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公開番号2025165583
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-05
出願番号2024069718
出願日2024-04-23
発明の名称電解装置
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C25B 9/00 20210101AFI20251028BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】内側領域の温度上昇を抑制することができる、電解装置を提供すること。
【解決手段】電解質層と、第1電極21と、第2電極と、第1流路と、を備えた電解セルと、第2流路と、第1電極に当接すると共に第1流路を形成する流路形成導体5と、を有し、流路形成導体5を介して第1電極21と第2電極との間に電圧を印加することで、反応流体Fを電気分解して、水素を生成するよう構成された、電解装置1。第1面の法線方向Zから見て、第1電極21を、第1電極21の外周端辺を含む外周領域A1と、外周領域A1の内側の内側領域A2とに分け、内側領域A2の外形は、第1電極21の外形の相似形であって、内側領域A2の面積を第1電極21の面積の半分とし、電解セルにおける電気分解反応に伴う単位面積当たりの吸熱量を吸熱密度としたとき、外周領域A1における吸熱密度の平均値よりも、内側領域A2における吸熱密度の平均値の方が大きい。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
電解質層（２０）と、前記電解質層の第１面に設けた第１電極（２１）と、前記電解質層の前記第１面と反対側の第２面に設けた第２電極（２２）と、を備えた電解セル（２）と、
前記第１電極に面する第１流路（３）と、
前記第２電極に面する第２流路（４）と、
前記第１電極に当接すると共に前記第１流路を形成する流路形成導体（５）と、を有し、
前記流路形成導体を介して前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加することで、前記第１流路を流通すると共に前記第１電極に供給される反応流体（Ｆ）を電気分解して、水素を生成するよう構成された、電解装置（１）であって、
前記第１面の法線方向（Ｚ）から見て、前記第１電極を、前記第１電極の外周端辺を含む外周領域（Ａ１）と、前記外周領域の内側の内側領域（Ａ２）とに分け、前記内側領域の外形は、前記第１電極の外形の相似形であって、前記内側領域の面積を記第１電極の面積の半分とし、
前記電解セルにおける電気分解反応に伴う単位面積当たりの吸熱量を吸熱密度としたとき、
前記外周領域における吸熱密度の平均値よりも、前記内側領域における吸熱密度の平均値の方が大きい、電解装置。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記第１面の法線方向から見て、前記第１電極を、前記第１流路の流路方向に直交する幅方向（Ｙ）に三等分して、中央領域（Ｂ２）と、前記中央領域を幅方向に挟む２つの側方領域（Ｂ１、Ｂ３）とに分けたとき、前記側方領域における吸熱密度の平均値よりも、前記中央領域における吸熱密度の平均値の方が大きい、請求項１に記載の電解装置。
【請求項３】
前記第１面の法線方向から見て、前記第１電極を、前記第１流路の流路方向に三等分して、上流領域（Ｃ１）と、中流領域（Ｃ２）と、下流領域（Ｃ３）とに分けたとき、前記上流領域における吸熱密度の平均値及び前記下流領域における吸熱密度の平均値よりも、前記中流領域における吸熱密度の平均値の方が大きい、請求項１又は２に記載の電解装置。
【請求項４】
前記上流領域における吸熱密度の平均値よりも、前記下流領域における吸熱密度の平均値の方が大きい、請求項３に記載の電解装置。
【請求項５】
前記内側領域を、互いに外形が相似形であり、かつ面積が同等の、第１内側領域（Ａ２１）と該第１内側領域を囲む第２内側領域（Ａ２２）とに分けたとき、前記第２内側領域における吸熱密度の平均値よりも、前記第１内側領域における吸熱密度の平均値の方が大きい、請求項１又は２に記載の電解装置。
【請求項６】
前記流路形成導体は、前記第１流路と前記第１電極との間を仕切る仕切板（５１）を有し、該仕切板には、複数の開口孔（３１）が形成されており、前記第１面の法線方向から見たとき、複数の前記開口孔による開口率を、複数の領域の間で異ならせることで、複数の領域における吸熱密度の平均値に差を設けている、請求項１又は２に記載の電解装置。
【請求項７】
前記開口孔の数密度を、複数の領域の間で異ならせている、請求項６に記載の電解装置。
【請求項８】
前記流路形成導体は、前記第１電極に当接する複数の突起部（５３）を有し、前記第１面の法線方向から見たとき、複数の前記突起部の占有率を、複数の領域の間で異ならせることで、複数の領域における吸熱密度の平均値に差を設けている、請求項１又は２に記載の電解装置。
【請求項９】
前記第１流路の高さを、複数の領域の間で異ならせることで、複数の領域における吸熱密度の平均値に差を設けている、請求項１又は２に記載の電解装置。
【請求項１０】
前記第１電極は、多孔質電極材からなり、前記第１電極の気孔率を、複数の領域の間で異ならせることで、複数の領域における吸熱密度の平均値に差を設けている、請求項１又は２に記載の電解装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解装置に関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
燃料電池や水素生成デバイス等を構成する電気化学セルスタックにおいては、電解質層の一方の面と他方の面とに、それぞれ電極が設けられている。そして、例えば、燃料電池においては、一方の電極に燃料が供給され、電極において電気化学反応を生じさせることで、発電が行われる。特許文献１に記載の燃料電池においては、複数の開口孔を備えた金属プレートが、セルにおける上記一方の電極側を支持しており、当該開口孔から燃料が電極へ供給されるよう構成されている。また、開口孔の形成密度（すなわち開口率）が、全面にわたり均一となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
米国特許第６９７２１６１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、反応流体を電気分解して水素を生成する電解装置において、セルの中央付近の温度が高くなりすぎる場合があり得る、という課題がある。すなわち、供給される電流密度が高くなると、ジュール熱が大きくなる。そして、セルの内側領域において発生した熱は、周囲に放熱され難いため、内側領域の温度上昇が懸念される。このように、電解装置においては、内側領域の温度が、外周領域に比べて高くなりすぎる場合があるという課題がある。
【０００５】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、内側領域の温度上昇を抑制することができる、電解装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、電解質層（２０）と、前記電解質層の第１面に設けた第１電極（２１）と、前記電解質層の前記第１面と反対側の第２面に設けた第２電極（２２）と、を備えた電解セル（２）と、
前記第１電極に面する第１流路（３）と、
前記第２電極に面する第２流路（４）と、
前記第１電極に当接すると共に前記第１流路を形成する流路形成導体（５）と、を有し、
前記流路形成導体を介して前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加することで、前記第１流路を流通すると共に前記第１電極に供給される反応流体（Ｆ）を電気分解して、水素を生成するよう構成された、電解装置（１）であって、
前記第１面の法線方向（Ｚ）から見て、前記第１電極を、前記第１電極の外周端辺を含む外周領域（Ａ１）と、前記外周領域の内側の内側領域（Ａ２）とに分け、前記内側領域の外形は、前記第１電極の外形の相似形であって、前記内側領域の面積を記第１電極の面積の半分とし、
前記電解セルにおける電気分解反応に伴う単位面積当たりの吸熱量を吸熱密度としたとき、
前記外周領域における吸熱密度の平均値よりも、前記内側領域における吸熱密度の平均値の方が大きい、電解装置にある。
【発明の効果】
【０００７】
上記態様の電解装置においては、前記外周領域における吸熱密度の平均値よりも、前記内側領域における吸熱密度の平均値の方が大きい。これにより、内側領域における温度上昇を抑制することができる。
【０００８】
以上のごとく、上記態様によれば、内側領域の温度上昇を抑制することができる、電解装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
実施形態１における、電解装置の一部の断面説明図。
実施形態１における、外周領域及び内側領域を示した、Ｚ方向から見た流路形成導体の仕切板の平面図。
実施形態１における、電解セルに供給される電流密度と電解セルの発熱量との関係の概略を示す線図。
実施形態１における、電解セルの稼働時の電流密度の分布、ジュール熱の分布、反応熱の分布をそれぞれ示す線図。
実施形態１における、中央領域及び側方領域を示した、Ｚ方向から見た流路形成導体の仕切板の平面図。
実施形態１における、上流領域、中流領域、下流領域を示した、Ｚ方向から見た流路形成導体の仕切板の平面図。
実施形態１における、外周領域、第１内側領域、第２内側領域を示した、Ｚ方向から見た流路形成導体の仕切板の平面図。
実施形態２における、外周領域及び内側領域を示した、Ｚ方向から見た流路形成導体の仕切板の平面図。
比較形態１における、Ｚ方向から見た流路形成導体の仕切板の平面図。
実験例１において解析した、比較形態１の電解装置についての温度分布のコンター図。
実験例１において解析した、実施形態２の電解装置についての温度分布のコンター図。
実験例１において解析した、図１０、図１１に示す破線Ｌ１に沿った各物理量の分布を示す線図。
実験例１において解析した、図１０、図１１に示す破線Ｌ２に沿った各物理量の分布を示す線図。
実施形態３における、外周領域及び内側領域を示した、Ｚ方向から見た流路形成導体の平面図。
実施形態４における、外周領域及び内側領域を示した、Ｚ方向から見た流路形成導体の仕切板の平面図。
図１５のXVI－XVI線矢視断面相当の、流路形成導体と第１電極の断面説明図。
実施形態５における、外周領域及び内側領域を示した、Ｚ方向から見た流路形成導体の平面図。
実施形態６における、流路形成導体と第１電極の断面説明図。
実施形態７における、流路形成導体と第１電極の断面説明図。
実施形態８における、流路形成導体と第１電極の断面説明図。
実施形態８の変形例における、流路形成導体と第１電極の断面説明図。
実施形態９における、流路形成導体と第１電極の断面説明図。
実施形態１０における、外周領域、内側領域、上流領域、中流領域、下流領域を示した、Ｚ方向から見た流路形成導体の平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施形態１）
電解装置に係る実施形態について、図１～図７を参照して説明する。
本形態の電解装置１は、図１に示すごとく、電解セル２と、第１流路３と、第２流路４と、流路形成導体５と、を有する。電解セル２は、電解質層２０と、第１電極２１と、第２電極２２とを備える。
（【００１１】以降は省略されています）

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