JPH07126883A

JPH07126883A - 太陽エネルギーを利用した水の電解装置及び電解方法

Info

Publication number: JPH07126883A
Application number: JP5301297A
Authority: JP
Inventors: Moritaka Kato; 守孝加藤; Hiroaki Mori; 浩章森; Shoji Maezawa; 彰二前澤; Hirotaka Takenaka; 啓恭竹中; Keisuke Oguro; 啓介小黒
Original assignee: CHIKYU KANKYO SANGYO GIJUTSU; CHIKYU KANKYO SANGYO GIJUTSU KENKYU KIKO; Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: CHIKYU KANKYO SANGYO GIJUTSU; CHIKYU KANKYO SANGYO GIJUTSU KENKYU KIKO; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1993-11-05
Filing date: 1993-11-05
Publication date: 1995-05-16
Anticipated expiration: 2012-08-13
Also published as: JP2639457B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】太陽エネルギーを利用し、かつサイホン給水
方式の特長を失わずに、安定した起動による、水素製
造。【構成】高分子電解質膜を備えた水電解槽１と；槽１
内に設置された電極間に電力を供給するための太陽電池
２と；発生した酸素と水とを分離するＯ_２気液分離器５
と；発生した水素と水とを分離するＨ_２気液分離器７
と；槽１の陽極側と分離器５との間に配設される第１の
上昇管４と、分離器５と槽１との間に配設される第１の
下降管１１とにより形成される第１の循環ラインと；槽
１の陰極側と分離器７との間に配設される第２の上昇管
６と、分離器７と槽１との間に配設される第２の下降管
１５とにより形成される第２の循環ラインとを具備し；
さらに、装置起動時に上昇管４に酸素を吹き込むための
手段３４，３５，３６を設けるとともに、下降管１１，
１５の途中に、熱媒と冷媒との選択的流通による熱交換
器１６を設けた、サイホン給水方式の水電解装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、太陽エネルギーを利用
して水素を製造するための水電解装置及び水電解方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】近年、豊富でクリーンな
エネルギーとして水素エネルギーが注目され、水素エネ
ルギー・システムの実現を図るべく種々の研究、開発が
活発になされている。その中の一つに、水電解を利用し
て水素を製造する技術がある。

【０００３】従来の水電解による水素製造では、一般
に、水力発電による電力源のように一定かつ安定した電
力が得られる電力源を対象としてシステムが設計されて
いる。また、これまで提案されている水電解装置は、水
電解槽へ電解のための水を供給する方法により、ポンプ
給水方式の装置と、サイホン給水方式の装置に大別され
る。サイホン給水方式の装置は、ポンプ給水方式の装置
に比べ、(1)ポンプを設置する必要がないため装置コス
トが低減できる、(2)ポンプを駆動するためのエネルギ
ーが必要ないため、装置の運転コストが安価となる。

