水電解装置
【課題】シール部材のコンパクト化を容易に図るとともに、高圧水素を良好に得ることを可能にする。
【解決手段】水電解装置１０を構成する単位セル１２は、電解質膜・電極構造体３２をアノード側セパレータ３４及びカソード側セパレータ３６により挟持する。単位セル１２の外周部に設けられる第１突出部４８ａ、第２突出部４８ｂ及び第３突出部４８ｃには、水供給連通孔５０ａ、排出連通孔５０ｂ及び高圧水素連通孔５０ｃが形成される。第３突出部４８ｃには、高圧水素連通孔５０ｃに隣接して第１位置決め孔部７０ａが形成され、第１突出部４８ａには、水供給連通孔５０ａに隣接して第２位置決め孔部７０ｂが形成される。第１位置決め孔部７０ａは、第２位置決め孔部７０ｂよりも高い寸法精度に設定される。
【解決手段】水電解装置１０を構成する単位セル１２は、電解質膜・電極構造体３２をアノード側セパレータ３４及びカソード側セパレータ３６により挟持する。単位セル１２の外周部に設けられる第１突出部４８ａ、第２突出部４８ｂ及び第３突出部４８ｃには、水供給連通孔５０ａ、排出連通孔５０ｂ及び高圧水素連通孔５０ｃが形成される。第３突出部４８ｃには、高圧水素連通孔５０ｃに隣接して第１位置決め孔部７０ａが形成され、第１突出部４８ａには、水供給連通孔５０ａに隣接して第２位置決め孔部７０ｂが形成される。第１位置決め孔部７０ａは、第２位置決め孔部７０ｂよりも高い寸法精度に設定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質膜の両側に給電体が設けられ、前記給電体にセパレータが積層されるとともに、一方の給電体と一方のセパレータとの間には、水を供給する水流路が形成され、他方の給電体と他方のセパレータとの間には、前記水が電気分解されて常圧よりも高圧な高圧水素を得る高圧水素流路が形成される単位セルを備え、複数の前記単位セルが積層される水電解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、燃料ガスである水素ガスを製造するために、水電解装置が採用されている。この水電解装置は、水を分解して水素（及び酸素）を発生させるため、固体高分子電解質膜を用いている。固体高分子電解質膜の両面には、電極触媒層が設けられて電解質膜・電極構造体が構成されるとともに、前記電解質膜・電極構造体の両側には、給電体を配設してユニットが構成されている。
【０００３】
そこで、複数のユニットが積層された状態で、積層方向両端に電圧が付与されるとともに、アノード側給電体に水が供給される。このため、電解質膜・電極構造体のアノード側では、水が分解されて水素イオン（プロトン）が生成され、この水素イオンが固体高分子電解質膜を透過してカソード側に移動し、電子と結合して水素が製造される。一方、アノード側では、水素と共に生成された酸素が、余剰の水を伴ってユニットから排出される。
【０００４】
この種の設備として、例えば、特許文献１に開示された水電解装置が知られている。この水電解装置は、図８に示すように、固体高分子電解質膜を円盤状の陽極給電板１及び陰極給電板で挟んだセル２を、分離板を介して複数個重合している。陽極給電板１は、ケーシングを構成するケーシングリング３に外嵌されている。
【０００５】
陽極給電板１の電解質膜と接触しない側の面には、複数の溝４が互いに平行に設けられている。各溝４は、純水の流路を構成するとともに、発生する酸化剤ガスを流通させる流路も構成している。ケーシングリング３の内周面には、溝４に連通する周溝５が形成されるとともに、３つの貫通孔６ａ、６ｂ及び６ｃが積層方向に貫通形成されている。
【０００６】
純水供給用の貫通孔６ａと周溝５との間、純水及び酸素ガス排出用の貫通孔６ｂと前記周溝５との間には、これらを連通するための通孔７ａ、７ｂが形成されている。水素ガス排出用の貫通孔６ｃは、貫通孔６ｂ側に近接して設けられており、水の電気分解により陰極給電板に発生する水素が、前記貫通孔６ｃに導出されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−９５７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記の水電解装置において、例えば、３５ＭＰａ等の高圧水素を得る場合がある。その際、水素ガス排出用の貫通孔６ｃには、高圧水素が流通するため、前記貫通孔６ｃをシールするためのシール部材に耐圧性が求められており、前記シール部材の肉厚を大きく設定する必要がある。
【０００９】
特に、ケーシングリング３は、図示しないが、他のケーシングリング及びセルと積層されるため、それぞれの貫通孔６ｃ間にずれが生じ易い。従って、貫通孔６ｃ間のずれに応じて、シール部材の寸法を大きく設定しなければならない。これにより、耐圧維持を図るために、シール部材の肉厚が増大してしまい、水電解装置全体が大型化するという問題がある。
【００１０】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、シール部材のコンパクト化を容易に図るとともに、高圧水素を良好に得ることが可能な水電解装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、電解質膜の両側に給電体が設けられ、前記給電体にセパレータが積層されるとともに、一方の給電体と一方のセパレータとの間には、水を供給する水流路が形成され、他方の給電体と他方のセパレータとの間には、前記水が電気分解されて常圧よりも高圧な高圧水素を得る高圧水素流路が形成される単位セルを備え、複数の前記単位セルが積層される水電解装置に関するものである。
【００１２】
この水電解装置は、単位セルの積層方向に延在し、水流路に水を供給する水連通孔と、前記単位セルの積層方向に延在し、前記水流路から残余の前記水及び生成された酸素を排出する排出連通孔と、前記単位セルの積層方向に延在し、高圧水素流路から高圧水素を排出する高圧水素連通孔とを設けている。
【００１３】
そして、この水電解装置は、高圧水素連通孔に隣接し、第１位置決め部材が挿入される第１位置決め孔部と、水連通孔又は排出連通孔に隣接し、第２位置決め部材が挿入される第２位置決め孔部とを有するとともに、前記第１位置決め孔部は、前記第２位置決め孔部よりも高い寸法精度に設定されている。
【００１４】
また、この水電解装置は、第１位置決め部材及び第２位置決め部材により複数の単位セル同士を位置決め保持して水電解ユニットが形成されるとともに、各水電解ユニットを構成し、互いに隣接するセパレータには、前記第１位置決め孔部及び前記第２位置決め孔部とは異なる位置に、少なくとも第１ユニット連結部材及び第２ユニット連結部材が挿入される少なくとも第１連結孔部及び第２連結孔部が形成されることが好ましい。
【００１５】
さらに、この水電解装置は、高圧水素連通孔の開口寸法が、水連通孔の開口寸法及び排出連通孔の開口寸法よりも小さな寸法に設定されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高圧水素連通孔に隣接する第１位置決め孔部は、水連通孔又は排出連通孔に隣接する第２位置決め孔部よりも高い寸法精度に設定されている。このため、各セパレータを積層して単位セルが構成される際、及び複数の前記単位セルが積層される際、各高圧水素連通孔同士が高精度に位置決めされる。
【００１７】
従って、各高圧水素連通孔をシールするシール部材は、可及的にコンパクト化され、耐圧性を確保するために必要な肉厚も、小さく設定することができる。これにより、水電解装置全体の小型化及び薄肉化が容易に図られる。
【００１８】
しかも、第２位置決め孔部は、第１位置決め孔部に比べて寸法精度が低く設定される。このため、第１位置決め部材が、寸法公差の厳しい第１位置決め孔部に挿入された状態で、第２位置決め部材を、第２位置決め孔部に容易に挿入することが可能になる。従って、水電解装置の組み立て作業性が良好に向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る水電解装置の斜視説明図である。
【図２】前記水電解装置の一部断面側面図である。
【図３】前記水電解装置を構成する単位セルの分解斜視説明図である。
【図４】前記単位セルの、図３中、ＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】前記単位セルを構成するアノード側セパレータの正面説明図である。
【図６】前記水電解装置を構成する水電解ユニットの概略斜視説明図である。
【図７】前記水電解ユニットの端部セパレータを構成する前記アノード側セパレータの正面説明図である。
【図８】特許文献１に開示されているセルの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係る水電解装置１０は、高圧水素製造装置を構成する。水電解装置１０は、複数の単位セル１２が鉛直方向（矢印Ａ方向）又は水平方向（矢印Ｂ方向）に積層された水電解ユニット１４ａを備え、複数の水電解ユニット１４ａが積層されて積層体１４が構成される。
【００２１】
積層体１４の積層方向一端（上端）には、ターミナルプレート１６ａ、絶縁プレート１８ａ及びエンドプレート２０ａが上方に向かって、順次、配設される。積層体１４の積層方向他端（下端）には、同様にターミナルプレート１６ｂ、絶縁プレート１８ｂ及びエンドプレート２０ｂが下方に向かって、順次、配設される。
【００２２】
水電解装置１０は、例えば、矢印Ａ方向に延在する４本のタイロッド２２を介して円盤形状のエンドプレート２０ａ、２０ｂ間を一体的に締め付け保持する。なお、水電解装置１０は、エンドプレート２０ａ、２０ｂを端板として含む箱状ケーシング（図示せず）により一体的に保持される構成を採用してもよい。また、水電解装置１０は、全体として略円柱体形状を有しているが、立方体形状等の種々の形状に設定可能である。
【００２３】
図１に示すように、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの側部には、端子部２４ａ、２４ｂが外方に突出して設けられる。端子部２４ａ、２４ｂは、配線２６ａ、２６ｂを介して電源２８に電気的に接続される。陰極（カソード）側である端子部２４ａは、電源２８のマイナス極に接続される一方、陽極（アノード）側である端子部２４ｂは、前記電源２８のプラス極に接続される。
【００２４】
図２〜図４に示すように、単位セル１２は、略円盤状の電解質膜・電極構造体３２と、この電解質膜・電極構造体３２を挟持するアノード側セパレータ（一方のセパレータ）３４及びカソード側セパレータ（他方のセパレータ）３６とを備える。アノード側セパレータ３４及びカソード側セパレータ３６は、略円盤状を有するとともに、例えば、カーボン部材等で構成され、又は、鋼板、ステンレス鋼板、チタン板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板をプレス成形して、あるいは切削加工した後に防食用の表面処理を施して構成される。
【００２５】
電解質膜・電極構造体３２は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜３８と、前記固体高分子電解質膜３８の両面に設けられる円形状のアノード側給電体（第１の給電体）４０及びカソード側給電体（第２の給電体）４２とを備える。固体高分子電解質膜３８の周縁部は、アノード側給電体４０及びカソード側給電体４２の外周から外方に突出している（図３及び図４参照）。
【００２６】
固体高分子電解質膜３８の両面には、アノード電極触媒層４０ａ及びカソード電極触媒層４２ａが形成される。アノード電極触媒層４０ａは、例えば、Ｒｕ（ルテニウム）系触媒を使用する一方、カソード電極触媒層４２ａは、例えば、白金触媒を使用する。
【００２７】
アノード側給電体４０及びカソード側給電体４２は、例えば、球状アトマイズチタン粉末の焼結体（多孔質導電体）により構成される。アノード側給電体４０及びカソード側給電体４２は、研削加工後にエッチング処理される平滑表面部を設けるとともに、空隙率が１０％〜５０％、より好ましくは、２０％〜４０％の範囲内に設定される。
【００２８】
アノード側給電体４０は、リング状の枠部材４３の内周面に嵌合する。この枠部材４３は、例えば、純チタンで構成される。アノード側セパレータ３４とアノード側給電体４０及び枠部材４３との間には、流路プレート４４が介装される。この流路プレート４４は、複数の孔部又は開口部が形成され、又は、多孔質導電体で構成される。
【００２９】
図４に示すように、カソード側給電体４２とカソード側セパレータ３６との間には、前記カソード側給電体４２を固体高分子電解質膜３８に押圧させる荷重付与機構４５が設けられる。荷重付与機構４５は、皿ばね４６を備えるとともに、この皿ばね４６が皿ばねホルダ４７を介してカソード側給電体４２に荷重を付与する。
【００３０】
図３に示すように、単位セル１２の外周部には、セパレータ面方向外方に突出する第１突出部４８ａ、第２突出部４８ｂ及び第３突出部４８ｃが形成される。第１突出部４８ａには、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、水（純水）を供給するための水供給連通孔５０ａが設けられる。
【００３１】
第２突出部４８ｂには、矢印Ａ方向に互いに連通して、反応により生成された酸素及び使用済みの水を排出するための排出連通孔５０ｂが設けられる。第３突出部４８ｃには、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、反応により生成された高圧水素を流すための高圧水素連通孔５０ｃが設けられる。
【００３２】
高圧水素連通孔５０ｃは、円形状を有する一方、水供給連通孔５０ａ及び排出連通孔５０ｂは、長円形状を有する。高圧水素連通孔５０ｃの開口寸法は、水供給連通孔５０ａの開口寸法及び排出連通孔５０ｂの開口寸法よりも小さな寸法に設定される。
【００３３】
図３及び図４に示すように、アノード側セパレータ３４には、水供給連通孔５０ａに連通する供給通路５２ａと、排出連通孔５０ｂに連通する排出通路５２ｂとが設けられる。アノード側セパレータ３４の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３４ａには、供給通路５２ａ及び排出通路５２ｂに連通する第１流路（水流路）５４が設けられる。この第１流路５４は、アノード側給電体４０の固体高分子電解質膜３８に接触する接触面積範囲に対応する範囲内に設けられる。
【００３４】
カソード側セパレータ３６には、高圧水素連通孔５０ｃに連通する排出通路５６が設けられる。カソード側セパレータ３６の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３６ａには、排出通路５６に連通する第２流路（高圧水素流路）５８が形成される。この第２流路５８は、カソード側給電体４２の接触面積範囲に対応する範囲内に設けられる。
【００３５】
アノード側セパレータ３４及びカソード側セパレータ３６の外周端部を周回して、シール部材６０ａ、６０ｂが一体化される。このシール部材６０ａ、６０ｂには、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材が用いられる。
【００３６】
図３及び図４に示すように、アノード側セパレータ３４の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３４ａには、第１流路５４及びアノード側給電体４０の外方を周回して第２シール部材６２ａを配設するための第２シール溝６４ａが形成される。
【００３７】
面３４ａには、水供給連通孔５０ａ、排出連通孔５０ｂ及び高圧水素連通孔５０ｃの外側を周回して、第３シール部材６２ｂ、第４シール部材６２ｃ及び第５シール部材６２ｄを配置するための第３シール溝６４ｂ、第４シール溝６４ｃ及び第５シール溝６４ｄが形成される。第２シール部材６２ａ〜第５シール部材６２ｄは、例えば、Ｏリングである。
【００３８】
カソード側セパレータ３６の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３６ａには、第２流路５８及びカソード側給電体４２の外方を周回して、第１シール部材６６ａを配設するための第１シール溝６８ａが形成される。
【００３９】
面３６ａには、水供給連通孔５０ａ、排出連通孔５０ｂ及び水素連通孔５０ｃの外側を周回して、第３シール部材６６ｂ、第４シール部材６６ｃ及び第５シール部材６６ｄを配置するための第３シール溝６８ｂ、第４シール溝６８ｃ及び第５シール溝６８ｄが形成される。第１シール部材６６ａ、第３シール部材６６ｂ〜第５シール部材６６ｄは、例えば、Ｏリングである。
【００４０】
アノード側給電体４０の外方を周回する第２シール溝６４ａと、カソード側給電体４２の外方を周回する第１シール溝６８ａとは、セパレータ積層方向（矢印Ａ方向）に対し固体高分子電解質膜３８を挟んで互いに異なる位置に設定される。
【００４１】
高圧水素連通孔５０ｃの外方を周回する第５シール溝６４ｄと、前記高圧水素連通孔５０ｃの外方を周回する第５シール溝６８ｄとは、矢印Ａ方向に対し固体高分子電解質膜３８を挟んで互いに異なる位置に設定される。
【００４２】
図３及び図５に示すように、アノード側セパレータ３４には、第３突出部４８ｃに高圧水素連通孔５０ｃに隣接して第１位置決め孔部（ノック孔）７０ａが形成されるとともに、第１突出部４８ａに水供給連通孔５０ａに隣接して第２位置決め孔部（ノック孔）７０ｂが形成される。
【００４３】
第１位置決め孔部７０ａには、第１位置決めピン（第１位置決め部材）（ノックピン）７２ａが挿入される一方、第２位置決め孔部７０ｂには、第２位置決めピン（第２位置決め部材）（ノックピン）７２ｂが挿入される（図３参照）。第１位置決め孔部７０ａは、第２位置決め孔部７０ｂよりも高い寸法精度に設定される。すなわち、第１位置決め孔部７０ａは、第２位置決め孔部７０ｂよりも寸法公差が厳しく設定される。
【００４４】
なお、カソード側セパレータ３６及び電解質膜・電極構造体３２には、同様に第１位置決め孔部７０ａと第２位置決め孔部７０ｂとが形成される。また、第２位置決め孔部７０ｂは、第１突出部４８ａに代えて、第２突出部４８ｂに排出連通孔５０ｂに隣接して形成してもよい。
【００４５】
第１位置決めピン７２ａ及び第２位置決めピン７２ｂは、所定数の単位セル１２に一体に挿入されて前記単位セル１２同士を位置決め保持することにより、水電解ユニット１４ａを構成する。
【００４６】
図６に示すように、各水電解ユニット１４ａは、互いに隣接するアノード側セパレータ３４Ｅ及びカソード側セパレータ３６Ｅを有する。図６及び図７に示すように、アノード側セパレータ３４Ｅ及びカソード側セパレータ３６Ｅには、第３突出部４８ｃに、第１位置決め孔部７０ａとは異なる位置に第１連結孔部７４ａが形成されるとともに、第２突出部４８ｂに、第２連結孔部７４ｂが形成される。
【００４７】
アノード側セパレータ３４Ｅ及びカソード側セパレータ３６Ｅは、各第１連結孔部７４ａにユニット連結ピン（第２ユニット連結部材）７６ａが挿入される一方、各第２連結孔部７４ｂに第２ユニット連結ピン（第２ユニット連結部材）７６ｂが挿入される。なお、３以上の連結孔部と３以上のユニット連結ピンとを備えてもよい。
【００４８】
図１及び図２に示すように、エンドプレート２０ａには、水供給連通孔５０ａ、排出連通孔５０ｂ及び高圧水素連通孔５０ｃに連通する配管７８ａ、７８ｂ及び７８ｃが接続される。配管７８ｃには、図示しないが、背圧弁（又は電磁弁）が設けられており、高圧水素連通孔５０ｃに生成される水素の圧力を高圧に維持することができる。エンドプレート２０ａ、２０ｂ間には、図示しない押し付け力付与装置により押し付け力が付与され、この状態で、前記エンドプレート２０ａ、２０ｂがタイロッド２２を介して締め付けられる。
