(57)【要約】【課題】水電解装置において、高圧の水素を発生させる場合であっても、水電解装置の構成要素に大きな弾性変形が生じることを回避する。【解決手段】差圧式高圧水電解装置１０は、アノード（アノード給電体４２及びアノード電極触媒層４２ａ）に水を供給するための流路形成部材である水流路部材４６を有する。水流路部材４６には、外部から供給された水を受領する供給連結路５０ａと、供給連結路５０ａ内に流入した水を分配する分配路５０ｂと、余剰供給分の水が流入する集束路５０ｅと、該集束路５０ｅ内の水を受領して外部に排出する排出連結路５０ｆとが形成される。分配路５０ｂ及び集束路５０ｅの位置は、大Ｏリング７２と、該大Ｏリング７２を外方から囲繞する耐圧部材７４との対向位置からオフセットされる。【選択図】図３
2019123901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード側セパレータと、
カソード側セパレータと、
アノード電極触媒層とカソード電極触媒層が電解質膜に設けられることで構成され、前記アノード側セパレータと前記カソード側セパレータとの間に位置する電解質膜・電極構造体と、
前記アノード電極触媒層に電力を付与するアノード側給電体と、
前記カソード電極触媒層に電力を付与するカソード側給電体と、
前記カソード側セパレータと前記電解質膜・電極構造体とで挟持され、前記カソード電極触媒層を囲繞するシール部材と、
前記シール部材を外方から囲繞する耐圧部材と、
を有する水電解装置であって、
水を受ける水受領部と、前記水をアノード側電極触媒層に個別に供給する複数個の供給路と、前記水受領部と前記複数個の供給路に連なり、前記水を複数個の供給路に分配する分配路と、未分解の水を排出する水排出部と、前記複数個の供給路と前記水排出部に連なり、前記未分解の水を集束する集束路とが形成された流路形成部材をさらに有し、
前記水電解装置の、前記アノード側セパレータと前記カソード側セパレータによる前記電解質膜・電極構造体の挟持方向に対して直交する断面を視認したとき、前記分配路及び前記集束路は、前記シール部材からオフセット位置にあることを特徴とする水電解装置。
【請求項２】
請求項１記載の水電解装置において、前記分配路及び前記集束路は、前記シール部材と前記耐圧部材が対向する位置よりも外方に位置することを特徴とする水電解装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の水電解装置において、前記分配路及び前記集束路は、前記電解質膜・電極構造体の外周端部よりも外方に位置することを特徴とする水電解装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の水電解装置において、前記分配路及び前記集束路が円弧形状をなしていることを特徴とする水電解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を電気分解して酸素と水素を発生させる水電解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水電解装置は、水を電気分解して水素（及び酸素）を発生させるものとして周知であり、得られた水素は、例えば、燃料電池に供給されて燃料ガスとして用いられる。
【０００３】
一層具体的には、水電解装置は、固体高分子からなる電解質膜の一面にアノード電極触媒層が形成され、他の一面にカソード電極触媒層が形成された電解質膜・電極構造体を有する。電解質膜・電極構造体は、アノード電極触媒層及びカソード電極触媒層の外方にそれぞれ配設される給電体に挟まれる。給電体を介して電解質膜・電極構造体に電力が供給されると、アノード電極触媒層にて水が電気分解され、これにより水素イオン（プロトン）と酸素が生成される。この中のプロトンは、電解質膜を透過してカソード電極触媒層に移動し、電子と結合して水素に変化する。その一方で、アノード電極触媒層にて生成された酸素は、余剰の水とともに水電解装置から排出される。
【０００４】
ここで、カソード電極触媒層で発生した水素を、アノード電極触媒層で生成された酸素に比して高圧なものとして得る場合がある。この種の水電解装置は、差圧式高圧水電解装置として知られている。差圧式高圧水電解装置ではカソード側の内圧が大きくなるため、カソード側に、水素が漏洩することを防止するためのシール部材（例えば、Ｏリング）と、その外方からシール部材を囲繞する耐圧部材とが設けられる。
【０００５】
特許文献１に記載されるように、水電解装置には、外部から供給された水をアノード電極触媒層に送るための流通路が形成された流通路形成部材（特許文献１においては「水プレート部材」と指称されている）がさらに含まれる。流通路は、水を受領する水受領部と、水をアノード電極触媒層に供給する供給路と、余剰供給分で未分解の水を排出する水排出部とを有し、水受領部と供給路、供給路と水排出部との間には、円弧形状の分配路、集束路が介在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−８９２２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記した従来技術に関連してなされたもので、水素を大高圧で発生させて耐圧部材や電解質膜に対するシール部材の押圧力が大きくなるような場合であっても、電解質膜等に大きな撓みが生じることを回避することが可能な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】
【０００８】
前記の目的を達成するために、本発明は、アノード側セパレータと、
カソード側セパレータと、
アノード電極触媒層とカソード電極触媒層が電解質膜に設けられることで構成され、前記アノード側セパレータと前記カソード側セパレータとの間に位置する電解質膜・電極構造体と、
前記アノード電極触媒層に電力を付与するアノード側給電体と、
前記カソード電極触媒層に電力を付与するカソード側給電体と、
前記カソード側セパレータと前記電解質膜・電極構造体とで挟持され、前記カソード電極触媒層を囲繞するシール部材と、
前記シール部材を外方から囲繞する耐圧部材と、
を有する水電解装置であって、
水を受ける水受領部と、前記水をアノード側電極触媒層に個別に供給する複数個の供給路と、前記水受領部と前記複数個の供給路に連なり、前記水を複数個の供給路に分配する分配路と、未分解の水を排出する水排出部と、前記複数個の供給路と前記水排出部に連なり、前記未分解の水を集束する集束路とが形成された流路形成部材をさらに有し、
前記水電解装置の、前記アノード側セパレータと前記カソード側セパレータによる前記電解質膜・電極構造体の挟持方向に対して直交する断面を視認したとき、前記分配路及び前記集束路は、前記シール部材からオフセット位置にあることを特徴とする。
【０００９】
すなわち、この構成においては、分配路及び集束路が、シール部材に重ならない位置となる。換言すれば、シール部材に対して流路形成部材の一端面が重なる。従って、大きな高圧で発生した水素によってシール部材が内周側から押圧され、これにより耐圧部材と電解質膜に押し付けられたときには、該電解質膜が流路形成部材によって支持される。従って、水素が高圧であっても、電解質膜や流路形成部材に大きな弾性変形（撓み）が起こり難くなる。
【００１０】
このため、耐圧部材と電解質膜との間の接触面圧が低下することが回避される。従って、水素の押圧を受けて耐圧部材に押し付けられたシール部材が、耐圧部材と電解質膜との間のクリアランスに進入すること、換言すれば、耐圧部材と電解質膜との間に潜り込む（はみ出す）ことが抑制される。これにより、気密性を損なうようなシール部材の損傷を防ぐことができる。
【００１１】
分配路及び集束路は、例えば、シール部材と耐圧部材が対向する位置よりも外方とすればよい。この場合、撓みを有効に抑制することができる。
【００１２】
分配路及び集束路は、電解質膜・電極構造体の外周端部よりも外方に位置することが好ましい。これにより、電解質膜・電極構造体が撓むことが一層抑制されるからである。
【００１３】
分配路及び集束路は、円弧形状をなすことが好ましい。このような形状とすることにより、アノード（アノード給電体及びアノード電極触媒層）の全体に対して水を略均等に且つ十分な量で供給することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、流路形成部材に形成されて電解すべき水を流通させる流通路の一部である分配路及び集束路を、カソード（カソード給電体及びカソード電極触媒層）をシールするシール部材に重ならないオフセット位置としている。このために流路形成部材が電解質膜を支持するので、シール部材が内周側から押圧されて耐圧部材と電解質膜に押し付けられたときに電解質膜や流路形成部材に大きな弾性変形（撓み）が起こり難くなる。
【００１５】
その結果として、耐圧部材と電解質膜との間の接触面圧が低下することが回避される。従って、水素の押圧を受けたシール部材が耐圧部材と電解質膜との間のクリアランスに進入する（はみ出す）ことが抑制される。これにより、シール部材が損傷することが防止される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係る差圧式高圧水電解装置（水電解装置）の概略全体斜視図である。
【図２】図１の差圧式高圧水電解装置を構成する高圧水電解セルの分解斜視図である。
【図３】図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。
【図４】高圧水電解セルを構成する水流路部材（流路形成部材）の概略底面図である。
【図５】図３から大Ｏリングが内周壁側から押圧されて圧縮された状態を示す要部拡大断面図である。
【図６】分配路及び集束路が、シール部材である大Ｏリングと耐圧部材との対向位置に重なるように配置された高圧水電解セルにおいて、大Ｏリング（シール部材）が内周壁側から押圧されて圧縮された状態を示す要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る水電解装置につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本実施の形態に係る差圧式高圧水電解装置１０（水電解装置）の概略全体斜視図である。この差圧式高圧水電解装置１０は、複数の高圧水電解セル１２が積層された積層体１４を備える。なお、図１では高圧水電解セル１２を鉛直方向（矢印Ａ方向）に沿って積層しているが、水平方向（矢印Ｂ方向）に沿って積層するようにしてもよい。このように、本実施の形態では、各構成要素を重ね合わせる方向を積層方向と定義する。
【００１９】
積層体１４の積層方向一端（上端）には、いずれも略円盤形状をなす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、下方から上方に向かってこの順序で配設される。積層体１４の積層方向他端（下端）にも同様に、いずれも略円盤形状をなす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、上方から下方に向かってこの順序で配設される。
【００２０】
差圧式高圧水電解装置１０は、矢印Ａ方向に延在する４本のタイロッド２２を介してエンドプレート２０ａ、２０ｂ間が一体的に締め付け保持され、積層方向に締結される。なお、差圧式高圧水電解装置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、差圧式高圧水電解装置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。
【００２１】
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には、導線２６ａ、２６ｂを介して電解電源２８が電気的に接続される。
【００２２】
図２及び図３に示すように、高圧水電解セル１２は、略円盤状の電解質膜・電極構造体３０と、該電解質膜・電極構造体３０を挟持するアノード側セパレータ３２及びカソード側セパレータ３４とを備える。アノード側セパレータ３２及びカソード側セパレータ３４による電解質膜・電極構造体３０の挟持方向は、Ａ方向（積層方向）である。
【００２３】
アノード側セパレータ３２とカソード側セパレータ３４との間には、略円環形状をなす樹脂枠部材３６が配置される。樹脂枠部材３６の中空内部には、電解質膜・電極構造体３０等が収容される。
【００２４】
樹脂枠部材３６の上開口底部、下開口底部には、シール部材３７ａ、３７ｂが設けられる。アノード側セパレータ３２、カソード側セパレータ３４は、これらシール部材３７ａ、３７ｂのそれぞれを介して樹脂枠部材３６の上開口底部、下開口底部を閉塞する。
【００２５】
樹脂枠部材３６の直径方向一端には、積層方向（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３８ａが設けられる。また、樹脂枠部材３６の直径方向他端には、反応により生成された酸素及び未反応の水（混合流体）を排出するための水排出連通孔３８ｂが設けられる。
【００２６】
図１に示すように、積層方向の最下方に配置される樹脂枠部材３６の側部には、水供給連通孔３８ａに連通する水供給口３９ａが接続される。また、積層方向の最上方に配置される樹脂枠部材３６の側部には、水排出連通孔３８ｂに連通する水排出口３９ｂが接続される。
【００２７】
高圧水電解セル１２の中央部には、電解領域の略中央を貫通して積層方向に互いに連通する高圧水素連通孔３８ｃが設けられる（図２及び図３参照）。高圧水素連通孔３８ｃは、反応により生成され、同じく反応により生成された酸素よりも高圧（例えば、１ＭＰａ〜８０ＭＰａ）な水素を排出する。
【００２８】
アノード側セパレータ３２及びカソード側セパレータ３４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る。アノード側セパレータ３２及びカソード側セパレータ３４は、その他、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、又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することで得るようにしてもよい。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してもよい。
【００２９】
電解質膜・電極構造体３０は、略リング形状をなす固体高分子膜からなる電解質膜４０を備える。電解質膜４０は、リング形状を有する電解用のアノード給電体４２及びカソード給電体４４により挟持される。電解質膜４０は、例えば、炭化水素（ＨＣ）系の膜又はフッ素系の固体高分子膜により構成される。
【００３０】
電解質膜４０の一方の面には、リング形状を有するアノード電極触媒層４２ａが設けられる。電解質膜４０の他方の面には、リング形状を有するカソード電極触媒層４４ａが形成される。アノード電極触媒層４２ａとしては、例えば、Ｒｕ（ルテニウム）系触媒が使用され、カソード電極触媒層４４ａとしては、例えば、白金触媒が使用される。電解質膜４０、アノード電極触媒層４２ａ、カソード電極触媒層４４ａの略中央部には、高圧水素連通孔３８ｃが形成される。
【００３１】
アノード給電体４２及びカソード給電体４４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４２及びカソード給電体４４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。アノード給電体４２の外周縁部には、枠部４２ｅが嵌め込まれる。枠部４２ｅは、アノード給電体４２よりも緻密に構成する。なお、アノード給電体４２の外周部を緻密に構成することにより、前記外周部を枠部４２ｅとすることもできる。
【００３２】
樹脂枠部材３６の中空内部とアノード側セパレータ３２により、アノード給電体４２が収容されるアノード室４５ａｎが形成される。一方、樹脂枠部材３６の中空内部とカソード側セパレータ３４により、カソード給電体４４が収容されるカソード室４５ｃａが形成される。
【００３３】
アノード側セパレータ３２とアノード給電体４２との間（アノード室４５ａｎ）には、流路形成部材としての水流路部材４６が介装される。図２に示すように、水流路部材４６は略円板形状を有し、外周部には、略１８０°の位相差で入口突起部４６ａ及び出口突起部４６ｂが形成される。
【００３４】
水流路部材４６には、電解すべき水をアノードに供給し且つ余剰供給分の水を排出するための水流通路が形成される。水流通路は、流通方向上流側から、供給連結路５０ａ、分配路５０ｂ、切欠溝５０ｃ、孔部５０ｄ、集束路５０ｅ、排出連結路５０ｆを含むように構成される。以下、各々につき説明する。
【００３５】
水供給連通孔３８ａから供給された水を受領する水受領部としての供給連結路５０ａは、入口突起部４６ａに形成される。さらに、この供給連結路５０ａには分配路５０ｂが連なる。一方、出口突起部４６ｂの近傍には集束路５０ｅが形成されるとともに、出口突起部４６ｂに、該集束路５０ｅに連なる排出連結路５０ｆ（水排出部）が形成される。これら供給連結路５０ａ、分配路５０ｂ、集束路５０ｅ及び排出連結路５０ｆは、水流路部材４６の厚み方向に沿って貫通している。また、分配路５０ｂ及び集束路５０ｅは、水流路部材４６の外周縁部に沿って湾曲することで円弧形状をなしている。
【００３６】
図４に示すように、水流路部材４６の、アノード側セパレータ３２を臨む下面には、分配路５０ｂから集束路５０ｅに向かう複数個の切欠溝５０ｃが形成される。切欠溝５０ｃの大部分は水流路部材４６の直径に対して平行であるが、一部は、高圧水素連通孔３８ｃを迂回するように湾曲している。切欠溝５０ｃの高さは、水流路部材４６の厚みの略１／２である。
【００３７】
一方、水流路部材４６の、電解質膜・電極構造体３０を臨む上面には、その厚み方向に沿って延在して前記切欠溝５０ｃに到達する複数個の孔部５０ｄが形成される。該孔部５０ｄは、アノード給電体４２に向かって開口する。分配路５０ｂが切欠溝５０ｃに連通し、さらに、切欠溝５０ｃが孔部５０ｄに連通しているので、供給連結路５０ａが受けた水は、分配路５０ｂ、切欠溝５０ｃ、孔部５０ｄを経由してアノード給電体４２に供給される。すなわち、切欠溝５０ｃ及び孔部５０ｄは、アノード（アノード給電体４２及びアノード電極触媒層４２ａ）に水を供給するための供給路として機能する。
【００３８】
このような構成の水流路部材４６において、分配路５０ｂ及び集束路５０ｅは、後述する大Ｏリング７２と耐圧部材７４との対向位置よりも外方に位置するとともに、電解質膜・電極構造体３０の外周端部よりも外方に位置する。
【００３９】
アノード給電体４２とアノード電極触媒層４２ａとの間には、保護シート部材４８が介装される。保護シート部材４８は、その内周がアノード給電体４２及びカソード給電体４４の内周よりも内方に配置されるとともに、その外周位置が電解質膜４０、アノード給電体４２及び水流路部材４６の外周位置と同一位置に設定される。また、保護シート部材４８は、アノード電極触媒層４２ａの積層方向に対向する範囲（電解領域）に設けられる複数の貫通孔４８ａを有するとともに、電解領域の外方に枠部４８ｂを有する。枠部４８ｂには、例えば、長方形状の孔部（図示せず）が形成される。
【００４０】
アノード側セパレータ３２と電解質膜４０との間には、高圧水素連通孔３８ｃを囲繞する連通孔部材５２が配置される。連通孔部材５２は略円柱形状をなし、軸方向両端には、リング状に切り欠かれた形状のシール室５２ａ、５２ｂが設けられる。シール室５２ａ、５２ｂには、高圧水素連通孔３８ｃを周回してシールするシール部材（小Ｏリング）５４ａ、５４ｂが配置される。連通孔部材５２の電解質膜４０に対向する端面には、保護シート部材４８が配置される溝部５２ｓが形成される。
【００４１】
シール室５２ａ、５２ｂと高圧水素連通孔３８ｃとの間には、円筒形状の多孔質部材５６が配設される。多孔質部材５６の中央部には、高圧水素連通孔３８ｃが形成される。多孔質部材５６は、アノード側セパレータ３２と電解質膜４０との間に介装される。多孔質部材５６は、セラミック製多孔質体、樹脂製多孔質体又はセラミックと樹脂との混合材料製多孔質体で形成されるが、その他、種々の材料を用いてもよい。
【００４２】
図２及び図３に示すように、カソード室４５ｃａには、カソード給電体４４を電解質膜４０側に指向して押圧する荷重付与機構５８が配置される。この荷重付与機構５８は、弾性部材、例えば、板ばね６０を含んで構成され、該板ばね６０は、金属製の板ばねホルダ（シム部材）６２を介してカソード給電体４４に荷重を付与する。なお、弾性部材としては、板ばね６０の他、皿ばねやコイルスプリング等を使用することができる。
【００４３】
カソード給電体４４と板ばねホルダ６２との間には、導電シート６６が配置される。導電シート６６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、リング形状を有し、カソード給電体４４と略同一の直径に設定される。
【００４４】
カソード給電体４４の中央部には、導電シート６６と電解質膜４０との間に位置して絶縁部材、例えば、樹脂シート６８が配置される。樹脂シート６８は、カソード給電体４４の内周面に嵌合する。樹脂シート６８は、カソード給電体４４と略同一の厚さに設定される。樹脂シート６８としては、例えば、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）やポリイミドフィルム等が使用される。
【００４５】
樹脂シート６８とカソード側セパレータ３４との間には、連通孔部材７０が配置される。連通孔部材７０は円筒形状を有し、中央部に高圧水素連通孔３８ｃが形成される。連通孔部材７０の軸方向一端には、カソード室４５ｃａと高圧水素連通孔３８ｃとを連通する水素排出通路７１が形成される。
【００４６】
カソード室４５ｃａには、カソード給電体４４、板ばねホルダ６２及び導電シート６６の外周を周回する大Ｏリング７２（シール部材）が配置される。この大Ｏリング７２の外周には、該大Ｏリング７２よりも高硬度な耐圧部材７４が配置される。耐圧部材７４は、略リング形状を有するとともに、外周部が樹脂枠部材３６の内周部に嵌合する。
【００４７】
大Ｏリング７２の内周壁は、図３及び図４に示すように、カソード給電体４４、導電シート６６、板ばねホルダ６２、板ばね６０から離間する。この離間によって生じたクリアランスが、カソード室４５ｃａの一部をなす圧力付与室７６となる。カソード電極触媒層４４ａで発生した水素は、カソード室４５ｃａに進入した際、その一部である圧力付与室７６にも進入する。
【００４８】
本実施の形態に係る差圧式高圧水電解装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果について、該差圧式高圧水電解装置１０の動作との関係で説明する。
【００４９】
水の電気分解を開始するに際しては、図１に示すように、水供給口３９ａから水供給連通孔３８ａ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に導線２６ａ、２６ｂを介して電解電源２８からの電力が付与される。このため、図３に示すように、各高圧水電解セル１２では、外部から供給された水が水供給連通孔３８ａから供給連結路５０ａを通り、分配路５０ｂに到達する。
【００５０】
分配路５０ｂは円弧形状であり、このため、水は分配路５０ｂに沿って水流路部材４６の外周縁部近傍を流れた後、該水流路部材４６の下面に形成された複数の切欠溝５０ｃの個々に流入する。このように、分配路５０ｂを円弧形状とすることによって流通抵抗が小さくなり、供給路を構成する切欠溝５０ｃに対して略均等に水を分配することができる。また、水量も十分となる。
【００５１】
水は、切欠溝５０ｃに沿って流通するとともに、その途中で複数個の孔部５０ｄの個々に分配される。孔部５０ｄに流入した水は、孔部５０ｄからアノード給電体４２に供給され、多孔質体である該アノード給電体４２内に移動する。
【００５２】
水は、さらに、貫通孔４８ａを通過してアノード電極触媒層４２ａに到達する。このアノード電極触媒層４２ａにて水が電気分解され、プロトン、電子及び酸素が生成される陽極反応が生起される。この中のプロトンは電解質膜４０を透過してカソード電極触媒層４４ａ側に移動し、電子と結合する陰極反応を起こす。その結果、気相としての水素が得られる。
【００５３】
なお、孔部５０ｄに分配されることなく切欠溝５０ｃを流通した余剰供給分の水は、集束路５０ｅに流入して集合する。この集束路５０ｅも円弧形状であるため、個々の切欠溝５０ｃを流通した水が集合することが容易である。集束路５０ｅにて集合した水は、排出連結路５０ｆから水排出口３９ｂを介して、陽極反応で生成された酸素とともに積層体１４の外部に排出される。
【００５４】
その一方で、水素は、カソード給電体４４の内部の水素流路に沿ってカソード室４５ｃａに流動し、さらに、水素排出通路７１から高圧水素連通孔３８ｃに排出される。水素は、水供給連通孔３８ａよりも高圧に維持された状態で、高圧水素連通孔３８ｃを流れて差圧式高圧水電解装置１０の外部に取り出し可能となる。
【００５５】
カソード電極触媒層４４ａで発生した水素は、圧力付与室７６を含むカソード室４５ｃａを高圧水素として満たす。このため、各高圧水電解セル１２において、図５に示すように大Ｏリング７２が耐圧部材７４側に変形を伴いながら押圧される。このとき、大Ｏリング７２から、積層方向の挟持部材であるカソード側セパレータ３４及び電解質膜４０に対し、法線方向の押圧力が発生する。
【００５６】
図６に示すように、高圧水電解セル１２の、積層方向（挟持方向）に対して直交する方向の断面において、分配路５０ｂと集合路４０ｅが大Ｏリング７２と耐圧部材７４の対向位置に重なる場合を想定する。なお、図６では分配路５０ｂのみを示している。
【００５７】
この場合、内周側から高圧の水素に押圧された大Ｏリング７２によって電解質膜４０への法線方向押圧力が分配路５０ｂの肉抜き部に作用するため、該分配路５０ｂの直上近傍の枠部４２ｅや、保護シート部材４８が局所的に撓み易い状態となる。電解質膜４０は薄膜であり、且つ比較的軟質であるため、枠部４２ｅや保護シート部材４８の局所的な撓みにより、該電解質膜４０の、大Ｏリング７２と耐圧部材７４との対向位置直下では、接触面圧が低下し易くなる。
【００５８】
以上から諒解されるように、分配路５０ｂないし集束路５０ｅは水流路部材４６に貫通形成された肉抜きであるため、大Ｏリング７２による電解質膜４０への押圧に対して十分な反力を示すことができない。従って、上記の撓みが比較的容易に起こる。その結果、電解質膜４０と耐圧部材７４の接触面圧が低下する。
【００５９】
