JP6932325B2 - High-concentration nitrogen gas generation system and high-concentration nitrogen gas generation method - Google Patents
High-concentration nitrogen gas generation system and high-concentration nitrogen gas generation method Download PDFInfo
- Publication number
- JP6932325B2 JP6932325B2 JP2019214291A JP2019214291A JP6932325B2 JP 6932325 B2 JP6932325 B2 JP 6932325B2 JP 2019214291 A JP2019214291 A JP 2019214291A JP 2019214291 A JP2019214291 A JP 2019214291A JP 6932325 B2 JP6932325 B2 JP 6932325B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- nitrogen gas
- concentration
- air
- circulation path
- 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.)
- Active
Links
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 186
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 title claims description 88
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 37
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 81
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 49
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 35
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 35
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 35
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 21
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 13
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 34
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 9
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 4
- 235000013361 beverage Nutrition 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 3
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 description 2
- 239000003348 petrochemical agent Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000035485 pulse pressure Effects 0.000 description 2
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
本発明は、高濃度窒素ガス生成システム並びに該システムを実行するための方法に関し、詳しくは、燃料電池から排気される空気から高濃度の窒素ガスを生成するためのシステム並びに方法に関するものである。 The present invention relates to a high concentration nitrogen gas generation system and a method for executing the system, and more particularly to a system and a method for generating a high concentration nitrogen gas from the air exhausted from a fuel cell.
窒素(窒素ガス)は、その不活性な物性特徴を活かして、保安・パージといった安全性向上や酸化防止などの品質保持用として、半導体製造プロセスから石油化学、食品・飲料の製造に至るまで、幅広い分野で利用されている。そして、産業用途としての窒素ガスは、およそ95%以上の窒素濃度が要求される。さらに、各用途に使用するに際しては加圧されていることが利便である。 Nitrogen (nitrogen gas) utilizes its inert physical characteristics to improve safety such as safety and purging, and to maintain quality such as antioxidants, from semiconductor manufacturing processes to petrochemicals and food / beverage manufacturing. It is used in a wide range of fields. Nitrogen gas for industrial use is required to have a nitrogen concentration of about 95% or more. Further, it is convenient that the pressure is applied when the product is used for each purpose.
ところで、空気の約99%は酸素と窒素で構成されており、その比率はおよそ2(酸素):8(窒素)であるため、窒素ガスは、該空気から約2割を占める酸素を分離・除去することで得ることができる。かかる窒素ガスを需要場所付近において生成する手法としては、主に膜分離方式とPSA(圧力変動吸着)方式とがあり、両者とも圧縮空気から窒素ガスを製造するため、窒素ガスとなる時点で加圧されているという利点が存する。 By the way, about 99% of air is composed of oxygen and nitrogen, and the ratio is about 2 (oxygen): 8 (nitrogen), so nitrogen gas separates oxygen, which occupies about 20%, from the air. It can be obtained by removing it. There are mainly a membrane separation method and a PSA (pressure fluctuation adsorption) method as methods for generating such nitrogen gas in the vicinity of the place of demand. Since both methods produce nitrogen gas from compressed air, they are added at the time of becoming nitrogen gas. There is an advantage of being pressured.
膜分離方式とは、特殊な中空糸膜を使った手法で、該中空糸膜に圧縮空気を透過させることで、各成分の透過速度の違いにより、酸素を優先的に分離・除去することで、およそ97%〜99%程度の濃度の窒素ガスを抽出することが可能である。 The membrane separation method is a method using a special hollow fiber membrane, in which compressed air is permeated through the hollow fiber membrane, and oxygen is preferentially separated and removed due to the difference in the permeation rate of each component. , It is possible to extract nitrogen gas having a concentration of about 97% to 99%.
PSA(圧力変動吸着)方式とは、吸着材を利用したものであって、該吸着材に圧縮空気中の酸素を吸着させることで、その余としておよそ99〜99.99%までの濃度の窒素ガスを抽出することが可能である。 The PSA (pressure fluctuation adsorption) method uses an adsorbent, and by adsorbing oxygen in compressed air to the adsorbent, nitrogen having a concentration of about 99 to 99.99% is left over. It is possible to extract the gas.
前述を総合すると、膜分離方式とPSA方式とは、産業用途として最低限の濃度である窒素ガス濃度95%以上を期待できるため、半導体製造プロセスから石油化学、食品・飲料の製造に至るまで種々の用途で使用可能である。 In summary, the membrane separation method and PSA method can be expected to have a nitrogen gas concentration of 95% or more, which is the minimum concentration for industrial use, so they vary from semiconductor manufacturing processes to petrochemicals and food / beverage manufacturing. It can be used for various purposes.
前述のとおり、空気中の酸素と窒素の比率はおよそ2:8であることから、該空気から窒素ガスを生成するためには、上記膜分離方式とPSA方式とを問わず、約2割の酸素を分離・除去する必要がある。この点、酸素と窒素の比率が1:9になるなど、酸素濃度の低減が図られるならば、分離・除去する酸素量が少なく済むことから、窒素ガスの生成効率が向上すると共に、生成される窒素ガスの純度も向上し、機械負担の軽減にも資することとなる。 As described above, since the ratio of oxygen to nitrogen in the air is about 2: 8, in order to generate nitrogen gas from the air, about 20% regardless of the membrane separation method or the PSA method. It is necessary to separate and remove oxygen. In this regard, if the oxygen concentration is reduced, such as by making the ratio of oxygen to nitrogen 1: 9, the amount of oxygen to be separated and removed can be reduced, so that the nitrogen gas generation efficiency is improved and the nitrogen gas is generated. The purity of nitrogen gas will also be improved, which will contribute to reducing the burden on the machine.
酸素濃度が低減したものとして、燃料電池から排出される排気が考え得る。すなわち、燃料電池は、水素を空気中の酸素と化学反応させて発電を行うもので、その際に排出されるのは水と酸素濃度が減少した空気とである。かかる酸素濃度が減少した空気を、一般に窒素リッチガスと呼んでいる。 Exhaust gas discharged from the fuel cell can be considered as a reduced oxygen concentration. That is, a fuel cell generates electricity by chemically reacting hydrogen with oxygen in the air, and at that time, water and air having a reduced oxygen concentration are discharged. The air with reduced oxygen concentration is generally called nitrogen-rich gas.
また、産業用としての燃料電池は、主として、工場、病院、官公署並びにコンピューターサーバールームなど停電を避けるべき場所のバックアップ電源装置として設置され得る。 Further, the fuel cell for industrial use can be installed mainly as a backup power supply device in a place where a power failure should be avoided, such as a factory, a hospital, a public office, and a computer server room.
かかる燃料電池から排出される窒素リッチガスの利用方法について、特開平7−183041号公報(特許文献1)や特開平7−183042号公報(特許文献2)、特開2000−277138号公報(特許文献3)などの技術提案が為されている。 Regarding the method of using the nitrogen-rich gas discharged from the fuel cell, JP-A-7-183041 (Patent Document 1), JP-A-7-183042 (Patent Document 2), and JP-A-2000-277138 (Patent Document 1). Technical proposals such as 3) have been made.
すなわち、上記特許文献1乃至3にかかる技術提案は、燃料電池から排出される窒素リッチガスを、同じ燃料電池のパージ用若しくはシール用のガスとして利用するための技術提案であって、他用途に使用するための窒素ガスの生成に関する技術提案ではなかった。その主因として、燃料電池は、該燃料電池の発電効率上、産業用途で最低限必要とされる窒素濃度95%以上の窒素リッチガスを排出しないということにあった。 That is, the technical proposals according to the above Patent Documents 1 to 3 are technical proposals for using the nitrogen-rich gas discharged from the fuel cell as a gas for purging or sealing the same fuel cell, and are used for other purposes. It was not a technical proposal regarding the generation of nitrogen gas. The main reason for this is that the fuel cell does not emit nitrogen-rich gas having a nitrogen concentration of 95% or more, which is the minimum required for industrial use, in terms of the power generation efficiency of the fuel cell.
本出願人は、燃料電池から排出される窒素リッチガスに着目し、該窒素リッチガスの窒素濃度を向上させる方法はないものかとの着想のもと、該窒素リッチガスから高濃度窒素ガスを生成するためのシステム並びに方法を開発し、本発明における「高濃度窒素ガス生成システム並びに高濃度窒素ガス生成方法」の提案に至るものである。 The applicant pays attention to the nitrogen-rich gas discharged from the fuel cell, and based on the idea that there is a method for improving the nitrogen concentration of the nitrogen-rich gas, the present applicant aims to generate a high-concentration nitrogen gas from the nitrogen-rich gas. A system and a method have been developed, leading to the proposal of "a high-concentration nitrogen gas generation system and a high-concentration nitrogen gas generation method" in the present invention.
本発明は、上記技術背景に鑑み、燃料電池から排出される排気から高濃度窒素ガスを生成するためのシステム並びに方法を提供することを課題とする。 In view of the above technical background, it is an object of the present invention to provide a system and a method for generating high-concentration nitrogen gas from exhaust gas discharged from a fuel cell.
上記課題を解決するため、本発明は、燃料電池の排気から高濃度の窒素ガスを生成するためのシステムであって、一以上の水素ガスタンクと、該水素ガスタンクからの水素の供給を受け電力を発する燃料電池と、該燃料電池に備わる給気口と排気口とを繋ぐ循環路と、該循環路の所定中間箇所に配設される循環昇圧機と、から成り、燃料電池の排気口から循環路へ排気された空気を循環昇圧機により循環させて給気口から再び燃料電池へ送気し、これを繰り返すことで循環する空気の酸素濃度を減少させると共に窒素濃度を上昇させて、高濃度の窒素ガスを生成する手段を採る。 In order to solve the above problems, the present invention is a system for generating high-concentration nitrogen gas from the exhaust gas of a fuel cell, and receives power from one or more hydrogen gas tanks and hydrogen supplied from the hydrogen gas tanks. The fuel cell is composed of a circulation path connecting the air supply port and the exhaust port provided in the fuel cell, and a circulation booster arranged at a predetermined intermediate point of the circulation path, and circulates from the exhaust port of the fuel cell. The air exhausted to the road is circulated by a circulation booster and sent to the fuel cell again from the air supply port, and by repeating this, the oxygen concentration of the circulating air is reduced and the nitrogen concentration is increased, resulting in a high concentration. Take measures to generate nitrogen gas.
また、本発明は、前記循環路における循環昇圧機の後段に、一乃至複数の減圧弁が配設されて成る手段を採る。 Further, the present invention employs a means in which one or more pressure reducing valves are arranged after the circulation booster in the circulation path.
さらに、本発明は、前記循環路における中間所定箇所に、貯留タンクが配設されて成る手段を採る。 Further, the present invention employs a means in which a storage tank is arranged at an intermediate predetermined position in the circulation path.
またさらに、本発明は、燃料電池の排気から高濃度の窒素ガスを生成するための方法であって、燃料電池の排気口から排気される空気を循環昇圧機により循環させて給気口から再び燃料電池へ送気し、これを繰り返すことで循環する空気中の酸素濃度を減少させると共に窒素濃度を上昇させて、高濃度の窒素ガスが生成される手段を採る。 Furthermore, the present invention is a method for generating high-concentration nitrogen gas from the exhaust of a fuel cell, in which the air exhausted from the exhaust port of the fuel cell is circulated by a circulation booster and again from the air supply port. By sending air to the fuel cell and repeating this process, the oxygen concentration in the circulating air is reduced and the nitrogen concentration is increased to generate a high-concentration nitrogen gas.
さらにまた、本発明は、前記燃料電池に送気される空気が、減圧弁により減圧された状態で送気される手段を採る。 Furthermore, the present invention employs means in which the air supplied to the fuel cell is supplied in a state of being depressurized by the pressure reducing valve.
そしてまた、本発明は、前記燃料電池へ送気する空気並びに燃料電池から排気される空気が、貯留タンクにて加圧された状態で一時的に貯留される手段を採る。 Further, the present invention also employs a means in which the air sent to the fuel cell and the air exhausted from the fuel cell are temporarily stored in a pressurized state in the storage tank.
本発明にかかる高濃度窒素ガス生成システム並びに高濃度窒素ガス生成方法によれば、燃料電池の排気口から循環路へ排気された空気を循環昇圧機により循環させて給気口から再び燃料電池へ繰り返し送気することで、燃料電池における発電によって送気された空気中の酸素濃度を順次減少させ、最終的に高濃度の窒素ガスを生成することが可能であって、燃料電池から排出される排気の有効利用に資する、といった優れた効果を奏するものである。 According to the high-concentration nitrogen gas generation system and the high-concentration nitrogen gas generation method according to the present invention, the air exhausted from the exhaust port of the fuel cell to the circulation path is circulated by the circulation booster, and the air supply port is returned to the fuel cell. By repeatedly supplying air, it is possible to gradually reduce the oxygen concentration in the air supplied by the power generation in the fuel cell, and finally generate high-concentration nitrogen gas, which is discharged from the fuel cell. It has excellent effects such as contributing to the effective use of exhaust.
また、本発明にかかる高濃度窒素ガス生成システム並びに高濃度窒素ガス生成方法によれば、燃料電池で発生した電力をインバータを介して圧縮機、その他交流電力を要する機器などで利用し、もしくは、商用電源が停止した場合などでは、システム外部の非常用電源とすることで、高価な燃料電池を遊休とさせることなく常に有用に稼動状態とすることが可能であって、低コスト性の向上に資する、といった優れた効果を奏するものである。 Further, according to the high-concentration nitrogen gas generation system and the high-concentration nitrogen gas generation method according to the present invention, the electric power generated by the fuel cell is used in a compressor or other equipment requiring AC power via an inverter, or When the commercial power supply is stopped, by using it as an emergency power supply outside the system, it is possible to keep the expensive fuel cell in a useful operating state without letting it idle, which improves cost efficiency. It has an excellent effect of contributing.
本発明にかかる高濃度窒素ガス生成システム並びに高濃度窒素ガス生成方法は、燃料電池の排気口から循環路へ排気された空気を循環昇圧機により循環させて給気口から再び燃料電池へ送気し、これを繰り返すことで循環する空気の酸素濃度を減少させると共に窒素濃度を上昇させて、高濃度の窒素ガスを生成することを最大の特徴とする。
以下、本発明にかかる高濃度窒素ガス生成システム並びに高濃度窒素ガス生成方法の実施形態、すなわち、システム構成と動作とを、図面に基づいて説明する。
In the high-concentration nitrogen gas generation system and the high-concentration nitrogen gas generation method according to the present invention, the air exhausted from the exhaust port of the fuel cell to the circulation path is circulated by a circulation booster, and the air is sent from the air supply port to the fuel cell again. By repeating this process, the oxygen concentration of the circulating air is reduced and the nitrogen concentration is increased to generate a high-concentration nitrogen gas.
Hereinafter, embodiments of the high-concentration nitrogen gas generation system and the high-concentration nitrogen gas generation method according to the present invention, that is, the system configuration and operation will be described with reference to the drawings.
なお、本発明にかかる高濃度窒素ガス生成システム並びに高濃度窒素ガス生成方法は、以下に述べる実施形態に特に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内、すなわち同一の作用効果を発揮できる機器や該機器の素材もしくは形状などに関して適宜変更することができる。 The high-concentration nitrogen gas generation system and the high-concentration nitrogen gas generation method according to the present invention are not particularly limited to the embodiments described below, and are within the scope of the technical idea of the present invention, that is, the same effects. It is possible to appropriately change the device capable of exhibiting the above, the material or shape of the device, and the like.
図1は、本発明にかかる高濃度窒素ガス生成システムの第一の実施形態を示すシステム構成概略図である。
本発明にかかる高濃度窒素ガス生成システムは、一以上の水素ガスタンク10と、該水素ガスタンク10からの水素の供給を受け電力を発する燃料電池20と、該燃料電池20に備わる給気口21と排気口22とを繋ぐ循環路Rと、該循環路Rの所定中間箇所に配設される循環昇圧機30と、から構成されている。
FIG. 1 is a schematic system configuration diagram showing a first embodiment of the high-concentration nitrogen gas generation system according to the present invention.
The high-concentration nitrogen gas generation system according to the present invention includes one or more
水素ガスタンク10は、水素ガスを一時的に貯留し、水素供給管路12を介して燃料電池20へ該水素ガスを送気する目的で備えられるものであって、貯留された水素ガスを燃料電池20へ流出可能に接続される。
The
燃料電池20は、陽極側である水素極20aに水素ガスを、陰極側である空気極20bに空気を夫々供給させ、それらを電気化学的に反応させることで発電して直流電力を出力するもので、その際に水と酸素濃度が減少した窒素リッチガスとを排出するものであれば、特に限定するものではない。すなわち、反応において供される元素は水素と酸素であり、前記反応により空気中から酸素が減少した分、燃料電池20から排出される空気は、窒素濃度が相対的に高まっており、これが窒素リッチガスと呼ばれている。
The
燃料電池20には、陰極側20bへ空気を供給するための給気口21と、反応により酸素濃度が減少した窒素リッチガスを排出するための排気口22と、が備えられており、また、反応により発生した水を排出するためのドレン排出口24を備えている。そして、給気口21には循環路Rの一端が接続されると共に、排気口22には循環路Rの他端が接続されており、これにより給気口21と排気口22とは循環路Rを介して繋がれている。また、循環路Rには、逆流を防いで一定方向への空気の流れを担保すべく、必要に応じて一乃至複数の逆止弁42が配設されている。
The
循環路Rには、その所定中間箇所に循環昇圧機30が配設されている。該循環昇圧機30は、燃料電池20から排出された空気(窒素リッチガス)を加圧しつつ、再び燃料電池20へ送り出すためのものであって、燃料電池20から排出された窒素リッチガスが循環路Rを介して流入可能に接続されると共に、該窒素リッチガスを循環路Rを介して燃料電池20へ流出可能に接続される。該循環昇圧機30における窒素リッチガスの加圧量については、循環に最低限必要な加圧量であればよく、特に限定するものではないが、概ね0.3〜1Mpa程度とする。
A
循環昇圧機30には、附属タンク31が備えられ、該附属タンク31には予め圧縮空気が充填されている。この充填された圧縮空気が、昇圧されて燃料電池20へ送り出されると共に、燃料電池20から排出された窒素リッチガスは、この附属タンク31へ戻される。尚、該附属タンク31に当初充填される圧縮空気の空気圧については、特に限定するものではないが、概ね0.1〜0.5Mpa程度である。
The
ところで、循環路Rには、燃料電池20に送気される空気圧を減圧すべく、減圧弁40を配設する態様を採用する。これは、反応効率を鑑みると共に、故障の原因ともされる燃料電池20における陰極側20bへの高圧負荷を避ける目的で配設されるもので、かかる目的を達成すべく、減圧弁40は、循環路Rにおける循環昇圧機30の後段且つ燃料電池20の前段に配設される。かかる減圧弁40は、一つに限らず、循環路R内の空気圧を段階的に減圧すべく、複数配設する態様も可能である。尚、最終的に燃料電池20に送気される空気圧については、特に限定するものではないが、概ね0.05Mpa程度まで減圧することが望ましい。
By the way, in the circulation path R, a mode in which a
尚、燃料電池20は、電気化学的反応により水を発生させることから、該燃料電池20から排出される窒素リッチガスには、水分(水蒸気)が多く含まれることとなり、該窒素リッチガスが循環路Rや循環昇圧機30を通過するにしたがって冷やされ、その水分(水蒸気)が水滴化して結露が発生してしまうことが想定される。そこで、循環路Rの所定箇所に気液分離装置44を配設することで、燃料電池20が排出する窒素リッチガスから水分(水蒸気)を除去する態様が好適である。かかる目的を達成すべく、気液分離装置44は、循環路Rにおける燃料電池20の後段且つ循環昇圧機30の前段に配設される。気液分離装置44で除去した水分(水蒸気)は、ドレントラップ44aにより適宜排出される。
Since the
また、高濃度窒素ガスの生成状態を計測すべく、酸素濃度計Mを適宜配設する態様が好適である。循環する空気中の酸素濃度を計測することで、相対的に当該空気中の窒素濃度を計測することが可能であり、酸素濃度計Mにより高濃度窒素ガスの生成状態を計測することができる。かかる酸素濃度計Mは、最終的に高濃度窒素ガスが貯留される附属タンク31内の酸素濃度を計測し得る箇所に配設される態様が望ましい。
Further, in order to measure the generation state of the high-concentration nitrogen gas, it is preferable to appropriately dispose the oxygen concentration meter M. By measuring the oxygen concentration in the circulating air, it is possible to relatively measure the nitrogen concentration in the air, and the oxygen concentration meter M can measure the generation state of high-concentration nitrogen gas. It is desirable that the oxygen concentration meter M is arranged at a position where the oxygen concentration can be finally measured in the attached
以上の通り構成される本発明にかかる高濃度窒素ガス生成システムによれば、およそ95%以上の高濃度の窒素ガスが容易に生成可能となる。生成された高濃度窒素ガスは、一旦、循環昇圧機30における附属タンク31に貯留され、その後附属タンク31から取り出し、他のタンクに移し替えるなどして、目的や用途に合わせて適宜使用される。
According to the high-concentration nitrogen gas generation system according to the present invention configured as described above, high-concentration nitrogen gas of about 95% or more can be easily generated. The generated high-concentration nitrogen gas is once stored in the attached
次に、本発明にかかる高濃度窒素ガス生成方法について説明する。該方法は、主に上述した本発明にかかる高濃度窒素ガス生成システムによって実現されるものである。 Next, the method for producing high-concentration nitrogen gas according to the present invention will be described. The method is mainly realized by the high-concentration nitrogen gas generation system according to the present invention described above.
(ステップ1)
先ず、事前の準備として、循環昇圧機30の附属タンク31へ圧縮空気を充填する。充填される圧縮空気の空気圧は、特に限定はないが、概ね0.1〜0.5Mpa程度とする。
(Step 1)
First, as a preliminary preparation, the attached
(ステップ2)
循環昇圧機30を作動させることで、附属タンク31内の空気が循環路Rへ昇圧送気されると共に、循環路Rを介して燃料電池20へ空気が送気される。昇圧による空気圧は、特に限定はないが、概ね0.3〜1Mpa程度とする。
尚、循環路R内の空気圧については、必要に応じて、燃料電池20に送気される前段において、減圧弁により概ね0.05Mpa程度まで減圧される。
(Step 2)
By operating the
If necessary, the air pressure in the circulation path R is reduced to about 0.05 Mpa by the pressure reducing valve in the stage before the air is supplied to the
(ステップ3)
この状態で、燃料電池20を作動させることにより、陽極側である水素極20aに水素供給管路12を介して水素ガスが供給されると共に、陰極側20bである空気極に給気口21を介して循環路Rから送気されてきた空気が供給され、電気化学的反応によって発電が開始される。この反応により、電力のほか、水と、空気中から酸素が減少し窒素濃度が相対的に高まった空気(窒素リッチガス)が発生する。
(Step 3)
By operating the
(ステップ4)
燃料電池20での反応により発生した窒素リッチガスは、排気口22から循環路Rへ排気され、循環昇圧機30へ戻される。
(Step 4)
The nitrogen-rich gas generated by the reaction in the
上記ステップ2からステップ4を繰り返すこと、すなわち、循環路Rを介して燃料電池20と循環昇圧機30との間における空気循環が繰り返し為される過程で、その循環する空気中の酸素濃度が徐々に減少すると共に、窒素濃度が相対的に上昇することとなり、最終的に高濃度の窒素ガスが生成されることとなる。
In the process of repeating steps 2 to 4, that is, in the process of repeating air circulation between the
生成された高濃度窒素ガスは、一旦、循環昇圧機30における附属タンク31に貯留され、その後附属タンク31から取り出し、他のタンクに移し替えるなどして、目的・用途に合わせて適宜使用される。
The generated high-concentration nitrogen gas is once stored in the attached
尚、上記ステップ3の過程で燃料電池20内に発生する水は、ドレン排出口24を介して適宜排出される。
また、上記ステップ3の過程で発電された電力は、必要に応じてインバータを介して交流電力へ変換するなどして、商用電源として外部へ送電したり、あるいは、循環昇圧機30や本システムにおける電力を要するその他の機器の電源とて利用することができる。
The water generated in the
Further, the electric power generated in the process of the above step 3 can be transmitted to the outside as a commercial power source by converting it into AC electric power via an inverter as necessary, or in the
以上の通り構成される本発明にかかる高濃度窒素ガス生成方法によれば、およそ95%以上の高濃度の窒素ガスが容易に生成可能であり、生成された高濃度窒素ガスは、種々の用途に供されることとなる。 According to the high-concentration nitrogen gas generation method according to the present invention configured as described above, a high-concentration nitrogen gas of about 95% or more can be easily generated, and the generated high-concentration nitrogen gas can be used for various purposes. Will be offered to.
他の実施例について説明する。実施例1と同様の部分は省略する。
実施例1では、循環昇圧機30の附属タンク31へ当初の圧縮空気が充填される態様、そして、生成された高濃度窒素ガスについて該附属タンク31に一旦貯留された後に該附属タンク31から取り出して適宜使用される態様について説明した。しかしながら、循環昇圧機30に備えられる附属タンク31の容量によっては、直ぐに高濃度窒素ガスの生成が完了して、該窒素ガスを附属タンク31から取り出すべく、頻繁な作動停止を行う必要が生じる場合も想定し得る。
そこで、ある程度の容量の窒素ガスを貯留し得る技術が求められていた。
Other examples will be described. The same part as in the first embodiment is omitted.
In the first embodiment, the attached
Therefore, there has been a demand for a technique capable of storing a certain amount of nitrogen gas.
図2は、本発明にかかる高濃度窒素ガス生成システムの第二の実施形態を示すシステム構成概略図である。
本発明にかかる高濃度窒素ガス生成システムは、前記循環路Rにおける中間所定箇所に、貯留タンク50が配設された構成を採用する。
FIG. 2 is a schematic system configuration diagram showing a second embodiment of the high-concentration nitrogen gas generation system according to the present invention.
The high-concentration nitrogen gas generation system according to the present invention adopts a configuration in which a
貯留タンク50は、当初の圧縮空気を貯留すると共に、燃料電池20により生成された窒素リッチガス及び高濃度窒素ガスを一時的に貯留するためのものであって、燃料電池20から排出された窒素リッチガスが循環路Rを介して流入可能に接続されると共に、該窒素リッチガスを循環路Rを介して燃料電池20へ流出可能に接続される。該貯留タンク50は、最終的に高濃度窒素ガスが貯留される箇所でもあり、タンク内の高濃度窒素ガスの生成状態を計測すべく、酸素濃度計Mが装備されている態様が望ましい。
The
ところで、貯留タンク50について、循環路Rの中間所定箇所に同様に配設される循環昇圧機30との配設位置の関係は、本発明の機能及び作用効果上、特に限定するものではないが、貯留タンク50内に貯留される気体(空気,窒素リッチガス,高濃度窒素ガス)の貯留容量や循環作用等に鑑みると、タンク内をより高圧状態で貯留させる態様が好ましく、図示の様に、循環路Rにおける循環昇圧機30の後段且つ燃料電池20の前段に配設される態様が望ましい。このとき、減圧弁40の配設位置は、貯留タンク50の後段であって燃料電池20の前段となる。
By the way, the relationship of the arrangement position of the
以上の通り構成される本発明にかかる高濃度窒素ガス生成システムによれば、高濃度の窒素ガスの生成に資するのみならず、熱を有して流入する窒素リッチガスの冷却や、脈圧の平滑においても有効である。生成された高濃度窒素ガスは、一旦、貯留タンク50並びに附属タンク31に貯留され、その後貯留タンク50や附属タンク31から取り出し、他のタンクに移し替えるなどして、目的や用途に合わせて適宜使用される。
According to the high-concentration nitrogen gas generation system according to the present invention configured as described above, it not only contributes to the generation of high-concentration nitrogen gas, but also cools the nitrogen-rich gas that flows in with heat and smoothes the pulse pressure. It is also effective in. The generated high-concentration nitrogen gas is temporarily stored in the
次に、本発明にかかる高濃度窒素ガス生成方法について説明する。該方法は、主に上述した本発明にかかる高濃度窒素ガス生成システムによって実現されるものである。 Next, the method for producing high-concentration nitrogen gas according to the present invention will be described. The method is mainly realized by the high-concentration nitrogen gas generation system according to the present invention described above.
(ステップ1)
先ず、事前の準備として、貯留タンク50へ圧縮空気を充填する。充填される圧縮空気の空気圧は、特に限定はないが、概ね0.1〜0.5Mpa程度とする。
(Step 1)
First, as a preliminary preparation, the
(ステップ2)
循環昇圧機30を作動させることで、附属タンク31内の空気が循環路Rへ昇圧送気されると共に、循環路Rを介して貯留タンク50へ空気が送気される。昇圧による空気圧は、特に限定はないが、概ね0.3〜1Mpa程度とする。
(Step 2)
By operating the
(ステップ3)
貯留タンク50へ送気された空気は、予め充填されている圧縮空気と一体となり、さらに後段の燃料電池20へ循環路Rを介して送気される。
尚、循環路R内の空気圧については、必要に応じて、燃料電池20に送気される前段において、減圧弁により概ね0.05Mpa程度まで減圧される。
(Step 3)
The air sent to the
If necessary, the air pressure in the circulation path R is reduced to about 0.05 Mpa by the pressure reducing valve in the stage before the air is supplied to the
(ステップ4)
この状態で、燃料電池20を作動させることにより、陽極側である水素極20aに水素供給管路12を介して水素ガスが供給されると共に、陰極側20bである空気極に給気口21を介して循環路Rから送気されてきた空気が供給され、電気化学的反応によって発電が開始される。この反応により、電力のほか、水と、空気中から酸素が減少し窒素濃度が相対的に高まった空気(窒素リッチガス)が発生する。
(Step 4)
By operating the
(ステップ5)
燃料電池20での反応により発生した窒素リッチガスは、排気口22から循環路Rへ排気され、循環昇圧機30へ戻される。
(Step 5)
The nitrogen-rich gas generated by the reaction in the
上記ステップ2からステップ5を繰り返すこと、すなわち、循環路Rを介して燃料電池20と循環昇圧機30、そして貯留タンク50との間における空気循環が繰り返し為される過程で、その循環する空気中の酸素濃度が徐々に減少すると共に、窒素濃度が相対的に上昇することとなり、最終的に高濃度の窒素ガスが生成されることとなる。
In the circulating air, the steps 2 to 5 are repeated, that is, in the process of repeating the air circulation between the
生成された高濃度窒素ガスは、一旦、貯留タンク50並びに附属タンク31に貯留され、その後貯留タンク50や附属タンク31から取り出し、他のタンクに移し替えるなどして、目的・用途に合わせて適宜使用される。
The generated high-concentration nitrogen gas is temporarily stored in the
尚、上記ステップ4の過程で燃料電池20内に発生する水は、ドレン排出口24を介して適宜排出される。
また、上記ステップ4の過程で発電された電力は、必要に応じてインバータを介して交流電力へ変換するなどして、商用電源として外部へ送電したり、あるいは、循環昇圧機30や本システムにおける電力を要するその他の機器の電源とて利用することができる。
The water generated in the
Further, the electric power generated in the process of step 4 is converted to AC electric power via an inverter as necessary and transmitted to the outside as a commercial power source, or in the
以上の通り構成される本発明にかかる高濃度窒素ガス生成方法によれば、高濃度の窒素ガスが容易に生成可能であると共に、熱を有して流入する窒素リッチガスの冷却や、脈圧の平滑においても有効に働き、生成された高濃度窒素ガスは、種々の用途に供されることとなる。 According to the high-concentration nitrogen gas generation method according to the present invention configured as described above, high-concentration nitrogen gas can be easily generated, and the nitrogen-rich gas flowing in with heat can be cooled and the pulse pressure can be reduced. It works effectively even in smoothing, and the generated high-concentration nitrogen gas will be used for various purposes.
本発明は、窒素ガスの生成に関する発明であって、当該窒素ガスの利用分野は、半導体製造プロセスから石油化学、食品・飲料といった多岐にわたる幅広い分野で利用され得るものである。かかる窒素ガスの生成や利用の分野においては、その純度や生成の効率化などが要求されるところであるが、本発明は、上記「発明の効果」記載の通り、これらの要求を全て実現可能とするものである。したがって、本発明における「高濃度窒素ガス生成システム並びに高濃度窒素ガス生成方法」の産業上の利用可能性は大であると思料する。 The present invention is an invention relating to the production of nitrogen gas, and the fields of utilization of the nitrogen gas can be used in a wide range of fields such as semiconductor manufacturing processes, petrochemistry, foods and beverages. In the field of generation and utilization of such nitrogen gas, its purity and efficiency of production are required, and the present invention can realize all of these requirements as described in the above-mentioned "Effects of the Invention". Is what you do. Therefore, it is considered that the industrial applicability of the "high-concentration nitrogen gas generation system and the high-concentration nitrogen gas generation method" in the present invention is great.
10 水素ガスタンク
12 水素供給管路
20 燃料電池
20a 水素極
20b 空気極
21 給気口
22 排気口
24 ドレン排出口
30 循環昇圧機
31 附属タンク
40 減圧弁
42 逆止弁
44 気液分離装置
44a ドレントラップ
50 貯留タンク
M 酸素濃度計
R 循環路
10
Claims (4)
一以上の水素ガスタンクと、
該水素ガスタンクからの水素の供給を受け電力を発する燃料電池と、
該燃料電池に備わる給気口と排気口とを繋ぐ循環路と、
該循環路の所定中間箇所に配設される循環昇圧機と、
該循環路における循環昇圧機の後段且つ燃料電池の前段に配設される一乃至複数の減圧弁と、から成り、
燃料電池の排気口から循環路へ排気された空気を循環昇圧機により循環させて給気口から再び燃料電池へ送気し、これを繰り返すことで循環する空気の酸素濃度を減少させると共に窒素濃度を上昇させて、高濃度の窒素ガスを生成することを特徴とする高濃度窒素ガス生成システム。 A system for producing high-concentration nitrogen gas from fuel cell exhaust.
With one or more hydrogen gas tanks,
A fuel cell that receives the supply of hydrogen from the hydrogen gas tank and generates electric power,
A circulation path connecting the air supply port and the exhaust port provided in the fuel cell,
A circulation booster arranged at a predetermined intermediate point of the circulation path, and
It consists of one or more pressure reducing valves arranged in the rear stage of the circulation booster and in the front stage of the fuel cell in the circulation path.
The air exhausted from the exhaust port of the fuel cell to the circulation path is circulated by the circulation booster and sent to the fuel cell again from the air supply port, and by repeating this, the oxygen concentration of the circulating air is reduced and the nitrogen concentration. A high-concentration nitrogen gas generation system characterized by producing a high-concentration nitrogen gas by increasing the amount of nitrogen gas.
燃料電池の排気口から排気される空気を循環昇圧機により循環させて減圧弁により減圧された状態で給気口から再び燃料電池へ送気し、これを繰り返すことで循環する空気の酸素濃度を減少させると共に窒素濃度を上昇させて、高濃度の窒素ガスが生成されることを特徴とする高濃度窒素ガス生成方法。 A method for producing high-concentration nitrogen gas from fuel cell exhaust.
The air exhausted from the exhaust port of the fuel cell is circulated by the circulation booster, depressurized by the pressure reducing valve, and then sent to the fuel cell again from the air supply port, and by repeating this, the oxygen concentration of the circulating air is increased. A method for producing a high-concentration nitrogen gas, which comprises reducing and increasing the nitrogen concentration to generate a high-concentration nitrogen gas.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019214291A JP6932325B2 (en) | 2019-11-27 | 2019-11-27 | High-concentration nitrogen gas generation system and high-concentration nitrogen gas generation method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019214291A JP6932325B2 (en) | 2019-11-27 | 2019-11-27 | High-concentration nitrogen gas generation system and high-concentration nitrogen gas generation method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021086715A JP2021086715A (en) | 2021-06-03 |
JP6932325B2 true JP6932325B2 (en) | 2021-09-08 |
Family
ID=76087937
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019214291A Active JP6932325B2 (en) | 2019-11-27 | 2019-11-27 | High-concentration nitrogen gas generation system and high-concentration nitrogen gas generation method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6932325B2 (en) |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004022487A (en) * | 2002-06-20 | 2004-01-22 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
JP5646581B2 (en) * | 2012-11-30 | 2014-12-24 | 本田技研工業株式会社 | Method for stopping vehicle power supply system |
US9577272B2 (en) * | 2013-09-16 | 2017-02-21 | Hamilton Sundstrand Corporation | Fuel cell with impurity filtering |
JP5838491B1 (en) * | 2015-02-13 | 2016-01-06 | 株式会社フクハラ | High purity pressurized nitrogen gas generation system and high purity pressurized nitrogen gas generation method |
-
2019
- 2019-11-27 JP JP2019214291A patent/JP6932325B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2021086715A (en) | 2021-06-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8329020B2 (en) | Method of shutting down water electrolysis system | |
JP5048814B2 (en) | Operation method of hydrogen filling system | |
JP5838491B1 (en) | High purity pressurized nitrogen gas generation system and high purity pressurized nitrogen gas generation method | |
US8961748B2 (en) | Water electrolysis system | |
JP5192001B2 (en) | Operation method of water electrolysis system | |
JP2010053378A (en) | Hydrogen generating system and method for operating the same | |
JP7363419B2 (en) | water electrolysis system | |
JP2010196149A (en) | Water electrolysis system | |
JP6291402B2 (en) | Compressed hydrogen supply device | |
JP2022029892A (en) | Water electrolysis system | |
JP6932325B2 (en) | High-concentration nitrogen gas generation system and high-concentration nitrogen gas generation method | |
JP5798166B2 (en) | Differential pressure type high pressure water electrolysis system and its starting method | |
JP4425113B2 (en) | Hydrogen supply system and hydrogen supply method | |
JP5715997B2 (en) | High pressure water electrolysis system and its startup method | |
US20020012822A1 (en) | Method of operating phosphoric acid fuel cell | |
JP2022172655A (en) | Water electrolysis system and method of activating water electrolysis device | |
JP6932326B2 (en) | High-concentration nitrogen gas generation system and high-concentration nitrogen gas generation method | |
JP2005180545A (en) | High-pressure hydrogen producing apparatus | |
US20230261231A1 (en) | Regenerative fuel cell system | |
JP6370834B2 (en) | Start-up method of high pressure water electrolysis system | |
JP6806389B1 (en) | High-concentration nitrogen gas generation system and high-concentration nitrogen gas generation method | |
JP6533900B1 (en) | Nitrogen gas production equipment | |
JP2007231383A (en) | Hydrogen generation system | |
JP5462754B2 (en) | Operation method of high pressure water electrolysis system | |
JP2013053321A (en) | Water electrolysis system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20191127 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20200828 |
|
A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20201110 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20201124 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20210125 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210323 |
|
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: 20210622 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210727 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6932325 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |