JPH06173053A - 水素製造装置 - Google Patents
水素製造装置Info
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- JPH06173053A JPH06173053A JP4327046A JP32704692A JPH06173053A JP H06173053 A JPH06173053 A JP H06173053A JP 4327046 A JP4327046 A JP 4327046A JP 32704692 A JP32704692 A JP 32704692A JP H06173053 A JPH06173053 A JP H06173053A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Abstract
(57)【要約】
【目的】 水素製造装置に係り、水素生成効率、スペー
ス効率、熱膨張に対する装置の健全性、保守性等の向
上、および、大容量化への対応の容易化を図る。 【構成】 容器内に、上下のマニホールド間に挟持され
る固体電解質セルスタックと、その上下方向に電位差を
発生させる電極板とを設けてなり、固体電解質セルスタ
ックが、空気流路を有するカソードと、水蒸気流路を有
するアノードとにより電解質板を挟持してなる固体電解
質セルをセパレータを介して積層してなり、カソード、
アノード、電解質板およびセパレータに、空気流路およ
びマニホールドを連通する空気通路と、水蒸気流路およ
びマニホールドを連通する水蒸気通路とが設けられてお
り、過熱水蒸気中の酸素イオンを電解質板を通して空気
流路に移動させ、水蒸気中に水素を残留・生成する。
ス効率、熱膨張に対する装置の健全性、保守性等の向
上、および、大容量化への対応の容易化を図る。 【構成】 容器内に、上下のマニホールド間に挟持され
る固体電解質セルスタックと、その上下方向に電位差を
発生させる電極板とを設けてなり、固体電解質セルスタ
ックが、空気流路を有するカソードと、水蒸気流路を有
するアノードとにより電解質板を挟持してなる固体電解
質セルをセパレータを介して積層してなり、カソード、
アノード、電解質板およびセパレータに、空気流路およ
びマニホールドを連通する空気通路と、水蒸気流路およ
びマニホールドを連通する水蒸気通路とが設けられてお
り、過熱水蒸気中の酸素イオンを電解質板を通して空気
流路に移動させ、水蒸気中に水素を残留・生成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水素製造装置に係り、
特に、固体電解質板を使用した水素製造装置に関するも
のである。
特に、固体電解質板を使用した水素製造装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来、水素ガスを生成する水素製造装置
として、二重管状に形成した内筒と外筒との間の筒状空
間に触媒を充填して反応流路を形成し、該反応流路に高
圧状態のメタンガスと水蒸気との混合気体を送り込ん
で、該混合気体の反応流路における挿通の間に外部から
バーナ等によって過熱することにより、触媒による反応
を活発化させて、水素ガスＨ2を生成する構成のものが
知られている。
として、二重管状に形成した内筒と外筒との間の筒状空
間に触媒を充填して反応流路を形成し、該反応流路に高
圧状態のメタンガスと水蒸気との混合気体を送り込ん
で、該混合気体の反応流路における挿通の間に外部から
バーナ等によって過熱することにより、触媒による反応
を活発化させて、水素ガスＨ2を生成する構成のものが
知られている。
【０００３】一方、燃料電池の分野では、固体電解質板
を利用して空気Ａと水素ガスＨ2とをその両面に挿通さ
せることにより、該固体電解質板を移動する酸素イオン
Ｏーーを利用して、コンパクトな構造で大電力を取り出す
ことができる装置の開発に向けて検討が進められてい
る。
を利用して空気Ａと水素ガスＨ2とをその両面に挿通さ
せることにより、該固体電解質板を移動する酸素イオン
Ｏーーを利用して、コンパクトな構造で大電力を取り出す
ことができる装置の開発に向けて検討が進められてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述のような触媒を利
用した水素製造装置であると、化石燃料を用いなければ
ならず、また、その構造上の制限から、伝熱面積を大き
くとることができないという欠点があり、また、高密度
配置にも適さないことから、所望の伝熱性能を得るため
に、水素製造装置自体の寸法を大きくせざるを得ず、省
スペースの要求を満たすことができないという問題があ
った。また、触媒の反応による水素ガスＨ2の生成は、
加熱状態の変動等によって一定せず、生成効率を向上す
ることが困難であった。燃料電池にあっては、水素ガス
Ｈ2から電力を得るものであり、水素製造装置とは可逆
的な関係にあるので、これを基にして、電力を供給する
ことにより水素ガスＨ2を得る構成の水素製造装置の開
発が望まれている。
用した水素製造装置であると、化石燃料を用いなければ
ならず、また、その構造上の制限から、伝熱面積を大き
くとることができないという欠点があり、また、高密度
配置にも適さないことから、所望の伝熱性能を得るため
に、水素製造装置自体の寸法を大きくせざるを得ず、省
スペースの要求を満たすことができないという問題があ
った。また、触媒の反応による水素ガスＨ2の生成は、
加熱状態の変動等によって一定せず、生成効率を向上す
ることが困難であった。燃料電池にあっては、水素ガス
Ｈ2から電力を得るものであり、水素製造装置とは可逆
的な関係にあるので、これを基にして、電力を供給する
ことにより水素ガスＨ2を得る構成の水素製造装置の開
発が望まれている。
【０００５】本発明は、上述した事情に鑑みてなされた
ものであって、水素生成効率、スペース効率、熱膨張に
対する装置の健全性、保守性等を向上し、かつ、大容量
化への対応を容易にした水素製造装置を提供することを
目的とするものである。
ものであって、水素生成効率、スペース効率、熱膨張に
対する装置の健全性、保守性等を向上し、かつ、大容量
化への対応を容易にした水素製造装置を提供することを
目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、次の６つの手段を提案している。第１の
手段は、容器内に、平行間隔を空けて上下に配される複
数のマニホールドと、該マニホールドの間に挟持状態に
配される固体電解質セルスタックと、該固体電解質セル
スタックと前記マニホールドとの間に配され固体電解質
セルスタックの上下方向に電位差を発生させる電極板と
を設けてなり、前記固体電解質セルスタックは、過熱空
気を流通させる空気流路を有する板状のカソードと、過
熱水蒸気を流通させる水蒸気流路を有する板状のアノー
ドとにより電解質板を挟持してなる固体電解質セルをセ
パレータを介して積層状態に配設してなり、前記カソー
ド、アノード、電解質板およびセパレータには、各固体
電解質セルの空気流路を連通させ上下のマニホールド間
に過熱空気を流通させる空気通路と、各固体電解質セル
の水蒸気流路を連通させ上下のマニホールド間に過熱水
蒸気を流通させる水蒸気通路とが設けられている水素製
造装置を提案している。第２の手段は、マニホールドの
間に、複数の固体電解質セルスタックを並列に配設して
なる水素製造装置を提案している。第３の手段は、各マ
ニホールドが容器の内面との間に間隔を空けて配される
とともに、容器底面と下側に配されるマニホールドとの
間に、マニホールドを摺動自在に保持する摺動支持手段
が配設されている水素製造装置を提案している。第４の
手段は、容器天井面と上側に配されるマニホールドとの
間に、該マニホールドを下方に付勢して各固体電解質セ
ルおよび固体電解質セルとマニホールドとを摺動可能か
つ密接状態に保持する付勢手段が配設されている水素製
造装置を提案している。第５の手段は、容器が、上側の
マニホールドの下方位置にて上下に分割可能に形成され
るとともに、上側の容器内面に、該容器が分離されたと
きに上側のマニホールドに当接して該マニホールドを上
側の容器に一体的に支持させる支持突起が配設されてい
る水素製造装置を提案している。第６の手段は、容器内
に難燃性ガスを封入してなる水素製造装置を提案してい
る。
に、本発明は、次の６つの手段を提案している。第１の
手段は、容器内に、平行間隔を空けて上下に配される複
数のマニホールドと、該マニホールドの間に挟持状態に
配される固体電解質セルスタックと、該固体電解質セル
スタックと前記マニホールドとの間に配され固体電解質
セルスタックの上下方向に電位差を発生させる電極板と
を設けてなり、前記固体電解質セルスタックは、過熱空
気を流通させる空気流路を有する板状のカソードと、過
熱水蒸気を流通させる水蒸気流路を有する板状のアノー
ドとにより電解質板を挟持してなる固体電解質セルをセ
パレータを介して積層状態に配設してなり、前記カソー
ド、アノード、電解質板およびセパレータには、各固体
電解質セルの空気流路を連通させ上下のマニホールド間
に過熱空気を流通させる空気通路と、各固体電解質セル
の水蒸気流路を連通させ上下のマニホールド間に過熱水
蒸気を流通させる水蒸気通路とが設けられている水素製
造装置を提案している。第２の手段は、マニホールドの
間に、複数の固体電解質セルスタックを並列に配設して
なる水素製造装置を提案している。第３の手段は、各マ
ニホールドが容器の内面との間に間隔を空けて配される
とともに、容器底面と下側に配されるマニホールドとの
間に、マニホールドを摺動自在に保持する摺動支持手段
が配設されている水素製造装置を提案している。第４の
手段は、容器天井面と上側に配されるマニホールドとの
間に、該マニホールドを下方に付勢して各固体電解質セ
ルおよび固体電解質セルとマニホールドとを摺動可能か
つ密接状態に保持する付勢手段が配設されている水素製
造装置を提案している。第５の手段は、容器が、上側の
マニホールドの下方位置にて上下に分割可能に形成され
るとともに、上側の容器内面に、該容器が分離されたと
きに上側のマニホールドに当接して該マニホールドを上
側の容器に一体的に支持させる支持突起が配設されてい
る水素製造装置を提案している。第６の手段は、容器内
に難燃性ガスを封入してなる水素製造装置を提案してい
る。
【０００７】
【作用】第１の手段に係る水素製造装置によれば、容器
内のマニホールドに導入した過熱空気を空気通路を通し
て各固体電解質セルの空気流路に流通させる一方、他の
マニホールドに導入した過熱水蒸気を水蒸気通路を通し
て各固体電解質セルの水蒸気流路に流通させるととも
に、電極板に通電して固体電解質セルスタックの上下方
向に電位差を生じさせることによって、過熱水蒸気が電
気分解されて酸素イオンのみが空気流路に移動させられ
ることになり、その結果、水蒸気中に残留するようにし
て水素が製造されることになる。第２の手段に係る水素
製造装置によれば、複数の固体電解質セルスタックを並
列に配設してなる構成としたので、該固体電解質セルス
タックの並列数を増加させることにより、容易に水素製
造量を増大させることが可能となる。第３の手段に係る
水素製造装置によれば、過熱空気および過熱水蒸気がマ
ニホールドに導入されて、マニホールドに熱膨張が発生
した場合に、該マニホールドは、容器の底面との間に配
される摺動支持手段によって支持されているので、容器
の内面との間の間隔寸法を変化させて容易に変位させら
れることになる。第４の手段に係る水素製造装置によれ
ば、上側のマニホールドが付勢手段によって上方から付
勢されるので、積層された各固体電解質セル同士、およ
び、固体電解質セルとマニホールドとが摺動可能かつ密
接状態に配され、これらの間から過熱空気や過熱水蒸気
が容器内に洩れることが防止されることになる。第５の
手段に係る水素製造装置によれば、該水素製造装置内部
の保守作業を、容器を上下に分割することにより容易に
実施することが可能となる。上側の容器を上方に移動さ
せると、該容器を通じて外部に連通するマニホールド
が、該容器に対して相対的に変位させられようとする
が、容器の内面に設けられた支持突起がマニホールドに
当接するので、容器の移動とともに、一体的に分離する
ことが可能となる。第６の手段に係る水素製造装置によ
れば、容器内に難燃性ガスが封入されているので、万
一、水素ガスが水蒸気流路から漏洩した場合であって
も、難燃性雰囲気内に保持されることになる。
内のマニホールドに導入した過熱空気を空気通路を通し
て各固体電解質セルの空気流路に流通させる一方、他の
マニホールドに導入した過熱水蒸気を水蒸気通路を通し
て各固体電解質セルの水蒸気流路に流通させるととも
に、電極板に通電して固体電解質セルスタックの上下方
向に電位差を生じさせることによって、過熱水蒸気が電
気分解されて酸素イオンのみが空気流路に移動させられ
ることになり、その結果、水蒸気中に残留するようにし
て水素が製造されることになる。第２の手段に係る水素
製造装置によれば、複数の固体電解質セルスタックを並
列に配設してなる構成としたので、該固体電解質セルス
タックの並列数を増加させることにより、容易に水素製
造量を増大させることが可能となる。第３の手段に係る
水素製造装置によれば、過熱空気および過熱水蒸気がマ
ニホールドに導入されて、マニホールドに熱膨張が発生
した場合に、該マニホールドは、容器の底面との間に配
される摺動支持手段によって支持されているので、容器
の内面との間の間隔寸法を変化させて容易に変位させら
れることになる。第４の手段に係る水素製造装置によれ
ば、上側のマニホールドが付勢手段によって上方から付
勢されるので、積層された各固体電解質セル同士、およ
び、固体電解質セルとマニホールドとが摺動可能かつ密
接状態に配され、これらの間から過熱空気や過熱水蒸気
が容器内に洩れることが防止されることになる。第５の
手段に係る水素製造装置によれば、該水素製造装置内部
の保守作業を、容器を上下に分割することにより容易に
実施することが可能となる。上側の容器を上方に移動さ
せると、該容器を通じて外部に連通するマニホールド
が、該容器に対して相対的に変位させられようとする
が、容器の内面に設けられた支持突起がマニホールドに
当接するので、容器の移動とともに、一体的に分離する
ことが可能となる。第６の手段に係る水素製造装置によ
れば、容器内に難燃性ガスが封入されているので、万
一、水素ガスが水蒸気流路から漏洩した場合であって
も、難燃性雰囲気内に保持されることになる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明に係る水素製造装置の一実施例
について、図１ないし図４を参照して説明する。
について、図１ないし図４を参照して説明する。
【０００９】本実施例の水素製造装置１は、図１に示す
ように、上下に分割可能な箱状の容器２内に、該容器２
の上側、下側それぞれに外部と連通状態に取り付けられ
るマニホールド３・４と、該上下のマニホールド３・４
の間に配される固体電解質セルスタック５と、該固体電
解質セルスタック５の上下に配される電極板６とを設け
て構成されている。
ように、上下に分割可能な箱状の容器２内に、該容器２
の上側、下側それぞれに外部と連通状態に取り付けられ
るマニホールド３・４と、該上下のマニホールド３・４
の間に配される固体電解質セルスタック５と、該固体電
解質セルスタック５の上下に配される電極板６とを設け
て構成されている。
【００１０】前記容器２には、上下の容器２ａ・２ｂの
それぞれの内面に、例えば、グラスウール等の断熱材よ
りなる断熱層２ｃが被覆状態に形成されているととも
に、下側の容器２ｂの底面には、下側のマニホールド４
を摺動自在に支持するセラミックス製のコロ７（摺動支
持手段）が複数配設され、また、上側の容器２ａの天井
面には、上側のマニホールド３を下方に向けて付勢する
セラミックス製のコロ付スプリング８（付勢手段）が複
数配設されている。
それぞれの内面に、例えば、グラスウール等の断熱材よ
りなる断熱層２ｃが被覆状態に形成されているととも
に、下側の容器２ｂの底面には、下側のマニホールド４
を摺動自在に支持するセラミックス製のコロ７（摺動支
持手段）が複数配設され、また、上側の容器２ａの天井
面には、上側のマニホールド３を下方に向けて付勢する
セラミックス製のコロ付スプリング８（付勢手段）が複
数配設されている。
【００１１】前記マニホールド３・４は、一端が容器２
を貫通して外部に配される空気供給源、水蒸気供給源、
空気回収部、水素回収部（図示略）に接続され、他端が
閉塞状態とされる四角筒状の部材であって、図２に示す
ように、下側の容器２ｂの底面に４個、上側の容器２ａ
の天井付近に４個それぞれ並列状態に配設されている。
下側に配されるマニホールド４のうち内側２個は過熱空
気Ａ供給用のマニホールド４ａであり、外側２個は過熱
水蒸気Ｖ供給用のマニホールド４ｂであって、それぞれ
の下面には、前記コロ７が複数配されているので、それ
ぞれが容器２ｂに対して摺動自在に支持されている。ま
た、上側に配されるマニホールド３のうち内側２個は水
素Ｈ2を含んだ水蒸気Ｖ回収用のマニホールド３ａであ
り、外側２個は酸素Ｏ2を含んだ空気Ａ回収用のマニホ
ールド３ｂであって、それぞれの上面には、前記コロ付
スプリング８が複数配されている。そして、これらのマ
ニホールド３・４は、容器２ａ・２ｂの各内面と接触し
ないように離間した状態に配置されている。
を貫通して外部に配される空気供給源、水蒸気供給源、
空気回収部、水素回収部（図示略）に接続され、他端が
閉塞状態とされる四角筒状の部材であって、図２に示す
ように、下側の容器２ｂの底面に４個、上側の容器２ａ
の天井付近に４個それぞれ並列状態に配設されている。
下側に配されるマニホールド４のうち内側２個は過熱空
気Ａ供給用のマニホールド４ａであり、外側２個は過熱
水蒸気Ｖ供給用のマニホールド４ｂであって、それぞれ
