水電解装置
【課題】簡単且つ経済的に構成するとともに、良好なシール性と位置決め機能とを確保す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３４及びカソード側セパレータ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水素排出連通孔５０ｃが設けられる。水素排出連通孔５０ｃには、前記水素排出連通孔５０ｃをシールし且つアノード側セパレータ３４及びカソード側セパレータ３６の位置決めを行う円管状の絶縁性管部材７０が配設される。
【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３４及びカソード側セパレータ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水素排出連通孔５０ｃが設けられる。水素排出連通孔５０ｃには、前記水素排出連通孔５０ｃをシールし且つアノード側セパレータ３４及びカソード側セパレータ３６の位置決めを行う円管状の絶縁性管部材７０が配設される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質膜の両側に電解用給電体が配設される電解ユニットと、セパレータとが、複数積層されるとともに、水を電気分解して酸素及び水素が生成される水電解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、燃料電池を発電させるための燃料ガスとして、水素ガスが使用されている。一般的に、水素ガスを製造する際に、水電解装置が採用されている。この水電解装置は、水を電気分解して水素（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、それぞれ給電体を配設して電解ユニットが構成されている。
【０００３】
そこで、電解ユニットとセパレータとが複数積層された状態で、積層方向両端に電圧が付与されるとともに、アノード側の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、余剰の水を伴って電解ユニットから排出される。
【０００４】
この種の水電解装置として、例えば、特許文献１に開示されている固体高分子電解質水電解装置が知られている。この固体高分子電解質水電解装置は、図８に示すように、円形の固体高分子電解質膜１を円盤状の陽極給電板２ａ及び陰極給電板２ｂで挟んでなるセル３を備えるとともに、前記セル３が分離板４を介して複数個重合して構成されている。
【０００５】
上記の重合体両端側には、図示しないが、内側から順に端子を具備する給電板、絶縁板を介して円盤状のフランジが配置されるとともに、ボルト及びナットによって、これらが積層方向に締め付けられている。
【０００６】
陽極給電板２ａの外周面には、ケーシングリング５ａが嵌装されるとともに、前記ケーシングリング５ａにおける固体高分子電解質膜１と接触しない側の面には、パッキン６ａが当接している。陰極給電板２ｂの外周面には、ケーシングリング５ｂが嵌装されるとともに、前記ケーシングリング５ｂにおける固体高分子電解質膜１と接触しない側の面には、パッキン６ｂが当接している。
【０００７】
固体高分子電解質膜１、ケーシングリング５ａ、５ｂ、パッキン６ａ、６ｂ及び分離板４の外周縁部には、電解用純水を供給するための孔部７ａ、電解によって生成される酸素を純水と共に排出するための孔部７ｂ、及び電解によって生成される水素を排出するための孔部７ｃが形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【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】
【０００９】
ところで、上記の固体高分子電解質水電解装置では、連通孔である孔部７ａ、７ｂ及び７ｃをシールするために、固体高分子電解質膜１の端縁面とケーシングリング５ａ、５ｂの端縁面との間に、パッキン６ａ、６ｂが介装されてシールする、所謂、面シール方式が採用されている。
【００１０】
従って、水素や酸素がセル３の外部に漏れることを確実に阻止するために、ケーシングリング５ａ、５ｂの加工公差を相当に厳しく設定する必要がある。具体的には、ケーシングリング５ａ、５ｂにおいて、固体高分子電解質膜１に接する面の平行度、平面度及び表面粗さを厳しく設定しなければならず、コストの高騰及び加工作業の繁雑化が惹起されるという問題がある。
【００１１】
しかも、固体高分子電解質水電解装置を構成する各部品同士を、正確に位置決めする必要がある。このため、通常、専用の位置決め装置が用いられており、設備コストが高騰するという問題がある。
【００１２】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的に構成するとともに、良好なシール性と位置決め機能とを確保す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】
【００１３】
本発明は、電解質膜の両側に電解用給電体が配設される電解ユニットと、セパレータとが、複数積層されるとともに、水を電気分解して酸素及び水素が生成される水電解装置に関するものである。
【００１４】
この水電解装置では、セパレータには、水を積層方向に流通させる水供給連通孔、生成された酸素を前記積層方向に流通させる酸素排出連通孔、及び生成された水素を前記積層方向に流通させる水素排出連通孔が、電解用給電体の外側に形成されている。そして、少なくとも水素排出連通孔には、前記水素排出連通孔をシールし且つセパレータの位置決めを行う絶縁性管部材が配設されている。
【００１５】
また、この水電解装置では、電解質膜は、少なくとも水素排出連通孔より内側で終端するとともに、前記電解質膜の端面には、絶縁性管部材を挿通させ且つ該電解質膜よりも肉薄な絶縁シートが連結されることが好ましい。
【００１６】
さらに、この水電解装置では、電解質膜は、少なくとも水素排出連通孔より内側で終端するとともに、前記電解質膜を挟んで対向する一対のセパレータの各端縁部には、絶縁性管部材を挿通し且つ該電解質膜の終端位置より外側に位置する面に、絶縁コート層が設けられることが好ましい。
【００１７】
さらにまた、この水電解装置では、水を電気分解して酸素及び前記酸素よりも高圧な水素を生成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、水素排出連通孔に絶縁性管部材が配設されるだけで、前記水素排出連通孔が良好にシールされるとともに、セパレータの位置決めが容易に行われる。これにより、シール面の平行度、平面度及び表面粗さを厳しく設定する必要がなく、セパレータを簡単且つ経済的に構成するとともに、良好なシール性と位置決め機能とを確保することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１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】本発明の第２の実施形態に係る水電解装置を構成する単位セルの断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る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７】本発明の第４の実施形態に係る水電解装置を構成する単位セルの断面図である。
【図８】特許文献１に開示されている固体高分子電解質水電解装置の分解斜視説明図である。
【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、本発明の第１の実施形態に係る水電解装置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）に積層された積層体１４を備える。
【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を介して電解電源２８に電気的に接続される。
【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（電解ユニット）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３４及びカソード側セパレータ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４０及びカソード側給電体４２とを備える。固体高分子電解質膜３８の外形寸法は、アノード側給電体４０及びカソード側給電体４２の外径寸法よりも大径に設定される（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】
カソード側給電体４２は、例えば、純チタン粒子を溶射材として減圧プラズマ溶射によりプレート部材４４に一体成形される多孔質導電体である。この多孔質導電体の気孔率は、１０％〜５０％の範囲内に設定される。
【００２９】
プレート部材４４は、円板状を有するとともに、カソード側給電体４２が溶射される溶射面４４ａとは反対側の荷重付与面４４ｂに、弾性部材、例えば、４枚の皿ばね４６が配設される。皿ばね４６は、皿ばねホルダであるプレート部材４４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酸素排出連通孔５０ｂが設けられる。第３突出部４８ｃ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高圧水素（後述する）を流すための水素排出連通孔５０ｃが設けられる。水供給連通孔５０ａ、酸素排出連通孔５０ｂ及び水素排出連通孔５０ｃは、アノード側給電体４０及びカソード側給電体４２の外側に形成される。
【００３２】
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、酸素排出連通孔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の接触面積範囲に対応する範囲内に設けられる。
【００３３】
カソード側セパレータ３６には、水素排出連通孔５０ｃに連通する水素排出通路５６が設けられる。プレート部材４４の溶射面４４ａには、水素排出通路５６に連通する第２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。
【００３４】
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。
【００３５】
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１シール部材６２ａを配設するための第１シール溝６４ａが形成される。
【００３６】
面３４ａには、水供給連通孔５０ａ及び酸素排出連通孔５０ｂの外側を周回して、第２シール部材６２ｂ及び第３シール部材６２ｃを配置するための第２シール溝６４ｂ及び第３シール溝６４ｃが形成される。第１シール部材６２ａ〜第３シール部材６２ｃは、例えば、Ｏリングである。
【００３７】
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。
【００３８】
面３６ａには、水供給連通孔５０ａ及び酸素排出連通孔５０ｂの外側を周回して、第２シール部材６６ｂ及び第３シール部材６６ｃを配置するための第２シール溝６８ｂ及び第３シール溝６８ｃが形成される。第１シール部材６６ａ〜第３シール部材６６ｃは、例えば、Ｏリングである。
【００３９】
