JP7257931B2 - Water electrolysis device and water electrolysis method - Google Patents

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Description

本発明は、水を電解して水素と酸素とを発生させる水電解装置および水電解方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a water electrolysis device and a water electrolysis method for electrolyzing water to generate hydrogen and oxygen.

従来、自然エネルギーを一次エネルギーとする水素の製造技術が開発されており、その１つに、水を電解（電気分解）して酸素と水素とを発生させる水電解装置が実用化されている。この種の水電解装置では、空気成分などが水に不純物として混入することにより、発生する酸素および水素の純度が低くなることが知られている。 Conventionally, technologies for producing hydrogen using natural energy as primary energy have been developed, and one of them is a water electrolyzer that electrolyzes (electrolyzes) water to generate oxygen and hydrogen. In this type of water electrolysis apparatus, it is known that the purity of the generated oxygen and hydrogen is lowered when air components and the like are mixed into the water as impurities.

上記不純物を除去する方法として、特許文献１には、水電解槽にて発生した水素を用いて貯水タンクをパージし、不純物のない純水を水電解槽へ供給するアルカリ水電解装置が提案されている。 As a method for removing the above-described impurities, Patent Document 1 proposes an alkaline water electrolysis apparatus that uses hydrogen generated in a water electrolyzer to purge a water storage tank and supplies pure water free of impurities to the water electrolyzer. ing.

特開２００６－２０６９８９号公報JP-A-2006-206989

しかしながら、上記従来の技術のように水素を用いて貯水タンクをパージする構成では、安全性に問題がある。すなわち、水素は、燃焼範囲が広く、極めて小さなエネルギーで着火する特性を有する。そのため、水素を用いて貯水タンクをパージする構成では、貯水タンクに水素が滞留し爆発する危険性がある。特に高分子電解質膜を用いて水を電解する固体高分子型水電解装置では、貯水タンクが酸素気液分離器に連通している場合があり、上記危険性がさらに高まる。 However, the configuration of purging the water storage tank using hydrogen as in the above conventional technology poses a safety problem. That is, hydrogen has a wide combustible range and is ignited with very little energy. Therefore, in a configuration in which hydrogen is used to purge the water storage tank, there is a risk of hydrogen remaining in the water storage tank and causing an explosion. In particular, in a solid polymer type water electrolysis device that electrolyzes water using a polymer electrolyte membrane, the water storage tank may communicate with the oxygen-gas-liquid separator, further increasing the risk described above.

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、水電解装置に用いられる水に含まれる不純物の量を安全に低減することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the conventional problems described above, and an object of the present invention is to safely reduce the amount of impurities contained in water used in a water electrolysis apparatus.

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る水電解装置は、高分子電解質膜を用いて水を電解し、水素および酸素を発生させる水電解槽と、前記水電解槽にて発生した酸素と水とを分離する酸素気液分離器と、前記水電解槽にて電解される水を蓄える貯水タンクと、前記酸素気液分離器にて分離された酸素の一部を、前記貯水タンクまたは前記貯水タンクの上流へ供給する酸素導入ラインと、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a water electrolysis apparatus according to an aspect of the present invention includes a water electrolysis tank that electrolyzes water using a polymer electrolyte membrane to generate hydrogen and oxygen, and hydrogen and oxygen generated in the water electrolysis tank. an oxygen-gas-liquid separator for separating the separated oxygen and water; a water storage tank for storing the water electrolyzed in the water electrolyzer; and a part of the oxygen separated by the oxygen-gas-liquid separator is and an oxygen introduction line that feeds upstream of the tank or the water storage tank.

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る水電解方法は、高分子電解質膜を用いて水を電解し、水素および酸素を発生させる水電解工程と、前記水電解工程にて発生した酸素と水とを酸素気液分離器によって分離する気液分離工程と、前記気液分離工程にて分離した酸素の一部を、前記水電解工程にて電解される水を蓄える貯水タンクまたは貯水タンクの上流へ導入する酸素導入工程と、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a water electrolysis method according to an aspect of the present invention includes a water electrolysis step of electrolyzing water using a polymer electrolyte membrane to generate hydrogen and oxygen, and a gas-liquid separation step of separating the separated oxygen and water by an oxygen-gas-liquid separator; and a step of introducing oxygen upstream of the water storage tank.

本発明の一態様によれば、水電解装置に用いられる水に含まれる不純物の量を安全に低減することができる。 According to one aspect of the present invention, the amount of impurities contained in water used in a water electrolysis device can be safely reduced.

本発明の実施形態１に係る水電解装置を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a water electrolysis device according to Embodiment 1 of the present invention; FIG. 図１に示される水電解装置の要部構成を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the main configuration of the water electrolysis device shown in FIG. 1; 図２に示される水電解装置の変形例を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a modification of the water electrolysis device shown in FIG. 2; 本発明の実施形態２に係る水電解装置を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a water electrolysis device according to Embodiment 2 of the present invention; 図４に示される水電解装置の要部構成を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing the main configuration of the water electrolysis device shown in FIG. 4; 図５に示される水電解装置の変形例を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing a modification of the water electrolysis device shown in FIG. 5; 本発明の実施形態３に係る水電解装置を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a water electrolysis device according to Embodiment 3 of the present invention; 図７に示される水電解装置の要部構成を示す模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing the main configuration of the water electrolysis device shown in FIG. 7; 図８に示される水電解装置の変形例を示す模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram showing a modification of the water electrolysis device shown in FIG. 8;

〔実施形態１〕
以下、本発明の一実施形態について、図１から図３に基づいて説明する。本実施形態では、酸素気液分離器にて分離された酸素の一部を貯水タンクへ供給することによって水に含まれる不純物である二酸化炭素（炭酸イオン）を除去する水電解装置の一例について説明する。ただし、本発明は、水に含まれる二酸化炭素以外の不純物（例えば窒素、アルゴンなど空気成分）の除去に適用することも可能である。 [Embodiment 1]
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. In this embodiment, an example of a water electrolysis device that removes carbon dioxide (carbonate ion), which is an impurity contained in water, by supplying part of the oxygen separated by the oxygen-gas-liquid separator to a water storage tank will be described. do. However, the present invention can also be applied to the removal of impurities other than carbon dioxide contained in water (for example, air components such as nitrogen and argon).

（水電解装置の構成）
図１は、本実施形態に係る水電解装置１００の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、水電解装置１００は、水電解槽２０と、水素気液分離器２１と、酸素気液分離器２２と、供給水イオン交換器２４と、貯水タンク２５と、循環水イオン交換器４３（イオン交換器）とを含む。 (Configuration of water electrolysis device)
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a water electrolysis device 100 according to this embodiment. As shown in FIG. 1, the water electrolysis device 100 includes a water electrolyzer 20, a hydrogen gas-liquid separator 21, an oxygen gas-liquid separator 22, a supply water ion exchanger 24, a water storage tank 25, and circulating water. and an ion exchanger 43 (ion exchanger).

水電解槽２０は、高分子電解質膜を用いて水を電解（電気分解）し、陽極に酸素、陰極に水素を発生させる固体高分子型水電解装置である。水電解槽２０の陰極において発生した水素は、電解されずに残った水とともに気液混合水の状態で、水電解槽２０から水素気液分離器２１へ供給される。また、水電解槽２０の陽極において発生した酸素は、電解されずに残った水とともに気液混合水の状態で、水電解槽２０から酸素気液分離器２２へ供給される。 The water electrolytic bath 20 is a solid polymer type water electrolysis device that electrolyzes (electrolyzes) water using a polymer electrolyte membrane to generate oxygen at the anode and hydrogen at the cathode. The hydrogen generated at the cathode of the water electrolyzer 20 is supplied from the water electrolyzer 20 to the hydrogen-gas-liquid separator 21 in the form of gas-liquid mixed water together with water remaining without being electrolyzed. In addition, the oxygen generated at the anode of the water electrolyzer 20 is supplied from the water electrolyzer 20 to the oxygen-gas-liquid separator 22 in the state of gas-liquid mixed water together with water remaining without being electrolyzed.

水素気液分離器２１は、水電解槽２０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。水素気液分離器２１にて気液分離された水は、水素ブロー水ライン３３を通って貯水タンク２５へ供給される。一方、水素気液分離器２１にて気液分離された水素（水素ガス）は、水分を多く含んだ湿潤水素である。そのため、気液分離後の水素は、水素冷却器３２が配置された水素供給ライン３１を通って図示しない除湿装置などへ供給され、水分が除去されて製品ガスとなる。 The hydrogen-gas-liquid separator 21 separates gas-liquid mixed water containing hydrogen supplied from the water electrolyzer 20 into hydrogen and water. The water separated into gas and liquid by the hydrogen gas-liquid separator 21 is supplied to the water storage tank 25 through the hydrogen blown water line 33 . On the other hand, the hydrogen (hydrogen gas) gas-liquid separated by the hydrogen gas-liquid separator 21 is wet hydrogen containing a large amount of water. Therefore, the hydrogen after the gas-liquid separation is supplied to a dehumidifier (not shown) or the like through a hydrogen supply line 31 in which a hydrogen cooler 32 is arranged, and water is removed to become a product gas.

酸素気液分離器２２は、水電解槽２０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。酸素気液分離器２２にて気液分離された水は、酸素気液分離器２２から水電解槽２０へ水（循環水）を供給する水循環ライン２３へ流入する。一方、酸素気液分離器２２にて気液分離された酸素（酸素ガス）は、酸素を大気放出する酸素排気ライン３４へ流入する。 The oxygen-gas-liquid separator 22 separates the oxygen-containing gas-liquid mixed water supplied from the water electrolytic bath 20 into oxygen and water. The water that has undergone gas-liquid separation in the oxygen-gas-liquid separator 22 flows from the oxygen-gas-liquid separator 22 into the water circulation line 23 that supplies water (circulating water) to the water electrolyzer 20 . On the other hand, the oxygen (oxygen gas) gas-liquid separated by the oxygen-gas-liquid separator 22 flows into the oxygen exhaust line 34 that releases the oxygen to the atmosphere.

水循環ライン２３には、水電解槽２０へ水を送るための循環ポンプ２７と、酸素気液分離器２２からの循環水を水電解槽２０へ供給する前に冷却する第１循環水冷却器２８とが配置される。また、水循環ライン２３には、水電解槽２０に供給される循環水の一部を取り出し、循環水イオン交換器４３にて処理した後、貯水タンク２５へ供給する分岐ライン４１が接続される。 The water circulation line 23 includes a circulation pump 27 for sending water to the water electrolyzer 20 and a first circulating water cooler 28 for cooling the circulating water from the oxygen-gas-liquid separator 22 before supplying it to the water electrolyzer 20. and are placed. A branch line 41 is connected to the water circulation line 23 to take out a part of the circulating water supplied to the water electrolytic bath 20 , treat it in the circulating water ion exchanger 43 , and supply it to the water storage tank 25 .

分岐ライン４１は、循環ポンプ２７と第１循環水冷却器２８との間で、水循環ライン２３から分岐する。水循環ライン２３に接続される分岐ライン４１の上流端部の近傍には、流量調整弁２９が配置される。この流量調整弁２９の開閉を制御することによって、水循環ライン２３の循環水の一部が分岐ライン４１へ流入する。流量調整弁２９の開閉は、水循環ライン２３に配置された電気伝導度コントローラ３０によって、循環水の電気伝導度に応じて制御される。 A branch line 41 branches off from the water circulation line 23 between the circulation pump 27 and the first circulation water cooler 28 . A flow control valve 29 is arranged near the upstream end of the branch line 41 connected to the water circulation line 23 . A part of the circulating water in the water circulation line 23 flows into the branch line 41 by controlling the opening and closing of the flow control valve 29 . The opening and closing of the flow control valve 29 is controlled according to the electrical conductivity of the circulating water by an electrical conductivity controller 30 arranged in the water circulation line 23 .

また、分岐ライン４１には、水循環ライン２３から取り出した循環水を冷却する第２循環水冷却器４２と、冷却後の水を処理する循環水イオン交換器４３とが配置される。循環水イオン交換器４３にて処理された循環水は、分岐ライン４１の下流端部に接続された貯水タンク２５へ供給される。 Further, the branch line 41 is provided with a second circulating water cooler 42 for cooling the circulating water taken out from the water circulating line 23 and a circulating water ion exchanger 43 for treating the water after cooling. The circulating water treated by the circulating water ion exchanger 43 is supplied to the water storage tank 25 connected to the downstream end of the branch line 41 .

貯水タンク２５は、水電解槽２０にて電解される水を蓄える。貯水タンク２５には、供給水（市水）が供給水イオン交換器２４にて処理された水（純水）が補給される。貯水タンク２５に蓄えられた水は、予め設定しておいた酸素気液分離器２２の水位設定値に合わせて、供給ポンプ２６によって酸素気液分離器２２へ送られる。 The water storage tank 25 stores water to be electrolyzed in the water electrolytic bath 20 . The water storage tank 25 is replenished with water (pure water) obtained by processing the supply water (city water) in the supply water ion exchanger 24 . The water stored in the water storage tank 25 is sent to the oxygen-gas-liquid separator 22 by the supply pump 26 according to the preset water level setting value of the oxygen-gas-liquid separator 22 .

一方、酸素気液分離器２２にて気液分離された酸素が流入する酸素排気ライン３４には、気液分離された酸素を冷却することで除湿する酸素冷却器３５と、水素系と酸素系との差圧を調整する差圧調整弁３６とが配置される。また、酸素排気ライン３４には、酸素排気ライン３４の酸素の一部を取り出して貯水タンク２５へ導入する酸素導入ライン３７が接続される。 On the other hand, an oxygen exhaust line 34 into which oxygen gas-liquid separated by the oxygen-gas-liquid separator 22 flows is provided with an oxygen cooler 35 for dehumidifying the separated oxygen by cooling it, and a hydrogen system and an oxygen system A differential pressure regulating valve 36 is arranged to adjust the differential pressure between . Also, an oxygen introduction line 37 is connected to the oxygen exhaust line 34 to take out part of the oxygen in the oxygen exhaust line 34 and introduce it into the water storage tank 25 .

酸素導入ライン３７は、上流端部が酸素排気ライン３４に接続され、下流端部が貯水タンク２５に接続される。具体的には、酸素導入ライン３７は、酸素冷却器３５と差圧調整弁３６との間で酸素排気ライン３４から分岐して貯水タンク２５へ繋がる。酸素排気ライン３４に接続される酸素導入ライン３７の上流端部の近傍には、酸素導入ライン３７へ流入する酸素量を制御する流量調整弁３８が配置される。この流量調整弁３８の開閉を制御することにより、酸素導入ライン３７の酸素の一部が、酸素導入ライン３７を通って貯水タンク２５へ導入される。貯水タンク２５に酸素を導入することにより、貯水タンク２５内の水に含まれる二酸化炭素が酸素によって脱気される。脱気された二酸化炭素は、脱気ガス排出ライン３９を通って酸素排気ライン３４へ流入する。 The oxygen introduction line 37 has an upstream end connected to the oxygen exhaust line 34 and a downstream end connected to the water storage tank 25 . Specifically, the oxygen introduction line 37 branches from the oxygen exhaust line 34 between the oxygen cooler 35 and the differential pressure regulating valve 36 and connects to the water storage tank 25 . A flow control valve 38 for controlling the amount of oxygen flowing into the oxygen introduction line 37 is arranged near the upstream end of the oxygen introduction line 37 connected to the oxygen exhaust line 34 . A part of the oxygen in the oxygen introduction line 37 is introduced into the water storage tank 25 through the oxygen introduction line 37 by controlling the opening and closing of the flow control valve 38 . By introducing oxygen into the water storage tank 25, carbon dioxide contained in the water in the water storage tank 25 is deaerated by the oxygen. Degassed carbon dioxide flows through degassed gas discharge line 39 into oxygen discharge line 34 .

脱気ガス排出ライン３９は、上流端部が貯水タンク２５に接続され、下流端部が酸素排気ライン３４に接続される。具体的には、脱気ガス排出ライン３９は、貯水タンク２５から延伸し、差圧調整弁３６の下流で酸素排気ライン３４に繋がる。脱気ガス排出ライン３９には、逆流を防止する逆止弁４０が配置される。貯水タンク２５にて脱気された二酸化炭素は、脱気ガス排出ライン３９を通って酸素排気ライン３４へ流入して大気放出される。 The degassed gas discharge line 39 is connected to the water storage tank 25 at its upstream end and to the oxygen discharge line 34 at its downstream end. Specifically, the degassed gas exhaust line 39 extends from the water storage tank 25 and connects to the oxygen exhaust line 34 downstream of the differential pressure regulating valve 36 . A check valve 40 for preventing reverse flow is arranged in the degassed gas discharge line 39 . The carbon dioxide deaerated in the water storage tank 25 flows through the deaerated gas discharge line 39 into the oxygen discharge line 34 and is released to the atmosphere.

（水電解装置の動作）
図２は、水電解装置１００の要部構成を示す模式図である。図２に示すように、水電解装置１００では、水電解槽２０の陽極にて発生した酸素は（水電解工程）、酸素気液分離器２２に送られ、水と酸素とに気液分離される（気液分離工程）。酸素気液分離器２２にて気液分離された水は、水循環ライン２３へ流入し、酸素気液分離器２２と水電解槽２０との間を循環する。このとき、循環水の電気伝導度に応じて水循環ライン２３の循環水の一部が取り出され、分岐ライン４１へ流入する。分岐ライン４１へ流入した循環水は、循環水イオン交換器４３にて電気伝導度が例えば０．５μＳ／ｃｍ以下になるように処理された後、貯水タンク２５へ供給される。このように、循環水の一部を取り出して循環水イオン交換器４３にて処理することにより、循環水中の不純物含有量を抑えることができる。 (Operation of water electrolysis device)
FIG. 2 is a schematic diagram showing the main configuration of the water electrolysis device 100. As shown in FIG. As shown in FIG. 2, in the water electrolysis device 100, the oxygen generated at the anode of the water electrolysis tank 20 (water electrolysis step) is sent to the oxygen-gas-liquid separator 22 and gas-liquid separated into water and oxygen. (gas-liquid separation step). The water separated into gas and liquid by the oxygen-gas-liquid separator 22 flows into the water circulation line 23 and circulates between the oxygen-gas-liquid separator 22 and the water electrolytic bath 20 . At this time, part of the circulating water in the water circulating line 23 is taken out according to the electric conductivity of the circulating water and flows into the branch line 41 . The circulating water that has flowed into the branch line 41 is processed by the circulating water ion exchanger 43 so that the electrical conductivity thereof becomes, for example, 0.5 μS/cm or less, and then supplied to the water storage tank 25 . By taking out a part of the circulating water and treating it in the circulating water ion exchanger 43 in this manner, the content of impurities in the circulating water can be suppressed.

ここで、循環水には、二酸化炭素（炭酸イオン）が含まれることがある。循環水に二酸化炭素が含まれる主な原因は以下の２つが挙げられる。 Here, the circulating water may contain carbon dioxide (carbonate ion). There are two main reasons why circulating water contains carbon dioxide.

１つ目の原因として、大気由来の二酸化炭素（炭酸イオン）が水に混入することが挙げられる。例えば、水が貯水タンク内に蓄えられている間に空気と接触することで、空気中の二酸化炭素が純水に溶解し得る。例えば水素気液分離器にて気液分離された水（水素ブロー水）を貯水タンクへ供給する場合、溶存水素を含む水が貯水タンクに混入することがある。水素は燃焼範囲が広く、極めて小さなエネルギーで着火する危険性があるため、安全のために貯水タンク内の水素を希釈する必要性がある。そこで、従来では、貯水タンクへ計装空気（すなわち外気）を導入し、貯水タンク内の水素の希釈していた。この計装空気計中の二酸化炭素が純水と接触して溶解することで、水に二酸化炭素（炭酸イオン）が混入すると考えられる。 The first cause is that atmospheric carbon dioxide (carbonate ions) is mixed with water. For example, carbon dioxide in the air can dissolve into pure water due to contact with air while the water is stored in a reservoir. For example, when water (hydrogen blown water) separated into gas and liquid by a hydrogen gas-liquid separator is supplied to a water storage tank, water containing dissolved hydrogen may enter the water storage tank. Hydrogen has a wide flammable range and can be ignited with very little energy, so it is necessary to dilute the hydrogen in the water tank for safety. Conventionally, therefore, instrument air (that is, outside air) is introduced into the water storage tank to dilute the hydrogen in the water storage tank. It is considered that carbon dioxide (carbonate ions) is mixed into the water when the carbon dioxide in the instrumented air gauge comes into contact with the pure water and dissolves.

また、２つ目の原因として、装置内機器由来の二酸化炭素（炭酸イオン）が水に混入することが挙げられる。貯水タンクには、通常、供給水（市水）を供給水イオン交換器にて処理することで不純物が除去された純水が補給される。この純水の補給時に供給水イオン交換器にて除去しきれなかった不純物（二酸化炭素）が水循環過程で濃縮されることで、二酸化炭素（炭酸イオン）濃度が上昇すると考えられる。 A second cause is that carbon dioxide (carbonate ions) originating from devices in the apparatus is mixed into the water. The water storage tank is usually replenished with pure water from which impurities are removed by treating supply water (city water) with a supply water ion exchanger. Impurities (carbon dioxide) that could not be removed by the supply water ion exchanger during the replenishment of pure water are concentrated in the water circulation process, which is thought to increase the carbon dioxide (carbonate ion) concentration.

炭酸イオンは陰イオンであり、従来、水電解槽の性能悪化（劣化）には寄与しないと考えられていた。しかし、循環水に含まれる炭酸イオンは、水電解装置の性能悪化に間接的に寄与する可能性がある。例えば、循環水に含まれる炭酸イオンは、貯水タンクの上流に配置された循環水イオン交換器にて、陽イオンとともに吸着される。しかし、循環水イオン交換器は、吸着可能容量を超えると吸着していたイオンを離脱させるため、循環水のイオン濃度が増加する（陽イオンが多ければｐＨはアルカリ性となり、陰イオンが多ければｐＨは酸性となる。）。循環水のイオン濃度の増加に伴い循環水の電気伝導度が上昇し、この電気伝導度の上昇が水電解槽２０の性能悪化（腐食、電解電圧の上昇など）の要因となる。このように、循環水に含まれる炭酸イオンは、循環水イオン交換器の交換時期を早め、水電解装置の性能悪化に間接的に寄与する。そのため、循環水に含まれる炭酸イオンを除去する必要性がある。 Carbonate ions are anions, and it was conventionally thought that they do not contribute to the performance deterioration (deterioration) of water electrolytic cells. However, carbonate ions contained in the circulating water may indirectly contribute to deterioration of the performance of the water electrolyzer. For example, carbonate ions contained in the circulating water are adsorbed together with cations in a circulating water ion exchanger arranged upstream of the water storage tank. However, when the circulating water ion exchanger exceeds the adsorption capacity, the ions that have been adsorbed are released, so the ion concentration of the circulating water increases (if there are many cations, the pH will be alkaline, and if there are many anions, the pH will increase). becomes acidic). As the ion concentration of the circulating water increases, the electrical conductivity of the circulating water increases, and this increase in electrical conductivity causes deterioration in the performance of the water electrolyzer 20 (corrosion, increase in electrolysis voltage, etc.). Thus, the carbonate ions contained in the circulating water advance the replacement timing of the circulating water ion exchanger and indirectly contribute to the deterioration of the performance of the water electrolyzer. Therefore, it is necessary to remove the carbonate ions contained in the circulating water.

そこで、水電解装置１００では、酸素気液分離器２２にて分離された酸素の一部を貯水タンク２５へ導入することにより（酸素導入工程）、水に含まれる二酸化炭素（炭酸イオン）の量を低減している。具体的には、酸素気液分離器２２にて気液分離された酸素は、酸素排気ライン３４へ流入し、酸素冷却器３５にて除湿される。そして、除湿後の酸素の一部が、酸素導入ライン３７を介して貯水タンク２５へ導入される。 Therefore, in the water electrolysis device 100, by introducing part of the oxygen separated by the oxygen gas-liquid separator 22 into the water storage tank 25 (oxygen introduction step), the amount of carbon dioxide (carbonate ion) contained in water is reduced. Specifically, the oxygen gas-liquid separated by the oxygen-gas-liquid separator 22 flows into the oxygen exhaust line 34 and is dehumidified by the oxygen cooler 35 . Then, part of the dehumidified oxygen is introduced into the water storage tank 25 via the oxygen introduction line 37 .

本実施形態では、貯水タンク２５の気相部２５ａおよび液相部２５ｂのうちの気相部２５ａへ酸素が導入される。換言すれば、貯水タンク２５に蓄えられた水の液面Ｌ１よりも上方に酸素が導入される。貯水タンク２５の気相部２５ａへ酸素を導入することにより、貯水タンク２５内の気体を酸素に置換する。これにより、水に含まれる二酸化炭素が脱気され、水中から二酸化炭素が除去される。貯水タンク２５内で脱気された二酸化炭素は、脱気ガス排出ライン３９を介して酸素排気ライン３４へ流入して大気放出される。 In this embodiment, oxygen is introduced into the gas phase portion 25 a of the gas phase portion 25 a and the liquid phase portion 25 b of the water storage tank 25 . In other words, oxygen is introduced above the liquid level L1 of the water stored in the water storage tank 25 . By introducing oxygen into the gas phase portion 25a of the water storage tank 25, the gas in the water storage tank 25 is replaced with oxygen. Thereby, the carbon dioxide contained in the water is degassed, and the carbon dioxide is removed from the water. The carbon dioxide degassed in the water storage tank 25 flows into the oxygen exhaust line 34 via the degassed gas exhaust line 39 and is released to the atmosphere.

このように、水電解装置１００では、水電解槽２０で発生した酸素を用いて水に含まれる二酸化炭素を脱気することにより、水から二酸化炭素を除去することが可能となる。したがって、水電解装置１００によれば、従来のように水素を用いて貯水タンクをパージする構成に比べて、水に含まれる不純物（二酸化炭素）の量を安全に低減することができる。また、水電解装置１００によれば、貯水タンク２５にて不純物（二酸化炭素）が除去されるため、循環水イオン交換器４３にて除去される不純物の量が低減し、循環水イオン交換器４３を長寿命化することができる。 Thus, in the water electrolysis device 100, carbon dioxide contained in water is degassed using the oxygen generated in the water electrolyzer 20, thereby removing carbon dioxide from water. Therefore, according to the water electrolysis device 100, the amount of impurities (carbon dioxide) contained in the water can be safely reduced compared to the conventional configuration in which hydrogen is used to purge the water storage tank. In addition, according to the water electrolysis device 100, since impurities (carbon dioxide) are removed in the water storage tank 25, the amount of impurities removed by the circulating water ion exchanger 43 is reduced. life can be extended.

なお、水電解装置１００では、酸素導入ライン３７は酸素排気ライン３４から分岐している。したがって、従来排気されていた酸素の一部を用いて、水に含まれる不純物（二酸化炭素）の量を低減することができる。 In addition, in the water electrolysis device 100 , the oxygen introduction line 37 is branched from the oxygen exhaust line 34 . Therefore, the amount of impurities (carbon dioxide) contained in the water can be reduced using a portion of the oxygen that was conventionally exhausted.

また、水電解装置１００では、酸素冷却器３５にて除湿された後の酸素が貯水タンク２５へ導入される。そのため、酸素による二酸化炭素の脱気効率を高めることができる。 Further, in the water electrolysis device 100 , oxygen after being dehumidified by the oxygen cooler 35 is introduced into the water storage tank 25 . Therefore, the efficiency of degassing carbon dioxide with oxygen can be enhanced.

さらに、水電解装置１００では、酸素導入ライン３７の下流端部が、貯水タンク２５に接続される。そのため、貯水タンク２５内で二酸化炭素が脱気される。したがって、二酸化炭素脱気筒を別途設けることなく、貯水タンク２５を二酸化炭素脱気筒として機能させることができる。 Furthermore, in the water electrolysis device 100 , the downstream end of the oxygen introduction line 37 is connected to the water storage tank 25 . Therefore, carbon dioxide is deaerated within the water storage tank 25 . Therefore, the water storage tank 25 can function as a carbon dioxide de-cylinder without separately providing a carbon dioxide de-cylinder.

（変形例）
上述した実施形態では、酸素気液分離器２２にて分離された酸素を貯水タンク２５の気相部２５ａへ導入した。しかし、酸素気液分離器２２にて気液分離された酸素を貯水タンク２５の液相部２５ｂへ導入してもよい。 (Modification)
In the embodiment described above, the oxygen separated by the oxygen gas-liquid separator 22 is introduced into the gas phase portion 25 a of the water storage tank 25 . However, the oxygen gas-liquid separated by the oxygen-gas-liquid separator 22 may be introduced into the liquid phase portion 25 b of the water storage tank 25 .

図３は、図２に示される水電解装置１００の変形例を示す模式図である。図３に示すように、酸素気液分離器２２にて分離された酸素の一部を貯水タンク２５の液相部２５ｂへ導入してもよい。換言すれば、貯水タンク２５に蓄えられた水の液面Ｌ１よりも下方に酸素を導入してもよい。 FIG. 3 is a schematic diagram showing a modification of the water electrolysis device 100 shown in FIG. As shown in FIG. 3 , part of the oxygen separated by the oxygen gas-liquid separator 22 may be introduced into the liquid phase portion 25 b of the water storage tank 25 . In other words, oxygen may be introduced below the liquid level L1 of the water stored in the water storage tank 25 .

貯水タンク２５の液相部２５ｂへ酸素を導入することにより、水中に酸素を送り込んで、水中で酸素をバブリングさせる。これにより、貯水タンク２５内の水に溶け込んでいる二酸化炭素が、酸素とともに貯水タンク２５の気相部２５ａに追い出されることで脱気され、水から二酸化炭素を効率的に除去することができる。 By introducing oxygen into the liquid phase portion 25b of the water storage tank 25, the oxygen is fed into the water and is caused to bubble in the water. As a result, the carbon dioxide dissolved in the water in the water storage tank 25 is deaerated by being expelled to the gas phase portion 25a of the water storage tank 25 together with oxygen, and carbon dioxide can be efficiently removed from the water.

また、上述した実施形態では、貯水タンク２５へ酸素を直接導入している。しかし、貯水タンク２５の上流（流入側）に酸素を導入してもよい。例えば、分岐ライン４１の循環水イオン交換器４３と貯水タンク２５との間であって、貯水タンク２５へ循環水が流入する前に酸素を導入してもよい。この場合であっても、貯水タンク２５内で水に含まれる二酸化炭素を脱気することが可能である。 Further, in the embodiment described above, oxygen is introduced directly into the water storage tank 25 . However, oxygen may be introduced upstream (inflow side) of the water storage tank 25 . For example, oxygen may be introduced between the circulating water ion exchanger 43 of the branch line 41 and the water storage tank 25 and before the circulating water flows into the water storage tank 25 . Even in this case, it is possible to degas the carbon dioxide contained in the water in the water storage tank 25 .

また、上述した実施形態では、酸素導入ライン３７の上流端部を酸素気液分離器２２に接続し、酸素排気ライン３４の酸素の一部を貯水タンク２５へ導入している。しかし、酸素導入ライン３７の上流端部を酸素気液分離器２２に接続してもよい。或いは、酸素を大気放出せずに製品ガスとして利用する場合、製品ガスである酸素を供給する酸素供給ラインから分岐した酸素導入ライン３７を介して酸素の一部を貯水タンク２５へ導入してもよい。 Further, in the above-described embodiment, the upstream end of the oxygen introduction line 37 is connected to the oxygen gas-liquid separator 22 and part of the oxygen in the oxygen exhaust line 34 is introduced into the water storage tank 25 . However, the upstream end of the oxygen introduction line 37 may be connected to the oxygen gas-liquid separator 22 . Alternatively, when oxygen is used as a product gas without being released to the atmosphere, part of the oxygen may be introduced into the water storage tank 25 through an oxygen introduction line 37 branched from an oxygen supply line that supplies oxygen as the product gas. good.

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図４から図６に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。 [Embodiment 2]
Another embodiment of the present invention will be described based on FIGS. 4 to 6. FIG. For convenience of description, members having the same functions as those of the members described in the above embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

（水電解装置の構成）
図４は、本実施形態に係る水電解装置１０１の概略構成を示す模式図である。図４に示すように、水電解装置１０１は、酸素導入ライン３７に二酸化炭素吸着部４４が配置される点で上記水電解装置１００とは異なる。 (Configuration of water electrolysis device)
FIG. 4 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the water electrolysis device 101 according to this embodiment. As shown in FIG. 4 , the water electrolysis device 101 differs from the water electrolysis device 100 in that a carbon dioxide adsorption part 44 is arranged in the oxygen introduction line 37 .

二酸化炭素吸着部（吸着部）４４は、二酸化炭素を吸着する吸着剤を含む。二酸化炭素吸着部４４は、酸素導入ライン３７に配置され、酸素導入ライン３７を流れる酸素に含まれる二酸化炭素を吸着剤で吸着する。二酸化炭素吸着部４４は、流量調整弁３８と貯水タンク２５との間に配置される。 The carbon dioxide adsorption part (adsorption part) 44 contains an adsorbent that adsorbs carbon dioxide. The carbon dioxide adsorption part 44 is arranged in the oxygen introduction line 37 and adsorbs carbon dioxide contained in oxygen flowing through the oxygen introduction line 37 with an adsorbent. The carbon dioxide adsorption part 44 is arranged between the flow control valve 38 and the water storage tank 25 .

図５は、水電解装置１０１の要部構成を示す模式図である。図５に示すように、水電解装置１０１では、二酸化炭素吸着部４４にて二酸化炭素が吸着された酸素が、貯水タンク２５の気相部２５ａへ導入される。 FIG. 5 is a schematic diagram showing the main configuration of the water electrolysis device 101. As shown in FIG. As shown in FIG. 5 , in the water electrolysis device 101 , oxygen with carbon dioxide adsorbed in the carbon dioxide adsorption part 44 is introduced into the gas phase part 25 a of the water storage tank 25 .

ここで、酸素気液分離器２２にて気液分離された酸素には、二酸化炭素が含まれている可能性がある。そのため、二酸化炭素吸着部４４にて、酸素に含まれる二酸化炭素を吸着することが好ましい。二酸化炭素が吸着された後の酸素を貯水タンク２５の気相部２５ａへ導入することにより、貯水タンク２５内を効果的に置換処理し、二酸化炭素の脱気効率を高めることができる。 Here, the oxygen gas-liquid separated by the oxygen-gas-liquid separator 22 may contain carbon dioxide. Therefore, it is preferable that the carbon dioxide adsorption part 44 adsorb carbon dioxide contained in oxygen. By introducing the oxygen after the carbon dioxide has been adsorbed into the gas phase portion 25a of the water storage tank 25, the inside of the water storage tank 25 can be effectively replaced, and the deaeration efficiency of carbon dioxide can be enhanced.

また、水電解装置１０１では、二酸化炭素吸着部４４の上流に酸素冷却器３５が配置され、酸素冷却器３５にて除湿された酸素が二酸化炭素吸着部４４へ流入する。二酸化炭素吸着部４４に含まれる吸着剤は吸湿することで溶け出し、水を汚染する可能性がある。したがって、二酸化炭素吸着部４４の上流で酸素を除湿することにより、上述した汚染を低減することができる。 In the water electrolysis device 101 , the oxygen cooler 35 is arranged upstream of the carbon dioxide adsorption section 44 , and oxygen dehumidified by the oxygen cooler 35 flows into the carbon dioxide adsorption section 44 . The adsorbent contained in the carbon dioxide adsorption part 44 may dissolve out by absorbing moisture and contaminate the water. Therefore, by dehumidifying the oxygen upstream of the carbon dioxide adsorption section 44, the contamination described above can be reduced.

（変形例）
上述した実施形態では、二酸化炭素吸着部４４にて二酸化炭素が吸着された後の酸素を貯水タンク２５の気相部２５ａへ酸素を導入した。しかし、二酸化炭素を吸着した後の酸素を貯水タンク２５の液相部２５ｂへ導入してもよい。 (Modification)
In the above-described embodiment, the oxygen after carbon dioxide has been adsorbed in the carbon dioxide adsorption portion 44 is introduced into the gas phase portion 25 a of the water storage tank 25 . However, oxygen after adsorbing carbon dioxide may be introduced into the liquid phase portion 25 b of the water storage tank 25 .

図６は、図５に示される水電解装置１０１の変形例を示す模式図である。図６に示すように、二酸化炭素吸着部４４にて二酸化炭素が吸着された後の酸素を貯水タンク２５の液相部２５ｂへ酸素を導入してもよい。これにより、貯水タンク２５内での二酸化炭素の脱気効率を高めることができる。 FIG. 6 is a schematic diagram showing a modification of the water electrolysis device 101 shown in FIG. As shown in FIG. 6, the oxygen after carbon dioxide is adsorbed in the carbon dioxide adsorption portion 44 may be introduced into the liquid phase portion 25b of the water storage tank 25. As shown in FIG. As a result, the degassing efficiency of carbon dioxide in the water storage tank 25 can be enhanced.

〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、図７から図９に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。 [Embodiment 3]
Another embodiment of the present invention will be described based on FIGS. 7 to 9. FIG. For convenience of description, members having the same functions as those of the members described in the above embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

（水電解装置の構成）
図７は、本実施形態に係る水電解装置１０２の概略構成を示す模式図である。図７に示すように、水電解装置１０２は、酸素気液分離器２２にて気液分離された酸素が、分岐ライン４１に配置された二酸化炭素脱気筒４５へ導入される点で上記水電解装置１０１とは主に異なる。 (Configuration of water electrolysis device)
FIG. 7 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the water electrolysis device 102 according to this embodiment. As shown in FIG. 7 , the water electrolysis device 102 has the above water electrolysis in that the oxygen gas-liquid separated by the oxygen-gas-liquid separator 22 is introduced into the carbon dioxide decylinder 45 arranged in the branch line 41 . It differs mainly from device 101 .

二酸化炭素脱気筒４５は、循環水イオン交換器４３の上流に配置され、分岐ライン４１を流れる循環水に含まれる二酸化炭素を脱気する。酸素導入ライン３７は、酸素気液分離器２２にて気液分離された酸素が二酸化炭素脱気筒４５へ供給されるように、酸素排気ライン３４から分岐して二酸化炭素脱気筒４５へ繋がる。 The carbon dioxide degassing cylinder 45 is arranged upstream of the circulating water ion exchanger 43 and deaerates carbon dioxide contained in the circulating water flowing through the branch line 41 . The oxygen introduction line 37 branches from the oxygen exhaust line 34 and connects to the carbon dioxide de-cylinder 45 so that the oxygen gas-liquid separated by the oxygen-gas-liquid separator 22 is supplied to the carbon dioxide de-cylinder 45 .

図８は、水電解装置１０２の要部構成を示す模式図である。図８に示すように、水電解装置１０２では、二酸化炭素脱気筒４５の気相部４５ａおよび液相部４５ｂのうちの液相部４５ｂへ酸素が導入される。具体的には、酸素導入ライン３７が二酸化炭素脱気筒４５の底部に接続され、二酸化炭素脱気筒４５内の水の液面Ｌ２よりも下方に酸素が導入される。 FIG. 8 is a schematic diagram showing the main configuration of the water electrolysis device 102. As shown in FIG. As shown in FIG. 8 , in the water electrolysis device 102 , oxygen is introduced into the liquid phase portion 45 b of the gas phase portion 45 a and the liquid phase portion 45 b of the carbon dioxide de-cylinder 45 . Specifically, the oxygen introduction line 37 is connected to the bottom of the carbon dioxide de-cylinder 45 and oxygen is introduced below the water level L2 in the carbon dioxide de-cylinder 45 .

二酸化炭素脱気筒４５の液相部４５ｂへ酸素を導入することにより、水中に酸素を送り込み、水中で酸素をバブリングさせる。これにより、二酸化炭素脱気筒４５内の水に溶け込んでいる二酸化炭素が、酸素とともに二酸化炭素脱気筒４５の気相部４５ａに追い出されることで脱気され、水中から二酸化炭素が効率的に除去される。二酸化炭素脱気筒４５内で脱気された二酸化炭素は、二酸化炭素脱気筒４５の上部に設けられたベント弁４６を介して脱気ガス排出ライン４７へ流入し、大気放出される。 By introducing oxygen into the liquid phase portion 45b of the carbon dioxide de-cylinder 45, the oxygen is sent into the water, and the oxygen is bubbled in the water. As a result, the carbon dioxide dissolved in the water in the carbon dioxide de-cylinder 45 is expelled to the gas phase portion 45a of the carbon dioxide de-cylinder 45 together with oxygen, thereby being deaerated, and the carbon dioxide is efficiently removed from the water. be. The carbon dioxide degassed in the carbon dioxide degassing cylinder 45 flows into the degassed gas discharge line 47 via the vent valve 46 provided at the top of the carbon dioxide degassing cylinder 45 and is released to the atmosphere.

このように、水電解装置１０２では、循環水イオン交換器４３の上流に配置された二酸化炭素脱気筒４５内で水に含まれる二酸化炭素を脱気する。したがって、二酸化炭素が除去された水が循環水イオン交換器４３へ導入されるため、循環水イオン交換器４３を長寿命化することができる。また、二酸化炭素脱気筒４５の液相部４５ｂへ酸素を供給することにより、二酸化炭素脱気筒４５内での二酸化炭素の脱気効率を高めることができる。 Thus, in the water electrolysis device 102 , carbon dioxide contained in water is degassed in the carbon dioxide de-cylinder 45 arranged upstream of the circulating water ion exchanger 43 . Therefore, since water from which carbon dioxide has been removed is introduced into the circulating water ion exchanger 43, the service life of the circulating water ion exchanger 43 can be extended. Further, by supplying oxygen to the liquid phase portion 45b of the carbon dioxide de-cylinder 45, the carbon dioxide degassing efficiency in the carbon dioxide de-cylinder 45 can be enhanced.

（変形例）
上述した実施形態では、分岐ライン４１の循環水イオン交換器４３の上流に１つの二酸化炭素脱気筒４５が配置された構成である。しかし、循環水イオン交換器４３の上流に複数の二酸化炭素脱気筒４５が配置された多段構成としてもよい。 (Modification)
In the embodiment described above, one carbon dioxide de-cylinder 45 is arranged upstream of the circulating water ion exchanger 43 in the branch line 41 . However, a multi-stage configuration in which a plurality of carbon dioxide de-cylinders 45 are arranged upstream of the circulating water ion exchanger 43 may be employed.

図９は、図８に示される水電解装置１０２の変形例を示す模式図である。図９に示すように、循環水イオン交換器４３の上流に、第１二酸化炭素脱気筒４５１、第２二酸化炭素脱気筒４５２および第３二酸化炭素脱気筒４５３が上流側からこの順で配置される。第１二酸化炭素脱気筒４５１、第２二酸化炭素脱気筒４５２および第３二酸化炭素脱気筒４５３のそれぞれに、酸素導入ライン３７から酸素が導入される。 FIG. 9 is a schematic diagram showing a modification of the water electrolysis device 102 shown in FIG. As shown in FIG. 9, upstream of the circulating water ion exchanger 43, a first carbon dioxide de-cylinder 451, a second carbon dioxide de-cylinder 452 and a third carbon dioxide de-cylinder 453 are arranged in this order from the upstream side. . Oxygen is introduced from the oxygen introduction line 37 into each of the first carbon dioxide de-cylinder 451 , the second carbon dioxide de-cylinder 452 and the third carbon dioxide de-cylinder 453 .

このように、循環水イオン交換器４３の上流に、第１二酸化炭素脱気筒４５１、第２二酸化炭素脱気筒４５２および第３二酸化炭素脱気筒４５３を配置することにより、各脱気筒内で水に含まれる二酸化炭素が順次脱気される。したがって、二酸化炭素が十分に除去された水が、第３二酸化炭素脱気筒４５３から循環水イオン交換器４３へ導入される。したがって、循環水イオン交換器４３をさらに長寿命化することができる。 In this way, by arranging the first carbon dioxide de-cylinder 451, the second carbon dioxide de-cylinder 452 and the third carbon dioxide de-cylinder 453 upstream of the circulating water ion exchanger 43, the water in each de-cylinder The contained carbon dioxide is subsequently degassed. Therefore, water from which carbon dioxide has been sufficiently removed is introduced from the third carbon dioxide de-cylinder 453 to the circulating water ion exchanger 43 . Therefore, the service life of the circulating water ion exchanger 43 can be further extended.

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る水電解装置は、高分子電解質膜を用いて水を電解し、水素および酸素を発生させる水電解槽と、前記水電解槽にて発生した酸素と水とを分離する酸素気液分離器と、前記水電解槽にて電解される水を蓄える貯水タンクと、前記酸素気液分離器にて分離された酸素の一部を、前記貯水タンクまたは前記貯水タンクの上流へ導入する酸素導入ラインと、を備えることを特徴とする。 〔summary〕
A water electrolysis apparatus according to aspect 1 of the present invention is a water electrolyzer that electrolyzes water using a polymer electrolyte membrane to generate hydrogen and oxygen, and separates oxygen and water generated in the water electrolyzer. an oxygen-gas-liquid separator, a water storage tank for storing water electrolyzed in the water electrolyzer, and part of the oxygen separated by the oxygen-gas-liquid separator is transferred to the water storage tank or upstream of the water storage tank. and an oxygen introduction line for introduction.

上記の構成では、水電解槽で発生した酸素を用いて水に含まれる不純物を脱気することにより、水から不純物を除去することが可能となる。したがって、上記の構成によれば、水に含まれる不純物の量を安全に低減することが可能な水電解装置を実現することができる。 In the above configuration, it is possible to remove impurities from water by degassing the impurities contained in the water using the oxygen generated in the water electrolytic bath. Therefore, according to the above configuration, it is possible to realize a water electrolysis device capable of safely reducing the amount of impurities contained in water.

また、本発明の態様２に係る水電解装置では、上記態様１に係る水電解装置において、前記酸素気液分離器に接続され、該酸素気液分離器にて分離された酸素を排気する酸素排気ラインをさらに備え、前記酸素導入ラインは、前記酸素排気ラインから分岐してもよい。 Further, in the water electrolysis device according to aspect 2 of the present invention, in the water electrolysis device according to aspect 1, the oxygen gas is connected to the oxygen gas-liquid separator, and the oxygen gas separated by the oxygen gas-liquid separator is exhausted. An exhaust line may be further provided, and the oxygen introduction line may branch from the oxygen exhaust line.

上記の構成によれば、従来排気されていた酸素の一部を用いて、水に含まれる不純物の量を低減することができる。 According to the above configuration, it is possible to reduce the amount of impurities contained in water by using part of the oxygen that has been conventionally exhausted.

また、本発明の態様３に係る水電解装置では、上記態様２に係る水電解装置において、前記酸素導入ラインに配置され、該酸素導入ラインを流れる酸素に含まれる二酸化炭素を吸着する吸着部（二酸化炭素吸着部４４）をさらに備えてもよい。 Further, in the water electrolysis device according to aspect 3 of the present invention, in the water electrolysis device according to aspect 2, the adsorption unit ( A carbon dioxide adsorption part 44) may be further provided.

水電解装置で発生した酸素には二酸化炭素が含まれる可能性がある。上記の構成によれば、吸着部によって二酸化炭素を吸着した酸素を不純物の除去に用いるため、不純物（特に二酸化炭素）の除去効率を高めることができる。 Carbon dioxide may be contained in the oxygen generated by the water electrolyzer. According to the above configuration, since the oxygen that has adsorbed carbon dioxide by the adsorption unit is used for removing impurities, the efficiency of removing impurities (especially carbon dioxide) can be enhanced.

また、本発明の態様４に係る水電解装置では、上記態様３に係る水電解装置において、前記吸着部の上流に配置され、前記吸着部に導入される酸素を除湿する除湿部（酸素冷却器３５）をさらに備えてもよい。 Further, in the water electrolysis apparatus according to aspect 4 of the present invention, in the water electrolysis apparatus according to aspect 3, a dehumidifying section (oxygen cooler) is arranged upstream of the adsorption section and dehumidifies oxygen introduced into the adsorption section. 35).

吸着部に含まれる吸着剤は吸湿することで溶け出し、水を汚染する可能性がある。上記の構成によれば、吸着部の上流で酸素を除湿するため、上述した汚染を低減することができる。 The adsorbent contained in the adsorption part may dissolve out by absorbing moisture and contaminate the water. According to the above configuration, since the oxygen is dehumidified upstream of the adsorption section, the contamination mentioned above can be reduced.

また、本発明の態様５に係る水電解装置では、上記態様１から４のいずれかに係る水電解装置において、前記酸素気液分離器から水電解槽へ水を供給することにより水を循環させる水循環ラインと、前記水循環ラインから分岐し、前記水循環ラインを流れる循環水の一部を取り出してイオン交換器による処理後に前記貯水タンクへ供給する分岐ラインをさらに備えてもよい。 Further, in the water electrolysis apparatus according to aspect 5 of the present invention, in the water electrolysis apparatus according to any one of aspects 1 to 4, water is circulated by supplying water from the oxygen-gas-liquid separator to the water electrolysis tank. A water circulation line and a branch line branching from the water circulation line, taking out a part of the circulating water flowing through the water circulation line, and supplying it to the water storage tank after being treated by an ion exchanger may be further provided.

上記の構成によれば、循環水の一部が取り出されて循環水イオン交換器にて処理にて処理される、循環水中の不純物含有量を抑えることができる。 According to the above configuration, it is possible to suppress the content of impurities in the circulating water, which is partially taken out and treated by the circulating water ion exchanger.

また、本発明の態様６に係る水電解装置では、上記態様１から５のいずれかに係る水電解装置において、前記酸素導入ラインは、前記貯水タンクに接続されてもよい。 Moreover, in the water electrolysis apparatus according to aspect 6 of the present invention, in the water electrolysis apparatus according to any one of aspects 1 to 5, the oxygen introduction line may be connected to the water storage tank.

上記の構成によれば、貯水タンク内で不純物を脱気するため、貯水タンクを脱気筒として機能させることができる。 According to the above configuration, the water storage tank can function as a degassing cylinder because impurities are degassed in the water storage tank.

また、本発明の態様７に係る水電解装置では、上記態様５に係る水電解装置において、前記イオン交換器の上流に配置され、前記分岐ラインを流れる循環水に含まれる二酸化炭素を脱気する二酸化炭素脱気筒をさらに備え、前記酸素導入ラインは、前記二酸化炭素脱気筒内の液相部に酸素が供給されるように、前記二酸化炭素脱気筒に接続されてもよい。 Further, in the water electrolysis device according to aspect 7 of the present invention, in the water electrolysis device according to aspect 5, carbon dioxide contained in circulating water flowing through the branch line is degassed, which is arranged upstream of the ion exchanger. A carbon dioxide de-cylinder may be further provided, and the oxygen introduction line may be connected to the carbon dioxide de-cylinder so as to supply oxygen to the liquid phase portion in the carbon dioxide de-cylinder.

上記の構成では、イオン交換器の上流に配置された二酸化炭素脱気筒内で水に含まれる二酸化炭素（不純物）を脱気する。上記の構成によれば、二酸化炭素が除去された水がイオン交換器へ導入されるため、イオン交換器を長寿命化することができる。また、二酸化炭素脱気筒の液相部へ酸素を供給することにより、二酸化炭素脱気筒内での二酸化炭素の脱気効率を高めることができる。 In the above configuration, carbon dioxide (impurities) contained in water is degassed in the carbon dioxide degassing cylinder arranged upstream of the ion exchanger. According to the above configuration, since water from which carbon dioxide has been removed is introduced into the ion exchanger, the life of the ion exchanger can be extended. Further, by supplying oxygen to the liquid phase portion of the carbon dioxide de-cylinder, the degassing efficiency of carbon dioxide in the carbon dioxide de-cylinder can be enhanced.

本発明の態様８に係る水電解方法は、高分子電解質膜を用いて水を電解し、水素および酸素を発生させる水電解工程と、前記水電解工程にて発生した酸素と水とを酸素気液分離器によって分離する気液分離工程と、前記気液分離工程にて分離した酸素の一部を、前記水電解工程にて電解される水を蓄える貯水タンクまたは貯水タンクの上流へ導入する酸素導入工程と、を含むことを特徴とする。 A water electrolysis method according to aspect 8 of the present invention comprises a water electrolysis step of electrolyzing water using a polymer electrolyte membrane to generate hydrogen and oxygen, and A gas-liquid separation step of separating by a liquid separator, and oxygen in which a part of the oxygen separated in the gas-liquid separation step is introduced into a water storage tank storing water to be electrolyzed in the water electrolysis step or upstream of the water storage tank. and an introducing step.

上記の方法では、水電解槽で発生した酸素を用いて不純物を脱気することにより、水から不純物を除去することが可能となる。したがって、上記の方法によれば、水に含まれる不純物の量を安全に低減することが可能な水電解方法を実現することができる。 In the above method, impurities can be removed from water by degassing the impurities using the oxygen generated in the water electrolytic bath. Therefore, according to the above method, it is possible to realize a water electrolysis method capable of safely reducing the amount of impurities contained in water.

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。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, but can be modified in various ways within the scope of the claims, and can be obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. is also included in the technical scope of the present invention.

