JP7059063B2 - Washer, hydrogen production equipment and power supply system - Google Patents

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Description

実施形態は、洗浄器、水素製造装置及び電力供給システムに関する。 Embodiments relate to a washer, a hydrogen production apparatus and a power supply system.

近年、再生可能エネルギーを利用した水素の製造が試みられている。再生可能エネルギーとは、水力、風力及び太陽光等の自然界によって永続的に補充されるエネルギーをいう。再生可能エネルギーを利用した発電施設、例えば、河川やダムなどの水源に併設された水力発電機、山間部に設けられた風力発電機、及び砂漠に設けられた太陽電池パネル等の近傍に水素製造装置を設置し、これらの発電施設から供給される電力を用いて水を電気分解することにより水素を製造し、貯蔵する。そして、この水素を燃料電池に供給することにより、電力を生成する。又は、この水素を水素自動車若しくは燃料電池自動車に供給する。 In recent years, attempts have been made to produce hydrogen using renewable energy. Renewable energy refers to energy that is permanently replenished by the natural world, such as hydropower, wind power, and solar power. Hydrogen production in the vicinity of power generation facilities that use renewable energy, such as hydropower generators installed in water sources such as rivers and dams, wind power generators installed in mountainous areas, and solar cell panels installed in deserts. Equipment will be installed to produce and store hydrogen by electrolyzing water using the electricity supplied by these power generation facilities. Then, electric power is generated by supplying this hydrogen to the fuel cell. Alternatively, this hydrogen is supplied to a hydrogen vehicle or a fuel cell vehicle.

このようなシステムを確立することにより、既存の電力系統が到達していない僻地に発電施設を建設し、再生可能エネルギーを有効に収集することができる。また、再生可能エネルギーの出力は不安定であることが多いが、電力を一旦水素に変換することにより、貯蔵が容易になり、発電時と消費時を一致させる必要がなくなる。 By establishing such a system, it is possible to construct a power generation facility in a remote area where the existing power system has not reached, and to effectively collect renewable energy. In addition, the output of renewable energy is often unstable, but once the electric power is converted to hydrogen, it becomes easier to store it, and it is not necessary to match the time of power generation and the time of consumption.

水素の製造方法としては、アルカリ性水溶液を用いた電気分解法が比較的コストが低く一般的である。アルカリ性水溶液を電気分解して得られた水素ガスには、アルカリ性水溶液の微小な水滴が含まれているが、これが下流側の機器を損傷するため、除去する必要がある。アルカリ性水溶液の水滴を除去する方法としては、洗浄液を水素ガスに接触させる方法がある。 As a method for producing hydrogen, an electrolysis method using an alkaline aqueous solution is generally low in cost. The hydrogen gas obtained by electrolyzing the alkaline aqueous solution contains minute water droplets of the alkaline aqueous solution, which damage the equipment on the downstream side and must be removed. As a method of removing water droplets of an alkaline aqueous solution, there is a method of contacting a cleaning liquid with hydrogen gas.

特開２０１４－００１１１７号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-001117

実施形態の目的は、電気分解に用いる水溶液の溶質成分を効果的に除去する洗浄器、水素製造装置及び電力供給システムを提供することである。 An object of the embodiment is to provide a washer, a hydrogen production apparatus and a power supply system for effectively removing solute components of an aqueous solution used for electrolysis.

実施形態に係る洗浄器は、電気分解に用いる水溶液の一例をアルカリ性水溶液として、水素を製造する。実施形態に係る洗浄器は、水溶液を電気分解して得られた水素ガスから、前記水溶液の溶質成分を除去する洗浄器である。前記洗浄器は、前記水素ガスが流入し、前記水素ガスが排出される筐体と、前記筐体内に配置され、貫通孔が形成された仕切板と、前記筐体内の前記水素ガスに、前記仕切板を介して、冷却した洗浄液を液流として供給する洗浄液の供給機構と、前記仕切板の中心に取り付けられ、前記仕切板の下面と連通し、前記仕切板から上方に突出したパイプと、を備え、前記仕切板の前記パイプが取り付けられていない部分には前記貫通孔が複数形成されており、前記供給機構は、当該供給機構から供給される前記液流が前記仕切板上で渦を形成するような位置に設定される。 The washer according to the embodiment produces hydrogen using an example of an aqueous solution used for electrolysis as an alkaline aqueous solution. The washer according to the embodiment is a washer that removes solute components of the aqueous solution from hydrogen gas obtained by electrolyzing the aqueous solution. The cleaning device is provided in a housing in which the hydrogen gas flows in and is discharged, a partition plate arranged in the housing and having a through hole formed therein, and the hydrogen gas in the housing. A cleaning liquid supply mechanism that supplies cooled cleaning liquid as a liquid flow via a partition plate, a pipe that is attached to the center of the partition plate, communicates with the lower surface of the partition plate, and projects upward from the partition plate. A plurality of the through holes are formed in the portion of the partition plate to which the pipe is not attached, and in the supply mechanism, the liquid flow supplied from the supply mechanism causes a vortex on the partition plate. It is set in a position that forms .

実施形態に係る水素製造装置は、前記洗浄器と、加熱された前記水溶液を電気分解し、生成した水素ガスを前記洗浄器に供給する電解槽と、前記洗浄器から流出した水素ガスを圧縮する圧縮機と、を備える。 The hydrogen production apparatus according to the embodiment compresses the cleaning device, the electrolytic cell that electrolyzes the heated aqueous solution and supplies the generated hydrogen gas to the cleaning device, and the hydrogen gas flowing out from the cleaning device. It is equipped with a compressor.

実施形態に係る電力供給システムは、前記水素製造装置と、前記水素製造装置によって製造された水素ガスを貯蔵するタンクと、前記タンクに貯蔵された水素ガスから電力を生成する電池と、を備える。 The power supply system according to the embodiment includes the hydrogen production apparatus, a tank for storing hydrogen gas produced by the hydrogen production apparatus, and a battery for generating electric power from the hydrogen gas stored in the tank.

実施形態に係る電力／水素供給システムを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electric power / hydrogen supply system which concerns on embodiment. 実施形態に係る水素製造装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the hydrogen production apparatus which concerns on embodiment. 実施形態に係る洗浄塔を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the scrubber which concerns on embodiment. 実施形態に係る洗浄塔における下段の仕切板を示す上面図である。It is a top view which shows the lower partition plate in the scrubber which concerns on embodiment. （ａ）は実施形態に係る洗浄塔における上段の仕切板及びパイプを示す上面図であり、（ｂ）はその側面図である。(A) is a top view showing an upper partition plate and a pipe in a scrubber according to an embodiment, and (b) is a side view thereof. （ａ）は、実施形態に係る水素製造装置において、洗浄塔内に進入する前の水素ガスの状態を示す模式図であり、（ｂ）は、洗浄塔の筐体の中間部内において、水素ガスと水滴が分離される様子を示す模式図である。(A) is a schematic diagram showing the state of hydrogen gas before entering the cleaning tower in the hydrogen production apparatus according to the embodiment, and (b) is the hydrogen gas in the middle portion of the housing of the cleaning tower. It is a schematic diagram which shows how the water droplet is separated. （ａ）～（ｄ）は、比較例における水素ガスの状態を示す模式図である。(A) to (d) are schematic diagrams showing the state of hydrogen gas in the comparative example.

以下、実施形態について説明する。
先ず、本実施形態に係る電力／水素供給システムについて説明する。
図１は、本実施形態に係る電力／水素供給システムを示すブロック図である。 Hereinafter, embodiments will be described.
First, the electric power / hydrogen supply system according to the present embodiment will be described.
FIG. 1 is a block diagram showing a power / hydrogen supply system according to the present embodiment.

図１に示すように、本実施形態に係る電力／水素供給システム１は、再生可能エネルギーを利用した発電施設１０１の近傍に設置されている。発電施設１０１は、例えば、河川やダム等の水源に併設された水力発電施設、山頂に設置された風力発電施設、又は、砂漠に設置された太陽光発電施設等である。発電施設１０１は、例えば僻地に設置されている。本明細書において「僻地」とは、既存の電力系統に接続されていない土地をいう。又は、発電施設１０１は、既存の電力系統が接続されている土地に設置されていてもよい。図１には、発電施設１０１の他に、既存の電力系統１０２が存在する場合を示している。 As shown in FIG. 1, the electric power / hydrogen supply system 1 according to the present embodiment is installed in the vicinity of the power generation facility 101 using renewable energy. The power generation facility 101 is, for example, a hydroelectric power generation facility attached to a water source such as a river or a dam, a wind power generation facility installed on a mountaintop, a solar power generation facility installed in a desert, or the like. The power generation facility 101 is installed in a remote area, for example. As used herein, the term "remote land" means land that is not connected to an existing power system. Alternatively, the power generation facility 101 may be installed on the land to which the existing power system is connected. FIG. 1 shows a case where an existing power system 102 exists in addition to the power generation facility 101.

電力／水素供給システム１においては、蓄電池１１、水素製造装置１０、タンク１２及び燃料電池１３が設けられている。蓄電池１１は、発電施設１０１及び既存の電力系統１０２のうち、少なくとも一方から電力が供給され、水素製造装置１０に対して電力を出力する。水素製造装置１０は、後述するように、アルカリ電解方式により水を電気分解することにより、水素ガスを製造する。タンク１２は、水素製造装置１０が製造した水素ガスを貯蔵する。燃料電池１３は、タンク１２に貯蔵された水素ガスを用いて発電し、電力を出力する。電力／水素供給システム１は、タンク１２に貯蔵された水素ガスを水素ローリー車若しくはパイプライン等を介して出荷するか、又は、燃料電池１３が生成した電力を出力する。 In the electric power / hydrogen supply system 1, a storage battery 11, a hydrogen production device 10, a tank 12, and a fuel cell 13 are provided. The storage battery 11 is supplied with electric power from at least one of the power generation facility 101 and the existing electric power system 102, and outputs the electric power to the hydrogen production apparatus 10. As will be described later, the hydrogen production apparatus 10 produces hydrogen gas by electrolyzing water by an alkaline electrolysis method. The tank 12 stores the hydrogen gas produced by the hydrogen production apparatus 10. The fuel cell 13 generates electric power using hydrogen gas stored in the tank 12 and outputs electric power. The electric power / hydrogen supply system 1 ships the hydrogen gas stored in the tank 12 via a hydrogen lorry wheel, a pipeline, or the like, or outputs the electric power generated by the fuel cell 13.

次に、本実施形態に係る水素製造装置について説明する。
図２は、本実施形態に係る水素製造装置を示すブロック図である。
図３は、本実施形態に係る洗浄塔を示す斜視図である。
図４は、本実施形態に係る洗浄塔における下段の仕切板を示す上面図である。
図５（ａ）は本実施形態に係る洗浄塔における上段の仕切板及びパイプを示す上面図であり、（ｂ）はその側面図である。 Next, the hydrogen production apparatus according to this embodiment will be described.
FIG. 2 is a block diagram showing a hydrogen production apparatus according to the present embodiment.
FIG. 3 is a perspective view showing a scrubber according to the present embodiment.
FIG. 4 is a top view showing a lower partition plate in the scrubber according to the present embodiment.
FIG. 5A is a top view showing the upper partition plate and the pipe in the scrubber according to the present embodiment, and FIG. 5B is a side view thereof.

図２に示すように、本実施形態に係る水素製造装置１０においては、電解槽２１、電解液タンク２２、前フィルタ２３、洗浄器の一例としての洗浄塔２４、後フィルタ２５及び圧縮機２６が設けられている。 As shown in FIG. 2, in the hydrogen production apparatus 10 according to the present embodiment, the electrolytic cell 21, the electrolytic cell tank 22, the front filter 23, the cleaning tower 24 as an example of the cleaning device, the rear filter 25, and the compressor 26 are included. It is provided.

電解槽２１は、電解液であるアルカリ性水溶液Ａ、例えば、水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）又は水酸化ナトリウム水溶液（ＮａＯＨ）を保持している。アルカリ性水溶液Ａの濃度は２０質量％以上、例えば、２５質量％である。電解槽２１は、アルカリ性水溶液Ａを７０℃以上１００℃未満、例えば８０℃の温度に保持している。電解液タンク２２は電解槽２１の下方に設置されている。電解液タンク２２には、アルカリ性水溶液Ａが保持されている。 The electrolytic cell 21 holds an alkaline aqueous solution A which is an electrolytic solution, for example, a potassium hydroxide aqueous solution (KOH) or a sodium hydroxide aqueous solution (NaOH). The concentration of the alkaline aqueous solution A is 20% by mass or more, for example, 25% by mass. The electrolytic cell 21 keeps the alkaline aqueous solution A at a temperature of 70 ° C. or higher and lower than 100 ° C., for example, 80 ° C. The electrolytic cell 22 is installed below the electrolytic cell 21. The alkaline aqueous solution A is held in the electrolytic solution tank 22.

電解槽２１は、蓄電池１１（図１参照）から直流電力が供給されると、アルカリ性水溶液Ａを電気分解し、水素ガス（Ｈ２）及び酸素ガス（Ｏ２）を生成する。電解槽２１の内部は、隔膜２１ａによって複数のセルに区画されている。隔膜２１ａは、水は通過させるが気体はほとんど通過させない膜であり、例えば、ＰＥＴ（PolyEthylene Terephthalate）からなる高分子フィルムの両面に高分子不織布が貼り合わされた膜である。各セル内には、陰極電極２１ｂ又は陽極電極２１ｃが配置されており、隔膜２１ａを介して対向している。電解槽２１は密閉されており、陰極電極２１ｂが配置されたセルの天井部分には、水素管５１の一端が接続されており、陽極電極２１ｃが配置されたセルの天井部分には、酸素管５２の一端が接続されている。 When DC power is supplied from the storage battery 11 (see FIG. 1), the electrolytic cell 21 electrolyzes the alkaline aqueous solution A to generate hydrogen gas (H 2 ) and oxygen gas (O 2 ). The inside of the electrolytic cell 21 is divided into a plurality of cells by a diaphragm 21a. The diaphragm 21a is a membrane that allows water to pass through but hardly allows gas to pass through. For example, it is a membrane in which a polymer non-woven fabric is bonded to both sides of a polymer film made of PET (PolyEthylene Terephthalate). A cathode electrode 21b or an anode electrode 21c is arranged in each cell and faces each other via a diaphragm 21a. The electrolytic cell 21 is hermetically sealed, one end of a hydrogen tube 51 is connected to the ceiling portion of the cell in which the cathode electrode 21b is arranged, and an oxygen tube is connected to the ceiling portion of the cell in which the anode electrode 21c is arranged. One end of 52 is connected.

水素管５１は、電解液タンク２２及び前フィルタ２３の入側に接続されている。酸素管５２は、電解液タンク２２及び水素製造装置１０の外部に連通している。前フィルタ２３においては、例えば網状のフィルタが複数枚重ねられている。各フィルタの網目のサイズは、例えば、１～１０ｍｍ（ミリメートル）である。前フィルタ２３の出側は、水素管５３の一端に接続されている。水素管５３の他端は、洗浄塔２４に接続されている。 The hydrogen pipe 51 is connected to the inlet side of the electrolytic solution tank 22 and the front filter 23. The oxygen pipe 52 communicates with the outside of the electrolytic solution tank 22 and the hydrogen production apparatus 10. In the front filter 23, for example, a plurality of net-like filters are stacked. The mesh size of each filter is, for example, 1 to 10 mm (millimeters). The outlet side of the front filter 23 is connected to one end of the hydrogen pipe 53. The other end of the hydrogen pipe 53 is connected to the scrubber 24.

電解槽２１から洗浄塔２４までの間には、水素ガスを冷却する冷却手段は設けられていない。電解槽２１から洗浄塔２４までに設けられた水素管５１及び５３の周囲には、保温材５９が巻き付けられている。なお、電解槽２１から洗浄塔２４までの間には、水素ガスを加熱するヒーターが設けられていてもよい。 A cooling means for cooling the hydrogen gas is not provided between the electrolytic cell 21 and the scrubber 24. A heat insulating material 59 is wrapped around the hydrogen pipes 51 and 53 provided from the electrolytic cell 21 to the scrubber 24. A heater for heating hydrogen gas may be provided between the electrolytic cell 21 and the scrubber 24.

図３に示すように、洗浄塔２４においては、例えば略円筒形の筐体３０が設けられている。筐体３０内には、例えば円板形の仕切板３１及び３２が設けられている。仕切板３２は仕切板３１よりも上方に配置されている。仕切板３１及び３２により、筐体３０の内部は、下部３０ａ、中間部３０ｂ及び上部３０ｃの３つのスペースに区画されている。筐体３０内における仕切板３１よりも下方の空間、すなわち、下部３０ａ内には、水素管５３の他端が引き込まれている。 As shown in FIG. 3, in the scrubber 24, for example, a substantially cylindrical housing 30 is provided. In the housing 30, for example, disk-shaped partition plates 31 and 32 are provided. The partition plate 32 is arranged above the partition plate 31. The inside of the housing 30 is divided into three spaces, a lower portion 30a, an intermediate portion 30b, and an upper portion 30c, by the partition plates 31 and 32. The other end of the hydrogen pipe 53 is drawn into the space below the partition plate 31 in the housing 30, that is, in the lower portion 30a.

図４に示すように、仕切板３１には、多数の貫通孔３１ａが形成されている。貫通孔３１ａは、例えば同心円状に配列されている。 As shown in FIG. 4, a large number of through holes 31a are formed in the partition plate 31. The through holes 31a are arranged concentrically, for example.

図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、仕切板３２の中心には、仕切板３２を貫通して上方に引き出されたパイプ３３が取り付けられている。仕切板３２におけるパイプ３３が取り付けられていない部分には、貫通孔３２ａが複数形成されている。貫通孔３２ａは、例えば同心円状に配列されている。貫通孔３２ａの数は、貫通孔３１ａの数よりも少ない。 As shown in FIGS. 5A and 5B, a pipe 33 that penetrates the partition plate 32 and is pulled out upward is attached to the center of the partition plate 32. A plurality of through holes 32a are formed in the portion of the partition plate 32 to which the pipe 33 is not attached. The through holes 32a are arranged concentrically, for example. The number of through holes 32a is smaller than the number of through holes 31a.

図３に示すように、筐体３０内における仕切板３１と仕切板３２との間の空間、すなわち、中間部３０ｂ内には、多数の充填材４０が収納されている。充填材４０は、仕切板３２の貫通孔３２ａを介して落下してくる洗浄液Ｃをランダムに分岐させて流通させるための立体構成物である。充填材４０は、耐アルカリ性の材料により形成されている。充填材４０のサイズは、仕切板３１の貫通孔３１ａを通過しないようなサイズであり、内部に大きな隙間ができないように、例えば、フレームが組み合わされて構成されている。一例では、充填材４０として、高性能不規則充填物「プラスチック製ＣＭＲ」を用いることができる。なお、図を簡略化するために、図３においては、充填材４０を単純な円で示しているが、実際には、より複雑な形状である。 As shown in FIG. 3, a large number of fillers 40 are housed in the space between the partition plate 31 and the partition plate 32 in the housing 30, that is, in the intermediate portion 30b. The filler 40 is a three-dimensional structure for randomly branching and distributing the cleaning liquid C that falls through the through hole 32a of the partition plate 32. The filler 40 is made of an alkali resistant material. The size of the filler 40 is such that it does not pass through the through hole 31a of the partition plate 31, and is configured by, for example, combining frames so that a large gap is not formed inside. In one example, the high performance irregular filler "plastic CMR " can be used as the filler 40. In addition, in order to simplify the figure, in FIG. 3, the filler 40 is shown by a simple circle, but in reality, it has a more complicated shape.

洗浄塔２４には、筐体３０の外部に、ポンプ３５及び冷却器３６が設けられている。ポンプ３５及び冷却器３６は、洗浄液管５４によって連結されている。洗浄液管５４の一端は、下部３０ａ内に連通されており、他端は、筐体３０内における仕切板３２よりも上方の空間、すなわち、上部３０ｃ内に連通されている。ポンプ３５、冷却器３６及び洗浄液管５４により、筐体３０の下部３０ａと上部３０ｃとの間で洗浄液Ｃを循環させる循環器３７が構成されている。 The scrubber 24 is provided with a pump 35 and a cooler 36 outside the housing 30. The pump 35 and the cooler 36 are connected by a cleaning liquid pipe 54. One end of the cleaning liquid pipe 54 is communicated in the lower portion 30a, and the other end is communicated in the space above the partition plate 32 in the housing 30, that is, in the upper portion 30c. The pump 35, the cooler 36, and the cleaning liquid pipe 54 constitute a circulator 37 that circulates the cleaning liquid C between the lower portion 30a and the upper portion 30c of the housing 30.

循環器３７は、筐体３０の下部３０ａから回収した洗浄液Ｃを、洗浄液管５４の他端から、仕切板３２上に液流Ｆとして供給する。仕切板３２と洗浄液管５４と位置関係は、洗浄液管５４から吐出された液流Ｆが、仕切板３２上に渦を形成するように設定されている。筐体３０及び循環器３７においては、例えば、６０リットルの洗浄液Ｃが循環する。 The circulatory system 37 supplies the cleaning liquid C collected from the lower portion 30a of the housing 30 from the other end of the cleaning liquid pipe 54 onto the partition plate 32 as a liquid flow F. The positional relationship between the partition plate 32 and the cleaning liquid pipe 54 is set so that the liquid flow F discharged from the cleaning liquid pipe 54 forms a vortex on the partition plate 32. In the housing 30 and the circulatory system 37, for example, 60 liters of cleaning liquid C circulates.

後フィルタ２５は洗浄塔２４の直上に設置されている。後フィルタ２５は、筐体３０の上部３０ｃ内と連通されている。後フィルタ２５においては、網状のフィルタが、複数枚、例えば２１枚重ねられている。各フィルタの網目のサイズは、例えば、１～１０ｍｍである。後フィルタ２５の出側は、水素管５５の一端に接続されている。 The rear filter 25 is installed directly above the scrubber 24. The rear filter 25 communicates with the inside of the upper portion 30c of the housing 30. In the rear filter 25, a plurality of net-like filters, for example, 21 are stacked. The mesh size of each filter is, for example, 1 to 10 mm. The outlet side of the rear filter 25 is connected to one end of the hydrogen pipe 55.

図２に示すように、水素管５５の他端は圧縮機２６に接続されている。圧縮機２６は、水素管５５を介して後フィルタ２５から送られてきた水素ガスを例えば２気圧以上に圧縮する。圧縮機２６の出側には、水素管５６の一端が接続されている。水素管５６の他端は、タンク１２（図１参照）に接続されている。 As shown in FIG. 2, the other end of the hydrogen tube 55 is connected to the compressor 26. The compressor 26 compresses the hydrogen gas sent from the rear filter 25 via the hydrogen pipe 55 to, for example, 2 atm or more. One end of the hydrogen pipe 56 is connected to the outlet side of the compressor 26. The other end of the hydrogen pipe 56 is connected to the tank 12 (see FIG. 1).

次に、本実施形態に係る電力／水素供給システム１の動作について説明する。電力／水素供給システム１の動作は水素製造装置１０の動作を含み、水素製造装置１０の動作は洗浄塔２４の動作を含む。 Next, the operation of the electric power / hydrogen supply system 1 according to the present embodiment will be described. The operation of the power / hydrogen supply system 1 includes the operation of the hydrogen production device 10, and the operation of the hydrogen production device 10 includes the operation of the scrubber 24.

初期状態においては、図２に示すように、電解槽２１内及び電解液タンク２２内に、アルカリ性水溶液Ａが保持されている。アルカリ性水溶液Ａは例えば濃度が２５質量％、温度が８０℃の水酸化カリウム水溶液である。また、洗浄塔２４内には、洗浄液Ｃが保持されている。洗浄塔２４においては、ポンプ３５及び冷却器３６を稼働させることにより、洗浄液管５４を介して、筐体３０の下部３０ａから回収した洗浄液Ｃを冷却し、上部３０ｃ内に液流Ｆとして供給する。洗浄液Ｃは、初期状態においては純水である。 In the initial state, as shown in FIG. 2, the alkaline aqueous solution A is held in the electrolytic cell 21 and the electrolytic cell 22. The alkaline aqueous solution A is, for example, a potassium hydroxide aqueous solution having a concentration of 25% by mass and a temperature of 80 ° C. Further, the cleaning liquid C is held in the cleaning tower 24. In the scrubber 24, by operating the pump 35 and the cooler 36, the cleaning liquid C recovered from the lower portion 30a of the housing 30 is cooled through the cleaning liquid pipe 54 and supplied as a liquid flow F in the upper portion 30c. .. The cleaning liquid C is pure water in the initial state.

図１に示すように、発電施設１０１又は電力系統１０２から電力が蓄電池１１に供給される。蓄電池１１は水素製造装置１０の電解槽２１（図２参照）に対して直流電力を出力する。 As shown in FIG. 1, electric power is supplied to the storage battery 11 from the power generation facility 101 or the electric power system 102. The storage battery 11 outputs DC power to the electrolytic cell 21 (see FIG. 2) of the hydrogen production apparatus 10.

図２に示すように、蓄電池１１（図１参照）から電解槽２１に直流電力が供給されると、電解槽２１の陰極電極２１ｂと陽極電極２１ｃとの間に電流が流れ、アルカリ性水溶液Ａ中の水分が電気分解されて、陰極電極２１ｂ側に水素ガスが発生すると共に、陽極電極２１ｃ側に酸素ガスが発生する。この結果、電解槽２１内のアルカリ性水溶液Ａ中の水分が消費され、陰極電極２１ｂを含むセルの上部に水素ガスが溜まり、陽極電極２１ｃを含むセルの上部に酸素ガスが溜まる。 As shown in FIG. 2, when DC power is supplied to the electrolytic cell 21 from the storage battery 11 (see FIG. 1), a current flows between the cathode electrode 21b and the anode electrode 21c of the electrolytic cell 21 and is in the alkaline aqueous solution A. The water content is electrolyzed to generate hydrogen gas on the cathode electrode 21b side and oxygen gas on the anode electrode 21c side. As a result, the water in the alkaline aqueous solution A in the electrolytic cell 21 is consumed, hydrogen gas is accumulated in the upper part of the cell including the cathode electrode 21b, and oxygen gas is accumulated in the upper part of the cell including the anode electrode 21c.

そして、電解槽２１における陰極電極２１ｂを含むセルの上部から、水素ガス及びアルカリ性水溶液Ａが押し出され、水素管５１内に流入し、重力により水素ガスとアルカリ性水溶液Ａとに分離され、水素ガスは前フィルタ２３に送られ、アルカリ性水溶液Ａは電解液タンク２２に落ちる。一方、電解槽２１における陽極電極２１ｃを含むセルの上部から、酸素ガス及びアルカリ性水溶液Ａが押し出され、重力により酸素ガスとアルカリ性水溶液Ａとに分離され、酸素ガスは水素製造装置１０の外部に排出され、アルカリ性水溶液Ａは電解液タンク２２に落ちる。電解液タンク２２に落ちたアルカリ性水溶液Ａは、ポンプ（図示せず）により、電解槽２１に再供給される。 Then, the hydrogen gas and the alkaline aqueous solution A are extruded from the upper part of the cell including the cathode electrode 21b in the electrolytic cell 21, flow into the hydrogen pipe 51, and are separated into the hydrogen gas and the alkaline aqueous solution A by gravity, and the hydrogen gas is separated from the hydrogen gas and the alkaline aqueous solution A. It is sent to the pre-filter 23, and the alkaline aqueous solution A falls into the electrolytic cell tank 22. On the other hand, the oxygen gas and the alkaline aqueous solution A are extruded from the upper part of the cell including the anode electrode 21c in the electrolytic cell 21, separated into the oxygen gas and the alkaline aqueous solution A by gravity, and the oxygen gas is discharged to the outside of the hydrogen production apparatus 10. Then, the alkaline aqueous solution A falls into the electrolytic cell tank 22. The alkaline aqueous solution A that has fallen into the electrolytic cell 22 is resupplied to the electrolytic cell 21 by a pump (not shown).

前フィルタ２３に流入する水素ガスには、水素分子の他に、水蒸気及び水滴が含まれている。水素ガスの温度は例えば７０～８０℃である。水蒸気は気体であるため不純物は含まれていないが、水滴は液体のアルカリ性水溶液Ａからなる。アルカリ性水溶液Ａが圧縮機２６に流入すると、圧縮機２６の内部機構に損傷を与えるため、水滴は圧縮機２６の手前でできるだけ除去する必要がある。そこで、水素製造装置１０においては、前フィルタ２３及び洗浄塔２４を設け、水素ガスからアルカリ性水溶液Ａの水滴を除去する。 The hydrogen gas flowing into the pre-filter 23 contains water vapor and water droplets in addition to hydrogen molecules. The temperature of the hydrogen gas is, for example, 70 to 80 ° C. Since water vapor is a gas, it does not contain impurities, but the water droplets consist of a liquid alkaline aqueous solution A. When the alkaline aqueous solution A flows into the compressor 26, it damages the internal mechanism of the compressor 26, so that water droplets need to be removed as much as possible in front of the compressor 26. Therefore, in the hydrogen production apparatus 10, a front filter 23 and a scrubber 24 are provided to remove water droplets of the alkaline aqueous solution A from the hydrogen gas.

前フィルタ２３は、水素ガスと共に流入してくる水滴のうち、比較的大きなもの、例えば、直径が２μｍ（マイクロメートル）以上のものを捕獲し、電解液タンク２２に落下させる。 The pre-filter 23 captures relatively large water droplets flowing in with hydrogen gas, for example, those having a diameter of 2 μm (micrometer) or more, and drops them into the electrolytic solution tank 22.

前フィルタ２３を通過した水素ガスは、水素管５３を介して、洗浄塔２４における筐体３０の下部３０ａ内に流入する。電解槽２１から洗浄塔２４までの水素ガスの経路には、冷却手段は設けられていないため、水素ガスの温度は例えば６０～７０℃であり、水滴と多量の水蒸気を含んでいる。水素ガスは、下部３０ａ内に溜められた洗浄液Ｃ内でバブリングされた後、仕切板３１の貫通孔３１ａ内を通過して、中間部３０ｂ内に進入する。中間部３０ｂ内に進入した水素ガスは、中間部３０ｂ内を上昇する。 The hydrogen gas that has passed through the front filter 23 flows into the lower portion 30a of the housing 30 in the scrubber 24 via the hydrogen pipe 53. Since the hydrogen gas path from the electrolytic cell 21 to the scrubber 24 is not provided with a cooling means, the temperature of the hydrogen gas is, for example, 60 to 70 ° C., and contains water droplets and a large amount of water vapor. The hydrogen gas is bubbled in the cleaning liquid C stored in the lower portion 30a, then passes through the through hole 31a of the partition plate 31 and enters the intermediate portion 30b. The hydrogen gas that has entered the intermediate portion 30b rises in the intermediate portion 30b.

一方、循環器３７は、ポンプ３５によって筐体３０の下部３０ａ内から洗浄液Ｃを回収し、冷却器３６によって洗浄液Ｃを冷却した後、洗浄液管５４を介して、上部３０ｃ内における仕切板３２上に液流Ｆとして吐出する。液流Ｆは、仕切板３２上において渦を形成しながら、貫通孔３２ａを介して中間部３０ｂ内に落下する。中間部３０ｂ内に落下した洗浄液Ｃは、充填材４０によって落下を妨害され、落下速度を抑制されつつランダムに分岐し、中間部３０ｂ内を下降する。 On the other hand, the circulatory system 37 collects the cleaning liquid C from the lower portion 30a of the housing 30 by the pump 35, cools the cleaning liquid C by the cooler 36, and then passes the cleaning liquid C through the cleaning liquid pipe 54 on the partition plate 32 in the upper portion 30c. Is discharged as a liquid flow F. The liquid flow F falls into the intermediate portion 30b through the through hole 32a while forming a vortex on the partition plate 32. The cleaning liquid C that has fallen into the intermediate portion 30b is prevented from falling by the filler 40, branches randomly while suppressing the falling speed, and descends in the intermediate portion 30b.

これにより、中間部３０ｂ内において、上昇する水素ガスと下降する洗浄液Ｃとの間で熱交換が行われると共に、水素ガスに含まれるアルカリ性水溶液Ａの水滴及び水蒸気が洗浄液Ｃによって除去される。このときのメカニズムについては後述する。水滴は洗浄液Ｃ内に取り込まれ、洗浄液Ｃは徐々にアルカリ性になる。洗浄液ＣのｐＨは１４程度まで到達する。 As a result, heat exchange is performed between the rising hydrogen gas and the falling cleaning liquid C in the intermediate portion 30b, and the water droplets and water vapor of the alkaline aqueous solution A contained in the hydrogen gas are removed by the cleaning liquid C. The mechanism at this time will be described later. Water droplets are taken into the cleaning liquid C, and the cleaning liquid C gradually becomes alkaline. The pH of the cleaning liquid C reaches about 14.

そして、中間部３０ｂ内において水滴の大部分及び水蒸気の大部分が除去された水素ガスは、主にパイプ３３内を通過して上部３０ｃに進入し、上部３０ｃから排出される。このようにして洗浄塔２４から排出された水素ガスの温度は、例えば２０～２５℃程度である。また、この水素ガスには、若干量の水滴及び水蒸気が不可避的に含まれるが、水滴のｐＨは９程度であり、洗浄液ＣのｐＨよりも低い。 Then, the hydrogen gas from which most of the water droplets and most of the water vapor have been removed in the intermediate portion 30b mainly passes through the pipe 33, enters the upper portion 30c, and is discharged from the upper portion 30c. The temperature of the hydrogen gas discharged from the scrubber 24 in this way is, for example, about 20 to 25 ° C. Further, this hydrogen gas inevitably contains a small amount of water droplets and water vapor, but the pH of the water droplets is about 9, which is lower than the pH of the cleaning liquid C.

洗浄塔２４から排出された水素ガスは、後フィルタ２５に到達する。後フィルタ２５は、水素ガスと共に流入してくる水滴のうち、比較的大きなもの、例えば、直径が２μｍ以上のものを捕獲し、筐体３０内に落下させる。後フィルタ２５から排出された水素ガスは、水素管５５を介して圧縮機２６に送られる。圧縮機２６は水素ガスを例えば２気圧以上の圧力に圧縮し、タンク１２（図１参照）に貯蔵する。 The hydrogen gas discharged from the scrubber 24 reaches the rear filter 25. The rear filter 25 captures relatively large water droplets flowing in with hydrogen gas, for example, those having a diameter of 2 μm or more, and drops them into the housing 30. The hydrogen gas discharged from the rear filter 25 is sent to the compressor 26 via the hydrogen pipe 55. The compressor 26 compresses hydrogen gas to a pressure of, for example, 2 atm or more, and stores it in a tank 12 (see FIG. 1).

図１に示すように、タンク１２に貯蔵された水素ガスは、適宜、水素ローリー車若しくはパイプライン等によって出荷されるか、又は、電力が必要なタイミングに燃料電池１３に供給される。燃料電池１３は水素ガスを用いて発電し、電力を出力する。このようにして、電力／水素供給システム１は、発電施設１０１又は電力系統１０２から供給される電力に基づいて、任意のタイミングで水素ガス又は電力を生成する。 As shown in FIG. 1, the hydrogen gas stored in the tank 12 is appropriately shipped by a hydrogen lorry vehicle, a pipeline, or the like, or is supplied to the fuel cell 13 at a timing when electric power is required. The fuel cell 13 generates electric power using hydrogen gas and outputs electric power. In this way, the electric power / hydrogen supply system 1 generates hydrogen gas or electric power at an arbitrary timing based on the electric power supplied from the power generation facility 101 or the electric power system 102.

次に、洗浄塔２４内において、水素ガスから水滴が除去されるメカニズムについて説明する。このメカニズムは、以下のように推定されている。
図６（ａ）は、本実施形態に係る水素製造装置において、洗浄塔内に進入する前の水素ガスの状態を示す模式図であり、（ｂ）は、洗浄塔の筐体の中間部内において、水素ガスと水滴が分離される様子を示す模式図である。 Next, the mechanism by which water droplets are removed from the hydrogen gas in the scrubber 24 will be described. This mechanism is presumed as follows.
FIG. 6A is a schematic view showing the state of hydrogen gas before entering the cleaning tower in the hydrogen production apparatus according to the present embodiment, and FIG. 6B is a diagram in the middle portion of the housing of the cleaning tower. , Is a schematic diagram showing how hydrogen gas and water droplets are separated.

図６（ａ）に示すように、洗浄塔内に進入する前の水素ガスには、水素分子Ｈ、アルカリ性水溶液Ａからなる水滴ＬＡ及び水蒸気Ｓが含まれている。この水素ガスの温度は例えば６０～７０℃と高く、多量の水蒸気Ｓが含有されている。 As shown in FIG. 6A, the hydrogen gas before entering the scrubber contains hydrogen molecules H, water droplets LA composed of an alkaline aqueous solution A , and water vapor S. The temperature of this hydrogen gas is as high as 60 to 70 ° C., and a large amount of water vapor S is contained.

図３及び図６（ｂ）に示すように、筐体３０の中間部３０ｂ内に、冷却器３６によって冷却された洗浄液Ｃが供給されると、この洗浄液Ｃによって水素ガスが冷却される。すると、水蒸気Ｓが過飽和となり、水滴ＬＡを核として凝縮し、大きな水滴ＬＢに成長する。水滴ＬＢは、水素ガス中に浮遊していられなくなり、落下する。これにより、水素ガス中から水滴ＬＡが除去される。また、水滴ＬＡの一部は、洗浄液Ｃの水流に巻き込まれる。これによっても、水素ガス中から水滴ＬＡが除去される。一方、洗浄液Ｃは、仕切板３２上に液流Ｆとして吐出されるため、洗浄液Ｃが微小な水滴となって洗浄塔２４から排出されることは少ない。 As shown in FIGS. 3 and 6B, when the cleaning liquid C cooled by the cooler 36 is supplied into the intermediate portion 30b of the housing 30, the hydrogen gas is cooled by the cleaning liquid C. Then, the water vapor S becomes supersaturated, condenses with the water droplet LA as a nucleus, and grows into a large water droplet LB. The water droplets LB can no longer be suspended in the hydrogen gas and fall. As a result, water droplets LA are removed from the hydrogen gas. Further, a part of the water droplet LA is caught in the water flow of the cleaning liquid C. This also removes water droplets LA from the hydrogen gas. On the other hand, since the cleaning liquid C is discharged as a liquid flow F on the partition plate 32, the cleaning liquid C is rarely discharged from the cleaning tower 24 as minute water droplets.

次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態においては、洗浄塔２４内において、洗浄液Ｃによって水素ガスを冷却し、水蒸気Ｓを水滴ＬＡの周囲に凝縮させることにより、水滴ＬＡを大きな水滴ＬＢに成長させ、落下させている。このように、本実施形態においては、洗浄液Ｃを水素ガスとの熱交換のために用いており、水滴ＬＡの溶質を洗浄液Ｃに拡散させて除去しているわけではない。このため、洗浄液Ｃは必ずしも純水である必要がなく、アルカリ性の水溶液を用いることができる。例えば、洗浄液ＣのｐＨを１４以下としても、洗浄塔２４から排出される水素ガス中の水滴のｐＨは９以下とすることができる。 Next, the effect of this embodiment will be described.
In the present embodiment, the hydrogen gas is cooled by the cleaning liquid C in the cleaning tower 24, and the water vapor S is condensed around the water droplet LA to grow the water droplet LA into a large water droplet LB and drop it. There is. As described above, in the present embodiment, the cleaning liquid C is used for heat exchange with the hydrogen gas, and the solute of the water droplet LA is not diffused and removed in the cleaning liquid C. Therefore, the cleaning liquid C does not necessarily have to be pure water, and an alkaline aqueous solution can be used. For example, even if the pH of the cleaning liquid C is 14 or less, the pH of the water droplets in the hydrogen gas discharged from the cleaning tower 24 can be 9 or less.

また、洗浄液Ｃをアルカリ性とすることにより、凝固点降下が生じ、洗浄液Ｃが凍結しにくくなる。洗浄液Ｃが凍結しなければ、洗浄液Ｃの凍結に起因して洗浄液管５４が破裂することがない。従って、水素製造装置１０を含む電力／水素供給システム１を寒冷地に設置することが容易になる。 Further, by making the cleaning liquid C alkaline, a freezing point depression occurs, and the cleaning liquid C is less likely to freeze. If the cleaning liquid C is not frozen, the cleaning liquid pipe 54 will not burst due to the freezing of the cleaning liquid C. Therefore, it becomes easy to install the electric power / hydrogen supply system 1 including the hydrogen production apparatus 10 in a cold region.

更に、水素製造装置１０の稼働開始時には、洗浄液Ｃとして純水を補給したとしても、水素製造装置１０の稼働に伴ってアルカリ性水溶液Ａが混入していくため、洗浄液Ｃはアルカリ性になっていく。仮に、洗浄液Ｃの液性を中性付近で維持しようとすると、洗浄液Ｃを頻繁に純水に入れ替えなくてはならず、大量の純水が必要となる。この結果、水素の製造コストが増加する。また、電力／水素供給システム１を僻地に設置すると、純水の搬入及び使用済みの洗浄液Ｃの廃棄のコストも高いため、水素の製造コストがより増加する。これに対して、本実施形態によれば、洗浄液Ｃを中性に保つ必要がないため、純水の使用量が少なく、コストが低い。 Further, at the start of the operation of the hydrogen production apparatus 10, even if pure water is replenished as the cleaning liquid C, the alkaline aqueous solution A is mixed with the operation of the hydrogen production apparatus 10, so that the cleaning liquid C becomes alkaline. If the liquid property of the cleaning liquid C is to be maintained near neutrality, the cleaning liquid C must be frequently replaced with pure water, and a large amount of pure water is required. As a result, the cost of producing hydrogen increases. Further, if the electric power / hydrogen supply system 1 is installed in a remote place, the cost of bringing in pure water and disposing of the used cleaning liquid C is high, so that the cost of producing hydrogen is further increased. On the other hand, according to the present embodiment, since it is not necessary to keep the cleaning liquid C neutral, the amount of pure water used is small and the cost is low.

また、本実施形態においては、電解槽２１と洗浄塔２４との間に冷却手段を設けておらず、水素管５１及び５３の周囲に保温材５９を設けている。このため、水素ガスを高温のまま洗浄塔２４内に流入させることができる。これにより、水素ガスは、多量の水蒸気を含んだまま、筐体３０内に導入されるため、筐体３０内で水素ガスを冷却することによる水蒸気の凝縮効果が大きい。 Further, in the present embodiment, the cooling means is not provided between the electrolytic cell 21 and the scrubber 24, and the heat insulating material 59 is provided around the hydrogen pipes 51 and 53. Therefore, hydrogen gas can flow into the cleaning tower 24 at a high temperature. As a result, the hydrogen gas is introduced into the housing 30 while containing a large amount of water vapor, so that the effect of condensing the water vapor by cooling the hydrogen gas in the housing 30 is large.

更に、本実施形態においては、洗浄液Ｃを仕切板３２上に液流Ｆとして供給しているため、洗浄液Ｃから飛沫が生じにくく、洗浄液Ｃ自体が浮遊水滴となることを抑制できる。また、仕切板３２に上方に突出したパイプ３３が取り付けられているため、水素ガスは主としてパイプ３３内を通過して、中間部３０ｂから上部３０ｃに移動する。このため、この水素ガスが洗浄液Ｃと干渉することがなく、洗浄液Ｃの飛沫が生じにくい。 Further, in the present embodiment, since the cleaning liquid C is supplied as a liquid flow F on the partition plate 32, it is difficult for droplets to be generated from the cleaning liquid C, and it is possible to prevent the cleaning liquid C itself from becoming floating water droplets. Further, since the pipe 33 projecting upward is attached to the partition plate 32, the hydrogen gas mainly passes through the pipe 33 and moves from the intermediate portion 30b to the upper portion 30c. Therefore, this hydrogen gas does not interfere with the cleaning liquid C, and splashes of the cleaning liquid C are unlikely to occur.

更にまた、筐体３０の中間部３０ｂ内に充填材４０を設けているため、洗浄液Ｃの流れが細かく分岐し、水素ガスとの接触面積が増える。また、充填材４０によって洗浄液Ｃの落下速度が緩和されるため、洗浄液Ｃの飛沫が生じにくい。 Furthermore, since the filler 40 is provided in the intermediate portion 30b of the housing 30, the flow of the cleaning liquid C is finely branched, and the contact area with the hydrogen gas is increased. Further, since the drop speed of the cleaning liquid C is slowed down by the filler 40, the cleaning liquid C is less likely to be splashed.

更にまた、前フィルタ２３に目の粗いフィルタを設けることにより、圧力をほとんど損失することなく、電解槽２１から上がってきた大きな水滴を捕獲し、電解液タンク２２に戻すことができる。同様に、後フィルタ２５に目の粗いフィルタを設けることにより、圧力をほとんど損失することなく、洗浄塔２４から後フィルタ２５に上がってきた大きな水滴を捕獲し、洗浄塔２４に戻すことができる。これにより、水滴をより効果的に除去することができる。 Furthermore, by providing the front filter 23 with a coarse filter, it is possible to capture large water droplets rising from the electrolytic cell 21 and return them to the electrolytic cell 22 with almost no loss of pressure. Similarly, by providing the rear filter 25 with a coarse filter, large water droplets rising from the cleaning tower 24 to the rear filter 25 can be captured and returned to the cleaning tower 24 with almost no loss of pressure. This makes it possible to remove water droplets more effectively.

上述の本実施形態におけるアルカリ性水溶液Ａを除去する効果をより明確にするために、比較例について説明する。
図７（ａ）～（ｄ）は、比較例における水素ガスの状態を示す模式図である。 In order to clarify the effect of removing the alkaline aqueous solution A in the above-mentioned embodiment, a comparative example will be described.
7 (a) to 7 (d) are schematic views showing the state of hydrogen gas in the comparative example.

図７（ａ）に示すように、洗浄塔内において、霧吹６１により、洗浄液Ｃを霧状にして水素ガスに吹き付けることが考えられる。これにより、洗浄液Ｃの一部は、水滴ＬＡと合体して、大きな水滴ＬＣになり、落下する。しかしながら、この場合は、霧状の洗浄液Ｃの他の一部は、水素ガスと共に洗浄塔から排出される。従って、洗浄液Ｃが純水であればよいが、アルカリ性であると、水素ガス中のアルカリ成分が十分に除去されない。上述の如く、洗浄液Ｃを純水に保つには、大量の純水を供給し続ける必要がある。 As shown in FIG. 7A, it is conceivable that the cleaning liquid C is atomized and sprayed onto hydrogen gas by the mist blowing 61 in the cleaning tower. As a result, a part of the cleaning liquid C is combined with the water droplet LA to form a large water droplet LC and falls. However, in this case, the other part of the mist-like cleaning liquid C is discharged from the cleaning tower together with the hydrogen gas. Therefore, the cleaning liquid C may be pure water, but if it is alkaline, the alkaline component in the hydrogen gas is not sufficiently removed. As described above, in order to keep the cleaning liquid C in pure water, it is necessary to continue to supply a large amount of pure water.

図７（ｂ）に示すように、洗浄塔内において、スクラバ６２により、洗浄液Ｃと水素ガスとを撹拌して、水滴ＬＡの溶質を濃度平衡により洗浄液Ｃに移動させて除去することが考えられる。しかしながら、水滴ＬＡの大部分を洗浄液Ｃに接触させるためには、強力なスクラバ６２が必要になり、コストが増加する。また、洗浄液Ｃの飛沫が水滴として水素ガスに混合されるため、洗浄液Ｃを純水に保つ必要があり、大量の純水が必要となる。 As shown in FIG. 7B, it is conceivable that the scrubber 62 agitates the cleaning liquid C and the hydrogen gas in the cleaning tower, and the solute of the water droplet LA is moved to the cleaning liquid C by concentration equilibrium to be removed. Be done. However, in order to bring most of the water droplets LA into contact with the cleaning liquid C , a strong scrubber 62 is required, which increases the cost. Further, since the droplets of the cleaning liquid C are mixed with the hydrogen gas as water droplets, it is necessary to keep the cleaning liquid C in pure water, and a large amount of pure water is required.

図７（ｃ）に示すように、前フィルタ２３及び後フィルタ２５において、目が細かいフィルタ６３を使用することが考えられる。これにより、サイズの小さい水滴ＬＡをフィルタによって物理的に除去することができる。しかしながら、この場合は、フィルタによる水素ガスの圧力損失が大きくなるため、強力な圧縮機が必要となる。この結果、設備コストが増加すると共に、圧縮機を作動させるために大電力が必要となり、運転コストも増加する。 As shown in FIG. 7C, it is conceivable to use a fine-grained filter 63 in the front filter 23 and the rear filter 25. As a result, the small water droplet LA can be physically removed by the filter. However, in this case, the pressure loss of the hydrogen gas due to the filter becomes large, so that a powerful compressor is required. As a result, the equipment cost increases, a large amount of electric power is required to operate the compressor, and the operating cost also increases.

図７（ｄ）に示すように、前フィルタ２３と洗浄塔２４との間の水素管５３を冷却し、水素ガス中の水分を結露させて除去することも考えられる。しかしながら、この場合は、水素管５３の内面において結露するのは水蒸気Ｓであり、水蒸気Ｓは純水である。一方、アルカリ性水溶液Ａからなる水滴ＬＡは、水素管５３の内面に偶然接触したもの以外は、水素ガスの気流に乗って水素管５３を通過してしまう。このため、溶質を効率よく除去することが困難である。 As shown in FIG. 7D, it is also conceivable to cool the hydrogen pipe 53 between the front filter 23 and the scrubber 24 to condense and remove the water content in the hydrogen gas. However, in this case, it is the water vapor S that condenses on the inner surface of the hydrogen pipe 53, and the water vapor S is pure water. On the other hand, the water droplet LA composed of the alkaline aqueous solution A passes through the hydrogen pipe 53 on the stream of hydrogen gas, except for the one that accidentally comes into contact with the inner surface of the hydrogen pipe 53. Therefore, it is difficult to efficiently remove the solute.

これに対して、本実施形態によれば、洗浄液Ｃは水素ガスの冷却用に用いるため、成分は特に限定されず、アルカリ性であってもよい。また、前フィルタ２３及び後フィルタ２５におけるフィルタの目が粗く、圧力損失が少ないため、コンパクトな圧縮機２６を用いることができる。更に、水滴ＬＡを核として水蒸気を凝縮させているため、水滴ＬＡを直接的なターゲットとして除去することができる。 On the other hand, according to the present embodiment, since the cleaning liquid C is used for cooling the hydrogen gas, the components are not particularly limited and may be alkaline. Further, since the filters in the front filter 23 and the rear filter 25 are coarse and the pressure loss is small, a compact compressor 26 can be used. Further, since the water vapor is condensed with the water droplet LA as a nucleus, the water droplet LA can be removed as a direct target.

このように、本実施形態によれば、洗浄液Ｃが凍結しにくく、水素ガスの製造コストが低い電力／水素供給システム１を実現することができる。このため、発電施設１０１を再生可能エネルギーを取得できる土地に広く展開することが容易になる。この結果、社会全体の電力需要に占める再生可能エネルギーの割合を増加させることが可能となる。また、既存の電力系統１０２から電力の供給を受ける場合でも、電力コストが低い時間帯に水素ガスを製造しておき、電力需要が多い時間帯に発電することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to realize the electric power / hydrogen supply system 1 in which the cleaning liquid C is less likely to freeze and the production cost of hydrogen gas is low. Therefore, it becomes easy to widely deploy the power generation facility 101 on the land where renewable energy can be acquired. As a result, it becomes possible to increase the ratio of renewable energy to the electricity demand of society as a whole. Further, even when the electric power is supplied from the existing electric power system 102, the hydrogen gas can be produced in the time zone when the electric power cost is low and the electric power can be generated in the time zone when the electric power demand is high.

再生可能エネルギーを用いた発電施設１０１は、環境負荷及び持続可能性の点では優れているが、出力が不安定であることが多い。例えば、風力発電施設であれば風に依存し、太陽光発電施設であれば日照に依存する。本実施形態によれば、発電施設１０１によって発電された電力を電力／水素供給システム１が水素ガスに変換して貯蔵することにより、任意のタイミングで水素ガス又は電力として取り出すことができる。 The power generation facility 101 using renewable energy is excellent in terms of environmental load and sustainability, but its output is often unstable. For example, a wind power generation facility depends on the wind, and a solar power generation facility depends on the sunshine. According to the present embodiment, the electric power generated by the power generation facility 101 is converted into hydrogen gas by the electric power / hydrogen supply system 1 and stored, so that the electric power can be taken out as hydrogen gas or electric power at an arbitrary timing.

なお、本実施形態に係る水素製造装置１０においては、洗浄塔２４及び後フィルタ２５からなる組を複数設け、直列に配列してもよい。これにより、複数の洗浄塔２４の間で冷却温度に差をつけて、水滴の回収付加を分散させてもよい。 In the hydrogen production apparatus 10 according to the present embodiment, a plurality of sets including a scrubber 24 and a rear filter 25 may be provided and arranged in series. Thereby, the cooling temperature may be different among the plurality of scrubbers 24 to disperse the recovery and addition of water droplets.

以上説明した実施形態によれば、電気分解に用いる水溶液の溶質成分を効果的に除去する洗浄器、水素製造装置及び電力供給システムを実現することができる。本実施形態では、一例としてアルカリ性水溶液の溶質成分を効果的に除去する洗浄器、水素製造装置及び電力供給システムを実現することができる。 According to the embodiment described above, it is possible to realize a washer, a hydrogen production apparatus and a power supply system that effectively remove the solute component of the aqueous solution used for electrolysis. In the present embodiment, as an example, a washer, a hydrogen production apparatus, and a power supply system that effectively remove solute components of an alkaline aqueous solution can be realized.

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及びその等価物の範囲に含まれる。 Although some embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention and its equivalents described in the claims.

１：電力／水素供給システム
１０：水素製造装置
１１：蓄電池
１２：タンク
１３：燃料電池
２１：電解槽
２１ａ：隔膜
２１ｂ：陰極電極
２１ｃ：陽極電極
２２：電解液タンク
２３：前フィルタ
２４：洗浄塔
２５：後フィルタ
２６：圧縮機
３０：筐体
３０ａ：下部
３０ｂ：中間部
３０ｃ：上部
３１：仕切板
３１ａ：貫通孔
３２：仕切板
３２ａ：貫通孔
３３：パイプ
３５：ポンプ
３６：冷却器
３７：循環器
４０：充填材
５１、５３、５５、５６：水素管
５２：酸素管
５４：洗浄液管
５９：保温材
６１：霧吹
６２：スクラバ
６３：フィルタ
１０１：発電施設
１０２：電力系統
Ａ：アルカリ性水溶液
Ｃ：洗浄液
Ｆ：液流
Ｈ：水素分子
ＬＡ：水滴
ＬＢ：水滴
ＬＣ：水滴
Ｓ：水蒸気 1: Electric power / hydrogen supply system 10: Hydrogen production device 11: Storage battery 12: Tank 13: Fuel cell 21: Electrolyte tank 21a: Diaphragm 21b: Cathode electrode 21c: Annoide electrode 22: Electrolyte tank 23: Front filter 24: Cleaning tower 25: Rear filter 26: Compressor 30: Housing 30a: Lower part 30b: Intermediate part 30c: Upper part 31: Partition plate 31a: Through hole 32: Partition plate 32a: Through hole 33: Pipe 35: Pump 36: Cooler 37: Circulator 40: Filler 51, 53, 55, 56: Hydrogen pipe 52: Oxygen pipe 54: Cleaning liquid pipe 59: Heat insulating material 61: Kiribuki 62: Scrubber 63: Filter 101: Power generation facility 102: Power system A: Alkaline aqueous solution C : Cleaning liquid F : Liquid flow H : Hydrogen molecule LA: Water droplets LB: Water droplets LC: Water droplets S : Water vapor

Claims (11)

水溶液を電気分解して得られた水素ガスから、前記水溶液の溶質成分を除去する洗浄器であって、
前記水素ガスが流入し、前記水素ガスが排出される筐体と、
前記筐体内に配置され、貫通孔が形成された仕切板と、
前記筐体内の前記水素ガスに、前記仕切板を介して、冷却した洗浄液を液流として供給する洗浄液の供給機構と、
前記仕切板の中心に取り付けられ、前記仕切板の下面と連通し、前記仕切板から上方に突出したパイプと、
を備え、
前記仕切板の前記パイプが取り付けられていない部分には前記貫通孔が複数形成されており、
前記供給機構は、当該供給機構から供給される前記液流が前記仕切板上で渦を形成するような位置に設定される洗浄器。 A washer that removes the solute component of the aqueous solution from the hydrogen gas obtained by electrolyzing the aqueous solution.
A housing in which the hydrogen gas flows in and the hydrogen gas is discharged,
A partition plate arranged in the housing and formed with a through hole,
A cleaning liquid supply mechanism that supplies a cooled cleaning liquid as a liquid flow to the hydrogen gas in the housing via the partition plate.
A pipe attached to the center of the partition plate, communicating with the lower surface of the partition plate, and protruding upward from the partition plate.
Equipped with
A plurality of the through holes are formed in the portion of the partition plate to which the pipe is not attached.
The supply mechanism is a washer set at a position where the liquid flow supplied from the supply mechanism forms a vortex on the partition plate . 前記洗浄液の供給機構は、前記筐体から回収した洗浄液を、前記仕切板を介して、冷却した液流として供給する循環機構を有した請求項１記載の洗浄器。 The cleaning device according to claim 1, wherein the cleaning liquid supply mechanism has a circulation mechanism for supplying the cleaning liquid collected from the housing as a cooled liquid flow through the partition plate. 水溶液を電気分解して得られた水素ガスから前記水溶液の溶質成分を除去する洗浄器であって、
下部から前記水素ガスが流入し、上部から前記水素ガスが排出される筐体と、
前記筐体内に配置され、貫通孔が形成された仕切板と、
前記筐体の下部から回収した洗浄液を前記仕切板上に液流として供給する循環器と、
前記仕切板の中心に取り付けられ、前記仕切板の下面と連通し、前記仕切板から上方に突出したパイプと、
を備え、
前記仕切板の前記パイプが取り付けられていない部分には前記貫通孔が複数形成されており、
前記循環器は、当該循環器から供給される液流が前記仕切板上で渦を形成するような位置に設定される洗浄器。 A washer that removes the solute component of the aqueous solution from the hydrogen gas obtained by electrolyzing the aqueous solution.
A housing in which the hydrogen gas flows in from the lower part and the hydrogen gas is discharged from the upper part.
A partition plate arranged in the housing and formed with a through hole,
A circulator that supplies the cleaning liquid collected from the lower part of the housing onto the partition plate as a liquid flow.
A pipe attached to the center of the partition plate, communicating with the lower surface of the partition plate, and protruding upward from the partition plate.
Equipped with
A plurality of the through holes are formed in the portion of the partition plate to which the pipe is not attached.
The circulator is a washer set at a position where the liquid flow supplied from the circulator forms a vortex on the partition plate . 前記筐体の形状は円筒状であり、
前記仕切板の形状は円板状である請求項１～３のいずれか１つに記載の洗浄器。 The shape of the housing is cylindrical and
The washer according to any one of claims 1 to 3, wherein the partition plate has a disk shape. 前記パイプは１本のみ設けられ、 Only one pipe is provided.
前記貫通孔は同心円状に配列された請求項１～４のいずれか１つに記載の洗浄器。 The washer according to any one of claims 1 to 4, wherein the through holes are arranged concentrically. 前記筐体内における前記仕切板よりも前記水素ガスが流入する方の位置に配置された充填材をさらに備えた請求項１～５のいずれか１つに記載の洗浄器。 The washer according to any one of claims 1 to 5, further comprising a filler arranged at a position in the housing where the hydrogen gas flows in rather than the partition plate. 前記水溶液はアルカリ性水溶液である請求項１～６のいずれか１つに記載の洗浄器。 The washer according to any one of claims 1 to 6, wherein the aqueous solution is an alkaline aqueous solution. 請求項１～７のいずれか１つに記載の洗浄器と、
加熱された前記水溶液を電気分解し、生成した水素ガスを前記洗浄器に供給する電解槽と、
前記洗浄器から流出した水素ガスを圧縮する圧縮機と、
を備えた水素製造装置。 The washer according to any one of claims 1 to 7.
An electrolytic cell that electrolyzes the heated aqueous solution and supplies the generated hydrogen gas to the washer.
A compressor that compresses the hydrogen gas flowing out of the washer, and
Hydrogen production equipment equipped with. 前記洗浄器に直上に設けられたフィルタをさらに備えた請求項８記載の水素製造装置。 The hydrogen production apparatus according to claim 8, further comprising a filter provided directly above the washer. 前記電解槽から前記洗浄器まで前記水素ガスを流通させる管の周囲に設けられた保温材をさらに備えた請求項８または９に記載の水素製造装置。 The hydrogen production apparatus according to claim 8 or 9, further comprising a heat insulating material provided around a pipe for flowing hydrogen gas from the electrolytic cell to the washer. 請求項８～１０のいずれか１つに記載の水素製造装置と、
前記水素製造装置によって製造された水素ガスを貯蔵するタンクと、
前記タンクに貯蔵された水素ガスから電力を生成する電池と、
を備えた電力供給システム。 The hydrogen production apparatus according to any one of claims 8 to 10.
A tank for storing hydrogen gas produced by the hydrogen production apparatus, and a tank for storing hydrogen gas.
A battery that generates electric power from the hydrogen gas stored in the tank,
Power supply system with.
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