JP2001152378A - 水電解装置 - Google Patents
水電解装置Info
- Publication number
- JP2001152378A JP2001152378A JP33142599A JP33142599A JP2001152378A JP 2001152378 A JP2001152378 A JP 2001152378A JP 33142599 A JP33142599 A JP 33142599A JP 33142599 A JP33142599 A JP 33142599A JP 2001152378 A JP2001152378 A JP 2001152378A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pure water
- line
- heat exchanger
- hydrogen
- separation tank
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B15/00—Operating or servicing cells
- C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
- C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B15/00—Operating or servicing cells
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B15/00—Operating or servicing cells
- C25B15/02—Process control or regulation
- C25B15/021—Process control or regulation of heating or cooling
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
- C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 イオン交換樹脂を使用することなく水中のイ
オン濃度を減少させ、しかも電解温度を高温に保持する
ことが可能な水電解装置を提供すること。 【解決手段】 純水補給ライン９から酸素分離タンク１
４を経て電解セル２０に達した純水を電解セル２０にお
いて電解して水素ガスと酸素ガスを生成し、この水素ガ
スと酸素ガスを、それぞれ水素分離タンク１０と酸素分
離タンク１４を経て外部に排出する。酸素分離タンク１
４に純水を補給する純水補給ライン９に第一熱交換器１
３を設置し、酸素分離タンク１４から電解セル２０を経
て酸素分離タンク１４に至る純水循環ライン１５を形成
し、電解セル２０から水素分離タンク１０に至る水素供
給ライン２１を設け、純水循環ライン１５から第一純水
排出ライン２２を分岐し、第一純水排出ライン２２を第
一熱交換器１３を経て系外に達せしめ、第一熱交換器１
３において、純水補給ライン９から補給される純水と第
一純水排出ライン２２を経て系外に排出される純水との
間の熱交換を行う。
オン濃度を減少させ、しかも電解温度を高温に保持する
ことが可能な水電解装置を提供すること。 【解決手段】 純水補給ライン９から酸素分離タンク１
４を経て電解セル２０に達した純水を電解セル２０にお
いて電解して水素ガスと酸素ガスを生成し、この水素ガ
スと酸素ガスを、それぞれ水素分離タンク１０と酸素分
離タンク１４を経て外部に排出する。酸素分離タンク１
４に純水を補給する純水補給ライン９に第一熱交換器１
３を設置し、酸素分離タンク１４から電解セル２０を経
て酸素分離タンク１４に至る純水循環ライン１５を形成
し、電解セル２０から水素分離タンク１０に至る水素供
給ライン２１を設け、純水循環ライン１５から第一純水
排出ライン２２を分岐し、第一純水排出ライン２２を第
一熱交換器１３を経て系外に達せしめ、第一熱交換器１
３において、純水補給ライン９から補給される純水と第
一純水排出ライン２２を経て系外に排出される純水との
間の熱交換を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質型水電
解装置の改良に関する。
解装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】近
年、固体高分子電解質膜を使用した高効率の水電解が注
目されている。この固体高分子電解質型水電解装置とし
ては、例えば、図５に示すものが知られている。図５に
おいて、電解セル４１は、多数の固体高分子電解質膜ユ
ニット４２を並列させたものであり、両端に通電用の端
部電極板４３、４３を備えている。固体高分子電解質膜
ユニット４２は、主として固体高分子電解質膜４４と、
その固体高分子電解質膜４４の両面に添設される多孔質
給電体４５、４５と、その多孔質給電体４５、４５の外
側に配設される複極式電極板４６、４６とから構成され
る。固体高分子電解質膜４４はプロトン導電性材料から
なる高分子膜である。複極式電極板４６は、通電により
片面が陰極に、もう一方の面が陽極になるものである。
１つの複極式電極板４６をとってみれば、それは左右両
側の固体高分子電解質膜ユニット４２、４２に共通の構
成部材となっている。
年、固体高分子電解質膜を使用した高効率の水電解が注
目されている。この固体高分子電解質型水電解装置とし
ては、例えば、図５に示すものが知られている。図５に
おいて、電解セル４１は、多数の固体高分子電解質膜ユ
ニット４２を並列させたものであり、両端に通電用の端
部電極板４３、４３を備えている。固体高分子電解質膜
ユニット４２は、主として固体高分子電解質膜４４と、
その固体高分子電解質膜４４の両面に添設される多孔質
給電体４５、４５と、その多孔質給電体４５、４５の外
側に配設される複極式電極板４６、４６とから構成され
る。固体高分子電解質膜４４はプロトン導電性材料から
なる高分子膜である。複極式電極板４６は、通電により
片面が陰極に、もう一方の面が陽極になるものである。
１つの複極式電極板４６をとってみれば、それは左右両
側の固体高分子電解質膜ユニット４２、４２に共通の構
成部材となっている。
【０００３】図６は、１つの固体高分子電解質膜ユニッ
ト４２の分解断面図であり、固体高分子電解質膜４４の
両面には白金族金属からなる多孔質の触媒層４７が設け
られている。固体高分子電解質膜４４の両側には、この
固体高分子電解質膜４４と複極式電極板４６、４６と環
状のガスケット４８で囲まれてシールされた空間が形成
され、このそれぞれが、後記する陰極室Ａおよび陽極室
Ｂ（図６中２点鎖線で示されたもの）となる。この陰極
室Ａおよび陽極室Ｂのそれぞれに多孔質給電体４５が収
容されている。固体高分子電解質膜としては、カチオン
交換膜（例えば、フッ素樹脂系スルホン酸カチオン交換
膜、デュポン社製「ナフィオン１１７」「ナフィオン１
１５」など）が好ましい。
ト４２の分解断面図であり、固体高分子電解質膜４４の
両面には白金族金属からなる多孔質の触媒層４７が設け
られている。固体高分子電解質膜４４の両側には、この
固体高分子電解質膜４４と複極式電極板４６、４６と環
状のガスケット４８で囲まれてシールされた空間が形成
され、このそれぞれが、後記する陰極室Ａおよび陽極室
Ｂ（図６中２点鎖線で示されたもの）となる。この陰極
室Ａおよび陽極室Ｂのそれぞれに多孔質給電体４５が収
容されている。固体高分子電解質膜としては、カチオン
交換膜（例えば、フッ素樹脂系スルホン酸カチオン交換
膜、デュポン社製「ナフィオン１１７」「ナフィオン１
１５」など）が好ましい。
【０００４】そこで、図５に示すように、端部電極板４
３、４３間に図５中左側が陽極、右側が陰極になるよう
に電流を通電すると、各複極式電極板４６は左側に陰
極、右側に陽極を生じさせる。このため、１つの複極式
電極板４６はその複極式電極板の図中左側の固体高分子
電解質膜ユニット４２では陰極側４９の構成部材とな
り、図中右側の固体高分子電解質膜ユニット４２では陽
極側５０の構成部材となる。こうして、図６に示すよう
に、１つの固体高分子電解質膜ユニット４２には固体高
分子電解質膜４４より右側の陰極室Ａと固体高分子電解
質膜４４より左側の陽極室Ｂとが形成される。
３、４３間に図５中左側が陽極、右側が陰極になるよう
に電流を通電すると、各複極式電極板４６は左側に陰
極、右側に陽極を生じさせる。このため、１つの複極式
電極板４６はその複極式電極板の図中左側の固体高分子
電解質膜ユニット４２では陰極側４９の構成部材とな
り、図中右側の固体高分子電解質膜ユニット４２では陽
極側５０の構成部材となる。こうして、図６に示すよう
に、１つの固体高分子電解質膜ユニット４２には固体高
分子電解質膜４４より右側の陰極室Ａと固体高分子電解
質膜４４より左側の陽極室Ｂとが形成される。
【０００５】この状態で純水供給経路５１（図５参照）
を通じて純水を陽極室Ｂに供給すれば、陽極室Ｂでは、 ２Ｈ2Ｏ → Ｏ2＋４Ｈ+ ＋４ｅ- の反応が起こり、酸素ガスが発生する。陽極室Ｂで発生
