JP2007231383A - Hydrogen generation system - Google Patents

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Eiji Hario
栄次 針生
Masato Kita
真佐人 喜多
Satoshi Taguchi
聡 田口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydrogen generation system capable of efficiently producing hydrogen in a dry state with a simple and economical constitution. <P>SOLUTION: The hydrogen generation system 10 is equipped with: a water electrolyzer 14 where pure water fed via a pure water feeder 12 is electrolyzed to thereby produce hydrogen; a gas-liquid separator 18 where moisture contained in high pressure hydrogen discharged from the water electrolyzer 14 is removed; an adsorption part 22 where the moisture contained in the hydrogen fed from the gas-liquid separator 18 to a hydrogen feed path 20 is adsorbed and removed; a hydrogen tank 26 capable of storing dry hydrogen; and an evacuation-feed path 28 where the dry hydrogen fed out from the inside of the hydrogen tank 26 is evacuated, and the dry hydrogen is fed to the adsorption part 22 as purge gas. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、水電解部で水から生成された水素に含まれる水分を除去し、低加湿の水素を水素タンクに貯留可能な水素生成システムに関する。   The present invention relates to a hydrogen generation system capable of removing moisture contained in hydrogen generated from water in a water electrolysis unit and storing low-humidified hydrogen in a hydrogen tank.

近年、水素を燃料として電力又は動力を供給するシステム、例えば、燃料電池システムが提案されている。燃料である水素を製造するために、水を電気分解して水素（及び酸素）を発生させる水電解装置が用いられている。   In recent years, a system for supplying electric power or power using hydrogen as a fuel, for example, a fuel cell system has been proposed. In order to produce hydrogen as a fuel, a water electrolysis apparatus that generates hydrogen (and oxygen) by electrolyzing water is used.

この水電解装置では、水分を含んだ水素が製造されており、乾燥状態の水素（以下、ドライ水素ともいう）を得るためには、前記水素から水分を除去する必要がある。そこで、例えば、特許文献１に開示されている水素ステーションが知られている。   In this water electrolysis apparatus, hydrogen containing moisture is produced, and in order to obtain dry hydrogen (hereinafter also referred to as dry hydrogen), it is necessary to remove moisture from the hydrogen. Therefore, for example, a hydrogen station disclosed in Patent Document 1 is known.

この水素ステーションは、水分を含む水素を製造する水電解装置と、水素から水分を奪取して乾燥状態の水素を得る除水器と、その乾燥状態の水素を貯蔵するタンクと、除水器の奪取水分量の増加に伴う機能の減退時、その除水器と交換される水分奪取能を持つ新たな除水器と、交換後の元の除水器を再生してその水分奪取能を回復させる再生設備とを備えている。   The hydrogen station includes a water electrolysis apparatus that produces hydrogen containing moisture, a water dehydrator that takes moisture from the hydrogen to obtain dry hydrogen, a tank that stores the dry hydrogen, and a dehydrator When the function is reduced due to an increase in the amount of water taken, a new water remover with the ability to remove water that is replaced with the water remover and the original water remover after replacement are restored to restore the water removal capability. With regenerating equipment.

再生設備は、元の除水器を加熱して奪取水分を蒸発させる機能と、乾燥状態の再生用水素を元の除水器に流入させて、水分を含む再生用水素を流出させる機能と、その再生用水素から水分を除去して乾燥状態の再生用水素を得る機能を持っている。   The regeneration facility has a function of heating the original dehydrator to evaporate the moisture taken away, a function of flowing dry regeneration hydrogen into the original dehydrator, and causing the regeneration hydrogen containing water to flow out, It has a function of removing moisture from the regeneration hydrogen to obtain dry regeneration hydrogen.

特開２００２−１５５３８６号公報（図１）Japanese Patent Laying-Open No. 2002-155386 (FIG. 1)

しかしながら、上記の特許文献１では、水素ステーション内に複数の除水器、実質的には、稼働中の除水器、元の除水器、新たな除水器の３台の除水器が用いられており、前記水素ステーション全体が大型且つ複雑な構成を有している。しかも、水素ステーションには、元の除水器を加熱して奪取水分を蒸発させる再生設備が備えられており、前記水素ステーション全体が大型化し、しかも経済的でないという問題がある。   However, in the above-mentioned Patent Document 1, there are a plurality of dewatering devices in the hydrogen station, substantially three dewatering devices: an operating water removing device, an original water removing device, and a new water removing device. The hydrogen station as a whole has a large and complicated structure. In addition, the hydrogen station is equipped with a regeneration facility for heating the original dehydrator to evaporate the water taken away, and there is a problem that the entire hydrogen station becomes large and is not economical.

さらに、特許文献１で使用されている一般的な除水器では、水素に含まれる水分（水蒸気）を確実に除去することができず、タンク内に水分が持ち込まれるおそれがある。これにより、所望のドライ水素を効率的に得ることができないという問題がある。   Furthermore, in the general dehydrator used in Patent Document 1, moisture (water vapor) contained in hydrogen cannot be reliably removed, and moisture may be brought into the tank. Thereby, there exists a problem that desired dry hydrogen cannot be obtained efficiently.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的な構成で、乾燥状態の水素を効率的に製造することが可能な水素生成システムを提供することを目的とする。   The present invention solves this type of problem, and an object thereof is to provide a hydrogen generation system capable of efficiently producing dry hydrogen with a simple and economical configuration.

本発明は、水を電気分解して水素を生成する水電解部と、生成された前記水素から水分を除去する気液分離部と、前記気液分離部から導出される前記水素に含まれる水分を吸着して除去する吸着部と、前記吸着部で水分が除去された前記水素を貯留可能な水素タンクと、前記水素タンク内から送出される前記水素の圧力を減圧させ、該水素をパージガスとして前記吸着部に供給する減圧供給路とを備えている。   The present invention includes a water electrolysis unit that electrolyzes water to generate hydrogen, a gas-liquid separation unit that removes moisture from the generated hydrogen, and moisture contained in the hydrogen derived from the gas-liquid separation unit An adsorbing portion that adsorbs and removes the hydrogen, a hydrogen tank that can store the hydrogen from which moisture has been removed by the adsorbing portion, and a pressure of the hydrogen delivered from the hydrogen tank is reduced, and the hydrogen is used as a purge gas. And a reduced pressure supply path for supplying the suction part.

また、吸着部は、比較的高圧な水素が供給される単一の吸着筒を備え、前記吸着筒内には、水分吸着材が設けられることが好ましい。さらに、吸着部から導出されるパージガスの圧力を増圧させて気液分離部側に供給可能な増圧部を備えることが好ましい。   Moreover, it is preferable that an adsorption | suction part is equipped with the single adsorption cylinder to which comparatively high pressure hydrogen is supplied, and a water | moisture-content adsorption material is provided in the said adsorption cylinder. Furthermore, it is preferable to provide a pressure increasing part that can increase the pressure of the purge gas led out from the adsorption part and supply it to the gas-liquid separation part side.

本発明によれば、吸着部で水分が吸着除去された水素は、水素タンクに貯留されるとともに、前記吸着部の再生時には、前記水素タンク内から送出される水素が、減圧された後にパージガスとして前記吸着部に供給される。従って、吸着部を再生させるために、専用の再生装置を用いる必要がなく、水素生成システム全体を簡単且つ経済的に構成することができる。   According to the present invention, the hydrogen from which moisture has been adsorbed and removed by the adsorption unit is stored in the hydrogen tank, and at the time of regeneration of the adsorption unit, the hydrogen delivered from the hydrogen tank is depressurized and then used as a purge gas. Supplied to the adsorption unit. Therefore, it is not necessary to use a dedicated regenerator to regenerate the adsorption unit, and the entire hydrogen generation system can be configured easily and economically.

しかも、水素に含まれる水分を吸着して除去する吸着部を備えている。これにより、通常の除水器に比べて水蒸気除去機能が大幅に向上し、水素中の水蒸気を含む水分を、良好且つ確実に除去することが可能になる。   In addition, an adsorption unit that adsorbs and removes moisture contained in hydrogen is provided. As a result, the water vapor removing function is greatly improved as compared with a normal water remover, and the water containing water vapor in hydrogen can be removed well and reliably.

図１は、本発明の実施形態に係る水素生成システム１０の概略構成説明図である。   FIG. 1 is a schematic configuration explanatory diagram of a hydrogen generation system 10 according to an embodiment of the present invention.

水素生成システム１０は、純水供給装置１２を介して市水から生成された純水が供給され、この純水を電気分解することによって水素を製造する水電解装置（水電解部）１４と、前記水電解装置１４から水素導出路１６に導出される高圧水素に含まれる水分を除去する気液分離器（気液分離部）１８と、前記気液分離器１８から水素供給路２０に供給される水素に含まれる水分を吸着して除去する吸着部２２と、前記吸着部２２の連通するドライ水素供給路２４に導出される前記水素（ドライ水素））を貯留可能な水素タンク２６と、前記水素タンク２６内から送出される前記ドライ水素の圧力を減圧させ、該ドライ水素をパージガスとして前記吸着部２２に供給する減圧供給路２８とを備える。   The hydrogen generation system 10 is supplied with pure water generated from city water via a pure water supply device 12, and electrolyzes the pure water to produce hydrogen by a water electrolysis device (water electrolysis unit) 14; A gas-liquid separator (gas-liquid separator) 18 for removing water contained in the high-pressure hydrogen led out from the water electrolysis apparatus 14 to the hydrogen lead-out path 16 and the gas-liquid separator 18 are supplied to the hydrogen supply path 20. An adsorbing unit 22 that adsorbs and removes moisture contained in hydrogen, a hydrogen tank 26 capable of storing hydrogen (dry hydrogen) led out to a dry hydrogen supply path 24 that communicates with the adsorbing unit 22, and A pressure reducing supply path 28 is provided for reducing the pressure of the dry hydrogen delivered from the hydrogen tank 26 and supplying the dry hydrogen as a purge gas to the adsorption unit 22.

水電解装置１４は、図２及び図３に示すように、複数の単位セル３０が水平方向（矢印Ａ方向）に積層されるとともに、積層方向一端には、ターミナルプレート３２ａ、絶縁プレート３４ａ及びエンドプレート３６ａが外方に向かって配設される。単位セル３０の積層方向他端には、同様にターミナルプレート３２ｂ、絶縁プレート３４ｂ及びエンドプレート３６ｂが外方に向かって配設される。エンドプレート３６ａ、３６ｂ間は、複数のタイロッド３８を介して一体的に締め付け保持される。   As shown in FIGS. 2 and 3, the water electrolysis apparatus 14 has a plurality of unit cells 30 stacked in the horizontal direction (arrow A direction), and a terminal plate 32a, an insulating plate 34a, and an end at one end in the stacking direction. The plate 36a is disposed outward. Similarly, a terminal plate 32b, an insulating plate 34b, and an end plate 36b are disposed outward at the other end of the unit cells 30 in the stacking direction. The end plates 36a, 36b are integrally clamped and held via a plurality of tie rods 38.

図２に示すように、ターミナルプレート３２ａ、３２ｂの側部には、端子部４０ａ、４０ｂが外方に突出して設けられる。端子部４０ａ、４０ｂは、配線４２ａ、４２ｂを介して電源４４に電気的に接続される。陽極（アノード）側である端子部４０ａは、電源４４のプラス極に接続される一方、陰極（カソード）側である端子部４０ｂは、前記電源４４のマイナス極に接続される。   As shown in FIG. 2, terminal portions 40a and 40b are provided on the side portions of the terminal plates 32a and 32b so as to protrude outward. The terminal portions 40a and 40b are electrically connected to the power supply 44 through the wirings 42a and 42b. The terminal part 40 a on the anode (anode) side is connected to the positive pole of the power supply 44, while the terminal part 40 b on the cathode (cathode) side is connected to the negative pole of the power supply 44.

図３に示すように、単位セル３０は、電解質膜・電極構造体４６と、この電解質膜・電極構造体４６を挟持するアノード側セパレータ４８及びカソード側セパレータ５０とを備える。アノード側セパレータ４８及びカソード側セパレータ５０は、カーボンプレート又は金属プレートで構成される。   As shown in FIG. 3, the unit cell 30 includes an electrolyte membrane / electrode structure 46, and an anode side separator 48 and a cathode side separator 50 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 46. The anode side separator 48 and the cathode side separator 50 are formed of a carbon plate or a metal plate.

電解質膜・電極構造体４６は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜５２と、前記固体高分子電解質膜５２を挟持し且つ該固体高分子電解質膜５２を補強するアノード側給電体５４及びカソード側給電体５６とを備える。   The electrolyte membrane / electrode structure 46 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 52 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and the solid polymer electrolyte membrane 52 sandwiched between the solid polymer electrolyte membrane 52 and the solid polymer electrolyte membrane 52. An anode side power supply body 54 and a cathode side power supply body 56 to be reinforced are provided.

アノード側セパレータ４８の電解質膜・電極構造体４６に向かう面には、第１流路５８が設けられるとともに、カソード側セパレータ５０の電解質膜・電極構造体４６に向かう面には、第２流路６０が形成される。   A first flow path 58 is provided on the surface of the anode separator 48 facing the electrolyte membrane / electrode structure 46, and a second flow path is provided on the surface of the cathode separator 50 facing the electrolyte membrane / electrode structure 46. 60 is formed.

図２及び図３に示すように、エンドプレート３６ａには、第１流路５８の入口側に連通する配管６２ａと、前記第１流路５８の出口側に連通する配管６２ｂと、第２流路６０の出口側に連通する配管６２ｃとが接続される。   2 and 3, the end plate 36a includes a pipe 62a that communicates with the inlet side of the first flow path 58, a pipe 62b that communicates with the outlet side of the first flow path 58, and a second flow. A pipe 62c communicating with the outlet side of the path 60 is connected.

図１に示すように、水電解装置１４の配管６２ａ、６２ｂは、純水供給装置１２に連通して純水の循環が行われる一方、前記水電解装置１４の配管６２ｃは、水素導出路１６を介して気液分離器１８に接続される。水素導出路１６には、バルブ６４が配設される。気液分離器１８には、純水循環路６６の一端が接続され、前記純水循環路６６は、純水供給装置１２を介装して水電解装置１４の配管６２ａに接続される。気液分離器１８の底部には、純水循環路６６に連通するドレンバルブ６８ａ、６８ｂが設けられる。   As shown in FIG. 1, the pipes 62 a and 62 b of the water electrolysis apparatus 14 communicate with the pure water supply apparatus 12 to circulate pure water, while the pipe 62 c of the water electrolysis apparatus 14 has a hydrogen lead-out path 16. To the gas-liquid separator 18. A valve 64 is disposed in the hydrogen lead-out path 16. One end of a pure water circulation path 66 is connected to the gas-liquid separator 18, and the pure water circulation path 66 is connected to a pipe 62 a of the water electrolysis apparatus 14 via a pure water supply device 12. Drain valves 68 a and 68 b communicating with the pure water circulation path 66 are provided at the bottom of the gas-liquid separator 18.

気液分離器１８と吸着部２２とを連通する水素供給路２０には、バルブ７０が接続される。吸着部２２は、水素に含まれる水蒸気（水分）を高圧下で吸着し、減圧下で脱着する水分吸着剤を充填した単一の吸着筒７２を備える。水分吸着剤としては、例えば、活性炭、合成ゼオライト、多孔質アルミナ又はシリカが用いられる。吸着筒７２は、通常、ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）装置で使用される吸着塔と同様に構成されている。   A valve 70 is connected to the hydrogen supply path 20 that connects the gas-liquid separator 18 and the adsorption unit 22. The adsorption unit 22 includes a single adsorption cylinder 72 filled with a moisture adsorbent that adsorbs water vapor (moisture) contained in hydrogen under high pressure and desorbs under reduced pressure. As the moisture adsorbent, for example, activated carbon, synthetic zeolite, porous alumina, or silica is used. The adsorption cylinder 72 is generally configured in the same manner as an adsorption tower used in a PSA (Pressure Swing Adsorption) apparatus.

吸着筒７２の水素導入側の端部７２ａには、三方切替バルブ７４が配設され、この三方切替バルブ７４は、水素供給路２０を前記吸着筒７２に連通する位置と、前記吸着筒７２をリターン流路７６に連通する位置とに切替え自在である。リターン流路７６は、気液分離器１８に接続されるとともに、増圧部、例えば、コンプレッサ７８を備える。   A three-way switching valve 74 is disposed at an end portion 72 a on the hydrogen introduction side of the adsorption cylinder 72, and the three-way switching valve 74 connects the position where the hydrogen supply path 20 communicates with the adsorption cylinder 72 and the adsorption cylinder 72. The position can be switched to a position communicating with the return flow path 76. The return flow path 76 is connected to the gas-liquid separator 18 and includes a pressure increasing unit, for example, a compressor 78.

吸着筒７２のドライ水素出口側の端部７２ｂと水素タンク２６とを接続するドライ水素供給路２４には、三方切替バルブ８０、背圧弁８２及び三方切替バルブ８４が配設される。三方切替バルブ８０、８４間には、減圧供給路２８が接続されるとともに、この減圧供給路２８には、レギュレータ（減圧バルブ）８６が配設される。   A three-way switching valve 80, a back pressure valve 82, and a three-way switching valve 84 are disposed in the dry hydrogen supply path 24 that connects the end 72 b on the dry hydrogen outlet side of the adsorption cylinder 72 and the hydrogen tank 26. A decompression supply path 28 is connected between the three-way switching valves 80 and 84, and a regulator (decompression valve) 86 is disposed in the decompression supply path 28.

水素タンク２６には、燃料供給路８８がバルブ９０を介して接続されており、この燃料供給路８８は、燃料電池車両９２の燃料タンクに直接、あるいは、図示しない貯留タンクを介して接続可能である。   A fuel supply path 88 is connected to the hydrogen tank 26 via a valve 90. This fuel supply path 88 can be connected directly to a fuel tank of the fuel cell vehicle 92 or via a storage tank (not shown). is there.

このように構成される水素生成システム１０の動作について、以下に説明する。   The operation of the hydrogen generation system 10 configured as described above will be described below.

先ず、純水供給装置１２では、純水循環路６６に純水が導出されており、この純水は、水電解装置１４を構成する配管６２ａに供給される。水電解装置１４では、図２に示すように、ターミナルプレート３２ａ、３２ｂの端子部４０ａ、４０ｂに電気的に接続されている電源４４を介して電圧が付与される。   First, in the pure water supply device 12, pure water is led out to the pure water circulation path 66, and this pure water is supplied to a pipe 62 a constituting the water electrolysis device 14. In the water electrolysis apparatus 14, as shown in FIG. 2, a voltage is applied via a power supply 44 that is electrically connected to the terminal portions 40 a and 40 b of the terminal plates 32 a and 32 b.

このため、図３に示すように、各単位セル３０では、アノード側セパレータ４８とアノード側給電体５４との間に形成される第１流路５８に水が供給され、この水が前記アノード側給電体５４に沿って移動する。従って、水は、アノード側給電体５４で電気により分解され、水素イオン、電子及び酸素が生成される。すなわち、以下に示す陽極反応が惹起される。
Ｈ2Ｏ→２Ｈ+＋２ｅ-＋１／２Ｏ2（陽極反応） For this reason, as shown in FIG. 3, in each unit cell 30, water is supplied to the first flow path 58 formed between the anode separator 48 and the anode power supply 54, and this water is supplied to the anode side. It moves along the power feeder 54. Accordingly, the water is decomposed by electricity at the anode-side power supply 54 to generate hydrogen ions, electrons, and oxygen. That is, the following anodic reaction is induced.
H 2 O → 2H + + 2e − + 1 / 2O 2 (Anode reaction)

この陽極反応により生成された水素イオンは、固体高分子電解質膜５２を透過してカソード側給電体５６側に移動し、電子と結合して水素が得られる。すなわち、以下に示す陰極反応が惹起される。
２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2（陰極反応） Hydrogen ions generated by this anodic reaction permeate the solid polymer electrolyte membrane 52 and move to the cathode-side power feeder 56 side, and combine with electrons to obtain hydrogen. That is, the following cathodic reaction is induced.
2H + + 2e − → H 2 (cathode reaction)

このため、カソード側セパレータ５０とカソード側給電体５６との間に形成される第２流路６０に沿って水素が流動し、この水素は、配管６２ｃを介して水電解装置１４の外部に取り出し可能となる。一方、第１流路５８には、反応により生成した酸素と、使用済みの水とが流動しており、これらが配管６２ｂを介して純水供給装置１２に戻される。   For this reason, hydrogen flows along the second flow path 60 formed between the cathode-side separator 50 and the cathode-side power feeder 56, and this hydrogen is taken out of the water electrolysis device 14 through the pipe 62c. It becomes possible. On the other hand, oxygen generated by the reaction and used water flow in the first flow path 58, and these are returned to the pure water supply device 12 through the pipe 62b.

図４に示すように、水電解装置１４で生成された水蒸気を含む比較的高圧（１ＭＰＡ〜７０ＭＰＡ）の水素は、水素導出路１６を介して気液分離器１８に送られる。この気液分離器１８では、水素に含まれる水蒸気が、この水素から分離されて純水循環路６６に戻される一方、前記水素は、水素供給路２０に供給される。   As shown in FIG. 4, relatively high-pressure (1MPA to 70MPA) hydrogen containing water vapor generated by the water electrolysis device 14 is sent to the gas-liquid separator 18 via the hydrogen lead-out path 16. In the gas-liquid separator 18, water vapor contained in hydrogen is separated from the hydrogen and returned to the pure water circulation path 66, while the hydrogen is supplied to the hydrogen supply path 20.

水素供給路２０に供給された水素は、三方切替バルブ７４を介して吸着部２２を構成する吸着筒７２に端部７２ａから導入される。この吸着筒７２内では、水素に含まれる水蒸気が高圧化で吸着されて乾燥状態の水素（ドライ水素）が得られ、このドライ水素が前記吸着筒７２の端部７２ｂからドライ水素供給路２４に導出される。なお、吸着筒７２内では、圧力に比例して水分の吸着量が増加するため、背圧弁８２により前記吸着筒７２に導入される水素圧力を所望の範囲内に設定することが好ましい。   The hydrogen supplied to the hydrogen supply path 20 is introduced from the end portion 72 a into the adsorption cylinder 72 constituting the adsorption unit 22 via the three-way switching valve 74. In the adsorption cylinder 72, water vapor contained in hydrogen is adsorbed at a high pressure to obtain dry hydrogen (dry hydrogen), and this dry hydrogen enters the dry hydrogen supply path 24 from the end 72b of the adsorption cylinder 72. Derived. Since the amount of moisture adsorbed increases in proportion to the pressure in the adsorption cylinder 72, the hydrogen pressure introduced into the adsorption cylinder 72 by the back pressure valve 82 is preferably set within a desired range.

ドライ水素供給路２４に導出されたドライ水素は、三方切替バルブ８０を通過した後、三方切替バルブ８４を介して水素タンク２６に貯蔵される。この水素タンク２６に貯蔵されたドライ水素は、必要に応じてバルブ９０の開放作用下に、燃料供給路８８を介して燃料電池車両９２に充填される。   The dry hydrogen led out to the dry hydrogen supply path 24 passes through the three-way switching valve 80 and is then stored in the hydrogen tank 26 via the three-way switching valve 84. The dry hydrogen stored in the hydrogen tank 26 is filled into the fuel cell vehicle 92 via the fuel supply path 88 with the valve 90 opened as necessary.

次いで、吸着筒７２が限界吸着量に達すると、水電解装置１４による純水の電気分解処理が一旦停止される。そして、図５に示すように、三方切替バルブ７４、８０及び８４が切り替えられて、水素タンク２６が、減圧供給路２８、吸着筒７２及びリターン流路７６に連通する。この状態で、吸着筒７２内が減圧されることにより、吸着した水分が離脱される。   Next, when the adsorption cylinder 72 reaches the limit adsorption amount, the electrolysis process of pure water by the water electrolysis device 14 is temporarily stopped. Then, as shown in FIG. 5, the three-way switching valves 74, 80 and 84 are switched, and the hydrogen tank 26 communicates with the decompression supply path 28, the adsorption cylinder 72 and the return path 76. In this state, the adsorbed moisture is released by reducing the pressure in the adsorption cylinder 72.

このため、水素タンク２６内のドライ水素は、レギュレータ８６による減圧作用下に所定の圧力に減圧された後、減圧供給路２８から吸着筒７２の端部７２ｂからパージガスとして前記吸着筒７２内に供給される。吸着筒７２内をパージして水分を含んだパージガス（ウェット水素）は、リターン流路７６に送られる。このリターン流路７６では、コンプレッサ７８によりウェット水素が昇圧され、気液分離器１８に戻されて、水分と水素との分離処理が行われる。気液分離器１８内で分離された水素は、上記のパージ処理終了後に、図４に示す水素生成工程に復帰する際、水電解装置１４から導出される高圧水素とともに、水素供給路２０を介して吸着部２２に送られる。   For this reason, the dry hydrogen in the hydrogen tank 26 is depressurized to a predetermined pressure under the depressurization action by the regulator 86, and then supplied into the adsorption cylinder 72 as a purge gas from the end 72 b of the adsorption cylinder 72 from the decompression supply path 28. Is done. A purge gas (wet hydrogen) containing water by purging the inside of the adsorption cylinder 72 is sent to the return flow path 76. In the return flow path 76, the wet hydrogen is pressurized by the compressor 78 and returned to the gas-liquid separator 18 to perform a separation process of moisture and hydrogen. When the hydrogen separated in the gas-liquid separator 18 returns to the hydrogen generation step shown in FIG. 4 after the completion of the above-described purge process, the hydrogen separated together with the high-pressure hydrogen led out from the water electrolysis device 14 through the hydrogen supply path 20. To the suction unit 22.

この場合、本実施形態では、水電解装置１４で得られる高圧水素は、気液分離器１８で水分と分離された後、吸着部２２を構成する吸着筒７２に送られることにより、水分が吸着除去されたドライ水素が得られている。このドライ水素は、ドライ水素供給路２４を通って水素タンク２６に貯留されている。   In this case, in this embodiment, the high-pressure hydrogen obtained by the water electrolysis apparatus 14 is separated from moisture by the gas-liquid separator 18 and then sent to the adsorption cylinder 72 constituting the adsorption unit 22, thereby adsorbing moisture. Removed dry hydrogen is obtained. This dry hydrogen is stored in the hydrogen tank 26 through the dry hydrogen supply path 24.

そして、吸着筒７２の再生時には、水素タンク２６内から送出されるドライ水素が、レギュレータ８６により減圧された後、パージガスとして吸着筒７２に送られている。これにより、吸着筒７２を再生させるために、専用の再生装置を用いる必要がなく、水素生成システム１０全体を簡単且つ経済的に構成することができるという効果が得られる。   When the adsorption cylinder 72 is regenerated, dry hydrogen delivered from the hydrogen tank 26 is depressurized by the regulator 86 and then sent to the adsorption cylinder 72 as a purge gas. Thereby, it is not necessary to use a dedicated regenerator to regenerate the adsorption cylinder 72, and the entire hydrogen generation system 10 can be configured easily and economically.

しかも、吸着筒７２を用いることにより、通常の除水器に比べて水蒸気除去機能が大幅に向上し、水素中に含まれる水蒸気を含む水分を、良好且つ確実に除去することが可能になる。このため、所望のドライ水素を効率的に得ることができる。   In addition, by using the adsorption cylinder 72, the water vapor removal function is greatly improved as compared with a normal water dehydrator, and the water containing water vapor contained in hydrogen can be removed well and reliably. For this reason, desired dry hydrogen can be obtained efficiently.

さらに、吸着部２２は、単一の吸着筒７２のみを備えている。従って、吸着部２２自体の構成が一挙に簡素化されるとともに、バルブ数の削減による容量の減少を図ることができ、水素生成システム１０全体を簡素化し、且つ前記水素生成システム１０全体の容量の削減が図られるという利点が得られる。   Further, the suction unit 22 includes only a single suction cylinder 72. Accordingly, the configuration of the adsorption unit 22 itself is simplified at a time, the capacity can be reduced by reducing the number of valves, the entire hydrogen generation system 10 is simplified, and the capacity of the entire hydrogen generation system 10 is increased. The advantage is that reduction can be achieved.

なお、本実施形態では、高圧水素を生成する水電解装置１４を用いているが、これに限定されるものではなく、生成された水素を昇圧するための昇圧手段、例えば、コンプレッサを組み込む水素生成システムを用いてもよい。また、リターン流路７６を介してパージガスを気液分離器１８に戻すように構成されているが、このパージガスを外部に排出するように構成してもよい。   In this embodiment, the water electrolysis apparatus 14 that generates high-pressure hydrogen is used. However, the present invention is not limited to this, and pressure generating means for boosting the generated hydrogen, for example, hydrogen generation incorporating a compressor A system may be used. In addition, the purge gas is configured to return to the gas-liquid separator 18 via the return flow path 76, but the purge gas may be discharged to the outside.

本発明の実施形態に係る水素生成システムの概略構成説明図である。It is a schematic structure explanatory view of a hydrogen production system concerning an embodiment of the present invention. 前記水素生成システムを構成する水電解装置の概略斜視説明図である。It is a schematic perspective explanatory drawing of the water electrolysis apparatus which comprises the said hydrogen production system. 前記水電解装置の一部断面側面図である。It is a partial cross section side view of the water electrolysis device. 前記水素生成システムによる水素生成処理の説明図である。It is explanatory drawing of the hydrogen production | generation process by the said hydrogen production | generation system. 前記水素生成システムによる吸着筒再生処理の説明図である。It is explanatory drawing of the adsorption cylinder reproduction | regeneration process by the said hydrogen production | generation system.

符号の説明Explanation of symbols

１０…水素生成システム １２…純水供給装置
１４…水電解装置 １６…水素導出路
１８…気液分離器 ２０…水素供給路
２２…吸着部 ２４…ドライ水素供給路
２６…水素タンク ２８…減圧供給路
３０…単位セル ６６…純水循環路
７２…吸着筒 ７６…リターン流路
７８…コンプレッサ ８６…レギュレータ
８８…燃料供給路 ９２…燃料電池車両 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Hydrogen production system 12 ... Pure water supply apparatus 14 ... Water electrolysis apparatus 16 ... Hydrogen lead-out path 18 ... Gas-liquid separator 20 ... Hydrogen supply path 22 ... Adsorption part 24 ... Dry hydrogen supply path 26 ... Hydrogen tank 28 ... Pressure reduction supply Path 30 ... Unit cell 66 ... Pure water circulation path 72 ... Adsorption cylinder 76 ... Return path 78 ... Compressor 86 ... Regulator 88 ... Fuel supply path 92 ... Fuel cell vehicle

Claims (3)

水を電気分解して水素を生成する水電解部と、
生成された前記水素から水分を除去する気液分離部と、
前記気液分離部から導出される前記水素に含まれる水分を吸着して除去する吸着部と、
前記吸着部で水分が除去された前記水素を貯留可能な水素タンクと、
前記水素タンク内から送出される前記水素の圧力を減圧させ、該水素をパージガスとして前記吸着部に供給する減圧供給路と、
を備えることを特徴とする水素生成システム。 A water electrolysis unit that electrolyzes water to produce hydrogen;
A gas-liquid separator that removes moisture from the produced hydrogen;
An adsorption unit that adsorbs and removes water contained in the hydrogen derived from the gas-liquid separation unit;
A hydrogen tank capable of storing the hydrogen from which moisture has been removed by the adsorption unit;
A reduced pressure supply path for reducing the pressure of the hydrogen delivered from the hydrogen tank and supplying the hydrogen as a purge gas to the adsorption unit;
A hydrogen generation system comprising: 請求項１記載の水素生成システムにおいて、前記吸着部は、比較的高圧な前記水素が供給される単一の吸着筒を備え、
前記吸着筒内には、水分吸着材が設けられることを特徴とする水素生成システム。 The hydrogen generation system according to claim 1, wherein the adsorption unit includes a single adsorption cylinder to which the relatively high-pressure hydrogen is supplied,
A hydrogen generation system, wherein a moisture adsorbent is provided in the adsorption cylinder. 請求項１又は２記載の水素生成システムにおいて、前記吸着部から導出される前記パージガスの圧力を増圧させて前記気液分離部側に供給可能な増圧部を備えることを特徴とする水素生成システム。   3. The hydrogen generation system according to claim 1, further comprising: a pressure increasing unit capable of increasing the pressure of the purge gas led out from the adsorption unit and supplying the pressure to the gas-liquid separation unit side. system.
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