JPH09296288A - 高圧型高純度水素酸素発生装置の冷却機構 - Google Patents
高圧型高純度水素酸素発生装置の冷却機構Info
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- JPH09296288A JPH09296288A JP8113458A JP11345896A JPH09296288A JP H09296288 A JPH09296288 A JP H09296288A JP 8113458 A JP8113458 A JP 8113458A JP 11345896 A JP11345896 A JP 11345896A JP H09296288 A JPH09296288 A JP H09296288A
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- 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
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- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高圧型ＨＨＯＧの冷却機構をシンプルな構成
とし、熱交換器の形式を制限なく自由に選択しうること
によってその冷却効率を向上させること。 【解決手段】 電解セル２を収容したタンク１内の純水
を冷却するための熱交換器７がタンク１の外部に配設さ
れ、且つその入口７ａが配管９ａによってタンク１にお
けるタンク内純水の水面より下部の純水流出口１０に接
続され、熱交換器７の出口７ｂが配管９ｂによってタン
ク１における前記純水流出口１０より下方の純水流入口
１１に接続されている。
とし、熱交換器の形式を制限なく自由に選択しうること
によってその冷却効率を向上させること。 【解決手段】 電解セル２を収容したタンク１内の純水
を冷却するための熱交換器７がタンク１の外部に配設さ
れ、且つその入口７ａが配管９ａによってタンク１にお
けるタンク内純水の水面より下部の純水流出口１０に接
続され、熱交換器７の出口７ｂが配管９ｂによってタン
ク１における前記純水流出口１０より下方の純水流入口
１１に接続されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高圧型高純度水素酸
素発生装置の冷却機構（以下、単に冷却機構という）に
関する。さらに詳しくは、高圧型高純度水素酸素発生装
置における水電解セルを収容したタンク内の純水を冷却
するための冷却機構に関する。
素発生装置の冷却機構（以下、単に冷却機構という）に
関する。さらに詳しくは、高圧型高純度水素酸素発生装
置における水電解セルを収容したタンク内の純水を冷却
するための冷却機構に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】図６
に示すように、高圧型の高純度水素酸素発生装置（以
下、単にＨＨＯＧという）５１は、純水電解セル（以
下、単に電解セルという）５２が収容された水素酸素発
生タンク（以下、単に純水タンクという）５３と、この
純水タンク５３に純水Ｗを供給するための純水供給タン
ク５４と、水素ガスＨ2 から水分を除去するための水素
ガス用気液分離タンク５５とを主要構成機器としてい
る。図中５６は純水供給ポンプである。純水タンク５３
内の電解セル５２では、その周囲の純水が電気分解さ
れ、水素ガスＨ2 と酸素ガスＯ2 とが発生している。発
生した酸素ガスＯ2 は直接純水タンク５３内の純水内を
通過し、酸素ガス取り出し管５７を通して収集される。
一方、発生した水素ガスＨ2 は純水タンク５３内の純水
を通さず、電解セル５２から水素ガス取り出し管５８を
通して水素ガス用気液分離タンク５５に導かれ、そこで
水分を除去して収集される。
に示すように、高圧型の高純度水素酸素発生装置（以
下、単にＨＨＯＧという）５１は、純水電解セル（以
下、単に電解セルという）５２が収容された水素酸素発
生タンク（以下、単に純水タンクという）５３と、この
純水タンク５３に純水Ｗを供給するための純水供給タン
ク５４と、水素ガスＨ2 から水分を除去するための水素
ガス用気液分離タンク５５とを主要構成機器としてい
る。図中５６は純水供給ポンプである。純水タンク５３
内の電解セル５２では、その周囲の純水が電気分解さ
れ、水素ガスＨ2 と酸素ガスＯ2 とが発生している。発
生した酸素ガスＯ2 は直接純水タンク５３内の純水内を
通過し、酸素ガス取り出し管５７を通して収集される。
一方、発生した水素ガスＨ2 は純水タンク５３内の純水
を通さず、電解セル５２から水素ガス取り出し管５８を
通して水素ガス用気液分離タンク５５に導かれ、そこで
水分を除去して収集される。
【０００３】通常、前記純水タンク５３内の純水は電気
分解時の発熱によって温度が上昇するが、これは電解セ
ル５２を構成する部品等の熱劣化防止の観点から好まし
いものではない。さらに、純水温度が上昇すると、純水
タンク５３内の水蒸気量が増加し、発生した酸素ガス中
の水分量も増加するので、除湿負荷が大きくなる。ま
た、装置の作業員にとっても、タンク５３の温度が高い
ことは作業上好ましくはない。
分解時の発熱によって温度が上昇するが、これは電解セ
ル５２を構成する部品等の熱劣化防止の観点から好まし
いものではない。さらに、純水温度が上昇すると、純水
タンク５３内の水蒸気量が増加し、発生した酸素ガス中
の水分量も増加するので、除湿負荷が大きくなる。ま
た、装置の作業員にとっても、タンク５３の温度が高い
ことは作業上好ましくはない。
【０００４】そこで、従来は図６に示すように高圧型Ｈ
ＨＯＧの純水タンク５３は、その中に純水の温度上昇を
抑制するための熱交換器５９を設置して純水を冷却する
ように構成されている。したがって、この熱交換器５９
には純水タンク５３の外部から冷媒を循環させる必要が
あるため、冷媒流通用のパイプ６０ａ、６０ｂが純水タ
ンク５３の容器壁を貫通するかたちで冷媒供給源（図示
せず）から熱交換器５９まで配管されている。そして、
熱交換器５９の入口までの配管６０ａには冷媒供給用の
ポンプ６１が介装されている。
ＨＯＧの純水タンク５３は、その中に純水の温度上昇を
抑制するための熱交換器５９を設置して純水を冷却する
ように構成されている。したがって、この熱交換器５９
には純水タンク５３の外部から冷媒を循環させる必要が
あるため、冷媒流通用のパイプ６０ａ、６０ｂが純水タ
ンク５３の容器壁を貫通するかたちで冷媒供給源（図示
せず）から熱交換器５９まで配管されている。そして、
熱交換器５９の入口までの配管６０ａには冷媒供給用の
ポンプ６１が介装されている。
【０００５】ところが前記純水タンク５３は、電解セル
５２を収容し且つ必要な量の純水を注入しておくだけの
容積を有しているのが一般的である。水素・酸素を得る
ため以上に大型にするのは経済効率が低下するからであ
る。したがって、熱交換器５９はどうしても小型にせざ
るを得ない。さらに、熱交換器５９を電解セル５２の上
方に設置すれば電解セル５２から発生する酸素ガスの気
泡が熱交換器５９の表面に付着して熱交換効率が低下す
るので、どうしても電解セル５２の側方、すなわち電解
セル５２と純水タンク５３の内壁との間隙に設置せざる
を得ない。
５２を収容し且つ必要な量の純水を注入しておくだけの
容積を有しているのが一般的である。水素・酸素を得る
ため以上に大型にするのは経済効率が低下するからであ
る。したがって、熱交換器５９はどうしても小型にせざ
るを得ない。さらに、熱交換器５９を電解セル５２の上
方に設置すれば電解セル５２から発生する酸素ガスの気
泡が熱交換器５９の表面に付着して熱交換効率が低下す
るので、どうしても電解セル５２の側方、すなわち電解
セル５２と純水タンク５３の内壁との間隙に設置せざる
を得ない。
【０００６】そのため、そのサイズがさらに制限される
ことから、従来では専らチューブ型熱交換器、とくにコ
イル状にされたチューブ型の熱交換器が用いられてい
る。しかしながら、蛇管式の熱交換器は他の形式の熱交
換器に比べるとそのサイズが大きい割りには伝熱面積が
小さいので熱交換効率が低いという問題がある。
ことから、従来では専らチューブ型熱交換器、とくにコ
イル状にされたチューブ型の熱交換器が用いられてい
る。しかしながら、蛇管式の熱交換器は他の形式の熱交
換器に比べるとそのサイズが大きい割りには伝熱面積が
小さいので熱交換効率が低いという問題がある。
【０００７】なお、純水タンクの外周面に冷媒ジャケッ
トを形成した二重容器式の純水タンクも考えられるが、
タンク内圧が１０ｋｇ／ｃｍ2 近くになるため、二重高
圧タンクとして製造する場合の製造コストが大幅に上昇
する。さらに、高圧タンク故にタンク肉厚を厚くしなけ
ればならないため、熱交換効率が低いものとなる。
トを形成した二重容器式の純水タンクも考えられるが、
タンク内圧が１０ｋｇ／ｃｍ2 近くになるため、二重高
圧タンクとして製造する場合の製造コストが大幅に上昇
する。さらに、高圧タンク故にタンク肉厚を厚くしなけ
ればならないため、熱交換効率が低いものとなる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本願発明はかかる問題を
解決するためになされたものであり、熱交換器を純水タ
ンクの外部に設置するとともに配管によって純水タンク
と連結することによって特別にポンプを必要とせず、い
わば発熱源を内包した純水タンクといわば冷熱源を内包
した熱交換器とからなるループ内を、純水が自然対流に
よって循環しつつ冷却されるシステムを構築した。さら
に、熱交換器を純水タンクの外部に設置したため、純水
タンクを軽量且つコンパクトに形成することが可能とな
り、さらに、熱交換器の形式を使用条件や設置条件に応
じて選択することができる。
解決するためになされたものであり、熱交換器を純水タ
ンクの外部に設置するとともに配管によって純水タンク
と連結することによって特別にポンプを必要とせず、い
わば発熱源を内包した純水タンクといわば冷熱源を内包
した熱交換器とからなるループ内を、純水が自然対流に
よって循環しつつ冷却されるシステムを構築した。さら
に、熱交換器を純水タンクの外部に設置したため、純水
タンクを軽量且つコンパクトに形成することが可能とな
り、さらに、熱交換器の形式を使用条件や設置条件に応
じて選択することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の冷却機構は、水電解セル
を収容したタンク内の純水を冷却するための高圧型高純
度水素酸素発生装置の冷却機構であって、前記タンク内
の純水を冷却するための熱交換器がタンクの外部に配設
され、且つその入口がタンク内の純水の水面より下方の
第一部位に接続され、その出口がタンクにおける前記第
一部位より下方の第二部位に接続されてなることを特徴
としている。
を収容したタンク内の純水を冷却するための高圧型高純
度水素酸素発生装置の冷却機構であって、前記タンク内
の純水を冷却するための熱交換器がタンクの外部に配設
され、且つその入口がタンク内の純水の水面より下方の
第一部位に接続され、その出口がタンクにおける前記第
一部位より下方の第二部位に接続されてなることを特徴
としている。
【００１０】したがって、熱交換器とタンクとこれら両
者の接続手段（配管等）とから構成されるループ内を純
水が自然対流に起因して自然循環することとなる。すな
わち、タンク内の純水は昇温されて上方へ移動し、熱交
換器内の純水は冷却されて下方に移動するため、タンク
内の純水はタンクの第一部位から熱交換器へ流入し、熱
交換器内の純水はタンクの第二部位からタンク内へ流入
する。
者の接続手段（配管等）とから構成されるループ内を純
水が自然対流に起因して自然循環することとなる。すな
わち、タンク内の純水は昇温されて上方へ移動し、熱交
換器内の純水は冷却されて下方に移動するため、タンク
内の純水はタンクの第一部位から熱交換器へ流入し、熱
交換器内の純水はタンクの第二部位からタンク内へ流入
する。
【００１１】このように、かかる純水循環のためにはポ
ンプはとくに必要とされない。また、循環液体がきわめ
て低粘度の純水であるため、良好に自然循環することと
なる。もちろん、純水を強制循環させるのであれば、ポ
ンプを装備してもよい。
ンプはとくに必要とされない。また、循環液体がきわめ
て低粘度の純水であるため、良好に自然循環することと
なる。もちろん、純水を強制循環させるのであれば、ポ
ンプを装備してもよい。
【００１２】また、熱交換器はタンクの外部に設置され
るため、純水タンクを従来のものより一層軽量かつコン
パクトに形成することができる。したがって、製造コス
トの低減が可能となるばかりではなく、輸送や据え付け
における取扱が容易となる。さらに、従来技術のよう
に、熱交換器のサイズ、形状および形式等に対するタン
ク容積による制限はない。したがって、ＨＨＯＧの使用
条件、設置する工場の設備、設置面積等に応じて、種々
の形式の熱交換器を選択することができる。熱交換器の
形式は限定されず、たとえば、プレート型熱交換器また
は種々の管形状を有するシェル・アンド・チューブ形が
主に用いられる。
るため、純水タンクを従来のものより一層軽量かつコン
パクトに形成することができる。したがって、製造コス
トの低減が可能となるばかりではなく、輸送や据え付け
における取扱が容易となる。さらに、従来技術のよう
に、熱交換器のサイズ、形状および形式等に対するタン
ク容積による制限はない。したがって、ＨＨＯＧの使用
条件、設置する工場の設備、設置面積等に応じて、種々
の形式の熱交換器を選択することができる。熱交換器の
形式は限定されず、たとえば、プレート型熱交換器また
は種々の管形状を有するシェル・アンド・チューブ形が
主に用いられる。
【００１３】また、前記熱交換器がタンクに着脱自在に
取り付けられてなる冷却機構にあっては、予め熱交換器
をタンクに配管して一体装着しておくこともできる。し
たがって、熱交換器とタンクとを一体にして輸送するこ
とができるため、コスト低減に資することとなる。ま
た、この冷却機構を設置する場合にも、一体の状態で据
えつけることができ、しかも、設置現場においてタンク
と熱交換器との配管を行う必要がないため、コスト低減
に資することとなる。さらに、通常はメーカーの工場で
組み立てられるため、従来は設置現場で行われていた漏
洩検査、耐圧検査または気密検査等の各種検査がメーカ
ーの工場で効率よく行われうるので好ましい。
取り付けられてなる冷却機構にあっては、予め熱交換器
をタンクに配管して一体装着しておくこともできる。し
たがって、熱交換器とタンクとを一体にして輸送するこ
とができるため、コスト低減に資することとなる。ま
た、この冷却機構を設置する場合にも、一体の状態で据
えつけることができ、しかも、設置現場においてタンク
と熱交換器との配管を行う必要がないため、コスト低減
に資することとなる。さらに、通常はメーカーの工場で
組み立てられるため、従来は設置現場で行われていた漏
洩検査、耐圧検査または気密検査等の各種検査がメーカ
ーの工場で効率よく行われうるので好ましい。
【００１４】
【実施例】つぎに、添付図面に示された実施例を参照し
つつ本発明の冷却機構を説明する。
つつ本発明の冷却機構を説明する。
【００１５】図１は本発明の冷却機構の一実施例を示す
断面図、図２は本発明の冷却機構の他の実施例を示す一
部断面正面図、図３〜５はそれぞれ本発明の冷却機構の
さらに他の実施例を示す断面図である。
断面図、図２は本発明の冷却機構の他の実施例を示す一
部断面正面図、図３〜５はそれぞれ本発明の冷却機構の
さらに他の実施例を示す断面図である。
【００１６】図１において、１が純水タンク（以下、単
にタンクという）であり、その中の支持台３上に電解セ
ル２が据えつけられている。電解セル２からは発生水素
ガスＨ2 を取り出すための水素ガス取り出し管４がタン
ク１の壁を貫通して水素ガス用気液分離タンク（図示し
ない）まで延設されている。５は酸素ガスＯ2 を取り出
すための酸素ガス取り出し管である。６は純水供給管で
ある。
にタンクという）であり、その中の支持台３上に電解セ
ル２が据えつけられている。電解セル２からは発生水素
ガスＨ2 を取り出すための水素ガス取り出し管４がタン
ク１の壁を貫通して水素ガス用気液分離タンク（図示し
ない）まで延設されている。５は酸素ガスＯ2 を取り出
すための酸素ガス取り出し管である。６は純水供給管で
ある。
【００１７】７は公知のプレート型の熱交換器である。
８は冷媒供給ポンプであり、冷媒供給源（図示しない）
から熱交換器７に冷媒を供給する。冷媒としては冷水や
フロンガス等が用いられる。
８は冷媒供給ポンプであり、冷媒供給源（図示しない）
から熱交換器７に冷媒を供給する。冷媒としては冷水や
フロンガス等が用いられる。
【００１８】熱交換器７における被冷却流体たる純水の
入口７ａは配管９ａによってタンク１の純水流出口（特
許請求の範囲でいう第一部位）１０に接続されている。
熱交換器７における純水の出口７ｂは配管９ｂによって
タンク１の純水流入口（特許請求の範囲でいう第二部
位）１１に接続されている。なお、配管９ａ、９ｂはフ
ランジ（図示しない）を介して分離可能に接続されてい
る。
入口７ａは配管９ａによってタンク１の純水流出口（特
許請求の範囲でいう第一部位）１０に接続されている。
熱交換器７における純水の出口７ｂは配管９ｂによって
タンク１の純水流入口（特許請求の範囲でいう第二部
位）１１に接続されている。なお、配管９ａ、９ｂはフ
ランジ（図示しない）を介して分離可能に接続されてい
る。
【００１９】前記純水流出口１０はタンク１における純
水流入口１１より上方に形成されており、ＨＨＯＧの運
転中はタンク１内の純水の水面は純水流出口１０より上
方となるようにされている。後述のごとく、自然循環に
よって純水を冷却するためにそうする必要があるからで
ある。
水流入口１１より上方に形成されており、ＨＨＯＧの運
転中はタンク１内の純水の水面は純水流出口１０より上
方となるようにされている。後述のごとく、自然循環に
よって純水を冷却するためにそうする必要があるからで
ある。
【００２０】叙上の構成により、熱源たる電解セル２に
よって加熱されたタンク内の純水はタンク内を上昇し、
一方、熱交換器内で冷却された純水は熱交換器内を下降
する。かかる自然対流によって、タンク１、熱交換器７
および配管９ａ、９ｂから構成されるループ内を純水が
自然循環することになる。
よって加熱されたタンク内の純水はタンク内を上昇し、
一方、熱交換器内で冷却された純水は熱交換器内を下降
する。かかる自然対流によって、タンク１、熱交換器７
および配管９ａ、９ｂから構成されるループ内を純水が
自然循環することになる。
【００２１】熱源たる電解セル２の位置に対する、冷却
された純水流入口１１の上下相対位置関係は、タンク内
の純水の温度上昇を効率良く抑制するために、上下方向
にほぼ同一位置とするか、図１〜５に示すように電解セ
ル２より下方に純水流入口１１を形成するのが好まし
い。冷却された純水を直接的に電解セル２に供給しうる
からである。
された純水流入口１１の上下相対位置関係は、タンク内
の純水の温度上昇を効率良く抑制するために、上下方向
にほぼ同一位置とするか、図１〜５に示すように電解セ
ル２より下方に純水流入口１１を形成するのが好まし
い。冷却された純水を直接的に電解セル２に供給しうる
