高圧水電解装置
【課題】導電通路を構成する部品同士の接触面積を有効に拡大させることができ、接触面の変化に影響されることがなく、安定した導電通路を設けることを可能にする。
【解決手段】高圧水電解装置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。電解質膜・電極構造体３２は、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。カソード側セパレータ３６と皿ばね４６との間からプレート部材４４とカソード側給電体４２との間にわたって、前記カソード側セパレータ３６から前記カソード側給電体４２に電気的に連なる導電通路６０ｅｐを有する導電部材６０が一体に介装される。
【解決手段】高圧水電解装置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。電解質膜・電極構造体３２は、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。カソード側セパレータ３６と皿ばね４６との間からプレート部材４４とカソード側給電体４２との間にわたって、前記カソード側セパレータ３６から前記カソード側給電体４２に電気的に連なる導電通路６０ｅｐを有する導電部材６０が一体に介装される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を電気分解してアノード側に酸素を発生させるとともに、カソード側に前記酸素よりも高圧な水素を発生させる高圧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】
この種の水電解装置では、カソード側に、アノード側に生成される酸素よりも高圧（例えば、数十ＭＰａ）な水素が生成される高圧水電解装置を採用する場合がある。例えば、特許文献１に開示されている高圧水素製造装置は、図１１に示すように、固体高分子膜１と、その両側に相対向して設けられたカソード給電体２ａ及びアノード給電体２ｂと、各給電体２ａ、２ｂに積層されたセパレータ３ａ、３ｂと、各セパレータ３ａ、３ｂに設けられ、前記各給電体２ａ、２ｂが露出する流体通路４ａ、４ｂとを備えている。
【０００５】
固体高分子膜１、各給電体２ａ、２ｂ、各セパレータ３ａ、３ｂは、前記セパレータ３ａ、３ｂに積層された絶縁部材５ａ、５ｂを介してエンドプレート６ａ、６ｂに挟持されている。
【０００６】
カソード側のセパレータ３ａに設けられた流体通路４ａ内には、カソード給電体２ａを固体高分子膜１側に付勢するチタン製皿ばね７が配設されている。皿ばね７と固体高分子膜１との間には、チタン製パンチングプレート８が介装されている。これにより、カソード側が高圧になったときにも、固体高分子膜１とカソード給電体２ａとの接触抵抗が増大することがない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−７０３２２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、上記の高圧水素製造装置では、高圧水素が生成されるカソード側に、それぞれ別部材で構成された皿ばね７、パンチングプレート８及びカソード給電体２ａが積層されている。
【０００９】
その際、セパレータ３ａ、皿ばね７、パンチングプレート８及びカソード給電体２ａの順に、電子が流れており、固体高分子膜１の触媒表面で水素の生成反応が発生している。
【００１０】
このように、皿ばね７は、導電通路を構成しているが、この皿ばね７とセパレータ３ａとの接触面積及び前記皿ばね７とパンチングプレート８との接触面積が相当に小さくなるおそれがある。これにより、セパレータ３ａと皿ばね７との接触面の変化、例えば、酸化による接触抵抗への影響を受け易くなるとともに、前記皿ばね７が通電により劣化し易いという問題がある。
【００１１】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、導電通路を構成する部品同士の接触面積を有効に拡大させることができ、接触面の変化に影響されることがなく、安定した導電通路を設けることが可能な高圧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】
【００１２】
本発明は、固体高分子電解質膜と、前記固体高分子電解質膜の両側に設けられる電解用のアノード側給電体及びカソード側給電体と、前記アノード側給電体に対向して配置され、水が供給されるとともに、前記水を電気分解して酸素が発生されるアノード側セパレータと、前記カソード側給電体に対向して配置され、前記水を電気分解して前記酸素よりも高圧な水素が発生されるカソード側セパレータと、前記カソード側給電体に積層されるプレート部材と、前記プレート部材と前記カソード側セパレータとの間に配置され、積層方向に荷重を付与する弾性部材とを備える高圧水電解装置に関するものである。
【００１３】
この高圧水電解装置は、カソード側セパレータと弾性部材との間からプレート部材とカソード側給電体との間にわたって一体に介装され、前記カソード側セパレータから前記カソード側給電体に電気的に連なる導電通路を有する導電部材を備えている。
【００１４】
また、この高圧水電解装置では、導電部材は、カソード側セパレータと弾性部材との間に介装される第１平坦部と、プレート部材とカソード側給電体との間に介装される第２平坦部と、前記第１平坦部と前記第２平坦部とを連結する連結部とを備えるとともに、前記導電部材は、弾性変形自在であることが好ましい。
【００１５】
さらに、この高圧水電解装置では、導電部材は、第１平坦部がカソード側セパレータに一体化されることが好ましい。
【００１６】
さらにまた、この高圧水電解装置では、導電部材は、金属シートに導電性メッキ処理が施されることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の高圧水電解装置では、カソード側セパレータと固体高分子電解質膜との間から、前記固体高分子電解質膜に設けられた電極触媒層とカソード側給電体との間にわたって一体に介装され、前記カソード側セパレータから前記電極触媒層に電気的に連なる導電通路を有する導電部材を備えている。
【００１８】
さらに、この高圧水電解装置では、導電部材は、多孔質の金属製シート部材で構成されることが好ましい。
【００１９】
さらにまた、この高圧水電解装置では、弾性部材は、ゴム部材で構成されるとともに、プレート部材は、複数の孔部を設けることが好ましい。
【００２０】
また、この高圧水電解装置では、弾性部材は、プレート部材に対して同心円状、螺旋状又は直線状に配設されることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、導電部材を備えるとともに、前記導電部材は、カソード側セパレータからカソード側給電体又は電極触媒層に直接電気的に連なる導電通路を有している。このため、導電通路を構成する部品間において、導電部材の厚さ分だけ接触面積が増加し、接触面の変質等による影響を受け難くすることができる。これにより、接触面の変化に影響されることがなく、弾性部材の劣化を抑制するとともに、安定した導電通路を確実に設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る高圧水電解装置の斜視説明図である。
【図２】前記高圧水電解装置の一部断面側面図である。
【図３】前記高圧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】前記高圧水電解装置を構成する導電部材の斜視説明図である。
【図６】前記導電部材の接触状態の説明図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る高圧水電解装置を構成する単位セルの断面説明図である。
【図８】前記単位セルを構成するプレート部材及びゴム部材の斜視説明図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る高圧水電解装置を構成するプレート部材及びゴム部材の斜視説明図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る高圧水電解装置を構成するプレート部材及びゴム部材の斜視説明図である。
【図１１】特許文献１に開示されている高圧水素製造装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施形態に係る高圧水電解装置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。
【００２４】
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。
【００２５】
高圧水電解装置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、高圧水電解装置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、高圧水電解装置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。
【００２６】
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。
【００２７】
図３及び図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。
【００２８】
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３参照）。
【００２９】
図４に示すように、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。
【００３０】
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。
【００３１】
カソード側給電体４２側には、プレート部材４４と皿ばね（弾性部材）４６とが配設される。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に対向する押圧面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。
【００３２】
カソード側セパレータ３６と皿ばね４６との間からプレート部材４４とカソード側給電体４２との間にわたって、前記カソード側セパレータ３６から前記カソード側給電体４２に電気的に連なる導電通路６０ｅｐを有する導電部材６０（後述する）が一体に介装される。
【００３３】
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、第１の流体である水（純水）を供給するための水供給連通孔５０ａが設けられる。
【００３４】
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水素連通孔５０ｃが設けられる。
【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及びアノード側給電体４０の内部には、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。
【００３６】
カソード側セパレータ３６には、水素連通孔５０ｃに連通する排出通路５６が設けられる。カソード側給電体４２の内部には、排出通路５６に連通する第２流路５８が形成される。
【００３７】
図４及び図５に示すように、導電部材６０は、カソード側セパレータ３６と皿ばね４６との間に介装される４つの矩形状の第１平坦部６０ａと、プレート部材４４とカソード側給電体４２との間に介装される円板状の第２平坦部６０ｂと、前記第１平坦部６０ａと前記第２平坦部６０ｂとを連結する４つの連結部６０ｃとを備える。導電部材６０は、弾性変形可能であり、例えば、第１平坦部６０ａと第２平坦部６０ｂとの間隔が変更自在である。
【００３８】
導電部材６０の第１平坦部６０ａは、カソード側セパレータ３６の内面に、例えば、溶接又は拡散接合により一体化される。導電部材６０は、例えば、チタン、ＳＵＳ又は鉄等の金属シートにより構成されるとともに、例えば、白金等の導電性メッキ処理によりカソード側セパレータ３６の内面に一体化されてもよい。
【００３９】
図５に示すように、導電部材６０は、抵抗率Ｒ（μΩ・ｃｍ）の場合に、帯状の導電通路（第１平坦部６０ａから連結部６０ｃ）６０ｅｐの抵抗率は、前記導電通路６０ｅｐの長さＬ、幅Ｗ及び厚さｔから、Ｒ×Ｌ／４×Ｗ×ｔ（μΩ）となる。さらに、電流Ａより、ＲＬ・Ａ／４Ｗｔ（μＶ）となり、この値が全体の電力効率の１％以下になるように設定される。
【００４０】
図３に示すように、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６１ａ、６１ｂが一体化される。このシール部材６１ａ、６１ｂ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。
【００４１】
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。
【００４２】
面３４ａ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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
水素連通孔５０ｃの外方を周回する第５シール溝６４ｄと前記水素連通孔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。
【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、排出連通孔５０ｂ及び水素連通孔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。
【００４８】
このように構成される高圧水電解装置１０の動作について、以下に説明する。 図１に示すように、配管７６ａから高圧水電解装置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。
【００４９】
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。
【００５０】
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、水素連通孔５０ｃを流れて高圧水電解装置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に沿って高圧水電解装置１０の外部に排出される。
【００５１】
この場合、第１の実施形態では、導電部材６０を備えるとともに、前記導電部材６０は、カソード側セパレータ３６からカソード側給電体４２に電気的に連なる導電通路６０ｅｐを有している。このため、カソード側セパレータ３６と皿ばね４６とが、直接接触して互いに略線接触する構成に比べ、導電部材６０の厚さｔに対応して接触面積が増加する（図６参照）。具体的には、面圧が付与される面の接触面積は２πｔＤに拡大される。
【００５２】
従って、十分な接触面積を確保することができ、導電通路６０ｅｐを構成する接触面の変質等による影響を受け難くすることが可能になる。これにより、接触面の変化に影響されることがなく、皿ばね４６の劣化を抑制するとともに、安定した導電通路６０ｅｐを確実に設けることができるという効果が得られる。
【００５３】
なお、第１の実施形態では、カソード側給電体４２の内部に第２流路５８が形成されているが、これに限定されるものではない。例えば、プレート部材４４において、導電部材６０の第２平坦部６０ｂに接触する面に、直線溝やエンボス形状の第２流路５８を形成するとともに、前記導電部材６０の前記第２平坦部６０ｂを多孔質に構成することができる。
【００５４】
図７は、本発明の第２の実施形態に係る高圧水電解装置８０を構成する単位セル８２の断面説明図である。なお、第１の実施形態に係る高圧水電解装置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以降の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。
【００５５】
単位セル８２は、固体高分子電解質膜３８のカソード電極触媒層４２ａとカソード側給電体４２との間に介装される導電部材８４を備える。導電部材８４は、円形状の金属製薄膜シートで構成されており、外周縁部が固体高分子電解質膜３８とカソード側セパレータ３６との間に挟持される。導電部材８４は、水素ガス及び水を透過可能な微細な孔部を有する多孔質に構成されるとともに、導電通路８４ｅｐを形成する。
【００５６】
カソード側給電体４２側には、プレート部材８６と複数のゴム部材（弾性部材）８８ａ、８８ｂ及び８８ｃとが配設される。図７及び図８に示すように、プレート部材８６は、円板状を有するとともに、前記プレート部材８６の中心から同心円状にリング状の溝部９０ａ、９０ｂ及び９０ｃが形成される。溝部９０ａ〜９０ｃの底部には、厚さ方向に貫通する複数の水素導入用孔部９２が形成される。各溝部９０ａ〜９０ｃには、ゴム部材８８ａ〜８８ｃが配設されるとともに、前記ゴム部材８８ａ〜８８ｃは、プレート部材８６の面から突出してカソード側セパレータ３６の内面に当接する。
【００５７】
このように構成される高圧水電解装置８０では、接触面の変化に影響されることがなく、安定した導電通路８４ｅｐを確実に設けることができるという効果が得られる。
【００５８】
しかも、プレート部材８６の中心から同心円状にゴム部材８８ａ〜８８ｃが配設されるため、カソード電極触媒層４２ａとカソード側給電体４２との接触面圧を良好に確保することができる。その上、プレート部材８６とゴム部材８８ａ〜８８ｃとが使用されるため、厚さ方向の寸法Ｃは、例えば、皿ばねを使用する構成に比べて相当に短尺化されるという利点がある。
【００５９】
図９は、本発明の第３の実施形態に係る高圧水電解装置を構成するプレート部材１００及びゴム部材（弾性部材）１０２の斜視説明図である。
【００６０】
プレート部材１００は、円板状を有するとともに、前記プレート部材１００の中心から外方に向かって螺旋状に周回する溝部１０４が形成される。溝部１０４には、ゴム部材１０２が螺旋状に配置される。
【００６１】
図１０は、本発明の第４の実施形態に係る高圧水電解装置を構成するプレート部材１１０及び複数のゴム部材（弾性部材）１１２の斜視説明図である。
【００６２】
プレート部材１１０は、円板状を有するとともに、前記プレート部材１１０には、互いに並行する複数本の直線状溝部１１４が形成される。各溝部１１４には、直線状のゴム部材１１２が配置される。
【００６３】
このように構成される第３及び第４の実施形態では、上記の第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００６４】
１０、８０…高圧水電解装置 １２、８２…単位セル
１４…積層体 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…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、８６、１００、１１０…プレート部材
４６…皿ばね ５０ａ…水供給連通孔
５０ｂ…排出連通孔 ５０ｃ…水素連通孔
５４、５８…流路 ６０、８４…導電部材
６０ａ、６０ｂ…平坦部 ６０ｃ…連結部
６０ｅｐ、８４ｅｐ…導電通路
８８ａ〜８８ｃ、１０２、１１２…ゴム部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を電気分解してアノード側に酸素を発生させるとともに、カソード側に前記酸素よりも高圧な水素を発生させる高圧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】
この種の水電解装置では、カソード側に、アノード側に生成される酸素よりも高圧（例えば、数十ＭＰａ）な水素が生成される高圧水電解装置を採用する場合がある。例えば、特許文献１に開示されている高圧水素製造装置は、図１１に示すように、固体高分子膜１と、その両側に相対向して設けられたカソード給電体２ａ及びアノード給電体２ｂと、各給電体２ａ、２ｂに積層されたセパレータ３ａ、３ｂと、各セパレータ３ａ、３ｂに設けられ、前記各給電体２ａ、２ｂが露出する流体通路４ａ、４ｂとを備えている。
【０００５】
固体高分子膜１、各給電体２ａ、２ｂ、各セパレータ３ａ、３ｂは、前記セパレータ３ａ、３ｂに積層された絶縁部材５ａ、５ｂを介してエンドプレート６ａ、６ｂに挟持されている。
【０００６】
カソード側のセパレータ３ａに設けられた流体通路４ａ内には、カソード給電体２ａを固体高分子膜１側に付勢するチタン製皿ばね７が配設されている。皿ばね７と固体高分子膜１との間には、チタン製パンチングプレート８が介装されている。これにより、カソード側が高圧になったときにも、固体高分子膜１とカソード給電体２ａとの接触抵抗が増大することがない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−７０３２２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、上記の高圧水素製造装置では、高圧水素が生成されるカソード側に、それぞれ別部材で構成された皿ばね７、パンチングプレート８及びカソード給電体２ａが積層されている。
【０００９】
その際、セパレータ３ａ、皿ばね７、パンチングプレート８及びカソード給電体２ａの順に、電子が流れており、固体高分子膜１の触媒表面で水素の生成反応が発生している。
【００１０】
このように、皿ばね７は、導電通路を構成しているが、この皿ばね７とセパレータ３ａとの接触面積及び前記皿ばね７とパンチングプレート８との接触面積が相当に小さくなるおそれがある。これにより、セパレータ３ａと皿ばね７との接触面の変化、例えば、酸化による接触抵抗への影響を受け易くなるとともに、前記皿ばね７が通電により劣化し易いという問題がある。
【００１１】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、導電通路を構成する部品同士の接触面積を有効に拡大させることができ、接触面の変化に影響されることがなく、安定した導電通路を設けることが可能な高圧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】
【００１２】
