JP3037124B2 - 水素・酸素発生装置及びその運転方法 - Google Patents
水素・酸素発生装置及びその運転方法Info
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- 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】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子電解質
膜を隔膜として用い、陽極側に純水を供給しながら電気
分解して、陽極側から酸素ガスを、陰極側から水素ガス
を発生させるための水素・酸素発生装置に関し、特に半
導体製造分野、原子力発電分野などにおいて必要とされ
る高純度の水素ガス、酸素ガスを発生するための装置及
びその運転方法に関する。
膜を隔膜として用い、陽極側に純水を供給しながら電気
分解して、陽極側から酸素ガスを、陰極側から水素ガス
を発生させるための水素・酸素発生装置に関し、特に半
導体製造分野、原子力発電分野などにおいて必要とされ
る高純度の水素ガス、酸素ガスを発生するための装置及
びその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、例えば、半導体製造工場など
水素ガス、酸素ガスを消費する工場では、固体高分子電
解質膜等の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、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からな
る水素・酸素発生装置を設置することが行われている。
水素ガス、酸素ガスを消費する工場では、固体高分子電
解質膜等の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、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からな
る水素・酸素発生装置を設置することが行われている。
【０００３】このような水素・酸素発生装置では、その
発生ガス圧力が低いために、発生したガスをコンプレッ
サーなどのガス圧縮機を用いて加圧して使用する必要が
あるが、圧縮機の潤滑オイル等による不純物が混入する
おそれがあり、そのため、高純度の水素ガス、酸素ガス
を必要とする半導体製造分野においては好ましくなかっ
た。
発生ガス圧力が低いために、発生したガスをコンプレッ
サーなどのガス圧縮機を用いて加圧して使用する必要が
あるが、圧縮機の潤滑オイル等による不純物が混入する
おそれがあり、そのため、高純度の水素ガス、酸素ガス
を必要とする半導体製造分野においては好ましくなかっ
た。
【０００４】このコンプレッサーによる不純物の混入が
なく、高純度でしかも高圧の水素ガス、酸素ガスを供給
することの可能な水素・酸素発生装置として、純水を満
たした容器内に水電解セルを収納した構成の水素・酸素
発生装置が、特表昭63-502908号「水の電気分解方法及
びその装置」、特公平1-247591号「水素製造装置」、特
開平6-33283号「水素発生装置」に開示されている。
なく、高純度でしかも高圧の水素ガス、酸素ガスを供給
することの可能な水素・酸素発生装置として、純水を満
たした容器内に水電解セルを収納した構成の水素・酸素
発生装置が、特表昭63-502908号「水の電気分解方法及
びその装置」、特公平1-247591号「水素製造装置」、特
開平6-33283号「水素発生装置」に開示されている。
【０００５】このコンプレッサーによる不純物の混入が
なく、高純度でしかも高圧の水素ガス、酸素ガスを供給
することの可能な水素・酸素発生装置として 本発明者
等は、既に特願平7-24737号「水素・酸素ガス発生装
置」において、図３に示したように、純水容器103に水
電解セル102を浸漬するとともに、その酸素ガス気液分
離室104及び水素ガス気液分離室107の水面とガス圧力を
制御できるようにして、酸素側と水素側のガス圧力の差
圧を所定の小さい値にするように構成したものである。
そして、これにより、水電解セルの陽極室と陰極室とを
分離している固体高分子電解質膜などの隔膜に作用する
差圧を小さくでき、隔膜の破損の防止、水電解セルのシ
ール部からのガスの漏洩の防止が可能で、その結果発生
ガス圧力を高くすることができる技術を開示した。
なく、高純度でしかも高圧の水素ガス、酸素ガスを供給
することの可能な水素・酸素発生装置として 本発明者
等は、既に特願平7-24737号「水素・酸素ガス発生装
置」において、図３に示したように、純水容器103に水
電解セル102を浸漬するとともに、その酸素ガス気液分
離室104及び水素ガス気液分離室107の水面とガス圧力を
制御できるようにして、酸素側と水素側のガス圧力の差
圧を所定の小さい値にするように構成したものである。
そして、これにより、水電解セルの陽極室と陰極室とを
分離している固体高分子電解質膜などの隔膜に作用する
差圧を小さくでき、隔膜の破損の防止、水電解セルのシ
ール部からのガスの漏洩の防止が可能で、その結果発生
ガス圧力を高くすることができる技術を開示した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来の水素・酸素発生装置に用いる水電解セルの構造と
しては、本発明者等が既に特開平5-287570号において、
図２に示したように、固体高分子電解質128、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122及び陰極1
23を接合した構造の固体高分子電解質膜121を隔膜とし
て用いることで、陽極室124と陰極室125とに分離した構
造の水電解セル116を形成し、該水電解セル116の陽極室
124に純水を供給しながら電気分解を行い、陽極室124か
ら酸素ガスを、陰極室125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。すなわち、この場合、
水を陽極側に供給しながら電気分解することにより、陽
極側では、2H2O→O2＋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。
従来の水素・酸素発生装置に用いる水電解セルの構造と
しては、本発明者等が既に特開平5-287570号において、
図２に示したように、固体高分子電解質128、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122及び陰極1
23を接合した構造の固体高分子電解質膜121を隔膜とし
て用いることで、陽極室124と陰極室125とに分離した構
造の水電解セル116を形成し、該水電解セル116の陽極室
124に純水を供給しながら電気分解を行い、陽極室124か
ら酸素ガスを、陰極室125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。すなわち、この場合、
水を陽極側に供給しながら電気分解することにより、陽
極側では、2H2O→O2＋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。
【０００７】この場合、水電解セルを純水容器内に浸し
た構造であり、電気分解反応が進むにしたがって、純水
容器内の純水が消費されていくので、補充水を補充する
必要があるが、この場合、高圧で操業しているので、純
水容器内も10〜30kg/cm2程度の圧力を有するため、通常
は、純水補充タンクからの純水を高圧ポンプなどで予め
昇圧する必要がある。しかしながら、このように高圧ポ
ンプなどを用いた場合には、高圧ポンプなどの構成部品
の潤滑オイル等による不純物が混入するおそれがあり、
そのため、高純度の水素ガス、酸素ガスを必要とする半
導体製造分野においては好ましくなかった。
た構造であり、電気分解反応が進むにしたがって、純水
容器内の純水が消費されていくので、補充水を補充する
必要があるが、この場合、高圧で操業しているので、純
水容器内も10〜30kg/cm2程度の圧力を有するため、通常
は、純水補充タンクからの純水を高圧ポンプなどで予め
昇圧する必要がある。しかしながら、このように高圧ポ
ンプなどを用いた場合には、高圧ポンプなどの構成部品
の潤滑オイル等による不純物が混入するおそれがあり、
そのため、高純度の水素ガス、酸素ガスを必要とする半
導体製造分野においては好ましくなかった。
【０００８】本発明は、このような実情を考慮して、構
成部品の潤滑オイル等による不純物が混入するおそれの
ある高圧ポンプなどの動力源を用いることなく、純水容
器内の高圧を維持したまま、純水容器内の純水のガス発
生に消費された純水を、補充水として容易に補充可能
で、さらに、純水容器内へ補充する純水の流量が、予め
設定した所定の流量を下回る場合には、純水の補充流量
を増加させることができて、しかも高圧、高純度の水素
ガス、酸素ガスを得ることのできる水素・酸素発生装置
及びその運転方法を提供することを目的とする。
成部品の潤滑オイル等による不純物が混入するおそれの
ある高圧ポンプなどの動力源を用いることなく、純水容
器内の高圧を維持したまま、純水容器内の純水のガス発
生に消費された純水を、補充水として容易に補充可能
で、さらに、純水容器内へ補充する純水の流量が、予め
設定した所定の流量を下回る場合には、純水の補充流量
を増加させることができて、しかも高圧、高純度の水素
ガス、酸素ガスを得ることのできる水素・酸素発生装置
及びその運転方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】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、下記の（１）〜（６）を、その
構成要旨とするものである。
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、下記の（１）〜（６）を、その
構成要旨とするものである。
【００１０】（１） 固体高分子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、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
され、且つ純水容器内に収容された水電解セルを備えた
水素・酸素発生器と、水素・酸素発生器の純水容器内に
純水を補給するために補給水経路を介して水素・酸素発
生器の純水容器に接続された補給水タンクと、補給水タ
ンクに純水を供給するために、純水供給経路を介して補
給水タンクに接続された純水供給装置とから構成した水
素・酸素発生装置において、水素・酸素発生器の純水容
器に接続された酸素ガス取出し経路から、補給水タンク
に至るバイパス経路を設け、補給水タンクの上部から大
気側に連通するガス抜き経路を設けるとともに、純水供
給経路、補給水経路、酸素ガス取出し経路、バイパス経
路、及びガス抜き経路にそれぞれ、開閉バルブを設け、
更に、前記バイパス経路に、付加的に圧縮酸素ガスを導
入するための圧力付加経路を設けたことを特徴とする水
素・酸素発生装置。
用いて、陽極側と陰極側とに分離して、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
され、且つ純水容器内に収容された水電解セルを備えた
水素・酸素発生器と、水素・酸素発生器の純水容器内に
純水を補給するために補給水経路を介して水素・酸素発
生器の純水容器に接続された補給水タンクと、補給水タ
ンクに純水を供給するために、純水供給経路を介して補
給水タンクに接続された純水供給装置とから構成した水
素・酸素発生装置において、水素・酸素発生器の純水容
器に接続された酸素ガス取出し経路から、補給水タンク
に至るバイパス経路を設け、補給水タンクの上部から大
気側に連通するガス抜き経路を設けるとともに、純水供
給経路、補給水経路、酸素ガス取出し経路、バイパス経
路、及びガス抜き経路にそれぞれ、開閉バルブを設け、
更に、前記バイパス経路に、付加的に圧縮酸素ガスを導
入するための圧力付加経路を設けたことを特徴とする水
素・酸素発生装置。
【００１１】（２） 前記圧力付加経路を介して、前記
バイパス経路に圧縮酸素ガスを導入するための圧縮酸素
ガス供給装置を接続したことを特徴とする前述の（１）
に記載の水素・酸素発生装置。
バイパス経路に圧縮酸素ガスを導入するための圧縮酸素
ガス供給装置を接続したことを特徴とする前述の（１）
に記載の水素・酸素発生装置。
【００１２】（３） 前記圧縮酸素ガス供給装置が圧縮
酸素ボンベであることを特徴とする前述の（２）に記載
の水素・酸素発生装置。
酸素ボンベであることを特徴とする前述の（２）に記載
の水素・酸素発生装置。
【００１３】（４） 前記圧縮酸素ガス供給装置が、固
体高分子電解質膜を隔膜として用いた水電解セルを備え
た水素・酸素発生装置であることを特徴とする前述の
（２）に記載の水素・酸素発生装置。
体高分子電解質膜を隔膜として用いた水電解セルを備え
た水素・酸素発生装置であることを特徴とする前述の
（２）に記載の水素・酸素発生装置。
【００１４】（５） 前述の（１）から（４）のいずれ
かに記載の水素・酸素発生装置の運転方法であって、 通常の電気分解時において、酸素ガス取出し経路に
配設した開閉バルブＡのみを開放して電気分解を行い、 電気分解の進行に伴って、純水容器内の水位が予め
設定されたレベルを下回った場合に、酸素ガス取出し経
路に配設した開閉バルブＡを開放したまま、ガス抜き経
路に配設した開閉バルブＤ及び純水供給経路に配設した
開閉バルブＥを開放して、純水供給装置から補給水タン
クに純水を供給し、 補給水タンク内の純水が、補給水タンク上部に気体
が存在する予め設定されたレベルを超えた場合に、ガス
抜き経路に配設した開閉バルブＤ及び純水供給経路に配
設した開閉バルブＥを閉止し、 電気分解の進行に伴って、純水容器内の水位が予め
設定された最低レベルを下回った場合に、酸素ガス取出
し経路に配設した開閉バルブＡを閉止するとともに、バ
イパス経路に配設した開閉バルブＣを開放して、電気分
解で発生する酸素ガスを補給水タンクに供給して、補給
水タンクの圧力を上昇させ、 純水容器内と補給水タンク内の圧力が所定圧力以上
になった場合に、バイパス経路に配設した開閉バルブＣ
を閉止するととともに、酸素ガス取出し経路に配設した
開閉バルブＡを開放して、純水容器内の圧力が補給水タ
ンク内の圧力よりも低くなるようにし、 その後、酸素ガス取出し経路に配設した開閉バルブ
Ａを閉止するとともに、補給水経路に配設した開閉バル
ブＢを開放して、補給水タンク内と純水容器内の圧力差
によって、補給水タンクより純水を純水容器に供給し、 その際、補給水タンクより純水容器に供給する純水
の流量が、所定の流量よりも不足する場合に、前記圧力
付加経路より前記バイパス経路を介して圧縮酸素ガスを
補給水タンクに導入して圧力を付加して、純水の供給流
量を増加させることを特徴とする水素・酸素発生装置の
運転方法。
かに記載の水素・酸素発生装置の運転方法であって、 通常の電気分解時において、酸素ガス取出し経路に
配設した開閉バルブＡのみを開放して電気分解を行い、 電気分解の進行に伴って、純水容器内の水位が予め
設定されたレベルを下回った場合に、酸素ガス取出し経
路に配設した開閉バルブＡを開放したまま、ガス抜き経
路に配設した開閉バルブＤ及び純水供給経路に配設した
開閉バルブＥを開放して、純水供給装置から補給水タン
クに純水を供給し、 補給水タンク内の純水が、補給水タンク上部に気体
が存在する予め設定されたレベルを超えた場合に、ガス
抜き経路に配設した開閉バルブＤ及び純水供給経路に配
設した開閉バルブＥを閉止し、 電気分解の進行に伴って、純水容器内の水位が予め
設定された最低レベルを下回った場合に、酸素ガス取出
し経路に配設した開閉バルブＡを閉止するとともに、バ
イパス経路に配設した開閉バルブＣを開放して、電気分
解で発生する酸素ガスを補給水タンクに供給して、補給
水タンクの圧力を上昇させ、 純水容器内と補給水タンク内の圧力が所定圧力以上
になった場合に、バイパス経路に配設した開閉バルブＣ
を閉止するととともに、酸素ガス取出し経路に配設した
開閉バルブＡを開放して、純水容器内の圧力が補給水タ
ンク内の圧力よりも低くなるようにし、 その後、酸素ガス取出し経路に配設した開閉バルブ
Ａを閉止するとともに、補給水経路に配設した開閉バル
ブＢを開放して、補給水タンク内と純水容器内の圧力差
によって、補給水タンクより純水を純水容器に供給し、 その際、補給水タンクより純水容器に供給する純水
の流量が、所定の流量よりも不足する場合に、前記圧力
付加経路より前記バイパス経路を介して圧縮酸素ガスを
補給水タンクに導入して圧力を付加して、純水の供給流
量を増加させることを特徴とする水素・酸素発生装置の
運転方法。
【００１５】（６） 前記工程における所定圧力が、
10kg／cm2であることを特徴とする前述の（５）に記載
の水素・酸素発生装置の運転方法。
10kg／cm2であることを特徴とする前述の（５）に記載
の水素・酸素発生装置の運転方法。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明では、上記水素・酸素発生
装置において、水素・酸素発生器の純水容器に接続され
た酸素ガス取出し経路から、補給水タンクに至るバイパ
ス経路を設けており、更に、バイパス経路には圧縮酸素
ガスを導入するための圧力付加経路を接続している。ま
た、圧力付加経路には、圧縮酸素ガスを導入するための
圧縮酸素ガス供給装置を接続している。
装置において、水素・酸素発生器の純水容器に接続され
た酸素ガス取出し経路から、補給水タンクに至るバイパ
ス経路を設けており、更に、バイパス経路には圧縮酸素
ガスを導入するための圧力付加経路を接続している。ま
た、圧力付加経路には、圧縮酸素ガスを導入するための
圧縮酸素ガス供給装置を接続している。
【００１７】そして、電気分解の進行に伴って、電気分
解で発生する純水容器内の酸素ガスを、バイパス経路を
介して補給水タンクに供給して、補給水タンクの圧力を
上昇させ、純水容器内と補給水タンク内の圧力が所定圧
力以上になった場合に、バイパス経路に配設した開閉バ
ルブＣを閉止するととともに、酸素ガス取出し経路に配
設した開閉バルブＡを開放して、補給水タンク内の圧力
が、純水容器内の圧力よりも高くなるようにする。
解で発生する純水容器内の酸素ガスを、バイパス経路を
介して補給水タンクに供給して、補給水タンクの圧力を
上昇させ、純水容器内と補給水タンク内の圧力が所定圧
力以上になった場合に、バイパス経路に配設した開閉バ
ルブＣを閉止するととともに、酸素ガス取出し経路に配
設した開閉バルブＡを開放して、補給水タンク内の圧力
が、純水容器内の圧力よりも高くなるようにする。
【００１８】その後、酸素ガス取出し経路に配設した開
閉バルブＡを閉止するとともに、補給水経路に配設した
開閉バルブＢを開放して、補給水タンク内と純水容器内
の圧力差によって、その圧力差に対応する分だけ、補給
水タンク内の空気が膨張して、その体積分だけ補給水タ
ンクより純水を純水容器に供給する。
閉バルブＡを閉止するとともに、補給水経路に配設した
開閉バルブＢを開放して、補給水タンク内と純水容器内
の圧力差によって、その圧力差に対応する分だけ、補給
水タンク内の空気が膨張して、その体積分だけ補給水タ
ンクより純水を純水容器に供給する。
【００１９】その際、予め設定した流量よりも、補給水
タンクより純水容器に供給する純水の流量が不足する場
合には、前記圧力付加経路に配設した開閉バルブＦを開
放して、前記バイパス経路に接続された圧縮酸素ガス供
給装置から圧縮酸素ガスを補給水タンクに導入して、補
給水タンクから純水容器へ流れる純水の流量を増加させ
る。
タンクより純水容器に供給する純水の流量が不足する場
合には、前記圧力付加経路に配設した開閉バルブＦを開
放して、前記バイパス経路に接続された圧縮酸素ガス供
給装置から圧縮酸素ガスを補給水タンクに導入して、補
給水タンクから純水容器へ流れる純水の流量を増加させ
る。
【００２０】
【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。
【００２１】図１は、本発明の水素・酸素発生装置の全
体の概略図である。
体の概略図である。
【００２２】図１において、１は全体で水素・酸素発生
器を示しており、水素・酸素発生器１は、水電解セル２
を備え、この水電解セル２は純水容器３内に収納されて
おり、純水容器３内には純水が充填されており、水電解
セル２の陽極側に通じる開口24から水電解セル２内に純
水が供給されて、純水容器３の外部に設けられた電源
（図示せず）から、陽極側と陰極側に電圧が印可され
て、電気分解が行われ、陽極側から酸素ガスが、陰極側
から水素ガスがそれぞれ発生するようになっている。な
お、水電解セル２の内部構造は図示を省略するが、これ
は図２に示したように、固体高分子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、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
成されたものである。このような水電解セルの構造とし
て、本発明者等が既に出願した特願平7-24737号「水素
・酸素ガス発生装置」に開示したものが使用可能であ
る。
器を示しており、水素・酸素発生器１は、水電解セル２
を備え、この水電解セル２は純水容器３内に収納されて
おり、純水容器３内には純水が充填されており、水電解
セル２の陽極側に通じる開口24から水電解セル２内に純
水が供給されて、純水容器３の外部に設けられた電源
（図示せず）から、陽極側と陰極側に電圧が印可され
て、電気分解が行われ、陽極側から酸素ガスが、陰極側
から水素ガスがそれぞれ発生するようになっている。な
お、水電解セル２の内部構造は図示を省略するが、これ
は図２に示したように、固体高分子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、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
成されたものである。このような水電解セルの構造とし
て、本発明者等が既に出願した特願平7-24737号「水素
・酸素ガス発生装置」に開示したものが使用可能であ
る。
【００２３】そして、水電解セル２の陽極側から発生し
た酸素ガスは、純水容器３の上方に形成された酸素ガス
気液分離室４に溜まり、図示しない圧力制御装置の制御
によって、酸素ガス気液分離室４から所定の圧力になっ
た際に、酸素ガス取り出し経路５を介して、貯蔵タンク
などのユースポイントに供給されるようになっている。
なお、酸素ガス取り出し経路５には、酸素ガス取り出し
経路開閉バルブＡが配設されている。
た酸素ガスは、純水容器３の上方に形成された酸素ガス
気液分離室４に溜まり、図示しない圧力制御装置の制御
によって、酸素ガス気液分離室４から所定の圧力になっ
た際に、酸素ガス取り出し経路５を介して、貯蔵タンク
などのユースポイントに供給されるようになっている。
なお、酸素ガス取り出し経路５には、酸素ガス取り出し
経路開閉バルブＡが配設されている。
【００２４】一方、水電解セル２の陰極側から発生した
水素ガスは、水素取り出し管６を介して、純水容器３の
外部に配設された水素ガス気液分離装置７に導入されて
気液分離された後、図示しない圧力制御装置の制御によ
って、水素ガス気液分離装置７から所定の圧力になった
際に、水素ガス取り出しライン８を介して、貯蔵タンク
などのユースポイントに供給されるようになっている。
水素ガスは、水素取り出し管６を介して、純水容器３の
外部に配設された水素ガス気液分離装置７に導入されて
気液分離された後、図示しない圧力制御装置の制御によ
って、水素ガス気液分離装置７から所定の圧力になった
際に、水素ガス取り出しライン８を介して、貯蔵タンク
などのユースポイントに供給されるようになっている。
【００２５】さらに、純水容器３には、酸素ガス気液分
離室４の液面位置を検出するための純水容器液面検知装
置９が設けられており、この純水容器液面検知装置９
は、酸素ガス気液分離室４の側部に配設された水面計10
と水面センサ11と水面検出制御装置12とから構成されて
いる。
離室４の液面位置を検出するための純水容器液面検知装
置９が設けられており、この純水容器液面検知装置９
は、酸素ガス気液分離室４の側部に配設された水面計10
と水面センサ11と水面検出制御装置12とから構成されて
いる。
【００２６】さらに、電気分解反応が進むにしたがっ
て、純水容器内の純水が消費されていくので、補給水タ
ンク14は、補給水経路13を介して純水容器３に接続され
ている。なお、補給水経路13には補給水経路開閉バルブ
Ｂが設けられており、補給水タンク14の上部には、ガス
抜き経路15が設けられ、ガス抜き開閉バルブＤが配設さ
れている。また、補給水タンク14には、補給水タンク14
の液面位置を検出するための補給水タンク液面検知装置
16が設けられており、この補給水タンク液面検知装置16
は、補給水タンク14の側部に配設された水面計17と水面
センサ18と水面検出制御装置19とから構成されている。
て、純水容器内の純水が消費されていくので、補給水タ
ンク14は、補給水経路13を介して純水容器３に接続され
ている。なお、補給水経路13には補給水経路開閉バルブ
Ｂが設けられており、補給水タンク14の上部には、ガス
抜き経路15が設けられ、ガス抜き開閉バルブＤが配設さ
れている。また、補給水タンク14には、補給水タンク14
の液面位置を検出するための補給水タンク液面検知装置
16が設けられており、この補給水タンク液面検知装置16
は、補給水タンク14の側部に配設された水面計17と水面
センサ18と水面検出制御装置19とから構成されている。
【００２７】一方、補給水タンク14上部と純水容器３の
酸素ガス気液分離室４の上部は、酸素ガス取出し経路５
から、補給水タンク14に至るバイパス経路22を介して連
通されるとともに、バイパス経路22にはバイパス経路開
閉バルブＣが設けられている。
酸素ガス気液分離室４の上部は、酸素ガス取出し経路５
から、補給水タンク14に至るバイパス経路22を介して連
通されるとともに、バイパス経路22にはバイパス経路開
閉バルブＣが設けられている。
【００２８】更に、バイパス経路22には、バイパス経路
開閉バルブＣよりも補給水タンク14側に、付加的に圧縮
酸素ガスを導入するための圧力付加経路26が接続され、
該圧力付加経路を介して圧縮酸素ガス供給装置28がバイ
パス経路22に接続されている。 この圧力付加経路26に
は、圧力付加経路開閉バルブＦおよび図示しない圧力検
知装置が設けられており、この圧力付加経路26を介して
圧縮酸素ガス供給装置28から圧縮酸素ガスをバイパス経
路22に導入し、補給水タンク14へ供給することができ
る。
開閉バルブＣよりも補給水タンク14側に、付加的に圧縮
酸素ガスを導入するための圧力付加経路26が接続され、
該圧力付加経路を介して圧縮酸素ガス供給装置28がバイ
パス経路22に接続されている。 この圧力付加経路26に
は、圧力付加経路開閉バルブＦおよび図示しない圧力検
知装置が設けられており、この圧力付加経路26を介して
圧縮酸素ガス供給装置28から圧縮酸素ガスをバイパス経
路22に導入し、補給水タンク14へ供給することができ
る。
【００２９】なお、上記圧縮酸素ガス供給装置28として
は、圧縮酸素ボンベを用いることが可能であり、また、
その他にも、本発明の水素・酸素発生装置とは別体の固
体高分子電解質膜を隔膜とする水電解セルを備えた水素
・酸素発生装置を用いて、該水素酸素発生装置から発生
した圧縮酸素ガスを圧力付加経路26から補給水タンク14
に供給すればよい。
は、圧縮酸素ボンベを用いることが可能であり、また、
その他にも、本発明の水素・酸素発生装置とは別体の固
体高分子電解質膜を隔膜とする水電解セルを備えた水素
・酸素発生装置を用いて、該水素酸素発生装置から発生
した圧縮酸素ガスを圧力付加経路26から補給水タンク14
に供給すればよい。
【００３０】また、純水タンク21は、補給水タンク14に
純水を供給するために、純水供給経路20を介して補給水
タンク14に接続される。また、純水供給経路20には純水
供給経路開閉弁Ｅが設けられている。
純水を供給するために、純水供給経路20を介して補給水
タンク14に接続される。また、純水供給経路20には純水
供給経路開閉弁Ｅが設けられている。
【００３１】このように構成される本発明の水素・酸素
発生装置において、その運転操作方法について、以下に
説明する。なお、以下の場合、水電解セル２での水電解
は継続されている。
発生装置において、その運転操作方法について、以下に
説明する。なお、以下の場合、水電解セル２での水電解
は継続されている。
【００３２】(1) 通常の電気分解時においては、酸素
ガス取出し経路５に配設した酸素ガス取出し経路開閉バ
ルブＡのみを開放して電気分解を行う。なお、この際、
発生した酸素ガスは、酸素ガス取り出し経路５を介し
て、貯蔵タンクなどのユースポイントに供給される。
ガス取出し経路５に配設した酸素ガス取出し経路開閉バ
ルブＡのみを開放して電気分解を行う。なお、この際、
発生した酸素ガスは、酸素ガス取り出し経路５を介し
て、貯蔵タンクなどのユースポイントに供給される。
【００３３】(2) 水電解セル２の電気分解反応が進む
にしたがって、純水容器３内の純水が消費されていくの
で、純水容器３の上方に形成された酸素ガス気液分離室
４の液面位置は低くなる。この液面位置が、純水容器液
面検知装置９の水面計10と水面センサ11によって所定の
レベル位置を下回ったと検出された場合に、水面検出制
御装置12から制御信号が出される。この制御信号によっ
て、補給水経路13の補給水経路開閉バルブＢ及びバイパ
ス経路22のバイパス経路開閉バルブＣを閉止した状態
で、純水供給経路20の純水供給経路開閉バルブＥ及びガ
ス抜き経路15のガス抜き開閉バルブＤを開放する制御が
行われる。この結果、補給水は純水タンク21より補給水
タンク14に供給される。なお、この際、酸素ガス取出し
経路５に配設した開閉バルブＡは開放状態で電気分解が
行なわれ、発生した酸素ガスは、酸素ガス取り出し経路
５を介して、貯蔵タンクなどのユースポイントに供給さ
れている。
にしたがって、純水容器３内の純水が消費されていくの
で、純水容器３の上方に形成された酸素ガス気液分離室
４の液面位置は低くなる。この液面位置が、純水容器液
面検知装置９の水面計10と水面センサ11によって所定の
レベル位置を下回ったと検出された場合に、水面検出制
御装置12から制御信号が出される。この制御信号によっ
て、補給水経路13の補給水経路開閉バルブＢ及びバイパ
ス経路22のバイパス経路開閉バルブＣを閉止した状態
で、純水供給経路20の純水供給経路開閉バルブＥ及びガ
ス抜き経路15のガス抜き開閉バルブＤを開放する制御が
行われる。この結果、補給水は純水タンク21より補給水
タンク14に供給される。なお、この際、酸素ガス取出し
経路５に配設した開閉バルブＡは開放状態で電気分解が
行なわれ、発生した酸素ガスは、酸素ガス取り出し経路
５を介して、貯蔵タンクなどのユースポイントに供給さ
れている。
【００３４】(3) そして、補給水タンク液面検知装置1
6の水面計17と水面センサ18によって検知された補給水
タンクの液面位置が、補給水タンク上部に気体が存在す
る予め設定されたレベルよりも高くなると、水面検出制
御装置19から制御信号が発信される。この制御信号によ
って、純水供給経路20の純水供給経路開閉バルブＥ及び
ガス抜き経路15のガス抜き開閉バルブＤが閉止される。
なお、この際も、酸素ガス取出し経路５に配設した開閉
バルブＡは開放状態で電気分解が行なわれ、発生した酸
素ガスは、酸素ガス取り出し経路５を介して、貯蔵タン
クなどのユースポイントに供給されている。
6の水面計17と水面センサ18によって検知された補給水
タンクの液面位置が、補給水タンク上部に気体が存在す
る予め設定されたレベルよりも高くなると、水面検出制
御装置19から制御信号が発信される。この制御信号によ
って、純水供給経路20の純水供給経路開閉バルブＥ及び
ガス抜き経路15のガス抜き開閉バルブＤが閉止される。
なお、この際も、酸素ガス取出し経路５に配設した開閉
バルブＡは開放状態で電気分解が行なわれ、発生した酸
素ガスは、酸素ガス取り出し経路５を介して、貯蔵タン
クなどのユースポイントに供給されている。
【００３５】(4) さらに水電解セル２の電気分解反応
が進むにしたがって、純水容器３内の純水が消費されて
いくので、純水容器３の上方に形成された酸素ガス気液
分離室４の液面位置はさらに低くなる。この液面位置
が、純水容器液面検知装置９の水面計10と水面センサ11
によって所定の最低レベル位置を下回ったと検出された
場合に、水面検出制御装置12から制御信号が出される。
この制御信号によって、酸素ガス取出し経路５に配設し
た開閉バルブＡが閉止されるとともに、バイパス経路22
のバイパス経路開閉バルブＣを開放する弁の制御が行わ
れる。その結果、電気分解で発生する酸素ガスが補給水
タンク14に供給され、補給水タンクの圧力が上昇して、
補給水タンク14内と純水容器３内の圧力が同圧力にな
る。
が進むにしたがって、純水容器３内の純水が消費されて
いくので、純水容器３の上方に形成された酸素ガス気液
分離室４の液面位置はさらに低くなる。この液面位置
が、純水容器液面検知装置９の水面計10と水面センサ11
によって所定の最低レベル位置を下回ったと検出された
場合に、水面検出制御装置12から制御信号が出される。
この制御信号によって、酸素ガス取出し経路５に配設し
た開閉バルブＡが閉止されるとともに、バイパス経路22
のバイパス経路開閉バルブＣを開放する弁の制御が行わ
れる。その結果、電気分解で発生する酸素ガスが補給水
タンク14に供給され、補給水タンクの圧力が上昇して、
補給水タンク14内と純水容器３内の圧力が同圧力にな
る。
【００３６】(5) 次に、図示しない圧力検知装置によ
り、補給水タンク14内と純水容器３内の圧力が同圧力
で、10kg／cm2以上と検知された後に、バイパス経路22
に配設したバイパス経路開閉バルブＣを閉止するととと
もに、酸素ガス取出し経路５に配設した酸素ガス取出し
経路開閉バルブＡを開放して、純水容器３内の圧力が補
給水タンク14内の圧力よりも低くなるようにする。すな
わち、補給水タンク14内の圧力の方が純水容器３内の圧
力よりも高くなる。
り、補給水タンク14内と純水容器３内の圧力が同圧力
で、10kg／cm2以上と検知された後に、バイパス経路22
に配設したバイパス経路開閉バルブＣを閉止するととと
もに、酸素ガス取出し経路５に配設した酸素ガス取出し
経路開閉バルブＡを開放して、純水容器３内の圧力が補
給水タンク14内の圧力よりも低くなるようにする。すな
わち、補給水タンク14内の圧力の方が純水容器３内の圧
力よりも高くなる。
【００３７】(6）その後、酸素ガス取出し経路５に配設
した酸素ガス取出し経路開閉バルブＡを閉止するととも
に、補給水経路13に配設した補給水経路開閉バルブＢを
開放して、補給水タンク内と純水容器３内の圧力差によ
って、その圧力差に対応する分だけ、補給水タンク14内
の空気が膨張して、その体積分だけ補給水タンク14より
純水が純水容器３に供給される。
した酸素ガス取出し経路開閉バルブＡを閉止するととも
に、補給水経路13に配設した補給水経路開閉バルブＢを
開放して、補給水タンク内と純水容器３内の圧力差によ
って、その圧力差に対応する分だけ、補給水タンク14内
の空気が膨張して、その体積分だけ補給水タンク14より
純水が純水容器３に供給される。
【００３８】(7)このとき、酸素ガス気液分離室４の液
面位置が、純水容器液面検知装置９の水面計10と水面セ
ンサ11によって、所定のレベル位置を上回らなかったと
検知された場合には、前記圧力付加経路26に配設した開
閉バルブＦを開放して、圧縮供給装置28からの圧縮酸素
ガスをバイパス経路22を介して補給水タンク14に導入し
て、圧力を付加し、補給水タンク14から純水容器へ流れ
る純水の流量を増加させる。
面位置が、純水容器液面検知装置９の水面計10と水面セ
ンサ11によって、所定のレベル位置を上回らなかったと
検知された場合には、前記圧力付加経路26に配設した開
閉バルブＦを開放して、圧縮供給装置28からの圧縮酸素
ガスをバイパス経路22を介して補給水タンク14に導入し
て、圧力を付加し、補給水タンク14から純水容器へ流れ
る純水の流量を増加させる。
【００３９】(8) そして、酸素ガス気液分離室４の液
面位置が、純水容器液面検知装置９の水面計10と水面セ
ンサ11によって所定のレベル位置を上回ったと検出され
た場合に、水面検出制御装置12から制御信号が出され
て、補給水経路13の補給水経路開閉バルブＢと、圧力付
加経路26に配設した開閉バルブＦとが閉止されて純水容
器３内への補給水の供給が完了し、通常運転である上記
工程(1)へ戻り、次の補給水供給サイクルが順次繰り返
し行われるようになっている。
面位置が、純水容器液面検知装置９の水面計10と水面セ
ンサ11によって所定のレベル位置を上回ったと検出され
た場合に、水面検出制御装置12から制御信号が出され
て、補給水経路13の補給水経路開閉バルブＢと、圧力付
加経路26に配設した開閉バルブＦとが閉止されて純水容
器３内への補給水の供給が完了し、通常運転である上記
工程(1)へ戻り、次の補給水供給サイクルが順次繰り返
し行われるようになっている。
【００４０】
【発明の効果】本発明の水素・酸素発生装置によれば、
水素・酸素発生器の純水容器に接続された酸素ガス取出
し経路から、補給水タンクに至るバイパス経路を設けた
ことにより、電気分解によって発生した酸素ガスを利用
して、高圧ポンプなどの動力源を用いることなく、純水
容器内の高圧を維持したまま、純水容器内でガス発生に
消費された純水を、補給水タンクから補充することが可
能である。
水素・酸素発生器の純水容器に接続された酸素ガス取出
し経路から、補給水タンクに至るバイパス経路を設けた
ことにより、電気分解によって発生した酸素ガスを利用
して、高圧ポンプなどの動力源を用いることなく、純水
容器内の高圧を維持したまま、純水容器内でガス発生に
消費された純水を、補給水タンクから補充することが可
能である。
【００４１】そのため、純水容器内に高圧ポンプなどの
構成部品の潤滑オイル等による不純物が混入するおそれ
がなくなり、高純度で且つ高圧の酸素ガス、水素ガスを
提供することができる。
構成部品の潤滑オイル等による不純物が混入するおそれ
がなくなり、高純度で且つ高圧の酸素ガス、水素ガスを
提供することができる。
【００４２】更に、バイパス経路に接続した圧力付加経
路を介して、圧縮酸素ガス供給装置から付加的に圧縮酸
素ガスを補給水タンクに供給することによって、補給水
タンクより純水容器に供給する純水の流量が、所定の流
量よりも不足する場合に、圧縮酸素ガスを補給水タンク
に導入して圧力を付加し、補給水タンクから純水容器へ
流れる純水の流量を増加させて、短時間で純水容器へ純
水を補給することができる。
路を介して、圧縮酸素ガス供給装置から付加的に圧縮酸
素ガスを補給水タンクに供給することによって、補給水
タンクより純水容器に供給する純水の流量が、所定の流
量よりも不足する場合に、圧縮酸素ガスを補給水タンク
に導入して圧力を付加し、補給水タンクから純水容器へ
流れる純水の流量を増加させて、短時間で純水容器へ純
水を補給することができる。
【００４３】また、上記圧縮酸素ガス供給装置として
は、圧縮酸素ガスボンベおよび本発明の水素・酸素発生
装置とは別体の固体高分子電解質膜を隔膜とする水電解
セルを備えた水素・酸素発生装置等を用いることが可能
である。
は、圧縮酸素ガスボンベおよび本発明の水素・酸素発生
装置とは別体の固体高分子電解質膜を隔膜とする水電解
セルを備えた水素・酸素発生装置等を用いることが可能
である。
【図１】図１は、本発明の水素・酸素発生装置の全体の
概略図である。
概略図である。
【図２】図２は、水電解セルの構成を示す概略図であ
る。
る。
【図３】図３は、従来の水浸漬式の水素・酸素発生装置
の概略図である。
の概略図である。
１・・・水素・酸素発生器 ２・・・水電解セル ３・・・純水容器 ４・・・酸素ガス気液分離室 ５・・・酸素ガス取り出し経路 ６・・・水素取り出し管 ７・・・水素ガス気液分離装置 ８・・・水素ガス取り出しライン ９・・・純水容器液面検知装置 １０・・・水面計 １１・・・水面センサ １２・・・水面検出制御装置 １３・・・補給水経路 １４・・・補給水タンク １５・・・ガス抜き経路 １６・・・補給水タンク液面検知装置 １７・・・水面計 １８・・・水面センサ １９・・・水面検出制御装置 ２０・・・純水供給経路 ２１・・・純水タンク ２２・・・バイパス経路 ２４・・・開口 ２６…圧力付加経路 ２８…圧縮酸素ガス供給装置 Ａ・・・酸素ガス取出し経路開閉バルブ Ｂ・・・補給水経路開閉バルブ Ｃ・・・バイパス経路開閉バルブ Ｄ・・・ガス抜き開閉バルブ Ｅ・・・純水供給経路開閉バルブ Ｆ…圧力付加経路開閉バルブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平井 清司 兵庫県加古川市別府町新野辺475−20 (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 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号 (72)発明者 長尾 衛 大阪府大阪市東淀川区井高野２丁目７番 18−102号 (72)発明者 原田 宙幸 東京都練馬区西大泉２−25−43 (56)参考文献 特開 平８−239788（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−239789（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−260180（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C25B 1/00 - 15/08
Claims (6)
- 【請求項１】 固体高分子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、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さ
れ、且つ純水容器内に収容された水電解セルを備えた水
素・酸素発生器と、 水素・酸素発生器の純水容器内に純水を補給するために
補給水経路を介して水素・酸素発生器の純水容器に接続
された補給水タンクと、 補給水タンクに純水を供給するために、純水供給経路を
介して補給水タンクに接続された純水供給装置とから構
成した水素・酸素発生装置において、 水素・酸素発生器の純水容器に接続された酸素ガス取出
し経路から、補給水タンクに至るバイパス経路を設け、 補給水タンクの上部から大気側に連通するガス抜き経路
を設けるとともに、純水供給経路、補給水経路、酸素ガ
ス取出し経路、バイパス経路、及びガス抜き経路にそれ
ぞれ、開閉バルブを設け、 更に、前記バイパス経路に、付加的に圧縮酸素ガスを導
入するための圧力付加経路を設けたことを特徴とする水
素・酸素発生装置。 - 【請求項２】 前記圧力付加経路を介して、前記バイパ
ス経路に圧縮酸素ガスを導入するための圧縮酸素ガス供
給装置を接続したことを特徴とする請求項１に記載の水
素・酸素発生装置。 - 【請求項３】 前記圧縮酸素ガス供給装置が圧縮酸素ボ
ンベであることを特徴とする請求項２に記載の水素・酸
素発生装置。 - 【請求項４】 前記圧縮酸素ガス供給装置が、固体高分
子電解質膜を隔膜として用いた水電解セルを備えた水素
・酸素発生装置であることを特徴とする請求項２に記載
の水素・酸素発生装置。 - 【請求項５】 請求項１から４のいずれかに記載の水素
・酸素発生装置の運転方法であって、(1) 通常の電気
分解時において、酸素ガス取出し経路に配設した開閉バ
ルブＡのみを開放して電気分解を行い、(2) 電気分解
の進行に伴って、純水容器内の水位が予め設定されたレ
ベルを下回った場合に、酸素ガス取出し経路に配設した
開閉バルブＡを開放したまま、ガス抜き経路に配設した
開閉バルブＤ及び純水供給経路に配設した開閉バルブＥ
を開放して、純水供給装置から補給水タンクに純水を供
給し、(3) 補給水タンク内の純水が、補給水タンク上
部に気体が存在する予め設定されたレベルを超えた場合
に、ガス抜き経路に配設した開閉バルブＤ及び純水供給
経路に配設した開閉バルブＥを閉止し、(4) 電気分解
の進行に伴って、純水容器内の水位が予め設定された最
低レベルを下回った場合に、酸素ガス取出し経路に配設
した開閉バルブＡを閉止するとともに、バイパス経路に
配設した開閉バルブＣを開放して、電気分解で発生する
酸素ガスを補給水タンクに供給して、補給水タンクの圧
力を上昇させ、(5) 純水容器内と補給水タンク内の圧
力が所定圧力以上になった場合に、バイパス経路に配設
した開閉バルブＣを閉止するととともに、酸素ガス取出
し経路に配設した開閉バルブＡを開放して、純水容器内
の圧力が補給水タンク内の圧力よりも低くなるように
し、(6) その後、酸素ガス取出し経路に配設した開閉
バルブＡを閉止するとともに、補給水経路に配設した開
閉バルブＢを開放して、補給水タンク内と純水容器内の
圧力差によって、補給水タンクより純水を純水容器に供
給し、(7) その際、補給水タンクより純水容器に供給
する純水の流量が、所定の流量よりも不足する場合に、
前記圧力付加経路より前記バイパス経路を介して圧縮酸
素ガスを補給水タンクに導入して圧力を付加して、純水
の供給流量を増加させることを特徴とする水素・酸素発
生装置の運転方法。 - 【請求項６】 前記工程(5)における所定圧力が、10kg
／cm2であることを特徴とする請求項５に記載の水素・
酸素発生装置の運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7333743A JP3037124B2 (ja) | 1995-12-21 | 1995-12-21 | 水素・酸素発生装置及びその運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7333743A JP3037124B2 (ja) | 1995-12-21 | 1995-12-21 | 水素・酸素発生装置及びその運転方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09176885A JPH09176885A (ja) | 1997-07-08 |
| JP3037124B2 true JP3037124B2 (ja) | 2000-04-24 |
Family
ID=18269470
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7333743A Expired - Fee Related JP3037124B2 (ja) | 1995-12-21 | 1995-12-21 | 水素・酸素発生装置及びその運転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3037124B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AUPQ029899A0 (en) * | 1999-05-12 | 1999-06-03 | Protegy Limited | Hydrogen generator |
| CA2271517A1 (en) * | 1999-05-12 | 2000-11-12 | William J. Stewart | Pressure control system in a water electrolytic cell |
| EP1283280A4 (en) | 2000-04-07 | 2004-09-15 | Toyo Tanso Co | APPARATUS FOR THE PRODUCTION OF GAS FLUORINE |
-
1995
- 1995-12-21 JP JP7333743A patent/JP3037124B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09176885A (ja) | 1997-07-08 |
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