CN118223056A - 水电解装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是通过水电解小室进行水电解来获得氢的水电解装置，其中，上述水电解装置具备：水电解小室堆，具有多个水电解小室；供水侧路径，是向水电解小室堆供给水的路径；以及氢侧路径，供在水电解小室堆中生成的氢流动，在供水侧路径具备进行包含从水电解小室堆排出的氧和水在内的流体的气液分离的气液分离器，在水电解小室堆与气液分离器之间具备使稀释气体混入的稀释气体混入机构。
Description
技术领域
本公开涉及水电解装置。
背景技术
在日本特开2012-052208中公开有：在水电解装置中，为了稀释混入的氢而对将水与氧分离的气液分离器供给稀释用空气。
即使对气液分离器供给稀释用空气，也可能产生氢分布而产生局部没有稀释氢的部分。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够抑制混入供水侧路径的氢的浓度分布的偏差来高效地稀释的水电解装置。
本申请公开一种水电解装置，是通过水电解小室进行水电解来获得氢的水电解装置，其中，上述水电解装置具备：水电解小室堆，具有多个水电解小室；供水侧路径，是向水电解小室堆供给水的路径；以及氢侧路径，供在水电解小室堆中生成的氢流动，在供水侧路径具备对包含从水电解小室堆排出的氧和水在内的流体进行气液分离的气液分离器，在水电解小室堆与气液分离器之间具备使稀释气体混入的稀释气体混入机构。
也可以构成为：在从气液分离器排出在气液分离器中分离出的气体的流路设置氢浓度计，具备控制水电解装置的运转的控制器，控制器在获得氢浓度计的值并超过了规定的阈值时使稀释气体从稀释气体混入机构混入。
也可以使稀释气体为空气。
根据本公开，使稀释气体混入到达气液分离器前的流体中，因此，稀释气体更均匀地混入流体，从而流体所包含的氢的浓度分布不易产生偏差。
以下参考附图，对本发明的示例性实施例的特征、优点、以及技术和工业意义进行描述，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。
附图说明
图1是对水电解装置的结构进行说明的示意图；
图2是对水电解小室的结构进行说明的示意图；
图3是计算机(控制器)的示意图；
图4是表示水电解装置的控制S10的流程的图。
具体实施方式
1.水电解装置的结构
在图1中示意性地示出了一个实施方式所涉及的水电解装置10。
在本实施方式中，水电解装置10具有水电解小室堆20、供水侧路径(氧侧路径)30以及氢侧路径40。在水电解装置10中，通过从供水侧路径30对水电解小室堆20所具备的水电解小室21供给水并通电，从而将水分解为氢和氧，获得氢并向氢侧路径40分离。
1.1.水电解小室堆、水电解小室
在图2中示意性地示出了水电解小室21的形态。水电解小室21是用于将水分解为氢和氧的单位元件，层叠多个这样的水电解小室21并配置于水电解小室堆20。
水电解小室21为现有技术，在本实施方式中，由多个层构成，夹着固体高分子电解质膜22，一方为氧产生极(阳极)，另一方为氢产生极(阴极)。
构成固体高分子电解质膜22的材料是固体高分子材料，例如能够举出由氟类树脂、烃类树脂材料等形成的质子传导性的离子交换膜。它在湿润状态下示出良好的质子传导性(电传导性)。更具体而言，能够举出作为全氟磺酸膜的Nafion(注册商标)。
在氧产生极(阳极)，从固体高分子电解质膜22侧起依次具备氧极催化剂层23、氧极气体扩散层24以及氧极隔离件25。
氧极催化剂层23是由包含至少一个以上的Pt、Ru、Ir等贵金属催化剂及其氧化物在内的电极催化剂构成的层。
氧极气体扩散层24由具有透气性和导电性的部件构成。具体而言，能够举出由金属纤维或者金属粒子等构成的多孔导电性部件。
氧极隔离件25具备供向氧极气体扩散层24供给的水、产生的氧以及多余的水流动的流路25a。
氢产生极(阴极)设置于固体高分子电解质膜22的面中的、与配置有氧产生极的面相反的一侧的面，从固体高分子电解质膜22侧起依次具备氢极催化剂层26、氢极气体扩散层27以及氢极隔离件28。
氢极催化剂层26例如能够举出包含Pt等在内的层。
氢极气体扩散层27由具有透气性和导电性的部件构成。具体而言，能够举出碳布、碳纸等多孔部件等。
氢极隔离件28是具备供产生的氢、和与之相伴的水流动的流路28a的部件。
通过电源29向氧产生极与氢产生极之间通电，由此将从氧极隔离件25的流路25a供给至氧产生极的水(H2O)在施加了电位的氧极催化剂层23分解为氧、电子以及质子(H+)。此时，质子通过固体高分子电解质膜22而向氢极催化剂层26移动。另一方面，在氧极催化剂层23中分离出的电子通过外部电路而到达氢极催化剂层26。而且，在氢极催化剂层26，质子接受电子而产生氢。产生的氢和与之相伴的水到达氢极隔离件28而被从流路28a排出，并向氢侧路径40移动。此外，在氧极催化剂层23中分离出的氧和多余的水到达氧极隔离件25而被从流路25a排出，并向供水侧路径30移动。
1.2.供水侧路径(氧侧路径)
供水侧路径(氧侧路径)30是包括用于对水电解小室堆20的水电解小室21供给水而获得氧的配管在内的路径。
在本方式中，在供水侧路径30中，通过泵31而朝向水电解小室堆20供给水。根据需要，也可以在泵31与水电解小室堆20之间配置冷却水的冷却器、除去水所包含的离子的离子交换器。
在供水侧路径30中，还将在水电解小室堆20中产生的氧和未使用的水从水电解小室堆20排出来向气液分离器32供给。在气液分离器32中，分离水和氧，将所分离出的氧排出，并且再次向泵31供给水。此外，从泵33向气液分离器32供给不足的水。
上述的各设备通过配管而连接，形成了流体的路径。在本实施方式的供水侧路径30，还具备稀释气体混入机构34、氢浓度计35、控制器36。
1.2.1.稀释气体混入机构
稀释气体混入机构34是在供水侧路径30对水电解小室堆20与气液分离器32之间的配管混入稀释气体的机构。稀释气体是鉴于在包含从水电解小室堆20排出的水和氧的流体中还包含有氢气体这一情况而用于稀释该氢的气体。作为稀释气体，能够举出空气、氮气等惰性气体。
通过这样使稀释气体在配管内混入到达气液分离器32前的流体，从而能够进行稀释气体向流体中的更均匀的混合，氢的浓度分布不易产生偏差。
混入稀释气体的具体的装置结构并不特别地限定，但是能够举出向配管内喷射提高了压力的该稀释气体(例如压缩空气、压缩氮气等)。对于具体的稀释气体的混入，之后进行说明。此外，在本实施方式中，构成为：为了控制稀释气体的混入的允许和禁止，在稀释气体混入机构34设置阀34a，并能够通过控制器36进行该阀的操作。
1.2.2.氢浓度计
在本实施方式中，配置有对供水侧路径中的从气液分离器32排出气体的配管测定在管内流动的气体中的氢浓度的氢浓度计35。氢浓度计35的具体的形态并不特别地限定，为公知技术，但是优选构成为：能够将测定出的氢浓度作为数据向控制器36发送。
1.2.3.控制器
控制器36是控制本公开的水电解装置10的控制器。控制器36的形态并不特别地限定，但是典型地能够由计算机构成。在图3中示意性地示出了作为控制器36的计算机36的结构例。
计算机36具备作为处理器的Central Processing Unit(CPU)36a、作为作业区域发挥功能的Random Access Memory(RAM)36b、作为存储介质的Read-Only Memory(ROM)36c、作为在计算机36接收信息而不限于有线或无线的方式的接口的接收部36d、以及作为从计算机36向外部发送信息而不限于有线或无线的方式的接口的输出部36e。
在接收部36d可通信地连接有在供水侧路径30设置的氢浓度计35，并能够接收氢浓度的值作为信号。
另一方面，在输出部36e可通信地连接有稀释气体混入机构34(阀34a)。
在计算机36保存有计算机程序，该计算机程序用于将用于在本公开的水电解装置10中进行的控制的各过程作为具体的指令，并执行该指令。在计算机36中，作为硬件资源的CPU 36a、RAM 36b以及ROM 36c与计算机程序协作。具体而言，CPU 36a通过基于经由接收部36d取得的来自氢浓度计的信号而在作为作业区域发挥功能的RAM 36b执行在ROM 36c记录的计算机程序，从而实现功能。将CPU 36a取得或者生成的信息储存于RAM 36b。而且，基于所获得的结果，并根据需要经由输出部36e向稀释气体混入机构34(阀34a)发送指令。
对于具体的由本公开的水电解装置10进行的控制的内容，之后进行说明。
1.3.氢侧路径
氢侧路径40是包括取出在水电解小室堆20中分离出的氢的配管在内的路径。在氢侧路径40从水电解小室堆20的水电解小室21排出的氢和水被向气液分离器41供给。在气液分离器41中，分离水和氢。收集在气液分离器41中分离出的氢并进行除湿等进而收纳于罐。用泵42将在气液分离器41中分离出的水向供水侧路径30的气液分离器32输送并再次利用。这些各设备通过配管来连接。
2.水电解装置的控制
如上述的那样，在本实施方式的水电解装置10中，通过稀释气体混入机构34使稀释气体混入供水侧路径30中的从水电解小室堆20到气液分离器32之间的配管。这里，对稀释气体的混入的控制进行说明。
2.1.方式例1
在方式例1中，在水电解装置10工作的期间，无条件地使稀释气体从稀释气体混入机构34混入。在该例子中，在水电解装置10开始工作后，阀34a随即变为开阀状态，供给稀释气体，通过水电解装置10的停止，阀34a变为闭阀状态，停止稀释气体的供给。在该情况下，可以从控制器36接受工作的指令来控制阀34a的开闭，也可以与泵31的工作联动。
2.2.方式例2
在图4中示出方式例2所涉及的水电解装置的控制S10(以下，存在记载为“控制S10”的情况。)的流程。由图4可见，控制S10包括过程S11～过程S14。在本方式中，构成为保存于上述的控制器36的计算机程序成为用于执行该控制S10的各过程的具体的对计算机的指令。
2.2.1.过程S11
在过程S11中，控制器36从氢浓度计35取得氢浓度。由此，取得来自气液分离器32的排气所包含的氢的浓度。
2.2.2.过程S12
在过程S12中判定在过程S11中取得的氢浓度是否为预先决定好的浓度以上(基准浓度以上)。该基准浓度的具体的值并不特别地限定，能够适当地设定。
在过程S12中，当在过程S11中取得的氢浓度为基准浓度以上时，选择是并进入至过程S13。另一方面，在低于基准浓度时，选择否并进入至过程S14。
2.2.3.过程S13
在过程S13中，当在过程S11中获得的氢浓度为基准浓度以上时，将阀34a开阀。由此，能够混入稀释气体来使氢浓度降低。
这里，阀34a的开阀根据阀的种类来决定。在使阀34a为电磁阀(开闭阀)时，开阀为全开，在阀34a为调整阀时，以变为所需的流量的方式进行开阀。对于所需的流量而言，可以预先调查与在过程S11中获得的氢浓度的关系并作为数据库保存于控制器36，从而使用该关系调整阀的开度。
当在过程S13中开阀后，返回至过程S11。
2.2.4.过程S14
在过程S14中，当在过程S11中获得的氢浓度低于基准浓度时，将阀34a闭阀。在阀34a已经处于闭阀状态时，维持其闭阀状态。
当在过程S14中闭阀后，返回至过程S11。
3.效果等
根据本方式，使稀释气体混入在到达气液分离器前的配管中流动的流体，因此，使稀释气体更均匀地混入流体，从而流体所包含的氢的浓度分布不易产生偏差。
Claims (3)
1.一种水电解装置，通过水电解小室进行水电解来获得氢，其中，
所述水电解装置具备：
水电解小室堆，具有多个所述水电解小室；
供水侧路径，是向所述水电解小室堆供给水的路径；以及
氢侧路径，供在所述水电解小室堆中生成的氢流动，
在所述供水侧路径具备对包含从所述水电解小室堆排出的氧和水在内的流体进行气液分离的气液分离器，
在所述水电解小室堆与所述气液分离器之间具备使稀释气体混入的稀释气体混入机构。
2.根据权利要求1所述的水电解装置，其中，
在从所述气液分离器排出在所述气液分离器中分离出的气体的流路设置氢浓度计，
所述水电解装置具备控制自身的运转的控制器，
所述控制器在获得所述氢浓度计的值并超过了规定的阈值时使稀释气体从所述稀释气体混入机构混入。
3.根据权利要求1或2所述的水电解装置，其中，
所述稀释气体是空气。
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