JPS6217486Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、固体高分子電解質（Solid polymer
Electrolyte、以下SPEと略称する。）セルの陽極
室と水タンクとを、給・排水流路で接続して、当
該水タンク内の水を前記陽極室を経て前記水タン
クに戻す循環流路を形成すると共に、前記SPEセ
ルの陰極室に水素ガス回収用のリザーバを接続し
た水素ガス発生機に関するものである。

〔従来の技術〕

第１図はSPEセルの原理を説明する概略断面図
であり、第２図はSPEセルを使用した従来の水素
ガス発生機を示す。

SPEセル１は、カチオン交換膜２８の両面に触
媒電極２９，３０を接合し、さらにその両側に陽
極３４と陰極３５を設けてカチオン交換膜２８で
仕切られた陽極室２と陰極室３とを形成したもの
であり、入口ａから陽極室２に水を供給し、か
つ、陽極３４と陰極３５間に電圧をかけることに
より、水の電気分解が行われて、陽極室２に酸素
ガスが発生すると共に、H⁺が生成され、そのH⁺
がカチオン交換膜２８のスルホン酸基を介して陰
極３５に向かい、H⁺が陰極３５で電子を得て水
素ガス化し、この水素ガスが陰極室３に接続した
リザーバ（第２図に示す４）に回収されるように
なつている。

上記の水素ガス発生に際して、H⁺が陽極室２
から陰極室３に移動すると同時に、陽極室２内の
水も同じ働きによつて陰極室３に移動する。この
水は、カチオン交換膜２８の含水率、温度によつ
て異なるが、電解される水の量の８倍位になるの
で陰極室３に対する水の補給は不要である。第１
図中のｂは酸素と余剰水の出口、ｃは水素ガスと
陰極室３に移動した水の出口である。

ところで、第２図に示すような水素ガス発生機
の場合、陽極室２から陰極室３へと移動した水が
リザーバ４に一定量以上に溜まり、水素ガス取出
し流路３２に溢れ出て、水素ガスと一緒に取り出
されると、例えば発生した水素ガスを、水素炎イ
オン化検出器や炎光光度計等の分析器における高
純度の水素ガス燃料として用いる場合、水分が混
在しているために燃料として用いることができな
くなつたり、あるいは中間に設けた水素ガス乾燥
管に過剰の負荷をかけて装置が故障するなどのト
ラブルが発生することになる。

このため、従来では、第２図に示すように、リ
ザーバ４に溜る水の水位を検出する水位検出器３
１を設けると共に、水タンク５から陽極室２への
給水流路８中に電磁式の開閉弁３３を介在させ、
リザーバ４の水位が一定高さまで上昇したとき、
前記水位検出器３１からの所定水位の検出情報に
基づいて前記開閉弁３３を閉じて、陽極室２に対
する水の供給を中断させ、水素ガス発生に必要な
水を、水素ガスの発生圧によつて前記リザーバ４
から陽極室２に自然循環させるように制御してい
た。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記の従来例においては、リザ
ーバ４内の水が陽極室２に戻り難いために、陽極
室２側のカチオン交換膜面に対する水の供給が不
足することがあり、その結果、セル１内部に異常
発熱を起こして、カチオン交換膜２８が破壊され
る危険性が大であつた。

さらに、水の供給を中断させた開閉弁３３が故
障によつて開弁不能となつた場合には、陽極室２
への水の補給ができなくなつてセル１が空炊きの
状態になり、異常過熱によつてカチオン交換膜２
８が即座に破損することになる。

このような実情に鑑み、本考案は、簡単な改良
によつて、水不足に伴うトラブルを確実に解消で
きるようにした水素ガス発生機を提供するもので
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本考案が講じた
技術的手段は、次の通りである。即ち、本考案の
特徴は、固体高分子電解質セルの陽極室と水タン
クとを、給・排水流路で接続して、当該水タンク
内の水を前記陽極室を経て前記水タンクに戻す循
環流路を形成すると共に、前記セルの陰極室に水
素ガス回収用のリザーバを接続した水素ガス発生
機において、前記リザーバに水量検出器を設け、
前記リザーバと前記水タンクとを、前記リザーバ
内の水を前記水タンクに戻すための戻し流路で接
続し、当該戻し流路中に、流路の絞り部と、前記
水量検出器からの所定水量検出情報に基づいて開
閉する開閉弁とを直列に接続した点にある。

〔作用〕

上記の構成によれば、リザーバ内の水量が所定
値に達すると、水量検出器が働いて戻し流路中の
開閉弁が開くので、水タンクからSPEセルの陽極
室への給水を断たなくても、リザーバ内の水は戻
し流路を通つて、しかも流路の絞り部による抵抗
を受けて低速で水タンクへと戻されることにな
る。

〔実施例〕

以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第３図は本考案に係る水素ガス発生機の一例を
示す。同図において、１はSPEセルで、既に第１
図に基づいて原理を説明したように、陽極室２で
酸素ガスを発生すると共にH⁺を生成し、かつH⁺
が陰極室３において水素ガス化して、その水素ガ
スが陰極室３の出口ｃに接続されたリザーバ４に
回収される。

５は水タンクで、酸素ガス取出し口６、水補給
部７を上部に備えており、その底部から前記セル
１の陽極室２の入口ａにわたつて給水流路８が、
また前記陽極室２の出口ｂから水タンク５上部に
わたつて排水流路９が夫々設けられており、水タ
ンク５内の水を陽極室２を経て水タンク５に戻す
循環流路が形成されている。

尚、１０は逆止弁で、酸素ガスの発生圧による
給水流路８から水タンク５への水の逆流を防止し
ている。１１はドレンコツクで、水交換に際し
て、前記水タンク５と陽極室２及び給・排水流路
８，９の内部水を排出するものである。

１２は水タンク５内の水位を基にして水量を検
出する例えばフロートスイツチ式の水位検出器
で、この水位検出器１２には警報装置１３が電気
的に連係されており、水タンク５内の水位が所定
以下になつたときに警報装置１３を作動させて、
水タンク５への水補給が必要になつたことを報知
させるようになつている。尚、前記水補給部７に
電磁式開閉弁を備えさせて、この開閉弁を水位検
出器１２に連係させることにより、所定水位の検
出情報を基にして自動的に水を補給させることも
できる。

１４は前記リザーバ４の上部側に接続された水
素ガス取出し流路で、水素ガス乾燥管１５、圧力
スイツチ１６、異常ガス圧発生時に水素ガスを系
外に放出させる破壊板１７、手動操作式の調圧器
１８、圧力計１９、ストツプバルブ２０が介装さ
れている。水素ガス取出し流路１４の端末には、
高純度の水素ガスを燃料とする例えば水素ガス炎
イオン化検出器や炎光光度計等の分析計２１の燃
焼部が接続されている。

２２は前記リザーバ４に設けた水量検出器であ
る。この水量検出器２２は、リザーバ４内の水位
を基にして水量を検出する例えばスロートスツチ
式の水位検出器２２_１，２２_２から成り、或る所
定の水位とそれよりも高い異常水位とを２段にわ
たつて検出するようになつている。

２３は前記リザーバ４内の水を水タンク５に戻
すための戻し流路で、リザーバ４の底部側と水タ
ンク５の上部側にわたつて設けられている。戻し
流路２３中には、キヤピラリによつて形成された
流路の絞り部２４と電磁式の開閉弁２５とを直列
に接続してある。そして前記水量検出器２２にお
ける下段の水位検出器２２_１と前記開閉弁２５と
はタイマー２６を介して電気的に連係されてい
て、前記水量検出器２２の下段の水位検出器２２
_１による所定水位の検出情報に基づいて、前記タ
イマー２６による設定時間だけ前記開閉弁２５を
開弁させ、この開弁によつてリザーバ４内の水
が、リザーバ４内の水素ガス発生圧によつて強制
的に水タンク５内に戻されるように構成してあ
る。

前記戻し流路２３には、流路の絞り部２４を設
けて水の流れに抵抗を与えるように構成してある
ので、前記水タンク５に対する水の戻り速度が低
速になり、リザーバ４内の水素ガスの圧力P₁が急
激に変動することがなく、従つて、調圧後の水素
ガスの２次圧力P₂の変動が生じず、前記分析計２
１における水素ガスの燃焼を良好に維持すること
ができる。

即ち、流路の絞り部２４を設けないときは、水
の戻り速度が急速になつてリザーバ４内の水素ガ
ス圧力P₁が急激に降下し、それに伴つて２次圧力
P₂も大きく降下する結果、前記分析計２１におい
て水素炎が立ち消えする虞れがあり、しかもその
後、水素ガスの供給が継続されることによつて水
素ガスの爆発事故を誘発する危険性が大である
が、上記の通り、戻し流路２３中に流路の絞り部
２４を設けることによつて、このような事態を未
然に回避できるのである。

尚、リザーバ４内の水を水タンク５に戻す際、
リザーバ４内の水位が、リザーバ４に対する戻し
流路２３の接続箇所よりも低くなると、リザーバ
４内の水素ガス圧力が急激に低下するので、リザ
ーバ４内の水位が戻し流路２３の接続箇所よりも
上位にある間に、開閉弁２５を閉じて水の戻し制
御を完了するように、開閉弁２５の開いている時
間を前記タイマー２６によつて設定するものであ
る。

一方、前記水量検出器２２における上段の水位
検出器２２_２には警報装置２７を電気的に連係し
てあり、前記リザーバ４内の水を水タンク５に戻
す制御時において、何らかの原因によつて開閉弁
２５が開弁しなくなつた場合、リザーバ４内の水
位がしだいに高くなつて、やがては水量検出器２
２における上段の水位検出器２２_２が異常水位を
検出し、この検出情報に基づいて警報装置２７が
異常事態の発生を報知するようになつている。

尚、本考案における流路の絞り部２４として
は、上記のようにキヤピラリによつて形成する
他、オリフイスやノズル、可変絞り弁などによつ
て形成することも可能である。また本考案は、水
量検出器２２による異常水位警報の構成を省略し
て実施することも可能であり、あるいはタイマー
２６による設定時間経過後において未だ水量検出
器２２が所定水位を検出しているときに警報装置
２７を作動させるように構成して実施することも
可能である。また上記の実施例では、水量検出器
２２として、リザーバ４内の水位に基づいてリザ
ーバ４内の水量を検出するようにしたものを示し
たが、リザーバ４の重量あるいは容量を基にして
水量を検出させるなど、水量検出器２２によるリ
ザーバ４内の水量検出の手段は各種変更可能であ
る。

〔考案の効果〕 本考案は、上述した構成よりなるから、次の効
果を奏し得るのである。

リザーバ内の水が所定水量に達すると、水タ
ンクからSPEセルの陽極室への給水を断つこと
なく、戻し流路中の開閉弁を開いてリザーバ内
の水を戻し流路から水タンクに戻すので、陽極
室の水が不足することがなく、カチオン交換膜
の両面が常に水に浸かつた状態となるので、異
常発熱がなく、空炊きによるカチオン交換膜の
破損を回避できる。

リザーバから水タンクへの水の回収はリザー
バ内の水素ガスの発生圧を利用して行なわれる
ので特別なポンプ等の装置が不要でコスト的に
も有利であり、それでいて前記戻し流路には流
路の絞り部を設けて、リザーバ内の水を低速で
水タンクに戻すようにしたので、リザーバ内の
水素ガスの圧力の大幅な変動がなく、従つて、
例えば発生した水素ガスを調圧して燃料として
用いるような場合に、調圧後の２次圧力を安定
させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はSPEセルの原理を説明する概略断面
図、第２図は従来の水素ガス発生機の構成図であ
る。第３図は本考案に係る水素ガス発生機の構成
図である。 １……固体高分子電解質（SPE）セル、２……
陽極室、３……陰極室、４……リザーバ、５……
水タンク、８……給水流路、９……排水流路、２
２……水量検出器、２３……戻し流路、２４……
流路の絞り部、２５……開閉弁、２７……警報装
置。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 固体高分子電解質セルの陽極室と水タンクと
   を、給・排水流路で接続して、当該水タンク内
   の水を前記陽極室を経て前記水タンクに戻す循
   環流路を形成すると共に、前記セルの陰極室に
   水素ガス回収用のリザーバを接続した水素ガス
   発生機であつて、前記リザーバに水量検出器を
   設け、前記リザーバと前記水タンクとを、前記
   リザーバ内の水を前記水タンクに戻すための戻
   し流路で接続し、当該戻し流路中に、流路の絞
   り部と、前記水量検出器からの所定水量検出情
   報に基づいて開閉する開閉弁とを直列に接続し
   てあることを特徴とする水素ガス発生機。 (2) 前記水量検出器によつて、前記所定水量とそ
   れよりも多い異常水量とを検出させると共に、
   前記異常水量情報に基づいて作動する警報装置
   を設けてあることを特徴とする実用新案登録請
   求の範囲第(1)項に記載の水素ガス発生機。