からである。
【００２２】なお、万一の場合に備えて、気泡となって
上昇する発生酸素ガスが純水流出口１０に流入して熱交
換器７に至らないように、図示のごとく、純水流出口１
０のタンク内側部分を下側および横周囲を覆うような酸
素ガス流入防止用のカバー１２を純水流出口１０の下側
から取り付けておいてもよい。このカバー１２の形状
は、ほぼ半球形の容器を縦方向に二分割したものであ
る。かかる形状のカバー１２により、純水はカバー１２
の内側を純水流出口１０に向かって下方に流れ、酸素ガ
ス気泡は浮力によって上方に移動するため、純水の流れ
に酸素ガス気泡が同伴することがない。したがって、熱
交換器７には酸素ガス気泡が流入することもない。本カ
バー１２の形状にはとくに限定はなく、下方から上昇し
てくる酸素ガス気泡が純水流出口１０近傍を通過するこ
とを妨げうる形状であればよい。
上昇する発生酸素ガスが純水流出口１０に流入して熱交
換器７に至らないように、図示のごとく、純水流出口１
０のタンク内側部分を下側および横周囲を覆うような酸
素ガス流入防止用のカバー１２を純水流出口１０の下側
から取り付けておいてもよい。このカバー１２の形状
は、ほぼ半球形の容器を縦方向に二分割したものであ
る。かかる形状のカバー１２により、純水はカバー１２
の内側を純水流出口１０に向かって下方に流れ、酸素ガ
ス気泡は浮力によって上方に移動するため、純水の流れ
に酸素ガス気泡が同伴することがない。したがって、熱
交換器７には酸素ガス気泡が流入することもない。本カ
バー１２の形状にはとくに限定はなく、下方から上昇し
てくる酸素ガス気泡が純水流出口１０近傍を通過するこ
とを妨げうる形状であればよい。
【００２３】つぎに、図２に示す冷却機構は、その純水
冷却原理が図１の冷却機構と同じであるが、前記熱交換
器７をタンク１に直接取り付けて一体化したものであ
る。
冷却原理が図１の冷却機構と同じであるが、前記熱交換
器７をタンク１に直接取り付けて一体化したものであ
る。
【００２４】本実施例では、熱交換器７をタンク１の架
台１３にボルト（図示しない）によって着脱自在に取り
付けている。もちろん、配管９ａ、９ｂもフランジ（図
示しない）を介して分離可能に接続されている。
台１３にボルト（図示しない）によって着脱自在に取り
付けている。もちろん、配管９ａ、９ｂもフランジ（図
示しない）を介して分離可能に接続されている。
【００２５】このような構成としたので架台１３にタン
ク１の架台を用いることができ、熱交換器７用の架台を
別途設置する必要がない。また、配管９ａ、９ｂの長さ
を短くすることができる。これによって装置をコンパク
トにすることができる。
ク１の架台を用いることができ、熱交換器７用の架台を
別途設置する必要がない。また、配管９ａ、９ｂの長さ
を短くすることができる。これによって装置をコンパク
トにすることができる。
【００２６】なお、タンクと熱交換器の一体化について
は、本発明ではとくに架台によることに限定されること
はなく、たとえば熱交換器７が軽量であれば、前記配管
９ａ、９ｂのみによっても支持することが可能である。
は、本発明ではとくに架台によることに限定されること
はなく、たとえば熱交換器７が軽量であれば、前記配管
９ａ、９ｂのみによっても支持することが可能である。
【００２７】タンク１は高圧で用いられており、タンク
１から純水の漏れを防ぐために、タンク１の配管口は少
ない方がよい。かかる観点から、図３に示す冷却機構
は、熱交換器７からタンク１へ純水を流入させる配管９
ｂと純水供給管６とが接続されてタンク１へ流入する純
水が合流するようにされたものである。また、熱交換器
７からこの接続点１４までのあいだに逆止弁１５が介装
されているので、図１において２つあった配管口を１つ
にすることができた。かかる構成により、配管口の数を
減らすことができるのでタンク１のシール性および安全
性が向上する。さらに、純水供給管６を通して図示しな
い供給ポンプによって純水を供給する際に熱交換器７か
らの冷水をも強制的にタンク１へ流入させることができ
る。また、逆止弁１５の介装によって冷水が熱交換器７
へ逆流することを防止している。
１から純水の漏れを防ぐために、タンク１の配管口は少
ない方がよい。かかる観点から、図３に示す冷却機構
は、熱交換器７からタンク１へ純水を流入させる配管９
ｂと純水供給管６とが接続されてタンク１へ流入する純
水が合流するようにされたものである。また、熱交換器
７からこの接続点１４までのあいだに逆止弁１５が介装
されているので、図１において２つあった配管口を１つ
にすることができた。かかる構成により、配管口の数を
減らすことができるのでタンク１のシール性および安全
性が向上する。さらに、純水供給管６を通して図示しな
い供給ポンプによって純水を供給する際に熱交換器７か
らの冷水をも強制的にタンク１へ流入させることができ
る。また、逆止弁１５の介装によって冷水が熱交換器７
へ逆流することを防止している。
【００２８】図４に示す冷却機構では、図３のものと同
様に、熱交換器７からタンク１へ純水を流入させる配管
９ｂと純水供給管６とが接続されている。ただし、前記
配管９ｂにおける熱交換器７からこの接続点１４までの
あいだの部分にポンプ１６が介装されている点で図３の
冷却機構と異なっている。かかる構成により、配管が簡
略化されることはもとより、熱交換器７によって冷却さ
れた純水を強制的にタンク１内に注入することができ
る。その結果、タンク１内の純水が攪拌され、タンク１
内での冷却効果が向上する。
様に、熱交換器７からタンク１へ純水を流入させる配管
９ｂと純水供給管６とが接続されている。ただし、前記
配管９ｂにおける熱交換器７からこの接続点１４までの
あいだの部分にポンプ１６が介装されている点で図３の
冷却機構と異なっている。かかる構成により、配管が簡
略化されることはもとより、熱交換器７によって冷却さ
れた純水を強制的にタンク１内に注入することができ
る。その結果、タンク１内の純水が攪拌され、タンク１
内での冷却効果が向上する。
【００２９】図５に示す冷却機構も、図４のものと同様
に、熱交換器７からタンク１へ純水を流入させる配管９
ｂと純水供給管６とが接続されており、前記配管９ｂの
接続点１４までの部分ににポンプ１６が介装されてい
る。ただし、前記配管９ｂはタンク１に単に接続されて
いるだけではなく、さらにタンク１内に延びて直接電解
セル２に接続されている。すなわち、電解セル２中の純
水供給マニホールド（図示しない）に冷却された純水を
直接供給しうるように構成されている。
に、熱交換器７からタンク１へ純水を流入させる配管９
ｂと純水供給管６とが接続されており、前記配管９ｂの
接続点１４までの部分ににポンプ１６が介装されてい
る。ただし、前記配管９ｂはタンク１に単に接続されて
いるだけではなく、さらにタンク１内に延びて直接電解
セル２に接続されている。すなわち、電解セル２中の純
水供給マニホールド（図示しない）に冷却された純水を
直接供給しうるように構成されている。
【００３０】かかる構成により、配管が簡略化されるこ
とはもとより、熱源たる電解セル２を直接冷却すること
が可能となる。その結果、図示しない固体電解質膜やガ
スケット等、電解セル２の部品の熱劣化を効率的に防止
することができる。
とはもとより、熱源たる電解セル２を直接冷却すること
が可能となる。その結果、図示しない固体電解質膜やガ
スケット等、電解セル２の部品の熱劣化を効率的に防止
することができる。
【００３１】なお、前記配管９ｂを直接電解セル２に接
続する構成は図５に示す冷却機構だけに限定されず、他
にも図１、図２、図３および図４に示す冷却機構等にも
適用可能である。
続する構成は図５に示す冷却機構だけに限定されず、他
にも図１、図２、図３および図４に示す冷却機構等にも
適用可能である。
【００３２】つぎに、叙上のごとく構成された冷却機構
と従来の冷却機構とについて、その冷却効率を比較する
ことによって、本発明の冷却機構をその機能面から説明
する。
と従来の冷却機構とについて、その冷却効率を比較する
ことによって、本発明の冷却機構をその機能面から説明
する。
【００３３】一般に、前記実施例で採用されているプレ
ート型熱交換器の伝熱係数αａは１０００〜３０００ｋ
ｃａｌ／ｍ2 ／ｈｒ（平均を２０００ｋｃａｌ／ｍ2 ／
ｈｒとする）であり、従来技術で採用されているコイル
チューブ型熱交換器の伝熱係数αｂは２００〜１０００
ｋｃａｌ／ｍ2 ／ｈｒ（平均を５００ｋｃａｌ／ｍ2／
ｈｒとする）である。
ート型熱交換器の伝熱係数αａは１０００〜３０００ｋ
ｃａｌ／ｍ2 ／ｈｒ（平均を２０００ｋｃａｌ／ｍ2 ／
ｈｒとする）であり、従来技術で採用されているコイル
チューブ型熱交換器の伝熱係数αｂは２００〜１０００
ｋｃａｌ／ｍ2 ／ｈｒ（平均を５００ｋｃａｌ／ｍ2／
ｈｒとする）である。
【００３４】一方、従来技術や実施例における一般的な
電解セルの発熱量Ｑは、電流値６００Ａ、電圧５０Ｖか
ら、２５８００ｋｃａｌとなる。
電解セルの発熱量Ｑは、電流値６００Ａ、電圧５０Ｖか
ら、２５８００ｋｃａｌとなる。
【００３５】そして、冷却条件として、被冷却体たる純
水の冷却温度、つまり温度降下ΔＴを８０℃から５０℃
までの３０℃とし、冷媒の熱交換器内温度上昇Δｔを３
２℃から３７℃までの５℃とする。
水の冷却温度、つまり温度降下ΔＴを８０℃から５０℃
までの３０℃とし、冷媒の熱交換器内温度上昇Δｔを３
２℃から３７℃までの５℃とする。
【００３６】そうすると、本実施例（プレート型熱交換
器採用）の熱交換器の必要伝熱面積Ａａは、Ａａ＝Ｑ／
αａ＝２５８００ｋｃａｌ÷２０００ｋｃａｌ／ｍ2 ／
ｈｒ＝１２．９ｍ2 となる。
器採用）の熱交換器の必要伝熱面積Ａａは、Ａａ＝Ｑ／
αａ＝２５８００ｋｃａｌ÷２０００ｋｃａｌ／ｍ2 ／
ｈｒ＝１２．９ｍ2 となる。
【００３７】一方、従来技術（コイルチューブ型熱交換
器採用）の熱交換器の必要伝熱面積Ａｂは、Ａｂ＝Ｑ／
αｂ＝２５８００ｋｃａｌ÷５００ｋｃａｌ／ｍ2 ／ｈ
ｒ＝５１．６ｍ2 となる。
器採用）の熱交換器の必要伝熱面積Ａｂは、Ａｂ＝Ｑ／
αｂ＝２５８００ｋｃａｌ÷５００ｋｃａｌ／ｍ2 ／ｈ
ｒ＝５１．６ｍ2 となる。
【００３８】このように、従来技術に比べると約１／４
という少ない伝熱面積の熱交換器、換言すれば小型（薄
型）の熱交換器を採用することができる。このような小
型、薄型の熱交換器としうるので、タンク１との一体化
も容易となる。このように、自在に熱交換器の形式やサ
イズを選択しうるのは、従来のようにタンク内壁と電解
セルとのあいだという、形状が限定された空間に設置す
る必要がないからである。また、言い換えれば、熱交換
器をプレート型にするとともに、サイズを従来と同程度
にすれば冷却効率を大幅に向上することが可能となる。
という少ない伝熱面積の熱交換器、換言すれば小型（薄
型）の熱交換器を採用することができる。このような小
型、薄型の熱交換器としうるので、タンク１との一体化
も容易となる。このように、自在に熱交換器の形式やサ
イズを選択しうるのは、従来のようにタンク内壁と電解
セルとのあいだという、形状が限定された空間に設置す
る必要がないからである。また、言い換えれば、熱交換
器をプレート型にするとともに、サイズを従来と同程度
にすれば冷却効率を大幅に向上することが可能となる。
【００３９】もし、前記熱交換器の伝熱面積を従来技術
と本実施例とを同一にすれば、従来技術における冷媒流
量および被冷却体たる純水の流量を本実施例のそれの約
４倍にする必要があり、非現実的である。
と本実施例とを同一にすれば、従来技術における冷媒流
量および被冷却体たる純水の流量を本実施例のそれの約
４倍にする必要があり、非現実的である。
【００４０】叙上のごとく本冷却機構では、軽量且つコ
ンパクトで冷却効率の向上が可能となる。
ンパクトで冷却効率の向上が可能となる。
【００４１】本実施例では、タンクを縦置き（タンクの
中心軸をほぼ鉛直方向にした設置）にしたものを例示し
たが、本発明ではとくに縦置きに限定されることはな
く、横置き（タンクの中心軸をほぼ水平方向にした設
置）にしてもよい。
中心軸をほぼ鉛直方向にした設置）にしたものを例示し
たが、本発明ではとくに縦置きに限定されることはな
く、横置き（タンクの中心軸をほぼ水平方向にした設
置）にしてもよい。
【００４２】
【発明の効果】本発明の冷却機構によれば、純水を自然
対流によって循環しつつ冷却しうるため、特別な装置を
必要とすることなくシンプルな構成となる。もちろん、
強制循環のための装置（ポンプ等）を装備することも可
能である。しかも、熱交換器をタンクの外部に設置した
ため、タンクを軽量且つコンパクトに形成して製造コス
ト、輸送コストおよび設置工事コストを低減することが
できる。また、熱交換器の形式を、使用条件や設置条件
に応じて自在に選択することができ、冷却効率を向上さ
せることが可能となる。
対流によって循環しつつ冷却しうるため、特別な装置を
必要とすることなくシンプルな構成となる。もちろん、
強制循環のための装置（ポンプ等）を装備することも可
能である。しかも、熱交換器をタンクの外部に設置した
ため、タンクを軽量且つコンパクトに形成して製造コス
ト、輸送コストおよび設置工事コストを低減することが
できる。また、熱交換器の形式を、使用条件や設置条件
に応じて自在に選択することができ、冷却効率を向上さ
せることが可能となる。
【図１】本発明の冷却機構の一実施例を示す断面図であ
る。
る。
【図２】本発明の冷却機構の他の実施例を示す一部断面
正面図である。
正面図である。
【図３】本発明の冷却機構のさらに他の実施例を示す断
面図である。
面図である。
【図４】本発明の冷却機構のさらに他の実施例を示す断
面図である。
面図である。
【図５】本発明の冷却機構のさらに他の実施例を示す断
面図である。
面図である。
【図６】従来の冷却機構を備えたＨＨＯＧの一例を示す
説明図である。
説明図である。
１・・・タンク ２・・・電解セル ７・・・熱交換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 宙幸 東京都練馬区西大泉２−25−43
Claims (1)
- 【請求項１】 水電解セルを収容したタンク内の純水を
冷却するための高圧型高純度水素酸素発生装置の冷却機
構であって、前記タンク内の純水を冷却するための熱交
換器がタンクの外部に配設され、且つその入口がタンク
内の純水の水面より下方の第一部位に接続され、該熱交
換器の出口がタンクにおける前記第一部位より下方の第
二部位に接続されてなることを特徴とする高圧型高純度
水素酸素発生装置の冷却機構。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11345896A JP3618166B2 (ja) | 1996-05-08 | 1996-05-08 | 高純度水素酸素発生装置 |
| TW086104707A TW347417B (en) | 1996-05-08 | 1997-04-12 | An apparatus for producing hydrogen and oxygen |
| US08/850,280 US5888361A (en) | 1996-05-08 | 1997-05-05 | Apparatus for producing hydrogen and oxygen |
| CNB971097860A CN1143009C (zh) | 1996-05-08 | 1997-05-06 | 用于生产氢和氧的装置 |
| CNA2004100029769A CN1519393A (zh) | 1996-05-08 | 1997-05-06 | 用于生产氢和氧的装置 |
| KR1019970017549A KR100468541B1 (ko) | 1996-05-08 | 1997-05-07 | 수소및산소발생장치 |
| EP97303138A EP0806498B1 (en) | 1996-05-08 | 1997-05-08 | An apparatus for producing hydrogen and oxygen |
| DE69706225T DE69706225T2 (de) | 1996-05-08 | 1997-05-08 | Verfahren zur Herstellung von Wasserstof und Sauerstoff |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11345896A JP3618166B2 (ja) | 1996-05-08 | 1996-05-08 | 高純度水素酸素発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09296288A true JPH09296288A (ja) | 1997-11-18 |
| JP3618166B2 JP3618166B2 (ja) | 2005-02-09 |
Family
ID=14612759
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11345896A Expired - Fee Related JP3618166B2 (ja) | 1996-05-08 | 1996-05-08 | 高純度水素酸素発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3618166B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7048839B2 (en) | 2002-01-29 | 2006-05-23 | Mitsubishi Corporation | System and method for generating high pressure hydrogen |
| CN100350076C (zh) * | 2001-10-15 | 2007-11-21 | 高效电解池制氢有限责任公司 | 压力电解器及其操作方法 |
| JP2018193573A (ja) * | 2017-05-15 | 2018-12-06 | 株式会社東芝 | 電解液タンク、電解装置、および水素製造システム |
-
1996
- 1996-05-08 JP JP11345896A patent/JP3618166B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100350076C (zh) * | 2001-10-15 | 2007-11-21 | 高效电解池制氢有限责任公司 | 压力电解器及其操作方法 |
| US7048839B2 (en) | 2002-01-29 | 2006-05-23 | Mitsubishi Corporation | System and method for generating high pressure hydrogen |
| JP2018193573A (ja) * | 2017-05-15 | 2018-12-06 | 株式会社東芝 | 電解液タンク、電解装置、および水素製造システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3618166B2 (ja) | 2005-02-09 |
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