JP2014185387A - 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

水素酸素発生装置及び水素酸素発生装置の操作方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 運転を緊急停止したときに装置内を十分に冷却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】 一対の電極板と該電極板の間に配された固体電解質膜とを含み水を電気分解することにより少なくとも水素ガスを発生するように構成された水電解セルと、該水電解セルにて発生した水素ガスを除湿する除湿ユニットとを備え、
該除湿ユニットが、水素ガスを流通させる流通経路と、該流通経路内に配され水素ガスに含まれる水分を吸着する吸着剤と、該吸着剤を加熱により再生させる加熱部とを有し、水素ガスを前記流通経路にて流通させつつ前記吸着剤により除湿し、しかも、前記加熱部により吸着剤を加熱再生できるように構成されており、
前記除湿ユニットの前記流通経路に水を供給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備えたものが知られている。
該装置においては、水電解セルが、対向する陰極電極板及び陽極電極板と、これら電極板の間に配された固体電解質膜とを有し、該装置は、電気分解により陰極側において水素ガスを、また、陽極側において酸素ガスをそれぞれ発生するように構成されている。
この種の水素酸素発生装置としては、例えば、水電解セルにて発生した水素ガス及び酸素ガスをそれぞれ貯める水素ガスタンク及び酸素ガスタンクをさらに備えたものが知られている(特許文献1)。
斯かる水素酸素発生装置は、例えば、何らかの異常により運転を緊急停止する場合において、各ガスタンク内に貯められた水素ガス及び酸素ガスをそれぞれ装置外へ放出するように構成されている。斯かる水素酸素発生装置によれば、各ガスタンク内のガスを放出することにより、装置内における各ガスの圧力が下がり、装置内における可燃性の水素ガスを減らすことができる。
特開2004−084042号公報
一方、水素酸素発生装置としては、例えば、水電解セルから発生した少なくとも水素ガスを流通させつつ水素ガス中の水分を吸着剤により吸着させ水素ガスを除湿するように構成された除湿ユニットをさらに備え、水素ガスを除湿できるように構成されたものが知られている。上記装置の除湿ユニットは、水素ガスを除湿できるだけでなく、水分を吸着した吸着剤を加熱により再生させるための加熱部を有し、加熱部の加熱により吸着剤を再生できるように構成されている。
上記装置においては、例えば地震などの災害時に、運転を緊急に停止することがあり得る。しかしながら、単に除湿ユニットを備えた上記装置は、このような緊急停止後に、加熱部が高温であり得るため、必ずしも十分に装置内を冷却できないという問題がある。
そこで、運転を緊急停止したときに装置内を十分に冷却できる水素酸素発生装置が要望されている。
本発明は、上記の問題点、要望点等に鑑み、運転を緊急停止したときに装置内を十分に冷却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、運転を緊急停止したときに装置内を十分に冷却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、一対の電極板と該電極板の間に配された固体電解質膜とを含み水を電気分解することにより少なくとも水素ガスを発生するように構成された水電解セルと、該水電解セルにて発生した水素ガスを除湿する除湿ユニットとを備え、
該除湿ユニットが、水素ガスを流通させる流通経路と、該流通経路内に配され水素ガスに含まれる水分を吸着する吸着剤と、該吸着剤を加熱により再生させる加熱部とを有し、水素ガスを前記流通経路にて流通させつつ前記吸着剤により除湿し、しかも、前記加熱部により吸着剤を加熱再生できるように構成されており、
前記除湿ユニットの前記流通経路に水を供給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、前記除湿ユニットの前記流通経路に水を供給できるため、流通経路にある水素ガスを水圧で移動させ、水素ガスが流通する除湿ユニットにおける流通経路を水で満たすことができる。これに伴って、加熱され高温状態となり得る除湿ユニットを冷却することができる。
従って、前記水素酸素発生装置によれば、運転を緊急停止したときに装置内を十分に冷却できる。
本発明の水素酸素発生装置は、さらに、前記水電解セルにて発生した水素ガスを前記除湿ユニットに送る水素ガス移送管を備え、該水素ガス移送管内に水を供給できるように構成されていることが好ましい。
前記装置が水素移送管内に水を供給できるように構成されていることにより、装置内に残存した水素ガスをより多く排出できるという利点がある。
本発明に係る水素酸素発生装置は、一対の電極板と該電極板の間に配された固体電解質膜とを含み水を電気分解することにより少なくとも酸素ガスを発生するように構成された水電解セルと、該水電解セルにて発生した酸素ガスを除湿する除湿ユニットとを備え、
該除湿ユニットが、酸素ガスを流通させる流通経路と、該流通経路内に配され酸素ガスに含まれる水分を吸着する吸着剤と、該吸着剤を加熱により再生させる加熱部とを有し、酸素ガスを前記流通経路にて流通させつつ前記吸着剤により除湿し、しかも、前記加熱部により吸着剤を加熱再生できるように構成されており、
前記除湿ユニットの前記流通経路に水を供給できるように構成されていることを特徴とする。
本発明に係る水素酸素発生装置の操作方法は、一対の電極板と該電極板の間に配された固体電解質膜とを含み水を電気分解することにより少なくとも水素ガスを発生するように構成された水電解セルと、水電解セルにて発生した水素ガスを除湿する除湿ユニットとを備え、
該除湿ユニットが、水素ガスを流通させる流通経路と、該流通経路内に配され水素ガスに含まれる水分を吸着する吸着剤と、該吸着剤を加熱により再生させる加熱部とを有し、水素ガスを前記流通経路にて流通させつつ前記吸着剤により除湿し、しかも、前記加熱部により吸着剤を再生できるように構成された水素酸素発生装置に対して、
該装置の運転を緊急停止したときに、前記除湿ユニットの前記流通経路に水を供給することを特徴とする。
本発明に係る水素酸素発生装置の操作方法は、一対の電極板と該電極板の間に配された固体電解質膜とを含み水を電気分解することにより少なくとも酸素ガスを発生するように構成された水電解セルと、水電解セルにて発生した酸素ガスを除湿する除湿ユニットとを備え、
該除湿ユニットが、酸素ガスを流通させる流通経路と、該流通経路内に配され酸素ガスに含まれる水分を吸着する吸着剤と、該吸着剤を加熱により再生させる加熱部とを有し、酸素ガスを前記流通経路にて流通させつつ前記吸着剤により除湿し、しかも、前記加熱部により吸着剤を再生できるように構成された水素酸素発生装置に対して、
該装置の運転を緊急停止したときに、前記除湿ユニットの前記流通経路に水を供給することを特徴とする。
本発明の水素酸素発生装置及び該装置の操作方法は、運転を緊急停止したときに装置内に水を供給するため、運転を緊急停止したときに装置内を十分に冷却できるという効果を奏する。
第一実施形態の水素酸素発生装置の概略を表した概略図。 除湿ユニットの概略を表した概略図。 第二実施形態の水素酸素発生装置の概略を表した概略図。
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、第一実施形態の水素酸素発生装置の概略図である。図2は、該装置が備える除湿ユニットの概略図である。
第一実施形態の水素酸素発生装置は、一対の電極板と該電極板の間に配された固体電解質膜とを含み水を電気分解することにより少なくとも水素ガスを発生するように構成された水電解セルと、該水電解セルにて発生した水素ガスを除湿する除湿ユニット20とを備え、
該除湿ユニット20が、水素ガスを流通させる流通経路と、該流通経路内に配され水素ガスに含まれる水分を吸着する吸着剤21と、該吸着剤21を加熱により再生させる加熱部22とを有し、水素ガスを前記流通経路にて流通させつつ前記吸着剤21により除湿し、しかも、前記加熱部22により吸着剤21を加熱再生できるように構成されており、
前記除湿ユニット20の前記流通経路に水を供給できるように構成されているものである。
具体的には、図1に示すように、前記水素酸素発生装置は、前記水電解セルを含む水電解モジュール10と、該水電解モジュール10内の水電解セルにて発生した水素ガスを除湿する除湿ユニット20とを備えている。
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。
より具体的には、前記水素酸素発生装置1は、図1に示すように、電気分解用の水を前記水電解モジュール10に供給するための水供給部33を備えている。
さらに、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機構(図示せず)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、前記水電解セルにて発生した水素ガスを前記除湿ユニット20に送る水素ガス移送管11と、該水素ガス移送管11を経た水素ガスを除湿する除湿ユニット20と、該除湿ユニット20にて除湿された水素ガスを貯める水素ガス貯留タンク13と、前記水素ガス移送管11の途中に配され発生し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12とを備えている。
さらに、前記水素酸素発生装置1は、図1に示すように、前記水電解セルにて発生した酸素ガスを水電解モジュール10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水電解モジュール10から排出された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。
また、前記水素酸素発生装置1は、異常により運転を緊急停止したときに、除湿ユニット20の前記流通経路に水を供給するための緊急用給水機構を備えている。
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は、固体電解質膜と、該膜の両面側にそれぞれ配された陰極電極板及び陽極電極板とを有している。また、水電解セルは、固体電解質膜と各電極板との間にそれぞれ配された多孔質給電体を有している。
なお、上記の固体電解質膜、陽極電極板、陰極電極板、多孔質給電体としては、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、通常、複数の水電解セルを含む。複数の水電解セルは、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を両側から挟み込むように配された一対の端板を有している。
なお、前記水電解モジュール10は、電極板として、一方の面側が陰極電極板として機能し他方の面側が陽極電極板として機能する複極式電極板を備えていてもよい。電極板として複極式電極板が採用されることにより、水電解モジュール10を軽量化できるという利点がある。
前記水電解モジュール10は、水電解セル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。しかも、前記水電解モジュール10は、発生した水素ガス及び酸素ガスをそれぞれモジュール10外へ排出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モジュール外へ排出する水素ガス流路と、陽極側にて発生した酸素ガスをモジュール外へ排出する酸素ガス流路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、各水電解セルの陽極側へ電気分解のための水が供給されるため、酸素ガス流路は、発生した酸素ガスと水とが混在する状態となっている。
前記酸素ガス流路は、固体電解質膜と陽極電極板との間の空間を少なくとも含み、発生した酸素ガスを水電解モジュール10外へ排出するように形成されている。
一方、前記水素ガス流路は、水電解セルの固体電解質膜によって酸素ガス流路と隔離された状態となっているが、電気分解時には、水が固体電解質膜を通って陰極側に移動する。従って、水素ガス流路は、わずかに水が流通する状態となっている。
前記水素ガス流路は、固体電解質膜と陰極電極板との間の空間を少なくとも含み、発生した水素ガスを水電解モジュール10外へ排出するように形成されている。
なお、前記水電解モジュール10は、必要に応じて、各水電解セルの陰極側へ電気分解のための水が供給されるように構成されていてもよい。
前記除湿ユニット20は、前記水電解モジュール10から送られ前記水素ガス用気液分離器12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、前記除湿ユニット20は、水素ガスを流通させる流通経路と、該流通経路内に配され水素ガスに含まれる水分を吸着する吸着剤21とを有し、水素ガスを前記流通経路にて流通させつつ前記吸着剤21によって水素ガスを除湿するように構成されている。
また、前記除湿ユニット20は、水分を吸着した後の吸着剤21を加熱により再生させる加熱部22を有し、該加熱部22によって吸着剤21を再生できるように構成されている。
より具体的には、前記除湿ユニット20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23を有し、例えば図2に示すように、一対の吸着筒23a、23bを有している。
前記吸着筒23は、筒状に形成され、水分を吸着できる前記吸着剤21を内部に含み、内部空間が水素ガスを流通させる流通経路となっている。また、前記吸着筒23は、内部空間(流通経路)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21によって吸着し、水素ガスを除湿できるように構成されている。
前記吸着筒23は、吸着剤21を加熱できる前記加熱部22によって、水分を吸着した吸着剤21から加熱によって水分を除去できるように構成されている。
前記除湿ユニット20は、上記のごとく例えば一対の吸着筒23a、23bを有し、一方の吸着筒(以下、第1吸着筒23aともいう)が水素ガスを除湿している間に、他方の吸着筒(以下、第2吸着筒23bともいう)が上記のごとく吸着剤21の水分を除去できるように構成されている。そして、第2吸着筒23bの吸着剤21の水分が除去された後に、第2吸着筒23bにおいて水素ガスを除湿し、第1吸着筒23aにおいて吸着剤21中の水分を除去できるように構成されている。
より具体的には、前記除湿ユニット20は、例えば、図2に示すように、水素ガスを第1吸着筒23a又は第2吸着筒23bへ供給するように構成された供給配管24と、該供給配管24に取り付けられた供給弁25と、第1吸着筒23a又は第2吸着筒23bにて除湿された水素ガス(以下「乾燥ガス」ともいう)を除湿ユニット20外へ排出する排出配管26と、該排出配管26に取り付けられた排出弁27とを備えている。
なお、上記の供給配管24と、該供給配管24と連通する吸着筒23の内部空間と、該内部空間と連通する排出配管26とによって、除湿ユニット20における水素ガスの流通経路が形成されている。
前記供給配管24は、第1吸着筒23a及び第2吸着筒23bをつなぐように配されている。また、供給配管24の途中には、前記供給弁25が取り付けられている。前記供給配管24は、供給弁25より第1吸着筒23a側が第1供給配管24aとなっており、供給弁25より第2吸着筒23b側が第2供給配管24bとなっている。
前記供給弁25は、除湿ユニット20外から供給された水素ガスを第1供給配管24a又は第2供給配管24bのいずれかに送るように構成されている。
前記第1供給配管24aは、一端側に取り付けられた供給弁25から水素ガスを第1吸着筒23aに供給できるように構成されている。
前記第2供給配管24bは、一端側に取り付けられた供給弁25から水素ガスを第2吸着筒23bに供給できるように構成されている。
斯かる構成により、除湿ユニット20外から供給された水素ガスは、供給弁25を経て、第1供給配管24a又は第2供給配管24bのいずれかに供給される。
前記排出配管26は、第1吸着筒23a及び第2吸着筒23bをつなぐように配されている。また、排出配管26の途中には、前記排出弁27が取り付けられている。前記排出配管26は、排出弁27より第1吸着筒23a側が第1排出配管26aとなっており、排出弁27より第2吸着筒23b側が第2排出配管26bとなっている。
前記排出弁27は、第1吸着筒23a又は第2吸着筒23bのいずれかにおいて生じ、第1排出配管26a又は第2排出配管26bを経て送られてきた乾燥ガスを、除湿ユニット20外へ排出するように構成されている。
前記第1排出配管26aは、第1吸着筒23aにおいて生じた乾燥ガスを第1吸着筒23aから排出し、前記排出弁27に送るように構成されている。
前記第2排出配管26bは、第2吸着筒23bにおいて生じた乾燥ガスを第2吸着筒23bから排出し、前記排出弁27に送るように構成されている。
斯かる構成により、第1吸着筒23a又は第2吸着筒23bにおいて生じた乾燥ガスが、排出弁27を経て、除湿ユニット20外へ排出される。
即ち、前記除湿ユニット20は、供給弁25によって水素ガスの供給先を第1吸着筒23a又は第2吸着筒23bのいずれか一方へ変更し、いずれかの供給配管(24a,24b)を経て第1吸着筒23a又は第2吸着筒23bのいずれか一方へ水素ガスを供給できるように構成されている。また、前記除湿ユニット20は、乾燥ガスが、排出弁27によって第1吸着筒23a又は第2吸着筒23bのいずれか一方から排出配管26を経て、除湿ユニット20外へ排出されるように構成されている。
上記のごとく構成された前記除湿ユニット20においては、第1吸着筒23a内にて吸着剤21が水素ガスの水分を吸着している間、第2吸着筒23b内にて既に水分を吸着した吸着剤21が、加熱により水分を脱離し、加熱再生され得る。
また、前記除湿ユニット20は、第1供給配管24aと第2供給配管24bとにそれぞれ取り付けられた放出弁28a及び28bを備えている。そして、第1吸着筒23aで水素ガスの水分除去(水素ガスの除湿)を行いつつ第2吸着筒23bの吸着剤を加熱再生させた際に、排出弁27及び第2排出配管26bを通じて一部の乾燥ガスを第2吸着筒23bに逆流させて、前記加熱再生によって第2吸着筒23b内に発生した水蒸気を第2供給配管24bに取り付けられた放出弁28bを通じて系外に放出できるように構成されている。
一方で、前記除湿ユニット20は、前記第2吸着筒23bで水素ガスの水分除去を行いつつ第1吸着筒23aの吸着剤を加熱再生させた際には、排出弁27及び第1排出配管26aを通じて一部の乾燥ガスを第1吸着筒23aに逆流させて、第1供給配管24aに取り付けられた放出弁28aを通じて、第1吸着筒23a内に発生した水蒸気を系外に放出できるように構成されている。
前記除湿ユニット20は、上記のごとく構成されていることから、例えば、第1吸着筒23aで水素ガスの水分除去を行いつつ、第2吸着筒23bの吸着剤を加熱再生させることができる。この際、排出弁27及び第2排出配管26bを通じて、水分が除去された水素ガスの一部を第2吸着筒23bに逆流させ、前記加熱再生によって第2吸着筒23bの吸着筒内に発生した水蒸気を、第2供給配管24bに取り付けられた放出弁28bを通じて系外に放出できる。そして、水分が除去された水素ガスの逆流により、第2吸着筒23b内の吸着剤を冷却することができる。同様にして、第2吸着筒23bで水素ガスの水分除去を行いつつ、第1吸着筒23aの吸着剤を加熱再生及び冷却させることもできる。
このように、2つの吸着筒23a、23bを有する除湿ユニット20においては、例えば上記のごとく、一方の吸着筒23aにて水素ガスの除湿を行いつつ、他方の吸着筒23bにて吸着剤21の加熱再生を行うことができる。
前記除湿ユニット20が3以上の複数の吸着筒23を有する場合であっても、同様にして、水素ガスの除湿、及び、吸着剤21の加熱再生を行うことができる。
前記除湿ユニット20が有する加熱部22は、各吸着筒23の外部にそれぞれ取り付けられていてもよく、また、各吸着筒23の内部にそれぞれ配されていてもよい。また、前記加熱部22は、除湿ユニット20における複数の吸着筒23内の吸着剤21を同時に加熱できるように配されていてもよい。
前記加熱部22は、例えば電気が送られることにより、吸着剤21を250〜350℃の温度に加熱できるように構成されている。
前記吸着剤21としては、従来公知の一般的なものが挙げられ、具体的には、例えば、粒状の合成ゼオライト、シリカゲル、活性アルミナ等が挙げられる。
なお、前記除湿ユニット20は、一方の吸着筒23を加熱部22により加熱した後に、該吸着筒23の冷却を促進させるための冷却ファン(図示せず)を有していてもよい。
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から排出された水素ガスを前記除湿ユニット20に送る水素ガス移送管11を備えている。即ち、該水素ガス移送管11は、水電解モジュール10と除湿ユニット20とをつなぐように配されている。
前記水素ガス移送管11は、水電解モジュール10の前記水素ガス流路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、図1に示すように、他端が除湿ユニット20に取り付けられている。そして、前記水素ガス移送管11は、電気分解により水分解セルにて発生した水素ガスを除湿ユニット20に送るように構成されている。
なお、前記水素ガス移送管11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(図示せず)が取り付けられていてもよい。
第一実施形態の水素酸素発生装置1は、上述したように、運転を緊急停止したときに、除湿ユニット20の前記流通経路に水を供給するための緊急用給水機構を備えている。
前記水素酸素発生装置1の運転を緊急停止する状況としては、例えば、装置が使用される場所において地震や火災などが発生した状況などが挙げられる。
前記緊急用給水機構は、例えば、除湿ユニット20の流通経路に水を供給するための緊急用給水管40と、該緊急用給水管40の途中に取り付けられた開閉可能な緊急用弁41とを有している。
また、前記緊急用給水機構は、例えば、前記除湿ユニット20における加熱部22の温度を検知する温度センサー(図示せず)と、該温度センサーから緊急用弁41へ弁閉鎖信号を送る弁閉鎖用信号ケーブル(図示せず)と、装置外部から緊急用弁41へ弁開放信号を送る弁開放用信号ケーブル(図示せず)とを有している。
前記緊急用給水機構は、上記のごとき緊急用給水管40、緊急用弁41、温度センサー、弁閉鎖用信号ケーブル、及び、弁開放用信号ケーブルを有し、運転を緊急停止したときに、除湿ユニット20における加熱部22が温度センサーにより所定温度以上(例えば100℃以上)であると検知されると、弁開放用信号ケーブルを経て緊急用弁41に信号を送り、緊急用弁41を開け、除湿ユニット20の流通経路に水を供給できるように構成されている。
斯かる緊急用給水機構を備えた水素酸素発生装置1によれば、除湿ユニット20の流通経路に液体の水を供給できるため、流通経路に残存する水素ガスを水圧で移動させ、水素ガスが流通する除湿ユニット20における流通経路を水で満たすことができる。これに伴って、除湿ユニット20内にある水素ガスを除去することができる。
即ち、前記水素酸素発生装置1によれば、除湿ユニット20における流通経路を水で満たすことができるため、除湿ユニット20内の水素ガスを迅速に排出することができる。また、上記のごとき水の供給により、例えば高温状態となっている除湿ユニット20の温度を速やかに下げることができる。
また、前記水素酸素発生装置1によれば、水素ガスが流通する流通経路を不活性ガスによってパージしなくとも、装置内を冷却することができる。具体的には、パージ用の不活性ガスがなかったり、パージ用の不活性ガスの供給が止まったりしても、不活性ガスよりも入手が容易な水によって、装置内を冷却することができる。
前記緊急用給水機構は、例えば、弁開放用信号ケーブルを介して手動で弁開放信号を緊急用弁41へ送るように構成されている。又は、前記緊急用給水機構は、例えば、地震計の測定情報又は地震速報情報を解析機器に取り込み、解析機器の解析により自動的に弁開放信号を緊急用弁41へ送るように構成されている。また、前記緊急用給水機構は、装置が設置される建屋に取り付けられた火災警報機等から、弁開放用信号ケーブルを介して緊急用弁41へ弁開放信号を送るように構成されていてもよい。
また、前記緊急用給水機構は、弁開放用信号ケーブルを介して装置内から弁開放信号を緊急用弁41へ送るように構成されていてもよい。具体的には、前記緊急用給水機構は、例えば、除湿ユニット20の温度が制御温度を超えたとき、又は、前記水素ガス流路をパージするための不活性ガスがなくなったときに、緊急用弁41へ弁開放信号を送るように構成されていてもよい。
なお、前記緊急用給水機構は、弁開放用信号ケーブルを必ずしも備えている必要はなく、緊急用弁41を手動で開閉できるように構成されていてもよい。
また、前記緊急用給水機構は、除湿ユニット20に水を供給すべく、上述した供給配管24の途中に一端が取り付けられた配管(図示せず)を有し、該配管から供給される水を、供給弁25及び排出弁27の開閉によって除湿ユニット20へ供給するように構成されていてもよい。
前記緊急用給水管40は、一端が前記水素ガス移送管11の途中に取り付けられており、他端側から水道水などの水が供給されるように構成されている。
前記緊急用給水管40は、水素酸素発生装置1の外部から水が供給されるように構成されていてもよく、例えば図1に示すように、前記水供給部33から水が供給されるように構成されていてもよい。
前記緊急用給水管40の途中に取り付けられた緊急用弁41は、装置1を通常運転しているときに閉められ、装置1の運転を緊急停止したときに開けられるように構成されている。具体的には、緊急用弁41は、例えば、装置外部から弁開放用信号ケーブルを経て送られた信号によって開けられるように構成されている。
前記水素酸素発生装置1によれば、水の供給によって除湿ユニット20における流通経路から排出された水素ガスを、排出弁27を介して水素ガス貯留タンク13へ送ることができる。
また、前記水素酸素発生装置1によれば、水の供給によって、放出弁28を経由させた水素ガスを装置外に排出させることもできる。
具体的には、前記水素酸素発生装置1において、例えば、第1吸着筒23aにて吸着剤を加熱再生させつつ第2吸着筒23bにて水素ガスの除湿を行っているときに装置の運転が停止されると、供給される水が、供給弁25、供給配管24b、第2吸着筒23b、排出配管26b、排出弁27、及び、排出配管26aを経て第1吸着筒23aに供給される。そして、供給された水は、放出弁28aを経て装置外へ排出される。これに伴って、水素ガスを装置外へ排出することができる。
一方で、前記水素酸素発生装置1においては、排出弁27を操作することによって、装置外へ排出される水素ガスを可能な限り少なくすることができる。
例えば、前記水素酸素発生装置1においては、排出弁27の操作によって、供給された水の水圧によって第2吸着筒23b内の水素ガスを移動させ、水素ガスを排出弁27経由で水素ガス貯留タンク13へ送ることができる。そして、供給された水が排出弁27に達した時点で、排出弁27を操作することによって、排出配管26aを介して水を第1吸着筒23aへ供給することができる。このような排出弁27の操作によって、水素ガスが装置外へ排出されることを最低限に抑えることができる。即ち、前記水素酸素発生装置1においては、加熱再生側の排出配管(26a)及び吸着筒(23a)内に存在する水素ガスが少量であるため、装置外へ排出される水素ガスを可能な限り少なくすべく、加熱再生側の排出配管(26a)及び吸着筒(23a)内に存在する水素ガスのみを装置外へ排出するように排出弁27を操作することができる。
なお、前記緊急用給水機構は、純水製造部33bで製造した純水を除湿ユニット20の流通経路に供給するように構成されていてもよい。
第一実施形態の水素酸素発生装置1は、さらに、前記水素ガス移送管11内に水を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、図1に示すように、装置1の運転を緊急停止したときに、前記緊急用給水機構としての緊急用弁41を開けることにより、緊急用給水管40を経由させた水を水素ガス移送管11内に供給できるように構成されている。
このように構成された水素酸素発生装置1によれば、水素ガス移送管11内に残存した水素ガスを水によって水素ガス移送管11外へ排出できる。
第一実施形態の水素酸素発生装置1においては、水電解モジュール10の水電解セルにて発生した水素ガスが水分を含んでいることから、該水素ガスに含まれる水分を減少させるべく、上述した水素ガス用気液分離器12が備えられている。
前記水素ガス用気液分離器12は、図1に示すように、前記水素ガス移送管11の途中に配置され、水電解モジュール10から水素ガス移送管11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12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。
前記水素ガス貯留タンク13は、水の電気分解によって前記水電解セルにて発生した水素ガスを貯めるように構成されている。具体的には、図1に示すように、前記除湿ユニット20にて除湿された水素ガスを貯めるように構成されている。
前記水素ガス貯留タンク13は、必要に応じて、装置に複数が備えられていてもよい。水素ガス貯留タンク13が複数備えられていることにより、水素酸素発生装置1が断続的に運転されたとしても、安定的に水素ガスを貯留することができる。
前記水素ガス貯留タンク13は、通常、内部の水素ガスを外部へ放出できるリリーフ弁(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。
なお、前記水素酸素発生装置1は、必要に応じて、水素ガス貯留タンク13から送られる水素ガスを加圧する圧縮ポンプ(図示せず)と、圧縮ポンプによって加圧された水素ガスを貯める加圧タンク(図示せず)とを備え、水素ガス貯留タンク13から送られた水素ガスを圧縮ポンプによって加圧し、加圧した水素ガスを加圧タンクに貯めるように構成されていてもよい。
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は、上述したように、水電解セルにて発生した酸素ガスを水電解モジュール10外へ送る前記酸素ガス移送管30を備えている。
前記酸素ガス移送管30は、上述した水電解モジュール10の酸素ガス流路と連通している。また、前記酸素ガス移送管30は、図1に示すように、水電解モジュール10と酸素ガス用気液分離器31との間に配されている。そして、前記酸素ガス移送管30は、電気分解により発生した酸素ガスと水との混合物を水電解モジュール10から少なくとも酸素ガス用気液分離器31へ送るように構成されている。
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と水との混合物を、気液分離フィルタ31aによって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、電気分解用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。
前記水素酸素発生装置1は、前記酸素ガス用気液分離器31と前記水電解モジュール10との間に配され、両者をつなぐよう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から送られた水と酸素ガスとの混合物を、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、前記水素酸素発生装置1は、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。
前記水供給部33は、電気分解させるための水を水電解セルに供給するように構成されている。
具体的には、前記水供給部33は、例えば図1に示すように、水道水を貯留する水道水貯留部33aと、該水道水貯留部から送られた水道水から純水を製造する純水製造部33bとを有しており、水道水貯留部33aから純水製造部33bへ水道水を送り、純水製造部33bにて純水を製造し、製造した純水を酸素ガス用気液分離器31へ送るように構成されている。
前記水供給部33は、純水製造部33bにて製造した純水を緊急用給水管40へ送るように構成されていてもよい。
即ち、前記水素酸素発生装置1は、図1に示すように、水供給部33にて製造した純水を、酸素ガス用気液分離器31を経由させて水電解モジュール10に供給するように構成されている。
前記純水製造部33bは、例えば、逆浸透膜(RO膜)を含み、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。
前記純水製造部33bを構成する逆浸透膜としては、一般的なものが採用される。
次に、本発明に係る水素酸素発生装置の第二実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図3は、第二実施形態の水素酸素発生装置の概略図である。
第二実施形態の水素酸素発生装置は、第一実施形態の水素酸素発生装置における水電解セルと同様な水電解セルと、該水電解セルにて発生した酸素ガスを除湿する除湿ユニット20’とを備えている。
そして、第二実施形態の水素酸素発生装置は、酸素ガスを除湿する除湿ユニット20’が、酸素ガスを流通させる流通経路と、該流通経路内に配され酸素ガスに含まれる水分を吸着する吸着剤と、該吸着剤を加熱により再生させる加熱部とを有し、酸素ガスを前記流通経路にて流通させつつ前記吸着剤により除湿し、しかも、前記加熱部により吸着剤を加熱再生できるように構成されており、
前記酸素ガスを除湿する除湿ユニット20’の前記流通経路に水を供給できるように構成されている。
第二実施形態の水素酸素発生装置は、図3に示すように、酸素ガスを除湿する除湿ユニット20’を備えている点以外は、実質的に第一実施形態の水素酸素発生装置と同様に構成されている。
なお、第二実施形態の水素酸素発生装置は、水素ガスを除湿する除湿ユニット20を備えていなくてもよい。
第二実施形態の水素酸素発生装置は、図3に示すように、前記水電解セルにて発生した酸素ガスを水電解モジュール10から酸素ガス用気液分離器31へ送り、さらに、酸素ガスを除湿する除湿ユニット20’へ酸素ガスを送る酸素ガス移送管30’を備えている。
酸素ガスを除湿する除湿ユニット20’は、上述した水素ガスを除湿する除湿ユニット20と同様に構成されている。
前記酸素ガスを除湿する除湿ユニット20’においては、水素ガスを除湿する除湿ユニット20の流通経路と同様に、酸素ガスを流通させる流通経路が形成されている。
そして、酸素ガスを除湿する除湿ユニット20’は、上述したように、一方の吸着筒が酸素ガスを除湿している間に、他方の吸着筒が内部の吸着剤の水分を除去できるように構成されている。
第二実施形態の水素酸素発生装置は、図3に示すように、酸素ガス貯留タンク50を備えている。
前記酸素ガス貯留タンク50は、水の電気分解によって前記水電解セルにて発生した酸素ガスを貯めるように構成されている。具体的には、図3に示すように、前記除湿ユニット20’にて除湿された酸素ガスを貯めるように構成されている。
第二実施形態の水素酸素発生装置は、図3に示すように、運転を緊急停止したときに、除湿ユニット20’の酸素ガス流通経路に水を供給するための緊急用給水機構を備えている。
前記緊急用給水機構は、例えば、除湿ユニット20’の酸素ガス流通経路に水を供給するための緊急用給水管40’と、該緊急用給水管40’の途中に取り付けられた開閉可能な緊急用弁41’とを有している。
そして、第二実施形態の水素酸素発生装置は、緊急用給水機構によって、除湿ユニット20’の酸素ガス流通経路に水を供給できるように構成されている。
続いて、本発明に係る水素酸素発生装置の操作方法の実施形態について説明する。
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、1’に対して、該装置の運転を緊急停止したときに、水素ガス又は酸素ガスを除湿する除湿ユニット20、20’の前記流通経路に水を供給するものである。
前記水素酸素発生装置の操作方法は、例えば、上記の水素酸素発生装置において行うことができる。また、該操作方法においては、上述した水素酸素発生装置に対する操作等が採用される。
前記水素酸素発生装置1が、上述したように運転を緊急停止するような状況になった場合には、装置1の運転を緊急に停止し、しかも装置内に残存する水素ガス又は酸素ガスをできるだけ除去することが好ましい。また、除湿ユニット20、20’の温度を迅速に下げる必要がある。
前記水素酸素発生装置の操作方法においては、装置1の運転を緊急停止したときに、水素ガスを除湿する除湿ユニット20における水素ガスを流通させる流通経路、又は、酸素ガスを除湿する除湿ユニット20’における酸素ガスを流通させる流通経路に水を供給するため、上述したように、除湿ユニット20の流通経路に残存した水素ガス、又は、除湿ユニット20’の流通経路に残存した酸素ガスを除去することができる。
また、前記水素酸素発生装置の操作方法においては、装置1の運転を緊急停止したときに、除湿ユニット20、20’の吸着筒23が加熱部22の加熱によって高温状態であったとしても、水の供給により除湿ユニット20、20’の温度を早急に下げることができる。従って、装置内を十分に冷却することができる。
なお、前記水素酸素発生装置の操作方法においては、水素ガスの流通経路又は酸素ガスの流通経路に供給する水として、水道水、純水などが採用され得る。
前記操作方法においては、水素ガス又は酸素ガスの流通経路に純水を供給すべく、上述したように、純水製造部33bで製造した純水を緊急用給水管40に送ることが好ましい。純水は、不純物が水道水よりも少ないため、除湿ユニット内の水素ガスの流通経路又は除湿ユニット内の酸素ガスの流通経路に純水を供給することにより、水に濡れた除湿ユニット20、20’内の除湿剤をより確実に再利用できるという利点がある。即ち、水に濡れた除湿剤を再利用すべく乾燥させても、水に含まれていた不純物による除湿剤の汚染が生じにくいという利点がある。
前記水素酸素発生装置の操作方法においては、除湿ユニット20に水を供給するだけでなく、上述したように、さらに、水素ガス移送管11内に水を供給することができる。
上記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が、本発明の効果を損ねない範囲において、採用される。
1:水素酸素発生装置
10:水電解モジュール、
11:水素ガス移送管、
12:水素ガス用気液分離器、
13:水素ガス貯留タンク、
20、20’:除湿ユニット、
21:吸着剤、 22:加熱部、 23:吸着筒、
30、30’:酸素ガス移送管、
31:酸素ガス用気液分離器、 31a:気液分離フィルタ、
32:電解水供給管、
33:水供給部、 33a:水道水貯留部 、33b:純水製造部、
40、40’:緊急用給水管、
41、41’:緊急用弁、
50:酸素ガス貯留タンク。

Claims (5)

  1. 一対の電極板と該電極板の間に配された固体電解質膜とを含み水を電気分解することにより少なくとも水素ガスを発生するように構成された水電解セルと、該水電解セルにて発生した水素ガスを除湿する除湿ユニットとを備え、
    該除湿ユニットが、水素ガスを流通させる流通経路と、該流通経路内に配され水素ガスに含まれる水分を吸着する吸着剤と、該吸着剤を加熱により再生させる加熱部とを有し、水素ガスを前記流通経路にて流通させつつ前記吸着剤により除湿し、しかも、前記加熱部により吸着剤を加熱再生できるように構成されており、
    前記除湿ユニットの前記流通経路に水を供給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。
  2. さらに、前記水電解セルにて発生した水素ガスを前記除湿ユニットに送る水素ガス移送管を備え、該水素ガス移送管内に水を供給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。
  3. 一対の電極板と該電極板の間に配された固体電解質膜とを含み水を電気分解することにより少なくとも酸素ガスを発生するように構成された水電解セルと、該水電解セルにて発生した酸素ガスを除湿する除湿ユニットとを備え、
    該除湿ユニットが、酸素ガスを流通させる流通経路と、該流通経路内に配され酸素ガスに含まれる水分を吸着する吸着剤と、該吸着剤を加熱により再生させる加熱部とを有し、酸素ガスを前記流通経路にて流通させつつ前記吸着剤により除湿し、しかも、前記加熱部により吸着剤を加熱再生できるように構成されており、
    前記除湿ユニットの前記流通経路に水を供給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。
  4. 一対の電極板と該電極板の間に配された固体電解質膜とを含み水を電気分解することにより少なくとも水素ガスを発生するように構成された水電解セルと、水電解セルにて発生した水素ガスを除湿する除湿ユニットとを備え、
    該除湿ユニットが、水素ガスを流通させる流通経路と、該流通経路内に配され水素ガスに含まれる水分を吸着する吸着剤と、該吸着剤を加熱により再生させる加熱部とを有し、水素ガスを前記流通経路にて流通させつつ前記吸着剤により除湿し、しかも、前記加熱部により吸着剤を再生できるように構成された水素酸素発生装置に対して、
    該装置の運転を緊急停止したときに、前記除湿ユニットの前記流通経路に水を供給することを特徴とする水素酸素発生装置の操作方法。
  5. 一対の電極板と該電極板の間に配された固体電解質膜とを含み水を電気分解することにより少なくとも酸素ガスを発生するように構成された水電解セルと、水電解セルにて発生した酸素ガスを除湿する除湿ユニットとを備え、
    該除湿ユニットが、酸素ガスを流通させる流通経路と、該流通経路内に配され酸素ガスに含まれる水分を吸着する吸着剤と、該吸着剤を加熱により再生させる加熱部とを有し、酸素ガスを前記流通経路にて流通させつつ前記吸着剤により除湿し、しかも、前記加熱部により吸着剤を再生できるように構成された水素酸素発生装置に対して、
    該装置の運転を緊急停止したときに、前記除湿ユニットの前記流通経路に水を供給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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