JPH09176882A - Hydrogen and oxygen generator - Google Patents
Hydrogen and oxygen generatorInfo
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- JPH09176882A JPH09176882A JP7335192A JP33519295A JPH09176882A JP H09176882 A JPH09176882 A JP H09176882A JP 7335192 A JP7335192 A JP 7335192A JP 33519295 A JP33519295 A JP 33519295A JP H09176882 A JPH09176882 A JP H09176882A
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- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子電解質
膜を隔膜として用い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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention uses a solid polymer electrolyte membrane as a diaphragm for electrolyzing while supplying pure water to the anode side to generate oxygen gas from the anode side and hydrogen gas from the cathode side. Of the bipolar type hydrogen / oxygen generator.
【０００２】[0002]
【従来の技術】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、この種の水素・
酸素発生装置の構造として、本発明者等は、既に特願平
7-40142号において、図６及び図７に示したようないわ
ゆる「複極式の水素・酸素発生装置」を提案した。2. Description of the Related Art When applying a large amount of oxygen gas or hydrogen gas to a large-scale facility such as hydrogen gas of this type,
As a structure of the oxygen generator, the present inventors have already filed a patent application.
In No. 7-40142, a so-called “bipolar hydrogen / oxygen generator” as shown in FIGS. 6 and 7 was proposed.
【０００３】この装置は、基本的には、固体高分子電解
質膜110と、その両面に添設した多孔質給電体120、120
と、両多孔質給電体120、120の外側に配設した陽極及び
陰極の両作用を行う電極板130とから構成される複数個
の固体高分子電解質膜セル140,140を、複数個並設した
構造のものであって、各電極板130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。具体的には、一端よりエン
ドプレート160、端部ガスケット170'、端部電極板13
0'、環状のガスケット170、環状の保護シート180、固体
高分子電解質膜110、保護シート180、環状のガスケット
170、中間部の電極板130……他端の端部電極板130'、端
部ガスケット170'、エンドプレート160' から構成さ
れ、各固体高分子電解質膜セル140には、長手(軸)方向
に連通する純水供給経路152、水素ガス取出し経路154、
酸素ガス取出し経路156、ならびに水抜き用ドレン経路1
58がそれぞれマニホールド式に形設されている構造のも
のである。This device basically comprises a solid polymer electrolyte membrane 110 and porous power supply members 120, 120 provided on both sides of the solid polymer electrolyte membrane 110.
And a structure in which a plurality of solid polymer electrolyte membrane cells 140, 140, each of which is composed of an electrode plate 130 which performs both functions of an anode and a cathode and which is disposed on the outside of both porous power feeders 120, 120, are arranged in parallel. Each of the electrode plates 130 is a bipolar electrode plate, and is a single electrode plate in which the front surface and the back surface of the electrode plate have opposite potentials when energized. Specifically, from one end, the end plate 160, the end gasket 170 ', the end electrode plate 13
0 ', annular gasket 170, annular protective sheet 180, solid polymer electrolyte membrane 110, protective sheet 180, annular gasket
170, an electrode plate 130 in the middle portion, which is composed of an end electrode plate 130 'at the other end, an end gasket 170', and an end plate 160 '. Each solid polymer electrolyte membrane cell 140 has a longitudinal (axial) direction. Pure water supply path 152, hydrogen gas extraction path 154,
Oxygen gas extraction path 156 and drain path 1 for draining water
58 has a structure in which each is formed in a manifold type.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
水素・酸素発生装置においては、多量の酸素ガス、水素
ガスを必要とする場合には、固体高分子電解質膜の大面
積化には限度があるので、要求されるガス発生量を確保
するためには、固体高分子電解質膜を多数枚用いて、全
体としての膜面積を増加させる必要がある。このため、
数十〜数百セルもの固体高分子電解質膜セル140,140を
並設して水素・酸素発生装置を構成することが通常であ
る。この場合、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マニホールド式の酸素ガス取
出し経路を介して取り出す場合に、ガスと水とが、気液
２相流となって流れることとなるので、水だけ又はガス
だけが流れる場合に比較して、酸素ガス取出し経路の断
面積、流れ勾配等が適切でない場合、圧力変動が大きく
圧力制御が困難で、振動などの発生する等の問題があ
り、特に固体高分子電解質膜セル140,140の数が多くな
り、発生するガス量が増加するほど、また酸素ガス取出
し経路の距離が長くなるほど問題が生じやすくなる。By the way, in such a hydrogen / oxygen generator, when a large amount of oxygen gas and hydrogen gas are required, there is a limit to increase the area of the solid polymer electrolyte membrane. Therefore, in order to secure the required gas generation amount, it is necessary to increase the membrane area as a whole by using a large number of solid polymer electrolyte membranes. For this reason,
Usually, several tens to several hundreds of solid polymer electrolyte membrane cells 140, 140 are arranged in parallel to form a hydrogen / oxygen generator. In this case, oxygen gas containing water generated on the anode side,
In the case of taking out from the porous electric power feeder on the anode side through the manifold type oxygen gas taking-out path, gas and water will flow in a gas-liquid two-phase flow, so that only water or only gas flows Compared with the above, when the cross-sectional area of the oxygen gas extraction path, the flow gradient, etc. are not appropriate, there are problems such as large pressure fluctuations, pressure control is difficult, and vibrations occur. The larger the number of gas, the larger the amount of gas generated, and the longer the distance of the oxygen gas extraction path, the more likely problems will occur.
【０００５】また、このような水素・酸素発生装置で
は、部品の交換をする場合などにおいても装置全体を取
り外して交換したり、装置全体について水圧テスト、気
密テストを実施しなければならず、常時、酸素ガス、水
素ガスを必要とする施設では操業低下などにもつながる
こととなり好ましくなかった。Further, in such a hydrogen / oxygen generator, even when parts are replaced, the entire device must be removed and replaced, or the entire device must be subjected to a water pressure test and an airtight test. However, in facilities requiring oxygen gas and hydrogen gas, it is not preferable because it may lead to a decline in operation.
【０００６】さらに、この種の水素・酸素発生装置で
は、支持架台上に配設することが多く、電源より電圧お
よび電流が、両端部の端部電極板130'にそれぞれ印加さ
れるようになっているが、支持架台との絶縁に別途絶縁
材を設けるなどの必要があった。Further, in this type of hydrogen / oxygen generator, the hydrogen / oxygen generator is often arranged on a support frame so that a voltage and a current are applied from the power source to the end electrode plates 130 'at both ends. However, it is necessary to provide a separate insulating material to insulate the support base.
【０００７】さらにまた、この場合、水電解セルの多孔
質給電体の外周には、固体高分子電解質膜を挟んで環状
のガスケットを配設して、水電解セル内部と大気側との
シールを確保した構成としているので、水電解セル内の
圧力が大気圧側よりかなり高い場合には、そのガス圧差
によって、ガスケットがはみ出す可能性があり、万一、
ガスケットがはみ出した場合には、シール機能が損なわ
れるおそれがあった。Furthermore, in this case, a ring-shaped gasket is disposed on the outer periphery of the porous power feeder of the water electrolysis cell with a solid polymer electrolyte membrane interposed therebetween to seal the inside of the water electrolysis cell from the atmosphere side. Since the configuration is secured, if the pressure inside the water electrolysis cell is considerably higher than the atmospheric pressure side, the gasket may stick out due to the difference in gas pressure.
If the gasket protrudes, the sealing function may be impaired.
【０００８】このような問題点を解消するために本発明
者等は、既に特願平７−２８３３４０号、特願平７−２
８３３４５号において、固体高分子電解質膜セルの積層
数を減少してマニホールド式のガス取り出し経路を極力
短くでき、陽極側で発生した水を含む酸素ガス又は水素
ガスの流れの圧力変動が小さく圧力制御が容易で、振動
などの発生などの問題が生ずることがなく、しかも、部
品交換の場合などにおいても装置全体を取り外して交換
する必要がない水素・酸素発生装置を提供した。In order to solve such problems, the present inventors have already filed Japanese Patent Application Nos. 7-283340 and 7-2.
No. 83345, the number of stacked solid polymer electrolyte membrane cells can be reduced to shorten the manifold type gas extraction path as much as possible, and the pressure fluctuation of the flow of oxygen gas or hydrogen gas containing water generated on the anode side is small and pressure control is performed. The present invention provides a hydrogen / oxygen generator that is easy to operate, does not cause problems such as vibration, and does not require the entire device to be removed and replaced when replacing parts.
【０００９】しかしながら、これらの装置においては、
複数個の固体高分子電解質膜セルを積層し、且つその両
端部にエンドプレートを配設して一体化した構造の複数
の水素・酸素発生ブロックを、エンドプレート同士を接
触させて電気的に導通させるように並列して配設する
か、又は、水素・酸素発生ブロックを相互に離間させ
て、隣接する水素・酸素発生ブロックの端部電極板同士
を電気連絡部材を介して電気的に導通させる構造のもの
である。従って、これらの装置においては、各ブロック
の両端にエンドプレートを各々取り付けており、隣接す
るブロックのエンドプレートが重なっている分だけ、又
は水素・酸素発生ブロックを相互に離間させている分だ
け、装置全体の全長が長くなってしまうために、装置の
搬入、取り付けなどにおいて不便で、設備が大型化して
好ましくなかった。However, in these devices,
A plurality of solid polymer electrolyte membrane cells are laminated, and end plates are placed at both ends of the cells to integrate them, and a plurality of hydrogen / oxygen generating blocks are electrically connected by contacting the end plates. Or the hydrogen / oxygen generating blocks are separated from each other so that the end electrode plates of the adjacent hydrogen / oxygen generating blocks are electrically connected to each other through the electric connection member. It is of structure. Therefore, in these devices, the end plates are attached to both ends of each block, and the end plates of the adjacent blocks overlap each other, or the hydrogen / oxygen generating blocks are separated from each other. Since the entire length of the entire device becomes long, it is inconvenient in carrying in and mounting the device, and the equipment becomes large, which is not preferable.
【００１０】本発明は、このような実情を考慮して、固
体高分子電解質膜セルの数を減少してマニホールド式の
ガス取り出し経路を極力短くでき、陽極側又は陰極側で
発生した水を含む酸素ガス又は水素ガスの流れの圧力変
動が小さく圧力制御が容易で、振動などの発生などの問
題が生ずることがない水素・酸素発生装置を提供するこ
とを目的とする。In consideration of such circumstances, the present invention can reduce the number of solid polymer electrolyte membrane cells to shorten the manifold type gas extraction path as much as possible, and include water generated on the anode side or the cathode side. An object of the present invention is to provide a hydrogen / oxygen generator which has small pressure fluctuations in the flow of oxygen gas or hydrogen gas, is easy to control in pressure, and does not cause problems such as vibration.
【００１１】また、本発明は、支持架台上に配設する場
合にも、支持架台との絶縁性が良好で、且つ、水電解セ
ル内の圧力が大気圧側よりかなり高い場合にも、水電解
セルの多孔質給電体の外周に配設したガスケットが、そ
のガス圧差によって、ガスケットがはみ出す可能性がな
い高圧で操業可能な水素・酸素発生装置を提供すること
を目的とする。Further, according to the present invention, even when the water electrolysis cell is disposed on a support stand, the insulation property from the support stand is good, and the pressure in the water electrolysis cell is considerably higher than the atmospheric pressure side, the water An object of the present invention is to provide a hydrogen / oxygen generator capable of operating at a high pressure, in which a gasket disposed around the outer periphery of a porous power feeder of an electrolysis cell is unlikely to protrude due to the gas pressure difference.
【００１２】[0012]
【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）〜（３）を、その
構成要旨とするものである。The present invention has been made in order to achieve the above-mentioned problems and objects in the prior art. The following (1) to (3) are summarized as follows. It is what
【００１３】（１） 固体高分子電解質膜と、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高分子電解質膜セルを積層
し、且つその両端部にエンドプレートを配設して一体化
した構造の複極式の水素・酸素発生ブロックを、複数個
直列的に配設してなる水素・酸素発生装置であって、隣
接する水素・酸素発生ブロック間のエンドプレートを、
共有する一つのエンドプレートとし、前記各水素・酸素
発生ブロックを絶縁材料からなる外套部材に嵌着すると
ともに、各外套部材相互を脱着自在に継合したことを特
徴とする水素・酸素発生装置。(1) A solid polymer electrolyte membrane, a porous power feeding body provided on both sides of the solid polymer electrolyte membrane, and a bipolar electrode plate disposed on the outer side of both porous power feeding bodies and serving as both an anode and a cathode. A plurality of bipolar hydrogen / oxygen generating blocks each having a structure in which a plurality of solid polymer electrolyte membrane cells composed of and are stacked and end plates are integrated at both ends thereof are connected in series. In the hydrogen / oxygen generating device, the end plate between adjacent hydrogen / oxygen generating blocks is
A hydrogen / oxygen generator, wherein one end plate is shared, and each of the hydrogen / oxygen generating blocks is fitted to an outer member made of an insulating material, and the outer members are detachably joined together.
【００１４】（２）各水素・酸素発生ブロックをそれぞ
れのブロックの両端の共有エンドプレートを介して、締
結部材によって締結したことを特徴とする前述の（１）
に記載の水素・酸素発生装置。(2) Each of the hydrogen / oxygen generating blocks is fastened by a fastening member via shared end plates at both ends of each block, and the above-mentioned (1) is provided.
The hydrogen / oxygen generator described in.
【００１５】（３）前記締結部材の位置が、隣接する水
素・酸素発生ブロック相互では、相互に位置をずらして
配設されていることを特徴とする前述の（２）に記載の
水素・酸素発生装置。(3) The hydrogen / oxygen as described in (2) above is characterized in that the positions of the fastening members are displaced from each other between the adjacent hydrogen / oxygen generating blocks. Generator.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】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。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【００１７】図１は、本発明の水素・酸素発生装置の一
実施例の側面図、図２は、図１のＡ方向端面図、図３
は、図１の水素・酸素発生装置の部分拡大断面図で、図
４の一点鎖線Ｄについての断面図、図４は、図３のＣ−
Ｃ線方向の断面図である。FIG. 1 is a side view of an embodiment of the hydrogen / oxygen generator of the present invention, FIG. 2 is an end view in the direction A of FIG. 1, and FIG.
3 is a partially enlarged cross-sectional view of the hydrogen / oxygen generator of FIG. 1, which is a cross-sectional view taken along one-dot chain line D of FIG. 4, and FIG.
It is sectional drawing of the C line direction.
【００１８】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、複数個（本実施例では７個）の
水素・酸素発生ブロック２、２を直列的に配設して、支
持架台３に、両端部の水素・酸素発生ブロック２を支持
架台３の取り付けブラケット3A、3Aにボルトなどで固定
することにより構成されている。なお、この場合、図示
しないが、電源より電圧および電流が、両端の水素・酸
素発生ブロック２、２のエンドプレート60',60'にそれ
ぞれ印加されるようになっている。In FIGS. 1 and 2, reference numeral 1 generally indicates the hydrogen / oxygen generator of the present invention. The hydrogen / oxygen generating device 1 basically has a plurality of (7 in this embodiment) hydrogen / oxygen generating blocks 2 and 2 arranged in series, and a support base 3 is provided with hydrogen at both ends. -The oxygen generation block 2 is configured by fixing it to the mounting brackets 3A, 3A of the support base 3 with bolts or the like. In this case, although not shown, a voltage and a current are applied from the power source to the end plates 60 'and 60' of the hydrogen / oxygen generating blocks 2 and 2 at both ends, respectively.
【００１９】図３に示したように、各水素・酸素発生ブ
ロック２は、基本的には、円盤状の固体高分子電解質膜
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高分子電解質膜セル40を有し、この
固体高分子電解質膜セル40を複数個、好ましくは11〜20
セル（本実施例では12セル）並設した構造のものであ
る。As shown in FIG. 3, each hydrogen / oxygen generating block 2 is basically a disk-shaped solid polymer electrolyte membrane.
10 and a disk-shaped porous power supply body 20, 20 attached to both sides
And a plurality of disk-shaped solid polymer electrolyte membrane cells 40 composed of a disk-shaped electrode plate 30 that performs both functions of an anode and a cathode arranged outside both of the porous power feeders 20 and 20. A plurality of the solid polymer electrolyte membrane cells 40, preferably 11 to 20.
