JP5005898B2 - Steam electrolysis apparatus and method - Google Patents
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Description
本発明は、高温の水蒸気を電気分解することにより水素と酸素とを得る水蒸気電解装置及びその方法に関する。 The present invention relates to a steam electrolysis apparatus and method for obtaining hydrogen and oxygen by electrolyzing high-temperature steam.
この種の高温水蒸気電解法として、高温の水蒸気を電気分解し水素ガスと酸素ガスとを得る方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。その動作原理は固体電解質燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)の逆反応を利用するものである。 As this type of high-temperature steam electrolysis, a method is known in which high-temperature steam is electrolyzed to obtain hydrogen gas and oxygen gas (see, for example, Patent Document 1). The principle of operation uses the reverse reaction of a solid oxide fuel cell (SOFC).
高温水蒸気電解を行うには、一般には、固体酸化物電解質材料を挟んで、水素極と酸素極とが設けられている電気化学セルが使用される。この電気化学セルの電解によって得られる水素と酸素とを隔てる構造が必要となる。通常、水素極側雰囲気は、燃料となる水蒸気と水素が主成分となり、一方、酸素極側雰囲気は、供給ガスを空気としたときは、窒素と酸素が主な成分となり、供給ガスを酸素としたときは、酸素が主な成分となる。このように、両極へ供給するガスの種類が全く異なり、それぞれの電極に対して、ガスの供給機構が必要となり、この構成が複雑となる。 In order to perform high-temperature steam electrolysis, an electrochemical cell in which a hydrogen electrode and an oxygen electrode are provided with a solid oxide electrolyte material interposed therebetween is generally used. A structure for separating hydrogen and oxygen obtained by electrolysis of the electrochemical cell is required. Normally, the hydrogen electrode side atmosphere is mainly composed of water vapor and hydrogen as fuel, while the oxygen electrode side atmosphere is mainly composed of nitrogen and oxygen when the supply gas is air, and the supply gas is oxygen. When it does, oxygen becomes the main component. In this way, the types of gas supplied to both electrodes are completely different, and a gas supply mechanism is required for each electrode, which complicates this configuration.
また、電気化学セルの構造は、平板型や円筒型等がある。この電気化学セルの水素極側雰囲気と酸素側雰囲気は電気化学セルの構成部位である固体酸化物電解質の緻密構造とセル端部のガスシールにより分け隔てられている。このように隔離することにより、水素極側雰囲気及び酸素側雰囲気の相互への雰囲気ガスのリークを最小限になるように構成されている。電気化学セル単体で使用する場合であれば、セル端部のガスシールは比較的容易である。しかし、これらを積層する等して集合体として使用するときは、セル端部のガスシール信頼性は低下すると考えられる。 The electrochemical cell structure includes a flat plate type and a cylindrical type. The hydrogen-side atmosphere and the oxygen-side atmosphere of this electrochemical cell are separated by a dense structure of a solid oxide electrolyte, which is a constituent part of the electrochemical cell, and a gas seal at the end of the cell. By isolating in this way, the leakage of the atmospheric gas between the hydrogen electrode side atmosphere and the oxygen side atmosphere is minimized. If the electrochemical cell is used alone, gas sealing at the cell edge is relatively easy. However, when these are stacked and used as an aggregate, it is considered that the gas seal reliability at the end of the cell is lowered.
図10は、従来の固体電解質燃料電池の構成を示す概略縦断面図であり、図11は、従来の円筒型電解セル及びこの周辺部の構成を示す概略縦断面図である。 FIG. 10 is a schematic longitudinal sectional view showing a configuration of a conventional solid electrolyte fuel cell, and FIG. 11 is a schematic longitudinal sectional view showing a configuration of a conventional cylindrical electrolytic cell and its peripheral portion.
