JP6166237B2 - 差圧式高圧水電解装置 - Google Patents

Description

本発明は、水を電気分解し、酸素と前記酸素よりも高圧な水素とを発生させる差圧式高圧水電解装置に関する。

一般的に、燃料電池の発電反応に使用される燃料ガスとして、水素が使用されている。この水素は、例えば、水電解装置により製造されている。水電解装置は、水を電気分解して水素（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、給電体を配設して水電解セルが構成されている。

そこで、複数の水電解セルが積層された水電解装置では、積層方向両端に電圧が付与されるとともに、アノード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、カソード給電体で電子と結合して水素が製造される。一方、アノード側では、水素ととも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。

この種の水電解装置として、水の電気分解によりアノード側に酸素を製造する一方、カソード側に前記酸素よりも高圧な水素を製造する差圧式高圧水電解装置が採用されている。その際、高圧の水素による固体高分子電解質膜とカソード給電体との離間が発生し易く、電解効率が低下するという問題が指摘されている。

そこで、例えば、特許文献１に開示されている高圧水素製造装置が知られている。この高圧水素製造装置では、カソードセパレータを、カソード給電体と固体高分子電解質膜に押圧するピストンと、前記ピストンを進退自在に収容するシリンダとを備えている。カソード側流体通路とシリンダとは、接続路により接続されており、前記カソード側流体通路に生成した高圧の水素ガスの一部が、前記シリンダ内に導入されている。一方、シリンダ内には、ピストンを固体高分子電解質膜方向に付勢する弾性体が配設されている。

そして、ピストンのシリンダ内の高圧水素ガスからの受圧面積と、カソードセパレータの固体高分子電解質膜に接する面の面積と、弾性体の応力とを調整している。このため、固体高分子電解質膜とカソード給電体との間隙を小さく設定することができ、優れた電解効率を得ることが可能になる、としている。

特開２００８−１２１０８６号公報

ところで、上記の高圧水素製造装置では、アノードセパレータとカソードセパレータとの間で固体高分子電解質膜（平膜部材）を挟持する際、特に高圧シール部の外周では、前記固体高分子電解質膜が高圧で圧縮されている。従って、固体高分子電解質膜は、高圧圧縮により膜厚が低減するおそれがある。

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、高圧圧縮により電解質膜の膜厚が低減することを確実に抑制することが可能な差圧式高圧水電解装置を提供することを目的とする。

本発明に係る差圧式高圧水電解装置は、高圧水電解セルを備え、前記高圧水電解セルは、電解質膜を有するとともに、前記電解質膜の両側には、アノード給電体及びカソード給電体が設けられている。アノードセパレータには、アノード給電体を収容するアノード室が設けられるとともに、カソードセパレータには、カソード給電体を収容するカソード室が設けられている。

高圧水電解セルは、供給される水を電気分解し、アノード給電体側に酸素を発生させ且つカソード給電体側に前記酸素よりも高圧な水素を発生させている。複数の高圧水電解セルが積層されることにより、差圧式高圧水電解装置が構成されている。

差圧式高圧水電解装置は、積層された複数の高圧水電解セルを積層方向に押圧する押圧機構を設けている。そして、電解質膜に接触するいずれかの部材の表面のうち、前記電解質膜において前記水が電気分解される電解領域よりも外方の位置に開口部が形成されている。

また、この差圧式高圧水電解装置は、前記電解領域の外方でカソード給電体を周回してシールするシール部材と、電解質膜とアノード給電体との間に配置され、前記電解領域に対応して複数の孔部が形成される保護シート部材と、を備えることが好ましい。その際、保護シート部材は、電解領域の外方に枠部を有し、前記枠部には、シール部材よりも外周に位置して開口部が形成されることが好ましい。

さらに、この差圧式高圧水電解装置は、アノード給電体及びカソード給電体の中央部を貫通して水素を流通させる水素連通孔と、アノード室と水素連通孔との間に配置されるノック部材と、を備えることが好ましい。その際、ノック部材には、保護シート部材を保持するための保持部を設けるとともに、前記保持部は、前記保護シート部材の保持時に該保護シート部材と前記ノック部材との間に隙間が形成されることが好ましい。

さらにまた、この差圧式高圧水電解装置では、開口部は、枠部の周方向に延在して複数個形成されるとともに、前記開口部は、長方形の開口形状を有し、長辺が前記周方向に沿って延在することが好ましい。

本発明によれば、前記電解質膜に接触するいずれかの部材の表面のうち、前記電解質膜において水が電気分解される電解領域よりも外方の位置に開口部が形成されている。このため、特に電解質膜に高圧圧縮力が作用する領域では、電解質膜は、部材の開口部に入り込むことができ、前記電解質膜の伸びを抑えることが可能になる。従って、簡単な構成で、高圧圧縮により電解質膜の膜厚が低減することを確実に抑制することができ、水電解運転を良好に継続することが可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る差圧式高圧水電解装置の斜視説明図である。 前記差圧式高圧水電解装置を構成する高圧水電解セルの分解斜視説明図である。 前記高圧水電解セルの、図２中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る差圧式高圧水電解装置を構成する高圧水電解セルの要部断面説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る差圧式高圧水電解装置を構成する高圧水電解セルの要部断面説明図である。 本発明の第４の実施形態に係る差圧式高圧水電解装置を構成する高圧水電解セルの要部断面説明図である。 前記高圧水電解セルを構成する水流路部材の分解斜視説明図である。 本発明の第５の実施形態に係る差圧式高圧水電解装置を構成する高圧水電解セルの要部断面説明図である。 前記高圧水電解セルを構成する水流路部材の正面説明図である。

図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る差圧式高圧水電解装置１０は、複数の高圧水電解セル１２が鉛直方向（矢印Ａ方向）又は水平方向（矢印Ｂ方向）に積層された積層体１４を備える。

積層体１４の積層方向一端（上端）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（下端）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。

差圧式高圧水電解装置１０は、押圧機構、例えば、矢印Ａ方向に延在する４本のタイロッド２２を介して円盤形状のエンドプレート２０ａ、２０ｂ間が一体的に締め付け保持され、積層方向に締結される。なお、差圧式高圧水電解装置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、差圧式高圧水電解装置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。

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を介して電解電源２８に電気的に接続される。

図２及び図３に示すように、高圧水電解セル１２は、略円盤状の電解質膜・電極構造体３２と、前記電解質膜・電極構造体３２を挟持するアノードセパレータ３４及びカソードセパレータ３６とを備える。

図２に示すように、高圧水電解セル１２の外周縁部には、セパレータ面方向外方に向かって互いに反対方向に突出する第１突出部３７ａ及び第２突出部３７ｂが形成される。第１突出部３７ａには、積層方向（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３８ａが設けられる。第２突出部３７ｂには、積層方向に互いに連通して、反応により生成された酸素及び未反応の水（混合流体）を排出するための水排出連通孔３８ｂが設けられる。

高圧水電解セル１２の中央部には、電解領域の略中央を貫通して積層方向に互いに連通し、高圧水素連通孔３８ｃが設けられる（図２及び図３参照）。高圧水素連通孔３８ｃは、反応により生成された高圧な水素（生成された酸素よりも高圧な水素）（例えば、１ＭＰａ〜７０ＭＰａ）を排出する。

アノードセパレータ３４及びカソードセパレータ３６は、略円盤状を有するとともに、例えば、カーボン部材等で構成される。アノードセパレータ３４及びカソードセパレータ３６は、その他、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もよい。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してもよい。

電解質膜・電極構造体３２は、略リング形状を有する固体高分子電解質膜（電解質膜）４０を備える。固体高分子電解質膜４０は、リング形状を有する電解用のアノード給電体４２及びカソード給電体４４により挟持される。固体高分子電解質膜４０は、例えば、炭化水素（ＨＣ）系の膜又はフッ素系の膜により構成される。

固体高分子電解質膜４０は、略中央部に高圧水素連通孔３８ｃが形成される。固体高分子電解質膜４０の一方の面には、リング形状を有するアノード電極触媒層４２ａが設けられる。固体高分子電解質膜４０の他方の面には、リング形状を有するカソード電極触媒層４４ａが形成される。アノード電極触媒層４２ａは、例えば、Ｒｕ（ルテニウム）系触媒を使用するとともに、カソード電極触媒層４４ａは、例えば、白金触媒を使用する。

アノード給電体４２及びカソード給電体４４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。アノード給電体４２及びカソード給電体４４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。アノード給電体４２の外周縁部には、枠部４２ｅが嵌め込まれる。枠部４２ｅは、アノード給電体４２よりも緻密に構成する。なお、アノード給電体４２の外周部を緻密に構成することにより、前記外周部を枠部４２ｅとすることもできる。

アノードセパレータ３４の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３４ａには、リング状の凹部を形成することにより、アノード室４６が形成される。アノード室４６には、水供給連通孔３８ａに連通する供給通路４８ａと、水排出連通孔３８ｂに連通する排出通路４８ｂとが連通する。

アノード室４６と高圧水素連通孔３８ｃとの間には、ノック部材５０が配置される。ノック部材５０は、略円柱形状を有し、中央部に高圧水素連通孔３８ｃが形成される。ノック部材５０の軸方向一端には、段差部５０ａが形成されて小径な端部５０ｓが設けられる。

ノック部材５０のアノードセパレータ３４に対向する一方の端面には、高圧水素連通孔３８ｃを周回してシール溝５２ａが形成され、前記シール溝５２ａには、シール部材５３ａが配設される。ノック部材５０の固体高分子電解質膜４０に対向する他方の端面には、高圧水素連通孔３８ｃを周回してシール溝５２ｂが形成され、前記シール溝５２ｂには、シール部材５３ｂが配設される。

アノード給電体４２のアノード室４６の底面に向かう面には、水流路部材５４が配設される。水流路部材５４には、供給通路４８ａ及び排出通路４８ｂに連通する水流路５４ａが設けられる。水流路５４ａは、図２中、互いに並列して水平方向に延在する複数本の溝部により構成される。

アノード室４６には、アノード給電体４２と、前記アノード給電体４２と固体高分子電解質膜４０との間に介装されるリング状の保護シート部材５６とが配置される。保護シート部材５６は、内周５６ｓがアノード給電体４２及びカソード給電体４４の内周よりも内方に配置されるとともに、外周位置が後述するカソード室シール溝８４の外周から外方に延在する。保護シート部材５６の内周５６ｓは、ノック部材５０の段差部５０ａに配置されるとともに、前記保護シート部材５６の保持時に、前記内周５６ｓと端部５０ｓの外周との間には、隙間ｔが形成される。

保護シート部材５６は、アノード電極触媒層４２ａの積層方向に対向する範囲（電解領域）に設けられる複数の第１貫通孔５６ａと、前記第１貫通孔５６ａの外方に設けられる複数の第２貫通孔５６ｂとを有する。第１貫通孔５６ａの配置密度は、第２貫通孔５６ｂの配置密度よりも大きく、前記第１貫通孔５６ａの開口径は、前記第２貫通孔５６ｂの開口径よりも大きい。

保護シート部材５６は、電解領域の外方に枠部５８を有する。枠部５８には、後述するカソード室シール部材８６よりも外周に位置して複数の開口部、例えば、長方形状の孔部５８ａが形成される。図２に示すように、孔部５８ａは、長辺が周方向に沿って延在するとともに、径方向に沿って複数列、例えば、３列に且つ互いに千鳥状に配置される。

図２及び図３に示すように、カソードセパレータ３６の固体高分子電解質膜４０に向かう面３６ａには、略リング状に切り欠いてカソード室６０が形成される。カソード室６０には、カソード給電体４４及び前記カソード給電体４４を固体高分子電解質膜４０に押圧させる荷重付与機構６２が配置される。

荷重付与機構６２は、弾性部材、例えば、板ばね６４を備えるとともに、前記板ばね６４は、金属製の板ばねホルダ（シム部材）６６を介してカソード給電体４４に荷重を付与する。カソード室６０は、水素排出通路４８ｃを介して高圧水素連通孔３８ｃに連通する。なお、弾性部材としては、板ばね６４の他、皿ばねやコイルスプリング等を使用することができる。

カソードセパレータ３６の中央部には、固体高分子電解質膜４０と前記カソードセパレータ３６との間に配置されるとともに、高圧水素連通孔３８ｃが形成される通電部３６ｅが一体に設けられる。なお、通電部３６ｅは、カソードセパレータ３６とは別体に構成し、前記カソードセパレータ３６と固体高分子電解質膜４０との間に配置してもよい。

通電部３６ｅと固体高分子電解質膜４０との間からカソード給電体４４と板ばねホルダ６６（板ばね６４）との間に一体に延在して、導電シート６８が配置される。導電シート６８は、例えば、チタン、ＳＵＳ又は鉄等の金属シートにより構成されるとともに、リング形状を有し、カソード給電体４４と略同一の直径に設定される。

カソード給電体４４の中央部には、導電シート６８と固体高分子電解質膜４０との間に位置して絶縁部材、例えば、樹脂シート７０が配置される。樹脂シート７０は、通電部３６ｅの直径よりも僅かに大径な円盤状を有し、カソード給電体４４の内周面に嵌合する。樹脂シート７０は、カソード給電体４４と略同一の厚さに設定される。樹脂シート７０としては、例えば、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）やポリイミドフィルム等が使用される。

図２及び図３に示すように、アノードセパレータ３４の第１突出部３７ａには、水供給連通孔３８ａを周回して第１水供給シール溝７２ａが形成される。カソードセパレータ３６の第１突出部３７ａには、水供給連通孔３８ａを周回して第２水供給シール溝７２ｂが形成される。第１水供給シール溝７２ａには、第１水供給シール部材７４ａが配置される一方、第２水供給シール溝７２ｂには、第２水供給シール部材７４ｂが配置される。

アノードセパレータ３４の第２突出部３７ｂには、水排出連通孔３８ｂを周回して第１水排出シール溝７６ａが形成される。カソードセパレータ３６の第２突出部３７ｂには、水排出連通孔３８ｂを周回して第２水排出シール溝７６ｂが形成される。第１水排出シール溝７６ａには、第１水排出シール部材７８ａが配置される一方、第２水排出シール溝７６ｂには、第２水排出シール部材７８ｂが配置される。

アノードセパレータ３４の面３４ａには、アノード室４６の内側を周回してアノード室シール溝８０が形成され、前記アノード室シール溝８０には、アノード室シール部材８２が配置される。

カソードセパレータ３６の面３６ａには、カソード室６０の外方を周回してカソード室シール溝８４が形成される。カソード室シール溝８４には、カソード室シール部材８６が配置される。

第１水供給シール部材７４ａ、第２水供給シール部材７４ｂ、第１水排出シール部材７８ａ、第２水排出シール部材７８ｂ、アノード室シール部材８２及びカソード室シール部材８６は、同一のシール材料で構成される。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等の弾性を有するシール部材が用いられる。

図１に示すように、エンドプレート２０ａには、水供給連通孔３８ａ、水排出連通孔３８ｂ及び高圧水素連通孔３８ｃに連通する配管８８ａ、８８ｂ及び８８ｃが接続される。配管８８ｃには、図示しないが、背圧弁（又は電磁弁）が設けられており、高圧水素連通孔３８ｃ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。

このように構成される差圧式高圧水電解装置１０の動作について、以下に説明する。

図１に示すように、配管８８ａから差圧式高圧水電解装置１０の水供給連通孔３８ａ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解電源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、各高圧水電解セル１２では、水供給連通孔３８ａからアノードセパレータ３４の水流路５４ａに水が供給され、この水がアノード給電体４２内に沿って移動する。

従って、水は、アノード電極触媒層４２ａ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４０を透過してカソード電極触媒層４４ａ側に移動し、電子と結合して水素が得られる。

このため、カソード給電体４４の内部の水素流路に沿って水素が流動し、前記水素は、水供給連通孔３８ａよりも高圧に維持された状態で、高圧水素連通孔３８ｃを流れて差圧式高圧水電解装置１０の外部に取り出し可能となる。一方、反応により生成した酸素と未反応の水とは、水排出連通孔３８ｂに沿って差圧式高圧水電解装置１０の外部に排出される。

この場合、図３に示すように、アノード室４６及びカソード室６０内（高圧ガス領域）における固体高分子電解質膜４０への荷重は、板ばね６４によるばね荷重＋水素ガス圧となっている。一方、アノードセパレータ３４及びカソードセパレータ３６間に挟持される高圧圧縮領域では、固体高分子電解質膜４０への荷重は、セル締結荷重−水素ガス圧（＞０）となっている。

そこで、第１の実施形態では、固体高分子電解質膜４０に高圧圧縮力が作用する領域において、前記固体高分子電解質膜４０に接触する部材、例えば、保護シート部材５６の枠部５８に、複数の孔部５８ａが形成されている。このため、固体高分子電解質膜４０は、高圧水電解セル１２の積層方向に締結荷重が付与された際、複数の孔部５８ａに入り込むことができる。

従って、固体高分子電解質膜４０の伸びを抑えることが可能になる。これにより、簡単な構成で、高圧圧縮により固体高分子電解質膜４０の膜厚が低減することを確実に抑制することができ、水電解運転を良好に継続することが可能になるという効果が得られる。

しかも、複数の孔部５８ａは、保護シート部材５６の外周縁部（枠部５８）に形成されている。このため、保護シート部材５６は、複数の第１貫通孔５６ａ及び第２貫通孔５６ｂが形成されており、新たに孔部５８ａを形成するだけでよい。従って、孔部５８ａを簡単且つ経済的に形成することができる。

さらに、第１の実施形態では、保護シート部材５６の内周５６ｓは、ノック部材５０の段差部５０ａに配置されるとともに、前記保護シート部材５６の保持時に、前記内周５６ｓと前記段差部５０ａとの間には、隙間ｔが形成されている。これにより、固体高分子電解質膜４０が内周側に伸びようとする際、隙間ｔに入り込むことができ、前記固体高分子電解質膜４０の内周側への伸びを良好に抑制することが可能になる。

さらにまた、図２に示すように、孔部５８ａは、長辺が周方向に沿って延在するとともに、径方向に沿って複数列、例えば、３列に且つ互いに千鳥状に配置されている。このため、固体高分子電解質膜４０の伸びを抑える面積が拡大され、前記固体高分子電解質膜４０の伸びを可及的に抑制することができる。

図４は、本発明の第２の実施形態に係る差圧式高圧水電解装置９０を構成する高圧水電解セル９２の要部断面説明図を示す。

なお、第１の実施形態に係る差圧式高圧水電解装置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。また、以下に説明する第３以降の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。

高圧水電解セル９２は、カソードセパレータ９４を備える。カソードセパレータ９４の固体高分子電解質膜４０に向かう面９４ａには、カソード室シール部材８６よりも外周に位置して複数の開口部、例えば、長方形状（正方形状又は円形状等、種々の形状に設定することができる）の複数の溝部９６が形成される。

このように構成される第２の実施形態では、固体高分子電解質膜４０に高圧圧縮力が作用する領域において、カソードセパレータ９４に複数の溝部９６が形成されている。このため、固体高分子電解質膜４０の伸びを抑制し、前記固体高分子電解質膜４０の膜厚が低減することを確実に抑制することができる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

図５は、本発明の第３の実施形態に係る差圧式高圧水電解装置１００を構成する高圧水電解セル１０２の要部断面説明図を示す。

高圧水電解セル１０２は、固体高分子電解質膜４０よりも小径な固体高分子電解質膜４０ｓを有する電解質膜・電極構造体１０４を備える。アノード給電体４２と固体高分子電解質膜４０ｓとの間には、リング状の保護シート部材１０６が介装される。保護シート部材１０６は、外周部に固体高分子電解質膜４０ｓ側に膨出する凸状部１０６ｔを周回形成する。凸状部１０６ｔは、固体高分子電解質膜４０ｓの外周端部に当接する。

このように構成される第３の実施形態では、高圧圧縮により固体高分子電解質膜４０ｓが外方に伸びようとしても、凸状部１０６ｔに当接して前記固体高分子電解質膜４０ｓの伸びを抑制することができる。従って、固体高分子電解質膜４０ｓの伸びを抑制し、前記固体高分子電解質膜４０ｓの膜厚が低減することを確実に抑制することができる等、上記の第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。

図６は、本発明の第４の実施形態に係る差圧式高圧水電解装置１１０を構成する高圧水電解セル１１２の要部断面説明図を示す。

高圧水電解セル１１２は、アノードセパレータ３４のアノード室４６に配置される水流路部材１１４を備える。図６及び図７に示すように、水流路部材１１４は、水拡散プレート１１６と水流路溝プレート１１８とを接合して一体に構成される。

水拡散プレート１１６は、略リング形状を有し、水供給連通孔３８ａ側に膨出する突起部には、前記水供給連通孔３８ａに連通する複数本の入口連結流路１２０ａが設けられる。水拡散プレート１１６は、水排出連通孔３８ｂ側に膨出する突起部には、前記水排出連通孔３８ｂに連通する複数本の出口連結流路１２０ｂが設けられる。

水拡散プレート１１６は、複数本の入口連結流路１２０ａに一体に連通する円弧状の入口拡散部１２２ａと、複数本の出口連結流路１２０ｂに一体に連通する円弧状の出口拡散部１２２ｂとを設ける。入口拡散部１２２ａ及び出口拡散部１２２ｂは、保護シート部材５６のアンカー部である孔部５８ａよりも外側に設けられる（図６参照）。

水流路溝プレート１１８は、略リング形状を有する。水流路溝プレート１１８のプレート面には、入口拡散部１２２ａ及び出口拡散部１２２ｂに両端が連通する複数本の水流路溝１２４ａが互いに略平行して形成される。複数本の水流路溝１２４ａにより、水流路１２４が構成される。水流路溝プレート１１８には、アノード給電体４２が重ね合わされる。

このように構成される差圧式高圧水電解装置１１０では、水供給連通孔３８ａに供給された水は、水流路部材１１４の複数本の入口連結流路１２０ａから入口拡散部１２２ａに一旦導入された後、各水流路溝１２４ａに沿って移動する。その際、水は、アノード給電体４２を透過してアノード電極触媒層４２ａ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。従って、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４０を透過してカソード電極触媒層４４ａ側に移動し、電子と結合して水素が得られる。

ここで、一般的には、カソード室シール部材８６の外周に位置するアンカー部である孔部５８ａと入口拡散部１２２ａ及び出口拡散部１２２ｂとが積層方向に重なり合っている。このため、入口拡散部１２２ａ及び出口拡散部１２２ｂと積層方向に重なり合う部位が、高圧を受けて歪んでしまう。従って、所望のアンカー効果が得られず、カソード室シール部材８６がはみ出すおそれがある。

この場合、第４の実施形態では、入口拡散部１２２ａ及び出口拡散部１２２ｂは、保護シート部材５６のアンカー部である孔部５８ａよりも外側に設けられている。これにより、所望のアンカー効果を得ることができるとともに、上記の第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。

図８は、本発明の第５の実施形態に係る差圧式高圧水電解装置１３０を構成する高圧水電解セル１３２の要部断面説明図を示す。

高圧水電解セル１３２は、アノードセパレータ３４のアノード室４６に配置される水流路部材１３４を備える。図８及び図９に示すように、水流路部材１３４は、第４の実施形態の水拡散プレート１１６と水流路溝プレート１１８とを一体化した単一のプレートで構成される。なお、第４の実施形態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。

このように構成される第５の実施形態では、単一の水流路部材１３４を備えるため、構成が一層簡素化するとともに、上記の第４の実施形態と同様の効果が得られる。

１０、９０、１００、１１０、１３０…高圧水電解装置
１２、９２、１０２、１１２、１３２…高圧水電解セル
１４…積層体 ２８…電解電源
３２、１０４…電解質膜・電極構造体 ３４…アノードセパレータ
３６、９４…カソードセパレータ ３８ａ…水供給連通孔
３８ｂ…水排出連通孔 ３８ｃ…高圧水素連通孔
４０、４０ｓ…固体高分子電解質膜 ４２…アノード給電体
４２ａ…アノード電極触媒層 ４２ｅ、５８…枠部
４４…カソード給電体 ４４ａ…カソード電極触媒層
４６…アノード室 ５０…ノック部材
５０ｓ…端部 ５４、１１４、１３４…水流路部材
５６、１０６…保護シート部材 ５６ａ、５６ｂ…貫通孔
５８ａ…孔部 ６０…カソード室
６２…荷重付与機構 ６８…導電シート
７０…樹脂シート ８０…アノード室シール溝
８２…アノード室シール部材 ９６…溝部
１０６ｔ…凸状部

Claims (4)

1. 電解質膜と、
   前記電解質膜の両側に設けられるアノード給電体及びカソード給電体と、
   前記アノード給電体が収容されるアノード室を設けるアノードセパレータと、
   前記カソード給電体が収容されるカソード室を設けるカソードセパレータと、
   を有し、供給される水を電気分解し、前記アノード給電体側に酸素を発生させ且つ前記カソード給電体側に前記酸素よりも高圧な水素を発生させる高圧水電解セルを備え、複数の前記高圧水電解セルが積層される差圧式高圧水電解装置であって、
   積層された複数の前記高圧水電解セルを積層方向に押圧する押圧機構を設けるとともに、
   前記電解質膜に接触するいずれかの部材の表面のうち、前記電解質膜において前記水が電気分解される電解領域よりも外方の位置に開口部が形成されることを特徴とする差圧式高圧水電解装置。
2. 請求項１記載の差圧式高圧水電解装置において、前記電解領域の外方で前記カソード給電体を周回してシールするシール部材と、
   前記電解質膜と前記アノード給電体との間に配置され、前記電解領域に対応して複数の孔部が形成される保護シート部材と、
   を備え、
   前記保護シート部材は、前記電解領域の外方に枠部を有し、前記枠部には、前記シール部材よりも外周に位置して前記開口部が形成されることを特徴とする差圧式高圧水電解装置。
3. 請求項２記載の差圧式高圧水電解装置において、前記アノード給電体及び前記カソード給電体の中央部を貫通して前記水素を流通させる水素連通孔と、
   前記アノード室と前記水素連通孔との間に配置されるノック部材と、
   を備え、
   前記ノック部材には、前記保護シート部材を保持するための保持部を設けるとともに、
   前記保持部は、前記保護シート部材の保持時に該保護シート部材と前記ノック部材との間に隙間が形成されることを特徴とする差圧式高圧水電解装置。
4. 請求項２又は３に記載の差圧式高圧水電解装置において、前記開口部は、前記枠部の周方向に延在して複数個形成されるとともに、
   前記開口部は、長方形の開口形状を有し、長辺が前記周方向に沿って延在することを特徴とする差圧式高圧水電解装置。

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