電解装置
【課題】簡単な構成で、電解質膜の損傷を可及的に阻止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。アノード側給電体４０と固体高分子電解質膜３８との間には、多数の貫通孔４４ａが形成された保護シート部材４４が介装される。貫通孔４４ａの両端には、固体高分子電解質膜３８に向かって拡径する第１テーパ形状部４５ａと、アノード側給電体４０に向かって拡径する第２テーパ形状部４５ｂとが設けられる。
【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。アノード側給電体４０と固体高分子電解質膜３８との間には、多数の貫通孔４４ａが形成された保護シート部材４４が介装される。貫通孔４４ａの両端には、固体高分子電解質膜３８に向かって拡径する第１テーパ形状部４５ａと、アノード側給電体４０に向かって拡径する第２テーパ形状部４５ｂとが設けられる。
【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電解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、固体高分子型燃料電池は、アノード側電極に燃料ガス（主に水素を含有するガス、例えば、水素ガス）が供給される一方、カソード側電極に酸化剤ガス（主に酸素を含有するガス、例えば、空気）が供給されることにより、直流の電気エネルギを得ている。
【０００３】
一般的に、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（イオン交換膜）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。すなわち、ユニットは、実質的には、上記の燃料電池と同様に構成されている。
【０００４】
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。
【０００５】
この種の設備として、例えば、特許文献１に開示されている給電体が知られている。この特許文献１では、図１５に示すように、粉末焼結部１と繊維焼結部２とを一体に結合することにより、二重構造給電体３が構成されている。
【０００６】
粉末焼結部１は、チタン粉末が焼結されて形成される一方、繊維焼結部２は、チタン繊維シートが焼結されて形成されている。二重構造給電体３は、水素酸素発生装置の電解セルにおいて、固体電解質膜４に粉末焼結部１が圧接された状態で使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２７９４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の特許文献１では、粉末焼結部１がチタン粉末を焼結させて形成されるため、前記粉末焼結部１は、粒子の凝集状態により開口にばらつきが生じ易く、開口径の分布が広範囲になってしまう。このため、二重構造給電体３を、特に、高圧水素を発生させる高圧水電解装置に適用すると、アノード側とカソード側との差圧によって固体電解質膜４が粉末焼結部１に圧接する際、前記固体電解質膜４に損傷等のダメージが生じるという問題がある。
【０００９】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、電解質膜の損傷を可及的に阻止することが可能な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】
【００１０】
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電解装置に関するものである。この電解装置は、電解質膜と給電体との間には、多数の貫通孔が形成された保護シート部材が介装されるとともに、前記貫通孔の両端には、前記電解質膜に向かって拡径する第１テーパ形状部と、前記給電体に向かって拡径する第２テーパ形状部とが設けられている。
【００１１】
また、給電体は、水が供給されるアノード側給電体と、前記水の電気分解により常圧よりも高圧な水素が得られるカソード側給電体とを備え、保護シート部材は、電解質膜と前記アノード側給電体との間に介装されることが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明に係る電解装置は、給電体には、多数の貫通孔が形成されるとともに、前記貫通孔の両端には、電解質膜に向かって拡径する第１テーパ形状部と、前記電解質膜から離間する方向に向かって拡径する第２テーパ形状部とが設けられている。
【００１３】
さらにまた、給電体は、水が供給されるアノード側給電体と、前記水の電気分解により常圧よりも高圧な水素が得られるカソード側給電体とを備え、前記アノード側給電体に、貫通孔が形成されることが好ましい。
【００１４】
また、アノード側給電体には、貫通孔に連通し且つ水を流通させる流路が一体に形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電解質膜と給電体との間に介装される保護シート部材、又は前記給電体に複数の貫通孔が設けられており、前記貫通孔は、開口径の制御が容易に行われる。
【００１６】
さらに、貫通孔の一端には、電解質膜に向かって拡径する第１テーパ形状部が設けられているため、前記貫通孔内での前記電解質膜のせん断及び伸びが良好に抑制される。これにより、簡単な構成で、電解質膜が損傷することを可及的に阻止することができる。
【００１７】
しかも、貫通孔の他端には、給電体に向かって又は電解質膜から離間する方向に向かって拡径する第２テーパ形状部が設けられている。このため、貫通孔内に水が円滑に導入され、電解質膜に対して前記水を良好に供給するとともに、発生ガスの離脱が容易に遂行可能になる。これにより、簡単な構成で、水供給性及びガス離脱性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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】前記単位セルの断面説明図である。
【図５】前記単位セルの要部拡大断面説明図である。
【図６】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要部拡大断面説明図である。
【図７】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要部拡大断面説明図である。
