JP2002038287A - Hydrogen/oxygen supplying system - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、純水を電気分解し
て水素ガスおよび酸素ガスを発生させる水電解装置に関
し、詳しくは、水電解装置を用いて構成された水素・酸
素供給システムに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a water electrolysis apparatus for generating hydrogen gas and oxygen gas by electrolyzing pure water, and more particularly to a hydrogen / oxygen supply system using the water electrolysis apparatus. It is.
【0002】[0002]
【従来の技術】水素・酸素供給システムを構成する水電
解装置としては、電解質の役割を果たす部材として固体
電解質膜を備えた電解セルを用いたものが、従来から知
られている。2. Description of the Related Art Conventionally, as a water electrolysis apparatus constituting a hydrogen / oxygen supply system, an apparatus using an electrolytic cell having a solid electrolyte membrane as a member serving as an electrolyte is known.
【0003】従来技術に係る電解セルは、固体高分子電
解質膜の両面に電極触媒層(陽極側および陰極側触媒
層)が設けられた固体高分子電解質膜/電極接合体膜
(以下、「固体電解質膜」という。)と、この固体電解
質膜を挟持すべく設けられた電極板(陽極側および陰極
側電極板)と、固体電解質膜と電極板との間に設けられ
た給電体(陽極側および陰極側給電体)等を用いて構成
されている。[0003] An electrolysis cell according to the prior art is a solid polymer electrolyte membrane / electrode assembly membrane (hereinafter, referred to as a solid polymer electrolyte membrane) in which electrode catalyst layers (anode side and cathode side catalyst layers) are provided on both sides of a solid polymer electrolyte membrane. Electrolyte membrane "), an electrode plate (anode and cathode side electrode plates) provided to sandwich the solid electrolyte membrane, and a power supply (anode side) provided between the solid electrolyte membrane and the electrode plate. And a cathode side power supply).
【0004】上記従来技術に係る電解セルにおいては、
陽極側に純水を供給して、電極板に対して通電すること
により、主に陽極側触媒層で純水が分解され、酸素ガス
が発生することとなる。そして、酸素ガスと同時に生成
されたH+イオンは、電場の働きによって固体電解質膜
内を移動するため、陰極側触媒層においては電子を得
て、水素ガスが発生することとなる。[0004] In the above-mentioned electrolytic cell according to the prior art,
By supplying pure water to the anode side and supplying electricity to the electrode plate, pure water is decomposed mainly in the anode side catalyst layer, and oxygen gas is generated. The H + ions generated simultaneously with the oxygen gas move in the solid electrolyte membrane by the action of an electric field, so that electrons are obtained in the cathode-side catalyst layer and hydrogen gas is generated.
【0005】すなわち、従来技術においては、上述した
電解セル、電解セルに通電するための制御手段、電解セ
ル(の陽極側)に純水を供給するために設けられた純水
タンク、電解セルで生成された水素ガスを貯留する水素
分離タンク、およびこれらの各要素を接続する配管部等
を用いて、水素・酸素供給システムが構成されている。That is, in the prior art, the above-described electrolytic cell, a control means for energizing the electrolytic cell, a pure water tank provided for supplying pure water to (the anode side of) the electrolytic cell, and an electrolytic cell are used. A hydrogen / oxygen supply system is configured using a hydrogen separation tank that stores the generated hydrogen gas, and a piping section that connects these components.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術に係る水素・酸素供給システムにおいては、電解
セルを構成する固体電解質膜が非常に薄く(50〜20
0μm)柔らかい部材であるため、システムの運転状
態、あるいはガス供給量の変動(すなわち、ガス供給量
の変動に基づく生成ガス量の変動)等によって、固体電
解質膜にストレスが生じて、固体電解質膜が所定の性能
を発揮できず、生成される水素および酸素の品質を適切
に維持することが困難であるという問題があった。ま
た、システムを連続運転する場合において、純水の供給
量、あるいはガスの需要量・供給量等が大きく変動すれ
ば、所定の品質を有する水素および酸素を生成させるこ
とが困難であるという問題があった。However, in the hydrogen / oxygen supply system according to the prior art described above, the solid electrolyte membrane constituting the electrolytic cell is extremely thin (50 to 20).
0 μm) Since the member is a soft member, stress is generated in the solid electrolyte membrane due to the operating state of the system or a change in the gas supply amount (that is, a change in the generated gas amount based on the change in the gas supply amount). However, there has been a problem that it is not possible to exhibit predetermined performance, and it is difficult to appropriately maintain the quality of generated hydrogen and oxygen. In addition, when the system is continuously operated, if the supply amount of pure water or the demand amount and supply amount of gas fluctuates greatly, it is difficult to generate hydrogen and oxygen having predetermined quality. there were.
【0007】そこで、本発明は、上記従来技術に係る問
題を解決するためになされたものであって、固体電解質
膜に対して余計なストレスを負荷せずに(すなわち、固
体電解質膜を適切に保護して)、生成ガスの品質を効果
的に維持可能に構成された水素・酸素供給システムを提
供することを課題とする。また、本発明は、流動する純
水および生成ガス等を適切に制御して、生成ガス(供給
ガス)の品質を効果的に維持可能に構成された水素・酸
素供給システムを提供することを課題とする。Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and does not apply any extra stress to the solid electrolyte membrane (that is, the solid electrolyte membrane can be properly applied). It is an object of the present invention to provide a hydrogen / oxygen supply system configured so as to be able to effectively maintain the quality of product gas. It is another object of the present invention to provide a hydrogen / oxygen supply system configured to appropriately control flowing pure water, generated gas, and the like to effectively maintain the quality of generated gas (supply gas). And
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】すなわち、上記課題を解
決するための本発明は、固体電解質膜によって陽極側と
陰極側とに隔離された電解セルを有し、前記電解セルに
純水を供給して前記陰極側にて水素が生成され、前記陽
極側にて酸素が生成されており、前記水素および酸素の
少なくとも一方が使用箇所に供給可能に構成された水素
・酸素供給システムにおいて、前記陰極側が前記陽極側
よりも高い圧力、あるいは前記陽極側が前記陰極側より
も高い圧力のいずれかに設定されていることを特徴とし
ている。That is, the present invention for solving the above-mentioned problems has an electrolytic cell separated on the anode side and the cathode side by a solid electrolyte membrane, and supplies pure water to the electrolytic cell. In the hydrogen / oxygen supply system wherein hydrogen is generated on the cathode side and oxygen is generated on the anode side, and at least one of the hydrogen and oxygen can be supplied to a use point. The side is set to a pressure higher than the anode side, or the anode side is set to a pressure higher than the cathode side.
【0009】本発明に係る水素・酸素供給システムによ
れば、前記電解セル内の前記陰極側(あるいは前記陽極
側)の圧力が高く設定されているので、前記陽極側から
前記陰極側に対して(あるいは前記陰極側から前記陽極
側に対して)、生成ガス等が透過することを防止するこ
とができる。すなわち、本発明によれば、前記陰極側
(あるいは前記陽極側)の圧力を高く設定することによ
って、前記陰極側にて生成される前記水素に対して(あ
るいは前記陽極側にて生成される前記酸素に対して)、
前記陽極側にて生成される前記酸素(あるいは前記陰極
側にて生成される前記酸素)の混入を効果的に防止する
ことができる。したがって、本発明によれば、高品質の
生成ガス(高純度の水素ガスあるいは高純度の酸素ガ
ス)を得ることが可能となる。According to the hydrogen / oxygen supply system of the present invention, since the pressure on the cathode side (or the anode side) in the electrolytic cell is set high, the pressure from the anode side to the cathode side is high. (Or from the cathode side to the anode side) it is possible to prevent the generated gas and the like from permeating. That is, according to the present invention, by setting the pressure on the cathode side (or the anode side) high, the hydrogen generated on the cathode side (or the hydrogen generated on the anode side) For oxygen),
Mixing of the oxygen generated on the anode side (or the oxygen generated on the cathode side) can be effectively prevented. Therefore, according to the present invention, a high-quality product gas (high-purity hydrogen gas or high-purity oxygen gas) can be obtained.
【0010】また、本発明に係る水素・酸素供給システ
ムにおいては、前記電解セルの前記陰極側を介して供給
される前記水素の圧力を検知可能な第一の圧力検知手段
と、前記電解セルの前記陽極側を介して供給される前記
酸素の圧力を検知可能な第二の圧力検知手段と、前記第
一の圧力検知手段で得られた圧力検知信号と前記第二の
圧力検知手段で得られた圧力検知信号とを比較して所定
の差圧信号を生じ得る差圧検知手段と、前記差圧信号に
基づいて前記水素の圧力を調整可能な第一のリリーフ機
構と、前記差圧信号に基づいて前記酸素の圧力を調整可
能な第二のリリーフ機構とを備え、前記第一および第二
のリリーフ機構を用いて前記電解セル内の前記陽極側圧
力と前記陰極側圧力とが調整されている構成が好まし
い。Further, in the hydrogen / oxygen supply system according to the present invention, a first pressure detecting means capable of detecting a pressure of the hydrogen supplied through the cathode side of the electrolytic cell; A second pressure detecting means capable of detecting the pressure of the oxygen supplied via the anode side, a pressure detection signal obtained by the first pressure detecting means and a pressure detection signal obtained by the second pressure detecting means. Differential pressure detecting means that can generate a predetermined differential pressure signal by comparing the pressure differential signal with the detected pressure detection signal, a first relief mechanism that can adjust the pressure of the hydrogen based on the differential pressure signal, And a second relief mechanism capable of adjusting the pressure of the oxygen based on the anode side pressure and the cathode side pressure in the electrolytic cell are adjusted using the first and second relief mechanisms. Is preferred.
【0011】この好ましい構成によれば、前記第一およ
び第二の圧力検知手段を用いて、前記陽極側および前記
陰極側を介して供給される前記酸素および前記水素の圧
力を常に監視し、これらの検知手段および前記差圧検知
手段により得られる差圧信号によって、各圧力を調整可
能な前記第一および第二のリリーフ機構を制御できる。
したがって、この好ましい構成によれば、容易に、また
特にストレスをかけることなく、前記固体電解質膜の前
記陰極側の圧力を高く設定することができるので、効果
的に前記固体電解質膜を保護して、高品質の生成ガス
(高純度の水素ガスあるいは高純度の酸素ガス)を得る
ことが可能となる。According to this preferred configuration, the pressures of the oxygen and the hydrogen supplied through the anode side and the cathode side are constantly monitored using the first and second pressure detecting means. And the differential pressure signal obtained by the differential pressure detecting means can control the first and second relief mechanisms capable of adjusting each pressure.
Therefore, according to this preferred configuration, the pressure on the cathode side of the solid electrolyte membrane can be set high easily and without particularly applying stress, so that the solid electrolyte membrane is effectively protected. Thus, a high-quality product gas (high-purity hydrogen gas or high-purity oxygen gas) can be obtained.
【0012】また、本発明に係る水素・酸素供給システ
ムにおいては、前記第一のリリーフ機構が、前記水素を
貯留している水素分離タンクに設けられた第一のリリー
フ配管部と、前記第一のリリーフ配管部に設けられた前
記差圧信号に基づいて制御可能な第一のリリーフ弁とを
用いて構成され、前記第二のリリーフ機構が、前記電解
セルにて生成された前記酸素を貯留している酸素分離タ
ンクに設けられた第二のリリーフ配管部と、前記第二の
リリーフ配管部に設けられた前記差圧信号に基づいて制
御可能な第二のリリーフ弁とを用いて構成されているこ
とが好ましい。Further, in the hydrogen / oxygen supply system according to the present invention, the first relief mechanism includes a first relief pipe provided in a hydrogen separation tank storing the hydrogen, And a first relief valve that can be controlled based on the differential pressure signal provided in the relief pipe section, and the second relief mechanism stores the oxygen generated in the electrolytic cell. A second relief pipe provided in the oxygen separation tank, and a second relief valve that can be controlled based on the differential pressure signal provided in the second relief pipe. Is preferred.
【0013】この好ましい構成においては、前記各リリ
ーフ機構が、前記リリーフ配管部と前記リリーフ弁とを
用いて形成されており、前記各リリーフ弁が、前記差圧
信号に基づいて開閉可能(前記各リリーフ配管部の流路
径を調整可能)であるべく構成されている。したがっ
て、この好ましい構成によれば、特に複雑な構成を有す
ることなく、前記固体電解質膜周囲の圧力を調整して、
前記固体電解質膜を保護して、高品質の生成ガスを得る
ことが可能な水素・酸素供給システムを得ることができ
る。In this preferred configuration, each of the relief mechanisms is formed by using the relief pipe portion and the relief valve, and each of the relief valves can be opened and closed based on the differential pressure signal. The flow path diameter of the relief pipe portion can be adjusted). Therefore, according to this preferred configuration, without having a particularly complicated configuration, by adjusting the pressure around the solid electrolyte membrane,
A hydrogen / oxygen supply system capable of protecting the solid electrolyte membrane and obtaining a high-quality product gas can be obtained.
【0014】また、本発明に係る水素・酸素供給システ
ムにおいては、前記酸素分離タンク内に電解セルを収納
すると共に、前記酸素分離タンク内の純水を外気に触れ
させることなく循環させ得る純水循環配管部が、前記酸
素分離タンクに設けられており、前記純水循環配管部を
介して、前記電解セルの前記陽極側に前記純水が供給さ
れる構成が好ましい。In the hydrogen / oxygen supply system according to the present invention, an electrolytic cell is accommodated in the oxygen separation tank, and pure water in the oxygen separation tank can be circulated without contacting outside air. It is preferable that a circulation pipe section is provided in the oxygen separation tank, and the pure water is supplied to the anode side of the electrolytic cell via the pure water circulation pipe section.
【0015】この好ましい構成によれば、前記電解セル
に対しては、前記純水循環配管部を介して前記純水が定
常的に供給されることとなるため、安定した品質の生成
ガスを得ることが可能となる。また、係る構成によれ
ば、システムを連続して運転する場合であっても、前記
固体電解質膜に対して余計なストレスを負荷せず、前記
純水が安定して供給されるので、前記固体電解質膜を効
果的に保護して、安定した品質の生成ガスを得ることが
できる。According to this preferred configuration, since the pure water is constantly supplied to the electrolytic cell via the pure water circulation pipe section, a stable quality product gas is obtained. It becomes possible. According to this configuration, even when the system is continuously operated, the solid water is supplied stably without applying extra stress to the solid electrolyte membrane. It is possible to effectively protect the electrolyte membrane and obtain a stable quality product gas.
【0016】また、本発明に係る水素・酸素供給システ
ムにおいては、前記水素を供給するための水素ガス供給
配管部と、前記水素ガス供給配管部に設けられた水素ガ
ス流量制御手段とを有し、前記水素ガス流量制御手段
が、流量検知手段と定格流量制御バルブとを用いて構成
されており、前記水素の供給流量を前記流量検知手段に
て検知し、前記流量検知手段における検知信号に基づい
て前記定格流量制御バルブを調整することによって、前
記水素ガス供給配管部中を流通する前記水素が定格流量
となるべく制御される構成であることが好ましい。Further, the hydrogen / oxygen supply system according to the present invention has a hydrogen gas supply pipe section for supplying the hydrogen, and a hydrogen gas flow control means provided in the hydrogen gas supply pipe section. The hydrogen gas flow rate control means is configured using a flow rate detection means and a rated flow rate control valve, and detects the supply flow rate of the hydrogen by the flow rate detection means, based on a detection signal from the flow rate detection means. By adjusting the rated flow control valve, it is preferable that the hydrogen flowing through the hydrogen gas supply pipe is controlled to have a rated flow.
【0017】この好ましい構成によれば、前記水素ガス
供給配管部の後流側にて、前記水素・酸素供給システム
で生成可能な前記水素の許容量を超えた需要が行われ、
その需要に対応すべく、前記電解セルに対して何等かの
信号が送られた場合であっても、前記水素ガス供給配管
部において前記水素の供給量を定格流量に制限している
ので、過剰な(前記電解セルにおける適切な生成量を超
える)水素が前記水素ガス供給配管部内を流通すること
はない。したがって、この好ましい構成によれば、前記
水素ガス供給配管部の後流側における前記水素の使用量
がどのように変動したとしても、前記水素ガス供給配管
部にて定格流量以上の前記水素が流れることはないの
で、前記電解セルの過剰運転を効果的に防止して、前記
水素の品質を一定に維持することが可能となる。なお、
ここでは、生成ガスとして高純度の水素を得るためのシ
ステムを示しているが、本発明は、この構成に限定され
るものではなく、高純度の酸素ガスを得るためのシステ
ムとしてもよい。係るシステムは、前記酸素を供給する
ための酸素ガス供給配管部と、前記酸素ガス供給配管部
に設けられた酸素ガス流量制御手段とを有し、前記酸素
ガス流量制御手段が、流量検知手段と定格流量制御バル
ブとを用いて構成されており、前記酸素の供給流量を前
記流量検知手段にて検知し、前記流量検知手段における
検知信号に基づいて前記定格流量制御バルブを調整する
ことによって、前記酸素ガス供給配管部中を流通する前
記酸素が定格流量となるべく制御されるように構成され
ればよい。According to this preferred configuration, a demand exceeding the permissible amount of the hydrogen that can be generated by the hydrogen / oxygen supply system is made on the downstream side of the hydrogen gas supply pipe section,
In order to meet the demand, even if any signal is sent to the electrolytic cell, since the supply amount of the hydrogen is limited to the rated flow rate in the hydrogen gas supply pipe section, Hydrogen (exceeding an appropriate amount generated in the electrolytic cell) does not flow through the hydrogen gas supply pipe. Therefore, according to this preferred configuration, no matter how the amount of use of the hydrogen on the downstream side of the hydrogen gas supply pipe changes, the hydrogen flows at a rated flow rate or more in the hydrogen gas supply pipe. Therefore, it is possible to effectively prevent excessive operation of the electrolytic cell and maintain the quality of the hydrogen at a constant level. In addition,
Here, a system for obtaining high-purity hydrogen as a generated gas is shown; however, the present invention is not limited to this configuration, and may be a system for obtaining high-purity oxygen gas. Such a system has an oxygen gas supply pipe unit for supplying the oxygen, and an oxygen gas flow control unit provided in the oxygen gas supply pipe unit, wherein the oxygen gas flow control unit includes a flow detection unit. A rated flow control valve, and the supply flow rate of the oxygen is detected by the flow rate detection means, and the rated flow control valve is adjusted based on a detection signal from the flow rate detection means, whereby the What is necessary is just to be comprised so that the said oxygen which circulates in an oxygen gas supply piping part may be controlled so that it may become a rated flow.
【0018】また、本発明に係る水素・酸素供給システ
ムにおいては、前記電解セルに前記純水を供給するため
の純水タンクが設けられており、前記純水タンク中の前
記純水が、前記電解セルにて生成される前記酸素を用い
てバブリングされる構成であることが好ましい。Further, in the hydrogen / oxygen supply system according to the present invention, a pure water tank for supplying the pure water to the electrolytic cell is provided, and the pure water in the pure water tank is provided with the pure water. Preferably, bubbling is performed using the oxygen generated in the electrolytic cell.
【0019】この好ましい構成によれば、前記純水中を
前記酸素を用いてバブリングすることによって、前記純
水中の不純物たる空気(中の特に窒素)を効果的に排除
可能であるので、さらに高い純度の水素あるいは酸素を
得ることが可能となる。According to this preferred configuration, by bubbling the pure water with the oxygen, it is possible to effectively remove air (particularly nitrogen) as impurities in the pure water. High-purity hydrogen or oxygen can be obtained.
【0020】[0020]
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
実施の形態を説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0021】図1は、本発明の実施形態に係る水素・酸
素供給システムの概略的な系統図を示したものである。
本実施形態に係る水素・酸素供給システムは、電解セル
を用いて構成された水電解装置1を中心として、この水
電解装置1に純水を供給するための純水タンク3、およ
び水電解装置1にて発生された水素を貯留して供給する
ための水素分離タンク4等を用いて構成されている。以
下、さらに詳細に説明する。FIG. 1 is a schematic system diagram of a hydrogen / oxygen supply system according to an embodiment of the present invention.
The hydrogen / oxygen supply system according to the present embodiment mainly includes a water electrolysis device 1 configured using an electrolysis cell, a pure water tank 3 for supplying pure water to the water electrolysis device 1, and a water electrolysis device. It is configured using a hydrogen separation tank 4 and the like for storing and supplying the hydrogen generated in 1. The details will be described below.
【0022】本実施形態に係る水素・酸素供給システム
においては、水電解装置1を備えた酸素分離タンク(電
解タンク)2に対して、純水を供給すべく、純水供給配
管部5を介して純水タンク3が接続されている。また、
純水供給配管部5には、純水タンク3に貯留された純水
を電解タンク2に補給(供給)すべく、補給水ポンプ6
が設けられている。純水タンク3には、純水タンク3内
の純水貯留量を検知する純水タンク水位計3Lが設けら
れており、この純水タンク水位計3Lで得られた検知信
号は、純水タンク3に純水を供給すべく設けられた純水
供給部の純水供給バルブ3Aに送られる。そして、純水
タンク3内の純水貯留量は、純水タンク水位計3Lの検
知信号に基づいて、純水供給バルブ3Aを調整すること
により、適宜制御される。電解タンク2内には、電解タ
ンク2内の純水貯留量を検知する電解タンク水位計2L
が設けられており、この電解タンク水位計2Lで得られ
た検知信号は、補給水ポンプに送られる。そして、電解
タンク2内の純水貯留量は、電解タンク水位計2Lの検
知信号に基づいて、補給水ポンプ6の駆動状態を適宜調
整することによって制御される。In the hydrogen / oxygen supply system according to this embodiment, pure water is supplied to an oxygen separation tank (electrolysis tank) 2 provided with a water electrolysis apparatus 1 through a pure water supply pipe section 5. The pure water tank 3 is connected. Also,
The pure water supply pipe section 5 has a make-up water pump 6 for supplying (supplying) the pure water stored in the pure water tank 3 to the electrolytic tank 2.
Is provided. The pure water tank 3 is provided with a pure water tank water level meter 3L for detecting the amount of pure water stored in the pure water tank 3, and a detection signal obtained by the pure water tank water level meter 3L is a pure water tank. 3 is supplied to a pure water supply valve 3A of a pure water supply unit provided to supply pure water to the pure water supply valve 3A. The amount of pure water stored in the pure water tank 3 is appropriately controlled by adjusting the pure water supply valve 3A based on the detection signal of the pure water tank water level gauge 3L. The electrolytic tank 2 has an electrolytic tank water level meter 2L for detecting the amount of pure water stored in the electrolytic tank 2.
The detection signal obtained by the electrolytic tank water level meter 2L is sent to a makeup water pump. The amount of pure water stored in the electrolytic tank 2 is controlled by appropriately adjusting the driving state of the makeup water pump 6 based on the detection signal of the electrolytic tank water level meter 2L.
【0023】また、電解タンク2には、電解タンク2内
の純水を循環して再利用すべく、純水循環配管部7が設
けられており、この純水循環配管部7は、電解タンク2
内の純水を電解タンク2外に取り出した後に、再び、水
電解装置1(を構成する電解セル)の純水供給孔(後述
する)に供給可能であるように、配管構成されている。
そして、この純水循環配管部7には、純水を循環させる
ための循環水ポンプ8、純水の熱交換を行うため(純水
の温度を低下させるため)の熱交換器9、純水の純度を
高めるためのポリシャ(polisher)10、およ
び純水の濾過等を行うためのフィルタ11等が設けられ
ている。ポリシャ10としては、例えば、イオン交換樹
脂等から成る非再生ポリシャが用いられる。さらに、こ
の純水循環配管部7には、純水循環配管部7中の純水の
水質(電気伝導度)を監視して、必要な場合(所定の電
気伝導度(例えば、0.2μS/cm)を超えた場合
等)には警報を発する水質警報手段12、および純水循
環配管部7中の純水の温度を監視して、必要な場合(所
定の温度範囲(例えば、40〜45℃)を超えた場合
等)には警報を発する水温警報手段13が設けられてい
る。また、この純水循環配管部7を循環される純水は、
酸素ガスを溶存した純水であるため、純水中から純水循
環配管部7中に溶存酸素が排出される場合がある。この
ように、酸素ガスが排出されると、純水循環配管部7に
設けられている循環水ポンプ8、ポリシャ10、あるい
はフィルタ11等に酸素ガスが溜まり、係る酸素ガスが
純水の循環に不具合を生じさせるおそれがある。そこ
で、本実施形態においては、循環水ポンプ8、ポリシャ
10、およびフィルタ11の少なくともいずれかの箇所
にガス抜きが設けられている。The electrolytic tank 2 is provided with a pure water circulating pipe section 7 for circulating and reusing the pure water in the electrolytic tank 2. 2
After taking out the pure water from inside the electrolysis tank 2, the piping is configured so that it can be supplied again to a pure water supply hole (described later) of the water electrolysis device 1 (the electrolysis cell constituting the water electrolysis device 1).
A circulating water pump 8 for circulating pure water, a heat exchanger 9 for performing heat exchange of pure water (to lower the temperature of pure water), a pure water A polisher 10 for increasing the purity of the filter, a filter 11 for filtering pure water, and the like are provided. As the polisher 10, for example, a non-regenerative polisher made of an ion exchange resin or the like is used. Further, the pure water circulation pipe section 7 monitors the quality (electric conductivity) of the pure water in the pure water circulation pipe section 7 and, when necessary, a predetermined electric conductivity (for example, 0.2 μS / cm), the temperature of pure water in the pure water circulation pipe section 7 and the temperature of the pure water in the pure water circulation pipe section 7 are monitored, and if necessary (for example, a predetermined temperature range (for example, 40 to 45)). If the temperature exceeds (° C.), a water temperature warning means 13 for issuing a warning is provided. The pure water circulated through the pure water circulation pipe section 7 is:
Since it is pure water in which oxygen gas is dissolved, dissolved oxygen may be discharged from the pure water into the pure water circulation pipe section 7. As described above, when the oxygen gas is discharged, the oxygen gas accumulates in the circulating water pump 8, the polisher 10, the filter 11, or the like provided in the pure water circulation pipe section 7, and the oxygen gas is used for the circulation of the pure water. There is a risk of causing a malfunction. Therefore, in the present embodiment, a gas vent is provided in at least one of the circulating water pump 8, the polisher 10, and the filter 11.
【0024】電解タンク2内の水電解装置1にて生成さ
れた水素ガスは、若干の純水と共に、水素ガス搬送配管
部14を介して、水素分離タンク4に送られる。この水
素ガス搬送配管部14には、水素ガス搬送バルブ18が
設けられると共に、水素ガス搬送配管部14上の水素ガ
ス搬送バルブ18を迂回すべく、バイパス配管部19が
設けられている。そして、このバイパス配管部19に
は、逆止弁20が設けられている。The hydrogen gas generated in the water electrolysis device 1 in the electrolysis tank 2 is sent to the hydrogen separation tank 4 via the hydrogen gas transfer pipe section 14 together with a small amount of pure water. The hydrogen gas transfer pipe section 14 is provided with a hydrogen gas transfer valve 18 and a bypass pipe section 19 so as to bypass the hydrogen gas transfer valve 18 on the hydrogen gas transfer pipe section 14. The bypass pipe 19 is provided with a check valve 20.
【0025】水素分離タンク4には、水素分離タンク4
内の純水貯留量を検知する水素分離タンク水位計4Lが
設けられており、この水素分離タンク水位計4Lで得ら
れた検知信号は、水素分離タンク4から純水タンク3に
対して純水を戻すべく(純水を排出して再利用すべく)
設けられた純水戻り配管部15の純水排出バルブ4Aに
送られる。そして、水素分離タンク水位計4Lにて、水
素分離タンク4内に所定量以上の純水が貯留されている
と判断されれば、水素分離タンク水位計4Lの検知信号
に基づいて、純水排出バルブ4Aを調整することによ
り、適宜、水素分離タンク4内の純水貯留量が制御され
ることとなる。また、純水戻り配管部15内を流通する
純水は、若干ではあるが、水素を溶存している。そこ
で、本実施形態においては、純水戻り配管部15にガス
スクラバ16を配し、このガススクラバ16には水素放
出配管部17が接続されている。したがって、本実施形
態においては、水素分離タンク4から排出される純水に
溶存している水素が、適当に除去されることとなる。The hydrogen separation tank 4 includes a hydrogen separation tank 4
A hydrogen separation tank water level meter 4L for detecting the amount of pure water stored in the tank is provided, and a detection signal obtained by the hydrogen separation tank water level meter 4L is supplied from the hydrogen separation tank 4 to the pure water tank 3 with respect to pure water. (To discharge and reuse pure water)
It is sent to the pure water discharge valve 4A of the provided pure water return piping section 15. If it is determined by the hydrogen separation tank water level meter 4L that a predetermined amount or more of pure water is stored in the hydrogen separation tank 4, pure water discharge is performed based on the detection signal of the hydrogen separation tank water level meter 4L. By adjusting the valve 4A, the amount of pure water stored in the hydrogen separation tank 4 is appropriately controlled. Further, the pure water flowing in the pure water return pipe section 15 has hydrogen dissolved, albeit slightly. Therefore, in the present embodiment, a gas scrubber 16 is provided in the pure water return pipe section 15, and a hydrogen release pipe section 17 is connected to the gas scrubber 16. Therefore, in the present embodiment, the hydrogen dissolved in the pure water discharged from the hydrogen separation tank 4 is appropriately removed.
【0026】水素分離タンク4に貯留されている水素ガ
スは、水素ガスの使用箇所(図示省略)に対して、水素
ガス供給配管部21を介して搬送供給される。そして、
この水素ガス供給配管部21には、水素ガスの供給量を
調整する水素ガス供給バルブ22と、水素ガスを除湿す
るための水素ガス除湿手段23と、水素ガスの流量を定
格流量に維持するための水素ガス流量制御手段24とが
設けられている。この水素ガス流量制御手段24は、水
素ガス供給バルブ22を介して水素ガス供給配管部21
を流通している水素ガスの流量を検知する流量検知手段
24Aと、この流量検知手段24Aで得られた検知信号
に基づいて制御可能な定格流量制御バルブ24Bとを用
いて構成されている。ここで、水素ガス除湿手段23
は、例えば、中空糸膜等を用いて構成されている。そし
て、この水素ガス除湿手段23においては、中空糸膜の
内部に水素ガスを流通させ、中空糸膜の外部に乾燥空気
を流通させることによって、水素ガスの除湿を行ってい
る。なお、図1には特に示していないが、より高純度
(例えば7N(99.99999)以上)の水素ガスを
得ようとする場合には、水素ガス除湿手段23の後流
側、または水素ガス除湿手段の換わりに、ゼオライト、
活性アルミナ等のモレキュラシーブを用いて構成された
精製器を設ける構成が好ましい。本実施形態は、中空糸
膜等を用いた水素ガス除湿手段23(あるいは精製器)
によって水素ガスの除湿を行う構成であるので、従来技
術において必要であったパラジウム精製器等を用いる必
要がなくなる。また、水素ガス供給バルブ22は、後述
すべく、水素分離タンク4の圧力とに基づいて制御され
る。このために、水素分離タンク4には、第一の圧力検
知手段25が設けられている。The hydrogen gas stored in the hydrogen separation tank 4 is transported and supplied to a location (not shown) where the hydrogen gas is used through a hydrogen gas supply pipe 21. And
The hydrogen gas supply pipe section 21 has a hydrogen gas supply valve 22 for adjusting the supply amount of hydrogen gas, a hydrogen gas dehumidifier 23 for dehumidifying the hydrogen gas, and a hydrogen gas dehumidifier 23 for maintaining the flow rate of the hydrogen gas at the rated flow rate. Hydrogen gas flow rate control means 24 is provided. The hydrogen gas flow control means 24 is connected to the hydrogen gas supply pipe 21 through the hydrogen gas supply valve 22.
And a rated flow control valve 24B which can be controlled based on a detection signal obtained by the flow detection means 24A. Here, the hydrogen gas dehumidifying means 23
Is configured using, for example, a hollow fiber membrane. In the hydrogen gas dehumidifying means 23, the hydrogen gas is dehumidified by flowing hydrogen gas inside the hollow fiber membrane and flowing dry air outside the hollow fiber membrane. Although not particularly shown in FIG. 1, in order to obtain hydrogen gas of higher purity (for example, 7N (99.99999) or more), the downstream side of the hydrogen gas dehumidifier 23 or the hydrogen gas Instead of dehumidifying means, zeolite,
It is preferable to provide a purifier using a molecular sieve such as activated alumina. In this embodiment, the hydrogen gas dehumidifying means 23 (or a purifier) using a hollow fiber membrane or the like is used.
Therefore, there is no need to use a palladium purifier or the like, which is required in the prior art. Further, the hydrogen gas supply valve 22 is controlled based on the pressure of the hydrogen separation tank 4 as described later. For this purpose, the hydrogen separation tank 4 is provided with a first pressure detecting means 25.
【0027】さらに、水素分離タンク4には、第一のリ
リーフ弁26を有する第一のリリーフ配管部27が設け
られている。そして、この第一のリリーフ弁26は、後
述すべく、電解タンク2の圧力と、水素分離タンク4の
圧力とに基づいて制御されるように構成されている。Further, the hydrogen separation tank 4 is provided with a first relief pipe section 27 having a first relief valve 26. The first relief valve 26 is configured to be controlled based on the pressure of the electrolytic tank 2 and the pressure of the hydrogen separation tank 4 as described later.
