JP5400413B2 - Electrolyzer - Google Patents

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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Description

本発明は、電解質膜の両側に給電体が設けられ、前記給電体にセパレータが積層される電解装置に関する。   The present invention relates to an electrolytic device in which a power feeding body is provided on both sides of an electrolyte membrane, and a separator is stacked on the power feeding body.

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.

燃料ガスである水素ガスを製造する手法のひとつとして、固体高分子型水電解装置がある。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。   One of the methods for producing hydrogen gas as a fuel gas is a solid polymer type water electrolysis apparatus. 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。これにより、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、水素イオン(プロトン)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. As a result, 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 ions (protons) 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に開示されている給電体が知られている。この特許文献1では、図7に示すように、粉末焼結部1と繊維焼結部2とを一体に結合することにより、二重構造給電体3が構成されている。   As this type of equipment, for example, a power feeder disclosed in Patent Document 1 is known. In this patent document 1, as shown in FIG. 7, the double structure electric power feeding body 3 is comprised by couple | bonding the powder sintering part 1 and the fiber sintering part 2 integrally.

粉末焼結部1は、チタン粉末が焼結されて形成される一方、繊維焼結部2は、チタン繊維シートが焼結されて形成されている。二重構造給電体3は、水素酸素発生装置の電解セルにおいて、固体電解質膜4に粉末焼結部1が圧接された状態で使用されている。   The powder sintered part 1 is formed by sintering titanium powder, while the fiber sintered part 2 is formed by sintering a titanium fiber sheet. The double structure power feeder 3 is used in a state where the powder sintered portion 1 is in pressure contact with the solid electrolyte membrane 4 in the electrolytic cell of the hydrogen oxygen generator.

特開2001−279481号公報JP 2001-279482 A

しかしながら、上記の特許文献1では、粉末焼結部1がチタン粉末を焼結させて形成されるため、前記粉末焼結部1は、粒子の凝集状態により開口にばらつきが生じ易く、開口径の分布が広範囲になってしまう。このため、二重構造給電体3を、特に、高圧水素を発生させる高圧水電解装置に適用すると、アノード側とカソード側との差圧によって固体電解質膜4が粉末焼結部1に圧接する際、前記固体電解質膜4に損傷等のダメージが生じるという問題がある。   However, in Patent Document 1 described above, since the powder sintered portion 1 is formed by sintering titanium powder, the powder sintered portion 1 is likely to have variations in opening due to the aggregation state of the particles, and the diameter of the opening is small. The distribution becomes wide. For this reason, when the double structure power supply 3 is applied to a high pressure water electrolysis apparatus that generates high pressure hydrogen, when the solid electrolyte membrane 4 is brought into pressure contact with the powder sintered portion 1 due to a differential pressure between the anode side and the cathode side. There is a problem that damage such as damage occurs in the solid electrolyte membrane 4.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、電解質膜の損傷を可及的に阻止することが可能な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 an object thereof is to provide an electrolysis apparatus capable of preventing damage to an electrolyte membrane as much as possible with a simple configuration.

本発明は、電解質膜の両側に給電体が設けられ、前記給電体にセパレータが積層される電解装置に関するものである。この電解装置は、電解質膜と給電体との間には、多数の貫通孔が形成された保護シート部材が介装されるとともに、前記貫通孔は、前記電解質膜に向かって縮径するテーパ形状を有している。   The present invention relates to an electrolytic apparatus in which a power feeding body is provided on both sides of an electrolyte membrane, and a separator is stacked on the power feeding body. In this electrolysis apparatus, a protective sheet member having a large number of through holes is interposed between the electrolyte membrane and the power supply body, and the through holes are tapered to reduce the diameter toward the electrolyte membrane. have.

