JP2013249507A - 水素酸素発生装置及び水素酸素発生装置の操作方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 水の電気分解を再開した直後であっても比較的純度の高い発生ガスを得ることができる水素酸素発生装置などを提供することを課題としている。
【解決手段】 固体電解質膜と該固体電解質膜の両面側にそれぞれ配された陰極側電極板及び陽極側電極板とを含む水電解セルを少なくとも１単位有する水電解モジュールを備え、該水電解モジュールが、水を電気分解することにより水電解セルの陰極側にて水素ガスを発生し陽極側にて酸素ガスを発生するように構成され、発生した水素ガスと水とを少なくとも前記水電解セル内にて流通させるように形成された水素ガス流通経路を有しており、該水素ガス流通経路を電気分解の停止時にパージ用水素ガスによってガスパージできるように構成されていることを特徴とする水素酸素発生装置等を提供する。
【選択図】 図１
【解決手段】 固体電解質膜と該固体電解質膜の両面側にそれぞれ配された陰極側電極板及び陽極側電極板とを含む水電解セルを少なくとも１単位有する水電解モジュールを備え、該水電解モジュールが、水を電気分解することにより水電解セルの陰極側にて水素ガスを発生し陽極側にて酸素ガスを発生するように構成され、発生した水素ガスと水とを少なくとも前記水電解セル内にて流通させるように形成された水素ガス流通経路を有しており、該水素ガス流通経路を電気分解の停止時にパージ用水素ガスによってガスパージできるように構成されていることを特徴とする水素酸素発生装置等を提供する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、水素酸素発生装置、及び、該装置の操作方法に関する。
従来、水素酸素発生装置としては、様々なものが知られており、例えば、水を電気分解することにより水素ガス及び酸素ガスを発生するように構成された水電解セルを少なくとも１単位含む水電解モジュールを備えたものが知られている。
この種の水素酸素発生装置としては、例えば、水電解セルが、固体電解質膜と該固体電解質膜の両面側にそれぞれ配された陰極側電極板及び陽極側電極板とを有するものが知られている。斯かる水素酸素発生装置の水電解セルは、各電極板と固体電解質膜との間に配された導電性の多孔質給電体をそれぞれ有している。
斯かる水素酸素発生装置の水電解モジュールは、水電解セルの陽極側に水を供給して固体電解質膜の陽極側にて酸素ガスを発生させ、水素イオンを固体電解質膜の陰極側に移動させ水素ガスとするように構成されている。
斯かる水素酸素発生装置においては、水素ガスの流通経路と、酸素ガスの流通経路とが、水電解セルの固体電解質膜によって隔離された状態となっているが、電気分解時には、水が固体電解質膜を通って陰極側に移動するため、水素ガスの流通経路にもわずかに水が流通する状態となっている。
斯かる水素酸素発生装置においては、水素ガスの流通経路と、酸素ガスの流通経路とが、水電解セルの固体電解質膜によって隔離された状態となっているが、電気分解時には、水が固体電解質膜を通って陰極側に移動するため、水素ガスの流通経路にもわずかに水が流通する状態となっている。
ところで、上記の水素酸素発生装置においては、例えば水電解セルを構成する部品の交換やセルの定期的な点検等のために、水電解セルへの電気の供給を止め水の電気分解を停止することがある。従って、上記の水素酸素発生装置は、水電解セルにおける水の電気分解を停止でき、また、停止後に水の電気分解を再開できるように構成されている。
上記の水素酸素発生装置において、水の電気分解がいったん停止すると、酸素ガスや水素ガスが水分を含んでいることから、水分解セル内に水が液滴となって残存し得る。このような液滴状の水は、例えば気温が氷点下であれば、セル内にて凍り付き、電気分解を再開すべく再度セルを稼働するときの妨げとなり得る。
上記の水素酸素発生装置において、水の電気分解がいったん停止すると、酸素ガスや水素ガスが水分を含んでいることから、水分解セル内に水が液滴となって残存し得る。このような液滴状の水は、例えば気温が氷点下であれば、セル内にて凍り付き、電気分解を再開すべく再度セルを稼働するときの妨げとなり得る。
そこで、上記のような水素酸素発生装置は、例えば特許文献１に記載されているように、水電解モジュールにおける水素ガス流通経路や酸素ガス流通経路をアルゴンなどの不活性ガスでパージし、流通経路に存在する液滴状の水を除去するように構成されている。
しかしながら、このような水素酸素発生装置においては、不活性ガスにより流通経路をパージすると、水の電気分解を再開させた後しばらくの間は、流通経路に残存した不活性ガスが発生ガスと混ざることとなる。電気分解により発生されたガスのうち、特に水素ガスは、燃料などの用途にて使用されるため有用なものであり、できるだけ高い純度で得ることが望ましいが、電気分解を再開させた後しばらくの間は、水素ガスに不活性ガスが混在するという問題を生じ得る。そして、水素ガスに多量の不活性ガスが混在すると、水素ガスを燃料等として使用せずに廃棄することとなる。
本発明は、上記の問題点等に鑑み、水の電気分解を再開した直後であっても比較的純度の高い発生ガスを得ることができる水素酸素発生装置を提供することを課題とする。また、水の電気分解を再開した直後であっても比較的純度の高い発生ガスを得ることができる水素酸素発生装置の操作方法を提供することを課題とする。
上記課題を解決すべく、本発明に係る水素酸素発生装置は、固体電解質膜と該固体電解質膜の両面側にそれぞれ配された陰極側電極板及び陽極側電極板とを含む水電解セルを少なくとも１単位有する水電解モジュールを備え、
該水電解モジュールが、水を電気分解することにより水電解セルの陰極側にて水素ガスを発生し陽極側にて酸素ガスを発生するように構成され、発生した水素ガスと水とを少なくとも前記水電解セル内にて流通させるように形成された水素ガス流通経路を有しており、
該水素ガス流通経路を電気分解の停止時にパージ用水素ガスによってガスパージできるように構成されていることを特徴とする。
該水電解モジュールが、水を電気分解することにより水電解セルの陰極側にて水素ガスを発生し陽極側にて酸素ガスを発生するように構成され、発生した水素ガスと水とを少なくとも前記水電解セル内にて流通させるように形成された水素ガス流通経路を有しており、
該水素ガス流通経路を電気分解の停止時にパージ用水素ガスによってガスパージできるように構成されていることを特徴とする。
上記構成からなる水素酸素発生装置においては、水の電気分解を停止した後に水素ガス流通経路をパージ用水素ガスによってガスパージできるため、パージ用水素ガスがガスパージ後において流通経路に残存したとしても、水の電気分解を再開したときに、発生ガスとしての水素ガスに異種のガスが混入することが抑制されている。
従って、前記水素酸素発生装置によれば、水の電気分解を再開した直後であっても、比較的純度の高い発生ガスを得ることができる。
従って、前記水素酸素発生装置によれば、水の電気分解を再開した直後であっても、比較的純度の高い発生ガスを得ることができる。
本発明の水素酸素発生装置は、発生した水素ガスを前記水電解モジュールから該モジュール外へ送るべく前記水素ガス流通経路と連通した水素ガス移送管をさらに備え、該水素ガス移送管を前記パージ用水素ガスによってガスパージできるように構成されていることが好ましい。
本発明の水素酸素発生装置は、前記水電解セルにて発生した水素ガスを前記パージ用水素ガスとして用いるように構成されていることが好ましい。
本発明の水素酸素発生装置は、前記パージ用水素ガスによって前記水素ガス流通経路をガスパージする前に、不活性ガスによって前記水素ガス流通経路をガスパージするように構成されていることが好ましい。
本発明の水素酸素発生装置は、前記パージ用水素ガスによって前記水素ガス流通経路をガスパージした後に、該ガスパージ後の水素ガスを触媒の存在下にて酸素ガスと反応させて水を生じさせるように構成されていることが好ましい。
本発明の水素酸素発生装置は、前記水電解モジュールが、発生した酸素ガスと水とを少なくとも前記水電解セル内にて流通させるように形成された酸素ガス流通経路をさらに有しており、
前記酸素ガス流通経路を電気分解の停止時にパージ用酸素ガスによってガスパージできるように構成され、前記水電解セルにて発生した酸素ガスを前記パージ用酸素ガスとして用いるように構成されていることが好ましい。
前記酸素ガス流通経路を電気分解の停止時にパージ用酸素ガスによってガスパージできるように構成され、前記水電解セルにて発生した酸素ガスを前記パージ用酸素ガスとして用いるように構成されていることが好ましい。
本発明に係る水素酸素発生装置の操作方法は、固体電解質膜と該固体電解質膜の両面側にそれぞれ配された陰極側電極板及び陽極側電極板とを含む水電解セルを少なくとも１単位有する水電解モジュールを備え、該水電解モジュールが、水を電気分解することにより水電解セルの陰極側にて水素ガスを発生し陽極側にて酸素ガスを発生するように構成され、しかも、発生した水素ガスと水とを少なくとも前記水電解セル内にて流通させるように形成された水素ガス流通経路を有している水素酸素発生装置に対して、
前記水素ガス流通経路を電気分解の停止時にパージ用水素ガスによってガスパージすることを特徴とする。
前記水素ガス流通経路を電気分解の停止時にパージ用水素ガスによってガスパージすることを特徴とする。
上述の通り、本発明の水素酸素発生装置及び該装置の操作方法は、水の電気分解を再開した直後であっても比較的純度の高い発生ガスを得ることができるという効果を奏する。
以下、本発明に係る水素酸素発生装置及び該装置の操作方法の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態の水素酸素発生装置１の概略図であり、図２は、複数の水電解セル１１で構成された水電解モジュール１０の断面を模式的に表した断面図である。
図１は、本実施形態の水素酸素発生装置１の概略図であり、図２は、複数の水電解セル１１で構成された水電解モジュール１０の断面を模式的に表した断面図である。
本実施形態の水素酸素発生装置１は、固体電解質膜１１ａと該固体電解質膜１１ａの両面側にそれぞれ配された陰極側電極板１１ｃ及び陽極側電極板１１ｄとを含む水電解セル１１を少なくとも１単位有する水電解モジュール１０を備え、該水電解モジュール１０が、水を電気分解することにより水電解セルの陰極側にて水素ガスを発生し陽極側にて酸素ガスを発生するように構成され、発生した水素ガスと水とを少なくとも前記水電解セル１１内にて流通させるように形成された水素ガス流通経路１３を有しており、
該水素ガス流通経路１３を電気分解の停止時にパージ用水素ガスによってガスパージできるように構成されているものである。
前記パージ用水素ガスとしては、装置外部から供給されたものを用いることもできるが、より装置をコンパクト化できるという点で、該装置の水電解セル１１にて電気分解により発生した水素ガスを用いることが好ましい。
該水素ガス流通経路１３を電気分解の停止時にパージ用水素ガスによってガスパージできるように構成されているものである。
前記パージ用水素ガスとしては、装置外部から供給されたものを用いることもできるが、より装置をコンパクト化できるという点で、該装置の水電解セル１１にて電気分解により発生した水素ガスを用いることが好ましい。
前記水素酸素発生装置１は、具体的には図１に示すように、前記水電解セル１１を複数含む水電解モジュール１０を備えている。
前記水素酸素発生装置１は、電気分解させるための水を水電解モジュール１０に供給し、水電解モジュール１０内の水電解セルの各電極板に電気を送って水を電気分解し、電気分解により発生した水素ガスと酸素ガスとを水電解モジュール１０外へ送るように構成されている。
前記水素酸素発生装置１は、電気分解させるための水を水電解モジュール１０に供給し、水電解モジュール１０内の水電解セルの各電極板に電気を送って水を電気分解し、電気分解により発生した水素ガスと酸素ガスとを水電解モジュール１０外へ送るように構成されている。
具体的には、前記水素酸素発生装置１は、図１に示すように、電気分解用の純水を製造し、製造した純水を前記水電解モジュール１０に供給するための純水製造装置３３を備えている。
また、前記水素酸素発生装置１は、水電解モジュール１０内における水電解セルの各電極板に電気を送る電送手段（図示せず）を備えている。
さらに、前記水素酸素発生装置１は、図１に示すように、発生した水素ガスを該水電解モジュール１０から該モジュール外へ送る水素ガス移送管２０と、該水素ガス移送管２０を経た水素ガスを貯める水素ガス貯留タンク２３とを備え、また、前記水素ガス移送管２０を経て水電解モジュール１０から送られた水素ガスに含まれる水分を減少させる水素ガス用気液分離器２１と、該水素ガス用気液分離器２１にて水分が減少した水素ガスを除湿する除湿器２２とを備えている。
また、前記水素酸素発生装置１は、図１に示すように、前記水電解モジュール１０にて発生した酸素ガスを水電解モジュール１０から該モジュール外へ送る酸素ガス移送管３０と、該酸素ガス移送管３０を経て前記水電解モジュール１０から送られた酸素ガスと該酸素ガスとともにモジュール１０から排出される水とを分離して分離後の水を貯める酸素ガス用気液分離器３１とを備えている。
なお、前記水素酸素発生装置１は、水やガス等を適宜流通させるべく、例えば図１に示すように、該装置を構成する各機器類を互いにつなぐように、配管等を備えている。
また、前記水素酸素発生装置１は、水電解モジュール１０内における水電解セルの各電極板に電気を送る電送手段（図示せず）を備えている。
さらに、前記水素酸素発生装置１は、図１に示すように、発生した水素ガスを該水電解モジュール１０から該モジュール外へ送る水素ガス移送管２０と、該水素ガス移送管２０を経た水素ガスを貯める水素ガス貯留タンク２３とを備え、また、前記水素ガス移送管２０を経て水電解モジュール１０から送られた水素ガスに含まれる水分を減少させる水素ガス用気液分離器２１と、該水素ガス用気液分離器２１にて水分が減少した水素ガスを除湿する除湿器２２とを備えている。
また、前記水素酸素発生装置１は、図１に示すように、前記水電解モジュール１０にて発生した酸素ガスを水電解モジュール１０から該モジュール外へ送る酸素ガス移送管３０と、該酸素ガス移送管３０を経て前記水電解モジュール１０から送られた酸素ガスと該酸素ガスとともにモジュール１０から排出される水とを分離して分離後の水を貯める酸素ガス用気液分離器３１とを備えている。
なお、前記水素酸素発生装置１は、水やガス等を適宜流通させるべく、例えば図１に示すように、該装置を構成する各機器類を互いにつなぐように、配管等を備えている。
前記水電解モジュール１０に備えられた水電解セル１１は、図２に示すように、固体電解質膜１１ａと、該膜の両面側にそれぞれ配された陰極側電極板１１ｃ及び陽極側電極板１１ｄとを有している。また、固体電解質膜１１ａと各電極板１１ｃ、１１ｄとの間にあるそれぞれの空間に、多孔質給電体１１ｂを有している。
なお、固体電解質膜１１ａは、通常、上記のガスパージによっても破損しないように、適当な手段により水電解セル内において狭持されている。
なお、固体電解質膜１１ａは、通常、上記のガスパージによっても破損しないように、適当な手段により水電解セル内において狭持されている。
前記水電解モジュール１０は、図２に示すように、通常、複数の水電解セル１１を含む。複数の水電解セル１１は、互いに隣り合うように配されている。また、前記水電解モジュール１０は、隣り合う複数の水電解セル１１を挟み込むように配された一対の端板１５を有している。隣り合うセルにおいては、一方のセルの電極板と他方のセルの電極板との間に絶縁物質が配され、互いのセルは、短絡しないように構成されている。
前記水電解モジュール１０は、水電解セル１１の陽極側に水を供給するように構成されている。また、各電極板に通電することにより、固体電解質膜１１ａの陽極側にて酸素ガスを発生させ、水素イオンを固体電解質膜１１ａの陰極側に移動させ水素ガスとするように構成されている。
前記水電解モジュール１０においては、陰極側にて発生した水素ガスを流通させる水素ガス流通経路１３と、陽極側にて発生した酸素ガスを流通させる酸素ガス流通経路１４とが形成されている。
前記水電解モジュール１０においては、陰極側にて発生した水素ガスを流通させる水素ガス流通経路１３と、陽極側にて発生した酸素ガスを流通させる酸素ガス流通経路１４とが形成されている。
陽極側にある酸素ガス流通経路１４は、電気分解のための水が供給されるため、発生した酸素ガスと水とが混在して流通する状態となっている。
前記酸素ガス流通経路１４は、固体電解質膜１１ａと陽極側電極板１１ｄとの間の空間を少なくとも含み、発生した酸素ガスを少なくとも水電解セル１１内にて流通させるように形成されている。
前記酸素ガス流通経路１４は、固体電解質膜１１ａと陽極側電極板１１ｄとの間の空間を少なくとも含み、発生した酸素ガスを少なくとも水電解セル１１内にて流通させるように形成されている。
一方、陰極側にある水素ガス流通経路１３は、水電解セル１１の固体電解質膜１１ａによって酸素ガス流通経路１４と隔離された状態となっているが、電気分解時には、水が固体電解質膜１１を通って陰極側に移動する。従って、水素ガス流通経路１３にもわずかに水が流通する状態となっている。
前記水素ガス流通経路１３は、固体電解質膜１１ａと陰極側電極板１１ｃとの間の空間を少なくとも含み、発生した水素ガスを少なくとも水電解セル１１内にて流通させるように形成されている。
前記水素ガス流通経路１３は、固体電解質膜１１ａと陰極側電極板１１ｃとの間の空間を少なくとも含み、発生した水素ガスを少なくとも水電解セル１１内にて流通させるように形成されている。
なお、上記の固体電解質膜１１ａ、陽極側電極板１１ｄ、陰極側電極板１１ｃ、多孔質給電体１１ｂとしては、公知の一般的なものを用いることができる。
前記水電解モジュール１０は、例えば図２に示すように、それぞれの水電解セル１１に水を送るセル用水供給管１２を有し、各水電解セル１１の陽極側に電気分解用の水を供給できるように構成されている。
前記セル用水供給管１２によれば、モジュール外部から供給された水が各水電解セル１１における陽極側電極板１１ｄと固体電解質膜１１ａとの間の空間を満たすことができる。
前記セル用水供給管１２によれば、モジュール外部から供給された水が各水電解セル１１における陽極側電極板１１ｄと固体電解質膜１１ａとの間の空間を満たすことができる。
また、前記水電解モジュール１０は、各水電解セル１１で発生した水素ガス及び酸素ガスを少なくともセル内にて流通させ、それぞれのガスをモジュール外部へ排出できるように形成された水素ガス流通経路１３及び酸素ガス流通経路１４を有している。
前記水素ガス流通経路１３は、水電解セル１１における固体電解質膜１１ａと陰極側電極板１１ｃとの間の空間を少なくとも含むものである。具体的には、図２に示すように、水電解セル１１内において陰極側電極板１１ｃ側に配された多孔質給電体１１ｂを収容した空間１３ａを少なくとも含むものである。
即ち、前記水素ガス流通経路１３は、少なくとも、固体電解質膜１１ａと陰極側電極板１１ｃとの間の空間１３ａにより構成されている。
上記の固体電解質膜１１ａと陰極側電極板１１ｃとの間の空間１３ａは、水素ガス流通経路１３として機能する。即ち、水の電気分解によって、陰極側電極板１１ｃと対向する固体電解質膜１１ａの表面において水素ガスが発生する。陰極側電極板１１ｃ側の固体電解質膜１１ａ表面において発生した水素ガスは、多孔質給電体１１ｂの孔を経由して流通できることから、多孔質給電体１１ｂを収容した上記の空間１３ａは、前記水素ガス流通経路１３になることができる。
即ち、前記水素ガス流通経路１３は、少なくとも、固体電解質膜１１ａと陰極側電極板１１ｃとの間の空間１３ａにより構成されている。
上記の固体電解質膜１１ａと陰極側電極板１１ｃとの間の空間１３ａは、水素ガス流通経路１３として機能する。即ち、水の電気分解によって、陰極側電極板１１ｃと対向する固体電解質膜１１ａの表面において水素ガスが発生する。陰極側電極板１１ｃ側の固体電解質膜１１ａ表面において発生した水素ガスは、多孔質給電体１１ｂの孔を経由して流通できることから、多孔質給電体１１ｂを収容した上記の空間１３ａは、前記水素ガス流通経路１３になることができる。
さらに、前記水素ガス流通経路１３としては、固体電解質膜１１ａと陰極側電極板１１ｃとの間の空間１３ａと連通するように形成され水素ガスをモジュール外部へ送るように構成されたセル用水素ガス流通管１３ｂが挙げられる。即ち、セル用水素ガス流通管１３ｂは、前記水素ガス流通経路１３を構成している。
該セル用水素ガス流通管１３ｂは、各水電解セル１１で発生した水素ガスをモジュール外部へ排出するように構成されており、図２に示すように、例えばセルの外部に形成されていてもよく、セルの内部に形成されていてもよい。
前記セル用水素ガス流通管１３ｂは、モジュールに例えば２つ備えられ、水の電気分解のときには、一方の流通管１３ｂにおいてのみ水素ガスが流通するように構成されていてもよい。また、ガスパージのときには、いずれか一方の流通管１３ｂにパージ用水素ガスが供給され、他方の流通管１３ｂを経てパージ用水素ガスがモジュール外部へ排出されるように構成されている。
従来の水電解モジュールにおいては、固体電解質膜１１ａと陰極側電極板１１ｃとの間の空間１３ａから水素ガスが出る出口が１つでも十分であるものの、固体電解質膜１１ａと隣り合う上記の空間１３ａから水を追い出すことが好ましいことから、本実施形態においては、上記の空間１３ａと外部とを連通させる連通口を２箇所以上形成し、少なくとも１の連通口をパージ用水素ガスの流入口とし、他の連通口を前記パージ用水素ガスによって上記の空間１３ａから水を排出させるための排出口として利用することができる。
従来の水電解モジュールにおいては、固体電解質膜１１ａと陰極側電極板１１ｃとの間の空間１３ａから水素ガスが出る出口が１つでも十分であるものの、固体電解質膜１１ａと隣り合う上記の空間１３ａから水を追い出すことが好ましいことから、本実施形態においては、上記の空間１３ａと外部とを連通させる連通口を２箇所以上形成し、少なくとも１の連通口をパージ用水素ガスの流入口とし、他の連通口を前記パージ用水素ガスによって上記の空間１３ａから水を排出させるための排出口として利用することができる。
本実施形態の水素酸素発生装置１は、前記水電解セル１１での電気分解停止時に前記水素ガス流通経路１３をパージ用水素ガスによってガスパージできるように構成されているため、水電解セル１１における水の電気分解を停止後において水素ガス流通経路１３に水滴が残存していたとしても、ガスパージによって斯かる水滴を除去できる。また、ガスパージ後において水素ガス流通経路１３にパージ用のガスが残存したとしても、パージ用のガスが水素ガスであるため、水の電気分解を再開したときに、発生ガスとしての水素ガスに異種のガスが混入することが抑制されている。
従って、前記水素酸素発生装置１によれば、水の電気分解を再開した直後であっても、比較的純度の高い発生ガスを得ることができる。これにより、例えば、水の電気分解を再開した直後において発生した比較的純度の低い水素ガスを廃棄することが少なくなり得る。
また、前記水素酸素発生装置１によれば、ガスパージによって水電解セル１１内の水素ガス流通経路１３における水滴を除去できるため、例えば、水の電気分解を停止した状態で氷点下の温度になったときに、水滴が氷結して膨張等することにより、多孔質給電体１１ｂに隣接する固体電解質膜１１ａが破損することなどを抑制することができる。
従って、前記水素酸素発生装置１によれば、水の電気分解を再開した直後であっても、比較的純度の高い発生ガスを得ることができる。これにより、例えば、水の電気分解を再開した直後において発生した比較的純度の低い水素ガスを廃棄することが少なくなり得る。
また、前記水素酸素発生装置１によれば、ガスパージによって水電解セル１１内の水素ガス流通経路１３における水滴を除去できるため、例えば、水の電気分解を停止した状態で氷点下の温度になったときに、水滴が氷結して膨張等することにより、多孔質給電体１１ｂに隣接する固体電解質膜１１ａが破損することなどを抑制することができる。
一方、前記酸素ガス流通経路１４は、水電解セル１１内において固体電解質膜１１ａと陽極側電極板１１ｄとの間の空間を少なくとも含むものである。具体的には、水電解セル１１内において陽極側電極板１１ｄ側に配された多孔質給電体１１ｂを収容した空間１４ａを少なくとも含むものである。該空間１４ａは、上述した理由と同様の理由により、酸素ガス流通経路１４として機能する。
また、酸素ガス流通経路１４としては、固体電解質膜１１ａと陽極側電極板１１ｄとの間の空間１４ａと連通するように形成され酸素ガスをモジュール外部へ送るように構成されたセル用酸素ガス流通管１４ｂが挙げられる。即ち、セル用酸素ガス流通管１４ｂは、前記酸素ガス流通経路１４を構成している。
なお、セル用酸素ガス流通管１４ｂは、水の電気分解時には、通常、発生した酸素ガスとともに、電気分解のために供給された水が流通するように構成されている。即ち、水の電気分解時には、セル用酸素ガス流通管１４ｂ中を、通常、酸素ガスと水とが混在しつつ流通する。
さらに、セル用酸素ガス流通管１４ｂは、パージ用酸素ガスを用いてガスパージする時に、各セルの上記空間１４ａから送られてきたパージ用酸素ガスをモジュール外部へ送るように構成されている。即ち、前記モジュール１０は、パージ用酸素ガスを用いて酸素ガス流通経路１４をガスパージすべく、セル用水供給管１２を経たガスパージ用酸素ガスが上記空間１４ａ及びセル用酸素ガス流通管１４ｂを経て、モジュール外部へ送られるように構成されている。
なお、前記モジュール１０は、セル用酸素ガス流通管１４ｂ側からパージ用酸素ガスを供給し、セル用水供給管１２からパージ用酸素ガスをモジュール外部へ排出するように構成されていてもよい。
さらに、セル用酸素ガス流通管１４ｂは、パージ用酸素ガスを用いてガスパージする時に、各セルの上記空間１４ａから送られてきたパージ用酸素ガスをモジュール外部へ送るように構成されている。即ち、前記モジュール１０は、パージ用酸素ガスを用いて酸素ガス流通経路１４をガスパージすべく、セル用水供給管１２を経たガスパージ用酸素ガスが上記空間１４ａ及びセル用酸素ガス流通管１４ｂを経て、モジュール外部へ送られるように構成されている。
なお、前記モジュール１０は、セル用酸素ガス流通管１４ｂ側からパージ用酸素ガスを供給し、セル用水供給管１２からパージ用酸素ガスをモジュール外部へ排出するように構成されていてもよい。
本実施形態の水素酸素発生装置１は、前記水電解セル１１での電気分解停止時に前記酸素ガス流通経路１４をパージ用酸素ガスによってガスパージできるように構成されているため、水電解セル１１における水の電気分解を停止後において酸素ガス流通経路１４に水滴が残存していたとしても、ガスパージによって斯かる水滴を除去できる。また、ガスパージ後において酸素ガス流通経路１４にパージ用のガスが残存したとしても、パージ用のガスが酸素ガスであるため、水の電気分解を再開したときに、発生ガスとしての酸素ガスに異種のガスが混入することが抑制されている。
従って、前記水素酸素発生装置１によれば、水の電気分解を再開した直後であっても、比較的純度の高い発生ガスを得ることができる。
従って、前記水素酸素発生装置１によれば、水の電気分解を再開した直後であっても、比較的純度の高い発生ガスを得ることができる。
前記水素酸素発生装置１においては、前記水素ガス移送管２０は、前記水素ガス流通経路１３と連通するように一端が水電解モジュール１０に取り付けられており、発生した水素ガスを他端側へ送るように構成されている。
また、前記水素ガス移送管２０は、例えば図１に示すように、他端が前記水素ガス用気液分離器２１に取り付けられており、電気分解により発生し水分を含む水素ガスを水素ガス用気液分離器２１に送るように構成されている。
このように、前記水素ガス移送管２０は、水素酸素発生装置１において、前記水素ガス流通経路１３と連通するように一端が水電解モジュール１０に取り付けられていることから、ガスパージのときには、水電解モジュール１０からパージ用水素ガスが供給されるように構成されている。また、該移送管を経たパージ用水素ガスが、他端側から排出されるように構成されている。
上記のごとく、前記水素酸素発生装置１は、上記の水素ガス流通経路１３に加えて、水素ガス移送管２０もパージ用水素ガスによってガスパージされるように構成されている。水素ガス移送管２０がパージ用水素ガスによってガスパージされるように構成されていることにより、水の電気分解を再開したときに、水素ガス移送管２０においても異種のガスの混入が抑制され、より確実に比較的純度の高い水素ガスを得ることができる。
また、前記水素ガス移送管２０は、例えば図１に示すように、他端が前記水素ガス用気液分離器２１に取り付けられており、電気分解により発生し水分を含む水素ガスを水素ガス用気液分離器２１に送るように構成されている。
このように、前記水素ガス移送管２０は、水素酸素発生装置１において、前記水素ガス流通経路１３と連通するように一端が水電解モジュール１０に取り付けられていることから、ガスパージのときには、水電解モジュール１０からパージ用水素ガスが供給されるように構成されている。また、該移送管を経たパージ用水素ガスが、他端側から排出されるように構成されている。
上記のごとく、前記水素酸素発生装置１は、上記の水素ガス流通経路１３に加えて、水素ガス移送管２０もパージ用水素ガスによってガスパージされるように構成されている。水素ガス移送管２０がパージ用水素ガスによってガスパージされるように構成されていることにより、水の電気分解を再開したときに、水素ガス移送管２０においても異種のガスの混入が抑制され、より確実に比較的純度の高い水素ガスを得ることができる。
なお、ガスパージされる水素ガス移送管２０は、水電解モジュール１０から水素ガス用気液分離器２１までとすればよい。即ち、前記水素酸素発生装置１は、水素ガス移送管２０において、少なくとも水電解モジュール１０から水素ガス用気液分離器２１までガスパージされるように構成されていればよい。
前記水素酸素発生装置１は、パージ用水素ガスに加えて、不活性ガスをパージ用ガスとして用いるように構成されていてもよい。
即ち、パージ用水素ガスによってガスパージすることに加え、アルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスを用いてガスパージするように構成されていてもよい。
好ましくは、前記水素酸素発生装置１は、前記パージ用水素ガスによって前記水素ガス流通経路１３をガスパージする前に、不活性ガスによって前記水素ガス流通経路１３をガスパージするように構成されている。即ち、不活性ガスによって水素ガス流通経路１３をガスパージした後に、パージ用水素ガスによって水素ガス流通経路１３をガスパージするように構成されていることが好ましい。
即ち、パージ用水素ガスによってガスパージすることに加え、アルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスを用いてガスパージするように構成されていてもよい。
好ましくは、前記水素酸素発生装置１は、前記パージ用水素ガスによって前記水素ガス流通経路１３をガスパージする前に、不活性ガスによって前記水素ガス流通経路１３をガスパージするように構成されている。即ち、不活性ガスによって水素ガス流通経路１３をガスパージした後に、パージ用水素ガスによって水素ガス流通経路１３をガスパージするように構成されていることが好ましい。
前記不活性ガスは、周期律表における第１８族元素の希ガス、又は、窒素ガスである。
前記不活性ガスによるガスパージは、上記のごとき装置において、装置外から不活性ガスを供給し、パージ用水素ガスを用いたガスパージと同様にして行うことができる。そして、斯かるガスパージの後に、パージ用水素ガスを用いてガスパージすることができる。
前記水素酸素発生装置１がパージ用水素ガスによるガスパージの前に不活性ガスによってガスパージするように構成されていることにより、水素ガス流通経路１３に残存した上記のごとき水滴を不活性ガスのガスパージによって除去した分、パージ用水素ガスの使用量を少なくすることができる。従って、装置内で発生した水素ガスをパージ用水素ガスとして用いるように構成された装置の場合、発生させた水素ガスをパージ用水素ガスとして使用する量を少なくできる分、発生させた水素ガスを燃料等の本体の目的でより多く使用することができる。
前記水素酸素発生装置１がパージ用水素ガスによるガスパージの前に不活性ガスによってガスパージするように構成されていることにより、水素ガス流通経路１３に残存した上記のごとき水滴を不活性ガスのガスパージによって除去した分、パージ用水素ガスの使用量を少なくすることができる。従って、装置内で発生した水素ガスをパージ用水素ガスとして用いるように構成された装置の場合、発生させた水素ガスをパージ用水素ガスとして使用する量を少なくできる分、発生させた水素ガスを燃料等の本体の目的でより多く使用することができる。
前記水素酸素発生装置１は、前記パージ用水素ガスによって前記水素ガス流通経路１３をガスパージした後に、該ガスパージ後の水素ガスを触媒の存在下にて酸素ガスと反応させて水を生じさせるように構成されている。例えば、該ガスパージ後の水素ガスを、触媒の存在下にて、酸素ガスを含む空気と接触させ、酸素ガスと反応させて水を生じさせるように構成されている。
具体的には、前記水素酸素発生装置１は、水素ガスを酸素ガスと触媒の存在下にて反応させて水を生じさせる反応装置（図示せず）を備え、該反応装置は、前記水素ガス流通経路１３を経たガスパージ後の水素ガスが供給され、例えば、該水素ガスと空気中の酸素ガスとを反応させるように構成されている。
該反応装置は、具体的には例えば、前記水素ガス移送管２０の途中、若しくは、該移送管２０より下流側に配されている。又は、該反応装置は、パージ用水素ガスの排出のために用いられる上述したセル用水素ガス流通管１３ｂのいずれか一方から、ガスパージ後の水素ガスが供給されるように配置されている。
反応装置内には貴金属触媒が充填された触媒筒が設置され、当該触媒筒内で供給された水素ガスと酸素ガスとが触媒作用によって常温〜８０℃程度の温度で反応し水に返還される。このような貴金属触媒としては、金属パラジウム、酸化パラジウム、水酸化パラジウムなどのパラジウム化合物が利用可能である。また、触媒として、白金のように常温で酸素と水素が反応するものであれば利用可能である。さらに、これらの触媒物質をアルミナ、ゼオライト等の担体に担持させたものも利用可能である。なお、反応により生成した水は水素を含まないガスと共に外部へ排出しても良く、触媒筒の後段に気液分離器を設けて気液分離しても良い。
具体的には、前記水素酸素発生装置１は、水素ガスを酸素ガスと触媒の存在下にて反応させて水を生じさせる反応装置（図示せず）を備え、該反応装置は、前記水素ガス流通経路１３を経たガスパージ後の水素ガスが供給され、例えば、該水素ガスと空気中の酸素ガスとを反応させるように構成されている。
該反応装置は、具体的には例えば、前記水素ガス移送管２０の途中、若しくは、該移送管２０より下流側に配されている。又は、該反応装置は、パージ用水素ガスの排出のために用いられる上述したセル用水素ガス流通管１３ｂのいずれか一方から、ガスパージ後の水素ガスが供給されるように配置されている。
反応装置内には貴金属触媒が充填された触媒筒が設置され、当該触媒筒内で供給された水素ガスと酸素ガスとが触媒作用によって常温〜８０℃程度の温度で反応し水に返還される。このような貴金属触媒としては、金属パラジウム、酸化パラジウム、水酸化パラジウムなどのパラジウム化合物が利用可能である。また、触媒として、白金のように常温で酸素と水素が反応するものであれば利用可能である。さらに、これらの触媒物質をアルミナ、ゼオライト等の担体に担持させたものも利用可能である。なお、反応により生成した水は水素を含まないガスと共に外部へ排出しても良く、触媒筒の後段に気液分離器を設けて気液分離しても良い。
なお、前記水素ガス移送管２０の途中には、該移送管中の水素ガスを装置外へ放出できるように構成されたリリーフ弁（図１において図示せず）が取り付けられていてもよい。
前記水素ガス用気液分離器２１は、前記水電解モジュール１０から送られてきた水素ガスに含まれる水分を減少させるように構成されている。
具体的には、前記水素ガス用気液分離器２１には、例えば水素ガス移送管２０の他端が取り付けられ、前記水素ガス用気液分離器２１は、水電解モジュール１０から水素ガス移送管２０を経て送られてきた水素ガスを、水分の減少した水素ガスと、水とに分離するように構成されている。
具体的には、前記水素ガス用気液分離器２１には、例えば水素ガス移送管２０の他端が取り付けられ、前記水素ガス用気液分離器２１は、水電解モジュール１０から水素ガス移送管２０を経て送られてきた水素ガスを、水分の減少した水素ガスと、水とに分離するように構成されている。
前記水素酸素発生装置１は、図１に示すように、水素ガス用気液分離器２１と前記除湿器２２とをつなぐ配管を備え、水素ガス用気液分離器２１にて水分が減少した水素ガスを前記除湿器２２に送るように構成されている。
また、前記水素酸素発生装置１は、図１に示すように、水素ガス用気液分離器２１にて生じた水を送る配管を備え、該水を装置外部へ排出するように、又は、前記酸素ガス用気液分離器３１に送るように構成されている。
前記除湿器２２は、前記水素ガス用気液分離器２１にて水分が減少した水素ガスを除湿するように構成されている。
具体的には、前記除湿器２２は、水素ガスの送り方向に対して並列となるように複数の吸着筒２２ａを有している。より具体的には、図１に示すように、一対の吸着筒２２ａを有している。
前記吸着筒２２ａは、水分を吸着できる吸着剤を内部に含み、吸着筒２２ａ内部を水素ガスが流通している間に水素ガスの水分を吸着剤によって吸着できるように構成されている。
また、前記吸着筒２２ａは、吸着剤を例えば２００〜３００℃に加熱できる加熱部を含み、水分を吸着した吸着剤から水分を加熱によって除去できるように構成されている。
前記除湿器２２は、上記のごとく一対の吸着筒２２ａを有し、一方の吸着筒２２ａが水素ガスを除湿している間に、他方の吸着筒２２ａが上記のごとく吸着剤の水分を除去できるように構成されている。そして、他方の吸着剤の水分が除去された後に、該他方において水素ガスを除湿し、一方において吸着剤中の水分を除去できるように構成されている。
前記除湿器２２は、一方の吸着筒２２ａを加熱した後に、該吸着筒２２ａの冷却を促進させる冷却ファン（図示せず）を有していてもよい。
前記水素ガス貯留タンク２３は、水の電気分解によって前記水電解セル１１にて発生した水素ガスを貯めるものである。
前記水素ガス貯留タンク２３は、内部の水素ガスを前記水電解モジュール１０の水素ガス流通経路１３に送ることができるように構成されている。
即ち、本実施形態の水素酸素発生装置１は、水素ガス貯留タンク２３内の水素ガスを水電解モジュール１０の水素ガス流通経路１３に送るように配された水素ガスパージ用配管２５を備え、水素ガス貯留タンク２３からの水素ガスを前記パージ用水素ガスとして用い、該パージ用水素ガスによって水電解モジュール１０の水素ガス流通経路１３をガスパージできるように構成されている。
なお、図面において、括弧内に示すＨ2の方向は、ガスパージするときのガスパージ用水素ガスの流れを表している。
即ち、本実施形態の水素酸素発生装置１は、水素ガス貯留タンク２３内の水素ガスを水電解モジュール１０の水素ガス流通経路１３に送るように配された水素ガスパージ用配管２５を備え、水素ガス貯留タンク２３からの水素ガスを前記パージ用水素ガスとして用い、該パージ用水素ガスによって水電解モジュール１０の水素ガス流通経路１３をガスパージできるように構成されている。
なお、図面において、括弧内に示すＨ2の方向は、ガスパージするときのガスパージ用水素ガスの流れを表している。
前記水素ガス貯留タンク２３としては、例えば図１に示すように、除湿器２２にて除湿された水素ガスを貯める第１水素ガス貯留タンク２３ａと、該第１水素ガス貯留タンク２３ａから送られ圧縮ポンプ２４により圧力を高められた水素ガスを貯める第２水素ガス貯留タンク２３ｂとが挙げられる。
前記水素酸素発生装置１は、水電解モジュール１０の水素ガス流通経路１３をガスパージすべく、図１に示すように、第１水素ガス貯留タンク２３ａ内の水素ガスが水電解モジュール１０へ送られるように構成されている。
また、前記水素酸素発生装置１は、図１において図示しないが、第２水素ガス貯留タンク２３ｂ内の水素ガスが水電解モジュール１０に送られるように構成されていてもよい。即ち、第２水素ガス貯留タンク２３ｂに貯まった水素ガスをパージ用水素ガスとして用いて、水電解モジュール１０の水素ガス流通経路１３をガスパージするように構成されていてもよい。
上記のごとく、水素ガス貯留タンク２３に貯まった水素ガスをパージ用水素ガスとして用いるように構成された水素酸素発生装置１によれば、装置外からパージ用水素ガスを供給しなくともガスパージできるため、装置をコンパクト化できるという利点がある。
なお、前記水素酸素発生装置１においては、前記水電解セル１１にて発生した水素ガスが大気圧を超える比較的高圧の状態で流通するため、第１水素ガス貯留タンク２３ａ内、又は、第２水素ガス貯留タンク２３ｂ内の水素ガスを比較的高い所定圧力で維持できることから、水電解セル１１にて発生した水素ガスを加圧しなくともパージ用水素ガスとして用いることができる。
なお、前記水素酸素発生装置１においては、前記水電解セル１１にて発生した水素ガスが大気圧を超える比較的高圧の状態で流通するため、第１水素ガス貯留タンク２３ａ内、又は、第２水素ガス貯留タンク２３ｂ内の水素ガスを比較的高い所定圧力で維持できることから、水電解セル１１にて発生した水素ガスを加圧しなくともパージ用水素ガスとして用いることができる。
なお、上記第１水素ガス貯留タンク２３ａや第２水素ガス貯留タンク２３ｂといった水素ガス貯留タンク２３は、通常、水素ガスを外部へ放出できるリリーフ弁（図１において図示せず）を備え、該リリーフ弁から内部の水素ガスを放出しタンク内の水素ガスの圧力が高くなり過ぎないように構成されている。
前記圧縮ポンプ２４は、第１水素ガス貯留タンク２３ａと第２水素ガス貯留タンク２３ｂとの間に配されている。また、第１水素ガス貯留タンク２３ａから送られた水素ガスの圧力を高めて、第２水素ガス貯留タンク２３ｂに貯めることができるように構成されている。
なお、前記水素酸素発生装置１においては、水素ガスを第１水素ガス貯留タンク２３ａと圧縮ポンプとを経て第２水素ガス貯留タンク２３ｂへ送るべく、第１水素ガス貯留タンク２３ａと圧縮ポンプとの間、及び、圧縮ポンプと第２水素ガス貯留タンク２３ｂとの間に、水素ガスを送るための配管がそれぞれ配されている。
なお、前記水素酸素発生装置１においては、水素ガスを第１水素ガス貯留タンク２３ａと圧縮ポンプとを経て第２水素ガス貯留タンク２３ｂへ送るべく、第１水素ガス貯留タンク２３ａと圧縮ポンプとの間、及び、圧縮ポンプと第２水素ガス貯留タンク２３ｂとの間に、水素ガスを送るための配管がそれぞれ配されている。
次に、前記水素酸素発生装置１において、水電解モジュール１０から送られる酸素ガス側に配された機器類について説明する。
前記水素酸素発生装置１においては、前記水電解モジュール１０が、発生した酸素ガスを少なくとも前記水電解セル１１内にて流通させるように形成された酸素ガス流通経路１４を有している。また、前記水素酸素発生装置１は、前記水電解セル１１での電気分解停止時に前記酸素ガス流通経路１４をパージ用酸素ガスによってガスパージすべく、前記パージ用酸素ガスとして前記水電解セル１１にて発生した酸素ガスを用いてガスパージできるように構成されている。
前記パージ用酸素ガスとしては、装置外部から供給されたものを用いてもよいが、より装置をコンパクト化できるという点で、該装置の水電解セル１１にて電気分解により発生した酸素ガスを用いることが好ましい。
前記パージ用酸素ガスとしては、装置外部から供給されたものを用いてもよいが、より装置をコンパクト化できるという点で、該装置の水電解セル１１にて電気分解により発生した酸素ガスを用いることが好ましい。
前記水素酸素発生装置１においては、図１に示すように、前記酸素ガス移送管３０は、酸素ガス流通経路１４と連通し、一端が水電解モジュール１０に取り付けられており、発生した酸素ガスを他端側へ送るように構成されている。
具体的には、前記酸素ガス移送管３０は、例えば図１に示すように、他端が前記酸素ガス用気液分離器３１に取り付けられ、電気分解により発生し水分を含む酸素ガスを酸素ガス用気液分離器３１に送るように構成されている。
このように、前記酸素ガス移送管３０は、水素酸素発生装置１において、酸素ガス流通経路１４と連通し一端が水電解モジュール１０に取り付けられていることから、ガスパージのときには、水電解モジュール１０の酸素ガス流通経路１４を経たパージ用酸素ガスが酸素ガス用気液分離器３１側へ移動するように構成されている。また、該移送管を経たパージ用酸素ガスが他端側から排出されるように構成されている。
上記のごとく、前記水素酸素発生装置１は、上記の酸素ガス流通経路１４に加え、酸素ガス移送管３０がパージ用酸素ガスによってガスパージされるように構成されている。酸素ガス移送管３０がパージ用酸素ガスによってガスパージされるように構成されていることにより、水の電気分解を再開したときに、酸素ガス移送管３０においても異種のガスの混入が抑制され、より確実に比較的純度の高い酸素ガスを得ることができる。
具体的には、前記酸素ガス移送管３０は、例えば図１に示すように、他端が前記酸素ガス用気液分離器３１に取り付けられ、電気分解により発生し水分を含む酸素ガスを酸素ガス用気液分離器３１に送るように構成されている。
このように、前記酸素ガス移送管３０は、水素酸素発生装置１において、酸素ガス流通経路１４と連通し一端が水電解モジュール１０に取り付けられていることから、ガスパージのときには、水電解モジュール１０の酸素ガス流通経路１４を経たパージ用酸素ガスが酸素ガス用気液分離器３１側へ移動するように構成されている。また、該移送管を経たパージ用酸素ガスが他端側から排出されるように構成されている。
上記のごとく、前記水素酸素発生装置１は、上記の酸素ガス流通経路１４に加え、酸素ガス移送管３０がパージ用酸素ガスによってガスパージされるように構成されている。酸素ガス移送管３０がパージ用酸素ガスによってガスパージされるように構成されていることにより、水の電気分解を再開したときに、酸素ガス移送管３０においても異種のガスの混入が抑制され、より確実に比較的純度の高い酸素ガスを得ることができる。
なお、前記酸素ガス移送管３０の途中には、該移送管中の酸素ガスを装置外へ放出できるように構成されたリリーフ弁（図１において図示せず）が取り付けられていてもよい。
前記酸素ガス用気液分離器３１には、上述した酸素ガス移送管３０の他端が取り付けられている。また、前記酸素ガス用気液分離器３１は、内部に気液分離フィルタ３１ａを含み、酸素ガス移送管３０を経て水電解モジュール１０から送られた酸素ガスの水分を気液分離フィルタ３１ａによって減少させ、水分が減少した酸素ガスと水とに分離できるように構成されている。
前記酸素ガス用気液分離器３１は、分離された酸素ガスを貯める空間と、貯まった酸素ガスを外部へ放出するための放出弁（図１において図示せず）とを有しており、内部の酸素ガスを、適宜外部へ放出できるように構成されている。
また、前記酸素ガス用気液分離器３１は、分離された水を収容する収容部を有しており、外部から供給された水を該収容部に収容することができるように構成されている。また、該収容部に収容された水を電気分解するための水として水電解モジュール１０へ送るように構成されている。
なお、前記酸素ガス用気液分離器３１は、収容部に収容された水を水素酸素発生装置１外へ排出するように構成されていてもよい。
また、前記酸素ガス用気液分離器３１は、分離された水を収容する収容部を有しており、外部から供給された水を該収容部に収容することができるように構成されている。また、該収容部に収容された水を電気分解するための水として水電解モジュール１０へ送るように構成されている。
なお、前記酸素ガス用気液分離器３１は、収容部に収容された水を水素酸素発生装置１外へ排出するように構成されていてもよい。
前記水素酸素発生装置１は、一端が前記酸素ガス用気液分離器３１に取り付けられ、他端が前記水電解モジュール１０に取り付けられた電解水供給管３２を備え、前記酸素ガス用気液分離器３１に収容された水を前記水電解モジュール１０に供給できるように構成されている。
詳しくは、前記水素酸素発生装置１は、水電解モジュール１０から送られた水分を含む酸素ガスを、酸素ガス移送管３０を経由させて酸素ガス用気液分離器３１に送り、該分離器にて分離した水を、電解水供給管３２を経由させて水電解モジュール１０に送るように構成されている。即ち、水電解モジュール１０にて電気分解に使われなかった水を、酸素ガス用気液分離器３１を経由させて、再度水分解モジュールに送り、電気分解のために使うように構成されている。
また、前記水素酸素発生装置１は、例えば、酸素ガス用気液分離器３１内に貯留される酸素ガスを前記パージ用酸素ガスとして用いるように構成されていてもよい。具体的には、例えば、酸素ガス用気液分離器３１内に貯留される酸素ガスを水電解モジュール１０に送る酸素ガスパージ用配管３４を備え、該配管３４を経て送られた酸素ガスをパージ用酸素ガスとして用いて、水電解モジュール１０における酸素ガス流通経路１４をガスパージできるように構成されていてもよい。
また、前記水素酸素発生装置１は、例えば、酸素ガス用気液分離器３１から送られた酸素ガスを貯留する酸素ガス貯留タンク３５を備え、該酸素ガス貯留タンク３５から水電解モジュール１０へパージ用酸素ガスを送るように構成されていてもよい。該酸素ガス貯留タンク３５は、例えば図１に示すように、酸素ガス用気液分離器３１と水電解モジュール１０とをつなぐ上記酸素ガスパージ用配管３４の途中に配されている。
また、前記水素酸素発生装置１は、例えば、酸素ガス用気液分離器３１から送られた酸素ガスを貯留する酸素ガス貯留タンク３５を備え、該酸素ガス貯留タンク３５から水電解モジュール１０へパージ用酸素ガスを送るように構成されていてもよい。該酸素ガス貯留タンク３５は、例えば図１に示すように、酸素ガス用気液分離器３１と水電解モジュール１０とをつなぐ上記酸素ガスパージ用配管３４の途中に配されている。
前記水素酸素発生装置１においては、前記水電解セル１１にて発生した酸素ガスが大気圧を超える比較的高圧の状態で流通するため、上記の酸素ガス用気液分離器３１内、又は、酸素ガス貯留タンク３５内の酸素ガスを比較的高い所定圧力で維持できることから、水電解セル１１にて発生した酸素ガスを加圧しなくともパージ用酸素ガスとして用いることができる。
一方、水電解セル１１にて発生した酸素ガスを、パージ用酸素ガスや他の用途で用いないのであれば、発生した酸素ガスを必ずしも高圧で維持する必要がないため、酸素ガス用気液分離器３１や上記の酸素ガス貯留タンク３５などは必要なく、酸素ガス移送管３０を大気圧になるように開放してもよい。
一方、水電解セル１１にて発生した酸素ガスを、パージ用酸素ガスや他の用途で用いないのであれば、発生した酸素ガスを必ずしも高圧で維持する必要がないため、酸素ガス用気液分離器３１や上記の酸素ガス貯留タンク３５などは必要なく、酸素ガス移送管３０を大気圧になるように開放してもよい。
前記純水製造装置３３は、水電解セル１１にて電気分解させるための水を製造するものである。前記純水製造装置３３は、製造した水を水電解モジュール１０に供給できるように構成されている。
具体的には、前記水素酸素発生装置１は、例えば図１に示すように、前記純水製造装置３３にて製造した水が前記酸素ガス用気液分離器３１を経て水電解モジュール１０に供給されるように構成されている。
具体的には、前記水素酸素発生装置１は、例えば図１に示すように、前記純水製造装置３３にて製造した水が前記酸素ガス用気液分離器３１を経て水電解モジュール１０に供給されるように構成されている。
前記純水製造装置３３は、例えば、逆浸透膜（ＲＯ膜）を備え、外部から供給された水道水が逆浸透膜を透過することにより純水を製造するように構成されている。
前記純水製造装置３３としては、一般的なものを採用することができる。
前記純水製造装置３３としては、一般的なものを採用することができる。
続いて、本実施形態の水素酸素発生装置の操作方法について説明する。
本実施形態の水素酸素発生装置の操作方法は、上記の水素酸素発生装置１を用いて、前記水電解セル１１での電気分解停止時に前記水素ガス流通経路１３をパージ用水素ガスによってガスパージするものである。
該操作方法においては、上記の水素酸素発生装置１を用いて行うことができる上述した操作等を実施することができる。
該操作方法においては、上記の水素酸素発生装置１を用いて行うことができる上述した操作等を実施することができる。
前記水素酸素発生装置の操作方法においては、前記水素ガス移送管２０を前記パージ用水素ガスによってガスパージすることが好ましい。
また、該操作方法においては、前記水電解セル１１にて発生した水素ガスを前記パージ用水素ガスとして用いることが好ましい。
また、該操作方法においては、前記パージ用水素ガスによって前記水素ガス流通経路１３をガスパージする前に、前記不活性ガスによって前記水素ガス流通経路１３をガスパージすることが好ましい。
また、該操作方法においては、前記パージ用水素ガスによって前記水素ガス流通経路１３をガスパージした後に、該ガスパージ後の水素ガスを触媒の存在下にて酸素ガスと反応させて水を生じさせることが好ましい。
また、該操作方法においては、前記水電解セル１１にて発生した水素ガスを前記パージ用水素ガスとして用いることが好ましい。
また、該操作方法においては、前記パージ用水素ガスによって前記水素ガス流通経路１３をガスパージする前に、前記不活性ガスによって前記水素ガス流通経路１３をガスパージすることが好ましい。
また、該操作方法においては、前記パージ用水素ガスによって前記水素ガス流通経路１３をガスパージした後に、該ガスパージ後の水素ガスを触媒の存在下にて酸素ガスと反応させて水を生じさせることが好ましい。
なお、ガスパージするために用いる前記パージ用水素ガスは、Ｈ2を含むものであれば特に限定されないが、通常、９９．９９９容量％以上のＨ2を含む。
また、前記パージ用水素ガスは、通常は０．２ＭＰａ以上、必要に応じて０．４ＭＰａ以上、更には０．８ＭＰａ以上の圧力にてガスパージに用いられる。
また、前記パージ用水素ガスは、通常は０．２ＭＰａ以上、必要に応じて０．４ＭＰａ以上、更には０．８ＭＰａ以上の圧力にてガスパージに用いられる。
前記水素酸素発生装置の操作方法においては、前記水電解セル１１での電気分解停止時に前記酸素ガス流通経路１４をパージ用酸素ガスによってガスパージすることが好ましく、前記パージ用酸素ガスとして前記水電解セル１１にて発生した酸素ガスを用いてガスパージすることがより好ましい。
なお、ガスパージするために用いる前記パージ用酸素ガスは、Ｏ2を含むものであれば特に限定されないが、通常、９９．９容量％以上のＯ2を含む。
また、前記パージ用酸素ガスは、通常は０．２ＭＰａ以上、必要に応じて０．４ＭＰａ以上、更には０．８ＭＰａ以上の圧力にてガスパージに用いられる。
また、前記パージ用酸素ガスは、通常は０．２ＭＰａ以上、必要に応じて０．４ＭＰａ以上、更には０．８ＭＰａ以上の圧力にてガスパージに用いられる。
本実施形態の水素酸素発生装置及び水素酸素発生装置の操作方法は、上記例示の通りであるが、本発明は、上記例示の水素酸素発生装置及び水素酸素発生装置の操作方法に限定されるものではない。
また、一般の水素酸素発生装置及び水素酸素発生装置の操作方法において用いられる種々の態様を、本発明の効果を損ねない範囲において、採用することができる。
また、一般の水素酸素発生装置及び水素酸素発生装置の操作方法において用いられる種々の態様を、本発明の効果を損ねない範囲において、採用することができる。
例えば、本実施形態の水素酸素発生装置は、図１に示すごとく構成されているものであったが、本発明の水素酸素発生装置は、これに限定されず、図３に示す態様のものであってもよい。
斯かる態様の水素酸素発生装置は、図３に示すように、水を内部空間に収容し発生した酸素ガスを水と分離する酸素ガス分離タンク４０と、該酸素ガス分離タンク４０に貯留された水を水電解モジュール１０の陽極側に供給するように構成された循環配管部４１とを備えている。該酸素ガス分離タンク４０は、水電解モジュール１０を内部空間に収容し、純水製造装置３３から送られた水を貯留し、貯留された水に水電解モジュール１０を浸漬させるように構成されている。また、斯かる態様の水素酸素発生装置は、上記のものと同様な酸素ガス貯留タンク３５’を備え、酸素ガス分離タンク４０から送られた酸素ガスを該酸素ガス貯留タンク３５’に貯留し、貯留した酸素ガスをパージ用酸素ガスとして水電解モジュール１０へ送ることにより、酸素ガス流通経路１４をガスパージするように構成されている。なお、酸素を利用する場合は酸素ガス貯留タンク３５’に酸素ガス供給配管を設け、ここから使用するための酸素を供給するようにしても良く、単にリリーフバルブ等を設け、必要圧力分貯留された後は当該バルブ等を用いて廃棄するようにしても良い。また、斯かる態様の水素酸素発生装置は、酸素ガス分離タンク４０内に貯留した水を装置外へ排出するように構成されていてもよい。なお、斯かる態様の水素酸素発生装置は、他の点においては、上述した形態のものと同様に構成されている。
斯かる水素酸素発生装置１によれば、酸素ガス分離タンク４０内に水電解モジュールを設置し、発生した酸素ガスによって酸素ガス分離タンク内を昇圧することができるため、水電解モジュールの外部と内部との間で圧力差を小さくすることも可能となる。そのため、水電解モジュール自体に耐圧性能が無い場合でも高圧の水素ガスや酸素ガスを発生させることができる。
斯かる態様の水素酸素発生装置は、図３に示すように、水を内部空間に収容し発生した酸素ガスを水と分離する酸素ガス分離タンク４０と、該酸素ガス分離タンク４０に貯留された水を水電解モジュール１０の陽極側に供給するように構成された循環配管部４１とを備えている。該酸素ガス分離タンク４０は、水電解モジュール１０を内部空間に収容し、純水製造装置３３から送られた水を貯留し、貯留された水に水電解モジュール１０を浸漬させるように構成されている。また、斯かる態様の水素酸素発生装置は、上記のものと同様な酸素ガス貯留タンク３５’を備え、酸素ガス分離タンク４０から送られた酸素ガスを該酸素ガス貯留タンク３５’に貯留し、貯留した酸素ガスをパージ用酸素ガスとして水電解モジュール１０へ送ることにより、酸素ガス流通経路１４をガスパージするように構成されている。なお、酸素を利用する場合は酸素ガス貯留タンク３５’に酸素ガス供給配管を設け、ここから使用するための酸素を供給するようにしても良く、単にリリーフバルブ等を設け、必要圧力分貯留された後は当該バルブ等を用いて廃棄するようにしても良い。また、斯かる態様の水素酸素発生装置は、酸素ガス分離タンク４０内に貯留した水を装置外へ排出するように構成されていてもよい。なお、斯かる態様の水素酸素発生装置は、他の点においては、上述した形態のものと同様に構成されている。
斯かる水素酸素発生装置１によれば、酸素ガス分離タンク４０内に水電解モジュールを設置し、発生した酸素ガスによって酸素ガス分離タンク内を昇圧することができるため、水電解モジュールの外部と内部との間で圧力差を小さくすることも可能となる。そのため、水電解モジュール自体に耐圧性能が無い場合でも高圧の水素ガスや酸素ガスを発生させることができる。
また、本発明の水素酸素発生装置は、例えば図４に示す態様のものであってもよい。即ち、この態様の水素酸素発生装置は、図４に示すように、上記と同様の酸素ガス分離タンク４０と、該タンク４０の外側に配された水電解モジュール１０とを備えている。そして、酸素ガス分離タンク４０に貯留した水を、循環配管部４１を介して水電解モジュール１０に供給し、電気分解によって発生した酸素ガスを水とともに酸素ガス分離タンク４０へ送るように構成されている。また、この態様の水素酸素発生装置は、図３に示したものと同様に、酸素ガス貯留タンク３５’を備え、酸素ガス貯留タンク３５’に貯留した酸素ガスをパージ用酸素ガスとして水電解モジュール１０へ送ることにより、酸素ガス流通経路１４をガスパージするように構成されている。また、この態様の水素酸素発生装置は、酸素ガス分離タンク４０内に貯留した水を装置外へ排出するように構成されていてもよい。なお、この態様の水素酸素発生装置は、他の点においては、上述した形態のものと同様に構成されている。
また、上記実施形態の水素酸素発生装置における水電解モジュールは、図２に示すごとく隣り合うセルにおける一方のセルの電極板と他方のセルの電極板との間に絶縁物質が配され、互いのセルが短絡しないように構成されているものであったが、本発明に於いては、水電解モジュールが図５に示す態様のものであってもよい。
即ち、斯かる態様の水電解モジュール１０’は、図５に示すように、隣り合う一方のセルの陰極側電極板及び他方のセルの陽極側電極板の代わりに、複数の複極電極板１１ｘを有し、両端に配された陰極側電極板及び陽極側電極板が、それぞれ陰極側主電極板１１ｙ及び陽極側主電極板１１ｚとして機能するように構成されたものであってもよい。
この態様の水電解モジュール１０’は、図５に示すように、水電解セルを少なくとも１単位有し、該水分解セルには、固体電解質膜１１ａと該固体電解質膜１１ａの両面側にそれぞれ配された陰極側電極板（例えば１１ｃ）及び陽極側電極板（例えば１１ｚ）とが含まれている。なお、この態様の水電解モジュールは、他の点においては、上述した形態のものと同様に構成されている。
即ち、斯かる態様の水電解モジュール１０’は、図５に示すように、隣り合う一方のセルの陰極側電極板及び他方のセルの陽極側電極板の代わりに、複数の複極電極板１１ｘを有し、両端に配された陰極側電極板及び陽極側電極板が、それぞれ陰極側主電極板１１ｙ及び陽極側主電極板１１ｚとして機能するように構成されたものであってもよい。
この態様の水電解モジュール１０’は、図５に示すように、水電解セルを少なくとも１単位有し、該水分解セルには、固体電解質膜１１ａと該固体電解質膜１１ａの両面側にそれぞれ配された陰極側電極板（例えば１１ｃ）及び陽極側電極板（例えば１１ｚ）とが含まれている。なお、この態様の水電解モジュールは、他の点においては、上述した形態のものと同様に構成されている。
１：水素酸素発生装置
１０：水電解モジュール、
１１：水電解セル、
１１ａ：固体電解質膜、 １１ｂ：多孔質給電体、１１ｃ：陰極側電極板、１１ｄ：陽極側電極板、
１２：セル用水供給管、
１３：水素ガス流通経路、
１３ａ：固体電解質膜と陰極側電極板との間の空間、 １３ｂ：セル用水素ガス流通管、
１４：酸素ガス流通経路、
１４ａ：固体電解質膜と陽極側電極板との間の空間、 １４ｂ：セル用酸素ガス流通管、
２０：水素ガス移送管、
２１：水素ガス用気液分離器、 ２２：除湿器、 ２３：水素ガス貯留タンク、
３０：酸素ガス移送管、
３１：酸素ガス用気液分離器、 ３２：電解水供給管、 ３３：純水製造装置、
３５：酸素ガス貯留タンク、
４０：酸素ガス分離タンク、 ４１：循環配管部
１０：水電解モジュール、
１１：水電解セル、
１１ａ：固体電解質膜、 １１ｂ：多孔質給電体、１１ｃ：陰極側電極板、１１ｄ：陽極側電極板、
１２：セル用水供給管、
１３：水素ガス流通経路、
１３ａ：固体電解質膜と陰極側電極板との間の空間、 １３ｂ：セル用水素ガス流通管、
１４：酸素ガス流通経路、
１４ａ：固体電解質膜と陽極側電極板との間の空間、 １４ｂ：セル用酸素ガス流通管、
２０：水素ガス移送管、
２１：水素ガス用気液分離器、 ２２：除湿器、 ２３：水素ガス貯留タンク、
３０：酸素ガス移送管、
３１：酸素ガス用気液分離器、 ３２：電解水供給管、 ３３：純水製造装置、
３５：酸素ガス貯留タンク、
４０：酸素ガス分離タンク、 ４１：循環配管部
Claims (7)
- 固体電解質膜と該固体電解質膜の両面側にそれぞれ配された陰極側電極板及び陽極側電極板とを含む水電解セルを少なくとも１単位有する水電解モジュールを備え、
該水電解モジュールが、水を電気分解することにより水電解セルの陰極側にて水素ガスを発生し陽極側にて酸素ガスを発生するように構成され、発生した水素ガスと水とを少なくとも前記水電解セル内にて流通させるように形成された水素ガス流通経路を有しており、
該水素ガス流通経路を電気分解の停止時にパージ用水素ガスによってガスパージできるように構成されていることを特徴とする水素酸素発生装置。 - 発生した水素ガスを前記水電解モジュールから該モジュール外へ送るべく前記水素ガス流通経路と連通した水素ガス移送管をさらに備え、該水素ガス移送管を前記パージ用水素ガスによってガスパージできるように構成されている請求項１記載の水素酸素発生装置。
- 前記水電解セルにて発生した水素ガスを前記パージ用水素ガスとして用いるように構成されている請求項１又は２に記載の水素酸素発生装置。
- 前記パージ用水素ガスによって前記水素ガス流通経路をガスパージする前に、不活性ガスによって前記水素ガス流通経路をガスパージするように構成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の水素酸素発生装置。
- 前記パージ用水素ガスによって前記水素ガス流通経路をガスパージした後に、該ガスパージ後の水素ガスを触媒の存在下にて酸素ガスと反応させて水を生じさせるように構成されている請求項１〜４のいずれか１項に水素酸素発生装置。
- 前記水電解モジュールが、発生した酸素ガスと水とを少なくとも前記水電解セル内にて流通させるように形成された酸素ガス流通経路をさらに有しており、
前記酸素ガス流通経路を電気分解の停止時にパージ用酸素ガスによってガスパージできるように構成され、
前記水電解セルにて発生した酸素ガスを前記パージ用酸素ガスとして用いるように構成されている請求項１〜５のいずれか１項に水素酸素発生装置。 - 固体電解質膜と該固体電解質膜の両面側にそれぞれ配された陰極側電極板及び陽極側電極板とを含む水電解セルを少なくとも１単位有する水電解モジュールを備え、該水電解モジュールが、水を電気分解することにより水電解セルの陰極側にて水素ガスを発生し陽極側にて酸素ガスを発生するように構成され、しかも、発生した水素ガスと水とを少なくとも前記水電解セル内にて流通させるように形成された水素ガス流通経路を有している水素酸素発生装置に対して、
前記水素ガス流通経路を電気分解の停止時にパージ用水素ガスによってガスパージすることを特徴とする水素酸素発生装置の操作方法。
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- 2012-05-31 JP JP2012124670A patent/JP5912878B2/ja active Active
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