(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024101685
(43)【公開日】2024-07-30
(54)【発明の名称】電解合成装置
(51)【国際特許分類】
C25B 9/00 20210101AFI20240723BHJP
C25B 1/04 20210101ALI20240723BHJP
C25B 9/23 20210101ALI20240723BHJP
【ＦＩ】
C25B9/00 A
C25B1/04
C25B9/23
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023005736
(22)【出願日】2023-01-18
(71)【出願人】
【識別番号】000152480
【氏名又は名称】株式会社日阪製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110002734
【氏名又は名称】弁理士法人藤本パートナーズ
(72)【発明者】
【氏名】夏 允幸
【テーマコード（参考）】
4K021
【Ｆターム（参考）】
4K021AA01
4K021BA02
4K021CA09
4K021CA12
4K021CA15
4K021DB31
4K021DB43
4K021DB53
4K021DC11
(57)【要約】
【課題】コンパクトな電解合成装置を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明は、第一流体を電気分解して所定の気体を生成する電解部と、第二流体と所定の気体との化学反応を促進する触媒を含む触媒層であって所定の気体が通過可能な触媒層を有する合成部と、を備え、電解部と合成部とは、該電解部における所定の気体が生成される部位と触媒層とが隣接し又は同じ領域に位置するように隣り合う、ことを特徴とする。
【選択図】図４
【解決手段】本発明は、第一流体を電気分解して所定の気体を生成する電解部と、第二流体と所定の気体との化学反応を促進する触媒を含む触媒層であって所定の気体が通過可能な触媒層を有する合成部と、を備え、電解部と合成部とは、該電解部における所定の気体が生成される部位と触媒層とが隣接し又は同じ領域に位置するように隣り合う、ことを特徴とする。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第一流体を電気分解して所定の気体を生成する電解部と、
前記所定の気体と第二流体との化学反応を促進する触媒を含む触媒層であって前記所定の気体が通過可能な触媒層を有する合成部と、を備え、
前記電解部と前記合成部とは、該電解部における前記所定の気体が生成される部位と前記触媒層とが隣接し又は同じ領域に位置するように、隣り合う、電解合成装置。
前記所定の気体と第二流体との化学反応を促進する触媒を含む触媒層であって前記所定の気体が通過可能な触媒層を有する合成部と、を備え、
前記電解部と前記合成部とは、該電解部における前記所定の気体が生成される部位と前記触媒層とが隣接し又は同じ領域に位置するように、隣り合う、電解合成装置。
【請求項2】
前記電解部は、
それぞれが前記電解部と前記合成部との並び方向と直交する面方向に広がり且つ前記並び方向に重ね合わされる第一プレート及び第二プレートと、
固体高分子交換膜を含むと共に、前記並び方向と直交する面方向に広がり且つ前記第一プレートと前記第二プレートとの間に配置される交換膜プレートと、を有し、
前記合成部は、
前記第二プレートと、
前記並び方向と直交する面方向に広がり且つ前記並び方向における前記第一プレートと反対側において前記第二プレートと重ね合わされる第三プレートと、を有し、
前記第一プレートは、前記並び方向における前記交換膜プレートとの間に前記第一流体が流通可能な第一流路を形成し、
前記第二プレートは、導電性を有し且つ前記触媒を担持する多孔質プレート部を含み、前記電解部の電極板を構成すると共に前記合成部の前記触媒層を構成し、
前記第三プレートは、前記並び方向における前記第二プレートとの間に前記第二流体が流通可能な第二流路を形成する、請求項１に記載の電解合成装置。
それぞれが前記電解部と前記合成部との並び方向と直交する面方向に広がり且つ前記並び方向に重ね合わされる第一プレート及び第二プレートと、
固体高分子交換膜を含むと共に、前記並び方向と直交する面方向に広がり且つ前記第一プレートと前記第二プレートとの間に配置される交換膜プレートと、を有し、
前記合成部は、
前記第二プレートと、
前記並び方向と直交する面方向に広がり且つ前記並び方向における前記第一プレートと反対側において前記第二プレートと重ね合わされる第三プレートと、を有し、
前記第一プレートは、前記並び方向における前記交換膜プレートとの間に前記第一流体が流通可能な第一流路を形成し、
前記第二プレートは、導電性を有し且つ前記触媒を担持する多孔質プレート部を含み、前記電解部の電極板を構成すると共に前記合成部の前記触媒層を構成し、
前記第三プレートは、前記並び方向における前記第二プレートとの間に前記第二流体が流通可能な第二流路を形成する、請求項１に記載の電解合成装置。
【請求項3】
前記並び方向において前記第一プレートに対して前記第二プレートの側と反対側から重ね合わされる第四プレートと、
前記並び方向において前記第三プレートに対して前記第二プレートの側と反対側から重ね合わされる第五プレートと、を備え、
前記第一プレートと前記第三プレートとは、それぞれ金属製であり、
前記第四プレートは、前記並び方向における前記第一プレートとの間に温度調整用の第三流体が流通可能な第一温調流路を形成し、
前記第五プレートは、前記並び方向における前記第三プレートとの間に温度調整用の第四流体が流通可能な第二温調流路を形成する、請求項２に記載の電解合成装置。
前記並び方向において前記第三プレートに対して前記第二プレートの側と反対側から重ね合わされる第五プレートと、を備え、
前記第一プレートと前記第三プレートとは、それぞれ金属製であり、
前記第四プレートは、前記並び方向における前記第一プレートとの間に温度調整用の第三流体が流通可能な第一温調流路を形成し、
前記第五プレートは、前記並び方向における前記第三プレートとの間に温度調整用の第四流体が流通可能な第二温調流路を形成する、請求項２に記載の電解合成装置。
【請求項4】
前記第一温調流路と前記第二温調流路とを直列に接続する接続流路を備え、
前記第三流体と前記第四流体とが共通の流体である、請求項３に記載の電解合成装置。
前記第三流体と前記第四流体とが共通の流体である、請求項３に記載の電解合成装置。
【請求項5】
前記電解部は、一対の電極板を有し、
前記第一プレートは、導電性を有し、
前記第一プレート及び前記第二プレートは、前記一対の電極板を構成する、請求項２に記載の電解合成装置。
前記第一プレートは、導電性を有し、
前記第一プレート及び前記第二プレートは、前記一対の電極板を構成する、請求項２に記載の電解合成装置。
【請求項6】
前記第二流体の流れ方向における前記第二流路の一方の端部と他方の端部とに接続されて該第二流体の循環経路を構成する循環用系統を備える、請求項２に記載の電解合成装置。
【請求項7】
前記第一プレート、前記交換膜プレート、前記第二プレート、及び前記第三プレートのそれぞれは、取り外し可能に配置されている、請求項２～６のいずれか１項に記載の電解合成装置。
【請求項8】
前記第一プレート及び前記第三プレートの少なくとも一方のプレートは、前記第一流路又は前記第二流路を画定する面に、凸部及び凹部の少なくとも一方を有する、請求項２又は３に記載の電解合成装置。
【請求項9】
前記並び方向に重ね合わされる前記第一プレートから前記第三プレートまでの各プレートを含むプレートセットを複数備え、
前記複数のプレートセットは、それぞれ取り外し可能に前記並び方向に一列に配置されている、請求項２に記載の電解合成装置。
前記複数のプレートセットは、それぞれ取り外し可能に前記並び方向に一列に配置されている、請求項２に記載の電解合成装置。
【請求項10】
各プレートセットは、前記並び方向に隣り合うプレートセット同士のプレートの並び順が逆になるようにそれぞれ配置され、
前記各プレートセットの前記第一プレートと前記第三プレートとは、それぞれ金属製であり、
前記第一プレートを対向させた状態で隣り合うプレートセットは、該第一プレート間に温度調整用の第三流体が流通可能な第一温調流路を形成し、
前記第三プレートを対向させた状態で隣り合うプレートセットは、該第三プレート間に温度調整用の第四流体が流通可能な第二温調流路を形成する、請求項９に記載の電解合成装置。
前記各プレートセットの前記第一プレートと前記第三プレートとは、それぞれ金属製であり、
前記第一プレートを対向させた状態で隣り合うプレートセットは、該第一プレート間に温度調整用の第三流体が流通可能な第一温調流路を形成し、
前記第三プレートを対向させた状態で隣り合うプレートセットは、該第三プレート間に温度調整用の第四流体が流通可能な第二温調流路を形成する、請求項９に記載の電解合成装置。
【請求項11】
前記電解部は、
該電解部と前記合成部との並び方向と直交する面方向に広がる第一プレートと、
前記並び方向と直交する面方向に広がる膜電極接合体を含み且つ前記並び方向に前記第一プレートと重ね合わされる隔壁プレートと、を有し、
前記合成部は、
前記触媒層と、
前記並び方向と直交する面方向に広がり且つ前記並び方向における前記第一プレートと反対側において前記触媒層と重ね合わされる第三プレートと、を有し、
前記第一プレートは、前記並び方向における前記膜電極接合体との間に前記第一流体が流通可能な第一流路を形成し、
前記膜電極接合体は、それぞれが前記並び方向と直交する面方向に広がり且つ前記第一プレートから前記第三プレートに向けて順に配置される陽極と高分子交換膜と陰極とを含み、
前記触媒層は、前記膜電極接合体と隣接し又は前記膜電極接合体の陰極に前記触媒が担持されることによって構成され、
前記第三プレートは、前記並び方向における前記触媒層との間に前記第二流体が流通可能な第二流路を形成する、請求項１に記載の電解合成装置。
該電解部と前記合成部との並び方向と直交する面方向に広がる第一プレートと、
前記並び方向と直交する面方向に広がる膜電極接合体を含み且つ前記並び方向に前記第一プレートと重ね合わされる隔壁プレートと、を有し、
前記合成部は、
前記触媒層と、
前記並び方向と直交する面方向に広がり且つ前記並び方向における前記第一プレートと反対側において前記触媒層と重ね合わされる第三プレートと、を有し、
前記第一プレートは、前記並び方向における前記膜電極接合体との間に前記第一流体が流通可能な第一流路を形成し、
前記膜電極接合体は、それぞれが前記並び方向と直交する面方向に広がり且つ前記第一プレートから前記第三プレートに向けて順に配置される陽極と高分子交換膜と陰極とを含み、
前記触媒層は、前記膜電極接合体と隣接し又は前記膜電極接合体の陰極に前記触媒が担持されることによって構成され、
前記第三プレートは、前記並び方向における前記触媒層との間に前記第二流体が流通可能な第二流路を形成する、請求項１に記載の電解合成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電解合成装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、水素キャリアを製造するシステムとして、水素製造装置と、水素キャリア製造装置と、を備えた水素キャリア製造システムが知られている（特許文献１参照）。
【0003】
この水素キャリア製造システムでは、水素製造装置は、例えば、電気分解法等により水素を製造する装置であり、キャリア製造装置は、水素キャリアとしてのアンモニアや有機ハイドライド（メチルシクロヘキサン）などを製造する装置である。この水素キャリア製造装置は、水素キャリアとしての有機ハイドライド（メチルシクロヘキサン：ＭＣＨ）を製造する場合、例えば、炭化水素化合物（例えば、トルエン）に水素を添加して製造する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２２－１５７１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
以上の水素キャリア製造システムでは、水素を製造する装置（水素製造装置）と、製造された水素を用いれ水素キャリアを製造する装置（水素キャリア製造装置）とが、個別の装置であり、これら各装置が配管等によって接続されて製造システムが構成されているため、製造システム全体が大型化する。
【0006】
そこで、本発明は、コンパクトな電解合成装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の電解合成装置は、
第一流体を電気分解して所定の気体を生成する電解部と、
前記所定の気体と第二流体との化学反応を促進する触媒を含む触媒層であって前記所定の気体が通過可能な触媒層を有する合成部と、を備え、
前記電解部と前記合成部とは、該電解部における前記所定の気体が生成される部位と前記触媒層とが隣接し又は同じ領域に位置するように、隣り合う。
第一流体を電気分解して所定の気体を生成する電解部と、
前記所定の気体と第二流体との化学反応を促進する触媒を含む触媒層であって前記所定の気体が通過可能な触媒層を有する合成部と、を備え、
前記電解部と前記合成部とは、該電解部における前記所定の気体が生成される部位と前記触媒層とが隣接し又は同じ領域に位置するように、隣り合う。
【0008】
このように、所定の気体が生成される部位と触媒層とが隣接し又は同じ領域に位置するように電解部と合成部とが隣り合うことで、コンパクトな電解合成装置が得られる。
【0009】
例えば、前記電解合成装置において、
前記電解部は、
それぞれが前記電解部と前記合成部との並び方向と直交する面方向に広がり且つ前記並び方向に重ね合わされる第一プレート及び第二プレートと、
固体高分子交換膜を含むと共に、前記並び方向と直交する面方向に広がり且つ前記第一プレートと前記第二プレートとの間に配置される交換膜プレートと、を有し、
前記合成部は、
前記第二プレートと、
前記並び方向と直交する面方向に広がり且つ前記並び方向における前記第一プレートと反対側において前記第二プレートと重ね合わされる第三プレートと、を有し、
前記第一プレートは、前記並び方向における前記交換膜プレートとの間に前記第一流体が流通可能な第一流路を形成し、
前記第二プレートは、導電性を有し且つ前記触媒を担持する多孔質プレート部を含み、前記電解部の電極板を構成すると共に前記合成部の前記触媒層を構成し、
前記第三プレートは、前記並び方向における前記第二プレートとの間に前記第二流体が流通可能な第二流路を形成してもよい。
前記電解部は、
それぞれが前記電解部と前記合成部との並び方向と直交する面方向に広がり且つ前記並び方向に重ね合わされる第一プレート及び第二プレートと、
固体高分子交換膜を含むと共に、前記並び方向と直交する面方向に広がり且つ前記第一プレートと前記第二プレートとの間に配置される交換膜プレートと、を有し、
前記合成部は、
前記第二プレートと、
前記並び方向と直交する面方向に広がり且つ前記並び方向における前記第一プレートと反対側において前記第二プレートと重ね合わされる第三プレートと、を有し、
前記第一プレートは、前記並び方向における前記交換膜プレートとの間に前記第一流体が流通可能な第一流路を形成し、
前記第二プレートは、導電性を有し且つ前記触媒を担持する多孔質プレート部を含み、前記電解部の電極板を構成すると共に前記合成部の前記触媒層を構成し、
前記第三プレートは、前記並び方向における前記第二プレートとの間に前記第二流体が流通可能な第二流路を形成してもよい。
【0010】
かかる構成によれば、第一流路に第一流体を流通させると共に第二流路に第二流体を流通させることで、所望の物質（即ち、第一流体の電気分解によって生成された所定の気体と第二流体とが化学反応した物質（流体））が得られる。しかも、導電性を有し且つ触媒を担持する多孔質プレート部を第二プレートが含む構成とし、該第二プレートを電解部と合成部とによって共有する構成とすることで、電解合成装置のコンパクト化を図ることができる。
【0011】
また、前記電解合成装置では、
前記並び方向において前記第一プレートに対して前記第二プレートの側と反対側から重ね合わされる第四プレートと、
前記並び方向において前記第三プレートに対して前記第二プレートの側と反対側から重ね合わされる第五プレートと、を備え、
前記第一プレートと前記第三プレートとは、それぞれ金属製であり、
前記第四プレートは、前記並び方向における前記第一プレートとの間に温度調整用の第三流体が流通可能な第一温調流路を形成し、
前記第五プレートは、前記並び方向における前記第三プレートとの間に温度調整用の第四流体が流通可能な第二温調流路を形成してもよい。
前記並び方向において前記第一プレートに対して前記第二プレートの側と反対側から重ね合わされる第四プレートと、
前記並び方向において前記第三プレートに対して前記第二プレートの側と反対側から重ね合わされる第五プレートと、を備え、
前記第一プレートと前記第三プレートとは、それぞれ金属製であり、
前記第四プレートは、前記並び方向における前記第一プレートとの間に温度調整用の第三流体が流通可能な第一温調流路を形成し、
前記第五プレートは、前記並び方向における前記第三プレートとの間に温度調整用の第四流体が流通可能な第二温調流路を形成してもよい。
【0012】
このように、第一プレートと第三プレートとが金属製であることで、第一流体と第三流体とが熱交換可能となり、且つ、第二流体と第四流体とが熱交換可能となる。このため、上記構成によれば、第一温調流路に供給される第三流体と第二温調流路に供給される第四流体との温度制御をそれぞれ行うことで、電解部での第一流体の温度と合成部での第二流体の温度とをそれぞれ調整（制御）することができる。
【0013】
また、前記電解合成装置は、
前記第一温調流路と前記第二温調流路とを直列に接続する接続流路を備えてもよい。
前記第一温調流路と前記第二温調流路とを直列に接続する接続流路を備えてもよい。
【0014】
かかる構成によれば、第三流体と第四流体とを共通の流体（温調用流体）とし、第二温調流路側から接続流路を介して第一温調流路に流れるように該温調用流体を供給することで、合成部において化学反応を促進させる触媒反応で発生した熱（触媒反応熱）を第二流体から徐熱する（冷却する）と共に、この合成部での徐熱によって供給流体が得た熱によって、電解部において第一流体を昇温させて（加熱して）電気分解の効率を向上さることができる。
【0015】
また、前記電解合成装置では、
前記電解部は、一対の電極板を有し、
前記第一プレートは、導電性を有し、
前記第一プレート及び前記第二プレートは、前記一対の電極板を構成してもよい。
前記電解部は、一対の電極板を有し、
前記第一プレートは、導電性を有し、
前記第一プレート及び前記第二プレートは、前記一対の電極板を構成してもよい。
【0016】
このように、第一流体や第二流体が流通する流路を形成するプレートと、第一流体を電気分解するための電極板とを兼用することで、部品点数を減らすことができる。
【0017】
また、前記電解合成装置では、
前記第二流体の流れ方向における前記第二流路の一方の端部と他方の端部とに接続されて該第二流体の循環経路を構成する循環用系統を備えてもよい。
前記第二流体の流れ方向における前記第二流路の一方の端部と他方の端部とに接続されて該第二流体の循環経路を構成する循環用系統を備えてもよい。
【0018】
かかる構成によれば、第二流体を循環させることで、第二流体の全てを電解部によって生成された所定の気体と化学反応させることができる。
【0019】
また、前記電解合成装置では、
前記第一プレート、前記交換膜プレート、前記第二プレート、及び前記第三プレートのそれぞれは、取り外し可能に配置されてもよい。
前記第一プレート、前記交換膜プレート、前記第二プレート、及び前記第三プレートのそれぞれは、取り外し可能に配置されてもよい。
【0020】
かかる構成によれば、各プレートが取り外し可能に配置されているため、損傷したプレートの交換やプレートの洗浄等のメンテナンスが容易になる。
【0021】
また、前記電解合成装置では、
前記第一プレート及び前記第三プレートの少なくとも一方のプレートは、前記第一流路又は前記第二流路を画定する面に、凸部及び凹部の少なくとも一方を有してもよい。
前記第一プレート及び前記第三プレートの少なくとも一方のプレートは、前記第一流路又は前記第二流路を画定する面に、凸部及び凹部の少なくとも一方を有してもよい。
【0022】
かかる構成によれば、第一流路及び第二流路の少なくとも一方を流れる流体に乱流等の乱れが生じるため、第一流体の固体高分子交換膜との接触や第二流体の触媒層との接触が増え、これにより、該電解合成装置の処理効率が向上する。
【0023】
また、前記電解合成装置では、
前記並び方向に重ね合わされる前記第一プレートから前記第三プレートまでの各プレートを含むプレートセットを複数備え、
前記複数のプレートセットは、それぞれ取り外し可能に前記並び方向に一列に配置されてもよい。
前記並び方向に重ね合わされる前記第一プレートから前記第三プレートまでの各プレートを含むプレートセットを複数備え、
前記複数のプレートセットは、それぞれ取り外し可能に前記並び方向に一列に配置されてもよい。
【0024】
かかる構成によれば、処理量に応じてプレートセットの増減を行うことができる。
【0025】
この場合、
各プレートセットは、前記並び方向に隣り合うプレートセット同士のプレートの並び順が逆になるようにそれぞれ配置され、
前記各プレートセットの前記第一プレートと前記第三プレートとは、それぞれ金属製であり、
前記第一プレートを対向させた状態で隣り合うプレートセットは、該第一プレート間に温度調整用の第三流体が流通可能な第一温調流路を形成し、
前記第三プレートを対向させた状態で隣り合うプレートセットは、該第三プレート間に温度調整用の第四流体が流通可能な第二温調流路を形成してもよい。
各プレートセットは、前記並び方向に隣り合うプレートセット同士のプレートの並び順が逆になるようにそれぞれ配置され、
前記各プレートセットの前記第一プレートと前記第三プレートとは、それぞれ金属製であり、
前記第一プレートを対向させた状態で隣り合うプレートセットは、該第一プレート間に温度調整用の第三流体が流通可能な第一温調流路を形成し、
前記第三プレートを対向させた状態で隣り合うプレートセットは、該第三プレート間に温度調整用の第四流体が流通可能な第二温調流路を形成してもよい。
【0026】
かかる構成によれば、第一温調流路に供給される第三流体と第二温調流路に供給される第四流体との温度制御をそれぞれ行うことで、各プレートセットにおける電解部での第一流体の温度と合成部での第二流体の温度とをそれぞれ調整（制御）することができる。しかも、前記並び方向に隣り合うプレートセット同士のプレートの並び順が逆になるように各プレートセットがそれぞれ配置されることで隣り合うプレートセット間に第一温調流路又は第二温調流路が形成されるため、第一流体及び第二流体の温度調整（制御）を可能としつつも装置全体でのプレートの数を抑えることができる。
【0027】
また、例えば、前記電解合成装置では、
前記電解部は、
該電解部と前記合成部との並び方向と直交する面方向に広がる第一プレートと、
前記並び方向と直交する面方向に広がる膜電極接合体を含み且つ前記並び方向に前記第一プレートと重ね合わされる隔壁プレートと、を有し、
前記合成部は、
前記触媒層と、
前記並び方向と直交する面方向に広がり且つ前記並び方向における前記第一プレートと反対側において前記触媒層と重ね合わされる第三プレートと、を有し、
前記第一プレートは、前記並び方向における前記膜電極接合体との間に前記第一流体が流通可能な第一流路を形成し、
前記膜電極接合体は、それぞれが前記並び方向と直交する面方向に広がり且つ前記第一プレートから前記第三プレートに向けて順に配置される陽極と高分子交換膜と陰極とを含み、
前記触媒層は、前記膜電極接合体と隣接し又は前記膜電極接合体の陰極に前記触媒が担持されることによって構成され、
前記第三プレートは、前記並び方向における前記触媒層との間に前記第二流体が流通可能な第二流路を形成してもよい。
前記電解部は、
該電解部と前記合成部との並び方向と直交する面方向に広がる第一プレートと、
前記並び方向と直交する面方向に広がる膜電極接合体を含み且つ前記並び方向に前記第一プレートと重ね合わされる隔壁プレートと、を有し、
前記合成部は、
前記触媒層と、
前記並び方向と直交する面方向に広がり且つ前記並び方向における前記第一プレートと反対側において前記触媒層と重ね合わされる第三プレートと、を有し、
前記第一プレートは、前記並び方向における前記膜電極接合体との間に前記第一流体が流通可能な第一流路を形成し、
前記膜電極接合体は、それぞれが前記並び方向と直交する面方向に広がり且つ前記第一プレートから前記第三プレートに向けて順に配置される陽極と高分子交換膜と陰極とを含み、
前記触媒層は、前記膜電極接合体と隣接し又は前記膜電極接合体の陰極に前記触媒が担持されることによって構成され、
前記第三プレートは、前記並び方向における前記触媒層との間に前記第二流体が流通可能な第二流路を形成してもよい。
【0028】
かかる構成によっても、第一流路に第一流体を流通させると共に第二流路に第二流体を流通させることで、所望の流体（即ち、第一流体の電気分解によって生成された所定の気体と第二流体とが化学反応した流体）が得られる。しかも、膜電極接合体と触媒層とを隣接させ、又は、膜電極接合体の陰極によって触媒層が構成される構成とすることで、電解合成装置のコンパクト化を図ることができる。
【発明の効果】
【0029】
以上より、本発明によれば、コンパクトな電解合成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【発明を実施するための形態】
【0031】
（１）本発明の一実施形態に係る電解合成装置は、
第一流体を電気分解して所定の気体を生成する電解部と、
前記所定の気体と第二流体との化学反応を促進する触媒を含む触媒層であって前記所定の気体が通過可能な触媒層を有する合成部と、を備え、
前記電解部と前記合成部とは、該電解部における前記所定の気体が生成される部位と前記触媒層とが隣接し又は同じ領域に位置するように、隣り合う。
第一流体を電気分解して所定の気体を生成する電解部と、
前記所定の気体と第二流体との化学反応を促進する触媒を含む触媒層であって前記所定の気体が通過可能な触媒層を有する合成部と、を備え、
前記電解部と前記合成部とは、該電解部における前記所定の気体が生成される部位と前記触媒層とが隣接し又は同じ領域に位置するように、隣り合う。
【0032】
本発明の一実施形態にかかる電解合成装置では、所定の気体が生成される部位と触媒層とが隣接し又は同じ領域に位置するように電解部と合成部とが隣り合うことで、コンパクトな電解合成装置が得られる。
【0033】
（２）上記（１）に記載の電解合成装置において、
前記電解部は、
それぞれが前記電解部と前記合成部との並び方向と直交する面方向に広がり且つ前記並び方向に重ね合わされる第一プレート及び第二プレートと、
固体高分子交換膜を含むと共に、前記並び方向と直交する面方向に広がり且つ前記第一プレートと前記第二プレートとの間に配置される交換膜プレートと、を有し、
前記合成部は、
前記第二プレートと、
前記並び方向と直交する面方向に広がり且つ前記並び方向における前記第一プレートと反対側において前記第二プレートと重ね合わされる第三プレートと、を有し、
前記第一プレートは、前記並び方向における前記交換膜プレートとの間に前記第一流体が流通可能な第一流路を形成し、
前記第二プレートは、導電性を有し且つ前記触媒を担持する多孔質プレート部を含み、前記電解部の電極板を構成すると共に前記合成部の前記触媒層を構成し、
前記第三プレートは、前記並び方向における前記第二プレートとの間に前記第二流体が流通可能な第二流路を形成してもよい。
前記電解部は、
それぞれが前記電解部と前記合成部との並び方向と直交する面方向に広がり且つ前記並び方向に重ね合わされる第一プレート及び第二プレートと、
固体高分子交換膜を含むと共に、前記並び方向と直交する面方向に広がり且つ前記第一プレートと前記第二プレートとの間に配置される交換膜プレートと、を有し、
前記合成部は、
前記第二プレートと、
前記並び方向と直交する面方向に広がり且つ前記並び方向における前記第一プレートと反対側において前記第二プレートと重ね合わされる第三プレートと、を有し、
前記第一プレートは、前記並び方向における前記交換膜プレートとの間に前記第一流体が流通可能な第一流路を形成し、
前記第二プレートは、導電性を有し且つ前記触媒を担持する多孔質プレート部を含み、前記電解部の電極板を構成すると共に前記合成部の前記触媒層を構成し、
前記第三プレートは、前記並び方向における前記第二プレートとの間に前記第二流体が流通可能な第二流路を形成してもよい。
【0034】
上記（２）に記載の電解合成装置では、第一流路に第一流体を流通させると共に第二流路に第二流体を流通させることで、所望の物質（即ち、第一流体の電気分解によって生成された所定の気体と第二流体とが化学反応した物質（流体））が得られる。しかも、この電解合成装置では、導電性を有し且つ触媒を担持する多孔質プレート部を第二プレートが含む構成とし、該第二プレートを電解部と合成部とによって共有する構成とすることで、電解合成装置のコンパクト化を図ることができる。
【0035】
（３）上記（１）又は（２）に記載の電解合成装置において、
前記並び方向において前記第一プレートに対して前記第二プレートの側と反対側から重ね合わされる第四プレートと、
前記並び方向において前記第三プレートに対して前記第二プレートの側と反対側から重ね合わされる第五プレートと、を備え、
前記第一プレートと前記第三プレートとは、それぞれ金属製であり、
前記第四プレートは、前記並び方向における前記第一プレートとの間に温度調整用の第三流体が流通可能な第一温調流路を形成し、
前記第五プレートは、前記並び方向における前記第三プレートとの間に温度調整用の第四流体が流通可能な第二温調流路を形成してもよい。
前記並び方向において前記第一プレートに対して前記第二プレートの側と反対側から重ね合わされる第四プレートと、
前記並び方向において前記第三プレートに対して前記第二プレートの側と反対側から重ね合わされる第五プレートと、を備え、
前記第一プレートと前記第三プレートとは、それぞれ金属製であり、
前記第四プレートは、前記並び方向における前記第一プレートとの間に温度調整用の第三流体が流通可能な第一温調流路を形成し、
前記第五プレートは、前記並び方向における前記第三プレートとの間に温度調整用の第四流体が流通可能な第二温調流路を形成してもよい。
【0036】
上記（３）に記載の電解合成装置では、第一プレートと第三プレートとが金属製であることで、第一流体と第三流体とが熱交換可能となり、且つ、第二流体と第四流体とが熱交換可能となる。このため、この電解合成装置によれば、第一温調流路に供給される第三流体と第二温調流路に供給される第四流体との温度制御をそれぞれ行うことで、電解部での第一流体の温度と合成部での第二流体の温度とをそれぞれ調整（制御）することができる。
【0037】
（４）上記（３）に記載の電解合成装置は、
前記第一温調流路と前記第二温調流路とを直列に接続する接続流路を備えてもよい。
前記第一温調流路と前記第二温調流路とを直列に接続する接続流路を備えてもよい。
【0038】
上記（４）に記載の電解合成装置では、第三流体と第四流体とを共通の流体（温調流体）とし、第二温調流路側から接続流路を介して第一温調流路に流れるように該温調流体を供給することで、合成部において化学反応を促進させる触媒反応で発生した熱（触媒反応熱）を第二流体から徐熱する（冷却する）と共に、この合成部での徐熱によって温調流体が得た熱によって、電解部において第一流体を昇温させて（加熱して）電気分解の効率を向上さることができる。
【0039】
（５）上記（２）～（４）の何れかに記載の電解合成装置では、
前記電解部は、一対の電極板を有し、
前記第一プレートは、導電性を有し、
前記第一プレート及び前記第二プレートは、前記一対の電極板を構成してもよい。
前記電解部は、一対の電極板を有し、
前記第一プレートは、導電性を有し、
前記第一プレート及び前記第二プレートは、前記一対の電極板を構成してもよい。
【0040】
上記（５）に記載の電解合成装置では、第一流体や第二流体が流通する流路を形成するプレートと、第一流体を電気分解するための電極板とを兼用することで、部品点数を減らすことができる。
【0041】
（６）上記（２）～（５）の何れかに記載の電解合成装置では、
前記第二流体の流れ方向における前記第二流路の一方の端部と他方の端部とに接続されて該第二流体の循環経路を構成する循環用系統を備えてもよい
前記第二流体の流れ方向における前記第二流路の一方の端部と他方の端部とに接続されて該第二流体の循環経路を構成する循環用系統を備えてもよい
【0042】
上記（６）に記載の電解合成装置では、第二流体を循環させることで、第二流体の全てを電解部によって生成された所定の気体と化学反応させることができる。
【0043】
（７）上記（２）～（６）の何れかに記載の電解合成装置では、
前記第一プレート、前記交換膜プレート、前記第二プレート、及び前記第三プレートのそれぞれは、取り外し可能に配置されてもよい。