【０００４】図４に従来のサイホン給水方式による水電
解装置のプロセスフローを示す。図中１は高分子電解質
膜を用いた水電解槽であり、該水電解槽１内に設置した
陽極と陰極との間には電力源２′からの電力が整流器３
を介して供給されるようになっている。ここで電力源
２′としては上述したように水力発電による電力源のよ
うな一定かつ安定した電力が得られる電力源が使用され
ている。水電解槽１の陽極側には図２（ａ）に示すよう
な構造の上部集合管１Ａ′が設けられており、該上部集
合管１Ａ′は上昇管４を介してＯ₂気液分離器５に接続
されている。また、水電解槽１の陰極側にも同様な構造
の上部集合管１Ｂ′が設けられており、該上部集合管１
Ｂ′は上昇管６を介してＨ₂気液分離器７に接続されて
いる。Ｏ₂気液分離器５は接続管８によりＯ₂ガス冷却器
９を介してＫ．Ｏ．ドラム１０に接続されるとともに、
下降管１１により水電解槽１に接続されている。また、
Ｈ₂気液分離器７は接続管１２によりＨ₂ガス冷却器１３
を介してＫ．Ｏ．ドラム１４に接続されるとともに、下
降管１５により水電解槽１に接続されている。この下降
管１５は下降管１１と途中で合流しており、その合流点
と水電解槽１との間には熱交換器１６が設置されてい
る。また、Ｋ．Ｏ．ドラム１０にはＯ₂取出管１７が接
続されるとともに、接続管１８が接続され、該接続管１
８の他端は下降管１１と合流するように接続されてい
る。Ｏ₂取出管１７には流量制御弁１９及び圧力コント
ローラー２０が設置されている。一方、Ｋ．Ｏ．ドラム
１４にはＨ₂取出管２１が接続されるとともに、接続管
２２が接続され、該接続管２２の他端は下降管１５と合
流するように接続されている。Ｈ₂取出管２１には流量
制御弁２３及び圧力コントローラー２４が設置されてい
る。また、２５は下降管１１を介して純水を補給するた
めのラインであり、その途中には流量調整弁２６が設置
され、その調整はＯ₂気液分離器５に取り付けられた流
量コントローラー２７の制御により行われるようになっ
ている。また、下降管１５の途中には流量調整弁２８が
設定され、その調整はＨ₂気液分離器７に取り付けられ
た流量コントローラー２９の制御により行われるように
なっている。

【０００５】上記装置によれば、起動時には、水電解槽
１に電解質を含む水を張り込むとともに、Ｏ₂気液分離
器５に純水を張り込み、熱交換器１６には冷却水を流さ
ず、電源２により水電解槽１に徐々に電力を供給する。
すると水電解槽１内では、陽極側では酸素が発生し、発
生した酸素と未反応の水とが上部集合管１Ａ′より上昇
管４を上昇する。このとき上昇管４内では酸素と水とが
混合している状態となるため密度が下降管１１内に滞留
している水より小さくなり、その流体の密度差によるサ
イホン効果により水が循環する。水電解槽１の陰極側に
接続された上昇管６と下降管１５とで形成される循環ラ
インについても同様の原理により水が循環する。

【０００６】水電解槽１内で電解が開始すると、電解に
よるオーム熱で水の温度が徐々に上昇する。水の循環が
開始し、水電解槽１及びＯ₂気液分離器５の温度が所定
の温度になれば、熱交換器１６に冷却水を流し、定格運
転にはいる。そして、上部集合管１Ａ′、上昇管４、Ｏ
₂ガス冷却器９、Ｋ．Ｏ．ドラム１０、Ｏ₂取出管１７を
経て酸素が系外へ取り出され、上部集合管１Ｂ′、上昇
管６、Ｈ₂ガス冷却器１３、Ｋ．Ｏ．ドラム１４、Ｈ₂取
出管２１を経て水素が系外へ取り出される。

【０００７】上記のような水電解による水素製造におい
て、従来はその電力源として、水力発電による電力源の
ように一定かつ安定した電力が得られる電力源が使用さ
れてきた。このような電力源は品位が高く通常の工業用
電力等として有効に活用できるが、地域的偏在もあり、
またエネルギー源の多様化からも、さらなる電力源への
対応が必要である。そこで、水電解装置を駆動する電力
源として太陽電池のような自然エネルギーを利用する提
案がなされている。この太陽電池は、太陽の輻射強度が
規定値以上で作動し、規定値以下になると作動を停止す
る、断続的かつ負荷の変動する電力源である。

【０００８】しかしながら、従来の水電解による水素製
造システムは、駆動電力源として上述したような一定の
安定した電力源を用い連続運転するように設計されてい
るため、太陽電池のような断続的かつ負荷の変動する電
力源により電力を供給すると、装置の起動時に次のよう
な問題が生じる。

【０００９】(1)水電解槽１の温度が低い段階で定格に
近い電流が流れることがあり、その場合、導電率等との
関係から水電解槽１に印加される電圧が過度に上昇して
しまう。 (2)上昇管４の温度が低い段階で急激に電気分解が始ま
り、電極の急激な温度上昇が起きることがある。さら
に、本来は上昇管４を介してＯ₂気液分離器５に放出さ
れるべき酸素が上昇管４に溜っている水の慣性のため水
電解槽１から下降管１１の方に逆流し、電解槽１内に水
が供給されなくなる事態が発生する。この事態は、膜が
乾燥してダメージを受ける不具合を招く。 (3)電解槽の温度が低い段階で電流が流れると、電解電
圧が高く、電解のエネルギー効率が低くなる。 (4)電極内に温度の分布ができる可能性があり、内部の
水の流れが不均一になり極端な場合ホットスポットがで
きて膜がダメージしてしまう場合がある。

【００１０】従って、このような不具合を生じさせずに
スムーズに装置を起動するためには、起動に際して電解
槽１内や上昇管４内等を定格に近い条件に加熱しておく
ことが考えられる。その場合、加熱方法としては、熱交
換器１６に温水等の加熱媒体を流し、かつＯ₂気液分離
器５と電解槽１との間にポンプを設置することにより、
強制的に水を循環させて電解槽１内や上昇管４内等を加
熱する方法が一般的である。しかし、この方法では、サ
イホン式給水方式の特長であるポンプを必要としないと
いう特長が失われてしまう。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な問題点を解決するためになされたもので、太陽エネル
ギーを利用し、かつサイホン給水方式の特長を失わず
に、安定した起動により水素製造が行うことができる水
の電解装置及び電解方法を提供することをその課題とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記課
題を解決するため、高分子電解質膜を備えた水電解槽
と；水電解槽内に設置された電極間に電力を供給するた
めの太陽電池と；発生した酸素と水とを分離するＯ₂気
液分離器と；発生した水素と水とを分離するＨ₂気液分
離器と；水電解槽の陽極側とＯ₂気液分離器との間に配
設される第１の上昇管と、Ｏ₂気液分離器と水電解槽と
の間に配設される第１の下降管とにより形成される第１
の循環ラインと；水電解槽の陰極側とＨ₂気液分離器と
の間に配設される第２の上昇管と、Ｈ₂気液分離器と水
電解槽との間に配設される第２の下降管とにより形成さ
れる第２の循環ラインとを具備し、装置起動時に前記第
１の上昇管に酸素を吹き込むための手段を設けるととも
に、前記下降管の途中に、熱媒と冷媒との選択的流通に
よる熱交換器を設けたことを特徴とするサイホン給水方
式の水電解装置が提供される。また、本発明によれば、
上記構成において、前記酸素を吹き込むための手段が、
酸素を高圧で貯蔵するタンクと、該タンクと前記第１の