【0028】また、電解タンク2内の水電解装置1にて
生成された酸素ガスは、電解タンク2の上部に貯留さ
れ、酸素ガスの使用箇所(図示省略)に対して、酸素ガ
ス供給配管部31を介して搬送供給される。そして、こ
の酸素ガス供給配管部31には、酸素ガスの供給量を調
整する酸素ガス供給バルブ32と、酸素ガスを除湿する
ための酸素ガス除湿手段33と、酸素ガス供給配管部3
1を流通している酸素ガス中の水素濃度を検出するため
の水素ガス検出手段34とが設けられている。ここで、
酸素ガス供給バルブ32は、後述すべく、電解タンク2
の圧力と、水素分離タンク4の圧力とに基づいて制御さ
れる。このために、電解タンク2には、第二の圧力検知
手段35が設けられている。また、酸素ガス除湿手段3
3は、例えば、中空糸膜等を用いて構成されている。そ
して、この酸素ガス除湿手段33においては、中空糸膜
の内部に酸素ガスを流通させ、中空糸膜の外部に乾燥空
気を流通させることによって、酸素ガスの除湿を行って
いる。Oxygen gas generated in the water electrolysis apparatus 1 in the electrolysis tank 2 is stored in the upper part of the electrolysis tank 2, and is supplied to an oxygen gas supply piping section (not shown) with respect to the use location (not shown) of the oxygen gas. It is conveyed and supplied through 31. The oxygen gas supply pipe section 31 includes an oxygen gas supply valve 32 for adjusting the supply amount of oxygen gas, an oxygen gas dehumidifying means 33 for dehumidifying oxygen gas, and an oxygen gas supply pipe section 3.
And a hydrogen gas detecting means 34 for detecting the concentration of hydrogen in the oxygen gas flowing through the fuel cell 1. here,
The oxygen gas supply valve 32 is connected to the electrolytic tank 2 as described later.
And the pressure of the hydrogen separation tank 4 is controlled. For this purpose, the electrolytic tank 2 is provided with a second pressure detecting means 35. Also, the oxygen gas dehumidifying means 3
3 is formed using, for example, a hollow fiber membrane or the like. In the oxygen gas dehumidifying means 33, the oxygen gas is dehumidified by flowing oxygen gas inside the hollow fiber membrane and flowing dry air outside the hollow fiber membrane.
【0029】さらに、電解タンク2には、第二のリリー
フ弁36を有する第二のリリーフ配管部37が設けられ
ている。そして、この第二のリリーフ弁36は、後述す
べく、電解タンク2の圧力と、水素分離タンク4の圧力
とに基づいて制御されるように構成されている。Further, the electrolytic tank 2 is provided with a second relief pipe section 37 having a second relief valve 36. The second relief valve 36 is configured to be controlled based on the pressure of the electrolytic tank 2 and the pressure of the hydrogen separation tank 4 as described later.
【0030】また、本実施形態においては、第一の圧力
検知手段25の検知値と第二の圧力検知手段35の検知
値とを比較して、所定の信号を種々のバルブ22,2
6,32,36に送り得る差圧検知手段45が設けられ
ている。さらに、本実施形態においては、第一の圧力検
知手段25からの圧力検知信号を受けて、水電解装置1
に対して適切な電流を供給する電流値制御手段28が設
けられている。Further, in the present embodiment, the detected value of the first pressure detecting means 25 and the detected value of the second pressure detecting means 35 are compared, and a predetermined signal is transmitted to various valves 22 and 2.
6, 32 and 36 are provided with a differential pressure detecting means 45 which can be sent. Further, in the present embodiment, the water electrolysis device 1 receives the pressure detection signal from the first pressure detection means 25 and receives the pressure detection signal.
Is provided with a current value control means 28 for supplying an appropriate current to the current.
【0031】以上のように、本実施形態に係る水素・酸
素供給システムは、水電解装置1を用いて構成されてお
り、この水電解装置1は、純水と所定の電流とを供給す
ることによって水素および酸素を生じさせ得る、電解セ
ルを用いて構成されている。次に、この電解セルの構造
を図面に基づいて説明する。As described above, the hydrogen / oxygen supply system according to the present embodiment is configured by using the water electrolysis apparatus 1, which supplies pure water and a predetermined current. By using an electrolytic cell capable of producing hydrogen and oxygen. Next, the structure of the electrolytic cell will be described with reference to the drawings.
【0032】図2は、図1に係る水素・酸素供給システ
ムを構成する水電解装置を成す電解セルの一例の概略図
を示したものであり、図2(a)は電解セルの平面図を
示し、図2(b)は図2(a)の一部を断面にしたI−
I線矢視の側面図を示している。また、図3は、図2
(a)のII−II線断面のうちの要部を示す断面図であ
る。また、図4は、図2(a)のIII−III線断面のうち
の要部を示す断面図である。また、図5は、本実施形態
に係る電解セルを構成する電極板ユニットの分解斜視図
を示したものである。本実施形態においては、この図5
に示した電極板ユニットと固体電解質膜等とを用いて電
解セルが構成されている。FIG. 2 is a schematic view showing an example of an electrolysis cell constituting a water electrolysis apparatus constituting the hydrogen / oxygen supply system according to FIG. 1, and FIG. 2 (a) is a plan view of the electrolysis cell. FIG. 2B is a cross-sectional view of a part of FIG.
FIG. 2 shows a side view taken along the arrow I. FIG. 3 is similar to FIG.
FIG. 2A is a cross-sectional view illustrating a main part of a cross section taken along line II-II of FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a main part of a cross section taken along the line III-III in FIG. FIG. 5 is an exploded perspective view of an electrode plate unit constituting the electrolytic cell according to the present embodiment. In the present embodiment, FIG.
The electrolytic cell is configured using the electrode plate unit and the solid electrolyte membrane shown in FIG.
【0033】図2〜図4に示す電解セル1は、固体高分
子電解質膜の両面に電極触媒層(陽極側および陰極側触
媒層)が設けられた固体電解質膜102と電極板ユニッ
ト103とを複数積層して構成されている。すなわち、
固体電解質膜102を電極板ユニット103にて挟持す
るように、固体電解質膜102と電極板ユニット103
とを所定数積層して構成されている。そして、固体電解
質膜102および電極板ユニット103が、両端側のそ
れぞれに設けられた端板122で挟持され、締付ボルト
123によって締め付けられることによって電解セル1
が構成されている。The electrolytic cell 1 shown in FIGS. 2 to 4 comprises a solid electrolyte membrane 102 in which electrode catalyst layers (anode side and cathode side catalyst layers) are provided on both surfaces of a solid polymer electrolyte membrane and an electrode plate unit 103. It is configured by laminating a plurality. That is,
The solid electrolyte membrane 102 and the electrode plate unit 103 are sandwiched by the electrode plate unit 103.
Are laminated in a predetermined number. Then, the solid electrolyte membrane 102 and the electrode plate unit 103 are sandwiched between end plates 122 provided on both ends, and are tightened by tightening bolts 123, so that the electrolytic cell 1
Is configured.
【0034】また、本実施形態に係る電解セル1におい
ては、締付ボルト123に対し複数の皿バネ125を介
してナット124が取り付けられている。そして、電解
セルの組立時においては、固体電解質膜102および電
極板ユニット103等を積層した後に、プレス機で締め
付けた状態で、締付ボルト123等による締め付けが行
われている。Further, in the electrolytic cell 1 according to this embodiment, a nut 124 is attached to the tightening bolt 123 via a plurality of disc springs 125. When assembling the electrolytic cell, the solid electrolyte membrane 102, the electrode plate unit 103, and the like are stacked and then tightened by a tightening bolt 123 or the like while being tightened by a press.
【0035】電極板ユニット103は、チタン板製の電
極板104の両面側に、多孔質給電体105とスペーサ
106とシール部材107等とが配設して構成されてい
る。また、後述すべく、スペーサ106等には、発生し
た酸素ガスを取り出すために用いられる酸素用孔11
3、発生した水素ガスを取り出すために用いられる水素
用孔114、電気分解に供される純水を供給するために
用いられる純水用孔115,116が形成されている。The electrode plate unit 103 has a structure in which a porous power supply 105, a spacer 106, a sealing member 107 and the like are disposed on both sides of an electrode plate 104 made of a titanium plate. As will be described later, the oxygen holes 11 used to take out the generated oxygen gas are formed in the spacer 106 and the like.
3. A hole 114 for hydrogen used to take out the generated hydrogen gas and holes 115 and 116 for pure water used to supply pure water to be used for electrolysis are formed.
【0036】次に、図5を用いて、電極板104および
その周辺の構造を詳細に説明する。Next, the structure of the electrode plate 104 and its surroundings will be described in detail with reference to FIG.
【0037】電極板104は、その内方部分たる板部分
104aと、この板部分104aの外周部に設けられた
周縁部104b等とから形成されいる。また、この板部
分104aと周縁部104bとの間には、外方側突条1
12aおよび内方側突条112bが形成されいている。
すなわち、周縁部104bの内方縁に沿って、シール部
材107用の溝111が屈曲によって形成されている。
この溝111の外方側および内方側は溝111に沿った
突条112a,112bとなるように屈曲されている。
また、電極板104は、チタン板を型プレスによって成
形することにより得ることができる。さらに、電極板ユ
ニット103を積層したときに接触する(および接触す
るおそれがある)電極板104の所定部分には、電気的
絶縁のためのコーティングが施されている。例えば、シ
ール部材用溝111の底部にはテフロン(登録商標)
(ポリテトラフルオロエチレン)のコーティングが施さ
れている。The electrode plate 104 includes a plate portion 104a serving as an inner portion thereof, and a peripheral portion 104b provided on an outer peripheral portion of the plate portion 104a. Also, between the plate portion 104a and the peripheral edge portion 104b, an outer side ridge 1 is provided.
12a and the inner side protrusion 112b are formed.
That is, the groove 111 for the sealing member 107 is formed by bending along the inner edge of the peripheral portion 104b.
The outer side and the inner side of the groove 111 are bent so as to form protrusions 112 a and 112 b along the groove 111.
The electrode plate 104 can be obtained by molding a titanium plate by a mold press. Further, a predetermined portion of the electrode plate 104 that comes into contact with (and may come into contact with) when the electrode plate units 103 are stacked is provided with a coating for electrical insulation. For example, Teflon (registered trademark) is provided at the bottom of the seal member groove 111.
(Polytetrafluoroethylene) coating.
【0038】電極板104の両面側には、その中央部に
それぞれ多孔質給電体105(A),105(C)が配
置され、多孔質給電体105の両側にスペーサ106が
それぞれ配置されている。また、このスペーサ106
は、内方側突条112bの存在により、下面側のスペー
サ106c,106dの方が上面側のスペーサ106
a,106bよりも大きく形成されている。On both sides of the electrode plate 104, porous power supply members 105 (A) and 105 (C) are disposed at the center thereof, and spacers 106 are disposed on both sides of the porous power supply member 105, respectively. . Also, this spacer 106
The spacers 106c and 106d on the lower surface are changed to the spacers 106 on the upper surface due to the presence of the inward protrusions 112b.
a, 106b.
【0039】そして、内方側突条112bの裏側(下面
側)のデッドスペースには環状のスペーサ106eが嵌
着されている。電極板104およびスペーサ106に
は、対応する位置に流体通路孔(酸素用孔113、水素
用孔114、純水用孔115,116)が穿設されてい
る。具体的には、図3、図4、および図5に示すべく、
電極板104の左方のスペーサ106a,106cおよ
び対応する電極板104の所定位置に穿設されているは
酸素用孔113および水素用孔114であり、右方のス
ペーサ106b,106dおよび対応する電極板104
の所定位置に穿設されているのは純水用孔115,11
6である。An annular spacer 106e is fitted in the dead space on the back side (lower side) of the inner side ridge 112b. Fluid passage holes (holes for oxygen 113, holes for hydrogen 114, holes for pure water 115 and 116) are formed at corresponding positions in the electrode plate 104 and the spacer. Specifically, as shown in FIGS. 3, 4, and 5,
Oxygen holes 113 and hydrogen holes 114 formed at predetermined positions of the left spacers 106a and 106c of the electrode plate 104 and the corresponding electrode plate 104, and the right spacers 106b and 106d and the corresponding electrodes are formed. Board 104
The holes 115 and 11 for pure water are drilled at predetermined positions.
6.
【0040】図3、図4、および図5においては、電極
板104の上面側のスペースが水素発生室Cとなり、下
面側のスペースが酸素発生室Aとなる。そして、電極板
104に屈曲によって形成された溝111には、これら
の水素発生室Cと酸素発生室Aとを外部からシールする
ためのシール部材107が嵌着される。In FIGS. 3, 4 and 5, the space on the upper surface side of the electrode plate 104 is the hydrogen generation chamber C, and the space on the lower surface side is the oxygen generation chamber A. A seal member 107 for sealing the hydrogen generation chamber C and the oxygen generation chamber A from the outside is fitted into the groove 111 formed by bending the electrode plate 104.
【0041】また、図3、図4、および図5に示すよう
に、電極板104の上面左方のスペーサ106aの下面
における酸素用孔113の周囲にはOリング溝117が
形成されており、水素用孔114から多孔質給電体に対
向する縁まで水素用溝118が形成されている。このス
ペーサ106aの上面における酸素用孔13の周囲にも
Oリング溝117が形成されている。As shown in FIGS. 3, 4, and 5, an O-ring groove 117 is formed around the oxygen hole 113 on the lower surface of the spacer 106a on the upper left side of the electrode plate 104. A hydrogen groove 118 is formed from the hydrogen hole 114 to the edge facing the porous power supply. An O-ring groove 117 is also formed around the oxygen hole 13 on the upper surface of the spacer 106a.
【0042】また、電極板104の下面左方のスペーサ
106cの上面における水素用孔114の周囲にはOリ
ング溝117が形成されており、酸素用孔113から多
孔質給電体105に対向する縁まで酸素用溝119が形
成されている。このスペーサ106cの下面における水
素用孔114の周囲にもOリング溝117が形成されて
いる。Further, an O-ring groove 117 is formed around the hydrogen hole 114 on the upper surface of the spacer 106 c on the lower left side of the electrode plate 104, and the edge facing the porous power supply 105 from the oxygen hole 113. An oxygen groove 119 is formed up to this point. An O-ring groove 117 is also formed around the hydrogen hole 114 on the lower surface of the spacer 106c.
【0043】さらに、電極板104の上面右方のスペー
サ106bの上面および下面ともに、純水用孔115,
116の周囲には、Oリング溝117が形成されてい
る。また、電極板104の下面右方のスペーサ106d
の上面における純水用孔115,116から多孔質給電
体105に対向する縁まで純水用溝120が形成されて
いる。また、各Oリング溝117には、Oリング121
が嵌着される。Further, both the upper surface and the lower surface of the spacer 106b on the right side of the upper surface of the electrode plate 104
An O-ring groove 117 is formed around 116. The spacer 106d on the lower right side of the electrode plate 104
A groove 120 for pure water is formed from the holes 115 and 116 for pure water on the upper surface to the edge facing the porous feeder 105. Each O-ring groove 117 has an O-ring 121
Is fitted.
【0044】下面右方のスペーサ106dに形成された
純水用溝120は、他のスペーサ106a,106cに
形成された水素用溝118および酸素用溝119と異な
る形に形成されている。すなわち、水素用溝118およ
び酸素用溝119は独立した一本の溝として水素用孔1
14および酸素用孔113からそれぞれ形成されてい
る。しかしながら、純水用溝120は、二つの純水用孔
115,116からこれらの孔に連通する広い凹所12
0aと、この凹所120aから多孔質給電体105に対
向する縁まで複数本形成された小溝120bとから構成
されている。純水用溝120の凹所120a、小溝12
0bは略扇状に形成されている。これは、被分解水たる
純水が多孔質給電体105にできるだけ均一に行き渡る
ように工夫されたものである。The groove 120 for pure water formed in the spacer 106d on the lower right side is formed in a different shape from the groove 118 for hydrogen and the groove 119 for oxygen formed in the other spacers 106a and 106c. That is, the hydrogen groove 118 and the oxygen groove 119 are formed as one independent groove.
14 and holes 113 for oxygen. However, the pure water groove 120 is formed in the wide recess 12 communicating with the two pure water holes 115 and 116.
0a and a plurality of small grooves 120b formed from the recess 120a to the edge facing the porous power supply body 105. The recess 120a of the groove 120 for pure water, the small groove 12
0b is formed in a substantially fan shape. This is devised so that pure water, which is the water to be decomposed, reaches the porous power supply 105 as uniformly as possible.
【0045】また、本実施形態においては、強度を向上
させる等の目的のために、スペーサ106がチタン等の
金属を用いて形成されているため、各スペーサ106と
電極板104との間には、各スペーサ106a,106
b,106c,106dの大きさに応じた絶縁シート1
09a,109b,109c,109dが設けられてい
る。この絶縁シート109には、それぞれ所定の位置に
(対応する位置に)、流体通路孔(酸素用孔113、水
素用孔114、純水用孔115,116)が穿設されて
いる。また、水素用孔114には、図1に示した水素ガ
ス搬送配管部14が接続されている。In this embodiment, since the spacers 106 are formed by using a metal such as titanium for the purpose of improving the strength, etc., there is no space between each spacer 106 and the electrode plate 104. , Each spacer 106a, 106
b, 106c, insulating sheet 1 according to the size of 106d
09a, 109b, 109c, and 109d are provided. Fluid passage holes (oxygen holes 113, hydrogen holes 114, and pure water holes 115, 116) are formed at predetermined positions (at corresponding positions) in the insulating sheet 109, respectively. Further, the hydrogen gas transfer piping section 14 shown in FIG. 1 is connected to the hydrogen hole 114.
【0046】さらに、本実施形態に係る電解セル1にお
いては、電極板104の一部たる周縁部104b(板部
分104aの外周部であって、外方側突条112aの外
周部)に、シム110を配設すべく構成されている。Further, in the electrolytic cell 1 according to the present embodiment, a shim is provided on the outer peripheral portion 104b (the outer peripheral portion of the plate portion 104a and the outer peripheral portion of the outer protrusion 112a) which is a part of the electrode plate 104. 110 are provided.
【0047】本実施形態においては、上述したように、
図2〜図5に示す電解セルにて構成された水電解装置
(電解セル)1を用いて水素・酸素供給システムが形成
されている。したがって、図1に示すべく、電解タンク
2内に設けられた水電解装置1においては、電解タンク
2内の純水が、二つの純水用孔115,116から純水
用溝120を介して、酸素発生室Aとなる電極板104
の下面側の多孔質給電体105に純水が供給される。純
水は、Oリング121によって、水素発生室Cへの流入
が阻止される。In the present embodiment, as described above,
A hydrogen / oxygen supply system is formed using a water electrolysis apparatus (electrolysis cell) 1 configured by the electrolysis cells shown in FIGS. Therefore, as shown in FIG. 1, in the water electrolysis apparatus 1 provided in the electrolysis tank 2, the pure water in the electrolysis tank 2 flows from the two pure water holes 115 and 116 through the pure water groove 120. , Electrode plate 104 serving as oxygen generation chamber A
Pure water is supplied to the porous power supply body 105 on the lower surface side of. Pure water is prevented from flowing into the hydrogen generation chamber C by the O-ring 121.
【0048】酸素発生室Aで発生した酸素ガスは、酸素
用溝119から酸素用孔113を介して電解タンク2中
に放出され、電解タンク2中から酸素ガス供給配管部3
1等を介して酸素ガス使用箇所等に供給される。水電解
装置1中において、酸素ガスは、Oリング121によっ
て、水素発生室Cへの流入が阻止される。また、水素発
生室Cで発生した水素ガスは、水素用溝118、水素用
孔114、および水素ガス搬送配管部14を介して、水
素分離タンク4に搬送される。水素ガスは、Oリング1
21によって、酸素発生室Aへの流入が阻止される。さ
らに、当然のことながら、本実施形態に係る水電解装置
内においては、発生した水素ガスおよび酸素ガスは、シ
ール部材107によって、電極板ユニット103同士の
間から外部への漏出が防止されている。The oxygen gas generated in the oxygen generation chamber A is released from the oxygen groove 119 through the oxygen hole 113 into the electrolytic tank 2, and is discharged from the electrolytic tank 2 to the oxygen gas supply pipe section 3.
The oxygen gas is supplied to a place where oxygen gas is used through 1 or the like. In the water electrolysis device 1, the oxygen gas is prevented from flowing into the hydrogen generation chamber C by the O-ring 121. Further, the hydrogen gas generated in the hydrogen generation chamber C is transported to the hydrogen separation tank 4 via the hydrogen groove 118, the hydrogen hole 114, and the hydrogen gas transport pipe section 14. Hydrogen gas is O-ring 1
By 21, the flow into the oxygen generation chamber A is prevented. Furthermore, naturally, in the water electrolysis device according to the present embodiment, the generated hydrogen gas and oxygen gas are prevented from leaking from between the electrode plate units 103 to the outside by the seal member 107. .
【0049】本実施形態に係る水素・酸素供給システム
は、上述した図1〜図5に示すべく構成されており、係
るシステムにおいては、適切に、純水供給制御、電流値
制御等が行われている。The hydrogen / oxygen supply system according to the present embodiment is configured as shown in FIGS. 1 to 5 described above. In such a system, pure water supply control, current value control, and the like are appropriately performed. ing.
【0050】図6は、本実施形態に係る水素・酸素供給
システムを運転する際のフローチャートを示したもので
ある。以下、図6等の必要な図面を用いて、制御方法を
具体的に説明する。FIG. 6 shows a flowchart when the hydrogen / oxygen supply system according to this embodiment is operated. Hereinafter, the control method will be specifically described using necessary drawings such as FIG.
【0051】図6に示すように、本実施形態に係る水素
・酸素供給システムは、まず、ステップ601におい
て、電解タンク2に対する純水の供給が行われる。具体
的には、補給水ポンプ6を駆動させて、純水タンク3か
ら電解タンク2に対して純水を供給する。As shown in FIG. 6, in the hydrogen / oxygen supply system according to the present embodiment, first, in step 601, pure water is supplied to the electrolytic tank 2. Specifically, the makeup water pump 6 is driven to supply pure water from the pure water tank 3 to the electrolytic tank 2.
【0052】次に、ステップ602においては、電解タ
ンク2内の純水の貯留量(水位)が、電解タンク水位計
2Lを用いて検知される。Next, in step 602, the storage amount (water level) of pure water in the electrolytic tank 2 is detected using the electrolytic tank water level meter 2L.
【0053】次に、ステップ603においては、ステッ
プ602における水位検知信号に基づいて、電解タンク
2内の水位が所定量であるか否かの判断が行われる。そ
して、ここで、水位が所定量に達している場合には(ス
テップ603にて「Yes」と判断された場合には)、
次いでステップ604の処理が行われる。また、水位が
所定量に達していない場合には(ステップ603にて
「No」と判断された場合には)、補給水ポンプ6を駆
動させた状態で、再度ステップ602以降の処理が行わ
れる。Next, in step 603, it is determined whether or not the water level in the electrolytic tank 2 is a predetermined amount based on the water level detection signal in step 602. When the water level has reached the predetermined amount (when it is determined “Yes” in step 603),
Next, the process of step 604 is performed. If the water level has not reached the predetermined amount (if determined to be “No” in step 603), the processes after step 602 are performed again with the makeup water pump 6 driven. .
【0054】次に、ステップ604においては、ステッ
プ603の判断に基づいて、純水タンク3から電解タン
ク2に対する給水が停止される。すなわち、補給水ポン
プ6を停止させる。次に、ステップ605においては、
電解セル1へ供給される循環水量の検知が行われる。す
なわち、このステップ605においては、電解セル1に
対する通電前に、循環水ポンプ8を駆動させ、電解セル
1に対して純水を供給しているので、その循環水量を検
知する。Next, in step 604, water supply from the pure water tank 3 to the electrolytic tank 2 is stopped based on the determination in step 603. That is, the makeup water pump 6 is stopped. Next, in step 605,
The amount of circulating water supplied to the electrolytic cell 1 is detected. That is, in step 605, the circulating water pump 8 is driven before supplying electricity to the electrolytic cell 1 to supply pure water to the electrolytic cell 1, so that the amount of circulating water is detected.
【0055】次に、ステップ606においては、ステッ
プ605における循環水量検知信号に基づいて、電解セ
ル1に対して、所定水量が供給されているか否かの判断
が行われる。そして、ここで、循環水量が所定量に達し
ている場合には(ステップ606にて「Yes」と判断
された場合には)、次いでステップ607の処理が行わ
れる。また、循環水量が所定量に達していない場合には
(ステップ606にて「No」と判断された場合に
は)、ステップ607に進むことなく、再度ステップ6
05以降の処理が行われる(すなわち、循環水ポンプ8
の駆動および循環水量の検知等が継続して行われる)。Next, in step 606, it is determined whether a predetermined amount of water is supplied to the electrolytic cell 1 based on the circulating water amount detection signal in step 605. Then, if the circulating water amount has reached the predetermined amount (if “Yes” is determined in step 606), then the process of step 607 is performed. If the amount of circulating water has not reached the predetermined amount (if “No” is determined in step 606), the process does not proceed to step 607 but proceeds to step 6 again.
05 is performed (that is, the circulating water pump 8
And the detection of the amount of circulating water is continuously performed.)
【0056】次に、ステップ607においては、水電解
装置1に対する通電が開始される。すなわち、本実施形
態に係る水素・酸素供給システムにおいては、水電解装
置(電解セル)1内に所定量の純水が循環された状態に
なってから、はじめて、水電解装置1に対する電流の供
給が開始される。このように、循環水流量を確認した後
に通電を開始するのは、水電解装置1に対して純水が十
分に補給されていない状態で通電を行うと、水電解装置
1を構成する固体電解質膜102が破損する可能性があ
るからである。つまり、本実施形態においては、固体電
解質膜102を保護するために、純水の循環量を確認し
た後に、水電解装置1に対して通電を行っている。ま
た、ここで、水電解装置1に対する電流の供給は、0%
(0A)から100%(例えば、600A)の電流値に
あげるまでに、所定の時間(例えば、30秒程度)を要
するべく行う。このように電流の供給を行うことによっ
て、固体電解質膜102に対して、徐々に電流が負荷さ
れることとなるため、固体電解質膜102の保護を図る
ことが可能となる。すなわち、水電解装置1に対する供
給電流が急激に変動(極端なケースとしてON/OF
F)すると、オーバーシュートして過大電流が電解セル
に加わり、固体電解質膜を損傷させる可能性があるが、
上述した本実施形態に係る電流供給手段(段階的な電流
供給手段)によれば、係る問題を効果的に解決すること
ができる。Next, in step 607, energization of the water electrolysis apparatus 1 is started. That is, in the hydrogen / oxygen supply system according to the present embodiment, after a predetermined amount of pure water is circulated in the water electrolysis device (electrolysis cell) 1, the supply of current to the water electrolysis device 1 is performed for the first time. Is started. The reason why the energization is started after confirming the circulating water flow rate is that if the energization is performed in a state where the pure water is not sufficiently supplied to the water electrolysis apparatus 1, the solid electrolyte constituting the water electrolysis apparatus 1 This is because the film 102 may be damaged. That is, in the present embodiment, in order to protect the solid electrolyte membrane 102, the current is supplied to the water electrolysis apparatus 1 after confirming the circulation amount of pure water. Here, the supply of current to the water electrolysis device 1 is 0%
A predetermined time (for example, about 30 seconds) is required to increase the current value from (0 A) to 100% (for example, 600 A). By supplying the current in this manner, the current is gradually applied to the solid electrolyte membrane 102, so that the solid electrolyte membrane 102 can be protected. That is, the supply current to the water electrolysis apparatus 1 fluctuates rapidly (in an extreme case, the ON / OF
F) Then, an overshoot occurs and an excessive current is applied to the electrolytic cell, which may damage the solid electrolyte membrane.
According to the above-described current supply means (stepwise current supply means) according to the present embodiment, such a problem can be effectively solved.
【0057】次に、ステップ608においては、図1に
示された水素・酸素供給システムによる連続した水素・
酸素供給工程が行われる。具体的には、適切な純水供給
制御、および電流値制御等が行われる。これらの制御に
ついては、後に、具体的に説明する。Next, in step 608, continuous hydrogen / hydrogen supply by the hydrogen / oxygen supply system shown in FIG.
An oxygen supply step is performed. Specifically, appropriate pure water supply control, current value control, and the like are performed. These controls will be specifically described later.
【0058】次に、ステップ609においては、水素・
酸素供給工程を終了するか否かの判断が行われる。そし
て、ここで、水素・酸素供給工程を終了すると判断され
た場合には(ステップ609にて「Yes」と判断され
た場合には)、次いでステップ610の処理が行われ
る。また、水素・酸素供給工程を終了しないと判断され
た場合には(ステップ609にて「No」と判断された
場合には)、再度、ステップ608以降の処理が行われ
る。Next, in step 609, hydrogen
A determination is made as to whether to terminate the oxygen supply step. If it is determined that the hydrogen / oxygen supply process is to be terminated (if “Yes” is determined in step 609), the process of step 610 is performed. If it is determined that the hydrogen / oxygen supply process is not to be ended (if “No” is determined in step 609), the processes in and after step 608 are performed again.
【0059】次に、ステップ610においては、ステッ
プ609における水素・酸素供給工程の終了の判断に基
づいて、水電解装置1に対する通電を終了させる。ま
た、この図6のフローチャートには特に示していない
が、ステップ610においては、水電解装置1が純水に
十分満たされた状態で、通電を終了させる。具体的に
は、水電解装置1に対する通電を停止してから、数秒
(3秒程度)後に循環水ポンプ8を停止している。これ
も、固体電解質膜102に対して余計な負荷をかけない
ためである。Next, in step 610, energization of the water electrolysis apparatus 1 is terminated based on the determination of the termination of the hydrogen / oxygen supply step in step 609. Although not particularly shown in the flowchart of FIG. 6, in step 610, the energization is terminated in a state where the water electrolysis apparatus 1 is sufficiently filled with pure water. Specifically, the circulating water pump 8 is stopped several seconds (about 3 seconds) after the power supply to the water electrolysis device 1 is stopped. This is also because no extra load is applied to the solid electrolyte membrane 102.
【0060】以上、図6におけるステップ601からス
テップ610までの工程に基づいて、本実施形態に係る
水素・酸素供給システムの運転が制御される。しかしな
がら、上述した図6のフローチャートにおいては、水素
・酸素供給工程の説明が不充分であるため、次に、ステ
ップ608で行われる水素・酸素供給工程を具体的に説
明する。As described above, the operation of the hydrogen / oxygen supply system according to the present embodiment is controlled based on the steps 601 to 610 in FIG. However, the description of the hydrogen / oxygen supply step in the above-described flowchart of FIG. 6 is insufficient, so that the hydrogen / oxygen supply step performed in step 608 will be specifically described.
【0061】ステップ608にて行われる水素・酸素供
給工程の中には、電解タンク2に対する純水供給制御、
および水電解装置1に対する電流値制御等があげられ
る。以下、詳細に説明する。In the hydrogen / oxygen supply step performed in step 608, the supply of pure water to the electrolytic tank 2 is controlled.
And current value control for the water electrolysis device 1. The details will be described below.
【0062】図7は、本実施形態に係る純水供給制御の
一態様のフローチャートを示したものである。FIG. 7 shows a flowchart of one mode of pure water supply control according to the present embodiment.
【0063】図7に示すように、本実施形態において
は、まず、ステップ701において、電解タンク2内の
純水貯水量の検知が行われる。ここでは、電解タンク水
位計2Lを用いて、電解タンク2内の純水の貯留量(水
位)が検知される。As shown in FIG. 7, in this embodiment, first, in step 701, the amount of pure water stored in the electrolytic tank 2 is detected. Here, the stored amount (water level) of pure water in the electrolytic tank 2 is detected using the electrolytic tank water level meter 2L.
【0064】次に、ステップ702においては、ステッ
プ701における水位検知信号に基づいて、電解タンク
2内の水位が所定値以下であるか否かの判断が行われ
る。そして、ここで、水位が所定値以下であると判断さ
れた場合には(ステップ702にて「Yes」と判断さ
れた場合には)、次いでステップ703の処理が行われ
る。また、水位が所定値以下でない場合には(ステップ
702にて「No」と判断された場合には)、再度、ス
テップ701以降の処理が行われる。Next, in step 702, it is determined whether or not the water level in the electrolytic tank 2 is below a predetermined value based on the water level detection signal in step 701. If it is determined that the water level is equal to or lower than the predetermined value (if “Yes” is determined in step 702), the process of step 703 is performed. If the water level is not equal to or less than the predetermined value (if “No” is determined in step 702), the processing in step 701 and the subsequent steps is performed again.
【0065】次に、ステップ703においては、ステッ
プ702の判断に基づいて、補給水ポンプ6の駆動が開
始される。すなわち、補給水ポンプ6を駆動させて、純
水供給配管部を介して、純水タンク3から電解タンク2
に対して純水を補給する。Next, in step 703, the driving of the makeup water pump 6 is started based on the judgment in step 702. That is, the makeup water pump 6 is driven to move the pure water tank 3 from the pure water tank 3 through the pure water supply pipe.
Replenish pure water.
【0066】次に、ステップ704においては、電解タ
ンク2内の純水貯水量の検知が行われる。ここでは、ス
テップ701と同様に、電解タンク水位計2Lを用い
て、電解タンク2内の純水の貯留量(水位)が検知され
る。Next, in step 704, the amount of pure water stored in the electrolytic tank 2 is detected. Here, as in step 701, the stored amount (water level) of pure water in the electrolytic tank 2 is detected using the electrolytic tank water level meter 2L.
【0067】次に、ステップ705においては、ステッ
プ704における水位検知信号に基づいて、電解タンク
2内の水位が所定範囲内にあるか否かの判断が行われ
る。そして、ここで、水位が所定範囲内にあると判断さ
れた場合には(ステップ705にて「Yes」と判断さ
れた場合には)、次いでステップ706の処理が行われ
る。また、水位が所定範囲内にないと判断された場合に
は(ステップ705にて「No」と判断された場合に
は)、補給水ポンプ6を駆動させた状態で、再度、ステ
ップ704以降の処理が行われる。Next, in step 705, it is determined whether or not the water level in the electrolytic tank 2 is within a predetermined range based on the water level detection signal in step 704. If it is determined that the water level is within the predetermined range (if “Yes” is determined in step 705), then the process of step 706 is performed. When it is determined that the water level is not within the predetermined range (when it is determined “No” in step 705), while the makeup water pump 6 is driven, the processes in and after step 704 are performed again. Processing is performed.
【0068】次に、ステップ706においては、ステッ
プ705の判断に基づいて、純水タンク3から電解タン
ク2に対する給水が停止される。すなわち、補給水ポン
プ6を停止させる。そして、このステップ706の後
は、再度、ステップ701以降の処理が行われる。Next, in step 706, water supply from the pure water tank 3 to the electrolytic tank 2 is stopped based on the determination in step 705. That is, the makeup water pump 6 is stopped. Then, after step 706, the processes after step 701 are performed again.
【0069】以上のステップ701からステップ706
の工程が、本実施形態に係る水素・酸素供給システムに
おける、基本的な純水供給(補給)制御である。なお、
この図7では特に示さなかったが、本実施形態において
は、電解タンク2内の純水が、電解タンク2に対して閉
回路として設けられた純水循環配管部7を介して、循環
されつつ、水電解装置1に供給されるべく構成されてい
る。The above steps 701 to 706
Is the basic pure water supply (supply) control in the hydrogen / oxygen supply system according to the present embodiment. In addition,
Although not particularly shown in FIG. 7, in the present embodiment, the pure water in the electrolytic tank 2 is circulated through the pure water circulation pipe section 7 provided as a closed circuit with respect to the electrolytic tank 2. , Water electrolysis device 1.
【0070】具体的には、本実施形態においては、純水
循環配管部7に設けられた循環水ポンプ8によって、電
解タンク2内の純水が循環させられ、純水循環配管部7
に設けられた熱交換器9、ポリシャ10、およびフィル
タ11を介して、水電解装置1の純水用孔115,11
6に純水が供給される。なお、この純水循環配管部7に
は、水質警報手段12、水温警報手段13、および循環
水量警報手段も設けられている。Specifically, in this embodiment, the pure water in the electrolytic tank 2 is circulated by the circulating water pump 8 provided in the pure water circulating pipe section 7, and the pure water circulating pipe section 7
Through the heat exchanger 9, polisher 10, and filter 11 provided in the water electrolysis apparatus 1.
6 is supplied with pure water. The pure water circulation pipe section 7 is also provided with a water quality alarm unit 12, a water temperature alarm unit 13, and a circulating water amount alarm unit.
【0071】本実施形態においては、このように種々の
要素を設けた閉回路たる純水循環配管部7を介して、水
電解装置1に純水が供給されるので、適切な性状を有す
る純水の供給が可能となる。すなわち、熱交換器9を設
けたことにより、水電解装置1の発熱によって温度が上
昇した純水の熱交換を行うことが可能となるので、効率
よく水電解装置1を駆動させることができる。また、ポ
リシャ10を設けたことにより、純水の純度を高めた状
態で、水電解装置1に対して純水を供給可能となる。ま
た、フィルタ11を設けたことにより、純水中に含まれ
た不純物を除去して、水電解装置1に対して純水を供給
することができる。さらに、本実施形態においては、水
質警報手段12および水温警報手段13が設けられてい
るので、上述した熱交換器9、ポリシャ10、およびフ
ィルタ11に何等かの不具合が生じた(あるいは生じそ
うであった)としても、その旨を検知して、不適切な
(純度が低いあるいは不純物が多い等の)純水が供給さ
れる前に、熱交換器9、ポリシャ10、あるいはフィル
タ11を交換可能である。また、本実施形態において
は、循環水量警報手段が設けられているので、循環水量
が処理量(所定の処理量)を下回って、電解セルが損傷
するのを防止している。つまり、電解セルへの供給水量
が不足すると、電解セル内での水の流れが不均一とな
り、局部的な発熱によって固体電解質膜が損傷するおそ
れがあるが、本実施形態は、循環水量警報手段を設ける
ことによって、循環水量の低下を事前に察知して、係る
問題を効果的に解決することができる。したがって、本
実施形態によれば、継続的に、適切な性状を有する純水
を水電解装置1に対して供給することができる。また、
本実施形態においては、先に述べたように、純水循環配
管部7の適切な箇所にガス抜きを設けているので、純水
循環配管部7中の酸素ガスが純水の循環に不具合を生じ
させないように、必要に応じて、適宜、ガス抜きを行う
ことができる。In the present embodiment, pure water is supplied to the water electrolysis apparatus 1 through the pure water circulation pipe section 7 which is a closed circuit provided with various elements as described above. Water supply becomes possible. That is, the provision of the heat exchanger 9 makes it possible to perform heat exchange of pure water whose temperature has increased due to the heat generated by the water electrolysis device 1, so that the water electrolysis device 1 can be efficiently driven. Further, the provision of the polisher 10 makes it possible to supply pure water to the water electrolysis apparatus 1 in a state where the purity of pure water is increased. Further, by providing the filter 11, impurities contained in pure water can be removed and pure water can be supplied to the water electrolysis device 1. Further, in the present embodiment, since the water quality warning means 12 and the water temperature warning means 13 are provided, some troubles have occurred (or are likely to occur) in the heat exchanger 9, the polisher 10, and the filter 11 described above. Is detected), the heat exchanger 9, polisher 10, or filter 11 can be replaced before inappropriate (low purity or many impurities, etc.) pure water is supplied. It is. Further, in the present embodiment, since the circulating water amount warning means is provided, it is possible to prevent the amount of circulating water from being lower than the processing amount (predetermined processing amount), thereby preventing the electrolytic cell from being damaged. In other words, if the amount of water supplied to the electrolytic cell is insufficient, the flow of water in the electrolytic cell becomes uneven, and the solid electrolyte membrane may be damaged by local heat generation. Is provided, the decrease in the amount of circulating water can be detected in advance, and such a problem can be effectively solved. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to continuously supply pure water having appropriate properties to the water electrolysis device 1. Also,
In the present embodiment, as described above, since a gas vent is provided at an appropriate position of the pure water circulation pipe section 7, oxygen gas in the pure water circulation pipe section 7 causes a problem in the circulation of the pure water. If necessary, degassing can be performed so as not to cause the generation.
【0072】このように、本実施形態においては、純水
の水質や温度を制御して、適切な性状を有する純水を水
電解装置1に供給しているので、固体電解質膜102の
寿命をのばすことが可能となると共に、水電解装置1に
おける電解効率をも向上させることができる。As described above, in this embodiment, since the quality and temperature of pure water are controlled to supply pure water having appropriate properties to the water electrolysis apparatus 1, the life of the solid electrolyte membrane 102 is extended. In addition to being able to extend, the electrolysis efficiency in the water electrolysis device 1 can also be improved.
【0073】また、本実施形態においては、水素分離タ
ンク4にて水素ガスと分離された純水についても、純水
戻り配管部15(および純水タンク3等)を介して、再
利用可能(水電解装置1に対して供給可能)であるべく
構成されている。なお、本実施形態においては、上述し
たように、純水タンク3と電解タンク2とが純水供給配
管部5にて接続され、電解タンク2中の水電解装置1と
水素分離タンク4とが水素ガス搬送配管部14にて接続
され、水素分離タンク4と純水タンク3とが純水戻り配
管部15にて接続されている。すなわち、純水タンク
3、電解タンク2、および水素分離タンク4は、純水供
給配管部5、水素ガス搬送配管部14、および純水戻り
配管部15によって、閉じた回路として構成されてい
る。水素分離タンク4から純水戻り配管部15を用いて
搬送される純水には、水素が溶存されており、もし、こ
の閉回路中の循環を連続して繰り返すとすれば、その溶
存率は高まる一方となり、システム構成上好ましくな
い。つまり、水素分離タンク4から排出される純水中に
は、水素発生圧力下での溶存水素が含まれており、これ
をそのまま純水タンク(補給水タンク)3に戻した場
合、圧力が大気圧に開放されるため、減圧に伴い、差圧
分の溶存水素がガス化して放出される。そうすると、純
水タンク3内で水素と空気とが混合し、徐々に水素濃度
が上昇して、種々の不具合を生ずる可能性がある。そこ
で、本実施形態に係る水素・酸素供給システムは、係る
純水戻り配管部15の所定箇所にガススクラバ16を配
して、上述した不具合を解消すべく構成されている。In the present embodiment, the pure water separated from the hydrogen gas in the hydrogen separation tank 4 can be reused through the pure water return pipe section 15 (and the pure water tank 3 and the like). (Can be supplied to the water electrolysis apparatus 1). In the present embodiment, as described above, the pure water tank 3 and the electrolytic tank 2 are connected by the pure water supply pipe 5, and the water electrolyzer 1 and the hydrogen separation tank 4 in the electrolytic tank 2 are connected to each other. The hydrogen separation tank 4 and the pure water tank 3 are connected by a hydrogen gas transfer pipe section 14 and the pure water return pipe section 15 is connected by a hydrogen gas transfer pipe section 14. In other words, the pure water tank 3, the electrolytic tank 2, and the hydrogen separation tank 4 are configured as a closed circuit by the pure water supply pipe 5, the hydrogen gas transport pipe 14, and the pure water return pipe 15. Hydrogen is dissolved in the pure water transported from the hydrogen separation tank 4 using the pure water return pipe section 15, and if the circulation in the closed circuit is continuously repeated, the dissolved rate becomes However, it is not preferable in terms of the system configuration. In other words, the pure water discharged from the hydrogen separation tank 4 contains dissolved hydrogen under the hydrogen generation pressure, and when this is returned to the pure water tank (supplementary water tank) 3 as it is, the pressure becomes large. Since the pressure is released to the atmospheric pressure, dissolved hydrogen corresponding to the differential pressure is gasified and released as the pressure is reduced. Then, hydrogen and air are mixed in the pure water tank 3, and the hydrogen concentration gradually increases, which may cause various problems. Therefore, the hydrogen / oxygen supply system according to the present embodiment is configured to dispose the gas scrubber 16 at a predetermined position of the pure water return pipe section 15 so as to solve the above-described problem.
【0074】次に、水電解装置1に対する電流値制御に
ついて説明する。図8は、本実施形態に係る電流値制御
の一態様のフローチャートを示したものである。Next, the current value control for the water electrolysis device 1 will be described. FIG. 8 shows a flowchart of one mode of the current value control according to the present embodiment.
【0075】図8に示すように、本実施形態において
は、まず、ステップ801において、水素分離タンク4
に設けられた第一の圧力検知手段25を用いて、水素ガ
スの圧力を検知する。ここで、水素分離タンク4内の水
素ガスの圧力は、水素ガス生成量(水電解装置1で生成
され、水素ガス搬送配管部14を介して水素分離タンク
4に搬送される水素ガス量)と、水素ガス供給量(水素
ガス供給配管部21を介して、水素分離タンク4から水
素ガス使用箇所に供給される水素ガス量)とのバランス
によって変動するものである。As shown in FIG. 8, in this embodiment, first, in step 801, the hydrogen separation tank 4
The pressure of the hydrogen gas is detected by using the first pressure detecting means 25 provided in the first embodiment. Here, the pressure of the hydrogen gas in the hydrogen separation tank 4 is determined by the amount of hydrogen gas generated (the amount of hydrogen gas generated by the water electrolysis apparatus 1 and transferred to the hydrogen separation tank 4 via the hydrogen gas transfer pipe section 14). And the amount of hydrogen gas supplied (the amount of hydrogen gas supplied from the hydrogen separation tank 4 to the hydrogen gas use point via the hydrogen gas supply pipe 21).
【0076】次に、ステップ802においては、ステッ
プ801における圧力検知信号に基づいて、水素分離タ
ンク4内の水素ガス圧力が所定値以下であるか否かの判
断が行われる。水素ガス圧力が所定値以下になると、必
要とされる水素ガスの供給が困難となるからである。そ
して、ここで、水素ガス圧力が所定値以下であると判断
された場合には(ステップ802にて「Yes」と判断
された場合には)、次いでステップ803の処理が行わ
れる。また、水素ガス圧力が所定値以下ではないと判断
された場合には(ステップ802にて「No」と判断さ
れた場合には)、再度、ステップ801以降の処理が行
われる。Next, in step 802, it is determined whether or not the hydrogen gas pressure in the hydrogen separation tank 4 is lower than a predetermined value based on the pressure detection signal in step 801. This is because if the hydrogen gas pressure falls below a predetermined value, it becomes difficult to supply the required hydrogen gas. If it is determined that the hydrogen gas pressure is equal to or lower than the predetermined value (if “Yes” is determined in step 802), the process of step 803 is performed. If it is determined that the hydrogen gas pressure is not lower than the predetermined value (if “No” is determined in step 802), the processes in and after step 801 are performed again.
【0077】次に、ステップ803においては、ステッ
プ802の判断に基づいて、第一の圧力検知手段25か
ら電流値制御手段28に対して圧力検知信号を送り、こ
の圧力検知信号に基づいて、電流値制御手段28から水
電解装置1に対して適切な値の電流が供給される。ここ
で、供給する電流は、必要とする供給水素ガス量(ある
いは水素ガス圧等)、および水素ガス圧変動率(単位時
間当たりの水素ガス圧変動量)等によって、適宜、適切
な値が選択されて水電解装置1に供給される。Next, in step 803, based on the judgment in step 802, a pressure detection signal is sent from the first pressure detection means 25 to the current value control means 28, and based on this pressure detection signal, An appropriate value of current is supplied from the value control unit 28 to the water electrolysis device 1. Here, an appropriate value is selected as the current to be supplied, depending on the required amount of supplied hydrogen gas (or hydrogen gas pressure or the like) and the hydrogen gas pressure fluctuation rate (hydrogen gas pressure fluctuation amount per unit time). And supplied to the water electrolysis device 1.
【0078】次に、ステップ804においては、水素分
離タンク4に設けられた第一の圧力検知手段25を用い
て、水素ガスの圧力を検知する。Next, in step 804, the pressure of the hydrogen gas is detected using the first pressure detecting means 25 provided in the hydrogen separation tank 4.
【0079】次に、ステップ805においては、ステッ
プ804における圧力検知信号に基づいて、水素分離タ
ンク4内の水素ガス圧力が所定範囲内にあるか否かの判
断が行われる。そして、ここで、水素ガス圧力が所定範
囲内にあると判断された場合には(ステップ805にて
「Yes」と判断された場合には)、次いでステップ8
06の処理が行われる。また、水素ガス圧力が所定範囲
内にないと判断された場合には(ステップ805にて
「No」と判断された場合には)、再度、ステップ80
3以降の処理が行われる。Next, in step 805, it is determined whether or not the hydrogen gas pressure in the hydrogen separation tank 4 is within a predetermined range based on the pressure detection signal in step 804. Then, if it is determined that the hydrogen gas pressure is within the predetermined range (if “Yes” is determined in step 805), then step 8 is performed.
Step 06 is performed. If it is determined that the hydrogen gas pressure is not within the predetermined range (if “No” is determined in Step 805), Step 80 is performed again.
Steps 3 and later are performed.
【0080】次に、ステップ806においては、ステッ
プ805の判断に基づいて、水電解装置1に対する電流
値制御手段28からの電流の供給が停止される。そし
て、このステップ806の後は、再度、ステップ801
以降の処理が行われる。Next, in step 806, supply of current from the current value control means 28 to the water electrolysis device 1 is stopped based on the determination in step 805. After step 806, step 801 is performed again.
The following processing is performed.
【0081】本実施形態においては、上述したように、
ステップ801からステップ806の工程に示すべく、
水電解装置1に対して、電流が供給される。すなわち、
本実施形態においては、水素ガス生成量と水素ガス供給
量とのバランスを第一の圧力検知手段25を用いて検知
し、この検知信号を電流値制御手段28に送って、検知
信号に応じた(圧力変動に応じた)電流値が水電解装置
1に供給されている。なお、本実施形態においては、電
流値制御手段28としては、整流器等が用いられる。す
なわち、本実施形態においては、整流器等を用いて、整
流器PID制御が行われる。In the present embodiment, as described above,
To show the steps 801 to 806,
An electric current is supplied to the water electrolysis device 1. That is,
In the present embodiment, the balance between the hydrogen gas generation amount and the hydrogen gas supply amount is detected by using the first pressure detection unit 25, and this detection signal is sent to the current value control unit 28 to respond to the detection signal. A current value (according to the pressure fluctuation) is supplied to the water electrolysis device 1. In the present embodiment, a rectifier or the like is used as the current value control means 28. That is, in the present embodiment, rectifier PID control is performed using a rectifier or the like.
【0082】一方、従来技術においては、水電解装置に
対する電流の供給は、常時一定電流を供給する場合、あ
るいは、ON/OFF制御に基づいて電流を供給する場
合等が一般的であった。このような構成において、適切
な水素ガスの供給を実現しようとすれば、水素ガスの必
要な圧力に対応すべく、水素ガスを貯留するための大き
いタンク(すなわち、使用圧力の下限値から上限値にま
で対応可能なタンク)が必要であった。そして、使用さ
れる水素ガス圧力の変動に対応するために、あらかじ
め、係るタンク内に所定量の水素ガスを貯留する必要が
あり、使用される水素ガス圧力が、上限値側から下限値
側に移行する場合には、水素ガスを大気開放等して、必
要とされる水素ガス圧力に対応していた。また、使用さ
れる水素ガス圧力が、上限値側に移行する場合には、従
来技術における電流供給方法(常時一定あるいはON/
OFF制御)等では、迅速な対応(必要な水素ガス圧力
の上昇に応じた水素ガスの生成)が困難であるため、タ
ンク内には、常に所定量(例えば100%運転で30分
〜2時間分のガス発生量)の水素ガスを貯留しておく必
要があった。さらに、アルカリ水電解の場合、電解セル
内の隔膜(陰極室と陽極室との間仕切り)が多孔質体で
あるため、装置の出力が低下すると(15%以下となる
と)、陰極側と陽極側との圧力を均一に維持できなくな
り、水素と酸素とが隔膜を通過して混合してしまうおそ
れがある。このため、装置停止/再起動時には、装置内
のガスをN2パージして追い出すという作業が必要とな
る。On the other hand, in the prior art, the current is generally supplied to the water electrolysis apparatus when a constant current is supplied, or when the current is supplied based on ON / OFF control. In such a configuration, if an attempt is made to achieve an appropriate supply of hydrogen gas, a large tank for storing hydrogen gas (that is, a lower limit to an upper limit of the operating pressure) must be used in order to meet the required pressure of the hydrogen gas. Tank that can handle up to Then, in order to cope with the fluctuation of the used hydrogen gas pressure, it is necessary to store a predetermined amount of hydrogen gas in the tank in advance, and the used hydrogen gas pressure is shifted from the upper limit to the lower limit. When shifting, the hydrogen gas was released to the atmosphere or the like to meet the required hydrogen gas pressure. When the pressure of the hydrogen gas used shifts to the upper limit side, the current supply method (constantly constant or ON /
In the OFF control, etc., it is difficult to take a quick response (generation of hydrogen gas in response to a required increase in hydrogen gas pressure). Therefore, a predetermined amount (for example, 30 minutes to 2 hours at 100% operation) is always stored in the tank. (Amount of gas generated per minute) of hydrogen gas. Furthermore, in the case of alkaline water electrolysis, since the diaphragm (partition between the cathode chamber and the anode chamber) in the electrolysis cell is a porous body, when the output of the apparatus is reduced (below 15% or less), the cathode side and the anode side are reduced. Cannot be maintained uniformly, and hydrogen and oxygen may pass through the diaphragm and mix. Therefore, when the apparatus is stopped / restarted, it is necessary to purge the gas in the apparatus by purging it with N 2 .
【0083】しかしながら、本実施形態に係る水素・酸
素供給システムは、上述したように、水素ガスの使用量
に応じて、電流値制御手段28から水電解装置1に対し
適切な電流が供給される構成であるため、生成される水
素ガス、および水電解装置1に供給される電流につい
て、無駄をなくすことが可能となる。また、本実施形態
に係る水素・酸素供給システムにおいては、閉回路たる
純水循環配管部7を介して、水電解装置1に対して純水
が供給されるため、水電解装置1および電解タンク2
は、比較的高い密閉性を維持することができる。つま
り、水電解装置1を駆動させなくとも、所定の水素ガス
圧力を得ることができる。よって、水素ガスの圧力に特
に変動がない場合(水素ガスが使用されていない場合)
には、水電解装置1に対する電流の供給を停止すること
も可能である。したがって、本実施形態に係る水素・酸
素供給システムにおいては、適切な圧力の水素等の供給
を行いつつ、水電解装置1を0〜100%の範囲で駆動
させることが可能となる。However, in the hydrogen / oxygen supply system according to the present embodiment, as described above, an appropriate current is supplied from the current value control means 28 to the water electrolysis apparatus 1 according to the amount of hydrogen gas used. With the configuration, it is possible to eliminate waste of the generated hydrogen gas and the current supplied to the water electrolysis device 1. Further, in the hydrogen / oxygen supply system according to the present embodiment, since pure water is supplied to the water electrolysis device 1 via the pure water circulation piping section 7 which is a closed circuit, the water electrolysis device 1 and the electrolytic tank 2
Can maintain relatively high hermeticity. That is, a predetermined hydrogen gas pressure can be obtained without driving the water electrolysis apparatus 1. Therefore, when there is no particular change in the pressure of hydrogen gas (when hydrogen gas is not used)
, The supply of current to the water electrolysis device 1 can be stopped. Therefore, in the hydrogen / oxygen supply system according to the present embodiment, the water electrolysis apparatus 1 can be driven in a range of 0 to 100% while supplying hydrogen or the like at an appropriate pressure.
【0084】また、本実施形態に係る水素・酸素供給シ
ステムにおいては、第一の圧力検知手段25によって水
素分離タンク4内の水素ガスの圧力を検知し、第二の圧
力検知手段35によって電解タンク2内の酸素ガスの圧
力を検知して、それぞれの検知信号が差圧検知手段45
に送られる。そして、この差圧検知手段45で得られる
水素ガス圧力と酸素ガス圧力との差圧信号に基づいて、
水素ガス供給バルブ22、第一のリリーフ弁26、酸素
ガス供給バルブ32、および第二のリリーフ弁36が、
適宜調整される。本実施形態に係る水素・酸素供給シス
テムにおいては、水素ガス圧力を酸素ガス圧力よりも若
干(0.05〜0.1MPa程度)高く設定して、高純
度の水素ガスを得ることが可能であるように構成されて
いる。したがって、本実施形態においては、上述した差
圧信号に基づいて、水電解装置1内にて、酸素ガス圧力
よりも水素ガス圧力の方が0.05〜0.1MPa程度
高くなるべく、各バルブ22,26,32,36の調整
が行われている。In the hydrogen / oxygen supply system according to the present embodiment, the pressure of the hydrogen gas in the hydrogen separation tank 4 is detected by the first pressure detecting means 25, and the electrolytic tank is detected by the second pressure detecting means 35. 2 to detect the pressure of the oxygen gas in each of them, and the respective detection signals are used as differential pressure detecting means 45.
Sent to Then, based on a differential pressure signal between the hydrogen gas pressure and the oxygen gas pressure obtained by the differential pressure detecting means 45,
The hydrogen gas supply valve 22, the first relief valve 26, the oxygen gas supply valve 32, and the second relief valve 36
It is adjusted appropriately. In the hydrogen / oxygen supply system according to the present embodiment, it is possible to obtain a high-purity hydrogen gas by setting the hydrogen gas pressure to be slightly higher (about 0.05 to 0.1 MPa) than the oxygen gas pressure. It is configured as follows. Therefore, in the present embodiment, based on the above-described differential pressure signal, each valve 22 is set in the water electrolysis apparatus 1 so that the hydrogen gas pressure is about 0.05 to 0.1 MPa higher than the oxygen gas pressure. , 26, 32, and 36 are adjusted.
【0085】さらに、本実施形態においては、上述した
各リリーフ弁26,36が、インターロックとしても機
能することとなる。すなわち、差圧検知手段45で得ら
れる差圧信号に何等かの異常が生じた場合には、固体電
解質膜102等を保護するために、各リリーフ弁26,
36を適切に調整して、水素ガスおよび酸素ガスの少な
くとも一方を各リリーフ配管部27,37を介して放出
する。なお、リリーフ弁26,36を用いたインターロ
ックは、上述した構成に限定されるものではない。した
がって、例えば、各リリーフ弁26,36としては、ば
ね逃がし弁等を用いることが可能であり、各リリーフ配
管部27,37内の圧力が、所定の圧力を超えた場合に
は、各リリーフ弁26,36が適切に開放されるべく構
成されていてもよい。Further, in the present embodiment, each of the above-described relief valves 26 and 36 also functions as an interlock. That is, when any abnormality occurs in the differential pressure signal obtained by the differential pressure detecting means 45, in order to protect the solid electrolyte membrane 102 and the like, each relief valve 26,
By properly adjusting 36, at least one of the hydrogen gas and the oxygen gas is discharged through the respective relief piping portions 27 and 37. The interlock using the relief valves 26 and 36 is not limited to the above-described configuration. Therefore, for example, a spring relief valve or the like can be used as each of the relief valves 26 and 36, and when the pressure in each of the relief pipe portions 27 and 37 exceeds a predetermined pressure, each of the relief valves 26 and 36 may be configured to be appropriately opened.
【0086】また、本実施形態に係る水素・酸素供給シ
ステムにおいては、電解タンク2から酸素使用箇所(図
示省略)に対して酸素ガスを供給するために設けられた
酸素ガス供給配管部31に、水素ガス検出手段34が設
けられている。この水素ガス検出手段34は、酸素ガス
中の水素濃度を検出すべく、熱伝導率式、密度式等のオ
ンラインガス分析計等を用いて構成されている。本実施
形態によれば、この酸素ガス供給配管部31において酸
素ガス中の水素ガス濃度を検出することによって、固体
電解質膜102におけるピンホールの発生等を検知する
ことができる。すなわち、本実施形態によれば、上述し
たように、水電解装置1内の圧力は、酸素ガス発生側
(酸素発生室A側)よりも水素ガス発生側(水素発生室
C側)の方が、高くなるように構成されているため、固
体電解質膜102にピンホール等が発生すれば、水素発
生室Cから酸素発生室Aに対して水素ガスが混入し、水
素ガスが混入した酸素ガスが、酸素ガス供給配管部31
を介して供給されることとなる。したがって、本実施形
態によれば、図1に示すべく、酸素ガス供給配管部31
に水素ガス検出手段34を設けて、酸素ガス中の水素ガ
ス濃度を監視することによって、固体電解質膜102の
破損(ピンホール)等を早期に発見して、システムの保
守管理を効果的に行うことが可能となる。In the hydrogen / oxygen supply system according to the present embodiment, the oxygen gas supply pipe section 31 provided for supplying oxygen gas from the electrolytic tank 2 to an oxygen use point (not shown) is provided. A hydrogen gas detecting means 34 is provided. The hydrogen gas detecting means 34 is configured using an on-line gas analyzer of a thermal conductivity type, a density type or the like in order to detect the hydrogen concentration in the oxygen gas. According to the present embodiment, by detecting the concentration of hydrogen gas in the oxygen gas in the oxygen gas supply pipe section 31, the occurrence of pinholes in the solid electrolyte membrane 102 can be detected. That is, according to the present embodiment, as described above, the pressure in the water electrolysis apparatus 1 is higher on the hydrogen gas generation side (the hydrogen generation chamber C side) than on the oxygen gas generation side (the oxygen generation chamber A side). When a pinhole or the like is generated in the solid electrolyte membrane 102, hydrogen gas is mixed from the hydrogen generation chamber C to the oxygen generation chamber A, and the oxygen gas mixed with the hydrogen gas is , Oxygen gas supply piping section 31
Is supplied via the. Therefore, according to the present embodiment, as shown in FIG.
Is provided with a hydrogen gas detecting means 34 to monitor the concentration of hydrogen gas in the oxygen gas, thereby early detecting damage (pinhole) or the like of the solid electrolyte membrane 102 and effectively performing system maintenance management. It becomes possible.
【0087】さらに、本実施形態に係る水素・酸素供給
システムにおいては、水素分離タンク4から水素使用箇
所(図示省略)に対して水素ガスを供給するために設け
られた水素ガス供給配管部21に、水素ガス流量制御手
段24が設けられている。この水素ガス流量制御手段2
4は、上述したように、流量検知手段24Aと定格流量
制御バルブ24Bとを用いて構成されている。そして、
この流量検知手段24Aは、水素ガス供給配管部21中
を流れる水素ガスの流量を常時監視して、この水素ガス
の流量に応じて、定格流量制御バルブ24Bに対し適切
な制御信号を送信すべく構成されている。すなわち、本
実施形態によれば、水素ガス供給配管部21の後流側に
て(すなわち、水素ガス使用箇所にて)大量の水素ガス
が使用されたとしても、水素ガス供給配管部21中を流
れる水素ガスが定格流量を超える前に、流量検知手段2
4Aから定格流量制御バルブ24Bに対して制御信号が
送られ、定格流量以上の水素ガスが流れないように、定
格流量制御バルブ24Bが調整される。したがって、本
実施形態によれば、水素ガス供給配管部21の後流側に
おける水素ガス使用量がどのように変動したとしても、
水素ガス供給配管部21にて定格流量以上の水素ガスが
流れることはないので、水素ガスの品質を一定に維持す
ることができる。このような水素ガス流量制御手段24
を有する構成によれば、ユーザがバッファタンク等を用
いる場合における不具合を効果的に防止可能である。具
体的には、バッファタンクを用いるケースでは、水素の
使用量が平常時とピーク時とで大きく変動する場合があ
る。このような場合、ピーク時の使用量に合わせて水素
・酸素供給システムを構成すると、大容量のものとな
り、稼働率が低下し、経済性も悪い。このため、バッフ
ァタンクの圧力に幅をもたせて使用している(例えば、
0.9MPaから0.4MPaの幅で使用している)。
この間は、水電解装置1の定格発生量以上のガスを使用
することになる。このような構成において、水電解装置
1を定格運転するためには、本実施形態に示すべく、定
格以上のガスが流れないように、流量制御を行う必要が
ある。これにより、水電解装置1が安定して稼動を続け
ると共に、後段の除湿器入口のガス性状(圧力等)も一
定に制御でき、供給ガス品質を一定に維持することがで
きる。また、このような構成であれば、水電解装置(電
解セル)1の性能以上の使用をも防止することが可能と
なるので、システムの長寿命化を図ることもできる。Further, in the hydrogen / oxygen supply system according to the present embodiment, the hydrogen / oxygen supply pipe 21 provided for supplying hydrogen gas from the hydrogen separation tank 4 to a hydrogen use point (not shown) is provided. , A hydrogen gas flow control means 24 is provided. This hydrogen gas flow control means 2
4 is configured using the flow rate detecting means 24A and the rated flow rate control valve 24B as described above. And
The flow rate detecting means 24A constantly monitors the flow rate of the hydrogen gas flowing in the hydrogen gas supply pipe section 21 and transmits an appropriate control signal to the rated flow rate control valve 24B according to the flow rate of the hydrogen gas. It is configured. That is, according to the present embodiment, even if a large amount of hydrogen gas is used on the downstream side of the hydrogen gas supply pipe section 21 (that is, at the location where the hydrogen gas is used), the hydrogen gas supply pipe section 21 Before the flowing hydrogen gas exceeds the rated flow rate, the flow rate detecting means 2
A control signal is sent from 4A to the rated flow control valve 24B, and the rated flow control valve 24B is adjusted so that hydrogen gas having a flow rate higher than the rated flow does not flow. Therefore, according to the present embodiment, no matter how the amount of hydrogen gas used on the downstream side of the hydrogen gas supply pipe unit 21 fluctuates,
Since the hydrogen gas having a flow rate higher than the rated flow does not flow through the hydrogen gas supply pipe section 21, the quality of the hydrogen gas can be kept constant. Such hydrogen gas flow control means 24
According to the configuration having (1), it is possible to effectively prevent problems when the user uses the buffer tank or the like. Specifically, in the case of using a buffer tank, the amount of hydrogen used may fluctuate significantly between normal times and peak times. In such a case, if the hydrogen / oxygen supply system is configured in accordance with the usage amount at the peak, the capacity becomes large, the operation rate decreases, and the economic efficiency is poor. For this reason, the buffer tank pressure is used with a certain width (for example,
It is used in a width of 0.9 MPa to 0.4 MPa).
During this time, gas exceeding the rated generation amount of the water electrolysis device 1 is used. In such a configuration, in order to perform the rated operation of the water electrolysis apparatus 1, it is necessary to control the flow rate so as to prevent gas exceeding the rated value from flowing as shown in the present embodiment. Thereby, the water electrolysis apparatus 1 can continue to operate stably, and the gas property (pressure and the like) at the inlet of the dehumidifier at the subsequent stage can be controlled to be constant, so that the supply gas quality can be kept constant. Further, with such a configuration, it is possible to prevent the water electrolysis device (electrolysis cell) 1 from being used beyond its performance, so that the life of the system can be extended.
【0088】また、本実施形態に係る水素・酸素供給シ
ステムにおいては、水電解装置1と水素分離タンク4と
の間に設けられた水素ガス搬送配管部14には、水素ガ
ス搬送バルブ18が設けられており、さらに、水素ガス
搬送配管部14上の水素ガス搬送バルブ18を迂回すべ
く、バイパス配管部19が設けられている。そして、こ
のバイパス配管部19には、逆止弁20が設けられてい
る。ここで、逆止弁20は、所定値以上の圧力が作用し
ない場合には開放せず、水電解装置1から水素分離タン
ク4に対して水素ガスが流通しないように構成されてい
る。すなわち、本実施形態は、所定値以上(例えば、
0.1MPa以上)の圧力が作用したときに、はじめて
逆止弁20が開放されて、バイパス配管部19を介し
て、水電解装置1から水素分離タンク4に対して水素ガ
スが流通すべく構成されている。したがって、本実施形
態に係る水素・酸素供給システムによれば、水素ガス搬
送バルブ18に何らかの不具合が生じて、水素ガスが水
素ガス搬送配管部14中を流通しない状態となったとし
ても、上述したように、バイパス配管部19に所定値以
上の圧力が作用した場合には、逆止弁20を介して、水
素ガスの搬送が行われることとなる。よって、本実施形
態によれば、水素ガス搬送バルブ18に不具合が生じた
としても、その際の圧力が水電解装置1に逆流する前
に、逆止弁20が開いて、水素ガス搬送配管部14、バ
イパス配管部19、および逆止弁20を介して、水素ガ
スを適切に流通させることが可能となるので、水電解装
置1を構成する固体電解質膜102の破損等を効果的に
防止することができる。In the hydrogen / oxygen supply system according to the present embodiment, a hydrogen gas transfer valve 18 is provided in the hydrogen gas transfer pipe section 14 provided between the water electrolysis device 1 and the hydrogen separation tank 4. In addition, a bypass pipe section 19 is provided to bypass the hydrogen gas transfer valve 18 on the hydrogen gas transfer pipe section 14. The bypass pipe 19 is provided with a check valve 20. Here, the check valve 20 is configured not to open when a pressure equal to or higher than a predetermined value does not act, so that hydrogen gas does not flow from the water electrolysis device 1 to the hydrogen separation tank 4. That is, in the present embodiment, a predetermined value or more (for example,
When a pressure of 0.1 MPa or more is applied, the check valve 20 is opened for the first time, and hydrogen gas flows from the water electrolysis apparatus 1 to the hydrogen separation tank 4 via the bypass pipe 19. Have been. Therefore, according to the hydrogen / oxygen supply system according to the present embodiment, even if some trouble occurs in the hydrogen gas transfer valve 18 and the hydrogen gas does not flow through the hydrogen gas transfer pipe section 14, the above-described state is obtained. As described above, when the pressure equal to or more than the predetermined value acts on the bypass pipe portion 19, the transfer of the hydrogen gas is performed via the check valve 20. Therefore, according to the present embodiment, even if a failure occurs in the hydrogen gas transfer valve 18, the check valve 20 is opened before the pressure at that time flows back to the water electrolysis device 1, and the hydrogen gas transfer pipe section is opened. 14, the hydrogen gas can be appropriately circulated through the bypass pipe section 19 and the check valve 20, so that the solid electrolyte membrane 102 constituting the water electrolysis apparatus 1 is effectively prevented from being damaged. be able to.
【0089】さらに、本実施形態に係る水素・酸素供給
システムは、種々の検知手段等を用いて、ガス圧力およ
び各タンク2,4内の水位をそれぞれ所定値となるべく
制御可能に構成されている。具体的には、電解タンク2
は、第二の圧力制御手段35、差圧検知手段45、、お
よび第二のリリーフ弁36等を用いてタンク内圧力が所
定値となるべく制御されており、また、電解タンク水位
計2Lおよび補給水ポンプ6を用いてタンク内水位が所
定値となるべく制御されている。そして、水素分離タン
ク4は、第一の圧力制御手段25、差圧検知手段45、
および第一のリリーフ弁26等を用いてタンク内圧力が
所定値となるべく制御されており、また、水素分離タン
ク水位計4Lおよび純水排出バルブ4Aを用いてタンク
内水位が所定値となるべく制御されている。さらに、水
電解装置1内における酸素発生室Aと水素発生室Cとの
圧力についても、先に述べたように、適切に所定値とな
るべく制御されている。本実施形態においては、以上の
ように、各ガス圧力および各タンク2,4内の水位をそ
れぞれ所定値となるべく制御可能である。すなわち、本
実施形態に係る水素・酸素供給システムは、一定の条件
に基づいて、運転可能に構成されている。したがって、
本実施形態に係る水素・酸素供給システムは、基本的
に、一定の条件に基づいて運転させることが可能である
ため、高品質のガス(特に高純度の水素ガス)を得るこ
とができる。また、一定の条件にて運転可能であるた
め、システムを構成している各要素に対して、ストレス
が生じにくくなり、各構成要素は勿論のこと、システム
全体としても、寿命を延ばすことが可能となる。なお、
上述したように、本実施形態においては、ガス圧制御の
みではなく、水位制御も合わせて行っているため、ガス
圧制御のみを行う場合よりも、容易にガス圧制御を行う
ことが可能となる。Further, the hydrogen / oxygen supply system according to the present embodiment is configured so that the gas pressure and the water level in each of the tanks 2 and 4 can be controlled to predetermined values using various detecting means and the like. . Specifically, the electrolytic tank 2
Is controlled using a second pressure control means 35, a differential pressure detection means 45, a second relief valve 36, and the like so that the tank pressure becomes a predetermined value. The water level in the tank is controlled to a predetermined value using the water pump 6. The hydrogen separation tank 4 includes a first pressure control unit 25, a differential pressure detection unit 45,
And the pressure in the tank is controlled to be a predetermined value using the first relief valve 26 and the like, and the water level in the tank is controlled to be the predetermined value using the hydrogen separation tank water level meter 4L and the pure water discharge valve 4A. Have been. Further, the pressures in the oxygen generation chamber A and the hydrogen generation chamber C in the water electrolysis apparatus 1 are also controlled to have a predetermined value as described above. In the present embodiment, as described above, each gas pressure and the water level in each of the tanks 2 and 4 can be controlled to be a predetermined value. That is, the hydrogen / oxygen supply system according to the present embodiment is configured to be operable based on certain conditions. Therefore,
Since the hydrogen / oxygen supply system according to the present embodiment can basically be operated under certain conditions, high-quality gas (particularly, high-purity hydrogen gas) can be obtained. In addition, since operation is possible under certain conditions, stress is less likely to be applied to each component of the system, and it is possible to extend the life of the entire system as well as each component. Becomes In addition,
As described above, in the present embodiment, not only the gas pressure control but also the water level control is performed, so that the gas pressure control can be performed more easily than when only the gas pressure control is performed. .
【0090】なお、本実施形態においては、水電解装置
1を一つ用いて水素・酸素供給システムを構成する場合
について説明したが、本発明はこの構成に限定されるも
のではなく、例えば、複数の水電解装置1を用いて水素
・酸素供給システムを構成してもよい。この際、各水電
解装置1については、それぞれ電解タンク2等を設け
て、各水電解装置1をブロック化して、水素・酸素供給
システムを構成してもよい。係る構成によれば、システ
ム全体はもとより、各ブロック毎についても、水電解装
置1等の不具合を検知可能であるため、システムのいず
れかの箇所に故障等が発生した場合であっても、その故
障したブロックのみを停止させて交換等を行うことがで
きる。したがって、このようなブロック化を実現した水
素・酸素供給システムであれば、水電解装置1等に故障
が発生した場合であっても、システム全体を停止させる
必要がないので、安定したガス供給を実現可能なシステ
ムとすることができる。In this embodiment, the case where the hydrogen / oxygen supply system is constituted by using one water electrolysis apparatus 1 has been described. However, the present invention is not limited to this constitution. A hydrogen / oxygen supply system may be configured using the water electrolysis apparatus 1 of the first embodiment. At this time, each water electrolysis apparatus 1 may be provided with an electrolysis tank 2 and the like, and each water electrolysis apparatus 1 may be blocked to form a hydrogen / oxygen supply system. According to such a configuration, a failure of the water electrolysis device 1 or the like can be detected not only for the entire system but also for each block. Therefore, even if a failure or the like occurs in any part of the system, Replacement or the like can be performed by stopping only the failed block. Therefore, in the case of a hydrogen / oxygen supply system that realizes such a block, even if a failure occurs in the water electrolysis apparatus 1 or the like, it is not necessary to stop the entire system, so that stable gas supply can be achieved. It can be a feasible system.
【0091】また、本実施形態においては、水素ガスを
得ること(高純度の水素ガスを得ること)を主目的とす
る水素・酸素供給システムについて説明したが、本発明
はこの構成に限定されるものではなく、必要に応じて、
高純度の酸素ガスを得ることを主目的とするシステムと
してもよい。すなわち、本実施形態においては、水素ガ
ス中に酸素ガスが溶存することを防止するために、水素
ガスの圧力を若干高めに設定しているが、高純度の酸素
ガスを得るために酸素ガスの圧力を若干高めに設定し
て、水素・酸素供給システムを構成してもよい。また、
酸素ガス供給配管部に、流量検知手段、流量制御手段を
設ける構成としてもよい。Further, in this embodiment, the hydrogen / oxygen supply system whose main purpose is to obtain hydrogen gas (to obtain high-purity hydrogen gas) has been described, but the present invention is limited to this configuration. Not what you need,
A system whose main purpose is to obtain high-purity oxygen gas may be used. That is, in the present embodiment, the pressure of the hydrogen gas is set slightly higher in order to prevent the oxygen gas from being dissolved in the hydrogen gas. The hydrogen / oxygen supply system may be configured by setting the pressure slightly higher. Also,
The oxygen gas supply pipe may be provided with a flow rate detecting means and a flow rate controlling means.
【0092】また、本実施形態に係る水素・酸素供給シ
ステムについては、各要素を接続するための配管部につ
いては特に説明しなかったが、本発明においては、酸素
ガスを多く有する流体を搬送させる配管部(O2リッチ
ライン)と、水素ガスを多く有する流体を搬送させる配
管部(H2リッチライン)とに対して、それぞれ適切な
特性を有する配管を用いて、水素・酸素供給システムを
構成してもよい。具体的に、例えば、O2リッチライン
は、ステンレス鋼表面に電解研磨処理を施した後、酸化
性雰囲気中で加熱することにより、鉄系酸化物を主とす
る金属酸化物の着色酸化被膜が表面に形成されたステン
レス鋼(特開平10−140322号公報参照)を用い
て構成することが好ましい。このようなステンレス鋼
は、酸素ガスを多く有する流体に対する金属イオンの溶
出量が極めて少ないという特性を有する。したがって、
このようなステンレス鋼を用いてO2リッチラインを構
成すれば、酸素ガス中に対する不必要な金属イオンの溶
出を効果的に防止可能なシステムを実現することができ
る。また、例えば、H2リッチラインは、ステンレス鋼
表面を清浄化処理した後、酸化性雰囲気中で加熱処理し
て清浄化処理面上に着色酸化被膜を形成し、その後にこ
の着色酸化被膜を溶解除去したステンレス鋼(特開平1
0−25561号公報参照)を用いて構成することが好
ましい。このようなステンレス鋼は、水素ガスを多く有
する流体に対する金属イオンの溶出量が極めて少ないと
いう特性を有する。したがって、このようなステンレス
鋼を用いてH2リッチラインを構成すれば、水素ガス中
に対する不必要な金属イオンの溶出を効果的に防止可能
なシステムを実現することができる。In the hydrogen / oxygen supply system according to the present embodiment, the piping for connecting each element is not particularly described. However, in the present invention, a fluid containing a large amount of oxygen gas is conveyed. A hydrogen / oxygen supply system is configured using pipes having appropriate characteristics for a pipe section (O 2 rich line) and a pipe section (H 2 rich line) for transporting a fluid containing a large amount of hydrogen gas. May be. Specifically, for example, an O 2 rich line is formed by subjecting a stainless steel surface to electrolytic polishing treatment and then heating in an oxidizing atmosphere to form a colored oxide film of a metal oxide mainly composed of an iron-based oxide. It is preferable to use stainless steel formed on the surface (see JP-A-10-140322). Such stainless steel has a characteristic that the amount of metal ions eluted with respect to a fluid containing a large amount of oxygen gas is extremely small. Therefore,
If an O 2 rich line is formed using such stainless steel, a system capable of effectively preventing unnecessary elution of metal ions into oxygen gas can be realized. In addition, for example, an H 2 rich line cleans the stainless steel surface, heat-treats it in an oxidizing atmosphere to form a colored oxide film on the cleaned surface, and then dissolves the colored oxide film. Removed stainless steel
It is preferable to use the configuration described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 0-25561). Such stainless steel has a characteristic that the amount of metal ions eluted with respect to a fluid containing a large amount of hydrogen gas is extremely small. Therefore, if an H 2 rich line is formed using such stainless steel, it is possible to realize a system capable of effectively preventing unnecessary elution of metal ions into hydrogen gas.
【0093】さらに、本実施形態においては、上述した
配管部のみならず、各タンク2,4についても、電解タ
ンク2は、O2リッチラインと同様のステンレス鋼を用
いて構成し、水素分離タンクは、H2リッチラインと同
様のステンレス鋼を用いて構成することが好ましい。こ
の好ましい構成によれば、各タンク2,4についても、
金属イオンの溶出を防止することが可能となるので、係
るタンクを用いれば、純度の高いガスを供給可能なシス
テムを実現することができる。Further, in the present embodiment, the electrolytic tank 2 is made of the same stainless steel as the O 2 rich line not only in the above-mentioned piping section but also in each of the tanks 2 and 4, and the hydrogen separation tank is used. Is preferably formed using the same stainless steel as the H 2 rich line. According to this preferred configuration, the tanks 2 and 4 also
Since elution of metal ions can be prevented, the use of such a tank makes it possible to realize a system capable of supplying high-purity gas.
【0094】また、本発明においては、自らのシステム
にて生成した酸素ガスを用いて、純水タンク3内の純水
をバブリングすべく構成することが好ましい。本実施形
態に係る水素・酸素供給システムにおいては、空気(中
の特に窒素)が唯一の不純物であり、係る空気は主に純
水タンク3を介してシステム中に混入する。したがっ
て、係る空気を排除すれば、さらに高い純度の水素ある
いは酸素を得ることが可能となる。そこで、本発明にお
いては、係る不純物たる空気を排除するために、純水タ
ンク3中を酸素ガスにてバブリングする構成とすること
が好ましい。この際、バブリングには、本来リリーフさ
れるはずの酸素ガス等を用いることが可能である。係る
構成によれば、本来リリーフされるべき酸素ガス等を用
いることによって、特に新たな設備等を用いることな
く、純度の高い水素ガスあるいは酸素ガスを得ることが
可能な水素・酸素供給システムを実現することができ
る。In the present invention, it is preferable that oxygen gas generated by the own system is used to bubble the pure water in the pure water tank 3. In the hydrogen / oxygen supply system according to the present embodiment, air (particularly nitrogen) is the only impurity, and such air mainly enters the system via the pure water tank 3. Therefore, if such air is eliminated, it becomes possible to obtain hydrogen or oxygen with higher purity. Therefore, in the present invention, it is preferable that the pure water tank 3 be bubbled with oxygen gas in order to eliminate the air as impurities. At this time, for bubbling, it is possible to use oxygen gas or the like which should be originally relieved. According to this configuration, a hydrogen / oxygen supply system capable of obtaining high-purity hydrogen gas or oxygen gas without using a new facility or the like is realized by using oxygen gas or the like which should be originally relieved. can do.
【0095】さらに、本実施形態においては、水電解装
置1を電解タンク(酸素分離タンクとしても機能するタ
ンク)2内に収容した、いわゆる「高圧型」の水素・酸
素供給システムについて説明したが、本発明は、この構
成に限定されるものではなく、必要に応じて、「低圧
型」のシステムとして構成してもよい。具体的には、水
電解装置1を特にタンク等内に収容せずに設置して、水
電解装置1の酸素供給側に、酸素分離タンクを設けるよ
うに構成してもよい。ここで、図9は、水素・酸素供給
システムの「低圧型」の一例を示したものである。この
図9において、図1等を用いて説明した要素と同様のも
のについては、同様の符号を付している。図9に示され
た水素・酸素供給システムは、酸素分離タンク2の外に
設けられた電解セル1に対して、純水循環配管部7を介
して純水が供給され、この電解セルに対しては、図1等
を用いて説明した「高圧型」の水素・酸素供給システム
と同様に、電流値制御手段28を介して電力(電流)が
供給される。また、電解セル1にて生成された水素ガス
は、水素ガス搬送配管部14を介して、水素分離タンク
(図示省略)に搬送される。さらに、電解セルにて生成
された酸素ガスは、酸素ガス搬送配管部94を介して、
酸素分離タンク2に搬送される。図9に示した「低圧
型」の水素・酸素供給システムは、以上のように構成さ
れており、電解セル1がタンク外に設けられている点
(およびこれに伴う酸素ガス搬送配管部94の存在等)
を除けば、基本的には、図1等を用いて説明した「高圧
型」の水素・酸素供給システムと同様の構成を有してい
る。つまり、この図9に示した「低圧型」についても、
「高圧型」の場合と同様に、種々のセンサ等を設けるこ
とができ、上述した種々の制御等を実現することが可能
となるので、「高圧型」と同様の効果を得ることができ
る。Further, in the present embodiment, the so-called “high pressure type” hydrogen / oxygen supply system in which the water electrolysis apparatus 1 is accommodated in an electrolysis tank (a tank that also functions as an oxygen separation tank) 2 has been described. The present invention is not limited to this configuration, and may be configured as a “low pressure type” system as needed. Specifically, the water electrolysis apparatus 1 may be installed without being housed in a tank or the like, and an oxygen separation tank may be provided on the oxygen supply side of the water electrolysis apparatus 1. Here, FIG. 9 shows an example of a “low pressure type” hydrogen / oxygen supply system. In FIG. 9, the same components as those described with reference to FIG. 1 and the like are denoted by the same reference numerals. In the hydrogen / oxygen supply system shown in FIG. 9, pure water is supplied to the electrolytic cell 1 provided outside the oxygen separation tank 2 via the pure water circulation pipe section 7, and the electrolytic cell is supplied to the electrolytic cell 1. In this case, electric power (current) is supplied via the current value control means 28 in the same manner as in the “high pressure type” hydrogen / oxygen supply system described with reference to FIG. Further, the hydrogen gas generated in the electrolytic cell 1 is transferred to a hydrogen separation tank (not shown) via the hydrogen gas transfer pipe section 14. Further, the oxygen gas generated in the electrolysis cell is
It is transported to the oxygen separation tank 2. The “low pressure type” hydrogen / oxygen supply system shown in FIG. 9 is configured as described above, and the point where the electrolysis cell 1 is provided outside the tank (and the Presence etc.)
Except for the above, it basically has the same configuration as the “high pressure type” hydrogen / oxygen supply system described with reference to FIG. That is, the “low pressure type” shown in FIG.
As in the case of the "high-pressure type", various sensors and the like can be provided, and the above-described various controls can be realized. Therefore, the same effects as those of the "high-pressure type" can be obtained.
【0096】なお、本明細書中において、「所定値」と
は、定められたある値を示す場合のみならず、定められ
たある範囲(ある範囲内の値、あるいは範囲内の複数の
値)を示す場合も含む概念である。In this specification, the term “predetermined value” refers not only to a case where a predetermined value is indicated but also to a predetermined range (a value within a certain range or a plurality of values within the range). This is a concept that includes the case where
【0097】[0097]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
固体電解質膜に対して余計なストレスを負荷せずに(す
なわち、固体電解質膜を適切に保護して)、生成ガスの
品質を効果的に維持可能に構成された水素・酸素供給シ
ステムを得ることができる。また、本発明によれば、流
動する純水および生成ガス等を適切に制御して、生成ガ
ス(供給ガス)の品質を効果的に維持可能に構成された
水素・酸素供給システムを得ることができる。As described above, according to the present invention,
Obtaining a hydrogen / oxygen supply system configured to effectively maintain the quality of product gas without applying unnecessary stress to the solid electrolyte membrane (that is, properly protecting the solid electrolyte membrane). Can be. Further, according to the present invention, it is possible to obtain a hydrogen / oxygen supply system configured to be able to effectively maintain the quality of a generated gas (supply gas) by appropriately controlling flowing pure water and generated gas. it can.
【図1】本発明の実施形態に係る水素・酸素供給システ
ムの概略的な系統図FIG. 1 is a schematic system diagram of a hydrogen / oxygen supply system according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1に係る水素・酸素供給システムを構成する
水電解装置を成す電解セルの一例を示す概略図FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of an electrolysis cell constituting a water electrolysis apparatus constituting the hydrogen / oxygen supply system according to FIG.
【図3】図2(a)のII−II線断面のうちの要部を示す
断面図FIG. 3 is a sectional view showing a main part of a section taken along line II-II of FIG. 2 (a);
【図4】図2(a)のIII−III線断面のうちの要部を示
す断面図FIG. 4 is a sectional view showing a main part of a section taken along line III-III of FIG. 2 (a);
【図5】本実施形態に係る電解セルを構成する電極板ユ
ニットの分解斜視図FIG. 5 is an exploded perspective view of an electrode plate unit constituting the electrolytic cell according to the embodiment.
【図6】本実施形態に係る水素・酸素供給システムを運
転する際のフローチャートFIG. 6 is a flowchart when the hydrogen / oxygen supply system according to the present embodiment is operated.
【図7】本実施形態に係る純水供給制御の一態様を示す
フローチャートFIG. 7 is a flowchart showing one mode of pure water supply control according to the embodiment;
【図8】本実施形態に係る電流値制御の一態様を示すフ
ローチャートFIG. 8 is a flowchart showing one mode of current value control according to the embodiment;
【図9】本発明の他の実施形態に係る水素・酸素供給シ
ステムの概略的な系統図の一部を示す図FIG. 9 shows a part of a schematic system diagram of a hydrogen / oxygen supply system according to another embodiment of the present invention.
1…水電解装置(電解セル)、2…電解タンク、2L…
電解タンク水位計、3…純水タンク、3A…純水供給バ
ルブ、3L…純水タンク水位計、4…水素分離タンク、
4A…純水排出バルブ、4L…水素分離タンク水位計、
5…純水供給配管部、6…補給水ポンプ、7…純水循環
配管部、8…循環水ポンプ、9…熱交換器、10…ポリ
シャ、11…フィルタ、12…水質警報手段、13…水
温警報手段、14…水素ガス搬送配管部、15…純水戻
り配管部、16…ガススクラバ、17…水素放出配管
部、18…水素ガス搬送バルブ、19…バイパス配管
部、20…逆止弁、21…水素ガス供給配管部、22…
水素ガス供給バルブ、23…水素ガス除湿手段、24…
水素ガス流量制御手段、24A…流量検知手段、24B
…定格流量制御バルブ、25…第一の圧力検知手段、2
6…第一のリリーフ弁、27…第一のリリーフ配管部、
28…電流値制御手段、31…酸素ガス供給配管部、3
2…酸素ガス供給バルブ、33…酸素ガス除湿手段、3
4…水素ガス検出手段、35…第二の圧力検知手段、3
6…第二のリリーフ弁、37…第二のリリーフ配管部、
45…差圧検知手段、94…酸素ガス搬送配管部 102…固体電解質膜、103…電極板ユニット、10
4…電極板、104a…板部分(内方部分)、104b
…周縁部、105…多孔質給電体、106,106a,
106b,106c,106d…スペーサ、107…シ
ール部材、109,109a,109b,109c,1
09d…絶縁シート、110…シム、111…溝(シー
ル部材用溝)、112a…突条(外方側突条)、112
b…突条(内方側突条)、113…酸素用孔、114…
水素用孔、115,116…純水用孔、117…Oリン
グ溝、118…水素用溝、119…酸素用溝、120…
純水用溝、120a…凹所、120b…小溝、121…
Oリング、122…端板、123…締付ボルト、124
…ナット、125…皿バネ A…酸素発生室、C…水素発生室1: water electrolysis device (electrolysis cell), 2: electrolysis tank, 2L ...
Electrolysis tank water level meter, 3 ... Pure water tank, 3A ... Pure water supply valve, 3L ... Pure water tank water level meter, 4 ... Hydrogen separation tank,
4A: Pure water discharge valve, 4L: Hydrogen separation tank water level meter,
5 ... pure water supply piping, 6 ... supplementary water pump, 7 ... pure water circulation piping, 8 ... circulating water pump, 9 ... heat exchanger, 10 ... polisher, 11 ... filter, 12 ... water quality warning means, 13 ... Water temperature alarm means, 14: hydrogen gas transfer pipe, 15: pure water return pipe, 16 ... gas scrubber, 17: hydrogen discharge pipe, 18 ... hydrogen gas transfer valve, 19: bypass pipe, 20 ... check valve, 21 ... hydrogen gas supply piping section, 22 ...
Hydrogen gas supply valve, 23 ... hydrogen gas dehumidifying means, 24 ...
Hydrogen gas flow rate control means, 24A ... flow rate detection means, 24B
... Rated flow control valve, 25 ... First pressure detection means, 2
6 ... first relief valve, 27 ... first relief piping section,
28: current value control means, 31: oxygen gas supply pipe section, 3
2 ... Oxygen gas supply valve, 33 ... Oxygen gas dehumidifying means, 3
4 ... hydrogen gas detecting means, 35 ... second pressure detecting means, 3
6 ... second relief valve, 37 ... second relief pipe part,
45 ... Differential pressure detecting means, 94 ... Oxygen gas transfer piping section 102 ... Solid electrolyte membrane, 103 ... Electrode plate unit, 10
4 ... electrode plate, 104a ... plate part (inner part), 104b
... Peripheral part, 105 ... Porous feeder, 106, 106a,
106b, 106c, 106d: spacer, 107: sealing member, 109, 109a, 109b, 109c, 1
09d: insulating sheet, 110: shim, 111: groove (groove for seal member), 112a: ridge (outward ridge), 112
b: ridge (inner ridge), 113: hole for oxygen, 114:
Holes for hydrogen, 115, 116 ... holes for pure water, 117 ... O-ring grooves, 118 ... grooves for hydrogen, 119 ... grooves for oxygen, 120 ...
Groove for pure water, 120a ... recess, 120b ... small groove, 121 ...
O-ring, 122: end plate, 123: tightening bolt, 124
... Nut, 125 ... Belleville spring A ... Oxygen generation chamber, C ... Hydrogen generation chamber
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮澤 慎二 神戸市垂水区高丸7−4 A−203 (72)発明者 森岡 輝行 加古川市平岡町土山934−4 (72)発明者 中尾 末貴 大阪市淀川区三津屋南1−4−2 (72)発明者 細見 優 明石市魚住町住吉2−26−3−503 (72)発明者 上村 全弘 加古川市野口町長砂700−8 Fターム(参考) 4K021 AA01 BA02 BC01 CA09 CA11 CA13 CA15 DB02 DB04 DB28 DB43 DB49 DB53 DC01 DC03 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Shinji Miyazawa 7-4 Takamaru, Tarumi-ku, Kobe A-203 (72) Inventor Teruyuki Morioka 934-4, Tsuchiyama, Hiraoka-cho, Kakogawa-shi (72) Inventor Sueki Nakao Osaka 1-4-2 Mitsuya Minami, Yodogawa-ku (72) Inventor Yu Hosomi 2-26-3-503, Uozumi-cho, Akashi-shi (72) Inventor Masahiro Uemura 700-8 Nagasago, Noguchi-cho, Kakogawa-shi F term (reference) 4K021 AA01 BA02 BC01 CA09 CA11 CA13 CA15 DB02 DB04 DB28 DB43 DB49 DB53 DC01 DC03
Claims (6)
に隔離された電解セルを有し、前記電解セルに純水を供
給して前記陰極側にて水素が生成され、前記陽極側にて
酸素が生成されており、前記水素および酸素の少なくと
も一方が使用箇所に供給可能に構成された水素・酸素供
給システムにおいて、前記陰極側が前記陽極側よりも高
い圧力、あるいは前記陽極側が前記陰極側よりも高い圧
力のいずれかに設定されていることを特徴とする水素・
酸素供給システム。An electrolytic cell separated on the anode side and the cathode side by a solid electrolyte membrane, wherein pure water is supplied to the electrolytic cell to generate hydrogen on the cathode side, and hydrogen is generated on the anode side. Oxygen has been generated, and in a hydrogen / oxygen supply system configured so that at least one of the hydrogen and oxygen can be supplied to a point of use, the cathode side has a higher pressure than the anode side, or the anode side has a higher pressure than the cathode side. Is set to one of high pressures.
Oxygen supply system.
される前記水素の圧力を検知可能な第一の圧力検知手段
と、前記電解セルの前記陽極側を介して供給される前記
酸素の圧力を検知可能な第二の圧力検知手段と、前記第
一の圧力検知手段で得られた圧力検知信号と前記第二の
圧力検知手段で得られた圧力検知信号とを比較して所定
の差圧信号を生じ得る差圧検知手段と、前記差圧信号に
基づいて前記水素の圧力を調整可能な第一のリリーフ機
構と、前記差圧信号に基づいて前記酸素の圧力を調整可
能な第二のリリーフ機構とを備え、前記第一および第二
のリリーフ機構を用いて前記電解セル内の前記陽極側圧
力と前記陰極側圧力とが調整されている請求項1に記載
の水素・酸素供給システム。2. A first pressure detecting means capable of detecting a pressure of the hydrogen supplied through the cathode side of the electrolytic cell, and a first pressure detecting means detecting a pressure of the oxygen supplied through the anode side of the electrolytic cell. A second pressure detecting means capable of detecting pressure, a pressure detection signal obtained by the first pressure detecting means and a pressure detection signal obtained by the second pressure detecting means are compared with a predetermined difference. A differential pressure detecting means capable of generating a pressure signal, a first relief mechanism capable of adjusting the pressure of the hydrogen based on the differential pressure signal, and a second relief mechanism capable of adjusting the pressure of the oxygen based on the differential pressure signal 2. The hydrogen / oxygen supply system according to claim 1, wherein the anode pressure and the cathode pressure in the electrolytic cell are adjusted using the first and second relief mechanisms. 3. .
貯留している水素分離タンクに設けられた第一のリリー
フ配管部と、前記第一のリリーフ配管部に設けられた前
記差圧信号に基づいて制御可能な第一のリリーフ弁とを
用いて構成され、前記第二のリリーフ機構が、前記電解
セルにて生成された前記酸素を貯留している酸素分離タ
ンクに設けられた第二のリリーフ配管部と、前記第二の
リリーフ配管部に設けられた前記差圧信号に基づいて制
御可能な第二のリリーフ弁とを用いて構成されている請
求項2に記載の水素・酸素供給システム。3. The first relief mechanism includes: a first relief pipe provided in a hydrogen separation tank storing the hydrogen; and a differential pressure signal provided in the first relief pipe. And a second relief mechanism is provided in an oxygen separation tank that stores the oxygen generated in the electrolytic cell. 3. The hydrogen / oxygen supply according to claim 2, wherein the hydrogen / oxygen supply is configured by using a relief piping section provided in the second relief piping section and a second relief valve that can be controlled based on the differential pressure signal provided in the second relief piping section. system.
すると共に、前記酸素分離タンク内の純水を外気に触れ
させることなく循環させ得る純水循環配管部が、前記酸
素分離タンクに設けられており、前記純水循環配管部を
介して、前記電解セルの前記陽極側に前記純水が供給さ
れる請求項3に記載の水素・酸素供給システム。4. A pure water circulating pipe portion for accommodating an electrolytic cell in the oxygen separation tank and circulating pure water in the oxygen separation tank without contacting outside air is provided in the oxygen separation tank. The hydrogen / oxygen supply system according to claim 3, wherein the pure water is supplied to the anode side of the electrolytic cell via the pure water circulation pipe.
配管部と、前記水素ガス供給配管部に設けられた水素ガ
ス流量制御手段とを有し、前記水素ガス流量制御手段
が、流量検知手段と定格流量制御バルブとを用いて構成
されており、前記水素の供給流量を前記流量検知手段に
て検知し、前記流量検知手段における検知信号に基づい
て前記定格流量制御バルブを調整することによって、前
記水素ガス供給配管部中を流通する前記水素が定格流量
となるべく制御される請求項1から4のいずれか1項に
記載の水素・酸素供給システム。5. A hydrogen gas supply pipe section for supplying the hydrogen, and a hydrogen gas flow rate control means provided in the hydrogen gas supply pipe section, wherein the hydrogen gas flow rate control means includes a flow rate detection means. And a rated flow control valve, and the supply flow rate of the hydrogen is detected by the flow detection means, and the rated flow control valve is adjusted based on a detection signal in the flow detection means, The hydrogen / oxygen supply system according to any one of claims 1 to 4, wherein the hydrogen flowing through the hydrogen gas supply pipe is controlled to have a rated flow rate.
の純水タンクが設けられており、前記純水タンク中の前
記純水が、前記電解セルにて生成される前記酸素を用い
てバブリングされる請求項1から5のいずれか1項に記
載の水素・酸素供給システム。6. A pure water tank for supplying the pure water to the electrolytic cell, wherein the pure water in the pure water tank uses the oxygen generated in the electrolytic cell. The hydrogen / oxygen supply system according to claim 1, wherein bubbling is performed.
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