KR20210090094A - 수소 가스 혼합 장치 - Google Patents

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Abstract

수소 가스와 혼합용 가스를 혼합하는 수소 가스 혼합 장치에 있어서, 이상 발생 시에도 수소 가스를 처치할 수 있도록 한다.
수소 가스를 발생시키는 수소 발생부(2)와, 혼합용 가스를 공급하는 혼합용 가스 공급부(3)와, 수소 가스 및 혼합용 가스를 혼합하는 가스 혼합부(4)와, 비가연성 희석용 가스를 공급하는 희석 가스 공급부(5)와, 이상 발생 시에, 수소 발생부(2)로부터의 수소 가스의 제1 경로(13)와 희석 가스 공급부(5)로부터의 희석용 가스의 제2 경로(14)를 접속함으로써 수소 가스를 희석용 가스에 의해 희석하는 밸브 회로(6)를 구비하는 수소 가스 혼합 장치(1)를 제공한다.

Description

수소 가스 혼합 장치{HYDROGEN GAS MIXING DEVICE}
본 발명은 수소 가스 혼합 장치에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 수소 가스와 혼합용 가스(질소 가스)를 혼합해서 공급하는 수소 가스 혼합 장치가 개시되어 있다. 특허문헌 1의 수소 가스 혼합 장치는, 수소 가스를 발생시키는 수소 발생부, 혼합용 가스를 공급하는 혼합용 가스 공급부, 및 수소 가스와 혼합용 가스를 혼합하는 가스 혼합부를 구비한다.
일본 특허 공개 제2018-140361호 공보
이러한 종류의 수소 가스 혼합 장치에서는, 수소 발생부에서 고농도의 수소 가스가 발생한다. 이 때문에, 이상 발생 시(예를 들어 정전 시)에는 수소 발생부에 있는 수소 가스를 처치할 필요가 있다.
본 발명은 상술한 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 이상 발생 시에도 수소 가스를 처치할 수 있는 수소 가스 혼합 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태는, 수소 가스를 발생시키는 수소 발생부와, 혼합용 가스를 공급하는 혼합용 가스 공급부와, 상기 수소 가스 및 상기 혼합용 가스를 혼합하는 가스 혼합부를 구비하는 수소 가스 혼합 장치에 있어서, 비가연성 희석용 가스를 공급하는 희석 가스 공급부와, 이상 발생 시에, 상기 수소 발생부로부터의 상기 수소 가스의 제1 경로와 상기 희석 가스 공급부로부터의 상기 희석용 가스의 제2 경로를 접속함으로써 상기 수소 가스를 상기 희석용 가스에 의해 희석하는 밸브 회로를 구비하는 수소 가스 혼합 장치이다.
본 발명에 따르면, 이상 발생 시에도 수소 가스를 처치할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 가스 혼합 장치를 도시하는 블록도이다.
도 2는 도 1의 가스 혼합 장치의 수소 발생부를 도시하는 도면이다.
이하, 도 1, 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시 형태에 대해서 설명한다.
도 1에 도시하는 본 실시 형태의 가스 혼합 장치(수소 가스 혼합 장치)(1)는, 가연성 가스와 비가연성 가스를 혼합하여, 이들 혼합 가스를 누설 검사 장치 등의 각종 장치에 공급한다. 혼합 가스는, 예를 들어 누설 검사(누설 테스트)에서의 검사용 가스로서 사용된다.
가스 혼합 장치(1)는, 수소 발생부(가연성 가스 발생부)(2)와, 혼합용 가스 공급부(3)와, 가스 혼합부(4)를 구비한다. 또한, 가스 혼합 장치(1)는, 희석 가스 공급부(5)와, 밸브 회로(6)를 구비한다. 또한, 가스 혼합 장치(1)는, 전기 기기(7)와, 하우징(8)을 구비한다.
수소 발생부(2)는, 가연성 가스의 1종인 수소 가스를 발생시킨다. 본 실시 형태의 수소 발생부(2)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 물을 전기 분해함(수전해)으로써 수소 가스와 산소 가스를 발생시키는 수전해부이다. 수소 발생부(2)는, 고체 고분자 전해질막(201)과, 양극측 전극 촉매층(202)과, 음극측 전극 촉매층(203)과, 양극측 급전체(204)와, 기액 분리기(205)와, 물 순환 펌프(206)와, 산소 경로(207)와, 음극측 급전체(208)와, 수소 경로(209)를 구비한다.
고체 고분자 전해질막(201)은, 양이온(여기서는 수소 이온)만을 통과시키는 이온 여과막이다. 양극측 전극 촉매층(202)은, 고체 고분자 전해질막(201)의 일방측(양극측)에 마련되어 있다. 음극측 전극 촉매층(203)은, 고체 고분자 전해질막(201)의 타방측(음극측)에 마련되어 있다. 양극측 전극 촉매층(202)과 음극측 전극 촉매층(203)은, 전원을 통해서 전기적으로 접속된다.
양극측 급전체(204)는, 고체 고분자 전해질막(201)과의 사이에 양극측 전극 촉매층(202)을 끼우도록 마련되어 있다. 기액 분리기(205)는, 양극측 급전체(204)의 상방에 배치되어, 2개의 배관(211, 212)을 통해서 양극측 급전체(204)에 접속되어 있다. 기액 분리기(205)는 복수의 배관이 접속된 물탱크이다. 제1 배관(211)은, 양극측 급전체(204)의 상부와 기액 분리기(205)의 하부를 접속하고 있다. 제2 배관(212)은, 기액 분리기(205)의 하부와 양극측 급전체(204)의 하부를 접속하고 있다. 물 순환 펌프(206)는, 제2 배관(212)의 중도부에 마련되어 있다.
양극측 급전체(204), 기액 분리기(205)의 하부, 제1 배관(211) 및 제2 배관(212)에는, 물이 유통한다. 이 물은, 물 순환 펌프(206)에 의해, 양극측 급전체(204), 제1 배관(211), 기액 분리기(205)의 하부 및 제2 배관(212)에 차례로 흐르는, 즉 양극측 급전체(204)와 기액 분리기(205)의 사이에서 순환한다.
산소 경로(207)는, 기액 분리기(205)의 상부에 접속된 배관이며, 대기에 개방되거나, 혹은, 다른 배기 가스가 흐르는 공장의 배기관(도시하지 않음)에 접속된다. 산소 경로(207)에는, 양극측 급전체(204)에서 발생한 산소 가스가 유통한다.
음극측 급전체(208)는, 고체 고분자 전해질막(201)과의 사이에 음극측 전극 촉매층(203)을 끼우도록 마련되어 있다. 수소 경로(209)는, 음극측 급전체(208)의 상부에 접속되는 배관이며, 후술하는 제1 혼합용 경로(11)(도 1 참조)에 접속된다. 수소 경로(209)에는, 음극측 급전체(208)에서 발생한 수소 가스가 유통한다.
수소 발생부(2)에서는, 전원에 의해 고체 고분자 전해질막(201)의 양극측으로부터 음극측에 전압이 인가된 상태에서, 양극측 급전체(204)에 있는 물이 전기 분해되고, 양극측 전극 촉매층(202) 및 음극측 전극 촉매층(203)이 당해 전기 분해를 촉진한다.
물의 전기 분해에 의해, 양극측 급전체(204)에 수소 이온이 생성되고, 이 수소 이온이, 고체 고분자 전해질막(201)을 통과하여, 음극측 급전체(208)로 이동한다. 음극측 급전체(208)로 이동한 수소 이온은, 전자와 결합해서 수소 가스가 된다. 음극측 급전체(208)에서 발생한 수소 가스는, 고농도이며, 수소 경로(209)를 통해서 제1 혼합용 경로(11)(도 1 참조)에 유출된다.
한편, 양극측 급전체(204)에서는, 물의 전기 분해에 의해 고농도의 산소 가스가 발생한다. 양극측 급전체(204)에서 발생한 산소 가스는, 제1 배관(211)을 지나서 기액 분리기(205)에서 물로 분리되어, 산소 경로(207)를 통해서 외부(대기 혹은 공장의 배기관)로 방출된다. 또한, 양극측 급전체(204)에서 발생한 산소 가스의 일부는, 기액 분리기(205)에서 물로 분리되지 않고, 물 순환 펌프(206)의 작용에 의해 제2 배관(212)에도 유통될 수 있다. 즉, 양극측 급전체(204), 기액 분리기(205) 및 제1, 제2 배관(211, 212)은, 산소 가스가 유통되는 산소 유통부(20)를 구성하고 있다.
도 1에 도시하는 혼합용 가스 공급부(3)는, 비가연성 가스이며, 상술한 수소 가스와 혼합하기 위한 혼합용 가스를 공급한다. 본 실시 형태에서의 혼합용 가스는, 질소 가스이다. 또한, 혼합용 가스는, 예를 들어 헬륨 가스나, 아르곤 가스, 이산화탄소 가스 등이어도 된다.
혼합용 가스 공급부(3)는, 공기 공급원(31)과, 필터(32)를 구비한다. 공기 공급원(31)은 필터(32)에 접속되어, 공기를 필터(32)에 공급한다. 공기 공급원(31)은, 공기가 유통하는 공기 배관이나, 공기를 필터(32)를 향해서 흐르게 하는 팬이나 블로워 등이어도 된다. 필터(32)는, 예를 들어 막 모듈(막 분리 질소 가스 발생 장치)이며, 도입된 공기로부터 질소 가스를 분리해서 취출한다. 즉, 필터(32)는 비교적 고농도의 질소 가스를 발생시키는 혼합용 가스 발생부로서 기능한다. 필터(32)에서 발생한 질소 가스는, 후술하는 제2 혼합용 경로(12)에 유출된다.
가스 혼합부(4)는, 수소 발생부(2)로부터의 수소 가스와, 혼합용 가스 공급부(3)로부터의 질소 가스를 혼합한다. 구체적으로, 가스 혼합부(4)는, 제1 혼합용 경로(11)를 통해서 수소 발생부(2)에 접속되어 있다. 또한, 가스 혼합부(4)는, 제2 혼합용 경로(12)를 통해서 혼합용 가스 공급부(3)(특히 필터(32))에 접속되어 있다. 이에 의해, 고농도의 수소 가스가, 수소 발생부(2)로부터 제1 혼합용 경로(11)를 통해서 가스 혼합부(4)에 유도된다. 또한, 고농도의 질소 가스가, 혼합용 가스 공급부(3)로부터 제2 혼합용 경로(12)를 통해서 가스 혼합부(4)에 유도된다. 가스 혼합부(4)에서 수소 가스와 질소 가스를 혼합한 혼합 가스는, 공급 포트(41)로부터 누설 검사 장치 등의 각종 장치에 공급된다.
수소 발생부(2)부터 가스 혼합부(4)까지 연장되는 제1 혼합용 경로(11)의 중도부에는, 배기용 경로(제1 경로)(13)가 접속되어 있다. 배기용 경로(13)의 연장 방향의 선단에는, 배기 포트(131)가 마련되어 있다. 배기 포트(131)는, 대기에 개방되거나, 혹은, 공장의 배기관(도시하지 않음)에 접속된다. 이에 의해, 수소 발생부(2)로부터의 수소 가스를, 배기용 경로(13)에 통과시킴으로써 가스 혼합 장치(1)의 외부(대기 혹은 공장의 배기관)로 방출할 수 있다.
희석 가스 공급부(5)는, 비가연성 희석용 가스를 공급한다. 희석용 가스는, 수소 발생부(2)로부터 배기용 경로(13)를 통해서 외부로 방출되는 수소 가스를 희석하기 위해서 사용된다. 구체적으로는, 희석 가스 공급부(5)로부터 연장되는 희석 가스 경로(제2 경로)(14)가, 배기용 경로(13)의 연장 방향의 중도부에 접속되어 있다. 이에 의해, 희석용 가스가 희석 가스 경로(14)를 통해서 배기용 경로(13)에 도입됨으로써, 배기용 경로(13)를 통과하는 수소 가스를 희석용 가스에 의해 희석해서 외부로 방출할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 희석용 가스로서, 질소 가스가 사용된다. 또한, 희석용 가스에는, 예를 들어 헬륨 가스나, 아르곤 가스, 이산화탄소 가스 등이 사용되어도 된다.
희석 가스 공급부(5)는, 질소 가스(희석용 가스)를 압축한 상태에서 저류하는 압력 용기(51)를 포함한다. 압력 용기(51)는, 봄베나 탱크 등이어도 된다. 또한, 희석 가스 공급부(5)는, 상술한 혼합용 가스 공급부(3)도 포함한다. 이 때문에, 희석 가스 경로(14)는, 그 중도부에서 분기되어, 압력 용기(51)와 혼합용 가스 공급부(3)에 각각 접속된다. 희석 가스 경로(14)는, 제2 혼합용 경로(12)를 통해서 혼합용 가스 공급부(3)에 접속되어 있다. 또한, 희석 가스 경로(14)는, 예를 들어 혼합용 가스 공급부(3)에 직접 접속되어도 된다.
희석 가스 경로(14)의 분기 부분에는, 셔틀 밸브(전환부)(52)가 마련되어 있다. 셔틀 밸브(52)는, 수소 가스를 희석하기 위한 희석용 가스로서, 혼합용 가스 공급부(3)로부터의 질소 가스와 압력 용기(51)에 저류된 질소 가스로 전환한다. 구체적으로, 셔틀 밸브(52)는, 압력 용기(51)로부터의 질소 가스, 및 혼합용 가스 공급부(3)로부터의 질소 가스 중, 압력이 높은 쪽의 질소 가스를 배기용 경로(13)를 향하게 해서 흐르게 한다.
배기용 경로(13) 중 희석 가스 경로(14)와의 합류 부분보다도 상류측(제1 혼합용 경로(11)측)의 부분에는, 레귤레이터(132) 및 오리피스(133)가 마련되어 있다. 레귤레이터(132) 및 오리피스(133)는, 배기용 경로(13)에 흐르는 수소 가스의 유량을 조정한다. 마찬가지로, 희석 가스 경로(14)에는, 당해 희석 가스 경로(14)에 흐르는 질소 가스의 유량을 조정하기 위한 레귤레이터(142) 및 오리피스(143)가 마련되어 있다. 이에 의해, 외부로 방출되는 수소 가스와 질소 가스의 혼합비, 즉, 질소 가스에 의해 희석되는 수소 가스의 농도를 조정할 수 있다. 레귤레이터(132, 142)나 오리피스(133, 143)는, 전력 등의 동력이 없어도 수소 가스나 질소 가스의 유량을 조정할 수 있다. 오리피스(133, 143)는, 예를 들어 유량 조정 밸브(스피드 컨트롤러)이어도 된다.
밸브 회로(6)는, 가스 혼합 장치(1)에 이상이 발생하지 않은 통상 시에 있어서, 수소 가스를 수소 발생부(2)로부터 제1 혼합용 경로(11)에 통과시켜서 가스 혼합부(4)에 유도함과 함께, 질소 가스를 혼합용 가스 공급부(3)로부터 제2 혼합용 경로(12)에 통과시켜서 가스 혼합부(4)에 유도한다. 구체적으로, 밸브 회로(6)는, 제1 혼합용 경로(11)를 개폐하는 제1 상시 폐쇄 전자 밸브(61)와, 제2 혼합용 경로(12)를 개폐하는 제2 상시 폐쇄 전자 밸브(62)를 갖다. 제1, 제2 상시 폐쇄 전자 밸브(61, 62)는, 모두 이들에 전력이 공급되고 있는 통전 시에 제1, 제2 혼합용 경로(11, 12)를 개방하고, 전력이 공급되고 있지 않은 비통전 시에 제1, 제2 혼합용 경로(11, 12)를 닫는다. 즉, 가스 혼합 장치(1)에서는, 수소 가스 및 질소 가스가, 통전 시에만 가스 혼합부(4)에 공급되고, 비통전 시에는 가스 혼합부(4)에 공급되지 않는다.
또한, 밸브 회로(6)는, 정전 시등 가스 혼합 장치(1)에 이상이 발생했을 때(이상 발생 시)에 있어서, 수소 발생부(2)로부터의 수소 가스의 배기용 경로(제1 경로)(13)와 희석 가스 공급부(5)로부터의 질소 가스(희석용 가스)의 희석 가스 경로(제2 경로)(14)를 접속함으로써 수소 가스를 질소 가스에 의해 희석한다. 구체적으로, 밸브 회로(6)는, 배기용 경로(13)를 개폐하는 제1 상시 개방 전자 밸브(63)와, 희석 가스 경로(14)를 개폐하는 제2 상시 개방 전자 밸브(64)를 갖는다. 제1, 제2 상시 개방 전자 밸브(63, 64)는, 모두 이들에 전력이 공급되고 있지 않은 비통전 시에 배기용 경로(13)나 희석 가스 경로(14)를 개방하고, 전력이 공급되고 있는 통전 시에 배기용 경로(13)나 희석 가스 경로(14)를 닫는다. 즉, 가스 혼합 장치(1)에서는, 질소 가스로 희석된 수소 가스가, 비통전 시에만 외부로 방출되고, 통전 시에는 외부로 방출되지 않는다.
상기한 제1, 제2 상시 폐쇄 전자 밸브(61, 62) 및 제1, 제2 상시 개방 전자 밸브(63, 64)에의 전력 공급의 제어는, 예를 들어 후술하는 전기 기기(7)에 의해 행하여진다.
가스 혼합 장치(1)에서는, 상술한 수소 발생부(2) 중 산소 가스가 유통하는 산소 유통부(20)에 비가연성 희석용 가스를 도입한다. 본 실시 형태에 있어서, 산소 유통부(20)에 도입되는 희석용 가스는, 혼합용 가스 공급부(3)로부터 공급되는 질소 가스(혼합용 가스)이다. 또한, 산소 유통부(20)에 도입되는 희석용 가스는, 예를 들어 압력 용기(51)로부터 공급되는 질소 가스이어도 된다.
수소 발생부(2)의 산소 유통부(20)는, 제1 도입 경로(15)를 통해서 혼합용 가스 공급부(3)에 접속되어 있다. 구체적으로, 제1 도입 경로(15)는, 제2 상시 폐쇄 전자 밸브(62)보다도 상류측에서 제2 혼합용 경로(12)에 연결됨으로써 혼합용 가스 공급부(3)에 접속되어 있다. 또한, 제1 도입 경로(15)는, 예를 들어 혼합용 가스 공급부(3)에 직접 접속되어도 된다. 또한, 제1 도입 경로(15)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 산소 유통부(20)의 기액 분리기(205)에 접속되어 있다. 구체적으로, 제1 도입 경로(15)는, 기액 분리기(205) 중 수면보다도 상방에 위치하는 부위에 접속되어 있다. 또한, 제1 도입 경로(15)는, 예를 들어 산소 유통부(20) 중 수면보다도 하방에 위치하는 부위(양극측 급전체(204), 기액 분리기(205)의 하부, 제1, 제2 배관(211, 212))에 접속되어도 된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 제1 도입 경로(15)에는, 산소 유통부(20)에 도입되는 질소 가스(희석용 가스)의 유량을 계측하는 제1 유량계(151)가 마련되어 있다.
전기 기기(7)는, 가스 혼합 장치(1)의 각 부(예를 들어 수소 발생부(2)나 밸브 회로(6))에의 전력 공급이나 전기 제어를 행하는 기기(예를 들어 제어반)이다. 전기 기기(7)는, 릴레이 접점이나 버튼, 브레이커 등과 같이 방전이 생길 수 있는 부품이나, 대전할 수 있는 부품을 포함한다. 하우징(8)은, 상기한 전기 기기(7)를 수용한다. 하우징(8)의 내부에는, 비가연성 가스가 도입된다. 본 실시 형태에 있어서, 하우징(8)의 내부에 도입되는 비가연성 가스는, 혼합용 가스 공급부(3)로부터 공급되는 질소 가스(혼합용 가스)이다. 또한, 하우징(8) 내부에 도입되는 비가연성 가스는, 예를 들어 압력 용기(51)로부터의 질소 가스이어도 된다.
하우징(8)은, 제2 도입 경로(16)를 통해서 혼합용 가스 공급부(3)에 접속되어 있다. 구체적으로는, 제2 도입 경로(16)를 구성하는 관이, 하우징(8)에 형성된 구멍을 통해서 하우징(8)의 내부 공간에 연결됨으로써, 하우징(8)의 내부가 혼합용 가스 공급부(3)와 연결된다. 이에 의해, 혼합용 가스 공급부(3)로부터의 질소 가스를 하우징(8)의 내부에 도입할 수 있다. 또한, 제2 도입 경로(16)는, 제2 상시 폐쇄 전자 밸브(62)보다도 상류측에서 제2 혼합용 경로(12)에 연결됨으로써 혼합용 가스 공급부(3)에 접속되어 있다. 또한, 제2 도입 경로(16)는, 예를 들어 혼합용 가스 공급부(3)에 직접 접속되어도 된다.
하우징(8)은, 외부에 대하여 완전하게는 밀폐되어 있지 않다. 이 때문에, 하우징(8)의 내부에는, 혼합용 가스 공급부(3)로부터의 질소 가스가 계속적으로 도입된다. 또한, 하우징(8)은 예를 들어 외부에 대하여 완전히 밀폐되어도 된다.
제2 도입 경로(16)에는, 하우징(8) 내부에 도입되는 질소 가스(희석용 가스)의 유량을 계측하는 제2 유량계(161)가 마련되어 있다. 또한, 제2 도입 경로(16)에는, 제2 유량계(161) 대신에 제2 도입 경로(16)에서의 압력(기압)을 계측하는 압력계가 마련되어도 된다.
본 실시 형태의 가스 혼합 장치(1)에서는, 수소 발생부(2)의 산소 유통부(20)나 하우징(8) 내부에 도입되는 질소 가스(희석용 가스, 비가연성 가스)에 포함되는 산소 가스의 농도에 따라, 수소 발생부(2)에서의 수소 가스 및 산소 가스의 발생을 정지시킨다. 이 제어는, 예를 들어 하우징(8) 내에 배치된 전기 기기(7)(제어반)에서 행하여진다.
구체적으로는, 제2 혼합용 경로(12)에 마련된 산소 농도계(121)에 의해, 혼합용 가스 공급부(3)로부터의 질소 가스에 포함되는 산소 가스의 농도를 계측한다. 그리고, 전기 기기(7)는, 산소 농도계(121)로부터 출력된 계측 결과에 기초하여 수소 발생부(2)에서의 수소 가스의 발생을 제어한다. 즉, 산소 농도계(121)에서 계측되는 산소 가스의 농도가 소정값 이상으로 되었을 때, 전기 기기(7)는, 수소 발생부(2)에서의 수소 가스의 발생을 정지시킨다.
상기한 산소 농도계(121)는, 예를 들어 제1 도입 경로(15)나 제2 도입 경로(16)에 마련되어도 된다.
본 실시 형태의 가스 혼합 장치(1)에서는, 산소 유통부(20)나 하우징(8) 내부에 도입되는 질소 가스(희석용 가스)의 유량에 따라, 수소 발생부(2)에서의 수소 가스 및 산소 가스의 발생을 정지시킨다. 이 제어는, 예를 들어 하우징(8) 내에 배치된 전기 기기(7)(제어반)에서 행하여진다.
구체적으로는, 제1 유량계(151)가, 제1 도입 경로(15)에 흘러서 산소 유통부(20)에 도입되는 질소 가스(희석용 가스)의 유량을 계측한다. 또한, 제2 유량계(161)가, 제2 도입 경로(16)에 흘러서 하우징(8) 내부에 도입되는 질소 가스(비가연성 가스)의 유량을 계측한다. 그리고, 전기 기기(7)는, 제1 유량계(151), 제2 유량계(161)로부터 출력된 계측 결과에 기초하여 수소 발생부(2)에서의 수소 가스의 발생을 제어한다. 즉, 제1 유량계(151)나 제2 유량계(161)에서 계측되는 질소 가스의 유량이 소정값 이하로 되었을 때, 전기 기기(7)는, 수소 발생부(2)에서의 수소 가스의 발생을 정지시킨다.
이어서, 본 실시 형태의 가스 혼합 장치(1)의 동작에 대해서 설명한다. 우선, 가스 혼합 장치(1)에 이상이 발생하지 않은 통상 시에 있어서의 동작에 대해서 설명한다.
통상 시에는, 수소 발생부(2)에 전력이 공급됨으로써, 수소 발생부(2)에서 수소 가스 및 산소 가스가 발생한다. 또한, 혼합용 가스 공급부(3)에서 질소 가스가 발생한다. 또한, 통상 시에는, 제1, 제2 상시 폐쇄 전자 밸브(61, 62), 제1, 제2 상시 개방 전자 밸브(63, 64)에 각각 전력이 공급된다. 이에 의해, 제1, 제2 상시 폐쇄 전자 밸브(61, 62)는, 각각 제1, 제2 혼합용 경로(11, 12)를 개방한다. 또한, 제1, 제2 상시 개방 전자 밸브(63, 64)는 각각 배기용 경로(13), 희석 가스 경로(14)를 닫는다. 이 때문에, 수소 발생부(2)로부터의 수소 가스 및 혼합용 가스 공급부(3)로부터의 질소 가스가, 각각 가스 혼합부(4)에 유도되어 혼합된다.
또한, 통상 시에는, 혼합용 가스 공급부(3)로부터의 질소 가스는, 수소 발생부(2)의 산소 유통부(20)에도 도입된다. 이에 의해, 산소 유통부(20)에 유통되는 산소 가스는, 질소 가스로 희석된 후에, 수소 발생부(2)의 외부로 방출된다. 즉, 산소 가스를 낮은 농도에서 수소 발생부(2)의 외부로 방출할 수 있다.
또한, 통상 시에는, 혼합용 가스 공급부(3)로부터의 질소 가스는, 전기 기기(7)를 수용한 하우징(8)의 내부에도 도입된다. 이에 의해, 하우징(8)의 내부를 비가연성 가스인 질소 가스로 충만시킬 수 있어, 수소 가스 등의 가연성 가스가 하우징(8) 내부에 배치된 전기 기기(7)에 영향을 미치는 것을 억제할 수 있다.
이어서, 가스 혼합 장치(1)에서 이상이 발생했을 때(이상 발생 시)의 동작에 대해서 3개의 예를 들어 설명한다.
이상 발생 시의 제1 예는, 혼합용 가스 공급부(3)로부터 산소 유통부(20)나 하우징(8)의 내부에 공급되는 질소 가스에 포함되는 산소 가스의 농도가 소정값 이상으로 되었을 때이다. 이 때는, 전기 기기(7)가 수소 발생부(2)에의 전력 공급을 정지시켜, 수소 발생부(2)에서의 수소 가스 및 산소 가스의 발생을 정지시킨다. 이에 의해, 조연성 가스인 산소 가스가 높은 농도에서 수소 발생부(2)의 외부로 방출되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 하우징(8) 내부에서 산소 가스의 농도가 과도하게 상승하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 혼합용 가스 공급부(3)로부터의 질소 가스에 포함되는 산소 가스의 농도가 소정값 이상으로 되었을 때는, 전기 기기(7)가 밸브 회로(6)에의 전력 공급을 정지시킨다. 이 때문에, 제1, 제2 상시 폐쇄 전자 밸브(61, 62)가 각각 제1, 제2 혼합용 경로(11, 12)를 폐쇄함과 함께, 제1, 제2 상시 개방 전자 밸브(63, 64)가 각각 배기용 경로(13), 희석 가스 경로(14)를 개방한다. 이에 의해, 수소 발생부(2)에 잔존하여 배기용 경로(13)를 통과하는 수소 가스는, 희석 가스 경로(14)를 통과해서 배기용 경로(13)를 향하는 질소 가스(희석용 가스)에 의해 희석된 후에, 배기 포트(131)를 통해서 외부로 방출된다. 이때, 희석 가스 경로(14)를 통과해서 배기용 경로(13)를 향하는 질소 가스는, 혼합용 가스 공급부(3)로부터 공급되는 질소 가스이어도 되고, 압력 용기(51)로부터 공급되는 질소 가스이어도 된다.
이상 발생 시의 제2 예는, 혼합용 가스 공급부(3)로부터 산소 유통부(20)나 하우징(8)의 내부에 공급되는 질소 가스의 유량이 소정값 이하로 되었을 때이다. 이 때는, 전기 기기(7)가 수소 발생부(2)에서의 수소 가스 및 산소 가스의 발생을 정지시킨다. 또한, 전기 기기(7)가 밸브 회로(6)에의 전력 공급을 정지시켜, 제1, 제2 상시 폐쇄 전자 밸브(61, 62)가 각각 제1, 제2 혼합용 경로(11, 12)를 닫는다. 또한 제1, 제2 상시 개방 전자 밸브(63, 64)가 각각 배기용 경로(13), 희석 가스 경로(14)를 개방한다.
이에 의해, 산소 유통부(20)에 유통되는 산소 가스가 높은 농도에서 수소 발생부(2)의 외부로 방출되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 수소 발생부(2)에 잔존하여 배기용 경로(13)를 통과하는 수소 가스를, 희석 가스 경로(14)를 통과하여 배기용 경로(13)를 향하는 질소 가스(희석용 가스)에 의해 희석한 후에, 배기 포트(131)를 통해서 외부로 방출할 수 있다. 이때, 희석 가스 경로(14)를 통과하여 배기용 경로(13)를 향하는 질소 가스는, 혼합용 가스 공급부(3)로부터 공급되는 질소 가스이어도 되고, 압력 용기(51)로부터 공급되는 질소 가스이어도 된다.
이상 발생 시의 제3 예는, 정전 등에 의해 가스 혼합 장치(1)에의 전력 공급이 정지되었을 때(정전 시)이다. 정전 시에는, 수소 발생부(2)에의 전력 공급이 정지되기 때문에, 수소 발생부(2)에서의 수소 가스 및 산소 가스의 발생이 정지된다.
또한, 정전 시에는, 제1, 제2 상시 폐쇄 전자 밸브(61, 62), 제1, 제2 상시 개방 전자 밸브(63, 64)에의 전력 공급이 정지된다. 이 때문에, 제1, 제2 상시 폐쇄 전자 밸브(61, 62)가 각각 제1, 제2 혼합용 경로(11, 12)를 닫는다. 또한 제1, 제2 상시 개방 전자 밸브(63, 64)가 각각 배기용 경로(13), 희석 가스 경로(14)를 개방한다. 이에 의해, 수소 발생부(2)에 잔존하여 배기용 경로(13)를 통과하는 수소 가스는, 희석 가스 경로(14)를 통과해서 배기용 경로(13)를 향하는 질소 가스(희석용 가스)에 의해 희석된 후에, 배기 포트(131)를 통해서 외부로 방출된다.
이때, 희석 가스 경로(14)를 통과해서 배기용 경로(13)를 향하는 질소 가스는, 혼합용 가스 공급부(3)로부터 공급되는 질소 가스이면 된다. 단, 정전 등의 영향을 받아서 혼합용 가스 공급부(3)로부터의 질소 가스의 공급이 정지된 경우에는, 셔틀 밸브(52)의 기능에 의해, 질소 가스의 공급원이 혼합용 가스 공급부(3)에서 압력 용기(51)로 전환된다. 즉, 압력 용기(51)로부터의 질소 가스가, 희석 가스 경로(14)를 통과해서 배기용 경로(13)를 향해서 흘러, 배기용 경로(13)를 통과하는 수소 가스를 희석한다.
