JP3599488B2

JP3599488B2 - Gas reaction cell

Info

Publication number: JP3599488B2
Application number: JP18302396A
Authority: JP
Inventors: 宏子小林; 清司平井; 明子三宅; 信一安井; 輝行森岡
Original assignee: Kobelco Eco Solutions Co Ltd
Current assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1996-07-12
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2016-07-12
Also published as: JPH1025586A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガス反応用セルに関する。さらに詳しくは、高純度の水素ガスおよび酸素ガスを得るためにおよびオゾンガスを得るために水を電気分解したり、電力を得るために水素ガスと酸素ガスとを反応させたりするためのガス反応用セルであって、ガス反応用セル自身の内外およびガス反応用セルに形成されたマニホールドの内外それぞれのシール性能が向上したガス反応用セルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５および図６には、水素酸素発生装置の主要構成機器である電解セル（ガス反応用セルの一種）６０が示されており、この電解セル６０は通常円柱形を呈している。なお、長方形断面のものや正方形断面のものもある。そして、正負両電極板のあいだに電解質膜によって仕切られた酸素ガス発生室と水素ガス発生室とを有し、これらガス発生室の周囲をガスケット等の部材によって囲まれたものである。図５は組み立て後を示し、図６は組み立て前を示す。図中、６１は電極板であり、６２は固体電解質膜である。６３は多孔質給電体であり、６４はガスケット、６５は保護シートである。そして、６６は水素ガス取り出し用のマニホールド、６６ａは水素ガス取り出し経路、６７は酸素ガス取り出し用のマニホールド、６７ａは酸素ガス取り出し経路、６８は純水供給用のマニホールド（図６参照）であり、６８ａは純水供給経路である（図６参照）。６９ａおよび６９ｂは端板である。
【０００３】
図５に示すようにボルト７０によって叙上の各部品類を両端板６９ａ、６９ｂで挟持するように締結して電解セル６０が組み立てられる。なお、多孔質給電体６３の部分が酸素ガス発生室および水素ガス発生室となる。
【０００４】
電解セル６０では、供給された純水が電気分解され、酸素ガス発生室では酸素ガスＯ_２が発生し、水素ガス発生室では水素ガスＨ_２が発生している。発生した酸素ガスＯ_２は酸素ガス取り出し経路６７ａから酸素ガス取り出し用のマニホールド６７を通して取り出され、その後、除湿されて収集される。一方、発生した水素ガスＨ_２は水素ガス取り出し経路６６ａから水素ガス取り出し用のマニホールド６６を通して取り出され、その後、除湿されて収集される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
叙上のごとく構成された電解セル６０では、前記ガスケット６４としてシリコン樹脂やフッ素樹脂を主成分とする柔軟な材料が用いられる。これは、気密性に優れ且つ耐水性や絶縁性にも優れているからである。
【０００６】
そして、ガスケット６４は円輪状を呈しており、ボルト７０締結によってほぼ均一なシール面圧が発生するが、図６に示すように各マニホールド６６、６７、６８内周縁とガスケット６４外縁とのあいだの距離Ｗ１と、他の部分におけるガスケット６４内周縁と外周縁との距離Ｗ２とはかなり寸法が異なり、シール性能にばらつきが生じる。さらに、シールに必要な面圧を生じさせるためには、ボルト締付トルクは幅の広い部分Ｗ２に応じた大きな値とする必要がある。
【０００７】
その結果、ガスケット６４における各マニホールド６６、６７、６８の外方の前記狭い幅の部分Ｗ１については変形するおそれがある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
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、ガスケット幅を均一にしたものである。すなわち、ガスケットのマニホールド外周部分の幅と、その他の部分の幅をほぼ同一にするために、ガスケットにおけるマニホールド形成部を凸片として残し、その他の部分の外周側を切除してガスケット幅を狭くしたものである。
【０００９】
その結果、ボルト締結によるガスケットの面圧およびシール幅がともに均一となり、ボルトの過大締付を防止して良好なシール性能を得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のガス反応用セルは、
正負の両電極板のあいだに電解質膜によって仕切られた陽極室と陰極室とを有するガス反応用セルであって、
セル部材の外周近傍にセル軸方向に連通される流体流通用のマニホールドが穿孔されており、該マニホールドの外周を覆うようにマニホールドの長手方向に沿って突条が形成されれており、
前記セル部材の両端に配設されてセル部材を挟持するための一対の端板が、前記セル部材のマニホールド形成部の最外端を包絡する形状またはそれより外方に拡大した形状にされており、該両端板同士がセル部材の軸方向に配設される複数本のボルトによって前記セル部材を挟圧するように構成されており、前記複数本のボルトがマニホールド形成部同士のあいだに、セル部材の周方向に沿って整列されている。
【００１１】
したがって、電極板も含めて端板間の全ての部材についてその外形が同一になることにより、外面に狭い隙間が生じないので、たとえば高圧型水素酸素発生装置のようにガス反応用セルを純水に水没させる場合でも、隙間に純水が澱んで純水中の溶解物濃度が上昇することによるガス純度の低下、漏電という心配がない。また、セル部材の外周部を部分的に切除したことになるのでガス反応用セルの全体が軽量且つコンパクトになる。さらに、加工性の向上、組立工数の低減およびシール性の確保という点で好ましい。
【００１２】
また、本発明のガス反応用セルは、
正負の両電極板のあいだに電解質膜によって仕切られた陽極室および陰極室と、該陽極室および陰極室をそれぞれ外部から隔離するための実質的に円輪状を呈するガスケットとを有するガス反応用セルであって、
セル部材の外周近傍にセル軸方向に連通される流体流通用のマニホールドが穿孔されており、少なくとも前記電解質膜およびガスケットに前記マニホールド用の孔の外周を覆う凸片状部を残して外周近傍が切除された形状に形成されてなることを特徴としている。
【００１３】
かかる構成によって、本発明のガス反応用セルは、ガスケットの幅をほぼ均一に狭くすることができたので、ガスケットの良好なシール性能をうることができる。
【００１４】
このガス反応用セルにおいて、
前記電解質膜と前記ガスケットとのあいだに介装された、電解質膜を保護するための実質的に円輪状を呈する保護シートをさらに備え、該保護シートまたは電極板をも前記マニホールド用の孔の外周を覆う凸片状部を残して外周近傍が切除された形状に形成するのも、やはり、シール性能の向上が図れ、さらにガス反応用セルの全体が軽量且つコンパクトにされうる。
【００１５】
加えて、前記電極板および保護シートともに前記マニホールド用の孔の外周を覆う凸片状部を残して外周近傍が切除された形状に形成されたものにあっても同様の効果を奏しうる。また、ガスケットに対応して、保護シートや電解質膜等もその幅がほぼ均一に狭くなるので、熱膨張やそれに伴う熱応力、含水率の不均一による伸縮等に起因する種々の事項に対しても合理的に対応することとなり、好ましいものである。
【００１６】
叙上のガス反応用セルにおいて、
前記セル部材の両端に配設されてセル部材を挟持するための一対の端板が、前記セル部材のマニホールド形成部の最外端を包絡する形状またはそれより外方に拡大した形状にされており、該両端板同士がセル部材の軸方向に配設される複数本のボルトによって前記セル部材を挟圧するように構成されており、前記複数本のボルトがマニホールド形成部同士のあいだに、セル部材の周方向に沿って整列されたものにあっては、加工性の向上、組立工数の低減およびシール性の確保という点で好ましい。
【００１７】
なお、特許請求の範囲でいう「流体流通用マニホールド」とは、たとえば水素酸素発生装置にあっては、発生した水素ガスや酸素ガスの取り出し用マニホールドの他、純水供給用マニホールド、また、オゾンガス発生装置にあってはオゾンガスや水素ガスの取り出し用マニホールドの他、純水供給用マニホールド、さらには、燃料電池にあっては、水素ガスや酸素ガスの供給用マニホールドや水の排出用しマニホールド、また、必要に応じて形成される水抜き用のマニホールド等を含むものである。
【００１８】
また、ガス反応とは、上述のように、ガス同士を反応させて水等の他の物質に変化させる反応も、逆に水等を電気分解してガスを得る反応も含む意味に用いている。
【００１９】
【実施例】
つぎに、添付図面に示された実施例を参照しつつ本発明のガス反応用セルを説明する。
【００２０】
図１は本発明のガス反応用セルの一実施例を示す斜視図、図２は図１のガス反応用セルの組立前斜視図、図３は本発明のガス反応用セルの他の実施例を示す組立前斜視図、図４は図３のガス反応用セルのＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【００２１】
図１および図２に示すのは水素酸素発生装置に用いられる、純水の電気分解用のガス反応用セル（以下、電解セルという）１であって、一対の端板２間にセル部材３が配設され、締付ボルト４（図２では省略している）によって圧縮固定されている。
【００２２】
前記セル部材３は、酸素ガス発生室（特許請求の範囲でいう陽極室）と水素ガス発生室（特許請求の範囲でいう陰極室）とを仕切る固体電解質膜５、その両側に配設される保護シート６と、両保護シート６の外側それぞれに配設される多孔質給電体７と、両多孔質給電体７の外側それぞれに配設されるガスケット８と、両ガスケット８の外側それぞれに配設される電極板９とから構成されたユニットが複数段に積層されたものである。図２は一ユニットのみを示している。電極板９は隣接ユニットと共用されている。
【００２３】
各多孔質給電体７はそれぞれ酸素ガス発生室と水素ガス発生室とを構成するものである。保護シート６は固体電解質膜５を保護するためにこれを挟持するものである。
【００２４】
図２中、１１は酸素ガス取り出し用のマニホールド、１１ａは酸素ガス取り出し経路、１２は水素ガス取り出し用のマニホールド、１３は純水供給用のマニホールド、１３ａは純水供給経路である。本図では水素ガス取り出し経路は表されていないが、酸素ガス取り出し経路１１ａと同様の構成で、図示の電極板９の裏側に形成されている。
【００２５】
図２に示すように、各セル部材３の外周部には各マニホールド１１、１２、１３が形成された凸片部１４が外方へ突設されている。換言すれば、各セル部材３における隣接するマニホールド間の外周部は、幅を狭くするために切除されている。この切除部を図１および図２において符号Ｓで示す。なお、前記多孔質給電体７は各ガス発生室構成するものであるため、セル部材３の外形を構成しないので、前記切除部Ｓは形成しない。
