JP3037121B2 - 水素・酸素発生装置 - Google Patents
水素・酸素発生装置Info
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質膜を隔
膜として用い、陽極側に純水を供給しながら電気分解し
て、陽極側から酸素ガスを、陰極側から水素ガスを発生
させるための水素・酸素発生装置に関し、特に半導体製
造分野、原子力発電分野などにおいて必要とされる高純
度の水素ガス、酸素ガスを発生するための装置に関す
る。
膜として用い、陽極側に純水を供給しながら電気分解し
て、陽極側から酸素ガスを、陰極側から水素ガスを発生
させるための水素・酸素発生装置に関し、特に半導体製
造分野、原子力発電分野などにおいて必要とされる高純
度の水素ガス、酸素ガスを発生するための装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来より、例えば、半導体製造工場など
水素ガス、酸素ガスを消費する工場では、固体高分子電
解質膜等の電解質膜を隔膜として用いて、陽極側と陰極
側とに分離して、純水を陽極側に供給しながら純水を電
気分解して、陽極側から酸素ガスを、陰極側から水素ガ
スをそれぞれ発生するように構成した水電解セルからな
る水素・酸素発生装置を設置することが行われている。
水素ガス、酸素ガスを消費する工場では、固体高分子電
解質膜等の電解質膜を隔膜として用いて、陽極側と陰極
側とに分離して、純水を陽極側に供給しながら純水を電
気分解して、陽極側から酸素ガスを、陰極側から水素ガ
スをそれぞれ発生するように構成した水電解セルからな
る水素・酸素発生装置を設置することが行われている。
【０００３】このような水素・酸素発生装置では、その
発生ガス圧力が低いために、発生したガスをコンプレッ
サーなどのガス圧縮機を用いて加圧して使用する必要が
あるが、圧縮機の潤滑オイル等による不純物が混入する
おそれがあり、そのため、高純度の水素ガス、酸素ガス
を必要とする半導体製造分野においては好ましくなかっ
た。
発生ガス圧力が低いために、発生したガスをコンプレッ
サーなどのガス圧縮機を用いて加圧して使用する必要が
あるが、圧縮機の潤滑オイル等による不純物が混入する
おそれがあり、そのため、高純度の水素ガス、酸素ガス
を必要とする半導体製造分野においては好ましくなかっ
た。
【０００４】このコンプレッサーによる不純物の混入が
なく、高純度でしかも高圧の水素ガス、酸素ガスを供給
することの可能な水素・酸素発生装置として、純水を満
たした容器内に水電解セルを収納した構成の水素・酸素
発生装置が、特表昭63-502908号「水の電気分解方法及
びその装置」、特公平1-247591号「水素製造装置」、特
開平6-33283号「水素発生装置」に開示されている。
なく、高純度でしかも高圧の水素ガス、酸素ガスを供給
することの可能な水素・酸素発生装置として、純水を満
たした容器内に水電解セルを収納した構成の水素・酸素
発生装置が、特表昭63-502908号「水の電気分解方法及
びその装置」、特公平1-247591号「水素製造装置」、特
開平6-33283号「水素発生装置」に開示されている。
【０００５】このコンプレッサーによる不純物の混入が
なく、高純度でしかも高圧の水素ガス、酸素ガスを供給
することの可能な水素・酸素発生装置として 本発明者
等は、既に特願平7-24737号「水素・酸素ガス発生装
置」において、図３に示したように、純水容器103に水
電解セル102を浸漬するとともに、その酸素ガス気液分
離室104及び水素ガス気液分離室107の水面とガス圧力を
制御できるようにして、酸素側と水素側のガス圧力の差
圧を所定の小さい値にするように構成したものである。
そして、これにより、水電解セルの陽極室と陰極室とを
分離している固体高分子電解質膜などの隔膜に作用する
差圧を小さくでき、隔膜の破損の防止、水電解セルのシ
ール部からのガスの漏洩の防止が可能で、その結果発生
ガス圧力を高くすることができる技術を開示した。
なく、高純度でしかも高圧の水素ガス、酸素ガスを供給
することの可能な水素・酸素発生装置として 本発明者
等は、既に特願平7-24737号「水素・酸素ガス発生装
置」において、図３に示したように、純水容器103に水
電解セル102を浸漬するとともに、その酸素ガス気液分
離室104及び水素ガス気液分離室107の水面とガス圧力を
制御できるようにして、酸素側と水素側のガス圧力の差
圧を所定の小さい値にするように構成したものである。
そして、これにより、水電解セルの陽極室と陰極室とを
分離している固体高分子電解質膜などの隔膜に作用する
差圧を小さくでき、隔膜の破損の防止、水電解セルのシ
ール部からのガスの漏洩の防止が可能で、その結果発生
ガス圧力を高くすることができる技術を開示した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】 ところで、このよう
