JPH1025585A

JPH1025585A - 電解セル同士の電気接続機構

Info

Publication number: JPH1025585A
Application number: JP8178854A
Authority: JP
Inventors: Hiroko Kobayashi; 宏子小林; Seiji Hirai; 清司平井; Akiko Miyake; 明子三宅; Shinichi Yasui; 信一安井; Teruyuki Morioka; 輝行森岡
Original assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Current assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Priority date: 1996-07-09
Filing date: 1996-07-09
Publication date: 1998-01-27

Abstract

(57)【要約】【課題】高圧型水素酸素発生装置における複数段の電
解セル同士の電気接続機構に対して、その成分が純水に
溶出することを防止すること。【解決手段】純水タンク１の純水中に複数段連結され
た、正負の両電極板のあいだに電解質膜によって仕切ら
れた酸素ガス発生室と水素ガス発生室とを有する電解セ
ル２に対して、隣接する電解セル２の電極板３同士が、
その内部が純水と隔離された管部材７で接続されてお
り、該管部材７内に、一端が一方の電解セル２の電極板
３に接続され且つ他端が他方の電解セル２の電極板３に
接続された導電部材８が挿通されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水素酸素発生装置
における、純水タンク内に水没した電解セル同士の電気
接続機構（以下、単に電気接続機構という）に関するも
のであり、詳細には、中空のいわゆる管部材を用いて電
気ケーブル等の導電部材を純水から隔離した状態で電解
セル同士のあいだに接続する機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば半導体製造工場など水素ガ
ス、酸素ガスを必要とする工場では高圧型水素酸素発生
装置を用いて純水を電気分解して上記ガスを得ている。
高圧型水素酸素発生装置においては、図４に示すよう
に、純水を電気分解するための電解セル５１は、純水が
満たされた純水タンク５２内に複数段に連結された状態
で水没されている。また、両端の電解セル５１の電極板
間には高電流を流すべく純水タンク５２外の電源５３が
接続されている。

【０００３】さらに、各電解セル５１に電流を送るため
に電解セル５１同士は電気ケーブル５４によって接続さ
れている。そして、純水を電解セル５１の陽極側に供給
しながら電極板５５に高電圧を付加して純水を電気分解
し、陽極側から酸素ガスを、陰極側から水素ガスをそれ
ぞれ発生している。ここで、電解セルの陽極側では、2H
₂O→O₂＋4H⁺＋4e^-の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
生しているのである。たとえば、図４においては、５５
ａで示すのが陽極となる電極板であり、５５ｂで示すの
が陰極となる電極板となろう。

【０００４】ところで、水素酸素発生装置においては、
上述したように高電圧を供給すべき電解セル５１の周囲
には、純水が満たされている。

【０００５】そのため、従来は電解セル同士の電気接続
手段は、銅線等の導電線やかかる導電線を被覆材で被覆
した電気ケーブル５４によってなされている。すなわ
ち、電気ケーブル５４をその端部の被覆材を剥ぎ取って
導電線５６を電解セル５１の電極板５５にはんだ付けや
ボルト・ナット等の通常の方法で直接固着している。図
中、５７は電解セル５１の一部品たる端板であり、内蔵
部品５８をボルト５９によって挟持するものである。６
０はバネ座金であり、６１は電解セル５１同士を連結す
る連結部材、６２は複数段の電解セル５１を支える架台
である。６３は純水タンク５２外の電源から電解セル５
１に給電するための電気ケーブルである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ケ
ーブルの被覆材およびシール剤は常時純水タンク内の純
水中に浸漬しており、上記シール剤が導電線端部を完全
に覆っていない場合は導電線部分までもが純水に接する
ことになる。

【０００７】そのため、高電圧を印加したときにケーブ
ルの導電線で発生したジュール熱が、純水を加熱して水
素酸素発生装置の運転条件を悪化させたり、ケーブルの
被覆材が純水に不純物として溶出したり、劣化により生
じた被覆材の隙間から純水中に露出した導電線部分が純
水に不純物として溶出するおそれもある。いわゆる裸導
電線を用いた場合にはもちろん導電線材料が純水に不純
物として溶出するおそれがある。そして、発生する酸素
・水素ガスの純度を低下させる等の問題も生じる。

