸素ガスと水素イオンを発生させつつ、カソード側スペーサ50において、アノード側スペーサ20とカソード側スペーサ50との間の膜電極接合部40を介して供給される水素イオンから水素ガスを発生させる。この固体高分子形の水電解セル1が上述したような構成となることで、アノード側スペーサ20のマニフォルド部22を流れる水やカソード側スペーサ50のマニフォルド部52を流れる水素ガスなどが外部に漏れることを抑制することができる。 Further, in the water electrolysis cell 1 of the present embodiment, oxygen gas and hydrogen ions are generated by supplying water to the anode side spacer 20, and the cathode side spacer 50 has the anode side spacer 20 and the cathode side spacer 50. Hydrogen gas is generated from hydrogen ions supplied through the membrane electrode junction 40 between them. When the solid polymer type water electrolysis cell 1 has the above-described configuration, water flowing through the manifold portion 22 of the anode side spacer 20 and hydrogen gas flowing through the manifold portion 52 of the cathode side spacer 50 leak to the outside. It can be suppressed.

<第2実施形態>
図15は、第2実施形態の水電解セル2の作用を説明する第1の図である。第2実施形態の水電解セル2は、第1実施形態の水電解セル1(図1)と比較すると、積層方向に対するスペーサの配置の向きと、スペーサの形状とが異なる。
<Second Embodiment>
FIG. 15 is a first diagram illustrating the operation of the water electrolysis cell 2 of the second embodiment. The water electrolysis cell 2 of the second embodiment is different from the water electrolysis cell 1 of the first embodiment (FIG. 1) in the orientation of the spacer arrangement with respect to the stacking direction and the shape of the spacer.

本実施形態の水電解セル2は、バイポーラプレート10と、アノード側スペーサ70と、膜電極接合部40と、カソード側スペーサ80と、ガスケット31、36、61、66と、を備える。アノード側スペーサ70は、中央部に開口が形成される樹脂製の板状部材であって、バイポーラプレート10のz軸方向のプラス側に配置される。カソード側スペーサ80は、内側に開口が形成されている樹脂製の板状部材であって、膜電極接合部40のz軸方向のプラス側に配置されている。 The water electrolysis cell 2 of the present embodiment includes a bipolar plate 10, an anode side spacer 70, a membrane electrode joint portion 40, a cathode side spacer 80, and gaskets 31, 36, 61, 66. The anode-side spacer 70 is a resin plate-shaped member having an opening formed in the central portion, and is arranged on the positive side of the bipolar plate 10 in the z-axis direction. The cathode side spacer 80 is a resin plate-shaped member having an opening formed inside, and is arranged on the positive side of the membrane electrode joint portion 40 in the z-axis direction.

アノード側スペーサ70は、外周部21と、マニフォルド部22と、2つのリブ23、24と、を備えている。アノード側スペーサ70は、第1実施形態のアノード側スペーサ20と比較すると、2つのガスケット押えを備えていないことと、図15に示すように、2つのリブ23、24が膜電極接合部40側に配置されていることとが異なる。 The anode-side spacer 70 includes an outer peripheral portion 21, a manifold portion 22, and two ribs 23 and 24. The anode-side spacer 70 does not have two gasket retainers as compared with the anode-side spacer 20 of the first embodiment, and as shown in FIG. 15, the two ribs 23 and 24 are on the membrane electrode joint 40 side. It is different from being placed in.

カソード側スペーサ80は、外周部51と、マニフォルド部52と、2つのリブ53、54と、を備えている。カソード側スペーサ80は、第1実施形態のカソード側スペーサ80と比較すると、2つのガスケット押えを備えていないことと、図15に示すように、2つのリブ53、54が膜電極接合部40側に配置されていることとが異なる。 The cathode side spacer 80 includes an outer peripheral portion 51, a manifold portion 52, and two ribs 53 and 54. Compared to the cathode side spacer 80 of the first embodiment, the cathode side spacer 80 does not have two gasket retainers, and as shown in FIG. 15, the two ribs 53 and 54 are on the membrane electrode joint portion 40 side. It is different from being placed in.