したプロトンはプロトン導電性である固体高分子電解質
膜４４内を少量の水を伴って移動し、陰極室Ａに到達す
る。陰極室Ａでは、この到達したプロトンに、 ４Ｈ+ ＋４ｅ- → ２Ｈ2 の反応が起こり、水素ガスが発生する。
を通じて純水を陽極室Ｂに供給すれば、陽極室Ｂでは、 ２Ｈ2Ｏ → Ｏ2＋４Ｈ+ ＋４ｅ- の反応が起こり、酸素ガスが発生する。陽極室Ｂで発生
したプロトンはプロトン導電性である固体高分子電解質
膜４４内を少量の水を伴って移動し、陰極室Ａに到達す
る。陰極室Ａでは、この到達したプロトンに、 ４Ｈ+ ＋４ｅ- → ２Ｈ2 の反応が起こり、水素ガスが発生する。
【０００６】固体高分子電解質型水電解装置における水
素ガスと酸素ガスの生成プロセスの概略は上記のとおり
であるが、そのプロセスで発生した水素と酸素は、例え
ば、図７に示すようなフローに従って、各ユースポイン
トへ供給される。すなわち、図７において、電解セル５
２で生成した水素ガスは、ライン５３を経て水素分離タ
ンク５４で水と分離されてから、除湿器５５を経て各ユ
ースポイントへ供給される。一方、電解セル５２で生成
した酸素ガスは、ライン５６を経て酸素分離タンク５７
で水と分離された後、大気中へ放出される。
素ガスと酸素ガスの生成プロセスの概略は上記のとおり
であるが、そのプロセスで発生した水素と酸素は、例え
ば、図７に示すようなフローに従って、各ユースポイン
トへ供給される。すなわち、図７において、電解セル５
２で生成した水素ガスは、ライン５３を経て水素分離タ
ンク５４で水と分離されてから、除湿器５５を経て各ユ
ースポイントへ供給される。一方、電解セル５２で生成
した酸素ガスは、ライン５６を経て酸素分離タンク５７
で水と分離された後、大気中へ放出される。
【０００７】ところで、水電解は、所定の電圧下で所定
の電流を通電することにより行われており、水電解時の
消費電力を減少するにはエネルギー効率（電圧効率×電
流効率）を高くすることが好ましい。ここで、電流効率
は温度に無関係で、約９０〜９８％の範囲にあり、一
方、電圧効率は、理論稼働電圧／実際電解電圧で示され
るもので、温度依存性があり、電解温度を比較的高めに
維持しないと、電圧効率は低下してしまう。電解セルの
高性能化に伴って、従来は８０％程度であった電圧効率
が現在では９６％程度まで向上しており、そのような高
い電圧効率を維持するには電解温度を８０〜１２０℃程
度に保つ必要がある。
の電流を通電することにより行われており、水電解時の
消費電力を減少するにはエネルギー効率（電圧効率×電
流効率）を高くすることが好ましい。ここで、電流効率
は温度に無関係で、約９０〜９８％の範囲にあり、一
方、電圧効率は、理論稼働電圧／実際電解電圧で示され
るもので、温度依存性があり、電解温度を比較的高めに
維持しないと、電圧効率は低下してしまう。電解セルの
高性能化に伴って、従来は８０％程度であった電圧効率
が現在では９６％程度まで向上しており、そのような高
い電圧効率を維持するには電解温度を８０〜１２０℃程
度に保つ必要がある。
【０００８】ところが、従来の水電解においてはエネル
ギー効率はそれほど重要視されず、約５５％程度のエネ
ルギー効率で電解されており、電解温度を高く保って電
圧効率の低下を抑制する必要がなかったので、電解温度
も比較的低く、４５℃程度であった。この水電解に供さ
れる水としては、純水が循環使用されており、この純水
の純度を一定に保って固体高分子電解質膜の汚染を防い
で良好に水電解を行うためには、水中のイオンを取り除
いてやる必要がある。この手段としてはイオン交換樹脂
を用いた方法が一般的に行われており、しかも、従来の
電解温度は４５℃程度と比較的低く、耐熱温度の低い
（約５５℃である）イオン交換樹脂にとって好都合の条
件で電解が行われていた。すなわち、図７に示すフロー
において、酸素分離タンク５７から電解セル５２へ至る
ライン５９には熱交換器６０を設けて, ライン６１を経
て供給される冷却水によりライン５９を流通する純水を
約４５℃に冷却し、さらに、ライン５９にイオン交換樹
脂を用いた非再生ポリッシャー６２を設けて水中のイオ
ンを取り除いて高純度の純水を得、この高純度の純水
は、さらにフィルター６３、ライン６４を経て電解セル
５２に供給されていた。
ギー効率はそれほど重要視されず、約５５％程度のエネ
ルギー効率で電解されており、電解温度を高く保って電
圧効率の低下を抑制する必要がなかったので、電解温度
も比較的低く、４５℃程度であった。この水電解に供さ
れる水としては、純水が循環使用されており、この純水
の純度を一定に保って固体高分子電解質膜の汚染を防い
で良好に水電解を行うためには、水中のイオンを取り除
いてやる必要がある。この手段としてはイオン交換樹脂
を用いた方法が一般的に行われており、しかも、従来の
電解温度は４５℃程度と比較的低く、耐熱温度の低い
（約５５℃である）イオン交換樹脂にとって好都合の条
件で電解が行われていた。すなわち、図７に示すフロー
において、酸素分離タンク５７から電解セル５２へ至る
ライン５９には熱交換器６０を設けて, ライン６１を経
て供給される冷却水によりライン５９を流通する純水を
約４５℃に冷却し、さらに、ライン５９にイオン交換樹
脂を用いた非再生ポリッシャー６２を設けて水中のイオ
ンを取り除いて高純度の純水を得、この高純度の純水
は、さらにフィルター６３、ライン６４を経て電解セル
５２に供給されていた。
【０００９】また、酸素分離タンク５７で酸素ガスと分
離された純水はライン６５を経て純水循環ポンプ６９で
循環し、７０は補給水ポンプを示す。水素分離タンク５
４で水素ガスと分離された純水はライン６６を経てガス
スクラバー６７に導入され、ガススクラバー６７におい
て純水中に溶存している水素ガスを放出してから純水タ
ンク５８へ戻され、除湿器５５における水素ガスの除湿
を容易に行うようにするため、ライン６１を経て供給さ
れる冷却水をライン６８を経て除湿器５５に導いて、水
素分離タンク５４から導入される含湿水素ガスの除湿が
行われていた。酸素分離タンク５７や水素分離タンク５
４から排出される純水ならびに水素分離タンク５４から
排出される含湿水素ガスの温度はかなり高い（純水の温
度＝約８５〜１２０℃、含湿水素ガスの温度＝約８５〜
１２０℃）にも拘わらず、従来の水電解装置において
は、それらの熱エネルギーは十分に利用されていなかっ
た。
離された純水はライン６５を経て純水循環ポンプ６９で
循環し、７０は補給水ポンプを示す。水素分離タンク５
４で水素ガスと分離された純水はライン６６を経てガス
スクラバー６７に導入され、ガススクラバー６７におい
て純水中に溶存している水素ガスを放出してから純水タ
ンク５８へ戻され、除湿器５５における水素ガスの除湿
を容易に行うようにするため、ライン６１を経て供給さ
れる冷却水をライン６８を経て除湿器５５に導いて、水
素分離タンク５４から導入される含湿水素ガスの除湿が
行われていた。酸素分離タンク５７や水素分離タンク５
４から排出される純水ならびに水素分離タンク５４から
排出される含湿水素ガスの温度はかなり高い（純水の温
度＝約８５〜１２０℃、含湿水素ガスの温度＝約８５〜
１２０℃）にも拘わらず、従来の水電解装置において
は、それらの熱エネルギーは十分に利用されていなかっ
た。
【００１０】しかし、昨今、水電解時の消費電力を少な
くするために、エネルギー効率を向上させたいという要
望があり、そのためには、温度依存性の高い電圧効率を
低下させないようにするために水電解時の温度を高く保
持する必要がある。例えば、電圧効率９６％を維持して
最大９４％のエネルギー効率を確保しようとした場合、
上記したように、電解温度としては、約８０〜１２０℃
程度を保持する必要があるにも拘わらず、イオン交換樹
脂の耐熱温度は約５５℃程度しかないので、このような
高温ではとてもイオン交換樹脂を使用することができな
い。
くするために、エネルギー効率を向上させたいという要
望があり、そのためには、温度依存性の高い電圧効率を
低下させないようにするために水電解時の温度を高く保
持する必要がある。例えば、電圧効率９６％を維持して
最大９４％のエネルギー効率を確保しようとした場合、
上記したように、電解温度としては、約８０〜１２０℃
程度を保持する必要があるにも拘わらず、イオン交換樹
脂の耐熱温度は約５５℃程度しかないので、このような
高温ではとてもイオン交換樹脂を使用することができな
い。
【００１１】本発明は従来の技術の有するこのような問
題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、イオ
ン交換樹脂を使用することなく水中のイオン濃度を減少
させ、しかも電解温度を高温に保持することが可能な水
電解装置を提供することにある。
題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、イオ
ン交換樹脂を使用することなく水中のイオン濃度を減少
させ、しかも電解温度を高温に保持することが可能な水
電解装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、純水の循環ラインから純度の低下した（イ
オン濃度の高い）純水の一部を系外に排出し、その代わ
りに純水補給ラインを経て高純度の純水を一定量補給す
ることによって純水循環ラインを循環する純水（以下
「循環純水」という）のイオン濃度を低下させ、同時
に、系外に排出される温度の高い純水と補給される純水
との間で熱交換を行って循環純水に補給される純水の温
度を高め、電解温度を高温に保持することができる。
に本発明は、純水の循環ラインから純度の低下した（イ
オン濃度の高い）純水の一部を系外に排出し、その代わ
りに純水補給ラインを経て高純度の純水を一定量補給す
ることによって純水循環ラインを循環する純水（以下
「循環純水」という）のイオン濃度を低下させ、同時
に、系外に排出される温度の高い純水と補給される純水
との間で熱交換を行って循環純水に補給される純水の温
度を高め、電解温度を高温に保持することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】すなわち、本発明の要旨は、純水
補給ラインから電解セルに達した純水を該電解セルにお
いて電解して水素ガスと酸素ガスを生成し、該水素ガス
と酸素ガスを、それぞれ水素分離タンクと酸素分離タン
クを経て外部に排出する水電解装置において、酸素分離
タンクに純水を補給する純水補給ラインに第一熱交換器
を設置し、酸素分離タンクから電解セルを経て酸素分離
タンクに至る純水循環ラインを形成し、上記電解セルか
ら水素分離タンクに至る水素供給ラインを設け、上記純
水循環ラインから第一純水排出ラインを分岐し、第一純
水排出ラインを上記第一熱交換器を経て系外に達せし
め、第一熱交換器において、純水補給ラインを経て補給
される純水と第一純水排出ラインを経て系外に排出され
る純水との間の熱交換を行うことを特徴とする水電解装
置にある。
補給ラインから電解セルに達した純水を該電解セルにお
いて電解して水素ガスと酸素ガスを生成し、該水素ガス
と酸素ガスを、それぞれ水素分離タンクと酸素分離タン
クを経て外部に排出する水電解装置において、酸素分離
タンクに純水を補給する純水補給ラインに第一熱交換器
を設置し、酸素分離タンクから電解セルを経て酸素分離
タンクに至る純水循環ラインを形成し、上記電解セルか
ら水素分離タンクに至る水素供給ラインを設け、上記純
水循環ラインから第一純水排出ラインを分岐し、第一純
水排出ラインを上記第一熱交換器を経て系外に達せし
め、第一熱交換器において、純水補給ラインを経て補給
される純水と第一純水排出ラインを経て系外に排出され
る純水との間の熱交換を行うことを特徴とする水電解装
置にある。
【００１４】本発明によれば、第一純水排出ラインを経
て系外に排出される純水に代えて、純水補給ラインから
高純度の純水を純水循環ラインに補給することにより循
環純水のイオン濃度を低下させ、同時に、第一純水排出
ラインから排出される高温（約８５〜１２０℃）の純水
と純水補給ラインを経て補給される純水との間で熱交換
を行って補給純水の温度を高め、この高温補給純水を酸
素分離タンクを経て純水循環ライン中の純水に混入して
水電解時の温度を低下させることなく、高エネルギー効
率を確保する。
て系外に排出される純水に代えて、純水補給ラインから
高純度の純水を純水循環ラインに補給することにより循
環純水のイオン濃度を低下させ、同時に、第一純水排出
ラインから排出される高温（約８５〜１２０℃）の純水
と純水補給ラインを経て補給される純水との間で熱交換
を行って補給純水の温度を高め、この高温補給純水を酸
素分離タンクを経て純水循環ライン中の純水に混入して
水電解時の温度を低下させることなく、高エネルギー効
率を確保する。
【００１５】また、水素分離タンク底部に第二純水排出
ラインを接続し、第二純水排出ラインを第一熱交換器を
経て系外に達せしめ、第一熱交換器において、純水補給
ラインを経て補給される純水と第一および第二純水排出
ラインを経て系外に排出される純水との間の熱交換を行
うようにすれば、補給純水の温度をさらに高めることが
でき、水電解時の高エネルギー効率の確保が一層容易に
なる。
ラインを接続し、第二純水排出ラインを第一熱交換器を
経て系外に達せしめ、第一熱交換器において、純水補給
ラインを経て補給される純水と第一および第二純水排出
ラインを経て系外に排出される純水との間の熱交換を行
うようにすれば、補給純水の温度をさらに高めることが
でき、水電解時の高エネルギー効率の確保が一層容易に
なる。
【００１６】さらに、水素分離タンクに接続した水素排
出ラインに除湿器を設置し、水素分離タンクから該除湿
器に至る水素排出ラインにプレ熱交換器を設置し、純水
補給ラインを該プレ熱交換器を経て第一熱交換器に至ら
しめ、該プレ熱交換器において、純水補給ラインを経て
補給される純水と水素排出ラインを経て排出される含湿
水素ガスとの間の熱交換を行うこともできる。このよう
にすれば、プレ熱交換器において、水素分離タンクから
排出される高温（約８５〜１２０℃）の含湿水素ガスが
補給純水により冷却されて凝縮水が生成し、除湿器への
持ち込み水分量が減少し、除湿器における除湿が容易に
なるとともに、廃棄する熱エネルギーが減少するので、
水電解時の高エネルギー効率の確保がますます容易にな
る。
出ラインに除湿器を設置し、水素分離タンクから該除湿
器に至る水素排出ラインにプレ熱交換器を設置し、純水
補給ラインを該プレ熱交換器を経て第一熱交換器に至ら
しめ、該プレ熱交換器において、純水補給ラインを経て
補給される純水と水素排出ラインを経て排出される含湿
水素ガスとの間の熱交換を行うこともできる。このよう
にすれば、プレ熱交換器において、水素分離タンクから
排出される高温（約８５〜１２０℃）の含湿水素ガスが
補給純水により冷却されて凝縮水が生成し、除湿器への
持ち込み水分量が減少し、除湿器における除湿が容易に
なるとともに、廃棄する熱エネルギーが減少するので、
水電解時の高エネルギー効率の確保がますます容易にな
る。
【００１７】また、第一および第二純水排出ラインを経
て系外に排出される高温純水と純水補給ラインを経て補
給される純水との熱交換を同一の熱交換器で行うのでは
なく、別々の熱交換器で行うことも可能である。このよ
うにすれば、第一および第二純水排出ラインから各熱交
換器へ向けて排出される純水の流量制御を個別に行うこ
とができるので、流量制御が安定化する。例えば、水素
分離タンク底部に第二純水排出ラインを接続し、純水補
給ラインの第一熱交換器の前に第二プレ熱交換器を設置
し、第二純水排出ラインを第二プレ熱交換器を経て系外
に達せしめ、第二プレ熱交換器において、純水補給ライ
ンを経て補給される純水と第二純水排出ラインを経て系
外に排出される純水との間の熱交換を行い、次いで、第
一熱交換器において、第二プレ熱交換器で熱交換後の補
給純水と第二純水排出ラインを経て系外に排出される純
水との間の熱交換を行うことができる（前者方法）。ま
た、水素分離タンク底部に第二純水排出ラインを接続
し、純水補給ラインを２つに分岐させて、分岐した各純
水補給ラインにそれぞれ熱交換器を設置し、純水補給ラ
インを経て補給される純水と第一および第二純水排出ラ
インを経て系外に排出される純水との間の熱交換を別々
の熱交換器で並行して行い、該熱交換後に、分岐した各
純水補給ラインを一つに合流させることもできる（後者
方法）。前者方法に比べて後者方法には、熱エネルギー
の回収率の向上という利点がある。
て系外に排出される高温純水と純水補給ラインを経て補
給される純水との熱交換を同一の熱交換器で行うのでは
なく、別々の熱交換器で行うことも可能である。このよ
うにすれば、第一および第二純水排出ラインから各熱交
換器へ向けて排出される純水の流量制御を個別に行うこ
とができるので、流量制御が安定化する。例えば、水素
分離タンク底部に第二純水排出ラインを接続し、純水補
給ラインの第一熱交換器の前に第二プレ熱交換器を設置
し、第二純水排出ラインを第二プレ熱交換器を経て系外
に達せしめ、第二プレ熱交換器において、純水補給ライ
ンを経て補給される純水と第二純水排出ラインを経て系
外に排出される純水との間の熱交換を行い、次いで、第
一熱交換器において、第二プレ熱交換器で熱交換後の補
給純水と第二純水排出ラインを経て系外に排出される純
水との間の熱交換を行うことができる（前者方法）。ま
た、水素分離タンク底部に第二純水排出ラインを接続
し、純水補給ラインを２つに分岐させて、分岐した各純
水補給ラインにそれぞれ熱交換器を設置し、純水補給ラ
インを経て補給される純水と第一および第二純水排出ラ
インを経て系外に排出される純水との間の熱交換を別々
の熱交換器で並行して行い、該熱交換後に、分岐した各
純水補給ラインを一つに合流させることもできる（後者
方法）。前者方法に比べて後者方法には、熱エネルギー
の回収率の向上という利点がある。
【００１８】以上のようにして、イオンを多量に溶解し
て純度の低下した純水の一部を循環ラインから系外に排
出し、その代わりに高純度の純水を一定量補給して循環
純水のイオン濃度を低下させ、同時に、系外に排出する
高温の純水と補給純水との間で熱交換を行うことによ
り、補給純水の温度を高め、電解温度を高温に保持して
高エネルギー効率を確保することができる。そのために
は、熱交換器における伝熱効率を向上させて循環純水に
補給する純水の温度は極力高めることが好ましい。一
方、水電解時の運転電圧の異常な上昇を避けるために
は、純水の比抵抗としては５ＭΩcm以上必要である。と
ころで、水電解に使用されて比抵抗の低下した純水をイ
オン交換樹脂を通過させれば、その比抵抗を１８ＭΩcm
まで高めることができ、水電解に使用した純水の全量を
イオン交換樹脂を通過させれば、常に、その比抵抗を１
８ＭΩcmに保持することができる。ところが、上記した
ように、水電解時の運転電圧の異常な上昇を避けるため
には、純水の比抵抗は５ＭΩcm以上あればよく、純水の
比抵抗として、必ずしも１８ＭΩcmは必要でない。すな
わち、水電解に使用した純水の全量をイオン交換樹脂を
通過させる必要はなく、一部の純水をイオン交換樹脂を
通過させることによって循環純水の比抵抗として、５Ｍ
Ωcm以上確保することは可能である。そこで、本発明者
が、水電解に使用する純水を循環させる場合において、
循環純水の一部をイオン交換樹脂を通過させ、残りの純
水はイオン交換樹脂を通過させなかったときの全循環純
水に対するイオン交換樹脂通過水量の比率と循環純水の
比抵抗の関係を調査した結果が図４に示されている。図
４に示すように、イオン交換樹脂通過水量比率が増加す
るほど、循環純水の比抵抗は高くなっており、例えば、
循環水の比抵抗として５ＭΩcm以上確保するには、イオ
ン交換樹脂通過水量比率として３．５％以上あればよい
ことになる。イオン交換樹脂を通過した純水の比抵抗は
１８ＭΩcmであるが、補給純水の比抵抗も、同じく１８
ＭΩcmであるから、イオン交換樹脂を通過させた純水に
代えて補給純水を使用しても、循環純水の比抵抗は同じ
になるはずである。すなわち、循環純水全量の３．５％
以上を系外に排出して、その代わりに同量の新しい純水
を純水循環ラインに補給すれば、循環純水の比抵抗とし
て５ＭΩcm以上を確保することが可能である。
て純度の低下した純水の一部を循環ラインから系外に排
出し、その代わりに高純度の純水を一定量補給して循環
純水のイオン濃度を低下させ、同時に、系外に排出する
高温の純水と補給純水との間で熱交換を行うことによ
り、補給純水の温度を高め、電解温度を高温に保持して
高エネルギー効率を確保することができる。そのために
は、熱交換器における伝熱効率を向上させて循環純水に
補給する純水の温度は極力高めることが好ましい。一
方、水電解時の運転電圧の異常な上昇を避けるために
は、純水の比抵抗としては５ＭΩcm以上必要である。と
ころで、水電解に使用されて比抵抗の低下した純水をイ
オン交換樹脂を通過させれば、その比抵抗を１８ＭΩcm
まで高めることができ、水電解に使用した純水の全量を
イオン交換樹脂を通過させれば、常に、その比抵抗を１
８ＭΩcmに保持することができる。ところが、上記した
ように、水電解時の運転電圧の異常な上昇を避けるため
には、純水の比抵抗は５ＭΩcm以上あればよく、純水の
比抵抗として、必ずしも１８ＭΩcmは必要でない。すな
わち、水電解に使用した純水の全量をイオン交換樹脂を
通過させる必要はなく、一部の純水をイオン交換樹脂を
通過させることによって循環純水の比抵抗として、５Ｍ
Ωcm以上確保することは可能である。そこで、本発明者
が、水電解に使用する純水を循環させる場合において、
循環純水の一部をイオン交換樹脂を通過させ、残りの純
水はイオン交換樹脂を通過させなかったときの全循環純
水に対するイオン交換樹脂通過水量の比率と循環純水の
比抵抗の関係を調査した結果が図４に示されている。図
４に示すように、イオン交換樹脂通過水量比率が増加す
るほど、循環純水の比抵抗は高くなっており、例えば、
循環水の比抵抗として５ＭΩcm以上確保するには、イオ
ン交換樹脂通過水量比率として３．５％以上あればよい
ことになる。イオン交換樹脂を通過した純水の比抵抗は
１８ＭΩcmであるが、補給純水の比抵抗も、同じく１８
ＭΩcmであるから、イオン交換樹脂を通過させた純水に
代えて補給純水を使用しても、循環純水の比抵抗は同じ
になるはずである。すなわち、循環純水全量の３．５％
以上を系外に排出して、その代わりに同量の新しい純水
を純水循環ラインに補給すれば、循環純水の比抵抗とし
て５ＭΩcm以上を確保することが可能である。
【００１９】
【実施例】以下に本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。図１は、本発明の水電解装置の全体フロー図
である。図１において、１はプレフィルター、２は昇圧
ポンプ、３は第一逆浸透膜、４は第二逆浸透膜、５は補
給純水タンク、６はポンプ、７はイオン交換装置（イオ
ン交換樹脂によるもの）、８はファイナルフィルターで
ある。プレフィルター１からファイナルフィルター８ま
での機器を備えた純水補給ライン９は、水素分離タンク
１０から伸びる水素排出ライン１１中のプレ熱交換器１
２を経て、さらに、第一熱交換器１３を通過して酸素分
離タンク１４に達する。酸素分離タンク１４の底部から
伸びるライン１５は、ポンプ１６、熱交換器１７、温度
指示調節計１８、ファイナルフィルター１９、電解セル
２０を経て再び酸素分離タンク１４に戻るように、純水
循環ラインを構成している。
説明する。図１は、本発明の水電解装置の全体フロー図
である。図１において、１はプレフィルター、２は昇圧
ポンプ、３は第一逆浸透膜、４は第二逆浸透膜、５は補
給純水タンク、６はポンプ、７はイオン交換装置（イオ
ン交換樹脂によるもの）、８はファイナルフィルターで
ある。プレフィルター１からファイナルフィルター８ま
での機器を備えた純水補給ライン９は、水素分離タンク
１０から伸びる水素排出ライン１１中のプレ熱交換器１
２を経て、さらに、第一熱交換器１３を通過して酸素分
離タンク１４に達する。酸素分離タンク１４の底部から
伸びるライン１５は、ポンプ１６、熱交換器１７、温度
指示調節計１８、ファイナルフィルター１９、電解セル
２０を経て再び酸素分離タンク１４に戻るように、純水
循環ラインを構成している。
【００２０】電解セル２０の他方の端部から伸びる水素
供給ライン２１は水素分離タンク１０に達している。純
水循環ライン１５から分岐した第一純水排出ライン２２
は、流量指示調節計２３を経た後、水素分離タンク１０
底部から伸びる第二純水排出ライン２４に合流して第一
熱交換器１３を経て系外に達する。
供給ライン２１は水素分離タンク１０に達している。純
水循環ライン１５から分岐した第一純水排出ライン２２
は、流量指示調節計２３を経た後、水素分離タンク１０
底部から伸びる第二純水排出ライン２４に合流して第一
熱交換器１３を経て系外に達する。
【００２１】水素分離タンク１０から伸びる水素排出ラ
イン１１のプレ熱交換器１２の後段には除湿器２５が配
置されている。
イン１１のプレ熱交換器１２の後段には除湿器２５が配
置されている。
【００２２】各ラインに設置された２６、２７はそれぞ
れ流量制御弁、オンオフ弁を示す。
れ流量制御弁、オンオフ弁を示す。
【００２３】以上のように構成される本発明の水電解装
置において、純水補給ライン９のプレフィルター１に達
した水道水はプレフィルター１において予備濾過され、
全開のオンオフ弁２７を経て昇圧ポンプ２により昇圧さ
れて、第一逆浸透膜３、第二逆浸透膜４を経て所定の高
純度に精製された後、補給純水タンク５に貯えられる。
そして、酸素分離タンク１４内の水位を監視するレベル
計２８の指示に応じて純水補給ライン９に設けた流量制
御弁２６の開度が適宜調節されながら、補給純水タンク
５内の純水はポンプ６により圧送されてイオン交換装置
７、ファイナルフィルター８を経た後、プレ熱交換器１
２において、水素分離タンク１０から排出される高温
（約８５〜１２０℃）の含湿水素ガスとの間で間接的に
熱交換が行われて、補給純水は一定温度だけ昇温され
て、当初１５〜２５℃であったものが、約１６〜２６℃
になる。一方、水素分離タンク１０から排出される含湿
水素ガスはプレ熱交換器１２において補給純水により冷
却されて凝縮水が生成する。プレ熱交換器１２の下部か
ら上部へ含湿水素ガスが流れるようにしておき、プレ熱
交換器１２から水素分離タンク１０へ向かって下り勾配
となるように水素排出ライン１１を形成することによ
り、生成した凝縮水は水素分離タンク１０へ流れ落ちる
ようになる。このようにして、除湿器２５への水分の持
ち込み量が減少するので、除湿器２５における除湿が容
易になる。除湿器２５において除湿された水素ガスは、
水素分離タンク１０内の圧力を監視する圧力指示調節計
２９の指示に応じて水素排出ライン１１に設けた流量制
御弁２６の開度が適宜調節されながら、高純度水素ガス
はユースポイントへ供給される。
置において、純水補給ライン９のプレフィルター１に達
した水道水はプレフィルター１において予備濾過され、
全開のオンオフ弁２７を経て昇圧ポンプ２により昇圧さ
れて、第一逆浸透膜３、第二逆浸透膜４を経て所定の高
純度に精製された後、補給純水タンク５に貯えられる。
そして、酸素分離タンク１４内の水位を監視するレベル
計２８の指示に応じて純水補給ライン９に設けた流量制
御弁２６の開度が適宜調節されながら、補給純水タンク
５内の純水はポンプ６により圧送されてイオン交換装置
７、ファイナルフィルター８を経た後、プレ熱交換器１
２において、水素分離タンク１０から排出される高温
（約８５〜１２０℃）の含湿水素ガスとの間で間接的に
熱交換が行われて、補給純水は一定温度だけ昇温され
て、当初１５〜２５℃であったものが、約１６〜２６℃
になる。一方、水素分離タンク１０から排出される含湿
水素ガスはプレ熱交換器１２において補給純水により冷
却されて凝縮水が生成する。プレ熱交換器１２の下部か
ら上部へ含湿水素ガスが流れるようにしておき、プレ熱
交換器１２から水素分離タンク１０へ向かって下り勾配
となるように水素排出ライン１１を形成することによ
り、生成した凝縮水は水素分離タンク１０へ流れ落ちる
ようになる。このようにして、除湿器２５への水分の持
ち込み量が減少するので、除湿器２５における除湿が容
易になる。除湿器２５において除湿された水素ガスは、
水素分離タンク１０内の圧力を監視する圧力指示調節計
２９の指示に応じて水素排出ライン１１に設けた流量制
御弁２６の開度が適宜調節されながら、高純度水素ガス
はユースポイントへ供給される。
【００２４】一方、プレ熱交換器１２において一定温度
だけ昇温された補給純水は第一熱交換器１３において、
第一および第二純水排出ライン２２と２４を経て排出さ
れる高温（約８５〜１２０℃）の純水との間で間接的に
熱交換が行われた結果、さらに、約８２〜１１９℃に昇
温されて酸素分離タンク１４に達する。また、純水循環
ライン１５を循環する純水の比抵抗が５ＭΩcmを下回る
ことがないように、純水循環ライン１５から分岐した第
一純水排出ライン２２を経て排出される純水の量をＱ1
とし、純水補給ライン９を経て補給される純水の量をＱ
2 とした場合、Ｑ2≧Ｑ1となるように、純水補給ライン
９に設けた流量制御弁２６と第一純水排出ライン２２に
設けた流量制御弁２６の開度が適宜調節される。結果的
には、水素分離タンク１０へ供給される純水と第一純水
排出ライン２２から排出される純水の量が補給純水の量
に等しくなって、Ｑ2＞Ｑ1となる。なお、本実施例で
は、酸素分離タンク１４の水位が一定になるように純水
を補給した。
だけ昇温された補給純水は第一熱交換器１３において、
第一および第二純水排出ライン２２と２４を経て排出さ
れる高温（約８５〜１２０℃）の純水との間で間接的に
熱交換が行われた結果、さらに、約８２〜１１９℃に昇
温されて酸素分離タンク１４に達する。また、純水循環
ライン１５を循環する純水の比抵抗が５ＭΩcmを下回る
ことがないように、純水循環ライン１５から分岐した第
一純水排出ライン２２を経て排出される純水の量をＱ1
とし、純水補給ライン９を経て補給される純水の量をＱ
2 とした場合、Ｑ2≧Ｑ1となるように、純水補給ライン
９に設けた流量制御弁２６と第一純水排出ライン２２に
設けた流量制御弁２６の開度が適宜調節される。結果的
には、水素分離タンク１０へ供給される純水と第一純水
排出ライン２２から排出される純水の量が補給純水の量
に等しくなって、Ｑ2＞Ｑ1となる。なお、本実施例で
は、酸素分離タンク１４の水位が一定になるように純水
を補給した。
【００２５】以上のようにして、第一純水排出ライン２
２を経て排出される高温低純度の純水の代わりに、純水
補給ライン９から酸素分離タンク１４に補給される高温
高純度の純水により、純水循環ライン１５を循環する純
水のイオン濃度を低下させて（比抵抗を増加させて）、
しかも、循環純水を一定温度以上の高温に保持すること
が可能である。かくして、高温高純度の純水を電解セル
２０で電解することにより、高エネルギー効率の下で水
電解を行うことが可能になる。しかし、純水循環ライン
１５を循環する純水の温度が８０℃以上になると、モジ
ュール構成部品であるシール材料のＯリングやガスケッ
トの耐熱温度に近づいて寿命が短くなるという不都合が
生じるので、温度指示調節計１８で検知した純水の温度
が８０℃以下になるように、温度指示調節計１８の指示
に応じて流量制御弁２６の開度を適宜調節して、冷水供
給ライン３０より熱交換器１７に冷水を供給して純水循
環ライン１５を循環する純水の温度を８０℃以下に調節
するのが好ましい。純水循環ライン１５内のファイナル
フィルター１９は必ずしも必要なものではなく、純水循
環ライン１５中にいっさい異物が混入しないということ
が保証されれば、省略することも可能である。
２を経て排出される高温低純度の純水の代わりに、純水
補給ライン９から酸素分離タンク１４に補給される高温
高純度の純水により、純水循環ライン１５を循環する純
水のイオン濃度を低下させて（比抵抗を増加させて）、
しかも、循環純水を一定温度以上の高温に保持すること
が可能である。かくして、高温高純度の純水を電解セル
２０で電解することにより、高エネルギー効率の下で水
電解を行うことが可能になる。しかし、純水循環ライン
１５を循環する純水の温度が８０℃以上になると、モジ
ュール構成部品であるシール材料のＯリングやガスケッ
トの耐熱温度に近づいて寿命が短くなるという不都合が
生じるので、温度指示調節計１８で検知した純水の温度
が８０℃以下になるように、温度指示調節計１８の指示
に応じて流量制御弁２６の開度を適宜調節して、冷水供
給ライン３０より熱交換器１７に冷水を供給して純水循
環ライン１５を循環する純水の温度を８０℃以下に調節
するのが好ましい。純水循環ライン１５内のファイナル
フィルター１９は必ずしも必要なものではなく、純水循
環ライン１５中にいっさい異物が混入しないということ
が保証されれば、省略することも可能である。
【００２６】酸素分離タンク１４内の圧力は圧力指示調
節計２９で検知して、この圧力が一定以上になれば、酸
素分離タンク１４内の酸素を流量制御弁２６を経て大気
に放出することにより、酸素分離タンク１４内の圧力を
一定以下に保持するように制御することができる。３１
は水素濃度計であり、水素濃度計３１により大気放出さ
れる酸素ガス中の水素ガス濃度を検知し、酸素と水素の
比率が爆発の可能性のある比率に近くなれば、警報を出
すよう構成されている。
節計２９で検知して、この圧力が一定以上になれば、酸
素分離タンク１４内の酸素を流量制御弁２６を経て大気
に放出することにより、酸素分離タンク１４内の圧力を
一定以下に保持するように制御することができる。３１
は水素濃度計であり、水素濃度計３１により大気放出さ
れる酸素ガス中の水素ガス濃度を検知し、酸素と水素の
比率が爆発の可能性のある比率に近くなれば、警報を出
すよう構成されている。
【００２７】上記フローでは、ライン２２内の純水とラ
イン２４内の純水は合流後、一つの熱交換器１３で補給
純水と熱交換するように構成されているが、第一純水排
出ライン２２に設置した流量制御弁２６と第二純水排出
ライン２４に設置した流量制御弁２６の背圧の相違か
ら、流量制御が不安定にならないように、２台の熱交換
器を使用して個別に熱交換をすることも可能である。す
なわち、図２に示すように、純水補給ライン９の第一熱
交換器１３の前に第二プレ熱交換器３２を設置し、第二
純水排出ライン２４を経て排出される純水と純水補給ラ
イン９を通る純水との間の間接的な熱交換を第二プレ熱
交換器３２において行い、第二プレ熱交換器３２で熱交
換後の補給純水と第一純水排出ライン２２を経て排出さ
れる純水との間の間接的な熱交換を第一熱交換器１３に
おいて行うことができる。しかし、この場合は、補給純
水は既に第二プレ熱交換器３２で相当量温度が上昇して
いるので、第一熱交換器１３で十分な熱回収が行えなく
なる。従って、十分な熱回収を行うには、図３に示すよ
うに、純水補給ライン９を２つに分岐し、分岐した各ラ
イン９ａ、９ｂにそれぞれ熱交換器３３、３４を設置
し、第二純水排出ライン２４を経て排出される純水と分
岐ライン９ａを通る補給純水との間の間接的な熱交換を
熱交換器３３で行わせ、第一純水排出ライン２２を経て
排出される純水と分岐ライン９ｂを通る補給純水との間
の間接的な熱交換を熱交換器３４で行わせることが必要
である。なお、純水の消費量を減少するため、第一熱交
換器１３で熱交換を終了して排出される純水を補給純水
タンク５へ戻すこともできる。
イン２４内の純水は合流後、一つの熱交換器１３で補給
純水と熱交換するように構成されているが、第一純水排
出ライン２２に設置した流量制御弁２６と第二純水排出
ライン２４に設置した流量制御弁２６の背圧の相違か
ら、流量制御が不安定にならないように、２台の熱交換
器を使用して個別に熱交換をすることも可能である。す
なわち、図２に示すように、純水補給ライン９の第一熱
交換器１３の前に第二プレ熱交換器３２を設置し、第二
純水排出ライン２４を経て排出される純水と純水補給ラ
イン９を通る純水との間の間接的な熱交換を第二プレ熱
交換器３２において行い、第二プレ熱交換器３２で熱交
換後の補給純水と第一純水排出ライン２２を経て排出さ
れる純水との間の間接的な熱交換を第一熱交換器１３に
おいて行うことができる。しかし、この場合は、補給純
水は既に第二プレ熱交換器３２で相当量温度が上昇して
いるので、第一熱交換器１３で十分な熱回収が行えなく
なる。従って、十分な熱回収を行うには、図３に示すよ
うに、純水補給ライン９を２つに分岐し、分岐した各ラ
イン９ａ、９ｂにそれぞれ熱交換器３３、３４を設置
し、第二純水排出ライン２４を経て排出される純水と分
岐ライン９ａを通る補給純水との間の間接的な熱交換を
熱交換器３３で行わせ、第一純水排出ライン２２を経て
排出される純水と分岐ライン９ｂを通る補給純水との間
の間接的な熱交換を熱交換器３４で行わせることが必要
である。なお、純水の消費量を減少するため、第一熱交
換器１３で熱交換を終了して排出される純水を補給純水
タンク５へ戻すこともできる。
【００２８】
【発明の効果】本発明は上記のとおり構成されているの
で、次の効果を奏する。
で、次の効果を奏する。
【００２９】請求項１記載の発明によれば、イオン交換
樹脂を使用することなく水中のイオン濃度を減少させ、
しかも電解温度を高温に保持することが可能であり、水
電解時のエネルギー効率を高く保持することができる。
樹脂を使用することなく水中のイオン濃度を減少させ、
しかも電解温度を高温に保持することが可能であり、水
電解時のエネルギー効率を高く保持することができる。
【００３０】請求項２、３記載の発明によれば、請求項
１記載の発明の場合に比べて、さらに電解温度を高くす
ることが可能であり、高エネルギー効率の確保が容易に
なる。
１記載の発明の場合に比べて、さらに電解温度を高くす
ることが可能であり、高エネルギー効率の確保が容易に
なる。
【００３１】請求項４、５記載の発明によれば、純水排
出ラインから排出される純水の流量制御が容易になる。
とくに、請求項５記載の発明によれば、十分な熱回収を
行うことができるという利点がある。
出ラインから排出される純水の流量制御が容易になる。
とくに、請求項５記載の発明によれば、十分な熱回収を
行うことができるという利点がある。
【００３２】請求項６記載の発明によれば、水電解時の
電圧の異常な上昇を防止することができる。
電圧の異常な上昇を防止することができる。
【図１】本発明の水電解装置の全体フロー図である。
【図２】系外へ排出される純水と補給純水との熱交換方
法の一例を示す拡大図である。
法の一例を示す拡大図である。
【図３】系外へ排出される純水と補給純水との熱交換方
法の別の一例を示す拡大図である。
法の別の一例を示す拡大図である。
【図４】循環純水全量に対するイオン交換樹脂通過水量
の比率を横軸とし、循環純水の比抵抗を縦軸として示す
図である。
の比率を横軸とし、循環純水の比抵抗を縦軸として示す
図である。
【図５】固体高分子電解質型水電解装置に用いられる電
解セルの一例を示す断面図である。
解セルの一例を示す断面図である。
【図６】図５に示す電解セルの固体高分子電解質膜ユニ
ットの分解断面図である。
ットの分解断面図である。
【図７】従来の水電解装置の全体フロー図である。
７…補給純水タンク ９…純水補給ライン １０…水素分離タンク １１…水素排出ライン １２…プレ熱交換器 １３…第一熱交換器 １４…酸素分離タンク １５…純水循環ライン ２０…電解セル ２１…水素供給ライン ２２…第一純水排出ライン ２４…第二純水排出ライン ２５…除湿器 ３２…第二プレ熱交換器 ３３、３４…熱交換器 ４１…電解セル ４２…固体高分子電解質膜ユニット ４４…固体高分子電解質膜 Ａ…陰極室 Ｂ…陽極室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 豊島 学 兵庫県神戸市須磨区白川台３−38−53− 6104 (72)発明者 石井 豊 兵庫県神戸市須磨区南落合１丁目13−８ アプリーレ北須磨283号室 Ｆターム(参考） 4K021 AA01 BA02 BC03 CA01 CA08 CA10 CA12
Claims (6)
- 【請求項１】 純水補給ラインから電解セルに達した純
水を該電解セルにおいて電解して水素ガスと酸素ガスを
生成し、該水素ガスと酸素ガスを、それぞれ水素分離タ
ンクと酸素分離タンクを経て外部に排出する水電解装置
において、酸素分離タンクに純水を補給する純水補給ラ
インに第一熱交換器を設置し、酸素分離タンクから電解
セルを経て酸素分離タンクに至る純水循環ラインを形成
し、上記電解セルから水素分離タンクに至る水素供給ラ
インを設け、上記純水循環ラインから第一純水排出ライ
ンを分岐し、第一純水排出ラインを上記第一熱交換器を
経て系外に達せしめ、第一熱交換器において、純水補給
ラインを経て補給される純水と第一純水排出ラインを経
て系外に排出される純水との間の熱交換を行うことを特
徴とする水電解装置。 - 【請求項２】 水素分離タンク底部に第二純水排出ライ
ンを接続し、第二純水排出ラインを第一熱交換器を経て
系外に達せしめ、第一熱交換器において、純水補給ライ
ンを経て補給される純水と第一および第二純水排出ライ
ンを経て系外に排出される純水との間の熱交換を行うこ
とを特徴とする請求項１記載の水電解装置。 - 【請求項３】 水素分離タンクに接続した水素排出ライ
ンに除湿器を設置し、水素分離タンクから該除湿器に至
る水素排出ラインにプレ熱交換器を設置し、純水補給ラ
インを該プレ熱交換器を経て第一熱交換器に至らしめ、
該プレ熱交換器において、純水補給ラインを経て補給さ
れる純水と水素排出ラインを経て排出される含湿水素ガ
スとの間の熱交換を行うことを特徴とする請求項１また
は２記載の水電解装置。 - 【請求項４】 水素分離タンク底部に第二純水排出ライ
ンを接続し、純水補給ラインの第一熱交換器の前に第二
プレ熱交換器を設置し、第二純水排出ラインを第二プレ
熱交換器を経て系外に達せしめ、第二プレ熱交換器にお
いて、純水補給ラインを経て補給される純水と第二純水
排出ラインを経て系外に排出される純水との間の熱交換
を行い、次いで、第一熱交換器において、第二プレ熱交
換器で熱交換後の補給純水と第二純水排出ラインを経て
系外に排出される純水との間の熱交換を行うことを特徴
とする請求項１または３記載の水電解装置。 - 【請求項５】 水素分離タンク底部に第二純水排出ライ
ンを接続し、純水補給ラインを２つに分岐させて、分岐
した各純水補給ラインにそれぞれ熱交換器を設置し、純
水補給ラインを経て補給される純水と第一および第二純
水排出ラインを経て系外に排出される純水との間の熱交
換を別々の熱交換器で並行して行い、該熱交換後に、分
岐した各純水補給ラインを一つに合流させることを特徴
とする請求項１または３記載の水電解装置。 - 【請求項６】 補給純水量が純水循環ラインを循環する
純水量の３．５％以上であることを特徴とする請求項
１、２、３、４または５記載の水電解装置
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33142599A JP4347972B2 (ja) | 1999-11-22 | 1999-11-22 | 水電解装置 |
| AU13037/01A AU1303701A (en) | 1999-11-22 | 2000-11-08 | Water electrolyzing device |
| PCT/JP2000/007890 WO2001038608A1 (fr) | 1999-11-22 | 2000-11-08 | Dispositif d'electrolyse de l'eau |
| CA002392319A CA2392319C (en) | 1999-11-22 | 2000-11-08 | Water electrolyzing device |
| KR1020027006443A KR100567357B1 (ko) | 1999-11-22 | 2000-11-08 | 수전해 장치 |
| EP00974868.2A EP1243671B1 (en) | 1999-11-22 | 2000-11-08 | Water electrolyzing device |
| CNB008160619A CN1239750C (zh) | 1999-11-22 | 2000-11-08 | 水电解装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33142599A JP4347972B2 (ja) | 1999-11-22 | 1999-11-22 | 水電解装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001152378A true JP2001152378A (ja) | 2001-06-05 |
| JP4347972B2 JP4347972B2 (ja) | 2009-10-21 |
Family
ID=18243533
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33142599A Expired - Fee Related JP4347972B2 (ja) | 1999-11-22 | 1999-11-22 | 水電解装置 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1243671B1 (ja) |
| JP (1) | JP4347972B2 (ja) |
| KR (1) | KR100567357B1 (ja) |
| CN (1) | CN1239750C (ja) |
| AU (1) | AU1303701A (ja) |
| CA (1) | CA2392319C (ja) |
| WO (1) | WO2001038608A1 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003073872A (ja) * | 2001-09-07 | 2003-03-12 | Ihi Aerospace Co Ltd | 水電解設備 |
| US6787258B2 (en) * | 2002-03-05 | 2004-09-07 | Vladimir Prerad | Hydrogen based energy storage apparatus and method |
| JP2006131957A (ja) * | 2004-11-05 | 2006-05-25 | Kobelco Eco-Solutions Co Ltd | 水素・酸素ガス発生装置とその運転方法 |
| KR100835929B1 (ko) | 2008-02-20 | 2008-06-09 | 모진희 | 가스 발생장치 |
| CN103408165A (zh) * | 2013-08-09 | 2013-11-27 | 周博 | 电解污水制取氢气和氧气的系统及方法 |
| JP2017203203A (ja) * | 2016-05-13 | 2017-11-16 | 本田技研工業株式会社 | 水電解システム及びその温度制御方法 |
| JP2020518724A (ja) * | 2017-04-24 | 2020-06-25 | ヘラー・エレクトロライザー・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツングＨｏｅｌｌｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｚｅｒ ＧｍｂＨ | 水電解装置を動作させる方法 |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0305005D0 (en) | 2003-03-05 | 2003-04-09 | Domnick Hunter Ltd | Apparatus for generating gas by electrolysis of a liquid |
| GB0305006D0 (en) | 2003-03-05 | 2003-04-09 | Domnick Hunter Ltd | Apparatus for generating gas by electrolysis of a liquid |
| FR2921390B1 (fr) * | 2007-09-25 | 2010-12-03 | Commissariat Energie Atomique | Electrolyseur haute temperature a dispositif d'homogeneisation de la temperature. |
| PL2377972T3 (pl) * | 2010-04-19 | 2014-08-29 | H Tec Systems Gmbh | Aparatura do elektrycznego wytwarzania wodoru |
| DK2792769T3 (da) * | 2013-04-19 | 2016-06-27 | H-Tec Systems Gmbh | Elektrolysør med ionbytter |
| CN104911628B (zh) * | 2015-06-23 | 2017-07-28 | 陕西华秦新能源科技有限责任公司 | 一种节能水电解制氢电解槽 |
| WO2019238218A1 (de) * | 2018-06-12 | 2019-12-19 | Hoeller Electrolyzer Gmbh | Verfahren zum betreiben einer wasserelektrolysevorrichtung zur erzeugung von wasserstoff und sauerstoff |
| CN110408957A (zh) * | 2019-08-23 | 2019-11-05 | 华南理工大学 | 一种用于纯水spe电解水器的供水-冷却-控温一体化系统及其使用方法 |
| CN110670087B (zh) * | 2019-11-07 | 2020-11-13 | 北京中电丰业技术开发有限公司 | 一种可控快速升温电解水制氢系统 |
| EP4071276A1 (en) * | 2021-04-09 | 2022-10-12 | L'Air Liquide Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude | Electrolysis arrangement for alkaline electrolysis |
| EP4071275A1 (en) * | 2021-04-09 | 2022-10-12 | L'Air Liquide Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude | Electrolysis arrangement for alkaline electrolysis and method therefor |
| DE102021203518A1 (de) | 2021-04-09 | 2022-10-13 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Festoxidelektrolysezellenvorrichtung, Verfahren zum Betrieb einer Festoxidelektrolysezellenvorrichtung und Festoxidelektrolysezellensystem |
| CN113089022B (zh) * | 2021-04-29 | 2023-10-03 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种碱性制氢电解槽的碱液循环系统及其工作方法 |
| DE102022203193A1 (de) * | 2022-03-31 | 2023-10-05 | Siemens Energy Global GmbH & Co. KG | Elektrolyseur und Verfahren und Betrieb eines Elektrolyseurs |
| EP4269658A1 (de) * | 2022-04-28 | 2023-11-01 | Linde GmbH | Verfahren zum betreiben einer elektrolyseanlage hinsichtlich des wassermanagements und elektrolyseanlage |
| CN115466968A (zh) * | 2022-09-02 | 2022-12-13 | 四川大学 | 一种无需纯水的电解制氢系统 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4242185A (en) * | 1979-09-04 | 1980-12-30 | Ionics Inc. | Process and apparatus for controlling impurities and pollution from membrane chlor-alkali cells |
| JP2639457B2 (ja) | 1993-11-05 | 1997-08-13 | 工業技術院長 | 太陽エネルギーを利用した水の電解装置及び電解方法 |
-
1999
- 1999-11-22 JP JP33142599A patent/JP4347972B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2000
- 2000-11-08 EP EP00974868.2A patent/EP1243671B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-11-08 WO PCT/JP2000/007890 patent/WO2001038608A1/ja active IP Right Grant
- 2000-11-08 AU AU13037/01A patent/AU1303701A/en not_active Abandoned
- 2000-11-08 KR KR1020027006443A patent/KR100567357B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2000-11-08 CN CNB008160619A patent/CN1239750C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2000-11-08 CA CA002392319A patent/CA2392319C/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003073872A (ja) * | 2001-09-07 | 2003-03-12 | Ihi Aerospace Co Ltd | 水電解設備 |
| US6787258B2 (en) * | 2002-03-05 | 2004-09-07 | Vladimir Prerad | Hydrogen based energy storage apparatus and method |
| US7537683B2 (en) | 2002-03-05 | 2009-05-26 | Vladimir Prerad | Hydrogen based energy storage apparatus and method |
| JP2006131957A (ja) * | 2004-11-05 | 2006-05-25 | Kobelco Eco-Solutions Co Ltd | 水素・酸素ガス発生装置とその運転方法 |
| KR100835929B1 (ko) | 2008-02-20 | 2008-06-09 | 모진희 | 가스 발생장치 |
| CN103408165A (zh) * | 2013-08-09 | 2013-11-27 | 周博 | 电解污水制取氢气和氧气的系统及方法 |
| CN103408165B (zh) * | 2013-08-09 | 2015-09-30 | 周博 | 电解污水制取氢气和氧气的系统及方法 |
| JP2017203203A (ja) * | 2016-05-13 | 2017-11-16 | 本田技研工業株式会社 | 水電解システム及びその温度制御方法 |
| JP2020518724A (ja) * | 2017-04-24 | 2020-06-25 | ヘラー・エレクトロライザー・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツングＨｏｅｌｌｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｚｅｒ ＧｍｂＨ | 水電解装置を動作させる方法 |
| US11505871B2 (en) | 2017-04-24 | 2022-11-22 | Hoeller Electrolyzer Gmbh | Method for operating a water electrolysis device |
| JP7390893B2 (ja) | 2017-04-24 | 2023-12-04 | ヘラー・エレクトロライザー・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | 水電解装置を動作させる方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100567357B1 (ko) | 2006-04-04 |
| CN1239750C (zh) | 2006-02-01 |
| CN1391619A (zh) | 2003-01-15 |
| EP1243671A1 (en) | 2002-09-25 |
| EP1243671B1 (en) | 2016-03-23 |
| AU1303701A (en) | 2001-06-04 |
| CA2392319C (en) | 2009-10-06 |
| KR20020059755A (ko) | 2002-07-13 |
| EP1243671A4 (en) | 2004-07-21 |
| JP4347972B2 (ja) | 2009-10-21 |
| WO2001038608A1 (fr) | 2001-05-31 |
| CA2392319A1 (en) | 2001-05-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4347972B2 (ja) | 水電解装置 | |
| US7052790B2 (en) | Fuel cell system and operation method having a condensed water tank open to atmosphere | |
| US7353085B2 (en) | Electrolyzer cell stack system | |
| KR101840717B1 (ko) | 전해 시스템 | |
| CA2819103A1 (en) | Electrolysis method and electrolytic cells | |
| CN210796654U (zh) | 一种用于纯水spe电解水器的供水-冷却-控温一体化系统 | |
| JP2014207060A (ja) | 燃料電池システム用イオン交換装置 | |
| JP2014207061A (ja) | 燃料電池システム及びその制御方法 | |
| JP2006299322A (ja) | 水電解装置、発電装置及び貯湯槽を備える発電システム | |
| TW202104671A (zh) | 水電解裝置的功能回復方法以及水電解裝置 | |
| KR20130077164A (ko) | 연료전지의 수처리 장치 | |
| JP2012153965A (ja) | 高圧水電解装置の運転方法 | |
| JP2006299323A (ja) | 水電解装置 | |
| CN101545114B (zh) | 一种电解-电渗析装置 | |
| JP3991146B2 (ja) | 固体高分子型水電解装置 | |
| US11739433B2 (en) | Method for removing non-proton cationic impurities from an electrochemical cell and an electrochemical cell | |
| AU2019385031B2 (en) | Hydrogen production method | |
| JP3240981B2 (ja) | 電解式オゾン発生器 | |
| JP3750802B2 (ja) | 水電解装置とその運転方法 | |
| KR200203167Y1 (ko) | 재생에너지의 효율적 활용을 위한 분리형 물의전기분해장치 및 이를 이용한 연소장치 | |
| JP2004277870A (ja) | 水電解装置の運転方法 | |
| JP3615992B2 (ja) | オゾン発生装置 | |
| JP4713079B2 (ja) | 燃料電池発電システム及びその運転方法 | |
| JP2004211190A (ja) | 水電解装置 | |
| JP3228887B2 (ja) | 水素・酸素発生装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060621 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090421 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090527 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090623 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090717 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120724 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120724 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120724 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120724 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130724 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130724 Year of fee payment: 4 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |