JP6047473B2 - 水素・酸素発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、水素・酸素発生装置に関し、より詳しくは、水を電気分解して該電気分解による分解生成ガスとして陰極側に水素ガスを発生させるとともに陽極側に酸素ガスを発生させる水電解装置を備えた水素・酸素発生装置に関する。

近年、クリーンなエネルギー源として水素ガスを利用する機会が広がっており、このような水素ガスを得るための方法として水を電気分解して水素ガスとともに酸素ガスを発生させる方法が従来広く知られている。
このような水の電気分解を利用した水素ガスの製造方法は、電気分解に投入する電力量の調整により製造する水素ガスの発生量や圧力を容易に調整することができ、高圧水素ガスを比較的容易に製造可能であることから従来広く行われている。
また、この種のガス製造方法には、例えば、下記特許文献１に示すように固体高分子電解質膜で陽極側と陰極側とが仕切られた固体高分子電解質膜ユニットを備えた水電解モジュールが広く用いられており、該水電解モジュールの陽極側に水を循環供給しつつ電気分解をさせるタイプの水素・酸素発生装置が広く用いられている。

この種の水電解モジュールの陰極側からは、通常、固体高分子電解質膜を通って陽極側から移動した少量の水を含む水素ガスが発生する。
なお、水素ガスに対しては、十分な乾燥状態であることが一般に求められるため、通常、水電解モジュールで発生させた水素ガスは、気液分離されて水が除去された後、さらに除湿される。
このようなことから、従来の水素・酸素発生装置は、前記水素ガスから水を除去する気液分離器を備えており、該水素・酸素発生装置には、前記気液分離器で水を除去した後の水素ガスに含まれている水蒸気を凝縮器で除去する除湿装置や、該除湿装置を通過して得られた一次除湿ガスに含まれている水蒸気を吸着剤で除去して二次除湿ガスを得るための吸着塔などがさらに備えられたりしている。

特開２０００−１０４１９１号公報

ところで、水素・酸素発生装置は、従来、定置状態で専ら用いられているが、近年、省スペース化や可搬化などの目的で小型化が求められている。
また、その製造に要する材料コストを削減してコストダウンを図る意味においても小型化が求められている。

ここで、従来の前記気液分離器は、例えば、水素ガスに同伴される水を重力によって分離し且つ分離した水を貯留するための容器、該容器に貯留される水分量を検出するための水位センサー、及び、該水位センサーによって検知された水位情報に基づいて水を容器から排出するための電磁弁などによって構成されている。

そして、従来の水素・酸素発生装置は、気液分離器の水位を検知するためのセンサー類を設置するためのスペースが必要になっていることに加えて気液分離器の容器を小型化させると水位センサーによる水位検知に誤動作を生じさせやすいために上記要望を満足させることが困難な状況となっている。

本発明は、このような問題を解決することを目的としており、小型化して用いるのに適した水素・酸素発生装置を提供することを課題としている。

本発明者は、前記課題を解決すべく、鋭意検討を行ったところ、従来のような単なる重力分離を行うだけの気液分離器を使わず、水素ガスを衝突させる部材を有し、当該部材で水を捕捉させるタイプの気液分離器で且つ、前記水素ガスの流速を低下させて気液分離を行うタイプの気液分離器（以下、従来の気液分離器と区別すべく「セパレータ」ともいう）を用いることで水素・酸素発生装置の装置規模を小型化させるのに有効であることを見出した。
また、本発明者は、セパレータから単に水を外部放出させようとするとガスの漏洩を防止しつつ水だけを選択的に放出させることが困難であるため、ドレントラップによる排水機構を組み合わせることが水素・酸素発生装置の小型化に特に有効となることを見出して本発明を完成させるに至ったものである。

