JP3169050B2 - 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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- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- 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】
【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、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、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なさ
れたものであって、下記の（１）〜（５）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なさ
れたものであって、下記の（１）〜（５）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
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り出し経路
と、該酸素ガス取り出し経路から分岐して補給水タンク
に接続されたバイパス経路と、酸素ガス取り出し経路に
おける、バイパス経路との分岐点より下流側に配設され
た開閉バルブ（Ａ）と、 前記バイパス経路に配設された
開閉バルブ（Ｃ）と、前記補給水経路に配設された開閉
バルブ（Ｂ）とを備えていることを特徴とする水素・酸
素発生装置。（２）前記補給水タンクの上部から大気側に連通するガ
ス抜き経路と、該ガス抜き経路に配設された開閉バルブ
（Ｄ）とをさらに有してなる請求項１に記載の水素・酸
素発生装置。
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
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り出し経路
と、該酸素ガス取り出し経路から分岐して補給水タンク
に接続されたバイパス経路と、酸素ガス取り出し経路に
おける、バイパス経路との分岐点より下流側に配設され
た開閉バルブ（Ａ）と、 前記バイパス経路に配設された
開閉バルブ（Ｃ）と、前記補給水経路に配設された開閉
バルブ（Ｂ）とを備えていることを特徴とする水素・酸
素発生装置。（２）前記補給水タンクの上部から大気側に連通するガ
ス抜き経路と、該ガス抜き経路に配設された開閉バルブ
（Ｄ）とをさらに有してなる請求項１に記載の水素・酸
素発生装置。
【００１１】（３）前述の（１）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、酸素ガス取り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、酸素ガス取り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）を閉止するとともに、酸素ガス取り出し経路に
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、酸素ガス取り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
供給することを特徴とする水素・酸素発生装置の運転方
法。 （４ ）前述の（２）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
り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
ガス取り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
純水供給系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）及び純水供給系路に配設した
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、酸素ガス取り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）を閉止するとともに、酸素ガス取り出し経路に
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、酸素ガス取り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
供給する、ことを特徴とする水素・酸素発生装置の運転
方法。
生装置の運転方法であって、通常の電気分解時におい
て、酸素ガス取り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、酸素ガス取り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）を閉止するとともに、酸素ガス取り出し経路に
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、酸素ガス取り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
供給することを特徴とする水素・酸素発生装置の運転方
法。 （４ ）前述の（２）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
り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
ガス取り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
純水供給系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）及び純水供給系路に配設した
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、酸素ガス取り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）を閉止するとともに、酸素ガス取り出し経路に
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、酸素ガス取り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
供給する、ことを特徴とする水素・酸素発生装置の運転
方法。
【００１２】（５）前記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おける当該所定圧力
が10kg/cm2であることを特徴とする前述の（３）または
（４）に記載の水素・酸素発生装置の運転方法。
圧力が所定圧力以上になった場合における当該所定圧力
が10kg/cm2であることを特徴とする前述の（３）または
（４）に記載の水素・酸素発生装置の運転方法。
【００１３】
【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、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。
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、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。
【００１４】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
【００１５】
【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。
【００１６】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。
【００１７】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7-24
737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7-24
737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。
【００１８】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。
【００１９】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。
【００２０】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。
【００２１】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が設けられるとともに、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が設けられるとともに、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。
【００２２】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。
【００２３】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。
【００２４】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。
【００２５】(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。
【００２６】(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。
【００２７】(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。
【００２８】(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。
【００２９】(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。
【００３０】(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。
【００３１】(7) 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。
【００３２】
【発明の効果】本発明の水素・酸素発生装置によれば、
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あ
り、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、高純度で且つ高圧の酸素
ガス、水素ガスを提供できる。
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あ
り、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、高純度で且つ高圧の酸素
ガス、水素ガスを提供できる。
【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 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
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 実開 平４−64569（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C25B 1/00 - 15/08
Claims (5)
- 【請求項１】 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り
出し経路と、該酸素ガス取り出し経路から分岐して 補給水タンクに接
続されたバイパス経路と、酸素ガス取り出し経路における、バイパス経路との分岐
点より下流側に配設された開閉バルブ（Ａ）と、 前記バイパス経路に配設された開閉バルブ（Ｃ）と、 前記補給水経路に配設された開閉バルブ（Ｂ）とを備え
ている ことを特徴とする水素・酸素発生装置。 - 【請求項２】 前記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と、該ガス抜き経路に配設された開
閉バルブ（Ｄ）とをさらに有してなる請求項１に記載の
水素・酸素発生装置。 - 【請求項３】 請求項１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、酸素ガス取り出し経路
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、酸素ガス取り出し
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、 (3) 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）を閉止するとともに、酸素ガス取り出し経 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、 (4) その後、酸素ガス取り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
に供給す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４】 請求項２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、酸素ガス取り出し経路
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、酸素ガス取り出し
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）及び純水供給系路
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）及び純水供給系路
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、酸素ガス取り
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）を閉止するとともに、酸素ガス取り出し経路に配
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、酸素ガス取り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
に供給する、ことを特徴とする水素・酸素発生装置の運
転方法。 - 【請求項５】 前記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 った場合における当該所定圧力が10
kg/cm2であることを特徴とする請求項３または４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 |
|---|---|---|---|
| JP32189195A JP3169050B2 (ja) | 1995-12-11 | 1995-12-11 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP32189195A JP3169050B2 (ja) | 1995-12-11 | 1995-12-11 | 水素・酸素発生装置及びその運転方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09157878A JPH09157878A (ja) | 1997-06-17 |
| JP3169050B2 true JP3169050B2 (ja) | 2001-05-21 |
Family
ID=18137561
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32189195A Expired - Fee Related JP3169050B2 (ja) | 1995-12-11 | 1995-12-11 | 水素・酸素発生装置及びその運転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3169050B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1330792C (zh) | 2002-01-29 | 2007-08-08 | 三菱商事株式会社 | 高压氢气制造设备和制造方法 |
| EP1825028B1 (en) * | 2004-11-02 | 2011-06-15 | Hy-Drive Technologies Ltd | Electrolysis cell electrolyte pumping system |
-
1995
- 1995-12-11 JP JP32189195A patent/JP3169050B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09157878A (ja) | 1997-06-17 |
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