JPH07213848A

JPH07213848A - 電気化学素子

Info

Publication number: JPH07213848A
Application number: JP6266160A
Authority: JP
Inventors: Shiro Yamauchi; 四郎山内; Takashi Kawabata; 高志川畑; Kenro Mitsuta; 憲朗光田; Hideo Maeda; 秀雄前田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-10-05
Filing date: 1994-10-04
Publication date: 1995-08-15
Anticipated expiration: 2016-10-15
Also published as: JP3219610B2

Abstract

(57)【要約】【目的】除湿装置等に使用する電気化学素子におい
て、水発生空間での水素発生を防止し、構造を簡単化す
る。【構成】酸素を発生する陽極１と水素を発生する陰極
２とプロトン伝導体３とからなり陽極１・陰極２間に直
流電圧を印加するように構成した水電解セル部７と、電
子伝導性の多孔質基材２１の内部に固体高分子電解質２
２が含浸されていて多孔質基材の表側と裏側の間がガス
不透気性に構成されており、裏側２９で水素を消費して
プロトンと電子を発生し、表側２８で酸素とプロトンと
電子を消費して水を発生し、プロトンは固体高分子電解
質２２を通って裏側２９から表側２８に伝達され、電子
は多孔質基材２１を通って裏側２９から表側２８に伝達
されるように構成した水発生セル部２０を有し、水電解
セルの陽極側に水電解空間２５、水電解セルの陰極側と
水発生セルの裏側との間に水素空間２６、水発生セルの
表側に水発生空間２７なる３つの空間を設け、水電解セ
ル部７の陰極と水発生セル部２０との間を電気的に絶縁
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、プロトン伝導体を用
いた電気化学素子、さらに詳しくは除湿素子、酸素濃縮
装置および脱酸素装置などに使用される電気化学素子に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プロトン伝導体を用いた電気化学素子と
しては、除湿素子、酸素濃縮装置および脱酸素装置など
が知られている。この他、加湿素子、ガスセンサー、湿
度センサーなどへの応用も考えられている。これらの電
気化学素子の動作原理は共通しているが目的と構成が異
なるので、まず除湿素子の従来技術について詳細に説明
した後、酸素濃縮装置および脱酸素装置についての説明
を補足する。

【０００３】図１４は、例えば藤田らによって発明され
た特開昭６０−１１４３２５号公報及び特開昭６１−２
１６７１４号公報の除湿素子の構成図である。図におい
て、１は陽極、２は陰極、３はプロトン伝導体（固体高
分子電解質膜）、４は給電体、６は外部直流電源、２５
は水電解空間（除湿空間）、２７は水発生空間、４１は
樹脂性のフレームである。除湿素子の利用例としては、
例えば電気化学協会第５９回大会講演要旨集Ｐ３６（山
内他、講演番号３Ａ３１、平成４年３月１９日発行）に
半密閉式電子機器内の結露防止のための適用が記載され
ている。ここでプロトン伝導体３としては、たとえばデ
ュポン（ＤｕＰｏｎｔ）社製のナフィオン（Ｎａｆｉ
ｏｎ）-１１７（登録商標）等のプロトン交換膜（固体
高分子電解質膜）が用いられており、その公称厚みは約
１７０μｍである。このプロトン交換膜の表裏には、例
えば鳥飼らによって提案された無電解メッキ法（特開昭
５７−１３４５８６号公報）などの公知の方法を用いて
白金メッキが施され、白金メッキしたエキスパンディド
チタンやタンタルメッシュ、ステンレス繊維等を給電体
４として用いて、膜−電極接合体を挟み、樹脂性のフレ
ーム４１等にマウントし、接着剤等で周囲を固定及びガ
スシールして、外部直流電源６との電気的接続を行なっ
ている。

【０００４】次に、上記除湿素子の動作について説明す
る。陽極１では外部電力により水が電気分解されて式
(1)の反応がおこり除湿空間の湿度が低下する。２Ｈ₂Ｏ→Ｏ₂＋４Ｈ⁺＋４ｅ^- (1) このとき発生するプロトン(Ｈ⁺)はプロトン伝導体３を
通り、電子(ｅ^-)は外部回路を通って陰極２に達し、式
(2)の反応により酸素を消費して水を発生する。Ｏ₂＋４Ｈ⁺＋４ｅ^-→２Ｈ₂Ｏ (2) さらに上記プロトン(Ｈ⁺)とともに平均３分子程度の水
が陽極１から陰極２へ移動する。したがって陰極２では
式(2)の反応により生成する水とともに、さらに余分の
水が陽極１から移動し除湿空間の湿度を低下させる。

【０００５】しかし、プロトン伝導体３として上述のプ
ロトン交換膜を使用すると、プロトン交換膜自体が水を
透過するために、陽極１から陰極２に移動した水の大部
分は陽極側と陰極側の湿度差を駆動力として、プロトン
交換膜を透過して陽極側に戻るために、電流効率が極め
て悪いという問題点があった。図１５は、この対策とし
て特開平１−１４８３２７号公報に記載されている燃料
電池と組み合わせた除湿素子であり、図１５において、
７は水電解セル部、８は水発生セル部(燃料電池セル部)
であり、負極９，正極１０，及び負極９と正極１０間に
設けられた固体高分子電解質膜３により構成され、水発
生セル部の負極９と正極１０は外部短絡回路１１により
短絡されている。１２はファン、１３は空気取入口、１
４は除湿空気放出口、１５は排水口、３４は水発生セル
の負極９と電気的に短絡された水電解セルの陰極給電体
である。また、水電解セル部７及び燃料電池セル部８
は、図１４の従来例と同様の構造及び製造法により製造
されている。

【０００６】図１５の除湿素子では、図１４の場合と異
なり、水電解セル部７の陰極側において、水の発生では
なく、式(3)の反応により水素が発生する。２Ｈ⁺＋２ｅ^-→Ｈ₂ (3) 発生した水素は水発生セル部の負極９で式(4)の反応に
より消費される。Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- (4) 一方、燃料電池セル部の正極１０では式(5)の反応によ
り空気中の酸素が消費されて、水が発生する。Ｏ₂＋４Ｈ⁺＋４ｅ^-→２Ｈ₂Ｏ (5) 式(5)は式(2)と同じ反応である。また、式(4)と式(5)の
反応により水素と空気を反応ガスとする燃料電池が形成
され、起電力を生じる。しかし、外部回路によって短絡
されているので、電子は外部回路を通って正極に移動す
る。

【０００７】図１４においてプロトン交換膜を介して水
の消費と水の発生が行なわれるのとは異なり、図１５の
除湿素子では水電解セル部の陰極側で発生した水素が水
発生セル部(燃料電池セル部)の負極で消費されて正極で
水の発生がおこる。すなわち水の消費場所と水の発生場
所が隣接していないので水電解セル部の陰極側への水の
戻りは小さくなり電流効率が改善されている。

【０００８】しかし、図１５の除湿素子では外部回路を
介して燃料電池セル部の正極と負極を短絡しているの
で、正極と負極に対する給電機構と外部短絡配線との結
線が必要であり、給電や外部短絡回路での内部抵抗によ
り、式(4)と式(5)の反応電流が理想的に正極と負極を短
絡した場合に比べて小さくなる−すなわち燃料電池セル
部による水の排出量が少なくなるという問題点があっ
た。

【０００９】また、図１４の場合と比べて部品、材料の
数量が２倍になるので、コストも２倍になり、高価にな
るという問題点もあった。

【００１０】さらに、水電解セル部の陰極と燃料電池セ
ル部の正極および負極が電気的に短絡されているため
に、燃料電池セル部の正極が卑な電位に変化して、正極
から水素が発生し、除湿素子の周囲に水素爆発の危険性
をもたらす恐れがあった。このような恐れは、図１４の
陰極でもあり、このため、特開昭６１−２１６７１４号
公報の特許請求の範囲には、“陰極から水素発生が起こ
らない範囲の直流電圧を印加する”と記述されている。
しかし、印加電圧が一定なのに対して、陰極での過電圧
は、陽極での過電圧とのバランスで決まっており、湿度
や温度や酸素濃度などの環境条件の変化によってバラン
スが容易に変化するために、実際に、除湿素子の動作試
験中に陰極から水素が発生する等の問題点があった。

【００１１】また図１５の除湿素子では、水電解セル部
と燃料電池部が一体になっているので、水電解セル部と
燃料電池部の間の水素発生空間が狭く、水電解セル部の
陰極で生成する水素ガスが多量の場合（除湿の負荷が大
きい場合）、前述の水素発生空間の圧力が高くなり、膜
−電極接合体が破損しやすくなる問題点があった。ま
た、水電解セル部の陽極側と水発生セル部の正極側が近
接しているので、水電解セル部の陽極側の反応（除湿、
酸素富化等）と燃料電池セル部の正極側の反応（加湿、
脱酸素化等）を別々の離れた場所で利用することができ
なかった。さらに、本除湿素子を水中での酸素富化など
へ適用する場合、水電解セル部の陽極側で生成するガス
（酸素、オゾンなど）の気泡が最初から大きくなり、水
中を上昇し、充分に水中に生成ガスが溶解しないまま大
気中へ放出する場合があった。

【００１２】次に、酸素濃縮装置および脱酸素装置への
適用について補足説明を行なう。プロトン交換膜を用い
て酸素濃度を高める酸素濃縮装置の基本原理がレンジャ
ー他によって発明された特公昭４３−２５００１号公報
に記載されており、また酸素濃度を逆に低くする脱酸素
装置が藤田他によって発明され特公昭５６−３３９７９
号公報に記載されている。また、酸素分離装置としての
水の補給機構の改良が同じく藤田他によってなされてい
る（特公昭６３−５２１１９号公報）。脱酸素装置につ
いては、冷蔵庫の野菜貯蔵庫への適用などが考えられて
おり（藤田他、特公昭５５−２５３４３号公報および特
公平２−４４７６４号公報）、青果物をはじめとする食
品に対して酸素濃度を低下させることで長期保存性を高
めることが目的とされている。また、酸素濃縮装置につ
いては、病院などで病室内の酸素濃度を高める場合など
への適用が考えられる。

【００１３】次に、酸素濃縮装置および脱酸素装置にお
ける電気化学素子の動作原理を図１４を用いて説明す
る。図１４において、式(1)の反応により、水電解セル
側（陽極）で酸素の発生が起こり、一方水発生セル側
（陰極）では式(2)の反応により酸素の消費が起こる。
従って、水電解セル側の空間２５を利用したのが酸素濃
縮装置であり、水発生セル側の空間２７を利用したのが
脱酸素装置であり、両方を用いたのが酸素分離装置であ
る。なお、図１５は除湿素子のみに対して用いられてい
る構成であり、また、水電解セルの陽極側（酸素の発生
側）と燃料電池セルの正極側（酸素の消費側）との空間
が連通されているので酸素の分離が起こらず、従って図
１５の電気化学素子をそのまま酸素濃縮装置や脱酸素装
置として用いることはできない。

【００１４】従来の酸素濃縮装置および脱酸素装置につ
いては図１４の構成が適用されているが、酸素の酸化還
元に対する過電圧が大きく、外部直流電源の印加電圧を
理論電圧よりも相当高くしなければ式(1)と式(2)の反応
が進まない。従って、かなり高い一定の直流電圧が陽極
と陰極に常に印加されている。ところが、酸素の酸化反
応（式(1)）に対する過電圧と酸素の還元反応（式(2)）
に対する過電圧の比率は、陽極側と陰極側の湿度の変化
に応じて変化するために、酸素の酸化反応（式(1)）に
対する過電圧が減少した場合に陰極の電位が大きく卑な
電位に変化し、酸素濃度の少ない空間では水素発生が起
こるおそれがあった。特に、除湿素子の場合に比べて陰
極側の空間が限られていて酸素濃度が著しく低い場合が
多いので実際に陰極から水素が発生するケースが多かっ
た。水素が発生すると、冷蔵庫の野菜室や病院の酸素濃
縮装置の設置している部屋に水素が蓄積して爆発のおそ
れが生じるなど、安全上の問題があった。特開昭６１−
２１６７１４号公報では、陰極から水素発生が起こらな
い範囲の直流電圧を印加することが特許請求の範囲に記
述されているが、印加電圧が一定でも過電圧が常時変化
するので、実質的に水素発生の起こる危険性を回避する
ことはできなかった。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
電気化学素子は、外部回路を介して燃料電池セルの正極
と負極を短絡しているために、理想的に正極と負極を短
絡した場合に比べて反応電流が小さくなる−すなわち燃
料電池セル部による水の排出量が少なくなるという問題
点があった。

【００１６】また、部品、材料のコストが高くなるとい
う問題点もあった。

【００１７】更に、従来の除湿素子、酸素濃縮装置、脱
酸素装置等の電気化学素子では、陰極側や燃料電池セル
の正極側で常に水素発生のおこる危険性があり、安全性
に問題があった。

【００１８】また、従来の電気化学素子では、反応過程
で生成する水素の圧力上昇に伴い膜−電極接合体の破損
が生じたり、水電解セル部の陽極側の反応と水発生セル
部の正極側の反応離れた場所で利用することができなか
ったり、水中で酸素富化等に適用する場合充分に生成ガ
スが溶解しなかったりする問題があった。

【００１９】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、外部短絡回路を省略できる電気
化学素子、外部空間に水素を放出する危険性の少なく効
率的で安全な除湿素子、酸素濃縮装置及び脱酸素装置等
に使用される電気化学素子、気中あるいは水中のいずれ
においても適用範囲が広い電気化学素子を提供すること
を目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、プロ
トン等の陽イオンを伝導する陽イオン伝導体を陽極及び
陰極により挟み当該陽極及び陰極間に直流電圧を印加す
るようにした水電解セル部と、プロトン等の陽イオン及
び電子を共に伝導する電子・陽イオン伝導体からなるガ
ス不透過性の水発生セル部と、水電解セル部の陰極と水
発生セル部の間に設けられた密閉状の水素空間を備え、
上記水電解セル部の陰極と上記水発生セル部との間が電
気的に絶縁されているものである。

【００２１】請求項２の発明は、水を電解する陽極、水
素を発生する陰極、及び陽極と陰極により挟持されプロ
トンを伝達するプロトン伝導体とからなり、陽極・陰極
間に直流電圧を印加するように構成した水電解セル部
と、白金触媒を有する電子伝導性の多孔質基材の空孔内
部に固体高分子電解質が含浸されていて多孔質基材の表
側と裏側の間がガス不透気性に構成された水発生セル部
とを有し、この２つのセル部により各々隔離された水電
解空間、水素空間、水発生空間の３つの空間を設け、水
電解セル部の陰極と水発生セル部の負極との間を電気的
に絶縁するように構成したものである。

【００２２】請求項３の発明は、水発生セル部の多孔質
基材をカーボン繊維またはステンレス基材で構成し、白
金の微粒子を含む触媒と固体高分子電解質との混合物を
多孔質基材の空孔内部に充填したものである。

【００２３】請求項４の発明は、水発生セル部を多孔質
基材の空孔に液または流動性の固体高分子電解質を含浸
した後、表側と裏側に白金の微粒子を含む触媒を塗布し
て製造したものである。

【００２４】請求項５の発明は、水電解セル部をステン
レス繊維からなる多孔質な基材に白金をメッキして陽極
及び陰極を構成し、陽極及び陰極を構成する多孔質な基
材に複数個の貫通孔を設け、陽極及び陰極と固体高分子
電解質膜を熱圧着することにより電解質膜の一部を多孔
質な基材および貫通孔の中に食い込ませたものである。

【００２５】請求項６の発明は、水発生セル部の正極側
と水電解セル部の陽極側の少なくとも一方にフィルター
を多孔質基材に密着又は隣接させて配置したものであ
る。

【００２６】請求項７の発明は、水電解セル部の面積よ
りも水発生セル部の面積の方を小さくしたものである。

【００２７】請求項８の発明は、水電解セル部と水発生
セル部の少なくとも一方は、折り曲げて構成したもので
ある。

【００２８】請求項９の発明は、水電解セル部の水素空
間側に高分子吸水剤を上記陰極に密着させて配置したも
のである。

【００２９】請求項１０の発明は、水素空間にヒーター
を設置して水素空間雰囲気を加熱するようにしたもので
ある。

【００３０】請求項１１の発明は、水電解セル部の水電
解空間側に陽極に密着させて、陽極の電極基材の平均気
孔径よりも小さな平均気孔径を持つ多孔質な水リザーバ
ーを配置し、外部から水を水リザーバーに供給するよう
にしたものである。

【００３１】請求項１２の発明は、水電解セル部と水発
生セル部の間の水素空間を形成する結合部を伸縮性の構
造とした。

【００３２】請求項１３の発明は、水電解セル部の陽極
材料の一部または全部に二酸化鉛等の酸素過電圧の電極
物質を被着させた。

【００３３】請求項１４の発明は、水電解セル部の陽極
側に散気管を備え、陽極で生成したガスが散気管を経て
水電解空間に放出されるようにした。

【００３４】請求項１５の発明は、少なくとも１個以上
の水電解セル部と少なくとも１個以上の水発生セル部を
結合する水素空間部を備えるようにした。

【００３５】請求項１６の発明は、水電解セル部の陽極
側と接する水電解空間を着脱可能な覆いで覆われている
構造とした。

【００３６】請求項１７の発明は、水発生セル部の表側
と接する水発生空間を着脱可能な覆いで覆われている構
造とした。

【００３７】

【作用】請求項１〜２の電気化学素子の発明によれば、
水発生セル部が正極、負極の区別なく、電子的にもイオ
ン的にも短絡されたセルで構成されているので、外部短
絡回路が不要であり内部抵抗を低くすることができる。
また部品数が少なくなるのでコストを低くすることがで
きる。さらに、水発生セル部が水電解セル部の陰極と電
気的に絶縁されているので、過度の卑な電位になる恐れ
がなく、水発生セル部の水発生空間側に水素が発生する
危険性が大幅に改善される。

【００３８】請求項３の発明によれば、水発生セル部の
多孔質基材をカーボン繊維またはステンレス基材で構成
し、白金の微粒子を含む触媒と固体高分子電解質との混
合物を多孔質基材の空孔内部に充填したので、セル構造
が簡単になり、製造コストを低くすることができる。

【００３９】請求項４の発明によれば、水発生セル部
を、多孔質基材の空孔に液または流動性の固体高分子電
解質を含浸した後、表側と裏側に白金の微粒子を含む触
媒を塗布して製造したので、白金の使用量を大幅に低減
することができる。

【００４０】請求項５の発明によれば、水電解セル部
を、ステンレス繊維からなる多孔質な基材に白金をメッ
キして陽極及び陰極を構成し、また陽極及び陰極を構成
する多孔質な基材に複数個の貫通孔を設け、陽極及び陰
極と固体高分子電解質膜を熱圧着することにより電解質
膜の一部を多孔質な基材および貫通孔の中に食い込ませ
るようにしたので、水電解セル部の集電構造と製造工程
を簡略化できるとともに、機械的強度を増すことができ
る。

【００４１】請求項６の発明によれば、水発生セル部の
正極側と水電解セル部の陽極側の少なくとも一方にフィ
ルターを多孔質基材に密着または隣接させて配置したの
で、セル部へのホコリなどの付着を防止することなどが
でき、ホコリに含まれる塩分など、プロトン交換膜に有
害な物質からセルを保護することができる。

【００４２】請求項７の発明によれば、水電解セル部の
面積よりも水発生セル部の面積の方を小さくしたので、
機能を損なうことなく材料を節約でき、コストを低減で
きる。

【００４３】請求項８の発明によれば、水電解セル部と
水発生セル部の少なくとも一方を、折り曲げて構成した
ので、コンパクト化することができる。

【００４４】請求項９の発明によれば、水電解セル部の
水素空間側に高分子吸水剤を上記陰極に密着させて配置
したので、陽極から陰極への水の移動を加速することが
でき、より効果の高い除湿素子が得られる。

【００４５】請求項１０の発明によれば、水素空間にヒ
ーターを設置して水素空間雰囲気を加熱するようにした
ので、陽極から陰極への水の移動を加速することがで
き、より効果の高い除湿素子が得られる。

【００４６】請求項１１の発明によれば、水電解セル部
の水電解空間側に陽極を密着させて、陽極の電極基材の
平均気孔径よりも小さな平均気孔径を持つ多孔質な水リ
ザーバーを配置し、外部から水を水リザーバーに供給す
るようにしたので、陽極への水の極給を安定に一定化で
き、酸素温度調整機能を高めることができる。

【００４７】請求項１２の発明によれば、水電解セル部
と水発生セル部の間の水素空間を形成する結合部が伸縮
性の構造であるので、反応過程で生成する水素の圧力上
昇が緩和され、膜−電極接合体の破損のおそれがなくな
る。

【００４８】請求項１３の発明によれば、水電解セル部
の陽極材料の一部または全部に二酸化鉛等を使用したの
で、水電解セル部の陽極でオゾン生成が起こり易くな
り、オゾン酸化反応を利用できるようになった。

【００４９】請求項１４の発明によれば、水電解セル部
の陽極側に散気管を備えたので水中でのガス利用が充分
できるようになった。

【００５０】請求項１５の発明によれば、少なくとも１
個以上の水電解セル部と少なくとも１個以上の水発生セ
ル部を結ぶ結合部を備えたので、それぞれ酸化反応又は
還元反応に合わせて水電解セル部、水発生セル部を最適
配置することができ、効率的かつ経済的である。

【００５１】請求項１６の発明によれば、水電解セル部
の陽極側と接する水電解空間を着脱可能な覆いで覆う構
造としたので、空間的に局所的な酸化反応の利用が可能
となった。

【００５２】請求項１７の発明によれば、水発生セル部
の陰極側と接する水発生空間を着脱可能な覆いで覆う構
造としたので、空間的に局所的な還元反応の利用が可能
となった。

【００５３】

【実施例】以下、この発明の実施例を図１〜図１３に基
づいて従来と同一または相当部分には同一符号を付して
説明する。

【００５４】実施例１．図１は、この発明の電気化学素
子の実施例１の構成を示す断面図である。本実施例にお
ける水発生セル部２０は、電子伝導性の多孔質基材２
１、固体高分子電解質２２、及び白金の微粒子を含む触
媒２３によって構成されている。なお、水発生セル部２
０の表側を符号２８、裏側を符号２９により表わしてい
る。多孔質基材２１としては、厚さ０．２ｍｍで、空孔
率８０％のカーボンペーパーを用い、また固体高分子電
解質２２としては、アルドリッチ社から市販されている
Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）溶液（５重量％、水アルコー
ル混合溶媒）を用いた。上記カーボンペーパー２１の大
きさは１０５ｍｍ×１０５ｍｍである。この水発生セル
部２０は、カーボンペーパー２１にＮａｆｉｏｎ溶液２
２と白金微粒子２３を３０重量％担持した白金担持カー
ボン触媒を混合した溶液を８０℃で熱処理し、溶媒の一
部を除去した後さらに混練した後、混練ペーストをカー
ボンペーパー２１に塗布して１００℃で真空乾燥する工
程を３回繰り返して製造し、樹脂性のフレームにはめて
接着剤で周辺部を固定しガスシールした。この水発生セ
ル部２０はガスリーク試験により、ガス不透気性である
ことを確認した。

【００５５】一方、水電解セル部７は、従来公知の技術
により無電解メッキ法でプロトン交換膜（陽イオン交換
膜）であるＮａｆｉｏｎ−１１７等の両面に無電解メッ
キ法等で白金メッキを施した後、給電体４で挟持させる
ことにより構成した。さらに、ＤＣ３Ｖの外部直流電源
６との接続用の端子と配線を行なった後、樹脂性のフレ
ーム４１にはめて接着剤で周辺部を固定しガスシールし
た。そして、水電解セル部７の陰極２と水発生セル部２
０の裏側２９が対向するように水電解セル部７と水発生
セル部２０を組み合わせて密閉された水素空間２６を形
成する。また、水電解セル部７の陽極側に箱を取り付け
て水電解空間２５を形成し、水発生セル部２０の表側に
水発生空間２７を形成した。

【００５６】図１５の従来例と異なる点は、水発生セル
部２０が正極と負極に分かれているのではなく、内部短
絡電極という従来にない新しいタイプの「単極」で構成
されている。即ち、電子伝導性の多孔質基材２１とその
空孔に含浸された陽イオン伝導性の固体高分子電解質２
２が三次元的に接触し、水発生セル部２０の裏側２９か
ら表側２８へ、プロトンと電子が同時に移動できるよう
になっている。これにより、水発生セル部の裏側２９で
は、水電解セル部の陰極２で発生した水素を消費してプ
ロトンと電子が発生する。プロトンは多孔質基材２１の
空孔内部に含浸された固体高分子電解質膜２２を通り、
水発生セル部の裏側２９から表側２８へ伝達される。ま
た電子は、電子伝導性の多孔質基材２１内を通り、水発
生セル部の裏側２９から表側２８へ伝達される。水発生
セル部の表側２８へ伝達されたプロトンと電子は、空気
中の酸素と反応して水発生セル部の表側２８で水を発生
する。

【００５７】この様に、水発生セル部の裏側２９で発生
した電子は、従来の外部短絡配線を介して伝達されるの
に比べ、より大きな断面積を持った多孔質基材２１内を
介して伝達される。このため、従来に比べ内部抵抗が小
さくなり、反応電流が理想的に正極と負極を短絡した場
合に近づき、除湿効率が改善される。

【００５８】また、水発生セル部２０と水電解セル部７
の陰極２とが電気的に絶縁されているため、水発生セル
部の表側２８が過度の卑な電位になる恐れがなく、水素
が発生する危険性が大幅に改善される。さらに、水発生
セル部２０の構造について、多孔質基材２１の空孔内部
に触媒２３と固体高分子電解質２２の混合物を充填する
だけの、従来に比べて極めて簡単な構造であることに特
徴がある。

【００５９】次に、実施例１の電気化学素子全体を恒温
恒質槽に入れて除湿性能と酸素濃縮性能の評価を行なっ
た。図２は従来の電気化学素子（図１５）と本発明の電
気化学素子の除湿性能と酸素濃縮性能の評価試験結果で
ある。水電解空間を密閉系にして湿度センサーと酸素温
度計を設置した。従来の除湿素子（図１５）には水電解
空間と水発生空間との隔壁がないが、当比較試験では酸
素濃縮性能も比較するために隔壁を設けてファンも取り
外し、水発生セル部と電気配線以外は従来と本発明の実
施例とで同じ構成として実験を行なった。また、水発生
空間を恒温恒湿槽で３５℃、相対湿度７０％に保持し
た。なお、印加電圧はどちらもＤＣ３Ｖで一定とした。

【００６０】図２において、曲線１６と曲線１７は従来
の電気化学素子の水電解空間での湿度と酸素濃度の経時
変化、曲線１８と曲線１９は図１(上記実施例１)の電気
化学素子の水電解空間での湿度と酸素濃度の経時変化で
ある。図の横軸は時間であり、湿度の低下が早いもの程
除湿性能が高く、また酸素濃度の増加が早いもの程酸素
濃縮性能が高い。従って、本発明の実施例は従来の電気
化学素子よりも除湿性能と酸素濃縮性能が高くなってい
ることがわかる。これは、水発生セル部での抵抗が小さ
くなって、水素空間から水発生空間への水の移動が加速
されたためと考えられる。なお、従来の電気化学素子と
しては、Ｎａｆｉｏｎ１１７の両面をサンドブラストに
より粗面化し、無電解メッキにより白金を析出させた
後、２枚のタンタル製メッシュの給電体ではさんだもの
を２つ組み合わせて一方を外部配線により短絡し他方を
さらに水電解セルの陰極と接続したものを用いた。ま
た、従来例で示した図１４の構成の電気化学素子につい
ても比較したが、図１５の従来例よりもさらに性能が低
く、また外部回路を流れた電流値が大きかった。

【００６１】また、上記実施例１において、電子伝導性
の多孔質基材２１としてカーボンペーパーの代りにステ
ンレス繊維性の基材を用いても同様の試験結果が得られ
た。なお、ステンレス繊維性の基材としては、厚さ０．
２mmでＳＵＳ３１６の単繊維径８μmのフェルト状焼結
体を用いたが、耐蝕性のある電子伝導性の多孔質基材で
あれば、カーボンペーパーやステンレス繊維以外の材料
を用いてもよいことは自明である。

【００６２】次に、図２の比較試験において、恒温恒湿
器（水発生空間内）に窒素を流して水素濃度を水素探知
器を用いて測定した。その結果、従来の電気化学素子か
ら多量の水素の発生が確認されたのに対して、本発明の
実施例の電気化学素子からは水素はほとんど探知されな
かった。

【００６３】実施例２．図３はこの発明の水発生セル部
の他の実施例の構成を示す断面図である。図３の実施例
では、水発生セル部の構成と製造方法において図１の実
施例１と異なっており、特に水発生セル部２０の拡大断
面図のみを図示する。この実施例２では、多孔質基材２
１のカーボンペーパーに固体高分子電解質２２のＮａｆ
ｉｏｎ溶液の濃縮液を塗布乾燥する工程を５回繰り返し
て、カーボンペーパー２１の空孔にＮａｆｉｏｎ溶液２
２を含浸した後、Ｎａｆｉｏｎ溶液２２と白金の微粒子
を含む触媒２３を担持した白金担持カーボン触媒粉末の
混合液を両面に塗布した後１００℃で真空乾燥した。こ
の製造法による水発生セル部２０についても、実施例１
と同様に樹脂枠にマウントした後ガスリーク試験をして
ガス不透気性を確認し、かつ図２と同様にして評価試験
を行った結果、従来例より優れた除湿性能と酸素濃縮性
能を確認することができた。また、白金担持カーボン触
媒の使用量は、実施例１の場合の４分の１以下に低減す
ることができた。なお、本実施例２において、電子伝導
性の多孔質基材２１としてカーボンペーパーの代わりに
ステンレス繊維性の基材を用いても同様の結果が得られ
た。

【００６４】実施例３．図４は、この発明の水電解セル
部７の他の実施例の構成を示す断面図である。図４にお
いて、３０はステンレス繊維からなる多孔質な基材に設
けた貫通孔であり、きり等を用いて直径１ｍｍ程度の孔
を陽極１側と陰極２側で重ならないように各々１６個ず
つ開けたものである。また、３３は貫通孔３０にしみ出
した固体高分子電解質である。次にその製造方法につい
て説明すると、まずステンレス繊維からなる多孔質な基
材に白金をメッキして陽極１及び陰極２を構成し、次に
陽極１及び陰極２を構成する多孔質な基材に複数個の貫
通孔３０を設け、上記陽極１及び陰極２と固体高分子電
解質膜３を熱圧着することにより電解質膜の一部を多孔
質な基材及び貫通孔の中に食い込ませて構成した。ホッ
トプレスは図１の実施例と同じく１９０℃、５０Ｋｇｆ
／ｃｍ²の条件で行ったが、ホットプレスの温度につい
ては１２０℃以上であれば電解質膜が柔らかくなるので
面圧さえ上げれば一応の圧着はできるが、１５０℃以上
の方がはるかに食い込み方がしっかりとしている。また
２００℃以上に上げると電解質膜が一部分解し始めるの
で１５０℃以上、２００℃以下が好ましい条件である。
この水分解セル部７は、図１の実施例で示した水電解セ
ル部と共に水に漬けて超音波洗浄器にかけた後、１００
℃で乾燥する工程を、１０回以上繰り返して試験したと
ころ、この実施例３による水電解セル部７の方が基材が
はずれにくいことが分かった。また、従来例よりも優れ
た除湿性能と酸素濃縮性能を確認することができた。な
お、メッキ厚みは特に限定しないが、１〜１０μｍ程度
での場合が特性が良い。これにより薄い場合には電極基
材が食い込んだときに触媒層が希薄な部分ができたり、
また厚すぎるとガスの浸透が悪くなってしまい逆に特性
が悪くなるようである。この方法によると触媒層がミク
ロな目で見ても均一に分布するので、少ない白金量で高
い特性が得られ、コストの低減を図ることができる。

【００６５】実施例４．図５は、図１の実施例１の構成
に、さらに水発生セル部２０の正極側と水電解セル部７
の陽極側にフィルター３１を多孔質基材に密着させて配
置したものである。フィルター３１としてはＰＴＦＥ製
の孔径１μｍ、空孔率８０％、厚さ７５μｍのメンブラ
ンフィルターを用いた。この実施例４(図５)の電気化学
素子と実施例１(図１)の電気化学素子について、６カ月
間室外に放置した前後の除湿性能を比較したところ、実
施例１(図１)の電気化学素子にわずかに劣化が見られた
のに対して本実施例４(図５)の電気化学素子には全く劣
化が見られなかった。また、顕微鏡観察で実施例１(図
１)の電気化学素子の表面には無数のほこりが見られ、
ほこりに含まれている塩分がプロトン伝導体(固体高分
子電解質膜)を劣化させたのではないかと推定された。
なお、フィルター３１としてシリカ繊維のろ紙やガラス
繊維のろ紙などを用いてもよく、また多孔質基材に密着
させずに隣接させても良く、同様の効果が得られる。

【００６６】実施例５．図６は図１の実施例と構成は同
じであるが、水発生セル部２０の面積（開口面積）を水
電解セル部７の面積よりも小さくした実施例であり、水
発生セル部２０自体が短絡電極として内部抵抗を低減し
ているので、水電解セル部７の面積よりも多少小さくし
ても性能的にほとんど同じであることを確認した。従っ
て、水発生セル部２０の面積を水電解セル部７の面積よ
りも小さくすることでコスト低減を図ることができる。
なお、水発生セル部２０の面積を水電解セル部７の面積
の半分以下にした場合には、除湿性能の低下が認められ
たので、水発生セル部２０の面積を小さくすることによ
るコストの低減と要求性能との比較によって面積の比率
を決定する必要がある。

【００６７】実施例６．図７は水発生セル部２０および
水電解セル部７を折り曲げて構成したもので、ステンレ
ス繊維から成る多孔質基材を用いた場合には、簡単な機
械加工によって製造することができる。なお、図７では
水発生セル部２０および水電解セル部７を簡単化のため
模式的に線状に表している。また、折り曲げた水発生セ
ル部２０および水電解セル部７の側面については図示し
ていないが、樹脂枠４１への簡単な接着によってガスシ
ールを行っている。本実施例の構成(図７)の電気化学素
子においてその除湿性能と酸素濃縮性能は実施例１(図
１)と同程度のものが得られた。また、実施例１よりも
水電解空間２５や水発生空間２７への開口面積が小さ
く、コンパクトに構成された。

【００６８】実施例７．図８は水電解セル部７の水素空
間２６側の陰極に高分子吸水材（顆粒状）を密着させて
配置したものである。図において、３５は高分子吸水
剤、３６は高分子吸水剤を固定するための多孔質基材で
ある。セル部７、２０と多孔質基材３６については簡単
のため線状化して示している。本実施例について比較試
験を行った結果、実施例１(図１)よりも除湿性能におい
て優れた性能が得られることが分かった。これは、高分
子吸水剤３５によって陽極側から陰極側へ余分に水が引
き寄せられるためと考えられる。なお、高分子吸水剤３
５には、市販の紙おむつに用いられている物質を取り出
して用いた。

【００６９】実施例８．図９は水電解セル部７と水発生
セル部２０の間の水素空間２６に小さな棒状ヒーター３
７を配置したもので、水素空間２６を恒温恒湿器の温度
よりも２℃ほど高くしたところ、図１の実施例１よりも
除湿性能において優れた性能が得られることが分かっ
た。なお、水素空間２６の温度はより高い方が優れた除
湿性能が得られたが、それだけ電力を消費することにな
り、除湿素子の運転コストが高くなるので、高める温度
については、経済性を考慮して選定されるべきである。

【００７０】実施例９．図１０は、水電解セル部７の水
電解空間２５側の陽極に、電極基材に使用しているステ
ンレス繊維よりも平均気孔径の小さなステンレス製の多
孔質基材を水リザーバー３８として接触させ、チューブ
３９を介して外部水タンク４０から水を供給できるよう
にしたもので、単にチューブにより直接陽極に水を外部
タンクから供給するようにした場合に比べて酸素濃縮性
能とその経時的安定性において優れていることが分かっ
た。これは水リザーバー３８が電極基材よりもポアー吸
引力が大きいために、電極基材が過度に濡れるのを防止
し、発生する酸素の拡散を良くするとともに、適度な水
分を与える効果があるためと考えられる。

【００７１】実施例１０．本実施例１０は、水電解セル
部の陰極で水素ガスが多量に発生し水素空間の圧力上昇
が生じた場合の膜−電極接合体の破損を防止するために
なされたもので、図１１に示すように、水電解セル部７
を固定するフレーム４１及び水発生セル部２０を固定す
るフレーム４２間に伸縮自在の結合部材５０を設置し、
当該伸縮性結合部材５０，水電解セル部７，水発生セル
部２０，及びフレーム４１、４２により密閉された水素
空間２６を形成する。上記伸縮性結合部材５０は、水電
解セル部の陰極２と水発生セル部２０を絶縁する電気絶
縁性と、水素が水素空間２６より漏れないためのシール
性と、伸縮回数に耐え得る耐摩耗性と、Ｈ₂＋Ｏ₂→Ｈ₂
Ｏの発熱反応が生じても燃えない耐熱性を備える必要が
あり、例えばカナフレックス、プリカチューブ等のフレ
キシブルダクトが使用される。本実施例によれば、水電
解セル部７の陰極２で水素ガスが多量に発生した場合で
も、水素空間１０が結合部材５０により伸縮自在に構成
されているので、水素空間１０の圧力上昇もなく、膜−
電極接合体の破損を防止できる。また、水電解セル部７
の陽極側の反応と水発生セル部２０の正極側の反応離れ
た場所で利用することができるようになる。

【００７２】実施例１１．本実施例では、水電解セル部
７の陽極１の一部に二酸化鉛を被着させた。ここで二酸
化鉛ＰｂＯ₂は触媒作用をはたし、下記の反応を促す。陽極；３Ｈ₂Ｏ→Ｏ₃＋６Ｈ⁺＋６ｅ^- 陰極；６Ｈ⁺＋６ｅ^-→３Ｈ₂ その結果、水電解セル部７の陽極１でオゾン含有酸素を
発生させることができる。なお、二酸化鉛ＰｂＯ₂の代
りに高い酸素過電圧を有する電極物質（電気化学的に酸
素発生反応を起こしにくい物質）を触媒として使用して
も良い。また、本実施例と上記実施例１０を組み合わせ
て伸縮性結合部材５０をホース代りに使用することによ
り、従来、オゾンの適用が困難な場所、例えば隙間部の
脱臭、殺菌、空気浄化等への適用が可能となる。

【００７３】実施例１２．本実施例では、水電解セル部
７の陽極１側に散気管６０を備えるようにした。図１２
(ｂ)に示すように水電解空間２５が水中である場合、散
気管が無いと水電解セル部７の陽極１で生成した気泡は
大きいままで水中に放出され、生成ガス(酸素、オゾン
等)の水中への溶解が不十分なまま大気へ散逸される。
図１２(ａ)に示すように陽極１に散気管８０を設ける
と、陽極１で生成した気泡は細かく分散された状態で水
中に融け込む。即ち、本実施例によれば、水中で酸素富
化等に適用する場合、生成ガス(酸素、オゾン等)が水中
に容易、充分かつ均一に溶解することができる。

【００７４】実施例１３．本実施例は、図１３に示すよ
うに、２個の水電解セル部７を１個の水発生セル部２０
に伸縮性結合部材５０により結びつけたものである。目
的とする水電解セル部７の酸化反応は複数の場所で行わ
せ、目的以外の副反応である水発生セル部２０の還元反
応は１箇所ですますことができ、水発生セル部２０の設
置を必要最小限にすることができ経済的効果が達成でき
る。一方、水発生セル部２０を複数設置し、水電解セル
部７を必要最小限にして伸縮性結合部材５０により結び
付けても良い。この場合水発生セル部２０の還元反応を
目的とした経済的な反応器として利用できる。

【００７５】実施例１４．本実施例では、水電解セル部
７の陽極１側と接する水電解空間２５、又は水発生セル
部２０の裏側２８と接する水発生空間２７を着脱可能な
覆いで覆われている構造とした。本実施例によれば、水
電解セル部７の陽極１側と接する水電解空間２５を着脱
可能な覆いで被覆することにより、空間的に局所的な酸
化反応の利用が可能となる。また、水発生セル部の陰極
側と接する水発生空間を着脱可能な覆いで被覆すること
により、空間的に局所的な還元反応の利用が可能とな
る。

【００７６】その他の実施例．なお上記実施例１〜９に
おいて、プロトン伝導体としては、プロトンを伝導する
ものであればよく、デュポン社のナフィオン１１７やナ
フィオン１１５のほか、ダウケミカル社のＸＵＳ−１
３．２４．１０、旭硝子のフレミオン、旭化成のアシフ
レックス（いずれも登録商標）等があげられる。

【００７７】

【発明の効果】請求項１，２の発明によれば、水発生セ
ル部が、正極、不極の区別なく、電子的にもイオン的に
も短絡されたセルで構成されているので、外部短絡回路
が不要であり内部抵抗を低くすることができる。また部
品数が少なくなるのでコストを低くすることができる。
さらに、水発生セル部が水電解セル部の陰極と電気的に
絶縁されているので、過度の卑な電位になるおそれがな
く、水発生セル部の水発生空間側に水素が発生する危険
性が大幅に改善される。

【００７８】請求項３の発明によれば、水発生セル部の
多孔質基材をカーボン繊維またはステンレス基材で構成
し、白金の微粒子を含む触媒と固体高分子電解質との混
合物を多孔質基材の空孔内部に充填したので、セル構造
が簡単になり、製造コストを低くすることができる。

【００７９】請求項４の発明によれば、水発生セル部
を、多孔質基材の空孔に液または流動性の固体高分子電
解質を含浸した後、表側と裏側に白金の微粒子を含む触
媒を塗布して製造したので、白金の使用量を大幅に低減
することができる。

【００８０】請求項５の発明によれば、水電解セル部
を、ステンレス繊維からなる多孔質な基材に白金をメッ
キして陽極及び陰極を構成し、また陽極及び陰極を構成
する多孔質な基材に複数個の貫通孔を設け、陽極及び陰
極と固体高分子電解質膜を熱圧着することにより電解質
膜の一部を多孔質な基材および貫通孔の中に食い込ませ
るようにしたので、水電解セル部の集電構造と製造工程
を簡単化できるとともに、機械的強度を増すことができ
る。

【００８１】請求項６の発明によれば、水発生セル部の
正極側と水電解セル部の陽極側の少なくとも一方にフィ
ルターを多孔質基材に密着または隣接させて配置したの
で、セル部へのホコリやゴミ、雨水など付着を防止する
ことができ、ホコリに含まれる塩分など、プロトン交換
膜に有害な物質からセルを保護することができる。

【００８２】請求項７の発明によれば、水電解セル部の
面積よりも水発生セル部の面積の方を小さくしたので、
機能を損なうことなく材料費を節約できコストを低減で
きる。

【００８３】請求項８の発明によれば、水電解セル部と
水発生セル部の少なくとも一方を、折り曲げて構成した
ので、コンパクト化することができる。

【００８４】請求項９の発明によれば、水電解セル部の
水素空間側に高分子吸水剤を上記陰極に密着させて配置
したので、陽極から陰極への水の移動を加速することが
でき、より性能の高い除湿素子が得られる。

【００８５】請求項１０の発明によれば、水素空間にヒ
ーターを設置して水素空間雰囲気を加熱するようにした
ので、陽極から陰極への水の移動を加速することがで
き、より性能の高い除湿素子が得られる。

【００８６】請求項１１の発明によれば、水電解セル部
の水電解空間側に陽極に密着させて、陽極の電極基材の
平均気孔径よりも小さな平均気孔径を持つ多孔質な水リ
ザーバーを配置し、外部から水を水リザーバーに供給す
るようにしたので、陽極への水の供給を安定に保つこと
ができ、酸素濃度調整機能を高めることができる。

【００８７】請求項１２の発明によれば、水電解セル部
と水発生セル部の間の水素空間を形成する結合部が伸縮
性の構造であるので、反応過程で生成する水素の圧力上
昇が緩和され、膜−電極接合体の破損のおそれがなくな
る。

【００８８】請求項１３の発明によれば、水電解セル部
の陽極材料の一部または全部に二酸化鉛等を使用したの
で、水電解セル部の陽極でオゾン生成が起こり易くな
り、オゾン酸化反応を利用できるようになった。

【００８９】請求項１４の発明によれば、水電解セル部
の陽極側に散気管を備えたので水中でのガス利用が充分
できるようになった。

【００９０】請求項１５の発明によれば、少なくとも１
個以上の水電解セル部と少なくとも１個以上の水発生セ
ル部を結ぶ結合部を備えたので、それぞれ酸化反応又は
還元反応に合わせて水電解セル部、水発生セル部を最適
配置することができ、効率的かつ経済的である。

【００９１】請求項１６の発明によれば、水電解セル部
の陽極側と接する水電解空間を着脱可能な覆いで覆う構
造としたので、空間的に局所的な酸化反応の利用が可能
となった。

【００９２】請求項１７の発明によれば、水発生セル部
の陰極側と接する水発生空間を着脱可能な覆いで覆う構
造としたので、空間的に局所的な還元反応の利用が可能
となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に係る電気化学素子を示す断面図及
び拡大図である。

【図２】従来の電気化学素子と実施例１の電気化学素
子の除湿性能と酸素濃縮性能の評価試験結果図である。

【図３】実施例２の水発生セル部の構成を示す断面拡
大図である。

【図４】実施例３の水電解セル部の構成を示す断面図
である。

【図５】実施例４の電気化学素子の構成を示す断面図
である。

【図６】実施例５の電気化学素子の構成を示す断面図
である。

【図７】実施例６の電気化学素子の構成を示す断面図
である。

【図８】実施例７の電気化学素子の構成を示す断面図
である。

【図９】実施例８の電気化学素子の構成を示す断面図
である。

【図１０】実施例９の電気化学素子の構成を示す断面
図である。

【図１１】実施例１０の電気化学素子の構成を示す断
面図である。

【図１２】実施例１２の電気化学素子の構成を示す断
面図である。

【図１３】実施例１３の電気化学素子の構成を示す断
面図である。

【図１４】従来の電気化学素子の構成を示す構成図で
ある。

【図１５】従来の除湿素子の構成を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

１陽極、２陰極、３プロトン伝導体、４給電
体、６外部直流電源、７水電解セル部、１６従来
例の湿度の変化、１７従来例の酸素濃度の変化、１８
実施例１の電気化学素子の湿度の変化、１９実施例
１の電気化学素子の酸素濃度の変化、２０水発生セル
部、２１電子伝導性の多孔質基材、２２固体高分子電
解質、２３白金の微粒子を含む触媒、２５水電解空
間、２６水素空間、２７水発生空間、２８水発生セ
ル部の表側、２９水発生セル部の裏側、３０貫通
孔、３１フィルター、３３貫通孔にしみ出した固体
高分子電解質、３４給電体、３５高分子吸水剤、３
６高分子吸水剤固定用多孔質基材、３７ヒーター、
３８水リザーバー、３９チューブ、４０水タン
ク、５０伸縮性結合部材、６０散気管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ２５Ｂ 15/08 ３０２ (72)発明者前田秀雄尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】陽イオン伝導体を陽極及び陰極により挟
み当該陽極及び陰極間に直流電圧を印加するようにした
水電解セル部と、陽イオン及び電子を共に伝導する電子
・陽イオン伝導体からなるガス不透過性の水発生セル部
と、上記水電解セル部の陰極と上記水発生セル部の間に
設けられた密閉状の水素空間を備え、上記水電解セル部
の陰極と上記水発生セル部との間が電気的に絶縁されて
いる電気化学素子。
【請求項２】水を電解してプロトンと電子と酸素を発
生する陽極と、プロトンと電子を消費して水素を発生す
る陰極と、上記陽極および陰極により挟持されプロトン
を陽極から陰極に伝達するプロトン伝導体とからなり、
上記陽極・陰極間に直流電圧を印加するように構成した
水電解セル部と、電子伝導性の多孔質基材の内部にプロ
トン伝導体が混合されていて多孔質基材の表側と裏側の
間がガス不透気性に構成されており、裏側で水素を消費
してプロトンと電子を発生し、表側で酸素とプロトン及
び電子を消費して水を発生し、プロトンは上記プロトン
伝導体を通って裏側から表側に伝達され、電子は上記多
孔質基材を通って裏側から表側に伝達されるように構成
した水発生セル部を備え、上記水電解セル部の陽極側に
水電解空間を、上記水電解セル部の陰極側と上記水発生
セル部の裏側の間に密閉状の水素空間を、上記水発生セ
ル部の表側に水発生空間をそれぞれ設置し、上記水電解
セル部の陰極と上記水発生セル部との間が電気的に絶縁
されている電気化学素子。
【請求項３】上記水発生セル部の多孔質基材は、カー
ボン繊維またはステンレス基材で構成され、この多孔質
基材の空孔内部に白金の微粒子を含む触媒と固体高分子
電解質との混合物が充填されている請求項２記載の電気
化学素子。
【請求項４】上記水発生セル部は、多孔質基材の空孔
に液又は流動性の固体高分子電解質を含浸した後、その
表側と裏側に白金の微粒子を含む触媒を塗布したことを
特徴とする請求項２記載の電気化学素子。
【請求項５】上記水電解セル部は、多孔質な基材に白
金をメッキして陽極及び陰極を構成し、陽極及び陰極を
構成する多孔質な基材に複数個の貫通孔を設け、上記陽
極及び陰極と固体高分子電解質膜を熱圧着することによ
り電解質の一部を多孔質な基材及び貫通孔の中に食い込
ませた請求項２から請求項４のいずれか１項記載の電気
化学素子。
【請求項６】上記水発生セル部の正極側と上記水電解
セル部の陽極側の少なくとも一方にフィルターを上記電
極の多孔質基材に密着または隣接させて配置した請求項
２から請求項５のいずれか１項記載の電気化学素子。
【請求項７】上記水電解セル部の面積よりも上記水発
生セル部の面積の方を小さくした請求項２から請求項６
のいずれか１項記載の電気化学素子。
【請求項８】上記水電解セル部と上記水発生セル部の
少なくとも一方は、折り曲げて構成されている請求項２
から請求項７のいずれか１項記載の電気化学素子。
【請求項９】上記水電解セル部の水素空間側に高分子
吸水材を上記陰極に密着させて配置した請求項２から請
求項８のいずれか１項記載の電気化学素子。
【請求項１０】上記水素空間に加熱手段を設置して水
素空間雰囲気を加熱するようにした請求項２から請求項
９のいずれか１項記載の電気化学素子。
【請求項１１】上記水電解セル部の水電解空間側に上
記陽極に密着させて陽極の電極基材の平均気孔径よりも
小さな平均気孔径を持つ多孔質な水リザーバーを配置
し、外部から水を上記水リザーバーに供給するようにし
た請求項２から請求項１０のいずれか１項記載の電気化
学素子。
【請求項１２】上記水電解セル部と水発生セル部の間
の水素空間を形成する結合部が伸縮性の構造を有する請
求項２から請求項１１のいずれか１項記載の電気化学素
子。
【請求項１３】上記水電解セル部の陽極の一部に二酸
化鉛等の高い酸素過電圧を有する電極物質を被着させた
請求項２から請求項１２のいずれか１項記載の電気化学
素子。
【請求項１４】上記水電解セル部の陽極側に散気管を
備え、陽極で生成したガスが散気管を経て水電解空間に
放出される請求項２から請求項１３のいずれか１項記載
の電気化学素子。
【請求項１５】少なくとも１個以上の水電解セル部と
少なくとも１個以上の水発生セル部を結合する水素空間
部を備えている請求項２から請求項１４のいずれか１項
記載の電気化学素子。
【請求項１６】上記水電解セル部の陽極と接する水電
解空間が着脱可能な覆いで覆われている請求項２から請
求項１５のいずれか１項記載の電気化学素子。
【請求項１７】上記水発生セル部と接する水発生空間
が着脱可能な覆いで覆われている請求項２から請求項１
６のいずれか１項記載の電気化学素子。