本発明は、固体高分子電解質膜と、前記固体高分子電解質膜の両側に設けられる電解用のアノード側給電体及びカソード側給電体と、前記アノード側給電体に対向して配置され、水が供給されるとともに、前記水を電気分解して酸素が発生されるアノード側セパレータと、前記カソード側給電体に対向して配置され、前記水を電気分解して前記酸素よりも高圧な水素が発生されるカソード側セパレータと、前記カソード側給電体に積層されるプレート部材と、前記プレート部材と前記カソード側セパレータとの間に配置され、積層方向に荷重を付与する弾性部材とを備える高圧水電解装置に関するものである。
【００１３】
この高圧水電解装置は、カソード側セパレータと弾性部材との間からプレート部材とカソード側給電体との間にわたって一体に介装され、前記カソード側セパレータから前記カソード側給電体に電気的に連なる導電通路を有する導電部材を備えている。
【００１４】
また、この高圧水電解装置では、導電部材は、カソード側セパレータと弾性部材との間に介装される第１平坦部と、プレート部材とカソード側給電体との間に介装される第２平坦部と、前記第１平坦部と前記第２平坦部とを連結する連結部とを備えるとともに、前記導電部材は、弾性変形自在であることが好ましい。
【００１５】
さらに、この高圧水電解装置では、導電部材は、第１平坦部がカソード側セパレータに一体化されることが好ましい。
【００１６】
さらにまた、この高圧水電解装置では、導電部材は、金属シートに導電性メッキ処理が施されることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の高圧水電解装置では、カソード側セパレータと固体高分子電解質膜との間から、前記固体高分子電解質膜に設けられた電極触媒層とカソード側給電体との間にわたって一体に介装され、前記カソード側セパレータから前記電極触媒層に電気的に連なる導電通路を有する導電部材を備えている。
【００１８】
さらに、この高圧水電解装置では、導電部材は、多孔質の金属製シート部材で構成されることが好ましい。
【００１９】
さらにまた、この高圧水電解装置では、弾性部材は、ゴム部材で構成されるとともに、プレート部材は、複数の孔部を設けることが好ましい。
【００２０】
また、この高圧水電解装置では、弾性部材は、プレート部材に対して同心円状、螺旋状又は直線状に配設されることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、導電部材を備えるとともに、前記導電部材は、カソード側セパレータからカソード側給電体又は電極触媒層に直接電気的に連なる導電通路を有している。このため、導電通路を構成する部品間において、導電部材の厚さ分だけ接触面積が増加し、接触面の変質等による影響を受け難くすることができる。これにより、接触面の変化に影響されることがなく、弾性部材の劣化を抑制するとともに、安定した導電通路を確実に設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る高圧水電解装置の斜視説明図である。
【図２】前記高圧水電解装置の一部断面側面図である。
【図３】前記高圧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】前記高圧水電解装置を構成する導電部材の斜視説明図である。
【図６】前記導電部材の接触状態の説明図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る高圧水電解装置を構成する単位セルの断面説明図である。
【図８】前記単位セルを構成するプレート部材及びゴム部材の斜視説明図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る高圧水電解装置を構成するプレート部材及びゴム部材の斜視説明図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る高圧水電解装置を構成するプレート部材及びゴム部材の斜視説明図である。
【図１１】特許文献１に開示されている高圧水素製造装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施形態に係る高圧水電解装置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。
【００２４】
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。
【００２５】
高圧水電解装置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、高圧水電解装置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、高圧水電解装置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。
【００２６】
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。
【００２７】
図３及び図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。
【００２８】
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３参照）。
【００２９】
図４に示すように、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。
【００３０】
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。
【００３１】
カソード側給電体４２側には、プレート部材４４と皿ばね（弾性部材）４６とが配設される。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に対向する押圧面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。
【００３２】
カソード側セパレータ３６と皿ばね４６との間からプレート部材４４とカソード側給電体４２との間にわたって、前記カソード側セパレータ３６から前記カソード側給電体４２に電気的に連なる導電通路６０ｅｐを有する導電部材６０（後述する）が一体に介装される。
【００３３】
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、第１の流体である水（純水）を供給するための水供給連通孔５０ａが設けられる。
【００３４】
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水素連通孔５０ｃが設けられる。
【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及びアノード側給電体４０の内部には、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。
【００３６】
カソード側セパレータ３６には、水素連通孔５０ｃに連通する排出通路５６が設けられる。カソード側給電体４２の内部には、排出通路５６に連通する第２流路５８が形成される。
【００３７】
図４及び図５に示すように、導電部材６０は、カソード側セパレータ３６と皿ばね４６との間に介装される４つの矩形状の第１平坦部６０ａと、プレート部材４４とカソード側給電体４２との間に介装される円板状の第２平坦部６０ｂと、前記第１平坦部６０ａと前記第２平坦部６０ｂとを連結する４つの連結部６０ｃとを備える。導電部材６０は、弾性変形可能であり、例えば、第１平坦部６０ａと第２平坦部６０ｂとの間隔が変更自在である。
【００３８】
導電部材６０の第１平坦部６０ａは、カソード側セパレータ３６の内面に、例えば、溶接又は拡散接合により一体化される。導電部材６０は、例えば、チタン、ＳＵＳ又は鉄等の金属シートにより構成されるとともに、例えば、白金等の導電性メッキ処理によりカソード側セパレータ３６の内面に一体化されてもよい。
【００３９】
図５に示すように、導電部材６０は、抵抗率Ｒ（μΩ・ｃｍ）の場合に、帯状の導電通路（第１平坦部６０ａから連結部６０ｃ）６０ｅｐの抵抗率は、前記導電通路６０ｅｐの長さＬ、幅Ｗ及び厚さｔから、Ｒ×Ｌ／４×Ｗ×ｔ（μΩ）となる。さらに、電流Ａより、ＲＬ・Ａ／４Ｗｔ（μＶ）となり、この値が全体の電力効率の１％以下になるように設定される。
【００４０】
図３に示すように、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６１ａ、６１ｂが一体化される。このシール部材６１ａ、６１ｂ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。
【００４１】
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。
【００４２】
面３４ａ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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
水素連通孔５０ｃの外方を周回する第５シール溝６４ｄと前記水素連通孔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。
【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、排出連通孔５０ｂ及び水素連通孔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。
【００４８】
このように構成される高圧水電解装置１０の動作について、以下に説明する。 図１に示すように、配管７６ａから高圧水電解装置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。
【００４９】
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。
【００５０】
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、水素連通孔５０ｃを流れて高圧水電解装置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に沿って高圧水電解装置１０の外部に排出される。
【００５１】
この場合、第１の実施形態では、導電部材６０を備えるとともに、前記導電部材６０は、カソード側セパレータ３６からカソード側給電体４２に電気的に連なる導電通路６０ｅｐを有している。このため、カソード側セパレータ３６と皿ばね４６とが、直接接触して互いに略線接触する構成に比べ、導電部材６０の厚さｔに対応して接触面積が増加する（図６参照）。具体的には、面圧が付与される面の接触面積は２πｔＤに拡大される。
【００５２】
従って、十分な接触面積を確保することができ、導電通路６０ｅｐを構成する接触面の変質等による影響を受け難くすることが可能になる。これにより、接触面の変化に影響されることがなく、皿ばね４６の劣化を抑制するとともに、安定した導電通路６０ｅｐを確実に設けることができるという効果が得られる。
【００５３】
なお、第１の実施形態では、カソード側給電体４２の内部に第２流路５８が形成されているが、これに限定されるものではない。例えば、プレート部材４４において、導電部材６０の第２平坦部６０ｂに接触する面に、直線溝やエンボス形状の第２流路５８を形成するとともに、前記導電部材６０の前記第２平坦部６０ｂを多孔質に構成することができる。
【００５４】
図７は、本発明の第２の実施形態に係る高圧水電解装置８０を構成する単位セル８２の断面説明図である。なお、第１の実施形態に係る高圧水電解装置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以降の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。
【００５５】
単位セル８２は、固体高分子電解質膜３８のカソード電極触媒層４２ａとカソード側給電体４２との間に介装される導電部材８４を備える。導電部材８４は、円形状の金属製薄膜シートで構成されており、外周縁部が固体高分子電解質膜３８とカソード側セパレータ３６との間に挟持される。導電部材８４は、水素ガス及び水を透過可能な微細な孔部を有する多孔質に構成されるとともに、導電通路８４ｅｐを形成する。
【００５６】
カソード側給電体４２側には、プレート部材８６と複数のゴム部材（弾性部材）８８ａ、８８ｂ及び８８ｃとが配設される。図７及び図８に示すように、プレート部材８６は、円板状を有するとともに、前記プレート部材８６の中心から同心円状にリング状の溝部９０ａ、９０ｂ及び９０ｃが形成される。溝部９０ａ〜９０ｃの底部には、厚さ方向に貫通する複数の水素導入用孔部９２が形成される。各溝部９０ａ〜９０ｃには、ゴム部材８８ａ〜８８ｃが配設されるとともに、前記ゴム部材８８ａ〜８８ｃは、プレート部材８６の面から突出してカソード側セパレータ３６の内面に当接する。
【００５７】
このように構成される高圧水電解装置８０では、接触面の変化に影響されることがなく、安定した導電通路８４ｅｐを確実に設けることができるという効果が得られる。
【００５８】
しかも、プレート部材８６の中心から同心円状にゴム部材８８ａ〜８８ｃが配設されるため、カソード電極触媒層４２ａとカソード側給電体４２との接触面圧を良好に確保することができる。その上、プレート部材８６とゴム部材８８ａ〜８８ｃとが使用されるため、厚さ方向の寸法Ｃは、例えば、皿ばねを使用する構成に比べて相当に短尺化されるという利点がある。
【００５９】
図９は、本発明の第３の実施形態に係る高圧水電解装置を構成するプレート部材１００及びゴム部材（弾性部材）１０２の斜視説明図である。
【００６０】
プレート部材１００は、円板状を有するとともに、前記プレート部材１００の中心から外方に向かって螺旋状に周回する溝部１０４が形成される。溝部１０４には、ゴム部材１０２が螺旋状に配置される。
【００６１】
図１０は、本発明の第４の実施形態に係る高圧水電解装置を構成するプレート部材１１０及び複数のゴム部材（弾性部材）１１２の斜視説明図である。
【００６２】
プレート部材１１０は、円板状を有するとともに、前記プレート部材１１０には、互いに並行する複数本の直線状溝部１１４が形成される。各溝部１１４には、直線状のゴム部材１１２が配置される。
【００６３】
このように構成される第３及び第４の実施形態では、上記の第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００６４】
１０、８０…高圧水電解装置 １２、８２…単位セル
１４…積層体 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…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、８６、１００、１１０…プレート部材
４６…皿ばね ５０ａ…水供給連通孔
５０ｂ…排出連通孔 ５０ｃ…水素連通孔
５４、５８…流路 ６０、８４…導電部材
６０ａ、６０ｂ…平坦部 ６０ｃ…連結部
６０ｅｐ、８４ｅｐ…導電通路
８８ａ〜８８ｃ、１０２、１１２…ゴム部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜と、
前記固体高分子電解質膜の両側に設けられる電解用のアノード側給電体及びカソード側給電体と、
前記アノード側給電体に対向して配置され、水が供給されるとともに、前記水を電気分解して酸素が発生されるアノード側セパレータと、
前記カソード側給電体に対向して配置され、前記水を電気分解して前記酸素よりも高圧な水素が発生されるカソード側セパレータと、
前記カソード側給電体に積層されるプレート部材と、
前記プレート部材と前記カソード側セパレータとの間に配置され、積層方向に荷重を付与する弾性部材と、
を備える高圧水電解装置であって、
前記カソード側セパレータと前記弾性部材との間から前記プレート部材と前記カソード側給電体との間にわたって一体に介装され、前記カソード側セパレータから前記カソード側給電体に電気的に連なる導電通路を有する導電部材を備えることを特徴とする高圧水電解装置。
【請求項２】
請求項１記載の高圧水電解装置において、前記導電部材は、前記カソード側セパレータと前記弾性部材との間に介装される第１平坦部と、
前記プレート部材と前記カソード側給電体との間に介装される第２平坦部と、
前記第１平坦部と前記第２平坦部とを連結する連結部と、
を備えるとともに、
前記導電部材は、弾性変形自在であることを特徴とする高圧水電解装置。
【請求項３】
請求項２記載の高圧水電解装置において、前記導電部材は、前記第１平坦部が前記カソード側セパレータに一体化されることを特徴とする高圧水電解装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の高圧水電解装置において、前記導電部材は、金属シートに導電性メッキ処理が施されることを特徴とする高圧水電解装置。
【請求項５】
固体高分子電解質膜と、
前記固体高分子電解質膜の両側に設けられる電解用のアノード側給電体及びカソード側給電体と、
前記アノード側給電体に対向して配置され、水が供給されるとともに、前記水を電気分解して酸素が発生されるアノード側セパレータと、
前記カソード側給電体に対向して配置され、前記水を電気分解して前記酸素よりも高圧な水素が発生されるカソード側セパレータと、
前記カソード側給電体に積層されるプレート部材と、
前記プレート部材と前記カソード側セパレータとの間に配置され、積層方向に荷重を付与する弾性部材と、
を備える高圧水電解装置であって、
前記カソード側セパレータと前記固体高分子電解質膜との間から、該固体高分子電解質膜に設けられた電極触媒層と前記カソード側給電体との間にわたって一体に介装され、前記カソード側セパレータから前記電極触媒層に電気的に連なる導電通路を有する導電部材を備えることを特徴とする高圧水電解装置。
【請求項６】
請求項５記載の高圧水電解装置において、前記導電部材は、多孔質の金属製シート部材で構成されることを特徴とする高圧水電解装置。
【請求項７】
請求項５又は６記載の高圧水電解装置において、前記弾性部材は、ゴム部材で構成されるとともに、
前記プレート部材は、複数の孔部を設けることを特徴とする高圧水電解装置。
【請求項８】
請求項７記載の高圧水電解装置において、前記弾性部材は、前記プレート部材に対して同心円状、螺旋状又は直線状に配設されることを特徴とする高圧水電解装置。
【請求項１】
固体高分子電解質膜と、
前記固体高分子電解質膜の両側に設けられる電解用のアノード側給電体及びカソード側給電体と、
前記アノード側給電体に対向して配置され、水が供給されるとともに、前記水を電気分解して酸素が発生されるアノード側セパレータと、
前記カソード側給電体に対向して配置され、前記水を電気分解して前記酸素よりも高圧な水素が発生されるカソード側セパレータと、
前記カソード側給電体に積層されるプレート部材と、
前記プレート部材と前記カソード側セパレータとの間に配置され、積層方向に荷重を付与する弾性部材と、
を備える高圧水電解装置であって、
前記カソード側セパレータと前記弾性部材との間から前記プレート部材と前記カソード側給電体との間にわたって一体に介装され、前記カソード側セパレータから前記カソード側給電体に電気的に連なる導電通路を有する導電部材を備えることを特徴とする高圧水電解装置。
【請求項２】
請求項１記載の高圧水電解装置において、前記導電部材は、前記カソード側セパレータと前記弾性部材との間に介装される第１平坦部と、
前記プレート部材と前記カソード側給電体との間に介装される第２平坦部と、
前記第１平坦部と前記第２平坦部とを連結する連結部と、
を備えるとともに、
前記導電部材は、弾性変形自在であることを特徴とする高圧水電解装置。
【請求項３】
請求項２記載の高圧水電解装置において、前記導電部材は、前記第１平坦部が前記カソード側セパレータに一体化されることを特徴とする高圧水電解装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の高圧水電解装置において、前記導電部材は、金属シートに導電性メッキ処理が施されることを特徴とする高圧水電解装置。
【請求項５】
固体高分子電解質膜と、
前記固体高分子電解質膜の両側に設けられる電解用のアノード側給電体及びカソード側給電体と、
前記アノード側給電体に対向して配置され、水が供給されるとともに、前記水を電気分解して酸素が発生されるアノード側セパレータと、
前記カソード側給電体に対向して配置され、前記水を電気分解して前記酸素よりも高圧な水素が発生されるカソード側セパレータと、
前記カソード側給電体に積層されるプレート部材と、
前記プレート部材と前記カソード側セパレータとの間に配置され、積層方向に荷重を付与する弾性部材と、
を備える高圧水電解装置であって、
前記カソード側セパレータと前記固体高分子電解質膜との間から、該固体高分子電解質膜に設けられた電極触媒層と前記カソード側給電体との間にわたって一体に介装され、前記カソード側セパレータから前記電極触媒層に電気的に連なる導電通路を有する導電部材を備えることを特徴とする高圧水電解装置。
【請求項６】
請求項５記載の高圧水電解装置において、前記導電部材は、多孔質の金属製シート部材で構成されることを特徴とする高圧水電解装置。
【請求項７】
請求項５又は６記載の高圧水電解装置において、前記弾性部材は、ゴム部材で構成されるとともに、
前記プレート部材は、複数の孔部を設けることを特徴とする高圧水電解装置。
【請求項８】
請求項７記載の高圧水電解装置において、前記弾性部材は、前記プレート部材に対して同心円状、螺旋状又は直線状に配設されることを特徴とする高圧水電解装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−８７４０３（Ｐ２０１２−８７４０３Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６９３３５（Ｐ２０１１−１６９３３５）
【出願日】平成２３年８月２日（２０１１．８．２）
【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１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２日（２０１１．８．２）
【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 ]