JP2006176340A - 水素ガス供給ステーションシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 この発明は、複数箇所の水素ガスの使用に対し、円滑に水素ガスを供給することを目的としたものである。
【解決手段】 この発明は、水素ガスを含む気体の発生手段と、水素ガス分離手段と、水素ガス高純度化手段と、貯蔵手段と、分配手段及び前記各手段の制御手段を組み合せたことを特徴とする水素ガス供給ステーションシステムにより目的を達成した。
【選択図】 図１

Description

この発明は、常時定温、定圧の水素ガスを保有し、必要箇所へ、必要量供給できるようにすることを目的とした水素ガス供給ステーションシステムに関する。

従来水素ガスは、ボンベに詰め、又は水素ガス吸蔵合金などに保有させ、或いは低温液化ガスとして貯蔵している。
特公昭６２−２７３１８ 特開２００１−１２６９３ 特開２００１−３０２２２４

前記従来の貯蔵方法において、水素ガス吸蔵合金などにおいては、一回に保有させる水素ガス量が少なく、例えば自動車用燃料に使用するには、一定走行距離毎に積み換えを必要とする問題点があった。

また低温液化ガスとして使用する場合には、温度管理、取り扱いその他多大の設備を必要する問題点があった。

前記従来の技術においては、必要な時に必要量の水素ガスを利用するような自由度及び使用勝手などにおいて問題点があった。

然るにこの発明は、水素ガス生成、分離、高純度化、貯蔵及び分配を組み合せることにより、常時必要量の定温・定圧の水素ガスを容易に使用できるようにして、前記従来の問題点を解決したのである。

即ちこの発明は、水素ガスを含む気体の発生手段と、水素ガス分離手段と、水素ガス高純度化手段と、貯蔵手段と、分配手段及び前記各手段の制御手段を組み合せたことを特徴とする水素ガス供給ステーションシステムであり、水素ガスを含む気体の発生手段は、水を電気分解して水素ガスと酸素ガスを混合生成するゼットガス生成器としたものである。また、水素ガス分離手段は、アモルファス合金膜又はパラジウム合金膜を半透膜として使用したものであり、水素ガス高純度化手段は、パラジウム合金よりなる小管を通過させるものである。次に、貯蔵手段は、定温、定圧であって、容量を増減して調節できるようにしてある貯蔵タンクとしたものであり、制御手段は、分配手段により使用される水素ガス量に対応して、その上流各手段の処理能力を制御するものである。

前記において、水の電気分解は、電解水中へプラスマイナスの電極を設置し、電極に通電すれば水素ガスと酸素ガスを生成するので、これを混合ガスとして取り出し分離器で分離する。この場合には、酸素ガスと水素ガスの混合ガスであるから、分離も容易であり、その効率もよくなる。

次に分離膜は、例えば細孔径１５００〜５０００オングストロームの耐熱性酸化物からなる多孔質支持体の表面に、薄層の酸化アルミニウム含量９７重量％以上の酸化アルミニウムの焼結皮膜を形成させたものである。

また水素ガスの高純度化には、例えば内部にコイルスプリングが挿入された複数本のパラジウム合金細管を透過膜とする超高純度化水素セルにおいて、該コイルスプリングの表面にクラックがないものを使用すれば、高純度化の透過膜を得ることができる。

更に水素ガスの貯蔵は、例えば吸着材の存在下で水素ガスを冷却することにより、吸着材の存在しない状態での水素ガスの液化条件よりも、高温かつ低圧の条件で液化水素ガスを生じさせて貯蔵することができる。更に常温高圧でタンクに貯蔵することもできる。

前記において使用するゼットガスは、逆浸透膜を通して電気分解するので、雨水、工業用水又は水道水を使用することができる。即ちゼットガスは前記水を電気分解して、水素ガスと酸素ガスを生成し、これを混合したものである。

ゼットガスの燃焼は、気体から液体への相変化であるから、通常の爆発現象（Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ）は発生せず、擬爆現象（Ｉｍｐｌｏｓｉｏｎ）が起こる。擬爆現象では、熱源の周囲に真空が発生するが、外部へエネルギーが拡散しない為安全である。

また水素ガスと酸素ガスの混合気体の為、空気中へ漏出しても環境悪化のおそれがなく、かつ拡散すれば燃焼のおそれもない。また当然のこと乍ら、燃焼によって水になるので、有害物質の排出は皆無である。

ゼットガス炎を対象物に照射すると超高温（１０００℃〜４０００℃）となり、総ての物を溶解するけれども、他物に移るおそれはない。またゼットガス自体が酸素を保有しているので、空気のない場所でも燃焼を継続することができると共に、ゼットガスは表１のような特性をもっている。

前記のように、ゼットガスは、化石燃料又は化石ガスにない優れた特性を有するので、目的物を目的温度に加熱することができる。しかも、燃焼に際して公害物を出さないので、金属の精製の熱源として最適である。

この発明は、水素ガスと酸素ガスの混合ガスを生成し（または水素ガスを化学的に生成し）、これをアモルファス合金膜反応などによって、水素ガスのみを分離して、更に水素ガスを高純度化処理し、これを貯蔵しておいて、適宜分配使用するので、水素ガスの生成から使用まで一貫したシステム化により合理的に使用することができる効果がある。

然して水素ガスをボンベに入れたり、液化処理することなく、水素ガスのまま貯蔵し、分配し、使用することにより、使用量が変動しても、その多寡に関係なく、過不足なく供給できる効果がある。

この発明は、電解水を電気分解するゼットガス発生装置と、ゼットガス（２Ｈ_２＋Ｏ_２）を水素ガスと酸素ガスに分離する装置と、分離した水素ガスの純度を向上させる高純度化処理と、高純度化した水素ガスを常温高圧で保存するタンクと、この水素ガスを使用場合へ分配する分配器とを組み合せると共に、前記各装置を制御する制御装置を付加してこの発明の水素ガス供給ステーションシステムを構成した。

この発明の水素ガス供給ステーションシステムを図１、２に基づいて説明すると、電解水１をガス発生槽２へ給送すると共に、制御器３を加えてゼットガス発生装置５を構成する。このようにして生成したゼットガスは、水素ガス分離装置６へ矢示４のように投入する。前記水素ガス分離装置６内には、アモルファス合金膜７が設けられており、これにより水素ガスと酸素ガスとを分離し、水素ガスは矢示１８のように高純度化器８に送って処理した後、水素ガスのディスペンサー１０へ入れる。また酸素ガスは矢示９のように、酸素ガス処理の場所へ送り、このステーションシステム１５を完成する。

前記水素ガスのディスペンサー１０は、例えば３０℃で２０〜２５ＭＰａに保たれて水素ガスを貯蔵する。公知のガスタンクのように、一定圧力を保つべくタンク容量を変化させれば、円滑に貯蔵することができる。

前記システムは、主コンピューターを収容した集中制御室１１で管理され、ゼットガス発生装置５、水素ガス分離装置６、高純度化器８及び水素ガスタンク１０の夫々の制御器３、１２、１３を介して全体を制御し、水素ガス供給ステーションシステム１５の円滑な運用を図っている。

このようにして貯蔵した水素ガスは、分配器１４を経て、各使用場所１６へ夫々矢示１７のように給送される。

前記における水素ガス供給ステーションシステム１５は、全体として管理されているので、円滑かつ過不足なく動作を継続することができる。

次に図２のゼットガス発生装置５は、電解槽２０内に、多数の電極板２１、２１を縦に並列設置して、各電極板２１、２１は導板２２、２２ａにより夫々プラス極、マイナス極を形成している。前記電解槽２０の下部には、送水パイプ２３の一端が連結され、送水パイプ２３の他端は、電解水槽２４に連結してある。

また電解槽２０の上部は、排水パイプ２５の基端が連結され、排水パイプ２５の他端は、前記電解水槽２４の上部の分離匣２６に連結されている。前記電解水槽２４の上部は、混合ガスの排出パイプ２７に連結されている。そこで各電極板２１、２１に通電すると共に、送水パイプ２３のポンプ２８を始動すると、電解水は矢示３６、３７、３８のように流動し、電気分解されて生成した水素ガスと酸素ガスと水を、排水パイプ２５から矢示２９のように取り出し、分離匣１６で分離して、排出パイプ２７から矢示３９のように分配器１４に送り（図２）、分配器１４から必要個所に分配する。前記ゼットガスの発生装置５は一例であって、他の構造を採用することもできる。要は、水素ガスと酸素ガスを混合したゼットガスを生成すれば利用することができる。図中１９はスペーサー、３０は電解水槽２４への送水パイプ、３１は水位計測室、３２は水位計、３３は電磁バルブ、３４は給排気パイプ、３５は連通孔である。

またこの発明の他の実施例を図３について説明すると、電解水１、ガス生成槽２及び制御器３を内包するゼットガス発生装置５は前記図１の実施例と全く同一である。

この実施例は、水素分離装置６として、パラジウム合金膜７ａを用いる点が、図１の実施例と異なる。この水素分離装置６で分離した水素は、高純度化器８を経て、水素ガスタンク１０へ貯蔵され、ついで分配器１４により使用場所１６へ夫々給送される。前記各装置等の制御器３、１２、１３も図１と全く同一であるので、説明を省略した。

この発明の実施例の模式図。 （ａ）同じくゼットガス発生装置の実施例の一部断面図、（ｂ）同じく電極の一部拡大斜視図。 同じく他の実施例の模式図。

符号の説明

１ 電解水
２ ガス生成槽
３、１２、１３ 制御器
５ ゼットガス発生装置
６ 水素ガス分離装置
７ アモルファス合金膜
８ 高純度化器
１０ ディスペンサー
１１ 集中制御室
１４ 分配器
１５ 水素ガス供給ステーションシステム

Claims (6)

1. 水素ガスを含む気体の発生手段と、水素ガス分離手段と、水素ガス高純度化手段と、貯蔵手段と、分配手段及び前記各手段の制御手段を組み合せたことを特徴とする水素ガス供給ステーションシステム。
2. 水素ガスを含む気体の発生手段は、水を電気分解して水素ガスと酸素ガスを混合生成するゼットガス生成器としたことを特徴とする請求項１記載の水素ガス供給ステーションシステム。
3. 水素ガス分離手段は、アモルファス合金膜又はパラジウム合金膜を半透膜として使用したことを特徴とする請求項１記載の水素ガス供給ステーションシステム。
4. 水素ガス高純度化手段は、パラジウム合金よりなる小管を通過させることを特徴とした請求項１記載の水素ガス供給ステーションシステム。
5. 貯蔵手段は、定温、定圧であって、容量を増減して調節できるようにしてある貯蔵タンクとしたことを特徴とする請求項１記載の水素ガス供給ステーションシステム。
6. 制御手段は、分配手段により使用される水素ガス量に対応して、その上流各手段の処理能力を制御することを特徴とした請求項１記載の水素ガス供給ステーションシステム。

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