JP4146388B2 - Water electrolysis apparatus and method - Google Patents

Water electrolysis apparatus and method Download PDF

Info

Publication number
JP4146388B2
JP4146388B2 JP2004148125A JP2004148125A JP4146388B2 JP 4146388 B2 JP4146388 B2 JP 4146388B2 JP 2004148125 A JP2004148125 A JP 2004148125A JP 2004148125 A JP2004148125 A JP 2004148125A JP 4146388 B2 JP4146388 B2 JP 4146388B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
water
water electrolysis
oxygen
hydrogen
chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2004148125A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2005330514A (en
Inventor
雅幸 深川
靖崇 浦下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP2004148125A priority Critical patent/JP4146388B2/en
Publication of JP2005330514A publication Critical patent/JP2005330514A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4146388B2 publication Critical patent/JP4146388B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/36Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Description

本発明は、例えば固体高分子電解質膜を隔膜として用いて水を電気分解して酸素及び水素を製造する水電解装置及び方法に関する。   The present invention relates to a water electrolysis apparatus and method for producing oxygen and hydrogen by electrolyzing water using, for example, a solid polymer electrolyte membrane as a diaphragm.

図10を参照して従来の固体高分子膜型水分解装置を説明する。図10に示すように、固体高分子電解質膜111によって内部が陽極室112と陰極室113に区画された水電解槽114と、上記陽極室112の固体高分子電解質膜111側に電解水115を供給する水供給手段と、水電解により発生した酸素(O2 )及び水素(H2 )を分離する酸素分離手段及び水素分離手段とを具備してなる固体高分子膜型水電解装置であって、上記固体高分子電解質膜111が鉛直方向に立設されてなる水電解槽114の上方に水供給タンク120を設置してなり、水供給タンク120からの水を循環水121として固体高分子電解質膜111に自然循環しつつ供給するようにしている。すなわち、上記電解槽114内の固体高分子電解質膜111は鉛直軸方向に立設されており、上記陰極室113側に循環水121を供給する循環水供給手段122は、電解槽114の上方側に設置してなる水供給タンク120と、上記水供給タンク120からの循環水121を自然落下による降下流を電解質膜の下端側から供給しつつ循環させる降下ライン123と、発生した水素(H2 )を上昇流として循環水と共に水素(H2)/水(H2 O)の二層流124として水素分離手段へ送給する上昇ライン125とを備えてなるものである。 A conventional solid polymer membrane water splitting apparatus will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 10, a water electrolysis tank 114 whose interior is partitioned into an anode chamber 112 and a cathode chamber 113 by a solid polymer electrolyte membrane 111, and electrolyzed water 115 on the solid polymer electrolyte membrane 111 side of the anode chamber 112. A solid polymer membrane water electrolyzer comprising: a water supply means for supplying; an oxygen separation means for separating oxygen (O 2 ) and hydrogen (H 2 ) generated by water electrolysis; and a hydrogen separation means. A water supply tank 120 is installed above a water electrolysis tank 114 in which the solid polymer electrolyte membrane 111 is erected in the vertical direction, and water from the water supply tank 120 is used as circulating water 121 to form a solid polymer electrolyte. The film 111 is supplied while being naturally circulated. That is, the solid polymer electrolyte membrane 111 in the electrolytic cell 114 is erected in the vertical axis direction, and the circulating water supply means 122 for supplying the circulating water 121 to the cathode chamber 113 side is provided above the electrolytic cell 114. A water supply tank 120 installed in the water supply line, a descending line 123 for circulating the circulating water 121 from the water supply tank 120 while supplying a descending flow due to natural fall from the lower end side of the electrolyte membrane, and generated hydrogen (H 2 ) As an upward flow and an ascending line 125 for supplying hydrogen (H 2 ) / water (H 2 O) as a two-layer flow 124 to the hydrogen separation means together with the circulating water.

一方、酸素側においては、水供給タンク132から供給された電解水115を約60℃程度まで冷却する冷却手段133と、該冷却手段133の下流側に介装され水中の汚染物を除去するフィルタ134と、該フィルタ134の下流側に介装され電解水を80℃以上まで加熱する加熱手段135と、電解水を循環させる循環ポンプ136とを備えてなり、電解水115を陽極室112内に供給して酸素(O2 )/水(H2 O)の二層流137を形成している。上記水供給タンク132は循環水側のタンク120と同様に、気水分離機能を有しており、酸素を分離している。 On the oxygen side, on the other hand, a cooling means 133 that cools the electrolyzed water 115 supplied from the water supply tank 132 to about 60 ° C., and a filter that is interposed downstream of the cooling means 133 and removes contaminants in the water. 134, a heating means 135 that is interposed downstream of the filter 134 and heats the electrolyzed water to 80 ° C. or higher, and a circulation pump 136 that circulates the electrolyzed water. The electrolyzed water 115 is placed in the anode chamber 112. Supplying a two-layer flow 137 of oxygen (O 2 ) / water (H 2 O). Similar to the tank 120 on the circulating water side, the water supply tank 132 has an air-water separation function and separates oxygen.

このように、電解質膜111で発生する水素が、水電解槽114の上方側に設置した水タンク120からの自然循環水によって膜の下端側から入流され、膜に沿って上昇する際に、上昇二層流として膜の界面から水素を取り除くことになるので、気泡の抜けが良好となり、電解効率を向上するようにしている。なお、電解効率向上のためには通常膜を立設してなるセルを複数集合させてスタックを構成して多量の酸素及び水素の製造をしている。
この結果、水素側における気泡の抜けが良好となるので固体高分子電解質膜111に対しての電流密度を、例えば1〜3A/cm2 程度と向上させることができる。このときの上昇流の流速としては、0.3〜1.0m/s程度としている。ここで、上記水供給タンク120は、水素分離手段を兼用しており、水素を分離する気水分離タンクを構成している(特許文献1)。
As described above, the hydrogen generated in the electrolyte membrane 111 is introduced from the lower end side of the membrane by the natural circulation water from the water tank 120 installed on the upper side of the water electrolysis tank 114, and rises when rising along the membrane. Since hydrogen is removed from the interface of the film as a two-layer flow, the bubbles are easily removed and the electrolysis efficiency is improved. In order to improve the electrolytic efficiency, a large amount of oxygen and hydrogen are usually produced by assembling a plurality of cells each having a standing membrane to form a stack.
As a result, the bubble escape on the hydrogen side is improved, so that the current density with respect to the solid polymer electrolyte membrane 111 can be improved to, for example, about 1 to 3 A / cm 2 . At this time, the flow rate of the upward flow is about 0.3 to 1.0 m / s. Here, the water supply tank 120 also serves as a hydrogen separation means, and constitutes an air / water separation tank for separating hydrogen (Patent Document 1).

特開2002−285368号公報JP 2002-285368 A

しかしながら、水の電気分解により発生した水素が陽極室112から陰極室113側に移動する際に、水も同伴するので、水素側の水供給タンク120内に循環水121が溜まるという、問題がある。このため、なお、余剰の水は別途廃棄するか、酸素側の水供給タンク132にポンプを介して供給する必要がある。   However, when hydrogen generated by electrolysis of water moves from the anode chamber 112 to the cathode chamber 113 side, water also accompanies, so that there is a problem that circulating water 121 accumulates in the water supply tank 120 on the hydrogen side. . For this reason, it is necessary to discard surplus water separately or supply it to the oxygen-side water supply tank 132 via a pump.

また、電解水115を浄化するために、フィルタを設置しているが、電解水115を浄化するために大掛かりな装置となる。   Further, although a filter is installed to purify the electrolyzed water 115, it becomes a large-scale apparatus for purifying the electrolyzed water 115.

また、特許文献1のような装置では配管が水電解槽114の周囲に張り巡らされ、複雑であるとともに、熱効率の損失が大きなものとなるので、コンパクトで且つ熱効率が向上した水電解設備の出現が望まれている。   In addition, in an apparatus such as Patent Document 1, pipes are stretched around the water electrolysis tank 114, which is complicated and has a large loss of thermal efficiency. Thus, the appearance of a water electrolysis facility that is compact and has improved thermal efficiency. Is desired.

本発明は、前記問題に鑑み、水電解設備のコンパクト化を図ると共に、長期間に亙って安定して運転することができ、且つ所内効率が大幅に向上する水電解装置及び方法を提供することを課題とする。   In view of the above problems, the present invention provides a water electrolysis apparatus and method that can reduce the size of water electrolysis equipment, can be stably operated over a long period of time, and can greatly improve in-house efficiency. This is the issue.

上述した課題を解決するための本発明の第1の発明は、容器本体内に設けられ、循環する循環水を浄化する浄化層と、前記容器本体の頂部から垂下し、容器本体内を第1の部屋と第2の部屋とに分離する仕切り板と、前記容器本体の外部に設けられ、循環水を電気分解して水素と酸素を発生する水電解スタックと、該水電解スタックに浄化した循環水を供給する水供給管と、前記水電解スタックから循環水に同伴されてなる水素/水・二層流を容器本体の第1の部屋に送給する第1の送給管と、前記水電解スタックから循環水に同伴されてなる酸素/水・二層流を容器本体の第2の部屋に送給する第2の送給管と、前記第1の部屋から水素を排出する水素排出部と、前記第2の部屋から酸素を排出する酸素排出部とを具備してなり、水電解スタックに供給する循環水を浄化しつつ自然循環してなることを特徴とする水電解装置にある。   A first invention of the present invention for solving the above-described problems is provided in a container body, purifies the circulating water to be circulated, and hangs down from the top of the container body, and the container body is first A partition plate that is separated into the chamber and the second chamber, a water electrolysis stack that is provided outside the container body and generates hydrogen and oxygen by electrolyzing the circulating water, and a circulation purified in the water electrolysis stack A water supply pipe for supplying water, a first feed pipe for feeding a hydrogen / water / two-layer flow entrained by circulating water from the water electrolysis stack to a first chamber of the container body, and the water A second supply pipe for supplying oxygen / water / two-layer flow accompanying the circulating water from the electrolytic stack to the second chamber of the container body, and a hydrogen discharge section for discharging hydrogen from the first chamber And an oxygen discharge part for discharging oxygen from the second chamber, While purifying circulating water supplied to click in the water electrolysis apparatus characterized by formed by natural circulation.

第2の発明は、第1の発明において、前記容器本体が耐圧容器であることを特徴とする水電解装置にある。   A second invention is the water electrolysis apparatus according to the first invention, wherein the container body is a pressure vessel.

第3の発明は、第1又は2の発明において、前記水供給管が水電解スタックの酸素側及び水素側に各々供給するものであることを特徴とする水電解装置にある。   A third invention is the water electrolysis apparatus according to the first or second invention, wherein the water supply pipe supplies the oxygen side and the hydrogen side of the water electrolysis stack.

第4の発明は、耐圧容器本体内に設けられ、循環する循環水を浄化する浄化層と、前記耐圧容器本体の頂部から垂下し、容器本体内を第1の部屋と第2の部屋とに分離する仕切り板と、前記耐圧容器の本体下部に設けられ、浄化した循環水を電気分解して水素と酸素を発生する水電解スタックと、該水電解スタックに浄化した循環水を供給する水供給部と、前記水電解スタックから循環水に同伴されてなる水素/水・二層流を容器本体の第1の部屋に送給する第1の送給管と、前記水電解スタックから循環水に同伴されてなる酸素/水・二層流を容器本体の第2の部屋に送給する第2の送給管と、前記第1の部屋から水素を排出する水素排出部と、前記第2の部屋から酸素を排出する酸素排出部とを具備してなり、水電解スタックに供給する循環水を浄化しつつ自然循環してなることを特徴とする水電解装置にある。   4th invention is provided in the pressure vessel main body, purifies the circulating water which circulates, and hangs down from the top part of the pressure vessel main body, and the inside of the container main body is divided into the first chamber and the second chamber. A partition plate to be separated; a water electrolysis stack that is provided at a lower portion of the main body of the pressure vessel and electrolyzes the purified circulating water to generate hydrogen and oxygen; and a water supply that supplies the purified circulating water to the water electrolysis stack A first feed pipe for feeding a hydrogen / water / two-layer flow entrained in the circulating water from the water electrolysis stack to the first chamber of the container main body, and circulating water from the water electrolysis stack A second feed pipe for feeding the accompanying oxygen / water / two-layer flow to the second chamber of the container body, a hydrogen discharge section for discharging hydrogen from the first chamber, and the second It is equipped with an oxygen discharge part that discharges oxygen from the room and supplies it to the water electrolysis stack While purifying ring water in the water electrolysis apparatus characterized by formed by natural circulation.

第5の発明は、第4の発明において、前記水供給部が水電解スタックの酸素側及び水素側に各々供給するものであることを特徴とする水電解装置にある。   A fifth invention is the water electrolysis apparatus according to the fourth invention, wherein the water supply section supplies the oxygen side and the hydrogen side of the water electrolysis stack.

第6の発明は、第1乃至5のいずれか一つの発明において、前記浄化層がイオン交換樹脂からなることを特徴とする水電解装置にある。   A sixth invention is the water electrolysis apparatus according to any one of the first to fifth inventions, wherein the purification layer is made of an ion exchange resin.

第7の発明は、第1乃至6のいずれか一つの発明において、前記容器本体の周囲に保温材が設けられていることを特徴とする水電解装置にある。   A seventh invention is the water electrolysis apparatus according to any one of the first to sixth inventions, wherein a heat insulating material is provided around the container body.

第8の発明は、第1乃至7のいずれか一つの発明において、前記浄化した循環水を加温する加温部が設けられていることを特徴とする水電解装置にある。   An eighth invention is the water electrolysis apparatus according to any one of the first to seventh inventions, wherein a heating unit for heating the purified circulating water is provided.

第9の発明は、第1乃至8のいずれか一つの発明において、前記容器本体内に外部より循環水を補充する給水部が設けられていることを特徴とする水電解装置にある。   A ninth invention is the water electrolysis apparatus according to any one of the first to eighth inventions, wherein a water supply unit for replenishing circulating water from the outside is provided in the container body.

第10の発明は、第1乃至9のいずれか一つの発明において、前記電解スタックを構成するセルが一対のセパレータと、該セパレータの間に設けられた固体高分子電解質膜と、該固体高分子電解質膜とセパレータの間に介装され、水の流動抵抗が小さいと共に電気抵抗が小さい給電体とからなることを特徴とする水電解装置にある。   According to a tenth aspect of the invention, in any one of the first to ninth aspects, the cell constituting the electrolytic stack includes a pair of separators, a solid polymer electrolyte membrane provided between the separators, and the solid polymer. The water electrolysis apparatus is characterized in that it is interposed between an electrolyte membrane and a separator, and is composed of a power feeding body that has a low water flow resistance and a low electric resistance.

第11の発明は、第1乃至10のいずれか一つの水電解装置を用い、水電解スタックに供給する循環水を浄化しつつ自然循環して水電気分解して水素と酸素とを得ることを特徴とする水電解方法にある。   The eleventh aspect of the present invention is to use any one of the first to tenth water electrolysis apparatuses to purify the circulating water supplied to the water electrolysis stack while naturally circulating and electrolyzing the water to obtain hydrogen and oxygen. The water electrolysis method is characterized.

本発明によれば、自然循環により循環水を水電解スタックに供給するので、従来のような循環水を循環させるポンプが不要となり、装置が簡略化すると共に所内効率の向上を図ることができる。また、容器本体内に浄化層を配設するので、従来のように浄化装置を外部に設置する必要がなくなり、設備のコンパクト化を図ることができる。また、水素同伴水と酸素同伴水を浄化層で浄化した後、一体化するので、従来のようなポンプを用いて余剰水を供給する必要がなくなり、透過水の再利用を図ることができる。これらの結果、水電解装置の系統内の簡素化を図ることができるので、熱的自立を確立することができ、長期間に亙って安定して水電解することができる。   According to the present invention, since the circulating water is supplied to the water electrolysis stack by natural circulation, a conventional pump for circulating the circulating water becomes unnecessary, the apparatus can be simplified and the in-house efficiency can be improved. Further, since the purification layer is disposed in the container body, it is not necessary to install the purification device outside as in the conventional case, and the equipment can be made compact. Further, since the hydrogen-entrained water and the oxygen-entrained water are integrated after being purified by the purification layer, it is not necessary to supply surplus water using a conventional pump, and the permeated water can be reused. As a result, since the simplification in the system of the water electrolysis apparatus can be achieved, thermal independence can be established, and water electrolysis can be stably performed over a long period of time.

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art or those that are substantially the same.

本発明による実施例に係る水電解装置について、図面を参照して説明する。図1は、実施例1に係る水電解装置を示す概略斜視図であり、図2はその縦断面図(図4のA―A矢視断面図)、図3はその正面図、図4は図3のB−B矢視図である。
これらの図面に示すように、本実施例に係る水電解装置10は、容器本体11内の下端面から所定間隔を有して設けられ、循環する循環水12を浄化する浄化層13と、容器本体11の頂部11aから垂下し、容器本体11内を第1の部屋14−1と第2の部屋14−2とに分離する仕切板25と、容器本体11の外部に設けられ、循環水を電気分解して水素と酸素を発生する水電解スタック15と、該水電解スタック15に浄化した循環水16を供給する水供給管17と、水電解スタック15から循環水に同伴されてなる水素/水・二層流18−1を容器本体11の第1の部屋14−1に送給する第1の送給管19−1と、水電解スタック15から循環水に同伴されてなる酸素/水・二層流18−2を容器本体11の第2の部屋14−2に送給する第2の送給管19−2と、第1の部屋14−1から水素を排出する水素排出部20と、第2の部屋14−2から酸素を排出する酸素排出部21とを具備してなり、水電解スタック15に供給する循環水12を浄化しつつ自然循環してなるものである。
図2中、符号30は保温材、31はヒータ等による加熱部である。
A water electrolysis apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a schematic perspective view showing a water electrolysis apparatus according to Example 1, FIG. 2 is a longitudinal sectional view thereof (sectional view taken along the line AA in FIG. 4), FIG. 3 is a front view thereof, and FIG. It is a BB arrow line view of FIG.
As shown in these drawings, a water electrolysis apparatus 10 according to the present embodiment is provided with a predetermined interval from a lower end surface in a container body 11, and a purification layer 13 for purifying circulating water 12 that circulates, and a container A partition plate 25 that hangs down from the top portion 11a of the main body 11 and separates the inside of the container main body 11 into a first chamber 14-1 and a second chamber 14-2, and is provided outside the container main body 11 for circulating water. A water electrolysis stack 15 that generates hydrogen and oxygen by electrolysis, a water supply pipe 17 that supplies purified water 16 to the water electrolysis stack 15, and hydrogen / Oxygen / water entrained by circulating water from the first feeding pipe 19-1 for feeding the water / two-layer flow 18-1 to the first chamber 14-1 of the container body 11 and the water electrolysis stack 15. The two-layer flow 18-2 is transferred to the second chamber 14-2 of the container body A second feed pipe 19-2 for feeding, a hydrogen discharger 20 for discharging hydrogen from the first chamber 14-1, and an oxygen discharger 21 for discharging oxygen from the second chamber 14-2. Thus, the circulating water 12 supplied to the water electrolysis stack 15 is naturally circulated while purifying it.
In FIG. 2, reference numeral 30 denotes a heat insulating material, and 31 denotes a heating unit such as a heater.

ここで、本実施例では、前記容器本体11を仕切る仕切板25により容器本体内を第1の部屋14−1と第2の部屋14−2とに分離しているが、前記仕切板25は少なくとも浄化層に接するようにすることが望ましい。これは第1の部屋14−1で発生する水素と第2の部屋14−2で発生する酸素との接触を防止する必要があるからである。よって、より望ましくは仕切り板が浄化層13の下方部まで垂下しているほうがよい。   Here, in this embodiment, the inside of the container body is separated into the first chamber 14-1 and the second chamber 14-2 by the partition plate 25 that partitions the container body 11, but the partition plate 25 is It is desirable to contact at least the purification layer. This is because it is necessary to prevent contact between hydrogen generated in the first chamber 14-1 and oxygen generated in the second chamber 14-2. Therefore, it is more desirable that the partition plate hangs down to the lower part of the purification layer 13.

また、発生する水素と酸素とが接触することがないように、水素/水・二層流18−1を第1の部屋14−1に送給する第1の送給管19−1に連結された水素発生管19−1aと、酸素/水・二層流18−2を第2の部屋14−2に送給する第2の送給管19−2に連結された酸素発生管19−2aの出口部分の周囲をかこむように例えばセラミックスや焼結材料等で覆い、下方側へ水素又は酸素の移動を防止するようにしてもよい。この場合には、水素と酸素が交わることがないので、仕切板25は浄化層13まで到達していなくてもよい。   Moreover, it connects with the 1st supply pipe | tube 19-1 which supplies hydrogen / water and the two-layer flow 18-1 to the 1st chamber 14-1 so that the generated hydrogen and oxygen may not contact. The oxygen generation pipe 19-1 connected to the hydrogen supply pipe 19-1a and the second feed pipe 19-2 for feeding the oxygen / water / two-layer flow 18-2 to the second chamber 14-2. For example, it may be covered with ceramics, a sintered material or the like so as to surround the periphery of the outlet portion of 2a to prevent the movement of hydrogen or oxygen downward. In this case, since hydrogen and oxygen do not cross each other, the partition plate 25 may not reach the purification layer 13.

また、容器本体内の水面を一定にするように図示しない圧力計により、各部屋の圧力を測定し、各部屋が均圧となるように調整するようにしている。   Further, the pressure in each room is measured by a pressure gauge (not shown) so that the water surface in the container body is constant, and the pressure is adjusted so that each room has a uniform pressure.

このため、水素ガスの水素排出部20には水素ガス排出管20aが接続され、バルブ20bの開閉により適宜調整している。同様に、酸素ガスの酸素排出部21には酸素ガス排出管21aが接続され、バルブ21bの開閉により適宜調整している。   For this reason, a hydrogen gas discharge pipe 20a is connected to the hydrogen discharge portion 20 of the hydrogen gas, and is adjusted as appropriate by opening and closing the valve 20b. Similarly, an oxygen gas discharge pipe 21a is connected to the oxygen gas discharge section 21 and is adjusted as appropriate by opening and closing the valve 21b.

また、図2に示すように、水電解により水が消費されるので、容器本体11には水レベル計43を設置し、ボールタップ41等により所定量の水が給水管を介して給水42されるようにしている。   Further, as shown in FIG. 2, since water is consumed by water electrolysis, a water level meter 43 is installed in the container body 11, and a predetermined amount of water is supplied 42 via a water supply pipe by a ball tap 41 or the like. I am doing so.

本実施例では容器本体11内を加圧しているが、本発明はこれに限定されず、常圧であってもよい。なお、外部に電解スタックを設置する場合には、セルのシール性から数から数10圧とするのが好ましい。これにより、高圧の水素ガスを得ることができる。   In the present embodiment, the inside of the container main body 11 is pressurized, but the present invention is not limited to this and may be normal pressure. In addition, when installing an electrolytic stack outside, it is preferable to set it to several to several tens of pressures from the sealing property of a cell. Thereby, high-pressure hydrogen gas can be obtained.

また、図9に示すように容器本体を耐圧容器71として、数気圧〜800気圧とするようにしてもよい。
この場合には、容器本体71内に支持部15aにより支持された電解スタック15を浄化層13の下部に設置している。そして、電解スタック15下側に設けた各々設けた水供給口に酸素側循環水及び水素側循環水を供給している。また、循環水の流れをクロスするように供給することにより、電解スタック15内部に熱の片寄りを是正し、均温化を図ることができる。
In addition, as shown in FIG. 9, the container main body may be set to several to 800 atmospheres as the pressure resistant container 71.
In this case, the electrolytic stack 15 supported by the support portion 15 a in the container main body 71 is installed below the purification layer 13. And the oxygen side circulating water and the hydrogen side circulating water are supplied to each water supply port provided below the electrolytic stack 15. Further, by supplying the circulating water so as to cross, it is possible to correct the deviation of heat inside the electrolytic stack 15 and to equalize the temperature.

この結果、高圧の水素を得ることができるので、コンプレッサ等を用いることなくそのまま例えば水素自動車等の燃料タンクに供給することができる。よって、高い高圧容器内部に水電解スタック15を配設すると共に、該水電解スタック15に供給する電解水を自然循環とすることができるので、コンパクトを図ると共に所内効率がさらに向上する。   As a result, since high-pressure hydrogen can be obtained, it can be supplied as it is, for example, to a fuel tank such as a hydrogen automobile without using a compressor or the like. Therefore, since the water electrolysis stack 15 is disposed inside the high pressure vessel and the electrolyzed water supplied to the water electrolysis stack 15 can be naturally circulated, it is possible to achieve compactness and further improve the in-house efficiency.

ここで、本実施例の浄化層13は例えば直径数mm程度のイオン交換樹脂から構成されている。イオン交換樹脂を充填するために、容器本体11の下端面から所定の距離で網又は細孔を有する支持部材13aが設けられており、この支持部材13aにイオン交換樹脂を充填している。この充填量は循環水を効率よく浄化する量とすればよく、またその厚さは後述する循環水の圧力損失に繋がるので、圧力損失がバランスするような所定の厚さとすればよい。   Here, the purification layer 13 of the present embodiment is made of, for example, an ion exchange resin having a diameter of about several millimeters. In order to fill the ion exchange resin, a support member 13a having a net or pores is provided at a predetermined distance from the lower end surface of the container body 11, and the support member 13a is filled with the ion exchange resin. The filling amount may be an amount that efficiently purifies the circulating water, and the thickness leads to the pressure loss of the circulating water described later, and therefore may be a predetermined thickness that balances the pressure loss.

この浄化層13の例えばイオン交換樹脂等を循環水が通過することにより循環水中の不純物を除去し、水電解効率の向上を図ることができる。すわなち、供給した外部からの水や水電解時により発生する不純物が水電解時において膜の表面に付着すると膜での電解効率が低減するのが、浄化層13を通過させることでこれを解消することができる。   When circulating water passes through, for example, an ion exchange resin or the like of the purification layer 13, impurities in the circulating water can be removed, and water electrolysis efficiency can be improved. In other words, if the supplied external water or impurities generated by water electrolysis adhere to the surface of the membrane during water electrolysis, the electrolysis efficiency in the membrane is reduced by passing through the purification layer 13. Can be resolved.

ここで、前記イオン交換樹脂としては、例えば「ダウエックス*マラソン*C600」(商品名:ダウ・ケミカル日本社製)、「ダイヤイオンTSA1200」(商品名:三菱化学社製)、又は「ダイヤイオンSAT1200&SMT1200」(商品名:三菱化学社製)を例示することができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Here, as the ion exchange resin, for example, “Dowex * Marathon * C600” (trade name: manufactured by Dow Chemical Japan Co., Ltd.), “Diaion TSA1200” (trade name: manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), or “Diaion” SAT1200 & SMT1200 "(trade name: manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) can be exemplified, but the present invention is not limited to these.

また、図2に示すように、本実施例では容器本体11の周囲を保温材30により保温するようにしている。これは、水電解により発生した熱(投入される電力のうち水電解に使用される以外の電力はほとんど熱に変換する。)を外部に逃がすのを防止し、熱的自立の完全化を図るためである。この結果、循環水を約80℃で長期間に亙って安定して循環することができる。
なお、発熱により循環水の温度が所定の温度よりも高くなるような場合には、外部から給水量を調節して温度を調整するようにすればよい。
Further, as shown in FIG. 2, in the present embodiment, the periphery of the container main body 11 is kept warm by a heat insulating material 30. This prevents the heat generated by water electrolysis (almost of the input power that is not used for water electrolysis from being converted into heat) from being released to the outside, thereby achieving complete thermal independence. Because. As a result, the circulating water can be circulated stably at a temperature of about 80 ° C. for a long period of time.
In addition, when the temperature of circulating water becomes higher than predetermined temperature by heat_generation | fever, what is necessary is just to adjust temperature by adjusting the amount of water supply from the outside.

また、本実施例では加熱部31を容器本体11の下方側に設けている。この加熱部31は例えばヒータ等を用いることができるが、本装置により発生した酸素と水素を燃料源としたボイラを用いるようにしてもよい。   In the present embodiment, the heating unit 31 is provided on the lower side of the container body 11. For example, a heater or the like can be used as the heating unit 31, but a boiler using oxygen and hydrogen generated by the apparatus as fuel sources may be used.

ここで、加熱部31は起動時において使用すれば、その後は電解時におけるジュール熱により熱的自立を図ることができる。   Here, if the heating part 31 is used at the time of starting, thermal independence can be aimed at by Joule heat at the time of electrolysis after that.

