JP3290922B2

JP3290922B2 - 水素酸素発生装置用電極板

Info

Publication number: JP3290922B2
Application number: JP13505197A
Authority: JP
Inventors: 洋介中嶋; 清司平井; 明子三宅; 宏子小林; 輝行森岡
Original assignee: 神鋼パンテツク株式会社
Priority date: 1997-05-26
Filing date: 1997-05-26
Publication date: 2002-06-10
Anticipated expiration: 2017-05-26
Also published as: JPH10324989A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水素酸素発生装置用
電極板（以下、単に電極板という）に関する。さらに詳
しくは、水素酸素発生装置の中心的機器である水を電気
分解するための電解セルに組み込まれた電極板、すなわ
ち、電解セルにおける陰極室および陽極室を画する電極
として用いられる電極板に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、水素酸素発生装置には、特開平８
−２３９７８８号公報にも開示されているように、正負
両電極板のあいだに固体電解質膜によって仕切られた陽
極室と陰極室とを有し、周囲をガスケット等の部材によ
って囲まれた電解セルが組み込まれている。

【０００３】また、この電解セル内には水の電気分解の
ための電極として、金属板から形成された陽極側電極板
及び陰極側電極板が用いられている。

【０００４】電解セルは、固体電解質膜ユニットを所定
組並べ合わせたものである。固体電解質膜ユニットは固
体電解質膜の両側に電極板を有し、それらに挟まれた空
間の一方が陽極室で他方が陰極室となり、各室に給電体
が収容される。

【０００５】複極式の場合には、並べ合わせた固体電解
質膜ユニットの両端の電極板間に直流電圧を印加する
と、それらの端部電極板はそれぞれ陽極と陰極との単極
式電極板になり、それらの中間の電極板は一方の面が陽
極になり他方の面が陰極となる複極式電極板になる。す
なわち、各固体電解質膜と電極板の陽極側とに挟まれた
空間が陽極室となり、各固体電解質膜と電極板の陰極側
とに挟まれた空間が陰極室となる。

【０００６】たとえば、図５に示す電解セル５１におい
ては、５２が中間に配置される複極式の電極板であり、
５３ａおよび５３ｂはそれぞれ端部に配置されるいわば
単極式の電極板である。また、５４は固体電解質膜であ
り、５５は多孔質給電体であり、５６はガスケット、５
７は保護シートである。そして、５８は水素ガス流通通
路、５８ａは水素ガス取り出し用経路、５９は純水流通
通路、５９ａは純水供給用経路である。本図では酸素流
通通路は表されていないが、純水流通通路５９と同様の
構成によって形成されている（図６および図７も併せて
参照）。

【０００７】前記電極板５２、陽極側端部電極板５３ａ
および陰極側端部電極板５３ｂの要部が図６に示されて
いる。図６（ａ）に示す陽極側端部電極板５３ａ、図６
（ｂ）に示す電極板５２および図６（ｃ）に示す陰極側
端部電極板５３ｂにおける、水素ガス流通通路５８、純
水流通通路５９、酸素流通通路６０は全て同一の形状に
形成されている。

【０００８】電極板５２の一部の断面が示される図７
（ａ）も合わせて参照すれば明らかなように、電極板５
２の周縁近傍に放射状に長円状の浅い二段溝６１が形成
されている。なお、図７（ｂ）は図７（ａ）のＶＩＩ−
ＶＩＩ線矢視図である。二段溝６１の段部６１ａは長円
状のガスケット６２が装着されるガスケット座である
（以下、ガスケット座６１ａと称する）。そうすること
によって長円状の酸素ガス流通通路６０が構成される。
このガスケット６２には、電極板５２の酸素ガス取り出
し用経路６０ａに対応する位置に、同じく酸素ガス取り
出し用経路６２ａが穿孔されている。そして、酸素ガス
取り出し用経路６２ａよりも電極板５２中心寄りに、陽
極室（多孔質給電体が充填される空間）と酸素ガス流通
通路６０とを連通する酸素ガス導入孔６２ｂが穿孔され
ている。前記多孔質給電体５５、ガスケット５６および
保護シート５７も示されている。図７では酸素ガス流通
通路６０を例示したが、水素ガス流通通路５８および純
水流通通路５９（図５および図６参照）は、形成位置が
異なるだけで同一構造である。

【０００９】なお、かかる電極板５２の一般的な寸法
は、その直径が約３５０ｍｍ、その厚さが約８ｍｍ、酸
素ガス流通通路６０の深さＤは約１．０ｍｍ、ガスケッ
ト座６１ａの深さｈは約１．５ｍｍである。また、ガス
ケット５６および多孔質給電体５５の厚さはともに約１
ｍｍである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】かかる電極板５２、５
３ａ、５３ｂ（以下、５２で代表させる）によれば、前
記各流通通路５８、５９、６０およびガスケット座６１
ａを加工するため板厚を薄くできないことから、通常、
板厚が１０〜２０ｍｍのチタンを用いていた。しかし、
電極板はその両面に高い平面度および平行度が要求され
るのであるが、上述のように厚いチタン板は通常熱間圧
延により製造されるため、平面度および平行度が悪く、
電極板に用いるにはさらに平面加工を行う必要があっ
た。このように、切削加工等の平面加工を行う場合、チ
タンは、熱伝導率が悪く、つまり熱が逃げにくいので、
局部的に加熱されて歪みを生じやすい。このため、歪を
生じにくくすることを目的として電極板の板厚を厚くす
る必要があるとともに、歪みを除去するため、何度も電
極板の両面を平面加工する必要があった。この結果、材
料費が上昇するとともに、加工時間が長く加工コストが
高くなっていた。もし、上述のように、平面加工を行わ
ないならば、各流通通路の加工ひずみと相まって電極板
５２の表面が平坦にならず、多孔質給電体５５との接触
性が悪くなることに起因して導電性が低下する。その結
果、両電極端板５３ａ、５３ｂ間に高電圧を印加する必
要が生じる。

【００１１】本願発明はかかる問題を解決するためにな
されたものであり、電極板をそれぞれが金属製薄板から
なる第一電極板要素と第二電極板要素とから構成した。
また、各電極板要素に流体流通通路を形成するに際し、
たとえばウォータージェットやレーザによって穿孔加工
または切り抜き加工を施し、加工を容易にした。そし
て、上記第一電極板要素と第二電極板要素とを重ね合わ
せて使用するか、または両電極板要素を予め重ね合わせ
た状態で拡散接合やロウ付けによって接合することによ
り、流体流通通路形成を容易にした。さらに、電極板を
従来品より薄く形成することが可能となるので、加工コ
ストおよび材料コストの大幅な低減が可能となった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の第一態様に係る
電極板は、それぞれが金属製の薄板からなる第一電極板
要素と第二電極板要素とを有してなり、前記第二電極板
要素に流体流通溝が形成されており、前記第二電極板要
素に流体流通溝の底部および両電極板要素重ね合わせた
ときに流体流通溝に対応する第一電極板要素の部位のい
ずれか一方に流体導出孔と流体導入孔とが穿孔されてお
り、前記流体流通溝が、前記第一電極板要素と第二電極
板要素とを重ね合わせたときに流体流通通路を形成する
ように構成されている。

【００１３】この電極板はその第一電極板要素側からの
み発生ガスを取り出すものであり、陽極側または陰極側
の端部電極板として用いられうるものである。

【００１４】この電極板は薄板を用いるため、従来の金
属厚板製電極板に要した高精度な平面加工が不要となっ
て加工コストが低減するうえ、材料コストも低減する。
さらに、電極板全体が薄く軽量となるため、取扱が容易
となる。とくに、電極全体として薄くやや柔軟になるた
めに多孔質給電体に沿いやすく、多孔質給電体との電気
的接触性が良くなるので導電性が向上する。

【００１５】本発明の第二態様に係る電極板は、それぞ
れが金属製の薄板からなる第一電極板要素と第二電極板
要素とを有してなり、前記第一電極板要素に、第一流体
導出孔と第一流体導入孔とが穿孔されており、前記第二
電極板要素に、前記第一電極板要素と重ね合わせたとき
に前記第一流体導出孔と第一流体導入孔とに連通しうる
第一流体流通溝が形成されており、該第一流体流通溝の
底部に第二流体導出孔が穿孔されており、前記第一流体
流通溝が、前記第一電極板要素と第二電極板要素とを重
ね合わせたときに流体流通通路を形成するように構成さ
れている。

【００１６】この電極板もその第一電極板要素側からの
み発生ガスを取り出すものであり、陽極側または陰極側
の端部電極板として用いられうるものである。

【００１７】この電極板は薄板を用いるため、従来の金
属厚板製電極板に要した高精度な平面加工が不要となっ
て加工コストが低減するうえ、材料コストも低減する。
さらに、電極板全体が薄く軽量となるため、取扱が容易
となる。とくに、電極全体として薄くやや柔軟になるた
めに多孔質給電体に沿いやすく、多孔質給電体との電気
的接触性が良くなるので導電性が向上する。

【００１８】本発明の第三態様に係る電極板は、それぞ
れが金属製の薄板からなる第一電極板要素と第二電極板
要素とを有してなり、前記第一電極板要素に、第三流体
導出孔が穿孔されており、前記第二電極板要素に、前記
第一電極板要素と重ね合わせたときに前記第三流体導出
孔と連通しうる第二流体流通溝が形成されており、該第
二流体流通溝の底部に第四流体導出孔と第二流体導入孔
とが穿孔されており、前記第二流体流通溝が、前記第一
電極板要素と第二電極板要素とを重ね合わせたときに流
体流通通路を形成するように構成されている。

