JP3487696B2 - Hydrogen / oxygen generator - Google Patents
Hydrogen / oxygen generatorInfo
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- JP3487696B2 JP3487696B2 JP28334095A JP28334095A JP3487696B2 JP 3487696 B2 JP3487696 B2 JP 3487696B2 JP 28334095 A JP28334095 A JP 28334095A JP 28334095 A JP28334095 A JP 28334095A JP 3487696 B2 JP3487696 B2 JP 3487696B2
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- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質膜を隔
膜として用い陽極側に純水を供給しながら電気分解し
て、陽極側から酸素ガスを、陰極側から水素ガスを発生
させるための複極式の水素・酸素発生装置に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a compound for producing oxygen gas from the anode side and hydrogen gas from the cathode side by electrolyzing while supplying pure water to the anode side using a solid electrolyte membrane as a diaphragm. Polar type hydrogen / oxygen generator
【０００２】[0002]
【従来の技術】多量の酸素ガス、水素ガスを必要とする
場合など大規模施設に適用する場合に、この種の水素・
酸素発生装置の構造として、本発明者等は、既に特願平
７−４０１４２号において、図６及び図７に示したよう
ないわゆる「複極式の水素・酸素発生装置」を提案し
た。2. Description of the Related Art When applying a large amount of oxygen gas or hydrogen gas to a large-scale facility such as hydrogen gas of this type,
As a structure of the oxygen generator, the present inventors have already proposed in Japanese Patent Application No. 7-40142 a so-called “bipolar hydrogen / oxygen generator” as shown in FIGS. 6 and 7.
【０００３】この装置は、基本的には、固体電解質膜１
１０と、その両面に添設した多孔質給電体１２０、１２
０と、両多孔質給電体１２０、１２０の外側に配設した
陽極及び陰極の両作用を行う電極板１３０とから構成さ
れる複数個の固体電解質膜セル１４０，１４０を、複数
個並設した構造のものであって、各電極板１３０は、複
極式電極板であって、通電した際に電極板の表面と裏面
が逆の電位となる単一枚の電極板である。具体的には、
一端よりエンドプレート１６０、端部ガスケット１７
０’、端部電極板１３０’、環状のガスケット１７０、
環状の保護シート１８０、固体電解質膜１１０、保護シ
ート１８０、環状のガスケット１７０、中間部の電極板
１３０……他端の端部電極板１３０’、端部ガスケット
１７０’、エンドプレート１６０’から構成され、各固
体電解質膜セル１４０には、長手（軸）方向に連通する
純水供給経路１５２、水素ガス取出し経路１５４、酸素
ガス取出し経路１５６、ならびに水抜き用ドレン経路１
５８がそれぞれマニホールド式に形設されている構造の
ものである。This device is basically a solid electrolyte membrane 1
10 and the porous power feeders 120 and 12 provided on both sides thereof
0, and a plurality of solid electrolyte membrane cells 140, 140 each of which is composed of 0 and an electrode plate 130 arranged on both outer sides of the porous power feeders 120 and acting as both an anode and a cathode. Each electrode plate 130 having a structure is a bipolar electrode plate, and is a single electrode plate in which the front surface and the back surface of the electrode plate have opposite potentials when energized. In particular,
From one end to end plate 160, end gasket 17
0 ', end electrode plate 130', annular gasket 170,
An annular protective sheet 180, a solid electrolyte membrane 110, a protective sheet 180, an annular gasket 170, an intermediate electrode plate 130 ... An end electrode plate 130 'at the other end, an end gasket 170', and an end plate 160 '. In each solid electrolyte membrane cell 140, a pure water supply passage 152, a hydrogen gas extraction passage 154, an oxygen gas extraction passage 156, and a drainage drain passage 1 which communicate with each other in the longitudinal (axial) direction.
Reference numeral 58 denotes a structure in which each is formed in a manifold type.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
水素・酸素発生装置においては、多量の酸素ガス、水素
ガスを必要とする場合には、固体電解質膜の大面積化に
は限度があるので、要求されるガス発生量を確保するた
めには、固体電解質膜を多数枚用いて、全体としての膜
面積を増加させる必要がある。このため、数十〜数百セ
ルもの固体電解質膜セル１４０，１４０を並設して水素
・酸素発生装置を構成することが通常である。この場
合、陽極側で発生した水を含む酸素ガスを、陽極側の多
孔質給電体からマニホールド式の酸素ガス取出し経路を
介して取り出す場合に、ガスと水とが、気液２相流とな
って流れることとなるので、水だけ又はガスだけが流れ
る場合に比較して、酸素ガス取出し経路の断面積、流れ
勾配等が適切でない場合、圧力変動が大きく圧力制御が
困難で、振動などの発生する等の問題があり、特に固体
電解質膜セル１４０，１４０の数が多くなり、発生する
ガス量が増加するほど、また酸素ガス取出し経路の距離
が長くなるほど問題が生じやすくなる。By the way, in such a hydrogen / oxygen generator, when a large amount of oxygen gas and hydrogen gas are required, there is a limit to increase the area of the solid electrolyte membrane. In order to secure the required gas generation amount, it is necessary to increase the membrane area as a whole by using a large number of solid electrolyte membranes. For this reason, it is usual that several tens to several hundreds of solid electrolyte membrane cells 140, 140 are arranged in parallel to form a hydrogen / oxygen generator. In this case, when the oxygen gas containing water generated on the anode side is taken out from the porous power feeder on the anode side via the manifold-type oxygen gas taking-out path, the gas and water become a gas-liquid two-phase flow. As compared with the case where only water or only gas flows, when the cross-sectional area of the oxygen gas extraction path, flow gradient, etc. are not appropriate, pressure fluctuation is large and pressure control is difficult, and vibration etc. occurs. In particular, as the number of solid electrolyte membrane cells 140, 140 increases, the amount of gas generated increases, and the distance of the oxygen gas extraction path increases, the problem becomes more likely to occur.
【０００５】また、このような水素・酸素発生装置で
は、部品の交換をする場合などにおいても装置全体を取
り外して交換したり、装置全体について水圧テスト、気
密テストを実施しなければならず、常時、酸素ガス、水
素ガスを必要とする施設では操業低下などにもつながる
こととなり好ましくなかった。Further, in such a hydrogen / oxygen generator, even when parts are replaced, the entire device must be removed and replaced, or the entire device must be subjected to a water pressure test and an airtight test. However, in facilities requiring oxygen gas and hydrogen gas, it is not preferable because it may lead to a decline in operation.
【０００６】さらに、この種の水素・酸素発生装置で
は、支持架台上に配設することが多く、電源より電圧お
よび電流が、両端部の端部電極板１３０’にそれぞれ印
加されるようになっているが、支持架台との絶縁に別途
絶縁材を設けるなどの必要があった。Further, in this type of hydrogen / oxygen generator, the hydrogen / oxygen generator is often arranged on a support stand so that voltage and current are applied from the power source to the end electrode plates 130 'at both ends. However, it is necessary to provide a separate insulating material to insulate the support base.
【０００７】さらにまた、この場合、水電解セルの多孔
質給電体の外周には、固体電解質膜を挟んで環状のガス
ケットを配設して、水電解セル内部と大気側とのシール
を確保した構成としているので、水電解セル内の圧力が
大気圧側よりかなり高い場合には、そのガス圧差によっ
て、ガスケットがはみ出す可能性があり、万一、ガスケ
ットがはみ出した場合には、シール機能が損なわれるお
それがあった。Furthermore, in this case, a ring-shaped gasket is arranged on the outer periphery of the porous power feeder of the water electrolysis cell with the solid electrolyte membrane sandwiched therebetween to ensure a seal between the inside of the water electrolysis cell and the atmosphere side. Because of the configuration, if the pressure inside the water electrolysis cell is considerably higher than the atmospheric pressure side, the gas pressure difference may cause the gasket to stick out.If the gasket sticks out, the sealing function will be impaired. There was a risk that
【０００８】本発明は、このような実情を考慮して、固
体電解質膜セルの数を減少してマニホールド式のガス取
り出し経路を極力短くでき、陽極側又は陰極側で発生し
た水を含む酸素ガス又は水素ガスの流れの圧力変動が小
さく圧力制御が容易で、振動などの発生などの問題が生
ずることがない水素・酸素発生装置を提供することを目
的とする。In consideration of such a situation, the present invention can reduce the number of solid electrolyte membrane cells to shorten the manifold type gas extraction path as much as possible, and the oxygen gas containing water generated on the anode side or the cathode side. Another object of the present invention is to provide a hydrogen / oxygen generating device in which the pressure fluctuation of the flow of hydrogen gas is small and pressure control is easy, and problems such as generation of vibration do not occur.
【０００９】また、本発明は、支持架台上に配設する場
合にも、支持架台との絶縁性が良好で、且つ、水電解セ
ル内の圧力が大気圧側よりかなり高い場合にも、水電解
セルの多孔質給電体の外周に配設したガスケットが、そ
のガス圧差によって、ガスケットがはみ出す可能性がな
い高圧で操業可能な水素・酸素発生装置を提供すること
を目的とする。Further, according to the present invention, even when the water electrolysis cell is disposed on the support base, the insulation property with the support base is good, and the pressure in the water electrolysis cell is considerably higher than the atmospheric pressure side, the water An object of the present invention is to provide a hydrogen / oxygen generator capable of operating at a high pressure, in which a gasket disposed around the outer periphery of a porous power feeder of an electrolysis cell is unlikely to protrude due to the gas pressure difference.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明は、前述したよう
な従来技術における課題及び目的を達成するために発明
なされたものであって、下記の（１）〜（３）を、その
構成要旨とするものである。The present invention has been made in order to achieve the above-mentioned problems and objects in the prior art. The following (1) to (3) are summarized as follows. It is what
【００１１】（１）固体電解質膜と、その両面に添設し
た多孔質給電体と、両多孔質給電体の外側に配設した陽
極及び陰極の両作用を行う複極式の電極板とから構成さ
れる複数個の固体電解質膜セルを積層し、且つその両端
部にエンドプレートを配設して一体化した構造の複極式
の水素・酸素発生ブロックを、複数個直列的に配設して
なる水素・酸素発生装置であって、前記各水素・酸素発
生ブロックを絶縁材料からなる外套部材に嵌着するとと
もに、各外套部材相互を脱着自在に継合したことを特徴
とする水素・酸素発生装置。(1) From a solid electrolyte membrane, a porous power feeding body provided on both sides of the solid electrolyte membrane, and a bipolar electrode plate disposed outside both of the porous power feeding bodies and serving as both an anode and a cathode. A plurality of bipolar electrode type hydrogen / oxygen generating blocks each having a structure in which a plurality of solid electrolyte membrane cells are stacked and end plates are disposed at both ends of the cells to be integrated are disposed in series. A hydrogen / oxygen generating device comprising: a hydrogen / oxygen generating block, wherein each of the hydrogen / oxygen generating blocks is fitted to an outer jacket member made of an insulating material, and the outer jacket members are detachably joined to each other. Generator.
【００１２】（２）前記各水素・酸素発生ブロックのエ
ンドプレート間同士を電気的に導通して、両端の水素・
酸素発生ブロックのエンドプレートに通電するように構
成したことを特徴とする前述の（１）に記載の水素・酸
素発生装置。(2) The end plates of the hydrogen / oxygen generating blocks are electrically connected to each other so that the hydrogen
The hydrogen / oxygen generator according to the above (1), wherein the end plate of the oxygen generation block is configured to be energized.
【００１３】（３）前記エンドプレート間相互を、各外
套部材の両端部に設けたフランジ部間を螺子部材によっ
て脱着自在に継合したことを特徴とする前述の（１）又
は（２）のいずれかに記載の水素・酸素発生装置。(3) The above-mentioned (1) or (2), characterized in that the end plates are mutually joined by means of screw members between flange portions provided at both ends of each outer member. The hydrogen / oxygen generator according to any of the above.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいてより詳細に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will now be described in more detail with reference to the drawings.
【００１５】図１は、本発明の水素・酸素発生装置の一
実施例の側面図、図２は、図１のＡ方向端面図、図３
は、図１の水素・酸素発生装置の部分拡大断面図で、図
４の一点鎖線Ｄについての断面図、図４は、図３のＣ−
Ｃ線方向の断面図である。FIG. 1 is a side view of an embodiment of the hydrogen / oxygen generator of the present invention, FIG. 2 is an end view in the direction A of FIG. 1, and FIG.
3 is a partially enlarged cross-sectional view of the hydrogen / oxygen generator of FIG. 1, which is a cross-sectional view taken along one-dot chain line D of FIG. 4, and FIG.
It is sectional drawing of the C line direction.
【００１６】図１及び図２において、１は全体で、本発
明の水素・酸素発生装置を示している。水素・酸素発生
装置１は、基本的には、複数個（本実施例では７個）の
水素・酸素発生ブロック２、２を直列的に配設して、支
持架台３に、両端部の水素・酸素発生ブロック２を支持
架台３の取り付けブラケット３Ａ、３Ａにボルトなどで
固定することにより構成されている。なお、この場合、
図示しないが、電源より電圧および電流が、両端の水素
・酸素発生ブロック２、２のエンドプレートにそれぞれ
印加されるようになっている。In FIGS. 1 and 2, reference numeral 1 generally indicates a hydrogen / oxygen generator according to the present invention. The hydrogen / oxygen generating device 1 basically has a plurality of (7 in this embodiment) hydrogen / oxygen generating blocks 2 and 2 arranged in series, and a support base 3 is provided with hydrogen at both ends. The oxygen generating block 2 is fixed to the mounting brackets 3A, 3A of the support frame 3 with bolts or the like. In this case,
Although not shown, a voltage and a current are applied from the power source to the end plates of the hydrogen / oxygen generating blocks 2 and 2 at both ends, respectively.
【００１７】図３に示したように、各水素・酸素発生ブ
ロック２は、基本的には、円盤状の固体電解質膜１０
と、その両面に添設した円盤状の多孔質給電体２０、２
０と、両多孔質給電体２０、２０の外側に配設した陽極
及び陰極の両作用を行う円盤状の電極板３０とから構成
される複数個の円盤状の固体電解質膜セル４０，４０
を、複数個、好ましくは１１〜２０セル（本実施例では
１２セル）並設した構造のものである。As shown in FIG. 3, each hydrogen / oxygen generating block 2 basically has a disk-shaped solid electrolyte membrane 10.
And a disk-shaped porous power feeding body 20, 2 attached to both sides thereof
0, and a plurality of disk-shaped solid electrolyte membrane cells 40, 40 each of which is composed of a disk-shaped electrode plate 30 that functions as both an anode and a cathode and is disposed outside both porous power-supplying bodies 20, 20.
A plurality of cells, preferably 11 to 20 cells (12 cells in this embodiment) are arranged side by side.
【００１８】ところで、図８は水素・酸素発生装置にお
けるセル数とマニホールド内の流動状態を示すグラフで
あって、現状の膜面積モジュールでφ２５mmのマニホー
ルドを設けた装置において、定格電流にて運転した場合
をＡ−Ａ線で示している（「機械工学便覧」新版、財団
法人日本機械学会、ｐｐ．Ａ５−１５３を参考に実験し
た）。この図に示したように、セル数が１１の時に流動
状態が、層状流とプラグ流の境界となり、セル数が２０
の時に流動状態が、スラグ流とプラグ流の境界となるこ
とがわかる。すなわち、セル数が１１〜２０セルの範囲
でのみプラグ流となっており、この範囲を下回るセル数
では、層状流であり、この範囲を上回るセル数では、ス
ラグ流となってしまう。By the way, FIG. 8 is a graph showing the number of cells in the hydrogen / oxygen generator and the flow state in the manifold. In the present membrane area module, a device having a φ25 mm manifold was operated at a rated current. The case is shown by the line AA (the experiment was conducted with reference to the "Mechanical Engineering Handbook" new edition, Japan Society of Mechanical Engineers, pp. A5-153). As shown in this figure, when the number of cells is 11, the flow state becomes the boundary between the laminar flow and the plug flow, and the number of cells is 20.
It can be seen that the flow state becomes the boundary between the slug flow and the plug flow at. That is, the plug flow is only in the range of 11 to 20 cells, and the number of cells below this range is a laminar flow, and the number of cells above this range is a slug flow.