の下面には、前記コロ７が複数配されているので、それ
ぞれが容器２ｂに対して摺動自在に支持されている。ま
た、上側に配されるマニホールド３のうち内側２個は水
素Ｈ2を含んだ水蒸気Ｖ回収用のマニホールド３ａであ
り、外側２個は酸素Ｏ2を含んだ空気Ａ回収用のマニホ
ールド３ｂであって、それぞれの上面には、前記コロ付
スプリング８が複数配されている。そして、これらのマ
ニホールド３・４は、容器２ａ・２ｂの各内面と接触し
ないように離間した状態に配置されている。
【００１２】これらのマニホールド３・４にあって、下
側のマニホールド４には上面に、上側のマニホールド３
には下面に、それぞれ２箇所ずつ貫通孔９が形成されて
いる。該貫通孔９は、それぞれ下側のマニホールド４に
外部から導入される過熱空気Ａおよび過熱水蒸気Ｖを前
記固体電解質セルスタック５に供給あるいは、固体電解
質セルスタック５から上側のマニホールド３に回収する
ための通路である。
側のマニホールド４には上面に、上側のマニホールド３
には下面に、それぞれ２箇所ずつ貫通孔９が形成されて
いる。該貫通孔９は、それぞれ下側のマニホールド４に
外部から導入される過熱空気Ａおよび過熱水蒸気Ｖを前
記固体電解質セルスタック５に供給あるいは、固体電解
質セルスタック５から上側のマニホールド３に回収する
ための通路である。
【００１３】また、上側のマニホールド３の閉塞端下方
位置には、容器２が分離されて、上側の容器２ａが上方
に移動させられたときに、マニホールド３の下面を支持
して、該マニホールド３を上側の容器２ａと一体的に移
動させるための支持突起１０が配設されている。これら
の支持突起１０は、容器２ａ・２ｂが組み合わせられた
ときには、前記固体電解質セルスタック５によって上方
に持上げられるマニホールド３の下面から離間して、該
マニホールド３の熱膨張による自由な変位を許容するよ
うになっている。
位置には、容器２が分離されて、上側の容器２ａが上方
に移動させられたときに、マニホールド３の下面を支持
して、該マニホールド３を上側の容器２ａと一体的に移
動させるための支持突起１０が配設されている。これら
の支持突起１０は、容器２ａ・２ｂが組み合わせられた
ときには、前記固体電解質セルスタック５によって上方
に持上げられるマニホールド３の下面から離間して、該
マニホールド３の熱膨張による自由な変位を許容するよ
うになっている。
【００１４】前記固体電解質セルスタック５は、板状の
セパレータ１１を介して複数積層される固体電解質セル
１２からなる。該固体電解質セル１２は、図３に示すよ
うに、片面（後述する電解質板に面しない面）に凹凸に
よる空気流路１３ａを形成した平板状のカソード１３
と、該カソード１３と同じく水蒸気流路１４ａを形成し
た平板状のアノード１４とにより、例えば、イットリア
安定化ジルコニア等の固体電解質よりなる電解質板１５
の両面を挟み込んで形成されている。
セパレータ１１を介して複数積層される固体電解質セル
１２からなる。該固体電解質セル１２は、図３に示すよ
うに、片面（後述する電解質板に面しない面）に凹凸に
よる空気流路１３ａを形成した平板状のカソード１３
と、該カソード１３と同じく水蒸気流路１４ａを形成し
た平板状のアノード１４とにより、例えば、イットリア
安定化ジルコニア等の固体電解質よりなる電解質板１５
の両面を挟み込んで形成されている。
【００１５】前記空気流路１３ａと水蒸気流路１４ａと
は、電解質板１５を挟持したときに対向する位置に配置
されるように形成されている。また、空気流路１３ａ
は、カソード１３の対角位置２箇所に、板厚方向に貫通
するように明けられた空気通路１６に連通し、水蒸気流
路１４ａは、前記空気通路１６に連通しないアノード１
４の対角位置２箇所に、板厚方向に貫通するように明け
られた水蒸気通路１７に連通して形成されている。さら
に、カソード１３には、その上下に配されるアノード１
４間に過熱水蒸気Ｖを流通させる水蒸気通路１７が設け
られ、他方、アノード１４には、その上下に配されるカ
ソード１３間に過熱空気Ａを流通させる空気通路１６が
設けられている。また、前記セパレータ１１および電解
質板１５には、固体電解質セルスタック５が形成された
ときに、前記水蒸気通路１７および空気通路１６に一致
する水蒸気通路１７および空気通路１６が形成されてい
る。
は、電解質板１５を挟持したときに対向する位置に配置
されるように形成されている。また、空気流路１３ａ
は、カソード１３の対角位置２箇所に、板厚方向に貫通
するように明けられた空気通路１６に連通し、水蒸気流
路１４ａは、前記空気通路１６に連通しないアノード１
４の対角位置２箇所に、板厚方向に貫通するように明け
られた水蒸気通路１７に連通して形成されている。さら
に、カソード１３には、その上下に配されるアノード１
４間に過熱水蒸気Ｖを流通させる水蒸気通路１７が設け
られ、他方、アノード１４には、その上下に配されるカ
ソード１３間に過熱空気Ａを流通させる空気通路１６が
設けられている。また、前記セパレータ１１および電解
質板１５には、固体電解質セルスタック５が形成された
ときに、前記水蒸気通路１７および空気通路１６に一致
する水蒸気通路１７および空気通路１６が形成されてい
る。
【００１６】このように構成された固体電解質セルスタ
ック５は、容器２内の上下に配されるマニホールド３・
４の間に配置されるのであるが、前述したように、４個
並列されたマニホールド３・４の並列方向に２個、長手
方向に２個の計４個が配置される。すなわち、過熱水蒸
気Ｖ供給用のマニホールド４ｂと、これに隣接する過熱
空気Ａ供給用のマニホールド４ａとに跨がって１個の固
体電解質セルスタック５が配置される。そして、該固体
電解質セルスタック５を積層方向に貫通する１組の空気
通路１６と水蒸気通路１７とは下側のマニホールド４の
貫通孔９にそれぞれ一致するように配され、かつ、上側
のマニホールド３の下面によって閉塞されるとともに、
他の１組の空気通路１６と水蒸気通路１７とは下側のマ
ニホールド４の上面によって閉塞され、かつ、上側のマ
ニホールド３の貫通孔９に一致するように配置されてい
る。
ック５は、容器２内の上下に配されるマニホールド３・
４の間に配置されるのであるが、前述したように、４個
並列されたマニホールド３・４の並列方向に２個、長手
方向に２個の計４個が配置される。すなわち、過熱水蒸
気Ｖ供給用のマニホールド４ｂと、これに隣接する過熱
空気Ａ供給用のマニホールド４ａとに跨がって１個の固
体電解質セルスタック５が配置される。そして、該固体
電解質セルスタック５を積層方向に貫通する１組の空気
通路１６と水蒸気通路１７とは下側のマニホールド４の
貫通孔９にそれぞれ一致するように配され、かつ、上側
のマニホールド３の下面によって閉塞されるとともに、
他の１組の空気通路１６と水蒸気通路１７とは下側のマ
ニホールド４の上面によって閉塞され、かつ、上側のマ
ニホールド３の貫通孔９に一致するように配置されてい
る。
【００１７】これにより、下側のマニホールド４に外部
の空気供給源から導入される過熱空気Ａが、図４に示す
ように、貫通孔９および上側の空気通路１６を通して各
固体電解質セル１２の空気流路１３ａに供給され、他側
の空気通路１６に合流されて上側のマニホールド３の貫
通孔９からマニホールド３内に回収された後に、外部の
空気回収部に回収されるようになっている。また、同様
にして、下側のマニホールド４に導入された過熱水蒸気
Ｖは、貫通孔９、水蒸気通路１７、水蒸気流路１４ａ、
水蒸気通路１７、貫通孔９を経て、上側のマニホールド
３に回収された後、外部の水素回収部に回収されるよう
になっている。
の空気供給源から導入される過熱空気Ａが、図４に示す
ように、貫通孔９および上側の空気通路１６を通して各
固体電解質セル１２の空気流路１３ａに供給され、他側
の空気通路１６に合流されて上側のマニホールド３の貫
通孔９からマニホールド３内に回収された後に、外部の
空気回収部に回収されるようになっている。また、同様
にして、下側のマニホールド４に導入された過熱水蒸気
Ｖは、貫通孔９、水蒸気通路１７、水蒸気流路１４ａ、
水蒸気通路１７、貫通孔９を経て、上側のマニホールド
３に回収された後、外部の水素回収部に回収されるよう
になっている。
【００１８】前記電極板６は、マニホールド３・４の並
列方向に配置された２個の固体電解質セルスタック５に
対して１組、計２組が配置され、それぞれの一端が下側
の容器２ｂを貫通して外部の電源（図示略）に接続され
ている。
列方向に配置された２個の固体電解質セルスタック５に
対して１組、計２組が配置され、それぞれの一端が下側
の容器２ｂを貫通して外部の電源（図示略）に接続され
ている。
【００１９】また、組み合わせられた容器２の内部は、
例えばアルゴンガス等の不活性ガス（難燃性ガス）が充
填されている。
例えばアルゴンガス等の不活性ガス（難燃性ガス）が充
填されている。
【００２０】このように構成された水素製造装置１を使
用して、水素ガスを製造するには、過熱状態（約１００
０℃）の空気Ａおよび水蒸気Ｖをそれぞれ、下側のマニ
ホールド４ａ・４ｂに導入する。すると該過熱空気Ａお
よび過熱水蒸気Ｖは、固体電解質セルスタック５の空気
流路１３ａおよび水蒸気流路１４ａを流通する。この際
に、電極板６間に電位差を発生させる（上側がプラス）
と、アノード１４の水蒸気流路１４ａを流通させられる
過熱水蒸気Ｖが電気分解されて、酸素イオンＯーーが生成
され、該酸素イオンＯーーが電解質板１５を通してカソー
ド１３の空気流路１３ａに到達し、該空気流路１３ａ内
で酸素Ｏ2となるという反応が生じる。その結果、水蒸
気中には水素Ｈ2が残留され、上側のマニホールド３ａ
・３ｂには、水素Ｈ2を多量に含んだ水蒸気Ｖ、およ
び、酸素Ｏ2を多量に含んだ空気Ａが回収されることに
なる。そして、水素Ｈ2を多量に含んだ水蒸気Ｖを乾燥
させることにより、水素ガスＨ2を回収することができ
ることになる。
用して、水素ガスを製造するには、過熱状態（約１００
０℃）の空気Ａおよび水蒸気Ｖをそれぞれ、下側のマニ
ホールド４ａ・４ｂに導入する。すると該過熱空気Ａお
よび過熱水蒸気Ｖは、固体電解質セルスタック５の空気
流路１３ａおよび水蒸気流路１４ａを流通する。この際
に、電極板６間に電位差を発生させる（上側がプラス）
と、アノード１４の水蒸気流路１４ａを流通させられる
過熱水蒸気Ｖが電気分解されて、酸素イオンＯーーが生成
され、該酸素イオンＯーーが電解質板１５を通してカソー
ド１３の空気流路１３ａに到達し、該空気流路１３ａ内
で酸素Ｏ2となるという反応が生じる。その結果、水蒸
気中には水素Ｈ2が残留され、上側のマニホールド３ａ
・３ｂには、水素Ｈ2を多量に含んだ水蒸気Ｖ、およ
び、酸素Ｏ2を多量に含んだ空気Ａが回収されることに
なる。そして、水素Ｈ2を多量に含んだ水蒸気Ｖを乾燥
させることにより、水素ガスＨ2を回収することができ
ることになる。
【００２１】上述した本実施例の水素製造装置１によれ
ば、過熱空気Ａおよび過熱水蒸気Ｖを導入する前後にお
いて、水素製造装置１の各部に、熱膨張による寸法変化
が発生するが、下側のマニホールド４がコロ７によって
支持され、かつ、容器２ｂの内面から離間状態に配され
ているので、寸法変化が制限されることがなく、従っ
て、寸法変化による過大な応力の発生が防止されるとい
う効果がある。さらに、上側のマニホールド３はコロ付
スプリング８によって下方に付勢されているので、上下
方向の寸法変化があっても、マニホールド３と固体電解
質セルスタック５、固体電解質セル１２同士が摺動可能
かつ密接状態に保持されることになり、これらの間から
の空気Ａ、水蒸気Ｖの漏洩が防止されるという効果があ
るとともに、万一漏洩した場合であっても、容器２内に
難燃性ガスが充填されているので、水素ガスＨ2を難燃
性の雰囲気内に閉じ込めることができる。また、前記コ
ロ付スプリング８は、固体電解質セルスタック５を制振
する機能をも有している。
ば、過熱空気Ａおよび過熱水蒸気Ｖを導入する前後にお
いて、水素製造装置１の各部に、熱膨張による寸法変化
が発生するが、下側のマニホールド４がコロ７によって
支持され、かつ、容器２ｂの内面から離間状態に配され
ているので、寸法変化が制限されることがなく、従っ
て、寸法変化による過大な応力の発生が防止されるとい
う効果がある。さらに、上側のマニホールド３はコロ付
スプリング８によって下方に付勢されているので、上下
方向の寸法変化があっても、マニホールド３と固体電解
質セルスタック５、固体電解質セル１２同士が摺動可能
かつ密接状態に保持されることになり、これらの間から
の空気Ａ、水蒸気Ｖの漏洩が防止されるという効果があ
るとともに、万一漏洩した場合であっても、容器２内に
難燃性ガスが充填されているので、水素ガスＨ2を難燃
性の雰囲気内に閉じ込めることができる。また、前記コ
ロ付スプリング８は、固体電解質セルスタック５を制振
する機能をも有している。
【００２２】本実施例の水素製造装置１は、板状に形成
される固体電解質セル１２を積層状態に配して構成して
いるので、空気流路１３ａ、水蒸気流路１４ａを高密度
に配することができ、従来の触媒方式と比較して、小型
化が可能であり、水素ガスＨ2の生成効率を大幅に向上
させることができる。また、固体電解質セル１２の積層
数を増加させることにより、また、並列に配される固体
電解質セルスタック５の並列数を増加させることによ
り、容易に大容量化を図ることができるという利点があ
る。
される固体電解質セル１２を積層状態に配して構成して
いるので、空気流路１３ａ、水蒸気流路１４ａを高密度
に配することができ、従来の触媒方式と比較して、小型
化が可能であり、水素ガスＨ2の生成効率を大幅に向上
させることができる。また、固体電解質セル１２の積層
数を増加させることにより、また、並列に配される固体
電解質セルスタック５の並列数を増加させることによ
り、容易に大容量化を図ることができるという利点があ
る。
【００２３】さらに、上下方向に分離可能な容器２を採
用したので、該容器２を分離するだけで内部の固体電解
質セル１２を露出させることができ、その保守・点検を
容易に実施することができる。
用したので、該容器２を分離するだけで内部の固体電解
質セル１２を露出させることができ、その保守・点検を
容易に実施することができる。
【００２４】なお、本発明の水素発生装置１にあって
は、以下の技術を採用することができる。 固体電解質セル１２の積層数を任意に設定するこ
と。 電解質板１５をイットリア安定化ジルコニアよりな
ることとしたが、これに代えて、カルシア安定化ジルコ
ニア等、任意の電解質板を使用すること。 固体電解質セルスタック５の並列数を任意に設定す
ること。 マニホールド４を支持する摺動支持手段７としてコ
ロを使用したが、これに代えて、ローラ、滑り軸受等任
意の摺動支持手段を採用すること。 付勢手段８として、セラミックス製のコロ付スプリ
ングを使用したが、これに代えて、他の任意の付勢手段
を採用すること。 容器２内に充填する難燃性ガスをアルゴンガスとし
たが、これに代えて、任意の難燃性ガスを使用するこ
と。 難燃性ガスを封入することとしたが、これに代え
て、難燃性ガスを流通させること。 容器２内の水素ガス濃度を検知して、濃度が高くな
った場合には、水素製造装置１の稼働を停止させる検知
手段を配設すること。
は、以下の技術を採用することができる。 固体電解質セル１２の積層数を任意に設定するこ
と。 電解質板１５をイットリア安定化ジルコニアよりな
ることとしたが、これに代えて、カルシア安定化ジルコ
ニア等、任意の電解質板を使用すること。 固体電解質セルスタック５の並列数を任意に設定す
ること。 マニホールド４を支持する摺動支持手段７としてコ
ロを使用したが、これに代えて、ローラ、滑り軸受等任
意の摺動支持手段を採用すること。 付勢手段８として、セラミックス製のコロ付スプリ
ングを使用したが、これに代えて、他の任意の付勢手段
を採用すること。 容器２内に充填する難燃性ガスをアルゴンガスとし
たが、これに代えて、任意の難燃性ガスを使用するこ
と。 難燃性ガスを封入することとしたが、これに代え
て、難燃性ガスを流通させること。 容器２内の水素ガス濃度を検知して、濃度が高くな
った場合には、水素製造装置１の稼働を停止させる検知
手段を配設すること。
【００２５】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の第１の手
段に係る水素製造装置は、容器内に、上下のマニホール
ド間に挟持される固体電解質セルスタックと、その上下
方向に電位差を発生させる電極板とを設けてなり、固体
電解質セルスタックが、空気流路を有するカソードと、
水蒸気流路を有するアノードとにより電解質板を挟持し
てなる固体電解質セルをセパレータを介して積層してな
り、カソード、アノード、電解質板およびセパレータ
に、空気流路およびマニホールドを連通する空気通路
と、水蒸気流路およびマニホールドを連通する水蒸気通
路とが設けられているので、以下の効果を奏する。 固体電解質セルによる電気分解法を採用することに
より、触媒による方法と比較して、水素生成効率を大幅
に向上することができる。 固体電解質セルを積層することにより、空気流路お
よび水蒸気流路を高密度配置することが可能となり、水
素製造装置の小型化を図ることができる。 本発明の第２の手段に係る水素製造装置は、マニホール
ド間に、複数の固体電解質セルスタックを並列に配設し
てなる構成としたので、第１の手段の効果に加えて、並
列数を変更することにより、水素製造容量を変化させた
水素製造装置を容易に構成することができるという効果
を奏する。本発明の第３の手段に係る水素製造装置は、
各マニホールドが容器の内面から離間状態に配され、か
つ、容器底面と下側マニホールドとの間に、摺動支持手
段が配設されているので、第１、第２の手段による効果
に加えて、熱膨張による寸法変化によっても、製造装置
各部に過大な応力が発生することが回避され、装置自体
の健全性を保持することができる。本発明の第４の手段
に係る水素製造装置は、容器天井面とマニホールドとの
間に、マニホールドを下方に付勢する付勢手段が配設さ
れているので、第１ないし第３の手段による効果に加え
て、以下の効果を奏する。 熱膨張による水素製造装置各部の寸法変化が発生し
ても、マニホールドと固体電解質セルスタック、固体電
解質セル同士を密接状態に保持することが可能となり、
空気、水素等の漏洩を防止することができる。 固体電解質セルスタックが押圧されるので装置の稼
働による振動を抑制することができる。 本発明の第５の手段に係る水素製造装置は、容器が上下
に分割可能に形成され、上側の容器内面に、分割時に、
マニホールドを上側の容器に一体的に支持させる支持突
起が配設されているので、第１ないし第４の手段による
効果に加えて、容器を上下に分割して、上側の容器を上
方に移動させるだけで、内部の固体電解質セルスタック
を露出状態として、その保守・点検を容易に実施し得る
状態とすることができるという効果を奏する。本発明の
第６の手段に係る水素製造装置は、容器内に難燃性ガス
を封入してなる構成とされているので、上記効果に加え
て、固体電解質セルスタックから、万一、水素が漏洩し
た場合であっても、難燃性の雰囲気内に封じ込めること
ができ、安全性を向上することができるという効果を奏
する。
段に係る水素製造装置は、容器内に、上下のマニホール
ド間に挟持される固体電解質セルスタックと、その上下
方向に電位差を発生させる電極板とを設けてなり、固体
電解質セルスタックが、空気流路を有するカソードと、
水蒸気流路を有するアノードとにより電解質板を挟持し
てなる固体電解質セルをセパレータを介して積層してな
り、カソード、アノード、電解質板およびセパレータ
に、空気流路およびマニホールドを連通する空気通路
と、水蒸気流路およびマニホールドを連通する水蒸気通
路とが設けられているので、以下の効果を奏する。 固体電解質セルによる電気分解法を採用することに
より、触媒による方法と比較して、水素生成効率を大幅
に向上することができる。 固体電解質セルを積層することにより、空気流路お
よび水蒸気流路を高密度配置することが可能となり、水
素製造装置の小型化を図ることができる。 本発明の第２の手段に係る水素製造装置は、マニホール
ド間に、複数の固体電解質セルスタックを並列に配設し
てなる構成としたので、第１の手段の効果に加えて、並
列数を変更することにより、水素製造容量を変化させた
水素製造装置を容易に構成することができるという効果
を奏する。本発明の第３の手段に係る水素製造装置は、
各マニホールドが容器の内面から離間状態に配され、か
つ、容器底面と下側マニホールドとの間に、摺動支持手
段が配設されているので、第１、第２の手段による効果
に加えて、熱膨張による寸法変化によっても、製造装置
各部に過大な応力が発生することが回避され、装置自体
の健全性を保持することができる。本発明の第４の手段
に係る水素製造装置は、容器天井面とマニホールドとの
間に、マニホールドを下方に付勢する付勢手段が配設さ
れているので、第１ないし第３の手段による効果に加え
て、以下の効果を奏する。 熱膨張による水素製造装置各部の寸法変化が発生し
ても、マニホールドと固体電解質セルスタック、固体電
解質セル同士を密接状態に保持することが可能となり、
空気、水素等の漏洩を防止することができる。 固体電解質セルスタックが押圧されるので装置の稼
働による振動を抑制することができる。 本発明の第５の手段に係る水素製造装置は、容器が上下
に分割可能に形成され、上側の容器内面に、分割時に、
マニホールドを上側の容器に一体的に支持させる支持突
起が配設されているので、第１ないし第４の手段による
効果に加えて、容器を上下に分割して、上側の容器を上
方に移動させるだけで、内部の固体電解質セルスタック
を露出状態として、その保守・点検を容易に実施し得る
状態とすることができるという効果を奏する。本発明の
第６の手段に係る水素製造装置は、容器内に難燃性ガス
を封入してなる構成とされているので、上記効果に加え
て、固体電解質セルスタックから、万一、水素が漏洩し
た場合であっても、難燃性の雰囲気内に封じ込めること
ができ、安全性を向上することができるという効果を奏
する。
【図１】本発明の一実施例に係る水素製造装置を示す縦
断面図である。
断面図である。
【図２】図１の水素製造装置を示す正断面図である。
【図３】図１の水素製造装置の固体電解質セルの構成を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図４】図１の水素製造装置内部の構造を示す斜視図で
ある。
ある。
Ａ 過熱空気 Ｖ 過熱水蒸気 １ 水素製造装置 ２ 容器 ２ａ 上側容器 ３・４ マニホールド ５ 固体電解質セルスタック ６ 電極板 ７ コロ（摺動支持手段） ８ コロ付スプリング（付勢手段） １０ 支持突起 １１ セパレータ １２ 固体電解質セル １３ カソード １３ａ 空気流路 １４ アノード １４ａ 水蒸気流路 １５ 電解質板 １６ 空気通路 １７ 水蒸気通路
Claims (6)
- 【請求項１】 容器内に、平行間隔を空けて上下に配さ
れる複数のマニホールドと、該マニホールドの間に挟持
状態に配される固体電解質セルスタックと、該固体電解
質セルスタックと前記マニホールドとの間に配され固体
電解質セルスタックの上下方向に電位差を発生させる電
極板とを設けてなり、前記固体電解質セルスタックは、
過熱空気を流通させる空気流路を有する板状のカソード
と、過熱水蒸気を流通させる水蒸気流路を有する板状の
アノードとにより電解質板を挟持してなる固体電解質セ
ルをセパレータを介して積層状態に配設してなり、前記
カソード、アノード、電解質板およびセパレータには、
各固体電解質セルの空気流路を連通させ上下のマニホー
ルド間に過熱空気を流通させる空気通路と、各固体電解
質セルの水蒸気流路を連通させ上下のマニホールド間に
過熱水蒸気を流通させる水蒸気通路とが設けられている
ことを特徴とする水素製造装置。 - 【請求項２】 マニホールドの間に、複数の固体電解質
セルスタックを並列に配設してなることを特徴とする請
求項１記載の水素製造装置。 - 【請求項３】 各マニホールドが容器の内面との間に間
隔を空けて配されるとともに、容器底面と下側に配され
るマニホールドとの間に、マニホールドを摺動自在に保
持する摺動支持手段が配設されていることを特徴とする
請求項１または請求項２記載の水素製造装置。 - 【請求項４】 容器天井面と上側に配されるマニホール
ドとの間に、該マニホールドを下方に付勢して各固体電
解質セルおよび固体電解質セルとマニホールドとを摺動
可能かつ密接状態に保持する付勢手段が配設されている
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに
記載の水素製造装置。 - 【請求項５】 容器が、上側のマニホールドの下方位置
にて上下に分割可能に形成されるとともに、上側の容器
内面に、該容器が分離されたときに上側のマニホールド
に当接して該マニホールドを上側の容器に一体的に支持
させる支持突起が配設されていることを特徴とする請求
項１ないし請求項４のいずれかに記載の水素製造装置。 - 【請求項６】 容器内に難燃性ガスを封入してなること
を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載
の水素製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4327046A JPH06173053A (ja) | 1992-12-07 | 1992-12-07 | 水素製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4327046A JPH06173053A (ja) | 1992-12-07 | 1992-12-07 | 水素製造装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06173053A true JPH06173053A (ja) | 1994-06-21 |
Family
ID=18194709
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4327046A Withdrawn JPH06173053A (ja) | 1992-12-07 | 1992-12-07 | 水素製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06173053A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013522457A (ja) * | 2010-03-12 | 2013-06-13 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | 電解セルのスタックを有し、かつ動作の信頼性が向上した高効率の高温電解槽（ｈｔｅ） |
| EP2993255A1 (en) | 2014-09-02 | 2016-03-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Hydrogen production system and method for producing hydrogen |
| CN106498432A (zh) * | 2017-01-06 | 2017-03-15 | 山东格瑞斯新能源科技有限公司 | 一种氢能混合燃气生产设备及方法 |
| JP2021529250A (ja) * | 2018-03-22 | 2021-10-28 | ハイメット アーペーエス | 圧力補償システムおよびこれを備える高圧電気分解器システム |
-
1992
- 1992-12-07 JP JP4327046A patent/JPH06173053A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013522457A (ja) * | 2010-03-12 | 2013-06-13 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | 電解セルのスタックを有し、かつ動作の信頼性が向上した高効率の高温電解槽（ｈｔｅ） |
| EP2993255A1 (en) | 2014-09-02 | 2016-03-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Hydrogen production system and method for producing hydrogen |
| JP2016053215A (ja) * | 2014-09-02 | 2016-04-14 | 株式会社東芝 | 水素製造システム及び水素製造方法 |
| US9957626B2 (en) | 2014-09-02 | 2018-05-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Hydrogen production system and method for producing hydrogen |
| CN106498432A (zh) * | 2017-01-06 | 2017-03-15 | 山东格瑞斯新能源科技有限公司 | 一种氢能混合燃气生产设备及方法 |
| JP2021529250A (ja) * | 2018-03-22 | 2021-10-28 | ハイメット アーペーエス | 圧力補償システムおよびこれを備える高圧電気分解器システム |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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