即ち、上記課題を解決するための水素・酸素発生装置に係る本発明は、固体高分子電解質膜によって仕切られた陽極側と陰極側との内の陽極側に水が供給され、該水が電気分解されて分解生成ガスとして陰極側に水素ガスを発生させるとともに陽極側に酸素ガスを発生させる水電解モジュールが備えられ、該水電解モジュールの前記陰極側からは、前記固体電解質膜を通過して前記陽極側から移動した水を含む水素ガスが発生され、該水素ガスを除湿する除湿装置、該除湿装置と前記水電解モジュールとを接続し、前記除湿装置への前記水素ガスの移動経路となる第一配管部、前記第一配管部の途中に設けられ、該第一配管部を通じて移動する前記水素ガスに含まれている前記水が水素ガスから分離されるセパレータ、該セパレータで分離された水が前記セパレータから導入されるドレントラップ、及び、前記セパレータから前記ドレントラップへの前記水の移動経路となる第二配管部、がさらに備えられており、前記セパレータは、当該セパレータに水素ガスを導入する前記第一配管部よりも水素ガスの流速を低下させるべく水素ガスの流路の断面積が第一配管部よりも広く形成されており、且つ、第一配管部から導入された水素ガスが衝突される部材を備え、前記ドレントラップは、セパレータからの前記水の移動が自然移動となるように前記第二配管部によって前記セパレータと連通されており、且つ、前記第二配管部とは別の第三配管部によって前記セパレータ内の気液分離部分より前、又は、前記第一配管部と連通されていることを特徴としている。

本発明の水素・酸素発生装置は、水電解モジュールの陰極側から発生された水素ガスの流速が低下されるとともに水素ガスを衝突させる部材を備えたセパレータを有し、該水素ガスに含まれている水を前記部材に捕捉させて前記水素ガスから分離させることが可能なセパレータを除湿装置の上流側に有している。
従って、前記セパレータは、単なる重力分離を行うだけの従来の気液分離器に比べてより確実に気液分離を行うことができる。
即ち、前記セパレータは、小型のものであっても除湿装置に向けて気体を移動させる経路に水が混入することを抑制させ得る。
また、本発明の水素・酸素発生装置は、このセパレータへ水が導入される勢いや当該水に作用する重力などにより該セパレータからドレントラップへの水の移動が自然移動となるように第二配管部によってセパレータとドレントラップとが連通されている。
従って、セパレータ内の水を速やかにドレントラップに移動させうる。
そのため、セパレータ内に水を貯留させるための大きな容積を確保させる必要性が低く当該セパレータを小型化させ得るとともに該セパレータからの水の溢流を防止するための水位センサーの設置を省略させ得る。
また、本発明においては、除湿装置よりも上流側の配管部やセパレータとドレントラップとが第三配管部によって連通されているため、セパレータとドレントラップとの間に圧力バランスを確保させ得る。
即ち、セパレータからの水の流入経路とは別に、ドレントラップからの気体排出経路を確保しておかないと、セパレータからドレントラップへの水の移動が良好にならないおそれがあるところ、本発明においては第三配管部によりドレントラップからの気体排出経路が確保されている。
また、水電解モジュールの運転温度が高く、高温の水素ガスが水電解モジュールから排出されているような場合、ドレントラップに入る水が高温であるため、ドレントラップ自体が高温になり、水電解モジュールの運転温度が低い場合に比べてドレントラップから排出される水素ガスに同伴する水蒸気が増加する。そのため、ドレントラップから第三配管部に流入する水素ガスには、多くの水蒸気が含まれるおそれがあるが、本発明においては、前記第三配管部がドレントラップを除湿装置よりも上流側に連通させるべく備えられているため、水蒸気を多く含んだ水素ガスがドレントラップから第三配管部に排出された場合にも当該水素ガスに含まれている水蒸気を前記除湿装置で除去することができる。
このことから本発明によれば、水素ガスを乾燥状態にさせるという要望を損なうおそれを抑制しつつ小型化が容易な水素・酸素発生装置を提供し得る。

なお、ドレントラップから排出された気体中の水蒸気が第三配管部内において結露を生じた場合、この結露水をセパレータで捕捉させて前記除湿装置に導入させないようにすることが好ましく、前記第三配管部は、前記セパレータよりも上流側の第一配管部と前記ドレントラップとを連通していることが好ましい。

また、前記ドレントラップとしては、フロートが所定以上に浮上することで開弁状態となり水が自動的に排出されるフロート式のもの、水位センサーと連動した電磁弁の開閉により水を排出させる電磁弁式のもの、一定時間ごとに開閉するタイマー式のもの、差圧により作動するディスク式のものなどが知られているが、本発明においては、フロート式ドレントラップが好適である。
本発明の好適な態様として、フロート式のドレントラップを採用した場合には、該フロート式ドレントラップが、通常、特別な制御を必要としていないことから水素・酸素発生装置の小型化に特に有効となる。

一実施形態に係る水素・酸素発生装置の概略的な系統図。 セパレータとドレントラップとの関係を示した概略図。

以下に、本発明の好ましい実施の形態の水素・酸素発生装置について説明する。
ここでは、水電解装置での電気分解による分解生成ガスの内、水素ガスのみを有効利用し、酸素ガスを大気放出させるように構成された水素・酸素発生装置を例に本発明の実施形態について説明する。
また、本実施形態においては、陽極側を水が循環供給される水循環極として用いられている水素・酸素発生装置を例にして説明する。

より具体的には、図１の概略的な系統図に示すように、本実施形態の水素・酸素発生装置１００は、水を電気分解して該電気分解による分解生成ガスとして陰極側に水素ガスを発生させるとともに陽極側に酸素ガスを発生させる水電解装置１を備え、前記陽極側に水を循環供給しつつ前記電気分解を実施し得るように構成されている。

前記水電解装置１は、固体高分子電解質膜を介して隣接された陽極室と陰極室とを有し、それぞれに配された電極板と前記固体高分子電解質膜とが１ユニットとされた固体高分子電解質膜ユニットを複数備えた水電解モジュール１０と、該水電解モジュール１０の電極板間に直流電流を流通させるための給電装置１１とを備えている。

より詳しくは、本実施形態における水電解装置１は、前記水電解モジュール１０の陽極室に流入させた水を給電装置１１によって与えられた電気エネルギーによって電気分解し、該陽極室において酸素ガスを発生させるとともに前記固体高分子電解質膜中に生じさせた水素イオンを陰極室に移動させて当該陰極室で電荷を与えて水素ガスを発生させるように構成されている。

また、水電解装置１は、水電解モジュール１０の陽極側１０ａから前記分解生成ガスたる酸素ガスと水電解装置に供給された水を含んだ気液混合水が生じるとともに陰極側１０ｂから前記固体高分子電解質膜を透過した少量の水を含んだ水素ガスを発生させるように構成されている。

前記水素・酸素発生装置１００の水素側の構成について説明する。
前記水素・酸素発生装置１００は、水電解モジュール１０の前記陰極側１０ｂから発生する水素ガスが導入され、該水素ガスに含まれている水が当該水素ガスから分離除去されるセパレータ２と、該セパレータ２から排出される前記水が導入されるドレントラップ３と、前記セパレータ２から排出される水素ガスがさらに冷却されて除湿された水素ガス（以下、「一次除湿ガス」という）が生成される一次除湿装置４と、該一次除湿ガスがさらに除湿されて二次除湿ガス（乾燥水素ガス）が生成される二次除湿装置５とを有している。

なお、本実施形態の水素・酸素発生装置１００は、前記一次除湿装置４として凝縮器が備えられ、該凝縮器との接触により水素ガスを冷却して該水素ガスに含まれていた水蒸気を凝縮水として除去することによって一次除湿ガスを生成すべく形成されており、該凝縮水を除去するためのドレントラップ６を補足的に備えている。
ここで、以下においては特段の断りがない限りにおいて「ドレントラップ」との用語は、セパレータ２から排出される水が導入される「ドレントラップ３」を意味するものとし、凝縮器の後段に配された「ドレントラップ６」については「第二ドレントラップ６」と称して呼び分けることとする。

