水电解装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及水电解装置(10)，其具有密封阴极侧的密封构件(72)和从外方围绕该密封构件(72)的耐压构件(74)。在耐压构件(74)的、面对电解质膜‑电极结构体(30)的第一端面和面对阴极侧隔板(34)的第二端面设置凹凸(90、92)。从而，耐压构件(74)的两端面经由凹凸(90、92)中的凸(92)的前端面分别与绝缘体(94)、阴极侧隔板(34)抵接。

Water electrolysis unit

【技术实现步骤摘要】
水电解装置
本专利技术涉及一种对水进行电解来产生氧气和氢气的水电解装置。
技术介绍
水电解装置已知为对水进行电解来产生氢气(和氧气)的装置，所得到的氢气例如被供给到燃料电池而作为燃料气体使用。更具体地说，水电解装置具有电解质膜-电极结构体，该电解质膜-电极结构体在由固体高分子形成的电解质膜的一面形成有阳极电极催化剂层，在另一面形成有阴极电极催化剂层。电解质膜-电极结构体被分别配设于阳极电极催化剂层和阴极电极催化剂层的外方的供电体夹持。当经由供电体向电解质膜-电极结构体供给电力时，在阳极电极催化剂层对水进行电解，由此生成氢离子(质子)和氧气。其中的质子透过电解质膜移动到阴极电极催化剂层，与电子结合变为氢气。另一方面，在阳极电极催化剂层生成的氧气与剩余的水一起从水电解装置被排出。在此，可能存在与在阳极电极催化剂层生成的氧气相比在阴极电极催化剂层产生的氢气为高压的情况。在该水电解装置中，由于阴极侧的内压变大，因此在阴极侧设置用于防止氢气泄漏的密封构件(例如O型圈)以及从外方围绕密封构件的耐压构件。另外，如日本专利第6091012号公报所示的那样，还存在设置用于避免电解质膜发生损伤的绝缘性增强构件的情况。该情况下，绝缘性增强构件由薄膜形成，并且与耐压构件接合。
技术实现思路
专利技术所要解决的问题本专利技术的主要目的在于提供能够更有效地避免电解质膜、密封构件发生破损的水电解装置。用于解决问题的方案根据本专利技术的一个实施方式，提供水电解装置，该水电解装置具有：阳极侧隔板；阴极侧隔板；电解质膜-电极结构体，其是通过在电解质膜设置阳极电极催化剂层和阴极电极催化剂层来构成的，位于阳极侧隔板与阴极侧隔板之间；密封构件，其被阴极侧隔板与电解质膜-电极结构体夹持，并且围绕阴极电极催化剂层；耐压构件，其从外方围绕密封构件，其中，在耐压构件的、面对电解质膜-电极结构体的第一端面和面对阴极侧隔板的第二端面形成凹凸，所述水电解装置还具有被插入在耐压构件与电解质膜-电极结构体之间的绝缘体。即，在本专利技术中，以使耐压构件的第一端面和第二端面成为规定的表面粗糙度的方式进行粗糙化。因此，第一端面相对于绝缘体不是面接触，而是仅经由凸部的前端以多个点接触的方式抵接。第二端面也同样地，相对于阴极侧隔板以多个点接触的方式抵接。从而，在绝缘体与耐压构件之间、耐压构件与阴极侧隔板之间形成若干的间隙(clearance)。当在密封构件的内周侧的阴极处产生高压的氢气时，密封构件的外周侧(耐压构件)为正常压力，因此透过了密封构件的内部的氢气、透过了电解质膜的氢气可能会进入绝缘体与耐压构件的第一端面之间、第二端面与阴极侧隔板之间。但是，在本专利技术中，如上述那样在该部位形成有间隙。因此，在停止生成氢气后对阴极进行脱压时，进入到间隙的氢气能够被迅速地排出。其结果，能够防止高压的氢气滞留在绝缘体与第一端面之间、第二端面与阴极侧隔板之间，因此能够避免在密封构件的内周侧与外周侧产生压差。从而，能够避免如下情况：因该压差引起密封构件挤入(日文：噛み込む)绝缘体与耐压构件之间、耐压构件与阴极侧隔板之间，或密封构件被向电解质膜-电极结构体侧推压而在密封构件与电解质膜-电极结构体之间形成间隙。由此，能够有效地避免电解质膜、密封构件发生损伤。耐压构件的第一端面，即，相对于绝缘体而言点接触的端面的表面粗糙度优选被设定在最大高度为1.5μm～13.0μm的范围内。该情况下，容易排出氢气，并且容易防止密封构件挤入绝缘体与耐压构件之间。另外，优选的是，将表面压力施加构件夹在密封构件与耐压构件之间，该表面压力施加构件承受来自密封构件的挤压并对电解质膜-电极结构体施加压力。在生成氢气时，该表面压力施加构件承受来自密封构件的挤压。因此，变换为挤压电解质膜-电极结构体的力(表面压力)。从而，有效地防止在密封构件随着氢气的生成和停止生成而进行压缩或者伸缩时，电解质膜-电极结构体发生位置偏移。而且，在生成氢气时密封构件的外周壁与表面压力施加构件抵接并被压缩，因此有效地防止该密封构件的外周壁被挤入绝缘体与耐压构件之间。在以上的结构中，优选的是，绝缘体相对于耐压构件和电解质膜-电极结构体不进行接合(日文：接着)。在进行接合的情况下，存在所述凹凸进而间隙被接合剂(日文：接着剤)填充的可能性。因此在这样的状态下，难以排出氢气。根据本专利技术，在从外周侧围绕密封构件的耐压构件的、面对电解质膜-电极结构体的第一端面、面对阴极侧隔板的第二端面形成凹凸。因此，能够避免密封构件挤入绝缘体与耐压构件之间、耐压构件与阴极侧隔板之间，或者密封构件从耐压构件分离。由此，能够防止电解质膜、密封构件发生损伤。根据参照附图所作的对以下的实施方式进行的说明，容易理解所述目的、特征以及优点。附图说明图1是本专利技术的实施方式所涉及的压差式高压水电解装置(水电解装置)的概要整体立体图。图2是构成图1的压差式高压水电解装置的高压水电解单体的分解立体图。图3是图2中的III-III线箭头方向的剖视图。图4是高压水电解单体的主要部分放大剖视图。图5是表示高压氢气的挤压力作用于大O型圈(密封构件)的状态下的主要部分放大剖视图。图6是表示在形成了最大高度为0.4μm的凹凸时的、层叠体内的压力(氢气压)与在该层叠体外的氢气浓度的随时间变化的曲线图。图7是表示在形成了最大高度为1.68μm的凹凸时的、层叠体内的压力与在该层叠体外的氢气浓度的随时间变化的曲线图。图8是表示在形成了最大高度为8.0μm的凹凸时的、层叠体内的压力与在该层叠体外的氢气浓度的随时间变化的曲线图。具体实施方式下面，关于本专利技术所涉及的水电解装置，列举优选的实施方式并参照附图详细地进行说明。图1是本实施方式所涉及的压差式高压水电解装置10(水电解装置)的概要整体立体图。该压差式高压水电解装置10具备将多个高压水电解单体12层叠而成的层叠体14。此外，在图1中，将高压水电解单体12沿着铅垂方向(箭头符号A方向)进行层叠，但是也可以沿着水平方向(箭头符号B方向)进行层叠。在层叠体14的层叠方向的一端(上端)，从下方朝向上方依序配设均呈大致圆盘形状的端子板16a、绝缘板18a以及端板20a。在层叠体14的层叠方向的另一端(下端)也同样地，从上方朝向下方依序配设均呈大致圆盘形状的端子板16b、绝缘板18b以及端板20b。压差式高压水电解装置10，借助在箭头符号A方向延伸的四根联杆22来将端板20a、20b之间拉紧保持为一体，在层叠方向紧固连接。此外，压差式高压水电解装置10也可以采用以下结构：利用包括端板20a、20b作为端板的箱状壳体(未图示)来保持为一体。另外，压差式高压水电解装置10作为整体具有大致圆柱体形状，但是能够设定为立方体形状等各种形状。在端子板16a、16b的侧部，向外方突出设置端子部24a、24b。端子部24a、24b经由导线26a、26b来与电解电源28电连接。如图2和图3所示，高压水电解单体12具备大致圆盘状的电解质膜-电极结构体30以及夹持该电解质膜-电极结构体30的阳极侧隔板32和阴极侧隔板34。在阳极侧隔板32与阴极侧隔板34之间配置呈大致圆环形的树脂框构件36。在树脂框构件36的中空内部收容电解质膜-电极结构体30等。在树脂框构件36的上开口底部、下开口底部设置密封构件37a本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水电解装置(10)，具有：阳极侧隔板(32)；阴极侧隔板(34)；电解质膜‑电极结构体(30)，其是通过在电解质膜(40)设置阳极电极催化剂层(42a)和阴极电极催化剂层(44a)来构成的，位于所述阳极侧隔板(32)与所述阴极侧隔板(34)之间；密封构件(72)，其被所述阴极侧隔板(34)与所述电解质膜‑电极结构体(30)夹持，并且围绕所述阴极电极催化剂层(44a)；以及耐压构件(74)，其从外方围绕所述密封构件(72)，所述水电解装置(10)的特征在于，在所述耐压构件(74)的、面对所述电解质膜‑电极结构体(30)的第一端面和面对所述阴极侧隔板(34)的第二端面形成凹凸(90、92)，所述水电解装置(10)还具有绝缘体(94)，该绝缘体(94)插入在所述耐压构件(74)与所述电解质膜‑电极结构体(30)之间。

【技术特征摘要】
2018.03.08 JP 2018-0419921.一种水电解装置(10)，具有：阳极侧隔板(32)；阴极侧隔板(34)；电解质膜-电极结构体(30)，其是通过在电解质膜(40)设置阳极电极催化剂层(42a)和阴极电极催化剂层(44a)来构成的，位于所述阳极侧隔板(32)与所述阴极侧隔板(34)之间；密封构件(72)，其被所述阴极侧隔板(34)与所述电解质膜-电极结构体(30)夹持，并且围绕所述阴极电极催化剂层(44a)；以及耐压构件(74)，其从外方围绕所述密封构件(72)，所述水电解装置(10)的特征在于，在所述耐压构件(74)的、面对所述电解质膜-电极结构体(30)的第一端面和面对所述阴极侧隔板(34)的第二端面形成凹...

【专利技术属性】
技术研发人员：石川博之，大门锐刀，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP