JPH08239788A

JPH08239788A - 水素・酸素発生装置

Info

Publication number: JPH08239788A
Application number: JP7040142A
Authority: JP
Inventors: Seiji Hirai; 清司平井; Shinichi Yasui; 信一安井; Mamoru Nagao; 衛長尾; Hiroko Kobayashi; 宏子小林; Takashi Sasaki; 隆佐々木; Michiyuki Harada; 宙幸原田
Original assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Current assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Priority date: 1995-02-28
Filing date: 1995-02-28
Publication date: 1996-09-17
Anticipated expiration: 2014-03-03
Also published as: JP2862808B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】効率良く純水を供給し、発生した酸素ガス、水
素ガスを取り出すこと可能で、電気分解に必要な電気エ
ルギーを極力抑えることができる構造簡単な水素・酸素
発生装置を提供する。【構成】固体電解質膜１０と、多孔質給電体２０と、複
極式の電極板３０とから構成されるユニット４０を積層
した構造とし、各固体電解質膜ユニット４０を長手方向
に貫通するマニホールド式の純水供給経路５２と、水素
ガス取出し経路５４と、酸素ガス取出し経路５６と、な
らびに水抜き用ドレン経路５８とをそれぞれ形成し、各
電極板３０の陽極面側に、純水供給経路５２から陽極室
に至る溝形状の純水供給凹部３２ａを凹設するととも
に、酸素ガス取出し経路５６に至る溝形状の酸素ガス捕
集凹部３６ａを凹設し、各電極板の陰極面側に、水素ガ
ス取出し経路５４に至る溝形状の水素ガス捕集凹部３４
ａを凹設するとともに、水抜き用ドレン経路５８に至る
水抜き捕集凹部３８ａを凹設したことを特徴とする水素
・酸素発生装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質膜を隔膜と
して用い、複極式の電極板の陽極側に純水を供給しなが
ら電気分解して、陽極側から酸素ガスを、陰極側から水
素ガスを発生させるための複極式の水素・酸素発生装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種の水素・酸素発生装置
の構造としては、多量の酸素ガス、水素ガスを必要とす
る場合など大規模施設に適用する場合に、図11に示した
ようないわゆる「複極式フィルタープレス型電気分解装
置」が提案されている（「新版電気化学便覧」、（社）
電気化学協会編、丸善（株）発行、第２版第４刷、第73
3 頁参照）。

【０００３】この装置は、固体電解質膜110 、例えば、
カチオン交換膜（フッ素樹脂系スルフォン酸カチオン交
換膜、例えば、デュポン社製「ナフィオン117 」）と、
その両面に添設した白金属族金属をメッキしたチタン等
からなるメッシュ状の多孔質給電体111 、 112 と、両多
孔質給電体111 、 112 の外側に配設した複極式電極板11
3 とから構成される複数個の固体電解質膜ユニット120
、 120 を、多数構成されるように各ユニットを重ね合
わせて配置したものである。なお、複極式電極板113
は、通電した際に電極板の表面と裏面が逆の電位となる
単一枚の電極板である。

【０００４】すなわち、この場合、水を陽極側に供給し
ながら電気分解することにより、陽極側では、2H₂O →
O ₂＋4H⁺＋4e^-のような反応が起こり酸素ガスが発生
し、陰極側では、4H⁺＋4e^-→２H ₂の反応が起こり水
素ガスが発生するものである。

【０００５】そして、固体電解質膜ユニット120 、 120
の陽極側の多孔質給電体１１１、１１１に純水を供
給するための純水供給経路１１５、１１５を配設
するとともに、固体電解質膜ユニット120 、 120 の陽極
側の多孔質給電体111 、 111 から酸素ガス（水を含む）
を取り出すための酸素ガス取り出し経路116,116 を配設
し、固体電解質膜ユニット120 、 120 の陰極側の多孔質
給電体112 、 112 から水素ガス（水を含む）を取り出す
ための水素ガス取り出し経路117,117 を配設した構造で
ある。

【０００６】このような水素・酸素発生装置の水の供給
経路等の構造としては、特表昭63-502908 号、特開平06
-033283 号にも開示されているように、水素・酸素発生
装置の中心部に軸方向に、マニホールド式の水の供給経
路を設けるとともに、その周縁部に軸方向に設けたマニ
ホールド式の流路から陰極板から発生した水と水素が取
り出されるとともに、円筒形ハウジング（ケーシング）
とセル外周部との間に軸方向に設けられたジャケットを
介して、陽極板より発生した酸素と水を取り出すように
構成した水素・酸素発生装置が開示されている。

【０００７】また、このような従来のマニホールド式の
水の供給経路、水素取り出し経路、酸素取り出し経路と
して、例えば、特開昭63-50490号に開示されているよう
に、樹脂製のスペーサに給液孔、排液孔、給ガス孔、回
収ガス孔を設けた構成や、アルカリ電解装置ではある
が、特開平6-17277 号に開示されているように、加硫ゴ
ム枠体に電解質入口又は排気開口を設けた構成が開示さ
れている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来のマニホールド式の水の供給経路、水素取出し経
路、酸素取出し経路は、例えば、特開平06-033283 号に
開示されているように、リング状のセパレータに設けた
それぞれ、各経路に連通するリング内周から外周の至る
スリット状の溝から構成されているものである。

【０００９】従って、このようなスリット状の溝では、
そのマニホールド孔の断面積と、溝の断面積が同一では
ないので、例えば、陽極側で発生した水を含む酸素ガス
を、陽極側の多孔質給電体から酸素取出し経路を通して
取り出す場合に、酸素ガス及び水の流れの抵抗が大きく
なり、多孔質給電体全体から均一に且つ同一流速で取り
出すことは困難であり、しかも、単なるスリット形状で
は、多孔質給電体全体より水を含む酸素ガスを補集する
ことができず、その補集性能に問題があり、このように
酸素ガス補集性能が低下することは、装置全体の水素・
酸素ガス発生能低下をきたし、電気分解に必要な電気エ
ネルギーも増大するものであった。

【００１０】このことは、陰極側の水素ガス取出し経路
においても同様であり、さらに、水の供給経路において
も、陽極側の多孔質給電体全体に均一に水を供給できな
いこととなり装置全体の水素・酸素ガス発生能低下をき
たすものであった。

【００１１】また、このようなリング状のセパレータに
設けたそれぞれ、各経路に連通するリング内周から外周
の至るスリット状の溝を設けることは、水素・酸素発生
装置における構成部材の部品数が多くなるとともに、複
雑な構成が必要となる。

【００１２】一方、特開昭63-50490号、特開平6-17277
号に開示されるように、水素・酸素発生装置に、スペー
サや枠体を設けることは、電極板と固体電解質膜との間
の間隙が増加することになり、結果として高価な多孔質
給電体の厚さが厚くなる。従って、全体的に積層体とし
ての装置全体の全長が長くなり、小型でコンパクトな装
置ではなくなってしまう。また、スペーサや枠体のよう
な部品が別途必要となり、水素・酸素発生装置における
構成部材の部品数が多くなるとともに、複雑な構成が必
要となる。

【００１３】また、従来技術に示されているように、図
12に示したように、ガスケット200に切欠き202 を設け
て、水供給経路、水素取出し経路、酸素取出し経路を構
成する場合、固体電解質膜を挟着するために、ガスケッ
トは固体電解質膜自体に損傷を与えないために、特に軟
質のガスケットを用いているので、ガスケットに切欠き
を設けることは、ガスケット全体の剛性が低くなり、寸
法確保も困難であり、そのために、水、水素ガス、酸素
ガスなどの漏洩が生じることとなり、好ましくないもの
である。さらに、図13に示したように、マニホールドの
密閉性を確保するために、多孔質材料からなる詰物部材
204 をガスケット206 の切欠き208 に装着しても、ガス
ケット自体が軟質であるために、ガスケット206 全体の
剛性が低くなり、寸法確保も困難であるうえ、詰物部材
204 をガスケットと206 と同一の伸縮性を確保すること
が困難で、詰物部材204 をガスケット206 の切欠き208
に保持することも困難となる。

【００１４】本発明は、このような実情を考慮して、水
の供給経路より陽極側の多孔質給電体全体に均一に効率
良く純水を供給でき、陽極側ならびに陰極側の多孔質給
電体全体より均一に効率良く、水を含んだ発生した酸素
ガス、水素ガスを取り出すこと可能で、電気分解に必要
な電気エネルギーを極力抑えることができる簡単な構造
の水素・酸素発生装置を提供することを目的とする。

【００１５】また、本発明は、従来のようにスペーサー
や加硫ゴム枠体などの部品を必要とすることなく、ま
た、ガスケットに切欠きや詰物部材を設ける必要もな
く、簡単でかつコンパクトで、しかも水、水素ガス、酸
素ガスなどの漏洩が生じることのないマニホールド式の
水の供給経路、水素取り出し経路、酸素取り出し経路を
具備した水素・酸素発生装置を提供することを目的とす
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述したよう
な従来技術における課題及び目的を達成するために発明
なされたものであって、下記の（１）〜（６）を、その
構成要旨とするものである。

【００１７】（１）固体電解質膜と、その両面に添設し
た多孔質給電体と、両多孔質給電体の外側に配設した陽
極及び陰極の両作用を行う複極式の電極板とから構成さ
れる複数個の固体電解質膜ユニットを積層した構造の複
極式の水素・酸素発生装置であって、前記各固体電解質
膜ユニットを長手方向に貫通するマニホールド式の純水
供給経路と、水素ガス取出し経路と、酸素ガス取出し経
路と、ならびに水抜き用ドレン経路とをそれぞれ形成
し、前記各電極板の陽極面側に、前記純水供給経路から
純水を陽極室に供給するために、溝形状の純水供給凹部
を凹設するとともに、陽極室で発生した酸素ガス及び純
水を捕集するために、前記酸素ガス取出し経路に至る溝
形状の酸素ガス捕集凹部を凹設し、前記各電極板の陰極
面側に、陰極室で発生した水素ガスを捕集するために、
前記水素ガス取出し経路に至る溝形状の水素ガス捕集凹
部を凹設するとともに、陰極室に溜まった純水を排出す
るために、前記水抜き用ドレン経路に至る水抜き捕集凹
部を凹設したことを特徴とする水素・酸素発生装置。

【００１８】（２）前記各溝形状の凹部の入口又は出口
断面積が、前記マニホールド式の各経路の断面積と同じ
断面積を有することを特徴とする前述の（１）に記載の
水素・酸素発生装置。

【００１９】（３）前記各溝形状の凹部が、略Ｌ字若し
くは逆Ｌ字形状であることを特徴とする前述の（１）又
は（２）に記載の水素・酸素発生装置。

【００２０】（４）前記各溝形状の凹部が、略八の字形
状であることを特徴とする前述の（１）又は（２）に記
載の水素・酸素発生装置。

【００２１】（５）前記各溝形状の凹部に、多孔質材料
からなる詰物部材を装着したことを特徴とする前述の
（１）から（４）のいずれかに記載の水素・酸素発生装
置。

【００２２】（６）前記各溝形状の凹部に、蓋板部材を
装着したことを特徴とする前述の（１）から（４）のい
ずれかに記載の水素・酸素発生装置。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいてより
詳細に説明する。

【００２４】図１は、本発明の水素・酸素発生装置の一
実施例の分解斜視図で、図2 は、図1 のA −A 線につい
ての部分縦断面図で、各構成部材間を理解のために僅か
に距離をおいた状態で示してある。

【００２５】図１及び図２において、１は全体で、本発
明の水素・酸素発生装置を示している。水素・酸素発生
装置１は、基本的には、円盤状の固体電解質膜10と、そ
の両面に添設した円盤状の多孔質給電体20、 20と、両多
孔質給電体20、20の外側に配設した陽極及び陰極の両作
用を行う円盤状の電極板30とから構成される複数個の円
盤状の固体電解質膜ユニット40,40 を、複数個並設した
構造のものである。なお、各電極板30は、複極式電極板
であって、通電した際に電極板の表面と裏面が逆の電位
となる単一枚の電極板である。

【００２６】具体的には、一端の円盤状のエンドプレー
ト60、シリコンゴムなどから構成される円盤状の端部ガ
スケット70' 、端部電極板30' 、環状のガスケット70、
ネオフロンなどから構成される環状の保護シート80、固
体電解質膜10、保護シート80、環状のガスケット70、中
間部の電極板30……他端の端部電極板30' 、ガスケット
70、エンドプレート60' から構成されている。

【００２７】なお、この場合、固体電解質膜10と電極板
30とガスケット70とで構成されるシールされた画室に多
孔質給電体20が収容され、多孔質給電体20の外周部に形
成されたリング状の取着部20a が、ガスケット70と保護
シート80で挟着固定されており、これがそれぞれ陽極室
( 酸素発生室)A 、水素発生室B を形成している。

【００２８】また、この場合、図示しないが、電源より
電圧および電流が、両端部の端部電極板30' にそれぞれ
印加されるようになっている。

【００２９】そして、各固体電解質膜ユニット40には、
長手( 軸) 方向に連通する純水供給経路52、水素ガス取
出し経路54、酸素ガス取出し経路56、ならびに水抜き用
ドレン経路58がそれぞれマニホールド式に形設されてい
る。

【００３０】すなわち、この純水供給経路52は、エンド
プレート60に設けられた純水供給用ノズル62から、ガス
ケット70' の孔部72' 、端部電極板30' の純水供給用孔
部32' 、ガスケット70の孔部72、保護シート80の孔部8
2、固体電解質膜10の純水供給用孔部12、保護シート80
の孔部82、ガスケット70の孔部72、中間の電極板30の純
水供給用孔部32、……他端の端部電極板30' の純水供給
用孔部32' に終端するようにマニホールド式に構成され
ている。

【００３１】同様に、水素ガス取出し経路54は、エンド
プレート60に設けられた水素ガス取出し用ノズル64か
ら、ガスケット70' の孔部74' 、端部電極板30' の水素
ガス取出し用孔部34' 、ガスケット70の孔部74、保護シ
ート80の孔部84、固体電解質膜10の水素ガス取出し用孔
部14、保護シート80の孔部84、ガスケット70の孔部74、
中間の電極板30の水素ガス取出し用孔部34、……他端の
端部電極板30' の水素ガス取出し用孔部34' に終端する
ようにマニホールド式に構成されている。

【００３２】また、同様に、酸素ガス取出し経路56は、
エンドプレート60に設けられた酸素ガス取出し用ノズル
66から、ガスケット70' の孔部76' 、端部電極板30' の
酸素ガス取出し用孔部36' 、ガスケット70の孔部76、保
護シート80の孔部86、固体電解質膜10の酸素ガス取出し
用孔部16、保護シート80の孔部86、ガスケット70の孔部
76、中間の電極板30の酸素ガス取出し用孔部36、……他
端の端部電極板30' の酸素ガス取出し用孔部36' に終端
するようにマニホールド式に構成されている。

【００３３】さらに、同様に、水抜き用ドレン経路58
は、エンドプレート60に設けられた水抜き用ノズル68か
ら、ガスケット70' の孔部78' 、端部電極板30' の水抜
き用孔部38' 、ガスケット70の孔部78、保護シート80の
孔部88、固体電解質膜10の水抜き用孔部18、保護シート
80の孔部88、ガスケット70の孔部78、中間の電極板30の
水抜き用孔部38、……他端の端部電極板30' の水抜き用
孔部38' に終端するようにマニホールド式に構成されて
いる。

【００３４】図3 は、電極板30の拡大斜視図であり、図
4(a)は、その正面図、図4(b)は、図4(a)のB −B 線につ
いての断面図、図4(c)は、図4(a)のG −G 線についての
断面図である。

【００３５】ところで、これらの図に示したように、電
極板30の陽極面側表面には、純水供給経路52から純水を
陽極室A に供給するために、純水供給用孔部32に至る略
逆L字形状の溝形状の純水供給凹部32a が凹設されてい
る。この場合、純水供給凹部32a の一部は、ガスケット
70により閉止されており、閉止されていない部分が、純
水供給口32b を構成しており、そのL 字形状によって、
純水を漏斗のような作用で均一に陽極室A に収容された
多孔質給電体20全体に供給できるとともに、その入口断
面積が、マニホールド式の純水供給経路52の断面積( す
なわち、電極板30の純水供給用孔部32) の断面積と同じ
断面積を有するので、その純水の供給も一定の流速で安
定して陽極室A に収容された多孔質給電体20全体に供給
することができるようになっている。

【００３６】一方、電極板30の陽極面側表面には、純水
供給経路52と中心軸に対して点対象の位置に、陽極室A
で発生した酸素ガス及び純水を酸素ガス取出し経路56を
介して捕集するために、酸素ガス取出し用孔部36に至る
略逆L 字形状の溝形状の酸素ガス捕集凹部36a が凹設さ
れている。この場合も、酸素ガス捕集凹部36a の一部
は、ガスケット70により閉止されており、閉止されてい
ない部分が、酸素ガス取出し口36b を構成しており、そ
のL 字形状によって、固体電解質膜10の陽極側の表面で
発生して、陽極室A に収容された多孔質給電体20全体に
移動した酸素ガスと水を、漏斗のような作用で均一に補
集できる。また、その入口断面積が、マニホールド式の
酸素ガス取出し経路56の断面積( すなわち、電極板30の
酸素ガス取出し用孔部36) の断面積と同じ断面積を有す
るので、固体電解質膜10の陽極側の表面で発生して、陽
極室A に収容された多孔質給電体20全体に移動した酸素
ガスと水を、一定の流速で安定して酸素ガス取出し経路
56を介して捕集することができるようになっている。

【００３７】また、電極板30の陰極面側表面には、陰極
室B で発生した水素ガスを水素ガス取出し経路54を介し
て捕集するために、水素ガス取出し用孔部34に至る略逆
L 字形状の溝形状の水素ガス捕集凹部34a が凹設されて
いる。この場合も、水素ガス捕集凹部34a の一部は、ガ
スケット70により閉止されており、閉止されていない部
分が、水素ガス取出し口34b を構成しており、そのL 字
形状によって、固体電解質膜10の陰極側の表面で発生し
て、陰極室B に収容された多孔質給電体20全体に移動し
た水素ガスを漏斗のような作用で均一に補集できる。ま
た、その入口断面積が、マニホールド式の水素ガス取出
し経路54の断面積( すなわち、電極板30の水素ガス取出
し用孔部34) の断面積と同じ断面積を有するので、固体
電解質膜10の陰極側の表面で発生して、陰極室B に収容
された多孔質給電体20全体に移動した水素ガスを一定の
流速で安定して水素ガス取出し経路54を介して捕集する
ことができるようになっている。

【００３８】さらに、電極板30の陰極面側表面には、水
素ガス取出し経路54と中心軸に対して点対象の位置に、
陰極室B に溜まった純水を水抜き用ドレン経路58を介し
て排出するために、水抜き用孔部38に至る略逆L 字形状
の溝形状の水抜き捕集凹部38a が凹設されている。この
場合も、水抜き捕集凹部38a の一部は、ガスケット70に
より閉止されており、閉止されていない部分が、水抜き
捕集口38b を構成しており、そのL 字形状によって、陰
極室B に収容された多孔質給電体20全体から陰極室B に
溜まった水を漏斗のような作用で均一に補集できるとと
もに、その入口断面積が、マニホールド式の水抜き用ド
レン経路58の断面積( すなわち、電極板30の水抜き用孔
部38) の断面積と同じ断面積を有するので、陰極室B に
収容された多孔質給電体20全体から陰極室B に溜まった
水を一定の流速で安定して水抜き用ドレン経路58を介し
て排出することができるようになっている。

【００３９】なお、この場合、例えば、電極板30の厚さ
約6 mm、直径約370 mmφ、溝形状の凹部32a 、34a 、36
a 、38a の深さが電極板30の厚さの1/3 〜1/2 、長さは
30〜40mm、各経路52、54、56、58の孔径が約15 mm φと
するのが、上記条件を満足するのに好適であることがわ
かっている。

【００４０】また、端部の電極板30' には、陽極面側若
しくは陰極面側のみに、このような凹部が凹設されてい
ることは勿論であるが、このような両面に凹部を形成し
たものを用いてもよい。

【００４１】図5 は、この電極板30の構造の別の実施例
であり、上記の実施例と相違するところは、純水供給凹
部32a'、水素ガス捕集凹部34a'、酸素ガス取出し用孔部
36a'、水抜き捕集凹部38a'の形状が、L 字形状となって
いる以外は上記の実施例と同様であり、その作用も同様
である。また、図6 は、この電極板30の構造の別の実施
例であり、純水供給凹部32a"、水素ガス捕集凹部34a"、
酸素ガス捕集凹部36a"、水抜き捕集凹部38a"の形状が、
略八字形状となっている以外は上記の実施例と同様であ
り、その作用は、より均一にガスなどの補集、水の供給
・排出が可能とすることができるようになっている。

【００４２】なお、上記種々の経路は、電極板30にドリ
ル、エンドミルなどで穿設することにより設ければ良い
が、その他、プレス加工、放電加工など種々の加工法が
可能である。

【００４３】さらに、固体電解質膜10としては、固体高
分子電解質を膜状に成形したもの、例えば、カチオン交
換膜（フッ素樹脂系スルフォン酸カチオン交換膜、例え
ば、デュポン社製「ナフィオン117 」）の両面に、貴金
属、特に、白金族金属からなる多孔質の陽極及び陰極
を、化学的に無電解メッキで接合した構造の「固体高分
子電解質膜」を使用するのが好適である。また、この場
合、両電極としては、白金であるのが好ましく、特に、
白金とイリジウムの２層の構造とした場合には、高電流
密度、例えば、従来の物理的に電極をイオン交換膜に接
触させた構造の固体電解質では、50〜70A/dm²であるの
に対して、80℃、200A/dm ²において約4年間の長期間
電気分解することが可能となる。なお、この場合、前記
イリジウムの他にも、２種類以上の白金族金属をメッキ
した多層構造の固体高分子電解質膜も使用可能であり、
より高電流密度化が可能となる。

【００４４】また、本願の固体電解質膜10では、固体高
分子電解質の両面に貴金属からなる電極を化学的に無電
解メッキで接合した構造であるので、固体高分子電解質
と両電極の間に水が存在しないので、溶液抵抗、ガス抵
抗がないので、固体高分子電解質と両電極の間の接触抵
抗が低く、電圧が低く、電流分布が均一となり、高電流
密度化、高温水電解、高圧水電解が可能となり、高純度
の酸素、水素ガスを効率良く得ることが可能である。

【００４５】一方、多孔質給電体20としては、通気性を
確保するために、チタン製のメッシュ、例えば、エキス
パンドメタル3 層重ねで、厚さ数mmとするのが好まし
い。なお、この多孔質給電体を用いることによって、電
極板30から固体電解質膜10の表面の白金メッキ部へ、電
気分解に必要な電気を供給するとともに、原料である純
水及び発生する酸素、水素ガスを通過させることができ
る。また、多孔質給電体20は、要するに、導電性の通気
性を有する多孔質体であれば良く、上記のもの以外に
も、カーボン多孔質体、金属多孔質体、多孔質導電セラ
ミック等が適用可能である。

【００４６】また、電極板30としては、耐食性の理由か
ら、チタン製で、厚さ数mm〜数10mmとするのが好まし
い。なお、本実施例では電極板の厚さが5mm 〜6mm のも
のを使用した。

【００４７】さらに、両端の固体電解質膜ユニット40、
40の外側には、ステンレス鋼製、例えば、SUS304、SUS3
16などから構成される円盤状のエンドプレート60、 60が
設けられており、固体電解質膜ユニット40,40 を並設す
るに際しては、各部材の間の接合は、図7 に示したよう
に、水素・酸素発生装置１の両端のエンドプレート60、
60に至る複数の貫通孔90、 90を穿設し、該貫通孔90、 90
に貫通ボルト92、 92を装着し、ナット94によって締結す
ることにより行うことが可能である。

【００４８】図8 は、電極板30の各溝形状の凹部構造の
別の実施例であり、純水供給凹部32a 、水素ガス捕集凹
部34a 、酸素ガス捕集凹部36a 、水抜き捕集凹部38a に
相当する各溝形状の凹部に、多孔質材料から構成した詰
物部材32c （34c 、 36c 、 38c ）を装着して、電極板30
の陽極及び陰極表面を平坦化することによって、締め付
け力が一定に加わり、電極板30の溝形状の凹部32a （34
a 、 36a 、 38a ）と軟質ガスケット70間の密封性を向上
させることができる。なお、この場合、多孔質材料の詰
物部材としては、本実施例（電極板の材質がチタンの場
合）では、チタンメッシュが使用できるが、この他に、
カーボンの多孔質体やセラミックの多孔質体も使用可能
である。

【００４９】図9 は、電極板30の各溝形状の凹部構造の
さらに別の実施例であり、純水供給凹部32a 、水素ガス
捕集凹部34a 、酸素ガス捕集凹部36a 、水抜き捕集凹部
38aに相当する各溝形状の凹部の周縁部に蓋板部材装着
凹部32d （34d 、 36d 、 38d）を凹設し、この凹部に蓋
板部材32e （34e 、 36e 、 38e ）を装着した構成であ
る。なお、蓋板部材としては、本実施例（電極板の材質
がチタンの場合）の場合では、チタン板を使用するが、
この他に、カーボン製の電極板に用いる場合は、カーボ
ン製の蓋板部材が使用可能である。要するに、蓋板部材
としては、電極板と同じ材質を用いることが好ましい。

【００５０】また、この蓋板部材32e （34e 、 36e 、 38
e ）には、純水供給用孔部32、水素ガス取出し用孔部3
4、酸素ガス取出し用孔部36、水抜き用孔部38に相当す
る部位に孔部32e'（34e'、 36e'、 38e'）が設けられると
ともに、ガスケット70と当接する部位以外の箇所に水素
ガス、酸素ガス、水などの入口となる開口部32e ”（34
e ”、 36e ”、 38e ”）を設けている。このような蓋板
部材32e （34e 、 36e 、38e ）を装着することによって
も、電極板30の陽極及び陰極表面を平坦化することによ
って、締め付け力が一定に加わり、電極板30の溝形状の
凹部32a （34a 、36a 、 38a ）と軟質ガスケット70間の
密封性を向上させることができる。

【００５１】図10は、図9 の実施例とほとんど同じ構成
であるが、蓋板部材32e （34e 、 36e 、 38e ）がＬ字形
状ではなく、各溝形状の凹部の形状が長円形状である場
合に対応して、長円形状であるのが相違する。

【００５２】

【作用】このように構成される本発明の水素・酸素発生
装置１は、先ず、エンドプレート60に設けられた純水供
給用ノズル62に接続された純水供給系（図示せず）か
ら、純水供給経路52より、電極板30の純水供給用孔部32
を介して、電極板30の陽極面側表面に形成され溝形状の
純水供給凹部32a の純水供給口32b から、純水が陽極室
A に収容された多孔質給電体20に供給される。この場
合、純水供給凹部32aによって、純水を漏斗のような作
用で均一に陽極室A に収容された多孔質給電体20全体に
供給できるとともに、その入口断面積が、電極板30の純
水供給用孔部32の断面積と同じ断面積を有するので、そ
の純水の供給も一定の流速で安定している。

【００５３】そして、この陽極室A に供給された純水
が、固体電解質膜10の陽極側において電気分解されて、
2H₂O →O ₂＋4H⁺＋4e^-のような反応が起こり、酸素
ガスが発生し、発生した酸素ガスと純水は、電極板30の
陽極面側表面に、純水供給経路52と中心軸に対して点対
象の位置に形成された溝形状の酸素ガス捕集凹部36a を
介して補集され、電極板30の酸素ガス取出し用孔部36よ
り酸素ガス取出し経路56を介して、エンドプレート60に
設けられた酸素ガス取出し用ノズル66から、水と発生酸
素ガスが取り出され、酸素ガス取り出し経路56に接続さ
れた気液分離装置（図示せず）において酸素ガスが取り
出される。なおこの場合も、酸素ガス捕集凹部36a によ
って、酸素ガスと純水を漏斗のような作用で均一に陽極
室A に収容された多孔質給電体20全体から補集できると
ともに、その入口断面積が、電極板30の酸素ガス取出し
用孔部36の断面積と同じ断面積を有するので、そのガス
と純水の補集も一定の流速で安定している。

【００５４】一方、陰極側においては、固体電解質膜10
をH ⁺が通過して、固体電解質膜10の陰極側において電
気分解されて、4H⁺＋4e^-→2H₂の反応が起こり水素ガ
スが発生し、電極板30の陰極面側表面に形成された溝形
状の水素ガス捕集凹部34a を介して水素ガスが補集さ
れ、電極板30の水素ガス取出し用孔部34より水素ガス取
出し経路54を介して、エンドプレート60に設けられた水
素ガス取出し用ノズル64から、水素ガスが取り出され、
水素ガス取り出し経路54に接続された気液分離装置（図
示せず）において水素ガスが取り出される。なおこの場
合も、水素ガス捕集凹部34a によって、水素ガスを漏斗
のような作用で均一に陰極室B に収容された多孔質給電
体20全体から補集できるとともに、その入口断面積が、
電極板30の水素ガス取出し用孔部34の断面積と同じ断面
積を有するので、そのガスの補集も一定の流速で安定し
ている。

【００５５】さらに、電極板30の陰極面側表面に、水素
ガス取出し経路54と中心軸に対して点対象の位置に形成
された、溝形状の水抜き捕集凹部38a を介して、陰極室
B に溜まった純水が、電極板30の水抜き用ドレン経路58
を介して排出するために、エンドプレート60に設けられ
た水抜き用ドレンノズル68から、純水が取り出されるよ
うになっている。なおこの場合も、水抜き捕集凹部38a
によって、陰極室B に溜まった水を漏斗のような作用で
均一に陰極室B に収容された多孔質給電体20全体から補
集できるとともに、その入口断面積が、電極板30の水抜
き用孔部38の断面積と同じ断面積を有するので、その水
の補集も一定の流速で安定している。

【００５６】

【発明の効果】本発明の水素・酸素発生装置によれば、
下記に示したような顕著で特有な作用効果を奏する極め
て優れた発明である。

【００５７】このように構成される本発明の水素・酸素
発生装置１は、電極板30の陽極面側表面に形成された純
水供給経路52に至る溝形状の純水供給凹部32a 、酸素ガ
ス取出し経路56に至る溝形状の酸素ガス捕集凹部36a を
形成して、純水を純水供給凹部32a を介して、陽極室A
に供給し、陽極室A で発生した酸素ガスと水を酸素ガス
捕集凹部36a を介して補集するように構成するととも
に、電極板30の陰極面側表面に形成された水素ガス取出
し経路54に至る溝形状の水素ガス捕集凹部34a 、水抜用
ドレン経路58に至る溝形状の水抜き捕集凹部38a を形成
して、陰極室B で発生する水素ガスを水素ガス捕集凹部
34a を介して補集し、陰極室B に溜まった純水を、水抜
き捕集凹部38a を介して排出するように構成したので、
純水供給凹部32a 、水素ガス捕集凹部34a 酸素ガス捕集
凹部36a 、水抜き捕集凹部38a によって、両極室A 、 B
より発生する酸素ガス、水素ガス、水などを、その漏斗
のような作用で均一に両極室A 、B に収容された多孔質
給電体20全体から補集、排出できるとともに、陽極室A
に純水を均一に供給できる。さらに、それらの入口断面
積が、各経路の断面積と同じ断面積を有するので、その
水の供給、ガス、水など補集、排出が一定の流速で安定
している。

【００５８】また、本発明は、従来のようにスペーサー
や加硫ゴム枠体などの部品を必要とすることなく、ま
た、ガスケットに切欠きや詰物部材を設ける必要もな
く、簡単でかつコンパクトで、しかも水、水素ガス、酸
素ガスなどの漏洩が生じることのないマニホールド式の
水の供給経路、水素取り出し経路、酸素取り出し経路を
具備した水素・酸素発生装置を提供できるものである。

【００５９】さらに、電極板の各溝形状の凹部に、多孔
質材料から構成した詰物部材又は蓋板部材を装着したの
で、電極板の陽極及び陰極表面を平坦化することによっ
て、締め付け力が一定に加わり、電極板の溝形状の凹部
と軟質ガスケット間の密封性を向上させることができ
る。

【００６０】従って、水の供給経路より陽極側の多孔質
給電体全体に均一に効率良く純水を供給でき、陽極側な
らびに陰極側の多孔質給電体全体より均一に効率良く、
水を含んだ発生した酸素ガス、水素ガスを取り出すこと
可能で、電気分解に必要な電気エネルギーを極力抑える
ことができる簡単な構造の水素・酸素発生装置を提供で
きるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の水素・酸素発生装置の一実施
例の分解斜視図である。

【図２】図1 のA −A 線についての部分縦断面図で、各
構成部材間を理解のために僅かに距離をおいた状態で示
してある。

【図３】図3 は、電極板30の拡大斜視図である。

【図４】図4(a)は、その正面図、図4(b)は、図4(a)のB
−B 線についての断面図、図4(c)は、図4(a)のG −G 線
についての断面図、図4(c)は、図4(a)のG −G 線につい
ての断面図である。である。

【図５】図5 は、電極板30の構造の別の実施例の正面図
である。

【図６】図6 は、電極板30の構造のさらに別の実施例の
正面図である。

【図７】図7 は、本発明の水素・酸素発生装置を組み立
てた状態を示す縦断面図である。

【図８】図8(a)は、電極板30の各溝形状の凹部構造の別
の実施例を示す部分拡大斜視図、図8(b)は、図8(a)のC-
C 線についての断面図、図8(c)は、図8(a)のD-D 線につ
いての断面図である。

【図９】図9(a)は、電極板30の各溝形状の凹部構造の別
の実施例を示す部分拡大斜視図、図9(b)は、図9(a)のE-
E 線についての断面図、図9(c)は、図9(a)のF-F 線につ
いての断面図である。

【図１０】図10(a) は、電極板30の各溝形状の凹部構造
の別の実施例を示す部分拡大斜視図、図10(b) は、図10
(a) のG-G 線についての断面図、図10(c) は、図10(a)
のH-H 線についての断面図である。

【図１１】図11は、従来の複極式フィルタープレス型の
水素・酸素発生装置の概略を示す断面図である。

【図１２】図12は、従来の水素・酸素発生装置のマニホ
ールドの概略を示す断面図である。

【図１３】図13は、従来の水素・酸素発生装置のマニホ
ールドの概略を示す断面図である。

【符号の説明】

１…水素・酸素発生装置 10…固体電解質膜 12、32、32' …純水供給用孔部 14、34、34' …水素ガス取出し用孔部 16、36、36' …酸素ガス取出し用孔部 18、38、38' …水抜き用孔部 20…多孔質給電体 20a …取着部 30…電極板 30' …端部電極板 32a …純水供給凹部 32b …純水供給口 32c （34c 、 36c 、 38c ）…詰物部材 32d (34d、 36d 、 38d ）…蓋板部材装着凹部 32e （34e 、 36e 、 38e ）…蓋板部材 32' …純水供給用孔部 34a …水素ガス捕集凹部 34b …水素ガス取出し口 36a …酸素ガス捕集凹部 36b …酸素ガス取出し口 38a …水抜き捕集凹部 38b …水抜き捕集口 40…固体電解質膜ユニット 52…純水供給経路 54…水素ガス取出し経路 56…酸素ガス取出し経路 58…水抜き用ドレン経路 60、 60' …エンドプレート 62…純水供給用ノズル 64…水素ガス取出し用ノズル 66…酸素ガス取出し用ノズル 68…水抜き用ノズル 70…ガスケット 70' …端部ガスケット 72、72' 、74、74' 、76、76' 、78、78' 、82、84、8
6、88、 …孔部 80…保護シート 90…貫通孔 92…貫通ボルト 94…ナット 110 …固体電解質膜 111,112 …多孔質給電体 113 …複極式電極板 115 …純水供給経路 116 …酸素ガス取り出し経路 117 …水素ガス取り出し経路 120 …固体電解質膜ユニット A …陽極室 B …陰極室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小林宏子兵庫県神戸市長田区名倉町５丁目８番11号 (72)発明者佐々木隆兵庫県三木市志染町東自由が丘３丁目310 (72)発明者原田宙幸東京都練馬区西大泉２−25−43

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体電解質膜と、その両面に添設した多
孔質給電体と、両多孔質給電体の外側に配設した陽極及
び陰極の両作用を行う複極式の電極板とから構成される
複数個の固体電解質膜ユニットを積層した構造の複極式
の水素・酸素発生装置であって、前記各固体電解質膜ユニットを長手方向に貫通するマニ
ホールド式の純水供給経路と、水素ガス取出し経路と、
酸素ガス取出し経路と、ならびに水抜き用ドレン経路と
をそれぞれ形成し、前記各電極板の陽極面側に、前記純水供給経路から純水
を陽極室に供給するために、溝形状の純水供給凹部を凹
設するとともに、陽極室で発生した酸素ガス及び純水を
捕集するために、前記酸素ガス取出し経路に至る溝形状
の酸素ガス捕集凹部を凹設し、前記各電極板の陰極面側に、陰極室で発生した水素ガス
を捕集するために、前記水素ガス取出し経路に至る溝形
状の水素ガス捕集凹部を凹設するとともに、陰極室に溜
まった純水を排出するために、前記水抜き用ドレン経路
に至る水抜き捕集凹部を凹設したことを特徴とする水素
・酸素発生装置。
【請求項２】前記各溝形状の凹部の入口又は出口断面
積が、前記マニホールド式の各経路の断面積と同じ断面
積を有することを特徴とする請求項１に記載の水素・酸
素発生装置。
【請求項３】前記各溝形状の凹部が、略Ｌ字若しくは
逆Ｌ字形状であることを特徴とする請求項１又は２に記
載の水素・酸素発生装置。
【請求項４】前記各溝形状の凹部が、略八の字形状で
あることを特徴とする請求項１又は２に記載の水素・酸
素発生装置。
【請求項５】前記各溝形状の凹部に、多孔質材料から
なる詰物部材を装着したことを特徴とする請求項１から
４のいずれかに記載の水素・酸素発生装置。
【請求項６】前記各溝形状の凹部に、蓋板部材を装着
したことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載
の水素・酸素発生装置。