上昇管とを接続するラインからなることを特徴とする水
電解装置が提供される。また、本発明によれば、上記構
成において、前記水電解槽に該水電解槽内の温度を検出
する温度検出手段が取り付けられるとともに、該温度検
出手段による検出結果に基づき前記酸素を吹き込むため
の手段及び前記熱交換器の動作を制御する制御手段が設
置されていることを特徴とする水電解装置が提供され
る。また、本発明によれば、上記構成において、太陽光
センサーの輻射強度を検出するための太陽光センサーが
設置されるとともに、前記水電解槽に該水電解槽内の温
度を検出する温度検出手段が取り付けられ、さらに前記
太陽光センサー及び前記温度検出手段による検出結果に
基づき前記酸素を吹き込むための手段及び前記熱交換器
の動作を制御する制御手段が設置されていることを特徴
とする水電解装置が提供される。また、本発明によれ
ば、上記構成において、前記酸素を吹き込むための手段
が、当該装置で製造された酸素の一部を貯蔵するアキュ
ミュレーターと、該アキュミュレーターと前記第１の上
昇管とを接続するラインからなることを特徴とする水電
解装置が提供される。また、本発明によれば、上記構成
において、前記水電解槽に該水電解槽内の温度を検出す
る温度検出手段が取り付けられるとともに、酸素ライン
系統に圧力調整手段が設置され、さらに該温度検出手段
による検出結果に基づき前記酸素を吹き込むための手
段、前記圧力調整手段及び前記熱交換器の動作を制御す
る制御手段が設置されていることを特徴とする水電解装
置が提供される。また、本発明によれば、上記構成にお
いて、太陽光センサーの輻射強度を検出するための太陽
光センサーが設置されるとともに、前記水電解槽に該水
電解槽内の温度を検出する温度検出手段が取り付けら
れ、かつ酸素ライン系統に圧力調整手段が設置され、さ
らに前記太陽光センサー及び前記温度検出手段による検
出結果に基づき前記酸素を吹き込むための手段、前記圧
力調整手段及び前記熱交換器の動作を制御する制御手段
が設置されていることを特徴とする水電解装置が提供さ
れる。また、本発明によれば、上記構成において、前記
水電解槽の陽極側上部に設置される集合管が傾斜を有す
る構造に形成されていることを特徴とする水電解装置が
提供される。さらに、本発明によれば、高分子電解質膜
を備えた水電解槽に太陽電池により電力を供給するとと
もに、水電解槽の各電極側と各気液分離器との間に配設
される上昇管及び各気液分離器と水電解槽との間に配設
される下降管とにより形成される酸素側及び水素側の各
循環ラインによるサイホン効果を利用して水電解槽に水
を循環供給させて水の電気分解を行う水電解方法であっ
て、装置起動時に、酸素側上昇管内に外部から酸素を吹
き込んで酸素側循環ラインに水を強制的に循環させると
ともに、下降管を通過する水を熱交換器により加熱する
ことを特徴とする水電解方法が提供される。