アノード側給電体４０の外方を周回する第１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）に対して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。
【００４０】
水素排出連通孔５０ｃには、前記水素排出連通孔５０ｃをシールし且つアノード側セパレータ３４及びカソード側セパレータ３６の位置決めを行う円管状の絶縁性管部材７０が配設される。
【００４１】
絶縁性管部材７０は、絶縁樹脂又はセラミックス等で構成され、単位セル１２内のアノード側セパレータ３４の水素排出連通孔５０ｃ及びカソード側セパレータ３６の水素排出連通孔５０ｃに一体に挿入される。絶縁性管部材７０は、互いに隣接する一方の単位セル１２のアノード側セパレータ３４の水素排出連通孔５０ｃ及び他方の単位セル１２のカソード側セパレータ３６の水素排出連通孔５０ｃに一体に挿入される。
【００４２】
なお、アノード側セパレータ３４の水素排出連通孔５０ｃ及びカソード側セパレータ３６の水素排出連通孔５０ｃには、絶縁性管部材７０を突き当てて位置決めするために内方に突出するフランジ部（図示せず）を、連通孔内周面に固着又は一体形成することも可能である。
【００４３】
また、絶縁性管部材７０は、複数の単位セル１２に跨ってアノード側セパレータ３４の水素排出連通孔５０ｃ及びカソード側セパレータ３６の水素排出連通孔５０ｃに一体に挿入されるように、長尺に構成してもよい。その際、絶縁性管部材７０の側部には、水素排出通路５６を管内部に連通するための孔部が形成される。
【００４４】
絶縁性管部材７０の外周面には、周溝７２ａ、７２ｂが形成されるとともに、前記周溝７２ａ、７２ｂには、シール部材であるＯリング７４ａ、７４ｂが配設される。
【００４５】
図３及び図４に示すように、固体高分子電解質膜３８は、第３突出部４８ｃに対応する部分を有しておらず、水素排出連通孔５０ｃより内側で終端する。固体高分子電解質膜３８は、第３突出部４８ｃに対応する部分に、絶縁性管部材７０を挿通させるとともに、前記固体高分子電解質膜３８よりも肉薄な絶縁シート７５が連結される。
【００４６】
絶縁シート７５は、例えば、絶縁性樹脂シートにより構成され、単位セル１２内の短絡を阻止するとともに、積層方向の荷重を削減するために、固体高分子電解質膜３８よりも薄肉に構成される。
【００４７】
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、酸素排出連通孔５０ｂ及び水素排出連通孔５０ｃに連通する配管７６ａ、７６ｂ及び７６ｃが接続される。配管７６ｃには、図示しないが、背圧弁（又は電磁弁）が設けられており、水素排出連通孔５０ｃに生成される水素の圧力を高圧（例えば、１ＭＰａ〜７０ＭＰａ）に維持することができる。
【００４８】
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７６ａ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解電源２８を介して電圧が付与される。このため、図３及び図４に示すように、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、カソード側給電体４２の内部及びプレート部材４４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、水素排出連通孔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、これらが酸素排出連通孔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、図３及び図４に示すように、水素排出連通孔５０ｃには、前記水素排出連通孔５０ｃをシールするとともに、アノード側セパレータ３４とカソード側セパレータ３６との相対的な位置決めを行う絶縁性管部材７０が配設されている。
【００５４】
このため、絶縁性管部材７０をアノード側セパレータ３４の水素排出連通孔５０ｃ及びカソード側セパレータ３６の水素排出連通孔５０ｃに一体に挿入するだけで、前記水素排出連通孔５０ｃが良好にシールされるとともに、前記アノード側セパレータ３４及び前記カソード側セパレータ３６の位置決めが容易且つ正確に行われる。
【００５５】
従って、水電解装置１０では、特に高圧水素が生成される水素排出連通孔５０ｃ側のシール面の平行度、平面度及び表面粗さを厳しく設定する必要がない。これにより、アノード側セパレータ３４及びカソード側セパレータ３６を、簡単且つ経済的に構成するとともに、良好なシール性と位置決め機能とを確保することが可能になるという効果が得られる。
【００５６】
さらに、第１の実施形態では、固体高分子電解質膜３８は、第３突出部４８ｃに対応する部分を有しておらず、水素排出連通孔５０ｃより内側で終端している。従って、特に高価な固体高分子電解質膜３８の膜面積が小さくなり、経済的であるという利点がある。
【００５７】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る水電解装置８０を構成する単位セル８２の断面図である。
【００５８】
なお、第１の実施形態に係る水電解装置１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３の実施形態以降においても同様に、その詳細な説明は省略する。
【００５９】
単位セル８２では、アノード側セパレータ３４及びカソード側セパレータ３６の固体高分子電解質膜３８を挟んで対向する各セパレータ端縁部に、絶縁性管部材７０を挿通し且つ前記固体高分子電解質膜３８の終端位置より外側に位置する面に、絶縁コート層８４ａ、８４ｂが設けられる。絶縁コート層８４ａ、８４ｂは、絶縁樹脂、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂を、各セパレータ面にコーティングすることにより形成される。