また、本実施例では、浄化した循環水16を水電解スタック15に供給する際に、酸素側と水素側の両方に供給するようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、少なくとも酸素側の水供給路側のみに供給するようにすればよい。
この酸素側の水供給路側のみとする場合には、循環する水量を酸素側のみで低減でき、容器本体の直径を小さくすることが可能となり、コンパクト化を図ることができる。
In this embodiment, when the purified circulating water 16 is supplied to the water electrolysis stack 15, it is supplied to both the oxygen side and the hydrogen side. However, the present invention is not limited to this. It is sufficient to supply at least to the water supply path side on the oxygen side.
In the case of using only the oxygen supply side, the amount of water to be circulated can be reduced only on the oxygen side, the diameter of the container body can be reduced, and the size can be reduced.

また、その供給方法も図5に示すように、水素側水供給口41−1と酸素側水供給口41−2とを、ガスの出口である水素/水・二層流18−1の出口42−1と、酸素/水・二層流18−2の出口42−2とをクロスする位置となるようにし、水電解スタック15内を通過する循環水の流れがクロスするようにし、均温化を図るようにしている。   Also, as shown in FIG. 5, the supply method is such that the hydrogen-side water supply port 41-1 and the oxygen-side water supply port 41-2 are connected to the outlet of the hydrogen / water / two-layer flow 18-1, which is a gas outlet. 42-1 and the outlet 42-2 of the oxygen / water bilayer flow 18-2 are crossed so that the flow of circulating water passing through the water electrolysis stack 15 crosses, It tries to make it.

また、水電解スタック15を構成するセルにおいても循環水の圧力損失が低下せず、しかも固体高分子膜とは接触率が良好な水を供給する水供給路を兼ねた給電体を用いるようにしている。   Further, in the cells constituting the water electrolysis stack 15, the pressure loss of the circulating water does not decrease, and a power supply body that also serves as a water supply path for supplying water having a good contact rate with the solid polymer membrane is used. ing.

このセルの概略を図6に示す。図6に示すように、セル50は、一対のセパレータ52,53と、該セパレータ52,53の間に設けられた固体高分子電解質膜51と、該固体高分子電解質膜51とセパレータの間に介装され、水の流動抵抗が小さく(圧力損失が小さい)、しかも電気抵抗が小さい給電体54とから構成されている。本実施例では給電体54は固体高分子膜51側から順次(本実施例では三層54−1乃至54−3)そのメッシュの目開きを大きくしている。   An outline of this cell is shown in FIG. As shown in FIG. 6, the cell 50 includes a pair of separators 52 and 53, a solid polymer electrolyte membrane 51 provided between the separators 52 and 53, and between the solid polymer electrolyte membrane 51 and the separator. It is composed of a power feeding body 54 that is interposed and has a small flow resistance of water (pressure loss is small) and a small electric resistance. In the present embodiment, the power feeding body 54 has a mesh opening larger in order from the solid polymer film 51 side (three layers 54-1 to 54-3 in this embodiment).

この給電体54は、セパレータ側がメッシュの目開きが大きい給電体54−3としており、水の通水性を良好なものとしている。一方、固体高分子膜51側はメッシュの目開きが小さい給電体54−1としており、電気抵抗が小さくなるように、固体高分子膜51と給電体54−1との接触を良好としている。これにより、給電体54は、循環水の水路機能と給電機能とを併せ持つものとなる。   The power supply body 54 is a power supply body 54-3 having a large mesh opening on the separator side, and has good water permeability. On the other hand, the side of the solid polymer film 51 is a power feeder 54-1 having a small mesh opening, and the solid polymer film 51 and the power feeder 54-1 are in good contact so that the electrical resistance is reduced. Thereby, the power feeding body 54 has both a water channel function and a power feeding function.

例えばセパレータ側の目開きの大きな給電体54−3はメッシュ厚さを例えば0.6mm、メッシュ数が10個/インチ、線径600μmとしている。また、セパレータ側の目開きの小さな給電体54−1はメッシュ厚さを例えば0.1mm、メッシュ数が36個/インチ、線径100μmとしている。そして、線径を変更したり、メッシュの数を多くしたりすることで、その傾斜機能を持たせている。本実施例では、固体高分子膜51に接触する給電体として、図示しないが厚さ0.1mmとし、フォトエッチングにより微細な孔を形成したものを用いている。   For example, the power feeder 54-3 having a large opening on the separator side has a mesh thickness of, for example, 0.6 mm, a mesh count of 10 pieces / inch, and a wire diameter of 600 μm. The power feeder 54-1 having a small mesh opening on the separator side has a mesh thickness of, for example, 0.1 mm, a mesh count of 36 pieces / inch, and a wire diameter of 100 μm. And the inclination function is given by changing a wire diameter or increasing the number of meshes. In this embodiment, as a power supply body that contacts the solid polymer film 51, a power supply body (not shown) having a thickness of 0.1 mm and having fine holes formed by photoetching is used.

なお、本実施例ではメッシュの目開きの大きさにより、傾斜機能を発揮させているが、本発明はこれに限定されるものではなく、循環水の通水性及び電気特性を兼ね備えたものとすればよい。前記電解スタック15は上述したセルを複数枚積層してなるものであり、その能力及び大きさに応じて積層枚数を適宜設定している。   In this embodiment, the inclination function is exhibited by the size of the mesh openings, but the present invention is not limited to this, and it is assumed that the water permeability and electrical characteristics of the circulating water are combined. That's fine. The electrolytic stack 15 is formed by laminating a plurality of the above-described cells, and the number of laminated layers is appropriately set according to the capacity and size.

ここで、循環水が自然循環する作用について説明する。
浄化層13を通過する際に水の圧力損失が生じる。この流量が大きい場合には圧力損失が増大する。また電解スタック15においても圧力損失が生じ、流量が多くなると圧力損失が増大する。一方、電解スタック15及び送給管の内部においては一定電流でガスの発生が一定であれば循環流量が大きい場合ボイド率が低下し、循環力が低下する。よって、バランスする適量が存在する。
Here, the effect | action which circulating water circulates naturally is demonstrated.
When passing through the purification layer 13, a pressure loss of water occurs. When this flow rate is large, the pressure loss increases. Moreover, pressure loss also occurs in the electrolytic stack 15, and the pressure loss increases as the flow rate increases. On the other hand, inside the electrolytic stack 15 and the supply pipe, if the gas generation is constant at a constant current, the void rate is decreased and the circulation force is decreased when the circulation flow rate is large. Thus, there is an appropriate amount to balance.

本実施例では、以下の設計条件に対して行った。
容器本体内の圧力(P)を7ata、電流密度(I)を1A/cm2、温度(T)を80℃とした。また、浄化層13における酸素側の循環水の水流量を0.5L/min/セルとした。
In this example, the following design conditions were used.
The pressure (P) in the container body was 7 ata, the current density (I) was 1 A / cm 2 , and the temperature (T) was 80 ° C. Further, the flow rate of the circulating water on the oxygen side in the purification layer 13 was set to 0.5 L / min / cell.

