(57)【要約】      （修正有）【解決手段】陽極主電極9 −単層または多層セル2 −陰極主電極14を中心部にて貫通する貫通孔3 を設け、この貫通孔に中空ボルト4 を通して、陽極主電極−単層または多層セル−陰極主電極を両端から一対の端部材5 ,6 を介して中空ボルト4 で締め付け、該貫通孔を各酸素発生室とは非連通状で各水素発生室とは連通した水素取出し手段とする。【効果】穴を形成する箇所を減らすことができ製造工程を簡略化でき、セルを隅部にて締め付けるのでなく中心部にて締め付けるため、締め付けの均一性に注意する必要がなく組立作業を短時間に容易に行うことができる。【選択図】図１
2006052463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子からなるイオン交換膜の両側に電極を配して一方を酸素発生室、他方を水素発生室としてなる単位セルを単層または多層状に配すると共に、前記酸素発生室に水を供給し発生した酸素を排出する手段を設け、水素発生室に発生した水素を排出する水素排出手段を設け、陽極主電極−単層または多層セル−陰極主電極を両端から挟む一対の端部材を締め付け部材で締め付けてなる固体高分子型水電解槽であって、
前記陽極主電極−単層または多層セル−陰極主電極を中心部にて貫通する貫通孔を設け、この貫通孔に前記締め付け部材を通して、陽極主電極−単層または多層セル−陰極主電極を両端から一対の端部材を介して締め付け部材で締め付け、該貫通孔を各酸素発生室とは非連通状で各水素発生室とは連通した水素取出し手段とすることを特徴とする固体高分子型水電解槽。
【請求項２】
前記締め付け部材が貫通孔の断面積より小さい断面積を有し、かつ、貫通孔の内面と締め付け部材の間には同内面と締め付け部材の接触を防ぐと共に水素の流路を確保するスペーサを設けたことを特徴とする請求項１に記載の固体高分子型水電解槽。
【請求項３】
前記締め付け部材が電気的に絶縁する物質および／または締め付け部材からの物質の溶出を防止する物質でコーティングされていることを特徴とする請求項１または２に記載の固体高分子型水電解槽。
【請求項４】
前記締め付け部材が中空であり、水素発生室からの水素を中空部を通じて排出可能になされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の固体高分子型水電解槽。
【請求項５】
前記貫通孔または締め付け部材の内部から水電解槽の外部へ通じる水素排出路を設けて、貫通孔または締め付け部材の内部から水素取出し可能になしたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の固体高分子型水電解槽。
【請求項６】
前記締め付け部材は前記端部材のうち一方と電気的に絶縁されると共に他方と導通し、各端部材は隣接するセルの電極と電気的に導通していることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の固体高分子型水電解槽。
【請求項７】
請求項１〜６に記載の固体高分子型水電解槽を用いた固体高分子型水電解装置であって、
固体高分子型水電解槽の前記酸素を排出する手段は、単層または多層セルに開けられた穴を通じて各セルから集合した酸素および水を酸素側気液分離器に導き、酸素発生室へ水を供給する手段は同じくセルに開けられた穴を通じて酸素発生室に水を供給可能にする水供給手段と接続され、水素を排出する手段は前記貫通孔または中空の締め付け部材内部と接続された配管で水素を水素側気液分離器に導くことを特徴とする固体高分子型水電解装置。
【請求項８】
請求項１〜６に記載の固体高分子型水電解槽を、水を供給する供給口を有すると共に頂部に弁に接続された開口を有する圧力容器内に設置した固体高分子型水電解装置であって、
固体高分子型水電解槽の前記酸素を排出する手段および水を供給する手段は、酸素発生室からその外周に至る放射状の導通路であり、この導通路は圧力容器内の水面下に位置し、水素を排出する手段は前記貫通孔または中空状締め付け部材の内部と接続された配管を通じて圧力容器外に設けた水素側気液分離器に水素を導くことを特徴とする固体高分子型水電解装置。
【請求項９】
