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JP2014040636A - Differential pressure type water electrolysis apparatus - Google Patents

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JP2014040636A
JP2014040636A JP2012183378A JP2012183378A JP2014040636A JP 2014040636 A JP2014040636 A JP 2014040636A JP 2012183378 A JP2012183378 A JP 2012183378A JP 2012183378 A JP2012183378 A JP 2012183378A JP 2014040636 A JP2014040636 A JP 2014040636A
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Japan
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electrolyte layer
solid polymer
electrolyte membrane
differential pressure
water electrolysis
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JP2012183378A
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Japanese (ja)
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Eiji Hario
栄次 針生
Nobuyuki Kawasaki
暢之 川崎
Hiroyuki Ishikawa
博之 石川
Masanori Okabe
昌規 岡部
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

【課題】簡単且つ経済的な構成で、固体高分子電解質膜の損傷を可及的に抑制するとともに、電力効率の向上を図ることを可能にする。
【解決手段】差圧式水電解装置10を構成する単位セル12は、電解質膜・電極構造体32を備え、前記電解質膜・電極構造体32は、固体高分子電解質膜38の両面にアノード給電体40及びカソード給電体42を設ける。固体高分子電解質膜38は、カソード給電体42側に配設される第1電解質層38aと、アノード給電体40側に配設される第2電解質層38bとを有し、前記第1電解質層38aは、炭化水素系の膜により構成される一方、前記第2電解質層38bは、フッ素系の膜により構成される。
【選択図】図3
An object of the present invention is to reduce damage to a solid polymer electrolyte membrane as much as possible with a simple and economical configuration and to improve power efficiency.
A unit cell 12 constituting a differential pressure water electrolysis apparatus 10 includes an electrolyte membrane / electrode structure 32, and the electrolyte membrane / electrode structure 32 is provided on both sides of a solid polymer electrolyte membrane 38 with anode feeders. 40 and cathode power supply 42 are provided. The solid polymer electrolyte membrane 38 includes a first electrolyte layer 38a disposed on the cathode power supply body 42 side and a second electrolyte layer 38b disposed on the anode power supply body 40 side, and the first electrolyte layer. While 38a is constituted by a hydrocarbon film, the second electrolyte layer 38b is constituted by a fluorine film.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、水を電気分解してアノード側に酸素を発生させるとともに、カソード側に前記酸素よりも高圧な水素を発生させる差圧式水電解装置に関する。   The present invention relates to a differential pressure type water electrolysis apparatus that electrolyzes water to generate oxygen on the anode side and generates hydrogen at a higher pressure than the oxygen on the cathode side.

例えば、燃料電池を発電させるための燃料ガスとして、水素ガスが使用されている。一般的に、水素ガスを製造する際に、水電解装置が採用されている。この水電解装置は、水を電気分解して水素(及び酸素)を発生させるため、固体高分子電解質膜を用いている。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、それぞれ給電体を配設してユニットが構成されている。   For example, hydrogen gas is used as a fuel gas for generating power from a fuel cell. Generally, when producing hydrogen gas, a water electrolysis apparatus is employed. This water electrolysis apparatus uses a solid polymer electrolyte membrane in order to electrolyze water and generate hydrogen (and oxygen). An electrode catalyst layer is provided on both sides of the solid polymer electrolyte membrane to constitute an electrolyte membrane / electrode structure, and a power feeder is provided on each side of the electrolyte membrane / electrode structure. Is configured.

そこで、複数のユニットが積層された状態で、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、電子と結合して水素が製造される。一方、アノード側では、水素と共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。   Therefore, in a state where a plurality of units are stacked, a voltage is applied to both ends in the stacking direction, and water is supplied to the anode power feeder. For this reason, water is decomposed and hydrogen ions (protons) are generated on the anode side of the electrolyte membrane / electrode structure, and the hydrogen ions permeate the solid polymer electrolyte membrane and move to the cathode side to bond with electrons. Thus, hydrogen is produced. On the other hand, on the anode side, oxygen produced together with hydrogen is discharged from the unit with excess water.

この種の固体高分子電解質膜としては、例えば、カチオン交換膜(フッ素樹脂系スルフォン酸カチオン交換膜)が使用されている(特許文献1)。カチオン交換膜の両面には、貴金属、特に、白金族金属からなる多孔質の陽極及び陰極を、化学的に無電解メッキで接合することにより、固体高分子電解質膜が構成されている。   As this type of solid polymer electrolyte membrane, for example, a cation exchange membrane (fluororesin sulfonic acid cation exchange membrane) is used (Patent Document 1). A solid polymer electrolyte membrane is constructed by chemically bonding a porous anode and cathode made of a noble metal, in particular, a platinum group metal, on both surfaces of the cation exchange membrane by chemical electroless plating.

特開平8−134679号公報JP-A-8-134679

ところで、上記のフッ素樹脂系の固体高分子電解質膜では、良好な延び性を有している。このため、特にカソード側に高圧水素(生成される酸素よりも高圧な水素)が生成される差圧式水電解装置では、固体高分子電解質膜がアノード給電体の開口形状に沿って変形が可能である。従って、固体高分子電解質膜の破損が低減されるという利点がある。   By the way, the above fluororesin-based solid polymer electrolyte membrane has good stretchability. For this reason, in particular, in a differential pressure type water electrolysis apparatus in which high-pressure hydrogen (hydrogen higher than generated oxygen) is generated on the cathode side, the solid polymer electrolyte membrane can be deformed along the opening shape of the anode feeder. is there. Therefore, there is an advantage that damage to the solid polymer electrolyte membrane is reduced.

しかしながら、フッ素樹脂系の固体高分子電解質膜では、水素ガスの透過性が高く、電流効率が低下するという問題がある。その際、電流効率を向上させるために膜厚を大きく設定すると、電圧効率が低下してしまう。これにより、電力効率の向上が容易に図られないという問題がある。   However, the fluororesin-based solid polymer electrolyte membrane has a problem that hydrogen gas permeability is high and current efficiency is lowered. At that time, if the film thickness is set large in order to improve the current efficiency, the voltage efficiency is lowered. As a result, there is a problem that the power efficiency cannot be easily improved.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的な構成で、固体高分子電解質膜の損傷を可及的に抑制するとともに、電力効率の向上を容易に図ることが可能な差圧式水電解装置を提供することを目的とする。   The present invention solves this type of problem, and with a simple and economical configuration, it is possible to suppress damage to the solid polymer electrolyte membrane as much as possible and to easily improve power efficiency. It aims at providing a differential pressure type water electrolysis device.

本発明は、固体高分子電解質膜と、前記固体高分子電解質膜の両側に設けられる電解用の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、水が供給されるとともに、前記水を電気分解して酸素が発生されるアノード側セパレータと、前記カソード給電体に対向して配置され、前記水を電気分解して前記酸素よりも高圧な水素が発生されるカソード側セパレータと、前記カソード給電体を前記固体高分子電解質膜に向かって押圧する押圧部材と、を備える差圧式水電解装置に関するものである。   The present invention provides a solid polymer electrolyte membrane, an anode power feeding body and a cathode power feeding body provided on both sides of the solid polymer electrolyte membrane, and opposed to the anode power feeding body, and is supplied with water. And an anode side separator that electrolyzes the water to generate oxygen and a cathode side that is disposed opposite to the cathode power supply and that electrolyzes the water to generate hydrogen at a pressure higher than that of the oxygen The present invention relates to a differential pressure type water electrolysis apparatus comprising a separator and a pressing member that presses the cathode power supply body toward the solid polymer electrolyte membrane.

そして、固体高分子電解質膜は、カソード給電体側に配設される第1電解質層と、アノード給電体側に配設される第2電解質層とを有し、前記第1電解質層は、前記第2電解質層よりも電流効率が高い一方、前記第2電解質層は、前記第1電解質層よりも延び性が高く設定されている。   The solid polymer electrolyte membrane includes a first electrolyte layer disposed on the cathode power feeder side and a second electrolyte layer disposed on the anode power feeder side, and the first electrolyte layer includes the second electrolyte layer. While the current efficiency is higher than that of the electrolyte layer, the second electrolyte layer is set to have higher extensibility than the first electrolyte layer.

また、この差圧式水電解装置では、第1電解質層は、炭化水素系の膜により構成されることが好ましい。   Moreover, in this differential pressure type water electrolysis apparatus, it is preferable that the first electrolyte layer is constituted by a hydrocarbon film.

さらに、この差圧式水電解装置では、第2電解質層は、フッ素系の膜により構成されることが好ましい。   Furthermore, in this differential pressure type water electrolysis apparatus, the second electrolyte layer is preferably composed of a fluorine-based film.

さらにまた、この差圧式水電解装置では、第2電解質層は、第1電解質層とは反対側の接触部材の開口径に基づいて設定される厚さを有することが好ましい。   Furthermore, in this differential pressure type water electrolysis apparatus, it is preferable that the second electrolyte layer has a thickness that is set based on the opening diameter of the contact member on the side opposite to the first electrolyte layer.

また、この差圧式水電解装置では、電解領域をシール部材により囲繞するシール部が設けられるとともに、前記シール部は、固体高分子電解質膜の単一の層のみを層厚さ方向に挟持することが好ましい。   Further, in this differential pressure type water electrolysis apparatus, a seal portion that surrounds the electrolysis region with a seal member is provided, and the seal portion sandwiches only a single layer of the solid polymer electrolyte membrane in the layer thickness direction. Is preferred.

さらに、この差圧式水電解装置では、シール部は、固体高分子電解質膜の第2電解質層のみを層厚さ方向に挟持することが好ましい。   Furthermore, in this differential pressure type water electrolysis apparatus, it is preferable that the seal portion sandwiches only the second electrolyte layer of the solid polymer electrolyte membrane in the layer thickness direction.

本発明によれば、固体高分子電解質膜は、少なくとも第1電解質層及び第2電解質層を有する多層構造を採用している。ここで、アノード給電体側に配設される第2電解質層は、第1電解質層よりも延び性が高く設定されている。このため、高圧なカソード給電体側から低圧なアノード給電体側に固体高分子電解質膜が押圧される際、前記アノード給電体側の第2電解質層が良好に伸縮する。従って、高圧で押圧された場合であっても、延び性の低い第1電解質層を構成する固体高分子電解質膜の損傷を、第2電解質層を構成する固体高分子電解質膜によって可及的に抑制することができる。   According to the present invention, the solid polymer electrolyte membrane employs a multilayer structure having at least a first electrolyte layer and a second electrolyte layer. Here, the 2nd electrolyte layer arrange | positioned at the anode electric power feeding body side is set more highly than the 1st electrolyte layer. For this reason, when the solid polymer electrolyte membrane is pressed from the high-pressure cathode power supply side to the low-pressure anode power supply side, the second electrolyte layer on the anode power supply side expands and contracts well. Therefore, even when pressed at a high pressure, damage to the solid polymer electrolyte membrane constituting the first electrolyte layer having low extensibility is made possible by the solid polymer electrolyte membrane constituting the second electrolyte layer as much as possible. Can be suppressed.

一方、カソード給電体側に配設される第1電解質層は、第2電解質層よりも電流効率が高く設定されている。これにより、第2電解質層単体で用いる場合よりも、電力効率の向上が容易に図られる。   On the other hand, the first electrolyte layer disposed on the cathode power supply side is set to have higher current efficiency than the second electrolyte layer. As a result, the power efficiency can be improved more easily than when the second electrolyte layer is used alone.

本発明の第1の実施形態に係る差圧式水電解装置の斜視説明図である。It is a perspective explanatory view of a differential pressure type water electrolysis device concerning a 1st embodiment of the present invention. 前記差圧式水電解装置を構成する単位セルの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the unit cell which comprises the said differential pressure type water electrolysis apparatus. 前記単位セルの、図2中、III−III線断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the unit cell taken along line III-III in FIG. 2. 前記単位セルを構成する固体高分子電解質膜の要部拡大説明図である。It is a principal part expansion explanatory drawing of the solid polymer electrolyte membrane which comprises the said unit cell. フッ素系の膜において、膜厚と効率との説明図である。It is explanatory drawing of a film thickness and efficiency in a fluorine-type film | membrane. 炭化水素系の膜において、膜厚と効率との説明図である。It is explanatory drawing of a film thickness and efficiency in a hydrocarbon-type film | membrane. 本発明の第2の実施形態に係る差圧式水電解装置を構成する単位セルの断面図である。It is sectional drawing of the unit cell which comprises the differential pressure type water electrolysis apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る差圧式水電解装置を構成する単位セルの断面図である。It is sectional drawing of the unit cell which comprises the differential pressure type water electrolysis apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る差圧式水電解装置を構成する単位セルの断面図である。It is sectional drawing of the unit cell which comprises the differential pressure type water electrolysis apparatus which concerns on the 4th Embodiment of this invention.

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水電解装置(高圧水電解装置)10は、複数の単位セル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。   As shown in FIG. 1, the differential pressure type water electrolysis apparatus (high pressure water electrolysis apparatus) 10 according to the first embodiment of the present invention has a plurality of unit cells 12 in a vertical direction (arrow A direction) or a horizontal direction (arrow B). The laminate 14 is laminated in the direction).

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。   At one end (upper end) in the stacking direction of the stacked body 14, a terminal plate 16a, an insulating plate 18a, and an end plate 20a are sequentially disposed upward. Similarly, a terminal plate 16b, an insulating plate 18b, and an end plate 20b are sequentially disposed on the other end (lower end) in the stacking direction of the stacked body 14 in a downward direction.

差圧式水電解装置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間を一体的に締め付け保持する。なお、差圧式水電解装置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。   The differential pressure type water electrolysis apparatus 10 integrally holds and holds the disc-shaped end plates 20a and 20b via four tie rods 22 extending in the direction of arrow A, for example. In addition, the differential pressure type water electrolysis apparatus 10 may adopt a configuration in which it is integrally held by a box-like casing (not shown) including end plates 20a and 20b as end plates. Moreover, although the differential pressure type water electrolysis apparatus 10 has a substantially cylindrical shape as a whole, it can be set in various shapes such as a cubic shape.

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。   Terminal portions 24a and 24b are provided on the side portions of the terminal plates 16a and 16b so as to protrude outward. The terminal portions 24a and 24b are electrically connected to the electrolytic power source 28 via the wirings 26a and 26b.

図2及び図3に示すように、単位セル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側セパレータ34及びカソード側セパレータ36とを備える。アノード側セパレータ34及びカソード側セパレータ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、又は、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。   As shown in FIGS. 2 and 3, the unit cell 12 includes a substantially disc-shaped electrolyte membrane / electrode structure 32, and an anode separator 34 and a cathode separator 36 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 32. Prepare. The anode-side separator 34 and the cathode-side separator 36 have a substantially disk shape and are made of, for example, a carbon member or the like, or a steel plate, a stainless steel plate, a titanium plate, an aluminum plate, a plated steel plate, or a metal surface thereof. A metal plate subjected to an edible surface treatment is press-molded or cut and subjected to an anticorrosive surface treatment.

電解質膜・電極構造体32は、固体高分子電解質膜38と、前記固体高分子電解質膜38の両面に設けられる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とを備える。   The electrolyte membrane / electrode structure 32 includes a solid polymer electrolyte membrane 38, and an anode anode feeder 40 and a cathode feeder 42 having a circular shape provided on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 38.

固体高分子電解質膜38は、2層以上、例えば、カソード給電体42側に配設される第1電解質層38aと、アノード給電体40側に配設される第2電解質層38bとの2層を有する。第1電解質層38aは、第2電解質層38bよりも電流効率が高い一方、前記第2電解質層38bは、前記第1電解質層38aよりも延び性が高く設定される。   The solid polymer electrolyte membrane 38 has two or more layers, for example, two layers of a first electrolyte layer 38a disposed on the cathode power supply 42 side and a second electrolyte layer 38b disposed on the anode power supply 40 side. Have The first electrolyte layer 38a has higher current efficiency than the second electrolyte layer 38b, while the second electrolyte layer 38b is set to have higher extensibility than the first electrolyte layer 38a.

具体的には、第1電解質層38aは、例えば、炭化水素(HC)系の膜により構成される一方、第2電解質層38bは、例えば、フッ素系の膜により構成される。なお、第1電解質層38aは、炭化水素系の膜でなくてもよく、第2電解質層38bは、フッ素系の膜でなくてもよい。他の膜種を用いる場合であっても、第2電解質層38bに用いる膜を、第1電解質層38aよりも延び性のよいものを適用すればよい。   Specifically, the first electrolyte layer 38a is configured by, for example, a hydrocarbon (HC) -based film, while the second electrolyte layer 38b is configured by, for example, a fluorine-based film. Note that the first electrolyte layer 38a may not be a hydrocarbon-based film, and the second electrolyte layer 38b may not be a fluorine-based film. Even when other film types are used, a film that is more extensible than the first electrolyte layer 38a may be used as the film used for the second electrolyte layer 38b.

第1電解質層38aの外形寸法は、アノード給電体40及びカソード給電体42の外径寸法と同一に、すなわち、電解領域に対応する寸法に設定されるとともに、第2電解質層38bの外形寸法は、前記アノード給電体40及び前記カソード給電体42の外径寸法よりも大径に設定される(図3参照)。第2電解質層38bは、第1電解質層38aとは反対側の接触部材であるアノード給電体40の開口径に基づいて設定される厚さを有する。すなわち、第2電解質層38bの厚さは、アノード給電体40の開口形状に倣って容易に変形可能な寸法に設定される。   The external dimensions of the first electrolyte layer 38a are set to be the same as the outer diameter dimensions of the anode power supply body 40 and the cathode power supply body 42, that is, the dimensions corresponding to the electrolysis region, and the external dimensions of the second electrolyte layer 38b are The outer diameter of the anode power supply body 40 and the cathode power supply body 42 is set larger than the outer diameter (see FIG. 3). The second electrolyte layer 38b has a thickness that is set based on the opening diameter of the anode power supply body 40 that is a contact member on the side opposite to the first electrolyte layer 38a. That is, the thickness of the second electrolyte layer 38b is set to a dimension that can be easily deformed following the opening shape of the anode power supply body 40.

固体高分子電解質膜38の両面には、アノード電極触媒層40a及びカソード電極触媒層42aが形成される。アノード電極触媒層40aは、例えば、Ru(ルテニウム)系触媒を使用し、第2電解質層38bに設けられる一方、カソード電極触媒層42aは、例えば、白金触媒を使用し、第1電解質層38aに設けられる。   An anode electrode catalyst layer 40a and a cathode electrode catalyst layer 42a are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 38. The anode electrode catalyst layer 40a uses, for example, a Ru (ruthenium) -based catalyst, and is provided on the second electrolyte layer 38b. On the other hand, the cathode electrode catalyst layer 42a uses, for example, a platinum catalyst, and forms the first electrolyte layer 38a on the first electrolyte layer 38a. Provided.

アノード給電体40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。   The anode power supply body 40 is constituted by, for example, a sintered body (porous conductor) of spherical atomized titanium powder. The anode power supply body 40 is provided with a smooth surface portion to be etched after the grinding process, and the porosity is set within a range of 10% to 50%, more preferably 20% to 40%.

カソード給電体42は、例えば、純チタン粒子を溶射材として減圧プラズマ溶射によりプレート部材44に一体成形される多孔質導電体である。この多孔質導電体の気孔率は、10%〜50%の範囲内に設定される。   The cathode power supply 42 is a porous conductor formed integrally with the plate member 44 by, for example, low-pressure plasma spraying using pure titanium particles as a spraying material. The porosity of the porous conductor is set within a range of 10% to 50%.

プレート部材44は、円板状を有するとともに、カソード給電体42が溶射される溶射面44aとは反対側の荷重付与面44bに、押圧部材、例えば、複数枚の皿ばね46が配設される。皿ばね46は、皿ばねホルダであるプレート部材44を介してカソード給電体42に荷重を付与する。   The plate member 44 has a disk shape, and a pressing member, for example, a plurality of disc springs 46, is disposed on the load applying surface 44b opposite to the sprayed surface 44a on which the cathode power supply 42 is sprayed. . The disc spring 46 applies a load to the cathode power supply body 42 via a plate member 44 that is a disc spring holder.

図2に示すように、単位セル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、第1の流体である水(純水)を供給するための水供給連通孔50aが設けられる。   As shown in FIG. 2, a first protrusion 48 a, a second protrusion 48 b, and a third protrusion 48 c that protrude outward in the separator surface direction are formed on the outer periphery of the unit cell 12. The first protrusion 48a is provided with a water supply communication hole 50a that communicates with each other in the direction of arrow A that is the stacking direction and supplies water (pure water) that is the first fluid.

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。   The second projecting portion 48b is provided with a discharge communication hole 50b that communicates with each other in the direction of the arrow A and discharges oxygen generated by the reaction and used water. The third protrusion 48c is provided with a hydrogen communication hole 50c that is in communication with each other in the direction of arrow A, which is the stacking direction, for flowing high-pressure hydrogen generated by the reaction.

図2及び図3に示すように、アノード側セパレータ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。アノード側セパレータ34の電解質膜・電極構造体32に向かう面34aには、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。   As shown in FIGS. 2 and 3, the anode-side separator 34 is provided with a supply passage 52a that communicates with the water supply communication hole 50a and a discharge passage 52b that communicates with the discharge communication hole 50b. A first flow path 54 communicating with the supply passage 52a and the discharge passage 52b is provided on the surface 34a of the anode separator 34 facing the electrolyte membrane / electrode structure 32. The first flow path 54 is provided in a range corresponding to the contact area range of the anode power supply body 40.

カソード側セパレータ36には、水素連通孔50cに連通する排出通路56が設けられる。プレート部材44の溶射面44a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。なお、溶射面44aには、第2流路58を設けずに、カソード給電体42内部の多孔質空間に前記第2流路58を構成してもよい。   The cathode separator 36 is provided with a discharge passage 56 that communicates with the hydrogen communication hole 50c. A second flow path 58 communicating with the discharge passage 56 is formed on the sprayed surface 44 a of the plate member 44. The second flow path 58 is provided in a range corresponding to the contact area range of the cathode power supply body 42. Note that the second flow path 58 may be formed in the porous space inside the cathode power supply 42 without providing the second flow path 58 on the sprayed surface 44a.

アノード側セパレータ34及びカソード側セパレータ36の外周端部(電解領域)を周回して、シール部材60a、60bが一体化される。このシール部材60a、60bには、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材が用いられる。   The seal members 60a and 60b are integrated with each other around the outer peripheral ends (electrolytic regions) of the anode side separator 34 and the cathode side separator 36. The seal members 60a and 60b include, for example, EPDM, NBR, fluorine rubber, silicone rubber, fluorosilicone rubber, butyl rubber, natural rubber, styrene rubber, chloroprene or acrylic rubber, seal materials, cushion materials, packing materials, etc. A sealing member having the elasticity is used.

図2及び図3に示すように、アノード側セパレータ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2シール部材62aを配設するための第2シール溝64aが形成される。   As shown in FIGS. 2 and 3, a second seal member is formed on the surface 34 a of the anode separator 34 facing the electrolyte membrane / electrode structure 32 so as to circulate outward from the first flow path 54 and the anode power feeder 40. A second seal groove 64a for disposing 62a is formed.

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3シール部材62b、第4シール部材62c及び第5シール部材62dを配置するための第3シール溝64b、第4シール溝64c及び第5シール溝64dが形成される。第2シール部材62a〜第5シール部材62dは、例えば、Oリングである。   On the surface 34a, a third seal member 62b, a fourth seal member 62c, and a fifth seal member 62d are arranged around the outside of the water supply communication hole 50a, the discharge communication hole 50b, and the hydrogen communication hole 50c. A third seal groove 64b, a fourth seal groove 64c, and a fifth seal groove 64d are formed. The second seal member 62a to the fifth seal member 62d are, for example, O-rings.

カソード側セパレータ36の電解質膜・電極構造体32に向かう面36aには、第2流路58及びカソード給電体42の外方を周回して、第1シール部材66aを配設するための第1シール溝68aが形成される。   The first seal member 66a is disposed on the surface 36a of the cathode separator 36 facing the electrolyte membrane / electrode structure 32 so as to circulate outwardly from the second flow path 58 and the cathode power feeder 42. A seal groove 68a is formed.

少なくとも第1シール部材66a及び第1シール溝68aにより、電解領域を囲繞するシール部69が構成されるとともに、前記シール部69は、固体高分子電解質膜38の単一の層のみ、第1の実施形態では、第2電解質層38bのみを層厚さ方向(矢印A方向)に挟持する。具体的には、第2電解質層38bは、第1シール部材66aとアノード側セパレータ34との間で挟持される。   At least the first seal member 66a and the first seal groove 68a constitute a seal portion 69 that surrounds the electrolysis region, and the seal portion 69 includes only a single layer of the solid polymer electrolyte membrane 38. In the embodiment, only the second electrolyte layer 38b is sandwiched in the layer thickness direction (arrow A direction). Specifically, the second electrolyte layer 38b is sandwiched between the first seal member 66a and the anode-side separator 34.

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3シール部材66b、第4シール部材66c及び第5シール部材66dを配置するための第3シール溝68b、第4シール溝68c及び第5シール溝68dが形成される。第1シール部材66a、第3シール部材66b〜第5シール部材66dは、例えば、Oリングである。   On the surface 36a, the third seal member 66b, the fourth seal member 66c, and the fifth seal member 66d are disposed around the outside of the water supply communication hole 50a, the discharge communication hole 50b, and the hydrogen communication hole 50c. A third seal groove 68b, a fourth seal groove 68c, and a fifth seal groove 68d are formed. The first seal member 66a, the third seal member 66b to the fifth seal member 66d are, for example, O-rings.

アノード給電体40の外方を周回する第2シール溝64aと、カソード給電体42の外方を周回する第1シール溝68aとは、セパレータ積層方向(矢印A方向)に対し固体高分子電解質膜38を挟んで互いに異なる位置に設定される。   The second seal groove 64a that goes around the outside of the anode power supply body 40 and the first seal groove 68a that goes around the outside of the cathode power supply body 42 are solid polymer electrolyte membranes with respect to the separator stacking direction (arrow A direction). 38 are set at different positions.

水素連通孔50cの外方を周回する第5シール溝64dと前記水素連通孔50cの外方を周回する第5シール溝68dとは、矢印A方向に対し固体高分子電解質膜38を挟んで互いに異なる位置に設定される。   The fifth seal groove 64d that circulates outward from the hydrogen communication hole 50c and the fifth seal groove 68d that circulates outward from the hydrogen communication hole 50c sandwich each other across the solid polymer electrolyte membrane 38 in the direction of arrow A. Set to a different position.

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76a、76b及び76cが接続される。配管76c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。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。   As shown in FIG. 1, pipes 76a, 76b and 76c communicating with the water supply communication hole 50a, the discharge communication hole 50b and the hydrogen communication hole 50c are connected to the end plate 20a. Although not shown, the pipe 76c is provided with a back pressure valve (or electromagnetic valve), and the pressure of hydrogen generated in the hydrogen communication hole 50c can be maintained at a high pressure. A pressing force is applied between the end plates 20 a and 20 b by a pressing force applying device (not shown), and the end plates 20 a and 20 b are tightened via the tie rods 22 in this state.

このように構成される差圧式水電解装置10の動作について、以下に説明する。   The operation of the differential pressure type water electrolysis apparatus 10 configured as described above will be described below.

図1に示すように、配管76aから差圧式水電解装置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、各単位セル12では、水供給連通孔50aからアノード側セパレータ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。   As shown in FIG. 1, water is supplied from a pipe 76a to the water supply communication hole 50a of the differential pressure water electrolysis apparatus 10, and is electrically connected to the terminal portions 24a and 24b of the terminal plates 16a and 16b. A voltage is applied via the power supply 28. Therefore, as shown in FIGS. 2 and 3, in each unit cell 12, water is supplied from the water supply communication hole 50 a to the first flow path 54 of the anode-side separator 34, and this water enters the anode power supply body 40. Move along.

従って、水は、アノード電極触媒層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電極触媒層42a側に移動し、電子と結合して水素が得られる。   Accordingly, water is decomposed by electricity in the anode electrode catalyst layer 40a, and hydrogen ions, electrons, and oxygen are generated. Hydrogen ions generated by this anodic reaction permeate the solid polymer electrolyte membrane 38 and move to the cathode electrode catalyst layer 42a side, and combine with electrons to obtain hydrogen.

このため、カソード給電体42の内部及びプレート部材44に形成される第2流路58に沿って、水素が流動する。この水素は、水供給連通孔50aよりも高圧に維持されており、水素連通孔50cを流れて差圧式水電解装置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、これらが排出連通孔50bに沿って差圧式水電解装置10の外部に排出される。   For this reason, hydrogen flows along the inside of the cathode power supply 42 and the second flow path 58 formed in the plate member 44. This hydrogen is maintained at a pressure higher than that of the water supply communication hole 50a, and can flow out of the differential pressure water electrolysis apparatus 10 through the hydrogen communication hole 50c. On the other hand, oxygen generated by the reaction and used water flow in the first flow path 54, and these are discharged to the outside of the differential pressure water electrolysis apparatus 10 along the discharge communication hole 50b.

この場合、第1の実施形態では、図3に示すように、固体高分子電解質膜38は、少なくとも第1電解質層38a及び第2電解質層38bを有する多層構造を採用している。ここで、アノード給電体40側に配設される第2電解質層38bは、例えば、フッ素系の膜により構成されている。フッ素系の膜は、良好な延び性を有しており、図4に示すように、固体高分子電解質膜38に差圧が付与されると、第2電解質層38bは、アノード給電体40の多孔質表面の形状に追従して変形する。従って、固体高分子電解質膜38は、相当に大きな差圧が付与されても、損傷することを可及的に抑制することができる。   In this case, in the first embodiment, as shown in FIG. 3, the solid polymer electrolyte membrane 38 employs a multilayer structure having at least a first electrolyte layer 38a and a second electrolyte layer 38b. Here, the second electrolyte layer 38b disposed on the anode power supply body 40 side is formed of, for example, a fluorine-based film. The fluorine-based film has good stretchability. As shown in FIG. 4, when a differential pressure is applied to the solid polymer electrolyte film 38, the second electrolyte layer 38 b Deforms following the shape of the porous surface. Accordingly, the solid polymer electrolyte membrane 38 can suppress damage as much as possible even when a considerably large differential pressure is applied.

ところが、フッ素系の膜は、ガス透過性が高く、電流効率が低いという性質を有している。このフッ素系の膜の膜厚と効率とは、図5に示す関係を有している。このため、電流効率を上げるために膜厚を厚く設定すると、電圧効率が低下し、電力効率の低下が惹起される。   However, the fluorine-based film has properties of high gas permeability and low current efficiency. The film thickness and efficiency of this fluorine-based film have the relationship shown in FIG. For this reason, when the film thickness is set thick in order to increase the current efficiency, the voltage efficiency is lowered and the power efficiency is lowered.

一方、カソード給電体42側に配設される第1電解質層38aは、例えば、炭化水素系の膜により構成されている。炭化水素系の膜は、フッ素系の膜に対して延び性が劣るものの、ガス透過性が低く、電流効率が高くなっている。図6に示すように、炭化水素系の膜は、比較的高い電流効率を維持しており、膜厚を選択することにより、最大の電力効率が得られる。   On the other hand, the first electrolyte layer 38a disposed on the cathode power supply 42 side is made of, for example, a hydrocarbon film. The hydrocarbon film is inferior in stretchability to the fluorine film, but has low gas permeability and high current efficiency. As shown in FIG. 6, the hydrocarbon-based film maintains a relatively high current efficiency, and the maximum power efficiency can be obtained by selecting the film thickness.

これにより、第1の実施形態では、簡単且つ経済的な構成で、固体高分子電解質膜38の損傷を可及的に抑制するとともに、電力効率の向上を容易に図ることが可能になるという効果が得られる。   Thereby, in the first embodiment, it is possible to suppress damage to the solid polymer electrolyte membrane 38 as much as possible with a simple and economical configuration, and to easily improve power efficiency. Is obtained.

さらに、第1の実施形態では、第2電解質層38bは、アノード給電体40の開口径に基づいて設定される厚さを有している。このため、図4に示すように、固体高分子電解質膜38が、アノード給電体40の開口部に押し込まれた際にも、第2電解質層38bが前記アノード給電体40の多孔質表面に確実に接触することが可能になる。   Furthermore, in the first embodiment, the second electrolyte layer 38 b has a thickness that is set based on the opening diameter of the anode power supply body 40. For this reason, as shown in FIG. 4, even when the solid polymer electrolyte membrane 38 is pushed into the opening of the anode power feeder 40, the second electrolyte layer 38 b is surely attached to the porous surface of the anode power feeder 40. It becomes possible to touch.

さらにまた、図3に示すように、シール部69は、固体高分子電解質膜38の単一の層のみ、第1の実施形態では、第2電解質層38bのみを層厚さ方向(矢印A方向)に挟持している。具体的には、第2電解質層38bは、第1シール部材66aとアノード側セパレータ34との間で挟持されている。   Furthermore, as shown in FIG. 3, the seal portion 69 includes only a single layer of the solid polymer electrolyte membrane 38, and in the first embodiment, only the second electrolyte layer 38b in the layer thickness direction (direction of arrow A). ). Specifically, the second electrolyte layer 38 b is sandwiched between the first seal member 66 a and the anode separator 34.

ここで、第2電解質層38bは、延び性に優れるフッ素系の膜により構成されており、荷重変動時の良好な追従性が得られる。しかも、セパレータ表面の平面度が粗い場合にも、固体高分子電解質膜38が破損することを阻止することができるという利点がある。   Here, the 2nd electrolyte layer 38b is comprised by the fluorine-type film | membrane excellent in the extensibility, and the favorable followable | trackability at the time of load fluctuation | variation is obtained. Moreover, even when the flatness of the separator surface is rough, the solid polymer electrolyte membrane 38 can be prevented from being damaged.

図7は、本発明の第2の実施形態に係る差圧式水電解装置80を構成する単位セル82の断面図である。なお、第1の実施形態に係る差圧式水電解装置10と同一の構成要素は、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3以降の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。   FIG. 7 is a cross-sectional view of a unit cell 82 constituting a differential pressure water electrolysis apparatus 80 according to the second embodiment of the present invention. The same constituent elements as those of the differential pressure type water electrolysis apparatus 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Similarly, in the third and subsequent embodiments described below, detailed description thereof is omitted.

単位セル82では、固体高分子電解質膜38とアノード給電体40との間に、多数の貫通孔84aが形成された保護シート部材84が介装される。保護シート部材84は、例えば、チタンシートで構成され、厚さが、例えば、20μm〜500μmの範囲内に設定される。チタンシートの表面粗さとしては、6.3μm以下、好ましくは、3.2μm以下に設定される。このチタンシートは、好ましくは、冷間圧延により成形される。   In the unit cell 82, a protective sheet member 84 in which a large number of through holes 84 a are formed is interposed between the solid polymer electrolyte membrane 38 and the anode power supply body 40. The protective sheet member 84 is made of, for example, a titanium sheet, and the thickness is set within a range of 20 μm to 500 μm, for example. The surface roughness of the titanium sheet is set to 6.3 μm or less, preferably 3.2 μm or less. This titanium sheet is preferably formed by cold rolling.

貫通孔84aは、この貫通孔84aの孔径の分布幅がアノード給電体40の孔部の孔径の分布幅よりも小さく設定される。   The through hole 84 a is set such that the distribution width of the hole diameter of the through hole 84 a is smaller than the distribution width of the hole diameter of the hole portion of the anode power supply body 40.

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38が保護シート部材84に押圧されると、前記固体高分子電解質膜38の第2電解質層38bが前記保護シート部材84に押し付けられる。その際、第2電解質層38bは、フッ素系の膜により構成されており、この第2電解質層38bが保護シート部材84の表面形状に沿って変形することができる。これにより、固体高分子電解質膜38の損傷を可及的に抑制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。   In the second embodiment configured as described above, when the solid polymer electrolyte membrane 38 is pressed against the protective sheet member 84, the second electrolyte layer 38 b of the solid polymer electrolyte membrane 38 is applied to the protective sheet member 84. Pressed. At this time, the second electrolyte layer 38 b is configured by a fluorine-based film, and the second electrolyte layer 38 b can be deformed along the surface shape of the protective sheet member 84. As a result, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, for example, it is possible to suppress damage to the solid polymer electrolyte membrane 38 as much as possible.

図8は、本発明の第3の実施形態に係る差圧式水電解装置90を構成する単位セル92の断面図である。   FIG. 8 is a cross-sectional view of a unit cell 92 constituting a differential pressure water electrolysis apparatus 90 according to the third embodiment of the present invention.

単位セル92は、電解質膜・電極構造体94を備えるとともに、前記電解質膜・電極構造体94は、固体高分子電解質膜96を有する。固体高分子電解質膜96は、2層以上、例えば、カソード給電体42側に配設される第1電解質層96aと、アノード給電体40側に配設される第2電解質層96bとの2層を有する。   The unit cell 92 includes an electrolyte membrane / electrode structure 94, and the electrolyte membrane / electrode structure 94 includes a solid polymer electrolyte membrane 96. The solid polymer electrolyte membrane 96 has two or more layers, for example, two layers of a first electrolyte layer 96a disposed on the cathode power supply 42 side and a second electrolyte layer 96b disposed on the anode power supply 40 side. Have

第1電解質層96aは、例えば、炭化水素(HC)系の膜により構成される一方、第2電解質層96bは、例えば、フッ素系の膜により構成される。第2電解質層96bの外形寸法は、アノード給電体40及びカソード給電体42の外径寸法と同一に、すなわち、電解領域に対応する寸法に設定されるとともに、第1電解質層96aの外形寸法は、前記アノード給電体40及び前記カソード給電体42の外径寸法よりも大径に設定される。   The first electrolyte layer 96a is composed of, for example, a hydrocarbon (HC) film, while the second electrolyte layer 96b is composed of, for example, a fluorine film. The external dimensions of the second electrolyte layer 96b are set to be the same as the outer diameter dimensions of the anode power supply body 40 and the cathode power supply body 42, that is, the dimensions corresponding to the electrolysis region, and the external dimensions of the first electrolyte layer 96a are The anode power supply body 40 and the cathode power supply body 42 are set to have larger diameters than the outer diameter dimensions thereof.

シール部69は、固体高分子電解質膜96の単一の層のみ、第3の実施形態では、第1電解質層96aのみを層厚さ方向(矢印A方向)に挟持する。具体的には、第1電解質層96aは、第1シール部材66aとアノード側セパレータ34との間で挟持される。   The seal portion 69 sandwiches only a single layer of the solid polymer electrolyte membrane 96, in the third embodiment, only the first electrolyte layer 96a in the layer thickness direction (arrow A direction). Specifically, the first electrolyte layer 96a is sandwiched between the first seal member 66a and the anode-side separator 34.

このように構成される第3の実施形態では、固体高分子電解質膜96を構成する第1電解質層96aのみが、シール部69を構成する第1シール部材66aとアノード側セパレータ34との間で挟持されている。このため、固体高分子電解質膜96のへたりは、1層分となる。従って、長期運転により固体高分子電解質膜96にへたりが発生した際にも、荷重の変動を小さく抑えることができ、良好な押圧作用を維持することが可能になるという効果が得られる。   In the third embodiment configured as described above, only the first electrolyte layer 96a constituting the solid polymer electrolyte membrane 96 is interposed between the first seal member 66a constituting the seal portion 69 and the anode-side separator 34. It is pinched. For this reason, the sag of the solid polymer electrolyte membrane 96 is one layer. Therefore, even when a sag occurs in the solid polymer electrolyte membrane 96 due to a long-term operation, it is possible to suppress the fluctuation of the load and to obtain an effect that it is possible to maintain a good pressing action.

図9は、本発明の第4の実施形態に係る差圧式水電解装置100を構成する単位セル102の断面図である。   FIG. 9 is a cross-sectional view of the unit cell 102 constituting the differential pressure water electrolysis apparatus 100 according to the fourth embodiment of the present invention.

単位セル102は、電解質膜・電極構造体104を備えるとともに、前記電解質膜・電極構造体104は、固体高分子電解質膜106を有する。固体高分子電解質膜106は、2層以上、例えば、カソード給電体42側に配設される第1電解質層106aと、アノード給電体40側に配設される第2電解質層106bとの2層を有する。   The unit cell 102 includes an electrolyte membrane / electrode structure 104, and the electrolyte membrane / electrode structure 104 includes a solid polymer electrolyte membrane 106. The solid polymer electrolyte membrane 106 has two or more layers, for example, two layers of a first electrolyte layer 106a disposed on the cathode power supply 42 side and a second electrolyte layer 106b disposed on the anode power supply 40 side. Have

第1電解質層106aは、例えば、炭化水素(HC)系の膜により構成される一方、第2電解質層106bは、例えば、フッ素系の膜により構成される。第1電解質層106a及び第2電解質層106bの外形寸法は、アノード給電体40及びカソード給電体42の外径寸法よりも大径に設定される。   The first electrolyte layer 106a is formed of, for example, a hydrocarbon (HC) film, while the second electrolyte layer 106b is formed of, for example, a fluorine film. The outer dimensions of the first electrolyte layer 106 a and the second electrolyte layer 106 b are set to be larger than the outer diameter dimensions of the anode power supply body 40 and the cathode power supply body 42.

シール部69は、固体高分子電解質膜106の2層である第1電解質層106a及び第2電解質層106bを層厚さ方向(矢印A方向)に挟持する。具体的には、第1電解質層106a及び第2電解質層106bは、第1シール部材66aとアノード側セパレータ34との間で挟持される。   The seal portion 69 sandwiches the first electrolyte layer 106a and the second electrolyte layer 106b, which are two layers of the solid polymer electrolyte membrane 106, in the layer thickness direction (arrow A direction). Specifically, the first electrolyte layer 106a and the second electrolyte layer 106b are sandwiched between the first seal member 66a and the anode-side separator 34.

このように構成される第4の実施形態では、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。   In the fourth embodiment configured as described above, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

10、80、90、100…差圧式水電解装置
12、82、92、102…単位セル 14…積層体
16a、16b…ターミナルプレート 18a、18a…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、94、104…電解質膜・電極構造体
34…アノード側セパレータ 36…カソード側セパレータ
38、96、106…固体高分子電解質膜
38a、38b、96a、96b、106a、106b…電解質層
40…アノード給電体 42…カソード給電体
46…皿ばね 50a…水供給連通孔
50b…排出連通孔 50c…水素連通孔
54、58…流路
62a〜62d、66a〜66d…シール部材
64a〜64d、68a〜68d…シール溝
69…シール部 84…保護シート部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 80, 90, 100 ... Differential pressure type water electrolysis apparatus 12, 82, 92, 102 ... Unit cell 14 ... Laminated body 16a, 16b ... Terminal plate 18a, 18a ... Insulating plate 20a, 20b ... End plate 24a, 24b ... Terminal Section 28 ... Electrolytic power source 32, 94, 104 ... Electrolyte membrane / electrode structure 34 ... Anode side separator 36 ... Cathode side separator 38, 96, 106 ... Solid polymer electrolyte membrane 38a, 38b, 96a, 96b, 106a, 106b ... Electrolyte layer 40 ... anode power supply 42 ... cathode power supply 46 ... disc spring 50a ... water supply communication hole 50b ... discharge communication hole 50c ... hydrogen communication hole 54, 58 ... flow paths 62a-62d, 66a-66d ... seal members 64a- 64d, 68a to 68d ... seal groove 69 ... seal portion 84 ... protective sheet member

Claims (6)

固体高分子電解質膜と、
前記固体高分子電解質膜の両側に設けられる電解用の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、水が供給されるとともに、前記水を電気分解して酸素が発生されるアノード側セパレータと、
前記カソード給電体に対向して配置され、前記水を電気分解して前記酸素よりも高圧な水素が発生されるカソード側セパレータと、
前記カソード給電体を前記固体高分子電解質膜に向かって押圧する押圧部材と、
を備える差圧式水電解装置であって、
前記固体高分子電解質膜は、前記カソード給電体側に配設される第1電解質層と、
前記アノード給電体側に配設される第2電解質層と、
を有し、
前記第1電解質層は、前記第2電解質層よりも電流効率が高い一方、前記第2電解質層は、前記第1電解質層よりも延び性が高く設定されることを特徴とする差圧式水電解装置。
A solid polymer electrolyte membrane;
An anode feeder and a cathode feeder for electrolysis provided on both sides of the solid polymer electrolyte membrane;
An anode-side separator that is disposed opposite to the anode power feeding body, is supplied with water, and electrolyzes the water to generate oxygen;
A cathode-side separator that is disposed opposite to the cathode power supply and generates hydrogen having a pressure higher than that of oxygen by electrolyzing the water;
A pressing member that presses the cathode feeder toward the solid polymer electrolyte membrane;
A differential pressure type water electrolysis apparatus comprising:
The solid polymer electrolyte membrane includes a first electrolyte layer disposed on the cathode power supply side,
A second electrolyte layer disposed on the anode feeder side;
Have
The first electrolyte layer has a higher current efficiency than the second electrolyte layer, while the second electrolyte layer is set to have a higher extensibility than the first electrolyte layer. apparatus.
請求項1記載の差圧式水電解装置において、前記第1電解質層は、炭化水素系の膜により構成されることを特徴とする差圧式水電解装置。   2. The differential pressure water electrolysis apparatus according to claim 1, wherein the first electrolyte layer is composed of a hydrocarbon film. 請求項1又は2記載の差圧式水電解装置において、前記第2電解質層は、フッ素系の膜により構成されることを特徴とする差圧式水電解装置。   3. The differential pressure type water electrolysis apparatus according to claim 1, wherein the second electrolyte layer is composed of a fluorine-based film. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の差圧式水電解装置において、前記第2電解質層は、前記第1電解質層とは反対側の接触部材の開口径に基づいて設定される厚さを有することを特徴とする差圧式水電解装置。   4. The differential pressure water electrolysis apparatus according to claim 1, wherein the second electrolyte layer is set based on an opening diameter of a contact member on a side opposite to the first electrolyte layer. 5. A differential pressure type water electrolysis apparatus comprising: 請求項1〜4のいずれか1項に記載の差圧式水電解装置において、電解領域をシール部材により囲繞するシール部が設けられるとともに、
前記シール部は、前記固体高分子電解質膜の単一の層のみを層厚さ方向に挟持することを特徴とする差圧式水電解装置。
In the differential pressure type water electrolysis device according to any one of claims 1 to 4, a seal portion that surrounds the electrolysis region with a seal member is provided,
The differential pressure type water electrolysis apparatus, wherein the seal portion sandwiches only a single layer of the solid polymer electrolyte membrane in a layer thickness direction.
請求項5記載の差圧式水電解装置において、前記シール部は、前記固体高分子電解質膜の前記第2電解質層のみを前記層厚さ方向に挟持することを特徴とする差圧式水電解装置。   6. The differential pressure type water electrolysis apparatus according to claim 5, wherein the seal portion sandwiches only the second electrolyte layer of the solid polymer electrolyte membrane in the layer thickness direction.
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