(57)【要約】【課題】酸素透過性セル等の電気化学セルの破損を防止するとともに、酸素透過性セル等の電子を授受する電気化学セルから得られる酸素等の気体が酸素富化器外に漏出することを防止する酸素富化器等の電気化学反応装置を提供することを課題とするものである。【解決手段】電子を授受する板状のセル（１）と、このセルの中央部分に臨む位置に開口部が形成されるとともに上記セルと熱膨張係数が異なる素材からなる基材（２）と、これらセルと基材との間に介装された介装部材（３）とを有する電気化学反応装置とした。この介装部材は、中央部に上記開口部と連通する開口が形成された複数枚のシート材を積層するとともに、それぞれ気密性を有するように当該積層間を面方向の異なる位置において一体化してなり、上記積層方向の一端側のシート材を全周にわたって上記セルに接合するとともに、他端側の上記シート材を全周にわたって上記基材に接合した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子を授受する板状の電気化学セルと、この電気化学セルの中央部分に臨む位置に開口部が形成されるとともに上記電気化学セルと熱膨張係数が異なる素材からなる基材と、これら電気化学セルと基材との間に介装された介装部材とを備えてなり、
上記介装部材は、中央部に上記開口部と連通する開口が形成された複数層のシート材が厚さ方向に積層されるとともに、当該積層間がそれぞれ気密性を有するように面方向の異なる位置において一体化されてなり、上記積層方向の一端側のシート材が全周にわたって上記電気化学セルに接合されるとともに、他端側の上記シート材が全周にわたって上記基材に接合されていることを特徴とする電気化学反応装置。
【請求項２】
上記介装部材は、上記シート材の内周端部と外周端部とが上記積層方向に向け、交互に接合されて一体化されていることを特徴とする請求項１に記載の電気化学反応装置。
【請求項３】
上記電気化学セルは、ランタンガレートからなる板状の固体電解質及びこの固体電解質の表裏面の中央部に対にして設けられた電極からなり、
上記積層方向の一端側のシート材は、少なくともＬａを含有する結晶化ガラスによって上記固体電解質に接合されており、かつ、
この結晶化ガラスは、熱膨張係数が１０×１０-6／Ｋ以上であって、かつ１２×１０-6／Ｋ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気化学反応装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電気化学反応装置の電気化学セルとして、酸素透過性セルが用いられており、上記基材の中央部であって、かつ、上記基材の対向面にアノード電極が設けられるとともに、上記基材の中央部であって、かつ、上記基材の反対面にカソード電極が設けられてなり、
上記基材には、内部に上記酸素透過性セルの上記アノード電極から放出された酸素を流通させる通路が形成されていることを特徴とする酸素富化器。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の電気化学反応装置の電気化学セルとして、水素透過性セルが用いられており、上記基材の中央部であって、かつ、上記基材の対向面にカソード電極が設けられるとともに、上記基材の中央部であって、かつ、上記基材の反対面にアノード電極が設けられてなり、
上記基材には、内部に上記水素透過性セルの上記カソード電極から放出された水素を流通させる通路が形成されていることを特徴とする水素富化器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子を授受する電気化学セルが備えられた電気化学反応装置に関するものであり、特に上記電気化学セルの一種である酸素透過性セルを用いた酸素富化器や水素透過性セルを用いた水素富化器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電気化学セルを用いた酸素透過性セルにおいては、図５に示すように、酸素イオン伝導性を有する薄板状の固体電解質９０の片面にカソード極９１が設けられるとともに、他方の面にアノード極９２が設けられている。そして、所定の温度下において、電極９１、９２間に直流電源Ｖを接続すると、カソード極９１側からアノード極９２側に向けて酸素イオンが透過する。
【０００３】
さらに、この酸素透過性セルのカソード極９１側の外方には、空気の通路９３ａが形成された板状体のセパレータ９３が配置されるとともに、アノード極９２側の外方には、酸素の通路９４ａが形成された板状体のセパレータ９４が配置されており、これらのセパレータ９３、９４により上記酸素透過性セルが挟まれて、酸素富化器が構成されている。
【０００４】
これらのセパレータ９３、９４は、それぞれ中央部であって、かつ酸素透過性セルの対向面に、上記空気通路９３ａの排出口又は酸素通路９４ａの供給口が形成されている。そして、これらの上記空気通路９３ａの排出口及び酸素通路９４ａの供給口には、それぞれパンチングプレート９５が配置されるとともに、このパンチングプレート９５の表面に集電体９６が配置されており、この集電体９６がそれぞれ上記カソード極９１又はアノード極９２に対向するように配設されている。
【０００５】
上述の酸素富化器によれば、カソード極９１側に配置されているセパレータ９３の空気通路９３ａから空気が送られることにより、酸素分子（Ｏ2）が、カソード極９１にて電子を受け取り、酸素イオン（Ｏ2-）にイオン化される。そして、このイオンが電流として固体電解質９０中を正電圧がかかるアノード極９２側に移動し、アノード極９２側にて電子を放出して、再び酸素分子に戻ることにより、酸素がアノード極９２側に配置されているセパレータ９４の酸素通路９４ａへ供給される。
【０００６】
ところで、上述の酸素富化器は、酸素透過性セルにおいて上述の反応を開始させるために４００℃〜８００℃の高温雰囲気にする必要があり、加熱されるようになっている。
【０００７】
しかしながら、一般的に固体電解質９０がセラミックス等の割れやすい材料からなるため、常温から上記反応温度まで昇温させる過程において、固体電解質９０とセパレータ９３、９４とがそれぞれ厚み方向と面方向とに膨張すると、固体電解質９０とセパレータ９３、９４とが密着して、互いに面方向の熱膨張が拘束される。このため、固体電解質９０とセパレータ２との間に熱歪みが生じて、固体電解質９０が破損してしまうという問題があった。
【０００８】
さらに、上述の酸素透過性セルと上記セパレータ９４との間がシールされていないため、電気化学反応によりアノード極９２側に移動した酸素分子の一部が、酸素透過性セルとセパレータ９４との間から酸素富化器外に漏れ出てしまうという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、上記酸素透過性セル等の電気化学セルの破損を防止するとともに、酸素透過性セル等の電子を授受する電気化学セルから得られる酸素等の気体が酸素富化器外に漏出することを防止する酸素富化器等の電気化学反応装置を提供することを課題とするものである。
【００１０】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、電子を授受する板状の電気化学セルと、この電気化学セルの中央部分に臨む位置に開口部が形成されるとともに上記電気化学セルと熱膨張係数が異なる素材からなる基材と、これら電気化学セルと基材との間に介装された介装部材とを備えてなり、上記介装部材が、中央部に上記開口部と連通する開口が形成された複数層のシート材が厚さ方向に積層されるとともに、当該積層間がそれぞれ気密性を有するように面方向の異なる位置において一体化されてなり、上記積層方向の一端側のシート材が全周にわたって上記セルに接合されるとともに、他端側の上記シート材が全周にわたって上記電気化学セルに接合されている電気化学反応装置とした。
【００１１】
ここで、電気化学セルとは、電子の授受に伴って化学反応を行うセルを意味し、酸素透過性セルの他に、酸化剤ガスと燃料ガスとにより発電する発電セルや、水を電気分解する電解セルを含むものである。よって、電気化学反応装置とは、上述の電気化学セルを有する装置を意味し、酸素富化器の他に、燃料電池や、水の電気分解装置等として利用されるものである。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電気化学反応装置において、上記介装部材が、上記シート材の内周端部と外周端部とが上記積層方向に向け、交互に接合されて一体化されていることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の電気化学反応装置において、上記電気化学セルがランタンガレートからなる板状の固体電解質及びこの固体電解質の表裏面の中央部に対にして設けられた電極からなり、上記積層方向の一端側のシート材が少なくともＬａを含有する結晶化ガラスによって上記固体電解質に接合されており、かつ、この結晶化ガラスの熱膨張係数が１０×１０-6／Ｋ以上であって、かつ１２×１０-6／Ｋ以下であることを特徴とするものである。
【００１４】
さらに、請求項４に記載の発明に係る酸素富化器は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電気化学反応装置の電気化学セルとして酸素透過性セルが用いられており、上記基材の中央部であって、かつ、上記基材の対向面にアノード極が設けられるとともに、上記基材の中央部であって、かつ、上記基材の反対面にカソード極が設けられてなり、上記基材には、内部に上記酸素透過性セルの上記アノード極から放出された酸素を流通させる通路が形成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
さらにまた、請求項５に記載の発明に係る水素富化器は、請求項１又は２に記載の電気化学反応装置の電気化学セルとして、水素透過性セルが用いられており、上記基材の中央部であって、かつ、上記基材の対向面にカソード電極が設けられるとともに、上記基材の中央部であって、かつ、上記基材の反対面にアノード電極が設けられてなり、上記基材には、内部に上記水素透過性セルの上記カソード電極から放出された水素を流通させる通路が形成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１又は２に記載の発明によれば、基材と電気化学セルとの間に介装された介装部材は、複数層のシート材を積層し、かつ、上記積層方向の一端側のシート材を全周にわたって上記電気化学セルに接合するとともに、他端側のシート材を全周にわたって上記基材に接合したため、上記電気化学セルと上記基材とがそれぞれ熱膨張することにより生じる面方向の熱歪みを介装部材によって吸収して、電気化学セルの破損を防止することができるとともに、上記電気化学セルと上記基材との間の気密性を確保することができる。
【００１７】
特に、請求項２に記載の発明によれば、上記シート材の内周端部と外周端部とを上記積層方向に向けて交互に接合したため、面方向に向けて生じる熱歪みをより多く吸収することができる。よって、熱応力による電気化学セルの破損を、より確実に防止することができる。
【００１８】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、上記固体電解質がランタンガレート材料からなり、上記積層方向の一端側のシート材が上記固体電解質に少なくともＬａを含有する結晶化ガラスによって接合されているため、固体電解質と結晶化ガラスとに含有されるＬａがバッファーとなって固体電解質に対する結晶化ガラスの密着性を向上させることができる。その結果、固体電解質と上記積層方向の一端側のシート材とを強固に接合することができる。
【００１９】
さらにまた、結晶化ガラスの熱膨張係数を１０×１０-6／Ｋ以上であって、かつ１２×１０-6／Ｋ以下としたため、固体電解質（ランタンガレートの熱膨張係数１０．８×１０-6／Ｋ）と熱膨張係数が近似している。このため、常温から上記電気化学セルの反応温度まで昇温させた場合に、その過程において、固体電解質と結晶化ガラスとの間に生じる熱歪みにより、固体電解質が破損することを防止できる。
【００２０】
一方、請求項４に記載の発明によれば、上記電気化学セルを酸素透過性セルとしたため、酸素透過性セルの中央部に設けられたアノード極及びカソード極に直流電源を接続することにより、上記基材の中央部から供給された空気中の酸素がカソード極において酸素イオンになり、この酸素イオンがアノード極側に移動して、電子を放出し、酸素分子として基材内の通路に供給される。その結果、電気化学セルを利用して、空気から酸素を分離し、所望の場所に供給することができる。
【００２１】
他方、請求項５に記載の発明によれば、上記電気化学セルを水素透過性セルとしたため、水素透過性セルの中央部に設けられたカソード極及びアノード極に直流電源を接続して、水蒸気を含む外部空気中に設置することにより、この水蒸気中の水素がアノード極において電子を放出して水素イオンになり、この酸素イオンがカソード極側に移動して、電子を受け取り、水素分子として基材内の通路に供給される。その結果、電気化学セルを利用して、水蒸気中から水素を分離し、所望の場所に供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係る電気化学反応装置の第一実施形態として、酸素富化器について説明する。
【００２３】
本実施形態における酸素富化器は、図１及び図２に示すように、板状の酸素透過性セル（電気化学セル）１と、この酸素透過性セル１と平行に配設されたセパレータ２と、このセパレータ２と上記酸素透過性セル１との間に設けられた介装部材３とから概略構成されている。
【００２４】
この酸素透過性セル１は、矩形（正方形を含む、以下同様。）状の薄膜素材からなる固体電解質１０と、この固体電解質１０の中央部であって、上記セパレータ２との対向面に配設されたアノード極１２と、この固体電解質１０の中央部であって、上記セパレータ２の反対面に配設されたカソード極１１とにより構成されている。
【００２５】
この固体電解質１０としては、例えば、（Ｌａ0.8・Ｓｒ0.2）（Ｇａ0.8・Ｍｇ0.1・Ｃｏ0.1）Ｏ3又は（Ｌａ0.8・Ｓｒ0.2）（Ｇａ0.8・Ｍｇ0.1・Ｎｉ0.1）Ｏ3等のペロブスカイト型結晶構造を有するランタンガレート系材料が用いられている。また、固体電解質１０の膜厚は、使用する際の温度条件と、その際に要求される酸素透過量とに応じて定められており、本実施形態においては３０〜２００μｍの範囲に設定されている。
【００２６】
また、カソード極１１およびアノード極１２は、それぞれ、ＳＳＣ：（Ｓｍ0.5 Ｓｒ0.5）ＣｏＯ3、ＢＬＣ：（Ｂａ0.6Ｌａ0.4）ＣｏＯ3、ＬＳＣ：（Ｌａ0.6Ｓｒ0.4）ＣｏＯ3、ＬＳＭ：（Ｌａ0.85Ｓｒ0.15）ＭｎＯ3、ＬＳＣＦ６４２８：（Ｌａ0.6Ｓｒ0.4）（Ｆｅ0.2Ｃｏ0.8）Ｏ3、ＬＳＣＦ６４８２：（Ｌａ0.6Ｓｒ0.4）（Ｆｅ0.8Ｃｏ0.2）Ｏ3等の電気伝導性の高い材料から構成されている。
【００２７】
上記セパレータ２は、ＳＵＳ４３０等の導電性部材からなる矩形状の基材２０であり、上記酸素透過性セル１に対向する面の中央部に上記アノード極１２に対応する形状の凹部（開口部）２１が形成されている。また、凹部２１内には、底部から上記酸素透過性セル１に向けて突出する複数本の柱状部材２２が均等に配設されている。
【００２８】
そして、凹部２１内には、上記酸素透過性セル１の対向面に板状の集電体４が設けられるとともに、この集電体４と柱状部材２２との間にパンチングプレート５が介装されている。この集電体４及びパンチングプレート５は、上記酸素透過性セル１と平行に配設され、その外周が凹部２１内の内周と略同一の大きさに形成されている。また、集電体４は、ＳＵＳ４３０等のステンレス鋼素材からなり、パンチングプレート５は、集電体４と同一素材からなるとともに、複数の穴が穿設されている。
【００２９】
また、セパレータ２は、基材２０の外周部から上記凹部２１内の上記パンチングプレート５に囲まれた空間に貫通する気体の通路２４が形成されている。そして、上記基材２０の側壁と一体的に設けられて、上記基材２０の外方に延在するとともに、上記通路２４に連通する配管２５が備えられている。この通路２４とそれに連通する配管２５とにより酸素の排気路Ｂが形成されている。
【００３０】
上記介装部材３は、上記アノード極１２に対応する開口３ａが形成された矩形状の環状のシート材３１が２枚積層されることにより構成されており、各シート材３１は、ＳＵＳ４３０等のフェライト系ステンレス箔からなる。
このうち、セパレータ２対向面側に配設されたシート材３１ａは、その外周がセパレータ２の外周と略同一の大きさに形成されているとともに、その外周部がセパレータ２の外周部に溶接あるいは溶着されている。
【００３１】
他方、酸素透過性セル１の対向面側に配設されたシート材３１ｂは、その開口３ａが上記シート材３１ａの開口３ａと略同一の大きさに形成されているとともに、その内周部が上記シート材３１ａの内周部に溶接あるいは溶着されて一体化されている。そして、その外周が酸素透過性セル１の外周と略同一の大きさに形成されているとともに、外周部が酸素透過性セル１の外周部にガラス接合されている。
【００３２】
このガラス接合は、０．３〜５質量％のＬａ2Ｏ3及び０．５〜５質量％のＡｌ2Ｏ3 を含む結晶化ガラス３０を、固体電解質１０とシート材３ｂとにスクリーン印刷し、乾燥させた後、固体電解質１０とシート材３ｂとを貼り合わせ、次いで加熱処理することにより行われている。この結晶化ガラス３０は、Ｌａ2Ｏ3及びＡｌ2Ｏ3を含有することにより、ランタンガレート系材料からなる固体電解質１０との接着性が良好になる。
【００３３】
さらに、上述のようにして構成された本実施形態の酸素富化器には、上記酸素透過性セル１の外方を取り囲むようにして、アルミナファイバーシートからなる絶縁シート６が配設されている。
【００３４】
また、上記酸素透過性セル１に対して上記セパレータ２の反対側に、上記酸素透過性セル１と平行に配設されたセパレータ７が設けられている。このセパレータ７は、上述のセパレータ２と同様に、矩形状の基材７０からなり、中央部には凹部７１が形成されている。そして、この凹部７１には柱状部材７２が設けられているとともに、集電体８及びパンチングプレート９が配設されている。
【００３５】
また、セパレータ７は、基材７０の外周部から上記凹部７１の上記パンチングプレート９に囲まれた空間に貫通する偶数本（図中２本）の気体の通路７４が基材７０の中心に対して点対称になるように対をなして形成されている。そして、上記基材７０の側壁と一体的に設けられて、上記基材７０の外方に延在するとともに、上記通路７４に連通する偶数本（図中２本）の配管７５が対をなして備えられている。この一方の通路７４とそれに連通する配管７５とにより空気の吸気路Ａが形成されるとともに、他方の通路７４とそれに連通する配管７５とにより気体の排気路Ｃが形成されており、これらの吸気路Ａと排気路Ｃとが対をなして配設されている。
【００３６】
このようにして構成されたセパレータ７は、上記セパレータ２とともに上記酸素透過性セル１及び上記絶縁シート６を挟み込むようにして配設される。そして、これらのセパレータ２、７には、電気回路（図示を略す）が接続されており、上記カソード極１１に負電圧がかかるとともに、上記アノード極１２に正電圧がかかるようになっている。
【００３７】
次いで、その他の実施形態について、図３を用いて説明する。
本実施形態の電気化学反応装置は、上記介装部材３としてシート材３１が３枚積層されている点を除き、上述の実施形態の電気化学反応装置と同様にして構成されている。
【００３８】
そして、この介装部材３は、セパレータ２対向面に配設されたシート材３１ａが上述の電気化学反応装置と同様にして設けられているものの、このシート材３１ａと酸素透過性セル１の対向面に配設されたシート材３１ｂとの間にシート材３１ｃが設けられている点において、上述の電気化学反応装置の場合と異なる。このシート材３１ｃは、その内周部と上記シート材３１ａの内周部とが溶接あるいは溶着により一体化されるとともに、その外周部とシート材３１ｂの外周部とが溶接あるいは溶着により一体化されている。そして、シート材３１ｂは、その内周部が固体電解質１０の外周部にガラス接合されている。