또한, 상기 제1 예, 제2 예, 제3 예 각각에서는, 예를 들어 제1, 제2 상시 폐쇄 전자 밸브(61, 62)가 없어도 된다. 즉, 상기 제1 예, 제2 예, 제3 예 각각에 있어서, 제1, 제2 혼합용 경로(11, 12)를 닫지 않는 상태에서, 배기용 경로(13)를 통과하는 수소 가스가 희석 가스 경로(14)를 통과하는 질소 가스에 의해 희석되어도 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 가스 혼합 장치(1)는, 정전 시 등의 이상 발생 시에, 수소 발생부(2)로부터의 수소 가스의 배기용 경로(13)와 희석 가스 공급부(5)로부터의 질소 가스(희석용 가스)의 희석 가스 경로(14)를 접속함으로써, 수소 가스를 질소 가스에 의해 희석하는 밸브 회로(6)를 구비한다. 이 때문에, 이상 발생 시에 있어서, 수소 발생부(2)에 있는 고농도의 수소 가스를 희석해서 저농도의 수소 가스로 할 수 있다. 따라서, 이상 발생 시에도 수소 가스를 처치할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 가스 혼합 장치(1)에서는, 수소 발생부(2)에 있는 수소 가스를, 희석 가스 공급부(5)로부터의 질소 가스에 의해 희석한 후에, 대기로 방출한다. 이 때문에, 수소 발생부(2)에 있는 고농도의 수소 가스가 대기로 방출되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따른 가스 혼합 장치(1)에 의하면, 밸브 회로(6)는, 배기용 경로(13)를 개폐하는 제1 상시 개방 전자 밸브(63)와, 희석 가스 경로(14)를 개폐하는 제2 상시 개방 전자 밸브(64)를 갖는다. 그리고, 제1, 제2 상시 개방 전자 밸브(63, 64)는, 이것에 전력이 공급되고 있지 않은 상태에서 배기용 경로(13), 희석 가스 경로(14)를 각각 개방한다. 이 때문에, 이상 발생 시에 제1, 제2 상시 개방 전자 밸브(63, 64)에의 전력 공급을 정지시킴으로써, 배기용 경로(13)와 희석 가스 경로(14)를 확실하게 접속할 수 있다. 또한, 정전 시에는, 제1, 제2 상시 개방 전자 밸브(63, 64)에의 전력 공급이 자동적으로 정지되기 때문에, 배기용 경로(13)와 희석 가스 경로(14)를 자동적으로 접속할 수 있다. 따라서, 이상 발생 시에는, 수소 가스를 확실하게 질소 가스(희석용 가스)에 의해 희석할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따른 가스 혼합 장치(1)에 의하면, 질소 가스(비가연성 희석용 가스)를 공급하는 희석 가스 공급부(5)가, 혼합용 가스 공급부(3)를 포함하고 있다. 즉, 혼합용 가스 공급부(3)가 희석 가스 공급부(5)로서도 기능한다. 따라서, 희석 가스 공급부(5)와 혼합용 가스 공급부(3)를 완전히 별개로 구성하는 경우와 비교하여, 가스 혼합 장치(1)의 점유 영역을 작게 억제하거나, 제조 비용을 낮게 억제하거나 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따른 가스 혼합 장치(1)에서는, 희석 가스 공급부(5)로서 기능하는 혼합용 가스 공급부(3)가, 공기로부터 질소 가스를 분리해서 취출하는 필터(32)를 갖는다. 이 때문에, 희석용 가스로서의 질소 가스를, 연속해서 희석 가스 경로(14)에 계속해서 흐르게 하는 것이 가능하게 된다. 즉, 수소 발생부(2)로부터의 수소 가스를 질소 가스에 의해 충분히 희석할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따른 가스 혼합 장치(1)에서는, 질소 가스(비가연성 희석용 가스)를 공급하는 희석 가스 공급부(5)가, 질소 가스를 압축한 상태에서 저류하는 압력 용기(51)를 포함하고 있다. 이 때문에, 전력 등의 동력이 없어도, 질소 가스 자체의 압력으로 질소 가스를 희석 가스 경로(14)에 흐르게 할 수 있다. 따라서, 정전 시 등의 이상 발생 시에 있어서, 수소 발생부(2)로부터의 수소 가스를 압력 용기(51)로부터의 질소 가스에 의해 확실하게 희석할 수 있다.
또한, 질소 가스를 고압의 상태에서 저류하는 압력 용기(51)는, 질소 가스를 대기압에서 저류하는 용기와 비교해서 콤팩트하기 때문에, 가스 혼합 장치(1)를 콤팩트하게 구성할 수도 있다.
또한, 본 실시 형태에 따른 가스 혼합 장치(1)에서는, 수소 발생부(2)의 산소 유통부(20)에, 비가연성 질소 가스(희석용 가스)가 도입된다. 이에 의해, 산소 유통부(20)에서 유통되는 산소 가스를, 비가연성 질소 가스로 희석한 후에, 외부(예를 들어 대기)로 방출할 수 있다. 즉, 수소 발생부(2)에서 발생하는 산소 가스를 처치한 후에 외부로 방출할 수 있다.
또한, 가령 고체 고분자 전해질막이 깨져서 수소 가스가 산소 유통부(20)에 침입해도, 산소 가스가 질소 가스에 의해 희석되어 있음으로써, 가연성 가스인 수소 가스와 조연성 가스인 산소 가스가 혼합한 혼합 가스의 농도를 낮게 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따른 가스 혼합 장치(1)에서는, 산소 유통부(20)에 도입되는 질소 가스(희석용 가스)에 포함되는 산소 가스의 농도가 소정값 이상으로 되었을 때, 수소 발생부(2)에서의 수소 가스 및 산소 가스의 발생을 정지시킨다. 또한, 본 실시 형태에 따른 가스 혼합 장치(1)에서는, 산소 유통부(20)에 도입되는 질소 가스의 유량이 소정값 이하로 되었을 때도, 수소 발생부(2)에서의 수소 가스 및 산소 가스의 발생을 정지시킨다. 이에 의해, 수소 발생부(2)로부터 외부로 방출되는 산소 가스의 농도가 높아지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따른 가스 혼합 장치(1)에서는, 산소 유통부(20)에 도입되는 질소 가스(희석용 가스)가 혼합용 가스 공급부(3)로부터 공급된다. 이 때문에, 산소 유통부(20)에 도입하기 위한 질소 가스의 공급원을 별도 준비하는 경우와 비교하여, 가스 혼합 장치(1)의 점유 영역을 작게 억제하거나, 제조 비용을 낮게 억제하거나 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따른 가스 혼합 장치(1)에서는, 전기 기기(7)를 수용한 하우징(8)의 내부에, 비가연성 질소 가스(비가연성 가스)가 도입된다. 이에 의해, 수소 발생부(2)에서 발생하는 수소 가스(가연성 가스)가 하우징(8) 내부에 침입하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 당해 수소 가스가 하우징(8) 내에 배치된 전기 기기(7)에 영향을 미치는 것을 억제할 수 있다.
또한, 하우징(8) 내부에 도입되는 질소 가스(비가연성 가스)에는, 수소 가스(가연성 가스)와의 혼합에 사용하는 가스가 이용되고 있다. 이 때문에, 하우징(8) 내부에 도입하는 비가연성 가스의 공급원을 별도 준비할 경우와 비교하여, 가스 혼합 장치(1)의 점유 영역을 작게 억제하거나, 제조 비용을 낮게 억제하거나 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따른 가스 혼합 장치(1)에서는, 하우징(8)의 내부에 도입되는 질소 가스(비가연성 가스)에 포함되는 산소 가스의 농도가 소정값 이상으로 되었을 때, 수소 발생부(2)에서의 수소 가스의 발생을 정지시킨다. 이에 의해, 하우징(8)의 내부에 도입되는 질소 가스에 포함되는 산소 가스가 하우징(8) 내부에 배치된 전기 기기(7)에 영향을 미치는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따른 가스 혼합 장치(1)에서는, 하우징(8) 내부에 도입되는 질소 가스의 유량이 소정값 이하로 되었을 때도, 수소 발생부(2)에서의 수소 가스 및 산소 가스의 발생을 정지시킨다. 이에 의해, 하우징(8) 내부에 도입되는 질소 가스의 유량 저하(혹은 하우징(8) 내에서의 질소 가스의 압력 저하)에 기초하여, 수소 발생부(2)에서 발생하는 수소 가스 등의 가연성 가스가 하우징(8) 내에 배치된 전기 기기(7)에 영향을 미치는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따른 가스 혼합 장치(1)에 있어서, 하우징(8) 내부에 도입되는 질소 가스(비가연성 가스)가, 압력 용기(51)로부터의 질소 가스일 경우에는, 전력 등의 동력이 없어도, 질소 가스 자체의 압력으로 질소 가스를 하우징(8)의 내부에 도입할 수 있다. 따라서, 정전 시 등의 이상 발생 시에도, 하우징(8) 내부에 배치된 전기 기기(7)를 수소 가스 등의 가연성 가스로부터 보호할 수 있다.
이상, 본 발명에 대해서 상세하게 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경을 가하는 것이 가능하다.
본 발명의 혼합 가스 공급 장치는, 수소 발생부(2)를 구비하는 것에 한하지 않고, 적어도 가연성 가스를 발생시키는 가연성 가스 발생부를 구비하면 된다.
1: 가스 혼합 장치(수소 가스 혼합 장치)
2: 수소 발생부(수전해부)
3: 혼합용 가스 공급부)
4: 가스 혼합부
5: 희석 가스 공급부
6: 밸브 회로
7: 전기 기기
8: 하우징
13: 배기용 경로(제1 경로)
14: 희석 가스 경로(제2 경로)
15: 제1 도입 경로
16: 제2 도입 경로
20: 산소 유통부
32: 필터
51: 압력 용기
52: 셔틀 밸브(전환부)
63: 제1 상시 개방 전자 밸브
64: 제2 상시 개방 전자 밸브
121: 산소 농도계
151: 제1 유량계
161: 제2 유량계

Claims (8)

  1. 수소 가스를 발생시키는 수소 발생부와,
    혼합용 가스를 공급하는 혼합용 가스 공급부와,
    상기 수소 가스 및 상기 혼합용 가스를 혼합하는 가스 혼합부를
    구비하는 수소 가스 혼합 장치에 있어서,
    비가연성 희석용 가스를 공급하는 희석 가스 공급부와,
    이상 발생 시에, 상기 수소 발생부로부터의 상기 수소 가스의 제1 경로와 상기 희석 가스 공급부로부터의 상기 희석용 가스의 제2 경로를 접속함으로써 상기 수소 가스를 상기 희석용 가스에 의해 희석하는 밸브 회로를
    구비하는 수소 가스 혼합 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이상 발생 시는, 정전 시인, 수소 가스 혼합 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 희석용 가스에 의해 희석된 상기 수소 가스를 대기로 방출하는, 수소 가스 혼합 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 밸브 회로는, 상기 제1 경로를 개폐하는 제1 상시 개방 전자 밸브와, 상기 제2 경로를 개폐하는 제2 상시 개방 전자 밸브를 갖는, 수소 가스 혼합 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 희석용 가스로서, 상기 혼합용 가스가 사용되고,
    상기 희석 가스 공급부는, 상기 혼합용 가스 공급부를 포함하는, 수소 가스 혼합 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 혼합용 가스는, 적어도 질소 가스를 포함하고,
    상기 혼합용 가스 공급부는, 공기로부터 상기 질소 가스를 분리해서 취출하는 필터를 갖는, 수소 가스 혼합 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 희석 가스 공급부는, 상기 희석용 가스를 압축한 상태에서 저류하는 압력 용기를 포함하는, 수소 가스 혼합 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 경로는, 상기 혼합용 가스 공급부와 상기 압력 용기에 접속되고,
    상기 제2 경로에는, 상기 수소 가스를 희석하기 위한 상기 희석용 가스로서, 상기 혼합용 가스 공급부로부터의 상기 혼합용 가스와 상기 압력 용기에 저류된 상기 희석용 가스로 전환하는 전환부가 마련되어 있는, 수소 가스 혼합 장치.
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