【０００８】また、純水中に溶出した上記不純物が固体
電解質膜に付着してこれを劣化させ、寿命を短くすると
いう問題も生じるおそれがある。さらに、上記不純物が
純水に導電性を付与して純水タンクにまで漏電するおそ
れがある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる問題を解
消するためになされたものであり、導電部材を管部材内
に挿通して純水から隔離した状態で電解セル同士に電気
的に接続したものである。そうすることにより、ケーブ
ルの被覆材や導電部材自体の純水への溶出を防止し、装
置全体の劣化を防止しつつ安全に高純度の水素および酸
素を提供することができるものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の電気接続機構は、純水中
に複数段連結された、正負の両電極板のあいだに電解質
膜によって仕切られた酸素ガス発生室と水素ガス発生室
とを有する電解セルにおける、該複数段の電解セル同士
を電気的に接続するための電気接続機構であって、隣接
する電解セルの電極板同士が、その内部が純水と隔離さ
れた管部材で接続されており、該管部材内に、一端が一
方の電解セルの電極板に接続され且つ他端が他方の電解
セルの電極板に接続された導電部材が挿通されてなるこ
とを特徴としている。

【００１１】かかる構成により本発明の電気接続機構
は、その導電部材が電気分解されるべき純水に接するこ
とがないので、前述した従来技術のような、導電部材や
被覆材の純水への溶出のおそれがなくなり、その結果、
溶出による製造ガスの純度低下、各部材の劣化による装
置の寿命短縮、および漏電等のおそれもなくなる。

【００１２】なお、導電部材を管部材内に挿通して純水
から隔離した状態で電解セル同士に電気的に接続する方
法としては、たとえば、ステンレス鋼製の管やベローズ
（以下、管で代表させる）内に銅線からなる導電部材を
挿通し、この導電部材の両端部を隣接する電解セルの電
極板にそれぞれ接続し、管の両端部はもちろん隣接する
電解セルの電極板に管内部が密閉状態になるように接続
する。

【００１３】また、導電部材の端部の電極板への固着方
法として、電極板に穿孔して導電部材を貫通させてナッ
ト等により固着させる場合は、導電部材の貫通部と純水
とを完全に離間するために電極板の反対面に前記貫通部
を覆うための蓋部材を覆設する。

【００１４】なお、特許請求の範囲で、その内部が純水
と隔離された管部材とは、管部材の内部が外部の純水と
空間的に隔離されていることをいう。なお、とくに管部
材にベローズを用いた場合、管部材の外圧による座屈防
止のために非導電性物質を管部材内部に充填しておくの
もよい。この非導電性物質は液体でも固体でもよい。ま
た、高粘性流体でもよい。具体的にはシリコーン樹脂等
の合成樹脂等が好ましい。

【００１５】

【実施例】つぎに、図面に示された実施例に基づいて本
発明の電気接続機構を説明する。

【００１６】図１は本発明の電気接続機構の一実施例を
示す断面図、図２は図１の電気接続機構のＩＩ−ＩＩ線
矢視図、図３は本発明の電気接続機構の他の実施例を示
す断面図である。

【００１７】図１において、１は高圧型水素酸素発生装
置における純水タンクを示し、２は純水タンク１内の純
水中に没設された電解セルである。電解セル２は複数段
連結されており、各電解セル２の両端近傍の電極板３
は、隣接する電解セル２の電極板３に電気接続機構４に
よって接続されている。５は電解セル２のセル部材２ａ
を図示しないボルトナットによって挟持するための端板
である。セル部材２ａとは、電極板３をはじめとして、
固体電解質膜、ガス発生室を構成する電解質膜、ガスケ
ット、保護シート等である。

【００１８】ここで、電気接続機構４は断面で示される
ように、両端にフランジ６が形成された管部材７と、こ
の管部材７内に挿通された導電部材８と、導電部材８と
電極板３との接続部を覆う蓋部材９とから構成されてい
る。電極板３と前記フランジ６および蓋部材９とはボル
トナット１０によって接続されており、管部材７内に純
水が進入しないようにガスケット１１が介装されてい
る。

【００１９】一般に、管部材７にはステンレス鋼が用い
られる。これは、管部材７の内外の圧力差に耐えうるよ
うに、また、加工容易性を考慮して、さらに、純水への
溶出が極めて微量であることを考慮しての選択である。
もちろん、圧力差に耐えうるように肉厚を増したグラス
ファイバーや繊維強化プラスティック（ＦＲＰ）等から
なる管部材を用いてもよい。純水への溶出がほとんどな
い点で好ましい。

【００２０】また、導電部材８にはいわゆる裸銅線、錫
メッキされた銅線、および銅線が被覆材に被覆された電
気ケーブル等が用いられる。管部材７および導電部材８
はともに直線状に形成されているため、導電部材８が裸
銅線であっても管部材７内壁面に接触することはない。

【００２１】なお、前記管部材７に代えてベローズを用
いると各部材の熱膨張や組み立て誤差に対しても柔軟に
対応しうるので好ましい。このように、ベローズを用い
た場合は変形の可能性があるため、内部の導電部材が接
触してもいいように被覆された電気ケーブルを用いるの
が望ましい。

【００２２】図中、２１は純水タンク１の外部から電極
板３に給電するための給電機構であり、前記電気接続機
構４と同様な構造を有しているが、給電機構２１は純水
タンク１への漏電を防止する必要があるため、その中空
管２２と純水タンク１の内壁との接続部２２ａおよび中
空管２２と電極板３との接続部２２ｂはともに電気絶縁
状態にされている。具体的には、本出願人による特願平
８−１０６８６５号によって提案済である。

【００２３】図２には電解セル２の平面図が示されてい
る。図示のごとく電極板３に電気接続機構４の取り付け
部１２が連続して形成されている。本実施例では電極板
３の一方のみに取り付け部１２が延設されているが、供
給電流値等から制約される導電部材の必要断面積等に応
じて、取り付け部１２を二方向以上に延設して複数本の
電気接続機構４を接続してもよい。

【００２４】図３には、電解セル２をその中心軸が実質
的に水平となるようにして上下に連結した例が示されて
いる。ここでは、電気接続機構１４は図示のごとく導電
部材８はほぼコの字状の管部材１５内に挿通されてい
る。この管部材１５は一対のエルボ管１５ａと短管１５
ｂとが溶接によって接続されたものである。しかし、本
発明においては、とくにかかる管部材１５に限定される
ことはなく、たとえば、エルボ管１５ａと端管１５ｂと
をフランジによって接続したものでもよく、また、短管
１５ｂに代えてベローズを用いてもよい。このように、
エルボ管を用いた場合は内部の導電部材が接触する可能
性があるので、被覆された電気ケーブルを用いるのが望
ましい。

【００２５】また、管部材内に座屈防止防止用に固体の
材料を充填する場合にはとくに被覆された電気ケーブル
を用いなくてもよい。

【００２６】つぎに、前記固体電解質膜としては固体高
分子電解質を膜状に形成したものの両面に貴金属、とく
に白金族金属からなる多孔質層を化学的に無電解メッキ
によって形成した固体高分子電解質膜を使用するのが好
ましい。前記固体高分子電解質としては、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であり、
たとえば、デュポン社製「ナフィオン１１７」）が好ま
しい。また、この場合、前記多孔質メッキ層としては白
金族金属のうち白金が好ましく、とくに白金とイリジウ
ムとからなる二層構造とすれば、８０°Ｃにおいて２０
０Ａ／ｄｍ²の高電流密度で四年間の長期にわたって電
気分解することが可能である。ちなみに、たとえば従来
の、電極を物理的にイオン交換膜に接触させた構造の固
体電解質膜では５０〜７０Ａ／ｄｍ²程度の電流密度で
ある。前記イリジウムの他に、二種類以上の白金族金属
をメッキした多層構造の固体電解質膜も使用することが
できる。また、叙上のごとく構成された固体電解質膜で
は、固体高分子電解質と多孔質メッキ層とのあいだには
水が存在しないので、溶液抵抗やガス抵抗が少ない。し
たがって、固体高分子電解質と両多孔質メッキ層とのあ
いだの接触抵抗が低くなり、電圧が低くなり、電流分布
が均一となる。その結果、高電流密度化、高温水電解、
高圧水電解が可能となり、高純度の酸素ガスおよび水素
ガスを効率よく得ることが可能となる。なお、前記固体
高分子電解質膜の他、セラミック膜等の他の固体電解質
膜を使用することも可能である。

【００２７】

【発明の効果】本発明の電気接続機構によれば、その導
電部材が電気分解されるべき純水に接することがないの
で、導電部材の導電線や被覆材が純水へ溶出するおそれ
がなくなり、その結果、溶出による製造ガスの純度低
下、各部材の劣化による装置の寿命短縮、および漏電等
のおそれがなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電気接続機構の一実施例を示す断面図
である。

【図２】図１の電気接続機構のＩＩ−ＩＩ線矢視図であ
る。

【図３】本発明の電気接続機構の他の実施例を示す断面
図である。

【図４】従来の電気接続機構の一例を示す概略図であ
る。

【符号の説明】

１・・・純水タンク２・・・電解セル３・・・電極板４、１４・・・電気接続機構５・・・端板７、１５・・・管部材８・・・導電部材９・・・蓋部材１２・・・取り付け部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者森岡輝行兵庫県加古川市平岡町土山934−４

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】純水中に複数段連結された、正負の両電
極板のあいだに電解質膜によって仕切られた酸素ガス発
生室と水素ガス発生室とを有する電解セルにおける、該
複数段の電解セル同士を電気的に接続するための電気接
続機構であって、隣接する電解セルの電極板同士が、その内部が純水と隔
離された管部材で接続されており、該管部材内に、一端
が一方の電解セルの電極板に接続され且つ他端が他方の
電解セルの電極板に接続された導電部材が挿通されてな
ることを特徴とする水素酸素発生装置の電解セル同士の
電気接続機構。