【００２６】
その結果前記凸片部１４は、図１に示すように電解セル１の外周面にマニホールド形成部がセル軸方向に延設された突条１５として表れる。各ガス用のマニホールド１１、１２は電解セル１の外部へ発生ガスを取り出すための取り出し管１６に連通している。１７で示す管は純水供給管であり、純水供給用のマニホールド１３に連通している。もう一本の管１８は装置を分解するときに電解セル１中の水を抜くための水抜き管である。
【００２７】
図２に示す実施例では、マニホールドの断面が円形を呈し、それに対応して突条１５の断面がほぼ半円形を呈しているが、とくにこの形状に限定されることはなく、たとえば、多角形状断面や楕円形状断面のマニホールドであってもよく、突条の断面もそれに応じて相似形のもの（半分ではあるが）としてもよい。
【００２８】
叙上のごとく形成された電解セル１は、その円輪状を呈するガスケット８が狭くほぼ均一な幅となるのでシール性が向上する。すなわち、図２において、各マニホールド１１、１２、１３内周縁とガスケット８外縁とのあいだの距離Ｗ１と、他の部分におけるガスケット８内周縁と外周縁との距離Ｗ２とはほぼ同一の寸法となる。
【００２９】
また、図１に示すように、締付ボルト４を隣接突条１５間に配設するため、その配設円周の直径が小さくなり、電解セル１全体が軽量且つコンパクトなものとなる。
【００３０】
図３および図４には電極板２９を円形のままとした電解セル２１が示されている。すなわち、固体電解質膜５、ガスケット８および保護シート６は前記切除部Ｓが形成されている。なお、図４に示すのは、セル部材３の一ユニットだけであり、電解セル２１のちょうど外周切除部Ｓを通る直径線で切断した断面図であるため、各マニホールド１１、１２、１３および経路１１ａ、１３ａは表れていない。図示の孔２２は締結ボルト用のボルト孔である。
【００３１】
これは、一般に電極板はチタン板から形成されており、厚肉のチタン板の場合は表裏面の平滑性を維持しつつ凸片を残した形状に加工するのが困難な場合があるために円形のまま用いるものである。したがって、電極板２９には締付ボルト用孔が穿孔されており、電解セルの直径は図１〜２の電解セル１の直径と変わらない。つまり、電極板２９の形状の相違を除いては図１および図２の電解セル１と共通する。
【００３２】
この電解セル２１も、ガスケット８の幅が狭くほぼ均一であるためにシール性が向上する点という効果は前記電解セル１と共通し、また軽量化もされうる。
【００３３】
しかし、高圧型水素酸素発生装置のように、電解セルが純水中に没する装置に用いる場合には図１〜２に示す電解セル１が望ましい。
【００３４】
なぜなら、図３の電解セル２１は、円形の隣接電極板２９間に凸片部付きの部材が挟持されているため、電解セル２１の外周面に前記切除部Ｓが狭い隙間となって表れる（図４参照）。したがって、この隙間に入った純水はそこに澱んで移動しないことも起こりうる。その場合、純水に僅かに溶出した電解セルの部品材質（以下、溶質という）もそこに留まってそこの純水に若干の導電性を生ぜしめる可能性があるからである。図１〜２の電解セル１では純水の澱む隙間がなく、たとえ電解セルの部品材質が溶出したとしても、純水の循環によって拡散されて溶質濃度は無視しうる程度となり、純水に導電性が生じるおそれがない。
【００３５】
もちろん、図３の電解セル２１も、水没させない低圧型水素酸素発生装置に使用する場合には、前述のとおりシール性の向上という図１〜２の電解セル１と同じ作用効果を奏しうる。
【００３６】
さらに、図示してはいないが、シール性の向上を図るためにはガスケット８と固体電解質膜５のみについて前記切除部Ｓを形成し、他の部材については図３に示す電極板２９と同様な形状としてもよい。または、ガスケット８と固体電解質膜５と電極板９のみについて前記切除部Ｓを形成したものでもよい。
【００３７】
なお、本実施例の電解セルにおける電極板は単一枚の板材を例示したが、本発明ではとくに単一板材に限定されることはなく、たとえば、電極板の製造容易性、製造コストの低廉化および軽量コンパクト化等を目的として三枚の板材から形成される電極板（本出願人によって既に特願平８−７１７６２号において提案している）を有するセルにも適用可能であり、さらには二枚の板材や四枚以上の板材から形成される電極板を有するセルにも適用可能である。
【００３８】
つぎに、前記固体電解質膜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２００Ａ／ｄｍ^２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。ちなみに、たとえば従来の、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５０〜７０Ａ／ｄｍ^２程度の電流密度である。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。
【００３９】
また、本発明は、実施例であげた水素酸素発生装置のみならず、燃料電池用やオゾンガス発生装置用のガス反応用セルにも適用可能である。
【００４０】
【発明の効果】
本発明のガス反応用セルによれば、
ガスケットの幅をほぼ均一に狭くすることができたので、ガスケットの良好なシール性能をうることができる。また、セル部材の外周部を部分的に切除したのでセルの全体が軽量且つコンパクトになる。
【００４１】