大Ｏリング７２はゴム等からなるので、比較的軟質である。このため、接触面圧が低下すると、大Ｏリング７２の外周壁の一部が該接触面圧低下部に進入し易くなる。換言すれば、大Ｏリング７２の一部が電解質膜４０と耐圧部材７４との間にはみ出し易くなる。
【００６０】
このような状態では、シールが不十分となる。また、水素の生成が停止され、且つ大Ｏリング７２の内周壁側が後述の脱圧によって常圧に戻されると、大Ｏリング７２のはみ出し部が剥ぎ取られる懸念がある。このような事態が生じると、大Ｏリング７２が損傷するに至る。
【００６１】
これに対し、本実施の形態においては、上記したように、分配路５０ｂ及び集束路５０ｅのいずれも、大Ｏリング７２と耐圧部材７４との対向位置からオフセットされ、該対向位置の外方に位置している（図５参照）。しかも、分配路５０ｂ及び集束路５０ｅの位置は、電解質膜・電極構造体３０の外周端部よりも外方である。このため、対向位置の下方には、水流路部材４６の上面が位置する。この上面により、アノード給電体４２、保護シート部材４８及び電解質膜４０が支持される。
【００６２】
従って、アノード給電体４２、保護シート部材４８及び電解質膜４０が撓むことが抑制される。このため、電解質膜４０と耐圧部材７４との間の接触面圧低下が防止される。これにより、大Ｏリング７２が電解質膜４０と耐圧部材７４との間に進入する（はみ出す）ことが防止される。
【００６３】
電気分解を停止するべく差圧式高圧水電解装置１０の運転を停止するに際しては、低圧（常圧）側のアノード室４５ａｎと高圧側のカソード室４５ｃａとの差圧を解消させるために、カソード室４５ｃａに脱圧（減圧）処理が施される。その結果、大Ｏリング７２が伸長して元の形状に戻るとともに、元の位置に移動する。このとき、大Ｏリング７２は、外周壁が直径方向内方に指向して移動すること、換言すれば、元の形状に戻ることが容易である。水素の発生時、耐圧部材７４の内周壁に押し付けられた大Ｏリング７２の外周壁が、電解質膜４０と耐圧部材７４との間のクリアランスに進入する（はみ出す）ことが抑制されているからである。
【００６４】
従って、カソードの脱圧が行われたとき、大Ｏリング７２のはみ出し部分が剥ぎ取られること、換言すれば、損傷することを回避することができる。従って、大Ｏリング７２により、十分なシール能力が得られる。
【００６５】
本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００６６】
例えば、分配路５０ｂ及び集束路５０ｅを、大Ｏリング７２と耐圧部材７４の対向位置よりも内方にオフセットするようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１０…差圧式高圧水電解装置            １２…高圧水電解セル
１４…積層体                          ２８…電解電源
３０…電解質膜・電極構造体            ３２…アノード側セパレータ
３４…カソード側セパレータ            ３６…樹脂枠部材
３７ａ、３７ｂ…シール部材            ３８ａ…水供給連通孔
３８ｂ…水排出連通孔                  ３８ｃ…高圧水素連通孔
３９ａ…水供給口                      ３９ｂ…水排出口
４０…電解質膜                        ４２…アノード給電体
４２ａ…アノード電極触媒層            ４４…カソード給電体
４４ａ…カソード電極触媒層            ４５ａｎ…アノード室
４５ｃａ…カソード室                  ４６…水流路部材
５０ａ…供給連結路                    ５０ｂ…分配路
５０ｃ…切欠溝                        ５０ｄ…孔部
５０ｅ…集束路                        ５０ｆ…排出連結路
５２、７０…連通孔部材                ５２ａ、５２ｂ…シール室
５６…多孔質部材                      ５８…荷重付与機構
６０…板ばね                          ６２…板ばねホルダ
７１…水素排出通路                    ７２…大Ｏリング
７４…耐圧部材                        ７６…圧力付与室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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