【００１３】以下本発明について詳述する。先ず、本発
明を適用した水電解装置の第１の実施例について説明す
る。図１に本発明の第１の実施例に係るサイホン給水方
式による水電解装置のプロセスフローを示す。図中１は
高分子電解質膜を用いた水電解槽であり、該水電解槽１
内に設置した陽極と陰極との間には電力源２からの電力
が整流器３を介して供給されるようになっている。本実
施例では、この電力源２として太陽電池を用いる。水電
解槽１の陽極側及び陰極側の上部集合管１Ａ、１Ｂは図
２の（ｂ）に示すように上方に傾斜した構造をしてい
る。その傾斜角度は５〜１０度であるのが好ましい。比
較として、図２（ａ）に従来の電解槽の集合管が電解槽
の内部に一体化されているものの構造を示す。従来のよ
うに、集合管を電解槽と水平に設置すると、酸素側の集
合管の圧力損失による集合管の圧力勾配により、セル内
の酸素側の液面は酸素の出口ノズルに近い部分が高く給
水側のセルに近づくにしたがって低くなる。このよう
に、液面に勾配があると、給水側のセルの上部がドライ
な状態になる可能性がある。さらに、集合管が水平であ
ると、気液２層相流の酸素側流体がスムーズに出口側に
流動しないといった問題点もある。このような不具合を
防ぐために、本実施例では、図２（ｂ）に示すように電
解槽を傾斜させて設置することにより、集合管の角度を
傾斜させるようにした。傾斜角度は操作上支障がないこ
と及び上記不具合が十分防止できることを考慮して、５
〜１０度となるように集合管の内径を設計した。該上部
集合管１Ａは上昇管４を介してＯ₂気液分離器５に接続
され、陰極側の上部集合管１Ｂは上昇管６を介してＨ₂
気液分離器７に接続される。Ｏ₂気液分離器５は上昇管
６を上昇してきた酸素と未反応の水との混合物から両者
を分離する役割を行う。Ｈ₂気液分離器７は上昇管６を
上昇してきた水素と未反応の水との混合物から両者を分
離する役割を行う。Ｏ₂気液分離器５は接続管８により
Ｏ₂ガス冷却器９を介してＫ．Ｏ．ドラム１０に接続さ
れるとともに、下降管１１により水電解槽１に接続され
る。Ｏ₂ガス冷却器９は送られてきた高温の酸素を冷却
し、Ｋ．Ｏ．ドラム１０は酸素中の凝縮した水分を除去
する役割を行う。一方、Ｈ₂気液分離器７は接続管１２
によりＨ₂ガス冷却器１３を介してＫ．Ｏ．ドラム１４
に接続されるとともに、下降管１５により水電解槽１に
接続される。Ｈ₂ガス冷却器１３は送られてきた高温の
水素を冷却し、Ｋ．Ｏ．ドラム１４は水素中の凝縮した
水分を除去する役割を行う。下降管１５は下降管１１と
途中で合流しており、その合流点と水電解槽１との間に
は熱交換器１６が設置されている。この熱交換器１６に
は冷却水の供給ライン３０と温水の供給ライン３１が接
続されており、またこれら供給ライン３０、３１にはそ
れぞれ開閉弁３２、３３が設置されている。Ｋ．Ｏ．ド
ラム１０にはＯ₂取出管１７が接続されるとともに、接
続管１８が接続され、該接続管１８の他端は下降管１１
の途中部分に接続されている。またＯ₂取出管１７には
流量制御弁１９及び圧力コントローラー２０が設置され
ている。一方、Ｋ．Ｏ．ドラム１４にはＨ₂取出管２１
が接続されるとともに、接続管２２が接続され、該接続
管２２の他端は下降管１５の途中部分に接続されてい
る。Ｈ₂取出管２１には流量制御弁２３及び圧力コント
ローラー２４が設置されている。２５は下降管１１を介
して純水を補給するためのラインであり、その途中には
流量調整弁２６が設置され、その調整はＯ₂気液分離器
５に取り付けられた流量コントローラー２７の制御によ
り行われるようになっている。また、下降管１５の途中
部分には流量調整弁２８が設置され、その調整はＨ₂気
液分離器７に取り付けられた流量コントローラー２９の
制御により行われるようになっている。また、本実施例
では、上昇管４の水電解槽側に酸素吹き込み口３４が設
けられ、この酸素吹き込み口３４に酸素吹き込みライン
３５の一端が接続されている。この酸素吹き込みライン
３５の他端は、酸素を高圧で貯蔵しているタンク（図示
せず）に接続されており、また該酸素吹き込みライン３
５には開閉弁３６が設置されている。３７は太陽の輻射
強度を検出する太陽光センサーであり、その検出出力は
温度スイッチ３８に接続されている。この温度スイッチ
３８は水電解槽１内に取り付けられた温度センサー（図
示せず）の検出出力にも接続されている。該温度スイッ
チ３８はこれらのセンサーの検出出力を受け取って、水
電解槽１への電力投入、冷却水供給ライン３０の開閉弁
３２及び温水供給ライン３１の開閉弁３３、並びに酸素
吹き込みライン３５の開閉弁３６を制御する。

【００１４】次に、上記実施例の動作について述べる。
太陽光センサー３７により検出される太陽の輻射強度が
規定値より高くなり、かつその時に電解槽１の温度が規
定値より低いと、温度スイッチ３８が作動し、酸素吹き
込みライン３５の開閉弁３６が開き、高圧貯蔵タンクよ
り高圧の酸素が酸素吹き込みライン３５を介して酸素吹
き込み口３４より上昇管４に供給される。また温度スイ
ッチ３８の作動により温水供給ライン３１の開閉弁３３
が開き、熱交換器１６に温水が供給される。上昇管４に
酸素が供給されると、上昇管４内に滞留していた水と混
合し、その混合物はＯ₂気液分離器５に送られる。この
とき上昇管４内の酸素と水の混合物の密度は下降管１１
内に滞留している水の密度より小さくなるため、その密
度差によるサイホン効果により水が循環する。すなわ
ち、酸素吹き込み口３４より吹き込んだ酸素により水が
強制的に循環されることになる。その際、水電解装置１
の上部集合管１Ａが図２（ｂ）に示すように上昇管４に
向かって上方に傾斜する構造に形成されているため、水
の循環がより促進される。

【００１５】水電解槽１の温度が規定値以上に上昇する
と、温度スイッチ３８の作動により、電力源（太陽電
池）２から水電解装置１への電力供給が開始されるとと
もに、酸素吹き込みライン３５の開閉弁３６が閉じ、温
水供給ライン３１の開閉弁３３が閉じ、冷却水供給ライ
ン３０の開閉弁３２が開く。これにより、熱交換器１６
には冷却水が供給され、定格運転にはいる。以上のよう
にして、水電解槽１が十分に稼働していない状態でも稼
働時と同じように水電解槽及に水を循環させることが可
能となる。

【００１６】定格運転に入ると、水電解槽１内では電気
分解により陽極側では酸素が発生し、発生した酸素は未
反応の水とともに上部集合管１Ａに集められ、上昇管４
を介してＯ₂気液分離器５に送られる。Ｏ₂気液分離器５
では送られてきた混合物から酸素と水を分離し、酸素は
接続管８に送られ、水は上記サイホン効果により下降管
１１に送られる。送られてきた高温の酸素はＯ₂ガス冷
却器９で冷却された後、Ｋ．Ｏ．ドラム１０にて酸素中
の凝縮した水分が除去され、酸素はＯ₂取出管１７を介
して系外に取り出され、除去された水分は接続管１８を
介して下降管１１に送られる。

【００１７】また、水電解槽１内の陽極側では水素が発
生し、発生した水素は未反応の水とともに上部集合管１
Ｂに集められ、上昇管６を介してＨ₂気液分離器７に送
られる。Ｈ₂気液分離器７では送られてきた混合物から
水素と水を分離し、水素は接続管１２に送られ、水は下
降管１１に送られる。送られてきた高温の水素はＨ₂ガ
ス冷却器１３で冷却された後、Ｋ．Ｏ．ドラム１４にて
水素中の凝縮した水分が除去され、水素はＨ₂取出管２
１を介して系外に取り出され、除去された水分は接続管
２２を介して下降管１５に送られる。下降管１５の水は
下降管１１の水と合流し、熱交換器１６により加熱され
た後、水電解槽１内に供給される。

【００１８】次に、本発明を適用した水電解装置の第２
の実施例について説明する。図３に本発明の第２の実施
例に係るサイホン給水方式による水電解装置のプロセス
フローを示す。図３において図１に示す第１の実施例と
同様な要素には同じ符号を付してある。重複説明を避け
るためここでは本実施例が上記第１の実施例と相違する
点についてのみ説明する。本実施例においては、Ｏ2取
出管１７の途中に接続管４０が接続され、該接続管４０
の他端はアキュミュレーター４１に接続される。アキュ
ミュレーター４１は上昇管４に吹き込むのに必要なだけ
の酸素を通常の運転圧力で貯蔵するものである。アキュ
ミュレーター４１と上昇管４に形成された酸素吹き込み
口４３とは酸素吹き込みライン４３により接続されてい
る。また温度スイッチ３８は圧力コントローラー２０も
制御するようになっている。さらにＫ．Ｏ．ドラム１４
の水素取出側にはＨ₂取出管２１の他に、流量調整弁４
４を備えたＨ₂放出管４５が接続されるとともに、圧力
コントローラー２４に代えて差圧コントローラー４６が
設置されている。その他の構成は図１のものと同じであ
る。

【００１９】第２の実施例の動作について述べると、太
陽光センサー３７により検出される太陽の輻射強度が規
定値より高くなり、かつその時に水電解槽１の温度が規
定値より低いと、温度スイッチ３８が作動し、酸素ライ
ン系統の圧力コントローラー２０の設定圧力値を徐々に
下げる。これにより酸素ライン系統の圧力が低下するこ
とにより、アキュミュレーター４１から酸素が酸素吹き
込みライン４３を介して酸素吹き込み口４２より上昇管
４に供給される。また温度スイッチ３８の作動により温
水供給ライン３１の開閉弁３３が開き、熱交換器１６に
温水が供給される。上昇管４に酸素が供給されると、上
昇管４内に滞留していた水と混合し、その混合物はＯ₂
気液分離器５に送られる。このとき上昇管４内の酸素と
水の混合物の密度は下降管１１内に滞留している水の密
度より小さくなるため、その密度差によるサイホン効果
により水が循環する。すなわち、酸素吹き込み口４２よ
り吹き込んだ酸素により水が強制的に循環されることに
なる。この場合も、第１の実施例と同様、水電解装置１
の上部集合管１Ａが図２（ｂ）に示すように上昇管４に
向かって上方に傾斜する構造に形成されているため、水
の循環がより促進される。

【００２２】水電解槽１の温度が規定値以上に上昇する
と、温度スイッチ３８の作動により、圧力コントローラ
ー２０の圧力設定値は通常の運転における値に設定さ
れ、酸素ライン系統は通常運転の圧力に戻り、酸素吹き
込みラインの圧力コントロールバルブが閉まり、酸素の
吹き込みは止まる。そして温度スイッチ３８の作動によ
り、電力源（太陽電池）２から水電解装置１への電力供
給が開始され、定格運転にはいる。なお、起動時におい
て、水素ライン系統の圧力をそのままにして、酸素ライ
ン系統の圧力のみを低下させると、水電解槽１内の高分
子電解質膜に差圧がかかり、膜にダメージを受けるた
め、水素ライン系統の圧力は差圧コントローラー４６で
コントロールする。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、前記構成としたので、
断続的かつ負荷の変動する電力を供給する太陽電池を用
いても、サイホン給水方式の特長を維持しつつ、装置の
起動をスムーズに行うことが可能となる。また、運転費
及びメンテナンス費を安価にすることができる。さら
に、熱交換器に供給する温水として、プラントの温廃水
を用いると、水素製造に要する電力の低減が可能とな
り、より経済的なものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１の実施例に係るサイホン給水
方式の水電解装置のプロセスフローを示す図である。

【図２】（ａ）は従来の水電解装置の上部集合管の構造
を示す図、（ｂ）は上記実施例における上部集合管の構
造を示す図である。

【図３】本発明による第２の実施例に係るサイホン給水
方式の水電解装置のプロセスフローを示す図である。

【図４】従来のサイホン給水方式の水電解装置のプロセ
スフローを示す図である。

【符号の説明】

１水電解槽２電力源（太陽電
池）４、６上昇管５Ｏ₂気液分離器７Ｈ₂気液分離器１１、１５下降管１６熱交換器３５酸素吹き込み
ライン３７太陽センサー３８温度スイッチ４１アキュミュレーター４３酸素吹き込み
ライン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者森浩章東京都港区西新橋２−８−11 第７東洋海事ビル８階財団法人地球環境産業技術研究機構ＣＯ２固定化等プロジェクト室内 (72)発明者前澤彰二東京都港区西新橋２−８−11 第７東洋海事ビル８階財団法人地球環境産業技術研究機構ＣＯ２固定化等プロジェクト室内 (72)発明者竹中啓恭大阪府池田市緑丘１丁目８番31号工業技術院大阪工業技術研究所内 (72)発明者小黒啓介大阪府池田市緑丘１丁目８番31号工業技術院大阪工業技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高分子電解質膜を備えた水電解槽と、水電解槽内に設置された電極間に電力を供給するための
太陽電池と、発生した酸素と水とを分離するＯ₂気液分離器と、発生した水素と水とを分離するＨ₂気液分離器と、水電解槽の陽極側とＯ₂気液分離器との間に配設される
第１の上昇管と、Ｏ₂気液分離器と水電解槽との間に配
設される第１の下降管とにより形成される第１の循環ラ
インと、水電解槽の陰極側とＨ₂気液分離器との間に配設される
第２の上昇管と、Ｈ₂気液分離器と水電解槽との間に配
設される第２の下降管とにより形成される第２の循環ラ
インとを具備し、さらに、装置起動時に前記第１の上昇管に酸素を吹き込
むための手段を設けるとともに、前記下降管の途中に、
熱媒と冷媒との選択的流通による熱交換器を設けたこと
を特徴とするサイホン給水方式の水電解装置。
【請求項２】前記酸素を吹き込むための手段が、酸素
を高圧で貯蔵するタンクと、該タンクと前記第１の上昇
管とを接続するラインからなることを特徴とする請求項
１に記載の水電解装置。
【請求項３】前記水電解槽に該水電解槽内の温度を検
出する温度検出手段が取り付けられるとともに、該温度
検出手段による検出結果に基づき前記酸素を吹き込むた
めの手段及び前記熱交換器の動作を制御する制御手段が
設置されていることを特徴とする請求項２に記載の水電
解装置。
【請求項４】太陽光センサーの輻射強度を検出するた
めの太陽光センサーが設置されるとともに、前記水電解
槽に該水電解槽内の温度を検出する温度検出手段が取り
付けられ、さらに前記太陽光センサー及び前記温度検出
手段による検出結果に基づき前記酸素を吹き込むための
手段及び前記熱交換器の動作を制御する制御手段が設置
されていることを特徴とする請求項２に記載の水電解装
置。
【請求項５】前記酸素を吹き込むための手段が、当該
装置で製造された酸素の一部を貯蔵するアキュミュレー
ターと、該アキュミュレーターと前記第１の上昇管とを
接続するラインからなることを特徴とする請求項１に記
載の水電解装置。
【請求項６】前記水電解槽に該水電解槽内の温度を検
出する温度検出手段が取り付けられるとともに、酸素ラ
イン系統に圧力調整手段が設置され、さらに該温度検出
手段による検出結果に基づき前記酸素を吹き込むための
手段、前記圧力調整手段及び前記熱交換器の動作を制御
する制御手段が設置されていることを特徴とする請求項
５に記載の水電解装置。
【請求項７】太陽光センサーの輻射強度を検出するた
めの太陽光センサーが設置されるとともに、前記水電解
槽に該水電解槽内の温度を検出する温度検出手段が取り
付けられ、酸素ライン系統に圧力調整手段が設置され、
さらに前記太陽光センサー及び前記温度検出手段による
検出結果に基づき前記酸素を吹き込むための手段、前記
圧力調整手段及び前記熱交換器の動作を制御する制御手
段が設置されていることを特徴とする請求項５に記載の
水電解装置。
【請求項８】前記水電解槽の陽極側上部に設置される
集合管が傾斜を有する構造に形成されていることを特徴
とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の水電解装
置。
【請求項９】高分子電解質膜を備えた水電解槽に太陽
電池により電力を供給するとともに、水電解槽の各電極
側と各気液分離器との間に配設される上昇管及び各気液
分離器と水電解槽との間に配設される下降管とにより形
成される酸素側及び水素側の各循環ラインによるサイホ
ン効果を利用して水電解槽に水を循環供給させて水の電
気分解を行う水電解方法であって、装置起動時に、酸素
側上昇管内に外部から酸素を吹き込んで酸素側循環ライ
ンに水を強制的に循環させるとともに、下降管を通過す
る水を熱交換器により加熱することを特徴とする水電解
方法。