JPH11228101A - 水素・酸素製造プロセス及びその水素の利用プロセス - Google Patents
水素・酸素製造プロセス及びその水素の利用プロセスInfo
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
- Y02P90/50—Energy storage in industry with an added climate change mitigation effect
Abstract
(57)【要約】
【課題】 自然エネルギーを利用して得られる変動の大
きな電力を使用しても、立ち上がり特性に優れ、装置を
作動させるための特別のエネルギー源を必要とせず、安
定して水素と酸素を製造しうる水素・酸素製造プロセス
と地球環境に優しい（ＣＯ2 発生量が少ない）水素利用
プロセスを提供すること。 【解決手段】 風車３１の風力を利用して電力を得る。
固体高分子電解質膜を挟んで位置する陽極室と陰極室を
有する電解セルに上記電力を印加し、陽極室に供給され
た純水を電気分解することにより、陰極室で水素ガスを
生成し、陰極室で酸素ガスを生成する。この水素をＬＮ
Ｇタンク３７から供給されるＬＮＧおよびＬＰＧタンク
４２から供給されるＬＰＧに混合してハイタンとし、気
体燃料として利用する。
きな電力を使用しても、立ち上がり特性に優れ、装置を
作動させるための特別のエネルギー源を必要とせず、安
定して水素と酸素を製造しうる水素・酸素製造プロセス
と地球環境に優しい（ＣＯ2 発生量が少ない）水素利用
プロセスを提供すること。 【解決手段】 風車３１の風力を利用して電力を得る。
固体高分子電解質膜を挟んで位置する陽極室と陰極室を
有する電解セルに上記電力を印加し、陽極室に供給され
た純水を電気分解することにより、陰極室で水素ガスを
生成し、陰極室で酸素ガスを生成する。この水素をＬＮ
Ｇタンク３７から供給されるＬＮＧおよびＬＰＧタンク
４２から供給されるＬＰＧに混合してハイタンとし、気
体燃料として利用する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は水素・酸素製造プロ
セス及びその水素の利用プロセスに関し、特に、自然エ
ネルギーを利用して得られる変動の大きな電力を使用す
る場合においても安定して水素と酸素を製造することが
可能な固体高分子電解質膜を備えた電解セルを用いて水
素または酸素を製造するプロセス及びその水素の利用プ
ロセスに関する。
セス及びその水素の利用プロセスに関し、特に、自然エ
ネルギーを利用して得られる変動の大きな電力を使用す
る場合においても安定して水素と酸素を製造することが
可能な固体高分子電解質膜を備えた電解セルを用いて水
素または酸素を製造するプロセス及びその水素の利用プ
ロセスに関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】水素
または酸素を製造する方法としては、アルカリ水電解法
が知られているが、アルカリ水電解法は電流効率が低
く、装置が腐食しやすく、漏洩電流による酸素混入を避
けるため、常に２０％以上の電流負荷をかけておく必要
があり、さらに、通電後ガスが発生するまでに３０分の
時間が必要である。このように、アルカリ水電解法には
様々な欠点があるので、これらの欠点を解消するプロセ
スとして、導電性担体を固体とする固体電解質を用いた
水電解法が提案されている。
または酸素を製造する方法としては、アルカリ水電解法
が知られているが、アルカリ水電解法は電流効率が低
く、装置が腐食しやすく、漏洩電流による酸素混入を避
けるため、常に２０％以上の電流負荷をかけておく必要
があり、さらに、通電後ガスが発生するまでに３０分の
時間が必要である。このように、アルカリ水電解法には
様々な欠点があるので、これらの欠点を解消するプロセ
スとして、導電性担体を固体とする固体電解質を用いた
水電解法が提案されている。
【０００３】ところで、クリーンなエネルギーとして将
来の需要拡大が期待される水素を、固体電解質型水電解
装置で製造するに際しては電源が必要である。その電源
を得る方法として、地球環境に悪影響を与えない（ＣＯ
2 の発生がない）風力等の自然エネルギーを利用した発
電手段が提案されている（例えば、特開昭５７−４２５
０１号公報参照）。
来の需要拡大が期待される水素を、固体電解質型水電解
装置で製造するに際しては電源が必要である。その電源
を得る方法として、地球環境に悪影響を与えない（ＣＯ
2 の発生がない）風力等の自然エネルギーを利用した発
電手段が提案されている（例えば、特開昭５７−４２５
０１号公報参照）。
【０００４】ところが、水電解に用いられる電解質には
固体高分子電解質と、無機質からなる固体電解質があ
り、上記公報に開示された電解質は後者のものであり、
同公報に開示された固体電解質には、次のような欠点が
ある。
固体高分子電解質と、無機質からなる固体電解質があ
り、上記公報に開示された電解質は後者のものであり、
同公報に開示された固体電解質には、次のような欠点が
ある。
【０００５】（１）無機質からなる固体電解質は、その
電解質として一般的にイットリアで安定化したジルコニ
アが使用されている。このジルコニアを使用した場合の
作動温度は１０００℃であるため、この温度まで昇温す
るための特別の熱源が必要である。
電解質として一般的にイットリアで安定化したジルコニ
アが使用されている。このジルコニアを使用した場合の
作動温度は１０００℃であるため、この温度まで昇温す
るための特別の熱源が必要である。
【０００６】（２）自然のエネルギーとして風力を利用
する場合、その場所は山間もしくは海岸の僻地であり、
１０００℃の熱源を得るのは困難である。何らかの手段
により１０００℃の熱源が得られたとしても、風力の変
動に追随させて加熱すれば、立ち上がり特性の極めて悪
いものとなり、また、風力の変動にもかかわらず常に１
０００℃に維持するためのランニングコストがかかり、
非常に効率が悪い。本発明は従来の技術の有するこのよ
うな問題点に鑑みてなされたものであって、その目的
は、自然エネルギーを利用して得られる変動の大きな電
力を使用しても、立ち上がり特性に優れ、装置を作動さ
せるための特別のエネルギー源を必要とせず、安定して
水素と酸素を製造しうる水素・酸素製造プロセスを提供
することにある。また、本発明の別の目的は、地球環境
に優しい（ＣＯ2 発生量が少ない）水素利用プロセスを
提供することにある。
する場合、その場所は山間もしくは海岸の僻地であり、
１０００℃の熱源を得るのは困難である。何らかの手段
により１０００℃の熱源が得られたとしても、風力の変
動に追随させて加熱すれば、立ち上がり特性の極めて悪
いものとなり、また、風力の変動にもかかわらず常に１
０００℃に維持するためのランニングコストがかかり、
非常に効率が悪い。本発明は従来の技術の有するこのよ
うな問題点に鑑みてなされたものであって、その目的
は、自然エネルギーを利用して得られる変動の大きな電
力を使用しても、立ち上がり特性に優れ、装置を作動さ
せるための特別のエネルギー源を必要とせず、安定して
水素と酸素を製造しうる水素・酸素製造プロセスを提供
することにある。また、本発明の別の目的は、地球環境
に優しい（ＣＯ2 発生量が少ない）水素利用プロセスを
提供することにある。
【０００７】
【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、固体高分子電解質膜を備えた電解セルを用
いることとしている。固体高分子電解質膜を備えた電解
セルは大気温度から８０℃のまでの間の温度で作動可能
であるから、特別の加熱源を必要としない。このよう
に、本発明の電解セルは常温で作動可能であるため、自
然エネルギーの変動に追随して加熱する必要はなく、立
ち上がり特性が優れており、安定して水素と酸素を製造
できる。
に本発明は、固体高分子電解質膜を備えた電解セルを用
いることとしている。固体高分子電解質膜を備えた電解
セルは大気温度から８０℃のまでの間の温度で作動可能
であるから、特別の加熱源を必要としない。このよう
に、本発明の電解セルは常温で作動可能であるため、自
然エネルギーの変動に追随して加熱する必要はなく、立
ち上がり特性が優れており、安定して水素と酸素を製造
できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】すなわち、本発明の要旨は、自然
エネルギーを利用して得た電力を利用して純水を電気分
解することにより水素または酸素を製造するプロセスで
あって、固体高分子電解質膜を挟んで位置する陰極室と
陽極室を有する電解セルに上記電力を印加し、陽極室に
供給された純水を電気分解することにより、陰極室で水
素ガスを生成し、陽極室で酸素ガスを生成することを特
徴とする水素・酸素製造プロセスを第一の発明とし、上
記第一の発明において、自然エネルギーが風力、太陽光
または海水の波力である水素・酸素製造プロセスを第二
の発明とし、第一の発明のプロセスにおいて生成した水
素を天然ガスに混合することによって得たハイタンを気
体燃料として利用する水素の利用プロセスを第三の発明