The cells (12 cells in this embodiment) are arranged side by side.
【００２０】ところで、セル数が11の時に流動状態が、
層状流とプラグ流の境界となり、セル数が20の時に流動
状態が、スラグ流とプラグ流の境界となることがわかっ
ている。すなわち、セル数が11〜20セルの範囲でのみプ
ラグ流となっており、この範囲を下回るセル数では、層
状流であり、この範囲を上回るセル数では、スラグ流と
なってしまう。スラグ流の場合、圧力変動が激しくて圧
力検出が困難であるばかりでなく、流体による振動、騒
音、圧力変動による応力変動に起因する疲労などの装置
にとって好ましくない問題が生じ、一方、層状流の場
合、完全にガスと水に分離して流れるので、一様な流体
として扱えず、流路途中で弁又は分岐部等の断面積が変
化する部分が存在すると、そこで水とガスの比率が大き
く変化する可能性があるので、圧力制御が困難となっ
て、スラグ流と同様な問題が生じることとなり好ましく
ない。これに対して、プラグ流の場合、すなわち、固体
高分子電解質膜セル40,40を、11〜20セル並設した場合
には、水とガスは、分離しながらも全体としてみれば一
応混合した状態で流れているので、圧力変動も小さいの
で、圧力制御が容易で、前述したようなスラグ流、層状
流のような問題が発生することがない。By the way, when the number of cells is 11, the flow state is
It is known that it becomes the boundary between the laminar flow and the plug flow, and the flow state becomes the boundary between the slug flow and the plug flow when the number of cells is 20. That is, the plug flow is only in the range of 11 to 20 cells, and the number of cells below this range is a laminar flow, and the number of cells above this range is a slug flow. In the case of slug flow, not only is pressure fluctuation difficult to detect due to pressure, but also problems such as vibration due to fluid, noise, and fatigue due to stress fluctuation due to pressure fluctuation occur to the device. In this case, since the gas and water flow completely separated, it cannot be treated as a uniform fluid, and if there is a portion where the cross-sectional area such as a valve or branch changes in the middle of the flow path, the ratio of water and gas becomes large. Since it may change, pressure control becomes difficult, and the same problem as the slug flow occurs, which is not preferable. On the other hand, in the case of the plug flow, that is, when the solid polymer electrolyte membrane cells 40, 40 are arranged side by side in 11 to 20 cells, the water and the gas are tentatively mixed as a whole while being separated. Since the flow is in a state, the pressure fluctuation is small, so that the pressure control is easy, and the problems such as the slug flow and the laminar flow described above do not occur.
【００２１】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。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→O2＋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-→2H2の反応が起こり
水素ガスが発生するものである。Each electrode plate 30 is a bipolar electrode plate, and is a single electrode plate whose electric potentials are opposite to each other when the electrodes are energized. That is, in this case, by electrolyzing while supplying water to the anode side, a reaction such as 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e − occurs on the anode side to generate oxygen gas, and 4H on the cathode side. + + 4e - → the reaction of 2H 2 is what happens hydrogen gas is generated.
【００２２】なお、固体高分子電解質膜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。The solid polymer electrolyte membrane 10 is formed by molding a solid polymer electrolyte into a membrane, for example, a cation exchange membrane (fluorine resin sulfonic acid cation exchange membrane,
For example, on both sides of "Nafion 117" manufactured by DuPont,
It is preferable to use a "solid polymer electrolyte membrane" having a structure in which a porous anode and cathode made of a noble metal, particularly a platinum group metal, are chemically bonded by electroless plating.
【００２３】具体的には、水素・酸素発生ブロック２
は、一端の円盤状のエンドプレート60、端部電極板3
0'、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、固体高分子電解質膜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'、エンドプレート60'から構成されて
いる。Specifically, the hydrogen / oxygen generation block 2
Is a disk-shaped end plate 60 at one end, and the end electrode plate 3
0 ', a ring-shaped gasket 70, a ring-shaped protective sheet 80 composed of NEOFLON, a solid polymer electrolyte membrane 10, a protective sheet 80, a ring-shaped gasket 70, an electrode plate 30 in the middle portion, ... It is composed of a plate 30 'and an end plate 60'.
【００２４】なお、この場合、図３に示したように、隣
接する水素・酸素発生ブロック２間のエンドプレート
を、共有する一つのエンドプレート60としてあり、装置
全体の全長を従来に比較して短くしてコンパクト化して
ある。すなわち、水素・酸素発生ブロック２の両端に各
々、エンドプレート60（左側）とエンドプレート60'
（右側）が取り付けられ、これらのエンドプレート60,6
0'が各々、両接する水素・酸素発生ブロック２のエンド
プレートをも兼ねている。In this case, as shown in FIG. 3, the end plates between the adjacent hydrogen / oxygen generating blocks 2 are one shared end plate 60, and the entire length of the entire apparatus is compared with the conventional one. It is short and compact. That is, the end plate 60 (left side) and the end plate 60 'are provided at both ends of the hydrogen / oxygen generation block 2, respectively.
(Right side) mounted, these end plates 60,6
Each of 0's also serves as an end plate of the hydrogen / oxygen generating block 2 which is in contact with both sides.
【００２５】また、固体高分子電解質膜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が収容されこれがそれぞれ陽極室、陰極室を形
成している。また、エンドプレート60、60'の外径は、後
述するように外套部材との締結を容易にするために、そ
の他の構成部材よりも大きな直径となっている。Further, the porous feeder 20 is housed in the sealed compartment constituted by the solid polymer electrolyte membrane 10, the electrode plate 30 and the gasket 70, which form the anode compartment and the cathode compartment, respectively. Further, the outer diameters of the end plates 60, 60 ′ are larger than those of the other constituent members in order to facilitate the fastening with the outer jacket member as described later.
【００２６】さらに、各固体高分子電解質膜セル40に
は、図３及び図４に示したように、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。なお、本実施例
では、複数個（７個）の水素・酸素発生ブロック２に分
割してあるので、各水素・酸素発生ブロック２内の水素
ガス取出し経路54、酸素ガス取出し経路56を短くするこ
とが可能である。Further, as shown in FIGS. 3 and 4, each solid polymer electrolyte membrane cell 40 has a pure water supply path 52, a hydrogen gas extraction path 54, and an oxygen gas extraction path which communicate with each other in the longitudinal (axial) direction. Each of the path 56 and the drain path 58 for draining water is formed in a manifold type. In this embodiment, since the hydrogen / oxygen generation block 2 is divided into a plurality of (7) hydrogen / oxygen generation blocks 2, the hydrogen gas extraction path 54 and the oxygen gas extraction path 56 in each hydrogen / oxygen generation block 2 are shortened. It is possible.
【００２７】また、図１及び図２に示したように、純水
供給経路52は、各エンドプレート60に設けられた純水供
給用ノズル62から、フレキシブルホース4Aを介して純水
供給用ヘッダー管5Aに接続されている。同様に、水素ガ
ス取出し経路54は、水素ガス取出し用ノズル64から、フ
レキシブルホース4Bを介して水素ガス取出し用ヘッダー
管5Bに、酸素ガス取出し経路56は、酸素ガス取出し用ノ
ズル66から、フレキシブルホース4Cを介して酸素ガス取
出し用ヘッダー管5Cに、水抜き用ドレン経路58は、水抜
き用ノズル68から、フレキシブルホース4Dを介して水抜
き用ヘッダー管5Dに、それぞれ接続されている。Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the pure water supply path 52 is provided with a pure water supply header 62 via a flexible hose 4A from a pure water supply nozzle 62 provided in each end plate 60. Connected to tube 5A. Similarly, the hydrogen gas extraction path 54 is from the hydrogen gas extraction nozzle 64 to the hydrogen gas extraction header pipe 5B via the flexible hose 4B, and the oxygen gas extraction path 56 is from the oxygen gas extraction nozzle 66 to the flexible hose. The drain pipe 58 for draining water is connected to the header pipe 5C for removing oxygen gas via 4C, and the drain pipe 58 for draining water is connected to the header pipe 5D for draining water via the flexible hose 4D.
【００２８】さらに、図３及び図４に示したように、各
水素・酸素発生ブロック２は、例えば、FRPなどの絶縁
材料からなる略円筒形状の外套部材６に嵌着されてお
り、外套部材６本体部6Cの内径は、固体高分子電解質膜
10、電極板30などの水素・酸素発生ブロック２の構成部
材、特にガスケット70の外径とほぼ一致し、これによ
り、セル内の圧力が大気圧側よりかなり高い場合に、そ
のガス圧差によって、ガスケット70のはみ出しによるシ
ール機能が損なわれることを阻止することが可能となっ
ている。また、各外套部材６の両端部には断面Ｌ字状の
フランジ部6A,6Bがそれぞれ外周に向かって縁設される
とともに、このフランジ部6A,6Bにそれぞれエンドプレ
ート60が収容され、支持架台３との絶縁性を確保するよ
うになっている。Further, as shown in FIGS. 3 and 4, each hydrogen / oxygen generating block 2 is fitted to a substantially cylindrical outer jacket member 6 made of an insulating material such as FRP. 6 The inner diameter of 6C is the solid polymer electrolyte membrane
10, the electrode plate 30 and other constituent members of the hydrogen / oxygen generating block 2, particularly the outer diameter of the gasket 70, which substantially coincides with each other, so that when the pressure inside the cell is considerably higher than the atmospheric pressure side, the gas pressure difference causes It is possible to prevent the sealing function from being lost due to the protrusion of the gasket 70. Further, flange portions 6A, 6B having an L-shaped cross section are respectively provided at both ends of each outer jacket member 6 toward the outer periphery, and end plates 60 are accommodated in the flange portions 6A, 6B, respectively. Insulation with 3 is ensured.
【００２９】そして、各外套部材６の継合に際しては、
フランジ部6A,6Bに、図４に示したように、それぞれ合
計１６カ所の外套部材締結用ボルト孔７が設けられてお
り、その中８ヶ所のボルト孔７に、ボルト7Aおよびナッ
ト7Bからなる締結部材をエンドプレート60に設けられた
対応するボルト孔に螺着することによって、エンドプレ
ート60,60'を締結して水素・酸素発生ブロック２を組み
立てるようになっている。なお、この場合、隣接する水
素・酸素発生ブロック２では、位置をずらした残り８ヶ
所のボルト孔７（点線で示した）を用いて、ボルト8Aお
よびナットからなる締結部材をエンドプレート60に設け
られた対応するボルト孔に螺着することによって、エン
ドプレート60,60'を締結して水素・酸素発生ブロック２
を組み立てるようになっている。すなわち、隣接する水
素・酸素発生ブロック２相互では、締結部材の位置が、
相互に位置をずらして配設されていることとなり、装置
全体の組立の際に、締結部材相互が干渉せず、組立が容
易となるように構成されている。When joining the respective jacket members 6,
As shown in FIG. 4, the flange portions 6A and 6B are respectively provided with a total of 16 locations of bolt holes 7 for fastening the outer member, and 8 of the bolt holes 7 are bolt holes 7A and nuts 7B. The hydrogen / oxygen generating block 2 is assembled by screwing the fastening members into the corresponding bolt holes provided in the end plate 60 to fasten the end plates 60, 60 ′. In this case, in the adjoining hydrogen / oxygen generation block 2, the fastening members consisting of the bolts 8A and nuts are provided on the end plate 60 by using the remaining eight bolt holes 7 (shown by dotted lines) which are displaced from each other. The end plates 60, 60 'are fastened by screwing into the corresponding bolt holes, and the hydrogen / oxygen generation block 2
Is designed to be assembled. In other words, the position of the fastening member between the adjacent hydrogen / oxygen generating blocks 2 is
Since they are arranged so as to be displaced from each other, the fastening members do not interfere with each other when the entire apparatus is assembled, and the assembly is facilitated.
【００３０】なお、図５に示したように、このフランジ
部6A,6Bを設ける代わりに、別の絶縁部材から構成され
る環状の止環部材6'をエンドプレート60の外周にネジ6'
Aによって締結、嵌着して、エンドプレート60と支持架
台３との絶縁性を確保するようにしてもよい。As shown in FIG. 5, instead of providing the flange portions 6A and 6B, an annular retaining ring member 6'consisting of another insulating member is provided on the outer periphery of the end plate 60 with a screw 6 '.
It may be fastened and fitted by A to secure the insulation between the end plate 60 and the support frame 3.
【００３１】このように構成される本発明の水素・酸素
発生装置１は、純水供給系（図示せず）から純水供給用
ヘッダー管5A、フレキシブルホース4Aを介して、各水素
・酸素発生ブロック２のエンドプレート60に設けられた
純水供給用ノズル62から、純水供給経路52より、純水が
陽極室に収容された多孔質給電体20に供給される。そし
て、この陽極室に供給された純水が、固体高分子電解質
膜10の陽極側において電気分解されて、2H2O→O2＋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、酸素ガス取出し経路56を介し
て、各水素・酸素発生ブロック２のエンドプレート60に
設けられた酸素ガス取出し用ノズル66から、フレキシブ
ルホース4Cを介して酸素ガス取出し用ヘッダー管5Cよ
り、水と発生酸素ガスが取り出され、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。The hydrogen / oxygen generating device 1 of the present invention having the above-described structure generates hydrogen / oxygen from a pure water supply system (not shown) through the pure water supply header pipe 5A and the flexible hose 4A. Pure water is supplied from the pure water supply nozzle 62 provided on the end plate 60 of the block 2 to the porous power feeder 20 housed in the anode chamber through the pure water supply path 52. Then, the pure water supplied to this anode chamber is electrolyzed on the anode side of the solid polymer electrolyte membrane 10 to produce 2H 2 O → O 2 + 4H +
+ 4e - The reaction takes place, such as, oxygen gas is generated, oxygen gas and pure water generated through the oxygen gas extraction route 56, an oxygen gas provided in the end plate 60 of each of the hydrogen-oxygen generating block 2 Water and generated oxygen gas are extracted from the extraction nozzle 66 through the oxygen gas extraction header pipe 5C via the flexible hose 4C, and the oxygen gas is extracted in a gas-liquid separator (not shown).
【００３２】一方、陰極側においては、固体高分子電解
質膜10をH+が通過して、固体高分子電解質膜10の陰極側
において電子を受け取って、4H+＋4e-→2H2の反応が起
こり水素ガスが発生し、水素ガス取出し経路54を介し
て、各水素・酸素発生ブロック２のエンドプレート60に
設けられた水素ガス取出し用ノズル64からフレキシブル
ホース4Bを介して。水素ガス取出し用ヘッダー管5Bよ
り、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。On the other hand, on the cathode side, H + passes through the solid polymer electrolyte membrane 10 and receives electrons on the cathode side of the solid polymer electrolyte membrane 10 to cause a reaction of 4H + + 4e − → 2H 2 and hydrogen. Gas is generated, through the hydrogen gas extraction path 54, and from the hydrogen gas extraction nozzle 64 provided on the end plate 60 of each hydrogen / oxygen generation block 2 through the flexible hose 4B. Hydrogen gas is taken out from the header tube 5B for taking out hydrogen gas in a gas-liquid separator (not shown).
【００３３】さらに、各水素・酸素発生ブロック２の陰
極室に溜まった純水が、水抜き用ドレン経路58を介し
て、各水素・酸素発生ブロック２のエンドプレート60に
設けられた水抜き用ドレンノズル68から、フレキシブル
ホース4Dを介して水抜き用ヘッダー管5Dより、純水が取
り出されるようになっている。Further, the pure water accumulated in the cathode chamber of each hydrogen / oxygen generating block 2 is drained through the drain channel 58 for draining water provided on the end plate 60 of each hydrogen / oxygen generating block 2. Pure water is taken out from the drain nozzle 68 through the drain hose header pipe 5D through the flexible hose 4D.
【００３４】[0034]
【発明の効果】本発明の水素・酸素発生装置によれば、
複数の水素・酸素発生ブロックを直列的に配設し、しか
も隣接する水素・酸素発生ブロック間のエンドプレート
を、共有する一つのエンドプレートとし、各水素・酸素
発生ブロックを絶縁材料からなる外套部材に嵌着すると
ともに、各外套部材相互を脱着自在に継合したので、下
記のような特有で顕著な作用効果を奏する優れた発明で
ある。According to the hydrogen / oxygen generator of the present invention,
A plurality of hydrogen / oxygen generation blocks are arranged in series, and the end plates between adjacent hydrogen / oxygen generation blocks are used as a common end plate, and each hydrogen / oxygen generation block is made of an insulating material. It is an excellent invention that has the following distinctive and distinctive operational effects because it is attached to and the outer members are detachably joined together.
【００３５】(1) 複数個の水素・酸素発生ブロックに
分割して、固体高分子電解質膜セルの数を減少させてあ
るので、各ブロックのマニホールド式のガス取り出し経
路が短くなり、固体高分子電解質膜セル内でガスと水の
流路の距離が短くなるので、陽極側で発生した水を含む
酸素ガスの流れの状態がプラグ流れとなり、圧力変動が
小さく圧力制御が容易で、振動などの発生などの問題が
生ずることがない。(1) Since the number of solid polymer electrolyte membrane cells is reduced by dividing into a plurality of hydrogen / oxygen generating blocks, the manifold type gas extraction path of each block is shortened, and Since the distance between the gas and water channels in the electrolyte membrane cell becomes short, the flow state of oxygen gas containing water generated on the anode side becomes plug flow, pressure fluctuation is small, pressure control is easy, and vibration etc. No problems such as occurrence will occur.
【００３６】(2) 各水素・酸素発生ブロックを絶縁材
料からなる外套部材に嵌着してあるので、支持架台上に
配設する場合にも、支持架台との絶縁性が良好で、且
つ、水電解セルの多孔質給電体の外周に配設したガスケ
ットが、水電解セル内の圧力が大気圧側よりかなり高い
場合にも、そのガス圧差によってはみ出す可能性がな
く、シール機能が損なわれずに高圧で操業可能である。(2) Since each hydrogen / oxygen generating block is fitted to the outer cover member made of an insulating material, the insulating property with the support base is good even when it is arranged on the support base. Even if the pressure inside the water electrolysis cell is considerably higher than the atmospheric pressure side, the gasket placed on the outer periphery of the porous electrolyzer of the water electrolysis cell will not protrude due to the gas pressure difference, and the sealing function will not be impaired. It can be operated at high pressure.
【００３７】(3) 各外套部材相互を脱着自在に継合し
たので、部品交換の場合などにおいても装置全体を取り
外して交換する必要とがなく、交換する水素・酸素発生
ブロックのみを取り外せば良く、また、各ブロックにつ
いて個別に水圧テスト、気密テストを実施することが可
能である。(3) Since the respective jacket members are detachably joined to each other, it is not necessary to remove and replace the entire apparatus even when replacing parts, and only the hydrogen / oxygen generating block to be replaced need be removed. In addition, it is possible to carry out water pressure test and airtight test individually for each block.
【００３８】(4) 全長が従来に比較して格段に短くコ
ンパクトな水素・酸素発生装置を提供できる。(4) It is possible to provide a compact hydrogen / oxygen generator having a much shorter overall length than conventional ones.
【００３９】(5) 隣接する水素・酸素発生ブロック２
相互では、締結部材の位置が、相互に位置をずらして配
設されている構造のものでは、装置全体の組立の際に、
締結部材相互が干渉しないので、組立が容易である。(5) Adjacent hydrogen / oxygen generation block 2
With respect to each other, when the fastening members are arranged such that the positions of the fastening members are displaced from each other, when assembling the entire device,
Since the fastening members do not interfere with each other, the assembly is easy.
【図１】図１は、本発明の水素・酸素発生装置の一実施
例の側面図である。FIG. 1 is a side view of an embodiment of a hydrogen / oxygen generator of the present invention.
【図２】図２は、図１のＡ方向端面図である。FIG. 2 is an end view in the A direction of FIG.
【図３】図３は、図１の水素・酸素発生装置の部分拡大
断面図である。3 is a partially enlarged cross-sectional view of the hydrogen / oxygen generator of FIG.
【図４】図４は、図３のＣ−Ｃ線方向の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG.
【図５】図５は、エンドプレートの締結状態の別の実施
例を示す部分拡大断面図である。FIG. 5 is a partially enlarged cross-sectional view showing another embodiment of the fastening state of the end plates.
【図６】図６は、従来の水素・酸素発生装置の分解斜視
図である。FIG. 6 is an exploded perspective view of a conventional hydrogen / oxygen generator.
【図７】図７は、従来の水素・酸素発生装置の拡大縦断
面図である。FIG. 7 is an enlarged vertical sectional view of a conventional hydrogen / oxygen generator.
１・・・水素・酸素発生装置 ２・・・水素・酸素発生ブロック ３・・・支持架台 3A,3B・・・取り付けブラケット 4A〜4C・・・フレキシブルホース 5A・・・純水供給用ヘッダー管 5B・・・水素ガス取出し用ヘッダー管 5C・・・酸素ガス取出し用ヘッダー管 5D・・・水抜き用ヘッダー管 ６・・・外套部材 6A,6B・・・フランジ部 ７・・・外套部材締結用ボルト孔 7A,7B・・・ボルト ８・・・エンドプレート締付用ボルト孔 10・・・固体高分子電解質膜 20・・・多孔質給電体 30・・・電極板 30'・・・端部電極板 40・・・固体高分子電解質膜セル 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 80・・・保護シート 110・・・固体高分子電解質膜 120・・・多孔質給電体 130・・・電極板 140・・・固体高分子電解質膜セル 1 ... Hydrogen / oxygen generator 2 ... Hydrogen / oxygen generation block 3 ... Support stand 3A, 3B ... Mounting bracket 4A-4C ... Flexible hose 5A ... Pure water supply header pipe 5B ・ ・ ・ Header pipe for extracting hydrogen gas 5C ・ ・ ・ Header pipe for extracting oxygen gas 5D ・ ・ ・ Header pipe for draining water 6 ・ ・ ・ Outer member 6A, 6B ・ ・ ・ Flange portion 7 ・ ・ ・ Fitting of outer member Bolt hole 7A, 7B ・ ・ ・ Bolt 8 ・ ・ ・ Bolt hole for tightening end plate 10 ・ ・ ・ Solid polymer electrolyte membrane 20 ・ ・ ・ Porous power supply 30 ・ ・ ・ Electrode plate 30 '・ ・ ・ End Part electrode plate 40 ... Solid polymer electrolyte membrane cell 52 ... Pure water supply path 54 ... Hydrogen gas extraction path 56 ... Oxygen gas extraction path 58 ... Drain path for drainage 60, 60 '・ ・ ・ End plate 62 ・ ・ ・ Pure water supply nozzle 64 ・ ・ ・ Hydrogen gas extraction nozzle 66 ・ ・Oxygen gas extraction nozzle 68 ... Water removal nozzle 70 ... Gasket 70 '... End gasket 80 ... Protection sheet 110 ... Solid polymer electrolyte membrane 120 ... Porous power supply 130 ... Electrode plate 140 ... Solid polymer electrolyte membrane cell
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安井 信一 兵庫県加古郡播磨町野添４丁目108 タウ ニーＳ Ａ202号 (72)発明者 長尾 衛 大阪府大阪市東淀川区井高野２丁目７番18 −102号 (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 浅利 明 兵庫県神戸市東灘区本山中町４丁目10の20 (72)発明者 原田 宙幸 東京都練馬区西大泉２−25−43 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shinichi Yasui Nozoe 4-chome 108 Harima-cho, Kako-gun, Hyogo Prefecture Tawny SA 202 (72) Inventor Mamoru Nagao 2-7-18 Itakano, Higashiyodogawa-ku, Osaka-shi, Osaka -102 (72) Inventor Hiroko Kobayashi 5-8-11 Nagura-cho, Nagata-ku, Kobe City, Hyogo Prefecture (72) Inventor Akira Asari 4-10-20 Motoyama-nakacho, Higashinada-ku, Kobe City, Hyogo Prefecture (72) Inventor Harada Sorayuki 2-25-43 Nishioizumi, Nerima-ku, Tokyo
Claims (3)
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高分子電解質膜セルを積層し、且つ
その両端部にエンドプレートを配設して一体化した構造
の複極式の水素・酸素発生ブロックを、複数個直列的に
配設してなる水素・酸素発生装置であって、 隣接する水素・酸素発生ブロック間のエンドプレート
を、共有する一つのエンドプレートとし、 前記各水素・酸素発生ブロックを絶縁材料からなる外套
部材に嵌着するとともに、各外套部材相互を脱着自在に
継合したことを特徴とする水素・酸素発生装置。1. A solid polymer electrolyte membrane, a porous power feeding body provided on both sides of the solid polymer electrolyte membrane, and a bipolar electrode plate disposed outside both porous power feeding bodies to perform both functions of an anode and a cathode. A plurality of bipolar polymer hydrogen / oxygen generating blocks each having a structure in which a plurality of solid polymer electrolyte membrane cells composed of A hydrogen / oxygen generating device arranged, wherein an end plate between adjacent hydrogen / oxygen generating blocks is one shared end plate, and each of the hydrogen / oxygen generating blocks is an outer member made of an insulating material. A hydrogen / oxygen generator characterized in that it is fitted and at the same time, the respective jacket members are detachably joined together.
ブロックの両端の共有エンドプレートを介して、締結部
材によって締結したことを特徴とする請求項１に記載の
水素・酸素発生装置。2. The hydrogen / oxygen generating device according to claim 1, wherein each hydrogen / oxygen generating block is fastened by a fastening member via shared end plates at both ends of each block.
酸素発生ブロック相互では、相互に位置をずらして配設
されていることを特徴とする請求項２に記載の水素・酸
素発生装置。3. The position of the fastening member is adjacent to hydrogen.
3. The hydrogen / oxygen generating device according to claim 2, wherein the oxygen generating blocks are arranged so as to be displaced from each other.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33519295A JP3506825B2 (en) | 1995-12-22 | 1995-12-22 | Hydrogen / oxygen generator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33519295A JP3506825B2 (en) | 1995-12-22 | 1995-12-22 | Hydrogen / oxygen generator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09176882A true JPH09176882A (en) | 1997-07-08 |
| JP3506825B2 JP3506825B2 (en) | 2004-03-15 |
Family
ID=18285795
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33519295A Expired - Lifetime JP3506825B2 (en) | 1995-12-22 | 1995-12-22 | Hydrogen / oxygen generator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3506825B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016506288A (en) * | 2012-12-03 | 2016-03-03 | アクシン ウォーター テクノロジーズ インコーポレイテッドＡｘｉｎｅ Ｗａｔｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ． | Efficient treatment of wastewater using electrochemical cells |
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1995
- 1995-12-22 JP JP33519295A patent/JP3506825B2/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3506825B2 (en) | 2004-03-15 |
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