浄化層13の圧力損失ΔPfについて下記式(1)により求めた。
ΔPf=(μu/k)l ・・・(1)
ここで、kは浸透係数(=9.76×10-11)m2、μは粘性係数(PaS)、uは流速(m/s)、lは浄化層厚(m)である。
一方、電解スタック15の酸素側圧力損失ΔPsは以下により求めた。
上記設計条件におけるスタック圧力損失の試験結果を図7に示す。図7の結果を基に下記二次曲線(式(2))で推定した。
ΔPs=380W2 ・・・(2)
ここで、Wは酸素循環流量(l/min/セル)
The pressure loss ΔPf of the purification layer 13 was determined by the following formula (1).
ΔPf = (μu / k) l (1)
Here, k is a permeation coefficient (= 9.76 × 10 −11 ) m 2 , μ is a viscosity coefficient (PaS), u is a flow velocity (m / s), and l is a purification layer thickness (m).
On the other hand, the oxygen-side pressure loss ΔPs of the electrolytic stack 15 was obtained as follows.
The test result of the stack pressure loss under the above design conditions is shown in FIG. Based on the result of FIG. 7, it estimated with the following quadratic curve (Formula (2)).
ΔPs = 380W 2 (2)
Where W is the oxygen circulation flow rate (l / min / cell)

次に、循環水の循環力について検討する。
循環力ΔPkは、下記式(3)で求めた。尚、電解試験時に得られた酸素のボイド率と質量流量比との関係を図8に示す。
ΔPk=ΔHβρ ・・・(3)
β=0.1052ln(X)+0.7009 ・・・(4)
ここで、ΔHはヘッド差(m)であり、βはボイド率(−)、ρは密度(kg/m3)、Xは質量流量比(−)である。
図8から式(4)を求め、式(3)に代入して循環力を求めた。
Next, the circulation power of the circulating water will be examined.
The circulation force ΔPk was determined by the following formula (3). FIG. 8 shows the relationship between the void fraction of oxygen obtained during the electrolysis test and the mass flow ratio.
ΔPk = ΔHβρ (3)
β = 0.10502ln (X) +0.7009 (4)
Here, ΔH is the head difference (m), β is the void ratio (−), ρ is the density (kg / m 3 ), and X is the mass flow rate ratio (−).
Equation (4) was obtained from FIG. 8 and substituted into equation (3) to obtain the circulation force.

以上の結果から、酸素側の浄化層における圧力損失(ΔPf)が77.5(mmH2O)であり、水電解スタックの圧力損失(ΔPs)が89.5(mmH2O)であり、総合圧力損失が167.1(mmH2O)である。
一方、循環力(ΔPk)は167.1(mmH2O)であり、循環水はバランスするように回ることになる。また、循環力をつけるために、ヘッド差ΔHを大きくするようにすればよい。
From the above results, the pressure loss (ΔPf) in the purification layer on the oxygen side is 77.5 (mmH 2 O), and the pressure loss (ΔPs) of the water electrolysis stack is 89.5 (mmH 2 O). The pressure loss is 167.1 (mmH 2 O).
On the other hand, the circulating force (ΔPk) is 167.1 (mmH 2 O), and the circulating water rotates to balance. Further, the head difference ΔH may be increased in order to increase the circulation force.

なお、酸素側の循環計算よりヘッド差ΔHは1m最低必要である。また、容器本体の内径は0.8mとし、浄化層13の厚さを0.65mmとした。なお、ヘッド差を可変可能とするように水素/水・二層流18−1を容器本体11の第1の部屋14−1に送給する第1の送給管19−1と連結する継手19−1bを介して任意の長さの上昇配管19−1aを繋ぐことができるようにしている。また、酸素側のヘッド差を可変可能とするように、酸素//水・二層流18−2を容器本体11の第2の部屋14−2に送給する第2の送給管19−2と連結する継手19−2bを介して任意の長さの上昇配管19−2aを繋ぐことができるようにしている。   It should be noted that the head difference ΔH is required to be 1 m minimum from the oxygen side circulation calculation. The inner diameter of the container body was 0.8 m, and the thickness of the purification layer 13 was 0.65 mm. It should be noted that the joint for connecting the first feed pipe 19-1 for feeding the hydrogen / water / two-layer flow 18-1 to the first chamber 14-1 of the container body 11 so that the head difference is variable. The rising pipe 19-1a having an arbitrary length can be connected via the 19-1b. Further, a second feed pipe 19-for feeding the oxygen / water / two-layer flow 18-2 to the second chamber 14-2 of the container body 11 so that the head difference on the oxygen side can be varied. The ascending pipe 19-2a having an arbitrary length can be connected through a joint 19-2b connected to the pipe 2.

このように、容器本体11内を循環水が自然循環するので、従来のようなポンプが不要となり、所内効率が向上する。   Thus, since the circulating water naturally circulates inside the container main body 11, a conventional pump is unnecessary, and the in-house efficiency is improved.

次に、水電解装置を運転して循環水が自然循環に循環すると共に、循環の途中において浄化層13により浄化される作用について説明する。   Next, an operation of operating the water electrolysis device to circulate the circulating water into the natural circulation and purify it by the purification layer 13 during the circulation will be described.

先ず、容器本体11内に浄化層13を充填し、次いで給水を開始する。その後、容器本体内を加圧して、所定圧(7ata)とする。次に、加熱部31により浄化した循環水16を加熱し、所定温度(80℃)とする。その後水電解スタック15に給電し、水電解を開始する。この水電解により水電解スタック15内において水素/水二層流18−1と酸素/水二層流18−2が形成され、水素と酸素との気体が各々上昇する。この上昇流が形成されるにつれて循環が開始される。その後、上述したようにバランスがとれると自然循環となり、水電解スタックからの水素/水二層流18−1と酸素/水二層流18−2が各々第1の送給管19−1と第2の送給管19−2を介して、第1の部屋14−1及び第2の部屋14−2にそれぞれ水素と酸素とを送り、ここで、気液分離が開始される。   First, the purification layer 13 is filled in the container body 11, and then water supply is started. Thereafter, the inside of the container body is pressurized to a predetermined pressure (7 ata). Next, the circulating water 16 purified by the heating unit 31 is heated to a predetermined temperature (80 ° C.). Thereafter, power is supplied to the water electrolysis stack 15 to start water electrolysis. By this water electrolysis, a hydrogen / water two-layer flow 18-1 and an oxygen / water two-layer flow 18-2 are formed in the water electrolysis stack 15, and gases of hydrogen and oxygen rise. Circulation begins as this upward flow is formed. Thereafter, when the balance is achieved as described above, natural circulation occurs, and the hydrogen / water two-layer flow 18-1 and the oxygen / water two-layer flow 18-2 from the water electrolysis stack are respectively connected to the first feeding pipe 19-1. Hydrogen and oxygen are sent to the first chamber 14-1 and the second chamber 14-2 through the second feed pipe 19-2, respectively, where gas-liquid separation is started.

すなわち、第1の部屋14−1に導入された水素/水二層流18−1から水素が気体となって分離される。水は下層の浄化層13側へ流れ、ここで、浄化される。また、第2の部屋14−2に導入された酸素/水二層流18−2から酸素が気体となって分離される。分離された循環水12は容器下側に位置する浄化層13側へ流れ、ここで、浄化されて浄化した循環水16となる。
このように、本実施例による水電解装置10は、容器本体11が気液分離部と浄化部とを一体に兼ね備えたものとなり、水素と酸素を分離した水は浄化層13を通過することで、不純物が除去される。その後、浄化した循環水16として水電解スタック15に供給するようにしている。
That is, hydrogen is separated as a gas from the hydrogen / water bilayer flow 18-1 introduced into the first chamber 14-1. Water flows to the lower purification layer 13 side, where it is purified. Further, oxygen is separated as a gas from the oxygen / water two-layer flow 18-2 introduced into the second chamber 14-2. The separated circulating water 12 flows to the purification layer 13 side located on the lower side of the container, where it becomes the purified circulating water 16 that has been purified.
As described above, in the water electrolysis apparatus 10 according to the present embodiment, the container main body 11 integrally has the gas-liquid separation unit and the purification unit, and the water from which hydrogen and oxygen are separated passes through the purification layer 13. Impurities are removed. Thereafter, the purified circulating water 16 is supplied to the water electrolysis stack 15.

また、分離された水素と酸素とは各々容器本体頂部に設けられた第1の部屋14−1から水素を排出する水素排出部20と、第2の部屋14−2から酸素を排出する酸素排出部21とにより外部へ排出され、各々利用される。   The separated hydrogen and oxygen are respectively a hydrogen discharge unit 20 that discharges hydrogen from the first chamber 14-1 provided at the top of the container body, and an oxygen discharge that discharges oxygen from the second chamber 14-2. It is discharged to the outside by the part 21 and used.

この結果、本実施例によれば、容器本体内部に浄化部と気液分離部とを兼ね備えていると共に、循環水を自然循環により循環するようにしているので、従来のような設備におけるポンプ及び浄化装置等を外部に設置する必要がなく、しかも配管の取りまわしも少ないので、コンパクトで且つ簡易な構成の水電解装置を提供することができる。この結果、所内効率の大幅な向上を図ることができる。   As a result, according to the present embodiment, both the purification unit and the gas-liquid separation unit are provided inside the container body, and the circulating water is circulated by natural circulation. Since there is no need to install a purification device or the like outside, and there is also little piping, it is possible to provide a water electrolysis device having a compact and simple configuration. As a result, the in-house efficiency can be greatly improved.

例えば容器本体(高さ:約2m、直径:0.8m)内の圧力(P)を0.7MPa(7ata)、電流密度(I)を1A/cm2、温度(T)を80℃とし、浄化層13における酸素側の循環水の水流量を0.5L/min/セルとする場合、2.6Nm3/hrの水素を製造することができる。 For example, the pressure (P) in the container body (height: about 2 m, diameter: 0.8 m) is 0.7 MPa (7 ata), the current density (I) is 1 A / cm 2 , and the temperature (T) is 80 ° C. When the water flow rate of the oxygen-side circulating water in the purification layer 13 is 0.5 L / min / cell, 2.6 Nm 3 / hr of hydrogen can be produced.

以上のように、本発明にかかる水電解装置は、水電解設備のコンパクト化を図ると共に、長期間に亙って安定して運転することができ、且つ効率的が大幅に向上するので、水素を効率的に製造することに用いて適している。   As described above, the water electrolysis apparatus according to the present invention can reduce the size of water electrolysis equipment, can be stably operated over a long period of time, and the efficiency is greatly improved. It is suitable for use in manufacturing efficiently.

実施例に係る水電解装置を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the water electrolysis apparatus which concerns on an Example. 図4のA―A矢視断面図である。It is AA arrow sectional drawing of FIG. 図2の正面図である。FIG. 3 is a front view of FIG. 2. 図3のB−B矢視図である。It is a BB arrow line view of FIG. 水電解スタックの水流れを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the water flow of a water electrolysis stack. 水電解スタックのセルの概略図である。It is the schematic of the cell of a water electrolysis stack. 設計条件におけるスタック圧力損失の試験結果を示す図である。It is a figure which shows the test result of the stack pressure loss in design conditions. 電解試験時に得られた酸素のボイド率と質量流量比との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the void fraction of oxygen obtained at the time of an electrolysis test, and mass flow rate ratio. 実施例に係る超高圧の水電解装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the ultra-high pressure water electrolysis apparatus which concerns on an Example. 従来技術に係る水電解装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the water electrolysis apparatus concerning a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

10 水電解装置
11 容器本体
12 循環水
13 浄化層
14−1 第1の部屋
14−2 第2の部屋
16 浄化した循環水
17 水供給管
18−1 水素/水・二層流
18−2 酸素/水・二層流
19−1 第1の送給管
19−2 第2の送給管
20 水素排出部
21 酸素排出部
25 仕切板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Water electrolysis apparatus 11 Container body 12 Circulating water 13 Purified layer 14-1 First chamber 14-2 Second chamber 16 Purified circulating water 17 Water supply pipe 18-1 Hydrogen / water / two-layer flow 18-2 Oxygen / Water / two-layer flow 19-1 First feed pipe 19-2 Second feed pipe 20 Hydrogen discharge section 21 Oxygen discharge section 25 Partition plate

Claims (11)

容器本体内に設けられ、循環する循環水を浄化する浄化層と、
前記容器本体の頂部から垂下し、容器本体内を第1の部屋と第2の部屋とに分離する仕切り板と、
前記容器本体の外部に設けられ、循環水を電気分解して水素と酸素を発生する水電解スタックと、
該水電解スタックに浄化した循環水を供給する水供給管と、
前記水電解スタックから循環水に同伴されてなる水素/水・二層流を容器本体の第1の部屋に送給する第1の送給管と、
前記水電解スタックから循環水に同伴されてなる酸素/水・二層流を容器本体の第2の部屋に送給する第2の送給管と、
前記第1の部屋から水素を排出する水素排出部と、
前記第2の部屋から酸素を排出する酸素排出部とを具備してなり、
水電解スタックに供給する循環水を浄化しつつ自然循環してなることを特徴とする水電解装置。
A purification layer provided in the container body for purifying circulating water,
A partition plate that hangs down from the top of the container body and separates the inside of the container body into a first chamber and a second chamber;
A water electrolysis stack that is provided outside the container body and generates hydrogen and oxygen by electrolyzing the circulating water;
A water supply pipe for supplying purified water to the water electrolysis stack;
A first feed pipe for feeding a hydrogen / water bilayer flow entrained with circulating water from the water electrolysis stack to the first chamber of the container body;
A second feed pipe for feeding oxygen / water / two-layer flow entrained with circulating water from the water electrolysis stack to the second chamber of the container body;
A hydrogen discharger for discharging hydrogen from the first chamber;
An oxygen discharge part for discharging oxygen from the second chamber;
A water electrolysis apparatus characterized by being naturally circulated while purifying circulating water supplied to a water electrolysis stack.
請求項1において、
前記容器本体が耐圧容器であることを特徴とする水電解装置。
In claim 1,
The water electrolysis apparatus, wherein the container body is a pressure vessel.
請求項1又は2において、
前記水供給管が水電解スタックの酸素側及び水素側に各々供給するものであることを特徴とする水電解装置。
In claim 1 or 2,
The water electrolysis apparatus characterized in that the water supply pipe supplies water to the oxygen side and the hydrogen side of the water electrolysis stack.
耐圧容器本体内に設けられ、循環する循環水を浄化する浄化層と、
前記耐圧容器本体の頂部から垂下し、容器本体内を第1の部屋と第2の部屋とに分離する仕切り板と、
前記耐圧容器の本体下部に設けられ、浄化した循環水を電気分解して水素と酸素を発生する水電解スタックと、
該水電解スタックに浄化した循環水を供給する水供給部と、
前記水電解スタックから循環水に同伴されてなる水素/水・二層流を容器本体の第1の部屋に送給する第1の送給管と、
前記水電解スタックから循環水に同伴されてなる酸素/水・二層流を容器本体の第2の部屋に送給する第2の送給管と、
前記第1の部屋から水素を排出する水素排出部と、
前記第2の部屋から酸素を排出する酸素排出部とを具備してなり、
水電解スタックに供給する循環水を浄化しつつ自然循環してなることを特徴とする水電解装置。
A purification layer provided in the pressure vessel body for purifying circulating water,
A partition plate that hangs down from the top of the pressure vessel main body and separates the inside of the container main body into a first chamber and a second chamber;
A water electrolysis stack that is provided at the lower part of the main body of the pressure vessel and generates hydrogen and oxygen by electrolyzing purified circulating water;
A water supply section for supplying purified water to the water electrolysis stack;
A first feed pipe for feeding a hydrogen / water bilayer flow entrained with circulating water from the water electrolysis stack to the first chamber of the container body;
A second feed pipe for feeding oxygen / water / two-layer flow entrained with circulating water from the water electrolysis stack to the second chamber of the container body;
A hydrogen discharger for discharging hydrogen from the first chamber;
An oxygen discharge part for discharging oxygen from the second chamber;
A water electrolysis apparatus characterized by being naturally circulated while purifying circulating water supplied to a water electrolysis stack.
請求項4において、
前記水供給部が水電解スタックの酸素側及び水素側に各々供給するものであることを特徴とする水電解装置。
In claim 4,
The water electrolysis apparatus, wherein the water supply unit supplies the oxygen side and the hydrogen side of the water electrolysis stack.
請求項1乃至5のいずれか一つにおいて、
前記浄化層がイオン交換樹脂からなることを特徴とする水電解装置。
In any one of Claims 1 thru | or 5,
The water electrolysis apparatus, wherein the purification layer is made of an ion exchange resin.
請求項1乃至6のいずれか一つにおいて、
前記容器本体の周囲に保温材が設けられていることを特徴とする水電解装置。
In any one of Claims 1 thru | or 6,
A water electrolysis apparatus, wherein a heat insulating material is provided around the container body.
請求項1乃至7のいずれか一つにおいて、
前記浄化した循環水を加温する加温部が設けられていることを特徴とする水電解装置。
In any one of Claims 1 thru | or 7,
A water electrolysis apparatus, wherein a heating unit for heating the purified circulating water is provided.
請求項1乃至8のいずれか一つにおいて、
前記容器本体内に外部より循環水を補充する給水部が設けられていることを特徴とする水電解装置。
In any one of Claims 1 to 8,
A water electrolysis apparatus, wherein a water supply unit for replenishing circulating water from the outside is provided in the container body.
請求項1乃至9のいずれか一つにおいて、
前記水電解スタックを構成するセルが一対のセパレータと、該セパレータの間に設けられた固体高分子電解質膜と、該固体高分子電解質膜とセパレータの間に介装され、水の流動抵抗が小さいと共に電気抵抗が小さい給電体とからなることを特徴とする水電解装置。
In any one of Claims 1 thru | or 9,
The cell constituting the water electrolysis stack is interposed between a pair of separators, a solid polymer electrolyte membrane provided between the separators, the solid polymer electrolyte membrane and the separator, and the flow resistance of water is small And a water electrolysis apparatus comprising a power feeding body having a small electric resistance.
請求項1乃至10のいずれか一つの水電解装置を用い、水電解スタックに供給する循環水を浄化しつつ自然循環して水電気分解して水素と酸素とを得ることを特徴とする水電解方法。   A water electrolysis using the water electrolysis apparatus according to any one of claims 1 to 10 to purify the circulating water supplied to the water electrolysis stack and to naturally circulate and electrolyze the water to obtain hydrogen and oxygen. Method.
JP2004148125A 2004-05-18 2004-05-18 Water electrolysis apparatus and method Expired - Fee Related JP4146388B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004148125A JP4146388B2 (en) 2004-05-18 2004-05-18 Water electrolysis apparatus and method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004148125A JP4146388B2 (en) 2004-05-18 2004-05-18 Water electrolysis apparatus and method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005330514A JP2005330514A (en) 2005-12-02
JP4146388B2 true JP4146388B2 (en) 2008-09-10

Family

ID=35485382

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004148125A Expired - Fee Related JP4146388B2 (en) 2004-05-18 2004-05-18 Water electrolysis apparatus and method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4146388B2 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4074322B2 (en) 2006-07-06 2008-04-09 炳霖 ▲楊▼ Combustion gas generator using electrolysis and in-vehicle combustion gas generator
JP5048796B2 (en) * 2009-03-12 2012-10-17 本田技研工業株式会社 Water electrolysis system
JP5628278B2 (en) * 2010-08-27 2014-11-19 上村工業株式会社 Electrolytic regeneration treatment equipment
JP5238854B2 (en) * 2010-08-27 2013-07-17 上村工業株式会社 Electrolytic regeneration treatment equipment
US20150211131A1 (en) * 2012-09-07 2015-07-30 Gamikon Pty Ltd Electrolysis apparatus
KR101387800B1 (en) * 2013-08-13 2014-04-21 강기창 Bucket with nitrogen chamber and oxygen chamber
CN107300235A (en) * 2016-09-30 2017-10-27 福州品行科技发展有限公司 A kind of family expenses electrolysis water humidifier and its application method
WO2020160424A1 (en) * 2019-02-01 2020-08-06 Aquahydrex, Inc. Electrochemical system with confined electrolyte

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005330514A (en) 2005-12-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8999135B2 (en) PEM water electrolyser module
JP2007205667A (en) Liquefied hydrogen production device
JP6912557B2 (en) Water electrolysis system, water electrolysis method, hydrogen production method
JP2022500558A (en) Electrolysis cell, electrolytic cell and CO2 reduction method
CN1264433A (en) Integrated ozone generator system
JP4146388B2 (en) Water electrolysis apparatus and method
CN111417745A (en) Electrolysis unit and electrolyzer
JP2005330515A (en) Water electrolysis system using natural energy
KR102501721B1 (en) Water electrolysis device
JP6089414B2 (en) Water purification device for fuel cell system
JP2012046797A (en) Water electrolysis system
JP6802827B2 (en) Hydrogen production equipment and diaphragm
JP5975397B2 (en) Ozone water generator
JP7441332B2 (en) Alkaline water electrolysis system and how to operate an alkaline water electrolysis system
JP2015168836A (en) Hydrogen and oxygen generator
JP5247530B2 (en) Cell stack device, fuel cell module and fuel cell device
JP4611345B2 (en) Water electrolysis cell, water electrolysis stack using the same, and hydrogen production apparatus
JP4206500B2 (en) Hydrogen supply device using solid polymer water electrolyzer
JP2020079450A (en) Electrolytic cell and hydrogen production device
JP2000104191A (en) Hydrogen and oxygen generating device
JP7402420B2 (en) Methanol production system
JP6367860B2 (en) Adsorbent replacement method for high pressure water electrolysis system
JP2004211190A (en) Water electrolyzer
JP3206849U (en) Hydrogen water generator
KR101826318B1 (en) Hydrogen water waterer

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060712

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080515

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080527

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080619

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4146388

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110627

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110627

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120627

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130627

Year of fee payment: 5

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees