JP5982314B2 - 水素酸素発生装置及び水素酸素発生装置の操作方法 - Google Patents

Description

本発明は、水素酸素発生装置、及び、該装置の操作方法に関する。

従来、水素酸素発生装置としては、様々なものが知られており、例えば、水を電気分解することにより水素ガス及び酸素ガスを発生するように構成された水電解セルを備えたものが知られている。
該装置においては、水電解セルが、対向する陰極電極板及び陽極電極板と、これら電極板の間に配された固体電解質膜とを有し、該装置は、電気分解により陰極側において水素ガスを、また、陽極側において酸素ガスをそれぞれ発生するように構成されている。

この種の水素酸素発生装置としては、例えば、水電解セルにて発生した水素ガス及び酸素ガスをそれぞれ貯める水素ガスタンク及び酸素ガスタンクをさらに備えたものが知られている（特許文献１）。

斯かる水素酸素発生装置は、例えば、何らかの異常により運転を緊急停止する場合において、各ガスタンク内に貯められた水素ガス及び酸素ガスをそれぞれ装置外へ放出するように構成されている。斯かる水素酸素発生装置によれば、各ガスタンク内のガスを放出することにより、装置内における各ガスの圧力が下がり、装置内における可燃性の水素ガスを減らすことができる。

特開２００４−０８４０４２号公報

一方、水素酸素発生装置としては、例えば、水電解セルから発生した少なくとも水素ガスを流通させつつ水素ガス中の水分を吸着剤により吸着させ水素ガスを除湿するように構成された除湿ユニットをさらに備え、水素ガスを除湿できるように構成されたものが知られている。上記装置の除湿ユニットは、水素ガスを除湿できるだけでなく、水分を吸着した吸着剤を加熱により再生させるための加熱部を有し、加熱部の加熱により吸着剤を再生できるように構成されている。

上記装置においては、例えば地震などの災害時に、運転を緊急に停止することがあり得る。しかしながら、単に除湿ユニットを備えた上記装置は、このような緊急停止後に、加熱部が高温であり得るため、必ずしも十分に装置内を冷却できないという問題がある。

そこで、運転を緊急停止したときに装置内を十分に冷却できる水素酸素発生装置が要望されている。

本発明は、上記の問題点、要望点等に鑑み、運転を緊急停止したときに装置内を十分に冷却できる水素酸素発生装置を提供することを課題とする。また、運転を緊急停止したときに装置内を十分に冷却できる水素酸素発生装置の操作方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決すべく、本発明に係る水素酸素発生装置は、一対の電極板と該電極板の間に配された固体電解質膜とを含み水を電気分解することにより少なくとも水素ガスを発生するように構成された水電解セルと、該水電解セルにて発生した水素ガスを除湿する除湿ユニットとを備え、
該除湿ユニットが、水素ガスを流通させる流通経路と、該流通経路内に配され水素ガスに含まれる水分を吸着する吸着剤と、該吸着剤を加熱により再生させる加熱部とを有し、水素ガスを前記流通経路にて流通させつつ前記吸着剤により除湿し、しかも、前記加熱部により吸着剤を加熱再生できるように構成されており、
前記除湿ユニットの前記流通経路に水を供給できるように構成されていることを特徴とする。

上記構成からなる水素酸素発生装置においては、前記除湿ユニットの前記流通経路に水を供給できるため、流通経路にある水素ガスを水圧で移動させ、水素ガスが流通する除湿ユニットにおける流通経路を水で満たすことができる。これに伴って、加熱され高温状態となり得る除湿ユニットを冷却することができる。
従って、前記水素酸素発生装置によれば、運転を緊急停止したときに装置内を十分に冷却できる。

本発明の水素酸素発生装置は、さらに、前記水電解セルにて発生した水素ガスを前記除湿ユニットに送る水素ガス移送管を備え、該水素ガス移送管内に水を供給できるように構成されていることが好ましい。
前記装置が水素移送管内に水を供給できるように構成されていることにより、装置内に残存した水素ガスをより多く排出できるという利点がある。

本発明に係る水素酸素発生装置は、一対の電極板と該電極板の間に配された固体電解質膜とを含み水を電気分解することにより少なくとも酸素ガスを発生するように構成された水電解セルと、該水電解セルにて発生した酸素ガスを除湿する除湿ユニットとを備え、
該除湿ユニットが、酸素ガスを流通させる流通経路と、該流通経路内に配され酸素ガスに含まれる水分を吸着する吸着剤と、該吸着剤を加熱により再生させる加熱部とを有し、酸素ガスを前記流通経路にて流通させつつ前記吸着剤により除湿し、しかも、前記加熱部により吸着剤を加熱再生できるように構成されており、
前記除湿ユニットの前記流通経路に水を供給できるように構成されていることを特徴とする。

本発明に係る水素酸素発生装置の操作方法は、一対の電極板と該電極板の間に配された固体電解質膜とを含み水を電気分解することにより少なくとも水素ガスを発生するように構成された水電解セルと、水電解セルにて発生した水素ガスを除湿する除湿ユニットとを備え、
該除湿ユニットが、水素ガスを流通させる流通経路と、該流通経路内に配され水素ガスに含まれる水分を吸着する吸着剤と、該吸着剤を加熱により再生させる加熱部とを有し、水素ガスを前記流通経路にて流通させつつ前記吸着剤により除湿し、しかも、前記加熱部により吸着剤を再生できるように構成された水素酸素発生装置に対して、
該装置の運転を緊急停止したときに、前記除湿ユニットの前記流通経路に水を供給することを特徴とする。

本発明に係る水素酸素発生装置の操作方法は、一対の電極板と該電極板の間に配された固体電解質膜とを含み水を電気分解することにより少なくとも酸素ガスを発生するように構成された水電解セルと、水電解セルにて発生した酸素ガスを除湿する除湿ユニットとを備え、
該除湿ユニットが、酸素ガスを流通させる流通経路と、該流通経路内に配され酸素ガスに含まれる水分を吸着する吸着剤と、該吸着剤を加熱により再生させる加熱部とを有し、酸素ガスを前記流通経路にて流通させつつ前記吸着剤により除湿し、しかも、前記加熱部により吸着剤を再生できるように構成された水素酸素発生装置に対して、
該装置の運転を緊急停止したときに、前記除湿ユニットの前記流通経路に水を供給することを特徴とする。

本発明の水素酸素発生装置及び該装置の操作方法は、運転を緊急停止したときに装置内に水を供給するため、運転を緊急停止したときに装置内を十分に冷却できるという効果を奏する。

第一実施形態の水素酸素発生装置の概略を表した概略図。 除湿ユニットの概略を表した概略図。 第二実施形態の水素酸素発生装置の概略を表した概略図。

以下、本発明に係る水素酸素発生装置及び該装置の操作方法の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、第一実施形態の水素酸素発生装置の概略図である。図２は、該装置が備える除湿ユニットの概略図である。

第一実施形態の水素酸素発生装置は、一対の電極板と該電極板の間に配された固体電解質膜とを含み水を電気分解することにより少なくとも水素ガスを発生するように構成された水電解セルと、該水電解セルにて発生した水素ガスを除湿する除湿ユニット２０とを備え、
該除湿ユニット２０が、水素ガスを流通させる流通経路と、該流通経路内に配され水素ガスに含まれる水分を吸着する吸着剤２１と、該吸着剤２１を加熱により再生させる加熱部２２とを有し、水素ガスを前記流通経路にて流通させつつ前記吸着剤２１により除湿し、しかも、前記加熱部２２により吸着剤２１を加熱再生できるように構成されており、
前記除湿ユニット２０の前記流通経路に水を供給できるように構成されているものである。

具体的には、図１に示すように、前記水素酸素発生装置は、前記水電解セルを含む水電解モジュール１０と、該水電解モジュール１０内の水電解セルにて発生した水素ガスを除湿する除湿ユニット２０とを備えている。

前記水素酸素発生装置１は、電気分解させるための水を水電解モジュール１０に供給し、水電解モジュール１０内の水電解セルの各電極板に電気を送って水を電気分解し、電気分解により発生した水素ガスと酸素ガスとを水電解モジュール１０外へ送るように構成されている。

より具体的には、前記水素酸素発生装置１は、図１に示すように、電気分解用の水を前記水電解モジュール１０に供給するための水供給部３３を備えている。
さらに、前記水素酸素発生装置１は、水電解モジュール１０内における水電解セルの各電極板に電気を送る電送機構（図示せず）を備えている。
また、前記水素酸素発生装置１は、図１に示すように、前記水電解セルにて発生した水素ガスを前記除湿ユニット２０に送る水素ガス移送管１１と、該水素ガス移送管１１を経た水素ガスを除湿する除湿ユニット２０と、該除湿ユニット２０にて除湿された水素ガスを貯める水素ガス貯留タンク１３と、前記水素ガス移送管１１の途中に配され発生した水素ガスに含まれる水分を減少させる水素ガス用気液分離器１２とを備えている。
さらに、前記水素酸素発生装置１は、図１に示すように、前記水電解セルにて発生した酸素ガスを水電解モジュール１０外へ送る酸素ガス移送管３０と、該酸素ガス移送管３０を経て前記水電解モジュール１０から送られた酸素ガスと該酸素ガスとともに水電解モジュール１０から排出された水とを分離して分離後の水を貯める酸素ガス用気液分離器３１とを備えている。

また、前記水素酸素発生装置１は、異常により運転を緊急停止したときに、除湿ユニット２０の前記流通経路に水を供給するための緊急用給水機構を備えている。
なお、前記水素酸素発生装置１は、水やガス等を適宜流通させるべく、例えば図１に示すように、該装置を構成する各機器類を互いにつなぐように、配管等を備えている。

前記水電解モジュール１０に備えられた水電解セルは、固体電解質膜と、該膜の両面側にそれぞれ配された陰極電極板及び陽極電極板とを有している。また、水電解セルは、固体電解質膜と各電極板との間にそれぞれ配された多孔質給電体を有している。
なお、上記の固体電解質膜、陽極電極板、陰極電極板、多孔質給電体としては、公知の一般的なものを用いることができる。

前記水電解モジュール１０は、通常、複数の水電解セルを含む。複数の水電解セルは、互いに隣り合うように配されている。また、前記水電解モジュール１０は、隣り合う複数の水電解セルを両側から挟み込むように配された一対の端板を有している。
なお、前記水電解モジュール１０は、電極板として、一方の面側が陰極電極板として機能し他方の面側が陽極電極板として機能する複極式電極板を備えていてもよい。電極板として複極式電極板が採用されることにより、水電解モジュール１０を軽量化できるという利点がある。

前記水電解モジュール１０は、水電解セルの陽極側に水を供給するように構成されている。また、各電極板に通電することにより、固体電解質膜の陽極側にて酸素ガスを発生させ、水素イオンを固体電解質膜の陰極側に移動させ水素ガスとするように構成されている。しかも、前記水電解モジュール１０は、発生した水素ガス及び酸素ガスをそれぞれモジュール１０外へ排出するように構成されている。

前記水電解モジュール１０においては、陰極側にて発生した水素ガスをモジュール外へ排出する水素ガス流路と、陽極側にて発生した酸素ガスをモジュール外へ排出する酸素ガス流路とが形成されている。

前記水電解モジュール１０においては、各水電解セルの陽極側へ電気分解のための水が供給されるため、酸素ガス流路は、発生した酸素ガスと水とが混在する状態となっている。
前記酸素ガス流路は、固体電解質膜と陽極電極板との間の空間を少なくとも含み、発生した酸素ガスを水電解モジュール１０外へ排出するように形成されている。

一方、前記水素ガス流路は、水電解セルの固体電解質膜によって酸素ガス流路と隔離された状態となっているが、電気分解時には、水が固体電解質膜を通って陰極側に移動する。従って、水素ガス流路は、わずかに水が流通する状態となっている。
前記水素ガス流路は、固体電解質膜と陰極電極板との間の空間を少なくとも含み、発生した水素ガスを水電解モジュール１０外へ排出するように形成されている。
なお、前記水電解モジュール１０は、必要に応じて、各水電解セルの陰極側へ電気分解のための水が供給されるように構成されていてもよい。

前記除湿ユニット２０は、前記水電解モジュール１０から送られ前記水素ガス用気液分離器１２にて水分が減少した水素ガスを除湿するように構成されている。
具体的には、前記除湿ユニット２０は、水素ガスを流通させる流通経路と、該流通経路内に配され水素ガスに含まれる水分を吸着する吸着剤２１とを有し、水素ガスを前記流通経路にて流通させつつ前記吸着剤２１によって水素ガスを除湿するように構成されている。
また、前記除湿ユニット２０は、水分を吸着した後の吸着剤２１を加熱により再生させる加熱部２２を有し、該加熱部２２によって吸着剤２１を再生できるように構成されている。

より具体的には、前記除湿ユニット２０は、水素ガスの送り方向に対して並列となるように複数の吸着筒２３を有し、例えば図２に示すように、一対の吸着筒２３ａ、２３ｂを有している。

前記吸着筒２３は、筒状に形成され、水分を吸着できる前記吸着剤２１を内部に含み、内部空間が水素ガスを流通させる流通経路となっている。また、前記吸着筒２３は、内部空間（流通経路）を水素ガスが流通している間に水素ガスの水分を吸着剤２１によって吸着し、水素ガスを除湿できるように構成されている。

前記吸着筒２３は、吸着剤２１を加熱できる前記加熱部２２によって、水分を吸着した吸着剤２１から加熱によって水分を除去できるように構成されている。

前記除湿ユニット２０は、上記のごとく例えば一対の吸着筒２３ａ、２３ｂを有し、一方の吸着筒（以下、第１吸着筒２３ａともいう）が水素ガスを除湿している間に、他方の吸着筒（以下、第２吸着筒２３ｂともいう）が上記のごとく吸着剤２１の水分を除去できるように構成されている。そして、第２吸着筒２３ｂの吸着剤２１の水分が除去された後に、第２吸着筒２３ｂにおいて水素ガスを除湿し、第１吸着筒２３ａにおいて吸着剤２１中の水分を除去できるように構成されている。

より具体的には、前記除湿ユニット２０は、例えば、図２に示すように、水素ガスを第１吸着筒２３ａ又は第２吸着筒２３ｂへ供給するように構成された供給配管２４と、該供給配管２４に取り付けられた供給弁２５と、第１吸着筒２３ａ又は第２吸着筒２３ｂにて除湿された水素ガス（以下「乾燥ガス」ともいう）を除湿ユニット２０外へ排出する排出配管２６と、該排出配管２６に取り付けられた排出弁２７とを備えている。
なお、上記の供給配管２４と、該供給配管２４と連通する吸着筒２３の内部空間と、該内部空間と連通する排出配管２６とによって、除湿ユニット２０における水素ガスの流通経路が形成されている。

前記供給配管２４は、第１吸着筒２３ａ及び第２吸着筒２３ｂをつなぐように配されている。また、供給配管２４の途中には、前記供給弁２５が取り付けられている。前記供給配管２４は、供給弁２５より第１吸着筒２３ａ側が第１供給配管２４ａとなっており、供給弁２５より第２吸着筒２３ｂ側が第２供給配管２４ｂとなっている。
前記供給弁２５は、除湿ユニット２０外から供給された水素ガスを第１供給配管２４ａ又は第２供給配管２４ｂのいずれかに送るように構成されている。
前記第１供給配管２４ａは、一端側に取り付けられた供給弁２５から水素ガスを第１吸着筒２３ａに供給できるように構成されている。
前記第２供給配管２４ｂは、一端側に取り付けられた供給弁２５から水素ガスを第２吸着筒２３ｂに供給できるように構成されている。
斯かる構成により、除湿ユニット２０外から供給された水素ガスは、供給弁２５を経て、第１供給配管２４ａ又は第２供給配管２４ｂのいずれかに供給される。

前記排出配管２６は、第１吸着筒２３ａ及び第２吸着筒２３ｂをつなぐように配されている。また、排出配管２６の途中には、前記排出弁２７が取り付けられている。前記排出配管２６は、排出弁２７より第１吸着筒２３ａ側が第１排出配管２６ａとなっており、排出弁２７より第２吸着筒２３ｂ側が第２排出配管２６ｂとなっている。
前記排出弁２７は、第１吸着筒２３ａ又は第２吸着筒２３ｂのいずれかにおいて生じ、第１排出配管２６ａ又は第２排出配管２６ｂを経て送られてきた乾燥ガスを、除湿ユニット２０外へ排出するように構成されている。
前記第１排出配管２６ａは、第１吸着筒２３ａにおいて生じた乾燥ガスを第１吸着筒２３ａから排出し、前記排出弁２７に送るように構成されている。
前記第２排出配管２６ｂは、第２吸着筒２３ｂにおいて生じた乾燥ガスを第２吸着筒２３ｂから排出し、前記排出弁２７に送るように構成されている。
斯かる構成により、第１吸着筒２３ａ又は第２吸着筒２３ｂにおいて生じた乾燥ガスが、排出弁２７を経て、除湿ユニット２０外へ排出される。

即ち、前記除湿ユニット２０は、供給弁２５によって水素ガスの供給先を第１吸着筒２３ａ又は第２吸着筒２３ｂのいずれか一方へ変更し、いずれかの供給配管（２４ａ，２４ｂ）を経て第１吸着筒２３ａ又は第２吸着筒２３ｂのいずれか一方へ水素ガスを供給できるように構成されている。また、前記除湿ユニット２０は、乾燥ガスが、排出弁２７によって第１吸着筒２３ａ又は第２吸着筒２３ｂのいずれか一方から排出配管２６を経て、除湿ユニット２０外へ排出されるように構成されている。
上記のごとく構成された前記除湿ユニット２０においては、第１吸着筒２３ａ内にて吸着剤２１が水素ガスの水分を吸着している間、第２吸着筒２３ｂ内にて既に水分を吸着した吸着剤２１が、加熱により水分を脱離し、加熱再生され得る。

また、前記除湿ユニット２０は、第１供給配管２４ａと第２供給配管２４ｂとにそれぞれ取り付けられた放出弁２８ａ及び２８ｂを備えている。そして、第１吸着筒２３ａで水素ガスの水分除去（水素ガスの除湿）を行いつつ第２吸着筒２３ｂの吸着剤を加熱再生させた際に、排出弁２７及び第２排出配管２６ｂを通じて一部の乾燥ガスを第２吸着筒２３ｂに逆流させて、前記加熱再生によって第２吸着筒２３ｂ内に発生した水蒸気を第２供給配管２４ｂに取り付けられた放出弁２８ｂを通じて系外に放出できるように構成されている。
一方で、前記除湿ユニット２０は、前記第２吸着筒２３ｂで水素ガスの水分除去を行いつつ第１吸着筒２３ａの吸着剤を加熱再生させた際には、排出弁２７及び第１排出配管２６ａを通じて一部の乾燥ガスを第１吸着筒２３ａに逆流させて、第１供給配管２４ａに取り付けられた放出弁２８ａを通じて、第１吸着筒２３ａ内に発生した水蒸気を系外に放出できるように構成されている。

前記除湿ユニット２０は、上記のごとく構成されていることから、例えば、第１吸着筒２３ａで水素ガスの水分除去を行いつつ、第２吸着筒２３ｂの吸着剤を加熱再生させることができる。この際、排出弁２７及び第２排出配管２６ｂを通じて、水分が除去された水素ガスの一部を第２吸着筒２３ｂに逆流させ、前記加熱再生によって第２吸着筒２３ｂの吸着筒内に発生した水蒸気を、第２供給配管２４ｂに取り付けられた放出弁２８ｂを通じて系外に放出できる。そして、水分が除去された水素ガスの逆流により、第２吸着筒２３ｂ内の吸着剤を冷却することができる。同様にして、第２吸着筒２３ｂで水素ガスの水分除去を行いつつ、第１吸着筒２３ａの吸着剤を加熱再生及び冷却させることもできる。

このように、２つの吸着筒２３ａ、２３ｂを有する除湿ユニット２０においては、例えば上記のごとく、一方の吸着筒２３ａにて水素ガスの除湿を行いつつ、他方の吸着筒２３ｂにて吸着剤２１の加熱再生を行うことができる。
前記除湿ユニット２０が３以上の複数の吸着筒２３を有する場合であっても、同様にして、水素ガスの除湿、及び、吸着剤２１の加熱再生を行うことができる。

前記除湿ユニット２０が有する加熱部２２は、各吸着筒２３の外部にそれぞれ取り付けられていてもよく、また、各吸着筒２３の内部にそれぞれ配されていてもよい。また、前記加熱部２２は、除湿ユニット２０における複数の吸着筒２３内の吸着剤２１を同時に加熱できるように配されていてもよい。

前記加熱部２２は、例えば電気が送られることにより、吸着剤２１を２５０〜３５０℃の温度に加熱できるように構成されている。

前記吸着剤２１としては、従来公知の一般的なものが挙げられ、具体的には、例えば、粒状の合成ゼオライト、シリカゲル、活性アルミナ等が挙げられる。

なお、前記除湿ユニット２０は、一方の吸着筒２３を加熱部２２により加熱した後に、該吸着筒２３の冷却を促進させるための冷却ファン（図示せず）を有していてもよい。

前記水素酸素発生装置１は、図１に示すように、前記水電解モジュール１０から排出された水素ガスを前記除湿ユニット２０に送る水素ガス移送管１１を備えている。即ち、該水素ガス移送管１１は、水電解モジュール１０と除湿ユニット２０とをつなぐように配されている。

前記水素ガス移送管１１は、水電解モジュール１０の前記水素ガス流路と連通するように一端が水電解モジュール１０に取り付けられ、図１に示すように、他端が除湿ユニット２０に取り付けられている。そして、前記水素ガス移送管１１は、電気分解により水分解セルにて発生した水素ガスを除湿ユニット２０に送るように構成されている。
なお、前記水素ガス移送管１１の途中には、該移送管中の水素ガスを装置外へ放出できるように構成されたリリーフ弁（図示せず）が取り付けられていてもよい。

第一実施形態の水素酸素発生装置１は、上述したように、運転を緊急停止したときに、除湿ユニット２０の前記流通経路に水を供給するための緊急用給水機構を備えている。

前記水素酸素発生装置１の運転を緊急停止する状況としては、例えば、装置が使用される場所において地震や火災などが発生した状況などが挙げられる。

前記緊急用給水機構は、例えば、除湿ユニット２０の流通経路に水を供給するための緊急用給水管４０と、該緊急用給水管４０の途中に取り付けられた開閉可能な緊急用弁４１とを有している。
また、前記緊急用給水機構は、例えば、前記除湿ユニット２０における加熱部２２の温度を検知する温度センサー（図示せず）と、該温度センサーから緊急用弁４１へ弁閉鎖信号を送る弁閉鎖用信号ケーブル（図示せず）と、装置外部から緊急用弁４１へ弁開放信号を送る弁開放用信号ケーブル（図示せず）とを有している。

前記緊急用給水機構は、上記のごとき緊急用給水管４０、緊急用弁４１、温度センサー、弁閉鎖用信号ケーブル、及び、弁開放用信号ケーブルを有し、運転を緊急停止したときに、除湿ユニット２０における加熱部２２が温度センサーにより所定温度以上（例えば１００℃以上）であると検知されると、弁開放用信号ケーブルを経て緊急用弁４１に信号を送り、緊急用弁４１を開け、除湿ユニット２０の流通経路に水を供給できるように構成されている。
斯かる緊急用給水機構を備えた水素酸素発生装置１によれば、除湿ユニット２０の流通経路に液体の水を供給できるため、流通経路に残存する水素ガスを水圧で移動させ、水素ガスが流通する除湿ユニット２０における流通経路を水で満たすことができる。これに伴って、除湿ユニット２０内にある水素ガスを除去することができる。

即ち、前記水素酸素発生装置１によれば、除湿ユニット２０における流通経路を水で満たすことができるため、除湿ユニット２０内の水素ガスを迅速に排出することができる。また、上記のごとき水の供給により、例えば高温状態となっている除湿ユニット２０の温度を速やかに下げることができる。
また、前記水素酸素発生装置１によれば、水素ガスが流通する流通経路を不活性ガスによってパージしなくとも、装置内を冷却することができる。具体的には、パージ用の不活性ガスがなかったり、パージ用の不活性ガスの供給が止まったりしても、不活性ガスよりも入手が容易な水によって、装置内を冷却することができる。

前記緊急用給水機構は、例えば、弁開放用信号ケーブルを介して手動で弁開放信号を緊急用弁４１へ送るように構成されている。又は、前記緊急用給水機構は、例えば、地震計の測定情報又は地震速報情報を解析機器に取り込み、解析機器の解析により自動的に弁開放信号を緊急用弁４１へ送るように構成されている。また、前記緊急用給水機構は、装置が設置される建屋に取り付けられた火災警報機等から、弁開放用信号ケーブルを介して緊急用弁４１へ弁開放信号を送るように構成されていてもよい。

また、前記緊急用給水機構は、弁開放用信号ケーブルを介して装置内から弁開放信号を緊急用弁４１へ送るように構成されていてもよい。具体的には、前記緊急用給水機構は、例えば、除湿ユニット２０の温度が制御温度を超えたとき、又は、前記水素ガス流路をパージするための不活性ガスがなくなったときに、緊急用弁４１へ弁開放信号を送るように構成されていてもよい。

なお、前記緊急用給水機構は、弁開放用信号ケーブルを必ずしも備えている必要はなく、緊急用弁４１を手動で開閉できるように構成されていてもよい。
また、前記緊急用給水機構は、除湿ユニット２０に水を供給すべく、上述した供給配管２４の途中に一端が取り付けられた配管（図示せず）を有し、該配管から供給される水を、供給弁２５及び排出弁２７の開閉によって除湿ユニット２０へ供給するように構成されていてもよい。

前記緊急用給水管４０は、一端が前記水素ガス移送管１１の途中に取り付けられており、他端側から水道水などの水が供給されるように構成されている。

前記緊急用給水管４０は、水素酸素発生装置１の外部から水が供給されるように構成されていてもよく、例えば図１に示すように、前記水供給部３３から水が供給されるように構成されていてもよい。

前記緊急用給水管４０の途中に取り付けられた緊急用弁４１は、装置１を通常運転しているときに閉められ、装置１の運転を緊急停止したときに開けられるように構成されている。具体的には、緊急用弁４１は、例えば、装置外部から弁開放用信号ケーブルを経て送られた信号によって開けられるように構成されている。

前記水素酸素発生装置１によれば、水の供給によって除湿ユニット２０における流通経路から排出された水素ガスを、排出弁２７を介して水素ガス貯留タンク１３へ送ることができる。

また、前記水素酸素発生装置１によれば、水の供給によって、放出弁２８を経由させた水素ガスを装置外に排出させることもできる。

具体的には、前記水素酸素発生装置１において、例えば、第１吸着筒２３ａにて吸着剤を加熱再生させつつ第２吸着筒２３ｂにて水素ガスの除湿を行っているときに装置の運転が停止されると、供給される水が、供給弁２５、供給配管２４ｂ、第２吸着筒２３ｂ、排出配管２６ｂ、排出弁２７、及び、排出配管２６ａを経て第１吸着筒２３ａに供給される。そして、供給された水は、放出弁２８ａを経て装置外へ排出される。これに伴って、水素ガスを装置外へ排出することができる。

一方で、前記水素酸素発生装置１においては、排出弁２７を操作することによって、装置外へ排出される水素ガスを可能な限り少なくすることができる。
例えば、前記水素酸素発生装置１においては、排出弁２７の操作によって、供給された水の水圧によって第２吸着筒２３ｂ内の水素ガスを移動させ、水素ガスを排出弁２７経由で水素ガス貯留タンク１３へ送ることができる。そして、供給された水が排出弁２７に達した時点で、排出弁２７を操作することによって、排出配管２６ａを介して水を第１吸着筒２３ａへ供給することができる。このような排出弁２７の操作によって、水素ガスが装置外へ排出されることを最低限に抑えることができる。即ち、前記水素酸素発生装置１においては、加熱再生側の排出配管（２６ａ）及び吸着筒（２３ａ）内に存在する水素ガスが少量であるため、装置外へ排出される水素ガスを可能な限り少なくすべく、加熱再生側の排出配管（２６ａ）及び吸着筒（２３ａ）内に存在する水素ガスのみを装置外へ排出するように排出弁２７を操作することができる。

なお、前記緊急用給水機構は、純水製造部３３ｂで製造した純水を除湿ユニット２０の流通経路に供給するように構成されていてもよい。

第一実施形態の水素酸素発生装置１は、さらに、前記水素ガス移送管１１内に水を供給できるように構成されている。
具体的には、前記水素酸素発生装置１は、図１に示すように、装置１の運転を緊急停止したときに、前記緊急用給水機構としての緊急用弁４１を開けることにより、緊急用給水管４０を経由させた水を水素ガス移送管１１内に供給できるように構成されている。
このように構成された水素酸素発生装置１によれば、水素ガス移送管１１内に残存した水素ガスを水によって水素ガス移送管１１外へ排出できる。

第一実施形態の水素酸素発生装置１においては、水電解モジュール１０の水電解セルにて発生した水素ガスが水分を含んでいることから、該水素ガスに含まれる水分を減少させるべく、上述した水素ガス用気液分離器１２が備えられている。

前記水素ガス用気液分離器１２は、図１に示すように、前記水素ガス移送管１１の途中に配置され、水電解モジュール１０から水素ガス移送管１１を経て送られてきた水素ガスを、水分の減少した水素ガスと、水とに分離するように構成されている。

前記水素酸素発生装置１は、図１に示すように、水素ガス用気液分離器１２にて生じた水を送る配管を備え、該水を装置外部へ排出するように、又は、前記酸素ガス用気液分離器３１に送るように構成されている。

前記水素ガス貯留タンク１３は、水の電気分解によって前記水電解セルにて発生した水素ガスを貯めるように構成されている。具体的には、図１に示すように、前記除湿ユニット２０にて除湿された水素ガスを貯めるように構成されている。

前記水素ガス貯留タンク１３は、必要に応じて、装置に複数が備えられていてもよい。水素ガス貯留タンク１３が複数備えられていることにより、水素酸素発生装置１が断続的に運転されたとしても、安定的に水素ガスを貯留することができる。

前記水素ガス貯留タンク１３は、通常、内部の水素ガスを外部へ放出できるリリーフ弁（図示せず）を備え、該リリーフ弁から内部の水素ガスを放出しタンク内の水素ガスの圧力が高くなり過ぎないように構成されている。

なお、前記水素酸素発生装置１は、必要に応じて、水素ガス貯留タンク１３から送られる水素ガスを加圧する圧縮ポンプ（図示せず）と、圧縮ポンプによって加圧された水素ガスを貯める加圧タンク（図示せず）とを備え、水素ガス貯留タンク１３から送られた水素ガスを圧縮ポンプによって加圧し、加圧した水素ガスを加圧タンクに貯めるように構成されていてもよい。

次に、前記水素酸素発生装置１において、水電解モジュール１０から送られる酸素ガス側に配された機器類について説明する。

前記水素酸素発生装置１は、上述したように、水電解セルにて発生した酸素ガスを水電解モジュール１０外へ送る前記酸素ガス移送管３０を備えている。

前記酸素ガス移送管３０は、上述した水電解モジュール１０の酸素ガス流路と連通している。また、前記酸素ガス移送管３０は、図１に示すように、水電解モジュール１０と酸素ガス用気液分離器３１との間に配されている。そして、前記酸素ガス移送管３０は、電気分解により発生した酸素ガスと水との混合物を水電解モジュール１０から少なくとも酸素ガス用気液分離器３１へ送るように構成されている。

前記酸素ガス移送管３０の途中には、該移送管中の酸素ガスを装置外へ放出できるように構成されたリリーフ弁（図示せず）が取り付けられていてもよい。

前記酸素ガス用気液分離器３１は、内部に気液分離フィルタ３１ａを含み、酸素ガス移送管３０を経て水電解モジュール１０から送られた酸素ガスと水との混合物を、気液分離フィルタ３１ａによって酸素ガスと水とに分離できるように構成されている。

前記酸素ガス用気液分離器３１は、分離された酸素ガスを貯める空間と、貯まった酸素ガスを外部へ放出するための放出弁（図示せず）とを有しており、内部の酸素ガスを、適宜外部へ放出できるように構成されている。
また、前記酸素ガス用気液分離器３１は、分離された水を収容する収容部を有しており、外部から供給された水を該収容部に収容することができるように構成されている。また、該収容部に収容された水を、電気分解用の水として水電解モジュール１０へ送るように構成されている。

前記水素酸素発生装置１は、前記酸素ガス用気液分離器３１と前記水電解モジュール１０との間に配され、両者をつなぐように取り付けられた電解水供給管３２を備え、前記酸素ガス用気液分離器３１に収容された水を前記水電解モジュール１０に供給できるように構成されている。

詳しくは、前記水素酸素発生装置１は、水電解モジュール１０から送られた水と酸素ガスとの混合物を、酸素ガス移送管３０を経由させて酸素ガス用気液分離器３１に送り、該分離器にて分離した水を、電解水供給管３２を経由させて水電解モジュール１０に送るように構成されている。即ち、前記水素酸素発生装置１は、水電解モジュール１０にて電気分解に使われなかった水を、酸素ガス用気液分離器３１を経由させて、再度水分解モジュールに送り、電気分解のために使うように構成されている。

前記水供給部３３は、電気分解させるための水を水電解セルに供給するように構成されている。
具体的には、前記水供給部３３は、例えば図１に示すように、水道水を貯留する水道水貯留部３３ａと、該水道水貯留部から送られた水道水から純水を製造する純水製造部３３ｂとを有しており、水道水貯留部３３ａから純水製造部３３ｂへ水道水を送り、純水製造部３３ｂにて純水を製造し、製造した純水を酸素ガス用気液分離器３１へ送るように構成されている。

前記水供給部３３は、純水製造部３３ｂにて製造した純水を緊急用給水管４０へ送るように構成されていてもよい。
即ち、前記水素酸素発生装置１は、図１に示すように、水供給部３３にて製造した純水を、酸素ガス用気液分離器３１を経由させて水電解モジュール１０に供給するように構成されている。

前記純水製造部３３ｂは、例えば、逆浸透膜（ＲＯ膜）を含み、外部から供給された水道水が逆浸透膜を透過することにより純水を製造するように構成されている。
前記純水製造部３３ｂを構成する逆浸透膜としては、一般的なものが採用される。

次に、本発明に係る水素酸素発生装置の第二実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図３は、第二実施形態の水素酸素発生装置の概略図である。

第二実施形態の水素酸素発生装置は、第一実施形態の水素酸素発生装置における水電解セルと同様な水電解セルと、該水電解セルにて発生した酸素ガスを除湿する除湿ユニット２０’とを備えている。
そして、第二実施形態の水素酸素発生装置は、酸素ガスを除湿する除湿ユニット２０’が、酸素ガスを流通させる流通経路と、該流通経路内に配され酸素ガスに含まれる水分を吸着する吸着剤と、該吸着剤を加熱により再生させる加熱部とを有し、酸素ガスを前記流通経路にて流通させつつ前記吸着剤により除湿し、しかも、前記加熱部により吸着剤を加熱再生できるように構成されており、
前記酸素ガスを除湿する除湿ユニット２０’の前記流通経路に水を供給できるように構成されている。

第二実施形態の水素酸素発生装置は、図３に示すように、酸素ガスを除湿する除湿ユニット２０’を備えている点以外は、実質的に第一実施形態の水素酸素発生装置と同様に構成されている。
なお、第二実施形態の水素酸素発生装置は、水素ガスを除湿する除湿ユニット２０を備えていなくてもよい。

第二実施形態の水素酸素発生装置は、図３に示すように、前記水電解セルにて発生した酸素ガスを水電解モジュール１０から酸素ガス用気液分離器３１へ送り、さらに、酸素ガスを除湿する除湿ユニット２０’へ酸素ガスを送る酸素ガス移送管３０’を備えている。

酸素ガスを除湿する除湿ユニット２０’は、上述した水素ガスを除湿する除湿ユニット２０と同様に構成されている。
前記酸素ガスを除湿する除湿ユニット２０’においては、水素ガスを除湿する除湿ユニット２０の流通経路と同様に、酸素ガスを流通させる流通経路が形成されている。
そして、酸素ガスを除湿する除湿ユニット２０’は、上述したように、一方の吸着筒が酸素ガスを除湿している間に、他方の吸着筒が内部の吸着剤の水分を除去できるように構成されている。

第二実施形態の水素酸素発生装置は、図３に示すように、酸素ガス貯留タンク５０を備えている。
前記酸素ガス貯留タンク５０は、水の電気分解によって前記水電解セルにて発生した酸素ガスを貯めるように構成されている。具体的には、図３に示すように、前記除湿ユニット２０’にて除湿された酸素ガスを貯めるように構成されている。

第二実施形態の水素酸素発生装置は、図３に示すように、運転を緊急停止したときに、除湿ユニット２０’の酸素ガス流通経路に水を供給するための緊急用給水機構を備えている。
前記緊急用給水機構は、例えば、除湿ユニット２０’の酸素ガス流通経路に水を供給するための緊急用給水管４０’と、該緊急用給水管４０’の途中に取り付けられた開閉可能な緊急用弁４１’とを有している。
そして、第二実施形態の水素酸素発生装置は、緊急用給水機構によって、除湿ユニット２０’の酸素ガス流通経路に水を供給できるように構成されている。

続いて、本発明に係る水素酸素発生装置の操作方法の実施形態について説明する。

本実施形態の水素酸素発生装置の操作方法は、上記の水素酸素発生装置１、１’に対して、該装置の運転を緊急停止したときに、水素ガス又は酸素ガスを除湿する除湿ユニット２０、２０’の前記流通経路に水を供給するものである。
前記水素酸素発生装置の操作方法は、例えば、上記の水素酸素発生装置において行うことができる。また、該操作方法においては、上述した水素酸素発生装置に対する操作等が採用される。

前記水素酸素発生装置１が、上述したように運転を緊急停止するような状況になった場合には、装置１の運転を緊急に停止し、しかも装置内に残存する水素ガス又は酸素ガスをできるだけ除去することが好ましい。また、除湿ユニット２０、２０’の温度を迅速に下げる必要がある。

前記水素酸素発生装置の操作方法においては、装置１の運転を緊急停止したときに、水素ガスを除湿する除湿ユニット２０における水素ガスを流通させる流通経路、又は、酸素ガスを除湿する除湿ユニット２０’における酸素ガスを流通させる流通経路に水を供給するため、上述したように、除湿ユニット２０の流通経路に残存した水素ガス、又は、除湿ユニット２０’の流通経路に残存した酸素ガスを除去することができる。
また、前記水素酸素発生装置の操作方法においては、装置１の運転を緊急停止したときに、除湿ユニット２０、２０’の吸着筒２３が加熱部２２の加熱によって高温状態であったとしても、水の供給により除湿ユニット２０、２０’の温度を早急に下げることができる。従って、装置内を十分に冷却することができる。

なお、前記水素酸素発生装置の操作方法においては、水素ガスの流通経路又は酸素ガスの流通経路に供給する水として、水道水、純水などが採用され得る。
前記操作方法においては、水素ガス又は酸素ガスの流通経路に純水を供給すべく、上述したように、純水製造部３３ｂで製造した純水を緊急用給水管４０に送ることが好ましい。純水は、不純物が水道水よりも少ないため、除湿ユニット内の水素ガスの流通経路又は除湿ユニット内の酸素ガスの流通経路に純水を供給することにより、水に濡れた除湿ユニット２０、２０’内の除湿剤をより確実に再利用できるという利点がある。即ち、水に濡れた除湿剤を再利用すべく乾燥させても、水に含まれていた不純物による除湿剤の汚染が生じにくいという利点がある。

前記水素酸素発生装置の操作方法においては、除湿ユニット２０に水を供給するだけでなく、上述したように、さらに、水素ガス移送管１１内に水を供給することができる。

上記実施形態の水素酸素発生装置及び水素酸素発生装置の操作方法は、上記例示の通りであるが、本発明は、上記例示の水素酸素発生装置及び水素酸素発生装置の操作方法に限定されるものではない。
また、一般の水素酸素発生装置及び水素酸素発生装置の操作方法において用いられる種々の態様が、本発明の効果を損ねない範囲において、採用される。

１：水素酸素発生装置
１０：水電解モジュール、
１１：水素ガス移送管、
１２：水素ガス用気液分離器、
１３：水素ガス貯留タンク、
２０、２０’：除湿ユニット、
２１：吸着剤、 ２２：加熱部、 ２３：吸着筒、
３０、３０’：酸素ガス移送管、
３１：酸素ガス用気液分離器、 ３１ａ：気液分離フィルタ、
３２：電解水供給管、
３３：水供給部、 ３３ａ：水道水貯留部 、３３ｂ：純水製造部、
４０、４０’：緊急用給水管、
４１、４１’：緊急用弁、
５０：酸素ガス貯留タンク。

Claims (5)

1. 一対の電極板と該電極板の間に配された固体電解質膜とを含み水を電気分解することにより少なくとも水素ガスを発生するように構成された水電解セルと、該水電解セルにて発生した水素ガスを除湿する除湿ユニットとを備え、
   該除湿ユニットが、水素ガスを流通させる流通経路と、該流通経路内に配され水素ガスに含まれる水分を吸着する吸着剤と、該吸着剤を加熱により再生させる加熱部とを有し、水素ガスを前記流通経路にて流通させつつ前記吸着剤により除湿し、しかも、前記加熱部により吸着剤を加熱再生できるように構成されており、
   前記除湿ユニットの前記流通経路に水を供給できるように構成されていることを特徴とする水素酸素発生装置。
2. さらに、前記水電解セルにて発生した水素ガスを前記除湿ユニットに送る水素ガス移送管を備え、該水素ガス移送管内に水を供給できるように構成されている請求項１記載の水素酸素発生装置。
3. 一対の電極板と該電極板の間に配された固体電解質膜とを含み水を電気分解することにより少なくとも酸素ガスを発生するように構成された水電解セルと、該水電解セルにて発生した酸素ガスを除湿する除湿ユニットとを備え、
   該除湿ユニットが、酸素ガスを流通させる流通経路と、該流通経路内に配され酸素ガスに含まれる水分を吸着する吸着剤と、該吸着剤を加熱により再生させる加熱部とを有し、酸素ガスを前記流通経路にて流通させつつ前記吸着剤により除湿し、しかも、前記加熱部により吸着剤を加熱再生できるように構成されており、
   前記除湿ユニットの前記流通経路に水を供給できるように構成されていることを特徴とする水素酸素発生装置。
4. 一対の電極板と該電極板の間に配された固体電解質膜とを含み水を電気分解することにより少なくとも水素ガスを発生するように構成された水電解セルと、水電解セルにて発生した水素ガスを除湿する除湿ユニットとを備え、
   該除湿ユニットが、水素ガスを流通させる流通経路と、該流通経路内に配され水素ガスに含まれる水分を吸着する吸着剤と、該吸着剤を加熱により再生させる加熱部とを有し、水素ガスを前記流通経路にて流通させつつ前記吸着剤により除湿し、しかも、前記加熱部により吸着剤を再生できるように構成された水素酸素発生装置に対して、
   該装置の運転を緊急停止したときに、前記除湿ユニットの前記流通経路に水を供給することを特徴とする水素酸素発生装置の操作方法。
5. 一対の電極板と該電極板の間に配された固体電解質膜とを含み水を電気分解することにより少なくとも酸素ガスを発生するように構成された水電解セルと、水電解セルにて発生した酸素ガスを除湿する除湿ユニットとを備え、
   該除湿ユニットが、酸素ガスを流通させる流通経路と、該流通経路内に配され酸素ガスに含まれる水分を吸着する吸着剤と、該吸着剤を加熱により再生させる加熱部とを有し、酸素ガスを前記流通経路にて流通させつつ前記吸着剤により除湿し、しかも、前記加熱部により吸着剤を再生できるように構成された水素酸素発生装置に対して、
   該装置の運転を緊急停止したときに、前記除湿ユニットの前記流通経路に水を供給することを特徴とする水素酸素発生装置の操作方法。

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