JP3611546B2 - Gas generation system and gas-liquid separator - Google Patents

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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、純水を電気分解してガス（特に、水素および酸素）を発生させる水電解装置を用いて構成されたガス発生システムに関し、詳しくは、ガスから水分を分離する気液分離装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガス発生システムを構成する水電解装置としては、電解質の役割を果たす部材として固体電解質膜を備えた水電解装置を用いたものが、従来から知られている。
【０００３】
従来技術にかかる水電解装置は、固体高分子電解質膜の両面に電極触媒層（陽極側触媒層および陰極側触媒層）が設けられた、固体高分子電解質膜と電極触媒層との接合体膜（以下、「固体電解質膜」という。）と、この固体電解質膜を挟持すべく設けられた電極板（陽極側電極板および陰極側電極板）と、固体電解質膜と電極板との間に設けられた給電体（陽極側給電体および陰極側給電体）等とを用いて構成されている。
【０００４】
上記従来技術にかかる水電解装置においては、陽極側に純水を供給して、電極板に対して通電することにより、主に陽極側触媒層で純水が分解され、酸素ガスが発生する。そして、酸素ガスと同時に生成されたＨ+イオンは、電場の働きによって固体電解質膜内を移動するため、陰極側触媒層においては、電子を得て、水素ガスが発生することとなる。
【０００５】
すなわち、従来技術においては、上述した水電解装置、水電解装置に通電を行うための制御手段、水電解装置（の陽極側）に純水を供給するために設けられた純水タンク、水電解装置にて生成された水素ガスと水分とを分離するために設けられた水素分離装置、水電解装置にて生成された酸素ガスと水分とを分離するために設けられた酸素分離装置、およびこれらの各要素を接続する配管部等を用いて、ガス発生システムが構成されている。
【０００６】
ところで、上記従来技術にかかるガス発生システムを構成する気液分離装置（酸素分離装置等）は、通常、図１９に示すような円筒形のタンクを用いて構成されている。ここで図１９は、従来技術にかかるガス発生システムの概略系統図の一部を示したものである。
【０００７】
図１９に示されたシステムにおいては、配管部５０７を介して純水が供給された水電解装置５０１に所定電圧を印可することにより、水電解装置５０１において、水素ガスおよび酸素ガスが生成される。そして、生成された水素ガスは、水素ガス搬送配管部５１４および水素分離装置（図示省略）等を介して使用箇所等に供給され、生成された酸素ガスは、酸素ガス搬送配管部５０３、酸素分離装置５０２、および酸素ガス供給配管部５３１等を介して使用箇所等に供給される。
【０００８】
酸素分離装置５０２には、純水供給配管部５０５を介して純水タンク（図示省略）が接続されており、この純水供給配管部５０５には、補給水ポンプ５０６が設けられている。補給水ポンプ５０６は、酸素分離装置５０２内に設けられた水位計５０２Ｌで得られた検知信号に基づいて制御されており、具体的には、この検知信号によってＯＮ／ＯＦＦ制御されている。つまり、従来技術においては、この水位計５０２Ｌにより補給水ポンプ５０６を制御することによって、酸素分離装置５０２内の水位が所定範囲内となるべく制御されている。
【０００９】
また、この図１９において詳細は省略したが、配管部５０７は、酸素分離装置５０２内の純水を抽出して、この抽出された純水を水電解装置５０１に供給すべく構成されている。すなわち、配管部５０７の所定箇所に循環水ポンプ（図示省略）を設け、このポンプを駆動させることによって、酸素分離装置５０２から抽出した純水を水電解装置５０１に供給している。
【００１０】
上述した酸素分離装置５０２においては、タンク本体５０２Ａの上部（気相部）に酸素ガス搬送配管部５０３の流入口を設けて、搬送された酸素ガスができるだけ液相部と接触しないような構成とし、気液分離（タンク本体５０２Ａ内の重力分離）の促進を図っている。そして、タンク本体５０２Ａ上部の酸素ガスが酸素ガス供給配管部５３１等を介して使用箇所等に供給される。
上記酸素分離装置５０２は、基本的にはタンク本体５０２Ａのみを用いて構成されているため、比較的容易に製造等することができる。
また、上記では酸素分離装置５０２についての説明を行ったが、従来技術においては、水素分離装置も略同様に構成されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上のように構成された酸素分離装置５０２は、比較的容易に製造等することができるという利点を有する反面、重力分離のみによって気液分離を行っているため、液体を静置するだけの容量が必要となり、装置（タンク本体５０２Ａ）が大型化するという問題があった。また、この問題は、水素分離装置においても、同様であった。
【００１２】
そして、このように水素分離装置、酸素分離装置５０２が大型化すれば、ガス発生システム全体としても、大型化は避けられないという問題があった。
【００１３】
そこで、本発明は、上記従来技術にかかる問題を解決するためになされたものであって、小型化・コンパクト化された気液分離装置（水素分離装置、酸素分離装置）を提供すること、およびこの気液分離装置を用いて小型化されたガス発生システムを提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様は、上記従来技術の課題を解決するためになされたもので、固体電解質膜によって陽極側と陰極側とに隔離された水電解装置を有し、前記水電解装置に純水を供給して前記陰極側および陽極側の少なくとも一方からガスを発生させるガス発生システムであって、前記水電解装置と前記発生ガス使用箇所との間に、前記発生ガスと純水との混合流体の気液分離を行う気液分離装置が設けられており、前記気液分離装置が、前記混合流体中のガスを付着させて分離させ得る浮力分離部を有することを特徴としている。
【００１５】
このような構成によれば、前記気液分離装置が浮力分離部を有しており、前記混合流体中のガスがこの浮力分離部に接触付着して成長するため、この成長したガス（気泡）が浮力によって前記混合流体中から適切に分離される。
【００１６】
また、本発明のガス発生システムにおいては、前記浮力分離部が、前記混合流体を略水平方向に流通させ、上面部にガスを接触させ付着させる、複数の平板部材で形成された複数の分離流通路を有する。
【００１７】
この構成によれば、前記浮力分離部が複数の分離流通路を有するため、各分離流通路の流通断面は限られた所定の面積を有することとなる。したがって、この構成によれば、各分離流通路内において、前記混合流体中のガスと前記分離流通路内面等との接触付着が頻繁に行われて、ガス（気泡）の成長が促進される。よって、この構成によれば、前記混合流体中の前記ガスを、浮力によってより適切に分離させることができる。
【００１８】
また、本発明の第二の態様にかかるガス発生システムにおいては、固体電解質膜によって陽極側と陰極側とに隔離された水電解装置を有し、前記水電解装置に純水を供給して前記陰極側および陽極側の少なくとも一方からガスを発生させるガス発生システムであって、
前記水電解装置と前記発生ガス使用箇所との間に、前記発生ガスと純水との混合流体の気液分離を行う気液分離装置が設けられており、
前記気液分離装置が、前記混合流体中のガスを付着させて分離させ得る浮力分離部を有し、
前記浮力分離部が、前記混合流体を略水平方向に流通させ得る、複数の分離流通路を有し、前記浮力分離部が、平板と折り曲げ板とを交互に積層して構成されており、前記平板と前記折り曲げ板との間で形成される複数の空間が前記複数の分離流通路を成し、前記平板および前記折り曲げ板の少なくとも一方に複数の孔部が穿孔されている。
【００１９】
この構成によれば、前記平板と前記折り曲げ板とを積層させているため、前記複数の分離流通路を有する前記浮力分離部を容易に構成することができる。また、ここで「折り曲げ板」とは、凹凸が繰り返される形状や、波形形状等の任意の角度や湾曲部を設けて適宜折り曲げられた板状部材のことをいう。
また、この構成によれば、前記平板および前記折り曲げ板の少なくとも一方に複数の孔部が穿孔されているため、容易に形成された前記分離流通路内に付着して分離されたガスを、この孔部を用いることによって、前記混合流体中から適切に分離することができる。
【００２０】
また、本発明のガス発生システムにおいては、前記各分離流通路の重力作用方向の高さが、前記混合流体が前記分離流通路を通過するまでの間に、前記混合流体中のガスが浮力によって前記分離流通路の下面部から上面部に達する程度の高さである構成が好ましい。
【００２１】
この好ましい構成によれば、前記混合流体が前記分離流通路を通過するまでの間に、前記混合流体中のガスが、浮力によって確実に前記分離流通路の上面に接触する。そして、前記分離流通路の上面（内面）に接触したガスは、この上面に接触して付着した後、比較的大きな気泡として成長し、浮力によって前記混合流体中から分離される。
したがって、この好ましい構成によれば、前記混合流体中のガスは、前記混合流体が分離流通路を通過するまでの間に適切に除去される。
【００２２】
また、本発明のガス発生システムにおいては、前記分離流通路を形成する上面部の少なくとも一部が、水平面に対して所定の角度を有している構成が好ましい。
【００２３】
この好ましい構成によれば、前記分離流通路の上面部の少なくとも一部が、水平面に対して所定の角度を有しているため、前記上面部に接触して付着した前記ガスが、その角度に沿って上方向に移動しやすくなる。したがって、この構成によれば、前記混合流体中のガスの分離がより促進されることとなる。
【００２４】
また、本発明のガス発生システムにおいては、前記分離流通路の所定箇所に、空隙部が設けられている構成が好ましい。
【００２５】
この好ましい構成によれば、前記分離流通路内面等に付着して成長した気泡が、浮力によって前記空隙部から上方に（前記混合流体の流通方向と略垂直な方向に）放出されることとなるため、流通中の前記混合流体から前記ガスを適切に分離することができる。
【００２６】
また、本発明のガス発生システムにおいては、前記気液分離装置が、前記気液分離装置内の液面をほぼ静止状態に維持し、前記気液分離装置内面と前記液面との間に所定の間隔を有すべく、前記液面を調整可能な水位調整手段を有する構成が好ましい。
【００２７】
この好ましい構成によれば、前記水位調整手段を設けたことによって、前記ガス発生システムを連続運転する場合であっても、前記液面をほぼ静止状態に維持し、前記気液分離装置内面と前記液面との間を所定の間隔に保持可能である。このように前記液面の静止状態が維持可能であれば、安定した状態で前記ガス発生システムを運転することができ、また、前記気液分離装置内面と前記液面との間に所定の間隔を設ければ、前記混合流体中のガスをより効果的に分離することができる。さらに、この好ましい構成によれば、ガスの供給量が変化しても、水位レベルが一定となるべく補給水を供給等して水位変化を抑えることが可能となるため、ガス貯留部のガス圧力（発生させるガス圧力）を一定に維持することができる。
【００２８】
さらに、本発明のガス発生システムにおいては、前記水位調整手段が、磁歪式または静電容量式の水位計を用いて構成されている構成が好ましい。ここで、磁歪式の水位計とは、例えば、棒状のプローブ部と、これに挿通された磁石を有するフロート部とを有する水位計のことである。
【００２９】
また、本発明のガス発生システムにおいては、前記混合流体を流入させる流入口が、前記気液分離装置の液相部に設けられている構成が好ましい。
【００３０】
この好ましい構成によれば、前記流入口が前記液相部に設けられているため、水素ガスと酸素ガスの混合時の着火拡大を防止することができる。
【００３１】
本発明の第三の態様は、上記従来技術の課題を解決するためになされたもので、固体電解質膜によって陽極側と陰極側とに隔離された水電解装置に純水を供給して発生するガスと、前記純水とから成る混合流体の気液分離を行う気液分離装置であって、前記混合流体中のガスを付着させて分離させ得る浮力分離部を有することを特徴としている。
【００３２】
また、本発明の第三の態様にかかる気液分離装置においては、前記浮力分離部が、前記混合流体を略水平方向に流通させ、上面部にガスを接触させ付着させる、複数の平板部材で形成された複数の分離流通路を有する。
【００３３】
また、本発明の第四の態様にかかる気液分離装置においては、固体電解質膜によって陽極側と陰極側とに隔離された水電解装置に純水を供給して発生するガスと、前記純水とから成る混合流体の気液分離を行う気液分離装置であって、
前記浮力分離部が、前記混合流体を略水平方向に流通させ得る、複数の分離流通路を有し、
前記浮力分離部が、平板と折り曲げ板とを交互に積層して構成されており、前記平板と前記折り曲げ板との間で形成される複数の空間が前記複数の分離流通路を成し、前記平板および前記折り曲げ板の少なくとも一方に複数の孔部が穿孔されている。
【００３４】
また、本発明の気液分離装置においては、前記各分離流通路の重力作用方向の高さが、前記混合流体が前記分離流通路を通過するまでの間に、前記混合流体中のガスが浮力によって前記分離流通路の下面部から上面部に達する程度の高さである構成が好ましい。
【００３５】
また、本発明の気液分離装置においては、前記分離流通路を形成する上面部の少なくとも一部が、水平面に対して所定の角度を有している構成が好ましい。
【００３６】
また、本発明の気液分離装置においては、前記分離流通路の所定箇所に、空隙部が設けられている構成が好ましい。
【００３７】
また、本発明の気液分離装置においては、前記気液分離装置内の液面をほぼ静止状態に維持し、前記気液分離装置内面と前記液面との間に所定の間隔を有すべく、前記液面を調整可能な水位調整手段が設けられている構成が好ましい。
【００３８】
さらに、本発明の気液分離装置においては、前記水位調整手段が、磁歪式または静電容量式の水位計を用いて構成されていることが好ましい。ここで、磁歪式の水位計とは、先にも述べたように、例えば、棒状のプローブ部と、これに挿通された磁石を有するフロート部とを有する水位計のことである。
【００３９】
また、本発明の気液分離装置においては、前記混合流体を流入させる流入口が、気液分離装置の液相部に設けられている構成が好ましい。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
【００４１】
図１は、本発明の実施形態にかかるガス発生システムの概略的な系統図を示したものである。
本実施形態にかかるガス発生システムは、水電解装置１を中心として構成されており、この水電解装置１に純水を供給し、所定の電圧を印可することによって水素ガスおよび酸素ガスが生成される。そして、このガス発生システムにおいては、これらの生成ガスが、気液分離装置（水素ガス分離装置および酸素ガス分離装置）を介して、所定の使用箇所等
に供給されるべく構成されている。以下、さらに詳細に説明する。
【００４２】
本実施形態にかかるガス発生システムにおいては、水電解装置１に対し、純水供給配管部７を介して酸素ガス分離装置２内の純水が供給される。また、酸素ガス分離装置２には、純水補給配管部５を介して純水タンク（図示省略）が接続されており、この純水補給配管部５には、補給水ポンプ（図示省略）と、補給水制御バルブ２Ａが設けられている。酸素ガス分離装置２内には、第一水位計２Ｌが設けられており、この第一水位計２Ｌで得られた検知信号に基づいて補給水制御バルブ２Ａが制御され、酸素ガス分離装置２内の水位が一定に保たれる。なお、本発明の気液分離装置に相当する酸素ガス分離装置２においては、本発明の水位調整手段が、上記第一水位計２Ｌおよび補給水バルブ２Ａを用いて構成されている。
【００４３】
水電解装置１に純水を供給する純水供給配管部７は、水電解装置１から排出された純水を再利用すべく、酸素ガス分離装置２から水電解装置１に純水を循環させるように設けられている。そして、この純水供給配管部７には、純水を循環させるための循環水ポンプ８、純水の熱交換を行うため（純水の温度を所定温度に維持するため）の熱交換器９、純水の純度を高めるためのポリシャ（ｐｏｌｉｓｈｅｒ）１０、および純水の濾過等を行うためのフィルタ１１等が設けられている。ポリシャ１０としては、例えば、イオン交換樹脂等から成る非再生ポリシャが用いられる。
【００４４】
さらに、この純水供給配管部７には、純水供給配管部７中の純水の水質（電気伝導度）を監視して、必要な場合（所定の電気伝導度（例えば、０．２μＳ／ｃｍ）を超えた場合等）には警報を発する水質警報手段１２、および純水供給配管部７中の純水の温度を監視して、必要な場合（所定の温度範囲（例えば、４０〜５０℃）を超えた場合等）には警報を発する水温警報手段１３が設けられている。
【００４５】
また、この純水供給配管部７を循環される純水は、酸素ガスを溶存した純水であるため、純水中から純水供給配管部７中に溶存酸素が排出される場合がある。このように、酸素ガスが排出されると、純水供給配管部７に設けられている循環水ポンプ８、ポリシャ１０、あるいはフィルタ１１等に酸素ガスが溜まり、この酸素ガスが純水の循環に不具合を生じさせるおそれがある。そこで、本実施形態においては、循環水ポンプ８、ポリシャ１０、およびフィルタ１１の少なくともいずれかの箇所にガス抜きが設けられている。
【００４６】
水電解装置１にて生成された水素ガスは、若干の純水と共に、水素ガス搬送配管部１４を介して、水素ガス分離装置４に送られる。また、水電解装置１にて生成された酸素ガスは、比較的多くの純水と共に、酸素ガス搬送配管部１６を介して、酸素ガス分離装置２に送られる。
【００４７】
酸素ガス分離装置２においては、後述する衝突分離等によって適切に気液分離が行われ、気液分離された酸素ガスが、酸素ガス供給配管部３１等を介して、酸素ガスの使用箇所（図示省略）等に搬送供給される。また、気液分離された純水は、先にも述べたように、純水供給配管部７等を介して再び水電解装置１に循環供給される。
【００４８】
また、水素ガス分離装置４においても、後述する衝突分離等によって適切に気液分離が行われ、気液分離された水素ガスは、水素ガス供給配管部２１、水素ガス除湿部２３等を介して、水素ガスの使用箇所（図示省略）に搬送供給される。この水素ガス分離装置４には、第二水位計４Ｌが設けられている。そして、第二水位計４Ｌで得られた検知信号は、水素分離装置４から純水タンク（図示省略）に対して純水を戻すべく（純水を排出して再利用すべく）設けられた純水戻り配管部１５の純水排出バルブ４Ａに送られる。つまり、第二水位計４Ｌにて、水素分離装置４内に所定量以上の純水が貯留されていると判断され
れば、第二水位計４Ｌの検知信号に基づいて、純水排出バルブ４Ａを調整することにより、適宜、水素分離装置４内の純水貯留量が制御されることとなる。なお、本発明の気液分離装置に相当する水素ガス分離装置４においては、本発明の水位調整手段が、上記第二水位計４Ｌおよび純水排出バルブ４Ａを用いて構成されている。
【００４９】
ここで、水素ガス除湿部２３は、例えば、中空糸膜等を用いて構成されている。そして、この水素ガス除湿部２３においては、中空糸膜の内部に水素ガスを流通させ、中空糸膜の外部に乾燥空気を流通させることによって、水素ガスの除湿を行っている。なお、図１には特に示していないが、より高純度の水素ガスを得ようとする場合には、水素ガス除湿部２３の後流側、または水素ガス除湿部の換わりに、ゼオライト、活性アルミナ等のモレキュラシーブを用いて構成された精製器を設ける構成が好ましい。本実施形態は、中空糸膜等を用いた水素ガス除湿部２３（あるいは精製器）によって水素ガスの除湿を行う構成であるので、従来技術において必要であったパラジウム精製器等を用いる必要がなくなる。
【００５０】
以上のように、本実施形態にかかるガス発生システムは、水電解装置１を用いて構成されており、この水電解装置１は、純水と所定の電流とを供給することによって水素および酸素を生じさせ得る。以下、この水電解装置１の構造を図面に基づいて説明する。
【００５１】
図２は、図１にかかるガス発生システム（本発明の「第一の態様にかかるガス発生システム」あるいは「第二の態様にかかるガス発生システム」に相当）を構成する水電解装置１の一例の概略図を示したものであり、図２（ａ）は水電解装置１の平面図を示し、図２（ｂ）は図２（ａ）の一部を断面にしたＩ−Ｉ線矢視の側面図を示している。また、図３は、図２（ａ）のII−II線断面のうちの要部を示す断面図である。また、図４は、図２（ａ）のIII−III線断面のうちの要部を示す断面図である。また、図５は、本実施形態にかかる水電解装置を構成する電極板ユニットの分解斜視図を示したものである。本実施形態においては、この図５に示した電極板ユニットと固体電解質膜等とを用いて水電解装置１（水電解装置）が構成されている。
【００５２】
図２〜図４に示す水電解装置１は、固体高分子電解質膜の両面に電極触媒層（陽極側および陰極側触媒層）が設けられた固体電解質膜１０２と電極板ユニット１０３とを複数積層して構成されている。すなわち、固体電解質膜１０２を電極板ユニット１０３にて挟持するように、固体電解質膜１０２と電極板ユニット１０３とを所定数積層して構成されている。そして、固体電解質膜１０２および電極板ユニット１０３が、両端側のそれぞれに設けられた端板１２２で挟持され、締付ボルト１２３によって締め付けられることによって水電解装置１が構成されている。
【００５３】
また、本実施形態にかかる水電解装置１においては、締付ボルト１２３に対し複数の皿バネ１２５を介してナット１２４が取り付けられている。そして、水電解装置の組立時においては、固体電解質膜１０２および電極板ユニット１０３等を積層した後に、プレス機で締め付けた状態で、締付ボルト１２３等による締め付けが行われている。
【００５４】
電極板ユニット１０３は、チタン板製の電極板１０４の両面側に、多孔質給電体１０５とスペーサ１０６とシール部材１０７等とが配設して構成されている。また、後述すべく、スペーサ１０６等には、発生した酸素ガスを取り出すために用いられる酸素用孔１１３、発生した水素ガスを取り出すために用いられる水素用孔１１４、電気分解に供される純水を供給するために用いられる純水用孔１１５，１１６が形成されている。
【００５５】
次に、図５を用いて、電極板１０４およびその周辺の構造を詳細に説明する。
【００５６】
電極板１０４は、その内方部分たる板部分１０４ａと、この板部分１０４ａの外周部に設けられた周縁部１０４ｂ等とから形成されている。また、この板部分１０４ａと周縁部１０４ｂとの間には、外方側突条１１２ａおよび内方側突条１１２ｂが形成されている。すなわち、周縁部１０４ｂの内方縁に沿って、シール部材１０７用の溝１１１が屈曲によって形成されている。この溝１１１の外方側および内方側は溝１１１に沿った突条１１２ａ，１１２ｂとなるように屈曲されている。
また、電極板１０４は、チタン板を型プレスによって成形することにより得ることができる。さらに、電極板ユニット１０３を積層したときに接触する（および接触するおそれがある）電極板１０４の所定部分には、電気的絶縁のためのコーティングが施されている。例えば、シール部材用溝１１１の底部にはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）のコーティングが施されている。
【００５７】
電極板１０４の両面側には、その中央部にそれぞれ多孔質給電体１０５（Ａ），１０５（Ｃ）が配置され、多孔質給電体１０５の両側にスペーサ１０６がそれぞれ配置されている。また、このスペーサ１０６は、内方側突条１１２ｂの存在により、下面側のスペーサ１０６ｃ，１０６ｄの方が上面側のスペーサ１０６ａ，１０６ｂよりも大きく形成されている。
【００５８】
そして、内方側突条１１２ｂの裏側（下面側）のデッドスペースには環状のスペーサ１０６ｅが嵌着されている。電極板１０４およびスペーサ１０６には、対応する位置に流体通路孔（酸素用孔１１３、水素用孔１１４、純水用孔１１５，１１６）が穿設されている。具体的には、図３、図４、および図５に示すべく、電極板１０４の左方のスペーサ１０６ａ，１０６ｃおよび対応する電極板１０４の所定位置に穿設されているは酸素用孔１１３および水素用孔１１４であり、右方のスペーサ１０６ｂ，１０６ｄおよび対応する電極板１０４の所定位置に穿設されているのは純水用孔１１５，１１６である。
【００５９】
図３、図４、および図５においては、電極板１０４の上面側のスペースが水素発生室Ｃとなり、下面側のスペースが酸素発生室Ａとなる。そして、電極板１０４に屈曲によって形成された溝１１１には、これらの水素発生室Ｃと酸素発生室Ａとを外部からシールするためのシール部材１０７が嵌着される。
【００６０】
また、図３、図４、および図５に示すように、電極板１０４の上面左方のスペーサ１０６ａの下面における酸素用孔１１３の周囲にはＯリング溝１１７が形成されており、水素用孔１１４から多孔質給電体に対向する縁まで水素用溝１１８が形成されている。このスペーサ１０６ａの上面における酸素用孔１１３の周囲にもＯリング溝１１７が形成されている。
【００６１】
また、電極板１０４の下面左方のスペーサ１０６ｃの上面における水素用孔１１４の周囲にはＯリング溝１１７が形成されており、酸素用孔１１３から多孔質給電体１０５に対向する縁まで酸素用溝１１９が形成されている。このスペーサ１０６ｃの下面における水素用孔１１４の周囲にもＯリング溝１１７が形成されている。
【００６２】
さらに、電極板１０４の上面右方のスペーサ１０６ｂの上面および下面ともに、純水用孔１１５，１１６の周囲には、Ｏリング溝１１７が形成されている。また、電極板１０４の下面右方のスペーサ１０６ｄの上面における純水用孔１１５，１１６から多孔質給電体１０５に対向する縁まで純水用溝１２０が形成されている。また、各Ｏリング溝１１７には、Ｏリング１２１が嵌着される。
【００６３】
下面右方のスペーサ１０６ｄに形成された純水用溝１２０は、他のスペーサ１０６ａ，１０６ｃに形成された水素用溝１１８および酸素用溝１１９と異なる形に形成されている。すなわち、水素用溝１１８および酸素用溝１１９は独立した一本の溝として水素用孔１１４および酸素用孔１１３からそれぞれ形成されている。
しかしながら、純水用溝１２０は、二つの純水用孔１１５，１１６からこれらの孔に連通する広い凹所１２０ａと、この凹所１２０ａから多孔質給電体１０５に対向する縁まで複数本形成された小溝１２０ｂとから構成されている。純水用溝１２０の凹所１２０ａ、小溝１２０ｂは略扇状に形成されている。これは、被分解水たる純水が多孔質給電体１０５にできるだけ均一に行き渡るように工夫されたものである。
【００６４】
また、本実施形態においては、強度を向上させる等の目的のために、スペーサ１０６がチタン等の金属を用いて形成されているため、各スペーサ１０６と電極板１０４との間には、各スペーサ１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄの大きさに応じた絶縁シート１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，１０９ｄが設けられている。この絶縁シート１０９には、それぞれ所定の位置に（対応する位置に）、流体通路孔（酸素用孔１１３、水素用孔１１４、純水用孔１１５，１１６）が穿設されている。また、水素用孔１１４には、図１に示した水素ガス搬送配管部１４が接続されている。
【００６５】
さらに、本実施形態にかかる水電解装置１においては、電極板１０４の一部たる周縁部１０４ｂ（板部分１０４ａの外周部であって、外方側突条１１２ａの外周部）に、シム１１０を配設すべく構成されている。
【００６６】
本実施形態においては、上述したように、図２〜図５に示すように構成された水電解装置１を用いてガス発生システムが形成されている。したがって、図１に示すべく、水電解装置１においては、酸素ガス分離装置２内の純水が、二つの純水用孔１１５，１１６から純水用溝１２０を介して、酸素発生室Ａとなる電極板１０４の下面側の多孔質給電体１０５に供給される。純水は、Ｏリング１２１によって、水素発生室Ｃへの流入が阻止される。
【００６７】
酸素発生室Ａで発生した酸素ガスは、酸素用溝１１９から酸素用孔１１３を介して酸素ガス分離装置２中に放出され、酸素ガス分離装置２中から酸素ガス供給配管部３１等を介して酸素ガス使用箇所等に供給される。水電解装置１中において、酸素ガスは、Ｏリング１２１によって、水素発生室Ｃへの流入が阻止される。
また、水素発生室Ｃで発生した水素ガスは、水素用溝１１８、水素用孔１１４、および水素ガス搬送配管部１４を介して、水素分離装置４に搬送される。水素ガスは、Ｏリング１２１によって、酸素発生室Ａへの流入が阻止される。
さらに、当然のことながら、本実施形態にかかる水電解装置内においては、発生した水素ガスおよび酸素ガスは、シール部材１０７によって、電極板ユニット１０３同士の間から外部への漏出が防止されている。
【００６８】
本実施形態にかかるガス発生システムは、上述した図１〜図５に示すべく構成されており、かかるシステムにおいて生成された酸素ガスおよび水素ガスは、水分を含んだ状態で水電解装置１から、酸素ガス搬送配管部１６および水素ガス搬送配管部１４を介して、各気液分離装置（酸素ガス分離装置２および水素ガス）に送られ、これらの気液分離装置２，４にて適切に気液分離された後に、各ガスの使用箇所へと供給される。以下、各気液分離装置２，４について、図面に基づき説明する。
【００６９】
図６は、図１にかかるガス発生システム（例えば、本発明の第一の態様にかかるガス発生システム）を構成する酸素ガス分離装置（本発明の「第三の態様にかかる気液分離装置」に相当）の一例の概略図を示したものである。
【００７０】
本実施形態にかかる水電解装置１における電気分解では、上述したように、陽極側すなわち酸素ガス発生側のみに純水を供給している。そして、この純水は固体電解質膜１０２を冷却する目的も兼ねているため、水電解装置１には、電気分解によるガス発生に必要な水量よりも大幅に多い純水が供給されている。このことから、水電解装置１から酸素ガス搬送配管部１６に流出される酸素ガス／純水の流動状態は、二相流の分類ではプラグ流、すなわち酸素ガスが水に押し流されるような状態である。
そこで、本発明者らは、このような酸素ガス／純水の流動状態を踏まえて、これらの気液分離を効率よく行うことができる小型・コンパクトな装置として、図６に示すような酸素ガス分離装置２に想到した。
【００７１】
図６に示された酸素ガス分離装置２は、円筒胴を横向きに配置した本体胴部２０１と、この本体胴部２０１の下側に設けられた流体流入部２１０および純水流出部２２０と、本体胴部２０１の上側に設けられた酸素ガス流出部２３０等とを用いて構成されている。これらの流体流入部２１０、純水流出部２２０、および酸素ガス流出部２３０は、いずれも所定長さに切断されたパイプ部材等を用いて構成されている。
【００７２】
この酸素ガス分離装置２においては、水電解装置１にて生成された酸素ガスが多量の純水と共に、流体流入部２１０に設けられた流入口２１１から装置２内に流入すべく構成されており、具体的には、酸素ガス分離装置２内に貯留された純水中に、酸素ガスおよび純水が流入すべく流入口２１１が設けられている。
【００７３】
本体胴部２０１には、複数の多孔板２０２（本発明の「衝突分離部」に相当）が設けられており、これらの多孔板２０２は、複数の全ネジボルト２０３によって本体胴部２０１に固定されている。ここで、図７は、図６のVII−VII線矢視図を示したものである。この図７に示すように、本実施形態においては、６本の全ネジボルト２０３を用いて多孔板２０２が本体胴部２０１に固定されている。この多孔板２０２は、衝突分離によって気液分離を促進させるため、および流入される流体の整流を行うために設けられている。このような多孔板２０２で整流を行えば、本体胴部２０１内の液面における波の発生が抑えられ、より効果的に液面の静止状態を維持することができる。また、この本体胴部２０１においては、後述する第一水位計２Ｌ等を用いて、内部の液面が常に一定に維持されている。
【００７４】
純水流出部２２０には、酸素ガス分離装置２内の純水を水電解装置１に供給するために用いられる流出口２２１が設けられており、この流出口２２１は、純水供給配管部７に接続されている。また、この純水流出部２２０には、第一水位計２Ｌが設けられている。
【００７５】
この第一水位計２Ｌは、磁歪式リニア変位センサであって、棒状のプローブ部２Ｌ１と、内部に磁石を有するフロート部２Ｌ２とを用いて構成されており、プローブ部２Ｌ１は、純水流出部２２０から本体胴部２０１を介して酸素ガス流出部２３０まで突出して設けられている。また、第一水位計２Ｌは、プローブ部２Ｌ１にフロート部２Ｌ２を挿通して構成されており、フロート部２Ｌ２内の磁石にて生ずる磁場の影響でプローブ部２Ｌ１に局部的なねじり歪み（一種の振動）が発生し、この振動の伝播時間を計測することによって、高い精度でフロート部２Ｌ２の位置（本体胴部２０１内の液面位置）を測定することができる。
【００７６】
そして、本実施形態においては、上述した第一水位計２Ｌで得られた液面位置に関する検知信号を図１にて説明した補給水制御バルブ２Ａに送り、このバルブ２Ａの開閉状態を適宜調整して（純水補給配管部５を介して補給される純水量を調整して）、本体胴部２０１内の液面位置を一定に維持している。具体的には、補給水制御バルブ２Ａの上流側に設けられている補給水ポンプ（図示省略）を常に駆動状態とし、第一水位計２Ｌにて得られる検知信号に基づいて補給水制御バルブ２Ａの開閉状態を適切に制御することによって、純水を連続的に補給して、本体胴部２０１内の液面をほぼ静止状態に維持している。
なお、第一水位計２Ｌを成すフロート部２Ｌ２は、本体胴部２０１内の液面に生ずる波の影響を極力避けるために、酸素ガス流出部２３０を成すパイプ部材内部に設けられている。また、酸素ガス分離装置２に対して純水補給配管部５を設ける際の位置は特に限定されるものではないが、この純水補給配管部５は、補給される純水によって酸素ガス分離装置２内で行われる気液分離に悪影響を及ぼさないように設けるのが好ましい。
【００７７】
酸素ガス流出部２３０内には、流体流入部２１０と同様に、スチールワイヤ２３２（本発明の「衝突分離部」に相当）が設けられており、このスチールワイヤ２３２の上端部および下端部には、それぞれ多孔板２３３（本発明の「衝突分離部」に相当）が設けられている。また、酸素ガス流出部２３０の上方部には、酸素ガス供給配管部３１に接続された酸素ガス供給口２３１が設けられており、本実施形態においては、多孔板２３３、スチールワイヤ２３２、および酸素ガス供給口２３１を介して、酸素ガスが使用箇所に供給される。また、この多孔板２３３は、スチールワイヤの保持も行う。
【００７８】
本実施形態にかかる気液分離装置の一つである酸素ガス分離装置２は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
【００７９】
まず、上記酸素ガス分離装置２においては、流体流入部２１０と、純水流出部２２０および酸素ガス流出部２３０とをできるだけ離れた位置に設け、その途中の本体胴部２０１に複数の多孔板２０２が設けられている。したがって、流体入流部２１０を経て本体胴部２０１に流入した流体は、ここでも多孔板２０２と衝突し、衝突分離が行われることとなるため、酸素ガスと純水との気液分離が促進されることとなる。
【００８０】
また、この本体胴部２０１においては、多孔板２０２にて液面の波を抑え、第一水位計２Ｌにて液面を一定に維持して、本体胴部２０１の上方に所定空間を形成している。つまり、本実施形態においては、液面の静止維持が行われることによって、気相部の容積変化を最小限にとどめることが可能であるため、この酸素ガス分離装置２内の圧力を利用して、効果的にガス発生システムを制御することができる。なお、酸素ガス分離装置２にて所定空間が維持されることによって、衝突分離にて分離された酸素ガスは本体胴部２０１の上部に放出され、純水は本体胴部２０１の横方向に移動することとなるため、適切に気液分離される。なお、本体胴部２０１の上部に放出された酸素ガスは、酸素ガス流出部２３０を成すパイプ部材の側面に設けられた開口部２３４を介して酸素ガス流出部２３０に流入することとなる。
【００８１】
また、上記酸素ガス分離装置２においては、酸素ガスが流出する酸素ガス流出部２３０に、スチールワイヤ２３２および多孔板２３３が設けられている。したがって、この酸素ガス流出部２３０においては、これらの要素２３２，２３３との衝突（衝突分離）によって酸素ガス中の水滴が除去され、より一層気液分離が促進される。
【００８２】
従来技術によれば、酸素ガスと純水との混合流体を単に直径の大きなタンクに流入させて、そのタンク内部で流体を静置させることによって（すなわち重力分離のみによって）、気液分離を行っていた。したがって、従来は、静置させるに足るだけの断面を有するタンクが必要だったので、装置の大型化を避けることができなかった。
しかしながら、本実施形態にかかる酸素ガス分離装置２は、上述したように、積極的に衝突分離を取り入れ、気液分離の効率の向上を図っている。つまり、流体を静置させるのではなく、むしろ流体に動的な力を作用させることによって気液分離を行っているため、従来のごとく大型の装置を必要としないこととなる。よって、本実施形態にかかる酸素ガス分離装置２によれば、タンクによる重力分離のみを行っていた従来の装置と比較して、装置の小型化を図ることができる。
【００８３】
ところで、本実施形態にかかるガス発生システムにおいて、酸素ガス分離装置２は、水電解装置１への純水の供給源としての機能も有している。したがって、酸素ガス分離装置があまりに小型化されると、純水の供給によって装置内の純水の量が大きく変動することとなり、システムを効率よく駆動させることができなくなる。特に従来のような水位制御方法（所定の水位幅に維持するための供給ポンプのＯＮ／ＯＦＦ制御方法）においては、小型化された装置の水位を一定に保持しつつ、システムを効率よく駆動させることができない。つまり、効率よく水素ガスおよび酸素ガスを生成することができない。
そこで、本実施形態においては、上述した多孔板２０２によって液面の波を抑えた状態で、第一水位計２Ｌにて得られる検知信号を用いて補給水制御バルブ２Ａの開閉状態を制御して、酸素ガス分離装置２内の液面位置を高精度に維持している。具体的には、水電解装置１での純水の使用量等も鑑みて、純水を連続的に補給し、酸素ガス分離装置２内の液面をほぼ静止状態に保持している。
したがって、本実施形態によれば、上述したような水位制御を行うことによって、効率よく気液分離を行うことが可能で且つ小型化された酸素ガス分離装置２を、純水の供給源として効果的に機能させることができる。
【００８４】
また、本実施形態にかかる酸素ガス分離装置２は、装置２内の液相部に流体流入部２１０が設けられ、この流体流入部２１０の流入口２１１から酸素ガスおよび純水が流入すべく構成されている。つまり、本実施形態においては、流入口２１１が装置２の液相部に設けられて水封とされている。したがって、この実施形態によれば、酸素ガス供給口２３１の下流側にてガス混合等に起因する着火等があったとしても、流入口２１１が水封されているため、本体胴部２０１の上流側（水電解装置１側）への逆火を防止することができる。また、逆に、本体胴部２０１の上流側にて着火等があったとしても、酸素ガス供給口２３１の下流側への逆火を防止することができる。
【００８５】
以上のように、本実施形態にかかる酸素ガス分離装置２によれば、小型化を実現することが可能となるため、この酸素ガス分離装置２を用いることによって、ガス発生システム全体についても小型化を実現することができる。
【００８６】
図８は、図１にかかるガス発生システム（例えば、本発明の第一の態様にかかるガス発生システム）を構成する水素ガス分離装置４（本発明の「第三の態様にかかる気液分離装置」に相当）の一例の概略図を示したものである。具体的には、水素ガス分離装置４の一部破断図を示したものである。
【００８７】
本実施形態にかかる水電解装置１においては、水素ガス側に純水の供給は行われない。ただし、水電解装置１の電気分解時、水素ガスが発生する際に、若干の純水が固体電解質膜１０２を通過するため、水素ガス分離装置４に搬送される水素ガスは若干の純水が混入した状態となる。この状態は、水素ガス中に水滴が混入した、いわゆる噴霧流のような状態である。
そこで、本発明者らは、このような水素ガス／純水の流動状態、および気液分離装置に要求される機能を勘案して、気液分離を効率よく行うことができる小型・コンパクトな装置として、図８に示すような水素ガス分離装置４に想到した。
【００８８】
図８に示された水素ガス分離装置４は、複数のパイプ部材、曲管部材（エルボ等）等から形成されたＹ型の装置本体部４００を用いて構成されている。具体的には、一方上部の流体流入部４１０、他方上部の水素ガス流出部４３０、および流体流入部４１０と水素ガス流出部４３０とを連接させ、気液分離された純水が貯留可能である連接貯留部４２０を用いて、装置本体部４００が構成されている。
【００８９】
流体流入部４１０には、水電解装置１にて生成された水素ガス（水滴含有）を水素ガス分離装置４に流入させるべく流入口４１１が設けられている。また、流体流入部４１０を成すパイプ状部材内部には、スチールワイヤ４１２（本発明の「衝突分離部」に相当）が設けられており、スチールワイヤ４１２の上端部および下端部には、それぞれ多孔板４１３（本発明の「衝突分離部」に相当）が設けられている。また、この多孔板４１３は、スチールワイヤの保持も行う。
【００９０】
連接貯留部４２０には、流出口４２１と第二水位計４Ｌとが設けられている。この第二水位計４Ｌは、基本的に、酸素ガス分離装置２内に設けられている第一水位計２Ｌと同様の磁歪式リニア変位センサであって、棒状のプローブ部４Ｌ１と、内部に磁石を有するフロート部４Ｌ２とを用いて構成されている。そして、この水素ガス分離装置４においては、この第二水位計４Ｌで得られた装置４内の液面位置に関する検知信号が、流出口４２１に接続された純水戻り配管部１５に設けられた純水排出バルブ４Ａに送られている（図１参照）。本実施形態においては、高精度な水位計（第二水位計４Ｌ）にて得られる検知信号に基づいて純水排出バルブ４Ａを連続的に制御して、水素ガス分離装置４内の純水の液面ｈが一定になるように連続的に純水の抜き出しを行い、連接貯留部４２０内の液面をほぼ静止状態に維持している。そして、この際に抜き出された純水は、流出口４２１および純水戻り配管部１５を介して純水タンクに戻される。
【００９１】
水素ガス流出部４３０内には、流体流入部４１０と同様に、スチールワイヤ４３２（本発明の「衝突分離部」に相当）が設けられており、このスチールワイヤ４３２の上端部および下端部には、それぞれ多孔板４３３（本発明の「衝突分離部」に相当）が設けられている。また、水素ガス流出部４３０の上方部には、水素ガス供給配管部２１に接続された水素ガス供給口４３１が設けられており、本実施形態においては、多孔板４３３、スチールワイヤ４３２、および水素ガス供給口４３１を介して、水素ガスが水素ガス供給配管部２１に送られる。そして、この水素ガス供給配管部２１および水素ガス除湿部２３を介して、水素ガスが使用箇所に供給される。
【００９２】
本実施形態にかかる気液分離装置の一つである水素ガス分離装置４は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
【００９３】
上記水素ガス分離装置４においては、水電解装置１にて生成された水素ガス等の流体が流入する流体流入部４１０に、スチールワイヤ４１２および多孔板４１３が設けられているため、流入してくる流体（水素ガス／純水（水滴程度））が流体流入部４１０中にてこれらの要素４１２，４１３に衝突することとなる。つまり、流体流入部４１０にて衝突分離が行われ、水素ガスから水分が除去されて気液分離が促進されることとなる。
【００９４】
また、この水素ガス分離装置４においては、水素ガス流出部４３０にも、流体流入部４１０と同様に、スチールワイヤ４３２および多孔板４３３が設けられている。したがって、この水素ガス流出部４３０においても、これらの要素４３２，４３３との衝突（衝突分離）によって水素ガス中の水滴が除去され、より一層気液分離が促進される。
【００９５】
さらに、この水素ガス分離装置４は、その装置本体部４００がＹ型形状であって、流体流入部４１０の流入口４１１がＹ型の一方上部に、水素ガス流出部４３０の水素ガス供給口４３１がＹ型の他方上部に設けられている。つまり、流入口４１１と水素ガス供給口４３１とができるだけ離れた位置に設けられ、その間に上述したスチールワイヤ４１２，４３２等が設けられている。したがって、本実施形態によれば、装置本体部４００がＹ型であること、およびスチールワイヤ４１２，４３２等が設けられていることによって、流入流体の衝突回数が増加して、効果的に気液分離が促進されることとなる。
【００９６】
従来技術によれば、水素ガスについても酸素ガスの場合と同様に、水素ガスと純水との混合流体を単に直径の大きなタンクに流入させて、そのタンク内部で流体を静置させることによって気液分離を行っていたため、静置させるに足るだけの断面を有するタンクが必要だった。
しかしながら、本実施形態にかかる水素ガス分離装置４は、上述したように、積極的に衝突分離を取り入れ、流体を静置させるのではなく、むしろ流体に動的な力を作用させることによって気液分離を行っている。したがって、従来のごとく大型の装置（タンク等）を必要とせず、タンクによる重力分離のみを行っていた従来の装置と比較して、装置の小型化を図ることができる。
【００９７】
ところで、本実施形態にかかるガス発生システムにおいては、基本的に、水素ガス分離装置４内の圧力等を一定としてシステム全体の制御を行っているため、装置４内の水位を一定に維持して装置４内部の圧力を所定値に保持することは重要である。この点、従来技術においては、比較的大きめの分離タンクを用いていたため、特にタンク内の水位を厳密に一定に維持する必要はなかった。
しかし、本実施形態のごとく、衝突分離によって気液分離の効率を向上させ、装置の小型化を実現した装置においては、小型であるが故に純水の増減（いわゆる水位の変動）に起因した圧力の変動が生じやすい。このような圧力の変動が生ずると、システムを効率よく駆動させることができない。
【００９８】
そこで、本実施形態においては、水素ガス分離装置４の連接貯留部４２０に第二水位計４Ｌを設け、この第二水位計４Ｌにて得られる検知信号に基づいて純水排出バルブ４Ａの開閉状態を制御している。つまり、純水排出バルブ４Ａを連続的に制御して、装置４内の純水の水位を一定に維持すべく、純水の連続抜き出しを行っている。
このような構成であれば、純水が連続的に抜き出され、装置４内の液面がほぼ静止状態に維持されるため、装置４内の圧力が維持され、システムを効率よく駆動させることが可能となる。
【００９９】
以上のように、本実施形態にかかる水素ガス分離装置４によれば、小型化を実現することが可能となるため、この水素ガス分離装置４を用いることによって、ガス発生システム全体についても小型化を実現することができる。
【０１００】
図９は、他の実施形態にかかる水素ガス分離装置４'の概略図を示したものである。具体的には、水素ガス分離装置４'の一部破断図を示したものである。
この図９に示した水素ガス分離装置４'は、基本的に先の図８にて説明した水素ガス分離装置４と同様の構成を有しており、水電解装置１から搬送される流体が水封部４４０を介して装置４'内に流入される点のみが異なる。つまり、純水が貯留された水封部４４０に流入口４１１が設けられている点のみが、図８の装置４と異なる。
【０１０１】
図９に示した水素ガス分離装置４'であれば、図８の装置４が有する種々の効果に加えて、次の効果を得ることができる。
すなわち、この実施形態にかかる水素ガス分離装置４'によれば、水封部４４０（液相部）に流入口４１１が設けられているため、水素ガス供給口４３１の下流側にてガス混合等に起因する着火等があったとしても、流入口４１１が水封されているため、装置４'の上流側（水電解装置１側）への逆火を防止することができる。
【０１０２】
また、図１０は、さらに他の実施形態にかかる水素ガス分離装置４''の概略図を示したものである。具体的には、水素ガス分離装置４''の一部破断図を示したものである。この水素ガス分離装置４''は、その形状こそ図９の装置と異なるが、基本的には同様の機能を有すべく構成されている。つまり、この水素ガス分離装置４''においても、流入口７１１、スチールワイヤ７１２，７２２，７３２、流出口（純水）７２１、水素ガス供給口７３
１、および水封部７４０等が設けられている。
【０１０３】
この図１０にて示した水素ガス分離装置４''は、図９にて説明した水素ガス分離装置４'と同様に、水封部７４０（液相部）に流入口７１１が設けられているため、水素ガス供給口７３１の下流側にてガス混合等に起因する着火等があったとしても、流入口７１１が水封されているため、装置４''の上流側（水電解装置１側）への逆火を防止することができる。
【０１０４】
この水素ガス分離装置４''においては、このように、図９と同様の効果を得ることが可能であると共に、導入された混合流体中の液体部分の滴下（図９における水封部４４０からの液体部分の滴下）がなく、安定した液面ｈを得ることができるという効果も得ることができる。
【０１０５】
また、本実施形態は、水位計を設けた流出部（水素ガス供給口７３１）のある側と、流入部（流入口７１１）のある側とで水面を分けたことにより、流入時のガスによる吹き上げ等の影響が流出部側に伝わりにくい構成となっている。したがって、本実施形態によれば、流出部の液面の動揺を抑えることができるため、その液面制御をより容易に行うことが可能となる。
【０１０６】
さらに、本実施形態においては、流入部の流入口７１１の直上付近に、ステンレスあるいはチタン等にて形成されたねじれ片７１９が設けられている。したがって、本実施形態によれば、このねじれ片７１９に沿って流体が流入されることとなって、流入時のガスによる水の吹き上げを減少させることができる。
【０１０７】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。
【０１０８】
例えば、上記各実施形態においては、各気液分離装置の衝突分離部として設けられたスチールワイヤの形状等は特に説明しなかったが、本発明において、この形状等は何らかに限定されるものではなく、気液分離を促進するために任意の形状とすることが可能である。したがって、例えば、その内部を螺旋形状等にすることも可能であって、このような形状とすれば、衝突分離のみならず遠心分離等も期待でき、より気液分離を促進して、装置の小型化を図ることが可能となる。
【０１０９】
また、上記各実施形態においては、スチールワイヤや多孔板を用いて衝突分離部を構成する場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。したがって、例えば、衝突分離部は、不織布形式のメッシュ、エキスパンドメタル、金網、ハニカム構造部材等を用いて構成してもよい。
【０１１０】
さらに、上記実施形態においては、気液分離装置たる酸素ガス分離装置等が、衝突分離部等を有し、これを用いることによって、ガス発生システムで発生する水分を含んだガスについて、適切な気液分離を行うことができる場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。したがって、必要に応じて、衝突分離部以外の他の要素を有する気液分離装置としてもよい。
このような他の要素を有する気液分離装置としては、例えば、図１１に示すような気液分離装置があげられる。
【０１１１】
図１１は、図１にかかるガス発生システム（例えば、本発明の第二の態様にかかるガス発生システム）を構成する酸素ガス分離装置（本発明の「第四の態様にかかる気液分離装置」に相当）の他例の概略図を示したものである。
この図１１に示した酸素ガス分離装置２'は、図６に示された酸素ガス分離装置２と同様に、円筒胴を横向きに配置した本体胴部２０１と、この本体胴部２０１の下側に設けられた流体流入部２１０および純水流出部２２０と、本体胴部２０１の上側に設けられた酸素ガス流出部２３０等とを用いて構成されている。
そして、この酸素ガス分離装置２'においては、水電解装置１にて生成された酸素ガスが多量の純水と共に、流体流入部２１０に設けられた流入口２１１から装置２'内に流入すべく構成されている。
【０１１２】
ただし、この図１１に示した実施形態にかかる酸素ガス分離装置２'は、図６と異なり、本体胴部２０１内に、浮力分離部２５０が設けられている。
ここで、図１２は、図１１のXII−XII断面図を示したものであり、図１３は、図１１および図１２に示された浮力分離部の概略斜視図を示したものである。
【０１１３】
図１１から図１３に示したように、本実施形態にかかる浮力分離部２５０は、複数の平板部材２５１を用いて構成されており、より具体的には、これらの平板部材２５１を水平面Ｘ（図１２参照）に対して所定角度α（例えば５°〜１５°程度）だけ傾けて、各平板部材２５１がそれぞれ略平行となるべく、本体胴部２０１内に配設されている。また、この配設の際には、それぞれの平板部材２５１が、本体胴部２０１内の配設箇所に応じて、本体胴部２０１内面に接しない程度の幅に形成されている。すなわち、各平板部材２５１の端部２５１ａ，２５１ｂと、本体胴部２０１との間には、所定間隔（例えば１ｍｍ〜４ｍｍ程度）の隙間が設けられている。
【０１１４】
なお、図１１から図１３においては省略したが、本実施形態にかかる浮力分離部２５０は、複数のボルトおよびナット等の締結部材を用いて、これらの複数の平板部材２５１を一体的に締結して構成されており、本体胴部２０１内において、この配設状態が適切に保持される。
【０１１５】
また、本実施形態においては、図１１に示すように、浮力分離部２５０の上流側に、整流部２６０が二組配設されている。図１４は、この整流部２６０の概略斜視図を示したものである。
【０１１６】
この整流部２６０は、図１４に示すように、所定長さ（例えば、１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度）に切断された複数のパイプ部材２６１と、本体胴部２０１の内面形状に沿うような円形状に形成されたエキスパンドメタル２６２と、パイプ部材２６１およびエキスパンドメタル２６２の外周部を覆うように形成されたリング状部材２６３とを用いて構成されている。
【０１１７】
より具体的に、この整流部２６０は、二つのエキスパンドメタル２６２とリング状部材２６３とにて形成された空間に複数のパイプ部材２６１を詰め込んで構成されている。そして、この際、整流部２６０を成す各パイプ部材２６１、エキスパンドメタル２６２、およびリング状部材２６３は、それぞれ隣接するパイプ部材２６１同士、または、各パイプ部材２６１とエキスパンドメタル２６２、あるいはエキスパンドメタル２６２とリング状部材２６３とを、適宜必要な部分について溶接等を行うことによって一体的に構成されている。
【０１１８】
さらに、本実施形態にかかる酸素ガス分離装置２'においては、図１１に示すように、流体流入部２１０（を構成するパイプ部材２１０ａ内）に、流入口２１１から装置２'内に流入する流体の圧力を回復させるべく機能する、ディフューザ部２１５が設けられている。
【０１１９】
このディフューザ部２１５は、図１５に示すように、流体の流入方向の下流側（本体胴部２０１側）に対して先細形状となっている本体部２１５ａと、この本体部２１５ａの外面部に設けられた第一遮蔽部２１５ｂおよび第二遮蔽部２１５ｃとを用いて構成されている。
各遮蔽部２１５ｂ，２１５ｃは、流体流入部２１０を成すパイプ部材２１０ａの内面に接するように設けられており、第二遮蔽部２１５ｃは、本体部２１５ａの全周を覆わず、一部に欠落部２１５ｄが設けられている。
【０１２０】
本実施形態にかかる酸素ガス分離装置２'は、ディフューザ部２１５が以上のように構成されているため、流入口２１１から流入した流体は、第一および第二遮蔽部２１５ｂ，２１５ｃに遮られて右方向に流れ（図１５参照）、その後、流入した流体は、欠落部２１５ｄから上方向に流れることとなる（図１５参照）。その結果、連続して流入してくる流体は、螺旋状に旋回しながら流通することとなる（図１５の矢印Ｘ参照）。加えて、本体部２１５ａは、先細形状であるため、旋回しながら流通する流体の圧力が高まり、流体の流入速度が抑えられることとなる。
【０１２１】
また、図１１に示すように、本実施形態にかかる酸素ガス分離装置２'においては、流体流入部２１０から流入した流体は、ディフューザ部２１５と、第一挿入管２１６および第二挿入管２１７とを介して、本体胴部２０１に導入される。
【０１２２】
ここで、第一および第二挿入管２１６，２１７は、複数の孔部を穿孔したパイプ状部材、多孔性部材あるいは透過性部材を筒状に形成したもの等、流入する流体に対して、過剰な圧力損失を生じさせない孔径、形状等を有する要素を用いて構成されている。
より具体的には、第一および第二挿入管２１６，２１７は、多孔パイプと金網とを組み合わせて構成されている。
このような構成によれば、流体流入部２１０で強制的に渦流となって遠心力が作用しながら上昇する気泡の混入した純水（混合流体）は、多孔パイプと金網とで構成された各挿入管２１６，２１７にて、その乱れが抑えられることとなる。また、これらの挿入管２１６，２１７に接触することによって、混合流体中の気泡も若干付着するため、より気液分離が促進されることとなる。
【０１２３】
さらに、この図１１等に示した他の実施形態においても、図６の場合と同様に、純水流出部２２０に設けられた第一水位計２Ｌ等を用いて、内部の液面が常に一定に維持されている。この第一水位計２Ｌの構成および機能は、基本的に、図６にて説明したものと同様である。
【０１２４】
また、酸素ガス流出部２３０も、基本的に図６と同様の構成を有しており、スチールワイヤ２３２（本発明の「衝突分離部」に相当）等が設けられている。つまり、本実施形態においても、多孔板２３３、スチールワイヤ２３２、および酸素ガス供給口２３１を介して、酸素ガスが使用箇所に供給される。
【０１２５】
図１１〜図１５を用いて説明した本発明の他の実施形態にかかる酸素ガス分離装置２'は、上述したように、基本的には、図６と同様の構成を有し、加えて、ディフューザ部２１５、挿入管２１６，２１７、整流部２６０、および浮力分離部２５０等を有しているため、次のような効果を得ることができる。
【０１２６】
まず、この酸素ガス分離装置２'についても、図６と同様の構成を有する部分については、図６等を用いて先に説明した酸素ガス分離装置２と同様の効果を有する。
例えば、この酸素ガス分離装置２'についても、図６と同様に、流体流入部２１０と、純水流出部２２０および酸素ガス流出部２３０とが離れた位置に設けられ、その途中の本体胴部２０１内に流体の気液分離を行うべく機能する浮力分離部２５０等が設けられている。したがって、本実施形態においては、流入した流体は、流体流入部２１０と、各流出部２２０，２３０とが離れて設けられていることにより、比較的長い時間浮力分離部２５０と接触するため、酸素ガスと純水との気液分離が促進されることとなる。
なお、他の同様部分の効果については割愛する。
【０１２７】
さて、本実施形態と図６等を用いて説明した酸素ガス分離装置２との相違点としては、気液分離を促進するために設けられた要素たる、浮力分離部２５０がある。
【０１２８】
この浮力分離部２５０は、上述したように、複数の平板部材２５１を用いて多層平行傾斜板を成して構成されているので、各平板部材２５１間（あるいは平板部材２５１と本体胴部２０１との間）に形成された複数の分離流通路２５２中を、酸素ガスと純水との混合流体が流通することとなる。
【０１２９】
本実施形態にかかる酸素ガス分離装置２'においては、このように水平面と垂直な方向に区画された複数の分離流通路２５２を有し、この分離流通路２５２中を混合流体が流通するので、この分離流通路２５２を流通中に、混合流体中の気液分離が行われる。ここで、分離流通路２５２の重力作用方向の高さｂ（図１２参照）は、混合流体が分離流通路２５２を通過するまでの間に、混合流体中のガス（酸素ガス）が浮力によって分離流通路２５２の下面部２５２ａから上面部２５２ｂに達する程度の高さに設定されている。つまり、ガスが各分離流通路２５２の上面部２５２ｂに達すれば、ガスはその接触部分に付着するため（また近接する他の気泡と接触してより大きな気泡として成長するため）、混合流体中から適切にガスが分離されることとなる。
【０１３０】
本実施形態においては、図１１に示すように、浮力分離部２５０の水平方向（流体流通方向）が所定長さＬを有しているとすると、流体の流通速度ｖとの関係から、浮力分離部２５０に混合流体が存在する時間ｔは、ｔ＝Ｌ／ｖの関係から導かれる。そして、その存在時間ｔの間に各分離流通路２５２にて、ガス（気泡）が各分離流通路２５２の上面部２５２ｂに達すればよいわけだから、流体が流通速度ｖを有する状態での気泡の上昇速度ｗが明らかであれば、必要な高さｂは、ｂ＝ｗ／ｔの関係から導かれる。すなわち、ｗ／ｔよりも小さな値に、高さｂを設定すればよい。
【０１３１】
本実施形態においては、例えば、高さｂを１０ｍｍ程度に設定している場合、浮上速度が６ｍｍ／ｓ程度である気泡（直径０．１ｍｍ程度の気泡）を分離するためには、浮力分離部２５０中に少なくとも２秒間程度存在し得る速度ｖで、混合流体を流通させればよい。逆に、浮力分離部２５０の長さＬ、流体の流通速度ｖ、および流通速度ｖを受けた状態での気泡の上昇速度ｗが明らかであれば、これらの値から、適切な高さｂを設定することが可能となる。
【０１３２】
また、本実施形態においては、図１２に示すように、各平板部材２５１が水平面Ｘに対して、所定の角度αを有している。したがって、分離流通路２５２の上面部２５２ｂに付着した気泡は、この傾斜に沿って（すなわち平板部材２５１の一端部２５１ａから他端部２５１ｂに沿って）移動し、他端部２５１ｂと本体胴部２０１との間から浮力によって上昇し、本体胴部２０１内面と液面（自由表面）との間の空間（本発明の「気液分離装置内面と液面との間の所定の間隔」に相当）に放出されることとなる。
【０１３３】
つまり、本実施形態によれば、各平板部材２５１が所定の角度αで傾斜しているため、この傾斜に沿って気泡が上方に移動しやすくなり、混合流体の気液分離がより促進されることとなる。
【０１３４】
また、本実施形態においては、浮力分離部２５０の上流側に複数のパイプ部材２６１等にて形成された整流部２６０が設けられている。この構成によれば、この整流部２６０によって、浮力分離部２５０に導入される前の混合流体の乱流状態が抑えられ、より層流に近い状態（あるいは層流状態）で、浮力分離部２５０に混合流体が導入される。
したがって、本実施形態によれば、整流部２６０によって混合流体が適切に整流された状態で浮力分離部２５０の各分離流通路２５２に導入されるため、混合流体の動きが安定して、適切に浮力によるガスの分離が行われることとなる。
【０１３５】
また、各挿入管２１６，２１７においても、整流が行われることとなるので、整流部２６０と略同様の効果を得ることができる。
【０１３６】
さらに、本実施形態においては、流体流入部２１０に、ディフューザ部２１５が設けられている。これは、上述したように、流入された混合流体の圧力を回復させるためのものである。したがって、これによっても、混合流体の流通状態が安定化され、浮力分離部２５０にて、より適切な気液分離を行うことが可能となる。
【０１３７】
なお、図１１等にて説明した本実施形態にかかる酸素ガス分離装置２'においては、ディフューザ部２１５、各挿入管２１６，２１７、整流部２６０、および浮力分離部２５０を有する構成について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。したがって、例えば、必要に応じて、浮力分離部２５０のみを有する構成であってもよく、また、この浮力分離部２５０と他の要素（ディフューザ部２１５、各挿入管２１６，２１７、および整流部２６０の少なくとも一つ）とを有する構成であってもよい。
【０１３８】
また、図１１等にて説明した本実施形態においては、整流部２６０を二組設けた場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、必要に応じて、一組、あるいは三組以上設けてもよい。
さらに、整流部２６０は、この構成に限定されるものではなく、混合流体に所定の圧損を与えて整流作用を促すことが可能であれば、他の構成でもよい。この際には、特にその構成を限定する必要はないが、後流側の浮力分離部２５０に対して、より層流に近い状態で混合流体を導入させるために、単にメッシュの小さなパンチングメタル等を用いるよりも、所定間隔の流通路を有するもの（例えば、図１１等にて説明したパイプ部材２６１等）を用いる方が好ましい。
例えば、ハニカムをエキスパンドメタルにて挟持した構成等があげられる。
【０１３９】
また、本実施形態においては、図１３等に示すように、浮力分離部を複数の平板部材２５１を用いて構成する場合について説明したが、本発明は、このような平板部材を用いた構成に限定されず、波形形状を有する板状部材を複数用いて、浮力分離部を構成してもよい。
【０１４０】
さらに、上記実施形態においては、複数の平板部材あるいは板状部材（例えば、上述した波形形状の板状部材）を用いて浮力分離部が構成される場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、混合流体中のガスを付着させる部分を有して、適切に気液分離を行うことが可能であればよい。その構成としては、例えば、図１６に示すような構成があげられる。
【０１４１】
図１６は、他の構成にかかる浮力分離部の概略斜視図を示したものである。この図１６に示された浮力分離部６５０は、ハニカム形状の複数の分離流通路６５２を有するハニカムユニット６５１を複数用いて構成されており、より具体的には、各ハニカムユニット６５１を所定の間隔６５９（本発明の「空隙部」に相当）を設けて設置している。この分離流通路６５２の高さｂ'も、図１２等にて先に説明した高さｂと同様に、ガスの浮上速度（上昇速度）等に基づいて、適切に設定される。
【０１４２】
また、この図１６に示した構成によれば、所定の空隙部６５９が設けられているため（分離流路６５２中の所定箇所に空隙部６５９が設けられているのと同様の構成であるため）、各ハニカムユニット６５１間においては、分離流通路６５２の上面部６５２ｂに付着した気泡が浮力によって空隙部６５９から上方に放出されることとなる。したがって、このように構成された浮力分離部６５０によれば、ガスが、混合流体中から適切に分離されることとなる。
【０１４３】
さらに、図１６に示した浮力分離部６５０においては、分離流通路６５２がハニカム形状であるため、気泡は、上面部６５２ｂに付着するのみではなく、この上面部６５２ｂに接した上方の二つの傾斜面６５２ｄにも付着することとなる。つまり、本実施形態によれば、この傾斜面６５２ｄにも気泡が付着して成長するため（ここに付着した気泡は傾斜面６５２ｄに沿って上面部６５２ｂに至り成長するため）、気液分離をより促進することができる。
【０１４４】
また、上記各実施形態においては、浮力分離部として二つの構成（図１３および図１６等参照）を例示して説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、混合流体中のガスを付着させて適切に気液分離を行うことが可能であれば、浮力分離部の構成は特に限定されない。例えば、複数のパイプ部材を束ねたものを浮力分離部として用いることもできる。さらに、例えば、図１７および図１８に示すような構成のものを浮力分離部として用いてもよい。
【０１４５】
ここで、図１７は、他の構成にかかる浮力分離部の概略斜視図を示したものである。また、図１８は、図１７に示された浮力分離部の概略図を示し、図１８（ａ）は、図１７の浮力分離部の側面図、図１８（ｂ）は、図１８（ａ）のｂ−ｂ断面概略図を示したものである。
【０１４６】
この図１７および図１８に示された浮力分離部８５０は、整流部が一体的に設けられており、具体的には、これらの図に示すように、浮力分離部８５０の混合流体流入側に、複数のエキスパンドメタルを積層して構成された整流部８６０が取り付けられている。この整流部８６０は、後述する浮力分離部８５０の本体部分の流体流入側全面を覆うように設けられている。
【０１４７】
そして、浮力分離部８５０において浮力分離を行う本体部分は、平板８５１Ａと折り曲げ板８５１Ｂとを交互に積層して形成されている。具体的には、これらの複数の平板８５１Ａと折り曲げ板８５１Ｂとを交互に積層した状態で、これらを貫通するネジ棒部８５３と、取り付け板８５５を介してネジ棒部８５３に螺合されるナット部８５４とを用いて、一体的に構成されている。ここで、取り付け板８５５は、本体胴部２０１の内面形状に沿うように形成された円弧部８５５ａと、ネジ棒部８５３を貫通させてナット部８５４を取り付けるための孔部が形成された二つの取付部８５５ｂとを用いて構成されている。
【０１４８】
本実施形態においては、上述したように、浮力分離部８５０が、複数の平板８５１Ａと折り曲げ板８５１Ｂとを交互に積層して形成されているため、図１８（ｂ）に示すように、これらの間に複数の分離流通路８５２が形成されることとなる。また、本実施形態においては、平板８５１Ａの全面に複数の孔部が穿孔されており、例えば、平板の開口率が３０％程度となるように、直径２ｍｍの孔部が平板８５１Ａ全面に略同ピッチで形成されている。さらに、これら複数の分離流通路８５２の高さも、先述したように（図１２および図１６等参照）、ガスの浮上速度等に基づいて適切に設定されている。
【０１４９】
以上のように、本実施形態は、平板８５１Ａと折り曲げ板８５１Ｂとを積層して構成されているため、複数の分離流通路８５２を有する浮力分離部８５０を容易に得ることができる。
【０１５０】
また、本実施形態によれば、分離流通路８５２を成す平板８５１Ａが多孔板であるため、分離流通路８５２を成す各壁面に付着した気泡は、成長しつつ、この孔部を介して、除々に上方に浮上するため、混合流体中から適切に気泡を分離することができる。
【０１５１】
なお、この図１７および図１８にて示した実施形態においては、平板に複数の孔部が穿孔された場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、必要に応じて、折り曲げ板に孔部を穿孔したり、または平板および折り曲げ板の両方に孔部を穿孔してもよい。
【０１５２】
さらに、上述したように、平板と折り曲げ板とを用いて構成された浮力分離部においては、少なくともいずれか一方に複数の孔部が形成された場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、例えば、平板と折り曲げ板との間に所定の隙間を設けた状態で、これらをネジ棒部とナット部等とを用いて一体的に構成してもよい。このような構成であれば、複数の孔部を有さずとも、この隙間からガスを放出可能であるため、ガスを適切に分離可能な気液分離装置を構成することができる。
【０１５３】
また、上記各実施形態においては、水位計２Ｌ，４Ｌとして磁歪式リニア変位センサを用いた場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、静電容量式、超音波式等のセンサであってもよい。
ここで、「静電容量式」の変位センサとは、測定の原理として静電容量を利用したものである。具体的には、金属棒等にて形成されるプローブを液中に入れると、液に「浸る部分」と「浸らない部分」とに分かれることとなり、この「浸る部分」は「浸らない部分」に比べて静電容量が増加する。つまり、この静電容量式変位センサは、この増加した静電容量を計測することによって、高い精度にて液面位置およびその変化を測定することができることとなる。
【０１５４】
さらに、上記各実施形態においては、酸素ガス分離装置として、円筒胴を横向きに配置したもの、水素ガス分離装置として、複数のパイプ部材等を用いてＹ型形状等としたものである場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。したがって、その内部に衝突分離部を有し、また、衝突分離を行いやすい形状であれば、その形状、衝突分離部の数等、特に限定されるものではない。
【０１５５】
また、上記各実施形態においては、酸素ガス分離装置を構成する本体胴部２０１内の液面をほぼ静止状態に維持するために、水位計２Ｌとバルブ２Ａとを用いる場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、例えば、定量注入ポンプを用いて、液面の静止状態を維持すべく構成してもよい。具体的には、水位計２Ｌと、この水位計２Ｌから得られる信号にてダイヤフラム等を往復動させて高い精度にて定量注入を実現可能な定量注入ポンプとを用いて、液面の静止状態を維持してもよい。なお、このような定量注入ポンプを用いる場合には、必要に応じて、ポンプと酸素ガス分離装置との間に逆止弁を設けてもよい。
【０１５６】
さらに、上記各実施形態においては、酸素ガス分離装置と水素ガス分離装置との差異については特に言及しなかったが、本システムは、酸素ガス分離装置を純水の供給源としても機能させるため、酸素ガス分離装置を水素ガス分離装置よりも大きな容積を有するように構成することが好ましい。
【０１５７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、気液分離装置内に複数の衝突分離部および浮力分離部の少なくとも一方を設けて、装置内の水位を高精度に制御しているため、気液分離装置の小型化・コンパクト化を実現することができる。また、このような気液分離装置を用いることによって、ガス発生システムの小型化・コンパクト化も実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかるガス発生システムの概略的な系統図である。
【図２】図１にかかるガス発生システムを構成する水電解装置の一例を示す概略図であって、図２（ａ）は水電解装置の平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の一部を断面にしたＩ−Ｉ線矢視の側面図である。
【図３】図２（ａ）のII−II線断面のうちの要部を示す断面図である。
【図４】図２（ａ）のIII−III線断面のうちの要部を示す断面図である。
【図５】本実施形態にかかる水電解装置を構成する電極板ユニットの分解斜視図である。
【図６】図１にかかるガス発生システムを構成する酸素分離装置の一例を示す概略図である。
【図７】図６のVII−VII線矢視図である。
【図８】図１にかかるガス発生システムを構成する水素分離装置の一例を示す概略図である。
【図９】他の実施形態にかかる水素ガス分離装置を示す概略図である。
【図１０】他の実施形態にかかる水素ガス分離装置を示す概略図である。
【図１１】図１にかかるガス発生システムを構成する酸素分離装置の他例を示す概略図である。
【図１２】図１１のXII−XII断面図である。
【図１３】図１１および図１２に示された浮力分離部の概略斜視図である。
【図１４】図１１の酸素分離装置を成す整流部の概略斜視図である。
【図１５】図１１の酸素分離装置を成すディフューザ部の概略斜視図である。
【図１６】他の実施形態にかかる浮力分離部の概略斜視図である。
【図１７】他の実施形態にかかる浮力分離部の概略斜視図である。
【図１８】図１７に示された浮力分離部の概略図であり、図１８（ａ）は側面図、図１８（ｂ）は図１８（ａ）のｂ−ｂ断面概略図である。
【図１９】従来技術にかかるガス発生システムの概略系統図の一部である。
【符号の説明】
１…水電解装置、２，２'…酸素ガス分離装置、２Ａ…補給水制御バルブ、２Ｌ…第一水位計、２Ｌ１…プローブ部、２Ｌ２…フロート部、４，４'，４''…水素ガス分離装置、４Ａ…純水排出バルブ、４Ｌ…第二水位計、４Ｌ１…プローブ部、４Ｌ２…フロート部、５…純水補給配管部、７…純水供給配管部、８…循環水ポンプ、９…熱交換器、１０…ポリシャ、１１…フィルタ、１２…水質警報手段、１３…水温警報手段、１４…水素ガス搬送配管部、１５…純水戻り配管部、１６…酸素ガス搬送配管部、２１…水素ガス供給配管部、２３…水素ガス除湿部、３１…酸素ガス供給配管部
１０２…固体電解質膜、１０３…電極板ユニット、１０４…電極板、１０４ａ…板部分（内方部分）、１０４ｂ…周縁部、１０５…多孔質給電体、１０６，１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄ…スペーサ、１０７…シール部材、１０９，１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，１０９ｄ…絶縁シート、１１０…シム、１１１…溝（シール部材用溝）、１１２ａ…突条（外方側突条）、１１２ｂ…突条（内方側突条）、１１３…酸素用孔、１１４…水素用孔、１１５，１１６…純水用孔、１１７…Ｏリング溝、１１８…水素用溝、１１９…酸素用溝、１２０…純水用溝、１２０ａ…凹所、１２０ｂ…小溝、１２１…Ｏリング、１２２…端板、１２３…締付ボルト、１２４…ナット、１２５…皿バネ
Ａ…酸素発生室、Ｃ…水素発生室
２０１…本体胴部、２０２…多孔板、２０３…全ネジボルト、２１０…流体流入部、２１１…流入口、２１５…ディフューザ部、２１５ａ…本体部、２１５ｂ…第一遮蔽部、２１５ｃ…第二遮蔽部、２１５ｄ…欠落部、２１６…第一挿入管、２１７…第二挿入管、２２０…純水流出部、２２１…流出口、２３０…酸素ガス流出部、２３１…酸素ガス供給口、２３２…スチールワイヤ、２３３…多孔板、２５０…浮力分離部、２５１…平板部材、２５１ａ，２５１ｂ…端部、２５２…分離流通路、２６０…整流部、２６１…パイプ部材、２６２…エキスパンドメタル、２６３…リング状部材
４００…装置本体部、４１０…流体流入部、４１１…流入口、４１２…スチールワイヤ、４１３…多孔板、４２０…連接貯留部、４２１…流出口、４３０…水素ガス流出部、４３１…水素ガス供給口、４３２…スチールワイヤ、４３３…多孔板
６５０…浮力分離部、６５１…ハニカムユニット、６５２…分離流通路、６５２ｂ…傾斜面、６５９…空隙部
７１１…流入口、７１２，７２２，７３２…スチールワイヤ、７１９…ねじれ片、７２１…流出口、７３１…水素ガス供給口、７４０…水封部
８５０…浮力分離部、８５１Ａ…平板（多孔性平板）、８５１Ｂ…折り曲げ板、８５２…分離流通路、８５３…ネジ棒部、８５４…ナット部、８５５…取り付け板、８５５ａ…円弧部、８５５ｂ…取付部、８６０…整流部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas generation system configured using a water electrolysis device that electrolyzes pure water to generate gas (particularly hydrogen and oxygen), and more particularly to a gas-liquid separation device that separates moisture from gas. Is.
[0002]
[Prior art]
As a water electrolysis apparatus constituting a gas generation system, an apparatus using a water electrolysis apparatus including a solid electrolyte membrane as a member serving as an electrolyte has been conventionally known.
[0003]
A water electrolysis apparatus according to the prior art is a joined membrane of a solid polymer electrolyte membrane and an electrode catalyst layer, in which electrode catalyst layers (anode side catalyst layer and cathode side catalyst layer) are provided on both sides of the solid polymer electrolyte membrane. (Hereinafter referred to as “solid electrolyte membrane”), an electrode plate (anode side electrode plate and cathode side electrode plate) provided to sandwich the solid electrolyte membrane, and provided between the solid electrolyte membrane and the electrode plate And the like. (Electric side power supply body and cathode side power supply body) and the like.
[0004]
In the water electrolysis apparatus according to the above-described prior art, pure water is mainly decomposed in the anode side catalyst layer and oxygen gas is generated by supplying pure water to the anode side and energizing the electrode plate. The H + ions generated simultaneously with the oxygen gas move in the solid electrolyte membrane by the action of the electric field, so that electrons are obtained and hydrogen gas is generated in the cathode side catalyst layer.
[0005]
That is, in the prior art, the above-described water electrolysis device, control means for energizing the water electrolysis device, a pure water tank provided for supplying pure water to the water electrolysis device (the anode side), water electrolysis Hydrogen separator provided for separating hydrogen gas and moisture produced by the apparatus, oxygen separator provided for separating oxygen gas and moisture produced by the water electrolyzer, and these A gas generation system is configured by using a piping portion or the like that connects the elements.
[0006]
By the way, the gas-liquid separation device (oxygen separation device or the like) constituting the gas generation system according to the prior art is usually configured using a cylindrical tank as shown in FIG. Here, FIG. 19 shows a part of a schematic system diagram of a gas generation system according to the prior art.
[0007]
In the system shown in FIG. 19, hydrogen gas and oxygen gas are generated in the water electrolysis apparatus 501 by applying a predetermined voltage to the water electrolysis apparatus 501 to which pure water is supplied via the piping unit 507. . And the produced | generated hydrogen gas is supplied to a use location etc. via the hydrogen gas conveyance piping part 514, a hydrogen separator (not shown), etc., and the produced | generated oxygen gas is oxygen gas conveyance piping part 503, oxygen separation | separation It is supplied to a use location or the like via the device 502, the oxygen gas supply piping portion 531 and the like.
[0008]
A pure water tank (not shown) is connected to the oxygen separation device 502 via a pure water supply piping unit 505, and a replenishing water pump 506 is provided in the pure water supply piping unit 505. The makeup water pump 506 is controlled based on a detection signal obtained by a water level meter 502L provided in the oxygen separation device 502, and specifically, ON / OFF control is performed by this detection signal. That is, in the prior art, the water level in the oxygen separation device 502 is controlled to be within a predetermined range by controlling the makeup water pump 506 with the water level gauge 502L.
[0009]
Further, although details are omitted in FIG. 19, the piping unit 507 is configured to extract pure water in the oxygen separator 502 and supply the extracted pure water to the water electrolysis apparatus 501. That is, a circulating water pump (not shown) is provided at a predetermined location of the piping unit 507, and the pure water extracted from the oxygen separation device 502 is supplied to the water electrolysis device 501 by driving this pump.
[0010]
The oxygen separation device 502 described above is configured such that the oxygen gas transfer piping unit 503 has an inlet at the top (gas phase) of the tank body 502A so that the transferred oxygen gas is not in contact with the liquid phase as much as possible. The gas-liquid separation (gravity separation in the tank body 502A) is promoted. Then, the oxygen gas in the upper part of the tank main body 502A is supplied to a use location or the like via the oxygen gas supply piping portion 531 or the like.
Since the oxygen separation device 502 is basically configured using only the tank body 502A, it can be manufactured relatively easily.
In the above description, the oxygen separation device 502 has been described. However, in the prior art, the hydrogen separation device is configured in a substantially similar manner.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, the oxygen separation device 502 configured as described above has an advantage that it can be manufactured relatively easily, but on the other hand, since gas-liquid separation is performed only by gravity separation, only the liquid is allowed to stand. The capacity of the apparatus (tank main body 502A) is increased. This problem was also the same in the hydrogen separator.
[0012]
If the hydrogen separator and the oxygen separator 502 are increased in size as described above, there is a problem that the increase in the size of the gas generation system cannot be avoided.
[0013]
Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and provides a gas-liquid separation device (hydrogen separation device, oxygen separation device) that is reduced in size and size, and It is an object of the present invention to provide a gas generation system that is miniaturized using the gas-liquid separator.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
Main departureThe first aspect of Ming, Which was made to solve the problems of the above prior art,A gas generation system having a water electrolysis device separated on the anode side and the cathode side by a solid electrolyte membrane, supplying pure water to the water electrolysis device and generating gas from at least one of the cathode side and the anode side A gas-liquid separation device that performs gas-liquid separation of a mixed fluid of the generated gas and pure water is provided between the water electrolysis device and the generated gas use location, and the gas-liquid separator is And a buoyancy separation unit capable of attaching and separating the gas in the mixed fluid.
[0015]
According to such a configuration, the gas-liquid separation device has a buoyancy separation unit, and the gas in the mixed fluid grows in contact with and adheres to the buoyancy separation unit. Is appropriately separated from the mixed fluid by buoyancy.
[0016]
In addition, the present inventionThe mothIn the gas generation system, the buoyancy separation unit circulates the mixed fluid in a substantially horizontal direction,Formed with multiple flat plate members that make gas contact and adhere to the top surfaceHaving multiple separation flow passages.
[0017]
ThisStructureAccording to the construction, since the buoyancy separation section has a plurality of separation flow passages, the flow cross section of each separation flow passage has a limited predetermined area. Therefore, thisStructureAccording to the configuration, in each separation flow passage, contact adhesion between the gas in the mixed fluid and the inner surface of the separation flow passage is frequently performed, and the growth of gas (bubbles) is promoted. Therefore, according to this configuration, the gas in the mixed fluid can be more appropriately separated by buoyancy.
[0018]
In the gas generation system according to the second aspect of the present invention,A gas generation system having a water electrolysis device separated on the anode side and the cathode side by a solid electrolyte membrane, supplying pure water to the water electrolysis device and generating gas from at least one of the cathode side and the anode side There,
A gas-liquid separation device is provided between the water electrolysis device and the generated gas use location to perform gas-liquid separation of a mixed fluid of the generated gas and pure water,
The gas-liquid separation device has a buoyancy separation unit capable of attaching and separating the gas in the mixed fluid;
The buoyancy separation unit has a plurality of separation flow passages through which the mixed fluid can be circulated in a substantially horizontal direction,The buoyancy separation unit is configured by alternately laminating flat plates and bent plates, and a plurality of spaces formed between the flat plates and the bent plates form the plurality of separation flow paths, A plurality of holes are perforated in at least one of the flat plate and the bent plate.Ru.
[0019]
ThisStructureAccording to the configuration, since the flat plate and the bent plate are laminated, the buoyancy separation portion having the plurality of separation flow passages can be easily configured. In addition, the “folded plate” herein refers to a plate-like member that is appropriately bent by providing an arbitrary angle or curved portion such as a shape in which unevenness is repeated or a wave shape.
Also thisStructureAccording to the present invention, since a plurality of holes are perforated in at least one of the flat plate and the bent plate, the gas separated by adhering to the easily formed separation flow passage is passed through the holes. By using it, it can isolate | separate appropriately from the said mixed fluid.
[0020]
In addition, the present inventionThe mothIn the gas generation system, the height of each of the separated flow passages in the direction of the gravitational action is such that the gas in the mixed fluid is buoyant until the mixed fluid passes through the separated flow passage. A configuration that is high enough to reach the upper surface portion from the lower surface portion is preferable.
[0021]
According to this preferable configuration, the gas in the mixed fluid reliably contacts the upper surface of the separated flow passage by buoyancy until the mixed fluid passes through the separated flow passage. Then, the gas in contact with the upper surface (inner surface) of the separation flow passage grows as relatively large bubbles after contacting and adhering to the upper surface, and is separated from the mixed fluid by buoyancy.
Therefore, according to this preferable configuration, the gas in the mixed fluid is appropriately removed until the mixed fluid passes through the separation flow passage.
[0022]
In addition, the present inventionThe mothIn the gas generation system, it is preferable that at least a part of the upper surface portion forming the separation flow passage has a predetermined angle with respect to the horizontal plane.
[0023]
According to this preferable configuration, since at least a part of the upper surface portion of the separation flow passage has a predetermined angle with respect to a horizontal plane, the gas adhering to and contacting the upper surface portion is at the angle. It becomes easy to move up along. Therefore, according to this configuration, the separation of the gas in the mixed fluid is further promoted.
[0024]
In addition, the present inventionThe mothIn the gas generating system, it is preferable that a gap is provided at a predetermined location of the separation flow passage.
[0025]
According to this preferable configuration, the bubbles that have grown on the inner surface of the separation flow passage and the like are discharged upward (in a direction substantially perpendicular to the flow direction of the mixed fluid) from the gap portion by buoyancy. Therefore, the gas can be appropriately separated from the mixed fluid in circulation.
[0026]
In addition, the present inventionThe mothIn the gas generation system, the gas-liquid separator maintains the liquid level in the gas-liquid separator almost in a stationary state, and has a predetermined interval between the gas-liquid separator inner surface and the liquid level. Therefore, the structure which has the water level adjustment means which can adjust the said liquid level is preferable.
[0027]
According to this preferable configuration, by providing the water level adjusting means, even when the gas generation system is continuously operated, the liquid surface is maintained in a substantially stationary state, and the gas-liquid separation device inner surface and the It is possible to maintain a predetermined distance between the liquid surface. As long as the liquid level can be maintained in this manner, the gas generation system can be operated in a stable state, and a predetermined interval is provided between the gas-liquid separator inner surface and the liquid level. If this is provided, the gas in the mixed fluid can be more effectively separated. Furthermore, according to this preferable configuration, even if the gas supply amount changes, it is possible to suppress the change in the water level by supplying make-up water or the like as long as the water level remains constant. The gas pressure to be generated) can be kept constant.
[0028]
Furthermore, the present inventionThe mothIn the water generating system, it is preferable that the water level adjusting means is configured using a magnetostrictive or electrostatic capacity type water level meter. Here, the magnetostrictive water level meter is, for example, a water level meter having a rod-like probe portion and a float portion having a magnet inserted therethrough.
[0029]
In addition, the present inventionThe mothIn the gas generation system, it is preferable that the inlet for allowing the mixed fluid to flow in is provided in the liquid phase part of the gas-liquid separator.
[0030]
According to this preferable configuration, since the inflow port is provided in the liquid phase portion, it is possible to prevent the expansion of ignition when mixing hydrogen gas and oxygen gas.
[0031]
First of the present inventionthreeThe aspect of the present invention has been made in order to solve the above-described problems of the prior art. A gas generated by supplying pure water to a water electrolysis device separated by a solid electrolyte membrane into an anode side and a cathode side, A gas-liquid separation device that performs gas-liquid separation of a mixed fluid composed of water, characterized by having a buoyancy separation unit that can attach and separate the gas in the mixed fluid.
[0032]
In addition, the first of the present inventionthreeIn the gas-liquid separation device according to the aspect, the buoyancy separation unit circulates the mixed fluid in a substantially horizontal direction,Formed with multiple flat plate members that make gas contact and adhere to the top surfaceHas multiple separation flow pathsThe
[0033]
In the gas-liquid separation device according to the fourth aspect of the present invention,A gas-liquid separation device for performing gas-liquid separation of a mixed fluid composed of a pure water and a gas generated by supplying pure water to a water electrolysis device separated into an anode side and a cathode side by a solid electrolyte membrane. ,
The buoyancy separation unit has a plurality of separation flow passages through which the mixed fluid can be circulated in a substantially horizontal direction,
The buoyancy separation unit is configured by alternately laminating flat plates and bent plates, and a plurality of spaces formed between the flat plates and the bent plates form the plurality of separation flow paths, A plurality of holes are perforated in at least one of the flat plate and the bent plate.The
[0034]
In addition, the present inventionNo mindIn the liquid separation device, the height of each separation flow passage in the direction of gravitational action is such that the gas in the mixed fluid is buoyant until the mixed fluid passes through the separation flow passage. A configuration that is high enough to reach the upper surface portion from the lower surface portion is preferable.
[0035]
In addition, the present inventionNo mindIn the liquid separation device, it is preferable that at least a part of an upper surface portion forming the separation flow path has a predetermined angle with respect to a horizontal plane.
[0036]
In addition, the present inventionNo mindIn the liquid separation device, a configuration in which a gap is provided at a predetermined position of the separation flow passage is preferable.
[0037]
In addition, the present inventionNo mindIn the liquid separation device, the liquid level in the gas-liquid separation device is maintained in a substantially stationary state, and the liquid level is adjusted so as to have a predetermined interval between the inner surface of the gas-liquid separation device and the liquid level. A configuration in which possible water level adjusting means is provided is preferable.
[0038]
Furthermore, the present inventionNo mindIn the liquid separator, it is preferable that the water level adjusting means is configured by using a magnetostrictive or electrostatic capacity type water level meter. Here, as described above, the magnetostrictive water level meter is a water level meter having, for example, a rod-like probe portion and a float portion having a magnet inserted therethrough.
[0039]
In addition, the present inventionNo mindIn the liquid separation device, a configuration in which an inlet for allowing the mixed fluid to flow in is provided in a liquid phase portion of the gas-liquid separation device is preferable.
[0040]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0041]
FIG. 1 is a schematic system diagram of a gas generation system according to an embodiment of the present invention.
The gas generation system according to the present embodiment is configured with a water electrolysis apparatus 1 as the center. Hydrogen water and oxygen gas are generated by supplying pure water to the water electrolysis apparatus 1 and applying a predetermined voltage. The In this gas generation system, these generated gases are passed through a gas-liquid separation device (hydrogen gas separation device and oxygen gas separation device) to a predetermined use location, etc.
It is comprised so that it may be supplied to. This will be described in more detail below.
[0042]
In the gas generation system according to the present embodiment, pure water in the oxygen gas separation device 2 is supplied to the water electrolysis device 1 via the pure water supply piping unit 7. Further, a pure water tank (not shown) is connected to the oxygen gas separation device 2 via a pure water replenishment piping unit 5. The pure water replenishment piping unit 5 is connected to a replenishing water pump (not shown). A makeup water control valve 2A is provided. A first water level meter 2L is provided in the oxygen gas separation device 2, and a makeup water control valve 2A is controlled based on a detection signal obtained by the first water level meter 2L. The water level is kept constant. In the oxygen gas separation device 2 corresponding to the gas-liquid separation device of the present invention, the water level adjusting means of the present invention is configured using the first water level gauge 2L and the makeup water valve 2A.
[0043]
A pure water supply pipe section 7 for supplying pure water to the water electrolysis apparatus 1 circulates pure water from the oxygen gas separation apparatus 2 to the water electrolysis apparatus 1 in order to reuse the pure water discharged from the water electrolysis apparatus 1. It is provided as follows. The pure water supply pipe section 7 includes a circulating water pump 8 for circulating pure water and a heat exchanger 9 for performing heat exchange of pure water (to maintain the temperature of pure water at a predetermined temperature). A polisher 10 for increasing the purity of pure water, a filter 11 for filtering pure water, and the like are provided. As the polisher 10, for example, a non-recycled polisher made of an ion exchange resin or the like is used.
[0044]
Further, the pure water supply pipe section 7 monitors the quality (electric conductivity) of pure water in the pure water supply pipe section 7 and, if necessary, a predetermined electric conductivity (for example, 0.2 μS / cm), the temperature of the pure water in the water quality alarm means 12 for issuing an alarm and the pure water supply pipe section 7 is monitored, and if necessary (a predetermined temperature range (for example, 40 to 50). Water temperature alarm means 13 for issuing an alarm is provided when the temperature exceeds (° C.).
[0045]
Moreover, since the pure water circulated through the pure water supply pipe section 7 is pure water in which oxygen gas is dissolved, dissolved oxygen may be discharged from the pure water into the pure water supply pipe section 7. Thus, when oxygen gas is discharged, oxygen gas accumulates in the circulating water pump 8, the polisher 10, or the filter 11 provided in the pure water supply pipe section 7, and this oxygen gas is circulated in the pure water. May cause malfunctions. Therefore, in this embodiment, gas venting is provided in at least one of the circulating water pump 8, the polisher 10, and the filter 11.
[0046]
The hydrogen gas generated in the water electrolysis device 1 is sent to the hydrogen gas separation device 4 through the hydrogen gas transfer piping unit 14 together with some pure water. Further, the oxygen gas generated in the water electrolysis apparatus 1 is sent to the oxygen gas separation apparatus 2 through the oxygen gas transport piping section 16 together with a relatively large amount of pure water.
[0047]
In the oxygen gas separation device 2, gas-liquid separation is appropriately performed by collision separation, which will be described later, and the gas gas-liquid separated oxygen gas is used through the oxygen gas supply piping unit 31 or the like (see FIG. (Omitted) etc. Further, the pure water separated from the gas and liquid is circulated and supplied to the water electrolysis apparatus 1 again through the pure water supply pipe section 7 and the like as described above.
[0048]
In the hydrogen gas separation device 4 as well, gas-liquid separation is appropriately performed by collision separation described later, and the gas-liquid separated hydrogen gas passes through the hydrogen gas supply piping unit 21, the hydrogen gas dehumidifying unit 23, and the like. Then, it is transported and supplied to the use location (not shown) of hydrogen gas. The hydrogen gas separator 4 is provided with a second water level gauge 4L. The detection signal obtained by the second water level gauge 4L is provided to return the pure water from the hydrogen separator 4 to the pure water tank (not shown) (to discharge the pure water and reuse it). It is sent to the pure water discharge valve 4A of the pure water return pipe section 15. That is, it is determined by the second water level gauge 4L that a predetermined amount or more of pure water is stored in the hydrogen separator 4.
Then, the amount of pure water stored in the hydrogen separator 4 is appropriately controlled by adjusting the pure water discharge valve 4A based on the detection signal of the second water level gauge 4L. In the hydrogen gas separation device 4 corresponding to the gas-liquid separation device of the present invention, the water level adjusting means of the present invention is configured using the second water level gauge 4L and the pure water discharge valve 4A.
[0049]
Here, the hydrogen gas dehumidifying unit 23 is configured using, for example, a hollow fiber membrane. And in this hydrogen gas dehumidification part 23, dehumidification of hydrogen gas is performed by distribute | circulating hydrogen gas inside a hollow fiber membrane, and distribute | circulating dry air outside the hollow fiber membrane. Although not particularly shown in FIG. 1, in order to obtain higher-purity hydrogen gas, instead of the hydrogen gas dehumidifying part 23 on the downstream side or the hydrogen gas dehumidifying part, zeolite, activated alumina The structure which provides the refiner | purifier comprised using molecular sieves, such as is preferable. Since the present embodiment is configured to dehumidify the hydrogen gas by the hydrogen gas dehumidifying unit 23 (or purifier) using a hollow fiber membrane or the like, it is not necessary to use a palladium purifier or the like that is necessary in the prior art. .
[0050]
As described above, the gas generation system according to the present embodiment is configured using the water electrolysis apparatus 1, and the water electrolysis apparatus 1 supplies hydrogen and oxygen by supplying pure water and a predetermined current. Can be generated. Hereinafter, the structure of the water electrolysis apparatus 1 will be described with reference to the drawings.
[0051]
FIG. 2 shows an example of the water electrolysis apparatus 1 constituting the gas generation system according to FIG. 1 (corresponding to “the gas generation system according to the first aspect” or “the gas generation system according to the second aspect” of the present invention). 2 (a) is a plan view of the water electrolysis apparatus 1, and FIG. 2 (b) is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 2 (a). The side view of is shown. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the main part of the cross section taken along the line II-II in FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the main part of the cross section taken along the line III-III in FIG. FIG. 5 is an exploded perspective view of the electrode plate unit constituting the water electrolysis apparatus according to the present embodiment. In the present embodiment, the water electrolysis apparatus 1 (water electrolysis apparatus) is configured using the electrode plate unit and the solid electrolyte membrane shown in FIG.
[0052]
The water electrolysis apparatus 1 shown in FIGS. 2 to 4 is formed by laminating a plurality of solid electrolyte membranes 102 and electrode plate units 103 in which electrode catalyst layers (anode side and cathode side catalyst layers) are provided on both sides of the solid polymer electrolyte membrane. Configured. That is, a predetermined number of the solid electrolyte membrane 102 and the electrode plate unit 103 are laminated so that the solid electrolyte membrane 102 is sandwiched between the electrode plate units 103. Then, the solid electrolyte membrane 102 and the electrode plate unit 103 are sandwiched between end plates 122 provided on both ends, and are tightened with tightening bolts 123 to constitute the water electrolysis apparatus 1.
[0053]
In the water electrolysis apparatus 1 according to the present embodiment, nuts 124 are attached to the fastening bolts 123 via a plurality of disc springs 125. When the water electrolysis apparatus is assembled, the solid electrolyte membrane 102, the electrode plate unit 103, and the like are stacked, and then tightened with the tightening bolts 123 and the like while being tightened with a press.
[0054]
The electrode plate unit 103 is configured by disposing a porous power feeder 105, a spacer 106, a seal member 107, and the like on both sides of an electrode plate 104 made of titanium. Further, as will be described later, the spacer 106 and the like include an oxygen hole 113 used for taking out the generated oxygen gas, a hydrogen hole 114 used for taking out the generated hydrogen gas, and pure water used for electrolysis. The holes for pure water 115 and 116 used for supplying water are formed.
[0055]
Next, the structure of the electrode plate 104 and its periphery will be described in detail with reference to FIG.
[0056]
The electrode plate 104 is formed of a plate portion 104a which is an inward portion thereof, and a peripheral edge portion 104b provided on the outer peripheral portion of the plate portion 104a. Further, an outer ridge 112a and an inner ridge 112b are formed between the plate portion 104a and the peripheral edge 104b. That is, the groove 111 for the seal member 107 is formed by bending along the inner edge of the peripheral edge portion 104b. The outer side and the inner side of the groove 111 are bent so as to form protrusions 112 a and 112 b along the groove 111.
The electrode plate 104 can be obtained by molding a titanium plate with a mold press. Furthermore, a coating for electrical insulation is applied to a predetermined portion of the electrode plate 104 that comes into contact (and may come into contact) when the electrode plate unit 103 is laminated. For example, a PTFE (polytetrafluoroethylene) coating is applied to the bottom of the seal member groove 111.
[0057]
On both surface sides of the electrode plate 104, porous power supply bodies 105 (A) and 105 (C) are respectively disposed in the center thereof, and spacers 106 are disposed on both sides of the porous power supply body 105. Further, the spacer 106 is formed such that the lower surface side spacers 106c and 106d are larger than the upper surface side spacers 106a and 106b due to the presence of the inner protrusions 112b.
[0058]
An annular spacer 106e is fitted in the dead space on the back side (lower surface side) of the inner protrusion 112b. In the electrode plate 104 and the spacer 106, fluid passage holes (oxygen hole 113, hydrogen hole 114, and pure water holes 115 and 116) are formed at corresponding positions. Specifically, as shown in FIGS. 3, 4, and 5, the spacers 106 a and 106 c on the left side of the electrode plate 104 and the oxygen holes 113 formed at predetermined positions of the corresponding electrode plate 104 and It is the hole 114 for hydrogen, and the holes 115 and 116 for pure waters are drilled at predetermined positions of the right spacers 106b and 106d and the corresponding electrode plate 104.
[0059]
3, 4, and 5, the space on the upper surface side of the electrode plate 104 is the hydrogen generation chamber C, and the space on the lower surface side is the oxygen generation chamber A. A sealing member 107 for sealing the hydrogen generation chamber C and the oxygen generation chamber A from the outside is fitted into the groove 111 formed by bending the electrode plate 104.
[0060]
Further, as shown in FIGS. 3, 4 and 5, an O-ring groove 117 is formed around the oxygen hole 113 on the lower surface of the spacer 106a on the left side of the upper surface of the electrode plate 104. A hydrogen groove 118 is formed from 114 to an edge facing the porous power feeding body. An O-ring groove 117 is also formed around the oxygen hole 113 on the upper surface of the spacer 106a.
[0061]
An O-ring groove 117 is formed around the hydrogen hole 114 on the upper surface of the spacer 106c on the left side of the lower surface of the electrode plate 104. The oxygen ring 113 extends from the oxygen hole 113 to the edge facing the porous power feeder 105. A groove 119 is formed. An O-ring groove 117 is also formed around the hydrogen hole 114 on the lower surface of the spacer 106c.
[0062]
Further, an O-ring groove 117 is formed around the pure water holes 115 and 116 on both the upper and lower surfaces of the spacer 106 b on the right side of the upper surface of the electrode plate 104. Further, a pure water groove 120 is formed from the pure water holes 115 and 116 on the upper surface of the spacer 106 d on the right side of the lower surface of the electrode plate 104 to the edge facing the porous power supply body 105. An O-ring 121 is fitted in each O-ring groove 117.
[0063]
The pure water groove 120 formed in the spacer 106d on the right side of the lower surface is formed in a shape different from the hydrogen groove 118 and the oxygen groove 119 formed in the other spacers 106a and 106c. That is, the hydrogen groove 118 and the oxygen groove 119 are formed from the hydrogen hole 114 and the oxygen hole 113 as independent grooves, respectively.
However, a plurality of pure water grooves 120 are formed from the two pure water holes 115, 116 to a wide recess 120 a communicating with these holes and from the recess 120 a to an edge facing the porous power supply body 105. And a small groove 120b. The recess 120a and the small groove 120b of the pure water groove 120 are formed in a substantially fan shape. This is devised so that pure water, which is water to be decomposed, is distributed as uniformly as possible to the porous power supply body 105.
[0064]
Further, in the present embodiment, the spacer 106 is formed using a metal such as titanium for the purpose of improving the strength, and therefore, each spacer 106 and the electrode plate 104 are provided with each spacer. Insulating sheets 109a, 109b, 109c, and 109d corresponding to the sizes of 106a, 106b, 106c, and 106d are provided. The insulating sheet 109 is formed with fluid passage holes (oxygen holes 113, hydrogen holes 114, and pure water holes 115, 116) at predetermined positions (corresponding positions). Further, the hydrogen gas transport piping section 14 shown in FIG. 1 is connected to the hydrogen hole 114.
[0065]
Furthermore, in the water electrolysis apparatus 1 according to the present embodiment, the shim 110 is disposed on the peripheral edge 104b (the outer peripheral portion of the plate portion 104a and the outer peripheral portion of the outer protrusion 112a) which is a part of the electrode plate 104. It is configured to be arranged.
[0066]
In this embodiment, as described above, the gas generation system is formed using the water electrolysis apparatus 1 configured as shown in FIGS. Therefore, as shown in FIG. 1, in the water electrolysis apparatus 1, the pure water in the oxygen gas separation apparatus 2 is separated from the oxygen generation chamber A through the pure water grooves 120 from the two pure water holes 115 and 116. Is supplied to the porous power supply body 105 on the lower surface side of the electrode plate 104. Pure water is prevented from flowing into the hydrogen generation chamber C by the O-ring 121.
[0067]
The oxygen gas generated in the oxygen generation chamber A is released from the oxygen groove 119 into the oxygen gas separation device 2 through the oxygen hole 113, and from the oxygen gas separation device 2 through the oxygen gas supply piping unit 31 and the like. It is supplied to the location where oxygen gas is used. In the water electrolysis apparatus 1, oxygen gas is prevented from flowing into the hydrogen generation chamber C by the O-ring 121.
Further, the hydrogen gas generated in the hydrogen generation chamber C is transported to the hydrogen separator 4 through the hydrogen groove 118, the hydrogen hole 114, and the hydrogen gas transport piping section 14. Hydrogen gas is prevented from flowing into the oxygen generation chamber A by the O-ring 121.
Further, as a matter of course, in the water electrolysis apparatus according to the present embodiment, the generated hydrogen gas and oxygen gas are prevented from leaking from between the electrode plate units 103 to the outside by the seal member 107. .
[0068]
The gas generation system according to the present embodiment is configured to be shown in FIGS. 1 to 5 described above, and the oxygen gas and hydrogen gas generated in such a system contain water from the water electrolysis apparatus 1. It is sent to each gas-liquid separation device (oxygen gas separation device 2 and hydrogen gas) via the oxygen gas conveyance piping unit 16 and the hydrogen gas conveyance piping unit 14, and the gas-liquid separation devices 2, 4 appropriately After the liquid is separated, each gas is supplied to the place where it is used. Hereinafter, each gas-liquid separation apparatus 2 and 4 is demonstrated based on drawing.
[0069]
FIG. 6 shows an oxygen gas separation device (the “gas-liquid separation device according to the third aspect” of the present invention) constituting the gas generation system according to FIG. 1 (for example, the gas generation system according to the first aspect of the present invention). Is a schematic diagram of an example.
[0070]
In electrolysis in the water electrolysis apparatus 1 according to this embodiment, as described above, pure water is supplied only to the anode side, that is, the oxygen gas generation side. Since this pure water also serves to cool the solid electrolyte membrane 102, the water electrolysis apparatus 1 is supplied with pure water that is significantly larger than the amount of water required for gas generation by electrolysis. From this, the flow state of oxygen gas / pure water flowing out from the water electrolysis apparatus 1 to the oxygen gas transport pipe section 16 is a plug flow, that is, a state in which oxygen gas is pushed into water in the two-phase flow classification. is there.
Accordingly, the present inventors have considered the oxygen gas / pure water flow state as described above as an oxygen gas as shown in FIG. 6 as a compact and compact device capable of efficiently performing these gas-liquid separations. The separator 2 was conceived.
[0071]
The oxygen gas separation device 2 shown in FIG. 6 includes a main body barrel 201 in which a cylindrical body is disposed sideways, a fluid inflow portion 210 and a pure water outflow portion 220 provided below the main body barrel 201, It is configured using an oxygen gas outflow portion 230 and the like provided on the upper side of the main body barrel portion 201. These fluid inflow portion 210, pure water outflow portion 220, and oxygen gas outflow portion 230 are all configured using a pipe member or the like cut to a predetermined length.
[0072]
The oxygen gas separation device 2 is configured so that the oxygen gas generated in the water electrolysis device 1 flows into the device 2 from an inflow port 211 provided in the fluid inflow portion 210 together with a large amount of pure water. Specifically, an inflow port 211 is provided to allow oxygen gas and pure water to flow into the pure water stored in the oxygen gas separation device 2.
[0073]
The main body body 201 is provided with a plurality of perforated plates 202 (corresponding to the “collision separation unit” of the present invention), and these perforated plates 202 are fixed to the main body body 201 by a plurality of all screw bolts 203. ing. Here, FIG. 7 shows the VII-VII line arrow view of FIG. As shown in FIG. 7, in the present embodiment, the porous plate 202 is fixed to the main body barrel portion 201 using six all screw bolts 203. The perforated plate 202 is provided to promote gas-liquid separation by collision separation and to rectify the inflowing fluid. If rectification is performed using such a perforated plate 202, the generation of waves on the liquid surface in the main body body 201 can be suppressed, and the liquid surface can be kept still more effectively. Moreover, in this main body trunk | drum 201, the internal liquid level is always maintained constant using the 1st water level gauge 2L etc. which are mentioned later.
[0074]
The pure water outflow part 220 is provided with an outlet 221 that is used to supply the pure water in the oxygen gas separator 2 to the water electrolysis apparatus 1, and the outlet 221 is connected to the pure water supply pipe part 7. It is connected to the. Further, the pure water outflow portion 220 is provided with a first water level meter 2L.
[0075]
The first water level gauge 2L is a magnetostrictive linear displacement sensor, and is configured using a rod-like probe portion 2L1 and a float portion 2L2 having a magnet inside. The probe portion 2L1 is a pure water outflow portion. It protrudes from 220 to the oxygen gas outflow part 230 through the main body body part 201. The first water level gauge 2L is configured by inserting the float portion 2L2 into the probe portion 2L1, and a local torsional strain (a kind of local distortion) is caused in the probe portion 2L1 by the influence of the magnetic field generated by the magnet in the float portion 2L2. By measuring the propagation time of this vibration, the position of the float part 2L2 (the liquid level position in the main body body part 201) can be measured with high accuracy.
[0076]
In this embodiment, a detection signal related to the liquid level obtained by the first water level gauge 2L is sent to the makeup water control valve 2A described with reference to FIG. 1, and the open / close state of the valve 2A is appropriately adjusted. (Adjusting the amount of pure water replenished via the pure water replenishment piping unit 5), the liquid level position in the main body barrel 201 is kept constant. Specifically, a makeup water pump (not shown) provided upstream of the makeup water control valve 2A is always driven, and the makeup water control valve 2A is based on a detection signal obtained by the first water level gauge 2L. By appropriately controlling the open / closed state of the water, pure water is continuously replenished, and the liquid level in the main body body 201 is maintained in a substantially stationary state.
The float part 2L2 forming the first water level gauge 2L is provided inside the pipe member forming the oxygen gas outflow part 230 in order to avoid the influence of waves generated on the liquid surface in the main body body part 201 as much as possible. Further, the position at which the pure water replenishment piping unit 5 is provided with respect to the oxygen gas separation device 2 is not particularly limited. 2 is preferably provided so as not to adversely affect the gas-liquid separation carried out in 2.
[0077]
In the oxygen gas outflow portion 230, a steel wire 232 (corresponding to the “collision separation portion” of the present invention) is provided in the same manner as the fluid inflow portion 210, and the steel wire 232 has an upper end portion and a lower end portion. , Respectively, are provided with perforated plates 233 (corresponding to the “collision separation part” of the present invention). In addition, an oxygen gas supply port 231 connected to the oxygen gas supply pipe section 31 is provided above the oxygen gas outflow section 230. In this embodiment, the perforated plate 233, the steel wire 232, and the oxygen gas supply port 231 are provided. Oxygen gas is supplied to the use location through the gas supply port 231. The perforated plate 233 also holds steel wires.
[0078]
Since the oxygen gas separation device 2 that is one of the gas-liquid separation devices according to the present embodiment is configured as described above, the following effects can be obtained.
[0079]
First, in the oxygen gas separation device 2, the fluid inflow portion 210, the pure water outflow portion 220, and the oxygen gas outflow portion 230 are provided as far as possible from each other, and a plurality of perforated plates 202 are provided in the body trunk portion 201 in the middle thereof. Is provided. Therefore, the fluid that has flowed into the main body body 201 through the fluid inlet part 210 also collides with the porous plate 202 and is subjected to collision separation, so that gas-liquid separation between oxygen gas and pure water is promoted. The Rukoto.
[0080]
Further, in the main body body portion 201, the liquid surface wave is suppressed by the perforated plate 202, the liquid surface is maintained constant by the first water level gauge 2L, and a predetermined space is formed above the main body body portion 201. ing. That is, in the present embodiment, since the liquid level is kept stationary, it is possible to minimize the volume change of the gas phase portion. Therefore, the pressure in the oxygen gas separation device 2 is used. , Can effectively control the gas generation system. In addition, by maintaining a predetermined space in the oxygen gas separation device 2, the oxygen gas separated by the collision separation is released to the upper part of the main body body 201, and the pure water moves in the lateral direction of the main body body 201. Therefore, gas-liquid separation is performed appropriately. Note that the oxygen gas released to the upper portion of the main body body 201 flows into the oxygen gas outflow portion 230 through the opening 234 provided on the side surface of the pipe member forming the oxygen gas outflow portion 230.
[0081]
In the oxygen gas separation device 2, a steel wire 232 and a perforated plate 233 are provided in an oxygen gas outflow portion 230 through which oxygen gas flows out. Therefore, in the oxygen gas outflow portion 230, water droplets in the oxygen gas are removed by collision (collision separation) with these elements 232 and 233, and gas-liquid separation is further promoted.
[0082]
According to the prior art, gas-liquid separation is performed by simply flowing a mixed fluid of oxygen gas and pure water into a tank having a large diameter and allowing the fluid to stand still inside the tank (ie, only by gravity separation). It was. Therefore, in the past, a tank having a cross section sufficient to allow the device to stand still has been required, and thus an increase in the size of the apparatus could not be avoided.
However, as described above, the oxygen gas separation device 2 according to this embodiment actively incorporates collision separation to improve the efficiency of gas-liquid separation. In other words, since the fluid-liquid separation is performed by applying a dynamic force to the fluid rather than allowing the fluid to stand still, a large-sized device as in the prior art is not required. Therefore, according to the oxygen gas separation device 2 according to the present embodiment, it is possible to reduce the size of the device as compared with the conventional device in which only the gravity separation by the tank is performed.
[0083]
By the way, in the gas generation system according to this embodiment, the oxygen gas separation device 2 also has a function as a supply source of pure water to the water electrolysis device 1. Therefore, if the oxygen gas separation device is too small, the amount of pure water in the device varies greatly due to the supply of pure water, and the system cannot be driven efficiently. Particularly in the conventional water level control method (supply pump ON / OFF control method for maintaining a predetermined water level width), the system is driven efficiently while keeping the water level of the miniaturized device constant. I can't. That is, hydrogen gas and oxygen gas cannot be generated efficiently.
Therefore, in the present embodiment, the open / close state of the makeup water control valve 2A is controlled using the detection signal obtained by the first water level gauge 2L in a state where the liquid level wave is suppressed by the porous plate 202 described above. The liquid surface position in the oxygen gas separation device 2 is maintained with high accuracy. Specifically, in consideration of the amount of pure water used in the water electrolysis apparatus 1 and the like, pure water is continuously replenished, and the liquid level in the oxygen gas separation apparatus 2 is kept substantially stationary.
Therefore, according to this embodiment, by performing the water level control as described above, the oxygen gas separation device 2 that can efficiently perform gas-liquid separation and is downsized is effective as a source of pure water. Can be functional.
[0084]
In addition, the oxygen gas separation device 2 according to the present embodiment is configured such that a fluid inflow portion 210 is provided in the liquid phase portion in the device 2 and oxygen gas and pure water flow from the inlet 211 of the fluid inflow portion 210. Has been. That is, in this embodiment, the inflow port 211 is provided in the liquid phase part of the apparatus 2 and sealed with water. Therefore, according to this embodiment, even if there is ignition or the like due to gas mixing or the like on the downstream side of the oxygen gas supply port 231, the inflow port 211 is sealed with water. Backfire to the side (water electrolysis apparatus 1 side) can be prevented. On the other hand, even if there is ignition or the like on the upstream side of the main body body 201, backfire to the downstream side of the oxygen gas supply port 231 can be prevented.
[0085]
As described above, according to the oxygen gas separation device 2 according to the present embodiment, it is possible to achieve a reduction in size. By using this oxygen gas separation device 2, the entire gas generation system is also reduced in size. Can be realized.
[0086]
FIG. 8 shows a hydrogen gas separation device 4 (the gas-liquid separation device according to the third aspect of the present invention) constituting the gas generation system according to FIG. 1 (for example, the gas generation system according to the first aspect of the present invention). Is a schematic diagram of an example. Specifically, a partially cutaway view of the hydrogen gas separation device 4 is shown.
[0087]
In the water electrolysis apparatus 1 according to the present embodiment, pure water is not supplied to the hydrogen gas side. However, when hydrogen gas is generated during electrolysis of the water electrolysis apparatus 1, since some pure water passes through the solid electrolyte membrane 102, the hydrogen gas transported to the hydrogen gas separation apparatus 4 has some pure water. It becomes a mixed state. This state is a so-called spray flow state in which water droplets are mixed in hydrogen gas.
Therefore, the present inventors have taken into consideration such a flow state of hydrogen gas / pure water and the functions required of the gas-liquid separator, and are small and compact devices that can perform gas-liquid separation efficiently. As a result, a hydrogen gas separation device 4 as shown in FIG.
[0088]
The hydrogen gas separation device 4 shown in FIG. 8 is configured by using a Y-type device main body 400 formed from a plurality of pipe members, bent tube members (elbows, etc.) and the like. Specifically, the fluid inflow portion 410 on the one upper side, the hydrogen gas outflow portion 430 on the other upper side, and the fluid inflow portion 410 and the hydrogen gas outflow portion 430 are connected to each other, so that pure water separated from gas and liquid can be stored. The apparatus main body 400 is configured using the connection storage unit 420.
[0089]
The fluid inflow portion 410 is provided with an inflow port 411 so that hydrogen gas (containing water droplets) generated by the water electrolysis device 1 flows into the hydrogen gas separation device 4. In addition, a steel wire 412 (corresponding to the “collision separation portion” of the present invention) is provided inside the pipe-shaped member that forms the fluid inflow portion 410, and the upper end portion and the lower end portion of the steel wire 412 are porous. A plate 413 (corresponding to the “collision separation part” of the present invention) is provided. The perforated plate 413 also holds steel wires.
[0090]
The connection storage unit 420 is provided with an outlet 421 and a second water level gauge 4L. The second water level meter 4L is basically a magnetostrictive linear displacement sensor similar to the first water level meter 2L provided in the oxygen gas separation device 2, and includes a rod-shaped probe portion 4L1 and a magnet inside. It is comprised using the float part 4L2 which has. In the hydrogen gas separation device 4, a detection signal regarding the liquid level position in the device 4 obtained by the second water level gauge 4 </ b> L is provided in the pure water return pipe unit 15 connected to the outflow port 421. It is sent to the pure water discharge valve 4A (see FIG. 1). In the present embodiment, the pure water discharge valve 4A is continuously controlled based on a detection signal obtained by a highly accurate water level gauge (second water level gauge 4L), and the pure water in the hydrogen gas separation device 4 is controlled. Pure water is continuously extracted so that the liquid level h is constant, and the liquid level in the connected reservoir 420 is maintained in a substantially stationary state. The pure water extracted at this time is returned to the pure water tank via the outlet 421 and the pure water return pipe section 15.
[0091]
In the hydrogen gas outflow portion 430, similarly to the fluid inflow portion 410, a steel wire 432 (corresponding to the “collision separation portion” of the present invention) is provided, and the upper end portion and the lower end portion of the steel wire 432 are provided. , Each of which is provided with a perforated plate 433 (corresponding to the “collision separation part” of the present invention). Further, a hydrogen gas supply port 431 connected to the hydrogen gas supply pipe section 21 is provided above the hydrogen gas outflow section 430. In this embodiment, the perforated plate 433, the steel wire 432, and the hydrogen gas supply port 431 are provided. Hydrogen gas is sent to the hydrogen gas supply pipe section 21 through the gas supply port 431. And hydrogen gas is supplied to a use location via this hydrogen gas supply piping part 21 and the hydrogen gas dehumidification part 23. FIG.
[0092]
Since the hydrogen gas separation device 4 which is one of the gas-liquid separation devices according to the present embodiment is configured as described above, the following effects can be obtained.
[0093]
In the hydrogen gas separation device 4, since the steel wire 412 and the porous plate 413 are provided in the fluid inflow portion 410 into which a fluid such as hydrogen gas generated in the water electrolysis device 1 flows, it flows in. The fluid (hydrogen gas / pure water (about water droplets)) collides with these elements 412 and 413 in the fluid inflow portion 410. That is, collision separation is performed at the fluid inflow portion 410, moisture is removed from the hydrogen gas, and gas-liquid separation is promoted.
[0094]
In the hydrogen gas separation device 4, the steel gas 432 and the perforated plate 433 are also provided in the hydrogen gas outflow portion 430 as in the fluid inflow portion 410. Therefore, also in this hydrogen gas outflow portion 430, water droplets in the hydrogen gas are removed by collision (collision separation) with these elements 432 and 433, and gas-liquid separation is further promoted.
[0095]
Further, the hydrogen gas separation device 4 has a main body 400 having a Y shape, the inlet 411 of the fluid inflow portion 410 is located at one upper portion of the Y shape, and the hydrogen gas supply port 431 of the hydrogen gas outlet 430. Is provided on the other upper portion of the Y type. That is, the inflow port 411 and the hydrogen gas supply port 431 are provided as far as possible from each other, and the above-described steel wires 412 and 432 are provided therebetween. Therefore, according to the present embodiment, since the apparatus main body 400 is Y-shaped, and the steel wires 412 and 432 are provided, the number of collisions of the inflowing fluid is increased, and the gas-liquid is effectively Separation will be promoted.
[0096]
According to the prior art, as in the case of oxygen gas, hydrogen gas and pure water are simply flowed into a large-diameter tank and the fluid is allowed to stand in the tank. Because the liquid was separated, a tank with a cross section sufficient to allow it to stand still was necessary.
However, as described above, the hydrogen gas separation device 4 according to the present embodiment does not actively incorporate collision separation and allow the fluid to stand still, but rather, by applying a dynamic force to the fluid. Separation is taking place. Therefore, the apparatus can be downsized as compared with the conventional apparatus that does not require a large apparatus (tank or the like) as in the prior art and only performs gravity separation by the tank.
[0097]
By the way, in the gas generation system according to the present embodiment, the entire system is controlled with the pressure in the hydrogen gas separation device 4 kept constant, so the water level in the device 4 is kept constant. It is important to maintain the pressure inside the device 4 at a predetermined value. In this regard, in the prior art, since a relatively large separation tank was used, it was not particularly necessary to keep the water level in the tank strictly constant.
However, as in this embodiment, in a device that improves the efficiency of gas-liquid separation by collision separation and realizes downsizing of the device, the pressure due to increase / decrease in pure water (so-called fluctuation in water level) due to its small size. It is easy for fluctuations to occur. When such pressure fluctuation occurs, the system cannot be driven efficiently.
[0098]
Therefore, in the present embodiment, the second water level meter 4L is provided in the connection reservoir 420 of the hydrogen gas separation device 4, and the open / closed state of the pure water discharge valve 4A is based on the detection signal obtained by the second water level meter 4L. Is controlling. That is, the pure water discharge valve 4A is continuously controlled so that the pure water is continuously extracted in order to keep the pure water level in the apparatus 4 constant.
With such a configuration, pure water is continuously extracted and the liquid level in the device 4 is maintained in a substantially stationary state, so that the pressure in the device 4 is maintained and the system is driven efficiently. Is possible.
[0099]
As described above, according to the hydrogen gas separation device 4 according to the present embodiment, it is possible to realize a reduction in size. Therefore, by using this hydrogen gas separation device 4, the entire gas generation system can also be reduced in size. Can be realized.
[0100]
FIG. 9 is a schematic view of a hydrogen gas separation device 4 ′ according to another embodiment. Specifically, a partially cutaway view of the hydrogen gas separation device 4 ′ is shown.
The hydrogen gas separation device 4 ′ shown in FIG. 9 has basically the same configuration as the hydrogen gas separation device 4 described in FIG. 8, and the fluid conveyed from the water electrolysis device 1 is The only difference is that it flows into the device 4 ′ via the water seal 440. That is, only the point in which the inflow port 411 is provided in the water seal part 440 in which the pure water is stored is different from the apparatus 4 of FIG.
[0101]
The hydrogen gas separation device 4 ′ shown in FIG. 9 can obtain the following effects in addition to the various effects of the device 4 of FIG.
That is, according to the hydrogen gas separation device 4 ′ according to this embodiment, since the inlet 411 is provided in the water sealing part 440 (liquid phase part), gas mixing or the like is performed on the downstream side of the hydrogen gas supply port 431. Even if there is ignition or the like due to the above, since the inflow port 411 is sealed with water, backfire to the upstream side (water electrolysis device 1 side) of the device 4 ′ can be prevented.
[0102]
FIG. 10 is a schematic view of a hydrogen gas separation device 4 ″ according to still another embodiment. Specifically, a partially cutaway view of the hydrogen gas separation device 4 ″ is shown. This hydrogen gas separation device 4 ″ is different from the device of FIG. 9 in its shape, but is basically configured to have the same function. That is, also in this hydrogen gas separation device 4 ″, the inlet 711, the steel wires 712, 722, 732, the outlet (pure water) 721, the hydrogen gas supply port 73
1 and a water seal 740 are provided.
[0103]
The hydrogen gas separation device 4 ″ shown in FIG. 10 is provided with an inlet 711 in the water seal portion 740 (liquid phase portion), similarly to the hydrogen gas separation device 4 ′ described in FIG. Therefore, even if there is ignition or the like due to gas mixing or the like on the downstream side of the hydrogen gas supply port 731, since the inlet 711 is sealed with water, the upstream side of the device 4 ″ (water electrolysis device 1 side) ) Can prevent backfire.
[0104]
In this hydrogen gas separation device 4 ″, it is possible to obtain the same effect as in FIG. 9 and drop the liquid portion in the introduced mixed fluid (from the water seal portion 440 in FIG. 9). The liquid part is not dripped), and a stable liquid level h can be obtained.
[0105]
Further, according to the present embodiment, the water surface is divided between the side where the outflow part (hydrogen gas supply port 731) provided with a water level gauge is provided and the side where the inflow part (inlet 711) is provided, so The structure is such that the effect of blowing up is difficult to be transmitted to the outflow part side. Therefore, according to this embodiment, since the fluctuation of the liquid level of the outflow part can be suppressed, the liquid level can be controlled more easily.
[0106]
Further, in the present embodiment, a twist piece 719 made of stainless steel or titanium is provided in the vicinity of the inlet 711 in the inflow portion. Therefore, according to this embodiment, fluid flows in along this twist piece 719, and it is possible to reduce the blow-up of water by the gas at the time of inflow.
[0107]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit of the present invention.
[0108]
For example, in each of the above embodiments, the shape of the steel wire provided as the collision separation portion of each gas-liquid separation device has not been particularly described, but in the present invention, this shape or the like is limited to something. Instead, it can have any shape to facilitate gas-liquid separation. Therefore, for example, it is possible to make the inside a spiral shape or the like, and such a shape can be expected not only for collision separation but also for centrifugal separation and the like, further promoting gas-liquid separation, It is possible to reduce the size.
[0109]
Moreover, in each said embodiment, although the case where a collision separation part was comprised using a steel wire or a perforated plate was demonstrated, this invention is not limited to this structure. Therefore, for example, the collision separation portion may be configured using a nonwoven fabric mesh, expanded metal, wire mesh, honeycomb structure member, or the like.
[0110]
Furthermore, in the above embodiment, an oxygen gas separation device or the like that is a gas-liquid separation device has a collision separation unit or the like, and by using this, an appropriate gas is contained in the gas containing moisture generated in the gas generation system. Although the case where liquid separation can be performed has been described, the present invention is not limited to this configuration. Therefore, it is good also as a gas-liquid separation apparatus which has elements other than a collision separation part as needed.
An example of the gas-liquid separator having such other elements is a gas-liquid separator as shown in FIG.
[0111]
FIG. 11 shows an oxygen gas separation device (the “gas-liquid separation device according to the fourth aspect” of the present invention) constituting the gas generation system according to FIG. 1 (for example, the gas generation system according to the second aspect of the present invention). Is a schematic diagram of another example.
11, the oxygen gas separation device 2 ′ shown in FIG. 11 is similar to the oxygen gas separation device 2 shown in FIG. Are formed using a fluid inflow portion 210 and a pure water outflow portion 220 provided in the main body body 201 and an oxygen gas outflow portion 230 provided on the upper side of the main body body 201.
In the oxygen gas separation device 2 ′, the oxygen gas generated in the water electrolysis device 1 should flow into the device 2 ′ from the inlet 211 provided in the fluid inflow portion 210 together with a large amount of pure water. It is configured.
[0112]
However, the oxygen gas separation device 2 ′ according to the embodiment shown in FIG. 11 is different from FIG. 6 in that a buoyancy separation unit 250 is provided in the main body body 201.
Here, FIG. 12 shows the XII-XII sectional view of FIG. 11, and FIG. 13 shows the schematic perspective view of the buoyancy separation part shown in FIG. 11 and FIG.
[0113]
As shown in FIG. 11 to FIG. 13, the buoyancy separation unit 250 according to the present embodiment is configured using a plurality of flat plate members 251, and more specifically, these flat plate members 251 are connected to the horizontal plane X ( The flat plate members 251 are disposed in the main body body 201 so as to be substantially parallel to each other by being inclined by a predetermined angle α (for example, about 5 ° to 15 °) with respect to the configuration shown in FIG. Further, in this arrangement, each flat plate member 251 is formed to have a width that does not contact the inner surface of the main body body 201 depending on the arrangement location in the main body body 201. That is, a gap having a predetermined interval (for example, about 1 mm to 4 mm) is provided between the end portions 251 a and 251 b of each flat plate member 251 and the main body body portion 201.
[0114]
Although omitted in FIGS. 11 to 13, the buoyancy separation unit 250 according to the present embodiment integrally fastens the plurality of flat plate members 251 using a plurality of fastening members such as bolts and nuts. This arrangement state is appropriately maintained in the main body body 201.
[0115]
In the present embodiment, as shown in FIG. 11, two sets of rectification units 260 are arranged on the upstream side of the buoyancy separation unit 250. FIG. 14 is a schematic perspective view of the rectifying unit 260.
[0116]
As shown in FIG. 14, the rectifying unit 260 is formed in a circular shape that conforms to a plurality of pipe members 261 cut to a predetermined length (for example, about 10 mm to 20 mm) and the inner surface shape of the main body body 201. The expanded metal 262 and the ring-shaped member 263 formed so as to cover the outer periphery of the pipe member 261 and the expanded metal 262 are configured.
[0117]
More specifically, the rectifying unit 260 is configured by filling a plurality of pipe members 261 in a space formed by two expanded metals 262 and a ring-shaped member 263. At this time, the pipe members 261, the expanded metal 262, and the ring-shaped member 263 forming the rectifying unit 260 are adjacent to each other, or between the pipe members 261 and the expanded metal 262 or the expanded metal 262. The ring-shaped member 263 is integrally configured by performing welding or the like on necessary portions as appropriate.
[0118]
Furthermore, in the oxygen gas separation device 2 ′ according to the present embodiment, as shown in FIG. 11, the fluid that flows into the fluid inflow portion 210 (in the pipe member 210a constituting the fluid) from the inlet 211 into the device 2 ′. A diffuser portion 215 is provided that functions to restore the pressure.
[0119]
As shown in FIG. 15, the diffuser portion 215 is provided on a main body portion 215a having a tapered shape with respect to the downstream side (the main body barrel portion 201 side) in the fluid inflow direction, and an outer surface portion of the main body portion 215a. The first shielding part 215b and the second shielding part 215c thus formed are used.
Each of the shielding portions 215b and 215c is provided so as to contact the inner surface of the pipe member 210a forming the fluid inflow portion 210, and the second shielding portion 215c does not cover the entire circumference of the main body portion 215a and is partially missing. 215d is provided.
[0120]
In the oxygen gas separation device 2 ′ according to the present embodiment, since the diffuser portion 215 is configured as described above, the fluid flowing in from the inflow port 211 is blocked by the first and second shielding portions 215b and 215c. After flowing in the right direction (see FIG. 15), the fluid that has flowed in then flows upward from the missing portion 215d (see FIG. 15). As a result, the continuously flowing fluid circulates while spirally turning (see arrow X in FIG. 15). In addition, since the main body 215a has a tapered shape, the pressure of the fluid flowing while turning is increased, and the inflow speed of the fluid is suppressed.
[0121]
In addition, as shown in FIG. 11, in the oxygen gas separation device 2 ′ according to the present embodiment, the fluid that has flowed from the fluid inflow portion 210 flows into the diffuser portion 215, the first insertion tube 216, and the second insertion tube 217. Is introduced into the main body body 201.
[0122]
Here, the first and second insertion pipes 216 and 217 are excessive with respect to the inflowing fluid such as a pipe-shaped member having a plurality of holes, a porous member or a permeable member formed in a cylindrical shape. It is comprised using the element which has a hole diameter, a shape, etc. which do not produce a remarkable pressure loss.
More specifically, the first and second insertion tubes 216 and 217 are configured by combining a perforated pipe and a wire mesh.
According to such a configuration, pure water (mixed fluid) mixed with bubbles that rise while centrifugal force acts as a forced vortex in the fluid inflow portion 210 is composed of each of the perforated pipe and the wire mesh. The turbulence is suppressed by the insertion tubes 216 and 217. In addition, by contacting these insertion tubes 216 and 217, some of the bubbles in the mixed fluid also adhere, so that gas-liquid separation is further promoted.
[0123]
Furthermore, in the other embodiments shown in FIG. 11 and the like, the liquid level inside is always constant by using the first water level gauge 2L provided in the pure water outflow portion 220 as in the case of FIG. Is maintained. The configuration and function of the first water level gauge 2L are basically the same as those described with reference to FIG.
[0124]
Further, the oxygen gas outflow portion 230 basically has the same configuration as that of FIG. 6, and is provided with a steel wire 232 (corresponding to the “collision separation portion” of the present invention) and the like. That is, also in the present embodiment, oxygen gas is supplied to the use location through the perforated plate 233, the steel wire 232, and the oxygen gas supply port 231.
[0125]
As described above, the oxygen gas separation device 2 ′ according to another embodiment of the present invention described with reference to FIGS. 11 to 15 basically has the same configuration as that of FIG. Since the diffuser portion 215, the insertion tubes 216 and 217, the rectifying portion 260, the buoyancy separation portion 250, and the like are provided, the following effects can be obtained.
[0126]
First, the oxygen gas separation device 2 ′ has the same effect as the oxygen gas separation device 2 described above with reference to FIG.
For example, the oxygen gas separation device 2 ′ is also provided at a position where the fluid inflow portion 210, the pure water outflow portion 220, and the oxygen gas outflow portion 230 are separated from each other, as in FIG. A buoyancy separation unit 250 or the like that functions to perform gas-liquid separation of fluid is provided in 201. Therefore, in the present embodiment, the inflowing fluid is in contact with the buoyancy separation unit 250 for a relatively long time because the fluid inflow portion 210 and the respective outflow portions 220 and 230 are provided apart from each other. Gas-liquid separation between gas and pure water will be promoted.
The effects of other similar parts are omitted.
[0127]
Now, the difference between the present embodiment and the oxygen gas separation apparatus 2 described with reference to FIG. 6 and the like is a buoyancy separation unit 250 that is an element provided to promote gas-liquid separation.
[0128]
As described above, the buoyancy separation unit 250 is configured by forming a multi-layered parallel inclined plate using a plurality of flat plate members 251, and therefore, between the flat plate members 251 (or between the flat plate member 251 and the main body body portion 201). The mixed fluid of oxygen gas and pure water flows through the plurality of separation flow passages 252 formed between the two.
[0129]
The oxygen gas separation device 2 ′ according to the present embodiment has a plurality of separation flow passages 252 partitioned in a direction perpendicular to the horizontal plane as described above, and the mixed fluid flows through the separation flow passages 252. While flowing through the separation flow passage 252, gas-liquid separation in the mixed fluid is performed. Here, the height b (see FIG. 12) of the separation flow passage 252 in the gravity action direction is such that the gas (oxygen gas) in the mixed fluid is separated by buoyancy until the mixed fluid passes through the separation flow passage 252. The height is set so as to reach the upper surface portion 252b from the lower surface portion 252a of the flow passage 252. In other words, when the gas reaches the upper surface portion 252b of each separation flow passage 252, the gas adheres to the contact portion (and grows as a larger bubble in contact with other adjacent bubbles), and thus from the mixed fluid. The gas will be properly separated.
[0130]
In the present embodiment, as shown in FIG. 11, if the horizontal direction (fluid flow direction) of the buoyancy separation unit 250 has a predetermined length L, the buoyancy separation is based on the relationship with the fluid flow velocity v. The time t during which the mixed fluid exists in the part 250 is derived from the relationship t = L / v. Since the gas (bubbles) only needs to reach the upper surface portion 252b of each separation flow passage 252 during the existence time t, the bubbles in a state where the fluid has the circulation velocity v are used. If the rising speed w is clear, the necessary height b is derived from the relationship b = w / t. That is, the height b may be set to a value smaller than w / t.
[0131]
In this embodiment, for example, when the height b is set to about 10 mm, a buoyancy separation unit is used to separate bubbles (bubbles having a diameter of about 0.1 mm) with a flying speed of about 6 mm / s. The mixed fluid may be circulated at a speed v that can exist in 250 for at least about 2 seconds. On the other hand, if the length L of the buoyancy separation unit 250, the fluid circulation speed v, and the bubble rising speed w in the state of receiving the circulation speed v are clear, an appropriate height b is obtained from these values. It becomes possible to set.
[0132]
In the present embodiment, as shown in FIG. 12, each flat plate member 251 has a predetermined angle α with respect to the horizontal plane X. Accordingly, bubbles attached to the upper surface portion 252b of the separation flow passage 252 move along this inclination (that is, along the other end portion 251b from the one end portion 251a of the flat plate member 251), and the other end portion 251b and the main body trunk portion. The space between the inner surface of the main body 201 and the liquid surface (free surface) (corresponding to the “predetermined distance between the inner surface of the gas-liquid separator and the liquid surface” of the present invention) ) Will be released.
[0133]
That is, according to the present embodiment, since each flat plate member 251 is inclined at the predetermined angle α, the bubbles easily move upward along this inclination, and the gas-liquid separation of the mixed fluid is further promoted. It will be.
[0134]
In the present embodiment, a rectification unit 260 formed of a plurality of pipe members 261 and the like is provided on the upstream side of the buoyancy separation unit 250. According to this configuration, the rectification unit 260 suppresses the turbulent state of the mixed fluid before being introduced into the buoyancy separation unit 250, and the buoyancy separation unit 250 is in a state closer to laminar flow (or laminar flow state). Is mixed with fluid.
Therefore, according to the present embodiment, since the mixed fluid is appropriately rectified by the rectifying unit 260 and introduced into each separation flow passage 252 of the buoyancy separation unit 250, the movement of the mixed fluid is stabilized and appropriately Gas separation by buoyancy is performed.
[0135]
In addition, since the rectification is also performed in each of the insertion tubes 216 and 217, substantially the same effect as that of the rectification unit 260 can be obtained.
[0136]
Further, in the present embodiment, the diffuser portion 215 is provided in the fluid inflow portion 210. As described above, this is for recovering the pressure of the mixed fluid that has flowed in. Therefore, this also stabilizes the flow state of the mixed fluid, and the buoyancy separation unit 250 can perform more appropriate gas-liquid separation.
[0137]
In the oxygen gas separation device 2 ′ according to the present embodiment described with reference to FIG. 11 and the like, the configuration including the diffuser portion 215, the insertion tubes 216 and 217, the rectifying portion 260, and the buoyancy separation portion 250 has been described. The present invention is not limited to this configuration. Therefore, for example, it may be configured to include only the buoyancy separation unit 250 as necessary, and the buoyancy separation unit 250 and other elements (the diffuser unit 215, the insertion tubes 216, 217, and the rectification unit 260). At least one of the above.
[0138]
Further, in the present embodiment described with reference to FIG. 11 and the like, the case where two sets of rectifying units 260 are provided has been described, but the present invention is not limited to this configuration, and if necessary, one set, Alternatively, three or more sets may be provided.
Furthermore, the rectifying unit 260 is not limited to this configuration, and may have another configuration as long as it can promote a rectifying action by applying a predetermined pressure loss to the mixed fluid. In this case, the configuration is not particularly limited. However, in order to introduce a mixed fluid in a state closer to a laminar flow to the buoyancy separation unit 250 on the downstream side, a punching metal having a small mesh or the like is used. It is preferable to use one having flow passages with a predetermined interval (for example, the pipe member 261 described in FIG. 11 or the like).
For example, the structure etc. which sandwiched the honeycomb with the expanded metal are mention | raise | lifted.
[0139]
Moreover, in this embodiment, as shown in FIG. 13 etc., although the case where the buoyancy separation part was comprised using the several flat plate member 251 was demonstrated, this invention is set as the structure using such a flat plate member. Without limitation, the buoyancy separation unit may be configured by using a plurality of plate-like members having a corrugated shape.
[0140]
Furthermore, in the said embodiment, although the case where a buoyancy separation part was comprised using the several flat plate member or plate-shaped member (for example, corrugated plate-shaped member mentioned above) was demonstrated, this invention is this structure. It is not limited, and it is only necessary to have a portion to which the gas in the mixed fluid adheres so that gas-liquid separation can be performed appropriately. An example of the configuration is the configuration shown in FIG.
[0141]
FIG. 16 is a schematic perspective view of a buoyancy separation unit according to another configuration. The buoyancy separation unit 650 shown in FIG. 16 is configured by using a plurality of honeycomb units 651 having a plurality of honeycomb-shaped separation flow passages 652, and more specifically, each honeycomb unit 651 is separated at a predetermined interval. 659 (corresponding to the “void part” of the present invention) is provided. The height b ′ of the separation flow passage 652 is also appropriately set based on the gas rising speed (rising speed) and the like, similar to the height b described above with reference to FIG.
[0142]
Further, according to the configuration shown in FIG. 16, the predetermined gap portion 659 is provided (because the configuration is the same as the case where the gap portion 659 is provided at a predetermined position in the separation channel 652). ), Between the honeycomb units 651, bubbles attached to the upper surface portion 652b of the separation flow passage 652 are discharged upward from the gap portion 659 by buoyancy. Therefore, according to the buoyancy separation unit 650 configured in this way, the gas is appropriately separated from the mixed fluid.
[0143]
Further, in the buoyancy separation unit 650 shown in FIG. 16, since the separation flow passage 652 has a honeycomb shape, the bubbles do not only adhere to the upper surface portion 652b but also two upper slopes in contact with the upper surface portion 652b. It will also adhere to the surface 652d. In other words, according to the present embodiment, bubbles are attached to the inclined surface 652d and grow (because the attached bubbles grow to the upper surface portion 652b along the inclined surface 652d), gas-liquid separation is performed. It can be promoted more.
[0144]
Moreover, in each said embodiment, although two structures (refer FIG. 13 and FIG. 16 etc.) were illustrated and demonstrated as a buoyancy separation part, this invention is not limited to this structure, In mixed fluid The structure of the buoyancy separation unit is not particularly limited as long as gas-liquid separation can be appropriately performed by attaching gas. For example, a bundle of a plurality of pipe members can be used as the buoyancy separation unit. Furthermore, for example, a configuration as shown in FIGS. 17 and 18 may be used as the buoyancy separation unit.
[0145]
Here, FIG. 17 is a schematic perspective view of a buoyancy separation unit according to another configuration. 18 shows a schematic diagram of the buoyancy separation unit shown in FIG. 17, FIG. 18 (a) is a side view of the buoyancy separation unit of FIG. 17, and FIG. 18 (b) is a diagram of FIG. 18 (a). The bb cross-sectional schematic diagram of this is shown.
[0146]
The buoyancy separation unit 850 shown in FIGS. 17 and 18 is integrally provided with a rectification unit. Specifically, as shown in these drawings, the buoyancy separation unit 850 is provided on the mixed fluid inflow side of the buoyancy separation unit 850. A rectifying unit 860 configured by stacking a plurality of expanded metals is attached. The rectifying unit 860 is provided so as to cover the entire surface of the fluid inflow side of a main body portion of a buoyancy separation unit 850 described later.
[0147]
And the main-body part which performs buoyancy separation in the buoyancy separation part 850 is formed by alternately laminating flat plates 851A and bent plates 851B. Specifically, in a state where the plurality of flat plates 851A and the bent plates 851B are alternately stacked, a screw rod portion 853 penetrating them and a nut screwed to the screw rod portion 853 via the attachment plate 855. The unit 854 is integrally configured. Here, the attachment plate 855 has two arcs 855a formed so as to follow the inner shape of the main body body 201 and two holes in which the nuts 854 are attached through the screw rods 853. It is comprised using the attaching part 855b.
[0148]
In the present embodiment, as described above, the buoyancy separation unit 850 is formed by alternately laminating the plurality of flat plates 851A and the bent plates 851B. Therefore, as shown in FIG. A plurality of separation flow passages 852 are formed between them. In the present embodiment, a plurality of holes are formed on the entire surface of the flat plate 851A. For example, a hole having a diameter of 2 mm is substantially the same on the entire surface of the flat plate 851A so that the aperture ratio of the flat plate is about 30%. It is formed with a pitch. Furthermore, the heights of the plurality of separation flow passages 852 are also appropriately set based on the gas levitation speed and the like, as described above (see FIGS. 12 and 16, etc.).
[0149]
As described above, since the present embodiment is configured by laminating the flat plate 851A and the bent plate 851B, the buoyancy separation unit 850 having the plurality of separation flow passages 852 can be easily obtained.
[0150]
Further, according to the present embodiment, since the flat plate 851A forming the separation flow passage 852 is a perforated plate, bubbles attached to the respective wall surfaces forming the separation flow passage 852 are gradually grown through the holes while growing. Therefore, bubbles can be appropriately separated from the mixed fluid.
[0151]
In the embodiment shown in FIGS. 17 and 18, the case where a plurality of holes are perforated on the flat plate has been described. However, the present invention is not limited to this configuration, and a bent plate may be used as necessary. A hole may be perforated, or a hole may be perforated on both the flat plate and the folded plate.
[0152]
Furthermore, as described above, in the buoyancy separation portion configured using a flat plate and a bent plate, a case where a plurality of holes are formed in at least one of the buoyancy separation portions has been described, but the present invention is limited to this configuration. However, for example, in a state where a predetermined gap is provided between the flat plate and the bent plate, these may be integrally configured using a screw rod portion, a nut portion, and the like. With such a configuration, gas can be released from the gap without having a plurality of holes, and thus a gas-liquid separation device capable of appropriately separating gas can be configured.
[0153]
Further, in each of the above embodiments, the case where the magnetostrictive linear displacement sensor is used as the water level gauges 2L and 4L has been described. However, the present invention is not limited to this configuration, and is a capacitance type, an ultrasonic type. Such a sensor may be used.
Here, the “capacitance type” displacement sensor uses capacitance as a measurement principle. Specifically, when a probe formed of a metal rod or the like is put into the liquid, it will be divided into a “immersion part” and a “non-immersion part”, and this “immersion part” is an “non-immersion part”. The capacitance increases compared to. That is, this capacitance type displacement sensor can measure the liquid level position and its change with high accuracy by measuring the increased capacitance.
[0154]
Further, in each of the above embodiments, the oxygen gas separation device is described as having a cylindrical body arranged sideways, and the hydrogen gas separation device as having a Y-shape or the like using a plurality of pipe members or the like. However, the present invention is not limited to this configuration. Therefore, the shape, the number of collision separation portions, and the like are not particularly limited as long as the shape has a collision separation portion inside and facilitates collision separation.
[0155]
In each of the above embodiments, the case where the water level gauge 2L and the valve 2A are used in order to maintain the liquid level in the main body trunk 201 constituting the oxygen gas separation device in a substantially stationary state has been described. The invention is not limited to this configuration. For example, the metering pump may be used to maintain the static state of the liquid surface. Specifically, using a water level meter 2L and a metering pump capable of realizing a metering injection with high accuracy by reciprocating a diaphragm or the like by a signal obtained from the water level meter 2L, the liquid level is static. May be maintained. In addition, when using such a fixed injection pump, you may provide a check valve between a pump and an oxygen gas separator as needed.
[0156]
Furthermore, in each of the above embodiments, the difference between the oxygen gas separation device and the hydrogen gas separation device was not particularly mentioned, but this system also functions as a source of pure water for the oxygen gas separation device. The oxygen gas separation device is preferably configured to have a larger volume than the hydrogen gas separation device.
[0157]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, at least one of the plurality of collision separation units and the buoyancy separation unit is provided in the gas-liquid separation device, and the water level in the device is controlled with high accuracy. It is possible to reduce the size and size of the device. In addition, by using such a gas-liquid separator, the gas generation system can be reduced in size and size.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic system diagram of a gas generation system according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic view showing an example of a water electrolysis apparatus constituting the gas generation system according to FIG. 1, in which FIG. 2 (a) is a plan view of the water electrolysis apparatus, and FIG. 2 (b) is FIG. It is the side view of the II arrow which made some cross sections into a cross section.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the main part of the cross section taken along the line II-II in FIG.
4 is a cross-sectional view showing a main part of a cross section taken along line III-III in FIG.
FIG. 5 is an exploded perspective view of an electrode plate unit constituting the water electrolysis apparatus according to the present embodiment.
6 is a schematic view showing an example of an oxygen separation device constituting the gas generation system according to FIG. 1. FIG.
7 is a view taken along arrow VII-VII in FIG. 6;
8 is a schematic view showing an example of a hydrogen separator constituting the gas generation system according to FIG. 1. FIG.
FIG. 9 is a schematic view showing a hydrogen gas separation device according to another embodiment.
FIG. 10 is a schematic view showing a hydrogen gas separation device according to another embodiment.
FIG. 11 is a schematic view showing another example of the oxygen separator constituting the gas generation system according to FIG. 1;
12 is a cross-sectional view taken along the line XII-XII in FIG.
13 is a schematic perspective view of the buoyancy separation unit shown in FIGS. 11 and 12. FIG.
14 is a schematic perspective view of a rectifying unit constituting the oxygen separation device of FIG. 11. FIG.
15 is a schematic perspective view of a diffuser part constituting the oxygen separation device of FIG. 11. FIG.
FIG. 16 is a schematic perspective view of a buoyancy separation unit according to another embodiment.
FIG. 17 is a schematic perspective view of a buoyancy separation unit according to another embodiment.
18 is a schematic diagram of the buoyancy separation unit shown in FIG. 17, in which FIG. 18 (a) is a side view, and FIG. 18 (b) is a schematic cross-sectional view taken along line bb of FIG.
FIG. 19 is a part of a schematic system diagram of a gas generation system according to the prior art.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Water electrolyzer, 2, 2 '... Oxygen gas separator, 2A ... Make-up water control valve, 2L ... 1st water level meter, 2L1 ... Probe part, 2L2 ... Float part, 4, 4', 4 '' ... Hydrogen Gas separation device, 4A ... pure water discharge valve, 4L ... second water level gauge, 4L1 ... probe part, 4L2 ... float part, 5 ... pure water supply pipe part, 7 ... pure water supply pipe part, 8 ... circulating water pump, DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 ... Heat exchanger, 10 ... Polisher, 11 ... Filter, 12 ... Water quality warning means, 13 ... Water temperature warning means, 14 ... Hydrogen gas conveyance piping part, 15 ... Pure water return piping part, 16 ... Oxygen gas conveyance piping part, 21 ... Hydrogen gas supply piping part, 23 ... Hydrogen gas dehumidification part, 31 ... Oxygen gas supply piping part
DESCRIPTION OF SYMBOLS 102 ... Solid electrolyte membrane, 103 ... Electrode plate unit, 104 ... Electrode plate, 104a ... Plate part (inner part), 104b ... Peripheral part, 105 ... Porous electric power supply, 106, 106a, 106b, 106c, 106d ... Spacer 107 ... Seal member 109, 109a, 109b, 109c, 109d ... Insulating sheet, 110 ... Shim, 111 ... Groove (slot for seal member), 112a ... Projection (outside projection), 112b ... Projection ( 113 ... oxygen hole, 114 ... hydrogen hole, 115, 116 ... pure water hole, 117 ... O-ring groove, 118 ... hydrogen groove, 119 ... oxygen groove, 120 ... pure water Groove, 120a ... recess, 120b ... small groove, 121 ... O-ring, 122 ... end plate, 123 ... clamping bolt, 124 ... nut, 125 ... disc spring
A ... oxygen generation chamber, C ... hydrogen generation chamber
DESCRIPTION OF SYMBOLS 201 ... Main body trunk | drum, 202 ... Perforated plate, 203 ... All screw bolts, 210 ... Fluid inflow part, 211 ... Inflow port, 215 ... Diffuser part, 215a ... Main body part, 215b ... First shielding part, 215c ... Second shielding part 215d ... missing portion, 216 ... first insertion tube, 217 ... second insertion tube, 220 ... pure water outflow portion, 221 ... outflow port, 230 ... oxygen gas outflow portion, 231 ... oxygen gas supply port, 232 ... steel wire 233 ... perforated plate, 250 ... buoyancy separation part, 251 ... flat plate member, 251a, 251b ... end, 252 ... separation flow path, 260 ... rectification part, 261 ... pipe member, 262 ... expanded metal, 263 ... ring-shaped member
400 ... apparatus main body part, 410 ... fluid inflow part, 411 ... inflow port, 412 ... steel wire, 413 ... perforated plate, 420 ... connected storage part, 421 ... outflow port, 430 ... hydrogen gas outflow part, 431 ... hydrogen gas supply Mouth, 432 ... Steel wire, 433 ... Perforated plate
650 ... Buoyancy separation part, 651 ... Honeycomb unit, 652 ... Separation flow path, 652b ... Inclined surface, 659 ... Cavity part
711 ... Inlet, 712, 722, 732 ... Steel wire, 719 ... Twist piece, 721 ... Outlet, 731 ... Hydrogen gas supply port, 740 ... Water seal part
850 ... Buoyancy separation part, 851A ... Flat plate (porous flat plate), 851B ... Bending plate, 852 ... Separation flow path, 853 ... Screw rod part, 854 ... Nut part, 855 ... Mounting plate, 855a ... Arc part, 855b ... Attachment Part, 860 ... rectification part

Claims (14)

固体電解質膜によって陽極側と陰極側とに隔離された水電解装置を有し、前記水電解装置に純水を供給して前記陰極側および陽極側の少なくとも一方からガスを発生させるガス発生システムであって、
前記水電解装置と前記発生ガス使用箇所との間に、前記発生ガスと純水との混合流体の気液分離を行う気液分離装置が設けられており、
前記気液分離装置が、前記混合流体中のガスを付着させて分離させ得る浮力分離部を有し、該浮力分離部が、前記混合流体を略水平方向に流通させ、上面部にガスを接触させ付着させる、複数の平板部材で形成された複数の分離流通路を有することを特徴とするのガス発生システム。A gas generation system having a water electrolysis device separated on the anode side and the cathode side by a solid electrolyte membrane, supplying pure water to the water electrolysis device and generating gas from at least one of the cathode side and the anode side There,
A gas-liquid separation device is provided between the water electrolysis device and the generated gas use location to perform gas-liquid separation of a mixed fluid of the generated gas and pure water,
The gas-liquid separation device, have a buoyancy separation unit which can be separated by attaching gas in the mixed fluid,該浮force separating unit is substantially caused to flow in a horizontal direction the fluid mixture, contacting the gas in the top portion A gas generation system having a plurality of separation flow passages formed by a plurality of flat plate members to be attached . 固体電解質膜によって陽極側と陰極側とに隔離された水電解装置を有し、前記水電解装置に純水を供給して前記陰極側および陽極側の少なくとも一方からガスを発生させるガス発生システムであって、A gas generation system having a water electrolysis device separated into an anode side and a cathode side by a solid electrolyte membrane and supplying pure water to the water electrolysis device to generate gas from at least one of the cathode side and the anode side There,
前記水電解装置と前記発生ガス使用箇所との間に、前記発生ガスと純水との混合流体の気液分離を行う気液分離装置が設けられており、  Between the water electrolysis device and the generated gas use location, a gas-liquid separation device that performs gas-liquid separation of a mixed fluid of the generated gas and pure water is provided,
前記気液分離装置が、前記混合流体中のガスを付着させて分離させ得る浮力分離部を有し、  The gas-liquid separation device has a buoyancy separation unit capable of attaching and separating the gas in the mixed fluid;
前記浮力分離部が、前記混合流体を略水平方向に流通させ得る、複数の分離流通路を有し、  The buoyancy separation unit has a plurality of separation flow passages through which the mixed fluid can be circulated in a substantially horizontal direction,
前記浮力分離部が、平板と折り曲げ板とを交互に積層して構成されており、前記平板と前記折り曲げ板との間で形成される複数の空間が前記複数の分離流通路を成し、前記平板および前記折り曲げ板の少なくとも一方に複数の孔部が穿孔されていることを特徴とするガス発生システム。  The buoyancy separation unit is configured by alternately laminating flat plates and bent plates, and a plurality of spaces formed between the flat plates and the bent plates form the plurality of separation flow paths, A gas generation system, wherein a plurality of holes are perforated in at least one of a flat plate and the bent plate. 前記分離流通路を形成する上面部の少なくとも一部が、水平面に対して所定の角度を有している請求項１又は２に記載のガス発生システム。The separating at least a portion of the upper surface portion for forming the flow passage, a gas generating system according to claim 1 or 2 has a predetermined angle with respect to the horizontal plane. 前記分離流通路の所定箇所に、空隙部が設けられている請求項１から３のいずれか１項に記載のガス発生システム。The gas generation system according to any one of claims 1 to 3 , wherein a gap is provided at a predetermined location of the separation flow passage. 前記気液分離装置が、前記気液分離装置内の液面をほぼ静止状態に維持し、前記気液分離装置内面と前記液面との間に所定の間隔を有すべく、前記液面を調整可能な水位調整手段を有する請求項１から４のいずれか１項に記載のガス発生システム。The gas-liquid separation device maintains the liquid level in the gas-liquid separation device in a substantially stationary state, and the liquid level is set so as to have a predetermined interval between the gas-liquid separation device inner surface and the liquid level. The gas generation system according to any one of claims 1 to 4 , further comprising an adjustable water level adjusting means. 前記水位調整手段が、磁歪式または静電容量式の水位計を用いて構成されている請求項５に記載のガス発生システム。The gas generation system according to claim 5 , wherein the water level adjusting means is configured using a magnetostrictive or electrostatic capacity type water level gauge. 前記混合流体を流入させる流入口が、前記気液分離装置の液相部に設けられている請求項１から６のいずれか１項に記載のガス発生システム。The gas generation system according to any one of claims 1 to 6 , wherein an inflow port through which the mixed fluid flows is provided in a liquid phase portion of the gas-liquid separation device. 固体電解質膜によって陽極側と陰極側とに隔離された水電解装置に純水を供給して発生するガスと、前記純水とから成る混合流体の気液分離を行う気液分離装置であって、
前記混合流体中のガスを付着させて分離させ得る浮力分離部を有し、
該浮力分離部が、前記混合流体を略水平方向に流通させ、上面部にガスを接触させ付着させる、複数の平板部材で形成された複数の分離流通路を有することを特徴とする気液分離装置。A gas-liquid separation device for performing gas-liquid separation of a mixed fluid composed of a pure water and a gas generated by supplying pure water to a water electrolysis device separated into an anode side and a cathode side by a solid electrolyte membrane. ,
Have a buoyancy separation unit which can be separated by attaching gas in the mixed fluid,
The gas-liquid separation characterized in that the buoyancy separation part has a plurality of separation flow passages formed of a plurality of flat plate members for causing the mixed fluid to flow in a substantially horizontal direction and for contacting and adhering gas to the upper surface part. apparatus. 固体電解質膜によって陽極側と陰極側とに隔離された水電解装置に純水を供給して発生するガスと、前記純水とから成る混合流体の気液分離を行う気液分離装置であって、
前記浮力分離部が、前記混合流体を略水平方向に流通させ得る、複数の分離流通路を有し、
前記浮力分離部が、平板と折り曲げ板とを交互に積層して構成されており、前記平板と前記折り曲げ板との間で形成される複数の空間が前記複数の分離流通路を成し、前記平板 および前記折り曲げ板の少なくとも一方に複数の孔部が穿孔されていることを特徴とする気液分離装置。 A gas-liquid separation device that performs gas-liquid separation of a mixed fluid composed of pure water and a gas generated by supplying pure water to a water electrolysis device separated on the anode side and the cathode side by a solid electrolyte membrane. ,
The buoyancy separation unit has a plurality of separation flow passages through which the mixed fluid can be circulated in a substantially horizontal direction,
The buoyancy separation unit is configured by alternately laminating flat plates and bent plates, and a plurality of spaces formed between the flat plates and the bent plates form the plurality of separation flow paths, A gas-liquid separation device, wherein a plurality of holes are perforated in at least one of a flat plate and the bent plate . 前記分離流通路を形成する上面部の少なくとも一部が、水平面に対して所定の角度を有している請求項８又は９に記載の気液分離装置。The gas-liquid separation device according to claim 8 or 9 , wherein at least a part of an upper surface portion forming the separation flow passage has a predetermined angle with respect to a horizontal plane. 前記分離流通路の所定箇所に、空隙部が設けられている請求項８から１０のいずれか１項に記載の気液分離装置。The gas-liquid separator according to any one of claims 8 to 10 , wherein a gap is provided at a predetermined location of the separation flow passage. 前記気液分離装置内の液面をほぼ静止状態に維持し、前記気液分離装置内面と前記液面との間に所定の間隔を有すべく、前記液面を調整可能な水位調整手段が設けられている請求項８から１１のいずれか１項に記載の気液分離装置。A water level adjusting means capable of adjusting the liquid level so as to maintain the liquid level in the gas-liquid separator substantially stationary and to have a predetermined interval between the inner surface of the gas-liquid separator and the liquid level. The gas-liquid separator according to any one of claims 8 to 11 , which is provided. 前記水位調整手段が、磁歪式または静電容量式の水位計を用いて構成されている請求項１２に記載の気液分離装置。The gas-liquid separation device according to claim 12 , wherein the water level adjusting means is configured using a magnetostrictive or electrostatic capacity type water level gauge. 前記混合流体を流入させる流入口が、気液分離装置の液相部に設けられている請求項８から１３のいずれか１項に記載の気液分離装置。The gas-liquid separation device according to any one of claims 8 to 13 , wherein an inflow port through which the mixed fluid flows is provided in a liquid phase portion of the gas-liquid separation device.
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