とする。
エネルギーを利用して得た電力を利用して純水を電気分
解することにより水素または酸素を製造するプロセスで
あって、固体高分子電解質膜を挟んで位置する陰極室と
陽極室を有する電解セルに上記電力を印加し、陽極室に
供給された純水を電気分解することにより、陰極室で水
素ガスを生成し、陽極室で酸素ガスを生成することを特
徴とする水素・酸素製造プロセスを第一の発明とし、上
記第一の発明において、自然エネルギーが風力、太陽光
または海水の波力である水素・酸素製造プロセスを第二
の発明とし、第一の発明のプロセスにおいて生成した水
素を天然ガスに混合することによって得たハイタンを気
体燃料として利用する水素の利用プロセスを第三の発明
とする。
【０００９】上記のように構成される本発明によれば、
以下のようにして水素と酸素を製造することができる。
以下のようにして水素と酸素を製造することができる。
【００１０】まず、本発明の固体高分子電解質を用いた
水電解法について説明する。
水電解法について説明する。
【００１１】例えば、図１に示すような電解セル１を備
えた固体高分子電解質型水電解装置により水電解を行
う。図１の電解セル１は多数の固体高分子電解質膜ユニ
ット２を並列させたものであり、両端に通電用の端部電
極板３、３を備えている。
えた固体高分子電解質型水電解装置により水電解を行
う。図１の電解セル１は多数の固体高分子電解質膜ユニ
ット２を並列させたものであり、両端に通電用の端部電
極板３、３を備えている。
【００１２】固体高分子電解質膜ユニット２は、主とし
て固体高分子電解質膜４と、その固体高分子電解質膜４
の両面に添設される多孔質給電体５、５と、その多孔質
給電体５、５の外側に配設される複極式電極板６、６と
から構成される。固体高分子電解質膜４はプロトン導電
性材料からなる膜である。多孔質給電体５としては、例
えば、白金族金属等でメッキされたチタン等からなる多
孔質でメッシュ状のものが用いられる。複極式電極板６
は、通電により片面が陰極に、もう一方の面が陽極にな
るものである。１つの複極式電極板６をとってみれば、
それは左右両側の固体高分子電解質膜ユニット２、２に
共通の構成部材となっている。
て固体高分子電解質膜４と、その固体高分子電解質膜４
の両面に添設される多孔質給電体５、５と、その多孔質
給電体５、５の外側に配設される複極式電極板６、６と
から構成される。固体高分子電解質膜４はプロトン導電
性材料からなる膜である。多孔質給電体５としては、例
えば、白金族金属等でメッキされたチタン等からなる多
孔質でメッシュ状のものが用いられる。複極式電極板６
は、通電により片面が陰極に、もう一方の面が陽極にな
るものである。１つの複極式電極板６をとってみれば、
それは左右両側の固体高分子電解質膜ユニット２、２に
共通の構成部材となっている。
【００１３】図２は、１つの固体高分子電解質膜ユニッ
ト２の分解断面図である。固体高分子電解質膜４の両側
には、この固体高分子電解質膜４と複極式電極板６、６
と環状のガスケット７で囲まれてシールされた空間が形
成され、このそれぞれが、後記する陰極室Ｃおよび陽極
室Ｄ（図２中２点鎖線で示されたもの）となる。この陰
極室Ｃおよび陽極室Ｄのそれぞれに多孔質給電体５が収
容されている。
ト２の分解断面図である。固体高分子電解質膜４の両側
には、この固体高分子電解質膜４と複極式電極板６、６
と環状のガスケット７で囲まれてシールされた空間が形
成され、このそれぞれが、後記する陰極室Ｃおよび陽極
室Ｄ（図２中２点鎖線で示されたもの）となる。この陰
極室Ｃおよび陽極室Ｄのそれぞれに多孔質給電体５が収
容されている。
【００１４】図１に示すように、端部電極板３、３間に
図１中左側が陽極、右側が陰極となるように電流を通電
すると、各複極式電極板６は左側に陰極、右側に陽極を
生じさせる。このため、１つの複極式電極板６はその複
極式電極板の図中左側の固体高分子電解質膜ユニット２
では陰極側８の構成部材となり、図中右側の固体高分子
電解質膜ユニット２では陽極側９の構成部材となる。こ
うして、図２に示すように、１つの固体高分子電解質膜
ユニット２には固体高分子電解質膜４よりも右側の陰極
室Ｃと固体高分子電解質膜４よりも左側の陽極室Ｄとが
形成される。
図１中左側が陽極、右側が陰極となるように電流を通電
すると、各複極式電極板６は左側に陰極、右側に陽極を
生じさせる。このため、１つの複極式電極板６はその複
極式電極板の図中左側の固体高分子電解質膜ユニット２
では陰極側８の構成部材となり、図中右側の固体高分子
電解質膜ユニット２では陽極側９の構成部材となる。こ
うして、図２に示すように、１つの固体高分子電解質膜
ユニット２には固体高分子電解質膜４よりも右側の陰極
室Ｃと固体高分子電解質膜４よりも左側の陽極室Ｄとが
形成される。
【００１５】この状態で純水供給経路１０（図１参照）
を通じて純水を陽極室Ｄに供給すれば、陽極室Ｄでは、 ２Ｈ2Ｏ → Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ- の反応が起こり、酸素ガスが発生する。陽極室Ｄで発生
したプロトンはプロトン導電性である固体高分子電解質
膜４内を少量の水を伴って移動し、陰極室Ｃに到達す
る。陰極室Ｃでは、この到達したプロトンに、 ４Ｈ+＋４ｅ- → ２Ｈ2 の反応が起こり、水素ガスが発生する。なお、この反応
中、図３に示す水素分離タンク１１、酸素分離タンク１
２、水素分離タンク１１と連結された陰極室Ｃおよび酸
素分離タンク１２と連結された陽極室Ｄの内圧は、発生
するガスをそのユースポイントに輸送するため、または
ユースポイントで必要とされる範囲で、ある程度加圧状
態とされている。しかも、これら水素分離タンク１１、
酸素分離タンク１２、陰極室Ｃおよび陽極室Ｄの内圧は
ほぼ同等とされており、これにより固体高分子電解質膜
４の左右で差圧がほとんど生じない状態で水素と酸素が
生成する。このような電解セル１を備えた固体高分子電
解質型水電解装置の経路図が図３に示されている。図３
の装置は、主として純水製造ユニットＡとガス発生ユニ
ットＢとからなる。
を通じて純水を陽極室Ｄに供給すれば、陽極室Ｄでは、 ２Ｈ2Ｏ → Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ- の反応が起こり、酸素ガスが発生する。陽極室Ｄで発生
したプロトンはプロトン導電性である固体高分子電解質
膜４内を少量の水を伴って移動し、陰極室Ｃに到達す
る。陰極室Ｃでは、この到達したプロトンに、 ４Ｈ+＋４ｅ- → ２Ｈ2 の反応が起こり、水素ガスが発生する。なお、この反応
中、図３に示す水素分離タンク１１、酸素分離タンク１
２、水素分離タンク１１と連結された陰極室Ｃおよび酸
素分離タンク１２と連結された陽極室Ｄの内圧は、発生
するガスをそのユースポイントに輸送するため、または
ユースポイントで必要とされる範囲で、ある程度加圧状
態とされている。しかも、これら水素分離タンク１１、
酸素分離タンク１２、陰極室Ｃおよび陽極室Ｄの内圧は
ほぼ同等とされており、これにより固体高分子電解質膜
４の左右で差圧がほとんど生じない状態で水素と酸素が
生成する。このような電解セル１を備えた固体高分子電
解質型水電解装置の経路図が図３に示されている。図３
の装置は、主として純水製造ユニットＡとガス発生ユニ
ットＢとからなる。
【００１６】純水製造ユニットＡは、主として純水タン
ク１３とポンプ１４と熱交換ユニット１５とイオン交換
器１６とからなる。純水タンク１３には後記するように
ガス発生ユニットＢから環流経路１７を通じて環流され
て再利用される環流水と、水補給経路１８を通じて補給
される純水とが蓄えられている。環流水はガス発生ユニ
ットＢにおいて熱を受けて高温であるため、この環流水
を含む純水タンク１３中の水もある程度高温となってい
る。この水はポンプ１４によりまず熱交換ユニット１５
に送られ、ここで熱交換が行われて水が冷却される。冷
却された水はイオン交換樹脂が充填されたイオン交換器
１６に送られ、ガス発生ユニットＢで生じたイオンが除
去される。このようにして純水製造ユニットＡにて冷
却、清浄化された純水が、ガス発生ユニットＢへ供給さ
れる。なお、装置の冷却のため、ガス発生ユニットＢへ
は電気分解される量よりも多い量の水が送られる。
ク１３とポンプ１４と熱交換ユニット１５とイオン交換
器１６とからなる。純水タンク１３には後記するように
ガス発生ユニットＢから環流経路１７を通じて環流され
て再利用される環流水と、水補給経路１８を通じて補給
される純水とが蓄えられている。環流水はガス発生ユニ
ットＢにおいて熱を受けて高温であるため、この環流水
を含む純水タンク１３中の水もある程度高温となってい
る。この水はポンプ１４によりまず熱交換ユニット１５
に送られ、ここで熱交換が行われて水が冷却される。冷
却された水はイオン交換樹脂が充填されたイオン交換器
１６に送られ、ガス発生ユニットＢで生じたイオンが除
去される。このようにして純水製造ユニットＡにて冷
却、清浄化された純水が、ガス発生ユニットＢへ供給さ
れる。なお、装置の冷却のため、ガス発生ユニットＢへ
