(57)【要約】【課題】高圧圧縮により平膜部材が損傷することを容易且つ確実に抑制することができ、水電解運転を良好に継続することを可能にする。【解決手段】差圧式高圧水電解装置１０を構成する高圧水電解セル１２は、電解質膜・電極構造体３２をアノードセパレータ３４とカソードセパレータ３６とで挟持する。第１シール部材６４ａの外周には、締結によりアノードセパレータ３４とカソードセパレータ３６との間で高圧圧縮される部位に対応して、樹脂シート部材６８が配置される。樹脂シート部材６８は、電解質膜・電極構造体３２を構成する固体高分子電解質膜３８よりも圧縮強度が高く設定される。【選択図】図３
2016044353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平膜部材と、
前記平膜部材を挟持するアノード給電体及びカソード給電体と、
前記アノード給電体に対向して配置されるとともに、該アノード給電体を収容するアノード室を形成するアノードセパレータと、
前記カソード給電体に対向して配置されるとともに、該カソード給電体を収容するカソード室を形成するカソードセパレータと、
電解領域の外方で前記カソード室を周回してシールするシール部材と、
を有し、供給される水を電気分解し、前記アノード給電体側に酸素を発生させ且つ前記カソード給電体側に前記酸素よりも高圧な水素を発生させる高圧水電解セルを備え、
複数の前記高圧水電解セルが積層されるとともに、積層方向に締結される差圧式高圧水電解装置であって、
前記シール部材の外周には、締結により前記アノードセパレータと前記カソードセパレータとの間で高圧圧縮される部位に対応して、前記平膜部材よりも圧縮強度の高い絶縁性補強部材が配置されることを特徴とする差圧式高圧水電解装置。
【請求項２】
請求項１記載の差圧式高圧水電解装置において、前記平膜部材及び前記補強部材は、前記積層方向に沿って、互いに重なり合う部分を有し、
前記シール部材は、前記平膜部材及び前記補強部材の前記重なり部分に配置されることを特徴とする差圧式高圧水電解装置。
【請求項３】
請求項２記載の差圧式高圧水電解装置において、前記積層方向に沿って、前記平膜部材は、前記シール部材と前記補強部材との間に介装されることを特徴とする差圧式高圧水電解装置。
【請求項４】
請求項２記載の差圧式高圧水電解装置において、前記積層方向に沿って、前記補強部材は、前記シール部材と前記平膜部材との間に介装されることを特徴とする差圧式高圧水電解装置。
【請求項５】
請求項１記載の差圧式高圧水電解装置において、前記カソードセパレータと前記補強部材との間には、前記シール部材の外周に位置して枠状部材が配置され、
前記補強部材は、前記枠状部材に接合されることを特徴とする差圧式高圧水電解装置。
【請求項６】
請求項１記載の差圧式高圧水電解装置において、前記平膜部材の外周を周回して前記補強部材が配置されるとともに、
前記補強部材の厚さは、前記平膜部材の厚さよりも大きく設定されることを特徴とする差圧式高圧水電解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を電気分解し、酸素と前記酸素よりも高圧な水素とを発生させる差圧式高圧水電解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、燃料電池の発電反応に使用される燃料ガスとして、水素が使用されている。この水素は、例えば、水電解装置により製造されている。水電解装置は、水を分解して水素（及び酸素）を発生させるため、固体高分子電解質膜（イオン交換膜）を用いている。
【０００３】
固体高分子電解質膜の両面には、電極触媒層が設けられて電解質膜・電極構造体が構成されるとともに、前記電解質膜・電極構造体の両側には、給電体を配設して水電解セルが構成されている。
【０００４】
そこで、複数の水電解セルが積層された水電解装置では、積層方向両端に電圧が付与されるとともに、アノード給電体に水が供給される。このため、電解質膜・電極構造体のアノード側では、水が分解されて水素イオン（プロトン）が生成され、この水素イオンが固体高分子電解質膜を透過してカソード側に移動し、カソード給電体で電子と結合して水素が製造される。一方、アノード側では、水素とともに生成された酸素が、余剰の水を伴ってユニットから排出される。
【０００５】
この種の水電解装置として、水の電気分解によりアノード側に酸素を製造する一方、カソード側に前記酸素よりも高圧な水素を製造する差圧式高圧水電解装置が採用されている。その際、高圧の水素による固体高分子電解質膜とカソード給電体との離間が発生し易く、電解効率が低下するという問題が指摘されている。
【０００６】
そこで、例えば、特許文献１に開示されている高圧水電解装置が知られている。この高圧水電解装置では、カソードセパレータを、カソード給電体と固体高分子電解質膜に押圧するピストンと、前記ピストンを進退自在に収容するシリンダとを備えている。カソード側流体通路とシリンダとは、接続路により接続されており、前記カソード側流体通路に生成した高圧の水素ガスの一部が、前記シリンダ内に導入されている。一方、シリンダ内には、ピストンを固体高分子電解質膜方向に付勢する弾性体が配設されている。
【０００７】
そして、ピストンのシリンダ内の高圧水素ガスからの受圧面積と、カソードセパレータの固体高分子電解質膜に接する面の面積と、弾性体の応力とを調整している。このため、固体高分子電解質膜とカソード給電体との間隙を小さく設定することができ、優れた電解効率を得ることが可能になる、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１２１０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上記の高圧水電解装置では、アノードセパレータとカソードセパレータとの間で固体高分子電解質膜（平膜部材）を挟持する際、特に高圧シール部の外周では、前記固体高分子電解質膜が高圧で圧縮されている。従って、固体高分子電解質膜は、高圧圧縮により破損するおそれがある。
【００１０】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、高圧圧縮により平膜部材が損傷することを容易且つ確実に抑制することができ、水電解運転を良好に継続することが可能な差圧式高圧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】
【００１１】
本発明に係る差圧式高圧水電解装置は、高圧水電解セルを備えるとともに、前記高圧水電解セルは、平膜部材がアノード給電体及びカソード給電体により挟持されている。アノード給電体に対向してアノードセパレータが配置されるとともに、前記アノードセパレータには、前記アノード給電体を収容するアノード室が形成されている。
【００１２】
カソード給電体に対向してカソードセパレータが配置されるとともに、前記カソードセパレータには、前記カソード給電体を収容するカソード室が形成されている。電解領域の外方には、カソード室を周回してシールするシール部材が配設されている。
【００１３】
高圧水電解セルは、供給される水を電気分解し、アノード給電体側に酸素を発生させ且つカソード給電体側に前記酸素よりも高圧な水素を発生させている。そして、複数の高圧水電解セルが積層されるとともに、積層方向に締結されることにより、差圧式高圧水電解装置が構成されている。
【００１４】
この差圧式高圧水電解装置では、シール部材の外周には、締結によりアノードセパレータとカソードセパレータとの間で高圧圧縮される部位に対応して、平膜部材よりも圧縮強度の高い絶縁性補強部材が配置されている。
【００１５】
また、この高圧水電解装置では、平膜部材及び補強部材は、積層方向に沿って、互いに重なり合う部分を有し、シール部材は、前記平膜部材及び前記補強部材の前記重なり部分に配置されることが好ましい。
【００１６】
さらに、この高圧水電解装置では、積層方向に沿って、平膜部材は、シール部材と補強部材との間に介装されることが好ましい。
【００１７】
さらにまた、この高圧水電解装置では、積層方向に沿って、補強部材は、シール部材と平膜部材との間に介装されることが好ましい。
【００１８】
また、この高圧水電解装置では、カソードセパレータと補強部材との間には、シール部材の外周に位置して枠状部材が配置され、前記補強部材は、前記枠状部材に接合されることが好ましい。
【００１９】
さらに、この高圧水電解装置では、平膜部材の外周を周回して補強部材が配置されるとともに、前記補強部材の厚さは、前記平膜部材の厚さよりも大きく設定されることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、シール部材の外周には、締結によりアノードセパレータとカソードセパレータとの間で高圧圧縮される部位に対応して、絶縁性補強部材が配置されている。そして、絶縁性補強部材は、平膜部材よりも圧縮強度が高く設定されている。
【００２１】
従って、高圧圧縮される部位の強度を増加させることができ、高圧圧縮により平膜部材が損傷することを容易且つ確実に抑制することが可能になるとともに、水電解運転を良好に継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る差圧式高圧水電解装置の斜視説明図である。
【図２】前記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説明図である。
【図３】前記高圧水電解セルの、図２中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】前記高圧水電解セルの断面説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る差圧式高圧水電解装置を構成する高圧水電解セルの要部断面説明図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る差圧式高圧水電解装置を構成する高圧水電解セルの断面説明図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る差圧式高圧水電解装置を構成する高圧水電解セルの断面説明図である。
【図８】本発明の第５の実施形態に係る差圧式高圧水電解装置を構成する高圧水電解セルの断面説明図である。
【図９】本発明の第６の実施形態に係る差圧式高圧水電解装置を構成する高圧水電解セルの断面説明図である。
【図１０】本発明の第７の実施形態に係る差圧式高圧水電解装置を構成する高圧水電解セルの断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る差圧式高圧水電解装置１０は、複数の高圧水電解セル１２が鉛直方向（矢印Ａ方向）又は水平方向（矢印Ｂ方向）に積層された積層体１４を備える。
【００２４】
積層体１４の積層方向一端（上端）には、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が上方に向かって、順次、配設される。積層体１４の積層方向他端（下端）には、同様に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が下方に向かって、順次、配設される。
【００２５】
差圧式高圧水電解装置１０は、例えば、矢印Ａ方向に延在する４本のタイロッド２２を介して円盤形状のエンドプレート２０ａ、２０ｂ間を一体的に積層方向に締め付け保持する。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。
【００２６】
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は、配線２６ａ、２６ｂを介して電解電源２８に電気的に接続される。
【００２７】
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３２と、前記電解質膜・電極構造体３２を挟持するアノードセパレータ３４及びカソードセパレータ３６とを備える。アノードセパレータ３４及びカソードセパレータ３６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。アノードセパレータ３４及びカソードセパレータ３６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、あるい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して、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される。
【００２８】
電解質膜・電極構造体３２は、略円板形状を有する固体高分子電解質膜（平膜部材）３８を備える。固体高分子電解質膜３８は、円形状を有する電解用のアノード給電体４０及びカソード給電体４２に挟持される。固体高分子電解質膜３８は、例えば、炭化水素（ＨＣ）系の膜又はフッ素系の膜により構成され、アノード給電体４０及びカソード給電体４２よりも所定の寸法だけ大径に設定される。
【００２９】
固体高分子電解質膜３８の両面には、アノード触媒層４０ａ及びカソード触媒層４２ａが形成される。アノード触媒層４０ａは、例えば、Ｒｕ（ルテニウム）系触媒を使用するとともに、カソード触媒層４２ａは、例えば、白金触媒を使用する。
【００３０】
カソード触媒層４２ａは、固体高分子電解質膜３８の面に接合（例えば、ホットプレス）される一方、アノード触媒層４０ａは、固体高分子電解質膜３８の面に接合されなくてもよい。電解時にカソード側が高圧になるため、該カソード側から高面圧になってアノード触媒層４０ａと固体高分子電解質膜３８とを確実に密着させることができるからである。
【００３１】
アノード給電体４０及びカソード給電体４２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４０及びカソード給電体４２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。
【００３２】
図３に示すように、カソード給電体４２の固体高分子電解質膜３８に対向する面とは反対の面には、プレート部材４６が配置される。プレート部材４６は、円板状を有するとともに、カソード給電体４２とは反対側の面に、押圧部材、例えば、複数枚の皿ばね４７が配設される。皿ばね４７は、皿ばねホルダであるプレート部材４６を介してカソード給電体４２に荷重を付与する。
【００３３】
図２に示すように、高圧水電解セル１２の外周部には、セパレータ面方向外方に突出する第１突出部４８ａ、第２突出部４８ｂ及び第３突出部４８ｃが形成される。第１突出部４８ａには、積層方向である矢印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５０ａが設けられる。
【００３４】
第２突出部４８ｂには、矢印Ａ方向に互いに連通して、反応により生成された酸素及び使用済みの水を排出するための排出連通孔５０ｂが設けられる。第３突出部４８ｃには、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、反応により生成された高圧水素を流すための水素連通孔５０ｃが設けられる。
【００３５】
図２及び図３に示すように、アノードセパレータ３４には、水供給連通孔５０ａに連通する供給通路５２ａと、排出連通孔５０ｂに連通する排出通路５２ｂとが設けられる。アノードセパレータ３４の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３４ａには、アノード給電体４０を収容するアノード室５３が形成される。面３４ａには、アノード室５３を介して供給通路５２ａ及び排出通路５２ｂに連通する第１流路５４が設けられる。この第１流路５４は、アノード給電体４０の接触面積範囲に対応する範囲内に設けられる。
【００３６】
カソードセパレータ３６の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３６ａには、カソード給電体４２を収容するカソード室５５と、前記カソード室５５を水素連通孔５０ｃに連通する排出通路５６とが形成される。プレート部材４６には、排出通路５６に連通する第２流路５８が形成される。この第２流路５８は、カソード給電体４２の接触面積範囲に対応する範囲内に設けられる。
【００３７】
アノードセパレータ３４の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３４ａには、第１流路５４及びアノード給電体４０の外方を周回して第１シール部材６０ａを配設するための第１シール溝６２ａが形成される。
【００３８】
面３４ａには、水供給連通孔５０ａ、排出連通孔５０ｂ及び水素連通孔５０ｃの外側を周回して、第２シール溝６２ｂ、第３シール溝６２ｃ及び第４シール溝６２ｄが形成される。第２シール溝６２ｂ、第３シール溝６２ｃ及び第４シール溝６２ｄには、第２シール部材６０ｂ、第３シール部材６０ｃ及び第４シール部材６０ｄが配置される。第１シール部材６０ａ〜第４シール部材６０ｄは、例えば、Ｏリングである。
【００３９】
カソードセパレータ３６の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３６ａには、カソード室５５を周回して第１シール部材６４ａを配設するための第１シール溝６６ａが形成される。第１シール溝６６ａは、電解領域の外方に設けられる。第１シール溝６６ａは、面３６ａとカソード室５５を構成する内周面とを切り欠いて、前記内周面に対し段差状に形成される。
【００４０】
面３６ａには、水供給連通孔５０ａ、排出連通孔５０ｂ及び水素連通孔５０ｃの外側を周回して、第２シール溝６６ｂ、第３シール溝６６ｃ及び第４シール溝６６ｄが形成される。第２シール溝６６ｂ、第３シール溝６６ｃ及び第４シール溝６６ｄには、第２シール部材６４ｂ、第３シール部材６４ｃ及び第４シール部材６４ｄが配置される。第１シール部材６４ａ〜第４シール部材６４ｄは、例えば、Ｏリングである。
【００４１】
図４に示すように、高圧水電解セル１２にセル締結荷重Ｆが付与されると、カソード室５５を周回する第１シール部材６４ａの外周直径内は、高圧水素が発生する高圧ガス範囲ＨＧを構成する。第１シール部材６４ａの外周端部から外方には、すなわち、アノードセパレータ３４とカソードセパレータ３６との接触面には、高圧圧縮範囲ＨＰが設定される。
【００４２】
第１の実施形態では、固体高分子電解質膜３８は、第１シール部材６４ａと積層方向に沿って互いに重なり合うように、前記第１シール部材６４ａの外周端部と同一の直径寸法に設定される。固体高分子電解質膜３８の外周縁部と積層方向に部分的に重なり合って（重なり部分を有して）、絶縁性補強部材、例えば、樹脂シート部材６８が配置される。第１シール部材６４ａは、固体高分子電解質膜３８と樹脂シート部材６８の重なり部分に配置される。
【００４３】
樹脂シート部材６８は、絶縁性の他、強度及び耐酸性を有し、固体高分子電解質膜３８よりも圧縮強度が高い材料により構成される。樹脂シート部材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。図２に示すように、樹脂シート部材６８は、アノードセパレータ３４及びカソードセパレータ３６と同様の外形形状を有し、外周部には、第１突出部４８ａ、第２突出部４８ｂ及び第３突出部４８ｃが形成される。
【００４４】
図１に示すように、エンドプレート２０ａには、水供給連通孔５０ａ、排出連通孔５０ｂ及び水素連通孔５０ｃに連通する配管７０ａ、７０ｂ及び７０ｃが接続される。配管７０ｃには、図示しないが、背圧弁（又は電磁弁）が設けられており、水素連通孔５０ｃに生成される水素の圧力を高圧に維持することができる。
【００４５】
エンドプレート２０ａ、２０ｂ間には、図示しない押し付け力付与装置により押し付け力が付与され、この状態で、前記エンドプレート２０ａ、２０ｂがタイロッド２２を介して締め付けられる。このため、差圧式高圧水電解装置１０は、複数の高圧水電解セル１２に積層方向の締め付け荷重が付与された状態で、締結される。
【００４６】
このように構成される差圧式高圧水電解装置１０の動作について、以下に説明する。
【００４７】
図１に示すように、配管７０ａから差圧式高圧水電解装置１０の水供給連通孔５０ａ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に電気的に接続されている電解電源２８を介して電圧が付与される。このため、図２及び図３に示すように、各高圧水電解セル１２では、水供給連通孔５０ａから供給通路５２ａを通ってアノードセパレータ３４の第１流路５４に水が供給され、この水がアノード給電体４０内に沿って移動する。
【００４８】
従って、水は、アノード触媒層４０ａで電気により分解され、水素イオン、電子及び酸素が生成される。この陽極反応により生成された水素イオンは、固体高分子電解質膜３８を透過してカソード触媒層４２ａ側に移動し、電子と結合して水素が得られる。
【００４９】
これにより、カソード給電体４２の内部及びプレート部材４６に形成される第２流路５８に沿って、水素が流動する。水素は、水供給連通孔５０ａよりも高圧に維持されており、排出通路５６から水素連通孔５０ｃ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。一方、第１流路５４には、反応により生成した酸素と、使用済みの水とが流動しており、これらが排出通路５２ｂから排出連通孔５０ｂに沿って差圧式高圧水電解装置１０の外部に排出される。
【００５０】
この場合、図４に示すように、高圧水電解セル１２に積層方向にセル締結荷重Ｆが付与された状態で、高圧ガス範囲ＨＧには、高圧水素が存在している。このため、高圧ガス範囲ＨＧにおける固体高分子電解質膜３８への荷重は、ばね荷重（複数枚の皿ばね４７による）＋水素ガス圧となっている。一方、第１シール部材６４ａの外周端部から外方に延在する高圧圧縮範囲ＨＰでは、固体高分子電解質膜３８への荷重は、セル締結荷重Ｆ−水素ガス圧となっている。
【００５１】
そこで、第１の実施形態では、固体高分子電解質膜３８の外周縁部と積層方向に一部が重なり合って、前記固体高分子電解質膜３８よりも圧縮強度の高い樹脂シート部材６８が配置されている。より具体的には、第１シール部材６４ａは、固体高分子電解質膜３８及び樹脂シート部材６８の重なり部分に対し、積層方向に配置されている。
【００５２】
従って、高圧圧縮される部位の強度を増加させることができ、高圧圧縮により固体高分子電解質膜３８が損傷することを容易且つ確実に抑制することが可能になる。しかも、各高圧水電解セル１２による水電解運転を良好に継続することができるという効果が得られる。
【００５３】
さらに、固体高分子電解質膜３８は、第１シール部材６４ａと同一寸法に設定されており、前記固体高分子電解質膜３８を可及的に狭小化することが可能になる。これにより、高価な固体高分子電解質膜３８の使用量が良好に削減され、経済的である。
【００５４】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る差圧式高圧水電解装置８０を構成する高圧水電解セル８２の要部断面説明図である。なお、第１の実施形態に係る差圧式高圧水電解装置１０を構成する高圧水電解セル１２と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５５】
高圧水電解セル８２は、電解質膜・電極構造体８４をアノードセパレータ３４及びカソードセパレータ８６により挟持する。電解質膜・電極構造体８４は、略円板形状を有する固体高分子電解質膜（平膜部材）８８を備え、前記固体高分子電解質膜８８は、アノードセパレータ３４及びカソードセパレータ８６と略同一の外形寸法を有する。
【００５６】
カソードセパレータ８６の電解質膜・電極構造体８４に向かう面８６ａには、カソード室５５を周回して第１シール部材６４ａを配設するための第１シール溝６６ａａが形成される。第１シール溝６６ａａは、面８６ａのみを切り欠いて形成され、カソード室５５を構成する内周面に切り欠きが設けられていない。
【００５７】
カソードセパレータ８６の面８６ａには、第１シール部材６４ａの外方に、すなわち、第１シール溝６６ａａの外周端部から外方に、樹脂シート部材９０が設けられる。樹脂シート部材９０は、略リング形状を有し、外形寸法は、固体高分子電解質膜８８の外形寸法と同一に設定される。
【００５８】
このように構成される第２の実施形態では、固体高分子電解質膜８８に締結荷重が直接付与される領域（第１シール部材６４ａの外方領域）に亘って、樹脂シート部材９０が配置されている。このため、高圧圧縮により固体高分子電解質膜８８が損傷することを容易且つ確実に抑制することができ、各高圧水電解セル８２による水電解運転を良好に継続することが可能になる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５９】
図６は、本発明の第３の実施形態に係る差圧式高圧水電解装置１００を構成する高圧水電解セル１０２の断面説明図である。
【００６０】
なお、第２の実施形態に係る差圧式高圧水電解装置８０を構成する高圧水電解セル８２と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第４以降の実施形態においても同様に、第１及び第２の実施形態と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００６１】
高圧水電解セル１０２は、電解質膜・電極構造体８４をアノードセパレータ３４及びカソードセパレータ１０４により挟持する。カソードセパレータ１０４の電解質膜・電極構造体８４に向かう面１０４ａには、カソード室５５を周回して第１シール部材６４ａを配設するための第１シール溝６６ａが形成される。
【００６２】
カソードセパレータ１０４の面１０４ａには、第１シール部材６４ａの外方に、すなわち、第１シール溝６６ａの外周端部から外方に、樹脂シート部材９０が設けられる。
【００６３】
このように構成される第３の実施形態では、上記の第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６４】
図７は、本発明の第４の実施形態に係る差圧式高圧水電解装置１１０を構成する高圧水電解セル１１２の断面説明図である。
【００６５】
高圧水電解セル１１２は、電解質膜・電極構造体８４をアノードセパレータ３４及びカソードセパレータ１１４で挟持する。カソードセパレータ１１４の電解質膜・電極構造体８４に向かう面１１４ａには、カソード室５５の外方を周回して枠状部材１１６が配置される。枠状部材１１６の内周面により、第１シール部材６４ａを配設するための第１シール溝６６ａａが形成される。
【００６６】
枠状部材１１６の電解質膜・電極構造体８４に向かう面１１６ａには、第１シール部材６４ａの外方に延在する樹脂シート部材９０が設けられる。
【００６７】
このように構成される第４の実施形態では、上記の第１〜第３の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６８】
図８は、本発明の第５の実施形態に係る差圧式高圧水電解装置１２０を構成する高圧水電解セル１２２の断面説明図である。
【００６９】
高圧水電解セル１２２は、電解質膜・電極構造体８４をアノードセパレータ３４及びカソードセパレータ１２４で挟持する。カソードセパレータ１２４の電解質膜・電極構造体８４に向かう面１２４ａには、カソード室５５を周回して第１シール部材６４ａを配設するための第１シール溝６６ａａが形成される。
【００７０】
カソードセパレータ１２４の面１２４ａには、カソード室５５の外周に、すなわち、第１シール溝６６ａａを覆って前記第１シール溝６６ａａの内周端部から外方に、樹脂シート部材１２６が設けられる。樹脂シート部材１２６は、略リング形状を有し、外形寸法は、固体高分子電解質膜８８の外形寸法と同一に設定されるとともに、積層方向に沿って、第１シール部材６４ａ及び固体高分子電解質膜８８と重なり合う。樹脂シート部材１２６は、固体高分子電解質膜８８に接合されることにより、接触面からの水素の漏れを抑制することが好ましい。
【００７１】
このように構成される第５の実施形態では、上記の第１〜第４の実施形態と同様の効果が得られる。
【００７２】
図９は、本発明の第６の実施形態に係る差圧式高圧水電解装置１３０を構成する高圧水電解セル１３２の断面説明図である。
【００７３】
高圧水電解セル１３２は、電解質膜・電極構造体１３４をアノードセパレータ３４及びカソードセパレータ８６により挟持する。電解質膜・電極構造体１３４は、固体高分子電解質膜３８ａを有するとともに、前記固体高分子電解質膜３８ａは、第１シール部材６４ａの外周端部と同一の直径寸法に設定される。
【００７４】
固体高分子電解質膜３８ａの外周端面には、樹脂シート部材１３６の内周端面が接触する。樹脂シート部材１３６は、固体高分子電解質膜３８ａと同一の厚さに設定され、アノードセパレータ３４及びカソードセパレータ８６と同様の形状を有する。
【００７５】
このように構成される第６の実施形態では、上記の第１〜第５の実施形態と同様の効果が得られる。
【００７６】
図１０は、本発明の第７の実施形態に係る差圧式高圧水電解装置１４０を構成する高圧水電解セル１４２の断面説明図である。
【００７７】
高圧水電解セル１４２は、電解質膜・電極構造体１４４をアノードセパレータ３４及びカソードセパレータ８６により挟持する。電解質膜・電極構造体１４４は、固体高分子電解質膜３８ａを有するとともに、前記固体高分子電解質膜３８ａの外周端面には、樹脂シート部材１４６の内周端面が接触する。樹脂シート部材１４６は、固体高分子電解質膜３８ａよりも大きな厚さに設定され、アノードセパレータ３４及びカソードセパレータ３６と同様の形状を有する。
【００７８】
このように構成される第７の実施形態では、上記の第１〜第６の実施形態と同様の効果が得られるとともに、第１シール部材６４ａが第１シール溝６６ａａの外周端部から外方にはみ出すことを確実に抑制することが可能になる。
【符号の説明】
【００７９】
１０、８０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０…差圧式高圧水電解装置
１２、８２、１０２、１１２、１２２、１３２、１４２…高圧水電解セル
１４…積層体                        １６ａ、１６ｂ…ターミナルプレート
１８ａ、１８ｂ…絶縁プレート        ２０ａ、２０ｂ…エンドプレート
２４ａ、２４ｂ…端子部              ２８…電解電源
３２、８４、１３４、１４４…電解質膜・電極構造体
３４…アノードセパレータ
３６、８６、１０４、１１４、１２４…カソードセパレータ
３８、３８ａ、８８…固体高分子電解質膜
４０…アノード給電体                ４０ａ…アノード触媒層
４２…カソード給電体                ４２ａ…カソード触媒層
４６…プレート部材                  ５０ａ…水供給連通孔
５０ｂ…排出連通孔                  ５０ｃ…水素連通孔
５３…アノード室                    ５４、５８…流路
５５…カソード室
６０ａ〜６０ｄ、６４ａ〜６４ｄ…シール部材
６２ａ〜６２ｄ、６６ａ、６６ａａ、６６ｂ〜６６ｄ…シール溝
６８、９０、１２６、１３６、１４６…樹脂シート部材
１１６…枠状部材
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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