JP4838879B2 - Water electrolysis equipment - Google Patents
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Description
本発明は、電解質膜の両側に円形の給電体が設けられ、前記給電体にセパレータが積層されるとともに、一方の給電体と一方のセパレータとの間には、水を供給する水流路が形成され、他方の給電体と他方のセパレータとの間には、前記水が電気分解されて水素を得る水素流路が形成される水電解装置に関する。 In the present invention, a circular power feeding body is provided on both sides of an electrolyte membrane, a separator is stacked on the power feeding body, and a water flow path for supplying water is formed between one power feeding body and one separator. In addition, the present invention relates to a water electrolysis apparatus in which a hydrogen flow path for obtaining hydrogen by electrolyzing the water is formed between the other power supply body and the other separator.
例えば、固体高分子型燃料電池は、アノード側電極に燃料ガス(主に水素を含有するガス、例えば、水素ガス)が供給される一方、カソード側電極に酸化剤ガス(主に酸素を含有するガス、例えば、空気)が供給されることにより、直流の電気エネルギを得ている。 For example, in a polymer electrolyte fuel cell, a fuel gas (a gas containing mainly hydrogen, such as hydrogen gas) is supplied to the anode side electrode, while an oxidant gas (mainly containing oxygen) is supplied to the cathode side electrode. By supplying a gas (for example, air), direct current electric energy is obtained.
一般的に、燃料ガスである水素ガスを製造するために、水電解装置(電気化学装置)が採用されている。この水電解装置は、水を分解して水素(及び酸素)を発生させるため、固体高分子電解質膜を用いている。固体高分子電解質膜の両面には、電極触媒層が設けられて電解質膜・電極構造体が構成されるとともに、前記電解質膜・電極構造体の両側には、給電体を配設してユニットが構成されている。すなわち、ユニットは、実質的には、上記の燃料電池と同様に構成されている。 In general, a water electrolysis device (electrochemical device) is employed to produce hydrogen gas, which is a fuel gas. This water electrolysis apparatus uses a solid polymer electrolyte membrane in order to decompose water and generate hydrogen (and oxygen). Electrode catalyst layers are provided on both sides of the solid polymer electrolyte membrane to form an electrolyte membrane / electrode structure, and a power feeder is provided on both sides of the electrolyte membrane / electrode structure. It is configured. That is, the unit is configured substantially in the same manner as the above fuel cell.
そこで、複数のユニットが積層された状態で、積層方向両端に電圧が付与されるとともに、アノード側給電体に水が供給される。このため、電解質膜・電極構造体のアノード側では、水が分解されて水素イオン(プロトン)が生成され、この水素イオンが固体高分子電解質膜を透過してカソード側に移動し、電子と結合して水素が製造される。一方、アノード側では、水素と共に生成された酸素が、余剰の水を伴ってユニットから排出される。 Therefore, in a state where a plurality of units are stacked, a voltage is applied to both ends in the stacking direction, and water is supplied to the anode-side power feeding body. For this reason, water is decomposed and hydrogen ions (protons) are generated on the anode side of the electrolyte membrane / electrode structure, and the hydrogen ions permeate the solid polymer electrolyte membrane and move to the cathode side to bond with electrons. Thus, hydrogen is produced. On the other hand, on the anode side, oxygen produced together with hydrogen is discharged from the unit with excess water.
この種の設備として、例えば、特許文献1に開示された水電解装置が知られている。この水電解装置は、図8に示すように、固体高分子電解質膜を円盤状の陽極給電板1及び陰極給電板で挟んだセル2を、分離板を介して複数個重合している。陽極給電板1は、ケーシングを構成するケーシングリング3に外嵌されている。
As this type of equipment, for example, a water electrolysis apparatus disclosed in
陽極給電板1の電解質膜と接触しない側の面には、複数の溝4が互いに平行に設けられている。各溝4は、純水の流路を構成するとともに、発生する酸化剤ガスを流通させる流路も構成している。ケーシングリング3の内周面には、溝4に連通する周溝5が形成されるとともに、3つの貫通孔6a、6b及び6cが積層方向に貫通形成されている。
A plurality of
純水供給用の貫通孔6aと周溝5との間、純水及び酸素ガス排出用の貫通孔6bと前記周溝5との間には、これらを連通するための通孔7a、7bが形成されている。水素ガス排出用の貫通孔6cは、貫通孔6b側に近接して設けられており、水の電気分解により陰極給電板に発生する水素が、前記貫通孔6cに導出されている。
Between the
ところで、上記の水電解装置では、貫通孔6aから通孔7aを通って周溝5に供給された純水が、各溝4に分配される際、前記貫通孔6aに近接する中央の溝4aの圧損が最も低くなっている。
By the way, in the above water electrolysis apparatus, when the pure water supplied from the through
このため、純水は、中央の溝4aに優先して分配される一方、前記中央の溝4aに隣接する溝4bでは、周溝5からの進入角度が急になり、分配圧損が一挙に高くなってしまう。これにより、各溝4への水の分配性が低下し易く、各溝4では、流量の差が増大してしまい、良好な水分解処理が遂行されないという問題がある。
For this reason, pure water is distributed in preference to the
本発明はこの種の問題を解決するものであり、各水通路に水を均等に分配することができ、水流路全体に前記水を均一且つ確実に供給して良好な水分解処理を行うことが可能な水電解装置を提供することを目的とする。 The present invention solves this type of problem, and can distribute water evenly to each water passage, and uniformly and reliably supply the water to the entire water channel to perform a good water splitting treatment. An object of the present invention is to provide a water electrolysis apparatus capable of performing the above.
本発明は、電解質膜の両側に円形の給電体が設けられ、前記給電体にセパレータが積層されるとともに、一方の給電体と一方のセパレータとの間には、水を供給する水流路が形成され、他方の給電体と他方のセパレータとの間には、前記水が電気分解されて水素を得る水素流路が形成される水電解装置に関するものである。 In the present invention, a circular power feeding body is provided on both sides of an electrolyte membrane, a separator is stacked on the power feeding body, and a water flow path for supplying water is formed between one power feeding body and one separator. In addition, the present invention relates to a water electrolysis apparatus in which a hydrogen flow path for obtaining hydrogen by electrolyzing the water is formed between the other power supply body and the other separator.
この水電解装置は、セパレータの積層方向に延在し、水流路に水を供給する水供給連通孔と、前記セパレータの積層方向に延在し、前記水流路から残余の前記水を排出する排出連通孔とを備えている。 The water electrolysis device extends in the separator stacking direction and supplies water to the water flow path, and the water supply communication hole extends in the separator stacking direction and discharges the remaining water from the water flow path. And a communication hole.
そして、水流路は、水供給連通孔と排出連通孔とを繋ぐ仮想直線に平行する給電体面方向に延在し、給電体の面内に並列される複数の水通路と、前記給電体の外方を周回し、前記水供給連通孔に連通する円弧状入口バッファ部と、前記複数の水通路と前記円弧状入口バッファ部とを連通する屈曲した複数の入口連結通路とを有している。 The water flow path extends in the direction of the power supply body parallel to the virtual straight line connecting the water supply communication hole and the discharge communication hole, and is arranged in parallel with the surface of the power supply body. And an arcuate inlet buffer portion communicating with the water supply communication hole, and a plurality of bent inlet connecting passages communicating the plurality of water passages and the arcuate inlet buffer portion.
複数の入口連結通路は、円弧状入口バッファ部との連結部位での接線に対してそれぞれ異なる角度に設定されるとともに、前記角度は、中央側の入口連結通路から両側の入口連結通路に向かって、順次、大きな角度に設定されている。 The plurality of inlet connecting passages are set at different angles with respect to the tangent line at the connecting portion with the arcuate inlet buffer portion, and the angles are directed from the central inlet connecting passage toward the inlet connecting passages on both sides. The angles are set to large angles sequentially.
また、水供給連通孔は、複数の水通路が並列される方向の通路領域Haに対して、Ha/3以上の開口寸法Hbに設定されることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the water supply communication hole is set to an opening dimension Hb of Ha / 3 or more with respect to the passage region Ha in a direction in which a plurality of water passages are arranged in parallel.
さらに、水流路は、給電体の外方を周回し、排出連通孔に連通する円弧状出口バッファ部と、複数の水通路と前記円弧状出口バッファ部とを連通する屈曲した複数の出口連結通路とを有し、前記複数の出口連結通路は、前記円弧状出口バッファ部との連結部位での接線に対してそれぞれ異なる角度に設定されるとともに、前記角度は、中央側の出口連結通路から両側の出口連結通路に向かって、順次、大きな角度に設定されることが好ましい。 Further, the water flow path circulates outward of the power supply body and communicates with the discharge communication hole, and a plurality of bent outlet connection passages that connect the plurality of water passages and the arcuate outlet buffer portion. And the plurality of outlet connecting passages are set at different angles with respect to the tangent line at the connecting portion with the arcuate outlet buffer portion, and the angles are set on both sides from the outlet connecting passage on the central side. It is preferable that the angle is sequentially set to a large angle toward the outlet connection passage.
さらにまた、排出連通孔は、複数の水通路が並列される方向の通路領域Haに対して、Ha/3以上の開口寸法Hcに設定されることが好ましい。 Furthermore, the discharge communication hole is preferably set to an opening dimension Hc of Ha / 3 or more with respect to the passage region Ha in the direction in which the plurality of water passages are arranged in parallel.
本発明によれば、水流路は、複数の水通路と円弧状入口バッファ部とを連通する屈曲した複数の入口連結通路を有し、前記複数の入口連結通路は、前記円弧状入口バッファ部との連結部位での接線に対してそれぞれ中央側から両側に向かって、順次、大きな角度に設定されている。 According to the present invention, the water flow path has a plurality of bent inlet connection passages communicating the plurality of water passages and the arc-shaped inlet buffer portion, and the plurality of inlet connection passages are connected to the arc-shaped inlet buffer portion. The tangent lines at the connecting parts are set at large angles sequentially from the center side to both sides.
このため、円弧状入口バッファ部から各入口連結通路に分配される水の分配圧損が低減されるとともに、特に水供給連通孔に近接する中央側の入口連結通路に、前記水が優先的に流れることを阻止することができる。これにより、各水通路毎の圧力損失の差が良好に低減され、各水通路に水を均等に分配することが可能になり、水流路全体に前記水を均一且つ確実に供給して水分解処理を良好に遂行することができる。 For this reason, the distribution pressure loss of the water distributed from the arc-shaped inlet buffer portion to each inlet connecting passage is reduced, and the water flows preferentially to the central inlet connecting passage close to the water supply passage. Can be prevented. As a result, the difference in pressure loss between each water passage can be reduced well, and water can be evenly distributed to each water passage. Processing can be performed satisfactorily.
図1及び図2に示すように、本発明の実施形態に係る水電解装置(電気化学装置)10は、高圧水素製造装置を構成しており、複数の単位セル12が鉛直方向(矢印A方向)又は水平方向(矢印B方向)に積層された積層体14を備える。積層体14の積層方向一端には、ターミナルプレート16a、絶縁プレート18a及びエンドプレート20aが上方に向かって、順次、配設される。積層体14の積層方向他端には、同様にターミナルプレート16b、絶縁プレート18b及びエンドプレート20bが下方に向かって、順次、配設される。
As shown in FIG.1 and FIG.2, the water electrolysis apparatus (electrochemical apparatus) 10 which concerns on embodiment of this invention comprises the high voltage | pressure hydrogen production apparatus, and the
水電解装置10は、例えば、矢印A方向に延在する4本のタイロッド22を介して円盤形状のエンドプレート20a、20b間を一体的に締め付け保持する。4本のタイロッド22は、エンドプレート20a、20bの中心に対してそれぞれ等角度ずつ離間して配置される。
The
なお、水電解装置10は、エンドプレート20a、20bを端板として含む箱状ケーシング(図示せず)により一体的に保持される構成を採用してもよい。また、水電解装置10は、全体として略円柱体形状を有している。
The
図1に示すように、ターミナルプレート16a、16bの側部には、端子部24a、24bが外方に突出して設けられる。端子部24a、24bは、配線26a、26bを介して電源28に電気的に接続される。陽極(アノード)側である端子部24aは、電源28のプラス極に接続される一方、陰極(カソード)側である端子部24bは、前記電源28のマイナス極に接続される。
As shown in FIG. 1,
図2及び図3に示すように、単位セル12は、略円盤状の電解質膜・電極構造体32と、この電解質膜・電極構造体32を挟持するアノード側セパレータ34及びカソード側セパレータ36とを備える。アノード側セパレータ34及びカソード側セパレータ36は、略円盤状を有するとともに、例えば、カーボン部材等で構成され、又は、鋼板、ステンレス鋼板、チタン板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板をプレス成形して、あるいは切削加工した後に防食用の表面処理を施して構成される。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
電解質膜・電極構造体32は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜38と、前記固体高分子電解質膜38の両面に設けられる円形のアノード側給電体40及び円形のカソード側給電体42とを備える。固体高分子電解質膜38の周縁部は、アノード側給電体40及びカソード側給電体42の外周から外方に突出している。
The electrolyte membrane /
固体高分子電解質膜38の両面には、アノード電極触媒層40a及びカソード電極触媒層42aが形成される。アノード電極触媒層40aは、例えば、Ru(ルテニウム)系触媒を使用する一方、カソード電極触媒層42aは、例えば、白金触媒を使用する。
An anode
アノード側給電体40及びカソード側給電体42は、例えば、球状アトマイズチタン粉末の焼結体(多孔質導電体)により構成される。アノード側給電体40及びカソード側給電体42は、研削加工後にエッチング処理される平滑表面部を設けるとともに、空隙率が10%〜50%、より好ましくは、20%〜40%の範囲内に設定される。
The anode-side
図3に示すように、単位セル12の外周部には、セパレータ面方向外方に突出する第1突出部44a、第2突出部44b及び第3突出部44cが形成される。第1突出部44aには、積層方向である矢印A方向に互いに連通して、第1流体である水(純水)を供給するための水供給連通孔46が設けられる。
As shown in FIG. 3, a
第2突出部44bには、矢印A方向に互いに連通して、反応により生成された酸素及び使用済みの水を排出するための排出連通孔48が設けられる。第3突出部44cには、積層方向である矢印A方向に互いに連通して、反応により生成された水素(第2流体)を流すための水素連通孔50が設けられる。水供給連通孔46及び排出連通孔48は、断面長円形状を有するとともに、互いに点対称の位置に配置される。
The second projecting
図3及び図4に示すように、アノード側セパレータ34には、水供給連通孔46に連通する供給通路52aと、排出連通孔48に連通する排出通路52bとが設けられる。アノード側セパレータ34の電解質膜・電極構造体32に向かう面34aには、供給通路52a及び排出通路52bに連通する水流路54が設けられる。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
図5に示すように、水流路54は、水供給連通孔46と排出連通孔48とを繋ぐ仮想直線L0に平行する給電体面方向に延在し、アノード側給電体40の面内Fに等しい間隔で並列される複数の水通路56と、前記アノード側給電体40の外方を周回し、前記水供給連通孔46に連通する円弧状入口バッファ部58aと、前記アノード側給電体40の外方を周回し、前記排出連通孔48に連通する円弧状出口バッファ部58bとを備える。
As shown in FIG. 5, the
各水通路56の一端と円弧状入口バッファ部58aとは、屈曲した複数の入口連結通路60aを介して連通するとともに、各水通路56の他端と円弧状出口バッファ部58bとは、屈曲した複数の出口連結通路60bを介して連通する。
One end of each
複数の入口連結通路60aは、円弧状入口バッファ部58aとの連結部位での接線に対してそれぞれ異なる角度α1〜角度αnに設定される。各角度α1〜角度αnは、中央側の入口連結通路60aから両側の入口連結通路60aに向かって、順次、大きな値に設定される。
The plurality of
第1の実施形態では、水供給連通孔46と排出連通孔48とを繋ぐ仮想直線L0、すなわち、アノード側給電体40の直径を境にして、矢印B1方向及び矢印B2方向に各入口連結通路60aが角度α1〜角度αnずつ傾斜するとともに、前記角度α1〜角度αnは、矢印B1方向下流に向かって、及び矢印B2方向下流に向かって、順次、大きな角度に設定される(図5及び図6参照)。各入口連結通路60aは、仮想直線L0(中央)を境にして、矢印B1方向に互いに平行して設けられるとともに、矢印B2方向に互いに平行して設けられる。
In the first embodiment, each inlet connection passage in the direction of the arrow B1 and the direction of the arrow B2 with the virtual straight line L0 connecting the water
複数の出口連結通路60bは、円弧状出口バッファ部58bとの連結部位での接線に対してそれぞれ異なる角度α1〜角度αnに設定される。各角度α1〜角度αnは、中央側の出口連結通路60bから両側の出口連結通路60bに向かって、順次、大きな値に設定される。
The plurality of
各出口連結通路60bは、各入口連結通路60aと同様に、アノード側給電体40の直径を境にして、矢印B1方向及び矢印B2方向にそれぞれ角度α1〜角度αnずつ傾斜するとともに、前記角度α1〜角度αnは、矢印B1方向下流に向かって、及び矢印B2方向下流に向かって、順次、大きな角度に設定される。各出口連結通路60bは、仮想直線L0を境にして、矢印B1方向に互いに平行して設けられるとともに、矢印B2方向に互いに平行して設けられる。
Each
図5に示すように、水供給連通孔46は、複数の水通路56が並列される方向の通路領域Haに対して、Ha/3以上の開口寸法Hbに設定される。排出連通孔48は、同様に、複数の水通路56が並列される方向の通路領域Haに対して、Ha/3以上の開口寸法Hcに設定される。
As shown in FIG. 5, the water
図3及び図4に示すように、カソード側セパレータ36には、水素連通孔50に連通する排出通路62が設けられる。カソード側セパレータ36の電解質膜・電極構造体32に向かう面36aには、排出通路62に連通する水素流路64が形成される。この水素流路64は、カソード側給電体42の表面積に対応する範囲内に設けられるとともに、複数の流路溝や複数のエンボス等で構成される(図2及び図4参照)。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
アノード側セパレータ34及びカソード側セパレータ36の外周端部を周回して、シール部材66a、66bが一体化される。このシール部材66a、66bには、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材が用いられる。
The
図3及び図4に示すように、カソード側セパレータ36の電解質膜・電極構造体32に向かう面36aには、水素流路64の外側を周回して第1シール溝68aが形成される。
As shown in FIGS. 3 and 4, a
カソード側セパレータ36の面36aには、水供給連通孔46、排出連通孔48及び水素連通孔50の外側を周回して第2シール溝68b、第3シール溝68c及び第4シール溝68dが形成される。第1シール溝68a〜第4シール溝68dには、例えば、Oリングである第1シール部材70a〜第4シール部材70dが配設される。
A
水素流路64と第1シール溝68aとは、複数、例えば4つの通路(開口部)72を介して連通する。通路72は、第1シール溝68aに対し、第1シール部材70aの配置位置よりも水素流路64側に近接する壁部(内側壁部)に開口する。通路72は、カソード側セパレータ36と固体高分子電解質膜38との境界部位を迂回して水素流路64と第1シール溝68aとを直接連通する。
The
高圧水素連通孔である水素連通孔50と第4シール溝68dとは、1以上の通路(開口部)74を介して連通する。この通路74は、第4シール溝68dの内側壁部に開放される。通路74は、カソード側セパレータ36と固体高分子電解質膜38との境界部位を迂回して水素連通孔50と第4シール溝68dとを直接連通する。
The
アノード側セパレータ34の電解質膜・電極構造体32に向かう面34aには、水流路54の外側を周回し、且つ第1シール溝68aに対向して第1シール溝76aが形成される。面34aには、水供給連通孔46、排出連通孔48及び水素連通孔50の外側を周回し、且つ第2シール溝68b、第3シール溝68c及び第4シール溝68dに対向して第2シール溝76b、第3シール溝76c及び第4シール溝76dが形成される。
On the
第1シール溝76a〜第4シール溝76dには、例えば、Oリングである第1シール部材78a〜第4シール部材78dが収容される。第4シール溝76dと水素連通孔50とは、1以上の通路(開口部)80を介して連通する。この通路80は、第4シール溝76dの内側壁部に開放される。通路80は、アノード側セパレータ34と固体高分子電解質膜38との境界部位を迂回して水素連通孔50と第4シール溝76dとを直接連通する。
In the
図1及び図2に示すように、エンドプレート20aには、水供給連通孔46、排出連通孔48及び水素連通孔50に連通する配管82a、82b及び82cが接続される。配管82cには、図示しないが、背圧弁(又は電磁弁)が設けられており、水素連通孔50に生成される水素の圧力を高圧に維持することができる。
As shown in FIGS. 1 and 2,
このように構成される水電解装置10の動作について、以下に説明する。
The operation of the
図1に示すように、配管82aから水電解装置10の水供給連通孔46に水が供給されるとともに、ターミナルプレート16a、16bの端子部24a、24bに電気的に接続されている電源28を介して電圧が付与される。このため、図3に示すように、各単位セル12では、水供給連通孔46からアノード側セパレータ34の水流路54に水が供給され、この水がアノード側給電体40内に沿って移動する。
As shown in FIG. 1, water is supplied from a
従って、水は、アノード電極触媒層40aで電気により分解され、水素イオン、電子及び酸素が生成される。この陽極反応により生成された水素イオンは、固体高分子電解質膜38を透過してカソード電極触媒層42a側に移動し、電子と結合して水素が得られる。
Accordingly, water is decomposed by electricity in the anode
このため、カソード側セパレータ36とカソード側給電体42との間に形成される水素流路64に沿って水素が流動する。この水素は、水供給連通孔46よりも高圧に維持されており、水素連通孔50を流れて水電解装置10の外部に取り出し可能となる。一方、水流路54には、反応により生成した酸素と、使用済みの水とが流動しており、これらが排出連通孔48に沿って水電解装置10の外部に排出される。
For this reason, hydrogen flows along the
この場合、第1の実施形態では、図5及び図6に示すように、水流路54は、複数の水通路56と円弧状入口バッファ部58aとを連通する屈曲した複数の入口連結通路60aを有している。そして、複数の入口連結通路60aは、円弧状入口バッファ部58aとの連結部位での接線に対してそれぞれ中央側から両側に向かって、順次、大きな角度α1〜角度αnに設定されている。
In this case, in the first embodiment, as shown in FIGS. 5 and 6, the
このため、円弧状入口バッファ部58aから各入口連結通路60aに分配される水の分配圧損が低減されるとともに、特に水供給連通孔46に近接する中央側(仮想直線L0近傍)の入口連結通路60aに、前記水が優先的に流れることを阻止することができる。
Therefore, the distribution pressure loss of water distributed from the arc-shaped
特に、各入口連結通路60aは、仮想直線L0を境にして、矢印B1方向に互いに平行して設けられるとともに、矢印B2方向に互いに平行して設けられている。これにより、第1の実施形態では、各水通路56毎の圧力損失の差が良好に低減され、各水通路56に水を均等に分配することが可能になる。従って、水流路54全体に水を均一且つ確実に供給することができ、水分解処理を良好に遂行することが可能になるという効果が得られる。
In particular, the
しかも、第1の実施形態では、水供給連通孔46は、複数の水通路56が並列される方向の通路領域Haに対して、Ha/3以上の開口寸法Hbに設定されている。このため、水供給連通孔46は、中央側の複数本の入口連結通路60aを跨いで配置されるため、前記中央側の複数本の入口連結通路60aの分配圧損が小さくなる。すなわち、1本の入口連結通路60aに集中して水が進入することを確実に阻止することができる。
Moreover, in the first embodiment, the water
また、第1の実施形態では、水流路54は、複数の水通路56と円弧状出口バッファ部58bとを連通する屈曲した複数の出口連結通路60bを有している。そして、複数の出口連結通路60bは、円弧状出口バッファ部58bとの連結部位での接線に対してそれぞれ中央側から両側に向かって、順次、大きな角度α1〜角度αnに設定されている。
In the first embodiment, the
これにより、各出口連結通路60bから円弧状出口バッファ部58bへの合流損失が低減されるため、入口側に前記合流損失による影響を小さくすることができ、各水通路56に水を均等に分配することが可能になる。従って、水流路54全体に水を均一且つ確実に供給することができ、水分解処理を良好に遂行することが可能になる。
As a result, the merging loss from each
しかも、第1の実施形態では、排出連通孔48は、複数の水通路56が並列される方向の通路領域Haに対して、Ha/3以上の開口寸法Hcに設定されている。このため、排出連通孔48は、中央側の複数本の入口連結通路60aを跨いで配置されるため、前記中央側の複数本の入口連結通路60aの合流圧損が小さくなる。すなわち、1本の入口連結通路60aに集中して水が流通することを確実に阻止することができる。
Moreover, in the first embodiment, the
また、複数の水通路56は、等しい間隔で設けられている。従って、高圧水素によりアノード側セパレータ34に作用する応力を均一化させることができるという利点がある。
The plurality of
なお、第1の実施形態では、各入口連結通路60aは、仮想直線L0(中央)を境にして、矢印B1方向に互いに平行して設けられているが、これに限定されるものではない。分配圧損をされに小さくするため、角度α1〜角度αnを異ならせるとともに、各入口連結通路60aが互いに平行しない構成を採用することも可能である。各出口連結通路60bも同様に、互いに平行しない構成を採用することができる。
In the first embodiment, the
図7には、本実施形態による水流路54全体の圧損と、比較例(特許文献1)による前記水流路54全体の圧損とが示されている。これにより、比較例では、連通孔に近接する中央側の分配圧損が大きく低下して水流路54全体の圧力損失が変動する一方、第1の実施形態では、前記水流路54全体の圧力損失が略均一化されている。
FIG. 7 shows the pressure loss of the
10…水電解装置 12…単位セル
14…積層体 16a、16b…ターミナルプレート
18a、18b…絶縁プレート 20a、20b…エンドプレート
24a、24b…端子部 28…電源
32…電解質膜・電極構造体 34…アノード側セパレータ
36…カソード側セパレータ 38…固体高分子電解質膜
40…アノード側給電体 42…カソード側給電体
44a〜44c…突出部 46…水供給連通孔
48…排出連通孔 50…水素連通孔
54…水流路 56…水通路
58a…円弧状入口バッファ部 58b…円弧状出口バッファ部
60a…入口連結通路 60b…出口連結通路
62…排出通路 64…水素流路
72、74、80…通路
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記セパレータの積層方向に延在し、前記水流路に前記水を供給する水供給連通孔と、
前記セパレータの積層方向に延在し、前記水流路から残余の前記水を排出する排出連通孔と、
を備え、
前記水流路は、前記水供給連通孔と前記排出連通孔とを繋ぐ仮想直線に平行する給電体面方向に延在し、前記給電体の面内に並列される複数の水通路と、
前記給電体の外方を周回し、前記水供給連通孔に連通する円弧状入口バッファ部と、
前記複数の水通路と前記円弧状入口バッファ部とを連通する屈曲した複数の入口連結通路と、
を有し、
前記複数の入口連結通路は、前記円弧状入口バッファ部との連結部位での接線に対してそれぞれ異なる角度に設定されるとともに、
前記角度は、中央側の入口連結通路から両側の入口連結通路に向かって、順次、大きな角度に設定されることを特徴とする水電解装置。 Circular power feeders are provided on both sides of the electrolyte membrane, separators are stacked on the power feeder, and a water flow path for supplying water is formed between one power feeder and one separator. A water electrolysis apparatus in which a hydrogen flow path for obtaining hydrogen by electrolyzing the water is formed between the power feeder and the other separator,
A water supply communication hole extending in the stacking direction of the separator and supplying the water to the water flow path;
A discharge communication hole extending in the stacking direction of the separator and discharging the remaining water from the water flow path;
With
The water flow path extends in the direction of the power supply body parallel to a virtual straight line connecting the water supply communication hole and the discharge communication hole, and a plurality of water passages arranged in parallel in the surface of the power supply body;
An arc-shaped inlet buffer section that orbits the outside of the power supply body and communicates with the water supply communication hole;
A plurality of bent inlet connecting passages communicating the plurality of water passages with the arcuate inlet buffer portion;
Have
The plurality of inlet connection passages are set at different angles with respect to a tangent line at a connection portion with the arcuate inlet buffer portion, respectively.
The water electrolysis apparatus is characterized in that the angle is sequentially set to a large angle from the central inlet connecting passage toward the inlet connecting passages on both sides.
前記複数の水通路と前記円弧状出口バッファ部とを連通する屈曲した複数の出口連結通路と、
を有し、
前記複数の出口連結通路は、前記円弧状出口バッファ部との連結部位での接線に対してそれぞれ異なる角度に設定されるとともに、
前記角度は、中央側の出口連結通路から両側の出口連結通路に向かって、順次、大きな角度に設定されることを特徴とする水電解装置。 The water electrolysis apparatus according to claim 1 or 2, wherein the water flow path circulates outward of the power feeding body and communicates with the discharge communication hole;
A plurality of bent outlet connecting passages communicating the plurality of water passages and the arcuate outlet buffer portion;
Have
The plurality of outlet connection passages are set at different angles with respect to a tangent line at a connection portion with the arcuate outlet buffer portion, and
The water electrolysis apparatus is characterized in that the angle is sequentially set to a large angle from the outlet connecting passage on the central side toward the outlet connecting passages on both sides.
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