【００４９】
このように構成される水電解装置１０の動作について、以下に説明する。
【００５０】
図１に示すように、配管７８ａから水電解装置１０の水供給連通孔５０ａに水が供給されるとともに、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの端子部２４ａ、２４ｂに電気的に接続されている電源２８を介して電圧が付与される。このため、図３に及図４示すように、各単位セル１２では、水供給連通孔５０ａからアノード側セパレータ３４の第１流路５４に水が供給され、この水がアノード側給電体４０内に沿って移動する。
【００５１】
従って、水は、アノード電極触媒層４０ａで電気により分解され、水素イオン、電子及び酸素が生成される。この陽極反応により生成された水素イオンは、固体高分子電解質膜３８を透過してカソード電極触媒層４２ａ側に移動し、電子と結合して水素が得られる。
【００５２】
このため、カソード側セパレータ３６とカソード側給電体４２との間に形成される第２流路５８に沿って、水素が流動する。この水素は、水供給連通孔５０ａよりも高圧に維持されており、高圧水素連通孔５０ｃを流れて水電解装置１０の外部に取り出し可能となる。一方、第１流路５４には、反応により生成した酸素と、使用済みの水とが流動しており、これらが排出連通孔５０ｂに沿って水電解装置１０の外部に排出される。
【００５３】
この場合、第１の実施形態では、アノード側セパレータ３４には、第３突出部４８ｃに水素連通孔５０ｃに隣接して第１位置決め孔部７０ａが形成されるとともに、第１突出部４８ａに水供給連通孔５０ａに隣接して第２位置決め孔部７０ｂが形成されている。そして、第１位置決め孔部７０ａは、第２位置決め孔部７０ｂよりも寸法公差が厳しく設定されている。
【００５４】
このため、電解質膜・電極構造体３２を挟持してアノード側セパレータ３４とカソード側セパレータ３６とが積層され単位セル１２が構成される際、及び複数の前記単位セル１２が積層されて水電解ユニット１４ａが構成される際、各高圧水素連通孔５０ｃ同士が高精度に位置決めされる。
【００５５】
従って、図４に示すように、高圧水素連通孔５０ｃをシールする第５シール部材６２ｄ及び第５シール部材６６ｄ同士を近接されることができ、第５シール溝６４ｄと第５シール溝６８ｄとの間隔Ｓは、可及的に近接して設定される。高圧水素連通孔５０ｃに対するアノード側セパレータ３４とカソード側セパレータ３６とのずれ幅が、良好に小さくなるからである。
【００５６】
このため、第５シール部材６２ｄ及び第５シール部材６６ｄは、有効にコンパクト化され、耐圧性を確保するために必要な肉厚も、小さく設定することが可能になる。これにより、水電解装置１０全体の小型化及び薄肉化が容易に図られるという効果が得られる。
【００５７】
しかも、第２位置決め孔部７０ｂは、第１位置決め孔部７０ａに比べて寸法精度が低く設定されている。このため、第１位置決め部材７２ａが、寸法公差の厳しい第１位置決め孔部７０ａに挿入された状態で、第２位置決め部材７２ｂを、第２位置決め孔部７０ｂに容易に挿入することが可能になる。従って、水電解装置１０の組み立て作業性が良好に向上する。
【００５８】
さらに、図６に示すように、各水電解ユニット１４ａは、互いに隣接するアノード側セパレータ３４Ｅ及びカソード側セパレータ３６Ｅを有している。そして、アノード側セパレータ３４Ｅ及びカソード側セパレータ３６Ｅは、各第１連結孔部７４ａに第１ユニット連結ピン７６ａが挿入される一方、各第２連結孔部７４ｂに第２第１ユニット連結ピン７６ａが挿入されることにより、一体に位置決め保持されている。
【００５９】
これにより、各水電解ユニット１４ａ同士は、容易且つ正確に一体化され、積層体１４の組み立て作業、すなわち、水電解装置１０全体の組み立て作業が、効率的に遂行されるという利点が得られる。
【符号の説明】
【００６０】
１０…水電解装置 １２…単位セル
１４…積層体 １４ａ…水電解ユニット
１６ａ、１６ｂ…ターミナルプレート １８ａ、１８ｂ…絶縁プレート
２０ａ、２０ｂ…エンドプレート ２４ａ、２４ｂ…端子部
２８…電源 ３２…電解質膜・電極構造体
３４、３４Ｅ…アノード側セパレータ ３６、３６Ｅ…カソード側セパレータ
３８…固体高分子電解質膜 ４０…アノード側給電体
４０ａ…アノード電極触媒層 ４２…カソード側給電体
４２ａ…カソード電極触媒層 ４８ａ、４８ｂ、４８ｃ…突出部
５０ａ…水供給連通孔 ５０ｂ…排出連通孔
５０ｃ…高圧水素連通孔 ５４、５８…流路
６０ａ、６０ｂ、６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄ…シール部材
６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、６８ａ、６８ｂ、６８ｃ、６８ｄ…シール溝
７０ａ、７０ｂ…位置決め孔部 ７２ａ、７２ｂ…位置決めピン
７４ａ、７４ｂ…連結孔部 ７６ａ、７６ｂ…ユニット連結ピン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質膜の両側に給電体が設けられ、前記給電体にセパレータが積層されるとともに、一方の給電体と一方のセパレータとの間には、水を供給する水流路が形成され、他方の給電体と他方のセパレータとの間には、前記水が電気分解されて常圧よりも高圧な高圧水素を得る高圧水素流路が形成される単位セルを備え、複数の前記単位セルが積層される水電解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、燃料ガスである水素ガスを製造するために、水電解装置が採用されている。この水電解装置は、水を分解して水素（及び酸素）を発生させるため、固体高分子電解質膜を用いている。固体高分子電解質膜の両面には、電極触媒層が設けられて電解質膜・電極構造体が構成されるとともに、前記電解質膜・電極構造体の両側には、給電体を配設してユニットが構成されている。
【０００３】
そこで、複数のユニットが積層された状態で、積層方向両端に電圧が付与されるとともに、アノード側給電体に水が供給される。このため、電解質膜・電極構造体のアノード側では、水が分解されて水素イオン（プロトン）が生成され、この水素イオンが固体高分子電解質膜を透過してカソード側に移動し、電子と結合して水素が製造される。一方、アノード側では、水素と共に生成された酸素が、余剰の水を伴ってユニットから排出される。
【０００４】
この種の設備として、例えば、特許文献１に開示された水電解装置が知られている。この水電解装置は、図８に示すように、固体高分子電解質膜を円盤状の陽極給電板１及び陰極給電板で挟んだセル２を、分離板を介して複数個重合している。陽極給電板１は、ケーシングを構成するケーシングリング３に外嵌されている。
【０００５】
陽極給電板１の電解質膜と接触しない側の面には、複数の溝４が互いに平行に設けられている。各溝４は、純水の流路を構成するとともに、発生する酸化剤ガスを流通させる流路も構成している。ケーシングリング３の内周面には、溝４に連通する周溝５が形成されるとともに、３つの貫通孔６ａ、６ｂ及び６ｃが積層方向に貫通形成されている。
【０００６】
純水供給用の貫通孔６ａと周溝５との間、純水及び酸素ガス排出用の貫通孔６ｂと前記周溝５との間には、これらを連通するための通孔７ａ、７ｂが形成されている。水素ガス排出用の貫通孔６ｃは、貫通孔６ｂ側に近接して設けられており、水の電気分解により陰極給電板に発生する水素が、前記貫通孔６ｃに導出されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−９５７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記の水電解装置において、例えば、３５ＭＰａ等の高圧水素を得る場合がある。その際、水素ガス排出用の貫通孔６ｃには、高圧水素が流通するため、前記貫通孔６ｃをシールするためのシール部材に耐圧性が求められており、前記シール部材の肉厚を大きく設定する必要がある。
【０００９】
特に、ケーシングリング３は、図示しないが、他のケーシングリング及びセルと積層されるため、それぞれの貫通孔６ｃ間にずれが生じ易い。従って、貫通孔６ｃ間のずれに応じて、シール部材の寸法を大きく設定しなければならない。これにより、耐圧維持を図るために、シール部材の肉厚が増大してしまい、水電解装置全体が大型化するという問題がある。
【００１０】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、シール部材のコンパクト化を容易に図るとともに、高圧水素を良好に得ることが可能な水電解装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、電解質膜の両側に給電体が設けられ、前記給電体にセパレータが積層されるとともに、一方の給電体と一方のセパレータとの間には、水を供給する水流路が形成され、他方の給電体と他方のセパレータとの間には、前記水が電気分解されて常圧よりも高圧な高圧水素を得る高圧水素流路が形成される単位セルを備え、複数の前記単位セルが積層される水電解装置に関するものである。
【００１２】
この水電解装置は、単位セルの積層方向に延在し、水流路に水を供給する水連通孔と、前記単位セルの積層方向に延在し、前記水流路から残余の前記水及び生成された酸素を排出する排出連通孔と、前記単位セルの積層方向に延在し、高圧水素流路から高圧水素を排出する高圧水素連通孔とを設けている。
【００１３】
そして、この水電解装置は、高圧水素連通孔に隣接し、第１位置決め部材が挿入される第１位置決め孔部と、水連通孔又は排出連通孔に隣接し、第２位置決め部材が挿入される第２位置決め孔部とを有するとともに、前記第１位置決め孔部は、前記第２位置決め孔部よりも高い寸法精度に設定されている。
【００１４】
また、この水電解装置は、第１位置決め部材及び第２位置決め部材により複数の単位セル同士を位置決め保持して水電解ユニットが形成されるとともに、各水電解ユニットを構成し、互いに隣接するセパレータには、前記第１位置決め孔部及び前記第２位置決め孔部とは異なる位置に、少なくとも第１ユニット連結部材及び第２ユニット連結部材が挿入される少なくとも第１連結孔部及び第２連結孔部が形成されることが好ましい。
【００１５】
さらに、この水電解装置は、高圧水素連通孔の開口寸法が、水連通孔の開口寸法及び排出連通孔の開口寸法よりも小さな寸法に設定されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高圧水素連通孔に隣接する第１位置決め孔部は、水連通孔又は排出連通孔に隣接する第２位置決め孔部よりも高い寸法精度に設定されている。このため、各セパレータを積層して単位セルが構成される際、及び複数の前記単位セルが積層される際、各高圧水素連通孔同士が高精度に位置決めされる。
【００１７】
従って、各高圧水素連通孔をシールするシール部材は、可及的にコンパクト化され、耐圧性を確保するために必要な肉厚も、小さく設定することができる。これにより、水電解装置全体の小型化及び薄肉化が容易に図られる。
【００１８】
しかも、第２位置決め孔部は、第１位置決め孔部に比べて寸法精度が低く設定される。このため、第１位置決め部材が、寸法公差の厳しい第１位置決め孔部に挿入された状態で、第２位置決め部材を、第２位置決め孔部に容易に挿入することが可能になる。従って、水電解装置の組み立て作業性が良好に向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る水電解装置の斜視説明図である。
【図２】前記水電解装置の一部断面側面図である。
【図３】前記水電解装置を構成する単位セルの分解斜視説明図である。
【図４】前記単位セルの、図３中、ＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】前記単位セルを構成するアノード側セパレータの正面説明図である。
【図６】前記水電解装置を構成する水電解ユニットの概略斜視説明図である。
【図７】前記水電解ユニットの端部セパレータを構成する前記アノード側セパレータの正面説明図である。
【図８】特許文献１に開示されているセルの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係る水電解装置１０は、高圧水素製造装置を構成する。水電解装置１０は、複数の単位セル１２が鉛直方向（矢印Ａ方向）又は水平方向（矢印Ｂ方向）に積層された水電解ユニット１４ａを備え、複数の水電解ユニット１４ａが積層されて積層体１４が構成される。
【００２１】
積層体１４の積層方向一端（上端）には、ターミナルプレート１６ａ、絶縁プレート１８ａ及びエンドプレート２０ａが上方に向かって、順次、配設される。積層体１４の積層方向他端（下端）には、同様にターミナルプレート１６ｂ、絶縁プレート１８ｂ及びエンドプレート２０ｂが下方に向かって、順次、配設される。
【００２２】
水電解装置１０は、例えば、矢印Ａ方向に延在する４本のタイロッド２２を介して円盤形状のエンドプレート２０ａ、２０ｂ間を一体的に締め付け保持する。なお、水電解装置１０は、エンドプレート２０ａ、２０ｂを端板として含む箱状ケーシング（図示せず）により一体的に保持される構成を採用してもよい。また、水電解装置１０は、全体として略円柱体形状を有しているが、立方体形状等の種々の形状に設定可能である。
【００２３】
図１に示すように、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの側部には、端子部２４ａ、２４ｂが外方に突出して設けられる。端子部２４ａ、２４ｂは、配線２６ａ、２６ｂを介して電源２８に電気的に接続される。陰極（カソード）側である端子部２４ａは、電源２８のマイナス極に接続される一方、陽極（アノード）側である端子部２４ｂは、前記電源２８のプラス極に接続される。
【００２４】
図２〜図４に示すように、単位セル１２は、略円盤状の電解質膜・電極構造体３２と、この電解質膜・電極構造体３２を挟持するアノード側セパレータ（一方のセパレータ）３４及びカソード側セパレータ（他方のセパレータ）３６とを備える。アノード側セパレータ３４及びカソード側セパレータ３６は、略円盤状を有するとともに、例えば、カーボン部材等で構成され、又は、鋼板、ステンレス鋼板、チタン板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板をプレス成形して、あるいは切削加工した後に防食用の表面処理を施して構成される。
【００２５】
電解質膜・電極構造体３２は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜３８と、前記固体高分子電解質膜３８の両面に設けられる円形状のアノード側給電体（第１の給電体）４０及びカソード側給電体（第２の給電体）４２とを備える。固体高分子電解質膜３８の周縁部は、アノード側給電体４０及びカソード側給電体４２の外周から外方に突出している（図３及び図４参照）。
【００２６】
固体高分子電解質膜３８の両面には、アノード電極触媒層４０ａ及びカソード電極触媒層４２ａが形成される。アノード電極触媒層４０ａは、例えば、Ｒｕ（ルテニウム）系触媒を使用する一方、カソード電極触媒層４２ａは、例えば、白金触媒を使用する。
【００２７】
アノード側給電体４０及びカソード側給電体４２は、例えば、球状アトマイズチタン粉末の焼結体（多孔質導電体）により構成される。アノード側給電体４０及びカソード側給電体４２は、研削加工後にエッチング処理される平滑表面部を設けるとともに、空隙率が１０％〜５０％、より好ましくは、２０％〜４０％の範囲内に設定される。
【００２８】
アノード側給電体４０は、リング状の枠部材４３の内周面に嵌合する。この枠部材４３は、例えば、純チタンで構成される。アノード側セパレータ３４とアノード側給電体４０及び枠部材４３との間には、流路プレート４４が介装される。この流路プレート４４は、複数の孔部又は開口部が形成され、又は、多孔質導電体で構成される。
【００２９】
図４に示すように、カソード側給電体４２とカソード側セパレータ３６との間には、前記カソード側給電体４２を固体高分子電解質膜３８に押圧させる荷重付与機構４５が設けられる。荷重付与機構４５は、皿ばね４６を備えるとともに、この皿ばね４６が皿ばねホルダ４７を介してカソード側給電体４２に荷重を付与する。
【００３０】
図３に示すように、単位セル１２の外周部には、セパレータ面方向外方に突出する第１突出部４８ａ、第２突出部４８ｂ及び第３突出部４８ｃが形成される。第１突出部４８ａには、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、水（純水）を供給するための水供給連通孔５０ａが設けられる。
【００３１】
第２突出部４８ｂには、矢印Ａ方向に互いに連通して、反応により生成された酸素及び使用済みの水を排出するための排出連通孔５０ｂが設けられる。第３突出部４８ｃには、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、反応により生成された高圧水素を流すための高圧水素連通孔５０ｃが設けられる。
【００３２】
高圧水素連通孔５０ｃは、円形状を有する一方、水供給連通孔５０ａ及び排出連通孔５０ｂは、長円形状を有する。高圧水素連通孔５０ｃの開口寸法は、水供給連通孔５０ａの開口寸法及び排出連通孔５０ｂの開口寸法よりも小さな寸法に設定される。
【００３３】
図３及び図４に示すように、アノード側セパレータ３４には、水供給連通孔５０ａに連通する供給通路５２ａと、排出連通孔５０ｂに連通する排出通路５２ｂとが設けられる。アノード側セパレータ３４の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３４ａには、供給通路５２ａ及び排出通路５２ｂに連通する第１流路（水流路）５４が設けられる。この第１流路５４は、アノード側給電体４０の固体高分子電解質膜３８に接触する接触面積範囲に対応する範囲内に設けられる。
【００３４】
カソード側セパレータ３６には、高圧水素連通孔５０ｃに連通する排出通路５６が設けられる。カソード側セパレータ３６の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３６ａには、排出通路５６に連通する第２流路（高圧水素流路）５８が形成される。この第２流路５８は、カソード側給電体４２の接触面積範囲に対応する範囲内に設けられる。
【００３５】
アノード側セパレータ３４及びカソード側セパレータ３６の外周端部を周回して、シール部材６０ａ、６０ｂが一体化される。このシール部材６０ａ、６０ｂには、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材が用いられる。
【００３６】
図３及び図４に示すように、アノード側セパレータ３４の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３４ａには、第１流路５４及びアノード側給電体４０の外方を周回して第２シール部材６２ａを配設するための第２シール溝６４ａが形成される。
【００３７】
面３４ａには、水供給連通孔５０ａ、排出連通孔５０ｂ及び高圧水素連通孔５０ｃの外側を周回して、第３シール部材６２ｂ、第４シール部材６２ｃ及び第５シール部材６２ｄを配置するための第３シール溝６４ｂ、第４シール溝６４ｃ及び第５シール溝６４ｄが形成される。第２シール部材６２ａ〜第５シール部材６２ｄは、例えば、Ｏリングである。
【００３８】
カソード側セパレータ３６の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３６ａには、第２流路５８及びカソード側給電体４２の外方を周回して、第１シール部材６６ａを配設するための第１シール溝６８ａが形成される。
【００３９】
面３６ａには、水供給連通孔５０ａ、排出連通孔５０ｂ及び水素連通孔５０ｃの外側を周回して、第３シール部材６６ｂ、第４シール部材６６ｃ及び第５シール部材６６ｄを配置するための第３シール溝６８ｂ、第４シール溝６８ｃ及び第５シール溝６８ｄが形成される。第１シール部材６６ａ、第３シール部材６６ｂ〜第５シール部材６６ｄは、例えば、Ｏリングである。
【００４０】
アノード側給電体４０の外方を周回する第２シール溝６４ａと、カソード側給電体４２の外方を周回する第１シール溝６８ａとは、セパレータ積層方向（矢印Ａ方向）に対し固体高分子電解質膜３８を挟んで互いに異なる位置に設定される。
【００４１】
高圧水素連通孔５０ｃの外方を周回する第５シール溝６４ｄと、前記高圧水素連通孔５０ｃの外方を周回する第５シール溝６８ｄとは、矢印Ａ方向に対し固体高分子電解質膜３８を挟んで互いに異なる位置に設定される。
【００４２】
図３及び図５に示すように、アノード側セパレータ３４には、第３突出部４８ｃに高圧水素連通孔５０ｃに隣接して第１位置決め孔部（ノック孔）７０ａが形成されるとともに、第１突出部４８ａに水供給連通孔５０ａに隣接して第２位置決め孔部（ノック孔）７０ｂが形成される。
【００４３】
第１位置決め孔部７０ａには、第１位置決めピン（第１位置決め部材）（ノックピン）７２ａが挿入される一方、第２位置決め孔部７０ｂには、第２位置決めピン（第２位置決め部材）（ノックピン）７２ｂが挿入される（図３参照）。第１位置決め孔部７０ａは、第２位置決め孔部７０ｂよりも高い寸法精度に設定される。すなわち、第１位置決め孔部７０ａは、第２位置決め孔部７０ｂよりも寸法公差が厳しく設定される。
【００４４】
なお、カソード側セパレータ３６及び電解質膜・電極構造体３２には、同様に第１位置決め孔部７０ａと第２位置決め孔部７０ｂとが形成される。また、第２位置決め孔部７０ｂは、第１突出部４８ａに代えて、第２突出部４８ｂに排出連通孔５０ｂに隣接して形成してもよい。
【００４５】
第１位置決めピン７２ａ及び第２位置決めピン７２ｂは、所定数の単位セル１２に一体に挿入されて前記単位セル１２同士を位置決め保持することにより、水電解ユニット１４ａを構成する。
【００４６】
図６に示すように、各水電解ユニット１４ａは、互いに隣接するアノード側セパレータ３４Ｅ及びカソード側セパレータ３６Ｅを有する。図６及び図７に示すように、アノード側セパレータ３４Ｅ及びカソード側セパレータ３６Ｅには、第３突出部４８ｃに、第１位置決め孔部７０ａとは異なる位置に第１連結孔部７４ａが形成されるとともに、第２突出部４８ｂに、第２連結孔部７４ｂが形成される。
【００４７】
アノード側セパレータ３４Ｅ及びカソード側セパレータ３６Ｅは、各第１連結孔部７４ａにユニット連結ピン（第２ユニット連結部材）７６ａが挿入される一方、各第２連結孔部７４ｂに第２ユニット連結ピン（第２ユニット連結部材）７６ｂが挿入される。なお、３以上の連結孔部と３以上のユニット連結ピンとを備えてもよい。
【００４８】
図１及び図２に示すように、エンドプレート２０ａには、水供給連通孔５０ａ、排出連通孔５０ｂ及び高圧水素連通孔５０ｃに連通する配管７８ａ、７８ｂ及び７８ｃが接続される。配管７８ｃには、図示しないが、背圧弁（又は電磁弁）が設けられており、高圧水素連通孔５０ｃに生成される水素の圧力を高圧に維持することができる。エンドプレート２０ａ、２０ｂ間には、図示しない押し付け力付与装置により押し付け力が付与され、この状態で、前記エンドプレート２０ａ、２０ｂがタイロッド２２を介して締め付けられる。
【００４９】
このように構成される水電解装置１０の動作について、以下に説明する。
【００５０】
図１に示すように、配管７８ａから水電解装置１０の水供給連通孔５０ａに水が供給されるとともに、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの端子部２４ａ、２４ｂに電気的に接続されている電源２８を介して電圧が付与される。このため、図３に及図４示すように、各単位セル１２では、水供給連通孔５０ａからアノード側セパレータ３４の第１流路５４に水が供給され、この水がアノード側給電体４０内に沿って移動する。
【００５１】
従って、水は、アノード電極触媒層４０ａで電気により分解され、水素イオン、電子及び酸素が生成される。この陽極反応により生成された水素イオンは、固体高分子電解質膜３８を透過してカソード電極触媒層４２ａ側に移動し、電子と結合して水素が得られる。
【００５２】
このため、カソード側セパレータ３６とカソード側給電体４２との間に形成される第２流路５８に沿って、水素が流動する。この水素は、水供給連通孔５０ａよりも高圧に維持されており、高圧水素連通孔５０ｃを流れて水電解装置１０の外部に取り出し可能となる。一方、第１流路５４には、反応により生成した酸素と、使用済みの水とが流動しており、これらが排出連通孔５０ｂに沿って水電解装置１０の外部に排出される。
【００５３】
この場合、第１の実施形態では、アノード側セパレータ３４には、第３突出部４８ｃに水素連通孔５０ｃに隣接して第１位置決め孔部７０ａが形成されるとともに、第１突出部４８ａに水供給連通孔５０ａに隣接して第２位置決め孔部７０ｂが形成されている。そして、第１位置決め孔部７０ａは、第２位置決め孔部７０ｂよりも寸法公差が厳しく設定されている。
【００５４】
このため、電解質膜・電極構造体３２を挟持してアノード側セパレータ３４とカソード側セパレータ３６とが積層され単位セル１２が構成される際、及び複数の前記単位セル１２が積層されて水電解ユニット１４ａが構成される際、各高圧水素連通孔５０ｃ同士が高精度に位置決めされる。
【００５５】
従って、図４に示すように、高圧水素連通孔５０ｃをシールする第５シール部材６２ｄ及び第５シール部材６６ｄ同士を近接されることができ、第５シール溝６４ｄと第５シール溝６８ｄとの間隔Ｓは、可及的に近接して設定される。高圧水素連通孔５０ｃに対するアノード側セパレータ３４とカソード側セパレータ３６とのずれ幅が、良好に小さくなるからである。
【００５６】
このため、第５シール部材６２ｄ及び第５シール部材６６ｄは、有効にコンパクト化され、耐圧性を確保するために必要な肉厚も、小さく設定することが可能になる。これにより、水電解装置１０全体の小型化及び薄肉化が容易に図られるという効果が得られる。
【００５７】
しかも、第２位置決め孔部７０ｂは、第１位置決め孔部７０ａに比べて寸法精度が低く設定されている。このため、第１位置決め部材７２ａが、寸法公差の厳しい第１位置決め孔部７０ａに挿入された状態で、第２位置決め部材７２ｂを、第２位置決め孔部７０ｂに容易に挿入することが可能になる。従って、水電解装置１０の組み立て作業性が良好に向上する。
【００５８】
さらに、図６に示すように、各水電解ユニット１４ａは、互いに隣接するアノード側セパレータ３４Ｅ及びカソード側セパレータ３６Ｅを有している。そして、アノード側セパレータ３４Ｅ及びカソード側セパレータ３６Ｅは、各第１連結孔部７４ａに第１ユニット連結ピン７６ａが挿入される一方、各第２連結孔部７４ｂに第２第１ユニット連結ピン７６ａが挿入されることにより、一体に位置決め保持されている。
【００５９】
これにより、各水電解ユニット１４ａ同士は、容易且つ正確に一体化され、積層体１４の組み立て作業、すなわち、水電解装置１０全体の組み立て作業が、効率的に遂行されるという利点が得られる。
【符号の説明】
【００６０】
１０…水電解装置 １２…単位セル
１４…積層体 １４ａ…水電解ユニット
１６ａ、１６ｂ…ターミナルプレート １８ａ、１８ｂ…絶縁プレート
２０ａ、２０ｂ…エンドプレート ２４ａ、２４ｂ…端子部
２８…電源 ３２…電解質膜・電極構造体
３４、３４Ｅ…アノード側セパレータ ３６、３６Ｅ…カソード側セパレータ
３８…固体高分子電解質膜 ４０…アノード側給電体
４０ａ…アノード電極触媒層 ４２…カソード側給電体
４２ａ…カソード電極触媒層 ４８ａ、４８ｂ、４８ｃ…突出部
５０ａ…水供給連通孔 ５０ｂ…排出連通孔
５０ｃ…高圧水素連通孔 ５４、５８…流路
６０ａ、６０ｂ、６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄ…シール部材
６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、６８ａ、６８ｂ、６８ｃ、６８ｄ…シール溝
７０ａ、７０ｂ…位置決め孔部 ７２ａ、７２ｂ…位置決めピン
７４ａ、７４ｂ…連結孔部 ７６ａ、７６ｂ…ユニット連結ピン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両側に給電体が設けられ、前記給電体にセパレータが積層されるとともに、一方の給電体と一方のセパレータとの間には、水を供給する水流路が形成され、他方の給電体と他方のセパレータとの間には、前記水が電気分解されて常圧よりも高圧な高圧水素を得る高圧水素流路が形成される単位セルを備え、複数の前記単位セルが積層される水電解装置であって、
前記単位セルの積層方向に延在し、前記水流路に前記水を供給する水連通孔と、
前記単位セルの積層方向に延在し、前記水流路から残余の前記水及び生成された酸素を排出する排出連通孔と、
前記単位セルの積層方向に延在し、前記高圧水素流路から前記高圧水素を排出する高圧水素連通孔と、
を設け、
前記高圧水素連通孔に隣接し、第１位置決め部材が挿入される第１位置決め孔部と、
前記水連通孔又は前記排出連通孔に隣接し、第２位置決め部材が挿入される第２位置決め孔部と、
を有するとともに、
前記第１位置決め孔部は、前記第２位置決め孔部よりも高い寸法精度に設定されることを特徴とする水電解装置。
【請求項２】
請求項１記載の水電解装置において、前記第１位置決め部材及び前記第２位置決め部材により複数の前記単位セル同士を位置決め保持して水電解ユニットが形成されるとともに、
各水電解ユニットを構成し、互いに隣接する前記セパレータには、前記第１位置決め孔部及び前記第２位置決め孔部とは異なる位置に、少なくとも第１ユニット連結部材及び第２ユニット連結部材が挿入される少なくとも第１連結孔部及び第２連結孔部が形成されることを特徴とする水電解装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の水電解装置において、前記高圧水素連通孔の開口寸法は、前記水連通孔の開口寸法及び前記排出連通孔の開口寸法よりも小さな寸法に設定されることを特徴とする水電解装置。
【請求項１】
電解質膜の両側に給電体が設けられ、前記給電体にセパレータが積層されるとともに、一方の給電体と一方のセパレータとの間には、水を供給する水流路が形成され、他方の給電体と他方のセパレータとの間には、前記水が電気分解されて常圧よりも高圧な高圧水素を得る高圧水素流路が形成される単位セルを備え、複数の前記単位セルが積層される水電解装置であって、
前記単位セルの積層方向に延在し、前記水流路に前記水を供給する水連通孔と、
前記単位セルの積層方向に延在し、前記水流路から残余の前記水及び生成された酸素を排出する排出連通孔と、
前記単位セルの積層方向に延在し、前記高圧水素流路から前記高圧水素を排出する高圧水素連通孔と、
を設け、
前記高圧水素連通孔に隣接し、第１位置決め部材が挿入される第１位置決め孔部と、
前記水連通孔又は前記排出連通孔に隣接し、第２位置決め部材が挿入される第２位置決め孔部と、
を有するとともに、
前記第１位置決め孔部は、前記第２位置決め孔部よりも高い寸法精度に設定されることを特徴とする水電解装置。
【請求項２】
請求項１記載の水電解装置において、前記第１位置決め部材及び前記第２位置決め部材により複数の前記単位セル同士を位置決め保持して水電解ユニットが形成されるとともに、
各水電解ユニットを構成し、互いに隣接する前記セパレータには、前記第１位置決め孔部及び前記第２位置決め孔部とは異なる位置に、少なくとも第１ユニット連結部材及び第２ユニット連結部材が挿入される少なくとも第１連結孔部及び第２連結孔部が形成されることを特徴とする水電解装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の水電解装置において、前記高圧水素連通孔の開口寸法は、前記水連通孔の開口寸法及び前記排出連通孔の開口寸法よりも小さな寸法に設定されることを特徴とする水電解装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２０８１６３（Ｐ２０１１−２０８１６３Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７３７４０（Ｐ２０１０−７３７４０）
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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