(57)【要約】【課題】給電体の端部での温度上昇を防止すると共に、給電体端部のガス滞留を解消し、水電解効率の向上を図ることができる水電解セル、それを用いた水電解スタック、水素製造装置及び固体高分子膜水電解装置を提供する。【解決手段】本水電解セル５０Ａは、一対のセパレータと、該一対のセパレータの間に設けられた陽極側及び陰極側電極が両面に形成された固体高分子電解質膜５１と、該固体高分子電解質膜５１とセパレータの間に介装された給電体とからなる水電解セル５０であって、電極形成面７０Ａが水電解により発生するガス（水素ガス又は酸素ガス）のガス溜まりが発生する部位を除いて形成されてなる。【選択図】        図１−２
2008308722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のセパレータと、
該一対のセパレータの間に設けられた陽極及び陰極が両面に形成された固体高分子電解質膜と、
該固体高分子電解質膜とセパレータの間に介装された給電体とからなる水電解セルであって、
電極形成面が水電解により発生するガスのガス溜まりが発生する部位を除いて形成されてなることを特徴とする水電解セル。
【請求項２】
請求項１において、
前記固体高分子電解質膜と給電体との間に、陽極及び陰極面が水電解により発生するガスのガス溜まり部位を除くように電解領域を規制して電解反応を行う絶縁シートを介装してなることを特徴とする水電解セル。
【請求項３】
請求項１において、
前記電極形成面の周囲が、給電体の周囲の内側に位置するように形成されてなることを特徴とする水電解セル。
【請求項４】
請求項３において、
前記電極形成面の周囲が給電体の周囲よりも３〜２０ｍｍ内側に位置するように形成されてなることを特徴とする水電解セル。
【請求項５】
請求項３又は４において、
前記固体高分子電解質膜と給電体との間に、前記電極形成面の周囲が給電体の周囲よりも内側位置となるように電解領域を規制して電解反応を行う絶縁シートを介装してなることを特徴とする水電解セル。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一つにおいて、
前記給電体は、その周囲に固体高分子電解質膜と略同一形状のパッキンを備えてなると共に、
該パッキンには、四隅の対角線上に設けた水供給孔及び水排出孔と、
前記水供給孔から給電体に循環水を導入する水導入ヘッダと、
前記給電体に導入された循環水を水排出孔へ排出する水排出ヘッダとを有することを特徴とする水電解セル。
【請求項７】
請求項６において、
前記給電体がメッシュ状であることを特徴とする水電解セル。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一つの水電解セルを複数積層させてなることを特徴とする水電解スタック。
【請求項９】
請求項８の水電解スタックを有してなり、
陽極側給電体と陰極側給電体とに循環水を供給し、両給電体間に直流電流を印加し、陰極側に水素ガスを取り出してなることを特徴とする水素製造装置。
【請求項１０】
請求項８の水電解スタックを有してなり、
陽極側給電体と陰極側給電体とに循環水を供給し、両給電体間に直流電流を印加し、水電解反応により陰極側に水素ガスを発生してなることを特徴とする固体高分子膜水電解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水電解効率を向上させた水電解セル、それを用いた水電解スタック、水素製造装置及び固体高分子膜水電解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
純水を直接電気分解することにより、高純度の水素ガス及び酸素ガスを発生する水電解装置が種々提案されている。
図８を参照して従来の固体高分子膜型水分解装置を説明する。図８に示すように、固体高分子電解質膜１１１によって内部が陽極室１１２と陰極室１１３に区画された水電解槽１１４と、上記陽極室１１２の固体高分子電解質膜１１１側に電解水１１５を供給する水供給手段と、水電解により発生した酸素（Ｏ2 ）及び水素（Ｈ2 ）を分離する酸素分離手段及び水素分離手段とを具備してなる固体高分子膜型水電解装置であって、上記固体高分子電解質膜１１１が鉛直方向に立設されてなる水電解槽１１４の上方に水供給タンク１２０を設置してなり、水供給タンク１２０からの水を循環水１２１として固体高分子電解質膜１１１に自然循環しつつ供給するようにしている。すなわち、上記電解槽１１４内の固体高分子電解質膜１１１は鉛直軸方向に立設されており、上記陰極室１１３側に循環水１２１を供給する循環水供給手段１２２は、電解槽１１４の上方側に設置してなる水供給タンク１２０と、上記水供給タンク１２０からの循環水１２１を自然落下による降下流を電解質膜の下端側から供給しつつ循環させる降下ライン１２３と、発生した水素（Ｈ2 ）を上昇流として循環水と共に水素（Ｈ2）／水（Ｈ2 Ｏ）の二相流１２４として水素分離手段へ送給する上昇ライン１２５とを備えてなるものである。
【０００３】
一方、酸素側においては、水供給タンク１３２から供給された電解水１１５を約６０℃程度まで冷却する冷却手段１３３と、該冷却手段１３３の下流側に介装され水中の汚染物を除去するフィルタ１３４と、該フィルタ１３４の下流側に介装され電解水を８０℃以上まで加熱する加熱手段１３５と、電解水を循環させる循環ポンプ１３６とを備えてなり、電解水１１５を陽極室１１２内に供給して酸素（Ｏ2 ）／水（Ｈ2 Ｏ）の二相流１３７を形成している。上記水供給タンク１３２は循環水側のタンク１２０と同様に、気水分離機能を有しており、酸素を分離している。
【０００４】
このように、電解質膜１１１で発生する水素が、水電解槽１１４の上方側に設置した水供給タンク１２０からの自然循環水によって膜の下端側から入流され、膜に沿って上昇する際に、上昇二相流として膜の界面から水素を取り除くことになるので、気泡の抜けが良好となり、電解効率を向上するようにしている。
【０００５】
ここで、電解効率向上のためには、図９に示すように、陽極側と陰極側電極が両面に形成された電解質膜１１１を立設してなる電解セル１５０を複数集合させて水スタック１５１を構成して多量の酸素及び水素の製造をしている。
図９では、水電解スタック１５１の四隅に循環水供給孔１５２−１、１５２−２と排出孔１５３−１、１５３−２とを対角線上に配置している。そして、循環水１２１を供給する水素側水供給口１５２−１と酸素側水供給口１５２−２とを、ガスの出口である水素／水・二相流１２４の出口１５３−１と、酸素／水・二相流１３７の出口１５３−２とをクロスする位置となるようにし、水電解スタック１５１内を通過する循環水１２１の流れがクロスするようにし、均温化を図るようにしている。
【０００６】
この水電解セルの概略を図１０に示す。図１０に示すように、水電解セル１５０は、一対のセパレータ１６２，１６３と、該セパレータ１６２，１６３の間に設けられた固体高分子電解質膜１１１と、該固体高分子電解質膜１１１とセパレータ１６２、１６３の間に介装され、水の流動抵抗が小さく（圧力損失が小さい）、しかも電気抵抗が小さい給電体１６４とから構成されている。なお、前記給電体１６４はその周囲をパッキン１６５で囲み、図１１に示すように該パッキン１６５には水供給ヘッダ１６６と水排出ヘッダ１６７とが設けられており、循環水１２１の供給及び排出を効率よくしている。なお、図１２は図１１のＡ−Ａ線断面図である。
【０００７】
この結果、水素側における気泡の抜けが良好となるので固体高分子電解質膜１１１に対しての電流密度を、例えば１〜３Ａ／ｃｍ2 程度と向上させることができる。このときの上昇流の流速としては、０．３〜１．０ｍ／ｓ程度としている。ここで、上記水供給タンク１２０は、水素分離手段を兼用しており、水素を分離する気水分離タンクを構成している（特許文献１及び２）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２８５３６８号公報
【特許文献２】特開２００５−３３０５１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、水電解スタック１５１を構成するセパレータ１６２は給電体１６４がその中心に位置すると共に、その周囲にパッキン１６５が取付けられている。
そして、水電解装置として使用する場合は固体高分子電解質膜１１１をセパレータ１６２、１６３で両側から挟み込むようにしているので、この状態で循環水１２１を給電体１６４部分に通水し、直流電力をセパレータ１６２から対極のセパレータ１６３へ投入すると固体高分子電解質膜１１１の電極部分で水が電気分解され、水素と酸素が発生するが、従来技術にかかる電極１７０の塗布範囲は給電体１６４よりも若干広くなっており、給電体全体で電気分解が行われている。
【００１０】
しかしながら、給電体１６４の端部では循環水１２１の流れがほとんどないため、冷却が効率よく行われず、ガス溜り部位１６８が発生し、電気分解により給電体端部の温度が上昇し、固体高分子電解質膜１１１の破損が発生する場合がある。
【００１１】
そこで、給電体１６４の端部での温度上昇を防止すると共に、給電体端部のガス滞留を解消し、水電解効率の向上を図ることが切望されている。
【００１２】
本発明は、前記問題に鑑み、給電体の端部での温度上昇を防止すると共に、給電体端部のガス滞留を解消し、水電解効率の向上を図ることができる水電解セル、それを用いた水電解スタック、水素製造装置及び固体高分子膜水電解装置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】
【００１３】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、一対のセパレータと、該一対のセパレータの間に設けられた陽極及び陰極が両面に形成された固体高分子電解質膜と、該固体高分子電解質膜とセパレータの間に介装された給電体とからなる水電解セルであって、電極形成面が水電解により発生するガスのガス溜まりが発生する部位を除いて形成されてなることを特徴とする水電解セルにある。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、前記固体高分子電解質膜と給電体との間に、陽極及び陰極面が水電解により発生するガスのガス溜まり部位を除くように電解領域を規制して電解反応を行う絶縁シートを介装してなることを特徴とする水電解セルにある。
【００１５】
第３の発明は、第１の発明において、前記電極形成面の周囲が、給電体の周囲の内側に位置するように形成されてなることを特徴とする水電解セルにある。
【００１６】
第４の発明は、第３の発明において、前記電極形成面の周囲が給電体の周囲よりも３〜２０ｍｍ内側に位置するように形成されてなることを特徴とする水電解セルにある。
【００１７】
第５の発明は、第３又は４の発明において、前記固体高分子電解質膜と給電体との間に、前記電極形成面の周囲が給電体の周囲よりも内側位置となるように電解領域を規制して電解反応を行う絶縁シートを介装してなることを特徴とする水電解セルにある。
【００１８】
第６の発明は、第１乃至５のいずれか一つの発明において、前記給電体は、その周囲に固体高分子電解質膜と略同一形状のパッキンを備えてなると共に、該パッキンには、四隅の対角線上に設けた水供給孔及び水排出孔と、前記水供給孔から給電体に循環水を導入する水導入ヘッダと、前記給電体に導入された循環水を水排出孔へ排出する水排出ヘッダとを有することを特徴とする水電解セルにある。
【００１９】
第７の発明は、第６の発明において、前記給電体がメッシュ状であることを特徴とする水電解セルにある。
【００２０】
第８の発明は、第１乃至７のいずれか一つの水電解セルを複数積層させてなることを特徴とする水電解スタックにある。
【００２１】
第９の発明は、第８の水電解スタックを有してなり、陽極側給電体と陰極側給電体とに循環水を供給し、両給電体間に直流電流を印加し、陰極側に水素ガスを取り出してなることを特徴とする水素製造装置にある。
【００２２】
第１０の発明は、第８の水電解スタックを有してなり、陽極側給電体と陰極側給電体とに循環水を供給し、両給電体間に直流電流を印加し、水電解反応により陰極側に水素ガスを発生してなることを特徴とする固体高分子膜水電解装置にある。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、一対のセパレータの間に設けられた陽極及び陰極が両面に形成された固体高分子電解質膜と、該固体高分子電解質膜とセパレータの間に介装された給電体とからなる水電解セルであって、前記電極形成面が水電解により発生するガスのガス溜まりが発生する部位を除いて形成されてなるので、循環水の供給が滞ることがなく、給電体の端部での温度上昇を防止すると共に、給電体端部のガス滞留が解消され、水電解効率の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００２５】
［第１の実施の形態］
本実施の形態に係る水電解装置に用いる水電解セルについて、図面を参照して説明する。図１−１〜図１−３は、実施の形態に係る水電解セルを示す構成図を各々示し、図１−１は固体高分子電解質膜の平面図、図１−２は水電解セルの平面図、図１−３は水電解セルの断面図である。
図１−１〜図１−３に示すように、本実施の形態に係る水電解セル５０Ａは、一対のセパレータ６２、６３と、該一対のセパレータ６２、６３の間に設けられた陽極側及び陰極側電極が両面に形成された固体高分子電解質膜５１と、該固体高分子電解質膜５１とセパレータ６２、６３の間に介装された給電体とからなる水電解セル５０であって、電極形成面７０Ａが水電解により発生するガス（水素ガス又は酸素ガス）のガス溜まりが発生する部位を除いて形成されてなるものである。
【００２６】
本実施形態では、従来と同様に、水電解セル５０Ａの四隅に循環水供給孔５２−１、５２−２と排出孔５３−１、５３−２とを対角線上に配置している。そして、循環水１６を供給する水素側水供給口５２−１と酸素側水供給口５２−２とを、ガスの出口である水素／水・二相流１６−１の出口５３−１と、酸素／水・二相流１６−２の出口５３−２とをクロスする位置となるようにし、水電解セル５０Ａ内を通過する循環水１６の流れが積層した際にクロスするようにし、均温化を図るようにしている。
【００２７】
ここで、図１−２においては、酸素／水・二相流１６−２の面を図示しているが、その裏面側は水素／水・二相流１６−１となる。
なお、図１−２中、符号６６は循環水１６の水導入ヘッダ、６７は水排出ヘッダを各々図示する。
【００２８】
また、給電体６４の構造は、特に限定されるものではないが、好ましくは、メッシュ状とするのがよい。
本実施の形態では、給電体６４をメッシュ状として、その厚みを４ｍｍ程度としている。また、複数の目開きの異なるメッシュ状の給電体を積層するようにしてもよい。すなわち、セパレータ６２側がメッシュの目開きが大きい給電体としており、水の通水性を良好なものとしている。一方、固体高分子電解質膜５１側はメッシュの目開きが小さい給電体として、電気抵抗が小さくなるように、固体高分子電解質膜５１と給電体６４との接触が良好となるようにしてもよい。これにより、給電体６４は、循環水の水路機能と給電機能とを併せ持つものとなる。
【００２９】
また、このような水電解セル５０の厚さは９０〜１８０μｍ程度として、電極厚さは２０〜４０μｍ程度としている。
【００３０】
本実施の形態によれば、前記電極形成面７０Ａが水電解により発生するガス（水素ガス又は酸素ガス）のガス溜まりが発生する部位を除いて形成されてなるので、循環水１６の供給が滞ることがなく、給電体の端部での温度上昇を防止すると共に、給電体端部のガス滞留が解消され、水電解効率の向上を図ることができる。
【００３１】
［第２の実施の形態］
本実施の形態に係る水電解装置に用いる水電解セルについて、図面を参照して説明する。図２−１は、本実施の形態に係る固体高分子電解質膜の平面図、図２−２は水電解セルの平面図である。
図２−１及び図２−２に示すように、本実施の形態の水電解セル５０Ｂは、電極形成面７０Ｂの周囲が、給電体６４の周囲の内側に位置するように形成されてなるものである。
すなわち、図２−２に示すように、電極形成面７０Ｂが給電体の周囲よりも幅Ｄだけ内側となるように、点線の枠内とすることで、循環水の供給が滞ることがなく、給電体の端部での温度上昇を防止すると共に、給電体端部のガス滞留が解消され、水電解効率の向上を図ることができる。
【００３２】
ここで、前記電極形成面７０Ｂの周囲が給電体の周囲よりも幅Ｄが３〜２０ｍｍ内側に位置（給電体形状に合わせて六角形（略亀の甲型）とする。）するように形成されてなる。より好ましくは、幅Ｄを５〜２０ｍｍ程度とするのがよい。
また、本実施の形態の給電体６４の大きさは、Ｌ１＝３６５ｍｍ×Ｗ１＝２７５ｍｍであり、その内側に形成される電極形成面７０ＢはＬ２＝３４０ｍｍ×Ｗ２＝２４０ｍｍとするのがよい。
【００３３】
このように、前記電極形成面７０Ｂの周囲が給電体の周囲よりも３〜２０ｍｍ内側に位置するように形成することにより、給電体端部での電気分解が無く、給電体端部の温度上昇を防止できる。
また、発生ガスの滞留も起きにくくなり、固体高分子電解質膜５１が乾燥することも防止できる。
【００３４】
本構造にて確認試験を実施した結果、従来構造のガス溜まりが発生する構造では、電解時の加熱を防止することが可能で、気相の滞留による冷却不足を防止することができる。
【００３５】
［第３の実施の形態］
本実施の形態に係る水電解装置に用いる水電解セルについて、図面を参照して説明する。図２は、実施の形態に係る水電解セルを示す構成図を各々示し、図３−１は絶縁シートの平面図、図３−２は水電解セルの平面図である。
図３−１及び図３−２に示すように、本実施の形態の水電解セル５０Ｃは、前記固体高分子電解質膜と給電体との間に、前記電極形成面の周囲が給電体の周囲よりも内側位置となるように電解領域を規制して電解反応を行う絶縁シート８０を介装してなる。前記絶縁シート８０は、電解領域を規制するように開口部８１が形成されている。
そして、給電体６４の端部から１０ｍｍ程度内側の範囲までを覆うことができる開口部８１を有する絶縁シート８０を介装することで、循環水１６の供給が滞ることがなく、給電体６４の端部での温度上昇を防止すると共に、給電体端部のガス滞留が解消され、水電解効率の向上を図ることができる。
【００３６】
ここで、前記絶縁シート８０は、例えばテフロン（登録商標）等の良好な絶縁性と百数十度の耐熱性があることが望ましい。
セパレータと固体高分子セルの間に絶縁シートを挟み込み、給電体の端部から１０ｍｍ程度をマスキングすることで、給電体端部の電流通過を防止し、電気分解を防止することができる。
【００３７】
この絶縁シート８０を介装することにより、固体高分子電解質膜５１が製作過程での水による膨潤などにより電極形成面サイズがはみだした場合においても、水電解反応の反応場を規制することができるので、好ましい。
【００３８】
この結果、本実施の形態に係る絶縁シート８０を介在させることにより、実施例１と同様に本構造にて給電体端部の温度上昇を防止することができる。
【００３９】
また第１又は第２の実施の形態の水電解セルと組み合せて使用することでさらにその効果が向上することとなる。
【００４０】
［第４の実施の形態］
次に、前記水電解セルを用いた水電解装置について説明する。
図４は、本実施の形態に係る水電解装置を示す概略斜視図であり、図５はその縦断面図（図７のＢ―Ｂ矢視断面図）、図６はその正面図、図７は図６のＣ−ＣＢ矢視図である。
これらの図面に示すように、本実施の形態に係る水電解装置１０は、容器本体１１内の下端面から所定間隔を有して設けられ、循環する循環水１２を浄化する浄化層１３と、容器本体１１の頂部１１ａから垂下し、容器本体１１内を第１の部屋１４−１と第２の部屋１４−２とに分離する仕切板２５と、容器本体１１の外部に設けられ、循環水を電気分解して水素と酸素を発生する前述した水電解セル５０Ａ（５０Ｂ又は５０Ｃ）を複数積層してなる水電解スタック１５と、該水電解スタック１５に浄化した循環水１６を供給する水供給管１７と、水電解スタック１５から循環水に同伴されてなる水素／水・二相流１８−１を容器本体１１の第１の部屋１４−１に送給する第１の送給管１９−１と、水電解スタック１５から循環水に同伴されてなる酸素／水・二相流１８−２を容器本体１１の第２の部屋１４−２に送給する第２の送給管１９−２と、第１の部屋１４−１から水素を排出する水素排出部２０と、第２の部屋１４−２から酸素を排出する酸素排出部２１とを具備してなり、水電解スタック１５に供給する循環水１２を浄化しつつ自然循環してなるものである。図５中、符号３０は保温材、３１はヒータ等による加熱部である。
【００４１】
ここで、本実施の形態では、前記容器本体１１を仕切る仕切板２５により容器本体内を第１の部屋１４−１と第２の部屋１４−２とに分離しているが、前記仕切板２５は少なくとも浄化層に接するようにすることが望ましい。これは第１の部屋１４−１で発生する水素と第２の部屋１４−２で発生する酸素との接触を防止する必要があるからである。よって、より望ましくは仕切り板が浄化層１３の下方部まで垂下しているほうがよい。
【００４２】
また、発生する水素と酸素とが接触することがないように、水素／水・二相流１８−１を第１の部屋１４−１に送給する第１の送給管１９−１に連結された水素発生管１９−１ａと、酸素／水・二相流１８−２を第２の部屋１４−２に送給する第２の送給管１９−２に連結された酸素発生管１９−２ａの出口部分の周囲をかこむように例えばセラミックスや焼結材料等で覆い、下方側へ水素又は酸素の移動を防止するようにしてもよい。この場合には、水素と酸素が交わることがないので、仕切板２５は浄化層１３まで到達していなくてもよい。
【００４３】
また、容器本体内の水面を一定にするように図示しない圧力計により、各部屋の圧力を測定し、各部屋が均圧となるように調整するようにしている。
【００４４】
このため、水素ガスの水素排出部２０には水素ガス排出管２０ａが接続され、バルブ２０ｂの開閉により適宜調整している。同様に、酸素ガスの酸素排出部２１には酸素ガス排出管２１ａが接続され、バルブ２１ｂの開閉により適宜調整している。
【００４５】
また、図５に示すように、水電解により水が消費されるので、容器本体１１には水レベル計４３を設置し、ボールタップ４１等により所定量の水が給水管を介して給水４２されるようにしている。
【００４６】
本実施の形態では容器本体１１内を加圧しているが、本発明はこれに限定されず、常圧であってもよい。なお、外部に電解スタックを設置する場合には、セルのシール性から数から数１０圧とするのが好ましい。これにより、高圧の水素ガスを得ることができる。
【００４７】
また、容器本体を耐圧容器７１として、数気圧〜８００気圧とするようにしてもよい。
この場合には、容器本体７１内に支持部１５ａにより支持された水電解スタック１５を浄化層１３の下部に設置している。そして、水電解スタック１５下側に設けた各々設けた水供給口に酸素側循環水及び水素側循環水を供給している。また、循環水の流れをクロスするように供給することにより、水電解スタック１５内部に熱の片寄りを是正し、均温化を図ることができる。
【００４８】
この結果、高圧の水素を得ることができるので、コンプレッサ等を用いることなくそのまま例えば水素自動車等の燃料タンクに供給することができる。よって、高い高圧容器内部に水電解スタック１５を配設すると共に、該水電解スタック１５に供給する電解水を自然循環とすることができるので、コンパクトを図ると共に所内効率がさらに向上する。
【００４９】
ここで、本実施の形態の浄化層１３は例えば直径数ｍｍ程度のイオン交換樹脂から構成されている。イオン交換樹脂を充填するために、容器本体１１の下端面から所定の距離で網又は細孔を有する支持部材１３ａが設けられており、この支持部材１３ａにイオン交換樹脂を充填している。この充填量は循環水を効率よく浄化する量とすればよく、またその厚さは後述する循環水の圧力損失に繋がるので、圧力損失がバランスするような所定の厚さとすればよい。
【００５０】
この浄化層１３の例えばイオン交換樹脂等を循環水が通過することにより循環水中の不純物を除去し、水電解効率の向上を図ることができる。すわなち、供給した外部からの水や水電解時により発生する不純物が水電解時において膜の表面に付着すると膜での電解効率が低減するのが、浄化層１３を通過させることでこれを解消することができる。
【００５１】
ここで、前記イオン交換樹脂としては、例えば「ダウエックス＊マラソン＊Ｃ６００」（商品名：ダウ・ケミカル日本社製）、「ダイヤイオンＴＳＡ１２００」（商品名：三菱化学社製）、又は「ダイヤイオンＳＡＴ１２００＆ＳＭＴ１２００」（商品名：三菱化学社製）を例示することができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５２】
また、図５に示すように、本実施の形態では容器本体１１の周囲を保温材３０により保温するようにしている。これは、水電解により発生した熱（投入される電力のうち水電解に使用される以外の電力はほとんど熱に変換する。）を外部に逃がすのを防止し、熱的自立の完全化を図るためである。この結果、循環水を約８０℃で長期間に亙って安定して循環することができる。
なお、発熱により循環水の温度が所定の温度よりも高くなるような場合には、外部から給水量を調節して温度を調整するようにすればよい。
【００５３】
また、本実施の形態では加熱部３１を容器本体１１の下方側に設けている。この加熱部３１は例えばヒータ等を用いることができるが、本装置により発生した酸素と水素を燃料源としたボイラを用いるようにしてもよい。
【００５４】
ここで、加熱部３１は起動時において使用すれば、その後は電解時におけるジュール熱により熱的自立を図ることができる。
【００５５】
このような水電解装置１０において、本実施の形態に係る水電解セル５０Ａ（５０Ｂ又は５０Ｃ）を複数積層してなる水電解スタック１５とすることで、循環水の供給が滞ることがなく、給電体の端部での温度上昇を防止すると共に、給電体端部のガス滞留が解消され、水電解効率の向上を図ることができる。すなわち、従来技術においては、電解効率が６５％であったものが７５％と上昇した。これは、給電体端部におけるガス滞留が無くなり、有効電解面積が増大したことによる。また、給電体の面接触性が向上した結果、電解効率の大幅な向上を図ることとなった。なお、この結果、水素の発生量を大幅に向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上のように、本発明にかかる水電解セルは、循環水の供給が滞ることがなく、給電体の端部での温度上昇を防止すると共に、給電体端部のガス滞留が解消され、水電解効率の向上を図ることができ、長期間に亙って安定して運転することができ、且つ運転効率が大幅に向上するので、水素を効率的に製造することに用いて適している。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１−１】第１実施の形態に係る固体高分子電解質膜の平面図である。
【図１−２】第１実施の形態に係る水電解セルの平面図である。
【図１−３】第１実施の形態に係る水電解セルの断面図である。
【図２−１】第２実施の形態に係る固体高分子電解質膜の平面図である。
【図２−２】第２実施の形態に係る水電解セルの平面図である。
【図３−１】第３実施の形態に係る絶縁膜の平面図である。
【図３−２】第３実施の形態に係る水電解セルの平面図である。
【図４】第４実施の形態に係る水電解装置を示す概略斜視図である。
【図５】図７のＢ―Ｂ矢視断面図である。
【図６】図４の正面図である。
【図７】図６のＣ−Ｃ矢視断面図である。
【図８】従来技術に係る水電解装置を示す概略図である。
【図９】水電解スタックの水流れを示す模式図である。
【図１０】水電解セルの概略図である。
【図１１】従来の水電解セルの平面図である。
【図１２】図１１のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図１３】固体高分子電解質膜の平面図である。
【図１４】従来のガス溜まり部位が発生する水電解セルの平面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０  水電解装置
１１  容器本体
１２  循環水
１３  浄化層
１４−１  第１の部屋
１４−２  第２の部屋
１６  浄化した循環水
１７  水供給管
１８−１  水素／水・二相流
１８−２  酸素／水・二相流
１９−１  第１の送給管
１９−２  第２の送給管
２０  水素排出部
２１  酸素排出部
５０Ａ〜５０Ｃ  水電解セル
５１  固体高分子電解質膜
６４  給電体
６５  パッキン
７０Ａ、７０Ｂ  電極形成面
８０  絶縁シート
【図１−１】
2008308722.tif 000003
【図１−２】
2008308722.tif 000004
【図１−３】
2008308722.tif 000005
【図２−１】
2008308722.tif 000006
【図２−２】
2008308722.tif 000007
【図３−１】
2008308722.tif 000008
【図３−２】
2008308722.tif 000009
【図４】
2008308722.tif 000010
【図５】
2008308722.tif 000011
【図６】
2008308722.tif 000012
【図７】
2008308722.tif 000013
【図８】
2008308722.tif 000014
【図９】
2008308722.tif 000015
【図１０】
2008308722.tif 000016
【図１１】
2008308722.tif 000017
【図１２】
2008308722.tif 000018
【図１３】
2008308722.tif 000019
【図１４】
2008308722.tif 000020