１ 水電解装置
２０ 水電解槽
２２ 酸素気液分離器
２３ 水循環ライン
３４ 酸素排気ライン
３５ 酸素冷却器（除湿部）
３７ 酸素導入ライン
４１ 分岐ライン
４３ 循環水イオン交換器（イオン交換器）
４４ 二酸化炭素吸着部（吸着部）
４５ 二酸化炭素脱気筒
４５１ 第１二酸化炭素脱気筒（二酸化炭素脱気筒）
４５２ 第２二酸化炭素脱気筒（二酸化炭素脱気筒）
４５３ 第３二酸化炭素脱気筒（二酸化炭素脱気筒） 1 Water electrolysis device 20 Water electrolyzer 22 Oxygen gas-liquid separator 23 Water circulation line 34 Oxygen exhaust line 35 Oxygen cooler (dehumidifying part)
37 oxygen introduction line 41 branch line 43 circulating water ion exchanger (ion exchanger)
44 carbon dioxide adsorption part (adsorption part)
45 carbon dioxide de-cylinder 451 first carbon dioxide de-cylinder (carbon dioxide de-cylinder)
452 Second carbon dioxide de-cylinder (carbon dioxide de-cylinder)
453 3rd Carbon Dioxide Decylinder (Carbon Dioxide Decylinder)

Claims (5)

高分子電解質膜を用いて水を電解し、水素および酸素を発生させる水電解槽と、
前記水電解槽にて発生した酸素と水とを分離する酸素気液分離器と、
前記水電解槽にて電解される水を蓄える貯水タンクと、
前記酸素気液分離器に接続され、該酸素気液分離器にて分離された酸素を排気する酸素排気ラインと、
前記酸素気液分離器にて分離された酸素の一部を、前記貯水タンクまたは前記貯水タンクの上流へ導入する、前記酸素排気ラインから分岐している酸素導入ラインと、
前記酸素導入ラインに配置され、該酸素導入ラインを流れる酸素に含まれる二酸化炭素を吸着する吸着部と、
前記吸着部の上流に配置され、前記吸着部に導入される酸素を除湿する除湿部と、を備えることを特徴とする水電解装置。 a water electrolytic cell that electrolyzes water using a polymer electrolyte membrane to generate hydrogen and oxygen;
an oxygen-gas-liquid separator for separating oxygen and water generated in the water electrolyzer;
a water storage tank for storing water to be electrolyzed in the water electrolyzer;
an oxygen exhaust line connected to the oxygen-gas-liquid separator for exhausting oxygen separated by the oxygen-gas-liquid separator;
an oxygen introduction line branched from the oxygen exhaust line for introducing part of the oxygen separated by the oxygen gas-liquid separator into the water storage tank or upstream of the water storage tank;
an adsorption unit arranged in the oxygen introduction line for adsorbing carbon dioxide contained in oxygen flowing through the oxygen introduction line;
and a dehumidification section arranged upstream of the adsorption section for dehumidifying oxygen introduced into the adsorption section . 高分子電解質膜を用いて水を電解し、水素および酸素を発生させる水電解槽と、
前記水電解槽にて発生した酸素と水とを分離する酸素気液分離器と、
前記水電解槽にて電解される水を蓄える貯水タンクと、
前記酸素気液分離器にて分離された酸素の一部を、前記貯水タンクの上流へ導入する酸素導入ラインと、
前記酸素気液分離器から水電解槽へ水を供給することにより水を循環させる水循環ラインと、
前記水循環ラインから分岐し、前記水循環ラインを流れる循環水の一部を取り出してイオン交換器による処理後に前記貯水タンクへ供給する分岐ラインと、
前記イオン交換器の上流に配置され、前記分岐ラインを流れる循環水に含まれる二酸化炭素を脱気する二酸化炭素脱気筒と、を備え、
前記酸素導入ラインは、前記二酸化炭素脱気筒内の液相部に酸素が供給されるように、前記二酸化炭素脱気筒に接続されることを特徴とする水電解装置。 a water electrolytic cell that electrolyzes water using a polymer electrolyte membrane to generate hydrogen and oxygen;
an oxygen-gas-liquid separator for separating oxygen and water generated in the water electrolyzer;
a water storage tank for storing water to be electrolyzed in the water electrolyzer;
an oxygen introduction line that introduces part of the oxygen separated by the oxygen-gas-liquid separator upstream of the water storage tank;
a water circulation line for circulating water by supplying water from the oxygen-gas-liquid separator to the water electrolyzer;
a branch line that branches from the water circulation line, takes out a part of the circulating water flowing through the water circulation line, and supplies it to the water storage tank after being treated by an ion exchanger;
a carbon dioxide degassing cylinder disposed upstream of the ion exchanger and degassing carbon dioxide contained in the circulating water flowing through the branch line;
The water electrolysis apparatus, wherein the oxygen introduction line is connected to the carbon dioxide de-cylinder so as to supply oxygen to a liquid phase portion in the carbon dioxide de-cylinder. 前記酸素導入ラインは、前記貯水タンクに接続されることを特徴とする請求項１に記載の水電解装置。 2. The water electrolysis apparatus according to claim 1 , wherein said oxygen introduction line is connected to said water storage tank. 高分子電解質膜を用いて水を電解し、水素および酸素を発生させる水電解工程と、
前記水電解工程にて発生した酸素と水とを酸素気液分離器によって分離する気液分離工程と、
前記気液分離工程にて分離した酸素を、前記酸素気液分離器に接続された酸素排気ラインを介して排気する酸素排気工程と、
前記気液分離工程にて分離した酸素の一部を、前記酸素排気ラインから分岐している酸素導入ラインを介して、前記水電解工程にて電解される水を蓄える貯水タンクまたは貯水タンクの上流へ導入する酸素導入工程と、
前記酸素導入ラインに配置され、該酸素導入ラインを流れる酸素に含まれる二酸化炭素を吸着部によって吸着する吸着工程と、
前記吸着部の上流で、前記吸着部に導入される酸素を除湿する除湿工程と、を含むことを特徴とする水電解方法。 a water electrolysis step of electrolyzing water using a polymer electrolyte membrane to generate hydrogen and oxygen;
a gas-liquid separation step of separating oxygen and water generated in the water electrolysis step by an oxygen-gas-liquid separator;
an oxygen exhaust step of exhausting the oxygen separated in the gas-liquid separation step through an oxygen exhaust line connected to the oxygen-gas-liquid separator;
A part of the oxygen separated in the gas-liquid separation step is passed through an oxygen introduction line branched from the oxygen exhaust line to a water storage tank for storing water to be electrolyzed in the water electrolysis step or upstream of the water storage tank. An oxygen introducing step of introducing into
an adsorption step that is arranged in the oxygen introduction line and adsorbs carbon dioxide contained in oxygen flowing through the oxygen introduction line with an adsorption unit;
and a dehumidification step of dehumidifying oxygen introduced into the adsorption section upstream of the adsorption section . 高分子電解質膜を用いて水を水電解槽によって電解し、水素および酸素を発生させる水電解工程と、
前記水電解工程にて発生した酸素と水とを酸素気液分離器によって分離する気液分離工程と、
前記気液分離工程にて分離した酸素の一部を、前記水電解工程にて電解される水を蓄える貯水タンクの上流へ導入する酸素導入工程と、
前記酸素気液分離器から前記水電解槽へ水循環ラインを介して水を供給することにより水を循環させる水循環工程と、
前記水循環ラインを流れる循環水の一部を前記水循環ラインから分岐した分岐ラインへ取り出して、イオン交換器による処理後に前記貯水タンクへ供給するイオン交換工程と、
前記イオン交換器の上流で、前記分岐ラインを流れる循環水に含まれる二酸化炭素を二酸化炭素脱気筒によって脱気する二酸化炭素脱気工程と、を含み、
前記酸素導入工程にて、前記二酸化炭素脱気筒内の液相部に酸素を供給することを特徴とする水電解方法。 a water electrolysis step of electrolyzing water in a water electrolytic bath using a polymer electrolyte membrane to generate hydrogen and oxygen;
a gas-liquid separation step of separating oxygen and water generated in the water electrolysis step by an oxygen-gas-liquid separator;
an oxygen introduction step of introducing part of the oxygen separated in the gas-liquid separation step upstream of a water storage tank storing water to be electrolyzed in the water electrolysis step;
a water circulation step of supplying water from the oxygen-gas-liquid separator to the water electrolyzer through a water circulation line to circulate water;
an ion exchange step of taking out a part of the circulating water flowing through the water circulation line into a branch line branched from the water circulation line and supplying it to the water storage tank after being treated with an ion exchanger;
a carbon dioxide degassing step of degassing carbon dioxide contained in the circulating water flowing through the branch line upstream of the ion exchanger by a carbon dioxide degassing cylinder,
A water electrolysis method, wherein in the oxygen introduction step, oxygen is supplied to a liquid phase portion in the carbon dioxide decylinder.
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