さらに、他の部品もガスケットの外形状に合わせることにより、セルの外周面に隙間が生じず、高圧型水素酸素発生装置等においては、純水が澱む部位がないため好ましいものとなる。
【００４２】
加えて、他の輪状部材もガスケットに合わせて幅を狭く均一にすることにより、熱膨張やそれに伴う熱応力、含水率の不均一による伸縮等に起因する種々の事項に対しても合理的に対応することとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガス反応用セルの一実施例を示す斜視図である。
【図２】図１のガス反応用セルの組立前斜視図である。
【図３】本発明のガス反応用セルの他の実施例を示す組立前斜視図である。
【図４】図３のガス反応用セルのＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】従来の電解セルの一例を示す断面図である。
【図６】図５の電解セルの組立前斜視図である。
【符号の説明】
１、２１・・・電解セル
２・・・端板
３・・・セル部材
４・・・締付ボルト
５・・・固体電解質膜
６・・・保護シート
７・・・多孔質給電体
８・・・ガスケット
９、２９・・・電極板
１１・・・酸素ガス取り出し用マニホールド
１２・・・水素ガス取り出し用マニホールド
１３・・・純水供給用マニホールド
１４・・・凸片部
１５・・・突条[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas reaction cell. More specifically, a gas reaction for electrolyzing water to obtain high-purity hydrogen gas and oxygen gas and for obtaining ozone gas, and for reacting hydrogen gas and oxygen gas to obtain electric power. The present invention relates to a gas reaction cell having improved sealing performance inside and outside a gas reaction cell itself and inside and outside a manifold formed in the gas reaction cell.
[0002]
[Prior art]
5 and 6 show an electrolysis cell (a type of gas reaction cell) 60 which is a main component of the hydrogen oxygen generator, and this electrolysis cell 60 usually has a columnar shape. Note that there are also rectangular cross-sections and square cross-sections. An oxygen gas generating chamber and a hydrogen gas generating chamber are separated between the positive and negative electrode plates by an electrolyte membrane, and these gas generating chambers are surrounded by members such as gaskets. FIG. 5 shows the state after assembling, and FIG. 6 shows the state before assembling. In the figure, 61 is an electrode plate, and 62 is a solid electrolyte membrane. 63 is a porous power supply, 64 is a gasket, and 65 is a protective sheet. 66 is a manifold for taking out hydrogen gas, 66a is a hydrogen gas taking-out path, 67 is a manifold for taking out oxygen gas, 67a is an oxygen gas taking-out path, 68 is a manifold for supplying pure water (see FIG. 6), Reference numeral 68a denotes a pure water supply path (see FIG. 6). 69a and 69b are end plates.
[0003]
As shown in FIG. 5, the components described above are fastened by bolts 70 so as to be sandwiched between both end plates 69a and 69b, and the electrolytic cell 60 is assembled. The porous power supply 63 serves as an oxygen gas generation chamber and a hydrogen gas generation chamber.
[0004]
In the electrolytic cell 60, the supplied pure water is electrolyzed, oxygen gas O ₂ is generated in the oxygen gas generation chamber, and hydrogen gas H ₂ is generated in the hydrogen gas generation chamber. The generated oxygen gas O ₂ is taken out from the oxygen gas take-out path 67 a through the oxygen gas take-out manifold 67, and then dehumidified and collected. On the other hand, the hydrogen gas H ₂ generated is removed through the manifold 66 for the hydrogen gas removed from the hydrogen gas taking-out passage 66a, and is then collected dehumidified.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the electrolytic cell 60 configured as described above, the gasket 64 is made of a flexible material containing silicon resin or fluorine resin as a main component. This is because they are excellent in airtightness and also excellent in water resistance and insulation.
[0006]
The gasket 64 has an annular shape, and a substantially uniform sealing surface pressure is generated by fastening the bolt 70. However, as shown in FIG. 6, the gap between the inner peripheral edge of each of the manifolds 66, 67, 68 and the outer edge of the gasket 64. The distance W1 and the distance W2 between the inner peripheral edge and the outer peripheral edge of the gasket 64 in other portions have considerably different dimensions, and the sealing performance varies. Further, in order to generate the necessary surface pressure for the seal, the bolt tightening torque needs to be a large value corresponding to the wide portion W2.
[0007]
As a result, the narrow width portion W1 outside the manifolds 66, 67, 68 in the gasket 64 may be deformed.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve such a problem, and has a uniform gasket width. That is, in order to make the width of the outer peripheral portion of the manifold of the gasket substantially equal to the width of the other portion, the manifold forming portion in the gasket was left as a convex piece, and the outer peripheral side of the other portion was cut off to reduce the gasket width. Things .
[0009]
As a result, both the gasket surface pressure and the seal width due to the bolt fastening become uniform, so that excessive tightening of the bolts can be prevented and good sealing performance can be obtained.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The gas reaction cell of the present invention,
A gas reaction cell having an anode compartment and a cathode compartment separated by an electrolyte membrane between the positive and negative electrode plates,
A manifold for fluid flow communicated in the cell axis direction near the outer periphery of the cell member is perforated, and a ridge is formed along the longitudinal direction of the manifold so as to cover the outer periphery of the manifold ,
A pair of end plates disposed at both ends of the cell member for sandwiching the cell member are formed into a shape enclosing the outermost end of the manifold forming portion of the cell member or a shape expanded outwardly therefrom. The two end plates are configured to pinch the cell member with a plurality of bolts disposed in the axial direction of the cell member, and the plurality of bolts are disposed between the manifold forming portions. They are aligned along the circumferential direction of the member.
[0011]
Therefore, since the outer shape of all members between the end plates including the electrode plate is the same, no narrow gap is formed on the outer surface. For example, the gas reaction cell is connected to pure water as in a high-pressure hydrogen oxygen generator. Even when submerged in water, there is no concern that the purity of the dissolved water in the pure water increases due to the stagnation of pure water in the gaps, resulting in a decrease in gas purity and leakage. Further, since the outer peripheral portion of the cell member is partially cut off, the entire gas reaction cell becomes light and compact. Furthermore, it is preferable in terms of improving workability, reducing the number of assembling steps, and ensuring sealing performance.
[0012]
Further, the gas reaction cell of the present invention,
A gas reaction cell having an anode chamber and a cathode chamber separated by an electrolyte membrane between both positive and negative electrode plates, and a substantially annular gasket for isolating the anode chamber and the cathode chamber from the outside, respectively. And
A fluid flow manifold communicated in the cell axis direction is perforated near the outer periphery of the cell member, and at least the electrolyte membrane and the gasket have a protruding portion covering the outer periphery of the manifold hole. It is characterized in that it is formed in a cut-off shape.
[0013]
With such a configuration, in the gas reaction cell of the present invention, the width of the gasket can be reduced substantially uniformly, so that good sealing performance of the gasket can be obtained.
[0014]
In this gas reaction cell,
A substantially annular protection sheet interposed between the electrolyte membrane and the gasket for protecting the electrolyte membrane, wherein the protection sheet or the electrode plate is also provided on the outer periphery of the manifold hole. Is formed in a shape in which the vicinity of the outer periphery is cut away while leaving the convex piece-like portion which covers the gasket, the sealing performance can be improved, and the entire gas reaction cell can be made lighter and more compact.
[0015]
In addition, the same effect can be obtained even when the electrode plate and the protective sheet are formed in a shape in which the vicinity of the outer periphery is cut away except the convex piece portion covering the outer periphery of the manifold hole. In addition, since the width of the protective sheet and the electrolyte membrane, etc., is almost uniformly narrowed corresponding to the gasket, various problems caused by thermal expansion, accompanying thermal stress, expansion and contraction due to uneven moisture content, etc. Is also reasonable and is preferred.
[0016]
In the gas reaction cell described above,
A pair of end plates disposed at both ends of the cell member for sandwiching the cell member are formed into a shape enclosing the outermost end of the manifold forming portion of the cell member or a shape expanded outwardly therefrom. The two end plates are configured to pinch the cell member with a plurality of bolts disposed in the axial direction of the cell member, and the plurality of bolts are disposed between the manifold forming portions. The members arranged along the circumferential direction of the members are preferable in terms of improving workability, reducing the number of assembling steps, and ensuring sealing performance.
[0017]
In the claims, the term "fluid distribution manifold" refers to, for example, in a hydrogen oxygen generator, a manifold for taking out generated hydrogen gas or oxygen gas, a manifold for supplying pure water, or an ozone gas. In the generator, in addition to the manifold for extracting ozone gas and hydrogen gas, the manifold for supplying pure water, and in the case of the fuel cell, the manifold for supplying hydrogen gas and oxygen gas and the manifold for discharging water, It also includes a drainage manifold and the like formed as needed.
[0018]
In addition, the gas reaction is used to mean a reaction that causes gases to react with each other to change them into another substance such as water, and a reaction that obtains a gas by electrolyzing water or the like, as described above. .
[0019]
【Example】
Next, a gas reaction cell according to the present invention will be described with reference to examples shown in the accompanying drawings.
[0020]
1 is a perspective view showing one embodiment of the gas reaction cell of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of the gas reaction cell of FIG. 1 before assembly, and FIG. 3 is another embodiment of the gas reaction cell of the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional view of the gas reaction cell of FIG. 3 taken along the line IV-IV.
[0021]
FIG. 1 and FIG. 2 show a gas reaction cell (hereinafter referred to as an electrolytic cell) 1 for pure water electrolysis used in a hydrogen oxygen generator, and a cell member 3 between a pair of end plates 2. Are fixed by compression with a fastening bolt 4 (omitted in FIG. 2).
[0022]
The cell member 3 is disposed on both sides of a solid electrolyte membrane 5 that separates an oxygen gas generation chamber (an anode chamber in the claims) and a hydrogen gas generation chamber (a cathode chamber in the claims). Protective sheet 6, porous power supply 7 disposed outside each of protective sheets 6, gasket 8 disposed outside each of porous power supplies 7, and external supply outside both gaskets 8. A plurality of units each including an electrode plate 9 to be provided are stacked in a plurality of stages. FIG. 2 shows only one unit. The electrode plate 9 is shared with an adjacent unit.
[0023]
Each porous power supply 7 constitutes an oxygen gas generation chamber and a hydrogen gas generation chamber. The protective sheet 6 holds the solid electrolyte membrane 5 to protect it.
[0024]
In FIG. 2, 11 is a manifold for taking out oxygen gas, 11a is an oxygen gas taking-out path, 12 is a manifold for taking out hydrogen gas, 13 is a manifold for supplying pure water, and 13a is a pure water supplying path. Although the hydrogen gas take-out path is not shown in this drawing, it has the same configuration as the oxygen gas take-out path 11a and is formed on the back side of the illustrated electrode plate 9.
[0025]
As shown in FIG. 2, on the outer peripheral portion of each cell member 3, a convex piece portion 14 on which each of the manifolds 11, 12, 13 is formed is protruded outward. In other words, the outer peripheral portion between adjacent manifolds in each cell member 3 is cut off to reduce the width. This resection is indicated by the symbol S in FIGS. Note that the porous power supply 7 does not constitute the outer shape of the cell member 3 because it constitutes each gas generating chamber, so the cutout portion S is not formed.
[0026]
As a result, as shown in FIG. 1, the convex piece portion 14 appears on the outer peripheral surface of the electrolytic cell 1 as a ridge 15 having a manifold forming portion extending in the cell axis direction. The manifolds 11 and 12 for each gas communicate with a take-out pipe 16 for taking out the generated gas to the outside of the electrolytic cell 1. A pipe indicated by 17 is a pure water supply pipe, which communicates with a manifold 13 for supplying pure water. The other pipe 18 is a drain pipe for draining water from the electrolytic cell 1 when disassembling the apparatus.
[0027]
In the embodiment shown in FIG. 2, the cross section of the manifold has a circular shape, and the cross section of the ridge 15 has a substantially semicircular shape corresponding to the circular shape. However, the present invention is not limited to this shape. The manifold may be a cross section or an elliptical cross section, and the cross section of the ridge may be similar (although half) accordingly.
[0028]
In the electrolytic cell 1 formed as described above, the ring-shaped gasket 8 is narrow and has a substantially uniform width, so that the sealing property is improved. That is, in FIG. 2, the distance W1 between the inner peripheral edge of each of the manifolds 11, 12, and 13 and the outer peripheral edge of the gasket 8 and the distance W2 between the inner peripheral edge and the outer peripheral edge of the gasket 8 in other portions have substantially the same dimensions. .
[0029]
Further, as shown in FIG. 1, since the tightening bolts 4 are arranged between the adjacent ridges 15, the diameter of the circumference of the tightening bolts 4 becomes small, and the entire electrolytic cell 1 becomes lightweight and compact.
[0030]
3 and 4 show the electrolytic cell 21 in which the electrode plate 29 remains circular. That is, the cutout portion S is formed in the solid electrolyte membrane 5, the gasket 8, and the protective sheet 6. FIG. 4 shows only one unit of the cell member 3 and is a cross-sectional view taken along a diameter line passing through the outer peripheral cutout S of the electrolytic cell 21. Therefore, each manifold 11, 12, 13, and the path 11a and 13a are not shown. The illustrated holes 22 are bolt holes for fastening bolts.
[0031]
This is because, in general, the electrode plate is formed of a titanium plate, and in the case of a thick titanium plate, it may be difficult to process the shape leaving a convex piece while maintaining the smoothness of the front and back surfaces. It is used as a circle. Therefore, holes for fastening bolts are formed in the electrode plate 29, and the diameter of the electrolytic cell is the same as the diameter of the electrolytic cell 1 in FIGS. That is, except for the difference in the shape of the electrode plate 29, it is common to the electrolytic cell 1 of FIGS.
[0032]
This electrolytic cell 21 also has the same effect that the sealing performance is improved because the width of the gasket 8 is narrow and substantially uniform, and the electrolytic cell 21 can be reduced in weight.
[0033]
However, when used in a device in which the electrolytic cell is submerged in pure water, such as a high-pressure hydrogen oxygen generator, the electrolytic cell 1 shown in FIGS.
[0034]
Because, in the electrolytic cell 21 of FIG. 3, the member with the convex portion is sandwiched between the circular adjacent electrode plates 29, the cutout S appears as a narrow gap on the outer peripheral surface of the electrolytic cell 21 ( (See FIG. 4). Therefore, pure water that has entered this gap may stagnate there and not move. In this case, there is a possibility that the component material of the electrolytic cell (hereinafter, referred to as a solute) slightly eluted in pure water may remain there and cause some conductivity to the pure water there. In the electrolytic cell 1 shown in FIGS. 1 and 2, there is no gap in which pure water stagnates, and even if the material of the components of the electrolytic cell elutes, it is diffused by the circulation of pure water so that the solute concentration becomes negligible and the pure water becomes conductive. There is no possibility that the property will occur.
[0035]
Of course, when the electrolytic cell 21 of FIG. 3 is also used in a low-pressure hydrogen-oxygen generator that is not submerged, the same effect as the electrolytic cell 1 of FIGS.
[0036]
Further, although not shown, the cutout portion S is formed only in the gasket 8 and the solid electrolyte membrane 5 in order to improve the sealing property, and other members are the same as those of the electrode plate 29 shown in FIG. It may be shaped. Alternatively, the cutout S may be formed only in the gasket 8, the solid electrolyte membrane 5, and the electrode plate 9.
[0037]
Although the electrode plate in the electrolytic cell of this embodiment is exemplified by a single plate, the present invention is not particularly limited to a single plate. For example, the electrode plate can be easily manufactured and the manufacturing cost can be reduced. It is also applicable to a cell having an electrode plate formed from three plate members (already proposed by the present applicant in Japanese Patent Application No. 8-71762) for the purpose of realizing a compact and lightweight structure. The present invention is also applicable to a cell having an electrode plate formed of two plate members or four or more plate members.
[0038]
Next, as the solid electrolyte membrane, a solid polymer electrolyte membrane in which a porous layer made of a noble metal, particularly a platinum group metal is formed by chemical electroless plating on both sides using a solid polymer electrolyte formed in a film shape is used. Is preferred. As the solid polymer electrolyte, a cation exchange membrane (a fluororesin sulfonic acid cation exchange membrane, for example, “Nafion 117” manufactured by DuPont) is preferable. In this case, the porous plating layer is preferably made of platinum among the platinum group metals. In particular, if the porous plating layer has a two-layer structure composed of platinum and iridium, it has a high current density of 200 A / dm ² at 80 ° C. for four years. For a long period of time. Incidentally, for example, a conventional solid electrolyte membrane having a structure in which an electrode is physically brought into contact with an ion exchange membrane has a current density of about 50 to 70 A / dm ² . In addition to the iridium, a multi-layer solid electrolyte membrane plated with two or more kinds of platinum group metals can also be used. In the solid electrolyte membrane configured as described above, since there is no water between the solid polymer electrolyte and the porous plating layer, the solution resistance and the gas resistance are low. Therefore, the contact resistance between the solid polymer electrolyte and the two porous plating layers decreases, the voltage decreases, and the current distribution becomes uniform. As a result, high current density, high-temperature water electrolysis, and high-pressure water electrolysis can be performed, and high-purity oxygen gas and hydrogen gas can be efficiently obtained. In addition, other solid electrolyte membranes such as a ceramic membrane can be used in addition to the solid polymer electrolyte membrane.
[0039]
Further, the present invention is applicable not only to the hydrogen oxygen generator described in the embodiment but also to a gas reaction cell for a fuel cell or an ozone gas generator.
[0040]
【The invention's effect】
According to the gas reaction cell of the present invention,
Since the width of the gasket could be reduced almost uniformly, good sealing performance of the gasket can be obtained. In addition, since the outer peripheral portion of the cell member is partially cut off, the entire cell becomes light and compact.
[0041]
Further, by adjusting the other parts to the outer shape of the gasket, no gap is formed on the outer peripheral surface of the cell, and in a high-pressure hydrogen oxygen generator or the like, there is no portion where pure water stagnates, which is preferable.
[0042]
In addition, by making the other ring-shaped members narrow and uniform in width according to the gasket, it is possible to rationalize various matters caused by thermal expansion, accompanying thermal stress, expansion and contraction due to uneven moisture content, etc. Will respond.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing one embodiment of a gas reaction cell of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of the gas reaction cell of FIG. 1 before assembly.
FIG. 3 is a perspective view showing another embodiment of the gas reaction cell according to the present invention before assembling.
4 is a cross-sectional view of the gas reaction cell of FIG. 3 taken along line IV-IV.
FIG. 5 is a sectional view showing an example of a conventional electrolytic cell.
6 is a perspective view of the electrolytic cell of FIG. 5 before assembly.
[Explanation of symbols]
1, 21 ... Electrolysis cell 2 ... End plate 3 ... Cell member 4 ... Tightening bolt 5 ... Solid electrolyte membrane 6 ... Protective sheet 7 ... Porous feeder 8 ... ..Gaskets 9, 29 ... Electrode plate 11 ... Manifold for taking out oxygen gas 12 ... Manifold for taking out hydrogen gas 13 ... Manifold for supplying pure water 14 ... Projecting piece 15 ... Projection Article

Claims

A gas reaction cell having an anode compartment and a cathode compartment separated by an electrolyte membrane between the positive and negative electrode plates,
A manifold for fluid flow that is communicated in the cell axis direction near the outer periphery of the cell member is perforated, and a ridge is formed along the longitudinal direction of the manifold so as to cover the outer periphery of the manifold ,
A pair of end plates disposed at both ends of the cell member for sandwiching the cell member are formed into a shape enclosing the outermost end of the manifold forming portion of the cell member or a shape expanded outwardly therefrom. The two end plates are configured to pinch the cell member with a plurality of bolts disposed in the axial direction of the cell member, and the plurality of bolts are disposed between the manifold forming portions. A gas reaction cell arranged along the circumferential direction of the member.

A gas reaction cell having an anode chamber and a cathode chamber separated by an electrolyte membrane between both positive and negative electrode plates, and a substantially annular gasket for isolating the anode chamber and the cathode chamber from the outside, respectively. And
A fluid flow manifold communicated in the cell axis direction is perforated near the outer periphery of the cell member, and at least the electrolyte membrane and the gasket have a protruding portion covering the outer periphery of the manifold hole. A gas reaction cell formed in a cut-off shape.

It further has a substantially annular protection sheet interposed between the electrolyte membrane and the gasket for protecting the electrolyte membrane, and the protection sheet covers the outer periphery of the manifold hole. 3. The cell for gas reaction according to claim 2, wherein the cell is formed in a shape in which the vicinity of the outer periphery is cut away except for the convex piece portion to be covered.

The gas reaction cell according to claim 2 or 3, wherein the electrode plate is formed in a shape in which the vicinity of the outer periphery is cut away except for a convex portion that covers the outer periphery of the manifold hole.

A pair of end plates disposed at both ends of the cell member for sandwiching the cell member are formed into a shape enclosing the outermost end of the manifold forming portion of the cell member or a shape expanded outwardly therefrom. The two end plates are configured to pinch the cell member with a plurality of bolts disposed in the axial direction of the cell member, and the plurality of bolts are disposed between the manifold forming portions. The gas reaction cell according to any one of claims 2 to 4, which is arranged along the circumferential direction of the member.