JPH03177591A - 水電解システム及び水素ガス分離方法 - Google Patents
水電解システム及び水素ガス分離方法Info
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- JPH03177591A JPH03177591A JP2076558A JP7655890A JPH03177591A JP H03177591 A JPH03177591 A JP H03177591A JP 2076558 A JP2076558 A JP 2076558A JP 7655890 A JP7655890 A JP 7655890A JP H03177591 A JPH03177591 A JP H03177591A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、水電解システム及びそのシステムで生成され
た水素ガスの分離方法に係り、特に、水壷−Ｈ１出は物
轟く嘔ヱゴｎ−プル十ｔ？ｈ仁ル査ア逆たされた水から
分離される必要がある環境、例えば宇宙空間に存在する
様な無重力状態における水素ガスの分離に関する。
た水素ガスの分離方法に係り、特に、水壷−Ｈ１出は物
轟く嘔ヱゴｎ−プル十ｔ？ｈ仁ル査ア逆たされた水から
分離される必要がある環境、例えば宇宙空間に存在する
様な無重力状態における水素ガスの分離に関する。
宇宙において水の電気分解を実施する際、プロセス水を
生成ガス（例えば、Ｈ７及び０１）から分離することが
望ましい。さらに、いかなるプロセス水あるいは生成ガ
スも浪費すなわち放出しないことが重要である。
生成ガス（例えば、Ｈ７及び０１）から分離することが
望ましい。さらに、いかなるプロセス水あるいは生成ガ
スも浪費すなわち放出しないことが重要である。
典型的な酸性膜電解槽では、水を陽極（Ｏ７発生）室を
通して循環させている。電解プロセスが実行されるとき
、この水の少量が、膜を通して輸送される。時々陽子水
と呼ばれるこの水は、水素室に導かれ、水素ガスが放出
される。
通して循環させている。電解プロセスが実行されるとき
、この水の少量が、膜を通して輸送される。時々陽子水
と呼ばれるこの水は、水素室に導かれ、水素ガスが放出
される。
地球上での応用では、生成ガスが減圧され、溶融水素が
溶液から出る時、重力分離が生ずる。はとんどの地球上
での応用では、周囲の圧力分離から生ずる水素は、単に
廃棄されている。その後、この水素側の水は、循環する
酸素側水ループに再注入六ハ、ス 〔発明が解決しようとする課題〕 無重力空間での応用では、水と気体は、親水性及び／若
しくは疎水性材料を有する種々の位相選択の多孔質材料
を用いて分離される。しかしながら、第２の低圧装置か
ら分離された水素ガスは排出されなければならない。も
し、排出されない場合には、ポンプ障害が生ずる。
溶液から出る時、重力分離が生ずる。はとんどの地球上
での応用では、周囲の圧力分離から生ずる水素は、単に
廃棄されている。その後、この水素側の水は、循環する
酸素側水ループに再注入六ハ、ス 〔発明が解決しようとする課題〕 無重力空間での応用では、水と気体は、親水性及び／若
しくは疎水性材料を有する種々の位相選択の多孔質材料
を用いて分離される。しかしながら、第２の低圧装置か
ら分離された水素ガスは排出されなければならない。も
し、排出されない場合には、ポンプ障害が生ずる。
どの様な場合にも、低圧分離された水素は、寄生損失と
なる。宇宙での排気が禁ぜられているときには、さらな
る困難が発生する。
なる。宇宙での排気が禁ぜられているときには、さらな
る困難が発生する。
本発明の目的は、水電解に関連して、宇宙環境かあるい
はその他の環境において、いかなる寄生損失をも最小限
に押さえると伴に、いかなる排気あるいは蓄積の問題を
も回避する様な方法で、プロセス水を生成ガスから分離
するシステムを提供することにある。
はその他の環境において、いかなる寄生損失をも最小限
に押さえると伴に、いかなる排気あるいは蓄積の問題を
も回避する様な方法で、プロセス水を生成ガスから分離
するシステムを提供することにある。
本発明の目的は、以下の構成を有するシステムによって
達成される。
達成される。
陰極／水素室及び陽極／酸素室と、その２個の電解室を
分離している電解膜とを有する電解モジュールと、 上記モジュールの上記陽極／酸素室に供給水を給水する
給水入力管と、 上記モジュールから陽子水を運ぶために、陰極／水素室
から通じているモジュール水素出力管と、 上記陽子水から分離された水素ガスを解放するための出
口及び上記モジュール水素出力管に接続された入力管を
有する相選択多孔質分離器と、上記相選択多孔質分離器
と関連し、その下流側に存在する電気化学水素分離器と
、から構成された水（Ｈ２Ｏ）から気体状の水素（Ｈ６
）及び酸素（Ｏ，）生成物を生産するための水電解シス
テムであって、 上記電気化学水素分離器は、電気化学入口室、電気化学
出口室、及び上記電気化学室間に配置された膜と電極の
集合体を有し、 上記人力室は、上記相選択多孔質分離器から溶液中に水
素を有する水を受け取り、上記集合体は陽子的にポンプ
揚力された水を有する溶液中の水素ガスを、上記電気化
学出口室に与える上記集合体の電気化学作用によって溶
液中に水素を有する上記水から水素ガスを分離し、上記
電気化学出口室は、陽子的にポンプ揚力された水を有す
る溶液中の水素を相選択多孔質分離器にフィードバック
させ、上記電気化学出口室は、溶液中のほとんどの水素
が電気化学的に除去された水を、最終的に上記電解モジ
ュールの上記陽極／酸素室に供給する様に構成され、気
体状水素生成物が、重大な寄生損失を生ずることなく上
記相選択多孔質分離器内の水から分離されることを特徴
とする水電解システム。
分離している電解膜とを有する電解モジュールと、 上記モジュールの上記陽極／酸素室に供給水を給水する
給水入力管と、 上記モジュールから陽子水を運ぶために、陰極／水素室
から通じているモジュール水素出力管と、 上記陽子水から分離された水素ガスを解放するための出
口及び上記モジュール水素出力管に接続された入力管を
有する相選択多孔質分離器と、上記相選択多孔質分離器
と関連し、その下流側に存在する電気化学水素分離器と
、から構成された水（Ｈ２Ｏ）から気体状の水素（Ｈ６
）及び酸素（Ｏ，）生成物を生産するための水電解シス
テムであって、 上記電気化学水素分離器は、電気化学入口室、電気化学
出口室、及び上記電気化学室間に配置された膜と電極の
集合体を有し、 上記人力室は、上記相選択多孔質分離器から溶液中に水
素を有する水を受け取り、上記集合体は陽子的にポンプ
揚力された水を有する溶液中の水素ガスを、上記電気化
学出口室に与える上記集合体の電気化学作用によって溶
液中に水素を有する上記水から水素ガスを分離し、上記
電気化学出口室は、陽子的にポンプ揚力された水を有す
る溶液中の水素を相選択多孔質分離器にフィードバック
させ、上記電気化学出口室は、溶液中のほとんどの水素
が電気化学的に除去された水を、最終的に上記電解モジ
ュールの上記陽極／酸素室に供給する様に構成され、気
体状水素生成物が、重大な寄生損失を生ずることなく上
記相選択多孔質分離器内の水から分離されることを特徴
とする水電解システム。
本発明の目的は、親水性及び／若しくは疎水性分離器の
形態をなしている位相選択多孔質分離器と結合して、陽
子水すなわち水素（Ｈ）で満たされた水に対する電気化
学分離器を用いることによって、それが減圧される前す
なわち電解ユニットの話？ａ酸遊匍１ル１し−プ２−直
墳社入太ｈス前に 黒竿水から実質的に全ての熔融水素
を取り除くことによって、達成される。これによって、
寄生損失が最小化され、排気や低圧水素（Ｈ）の蓄積の
必要もなくなる。
形態をなしている位相選択多孔質分離器と結合して、陽
子水すなわち水素（Ｈ）で満たされた水に対する電気化
学分離器を用いることによって、それが減圧される前す
なわち電解ユニットの話？ａ酸遊匍１ル１し−プ２−直
墳社入太ｈス前に 黒竿水から実質的に全ての熔融水素
を取り除くことによって、達成される。これによって、
寄生損失が最小化され、排気や低圧水素（Ｈ）の蓄積の
必要もなくなる。
従って、電解モジュールの水素側にある例えば静的渦動
型の親水性及び／若しくは疎水性分離器には、水素ガス
及び溶融水素の両方を陽子的にポンプ揚力された水から
分離するために、電気化学的ポンプが付加されている。
型の親水性及び／若しくは疎水性分離器には、水素ガス
及び溶融水素の両方を陽子的にポンプ揚力された水から
分離するために、電気化学的ポンプが付加されている。
実質的には水素（Ｈ６）が取り除かれた水は、その後、
給水アキュムレータすなわちさらに電解プロセスを行う
ため循環酸素側水ループに直接注入される。
給水アキュムレータすなわちさらに電解プロセスを行う
ため循環酸素側水ループに直接注入される。
電気化学水素分離器の他の利点は、 それが、ＨＲ／Ｈ
，０親水性及び／若しくは疎水性分離器の有効性を測定
するための道具としても使用され得ることである。
，０親水性及び／若しくは疎水性分離器の有効性を測定
するための道具としても使用され得ることである。
第１図は、水電解全体システム内に配置されている第１
の典型的な補助電気化学分離器１００を＝１丁λスーＪ
−Ｉ＝ ’ｔ３：日士べ鳥プ永ス エバ砕土めな電気化
学水素分離器の単純化された形態のものの詳細構造が、
第２図及び第４図に示されている。
の典型的な補助電気化学分離器１００を＝１丁λスーＪ
−Ｉ＝ ’ｔ３：日士べ鳥プ永ス エバ砕土めな電気化
学水素分離器の単純化された形態のものの詳細構造が、
第２図及び第４図に示されている。
また、その電気化学分離器１００で行われる電気化学作
用が、第３図に図示されている。
用が、第３図に図示されている。
第１図を参照する。水電解全体システムは、周囲圧力下
の水をアキュムレータ２へ、その後ポンプ３へ供給する
ための給水供給源ｌを有する。ポンプ３は、加圧された
原水をアキュムレータ４に供給する。給水供給源ｌは、
すなわち給水管にアキュムレータ２内の水位が低下した
時に解放される制御弁ＩＡが設置されている。動揺に、
アキュムレータ４内の水位が低下すると、それが再び満
水になるまでポンプ３が「作動」状態になる。
の水をアキュムレータ２へ、その後ポンプ３へ供給する
ための給水供給源ｌを有する。ポンプ３は、加圧された
原水をアキュムレータ４に供給する。給水供給源ｌは、
すなわち給水管にアキュムレータ２内の水位が低下した
時に解放される制御弁ＩＡが設置されている。動揺に、
アキュムレータ４内の水位が低下すると、それが再び満
水になるまでポンプ３が「作動」状態になる。
加圧水は、さらに、ポンプ５によって電解モジュール６
に送水される。これらによって、必要な時いつでも電解
モジュール６に対して適切な給水がなされる。
に送水される。これらによって、必要な時いつでも電解
モジュール６に対して適切な給水がなされる。
電解モジュール６は、電極を備えた膜９によって分離さ
れた陰極（Ｈ１）室７と陽極（Ｏ７）室８を有する。こ
の膜は、典型的な浸透性であるが、多孔質ではない。電
解モジュール６で生成された水素（Ｈ２）と酸素（Ｏ２
）の生成ガスは、相選択の多孔質分離器！０と１１にそ
れぞれ送られる。これらの多孔質分離器は、静的渦動の
、親水性または疎水性型のものである。多孔質分離器１
０は、第１図及び第４図に示されている。その様な分離
器は、非通過相流体に対して比較的無視できる程度の圧
力低下を与える。
れた陰極（Ｈ１）室７と陽極（Ｏ７）室８を有する。こ
の膜は、典型的な浸透性であるが、多孔質ではない。電
解モジュール６で生成された水素（Ｈ２）と酸素（Ｏ２
）の生成ガスは、相選択の多孔質分離器！０と１１にそ
れぞれ送られる。これらの多孔質分離器は、静的渦動の
、親水性または疎水性型のものである。多孔質分離器１
０は、第１図及び第４図に示されている。その様な分離
器は、非通過相流体に対して比較的無視できる程度の圧
力低下を与える。
渦動分離器は、親水性形態で容易に水を吸収するが、親
水性材料のバブル圧特性によって典型的には１インチ平
方当たり数ボンド（ｐｓｉ）まで気体の通過を阻止する
ような相選択の多孔質材料を用いている。その作用は、
疎水性型の材料と逆である。すなわち、疎水性材料は、
気体を容易に吸収し移送するが１、水の通過は阻止する
。
水性材料のバブル圧特性によって典型的には１インチ平
方当たり数ボンド（ｐｓｉ）まで気体の通過を阻止する
ような相選択の多孔質材料を用いている。その作用は、
疎水性型の材料と逆である。すなわち、疎水性材料は、
気体を容易に吸収し移送するが１、水の通過は阻止する
。
両方の場合とも、典型的には、この混合された水／気体
流は、その位相選択の多孔質材料と接触している液体の
全てに、モーメントが生ずるように、合体スクリーン（
第４図のＩＯＢに注目）によって流れ方向を変更せしめ
られる。その後、その親水性材料に係る僅かな差圧によ
って、混合水／気体流から液状水が回収される。一方、
疎水性材料に対しては、全く逆の回収がなされる。
流は、その位相選択の多孔質材料と接触している液体の
全てに、モーメントが生ずるように、合体スクリーン（
第４図のＩＯＢに注目）によって流れ方向を変更せしめ
られる。その後、その親水性材料に係る僅かな差圧によ
って、混合水／気体流から液状水が回収される。一方、
疎水性材料に対しては、全く逆の回収がなされる。
電解モーメント等の典型的な酸性膜電解槽では、水がポ
ンプから陽極（Ｏ６発生）室８を通して循環せしめられ
る。電解プロセスが実行される際に、この水の一部が膜
を通して移送される。
ンプから陽極（Ｏ６発生）室８を通して循環せしめられ
る。電解プロセスが実行される際に、この水の一部が膜
を通して移送される。
時々、陽子水と呼ばれる水素（Ｈ７）で満たされたこの
水は、水素室７に入り込み、出口管１２を通してモジュ
ール６から水素ガスを放出する。その後ｒｒ−ｒｚ／Ｈ
ｔＯｊは、親水性分離器１０に行き、電気化学「Ｈ７」
分離器１００と関連して以下に詳述されるように）水素
ガスは、最終使用のために菅１４から出て行く。
水は、水素室７に入り込み、出口管１２を通してモジュ
ール６から水素ガスを放出する。その後ｒｒ−ｒｚ／Ｈ
ｔＯｊは、親水性分離器１０に行き、電気化学「Ｈ７」
分離器１００と関連して以下に詳述されるように）水素
ガスは、最終使用のために菅１４から出て行く。
水を伴った生成酸素ガス（Ｏ７）は、モジュール６から
出口管Ｉ３を通して親水性分離器１１に放出され、最終
的には気体形態で最終使用のために菅１５から放出され
る。分離器１１で除去された酸素ガスを伴った残りの水
は、さらに電解プロセスを行うために循環酸素戻しルー
プすなわちフィードバック菅１６を介してモジュール６
にフィードバックされる。
出口管Ｉ３を通して親水性分離器１１に放出され、最終
的には気体形態で最終使用のために菅１５から放出され
る。分離器１１で除去された酸素ガスを伴った残りの水
は、さらに電解プロセスを行うために循環酸素戻しルー
プすなわちフィードバック菅１６を介してモジュール６
にフィードバックされる。
本発明によれば、電気化学分離器＋００は、親水性か疎
水性型の相選択多孔質分離器ＩＯと関係して設けられて
いる。それらは、一般に第１図に示され、より詳細には
第４図に示されているごとく、共に積層されかつ一体化
されているか、あるいは好ましくは積層されかつ液体及
び気体管で共に適切に連結された分離ユニットの形をな
している。共に積層され、かつ一体化されているとき、
第４図かられかるように、親水性材料層１０Ａは、電気
化学入口すなわち上部室１０２Ｃの蓋の役をする。２個
の分離器１０／１００は、位相選択の多孔質の親水性層
１０Ａの形をしている共通のバリア面を分けあっている
。
水性型の相選択多孔質分離器ＩＯと関係して設けられて
いる。それらは、一般に第１図に示され、より詳細には
第４図に示されているごとく、共に積層されかつ一体化
されているか、あるいは好ましくは積層されかつ液体及
び気体管で共に適切に連結された分離ユニットの形をな
している。共に積層され、かつ一体化されているとき、
第４図かられかるように、親水性材料層１０Ａは、電気
化学入口すなわち上部室１０２Ｃの蓋の役をする。２個
の分離器１０／１００は、位相選択の多孔質の親水性層
１０Ａの形をしている共通のバリア面を分けあっている
。
一般的には第１図、−層詳細には第２図及び第４図から
れかるように、電気化学「Ｈ，」分離器１００は、多孔
質ではないが浸透性である固体の重合体電解質「膜」１
０１を有する。 その膜層１０１は、例えば、スルホン
化過フッ化炭化水素で作られているデュポン製のｒＮａ
ｔｉｏｎｌ ２０膜」から作られている。第２図かられ
かるように、２個の対抗するプラチナ（Ｐ ｔ）ｆＪ極
１０２及び１０３は、直流電源１０４によって直流電位
がかけられている。固体重合体１０１の両側に設けられ
ている。
れかるように、電気化学「Ｈ，」分離器１００は、多孔
質ではないが浸透性である固体の重合体電解質「膜」１
０１を有する。 その膜層１０１は、例えば、スルホン
化過フッ化炭化水素で作られているデュポン製のｒＮａ
ｔｉｏｎｌ ２０膜」から作られている。第２図かられ
かるように、２個の対抗するプラチナ（Ｐ ｔ）ｆＪ極
１０２及び１０３は、直流電源１０４によって直流電位
がかけられている。固体重合体１０１の両側に設けられ
ている。
第４図に一般的に示されているように、入口室１０２Ｃ
は、構造上の強化と、気体流に撹流を発生されるための
一連の合体スクリーンＩＯＢを備えている。親水性バリ
ア層１０Ａの好適な材料としては、０．４５マイクロメ
ートルでかつ３６ｐｓｉのバルブ圧力を有し、ポリスル
ホンから作られているゲルマン・サイエンティフィック
製のｒＳＵＰＯＲ−４５０Ｊがある。
は、構造上の強化と、気体流に撹流を発生されるための
一連の合体スクリーンＩＯＢを備えている。親水性バリ
ア層１０Ａの好適な材料としては、０．４５マイクロメ
ートルでかつ３６ｐｓｉのバルブ圧力を有し、ポリスル
ホンから作られているゲルマン・サイエンティフィック
製のｒＳＵＰＯＲ−４５０Ｊがある。
外部直流電源１０４が、電気化学セル１０１１０３に印
加されると、第３図に示された電気化学反応に従って、
水素イオン（Ｈ７）が浸透性膜１０１を通して輸送され
、親水性分離器１０に戻る陽子水人力管Ｉ２に接続され
ている出口管１０５に排水される（第１図参照）。例え
ば、単一セル水素分離器１００に０．５ボルトの直流電
圧（Ｏ゜５ＤＶＣ）をかけることによって、水素（Ｈ７
）の７゜５立方センチメートル単位のものが電流の各ア
ンペアに対してＨｖ Ｏ／ Ｈを溶液（陽子水）から取
除かれる。
加されると、第３図に示された電気化学反応に従って、
水素イオン（Ｈ７）が浸透性膜１０１を通して輸送され
、親水性分離器１０に戻る陽子水人力管Ｉ２に接続され
ている出口管１０５に排水される（第１図参照）。例え
ば、単一セル水素分離器１００に０．５ボルトの直流電
圧（Ｏ゜５ＤＶＣ）をかけることによって、水素（Ｈ７
）の７゜５立方センチメートル単位のものが電流の各ア
ンペアに対してＨｖ Ｏ／ Ｈを溶液（陽子水）から取
除かれる。
電気化学水素分離反応及び第３図の電気化学記号法は、
良く知られておりかつ自明の事項であるので、簡潔のた
めにここでは繰り返し、説明しない。
良く知られておりかつ自明の事項であるので、簡潔のた
めにここでは繰り返し、説明しない。
第１図を参照する。親水性分離器■０及び−緒に作動す
る電気化学「水素」分離器ＩＯ及び−緒に作動する電気
化学「水素」分離器１００によって、水素が取り除かれ
た後、その水は、次の処理にために、差圧調節器！８の
制御下で作動するフィードバック管１７を介して電解シ
ステムにフィードバックされる。調節器１８は、分離器
内部にふくまれている多孔質バリア材１０Ａのバブル特
性と調和のとれた適切な圧力差が、相選択の多孔質分離
器１０間に存在するよう保証する。
る電気化学「水素」分離器ＩＯ及び−緒に作動する電気
化学「水素」分離器１００によって、水素が取り除かれ
た後、その水は、次の処理にために、差圧調節器！８の
制御下で作動するフィードバック管１７を介して電解シ
ステムにフィードバックされる。調節器１８は、分離器
内部にふくまれている多孔質バリア材１０Ａのバブル特
性と調和のとれた適切な圧力差が、相選択の多孔質分離
器１０間に存在するよう保証する。
その後、その水は直接酸素側戻し管１６に配送されると
いうよりはむしろ比較的低圧の給水アキュムレータ２に
配送される。また、代替案では第５図に関連して以下に
詳述されるように、特に高圧システムに対して、水素（
Ｈ）除去水は直接環状の酸素側戻しループ（２１６）に
注入され得る。
いうよりはむしろ比較的低圧の給水アキュムレータ２に
配送される。また、代替案では第５図に関連して以下に
詳述されるように、特に高圧システムに対して、水素（
Ｈ）除去水は直接環状の酸素側戻しループ（２１６）に
注入され得る。
したがって、渦動分離器１１にのみ使用する酸素／水ル
ープＩ ３／Ｉ ６に対して、水素／水ループ１２−１
７は、初めに静的渦動親水性分離器（及び／若しくは疎
水性分離器）をその後電気化学水素ポンプ分離器１００
を用いる２段階分離を利用する。 酵素／水ループＩ
３／１６において、酸素ガスで飽和した水は、そのシス
テム内を還流される。気体状の酸素が生成されると、渦
動分離器１１において飽和液水から分離され、管Ｉ５に
放出される。
ープＩ ３／Ｉ ６に対して、水素／水ループ１２−１
７は、初めに静的渦動親水性分離器（及び／若しくは疎
水性分離器）をその後電気化学水素ポンプ分離器１００
を用いる２段階分離を利用する。 酵素／水ループＩ
３／１６において、酸素ガスで飽和した水は、そのシス
テム内を還流される。気体状の酸素が生成されると、渦
動分離器１１において飽和液水から分離され、管Ｉ５に
放出される。
水素／水放出管Ｉ２において、気体状の水素は、初めに
渦動親水性分離器ＩＯで水素飽和陽子水から分離される
。次に、その分離された水素飽和水は、電気化学分離器
１００を通過する。その分離Δ１００は−その水から溶
解水素を取０除き、この水素ガスを電解槽すなわちモジ
ュール６から出ている放出管１２中に放出させるために
、水素圧を充分に上昇させる。必然的に溶解水素のない
処理済の水は、フィードバック管１７を介して低圧水供
給アキュムレータ２に送られる。アキュムレータ２は、
ポンプ３及び５で昇圧後その水を最終的に陽極室に供給
する。 上述のように、電気化学水素分離器１００の他
の利点は、それがＨ，／Ｈ２Ｏ親水性分離器１０の有効
性を測定するための道具として使用され得る。電気化学
水素分離器１００にかかる設定電圧で、万一、親水性分
離器１０が陽子水に溶解された水素と一緒に気体状水素
（Ｈ７）を通過させる場合には、増加電流が観察される
。もし、所望の場合には、電流計１０６を、この目的の
ために直流回路内に設置し得る（第２図参照）。
渦動親水性分離器ＩＯで水素飽和陽子水から分離される
。次に、その分離された水素飽和水は、電気化学分離器
１００を通過する。その分離Δ１００は−その水から溶
解水素を取０除き、この水素ガスを電解槽すなわちモジ
ュール６から出ている放出管１２中に放出させるために
、水素圧を充分に上昇させる。必然的に溶解水素のない
処理済の水は、フィードバック管１７を介して低圧水供
給アキュムレータ２に送られる。アキュムレータ２は、
ポンプ３及び５で昇圧後その水を最終的に陽極室に供給
する。 上述のように、電気化学水素分離器１００の他
の利点は、それがＨ，／Ｈ２Ｏ親水性分離器１０の有効
性を測定するための道具として使用され得る。電気化学
水素分離器１００にかかる設定電圧で、万一、親水性分
離器１０が陽子水に溶解された水素と一緒に気体状水素
（Ｈ７）を通過させる場合には、増加電流が観察される
。もし、所望の場合には、電流計１０６を、この目的の
ために直流回路内に設置し得る（第２図参照）。
第１図及び第２図は、簡単な構成図であり、その簡単に
描かれた素子は、実際に表示された形状の通り物理的構
造を有するものとして把得られないへ填４□□□は一筆
２図よりｔｌさらに構；前約にＩ確であるが、当業者に
とって理解されるように、同様に簡潔化されている。
描かれた素子は、実際に表示された形状の通り物理的構
造を有するものとして把得られないへ填４□□□は一筆
２図よりｔｌさらに構；前約にＩ確であるが、当業者に
とって理解されるように、同様に簡潔化されている。
第１図の実施例は、比較的低い、１平方インチ当たり２
００ボンド（２００ｐｓｉａ）絶対圧力にある。
００ボンド（２００ｐｓｉａ）絶対圧力にある。
これは、例えば、宇宙飛行士の生命維持システムの一部
分として使用される。そこにおける種々の好適圧力を以
下に概説する。
分として使用される。そこにおける種々の好適圧力を以
下に概説する。
位置 好適圧力（ｐｓｉａ）・給水
１５−３０・アキュムレータ４と
１９０ ポンプ５の間 ・ポンプ５の上流側 ２１０ ・陰極出口管１２ １６０ ・Ｈ生成物出口１４ １６０（概略）・調整器１
８の上流側 １５５ ・調整器１８の下流側 １５−３０・陽極出口管１
３ ２００ ・Ｏ２生成物出口１５ ２００ （概略）・戻り
ループ管１６ １９−１９５水供給管１は、例え
ば１５から３０ｐｓｉａのように比較的低圧であるが、
戻りループ管Ｉ６は、１９０から１９５ ｐｓｉの比較
的高圧出あり、相対比率はほぼ９である。
１５−３０・アキュムレータ４と
１９０ ポンプ５の間 ・ポンプ５の上流側 ２１０ ・陰極出口管１２ １６０ ・Ｈ生成物出口１４ １６０（概略）・調整器１
８の上流側 １５５ ・調整器１８の下流側 １５−３０・陽極出口管１
３ ２００ ・Ｏ２生成物出口１５ ２００ （概略）・戻り
ループ管１６ １９−１９５水供給管１は、例え
ば１５から３０ｐｓｉａのように比較的低圧であるが、
戻りループ管Ｉ６は、１９０から１９５ ｐｓｉの比較
的高圧出あり、相対比率はほぼ９である。
上述のごとく、相選択多孔質分離器では、親水性分離器
１０の代わりに、疎水性分離器またはそれらの組合せ構
造を使用可能である。後者は、第５図の代替案において
説明される。それは、例えば、水素／酸素推進システム
において有効な、例えば１平方インチ当たり３，０００
ボンド（３，０００ｐｓｉａ）等の比較的高圧システム
に対して特に設計されたものである。
１０の代わりに、疎水性分離器またはそれらの組合せ構
造を使用可能である。後者は、第５図の代替案において
説明される。それは、例えば、水素／酸素推進システム
において有効な、例えば１平方インチ当たり３，０００
ボンド（３，０００ｐｓｉａ）等の比較的高圧システム
に対して特に設計されたものである。
第５図は、本発明の原理を用いている電解システムの代
替案の実施例を示している。この実施例の素子は、第１
図の実施例のものと類似の素子に対して、類似の参照符
号が付されている。すなわち、第５図の実施例では、２
００番台の参照符号を用いている。
替案の実施例を示している。この実施例の素子は、第１
図の実施例のものと類似の素子に対して、類似の参照符
号が付されている。すなわち、第５図の実施例では、２
００番台の参照符号を用いている。
下記の素子は類似しており、機能も少なくとも一般的に
は同等であるので、簡潔のため完全に再説明は行わない
。
は同等であるので、簡潔のため完全に再説明は行わない
。
第１図 第５図 第１図 第５図
１ １ １３ ２１３
３−５ ｒ３−５Ｊ １４ ２１４６ ２
０６ １５ ２１５ ７ ２０７ １６ ２１６ ８ １７ ２１７ ９ １００ ２００ １０ ２１０Ｌ １０１ ２０１１０Ａ
２１ＯＡ １０２Ｇ ２０２Ｃ１１２１１１０３Ｇ
２０３Ｃ １２２１２ しかしながら、第５図の実施例では、陰極／水素出口管
２１２の上流に、２個の結合された、積層された、位相
選択多孔質分離器２１０すなわち親吸いせお分離器部分
２１０Ｌ及び疎水性分離器部分２１０Ｐが含まれている
。疎水性分離器２１０Ｐの水素（Ｈ４）出口２１４は、
水素生成ガス出口に導かれている。その水素生成物は比
較的純粋な気体形態をなしている。一方、親水性分離器
２１０Ｌの陽子水出口２１０Ａは、電気化学分離器２０
０の入口室２０２Ｃに導かれている。
０６ １５ ２１５ ７ ２０７ １６ ２１６ ８ １７ ２１７ ９ １００ ２００ １０ ２１０Ｌ １０１ ２０１１０Ａ
２１ＯＡ １０２Ｇ ２０２Ｃ１１２１１１０３Ｇ
２０３Ｃ １２２１２ しかしながら、第５図の実施例では、陰極／水素出口管
２１２の上流に、２個の結合された、積層された、位相
選択多孔質分離器２１０すなわち親吸いせお分離器部分
２１０Ｌ及び疎水性分離器部分２１０Ｐが含まれている
。疎水性分離器２１０Ｐの水素（Ｈ４）出口２１４は、
水素生成ガス出口に導かれている。その水素生成物は比
較的純粋な気体形態をなしている。一方、親水性分離器
２１０Ｌの陽子水出口２１０Ａは、電気化学分離器２０
０の入口室２０２Ｃに導かれている。
もし、所望する場合には、生成物出口管２１４を乾燥機
（図示されていない）に接続することもできる。分離器
２１ＯＰ用の代表的な疎水性材料としては、１マイクロ
メートルの百分の二のボアを有する例えば３５０ｐｓｉ
のバブル圧力を持つテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）
から作られた「ＧＯＲＥＴＥＸＪがある。
（図示されていない）に接続することもできる。分離器
２１ＯＰ用の代表的な疎水性材料としては、１マイクロ
メートルの百分の二のボアを有する例えば３５０ｐｓｉ
のバブル圧力を持つテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）
から作られた「ＧＯＲＥＴＥＸＪがある。
陽子水出口２１０Ａは、電気化学分離器２００の入口側
に接続されている。その電気化学分離器からの水素（Ｈ
１）出口管２０５は、第１図の実施例に類似の方法で、
管２１２にフィードバックされている。入口室２０１Ｃ
は、例えばニオブ（Ｎｂ）スクリーンを有する。一方、
出口室は、例えばジルコニウム（Ｚｒ）スクリーンンを
有する。
に接続されている。その電気化学分離器からの水素（Ｈ
１）出口管２０５は、第１図の実施例に類似の方法で、
管２１２にフィードバックされている。入口室２０１Ｃ
は、例えばニオブ（Ｎｂ）スクリーンを有する。一方、
出口室は、例えばジルコニウム（Ｚｒ）スクリーンンを
有する。
第１図の実施例のフィードバック管１７に対して、電気
化学分離器のフィードバック管２１７は、例えばベルヌ
ーイ注水器を通して、除去水を直接戻りループ管２１６
に注水させるように、循環酸素側戻りループ管２１６に
直接継がっている。フィ−ドパツク管２１７は比較的高
圧になっている。
化学分離器のフィードバック管２１７は、例えばベルヌ
ーイ注水器を通して、除去水を直接戻りループ管２１６
に注水させるように、循環酸素側戻りループ管２１６に
直接継がっている。フィ−ドパツク管２１７は比較的高
圧になっている。
比較的高圧の酸素側戻りループ管２１６へのそのような
直接注水によって、電気化学分離器２００から戻される
水素除去水を減圧及び回付圧するエネルギーを節約でき
る。
直接注水によって、電気化学分離器２００から戻される
水素除去水を減圧及び回付圧するエネルギーを節約でき
る。
第５図の代替実施例の比較的高圧な好適圧力を、以下に
概説する。
概説する。
位置 好適圧力（ｐｓｉａ）・陰
極出口管２１２ ２．９６０・Ｈ生成物出口２
１４ ２．９５５・戻りループ管２１７
２．９５５・Ｏ側戻すループ管２１６ ２１７Ａの下流 ２．９９０ ２１７Ａののど元 ２．９５０ ２１７Ａの上流 ２，９９５ ・Ｈ側戻りループＷ２１７ 注水点 ２，９５０−２，９５５必要な場合
には、水素除去水を酸素側戻りループ管２１６に注水す
るための適切な相対圧力を保証するために、ベルヌーイ
注水器２１７Ａを使用する代わりに、水素側戻り管２１
７にポンプを使用しても良い。
極出口管２１２ ２．９６０・Ｈ生成物出口２
１４ ２．９５５・戻りループ管２１７
２．９５５・Ｏ側戻すループ管２１６ ２１７Ａの下流 ２．９９０ ２１７Ａののど元 ２．９５０ ２１７Ａの上流 ２，９９５ ・Ｈ側戻りループＷ２１７ 注水点 ２，９５０−２，９５５必要な場合
には、水素除去水を酸素側戻りループ管２１６に注水す
るための適切な相対圧力を保証するために、ベルヌーイ
注水器２１７Ａを使用する代わりに、水素側戻り管２１
７にポンプを使用しても良い。
適切な流れ方向を保証するために、第１図及び第５図の
実施例の流れ配管に、１個以上のチエツクバルブを設置
しても良い。
実施例の流れ配管に、１個以上のチエツクバルブを設置
しても良い。
本発明によれば、水電解に関連して、宇宙環境かあるい
はその他の環境において、いかなる寄生損失をも最小限
に押さえられると伴に、いかなる排気あるいは蓄積の問
題をも回避できる。
はその他の環境において、いかなる寄生損失をも最小限
に押さえられると伴に、いかなる排気あるいは蓄積の問
題をも回避できる。
第１図は、無重力位相分離システムを有する第１の実施
例である水電解システムの簡単な系統図、第２図は、第
１図のシステムで使用される電気化学水素分離器の簡単
な拡大図、第３図は、第２図の分離器で起こる電気化学
水素分離器反応を説明するための概略構造図、第４図は
、第２図の電気化学水素分離器のより構造的に詳細な横
断面図、第５図は、代替実施例である水電解システムの
簡単な系統図である。 〔符号の説明〕 ６は電解モジュール、 ２．４はアキュムレータ、 ｌ
０１１１は多孔質分離器、１８は調節器、＋００は電気
化学分離器である。 ＦＩＧ、２ 成力ひ澤飼壬の 竿麿キ ｆをａ７Ｊコームし−７ へ碧ｌ−１ｚＯ
例である水電解システムの簡単な系統図、第２図は、第
１図のシステムで使用される電気化学水素分離器の簡単
な拡大図、第３図は、第２図の分離器で起こる電気化学
水素分離器反応を説明するための概略構造図、第４図は
、第２図の電気化学水素分離器のより構造的に詳細な横
断面図、第５図は、代替実施例である水電解システムの
簡単な系統図である。 〔符号の説明〕 ６は電解モジュール、 ２．４はアキュムレータ、 ｌ
０１１１は多孔質分離器、１８は調節器、＋００は電気
化学分離器である。 ＦＩＧ、２ 成力ひ澤飼壬の 竿麿キ ｆをａ７Ｊコームし−７ へ碧ｌ−１ｚＯ
Claims (17)
- （１）陰極／水素室及び陽極／酸素室と、その２個の電
解室を分離している電解膜とを有する電解モジュールと
、 上記モジュールの上記陽極／酸素室に供給 水を給水する給水入力管と、 上記モジュールから陽子水を運ぶために、 陰極／水素室から通じているモジュール水素出力管と、 上記陽子水から分離された水素ガスを解放 するための出口及び上記モジュール水素出力管に接続さ
れた入力管を有する相選択多孔質分離器と、上記相選択
多孔質分離器と関連し、その下 流側に存在する電気化学水素分離器と、 から構成された水（Ｈ＿２Ｏ）から気体状の水素（Ｈ＿
２）及び酸素（Ｏ＿２）生成物を生産するための水電解
システムであって、 上記電気化学水素分離器は、電気化学入口 室、電気化学出口室、及び上記電気化学室間に配置され
た膜と電極の集合体を有し、 上記入力室は、上記相選択多孔質分離器か ら溶液中に水素を有する水を受け取り、上記集合体は陽
子的にポンプ揚力された水を有する溶液中の水素ガスを
、上記電気化学出口室に与える上記集合体の電気化学作
用によって溶液中に水素を有する上記水から水素ガスを
分離し、上記電気化学出口室は、陽子的にポンプ揚力さ
れた水を有する溶液中の水素を相選択多孔質分離器にフ
ィードバックさせ、上記電気化学出口室は、溶液中のほ
とんどの水素が電気化学的に除去された水を、最終的に
上記電解モジュールの上記陽極／酸素室に供給する様に
構成され、気体状水素生成物が、重大な寄生損失を生ず
ることなく上記相選択多孔質分離器内の水から分離され
ることを特徴とする水電解システム。 - （２）上記電気化学分離器は、２個の対抗する電極間に
挟まれた固体透過性非多孔質重合体層であることを特徴
とする請求項（１）に記載の水電解システム。 - （３）上記固体重合体膜は、スルホン化過フッ化炭化水
素から作られていることを特徴とする請求項（１）に記
載の水電解システム。 - （４）上記相選択多孔質分離器及び上記電気化学分離器
は、共に積み重ねられて一体化され、上記電気化学入口
室の入口側を形成していることを特徴とする請求項（１
）に記載の水電解システム。 - （５）上記相選択多孔質分離器は、上記相選択多孔質分
離器及び上記電気化学分離器間に配置された相選択多孔
質バリア層を有し、上記バリア層は、溶液中に水素を有
する水を、上記相選択多孔質分離器から上記電気化学分
離器に流入せしめるとともに、上記相選択多孔質分離器
から上記電気化学分離器への流れから気体状の水素の流
れを阻止することを特徴とする請求項（１）に記載の水
電解システム。 - （６）上記バリア層は親水性であることを特徴とする請
求項（５）に記載の水電解システム。 - （７）上記バリア層は疎水性であることを特徴とする請
求項（５）に記載の水電解システム。 - （８）上記親水性分離器と関連してさらに相選択多孔質
分離器を有し、その分離器が疎水性であることを特徴と
する請求項（６）に記載の水電解システム。 - （９）さらに、上記陽極／酸素室から来る水から、酸素
ガスを分離するためのものであって、その分離された酸
素ガスを解放するための出口を有する酸素／水分離器と
、 さらに処理を行うために上記陽極／酸素室 から上記電解モジュールに水を戻すためのものであって
、上記酸素／水分離器から上記陽極／酸素室に導かれて
いる循環酸素側水戻しループ管、を有し、上記電気化学
入口室は、溶液中のほとんどの水素を電気化学的に取り
除かれた水を、上記循環酸素側水戻しループ管の実質的
に下流側にあって、比較的低圧分離下の上記給水入力管
に、直接供給することを特徴とする請求項（１）に記載
の水電解システム。 - （１０）上記相選択多孔質分離器にかかる差圧を制御す
るために、上記電気化学出口室から上記給水管への管内
に設けられた調節器を有していることを特徴とする請求
項（９）に記載の水電解システム。 - （１１）さらに、上記陽極／酸素室から来る水から、酸
素ガスを分離するためのものであって、その分離された
酸素ガスを解放するための出口を有する酸素／水分離器
と、 さらに処理を行うために上記陽極／酸素室 から上記電解モジュールに水を戻すためのものであって
、上記酸素／水分離器から上記陽極／酸素室に導かれて
いる循環酸素側水戻しループ管、を有し、上記電気化学
入口室は、溶液中のほとんどの水素が電気化学的に取り
除かれた水を、比較的高圧下で上記水戻しループ管に、
直接供給することを特徴とする請求項（１）に記載の水
電解システム。 - （１２）水から気体状の水素及び酸素を生成する水電解
システムにおいて生産される陽子水から水素ガスを分離
する方法であって、 （ａ）陰極／水素室及び陽極／酸素室と、 その２個の電解室を分離している電解膜とを有する電解
モジュールと、 上記モジュールの上記陽極／酸素室に供給 水を給水する給水入力管と、 上記モジュールから陽子水を運ぶために陰 極／水素室から通じているモジュール水素出力管と、 上記モジュール水素出力管に接続された入 力管を有する相選択多孔質分離器と、 上記相選択多孔質分離器と関連し、その下 流側に存在する電気化学水素分離器と、 から構成された水（Ｈ＿２Ｏ）から気体状の水素（Ｈ＿
２）及び酸素（Ｏ＿２）生成物を生産するための水電解
システムであって、 上記電気化学水素分離器が、電気化学入口 室、電気化学出口室、及び上記電気化学室間に配置され
た膜と電極の集合体を有する水電解システムを用いるス
テップと、 （ｂ）上記相選択多孔質分離器内の上記陽 子水から分離し、解放するステップと、 （ｃ）溶液中に水素を有する陽子水を上記 相選択多孔質分離器から上記入口室に供給するために、
分離された水素ガスを有せずかつ溶液中に水素を有する
陽子水を上記電気化学入口室に供給するステップと、 （ｄ）上記集合体の電気化学作用によって 溶液中に水素を有する上記陽子水から余分な水素ガスを
電気化学的に分離するために上記集合体を用い、陽子的
にポンプ揚力された水を有する溶液内の水素ガスを上記
電気化学出口室内に生成するステップと、 （ｅ）水素ガス及び陽子的にポンプ揚力さ れた水を上記電気化学出口室から上記相選択多孔質分離
器にフィードバックさせ、溶液中のほとんどの水素が電
気化学的に取り除かれた水を上記電気化学入口室から最
終的に上記電解モジュールの上記陽極／酸素室に供給し
、重大な寄生損失を生ずることなく上記相選択多孔質分
離器内の水から気体状水素生成物を分離するステップ、 を有することを特徴とする水素ガス分離方法。 - （１３）ステップ（ｂ）において、陽子水から初めに水
素（Ｈ＿２）を分離するために親水性作用を用いること
を特徴とする請求項（１２）に記載の水素ガス分離方法
。 - （１４）ステップ（ｂ）において、陽子水から初めに水
素（Ｈ＿２）を分離するために疎水性作用を用いること
を特徴とする請求項（１２）に記載の水素ガス分離方法
。 - （１５）ステップ（ｂ）において、陽子水から水素（Ｈ
＿１）を分離するために親水性作用及び疎水性作用の両
方を２段階分離で用いることを特徴とする請求項（１２
）に記載の水素ガス分離方法。 - （１６）ステップ（ａ）において、さらに処理を行うた
めに上記陽極／酸素室から上記電解モジュールに水を戻
すためのものであって、上記酸素／水分離器から上記陽
極／酸素室に導かれている循環酸素側水戻しループ管を
用いるステップを含み、ステップ（ｅ）において、溶液
中のほとん どの水素が電気化学的に取り除かれた水を、比較的低圧
下で上記電気化学入口室から、上記酸素側水戻しループ
管の実質的に下流の位置で上記給水入口管に供給するス
テップを含む、 ことを特徴とする請求項（１２）に記載の方法。 - （１７）ステップ（ａ）において、さらに処理を行うた
めに上記陽極／酸素室から上記電解モジュールに水を戻
すためのものであって、上記酸素／水分離器から上記陽
極／酸素室に導かれている循環酸素側水戻しループ管用
いるステップを含み、ステップ（ｅ）において、溶液中
のほとん どの水素が電気化学的に取り除かれた水を、比較的高圧
下で上記電気化学入口室から、直接上記酸素側水戻しル
ープ管に供給するステップを含む、ことを特徴とする請
求項（１２）に記載の方法。
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