(57)【要約】【課題】  メンテナンス時の配管類の取り外し／取り付け作業を極力減らし、水電解槽を容易に交換できる固体高分子型水電解槽を提供する。【解決手段】  複数の単位セル(5) を水電解槽(1) の中央にて垂直に貫通する電解槽貫通孔(13)が設けられ、同貫通孔(13)は水電解槽(1) 内部にて一方のガス発生室に連通し、かつ台座(7) に設けられた台座貫通孔(14)と連通している。容器底部には台座貫通孔(14)に連通した容器貫通孔(15)が設けられ、該容器貫通孔(15)には下部ガス排出口(16)が接続されている。陽極主電極(3) と頂板(6) の間、および陰極主電極(4) と台座(7) の間にはそれぞれ絶縁シール材(18)(19)が介在されている。台座(7) の下面中央部にはテーパー状の凸部(20)が設けられると共に、容器(2) の底壁(21)上面中央部にテーパー状の凹部(22)が設けられ、凸部(20)が凹部(22)に嵌め込まれている。【選択図】    図１
2006265594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内に設置された水電解槽であって、
両端に配された陽極主電極および陰極主電極と、
これらの主電極の間に直列に積層状に配され、かつ一方を陽極側ガス発生室、他方を陰極側ガス発生室としてなる複数個の単位セルと、
陽極主電極−複数の単位セル−陰極主電極の組み合わせを上下から挟む頂板および台座と、
頂板および台座の各四隅部どうしを連結し、かつ上記組み合わせを上下から締め付ける複数のボルト・ナットとから構成されてなる水電解槽において、
水電解槽内部に一方のガス発生室に連通した電解槽貫通孔が設けられると共に同貫通孔は台座に設けられた台座貫通孔と連通し、
容器底部には台座貫通孔に連通する容器貫通孔が設けられ、該容器貫通孔には下部ガス排出口が接続されており、
容器の底壁と台座の間にシール材が介在されていることを特徴とする固体高分子型水電解電槽。
【請求項２】
台座の下面に凸部が設けられると共に、容器の底壁上面に凹部が設けられ、上記凸部が上記凹部に嵌め込まれていることを特徴とする請求項１記載の固体高分子型水電解槽。
【請求項３】
陰極を兼ねたフランジ付きロッドが下部ガス排出口から台座貫通孔に亘って内部に配され、同ロッドの先端雄ねじ部が上記陰極主電極の雌ねじ部に螺着され、下部ガス排出口の下端とフランジ付きロッドのフランジ部の間に絶縁シール材が介在されていることを特徴とする請求項１記載の固体高分子型水電解槽。
【請求項４】
容器内に設置された水電解槽であって、
上端に配された陽極主電極および下端に設けられ、かつ陰極主電極を兼ねた台座と、
上記陽極主電極および台座の間に配され、かつ一方を陽極側ガス発生室、他方を陰極側ガス発生室としてなる複数個の単位セルと、
陽極主電極−複数の単位セルの組み合わせを台座と共に上下から挟む頂板と、
頂板および台座の各四隅部どうしを連結し、かつ上記組み合わせを上下から締め付けるボルト・ナットとから構成されてなる水電解槽において、
水電解槽内部に一方のガス発生室に連通した電解槽貫通孔が設けられると共に同貫通孔は台座に設けられた台座貫通孔を介して下部ガス排出口に連通しており、
台座の下面に凸部が設けられると共に、容器の底壁に開口部が設けられ、上記凸部が上記開口部に嵌め込まれ、
容器の底壁と台座の間にシール材が介在されていることを特徴とする固体高分子型水電解槽。
【請求項５】
容器胴部に電源用貫通孔が開けられ、該貫通孔を経て電源導線が配され水電解槽の電極に接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の固体高分子型水電解槽。
【請求項６】
容器本体が一方のガス発生室と連通し、圧力容器が純水で満たされていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の固体高分子型水電解槽。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子電解質膜を用いて、水の電気分解により、数十ＭＰａ、例えば少なくとも４０ＭＰａ、好ましくは７０ＭＰａの高圧水素ガスを発生させる高圧水素製造装置に関し、より詳しくは圧力容器内に収められた水電解槽に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧力容器(71)内に固体高分子型水電解槽(72)を設置するには、図７に示すように、圧力容器(71)の底壁(73)内面の隆起部(74)上に水電解槽(72)をボルト・ナット(75)で固定し、底壁(72)に設けられた給水口(75)、排水口(76)、水素排出口(77)、酸素排出口(78)にそれぞれ給水管(79)、排水管(80)、水素排出管(81)、酸素排出管(82)を接続していた（特許文献１の図４参照）。
【特許文献１】特願２００４−０６０００２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記のような構造ではメンテナンスの際に水電解槽を交換するのに多くの配管類の取り外し／取り付け作業を必要とし、メンテナンス作業が甚だ繁雑となった。
【０００４】
本発明は、このような実状に鑑み、メンテナンス時の配管類の取り外し／取り付け作業を極力減らし、水電解槽を容易に交換できる固体高分子型水電解槽を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、
容器内に設置された水電解槽であって、
両端に配された陽極主電極および陰極主電極と、
これらの主電極の間に直列に積層状に配され、かつ一方を陽極側ガス発生室、他方を陰極側ガス発生室としてなる複数個の単位セルと、
陽極主電極−複数の単位セル−陰極主電極の組み合わせを上下から挟む頂板および台座と、
頂板および台座の各四隅部どうしを連結し、かつ上記組み合わせを上下から締め付ける複数のボルト・ナットとから構成されてなる水電解槽において、
水電解槽内部に一方のガス発生室に連通した電解槽貫通孔が設けられると共に同貫通孔は台座に設けられた台座貫通孔と連通し、
容器底部には台座貫通孔に連通する容器貫通孔が設けられ、該容器貫通孔には下部ガス排出口が接続されており、
容器の底壁と台座の間にシール材が介在されていることを特徴とする固体高分子型水電解電槽である。
【０００６】
請求項２に係る発明は、
台座の下面に凸部が設けられると共に、容器の底壁上面に凹部が設けられ、上記凸部が上記凹部に嵌め込まれていることを特徴とする請求項１記載の固体高分子型水電解槽である。
【０００７】
請求項３に係る発明は、
陰極を兼ねたフランジ付きロッドが下部ガス排出口から台座貫通孔に亘って内部に配され、同ロッドの先端雄ねじ部が上記陰極主電極の雌ねじ部に螺着され、下部ガス排出口の下端とフランジ付きロッドのフランジ部の間に絶縁シール材が介在されていることを特徴とする請求項１記載の固体高分子型水電解槽である。
【０００８】
請求項４に係る発明は、
容器内に設置された水電解槽であって、
上端に配された陽極主電極および下端に設けられ、かつ陰極主電極を兼ねた台座と、
上記陽極主電極および台座の間に配され、かつ一方を陽極側ガス発生室、他方を陰極側ガス発生室としてなる複数個の単位セルと、
陽極主電極−複数の単位セルの組み合わせを台座と共に上下から挟む頂板と、
頂板および台座の各四隅部どうしを連結し、かつ上記組み合わせを上下から締め付けるボルト・ナットとから構成されてなる水電解槽において、
水電解槽内部に一方のガス発生室に連通した電解槽貫通孔が設けられると共に同貫通孔は台座に設けられた台座貫通孔を介して下部ガス排出口に連通しており、
台座の下面に凸部が設けられると共に、容器の底壁に開口部が設けられ、上記凸部が上記開口部に嵌め込まれ、
容器の底壁と台座の間にシール材が介在されていることを特徴とする固体高分子型水電解槽である。
【０００９】
請求項５に係る発明は、
容器胴部に電源用貫通孔が開けられ、該貫通孔を経て電源導線が配され水電解槽の電極に接続されていることを特徴とする請求項１〜４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６に係る発明は、
容器本体が一方のガス発生室と連通し、圧力容器が純水で満たされていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の固体高分子型水電解槽である。
【発明の効果】
【００１１】
容器収容型水電解槽を組立てるには、請求項１〜３に係る発明では、台座を備えた水電解槽を容器内に入れ、電解槽貫通孔と台座貫通孔と容器貫通孔を通るフランジ付きロッドを用いて、組立作業を容器内部でなく外部で行うことができる。請求項４〜６に係る発明では、水電解槽を容器内に入れ、台座下面の凸部を容器底壁の開口部に嵌め込めばよく、組立作業を容器外部で行うことができる。
【００１２】
水電解槽を交換するには、台座を備えた水電解槽をそのまま容器から取り出すことができ、従来技術で用いられていた配管類の数が少なくて済む上に、配管類の繁雑な取り外し／取り付け作業を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【００１４】
実施例１
図１〜図３において、固体高分子型水電解槽(1) は、圧力容器(2) 内に設置されている。水電解槽(1) は、図３に示すように、両端に配された陽極主電極(3) および陰極主電極(4) と、これらの主電極(3) (4) の間に直列に積層状に配され、かつ一方を陽極側ガス発生室、他方を陰極側ガス発生室としてなる複数個の単位セル(5) と、陽極主電極(3) −複数の単位セル(5) −陰極主電極(4) の組み合わせを上下から挟む頂板(6) および台座(7) と、頂板(6) および台座(7) の各四隅部どうしを連結し、かつ上記組み合わせを上下から締め付ける複数のボルト・ナット(8) とから構成されてなる。
【００１５】
１つの単位セル(5) は、複極板(9)の陽極側、陽極給電体(10)、電極接合体膜(11)、陰極給電体(12)および隣の複極板(9)の陰極側から主として構成されている。
【００１６】
複数の単位セル(5) を水電解槽(1) の中央にて垂直に貫通する電解槽貫通孔(13)が設けられ、同貫通孔(13)は水電解槽(1) 内部にて一方のガス発生室に連通し、かつ台座(7) に設けられた台座貫通孔(14)と連通している。容器底部には台座貫通孔(14)に連通した容器貫通孔(15)が設けられ、該容器貫通孔(15)には下部ガス排出口(16)が接続されている。
【００１７】
陽極主電極(3) と頂板(6) の間、および陰極主電極(4) と台座(7) の間にはそれぞれ絶縁シール材(18)(19)が介在されている。
【００１８】
台座(7) の下面中央部にはテーパー状の凸部(20)が設けられると共に、容器(2) の底壁(21)上面中央部にテーパー状の凹部(22)が設けられ、凸部(20)が凹部(22)に嵌め込まれている。
【００１９】
チタン製フランジ付きロッド(23)が下部ガス排出口(16)から台座貫通孔(14)に亘って内部に配され、同ロッド(23)の先端雄ねじ部(24)が陰極主電極(4) の雌ねじ部(25)に螺着されている。フランジ付きロッド(23)は陰極を兼ねる。雌ネジ部(25)の外周には陰極主電極(4) に複数のガス通過孔(49)が開けられている。容器(2) の底壁(21)およびその凹部(22)と台座(7) およびその凸部(20)の間には複数のリング状シール材(17)が介在されており、容器(2) 内の純水が下部ガス排出口(16)内へ入ることを防ぎ、かつ発生したガスが容器(2) 内へ漏れないようにしている。下部ガス排出口(16)の下端フランジ部(26)とフランジ付きロッド(23)の下端フランジ部(27)の間には絶縁シール材(28)が介在され、下部ガス排出口(16)とフランジ付きロッド(23)が絶縁されると共に下部ガス排出口(16)内部のガスが外部へ漏れないようにしている。下部ガス排出口(16)にはその側方突部に下部ガス取出管(29)が接続されている。
【００２０】
容器(2) の胴部に給水口(30)が設けられ、同口(30)に給水管(31)が接続され、容器の蓋体(35)には上部ガス取出口(32)が設けられている。
【００２１】
容器(2) の胴部に給水口(30)の反対側に電源用貫通孔(48)が開けられ、同貫通孔(48)を経て電源導線(33)が配され、水電解槽の陽極主電極(3) に取り付けている給電端子(34)に接続されている。
【００２２】
上記構成の固体高分子型水電解槽において、純水をタンク(36)からポンプ(37)によって給水管(31)および給水圧調節弁(41)を経て容器(2) 内に供給し、水電解槽(1) を水没させるように容器(2) 内に貯える。
【００２３】
これにより水電解槽(1) 内に純水が供給され、水の電解により各陽極にて発生した酸素は水電解槽(1) から容器(2) の内部に出る。酸素は容器(2) 内で気液分離され、上部ガス出口(32)から上部ガス取出管(38)によって取り出される。給水管(31)の給水圧調節弁(41)および上部ガス取出管(38)の酸素流量調節弁(39)は、電極接合体膜が破れないように、圧力計(40)によって制御される。
【００２４】
水電解槽の各陰極にて発生した水素と同伴水は、電解槽貫通孔(13)に出て、ここから複数のガス通過孔(49)を通過し台座貫通孔(14)および容器貫通孔(15)を経て下部ガス排出口(16)に至り、ここから下部ガス取出管(29)を通って水素気液分離室(34)へ送られる。同分離室(34)で分離された水素は、冷却器(42)および水素流量調節弁(43)を経て水素ライン(44)によって取り出される。水素流量調節弁(43)は、電極接合体膜が破れないように、圧力計(46)によって制御される。分離水は水循環ライン(45)によって水循環調節弁(47)を経てタンク(36)へ戻される。
【００２５】
メンテナンスの際に水電解槽を交換するには、まず、陰極主電極(4) からフランジ付きロッド(23)を取り外す。次に、容器(2) から蓋体(35)を外し、電源導線(33)を陽極主電極(3) の給電端子(34)から取り外し、台座(7) に載せてある水電解槽(1) を容器(2) から取り出す。
【００２６】
上記構成の水電解槽を用いる水電解装置は、数十ＭＰａ、例えば燃料電池車をガソリン車と同等距離走行させるのに水素ステーションで必要とされる少なくとも４０ＭＰａ、好ましくは７０ＭＰａの高圧水素ガスを供給することができる。
【００２７】
実施例２
図４〜図６において、固体高分子型水電解槽(1) は、圧力容器(2) 内に設置されている。同水電解槽(1) は、図６に示すように、上端に配された陽極主電極(3) および下端に設けられ、かつ陰極主電極を兼ねた台座(7) と、上記陽極主電極(3) および台座(7) の間に直列に積層状に配され、かつ一方を陽極側ガス発生室、他方を陰極側ガス発生室としてなる複数個の単位セル(5) と、陽極主電極(3) −複数の単位セル(5) の組み合わせを台座(7) と共に上下から挟む頂板(6) と、頂板(6) および台座(7) の各四隅部どうしを連結し、かつ上記組み合わせを上下から締め付けるボルト・ナット(8) とから構成されてなる。
【００２８】
１つの単位セル(5) は、複極板(9)の陽極側、陽極給電体(10)、電極接合体膜(11)、陰
極給電体(12)および隣の複極板(9)の陰極側から主として構成されている。
【００２９】
複数の単位セル(5) を水電解槽(1) の中央にて垂直に貫通する電解槽貫通孔(13)が設けられ、同貫通孔(13)は水電解槽(1) 内部にて一方のガス発生室に連通し、かつ台座(7) に設けられた台座貫通孔(14)と連通している。同貫通孔(14)には下部ガス排出口(16)が接続され、下部ガス排出口(16)の下端には下部ガス取出管(29)が接続されている。
【００３０】
陽極主電極(3) と頂板(6) の間には絶縁シール材(18)が介在されている。陰極主電極を兼ねた台座(7) と下部ガス排出口(16)の間には絶縁シール材(19)が介在され、下部ガス排出口(16)が絶縁されると共に発生したガスが外部へ漏れないようにしている。
【００３１】
台座(7) の下面中央部にテーパー状の凸部(20)が設けられると共に、容器(2) の底壁(21)中央部にテーパー状の開口部(51)が設けられ、凸部(20)が開口部(51)に嵌め込まれている。容器(2) の底壁(21)およびその開口部(51)と台座(7) およびその凸部(20)の間には複数のリング状シール材(17)が介在されており、容器(2) 内部の純水が外部へ出ることを防ぎ、かつ下部ガス排出口(16)内部のガスが容器(2) 内部へ漏れないようにしている。
【００３２】
