(57)【要約】【課題】簡単且つ経済的な構成で、固体高分子電解質膜の損傷を可及的に抑制するとともに、電力効率の向上を図ることを可能にする。【解決手段】差圧式水電解装置１０を構成する単位セル１２は、電解質膜・電極構造体３２を備え、前記電解質膜・電極構造体３２は、固体高分子電解質膜３８の両面にアノード給電体４０及びカソード給電体４２を設ける。固体高分子電解質膜３８は、カソード給電体４２側に配設される第１電解質層３８ａと、アノード給電体４０側に配設される第２電解質層３８ｂとを有し、前記第１電解質層３８ａは、炭化水素系の膜により構成される一方、前記第２電解質層３８ｂは、フッ素系の膜により構成される。【選択図】図３
2014040636.tif 000002
【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給電体及びカソード給電体と、
前記アノード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、
前記カソード給電体を前記固体高分子電解質膜に向かって押圧する押圧部材と、
を備える差圧式水電解装置であって、
前記固体高分子電解質膜は、前記カソード給電体側に配設される第１電解質層と、
前記アノード給電体側に配設される第２電解質層と、
を有し、
前記第１電解質層は、前記第２電解質層よりも電流効率が高い一方、前記第２電解質層は、前記第１電解質層よりも延び性が高く設定されることを特徴とする差圧式水電解装置。
【請求項２】
請求項１記載の差圧式水電解装置において、前記第１電解質層は、炭化水素系の膜により構成されることを特徴とする差圧式水電解装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の差圧式水電解装置において、前記第２電解質層は、フッ素系の膜により構成されることを特徴とする差圧式水電解装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の差圧式水電解装置において、前記第２電解質層は、前記第１電解質層とは反対側の接触部材の開口径に基づいて設定される厚さを有することを特徴とする差圧式水電解装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の差圧式水電解装置において、電解領域をシール部材により囲繞するシール部が設けられるとともに、
前記シール部は、前記固体高分子電解質膜の単一の層のみを層厚さ方向に挟持することを特徴とする差圧式水電解装置。
【請求項６】
請求項５記載の差圧式水電解装置において、前記シール部は、前記固体高分子電解質膜の前記第２電解質層のみを前記層厚さ方向に挟持することを特徴とする差圧式水電解装置。
【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差圧式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】
この種の固体高分子電解質膜としては、例えば、カチオン交換膜（フッ素樹脂系スルフォン酸カチオン交換膜）が使用されている（特許文献１）。カチオン交換膜の両面には、貴金属、特に、白金族金属からなる多孔質の陽極及び陰極を、化学的に無電解メッキで接合することにより、固体高分子電解質膜が構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１３４６７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記のフッ素樹脂系の固体高分子電解質膜では、良好な延び性を有している。このため、特にカソード側に高圧水素（生成される酸素よりも高圧な水素）が生成される差圧式水電解装置では、固体高分子電解質膜がアノード給電体の開口形状に沿って変形が可能である。従って、固体高分子電解質膜の破損が低減されるという利点がある。
【０００７】
しかしながら、フッ素樹脂系の固体高分子電解質膜では、水素ガスの透過性が高く、電流効率が低下するという問題がある。その際、電流効率を向上させるために膜厚を大きく設定すると、電圧効率が低下してしまう。これにより、電力効率の向上が容易に図られないという問題がある。
【０００８】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的な構成で、固体高分子電解質膜の損傷を可及的に抑制するとともに、電力効率の向上を容易に図ることが可能な差圧式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】
【０００９】
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給電体及びカソード給電体と、前記アノード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、前記カソード給電体を前記固体高分子電解質膜に向かって押圧する押圧部材と、を備える差圧式水電解装置に関するものである。
【００１０】
そして、固体高分子電解質膜は、カソード給電体側に配設される第１電解質層と、アノード給電体側に配設される第２電解質層とを有し、前記第１電解質層は、前記第２電解質層よりも電流効率が高い一方、前記第２電解質層は、前記第１電解質層よりも延び性が高く設定されている。
【００１１】
また、この差圧式水電解装置では、第１電解質層は、炭化水素系の膜により構成されることが好ましい。
【００１２】
さらに、この差圧式水電解装置では、第２電解質層は、フッ素系の膜により構成されることが好ましい。
【００１３】
さらにまた、この差圧式水電解装置では、第２電解質層は、第１電解質層とは反対側の接触部材の開口径に基づいて設定される厚さを有することが好ましい。
【００１４】
また、この差圧式水電解装置では、電解領域をシール部材により囲繞するシール部が設けられるとともに、前記シール部は、固体高分子電解質膜の単一の層のみを層厚さ方向に挟持することが好ましい。
【００１５】
さらに、この差圧式水電解装置では、シール部は、固体高分子電解質膜の第２電解質層のみを層厚さ方向に挟持することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、固体高分子電解質膜は、少なくとも第１電解質層及び第２電解質層を有する多層構造を採用している。ここで、アノード給電体側に配設される第２電解質層は、第１電解質層よりも延び性が高く設定されている。このため、高圧なカソード給電体側から低圧なアノード給電体側に固体高分子電解質膜が押圧される際、前記アノード給電体側の第２電解質層が良好に伸縮する。従って、高圧で押圧された場合であっても、延び性の低い第１電解質層を構成する固体高分子電解質膜の損傷を、第２電解質層を構成する固体高分子電解質膜によって可及的に抑制することができる。
【００１７】
一方、カソード給電体側に配設される第１電解質層は、第２電解質層よりも電流効率が高く設定されている。これにより、第２電解質層単体で用いる場合よりも、電力効率の向上が容易に図られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る差圧式水電解装置の斜視説明図である。
【図２】前記差圧式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３】前記単位セルの、図２中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】前記単位セルを構成する固体高分子電解質膜の要部拡大説明図である。
【図５】フッ素系の膜において、膜厚と効率との説明図である。
【図６】炭化水素系の膜において、膜厚と効率との説明図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る差圧式水電解装置を構成する単位セルの断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る差圧式水電解装置を構成する単位セルの断面図である。
【図９】本発明の第４の実施形態に係る差圧式水電解装置を構成する単位セルの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る差圧式水電解装置（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。
【００２０】
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。
【００２１】
差圧式水電解装置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、差圧式水電解装置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、差圧式水電解装置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。
【００２２】
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。
【００２３】
図２及び図３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、前記電解質膜・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。
【００２４】
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円形状を有する電解用のアノード給電体４０及びカソード給電体４２とを備える。
【００２５】
固体高分子電解質膜３８は、２層以上、例えば、カソード給電体４２側に配設される第１電解質層３８ａと、アノード給電体４０側に配設される第２電解質層３８ｂとの２層を有する。第１電解質層３８ａは、第２電解質層３８ｂよりも電流効率が高い一方、前記第２電解質層３８ｂは、前記第１電解質層３８ａよりも延び性が高く設定される。
【００２６】
具体的には、第１電解質層３８ａは、例えば、炭化水素（ＨＣ）系の膜により構成される一方、第２電解質層３８ｂは、例えば、フッ素系の膜により構成される。なお、第１電解質層３８ａは、炭化水素系の膜でなくてもよく、第２電解質層３８ｂは、フッ素系の膜でなくてもよい。他の膜種を用いる場合であっても、第２電解質層３８ｂに用いる膜を、第１電解質層３８ａよりも延び性のよいものを適用すればよい。
【００２７】
第１電解質層３８ａの外形寸法は、アノード給電体４０及びカソード給電体４２の外径寸法と同一に、すなわち、電解領域に対応する寸法に設定されるとともに、第２電解質層３８ｂの外形寸法は、前記アノード給電体４０及び前記カソード給電体４２の外径寸法よりも大径に設定される（図３参照）。第２電解質層３８ｂは、第１電解質層３８ａとは反対側の接触部材であるアノード給電体４０の開口径に基づいて設定される厚さを有する。すなわち、第２電解質層３８ｂの厚さは、アノード給電体４０の開口形状に倣って容易に変形可能な寸法に設定される。
【００２８】
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）系触媒を使用し、第２電解質層３８ｂに設けられる一方、カソード電極触媒層４２ａは、例えば、白金触媒を使用し、第１電解質層３８ａに設けられる。
【００２９】
アノード給電体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。
【００３０】
カソード給電体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。
【００３１】
プレート部材４４は、円板状を有するとともに、カソード給電体４２が溶射される溶射面４４ａとは反対側の荷重付与面４４ｂに、押圧部材、例えば、複数枚の皿ばね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を介してカソード給電体４２に荷重を付与する。
【００３２】
図２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。
【００３３】
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。
【００３４】
図２及び図３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５４が設けられる。この第１流路５４は、アノード給電体４０の接触面積範囲に対応する範囲内に設けられる。
【００３５】
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。プレート部材４４の溶射面４４ａ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。なお、溶射面４４ａには、第２流路５８を設けずに、カソード給電体４２内部の多孔質空間に前記第２流路５８を構成してもよい。
【００３６】
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（電解領域）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等の弾性を有するシール部材が用いられる。
【００３７】
図２及び図３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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
少なくとも第１シール部材６６ａ及び第１シール溝６８ａにより、電解領域を囲繞するシール部６９が構成されるとともに、前記シール部６９は、固体高分子電解質膜３８の単一の層のみ、第１の実施形態では、第２電解質層３８ｂのみを層厚さ方向（矢印Ａ方向）に挟持する。具体的には、第２電解質層３８ｂは、第１シール部材６６ａとアノード側セパレータ３４との間で挟持される。
【００４１】
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。
【００４２】
アノード給電体４０の外方を周回する第２シール溝６４ａと、カソード給電体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。
【００４３】
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。
【００４４】
図１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。
【００４５】
このように構成される差圧式水電解装置１０の動作について、以下に説明する。
【００４６】
図１に示すように、配管７６ａから差圧式水電解装置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２及び図３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、この水がアノード給電体４０内に沿って移動する。
【００４７】
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。
【００４８】
このため、カソード給電体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を流れて差圧式水電解装置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に沿って差圧式水電解装置１０の外部に排出される。
【００４９】
この場合、第１の実施形態では、図３に示すように、固体高分子電解質膜３８は、少なくとも第１電解質層３８ａ及び第２電解質層３８ｂを有する多層構造を採用している。ここで、アノード給電体４０側に配設される第２電解質層３８ｂは、例えば、フッ素系の膜により構成されている。フッ素系の膜は、良好な延び性を有しており、図４に示すように、固体高分子電解質膜３８に差圧が付与されると、第２電解質層３８ｂは、アノード給電体４０の多孔質表面の形状に追従して変形する。従って、固体高分子電解質膜３８は、相当に大きな差圧が付与されても、損傷することを可及的に抑制することができる。
【００５０】
ところが、フッ素系の膜は、ガス透過性が高く、電流効率が低いという性質を有している。このフッ素系の膜の膜厚と効率とは、図５に示す関係を有している。このため、電流効率を上げるために膜厚を厚く設定すると、電圧効率が低下し、電力効率の低下が惹起される。
【００５１】
一方、カソード給電体４２側に配設される第１電解質層３８ａは、例えば、炭化水素系の膜により構成されている。炭化水素系の膜は、フッ素系の膜に対して延び性が劣るものの、ガス透過性が低く、電流効率が高くなっている。図６に示すように、炭化水素系の膜は、比較的高い電流効率を維持しており、膜厚を選択することにより、最大の電力効率が得られる。
【００５２】
これにより、第１の実施形態では、簡単且つ経済的な構成で、固体高分子電解質膜３８の損傷を可及的に抑制するとともに、電力効率の向上を容易に図ることが可能になるという効果が得られる。
【００５３】
さらに、第１の実施形態では、第２電解質層３８ｂは、アノード給電体４０の開口径に基づいて設定される厚さを有している。このため、図４に示すように、固体高分子電解質膜３８が、アノード給電体４０の開口部に押し込まれた際にも、第２電解質層３８ｂが前記アノード給電体４０の多孔質表面に確実に接触することが可能になる。
【００５４】
さらにまた、図３に示すように、シール部６９は、固体高分子電解質膜３８の単一の層のみ、第１の実施形態では、第２電解質層３８ｂのみを層厚さ方向（矢印Ａ方向）に挟持している。具体的には、第２電解質層３８ｂは、第１シール部材６６ａとアノード側セパレータ３４との間で挟持されている。
【００５５】
ここで、第２電解質層３８ｂは、延び性に優れるフッ素系の膜により構成されており、荷重変動時の良好な追従性が得られる。しかも、セパレータ表面の平面度が粗い場合にも、固体高分子電解質膜３８が破損することを阻止することができるという利点がある。
【００５６】
図７は、本発明の第２の実施形態に係る差圧式水電解装置８０を構成する単位セル８２の断面図である。なお、第１の実施形態に係る差圧式水電解装置１０と同一の構成要素は、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。
【００５７】
単位セル８２では、固体高分子電解質膜３８とアノード給電体４０との間に、多数の貫通孔８４ａが形成された保護シート部材８４が介装される。保護シート部材８４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。
【００５８】
貫通孔８４ａは、この貫通孔８４ａの孔径の分布幅がアノード給電体４０の孔部の孔径の分布幅よりも小さく設定される。
【００５９】
このように構成される第２の実施形態では、固体高分子電解質膜３８が保護シート部材８４に押圧されると、前記固体高分子電解質膜３８の第２電解質層３８ｂが前記保護シート部材８４に押し付けられる。その際、第２電解質層３８ｂは、フッ素系の膜により構成されており、この第２電解質層３８ｂが保護シート部材８４の表面形状に沿って変形することができる。これにより、固体高分子電解質膜３８の損傷を可及的に抑制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。
【００６０】
図８は、本発明の第３の実施形態に係る差圧式水電解装置９０を構成する単位セル９２の断面図である。
【００６１】
単位セル９２は、電解質膜・電極構造体９４を備えるとともに、前記電解質膜・電極構造体９４は、固体高分子電解質膜９６を有する。固体高分子電解質膜９６は、２層以上、例えば、カソード給電体４２側に配設される第１電解質層９６ａと、アノード給電体４０側に配設される第２電解質層９６ｂとの２層を有する。
【００６２】
第１電解質層９６ａは、例えば、炭化水素（ＨＣ）系の膜により構成される一方、第２電解質層９６ｂは、例えば、フッ素系の膜により構成される。第２電解質層９６ｂの外形寸法は、アノード給電体４０及びカソード給電体４２の外径寸法と同一に、すなわち、電解領域に対応する寸法に設定されるとともに、第１電解質層９６ａの外形寸法は、前記アノード給電体４０及び前記カソード給電体４２の外径寸法よりも大径に設定される。
【００６３】
シール部６９は、固体高分子電解質膜９６の単一の層のみ、第３の実施形態では、第１電解質層９６ａのみを層厚さ方向（矢印Ａ方向）に挟持する。具体的には、第１電解質層９６ａは、第１シール部材６６ａとアノード側セパレータ３４との間で挟持される。
【００６４】
このように構成される第３の実施形態では、固体高分子電解質膜９６を構成する第１電解質層９６ａのみが、シール部６９を構成する第１シール部材６６ａとアノード側セパレータ３４との間で挟持されている。このため、固体高分子電解質膜９６のへたりは、１層分となる。従って、長期運転により固体高分子電解質膜９６にへたりが発生した際にも、荷重の変動を小さく抑えることができ、良好な押圧作用を維持することが可能になるという効果が得られる。
【００６５】
図９は、本発明の第４の実施形態に係る差圧式水電解装置１００を構成する単位セル１０２の断面図である。
【００６６】
単位セル１０２は、電解質膜・電極構造体１０４を備えるとともに、前記電解質膜・電極構造体１０４は、固体高分子電解質膜１０６を有する。固体高分子電解質膜１０６は、２層以上、例えば、カソード給電体４２側に配設される第１電解質層１０６ａと、アノード給電体４０側に配設される第２電解質層１０６ｂとの２層を有する。
【００６７】
第１電解質層１０６ａは、例えば、炭化水素（ＨＣ）系の膜により構成される一方、第２電解質層１０６ｂは、例えば、フッ素系の膜により構成される。第１電解質層１０６ａ及び第２電解質層１０６ｂの外形寸法は、アノード給電体４０及びカソード給電体４２の外径寸法よりも大径に設定される。
【００６８】
シール部６９は、固体高分子電解質膜１０６の２層である第１電解質層１０６ａ及び第２電解質層１０６ｂを層厚さ方向（矢印Ａ方向）に挟持する。具体的には、第１電解質層１０６ａ及び第２電解質層１０６ｂは、第１シール部材６６ａとアノード側セパレータ３４との間で挟持される。
【００６９】
このように構成される第４の実施形態では、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００７０】
１０、８０、９０、１００…差圧式水電解装置
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、９４、１０４…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、９６、１０６…固体高分子電解質膜
３８ａ、３８ｂ、９６ａ、９６ｂ、１０６ａ、１０６ｂ…電解質層
４０…アノード給電体                ４２…カソード給電体
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
６２ａ〜６２ｄ、６６ａ〜６６ｄ…シール部材
６４ａ〜６４ｄ、６８ａ〜６８ｄ…シール溝
６９…シール部                      ８４…保護シート部材
【図１】
2014040636.tif 000003
【図２】
2014040636.tif 000004
【図３】
2014040636.tif 000005
【図４】
2014040636.tif 000006
【図５】
2014040636.tif 000007
【図６】
2014040636.tif 000008
【図７】
2014040636.tif 000009
【図８】
2014040636.tif 000010
【図９】
2014040636.tif 000011