JP2971779B2 - 水素・酸素発生装置のための純水供給装置 - Google Patents
水素・酸素発生装置のための純水供給装置Info
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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
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
を製造するための水素・酸素発生装置に関する。
置の水電解セルの陽極室に全有機炭素含有量(TOC)
の極めて低い純水を供給するための純水供給装置に関す
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。
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。
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、アルゴン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。
ために、本発明者等は、特開平5-287570号において、図
3に示したように、ポーラスな固体電解質120 、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122 及び陰
極124 を接合した構造の固体高分子電解質膜121 を隔膜
として用い、陽極室112と陰極室114 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
た水素・酸素発生装置を提案した。
水素・酸素発生装置における純水供給装置としては、図
4に示したように、先ず原水を逆浸透膜装置などからな
る一次純水装置202 によって純水Cを製造する。ところ
が、この一次純水装置202 のみでは、純水中に全有機炭
素含有量(TOC)が高く、このTOCの高い純水を電
気分解セルに供給すると、電解電圧が上昇し、固体電解
質膜の寿命が短くなるという問題があった。
に、全有機炭素含有量(TOC)を低減するための紫外
線酸化装置206 、純水中の白金などの金属イオンを除去
するためのイオン交換樹脂装置208 、ファイナルフィル
ター209 からなる二次純水装置が必要となり、このた
め、装置が複雑化し、コストも高くなるという問題があ
った。
状に鑑みて、水素・酸素発生装置の水電解セルの陽極室
に、全有機炭素含有量(TOC)の極めて低い純水を供
給するための純水供給装置を提供することを目的とす
る。
極側に供給しながら電気分解することにより、図3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。この陽極側の出口水では、陽極室内でのどのよ
うな作用によってかは現在のところ不明ではあるが、後
述した表1に示したように、供給した純水中に含まれる
全有機炭素含有量(TOC)の約10%程度が低減される
ことが判明している。
炭素含有量(TOC)が低下した出口水を、水電解セル
の陽極室に循環、供給することによって、より全有機炭
素含有量(TOC)の低下した純水を、水素・酸素発生
装置の水電解セルの陽極室に供給することができ、前述
した紫外線酸化装置206 が不要になることを知見して本
発明を完成したものである。
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。
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
解セルからなる水素・酸素発生装置に純水を供給するた
めの純水供給装置であって、水電解セルの陽極室で生じ
た全有機炭素含有量(TOC)の極めて低い出口水を、
水電解セルの陽極室に循環する循環経路を設け、逆浸透
膜装置を含む一次純水装置で製造した純水を補充水とし
て、前記水電解セルの陽極室に、前記陽極室側出口水と
ともに水電解セルの陽極室に供給するように構成したこ
とを特徴とする純水供給装置。
詳細に説明する。
の全体構成を示す図であり、1は全体で、本発明の純水
供給装置を示している。図2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。
ター、逆浸透膜装置、イオン交換樹脂装置などからなる
一次純水装置2において純水化した純水は、装置始動時
の供給純水として、及び補充水として、貯留タンク4か
ら、純水中の接液部材から溶出してくるごく微量の金属
イオンを除去するためのイオン交換樹脂装置8、イオン
交換樹脂装置8から発生する微粒子を捕捉するために、
精密ろ過膜又は限外ろ過膜からなるファイナルフィルタ
ー9を介して、水電解セル10の陽極室12に供給されるよ
うに構成されている。
側に供給された純水Aを電気分解して、陽極室12から酸
素ガスを、陰極室14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20、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24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12と陰極室14とに分離
した構造の水電解セル10によって、陽極室12に純水を供
給しながら電気分解して、陽極室12から酸素ガスを、陰
極室14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。
じた出口水Bは、出口水循環経路5を介して、貯留タン
ク4に導入されて、イオン交換樹脂装置8、ファイナル
フィルター9から水電解セル10の陽極室12側に循環、供
給されるようになっている。
ク4と一次純水装置2との間に設けられたバルブ6を開
けて、貯留タンク4へ導入された純水が、イオン交換樹
脂装置8、ファイナルフィルター9から、水電解セル10
の陽極室12に供給され、電気分解が行われる。また、電
解操作時には、バルブ6を閉じて、水電解セル10の陽極
室12で生じた出口水Bが、出口水循環経路5を介して、
貯留タンク4に導入されて、イオン交換樹脂装置8、フ
ァイナルフィルター9を介して、水電解セル10の陽極室
12側に循環、供給され、電気分解が継続される。
した純水の約3%程度が水電解に消費されるために、電
解に際しては、これを補充するために補充水が必要であ
るが、この補充水は、出口水循環経路5に設けられた水
量センサー7の検知結果に基づいて、予め定められた一
定値より低下した場合に、バルブ6を開けるように構成
して、一次純水装置2において純水化された純水が、補
充水として再び純水供給経路4を介して水電解セル10の
陽極室12に供給されるようになっている。
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(図示せず)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(図示せず)が接続されている。
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(図示
せず)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。
の出口水中のTOCは、供給した純水の約10%程度低減
されるため、この出口水を、水電解セルの陽極室に循
環、供給することによって、出口水循環経路5内を流れ
る純水、及び水電解セルの陽極室に供給される純水中の
TOCがさらに低減されることとなる。従って、従来の
ように二次純水装置に紫外線酸化装置206 などのTOC
除去装置を設ける必要がなく、二次純水装置の構成が簡
素化できる。
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枚組み込んだ水電解セルを具
備した本発明の装置を用いて、純水(比抵抗17.3 MΩ・
cm、水温35.6℃)を1.0 l/min の流量で、陽極側に供給
した後、供給を停止して、5V、150Aまたは300Aで数時間
通電した。その際、水電解セルの陽極側出口水を水電解
セルの陽極側に循環して供給した。なお、この場合、補
充水として、水量センサーなどにより上記純水を適宜供
給した。その結果、水電解セルの陽極側に供給した純水
及び陽極側出口水のTOCを分析した。その結果を下記
の表1に示した。
極側の出口水中のTOCは、供給した純水中に含まれる
TOCよりも約10%低減されていることがわかる。従っ
て、本発明のように、水電解セルの陽極側の出口水を循
環した方法では、徐々にTOCの低減された出口水を供
給水として用いることができる。すなわち、何回か循環
させることによって、TOCの少ない供給水を水電解セ
ルに供給することができるので、従来のように、紫外線
酸化装置が不要となり、装置のコンパクト化、コストの
低減が図れる。
の純水供給装置によれば、水電解セルの陽極室で生じた
溶存不純物ガス濃度の極めて低い出口水を、水電解セル
の陽極室に循環して供給することによって、不純物濃度
の極めて低い高純度の酸素を得るようにし、さらに、純
水を予め脱気装置によって脱気した溶存不純物ガス濃度
の極めて低い純水を補充水として、前記水電解セルの陽
極室に、前記陽極室側出口水とともに水電解セルの陽極
室に供給するようにしたので、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。
した出口水を、水電解セルの陽極室に循環、供給するこ
とによって、より全有機炭素含有量(TOC)の低下し
た純水を、水素・酸素発生装置の水電解セルの陽極室に
供給することができ、従来のように紫外線酸化装置が不
要となり、装置のコンパクト化、コストの低減が図れ
る。
ている半導体製造におけるウェハの酸化、CVD 、エッチ
ングなどにおいても、製品性能に及ぼす影響が少なく、
また、その他の高純度の酸素が要求されている様々な産
業分野に使用することができ、その産業に貢献するとこ
ろが非常に大きい極めて優れた発明である。
全体構成を示す概略図である。
状態を示す概略図である。
る。
Claims (1)
- 【請求項1】 固体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
ルからなる水素・酸素発生装置に純水を供給するための
純水供給装置であって、 水電解セルの陽極室で生じた全有機炭素含有量(TO
C)の極めて低い出口水を、水電解セルの陽極室に循環
する循環経路を設け、 逆浸透膜装置を含む一次純水装置で製造した純水を補充
水として、前記水電解セルの陽極室に、前記陽極室側出
口水とともに水電解セルの陽極室に供給するように構成
したことを特徴とする純水供給装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7123340A JP2971779B2 (ja) | 1995-05-23 | 1995-05-23 | 水素・酸素発生装置のための純水供給装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP7123340A JP2971779B2 (ja) | 1995-05-23 | 1995-05-23 | 水素・酸素発生装置のための純水供給装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH08319593A JPH08319593A (ja) | 1996-12-03 |
JP2971779B2 true JP2971779B2 (ja) | 1999-11-08 |
Family
ID=14858149
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7123340A Expired - Fee Related JP2971779B2 (ja) | 1995-05-23 | 1995-05-23 | 水素・酸素発生装置のための純水供給装置 |
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Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2971779B2 (ja) |
-
1995
- 1995-05-23 JP JP7123340A patent/JP2971779B2/ja not_active Expired - Fee Related
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