JP2005113246A - Hydrogen-producing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水素製造装置に係り、特に、燃料電池車等に水素を供給するに好適な水素製造装置に関する。 The present invention relates to a hydrogen production apparatus, and more particularly to a hydrogen production apparatus suitable for supplying hydrogen to a fuel cell vehicle or the like.
従来の水素製造装置では、例えば、特開2002−180906号公報に記載されているように、製造された水素は、水素圧縮機によって、水素スタンドの場合35MPa〜75MPaに加圧され、貯蔵タンクに貯蔵される構成となっている。貯蔵された水素は必要に応じて、燃料電池車等へ供給される。 In a conventional hydrogen production apparatus, for example, as described in JP-A-2002-180906, the produced hydrogen is pressurized to 35 MPa to 75 MPa in the case of a hydrogen stand by a hydrogen compressor, and is stored in a storage tank. It is configured to be stored. The stored hydrogen is supplied to a fuel cell vehicle or the like as necessary.
しかしながら、特開2002−180906号公報に記載のように、水素圧縮機により加圧する場合、水素は分子量は最も小さいために、複数段に分けて圧縮機と構成する必要があると供に、膨大な電力を必要とするという問題があった。また、水素は分子そのものが小さいために、圧縮機からのリーク生じやすいという問題もあった。また、従来の高圧水素製造装置を用いた水素スタンドの場合、水素加圧に要する電力需要が大きいために、水素の製造コストが増大し、水素販売価格も同時に高くなるという問題があった。 However, as described in JP-A-2002-180906, when pressurizing with a hydrogen compressor, since hydrogen has the smallest molecular weight, it needs to be divided into a plurality of stages and configured as a compressor. There was a problem of requiring a lot of power. In addition, since hydrogen is a small molecule, there is a problem that leakage from the compressor is likely to occur. In addition, in the case of a hydrogen stand using a conventional high-pressure hydrogen production apparatus, there is a problem that the hydrogen production cost increases and the hydrogen sales price increases at the same time because the power demand for hydrogen pressurization is large.
本発明の目的は、必要とする電力を低減でき、しかも、水素リークの生じない水素製造装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a hydrogen production apparatus that can reduce the required electric power and that does not cause hydrogen leakage.
(1)上記目的を達成するために、本発明は、電解液を電気分解槽により電気分解して水素を製造する水素製造装置において、前記電気分解槽に供給される前記電解液を加圧する電解液加圧手段を備え、この電解液加圧手段によって加圧された電解液を前記電気分解槽により電気分解して加圧された水素を製造するようにしたものである。
かかる構成により、必要とする電力を低減でき、しかも、水素リークが生じないものとすることができる。
(1) In order to achieve the above object, the present invention provides an electrolysis for pressurizing the electrolytic solution supplied to the electrolysis tank in a hydrogen production apparatus for producing hydrogen by electrolyzing the electrolytic solution in an electrolysis tank. A liquid pressurizing means is provided, and an electrolytic solution pressurized by the electrolytic solution pressurizing means is electrolyzed in the electrolysis tank to produce pressurized hydrogen.
With such a configuration, the required power can be reduced, and hydrogen leakage can be prevented.
(2)上記(1)において、好ましくは、前記電気分解槽は、水素発生時の副次生成物として酸素を発生するものであり、燃焼により発電する発電設備を備え、前記発電設傭より発生する電力により前記電気分解槽における電気分解を行い、前記電気分解槽から発生する酸素を前記発電設傭に供給する空気に添加するようにしたものである。 (2) In the above (1), preferably, the electrolysis tank generates oxygen as a by-product at the time of hydrogen generation, and includes a power generation facility that generates power by combustion, and is generated from the power generation facility. The electrolysis is performed in the electrolysis tank with the electric power to be added, and oxygen generated from the electrolysis tank is added to the air supplied to the power generation installation.
(3)上記(1)において、好ましくは、前記電気分解槽は、水素発生時の副次生成物として酸素を発生するものであり、前記電気分解槽により発生した水素および酸素を加圧した状態で貯蔵する水素貯蔵タンクおよび酸素貯蔵タンクと、前記電気分解槽にて発生した水素および酸素を反応させて電力を発生する燃料電池もしくは前記電気分解槽にて発生した水素および酸素を燃焼させて動力を発生するガスエンジンとを備え、前記燃料電池もしくはガスエンジンにより発生した水を再度、前記電気分解槽における電解液として利用するようにしたものである。 (3) In the above (1), preferably, the electrolysis tank generates oxygen as a by-product at the time of hydrogen generation, and the hydrogen and oxygen generated by the electrolysis tank are pressurized. The hydrogen storage tank and the oxygen storage tank stored in the tank and the hydrogen and oxygen generated in the electrolysis tank react to generate power, or the hydrogen and oxygen generated in the electrolysis tank burn to power The water generated by the fuel cell or the gas engine is reused as the electrolyte in the electrolysis tank.
本発明によれば、必要とする電力を低減でき、しかも、水素リークが生じないようにすることができるものである。 According to the present invention, it is possible to reduce the required power and prevent hydrogen leakage.
以下、図1を用いて、本発明の第1の実施形態による水素製造装置の構成について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態による水素製造装置の構成図である。
Hereinafter, the configuration of the hydrogen production apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram of a hydrogen production apparatus according to a first embodiment of the present invention.
本実施形態による水素製造装置は、電解槽1と、水素貯蔵タンク6と、電解液貯蔵タンク7と、整流器8と、電解液加圧ポンプ11とを備えている。電解槽1は、水素製造部2と、副次生成物製造部3と、水素取出し部4と、副次生成物取出し部5とを備えている。水素製造部2および副次生成物製造部3には電極が備えられ、これらの電極には整流器8から直流電圧を印加される。
The hydrogen production apparatus according to this embodiment includes an electrolytic cell 1, a hydrogen storage tank 6, an electrolytic
電解液貯蔵タンク7には、電解液が貯蔵されている。電解液貯蔵タンク7から供給される電解液は、電解液加圧ポンプ11にて35MPa〜75MPaに加圧された後に、電解槽1へ供給される。電解槽1の水素製造部2では、電解液が電気分解されて水素が発生し、水素取出し部4から取り出される。ここで、本実施形態では、電解液の状態で既に35MPa〜75MPaに加圧されているために、発生する水素の圧力は既に35MPa〜75MPaである。発生した高圧水素は、貯蔵タンク6に貯蔵される。貯蔵された水素9は必要に応じて、燃料電池車等へ供給される。電解槽1の副次生成物製造部3では、電解液が電気分解されて副次生成物が発生し、副次生成物取出し部5から取り出され、大気中に放出される。
The electrolytic
以上説明したように、本実施形態では、電気分解により発生した水素を水素圧縮機で加圧するのではなく、電解槽に供給する電解液を液体状態において必要な35MPa〜75MPaに加圧しておくことにより、電解槽で生成される水素もすでに加圧されているものである。したがって、加圧に要する動力はガスに比して液体状態が圧倒的に少なくできるので、必要な電力を低減できる。また、加圧ポンプは単段で加圧可能であり、設置面積的にも有効である。更に、電気分解槽から水素貯蔵タンクまで水素ガスのリークもなくすことができるので、安全面が向上するものである。 As described above, in this embodiment, hydrogen generated by electrolysis is not pressurized by a hydrogen compressor, but the electrolyte supplied to the electrolytic cell is pressurized to 35 MPa to 75 MPa necessary in a liquid state. Thus, the hydrogen generated in the electrolytic cell is already pressurized. Accordingly, the power required for pressurization can be significantly reduced in the liquid state as compared with gas, so that the necessary power can be reduced. The pressurizing pump can pressurize in a single stage and is effective in terms of installation area. Furthermore, since it is possible to eliminate leakage of hydrogen gas from the electrolysis tank to the hydrogen storage tank, safety is improved.
次に、図2を用いて、本発明の第2の実施形態による水素製造装置の構成について説明する。
図2は、本発明の第2の実施形態による水素製造装置の構成図である。なお、図1と同一符号は、同一部分を示している。
Next, the configuration of the hydrogen production apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a configuration diagram of a hydrogen production apparatus according to the second embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts.