図10において、固体電解質燃料電池は、円筒型の電解セル101、この電解セル101を収納したモジュールハウジング110とから構成される。このモジュールハウジング110は、水蒸気供給室102、水蒸気及び生成水素排出室103並びに酸素生成室105に区切られている。この水蒸気供給室102からの水蒸気は、水蒸気注入管104を経由して電解セル101の内部に供給される。
In FIG. 10, the solid electrolyte fuel cell includes a cylindrical
図11に示すように、円筒型の電解セル101の片端に集電用金属キャップ106を付属し、他端をシールキャップ107により完全な閉構造とし、電解セル101での燃料の供給・排出を一方からのみで可能としている。また、管板111とのテーパ型のシール部108において電解セル101を支持することにより、電解セル101の着脱を可能とし、しかもガスシールできる構造としている。
As shown in FIG. 11, a current
電流リードについて説明する。水素極側リード部は、テーパ型シーリング108を経由して取り出される。酸素極側リード部は、電解セル101の下端のセルリード部112がシールキャップ107に固定されて電解セル101の内部に導入され、還元雰囲気を通って集電用金属キャップ106から取り出される。
The current lead will be described. The hydrogen electrode side lead portion is taken out via the
上述した従来の高温水蒸気電解装置は、高温の水蒸気を電気分解し水素ガスと酸素ガスとを得るもので、その動作原理は固体電解質燃料電池の逆反応を利用するものである。 The above-described conventional high-temperature steam electrolysis apparatus electrolyzes high-temperature steam to obtain hydrogen gas and oxygen gas, and its operation principle uses the reverse reaction of a solid electrolyte fuel cell.
しかし、水素極側と酸素極側の雰囲気ガスがそれぞれ、水素極側では水素及び水蒸気が使用されるガス導入部が必要であり、酸素極側では窒素及び酸素が使用されるガス導入部が必要であるので、ガス導入部の構造が二重となって複雑になる、という課題があった。 However, each of the atmosphere gas on the hydrogen electrode side and the oxygen electrode side requires a gas introduction part that uses hydrogen and water vapor on the hydrogen electrode side, and a gas introduction part that uses nitrogen and oxygen on the oxygen electrode side. Therefore, there has been a problem that the structure of the gas introduction part is doubled and complicated.
また、水素極側雰囲気と酸素極側雰囲気とのガスシール部は電解セル101の上下の2箇所において必要となり、かつ、このガスシール部は、いずれの場合でもセルのリード部を含んだシール構造となっているため、確実で信頼性のあるシールの実現は困難である、という課題があった。
In addition, the gas seal portions of the hydrogen electrode side atmosphere and the oxygen electrode side atmosphere are required at two locations above and below the
さらには、高温で使用するため、シールの長寿命化を考慮しなければならない、という課題があった。 Furthermore, since it uses at high temperature, the subject that the lifetime improvement of a seal had to be considered occurred.
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、水素極側雰囲気と酸素極側雰囲気との間で生じるガスリークを抑制し、安全性の向上を図り、さらには装置構造の簡易化を図れる高温水蒸気電解装置及びその方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and can suppress gas leakage occurring between the hydrogen electrode side atmosphere and the oxygen electrode side atmosphere, improve safety, and further simplify the device structure. It is an object of the present invention to obtain a high temperature steam electrolysis apparatus and method.
上記目的を達成するため、本発明は、固体酸化物を有する電解質と、この電解質を基本体とし、この電解質を挟む形で設けられた水素極及び酸素極とを有する電気化学セルが容器の内壁に支持固定されて格納され、水蒸気を電気分解して水素を生成する水蒸気電解装置において、前記水素極及び酸素極にガス供給圧を同一とした水蒸気を主な成分とする同一のガスが供給される共用のガス供給手段を有すること、を特徴とするものである。
また、本発明は、固体酸化物を有する電解質と、この電解質を基本体とし、この電解質を挟む形で設けられた水素極及び酸素極とを有する電気化学セルが容器の内壁に支持固定されて格納され、水蒸気を電気分解して水素を生成する水蒸気電解装置において、前記水素極及び酸素極にガス供給圧を同一とした水蒸気を主な成分とする同一のガスが供給されるガス供給手段を有し、前記ガス供給手段は、前記水素極に接触するガス及び前記酸素極に接触するガスが異なる方向に流れる手段を具備すること、を特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides an electrochemical cell comprising an electrolyte having a solid oxide and a hydrogen electrode and an oxygen electrode provided on the basis of the electrolyte and sandwiching the electrolyte. In a steam electrolysis apparatus that is supported and fixed to be stored and electrolyzes water vapor to generate hydrogen, the same gas mainly containing water vapor having the same gas supply pressure is supplied to the hydrogen electrode and the oxygen electrode. A common gas supply means.
In addition, the present invention provides an electrochemical cell having a solid oxide and a hydrogen electrode and an oxygen electrode provided in a shape sandwiching the electrolyte and supported on and fixed to the inner wall of the container. In a steam electrolyzer that is stored and generates hydrogen by electrolyzing water vapor, gas supply means for supplying the same gas mainly containing water vapor with the same gas supply pressure to the hydrogen electrode and the oxygen electrode. And the gas supply means includes means for causing the gas in contact with the hydrogen electrode and the gas in contact with the oxygen electrode to flow in different directions.
また、上記目的を達成するため、本発明は、固体酸化物を有する電解質と、この電解質を基本体とし、この電解質を挟む形で設けられた水素極及び酸素極とを有する電気化学セルが容器の内壁に支持固定されて格納され、水蒸気を電気分解して水素を生成する水蒸気電解方法において、前記水素極及び酸素極にガス供給圧を同一とした水蒸気を主な成分とする同一のガスを共用のガス供給手段から供給するガス供給ステップを有することを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides an electrochemical cell having an electrolyte having a solid oxide and a hydrogen electrode and an oxygen electrode provided with the electrolyte as a basic body and sandwiching the electrolyte. In the water vapor electrolysis method in which hydrogen is generated by electrolyzing water vapor and supported by being fixedly supported on the inner wall of the gas, the same gas mainly containing water vapor having the same gas supply pressure as the hydrogen electrode and the oxygen electrode. It has a gas supply step of supplying from a common gas supply means .
本発明の水蒸気電解装置及びその方法によれば、水素極及び酸素極にガス供給圧を同一とした水蒸気を含む同一のガスが供給されるガス供給手段を設けることにより、水素極側雰囲気と酸素極側雰囲気との間で生じるガスリークを抑制し、安全性の向上を図り、さらには装置構造の簡易化を図ることができる。
According to the steam electrolysis apparatus and method of the present invention, by providing a gas supply means for supplying the same gas containing water vapor having the same gas supply pressure to the hydrogen electrode and the oxygen electrode, the atmosphere on the hydrogen electrode side and the oxygen are provided. It is possible to suppress a gas leak that occurs between the pole-side atmosphere, improve safety, and further simplify the device structure.
以下、本発明に係る水蒸気電解装置及びその方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of a steam electrolysis apparatus and method according to the present invention will be described with reference to the drawings. Here, the same or similar parts are denoted by common reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明の第1の実施の形態の平板型電気化学セルを用いた水蒸気電解装置の構成を示す概略構成図であり、図2は、本発明の第1の実施の形態の円筒型電気化学セルを用いた水蒸気電解装置の構成を示す概略構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a water vapor electrolysis apparatus using a flat plate electrochemical cell according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cylinder according to the first embodiment of the present invention. It is a schematic block diagram which shows the structure of the water vapor electrolysis apparatus using a type electrochemical cell.
本図に示すように、水蒸気電解装置は、主に、電気化学セル11と、この電気化学セル11を格納する容器12とから構成される。この容器12の一端には、水蒸気を主な成分とするガスを供給するガス供給手段であるガス供給部13が設けられている。上記の容器12の他端には、水素極側雰囲気23から排出されるガスを排出する水素極側ガス排出部14が設けられている。また、この容器12の他端には、酸素極側雰囲気24から排出されるガスを排出する酸素極側ガス排出部15が設けられている。
As shown in this figure, the water vapor electrolysis apparatus is mainly composed of an
上述の電気化学セル11の一面には、電源22の負極と結合した水素極側電流リード部16が接続され、水素極側雰囲気23を形成する。また、電気化学セル11の他面には、電源22の正極と結合した酸素極側電流リード部17が接続され、酸素極側雰囲気24を形成する。
On one surface of the
本実施例においては、特に、電気化学セル11の構造は問わない。この電気化学セル11の構造としては、図1に示す平板型、図2に示す円筒型を例示している。この他に、片端閉じ円筒型、ハニカム型、プリーツ型、波型等の電気化学セル11を適用することもできる。また、電気化学セル11は、単体でも複数を用いた集合体であっても構わない。また、電気化学セル11の大きさについても、特に問わない。また、電気化学セル11の構成についても特に問わない。
In the present embodiment, the structure of the
電気化学セル11の構成については、図1においては、電解質11aを基体とし、この電解質11aを挟む形で、水素極11b及び酸素極11cを設けた平板型セルを採用している。図2においては、円筒型セル11を採用している。この円筒型セル11は、電解質11aを基体とし、外側には水素極材料11bを、内側には酸素極材料11cで構成したセルを採用している。なお、基体となる材料は、水素極材料、電解質材料、酸素極材料のいずれでも構わないし、またこれら以外の材料で構成しても構わない。
As for the configuration of the
また、水素極及び酸素極に供給する水蒸気を主成分とするガスの供給条件、例えば、水蒸気供給流量、供給流速等は、同一の条件と設定してもよく、あるいは一部又は全ての条件を相違させても構わない。 Further, the supply conditions of the gas mainly composed of water vapor supplied to the hydrogen electrode and the oxygen electrode, for example, the water supply flow rate, the supply flow rate, etc. may be set as the same conditions, or some or all of the conditions may be set. You may make it different.
水素極及び酸素極に供給する水蒸気を主成分とするガスの供給条件が相違するよう設定した場合には、供給条件を調整できる仕組みを組み込んで、ガスの供給流量や供給流速等を調整する。例えば、水素極側ガス排出部14や酸素極側ガス排出部15において、ガス調整手段であるガス流量調整弁(図示せず)を設置し、配管径を変更する等の対策を施して調整する。ガス供給条件を調整できる仕組みについては、特にその方法や機構等は問わない。
When the supply conditions of the gas mainly composed of water vapor supplied to the hydrogen electrode and the oxygen electrode are set to be different, a mechanism capable of adjusting the supply conditions is incorporated to adjust the gas supply flow rate, the supply flow rate, and the like. For example, in the hydrogen electrode side
さらに、電気化学セル11の端部のシール方法について説明する。ガラス材料やセラミック材料等を用いて、上記の電気化学セル11と容器12とを接合してシールすることができる。
Furthermore, the sealing method of the edge part of the
例えば、図1に示す平板型電気化学セル11を用いる場合、上記の容器12の内壁に、電気化学セル11を支持・固定する。この支持・固定部は、例えば、機械的に溝等を設けることにより形成される。この溝等に電気化学セル11を支持・固定するのみで、簡易的なシールが可能である。さらには、セラミック材料やガラス材料等で接合部を補強することにより、シール性能の向上を図ることができる。
For example, when the flat
また、図2に示す円筒型電気化学セル11を用いる場合、この電気化学セル11の端部で上記の容器12の内壁に支持・固定する。上述のように円筒型電気化学セル11の内壁にシール部を設けているが、特に、支持・固定部の位置は問わない。例えば、円筒型電気化学セル11の基材部11aを長くし、セル途中部分で容器12の内壁に支持・固定して、円筒型電気化学セル11にシール部を設けることもできる。このようにして、水素極側11bの雰囲気から排出されるガスを排出する水素極側排出部14を高温の反応部から離すことにより、温度が低い条件とすることが可能となり、シール材料や方法の選択肢も増加し、シール性能は向上する。これにより、両極雰囲気へのガスリークは軽減される。
When the cylindrical
このように構成された本実施の形態において、水素極側11b及び酸素極側11cに供給されるガスは、同一の水蒸気を主成分とするガスが導入されるために、共用するガス供給部13から供給される。
In the present embodiment configured as described above, the gas supplied to the
本実施の形態によれば、従来の技術のように、水素極側では水蒸気及び還元性ガスを供給し酸素極側に空気を供給するというように、両極で全く異なるガスを導入するための両者を隔離するシール機構は不要となる。このため、水蒸気電解装置の構造を簡易な構成とすることができる。また、ガス供給部を同一としているため、両極のガス供給圧は同一であり、セル端部におけるガスリークも最小限に抑制することが可能である。
According to this embodiment, as in the conventional art, and so the hydrogen electrode side supplying air to the oxygen electrode side supplying steam and reducing gas, both for introducing a completely different gas both electrodes A sealing mechanism for isolating the gap is not necessary. For this reason, the structure of the water vapor electrolysis apparatus can be simplified. Moreover, since the gas supply parts are the same, the gas supply pressures of both electrodes are the same, and gas leaks at the cell edge can be minimized.
図3は、本発明の第2の実施の形態の平板型電気化学セルを用いた水蒸気電解装置の構成を示す概略構成図である。本実施の形態は、第1の実施の形態の水素極側と酸素極側に供給するガスの流れを逆方向とするものであり、第1の実施の形態と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。 FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing the configuration of a water vapor electrolysis apparatus using a flat plate electrochemical cell according to the second embodiment of the present invention. In this embodiment, the flow of gas supplied to the hydrogen electrode side and the oxygen electrode side in the first embodiment is reversed, and common to the same or similar parts as the first embodiment. The duplicated explanation is omitted by attaching the reference numeral.
本図に示すように、水蒸気電解装置は、主に、平板型の電気化学セル11と、この電気化学セル11を格納する容器12とから構成される。この容器12の一端には、水素極側雰囲気23の中に水蒸気を主な成分とするガスを供給するガス供給部13が設けられている。上記の容器12の他端には、水素極側雰囲気23から排出されるガスを排出する水素極側排出部14が設けられている。この水素極側雰囲気23では、ガス供給部13側からガス排出部14側に向かって、水素濃度が高い雰囲気となる。
As shown in the figure, the water vapor electrolysis apparatus is mainly composed of a flat plate type
一方、酸素極側雰囲気24では、水素極側雰囲気23とガスの流れ方向が逆となる。すなわち、水素極11bの側におけるガス排出部14の側(図3では右側)が、酸素極11cの側ではガス供給部の側となる。
On the other hand, in the oxygen
つまり、上記の容器12の一端には、酸素極側雰囲気24の中に水蒸気を主な成分とするガスを供給するガス供給部13aが設けられている。上記の容器12の他端には、酸素極側雰囲気24から排出されるガスを排出する酸素極側排出部15が設けられている。この酸素極側雰囲気24では、ガス供給部13a側からガス排出部15側に向かって、酸素濃度が高い雰囲気となる。
That is, at one end of the
また、水素極11b及び酸素極11cに供給する水蒸気を主成分とするガスの供給条件は、同一の条件と設定してもよく、あるいは一部又は全ての条件を相違させても構わない。ガス供給条件を調整できる仕組みを組み込んでガス供給流量や供給流速等を調整できればよい。
Moreover, the supply conditions of the gas mainly composed of water vapor supplied to the
さらに、ガスの流れ方向については限定されない。図3では、水素極11b側と酸素極11c側に供給するガスの流れが逆方向の場合を説明しているが、例えばこのガスの流れをお互いに直交する方向にしてもよく、さらには同一方向でなければそれ以外の方向に設定してもよい。
Furthermore, the gas flow direction is not limited. FIG. 3 illustrates the case where the gas flows supplied to the
本実施の形態において、水素極11b側では水素濃度が高い雰囲気に対して、酸素極11c側では酸素濃度が低い雰囲気となる。このため、微量の水素がリークしたときでも、酸素量が少ないため、燃焼反応は最小限に抑制することが可能となる。一方、水素極側へ微量の酸素がリークが生じたときも同様である。
In the present embodiment, the atmosphere having a high hydrogen concentration on the
本実施の形態によれば、両極で異なる方向からガスを導入するので両者を隔離するシール機構は不要となるため、水蒸気電解装置の構造を簡易な構成とすることができる。さらに、水素極側雰囲気23と水素極側雰囲気24との間で生じるセル端部におけるガスリークも最小限に抑制することが可能である。
According to the present embodiment, since the gas is introduced from different directions in both electrodes, a sealing mechanism for isolating the two becomes unnecessary, so that the structure of the water vapor electrolysis apparatus can be simplified. Moreover, gas leakage at the cell ends occurring between the hydrogen
図4は、本発明の第3の実施の形態の平板型電気化学セルを用いた水蒸気電解装置の構成を示す概略縦断面図であり、図5は、図4の水蒸気電解装置を切断して水素極側から見た上面図であり、図6は、図4の水蒸気電解装置のX−X方向から見た側面図である。本実施の形態は、第1の実施の形態で示した水蒸気電解装置に新たにシール壁18を設けたものであり、第1の実施の形態と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
FIG. 4 is a schematic longitudinal sectional view showing a configuration of a steam electrolysis apparatus using a flat plate electrochemical cell according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view of the steam electrolysis apparatus of FIG. FIG. 6 is a top view seen from the hydrogen electrode side, and FIG. 6 is a side view seen from the XX direction of the steam electrolyzer of FIG. In this embodiment, a
本図に示すように、水蒸気電解装置は、主に、平板型の電気化学セル11と、この電気化学セル11を格納する容器12とから構成される。この容器12の一端には、水蒸気を主な成分とするガスを供給するガス供給手段であるガス供給部13が設けられている。上記の容器12の他端には、水素極側雰囲気23から排出されるガスを排出する水素極側ガス排出部14が設けられている。また、この容器12の他端には、酸素極側雰囲気24から排出されるガスを排出する酸素極側ガス排出部15が設けられている。
As shown in the figure, the water vapor electrolysis apparatus is mainly composed of a flat plate type
上記の電気化学セル11と容器12の内壁との間の両側にはシール壁18が接合されている。さらに、このシール壁18で構成される空間であるガス流通部25を水素極側雰囲気23a及び酸素極側雰囲気24aとに隔離する隔離壁19が設けられている。
上記のシール壁18、隔離壁19、電気化学セル11及び容器12の内壁とで形成されるガス流通部25には、ガスを供給するガス供給部20と、上記のガス流通部25からガスを排出するガス排出部21とが設けられている。
In the
電気化学セル11の構造および構成については、一例として、平板型セルを用い、電解質11aを基体とし、それを挟む形で、水素極11b及び酸素極11cが設けられている。
As an example of the structure and configuration of the
上述のように構成することにより、水素極側雰囲気23aと酸素側雰囲気24aは、電気化学セル11の構成部位である固体酸化物電解質11aの緻密構造、隔離壁19及びセル端部のシール壁18により隔離される。
By configuring as described above, the hydrogen-
なお、シール壁18で形成されるガス流通部25に水素及び酸素以外の不活性なガスを供給し、相互への雰囲気へのガスリークを最小限に抑制し、水素と酸素との接触を低減することも可能である。また、シール部分に供給するガス圧を、水素極側雰囲気23及び酸素極側雰囲気24のガス圧以上にすることが望ましい。このようにして、ガスシール部への水素又は酸素の流入は皆無又は最小限に抑えられ、水素極側雰囲気23と酸素側雰囲気24の相互雰囲気への水素又は酸素のガスリークを皆無又は最小限に抑制することが可能である。
In addition, an inert gas other than hydrogen and oxygen is supplied to the
また、シール壁18で形成されるガス流通部25に水素及び酸素以外の不活性なガスのかわりに、水蒸気を適用することで、第1の実施の形態と組み合わせた場合、供給するガスは、全て同一となり、簡易な装置構造を構成できる。
Further, by applying water vapor instead of inert gas other than hydrogen and oxygen to the
このように構成された本実施の形態において、水素極側雰囲気23と酸素極側雰囲気24は、電気化学セル11の構成部位である固体酸化物電解質11aの緻密構造とセル端部のガスシール壁18により隔離される。このように隔離することにより、水素極側雰囲気23と酸素側雰囲気24との相互への雰囲気ガスのリークを最小限に抑制することができる。
In the present embodiment configured as described above, the hydrogen
本実施の形態によれば、従来の電気化学セル11端部のシール方法では、高温で運転するため、シール部に直接的に水素又は酸素を高濃度で含有したガスが接触する恐れがあるため、僅かなリークでも危険である。このような僅かなリークに対しても、シール性能が十分確保され、装置の安全性を向上することができる。さらに、簡易な装置構造を構成でき信頼性の向上を図ることができる。
According to the present embodiment, the conventional method for sealing the end portion of the
図7は、本発明の第4の実施の形態の平板型電気化学セルを用いた水蒸気電解装置の構成を示す概略縦断面図であり、図8は、図7の水蒸気電解装置を切断して水素極側から見た上面図であり、図9は、図7の水蒸気電解装置のY−Y方向から見た側面図である。本実施の形態は、第3の実施の形態のシール壁18により構成される空間に水蒸気を主な成分とするガスが供給されるものであり、第3の実施の形態と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
FIG. 7 is a schematic longitudinal sectional view showing the structure of a water vapor electrolysis apparatus using a flat plate electrochemical cell according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 8 is a cross-sectional view of the water vapor electrolysis apparatus shown in FIG. 9 is a top view seen from the hydrogen electrode side, and FIG. 9 is a side view seen from the YY direction of the steam electrolyzer of FIG. In the present embodiment, a gas containing water vapor as a main component is supplied to the space formed by the
本図に示すように、水蒸気電解装置は、主に、平板型の電気化学セル11と、この電気化学セル11を格納する容器12とから構成される。この容器12の他端には、水素極側雰囲気23から排出されるガスを排出する水素極側ガス排出部14が設けられている。また、この容器12の他端には、酸素極側雰囲気24から排出されるガスを排出する酸素極側ガス排出部15が設けられている。
As shown in the figure, the water vapor electrolysis apparatus is mainly composed of a flat plate type
上記の電気化学セル11と容器12の内壁との間の両側にはシール壁18が接合されている。さらに、このシール壁18で形成されるガス流通部25を水素極側雰囲気23及び酸素極側雰囲気24とに隔離する隔離壁19が設けられている。
上記のシール壁18、隔離壁19、電気化学セル11及び容器12により確保されるガス流通部25には、水蒸気を主な成分とするガスが供給されるガス供給部20が設けられている。
In the
電気化学セル11の構成については、平板型セルを用いた電解質11aを基本体とし、それを挟む形で、水素極11b及び酸素極11bを設けた例を示している。水素極側雰囲気23と酸素側雰囲気24は、電気化学セル11の構成部位である固体酸化物電解質11aの緻密構造、シール壁18及びセル端部の隔離壁19により隔離され、水素極側雰囲気23と酸素側雰囲気24の相互への雰囲気ガスのリークを最小限に抑制している。
As for the configuration of the
このように構成された本実施の形態においては、シール壁18により構成されるガス流通部25より水蒸気を主な成分とするガスが供給される。さらに、ガス流通部25を通過した水蒸気を主な成分とするガスは、ガス供給部26を介して電気化学セル11の水素極11b側及び酸素極11cへ供給される。
In the present embodiment configured as described above, a gas containing water vapor as a main component is supplied from the
また、シール壁18により構成されるガス流通部25に供給される水蒸気を主な成分とするガスは、事前に、電気化学セル11を通過したガスによって余熱することが可能である。さらに、シール壁18により構成されるガス流通部25に供給する水蒸気を主な成分とするガスは、シール壁18部付近を通過する際にも、セルを通過するガスによって余熱することも可能である。これにより、余熱機構が簡素化され、簡易な装置構成が可能となり、また、効果的なガスの余熱も可能である。
In addition, the gas mainly composed of water vapor supplied to the
また、この電気化学セル11を格納する容器12内で、シール壁18により構成されるガス流通部25を通過したガスは、ガス供給部26において折り返して供給される。例えば、図示しないガス整流板等を介して供給してもよい。このガス供給方法についても特に問わない。例えば、シール部を通過した後、熱源に供給され、さらに加熱され、その加熱したガスを電気化学セルに供給してもよい。
In addition, the gas that has passed through the
本実施の形態により、水素極側雰囲気23及び酸素極側雰囲気24における水素極11b及び酸素極11cへのガスリークを最小限に抑制し、水素と酸素との接触を低減することできる。また、シール壁18により構成される空間に供給されるガス圧を、水素極側雰囲気23及び酸素極側雰囲気24のガス圧以上にすることが望ましい。これにより、シール壁18近傍への水素又は酸素の流入は皆無又は最小限に低減され、水素極側雰囲気23及び酸素極側雰囲気24の相互雰囲気への水素又は酸素のガスリークを皆無又は最小限に抑制することができる。また、供給するガスは同一種類となり、かつ、ガス供給手段を少なくともひとつにまとめることが可能であり、簡易な装置構造を構成することができる。このようにして、水素極側雰囲気23と水素極側雰囲気24との間で生じるガスリークによる影響を軽減でき、かつ、簡易な装置構造を構成できる。
According to the present embodiment, gas leakage to the
さらに、本発明は、上述したような各実施の形態に何ら限定されるものではなく、電気化学セル複数体を設置した複合体の構成としてもよく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。 Furthermore, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and may be configured as a composite in which a plurality of electrochemical cells are installed. Various modifications may be made without departing from the gist of the present invention. Can be implemented.
11…電気化学セル、11a…電解質、11b…水素極、11c…酸素極、12…容器、13,13a…ガス供給部、14…水素極側ガス排出部、15…酸素極側ガス排出部、16…水素極側電流リード線、17…酸素極側電流リード線、18…シール部、19…隔離壁、20…ガス供給部、21…ガス排出部、22…電源、23…水素極側雰囲気、24…酸素極側雰囲気、25…ガス流通部。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記水素極及び酸素極にガス供給圧を同一とした水蒸気を主な成分とする同一のガスが供給される共用のガス供給手段を有することを特徴とする水蒸気電解装置。 An electrochemical cell having an electrolyte having a solid oxide and a hydrogen electrode and an oxygen electrode provided with the electrolyte as a basic body and sandwiching the electrolyte is supported and fixed on the inner wall of the container, and water is stored in the container. In a steam electrolyzer that decomposes to produce hydrogen,
A steam electrolysis apparatus comprising a common gas supply means for supplying the same gas mainly composed of water vapor having the same gas supply pressure to the hydrogen electrode and the oxygen electrode.
前記水素極及び酸素極にガス供給圧を同一とした水蒸気を主な成分とする同一のガスが供給されるガス供給手段を有し、
前記ガス供給手段は、前記水素極に接触するガス及び前記酸素極に接触するガスが異なる方向に流れる手段を具備することを特徴とする水蒸気電解装置。 An electrochemical cell having an electrolyte having a solid oxide and a hydrogen electrode and an oxygen electrode provided with the electrolyte as a basic body and sandwiching the electrolyte is supported and fixed on the inner wall of the container, and water is stored in the container. In a steam electrolyzer that decomposes to produce hydrogen,
Gas supply means for supplying the same gas mainly composed of water vapor having the same gas supply pressure to the hydrogen electrode and the oxygen electrode;
The gas supply means, steam electrolytic apparatus you characterized in that the gas in contact with the gas and the oxygen electrode in contact with said hydrogen electrode is provided with a means for flowing in different directions.
前記水素極及び酸素極にガス供給圧を同一とした水蒸気を主な成分とする同一のガスを共用のガス供給手段から供給するガス供給ステップを有することを特徴とする水蒸気電解方法。 An electrochemical cell having an electrolyte having a solid oxide and a hydrogen electrode and an oxygen electrode provided with the electrolyte as a basic body and sandwiching the electrolyte is supported and fixed on the inner wall of the container, and water is stored in the container. In the steam electrolysis method that decomposes to produce hydrogen,
A steam electrolysis method comprising a gas supply step of supplying, from a common gas supply means , the same gas mainly containing water vapor having the same gas supply pressure as the hydrogen electrode and the oxygen electrode.
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