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公開番号2025058727
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-09
出願番号2023168848
出願日2023-09-28
発明の名称電気化学セルスタック及びガス吸着装置
出願人株式会社デンソー
代理人弁理士法人あいち国際特許事務所
主分類B01D 53/32 20060101AFI20250402BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】コンパクトな構成を有して、体格当たりの出力を向上することができる電気化学セルスタック及びガス吸着装置を提供する。
【解決手段】電気化学セル(2)を支持するフレーム部材(3)を備える単層セル(C)が複数積層された電気化学セルスタック(1)において、積層方向(X)に隣り合う単層セル(C)の間にガス流路(11)が区画形成されており、電気化学セル(2)は、互いに対向配置された作用極(21)にガス流路(11)からのガス(G)が導入され、対極(22)との間に電圧が印加されることにより電気化学反応を生起する。フレーム部材(3)は、集電板部(31)と、リブ部(32)と、集電板部(31)から突出してガス流路(11)内に位置する複数の支持脚部(33)とを有し、支持脚部(33)は、突出端部(331)が、隣り合う単層セル(C)の作用極(21)と電気的に接続している。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
互いに対向配置された作用極（２１）と対極（２２）とを有する電気化学セル（２）と、前記電気化学セルを支持するフレーム部材（３）と、を備える単層セル（Ｃ）が、前記作用極と前記対極との対向方向に複数積層された電気化学セルスタック（１）であって、
積層方向（Ｘ）に隣り合う前記単層セルの間にガス流路（１１）が区画形成されており、
前記電気化学セルは、前記作用極に前記ガス流路からのガス（Ｇ）が導入され、前記作用極と前記対極との間に電圧が印加されることにより電気化学反応を生起し、
前記フレーム部材は、前記対極に当接配置される導電性の集電板部（３１）と、前記集電板部の外周縁部に沿って配置されて前記電気化学セルの外側を取り囲むリブ部（３２）と、前記集電板部から前記対極と反対側に突出して前記ガス流路内に位置する複数の導電性の支持脚部（３３）と、を有し、
前記支持脚部は、突出端部（３３１）が、隣り合う前記単層セルの前記作用極と電気的に接続されている、電気化学セルスタック。
続きを表示（約 690 文字）【請求項２】
請求項１に記載の電気化学セルスタックと、前記電気化学セルスタックの積層方向（Ｘ）の両端部に配置される一対のバスバー（４１、４２）と、前記一対のバスバーに接続される電源（Ｂ）と、を備えるガス吸着装置（１００）であって、
前記電気化学セルは、前記作用極に、前記ガス流路から導入されるガスに含まれる特定ガスを吸着可能な吸着材を含み、前記作用極と前記対極との間に、前記電源から前記一対のバスバーを介して供給される電圧が印加されることにより、前記対極側から前記作用極側へ電子が供給されるのに伴い、前記吸着材に前記特定ガスを吸着するよう構成されている、ガス吸着装置。
【請求項３】
前記フレーム部材において、前記集電板部は、前記対極に当接する第１面（３１１）と、前記ガス流路に面する第２面（３１２）とを有し、前記リブ部は、前記集電板部の前記第１面と前記第２面とをつなぐ外周側部又は前記第１面の外周縁部に接合されている、請求項２に記載のガス吸着装置。
【請求項４】
前記フレーム部材において、複数の前記支持脚部は、前記集電板部と一体的に設けられて前記積層方向に突出する板状又は突起状に形成されている、請求項２に記載のガス吸着装置。
【請求項５】
前記フレーム部材において、複数の前記支持脚部は、バネ構造を有する、請求項４に記載のガス吸着装置。
【請求項６】
前記特定ガスは、ＣＯ
2
であり、前記吸着材は、ＣＯ
2
吸着材である、請求項２に記載のガス吸着装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学セルスタック及びガス吸着装置に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
従来から、混合ガスに含まれる特定ガス種を分離するためのガス吸着装置に、電気化学セルスタックを利用することが行われている。電気化学セルスタックは、電気化学セルを積層した構造を有し、ガス吸着装置は、電気化学セルスタックの各セルに所定の電圧を印加することによって、各セルの電極に導入される混合ガスから特定ガス種を吸着分離するように構成されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、電気化学セルを用いたＣＯ
2
回収装置を備え、ＣＯ
2
回収モードにおいて、ＣＯ
2
含有ガスからＣＯ
2
を回収する二酸化炭素回収システムが開示されている。このシステムでは、電気化学セルはＣＯ
2
吸着材を含む作用極と対極とを有し、両極間にＣＯ
2
回収用の電圧が印加されるのに伴い、ＣＯ
2
吸着材が還元状態となってＣＯ
2
と結合する。ＣＯ
2
回収モードからＣＯ
2
放出モードに切り替えられると、ＣＯ
2
吸着材からＣＯ
2
が脱離し、ＣＯ
2
の貯蔵タンクやＣＯ
2
利用装置へ送られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２３－４４９９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１におけるＣＯ
2
回収装置は、複数の単層セルが積層された電気化学セルスタックとして構成されている。単層セルは、作用極及び対極を含む電気化学セルがセルフレーム上に配置された構成であり、樹脂成形品からなるセルフレームが、隣り合うセルとの間を絶縁しつつ、ＣＯ
2
含有ガスが流通するガス流路を形成している。
【０００６】
電気化学セルスタックへの電圧の印加は、例えば、積層方向の両端部に給電用のバスバーを設けて、外部電源に接続することにより行われる。その場合には、各層の作用極及び対極に接する集電体から、それぞれタブ端子を引き出し、隣り合う層の作用極側又は対極側のタブ端子と接続することにより、各層間を電気的に直列接続することが必要となる。
【０００７】
一方、ＣＯ
2
回収装置の体格当たりのＣＯ
2
回収出力を向上するために、電気化学セルスタックを、よりコンパクトに構成することが望まれている。ところが、従来の構造では、上述したように、層間の電気的接続のためにタブ端子を引き出す必要があり、部品点数の削減や体格の小型化に限界があった。また、要求出力の増加に伴い電極面積が大きくなると、樹脂成形品からなるセルフレームの強度を確保するために、肉厚化等の対応が必要となり、小型化の妨げとなるおそれがあった。
【０００８】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、コンパクトな構成を有して、体格当たりの出力を向上することができる電気化学セルスタック及びガス吸着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、互いに対向配置された作用極（２１）と対極（２２）とを有する電気化学セル（２）と、前記電気化学セルを支持するフレーム部材（３）と、を備える単層セル（Ｃ）が、前記作用極と前記対極との対向方向に複数積層された電気化学セルスタック（１）であって、
積層方向（Ｘ）に隣り合う前記単層セルの間にガス流路（１１）が区画形成されており、
前記電気化学セルは、前記作用極に前記ガス流路からのガス（Ｇ）が導入され、前記作用極と前記対極との間に電圧が印加されることにより電気化学反応を生起し、
前記フレーム部材は、前記対極に当接配置される導電性の集電板部（３１）と、前記集電板部の外周縁部に沿って配置されて前記電気化学セルの外側を取り囲むリブ部（３２）と、前記集電板部から前記対極と反対側に突出して前記ガス流路内に位置する複数の導電性の支持脚部（３３）と、を有し、
前記支持脚部は、突出端部（３３１）が、隣り合う前記単層セルの前記作用極と電気的に接続されている、電気化学セルスタックにある。
【００１０】
本発明の他の態様は、上記一態様の構成の電気化学セルスタックと、前記電気化学セルスタックの積層方向（Ｘ）の両端部に配置される一対のバスバー（４１、４２）と、前記一対のバスバーに接続される電源（Ｂ）と、を備えるガス吸着装置（１００）であって、
前記電気化学セルは、前記作用極に、前記ガス流路から導入されるガスに含まれる特定ガスを吸着可能な吸着材を含み、前記作用極と前記対極との間に、前記電源から前記一対のバスバーを介して供給される電圧が印加されることにより、前記対極側から前記作用極側へ電子が供給されるのに伴い、前記吸着材に前記特定ガスを吸着するよう構成されている、ガス吸着装置にある。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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