JP2639457B2 - Water electrolysis apparatus and method using solar energy - Google Patents
Water electrolysis apparatus and method using solar energyInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、太陽エネルギーを利用
して水素を製造するための水電解装置及び水電解方法に
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a water electrolysis apparatus and a water electrolysis method for producing hydrogen using solar energy.
【０００２】[0002]
【従来の技術及びその問題点】近年、豊富でクリーンな
エネルギーとして水素エネルギーが注目され、水素エネ
ルギー・システムの実現を図るべく種々の研究、開発が
活発になされている。その中の一つに、水電解を利用し
て水素を製造する技術がある。2. Description of the Related Art In recent years, hydrogen energy has attracted attention as abundant and clean energy, and various researches and developments have been actively conducted to realize a hydrogen energy system. One of them is a technology for producing hydrogen using water electrolysis.
【０００３】従来の水電解による水素製造では、一般
に、水力発電による電力源のように一定かつ安定した電
力が得られる電力源を対象としてシステムが設計されて
いる。また、これまで提案されている水電解装置は、水
電解槽へ電解のための水を供給する方法により、ポンプ
給水方式の装置と、サイホン給水方式の装置に大別され
る。サイホン給水方式の装置は、ポンプ給水方式の装置
に比べ、(1)ポンプを設置する必要がないため装置コス
トが低減できる、(2)ポンプを駆動するためのエネルギ
ーが必要ないため、装置の運転コストが安価となる。In the conventional hydrogen production by water electrolysis, a system is generally designed for a power source capable of obtaining constant and stable power, such as a power source by hydroelectric power generation. Further, the water electrolysis devices proposed so far are roughly classified into a pump water supply type device and a siphon water supply type device according to a method of supplying water for electrolysis to a water electrolysis tank. A siphon water supply system can (1) reduce the cost of the system because there is no need to install a pump, and (2) operate the system because it does not require energy to drive the pump. Cost is reduced.
【０００４】図４に従来のサイホン給水方式による水電
解装置のプロセスフローを示す。図中１は高分子電解質
膜を用いた水電解槽であり、該水電解槽１内に設置した
陽極と陰極との間には電力源２′からの電力が整流器３
を介して供給されるようになっている。ここで電力源
２′としては上述したように水力発電による電力源のよ
うな一定かつ安定した電力が得られる電力源が使用され
ている。水電解槽１の陽極側には図２（ａ）に示すよう
な構造の上部集合管１Ａ′が設けられており、該上部集
合管１Ａ′は上昇管４を介してＯ2気液分離器５に接続
されている。また、水電解槽１の陰極側にも同様な構造
の上部集合管１Ｂ′が設けられており、該上部集合管１
Ｂ′は上昇管６を介してＨ2気液分離器７に接続されて
いる。Ｏ2気液分離器５は接続管８によりＯ2ガス冷却器
９を介してＫ．Ｏ．ドラム１０に接続されるとともに、
下降管１１により水電解槽１に接続されている。また、
Ｈ2気液分離器７は接続管１２によりＨ2ガス冷却器１３
を介してＫ．Ｏ．ドラム１４に接続されるとともに、下
降管１５により水電解槽１に接続されている。この下降
管１５は下降管１１と途中で合流しており、その合流点
と水電解槽１との間には熱交換器１６が設置されてい
る。また、Ｋ．Ｏ．ドラム１０にはＯ2取出管１７が接
続されるとともに、接続管１８が接続され、該接続管１
８の他端は下降管１１と合流するように接続されてい
る。Ｏ2取出管１７には流量制御弁１９及び圧力コント
ローラー２０が設置されている。一方、Ｋ．Ｏ．ドラム
１４にはＨ2取出管２１が接続されるとともに、接続管
２２が接続され、該接続管２２の他端は下降管１５と合
流するように接続されている。Ｈ2取出管２１には流量
制御弁２３及び圧力コントローラー２４が設置されてい
る。また、２５は下降管１１を介して純水を補給するた
めのラインであり、その途中には流量調整弁２６が設置
され、その調整はＯ2気液分離器５に取り付けられた流
量コントローラー２７の制御により行われるようになっ
ている。また、下降管１５の途中には流量調整弁２８が
設定され、その調整はＨ2気液分離器７に取り付けられ
た流量コントローラー２９の制御により行われるように
なっている。FIG. 4 shows a process flow of a conventional water electrolysis apparatus using a siphon water supply system. In the figure, reference numeral 1 denotes a water electrolyzer using a polymer electrolyte membrane, and a power from a power source 2 ′ is supplied between a positive electrode and a negative electrode provided in the water electrolyzer 1.
Is supplied via the Internet. Here, as the power source 2 ', a power source capable of obtaining constant and stable power, such as a power source based on hydroelectric power generation, is used as described above. On the anode side of the water electrolysis tank 1, an upper collecting pipe 1A 'having a structure as shown in FIG. 2A is provided, and the upper collecting pipe 1A' is connected via an ascending pipe 4 to an O 2 gas-liquid separator. 5 is connected. An upper collecting pipe 1B 'having a similar structure is also provided on the cathode side of the water electrolysis tank 1.
B ′ is connected to an H 2 gas-liquid separator 7 via a riser 6. The O 2 gas-liquid separator 5 is connected to the K 2 through a connecting pipe 8 via an O 2 gas cooler 9. O. Connected to the drum 10,
The downcomer 11 is connected to the water electrolysis tank 1. Also,
The H 2 gas-liquid separator 7 is connected to the H 2 gas cooler 13 by a connecting pipe 12.
Via K. O. It is connected to the drum 14 and to the water electrolysis tank 1 by a downcomer 15. The downcomer 15 merges with the downcomer 11 on the way, and a heat exchanger 16 is provided between the confluence and the water electrolysis tank 1. In addition, K. O. An O 2 extraction pipe 17 is connected to the drum 10 and a connection pipe 18 is connected thereto.
The other end of 8 is connected to merge with the downcomer pipe 11. A flow control valve 19 and a pressure controller 20 are installed in the O 2 extraction pipe 17. On the other hand, K. O. An H 2 extraction pipe 21 is connected to the drum 14, and a connection pipe 22 is connected to the drum 14. The other end of the connection pipe 22 is connected to merge with the downcomer pipe 15. The H 2 extraction pipe 21 is provided with a flow control valve 23 and a pressure controller 24. Reference numeral 25 denotes a line for replenishing pure water through the downcomer 11, and a flow control valve 26 is provided in the middle of the line, and the adjustment is performed by a flow controller 27 attached to the O 2 gas-liquid separator 5. Is performed under the control of. A flow control valve 28 is set in the middle of the downcomer 15, and the adjustment is performed under the control of a flow controller 29 attached to the H 2 gas-liquid separator 7.
【０００５】上記装置によれば、起動時には、水電解槽
１に電解質を含む水を張り込むとともに、Ｏ2気液分離
器５に純水を張り込み、熱交換器１６には冷却水を流さ
ず、電源２により水電解槽１に徐々に電力を供給する。
すると水電解槽１内では、陽極側では酸素が発生し、発
生した酸素と未反応の水とが上部集合管１Ａ′より上昇
管４を上昇する。このとき上昇管４内では酸素と水とが
混合している状態となるため密度が下降管１１内に滞留
している水より小さくなり、その流体の密度差によるサ
イホン効果により水が循環する。水電解槽１の陰極側に
接続された上昇管６と下降管１５とで形成される循環ラ
インについても同様の原理により水が循環する。According to the above apparatus, at the time of startup, water containing an electrolyte is poured into the water electrolysis tank 1, pure water is poured into the O 2 gas-liquid separator 5, and cooling water is not passed through the heat exchanger 16. And the power supply 2 gradually supplies power to the water electrolysis tank 1.
Then, in the water electrolysis tank 1, oxygen is generated on the anode side, and the generated oxygen and unreacted water rise in the riser pipe 4 from the upper collecting pipe 1A '. At this time, since oxygen and water are mixed in the riser 4, the density becomes smaller than that of the water staying in the downcomer 11, and the water circulates due to a siphon effect due to a difference in density of the fluid. Water circulates in the circulation line formed by the riser tube 6 and the downcomer tube 15 connected to the cathode side of the water electrolysis tank 1 according to the same principle.
【０００６】水電解槽１内で電解が開始すると、電解に
よるオーム熱で水の温度が徐々に上昇する。水の循環が
開始し、水電解槽１及びＯ2気液分離器５の温度が所定
の温度になれば、熱交換器１６に冷却水を流し、定格運
転にはいる。そして、上部集合管１Ａ′、上昇管４、Ｏ
2ガス冷却器９、Ｋ．Ｏ．ドラム１０、Ｏ2取出管１７を
経て酸素が系外へ取り出され、上部集合管１Ｂ′、上昇
管６、Ｈ2ガス冷却器１３、Ｋ．Ｏ．ドラム１４、Ｈ2取
出管２１を経て水素が系外へ取り出される。When the electrolysis starts in the water electrolysis tank 1, the temperature of the water gradually increases due to ohmic heat caused by the electrolysis. When the circulation of water starts and the temperatures of the water electrolysis tank 1 and the O 2 gas-liquid separator 5 reach a predetermined temperature, cooling water is supplied to the heat exchanger 16 to enter the rated operation. The upper collecting pipe 1A ', the rising pipe 4, O
2 Gas cooler 9, K. O. Oxygen is taken out of the system via the drum 10 and the O 2 take-out tube 17, and the upper collecting tube 1 B ′, the riser 6, the H 2 gas cooler 13, and the K. O. Hydrogen is taken out of the system via the drum 14 and the H 2 take-out tube 21.
【０００７】上記のような水電解による水素製造におい
て、従来はその電力源として、水力発電による電力源の
ように一定かつ安定した電力が得られる電力源が使用さ
れてきた。このような電力源は品位が高く通常の工業用
電力等として有効に活用できるが、地域的偏在もあり、
またエネルギー源の多様化からも、さらなる電力源への
対応が必要である。そこで、水電解装置を駆動する電力
源として太陽電池のような自然エネルギーを利用する提
案がなされている。この太陽電池は、太陽の輻射強度が
規定値以上で作動し、規定値以下になると作動を停止す
る、断続的かつ負荷の変動する電力源である。[0007] In the hydrogen production by water electrolysis as described above, conventionally, a power source capable of obtaining constant and stable power, such as a power source by hydroelectric power generation, has been used. Such power sources are of high quality and can be effectively used as ordinary industrial power, but there are regional unevenness,
In addition, diversification of energy sources requires further responses to power sources. Therefore, proposals have been made to utilize natural energy such as a solar cell as a power source for driving a water electrolysis device. This solar cell is an intermittent and fluctuating load power source that operates when the solar radiation intensity exceeds a specified value and stops operating when the sun's radiation intensity falls below a specified value.
【０００８】しかしながら、従来の水電解による水素製
造システムは、駆動電力源として上述したような一定の
安定した電力源を用い連続運転するように設計されてい
るため、太陽電池のような断続的かつ負荷の変動する電
力源により電力を供給すると、装置の起動時に次のよう
な問題が生じる。However, the conventional hydrogen production system using water electrolysis is designed to operate continuously using the above-mentioned constant and stable power source as a driving power source, so that the system is intermittently operated like a solar cell. When power is supplied from a power source having a fluctuating load, the following problem occurs when the apparatus is started.
【０００９】(1)水電解槽１の温度が低い段階で定格に
近い電流が流れることがあり、その場合、導電率等との
関係から水電解槽１に印加される電圧が過度に上昇して
しまう。 (2)上昇管４の温度が低い段階で急激に電気分解が始ま
り、電極の急激な温度上昇が起きることがある。さら
に、本来は上昇管４を介してＯ2気液分離器５に放出さ
れるべき酸素が上昇管４に溜っている水の慣性のため水
電解槽１から下降管１１の方に逆流し、電解槽１内に水
が供給されなくなる事態が発生する。この事態は、膜が
乾燥してダメージを受ける不具合を招く。 (3)電解槽の温度が低い段階で電流が流れると、電解電
圧が高く、電解のエネルギー効率が低くなる。 (4)電極内に温度の分布ができる可能性があり、内部の
水の流れが不均一になり極端な場合ホットスポットがで
きて膜がダメージしてしまう場合がある。(1) When the temperature of the water electrolyzer 1 is low, a current close to the rated current may flow, and in this case, the voltage applied to the water electrolyzer 1 excessively increases due to the relationship with the conductivity and the like. Would. (2) When the temperature of the riser tube 4 is low, the electrolysis starts suddenly, and the temperature of the electrode may rise rapidly. Further, oxygen which should be released to the O 2 gas-liquid separator 5 through the riser 4 flows back from the water electrolysis tank 1 toward the downcomer 11 due to the inertia of water stored in the riser 4, A situation occurs in which water is not supplied into the electrolytic cell 1. This situation leads to a problem that the film is dried and damaged. (3) When a current flows at a stage where the temperature of the electrolytic cell is low, the electrolytic voltage is high, and the energy efficiency of the electrolysis is low. (4) There is a possibility that a temperature distribution is formed in the electrode, and the flow of water in the electrode becomes uneven. In extreme cases, a hot spot is formed and the film may be damaged.
【００１０】従って、このような不具合を生じさせずに
スムーズに装置を起動するためには、起動に際して電解
槽１内や上昇管４内等を定格に近い条件に加熱しておく
ことが考えられる。その場合、加熱方法としては、熱交
換器１６に温水等の加熱媒体を流し、かつＯ2気液分離
器５と電解槽１との間にポンプを設置することにより、
強制的に水を循環させて電解槽１内や上昇管４内等を加
熱する方法が一般的である。しかし、この方法では、サ
イホン式給水方式の特長であるポンプを必要としないと
いう特長が失われてしまう。Therefore, in order to start the apparatus smoothly without causing such a trouble, it is conceivable to heat the inside of the electrolytic cell 1 and the inside of the riser tube 4 to a condition close to the rating at the time of starting. . In that case, as a heating method, by flowing a heating medium such as hot water through the heat exchanger 16 and installing a pump between the O 2 gas-liquid separator 5 and the electrolytic cell 1,
In general, a method of forcibly circulating water to heat the inside of the electrolytic cell 1, the inside of the riser 4, and the like is used. However, this method loses the feature of the siphon water supply system that it does not require a pump.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な問題点を解決するためになされたもので、太陽エネル
ギーを利用し、かつサイホン給水方式の特長を失わず
に、安定した起動により水素製造が行うことができる水
の電解装置及び電解方法を提供することをその課題とす
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and uses a solar energy and does not lose the features of a siphon water supply system, and can stably start the system. An object of the present invention is to provide a water electrolysis apparatus and an electrolysis method capable of performing hydrogen production.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記課
題を解決するために、高分子電解質膜を備えた水電解槽
と、水電解槽内に設置された電極間に電力を供給するた
めの太陽電池と、発生した酸素と水とを分離するＯ２気
液分離器と、発生した水素と水とを分離するＨ２気液分
離器と、水電解槽の陽極側とＯ２気液分離器との間に配
設される第１の上昇管と、Ｏ２気液分離器と水電解槽と
の間には配設される第１の下降管とにより形成される第
１の循環ラインと、水電解槽の陰極側とＨ２気液分離器
との間に配設される第２の下降管とにより形成される第
２の循環ラインとを具備し、さらに、装置起動時に前記
第１の上昇管に酸素を吹き込むための手段を設けると共
に、前記下降管の途中に、熱媒と冷媒を選択して流通さ
せることができる熱交換器を設け、水電解槽が十分に稼
働していない状態でも稼働時と同じように水電解槽に水
を循環させることができるようにしたことを特徴とする
サイホン給水方式の水電解装置が提供される。また、本
発明によれば、上記構成において、前記酸素を吹き込む
ための手段が、酸素を高圧で貯蔵するタンクと、該タン
クと前記第１の上昇管とを接続するラインからなること
を特徴とする水電解装置が提供される。また、本発明に
よれば、上記構成において、前記水電解槽に該水電解槽
内の温度を検出する温度検出手段が取り付けられるとと
もに、該温度検出手段による検出結果に基づき前記酸素
を吹き込むための手段及び前記熱交換器の動作を制御す
る制御手段が設置されていることを特徴とする水電解装
置が提供される。また、本発明によれば、上記構成にお
いて、太陽光センサーの輻射強度を検出するための太陽
光センサーが設置されるとともに、前記水電解槽に該水
電解槽内の温度を検出する温度検出手段が取り付けら
れ、さらに前記太陽光センサー及び前記温度検出手段に
よる検出結果に基づき前記酸素を吹き込むための手段及
び前記熱交換器の動作を制御する制御手段が設置されて
いることを特徴とする水電解装置が提供される。また、
本発明によれば、上記構成において、前記酸素を吹き込
むための手段が、当該装置で製造された酸素の一部を貯
蔵するアキュミュレーターと、該アキュミュレーターと
前記第１の上昇管とを接続するラインからなることを特
徴とする水電解装置が提供される。また、本発明によれ
ば、上記構成において、前記水電解槽に該水電解槽内の
温度を検出する温度検出手段が取り付けられるととも
に、酸素ライン系統に圧力調整手段が設置され、さらに
該温度検出手段による検出結果に基づき前記酸素を吹き
込むための手段、前記圧力調整手段及び前記熱交換器の
動作を制御する制御手段が設置されていることを特徴と
する水電解装置が提供される。また、本発明によれば、
上記構成において、太陽光センサーの輻射強度を検出す
るための太陽光センサーが設置されるとともに、前記水
電解槽に該水電解槽内の温度を検出する温度検出手段が
取り付けられ、かつ酸素ライン系統に圧力調整手段が設
置され、さらに前記太陽光センサー及び前記温度検出手
段による検出結果に基づき前記酸素を吹き込むための手
段、前記圧力調整手段及び前記熱交換器の動作を制御す
る制御手段が設置されていることを特徴とする水電解装
置が提供される。また、本発明によれば、上記構成にお
いて、前記水電解槽の陽極側上部に設置される集合管が
傾斜を有する構造に形成されていることを特徴とする水
電解装置が提供される。さらに、本発明によれば、高分
子電解質膜を備えた水電解槽に太陽電池により電力を供
給するとともに、水電解槽の各電極側と各気液分離器と
の間に配設される上昇管及び各気液分離器と水電解槽と
の間に配設される下降管とにより形成される酸素側及び
水素側の各循環ラインによるサイホン効果を利用して水
電解槽に水を循環供給させて水の電気分解を行う水電解
方法であって、装置起動時に、酸素側上昇管内に外部か
ら酸素を吹き込んで酸素側循環ラインに水を強制的に循
環させるとともに、下降管を通過する水を熱交換器によ
り加熱することを特徴とする水電解方法が提供される。According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, an electric power is supplied between a water electrolytic cell provided with a polymer electrolyte membrane and an electrode provided in the water electrolytic cell. Cell for separating water, an O 2 gas-liquid separator for separating generated oxygen and water, an H 2 gas-liquid separator for separating generated hydrogen and water, an anode side of the water electrolysis tank and O 2 gas a first riser to be arranged between the liquid separator and between the O 2 gas-liquid separator and a water electrolyzer first formed by a first downcomer disposed A circulation line, and a second circulation line formed by a second downcomer pipe disposed between the cathode side of the water electrolysis tank and the H 2 gas-liquid separator. A means for blowing oxygen into the first riser is provided, and a heat medium and a refrigerant can be selectively circulated in the middle of the downcomer. Water siphon water supply system, characterized in that a water heat exchanger is provided so that water can be circulated in the water electrolyzer even when the water electrolyzer is not operating sufficiently. An apparatus is provided. Further, according to the present invention, in the above configuration, the means for blowing oxygen comprises a tank for storing oxygen at high pressure, and a line connecting the tank and the first riser. A water electrolysis device is provided. Further, according to the present invention, in the above configuration, the water electrolysis tank is provided with temperature detection means for detecting a temperature in the water electrolysis tank, and for blowing the oxygen based on a detection result by the temperature detection means. Means and control means for controlling the operation of the heat exchanger are provided. Further, according to the present invention, in the above configuration, a sunlight sensor for detecting the radiation intensity of the sunlight sensor is provided, and the water electrolysis tank has a temperature detecting means for detecting a temperature in the water electrolysis tank. Water electrolysis, further comprising means for blowing the oxygen based on the detection results by the sunlight sensor and the temperature detecting means, and control means for controlling the operation of the heat exchanger. An apparatus is provided. Also,
According to the present invention, in the above configuration, the means for injecting oxygen includes an accumulator for storing a part of oxygen produced by the device, and the accumulator and the first riser. There is provided a water electrolysis device comprising a connecting line. Further, according to the present invention, in the above configuration, the water electrolysis tank is provided with a temperature detection means for detecting a temperature in the water electrolysis tank, and a pressure adjusting means is provided in the oxygen line system, and the temperature detection means is further provided. A water electrolysis apparatus is provided, wherein a means for blowing the oxygen based on a detection result by the means, a control means for controlling operations of the pressure adjusting means and the heat exchanger are provided. According to the present invention,
In the above configuration, a sunlight sensor for detecting a radiation intensity of the sunlight sensor is provided, and a temperature detection unit for detecting a temperature in the water electrolysis tank is attached to the water electrolysis tank, and an oxygen line system is provided. A pressure adjusting means is provided, and a means for injecting the oxygen based on a detection result by the sunlight sensor and the temperature detecting means, a control means for controlling operations of the pressure adjusting means and the heat exchanger are further provided. A water electrolysis device is provided. Further, according to the present invention, there is provided a water electrolysis apparatus according to the above configuration, wherein a collecting pipe installed on an anode side upper part of the water electrolysis tank is formed in a structure having an inclination. Further, according to the present invention, the water is supplied from the solar cell to the water electrolysis tank provided with the polymer electrolyte membrane, and the water is supplied between each electrode side of the water electrolysis tank and each gas-liquid separator. Water is circulated and supplied to the water electrolyzer using the siphon effect of the oxygen and hydrogen circulating lines formed by the pipes and the downcomers arranged between each gas-liquid separator and the water electrolyzer. A water electrolysis method for performing electrolysis of water by blowing oxygen from the outside into an oxygen-side ascending pipe to forcibly circulate water to an oxygen-side circulation line at the time of start-up of the apparatus, and water passing through a descending pipe. Is provided by a heat exchanger.
【００１３】以下本発明について詳述する。先ず、本発
明を適用した水電解装置の第１の実施例について説明す
る。図１に本発明の第１の実施例に係るサイホン給水方
式による水電解装置のプロセスフローを示す。図中１は
高分子電解質膜を用いた水電解槽であり、該水電解槽１
内に設置した陽極と陰極との間には電力源２からの電力
が整流器３を介して供給されるようになっている。本実
施例では、この電力源２として太陽電池を用いる。水電
解槽１の陽極側及び陰極側の上部集合管１Ａ、１Ｂは図
２の（ｂ）に示すように上方に傾斜した構造をしてい
る。その傾斜角度は５〜１０度であるのが好ましい。比
較として、図２（ａ）に従来の電解槽の集合管が電解槽
の内部に一体化されているものの構造を示す。従来のよ
うに、集合管を電解槽と水平に設置すると、酸素側の集
合管の圧力損失による集合管の圧力勾配により、セル内
の酸素側の液面は酸素の出口ノズルに近い部分が高く給
水側のセルに近づくにしたがって低くなる。このよう
に、液面に勾配があると、給水側のセルの上部がドライ
な状態になる可能性がある。さらに、集合管が水平であ
ると、気液２層相流の酸素側流体がスムーズに出口側に
流動しないといった問題点もある。このような不具合を
防ぐために、本実施例では、図２（ｂ）に示すように電
解槽を傾斜させて設置することにより、集合管の角度を
傾斜させるようにした。傾斜角度は操作上支障がないこ
と及び上記不具合が十分防止できることを考慮して、５
〜１０度となるように集合管の内径を設計した。該上部
集合管１Ａは上昇管４を介してＯ2気液分離器５に接続
され、陰極側の上部集合管１Ｂは上昇管６を介してＨ2
気液分離器７に接続される。Ｏ2気液分離器５は上昇管
６を上昇してきた酸素と未反応の水との混合物から両者
を分離する役割を行う。Ｈ2気液分離器７は上昇管６を
上昇してきた水素と未反応の水との混合物から両者を分
離する役割を行う。Ｏ2気液分離器５は接続管８により
Ｏ2ガス冷却器９を介してＫ．Ｏ．ドラム１０に接続さ
れるとともに、下降管１１により水電解槽１に接続され
る。Ｏ2ガス冷却器９は送られてきた高温の酸素を冷却
し、Ｋ．Ｏ．ドラム１０は酸素中の凝縮した水分を除去
する役割を行う。一方、Ｈ2気液分離器７は接続管１２
によりＨ2ガス冷却器１３を介してＫ．Ｏ．ドラム１４
に接続されるとともに、下降管１５により水電解槽１に
接続される。Ｈ2ガス冷却器１３は送られてきた高温の
水素を冷却し、Ｋ．Ｏ．ドラム１４は水素中の凝縮した
水分を除去する役割を行う。下降管１５は下降管１１と
途中で合流しており、その合流点と水電解槽１との間に
は熱交換器１６が設置されている。この熱交換器１６に
は冷却水の供給ライン３０と温水の供給ライン３１が接
続されており、またこれら供給ライン３０、３１にはそ
れぞれ開閉弁３２、３３が設置されている。Ｋ．Ｏ．ド
ラム１０にはＯ2取出管１７が接続されるとともに、接
続管１８が接続され、該接続管１８の他端は下降管１１
の途中部分に接続されている。またＯ2取出管１７には
流量制御弁１９及び圧力コントローラー２０が設置され
ている。一方、Ｋ．Ｏ．ドラム１４にはＨ2取出管２１
が接続されるとともに、接続管２２が接続され、該接続
管２２の他端は下降管１５の途中部分に接続されてい
る。Ｈ2取出管２１には流量制御弁２３及び圧力コント
ローラー２４が設置されている。２５は下降管１１を介
して純水を補給するためのラインであり、その途中には
流量調整弁２６が設置され、その調整はＯ2気液分離器
５に取り付けられた流量コントローラー２７の制御によ
り行われるようになっている。また、下降管１５の途中
部分には流量調整弁２８が設置され、その調整はＨ2気
液分離器７に取り付けられた流量コントローラー２９の
制御により行われるようになっている。また、本実施例
では、上昇管４の水電解槽側に酸素吹き込み口３４が設
けられ、この酸素吹き込み口３４に酸素吹き込みライン
３５の一端が接続されている。この酸素吹き込みライン
３５の他端は、酸素を高圧で貯蔵しているタンク（図示
せず）に接続されており、また該酸素吹き込みライン３
５には開閉弁３６が設置されている。３７は太陽の輻射
強度を検出する太陽光センサーであり、その検出出力は
温度スイッチ３８に接続されている。この温度スイッチ
３８は水電解槽１内に取り付けられた温度センサー（図
示せず）の検出出力にも接続されている。該温度スイッ
チ３８はこれらのセンサーの検出出力を受け取って、水
電解槽１への電力投入、冷却水供給ライン３０の開閉弁
３２及び温水供給ライン３１の開閉弁３３、並びに酸素
吹き込みライン３５の開閉弁３６を制御する。Hereinafter, the present invention will be described in detail. First, a first embodiment of the water electrolysis apparatus to which the present invention is applied will be described. FIG. 1 shows a process flow of a water electrolysis apparatus using a siphon water supply system according to a first embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a water electrolysis tank using a polymer electrolyte membrane.
Power from a power source 2 is supplied through a rectifier 3 between an anode and a cathode installed in the inside. In this embodiment, a solar cell is used as the power source 2. The upper collecting pipes 1A and 1B on the anode side and the cathode side of the water electrolysis tank 1 have a structure inclined upward as shown in FIG. The inclination angle is preferably 5 to 10 degrees. For comparison, FIG. 2A shows the structure of a conventional electrolytic cell in which a collecting pipe is integrated inside the electrolytic cell. As in the past, when the collecting pipe was installed horizontally with the electrolytic cell, due to the pressure gradient of the collecting pipe due to the pressure loss of the collecting pipe on the oxygen side, the liquid level on the oxygen side in the cell was higher near the oxygen outlet nozzle. It becomes lower as it approaches the water supply side cell. As described above, when the liquid surface has a gradient, the upper part of the cell on the water supply side may be in a dry state. Furthermore, when the collecting pipe is horizontal, there is a problem that the oxygen-side fluid of the gas-liquid two-phase flow does not flow smoothly to the outlet side. In order to prevent such a problem, in the present embodiment, the angle of the collecting pipe is inclined by installing the electrolytic cell at an inclination as shown in FIG. 2B. Considering that there is no problem in operation and that the above problem can be sufficiently prevented,
The inside diameter of the collecting pipe was designed to be 10 to 10 degrees. The upper collecting pipe 1A is connected to an O 2 gas-liquid separator 5 via a riser pipe 4, and the upper collecting pipe 1B on the cathode side is connected to an H 2
It is connected to the gas-liquid separator 7. The O 2 gas-liquid separator 5 plays a role in separating the oxygen and the unreacted water that have risen in the riser 6 from a mixture thereof. The H 2 gas-liquid separator 7 serves to separate the hydrogen and the unreacted water that have risen in the riser 6 from a mixture thereof. The O 2 gas-liquid separator 5 is connected to the K 2 through a connecting pipe 8 via an O 2 gas cooler 9. O. While being connected to the drum 10, it is connected to the water electrolysis tank 1 by the downcomer pipe 11. The O 2 gas cooler 9 cools the sent high-temperature oxygen, O. The drum 10 serves to remove water condensed in oxygen. On the other hand, the H 2 gas-liquid separator 7 is connected to the connecting pipe 12.
Via the H 2 gas cooler 13 by K. O. Drum 14
To the water electrolysis tank 1 via a downcomer pipe 15. The H 2 gas cooler 13 cools the sent high-temperature hydrogen, O. The drum 14 serves to remove water condensed in hydrogen. The downcomer 15 joins the downcomer 11 on the way, and a heat exchanger 16 is provided between the junction and the water electrolysis tank 1. A cooling water supply line 30 and a hot water supply line 31 are connected to the heat exchanger 16. On-off valves 32 and 33 are installed in these supply lines 30 and 31, respectively. K. O. An O 2 extracting pipe 17 is connected to the drum 10 and a connecting pipe 18 is connected to the other end of the connecting pipe 18.
Is connected to the middle part of. A flow control valve 19 and a pressure controller 20 are installed in the O 2 extraction pipe 17. On the other hand, K. O. The drum 14 has an H 2 extraction pipe 21
Is connected, and the connection pipe 22 is connected. The other end of the connection pipe 22 is connected to an intermediate portion of the downcomer pipe 15. The H 2 extraction pipe 21 is provided with a flow control valve 23 and a pressure controller 24. Reference numeral 25 denotes a line for replenishing pure water via the downcomer 11, and a flow control valve 26 is provided in the middle of the line, and its adjustment is controlled by a flow controller 27 attached to the O 2 gas-liquid separator 5. Is to be performed. A flow control valve 28 is provided at an intermediate portion of the downcomer 15, and the adjustment is performed under the control of a flow controller 29 attached to the H 2 gas-liquid separator 7. Further, in this embodiment, an oxygen blowing port 34 is provided on the water electrolysis tank side of the riser tube 4, and one end of an oxygen blowing line 35 is connected to the oxygen blowing port 34. The other end of the oxygen blowing line 35 is connected to a tank (not shown) storing oxygen at a high pressure.
5 is provided with an on-off valve 36. Reference numeral 37 denotes a sunlight sensor for detecting the radiation intensity of the sun, and its detection output is connected to a temperature switch 38. This temperature switch 38 is also connected to a detection output of a temperature sensor (not shown) mounted in the water electrolysis tank 1. The temperature switch 38 receives the detection outputs of these sensors and supplies power to the water electrolysis tank 1, opens and closes the on-off valve 32 of the cooling water supply line 30 and the on-off valve 33 of the hot water supply line 31, and opens and closes the oxygen injection line 35. Control the valve 36.
【００１４】次に、上記実施例の動作について述べる。
太陽光センサー３７により検出される太陽の輻射強度が
規定値より高くなり、かつその時に電解槽１の温度が規
定値より低いと、温度スイッチ３８が作動し、酸素吹き
込みライン３５の開閉弁３６が開き、高圧貯蔵タンクよ
り高圧の酸素が酸素吹き込みライン３５を介して酸素吹
き込み口３４より上昇管４に供給される。また温度スイ
ッチ３８の作動により温水供給ライン３１の開閉弁３３
が開き、熱交換器１６に温水が供給される。上昇管４に
酸素が供給されると、上昇管４内に滞留していた水と混
合し、その混合物はＯ2気液分離器５に送られる。この
とき上昇管４内の酸素と水の混合物の密度は下降管１１
内に滞留している水の密度より小さくなるため、その密
度差によるサイホン効果により水が循環する。すなわ
ち、酸素吹き込み口３４より吹き込んだ酸素により水が
強制的に循環されることになる。その際、水電解装置１
の上部集合管１Ａが図２（ｂ）に示すように上昇管４に
向かって上方に傾斜する構造に形成されているため、水
の循環がより促進される。Next, the operation of the above embodiment will be described.
If the radiation intensity of the sun detected by the sunlight sensor 37 is higher than a specified value and the temperature of the electrolytic cell 1 is lower than the specified value at that time, the temperature switch 38 is operated, and the on-off valve 36 of the oxygen blowing line 35 is turned on. When opened, high-pressure oxygen is supplied from the high-pressure storage tank to the riser pipe 4 from the oxygen blowing port 34 via the oxygen blowing line 35. The operation of the temperature switch 38 causes the on-off valve 33 of the hot water supply line 31 to open.
Opens, and hot water is supplied to the heat exchanger 16. When oxygen is supplied to the riser 4, the oxygen is mixed with water retained in the riser 4, and the mixture is sent to the O 2 gas-liquid separator 5. At this time, the density of the mixture of oxygen and water in the riser 4
The water circulates due to the siphon effect due to the density difference because the density is smaller than the density of the water staying inside. That is, the water is forcibly circulated by the oxygen blown from the oxygen blowing port 34. At that time, the water electrolysis device 1
The upper collecting pipe 1A is formed in a structure inclined upward toward the rising pipe 4 as shown in FIG. 2B, so that the circulation of water is further promoted.
【００１５】水電解槽１の温度が規定値以上に上昇する
と、温度スイッチ３８の作動により、電力源（太陽電
池）２から水電解装置１への電力供給が開始されるとと
もに、酸素吹き込みライン３５の開閉弁３６が閉じ、温
水供給ライン３１の開閉弁３３が閉じ、冷却水供給ライ
ン３０の開閉弁３２が開く。これにより、熱交換器１６
には冷却水が供給され、定格運転にはいる。以上のよう
にして、水電解槽１が十分に稼働していない状態でも稼
働時と同じように水電解槽及に水を循環させることが可
能となる。When the temperature of the water electrolyzer 1 rises above a specified value, the operation of the temperature switch 38 starts the power supply from the power source (solar cell) 2 to the water electrolyzer 1 and the oxygen blowing line 35. The on-off valve 36 of the hot water supply line 31 is closed, and the on-off valve 32 of the cooling water supply line 30 is opened. Thereby, the heat exchanger 16
Is supplied with cooling water and enters the rated operation. As described above, even when the water electrolysis tank 1 is not sufficiently operated, water can be circulated through the water electrolysis tank and in the same manner as during operation.
【００１６】定格運転に入ると、水電解槽１内では電気
分解により陽極側では酸素が発生し、発生した酸素は未
反応の水とともに上部集合管１Ａに集められ、上昇管４
を介してＯ2気液分離器５に送られる。Ｏ2気液分離器５
では送られてきた混合物から酸素と水を分離し、酸素は
接続管８に送られ、水は上記サイホン効果により下降管
１１に送られる。送られてきた高温の酸素はＯ2ガス冷
却器９で冷却された後、Ｋ．Ｏ．ドラム１０にて酸素中
の凝縮した水分が除去され、酸素はＯ2取出管１７を介
して系外に取り出され、除去された水分は接続管１８を
介して下降管１１に送られる。When the rated operation is started, oxygen is generated on the anode side by electrolysis in the water electrolysis tank 1, and the generated oxygen is collected together with unreacted water in the upper collecting pipe 1A.
To the O 2 gas-liquid separator 5. O 2 gas-liquid separator 5
Then, oxygen and water are separated from the sent mixture, oxygen is sent to the connection pipe 8, and water is sent to the downcomer pipe 11 by the siphon effect. The high-temperature oxygen sent is cooled by the O 2 gas cooler 9 and then cooled by K.O. O. The water condensed in the oxygen is removed by the drum 10, the oxygen is taken out of the system via the O 2 take-out pipe 17, and the removed water is sent to the downcomer pipe 11 via the connection pipe 18.
【００１７】また、水電解槽１内の陽極側では水素が発
生し、発生した水素は未反応の水とともに上部集合管１
Ｂに集められ、上昇管６を介してＨ2気液分離器７に送
られる。Ｈ2気液分離器７では送られてきた混合物から
水素と水を分離し、水素は接続管１２に送られ、水は下
降管１１に送られる。送られてきた高温の水素はＨ2ガ
ス冷却器１３で冷却された後、Ｋ．Ｏ．ドラム１４にて
水素中の凝縮した水分が除去され、水素はＨ2取出管２
１を介して系外に取り出され、除去された水分は接続管
２２を介して下降管１５に送られる。下降管１５の水は
下降管１１の水と合流し、熱交換器１６により加熱され
た後、水電解槽１内に供給される。Further, hydrogen is generated on the anode side in the water electrolysis tank 1, and the generated hydrogen is combined with unreacted water in the upper collecting pipe 1
B and sent to the H 2 gas-liquid separator 7 via the riser 6. In the H 2 gas-liquid separator 7, hydrogen and water are separated from the sent mixture, the hydrogen is sent to the connection pipe 12, and the water is sent to the downcomer pipe 11. The sent high-temperature hydrogen is cooled by the H 2 gas cooler 13 and then cooled by K.I. O. The water condensed in the hydrogen is removed by the drum 14, and the hydrogen is removed from the H 2 extraction pipe 2.
The water removed and removed from the system via 1 is sent to the downcomer 15 via the connecting tube 22. The water in the downcomer 15 merges with the water in the downcomer 11 and is heated by the heat exchanger 16 before being supplied into the water electrolysis tank 1.
【００１８】次に、本発明を適用した水電解装置の第２
の実施例について説明する。図３に本発明の第２の実施
例に係るサイホン給水方式による水電解装置のプロセス
フローを示す。図３において図１に示す第１の実施例と
同様な要素には同じ符号を付してある。重複説明を避け
るためここでは本実施例が上記第１の実施例と相違する
点についてのみ説明する。本実施例においては、Ｏ2取
出管１７の途中に接続管４０が接続され、該接続管４０
の他端はアキュミュレーター４１に接続される。アキュ
ミュレーター４１は上昇管４に吹き込むのに必要なだけ
の酸素を通常の運転圧力で貯蔵するものである。アキュ
ミュレーター４１と上昇管４に形成された酸素吹き込み
口４３とは酸素吹き込みライン４３により接続されてい
る。また温度スイッチ３８は圧力コントローラー２０も
制御するようになっている。さらにＫ．Ｏ．ドラム１４
の水素取出側にはＨ2取出管２１の他に、流量調整弁４
４を備えたＨ2放出管４５が接続されるとともに、圧力
コントローラー２４に代えて差圧コントローラー４６が
設置されている。その他の構成は図１のものと同じであ
る。Next, the second embodiment of the water electrolysis apparatus according to the present invention will be described.
An example will be described. FIG. 3 shows a process flow of a water electrolysis apparatus using a siphon water supply system according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 3, the same elements as those in the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. Here, in order to avoid redundant description, only the points in which the present embodiment is different from the first embodiment will be described. In the present embodiment, a connecting pipe 40 is connected in the middle of the O2 extracting pipe 17 and the connecting pipe 40 is connected to the connecting pipe 40.
Is connected to the accumulator 41. The accumulator 41 stores as much oxygen as necessary for blowing into the riser 4 at a normal operating pressure. The accumulator 41 and the oxygen inlet 43 formed in the riser 4 are connected by an oxygen inlet line 43. The temperature switch 38 also controls the pressure controller 20. Furthermore, K. O. Drum 14
In addition to the H 2 extraction pipe 21, the flow control valve 4
An H 2 discharge pipe 45 provided with a pressure controller 4 is connected, and a differential pressure controller 46 is provided instead of the pressure controller 24. Other configurations are the same as those in FIG.
【００１９】第２の実施例の動作について述べると、太
陽光センサー３７により検出される太陽の輻射強度が規
定値より高くなり、かつその時に水電解槽１の温度が規
定値より低いと、温度スイッチ３８が作動し、酸素ライ
ン系統の圧力コントローラー２０の設定圧力値を徐々に
下げる。これにより酸素ライン系統の圧力が低下するこ
とにより、アキュミュレーター４１から酸素が酸素吹き
込みライン４３を介して酸素吹き込み口４２より上昇管
４に供給される。また温度スイッチ３８の作動により温
水供給ライン３１の開閉弁３３が開き、熱交換器１６に
温水が供給される。上昇管４に酸素が供給されると、上
昇管４内に滞留していた水と混合し、その混合物はＯ2
気液分離器５に送られる。このとき上昇管４内の酸素と
水の混合物の密度は下降管１１内に滞留している水の密
度より小さくなるため、その密度差によるサイホン効果
により水が循環する。すなわち、酸素吹き込み口４２よ
り吹き込んだ酸素により水が強制的に循環されることに
なる。この場合も、第１の実施例と同様、水電解装置１
の上部集合管１Ａが図２（ｂ）に示すように上昇管４に
向かって上方に傾斜する構造に形成されているため、水
の循環がより促進される。The operation of the second embodiment will be described. If the radiation intensity of the sun detected by the sunlight sensor 37 becomes higher than a specified value and the temperature of the water electrolyzer 1 is lower than the specified value at that time, the temperature becomes lower. The switch 38 is operated to gradually lower the set pressure value of the pressure controller 20 of the oxygen line system. As a result, the pressure in the oxygen line system is reduced, so that oxygen is supplied from the accumulator 41 through the oxygen blowing line 43 to the riser pipe 4 from the oxygen blowing port 42. Further, the operation of the temperature switch 38 opens the on-off valve 33 of the hot water supply line 31, and the hot water is supplied to the heat exchanger 16. When oxygen is supplied to the riser 4, the oxygen is mixed with water retained in the riser 4, and the mixture is mixed with O 2.
It is sent to the gas-liquid separator 5. At this time, since the density of the mixture of oxygen and water in the riser pipe 4 becomes smaller than the density of water staying in the downcomer pipe 11, the water circulates due to the siphon effect due to the density difference. That is, the water is forcibly circulated by the oxygen blown from the oxygen blowing port 42. Also in this case, similarly to the first embodiment, the water electrolysis device 1
The upper collecting pipe 1A is formed in a structure inclined upward toward the rising pipe 4 as shown in FIG. 2B, so that the circulation of water is further promoted.
【００２２】水電解槽１の温度が規定値以上に上昇する
と、温度スイッチ３８の作動により、圧力コントローラ
ー２０の圧力設定値は通常の運転における値に設定さ
れ、酸素ライン系統は通常運転の圧力に戻り、酸素吹き
込みラインの圧力コントロールバルブが閉まり、酸素の
吹き込みは止まる。そして温度スイッチ３８の作動によ
り、電力源（太陽電池）２から水電解装置１への電力供
給が開始され、定格運転にはいる。なお、起動時におい
て、水素ライン系統の圧力をそのままにして、酸素ライ
ン系統の圧力のみを低下させると、水電解槽１内の高分
子電解質膜に差圧がかかり、膜にダメージを受けるた
め、水素ライン系統の圧力は差圧コントローラー４６で
コントロールする。When the temperature of the water electrolyzer 1 rises above a specified value, the pressure set value of the pressure controller 20 is set to the value in the normal operation by operating the temperature switch 38, and the oxygen line system is set to the pressure in the normal operation. Returning, the pressure control valve of the oxygen injection line closes, and the oxygen injection stops. Then, by the operation of the temperature switch 38, the power supply from the power source (solar cell) 2 to the water electrolysis apparatus 1 is started, and the operation enters the rated operation. During startup, if only the pressure in the oxygen line system is reduced while keeping the pressure in the hydrogen line system unchanged, a differential pressure is applied to the polymer electrolyte membrane in the water electrolysis tank 1 to damage the membrane. The pressure in the hydrogen line system is controlled by a differential pressure controller 46.
【００２３】[0023]
【発明の効果】本発明によれば、前記構成としたので、
断続的かつ負荷の変動する電力を供給する太陽電池を用
いても、サイホン給水方式の特長を維持しつつ、装置の
起動をスムーズに行うことが可能となる。また、運転費
及びメンテナンス費を安価にすることができる。さら
に、熱交換器に供給する温水として、プラントの温廃水
を用いると、水素製造に要する電力の低減が可能とな
り、より経済的なものとなる。According to the present invention, since the above-mentioned configuration is adopted,
Even with the use of a solar cell that supplies intermittent and fluctuating load power, the device can be started smoothly while maintaining the features of the siphon water supply system. In addition, operating costs and maintenance costs can be reduced. Furthermore, when the warm wastewater of the plant is used as the hot water supplied to the heat exchanger, the power required for hydrogen production can be reduced, which is more economical.
【図１】本発明による第１の実施例に係るサイホン給水
方式の水電解装置のプロセスフローを示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a process flow of a siphon water supply type water electrolysis apparatus according to a first embodiment of the present invention.
【図２】（ａ）は従来の水電解装置の上部集合管の構造
を示す図、（ｂ）は上記実施例における上部集合管の構
造を示す図である。FIG. 2A is a diagram showing a structure of an upper collecting pipe of a conventional water electrolysis device, and FIG. 2B is a view showing a structure of an upper collecting pipe in the above embodiment.
【図３】本発明による第２の実施例に係るサイホン給水
方式の水電解装置のプロセスフローを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a process flow of a siphon water supply type water electrolysis apparatus according to a second embodiment of the present invention.
【図４】従来のサイホン給水方式の水電解装置のプロセ
スフローを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a process flow of a conventional water electrolysis apparatus of a siphon water supply system.
１ 水電解槽 ２ 電力源（太陽電
池） ４、６ 上昇管 ５ Ｏ2気液分離器 ７ Ｈ2気液分離器 １１、１５ 下降管 １６ 熱交換器 ３５ 酸素吹き込み
ライン ３７ 太陽センサー ３８ 温度スイッチ ４１ アキュミュレーター ４３ 酸素吹き込み
ライン1 Water electrolyzer second power source (solar cell) 4,6 riser 5 O 2 gas-liquid separator 7 H 2 gas-liquid separator 11, 15 downfalling pipe 16 heat exchanger 35 oxygen blowing line 37 solar sensor 38 Temperature switch 41 Accumulator 43 Oxygen injection line
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 守孝 東京都港区西新橋２−８−11 第７東洋 海事ビル８階 財団法人地球環境産業技 術研究機構 ＣＯ２固定化等プロジェク ト室内 (72)発明者 森 浩章 東京都港区西新橋２−８−11 第７東洋 海事ビル８階 財団法人地球環境産業技 術研究機構 ＣＯ２固定化等プロジェク ト室内 (72)発明者 前澤 彰二 東京都港区西新橋２−８−11 第７東洋 海事ビル８階 財団法人地球環境産業技 術研究機構 ＣＯ２固定化等プロジェク ト室内 (72)発明者 竹中 啓恭 大阪府池田市緑丘１丁目８番31号 工業 技術院大阪工業技術研究所内 (72)発明者 小黒 啓介 大阪府池田市緑丘１丁目８番31号 工業 技術院大阪工業技術研究所内 審査官 小川 進 (56)参考文献 特開 平５−227661（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−200775（ＪＰ，Ａ) 実公 平２−13487（ＪＰ，Ｙ２) 実公 平２−13485（ＪＰ，Ｙ２) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Moritaka Kato 2-8-11 Nishi-Shimbashi, Minato-ku, Tokyo 7th Oriental Maritime Building 8th floor Project room for CO2 fixation, etc. ) Inventor Hiroaki Mori 2-8-11 Nishi-Shimbashi, Minato-ku, Tokyo 7th Oriental Maritime Building 8th floor The Research Institute for Global Environmental Technology Japan Indoor room for CO2 fixation etc. (72) Inventor Shoji Maezawa Minato-ku, Tokyo 2-8-11 Nishi-Shimbashi 8th floor of the 7th Oriental Maritime Building The Research Institute for Innovative Technology for the Earth and Environment (CO2) Project Room (72) Inventor Hiroyasu Takenaka 1-81-31 Midorigaoka, Ikeda-shi, Osaka Industry (72) Inventor Keisuke Oguro 1-8-31 Midorioka, Ikeda-shi, Osaka Examiner Susumu Ogawa (56) References in the National Institute of Advanced Arts and Sciences JP-A-5-227661 (JP, A) JP-A-59-200775 (JP, A) JP 13487 (JP, Y2) JP 2 13485 (JP, Y2)
Claims (9)
電解槽内に設置された電極間に電力を供給するための太
陽電池と、発生した酸素と水とを分離するＯ２気液分離
器と、発生した水素と水とを分離するＨ２気液分離器
と、水電解槽の陽極側とＯ２気液分離器との間に配設さ
れる第１の上昇管と、Ｏ２気液分離器と水電解槽との間
には配設される第１の下降管とにより形成される第１の
循環ラインと、水電解槽の陰極側とＨ２気液分離器との
間に配設される第２の下降管とにより形成される第２の
循環ラインとを具備し、さらに、装置起動時に前記第１
の上昇管に酸素を吹き込むための手段を設けると共に、
前記下降管の途中に、熱媒と冷媒のいづれかを選択して
流通させることができる熱交換器を設け、水電解槽が十
分に稼働していない状態でも稼働時と同じように水電解
槽に水を循環させることができるようにしたことを特徴
とするサイホン給水方式の水電解装置。1. A water electrolysis tank provided with a polymer electrolyte membrane, a solar cell for supplying electric power between electrodes provided in the water electrolysis tank, and an O 2 gas for separating generated oxygen and water. A liquid separator, a H 2 gas-liquid separator for separating generated hydrogen and water, a first riser tube disposed between the anode side of the water electrolysis tank and the O 2 gas-liquid separator, A first circulation line formed by a first downcomer pipe disposed between the O 2 gas-liquid separator and the water electrolyzer, a cathode side of the water electrolyzer and an H 2 gas-liquid separator; And a second circulation line formed by a second downcomer disposed between the first and second downcomers.
Means for injecting oxygen into the riser of
In the middle of the downcomer, select either heat medium or refrigerant
Provide a heat exchanger that can be circulated, and
Water electrolysis even when it is not running
A siphon water supply type water electrolysis apparatus characterized in that water can be circulated in a tank .
を高圧で貯蔵するタンクと、該タンクと前記第１の上昇
管とを接続するラインからなることを特徴とする請求項
１に記載の水電解装置。2. The apparatus according to claim 1, wherein the means for blowing oxygen comprises a tank for storing oxygen at a high pressure, and a line connecting the tank and the first riser. Water electrolysis device.
出する温度検出手段が取り付けられるとともに、該温度
検出手段による検出結果に基づき前記酸素を吹き込むた
めの手段及び前記熱交換器の動作を制御する制御手段が
設置されていることを特徴とする請求項２に記載の水電
解装置。3. A temperature detecting means for detecting a temperature in the water electrolyzer is attached to the water electrolyzer, and a means for blowing the oxygen based on a detection result by the temperature detector and a heat exchanger of the heat exchanger. The water electrolysis device according to claim 2, further comprising a control unit for controlling an operation.
めの太陽光センサーが設置されるとともに、前記水電解
槽に該水電解槽内の温度を検出する温度検出手段が取り
付けられ、さらに前記太陽光センサー及び前記温度検出
手段による検出結果に基づき前記酸素を吹き込むための
手段及び前記熱交換器の動作を制御する制御手段が設置
されていることを特徴とする請求項２に記載の水電解装
置。4. A sunlight sensor for detecting the radiation intensity of the sunlight sensor is provided, and a temperature detecting means for detecting a temperature in the water electrolysis tank is attached to the water electrolysis tank. The water electrolysis apparatus according to claim 2, further comprising a means for blowing the oxygen based on a detection result by the optical sensor and the temperature detecting means, and a control means for controlling an operation of the heat exchanger. .
装置で製造された酸素の一部を貯蔵するアキュミュレー
ターと、該アキュミュレーターと前記第１の上昇管とを
接続するラインからなることを特徴とする請求項１に記
載の水電解装置。5. The means for injecting oxygen comprises an accumulator for storing a part of the oxygen produced by the device, and a line connecting the accumulator and the first riser. The water electrolysis device according to claim 1, wherein:
出する温度検出手段が取り付けられるとともに、酸素ラ
イン系統に圧力調整手段が設置され、さらに該温度検出
手段による検出結果に基づき前記酸素を吹き込むための
手段、前記圧力調整手段及び前記熱交換器の動作を制御
する制御手段が設置されていることを特徴とする請求項
５に記載の水電解装置。6. A temperature detecting means for detecting a temperature in the water electrolyzer is attached to the water electrolyzer, a pressure adjusting means is installed in the oxygen line system, and the temperature is detected based on a detection result by the temperature detector. The water electrolysis apparatus according to claim 5, further comprising a means for blowing oxygen, a control means for controlling operations of the pressure adjusting means and the heat exchanger.
めの太陽光センサーが設置されるとともに、前記水電解
槽に該水電解槽内の温度を検出する温度検出手段が取り
付けられ、酸素ライン系統に圧力調整手段が設置され、
さらに前記太陽光センサー及び前記温度検出手段による
検出結果に基づき前記酸素を吹き込むための手段、前記
圧力調整手段及び前記熱交換器の動作を制御する制御手
段が設置されていることを特徴とする請求項５に記載の
水電解装置。7. An oxygen line system in which a sunlight sensor for detecting the radiation intensity of the sunlight sensor is installed, and a temperature detecting means for detecting a temperature in the water electrolysis tank is attached to the water electrolysis tank. Pressure adjustment means is installed in
Further, a means for blowing the oxygen based on the detection results by the sunlight sensor and the temperature detecting means, a control means for controlling the operations of the pressure adjusting means and the heat exchanger are provided. Item 6. A water electrolysis device according to item 5.
集合管が傾斜を有する構造に形成されていることを特徴
とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の水電解装
置。8. The water electrolysis apparatus according to claim 1, wherein the collecting pipe installed on the anode side upper part of the water electrolysis tank is formed in a structure having an inclination. .
電池により電力を供給するとともに、水電解槽の各電極
側と各気液分離器との間に配設される上昇管及び各気液
分離器と水電解槽との間に配設される下降管とにより形
成される酸素側及び水素側の各循環ラインによるサイホ
ン効果を利用して水電解槽に水を循環供給させて水の電
気分解を行う水電解方法であって、装置起動時に、酸素
側上昇管内に外部から酸素を吹き込んで酸素側循環ライ
ンに水を強制的に循環させるとともに、下降管を通過す
る水を熱交換器により加熱することを特徴とする水電解
方法。9. A water electrolyzer provided with a polymer electrolyte membrane is supplied with electric power by a solar cell, and an ascending pipe disposed between each electrode side of the water electrolyzer and each of the gas-liquid separators. The water is circulated and supplied to the water electrolysis tank by utilizing the siphon effect of each of the circulation lines on the oxygen side and the hydrogen side formed by the down pipe arranged between the gas-liquid separator and the water electrolysis tank. A water electrolysis method for performing electrolysis of water, when starting the apparatus, oxygen is blown into the oxygen-side ascending pipe from the outside to forcibly circulate the water in the oxygen-side circulation line, and heat exchanges water passing through the descending pipe. A water electrolysis method characterized by heating with a vessel.
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