特許 7548107 電気化学セル及び光合成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-02

(45)【発行日】2024-09-10

(54)【発明の名称】電気化学セル及び光合成装置

(51)【国際特許分類】

   C25B 9/00 20210101AFI20240903BHJP

   C25B 1/04 20210101ALI20240903BHJP

   C25B 3/26 20210101ALI20240903BHJP

   C25B 9/60 20210101ALI20240903BHJP

【ＦＩ】

C25B9/00 G

C25B1/04

C25B3/26

C25B9/00 A

C25B9/60

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021064292

(22)【出願日】2021-04-05

(65)【公開番号】P2022117911

(43)【公開日】2022-08-12

【審査請求日】2023-03-15

(31)【優先権主張番号】P 2021014471

(32)【優先日】2021-02-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 菜摘

(72)【発明者】

【氏名】水野 真太郎

(72)【発明者】

【氏名】加藤 直彦

【審査官】黒木 花菜子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－０３２７４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０５０２８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－００９８７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２０３２０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１３３００７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２６８５８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１８９９２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２１１４９７８０４（ＣＮ，Ｕ）

【文献】中国実用新案第２０９２７６６４６（ＣＮ，Ｕ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０１０５３０７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１１１３０４６７２（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２５Ｂ ９／００

Ｃ２５Ｂ ３／２６

Ｃ２５Ｂ ９／６０

Ｃ２５Ｂ １／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電極対間に電圧を印加して水及び二酸化炭素を供給することで、水を酸化する反応及び二酸化炭素を還元する反応を生じさせる電気化学セルであって、
金属製の金属筐体であって、前記金属筐体の内側面に絶縁性のライニングが施されている金属筐体と、
前記金属筐体内において互いに対向して設置された、酸化触媒機能を持つ部材を含む板状の酸化電極及び還元触媒機能を持つ部材を含む板状の還元電極と、
前記酸化電極と前記還元電極との間に充填された電解液と、
前記金属筐体に設けられたボルト穴に前記金属筐体の内側から挿通されるボルトによって前記金属筐体に固定された光学窓であって、前記酸化電極と前記還元電極との対向部分から、前記酸化電極又は前記還元電極の延伸方向と平行な方向に設けられた透明の光学窓と、
前記金属筐体の内側面と前記ボルトの頭部との間に設けられたワッシャと、
前記金属筐体の内側面と前記ワッシャとの間に設けられた第１ボルト穴用シール部材と、
前記ワッシャと前記ボルトの頭部との間に設けられた第２ボルト穴用シール部材と、
を備えることを特徴とする電気化学セル。

【請求項2】

前記金属筐体の外側面に、前記光学窓の縁部を覆うように取り付けられたカバー部材と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。

【請求項3】

前記金属筐体の外側面と前記光学窓との間に設けられた光学窓用シール部材と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気化学セル。

【請求項4】

前記光学窓は、ガラス製、樹脂製、又は石英製である、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電気化学セル。

【請求項5】

前記金属筐体内に、前記酸化電極と前記還元電極との組が、その対向面が平行となるように複数並べられている、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか１項に記載の電気化学セルと、
前記酸化電極と前記還元電極との間に接続された太陽電池と、
を備え、
前記太陽電池によって、前記酸化電極と前記還元電極との間に電圧が印加される、
ことを特徴とする光合成装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気化学セル及び光合成装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、筐体と、当該筐体の内部に配置される電極対と、電極対間に充填されるように筐体内に入れられた電解液とを含む電気化学セルが知られている。このような電気化学セルは、電極対間に電圧を印加することで電気化学反応を生じさせるものである。

【0003】

例えば、特許文献１には、酸化反応用電極、還元反応用電極、酸化反応用電極と還元反応用電極との間に充填された電解液、及び、酸化反応用電極、還元反応用電極とを対向した姿勢で支持する枠材を含む電気化学セルが開示されている。また、特許文献２には、電極、電極に対向して配置されたリング状の対極、及び、電極と対極との間に充填された電解液を含む電気化学セルが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１９－１８９９２９号公報