前記第一プレート、前記交換膜プレート、前記第二プレート、及び前記第三プレートのそれぞれは、取り外し可能に配置されてもよい。
【0044】
上記（７）に記載の電解合成装置では、各プレートが取り外し可能に配置されているため、損傷したプレートの交換やプレートの洗浄等のメンテナンスが容易になる。
【0045】
（８）上記（２）～（７）の何れかに記載の電解合成装置では、
前記第一プレート及び前記第三プレートの少なくとも一方のプレートは、前記第一流路又は前記第二流路を画定する面に、凸部及び凹部の少なくとも一方を有してもよい。
前記第一プレート及び前記第三プレートの少なくとも一方のプレートは、前記第一流路又は前記第二流路を画定する面に、凸部及び凹部の少なくとも一方を有してもよい。
【0046】
上記（８）に記載の電解合成装置では、第一流路及び第二流路の少なくとも一方を流れる流体に乱流等の乱れが生じるため、第一流体の固体高分子交換膜との接触や第二流体の触媒層との接触が増え、これにより、該電解合成装置の処理効率が向上する。
【0047】
（９）上記（２）～（８）の何れかに記載の電解合成装置では、
前記並び方向に重ね合わされる前記第一プレートから前記第三プレートまでの各プレートを含むプレートセットを複数備え、
前記複数のプレートセットは、それぞれ取り外し可能に前記並び方向に一列に配置されてもよい。
前記並び方向に重ね合わされる前記第一プレートから前記第三プレートまでの各プレートを含むプレートセットを複数備え、
前記複数のプレートセットは、それぞれ取り外し可能に前記並び方向に一列に配置されてもよい。
【0048】
上記（９）に記載の電解合成装置では、処理量に応じてプレートセットの増減を行うことができる。
【0049】
（１０）上記（９）に記載の電解合成装置では、
各プレートセットは、前記並び方向に隣り合うプレートセット同士のプレートの並び順が逆になるようにそれぞれ配置され、
前記各プレートセットの前記第一プレートと前記第三プレートとは、それぞれ金属製であり、
前記第一プレートを対向させた状態で隣り合うプレートセットは、該第一プレート間に温度調整用の第三流体が流通可能な第一温調流路を形成し、
前記第三プレートを対向させた状態で隣り合うプレートセットは、該第三プレート間に温度調整用の第四流体が流通可能な第二温調流路を形成してもよい。
各プレートセットは、前記並び方向に隣り合うプレートセット同士のプレートの並び順が逆になるようにそれぞれ配置され、
前記各プレートセットの前記第一プレートと前記第三プレートとは、それぞれ金属製であり、
前記第一プレートを対向させた状態で隣り合うプレートセットは、該第一プレート間に温度調整用の第三流体が流通可能な第一温調流路を形成し、
前記第三プレートを対向させた状態で隣り合うプレートセットは、該第三プレート間に温度調整用の第四流体が流通可能な第二温調流路を形成してもよい。
【0050】
上記（１０）に記載の電解合成装置では、第一温調流路に供給される第三流体と第二温調流路に供給される第四流体との温度制御をそれぞれ行うことで、各プレートセットにおける電解部での第一流体の温度と合成部での第二流体の温度とをそれぞれ調整（制御）することができる。しかも、前記並び方向に隣り合うプレートセット同士のプレートの並び順が逆になるように各プレートセットがそれぞれ配置されることで隣り合うプレートセット間に第一温調流路又は第二温調流路が形成されるため、第一流体及び第二流体の温度調整（制御）を可能としつつも装置全体でのプレートの数を抑えることができる。
【0051】
（１１）上記（１）に記載の電解合成装置では、
前記電解部は、
該電解部と前記合成部との並び方向と直交する面方向に広がる第一プレートと、
前記並び方向と直交する面方向に広がる膜電極接合体を含み且つ前記並び方向に前記第一プレートと重ね合わされる隔壁プレートと、を有し、
前記合成部は、
前記触媒層と、
前記並び方向と直交する面方向に広がり且つ前記並び方向における前記第一プレートと反対側において前記触媒層と重ね合わされる第三プレートと、を有し、
前記第一プレートは、前記並び方向における前記膜電極接合体との間に前記第一流体が流通可能な第一流路を形成し、
前記膜電極接合体は、それぞれが前記並び方向と直交する面方向に広がり且つ前記第一プレートから前記第三プレートに向けて順に配置される陽極と高分子交換膜と陰極とを含み、
前記触媒層は、前記膜電極接合体と隣接し又は前記膜電極接合体の陰極に前記触媒が担持されることによって構成され、
前記第三プレートは、前記並び方向における前記触媒層との間に前記第二流体が流通可能な第二流路を形成してもよい。
前記電解部は、
該電解部と前記合成部との並び方向と直交する面方向に広がる第一プレートと、
前記並び方向と直交する面方向に広がる膜電極接合体を含み且つ前記並び方向に前記第一プレートと重ね合わされる隔壁プレートと、を有し、
前記合成部は、
前記触媒層と、
前記並び方向と直交する面方向に広がり且つ前記並び方向における前記第一プレートと反対側において前記触媒層と重ね合わされる第三プレートと、を有し、
前記第一プレートは、前記並び方向における前記膜電極接合体との間に前記第一流体が流通可能な第一流路を形成し、
前記膜電極接合体は、それぞれが前記並び方向と直交する面方向に広がり且つ前記第一プレートから前記第三プレートに向けて順に配置される陽極と高分子交換膜と陰極とを含み、
前記触媒層は、前記膜電極接合体と隣接し又は前記膜電極接合体の陰極に前記触媒が担持されることによって構成され、
前記第三プレートは、前記並び方向における前記触媒層との間に前記第二流体が流通可能な第二流路を形成してもよい。
【0052】
上記（１１）に記載の電解合成装置によっても、第一流路に第一流体を流通させると共に第二流路に第二流体を流通させることで、所望の物質（即ち、第一流体の電気分解によって生成された所定の気体と第二流体とが化学反応した物質（流体））が得られる。しかも、膜電極接合体と触媒層とを隣接させ、又は、膜電極接合体の陰極によって触媒層が構成される構成とすることで、電解合成装置のコンパクト化を図ることができる。
【0053】
【0054】
本実施形態の電解合成装置は、水（第一流体）とトルエン（第二流体）から水素キャリアの一つであるメチルシクロヘキサン（ＭＣＨ）を製造する。詳しくは、電解合成装置は、水を電気分解して水素（所定の気体）を生成し、触媒を利用して水素とトルエンとを化学反応させてＭＣＨを合成（製造）する。
【0055】
この電解合成装置１は、図１～図３に示すように、水が電気分解されて水素が生成される電解部Ａと、水素とトルエンとの化学反応によってＭＣＨが合成される合成部Ｂと、を備える。この合成部Ｂは、水素とトルエンとの化学反応を促進する触媒を含み且つ水素が通過可能な触媒層ＣＬを有する。
【0056】
この電解合成装置１において、電解部Ａにおける水素が生成される部位と合成部Ｂの触媒層ＣＬとが隣接し又は同じ領域に位置するように、電解部Ａと合成部Ｂとが隣り合っている。
【0057】
本実施形態の電解合成装置１では、電解部Ａと合成部Ｂとは、複数のプレート２０が重ね合わされることによって構成されており、複数のプレート２０に含まれる一つのプレート２４を共用している。これら複数のプレート２０のそれぞれは、上下方向に長尺な矩形状であり、係合部２０Ｅを上端部と下端部とに有する（図２参照）。本実施形態の係合部２０Ｅは、プレート２０の内側に向けて凹む切欠きであり、後述する保持部３と係合する部位である。
【0058】
以下では、電解部Ａと合成部Ｂとの並び方向を直交座標系におけるＸ軸方向とし、プレート２０の幅方向を直交座標系におけるＹ軸方向とし、上下方向を直交座標系におけるＺ軸方向とする。
【0059】
具体的に、電解合成装置１は、Ｘ軸方向に重ね合わされた複数のプレート２０を有するプレート群２と、プレート群２を保持する保持部３と、を備える。
【0060】
プレート群２は、それぞれがＸ軸方向と直交する面方向に広がり且つＸ軸方向に重ね合わされる複数のプレート２０と、各プレート２０間に挟み込まれる複数のガスケット５と、を有する。これら複数のプレート２０は、それぞれ取り外し可能に重ね合わされている。また、ガスケット５もそれぞれ取り外し可能に各プレート２０間に挟み込まれている。
【0061】
複数のプレート２０のそれぞれは、Ｘ軸方向から見て同じ輪郭のプレートである。具体的に、複数のプレート２０のそれぞれは、Ｚ軸方向に長尺な矩形状のプレートであり、上端部と下端部とのそれぞれに複数（電解合成装置１に供給される流体の数（種類）に対応する数であり、本実施形態の例では、四つ）の貫通孔２０ａ～２０ｄを有する。これら複数の貫通孔２０ａ～２０ｄは、Ｙ軸方向に間隔をあけて並んでいる。
【0062】
本実施形態の複数のプレート２０は、第一のプレート（第四プレート）２１と、第二のプレート（第一プレート）２２と、第三のプレート（交換膜プレート）２３と、第四のプレート（第二プレート）２４と、第五のプレート（第三プレート）２５と、第六のプレート（第五プレート）２６と、を含む。
【0063】
これら複数のプレート２０のうちの第一のプレート２１と第二のプレート２２と第五のプレート２５と第六のプレート２６とは、例えば、チタン等の金属製のプレート（金属プレート）である。これら各金属プレート２１、２２、２５、２６は、導電性を有し、且つ、少なくとも一つの凸部２０１及び少なくとも一つの凹部２０２を有する。本実施形態の金属プレート２１、２２、２５、２６のうち第二のプレート２２は、電解部Ａにおける電極板（陽極）を構成する。また、金属プレート２１、２２、２５、２６は、それぞれ複数の凸部２０１と複数の凹部２０２とを有する。
【0064】
これら複数の凸部２０１及び複数の凹部２０２のそれぞれは、プレス加工によって形成されており、金属プレート２１、２２、２５、２６の一方の面に形成されている凸部２０１の裏面側（他方の面）に凹部２０２が形成され、一方の面に形成されている凹部２０２の裏面側（他方の面）に凸部２０１が形成されている。
【0065】
本実施形態の凸部２０１及び凹部２０２は、いわゆるヘリンボーン状に配置されており、隣り合う金属プレート２１、２２、２５、２６の対向する凸部２０１同士がＸ軸方向から見て交差した状態で互いに当接している。
【0066】
第三のプレート２３は、固体高分子交換膜２３１を含むと共に、第二のプレート２２と第四のプレート２４との間に配置されている。本実施形態の第三のプレート２３は、固体高分子交換膜２３１と、固体高分子交換膜２３１を囲む枠部２３２と、を有する。
【0067】
固体高分子交換膜２３１は、電解部Ａで水が電気分解されたときに生じる水素イオン（Ｈ+）を透過させる一方、水と該水の電気分解で生じた酸素とを透過させない。本実施形態の固体高分子交換膜２３１は、ＰＦＳＡとポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のコポリマー等によって構成される膜である。この固体高分子交換膜２３１は、第三のプレート２３の中央部に配置される矩形状の膜であり、第二のプレート２２と第三のプレート２３との間に形成される第一流路Ｃｈ１と対応する大きさである。
【0068】
枠部２３２は、固体高分子交換膜２３１を囲む枠状の部位であり、金属プレート２１、２２、２５、２６と同様にチタン等によって構成されている。本実施形態の枠部２３２は、Ｚ軸方向の一方側の端部と他方側の端部とのそれぞれに貫通孔２０ａ～２０ｄを有する。
【0069】
第四のプレート２４は、導電性を有し且つ触媒を担持する多孔質プレート部２４１を含む。本実施形態の第四のプレート２４は、多孔質プレート部２４１と、多孔質プレート部２４１を囲む枠部２４２と、を有する。
【0070】
この第四のプレート２４は、導電性を有することで電解部Ａにおける電極板（陰極）を構成する。また、第四のプレート２４の多孔質プレート部２４１は、触媒を担持することで合成部Ｂの触媒層ＣＬを構成する。即ち、本実施形態の電解合成装置１では、電解部Ａにおける水素が生成される部位と合成部Ｂの触媒層ＣＬとが同じ領域に位置している。
【0071】
本実施形態の多孔質プレート部２４１は、水素を透過させるが、水及びトルエンを透過させない。この多孔質プレート部２４１は、第四のプレート２４の中央部に配置される矩形のプレート状であり、第四のプレート２４と第五のプレート２５との間に形成される第二流路Ｃｈ２と対応する大きさである。また、多孔質プレート部２４１が担持する触媒は、電解部Ａで生成された気体（本実施形態の例では、水素）と、合成部Ｂに供給される流体（本実施形態の例では、トルエン）と、の化学反応を促進する物質である。本実施形態の触媒は、例えば、Ｎｉ/ＳｉＯ２やＰｔ/Ａｌ２Ｏ３等である。
【0072】
複数のガスケット５のそれぞれは、Ｘ軸方向に隣り合うプレート２０間に挟み込まれることで該プレート２０間に所定の流路（流路空間）を形成する。各ガスケット５は、Ｘ軸方向から見たときに、前記流路を囲むように閉じた形状の部位を少なくとも一つ有する。
【0073】
本実施形態の複数のガスケット５は、第一のガスケット５１と、第二のガスケット５２と、第三のガスケット５３と、第四のガスケット５４と、第五のガスケット５５と、を含む。
【0074】
第一のガスケット５１は、第一のプレート２１と第二のプレート２２との間に挟み込まれることで第一のプレート２１と第二のプレート２２との間に温度調整用の第一温調流体（第三流体）が流通可能な第一温調流路Ｃｈ３を形成する。この第一温調流体は、電解部Ａで電気分解される水の温度を調整（制御）するための流体であり、本実施形態の第一温調流体は、所定温度の水である。
【0075】
第二のガスケット５２は、第二のプレート２２と第三のプレート２３との間に挟み込まれることで第二のプレート２２と第三のプレート２３との間に水（電解部Ａで電気分解の対象となる流体）が流通可能な第一流路Ｃｈ１を形成する。
【0076】
第三のガスケット５３は、第三のプレート２３と第四のプレート２４との間に挟み込まれることで第三のプレート２３と第四のプレート２４とに沿った面方向へのプレート２３、２４間からの水素の漏れを防ぐ。この水素は、電解部Ａで第一流路Ｃｈ１を流通する水が電気分解されることによって生成される気体である。
【0077】
第四のガスケット５４は、第四のプレート２４と第五のプレート２５との間に挟み込まれることで第四のプレート２４と第五のプレート２５との間にトルエンが流通可能な第二流路Ｃｈ２を形成する。
【0078】
第五のガスケット５５は、第五のプレート２５と第六のプレート２６との間に挟み込まれることで第五のプレート２５と第六のプレート２６との間に温度調整用の第二温調流体（第四流体）が流通可能な第二温調流路Ｃｈ４を形成する。この第二温調流体は、合成部Ｂで水素と化学反応するトルエンの温度を調整（制御）するための流体であり、本実施形態の第二温調流体は、所定温度の水である。この第二温調流体の温度は、第一温調流体の温度より低い。具体的に、第二温調流体は、合成部Ｂで水素と化学反応するトルエンの温度が９０℃～１１０℃程度となるような温度（第二温度）であり、第一温調流体は、電解部Ａで電気分解される水の温度が７０℃～９０℃程度となるような温度（第一温度）である。尚、第一流路Ｃｈ１に供給される水は、常温（室温）であり、第一温度は、第一流路Ｃｈ１を流通する水の温度より高い。
【0079】
また、プレート群２において各プレート２０間にガスケット５が挟み込まれることで、プレート２０の各貫通孔２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄと対応する位置においてプレート群２の内部をＸ軸方向に延びる流路（流路空間）が形成される。
【0080】
具体的に、プレート群２において、各プレート２０の他方の貫通孔２０ｂと対応する位置に第一流入路Ｃｈ１ａが形成され、一方の貫通孔２０ｂと対応する位置に第一流出路Ｃｈ１ｂが形成されている。これら第一流入路Ｃｈ１ａと第一流出路Ｃｈ１ｂとは、第一流路Ｃｈ１と連通する。
【0081】
また、プレート群２において、各プレート２０の一方の貫通孔２０ｃと対応する位置に第二流入路Ｃｈ２ａが形成され、他方の貫通孔２０ｃと対応する位置に第二流出路Ｃｈ２ｂが形成されている。これら第二流入路Ｃｈ２ａと第二流出路Ｃｈ２ｂとは、第二流路Ｃｈ２と連通する。
【0082】
また、プレート群２において、各プレート２０の一方の貫通孔２０ａと対応する位置に第一温調流入路Ｃｈ３ａが形成され、他方の貫通孔２０ａと対応する位置に第一温調流出路Ｃｈ３ｂが形成されている。これら第一温調流入路Ｃｈ３ａと第一温調流出路Ｃｈ３ｂとは、第一温調流路Ｃｈ３と連通する。
【0083】
また、プレート群２において、各プレート２０の一方の貫通孔２０ｄと対応する位置に第二温調流入路Ｃｈ４ａが形成され、他方の貫通孔２０ｄと対応する位置に第二温調流出路Ｃｈ４ｂが形成されている。これら第二温調流入路Ｃｈ４ａと第二温調流出路Ｃｈ４ｂとは、第二温調流路Ｃｈ４と連通する。
【0084】
以上のように構成されるプレート群２（電解合成装置１）において、電解部Ａは、Ｘ軸方向における第一のプレート２１から第四のプレート２４までの範囲にある部材によって構成されている。また、合成部Ｂは、Ｘ軸方向における第四のプレート２４から第六のプレート２６までの範囲にある部材によって構成されている。即ち、本実施形態の電解合成装置１では、電解部Ａと合成部Ｂとが第四のプレート２４を共用している（図３参照）。
【0085】
この電解部Ａは、水を電気分解するための一対の電極板を有し、該電解部Ａにおいて、第二のプレート２２と第四のプレート２４とがそれぞれ所定の電圧を印加されることで、水を電気分解するための一対の電極板として機能する。即ち、第二のプレート２２と第四のプレート２４とは、電解部Ａにおける一対の電極板を構成する。
【0086】
保持部３は、取り外し可能にプレート群２を保持している。この保持部３は、Ｘ軸方向においてプレート群２の両側に配置される一対の挟持部３１、３２と、一対の挟持部３１、３２のＸ軸方向の間隔を変更可能に該一対の挟持部３１、３２を支持する支持部３３と、一対の挟持部３１、３２のＸ軸方向の間隔を変更する複数の間隔調整部３５と、を備える。
【0087】
一対の挟持部３１、３２のそれぞれは、Ｘ軸方向と直交する方向に広がる厚板状の部材である。本実施形態の各挟持部３１、３２は、Ｘ軸方向から見て各プレート２０と対応した大きさの矩形状である。
【0088】
具体的に、一対の挟持部３１、３２のうちの一方の挟持部３１は、Ｚ軸方向に長尺な矩形の厚板状であり、各プレート２０の貫通孔２０ａ～２０ｄと対応する位置（換言すると、第一流入路Ｃｈ１ａ、第一流出路Ｃｈ１ｂ、第二流入路Ｃｈ２ａ、第二流出路Ｃｈ２ｂ、第一温調流入路Ｃｈ３ａ、第一温調流出路Ｃｈ３ｂ、第二温調流入路Ｃｈ４ａ、第二温調流出路Ｃｈ４ｂと対応する位置）に、Ｘ軸方向に貫通する複数（各プレート２０の貫通孔２０ａ～２０ｄの数と対応する数：本実施形態の例では、八つ）の貫通孔３１ａ～３１ｄを有する。
【0089】
また、一方の挟持部３１は、Ｙ軸方向の両端に、Ｚ軸方向に間隔をあけて並ぶ複数の係合部３１５を有する。これら複数の係合部３１５のそれぞれは、間隔調整部３５と係合する。本実施形態の各係合部３１５は、一方の挟持部３１のＹ軸方向の端縁においてＹ軸方向の内側に凹む切欠きである。
【0090】
また、一対の挟持部３１、３２のうちの他方の挟持部３２は、一方の挟持部３１と同様に、Ｚ軸方向に長尺な矩形の厚板状である。この他方の挟持部３２は、一方の挟持部３１に対してＸ軸方向に相対移動可能に支持部３３と係合する被ガイド部３２１を有する。また、他方の挟持部３２は、Ｙ軸方向の両端に、Ｚ軸方向に間隔をあけて並ぶ複数の係合部３２５を有する。
【0091】
被ガイド部３２１は、他方の挟持部３２のＺ軸方向の両端に配置されている。本実施形態の被ガイド部３２１は、Ｚ軸方向の端縁においてＺ軸方向の内側に凹む切欠きであり、この切欠き内に支持部３３の一部が嵌まり込むことによって該支持部３３と係合する。
【0092】
複数の係合部３２５のそれぞれは、間隔調整部３５と係合する。本実施形態の各係合部３２５は、他方の挟持部３２のＹ軸方向の端縁においてＹ軸方向の内側に凹む切欠きである。これら複数の係合部３２５のそれぞれは、一方の挟持部３１の各係合部３１５とＸ軸方向から見て重なる位置に配置されている。
【0093】
支持部３３は、それぞれがＸ軸方向に延びる一対のガイドバー３３１を有する。また、支持部３３は、一対のガイドバー３３１の間隔を維持するサポート部材３３２も有する。
【0094】
一対のガイドバー３３１は、一方の挟持部３１のＺ軸方向の両端部から互いに平行に延びている。これら一対のガイドバー３３１は、他方の挟持部３２の被ガイド部（切欠き）に嵌まり込むことで該他方の挟持部３２を一方の挟持部３１に対して平行な状態（姿勢）でＸ軸方向に接離可能（相対移動）にガイドする。また、一対のガイドバー３３１のそれぞれは、各プレート２０のＺ軸方向の両端の係合部２０Ｅとそれぞれ係合することで、各プレート２０を配置位置にガイドする。本実施形態の係合部２０Ｅは、上述のように切欠きであり、一対のガイドバー３３１のそれぞれが各プレート２０のＺ軸方向の両端部に形成された切欠き（係合部）２０Ｅに嵌まり込むことで、各プレート２０を配置位置にガイドする。
【0095】
サポート部材３３２は、Ｚ軸方向に延び、一対のガイドバー３３１の端部（一方の挟持部３２に接続されている側と反対側の端部）同士を接続することにより、該端部同士のＺ軸方向の間隔を維持する。
【0096】
複数の間隔調整部３５のそれぞれは、一対の挟持部３１、３２の間隔が小さくなる方向に一方の挟持部３１と他方の挟持部３２とに対して力を加える。本実施形態の間隔調整部３５は、Ｘ軸方向に延びるボルト３５１と、該ボルト３５１と螺合するナット３５２と、を有する。
【0097】
各間隔調整部３５は、一対の挟持部３１、３２の対応する（Ｘ軸方向から見て重なる）係合部３１５、３２５に嵌まり込んだ状態でＸ軸方向の間隔が小さくなる方向に一対の挟持部３１、３２を締め付ける。この複数の間隔調整部３５による一対の挟持部３１、３２の締め付け（挟み込み）によって、各プレート２０間に配置されたガスケット５が十分な力で挟み込まれ、これにより、各プレート２０間に形成された各流路Ｃｈ１～Ｃｈ４、Ｃｈ１ａ～Ｃｈ４ａ、Ｃｈ１ｂ～Ｃｈ４ｂがガスケット５の位置において液密及び気密な状態となる。
【0098】
以上のように構成される電解合成装置１には、使用時においては、図４にも示すように、電解部Ａに水を供給する第一系統６と、電解部Ａに電圧を印加する電源Ｐｓと、合成部Ｂにトルエンを供給する第二系統７と、が接続される。また、本実施形態の電解合成装置１には、電解部Ａに第一温調流体を供給する第三系統８と、合成部Ｂに第二温調流体を供給する第四系統９と、が接続される。
【0099】
具体的に、第一系統６は、電気分解の対象となる電解側流体（本実施形態の例では、水）を貯留する第一タンクＴ１と、第一ポンプＰ１を含み、第一タンクＴ１から電解合成装置１（詳しくは、電解部Ａ）まで電解側流体を案内する第一流入配管系統６１と、を有する。また、第一系統６は、電解合成装置１（詳しくは、電解部Ａ）から流出した電解側流体を貯留する第二タンクＴ２と、電解合成装置１から流出する電解側流体を第二タンクＴ２まで案内する第一流出配管系統６２を有する。尚、本実施形態の電解合成装置１において、該電解合成装置１から流出する電解側流体は、水と、水の電気分解によって生じた酸素と、を含む。
【0100】
第一流入配管系統６１は、第一タンクＴ１と、電解合成装置１における一方の挟持部３１の下端部に配置された貫通孔（第一流入路Ｃｈ１ａと対応する貫通孔）３１ｂと、を接続し、第一タンクＴ１から電解合成装置１（詳しくは、電解部Ａ）に電解側流体を供給する。
【0101】
第一流出配管系統６２は、電解合成装置１における一方の挟持部３１の上端部に配置された貫通孔（第一流出路Ｃｈ１ｂと対応する貫通孔）３１ｂと、第二タンクＴ２と、を接続し、電解合成装置１（詳しくは、電解部Ａ）から流出する電解側流体を第二タンクＴ２まで案内する。
【0102】
この第一系統６においては、第一ポンプＰ１が駆動することにより、第一タンクＴ１の電解側流体が第一流入配管系統６１によって電解部Ａ（詳しくは、第一流入路Ｃｈ１ａを通じて第一流路Ｃｈ１）に供給される。そして、供給された電解側流体が電解部Ａの第一流路Ｃｈ１を流通することで、その一部が電気分解される。そして、電気分解されなかった残りの電解側流体と、電気分解によって生じた気体（本実施形態の例では、酸素）とが、電解部Ａから（詳しくは、第一流出路Ｃｈ１ｂを通じて）第一流出配管系統６２に流出し、該第一流出配管系統６２によって第二タンクＴ２まで案内される。そして、電解側流体と共に第二タンクＴ２内に流入した気体は、例えば、第二タンクＴ２の上部において第二タンクＴ２の外部に放出され、又は集められる。
【0103】
第二系統７は、合成部Ｂに供給される合成側流体を貯留する第三タンクＴ３と、第二ポンプＰ２を含み、第三タンクＴ３から電解合成装置１（詳しくは、合成部Ｂ）まで合成側流体を案内する第二流入配管系統７１と、を有する。また、第二系統７は、電解合成装置１（詳しくは、合成部Ｂ）から流出する合成側流体を第三タンクＴ３まで案内する第二流出配管系統７２を有する。
【0104】
第二流入配管系統７１は、第三タンクＴ３と、電解合成装置１における一方の挟持部３１の上端部に配置された貫通孔（第二流入路Ｃｈ２ａと対応する貫通孔）３１ｃと、を接続し、第三タンクＴ３から電解合成装置１（詳しくは、合成部Ｂ）に合成側流体を供給する。
【0105】
第二流出配管系統７２は、電解合成装置１における一方の挟持部３１の下端部に配置された貫通孔（第二流出路Ｃｈ２ｂと対応する貫通孔）３１ｃと、第三タンクＴ３と、を接続し、電解合成装置１（詳しくは、合成部Ｂ）から流出する合成側流体を第三タンクＴ３まで案内する。
【0106】
このように、第二系統７は、第三タンクＴ３から電解合成装置１に合成側流体を供給し、電解合成装置１の内部（合成部Ｂ）を通過して外部に流出した合成側流体を第三タンクＴ３に戻すことで、合成部Ｂ（詳しくは、第二流入路Ｃｈ２ａ、第二流路Ｃｈ２、及び第二流出路Ｃｈ２ｂ）と共同して、合成側流体の循環経路を構成する。
【0107】
本実施形態の電解合成装置１における合成側流体は、電解合成装置１の作動し始めたときは、トルエンであるが、前記循環経路を循環することによって（即ち、電解合成装置１の作動開始から時間の経過に伴って）ＭＣＨの割合が増加する。
【0108】
第三系統８は、第一温調流体を第一温度（所定の温度）に調整する第一温度調整部Ｔｃ１を含み、電解合成装置１（詳しくは、電解部Ａ）まで第一温調流体を案内する第三流入配管系統８１と、電解合成装置１（詳しくは、電解部Ａ）から流出する第一温調流体を案内する第三流出配管系統８２と、を有する。ここで、第一温度は、電解部Ａでの供給側流体（水）の電気分解が効率的に行われる温度である。
【0109】
第三流入配管系統８１は、第一温度調整部Ｔｃ１と、電解合成装置１における一方の挟持部３１の上端部に配置された貫通孔（第一温調流入路Ｃｈ３ａと対応する貫通孔）３１ａと、を接続し、第一温度調整部Ｔｃ１によって第一温度に調整された第一温調流体を供給する。
【0110】
第三流出配管系統８２は、電解合成装置１における一方の挟持部３１の下端部に配置された貫通孔（第一温調流出路Ｃｈ３ｂと対応する貫通孔）３１ａに接続され、電解合成装置１（詳しくは、合成部Ｂ）から流出する第一温調流体を所定位置（タンク、第一温度調整部Ｔｃ１等）まで案内する。
【0111】
第四系統９は、第二温調流体を第二温度（所定の温度）に調整する第二温度調整部Ｔｃ２を含み、電解合成装置１（詳しくは、合成部Ｂ）まで第二温調流体を案内する第四流入配管系統９１と、電解合成装置１（詳しくは、合成部Ｂ）から流出する第二温調流体を案内する第四流出配管系統９２と、を有する。ここで、第二温度は、合成部Ｂでの化学反応の際に生じる熱を徐熱できる温度であり、第一温度より低い。
【0112】
第四流入配管系統９１は、第二温度調整部Ｔｃ２と、電解合成装置１における一方の挟持部３１の上端部に配置された貫通孔（第二温調流入路Ｃｈ４ａと対応する貫通孔）３１ｄと、を接続し、第二温度調整部Ｔｃ２によって第二温度に調整された第二温調流体を供給する。
【0113】
第四流出配管系統９２は、電解合成装置１における一方の挟持部３１の下端部に配置された貫通孔（第二温調流出路Ｃｈ４ｂと対応する貫通孔）３１ｄに接続され、電解合成装置１（詳しくは、合成部Ｂ）から流出する第二温調流体を所定位置（タンク、第二温度調整部Ｔｃ２等）まで案内する。
【0114】
電源Ｐｓは、電解部Ａの第二のプレート２２と第四のプレート２４とに電圧を印加する。具体的に、電源Ｐｓは、電解部Ａにおいて電解側流体（水）の電気分解が行われるよう、第二のプレート２２が陰極となり且つ第四のプレート２４が陽極となるように各プレート２２、２４に電圧を印加する。
【0115】
次に、電解合成装置１におけるＭＣＨ（水素キャリア）の製造について説明する。
【0116】
電解部Ａに電解側流体Ｗ１と第一温調流体Ｗ３とが供給され、第二のプレート２２と第四のプレート２４とに電圧が印加される。また、合成部Ｂに合成側流体Ｗ２と第二温調流体Ｗ４とが供給される。詳しくは、以下の通りである。
【0117】
電解部Ａ側において、第一系統６が第一流入配管系統６１によって第一タンクＴ１から電解側流体Ｗ１を電解部Ａの第一流路Ｃｈ１に供給すると共に、第三系統８が第三流入配管系統８１によって第一温度の第一温調流体Ｗ３を電解部Ａの第一温調流路Ｃｈ３に供給する。また、電源Ｐｓは、第二のプレート２２及び第四のプレート２４に電気分解のための所定の電圧を印加する。尚、本実施形態において、電解部Ａに供給される電解側流体Ｗ１は、水である。
【0118】
これにより、第一流路Ｃｈ１を流通する電解側流体（水）Ｗ１と第一温調流路Ｃｈ３を流通する第一温調流体Ｗ３とが第二のプレート２２を介して熱交換することで電解側流体（水）Ｗ１が昇温されて電気分解に適した温度となる。この状態で、第二のプレート２２と第四のプレート２４とに所定の電圧が印加されることで、第一流路Ｃｈ１を流通する電解側流体（水）Ｗ１が効率よく電気分解される。
【0119】
この電気分解によって生じた水素イオンは、第三のプレート２３の固体高分子交換膜２３１を透過して第四のプレート２４側に移動し、第四のプレート２４から電子を受け取って水素（水素分子）となる。
【0120】
また、電気分解によって生じた酸素は、電気分解されずに残った電解側流体と共に第一流出路Ｃｈ１ｂを通じて電解合成装置１（電解部Ａ）から流出し、第三流出配管系統８２によって第二タンクＴ２まで案内される。この電解部Ａから排出される電解側流体Ｗ１は、電気分解されずに残った水と、電気分解により生成された酸素と、を含む。
【0121】
一方、合成部Ｂ側において、第二系統７が第二流入配管系統７１によって第三タンクＴ３から合成側流体Ｗ２を合成部Ｂの第二流路Ｃｈ２に供給すると共に、第四系統９が第四流入配管系統９１によって第二温度の第二温調流体Ｗ４を合成部Ｂの第二温調流路Ｃｈ４に供給する。尚、電解合成装置１の作動時においては、第三タンクＴ３に貯留されている合成側流体Ｗ２は、トルエンである。
【0122】
これにより、電解部Ａで生成された水素（固体高分子交換膜２３１を透過して第四のプレート２４側に移動し、第四のプレート２４から電子を受け取ることで生成された水素）が第四のプレート２４の多孔質プレート部２４１を透過して第二流路Ｃｈ２に流入する。これにより、水素と第二流路Ｃｈ２を流通する合成側流体Ｗ２に含まれるトルエンとが化学反応してＭＣＨが生成（合成）される。
【0123】
このとき、多孔質プレート部２４１が担持する触媒によって水素とトルエンとの化学反応が促進される。また、この化学反応によって生じた熱は、第二流路Ｃｈ２を流れる合成側流体Ｗ２と第二温調流路Ｃｈ４を流れる第二温調流体Ｗ４とが第五のプレート２５を介して熱交換することによって第二温調流体Ｗ４に移動する、即ち、合成側流体Ｗ２が徐熱される。
【0124】
そして、徐熱された後の合成側流体Ｗ２は、第二流出路Ｃｈ２ｂを通じて電解合成装置１（合成部Ｂ）から流出し、第二流出配管系統７２によって第三タンクＴ３まで案内される。
【0125】
このとき、第二流路Ｃｈ２を一度流通しただけでは、トルエンの全てが水素と化学反応してＭＣＨとはなっていないため、合成部Ｂから流出する合成側流体Ｗ２には、合成部Ｂで合成されたＭＣＨと、第二流路Ｃｈ２を通過する際に水素と反応しきれなかったトルエンとが含まれている。
【0126】
そして、第三タンクＴ３に戻った合成側流体Ｗ２は、第二系統７によって合成部Ｂに供給される。このように、合成側流体Ｗ２が、第二系統７と合成部Ｂ（詳しくは、第二流入路Ｃｈ２ａ、第二流路Ｃｈ２、第二流出路Ｃｈ２ｂ）とによって構成される循環経路を循環する、即ち、合成部Ｂを何度も通過することで、合成側流体Ｗ２におけるＭＣＨの割合が増加する。そして、この循環によって全てのトルエンが水素と化学反応してＭＣＨとなったときに、電解合成装置１は、停止する。
【0127】
以上の電解合成装置１は、水（第一流体）を電気分解して水素（所定の気体）を生成する電解部Ａと、水素（所定の気体）とトルエン（第二流体）との化学反応を促進する触媒を含む触媒層ＣＬであって水素が通過可能な触媒層ＣＬを有する合成部Ｂと、を備える。そして、電解部Ａと合成部Ｂとは、該電解部Ａにおける水素が生成される部位と触媒層ＣＬとが同じ領域に位置するように、隣り合っている。このように、本実施形態にかかる電解合成装置１では、水素が生成される部位と触媒層ＣＬとが同じ領域に位置するように電解部Ａと合成部Ｂとが隣り合うように一体化することで、コンパクトな電解合成装置が得られる。
【0128】
また、本実施形態の電解合成装置１では、電解部Ａは、それぞれがＸ軸方向（電解部Ａと合成部Ｂとの並び方向）と直交する面方向に広がり且つＸ軸方向に重ね合わされる第二のプレート（第一プレート）２２及び第四のプレート（第二プレート）２４と、固体高分子交換膜２３１を含むと共に、Ｘ軸方向と直交する面方向に広がり且つ第二のプレート２２と第四のプレート２４との間に配置される第三のプレート（交換膜プレート）２３と、を有する。また、合成部Ｂは、第四のプレート２４と、Ｘ軸方向と直交する面方向に広がり且つＸ軸方向における第二のプレート２２と反対側において第四のプレート２４と重ね合わされる第五のプレート（第三プレート）２５と、を有する。そして、第二のプレート２２は、Ｘ軸方向における第三のプレート２３との間に水が流通可能な第一流路Ｃｈ１を形成し、第四のプレート２４は、導電性を有し且つ触媒を担持する多孔質プレート部２４１を含み、電解部Ａの電極板を構成すると共に合成部Ｂの触媒層ＣＬを構成し、第五のプレート２５は、Ｘ軸方向における第四のプレート２４との間にトルエンが流通可能な第二流路Ｃｈ２を形成している。
【0129】
かかる構成によれば、第一流路Ｃｈ１に水を流通させると共に第二流路Ｃｈ２にトルエンを流通させることで、所望の物質（即ち、水の電気分解によって生成された水素とトルエンとが化学反応した物質（流体））であるＭＣＨが得られる。しかも、この電解合成装置１では、導電性を有し且つ触媒を担持する多孔質プレート部２４１を第四のプレート２４が含む構成とし、該第四のプレート２４を電解部Ａと合成部Ｂとによって共有する構成とすることで、電解合成装置１のコンパクト化を図ることができる。
【0130】
また、本実施形態の電解合成装置１は、Ｘ軸方向において第二のプレート２２に対して第四のプレート２４の側と反対側から重ね合わされる第一のプレート（第四プレート）２１と、Ｘ軸方向において第五のプレート２５に対して第四のプレート２４の側と反対側から重ね合わされる第六のプレート（第五プレート）２６と、を備える。また、第二のプレート２２と第四のプレート２４とは、それぞれ金属製である。そして、第一のプレート２１は、Ｘ軸方向における第二のプレート２２との間に温度調整用の第一温調流体（第三流体）が流通可能な第一温調流路Ｃｈ３を形成し、第六のプレート２６は、Ｘ軸方向における第五のプレート２５との間に温度調整用の第二温調流体（第四流体）が流通可能な第二温調流路Ｃｈ４を形成する。
【0131】
このように、第二のプレート２２と第五のプレート２５とが金属製であることで、水と第一温調流体とが熱交換可能となり、且つ、トルエンと第二温調流体とが熱交換可能となる。このため、この電解合成装置１によれば、第一温調流路Ｃｈ３に供給される第一温調流体と第二温調流路Ｃｈ４に供給される第二温調流体との温度制御をそれぞれ行うことで、電解部Ａでの水の温度と合成部Ｂでのトルエンの温度とをそれぞれ調整（制御）することができる。
【0132】
また、本実施形態の電解合成装置１では、電解部Ａは、一対の電極板を有し、第二のプレート２２は、導電性を有し、第二のプレート２２及び第四のプレート２４は、前記一対の電極板を構成している。このように、水やトルエン等が流通する流路Ｃｈ１、Ｃｈ２を形成する第二のプレート２２及び第四のプレート２４と、水を電気分解するための一対の電極板とを兼用することで、電解合成装置１の部品点数を減らすことができる。
【0133】
また、本実施形態の電解合成装置１では、トルエン（合成側流体）の流れ方向における第二流路Ｃｈ２の一方の端部と他方の端部とに直接又は間接に接続されて該トルエンの循環経路を構成する第二系統（循環用系統）７を備えている。このように構成される循環経路においてトルエンを循環させることで、トルエンの全てを水素（電解部Ａによって生成された水素）と化学反応させることができる。
【0134】
また、本実施形態の電解合成装置１では、第二のプレート２２、第三のプレート２３、第四のプレート２４、及び第五のプレート２５のそれぞれは、取り外し可能に配置されている。このように、各プレート２２、２３、２４、２５が取り外し可能に配置されているため、損傷したプレート２２、２３、２４、２５の交換やプレート２２、２３、２４、２５の洗浄等のメンテナンスが容易になる。尚、本実施形態の電解合成装置１では、第一のプレート２１及び第六のプレート２６や各ガスケット５も、取り外し可能に配置されている。
【0135】
また、本実施形態の電解合成装置１では、第二のプレート２２及び第四のプレート２４の少なくとも一方のプレートは、第一流路Ｃｈ１又は第二流路Ｃｈ２を画定する面に、凸部及び凹部の少なくとも一方を有している。このため、第一流路Ｃｈ１及び第二流路Ｃｈ２の少なくとも一方を流れる流体（水、トルエン）に乱流等の乱れが生じ、これにより、水の固体高分子交換膜２３１との接触やトルエンの触媒層ＣＬ（多孔質プレート部２４１）との接触が増え、その結果、該電解合成装置１の処理効率が向上する。
【0136】
次に、本発明の第二実施形態について、図５～図８を参照しつつ説明する。尚、第一実施形態の電解合成装置１と同じ構成については同じ符号を用い、第一実施形態の電解合成装置１と異なる構成について詳細に説明する。
【0137】
本実施形態の電解合成装置１Ａは、図５及び図６に示すように、複数のプレート２０が重ね合わされたプレートセットＳを複数備える。また、電解合成装置１Ａは、複数のプレートセットＳを保持する保持部３を備える。また、電解合成装置１Ａは、プレートセットＳ間に挟み込まれるセット間ガスケット５６を少なくとも一つ備える。
【0138】
電解合成装置１Ａにおいて、複数のプレートセットＳは、それぞれ取り外し可能にＸ軸方向に一列に配置されている。本実施形態の電解合成装置１Ａでは、複数のプレートセットＳがそれぞれ取り外し可能に保持部３によって保持されている。
【0139】
各プレートセットＳは、図７にも示すように、電解部Ａと合成部Ｂとをそれぞれ備える。具体的に、各プレートセットＳは、第一実施形態のプレート群２においてＸ軸方向に重ね合わされる第二のプレート２２から第五のプレート２５までの各プレートを含む。また、各プレートセットＳは、各プレート２２～２５間に挟み込まれるガスケット５を複数含む。即ち、各プレートセットＳは、第二のプレート２２と、第三のプレート２３と、第四のプレート２４と、第五のプレート２５と、をそれぞれ有すると共に、第二のガスケット５２と、第三のガスケット５３と、第四のガスケット５４と、をそれぞれ有する。
【0140】
各プレート２２～２５は、第一実施形態の対応するプレートと同様に、Ｚ軸方向に長尺な矩形状であり、上端部と下端部とに係合部２０Ｅを有する。そして、第二のプレート２２と第五のプレート２５とは、金属製であり、第三のプレート２３は、固体高分子交換膜２３１を有し、第四のプレート２４は、触媒を担持する多孔質プレート部２４１（触媒層ＣＬ）を有する。
【0141】
これら複数のプレートセットＳは、Ｘ軸方向に隣り合うプレートセットＳ同士のプレート２０の並び順が逆になるようにそれぞれ配置されている（図８参照）。
【0142】
具体的には、Ｘ軸方向に並ぶ複数のプレートセットＳのうちのＸ軸方向に隣り合う所定のプレートセットＳ１、Ｓ２に着目したときに、例えば、一方のプレートセットＳ１では、Ｘ軸方向の一方側（図８における右側）に向けて順に、第二のプレート２２、第二のガスケット５２、第三のプレート２３、第三のガスケット５３、第四のプレート２４、第四のガスケット５４、第五のプレート２５が並び、他方のプレートセットＳ２では、Ｘ軸方向の一方側（図８における右側）に向けて順に、第五のプレート２５、第四のガスケット５４、第四のプレート２４、第三のガスケット５３、第三のプレート２３、第二のガスケット５２、第二のプレート２２が並んでいる。
【0143】
これらＸ軸方向に並ぶ複数のプレートセットＳにおいて、第二のプレート２２を対向させた状態で隣り合うプレートセットＳは、プレートセットＳ間（即ち、対向する第二のプレート２２間）にセット間ガスケット５６を挟み込むことで、第二のプレート２２間に温度調整用の第一温調流体（第三流体）が流通可能な第一温調流路Ｃｈ３を形成している（図８参照）。
【0144】
また、Ｘ軸方向に並ぶ複数のプレートセットＳにおいて、第五のプレートを対向させた状態で隣り合うプレートセットＳは、プレートセットＳ間（即ち、対向する第五のプレート２５間）にセット間ガスケット５６を挟み込むことで、第五のプレート２５間に温度調整用の第二温調流体（第四流体）が流通可能な第二温調流路Ｃｈ４を形成している（図８参照）。
【0145】
これらＸ軸方向に並ぶ複数のプレートセットＳにおいて、第一流入路Ｃｈ１ａ及び第一流出路Ｃｈ１ｂは、Ｘ軸方向の最も他方側のプレートセットＳから最も一方側のプレートセットＳまで延び、各プレートセットＳの第一流路Ｃｈ１とそれぞれ連通する。また、第二流入路Ｃｈ２ａ及び第二流出路Ｃｈ２ｂは、Ｘ軸方向の最も他方側のプレートセットＳから最も一方側のプレートセットＳまで延び、各プレートセットＳの第二流路Ｃｈ２とそれぞれ連通する。また、第一温調流入路Ｃｈ３ａ及び第一温調流出路Ｃｈ３ｂは、Ｘ軸方向の最も他方側のプレートセットＳから最も一方側のプレートセットＳまで延び、各プレートセットＳの第一温調流路Ｃｈ３とそれぞれ連通する。また、第二温調流入路Ｃｈ４ａ及び第二温調流出路Ｃｈ４ｂは、Ｘ軸方向の最も他方側のプレートセットＳから最も一方側のプレートセットＳまで延び、各プレートセットＳの第二温調流路Ｃｈ４とそれぞれ連通する。
【0146】
以上のように構成される電解合成装置１Ａでは、各プレートセットＳの第二のプレート２２と第四のプレート２４とに電気分解のための電圧がそれぞれ印加され、且つ、各プレートセットＳの第一流路Ｃｈ１に水が供給されると共に第二流路Ｃｈ２にトルエンが供給されることで、各プレートセットＳにおいてＭＣＨが製造される。
【0147】
このとき、各プレートセットＳ間に形成されている第一温調流路Ｃｈ３と第二温調流路Ｃｈ４とに第一温調流体と第二温調流体とが供給されることで、第一流路Ｃｈ１での水の温度調整と第二流路Ｃｈ２でのトルエンの温度調整とが行われる。
【0148】
本実施形態の電解合成装置１Ａは、Ｘ軸方向に重ね合わされる第二のプレート（第一プレート）２２から第五のプレート（第三プレート）２５までの各プレート２２～２５を含むプレートセットＳを複数備える。そして、複数のプレートセットＳは、それぞれ取り外し可能にＸ軸方向に一列に配置されている。このように、それぞれ取り外し可能に複数のプレートセットＳが配置されていることで、処理量に応じてプレートセットＳの増減を行うことができる。
【0149】
また、本実施形態の電解合成装置１Ａでは、各プレートセットＳは、Ｘ軸方向に隣り合うプレートセットＳ同士のプレート２０の並び順が逆になるようにそれぞれ配置されている（図８参照）。そして、各プレートセットＳの第二のプレート２２と第五のプレート２５とは、それぞれ金属製であり、第二のプレート２２を対向させた状態で隣り合うプレートセットＳは、該第二のプレート２２間に温度調整用の第一温調流体（第三流体）が流通可能な第一温調流路Ｃｈ３を形成し、第五のプレート２５を対向させた状態で隣り合うプレートセットＳは、該第五のプレート２５間に温度調整用の第二温調流体（第四流体）が流通可能な第二温調流路Ｃｈ４を形成している。
【0150】
かかる構成によれば、第一温調流路Ｃｈ３に供給される第一温調流体と第二温調流路Ｃｈ４に供給される第二温調流体との温度制御をそれぞれ行うことで、各プレートセットＳにおける電解部Ａでの水（第一流体）の温度と合成部Ｂでのトルエン（第二流体）の温度とをそれぞれ調整（制御）することができる。しかも、Ｘ軸方向に隣り合うプレートセットＳ同士のプレート２０の並び順が逆になるように各プレートセットＳがそれぞれ配置されることで隣り合うプレートセットＳ間に第一温調流路Ｃｈ３又は第二温調流路Ｃｈ４が形成され、これにより、水及びトルエンの温度調整（制御）を可能としつつも電解合成装置１全体でのプレート２０の数を抑えることができる。
【0151】
尚、本発明の電解合成装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することができ、また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることができる。さらに、ある実施形態の構成の一部を削除することができる。
【0152】
上記第一及び第二実施形態の電解合成装置１、１Ａにおいて、電解部Ａで電気分解される流体（第一流体）は水であり、合成部Ｂにおいて電解部Ａの電気分解によって生成された気体と化学反応する流体（第二流体）はトルエンであるが、この構成に限定されない。例えば、第二流体が窒素ガス（Ｎ２）等であってもよい。この場合、電解合成装置１、１Ａによって製造されるのは、Ｎ２+Ｈ２でアンモニア（ＮＨ３）である。また、この場合に第四のプレート２４の多孔質プレート部２４１が担持する触媒は、鉄（Ｆｅ）やルテニウム（Ｒｕ）である。
【0153】
上記第一及び第二実施形態の電解合成装置１、１Ａにおいて、電解部Ａと合成部Ｂとは、構成の一部（第四のプレート２４）を共用した状態で隣り合っているが、この構成に限定されない。電解部Ａにおいて電気分解により気体が生成される部位と、合成部Ｂの触媒層ＣＬとが隣接するように、電解部Ａと合成部Ｂとが隣り合う構成でもよい。
【0154】
第一実施形態の電解合成装置１、１Ａには、第一～第四系統６～９は含まれない、即ち、電解合成装置１、１Ａは、第一～第四系統６～９を備えていないが、この構成に限定されない。電解合成装置１、１Ａは、第一～第四系統６～９の少なくとも一つの系統を備えていてもよい。
【0155】
上記第一及び第二実施形態の電解合成装置１、１Ａでは、電気分解の対象となる流体（上記第一及び第二実施形態の例では、水）の温度を調整するための流体（第一温調流体）が流通可能な第一温調流路Ｃｈ３と、電気分解により生成された気体と化学反応する流体（上記第一及び第二実施形態の例では、トルエン）の温度を調整するための流体（第二温調流体）が流通可能な第二温調流路Ｃｈ４とがそれぞれ形成されているが、この構成に限定されない。電解合成装置１、１Ａにおいて、第一温調流路Ｃｈ３及び第二温調流路Ｃｈ４のうちの一方の流路のみが形成されていてもよく、第一温調流路Ｃｈ３及び第二温調流路Ｃｈ４のいずれもが形成されていない構成であってもよい
【0156】
また、上記第一及び第二実施形態の電解合成装置１、１Ａでは、第一温調流路Ｃｈ３と第二温調流路Ｃｈ４とが独立しているが、この構成に限定されない。例えば図９に示すように、電解合成装置１が、第一温調流路Ｃｈ３と第二温調流路Ｃｈ４とを直列に接続する接続流路Ｃｈ５を備えていてもよい。このように、第一温調流体（第三流体）と第二温調流体（第四流体）とを共通の流体（温調流体）とし、第二温調流路Ｃｈ４側から接続流路Ｃｈ５を介して第一温調流路Ｃｈ３に流れるように該温調流体を供給することで、合成部Ｂにおいて化学反応を促進させる触媒反応で発生した熱（触媒反応熱）をトルエン等（第二流路Ｃｈ２を流通する流体）から徐熱する（冷却する）と共に、この合成部Ｂでの徐熱によって温調流体が得た熱によって、電解部Ａにおいて水（第一流路Ｃｈ１を流通する流体）を昇温させて（加熱して）電気分解の効率を向上さることができる。
【0157】
また、上記第一及び第二実施形態の電解合成装置１、１Ａは、固体高分子交換膜２３１（第三のプレート２３）とは別に、電気分解のための一対の電極板として第二のプレート２２及び第四のプレート２４を備えているが、この構成に限定されない。
【0158】
また、上記第一及び第二実施形態の電解合成装置１、１Ａでは、第三のプレート（交換膜プレート）２３は、固体高分子交換膜２３１と枠部２３２とを有しているが、この構成に限定されない。第三のプレート２３は、固体高分子交換膜２３１のみによって構成されていてもよい。
【0159】
また、上記実施形態の第一及び第二実施形態の電解合成装置１、１Ａでは、第四のプレート（第二プレート）２４は、多孔質プレート部２４１と枠部２４２とを有しているが、この構成に限定されない。第四のプレート２４は、多孔質プレート部２４１のみによって構成されていてもよい。
【0160】
また、例えば図１０に示すように、電解合成装置１Ｂは、膜電極接合体２８０を含む隔壁プレート２８を備える構成であってもよい。具体的に、この電解合成装置１Ｂは、第二のプレート（第一プレート）２２と、隔壁プレート２８と、第四のプレート（第三プレート）２４と、各プレート２２、２８、２４間に挟み込まれる複数のガスケット５と、を備える。そして、第二のプレート２２と隔壁プレート２８（膜電極接合体２８０）との間に第一流路Ｃｈ１が形成され、隔壁プレート２８（膜電極接合体２８０）と第四のプレート２４との間に第二流路Ｃｈ２が形成されている。尚、電解合成装置１Ｂにおいて、隔壁プレート２８は、膜電極接合体２８０のみによって構成されていてもよい。
【0161】
膜電極接合体２８０は、それぞれがＸ軸方向と直交する面方向に広がり且つ第二のプレート２２から第四のプレート２４に向けて順に配置される陽極と高分子交換膜と陰極とを含む。詳しくは、図１１に示すように、膜電極接合体２８０は、ＰＥＭ（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ）型水電解装置等に用いられる所謂ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）であり、第一ガス拡散層２８１と、アノード触媒層（陽極）２８２と、高分子交換膜２８３と、カソード触媒層（陰極）２８４と、第二ガス拡散層２８５と、が積層されている。
【0162】
第一ガス拡散層２８１は、多孔質であり、第一流路Ｃｈ１を流通する流体（例えば、水）の電気分解によって高分子交換膜２８３のアノード触媒層２８２側で生成された気体（例えば、酸素）が拡散しつつ透過する。
【0163】
第二ガス拡散層２８５は、多孔質であり、第一流路Ｃｈ１を流通する流体（例えば、水）の電気分解によって高分子交換膜２８３のカソード触媒層２８４側で生成された気体（例えば、水素）が拡散しつつ透過する。また、第二ガス拡散層２８５は、第一流路Ｃｈ１を流通する流体の電気分解によって生成された気体（例えば、水素）と、第二流路Ｃｈ２を流通する流体（例えば、トルエン）との化学反応を促進する触媒を担持しており、触媒層ＣＬを構成している。尚、触媒層ＣＬは、第二ガス拡散層２８５に対して積層方向の外側から隣接するように配置（形成）されていてもよい。
【0164】
この電解合成装置１Ｂにおいて、電解部Ａは、Ｘ軸方向における第二のプレート２２から膜電極接合体２８０のカソード触媒層２８４までの範囲であり、合成部Ｂは、Ｘ軸方向における第二ガス拡散層２８５から第四のプレート２４までの範囲である。また、電解部Ａの一対の電極板は、膜電極接合体２８０に含まれるアノード触媒層（陽極）２８２及びカソード触媒層（陰極）によって構成されている。また、この電解合成装置１Ｂの使用時において、第一流路Ｃｈ１を流通する流体（例えば、水）の電気分解のための電圧は、アノード触媒層（陽極）２８２とカソード触媒層（陰極）２８４とに印加される。
【0165】
以上の電解合成装置１Ｂによっても、第一流路Ｃｈ１に第一流体（例えば、水）を流通させると共に第二流路Ｃｈ２に第二流体（例えば、トルエン）を流通させることで、所望の流体（即ち、第一流体の電気分解によって生成された所定の気体（例えば、水素）と第二流体とが化学反応した流体（例えば、ＭＣＨ））が得られる。しかも、膜電極接合体２８０において、電解部Ａに含まれるカソード触媒層（陰極）２８４と、合成部Ｂに含まれる第二ガス拡散層２８５（触媒層ＣＬ）とが隣接していることで、電解合成装置１Ｂのコンパクト化を図ることができる。
【符号の説明】
【0166】
１、１Ａ、１Ｂ…電解合成装置、２…プレート群、２０…プレート、２０Ｅ…係合部、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ…貫通孔、２０１…凸部、２０２…凹部、２１…第一のプレート（第四プレート、金属プレート）、２２…第二のプレート（第一プレート、金属プレート）、２３…第三のプレート（交換膜プレート）、２３１…固体高分子交換膜、２３２…枠部、２４…第四のプレート（第二プレート）、２４１…多孔質プレート部、２４２…枠部、２５…第五のプレート（第三プレート、金属プレート）、２６…第六のプレート（第五プレート、金属プレート）、２８…隔壁プレート、２８０…膜電極接合体（ＭＥＡ）、２８１…第一ガス拡散層、２８２…アノード触媒層（陽極）、２８３…高分子交換膜、２８４…カソード触媒層（陰極）、２８５…第二ガス拡散層、３…保持部、３１…一方の挟持部、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ…貫通孔、３１５…係合部、３２…他方の挟持部、３２１…被ガイド部、３２５…係合部、３３…支持部、３３１…ガイドバー、３３２…サポート部材、３５…間隔調整部、３５１…ボルト、３５２…ナット、５…ガスケット、５１…第一のガスケット、５２…第二のガスケット、５３…第三のガスケット、５４…第四のガスケット、５５…第五のガスケット、５６…セット間ガスケット、６…第一系統、６１…第一流入配管系統、６２…第一流出配管系統、７…第二系統（循環用系統）、７１…第二流入配管系統、７２…第二流出配管系統、８…第三系統、８１…第三流入配管系統、８２…第三流出配管系統、９…第四系統、９１…第四流入配管系統、９２…第四流出配管系統、Ａ…電解部、Ｂ…合成部、Ｃｈ１…第一流路、Ｃｈ１ａ…第一流入路、Ｃｈ１ｂ…第一流出路、Ｃｈ２…第二流路、Ｃｈ２ａ…第二流入路、Ｃｈ２ｂ…第二流出路、Ｃｈ３…第一温調流路、Ｃｈ３ａ…第一温調流入路、Ｃｈ３ｂ…第一温調流出路、Ｃｈ４…第二温調流路、Ｃｈ４ａ…第二温調流入路、Ｃｈ４ｂ…第二温調流出路、Ｃｈ５…接続流路、ＣＬ…触媒層、Ｐ１…第一ポンプ、Ｐ２…第二ポンプ、Ｐｓ…電源、Ｓ、Ｓ１、Ｓ２…プレートセット、Ｔ１…第一タンク、Ｔ２…第二タンク、Ｔ３…第三タンク、Ｔｃ１…第一温度調整部、Ｔｃ２…第二温度調整部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
