JP2851544B2 - 水電解セルの残留電圧除去方法及びそのための装置 - Google Patents
水電解セルの残留電圧除去方法及びそのための装置Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
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- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体の製造工程の際
の酸化被膜生成処理及び各種熱処理工程、ならびに、原
子力発電装置の冷却水配管の腐食防止用など各種工業分
野において必要とされる高純度の酸素ガス及び水素ガス
を製造するための酸素・水素発生装置に関する。
の酸化被膜生成処理及び各種熱処理工程、ならびに、原
子力発電装置の冷却水配管の腐食防止用など各種工業分
野において必要とされる高純度の酸素ガス及び水素ガス
を製造するための酸素・水素発生装置に関する。
【０００２】より詳細には、酸素・水素発生装置の通電
停止後に、水電解セルに残留する電圧を除去するための
方法、及びそのための装置に関する。
停止後に、水電解セルに残留する電圧を除去するための
方法、及びそのための装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】従来より、前述した各種工業分野に使用
する酸素ガス及び水素ガスは、水素ガスについては、食
塩電解や石油精製の際に発生する副成ガスを、触媒燃焼
精製法などを用いてある程度の純度の水素ガスに精製し
た後、ガスボンベに高圧にして充填して、使用者に供給
され使用されている。
する酸素ガス及び水素ガスは、水素ガスについては、食
塩電解や石油精製の際に発生する副成ガスを、触媒燃焼
精製法などを用いてある程度の純度の水素ガスに精製し
た後、ガスボンベに高圧にして充填して、使用者に供給
され使用されている。
【０００４】一方、酸素ガスについては、空気をジュー
ルトムソン法により液化し、深冷分離法により沸点差を
利用して分離し、ある程度の高純度の酸素ガスが作ら
れ、これを液体酸素の状態で工場のコールドエバポレー
タ（酸素ガス発生装置）に供給し、 これを気化してガス
に使用したり、ガスボンベに高圧にして充填して、使用
者に供給され使用されている。
ルトムソン法により液化し、深冷分離法により沸点差を
利用して分離し、ある程度の高純度の酸素ガスが作ら
れ、これを液体酸素の状態で工場のコールドエバポレー
タ（酸素ガス発生装置）に供給し、 これを気化してガス
に使用したり、ガスボンベに高圧にして充填して、使用
者に供給され使用されている。
【０００５】しかしながら、このように供給される酸素
及び水素等のガスには、窒素、炭酸ガス、一酸化炭素、
炭化水素、水分等の不純物も含まれており、これらは完
全には除去されず、そのためにさらに不純物を除去・精
製するため、吸着材による吸着処理やパラジューム膜透
過法等のような高度の純化処理法により、個別に純化処
理して精製して使用しているのが実状である。ところ
が、このような純化処理法によっても除去が困難な窒素
等の不純物があり、例えば、半導体分野などにおいて
は、昨今の素子の高純度化においては、このような残存
不純物が問題となっていた。
及び水素等のガスには、窒素、炭酸ガス、一酸化炭素、
炭化水素、水分等の不純物も含まれており、これらは完
全には除去されず、そのためにさらに不純物を除去・精
製するため、吸着材による吸着処理やパラジューム膜透
過法等のような高度の純化処理法により、個別に純化処
理して精製して使用しているのが実状である。ところ
が、このような純化処理法によっても除去が困難な窒素
等の不純物があり、例えば、半導体分野などにおいて
は、昨今の素子の高純度化においては、このような残存
不純物が問題となっていた。
【０００６】又、酸素や水素は、ボンベに高圧に充填し
て供給されたり、液体状態で保管されており、輸送や貯
蔵時、地震等の非常時に、ガス漏洩して引火、爆発する
おそれもあり、安全の面でも問題となっていた。
て供給されたり、液体状態で保管されており、輸送や貯
蔵時、地震等の非常時に、ガス漏洩して引火、爆発する
おそれもあり、安全の面でも問題となっていた。
【０００７】このような、従来における問題を解決する
ために、本発明者等は、特開平5-287570号において、図
2 に示したように、ポーラスな固体電解質、例えば、カ
チオン交換膜（フッ素樹脂系スルフォン酸カチオン交換
膜、例えば、デュポン社製「ナフィオン１１７」）の両
面に白金属族金属等からなる多孔質の陽極及び陰極を接
合した構造の固体高分子電解質膜を隔膜として用い、陽
極室と陰極室とに分離した構造の水電解セルを用いて、
陽極室に純水を供給しながら電気分解して、陽極室から
酸素ガスを、陰極室から水素ガスをそれぞれ発生するよ
うに構成した水電解セルを用いた酸素・水素発生装置を
提案した。
ために、本発明者等は、特開平5-287570号において、図
2 に示したように、ポーラスな固体電解質、例えば、カ
チオン交換膜（フッ素樹脂系スルフォン酸カチオン交換
膜、例えば、デュポン社製「ナフィオン１１７」）の両
面に白金属族金属等からなる多孔質の陽極及び陰極を接
合した構造の固体高分子電解質膜を隔膜として用い、陽
極室と陰極室とに分離した構造の水電解セルを用いて、
陽極室に純水を供給しながら電気分解して、陽極室から
酸素ガスを、陰極室から水素ガスをそれぞれ発生するよ
うに構成した水電解セルを用いた酸素・水素発生装置を
提案した。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、水電解セル
に用いている固体高分子電解質膜の膜数が少なく、水電
解セルに印加する電圧が比較的低い場合には、水電解セ
ルへの通電停止後には、水電解セルに残留する電圧も低
く問題にならないが、大容量のガスを発生させるため、
固体高分子電解質膜を、直列に多数並設した構成の水電
解セルを用いられる場合には、下記のような問題があっ
た。
に用いている固体高分子電解質膜の膜数が少なく、水電
解セルに印加する電圧が比較的低い場合には、水電解セ
ルへの通電停止後には、水電解セルに残留する電圧も低
く問題にならないが、大容量のガスを発生させるため、
固体高分子電解質膜を、直列に多数並設した構成の水電
解セルを用いられる場合には、下記のような問題があっ
た。
【０００９】すなわち、この場合、水電解セルに印加す
る電圧が高いために、通電停止後にも、水電解セルには
高電圧が残留しており（印加電圧の60％程度の電圧）、
例えば、通電停止後に3Vの電圧が残留している場合、電
極板が短絡したとき、約12A程度の電流が流れるおそれ
があるため、周囲に危険を及ぼすだけでなく、固体高分
子電解質膜に、本来とは逆向きの電流が流れることとな
るために、固体高分子電解質膜に対して悪影響を及ぼす
こととなる。
る電圧が高いために、通電停止後にも、水電解セルには
高電圧が残留しており（印加電圧の60％程度の電圧）、
例えば、通電停止後に3Vの電圧が残留している場合、電
極板が短絡したとき、約12A程度の電流が流れるおそれ
があるため、周囲に危険を及ぼすだけでなく、固体高分
子電解質膜に、本来とは逆向きの電流が流れることとな
るために、固体高分子電解質膜に対して悪影響を及ぼす
こととなる。
【００１０】すなわち、固体高分子電解質膜の陽極に使
用している白金電極では、陽極金属の酸化
用している白金電極では、陽極金属の酸化
【００１１】
【化１】
【００１２】若しくは、低級酸化物の酸化
【００１３】
【化２】
【００１４】の反応が進み、高級酸化物は、自ら分解し
て低級酸化物が再生成され、
て低級酸化物が再生成され、
【００１５】
【化３】
【００１６】PtO n →PtO m →PtO n の変化を繰り返す
こととなる。
こととなる。
【００１７】ところが、前述したように逆向きに電流が
流れると、上記の反応の逆が生じて、陽極が陰極になっ
て還元され、永続的な白金酸化物が表面にできないため
に、白金が浸食されることになり、固体高分子電解質膜
が破損し、本来の機能を果たさなくなるため、結果とし
て、固体高分子電解質膜の寿命を縮めることになり好ま
しくなかった。
流れると、上記の反応の逆が生じて、陽極が陰極になっ
て還元され、永続的な白金酸化物が表面にできないため
に、白金が浸食されることになり、固体高分子電解質膜
が破損し、本来の機能を果たさなくなるため、結果とし
て、固体高分子電解質膜の寿命を縮めることになり好ま
しくなかった。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような現
状に鑑みて、大容量のガスを発生させるため、固体高分
子電解質膜を、直列に多数並設した構成の水電解セルを
用いた場合にも、通電停止後に、水電解セルに高電圧が
残留することなく、周囲に危険を及ぼすことなく、固体
高分子電解質膜に、本来とは逆向きの電流が流れること
なく、固体高分子電解質膜に対して悪影響を及ぼすこと
のない酸素・水素発生装置及びその水電解セルに残留す
る電圧を除去するための方法を提供することを目的とす
る。
状に鑑みて、大容量のガスを発生させるため、固体高分
子電解質膜を、直列に多数並設した構成の水電解セルを
用いた場合にも、通電停止後に、水電解セルに高電圧が
残留することなく、周囲に危険を及ぼすことなく、固体
高分子電解質膜に、本来とは逆向きの電流が流れること
なく、固体高分子電解質膜に対して悪影響を及ぼすこと
のない酸素・水素発生装置及びその水電解セルに残留す
る電圧を除去するための方法を提供することを目的とす
る。
【００１９】ところで、水電解セルにおいては、水を陽
極側に供給しながら電気分解することにより、図2 に示
したように、陽極側では、2H2 O →O 2 ＋4H+ ＋4e- の
ような反応が起こり酸素ガスが発生し、陰極側では、4H
+ ＋4e- →2H2 の反応が起こり水素ガスが発生するもの
である。従って、通電停止後にも、陽極側に酸素が残留
し、陰極側に水素が残留することとなるために、水電解
セルに電圧、電流が残存することとなる。
極側に供給しながら電気分解することにより、図2 に示
したように、陽極側では、2H2 O →O 2 ＋4H+ ＋4e- の
ような反応が起こり酸素ガスが発生し、陰極側では、4H
+ ＋4e- →2H2 の反応が起こり水素ガスが発生するもの
である。従って、通電停止後にも、陽極側に酸素が残留
し、陰極側に水素が残留することとなるために、水電解
セルに電圧、電流が残存することとなる。
【００２０】本発明者等は、このような水電解セルの陽
極側に残留する酸素、及び陰極側に残留する水素を、純
水を陽極側及び陰極側に供給し続けることにより、残存
酸素及び水素を除去することにより、容易に水電解セル
の残留電圧を除去可能であることを知見して、本発明を
完成するに至ったものである。
極側に残留する酸素、及び陰極側に残留する水素を、純
水を陽極側及び陰極側に供給し続けることにより、残存
酸素及び水素を除去することにより、容易に水電解セル
の残留電圧を除去可能であることを知見して、本発明を
完成するに至ったものである。
【００２１】すなわち、本発明は、前述したような従来
技術における課題及び目的を達成するために発明なされ
たものであって、その構成要旨とするところは、下記の
（１）〜（２）である。
技術における課題及び目的を達成するために発明なされ
たものであって、その構成要旨とするところは、下記の
（１）〜（２）である。
【００２２】（１）電解質膜を隔膜として用いて、陽極
側と陰極側とに分離して、陽極側に純水を供給しながら
純水を電気分解して、陽極側から酸素ガスを、陰極側か
ら水素ガスをそれぞれ発生するように構成した水電解セ
ルの残留電圧除去方法であって、前記水電解セルの通電
停止後に、陽極側及び陰極側に純水を供給し続けて、陽
極側に残留する酸素、及び陰極側に残留する水素を水電
解セルより除去することによって、水電解セルの残留電
圧を除去することを特徴とする水電解セルの残留電圧除
去方法。
側と陰極側とに分離して、陽極側に純水を供給しながら
純水を電気分解して、陽極側から酸素ガスを、陰極側か
ら水素ガスをそれぞれ発生するように構成した水電解セ
ルの残留電圧除去方法であって、前記水電解セルの通電
停止後に、陽極側及び陰極側に純水を供給し続けて、陽
極側に残留する酸素、及び陰極側に残留する水素を水電
解セルより除去することによって、水電解セルの残留電
圧を除去することを特徴とする水電解セルの残留電圧除
去方法。
【００２３】（２）純水供給装置と、電解質膜を隔膜と
して用いて、陽極側と陰極側とに分離して、前記純水供
給装置から陽極側純水供給経路を介して、純水を陽極側
に供給しながら純水を電気分解して、陽極側から酸素ガ
スを、陰極側から水素ガスをそれぞれ発生するように構
成した水電解セルとを備えた酸素・水素発生装置におい
て、前記純水供給装置から水電解セルの陰極側に至る陰
極側純水供給経路を配設して、水電解セルの通電停止後
に、陽極側純水供給経路から陽極側に、及び陰極側純水
供給経路から陰極側に、それぞれ純水を供給し続けて、
陽極側に残留する酸素、及び陰極側に残留する水素を水
電解セルより除去することによって、水電解セルの残留
電圧を除去可能に構成したことを特徴とする酸素・水素
発生装置。
して用いて、陽極側と陰極側とに分離して、前記純水供
給装置から陽極側純水供給経路を介して、純水を陽極側
に供給しながら純水を電気分解して、陽極側から酸素ガ
スを、陰極側から水素ガスをそれぞれ発生するように構
成した水電解セルとを備えた酸素・水素発生装置におい
て、前記純水供給装置から水電解セルの陰極側に至る陰
極側純水供給経路を配設して、水電解セルの通電停止後
に、陽極側純水供給経路から陽極側に、及び陰極側純水
供給経路から陰極側に、それぞれ純水を供給し続けて、
陽極側に残留する酸素、及び陰極側に残留する水素を水
電解セルより除去することによって、水電解セルの残留
電圧を除去可能に構成したことを特徴とする酸素・水素
発生装置。
【００２４】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいてより
詳細に説明する。
詳細に説明する。
【００２５】図１は、本発明の酸素・水素発生装置の一
実施例の全体構成を示す図であり、１は全体で、本発明
の酸素・水素発生装置を示している。図3 は、その水電
解セルの部分を拡大した状態を示す概略図である。
実施例の全体構成を示す図であり、１は全体で、本発明
の酸素・水素発生装置を示している。図3 は、その水電
解セルの部分を拡大した状態を示す概略図である。
【００２６】本酸素・水素発生装置１では、純水供給系
（図示せず）が、純水供給バルブ2、純水供給経路3 を
介して、純水供給経路3 より分岐した流量調整バルブ3
a、 3a、陽極純水供給経路3'、 3'を介して、複数の水電
解セル10、 10の陽極側に接続されている。一方、陽極純
水供給経路3'、 3'には、それぞれ流量調節バルブ4a、 4a
を有するバイパスされた陰極純水供給経路4 、 4 が配設
され、水電解セル10、 10の陰極側に接続されている。
（図示せず）が、純水供給バルブ2、純水供給経路3 を
介して、純水供給経路3 より分岐した流量調整バルブ3
a、 3a、陽極純水供給経路3'、 3'を介して、複数の水電
解セル10、 10の陽極側に接続されている。一方、陽極純
水供給経路3'、 3'には、それぞれ流量調節バルブ4a、 4a
を有するバイパスされた陰極純水供給経路4 、 4 が配設
され、水電解セル10、 10の陰極側に接続されている。
【００２７】そして、この水電解セル10、 10では、その
陽極側に供給された純水を電気分解して、陽極室から酸
素ガスを、陰極室から水素ガスをそれぞれ発生するよう
に、例えば、図２に示したような構造を有するものであ
る。具体的には、ポーラスな固体電解質28、例えば、カ
チオン交換膜（フッ素樹脂系スルフォン酸カチオン交換
膜、例えば、デュポン社製「ナフィオン117 」）の両面
に白金族金属等からなる多孔質の陽極22及び陰極23を化
学的に無電解メッキで接合した構造の固体高分子電解質
膜21を隔膜として用いた陽極室24と陰極室25とに分離し
た構造の水電解セル10によって、陽極室24に純水を供給
しながら電気分解して、陽極室24から酸素ガスを、陰極
室25から水素ガスをそれぞれ発生するように構成したも
のである。
陽極側に供給された純水を電気分解して、陽極室から酸
素ガスを、陰極室から水素ガスをそれぞれ発生するよう
に、例えば、図２に示したような構造を有するものであ
る。具体的には、ポーラスな固体電解質28、例えば、カ
チオン交換膜（フッ素樹脂系スルフォン酸カチオン交換
膜、例えば、デュポン社製「ナフィオン117 」）の両面
に白金族金属等からなる多孔質の陽極22及び陰極23を化
学的に無電解メッキで接合した構造の固体高分子電解質
膜21を隔膜として用いた陽極室24と陰極室25とに分離し
た構造の水電解セル10によって、陽極室24に純水を供給
しながら電気分解して、陽極室24から酸素ガスを、陰極
室25から水素ガスをそれぞれ発生するように構成したも
のである。
【００２８】なお、この水電解セル10は、図３に示した
ように、陽極室24には、純水供給口24a と酸素ガス排出
口24b が、陰極室25には、純水供給口25a と水素ガス排
出口25b が設けられた構造をしている。
ように、陽極室24には、純水供給口24a と酸素ガス排出
口24b が、陰極室25には、純水供給口25a と水素ガス排
出口25b が設けられた構造をしている。
【００２９】この水電解セル10の陽極側には、水電解セ
ル10の陽極室で発生した酸素を気液分離するための酸素
ガス用気液分離装置20が接続される一方、水電解セル10
の陰極側には、水電解セル10の陰極室で発生した水素を
気液分離するための水素ガス用気液分離装置30が接続さ
れている。
ル10の陽極室で発生した酸素を気液分離するための酸素
ガス用気液分離装置20が接続される一方、水電解セル10
の陰極側には、水電解セル10の陰極室で発生した水素を
気液分離するための水素ガス用気液分離装置30が接続さ
れている。
【００３０】そして、この両気液分離装置20,30 におい
て気液分離された酸素ガス及び水素ガスはそれぞれ、例
えば、モレキュラーシーブなどから構成される除湿装置
40、41に導入され、ガスに含まれる水分がそれぞれ除去
された後、酸素ガス及び水素ガス利用施設（図示せず）
に適宜供給されるようになっている。なお、両気液分離
装置20,30 において気液分離された水分は、それぞれ排
水バルブ50、 51を介して、系外に適宜排水されるように
なっている。なお、図１中、P は圧力センサー、LCはレ
ベル制御装置を示している。
て気液分離された酸素ガス及び水素ガスはそれぞれ、例
えば、モレキュラーシーブなどから構成される除湿装置
40、41に導入され、ガスに含まれる水分がそれぞれ除去
された後、酸素ガス及び水素ガス利用施設（図示せず）
に適宜供給されるようになっている。なお、両気液分離
装置20,30 において気液分離された水分は、それぞれ排
水バルブ50、 51を介して、系外に適宜排水されるように
なっている。なお、図１中、P は圧力センサー、LCはレ
ベル制御装置を示している。
【００３１】このように構成される本発明の酸素・水素
発生装置の運転方法について、以下に説明する。
発生装置の運転方法について、以下に説明する。
【００３２】先ず、酸素・水素発生装置1 の通常の運転
時においては、純水供給バルブ2 を開放して、例えば、
逆浸透膜装置などから構成される純水供給系より純水
が、純水供給経路3 に供給するとともに、流量調整バル
ブ3a、 3aを開放して、純水供給経路3 より分岐した陽極
純水供給経路3'、 3'を介して、複数の水電解セル10、 10
の陽極側に供給される。そして、この水電解セル10、 10
では、その陽極側に供給された純水が電気分解されて、
陽極室から酸素ガスを、陰極室から水素ガスがそれぞれ
発生される。なお、この際、流量調節バルブ4a、 4aは閉
じられており、陰極純水供給経路4 、 4 を介して、水電
解セル10、 10の陰極側には純水が供給されないようにな
っている。
時においては、純水供給バルブ2 を開放して、例えば、
逆浸透膜装置などから構成される純水供給系より純水
が、純水供給経路3 に供給するとともに、流量調整バル
ブ3a、 3aを開放して、純水供給経路3 より分岐した陽極
純水供給経路3'、 3'を介して、複数の水電解セル10、 10
の陽極側に供給される。そして、この水電解セル10、 10
では、その陽極側に供給された純水が電気分解されて、
陽極室から酸素ガスを、陰極室から水素ガスがそれぞれ
発生される。なお、この際、流量調節バルブ4a、 4aは閉
じられており、陰極純水供給経路4 、 4 を介して、水電
解セル10、 10の陰極側には純水が供給されないようにな
っている。
【００３３】そして、水電解セル10の陽極室で発生した
水を含んだ酸素ガスは、経路20a を介して、酸素ガス用
気液分離装置20に供給され、該気液分離装置20内で気液
分離される。気液分離された酸素ガスは、経路40a を介
して、除湿装置40に導入され、ガスに含まれる水分がそ
れぞれ除去された後、酸素ガス利用施設に適宜供給され
る。一方、気液分離装置20において気液分離された水分
は、気液分離タンクに付設された光センサーなどの液面
レベル制御装置(LC ）によって、ある一定の液面レベル
に達した際に、排水バルブ50が開放されて、系外に適宜
排水されるようになっている。
水を含んだ酸素ガスは、経路20a を介して、酸素ガス用
気液分離装置20に供給され、該気液分離装置20内で気液
分離される。気液分離された酸素ガスは、経路40a を介
して、除湿装置40に導入され、ガスに含まれる水分がそ
れぞれ除去された後、酸素ガス利用施設に適宜供給され
る。一方、気液分離装置20において気液分離された水分
は、気液分離タンクに付設された光センサーなどの液面
レベル制御装置(LC ）によって、ある一定の液面レベル
に達した際に、排水バルブ50が開放されて、系外に適宜
排水されるようになっている。
【００３４】一方、水電解セル10の陰極室で発生した水
を含んだ水素ガスも同様にして、経路30a を介して、水
素ガス用気液分離装置30に供給され、該気液分離装置30
内で気液分離される。気液分離された水素ガスは、経路
41a を介して、除湿装置41に導入され、ガスに含まれる
水分がそれぞれ除去された後、水素ガス利用施設に適宜
供給される。一方、気液分離装置30において気液分離さ
れた水分は、気液分離タンクに付設された光センサーな
どの液面レベル制御装置(LC ）によって、ある一定の液
面レベルに達した際に、排水バルブ51が開放されて、系
外に適宜排水されるようになっている。
を含んだ水素ガスも同様にして、経路30a を介して、水
素ガス用気液分離装置30に供給され、該気液分離装置30
内で気液分離される。気液分離された水素ガスは、経路
41a を介して、除湿装置41に導入され、ガスに含まれる
水分がそれぞれ除去された後、水素ガス利用施設に適宜
供給される。一方、気液分離装置30において気液分離さ
れた水分は、気液分離タンクに付設された光センサーな
どの液面レベル制御装置(LC ）によって、ある一定の液
面レベルに達した際に、排水バルブ51が開放されて、系
外に適宜排水されるようになっている。
【００３５】次に、酸素・水素発生装置1 の運転を停止
する場合には、水電解セル10への通電を停止した後、純
水供給バルブ2 、及び流量調整バルブ3a、 3aを開放し続
けて、純水供給系より純水を、純水供給経路3 、純水供
給経路3'、 3'を介して、水電解セル10、 10の陽極側に供
給し続ける一方、流量調節バルブ4a、 4aを開放すること
により、陰極純水供給経路4 、 4 を介して、水電解セル
10、 10の陰極側には純水を供給し続ける。なお、この
際、気液分離装置20、 30に接続された排水経路の排水バ
ルブ50、 51は開放されている。これにより、水電解セル
10への通電停止後に、セル内の陽極側、陰極側に残留す
る、酸素ガス、水素ガスが水電解セル10から、それぞれ
気液分離装置20,30 を介して、排水バルブ50、 51を介し
て系外に適宜排水される。従って、水電解セル10に残留
する電圧が除去できるので、周囲に危険を及ぼすおそれ
もなく、固体高分子電解質膜に、本来とは逆向きの電流
が流れることなく、固体高分子電解質膜に対して悪影響
を及ぼすことがない。
する場合には、水電解セル10への通電を停止した後、純
水供給バルブ2 、及び流量調整バルブ3a、 3aを開放し続
けて、純水供給系より純水を、純水供給経路3 、純水供
給経路3'、 3'を介して、水電解セル10、 10の陽極側に供
給し続ける一方、流量調節バルブ4a、 4aを開放すること
により、陰極純水供給経路4 、 4 を介して、水電解セル
10、 10の陰極側には純水を供給し続ける。なお、この
際、気液分離装置20、 30に接続された排水経路の排水バ
ルブ50、 51は開放されている。これにより、水電解セル
10への通電停止後に、セル内の陽極側、陰極側に残留す
る、酸素ガス、水素ガスが水電解セル10から、それぞれ
気液分離装置20,30 を介して、排水バルブ50、 51を介し
て系外に適宜排水される。従って、水電解セル10に残留
する電圧が除去できるので、周囲に危険を及ぼすおそれ
もなく、固体高分子電解質膜に、本来とは逆向きの電流
が流れることなく、固体高分子電解質膜に対して悪影響
を及ぼすことがない。
【００３６】なお、この場合、水電解セル10への通電停
止後に、水電解セル10の陽極側及び陰極側にそれぞれ供
給する純水の流量、供給時間、供給水圧は、水電解セル
内の残存ガスを除去することができれば、特に限定され
るものではない。
止後に、水電解セル10の陽極側及び陰極側にそれぞれ供
給する純水の流量、供給時間、供給水圧は、水電解セル
内の残存ガスを除去することができれば、特に限定され
るものではない。
【００３７】最後に、本酸素・水素発生装置1 の運転を
完全に停止する場合には、純水供給バルブ2 を閉じれば
良い。
完全に停止する場合には、純水供給バルブ2 を閉じれば
良い。
【００３８】（実施例1 ）フッ素樹脂系スルフォン酸カ
チオン交換膜（デュポン社製「ナフィオン117 」）厚さ
180 μm の両面に、白金からなる多孔質の陽極及び陰極
を化学的に無電解メッキで接合（厚さ数μm ）した構造
の固体高分子電解質膜を、2 枚並設した構造の水電解セ
ルに対して、水電解セルの陽極側に純水（比抵抗17.3M
Ω・ cm（25℃換算）、水温35.6℃）を1.0 l/min の流量
で供給するとともに、5V、300Aで数時間通電した。その
後、水電解セルへの通電を停止した後、水電解セルの陽
極側に純水を供給し続けた（供給量1.0 l/min ）場合
と、本願のように、水電解セルの陽極側と陰極側に純水
を供給し続けた（陽極側、陰極側とも供給量1.0 l/mi
n）場合について、水電解セルに残留する電圧と時間経
過との関係を測定した。その結果を、添付の図4 に示し
た。
チオン交換膜（デュポン社製「ナフィオン117 」）厚さ
180 μm の両面に、白金からなる多孔質の陽極及び陰極
を化学的に無電解メッキで接合（厚さ数μm ）した構造
の固体高分子電解質膜を、2 枚並設した構造の水電解セ
ルに対して、水電解セルの陽極側に純水（比抵抗17.3M
Ω・ cm（25℃換算）、水温35.6℃）を1.0 l/min の流量
で供給するとともに、5V、300Aで数時間通電した。その
後、水電解セルへの通電を停止した後、水電解セルの陽
極側に純水を供給し続けた（供給量1.0 l/min ）場合
と、本願のように、水電解セルの陽極側と陰極側に純水
を供給し続けた（陽極側、陰極側とも供給量1.0 l/mi
n）場合について、水電解セルに残留する電圧と時間経
過との関係を測定した。その結果を、添付の図4 に示し
た。
【００３９】図4 から明らかなように、本発明のよう
に、水電解セルの通電停止後にも、純水を陽極側及び陰
極側に供給し続けた方が、水電解セルに残留する電圧が
非常に少ないことが分かる。
に、水電解セルの通電停止後にも、純水を陽極側及び陰
極側に供給し続けた方が、水電解セルに残留する電圧が
非常に少ないことが分かる。
【００４０】（実施例2 ）実施例1 と同様の固体高分子
電解質膜を2 枚並設した構造の水電解セルと、固体高分
子電解質膜を240 枚並設した構造の水電解セルについ
て、水電解セル停止後に水電解セルに残留する電圧と、
実施例1 と同様に、水電解セルの通電停止後にも、純水
を陽極側及び陰極側に30分間供給し続けた場合について
比較した。その結果を下記の表1 に示した。この表1 の
結果から明らかなように、本発明によれば、固体高分子
電解質膜の枚数が多く、初期残留電圧が高い場合におい
ても、その残留電圧の除去効果が認められることがわか
る。
電解質膜を2 枚並設した構造の水電解セルと、固体高分
子電解質膜を240 枚並設した構造の水電解セルについ
て、水電解セル停止後に水電解セルに残留する電圧と、
実施例1 と同様に、水電解セルの通電停止後にも、純水
を陽極側及び陰極側に30分間供給し続けた場合について
比較した。その結果を下記の表1 に示した。この表1 の
結果から明らかなように、本発明によれば、固体高分子
電解質膜の枚数が多く、初期残留電圧が高い場合におい
ても、その残留電圧の除去効果が認められることがわか
る。
【００４１】
【表１】
【００４２】
【発明の作用効果】本発明の酸素・水素発生装置及びそ
の水電解セルに残留する電圧を除去するための方法によ
れば、水電解セルの陽極側に残留する酸素、及び陰極側
に残留する水素を、純水を陽極側及び陰極側に供給し続
けることにより、残存酸素及び水素を除去するので、下
記に示したような顕著で特有な作用効果を奏する極めて
優れた発明である。
の水電解セルに残留する電圧を除去するための方法によ
れば、水電解セルの陽極側に残留する酸素、及び陰極側
に残留する水素を、純水を陽極側及び陰極側に供給し続
けることにより、残存酸素及び水素を除去するので、下
記に示したような顕著で特有な作用効果を奏する極めて
優れた発明である。
【００４３】（１）大容量のガスを発生させるために、
固体高分子電解質膜を、直列に多数並設した構成の水電
解セルを用いた場合にも、通電停止後に、水電解セルに
高電圧が残留することなく、周囲に危険を及ぼすことが
ない。
固体高分子電解質膜を、直列に多数並設した構成の水電
解セルを用いた場合にも、通電停止後に、水電解セルに
高電圧が残留することなく、周囲に危険を及ぼすことが
ない。
【００４４】（２）固体高分子電解質膜に、本来とは逆
向きの電流が流れることとなく、白金などの電極が浸食
されないために、固体高分子電解質膜が破損し悪影響を
及ぼさず、固体高分子電解質膜としての本来の機能を果
たせ、結果として、高純度の酸素、水素ガスが永続的に
得られることが可能である。
向きの電流が流れることとなく、白金などの電極が浸食
されないために、固体高分子電解質膜が破損し悪影響を
及ぼさず、固体高分子電解質膜としての本来の機能を果
たせ、結果として、高純度の酸素、水素ガスが永続的に
得られることが可能である。
【図１】 図１は、本発明の酸素・水素発生装置の一実
施例の全体構成を示す概略図である。
施例の全体構成を示す概略図である。
【図２】 図２は、従来の水電解セルの概略図である。
【図３】 図３は、図1 の水電解セルの部分を拡大した
状態を示す概略図である。
状態を示す概略図である。
【図４】 図４は、水電解セルに残留する電圧と時間経
過との関係を示すグラフである。
過との関係を示すグラフである。
１…酸素・水素発生装置 ２…純水供給バルブ ３…純水供給経路 3a…流量調整バルブ 3'…陽極純水供給経路 ４…陰極純水供給経路 4a…流量調節バルブ 10…水電解セル 20…酸素ガス用気液分離装置 20a 、 30a 、40a 、 41a …経路 21…固体高分子電解質膜 22…陽極 23…陰極 24…陽極室 25…陰極室 28…固体高分子電解質 30…水素ガス用気液分離装置 40、 41…除湿装置 50、 51…排水バルブ50、 51 P …圧力センサー LC…レベル制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安井 信一 兵庫県加古郡播磨町野添４丁目108 タ ウニーＳ Ａ202 (72)発明者 小林 宏子 兵庫県神戸市長田区名倉町５丁目８番11 号 (72)発明者 原田 宙幸 東京都練馬区西大泉２−25−43 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C25B 1/00 - 15/08
Claims (2)
- 【請求項１】 電解質膜を隔膜として用いて、陽極側と
陰極側とに分離して、陽極側に純水を供給しながら純水
を電気分解して、陽極側から酸素ガスを、陰極側から水
素ガスをそれぞれ発生するように構成した水電解セルの
残留電圧除去方法であって、 前記水電解セルの通電停止後に、陽極側及び陰極側に純
水を供給し続けて、陽極側に残留する酸素、及び陰極側
に残留する水素を水電解セルより除去することによっ
て、水電解セルの残留電圧を除去することを特徴とする
水電解セルの残留電圧除去方法。 - 【請求項２】 純水供給装置と、電解質膜を隔膜として
用いて、陽極側と陰極側とに分離して、前記純水供給装
置から陽極側純水供給経路を介して、純水を陽極側に供
給しながら純水を電気分解して、陽極側から酸素ガス
を、陰極側から水素ガスをそれぞれ発生するように構成
した水電解セルとを備えた酸素・水素発生装置におい
て、 前記純水供給装置から水電解セルの陰極側に至る陰極側
純水供給経路を配設して、水電解セルの通電停止後に、
陽極側純水供給経路から陽極側に、及び陰極側純水供給
経路から陰極側に、それぞれ純水を供給し続けて、陽極
側に残留する酸素、及び陰極側に残留する水素を水電解
セルより除去することによって、水電解セルの残留電圧
を除去可能に構成したことを特徴とする酸素・水素発生
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6293104A JP2851544B2 (ja) | 1994-11-28 | 1994-11-28 | 水電解セルの残留電圧除去方法及びそのための装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6293104A JP2851544B2 (ja) | 1994-11-28 | 1994-11-28 | 水電解セルの残留電圧除去方法及びそのための装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08144079A JPH08144079A (ja) | 1996-06-04 |
| JP2851544B2 true JP2851544B2 (ja) | 1999-01-27 |
Family
ID=17790484
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6293104A Expired - Fee Related JP2851544B2 (ja) | 1994-11-28 | 1994-11-28 | 水電解セルの残留電圧除去方法及びそのための装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2851544B2 (ja) |
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| JP2006124772A (ja) * | 2004-10-28 | 2006-05-18 | Kobelco Eco-Solutions Co Ltd | 水素ガス発生装置とその運転方法 |
| JP4751594B2 (ja) * | 2004-11-05 | 2011-08-17 | 株式会社神鋼環境ソリューション | 水素・酸素ガス発生装置とその運転方法 |
| JP5349360B2 (ja) * | 2009-03-11 | 2013-11-20 | 本田技研工業株式会社 | 水電解装置の運転停止方法 |
| JP5192001B2 (ja) * | 2010-01-25 | 2013-05-08 | 本田技研工業株式会社 | 水電解システムの運転方法 |
| US10472723B2 (en) * | 2015-01-06 | 2019-11-12 | Thyssenkrupp Uhde Chlorine Engineers (Japan) Ltd. | Method of preventing reverse current flow through an ion exchange membrane electrolyzer |
| JP6069412B2 (ja) * | 2015-05-28 | 2017-02-01 | 株式会社ＴｒアンドＫ | 簡易型の電解式水素ガス発生装置 |
| CA3080528C (en) | 2015-09-30 | 2022-06-21 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Hydrogen production apparatus and hydrogen production system |
| KR101724060B1 (ko) * | 2016-05-18 | 2017-04-06 | 주식회사 두산 | 알칼리 수전해 장치 및 이의 운전 방법 |
| JP6899665B2 (ja) * | 2017-02-23 | 2021-07-07 | 川崎重工業株式会社 | 水電解システム及び水電解システムの運転方法 |
| JP6633571B2 (ja) * | 2017-06-20 | 2020-01-22 | 株式会社東芝 | 水素製造装置及び水素製造システム |
| JP2019209285A (ja) * | 2018-06-06 | 2019-12-12 | 株式会社日本トリム | 水素ガス溶解装置 |
| JP7288342B2 (ja) * | 2019-05-10 | 2023-06-07 | 株式会社神鋼環境ソリューション | 水素・酸素発生装置及び水素ガス製造方法 |
-
1994
- 1994-11-28 JP JP6293104A patent/JP2851544B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH08144079A (ja) | 1996-06-04 |
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