【文献】特開２０１８－９８７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、電気化学セルの筐体として金属筐体を用いることが考えられる。例えば、電気化学セルを屋外で使用することを考えた場合、電気化学セルの筐体の対候性（気候の変化への耐性を意味し、例えば、太陽光、紫外線、温度の変化などの影響によって変形、変色、劣化などの変質の起こしにくさを表すもの）が問題となり得るところ、筐体の対候性を向上させるべく、筐体を金属製の金属筐体とすることが考えられる。なお、特許文献１には、電気化学セルの対候性に関する言及はないが、枠体を金属製としてもよいとの記載がある。

【0006】

一方、電気化学セルの筐体内の様子（例えば電気化学反応の様子）を筐体の外から視認したいという要求がある。筐体が樹脂製である場合には、筐体を透明な樹脂材で形成することにより、筐体の外から内部を視認することができる。しかしながら、筐体を金属筐体とした場合、筐体の外から内部を視認することができなくなる。

【0007】

そこで、金属筐体に内部を視認するための光学窓を設けることが考えられる。特許文献２には、電気化学セルの筐体に観察窓（光学窓）を設けることが示されている。特に、特許文献２における光学窓は、電極から対極を介した先（電極と対極とを結ぶ延長線上）にあり、リング状の対極を通して電極の表面を観察するものとなっている。

【0008】

ここで、特許文献２に係る電気化学セルとは異なり、電極対が板状である場合、特に、電極対の対向部分を、その側方から、すなわち電極の延伸方向と平行な方向から視認できるのが望まれる。電極対が板状である場合、電極の延伸方向と垂直な方向から筐体内を視認した場合、電極対のうちの一方のみしか視認できない。これにより、電極対の対向部分が良く見えず、例えば、電極対間における電気化学反応が好適に視認できないなどの問題が生じ得る。

【0009】

本発明の目的は、金属製の筐体を有する電気化学セルにおいて、板状の酸化電極と板状の還元電極の対向部分を好適に視認可能とすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、電極対間に電圧を印加して水及び二酸化炭素を供給することで、水を酸化する反応及び二酸化炭素を還元する反応を生じさせる電気化学セルであって、金属製の金属筐体であって、前記金属筐体の内側面に絶縁性のライニングが施されている金属筐体と、前記金属筐体内において互いに対向して設置された、酸化触媒機能を持つ部材を含む板状の酸化電極及び還元触媒機能を持つ部材を含む板状の還元電極と、前記酸化電極と前記還元電極との間に充填された電解液と、前記金属筐体に設けられたボルト穴に前記金属筐体の内側から挿通されるボルトによって前記金属筐体に固定された光学窓であって、前記酸化電極と前記還元電極との対向部分から、前記酸化電極又は前記還元電極の延伸方向と平行な方向に設けられた透明の光学窓と、前記金属筐体の内側面と前記ボルトの頭部との間に設けられたワッシャと、前記金属筐体の内側面と前記ワッシャとの間に設けられた第１ボルト穴用シール部材と、前記ワッシャと前記ボルトの頭部との間に設けられた第２ボルト穴用シール部材と、を備えることを特徴とする電気化学セルである。

【0012】

望ましくは、前記金属筐体の外側面に、前記光学窓の縁部を覆うように取り付けられたカバー部材と、をさらに備えることを特徴とする。

【0013】

望ましくは、前記金属筐体の外側面と前記光学窓との間に設けられた光学窓用シール部材と、をさらに備えることを特徴とする。

【0014】

望ましくは、前記光学窓は、ガラス製、樹脂製、又は石英製である、ことを特徴とする。

【0016】

望ましくは、前記金属筐体内に、前記酸化電極と前記還元電極との組が、その対向面が平行となるように複数並べられている、ことを特徴とする。

【0017】

また、本発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載の電気化学セルと、前記酸化電極と前記還元電極との間に接続された太陽電池と、を備え、前記太陽電池によって、前記酸化電極と前記還元電極との間に電圧が印加される、ことを特徴とする光合成装置である。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、金属製の筐体を有する電気化学セルにおいて、板状の酸化電極と板状の還元電極の対向部分を好適に視認することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本実施形態に係る大型光合成装置の分解斜視図である。

【図2】本実施形態に係る大型光合成装置の断面図である。

【図3】本実施形態に係る電気化学セルの上部側面図である。

【図4】光学窓及びその周辺部の断面図である。

【図5】電気化学反応が起きていないときの、光学窓から見える筐体内部の様子を示す図である。

【図6】電気化学反応が起きているときの、光学窓から見える筐体内部の様子を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

図１は、本実施形態に係る大型光合成装置１の分解斜視図である。また、図２は、大型光合成装置１のＹＺ断面図である。大型光合成装置１は、電気化学セル１０と、太陽電池２４とを含んで構成されている。本明細書の図面において、大型光合成装置１の横幅方向をＸ軸とし、奥行方向をＹ軸とし、高さ方向をＺ軸としている。なお、Ｘ軸の正側を左側と、Ｘ軸の負側を右側と、Ｙ軸の正側を後側と、Ｙ軸の負側を前側と、Ｚ軸の正側を上側と、Ｚ軸の負側を下側とそれぞれ呼ぶ場合がある。電気化学セル１０は、中空であって内部空間が密閉された筐体１２、筐体１２内に配置された、酸化触媒機能を持つ部材を含む酸化電極１４及び還元触媒機能を持つ部材を含む還元電極１６、並びに、筐体１２内、特に、酸化電極１４と還元電極１６との間に充填された電解液１８（図２参照）を含んで構成されている。

【0021】

電気化学セル１０は、酸化電極１４と還元電極１６との間に電圧を印加し、それにより酸化電極１４と還元電極１６との間で電解液１８を介した電気化学反応を生じさせて所定の物質を生じさせるものである。本実施形態では、酸化電極１４は、酸化触媒機能を持つ部材としてＩｒＯｘナノコロイドが表面に担持されたＴｉ（チタン）基板であり、還元電極１６は、還元触媒機能を持つ部材としてＲｕ錯体ポリマー（ＲｕＣＰ）と炭素担体が表面に担持されたＴｉ基板であり、電解液１８は、二酸化炭素を溶解したリン酸カリウム緩衝水溶液である。これにより、電気化学セル１０における電気化学反応により、水が酸化されると共に、二酸化炭素が還元されてギ酸が生成される。なお、酸化電極１４、還元電極１６、及び電解液１８は上記の物には限られない。例えば、酸化電極１４及び還元電極１６用の基板は、Ｔｉ基板の他、Ａｇなどの金属導電線を有する透明導電膜付きガラス基板（例えば、フッ素ドープＳｎＯ２膜（ＦＴＯ）基板）でもよい。Ａｇの導電線には、ガラス、樹脂の保護層が形成されていてもよい。

【0022】

酸化電極１４及び還元電極１６は板状の部材であり、互いに対向して配置される。本実施形態では、酸化電極１４及び還元電極１６は、その延伸方向がＸＺ平面と平行な向きで筐体１２内に配置される。本実施形態の酸化電極１４及び還元電極１６は、サイズが大きい大型の電極となっている。具体的には、酸化電極１４及び還元電極１６は、１ｍ（メートル）×１ｍ程度のサイズとなっている。

【0023】

また、本実施形態においては、筐体１２内に、酸化電極１４と還元電極１６との組が複数並べられている。詳しくは、筐体１２内において、酸化電極１４と還元電極１６との組が、その対向面が平行となるように複数並べられている。具体的には、図２に示すように、ＸＺ面に平行に立設された複数の酸化電極１４と複数の還元電極１６が、互い違いになるようにＹ軸方向に並べられている。対向面がＸＺ面に平行となる酸化電極１４と還元電極１６との組が、Ｙ軸方向に複数並べられることとなる。なお、この場合、酸化電極１４と還元電極１６の基板の両面に酸化又は還元触媒機能を持つ部材が担持されている。

【0024】

本実施形態に係る大型光合成装置１は、太陽電池２４を含んで構成されている。太陽電池２４は、筐体１２の一面（詳しくは後述する筐体１２の蓋部２２）の外側面（前側面）に取り付けられる。図２に示すように、太陽電池２４は、酸化電極１４と還元電極１６との間に接続され、太陽電池２４が光照射されることにより発生した電圧が酸化電極１４及び還元電極１６に印加される。このように、本実施形態に係る大型光合成装置１は、太陽光により電気化学反応を生じさせて所定の物質を生じさせるものである。なお、図２における、太陽電池２４から酸化電極１４までの配線（実線）及び太陽電池２４から還元電極１６までの配線（一点鎖線）は、配線の概念を示したものであり、実際にこのような線材の引き回しがされるものではない。

【0025】

筐体１２は、略直方体すなわち箱型の形状を呈しており、その内部に酸化電極１４、還元電極１６、及び電解液１８を入れるための空間が設けられている。上述のように、本実施形態では、筐体１２は、大型の酸化電極１４及び還元電極１６を複数収容する必要があるため、必然的にそのサイズが大きくなっている。筐体１２の幅（左右方向の長さ）及び高さは少なくとも１ｍ以上となっている。したがって、本実施形態に係る電気化学セル１０は、従来の電気化学セルよりもかなりサイズが大きい大型電気化学セルであると言える。

【0026】

本実施形態における筐体１２は、開口２０ａを有する容器部２０と、開口２０ａを塞ぐ蓋部２２とを含んで構成されている。容器部２０に蓋部２２が取り付けられることで、内部空間が密閉された筐体１２が形成される。具体的には、容器部２０は、ＸＺ面に広がる後壁２０ｂと、後壁２０ｂの各辺から前側に立設する複数の側壁２０ｃと、開口２０ａを取り囲むように側壁２０ｃよりも外側に広がるフランジ部２０ｄとを含んで構成される。開口２０ａは前方に開口している。また、フランジ部２０ｄには周方向に沿って並ぶ複数のボルト穴３０が設けられている。また、蓋部２２にも、その外縁部に沿って並ぶ複数のボルト穴３２が設けられている。ボルト穴３０と３２を位置合わせするように、容器部２０（詳しくはフランジ部２０ｄ）に蓋部２２を接触させ、ボルト穴３０及び３２にボルト３４（図２参照）が挿通されることで、容器部２０と蓋部２２が密着され、筐体１２が形成される。なお、後述のシール部材３６を設けない場合には、ボルト３４、ボルト穴３０，３２、及びフランジ部２０ｄの周方向に沿った溝を設けないことがある。この場合、容器部２０と蓋部２２を接着又は溶接などによって密着させることで、筐体１２の気密性を確保する。

【0027】

本実施形態では、容器部２０と蓋部２２との間の気密性を向上させるべく、容器部２０のフランジ部２０ｄに、弾性力のある樹脂又はゴムで形成されたシール部材３６が設けられている。具体的には、フランジ部２０ｄの前側面に、周方向に沿った溝が形成されており、当該溝にシール部材３６が半埋め込み状態で配置される。これにより、容器部２０（フランジ部２０ｄ）と蓋部２２が密着されたときに、シール部材３６が、フランジ部２０ｄと蓋部２２との間に位置して両者間の隙間を塞ぐことで、容器部２０と蓋部２２との間の気密性、すなわち筐体１２の気密性が向上される。

【0028】

容器部２０の下側の側壁２０ｃには、電解液供給口３８が設けられている。電解液供給口３８から電解液１８が筐体１２内に供給される。また、容器部２０の後壁２０ｂの上部には、電解液排出口４０が設けられる。電気化学反応により生成したギ酸を含む電解液１８が電解液排出口４０から排出される。排出された電解液１８は、タンクなどに回収される。

【0029】

本実施形態では、筐体１２には、筐体１２の内圧に対する剛性を向上させるための補強構造が設けられている。なお、筐体１２内からの内圧には、筐体１２に対して内側から外側への力を加える正の内圧（例えば電解液１８やガスなどによる内圧）、及び、筐体１２に対して外側から内側への力（内側へ引き込む力）を加える負の内圧（ガス抜き処理などの際に加わる内圧）がある。正の内圧は陽圧と、負の内圧は陰圧と呼ばれる場合もある。本実施形態では、補強構造として、筐体１２の外側面に沿って材軸方向に長い構造部材４２，４４が、筐体１２の外側面に設けられている。構造部材４２，４４は、剛性の高い材質で形成されるとよく、本実施形態では金属で形成される。構造部材４２，４４は、溶接によって筐体１２に取り付けられる。筐体１２に構造部材４２，４４を取り付けることで、筐体１２の、構造部材４２，４４の材軸方向における曲げ剛性が向上される。なお、筐体１２の容器部２０に構造部材４２が設けられ、蓋部２２に構造部材４４が設けられている。

【0030】

筐体１２は、金属製の金属筐体である。筐体１２を金属製とすることで、少なくとも筐体１２が樹脂製である場合に比して、その対候性が向上される。これにより、電気化学セル１０を屋外で使用することも可能となる。なお、筐体１２は金属製であるがゆえに透明ではない。

【0031】

金属製の筐体１２（の内側面）と酸化電極１４又は還元電極１６との間に電解液１８が充填されていることから、筐体１２と酸化電極１４又は還元電極１６との間で、意図しない電気化学反応（副反応）が生じてしまうおそれがある。また、筐体１２が例えば鉄製である場合などにおいては、腐食性のある電解液１８や、電気化学反応により生成された液体生成物が筐体１２に触れることで、筐体１２が腐食してしまうおそれがある。

【0032】

このことに鑑み、本実施形態では、金属製の筐体１２の内側面に対して、当該内側面を絶縁性の物質で覆うライニング処理が施してある。図２に示すように、筐体１２の容器部２０の後壁２０ｂ及び側壁２０ｃの内側面にライニング処理が施され、ライニング層５０が形成されている。また、蓋部２２の内側面にもライニング処理が施され、ライニング層５２が形成されている。ライニング層５０を形成する絶縁性の物質は例えば樹脂（例えばフッ素系樹脂）である。具体的には、ライニング層５０を形成する物質として、ＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー）、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）、あるいは、ＰＥ（ポリエチレン）を用いることができる。ライニング層５０及び５２により、筐体１２と電解液１８との間の絶縁が確保され、筐体１２と酸化電極１４又は還元電極１６との間における電気化学反応を抑制することができる。また、ライニング層５０及び５２により、電解液１８が直接筐体１２に触れることがないから、筐体１２の腐食を抑制することができる。

【0033】

筐体１２は金属筐体であり不透明であるから、外部から筐体１２を介してその内部を視認することができない。したがって、筐体１２には、筐体１２の外部から内部を視認するために、透明の光学窓（図１及び図２においては不図示）が取り付けられる。特に、筐体１２に対向配置された酸化電極１４と還元電極１６との対向部分が好適に視認可能なように、光学窓は、酸化電極１４と還元電極１６との対向部分から、酸化電極１４又は還元電極１６の延伸方向と平行な方向に設けられる。

【0034】

筐体１２には、光学窓を取り付けるための窓用穴６０、及び、窓用穴６０の近傍に設けられる複数のボルト穴６２が設けられる。本実施形態では、窓用穴６０は円形であり、複数のボルト穴６２は、窓用穴６０の外周に沿って並んで設けられている。後述するように、光学窓は窓用穴６０に取り付けられた上で、ボルト穴６２に挿通されるボルトによって固定される。

【0035】

上述の通り、光学窓は、酸化電極１４と還元電極１６との対向部分から、酸化電極１４又は還元電極１６の延伸方向と平行な方向に設けられるところ、酸化電極１４及び還元電極１６はＸＺ面に平行な方向に延伸しているから、光学窓は、筐体１２の左右側面又は上下側面に設けられることとなる。本実施形態では、光学窓は、容器部２０の左右の側壁２０ｃの上部にそれぞれ設けられる。したがって、容器部２０の左右の側壁２０ｃの上部にそれぞれ、窓用穴６０及び複数のボルト穴６２が設けられている。なお、光学窓（すなわち窓用穴６０及び複数のボルト穴６２）は、左右の側壁２０ｃのいずれかのみに設けられてもよいし、上下の側壁２０ｃに設けられてもよい。

【0036】

図３は、電気化学セル１０の上部側面図（右から見た図）であり、図４は、光学窓７０及びその周辺部の断面図である。なお、図４において、光学窓７０の右側が筐体１２の内部であり、光学窓７０の左側が筐体１２の外部である。なお、以下の説明において内側とは筐体１２の内部側を意味し、外側とは筐体１２の外部側を意味する。

【0037】

光学窓７０は、平面視で略円形であり、上述のように透明の部材である。光学窓７０は、例えば、ガラス製、樹脂製（例えばポリカーボネートなど）、又は石英製である。なお、石英は透明度が高く光学窓７０の材質に適しているが高価である。樹脂やガラスは石英に比して透明度が低いが廉価であるという特徴がある。

【0038】

図４に示すように、光学窓７０は、取付状態において内側に位置する内側部分７０ａの径が、取付状態において内側部分７０ａよりも外側に位置する中央部分７０ｂの径よりも小さくなっている。窓用穴６０の径と、内側部分７０ａとの径が略同一となっており、内側部分７０ａが窓用穴６０に丁度嵌合するようになっている。内側部分７０ａが窓用穴６０に嵌合した状態において、中央部分７０ｂの外縁（内側部分７０ａよりも側方（図４では上下方向）に突出した部分）の内側面が側壁２０ｃに当接することで、光学窓７０の内側への移動が規制される。

【0039】

側壁２０ｃの外側面には、光学窓７０の縁部を覆うカバー部材７２が設けられる。図３及び図４に示される通り、カバー部材７２は全体として略円筒の形状を呈しており、樹脂などで形成される部材である。カバー部材７２は、取付状態における外側端部において、円筒形状の中心軸側に突出したフランジ部７２ａを有している。光学窓７０は、取付状態において中央部分７０ｂよりも外側に位置する外側部分７０ｃの径が、中央部分７０ｂの径よりも小さくなっており、カバー部材７２のフランジ部７２ａの内側面が、光学窓７０の中央部分７０ｂの外縁（外側部分７０ｃよりも側方に突出した部分）の外側面に当接するようにカバー部材７２が取り付けられることで、カバー部材７２が光学窓７０の縁部を覆う形となる。

【0040】

カバー部材７２には、円周方向に沿って複数のボルト穴７２ｂが設けられている。複数のボルト穴７２ｂと、側壁２０ｃに設けられた複数のボルト穴６２とを位置合わせした上で、ボルト７４が側壁２０ｃの内側から各ボルト穴６２，７２ｂに挿通される。各ボルト７４に外側からナット７６を挿通させて締めることで、側壁２０ｃにカバー部材７２が固定される。上述のように、カバー部材７２は光学窓７０の縁部を覆っているから、ボルト７４及びナット７６にて側壁２０ｃにカバー部材７２が固定されることで、光学窓７０（の中央部分７０ｂの外縁）が側壁２０ｃに押し付けられて、側壁２０ｃと光学窓７０とが密着する。これにより、側壁２０ｃと光学窓７０の隙間が無くなり、筐体１２の内部空間の気密性が担保される。

【0041】

ここで、筐体１２の外側面と光学窓７０との間に、光学窓用シール部材７７が設けられてもよい。例えば、図４に示されるように、側壁２０ｃの外側面と、光学窓７０の中央部分７０ｂの外縁の内側面との間に光学窓用シール部材７７が設けられてもよい。光学窓用シール部材７７は、例えば樹脂製のパッキン、Ｏリング、あるいはガスケットなどであってよい。光学窓用シール部材７７は、側壁２０ｃと光学窓７０との間の隙間を埋める役割を果たす。これにより、光学窓用シール部材７７により筐体１２の内部空間の気密性がより担保される。

【0042】

側壁２０ｃの内側面と、ボルト７４の頭部７４ａとの間には、ボルト穴用シール部材７８が設けられる。ボルト穴用シール部材７８は、側壁２０ｃに設けられたボルト穴６２とボルト７４との間を塞ぐことで、筐体１２の内部空間の気密性を担保するものである。特に、ボルト穴６２が形成されることで、側壁２０ｃの内側面のボルト穴６２付近がわずかに（内側から見て）凹んでいる場合がある。また、側壁２０ｃの内側面には、ライニング層５０が形成されているところ、ライニング層５０（の内側面）には微視的に凹凸が形成されている場合もある。側壁２０ｃに凹みがあったり、ライニング層５０に凹凸がある場合、ボルト穴６２とボルト７４との間に隙間ができて、筐体１２の内部空間の気密性が低下するおそれがある。ボルト穴用シール部材７８を用いることで、側壁２０ｃの凹みや、ライニング層５０に凹凸が形成されている場合であっても、ボルト穴用シール部材７８がそれらの影響を吸収し、筐体１２の内部空間の気密性が担保される。

【0043】

具体的には、ボルト穴用シール部材７８は、中央に穴が開いた円形部材であり、シリコンなどの弾性力のある樹脂で形成される。ボルト穴用シール部材７８は、側壁２０ｃの内側に配置され、ボルト穴用シール部材７８の穴にボルト７４が挿通される。これにより、ボルト穴用シール部材７８は、側壁２０ｃの内側において、ボルト穴６２を塞ぐようにボルト７４により固定される。

【0044】

なお、本実施形態では、側壁２０ｃとボルト７４の頭部７４ａとの間に丸形ワッシャ８０が挿入されている。したがって、ボルト穴用シール部材７８は、側壁２０ｃと丸形ワッシャ８０との間に第１ボルト穴用シール部材７８ａが設けられると共に、丸形ワッシャ８０と頭部７４ａとの間に第２ボルト穴用シール部材７８ｂが設けられている。

【0045】

以上説明した通り、本実施形態に係る電気化学セル１０においては、金属製の筐体１２の左右の側壁２０ｃの上部、すなわち、酸化電極１４と還元電極１６との対向部分から、酸化電極１４又は還元電極１６の延伸方向と平行な方向に、光学窓７０が設けられる。これにより、筐体１２の外部から光学窓７０を通して筐体１２の内部を視認することができる。特に、酸化電極１４と還元電極１６との対向部分を好適に視認することができる。

【0046】

図５は、電気化学反応が起きていないときの、光学窓７０から見える筐体１２の内部の様子を示す図であり、図６は、電気化学反応が起きているときの、光学窓７０から見える筐体１２の内部の様子を示す図である。

【0047】

図５に示される通り、酸化電極１４と還元電極１６との対向部分が光学窓７０から良く見えることが分かる。特に、本実施形態のように、複数の酸化電極１４と複数の還元電極１６が一列に並んでいる場合、各酸化電極１４と各還元電極１６との間の複数の対向部分が光学窓７０から好適に視認できる。また、図６に示されるように、電気化学反応が起きたときには、電解液１８に泡が混じり、電気化学反応によりガス（例えば酸素など）が生じていることが好適に視認できる。また、電解液１８の流れも視認可能である。

【0048】

光学窓７０により、筐体１２内における電気化学反応の様子や、電解液１８の流れの様子が観察可能となることで、センサによる電気化学反応に関する異常の検出に先立って、目視により、筐体１２の内部の異変（例えば、電解液１８中の析出に伴う圧力損失の増加など）を迅速に検知することも可能となる。例えば、目視により、筐体１２の内部の異変を検知できれば、電解液１８用のフィルタの交換などの処置を行うことで、電気化学セル１０に致命的な性能劣化が生じる前に対処することができる。また、工場排ガスなどに電気化学セル１０を適用した場合、電解液１８中に混入した、二酸化炭素以外のＳＯｘ（硫黄酸化物）やＮＯｘ（窒素酸化物）による副反応も懸念される。副反応で生成された堆積物の発生に伴う性能劣化の前に、光学窓７０から筐体１２の内部を目視で確認し、電解液１８の交換やフィルタ交換を行うことで、性能を維持することも可能となる。

【0049】

以上、本発明に係る実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

【符号の説明】

【0050】

１ 大型光合成装置、１０ 電気化学セル、１２ 筐体、１４ 酸化電極、１６ 還元電極、１８ 電解液、２０ 容器部、２０ａ 開口、２０ｂ 後壁、２０ｃ 側壁、２０ｄ，７２ａ フランジ部、２２ 蓋部、２４ 太陽電池、３０，３２ ボルト穴、３４，７４ ボルト、３６ シール部材、３８ 電解液供給口、４０ 電解液排出口、４２，４４ 構造部材、５０，５２ ライニング層、６０ 窓用穴、６２ ボルト穴、７０ 光学窓、７０ａ 内側部分、７０ｂ 中央部分、７０ｃ 外側部分、７２ カバー部材、７４ａ 頭部、７６ ナット、７７ 光学窓用シール部材、７８ ボルト穴用シール部材、７８ａ 第１ボルト穴用シール部材、７８ｂ 第２ボルト穴用シール部材、８０ 丸形ワッシャ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】