JP2003160891A - 固体高分子型水電解槽における締め付け装置 - Google Patents
固体高分子型水電解槽における締め付け装置Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 固体高分子型水電解槽の運転にあたり任意の
運転圧力で運転をする場合、あるいは運転圧力を任意の
圧力へ変動したい場合に、運転圧力および圧力変動に関
係なしに、一定の相対締め付け圧力下で運転を行って簡
易的に安定した電解性能を発揮できる固体高分子型水電
解槽を提供する。 【解決手段】 締め付け装置21は、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、その一側
に配されたフランジ33と、他側に配された加圧機構34と
により均一に締め付ける。加圧機構34は、圧縮用流体の
導入ノズル35および排出ノズル36を有するシリンダ37
と、シリンダ37内にＯリング38を介して配されたピスト
ン39とからなる。フランジ33とシリンダ37はボルト14と
ナット15で連結されている。
運転圧力で運転をする場合、あるいは運転圧力を任意の
圧力へ変動したい場合に、運転圧力および圧力変動に関
係なしに、一定の相対締め付け圧力下で運転を行って簡
易的に安定した電解性能を発揮できる固体高分子型水電
解槽を提供する。 【解決手段】 締め付け装置21は、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、その一側
に配されたフランジ33と、他側に配された加圧機構34と
により均一に締め付ける。加圧機構34は、圧縮用流体の
導入ノズル35および排出ノズル36を有するシリンダ37
と、シリンダ37内にＯリング38を介して配されたピスト
ン39とからなる。フランジ33とシリンダ37はボルト14と
ナット15で連結されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、固体高分子電解
質膜すなわち電極接合体膜を用いる水素および酸素製造
のための水電解槽に関する。より詳しくは、この発明
は、固体高分子型水電解槽の運転に当たり、任意の運転
圧力あるいは圧力変動に対し、運転圧力および圧力変動
に関わらない一定の絶対締め付け圧力下で陽極主電極−
複数の単位セル−陰極主電極の組み合わせを締め付け、
安定した電解性能を発揮できるようにする、固体高分子
型水電解槽における締め付け装置に関する。
質膜すなわち電極接合体膜を用いる水素および酸素製造
のための水電解槽に関する。より詳しくは、この発明
は、固体高分子型水電解槽の運転に当たり、任意の運転
圧力あるいは圧力変動に対し、運転圧力および圧力変動
に関わらない一定の絶対締め付け圧力下で陽極主電極−
複数の単位セル−陰極主電極の組み合わせを締め付け、
安定した電解性能を発揮できるようにする、固体高分子
型水電解槽における締め付け装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、固体高分子電解質膜を用いて水電
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６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締め付け装置とから主として構
成されている。
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６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締め付け装置とから主として構
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) 、固体高分子電解質膜(3) すなわち電極
接合体膜、陰極給電体(8) 、陰極給電体を補強するバッ
クアップメタル、電解槽内部と外部をシールするＯリン
グ、セル内部の水素発生領域−酸素発生領域をシールす
るマニホールド部のガスケット、および隣の複極板(9)
の陰極側からなる。
陽極給電体(7) 、固体高分子電解質膜(3) すなわち電極
接合体膜、陰極給電体(8) 、陰極給電体を補強するバッ
クアップメタル、電解槽内部と外部をシールするＯリン
グ、セル内部の水素発生領域−酸素発生領域をシールす
るマニホールド部のガスケット、および隣の複極板(9)
の陰極側からなる。
【０００４】固体高分子電解質膜(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。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。
(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。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。
【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。
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】本発明者らの実験によれば、図５に示すよ
うに、締め付け装置による、温度７０℃、電流密度１Ａ
／ｃｍ２での、陽極主電極(1) −複数の単位セル(16)−
陰極主電極(2) の組み合わせの締め付け圧力（本明細書
全体を通して、単に「締め付け圧力」という）が４ｋｇ
ｆ／ｃｍ２ Ｇ以下であれば、電解電圧が高くなり高効
率での水素の生成ができなくなり、締め付け圧力が４ｋ
ｇｆ／ｃｍ２ Ｇ以上であると、長時間運転の後、固体
高分子電解質膜がクリープを起こし、薄膜化による材質
劣化が生じる可能性があることが分かった。従って、固
体高分子型水電解槽を安定した状態で効率よく運転する
には、締め付け圧力を常時４ｋｇｆ／ｃｍ２ Ｇ程度に
保つが必要である。すなわち、常圧運転による水素発生
を行うときは、常時４ｋｇｆ／ｃｍ２ Ｇ程度の締め付
け圧力で運転を行う必要がある。
うに、締め付け装置による、温度７０℃、電流密度１Ａ
／ｃｍ２での、陽極主電極(1) −複数の単位セル(16)−
陰極主電極(2) の組み合わせの締め付け圧力（本明細書
全体を通して、単に「締め付け圧力」という）が４ｋｇ
ｆ／ｃｍ２ Ｇ以下であれば、電解電圧が高くなり高効
率での水素の生成ができなくなり、締め付け圧力が４ｋ
ｇｆ／ｃｍ２ Ｇ以上であると、長時間運転の後、固体
高分子電解質膜がクリープを起こし、薄膜化による材質
劣化が生じる可能性があることが分かった。従って、固
体高分子型水電解槽を安定した状態で効率よく運転する
には、締め付け圧力を常時４ｋｇｆ／ｃｍ２ Ｇ程度に
保つが必要である。すなわち、常圧運転による水素発生
を行うときは、常時４ｋｇｆ／ｃｍ２ Ｇ程度の締め付
け圧力で運転を行う必要がある。
【０００７】この締め付け圧力を得るために、従来は、
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挟む左右一対のフランジ(13)
を、これらフランジに掛け渡されたボルト(14)とナット
(15)により締め付けていた。
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挟む左右一対のフランジ(13)
を、これらフランジに掛け渡されたボルト(14)とナット
(15)により締め付けていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記電解槽において、
水素を常に一定圧力で製造するだけでなく、任意の圧力
で製造するには、任意の水素圧力に４ｋｇｆ／ｃｍ２
Ｇの締め付け圧力を加えた状態で運転をする必要があ
る。例えば、水素を４ｋｇｆ／ｃｍ２ Ｇで高効率でか
つ安定的に発生させるには、８ｋｇｆ／ｃｍ２ Ｇで運
転を行う必要がある。また、運転に当たり運転圧力を任
意の圧力へ変動したい場合には、任意の電解圧力に常に
４ｋｇｆ／ｃｍ２ Ｇの締め付け圧力を加えた状態で運
転をする必要がある。この場合、運転中のボルトとナッ
トの増し締めなどは実質的に難しく、繁雑で危険な作業
となる。
水素を常に一定圧力で製造するだけでなく、任意の圧力
で製造するには、任意の水素圧力に４ｋｇｆ／ｃｍ２
Ｇの締め付け圧力を加えた状態で運転をする必要があ
る。例えば、水素を４ｋｇｆ／ｃｍ２ Ｇで高効率でか
つ安定的に発生させるには、８ｋｇｆ／ｃｍ２ Ｇで運
転を行う必要がある。また、運転に当たり運転圧力を任
意の圧力へ変動したい場合には、任意の電解圧力に常に
４ｋｇｆ／ｃｍ２ Ｇの締め付け圧力を加えた状態で運
転をする必要がある。この場合、運転中のボルトとナッ
トの増し締めなどは実質的に難しく、繁雑で危険な作業
となる。
【０００９】この発明の目的は、上記実状に鑑み、固体
高分子型水電解槽の運転にあたり任意の運転圧力で運転
をする場合、あるいは運転圧力を任意の圧力へ変動した
い場合に、運転圧力および圧力変動に関係なしに、一定
の絶対締め付け圧力下で運転を行って簡易的に安定した
電解性能を発揮できる固体高分子型水電解槽を提供する
ことにある。
高分子型水電解槽の運転にあたり任意の運転圧力で運転
をする場合、あるいは運転圧力を任意の圧力へ変動した
い場合に、運転圧力および圧力変動に関係なしに、一定
の絶対締め付け圧力下で運転を行って簡易的に安定した
電解性能を発揮できる固体高分子型水電解槽を提供する
ことにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明は、両端に配さ
れた陽極主電極および陰極主電極と、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−複
数の単位セル−陰極主電極の組み合わせを両側から締め
付ける締め付け装置とから主として構成される固体高分
子型水電解槽において、該締め付け装置が、陽極主電極
−複数の単位セル−陰極主電極の組み合わせを、その一
側に配されたフランジと、他側に配された加圧機構とに
より締め付けるものであることを特徴とする、固体高分
子型水電解槽における締め付け装置である。
れた陽極主電極および陰極主電極と、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−複
数の単位セル−陰極主電極の組み合わせを両側から締め
付ける締め付け装置とから主として構成される固体高分
子型水電解槽において、該締め付け装置が、陽極主電極
−複数の単位セル−陰極主電極の組み合わせを、その一
側に配されたフランジと、他側に配された加圧機構とに
より締め付けるものであることを特徴とする、固体高分
子型水電解槽における締め付け装置である。
【００１１】第１の実施形態では、該加圧機構は、シリ
ンダ内への流体の導入により加圧機構に付与される圧力
によりピストンがシリンダから押出され、陽極主電極−
複数の単位セル−陰極主電極の組み合わせを押圧するも
のである。該加圧機構は、好ましくは、水電解槽の運転
時に発生する酸素または水素の任意の圧力あるいは圧力
変動を検知し、シリンダ内への流体の導入による加圧機
構への付与圧力（本明細書全体を通して、単に「加圧機
構への付与圧力」という）を検知し、これら両圧力の差
を検知し、後者の検知圧力が前者の検知圧力よりも締め
付け圧力の分だけ大きくなるように、シリンダ内への流
体の導入量を調整するシーケンス制御機構を具備するも
のである。
ンダ内への流体の導入により加圧機構に付与される圧力
によりピストンがシリンダから押出され、陽極主電極−
複数の単位セル−陰極主電極の組み合わせを押圧するも
のである。該加圧機構は、好ましくは、水電解槽の運転
時に発生する酸素または水素の任意の圧力あるいは圧力
変動を検知し、シリンダ内への流体の導入による加圧機
構への付与圧力（本明細書全体を通して、単に「加圧機
構への付与圧力」という）を検知し、これら両圧力の差
を検知し、後者の検知圧力が前者の検知圧力よりも締め
付け圧力の分だけ大きくなるように、シリンダ内への流
体の導入量を調整するシーケンス制御機構を具備するも
のである。
【００１２】第２の実施形態では、該加圧機構が、シリ
ンダ内に設けられた圧縮ばねの付勢力によりピストンが
シリンダから押出され、陽極主電極−複数の単位セル−
陰極主電極の組み合わせを押圧するものである。該加圧
機構は、好ましくは、水電解槽の運転時に発生する任意
の圧力を持った酸素または水素をシリンダ内に導入し、
一定の締め付け圧力が得られるように、シリンダ内への
酸素または水素の導入量を調整するシーケンス制御機構
を具備するものである。
ンダ内に設けられた圧縮ばねの付勢力によりピストンが
シリンダから押出され、陽極主電極−複数の単位セル−
陰極主電極の組み合わせを押圧するものである。該加圧
機構は、好ましくは、水電解槽の運転時に発生する任意
の圧力を持った酸素または水素をシリンダ内に導入し、
一定の締め付け圧力が得られるように、シリンダ内への
酸素または水素の導入量を調整するシーケンス制御機構
を具備するものである。
【００１３】なお、４ｋｇｆ／ｃｍ２ 締めつけ圧力の
選定理由は下記の通りである。
選定理由は下記の通りである。
【００１４】積層型電解槽は、電気抵抗を持った上記数
種類の構成材からなる単セルを複数積層し、陽極主電極
−複数の単位セル−陰極主電極の組み合わせを両側から
締め付けることにより構成されている。締め付け圧力が
４ｋｇｆ／ｃｍ２ より弱いと、前述の各種構成材の接
触が甘くなり（接触点が少なくなり）、電気抵抗が増
え、それに従い電解電圧も上昇してしまい、ひいては消
費電力が大きくなってしまう。逆に、締め付け圧力が４
ｋｇｆ／ｃｍ２ 以上の場合は接触抵抗（電気抵抗）は
ほぼ一定になっており、それ以上締め付け圧力を上げて
も、電気抵抗の低減は望めない。さらに、セルのイオン
交換膜が高温に長期間晒されることにより、膜厚が減じ
て膜の劣化が生じ、強いては膜の破損につながる可能性
がある。したがって、締めつけ圧力は４ｋｇｆ／ｃｍ２
とするのがよい。
種類の構成材からなる単セルを複数積層し、陽極主電極
−複数の単位セル−陰極主電極の組み合わせを両側から
締め付けることにより構成されている。締め付け圧力が
４ｋｇｆ／ｃｍ２ より弱いと、前述の各種構成材の接
触が甘くなり（接触点が少なくなり）、電気抵抗が増
え、それに従い電解電圧も上昇してしまい、ひいては消
費電力が大きくなってしまう。逆に、締め付け圧力が４
ｋｇｆ／ｃｍ２ 以上の場合は接触抵抗（電気抵抗）は
ほぼ一定になっており、それ以上締め付け圧力を上げて
も、電気抵抗の低減は望めない。さらに、セルのイオン
交換膜が高温に長期間晒されることにより、膜厚が減じ
て膜の劣化が生じ、強いては膜の破損につながる可能性
がある。したがって、締めつけ圧力は４ｋｇｆ／ｃｍ２
とするのがよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】つぎに、本発明を図面に基づいて
具体的に説明する。
具体的に説明する。
【００１６】実施例１
固体高分子型水電解装置の全体フローを示す図１におい
て、固体高分子型水電解装置は、高分子電解質膜を用い
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(21)と、水電解槽の陰極にて発生した水素と水を
分離する水素気液分離器(23)と、水電解槽の陽極にて発
生した酸素と水を分離する酸素気液分離器(24)と、水電
解槽へ水を供給するように水を循環させる循環ポンプ(2
5)を含む水循環ライン(22)と、水素気液分離器に設けら
れ、かつ水素圧力調整弁(28)を備えた水素ライン(26)
と、酸素気液分離器に設けられ、かつ酸素圧力調整弁(2
9)を備えた酸素ライン(27)とからなる。気液分離器で分
離された水素および酸素は、圧力調整弁(28)(29)の開度
により任意の圧力で系外に放出される。水電解装置への
水の供給は酸素気液分離器(24)に純水を供給することに
より行われる。
て、固体高分子型水電解装置は、高分子電解質膜を用い
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(21)と、水電解槽の陰極にて発生した水素と水を
分離する水素気液分離器(23)と、水電解槽の陽極にて発
生した酸素と水を分離する酸素気液分離器(24)と、水電
解槽へ水を供給するように水を循環させる循環ポンプ(2
5)を含む水循環ライン(22)と、水素気液分離器に設けら
れ、かつ水素圧力調整弁(28)を備えた水素ライン(26)
と、酸素気液分離器に設けられ、かつ酸素圧力調整弁(2
9)を備えた酸素ライン(27)とからなる。気液分離器で分
離された水素および酸素は、圧力調整弁(28)(29)の開度
により任意の圧力で系外に放出される。水電解装置への
水の供給は酸素気液分離器(24)に純水を供給することに
より行われる。
【００１７】整流器(30)の出力は、予め設定された水素
発生量および水素圧力の値に合わせて水素ライン(26)に
設置された水素圧力検知器(31)からの計測値を基に圧力
制御装置(32)のＰＩＤ制御により調整される。
発生量および水素圧力の値に合わせて水素ライン(26)に
設置された水素圧力検知器(31)からの計測値を基に圧力
制御装置(32)のＰＩＤ制御により調整される。
【００１８】水電解槽は、図６に基づいて上述したよう
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
る締め付け装置(21)とから主として構成されている。
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
る締め付け装置(21)とから主として構成されている。
【００１９】１つのセル(16)は、複極板(9) の陽極側、
陽極給電体(7) 、固体高分子電解質膜(3) すなわち電極
接合体膜、陰極給電体(8) 、陰極給電体を補強するバッ
クアップメタル、電解槽内部と外部をシールするＯリン
グ、セル内部の水素発生領域−酸素発生領域をシールす
るマニホールド部のガスケット、および隣の複極板(9)
の陰極側からなる。各セル(16)は複極板に設けた溝には
め込まれたＯリングを介して隣のセルと隣接しており、
このＯリングによって電解槽内部と電解槽外部とのシー
ルが保たれる。
陽極給電体(7) 、固体高分子電解質膜(3) すなわち電極
接合体膜、陰極給電体(8) 、陰極給電体を補強するバッ
クアップメタル、電解槽内部と外部をシールするＯリン
グ、セル内部の水素発生領域−酸素発生領域をシールす
るマニホールド部のガスケット、および隣の複極板(9)
の陰極側からなる。各セル(16)は複極板に設けた溝には
め込まれたＯリングを介して隣のセルと隣接しており、
このＯリングによって電解槽内部と電解槽外部とのシー
ルが保たれる。
【００２０】固体高分子電解質膜(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。単位セルの個数は、商業規模の電解槽
では、８０から６００である。
(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。単位セルの個数は、商業規模の電解槽
では、８０から６００である。
【００２１】水は電解槽下部の給水ヘッダー(10)から各
単位セル(16)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(12)を通って外部に排出される。
単位セル(16)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(12)を通って外部に排出される。
【００２２】締め付け装置(21)は、図２に示すように、
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、その一側に配されたフランジ(33)と、
他側に配された加圧機構(34)とにより均一に締め付ける
ものである。加圧機構(34)は、圧縮用流体の導入ノズル
(35)および排出ノズル(36)を有するシリンダ(37)と、シ
リンダ(37)内にＯリング(38)を介して配されたピストン
(39)とからなる。フランジ(33)とシリンダ(37)はボルト
(14)とナット(15)で連結されている。
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、その一側に配されたフランジ(33)と、
他側に配された加圧機構(34)とにより均一に締め付ける
ものである。加圧機構(34)は、圧縮用流体の導入ノズル
(35)および排出ノズル(36)を有するシリンダ(37)と、シ
リンダ(37)内にＯリング(38)を介して配されたピストン
(39)とからなる。フランジ(33)とシリンダ(37)はボルト
(14)とナット(15)で連結されている。
【００２３】図１に示すように、締め付け装置(21)に
は、固体高分子型水電解槽運転中、水素圧力検知器(31)
で常時検知されている水素圧力よりも、常に一定の締め
付け圧力（４ｋｇｆ／ｃｍ２ ）だけ高めの圧力を加圧
機構(34)に付与するように、圧縮用流体の導入ノズル(3
5)および排出ノズル(36)にそれぞれ連結された流体流量
調整弁(41)(42)を調整するシーケンス制御機構が設けら
れている。これにより、任意の運転圧力あるいは圧力変
動に対し、運転圧力および圧力変動に関係なしに、常に
一定の締め付け圧力（４ｋｇｆ／ｃｍ２ ）が確保さ
れ、安定した電解性能が発揮される。
は、固体高分子型水電解槽運転中、水素圧力検知器(31)
で常時検知されている水素圧力よりも、常に一定の締め
付け圧力（４ｋｇｆ／ｃｍ２ ）だけ高めの圧力を加圧
機構(34)に付与するように、圧縮用流体の導入ノズル(3
5)および排出ノズル(36)にそれぞれ連結された流体流量
調整弁(41)(42)を調整するシーケンス制御機構が設けら
れている。これにより、任意の運転圧力あるいは圧力変
動に対し、運転圧力および圧力変動に関係なしに、常に
一定の締め付け圧力（４ｋｇｆ／ｃｍ２ ）が確保さ
れ、安定した電解性能が発揮される。
【００２４】より詳しくは、水素圧力検知器(31)で検知
された運転圧力すなわち水素圧力と、締め付け圧力検知
器(43)で検知された圧力との差を差圧調整器(44)で検知
し、加圧機構(34)への付与圧力が運転圧力（あるいは圧
力変動の生じた場合の任意の圧力）よりも締め付け圧力
（４ｋｇｆ／ｃｍ２ ）の分だけ増となるようにシーケ
ンス制御を行う。４ｋｇｆ／ｃｍ２ の締め付け圧力は
限定されるものではなく、固体高分子電解質膜の厚さな
どにより最適値が存在するものであるから、それの値に
従った設定値に設定すれば良い。
された運転圧力すなわち水素圧力と、締め付け圧力検知
器(43)で検知された圧力との差を差圧調整器(44)で検知
し、加圧機構(34)への付与圧力が運転圧力（あるいは圧
力変動の生じた場合の任意の圧力）よりも締め付け圧力
（４ｋｇｆ／ｃｍ２ ）の分だけ増となるようにシーケ
ンス制御を行う。４ｋｇｆ／ｃｍ２ の締め付け圧力は
限定されるものではなく、固体高分子電解質膜の厚さな
どにより最適値が存在するものであるから、それの値に
従った設定値に設定すれば良い。
【００２５】実施例３
この実施例では、締め付け装置(21)は、図３、図４に示
すように、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、その一側に配されたフラン
ジ(33)と、他側に配されたばね式加圧機構(53)とにより
均一に締め付けるものである。加圧機構(53)は、流体の
導入ノズル(48)を有するシリンダ(45)と、シリンダ(45)
内にＯリング(49)を介して配されたピストン(47)と、シ
リンダ(45)内にその底壁とピストン(47)の間に介在され
た複数の圧縮ばね(46)とからなり、圧縮ばね(46)の付勢
力によりピストン(47)がシリンダ(45)から押出され、陽
極主電極−複数の単位セル−陰極主電極の組み合わせを
押圧するものである。圧縮ばね(46)はピストン(47)後端
面に設けられたばね収容部(51)に入れてある。フランジ
(33)とシリンダ(45)はボルト(14)とナット(15)で連結さ
れている。
すように、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、その一側に配されたフラン
ジ(33)と、他側に配されたばね式加圧機構(53)とにより
均一に締め付けるものである。加圧機構(53)は、流体の
導入ノズル(48)を有するシリンダ(45)と、シリンダ(45)
内にＯリング(49)を介して配されたピストン(47)と、シ
リンダ(45)内にその底壁とピストン(47)の間に介在され
た複数の圧縮ばね(46)とからなり、圧縮ばね(46)の付勢
力によりピストン(47)がシリンダ(45)から押出され、陽
極主電極−複数の単位セル−陰極主電極の組み合わせを
押圧するものである。圧縮ばね(46)はピストン(47)後端
面に設けられたばね収容部(51)に入れてある。フランジ
(33)とシリンダ(45)はボルト(14)とナット(15)で連結さ
れている。
【００２６】固体高分子型水電解槽の運転時に発生する
任意の圧力を持った酸素をライン(52)により導入ノズル
(48)を経てシリンダ(45)内に導入し、一定の締め付け圧
力が得られるように、シリンダ内への酸素または水素の
導入量を調整するシーケンス制御機構が設けられてい
る。これにより、任意の運転圧力あるいは圧力変動に対
し、運転圧力および圧力変動に関係なしに、一定の絶対
締め付け圧力下で、安定した電解性能が発揮される。
任意の圧力を持った酸素をライン(52)により導入ノズル
(48)を経てシリンダ(45)内に導入し、一定の締め付け圧
力が得られるように、シリンダ内への酸素または水素の
導入量を調整するシーケンス制御機構が設けられてい
る。これにより、任意の運転圧力あるいは圧力変動に対
し、運転圧力および圧力変動に関係なしに、一定の絶対
締め付け圧力下で、安定した電解性能が発揮される。
【００２７】その他の構成は、実施例１のものと同じで
ある。
ある。
【００２８】上記構成では、高圧ガス取締り法で規定さ
れる１０ｋｇｆ／ｃｍ２ 以下の任意の圧力の酸素また
は水素がフランジ内に導入される。圧縮ばねの種類およ
び本数を適切に選択することにより締め付け圧力を常に
４ｋｇｆ／ｃｍ２ Ｇに保つことができる。本方法を用
いることで、１０ｋｇｆ／ｃｍ２ 以下での任意の運転
圧力あるいは圧力変動に対し、安定した電解性能を発揮
できる。また、シリンダを稼動させるための流体、動力
を別途用意することなく安価かつ簡単なシステムで安定
した電解性能を発揮できる。
れる１０ｋｇｆ／ｃｍ２ 以下の任意の圧力の酸素また
は水素がフランジ内に導入される。圧縮ばねの種類およ
び本数を適切に選択することにより締め付け圧力を常に
４ｋｇｆ／ｃｍ２ Ｇに保つことができる。本方法を用
いることで、１０ｋｇｆ／ｃｍ２ 以下での任意の運転
圧力あるいは圧力変動に対し、安定した電解性能を発揮
できる。また、シリンダを稼動させるための流体、動力
を別途用意することなく安価かつ簡単なシステムで安定
した電解性能を発揮できる。
【００２９】Ｏリング(49)は、シリンダ内に導入された
ガスが外部に漏れずにシリンダ内部の圧力を保つよう、
ピストン周面のＯリング溝に配されている。
ガスが外部に漏れずにシリンダ内部の圧力を保つよう、
ピストン周面のＯリング溝に配されている。
【００３０】フランジ(33)と加圧機構(53)によって、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４ｋｇｆ／ｃｍ２ の締め付け圧力に相当
する距離分を圧縮することにより、適切な４ｋｇｆ／ｃ
ｍ２ の締め付け圧状態を得ることができる。当然なが
ら、４ｋｇｆ／ｃｍ２ の締め付け圧状態であってもピ
ストンの後端面がシリンダの対向面に当たらないよう
に、ばね長は設定されている。また、締め付け時に、ピ
ストンがばねの付勢力でシリンダから外部に飛び出さぬ
よう、シリンダ端部にストッパー(50)が設けてある。本
方法によって、１０ｋｇｆ／ｃｍ２ 以下の任意の圧力
で安定した水電解を行うことができる。また、運転中に
生じた圧力変動時においても安定した電解性能を発揮し
つつ電解運転が行える。
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４ｋｇｆ／ｃｍ２ の締め付け圧力に相当
する距離分を圧縮することにより、適切な４ｋｇｆ／ｃ
ｍ２ の締め付け圧状態を得ることができる。当然なが
ら、４ｋｇｆ／ｃｍ２ の締め付け圧状態であってもピ
ストンの後端面がシリンダの対向面に当たらないよう
に、ばね長は設定されている。また、締め付け時に、ピ
ストンがばねの付勢力でシリンダから外部に飛び出さぬ
よう、シリンダ端部にストッパー(50)が設けてある。本
方法によって、１０ｋｇｆ／ｃｍ２ 以下の任意の圧力
で安定した水電解を行うことができる。また、運転中に
生じた圧力変動時においても安定した電解性能を発揮し
つつ電解運転が行える。
【００３１】
【発明の効果】この発明を用いた固体高分子型水電解槽
によれば、固体高分子型水電解槽の運転にあたり任意の
運転圧力で運転をする場合、あるいは運転圧力を任意の
圧力へ変動したい場合に、運転圧力および圧力変動に関
わらない一定の絶対締め付け圧力下で運転を行って簡易
的に安定した電解性能を発揮できる。
によれば、固体高分子型水電解槽の運転にあたり任意の
運転圧力で運転をする場合、あるいは運転圧力を任意の
圧力へ変動したい場合に、運転圧力および圧力変動に関
わらない一定の絶対締め付け圧力下で運転を行って簡易
的に安定した電解性能を発揮できる。
【図１】 実施例１の水電解装置を示す概略的な垂直断
面図である。
面図である。
【図２】 実施例１の締め付け装置を示す概略的な垂直
断面図である。
断面図である。
【図３】 実施例２の水電解装置を示す概略的な垂直断
面図である。
面図である。
【図４】 実施例２の締め付け装置を示す概略的な垂直
断面図である。
断面図である。
【図５】 締め付け圧力と電解圧力の関係を示すグラフ
である。
である。
【図６】 積層型水電解装置を示す概略的な垂直断面図
である。
である。
(1) 陽極主電極、(2) 陰極主電極、(14)ボルト、(15)ナ
ット、(16)単位セル、(21)締め付け装置、(31)水素圧力
検知器、(33)フランジ、(34)加圧機構、(35)導入ノズ
ル、(36)排出ノズル、(37)シリンダ、(39)ピストン、(4
1)(42)流体流量調整弁、(43)締め付け圧力検知器、(44)
差圧調整器、(45)シリンダ、(46)圧縮ばね、(47)ピスト
ン、(48)導入ノズル、(53)ばね式加圧機構
ット、(16)単位セル、(21)締め付け装置、(31)水素圧力
検知器、(33)フランジ、(34)加圧機構、(35)導入ノズ
ル、(36)排出ノズル、(37)シリンダ、(39)ピストン、(4
1)(42)流体流量調整弁、(43)締め付け圧力検知器、(44)
差圧調整器、(45)シリンダ、(46)圧縮ばね、(47)ピスト
ン、(48)導入ノズル、(53)ばね式加圧機構
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 尾白 仁志
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 辰己 浩史
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
(72)発明者 松永 勝利
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 玉越 大介
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 BB04 BC09 CA01
CA08 CA10 CA11 CA13 DB04
DB43 DB53 DC01 DC03
Claims (5)
- 【請求項１】 両端に配された陽極主電極および陰極主
電極と、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−複数の単位セル−陰極主電極の
組み合わせを両側から締め付ける締め付け装置とから主
として構成される固体高分子型水電解槽において、 該締め付け装置が、陽極主電極−複数の単位セル−陰極
主電極の組み合わせを、その一側に配されたフランジ
と、他側に配された加圧機構とにより締め付けるもので
あることを特徴とする、固体高分子型水電解槽における
締め付け装置。 - 【請求項２】 該加圧機構は、シリンダ内への流体の導
入により加圧機構に付与される圧力によりピストンがシ
リンダから押出され、陽極主電極−複数の単位セル−陰
極主電極の組み合わせを押圧するものである、請求項１
に記載の固体高分子型水電解槽における締め付け装置。 - 【請求項３】 該加圧機構は、水電解槽の運転時に発生
する酸素または水素の任意の圧力あるいは圧力変動を検
知し、シリンダ内への流体の導入による加圧機構への付
与圧力を検知し、これら両圧力の差を検知し、後者の検
知圧力が前者の検知圧力よりも締め付け圧力の分だけ大
きくなるように、シリンダ内への流体の導入量を調整す
るシーケンス制御機構を具備する、請求項２に記載の固
体高分子型水電解槽における締め付け装置。 - 【請求項４】 該加圧機構が、シリンダ内に設けられた
圧縮ばねの付勢力によりピストンがシリンダから押出さ
れ、陽極主電極−複数の単位セル−陰極主電極の組み合
わせを押圧するものである、請求項１に記載の固体高分
子型水電解槽における締め付け装置。 - 【請求項５】 該加圧機構は、水電解槽の運転時に発生
する任意の圧力を持った酸素または水素をシリンダ内に
導入し、一定の締め付け圧力が得られるように、シリン
ダ内への酸素または水素の導入量を調整するシーケンス
制御機構を具備する、請求項４に記載の固体高分子型水
電解槽における締め付け装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001358697A JP2003160891A (ja) | 2001-11-26 | 2001-11-26 | 固体高分子型水電解槽における締め付け装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001358697A JP2003160891A (ja) | 2001-11-26 | 2001-11-26 | 固体高分子型水電解槽における締め付け装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003160891A true JP2003160891A (ja) | 2003-06-06 |
Family
ID=19169833
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001358697A Pending JP2003160891A (ja) | 2001-11-26 | 2001-11-26 | 固体高分子型水電解槽における締め付け装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003160891A (ja) |
Cited By (12)
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-
2001
- 2001-11-26 JP JP2001358697A patent/JP2003160891A/ja active Pending
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