JP5462551B2 - Seal inspection method for high pressure water electrolyzer - Google Patents

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

Description

本発明は、電解質膜の両側にアノード側給電体及びカソード側給電体が設けられ、前記アノード側給電体と一方のセパレータとの間には、水を供給する第1流路が形成され、前記カソード側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前記水の圧力よりも高圧な水素を得る第2流路が形成される高圧水電解装置において、高圧な前記水素を保持するシール部材のシール機能を検査する高圧水電解装置のシール検査方法に関する。   In the present invention, an anode-side power feeder and a cathode-side power feeder are provided on both sides of the electrolyte membrane, and a first flow path for supplying water is formed between the anode-side power feeder and one separator, In the high pressure water electrolysis apparatus in which the water is electrolyzed and a second flow path for obtaining hydrogen higher than the pressure of the water is formed between the cathode-side power feeder and the other separator. The present invention relates to a seal inspection method for a high-pressure water electrolysis apparatus that inspects a seal function of a seal member that holds the seal.

一般的に、水素を製造するために、水電解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(イオン交換膜)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。   In general, a water electrolysis apparatus is employed to produce hydrogen. This water electrolysis apparatus uses a solid polymer electrolyte membrane (ion exchange 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.

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、アノード側の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 feeder. 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.

この種の設備では、カソード側に高圧な水素を生成させることができる高圧水素製造装置が知られている。例えば、特許文献1では、図6に示すように、陽極主電極1、複数の単位セル2及び陰極主電極3の積層体を、積層方向に締め付けるための締め付け装置4が備えられている。締め付け装置4は、圧縮用流体の導入ノズル5a及び排出ノズル5bを有するシリンダ6と、前記シリンダ6内にOリング7を介装して配設されるピストン8とを備えている。   In this type of equipment, a high-pressure hydrogen production apparatus capable of generating high-pressure hydrogen on the cathode side is known. For example, in Patent Document 1, as shown in FIG. 6, a fastening device 4 for fastening a laminated body of the anode main electrode 1, the plurality of unit cells 2, and the cathode main electrode 3 in the stacking direction is provided. The clamping device 4 includes a cylinder 6 having an introduction nozzle 5a and a discharge nozzle 5b for compression fluid, and a piston 8 disposed in the cylinder 6 with an O-ring 7 interposed.

この締め付け装置4は、水電解槽の運転中に生成されている水素圧力よりも、常に一定の締め付け圧力だけ高めの圧力を、ピストン8により付与している。すなわち、圧縮用流体の導入ノズル5a及び排出ノズル5bに連結された調整弁(図示せず)を調整することにより、常に一定の締め付け圧力が確保される、としている。   The clamping device 4 applies a pressure always higher than the hydrogen pressure generated during operation of the water electrolyzer by a fixed clamping pressure by the piston 8. That is, a constant tightening pressure is always ensured by adjusting an adjustment valve (not shown) connected to the introduction nozzle 5a and the discharge nozzle 5b for the compression fluid.

特開2003−160891号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-160891

しかしながら、上記の特許文献1では、水電解槽の運転が停止される際には、締め付け装置4による締め付け荷重が減少されるため、シリンダ6内の圧力は、高圧と低圧とに頻繁に切り替えられている。従って、シリンダ6内が高圧に保持されている際に、圧縮用流体である高圧ガス分子がOリング7の内部に入り込むおそれがある。   However, in Patent Document 1 described above, when the operation of the water electrolyzer is stopped, the tightening load by the tightening device 4 is reduced, so that the pressure in the cylinder 6 is frequently switched between high pressure and low pressure. ing. Therefore, when the inside of the cylinder 6 is maintained at a high pressure, there is a possibility that high-pressure gas molecules that are a compression fluid may enter the O-ring 7.

このため、シリンダ6の内圧が急減圧されると、Oリング7の内部に保持されていた高圧ガスが急膨張しながら放出されるため、前記Oリング7の内部に微少な気泡が発生し易い。これにより、Oリング7に破損が惹起し易く、前記Oリング7によるシール機能が低下する一方、該Oリング7の不良を容易に検出することができないという問題がある。   For this reason, when the internal pressure of the cylinder 6 is suddenly reduced, the high-pressure gas held inside the O-ring 7 is released while rapidly expanding, so that minute bubbles are likely to be generated inside the O-ring 7. . As a result, the O-ring 7 is easily damaged, and the sealing function of the O-ring 7 is deteriorated. On the other hand, a defect of the O-ring 7 cannot be easily detected.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な工程で、高圧水素を保持するシール部材のシール機能を容易且つ確実に検査することが可能な高圧水電解装置のシール検査方法を提供することを目的とする。   The present invention solves this type of problem and provides a seal inspection method for a high-pressure water electrolysis apparatus capable of easily and reliably inspecting the sealing function of a seal member holding high-pressure hydrogen by a simple process. The purpose is to do.

本発明は、電解質膜の両側にアノード側給電体及びカソード側給電体が設けられ、前記アノード側給電体と一方のセパレータとの間には、水を供給する第1流路が形成され、前記カソード側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前記水の圧力よりも高圧な水素を得る第2流路が形成される高圧水電解装置において、高圧水電解装置内部で高圧な前記水素を保持するシール部材のシール機能を検査する高圧水電解装置のシール検査方法に関するものである。 In the present invention, an anode-side power feeder and a cathode-side power feeder are provided on both sides of the electrolyte membrane, and a first flow path for supplying water is formed between the anode-side power feeder and one separator, In the high-pressure water electrolysis apparatus, a second flow path is formed between the cathode-side power feeder and the other separator, in which the water is electrolyzed to obtain hydrogen having a pressure higher than the pressure of the water. The present invention relates to a seal inspection method for a high-pressure water electrolysis apparatus that inspects a sealing function of a sealing member that holds the high-pressure hydrogen inside .

このシール検査方法は、第2流路に連通しシール部材によりシールされる第1の室内に高圧な水素が供給される一方、前記シール部材を挟んで前記第1の室とは反対側に他の部材である他のシール部材により形成される閉塞された第2の室内の圧力を検出する工程と、前記第1の室内が減圧されるとともに、前記第2の室内の圧力減少状態を検出する工程と、前記第2の室内の圧力減少状態に基づいて、前記シール部材のシール機能の良否を判断する工程とを有している。 In this seal inspection method, high-pressure hydrogen is supplied to a first chamber that communicates with the second flow path and is sealed by a seal member, while the other side is opposite to the first chamber across the seal member. A step of detecting the pressure in the closed second chamber formed by another sealing member which is a member of the first member, and the pressure in the second chamber is detected while the pressure in the first chamber is reduced. And a step of judging whether the sealing function of the seal member is good or not based on a pressure reduction state in the second chamber.

また、このシール検査方法は、第2の室内の圧力減少状態が、予め設定された規定圧力減少状態と比較され、又は第1の室内の圧力減少状態と比較され、この比較結果に基づいてシール部材のシール機能の良否を判断することが好ましい。   Further, in this seal inspection method, the pressure decrease state in the second chamber is compared with a preset specified pressure decrease state or compared with the pressure decrease state in the first chamber, and the seal is determined based on the comparison result. It is preferable to judge the quality of the sealing function of the member.

さらにまた、このシール検査方法は、第1の室内が減圧される前に、前記第1の室内の圧力と第2の室内の圧力とが同圧であることが好ましい。   Furthermore, in this seal inspection method, it is preferable that the pressure in the first chamber and the pressure in the second chamber are the same before the first chamber is depressurized.

また、このシール検査方法は、第1の室が、高圧な水素が導入されるシリンダ室であり、シール部材は、前記シリンダ室内を軸方向に進退して他方のセパレータをカソード側給電体側に押圧可能なピストンと、前記シリンダ室の内壁との摺動部位に配置されることが好ましい。   Further, in this seal inspection method, the first chamber is a cylinder chamber into which high-pressure hydrogen is introduced, and the seal member advances and retreats in the cylinder chamber in the axial direction and presses the other separator toward the cathode side power supply side. It is preferable that the piston is arranged at a sliding portion between the possible piston and the inner wall of the cylinder chamber.

本発明によれば、第1の室内に高圧水素が供給される際、分子径の小さな前記水素は、シール部材の内部に進入して第2の室内に導入される。このため、第2の室内の圧力が高圧になるとともに、前記第2の室内の圧力が検出される。次いで、第1の室内が減圧されると、第2の室内の高圧水素は、シール部材を透過して前記第1の室内に移動し、前記第2の室内の圧力が減圧される。   According to the present invention, when high-pressure hydrogen is supplied into the first chamber, the hydrogen having a small molecular diameter enters the inside of the seal member and is introduced into the second chamber. For this reason, the pressure in the second chamber becomes high, and the pressure in the second chamber is detected. Next, when the pressure in the first chamber is reduced, the high-pressure hydrogen in the second chamber passes through the seal member and moves into the first chamber, and the pressure in the second chamber is reduced.

その際、第2の室内の圧力減少速度や角度等に基づいて、シール部材のシール機能の良否が判断される。従って、シール部材のシール機能が喪失される前に、前記シール部材の交換時期を確実に検出することができ、水素漏れを可及的に阻止することが可能になる。   At this time, the quality of the sealing function of the sealing member is determined based on the pressure reduction rate and angle in the second chamber. Therefore, before the seal function of the seal member is lost, it is possible to reliably detect the replacement time of the seal member, and to prevent hydrogen leakage as much as possible.

本発明の第1の実施形態に係るシール検査方法が適用される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 apparatus to which the seal inspection method concerning a 1st embodiment of the present invention is applied. 前記水電解装置の要部断面説明図である。It is principal part sectional explanatory drawing of the said water electrolysis apparatus. 前記シール検査方法を実施するためのフローチャートである。It is a flowchart for implementing the said seal | sticker inspection method. シリンダ室の内圧とチャンバの内圧との変化説明図である。It is change explanatory drawing of the internal pressure of a cylinder chamber, and the internal pressure of a chamber. 本発明の第2の実施形態に係るシール検査方法が適用される水電解装置の要部断面説明図である。It is principal part sectional explanatory drawing of the water electrolysis apparatus to which the seal | sticker test | inspection method concerning the 2nd Embodiment of this invention is applied. 特許文献1に開示されている水電解槽の説明図である。It is explanatory drawing of the water electrolysis tank currently disclosed by patent document 1. FIG.

図1に示すように、本発明の第1の実施形態に係るシール検査方法が適用される水電解装置10は、差圧式の高圧水素製造装置を構成している。この水電解装置10は、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。   As shown in FIG. 1, the water electrolysis apparatus 10 to which the seal inspection method according to the first embodiment of the present invention is applied constitutes a differential pressure type high-pressure hydrogen production apparatus. The water electrolysis apparatus 10 includes a laminate 14 in which a plurality of unit cells 12 are laminated in a vertical direction (arrow A direction) or a horizontal direction (arrow B direction).

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、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、順次、配設される。   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. Similarly, a terminal plate 16b, an insulating plate 18b, and an end plate 20b are sequentially disposed at the other end of the stacked body 14 in the stacking direction.

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間が一体的に締め付け保持される。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。   In the water electrolysis apparatus 10, for example, the disk-shaped end plates 20a and 20b are integrally clamped and held via a plurality of tie rods 22 extending in the arrow A direction. 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.

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24b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24aは、前記電源28のマイナス極に接続される。   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 b on the anode (anode) side is connected to the positive pole of the power source 28, while the terminal portion 24 a on the cathode (cathode) side is connected to the negative pole of the power source 28.

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。   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.

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。   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。なお、アノード側給電体40及びカソード側給電体42は、耐食性のチタンシート等の金属シートに、エッチング、ドリル加工、放電加工、電子ビーム、レーザ又はプレス等により開口部を形成してもよい。   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 smooth surface portions that are etched after the grinding process. Note that the anode-side power supply body 40 and the cathode-side power supply body 42 may be formed with openings in a metal sheet such as a corrosion-resistant titanium sheet by etching, drilling, electric discharge machining, electron beam, laser, pressing, or the like.

アノード側セパレータ34の電解質膜・電極構造体32に向かう面には、第1流路44が設けられるとともに、カソード側セパレータ36の前記電解質膜・電極構造体32に向かう面には、第2流路46が設けられる。第1流路44及び第2流路46は、アノード側給電体40及びカソード側給電体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。   A first flow path 44 is provided on the surface of the anode separator 34 facing the electrolyte membrane / electrode structure 32, and a second flow path is provided on the surface of the cathode separator 36 facing the electrolyte membrane / electrode structure 32. A path 46 is provided. The first flow path 44 and the second flow path 46 are provided within a range corresponding to the surface areas of the anode-side power supply body 40 and the cathode-side power supply body 42, and are configured by a plurality of flow path grooves, a plurality of embosses, and the like. .

第1流路44には、水(純水)を供給するための水供給通路48と、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酸素排出通路50とが連通する。第2流路46には、反応により生成された水素(高圧水素)を排出するための水素排出通路52が設けられる。この水素排出通路52には、水素を積層方向である矢印A方向に流すための水素連通孔54が連通する。   A water supply passage 48 for supplying water (pure water) and an oxygen discharge passage 50 for discharging oxygen generated by the reaction and used water communicate with the first flow path 44. The second flow path 46 is provided with a hydrogen discharge passage 52 for discharging hydrogen generated by the reaction (high pressure hydrogen). The hydrogen discharge passage 52 communicates with a hydrogen communication hole 54 for allowing hydrogen to flow in the direction of arrow A, which is the stacking direction.

絶縁プレート18aとエンドプレート20aとの間には、ピストン部材56が進退自在に配設される。図2に示すように、ピストン部材56は、フランジ部58から矢印A方向に膨出形成されるピストン60を備え、前記ピストン60は、エンドプレート20aの内周部に形成されるシリンダ室(第1の室)62に配設される。シリンダ室62の内壁面62aとピストン60の先端との間には、弾性体、例えば、皿ばね64が介装される。   A piston member 56 is disposed between the insulating plate 18a and the end plate 20a so as to freely advance and retract. As shown in FIG. 2, the piston member 56 includes a piston 60 bulging from the flange portion 58 in the direction of arrow A, and the piston 60 is a cylinder chamber (first chamber) formed in the inner peripheral portion of the end plate 20a. 1 chamber) 62. An elastic body such as a disc spring 64 is interposed between the inner wall surface 62 a of the cylinder chamber 62 and the tip of the piston 60.

ピストン60の外周面60aには、第1周溝66aと第2周溝66bとが、軸方向に所定の間隔だけ離間して形成される。第1周溝66aには、例えば、Oリングである第1シール部材68aが配設されるとともに、第2周溝66bには、例えば、Oリングである第2シール部材(他のシール部材)68bが配設される。   A first circumferential groove 66a and a second circumferential groove 66b are formed on the outer circumferential surface 60a of the piston 60 so as to be separated from each other by a predetermined interval in the axial direction. For example, a first seal member 68a that is an O-ring is disposed in the first circumferential groove 66a, and a second seal member (another seal member) that is an O-ring is disposed in the second circumferential groove 66b, for example. 68b is disposed.

ピストン60の外周面60aとシリンダ室62の内壁面62aとの間には、隙間が形成されており、第1シール部材68aと第2シール部材68bとの間に、チャンバ(第2の室)70が形成される。エンドプレート20aには、チャンバ70に対応して圧力検出センサ72が配設される。   A gap is formed between the outer peripheral surface 60a of the piston 60 and the inner wall surface 62a of the cylinder chamber 62, and a chamber (second chamber) is formed between the first seal member 68a and the second seal member 68b. 70 is formed. A pressure detection sensor 72 is disposed on the end plate 20 a corresponding to the chamber 70.

ピストン部材56には、水素連通孔54に一端が連通する高圧水素通路74が形成される。高圧水素通路74の他端は、シリンダ室62に開放されるとともに、前記シリンダ室62には、エンドプレート20aに形成される高圧水素導出口76が連通する。   The piston member 56 is formed with a high-pressure hydrogen passage 74 having one end communicating with the hydrogen communication hole 54. The other end of the high-pressure hydrogen passage 74 is opened to the cylinder chamber 62, and a high-pressure hydrogen outlet port 76 formed in the end plate 20a communicates with the cylinder chamber 62.

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、水電解装置10を構成する各単位セル12の水供給通路48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、各単位セル12では、水供給通路48からアノード側セパレータ34の第1流路44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 to the water supply passage 48 of each unit cell 12 constituting the water electrolysis apparatus 10 and is electrically connected to the terminal portions 24a and 24b of the terminal plates 16a and 16b. A voltage is applied via the power supply 28. Therefore, in each unit cell 12, water is supplied from the water supply passage 48 to the first flow path 44 of the anode side separator 34, and this water moves along the anode side power supply body 40.

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46に沿って水素が流動する。この水素は、水供給通路48よりも高圧に維持されており、水素排出通路52から水素連通孔54を流れて水電解装置10の外部に取り出し可能となる。   For this reason, hydrogen flows along the second flow path 46 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 passage 48, and can flow out from the hydrogen discharge passage 52 through the hydrogen communication hole 54 and be taken out of the water electrolysis apparatus 10.

水素連通孔54に導出された高圧水素は、図2に示すように、ピストン部材56の高圧水素通路74を通ってシリンダ室62に導入される。このため、ピストン部材56は、シリンダ室62に導入される高圧水素の圧力と皿ばね64の弾性力とを介して、カソード側セパレータ36を電解質膜・電極構造体32側に押圧する。従って、固体高分子電解質膜38とカソード側給電体42との間に生じる隙間を小さくすることができ、電解電圧の上昇を阻止して電解電圧を有効に低下させることが可能になる。   As shown in FIG. 2, the high-pressure hydrogen led out to the hydrogen communication hole 54 is introduced into the cylinder chamber 62 through the high-pressure hydrogen passage 74 of the piston member 56. Therefore, the piston member 56 presses the cathode separator 36 toward the electrolyte membrane / electrode structure 32 through the pressure of the high-pressure hydrogen introduced into the cylinder chamber 62 and the elastic force of the disc spring 64. Therefore, the gap generated between the solid polymer electrolyte membrane 38 and the cathode-side power feeder 42 can be reduced, and the electrolytic voltage can be effectively reduced by preventing the electrolytic voltage from rising.

一方、第1流路44には、図1に示すように、反応により生成した酸素と使用済みの水とが流動している。酸素と水との混合流体は、酸素排出通路50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46は、第1流路44よりも圧力が高い。   On the other hand, as shown in FIG. 1, oxygen generated by the reaction and used water flow through the first flow path 44. The mixed fluid of oxygen and water is discharged outside the water electrolysis device 10 along the oxygen discharge passage 50. The second channel 46 has a higher pressure than the first channel 44.

次に、第1の実施形態に係るシール検査方法について、図3に示すフローチャートに沿って以下に説明する。   Next, the seal inspection method according to the first embodiment will be described below along the flowchart shown in FIG.

先ず、水電解装置10の運転が開始されると(ステップS1中、YES)、ステップS2に進んで、圧力検出センサ72を介してチャンバ70内の圧力が検出される。   First, when the operation of the water electrolysis apparatus 10 is started (YES in step S1), the process proceeds to step S2, and the pressure in the chamber 70 is detected via the pressure detection sensor 72.

ここで、水電解装置10の運転が開始されると、上記のように、第2流路46に水素が生成され、前記第2流路46、水素連通孔54、高圧水素通路74及びシリンダ室62の水素圧力が上昇していく。   Here, when the operation of the water electrolysis apparatus 10 is started, as described above, hydrogen is generated in the second flow path 46, and the second flow path 46, the hydrogen communication hole 54, the high-pressure hydrogen passage 74, and the cylinder chamber. The 62 hydrogen pressure increases.

シリンダ室62の内圧が高圧になると、第1シール部材68aの内部に水素ガスが透過して保持される。そして、シリンダ室62内の高圧状態が、長時間にわたって継続されると、水素ガスが第1シール部材68aを透過してチャンバ70に充填される。従って、チャンバ70の内圧は、徐々に高圧状態に移行し、シリンダ室62の内圧と同一圧力に保持される(図4参照)。   When the internal pressure of the cylinder chamber 62 becomes high, hydrogen gas permeates and is held inside the first seal member 68a. When the high pressure state in the cylinder chamber 62 continues for a long time, hydrogen gas passes through the first seal member 68a and fills the chamber 70. Accordingly, the internal pressure of the chamber 70 gradually shifts to a high pressure state and is maintained at the same pressure as the internal pressure of the cylinder chamber 62 (see FIG. 4).

次に、水電解装置10の運転が停止されると(ステップS3中、YES)、ステップS4に進んで、前記水電解装置10内の脱圧処理が行われる。この脱圧処理では、第2流路46を第1流路44と同圧に、すなわち、大気圧まで急減圧させる(図4参照)。   Next, when the operation of the water electrolysis apparatus 10 is stopped (YES in step S3), the process proceeds to step S4, and the depressurization process in the water electrolysis apparatus 10 is performed. In this depressurization process, the second flow path 46 is rapidly decompressed to the same pressure as the first flow path 44, that is, to atmospheric pressure (see FIG. 4).

その際、第1シール部材68aが、正常なシール機能を有していると、チャンバ70の圧力減少速度は、非常に緩やかなものとなる(図4中、正常時参照)。一方、第1シール部材68aの内部に気泡(ブリスタ)が発生し、この第1シール部材68aのシール機能が低下した際には、チャンバ70の圧力減少速度が速くなり、シリンダ室62の圧力減少速度に近似する(図4中、NG参照)。   At that time, if the first sealing member 68a has a normal sealing function, the pressure decreasing rate of the chamber 70 becomes very gradual (refer to normal in FIG. 4). On the other hand, when bubbles (blisters) are generated inside the first seal member 68a and the sealing function of the first seal member 68a is deteriorated, the pressure decreasing speed of the chamber 70 is increased, and the pressure of the cylinder chamber 62 is decreased. It approximates the speed (see NG in FIG. 4).

このため、予め、正常時のチャンバ70の圧力減少状態を検出し、これを規定圧力減少状態に設定しておく。そして、圧力検出センサ72により検出されたチャンバ70の圧力減少状態と、規定圧力減少状態とが比較される(ステップS5)。この比較結果に基づいて、第1シール部材68aのシール機能の良否が判断される(ステップS6)。   For this reason, the pressure decrease state of the chamber 70 at the normal time is detected in advance, and this is set to the specified pressure decrease state. Then, the pressure decrease state of the chamber 70 detected by the pressure detection sensor 72 is compared with the specified pressure decrease state (step S5). Based on the comparison result, the quality of the sealing function of the first sealing member 68a is determined (step S6).

第1シール部材68aが、所望のシール機能を有していると判断されると(ステップS6中、YES)、第1シール部材68aのシール検査処理が終了する。一方、第1シール部材68aが、所望のシール機能を有していないと判断されると(ステップS6中、NO)、ステップS7に進んで、前記第1シール部材68aがNGであり、交換時期に至ったと判断される。   If it is determined that the first seal member 68a has a desired seal function (YES in step S6), the seal inspection process for the first seal member 68a is completed. On the other hand, if it is determined that the first seal member 68a does not have the desired seal function (NO in step S6), the process proceeds to step S7, where the first seal member 68a is NG, and the replacement timing is reached. It is judged that it has reached.

なお、第2シール部材68bは、内部に水素ガスが保持されるものの、シリンダ室62の減圧時には、前記第2シール部材68bの内部の水素ガスが徐々に抜ける。このため、第2シール部材68bの内部に発泡が惹起されることを阻止することができる。これにより、第2シール部材68bは、第1シール部材68aよりも先にシール機能を喪失することがなく、外部に水素ガスが洩れることを確実に阻止して、第1シール部材68aのメンテナンス時期を検出することが可能になる。   Although the second seal member 68b retains hydrogen gas therein, the hydrogen gas inside the second seal member 68b gradually escapes when the cylinder chamber 62 is depressurized. For this reason, it is possible to prevent foaming from being caused inside the second seal member 68b. As a result, the second seal member 68b does not lose its sealing function before the first seal member 68a, and reliably prevents hydrogen gas from leaking outside, so that the maintenance time of the first seal member 68a can be reduced. Can be detected.

この場合、水電解装置10の運転時に、第2流路46に高圧水素ガスが生成されると、分子の小さな前記水素ガスは、シリンダ室62から第1シール部材68aの内部に侵入する。水素ガスは、さらにチャンバ70に導入されるため、前記チャンバ70の圧力が高圧になる。   In this case, when high-pressure hydrogen gas is generated in the second flow path 46 during operation of the water electrolysis apparatus 10, the hydrogen gas having a small molecule enters the inside of the first seal member 68 a from the cylinder chamber 62. Since hydrogen gas is further introduced into the chamber 70, the pressure in the chamber 70 becomes high.

そこで、第1の実施形態では、チャンバ70の内圧を圧力検出センサ72により検出し、水電解装置10の運転停止に伴う減圧処理時に、前記チャンバ70の圧力減少状態が検出されている。そして、検出結果に基づいて、第1シール部材68aのシール機能の良否が判断されている。従って、第1シール部材68aのシール機能が喪失される前に、前記第1シール部材68aの交換時期を確実に検出することができ、水素漏れを可及的に阻止することが可能になるという効果が得られる。   Therefore, in the first embodiment, the internal pressure of the chamber 70 is detected by the pressure detection sensor 72, and the pressure decreasing state of the chamber 70 is detected during the decompression process accompanying the stop of the operation of the water electrolysis apparatus 10. And the quality of the sealing function of the 1st seal member 68a is judged based on the detection result. Therefore, it is possible to reliably detect the replacement time of the first seal member 68a before the sealing function of the first seal member 68a is lost, and to prevent hydrogen leakage as much as possible. An effect is obtained.

図5は、本発明の第2の実施形態に係るシール検査方法が適用される水電解装置80の要部断面説明図である。なお、第1の実施形態に係る水電解装置10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。   FIG. 5 is a cross-sectional explanatory view of a main part of a water electrolysis apparatus 80 to which the seal inspection method according to the second embodiment of the present invention is applied. In addition, the same referential mark is attached | subjected to the component same as the water electrolysis apparatus 10 which concerns on 1st Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.

水電解装置80は、チャンバ70の内圧を検出する圧力検出センサ72の他に、シリンダ室62の内圧を検出するための圧力検出センサ82を備える。なお、圧力検出センサ82は、シリンダ室62の他、例えば、高圧水素通路74や水素連通孔54等、第2流路46に生成される高圧水素の圧力を検出し得る部位に任意に取り付け可能である。   The water electrolysis device 80 includes a pressure detection sensor 82 for detecting the internal pressure of the cylinder chamber 62 in addition to the pressure detection sensor 72 for detecting the internal pressure of the chamber 70. In addition to the cylinder chamber 62, the pressure detection sensor 82 can be arbitrarily attached to a part capable of detecting the pressure of the high-pressure hydrogen generated in the second flow path 46, such as the high-pressure hydrogen passage 74 and the hydrogen communication hole 54, for example. It is.

この第2の実施形態は、図3に示すフローチャートに沿って、第1の実施形態と同様に第1シール部材68aのシール検査が遂行される。その際、ステップS5では、シリンダ室62の減圧処理時に、このシリンダ室62の内圧が、圧力検出センサ82により検出される一方、チャンバ70の内圧が、圧力検出センサ72により検出される。   In the second embodiment, the seal inspection of the first seal member 68a is performed according to the flowchart shown in FIG. 3 similarly to the first embodiment. At this time, in step S5, the internal pressure of the cylinder chamber 62 is detected by the pressure detection sensor 82 while the internal pressure of the chamber 70 is detected by the pressure detection sensor 72 during the decompression process of the cylinder chamber 62.

さらに、図4に示すように、脱圧時のシリンダ室62の圧力減少状態と、チャンバ70の圧力減少状態とが比較される。例えば、シリンダ室62の圧力とチャンバ70の圧力との差圧が、設定値以上であるか否かに基づいて、第1シール部材68aのシール機能の良否が判断される。   Furthermore, as shown in FIG. 4, the pressure reduction state of the cylinder chamber 62 at the time of depressurization is compared with the pressure reduction state of the chamber 70. For example, the quality of the sealing function of the first seal member 68a is determined based on whether or not the differential pressure between the pressure in the cylinder chamber 62 and the pressure in the chamber 70 is greater than or equal to a set value.

具体的には、シリンダ室62の圧力とチャンバ70の圧力との差圧が、設定値以上であれば、第1シール部材68aが所望のシール機能を有すると判断される。一方、差圧が設定値未満であれば、第1シール部材68aが所望のシール機能を有していないと判断される。これにより、第2の実施形態では、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。   Specifically, if the pressure difference between the pressure in the cylinder chamber 62 and the pressure in the chamber 70 is equal to or greater than a set value, it is determined that the first seal member 68a has a desired sealing function. On the other hand, if the differential pressure is less than the set value, it is determined that the first sealing member 68a does not have a desired sealing function. Thereby, in 2nd Embodiment, the effect similar to said 1st Embodiment is acquired.

なお、第1及び第2の実施形態では、第1シール部材68aと第2シール部材68bとの間にチャンバ70が形成されているが、これに限定されるものではない。例えば、第2シール部材68bに変えて、他のシール構造を採用することにより、チャンバ70に相当する閉塞された第2の室を形成すれば、同様のシール検査方法が実施可能である。   In the first and second embodiments, the chamber 70 is formed between the first seal member 68a and the second seal member 68b. However, the present invention is not limited to this. For example, if a second sealed chamber corresponding to the chamber 70 is formed by employing another seal structure instead of the second seal member 68b, the same seal inspection method can be implemented.

また、チャンバ70の圧力減少速度により第1シール部材68aのシール機能の良否を判断しているが、圧力減少角度等に基づいて、前記第1シール部材68aのシール機能の良否を判断してもよい。   Further, the quality of the sealing function of the first seal member 68a is determined based on the pressure decrease rate of the chamber 70, but the quality of the sealing function of the first seal member 68a is determined based on the pressure reduction angle or the like. Good.

10、80…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
44、46…流路 48…水供給通路
50…酸素排出通路 52…水素排出通路
54…水素連通孔 56…ピストン部材
60…ピストン 62…シリンダ室
64…皿ばね 68a、68b…シール部材
70…チャンバ 72、82…圧力検出センサ
74…高圧水素通路 76…高圧水素導出口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 80 ... Water electrolysis apparatus 12 ... Unit cell 14 ... Laminated body 16a, 16b ... Terminal plate 18a, 18b ... Insulation plate 20a, 20b ... End plate 24a, 24b ... Terminal part 28 ... Power supply 32 ... Electrolyte membrane and electrode structure 34 ... anode side separator 36 ... cathode side separator 38 ... solid polymer electrolyte membrane 40 ... anode side power supply body 42 ... cathode side power supply bodies 44, 46 ... flow path 48 ... water supply passage 50 ... oxygen discharge passage 52 ... hydrogen discharge passage 54 ... Hydrogen communication hole 56 ... Piston member 60 ... Piston 62 ... Cylinder chamber 64 ... Belleville spring 68a, 68b ... Seal member 70 ... Chamber 72, 82 ... Pressure detection sensor 74 ... High pressure hydrogen passage 76 ... High pressure hydrogen outlet

Claims (4)

電解質膜の両側にアノード側給電体及びカソード側給電体が設けられ、前記アノード側給電体と一方のセパレータとの間には、水を供給する第1流路が形成され、前記カソード側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前記水の圧力よりも高圧な水素を得る第2流路が形成される高圧水電解装置において、高圧水電解装置内部で高圧な前記水素を保持するシール部材のシール機能を検査する高圧水電解装置のシール検査方法であって、
前記第2流路に連通し前記シール部材によりシールされる第1の室内に高圧な前記水素が供給される一方、前記シール部材を挟んで前記第1の室とは反対側に他の部材である他のシール部材により形成される閉塞された第2の室内の圧力を検出する工程と、
前記第1の室内が減圧されるとともに、前記第2の室内の圧力減少状態を検出する工程と、
前記第2の室内の圧力減少状態に基づいて、前記シール部材のシール機能の良否を判断する工程と、
を有することを特徴とする高圧水電解装置のシール検査方法。
An anode side feeder and a cathode side feeder are provided on both sides of the electrolyte membrane, and a first flow path for supplying water is formed between the anode side feeder and one separator, and the cathode side feeder In the high pressure water electrolysis apparatus in which a second flow path for obtaining hydrogen higher than the pressure of the water is formed by electrolyzing the water between the first separator and the other separator, A method for inspecting a seal of a high-pressure water electrolysis apparatus for inspecting a seal function of a seal member holding hydrogen,
The high-pressure hydrogen is supplied to a first chamber that communicates with the second flow path and is sealed by the seal member, while another member is disposed on the opposite side of the first chamber across the seal member. Detecting the pressure in the closed second chamber formed by some other sealing member;
A step of depressurizing the first chamber and detecting a pressure decrease state in the second chamber;
Determining the quality of the sealing function of the seal member based on the pressure reduction state in the second chamber;
A seal inspection method for a high pressure water electrolysis apparatus, comprising:
請求項1記載のシール検査方法において、前記第2の室内の圧力減少状態が、予め設定された規定圧力減少状態と比較され、又は前記第1の室内の圧力減少状態と比較され、この比較結果に基づいて前記シール部材のシール機能の良否を判断することを特徴とする高圧水電解装置のシール検査方法。   2. The seal inspection method according to claim 1, wherein a pressure reduction state in the second chamber is compared with a preset specified pressure reduction state or a pressure reduction state in the first chamber, and the comparison result A seal inspection method for a high-pressure water electrolysis apparatus, wherein the quality of the seal function of the seal member is determined based on the above. 請求項1又は2記載のシール検査方法において、前記第1の室内が減圧される前に、該第1の室内の圧力と前記第2の室内の圧力とが同圧であることを特徴とする高圧水電解装置のシール検査方法。 3. The seal inspection method according to claim 1, wherein the pressure in the first chamber and the pressure in the second chamber are the same before the first chamber is depressurized. Seal inspection method for high pressure water electrolysis equipment. 請求項1〜のいずれか1項に記載のシール検査方法において、前記第1の室は、高圧な前記水素が導入されるシリンダ室であり、
前記シール部材は、前記シリンダ室内を軸方向に進退して前記他方のセパレータを前記カソード側給電体側に押圧可能なピストンと、前記シリンダ室の内壁との摺動部位に配置されることを特徴とする高圧水電解装置のシール検査方法。
The seal inspection method according to any one of claims 1 to 3 , wherein the first chamber is a cylinder chamber into which the high-pressure hydrogen is introduced.
The seal member is disposed at a sliding portion between a piston capable of advancing and retreating in the cylinder chamber in the axial direction and pressing the other separator toward the cathode side power feeding body, and an inner wall of the cylinder chamber. Seal inspection method for high pressure water electrolysis equipment.
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