は電気分解される量よりも多い量の水が送られる。
【００１７】ガス発生ユニットＢは、主として図１に示
すような電解セル１と水素分離タンク１１と酸素分離タ
ンク１２とスクラバー１９とからなる。純水製造ユニッ
トＡから供給された純水は純水供給経路１０（図１参
照）を通じて電解セル１内の固体高分子電解質膜ユニッ
ト２の陽極室Ｄ（図２参照）に供給され、上記したよう
にこの固体高分子電解質ユニット２内で水が電気分解さ
れ、水素ガスと酸素ガスが発生する。陰極室Ｃで発生し
た水素ガスは、プロトンに伴われて固体高分子電解質膜
４（図２参照）を移動してきた比較的少量の水とともに
（すなわち、水素ガス中に水が含まれた状態で）水素ガ
ス取出経路２０を通じて水素分離タンク１１に送られ
る。ここで水素ガスと水が分離されて水素ガスが取りだ
される。陽極室Ｄで発生した酸素ガスは、比較的多量の
冷却用の水とともに（すなわち、水の中に酸素ガスが含
まれた状態で）酸素ガス取出経路２１を通じて酸素分離
タンク１２に送られ、ここで酸素ガスと水が分離されて
酸素ガスが取り出される。水素分離タンク１１および酸
素分離タンク１２でそれぞれガスと分離された水は廃棄
される場合もあるし、図３に示すように、環流経路１７
を通じて純水製造ユニットＡの純水タンク１３に環流さ
れて再利用される場合もある。なお、水素分離タンク１
１から環流される水は防爆処理のためにスクラバー１９
で残存水素ガスを除去された後、酸素分離タンク１２か
ら環流される水と混合される。
すような電解セル１と水素分離タンク１１と酸素分離タ
ンク１２とスクラバー１９とからなる。純水製造ユニッ
トＡから供給された純水は純水供給経路１０（図１参
照）を通じて電解セル１内の固体高分子電解質膜ユニッ
ト２の陽極室Ｄ（図２参照）に供給され、上記したよう
にこの固体高分子電解質ユニット２内で水が電気分解さ
れ、水素ガスと酸素ガスが発生する。陰極室Ｃで発生し
た水素ガスは、プロトンに伴われて固体高分子電解質膜
４（図２参照）を移動してきた比較的少量の水とともに
（すなわち、水素ガス中に水が含まれた状態で）水素ガ
ス取出経路２０を通じて水素分離タンク１１に送られ
る。ここで水素ガスと水が分離されて水素ガスが取りだ
される。陽極室Ｄで発生した酸素ガスは、比較的多量の
冷却用の水とともに（すなわち、水の中に酸素ガスが含
まれた状態で）酸素ガス取出経路２１を通じて酸素分離
タンク１２に送られ、ここで酸素ガスと水が分離されて
酸素ガスが取り出される。水素分離タンク１１および酸
素分離タンク１２でそれぞれガスと分離された水は廃棄
される場合もあるし、図３に示すように、環流経路１７
を通じて純水製造ユニットＡの純水タンク１３に環流さ
れて再利用される場合もある。なお、水素分離タンク１
１から環流される水は防爆処理のためにスクラバー１９
で残存水素ガスを除去された後、酸素分離タンク１２か
ら環流される水と混合される。
【００１８】上記した固体高分子電解質型水電解装置
は、電流効率が高く、腐食の問題もなく、通電と同時に
ガスが発生し、最大負荷電流に対して０〜１００％の範
囲の電流負荷率での運転が可能であるという長所を有し
ている。例えば、夜間や休日等ガスの使用量が少量で足
りる場合には、ガスの発生量を少量とするため電流負荷
率を最大負荷電流の１０％以下（たとえば、２％程度）
に設定して運転することも可能である。
は、電流効率が高く、腐食の問題もなく、通電と同時に
ガスが発生し、最大負荷電流に対して０〜１００％の範
囲の電流負荷率での運転が可能であるという長所を有し
ている。例えば、夜間や休日等ガスの使用量が少量で足
りる場合には、ガスの発生量を少量とするため電流負荷
率を最大負荷電流の１０％以下（たとえば、２％程度）
に設定して運転することも可能である。
【００１９】固体高分子電解質型水電解装置によれば、
以上のようなプロセスを経て水素と酸素を製造できる
が、その水電解装置を運転するには電力が必要である。
その電源として、自然エネルギーを利用して得られる電
力を使用する場合、その電力変動は極めて大きいが、固
体高分子電解質膜を用いることにより０〜１００％の範
囲の電流負荷率での運転が可能であるから、常に安定し
て発電量に応じた量の水素と酸素を発生させることがで
きる。また、固体高分子電解質を用いた電解セルは常温
で作動可能であるから、特別の加熱源が不要であり、自
然エネルギーの変動に追随して加熱するという必要もな
いので、立ち上がり特性が優れている。かくして、本発
明によれば、効率よく比較的低コストで純水を電気分解
して水素と酸素を生成することができる。
以上のようなプロセスを経て水素と酸素を製造できる
が、その水電解装置を運転するには電力が必要である。
その電源として、自然エネルギーを利用して得られる電
力を使用する場合、その電力変動は極めて大きいが、固
体高分子電解質膜を用いることにより０〜１００％の範
囲の電流負荷率での運転が可能であるから、常に安定し
て発電量に応じた量の水素と酸素を発生させることがで
きる。また、固体高分子電解質を用いた電解セルは常温
で作動可能であるから、特別の加熱源が不要であり、自
然エネルギーの変動に追随して加熱するという必要もな
いので、立ち上がり特性が優れている。かくして、本発
明によれば、効率よく比較的低コストで純水を電気分解
して水素と酸素を生成することができる。
【００２０】自然エネルギーとしては、風力、太陽光ま
たは海水の波力を利用することができるが、太陽光発電
は直流電力が得られて直接その電力が水電解に使用でき
る点で好ましく、風力発電は発電設備設置のためのスペ
ースが小さい点で好ましい。また、太陽光発電と風力発
電を併設して用いてもよい。
たは海水の波力を利用することができるが、太陽光発電
は直流電力が得られて直接その電力が水電解に使用でき
る点で好ましく、風力発電は発電設備設置のためのスペ
ースが小さい点で好ましい。また、太陽光発電と風力発
電を併設して用いてもよい。
【００２１】このような固体高分子電解質型水電解装置
を天然ガス（液化天然ガス、液化石油ガス）供給設備の
近傍に設置して、その装置で製造した水素を天然ガスに
混合してハイタンを得、そのハイタンを既設の天然ガス
供給ラインを利用して輸送し、各種目的の気体燃料とし
て使用することができる。また、水素脆性対策や安全対
策を施すことにより、１００％水素を気体燃料として用
いることも可能である。
を天然ガス（液化天然ガス、液化石油ガス）供給設備の
近傍に設置して、その装置で製造した水素を天然ガスに
混合してハイタンを得、そのハイタンを既設の天然ガス
供給ラインを利用して輸送し、各種目的の気体燃料とし
て使用することができる。また、水素脆性対策や安全対
策を施すことにより、１００％水素を気体燃料として用
いることも可能である。
【００２２】固体高分子電解質膜としては、固体高分子
電解質を膜状に成形したもの、例えば、カチオン交換膜
（フッ素樹脂系スルフォン酸カチオン交換膜、例えば、
デュポン社製「ナフィオン１１７」）の両面に、貴金
属、特に、白金族金属からなる多孔質層を化学的に無電
解メッキで接合した構造の固体高分子電解質膜を使用す
るのが好適である。また、この場合、白金族金属のうち
イリジウムが好ましく、特に、白金とイリジウムの２層
の構造とした場合には、８０℃において２００Ａ／ｄｍ
2 の高電流密度で約４年間の長期にわたって電気分解す
ることが可能になる。なお、この場合、上記イリジウム
の他にも２種類以上の白金族金属をメッキした多層構造
の固体高分子電解質膜も使用可能であり、このような構
造とすることによて、より高電流密度化が可能である。
電解質を膜状に成形したもの、例えば、カチオン交換膜
（フッ素樹脂系スルフォン酸カチオン交換膜、例えば、
デュポン社製「ナフィオン１１７」）の両面に、貴金
属、特に、白金族金属からなる多孔質層を化学的に無電
解メッキで接合した構造の固体高分子電解質膜を使用す
るのが好適である。また、この場合、白金族金属のうち
イリジウムが好ましく、特に、白金とイリジウムの２層
の構造とした場合には、８０℃において２００Ａ／ｄｍ
2 の高電流密度で約４年間の長期にわたって電気分解す
ることが可能になる。なお、この場合、上記イリジウム
の他にも２種類以上の白金族金属をメッキした多層構造
の固体高分子電解質膜も使用可能であり、このような構
造とすることによて、より高電流密度化が可能である。
【００２３】本願の固体高分子電解質膜を備えた電解セ
ルの構造は図１に示すものと実質的に同等であり、固体
高分子電解質膜と多孔質給電体との接触面には水が存在
しないので、溶液抵抗、ガス抵抗が少ない。従って、固
体高分子電解質膜と多孔質給電体との間の接触抵抗が低
く、電圧降下を少なくでき、電流分布が均一となる。そ
の結果、高電流密度化、高温水電解、高圧水電解が可能
となり、高純度の水素ガス、酸素ガスを効率よく得るこ
とが可能である。
ルの構造は図１に示すものと実質的に同等であり、固体
高分子電解質膜と多孔質給電体との接触面には水が存在
しないので、溶液抵抗、ガス抵抗が少ない。従って、固
体高分子電解質膜と多孔質給電体との間の接触抵抗が低
く、電圧降下を少なくでき、電流分布が均一となる。そ
の結果、高電流密度化、高温水電解、高圧水電解が可能
となり、高純度の水素ガス、酸素ガスを効率よく得るこ
とが可能である。
【００２４】
【実施例】以下に本発明の水素・酸素製造プロセスを適
用するに好適な設備の一実施例を図面を参照しながら説
明する。図４は、風力発電で得た電力を電源として純水
を電気分解することにより水素を製造するプラントと天
然ガス供給基地を組み合わせた設備の概略構成を示す図
である。
用するに好適な設備の一実施例を図面を参照しながら説
明する。図４は、風力発電で得た電力を電源として純水
を電気分解することにより水素を製造するプラントと天
然ガス供給基地を組み合わせた設備の概略構成を示す図
である。
【００２５】図４において、３１は風車、３２は発電
器、３３は図１、図２に示すような電解セルを用いた固
体高分子電解質型水電解装置、３４は水素タンク、３５
は液化天然ガス（ＬＮＧ）のタンクローリー、３６は液
化石油ガス（ＬＰＧ）のタンクローリーである。ＬＮＧ
タンクローリー３５内のＬＮＧはＬＮＧタンク３７、蒸
発器３８、ミキシングタンク３９を経てミキサー４０に
達する。ＬＰＧタンクローリー３６内のＬＰＧはポンプ
４１、ＬＰＧタンク４２、ポンプ４３、蒸発器４４を経
てミキサー４０に達する。ミキサー４０では、ＬＮＧと
ＬＰＧが混合される。風車３１の風力を利用して得た電
力を電源として上記プロセスに従って固体高分子電解質
型水電解装置３３において生成した水素は、水素タンク
３４を経てミキサー４５に達する。ミキサー４５におい
ては、ＬＮＧとＬＰＧの混合ガスに水素が１５％添加さ
れて混合され、いわゆる、ハイタンが得られる。そし
て、そのハイタンは、経路４７あるいはガスホルダー４
８を経て各種工場等の気体燃料として用いられる。な
お、装置３３で発生する水素の圧力は３０ｋｇ／ｃｍ2
であり、輸送に有利である。
器、３３は図１、図２に示すような電解セルを用いた固
体高分子電解質型水電解装置、３４は水素タンク、３５
は液化天然ガス（ＬＮＧ）のタンクローリー、３６は液
化石油ガス（ＬＰＧ）のタンクローリーである。ＬＮＧ
タンクローリー３５内のＬＮＧはＬＮＧタンク３７、蒸
発器３８、ミキシングタンク３９を経てミキサー４０に
達する。ＬＰＧタンクローリー３６内のＬＰＧはポンプ
４１、ＬＰＧタンク４２、ポンプ４３、蒸発器４４を経
てミキサー４０に達する。ミキサー４０では、ＬＮＧと
ＬＰＧが混合される。風車３１の風力を利用して得た電
力を電源として上記プロセスに従って固体高分子電解質
型水電解装置３３において生成した水素は、水素タンク
３４を経てミキサー４５に達する。ミキサー４５におい
ては、ＬＮＧとＬＰＧの混合ガスに水素が１５％添加さ
れて混合され、いわゆる、ハイタンが得られる。そし
て、そのハイタンは、経路４７あるいはガスホルダー４
８を経て各種工場等の気体燃料として用いられる。な
お、装置３３で発生する水素の圧力は３０ｋｇ／ｃｍ2
であり、輸送に有利である。
【００２６】次に、図４に示す天然ガス供給設備から供
給されるガス（水素無添加）の種類を１３Ａとし、現在
２トン／hrの１３Ａガスを供給しているとし、これを１３
Ａガス相当発熱量のハイタンに変更した場合に、ＣＯ2
の発生量がどの程度低減されるかを試算したので、その
結果について説明する。１３Ａガスの１Ｎｍ3 の燃焼に
よって発生するＣＯ2 量は１．２０Ｎｍ3 であり、１３
Ａガスの１Ｎｍ3 相当発熱量のハイタンの燃焼によって
発生するＣＯ2 量は１．１４Ｎｍ3 であるので、１３Ａ
ガスをハイタンに変更することによって、年間のＣＯ2
削減量は約１８００トンになる。
給されるガス（水素無添加）の種類を１３Ａとし、現在
２トン／hrの１３Ａガスを供給しているとし、これを１３
Ａガス相当発熱量のハイタンに変更した場合に、ＣＯ2
の発生量がどの程度低減されるかを試算したので、その
結果について説明する。１３Ａガスの１Ｎｍ3 の燃焼に
よって発生するＣＯ2 量は１．２０Ｎｍ3 であり、１３
Ａガスの１Ｎｍ3 相当発熱量のハイタンの燃焼によって
発生するＣＯ2 量は１．１４Ｎｍ3 であるので、１３Ａ
ガスをハイタンに変更することによって、年間のＣＯ2
削減量は約１８００トンになる。
【００２７】以上で明らかなように、図４に示すプロセ
スによれば、ハイタンを輸送するに際して既設の天然ガ
ス供給ラインを利用することができるので、比較的低コ
ストで地球環境に優しい（ＣＯ2 発生量の少ない）水素
利用プロセスを提供することができる。
スによれば、ハイタンを輸送するに際して既設の天然ガ
ス供給ラインを利用することができるので、比較的低コ
ストで地球環境に優しい（ＣＯ2 発生量の少ない）水素
利用プロセスを提供することができる。
【００２８】
【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、自然エネルギーを利用して得られる変動の大きな電
力を使用しても、立ち上がり特性に優れ、装置を作動さ
せるための特別のエネルギー源を必要とせず、安定して
水素と酸素を製造しうる水素・酸素製造プロセスを提供
することができる。また、地球環境に優しい（ＣＯ2 発
生量が少ない）水素利用プロセスを提供することができ
る。
で、自然エネルギーを利用して得られる変動の大きな電
力を使用しても、立ち上がり特性に優れ、装置を作動さ
せるための特別のエネルギー源を必要とせず、安定して
水素と酸素を製造しうる水素・酸素製造プロセスを提供
することができる。また、地球環境に優しい（ＣＯ2 発
生量が少ない）水素利用プロセスを提供することができ
る。
【図１】固体高分子電解質型水電解装置に用いられる電
解セルの一例を示す断面図である。
解セルの一例を示す断面図である。
【図２】図１に示す電解セルの固体高分子電解質膜ユニ
ットの分解断面図である。
ットの分解断面図である。
【図３】固体高分子電解質型水電解装置の経路図であ
る。
る。
【図４】風力発電で得た電力を電源として純水を電気分
解することにより水素を製造するプラントと天然ガス供
給基地を組み合わせた設備の概略構成を示す図である。
解することにより水素を製造するプラントと天然ガス供
給基地を組み合わせた設備の概略構成を示す図である。
１…電解セル ２…固体高分子電解質膜ユニット ４…固体高分子電解質膜 ３１…風車 ３３…固体高分子電解質型水電解装置 ３７…ＬＮＧタンク ３９、４６…ミキシングタンク ４２…ＬＰＧタンク Ｃ…陰極室 Ｄ…陽極室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｍ 10/40 Ｃ１０Ｌ 3/00 Ｋ // Ｈ０１Ｍ 8/12 Ｈ０１Ｌ 31/04 Ｒ
Claims (3)
- 【請求項１】 自然エネルギーを利用して得た電力を利
用して純水を電気分解することにより水素または酸素を
製造するプロセスであって、固体高分子電解質膜を挟ん
で位置する陰極室と陽極室を有する電解セルに上記電力
を印加し、陽極室に供給された純水を電気分解すること
により、陰極室で水素ガスを生成し、陽極室で酸素ガス
を生成することを特徴とする水素・酸素製造プロセス。 - 【請求項２】 自然エネルギーが風力、太陽光または海
水の波力である請求項１記載の水素・酸素製造プロセ
ス。 - 【請求項３】 請求項１記載のプロセスにおいて生成し
た水素を天然ガスに混合することによって得たハイタン
を気体燃料として利用する水素の利用プロセス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10027216A JPH11228101A (ja) | 1998-02-09 | 1998-02-09 | 水素・酸素製造プロセス及びその水素の利用プロセス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10027216A JPH11228101A (ja) | 1998-02-09 | 1998-02-09 | 水素・酸素製造プロセス及びその水素の利用プロセス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11228101A true JPH11228101A (ja) | 1999-08-24 |
Family
ID=12214917
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10027216A Pending JPH11228101A (ja) | 1998-02-09 | 1998-02-09 | 水素・酸素製造プロセス及びその水素の利用プロセス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11228101A (ja) |
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1998
- 1998-02-09 JP JP10027216A patent/JPH11228101A/ja active Pending
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