JP3487696B2 - 水素・酸素発生装置 - Google Patents
水素・酸素発生装置Info
- Publication number
- JP3487696B2 JP3487696B2 JP28334095A JP28334095A JP3487696B2 JP 3487696 B2 JP3487696 B2 JP 3487696B2 JP 28334095 A JP28334095 A JP 28334095A JP 28334095 A JP28334095 A JP 28334095A JP 3487696 B2 JP3487696 B2 JP 3487696B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hydrogen
- oxygen
- solid electrolyte
- electrolyte membrane
- gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- 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)
Description
膜として用い陽極側に純水を供給しながら電気分解し
て、陽極側から酸素ガスを、陰極側から水素ガスを発生
させるための複極式の水素・酸素発生装置に関する。
場合など大規模施設に適用する場合に、この種の水素・
酸素発生装置の構造として、本発明者等は、既に特願平
7−40142号において、図6及び図7に示したよう
ないわゆる「複極式の水素・酸素発生装置」を提案し
た。
10と、その両面に添設した多孔質給電体120、12
0と、両多孔質給電体120、120の外側に配設した
陽極及び陰極の両作用を行う電極板130とから構成さ
れる複数個の固体電解質膜セル140,140を、複数
個並設した構造のものであって、各電極板130は、複
極式電極板であって、通電した際に電極板の表面と裏面
が逆の電位となる単一枚の電極板である。具体的には、
一端よりエンドプレート160、端部ガスケット17
0’、端部電極板130’、環状のガスケット170、
環状の保護シート180、固体電解質膜110、保護シ
ート180、環状のガスケット170、中間部の電極板
130……他端の端部電極板130’、端部ガスケット
170’、エンドプレート160’から構成され、各固
体電解質膜セル140には、長手(軸)方向に連通する
純水供給経路152、水素ガス取出し経路154、酸素
ガス取出し経路156、ならびに水抜き用ドレン経路1
58がそれぞれマニホールド式に形設されている構造の
ものである。
水素・酸素発生装置においては、多量の酸素ガス、水素
ガスを必要とする場合には、固体電解質膜の大面積化に
は限度があるので、要求されるガス発生量を確保するた
めには、固体電解質膜を多数枚用いて、全体としての膜
面積を増加させる必要がある。このため、数十〜数百セ
ルもの固体電解質膜セル140,140を並設して水素
・酸素発生装置を構成することが通常である。この場
合、陽極側で発生した水を含む酸素ガスを、陽極側の多
孔質給電体からマニホールド式の酸素ガス取出し経路を
介して取り出す場合に、ガスと水とが、気液2相流とな
って流れることとなるので、水だけ又はガスだけが流れ
る場合に比較して、酸素ガス取出し経路の断面積、流れ
勾配等が適切でない場合、圧力変動が大きく圧力制御が
困難で、振動などの発生する等の問題があり、特に固体
電解質膜セル140,140の数が多くなり、発生する
ガス量が増加するほど、また酸素ガス取出し経路の距離
が長くなるほど問題が生じやすくなる。
は、部品の交換をする場合などにおいても装置全体を取
り外して交換したり、装置全体について水圧テスト、気
密テストを実施しなければならず、常時、酸素ガス、水
素ガスを必要とする施設では操業低下などにもつながる
こととなり好ましくなかった。
は、支持架台上に配設することが多く、電源より電圧お
よび電流が、両端部の端部電極板130’にそれぞれ印
加されるようになっているが、支持架台との絶縁に別途
絶縁材を設けるなどの必要があった。
質給電体の外周には、固体電解質膜を挟んで環状のガス
ケットを配設して、水電解セル内部と大気側とのシール
を確保した構成としているので、水電解セル内の圧力が
大気圧側よりかなり高い場合には、そのガス圧差によっ
て、ガスケットがはみ出す可能性があり、万一、ガスケ
ットがはみ出した場合には、シール機能が損なわれるお
それがあった。
体電解質膜セルの数を減少してマニホールド式のガス取
り出し経路を極力短くでき、陽極側又は陰極側で発生し
た水を含む酸素ガス又は水素ガスの流れの圧力変動が小
さく圧力制御が容易で、振動などの発生などの問題が生
ずることがない水素・酸素発生装置を提供することを目
的とする。
合にも、支持架台との絶縁性が良好で、且つ、水電解セ
ル内の圧力が大気圧側よりかなり高い場合にも、水電解
セルの多孔質給電体の外周に配設したガスケットが、そ
のガス圧差によって、ガスケットがはみ出す可能性がな
い高圧で操業可能な水素・酸素発生装置を提供すること
を目的とする。
な従来技術における課題及び目的を達成するために発明
なされたものであって、下記の(1)〜(3)を、その
構成要旨とするものである。
た多孔質給電体と、両多孔質給電体の外側に配設した陽
極及び陰極の両作用を行う複極式の電極板とから構成さ
れる複数個の固体電解質膜セルを積層し、且つその両端
部にエンドプレートを配設して一体化した構造の複極式
の水素・酸素発生ブロックを、複数個直列的に配設して
なる水素・酸素発生装置であって、前記各水素・酸素発
生ブロックを絶縁材料からなる外套部材に嵌着するとと
もに、各外套部材相互を脱着自在に継合したことを特徴
とする水素・酸素発生装置。
ンドプレート間同士を電気的に導通して、両端の水素・
酸素発生ブロックのエンドプレートに通電するように構
成したことを特徴とする前述の(1)に記載の水素・酸
素発生装置。
套部材の両端部に設けたフランジ部間を螺子部材によっ
て脱着自在に継合したことを特徴とする前述の(1)又
は(2)のいずれかに記載の水素・酸素発生装置。
づいてより詳細に説明する。
実施例の側面図、図2は、図1のA方向端面図、図3
は、図1の水素・酸素発生装置の部分拡大断面図で、図
4の一点鎖線Dについての断面図、図4は、図3のC−
C線方向の断面図である。
明の水素・酸素発生装置を示している。水素・酸素発生
装置1は、基本的には、複数個(本実施例では7個)の
水素・酸素発生ブロック2、2を直列的に配設して、支
持架台3に、両端部の水素・酸素発生ブロック2を支持
架台3の取り付けブラケット3A、3Aにボルトなどで
固定することにより構成されている。なお、この場合、
図示しないが、電源より電圧および電流が、両端の水素
・酸素発生ブロック2、2のエンドプレートにそれぞれ
印加されるようになっている。
ロック2は、基本的には、円盤状の固体電解質膜10
と、その両面に添設した円盤状の多孔質給電体20、2
0と、両多孔質給電体20、20の外側に配設した陽極
及び陰極の両作用を行う円盤状の電極板30とから構成
される複数個の円盤状の固体電解質膜セル40,40
を、複数個、好ましくは11〜20セル(本実施例では
12セル)並設した構造のものである。
けるセル数とマニホールド内の流動状態を示すグラフで
あって、現状の膜面積モジュールでφ25mmのマニホー
ルドを設けた装置において、定格電流にて運転した場合
をA−A線で示している(「機械工学便覧」新版、財団
法人日本機械学会、pp.A5−153を参考に実験し
た)。この図に示したように、セル数が11の時に流動
状態が、層状流とプラグ流の境界となり、セル数が20
の時に流動状態が、スラグ流とプラグ流の境界となるこ
とがわかる。すなわち、セル数が11〜20セルの範囲
でのみプラグ流となっており、この範囲を下回るセル数
では、層状流であり、この範囲を上回るセル数では、ス
ラグ流となってしまう。
電解質膜セル40,40を、21セル以上並設した場合
には、圧力変動が激しくて圧力検出が困難であるばかり
でなく、流体による振動、騒音、圧力変動による応力変
動に起因する疲労などの装置にとって好ましくない問題
が生じることとなる。一方、層状流の場合、すなわち、
固体電解質膜セル40,40を、10セル以下で並設し
た場合には、完全にガスと水に分離して流れるので、一
様な流体として扱えず、流路途中で弁又は分岐部等の断
面積が変化する部分が存在すると、そこで水とガスの比
率が大きく変化する可能性があるので、圧力制御が困難
となって、この場合にも、前述したようなスラグ流と同
様な問題が生じることとなり好ましくない。
ち、固体電解質膜セル40,40を、11〜20セル並
設した場合には、水とガスは、分離しながらも全体とし
てみれば一応混合した状態で流れているので、圧力変動
も小さいので、圧力制御が容易で、前述したようなスラ
グ流、層状流のような問題が発生することがない。
って、通電した際に電極板の表面と裏面が逆の電位とな
る単一枚の電極板である。すなわち、この場合、水を陽
極側に供給しながら電気分解することにより、陽極側で
は、2H2 O→O2 +4H++4e- のような反応が起
こり酸素ガスが発生し、陰極側では、4H+ +4e-→
2H2 の反応が起こり水素ガスが発生するものである。
分子電解質を膜状に成形したもの、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、例え
ば、デュポン社製「ナフィオン117」)の両面に、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した構造の「固体高分
子電解質膜」を使用するのが好適である。
は、一端の円盤状のエンドプレート60、端部電極板3
0’、環状のガスケット70、ネオフロンなどから構成
される環状の保護シート80、固体電解質膜10、保護
シート80、環状のガスケット70、中間部の電極板3
0……他端の端部電極板30’、エンドプレート60’
から構成されている。なお、この場合、固体電解質膜1
0と電極板30とガスケット70とで構成されるシール
された画室に多孔質給電体20が収容されこれがそれぞ
れ陽極室、陰極室を形成している。また、エンドプレー
ト60、60’の外径は、後述するように外套部材との
締結を容易にするために、その他の構成部材よりも大き
な直径となっている。
及び図4に示したように、長手(軸)方向に連通する純
水供給経路52、水素ガス取出し経路54、酸素ガス取
出し経路56、ならびに水抜き用ドレン経路58がそれ
ぞれマニホールド式に形設されている。なお、本実施例
では、複数個(7個)の水素・酸素発生ブロック2に分
割してあるので、各水素・酸素発生ブロック2内の水素
ガス取出し経路54、酸素ガス取出し経路56を短くす
ることが可能である。
供給経路52は、各エンドプレート60に設けられた純
水供給用ノズル62から、フレキシブルホース4Aを介
して純水供給用ヘッダー管5Aに接続されている。同様
に、水素ガス取出し経路54は、水素ガス取出し用ノズ
ル64から、フレキシブルホース4Bを介して水素ガス
取出し用ヘッダー管5Bに、酸素ガス取出し経路56
は、酸素ガス取出し用ノズル66から、フレキシブルホ
ース4Cを介して酸素ガス取出し用ヘッダー管5Cに、
水抜き用ドレン経路58は、水抜き用ノズル68から、
フレキシブルホース4Dを介して水抜き用ヘッダー管5
Dに、それぞれ接続されている。
水素・酸素発生ブロック2は、隣接するエンドプレート
60とエンドプレート60’同士が電気的に接触、導通
するように配設されるとともに、例えば、FRPなどの
絶縁材料からなる略円筒形状の外套部材6に嵌着されて
いる。なお、外套部材6本体部6Cの内径は、固体電解
質膜10、電極板30などの水素・酸素発生ブロック2
の構成部材、特にガスケット70の外径とほぼ一致して
おり、これにより、セル内の圧力が大気圧側よりかなり
高い場合に、そのガス圧差によって、ガスケット70の
はみ出しによるシール機能が損なわれることを阻止する
ことが可能となる。この場合また、各外套部材6の両端
部には断面L字状のフランジ部6A,6Bがそれぞれ外
周に向かって縁設されるとともに、このフランジ部6
A,6Bにそれぞれエンドプレート60とエンドプレー
ト60’が収容され、支持架台3との絶縁性を確保する
ようになっている。そして、各外套部材6の継合に際し
ては、フランジ部6A,6Bに、図4に示したように、
それぞれ合計8カ所の外套部材締結用ボルト孔7が設け
られており、ボルト7A,7Bをエンドプレート60,
60’に設けられた対応するボルト孔に螺着することに
よって、エンドプレート60,60’と外套部材6を脱
着自在に締結するようになっている。また、図4に示し
たように、フランジ部6Aには、合計4カ所のエンドプ
レート締付用ボルト孔8が設けられており、ボルト8A
をエンドプレート60,60’に設けられた対応するボ
ルト孔に螺着することによって、エンドプレート60,
60’同士を締め付けて電気的な接触を確保するように
なっている。なお、このフランジ部6A,6Bを設ける
代わりに、図5に示したように、別の絶縁部材から構成
される環状の止環部材6’をエンドプレート60、6
0’の外周に嵌着し、ネジ6’Aを用いて固定して、エ
ンドプレート60、60’と支持架台3との絶縁性を確
保するようにしてもよい。
ィングピンであって、各水素・酸素発生ブロック2の各
構成部材に長手方向(軸方向)に設けられたセッティン
グ孔9Aに挿通して、固体電解質膜10、電極板30な
どの水素・酸素発生ブロック2の構成部材の位置を固定
して、本装置の組立を容易にするものである。
発生装置1は、純水供給系(図示せず)から純水供給用
ヘッダー管5A、フレキシブルホース4Aを介して、各
水素・酸素発生ブロック2のエンドプレート60に設け
られた純水供給用ノズル62から、純水供給経路52よ
り、純水が陽極室に収容された多孔質給電体20に供給
される。そして、この陽極室に供給された純水が、固体
電解質膜10の陽極側において電気分解されて、2H2
O→O2 +4H+ +4e- のような反応が起こり、酸素
ガスが発生し、発生した酸素ガスと純水は、酸素ガス取
出し経路56を介して、各水素・酸素発生ブロック2の
エンドプレート60に設けられた酸素ガス取出し用ノズ
ル66から、フレキシブルホース4Cを介して酸素ガス
取出し用ヘッダー管5Cより、水と発生酸素ガスが取り
出され、気液分離装置(図示せず)において酸素ガスが
取り出される。
0をH+ が通過して、固体電解質膜10の陰極側におい
て電気分解されて、4H+ +4e- →2H2 の反応が起
こり水素ガスが発生し、水素ガス取出し経路54を介し
て、各水素・酸素発生ブロック2のエンドプレート60
に設けられた水素ガス取出し用ノズル64からフレキシ
ブルホース4Bを介して。水素ガス取出し用ヘッダー管
5Bより、気液分離装置(図示せず)において水素ガス
が取り出される。
極室に溜まった純水が、水抜き用ドレン経路58を介し
て、各水素・酸素発生ブロック2のエンドプレート60
に設けられた水抜き用ドレンノズル68から、フレキシ
ブルホース4Dを介して水抜き用ヘッダー管5Dより、
純水が取り出されるようになっている。
複数の水素・酸素発生ブロックを直列的に配設し、しか
も各水素・酸素発生ブロックを絶縁材料からなる外套部
材に嵌着するとともに、各外套部材相互を脱着自在に継
合したので、下記のような特有で顕著な作用効果を奏す
る優れた発明である。
分割して、固体電解質膜セルの数を減少させてあるの
で、各ブロックのマニホールド式のガス取り出し経路が
短くなり、固体電解質膜セル内でガスと水の流路の距離
が短くなるので、陽極側で発生した水を含む酸素ガスの
流れの状態がプラグ流れとなり、圧力変動が小さく圧力
制御が容易で、振動などの発生などの問題が生ずること
がない。
料からなる外套部材に嵌着してあるので、支持架台上に
配設する場合にも、支持架台との絶縁性が良好で、且
つ、水電解セルの多孔質給電体の外周に配設したガスケ
ットが、水電解セル内の圧力が大気圧側よりかなり高い
場合にも、そのガス圧差によってはみ出す可能性がな
く、シール機能が損なわれずに高圧で操業可能である。
たので、万一故障などが発生した場合などにおいても装
置全体を取り外して交換する必要とがなく、故障部分の
水素・酸素発生ブロックのみを交換すれば良く、また、
各ブロックについて水圧テスト、気密テストを実施する
ことが可能である。
例の側面図である。
断面図である。
例を示す部分拡大断面図である。
図である。
面図である。
マニホールド内の流動状態を示すグラフである。
Claims (3)
- 【請求項1】 固体電解質膜と、その両面に添設した多
孔質給電体と、両多孔質給電体の外側に配設した陽極及
び陰極の両作用を行う複極式の電極板とから構成される
複数個の固体電解質膜セルを積層し、且つその両端部に
エンドプレートを配設して一体化した構造の複極式の水
素・酸素発生ブロックを、複数個直列的に配設してなる
水素・酸素発生装置であって、 前記各水素・酸素発生ブロックを絶縁材料からなる外套
部材に嵌着するとともに、各外套部材相互を脱着自在に
継合したことを特徴とする水素・酸素発生装置。 - 【請求項2】 前記各水素・酸素発生ブロックのエンド
プレート間同士を電気的に導通して、両端の水素・酸素
発生ブロックのエンドプレートに通電するように構成し
たことを特徴とする請求項1に記載の水素・酸素発生装
置。 - 【請求項3】 前記エンドプレート間相互を、各外套部
材の両端部に設けたフランジ部間を螺子部材によって脱
着自在に継合したことを特徴とする請求項1又は2のい
ずれかに記載の水素・酸素発生装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28334095A JP3487696B2 (ja) | 1995-10-31 | 1995-10-31 | 水素・酸素発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28334095A JP3487696B2 (ja) | 1995-10-31 | 1995-10-31 | 水素・酸素発生装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09125277A JPH09125277A (ja) | 1997-05-13 |
JP3487696B2 true JP3487696B2 (ja) | 2004-01-19 |
Family
ID=17664223
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP28334095A Expired - Lifetime JP3487696B2 (ja) | 1995-10-31 | 1995-10-31 | 水素・酸素発生装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3487696B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3506825B2 (ja) * | 1995-12-22 | 2004-03-15 | 株式会社神鋼環境ソリューション | 水素・酸素発生装置 |
KR100816098B1 (ko) * | 2007-01-26 | 2008-03-25 | 농업회사법인 주식회사 파워그린 | 워터가스 발생장치의 전해조 |
WO2010056799A2 (en) * | 2008-11-17 | 2010-05-20 | Etorus, Inc. | Electrolytic hydrogen generating system |
-
1995
- 1995-10-31 JP JP28334095A patent/JP3487696B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH09125277A (ja) | 1997-05-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2911381B2 (ja) | 水素・酸素発生装置 | |
US4210511A (en) | Electrolyzer apparatus and electrode structure therefor | |
JPS63502908A (ja) | 水の電気分解方法およびその装置 | |
EP0608390A1 (en) | ELECTROCHEMICAL CELL STRUCTURE OPERATING UNDER HIGH PRESSURES. | |
JP2008088555A (ja) | 加圧電解槽スタックモジュール | |
US9828682B2 (en) | Differential pressure water electrolysis apparatus | |
JP2006049129A (ja) | 燃料電池スタック | |
SK16202001A3 (sk) | Elektródová zostava | |
JPH0995791A (ja) | 固体高分子電解質水電解装置及びその電極構造 | |
CA2970240C (en) | Intermediate module for electrochemical cell stack | |
JP3487696B2 (ja) | 水素・酸素発生装置 | |
US5766427A (en) | Electrolyzer with reduced parasitic currents | |
JP3389520B2 (ja) | ガス生成用水電解セル | |
JPH09125278A (ja) | 水素・酸素発生装置 | |
JP3037128B2 (ja) | 水素・酸素発生装置 | |
JPH08239788A (ja) | 水素・酸素発生装置 | |
JP3506825B2 (ja) | 水素・酸素発生装置 | |
JPH08260178A (ja) | 固体高分子電解質膜を用いる水電解槽 | |
JP2977738B2 (ja) | 水素・酸素発生装置 | |
JP3235649B2 (ja) | 水素酸素発生装置用電解セル | |
JP3169049B2 (ja) | 水素・酸素発生装置 | |
JP3519529B2 (ja) | 水素・酸素発生装置 | |
JP4838879B2 (ja) | 水電解装置 | |
JP5451575B2 (ja) | 水電解装置 | |
JP3164741B2 (ja) | 固体電解質膜電解装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081031 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091031 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091031 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091031 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101031 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101031 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111031 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111031 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111031 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121031 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121031 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121031 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131031 Year of fee payment: 10 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |