JP2003166092A - 固体高分子型水電解槽におけるシール構造 - Google Patents

固体高分子型水電解槽におけるシール構造

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JP2003166092A
JP2003166092A JP2001365985A JP2001365985A JP2003166092A JP 2003166092 A JP2003166092 A JP 2003166092A JP 2001365985 A JP2001365985 A JP 2001365985A JP 2001365985 A JP2001365985 A JP 2001365985A JP 2003166092 A JP2003166092 A JP 2003166092A
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Hiroshi Tatsumi
浩史 辰己
Hitoshi Ojiro
仁志 尾白
Chikashi Inasumi
近 稲住
Masayoshi Kondo
雅芳 近藤
Tetsuya Inoue
鉄也 井上
Shogo Hamada
省吾 濱田
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Hitachi Shipbuilding and Engineering Co Ltd
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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極接合体膜3 と複極板9 の陽極給電体7 側
の面との間でもシールを行い、電解槽内部と外部のシー
ルを確実なものとする。 【解決手段】固体高分子型水電解槽は、両端に配された
陽極主電極1 および陰極主電極2 と、これらの主電極の
間に直列に配された複数の単位セルと、陽極主電極1 −
複数の単位セル16−陰極主電極2 の組み合わせを両側か
ら締め付ける一対の締め付けフランジ13とから主として
構成されている。各セル16の周縁部には、その構成部材
である電極接合体膜3 と複極板9 の陰極給電体8 側の面
との間に電解槽内部と外部をシールするＯリング20が介
在されている。Ｏリング20の槽内側または槽外側にこれ
に沿って、電極接合体膜3 と複極板9 の陽極給電体7 側
の面との間に補助Ｏリング24が介在されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、固体高分子電解
膜を用いて水を電解し、陽極に酸素、陰極に水素を発生
させる水電解槽において、電解槽内部と外部を確実にシ
ールする固体高分子型水電解槽におけるシール構造に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】電極接合体膜を用いて水電解によって水
素および酸素を製造する積層型水電解槽は、図１、図２
に示すように、両端に配された陽極主電極(1) および陰
極主電極(2) と、これらの主電極(1) (2) の間に直列に
配された複数の単位セル(16)と、陽極主電極(1) −複数
の単位セル(16)−陰極主電極(2) の組み合わせを両側か
ら締め付ける一対の締め付けフランジ(13)とから主とし
て構成されている。
【０００３】１つのセル(16)は、複極板(9) の陽極側、
陽極給電体(7) 、電極接合体膜(3)、陰極給電体(8) 、
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。各セル(16)の周縁部には、電極接合体膜(3) と複
極板(9) の陰極給電体(8) 側の面との間に電解槽内部と
外部をシールするＯリング(20)が介在されている。単位
セルの個数は、商業規模の電解槽では、３０から６００
である。
【０００４】電極接合体膜(3) は、イオン交換膜(4)
と、その両面に貴金属めっきされた触媒電極層(5)(6)と
からなる。
【０００５】上記構成の電解槽において、水は電解槽下
部の給水ヘッダー(10)から各単位セル内に供給される
と、触媒電極層(5)(6)の表面で電気分解され、陽極側で
は酸素、陰極側では水素がそれぞれ発生する。発生した
酸素および水素はそれぞれ多孔質の給電体(7)(8)を通っ
て複極板(9) の陽極側および陰極側に達し、更に複極板
に設けられた垂直流路を通って電解槽上部に達し、電解
槽上部の酸素ヘッダー(11)および水素ヘッダー(12)を通
って外部に排出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】複極板(9) には、図７