【００１９】この電極板もその第二電極板要素側からの
み発生ガスを取り出すものであり、陽極側または陰極側
の端部電極板として用いられうるものである。

【００２０】この電極板も薄板を用いるため、前記第一
態様および第二態様に係る電極板と同様の作用効果を奏
しうる。

【００２１】かかる第三態様の電極板において、前記第
一電極板要素に、第一流体導出孔と第一流体導入孔とが
さらに穿孔されており、前記第二電極板要素に、前記第
一電極板要素と重ね合わせたときに前記第一流体導出孔
と第一流体導入孔とに連通しうる第一流体流通溝がさら
に形成されており、該第一流体流通溝の底部に第二流体
導出孔が穿孔されており、前記第一流体流通溝が、前記
第一電極板要素と第二電極板要素とを重ね合わせたとき
に流体流通通路を形成するように構成されたもの、すな
わち、前記第二態様の構成と第三態様の構成とを併せ持
った電極板は、その第一電極板要素および第二電極板要
素のいずれの側からでも発生ガスを取り出すことができ
るものであり、電解セルの中間部位に組み込まれる複極
式電極板として用いられうるものである。

【００２２】この電極板も薄板を用いるため、前記第一
態様、第二態様および第三態様に係る電極板と同様の作
用効果を奏しうる。

【００２３】如上の電極板において、各流体導出孔が、
それが形成される電極板の周縁近傍に穿孔されており、
前記流体導出孔に対応する流体導入孔（たとえば、第一
流体導出孔に対しては第一流体導入孔、第四流体導出孔
に対しては第二流体導入孔）が対応流体導出孔より電極
板の中央寄りに穿孔されており、前記流体流通溝が、両
電極板要素を重ね合わせたときに、対応する流体導出孔
と流体導入孔（たとえば、第一流体流通溝に対しては第
一および第二の流体導出孔ならびに第一流体導入孔、第
二流体流通溝に対しては第三および第四の流体導出孔な
らびに第二流体導入孔）を包含する形状の溝から構成さ
れたものにあっては、流体流通通路を容易に形成しうる
ので好ましい。

【００２４】また、如上の電極板において、前記第一電
極板要素の流体導出孔と第二電極板要素の流体導出孔と
が、両電極板要素を重ね合わせたときに互いに対応する
位置に穿孔されたものにあっては、この電極板を電解セ
ルに組み込んだ場合に、各流体導出孔、各流体導入孔お
よび各流体流通溝の全てが電解セルの外周近傍に形成さ
れるため、ガスを発生させる陽極室および陰極室を電解
セルの中央部に大きく構成しうる点でも好ましい。

【００２５】さらに、前記第二電極板要素の第一流体流
通溝および／または第二流体流通溝の周縁に、前記第一
電極板要素とのあいだでシール作用を奏する環状ガスケ
ットを備えてなる電極板にあっては、電解セルに組み込
むことによってシール性を発揮し、且つ電極板と給電体
との導電性が確保される点で好ましい。

【００２６】また、前記第一電極板要素と第二電極板要
素とが、拡散接合またはロウ付けによって互いに接合さ
れてなる電極板にあっては、接合部の金属組織の変化も
凝固組織も少ないので好ましい。さらに、拡散接合また
はロウ付けを行う際に電極板要素は平面状の挟圧治具に
よって挟圧され、加熱されるため、当初から歪があった
としてもこれが解消される。

【００２７】加えて、前記第一電極板要素と第二電極板
要素のうちのいずれか一方の電極板要素がチタン製の冷
間圧延薄板から所定形状に切り抜くことによって形成さ
れており、他方の電極板がステンレス鋼製の薄板から所
定形状に切り抜くことによって形成されてなる電極板に
あっては、耐蝕性が高く、導電性が高く、平面度が良
く、平滑であることはもとより、歪み防止やコスト低減
の観点から好ましい。

【００２８】また、この電極板のステンレス鋼製電極板
要素側を陰極とすれば、そこで発生する水素ガスによる
脆化が低減されうるので好ましい。

【００２９】なた、本発明では、前記第一電極板要素お
よび第二電極板要素のいずれもをチタン製の冷間圧延薄
板から所定形状に切り抜くことによって形成することも
可能である。

【００３０】なお、特許請求の範囲でいう第一流体導出
孔、第二流体導出孔、第三流体導出孔、第四流体導出
孔、第一流体導入孔、第二流体導入孔、第一流体流通溝
および第二流体流通溝はそれぞれ一個に限定されること
はなく、水素ガス用、酸素ガス用、純水用およびドレン
用等、目的に応じて適宜複数個形成してもよい。

【００３１】また、特許請求の範囲でいう導出孔および
導入孔という語については、前記各流体流通溝への流入
を導入と呼び、各流体流通溝からの流出を導出としたこ
とによる。さらに、特許請求の範囲でいう環状ガスケッ
トとは、予め環状に成形された固体ガスケットのみなら
ず、流体流通溝の内周縁に塗布されうる液状のガスケッ
トが硬化したものをも含む。

【００３２】

【発明の実施の形態】つぎに、添付図面に示された実施
形態を参照しつつ本発明の水素酸素発生装置およびその
気液分離器を説明する。

【００３３】図１は本発明の電極板の一実施形態を示す
組み立て前の斜視図であり、（ａ）は第一電極板要素を
示し、（ｂ）は第二電極板要素を示している。図２は図
１の電極板の第二電極板要素における要部を示す断面
図、図３は図１の電極板が適用される電解セルの一例を
示す断面図であり、図中の電極板は図１のＩＩＩａ−Ｉ
ＩＩｂ−ＩＩＩｃ線断面を示している。図４（ａ）は本
発明の電極板の他の実施形態を示す組み立て前断面図で
あり、図４（ｂ）は該実施形態の組み立て後断面図であ
る。

【００３４】図１に示す電極板１は電解セルに組み込ま
れる電極板のうち、その中間部位に組み込まれる複極式
の電極板を示しており、第一電極板要素２と第二電極板
要素３とが重ね合わされることにより構成されている。
本実施形態では、第一電極板要素２は厚さｔ１が約１ｍ
ｍのチタン製の冷間圧延薄板から形成されており、第二
電極板要素３は厚さｔ２が約２ｍｍのステンレス鋼製の
薄板から形成されている。従って、二枚合わせた合計の
厚さも約３ｍｍであり、従来の１０〜２０ｍｍの厚さの
電極板と比べても薄く、軽量の電極板となっている。な
お、前記第一電極板要素２のチタン製薄板は１ｍｍの他
に０．２〜２ｍｍ程度の厚さのものが使用できる。ま
た、冷間圧延薄板を用いることにより、その表面が平滑
であり、平面度が良いので、平面加工の必要がない。第
一電極板要素２および第二電極板要素３ともに、後述の
各経路およびピン孔が形成される位置に対応して、外周
に複数個の突片部４、５が形成された円形状を呈してい
る。

【００３５】この電極板１を電解セルに組み込んだ後、
電圧を印加する方向によって第一電極板要素２側が陽極
（陰極）側となり、第二電極板要素３側が陰極（陽極）
側となるが、図１では第一電極板要素２側が陽極となる
ように組み込んだ場合を例にとった。

【００３６】第一電極板要素２には、四個の突片部４そ
れぞれに位置決め用ピン孔６が形成され、さらに、残り
の四個の突片部５にはそれぞれ酸素ガス取り出し用経路
７ａ、水素ガス取り出し用経路８ａ、純水供給用経路９
ａおよびドレン抜き用経路１０ａが穿孔されている。こ
れら経路７ａ、８ａ、９ａ、１０ａは、実際は全て経路
を形成するための孔であるが、便宜上これらを経路と呼
んでおく。また、第一電極板要素２における前記酸素ガ
ス取り出し用経路７ａより中心寄りに酸素ガス導入孔１
１が穿孔されており、純水供給用経路９ａより中心寄り
に純水導出孔１２が穿孔されている。

【００３７】前記酸素ガス取り出し用経路７ａおよび純
水供給用経路９ａはそれぞれ特許請求の範囲でいう第一
流体導出孔に該当し、酸素ガス導入孔１１および純水導
出孔１２はそれぞれ特許請求の範囲でいう第一流体導入
孔に該当し、水素ガス取り出し用経路８ａおよびドレン
抜き用経路１０ａはそれぞれ特許請求の範囲でいう第三
流体導出孔に該当する。

【００３８】第二電極板要素３には、それぞれが長円状
の溝からなる、酸素ガス流通通路１３、水素ガス流通通
路１４、純水流通通路１５およびドレン水流通通路１６
が刻設されている。酸素ガス流通通路１３および純水流
通通路１５はそれぞれ特許請求の範囲でいう第一流体流
通溝に該当し、水素ガス流通通路１４およびドレン水流
通通路１６はそれぞれ特許請求の範囲でいう第二流体流
通溝に該当する。前記各流通通路１３、１４、１５、１
６は、図２に示すようにその深さｄが約１ｍｍとなって
いる。

【００３９】前記酸素ガス流通通路１３の底部には、前
記第一電極板要素２と重ね合わせたときに第一電極板要
素２の酸素ガス取り出し用経路７ａと対応する位置に酸
素ガス取り出し用経路７ｂが穿孔されている。

【００４０】前記水素ガス流通通路１４の底部には、前
記第一電極板要素２と重ね合わせたときに第一電極板要
素２の水素ガス取り出し用経路８ａと対応する位置に水
素ガス取り出し用経路８ｂが穿孔されているとともに、
この水素ガス取り出し用経路８ｂより第二電極板要素３
中心よりの位置に水素ガス導入孔１７が穿孔されてい
る。

【００４１】前記純水流通通路１５の底部には、前記第
一電極板要素２と重ね合わせたときに第一電極板要素２
の純水供給用経路９ａと対応する位置に純水供給用経路
９ｂが穿孔されている。

【００４２】前記ドレン水流通通路１６の底部には、前
記第一電極板要素２と重ね合わせたときに第一電極板要
素２のドレン抜き用経路１０ａと対応する位置にドレン
抜き用経路１０ｂが穿孔されているとともに、このドレ
ン抜き用経路１０ｂより第二電極板要素３中心よりの位
置にドレン水導入孔１８が穿孔されている。

【００４３】前記各電極板要素２、３の外形はウォータ
ージェットやレーザー加工によって形成し、如上の各経
路はエンドミル等によって穿孔し、各流通通路（長円状
の溝）もエンドミル等によって加工している。溝の加工
は一回だけであり、ガスケット座形成および流通通路形
成の二回の溝形成加工が必要であった従来の電極板より
加工工数がこの点だけでも低減する。

【００４４】前記酸素ガス取り出し用経路７ｂおよび純
水供給用経路９ｂはそれぞれ特許請求の範囲でいう第二
流体導出孔に該当し、水素ガス取り出し用経路８ｂおよ
びドレン抜き用経路１０ｂはそれぞれ特許請求の範囲で
いう第四流体導出孔に該当し、水素ガス導入孔１７およ
びドレン水導入孔１８はそれぞれ特許請求の範囲でいう
第二流体導入孔に該当する。

【００４５】如上のように構成された図１の第一電極板
要素２および第二電極板要素３を重ね合わせると図３に
示すごとくなる。なお、図３は電解セルＥの要部を示し
ており、電極板１の両側に組み込まれるガスケット１
９、多孔質給電体２０、保護プレート２１および固体電
解質膜２２も示されている。電解セルＥは、上記電極板
１、ガスケット１９、多孔質給電体２０、保護プレート
２１および固体電解質膜２２からなる組が複数組積層さ
れ、これらが図示しない二枚の端板によって挟まれたう
えで図示しない締付ボルトによって挟圧固定されたもの
である。前記位置決め用ピン孔６は前記複数組の部品を
積層して組み立てるときの位置決めに用いられる。

【００４６】図３における電極板１は図１のＩＩＩａ−
ＩＩＩｂ−ＩＩＩｃ線断面を示したものであり、その左
側が陽極側、右側が陰極側となっている。図中の電極板
１上部に酸素ガス取り出し用経路７および酸素ガス流通
通路１３が表され、図中下部に水素ガス取り出し用経路
８および水素ガス流通通路１４が表されている。本図に
は純水供給用経路９および純水流通通路１５並びにドレ
ン抜き用経路１０およびドレン水流通通路１６は表され
てはいないが、図１を併せて参照すれば、それらは上記
各経路７、８および上記各流通通路１３、１４と同様な
形状となることは明らかである。

【００４７】図３中、電極板１左側の多孔質給電体２０
が装入されるガスケット１９の内部空間は陽極室２３を
構成し、電極板１右側の多孔質給電体２０が装入される
ガスケット１９の内部空間は陰極室２４を構成する。陽
極室２３で発生した酸素ガスは酸素ガス導入孔１１から
酸素ガス流通通路１３を経て酸素ガス取り出し用経路７
へ流出する。陰極室２４で発生した水素ガスは水素ガス
導入孔１７から水素ガス流通通路１４を経て水素ガス取
り出し用経路８へ流出する。純水は純水供給用経路９か
ら純水流通通路１５および純水導出孔１２を経て陽極室
２３へ至る（図１参照）。運転終了後に、ドレン水は陰
極室２４からドレン水導入孔１８およびドレン水流通通
路１６を経てドレン抜き用経路１０を通して排出され
る。

【００４８】前述のごとく第二電極板要素３（図３中、
電極板１右面側）をステンレス鋼から形成したのは、ス
テンレス鋼はチタンに比較して耐水素脆化性が高いため
であり、水素ガスが発生する第二電極板要素３側の水素
脆化を防止する効果を奏する。なお、本発明ではチタン
とステンレス鋼との組み合わせに限らず、チタン板同士
の組み合わせでもよい。

【００４９】以上の実施形態では、電解セルの中間に配
設される複極式の電極板を例にとったが、端部に配設し
ていわば単極式として用いる場合には前述の全ての経路
および流通通路を形成する必要はない。たとえば陽極電
極板として用いるものには、酸素ガス取り出し用経路、
純水供給用経路、酸素ガス流通通路および純水流通通路
を形成しておけばよく、陰極電極板として用いるものに
は、水素ガス取り出し用経路、ドレン抜き用経路、水素
ガス流通通路およびドレン水流通通路を形成しておけば
よい。また、その場合であっても、各経路を第一電極板
要素２か第二電極板要素３のいずれか一方のみに形成し
たものも使用することができる。つまり、電解セルの終
端部（電解セルへの発生ガス取り出し口や純水供給口が
形成されない端部）用の電極板（従来の電解セルを示す
図５では符号５３ｂに相当する電極板）として用いる場
合である。

【００５０】前記第一電極板要素２と第二電極板要素３
とは拡散接合やロウ付けによって互いに接合することが
できる。拡散接合やロウ付けによって接合すれば第一電
極板要素２と第二電極板要素３とのあいだのシールは完
全になされるため、各流通通路から電極板要素２、３同
士のあいだを通してガスが漏洩する虞がない。電極板の
拡散接合やロウ付けの手法は本発明の発明者等が特願平
９−２４７２３号で提案している。

【００５１】この拡散接合は、二枚の電極板要素２、３
を重ね合わせ、位置ズレを生じないように治具で固定
し、塑性変形がほとんど生じない程度に加圧、加熱し、
接合面間に生じる原子の拡散を利用して電極板要素２、
３同士をその融点以下で接合するものである。この接合
作業の前処理として、電極板要素を脱脂、酸洗してお
く。

【００５２】なお、本発明では電極板要素２、３同士の
あいだにインサート金属を挿入して接合するＴＬＰ法も
採用してもよい。電極板要素２、３を挟圧する挟圧部材
と電極板要素２、３それぞれとのあいだには窒化硼素等
の剥離剤を塗布しておいてもよい。接合処理が終了する
と電極板をたとえばフッ硝酸中に浸漬して酸洗してもよ
い。

【００５３】拡散接合によれば、接合部の金属組織の変
化が少なく、凝固組織もないので好ましい。また、溶接
のように、電極板要素間に溶材という別の層が介在する
ことがないので好ましい。

【００５４】つぎに、ロウ付けの方法は高周波ロウ付け
でもよく、炉中ロウ付けでもよく、また、ロウ付け雰囲
気はＡｒガスまたは真空であるが、本実施形態では真空
中で行う。ロウ材はＡｇ基、Ａｌ基、Ｔｉ基の各種が用
いられるが、Ｔｉ基のロウ材が、他のロウ材に比較して
接合強度が高く、耐蝕性にも優れ、しかも水への溶解度
が低い点で好ましい。また、加熱温度はロウ材に応じて
選定される。

【００５５】ロウ材の形状は、電極板要素の前記各流通
通路や導入孔や導出孔の周囲をシールするように行き渡
らせるため、各電極板要素とほぼ同一の形状にするのが
好ましい。また、粉末ロウ材を用いる場合は両電極板要
素の接合されるべき面にこれをスプレーによって塗布す
る。

【００５６】まず、各電極板要素２、３の表面を脱脂液
で洗浄し、必要に応じてフッ硝酸中に浸漬して酸化物を
除去する。そして、第一電極板要素２と第二電極板要素
３とのあいだにロウ材を挟持させ、それらをその上面と
下面とに好ましくは剥離剤を介装したうえで一対の鉄ま
たはステンレス鋼の挟圧部材で挟持し、プレス機によっ
て挟圧しつつ加熱する。

【００５７】なお、ロウ付け条件は電極板の寸法や形状
等に応じて調整される。

【００５８】図４には他の実施形態に係る電極板３１が
示されている。この電極板３１は、やはり第一電極板要
素２と第二電極板要素３とから構成されたものであり、
図示しないが前記電極板１（図１）と同じ経路、導入孔
および流通通路が形成されている。前記電極板１と異な
る点は、第一電極板要素２と第二電極板要素３とは接合
されておらず、電解セルＥに組み込まれたときに締付ボ
ルトによる挟圧によって互いに当接し合い、その当接に
よって相互に導電されることである。そして、流通通路
のシールはポートガスケットによりなされる。したがっ
て、第一電極板要素２と第二電極板要素３とのあいだの
シールは完全になされるため、各流通通路から電極板要
素２、３同士のあいだを通してガスが漏洩する虞がな
い。

【００５９】すなわち、放射状に長円状溝に形成された
流通通路（水素ガス流通通路１４で代表させる）の内周
縁に沿うように流通通路と略同一形状の環状のポートガ
スケット３２が装入される。このポートガスケット３２
の厚さＴは、第二電極板要素３の水素ガス流通通路１４
の深さｄ（１ｍｍ）より若干厚くされている。具体的に
はＴは約１．２ｍｍの厚さにされている。その結果、水
素ガス流通通路１４から第一電極板要素２側へ若干はみ
出すようにされる（図４（ａ））。

【００６０】そして、図４（ｂ）に示すように、第一電
極板要素２と第二電極板要素３とを重ね合わせて組み立
てると、ポートガスケット３２は挟圧されて若干押しつ
ぶされ、水素ガス流通通路１４はその周囲の第一電極板
要素２と第二電極板要素３とのあいだからシールされ
る。

【００６１】さらに、前記固体のポートガスケット３２
に代えて、シーラント（液状シール材）又は液状ガスケ
ットを各流通通路の内周縁一杯に塗布し、第一電極板要
素２と第二電極板要素３とを重ね合わせた後に固化させ
てもよい。その場合は、両電極板要素２、３を重ね合わ
せたときに液状ガスケットが若干流動して好適に両電極
板要素２、３間をシールすることになる。

【００６２】本実施形態の電極板では各経路７、８、
９、１０および位置決め用ピン孔６を形成するために突
片部４、５（図１）を形成したが、本発明ではとくにそ
のものに限定することはなく、前記各経路および位置決
め用ピン孔を包含する大径の電極板としてもよい。

【００６３】ところで、上記実施例では、電極板が円形
の場合を例に説明したが、円形に限定されることはな
く、矩形等の電極板であってもよい。

【００６４】前記固体電解質膜２２としては、固体高分
子電解質を膜状に形成したものの両面に貴金属、とくに
白金族金属からなる多孔質層を化学的に無電解メッキに
よって形成した固体高分子電解質膜を使用するのが好ま
しい。前記固体高分子電解質としては、カチオン交換膜
（フッ素樹脂系スルフォン酸カチオン交換膜であり、た
とえば、デュポン社製「ナフィオン１１７」）が好まし
い。また、この場合、前記多孔質メッキ層としては白金
族金属のうち白金が好ましく、とくに白金とイリジウム
とからなる二層構造とすれば、８０°Ｃにおいて２００
Ａ／ｄｍ²の高電流密度で四年間の長期にわたって電気
分解することが可能である。

【００６５】ところが、従来の、電極を物理的にイオン
交換膜に接触させた構造の固体電解質膜では５０〜７０
Ａ／ｄｍ²程度の電流密度である。

【００６６】前記イリジウムの他に、二種類以上の白金
族金属をメッキした多層構造の固体電解質膜も使用する
ことができる。また、叙上のごとく構成された固体電解
質膜では、固体高分子電解質と多孔質メッキ層とのあい
だには水が存在しないので、溶液抵抗やガス抵抗が少な
い。したがって、固体高分子電解質と両多孔質メッキ層
とのあいだの接触抵抗が低くなり、電圧が低くなり、電
流分布が均一となる。その結果、高電流密度化、高温水
電解、高圧水電解が可能となり、高純度の酸素ガスおよ
び水素ガスを効率よく得ることが可能となる。なお、前
記固体高分子電解質膜の他、セラミック膜等の他の固体
電解質膜を使用することも可能である。

【００６７】なお、本発明の電極板は高圧型のみならず
純水タンクを用いない低圧型の水素酸素発生装置にも適
用可能である。

【００６８】

【発明の効果】本発明の電極板によれば、材料にチタン
やステンレス鋼の薄板を用いるので加工コストが大幅に
低減する。すなわち、各電極板要素に対して既存の金属
薄板をそのまま採用することが可能となるため、従来の
金属厚板製電極板に要した高精度な平面加工が不要とな
り、加工コストがさらに低減し、材料コストも低減す
る。さらに、電極板全体が薄く軽量となるために取扱が
容易となる。さらに、従来の電極板に比較して可撓性が
発揮されるため、多孔質給電体との電気的接触性が向上
し、必要電圧を低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電極板の一実施形態を示す組み立て前
の斜視図であり、（ａ）は第一電極板要素を示し、
（ｂ）は第二電極板要素を示している。

【図２】図１の電極板の第二電極板要素における要部を
示す断面図である。

【図３】図１の電極板が適用される電解セルの一例を示
す断面図であり、図中の電極板は図１のＩＩＩａ−ＩＩ
Ｉｂ−ＩＩＩｃ線断面を示している。

【図４】（ａ）は本発明の電極板の他の実施形態を示す
組み立て前断面図であり、（ｂ）はその組み立て後断面
図である。

【図５】従来の高圧型水素酸素発生装置の電解セルの一
例を示す断面図である。

【図６】従来の電極板の一例を示す斜視図であり、
（ａ）は陰極側の端部電極板を示し、（ｂ）は中間の複
極式電極板を示し、（ｃ）は陽極側の端部電極板を示
す。

【図７】（ａ）は図５の電極板の要部を示す断面図であ
り、（ｂ）は（ａ）のＶＩＩ−ＶＩＩ線矢視図である。

【符号の説明】

１、３１・・・電極板２・・・第一電極板要素３・・・第二電極板要素４、５・・・突片部６・・・位置決め用ピン孔７、７ａ、７ｂ・・・酸素ガス取り出し用経路８、８ａ、８ｂ・・・水素ガス取り出し用経路９、９ａ、９ｂ・・・純水供給用経路１０、１０ａ、１０ｂ・・・ドレン抜き用経路１１・・・酸素ガス導入孔１２・・・純水導入孔１３・・・酸素ガス流通通路１４・・・水素ガス流通通路１５・・・純水流通通路１６・・・ドレン水流通通路１７・・・水素ガス導入孔１８・・・ドレン水導入孔１９・・・ガスケット２０・・・多孔質給電体２１・・・保護プレート２２・・・固体電解質膜２３・・・陽極室２４・・・陰極室３２・・・ポートガスケット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者森岡輝行兵庫県加古川市平岡町土山934−４ (56)参考文献特開平８−239788（ＪＰ，Ａ) 特開平８−296078（ＪＰ，Ａ) 特開平９−263982（ＪＰ，Ａ) 特開平10−219489（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C25B 1/00 - 15/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれが金属製の薄板からなる第一電
極板要素と第二電極板要素とを有してなり、前記第二電
極板要素に流体流通溝が形成されており、前記第二電極
板要素の流体流通溝の底部および両電極板要素重ね合わ
せたときに流体流通溝に対応する第一電極板要素の部位
のいずれか一方に流体導出孔と流体導入孔とが穿孔され
ており、前記流体流通溝が、前記第一電極板要素と第二
電極板要素とを重ね合わせたときに流体流通通路を形成
するように構成されてなる水素酸素発生装置用電極板。
【請求項２】それぞれが金属製の薄板からなる第一電
極板要素と第二電極板要素とを有してなり、前記第一電
極板要素に、第一流体導出孔と第一流体導入孔とが穿孔
されており、前記第二電極板要素に、前記第一電極板要
素と重ね合わせたときに前記第一流体導出孔と第一流体
導入孔とに連通しうる第一流体流通溝が形成されてお
り、該第一流体流通溝の底部に第二流体導出孔が穿孔さ
れており、前記第一流体流通溝が、前記第一電極板要素
と第二電極板要素とを重ね合わせたときに流体流通通路
を形成するように構成されてなる水素酸素発生装置用電
極板。
【請求項３】それぞれが金属製の薄板からなる第一電
極板要素と第二電極板要素とを有してなり、前記第一電
極板要素に、第三流体導出孔が穿孔されており、前記第
二電極板要素に、前記第一電極板要素と重ね合わせたと
きに前記第三流体導出孔と連通しうる第二流体流通溝が
形成されており、該第二流体流通溝の底部に第四流体導
出孔と第二流体導入孔とが穿孔されており、前記第二流
体流通溝が、前記第一電極板要素と第二電極板要素とを
重ね合わせたときに流体流通通路を形成するように構成
されてなる水素酸素発生装置用電極板。
【請求項４】前記第一電極板要素に、第一流体導出孔
と第一流体導入孔とがさらに穿孔されており、前記第二
電極板要素に、前記第一電極板要素と重ね合わせたとき
に前記第一流体導出孔と第一流体導入孔とに連通しうる
第一流体流通溝がさらに形成されており、該第一流体流
通溝の底部に第二流体導出孔が穿孔されており、前記第
一流体流通溝が、前記第一電極板要素と第二電極板要素
とを重ね合わせたときに流体流通通路を形成するように
構成されてなる請求項３記載の水素酸素発生装置用電極
板。
【請求項５】前記各流体導出孔が電極板要素の周縁近
傍に穿孔されており、前記各流体導入孔が対応する前記
流体導出孔より電極板要素の中央寄りに穿孔されてお
り、前記各流体流通溝が、両電極板要素を重ね合わせたとき
に、対応する流体導出孔および流体導入孔を包含する形
状の溝から構成されてなる請求項１〜４のうちのいずれ
か一の項に記載の水素酸素発生装置用電極板。
【請求項６】前記第一電極板要素の流体導出孔と第二
電極板要素の流体導出孔とが、両電極板要素を重ね合わ
せたときに互いに対応する位置に穿孔されてなる請求項
２〜４のうちのいずれか一の項に記載の水素酸素発生装
置用電極板。
【請求項７】前記第二電極板要素の第一流体流通溝お
よび／または第二流体流通溝の周縁に、前記第一電極板
要素とのあいだでシール作用を奏する環状ガスケットを
備えてなる請求項１〜６のうちのいずれか一の項に記載
の水素酸素発生装置用電極板。
【請求項８】前記第一電極板要素と第二電極板要素と
が、拡散接合またはロウ付けによって互いに接合されて
なる請求項１から６のうちいずれか一の項に記載の水素
酸素発生装置用電極板。
【請求項９】前記第一電極板要素と第二電極板要素の
うちのいずれか一方の電極板がチタン製の冷間圧延薄板
から所定形状に切り抜くことによって形成されており、
他方の電極板がステンレス鋼製の薄板から所定形状に切
り抜くことによって形成されてなる請求項１から８のう
ちいずれか一の項に記載の水素酸素発生装置用電極板。
【請求項１０】前記第一電極板要素および第二電極板
要素のいずれもがチタン製の冷間圧延薄板から所定形状
に切り抜くことによって形成されてなる請求項１から８
のうちいずれか一の項に記載の水素酸素発生装置用電極
板。