【００６０】
このように構成される第２の実施形態では、アノード側セパレータ３４及びカソード側セパレータ３６を、簡単且つ経済的に構成するとともに、良好なシール性と位置決め機能とを確保することが可能になる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６１】
図６は、本発明の第３の実施形態に係る水電解装置９０を構成する単位セル９２の分解斜視説明図である。
【００６２】
水電解装置９０では、水素排出連通孔５０ｃに絶縁性管部材７０ａが配設されるとともに、酸素排出連通孔５０ｂには、前記酸素排出連通孔５０ｂをシールし且つアノード側セパレータ３４及びカソード側セパレータ３６の位置決めを行う絶縁性管部材７０ａが配設される。
【００６３】
固体高分子電解質膜３８は、第２突出部４８ｂ及び第３突出部４８ｃに対応する部分を有しておらず、酸素排出連通孔５０ｂ及び水素排出連通孔５０ｃより内側で終端する。
【００６４】
このように、第３の実施形態では、水素排出連通孔５０ｃ及び酸素排出連通孔５０ｂには、それぞれ絶縁性管部材７０及び７０ａが配設されている。これにより、単位セル９２の位置決めが一層容易且つ確実に遂行されるとともに、固体高分子電解質膜３８の膜面積が一層小さくなり、経済的であるという効果が得られる。
【００６５】
なお、固体高分子電解質膜３８には、第２突出部４８ｂ及び第３突出部４８ｃに対応する部分に、それぞれ絶縁シート（第１の実施形態）を連結して構成してもよい。
【００６６】
図７は、本発明の第４の実施形態に係る水電解装置１００を構成する単位セル１０２の断面図である。
【００６７】
単位セル１０２は、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１０４及びカソード側セパレータ１０６を備える。アノード側セパレータ１０４及びカソード側セパレータ１０６には、水素排出連通孔５０ｃが設けられるとともに、前記水素排出連通孔５０ｃは、同軸上に連通する大径孔部１０８ａと小径孔部１０８ｂとを有する。
【００６８】
アノード側セパレータ１０４の絶縁コート層８４ａ側の面には、軸部材１１０ａが溶接や接着等により固定される。軸部材１１０ａは、小径孔部１０８ｂと略同一径の貫通孔１１２ａが中央に設けられるとともに、外周部には、周溝１１４ａが形成される。軸部材１１０ａの外周面と大径孔部１０８ａの内周面との間には、絶縁性管部材１１６ａが配設される。この絶縁性管部材１１６ａの外周部には、周溝１１８ａが形成される。周溝１１４ａ、１１８ａには、それぞれＯリング１２０ａが収容される。
【００６９】
カソード側セパレータ１０６の絶縁コート層８４ｂ側とは反対の面には、軸部材１１０ｂが溶接や接着等により固定される。軸部材１１０ｂは、軸部材１１０ａと同様に構成されており、同一の構成要素には、同一の参照数字に符号ｂを付してその詳細な説明は省略する。
【００７０】
このように構成される第４の実施形態では、アノード側セパレータ１０４に固着された軸部材１１０ａ及びカソード側セパレータ１０６に固着された軸部材１１０ｂは、単位セル１０２の位置決めノックピンとしての機能、さらには各単位セル１０２毎の位置決めノックピンとしての機能を有することができる。
【００７１】
これにより、第４の実施形態は、上記の第１〜第３の実施形態と同様の効果が得られるとともに、水電解装置１００の位置決め作業が一層容易且つ正確に遂行されるという利点がある。
【符号の説明】
【００７２】
１０、８０、９０、１００…水電解装置
１２、８２、９２、１０２…単位セル １４…積層体
１６ａ、１６ｂ…ターミナルプレート １８ａ、１８ａ…絶縁プレート
２０ａ、２０ｂ…エンドプレート ２４ａ、２４ｂ…端子部
２８…電解電源 ３２…電解質膜・電極構造体
３４…アノード側セパレータ ３６…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
４２…カソード側給電体 ４４…プレート部材
４６…皿ばね ５０ａ…水供給連通孔
５０ｂ…酸素排出連通孔 ５０ｃ…水素排出連通孔
５４、５８…流路 ７０、７０ａ、１１６ａ…絶縁性管部材
７４ａ、７４ｂ、１２０ａ…Ｏリング ７５…絶縁シート
８４ａ、８４ｂ…絶縁コート層 １０４…アノード側セパレータ
１０６…カソード側セパレータ １０８ａ…大径孔部
１０８ｂ…小径孔部 １１０ａ、１１０ｂ…軸部材
１１２ａ…貫通孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質膜の両側に電解用給電体が配設される電解ユニットと、セパレータとが、複数積層されるとともに、水を電気分解して酸素及び水素が生成される水電解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、燃料電池を発電させるための燃料ガスとして、水素ガスが使用されている。一般的に、水素ガスを製造する際に、水電解装置が採用されている。この水電解装置は、水を電気分解して水素（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、それぞれ給電体を配設して電解ユニットが構成されている。
【０００３】
そこで、電解ユニットとセパレータとが複数積層された状態で、積層方向両端に電圧が付与されるとともに、アノード側の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、余剰の水を伴って電解ユニットから排出される。
【０００４】
この種の水電解装置として、例えば、特許文献１に開示されている固体高分子電解質水電解装置が知られている。この固体高分子電解質水電解装置は、図８に示すように、円形の固体高分子電解質膜１を円盤状の陽極給電板２ａ及び陰極給電板２ｂで挟んでなるセル３を備えるとともに、前記セル３が分離板４を介して複数個重合して構成されている。
【０００５】
上記の重合体両端側には、図示しないが、内側から順に端子を具備する給電板、絶縁板を介して円盤状のフランジが配置されるとともに、ボルト及びナットによって、これらが積層方向に締め付けられている。
【０００６】
陽極給電板２ａの外周面には、ケーシングリング５ａが嵌装されるとともに、前記ケーシングリング５ａにおける固体高分子電解質膜１と接触しない側の面には、パッキン６ａが当接している。陰極給電板２ｂの外周面には、ケーシングリング５ｂが嵌装されるとともに、前記ケーシングリング５ｂにおける固体高分子電解質膜１と接触しない側の面には、パッキン６ｂが当接している。
【０００７】
固体高分子電解質膜１、ケーシングリング５ａ、５ｂ、パッキン６ａ、６ｂ及び分離板４の外周縁部には、電解用純水を供給するための孔部７ａ、電解によって生成される酸素を純水と共に排出するための孔部７ｂ、及び電解によって生成される水素を排出するための孔部７ｃが形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【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】
【０００９】
ところで、上記の固体高分子電解質水電解装置では、連通孔である孔部７ａ、７ｂ及び７ｃをシールするために、固体高分子電解質膜１の端縁面とケーシングリング５ａ、５ｂの端縁面との間に、パッキン６ａ、６ｂが介装されてシールする、所謂、面シール方式が採用されている。
【００１０】
従って、水素や酸素がセル３の外部に漏れることを確実に阻止するために、ケーシングリング５ａ、５ｂの加工公差を相当に厳しく設定する必要がある。具体的には、ケーシングリング５ａ、５ｂにおいて、固体高分子電解質膜１に接する面の平行度、平面度及び表面粗さを厳しく設定しなければならず、コストの高騰及び加工作業の繁雑化が惹起されるという問題がある。
【００１１】
しかも、固体高分子電解質水電解装置を構成する各部品同士を、正確に位置決めする必要がある。このため、通常、専用の位置決め装置が用いられており、設備コストが高騰するという問題がある。
【００１２】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的に構成するとともに、良好なシール性と位置決め機能とを確保す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】
【００１３】
本発明は、電解質膜の両側に電解用給電体が配設される電解ユニットと、セパレータとが、複数積層されるとともに、水を電気分解して酸素及び水素が生成される水電解装置に関するものである。
【００１４】
この水電解装置では、セパレータには、水を積層方向に流通させる水供給連通孔、生成された酸素を前記積層方向に流通させる酸素排出連通孔、及び生成された水素を前記積層方向に流通させる水素排出連通孔が、電解用給電体の外側に形成されている。そして、少なくとも水素排出連通孔には、前記水素排出連通孔をシールし且つセパレータの位置決めを行う絶縁性管部材が配設されている。
【００１５】
また、この水電解装置では、電解質膜は、少なくとも水素排出連通孔より内側で終端するとともに、前記電解質膜の端面には、絶縁性管部材を挿通させ且つ該電解質膜よりも肉薄な絶縁シートが連結されることが好ましい。
【００１６】
さらに、この水電解装置では、電解質膜は、少なくとも水素排出連通孔より内側で終端するとともに、前記電解質膜を挟んで対向する一対のセパレータの各端縁部には、絶縁性管部材を挿通し且つ該電解質膜の終端位置より外側に位置する面に、絶縁コート層が設けられることが好ましい。
【００１７】
さらにまた、この水電解装置では、水を電気分解して酸素及び前記酸素よりも高圧な水素を生成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、水素排出連通孔に絶縁性管部材が配設されるだけで、前記水素排出連通孔が良好にシールされるとともに、セパレータの位置決めが容易に行われる。これにより、シール面の平行度、平面度及び表面粗さを厳しく設定する必要がなく、セパレータを簡単且つ経済的に構成するとともに、良好なシール性と位置決め機能とを確保することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１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】本発明の第２の実施形態に係る水電解装置を構成する単位セルの断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る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７】本発明の第４の実施形態に係る水電解装置を構成する単位セルの断面図である。
【図８】特許文献１に開示されている固体高分子電解質水電解装置の分解斜視説明図である。
【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、本発明の第１の実施形態に係る水電解装置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）に積層された積層体１４を備える。
【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を介して電解電源２８に電気的に接続される。
【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（電解ユニット）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３４及びカソード側セパレータ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４０及びカソード側給電体４２とを備える。固体高分子電解質膜３８の外形寸法は、アノード側給電体４０及びカソード側給電体４２の外径寸法よりも大径に設定される（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】
カソード側給電体４２は、例えば、純チタン粒子を溶射材として減圧プラズマ溶射によりプレート部材４４に一体成形される多孔質導電体である。この多孔質導電体の気孔率は、１０％〜５０％の範囲内に設定される。
【００２９】
プレート部材４４は、円板状を有するとともに、カソード側給電体４２が溶射される溶射面４４ａとは反対側の荷重付与面４４ｂに、弾性部材、例えば、４枚の皿ばね４６が配設される。皿ばね４６は、皿ばねホルダであるプレート部材４４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酸素排出連通孔５０ｂが設けられる。第３突出部４８ｃ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高圧水素（後述する）を流すための水素排出連通孔５０ｃが設けられる。水供給連通孔５０ａ、酸素排出連通孔５０ｂ及び水素排出連通孔５０ｃは、アノード側給電体４０及びカソード側給電体４２の外側に形成される。
【００３２】
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、酸素排出連通孔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の接触面積範囲に対応する範囲内に設けられる。
【００３３】
カソード側セパレータ３６には、水素排出連通孔５０ｃに連通する水素排出通路５６が設けられる。プレート部材４４の溶射面４４ａには、水素排出通路５６に連通する第２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。
【００３４】
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。
【００３５】
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１シール部材６２ａを配設するための第１シール溝６４ａが形成される。
【００３６】
面３４ａには、水供給連通孔５０ａ及び酸素排出連通孔５０ｂの外側を周回して、第２シール部材６２ｂ及び第３シール部材６２ｃを配置するための第２シール溝６４ｂ及び第３シール溝６４ｃが形成される。第１シール部材６２ａ〜第３シール部材６２ｃは、例えば、Ｏリングである。
【００３７】
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。
【００３８】
面３６ａには、水供給連通孔５０ａ及び酸素排出連通孔５０ｂの外側を周回して、第２シール部材６６ｂ及び第３シール部材６６ｃを配置するための第２シール溝６８ｂ及び第３シール溝６８ｃが形成される。第１シール部材６６ａ〜第３シール部材６６ｃは、例えば、Ｏリングである。
【００３９】
アノード側給電体４０の外方を周回する第１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）に対して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。
【００４０】
水素排出連通孔５０ｃには、前記水素排出連通孔５０ｃをシールし且つアノード側セパレータ３４及びカソード側セパレータ３６の位置決めを行う円管状の絶縁性管部材７０が配設される。
【００４１】
絶縁性管部材７０は、絶縁樹脂又はセラミックス等で構成され、単位セル１２内のアノード側セパレータ３４の水素排出連通孔５０ｃ及びカソード側セパレータ３６の水素排出連通孔５０ｃに一体に挿入される。絶縁性管部材７０は、互いに隣接する一方の単位セル１２のアノード側セパレータ３４の水素排出連通孔５０ｃ及び他方の単位セル１２のカソード側セパレータ３６の水素排出連通孔５０ｃに一体に挿入される。
【００４２】
なお、アノード側セパレータ３４の水素排出連通孔５０ｃ及びカソード側セパレータ３６の水素排出連通孔５０ｃには、絶縁性管部材７０を突き当てて位置決めするために内方に突出するフランジ部（図示せず）を、連通孔内周面に固着又は一体形成することも可能である。
【００４３】
また、絶縁性管部材７０は、複数の単位セル１２に跨ってアノード側セパレータ３４の水素排出連通孔５０ｃ及びカソード側セパレータ３６の水素排出連通孔５０ｃに一体に挿入されるように、長尺に構成してもよい。その際、絶縁性管部材７０の側部には、水素排出通路５６を管内部に連通するための孔部が形成される。
【００４４】
絶縁性管部材７０の外周面には、周溝７２ａ、７２ｂが形成されるとともに、前記周溝７２ａ、７２ｂには、シール部材であるＯリング７４ａ、７４ｂが配設される。
【００４５】
図３及び図４に示すように、固体高分子電解質膜３８は、第３突出部４８ｃに対応する部分を有しておらず、水素排出連通孔５０ｃより内側で終端する。固体高分子電解質膜３８は、第３突出部４８ｃに対応する部分に、絶縁性管部材７０を挿通させるとともに、前記固体高分子電解質膜３８よりも肉薄な絶縁シート７５が連結される。
【００４６】
絶縁シート７５は、例えば、絶縁性樹脂シートにより構成され、単位セル１２内の短絡を阻止するとともに、積層方向の荷重を削減するために、固体高分子電解質膜３８よりも薄肉に構成される。
【００４７】
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、酸素排出連通孔５０ｂ及び水素排出連通孔５０ｃに連通する配管７６ａ、７６ｂ及び７６ｃが接続される。配管７６ｃには、図示しないが、背圧弁（又は電磁弁）が設けられており、水素排出連通孔５０ｃに生成される水素の圧力を高圧（例えば、１ＭＰａ〜７０ＭＰａ）に維持することができる。
【００４８】
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７６ａ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解電源２８を介して電圧が付与される。このため、図３及び図４に示すように、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、カソード側給電体４２の内部及びプレート部材４４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、水素排出連通孔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、これらが酸素排出連通孔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、図３及び図４に示すように、水素排出連通孔５０ｃには、前記水素排出連通孔５０ｃをシールするとともに、アノード側セパレータ３４とカソード側セパレータ３６との相対的な位置決めを行う絶縁性管部材７０が配設されている。
【００５４】
このため、絶縁性管部材７０をアノード側セパレータ３４の水素排出連通孔５０ｃ及びカソード側セパレータ３６の水素排出連通孔５０ｃに一体に挿入するだけで、前記水素排出連通孔５０ｃが良好にシールされるとともに、前記アノード側セパレータ３４及び前記カソード側セパレータ３６の位置決めが容易且つ正確に行われる。
【００５５】
従って、水電解装置１０では、特に高圧水素が生成される水素排出連通孔５０ｃ側のシール面の平行度、平面度及び表面粗さを厳しく設定する必要がない。これにより、アノード側セパレータ３４及びカソード側セパレータ３６を、簡単且つ経済的に構成するとともに、良好なシール性と位置決め機能とを確保することが可能になるという効果が得られる。
【００５６】
さらに、第１の実施形態では、固体高分子電解質膜３８は、第３突出部４８ｃに対応する部分を有しておらず、水素排出連通孔５０ｃより内側で終端している。従って、特に高価な固体高分子電解質膜３８の膜面積が小さくなり、経済的であるという利点がある。
【００５７】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る水電解装置８０を構成する単位セル８２の断面図である。
【００５８】
なお、第１の実施形態に係る水電解装置１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３の実施形態以降においても同様に、その詳細な説明は省略する。
【００５９】
単位セル８２では、アノード側セパレータ３４及びカソード側セパレータ３６の固体高分子電解質膜３８を挟んで対向する各セパレータ端縁部に、絶縁性管部材７０を挿通し且つ前記固体高分子電解質膜３８の終端位置より外側に位置する面に、絶縁コート層８４ａ、８４ｂが設けられる。絶縁コート層８４ａ、８４ｂは、絶縁樹脂、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂を、各セパレータ面にコーティングすることにより形成される。
【００６０】
このように構成される第２の実施形態では、アノード側セパレータ３４及びカソード側セパレータ３６を、簡単且つ経済的に構成するとともに、良好なシール性と位置決め機能とを確保することが可能になる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６１】
図６は、本発明の第３の実施形態に係る水電解装置９０を構成する単位セル９２の分解斜視説明図である。
【００６２】
水電解装置９０では、水素排出連通孔５０ｃに絶縁性管部材７０ａが配設されるとともに、酸素排出連通孔５０ｂには、前記酸素排出連通孔５０ｂをシールし且つアノード側セパレータ３４及びカソード側セパレータ３６の位置決めを行う絶縁性管部材７０ａが配設される。
【００６３】
固体高分子電解質膜３８は、第２突出部４８ｂ及び第３突出部４８ｃに対応する部分を有しておらず、酸素排出連通孔５０ｂ及び水素排出連通孔５０ｃより内側で終端する。
【００６４】
このように、第３の実施形態では、水素排出連通孔５０ｃ及び酸素排出連通孔５０ｂには、それぞれ絶縁性管部材７０及び７０ａが配設されている。これにより、単位セル９２の位置決めが一層容易且つ確実に遂行されるとともに、固体高分子電解質膜３８の膜面積が一層小さくなり、経済的であるという効果が得られる。
【００６５】
なお、固体高分子電解質膜３８には、第２突出部４８ｂ及び第３突出部４８ｃに対応する部分に、それぞれ絶縁シート（第１の実施形態）を連結して構成してもよい。
【００６６】
図７は、本発明の第４の実施形態に係る水電解装置１００を構成する単位セル１０２の断面図である。
【００６７】
単位セル１０２は、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１０４及びカソード側セパレータ１０６を備える。アノード側セパレータ１０４及びカソード側セパレータ１０６には、水素排出連通孔５０ｃが設けられるとともに、前記水素排出連通孔５０ｃは、同軸上に連通する大径孔部１０８ａと小径孔部１０８ｂとを有する。
【００６８】
アノード側セパレータ１０４の絶縁コート層８４ａ側の面には、軸部材１１０ａが溶接や接着等により固定される。軸部材１１０ａは、小径孔部１０８ｂと略同一径の貫通孔１１２ａが中央に設けられるとともに、外周部には、周溝１１４ａが形成される。軸部材１１０ａの外周面と大径孔部１０８ａの内周面との間には、絶縁性管部材１１６ａが配設される。この絶縁性管部材１１６ａの外周部には、周溝１１８ａが形成される。周溝１１４ａ、１１８ａには、それぞれＯリング１２０ａが収容される。
【００６９】
カソード側セパレータ１０６の絶縁コート層８４ｂ側とは反対の面には、軸部材１１０ｂが溶接や接着等により固定される。軸部材１１０ｂは、軸部材１１０ａと同様に構成されており、同一の構成要素には、同一の参照数字に符号ｂを付してその詳細な説明は省略する。
【００７０】
このように構成される第４の実施形態では、アノード側セパレータ１０４に固着された軸部材１１０ａ及びカソード側セパレータ１０６に固着された軸部材１１０ｂは、単位セル１０２の位置決めノックピンとしての機能、さらには各単位セル１０２毎の位置決めノックピンとしての機能を有することができる。
【００７１】
これにより、第４の実施形態は、上記の第１〜第３の実施形態と同様の効果が得られるとともに、水電解装置１００の位置決め作業が一層容易且つ正確に遂行されるという利点がある。
【符号の説明】
【００７２】
１０、８０、９０、１００…水電解装置
１２、８２、９２、１０２…単位セル １４…積層体
１６ａ、１６ｂ…ターミナルプレート １８ａ、１８ａ…絶縁プレート
２０ａ、２０ｂ…エンドプレート ２４ａ、２４ｂ…端子部
２８…電解電源 ３２…電解質膜・電極構造体
３４…アノード側セパレータ ３６…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
４２…カソード側給電体 ４４…プレート部材
４６…皿ばね ５０ａ…水供給連通孔
５０ｂ…酸素排出連通孔 ５０ｃ…水素排出連通孔
５４、５８…流路 ７０、７０ａ、１１６ａ…絶縁性管部材
７４ａ、７４ｂ、１２０ａ…Ｏリング ７５…絶縁シート
８４ａ、８４ｂ…絶縁コート層 １０４…アノード側セパレータ
１０６…カソード側セパレータ １０８ａ…大径孔部
１０８ｂ…小径孔部 １１０ａ、１１０ｂ…軸部材
１１２ａ…貫通孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両側に電解用給電体が配設される電解ユニットと、セパレータとが、複数積層されるとともに、水を電気分解して酸素及び水素が生成される水電解装置であって、
前記セパレータには、前記水を積層方向に流通させる水供給連通孔、生成された前記酸素を前記積層方向に流通させる酸素排出連通孔、及び生成された前記水素を前記積層方向に流通させる水素排出連通孔が、前記電解用給電体の外側に形成されるとともに、
少なくとも前記水素排出連通孔には、該水素排出連通孔をシールし且つ前記セパレータの位置決めを行う絶縁性管部材が配設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、前記電解質膜は、少なくとも前記水素排出連通孔より内側で終端するとともに、
該電解質膜の端面には、前記絶縁性管部材を挿通させ且つ該電解質膜よりも肉薄な絶縁シートが連結されることを特徴とする水電解装置。
【請求項３】
請求項１記載の水電解装置において、前記電解質膜は、少なくとも前記水素排出連通孔より内側で終端するとともに、
前記電解質膜を挟んで対向する一対の前記セパレータの各端縁部には、前記絶縁性管部材を挿通し且つ該電解質膜の終端位置より外側に位置する面に、絶縁コート層が設けられることを特徴とする水電解装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の水電解装置において、前記水を電気分解して前記酸素及び該酸素よりも高圧な前記水素を生成することを特徴とする水電解装置。
【請求項１】
電解質膜の両側に電解用給電体が配設される電解ユニットと、セパレータとが、複数積層されるとともに、水を電気分解して酸素及び水素が生成される水電解装置であって、
前記セパレータには、前記水を積層方向に流通させる水供給連通孔、生成された前記酸素を前記積層方向に流通させる酸素排出連通孔、及び生成された前記水素を前記積層方向に流通させる水素排出連通孔が、前記電解用給電体の外側に形成されるとともに、
少なくとも前記水素排出連通孔には、該水素排出連通孔をシールし且つ前記セパレータの位置決めを行う絶縁性管部材が配設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、前記電解質膜は、少なくとも前記水素排出連通孔より内側で終端するとともに、
該電解質膜の端面には、前記絶縁性管部材を挿通させ且つ該電解質膜よりも肉薄な絶縁シートが連結されることを特徴とする水電解装置。
【請求項３】
請求項１記載の水電解装置において、前記電解質膜は、少なくとも前記水素排出連通孔より内側で終端するとともに、
前記電解質膜を挟んで対向する一対の前記セパレータの各端縁部には、前記絶縁性管部材を挿通し且つ該電解質膜の終端位置より外側に位置する面に、絶縁コート層が設けられることを特徴とする水電解装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の水電解装置において、前記水を電気分解して前記酸素及び該酸素よりも高圧な前記水素を生成す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２０１２−９７３１３（Ｐ２０１２−９７３１３Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４４９６０（Ｐ２０１０−２４４９６０）
【出願日】平成２２年１１月１日（２０１０．１１．１）
【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２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１日（２０１０．１１．１）
【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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