に示すように、その周縁に沿ってループ状に、陰極給電
体(8) 側に開口したＯリング嵌込み溝部(21)が設けら
れ、同溝部(21)にＯリング(20)が配され、これによって
電極接合体膜(3) と複極板(9) の陰極給電体(8) 側の面
との間がシールされている。溝部(21)の陽極給電体(7)
側の面は隣接電極接合体膜(32)に当接している。
【０００７】このシール構造では、複極板(9) とＯリン
グ(20)の間ではＯリングのゴム弾性によるシール効果で
電解水もしくは発生ガスの槽外への漏洩は発生しない。
同じく、Ｏリング(20)と電極接合体膜(3) の間でも電解
水もしくは発生ガスの漏洩は発生しない。しかし、電極
接合体膜(3) (32)と複極板(9) の陽極給電体(7) 側の面
との間ではＯリング弾性による直接締付効果が得られ
ず、かつ、電極接合体膜の湿潤性により電解水もしくは
発生ガスが電解槽内圧力の上昇により漏洩する嫌いがあ
る。
【０００８】この発明の目的は、上記のような実状に鑑
み、電極接合体膜(3) と複極板(9)の陽極給電体(7) 側
の面との間でもシールを行い、電解槽内部と外部のシー
ルを確実なものとすることができる固体高分子型水電解
槽におけるシール構造を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、両端
に配された陽極主電極(1) および陰極主電極(2) と、こ
れらの主電極の間に直列に配された複数の単位セルと、
陽極主電極(1) −複数の単位セル(16)−陰極主電極(2)
の組み合わせを両側から締め付ける一対の締め付けフラ
ンジ(13)とから主として構成され、各セル(16)の周縁部
には、その構成部材である電極接合体膜(3) と複極板
(9) の陰極給電体(8) 側の面との間に電解槽内部と外部
をシールするＯリング(20)が介在されている固体高分子
型水電解槽において、Ｏリング(20)の槽内側または槽外
側にこれに沿って、電極接合体膜(3) と複極板(9) の陽
極給電体(7) 側の面との間に補助Ｏリング(24)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におけ
るシール構造である。
【００１０】請求項２の発明は、両端に配された陽極主
電極(1) および陰極主電極(2) と、これらの主電極の間
に直列に配された複数の単位セルと、陽極主電極(1) −
複数の単位セル(16)−陰極主電極(2) の組み合わせを両
側から締め付ける一対の締め付けフランジ(13)とから主
として構成され、各セル(16)の周縁部には、その構成部
材である電極接合体膜(3) と複極板(9) の陰極給電体
(8) 側の面との間に電解槽内部と外部をシールするＯリ
ング(20)が介在されている固体高分子型水電解槽におい
て、Ｏリング(20)の槽内側または槽外側にこれに沿っ
て、電極接合体膜(3) と複極板(9) の陽極給電体(7) 側
の面との間に帯状のシール片(25)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におけるシール構造
である。
【００１１】請求項２の発明において、帯状のシール片
(24)としては、フッ素ゴムシート、例えばアフラス（登
録商標）ゴムや、テフロン（登録商標）ガスケット、例
えばゴアテックス製ハイパーガスケットが好ましく用い
られる。
【００１２】請求項３の発明は、両端に配された陽極主
電極(1) および陰極主電極(2) と、これらの主電極の間
に直列に配された複数の単位セルと、陽極主電極(1) −
複数の単位セル(16)−陰極主電極(2) の組み合わせを両
側から締め付ける一対の締め付けフランジ(13)とから主
として構成されている固体高分子型水電解槽において、
各セル(16)の周縁部に、その構成部材である電極接合
体膜(3) と複極板(9)の陰極給電体(8) 側の面との間に
第１主Ｏリング(26)が介在され、同接合体膜(3) と隣接
複極板(22)の陽極給電体(7) 側の面との間に第２主Ｏリ
ング(27)が介在され、これら主Ｏリング(26)(27)によっ
て電極接合体膜(3) が挟まれ、主Ｏリングの槽内側また
は槽外側にこれに沿って、隣接電極接合体膜(32)と複極
板(9) の陽極給電体(7) 側の面との間に第１補助Ｏリン
グ(28)が介在され、同接合体膜(32)と隣接複極板(22)の
陰極給電体(8) 側の面との間に第２補助Ｏリング(29)が
介在され、これら補助Ｏリング(28)(29)によって隣接電
極接合体膜(32)が挟まれていることを特徴とする固体高
分子型水電解槽におけるシール構造である。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、この発明を実施例に基づい
て具体的に説明する。
【００１４】実施例１ 図３において、複極板(9) にその周縁に沿ってループ状
に、陰極給電体(8) 側に開口したＯリング嵌込み溝部(2
1)が設けられ、同溝部(21)にＯリング(20)が配され、こ
れによって電極接合体膜(3) と複極板(9) の陰極給電体
(8) 側の面との間がシールされている。溝部(21)の陽極
給電体(7) 側の面は隣接電極接合体膜(32)に当接してい
る。
【００１５】Ｏリング嵌込み溝部(21)の槽内側にこれに
沿って、陽極給電体(7) 側に開口した内側溝部(23)が複
極板(9) に設けられ、同溝部(23)に補助Ｏリング(24)が
配され、これによって隣接電極接合体膜(32)と複極板
(9) の陽極給電体(7) 側の面との間がシールされてい
る。内側溝部(23)の陰極給電体(8) 側の面は電極接合体
膜(3) に当接している。
【００１６】このように、電解槽の複極板(9) の陽極側
および陰極側の両方にＯリングを配することにより、電
極接合体膜(3) と複極板(9) の陽極給電体(7) 側の面と
の間でもシールが行われ、電解槽内部と外部のシールが
確実なものとなされる。
【００１７】実施例２ 図４、図５において、複極板(9) にその周縁に沿ってル
ープ状に、陰極給電体(8) 側に開口したＯリング嵌込み
溝部(21)が設けられ、同溝部(21)にＯリング(20)が配さ
れ、これによって電極接合体膜(3) と複極板(9) の陰極
給電体(8) 側の面との間がシールされている。このＯリ
ング(20)に沿って、隣接電極接合体膜(3) と複極板(9)
の溝部(21)の陽極給電体(7) 側の面との間に、ループを
なすシート状のシール片(25)が介在されている。
【００１８】シール片(25)の介在により、電極接合体膜
(3) と複極板(9) の陽極給電体(7)側の面との間もシー
ルされ、電解槽内部と外部のシールが確実なものとなさ
れる。
【００１９】シール片(25)として、アフラスゴムスペー
サまたはテフロンガスケットスペーサ（ゴアテックス
社、ハイパーシートガスケット）を用いて電解槽耐圧試
験を行った。試験では窒素ガスを電解槽内に圧入し、電
解槽締付圧力を４ｋｇｆ／ｃｍ ２ とし、電解槽内圧力
を昇圧させるごとに電解槽締付圧力も昇圧させ、常に締
付圧力が４ｋｇｆ／ｃｍ２ になるようにした。試験結
果を表１に示す。
【００２０】
【表１】
【００２１】実施例３ 図６において、複極板(9) にその周縁に沿ってループ状
に、陰極給電体(8) 側に開口した第１外側溝部(30)が設
けられ、同溝部(30)に第１主Ｏリング(26)が配され、こ
れによって電極接合体膜(3) と複極板(9) の陰極給電体
(8) 側の面との間がシールされている。隣接複極板(22)
には、陽極給電体(7) 側に開口した第２外側溝部(31)が
第１外側溝部(30)に対向状に設けられ、同溝部(31)に第
２主Ｏリング(27)が配され、これによって電極接合体膜
(3) と隣接複極板(22)の陽極給電体(7) 側の面との間が
シールされている。これら主Ｏリング(26)(27)によって
電極接合体膜(3) が挟まれれている。
【００２２】主Ｏリングに沿ってその内側に、隣接電極
接合体膜(32)と複極板(9) の陽極給電体(7) 側の面との
間に第１補助Ｏリング(28)が介在され、同接合体膜(32)
と隣接複極板(22)の陰極給電体(8) 側の面との間に第２
補助Ｏリング(29)が介在され、これら補助Ｏリング(28)
(29)によって隣接電極接合体膜(32)が挟まれている。
【００２３】上記構成シールにより、電極接合体膜(3)
と複極板(9) の間のシールが確実なものとなされる。
【００２４】
【発明の効果】この発明によれば、電極接合体膜(3) と
複極板(9) の間のシールを確実に行い、電解槽内部と外
部のシールを確実なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 電極接合体膜を用いて水電解によって水素お
よび酸素を製造する積層型水電解槽の概略図である。
【図２】 電極接合体膜を用いて水電解によって水素お
よび酸素を製造する積層型水電解槽の分解斜視図であ
る。
【図３】 実施例１のシール構造を示す概略的な断面図
である。
【図４】 実施例２のシール構造を示す概略的な断面図
である。
【図５】 実施例２のシール構造を示す概略的な正面図
である。
【図６】 実施例３のシール構造を示す概略的な断面図
である。
【図７】 従来のシール構造を示す概略的な断面図であ
る。
【符号の説明】
(1) ：陽極主電極 (2) ：陰極主電極 (3) ：電極接合体膜 (7) ：陽極給電体 (8) ：陰極給電体 (9) ：複極板 (13)：フランジ (16)：単位セル (20)：Ｏリング (22)：隣接複極板 (24)：補助Ｏリング (25)：シール片 (26)：第１主Ｏリング (27)：第２主Ｏリング (28)：第１補助Ｏリング (29)：第２補助Ｏリング (32)：隣接電極接合体膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲住 近 大阪市住之江区南港北１丁目７番89号 日 立造船株式会社内 (72)発明者 近藤 雅芳 大阪市住之江区南港北１丁目７番89号 日 立造船株式会社内 (72)発明者 井上 鉄也 大阪市住之江区南港北１丁目７番89号 日 立造船株式会社内 (72)発明者 濱田 省吾 大阪市住之江区南港北１丁目７番89号 日 立造船株式会社内 Ｆターム(参考） 4K021 AA01 BA02 CA01 CA05 DB04 DB12 DB15 DB43 DB49 DB53 DB56 DC01 DC03 EA02

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 両端に配された陽極主電極(1) および陰
    極主電極(2) と、これらの主電極の間に直列に配された
    複数の単位セルと、陽極主電極(1) −複数の単位セル(1
    6)−陰極主電極(2) の組み合わせを両側から締め付ける
    一対の締め付けフランジ(13)とから主として構成され、
    各セル(16)の周縁部には、その構成部材である電極接合
    体膜(3) と複極板(9) の陰極給電体(8) 側の面との間に
    電解槽内部と外部をシールするＯリング(20)が介在され
    ている固体高分子型水電解槽において、 Ｏリング(20)の槽内側または槽外側にこれに沿って、電
    極接合体膜(3) と複極板(9) の陽極給電体(7) 側の面と
    の間に補助Ｏリング(24)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におけるシール構造。
  2. 【請求項２】 両端に配された陽極主電極(1) および陰
    極主電極(2) と、これらの主電極の間に直列に配された
    複数の単位セルと、陽極主電極(1) −複数の単位セル(1
    6)−陰極主電極(2) の組み合わせを両側から締め付ける
    一対の締め付けフランジ(13)とから主として構成され、
    各セル(16)の周縁部には、その構成部材である電極接合
    体膜(3) と複極板(9) の陰極給電体(8) 側の面との間に
    電解槽内部と外部をシールするＯリング(20)が介在され
    ている固体高分子型水電解槽において、 Ｏリング(20)の槽内側または槽外側にこれに沿って、電
    極接合体膜(3) と複極板(9) の陽極給電体(7) 側の面と
    の間に帯状のシール片(25)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におけるシール構造。
  3. 【請求項３】 両端に配された陽極主電極(1) および陰
    極主電極(2) と、これらの主電極の間に直列に配された
    複数の単位セルと、陽極主電極(1) −複数の単位セル(1
    6)−陰極主電極(2) の組み合わせを両側から締め付ける
    一対の締め付けフランジ(13)とから主として構成されて
    いる固体高分子型水電解槽において、 各セル(16)の周縁部に、その構成部材である電極接合体
    膜(3) と複極板(9) の陰極給電体(8) 側の面との間に第
    １主Ｏリング(26)が介在され、同接合体膜(3)と隣接複
    極板(22)の陽極給電体(7) 側の面との間に第２主Ｏリン
    グ(27)が介在され、これら主Ｏリング(26)(27)によって
    電極接合体膜(3) が挟まれ、主Ｏリングの槽内側または
    槽外側にこれに沿って、隣接電極接合体膜(32)と複極板
    (9) の陽極給電体(7) 側の面との間に第１補助Ｏリング
    (28)が介在され、同接合体膜(32)と隣接複極板(22)の陰
    極給電体(8) 側の面との間に第２補助Ｏリング(29)が介
    在され、これら補助Ｏリング(28)(29)によって隣接電極
    接合体膜(32)が挟まれていることを特徴とする固体高分
    子型水電解槽におけるシール構造。
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