以上説明した、本実施形態の水電解セル2によれば、アノード側スペーサ70のマニフォルド部22には、積層方向において、カソード側スペーサ80の溝部の延設方向に沿って並べられているリブ23、24が設けられる。また、カソード側スペーサ80のマニフォルド部52には、積層方向において、アノード側スペーサ70の溝部の延設方向に沿って並べられているリブ53、54が設けられる。これにより、アノード側スペーサ70またはカソード側スペーサ80の一方では、アノード側スペーサ20またはカソード側スペーサ50の他方の溝部が重なる位置においても、ガスケット36、61のマニフォルド部22、52への落ち込みを抑制し、ガスケット31、36、61、66を支持することができる。また、リブ23、24、53、54は、マニフォルド部22、52において、流体が流通可能な隙間を、隣接するリブの間に形成するため、マニフォルド部22、52における流体の流通を妨げにくくなっている。したがって、マニフォルド部22、52において流体を流通させつつ、ガスケット31、36、61、66によるマニフォルド部22、52のシール性を向上することができる。 According to the water electrolysis cell 2 of the present embodiment described above, the ribs 23 are arranged in the manifold portion 22 of the anode side spacer 70 along the extending direction of the groove portion of the cathode side spacer 80 in the stacking direction. , 24 are provided. Further, the manifold portion 52 of the cathode side spacer 80 is provided with ribs 53 and 54 arranged along the extending direction of the groove portion of the anode side spacer 70 in the stacking direction. As a result, in one of the anode side spacer 70 or the cathode side spacer 80, even at the position where the other groove portion of the anode side spacer 20 or the cathode side spacer 50 overlaps, the gaskets 36 and 61 are suppressed from falling into the manifold portions 22 and 52. The gaskets 31, 36, 61 and 66 can be supported. Further, since the ribs 23, 24, 53, and 54 form a gap in the manifold portions 22 and 52 through which the fluid can flow between the adjacent ribs, the ribs 23, 24, 53, and 54 are less likely to obstruct the flow of the fluid in the manifold portions 22 and 52. ing. Therefore, it is possible to improve the sealing property of the manifold portions 22 and 52 by the gaskets 31, 36, 61 and 66 while circulating the fluid in the manifold portions 22 and 52.

<本実施形態の変形例>
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。
<Modified example of this embodiment>
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be carried out in various embodiments without departing from the gist thereof, and for example, the following modifications are also possible.

[変形例1]
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。
[Modification 1]
In the above embodiment, the water electrolysis cell as a laminated structure is applied to a solid polymer type water electrolysis cell. However, the field to which the laminated structure is applied is not limited to this. It may be applied to a cell provided in a polymer electrolyte fuel cell that generates electricity by a chemical reaction between hydrogen and oxygen.

[変形例2]
上述の実施形態では、リブは、頂部の高さが、外周部の高さと揃うように形成されるとした。しかしながら、リブの頂部の高さと、外周部の高さとの関係は、これに限定されない。リブの頂部の高さと、外周部の高さとが揃うことによって、ガスケットがさらに変形しやすくなるため、ガスケットによるマニフォルド部のシール性をさらに向上することができる。
[Modification 2]
In the above embodiment, the ribs are formed so that the height of the top is aligned with the height of the outer periphery. However, the relationship between the height of the top of the rib and the height of the outer periphery is not limited to this. By aligning the height of the top of the rib with the height of the outer periphery, the gasket is more easily deformed, so that the sealing property of the manifold portion by the gasket can be further improved.

[変形例3]
上述の実施形態では、アノード側スペーサ20またはカソード側スペーサ50の一方のリブの頂部には、アノード側スペーサ20またはカソード側スペーサ50の他方に形成される溝部の延設方向に沿った方向に延びる溝が形成されるとした。しかしながら、リブの頂部には、溝はなくてもよい。
[Modification 3]
In the above-described embodiment, the top of one rib of the anode-side spacer 20 or the cathode-side spacer 50 extends in a direction along the extending direction of the groove formed on the other of the anode-side spacer 20 or the cathode-side spacer 50. It was assumed that a groove would be formed. However, the top of the rib may not have a groove.

[変形例4]
第1実施形態では、アノード側スペーサ20とカソード側スペーサ50とのそれぞれは、ガスケット押え25、26、55、56を有するとした。しかしながら、ガスケット押えはなくてもよい。
[Modification 4]
In the first embodiment, the anode-side spacer 20 and the cathode-side spacer 50 each have gasket retainers 25, 26, 55, and 56. However, the gasket retainer may not be present.

図16は、水電解セルの第1の変形例の模式図である。図16に示す水電解セル1のように、ガスケット押えがなくても、リブによって、マニフォルド部においてもガスケットを支持することができるため、ガスケットが変形しやすくなり、ガスケットによるマニフォルド部のシール性を向上することができる。また、アノード側スペーサ20とカソード側スペーサ50とのいずれか一方に、ガスケット押えがあってもよい。 FIG. 16 is a schematic view of a first modification of the water electrolysis cell. As in the water electrolytic cell 1 shown in FIG. 16, even if there is no gasket presser, the rib can support the gasket even in the manifold portion, so that the gasket is easily deformed and the sealing property of the manifold portion by the gasket is improved. Can be improved. Further, one of the anode-side spacer 20 and the cathode-side spacer 50 may have a gasket retainer.

[変形例5]
第2実施形態では、アノード側スペーサ70とカソード側スペーサ80とのそれぞれは、ガスケット押えを有しないとした。しかしながら、ガスケット押えを有していてもよい。
[Modification 5]
In the second embodiment, each of the anode-side spacer 70 and the cathode-side spacer 80 does not have a gasket retainer. However, it may have a gasket retainer.

図17は、水電解セルの第2の変形例の模式図である。図17に示す水電解セル2は、アノード側スペーサ70がガスケット押え25、26を備えており、カソード側スペーサ80がガスケット押え55、56を備えている。これにより、ガスケット押え25、26によってガスケット31を押さえることができるとともに、ガスケット押え55、56によってガスケット66を押さえることができる。したがって、ガスケット31の孔部22cへの落ち込みと、ガスケット66の孔部52cの落ち込みとを抑制することができる。 FIG. 17 is a schematic view of a second modification of the water electrolysis cell. In the water electrolysis cell 2 shown in FIG. 17, the anode-side spacer 70 is provided with gasket retainers 25 and 26, and the cathode-side spacer 80 is provided with gasket retainers 55 and 56. As a result, the gasket 31 can be pressed by the gasket pressers 25 and 26, and the gasket 66 can be pressed by the gasket pressers 55 and 56. Therefore, it is possible to suppress the drop of the gasket 31 into the hole 22c and the drop of the hole 52c of the gasket 66.

[変形例6]
上述の実施形態では、マニフォルド部22、52のそれぞれに収容される流路構造体27、57は、複数の流路を有する多孔質体であるとした。しかしながら、流路構造体の構成はこれに限定されない。
[Modification 6]
In the above-described embodiment, the flow path structures 27 and 57 accommodated in the manifold portions 22 and 52, respectively, are considered to be a porous body having a plurality of flow paths. However, the configuration of the flow path structure is not limited to this.

図18は、水電解セルの第3の変形例の模式図である。図18に示す水電解セル1では、マニフォルド部22、52に収容される流路構造体28、58は、MEA42側に流路28a、58aを有する。凹部22aを流れる水は、流路28aを流れることで酸素ガスと水素イオンを発生させる。発生した水素イオンは、MEA42を通って、流路58aに送られる。流路58aでは、水素イオンから水素ガスを発生させる。スペーサの流路構造体がこのような構成であっても、リブとガスケット押えによってガスケットを支持することができるため、ガスケットが変形しやすくなる。これにより、ガスケットによるマニフォルド部のシール性を向上することができる。 FIG. 18 is a schematic view of a third modification of the water electrolysis cell. In the water electrolysis cell 1 shown in FIG. 18, the flow path structures 28 and 58 housed in the manifold portions 22 and 52 have flow paths 28a and 58a on the MEA42 side. The water flowing through the recess 22a flows through the flow path 28a to generate oxygen gas and hydrogen ions. The generated hydrogen ions are sent to the flow path 58a through the MEA42. In the flow path 58a, hydrogen gas is generated from hydrogen ions. Even if the flow path structure of the spacer has such a configuration, the gasket can be supported by the ribs and the gasket retainer, so that the gasket is easily deformed. This makes it possible to improve the sealing performance of the manifold portion by the gasket.

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。 Although this embodiment has been described above based on the embodiments and modifications, the embodiments described above are for facilitating the understanding of the present embodiment and do not limit the present embodiment. This aspect may be modified or improved without departing from its spirit and claims, and this aspect includes its equivalent. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it may be deleted as appropriate.

1,2…水電解セル
3…水電解槽
6…水電解装置
10,10A…バイポーラプレート
20,70…アノード側スペーサ
21…外周部
21c,21d,51a,51b…溝部
22,52…マニフォルド部
22a,22b,52a,52b…凹部
22c,52c…孔部
23,24,53,54…リブ
23c,23d,23e,23f,24c,24d,24e,24f,53c,53d,53e,53f,54c,54d,54e,54f…溝
25a,26a,55a,56a…突起
31,36,61,66…ガスケット
50,80…カソード側スペーサ
52a…凹部
52a…マニフォルド部
1, 2, ... Water electrolysis cell 3 ... Water electrolysis tank 6 ... Water electrolysis device 10, 10A ... Bipolar plate 20, 70 ... Anode side spacer 21 ... Outer peripheral part 21c, 21d, 51a, 51b ... Groove part 22, 52 ... Manifold part 22a , 22b, 52a, 52b ... Recessed portions 22c, 52c ... Holes 23, 24, 53, 54 ... Ribs 23c, 23d, 23e, 23f, 24c, 24d, 24e, 24f, 53c, 53d, 53e, 53f, 54c, 54d , 54e, 54f ... Grooves 25a, 26a, 55a, 56a ... Projections 31, 36, 61, 66 ... Cathode 50, 80 ... Cathode side spacers 52a ... Recesses 52a ... Manifold portion

Claims (6)

積層構造体であって、
積層される一対の部材であって、それぞれが備える主面が互いに対向するように積層され、前記主面に流体が流通するマニフォルド部が形成されている一対の部材と、
前記一対の部材の間に配置されるシール部材と、
前記一対の部材の前記主面において前記マニフォルド部を囲むように形成される溝部と、
前記一対の部材の前記マニフォルド部に形成され、前記一対の部材の積層方向に突出する複数の突起部と、を備え、
前記一対の部材の一方に形成される複数の前記突起部は、
前記積層方向において、前記一対の部材の他方に形成される前記溝部と重なる位置に前記溝部の延設方向に沿って並んで設けられ、
前記一対の部材の他方に形成される前記溝部との間に前記シール部材が配置された状態において、互いに隣接する前記突起部の間を流体が流通可能に構成されている、
積層構造体。
It is a laminated structure
A pair of members to be laminated, the main surfaces of which are laminated so as to face each other, and a pair of members on which a manifold portion through which a fluid flows is formed.
A seal member arranged between the pair of members and
A groove portion formed so as to surround the manifold portion on the main surface of the pair of members, and a groove portion.
A plurality of protrusions formed on the manifold portion of the pair of members and projecting in the stacking direction of the pair of members are provided.
The plurality of protrusions formed on one of the pair of members
In the stacking direction, they are provided side by side along the extending direction of the groove portion at a position overlapping the groove portion formed on the other side of the pair of members.
In a state where the seal member is arranged between the groove portion formed on the other side of the pair of members, the fluid can flow between the protrusions adjacent to each other.
Laminated structure.
請求項1に記載の積層構造体であって、
前記一対の部材の一方に形成される複数の前記突起部のそれぞれの頂部には、前記一対の部材の他方に形成される前記溝部の延設方向に沿った方向に延びる溝が形成されている、
積層構造体。
The laminated structure according to claim 1.
At the top of each of the plurality of protrusions formed on one of the pair of members, a groove extending in a direction along the extending direction of the groove formed on the other of the pair of members is formed. ,
Laminated structure.
請求項1または請求項2に記載の積層構造体であって、
前記一対の部材は、前記主面のうちの前記マニフォルド部の外側に形成され、前記溝部を有する外周部を備えており、
前記マニフォルド部は、前記主面において、前記外周部に対して凹んでおり、
前記突起部は、頂部の高さが前記外周部の高さと揃うように形成されている、
積層構造体。
The laminated structure according to claim 1 or 2, wherein the laminated structure is used.
The pair of members are formed on the outside of the manifold portion of the main surface and include an outer peripheral portion having the groove portion.
The manifold portion is recessed in the main surface with respect to the outer peripheral portion.
The protrusion is formed so that the height of the top is aligned with the height of the outer periphery.
Laminated structure.
請求項3に記載の積層構造体であって、
前記マニフォルド部は、前記外周部に対して凹んでいる凹部と、前記凹部に隣接する孔部と、を備えており、
前記一対の部材は、前記凹部と前記孔部との境界に沿って長尺状に形成され、前記凹部から前記孔部に向かう流体の流通方向を前記凹部に沿った方向から、前記凹部に沿った方向と交差する方向に切り替える長尺状部を備える、
積層構造体。
The laminated structure according to claim 3.
The manifold portion includes a recess recessed with respect to the outer peripheral portion and a hole portion adjacent to the recess.
The pair of members are formed in a long shape along the boundary between the recess and the hole, and the flow direction of the fluid from the recess to the hole is from the direction along the recess to along the recess. It has a long part that switches in the direction that intersects with the direction of the water.
Laminated structure.
請求項4に記載の積層構造体であって、
前記長尺状部は、
両端部が、前記孔部において前記外周部にそれぞれ接続されており、
前記積層方向において前記外周部から突出する複数の突起が形成されている、
積層構造体。
The laminated structure according to claim 4, wherein the laminated structure is used.
The long portion is
Both ends are connected to the outer peripheral portion in the hole portion, respectively.
A plurality of protrusions protruding from the outer peripheral portion in the stacking direction are formed.
Laminated structure.
固体高分子形水電解セルであって、
請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の積層構造体を備え、
前記一対の部材の一方をアノード側スペーサとし、他方をカソード側スペーサとした、
固体高分子形水電解セル。
It is a solid polymer type water electrolysis cell.
The laminated structure according to any one of claims 1 to 5 is provided.
One of the pair of members was used as an anode-side spacer, and the other was used as a cathode-side spacer.
Solid polymer type water electrolysis cell.
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