また、給電体は、水が供給されるアノード側給電体と、前記水の電気分解により常圧よりも高圧な水素が得られるカソード側給電体とを備え、保護シート部材は、電解質膜と前記アノード側給電体との間に介装されることが好ましい。   The power supply body includes an anode-side power supply body to which water is supplied, and a cathode-side power supply body from which hydrogen higher than normal pressure is obtained by electrolysis of the water, and the protective sheet member includes the electrolyte membrane and the above-mentioned It is preferable to interpose between the anode-side power feeder.

さらに、本発明に係る電解装置は、給電体は電解質膜に向かって縮径するテーパ形状を有する多数の貫通孔が形成されるとともに、水が供給されるアノード側給電体と、貫通孔を設けることなく多孔質導電体で形成されるとともに、前記水の電気分解により常圧よりも高圧な水素が得られるカソード側給電体と、を備え、電解運転時に、高圧な前記水素が生成されるカソード流路と、前記水及び生成される常圧の酸素が流通するアノード流路との圧力差によって、前記電解質膜が前記アノード側給電体に押圧されている。 Furthermore, the electrolytic apparatus of the present invention, feeder, along with a number of through-holes having a tapered shape whose diameter decreases toward the electrolyte membrane is formed, and the anode current collector which water is supplied, transmural hole And a cathode-side power feeder that can obtain hydrogen higher than normal pressure by electrolysis of water, and the high-pressure hydrogen is generated during electrolysis operation. The electrolyte membrane is pressed against the anode-side power supply body by a pressure difference between the cathode flow path and the anode flow path through which the water and generated normal pressure oxygen flow .

本発明によれば、電解質膜と給電体との間に介装される保護シート部材、又は前記給電体に複数の貫通孔が設けられており、前記貫通孔は、開口径の制御が容易に行われる。しかも、貫通孔は、電解質膜に向かって縮径するテーパ形状を有している。このため、貫通孔内に水が円滑に導入され、電解質膜に対して前記水を良好に供給するとともに、発生ガスの離脱が容易に遂行可能になる。   According to the present invention, the protective sheet member interposed between the electrolyte membrane and the power feeding body, or the power feeding body is provided with a plurality of through holes, and the through holes can be easily controlled in opening diameter. Done. Moreover, the through-hole has a tapered shape that decreases in diameter toward the electrolyte membrane. For this reason, water is smoothly introduced into the through hole, the water is satisfactorily supplied to the electrolyte membrane, and the generated gas can be easily detached.

これにより、電解質膜に向かって縮径するテーパ形状を有する貫通孔を設けるだけでよく、簡単な構成で、前記電解質膜が損傷することを可及的に阻止し、且つ水供給性及びガス離脱性の向上を図ることができる。   Accordingly, it is only necessary to provide a through-hole having a tapered shape that is reduced in diameter toward the electrolyte membrane. With a simple configuration, the electrolyte membrane is prevented from being damaged as much as possible, and water supply property and gas separation are prevented. It is possible to improve the performance.

本発明の第1の実施形態に係る水電解装置の斜視説明図である。It is a perspective explanatory view of a water electrolysis device concerning a 1st embodiment of the present invention. 前記水電解装置の一部断面側面図である。It is a partial cross section side view of the water electrolysis device. 前記水電解装置を構成する単位セルの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the unit cell which comprises the said water electrolysis apparatus. 前記単位セルの断面説明図である。It is sectional explanatory drawing of the said unit cell. 保護シート部材の拡大説明図である。It is an expansion explanatory view of a protection sheet member. 本発明の第2の実施形態に係る水電解装置を構成する単位セルの断面説明図である。It is a section explanatory view of a unit cell which constitutes a water electrolysis device concerning a 2nd embodiment of the present invention. 特許文献1に開示されている給電体の説明図である。It is explanatory drawing of the electric power feeder currently disclosed by patent document 1. FIG.

図1及び図2に示すように、本発明の第1の実施形態に係る水電解装置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が水平方向(矢印A方向)又は鉛直方向(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 10 which concerns on the 1st Embodiment of this invention comprises the high pressure hydrogen production apparatus, and the several unit cell 12 is horizontal (arrow A direction) or A laminate 14 is provided that is laminated in the vertical direction (arrow B direction). At one end in the stacking direction of the stacked body 14, a terminal plate 16a, an insulating plate 18a, and an end plate 20a are sequentially disposed upward. Similarly, a terminal plate 16b, an insulating plate 18b, and an end plate 20b are sequentially disposed on the other end in the stacking direction of the stacked body 14 downward.

水電解装置10は、例えば、矢印A方向に延在する複数のタイロッド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。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が、立方体形状等の種々の形状に設定可能である。   The water electrolysis apparatus 10 integrally clamps and holds the disk-shaped end plates 20a and 20b via a plurality of tie rods 22 extending in the direction of arrow A, for example. The water electrolysis apparatus 10 may employ a configuration in which the water electrolysis apparatus 10 is integrally held by a box-like casing (not shown) including the end plates 20a and 20b as end plates. Moreover, although the water electrolysis apparatus 10 has a substantially cylindrical shape as a whole, it can be set in various shapes such as a cubic shape.

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, terminal portions 24a and 24b are provided on the side portions of the terminal plates 16a and 16b so as to protrude outward. The terminal portions 24a and 24b are electrically connected to the power source 28 via the wirings 26a and 26b. The terminal portion 24 a on the anode (anode) side is connected to the positive pole of the power source 28, while the terminal portion 24 b on the cathode (cathode) side is connected to the negative pole of the power source 28.

図2及び図3に示すように、単位セル12は、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、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 unit cell 12 includes a disk-shaped electrolyte membrane / electrode structure 32, and an anode side separator 34 and a cathode side separator 36 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 32. . The anode-side separator 34 and the cathode-side separator 36 have a disk shape, and are made of, for example, a carbon member or the like, or are used for corrosion protection on a steel plate, a stainless steel plate, a titanium plate, an aluminum plate, a plated steel plate, or a metal surface thereof. The metal plate that has been subjected to the above surface treatment is press-molded or cut and subjected to a corrosion-resistant surface treatment.

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の両側に配設されるアノード側給電体40及びカソード側給電体42とを備える。   The electrolyte membrane / electrode structure 32 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 38 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and an anode-side power feeder 40 disposed on both sides of the solid polymer electrolyte membrane 38. And a cathode-side power feeder 42.

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 electrode catalyst layer 40a and a cathode electrode catalyst layer 42a are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 38. The anode electrode catalyst layer 40a uses, for example, a Ru (ruthenium) -based catalyst, while the cathode electrode catalyst layer 42a uses, for example, a platinum catalyst.

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 power supply body 40 and the cathode-side power supply body 42 are made of, for example, a sintered body (porous conductor) of spherical atomized titanium powder. The anode-side power supply body 40 and the cathode-side power supply body 42 are provided with a smooth surface portion that is etched after grinding, and the porosity is set within a range of 10% to 50%, more preferably 20% to 40%. Is done.

図3及び図4に示すように、固体高分子電解質膜38とアノード側給電体40との間には、多数の貫通孔44aが形成された保護シート部材44が介装される。この保護シート部材44は、例えば、チタンシートで構成され、厚さが、例えば、20μm〜500μmの範囲内に設定される。チタンシートの表面粗さとしては、6.3μm以下、好ましくは、3.2μm以下に設定される。このチタンシートは、好ましくは、冷間圧延により成形される。   As shown in FIGS. 3 and 4, a protective sheet member 44 in which a large number of through holes 44 a are formed is interposed between the solid polymer electrolyte membrane 38 and the anode-side power feeder 40. The protective sheet member 44 is made of, for example, a titanium sheet, and the thickness is set within a range of, for example, 20 μm to 500 μm. The surface roughness of the titanium sheet is set to 6.3 μm or less, preferably 3.2 μm or less. This titanium sheet is preferably formed by cold rolling.

