JPH09291385A - 水電解装置の水循環装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、電流のＯＮ／ＯＦＦ制御、もしく
は、電流の強弱の制御により、水のリフトアップ量を増
加し、スムーズに水を循環することができる水電解装置
の水循環装置を提供することをもくてき目的とする。 【解決手段】 本発明に係る水電解装置の水循環装置
は、（Ａ）水電解槽３と、（Ｂ）前記水電解槽３へ重力
により水を供給する水槽１、２と、（Ｃ）前記水槽１、
２から水電解槽３へ水を供給する水供給配管４、５と、
（Ｄ）水電解により生じた酸素もしくは水素を用いて、
ガスリフトにより水電解槽３内の水を水槽１、２へ戻す
排出管１０、１１と、（Ｅ）電解電流を制御する電流制
御装置９とから成ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は固体高分子水電解装
置の水の循環装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の固体高分子水電解装置の水の循環
は、図７に示すように、主としてポンプによりおこなわ
れていた。また、ポンプを使用しない方法として、ガス
リフトを利用したものもあったが、電流は流したままで
あり、循環効率を高めるために電流をＯＮ／ＯＦＦする
ものは無かった。ここで、ガスリフトを利用した方法と
は、図８に示すように、配管を上昇するガスの力を利用
して水をリフトアップすることを言う。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術には、次の
ような問題がある。 （１）従来の固体高分子水電解装置の水の循環は、図７
に示すように、主としてポンプによりおこなわれている
が、ポンプを使用することによるプラントの部品点数の
増加からコストの上昇や、メンテナンス性の低下がある
とともに、ポンプが動力を消費することからプラントの
効率を低下させている。 （２）また、ポンプを使用しない方法として、図８に示
すように、電解により発生した酸素ガスを用いガスリフ
トにより水を循環する方法も存在するが、循環できる水
の量が少ないことから、小規模な水電解装置や、試験用
機にしか利用できなかった。

【０００４】そして、水電解では、電解を効率的に行う
ため、また、冷却するために、電解に用いられる水の量
よりも多くの水を循環する必要がある。本発明はこのよ
うな問題を解決することができる水電解装置の水の循環
装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る装置は、ガ
スリフトによる循環水路を設置した上で、電解電流を制
御するである。電流制御装置としては、例えば、（ａ）
電流チョッパを用いて電解電流をＯＮ／ＯＦＦさせるも
の、（ｂ）あるいは、電流に強弱を付与する装置を用い
て電解電流を制御するものがある。

【０００６】水槽は水電解槽よりも上方に設置され、水
供給配管で水電解槽の水導入口へ接合される。水電解槽
の発生ガス出口には水素出口と酸素出口があり、余剰な
水と同時に発生ガスが出力される。

【０００７】この発生ガス出口には、ガスリフト配管が
接合されており水槽へつながっている。水槽の上方には
ガス出口が設置されている。

【０００８】水電解槽に電解用電流を供給する装置の内
部、もしくは、水電解槽と電源との間には、電流制御装
置（電流チョッパと呼ばれる電流をＯＮ／ＯＦＦできる
スイッチ、電流に強弱を付与する装置など）を設ける。
すなわち、 （第１の手段）本発明に係る水電解装置の水循環装置
は、（Ａ）水電解槽と、（Ｂ）前記水電解槽へ重力によ
り水を供給する水槽と、（Ｃ）前記水槽から水電解槽へ
水を供給する水供給配管と、（Ｄ）水電解により生じた
酸素もしくは水素を用いて、ガスリフトにより水電解槽
内の水を水槽へ戻す排出管と、（Ｅ）電解電流を制御す
る電流制御装置とから成ることを特徴とする。 （第２の手段）本発明に係る水電解装置の水循環装置
は、第１の手段において、電流制御装置として、電流チ
ョッパを用いることを特徴とする。 （第３の手段）本発明に係る水電解装置の水循環装置
は、第１の手段において、電流制御装置として、電流に
強弱を付与する装置を用いることを特徴とする。

【０００９】従って、次のように作用する。水電解槽へ
の水の供給は、水槽が上方に設置されていることから、
水の重力で自動的に供給される。

【００１０】しかし、それだけでは電解により消費され
る水と同じ量しか供給されない。このような形態である
と、電解反応点に十分な水を供給することができない。
また、電解で生じる熱が溜まり、温度が異常に上昇して
しまう。

【００１１】それを防ぐためには、余剰な水を循環させ
る必要がある。ガスリフトを利用すれば、水をガスの浮
力により水槽まで戻すことが期待できるが、循環できる
水の量は多くない。

【００１２】そこで、電解電流を制御することにより、
多量の水を、循環させることができる方法として、
（ａ）電解電流を、ＯＮ／ＯＦＦすることにより、多量
の水を、図４に示すプロセスで循環させることができ
る。

【００１３】図４のプロセスの説明。 （１）電源ＯＦＦ時 電源ＯＦＦの時は、図４（１）に示すように、排出管は
水槽から重力により供給された水で満たされている。

【００１４】（２）電源ＯＮ時 電源がＯＮにされると、ガスの発生が始まる。ガスは浮
力により上昇しようとする。

【００１５】そのとき、図４（２）に示すように、排出
管のＡ部にある水はガスの浮力により水槽へ押し上げら
れる。 （３）電流を遮断する 電流を遮断すると、ガスの発生が停止する。

【００１６】すでに発生しているガスは、上昇を続け
る。更なるガスの発生がないため、図４（３）に示すよ
うに、スムーズに水が供給口から入ってくる。

【００１７】（４）電流ＯＦＦのままで水の供給が行わ
れるまで待つ。図４（４）の状態は、図４（１）の状態
と同じと考えられる。 （５）電流をＯＮにする。

【００１８】電流をＯＮにすると、再びガスの発生が始
まり、図４（５）に示すように、排出管のＡ部にある水
はガスの浮力により水槽へ押し上げられる。 （６）前述の、（３）→（４）→（５）を繰り返すこと
により、スムーズに水を供給することができる。 （ｂ）電流の強弱の制御により、多量の水を、図６に示
すプロセスで循環させることができる。

【００１９】図６のプロセスの説明。 （１）電源ＯＦＦ時 電源ＯＦＦの時は、図６（１）に示すように、排出管は
水槽から重力により供給された水で満たされている。

【００２０】（２）電流が流れ始めた時 電流が流れ始めた時は、図６（２）に示すようになる。 （３）電流が増加する時 電流が増加する時は、図６（３）に示すようになり、ガ
スのリフトアップが始まる。

【００２１】（４）電流が減少する時 電流が減少する時は、図６（４）に示すようになり、前
のガスはリフトアップを続け、水が流れ込む。

【００２２】（５）電流がミニマムの時 電流がミニマムの時は、図６（５）に示すようになり、
十分な水が供給される。

【００２３】（６）電流増加開始 電流の増加を開始すると、図６（６）に示すようにな
り、図６（３）へ戻る。 （７）前述の、（５）→（６）→（３）→（４）→
（５）を繰り返すことにより、効率よく、スムーズに水
を供給することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）図１〜図４に本発明の第１の実施
の形態を示す。図１は本発明の第１の実施の形態の水電
解システムの系統図、図２は本発明の第１の実施の形態
の水電解システムの説明図、図３は本発明の第１の実施
の形態のＯＮ／ＯＦＦシステムによる電流図、図４は本
発明の第１の実施の形態の水循環のプロセスを示す図で
ある。

【００２５】図１に示すように、酸素側水槽１と水素側
水槽２が水電解槽３の上方に設置され、重力の力によ
り、水供給配管４、５を通じて、自然に水電解槽３に水
が給配されている。

【００２６】電源６は、サイリスタにより電流のＯＮ／
ＯＦＦが可能なものとなっており、これにより、電解に
よって発生するガスの量、および、発生間隔を任意に選
択できる。

【００２７】電流のＯＮ／ＯＦＦの方式としては、この
他に、トランジスタ、スイッチ、ＩＧＢＴ等の多くの方
式をも採用することが出来る。第１の実施の形態におけ
る電流を図３に示す。

【００２８】酸素側水槽１と水素側水槽２には、消費さ
れた水を補給する系統７と８が設けられている。水は、
発生したガスにより、排出管１０と１１内をリフトアッ
プされる。

【００２９】ガスの発生は、電源６により断続的になさ
れているため、ガスとガスの間に効果的に水が挟まれ、
多量の水のリフトアップが可能になる。リフトアップさ
れた水を補うため、水は、重力の力で水供給配管４、５
から供給される。

【００３０】そのため、水は、 酸素側水槽１→水供給配管４→水電解槽３→排出管１０→酸素側水槽１、 水素側水槽２→水供給配管５→水電解槽３→排出管１１→酸素側水槽２、 とスムーズに循環することになる。

【００３１】酸素側水槽１と水素側水槽２では、排出管
１０と１１から排出されたガスと水を気液分離し、ガス
のみを送り出す。水は、酸素側水槽１と水素側水槽２の
中にとどまり、再び給配水として利用される。

【００３２】電流の電流のＯＮ／ＯＦＦ制御により、多
量の水を、図４に示すプロセスで循環させることができ
る。 （第２の実施の形態）第２の実施の形態を図５〜図６に
示す。

【００３３】図５は、電流強弱システムによる電流図、
図６は、第２の実施の形態の水電解システムの水循環の
説明図である。第１の実施の形態では、電解によって発
生するガスの量、および、発生間隔を電流のＯＮ／ＯＦ
Ｆ制御により実現するが、第２の実施の形態では、電解
によって発生するガスの量、および、発生間隔を電流の
強弱の制御により実現する。

【００３４】電流の強弱の制御によっても、多量の水
を、図６に示すプロセスで循環させることができる。第
２の実施の形態では、第１の実施の形態のように断続的
に電流を流さないので、水電解槽への電気的衝撃（ショ
ック）が少なくなる。そのため機器の寿命を増大するこ
とができる。

【００３５】

【発明の効果】本発明は前述のように構成されているの
で以下に記載するような効果を奏する。 （１）本発明によれば、電流のＯＮ／ＯＦＦ制御、もし
くは、電流の強弱の制御により、水のリフトアップ量を
増加し、スムーズに水を循環することができる。 （２）そのため、電解用水の反応点への均一分配が可能
になる。

【００３６】また、水が循環することにより、温度の均
一化も可能になる。 （３）その結果、効率を向上することができる。 （４）また、ポンプを用いないことによる、コストの低
減や、動力の低減も実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る水電解システ
ムの系統図。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係る水電解システ
ムの説明図。

【図３】本発明の第１の実施の形態に係るＯＮ／ＯＦＦ
システムによる電源電流図。

【図４】本発明の第１の実施の形態に係る水電解システ
ムの水循環の説明図。

【図５】本発明の第２の実施の形態に係る電流強弱シス
テムによる電流図。

【図６】本発明の第２の実施の形態に係る水電解システ
ムの水循環の説明図。

【図７】従来の水電解システムの系統図（１）。

【図８】従来の水電解システムの説明図（２）。

【符号の説明】

１…水槽（酸素側） ２…水槽（水素側） ３…水電解槽 ４…水供給配管（酸素側） ５…水供給配管（水素側） ６…電源 ７…水の補給系統（酸素側水槽） ８…水の補給系統（水素側水槽） ９…電流制御装置 ９ａ…電流チョッパ ９ｂ…電流に強弱を付与する装置 １０…排出管（酸素ガスおよび水） １１…排出管（水素ガスおよび水）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（Ａ）水電解槽（３）と、（Ｂ）前記水電
   解槽（３）へ重力により水を供給する水槽（１、２）
   と、（Ｃ）前記水槽（１、２）から水電解槽（３）へ水
   を供給する水供給配管（４、５）と、（Ｄ）水電解によ
   り生じた酸素もしくは水素を用いて、ガスリフトにより
   水電解槽（３）内の水を水槽（１、２）へ戻す排出管
   （１０、１１）と、（Ｅ）電解電流を制御する電流制御
   装置（９）とから成ることを特徴とする水電解装置の水
   循環装置。
2. 【請求項２】電流制御装置（９）として、電流チョッパ
   （９ａ）を用いることを特徴とする請求項１記載の水電
   解装置の水循環装置。
3. 【請求項３】電流制御装置（９）として、電流に強弱を
   付与する装置（９ｂ）を用いることを特徴とする請求項
   １記載の水電解装置の水循環装置。