JPH1025584A - Electrochemical device - Google Patents
Electrochemical deviceInfo
- Publication number
- JPH1025584A JPH1025584A JP8183148A JP18314896A JPH1025584A JP H1025584 A JPH1025584 A JP H1025584A JP 8183148 A JP8183148 A JP 8183148A JP 18314896 A JP18314896 A JP 18314896A JP H1025584 A JPH1025584 A JP H1025584A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cathode
- electrode surface
- hydrogen
- cover
- electrochemical device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、除湿装置、加湿装
置、酸素富化装置あるいは脱酸素装置などとして用いる
電気化学装置に係り、特に、直流電圧が印加される陽極
と陰極との間に水素イオン交換膜となる固体高分子電解
質が挟持された電気化学素子を具備する電気化学装置に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrochemical device used as a dehumidifier, a humidifier, an oxygen enrichment device or a deoxygenation device, and more particularly, to a method in which hydrogen is applied between an anode and a cathode to which a DC voltage is applied. The present invention relates to an electrochemical device including an electrochemical element in which a solid polymer electrolyte serving as an ion exchange membrane is sandwiched.
【０００２】[0002]
【従来の技術】この種の装置は、図５に示すように、水
を電気分解して酸素を発生する陽極２と、水素を発生し
て酸素を消費する陰極３との間に、水素イオン交換膜と
なる固体高分子電解質４を挟持した電気化学素子１が、
陽極２と陰極３の各電極面に積層して装着される一対の
給電体５および５によって周縁部を挟持された状態で、
その周縁部が絶縁性樹脂フレーム６に嵌め付けられると
共に、当該樹脂フレーム６を接着剤で固定してその周縁
部がガスシールされている。そして、陽極２と陰極３
は、夫々の電極面に積層された各給電体５を介して、所
定の直流電圧を印加する外部電源７に接続されるように
なっている。2. Description of the Related Art As shown in FIG. 5, an apparatus of this type comprises a hydrogen ion between an anode 2 for electrolyzing water to generate oxygen and a cathode 3 for generating hydrogen to consume oxygen. An electrochemical element 1 sandwiching a solid polymer electrolyte 4 serving as an exchange membrane is
In a state where the periphery is sandwiched by a pair of power supply bodies 5 and 5 which are stacked and mounted on the respective electrode surfaces of the anode 2 and the cathode 3,
The periphery is fitted to the insulating resin frame 6, and the resin frame 6 is fixed with an adhesive to seal the periphery with gas. And anode 2 and cathode 3
Are connected to an external power supply 7 for applying a predetermined DC voltage via the power supply bodies 5 laminated on the respective electrode surfaces.
【０００３】また、陽極２と陰極３は、いずれも多孔質
基材で形成されて、夫々その一部が固体高分子電解質４
の表面に食い込んでおり、両極間に外部電源７から直流
電圧を印加すると、陽極２では、水を電気分解する次式
（１）の反応が起こって、その陽極２側に形成した空間
８内の雰囲気が除湿されると同時に酸素富化される。 ２Ｈ2 Ｏ → Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- ・・・・・（１） そして、このとき発生するプロトン（Ｈ+ ）が、陽極２
側から固体高分子電解質４を通じて陰極３側へ移行する
と共に、電子（ｅ- ）が、外部電源７の回路を通じて陰
極３へ達し、その陰極３では、酸素を消費して水もしく
は水蒸気を発生する次式（２）の反応が起こって、陰極
３側に形成した空間９内の雰囲気が加湿されると同時に
脱酸素される。 Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- → ２Ｈ2 Ｏ ・・・・・（２） この際、陽極２と陰極３との間の印加電圧が高すぎた
り、あるいは陰極３側に形成した空間９内の酸素濃度が
著しく低かったりすると、陰極３で発生する水素イオン
が空気中の酸素と結合せずに、次式（３）の反応が起こ
って、空間９内に水素ガスが発生し、その水素ガスの蓄
積により水素爆発を生ずる危険性がある。 ２Ｈ+ ＋４ｅ- → Ｈ2 ・・・・・・・・・・・（３）The anode 2 and the cathode 3 are both formed of a porous base material, and a part of each of them is a solid polymer electrolyte 4.
When a DC voltage is applied between the two electrodes from an external power supply 7, a reaction of the following formula (1) for electrolyzing water occurs at the anode 2, and a space 8 formed on the anode 2 side is formed. The atmosphere is dehumidified and oxygen is enriched at the same time. 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e − (1) Then, the proton (H + ) generated at this time is
At the same time, the electrons (e − ) reach the cathode 3 through the circuit of the external power supply 7, and the oxygen (3) consumes oxygen to generate water or water vapor. The reaction of the following formula (2) occurs, and the atmosphere in the space 9 formed on the cathode 3 side is humidified and deoxidized at the same time. O 2 + 4H + + 4e − → 2H 2 O (2) At this time, the applied voltage between the anode 2 and the cathode 3 is too high, or the oxygen concentration in the space 9 formed on the cathode 3 side Is extremely low, the hydrogen ions generated at the cathode 3 do not combine with oxygen in the air, and the reaction of the following formula (3) occurs, and hydrogen gas is generated in the space 9 and the hydrogen gas is accumulated. May cause a hydrogen explosion. 2H + + 4e - → H 2 ··········· (3)
【０００４】この危険を回避するため、従来において
は、外部電源７の印加電圧を水素ガスが発生しない程度
に低く抑える提案もなされているが（特開昭６１−２１
６７１４号公報）、印加電圧を低くするだけでは水素ガ
スの発生を完全に阻止し得ないし、印加電圧を低くする
と電気化学素子１そのものの性能が著しく低下するとい
う欠点があった。In order to avoid this danger, it has been proposed in the past to reduce the applied voltage of the external power supply 7 to such a level that hydrogen gas is not generated (Japanese Patent Laid-Open No. 61-21).
However, the generation of hydrogen gas cannot be completely prevented only by lowering the applied voltage, and the performance of the electrochemical element 1 itself deteriorates remarkably when the applied voltage is lowered.
【０００５】このような事情に鑑み、図６に示すよう
に、陽極２と陰極３との間に固体高分子電解質４が挟持
された電気化学素子１で成る水電解セル部Ａと、多孔質
基材の空孔部に白金微粒子を充填させた電子・水素イオ
ン伝導体で成るガス不透気性の水発生セル部Ｂとを併設
し、当該水発生セル部Ｂを水電解セル部Ａの陰極３と広
い間隔を保って対峙するように配して、その水発生セル
部Ｂと水電解セル部Ａとの間に気密空間１０を形成する
ことにより、当該気密空間１０内に陰極３から発生した
水素ガスを封じ込めると同時に、それを水発生セル部Ｂ
で水に変換させる提案もなされている（特開平７−２１
３８４８号公報）。In view of such circumstances, as shown in FIG. 6, a water electrolysis cell section A composed of an electrochemical element 1 having a solid polymer electrolyte 4 sandwiched between an anode 2 and a cathode 3, A gas-impermeable water generating cell section B made of an electron / hydrogen ion conductor in which pores of a base material are filled with platinum fine particles is provided, and the water generating cell section B is a cathode of the water electrolysis cell section A. 3 so as to face each other with a wide space therebetween, and form a hermetic space 10 between the water generation cell portion B and the water electrolysis cell portion A, so that the cathode 3 is generated in the hermetic space 10. While containing the hydrogen gas,
It has also been proposed to convert the water into water (JP-A-7-21).
No. 3848).
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６の
如き構成では、陰極３から発生した水素ガスを水に変換
するという所期の効果が必ずしも十分ではなく、また、
水素ガスを封じ込めるための広い気密空間１０を形成す
るので、気密構造に要する部品点数や工数が増加して装
置全体の構成が煩雑になると同時に製造コストも嵩み、
また、装置が大型化してその設置スペースも大きくなる
いう問題があった。そこで本発明は、簡易な構成によっ
て水素ガスの蓄積による水素爆発の危険性を確実に解消
することを技術的課題としている。However, in the configuration as shown in FIG. 6, the intended effect of converting the hydrogen gas generated from the cathode 3 into water is not always sufficient.
Since a large hermetic space 10 for containing hydrogen gas is formed, the number of parts and man-hours required for the hermetic structure increase, making the configuration of the entire apparatus complicated and increasing the manufacturing cost.
In addition, there has been a problem that the size of the apparatus is increased and its installation space is also increased. Therefore, it is a technical object of the present invention to reliably eliminate the danger of hydrogen explosion due to accumulation of hydrogen gas with a simple configuration.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明は、水を電気分解して酸素を発生する陽極
と、水素を発生して酸素を消費する陰極との間に水素イ
オン交換膜となる固体高分子電解質が挟持された電気化
学素子を具備する電気化学装置において、前記陰極側
に、当該陰極の電極面に近接してその表面を遮蔽するカ
バーが設けられて、当該カバーと陰極の電極面との間
に、陰極から発生した水素ガスをその電極面に沿って流
動させる狭小空間が形成される共に、陰極の電極面ある
いはその電極面に対峙する前記カバーの内面のいずれか
一方又は双方に、水素の酸化反応を促進させる触媒が担
持され、前記カバーの一端側に、前記狭小空間内へ空気
を進入させる開口部が形成されていることを特徴とす
る。SUMMARY OF THE INVENTION To solve this problem, the present invention provides a method for forming a hydrogen ion between an anode for electrolyzing water to generate oxygen and a cathode for generating hydrogen to consume oxygen. In an electrochemical device comprising an electrochemical element in which a solid polymer electrolyte serving as an exchange membrane is sandwiched, a cover is provided on the cathode side, the cover being provided in close proximity to the electrode surface of the cathode, and the cover is provided. A narrow space for flowing hydrogen gas generated from the cathode along the electrode surface is formed between the electrode surface of the cathode and the electrode surface of the cathode or the inner surface of the cover facing the electrode surface. A catalyst that promotes the oxidation reaction of hydrogen is carried on one or both of them, and an opening for allowing air to enter the narrow space is formed at one end of the cover.
【０００８】本発明によれば、陰極で発生する水素イオ
ンが、その陰極の電極面を遮蔽するカバーの一端側に形
成された開口部から狭小空間内へ進入する空気中の酸素
と反応して水又は水蒸気に変換される。また、陰極で発
生する水素イオンの一部が酸素と結合し得ずに、水素ガ
スが発生しても、その水素ガスは、分子の自由運動によ
り相互に衝突を繰り返しながら陰極の電極面とカバーと
の間に形成された狭小空間内を動き回って当該狭小空間
内を陰極の電極面に沿って流動するため、陰極の電極面
あるいはその電極面と対峙するカバーの内面に担持され
た触媒に衝突・接触する頻度が増大して、カバーの一端
側に形成された開口部から進入する空気中の酸素との反
応が促進せられ、水素ガスの蓄積による水素爆発の危険
性が確実に解消される。According to the present invention, the hydrogen ions generated at the cathode react with the oxygen in the air entering the narrow space from the opening formed at one end of the cover for shielding the electrode surface of the cathode. Converted to water or steam. Also, even if some hydrogen ions generated at the cathode cannot be combined with oxygen and hydrogen gas is generated, the hydrogen gas repeatedly collides with each other due to free movement of molecules and covers the electrode surface of the cathode. Move around in the narrow space formed between them and flow along the electrode surface of the cathode in the narrow space, and collide with the catalyst carried on the electrode surface of the cathode or on the inner surface of the cover facing the electrode surface.・ The frequency of contact increases, the reaction with oxygen in the air entering from the opening formed at one end of the cover is promoted, and the danger of hydrogen explosion due to accumulation of hydrogen gas is reliably eliminated. .
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
によって具体的に説明する。図１〜図４は夫々本発明装
置の実施形態を示す断面図である。なお、図５および図
６に示す従来装置と共通する構成部分については同一符
号を付し、その部分の詳細説明は省略する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. 1 to 4 are sectional views each showing an embodiment of the device of the present invention. Components common to those of the conventional apparatus shown in FIGS. 5 and 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
【００１０】図１に示す電気化学装置は、陽極２と陰極
３が、夫々厚さ 0.2mmのステンレスウェブシート（SUS
316L）にめっき厚さ３μｍの白金めっきを施した多孔質
基材で形成されている。また、陽極２と陰極３との間に
挟持される固体高分子電解質４は、厚さ１７０μｍのと
ナフィオン膜（Nafion：デュポン社の登録商標）が用い
られ、予めナフィオン溶液（５重量％、水アルコール溶
液）に白金黒を混合した溶液を塗布および乾燥させて、
単位面積当たり 0.5mg／cm2 の白金黒が陽極２側および
陰極３側の面に担持させてある。そして、その固体高分
子電解質４を陽極２と陰極３との間に挟み、それらを温
度１７０℃、５０Kgf ／cm2 の圧力でホットプレスした
後、陽極２と陰極３の各電極面の周縁部に外部電源７に
接続される給電体５および５を夫々装着させて、電気化
学素子１が形成され、その電気化学素子１が絶縁性樹脂
フレーム６に嵌め付けられると共に、当該樹脂フレーム
６を接着剤で固定して、電気化学素子１の周縁部がガス
シールされている。In the electrochemical device shown in FIG. 1, an anode 2 and a cathode 3 are made of a stainless steel web sheet (SUS
316L) is formed of a porous substrate having a plating thickness of 3 μm plated with platinum. As the solid polymer electrolyte 4 sandwiched between the anode 2 and the cathode 3, a 170 μm-thick Nafion membrane (Nafion: registered trademark of DuPont) is used, and a Nafion solution (5% by weight, water (Alcohol solution) mixed with platinum black and dried.
0.5 mg / cm 2 of platinum black per unit area is supported on the anode 2 side and the cathode 3 side. Then, the solid polymer electrolyte 4 is sandwiched between the anode 2 and the cathode 3, and they are hot-pressed at a temperature of 170 ° C. and a pressure of 50 kgf / cm 2. The power supply bodies 5 and 5 connected to the external power supply 7 are respectively mounted on the substrate 1 to form the electrochemical element 1. The electrochemical element 1 is fitted to the insulating resin frame 6 and the resin frame 6 is bonded. The periphery of the electrochemical element 1 is gas-sealed by fixing with an agent.
【００１１】次いで、電気化学素子１の陰極３側に、当
該陰極３の電極面との間に５〜３０mm程度の狭小な間隔
を保ってその電極面の表面を遮蔽するカバー１１が配設
されて、当該カバー１１と陰極３の電極面との間に、陰
極３から発生した水素ガスをその電極面に沿って流動さ
せる狭小空間１２が形成されると共に、カバー１１の一
端側に、狭小空間１２内へ空気を進入させる開口部１３
が形成されている。なお、カバー１１は、塩化ビニル樹
脂等の絶縁性樹脂によってポケット形に成形され、ポケ
ットを上下逆向きに取り付けたような状態で絶縁性樹脂
フレーム６に固定されて、そのポケットの口に相当する
開口部１３が下端側に形成された形態になっている。そ
して、開口部１３の下方には、その開口部１３から滴下
する水滴を捕集する水滴受け１４が配設されている。ま
た、陰極３は、上記の如く、ステンレスウェブシートに
白金めっきを施した多孔質基材で形成されると共に、固
体高分子電解質４の陰極３側の面にナフィオン溶液と混
合して塗布した白金黒が担持されることにより、水素の
酸化反応を促進させる触媒である白金および白金黒が担
持された構造になっている。Next, on the cathode 3 side of the electrochemical element 1, a cover 11 for shielding the surface of the electrode surface is provided with a small space of about 5 to 30 mm between the cathode surface and the electrode surface. A narrow space 12 is formed between the cover 11 and the electrode surface of the cathode 3 to allow the hydrogen gas generated from the cathode 3 to flow along the electrode surface, and a narrow space is formed at one end of the cover 11. Opening 13 for allowing air to enter into 12
Are formed. The cover 11 is formed in a pocket shape by an insulating resin such as a vinyl chloride resin, and is fixed to the insulating resin frame 6 in a state where the pocket is mounted upside down, and corresponds to a mouth of the pocket. The opening 13 is formed on the lower end side. Below the opening 13, a water drop receiver 14 that collects water drops dropped from the opening 13 is provided. As described above, the cathode 3 is formed of a porous substrate obtained by plating a stainless steel web sheet with platinum, and is coated on a surface of the solid polymer electrolyte 4 on the side of the cathode 3 by mixing with a Nafion solution. By supporting the black, platinum and platinum black, which are catalysts for promoting the oxidation reaction of hydrogen, are supported.
【００１２】しかして、陽極２と陰極３との間に外部電
源７から直流電圧を印加すると、陰極３で水素イオンが
発生し、その水素イオンが、カバー１１の下端側に形成
された開口部１３から狭小空間１２内へ進入する空気中
の酸素と結合して水又は水蒸気に変換される。この際、
陰極３に担持された触媒の作用で水素イオンと酸素の結
合反応が促進されて、水素ガスの発生が抑制される。When a DC voltage is applied between the anode 2 and the cathode 3 from the external power supply 7, hydrogen ions are generated at the cathode 3, and the hydrogen ions are generated at the opening formed at the lower end of the cover 11. Combined with oxygen in the air entering the narrow space 12 from the space 13, it is converted into water or water vapor. On this occasion,
The reaction of the hydrogen ions and oxygen is promoted by the action of the catalyst supported on the cathode 3, and the generation of hydrogen gas is suppressed.
【００１３】また、陰極３で水素ガスが発生したとして
も、その水素ガスは、陰極３の電極面を遮蔽するカバー
１１によって拡散が阻止されると同時に、当該カバー１
１の内面と陰極３の電極面との間に形成された狭小空間
１２内を水素ガス分子の自動運動により相互に衝突して
動き回りながら陰極３の電極面に沿って流動させられる
ので、陰極３の電極面に担持された触媒と再衝突・再接
触する頻度が増大し、カバー１１の開口部１３から狭小
空間１２内へ進入する空気中の酸素との反応が促進され
て、水又は水蒸気への変換効率が高まるので、水素ガス
の蓄積による水素爆発の危険が確実に解消される。特
に、カバー１１の下端側に開口部１３を形成すれば、軽
比重の水素ガスが狭小空間１２内にとどまってその空間
１２内を流動する時間も長くなるので、その分だけ陰極
３の電極面に担持された触媒と再衝突・再接触する機会
も増大して、水又は水蒸気への変換効率が著しく高ま
る。したがって、例えば図５に示すような従来装置（有
効膜面積１００×１００mm）では、その陽極２と陰極３
との間に直流電圧５Ｖを印加して、室温２０℃、相対湿
度９０％を除湿したときに、陰極３側の空間９内に0.46
リットル／hrの水素ガスが発生するところ、図１に示す
上記仕様の本発明装置によれば、同一条件で水素ガスの
発生量が 0.068リットル／hrにまで低減されることが実
験により確認された。また、カバー１１の内面には水蒸
気が結露して、その結露により生じた水滴がカバー１１
の下端側に形成された開口部１３から滴下することもあ
るが、滴下した水滴は、開口部１３の下方に配設した水
滴受け１４によって回収される。Even if hydrogen gas is generated at the cathode 3, the diffusion of the hydrogen gas is prevented by the cover 11 that shields the electrode surface of the cathode 3, and at the same time, the hydrogen gas is generated.
In the narrow space 12 formed between the inner surface of the cathode 1 and the electrode surface of the cathode 3, the hydrogen gas molecules are caused to flow along the electrode surface of the cathode 3 while colliding with each other and moving around by automatic movement. The frequency of re-collision / re-contact with the catalyst carried on the electrode surface of the electrode increases, and the reaction with oxygen in the air that enters the small space 12 from the opening 13 of the cover 11 is promoted, and Since the conversion efficiency of hydrogen is increased, the danger of hydrogen explosion due to accumulation of hydrogen gas is reliably eliminated. In particular, if the opening 13 is formed at the lower end side of the cover 11, the hydrogen gas having a low specific gravity stays in the narrow space 12 and flows in the space 12 for a longer time. The chance of re-collision / re-contact with the catalyst supported on the catalyst is also increased, and the conversion efficiency to water or steam is significantly increased. Therefore, for example, in the conventional apparatus (effective film area 100 × 100 mm) as shown in FIG.
When a DC voltage of 5 V is applied between the cathode 3 and the dehumidified room temperature of 20 ° C. and a relative humidity of 90%, 0.46
When hydrogen gas of 1 liter / hr was generated, it was confirmed by experiments that the amount of hydrogen gas generated was reduced to 0.068 liter / hr under the same conditions according to the apparatus of the present invention having the above specification shown in FIG. . In addition, water vapor condenses on the inner surface of the cover 11, and water droplets generated by the condensation form the cover 11.
The water droplets may be dropped from the opening 13 formed on the lower end side of the container, but the dropped water droplets are collected by a water droplet receiver 14 disposed below the opening 13.
【００１４】なお、図２に示すように、カバー１１の開
口部１３とその下方に配設された水滴受け１４との間
に、吸湿性に富むと同時に蒸発性にも富んだ綿状もしく
はスポンジ状のウイック（wick）１５を配設して、カバ
ー１１の内面に結露した水滴を水滴受け１４へ導くと共
に、水滴受け１４に溜まった水を含浸して自然蒸発させ
るようにすれば、その水を捨てる手間が省ける。また、
図２に示す電気化学装置は、陰極３の電極面と対峙する
カバー１１の内面に、白金触媒を担持したシート状の触
媒担体１６が添設されて、陰極３の電極面とカバー１１
の内面の双方に水素の酸化反応を促進させる触媒が担持
された構造になっており、その陰極３の電極面とカバー
１１との間に形成された狭小空間１２内における水素ガ
スの水変換効率が図１の装置よりも高められる。As shown in FIG. 2, between the opening 13 of the cover 11 and the water droplet receiver 14 disposed therebelow, a cotton-like or sponge which is rich in moisture absorption and rich in evaporation is also provided. A wick 15 is provided to guide the water droplets condensed on the inner surface of the cover 11 to the water droplet receiver 14 and impregnate the water accumulated in the water droplet reservoir 14 to allow the water to evaporate. You can save the trouble of throwing away. Also,
In the electrochemical device shown in FIG. 2, a sheet-like catalyst carrier 16 carrying a platinum catalyst is attached to the inner surface of a cover 11 facing the electrode surface of the cathode 3, so that the electrode surface of the cathode 3 and the cover 11
Has a structure in which a catalyst for promoting the oxidation reaction of hydrogen is supported on both inner surfaces thereof, and a water conversion efficiency of hydrogen gas in a narrow space 12 formed between the electrode surface of the cathode 3 and the cover 11. Is higher than in the device of FIG.
【００１５】次に、図３に示す電気化学装置は、カバー
１１の開口部１３が、水素の酸化反応を促進させる白金
触媒を担持した通気性のある多孔質の触媒担体１７で閉
塞されて、当該触媒担体１７を通じてカバー１１の開口
部１３から狭小空間１２内へ進入する空気中の酸素と、
狭小空間１２内に生じた水素ガスとの反応を促進させる
ようになっている。ここで、例えば、上記仕様の図１の
装置について、図３の装置のようにカバー１１の開口部
１３を体積７５cm2 の触媒担体１７で閉塞した実験によ
れば、陰極３側の空間９内における水素ガス量が 0.017
リットル／hrにまで低減され、触媒担体１７を用いない
場合（ 0.068リットル／hr）に比べて７５％も減少し
た。Next, in the electrochemical device shown in FIG. 3, the opening 13 of the cover 11 is closed by a gas-permeable porous catalyst carrier 17 carrying a platinum catalyst for promoting a hydrogen oxidation reaction. Oxygen in the air that enters the narrow space 12 from the opening 13 of the cover 11 through the catalyst carrier 17;
The reaction with the hydrogen gas generated in the narrow space 12 is promoted. Here, for example, in the apparatus of FIG. 1 having the above specifications, according to an experiment in which the opening 13 of the cover 11 is closed with a catalyst carrier 17 having a volume of 75 cm 2 as in the apparatus of FIG. Hydrogen gas amount at 0.017
Liter / hr, which is 75% less than the case where the catalyst carrier 17 is not used (0.068 liter / hr).
【００１６】また、図３の装置は、触媒担体１７のカバ
ー１１側表面に、その担体１７を触媒の反応温度に加熱
する電熱式のヒータ１８が付設されており、当該ヒータ
１８によって触媒担体１７を１００℃に加熱した実験で
は、空間９内の水素ガス量が0.0035リットル／hrまで低
減した。また、ヒータ１８の放熱により、カバー１１の
内面に結露が生ずることが防止されるから、図１および
図２に示すような水滴受け１４やウイック１５を設ける
必要もない。更に、図３の装置は、陰極３の電極面とカ
バー１１との間に形成された狭小空間１２内の水素ガス
濃度を検出してその検出信号を出力するガスセンサ１９
と、当該ガスセンサ１９で検出される水素ガス濃度が一
定値を超える状態が一定時間以上継続したときに電気化
学素子１の陽極２と陰極３との間に直流電圧を印加する
外部電源７を遮断する安全回路２０が設けられ、水素ガ
スの蓄積による水素爆発の危険をより確実に回避し得る
ようになっている。In the apparatus shown in FIG. 3, an electric heater 18 for heating the catalyst 17 to the reaction temperature of the catalyst is provided on the surface of the catalyst carrier 17 on the cover 11 side. In an experiment in which was heated to 100 ° C., the amount of hydrogen gas in the space 9 was reduced to 0.0035 liter / hr. Further, since the heat radiation of the heater 18 prevents dew condensation on the inner surface of the cover 11, it is not necessary to provide the water droplet receiver 14 and the wick 15 as shown in FIGS. Further, the apparatus shown in FIG. 3 detects the concentration of hydrogen gas in the narrow space 12 formed between the electrode surface of the cathode 3 and the cover 11 and outputs a detection signal therefrom.
And shut off the external power supply 7 for applying a DC voltage between the anode 2 and the cathode 3 of the electrochemical element 1 when the state in which the hydrogen gas concentration detected by the gas sensor 19 exceeds a certain value continues for a certain time or more. A safety circuit 20 is provided so that the danger of hydrogen explosion due to accumulation of hydrogen gas can be more reliably avoided.
【００１７】なお、図１乃至図３の各装置は、カバー１
１の下端側に開口部１３が形成されているが、本発明は
これに限らず、その開口部１３をカバー１１の側端や上
端側に形成するものであっても良い。また、陽極２およ
び陰極３を形成する多孔質基材としては、ステンレスウ
ェブシートに限らず、ニッケル、チタン、タンタル、カ
ーボン等のウェブシートや、微小孔が穿設されたエキス
パンドメタルなどを用いても良い。Each of the devices shown in FIGS.
Although the opening 13 is formed at the lower end of the cover 1, the present invention is not limited to this, and the opening 13 may be formed at the side end or the upper end of the cover 11. The porous substrate forming the anode 2 and the cathode 3 is not limited to a stainless steel web sheet, but may be made of a web sheet of nickel, titanium, tantalum, carbon, or the like, or an expanded metal having fine holes. Is also good.
【００１８】次に、図４に示す電気化学装置は、図１乃
至図３に示すカバー１１に代えて、空気や水蒸気などの
気体は通すが水滴や油滴などの液体ははじいて通さない
多孔質膜２１を設けたもので、当該多孔質膜２１が、陰
極３の電極面に近接してその表面を遮蔽するように配設
されて、多孔質膜２１と陰極３の電極面との間には、陰
極３から発生した水素ガスをその電極面に沿って流動さ
せる密閉した狭小空間２２が形成され、陰極３の電極面
あるいはその電極面と対峙する多孔質膜２１のいずれか
一方又は双方に水素の酸化反応を促進させる触媒が担持
されている。Next, in the electrochemical device shown in FIG. 4, instead of the cover 11 shown in FIGS. 1 to 3, a porous material which allows gas such as air and water vapor to pass but does not repel liquid such as water droplets and oil droplets. The porous film 21 is provided so as to be close to the electrode surface of the cathode 3 and shield the surface, and the porous film 21 is provided between the porous film 21 and the electrode surface of the cathode 3. A closed narrow space 22 is formed in which hydrogen gas generated from the cathode 3 flows along the electrode surface, and one or both of the electrode surface of the cathode 3 and the porous film 21 facing the electrode surface are formed. Supports a catalyst that promotes the hydrogen oxidation reaction.
【００１９】多孔質膜２１としては、例えば孔径３μｍ
程度の微小孔を有する四フッ化エチレン樹脂膜が用いら
れ、陰極３で発生する水素が当該多孔質膜２１を通過し
て狭小空間２２内へ進入した空気中の酸素と反応して水
又は水蒸気に変換される。また、陰極３の電極面で空気
中の酸素と反応できずに発生した水素ガスは、陰極３の
電極面を遮蔽する多孔質膜２１によって空間９内への拡
散が抑制されると同時に、当該多孔質膜２１と陰極３の
電極面との間に形成された狭小空間２２内を陰極３の電
極面に沿って流動するので、その電極面に担持された触
媒あるいは多孔質膜２１に担持された触媒と高頻度で再
衝突・再接触せられ水又は水蒸気に変換される。The porous membrane 21 has a pore diameter of 3 μm, for example.
A hydrogen fluoride generated at the cathode 3 reacts with oxygen in the air that has passed through the porous film 21 and entered the narrow space 22 to form water or water vapor. Is converted to In addition, the hydrogen gas generated without reacting with oxygen in the air on the electrode surface of the cathode 3 is prevented from diffusing into the space 9 by the porous film 21 that shields the electrode surface of the cathode 3 and at the same time, Since the gas flows along the electrode surface of the cathode 3 in the narrow space 22 formed between the porous film 21 and the electrode surface of the cathode 3, the catalyst carried on the electrode surface or the catalyst supported on the porous film 21. The catalyst is frequently re-collimated and re-contacted with the catalyst and converted to water or steam.
【００２０】ここで、多孔質膜２１には触媒を担持させ
ず、陰極３の電極面のみ白金および白金黒触媒を担持さ
せた図４の装置を、図１および図５の装置と同等の条件
で駆動させたところ、陰極３側の空間９内に発生する水
素ガスの量が0.24リットル／hrにまで低減され、図５の
従来装置との比較では水素ガス発生量がほぼ半減するこ
とが確認された。また、四フッ化エチレン樹脂膜のよう
に気体は通すが液体を通さない多孔質膜２１は、空気中
に含まれた水分や油分の付着による触媒の性能劣化を防
止する効果もある。したがって、図４のように、多孔質
膜２１と同様に気体は通すが液体は通さない多孔質膜２
３を、陽極２の電極面と所定の間隔を保ってその電極面
を遮蔽するように配設すれば、陽極２に担持した触媒の
性能劣化も防止できる。Here, the apparatus of FIG. 4 in which the catalyst is not supported on the porous membrane 21 and the platinum and platinum black catalysts are supported only on the electrode surface of the cathode 3 is the same as the apparatus of FIGS. As a result, the amount of hydrogen gas generated in the space 9 on the side of the cathode 3 was reduced to 0.24 l / hr, and it was confirmed that the amount of hydrogen gas generated was almost halved in comparison with the conventional apparatus of FIG. Was done. In addition, the porous membrane 21 that allows gas to pass but does not allow liquid to pass, such as a tetrafluoroethylene resin membrane, also has an effect of preventing catalyst performance degradation due to adhesion of moisture or oil contained in air. Accordingly, as shown in FIG. 4, the porous membrane 2 which allows gas to pass therethrough but does not allow liquid to pass therethrough as in the case of the porous membrane 21.
By disposing the electrode 3 at a predetermined distance from the electrode surface of the anode 2 so as to shield the electrode surface, deterioration of the performance of the catalyst carried on the anode 2 can be prevented.
【００２１】[0021]
【発明の効果】本発明によれば、陰極の電極面との間に
狭小空間を形成するようにその電極面に近接してカバー
又は多孔質膜を配設するという極めて簡易で省スペース
な構成により、陰極で発生する水素と空気中の酸素との
結合反応を効果的に促進して水素ガスの蓄積による水素
爆発の危険性を確実に解消することができるという大変
優れた効果がある。According to the present invention, an extremely simple and space-saving configuration is provided in which a cover or a porous film is disposed close to an electrode surface so as to form a narrow space between the electrode surface and the cathode. Accordingly, there is an extremely excellent effect that the bonding reaction between hydrogen generated at the cathode and oxygen in the air can be effectively promoted and the danger of hydrogen explosion due to accumulation of hydrogen gas can be reliably eliminated.
【図１】カバーを用いた本発明装置の第一実施形態を示
す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of a device of the present invention using a cover.
【図２】カバーを用いた本発明装置の第二実施形態を示
す断面図。FIG. 2 is a sectional view showing a second embodiment of the device of the present invention using a cover.
【図３】カバーを用いた本発明装置の第三実施形態を示
す断面図。FIG. 3 is a sectional view showing a third embodiment of the device of the present invention using a cover.
【図４】多孔質膜を用いた本発明装置の実施形態を示す
断面図。FIG. 4 is a sectional view showing an embodiment of the device of the present invention using a porous film.
【図５】従来装置の形態を示す断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a form of a conventional device.
【図６】従来装置の形態を示す断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a form of a conventional device.
１・・・・・電気化学素子 １９・・・・・
ガスセンサ ２・・・・・陽極 ２０・・・・・
安全回路 ３・・・・・陰極 ２１・・・・・
多孔質膜 ４・・・・・固体高分子電解質 ２２・・・・・
狭小空間 ７・・・・・外部電源 ２３・・・・・
多孔質膜 １１・・・・・カバー １２・・・・・狭小空間 １３・・・・・開口部 １４・・・・・水滴受け １５・・・・・ウイック １７・・・・・触媒担体 １８・・・・・ヒータ1 ... Electrochemical element 19 ...
Gas sensor 2 ... Anode 20 ...
Safety circuit 3 ... Cathode 21 ...
Porous membrane 4 ... Solid polymer electrolyte 22 ...
Narrow space 7: External power supply 23:
······················ Narrow space 13 ·················································· Catalyst carrier ·····heater
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今 泉 三 之 東京都東久留米市下里一丁目13番13号 株 式会社オプテックディディ・メルコ・ラボ ラトリー内 (72)発明者 生田目 輝 昭 東京都東久留米市下里一丁目13番13号 株 式会社オプテックディディ・メルコ・ラボ ラトリー内 (72)発明者 横 松 得 滋 東京都東久留米市下里一丁目13番13号 株 式会社オプテックディディ・メルコ・ラボ ラトリー内 (72)発明者 永 井 英 男 東京都東久留米市下里一丁目13番13号 株 式会社オプテックディディ・メルコ・ラボ ラトリー内 (72)発明者 中 村 光 宏 東京都東久留米市下里一丁目13番13号 株 式会社オプテックディディ・メルコ・ラボ ラトリー内 (72)発明者 塚 本 秀 幸 東京都東久留米市下里一丁目13番13号 株 式会社オプテックディディ・メルコ・ラボ ラトリー内 (72)発明者 山 内 四 郎 兵庫県尼崎市塚口本町八丁目１番１号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 光 田 憲 朗 兵庫県尼崎市塚口本町八丁目１番１号 三 菱電機株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Miyuki Imaizumi 1-13-13 Shimozato, Higashi-Kurume-shi, Tokyo Inside Optec Didi Melco Laboratory (72) Inventor Teruaki Ikutame Tokyo 1-13-13 Shimozato, Higashi-Kurume-shi Optec Didi Melco Laboratory (72) Inventor Takeshige Yokomatsu 1-13-13 Shimozato, Shimozato, Higashi-Kurume-shi, Tokyo Inside Melco Laboratory (72) Inventor Hideo Nagai 1-13-13 Shimozato, Higashi-Kurume-shi, Tokyo Inside Optec Didi Melco Laboratory (72) Inventor Mitsuhiro Nakamura East Tokyo 1-13-13 Shimozato, Kurume City Inside Optec Didi Melco Laboratory (72) Inventor Hideyuki Motomoto 1-13-13 Shimozato, Higashikurume-shi, Tokyo Inside Optec Didi Melco Laboratory (72) Inventor Shiro Yamauchi 1-1-1, Honcho Tsukaguchi, Amagasaki-shi, Hyogo Mitsubishi Inside Electric Co., Ltd. (72) Inventor Norio Akira Mitsuda Electric Co., Ltd. 8-1-1, Tsukaguchi Honcho, Amagasaki City, Hyogo Prefecture
Claims (8)
（２）と、水素を発生して酸素を消費する陰極（３）と
の間に水素イオン交換膜となる固体高分子電解質（４）
が挟持された電気化学素子（１）を具備する電気化学装
置において、前記陰極（３）側に、当該陰極（３）の電
極面に近接してその表面を遮蔽するカバー（11）が設け
られて、当該カバー（11）と陰極（３）の電極面との間
に、陰極（３）から発生した水素ガスをその電極面に沿
って流動させる狭小空間（12）が形成される共に、陰極
（３）の電極面あるいはその電極面に対峙する前記カバ
ー（11）の内面のいずれか一方又は双方に、水素の酸化
反応を促進させる触媒が担持され、前記カバー（11）の
一端側に、前記狭小空間（12）内へ空気を進入させる開
口部（13）が形成されていることを特徴とする電気化学
装置。A solid polymer electrolyte (4) serving as a hydrogen ion exchange membrane between an anode (2) for generating oxygen by electrolyzing water and a cathode (3) for generating hydrogen and consuming oxygen. )
In the electrochemical device having the electrochemical element (1) sandwiched between the cathode (3), a cover (11) is provided on the cathode (3) side to close the electrode surface of the cathode (3) and shield the surface thereof. A narrow space (12) is formed between the cover (11) and the electrode surface of the cathode (3) for flowing hydrogen gas generated from the cathode (3) along the electrode surface. A catalyst that promotes the oxidation reaction of hydrogen is carried on one or both of the electrode surface of (3) and the inner surface of the cover (11) facing the electrode surface, and one end of the cover (11) has An electrochemical device having an opening (13) for allowing air to enter the narrow space (12).
促進させる触媒を担持した通気性のある多孔質の触媒担
体（17）によって閉塞されている請求項１記載の電気化
学装置。2. The electrochemical device according to claim 1, wherein the opening (13) is closed by a gas-permeable porous catalyst carrier (17) carrying a catalyst for promoting a hydrogen oxidation reaction.
応温度に加熱するヒータ（18）が付設されている請求項
２記載の電気化学装置。3. The electrochemical device according to claim 2, wherein the catalyst carrier (17) is provided with a heater (18) for heating the catalyst to a predetermined reaction temperature.
の下端側に形成されると共に、その開口部（13）の下方
に、当該開口部（13）から滴下する水滴を捕集する水滴
受け（14）が配設されている請求項１又は２記載の電気
化学装置。4. The cover (11), wherein the opening (13) is provided in the cover (11).
3. A water droplet receiver (14) formed at a lower end of the airbag, and disposed below the opening (13) to collect waterdrops dropped from the opening (13). Electrochemical equipment.
との間に、その開口部（13）から水滴受け（14）へ滴下
する水滴を含浸して自然蒸発させるウイック（15）が配
設されている請求項４記載の電気化学装置。5. The opening (13) and the water drop receiver (14).
The electrochemical device according to claim 4, further comprising a wick (15) impregnated with water droplets dropped from the opening portion (13) to the water droplet receiver (14) and evaporating naturally.
検出するガスセンサ（19）と、当該ガスセンサ（19）で
検出される水素ガス濃度が一定値を超えたときに前記陽
極（２）と陰極（３）との間に直流電圧を印加する外部
電源（７）を遮断する安全回路（20）が設けられている
請求項１乃至５記載の電気化学装置。6. A gas sensor (19) for detecting the concentration of hydrogen gas in said narrow space (12), and said anode (2) when the concentration of hydrogen gas detected by said gas sensor (19) exceeds a certain value. The electrochemical device according to any one of claims 1 to 5, further comprising a safety circuit (20) for shutting off an external power supply (7) for applying a DC voltage between the cathode and the cathode (3).
（２）と、水素を発生して酸素を消費する陰極（３）と
の間に水素イオン交換膜となる固体高分子電解質（４）
が挟持された電気化学素子（１）を具備する電気化学装
置において、気体は通すが液体は通さない多孔質膜（2
1）が、前記陰極（３）の電極面に近接してその表面を
遮蔽するように配設されて、当該多孔質膜（21）と前記
電極面との間に、陰極（３）から発生した水素ガスをそ
の電極面に沿って流動させる密閉した狭小空間（22）が
形成されると共に、陰極（３）の電極面あるいはその電
極面と対峙する前記多孔質膜（21）のいずれか一方又は
双方に、水素の酸化反応を促進させる触媒が担持されて
いることを特徴とする電気化学装置。7. A solid polymer electrolyte (4) serving as a hydrogen ion exchange membrane between an anode (2) for generating oxygen by electrolyzing water and a cathode (3) for generating hydrogen and consuming oxygen. )
In an electrochemical device provided with an electrochemical element (1) sandwiched between a porous membrane (2) through which gas passes but liquid does not pass.
1) is disposed so as to be close to and close to the electrode surface of the cathode (3), and is generated from the cathode (3) between the porous membrane (21) and the electrode surface. A sealed narrow space (22) for flowing the hydrogen gas along the electrode surface is formed, and either the electrode surface of the cathode (3) or the porous film (21) facing the electrode surface is formed. Alternatively, an electrochemical device characterized in that a catalyst for promoting an oxidation reaction of hydrogen is supported on both of them.
（23）が、前記陽極（２）の電極面と所定の間隔を保っ
てその電極面を遮蔽するように配設されている請求項７
記載の電気化学装置。8. A porous membrane (23), through which gas passes but liquid does not pass, is disposed so as to shield the electrode surface at a predetermined distance from the electrode surface of the anode (2). Item 7
An electrochemical device as described.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8183148A JPH1025584A (en) | 1996-07-12 | 1996-07-12 | Electrochemical device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8183148A JPH1025584A (en) | 1996-07-12 | 1996-07-12 | Electrochemical device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1025584A true JPH1025584A (en) | 1998-01-27 |
Family
ID=16130649
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8183148A Pending JPH1025584A (en) | 1996-07-12 | 1996-07-12 | Electrochemical device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1025584A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013067850A (en) * | 2011-09-26 | 2013-04-18 | Toshiba Corp | Oxygen reduction apparatus and refrigerator |
| JP2014037620A (en) * | 2012-06-29 | 2014-02-27 | Toshiba Corp | Device for reducing oxygen, chamber for reducing oxygen and refrigerator |
| WO2018161711A1 (en) * | 2017-03-09 | 2018-09-13 | 华南理工大学 | Electrochemical dehumidification device on the basis of screen-type amphoteric ion exchange membrane electrode |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03258321A (en) * | 1990-03-07 | 1991-11-18 | Mitsubishi Electric Corp | Air conditioner |
| JPH0919621A (en) * | 1995-07-06 | 1997-01-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Deoxidizing device |
-
1996
- 1996-07-12 JP JP8183148A patent/JPH1025584A/en active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03258321A (en) * | 1990-03-07 | 1991-11-18 | Mitsubishi Electric Corp | Air conditioner |
| JPH0919621A (en) * | 1995-07-06 | 1997-01-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Deoxidizing device |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013067850A (en) * | 2011-09-26 | 2013-04-18 | Toshiba Corp | Oxygen reduction apparatus and refrigerator |
| JP2014037620A (en) * | 2012-06-29 | 2014-02-27 | Toshiba Corp | Device for reducing oxygen, chamber for reducing oxygen and refrigerator |
| WO2018161711A1 (en) * | 2017-03-09 | 2018-09-13 | 华南理工大学 | Electrochemical dehumidification device on the basis of screen-type amphoteric ion exchange membrane electrode |
| US11420156B2 (en) | 2017-03-09 | 2022-08-23 | South China University Of Technology | Electrochemical dehumidification device based on screen-type amphoteric ion exchange membrane electrode |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108432011B (en) | Humidifier for a fuel cell system with an integrated water separator, fuel cell system and vehicle with such a fuel cell system | |
| US7674549B2 (en) | Fuel cell power generation apparatus, fuel cartridge, and fuel cell system using the same | |
| US6458479B1 (en) | Air breathing direct methanol fuel cell | |
| US7824812B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP3219610B2 (en) | Electrochemical element | |
| US20030049510A1 (en) | Air breathing direct methanol fuel cell | |
| JP3242736B2 (en) | Electrochemical device | |
| US8241796B2 (en) | Electrodes of a fuel cell | |
| KR100877273B1 (en) | Fuel cell | |
| KR101240973B1 (en) | Locally hydrophilic gas diffusion layer and fuel cell stack comprising the same | |
| US3480538A (en) | Catalyst electrode for electrochemical cells | |
| JP5182559B2 (en) | Polymer electrolyte fuel cell | |
| KR20090021284A (en) | Fuel cell water management | |
| JP2012248341A (en) | Fuel cell | |
| JPH1025584A (en) | Electrochemical device | |
| US20060046126A1 (en) | Fuel cell and information terminal carrying the same | |
| JP2010061966A (en) | Polymer electrolyte fuel cell | |
| JPH10208757A (en) | Fuel cell generating set | |
| JP3466535B2 (en) | Electrochemical device | |
| JP3984743B2 (en) | Humidity controller | |
| JPH1081985A (en) | Electrochemical device | |
| US20090263688A1 (en) | Fuel cell | |
| JPH01148327A (en) | Dehumidifier | |
| JPH09157876A (en) | Electrochemical element | |
| JP2015179563A (en) | Direct oxidation type fuel battery system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040811 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040818 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20041214 |