前記水素・酸素発生装置１００は、前記水電解モジュール１０から前記一次除湿装置４まで水素ガスを搬送するための第一配管部Ｌ１を備え、該第一配管部Ｌ１の途中に前記セパレータ２が配されている。
なお、以下においては、水電解モジュール１０からこのセパレータ２までの間の第一配管部Ｌ１を上流側第一配管部Ｌ１１と称し、セパレータ２から一次除湿機４までの間の第一配管部Ｌ１を下流側第一配管部Ｌ１２と称することがある。

当該第一配管部以外に、前記水素・酸素発生装置１００は、前記セパレータ２から水をドレントラップ３に向けて排出するための第二配管部Ｌ２、ドレントラップと前記上流側配管部Ｌ１１とを連通する第三配管部Ｌ３、該ドレントラップ３から水を排出するための第四配管部Ｌ４、前記一次除湿装置４から前記二次除湿装置５まで一次除湿ガスを搬送するための第五配管部Ｌ５、及び、前記二次除湿装置５から二次除湿ガス（乾燥水素ガス）を排出するための第六配管部Ｌ６とを備えている。

前記セパレータ２は、小型化が容易である点において、単純な構造のものが好ましく、本実施形態においては、気液分離を行うための容器内に網目状部材を備え、水素ガスが前記網目状部材を通過するように構成されたものが採用されている。

該セパレータ２について、詳細な例示を行うと、図２に示すようなものを挙げることができる。
図２に例示のセパレータ２は、中空円筒状の容器本体２１が竪置き状態で備えられており、該容器本体２１は、その天井壁部２１ａに近い側壁部２１ｂの２箇所、及び、底壁部２１ｃの１箇所にそれぞれ開口を有する以外が密閉状態となっている。
なお、側壁部２１ｂの２箇所の開口は、中空円筒状の容器本体２１の周方向に１８０度離間するように設けられている。
そして、前記セパレータ２は、容器本体２１の前記側壁部２１ｂの開口の一方に対して前記上流側第一配管部Ｌ１１を構成する管体が接続され、他方の開口に対して前記下流側第一配管部Ｌ１２を構成する管体が接続されている。
さらに、前記セパレータ２は、容器本体２１の前記底壁部の開口に対して前記第二配管部Ｌ２を構成する管体が接続されている。

本実施形態におけるセパレータ２は、上流側第一配管部Ｌ１１から導入される水素ガスを前記網目状部材内に導入する導入管２３と、水素ガスを下流側第一配管部Ｌ１２へと排出するための排出管２４とを容器本体内に備えている。
前記導入管２３は、容器本体２１の側壁部に接続された上流側第一配管部Ｌ１１の管体に続けて容器本体２１の中央部に伸びるように設けられ、その先端が閉塞端となっているとともに該閉塞端の手前において下方に向けて開口した開口部２３ａが形成されている。
また、前記排出管２４も下流側第一配管部Ｌ１２の管体に続けて容器本体２１の中央部に伸びるように設けられ先端が閉塞端となっているとともに該閉塞端の手前において上方に向けて開口した開口部２４ａを備えている。

前記セパレータ２は、水素ガスに含まれている水を捕捉するための部材として内部に容器本体２１よりも細い円筒状の網目状部材２２を収容している。
該網目状部材２２は、上下方向に延在する形で容器本体内に収容されており、その上端が前記導入管２３の開口部２３ａに接続され、下端が容器本体２１の底壁部の開口に接続されている。
即ち、セパレータ２は、上流側第一配管部Ｌ１１から導入した水素ガスが、前記導入管２３の先端に衝突して下降流へと転流し、網目状部材内を下降しつつ当該網目状部材２２の外部へ網目を通じて放出されるように構成されている。

本実施形態のセパレータ２は、該網目状部材２２が用いられることによって水が捕捉され易く、前記下流側第一配管部側に水が通過してしまうことを防止することができる。
なお、網目状部材２２で水が取り除かれた水素ガスは、前記排出管２４の開口部２４を通じて下流側第一配管部Ｌ１２への排出されることになる。

本実施形態においては、水素ガスの流速を上流側第一配管部Ｌ１１よりも低下させた上で該水素ガスを衝突させて水を捕捉するための部材として網目状部材２２を採用しているが、上記例示の網目状部材２２に代えて、じゃま板などの部材を採用するようにしても良い。
上流側第一配管部Ｌ１１からセパレータ内に導入した水素ガスを衝突させるための部材として、じゃま板を採用する場合には、当該じゃま板はパンチングメタルなどのように貫通孔が穿設されたものであってもスリットなどが設けられたものであってもよい。
即ち、前記じゃま板は、衝突後の水素ガスを下流側第一配管部に向けて当該じゃま板を迂回して通過させ得るように貫通孔等が設けられていないものであっても、網目状部材２２と同様に水素ガスを衝突させるとともに当該水素ガスを透過させるべく貫通孔やスリットが設けられたものであっても良い。

該セパレータ２は、単に重力分離によって気液分離するだけの従来の気液分離器に比べ、水素ガスに含有されている水を前記網目状部材２２によってより確実に捕捉させることができ、該網目状部材２２で水を集合させて水滴を形成させ、該水滴を容器本体２１の底壁部に自然滴下させることができる。
また、前記網目状部材２２は、それまでよりも高温の水素ガスが上流側第一配管部Ｌ１１により導入された場合などにおいて、当該水素ガスに水蒸気となって含まれている水を、その表面において凝縮させて捕捉することができる点においても従来の気液分離器に比べて好適である。

該セパレータ２から排出される水が第二配管部Ｌ２を通じて導入される前記ドレントラップ３は、フロートが所定以上に浮上することで排出弁が開状態となって水が自動的に排出されるフロート式のもの、水位センサーと連動した電磁弁の開閉により水を排出させる電磁弁式のもの、一定時間ごとに開閉するタイマー式のもの、差圧により作動するディスク式のものなどが採用可能である。
これらの内、フロート式ドレントラップやタイマー式ドレントラップは電磁弁式ドレントラップに比べて複雑な制御を必要とせず、しかも、フロート式ドレントラップは、フロートの浮沈状態のみで自動的に弁機構の開閉が行われ実質的に制御を要しない点において好適である。

また、本実施形態においては、前記第二配管部Ｌ２を通じてセパレータ２から水が流入する際に、前記第三配管部Ｌ３を通じてドレントラップ内の気体（水素ガス）を上流側第一配管部Ｌ１１へと移動させて水の前記流入をスムーズにさせるという前記第三配管部Ｌ３による効果を確実に発揮させ得る点において、ドレントラップ３の側における第三配管部Ｌ３の接続位置が、当該ドレントラップにおいて予定されている最大貯水量における水位よりも上方であることが好ましい。
この点においてタイマー式ドレントラップは、セパレータ２からの水の導入状況によって当該ドレントラップ内の最大貯水量が大きく変動する可能性がある。
その一方でフロート式ドレントラップは、通常、セパレータ２からの水の導入状況に関係なくドレントラップ内の水位が一定以上になることがない。
このようなことからも本実施形態において採用するドレントラップ３は、フロート式のものが好ましい。

該ドレントラップ３と前記セパレータ２とは、ドレントラップ側が相対的に下位となるように高低差を設けた方が、前記第二配管部Ｌ２を通じての水の移動をスムーズにさせ得る。
一方で、設置スペースなどの関係上その方が好ましいようであれば、ドレントラップ３とセパレータ２とは、相対的な高低差を設けずに配置してもよい。
このような態様について、図２を参照しつつ説明すると、図２に例示のドレントラップ３は、セパレータ２と同様に中空円筒状の容器本体３１が竪置き状態で備えられており、該容器本体３１が、セパレータ２の容器本体２１に横並びに配置されている。
該ドレントラップ３は、その容器本体３１に対して、底壁部に近い側壁部に前記第二配管部Ｌ２を構成する管体が接続されており、該第二配管部Ｌ２を通って前記セパレータ２から移動した水によって内部のフロート３２が浮上するように構成されている。
そして、ドレントラップ３は、前記フロート３２が所定以上に浮上した際に弁機構３３が自動的に開弁状態となり、下部排水口に接続された前記第四配管部Ｌ４を通じて水を排出し得るように構成されている。
なお、当該ドレントラップ３は、開弁状態となった位置よりもさらに下位の位置に前記フロート３２が達した時点で前記弁機構３３を閉弁状態へと変化させるように構成されている。

このとき、ドレントラップ３からの水を大気圧状態の空間に対して排出させるとした場合、ドレントラップ内のゲージ圧に相当する圧力が水に加わることになる。
従って、ドレントラップ３の開弁状態における排水を過度に良好なものとすると水とともに水素ガスを放出してしまうおそれがある。
ただし、ドレントラップ３は、通常、内部容積に占める水の収容容積比率を大きく確保することができるため、第二配管部Ｌ２や第三配管部Ｌ３を通じてセパレータ２などから水素ガスが供給されることをある程度制約させるか、又は、前記第四配管部Ｌ４の水の流通状態をある程度制約させることで排水完了までに要する時間を一定以上確保させることができ水素ガスの意図せぬ放出を抑制することができる。
このようにドレントラップ３からの水素ガスの漏洩は、セパレータ２からドレントラップ３への気体の流入やドレントラップ３からの排水に対して所定の調整を行うことで抑制することができる。

なお、本実施形態においては、前記第二配管部Ｌ２にポンプなどの搬送動力を設けることなく、セパレータ２へ流入する際の水の勢い、及び、該水に作用する重力により、セパレータ２からドレントラップ３へと水を自然移動させている。
従って、ポンプや該ポンプへの給電機構などを省略することができる点においても本実施形態の水素・酸素発生装置１００は、小型化に適したものであるといえる。

また、本実施形態の水素・酸素発生装置１００は、前記のように第二配管部Ｌ２とは別の第三配管部Ｌ３によってドレントラップ３と上流側第一配管部Ｌ１１とが連通状態とされている。
従って、仮にセパレータ２の内部の圧力がドレントラップ３の内部の圧力よりも低くなるような圧力変動が生じた場合でも第三配管部Ｌ３（及び、上流側第一配管部Ｌ１１）を通じてドレントラップ３とセパレータ２との間に圧力バランスを保たせることができ第二配管部Ｌ２に存在する水がセパレータ側に逆流することが抑制される。
しかも、本実施形態においては、第三配管部Ｌ３が下流側第一配管部Ｌ１２ではなく上流側第一配管部Ｌ１１に接続されているために、ドレントラップ３からの水蒸気がセパレータ２で気液分離された水素ガスに混入してしまうおそれをより効果的に抑制させることができる。

前記の気液分離器２、ドレントラップ３、及び、第三配管部Ｌ３の作用によって水素ガス中に液体として存在する水分は除去されるが、該水分除去後の水素ガスには、通常、水蒸気の形で水分が含まれている。
特に、水電解装置１がジュール熱などによって高温となっている場合には、水素ガスも高温（例えば、６０℃〜８０℃）となって絶対湿度が高い状態になることが考えられる。
このことから本実施形態の水素・酸素発生装置１００は、セパレータ２の後段側に前記一次除湿装置４を配置し、該一次除湿装置内で水素ガスを十分に冷却して該水素ガスよりも絶対湿度の低い一次除湿ガスが得られるようにしている。

該一次除湿装置４から排出される一次除湿ガスをさらに除湿して製品ガスを得るための前記二次除湿装置５は、従来の水素・酸素発生装置と同様に、シリカゲルやゼオライトなどの吸湿剤を内包させた吸着塔などによって構成させることができる。

また、一次除湿装置４で凝縮された水を捕捉する第二ドレントラップ６は、例えば、前記ドレントラップ３と同様のものを採用することができる。

次いで、水素・酸素発生装置１００の酸素側の構成について説明する。
本実施形態の水素・酸素発生装置１００は、前記のように水電解装置１の陽極側を水が循環供給される水循環極となっている。
そのため、水素・酸素発生装置１００は、前記水電解モジュール１０の陽極側（陽極室）に供給する前記水を貯留する給水タンク７と、該給水タンク７から前記水電解装置１の前記陽極側に前記水を供給するための給水経路となる第七配管部Ｌ７とを有し、該給水経路の途中に設けられた定量ポンプＰ１（以下「循環ポンプＰ１」ともいう）によって前記水電解モジュール１０の流入口に水を連続供給しうるように構成されている。

前記水電解モジュール１０は、前記流入口を前記陽極室に連通させており、該陽極室は、前記流入口とは逆側において水電解モジュール表面に開口されている排出口と連通されている。
そして、本実施形態の水素・酸素発生装置１００は、前記水電解モジュール１０において単位時間当たりに電気分解される水の量よりも多くの水を前記定量ポンプＰ１によって水電解モジュール１０に供給し得るように構成されており、前記水電解モジュール１０の陽極側の前記排出口からは、前記酸素ガスと多量の水とが気液混合水の状態となって排出されるように構成されている。

本実施形態の水素・酸素発生装置１００は、前記水電解モジュール１０の陽極側から酸素ガスとともに排出される水を前記給水タンク７に返送する返送経路となる第八配管部Ｌ８を備えている。
即ち、水素・酸素発生装置１００には、該返送経路と前記給水経路とを通って前記水電解装置１と前記給水タンク２との間を水が循環する循環経路が形成されている。
この給水タンク７は、前記循環経路において循環する水の一次貯留を行うとともに前記気液混合水を導入して気液分離を行う気液分離器としての役割をも担っており、本実施形態の水素・酸素発生装置１００は、当該給水タンク７の上部から気液分離された酸素ガスを大気放出させるための第九配管部Ｌ９を有している。

また、本実施形態の水素・酸素発生装置１００は、該給水タンク７の貯水量を所定範囲内に調整すべく前記陽極側における水の消費量に基づいて前記給水タンク７に水を補給する水補給装置８をさらに備えている。
より詳しくは、前記水補給装置８は、定量ポンプＰ２が設けられた第十配管部Ｌ１０を通じて給水タンク７に水を補給すべく水素・酸素発生装置１００に備えられている。

なお、ここではこれ以上の詳細な説明は行わないが、本実施形態の水素・酸素発生装置１００は、上記例示の構成以外にも従来の水素・酸素発生装置の形成に用いられている各種部材や計器類を適宜採用して構成させることが可能なものである。
例えば、前記セパレータ２や前記ドレントラップ３に接続されている前記第一配管部や第二配管部などをはじめとして、全ての配管部（Ｌ１〜Ｌ１０）については、金属管や合成樹脂管などの管体や継手といった一般的な配管形成用部材によって形成させることができ、管体や継手のサイズや材質については、流通させる水やガスの種類や量によって適宜選択可能である。
そして、本実施形態の水素・酸素発生装置１００は、セパレータ２を小型化させることが容易で、且つ、ドレントラップ３からの排水のための制御も複雑ではないことから当該制御のための機器類の設置も省略させることができる。
なお、本実施形態においては、酸素側が大気圧である場合について記述しているが、本発明は、酸素側が高圧に維持された水素・酸素発生装置にも適用することができる。

このような水素・酸素発生装置１００を利用した水素ガス製造方法について以下に例示する。
まず、前記給水経路に配した循環ポンプＰ１によって給水タンク７から水を前記水電解装置１に供給し、該水電解モジュール１０での電気分解による分解生成ガスとして前記陽極側１０ａに酸素ガスを発生させるとともに前記陰極側１０ｂに水素ガスを発生させる。
ここで、前記陽極側において水の循環経路を形成させつつ前記電気分解を継続的に実施させ前記水電解モジュール１０から発生する酸素ガスと多量の水とを含んだ気液混合水を前記給水タンク７に返送させ、該給水タンク７で気液分離を実施させる

一方で水電解装置１の陰極側１ｂからは、少量の水を含んだ水素ガスを発生させて前記上流側第一配管部Ｌ１１を通じて前記セパレータ２に導入し、該セパレータ２で水素ガスの気液分離を実施させる。網目
このセパレータ２では、水素ガスから分離・集合させた水を前記第二配管部Ｌ２を通じてドレントラップ３に自然移動させつつ水分を除去した水素ガスを一次除湿装置４に供給すべく下流側第一配管部Ｌ１２に向けて排出する。
そしてドレントラップ３では、当該ドレントラップ自体が有する機能を利用し、所定以上に水が貯留された場合に自動的に水を排出させる。
一方で前記水素ガスについては、これを一次除湿装置４の凝縮器で冷却することにより凝縮水の形で水分を除去して一次除湿ガスとし、該一次除湿ガスを第五配管部Ｌ５を通じて吸着塔などに供給して該吸着塔でさらに除湿・乾燥させ、最終的な製品ガス（乾燥水素ガス）とすることができる。

このとき前記のように第三配管部Ｌ３によってセパレータ２とドレントラップ３との圧力バランスが担保されることによりセパレータ２からは速やかに水が排出され、一次除湿装置４への水の導入が抑制されることになる。
そして、このことにより凝縮器や吸着塔での負荷が軽減され、効率良く製品ガスを形成させることができる。

なお、ガス製造方法に係る技術事項についても、従来公知の事項については、上記例示に明記されていない場合でもこれを採用可能であることは説明するまでもなく当然の事柄である。

１ 水電解装置
２ セパレータ
３ ドレントラップ
４ 一次除湿装置（凝縮器）
Ｌ１ 第一配管部
Ｌ２ 第二配管部
Ｌ３ 第三配管部
Ｌ４ 第四配管部
１００ 水素・酸素発生装置

Claims (3)

1. 固体高分子電解質膜によって仕切られた陽極側と陰極側との内の陽極側に水が供給され、該水が電気分解されて分解生成ガスとして陰極側に水素ガスを発生させるとともに陽極側に酸素ガスを発生させる水電解モジュールが備えられ、
   該水電解モジュールの前記陰極側からは、前記固体電解質膜を通過して前記陽極側から移動した水を含む水素ガスが発生され、
   該水素ガスを除湿する除湿装置、
   該除湿装置と前記水電解モジュールとを接続し、前記除湿装置への前記水素ガスの移動経路となる第一配管部、
   前記第一配管部の途中に設けられ、該第一配管部を通じて移動する前記水素ガスに含まれている前記水が水素ガスから分離されるセパレータ、
   該セパレータで分離された水が前記セパレータから導入されるドレントラップ、及び、
   前記セパレータから前記ドレントラップへの前記水の移動経路となる第二配管部、がさらに備えられており、
   前記セパレータは、当該セパレータに水素ガスを導入する前記第一配管部よりも水素ガスの流速を低下させるべく水素ガスの流路の断面積が第一配管部よりも広く形成されており、且つ、第一配管部から導入された水素ガスが衝突される部材を備え、
   前記ドレントラップは、セパレータからの前記水の移動が自然移動となるように前記第二配管部によって前記セパレータと連通されており、且つ、前記第二配管部とは別の第三配管部によって前記セパレータ又は前記第一配管部と連通されていることを特徴とする水素・酸素発生装置。
2. 前記セパレータよりも上流側の第一配管部と前記ドレントラップとが前記第三配管部によって連通されている請求項１記載の水素・酸素発生装置。
3. 前記ドレントラップは、フロートが所定位置以上に浮上することで開弁状態となって水が自動的に排出されるフロート式ドレントラップである請求項１又は２記載の水素・酸素発生装置。

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