JP5932587B2 - Electrochemical equipment - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、電気化学装置に関する。   Embodiments of the present invention relate to electrochemical devices.

例えば固体電解質形燃料電池(SOFC)などの電気化学装置に用いられる電気化学セルは、酸化反応と還元反応を行う2種類の電極を、電解質膜を挟んで形成したものであり、それぞれの電極について、電極反応に必要なガスの供給および電極で発生したガスの排出を効率的に行う必要がある。   For example, an electrochemical cell used in an electrochemical device such as a solid electrolyte fuel cell (SOFC) is formed by sandwiching an electrolyte membrane between two types of electrodes that perform an oxidation reaction and a reduction reaction. It is necessary to efficiently supply the gas necessary for the electrode reaction and discharge the gas generated at the electrode.

例えば、平板型電気化学セルを用いた場合、電気化学セル、集電材、セパレータ、エンドプレートなどを重ね合わせた上で、ボルト・ナットで締め付けて固定する構造のため、それぞれの部材に隙間が生じたり、部材間に別の部材を挟み込んだりすると、内部を流れる酸化剤と還元剤が隙間から漏れ出すガスリークが発生し、ガスどうしが混じり合ってしまう、いわゆるクロスリークが生じ、発電効率が低下するという問題がある。   For example, when a flat electrochemical cell is used, the electrochemical cell, current collector, separator, end plate, etc. are stacked and tightened with bolts and nuts, so there is a gap between each member. If another member is sandwiched between the members, a gas leak occurs in which the oxidizing agent and the reducing agent flowing through the gap leak from the gap, and so-called cross leak occurs in which the gases are mixed together, resulting in a decrease in power generation efficiency. There is a problem.

このクロスリークを防ぐために、電気化学セルと集電材の側縁部にシール材を充填して封止するシール構造が提案されている。   In order to prevent this cross leak, a sealing structure has been proposed in which the side edges of the electrochemical cell and the current collector are filled with a sealing material and sealed.

特開2010−55951号公報JP 2010-55951 A

しかしながら、従来のシール構造の場合、他の部材の上に電気化学セルを直接重ねる構造のため、組み込みの際に電気化学セルが傷つき易く、電気化学セルと集電材の側縁部を塞ぐようにシール材を充填する必要があることからシール材の充填に技術を要し、また一度シール材が固化してしまうと、取り外しが困難になるという問題がある。   However, in the case of the conventional seal structure, the electrochemical cell is directly stacked on other members, so that the electrochemical cell is easily damaged when assembled, so that the side edges of the electrochemical cell and the current collector are blocked. Since it is necessary to fill the sealing material, a technique is required for filling the sealing material, and once the sealing material is solidified, there is a problem that it is difficult to remove.

本発明が解決しようとする課題は、簡易な構造で電気化学セルを傷めずに組み込め、かつ取り外しもでき、またガスリークを防止して電気化学セルを効率よく運用することができる電気化学装置を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide an electrochemical device that can be incorporated and removed without damaging the electrochemical cell with a simple structure, and that can efficiently operate the electrochemical cell by preventing gas leakage. It is to be.

実施形態の電気化学装置は、電気化学セル、セルホルダー、ガスケット、セパレータ、シール剤を備える。前記電気化学セルは電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に設けられた酸素電極と、前記電解質膜を挟んで前記酸素電極に対して反対側の面に設けられた水素電極とを有する。前記セルホルダーは前記電気化学セルの外縁部と遊嵌可能な内径の第1の開口を有し、前記第1の開口に前記電気化学セルを挿着したものである。前記ガスケットは前記セルホルダーの面と前記電気化学セルの一部の面を覆いつつ前記電極を露出させるために、前記第1の開口よりも狭い内径で形成された第2の開口を有し、前記セルホルダーと前記電気化学セルの各面にシール用として配置されている。前記セパレータは前記ガスケットの前記第2の開口から露出した前記電気化学セルの各電極に、対応するガス媒体を供給する。前記シール剤は前記電気化学セルと前記セルホルダーと前記ガスケットとの隙間を埋めるように充填または塗布されている。 The electrochemical device of the embodiment includes an electrochemical cell, a cell holder, a gasket, a separator, and a sealant. The electrochemical cell includes an electrolyte membrane, an oxygen electrode provided on one surface of the electrolyte membrane, and a hydrogen electrode provided on a surface opposite to the oxygen electrode across the electrolyte membrane. The cell holder has a first opening having an inner diameter that can be loosely fitted to an outer edge portion of the electrochemical cell, and the electrochemical cell is inserted into the first opening. The gasket has a second opening formed with an inner diameter narrower than the first opening in order to expose the electrode while covering the surface of the cell holder and a part of the surface of the electrochemical cell; It is arranged for sealing on each surface of the cell holder and the electrochemical cell. The separator supplies a corresponding gas medium to each electrode of the electrochemical cell exposed from the second opening of the gasket. The sealing agent is filled or applied so as to fill a gap between the electrochemical cell, the cell holder, and the gasket.

本発明によれば、簡易な構造で電気化学セルを傷めずに組み込め、かつ取り外しもでき、またガスリークを防止して電気化学セルを効率よく運用することができる。   According to the present invention, the electrochemical cell can be incorporated and removed without damaging it with a simple structure, and the electrochemical cell can be operated efficiently by preventing gas leakage.

一つの実施の形態の電気化学装置の構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal section showing the composition of the electrochemical device of one embodiment. 電気化学装置の要部を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the principal part of an electrochemical apparatus. 電気化学装置の要部を示す平面図である。It is a top view which shows the principal part of an electrochemical apparatus. 図3の電気化学装置のX−X断面図である。It is XX sectional drawing of the electrochemical apparatus of FIG. 第2実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 2nd Embodiment.

以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。
図1乃至図4に示すように、この実施の形態の電気化学装置は、エンドプレート15a、絶縁シート17a、セパレータ13a(水素極側)、シート状のシール材としてのガスケット19a、集電材14a、電気化学セル10、集電材14b、ガスケット19b、セパレータ13b(酸素極側)、絶縁シート17b、エンドプレート15bを積層配置し、各部材の縁部に設けた穴にボルト16aを通し、ナット16bで締め付け固定している。
Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 1 to 4, the electrochemical device of this embodiment includes an end plate 15a, an insulating sheet 17a, a separator 13a (hydrogen electrode side), a gasket 19a as a sheet-like sealing material, a current collector 14a, The electrochemical cell 10, the current collector 14b, the gasket 19b, the separator 13b (oxygen electrode side), the insulating sheet 17b, and the end plate 15b are stacked, and bolts 16a are passed through holes provided at the edges of the respective members. Tightened and fixed.

この電気化学装置は、水素などの還元剤と酸素などの酸化剤を電気化学的に反応させて電気エネルギーと水蒸気を得る、または一方の電極で水蒸気などを電気分解により還元し、反対の電極で酸素イオンを放出する電気化学セル10を備える装置である。電気化学セル10は、複数組み合わせてもよい。   This electrochemical device electrochemically reacts a reducing agent such as hydrogen with an oxidizing agent such as oxygen to obtain electric energy and water vapor, or reduces water vapor etc. by electrolysis at one electrode and at the opposite electrode. It is an apparatus provided with the electrochemical cell 10 which discharge | releases oxygen ion. A plurality of electrochemical cells 10 may be combined.

電気化学セル10は、支持基材である水素極多孔質基材11の片面に電極(水素極12a、電解質膜12x、酸素極12b)が形成された平板形状のものである。電気化学セル10は、支持基材を水素極多孔質基材11のほかの部材としても効果を妨げるものではない。   The electrochemical cell 10 has a flat plate shape in which electrodes (hydrogen electrode 12a, electrolyte membrane 12x, oxygen electrode 12b) are formed on one side of a hydrogen electrode porous substrate 11 that is a support substrate. The electrochemical cell 10 does not hinder the effect even if the supporting base material is used as another member of the hydrogen polar porous base material 11.

すなわち、この電気化学セル10は、電解質膜12xと、電解質膜12xの一方の面に設けられた酸素電極としての酸素極12bと、電解質膜12xを挟んで酸素極12bに対して反対側の面に設けられた水素電極としての水素極12aとを有する。   That is, the electrochemical cell 10 includes an electrolyte membrane 12x, an oxygen electrode 12b as an oxygen electrode provided on one surface of the electrolyte membrane 12x, and a surface opposite to the oxygen electrode 12b across the electrolyte membrane 12x. And a hydrogen electrode 12a as a hydrogen electrode.

セパレータ13a(水素極側)、13b(酸素極側)は、各電極への反応ガスの供給と、電極全面からの均等な集電の2つの役割を果たすために、例えば各電極に接する部分に適当なピッチで電極接触面に刻まれたガス供給溝(図1では破線で記載)を有する。   The separators 13a (hydrogen electrode side) and 13b (oxygen electrode side) are provided at, for example, a portion in contact with each electrode in order to perform two roles of supply of the reaction gas to each electrode and equal current collection from the entire electrode surface. It has gas supply grooves (indicated by broken lines in FIG. 1) carved on the electrode contact surface at an appropriate pitch.

反応ガスは、ガス供給溝を通って電極に供給される一方、溝の頂部:電極に接する部分は集電材14a、14bを介して電極に密着し、電気化学セル10への外部からの電力供給、または電気化学セル10からの電力の取り出しを行う。   The reactive gas is supplied to the electrode through the gas supply groove, while the top of the groove: the portion in contact with the electrode is in close contact with the electrode via the current collectors 14a and 14b, and power is supplied to the electrochemical cell 10 from the outside. Alternatively, the electric power is taken out from the electrochemical cell 10.

集電材14a、14bとセル電極面との密着性は、電気化学セル10とセパレータ13a、13bおよび集電材14a、14bとを、エンドプレート15a,15bを介して複数のボルト16aとナット16bで上下から締め付けることにより確保する。   The adhesion between the current collectors 14a, 14b and the cell electrode surface is such that the electrochemical cell 10, separators 13a, 13b and current collectors 14a, 14b are vertically moved by a plurality of bolts 16a and nuts 16b via end plates 15a, 15b. Secure by tightening.

ボルト16aはセル周辺に同じ間隔で、作業性を損なわない範囲でできるだけ多く(8〜12本)用いるのが望ましい。   It is desirable to use as many bolts 16a as possible (8 to 12 bolts) at the same interval around the cell as long as the workability is not impaired.

また、エンドプレート15aと集電材14a、また、エンドプレート15bと集電材14bを絶縁するために両者の間に絶縁シート17a,17bを挟むように配置している。この絶縁シート17という要素は必須ではない。   Further, in order to insulate the end plate 15a and the current collector 14a, and the end plate 15b and the current collector 14b, the insulating plates 17a and 17b are interposed therebetween. This element of the insulating sheet 17 is not essential.

セルホルダー18は額縁状をなし、電気化学セル10の周囲を覆うように配置されている。この例のセルホルダー18は電気化学セル10とほぼ同じ厚みを有している。   The cell holder 18 has a frame shape and is arranged so as to cover the periphery of the electrochemical cell 10. The cell holder 18 in this example has substantially the same thickness as the electrochemical cell 10.

すなわち、セルホルダー18は、電気化学セルの外縁部とほぼ同じ内径の第1の開口としての開口18aを有しており、この開口18aに電気化学セル10を挿着(遊嵌)したものである。   That is, the cell holder 18 has an opening 18a as a first opening having the same inner diameter as the outer edge of the electrochemical cell, and the electrochemical cell 10 is inserted (freely fitted) into the opening 18a. is there.

セルホルダー18の開口18aに電気化学セル10を挿着(遊嵌)するため、セルホルダー18と電気化学セル10との間に若干隙間が生じる。このため、この隙間にはシール材としての充填剤21が充填されている。また充填剤21はセルホルダー18とガスケット19a,19bとの隙間を埋めるように塗布されている。   Since the electrochemical cell 10 is inserted (freely fitted) into the opening 18 a of the cell holder 18, a slight gap is generated between the cell holder 18 and the electrochemical cell 10. For this reason, the gap is filled with a filler 21 as a sealing material. The filler 21 is applied so as to fill the gap between the cell holder 18 and the gaskets 19a and 19b.

すなわち、充填剤21は、電気化学セル10とセルホルダー18とガスケット19a,19bとの隙間を封止する(埋める)ように充填または塗布されるものである。   That is, the filler 21 is filled or applied so as to seal (fill) the gaps between the electrochemical cell 10, the cell holder 18, and the gaskets 19a and 19b.

充填剤21としては、運転温度付近で溶融するガラスや、ガラスに運転温度にてガラスや周辺部材との反応や溶融を生じないセラミックスやガラスの粉末(好ましくは平均粒径1um以下)を混合した材料を用いる。この例では、混合材料として、例えばガラスペーストなどを利用している。   As the filler 21, glass that melts near the operating temperature, ceramics or glass powder (preferably having an average particle size of 1 μm or less) that does not react or melt with the glass or peripheral members at the operating temperature were mixed. Use materials. In this example, for example, glass paste or the like is used as the mixed material.

電解質膜12xは、酸素極12b側の電気化学セル10の面に一定の幅で反応に関与しない稠密層として設けられている。   The electrolyte membrane 12x is provided as a dense layer having a certain width and not participating in the reaction on the surface of the electrochemical cell 10 on the oxygen electrode 12b side.

ガスケット19aは水素極側のセパレータ13aと接する部分に配置されている。ガスケット19aはセパレータ13aと同じ大きさで額縁状に成型されたシート状のものである。ガスケット19bは酸素極側のセパレータ13bと接する部分に配置されている。ガスケット19bはセパレータ13bと同じ大きさで額縁状に成型されたシート状のものである。   The gasket 19a is disposed at a portion in contact with the separator 13a on the hydrogen electrode side. The gasket 19a is a sheet having the same size as the separator 13a and formed into a frame shape. The gasket 19b is disposed at a portion in contact with the separator 13b on the oxygen electrode side. The gasket 19b is a sheet having the same size as the separator 13b and formed into a frame shape.

これらガスケット19a,19bは、セルホルダー18の外形と同じ幅で、電気化学セル10の電解質膜12xを露出させるように開口した開口19cを備えた額縁状のものである。   These gaskets 19a and 19b have the same width as the outer shape of the cell holder 18 and have a frame shape with an opening 19c opened so as to expose the electrolyte membrane 12x of the electrochemical cell 10.

すなわち、ガスケット19a,19bは、セルホルダー18の面と電気化学セル10の一部の面を覆いつつ電極を露出させるために、開口18aよりも狭い内径で形成された第2の開口としての開口19cを有しており、セルホルダー18と電気化学セル10の各面にシール用として配置されている。   That is, the gaskets 19a and 19b are openings as second openings formed with an inner diameter narrower than the opening 18a in order to expose the electrodes while covering the surface of the cell holder 18 and a part of the surface of the electrochemical cell 10. 19c, which is disposed on each surface of the cell holder 18 and the electrochemical cell 10 for sealing.

また、セパレータ13a、13bにはガス供給溝24が設けられている。ガス供給溝24とガスケット19a、19bとが接する部分には、それぞれガス溝カバー20a、20bが設けられており、ガスケット19a、19bとガス供給溝24が接触する面が平滑な面にされている。   The separators 13a and 13b are provided with gas supply grooves 24. Gas groove covers 20a and 20b are respectively provided at portions where the gas supply groove 24 and the gaskets 19a and 19b are in contact with each other, and the surfaces where the gaskets 19a and 19b and the gas supply groove 24 are in contact with each other are made smooth. .

すなわち、セパレータ13a、13bは、ガスケット19a、19bの開口19cから露出した電気化学セル10の各電極(水素極12a,酸素極12b)に、対応するガス媒体を供給するための溝(ガス供給溝24)が形成されたものである。   That is, the separators 13a and 13b are grooves (gas supply grooves) for supplying the corresponding gas medium to the electrodes (hydrogen electrode 12a and oxygen electrode 12b) of the electrochemical cell 10 exposed from the openings 19c of the gaskets 19a and 19b. 24) is formed.

電気化学セル10の運転条件において、端部におけるガスシール性を確保しつつ酸素極12bとセパレータ13b(酸素極側)、および水素極12aとセパレータ13a(水素極側)との電気的接触を確保するには、電気化学セル10の中央部の厚み(酸素極12b+電解質膜12x+水素極12a)に両面の集電材14a、14bの厚みを加えたものと、同じく運転条件におけるセルホルダー18の厚みに、ガスケット19a,19bの厚みを加えたものの厚みをほぼ同じ(好ましくは両者の差が0.1mm以下)とすることが望ましい。   Under the operating conditions of the electrochemical cell 10, the oxygen electrode 12b and the separator 13b (oxygen electrode side) and the electrical contact between the hydrogen electrode 12a and the separator 13a (hydrogen electrode side) are ensured while ensuring gas sealing at the end. To increase the thickness of the cell holder 18 under the same operating conditions as the thickness of the center of the electrochemical cell 10 (oxygen electrode 12b + electrolyte membrane 12x + hydrogen electrode 12a) plus the thickness of the current collectors 14a, 14b on both sides. The thicknesses of the gaskets 19a and 19b plus the thickness are preferably substantially the same (preferably the difference between the two is 0.1 mm or less).

組立時の締め付けにおいては、ガスケット19a,19bと集電材14a、14bが圧力に応じて収縮し、ガスシール性と電気的接触の確保についてある程度のロバスト性を与えることが望ましい。   In tightening at the time of assembly, it is desirable that the gaskets 19a and 19b and the current collectors 14a and 14b contract according to pressure to provide a certain degree of robustness with respect to ensuring gas sealing performance and electrical contact.

厚みを調節できる集電材14a、14bとしては、例えば金・銀製のメッシュやフェルト、パンチングメタルなどを適当な厚みになるよう重ねて用いる。あらかじめ適当な厚みになるように調整してもよい。   As the current collectors 14a and 14b whose thickness can be adjusted, for example, gold / silver mesh, felt, punching metal, or the like is used so as to have an appropriate thickness. You may adjust beforehand so that it may become suitable thickness.

さらに、電気化学セル10の使用温度において膨張または伸張する構造とすることで、接触抵抗をさらに低減できる。   Furthermore, the contact resistance can be further reduced by adopting a structure that expands or expands at the use temperature of the electrochemical cell 10.

材質としては、上に挙げたものの他に、各電極材料や耐酸化性の強い金属(例えば金・銀など)ペーストと発泡性を有する物質(シラスバルーン、パーライト、フライアッシュなど)を混合したものが挙げられる。発泡性を有する物質の混合比は、1〜20%(好ましくは5〜10%)が望ましい。   In addition to the materials listed above, each electrode material or a metal paste with strong oxidation resistance (such as gold or silver) and a foaming substance (such as shirasu balloon, pearlite, fly ash) are mixed. Is mentioned. The mixing ratio of the foaming substance is desirably 1 to 20% (preferably 5 to 10%).

また電気化学セル10とセルホルダー18とが接触する端面に充填剤21を充填すると、電気化学セル端部における反応ガスの漏れ込み(クロスリーク)を効果的に防止することができる。   Moreover, when the end face where the electrochemical cell 10 and the cell holder 18 come into contact is filled with the filler 21, it is possible to effectively prevent the reaction gas from leaking (cross leak) at the end of the electrochemical cell.

このようにこの第1実施形態によれば、電気化学セル10をセルホルダー18の開口18aに装着した上で、セルホルダー18の開口18aと電気化学セル10の外縁部とガスケット19a,19bとの隙間を埋めるように充填剤21を充填または塗布したことで、装置内部および外部へのガスリークを防ぎ、各種ガス流路の気密性および電気絶縁性を保持することができる。またボルト16aや穴に充填剤21を塗布しないため、組み込み作業がし易く、また一度装置として組み立てた後に取り外す(解体する)ことも可能である。   As described above, according to the first embodiment, after the electrochemical cell 10 is mounted in the opening 18a of the cell holder 18, the opening 18a of the cell holder 18, the outer edge portion of the electrochemical cell 10, and the gaskets 19a and 19b. By filling or applying the filler 21 so as to fill the gap, gas leakage to the inside and outside of the apparatus can be prevented, and airtightness and electrical insulation of various gas flow paths can be maintained. In addition, since the filler 21 is not applied to the bolts 16a and the holes, the assembling work is easy, and it is possible to remove (disassemble) once assembled as a device.

また、セルホルダー18およびセパレータ13a,13bに、酸素極12bおよび水素極12aへのガス供給および排出を行うガスマニホールドを設けること、セルホルダー18およびセパレータ13a,13bに、構成部材を密着させるためのボルト16a用の穴を設けること、上記のボルト16a用の穴とガスマニホールドとを一体化することにより、簡易な構造で良好なガスシール性を得ることができる。   Further, the cell holder 18 and the separators 13a and 13b are provided with gas manifolds for supplying and discharging gas to and from the oxygen electrode 12b and the hydrogen electrode 12a, and the constituent members are brought into close contact with the cell holder 18 and the separators 13a and 13b. By providing a hole for the bolt 16a and integrating the hole for the bolt 16a and the gas manifold, a good gas sealing property can be obtained with a simple structure.

この結果、簡易な構造で電気化学セルを傷めずに組み込め、かつ取り外しもでき、またガスリークを防止して電気化学セルを効率よく運用することができる。   As a result, the electrochemical cell can be incorporated and removed with a simple structure without damaging it, and gas leakage can be prevented and the electrochemical cell can be operated efficiently.

続いて、図5を参照して第2実施形態を説明する。
図1においては電気化学セル10の外縁部とセルホルダー18の開口との隙間に充填剤21を直接充填したが、この第2実施形態では、図5に示すように、電気化学セル10の外縁部を、セル端面と2つの電極面の3方からセル端部カバー22で覆って構成する。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.
In FIG. 1, the filler 21 is directly filled in the gap between the outer edge portion of the electrochemical cell 10 and the opening of the cell holder 18, but in the second embodiment, as shown in FIG. 5, the outer edge of the electrochemical cell 10. The part is covered with the cell end cover 22 from three sides of the cell end face and the two electrode faces.

セル端部カバー22は電気化学セル10の外側面と表裏の面の一部をカバーするものであり、断面コの字状に形成されている。セル端部カバー22はセパレータ13a,13bと同様に電気化学セル10に供給される反応ガスや周辺部材と運転条件で反応しない安定な金属もしくはガラス・セラミックスなどで形成する。   The cell end cover 22 covers the outer surface and part of the front and back surfaces of the electrochemical cell 10 and has a U-shaped cross section. Similarly to the separators 13a and 13b, the cell end cover 22 is formed of a stable metal or glass / ceramics that does not react with the reaction gas supplied to the electrochemical cell 10 and peripheral members under operating conditions.

このセル端部カバー22は、端面の平滑性や厚みの均一性を電気化学セル10よりも厳密に調整することにより、ガスシール性に対する電気化学セルの端部平滑性や厚みの影響を抑え、より高いロバスト性を与えることができる。   This cell end cover 22 suppresses the influence of the edge smoothness and thickness of the electrochemical cell on the gas sealability by adjusting the smoothness and thickness uniformity of the end face more strictly than the electrochemical cell 10, Higher robustness can be given.

セル端部カバー22とセルホルダー18との間には、電気化学セルの運転温度で溶融しない構造材と運転温度で溶融する封止材との混合物で構成するシール層23を配置する。これにより部材間のガスシール性を更に強固にすることができる。   Between the cell end cover 22 and the cell holder 18, there is disposed a seal layer 23 composed of a mixture of a structural material that does not melt at the operating temperature of the electrochemical cell and a sealing material that melts at the operating temperature. Thereby, the gas-seal property between members can be further strengthened.

このようにこの第2実施形態によれば、電気化学セル10の端部をセル端部カバー22で保護した上でセル端部カバー22とセルホルダー18との隙間を充填剤21(シール剤)で埋めるシール構造とすることで、高温高圧な使用条件下においてガスリークを抑制しつつ良好な発電性能を得ることができる。   As described above, according to the second embodiment, the end portion of the electrochemical cell 10 is protected by the cell end portion cover 22, and the gap between the cell end portion cover 22 and the cell holder 18 is filled with the filler 21 (sealant). By using the seal structure filled with, good power generation performance can be obtained while suppressing gas leakage under high temperature and high pressure use conditions.

換言すると、このシール構造では、セル端部カバー22とセルホルダー18との間に、電気化学セル10の運転温度で溶融しない構造材と、運転温度で溶融する封止材との混合物で構成するシール層23を設けること、あるいはセル端部カバー22とセルホルダー18とが接触する端面に充填剤21を配置することにより、さらに高いガスシール性を確保することができる。   In other words, in this seal structure, the cell end cover 22 and the cell holder 18 are composed of a mixture of a structural material that does not melt at the operating temperature of the electrochemical cell 10 and a sealing material that melts at the operating temperature. By providing the sealing layer 23 or by disposing the filler 21 on the end surface where the cell end cover 22 and the cell holder 18 are in contact with each other, it is possible to ensure a higher gas sealing property.

上述した各シール構造では、セルホルダー18に隣接する電気化学セル10もしくはセル端部カバー22の厚みとセルホルダー18の厚みとの差を0.1mm以下とすることで、さらにガスシール性を確実に確保することができる。   In each of the sealing structures described above, the difference between the thickness of the electrochemical cell 10 or the cell end cover 22 adjacent to the cell holder 18 and the thickness of the cell holder 18 is 0.1 mm or less, thereby further ensuring gas sealing performance. Can be secured.

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although the embodiment of the present invention has been described, this embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. The novel embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

10…電気化学セル、11…水素極多孔質基材、12a…水素極、12b…酸素極、12x…電解質膜、13a,13b…セパレータ、14a…集電材、15a,15b…エンドプレート、16a…ボルト、16b…ナット、17a,17b…絶縁シート、18…セルホルダー、18a…開口、19a,19b…ガスケット、19c…開口、20a…ガス溝カバー、21…充填剤、22…セル端部カバー、23…シール層、24…ガス供給溝。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Electrochemical cell, 11 ... Hydrogen electrode porous base material, 12a ... Hydrogen electrode, 12b ... Oxygen electrode, 12x ... Electrolyte membrane, 13a, 13b ... Separator, 14a ... Current collector, 15a, 15b ... End plate, 16a ... Bolt, 16b ... nut, 17a, 17b ... insulating sheet, 18 ... cell holder, 18a ... opening, 19a, 19b ... gasket, 19c ... opening, 20a ... gas groove cover, 21 ... filler, 22 ... cell end cover, 23 ... Seal layer, 24 ... Gas supply groove.

Claims (5)

電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に設けられた酸素電極と、前記電解質膜を挟んで前記酸素電極に対して反対側の面に設けられた水素電極とを有する平板状の電気化学セルと、
前記電気化学セルの外縁部を遊嵌可能な内径の第1の開口を有し、前記第1の開口に前記電気化学セルを挿着したセルホルダーと、
前記セルホルダーの面と前記電気化学セルの一部の面を覆いつつ前記電極を露出させるために、前記第1の開口よりも狭い内径で形成された第2の開口を有し、前記セルホルダーと前記電気化学セルの各面にシール用として配置されたガスケットと、
前記ガスケットの前記第2の開口から露出した前記電気化学セルの各電極に、対応するガス媒体を供給するセパレータと、
前記電気化学セルと前記セルホルダーと前記ガスケットとの隙間を埋めるように充填または塗布されたシール剤と
を具備する電気化学装置。
A flat plate electrochemical cell having an electrolyte membrane, an oxygen electrode provided on one surface of the electrolyte membrane, and a hydrogen electrode provided on a surface opposite to the oxygen electrode with the electrolyte membrane interposed therebetween When,
A cell holder having a first opening with an inner diameter capable of loosely fitting the outer edge of the electrochemical cell, and having the electrochemical cell inserted into the first opening;
In order to expose the electrode while covering the surface of the cell holder and a part of the surface of the electrochemical cell, the cell holder has a second opening formed with an inner diameter narrower than the first opening. And a gasket arranged for sealing on each surface of the electrochemical cell;
A separator for supplying a corresponding gas medium to each electrode of the electrochemical cell exposed from the second opening of the gasket;
An electrochemical device comprising a sealing agent filled or applied so as to fill a gap between the electrochemical cell, the cell holder, and the gasket.
前記シール剤を、前記電気化学セルの外縁の端面と前記セルホルダーの前記開口の端面との間に充填した請求項1に記載の電気化学装置。   The electrochemical device according to claim 1, wherein the sealing agent is filled between an end surface of an outer edge of the electrochemical cell and an end surface of the opening of the cell holder. 断面コの字状に形成され、前記電気化学セルの外側面と表裏の面の一部をカバーするセル端部カバーを前記電気化学セルと前記セルホルダーとの間に配置し、
前記電気化学セルと、前記セル端部カバーと、前記セルホルダーと、前記ガスケットとのそれぞれの隙間に前記シール剤を充填または塗布した請求項1または請求項2いずれかに記載の電気化学装置。
A cell end cover that is formed in a U-shaped cross section and covers a part of the outer surface and front and back surfaces of the electrochemical cell is disposed between the electrochemical cell and the cell holder,
3. The electrochemical device according to claim 1, wherein the sealing agent is filled or applied in a gap between each of the electrochemical cell, the cell end cover, the cell holder, and the gasket.
前記シール剤を、前記電気化学セルの運転温度で溶融しない構造の材料と前記運転温度で溶融する封止剤との混合物で構成した請求項1乃至請求項3いずれか1記載の電気化学装置。   The electrochemical device according to any one of claims 1 to 3, wherein the sealant is composed of a mixture of a material having a structure that does not melt at the operating temperature of the electrochemical cell and a sealant that melts at the operating temperature. 前記シール剤を、前記セル端部カバーと前記セルホルダーとの隙間に充填した請求項3または請求項4いずれか記載の電気化学装置。 The electrochemical device according to claim 3 or 4, wherein the sealing agent is filled in a gap between the cell end cover and the cell holder.
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