JPH09176883A

JPH09176883A - 水電解セルの締結装置

Info

Publication number: JPH09176883A
Application number: JP7341604A
Authority: JP
Inventors: Akira Asari; 明浅利; Seiji Hirai; 清司平井; Takashi Sasaki; 隆佐々木; Hiromichi Oda; 博通小田; Hiroko Kobayashi; 宏子小林; Shinichi Yasui; 信一安井; Mamoru Nagao; 衛長尾; Michiyuki Harada; 宙幸原田
Original assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Current assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Priority date: 1995-12-27
Filing date: 1995-12-27
Publication date: 1997-07-08
Anticipated expiration: 2015-12-27
Also published as: JP3236207B2

Abstract

(57)【要約】【課題】水電解セルの締め付け力が弱まったなどの際
に、水電解セルを締め付け締結す場合に、その締め付け
操作が簡単であって、しかも、締め付け力のバランスが
良好で均一な締め付けが可能な水電解セルの締結装置を
提供する。【解決手段】水電解セルのエンドプレート間を締め付
けている複数の締結部材に脱着自在に固定できる固定部
材30を備え、しかもエンドプレートを押圧しうる押圧部
材40を備えてエンドプレートと締結部材を構成するナッ
トの間に間隙を形成させて、締結部材、すなわち、ナッ
トを締め付けることのできる締結装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、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
素発生装置の水電解セルを締め付け締結するための締結
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４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、固体高分子電解質膜210、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11
7」）と、その両面に添設した白金属族金属等からなる
メッシュ状の多孔質給電体211、212と、両多孔質給電体2
11、212の外側に配設した複極式電極板213とから構成さ
れる複数個の固体高分子電解質膜ユニット220、220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
た水電解セルから構成されるものである。なお、複極式
電極板213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→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。

【０００５】そして、固体高分子電解質膜ユニット220、
220の陽極側の多孔質給電体211、211に純水を供給するた
めの純水供給経路215、215を配設するとともに、固体高
分子電解質膜ユニット220、220の陽極側の多孔質給電体2
11、211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216,216を配設し、固体高分子電解質
膜ユニット220、220の陰極側の多孔質給電体212、212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217,217を配設した構造である。

【０００６】具体的には、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、水電解セルに長手
（軸）方向に、マニホールド式の水の供給経路を設けて
陽極側に純水を供給するとともに、陽極側より発生した
酸素と水を取り出すために、長手（軸）方向に設けた別
のマニホールド式の取り出し経路を設け、さらに、長手
（軸）方向に設けた別のマニホールド式の取り出し経路
を設け、陰極側から発生した水と水素が取り出されるよ
うに構成したものである。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。

【０００７】このような水電解セル100を締め付け締結
する際には、図５に示したように、水電解セルの両端部
に水電解セルよりも径の大きなエンドプレート102,104
を配置し、エンドプレート102,104間を複数のボルト10
6、ナット108からなる締結部材で締結するように構成さ
れている。ところで、従来、水電解セルの組立時や水電
解セルの締め付け力が弱まったなどの際に、締め付け締
結する場合には、図６に示したような構造の締結装置11
0を用いている。すなわち、エンドプレート104側にある
程度の締め付け力で装着したボルト106、ナット108の一
つのボルト106に、締結装置のボルト固定部112をネジ止
め固定しし、その後、油圧室114に圧油を供給して、締
結装置本体116をエンドプレート104に押しつけて、エン
ドプレート104とナットの間に間隙を形成させ、締結装
置110の締結装置本体116に形成されたボルト締め付け用
孔118からレンチなどでナット108を締め付ける。そし
て、対角線上に配設された締め付け部材を順に締め付け
て、締め付け締結が完了するようになっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来の水素・酸素発生装置の水電解セルの締め付け装置
100では、エンドプレートに複数箇所設けた締結部材
を、順番に締め付けるために、締め付け操作が煩雑とな
り、しかも、締め付け力のバランスが良好でなく、均一
な締め付けが行われにくいために、ガスケットなどが歪
んでしまい間隙が発生することがあり、そのため、水電
解セル内の圧力が大気圧よりかなり高い場合、例えば、
0.98MPaの場合には、シール機能が損なわれることとな
って、ガスケットより大気側に酸素、水素、水などが漏
洩することがあり好ましくなかった。

【０００９】本発明は、このような実情を考慮して、水
電解セルの組立時や水電解セルの締め付け力が弱まった
などの際に、水電解セルを締め付け締結する場合に、そ
の締め付け操作が簡単であって、しかも、水電解セル内
の圧力が大気圧よりかなり高い場合にも、締め付け力の
バランスが良好で均一な締め付けが可能で、ガスケット
などが歪むことなく、シール機能が損なわれることな
く、ガスケットより大気側に酸素、水素、水などが漏洩
しないコンパクトで且つ高圧で操業可能な水素・酸素発
生装置の水電解セルの締結装置を提供することを目的と
する。

【００１０】

【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、水電解セルのエンドプレート間
を締め付けている複数の締結部材に脱着自在に固定でき
る固定部材を備え、しかもエンドプレートを押圧しうる
押圧部材を備えてエンドプレートと締結部材を構成する
ナットの間に間隙を形成させて、締結部材、すなわち、
ナットを締め付けることのできる締結装置とした。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明は、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
ユニットを積層し、且つ両端部にエンドプレートを配置
し、エンドプレート間を複数の締結部材で締結する構造
の複極式の水電解セルを締め付け締結するための締結装
置であって、締結部材の一端側に脱着自在に固定する固
定部材と、一端のエンドプレートを押圧する押圧部材と
から構成したものである。

【００１２】また、本発明は、前記押圧部材が、ピスト
ン・シリンダ機構から構成したものである。

【００１３】

【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。

【００１４】図１は、本発明の締結装置の一実施例の縦
断面図で、図２は、図１のＡ方向矢視図、図３(a)〜
(c)は、図１の締結装置を用いて水電解セルを締め付け
る状態を説明する断面図である。

【００１５】図１〜図２において、10は全体で、本発明
の締結装置を示している。締結装置10は、基本的には、
円盤状の締結部材本体20と、締結部材本体20の周縁部
に、前述した水電解セル100のボルト106の位置に対応す
る箇所（本実施例では、４箇所）に設けられた複数の固
定部材30と、締結部材本体20の中央部分に設けられた押
圧部材40とから構成されている。なお、締結部材本体20
は図示した円盤形状の他、角形状など種々の形状が可能
であり、また、固定部材30の数は、水電解セル100のボ
ルト106の本数によって適宜設定されるものである。

【００１６】固定部材30は、その基端部の固定部材軸部
31が、締結部材本体20の周縁部に設けられた固定部材用
孔部21に回転自在に装着され、固定部材軸部31の後端部
32がナット33を締め付けることによって、固定部材30を
締結部材本体20に固定できるようになっている。また、
固定部材30の先端部には、雌ネジが螺設されたボルト装
着部34が凹設されており、このボルト装着部34に水電解
セル100のボルト106が、固定部材軸部31の後端部32に設
けられた六角孔35に六角レンチを差し込んで回転するこ
とによって螺着されて、締結装置10を水電解セル100の
エンドプレート104側に脱着自在に固定するように構成
されている。なお、この六角孔35の代わりに、固定部材
軸部31の後端部32に軸方向と垂直な方向に貫通孔を設け
て、該貫通孔に回転用の棒部材を嵌着固定して固定部材
30を回転するようにしてもよい。

【００１７】一方、締結部材本体20の中央部分には、シ
リンダ壁26が延設され、その内部にピストン22が摺動自
在に嵌着されており、油圧室23に油圧経路24から圧油が
供給されてピストン22をエンドプレート104側に移動し
て、水電解セルのエンドプレート104を押圧するように
構成された押圧部材40が備えられている。なお、図中、
25はシール部材を示している。また、この場合、ピスト
ン22の直径は、水電解セルのガスケットに所定の面圧を
与えるような面積となるように予め設定される他、ピス
トンの突出距離は、ガスケットに所定の面圧を与えるこ
とによるガスケットの縮み代と締め付けボルト106の伸
びとを考慮して予め設定されるものである。

【００１８】このように構成される本発明の締結装置を
用いて水電解セルを締め付ける場合について、図３(a)
〜(c)に基づいて説明する。

【００１９】先ず、図３(a)に示したように、水電解セ
ル100のボルト106に、締結装置10の固定部材30のボルト
装着部34を、固定部材軸部31の後端部32の六角孔35を回
転することによって螺着して、水電解セル100のエンド
プレート104側に締結装置10を固定する。その後、ナッ
ト33を締め付け、固定部材30と締結部材20とを固定す
る。

【００２０】次に、図３(b)に示したように、図示しな
い圧油供給装置から油圧経路24を介して圧油を、押圧部
材40の油圧室23に供給して、ピストン22をエンドプレー
ト104側に移動して、水電解セルのエンドプレート104を
押圧する。これによって、ナット108とエンドプレート1
04に間隙Ａが形成される。この状態で、レンチなどの締
め付け道具を用いて、全てのナット108を均一に締め付
ける。

【００２１】なお、従来は個々にナット108を締め付け
ていたため、ガスケットに歪みが生じたり、締め付け圧
力に不均一が生じていたが、本発明の実施例では、水電
解セルに対して、面で圧力を加えることができるため、
水電解セルに均一な締め付け力を与えることができる。
また、本発明でも水電解セルのボルト106とナット108を
締め付けなければならないが、既に締結装置10によって
均一な締め付け力が加えられているので、ナット108を
軽く締めるだけでよい。

【００２２】その後、図３(c)に示したように、油圧経
路24を介して圧油を、押圧部材40の油圧室23から排出し
て、ピストン22をエンドプレート104側と反対方向に復
帰させて、水電解セルのエンドプレート104を押圧する
押圧力を解除する。そして、最後に、水電解セル100の
ボルト106に螺着固定した固定部材30のボルト装着部34
を、固定部材軸部31の後端部32のナット33をゆるめた
後、六角孔34を反対方向に回転することによって螺着を
解除して、水電解セル100のエンドプレート104側から締
結装置10を取り外すことによって、締め付け締結操作が
完了する。

【００２３】

【発明の効果】本発明の締結装置によれば、水電解セル
のエンドプレート間を締め付けている複数の締結部材に
脱着自在に固定できる固定部材を備え、しかもエンドプ
レートを押圧しうる押圧部材を備えてエンドプレートと
締結部材を構成するナットの間に間隙を形成させて、締
結部材、すなわち、ナットを締め付けることのできるよ
うに構成したので、下記のような効果を奏するものであ
る。

【００２４】(1) 水電解セルの組み立て時、水電解セ
ルの締め付け力が弱まったなどの際に、水電解セルを締
め付け締結す場合に、その締め付け操作が簡単である。

【００２５】(2) 水電解セル内の圧力が大気圧よりか
なり高い場合にも、締め付け力のバランスが良好で均一
な締め付けが可能である。

【００２６】(3) 従って、水電解セルの隔壁を構成す
るガスケットなどが、締め付けの際に歪むことがないの
で、シール機能が損なわれることなく、ガスケットより
大気側に酸素、水素、水などが漏洩しない高圧で操業可
能な水素・酸素発生装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の締結装置の一実施例の縦断面
図である。

【図２】図２は、図１のＡ方向矢視図である。

【図３】図３(a)〜(c)は、図１の締結装置を用いて水電
解セルを締め付ける状態を説明する断面図である。

【図４】図４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５】図５(a)は、水電解セルの構成を示す縦断面
図、図５(b)は、そのＢ方向矢視図である。

【図６】図６は、従来の水電解セルの締め付け装置を用
いて水電解セルを締め付ける状態を説明する縦断面図で
ある。

【符号の説明】

10・・・締結装置 20・・・締結部材本体 21・・・固定部材用孔部 22・・・ピストン 23・・・油圧室 24・・・油圧経路 25・・・シール部材 26・・・シリンダ壁 30・・・固体部材 31・・・固定部材軸部 32・・・後端部 33・・・ナット 34・・・ボルト装着部 35・・・六角孔 40・・・押圧部材 100・・・水電解セル 102,104・・・エンドプレート 106・・・ボルト 108・・・ナット 110・・・締結装置 112・・・ボルト固定部 114・・・油圧室 116・・・締結装置本体 118・・・ボルト締め付け用孔 210・・・固体高分子電解質膜 211,212・・・多孔質給電体 213・・・複極式電極板 215・・・純水供給経路 216・・・酸素ガス取り出し経路 217・・・水素ガス取り出し経路 220・・・固体高分子電解質膜ユニット

───────────────────────────────────────────────────── 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)発明者安井信一兵庫県加古郡播磨町野添４丁目108 タウニーＳＡ202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ユニットを積層し、
且つ両端部にエンドプレートを配置し、エンドプレート
間を複数の締結部材で締結する構造の複極式の水電解セ
ルを締め付け締結するための締結装置であって、前記締結部材の一端側に脱着自在に固定する固定部材
と、一端のエンドプレートを押圧する押圧部材とから構
成したことを特徴とする水電解セルの締結装置。
【請求項２】前記押圧部材が、ピストン・シリンダ機
構からなることを特徴とする請求項１に記載の水電解セ
ルの締結装置。