【００１９】従って、スラグ流の場合、すなわち、固体
電解質膜セル４０，４０を、２１セル以上並設した場合
には、圧力変動が激しくて圧力検出が困難であるばかり
でなく、流体による振動、騒音、圧力変動による応力変
動に起因する疲労などの装置にとって好ましくない問題
が生じることとなる。一方、層状流の場合、すなわち、
固体電解質膜セル４０，４０を、１０セル以下で並設し
た場合には、完全にガスと水に分離して流れるので、一
様な流体として扱えず、流路途中で弁又は分岐部等の断
面積が変化する部分が存在すると、そこで水とガスの比
率が大きく変化する可能性があるので、圧力制御が困難
となって、この場合にも、前述したようなスラグ流と同
様な問題が生じることとなり好ましくない。Therefore, in the case of the slag flow, that is, when the solid electrolyte membrane cells 40, 40 are arranged in parallel for 21 cells or more, not only the pressure fluctuation is great and it is difficult to detect the pressure, but also the vibration by the fluid, This causes an unfavorable problem for the device such as fatigue caused by noise and stress fluctuation due to pressure fluctuation. On the other hand, in the case of laminar flow, that is,
When the solid electrolyte membrane cells 40, 40 are arranged in parallel with each other in 10 cells or less, they are completely separated into gas and water and flow, so that they cannot be treated as a uniform fluid and a valve or a branch portion in the middle of the flow path is not treated. If there is a portion where the cross-sectional area changes, the ratio of water and gas may change significantly there, so pressure control becomes difficult, and even in this case, the same problems as with the slug flow described above are encountered. It is not desirable because it will occur.
【００２０】これに対して、プラグ流の場合、すなわ
ち、固体電解質膜セル４０，４０を、１１〜２０セル並
設した場合には、水とガスは、分離しながらも全体とし
てみれば一応混合した状態で流れているので、圧力変動
も小さいので、圧力制御が容易で、前述したようなスラ
グ流、層状流のような問題が発生することがない。On the other hand, in the case of the plug flow, that is, when the solid electrolyte membrane cells 40, 40 are arranged side by side in 11 to 20 cells, the water and the gas are temporarily mixed as a whole while being separated. Since the flow is in the above state, the pressure fluctuation is small, so that the pressure control is easy, and the problems such as the slug flow and the laminar flow described above do not occur.
【００２１】なお、各電極板３０は、複極式電極板であ
って、通電した際に電極板の表面と裏面が逆の電位とな
る単一枚の電極板である。すなわち、この場合、水を陽
極側に供給しながら電気分解することにより、陽極側で
は、２Ｈ2 Ｏ→Ｏ2 ＋４Ｈ+＋４ｅ- のような反応が起
こり酸素ガスが発生し、陰極側では、４Ｈ+ ＋４ｅ-→
２Ｈ2 の反応が起こり水素ガスが発生するものである。Each electrode plate 30 is a bipolar electrode plate, and is a single electrode plate whose electric potentials are opposite to each other when the electrodes are energized. That is, in this case, by electrolyzing while supplying water to the anode side, a reaction such as 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e − occurs on the anode side to generate oxygen gas, and 4H on the cathode side. + + 4e - →
The reaction of 2H 2 occurs and hydrogen gas is generated.
【００２２】なお、固体電解質膜１０としては、固体高
分子電解質を膜状に成形したもの、例えば、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、例え
ば、デュポン社製「ナフィオン１１７」）の両面に、貴
金属、特に、白金族金属からなる多孔質の陽極及び陰極
を、化学的に無電解メッキで接合した構造の「固体高分
子電解質膜」を使用するのが好適である。The solid electrolyte membrane 10 is formed by molding a solid polymer electrolyte into a membrane, for example, a cation exchange membrane (a fluororesin sulfonic acid cation exchange membrane, for example, "Nafion 117" manufactured by DuPont). It is preferable to use a "solid polymer electrolyte membrane" having a structure in which a porous anode and cathode made of a noble metal, particularly a platinum group metal, are chemically bonded by electroless plating on both sides.
【００２３】具体的には、水素・酸素発生ブロック２
は、一端の円盤状のエンドプレート６０、端部電極板３
０’、環状のガスケット７０、ネオフロンなどから構成
される環状の保護シート８０、固体電解質膜１０、保護
シート８０、環状のガスケット７０、中間部の電極板３
０……他端の端部電極板３０’、エンドプレート６０’
から構成されている。なお、この場合、固体電解質膜１
０と電極板３０とガスケット７０とで構成されるシール
された画室に多孔質給電体２０が収容されこれがそれぞ
れ陽極室、陰極室を形成している。また、エンドプレー
ト６０、６０’の外径は、後述するように外套部材との
締結を容易にするために、その他の構成部材よりも大き
な直径となっている。Specifically, the hydrogen / oxygen generation block 2
Is a disk-shaped end plate 60 at one end and the end electrode plate 3
0 ′, a ring-shaped gasket 70, a ring-shaped protective sheet 80 composed of NEOFLON, etc., the solid electrolyte membrane 10, a protective sheet 80, a ring-shaped gasket 70, an intermediate electrode plate 3
0 ... The other end electrode plate 30 ', end plate 60'
It consists of In this case, the solid electrolyte membrane 1
0, the electrode plate 30, and the gasket 70, the porous compartment 20 is housed in a sealed compartment, which forms an anode compartment and a cathode compartment, respectively. Further, the outer diameters of the end plates 60 and 60 'are larger than those of the other constituent members in order to facilitate the fastening with the outer jacket member as described later.
【００２４】また、各固体電解質膜セル４０には、図３
及び図４に示したように、長手（軸）方向に連通する純
水供給経路５２、水素ガス取出し経路５４、酸素ガス取
出し経路５６、ならびに水抜き用ドレン経路５８がそれ
ぞれマニホールド式に形設されている。なお、本実施例
では、複数個（７個）の水素・酸素発生ブロック２に分
割してあるので、各水素・酸素発生ブロック２内の水素
ガス取出し経路５４、酸素ガス取出し経路５６を短くす
ることが可能である。Further, each solid electrolyte membrane cell 40 has a structure shown in FIG.
As shown in FIG. 4, a pure water supply path 52, a hydrogen gas extraction path 54, an oxygen gas extraction path 56, and a drainage drain path 58, which communicate with each other in the longitudinal (axial) direction, are formed in a manifold type. ing. In this embodiment, the hydrogen / oxygen generating block 2 is divided into a plurality of (7) hydrogen / oxygen generating blocks 2. Therefore, the hydrogen gas extracting path 54 and the oxygen gas extracting path 56 in each hydrogen / oxygen generating block 2 are shortened. It is possible.
【００２５】また、図１及び図２に示したように、純水
供給経路５２は、各エンドプレート６０に設けられた純
水供給用ノズル６２から、フレキシブルホース４Ａを介
して純水供給用ヘッダー管５Ａに接続されている。同様
に、水素ガス取出し経路５４は、水素ガス取出し用ノズ
ル６４から、フレキシブルホース４Ｂを介して水素ガス
取出し用ヘッダー管５Ｂに、酸素ガス取出し経路５６
は、酸素ガス取出し用ノズル６６から、フレキシブルホ
ース４Ｃを介して酸素ガス取出し用ヘッダー管５Ｃに、
水抜き用ドレン経路５８は、水抜き用ノズル６８から、
フレキシブルホース４Ｄを介して水抜き用ヘッダー管５
Ｄに、それぞれ接続されている。Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the pure water supply path 52 is provided with a pure water supply header 62 via a flexible hose 4A from a pure water supply nozzle 62 provided in each end plate 60. It is connected to the tube 5A. Similarly, the hydrogen gas extraction path 54 is provided with an oxygen gas extraction path 56 from the hydrogen gas extraction nozzle 64 to the hydrogen gas extraction header pipe 5B via the flexible hose 4B.
From the oxygen gas extraction nozzle 66 to the oxygen gas extraction header pipe 5C via the flexible hose 4C,
The drain path 58 for draining water is provided from the nozzle 68 for draining water.
Header pipe 5 for draining water through the flexible hose 4D
D, respectively.
【００２６】さらに、図３及び図４に示したように、各
水素・酸素発生ブロック２は、隣接するエンドプレート
６０とエンドプレート６０’同士が電気的に接触、導通
するように配設されるとともに、例えば、ＦＲＰなどの
絶縁材料からなる略円筒形状の外套部材６に嵌着されて
いる。なお、外套部材６本体部６Ｃの内径は、固体電解
質膜１０、電極板３０などの水素・酸素発生ブロック２
の構成部材、特にガスケット７０の外径とほぼ一致して
おり、これにより、セル内の圧力が大気圧側よりかなり
高い場合に、そのガス圧差によって、ガスケット７０の
はみ出しによるシール機能が損なわれることを阻止する
ことが可能となる。この場合また、各外套部材６の両端
部には断面Ｌ字状のフランジ部６Ａ，６Ｂがそれぞれ外
周に向かって縁設されるとともに、このフランジ部６
Ａ，６Ｂにそれぞれエンドプレート６０とエンドプレー
ト６０’が収容され、支持架台３との絶縁性を確保する
ようになっている。そして、各外套部材６の継合に際し
ては、フランジ部６Ａ，６Ｂに、図４に示したように、
それぞれ合計８カ所の外套部材締結用ボルト孔７が設け
られており、ボルト７Ａ，７Ｂをエンドプレート６０，
６０’に設けられた対応するボルト孔に螺着することに
よって、エンドプレート６０，６０’と外套部材６を脱
着自在に締結するようになっている。また、図４に示し
たように、フランジ部６Ａには、合計４カ所のエンドプ
レート締付用ボルト孔８が設けられており、ボルト８Ａ
をエンドプレート６０，６０’に設けられた対応するボ
ルト孔に螺着することによって、エンドプレート６０，
６０’同士を締め付けて電気的な接触を確保するように
なっている。なお、このフランジ部６Ａ，６Ｂを設ける
代わりに、図５に示したように、別の絶縁部材から構成
される環状の止環部材６’をエンドプレート６０、６
０’の外周に嵌着し、ネジ６’Ａを用いて固定して、エ
ンドプレート６０、６０’と支持架台３との絶縁性を確
保するようにしてもよい。Further, as shown in FIGS. 3 and 4, each hydrogen / oxygen generating block 2 is arranged so that the adjacent end plates 60 and 60 'are electrically contacted and conducted. At the same time, for example, the outer jacket member 6 is made of an insulating material such as FRP and has a substantially cylindrical shape. The inner diameter of the body 6C of the mantle member 6 is equal to that of the hydrogen / oxygen generating block 2 such as the solid electrolyte membrane 10 and the electrode plate 30.
Of the gasket 70, particularly the outer diameter of the gasket 70, so that when the pressure in the cell is considerably higher than the atmospheric pressure side, the gas pressure difference impairs the sealing function due to the protrusion of the gasket 70. Can be prevented. In this case also, flange portions 6A and 6B having an L-shaped cross section are provided at both ends of each outer jacket member 6 toward the outer periphery, and the flange portions 6 are formed.
An end plate 60 and an end plate 60 'are housed in A and 6B, respectively, so as to ensure insulation with the support base 3. Then, when joining the respective jacket members 6, as shown in FIG.
A total of eight bolt holes 7 for fastening the outer member are provided respectively for the bolts 7A, 7B and the end plate 60,
The end plates 60, 60 'and the outer jacket member 6 are detachably fastened by being screwed into corresponding bolt holes provided in 60'. In addition, as shown in FIG. 4, the flange portion 6A is provided with a total of four end plate tightening bolt holes 8 for fastening the bolt 8A.
By screwing the end plates 60, 60 'into corresponding bolt holes provided in the end plates 60, 60'.
The 60 'are fastened together to ensure electrical contact. Instead of providing the flange portions 6A and 6B, as shown in FIG. 5, an annular snap ring member 6 ′ composed of another insulating member is attached to the end plates 60 and 6 respectively.
It may be fitted to the outer periphery of 0 ′ and fixed by using the screw 6′A to ensure the insulation between the end plates 60, 60 ′ and the support base 3.
【００２７】なお、図３及び図４において、９はセッテ
ィングピンであって、各水素・酸素発生ブロック２の各
構成部材に長手方向（軸方向）に設けられたセッティン
グ孔９Ａに挿通して、固体電解質膜１０、電極板３０な
どの水素・酸素発生ブロック２の構成部材の位置を固定
して、本装置の組立を容易にするものである。3 and 4, a setting pin 9 is inserted into a setting hole 9A provided in each constituent member of each hydrogen / oxygen generating block 2 in a longitudinal direction (axial direction). The positions of the constituent members of the hydrogen / oxygen generating block 2, such as the solid electrolyte membrane 10 and the electrode plate 30, are fixed to facilitate the assembly of this device.
【００２８】このように構成される本発明の水素・酸素
発生装置１は、純水供給系（図示せず）から純水供給用
ヘッダー管５Ａ、フレキシブルホース４Ａを介して、各
水素・酸素発生ブロック２のエンドプレート６０に設け
られた純水供給用ノズル６２から、純水供給経路５２よ
り、純水が陽極室に収容された多孔質給電体２０に供給
される。そして、この陽極室に供給された純水が、固体
電解質膜１０の陽極側において電気分解されて、２Ｈ2
Ｏ→Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- のような反応が起こり、酸素
ガスが発生し、発生した酸素ガスと純水は、酸素ガス取
出し経路５６を介して、各水素・酸素発生ブロック２の
エンドプレート６０に設けられた酸素ガス取出し用ノズ
ル６６から、フレキシブルホース４Ｃを介して酸素ガス
取出し用ヘッダー管５Ｃより、水と発生酸素ガスが取り
出され、気液分離装置（図示せず）において酸素ガスが
取り出される。The hydrogen / oxygen generating device 1 of the present invention having the above-mentioned structure generates hydrogen / oxygen from a pure water supply system (not shown) through the pure water supply header pipe 5A and the flexible hose 4A. Pure water is supplied from the pure water supply passage 52 from the pure water supply nozzle 62 provided on the end plate 60 of the block 2 to the porous power feeder 20 housed in the anode chamber. Then, the pure water supplied to this anode chamber is electrolyzed on the anode side of the solid electrolyte membrane 10 to generate 2H 2
A reaction such as O → O 2 + 4H + + 4e − occurs, oxygen gas is generated, and the generated oxygen gas and pure water are supplied to the end plate 60 of each hydrogen / oxygen generation block 2 via the oxygen gas extraction path 56. Water and generated oxygen gas are taken out from the oxygen gas taking-out nozzle 66 provided in the above through the flexible hose 4C and the oxygen gas taking-out header pipe 5C, and the oxygen gas is taken out in the gas-liquid separation device (not shown). Be done.
【００２９】一方、陰極側においては、固体電解質膜１
０をＨ+ が通過して、固体電解質膜１０の陰極側におい
て電気分解されて、４Ｈ+ ＋４ｅ- →２Ｈ2 の反応が起
こり水素ガスが発生し、水素ガス取出し経路５４を介し
て、各水素・酸素発生ブロック２のエンドプレート６０
に設けられた水素ガス取出し用ノズル６４からフレキシ
ブルホース４Ｂを介して。水素ガス取出し用ヘッダー管
５Ｂより、気液分離装置（図示せず）において水素ガス
が取り出される。On the other hand, on the cathode side, the solid electrolyte membrane 1
H + passes through 0 and is electrolyzed on the cathode side of the solid electrolyte membrane 10 to cause a reaction of 4H + + 4e − → 2H 2 to generate hydrogen gas, and each hydrogen is discharged through the hydrogen gas extraction path 54.・ End plate 60 of oxygen generation block 2
Via the flexible gas hose 4B from the hydrogen gas extraction nozzle 64 provided in the. Hydrogen gas is taken out from the header tube 5B for taking out hydrogen gas in a gas-liquid separator (not shown).
【００３０】さらに、各水素・酸素発生ブロック２の陰
極室に溜まった純水が、水抜き用ドレン経路５８を介し
て、各水素・酸素発生ブロック２のエンドプレート６０
に設けられた水抜き用ドレンノズル６８から、フレキシ
ブルホース４Ｄを介して水抜き用ヘッダー管５Ｄより、
純水が取り出されるようになっている。Further, the pure water accumulated in the cathode chamber of each hydrogen / oxygen generating block 2 is passed through the drain channel 58 for draining water to the end plate 60 of each hydrogen / oxygen generating block 2.
From the drain nozzle 68 for draining water provided in, through the header pipe 5D for draining through the flexible hose 4D,
Pure water is taken out.
【００３１】[0031]
【発明の効果】本発明の水素・酸素発生装置によれば、
複数の水素・酸素発生ブロックを直列的に配設し、しか
も各水素・酸素発生ブロックを絶縁材料からなる外套部
材に嵌着するとともに、各外套部材相互を脱着自在に継
合したので、下記のような特有で顕著な作用効果を奏す
る優れた発明である。According to the hydrogen / oxygen generator of the present invention,
Since a plurality of hydrogen / oxygen generating blocks are arranged in series and each hydrogen / oxygen generating block is fitted to the outer jacket member made of an insulating material and the outer jacket members are detachably joined together, It is an excellent invention which has such a unique and remarkable effect.
【００３２】（１）複数個の水素・酸素発生ブロックに
分割して、固体電解質膜セルの数を減少させてあるの
で、各ブロックのマニホールド式のガス取り出し経路が
短くなり、固体電解質膜セル内でガスと水の流路の距離
が短くなるので、陽極側で発生した水を含む酸素ガスの
流れの状態がプラグ流れとなり、圧力変動が小さく圧力
制御が容易で、振動などの発生などの問題が生ずること
がない。(1) Since the number of solid electrolyte membrane cells is reduced by dividing into a plurality of hydrogen / oxygen generating blocks, the manifold type gas extraction path of each block is shortened, and the solid electrolyte membrane cells are Since the distance between the gas and water flow paths becomes short, the flow state of oxygen gas containing water generated on the anode side becomes plug flow, pressure fluctuation is small and pressure control is easy, and problems such as vibration occur. Does not occur.
【００３３】（２）各水素・酸素発生ブロックを絶縁材
料からなる外套部材に嵌着してあるので、支持架台上に
配設する場合にも、支持架台との絶縁性が良好で、且
つ、水電解セルの多孔質給電体の外周に配設したガスケ
ットが、水電解セル内の圧力が大気圧側よりかなり高い
場合にも、そのガス圧差によってはみ出す可能性がな
く、シール機能が損なわれずに高圧で操業可能である。(2) Since each of the hydrogen / oxygen generating blocks is fitted to the outer cover member made of an insulating material, the insulating property with the support base is good even when it is arranged on the support base. Even if the pressure inside the water electrolysis cell is considerably higher than the atmospheric pressure side, the gasket placed on the outer periphery of the porous electrolyzer of the water electrolysis cell will not protrude due to the gas pressure difference, and the sealing function will not be impaired. It can be operated at high pressure.
【００３４】（３）各外套部材相互を脱着自在に継合し
たので、万一故障などが発生した場合などにおいても装
置全体を取り外して交換する必要とがなく、故障部分の
水素・酸素発生ブロックのみを交換すれば良く、また、
各ブロックについて水圧テスト、気密テストを実施する
ことが可能である。(3) Since the respective jacket members are detachably connected to each other, it is not necessary to remove and replace the entire apparatus in the event of a failure or the like, and the hydrogen / oxygen generation block at the failed portion Only need to be replaced,
It is possible to carry out water pressure test and airtight test for each block.
【図１】図１は、本発明の水素・酸素発生装置の一実施
例の側面図である。FIG. 1 is a side view of an embodiment of a hydrogen / oxygen generator of the present invention.
【図２】図２は、図１のＡ方向端面図である。FIG. 2 is an end view in the A direction of FIG.
【図３】図３は、図１の水素・酸素発生装置の部分拡大
断面図である。3 is a partially enlarged cross-sectional view of the hydrogen / oxygen generator of FIG.
【図４】図４は、図３のＣ−Ｃ線方向の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG.
【図５】図５は、エンドプレートの締結状態の別の実施
例を示す部分拡大断面図である。FIG. 5 is a partially enlarged cross-sectional view showing another embodiment of the fastening state of the end plates.
【図６】図６は、従来の水素・酸素発生装置の分解斜視
図である。FIG. 6 is an exploded perspective view of a conventional hydrogen / oxygen generator.
【図７】図７は、従来の水素・酸素発生装置の拡大縦断
面図である。FIG. 7 is an enlarged vertical sectional view of a conventional hydrogen / oxygen generator.
【図８】図８は、水素・酸素発生装置におけるセル数と
マニホールド内の流動状態を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing the number of cells and the flow state in the manifold in the hydrogen / oxygen generator.
１・・・水素・酸素発生装置 ２・・・水素・酸素発生ブロック ３・・・支持架台 ３Ａ，３Ｂ・・・取り付けブラケット ４Ａ〜４Ｃ・・・フレキシブルホース ５Ａ・・・純水供給用ヘッダー管 ５Ｂ・・・水素ガス取出し用ヘッダー管 ５Ｃ・・・酸素ガス取出し用ヘッダー管 ５Ｄ・・・水抜き用ヘッダー管 ６・・・外套部材 ６Ａ，６Ｂ・・・フランジ部 ７・・・外套部材締結用ボルト孔 ７Ａ，７Ｂ・・・ボルト ８・・・エンドプレート締付用ボルト孔 ９・・・セッテッィングピン １０・・・固体電解質膜 ２０・・・多孔質給電体 ３０・・・電極板 ３０’・・・端部電極板 ４０・・・固体電解質膜セル ５２・・・純水供給経路 ５４・・・水素ガス取出し経路 ５６・・・酸素ガス取出し経路 ５８・・・水抜き用ドレン経路 ６０、６０’・・・エンドプレート ６２・・・純水供給用ノズル ６４・・・水素ガス取出し用ノズル ６６・・・酸素ガス取出し用ノズル ６８・・・水抜き用ノズル ７０・・・ガスケット ７０’・・・端部ガスケット ８０・・・保護シート １１０・・・固体電解質膜 １２０・・・多孔質給電体 １３０・・・電極板 １４０・・・固体電解質膜セル 1 ... Hydrogen / oxygen generator 2 ... Hydrogen / oxygen generation block 3 ... Support stand 3A, 3B ... Mounting bracket 4A-4C ... Flexible hose 5A: Header pipe for pure water supply 5B ... Header tube for hydrogen gas extraction 5C ... Header tube for oxygen gas extraction 5D: Header pipe for draining water 6 ... Jacket member 6A, 6B ... Flange part 7 ... Bolt hole for fastening the outer member 7A, 7B ... Bolt 8: Bolt hole for tightening the end plate 9 ... Setting pin 10 ... Solid electrolyte membrane 20 ... Porous power feeder 30 ... Electrode plate 30 '... end electrode plate 40 ... Solid electrolyte membrane cell 52 ... Pure water supply path 54 ... Hydrogen gas extraction route 56 ... Oxygen gas extraction route 58 ... Drain path for draining water 60, 60 '... End plate 62 ... Pure water supply nozzle 64 ... Nozzle for extracting hydrogen gas 66 ... Nozzle for extracting oxygen gas 68 ... Draining nozzle 70 ... Gasket 70 '... end gasket 80 ... Protection sheet 110 ... Solid electrolyte membrane 120 ... Porous power feeder 130: Electrode plate 140 ... Solid electrolyte membrane cell
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小田 博通 兵庫県加古川市野口町野口129−46 Ｃ −502 (72)発明者 小林 宏子 兵庫県神戸市長田区名倉町５丁目８番11 号 (72)発明者 長尾 衛 大阪府大阪市東淀川区井高野２丁目７番 18−102号 (72)発明者 浅利 明 兵庫県神戸市東灘区本山中町４丁目10の 20 (72)発明者 原田 宙幸 東京都練馬区西大泉２−25−43 (56)参考文献 特開 平７−252682（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−152674（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−296078（ＪＰ，Ａ) 特表 昭63−502908（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C25B 9/18 C25B 1/10 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hiromichi Oda 129-46 C-502 Noguchi-machi, Kakogawa-shi, Hyogo Prefecture 502 (72) Hiroko Kobayashi 5-8-11 Nagura-cho, Nagata-ku, Kobe-shi, Hyogo (72) ) Inventor Mamoru Nagao 2-7-18-102, Itakano, Higashiyodogawa-ku, Osaka-shi, Osaka (72) Inventor Akira Asari 4-10, Motoyama-nakacho, Higashinada-ku, Kobe, Hyogo Prefecture (72) Inventor, Sachiyuki Harada, Tokyo 2-25-43 Nishioizumi, Nerima-ku, Tokyo (56) Reference JP-A-7-252682 (JP, A) JP-A-54-152674 (JP, A) JP-A-8-296078 (JP, A) Special Table Sho 63-502908 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) C25B 9/18 C25B 1/10
Claims (3)
孔質給電体と、両多孔質給電体の外側に配設した陽極及
び陰極の両作用を行う複極式の電極板とから構成される
複数個の固体電解質膜セルを積層し、且つその両端部に
エンドプレートを配設して一体化した構造の複極式の水
素・酸素発生ブロックを、複数個直列的に配設してなる
水素・酸素発生装置であって、 前記各水素・酸素発生ブロックを絶縁材料からなる外套
部材に嵌着するとともに、各外套部材相互を脱着自在に
継合したことを特徴とする水素・酸素発生装置。1. A solid electrolyte membrane, a porous power feeding body provided on both sides of the solid electrolyte membrane, and a bipolar electrode plate disposed on the outside of both porous power feeding bodies for performing both functions of an anode and a cathode. Multiple solid electrolyte membrane cells are stacked, and end plates are arranged at both ends of the solid electrolyte membrane cells to form a united bipolar hydrogen / oxygen generation block, which are arranged in series. A hydrogen / oxygen generating device comprising: the hydrogen / oxygen generating block, wherein each of the hydrogen / oxygen generating blocks is fitted to an outer jacket member made of an insulating material, and the outer jacket members are detachably joined to each other. apparatus.
プレート間同士を電気的に導通して、両端の水素・酸素
発生ブロックのエンドプレートに通電するように構成し
たことを特徴とする請求項１に記載の水素・酸素発生装
置。2. The hydrogen / oxygen generating blocks are electrically connected to each other so that the end plates of the hydrogen / oxygen generating blocks are electrically connected to each other. The hydrogen / oxygen generator described in.
材の両端部に設けたフランジ部間を螺子部材によって脱
着自在に継合したことを特徴とする請求項１又は２のい
ずれかに記載の水素・酸素発生装置。3. The screw according to claim 1, wherein the end plates are mutually joined by a screw member between flange portions provided at both ends of each outer member. Hydrogen / oxygen generator.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP28334095A JP3487696B2 (en) | 1995-10-31 | 1995-10-31 | Hydrogen / oxygen generator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28334095A JP3487696B2 (en) | 1995-10-31 | 1995-10-31 | Hydrogen / oxygen generator |
Publications (2)
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| JPH09125277A JPH09125277A (en) | 1997-05-13 |
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ID=17664223
Family Applications (1)
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Country Status (1)
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1995
- 1995-10-31 JP JP28334095A patent/JP3487696B2/en not_active Expired - Lifetime
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