容器(2) の胴部に給水口(30)が設けられ、同口(30)に給水管(31)が接続され、容器の蓋体(35)には上部ガス取出口(32)が設けられている。
【００３３】
容器(2) の胴部に給水口(30)の反対側に電源用貫通孔(48)が開けられ、同貫通孔(48)を経て電源導線(33)が配され、水電解槽の陽極主電極(3) に取り付けている給電端子(34)に接続されている。
【００３４】
上記構成の固体高分子型水電解槽において、純水をタンク(36)からポンプ(37)によって給水管(31)および給水圧調節弁(41)を経て容器(2) 内に供給し、水電解槽(1) を水没させるように容器(2) 内に貯える。
【００３５】
これにより水電解槽(1) 内に純水が供給され、水の電解により各陽極にて発生した酸素は水電解槽(1) から容器(2) の内部に出る。酸素は容器(2) 内で気液分離され、上部ガス出口(32)から上部ガス取出管(38)によって取り出される。給水管(31)の給水圧調節弁(41)および上部ガス取出管(38)の酸素流量調節弁(39)は、電極接合体膜が破れないように、圧力計(40)によって制御される。
【００３６】
水電解槽の各陰極にて発生した水素と同伴水は、電解槽貫通孔(13)に出て、ここから台座貫通孔(14)を経て下部ガス排出口(16)に至り、ここから下部ガス取出管(29)を通って水素気液分離室(34)へ送られる。同分離室(34)で分離された水素は、冷却器(42)および水素流量調節弁(43)を経て水素ライン(44)によって取り出される。水素流量調節弁(43)は、電極接合体膜が破れないように、圧力計(46)によって制御される。分離水は水循環ライン(45)によって水循環調節弁(47)を経てタンク(36)へ戻される。
【００３７】
メンテナンスの際に水電解槽を交換するには、まず、下部ガス排出口(16)に接続されている下部ガス取出管(29)を下部ガス排出口(16)から取り外し、台座(7) に接続している陰極側導線を台座(7) から取り外す。次に、容器(2) から蓋体(35)を外し、電源導線(33)を陽極主電極(3) の給電端子(34)から取り外し、台座(7) に載せてある水電解槽(1) を容器(2) から取り出す。
【００３８】
上記構成の水電解槽を用いる水電解装置は、数十ＭＰａ、例えば燃料電池車をガソリン車と同等距離走行させるのに水素ステーションで必要とされる少なくとも４０ＭＰａ、好ましくは７０ＭＰａの高圧水素ガスを供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は実施例１の固体高分子型水電解水素発生装置の垂直断面図である。
【図２】図２は実施例１の固体高分子型水電解水崇発生装置の容器下部の垂直縦断面図である。
【図３】図３は実施例１の固体高分子型水電解槽の垂直縦断面図である。
【００４０】
断面図である。
【図４】図４は実施例２の固体高分子型水電解水素発生装置の垂直断面図である。
【図５】図５は実施例２の固体高分子型水電解水素発生装置の容器下部の垂直縦断面図である。
【図６】図６は実施例２の固体高分于型水電解槽の垂直縦断面図である。
【図７】図７は従来技術を示す固体高分子型水電解槽の垂直縦断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
(1) 固体高分子型水電解槽
(2) 圧力容器
(3) 陽極主電極
(4) 陰極主電極
(5) 単位セル
(6) 頂板
(7) 台座
(8) ボルト・ナット
(13)電解槽貫通孔
(14)台座貫通孔
(15)容器貫通孔
(16)下部ガス排出口
(17)リング状シール材
(18)(19)絶縁シール材
(20)凸部
(21)底壁
(22)凹部
(23)フランジ付きロッド
(28)絶縁シール材
(51)開口部
【図１】
2006265594.tif 000003
【図２】
2006265594.tif 000004
【図３】
2006265594.tif 000005
【図４】
2006265594.tif 000006
【図５】
2006265594.tif 000007
【図６】
2006265594.tif 000008
【図７】
2006265594.tif 000009