本実施形態では、図1に示した水素製造装置にマイクロタービンを組合せたものである。そして、図1に示した構成に加えて、マイクロタービン12と、マイクロタービン12によって駆動される発電機9と、酸素用減圧弁13と、マイクロタービン12ヘの空気供給ダクト14とを備えている。
In this embodiment, a micro turbine is combined with the hydrogen production apparatus shown in FIG. In addition to the configuration shown in FIG. 1, a
電解液貯蔵タンク7から供給される電解液は電解液加圧ポンプ11にて35MPa〜75MPaに加圧された後に、電解槽1に供給される。この場合、電解液の状態で既に35MPa〜75MPaに加圧されているために、電気分解により発生した水素は、既に35MPa〜75MPaである。発生した高圧水素は、貯蔵タンク6に貯蔵される。貯蔵された水素は必要に応じて、燃料電池車等へ供給される。副次生成物である酸素は、副次生成物取出し口5から取り出されて、減圧弁13を経て大気圧まで減圧された後、空気供給ダクト14にて空気中へ混入される。高酸素濃度空気により、マイクロタービンの性能は燃焼ガス温度で決定されるので、高酸素濃度分だけ供給燃料量を低減でき、燃費を向上できる。マイクロタービン14によって発電機9が駆動され、発生した電力は、整流器8によって整流され、電解槽1における電気分解に用いられる。
The electrolyte supplied from the
以上のようにして、特に水素発生時の副次生成物が酸素である水素製造装置を、燃焼により発電する発電設備と組合せて、発電設備より発生する電力により水素製造装置の電気分解を行い、水素製造装置から発生する酸素を発電設備に供給する空気に添加する。これにより、必要な電力を低減でき、水素ガスのリークもなくすことができるとともに、従来は捨てていた副次生成物である酸素を発電設備に供給する空気に混入させることにより、高酸素雰囲気を作り出し、燃焼ガスの温度を上げることにより、燃費を向上させるものである。これにより、副次生成物の形で無駄に捨てられていた動力を、発電機側で回収することができる。 As described above, in particular, a hydrogen production apparatus in which the by-product during hydrogen generation is oxygen is combined with a power generation facility that generates power by combustion, and electrolysis of the hydrogen production apparatus is performed using electric power generated from the power generation facility. Oxygen generated from the hydrogen generator is added to the air supplied to the power generation equipment. As a result, the required electric power can be reduced, and the leakage of hydrogen gas can be eliminated, and oxygen, which is a by-product that has been discarded in the past, is mixed into the air supplied to the power generation equipment, thereby creating a high oxygen atmosphere. By creating and raising the temperature of the combustion gas, fuel efficiency is improved. As a result, the power that has been wasted in the form of by-products can be recovered on the generator side.
次に、図3を用いて、本発明の第3の実施形態による水素製造装置の構成について説明する。
図3は、本発明の第3の実施形態による水素製造装置の構成図である。なお、図1と同一符号は、同一部分を示している。
Next, the configuration of the hydrogen production apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a configuration diagram of a hydrogen production apparatus according to the third embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts.
本実施形態では、図1に示した水素製造装置にガスエンジンを組合せたものである。そして、図1に示した構成に加えて、酸素用減圧弁13と、水素用減圧弁15と、ガスエンジン16と、ガスエンジン16により駆動される発電機8と、排ガス凝縮装置17と、逆止弁18と、酸素貯蔵タンク19とを備えている。
In this embodiment, a gas engine is combined with the hydrogen production apparatus shown in FIG. In addition to the configuration shown in FIG. 1, the oxygen pressure reducing valve 13, the hydrogen
電解液貯蔵タンク7から供給される電解液は電解液加圧ポンプ11にて35MPa〜75MPaに加圧された後に、電解槽1に供給される。この場合、電解液の状態で既に35MPa〜75MPaに加圧されているために、電気分解により発生した水素は、既に35MPa〜75MPaである。発生した高圧水素は、貯蔵タンク6に貯蔵される。貯蔵された水素は必要に応じて、燃料電池車等へ供給される。
The electrolyte supplied from the
副次生成物である酸素は、副次生成物取出し口5から取り出されて、貯蔵タンク19に貯蔵される。ガスエンジン16の使用時は、水素は水素用減圧弁15にて減圧されガスエンジン16に供給され、酸素は酸素用減圧弁13にて減圧されて、ガスエンジン16へ供給され、燃焼させることにより、ガスエンジン16により動力を取る。ガスエンジン16からの排ガスである蒸気は、排ガス凝縮装置17により水に戻された後、逆止弁18を経て電解液貯蔵タンク7に戻される。これにより、電力を水素及び酸素の形で貯蔵できることになる。ガスエンジン16によって発電機9が駆動され、発生した電力は、整流器8によって整流され、電解槽1における電気分解に用いられる。なお、ガスエンジン16に代えて、燃料電池を用いるようにしてもよいものである。
Oxygen as a by-product is taken out from the by-product outlet 5 and stored in the
以上のようにして、水素製造装置にて発生した水素及び酸素を加圧した状態、好ましくは35MPa〜75MPaに加圧した状態で貯蔵できるタンクを設置し、水素製造装置の下流に燃料電池やエンジン等を設置し、発生した水素及び酸素を減圧して供給して反応乃至燃焼させ、電力乃至動力を発生させ、反応乃至燃焼により発生した水を再度、水素製造装置の電解液として再利用する。これにより、必要な電力を低減でき、水素ガスのリークもなくすことができるとともに、新たに電解液を追加することなく、燃料電池乃至エンジン等を運転できる。更に、この場合は、水素はシステム内で生成、消費されるために、大気に直接触れる機会が存在しないために、リークなどのリスクを効果的に低減できる。 As described above, a tank capable of storing hydrogen and oxygen generated in the hydrogen production apparatus in a pressurized state, preferably in a pressurized state of 35 MPa to 75 MPa, is installed, and a fuel cell or an engine is installed downstream of the hydrogen production apparatus. Etc., the generated hydrogen and oxygen are supplied under reduced pressure and reacted or burned to generate electric power or power, and the water generated by the reaction or burning is reused again as the electrolyte of the hydrogen production apparatus. As a result, the required electric power can be reduced, hydrogen gas leakage can be eliminated, and a fuel cell or engine can be operated without newly adding an electrolyte. Further, in this case, since hydrogen is generated and consumed in the system, there is no opportunity to directly contact the atmosphere, so that risks such as leakage can be effectively reduced.
次に、図4を用いて、本発明の第4の実施形態による水素製造装置の構成について説明する。
図4は、本発明の第4の実施形態による水素製造装置の構成図である。なお、図2と同一符号は、同一部分を示している。
Next, the configuration of the hydrogen production apparatus according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a configuration diagram of a hydrogen production apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 2 indicate the same parts.
本実施形態では、図2に示した水素製造装置にマイクロタービンを組合せたものを水素スタンドに適用したものである。そして、図2に示した構成に加えて、燃料タンク20と、水素供給装置22とを備えている。
In the present embodiment, the hydrogen production apparatus shown in FIG. 2 combined with a micro turbine is applied to a hydrogen stand. In addition to the configuration shown in FIG. 2, a
燃料タンク20から供給された燃料により、マイクロタービン12は発電する。発電した電力の全量乃至一部は、水素製造装置である電解槽1に必要な電解液加圧ポンプ動力及び電気分解に使用される。余剰電力は、水素スタンドの所内動力等に使用される。水素製造装置である電解槽1から発生した水素は、水素貯蔵タンク6に貯蔵され、必要に応じて水素供給装置22により燃料電池自動車等に供給される。また、水素製造装置である電解槽1から発生した酸素は、酸素減圧弁13にて大気圧まで減圧され、空気供給ダクト14にて空気へ混入され、マイクロタービン21に供給される。
The
このように、本実施形態によれば、夜間電力により水素製造及び貯蔵を行い、昼間に燃料電池車などに水素を供給する水素スタンドとすることにより、従来水素圧縮機で加圧する方式に必要であった電力を削減でき、その分水素製造コストを削減でき、水素販売価格を低減できる。
As described above, according to the present embodiment, hydrogen is produced and stored by nighttime electric power, and a hydrogen stand that supplies hydrogen to a fuel cell vehicle or the like in the daytime is necessary for a conventional method of pressurizing with a hydrogen compressor. The power required can be reduced, the hydrogen production cost can be reduced accordingly, and the hydrogen sales price can be reduced.
1…電解槽
2…水素製造部
3…副次生成物製造部
4…水素取出し部
5…副次生成部取出し部
6…水素貯蔵タンク
7…電解液貯蔵タンク
8…整流器
9…発電機
11…電解液加圧ポンプ
12…マイクロタービン
13…酸素用減圧弁
14…空気供給ダクト
15…水素用減圧弁
16…ガスエンジン
17…排ガス凝縮装置
18…逆止弁
19…酸素貯蔵タンク
20…燃料タンク
22…水素供給装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (3)
前記電気分解槽に供給される前記電解液を加圧する電解液加圧手段を備え、
この電解液加圧手段によって加圧された電解液を前記電気分解槽により電気分解して加圧された水素を製造することを特徴とする水素製造装置。 In a hydrogen production apparatus for producing hydrogen by electrolyzing an electrolytic solution in an electrolysis tank,
An electrolyte pressurizing means for pressurizing the electrolyte supplied to the electrolysis tank;
A hydrogen production apparatus characterized in that the pressurized electrolyte solution is electrolyzed in the electrolysis tank to produce pressurized hydrogen.
前記電気分解槽は、水素発生時の副次生成物として酸素を発生するものであり、
燃焼により発電する発電設備を備え、
前記発電設傭より発生する電力により前記電気分解槽における電気分解を行い、前記電気分解槽から発生する酸素を前記発電設傭に供給する空気に添加することを特徴とする水素製造装置。 The hydrogen production apparatus according to claim 1,
The electrolysis tank generates oxygen as a by-product during hydrogen generation,
Equipped with power generation facilities that generate electricity by combustion,
An apparatus for producing hydrogen, wherein electrolysis in the electrolysis tank is performed with electric power generated from the power generation installation, and oxygen generated from the electrolysis tank is added to air supplied to the power generation installation.
前記電気分解槽は、水素発生時の副次生成物として酸素を発生するものであり、
前記電気分解槽により発生した水素および酸素を加圧した状態で貯蔵する水素貯蔵タンクおよび酸素貯蔵タンクと、
前記電気分解槽にて発生した水素および酸素を反応させて電力を発生する燃料電池もしくは前記電気分解槽にて発生した水素および酸素を燃焼させて動力を発生するガスエンジンとを備え、
前記燃料電池もしくはガスエンジンにより発生した水を再度、前記電気分解槽における電解液として利用することを特徴とする水素製造装置。 The hydrogen production apparatus according to claim 1,
The electrolysis tank generates oxygen as a by-product during hydrogen generation,
A hydrogen storage tank and an oxygen storage tank for storing hydrogen and oxygen generated by the electrolysis tank in a pressurized state;
A fuel cell that generates electric power by reacting hydrogen and oxygen generated in the electrolysis tank or a gas engine that generates power by burning hydrogen and oxygen generated in the electrolysis tank;
A hydrogen production apparatus characterized in that water generated by the fuel cell or gas engine is used again as an electrolyte in the electrolysis tank.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003351839A JP2005113246A (en) | 2003-10-10 | 2003-10-10 | Hydrogen-producing apparatus |
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JP2003351839A JP2005113246A (en) | 2003-10-10 | 2003-10-10 | Hydrogen-producing apparatus |
Publications (1)
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009215608A (en) * | 2008-03-10 | 2009-09-24 | Institute Of National Colleges Of Technology Japan | Hydrogen production plant |
KR20100137880A (en) * | 2009-06-23 | 2010-12-31 | 김광유 | Method and apparatus for manufacturing hydrogen gas compounding fuel gas |
JP2012111981A (en) * | 2010-11-19 | 2012-06-14 | Takasago Thermal Eng Co Ltd | Method and system for producing hydrogen |
-
2003
- 2003-10-10 JP JP2003351839A patent/JP2005113246A/en active Pending
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KR20100137880A (en) * | 2009-06-23 | 2010-12-31 | 김광유 | Method and apparatus for manufacturing hydrogen gas compounding fuel gas |
KR101660835B1 (en) | 2009-06-23 | 2016-09-28 | 주식회사 제이텍 | Method and apparatus for manufacturing hydrogen gas compounding fuel gas |
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