前記固体高分子型水電解槽ヘの電気供給手段として前記上下両端部材またはこれと単層または多層セルの間に設けられた陽極主電極および陰極主電極が用いられ、それらに外方突状の接続部材が設けられ、
前記圧力容器の内面には容器とは電気的に絶縁された容器側接続部材が設けられ、
前記圧力容器内に前記固体高分子型水電解槽を設置するときに、電解槽側接続部材と容器側接続部材の正極同士および負極同士が電気的に接続されることを特徴とする請求項８に記載の固体高分子型水電解装置。
【請求項１０】
前記圧力容器は底部端部材を兼ねる底部材と、同部材の上に配された収容部材とからなり、両部材は電気的に絶縁され、
前記固体高分子型水電解槽の締め付け部材が一方の端部材と電気的に絶縁されると共に他方の端部材と導通し、各端部材が隣接するセルの電極と電気的に導通し、
前記底部材は前記貫通孔に通じる側方突状の水素出口を有し、
前記締め付け部材は底部材から下方に突出すると共に突出下端にて前記底部材に電気的に絶縁状に固定され、前記底部材と陽極主電極−単層または多層セル−陰極主電極の下端部とが電気的に接続され、
前記締め付け部材と底部材に亘って電源が設けられていることを特徴とする請求項８に記載の固体高分子型水電解装置。
【請求項１１】
前記圧力容器内であって、前記固体高分子型水電解槽の酸素発生室および水素発生室を除いた液体接触部分、酸素接触部分、水素接触部分、水接触部分の少なくともいずれかの少なくとも一部が電気的に絶縁する物質および／または物質の溶出を防止する物質でコーティングされていることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の固体高分子型水電解装置。
【請求項１２】
前記圧力容器を直接冷やす冷却手段を設けたことを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の固体高分子型水電解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、固体高分子電解膜を用いて水を電解し、陽極に酸素、陰極に水素を発生させる固体高分子型水電解装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体高分子電解膜を用いて水を電解し、陽極に酸素、陰極に水素を発生させる水電解装置は、例えば、図９に示すように、両端に配された陽極主電極(71)および陰極主電極(72)と、これらの主電極(71)(72)の間に直列に配された複数の単位セル(86)と、陽極主電極(71)−複数の単位セル(86)−陰極主電極(72)の組み合わせを両側から挟む一対の端板(83)と、一対の端板(83)の各四隅部を貫通し、陽極主電極(71)、複数の単位セル(86)および陰極主電極(72)を両側から締め付ける複数のボルト(84)・ナット(85)とから主として構成されている。１つのセル(86)は、複極板(79)の陽極側、陽極給電体(77)、電極接合体膜(73)、陰極給電体(78)、および隣の複極板(79)の陰極側から主として構成されている。また、各セルには水を供給する配管、発生した酸素と水を排出する配管、発生した水素と随伴水を排出する配管が配設されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−３４２７６７号公報、特に段落［０００３］および図５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、特許文献１の図５に示すように、ボルト(84)が一対の端板(83)および各セルの四隅部を貫通し、ボルト(84)・ナット(85)が陽極主電極(71)、複数の単位セル(86)および陰極主電極(72)を両側から締め付ける構造は、当然ボルトを通す穴を開ける製造工程を要し、また締め付け時には周囲で均等な締め付け圧になるように細心の注意を払わなければならなず、この締め付けバランスが悪いと酸素発生側と水素発生側の絶縁不良を引き起こす。
【０００４】
加えて、前記の各種配管を通す穴をセルに開けるため、穴開けの工程を配管本数分要する。
【０００５】
本発明は前記課題を解決する固体高分子型水電解セルおよびそれを用いた水電解装置の提供を主たる目的とし、加えてより性能向上と構成の簡略化を図った固体高分子型水電解セルおよびそれを用いた水電解装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、
固体高分子からなるイオン交換膜の両側に電極を配して一方を酸素発生室、他方を水素発生室としてなる単位セルを単層または多層状に配すると共に、前記酸素発生室に水を供給し発生した酸素を排出する手段を設け、水素発生室に発生した水素を排出する水素排出手段を設け、陽極主電極−単層または多層セル−陰極主電極を両端から挟む一対の端部材を締め付け部材で締め付けてなる固体高分子型水電解槽であって、
前記陽極主電極−単層または多層セル−陰極主電極を中心部にて貫通する貫通孔を設け、この貫通孔に前記締め付け部材を通して、陽極主電極−単層または多層セル−陰極主電極を両端から一対の端部材を介して締め付け部材で締め付け、該貫通孔を各酸素発生室とは非連通状で各水素発生室とは連通した水素取出し手段とすることを特徴とする固体高分子型水電解槽である。
【０００７】
請求項２の発明は、
前記締め付け部材が貫通孔の断面積より小さい断面積を有し、かつ、貫通孔の内面と締め付け部材の間には同内面と締め付け部材の接触を防ぐと共に水素の流路を確保するスペーサを設けたことを特徴とする請求項１に記載の固体高分子型水電解槽である。
【０００８】
請求項３の発明は、
前記締め付け部材が電気的に絶縁する物質および／または締め付け部材からの物質の溶出を防止する物質でコーティングされていることを特徴とする請求項１または２に記載の固体高分子型水電解槽である。
【０００９】
請求項４の発明は、
前記締め付け部材が中空であり、水素発生室からの水素を中空部を通じて排出可能になされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の固体高分子型水電解槽である。
【００１０】
請求項５の発明は、
前記貫通孔または締め付け部材の内部から水電解槽の外部へ通じる水素排出路を設けて、貫通孔または締め付け部材の内部から水素取出し可能になしたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の固体高分子型水電解槽である。
【００１１】
請求項６の発明は、
前記締め付け部材は前記端部材のうち一方と電気的に絶縁されると共に他方と導通し、各端部材は隣接するセルの電極と電気的に導通していることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の固体高分子型水電解槽である。
【００１２】
請求項７の発明は、
請求項１〜６に記載の固体高分子型水電解槽を用いた固体高分子型水電解装置であって、
固体高分子型水電解槽の前記酸素を排出する手段は、単層または多層セルに開けられた穴を通じて各セルから集合した酸素および水を酸素側気液分離器に導き、酸素発生室へ水を供給する手段は同じくセルに開けられた穴を通じて酸素発生室に水を供給可能にする水供給手段と接続され、水素を排出する手段は前記貫通孔または中空の締め付け部材内部と接続された配管で水素を水素側気液分離器に導くことを特徴とする固体高分子型水電解装置である。
【００１３】
請求項８の発明は、
請求項１〜６に記載の固体高分子型水電解槽を、水を供給する供給口を有すると共に頂部に弁に接続された開口を有する圧力容器内に設置した固体高分子型水電解装置であって、
固体高分子型水電解槽の前記酸素を排出する手段および水を供給する手段は、酸素発生室からその外周に至る放射状の導通路であり、この導通路は圧力容器内の水面下に位置し、水素を排出する手段は前記貫通孔または中空状締め付け部材の内部と接続された配管を通じて圧力容器外に設けた水素側気液分離器に水素を導くことを特徴とする固体高分子型水電解装置である。
【００１４】
請求項９の発明は、
前記固体高分子型水電解槽ヘの電気供給手段として前記上下両端部材またはこれと単層または多層セルの間に設けられた陽極主電極および陰極主電極が用いられ、それらに外方突状の接続部材が設けられ、
前記圧力容器の内面には容器とは電気的に絶縁された容器側接続部材が設けられ、
前記圧力容器内に前記固体高分子型水電解槽を設置するときに、電解槽側接続部材と容器側接続部材の正極同士および負極同士が電気的に接続されることを特徴とする請求項８に記載の固体高分子型水電解装置である。
【００１５】
請求項１０の発明は、
前記圧力容器は底部端部材を兼ねる底部材と、同部材の上に配された収容部材とからなり、両部材は電気的に絶縁され、
前記固体高分子型水電解槽の締め付け部材が一方の端部材と電気的に絶縁されると共に他方の端部材と導通し、各端部材が隣接するセルの電極と電気的に導通し、
前記底部材は前記貫通孔に通じる側方突状の水素出口を有し、
前記締め付け部材は底部材から下方に突出すると共に突出下端にて前記底部材に電気的に絶縁状に固定され、前記底部材と陽極主電極−単層または多層セル−陰極主電極の下端部とが電気的に接続され、
前記締め付け部材と底部材に亘って電源が設けられていることを特徴とする請求項８に記載の固体高分子型水電解装置である。
【００１６】
請求項１１の発明は、
前記圧力容器内であって、前記固体高分子型水電解槽の酸素発生室および水素発生室を除いた液体接触部分、酸素接触部分、水素接触部分、水接触部分の少なくともいずれかの少なくとも一部が電気的に絶縁する物質および／または物質の溶出を防止する物質でコーティングされていることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の固体高分子型水電解装置である。
【００１７】
請求項１２の発明は、
前記圧力容器を直接冷やす冷却手段を設けたことを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の固体高分子型水電解装置である。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１の発明によれば、陽極主電極−単層または多層セル−陰極主電極を中心部にて締め付けると共にその締め付け部材を通す貫通孔を水素排出手段として用いるため、穴を形成する箇所を減らすことができ製造工程を簡略化できる。また、セルを隅部にて締め付けるのでなく中心部にて締め付けるため、締め付けの均一性に注意する必要がなく組立作業を短時間に容易に行うことができる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、貫通孔の内面と締め付け部材の間にスペーサを設けたので、締め付け部材が複数の水素側電極と接触することを防ぐことができ、セル同士の電位差を正常に維持できる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、締め付け部材を電気的に絶縁する物質でコーティングすることにより、例え各セルと接触しても通電しないので、各セル間の電極が独立性を保ち、よって各セル間の電位を正常に保つことができる。
【００２１】
また、溶出を防止する物質で締め付け部材をコーティングすることにより、締め付け部材から溶出する物質がイオン交換膜を汚染することを防ぐことができる。これらの両コーティングを組合せれば、その両方の効果が得られる。これら両要件を満たす物質としては、例えばフッ素樹脂がある。
【００２２】
請求項４の発明によれば、例えば締め付け部材と貫通孔との隙間が水素の発生能力に対して小さい場合や、請求項３記載のようなコーティングのため隙間がない場合には、締め付け部材の中空部を利用して流路面積を確保することができる。これはセル径を小さくすることに寄与し装置のコンパクト化が図れる。
【００２３】
請求項５の発明によれば、前記水素排出路の設置により、両端部材に挟まれた単層または多層セルを締め付け部材で締め付ける際に、貫通孔の両端が塞がれたとしても、水素排出路を経て水素を取り出したい部分に導くことができる。
【００２４】
請求項６の発明によれば、前記締め付け部材は前記端部材のうち一方と電気的に絶縁されると共に他方と導通し、各端部材は隣接するセルの電極と電気的に導通しているので、一方の端部材と締め付け部材に電源の各極を接続することでセルに電位を与えることができ、電源を接続する端子を近接して余計な配線なく設置することができる。
【００２５】
請求項７の発明によれば、固体高分子型水電解槽に水を循環し、酸素と水素を取出すことができる。水素圧１ＭＰａ程度までならこの構成のままでよい。水素圧１ＭＰａ以上なら、上記のものと同じ構成の電解槽の外周面に、陽極主電極と陰極主電極の間に、絶縁性の高温用プラスチックで構成された筒状のガスケット押え部材を設けることが好ましい。ガスケット押え部材によって、ガスケットが高ガス圧で電解槽より飛び出して槽内のガスが外部にリークするのを確実に防止することができる。
【００２６】
請求項８の発明は高圧タイプを対象とし、水素ステーションで利用できる数１０ＭＰａの圧力を直接発生することができる。
【００２７】
請求項９の発明によれば、予め設けられたセル側と容器側の突出した電極同士が圧接状に接触されるので、電極同士の位置あわせ程度で簡単に給電路が確保できる。なお、この電極には請求項１１で示すコーティングを施されるのが望ましい。
【００２８】
請求項１０の発明によれば、装置の組立ておよび電気供給を非常に簡単に行うことができる。また、底部材は前記貫通孔に通じる側方突状の水素出口を有するので、底部材の貫通孔と締め付け部材との隙間を通じて圧力容器外へ水素を取出すことができ、構造を簡素化できる。
【００２９】
請求項１１の発明によれば、電気的に絶縁する物質でコーティングすることで、何らかの拍子に各セルの電位が正常に維持できなくなることを防ぐことができる。
【００３０】
また、溶出を防止する物質で所望部分をコーティングすることにより、溶出する物質がイオン交換膜を汚染することを防ぐことができる。これらの両コーティングを組合せれば、その両方の効果が得られる。これら両要件を満たす物質としては、例えばフッ素樹脂がある。
【００３１】
請求項１２の発明によれば、装置の冷却を効率的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
つぎに、本発明を具体的に説明するために、本発明の実施例をいくつか挙げる。
【００３３】
実施例１
図１において、固体高分子型水電解槽(1) は、固体高分子からなるイオン交換膜の両側に電極を配して一方を酸素発生室、他方を水素発生室としてなる単位セルを多層状に配すると共に、酸素発生室に水を供給し発生した酸素を排出する手段を設け、水素発生室に発生した水素を排出する水素排出手段を設け、陽極主電極(9) −多層セル(2) −陰極主電極(14)を両端から挟む一対の端部材を締め付け部材で締め付けてなる。
【００３４】
上記構成の固体高分子型水電解槽において、陽極主電極(9) −多層セル(2) −陰極主電極(14)を中心部にて貫通する貫通孔(3) を設け、この貫通孔に締め付け部材として、上下に雄ねじ部を有する中空ロッド(4) を通す。陽極主電極(9) −多層セル(2) −陰極主電極(14)を両端から一対の端部材(5) (6) を介して中空ロッド(4) とこれの上端雄ねじ部に螺合するナット(7) で締め付ける。中空ロッド(4) は貫通孔(3) の断面積より小さい断面積を有する。貫通孔(3) は各セルの酸素発生室とは非連通状であり、各セルの水素発生室とは連通し、水素取出し手段として働く。すなわち、貫通孔(3) の内面と中空ロッド(4) の間の隙間がガス流路として働く。
【００３５】
中空ロッド(4) は底部端部材(6) と電気的に絶縁されると共に頂部端部材(5)および陽極主電極(9) と導通し、各端部材が隣接するセルの電極と電気的に導通する。
【００３６】
中空ロッド(4) およびナット(7) は電気的に絶縁する物質および／またはこれらからの物質の溶出を防止する物質、例えばフッ素樹脂（ＰＴＦＥ、ＰＴＡ）でコーティングされている。
【００３７】
図１中、(8) はゴムパッキン、(10)はゴムシール部、(11)はゴムパッキン、(12)はＯリング、(13)はワッシャである。
【００３８】
この構成は、底部端部材(6) のねじ孔(15)に中空ロッド(4) の下端雄ねじ部をねじ込んでこれを固定しておき、陽極主電極(9) −多層セル(2) −陰極主電極(14)の貫通孔(3) に中空ロッド(4) を通すようにして陽極主電極(9) −多層セル(2) −陰極主電極(14)を底部端部材(6) の上に配し、さらにその上に頂部端部材(5) を置き、中空ロッド(4) の上端雄ねじ部にナット(7) をねじ合わせて締め付けることにより、得られる。
【００３９】
上記構成の固体高分子型水電解槽(1) を用いた水電解装置では、酸素を排出する手段は、多層セル(2) に開けられた穴を通じて各セルから集合した酸素および水を酸素側気液分離器に導き、酸素発生室へ水を供給する手段は同じくセルに開けられた穴を通じて酸素発生室に水を供給可能にする水供給手段と接続され、水素を排出する手段は前記貫通孔(3) または中空ロッド(4) 内部と接続された配管で水素を水素側気液分離器に導く。
【００４０】
この構成の固体高分子型水電解槽(1) は、高圧容器内に設置することもできる。
【００４１】
この実施例の水電解槽(1) を用いた水電解装置では、数ＭＰａ〜１００ＭＰａの水素を発生することができる。
【００４２】
実施例２
図２において、多層セル(2) には、中心部の貫通孔(3) の周りにて底部端部材(6) 、ゴムパッキン(8) 、陽極主電極(9) および多層セル(2) を貫通する水供給流路(16)および酸素取出用の側部流路(17)が設けられ、中空ロッド(4) には各セルの水素発生室から水素を取り込む水素流通口(18)が開けられている。
【００４３】
この実施例では、水は水供給流路(16)を経て各セルに送られる。各セルの水素発生室において電解で発生した水素は同室から貫通孔(3) の内面と中空ロッド(4) の間の隙間および水素流通口(18)を経て中空ロッド(4) の内部に入り、その上端から取り出される。各セルの酸素発生室において電解で発生した酸素は同室から側部流路(17)に入り、その下端から取り出される。未反応の水も酸素に同伴して側部流路(17)に入り、その下端から取り出される。水素および酸素の取出しを上記の逆にすることもできる。
【００４４】
単位セル(2) は、複極板(19)の陽極側と、陽極給電体(20)と、電極接合体(21)と、陰極給電体(22)と、隣の複極板(19)の陰極側とからなる。電極接合体(21)は、固体高分子からなるイオン交換膜すなわち固体高分子電解膜に電極メッキを施してなる。
【００４５】
図２中、(23)は外部シールゴム、(24)は内部シールゴムである。
【００４６】
その他の構成は図１に示す実施例１のものと同じである。
【００４７】
この構成の固体高分子型水電解槽(1) は、高圧容器内に設置することもできる。
【００４８】
この実施例の水電解槽(1) を用いた水電解装置では、数ＭＰａ〜１００ＭＰａの水素を発生することができる。
【００４９】
実施例３
図３において、この実施例では、底部端部材(6) の上に、陽極主電極(9) −多層セル(2) −陰極主電極(14)をおき、さらにその上に頂部端部材(5) をおき、全体をプレスで締
め付けておく。次いで、陽極主電極(9) −多層セル(2) −陰極主電極(14)の中心部に開けられた貫通孔(3) に中空ロッド(25)を通して、その下端雄ねじ部を底部端部材(6) のねじ孔(15)にねじ込んでこれを固定する。つぎに、陽極主電極(9) −多層セル(2) −陰極主電極(14)の上に頂部端部材(5) を置き、全体を規定の圧までプレスで加圧した後、中空ロッド(25)の突出上端部を通す皿ばね(26)を頂部端部材(5) の上に配し、その上にて中空ロッド(25)のピン孔(27)にピン(28)を差し込む。こうして、固体高分子型水電解槽(1) を組み立てる。
【００５０】
その他の構成は図１に示す実施例１のものと同じである。
【００５１】
この実施例の水電解槽(1) を用いた水電解装置では、数ＭＰａ〜１００ＭＰａの水素を発生することができる。
【００５２】
実施例４
図４において、この実施例は、水を供給する供給口を側部に有すると共に弁に接続された開口を頂部に有する圧力容器(31)内に固体高分子型水電解槽(1) を設置し、同容器(31)内の水中に浸漬した例を示す。同水電解槽(1) は数ＭＰａ〜１００ＭＰａの水素を発生する。この実施例では高圧水素を発生する水電解装置のコンパクト化が達成される。
【００５３】
固体高分子型水電解槽(1) は、図５に示すように構成されている。すなわち、陽極主電極(9) −単層セル(2) −陰極主電極(14)を中心部にて貫通する貫通孔(3) を設け、この貫通孔に締め付け部材としての中空ロッド(4) を通す。陽極主電極(9) −単層セル(2) −陰極主電極(14)を両端から挟む一対の端部材(5) (6) を中空ロッド(4) とこれの上端雄ねじ部に螺合するナット(7) で締め付ける。セル(2) は、チタン繊維焼結体(32)および陽極チタンメッシュ(33)からなる陽極給電体(20)と、電極接合体(21)と、陰極チタンメッシュ(34)および陰極カーボンシート(35)からなる陰極給電体とからなる。電極接合体(21)は、固体高分子からなるイオン交換膜すなわち固体高分子電解膜に電極メッキを施してなる。
【００５４】
図５中、(36)は陽極チタンリング、(37)はマニホールドゴム、(38)は陰極チタンリング、(39)は陰極外周リング、(55)は絶縁テフロン（登録商標）シートである。
【００５５】
固体高分子型水電解槽(1) ヘの電気供給手段として、陽極主電極(9) および陰極主電極(14)が用いられ、それらに外方突状の接続部材(40)(41)が設けられ、圧力容器(31)の内面には容器とは電気的に絶縁された逆Ｌ字状の容器側接続部材(42)(43)が設けられている。圧力容器(31)内に固体高分子型水電解槽(1) を設置するときに、図４に示すように、電解槽側接続部材(40)(41)の孔に容器側接続部材(42)(43)の下端部を差し込むことにより、正極同士および負極同士が電気的に接続される。容器側接続部材(42)(43)に直流電源が接続されている。
【００５６】
図４中、において(44)は酸素調節弁、(45)は水素側気液分離器、(46)は冷却器、(47)は減圧弁、(48)は触媒塔、(49)は流量調整弁、(50)は水素調節弁、(51)はブロー調整弁、(52)は純水タンク、(53)は給水ポンプである。
【００５７】
水素を排出する手段は、貫通孔(3) または中空ロッド(4) の内部に接続された配管を通じて容器(31)外に設けた水素側気液分離器(45)に水素を導く。
【００５８】
水素を排出する手段は、図６に示すように構成することもできる。すなわち、陰極主電極(14)に、貫通孔(3) または中空ロッド(4) の内部に接続された複数の水素排出路(56)を傾斜状に形成し、同通路(56)を通じて貫通孔(3) または中空ロッド(4) の内部から容器(31)外に設けた水素側気液分離器(45)に水素を取出すこともできる。
【００５９】
陽極チタンリング(36)の片面には、図７に示すように、放射状に凹溝(54)が形成されている。放射状凹溝(54)は、組み立てられた固体高分子型水電解槽(1) において、酸素排出手段および水供給手段として酸素発生室からその外周面に至る放射状導通路の役目をする。この導通路は圧力容器(31)内の水面下に位置する。
【００６０】
実施例５
電解槽において、この実施例では、図８に示すように、水を供給する供給口(63)を側部に有すると共に弁に接続された開口(57)を頂部に有する圧力容器(31)内に、固体高分子型水電解槽(1) を設置し、同容器(31)内の水中に浸漬した例を示す。
【００６１】
圧力容器(31)は底部端部材(6) を兼ねる底部材と、同部材の上に配された収容部材(58)とからなる。
【００６２】
固体高分子型水電解槽(1) の締め付け部材として上端に雄ねじ部を有するロッド(4) は、底部端部材(6) を兼ねる底部材と電気的に絶縁されると共に頂部端部材(5)および陽極主電極(9) と導通し、各端部材が隣接するセルの電極と電気的に導通する。頂部端部材(5)には複数の調整ボルト(59)が設けられている。調整ボルト(59)は頂部端部材(5)を陽極主電極(9) に通電接続により給電すると共に、陽極主電極(9) に均一に圧力を与える働きをする。
【００６３】
ロッド(4) は底部端部材(6) を兼ねる底部材の下方突出部(64)内を経てその下端から突出すると共に、ロッド(4) 下端のフランジ(65)と下方突出部(64)下端のフランジ(66)と絶縁ガスケット(67)を介して電気的に絶縁状に固定されている。前記底部材と、陽極主電極−単層または多層セル−陰極主電極の下端部とは電気的に接続され、ロッド(4) と底部材に亘って電源(62)が設けられている。
