JP7220622B2

JP7220622B2 - 除湿装置および除湿方法

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Publication number: JP7220622B2
Application number: JP2019097108A
Authority: JP
Inventors: 昌宏八巻; 拓海越後; 裕輔石崎
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
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Priority date: 2019-05-23
Filing date: 2019-05-23
Publication date: 2023-02-10
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Also published as: JP2020189282A

Description

本発明は、気体に含まれる水分を除去する除湿装置および除湿方法に関する。

従来、水電解槽で発生させた水素に含まれる水分を除去するための除湿装置が知られている。この種の除湿装置では、特許文献１に記載のように、水分を吸着可能な吸着剤を収容した除湿器を並列に複数配置し、水素の供給先を交互に切り替えて、１つの除湿器で水素を乾燥しつつ、別の除湿器で除湿性能が低下した吸着剤を加熱乾燥させて再生する。

上述した吸着剤の再生には、吸着剤から放出される水分を同伴・除去するための再生ガスが使用される。この再生ガスとしては、除湿器の切り替え時におけるガス純度の低下を抑制するために、除湿後の乾燥水素（乾燥ガス）が使用される。

特開２０１３－２４９４８８号公報

しかしながら、上述のような従来技術では、吸着剤の再生に使用した再生ガスは大気へ放出される。そのため、再生ガスとして使用した分だけ乾燥水素が減少し、乾燥水素の生産効率が低下するという課題がある。

本発明の一態様は、吸着剤の再生に伴う乾燥ガスの生産効率の低下を抑制することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る除湿装置は、水分を吸着可能な吸着剤を収容し、湿潤ガス供給ラインから供給される湿潤ガスを除湿して乾燥ガスを流出させる第１除湿器および第２除湿器と、前記第１除湿器へ前記湿潤ガスを供給して除湿した後、該湿潤ガスの供給先を前記第１除湿器から前記第２除湿器へ切り替えると共に、該第２除湿器から流出した前記乾燥ガスの一部を前記第１除湿器に収容された前記吸着剤を再生する再生ガスとして前記第１除湿器へ供給するライン切替機構と、前記第１除湿器から流出される、前記吸着剤の再生に使用した前記再生ガスを昇圧する昇圧部とを備え、前記昇圧部によって昇圧された前記再生ガスを、前記湿潤ガス供給ラインへ供給する。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る除湿方法は、水分を吸着可能な吸着剤を収容した第１除湿器および第２除湿器のうちの前記第１除湿器へ、湿潤ガス供給ラインから供給される湿潤ガスを供給し、該湿潤ガスを除湿した乾燥ガスを流出させる吸着工程と、前記第１除湿器へ前記湿潤ガスを供給して除湿した後、該湿潤ガスの供給先を前記第１除湿器から前記第２除湿器へ切り替えると共に、該第２除湿器から流出した前記乾燥ガスの一部を前記第１除湿器に収容された前記吸着剤を再生する再生ガスとして前記第１除湿器へ供給する再生工程とを含み、前記再生工程にて、前記第１除湿器から流出される、前記吸着剤の再生に使用した前記再生ガスを昇圧し、昇圧した前記再生ガスを、前記湿潤ガス供給ラインへ供給する。

本発明の一態様によれば、吸着剤の再生に使用した再生ガスを乾燥ガスの製造に再利用することができる。したがって、吸着剤の再生に伴う乾燥ガスの生産効率の低下を抑制することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る除湿装置を備えた水素発生装置を示す概略図である。上記除湿装置が実施する吸着工程の動作例を示す概略図である。上記除湿装置が実施する加熱再生工程の動作例を示す概略図である。上記除湿装置が実施する冷却再生工程の動作例を示す概略図である。上記除湿装置が実施する昇圧工程の動作例を示す概略図である。上記除湿装置が実施する並列工程の動作例を示す概略図である。上記除湿装置が実施する切替工程の動作例を示す概略図である。上記除湿装置が実施する再生水素タンクを利用した昇圧工程のステップ１の動作例を示す概略図である。上記再生水素タンクを利用した昇圧工程のステップ２の動作例を示す概略図である。上記再生水素タンクを利用した昇圧工程のステップ３の動作例を示す概略図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１～図１０を参照して説明する。本実施形態では、本発明に係る除湿装置を備えた水素発生装置の一例について説明する。

（水素発生装置の概要）
本実施形態に係る水素発生装置は、水電解槽で発生させた水素および酸素のうち水素を除湿装置へ供給して除湿することにより得られる乾燥水素を製品ガスとして製造する装置である。製造した乾燥水素は、燃料電池その他のエネルギー源等として利用される。本実施形態に係る水素発生装置は、後述するように、吸着剤の再生に使用した再生水素を外部へ排出することなく再利用することにより、吸着剤の再生に伴う乾燥水素の生産効率の低下を抑制する。

（水素発生装置の構成）
図１は、本実施形態に係る水素発生装置１を示す概略図である。図１に示すように、水素発生装置１は、水電解槽２、純水タンク３、酸素気液分離器４、水素気液分離器５および除湿装置６を含む。

水電解槽２は、水を電気分解して水素と酸素とを発生させる。水電解槽２には、該水電解槽２に純水を供給するための純水タンク３が接続される。また、水電解槽２は、酸素気液分離器４と水素気液分離器５とに接続される。水の電気分解によって生じた酸素は、電気分解されずに残った水と共に気液混合水の状態で、水電解槽２から酸素気液分離器４へ供給される。一方、水の電気分解によって生じた水素は、電解反応により固体高分子膜を陰極側へ透過してくる水と共に気液混合水の状態で、水電解槽２から水素気液分離器５へ供給される。

酸素気液分離器４は、水電解槽２から供給される酸素を含んだ気液混合水を、酸素と水とに気液分離する。気液分離後の水は純水タンク３へ供給され、純水として再利用される。一方、気液分離後の酸素は大気へ放出される。酸素を大気へ放出するためのライン（配管）には、該ライン内部の酸素圧力を検出するための酸素圧力計Ｐ１が配置される。

水素気液分離器５は、水電解槽２から供給される水素を含んだ気液混合水を、水素と水とに気液分離する。気液分離後の水は純水タンク３へ供給され、純水として再利用される。一方、気液分離後の水素は、水分を多く含んだ湿潤水素（湿潤ガス）である。そのため、気液分離後の湿潤水素は、湿潤水素供給ライン（湿潤ガス供給ライン）Ｌ１を介して除湿装置６へ供給され、水分が除去される。

湿潤水素供給ラインＬ１には、該ライン内部の湿潤水素の圧力を検出するための湿潤水素圧力計Ｐ２が配置される。また、該湿潤水素圧力計Ｐ２の下流側で湿潤水素供給ラインＬ１から分枝したラインには、湿潤水素排気弁Ｖ１が配置される。湿潤水素排気弁Ｖ１は、湿潤水素圧力計Ｐ２によって検出される湿潤水素の圧力が異常に高くなった場合、湿潤水素を大気へ放出させる。また、装置停止時等に装置の脱圧を行う場合や、装置運用上の調整、例えば水電解槽２の酸素側と水素側との圧力調整等においても、湿潤水素排気弁Ｖ１を開いて湿潤水素を大気へ放出させる。

除湿装置６は、湿潤水素供給ラインＬ１から供給される湿潤水素を除湿して、乾燥水素（乾燥ガス）を生成する。除湿装置６は、熱交換器６１、第１除湿器６２、第２除湿器６３、再生水素タンク（再生ガスタンク）６４、昇圧部６５およびリキッドドレイナ（分離器）６６を含む。

熱交換器６１は、湿潤水素供給ラインＬ１の途中に配置される。水素気液分離器５が発生させた湿潤水素は、まず熱交換器６１により冷却され、水分がある程度除去された後、第１除湿器６２または第２除湿器６３へ供給される。これにより、第１除湿器６２または第２除湿器６３における除湿効果を高めることができる。

第１除湿器６２および第２除湿器６３は、例えば、合成ゼオライト粒子、シリカゲル粒子、活性アルミナ粒子等の水分を吸着可能な吸着剤を収容した吸着塔である。本実施形態では２台の除湿器を備えるが、除湿器の数は３台以上であってよい。

第１除湿器６２は、上流側から湿潤水素が供給され、該湿潤水素を除湿した乾燥水素を下流側から流出させる。また、第２除湿器６３は、上流側から湿潤水素が供給され、該湿潤水素を除湿した乾燥水素を下流側から流出させる。

第１除湿器６２と第２除湿器６３とは並列配置され、湿潤水素を交互に除湿する。即ち、除湿装置６は、湿潤水素供給ラインＬ１から供給される湿潤水素の供給先を、第１除湿器６２と第２除湿器６３とに切り替え可能になっている。本実施形態では、湿潤水素供給ラインＬ１からの湿潤水素は、第１自動弁ＸＶ６１を経て、第１除湿器６２の上流側へ供給される。一方、湿潤水素供給ラインＬ１からの湿潤水素は、第２自動弁ＸＶ６２を経て、第２除湿器６３の上流側へ供給される。

第１除湿器６２および第２除湿器６３から流出した除湿後の乾燥水素は、乾燥水素供給ラインＬ２へ流入する。本実施形態では、第１除湿器６２の下流側から流出した乾燥水素は、第１逆止弁ＣＶ６１を経て、乾燥水素供給ラインＬ２へ流入する。一方、第２除湿器６３の下流側から流出した乾燥水素は、第２逆止弁ＣＶ６２を経て、乾燥水素供給ラインＬ２へ流入する。

この乾燥水素供給ラインＬ２には、上流側から、露点温度計Ｔ１、製品ガス供給弁Ｖ６１が配置される。また、露点温度計Ｔ１の上流側で乾燥水素供給ラインＬ２から分枝したラインには、乾燥水素排気弁Ｖ６２が配置される。露点温度計Ｔ１によって検出される乾燥水素の露点温度が、製品ガスの品質基準となる所定の基準露点温度以下（例えば、大気圧露点温度－６６℃以下）である場合、該乾燥水素は、製品ガス供給弁Ｖ６１を経て製品ガスとして装置外部へ供給される。一方、露点温度計Ｔ１によって検出される乾燥水素の露点温度が上記基準露点温度より高い場合、該乾燥水素は、製品ガスとしての品質基準を満たさないため、製品ガスとして供給できない。従来、このような製品ガスの品質基準を満たさない乾燥水素は、大気へ放出されていた。これに対し、除湿装置６では、製品ガスの品質基準を満たさない乾燥水素を大気へ放出することなく、後述する再生水素タンク６４へ供給する。これにより、製品ガスの基準を満たさない乾燥水素を湿潤水素供給ラインＬ１へ戻して再利用することができる。

なお、第１除湿器６２および第２除湿器６３には、それぞれヒータ６２ａ・６３ａが内蔵される。第１除湿器６２および第２除湿器６３は、これらのヒータ６２ａ・６３ａによって水分を吸着した吸着剤を加熱することによって、吸着剤から水分を離脱させて該吸着剤を再生する。

例えば、除湿装置６は、湿潤水素供給ラインＬ１からの湿潤水素を第１除湿器６２へ供給して除湿した後、第１除湿器６２から第２除湿器６３へ湿潤水素の供給先を切り替え、該第２除湿器６３で湿潤水素の除湿を継続する。また、除湿装置６は、第２除湿器６３で湿潤水素の除湿を継続しつつ、第１除湿器６２に収容される吸着剤を再生する。

具体的には、第１除湿器６２に収容される吸着剤をヒータ６２ａによって加熱すると共に、第２除湿器６３から流出した乾燥水素の一部を、上記吸着剤を再生するための再生ガス（以下、再生水素と称することがある。）として使用する。即ち、除湿装置６は、内蔵されたヒータ６２ａによって第１除湿器６２の吸着剤を加熱しつつ、第１除湿器６２の下流側から再生水素を導入して、吸着剤から離脱させた水分を再生水素に同伴させることで吸着剤を再生する。

この再生水素は、乾燥水素供給ラインＬ２に接続された再生水素供給ラインＬ３を介して第１除湿器６２または第２除湿器６３へ供給される。再生水素供給ラインＬ３には、上流側から減圧弁Ｖ６３および流量調整弁Ｖ６４が配置される。第１除湿器６２へ再生水素を供給する場合、乾燥水素供給ラインＬ２を流れる乾燥水素の一部が、減圧弁Ｖ６３、流量調整弁Ｖ６４および第３逆止弁ＣＶ６３を経て、第１除湿器６２の下流側へ流入する。一方、第２除湿器６３へ再生水素を供給する場合、乾燥水素供給ラインＬ２を流れる乾燥水素の一部が、減圧弁Ｖ６３、流量調整弁Ｖ６４および第４逆止弁ＣＶ６４を経て、第２除湿器６３の下流側へ流入する。水分を同伴させて湿潤状態となった使用後の再生水素は、第１除湿器６２または第２除湿器６３の上流側から流出し、再生水素回収ラインＬ４を介して再生水素タンク６４へ供給される。

再生水素タンク６４は、第１除湿器６２および第２除湿器６３から供給される使用後の再生水素を貯留する。この再生水素タンク６４を配置することにより、昇圧部６５による急激な圧力変動や流量変動等を回避することができると共に、適切なタイミングで昇圧部６５によって再生ガスを昇圧することができる。再生水素タンク６４には、該再生水素タンク６４の内部圧力を検出するための再生水素圧力計Ｐ６１が配置される。再生水素タンク６４は、乾燥水素回収弁Ｖ６５が配置された乾燥水素回収ラインＬ５を介して乾燥水素供給ラインＬ２に接続されており、乾燥水素が基準露点温度を満たさない場合において、乾燥水素供給ラインＬ２から乾燥水素が供給される。

この再生水素タンク６４は、再生水素排気弁Ｖ６６が配置されたラインと接続される。再生水素排気弁Ｖ６６は、例えば再生水素圧力計Ｐ６１によって検出される再生水素タンク６４の内部圧力が異常に高くなった場合、再生水素を大気へ放出させる。

なお、再生水素タンク６４の容量を大きくすることで、再生水素タンク６４の圧力低下速度が小さくなる。そのため、昇圧部６５の運転時間が長くなり、昇圧部６５の発停頻度を抑えることができる。また、再生水素タンク６４の容量が充分にあれば、装置停止時の脱圧や、差圧調整のための乾燥水素を該再生水素タンク６４に受け入れることが可能となり、装置運用上の乾燥水素の排気量を低減することができる。

昇圧部６５は、使用後の再生水素を昇圧する。昇圧部６５によって昇圧された昇圧再生水素は、昇圧再生水素供給ラインＬ６を流れて湿潤水素供給ラインＬ１へ供給される。昇圧部６５は、例えばコンプレッサ、ファン等で構成される。

この昇圧部６５の吐出圧を、湿潤水素供給ラインＬ１を流れる湿潤水素の圧力よりも大きくすることにより、再生水素を湿潤水素供給ラインＬ１へ流入させることができる。昇圧部６５の吐出圧を例えば０．８ＭＰａｇ以上とすることで、再生水素を湿潤水素供給ラインＬ１へ流入させることができる。

昇圧再生水素供給ラインＬ６は、熱交換器６１の上流側に接続される。昇圧再生水素供給ラインＬ６を介して湿潤水素供給ラインＬ１へ流入した昇圧再生水素は、水素気液分離器５からの湿潤水素と混合され、熱交換器６１により冷却された後、第１除湿器６２または第２除湿器６３へ供給される。これにより、吸着剤の再生に使用した再生水素を、乾燥水素の製造に再利用することができる。

リキッドドレイナ６６は、熱交換器６１と水素気液分離器５との間に配置され、熱交換器６１で生じた凝縮水のみを水素気液分離器５へ供給する。例えば、水電解槽２における水の電気分解が停止した場合、水素気液分離器５の内部圧力が低くなる。そのため、昇圧部６５で昇圧された昇圧再生水素が、凝縮水と共に気液混合状態となって熱交換器６１から水素気液分離器５へ流れ込む可能性がある。そこで、熱交換器６１と水素気液分離器５との間にリキッドドレイナ６６を配置することにより、熱交換器６１の上流側が加圧されて昇圧再生水素がリキッドドレイナ６６に流入したとしても、凝縮液のみを分離して水素気液分離器５へ供給することができる。

なお、リキッドドレイナ６６としては、内部にフロートを有し、気体と液体との比重差を利用して気液分離を行うフロート式のリキッドドレイナ等を好適に用いることができる。

さらに、湿潤水素供給ラインＬ１には、昇圧再生水素供給ラインＬ６の接続点と水素気液分離器５との間に湿潤水素逆止弁（逆止弁）Ｖ６７が配置される。水電解槽２の内部は、固体高分子膜を介して酸素側と水素側とに分かれている。仮に片側の圧力が異常に高くなった場合、上記固体高分子膜が破損する等して水電解槽２に不具合が生じる。特に水電解槽２が停止中は、酸素圧力（酸素圧力計Ｐ１）および水素圧力（湿潤水素圧力計Ｐ２）は低くなる。このような場合、昇圧部６５によって昇圧された昇圧再生水素によって水電解槽２が加圧されて破損しないように湿潤水素逆止弁Ｖ６７が配置される。これにより、水電解槽２が停止中であっても、吸着剤の再生を継続することが可能となる。

（除湿装置の動作例）
次に、図２～図７を参照しつつ、除湿装置６の動作例（除湿方法）を説明する。本実施形態に係る除湿装置６は、吸着工程、再生工程、冷却工程および塔切替工程を実施する。

図２は、除湿装置６が実施する吸着工程の動作例を示す概略図である。図２では、第１除湿器６２が除湿運転中であり、第２除湿器６３が運転停止中である状態を示している。

図２に示すように、吸着工程では、湿潤水素供給ラインＬ１を流れる湿潤水素Ａ１は、まず熱交換器６１により冷却されて水分がある程度除去された後、第１除湿器６２へ供給される。吸着工程では、第１自動弁ＸＶ６１が開き、第２自動弁ＸＶ６２、第３自動弁ＸＶ６３および第４自動弁ＸＶ６４が閉じる。これにより、湿潤水素Ａ１は、第１自動弁ＸＶ６１を経て熱交換器６１の上流側へ流入する。第１除湿器６２の上流側から流入した湿潤水素Ａ１は、第１除湿器６２に収容された吸着剤によって除湿される。除湿後の乾燥水素Ａ２は、第１除湿器６２の下流側から流出し、第１逆止弁ＣＶ６１を経て乾燥水素供給ラインＬ２へ流入する。

乾燥水素供給ラインＬ２へ流入した乾燥水素Ａ２は、露点温度計Ｔ１によって露点温度が検出され、所定の基準露点温度以下である場合、製品ガス供給弁Ｖ６１を経て製品ガスとして装置外部へ供給される。

次の再生工程では、除湿装置６は、第１除湿器６２の吸着剤に十分に水分を吸着させた後、湿潤水素Ａ１の供給先を第２除湿器６３へ切り替えて第２除湿器６３で除湿工程を継続しつつ、第１除湿器６２に収容された吸着剤を再生する再生工程を実施する。この再生工程は、加熱再生工程および冷却再生工程を含む。

図３は、除湿装置６が実施する加熱再生工程の動作例を示す概略図である。図３では、第１除湿器６２が加熱再生運転中であり、第２除湿器６３が除湿運転中である状態を示している。

図３に示すように、加熱再生工程では、湿潤水素Ａ１が第２除湿器６３の上流側へ供給されると共に、第２除湿器６３の下流側から流出した乾燥水素Ａ２の一部が再生水素Ａ３として第１除湿器６２の下流側へ供給されるようにラインを切り替える。このラインの切り替えは、第１自動弁ＸＶ６１、第２自動弁ＸＶ６２、第３自動弁ＸＶ６３、第４自動弁ＸＶ６４、減圧弁Ｖ６３および流量調整弁Ｖ６４の開閉を制御することにより行われる（ライン切替機構）。そして、第１除湿器６２に内蔵されたヒータ６２ａをＯＮにして第１除湿器６２の吸着剤を加熱しつつ、第１除湿器６２の下流側から供給された再生水素Ａ３を流通させることにより、吸着剤を乾燥させる。

具体的には、加熱再生工程では、第２自動弁ＸＶ６２および第３自動弁ＸＶ６３が開き、第１自動弁ＸＶ６１および第４自動弁ＸＶ６４が閉じる。これにより、湿潤水素Ａ１は、第２自動弁ＸＶ６２を経て第２除湿器６３の上流側から流入する。除湿後の乾燥水素Ａ２は、第２除湿器６３の下流側から流出し、第２逆止弁ＣＶ６２を経て乾燥水素供給ラインＬ２へ流入する。また、加熱再生工程では、減圧弁Ｖ６３および流量調整弁Ｖ６４が開く。これにより、乾燥水素供給ラインＬ２へ流入した乾燥水素Ａ２の一部が再生水素供給ラインＬ３へ流れ込み、減圧されて第１除湿器６２の下流側へ流入する。再生水素Ａ３を減圧することにより、吸着剤の除湿効果を高めることができる。

このように、加熱再生工程では、第１除湿器６２の下流側へ再生水素Ａ３を供給し、内蔵されたヒータ６２ａによって第１除湿器６２の吸着剤を１５０℃～２００℃に加熱しつつ、吸着剤の水分を再生水素Ａ３に同伴させる。これにより、吸着剤を効率的に乾燥させて再生することができる。

続く冷却再生工程では、加熱再生工程により高温になった吸着剤を再生水素Ａ３によって冷却する。図４は、除湿装置６が実施する冷却再生工程の動作例を示す概略図である。図４では、第１除湿器６２が冷却再生運転中であり、第２除湿器６３が除湿運転中である状態を示している。

図４に示すように、冷却再生工程では、第１除湿器６２に内蔵されたヒータ６２ａをＯＦＦにして、第１除湿器６２に再生水素Ａ３を流通させ続ける。これにより、第１除湿器６２の内部は、再生水素Ａ３によって冷却される。

上述した再生工程では、水分を同伴させて湿潤状態となった使用後の再生水素Ａ４は、第１除湿器６２の上流側から流出し、再生水素回収ラインＬ４を介して再生水素タンク６４へ供給される。そして、再生水素タンク６４へ供給された再生水素Ａ４は昇圧部６５へ供給される。昇圧部６５によって昇圧された昇圧再生水素Ａ５は、昇圧再生水素供給ラインＬ６を通って湿潤水素供給ラインＬ１へ供給され、湿潤水素Ａ１と共に、熱交換器６１および第２自動弁ＸＶ６２を経て第２除湿器６３の上流側へ供給される。これにより、第１除湿器６２の吸着剤の再生に使用された再生水素Ａ４を、乾燥水素Ａ２の製造に再利用することができる。

なお、再生水素タンク６４の内部圧力の変動が大きい場合、再生水素Ａ３の流量変動が大きくなる。そのため、昇圧部６５は、再生水素タンク６４の内部圧力が所定の第１基準圧力値（例えば、０．０７ＭＰａｇ）以上になったときに稼働を開始し、再生水素タンク６４の内部圧力が所定の第２基準圧力値（例えば、０．０３ＭＰａｇ）以下になったときに稼働を停止することが好ましい。これにより、上記再生水素タンク６４の内部圧力の変動に起因する再生運転の動作不良を回避することができる。

また、昇圧部６５が異常を起こした場合、再生水素タンク６４の再生水素Ａ４を十分に吸い込むことができなくなり、再生水素タンク６４の圧力が上昇する。そこで、再生水素圧力計Ｐ６１によって検出される再生水素タンク６４の内部圧力が０．１ＭＰａｇ（通常運転時、再生水素タンク６４の圧力は０．０７～０．０３ＭＰａｇ）より高くなった場合、再生水素排気弁Ｖ６６を開いて、再生水素Ａ４を大気へ放出することが好ましい。これにより、昇圧部６５の吸い込み不足が発生した場合であっても、再生工程を継続することができる。

次の塔切替工程では、再生工程を完了した第１除湿器６２と、除湿工程を実施した第２除湿器６３との運転を切り替える。この塔切替工程は、昇圧工程、並列工程および切替工程を含む。

図５は、除湿装置６が実施する昇圧工程の動作例を示す概略図である。図５では、第１除湿器６２が昇圧運転中、第２除湿器６３が吸着運転中である状態を示している。

図５に示すように、昇圧工程では、第２自動弁ＸＶ６２が開き、第１自動弁ＸＶ６１、第３自動弁ＸＶ６３および第４自動弁ＸＶ６４が閉じる。また、再生水素供給ラインＬ３を介して再生水素Ａ３が第１除湿器６２の下流側へ供給されるように減圧弁Ｖ６３および流量調整弁Ｖ６４が開く。このとき、第３自動弁ＸＶ６３が閉じているため、第１除湿器６２の内部圧力が上昇し、第１除湿器６２と第２除湿器６３との圧力差が小さくなる。そのため、第１除湿器６２の急激な加圧による吸着剤の流動を防止することができる。

図６は、除湿装置６が実施する並列工程の動作例を示す概略図である。図６では、第１除湿器６２および第２除湿器６３が吸着運転中である状態を示している。並列工程では、第１除湿器６２と第２除湿器６３との双方を一時的に吸着運転させる。

図６に示すように、並列工程では、第１自動弁ＸＶ６１および第２自動弁ＸＶ６２が開き、第３自動弁ＸＶ６３および第４自動弁ＸＶ６４が閉じる。これにより、湿潤水素Ａ１が第１除湿器６２および第２除湿器６３へ供給される。

図７は、除湿装置６が実施する切替工程の動作例を示す概略図である。図７では、第１除湿器６２が吸着運転中であり、第２除湿器６３が再生運転中である状態を示している。切替工程では、湿潤水素Ａ１の供給先を第１除湿器６２のみへ切り替える。

図７に示すように、切替工程では、第１自動弁ＸＶ６１および第４自動弁ＸＶ６４が開き、第２自動弁ＸＶ６２および第３自動弁ＸＶ６３が閉じる。これにより、湿潤水素Ａ１は、第１自動弁ＸＶ６１を経て、第１除湿器６２の上流側へ流入する。除湿後の乾燥水素Ａ２は、第１除湿器６２の下流側から流出し、第１逆止弁ＣＶ６１を経て乾燥水素供給ラインＬ２へ流入する。

また、切替工程では、減圧弁Ｖ６３および流量調整弁Ｖ６４が開く。これにより、乾燥水素供給ラインＬ２へ流入した乾燥水素Ａ２の一部が、再生水素Ａ３として第２除湿器６３の下流側から流入し、第２除湿器６３において上述した再生工程が実施される。

なお、本実施形態では、水電解槽で発生させた水素および酸素のうち水素を除湿装置へ供給して除湿する構成について説明した。しかし、除湿装置によって除湿する湿潤ガス（被処理ガス）の種類は水素に限定されない。湿潤ガスは、水分を含むものであればよく、酸素その他のガス（気体）であってよい。

（昇圧工程の変形例）
除湿装置６は再生水素タンク６４を備えているため、この再生水素タンク６４を利用して以下のように昇圧工程を実施してもよい。この再生水素タンク６４を利用した昇圧工程はステップ１～３を含む。

図８は、除湿装置６が実施する再生水素タンク６４を利用した昇圧工程のステップ１の動作例を示す概略図であり、図９は、上記昇圧工程のステップ２の動作例を示す概略図であり、図１０は、上記昇圧工程のステップ３の動作例を示す概略図である。

再生水素タンク６４を利用した昇圧工程のステップ１では、図８に示すように、第２自動弁ＸＶ６２が開き、第１自動弁ＸＶ６１、第３自動弁ＸＶ６３および第４自動弁ＸＶ６４が閉じる。また、再生水素供給ラインＬ３を介して再生水素Ａ３が第１除湿器６２の下流側へ供給されるように減圧弁Ｖ６３および流量調整弁Ｖ６４が開く。これにより、第１除湿器６２の内部圧力を減圧弁Ｖ６３の設定圧力に近い圧力まで上昇させる。

続くステップ２では、図９に示すように、乾燥水素回収弁Ｖ６５が開き、再生水素タンク６４へ乾燥水素Ａ２を供給して、再生水素タンク６４の内部圧力を上昇させる。

続くステップ３では、一定時間が経過して再生水素タンク６４の内部圧力を十分に上昇させた後、図１０に示すように、第３自動弁ＸＶ６３が開き、第１除湿器６２へ乾燥水素Ａ２を供給して第１除湿器６２の内部圧力をさらに上昇させる。そして、十分な時間が経過して再生水素タンク６４と第１除湿器６２との内部圧力がほぼ等しくなった後、第３自動弁ＸＶ６３を閉じる。このようにして第１除湿器６２の内部圧力を上昇させることによって、第１除湿器６２と第２除湿器６３との圧力差が小さくなる。なお、第１除湿器６２へ乾燥水素Ａ２を供給する間、乾燥水素回収弁Ｖ６５を開いたままにして連続的に乾燥水素Ａ２を再生水素タンク６４へ供給してもよく、乾燥水素回収弁Ｖ６５を閉じて回分的に乾燥水素Ａ２を再生水素タンク６４へ供給するように操作してもよい。

上述した再生水素タンク６４を利用した昇圧工程を実施することによって、第１除湿器６２と第２除湿器６３との圧力差を好適に小さくすることができる。これにより、次の並列工程（図６参照）において第１自動弁ＸＶ６１を開き、第１除湿器６２および第２除湿器６３へ湿潤水素Ａ１を供給する際に、第１除湿器６２の急激な加圧による吸着剤の流動を防止することができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

（まとめ）
本発明の態様１に係る除湿装置は、水分を吸着可能な吸着剤を収容し、湿潤ガス供給ラインから供給される湿潤ガスを除湿して乾燥ガスを流出させる第１除湿器および第２除湿器と、前記第１除湿器へ前記湿潤ガスを供給して除湿した後、該湿潤ガスの供給先を前記第１除湿器から前記第２除湿器へ切り替えると共に、該第２除湿器から流出した前記乾燥ガスの一部を前記第１除湿器に収容された前記吸着剤を再生する再生ガスとして前記第１除湿器へ供給するライン切替機構と、前記第１除湿器から流出される、前記吸着剤の再生に使用した前記再生ガスを昇圧する昇圧部とを備え、前記昇圧部によって昇圧された前記再生ガスを、前記湿潤ガス供給ラインへ供給する。

上記の構成では、吸着剤の再生に使用した再生ガスは昇圧部によって昇圧され湿潤ガス供給ラインへ戻される。そのため、吸着剤の再生に使用した再生ガスを、従来のように大気へ放出することなく、乾燥ガスの製造に再利用することができる。したがって、吸着剤の再生に伴う乾燥ガスの生産効率の低下を抑制することができる。

また、本発明の態様２に係る除湿装置は、前記態様１において、前記第１除湿器と前記昇圧部との間に配置され、前記第１除湿器から流出される前記再生ガスを貯留する再生ガスタンクをさらに備える。

上記の構成によれば、吸着剤の再生に使用した再生ガスが再生ガスタンクに貯留されるため、適切なタイミングで昇圧部によって再生ガスを昇圧し、湿潤ガス供給ラインへ供給することができる。

また、本発明の態様３に係る除湿装置は、前記態様２において、前記再生ガスタンクの内部圧力を検出する圧力計をさらに備え、前記圧力計によって検出される前記再生ガスタンクの内部圧力が所定の基準圧力値以上の場合、前記昇圧部は、前記再生ガスを昇圧する。

上記の構成によれば、再生ガスタンクの内部圧力が所定の基準圧力値以上の場合に昇圧部の稼働を開始させるため、昇圧部の上流側と下流側との圧力差に起因する昇圧部の動作不良を回避することができる。

本発明の態様４に係る除湿装置は、前記態様２または３において、前記乾燥ガスの露点温度を検出する露点温度計をさらに備え、前記露点温度計が検出した露点温度が所定の基準露点温度より高い場合、前記乾燥ガスを前記再生ガスタンクへ供給する。

上記の構成では、例えば製品ガスとしての品質基準を満たさない乾燥ガスは、再生ガスタンクへ供給される。したがって、上記製品ガスとしての品質基準を満たさない乾燥ガスを、従来のように大気へ放出することなく、乾燥ガスの製造に再利用することができる。

本発明の態様５に係る除湿装置は、前記態様１から４において、前記湿潤ガス供給ラインに配置された逆止弁と、前記逆止弁よりも下流側に配置された熱交換器とをさらに備え、前記昇圧部によって昇圧された前記再生ガスを、前記逆止弁と前記熱交換器との間に供給する。

上記の構成では、昇圧された再生ガスを逆止弁の下流側へ供給するため、昇圧された再生ガスが湿潤ガス供給ラインを逆流することを抑制することができる。また、昇圧された再生ガスを熱交換器の上流側へ供給するため、湿潤水素供給ラインへ戻された再生ガスは、湿潤水素と共に、熱交換器によって冷却されて水分がある程度除去された後、第１除湿器６２または第２除湿器６３へ供給される。したがって、第１除湿器６２または第２除湿器６３における除湿効果を高めることができる。

本発明の態様６に係る除湿装置は、前記態様５において、前記熱交換器に接続され、該熱交換器で生じた凝縮水と前記昇圧部によって昇圧された前記再生ガスとを含む気液混合水を気液分離する分離器をさらに備える。

昇圧された再生ガスを熱交換器の上流側へ供給した場合、熱交換器の上流側が加圧され、熱交換器で生じた凝縮水と共に昇圧された再生ガスが熱交換器から流出する場合がある。上記の構成によれば、熱交換器で生じた凝縮水と昇圧された再生ガスとの気液混合水から凝縮水を適切に分離することができる。

本発明の態様７に係る除湿方法は、水分を吸着可能な吸着剤を収容した第１除湿器および第２除湿器のうちの前記第１除湿器へ、湿潤ガス供給ラインから供給される湿潤ガスを供給し、該湿潤ガスを除湿した乾燥ガスを流出させる吸着工程と、前記第１除湿器へ前記湿潤ガスを供給して除湿した後、該湿潤ガスの供給先を前記第１除湿器から前記第２除湿器へ切り替えると共に、該第２除湿器から流出した前記乾燥ガスの一部を前記第１除湿器に収容された前記吸着剤を再生する再生ガスとして前記第１除湿器へ供給する再生工程とを含み、前記再生工程にて、前記第１除湿器から流出される、前記吸着剤の再生に使用した前記再生ガスを昇圧し、昇圧した前記再生ガスを、前記湿潤ガス供給ラインへ供給する。

上記の方法では、吸着剤の再生に使用した再生ガスは昇圧され湿潤ガス供給ラインへ戻される。そのため、吸着剤の再生に使用した再生ガスを、従来のように大気へ放出することなく、乾燥ガスの製造に再利用することができる。したがって、吸着剤の再生に伴う乾燥ガスの生産効率の低下を抑制することができる。

１：水素発生装置
２：水電解槽
６：除湿装置
６１：熱交換器
６２：第１除湿器
６３：第２除湿器
６４：再生水素タンク（再生ガスタンク）
６５：昇圧部
６６：リキッドドレイナ（分離器）
Ａ１：湿潤水素（湿潤ガス）
Ａ２：乾燥水素（乾燥ガス）
Ｌ１：湿潤水素供給ライン（湿潤ガス供給ライン）
Ｐ６１：再生水素圧力計（圧力計）
Ｔ１：露点温度計
Ｖ６７：湿潤水素逆止弁（逆止弁）

Claims

水分を吸着可能な吸着剤を収容し、湿潤ガス供給ラインから供給される湿潤ガスを除湿して乾燥ガスを流出させる第１除湿器および第２除湿器と、
前記第１除湿器へ前記湿潤ガスを供給して除湿した後、該湿潤ガスの供給先を前記第１除湿器から前記第２除湿器へ切り替えると共に、該第２除湿器から流出した前記乾燥ガスの一部を前記第１除湿器に収容された前記吸着剤を再生する再生ガスとして前記第１除湿器へ供給するライン切替機構と、
前記第１除湿器から流出される、前記吸着剤の再生に使用した前記再生ガスを昇圧する昇圧部と、
前記湿潤ガス供給ラインに配置された逆止弁と、
前記逆止弁よりも下流側に配置された熱交換器とを備え、
前記昇圧部によって昇圧された前記再生ガスを、前記逆止弁と前記熱交換器との間に供給し、
前記熱交換器に接続され、該熱交換器で生じた凝縮水と前記昇圧部によって昇圧された前記再生ガスとを含む気液混合水を気液分離する分離器をさらに備える除湿装置。
水分を吸着可能な吸着剤を収容し、湿潤ガス供給ラインから供給される湿潤ガスを除湿して乾燥ガスを流出させる第１除湿器および第２除湿器と、
前記第１除湿器へ前記湿潤ガスを供給して除湿した後、該湿潤ガスの供給先を前記第１除湿器から前記第２除湿器へ切り替えると共に、該第２除湿器から流出した前記乾燥ガスの一部を前記第１除湿器に収容された前記吸着剤を再生する再生ガスとして前記第１除湿器へ供給するライン切替機構と、
前記第１除湿器から流出される、前記吸着剤の再生に使用した前記再生ガスを昇圧する昇圧部とを備え、
前記昇圧部によって昇圧された前記再生ガスを、前記湿潤ガス供給ラインへ供給し、
前記第１除湿器と前記昇圧部との間に配置され、前記第１除湿器から流出される前記再生ガスを貯留する再生ガスタンクと、
前記乾燥ガスの露点温度を検出する露点温度計とをさらに備え、
前記露点温度計が検出した露点温度が所定の基準露点温度より高い場合、前記乾燥ガスを前記再生ガスタンクへ供給する除湿装置。
前記再生ガスタンクの内部圧力を検出する圧力計をさらに備え、
前記圧力計によって検出される前記再生ガスタンクの内部圧力が所定の基準圧力値以上の場合、前記昇圧部は、前記再生ガスを昇圧する請求項２に記載の除湿装置。
水分を吸着可能な吸着剤を収容した第１除湿器および第２除湿器のうちの前記第１除湿器へ、湿潤ガス供給ラインから供給される湿潤ガスを供給し、該湿潤ガスを除湿した乾燥ガスを流出させる吸着工程と、
前記第１除湿器へ前記湿潤ガスを供給して除湿した後、該湿潤ガスの供給先を前記第１除湿器から前記第２除湿器へ切り替えると共に、該第２除湿器から流出した前記乾燥ガスの一部を前記第１除湿器に収容された前記吸着剤を再生する再生ガスとして前記第１除湿器へ供給する再生工程とを含み、
前記再生工程にて、
前記第１除湿器から流出される、前記吸着剤の再生に使用した前記再生ガスを昇圧し、
昇圧した前記再生ガスを、前記湿潤ガス供給ラインに配置された逆止弁と前記逆止弁よりも下流側に配置された熱交換器との間に供給し、
前記熱交換器に接続された分離器によって、該熱交換器で生じた凝縮水と昇圧した前記再生ガスとを含む気液混合水を気液分離する除湿方法。
水分を吸着可能な吸着剤を収容した第１除湿器および第２除湿器のうちの前記第１除湿器へ、湿潤ガス供給ラインから供給される湿潤ガスを供給し、該湿潤ガスを除湿した乾燥ガスを流出させる吸着工程と、
前記第１除湿器へ前記湿潤ガスを供給して除湿した後、該湿潤ガスの供給先を前記第１除湿器から前記第２除湿器へ切り替えると共に、該第２除湿器から流出した前記乾燥ガスの一部を前記第１除湿器に収容された前記吸着剤を再生する再生ガスとして前記第１除湿器へ供給する再生工程とを含み、
前記再生工程にて、
前記第１除湿器から流出される、前記吸着剤の再生に使用した前記再生ガスを再生ガスタンクに貯留し、
前記再生ガスタンクから流出される前記再生ガスを昇圧し、
昇圧した前記再生ガスを、前記湿潤ガス供給ラインへ供給し、
前記乾燥ガスの露点温度を露点温度計によって検出する検出工程をさらに含み、
前記検出工程にて、前記露点温度計が検出した露点温度が所定の基準露点温度より高い場合、前記乾燥ガスを前記再生ガスタンクへ供給する除湿方法。