【図８】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要部拡大断面説明図である。
【図９】本発明の第５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説明図である。
【図１０】本発明の第６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説明図である。
【図１１】本発明の第７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説明図である。
【図１２】前記単位セルを構成するアノード側給電流路部材の斜視説明図である。
【図１３】前記アノード側給電流路部材の、図１２中、ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図である。
【図１４】本発明の第８の実施形態に係る水電解装置を構成するアノード側給電流路部材の断面説明図である。
【図１５】特許文献１に開示されている給電体の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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、高圧水素製造装置を構成しており、複数の単位セル１２が水平方向（矢印Ａ方向）又は鉛直方向（矢印Ｂ方向）に積層された積層体１４を備える。積層体１４の積層方向一端には、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、順次、配設される。積層体１４の積層方向他端には、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、順次、配設される。
【００２０】
水電解装置１０は、例えば、矢印Ａ方向に延在する複数のタイロッド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。
【００２１】
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。陽極（アノード）側である端子部２４ａは、電源２８のプラス極に接続される一方、陰極（カソード）側である端子部２４ｂは、前記電源２８のマイナス極に接続される。
【００２２】
図２〜図４に示すように、単位セル１２は、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、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。
【００２３】
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の両側に配設されるアノード側給電体４０及びカソード側給電体４２とを備える。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
図３及び図４に示すように、固体高分子電解質膜３８とアノード側給電体４０との間には、多数の貫通孔４４ａが形成された保護シート部材４４が介装される。この保護シート部材４４は、例えば、チタンシートで構成され、厚さが、例えば、２０μｍ〜５００μｍの範囲内に設定される。チタンシートの表面粗さとしては、６．３μｍ以下、好ましくは、３．２μｍ以下に設定される。このチタンシートは、好ましくは、冷間圧延により成形される。
【００２７】
貫通孔４４ａは、この貫通孔４４ａの分布幅がアノード側給電体４０の孔部の分布幅よりも小さく設定される。貫通孔４４ａの一端には、固体高分子電解質膜３８に向かって拡径する第１テーパ形状部４５ａが設けられる一方、前記貫通孔４４ａの他端には、アノード側給電体４０に向かって拡径する第２テーパ形状部４５ｂが設けられる。なお、貫通孔４４ａは、円形に限定されるものではなく、固体高分子電解質膜３８にダメージを与えない形状であればよく、例えば、楕円形の他、鋭利な突起形状がなければ、種々の形状に設定可能である。
【００２８】
図５に示すように、第１テーパ形状部４５ａのテーパ角度θは、５°＜θ＜８５°の範囲、より好ましくは、３０°＜θ＜６０°の範囲内に設定される。第１テーパ形状部４５ａの深さＬ及び貫通孔４４ａの内径Ｄは、固体高分子電解質膜３８に損傷を与えることがない寸法に設定される。貫通孔４４ａは、種々の製法により形成可能であり、例えば、エッチングの他、両側からのマイクロドリル、電子ビーム、レーザー又は切削等の加工を採用することができる。
【００２９】
図３に示すように、単位セル１２の外周縁部には、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４６と、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４８と、反応により生成された水素を流すための水素連通孔５０とが設けられる。
【００３０】
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、水供給連通孔４６に連通する供給通路５２ａと、排出連通孔４８に連通する排出通路５２ｂとが設けられる。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の表面積に対応する範囲内に設けられるとともに、複数の流路溝や複数のエンボス等で構成される（図２及び図４参照）。
【００３１】
図３に示すように、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、水素連通孔５０に連通する排出通路５６が設けられる。面３６ａには、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の表面積に対応する範囲内に設けられるとともに、複数の流路溝や複数のエンボス等で構成される（図２及び図４参照）。
【００３２】
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。
【００３３】
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４６、排出連通孔４８及び水素連通孔５０に連通する配管６２ａ、６２ｂ及び６２ｃが接続される。配管６２ｃには、図示しないが、背圧弁（又は電磁弁）が設けられており、水素連通孔５０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。
【００３４】
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。
【００３５】
図１に示すように、配管６２ａから水電解装置１０の水供給連通孔４６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に示すように、各単位セル１２では、水供給連通孔４６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。
【００３６】
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。
【００３７】
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４６よりも高圧に維持されており、水素連通孔５０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４８に沿って水電解装置１０の外部に排出される。なお、第２流路５８は、第１流路５４よりも圧力が高い。
【００３８】
この場合、第１の実施形態では、図４に示すように、固体高分子電解質膜３８とアノード側給電体４０との間に、複数の貫通孔４４ａを設けた保護シート部材４４が介装されている。このため、高圧水素ガスが生成される第２流路５８と、水及び酸素が流通する常圧の第１流路５４との圧力差によって、固体高分子電解質膜３８がアノード側給電体４０に向かって押圧される際、この固体高分子電解質膜３８が前記アノード側給電体４０に直接接触することがない。
【００３９】
さらに、保護シート部材４４に設けられる貫通孔４４ａは、開口径の制御が容易に行われる。従って、保護シート部材４４では、貫通孔４４ａの開口径を狭小な範囲内に設定することができ、アノード側給電体４０の分布幅よりも著しく狭小な分布幅に設定することが可能になる。
【００４０】
さらにまた、貫通孔４４ａの一端には、固体高分子電解質膜３８に向かって拡径する第１テーパ形状部４５ａが設けられている。このため、図５に示すように、貫通孔４４ａ内での固体高分子電解質膜３８のせん断及び伸びが良好に抑制される。
【００４１】
しかも、貫通孔４４ａの他端には、アノード側給電体４０に向かって拡径する第２テーパ形状部４５ｂが設けられている。これにより、図５に示すように、アノード側給電体４０から貫通孔４４ａ内に水が円滑に導入され、固体高分子電解質膜３８のアノード電極触媒層４０ａに対して前記水を良好に供給することが可能になる。一方、アノード電極触媒層４０ａで生成される酸素は、貫通孔４４ａの第２テーパ形状部４５ｂに沿ってアノード側給電体４０に円滑に移動し、前記酸素の離脱が容易に遂行される。
【００４２】
従って、第１の実施形態では、固体高分子電解質膜３８に向かって拡径する第１テーパ形状部４５ａ及びアノード側給電体４０に向かって拡径する第２テーパ形状部４５ｂを有する貫通孔４４ａを設けるだけでよい。これにより、簡単な構成で、固体高分子電解質膜３８が損傷することを可及的に阻止し、且つ水供給性及びガス離脱性の向上を図ることができるという効果が得られる。
【００４３】
なお、第１の実施形態では、少なくとも第１テーパ形状部４５ａの固体高分子電解質膜３８側の開口形状及び貫通孔４４ａの開口断面形状は、円形状が望ましいが、これに限定されるものではない。固体高分子電解質膜３８にダメージを与えることのない形状であれば、例えば、楕円形状や四角形状等であってもよく、種々選定可能である。一方、第２テーパ形状部４５ｂの形状は、円形状の他、楕円形状、三角形状、又は多角形状等、種々の形状に設定することができる。
【００４４】
図６は、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７０の要部拡大断面説明図である。
【００４５】
なお、第１の実施形態に係る水電解装置１０を構成する単位セル１２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。
【００４６】
単位セル７０は、固体高分子電解質膜３８とアノード側給電体４０との間に介装される保護シート部材７２を備える。保護シート部材７２は、例えば、チタンシートで構成され、複数の貫通孔７２ａを設ける。
【００４７】
貫通孔７２ａの一端には、固体高分子電解質膜３８に向かって拡径する第１テーパ形状部７４ａが設けられるとともに、前記貫通孔７２ａの他端には、アノード側給電体４０に向かって拡径する第２テーパ形状部７４ｂが設けられる。第１テーパ形状部７４ａ及び第２テーパ形状部７４ｂは、断面開口形状が略半円形を有する湾曲面によって構成される。
【００４８】
この第２の実施形態では、保護シート部材７２に複数の貫通孔７２ａが設けられるとともに、前記貫通孔７２ａの両端には、固体高分子電解質膜３８に向かって拡径する第１テーパ形状部７４ａと、アノード側給電体４０に向かって拡径する第２テーパ形状部７４ｂとが設けられている。従って、第２の実施形態は、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる他、水及び酸素が、湾曲面によって貫通孔７２ａ内を円滑に流通することができる。
【００４９】
図７は、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８０の要部拡大断面説明図である。
【００５０】
単位セル８０は、固体高分子電解質膜３８とアノード側給電体４０との間に介装される保護シート部材８２を備える。保護シート部材８２は、複数の貫通孔８２ａを設けるとともに、前記貫通孔８２ａは、固体高分子電解質膜３８に向かって拡径する第１テーパ形状部８４ａと、アノード側給電体４０に向かって拡径する第２テーパ形状部８４ｂとを有する。
【００５１】
第１テーパ形状部８４ａの固体高分子電解質膜３８側の最大開口径Ｄ１は、第２テーパ形状部８４ｂのアノード側給電体４０側の最大開口径Ｄ２よりも小径に設定される（Ｄ１＜Ｄ２）。従って、保護シート部材８２は、厚みを増加させることがなく、水の供給を一層円滑に行うことが可能になる。
【００５２】
図８は、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９０の要部拡大断面説明図である。
【００５３】
単位セル９０は、固体高分子電解質膜３８とアノード側給電体４０との間に介装される保護シート部材９２とを備える。保護シート部材９２は、複数の貫通孔９２ａを設けるとともに、前記貫通孔９２ａは、固体高分子電解質膜３８に向かって拡径する湾曲面状の第１テーパ形状部９４ａと、アノード側給電体４０に向かって拡径する湾曲面状の第２テーパ形状部９４ｂとを有する。第１テーパ形状部９４ａの最大開口径Ｄ３は、第２テーパ形状部９４ｂの最大開口径Ｄ４よりも小径に設定される（Ｄ３＜Ｄ４）。
【００５４】
上記の第３及び第４の実施形態では、上述した第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５５】
図９は、本発明の第５の実施形態に係る水電解装置を構成する単位セル１００の断面説明図である。
【００５６】
単位セル１００は、アノード側給電体４０に代えて、アノード側給電プレート１０２を備える。このアノード側給電プレート１０２には、複数の貫通孔１０２ａが、例えば、エッチング、電子ビーム、レーザー、ドリル、放電、パンチング、またはエキスパンドメタル等による微細多孔加工を施すことにより、設けられる。貫通孔１０２ａの孔径＞保護シート部材４４の貫通孔４４ａの孔径に設定される。
【００５７】
なお、第５の実施形態では、第１の実施形態の保護シート部材４４を用いているが、これに代えて、第２〜第４の実施形態を適用することも可能である。
【００５８】
図１０は、本発明の第６の実施形態に係る水電解装置を構成する単位セル１１０の断面説明図である。
【００５９】
単位セル１１０は、アノード側セパレータ３４と固体高分子電解質膜３８との間に介装されるアノード側給電プレート１１２を備える。アノード側給電プレート１１２は、例えば、第１の実施形態に用いられているアノード側給電体４０及び保護シート部材４４に代えて採用されており、実質的には、第３の実施形態に用いられる保護シート部材８２、又は、第４の実施形態に用いられる保護シート部材９２を適用することができる。
【００６０】
これにより、第６の実施形態では、上記の第１〜第５の実施形態と同様の効果が得られる他、部品数の削減が図られ、構成の簡素化が可能になるという利点がある。
【００６１】
図１１は、本発明の第７の実施形態に係る水電解装置を構成する単位セル１２０の断面説明図である。
【００６２】
単位セル１２０は、固体高分子電解質膜３８とアノード側セパレータ３４との間に介装されるアノード側流路部材１２２を備える。図１２及び図１３に示すように、アノード側給電流路部材１２２は、例えば、チタンプレートで構成された略円盤状を有する。
【００６３】
アノード側給電流路部材１２２の固体高分子電解質膜３８に対向する面には、複数の貫通孔１２２ａが形成される。貫通孔１２２ａは、固体高分子電解質膜３８に向かって拡径する第１テーパ形状部１２４ａと、この固体高分子電解質膜３８から離間する方向に向かって拡径する第２テーパ形状部１２４ｂとを有する。アノード側給電流路部材１２２の逆側の面には、互いに並列される複数の第１流路１２６が形成される。第１流路１２６は、所定の第２テーパ形状部１２４ｂを連通することにより直線状に構成される。
【００６４】
この第７の実施形態では、上記の第１〜第６の実施形態と同様の効果が得られる他、例えば、第１の実施形態における第１流路５４、アノード側給電体４０及び保護シート部材４４に代えて、単一のアノード側給電流路部材１２２を用いることができる。これにより、単位セル１２０全体の構成が、一層簡素化されるという利点がある。
【００６５】
図１４は、本発明の第８の実施形態に係る水電解装置を構成するアノード側給電流路部材１３０の断面説明図である。
【００６６】
アノード側給電流路部材１３０は、上記の第７の実施形態のアノード側給電流路部材１２２と略同様に構成され、複数の貫通孔１３０ａを設ける。貫通孔１３０ａは、湾曲形状を有する第１テーパ形状部１３２ａと、湾曲形状を有する第２テーパ形状部１３２ｂとを有する。第２テーパ形状部１３２ｂを所定の部位毎に連通することによって、第１流路１３４が形成される。従って、第８の実施形態では、上記の第７の実施形態と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００６７】
１０…水電解装置
１２、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０…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、７２、８２、９２…保護シート部材
４４ａ、７２ａ、８２ａ、９２ａ、１０２ａ、１２２ａ、１３０ａ…貫通孔
４５ａ、４５ｄ、７４ａ、７４ｂ、８４ａ、８４ｂ、９４ａ、９４ｂ、１２４ａ、１２４ｂ、１３２ａ、１３２ｂ…テーパ形状部
４６…水供給連通孔 ４８…排出連通孔
５０…水素連通孔 ５４、５８、１２６、１３４…流路
１０２、１１２…アノード側給電プレート
１２２、１３０…アノード側給電流路部材
【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電解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、固体高分子型燃料電池は、アノード側電極に燃料ガス（主に水素を含有するガス、例えば、水素ガス）が供給される一方、カソード側電極に酸化剤ガス（主に酸素を含有するガス、例えば、空気）が供給されることにより、直流の電気エネルギを得ている。
【０００３】
一般的に、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（イオン交換膜）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。すなわち、ユニットは、実質的には、上記の燃料電池と同様に構成されている。
【０００４】
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。
【０００５】
この種の設備として、例えば、特許文献１に開示されている給電体が知られている。この特許文献１では、図１５に示すように、粉末焼結部１と繊維焼結部２とを一体に結合することにより、二重構造給電体３が構成されている。
【０００６】
粉末焼結部１は、チタン粉末が焼結されて形成される一方、繊維焼結部２は、チタン繊維シートが焼結されて形成されている。二重構造給電体３は、水素酸素発生装置の電解セルにおいて、固体電解質膜４に粉末焼結部１が圧接された状態で使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２７９４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の特許文献１では、粉末焼結部１がチタン粉末を焼結させて形成されるため、前記粉末焼結部１は、粒子の凝集状態により開口にばらつきが生じ易く、開口径の分布が広範囲になってしまう。このため、二重構造給電体３を、特に、高圧水素を発生させる高圧水電解装置に適用すると、アノード側とカソード側との差圧によって固体電解質膜４が粉末焼結部１に圧接する際、前記固体電解質膜４に損傷等のダメージが生じるという問題がある。
【０００９】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、電解質膜の損傷を可及的に阻止することが可能な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】
【００１０】
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電解装置に関するものである。この電解装置は、電解質膜と給電体との間には、多数の貫通孔が形成された保護シート部材が介装されるとともに、前記貫通孔の両端には、前記電解質膜に向かって拡径する第１テーパ形状部と、前記給電体に向かって拡径する第２テーパ形状部とが設けられている。
【００１１】
また、給電体は、水が供給されるアノード側給電体と、前記水の電気分解により常圧よりも高圧な水素が得られるカソード側給電体とを備え、保護シート部材は、電解質膜と前記アノード側給電体との間に介装されることが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明に係る電解装置は、給電体には、多数の貫通孔が形成されるとともに、前記貫通孔の両端には、電解質膜に向かって拡径する第１テーパ形状部と、前記電解質膜から離間する方向に向かって拡径する第２テーパ形状部とが設けられている。
【００１３】
さらにまた、給電体は、水が供給されるアノード側給電体と、前記水の電気分解により常圧よりも高圧な水素が得られるカソード側給電体とを備え、前記アノード側給電体に、貫通孔が形成されることが好ましい。
【００１４】
また、アノード側給電体には、貫通孔に連通し且つ水を流通させる流路が一体に形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電解質膜と給電体との間に介装される保護シート部材、又は前記給電体に複数の貫通孔が設けられており、前記貫通孔は、開口径の制御が容易に行われる。
【００１６】
さらに、貫通孔の一端には、電解質膜に向かって拡径する第１テーパ形状部が設けられているため、前記貫通孔内での前記電解質膜のせん断及び伸びが良好に抑制される。これにより、簡単な構成で、電解質膜が損傷することを可及的に阻止することができる。
【００１７】
しかも、貫通孔の他端には、給電体に向かって又は電解質膜から離間する方向に向かって拡径する第２テーパ形状部が設けられている。このため、貫通孔内に水が円滑に導入され、電解質膜に対して前記水を良好に供給するとともに、発生ガスの離脱が容易に遂行可能になる。これにより、簡単な構成で、水供給性及びガス離脱性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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】前記単位セルの断面説明図である。
【図５】前記単位セルの要部拡大断面説明図である。
【図６】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要部拡大断面説明図である。
【図７】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要部拡大断面説明図である。
【図８】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要部拡大断面説明図である。
【図９】本発明の第５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説明図である。
【図１０】本発明の第６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説明図である。
【図１１】本発明の第７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説明図である。
【図１２】前記単位セルを構成するアノード側給電流路部材の斜視説明図である。
【図１３】前記アノード側給電流路部材の、図１２中、ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図である。
【図１４】本発明の第８の実施形態に係る水電解装置を構成するアノード側給電流路部材の断面説明図である。
【図１５】特許文献１に開示されている給電体の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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、高圧水素製造装置を構成しており、複数の単位セル１２が水平方向（矢印Ａ方向）又は鉛直方向（矢印Ｂ方向）に積層された積層体１４を備える。積層体１４の積層方向一端には、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、順次、配設される。積層体１４の積層方向他端には、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、順次、配設される。
【００２０】
水電解装置１０は、例えば、矢印Ａ方向に延在する複数のタイロッド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。
【００２１】
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。陽極（アノード）側である端子部２４ａは、電源２８のプラス極に接続される一方、陰極（カソード）側である端子部２４ｂは、前記電源２８のマイナス極に接続される。
【００２２】
図２〜図４に示すように、単位セル１２は、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、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。
【００２３】
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の両側に配設されるアノード側給電体４０及びカソード側給電体４２とを備える。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
図３及び図４に示すように、固体高分子電解質膜３８とアノード側給電体４０との間には、多数の貫通孔４４ａが形成された保護シート部材４４が介装される。この保護シート部材４４は、例えば、チタンシートで構成され、厚さが、例えば、２０μｍ〜５００μｍの範囲内に設定される。チタンシートの表面粗さとしては、６．３μｍ以下、好ましくは、３．２μｍ以下に設定される。このチタンシートは、好ましくは、冷間圧延により成形される。
【００２７】
貫通孔４４ａは、この貫通孔４４ａの分布幅がアノード側給電体４０の孔部の分布幅よりも小さく設定される。貫通孔４４ａの一端には、固体高分子電解質膜３８に向かって拡径する第１テーパ形状部４５ａが設けられる一方、前記貫通孔４４ａの他端には、アノード側給電体４０に向かって拡径する第２テーパ形状部４５ｂが設けられる。なお、貫通孔４４ａは、円形に限定されるものではなく、固体高分子電解質膜３８にダメージを与えない形状であればよく、例えば、楕円形の他、鋭利な突起形状がなければ、種々の形状に設定可能である。
【００２８】
図５に示すように、第１テーパ形状部４５ａのテーパ角度θは、５°＜θ＜８５°の範囲、より好ましくは、３０°＜θ＜６０°の範囲内に設定される。第１テーパ形状部４５ａの深さＬ及び貫通孔４４ａの内径Ｄは、固体高分子電解質膜３８に損傷を与えることがない寸法に設定される。貫通孔４４ａは、種々の製法により形成可能であり、例えば、エッチングの他、両側からのマイクロドリル、電子ビーム、レーザー又は切削等の加工を採用することができる。
【００２９】
図３に示すように、単位セル１２の外周縁部には、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４６と、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４８と、反応により生成された水素を流すための水素連通孔５０とが設けられる。
【００３０】
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、水供給連通孔４６に連通する供給通路５２ａと、排出連通孔４８に連通する排出通路５２ｂとが設けられる。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の表面積に対応する範囲内に設けられるとともに、複数の流路溝や複数のエンボス等で構成される（図２及び図４参照）。
【００３１】
図３に示すように、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、水素連通孔５０に連通する排出通路５６が設けられる。面３６ａには、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の表面積に対応する範囲内に設けられるとともに、複数の流路溝や複数のエンボス等で構成される（図２及び図４参照）。
【００３２】
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。
【００３３】
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４６、排出連通孔４８及び水素連通孔５０に連通する配管６２ａ、６２ｂ及び６２ｃが接続される。配管６２ｃには、図示しないが、背圧弁（又は電磁弁）が設けられており、水素連通孔５０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。
【００３４】
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。
【００３５】
図１に示すように、配管６２ａから水電解装置１０の水供給連通孔４６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に示すように、各単位セル１２では、水供給連通孔４６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。
【００３６】
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。
【００３７】
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４６よりも高圧に維持されており、水素連通孔５０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４８に沿って水電解装置１０の外部に排出される。なお、第２流路５８は、第１流路５４よりも圧力が高い。
【００３８】
この場合、第１の実施形態では、図４に示すように、固体高分子電解質膜３８とアノード側給電体４０との間に、複数の貫通孔４４ａを設けた保護シート部材４４が介装されている。このため、高圧水素ガスが生成される第２流路５８と、水及び酸素が流通する常圧の第１流路５４との圧力差によって、固体高分子電解質膜３８がアノード側給電体４０に向かって押圧される際、この固体高分子電解質膜３８が前記アノード側給電体４０に直接接触することがない。
【００３９】
さらに、保護シート部材４４に設けられる貫通孔４４ａは、開口径の制御が容易に行われる。従って、保護シート部材４４では、貫通孔４４ａの開口径を狭小な範囲内に設定することができ、アノード側給電体４０の分布幅よりも著しく狭小な分布幅に設定することが可能になる。
【００４０】
さらにまた、貫通孔４４ａの一端には、固体高分子電解質膜３８に向かって拡径する第１テーパ形状部４５ａが設けられている。このため、図５に示すように、貫通孔４４ａ内での固体高分子電解質膜３８のせん断及び伸びが良好に抑制される。
【００４１】
しかも、貫通孔４４ａの他端には、アノード側給電体４０に向かって拡径する第２テーパ形状部４５ｂが設けられている。これにより、図５に示すように、アノード側給電体４０から貫通孔４４ａ内に水が円滑に導入され、固体高分子電解質膜３８のアノード電極触媒層４０ａに対して前記水を良好に供給することが可能になる。一方、アノード電極触媒層４０ａで生成される酸素は、貫通孔４４ａの第２テーパ形状部４５ｂに沿ってアノード側給電体４０に円滑に移動し、前記酸素の離脱が容易に遂行される。
【００４２】
従って、第１の実施形態では、固体高分子電解質膜３８に向かって拡径する第１テーパ形状部４５ａ及びアノード側給電体４０に向かって拡径する第２テーパ形状部４５ｂを有する貫通孔４４ａを設けるだけでよい。これにより、簡単な構成で、固体高分子電解質膜３８が損傷することを可及的に阻止し、且つ水供給性及びガス離脱性の向上を図ることができるという効果が得られる。
【００４３】
なお、第１の実施形態では、少なくとも第１テーパ形状部４５ａの固体高分子電解質膜３８側の開口形状及び貫通孔４４ａの開口断面形状は、円形状が望ましいが、これに限定されるものではない。固体高分子電解質膜３８にダメージを与えることのない形状であれば、例えば、楕円形状や四角形状等であってもよく、種々選定可能である。一方、第２テーパ形状部４５ｂの形状は、円形状の他、楕円形状、三角形状、又は多角形状等、種々の形状に設定することができる。
【００４４】
図６は、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７０の要部拡大断面説明図である。
【００４５】
なお、第１の実施形態に係る水電解装置１０を構成する単位セル１２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。
【００４６】
単位セル７０は、固体高分子電解質膜３８とアノード側給電体４０との間に介装される保護シート部材７２を備える。保護シート部材７２は、例えば、チタンシートで構成され、複数の貫通孔７２ａを設ける。
【００４７】
貫通孔７２ａの一端には、固体高分子電解質膜３８に向かって拡径する第１テーパ形状部７４ａが設けられるとともに、前記貫通孔７２ａの他端には、アノード側給電体４０に向かって拡径する第２テーパ形状部７４ｂが設けられる。第１テーパ形状部７４ａ及び第２テーパ形状部７４ｂは、断面開口形状が略半円形を有する湾曲面によって構成される。
【００４８】
この第２の実施形態では、保護シート部材７２に複数の貫通孔７２ａが設けられるとともに、前記貫通孔７２ａの両端には、固体高分子電解質膜３８に向かって拡径する第１テーパ形状部７４ａと、アノード側給電体４０に向かって拡径する第２テーパ形状部７４ｂとが設けられている。従って、第２の実施形態は、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる他、水及び酸素が、湾曲面によって貫通孔７２ａ内を円滑に流通することができる。
【００４９】
図７は、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８０の要部拡大断面説明図である。
【００５０】
単位セル８０は、固体高分子電解質膜３８とアノード側給電体４０との間に介装される保護シート部材８２を備える。保護シート部材８２は、複数の貫通孔８２ａを設けるとともに、前記貫通孔８２ａは、固体高分子電解質膜３８に向かって拡径する第１テーパ形状部８４ａと、アノード側給電体４０に向かって拡径する第２テーパ形状部８４ｂとを有する。
【００５１】
第１テーパ形状部８４ａの固体高分子電解質膜３８側の最大開口径Ｄ１は、第２テーパ形状部８４ｂのアノード側給電体４０側の最大開口径Ｄ２よりも小径に設定される（Ｄ１＜Ｄ２）。従って、保護シート部材８２は、厚みを増加させることがなく、水の供給を一層円滑に行うことが可能になる。
【００５２】
図８は、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９０の要部拡大断面説明図である。
【００５３】
単位セル９０は、固体高分子電解質膜３８とアノード側給電体４０との間に介装される保護シート部材９２とを備える。保護シート部材９２は、複数の貫通孔９２ａを設けるとともに、前記貫通孔９２ａは、固体高分子電解質膜３８に向かって拡径する湾曲面状の第１テーパ形状部９４ａと、アノード側給電体４０に向かって拡径する湾曲面状の第２テーパ形状部９４ｂとを有する。第１テーパ形状部９４ａの最大開口径Ｄ３は、第２テーパ形状部９４ｂの最大開口径Ｄ４よりも小径に設定される（Ｄ３＜Ｄ４）。
【００５４】
上記の第３及び第４の実施形態では、上述した第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５５】
図９は、本発明の第５の実施形態に係る水電解装置を構成する単位セル１００の断面説明図である。
【００５６】
単位セル１００は、アノード側給電体４０に代えて、アノード側給電プレート１０２を備える。このアノード側給電プレート１０２には、複数の貫通孔１０２ａが、例えば、エッチング、電子ビーム、レーザー、ドリル、放電、パンチング、またはエキスパンドメタル等による微細多孔加工を施すことにより、設けられる。貫通孔１０２ａの孔径＞保護シート部材４４の貫通孔４４ａの孔径に設定される。
【００５７】
なお、第５の実施形態では、第１の実施形態の保護シート部材４４を用いているが、これに代えて、第２〜第４の実施形態を適用することも可能である。
【００５８】
図１０は、本発明の第６の実施形態に係る水電解装置を構成する単位セル１１０の断面説明図である。
【００５９】
単位セル１１０は、アノード側セパレータ３４と固体高分子電解質膜３８との間に介装されるアノード側給電プレート１１２を備える。アノード側給電プレート１１２は、例えば、第１の実施形態に用いられているアノード側給電体４０及び保護シート部材４４に代えて採用されており、実質的には、第３の実施形態に用いられる保護シート部材８２、又は、第４の実施形態に用いられる保護シート部材９２を適用することができる。
【００６０】
これにより、第６の実施形態では、上記の第１〜第５の実施形態と同様の効果が得られる他、部品数の削減が図られ、構成の簡素化が可能になるという利点がある。
【００６１】
図１１は、本発明の第７の実施形態に係る水電解装置を構成する単位セル１２０の断面説明図である。
【００６２】
単位セル１２０は、固体高分子電解質膜３８とアノード側セパレータ３４との間に介装されるアノード側流路部材１２２を備える。図１２及び図１３に示すように、アノード側給電流路部材１２２は、例えば、チタンプレートで構成された略円盤状を有する。
【００６３】
アノード側給電流路部材１２２の固体高分子電解質膜３８に対向する面には、複数の貫通孔１２２ａが形成される。貫通孔１２２ａは、固体高分子電解質膜３８に向かって拡径する第１テーパ形状部１２４ａと、この固体高分子電解質膜３８から離間する方向に向かって拡径する第２テーパ形状部１２４ｂとを有する。アノード側給電流路部材１２２の逆側の面には、互いに並列される複数の第１流路１２６が形成される。第１流路１２６は、所定の第２テーパ形状部１２４ｂを連通することにより直線状に構成される。
【００６４】
この第７の実施形態では、上記の第１〜第６の実施形態と同様の効果が得られる他、例えば、第１の実施形態における第１流路５４、アノード側給電体４０及び保護シート部材４４に代えて、単一のアノード側給電流路部材１２２を用いることができる。これにより、単位セル１２０全体の構成が、一層簡素化されるという利点がある。
【００６５】
図１４は、本発明の第８の実施形態に係る水電解装置を構成するアノード側給電流路部材１３０の断面説明図である。
【００６６】
アノード側給電流路部材１３０は、上記の第７の実施形態のアノード側給電流路部材１２２と略同様に構成され、複数の貫通孔１３０ａを設ける。貫通孔１３０ａは、湾曲形状を有する第１テーパ形状部１３２ａと、湾曲形状を有する第２テーパ形状部１３２ｂとを有する。第２テーパ形状部１３２ｂを所定の部位毎に連通することによって、第１流路１３４が形成される。従って、第８の実施形態では、上記の第７の実施形態と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００６７】
１０…水電解装置
１２、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０…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、７２、８２、９２…保護シート部材
４４ａ、７２ａ、８２ａ、９２ａ、１０２ａ、１２２ａ、１３０ａ…貫通孔
４５ａ、４５ｄ、７４ａ、７４ｂ、８４ａ、８４ｂ、９４ａ、９４ｂ、１２４ａ、１２４ｂ、１３２ａ、１３２ｂ…テーパ形状部
４６…水供給連通孔 ４８…排出連通孔
５０…水素連通孔 ５４、５８、１２６、１３４…流路
１０２、１１２…アノード側給電プレート
１２２、１３０…アノード側給電流路部材
【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電解装置であって、
前記電解質膜と前記給電体との間には、多数の貫通孔が形成された保護シート部材が介装されるとともに、
前記貫通孔の両端には、前記電解質膜に向かって拡径する第１テーパ形状部と、
前記給電体に向かって拡径する第２テーパ形状部と、
が設けられることを特徴とする電解装置。
【請求項２】
請求項１記載の電解装置において、前記給電体は、水が供給されるアノード側給電体と、
前記水の電気分解により常圧よりも高圧な水素が得られるカソード側給電体と、
を備え、
前記保護シート部材は、前記電解質膜と前記アノード側給電体との間に介装されることを特徴とする電解装置。
【請求項３】
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電解装置であって、
前記給電体には、多数の貫通孔が形成されるとともに、
前記貫通孔の両端には、前記電解質膜に向かって拡径する第１テーパ形状部と、
前記電解質膜から離間する方向に向かって拡径する第２テーパ形状部と、
が設けられることを特徴とする電解装置。
【請求項４】
請求項３記載の電解装置において、前記給電体は、水が供給されるアノード側給電体と、
前記水の電気分解により常圧よりも高圧な水素が得られるカソード側給電体と、
を備え、
前記アノード側給電体に、前記貫通孔が形成されることを特徴とする電解装置。
【請求項５】
請求項４記載の電解装置において、前記アノード側給電体には、前記貫通孔に連通し且つ前記水を流通させる流路が一体に形成されることを特徴とする電解装置。
【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電解装置であって、
前記電解質膜と前記給電体との間には、多数の貫通孔が形成された保護シート部材が介装されるとともに、
前記貫通孔の両端には、前記電解質膜に向かって拡径する第１テーパ形状部と、
前記給電体に向かって拡径する第２テーパ形状部と、
が設けられることを特徴とする電解装置。
【請求項２】
請求項１記載の電解装置において、前記給電体は、水が供給されるアノード側給電体と、
前記水の電気分解により常圧よりも高圧な水素が得られるカソード側給電体と、
を備え、
前記保護シート部材は、前記電解質膜と前記アノード側給電体との間に介装されることを特徴とする電解装置。
【請求項３】
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電解装置であって、
前記給電体には、多数の貫通孔が形成されるとともに、
前記貫通孔の両端には、前記電解質膜に向かって拡径する第１テーパ形状部と、
前記電解質膜から離間する方向に向かって拡径する第２テーパ形状部と、
が設けられることを特徴とする電解装置。
【請求項４】
請求項３記載の電解装置において、前記給電体は、水が供給されるアノード側給電体と、
前記水の電気分解により常圧よりも高圧な水素が得られるカソード側給電体と、
を備え、
前記アノード側給電体に、前記貫通孔が形成されることを特徴とする電解装置。
【請求項５】
請求項４記載の電解装置において、前記アノード側給電体には、前記貫通孔に連通し且つ前記水を流通させる流路が一体に形成されることを特徴とする電解装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−１８９７０９（Ｐ２０１０−１８９７０９Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３５３５１（Ｐ２００９−３５３５１）
【出願日】平成２１年２月１８日（２００９．２．１８）
【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２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１８日（２００９．２．１８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]