【００６４】
底部端部材(6) を兼ねる底部材の下方突出部(64)には、貫通孔(3) に通じる側方突状の水素出口(60)が設けられている。水電解槽(1) で発生した水素および同伴水は、貫通孔(3) 内面とロッド(4) の間の隙間を経て水素出口(60)から装置外へ取り出される。この隙間には絶縁と多層セルのずれ防止を目的としたスペーサ(61)が配されている。スペーサ(61)は、棒状あるいは管状のものであってよく、例えば断面歯車状ないしは断面星状に放射的に凹凸を有した部材や、絶縁性の管、望ましくは不純物溶出のおそれが少ない管（例えばフッ素樹脂管）であってよい。
【００６５】
水電解用の水は供給口(63)を経て圧力容器(31)内に供給され、水電解槽(1) で発生した酸素は、圧力容器(31)内面と水電解槽(1) の間の隙間を経て頂部の開口(57)から装置外へ取り出される。これにより、水電解槽(1) 内外の差圧を小さくすることができ、装置は高圧に耐えられる。
【００６６】
圧力容器(31)内であって、固体高分子型水電解槽(1) の酸素発生室および水素発生室を除いた液体接触部分、酸素接触部分、水素接触部分、水接触部分の少なくともいずれかの
少なくとも一部が電気的に絶縁する物質および／または物質の溶出を防止する物質、例えばフッ素樹脂（ＰＴＦＥ、ＰＴＡ）でコーティングされている。このコーティングにより容器の耐蝕性および薄肉化が可能となる。
【００６７】
圧力容器にはこれを直接冷やす冷却手段が設けてある。固体高分子膜もその材質により耐熱温度があり、また、電気分解に効率の良い温度条件を有する。固体高分子型水電解槽(1) は、電流を流すことでジュール熱による発熱を起こし、それが圧力容器(3) にまで伝わる。そのため、圧力容器(3) 外面に冷却媒体を接触させて冷却し適切な温度に維持することが好ましい。冷却媒体は、ガス、液体どちらでもよく、接触面積を増やすために容器にフィンを設けてもよい。冷却媒体は適切な温度を保つために循環手段を設けて温度管理される。ガスであれば、例えば空気をファンで噴きつけてもよい。
【００６８】
この実施例の水電解槽(1) を用いた水電解装置では、数ＭＰａ〜１００ＭＰａの水素を発生することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】実施例１の固体高分子型水電解槽を示す垂直断面図である。
【図２】実施例２の固体高分子型水電解槽を示す垂直断断面図である。
【図３】実施例３の固体高分子型水電解槽を示す垂直断断面図である。
【図４】実施例４の固体高分子型水電解装置を示す概略図である。
【図５】実施例４の固体高分子型水電解槽を示す分解斜視図である。
【図６】実施例４の変形例を示す垂直断断面図である。
【図７】実施例４における放射状凹溝を示す平面図である。
【図８】実施例５の固体高分子型水電解装置を示す垂直断断面図である。
【図９】従来の固体高分子型水電解槽を示す垂直断断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
(1) 固体高分子型水電解槽
(2) セル
(3) 貫通孔
(4) (25)中空ロッド
(5) (6) 端部材
(7) ナット
(9) 陽極主電極
(14)陰極主電極
(16)水供給流路
(17)酸素取出用の側部流路
(18)水素流通口
(26)皿ばね
(27)ピン孔
(28)ピン
(31)圧力容器
(36)陽極チタンリング
(40)(41)電解槽側接続部材
(42)(43)容器側接続部材
(56)水素排出路
(54)放射状凹溝
(58)収容部材
(59)調整ボルト
(60)水素出口
(61)スペーサ
【図１】
2006052463.tif 000003
【図２】
2006052463.tif 000004
【図３】
2006052463.tif 000005
【図４】
2006052463.tif 000006
【図５】
2006052463.tif 000007
【図６】
2006052463.tif 000008
【図７】
2006052463.tif 000009
【図８】
2006052463.tif 000010
【図９】
2006052463.tif 000011