JP2018165385A - Compressed-hydrogen producing system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compressed-hydrogen producing system that can produce compressed-hydrogen efficiently in the EHC using PEM.SOLUTION: A hydrogen compressor 14 comprises an anode 14A on one side, a cathode 14C on the other side, and an ion conductor 14B between them. The anode 14A is supplied with hydrogen through a hydrogen introducing path 20. The hydrogen introducing path 20 is supplied with water vapor from a reservoir bubbler 12. The water in anode off-gas discharged from the anode 14A is supplied to the hydrogen introducing path 20 through an anode off-gas path 22.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、圧縮水素製造システムに関する。   The present invention relates to a compressed hydrogen production system.

圧縮水素を製造する装置として、電気化学的水素圧縮機（ＥＨＣ：Electric Hydrogen Compressor）が知られている。ＥＨＣは、電解質膜と触媒付き電極を有し、電流を流すことによりアノードへ供給された水素がイオン化されてカソードへ移動し、カソードで水素を出力させることができる。アノードに水素と、電流を流し続ければ、アノードからカソードへの水素の移動が続き、カソードの出口背圧を制御することで、高圧の水素を得ることができる（特許文献１参照）。   As an apparatus for producing compressed hydrogen, an electrochemical hydrogen compressor (EHC) is known. The EHC has an electrolyte membrane and an electrode with a catalyst, and by supplying an electric current, hydrogen supplied to the anode is ionized and moves to the cathode, and hydrogen can be output at the cathode. If hydrogen and current continue to flow through the anode, the movement of hydrogen from the anode to the cathode continues, and high pressure hydrogen can be obtained by controlling the cathode back pressure at the cathode (see Patent Document 1).

特開平５−２４２８５０号公報JP-A-5-242850

このような、ＥＨＣの電解質膜として、固体高分子膜（ＰＥＭ：Polymer Electrolyte Membrane）などを用いることが知られている。ＰＥＭを用いたＥＨＣでは、ＰＥＭの性能を効果的に発揮させて、効率よく圧縮水素を製造できるようにするために、工夫が求められる。   As such an EHC electrolyte membrane, it is known to use a polymer electrolyte membrane (PEM) or the like. In EHC using PEM, ingenuity is required in order to effectively exhibit the performance of PEM and efficiently produce compressed hydrogen.

本発明は、上記事実を考慮してなされたものであり、ＰＥＭなどの電解質膜を用いたＥＨＣにおいて、効率よく圧縮水素を製造することが可能な圧縮水素製造システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above facts, and an object thereof is to provide a compressed hydrogen production system capable of efficiently producing compressed hydrogen in EHC using an electrolyte membrane such as PEM. .

請求項１に係る圧縮水素製造システムは、固体高分子膜を挟んで一方側にアノード、他方側にカソードが形成された電気化学的水素圧縮機と、前記アノードに水素を導入する水素導入路と、ドライ水素が導入され、前記ドライ水素を加湿して前記水素導入路へ供給する加湿部と、を備えている。   A compressed hydrogen production system according to claim 1 is an electrochemical hydrogen compressor in which an anode is formed on one side and a cathode on the other side with a solid polymer membrane interposed therebetween, and a hydrogen introduction path for introducing hydrogen into the anode. And a humidifying unit in which dry hydrogen is introduced, and the dry hydrogen is humidified and supplied to the hydrogen introduction path.

請求項１に係る圧縮水素製造システムは、電気化学的水素圧縮機を有している。電気化学的水素圧縮機は、固体高分子膜を挟んで一方側にアノード、他方側にカソードが形成されている。固体高分子膜の性能は相対湿度による影響を受けるため、相対湿度が低いと水素の移動量が低下する。そこで、本発明では、加湿部でドライ水素を加湿して、水素導入路へ供給する。ここでのドライ水素は、露点が室温以下の水素含有ガスを意味する。水素含有ガスは、水蒸気を除いた乾燥状態での水素濃度が９９質量％以上の純水素であってもよいし、水素濃度１０％〜９９％程度の粗精製水素であってもよい。加湿された水素は、水素導入路を経てアノードへ導入される。したがって、高湿の状態で固体高分子膜を使用することができ、効率よく圧縮水素を製造することができる。   The compressed hydrogen production system according to claim 1 has an electrochemical hydrogen compressor. An electrochemical hydrogen compressor has an anode on one side and a cathode on the other side with a solid polymer membrane interposed therebetween. Since the performance of the solid polymer membrane is affected by the relative humidity, the amount of hydrogen transferred decreases when the relative humidity is low. Therefore, in the present invention, the dry hydrogen is humidified in the humidification section and supplied to the hydrogen introduction path. The dry hydrogen here means a hydrogen-containing gas having a dew point of room temperature or lower. The hydrogen-containing gas may be pure hydrogen having a hydrogen concentration of 99% by mass or more in a dry state excluding water vapor, or may be crude purified hydrogen having a hydrogen concentration of about 10% to 99%. The humidified hydrogen is introduced to the anode through the hydrogen introduction path. Therefore, the solid polymer membrane can be used in a high humidity state, and compressed hydrogen can be produced efficiently.

請求項２に係る圧縮水素製造システムは、前記アノードから排出されたアノードオフガス中の水を前記水素導入路へ供給するアノードオフガス路、をさらに備えている。   The compressed hydrogen production system according to claim 2 further includes an anode off-gas passage for supplying water in the anode off-gas discharged from the anode to the hydrogen introduction passage.

請求項２に係る圧縮水素製造システムでは、アノードから排出されたアノードオフガス中の水は、アノードオフガス路によって水素導入路へ供給される。したがって、圧縮水素製造システム内で水を循環させることができ、システム内への水の供給量を減らす、もしくは、外部からの水の供給を必要としない水自立とすることができる。   In the compressed hydrogen production system according to the second aspect, the water in the anode offgas discharged from the anode is supplied to the hydrogen introduction path through the anode offgas path. Therefore, water can be circulated in the compressed hydrogen production system, and the amount of water supplied into the system can be reduced, or water can be self-supporting without requiring external water supply.

なお、アノードオフガス路から水素導入路への水の供給は、直接であっても間接的に他の処理部分を経由してもよい。   Note that the water supply from the anode off-gas passage to the hydrogen introduction passage may be direct or indirectly through another processing portion.

請求項３に係る圧縮水素製造システムは、前記カソードから排出されたカソード排出ガス中の水を前記水素導入路へ供給するカソード排出水循環路、をさらに備える。   The compressed hydrogen production system according to a third aspect further includes a cathode discharge water circulation path for supplying water in the cathode exhaust gas discharged from the cathode to the hydrogen introduction path.

請求項３に係る圧縮水素製造システムによれば、カソードから排出されたカソード排出ガス中の水は、カソード排出水循環路によって水素導入路へ供給される。したがって、圧縮水素製造システム内で水を循環させることができ、システム内への水の供給量を減らす、もしくは、外部からの水の供給を必要としない水自立とすることができる。なお、カソード排出水循環路は、直接水素導入路へ水を供給するものであってもよいし、別の部分を経由して水素導入路へ水を供給するものであってもよい。   According to the compressed hydrogen production system of the third aspect, the water in the cathode exhaust gas discharged from the cathode is supplied to the hydrogen introduction path through the cathode discharge water circulation path. Therefore, water can be circulated in the compressed hydrogen production system, and the amount of water supplied into the system can be reduced, or water can be self-supporting without requiring external water supply. The cathode discharge water circulation path may supply water directly to the hydrogen introduction path, or supply water to the hydrogen introduction path via another portion.

なお、カソード排出水循環路から水素導入路への水の供給は、直接であっても間接的に他の処理部分を経由してもよい。   In addition, the supply of water from the cathode discharge water circulation path to the hydrogen introduction path may be directly or indirectly via another treatment part.

請求項４に係る圧縮水素製造システムは、前記加湿部は、液相の水が貯留される液体貯留部と、前記液体貯留部と連通され蒸発した気相の水及び水素が貯留される気体貯留部を有し、前記気体貯留部は、前記水素導入路と連通する循環気体室と、前記循環気体室から隔離された排気気体室と、に区画されている。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a compressed hydrogen production system, wherein the humidifying unit includes a liquid storage unit that stores liquid phase water, and a gas storage unit that stores vaporized water and hydrogen that communicate with the liquid storage unit and evaporate. The gas storage section is partitioned into a circulation gas chamber communicating with the hydrogen introduction path and an exhaust gas chamber isolated from the circulation gas chamber.

請求項４に係る圧縮水素製造システムでは、気体貯留部は、水素導入路と連通する循環気体室と、循環気体室から隔離された排気気体室とに区画されているので、水素導入路へ導入する気体とその他の気体を分離することができる。   In the compressed hydrogen production system according to claim 4, the gas storage section is partitioned into a circulation gas chamber communicating with the hydrogen introduction path and an exhaust gas chamber isolated from the circulation gas chamber. Gas and other gases can be separated.

請求項５に係る圧縮水素製造システムは、前記カソードから排出されたカソード排出ガス中の水を前記水素導入路へ供給するカソード排出水循環路は前記循環気体室と連通され、前記アノードから排出されたアノードオフガス中の水を前記水素導入路へ供給するアノードオフガス路は前記排気気体室と連通されている。   In the compressed hydrogen production system according to claim 5, a cathode discharge water circulation path for supplying water in the cathode exhaust gas discharged from the cathode to the hydrogen introduction path is communicated with the circulation gas chamber and discharged from the anode. An anode offgas passage for supplying water in the anode offgas to the hydrogen introduction passage communicates with the exhaust gas chamber.

請求項５に係る圧縮水素製造システムでは、カソード排出水循環路は水素導入路と連通する循環気体室と連通されている。したがって、カソード排出ガス中の水に溶解している水素を循環気体室内へ放出させ、水素導入路へ供給することができる。一方、アノードオフガス路は、循環気体室から隔離された排気気体室と連通されている。したがって、アノードオフガス路を経て排気気体室へ送られたアノードオフガス中の気体については水素導   In the compressed hydrogen production system according to claim 5, the cathode discharge water circulation path is communicated with a circulation gas chamber communicating with the hydrogen introduction path. Therefore, hydrogen dissolved in the water in the cathode exhaust gas can be discharged into the circulation gas chamber and supplied to the hydrogen introduction path. On the other hand, the anode off-gas passage communicates with an exhaust gas chamber isolated from the circulation gas chamber. Therefore, the hydrogen in the anode off gas sent to the exhaust gas chamber via the anode off gas path is

請求項６に係る圧縮水素製造システムは、前記加湿部は前記水素導入路の中間部に設けられ、液相の水が貯留される液体貯留部と、前記液体貯留部と連通され蒸発した気相の水及び水素が貯留される気体貯留部を有し、前記液体貯留部は前記水素導入路の流入側と連通され、前記気体貯留部は前記水素導入路の流出側と連通されている。   In the compressed hydrogen production system according to claim 6, the humidifying unit is provided in an intermediate portion of the hydrogen introduction path, and a liquid storage unit storing liquid water and a vapor phase communicating with the liquid storage unit and evaporating. The liquid storage part communicates with the inflow side of the hydrogen introduction path, and the gas storage part communicates with the outflow side of the hydrogen introduction path.

請求項６に係る圧縮水素製造システムによれば、液体貯留部へ水素を流入させるので、液体貯留部に貯留された液相の水の蒸発を促進することができる。また、液体貯留部の水を蒸発させつつ、水素と水蒸気を共に水素導入路の下流側へ送出させることができる。   According to the compressed hydrogen production system of the sixth aspect, since hydrogen is caused to flow into the liquid storage part, evaporation of liquid phase water stored in the liquid storage part can be promoted. Moreover, both hydrogen and water vapor can be sent to the downstream side of the hydrogen introduction path while evaporating the water in the liquid reservoir.

請求項７に係る圧縮水素製造システムは、前記加湿部は、水蒸気を透過させる水蒸気透過膜を挟んで一方側に透過部、他方側に非透過部を有する水蒸気供給部、及び前記水蒸気供給部の非透過側へ液相の水を送出する水タンクを有し、前記透過部で前記水素導入路へ水蒸気が供給される。   The compressed hydrogen production system according to claim 7, wherein the humidifying unit includes a water vapor supply unit having a permeation unit on one side and a non-permeation unit on the other side across a water vapor permeable membrane that transmits water vapor, and the water vapor supply unit. A water tank for sending liquid phase water to the non-permeating side is provided, and water vapor is supplied to the hydrogen introduction path at the permeating portion.

請求項７に係る圧縮水素製造システムによれば、水蒸気透過膜を有する水蒸気供給部へ液相の水を供給することにより、水素導入路へ水蒸気を供給することができる。   According to the compressed hydrogen production system of the seventh aspect, the water vapor can be supplied to the hydrogen introduction path by supplying the liquid phase water to the water vapor supply part having the water vapor permeable membrane.

請求項８に係る圧縮水素製造システムは、前記非透過部から排出された水を前記水タンクへ戻す水戻路、を備えている。   The compressed hydrogen production system according to an eighth aspect includes a water return path for returning the water discharged from the non-permeating portion to the water tank.

請求項８に係る圧縮水素製造システムによれば、水蒸気供給部の非透過部から排出された水を水タンクへ戻すことにより、有効利用することができる。   According to the compressed hydrogen production system of the eighth aspect, the water discharged from the non-permeation portion of the water vapor supply portion can be effectively used by returning it to the water tank.

本発明に係る圧縮水素製造システムによれば、ＰＥＭを用いたＥＨＣにおいて、効率よく圧縮水素を製造することが可能な圧縮水素製造システムを提供することができる。   The compressed hydrogen production system according to the present invention can provide a compressed hydrogen production system capable of efficiently producing compressed hydrogen in EHC using PEM.

第１実施形態に係る圧縮水素製造システムの構成を模式的に示すブロック図である。It is a block diagram showing typically the composition of the compressed hydrogen production system concerning a 1st embodiment. 第２実施形態に係る圧縮水素製造システムの構成を模式的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows typically the structure of the compressed hydrogen production system which concerns on 2nd Embodiment. 第３実施形態に係る圧縮水素製造システムの構成を模式的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows typically the structure of the compressed hydrogen production system which concerns on 3rd Embodiment. 第４実施形態に係る圧縮水素製造システムの構成を模式的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows typically the structure of the compressed hydrogen manufacturing system which concerns on 4th Embodiment.

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づき説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

［第１実施形態］
図１には、本発明の第１実施形態に係る圧縮水素製造システム１０Ａが示されている。圧縮水素製造システム１０Ａは、貯水バブラー１２、水素圧縮機１４、及び水分離部１６を備えている。 [First Embodiment]
FIG. 1 shows a compressed hydrogen production system 10A according to the first embodiment of the present invention. The compressed hydrogen production system 10 </ b> A includes a water storage bubbler 12, a hydrogen compressor 14, and a water separator 16.

水素圧縮機１４は、触媒を配したガス拡散電極であるアノード１４Ａとカソード１４Ｃが、イオン伝導体１４Ｂの両側に夫々設けられた装置であり、電気化学的に水素を精製及び圧縮することができる電気化学的水素圧縮機（ＥＨＣ：Electric Hydrogen Compressor）である。イオン伝導体１４Ｂは、イオン伝導性を有する固体電解質膜（ＰＥＭ：Polymer Electrolyte Membrane）で形成されている。アノード１４Ａとカソード１４Ｃに、所定の電圧が与えられると、供給ガス中の水素が一方のガス拡散電極（アノード１４Ａ）上でイオン化される、そして、当該イオンがイオン伝導体１４Ｂを移動し、他方のガス拡散電極（カソード１４Ｃ）上でガスに戻ることにより、他方のガス拡散電極側で精製及び圧縮された圧縮水素を得ることができるようになっている。水素圧縮機１４におけるアノード１４Ａとカソード１４Ｃに与えられる電圧は、外部から供給することができる。アノード１４Ａの出口には、水素圧縮機１４で利用されなかった水を含むアノードオフガスを排出するためのアノードオフガス路２２の一端が接続されている。   The hydrogen compressor 14 is an apparatus in which an anode 14A and a cathode 14C, which are gas diffusion electrodes provided with a catalyst, are provided on both sides of the ion conductor 14B, respectively, and can purify and compress hydrogen electrochemically. It is an electrochemical hydrogen compressor (EHC). The ion conductor 14B is formed of a solid electrolyte membrane (PEM: Polymer Electrolyte Membrane) having ion conductivity. When a predetermined voltage is applied to the anode 14A and the cathode 14C, hydrogen in the supply gas is ionized on one gas diffusion electrode (anode 14A), and the ions move through the ion conductor 14B, By returning to the gas on the gas diffusion electrode (cathode 14C), compressed hydrogen purified and compressed on the other gas diffusion electrode side can be obtained. The voltage applied to the anode 14A and the cathode 14C in the hydrogen compressor 14 can be supplied from the outside. One end of an anode off-gas passage 22 for discharging anode off-gas containing water that has not been used in the hydrogen compressor 14 is connected to the outlet of the anode 14A.

貯水バブラー１２は、液相の水を貯留可能な液体貯留部１２Ａと、液体貯留部１２Ａと連通した気体貯留部１２Ｂを有している。貯水バブラー１２の下部に液体貯留部１２Ａが配置され、貯水バブラー１２の上側に液体貯留部１２Ａと連通された気体貯留部１２Ｂが配置される。液体貯留部１２Ａは、不図示の加熱器により加熱され、加熱された温度に対応して液体貯留部１２Ａに貯留された水の飽和蒸気が、気体貯留部１２Ｂへ移動する。   The water storage bubbler 12 has a liquid storage part 12A capable of storing liquid phase water and a gas storage part 12B communicating with the liquid storage part 12A. A liquid storage unit 12A is disposed below the water storage bubbler 12, and a gas storage unit 12B communicated with the liquid storage unit 12A is disposed above the water storage bubbler 12. 12 A of liquid storage parts are heated with the heater not shown, and the saturated vapor | steam of the water stored in 12 A of liquid storage parts corresponding to the heated temperature moves to the gas storage part 12B.

貯水バブラー１２の液体貯留部１２Ａには、上流側の水素導入路としての水素配管１８の一端が接続されている。水素配管１８には、ポンプＰ１が設けられている。水素配管１８の他端は、不図示の水素タンク等と接続されており、純度の高い気相の水素が貯水バブラー１２へ流入される。なお、貯水バブラー１２へ供給される水素は、水蒸気改質直後の水蒸気を含んだ水素を想定しておらず、露点が室温以下の水素含有ガス（ドライ水素）で、水蒸気を除いた乾燥状態での水素濃度が９９質量％以上の純度の高い水素が用いられる。   One end of a hydrogen pipe 18 serving as an upstream hydrogen introduction path is connected to the liquid storage portion 12A of the water storage bubbler 12. The hydrogen pipe 18 is provided with a pump P1. The other end of the hydrogen pipe 18 is connected to a hydrogen tank (not shown) or the like, and high-purity gas phase hydrogen flows into the water storage bubbler 12. The hydrogen supplied to the water storage bubbler 12 is not assumed to be hydrogen containing steam immediately after steam reforming, but is a hydrogen-containing gas (dry hydrogen) having a dew point of room temperature or less, in a dry state excluding steam. High-purity hydrogen having a hydrogen concentration of 99% by mass or more is used.

貯水バブラー１２の気体貯留部１２Ｂには、水素導入路２０の一端が接続され、水素導入路２０の他端は、水素圧縮機１４のアノード１４Ａの入口に接続されている。気体貯留部１２Ｂから水蒸気及び水素が流出され、アノード１４Ａへと送出される。アノード１４Ａの出口側に一端が接続されたアノードオフガス路２２の他端は、水素導入路２０に接続されている。アノード１４Ａからアノードオフガス路２２へアノードオフガスが排出される。アノードオフガス路２２には、ポンプＰ２が設けられている。また、アノードオフガス路２２のポンプＰ２よりも下流側には、逆止弁Ｖ２が設けられている。逆止弁Ｖ２により、アノードオフガスの逆流が防止されている。   One end of the hydrogen introduction path 20 is connected to the gas storage section 12 </ b> B of the water storage bubbler 12, and the other end of the hydrogen introduction path 20 is connected to the inlet of the anode 14 </ b> A of the hydrogen compressor 14. Water vapor and hydrogen flow out from the gas reservoir 12B and are sent to the anode 14A. The other end of the anode offgas passage 22 whose one end is connected to the outlet side of the anode 14 </ b> A is connected to the hydrogen introduction passage 20. The anode off gas is discharged from the anode 14 </ b> A to the anode off gas passage 22. The anode off gas path 22 is provided with a pump P2. Further, a check valve V2 is provided on the downstream side of the anode off gas passage 22 from the pump P2. A reverse flow of the anode off gas is prevented by the check valve V2.

カソード１４Ｃの出口には、カソード排出ガス路２６の一端が接続されている。カソード排出路２６の他端は水分離部１６の入口と接続されている。水分離部１６は、カソード１４Ｃから排出された高圧のカソード排出ガスから、水を回収し、高圧の水素を圧縮水素出力路２４から送出する。また、水分離部１６の水の出口には、カソード排出水循環路２８の一端が接続され、カソード排出水循環路２８の他端は、貯水バブラー１２と接続されている。水分離部１６で分離された水は、カソード排出水循環路２８を介して貯水バブラー１２へ送出される。カソード排出水循環路２８には、減圧バルブＶ１が設けられている。減圧バルブＶ１により、水分離部１６から送出された水が減圧され、貯水バブラー１２へ送られる。   One end of a cathode exhaust gas passage 26 is connected to the outlet of the cathode 14C. The other end of the cathode discharge path 26 is connected to the inlet of the water separator 16. The water separation unit 16 collects water from the high-pressure cathode exhaust gas discharged from the cathode 14 </ b> C and sends high-pressure hydrogen from the compressed hydrogen output path 24. One end of the cathode discharge water circulation path 28 is connected to the water outlet of the water separation unit 16, and the other end of the cathode discharge water circulation path 28 is connected to the water storage bubbler 12. The water separated by the water separation unit 16 is sent to the water storage bubbler 12 via the cathode discharge water circulation path 28. The cathode discharge water circulation path 28 is provided with a pressure reducing valve V1. The water sent from the water separator 16 is decompressed by the pressure reducing valve V <b> 1 and sent to the water storage bubbler 12.

次に、本実施形態の作用について説明する。   Next, the operation of this embodiment will be described.

ポンプＰ１の駆動により、貯水バブラー１２の液体貯留部１２Ａに水素配管１８から水素が導入される。貯水バブラー１２では、液体貯留部１２Ａが加熱され、貯留された液相の水の飽和蒸気が気化され、水素は移管１８から導入された水素と共に水蒸気が気体貯留部１２Ｂへ移動する。そして、水素及び水蒸気が水素導入路２０を経て水素圧縮機１４のアノード１４Ａへ導入される。即ち、貯水バブラー１２で水素が加湿されて、水素圧縮機１４のアノード１４Ａへ導入される。   Hydrogen is introduced from the hydrogen pipe 18 into the liquid storage portion 12A of the water storage bubbler 12 by driving the pump P1. In the water storage bubbler 12, the liquid reservoir 12 </ b> A is heated, the saturated vapor of the stored liquid phase water is vaporized, and the hydrogen moves together with the hydrogen introduced from the transfer pipe 18 to the gas reservoir 12 </ b> B. Then, hydrogen and water vapor are introduced into the anode 14 </ b> A of the hydrogen compressor 14 through the hydrogen introduction path 20. That is, hydrogen is humidified by the water storage bubbler 12 and introduced into the anode 14 </ b> A of the hydrogen compressor 14.

アノード１４Ａでは、所定の電力が与えられることにより水素がイオン化され、イオン化された水素がイオン伝導体１４Ｂをカソード１４Ｃ側へ移動し、カソード１４Ｃで水素に戻る。カソード１４Ｃの背圧は不図示の背圧制御部により制御されており、カソード１４Ｃからは、水を含んだ圧縮水素（カソードからの排出ガス）が、カソード排出路２６を介して水分離部１６へ送出される。   At the anode 14A, hydrogen is ionized by applying a predetermined power, and the ionized hydrogen moves the ion conductor 14B toward the cathode 14C and returns to hydrogen at the cathode 14C. The back pressure of the cathode 14C is controlled by a back pressure control unit (not shown), and compressed hydrogen containing water (exhaust gas from the cathode) is supplied from the cathode 14C via the cathode discharge path 26 to the water separation unit 16. Is sent to.

水分離部１６では、カソード排出ガスから水が分離され、圧縮水素が圧縮水素出力路２４から送出される。一方、分離された水は、カソード排出水循環路２８から送出される。送出された水は、減圧バルブＶ１で減圧され、液相の水が貯水バブラー１２へ供給される。貯水バブラー１２では、水が液体貯留部１２Ａに貯留され、水に溶解していた水素が気体貯留部１２Ｂへ放出される。   In the water separation unit 16, water is separated from the cathode exhaust gas, and compressed hydrogen is sent out from the compressed hydrogen output path 24. On the other hand, the separated water is sent out from the cathode discharge water circulation path 28. The delivered water is decompressed by the decompression valve V 1, and liquid phase water is supplied to the water storage bubbler 12. In the water storage bubbler 12, water is stored in the liquid storage unit 12A, and hydrogen dissolved in the water is released to the gas storage unit 12B.

アノード１４Ａからは、アノードオフガスが送出される。アノードオフガスには、カソード１４Ｃへ移動しなかった水蒸気、水素が含まれている。アノードオフガスは、アノードオフガス路２２及び水素導入路２０を介して、再びアノード１４Ａへ供給される。   An anode off gas is sent from the anode 14A. The anode off gas contains water vapor and hydrogen that have not moved to the cathode 14C. The anode off-gas is supplied again to the anode 14A via the anode off-gas passage 22 and the hydrogen introduction passage 20.

本実施形態の圧縮水素製造システム１０Ａでは、貯水バブラー１２で水素が加湿されて水素圧縮機１４のアノード１４Ａへ導入されるので、イオン伝導体１４Ｂを高湿の状態で使用することができ、効率よく圧縮水素を製造することができる。   In the compressed hydrogen production system 10A of the present embodiment, since the hydrogen is humidified by the water storage bubbler 12 and introduced into the anode 14A of the hydrogen compressor 14, the ion conductor 14B can be used in a high humidity state, and the efficiency Compressed hydrogen can be produced well.

また、水蒸気を含んだアノードオフガスは、アノードオフガス路２２及び水素導入路２０を介してアノード１４Ａへ供給されるので、圧縮水素製造システム１０Ａ内で水を循環させることができ、水を有効利用することができる。なお、アノードオフガスに含まれる水素についても、アノードオフガス路２２を経てアノード１４Ａへ供給することができる。   In addition, since the anode off gas containing water vapor is supplied to the anode 14A via the anode off gas passage 22 and the hydrogen introduction passage 20, water can be circulated in the compressed hydrogen production system 10A, and water can be used effectively. be able to. Note that hydrogen contained in the anode off-gas can also be supplied to the anode 14A via the anode off-gas passage 22.

また、カソード排出ガスから分離された水は、貯水バブラー１２へ送出されて再度アノード１４Ａへ供給されるので、圧縮水素製造システム１０Ａ内で水を循環させることができ、水を有効利用することができる。   Further, since the water separated from the cathode exhaust gas is sent to the water storage bubbler 12 and supplied again to the anode 14A, the water can be circulated in the compressed hydrogen production system 10A, and the water can be used effectively. it can.

また、カソード排出ガスから分離された水に溶解していた水素が、貯水バブラー１２で回収されて水素圧縮機１４へ送られるので、水素を効率よく利用、回収することができる。   Further, since the hydrogen dissolved in the water separated from the cathode exhaust gas is recovered by the water storage bubbler 12 and sent to the hydrogen compressor 14, the hydrogen can be used and recovered efficiently.

また、水素配管１８から液体貯留部１２Ａへ水素を送出するので、液体貯留部１２Ａに貯留された液相の水の蒸発を促進することができる。また、液体貯留部１２Ａの水を蒸発させつつ、水素を水蒸気と共に水素導入路２０へ送出することができる。   Moreover, since hydrogen is sent out from the hydrogen pipe 18 to the liquid storage part 12A, evaporation of the liquid phase water stored in the liquid storage part 12A can be promoted. Moreover, hydrogen can be sent to the hydrogen introduction path 20 together with water vapor while evaporating the water in the liquid reservoir 12A.

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態については、第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。 [Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本実施形態の圧縮水素製造システム１０Ｂでは、主に純水素ではなく、水素濃度が質量比１０％〜９９％程度の粗精製水素をアノード１４Ａに導入する点が、第１実施形態と異なっている。なお、ガスの露点が室温以下の水素含有ガス（ドライ水素）である点は、第１実施形態と同様である。水素配管１８の他端は、不図示の粗精製水素を供給する水素タンク等と接続されており、水素配管１８を介して気相の粗精製水素が貯水バブラー１２へ流入される。   The compressed hydrogen production system 10B of the present embodiment is different from the first embodiment in that roughly purified hydrogen having a hydrogen concentration of about 10% to 99% is introduced into the anode 14A instead of pure hydrogen. . The point that the dew point of the gas is a hydrogen-containing gas (dry hydrogen) at room temperature or lower is the same as in the first embodiment. The other end of the hydrogen pipe 18 is connected to a hydrogen tank or the like that supplies crude purified hydrogen (not shown), and gas phase crude purified hydrogen flows into the water storage bubbler 12 through the hydrogen pipe 18.

貯水バブラー１２には、仕切板１２Ｗが設けられている。仕切板１２Ｗは、気体貯留部１２Ｂの上部から下方へ延出され、液体貯留部１２Ａの上下方向の中間部よりも下側まで伸びている。貯水バブラー１２の内部は、気体貯留部１２Ｂが排気気体室１２Ｂ１と循環気体室１２Ｂ２に区画され、液体貯留部１２Ａが排気側１２Ａ１と循環側１２Ａ２に区画されている。気体貯留部１２Ｂの排気気体室１２Ｂ１と循環気体室１２Ｂ２は互いに隔離されており、液体貯留部１２Ａの排気側１２Ａ１と循環側１２Ａ２は連通されている。   The water storage bubbler 12 is provided with a partition plate 12W. The partition plate 12W extends downward from the upper part of the gas storage part 12B and extends to the lower side of the intermediate part in the vertical direction of the liquid storage part 12A. Inside the water storage bubbler 12, the gas reservoir 12B is partitioned into an exhaust gas chamber 12B1 and a circulating gas chamber 12B2, and the liquid reservoir 12A is partitioned into an exhaust side 12A1 and a circulation side 12A2. The exhaust gas chamber 12B1 and the circulation gas chamber 12B2 of the gas storage unit 12B are isolated from each other, and the exhaust side 12A1 and the circulation side 12A2 of the liquid storage unit 12A are in communication.

貯水バブラー１２の循環気体室１２Ｂ２には、水素導入路２０の一端が接続され、水素導入路２０の他端は、水素圧縮機１４のアノード１４Ａの入口に接続されている。循環気体室１２Ｂ２から水蒸気及び水素が流出され、アノード１４Ａへと送出される。アノード１４Ａの出口側に一端が接続されたアノードオフガス路２２の他端は、排気気体室１２Ｂ１に接続されている。排気気体室１２Ｂ１には、外部へ気体を排出するための排気管１９が接続されている。アノード１４Ａからアノードオフガス路２２へアノードオフガスが排出される。アノードオフガス路２２には、冷却器１７が設けられている。アノードオフガスは、冷却器１７で冷却されて水蒸気が凝縮され、排気気体室１２Ｂ１へ流入される。 One end of the hydrogen introduction path 20 is connected to the circulating gas chamber 12B2 of the water storage bubbler 12, and the other end of the hydrogen introduction path 20 is connected to the inlet of the anode 14A of the hydrogen compressor 14. Water vapor and hydrogen flow out of the circulating gas chamber 12B2 and are sent to the anode 14A. The other end of the anode off gas passage 22 having one end connected to the outlet side of the anode 14A is connected to the exhaust gas chamber 12B1. An exhaust pipe 19 for exhausting gas to the outside is connected to the exhaust gas chamber 12B1. The anode off gas is discharged from the anode 14 </ b> A to the anode off gas passage 22. A cooler 17 is provided in the anode off gas passage 22. The anode off-gas is cooled by the cooler 17, the water vapor is condensed, and flows into the exhaust gas chamber 12B1.

カソード排出水循環路２８の他端は、貯水バブラー１２の循環気体室１３Ｂ２と接続されている。 The other end of the cathode discharge water circulation path 28 is connected to the circulation gas chamber 13B2 of the water storage bubbler 12.

次に、本実施形態の作用について説明する。
ポンプＰ１の駆動により、貯水バブラー１２の液体貯留部１２Ａに水素配管１８から粗精製水素が導入される。貯水バブラー１２では、液体貯留部１２Ａが加熱され、貯留された液相の水が気化され、導入された粗精製水素と共に水蒸気が気体貯留部１２Ｂへ移動する。そして、水素及び水蒸気が水素導入路２０を経て水素圧縮機１４のアノード１４Ａへ導入される。即ち、貯水バブラー１２で水素が加湿されて、水素圧縮機１４のアノード１４Ａへ導入される。 Next, the operation of this embodiment will be described.
By driving the pump P1, roughly purified hydrogen is introduced from the hydrogen pipe 18 into the liquid storage portion 12A of the water storage bubbler 12. In the water storage bubbler 12, the liquid storage part 12A is heated, the stored liquid phase water is vaporized, and the steam moves together with the introduced roughly purified hydrogen to the gas storage part 12B. Then, hydrogen and water vapor are introduced into the anode 14 </ b> A of the hydrogen compressor 14 through the hydrogen introduction path 20. That is, hydrogen is humidified by the water storage bubbler 12 and introduced into the anode 14 </ b> A of the hydrogen compressor 14.

水素圧縮機１４では、第１実施形態と同様に反応が進行し、カソード１４Ｃから水蒸気や液相の水を含んだ圧縮水素（カソード排出ガス）が、カソード排出路２６を介して水分離部１６へ送出される。   In the hydrogen compressor 14, the reaction proceeds in the same manner as in the first embodiment, and compressed hydrogen (cathode exhaust gas) containing water vapor or liquid phase water from the cathode 14 </ b> C passes through the cathode discharge path 26 to the water separator 16. Is sent to.

水分離部１６では、カソード排出ガスから水が分離され、精製された圧縮水素が圧縮水素出力路２４から送出される。一方、分離された水は、カソード排出水循環路２８から送出される。送出された水は、減圧バルブＶ１で減圧され、液相で貯水バブラー１２の循環気体室１２Ｂ２へ供給される。循環気体室１２Ｂ２では、液相の水が液体貯留部１２Ａに貯留され、水に溶解していた水素が気体貯留部１２Ｂへ放出される。   In the water separation unit 16, water is separated from the cathode exhaust gas, and purified compressed hydrogen is sent out from the compressed hydrogen output path 24. On the other hand, the separated water is sent out from the cathode discharge water circulation path 28. The delivered water is decompressed by the decompression valve V1 and supplied to the circulating gas chamber 12B2 of the water storage bubbler 12 in the liquid phase. In the circulating gas chamber 12B2, liquid phase water is stored in the liquid storage unit 12A, and hydrogen dissolved in the water is released to the gas storage unit 12B.

アノード１４Ａから排出されたアノードオフガスは、冷却器１７へ送出される。アノードオフガスには、カソード１４Ｃへ移動しなかった水蒸気、その他の気体（一酸化炭素や二酸化炭素等）が含まれている。冷却器１７で冷却されたアノードオフガスは、アノードオフガス中の水蒸気が凝縮され、排気気体室１２Ｂ１へ送出される。凝縮された水は液体貯留部１２Ａに貯留され、それ以外の気体は、排気気体室１２Ｂ１から排気管１９を通ってから外部へ排出される。   The anode off gas discharged from the anode 14A is sent to the cooler 17. The anode off gas contains water vapor that has not moved to the cathode 14C and other gases (such as carbon monoxide and carbon dioxide). The anode off-gas cooled by the cooler 17 is condensed with water vapor in the anode off-gas and sent to the exhaust gas chamber 12B1. The condensed water is stored in the liquid storage part 12A, and other gases are discharged from the exhaust gas chamber 12B1 through the exhaust pipe 19 and then to the outside.

本実施形態の圧縮水素製造システム１０Ｂでは、貯水バブラー１２で水素が加湿されて水素圧縮機１４のアノード１４Ａへ導入されるので、高湿の状態でイオン伝導体１４Ｂを使用することができ、効率よく圧縮水素を製造することができる。   In the compressed hydrogen production system 10B of the present embodiment, since the hydrogen is humidified by the water storage bubbler 12 and introduced into the anode 14A of the hydrogen compressor 14, the ion conductor 14B can be used in a high humidity state, and the efficiency Compressed hydrogen can be produced well.

また、アノードオフガス中の水蒸気は、アノードオフガス路２２を経て凝縮されて貯水バブラー１２へ回収され、再び気化されて水素導入路２０を介してアノード１４Ａへ供給されるので、圧縮水素製造システム１０Ｂ内で水を循環させることができ、水を有効利用することができる。   Further, the water vapor in the anode off-gas is condensed through the anode off-gas passage 22, recovered to the water storage bubbler 12, vaporized again, and supplied to the anode 14 </ b> A through the hydrogen introduction passage 20. The water can be circulated and water can be used effectively.

また、カソード排出ガスから分離された水についても、カソード排出水循環路２８から貯水バブラー１２を経て再度アノード１４Ａへ供給されるので、圧縮水素製造システム１０Ｂ内で水を循環させることができ、水を有効利用することができる。   Also, the water separated from the cathode exhaust gas is supplied again to the anode 14A from the cathode discharge water circulation path 28 via the water storage bubbler 12, so that the water can be circulated in the compressed hydrogen production system 10B. It can be used effectively.

また、水素配管１８から液体貯留部１２Ａの循環側１２Ａ２へ粗精製水素を送出するので、液体貯留部１２Ａに貯留された液相の水の蒸発を促進することができる。また、液体貯留部１２Ａの水を蒸発させつつ、水素と水蒸気を共に水素導入路２０へ送出することができる。   Further, since the crude purified hydrogen is sent from the hydrogen pipe 18 to the circulation side 12A2 of the liquid storage unit 12A, evaporation of the liquid phase water stored in the liquid storage unit 12A can be promoted. Further, both hydrogen and water vapor can be sent to the hydrogen introduction path 20 while evaporating the water in the liquid storage unit 12A.

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態については、第１、第２実施形態と同様の部分については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。 [Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the third embodiment, the same parts as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本実施形態の圧縮水素製造システム１０Ｃでは、主に水蒸気供給部３０を有している点、及び、貯水バブラー１２に代えて、貯水タンク１３を有している点、が第１実施形態と異なっている。   The compressed hydrogen production system 10C of the present embodiment is different from the first embodiment in that it mainly has a water vapor supply unit 30 and a water storage tank 13 instead of the water storage bubbler 12. ing.

水蒸気供給部３０は、水分離膜３０Ｂにより互いに隔離された水供給部３０Ｃと水蒸気透過部３０Ａを有している。水分離膜３０Ｂは、水供給部３０Ｃを流れる水（液相）の一部を水蒸気として透過させる機能を有する。すなわち、水分離膜３０Ｂは、膜蒸留が可能な膜であり、水供給部３０Ｃと水蒸気透過部３０Ａとの分圧差などがあることで、水供給部３０Ｃの一部の水を水蒸気として水蒸気透過部３０Ａ側に透過させるものである。水分離膜３０Ｂは、例えば、水蒸気を透過させる複数の微細な孔を有する多孔膜で形成することができる。   The water vapor supply unit 30 includes a water supply unit 30C and a water vapor transmission unit 30A that are separated from each other by the water separation membrane 30B. The water separation membrane 30B has a function of allowing a part of water (liquid phase) flowing through the water supply unit 30C to pass through as water vapor. That is, the water separation membrane 30B is a membrane capable of membrane distillation, and has a partial pressure difference between the water supply unit 30C and the water vapor transmission unit 30A. The light is transmitted to the part 30A side. The water separation membrane 30B can be formed of, for example, a porous membrane having a plurality of fine pores that allow water vapor to pass therethrough.

貯水タンク１３は、液相の水を貯留可能な液体貯留部１３Ａと、液体貯留部１３Ａと連通した気体貯留部１３Ｂを有している。貯水タンク１３の下側に液体貯留部１３Ａが配置され、貯水タンク１３の上側に液体貯留部１３Ａと連通された気体貯留部１３Ｂが配置されている。   The water storage tank 13 has a liquid storage part 13A capable of storing liquid-phase water and a gas storage part 13B communicating with the liquid storage part 13A. A liquid storage portion 13A is disposed below the water storage tank 13, and a gas storage portion 13B communicated with the liquid storage portion 13A is disposed above the water storage tank 13.

水蒸気供給部３０の水蒸気透過部３０Ａの入口には、水素導入路としての水素配管１８の一端が接続されている。水素配管１８には、ポンプＰ１が設けられている。水素配管１８の他端は、不図示の水素タンク等と接続されている。水素配管１８を通って、第１実施形態と同様の純度が高く水蒸気含有量が低い、ドライ水素（気相）が水蒸気透過部３０Ａへ流入される。   One end of a hydrogen pipe 18 as a hydrogen introduction path is connected to the inlet of the water vapor transmission part 30 </ b> A of the water vapor supply part 30. The hydrogen pipe 18 is provided with a pump P1. The other end of the hydrogen pipe 18 is connected to a hydrogen tank (not shown) or the like. Through the hydrogen pipe 18, dry hydrogen (gas phase) having the same purity and low water vapor content as in the first embodiment flows into the water vapor transmission unit 30 </ b> A.

水蒸気供給部３０の水供給部３０Ｃの入口には、水供給管３２の一端が接続されており、水供給管３２の他端は、貯水タンク１３の液体貯留部１３Ａと接続されている。水供給管３２には、ポンプＰ２が設けられており、ポンプＰ２により、液体貯留部１３Ａから水供給管３２を通って、水蒸気供給部３０の水供給部３０Ｃへ水が供給される。水供給部３０Ｃの出口には、水循環管３４の一端が接続されており、水循環管３４の他端が貯水タンク１３と接続されている。水供給部３０Ｃから水循環管３４を通って、水が貯水タンク１３へ戻される。   One end of the water supply pipe 32 is connected to the inlet of the water supply part 30 </ b> C of the water vapor supply part 30, and the other end of the water supply pipe 32 is connected to the liquid storage part 13 </ b> A of the water storage tank 13. The water supply pipe 32 is provided with a pump P2. Water is supplied from the liquid reservoir 13A through the water supply pipe 32 to the water supply part 30C of the water vapor supply part 30 by the pump P2. One end of a water circulation pipe 34 is connected to the outlet of the water supply unit 30 </ b> C, and the other end of the water circulation pipe 34 is connected to the water storage tank 13. Water is returned from the water supply unit 30 </ b> C to the water storage tank 13 through the water circulation pipe 34.

貯水タンク１３の気体貯留部１３Ｂには、水蒸気供給管３６の一端が接続され、水蒸気供給管３６の他端は、水素配管１８と接続されている。気体貯留部１３Ｂからは、水蒸気及び水に溶存していた水素が気体貯留部１３Ｂへ放出されたものが送出され、水素配管１８を通ってポンプＰ１で送出された水素と共に水蒸気供給部３０の水蒸気透過部３０Ａへ供給される。水蒸気透過部３０Ａの出口には、加湿水素導入路３８の一端が接続され、加湿水素導入路３８の他端は、水素圧縮機１４のアノード１４Ａの入口に接続されている。水蒸気透過部３０Ａから、アノード１４Ａの入口へ、水蒸気及び水素、すなわち加湿された水素が供給される。   One end of a water vapor supply pipe 36 is connected to the gas storage part 13 </ b> B of the water storage tank 13, and the other end of the water vapor supply pipe 36 is connected to the hydrogen pipe 18. From the gas reservoir 13B, the water in which the water dissolved in the water vapor and water is discharged to the gas reservoir 13B is sent out, and the water vapor in the water vapor supply unit 30 together with the hydrogen sent out by the pump P1 through the hydrogen pipe 18. Supplied to the transmission unit 30A. One end of the humidified hydrogen introduction path 38 is connected to the outlet of the water vapor transmission unit 30 </ b> A, and the other end of the humidified hydrogen introduction path 38 is connected to the inlet of the anode 14 </ b> A of the hydrogen compressor 14. Water vapor and hydrogen, that is, humidified hydrogen, are supplied from the water vapor transmission unit 30A to the inlet of the anode 14A.

アノード１４Ａの出口には、アノードオフガス路２２の一端が接続され、アノードオフガス路２２の他端は、水素配管１８のポンプＰ１よりも上流側に接続されている。   One end of the anode offgas passage 22 is connected to the outlet of the anode 14A, and the other end of the anode offgas passage 22 is connected to the upstream side of the pump P1 of the hydrogen pipe 18.

次に、本実施形態の作用について説明する。
ポンプＰ１の駆動により、水蒸気供給部３０の水蒸気透過部３０Ａに水素配管１８から水素が導入される。貯水タンク１３の液体貯留部１３Ａからは、水蒸気供給部３０の水供給部３０Ｃへ液相の水が供給される。水蒸気供給部３０では、水供給部３０Ｃへ供給された水の一部が水分離膜３０Ｂを水蒸気として透過して水蒸気透過部３０Ａ側に移動する。水蒸気透過部３０Ａからアノード１４Ａの入口へ、加湿水素導入路３８を介して、水蒸気及び水素が供給される。 Next, the operation of this embodiment will be described.
By driving the pump P1, hydrogen is introduced from the hydrogen pipe 18 into the water vapor transmission unit 30A of the water vapor supply unit 30. Liquid phase water is supplied from the liquid storage section 13 </ b> A of the water storage tank 13 to the water supply section 30 </ b> C of the water vapor supply section 30. In the water vapor supply unit 30, a part of the water supplied to the water supply unit 30C passes through the water separation membrane 30B as water vapor and moves to the water vapor transmission unit 30A side. Water vapor and hydrogen are supplied from the water vapor transmission unit 30A to the inlet of the anode 14A through the humidified hydrogen introduction path 38.

水素圧縮機１４では、第１実施形態と同様に反応が進行し、カソード１４Ｃから水蒸気及び液相の水を含んだ圧縮水素（カソード排出ガス）が、カソード排出ガス路２６を介して水分離部１６へ送出される。   In the hydrogen compressor 14, the reaction proceeds in the same manner as in the first embodiment, and compressed hydrogen (cathode exhaust gas) containing water vapor and liquid phase water from the cathode 14 </ b> C passes through the cathode exhaust gas passage 26 to the water separation unit. 16 is sent out.

水分離部１６では、カソード排出ガスから水が分離され、圧縮水素が圧縮水素出力路２４から送出される。一方、分離された水は、カソード排出水循環路２８から送出される。送出された水は、減圧バルブＶ１で減圧され、貯水タンク１３へ供給される。貯水タンク１３では、水が液体貯留部１３Ａに貯留され、水に溶解していた水素が気体貯留部１３Ｂへ放出される。   In the water separation unit 16, water is separated from the cathode exhaust gas, and compressed hydrogen is sent out from the compressed hydrogen output path 24. On the other hand, the separated water is sent out from the cathode discharge water circulation path 28. The delivered water is decompressed by the decompression valve V <b> 1 and supplied to the water storage tank 13. In the water storage tank 13, water is stored in the liquid storage part 13A, and hydrogen dissolved in the water is released to the gas storage part 13B.

アノード１４Ａから排出されたアノードオフガスは、水素配管１８のポンプＰ１よりも上流側で純水素と合流し、水蒸気透過部３０Ａへ送出される。アノードオフガスには、カソード１４Ｃへ移動しなかった水蒸気、その他の気体（水素、一酸化炭素、二酸化炭素等）が含まれている。   The anode off-gas discharged from the anode 14A merges with pure hydrogen upstream of the pump P1 in the hydrogen pipe 18 and is sent to the water vapor transmission unit 30A. The anode off gas contains water vapor that has not moved to the cathode 14C and other gases (hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, etc.).

本実施形態の圧縮水素製造システム１０Ｃでは、水蒸気供給部３０で水素が加湿されて水素圧縮機１４のアノード１４Ａへ導入されるので、高湿の状態でイオン伝導体１４Ｂを使用することができ、効率よく圧縮水素を製造することができる。   In the compressed hydrogen production system 10C of the present embodiment, hydrogen is humidified by the steam supply unit 30 and introduced into the anode 14A of the hydrogen compressor 14, so that the ion conductor 14B can be used in a high humidity state, Compressed hydrogen can be produced efficiently.

また、アノードオフガス中の水蒸気は、アノードオフガス路２２を経て水素配管１８へ供給されるので、圧縮水素製造システム１０Ｃ内で水を循環させることができ、水を有効利用することができる。   Further, since the water vapor in the anode off gas is supplied to the hydrogen pipe 18 through the anode off gas passage 22, water can be circulated in the compressed hydrogen production system 10C, and water can be used effectively.

また、カソード排出ガスから分離された水についても、カソード排出水循環路２８から貯水タンク１３を経て再度アノード１４Ａへ供給されるので、圧縮水素製造システム１０Ｃ内で水を循環させることができ、水を有効利用することができる。   Also, the water separated from the cathode exhaust gas is supplied again from the cathode discharge water circulation path 28 to the anode 14A via the water storage tank 13, so that the water can be circulated in the compressed hydrogen production system 10C. It can be used effectively.

なお、本実施形態では、アノードオフガス路２２の他端を、水素配管１８のポンプＰ１よりも上流側で合流させたが、ポンプＰ１よりも下流側で合流させてもよい。本実施形態のように、水素配管１８のポンプＰ１よりも上流側で合流させることにより、別途循環ブロワや逆止弁等を設ける必要がなく、簡易な構成にすることができる。   In the present embodiment, the other end of the anode off-gas passage 22 is joined upstream from the pump P1 of the hydrogen pipe 18, but may be joined downstream from the pump P1. By merging the hydrogen pipe 18 upstream of the pump P1 as in this embodiment, it is not necessary to separately provide a circulation blower, a check valve or the like, and a simple configuration can be achieved.

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態については、第１〜第３実施形態と同様の部分については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。 [Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. About 4th Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected about the part similar to 1st-3rd embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.

本実施形態の圧縮水素製造システム１０Ｄでは、主に純水素ではなく、第２実施形態と同様の粗精製水素をアノード１４Ａに導入する点が、第３実施形態と異なっている。   The compressed hydrogen production system 10D of the present embodiment is different from the third embodiment in that roughly purified hydrogen similar to that of the second embodiment is introduced into the anode 14A instead of pure hydrogen.

水素配管１８の他端は、不図示の粗精製水素を供給する水素タンク等と接続されており、水素配管１８を介して粗精製水素が水蒸気供給部３０の水蒸気透過部３０Ａの入口へ供給される。   The other end of the hydrogen pipe 18 is connected to a hydrogen tank or the like that supplies crude hydrogen (not shown), and the crude hydrogen is supplied to the inlet of the water vapor transmission unit 30A of the water vapor supply unit 30 through the hydrogen pipe 18. The

貯水タンク１３には、仕切板１３Ｗが設けられている。仕切板１３Ｗは、気体貯留部１３Ｂの上部から下方へ延出され、液体貯留部１３Ａの液面よりも下側まで伸びている。貯水タンク１３の内部は、気体貯留部１３Ｂが排気気体室１３Ｂ１と循環気体室１３Ｂ２に区画され、液体貯留部１３Ａが排気側１３Ａ１と循環側１３Ａ２に区画されている。気体貯留部１３Ｂの排気気体室１３Ｂ１と循環気体室１３Ｂ２は互いに隔離されており、液体貯留部１３Ａの排気側１３Ａ１と循環側１３Ａ２は連通されている。   The water storage tank 13 is provided with a partition plate 13W. The partition plate 13W extends downward from the upper part of the gas storage part 13B and extends below the liquid level of the liquid storage part 13A. Inside the water storage tank 13, a gas storage section 13B is partitioned into an exhaust gas chamber 13B1 and a circulation gas chamber 13B2, and a liquid storage section 13A is partitioned into an exhaust side 13A1 and a circulation side 13A2. The exhaust gas chamber 13B1 and the circulation gas chamber 13B2 of the gas storage unit 13B are isolated from each other, and the exhaust side 13A1 and the circulation side 13A2 of the liquid storage unit 13A are in communication.

貯水タンク１３の循環気体室１２Ｂ２には、水蒸気供給管３６の一端が接続され、水蒸気供給管３６の他端は、水素配管１８と接続されている。循環気体室１２Ｂ２からは、水蒸気が送出され、水素配管１８で水素と共に水蒸気供給部３０の水蒸気透過部３０Ａへ供給される。 One end of a water vapor supply pipe 36 is connected to the circulating gas chamber 12 </ b> B <b> 2 of the water storage tank 13, and the other end of the water vapor supply pipe 36 is connected to the hydrogen pipe 18. Water vapor is sent out from the circulation gas chamber 12B2 and supplied to the water vapor transmission unit 30A of the water vapor supply unit 30 together with hydrogen through the hydrogen pipe 18.

水蒸気供給部３０の水供給部３０Ｃの入口には、水供給管３２の一端が接続されており、水供給管３２の他端は、貯水タンク１３の液体貯留部１３Ａの循環側１３Ａ２と接続されている。水供給管３２には、ポンプＰ２が設けられており、ポンプＰ２により、液体貯留部１３Ａの循環側１３Ａ２から水供給管３２を通って、水蒸気供給部３０の水供給部３０Ｃへ水が供給される。 One end of a water supply pipe 32 is connected to the inlet of the water supply part 30C of the water vapor supply part 30, and the other end of the water supply pipe 32 is connected to the circulation side 13A2 of the liquid storage part 13A of the water storage tank 13. ing. The water supply pipe 32 is provided with a pump P2, and water is supplied from the circulation side 13A2 of the liquid storage part 13A through the water supply pipe 32 to the water supply part 30C of the water vapor supply part 30 by the pump P2. The

アノード１４Ａの出口側に一端が接続されたアノードオフガス路２２の他端は、排気気体室１３Ｂ１に接続されている。排気気体室１３Ｂ１には、外部へ気体を排出するための排気管１９が接続されている。アノードオフガスは、冷却器１７で冷却されて水蒸気が凝縮され、排気気体室１３Ｂ１へ流入される。 The other end of the anode off gas passage 22 whose one end is connected to the outlet side of the anode 14A is connected to the exhaust gas chamber 13B1. An exhaust pipe 19 for exhausting gas to the outside is connected to the exhaust gas chamber 13B1. The anode off-gas is cooled by the cooler 17, the water vapor is condensed, and flows into the exhaust gas chamber 13B1.

カソード排出水循環路２８の他端は、貯水タンク１３の循環気体室１２Ｂ２と接続されている。 The other end of the cathode discharge water circulation path 28 is connected to the circulation gas chamber 12B2 of the water storage tank 13.

次に、本実施形態の作用について説明する。
水蒸気供給部３０の水蒸気透過部３０Ａに水素配管１８から粗精製水素が導入される。貯水タンク１３の液体貯留部１３Ａの循環側１３Ａ２からは、水蒸気供給部３０の水供給部３０Ｃへ液相の水が供給される。水蒸気供給部３０では、第３実施形態と同様に、水供給部３０Ｃへ供給された水の一部が水分離膜３０Ｂを水蒸気として透過して水蒸気透過部３０Ａ側に移動する。水蒸気透過部３０Ａからアノード１４Ａの入口へ、加湿水素導入路３８を介して、水蒸気及び水素が供給される。 Next, the operation of this embodiment will be described.
Crude purified hydrogen is introduced from the hydrogen pipe 18 into the water vapor transmission part 30 </ b> A of the water vapor supply part 30. From the circulation side 13A2 of the liquid storage part 13A of the water storage tank 13, liquid phase water is supplied to the water supply part 30C of the water vapor supply part 30. In the water vapor supply unit 30, as in the third embodiment, part of the water supplied to the water supply unit 30C permeates the water separation membrane 30B as water vapor and moves to the water vapor transmission unit 30A side. Water vapor and hydrogen are supplied from the water vapor transmission unit 30A to the inlet of the anode 14A through the humidified hydrogen introduction path 38.

水素圧縮機１４では、第１実施形態と同様に反応が進行し、カソード１４Ｃから水を含んだ圧縮水素（カソード排出ガス）が、カソード排出ガス路２６を介して水分離部１６へ送出される。   In the hydrogen compressor 14, the reaction proceeds as in the first embodiment, and compressed hydrogen (cathode exhaust gas) containing water is sent from the cathode 14 </ b> C to the water separator 16 through the cathode exhaust gas passage 26. .

水分離部１６では、カソード排出ガスから水が分離され、精製された圧縮水素が圧縮水素出力路２４から送出される。一方、分離された水は、カソード排出水循環路２８から送出される。送出された水は、減圧バルブＶ１で減圧され、貯水タンク１３の循環気体室１３Ｂ２へ供給される。循環気体室１３Ｂ２では、水が液体貯留部１３Ａに貯留され、水に溶解していた水素が循環気体室１３Ｂ２へ放出される。   In the water separation unit 16, water is separated from the cathode exhaust gas, and purified compressed hydrogen is sent out from the compressed hydrogen output path 24. On the other hand, the separated water is sent out from the cathode discharge water circulation path 28. The delivered water is decompressed by the decompression valve V1 and supplied to the circulating gas chamber 13B2 of the water storage tank 13. In the circulating gas chamber 13B2, water is stored in the liquid storage portion 13A, and hydrogen dissolved in the water is released to the circulating gas chamber 13B2.

アノード１４Ａから排出されたアノードオフガスは、第２実施形態と同様に、冷却器１７を経て、排気気体室１３Ｂ１へ送出される。凝縮された水は液体貯留部１３Ａに貯留され、それ以外の気体は、排気管１９から外部へ排出される。   The anode off gas discharged from the anode 14A is sent to the exhaust gas chamber 13B1 through the cooler 17 as in the second embodiment. The condensed water is stored in the liquid storage portion 13A, and other gases are discharged from the exhaust pipe 19 to the outside.

本実施形態の圧縮水素製造システム１０Ｄでは、水蒸気供給部３０で水素が加湿されて水素圧縮機１４のアノード１４Ａへ導入されるので、高湿の状態でイオン伝導体１４Ｂを使用することができ、効率よく圧縮水素を製造することができる。   In the compressed hydrogen production system 10D of the present embodiment, hydrogen is humidified by the steam supply unit 30 and introduced into the anode 14A of the hydrogen compressor 14, so that the ion conductor 14B can be used in a high humidity state. Compressed hydrogen can be produced efficiently.

また、アノードオフガス中の水蒸気は、アノードオフガス路２２の途中に設けられた冷却器１７を経て凝縮されて貯水タンク１３へ回収され、再び気化されて循環気体室１３Ｂ２から送出されるので、圧縮水素製造システム１０Ｄ内で水を循環させることができ、水を有効利用することができる。   Further, the water vapor in the anode off-gas is condensed through a cooler 17 provided in the middle of the anode off-gas passage 22, is collected into the water storage tank 13, vaporized again, and sent out from the circulating gas chamber 13B2. Water can be circulated in the manufacturing system 10D, and water can be used effectively.

また、カソードオフガスから分離された水についても、カソード排出水循環路２８から貯水タンク１３の循環気体室１３Ｂ２へ送出されて再度アノード１４Ａへ供給されるので、圧縮水素製造システム１０Ｄ内で水を循環させることができ、水を有効利用することができる。   The water separated from the cathode off-gas is also sent from the cathode discharge water circulation path 28 to the circulation gas chamber 13B2 of the water storage tank 13 and supplied again to the anode 14A. Therefore, the water is circulated in the compressed hydrogen production system 10D. And can make effective use of water.

なお、上記の第１〜第４実施形態では貯水タンク１３に外部から水を導入する水導入管を設けていないが、水不足時などに対応できるように、例えばイオン交換された水を貯水タンク１３へ導入する経路を設けても良い。   In the first to fourth embodiments, a water introduction pipe for introducing water from the outside is not provided in the water storage tank 13, but for example, ion-exchanged water is used for the water storage tank 13 so as to cope with water shortage. A route to be introduced may be provided.

１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ 圧縮水素製造システム
１２ 貯水バブラー（加湿部）、 １３ 貯水タンク（加湿部）
１２Ａ、１３Ａ 液体貯留部
１２Ｂ１、１３Ｂ１ 排気気体室、 １２Ｂ、１３Ｂ 気体貯留部
１２Ｂ２、１３Ｂ２ 循環気体室、 １４ 水素圧縮機
１４Ａ アノード、 １４Ｂ イオン伝導体（電解質膜）、 １４Ｃ カソード
１８ 水素配管（水素導入路）、２０ 水素導入路、 ２２ アノードオフガス路
２８ カソード排出水循環路、 ３０ 水蒸気供給部
３０Ａ 水蒸気透過部（透過部）、 ３０Ｂ 水分離膜（水蒸気透過膜）
３０Ｃ 水供給部（非透過部）、 ３４ 水循環管（水戻管）、 ３６ 水蒸気供給管
３８ 加湿水素導入路（水素導入路） 10A, 10B, 10C, 10D Compressed hydrogen production system 12 Water storage bubbler (humidification part), 13 Water storage tank (humidification part)
12A, 13A Liquid storage part 12B1, 13B1 Exhaust gas chamber, 12B, 13B Gas storage part 12B2, 13B2 Circulating gas chamber, 14 Hydrogen compressor 14A Anode, 14B Ion conductor (electrolyte membrane), 14C Cathode 18 Hydrogen piping (hydrogen introduction) Path), 20 Hydrogen introduction path, 22 Anode off-gas path 28 Cathode discharge water circulation path, 30 Water vapor supply section 30A Water vapor transmission section (permeation section), 30B Water separation membrane (water vapor transmission film)
30C Water supply part (non-permeation part) 34 Water circulation pipe (water return pipe) 36 Water vapor supply pipe 38 Humidified hydrogen introduction path (hydrogen introduction path)

Claims (8)

電解質膜を挟んで一方側にアノード、他方側にカソードが形成された電気化学的水素圧縮機と、
前記アノードに水素を導入する水素導入路と、
ドライ水素が導入され、前記ドライ水素を加湿して前記水素導入路へ供給する加湿部と、
を備えた圧縮水素製造システム。 An electrochemical hydrogen compressor having an electrolyte membrane and an anode formed on one side and a cathode formed on the other side;
A hydrogen introduction path for introducing hydrogen into the anode;
A humidifying unit into which dry hydrogen is introduced, humidifying the dry hydrogen and supplying the dry hydrogen to the hydrogen introduction path;
Compressed hydrogen production system with 前記アノードから排出されたアノードオフガス中の水を前記水素導入路へ供給するアノードオフガス路、をさらに備えた請求項１に記載の圧縮水素製造システム。   2. The compressed hydrogen production system according to claim 1, further comprising an anode off-gas passage for supplying water in the anode off-gas discharged from the anode to the hydrogen introduction passage. 前記カソードから排出されたカソード排出ガス中の水を前記水素導入路へ供給するカソード排出水循環路、をさらに備えた請求項１または請求項２に記載の圧縮水素製造システム。   The compressed hydrogen production system according to claim 1 or 2, further comprising a cathode discharge water circulation path for supplying water in the cathode exhaust gas discharged from the cathode to the hydrogen introduction path. 前記加湿部は、液相の水が貯留される液体貯留部と、前記液体貯留部と連通され蒸発した気相の水及び水素が貯留される気体貯留部を有し、前記気体貯留部は、前記水素導入路と連通する循環気体室と、前記循環気体室から隔離された排気気体室と、に区画されている、請求項３に記載の圧縮水素製造システム。   The humidification unit includes a liquid storage unit in which liquid phase water is stored, and a gas storage unit in which vaporized water and hydrogen that are communicated with the liquid storage unit and store therein are stored. The compressed hydrogen production system according to claim 3, wherein the compressed hydrogen production system is partitioned into a circulation gas chamber communicating with the hydrogen introduction path and an exhaust gas chamber isolated from the circulation gas chamber. 前記カソードから排出されたカソード排出ガス中の水を前記水素導入路へ供給するカソード排出水循環路は前記循環気体室と連通され、前記アノードから排出されたアノードオフガス中の水を前記水素導入路へ供給するアノードオフガス路は前記排気気体室と連通されている、請求項４に記載の圧縮水素製造システム。   A cathode discharge water circulation path for supplying water in the cathode exhaust gas discharged from the cathode to the hydrogen introduction path is communicated with the circulation gas chamber, and water in the anode off-gas discharged from the anode is supplied to the hydrogen introduction path. The compressed hydrogen production system according to claim 4, wherein the anode off-gas passage to be supplied communicates with the exhaust gas chamber. 前記加湿部は、前記水素導入路の中間部に設けられ、液相の水が貯留される液体貯留部と、前記液体貯留部と連通され蒸発した気相の水及び水素が貯留される気体貯留部を有し、前記液体貯留部は前記水素導入路の流入側と連通され、前記気体貯留部は前記水素導入路の流出側と連通されている、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の圧縮水素製造システム。   The humidification unit is provided in an intermediate portion of the hydrogen introduction path, and stores a liquid storage unit that stores liquid-phase water, and a gas storage unit that stores vaporized water and hydrogen that are communicated with the liquid storage unit and evaporated. 6. The liquid storage part is in communication with the inflow side of the hydrogen introduction path, and the gas storage part is in communication with the outflow side of the hydrogen introduction path. The compressed hydrogen production system according to item. 前記加湿部は、水蒸気を透過させる水蒸気透過膜を挟んで一方側に透過部、他方側に非透過部を有する水蒸気供給部、及び前記水蒸気供給部の非透過側へ液相の水を送出する水タンクを有し、前記透過部で前記水素導入路へ水蒸気が供給される、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の圧縮水素製造システム。   The humidifying unit sends a liquid phase water to a non-permeate side of the water vapor supply unit, and a water vapor supply unit having a permeate unit on one side and a non-permeate unit on the other side across a water vapor permeable membrane that transmits water vapor. The compressed hydrogen production system according to any one of claims 1 to 3, further comprising a water tank, wherein water vapor is supplied to the hydrogen introduction path through the permeation unit. 前記非透過部から排出された水を前記水タンクへ戻す水戻路、を備えた請求項７に記載の圧縮水素製造システム。   The compressed hydrogen production system according to claim 7, further comprising a water return path for returning water discharged from the non-permeation portion to the water tank.
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