貫通孔44aは、この貫通孔44aの分布幅がアノード側給電体40の孔部の分布幅よりも小さく設定されるとともに、前記貫通孔44aは、固体高分子電解質膜38に向かって縮径するテーパ形状を有する(図4参照)。貫通孔44aは、エッチング、ドリル、放電加工、電子ビーム、レーザ又はプレス等により形成される。   The through hole 44 a is set such that the distribution width of the through hole 44 a is smaller than the distribution width of the hole portion of the anode power feeding body 40, and the through hole 44 a is reduced in diameter toward the solid polymer electrolyte membrane 38. It has a tapered shape (see FIG. 4). The through hole 44a is formed by etching, drilling, electric discharge machining, electron beam, laser, pressing or the like.

具体的には、貫通孔44aは、固体高分子電解質膜38の損傷を回避し得るように、前記固体高分子電解質膜38側の開口径が、80μm〜200μmの範囲内に設定される一方、水供給性及び酸素離脱性を向上させ得るように、アノード側給電体40側の開口径が、170μm〜250μmの範囲内に設定される。   Specifically, in the through hole 44a, the opening diameter on the solid polymer electrolyte membrane 38 side is set in a range of 80 μm to 200 μm so that damage to the solid polymer electrolyte membrane 38 can be avoided, The opening diameter on the anode-side power feeding body 40 side is set within a range of 170 μm to 250 μm so that the water supply property and the oxygen release property can be improved.

図3に示すように、単位セル12の外周縁部には、積層方向である矢印A方向に互いに連通して、水(純水)を供給するための水供給連通孔46と、反応により生成された酸素及び未反応の水を排出するための排出連通孔48と、反応により生成された水素を流すための水素連通孔50とが設けられる。   As shown in FIG. 3, the outer peripheral edge of the unit cell 12 communicates with each other in the direction of arrow A, which is the stacking direction, and a water supply communication hole 46 for supplying water (pure water) and produced by reaction. A discharge communication hole 48 for discharging the generated oxygen and unreacted water and a hydrogen communication hole 50 for flowing hydrogen generated by the reaction are provided.

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。面34aには、供給通路52a及び排出通路52bに連通する第1流路54が設けられる。この第1流路54は、アノード側給電体40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3参照)。   A surface 34 a of the anode separator 34 facing the electrolyte membrane / electrode structure 32 is provided with a supply passage 52 a communicating with the water supply communication hole 46 and a discharge passage 52 b communicating with the discharge communication hole 48. A first flow path 54 communicating with the supply passage 52a and the discharge passage 52b is provided on the surface 34a. The first flow path 54 is provided in a range corresponding to the surface area of the anode-side power feeding body 40, and includes a plurality of flow path grooves, a plurality of embosses, and the like (see FIGS. 2 and 3).

図3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、水素連通孔50に連通する排出通路56が設けられる。面36aには、排出通路56に連通する第2流路58が形成される。この第2流路58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3参照)。   As shown in FIG. 3, a discharge passage 56 that communicates with the hydrogen communication hole 50 is provided on the surface 36 a of the cathode separator 36 that faces the electrolyte membrane / electrode structure 32. A second flow path 58 communicating with the discharge passage 56 is formed on the surface 36a. The second flow path 58 is provided in a range corresponding to the surface area of the cathode power supply body 42 and is configured by a plurality of flow path grooves, a plurality of embosses, and the like (see FIGS. 2 and 3).

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60a、60bが一体化される。このシール部材60a、60b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 seal members 60a and 60b are integrated with each other around the outer peripheral ends of the anode side separator 34 and the cathode side separator 36. The seal members 60a and 60b include, for example, EPDM, NBR, fluorine rubber, silicone rubber, fluorosilicone rubber, butyl rubber, natural rubber, styrene rubber, chloroprene, acrylic rubber, or other seal materials, cushion materials, or packing materials. Used.

図1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62a、62b及び62cが接続される。配管62c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 FIG. 1, pipes 62a, 62b and 62c communicating with the water supply communication hole 46, the discharge communication hole 48 and the hydrogen communication hole 50 are connected to the end plate 20a. Although not shown, the pipe 62c is provided with a back pressure valve (or electromagnetic valve), and the pressure of hydrogen generated in the hydrogen communication hole 50 can be maintained at a high pressure.

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 water electrolysis apparatus 10 configured as described above will be described below.

図1に示すように、配管62a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の第1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 pipe 62a to the water supply communication hole 46 of the water electrolysis apparatus 10, and a power supply 28 electrically connected to the terminal portions 24a and 24b of the terminal plates 16a and 16b is connected. A voltage is applied via For this reason, as shown in FIG. 3, in each unit cell 12, water is supplied from the water supply communication hole 46 to the first flow path 54 of the anode separator 34, and this water flows along the anode power supply body 40. Moving.

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 electrode catalyst layer 40a, and hydrogen ions, electrons, and oxygen are generated. Hydrogen ions generated by this anodic reaction permeate the solid polymer electrolyte membrane 38 and move to the cathode electrode catalyst layer 42a side, and combine with electrons to obtain hydrogen.

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第2流路58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、第1流路54には、反応により生成した酸素と、未反応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。なお、第2流路58は、第1流路54よりも圧力が高い。   For this reason, hydrogen flows along the second flow path 58 formed between the cathode side separator 36 and the cathode side power supply body 42. This hydrogen is maintained at a higher pressure than the water supply communication hole 46, and can flow out of the water electrolysis apparatus 10 through the hydrogen communication hole 50. On the other hand, oxygen generated by the reaction and unreacted water flow through the first flow path 54, and these are discharged to the outside of the water electrolysis apparatus 10 along the discharge communication hole 48. The second channel 58 has a higher pressure than the first channel 54.

この場合、第1の実施形態では、図4に示すように、固体高分子電解質膜38とアノード側給電体40との間に、複数の貫通孔44aを設けた保護シート部材44が介装されている。このため、高圧水素ガスが生成される第2流路58と、水及び酸素が流通する常圧の第1流路54との圧力差によって、固体高分子電解質膜38がアノード側給電体40に向かって押圧される際、この固体高分子電解質膜38が前記アノード側給電体40に直接接触することがない。   In this case, in the first embodiment, as shown in FIG. 4, a protective sheet member 44 provided with a plurality of through holes 44 a is interposed between the solid polymer electrolyte membrane 38 and the anode-side power feeder 40. ing. For this reason, the solid polymer electrolyte membrane 38 is transferred to the anode-side power supply body 40 by a pressure difference between the second flow path 58 in which high-pressure hydrogen gas is generated and the normal pressure first flow path 54 through which water and oxygen flow. The solid polymer electrolyte membrane 38 does not come into direct contact with the anode-side power feeder 40 when pressed toward the surface.

さらに、保護シート部材44に設けられる貫通孔44aは、開口径の制御が容易に行われる。従って、保護シート部材44では、貫通孔44aの開口径を狭小な範囲内に設定することができ、アノード側給電体40の分布幅よりも著しく狭小な分布幅に設定することが可能になる。このため、固体高分子電解質膜38は、貫通孔44a内に押し込まれて損傷することを可及的に阻止することができる。   Further, the opening diameter of the through hole 44a provided in the protective sheet member 44 can be easily controlled. Therefore, in the protective sheet member 44, the opening diameter of the through hole 44a can be set within a narrow range, and the distribution width can be set to be significantly narrower than the distribution width of the anode-side power feeding body 40. For this reason, the solid polymer electrolyte membrane 38 can be prevented from being pushed into the through hole 44a and being damaged as much as possible.

しかも、貫通孔44aは、固体高分子電解質膜38に向かって縮径するテーパ形状を有している。これにより、図5に示すように、アノード側給電体40から貫通孔44a内に水が円滑に導入され、固体高分子電解質膜38のアノード電極触媒層40aに対して前記水を良好に供給することが可能になる。一方、アノード電極触媒層40aで生成される酸素は、貫通孔44aのテーパ形状に沿ってアノード側給電体40に円滑に移動し、前記酸素の離脱が容易に遂行される。   In addition, the through hole 44 a has a tapered shape that decreases in diameter toward the solid polymer electrolyte membrane 38. As a result, as shown in FIG. 5, water is smoothly introduced from the anode-side power feeder 40 into the through hole 44a, and the water is satisfactorily supplied to the anode electrode catalyst layer 40a of the solid polymer electrolyte membrane 38. It becomes possible. On the other hand, oxygen generated in the anode electrode catalyst layer 40a smoothly moves to the anode-side power supply body 40 along the tapered shape of the through hole 44a, and the release of the oxygen is easily performed.

これにより、第1の実施形態では、固体高分子電解質膜38に向かって縮径するテーパ形状を有する貫通孔44aを設けるだけでよく、簡単な構成で、前記固体高分子電解質膜38が損傷することを可及的に阻止し、且つ水供給性及びガス離脱性の向上を図ることができるという効果が得られる。   As a result, in the first embodiment, it is only necessary to provide a through hole 44a having a tapered shape that is reduced in diameter toward the solid polymer electrolyte membrane 38, and the solid polymer electrolyte membrane 38 is damaged with a simple configuration. The effect that it can prevent as much as possible and can aim at the improvement of water supply property and gas detachability is acquired.

図6は、本発明の第2の実施形態に係る水電解装置70を構成する単位セル72の断面説明図である。   FIG. 6 is an explanatory cross-sectional view of a unit cell 72 constituting a water electrolysis apparatus 70 according to the second embodiment of the present invention.

なお、第1の実施形態に係る水電解装置10を構成する単位セル12と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。   In addition, the same referential mark is attached | subjected to the component same as the unit cell 12 which comprises the water electrolysis apparatus 10 which concerns on 1st Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.

単位セル72は、例えば、チタンプレートで構成されるアノード側給電体74を備えるとともに、前記アノード側給電体74は、多数の貫通孔74aを設ける。貫通孔74aは、固体高分子電解質膜38に向かって縮径するテーパ形状部76aと、前記テーパ形状部76aの端部から第1流路54に向かってストレートに延在する直線状部76bとを有する。   The unit cell 72 includes, for example, an anode side power feeding body 74 made of a titanium plate, and the anode side power feeding body 74 is provided with a large number of through holes 74a. The through-hole 74a includes a tapered portion 76a that decreases in diameter toward the solid polymer electrolyte membrane 38, and a linear portion 76b that extends straight from the end of the tapered portion 76a toward the first flow path 54. Have

なお、貫通孔74aは、全体として第1流路54から固体高分子電解質膜38に向かって縮径するテーパ形状を有してもよい。   The through-hole 74a may have a tapered shape whose diameter decreases from the first flow channel 54 toward the solid polymer electrolyte membrane 38 as a whole.

このように構成される第2の実施形態では、アノード側給電体74に設けられる貫通孔74aは、開口径の制御が容易に行われるとともに、前記貫通孔74aは、固体高分子電解質膜38に向かって縮径するテーパ形状部76aを有している。   In the second embodiment configured as described above, the through-hole 74a provided in the anode-side power feeder 74 can be easily controlled in opening diameter, and the through-hole 74a is formed in the solid polymer electrolyte membrane 38. It has a taper-shaped portion 76a that decreases in diameter.

これにより、簡単な構成で、固体高分子電解質膜38が損傷することを可及的に阻止するとともに、水供給性及びガス離脱性の向上を図ることができる等、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。   Thus, with the simple configuration, the solid polymer electrolyte membrane 38 can be prevented from being damaged as much as possible, and the water supply property and gas detachability can be improved. The same effect can be obtained.

10、70…水電解装置 12、72…単位セル
14…積層体 16a、16b…ターミナルプレート
18a、18a…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
44…保護シート部材 44a、74a…貫通孔
46…水供給連通孔 48…排出連通孔
50…水素連通孔 54、58…流路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 70 ... Water electrolysis apparatus 12, 72 ... Unit cell 14 ... Laminated body 16a, 16b ... Terminal plate 18a, 18a ... Insulation plate 20a, 20b ... End plate 24a, 24b ... Terminal part 28 ... Power supply 32 ... Electrolyte membrane * electrode Structure 34... Anode separator 36. Cathode separator 38. Solid polymer electrolyte membrane 40. Discharge communication hole 50 ... Hydrogen communication hole 54, 58 ... Flow path

Claims (4)

電解質膜の両側に給電体が設けられ、前記給電体にセパレータが積層される電解装置であって、
前記電解質膜と前記給電体との間には、多数の貫通孔が形成された保護シート部材が介装されるとともに、
前記貫通孔は、前記電解質膜に向かって縮径するテーパ形状を有することを特徴とする電解装置。
An electrolytic device in which a power feeding body is provided on both sides of an electrolyte membrane, and a separator is stacked on the power feeding body,
Between the electrolyte membrane and the power feeder, a protective sheet member having a large number of through holes is interposed,
The electrolytic device according to claim 1, wherein the through hole has a tapered shape with a diameter decreasing toward the electrolyte membrane.
請求項1記載の電解装置において、前記給電体は、水が供給されるアノード側給電体と、
前記水の電気分解により常圧よりも高圧な水素が得られるカソード側給電体と、
を備え、
前記保護シート部材は、前記電解質膜と前記アノード側給電体との間に介装されることを特徴とする電解装置。
The electrolyzer according to claim 1, wherein the power feeding body includes an anode power feeding body to which water is supplied;
A cathode-side power feeder that can obtain hydrogen at a pressure higher than normal pressure by electrolysis of the water;
With
The electrolysis apparatus, wherein the protective sheet member is interposed between the electrolyte membrane and the anode-side power feeding body.
電解質膜の両側に給電体が設けられ、前記給電体にセパレータが積層される電解装置であって、
前記給電体は前記電解質膜に向かって縮径するテーパ形状を有する多数の貫通孔が形成されるとともに、水が供給されるアノード側給電体と、
通孔を設けることなく多孔質導電体で形成されるとともに、前記水の電気分解により常圧よりも高圧な水素が得られるカソード側給電体と、
を備え、
電解運転時に、高圧な前記水素が生成されるカソード流路と、前記水及び生成される常圧の酸素が流通するアノード流路との圧力差によって、前記電解質膜が前記アノード側給電体に押圧されることを特徴とする電解装置。
An electrolytic device in which a power feeding body is provided on both sides of an electrolyte membrane, and a separator is stacked on the power feeding body,
The power feeding body is formed with a large number of through holes having a tapered shape that is reduced in diameter toward the electrolyte membrane, and an anode side power feeding body to which water is supplied;
Together are formed by without porous conductive material providing a transmembrane hole, a cathode current collector to the high pressure hydrogen can be obtained than the normal pressure by electrolysis of the water,
With
During the electrolysis operation, the electrolyte membrane is pressed against the anode-side power supply body by a pressure difference between the cathode flow channel in which the high-pressure hydrogen is generated and the anode flow channel in which the water and generated normal-pressure oxygen flow. by electrolysis apparatus according to claim Rukoto.
請求項3記載の電解装置において、前記アノード流路は、前記セパレータの前記アノード側給電体に対向する面に該アノード側給電体の表面積に対応する範囲内に設けられる一方
前記カソード流路は、前記セパレータの前記カソード側給電体に対向する面に該カソード側給電体の表面積に対応する範囲内に設けられることを特徴とする電解装置。
The electrolyzer according to claim 3, wherein the anode flow path is provided in a range corresponding to a surface area of the anode-side power supply body on a surface of the separator facing the anode-side power supply body ,
The cathode passage, an electrolytic device according to claim provided et the possible within a range corresponding to the surface area of the cathode current collector the cathode current collector to the surface facing to the separator.
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