【００３９】
先に説明した電子化学反応装置は、介装部材３としてシート材３１が２枚積層されているのに対し、その他の実施形態における電子化学反応装置は、シート材３１が３枚積層されている。これにより、その他の実施形態における電子化学反応装置は、介装部材３による熱歪みの吸収量が多いだけでなく、固体電解質１０による熱膨張が大きい場合にも、あるいはセパレータ２による熱膨張が大きい場合にも、介装部材３によって両者間に生じる熱歪みを効率的に吸収する点において優れている。
【００４０】
上述の酸素富化器を用いた場合の作用について、説明する。
まず、セパレータ２、７及び介装部材３を介してカソード極１１に負電圧をかけるとともに、アノード極１２に正電圧をかける。すると、空気が吸気路Ａから凹部７１に供給され、柱状部材７２に衝突しながら、凹部７１の中央に向けて移動しつつ、パンチングプレート９の穴を通過して、カソード極１１近傍に供給される。このようにして、凹部７１全体からカソード極１１近傍に均一的に空気が供給される。
【００４１】
すると、空気中の酸素は、カソード極１１において、電子を受け取り、酸素イオン（Ｏ2-）になり、この酸素イオンが電流として固体電解質１０中をアノード極１２側に移動し、アノード極１２において電子を放出して酸素分子となる。その際、酸素富化器は、起動時に４００〜８００に加熱されているため、固体電解質１０とセパレータ２の基材２０とがそれぞれ熱膨張することにより熱歪みが生じており、この熱歪みを介装部材３が吸収している。
【００４２】
次いで、酸素は、アノード極１２から集電体４、さらにパンチングプレート５の穴を通過して、凹部２１内に供給された後に、排気路Ｂから排出される。
他方、空気以外の成分は、再度パンチングプレート９の穴を通過して、セパレータ７の凹部７１に排出され、排気路Ｃから排出される。
このため、空気から酸素のみを取り出すことが可能となる。
【００４３】
上述のように本実施形態の酸素富化器は、カソード極１１及びアノード極１２を備えた酸素透過性セル１とセパレータ２との間に介装された介装部材３として、上記アノード極１２に対応する開口３ａが形成された矩形状の環状シート材３１が２枚積層され、シート材３１同士の内周端部が気密性を有するように溶接あるいは溶着されている。さらに、シート材３１ａの外周部が上記セパレータ２に溶接あるいは溶着されるとともに、シート材３１ｂの外周部が上記酸素透過性セル１にガラス接合されている。このため、シート材３１からなる介装部材３は、シート材の面方向に対して可撓性を有し、上記酸素透過性セル１とセパレータ２とがそれぞれ熱膨張した場合に、両者間の熱歪みを吸収することができる。
【００４４】
また、０．３〜５質量％のＬａ2Ｏ3及び０．５〜５質量％のＡｌ2Ｏ3を含む結晶化ガラス３０によって、フェライト系ステンレス箔からなるシート材３１ｂとランタンガレートからなる固体電解質１０の外周部とが強固に接合されている。また、上記結晶化ガラス３０の熱膨張係数が１０×１０-6／Ｋ以上であって、かつ１２×１０-6／Ｋ以下であるため、結晶化ガラス３０と固体電解質１０との熱歪みによって固体電解質１０が割れることを防止できる。
【００４５】
その結果、起動時の加熱により固体電解質１０と結晶化ガラス３０とがそれぞれ熱膨張した場合にも、固体電解質１０から結晶化ガラス３０と介装部材３とが剥がれ落ちることを防止することができるとともに、両者間の熱歪みによって固体電解質１０が割れることを防止できる。また、上記アノード極１２側において、上記酸素透過性セル１と上記セパレータ２との間の気密性を確実に確保することができる。
【００４６】
さらに、上記セパレータ２、７と介装部材３とを導電性部材としたため、上記酸素透過性セル１の中央部に設けられたカソード極１１及びアノード極１２に直流電源を直接接続しなくても、上記セパレータ２、７を介して間接的に接続することにより、上記セパレータ７の空気吸気路Ａから供給された空気中の酸素がカソード極１１において酸素イオンになる。次いで、この酸素イオンがアノード極１２側に移動して、電子を放出し、酸素分子としてセパレータ２内の通路に供給されて、酸素排気路Ｂから排出される。他方、空気中の酸素以外の成分は、そのまま排気路Ｃから排出される。このため、配線構造の簡易な酸素富化器によって、空気から酸素を分離して、供給することができる。
【００４７】
なお、本発明は、上記実施の形態に限られず、例えば、酸素透過性セル１、セパレータ２の基材２０及び介装部材３が横断面円形状であってもよい。また、介装部材３は、２枚又は３枚等の複数枚のシート材が厚さ方向に向けて接合一体化されたものでなく、１枚のシート材が厚さ方向に向けて屈曲成形されたものであってもよい。
【００４８】
以下、本発明に係る電気化学反応装置の第二実施形態として、水素富化器について説明する。
本実施形態における水素富化器は、図４に示すように、第一実施形態の酸素透過性セル１を水素透過性セル１５に代えたものである。
【００４９】
この水素透過性セル１５は、ＳｒＣｅＯ3からなる固体電解質１６と、上記セパレータとの対向面に配設されたカソード極１７と、上記セパレータ２の反対面に配設されたアノード極１８とにより構成されている。これらのカソード極１７及びアノード極１８は、Ｐｔ−ＺｒＯ2、Ｐｔ等の材料からなる。
【００５０】
上述の水素富化器を用いた場合の作用について、説明する。
第一実施形態における酸素富化器の作用と同様に、セパレータ２、７及び介装部材３を介して、カソード極１７及びアノード極１８に電源を接続して、電流を流す。
【００５１】
すると、空気中の水蒸気が吸気路Ａから凹部７１に供給され、パンチングプレート９の穴を通過して、アノード極１８において、電子を放出して水素イオンになる。この水素イオンが電流として固体電解質１６中をカソード極１７側に移動し、カソード極１７において電子を受け取り、水素分子となる。この際、介装部材３は、第一実施形態の酸素富化器と同様に熱歪みを吸収する。
【００５２】
次いで、水素は、カソード極１７から集電体４、さらにパンチングプレートの穴を通過して、凹部２１内に供給された後に、排気路Ｂから排出される。他方、水素以外の成分は、排気路Ｃから排出される。このため、空気中の水蒸気から水素のみを取り出すことが可能となる。
【００５３】
上述のように本実施形態の水素富化器は、第１実施形態の酸素富化器と同様に、介装部材３が上記水素透過性セル１５とセパレータ２との熱歪みを吸収することができるため、水素透過性セル１５に割れが生じることが防止できる。また、上記カソード極１７側において、介装部材３によって上記水素透過性セル１５と上記セパレータ２との間の気密性を確保することができる。
【００５４】
さらに、上記セパレータ２、７と介装部材３とを導電性部材としたため、配線構造の簡易な水素富化器によって、空気中の水蒸気から水素を分離して、供給することができる。
【００５５】
なお、本発明は、上記実施の形態に限られず、例えば、第一実施形態の酸素富化器と同様に、介装部材３は、３枚のシート材が厚さ方向に向けて接合一体化されたものであっても、１枚のシート材が厚さ方向に向けて屈曲成形されたものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係る電気化学反応装置の第一実施形態である酸素富化器を示す断面図である。
【図２】図１に示す酸素富化器の斜視図である。
【図３】第一実施形態の酸素富化器のその他の実施形態の酸素富化器を示す断面図である。
【図４】本発明に係る電気化学反応装置の第一実施形態である水素富化器を示す断面図である。
【図５】従来の酸素富化器を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１    酸素透過性セル（電気化学セル）
２    セパレータ
３    介装部材
【図１】
2007126734.tif 000003
【図２】
2007126734.tif 000004
【図３】
2007126734.tif 000005
【図４】
2007126734.tif 000006
【図５】
2007126734.tif 000007