JP7149319B2 - 電気化学的昇圧装置 - Google Patents
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Description
図1は、実施形態に係る電気化学的水素昇圧装置100の外見の一例を示す側面図である。
エンドプレート160a及びエンドプレート160bは、エンドプレート160aとエンドプレート160bとで複数のセルユニット110を上下から挟み込む。また、エンドプレート160は、外部電源Pへの接続端子を備える。エンドプレート160におけるセルユニット110挟持面とは反対面に絶縁プレート170を配置する事により外部への漏電を防ぐ。絶縁プレート170は絶縁性をもつものならば塗料やフィルムといった形状でも良い。
絶縁プレート170a及び絶縁プレート170bは、絶縁プレート170aと絶縁プレート170bとで、複数のセルユニット110及び2つのエンドプレート160を上下から挟み込むように配置される。絶縁プレート170は、エンドプレート160と接する配置により、エンドプレート160の外部への漏電を防ぐ。絶縁プレート170は、例えば、絶縁性を持つ円形状のプレートである。あるいは、絶縁プレート170は、絶縁性を持つフィルム又は塗料等であっても良い。
セルユニット110は、一例として、電解質膜111、カソード側セパレーター112a、アノード側セパレーター112b、カソード側給電体113a、アノード側給電体113b、カソード側触媒114a、アノード側触媒114b、常圧水素供給路115、常圧水素流路116、常圧水素排出路117、高圧水素排出路118及び高圧水素流路119を含む。
カソード側セパレーター112aは、例えば電解質膜111の上側に積層している。
アノード側セパレーター112bは、カソード側と反対側の電解質膜111の下側に積層している。
カソード側給電体113aは、カソード側セパレーター112aと電解質膜111との間に設けられる。
アノード側給電体113bは、アノード側セパレーター112bと電解質膜111との間に設けられる。
アノード側触媒114bは、アノード側給電体113bと電解質膜111との間の電解質膜111表面に設けられる。アノード側触媒114bは、例えば白金系触媒又はルテニウム系触媒である。
カソード側触媒114a及びアノード側触媒114bの形状は、例えばリング状である。
常圧水素流路116は、常圧水素供給路115と連通している。常圧水素流路116は、アノード側給電体113bに沿うように常圧水素を供給する。
常圧水素流路116を流れる常圧水素は、アノード側触媒114bで電気により水素イオン及び電子に変換される。この反応により生成された水素イオンは、電解質膜111を介してカソード側触媒114a側に移動し、電子と結合して水素となる。当該水素は、カソード側給電体113a内の高圧水素流路に沿って流動する。
高圧水素流路119は、電解質膜111、カソード側セパレーター112a及びアノード側セパレーター112bを貫通する孔である。高圧水素流路119は、セルユニット110により高圧化された水素をピストン部120及び高圧水素導出口150に運ぶための流路である。
ピストン部120は、一例として、固定部材121、可動部材122、皿ばね123、ばね用軸124、リング部材125及びシール部材126を含む。なお、ピストン部120は、絶縁プレート170aに代えて、可動部材122のエンドプレート160a側に絶縁材又は絶縁コートなどの絶縁性を有する層を備えても良い。あるいは、ピストン部120は、絶縁性を更に高める為に、絶縁プレート170aがあっても絶縁材又は絶縁コートなどの絶縁性を有する層を備えても良い。
ピストン部120は、この皿ばね123の弾性力と、水素室内の水素の圧力とによって可動部材122を押し下げる。
絶縁プレート170aは、高圧水素流路171を有する。高圧水素流路171は、セルユニット110で発生した高圧水素が通るための円柱状の穴である。高圧水素流路171は、高圧水素流路1222及び高圧水素流路161と連通している。
実施形態の電気化学的水素昇圧装置100は、高圧水素流路1213と凹部1211を繋ぐ溝1212を有する。したがって、皿ばね123が固定部材121と可動部材122との隙間を塞ぎ、当該隙間から水素室内に水素が入りにくい状態となっていても、溝1212は塞がれにくい。したがって、この場合においても高圧水素流路1213内の水素は、溝1212を通って水素室内に流入可能である。これにより、実施形態のピストン部120は、荷重バランスが崩れることを防ぎ、適切にセルユニット110を押圧することができる。また、実施形態のピストン部120は、電気化学的水素昇圧装置100が停止し、高圧水素流路1213内の水素が減圧された場合、水素室内の水素が溝1212を通って高圧水素流路1213に流れるため、皿ばね123の荷重を適切に除去することができる。
実施形態の固定部材は、図5に示すような態様であっても良い。図5は、固定部材121の変形例である固定部材121bを示す断面図である。固定部材121bは、溝1212に代えて溝1214を備える。溝1214は、溝1212と同様に高圧水素流路1213と凹部1211とが繋がるように形成された溝である。ただし、固定部材121bは、1つの凹部1211に対して複数の溝1214を有する。当該複数の溝1214は、一例として平行に並んでいる。図5に示す固定部材121bは、1つの凹部1211に対して4つの溝1214を有する。ただし、1つの凹部1211あたりの溝1214の数は、4つに限らない。
実施形態の電気化学的水素昇圧装置は、以上のように溝1214が複数あることで、いくつかの溝1214が何らかの理由で塞がった場合であっても、他の溝1214から水素が水素室に流入する。また、固定部材121bと皿ばね123との接触断面積を低減させることができるため、固定部材121bと皿ばね123とが何らかの理由で固着した場合であっても、高圧水素流路1213から凹部1211に水素を流入させて凹部1211の圧力を増加させることで、固定部材121bと皿ばね123とを容易に引き剥がすことが可能である。
このように、実施形態の電気化学的水素昇圧装置は、凹部1211と凹部1211とを繋ぐ溝1215を有することで、複数の凹部1211内の水素の圧力が均等となる。
また、実施形態の固定部材は、溝1214及び溝1215を備えていても良い。
また、固定部材は、溝1214に代えて、あるいは溝1215に加えて孔を備えていても良い。当該孔は、溝1215と同様に凹部1211と凹部1211とを繋ぐ。当該孔は、第2の流体経路の一例である。
110 セルユニット
111 電解質膜
112a カソード側セパレーター
112b アノード側セパレーター
113a カソード側給電体
113b アノード側給電体
114a カソード側触媒
114b アノード側触媒
115 常圧水素供給路
116 常圧水素流路
117 常圧水素排出路
118 高圧水素排出路
119,131,161,171,1213,1222 高圧水素流路
120 ピストン部
121 固定部材
122 可動部材
123 皿ばね
124 ばね用軸
125 リング部材
126a,126b シール部材
130a トッププレート
130b ボトムプレート
140 タイロッド
150 高圧水素導出口
160a,160b エンドプレート
170a,170b 絶縁プレート
1211 凹部
1212,1214,1215 溝
1221 ばね用凹部
P 電源
Claims (5)
- 第1の部材と、
前記第1の部材と対向する第2の部材と、
前記第1の部材と前記第2の部材とを押し広げる方向に弾性力を発揮することで、供給ガスが電気によって隔壁である固体高分子型電解膜の反対側に移動する事で高圧化される電気化学セルを押圧する複数の弾性体と、
前記弾性体の各々及び高圧化されたガスが入る複数の流体室と、
前記第1の部材及び前記第2の部材の少なくともいずれかに形成され、前記電気化学セルから前記高圧化されたガスが排出される流路と複数の前記流体室の各々とを繋ぎ、前記弾性体によって押される面に形成される複数の第1の流体経路と、を備え、
複数の前記流体室に前記高圧化されたガスを導入することで、前記高圧化されたガスの圧力により前記第1の部材と前記第2の部材とを押し広げて、前記電気化学セルの積層体を押し付ける、電気化学的昇圧装置。 - 複数の前記第1の流体経路は、前記第1の部材に形成される溝である、請求項1に記載の電気化学的昇圧装置。
- 前記流路と1つの前記流体室とを繋ぐ前記第1の流体経路が複数形成される、請求項1に記載の電気化学的昇圧装置。
- 複数の前記流体室同士を繋ぐ溝又は孔をさらに備える、請求項1に記載の電気化学的昇圧装置。
- 前記第1の流体経路は、前記弾性体と前記面との接触面まで延びて設けられる請求項2に記載の電気化学的昇圧装置。
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