な従来の水素・酸素発生装置に用いる水電解セルの構造
としては、本発明者等が既に特開平5-287570号におい
て、図２に示したように、固体高分子電解質膜128 、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
」）の両面に白金族金属等からなる多孔質の陽極122
及び陰極123 を接合した構造の固体高分子電解質膜121
を隔膜として用いることで、陽極室124 と陰極室125 と
に分離した構造の水電解セル116 を形成し、該水電解セ
ル116 の陽極室124 に純水を供給しながら電気分解を行
い、陽極室124 から酸素ガスを、陰極室125 から水素ガ
スをそれぞれ発生するように構成したものである。すな
わち、この場合、水を陽極側に供給しながら電気分解す
ることにより、陽極側では、2H2O→O2＋4H+ ＋4e- のよ
うな反応が起こり酸素素ガスが発生し、陰極側では、4H
+ ＋4e- →2H2 の反応が起こり水素ガスが発生するもの
である。
な従来の水素・酸素発生装置に用いる水電解セルの構造
としては、本発明者等が既に特開平5-287570号におい
て、図２に示したように、固体高分子電解質膜128 、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
」）の両面に白金族金属等からなる多孔質の陽極122
及び陰極123 を接合した構造の固体高分子電解質膜121
を隔膜として用いることで、陽極室124 と陰極室125 と
に分離した構造の水電解セル116 を形成し、該水電解セ
ル116 の陽極室124 に純水を供給しながら電気分解を行
い、陽極室124 から酸素ガスを、陰極室125 から水素ガ
スをそれぞれ発生するように構成したものである。すな
わち、この場合、水を陽極側に供給しながら電気分解す
ることにより、陽極側では、2H2O→O2＋4H+ ＋4e- のよ
うな反応が起こり酸素素ガスが発生し、陰極側では、4H
+ ＋4e- →2H2 の反応が起こり水素ガスが発生するもの
である。
【０００７】この場合、水電解セルを純水容器内に浸し
た構造であり、電気分解反応が進むにしたがって、純水
容器内の純水の温度が上昇したり、また、純水容器内の
純水が減少して不純物が濃縮して水質が低下するおそれ
があり、固体電解質膜などの性能を低下させて、ひいて
は電気分解の効率に影響を及ぼすなどの問題があった。
た構造であり、電気分解反応が進むにしたがって、純水
容器内の純水の温度が上昇したり、また、純水容器内の
純水が減少して不純物が濃縮して水質が低下するおそれ
があり、固体電解質膜などの性能を低下させて、ひいて
は電気分解の効率に影響を及ぼすなどの問題があった。
【０００８】この問題を解消する方法として、図４に示
したように、純水容器203内の純水を、高圧の循環ポン
プ206、純水を冷却するクーラ208、純水を洗浄するポリ
シャー210、不純物を除去するフィルター212を介して純
水容器203に純水を循環する純水循環経路214を設けて、
純水容器中の純水を冷却、浄化する方法が考えられる。
したように、純水容器203内の純水を、高圧の循環ポン
プ206、純水を冷却するクーラ208、純水を洗浄するポリ
シャー210、不純物を除去するフィルター212を介して純
水容器203に純水を循環する純水循環経路214を設けて、
純水容器中の純水を冷却、浄化する方法が考えられる。
【０００９】また、図５に示したように、純水タンク32
1から高圧の循環ポンプ306、純水を冷却するクーラ30
8、純水を洗浄するポリシャー310、不純物を除去するフ
ィルター312を介して、純水容器303に純水を供給する純
水供給経路313を設けるとともに、水素ガス気液分離装
置307及び純水容器303から、純水タンク321に還流する
還流経路322,323を設けて、純水容器に供給される純水
自体を冷却、浄化した後純水容器に供給する方法も考え
られる。
1から高圧の循環ポンプ306、純水を冷却するクーラ30
8、純水を洗浄するポリシャー310、不純物を除去するフ
ィルター312を介して、純水容器303に純水を供給する純
水供給経路313を設けるとともに、水素ガス気液分離装
置307及び純水容器303から、純水タンク321に還流する
還流経路322,323を設けて、純水容器に供給される純水
自体を冷却、浄化した後純水容器に供給する方法も考え
られる。
【００１０】しかしながら、いずれの場合にも、高圧の
循環ポンプを介して、高圧で純水を循環するために、循
環ポンプの構成部材に起因する潤滑オイル等による不純
物の混入のおそれ、また、例えば、10〜30kg/cm2の高圧
に耐え得る特別なクーラ、ポリシャー、フィルターを準
備しなければならず、コスト高となり問題があった。
循環ポンプを介して、高圧で純水を循環するために、循
環ポンプの構成部材に起因する潤滑オイル等による不純
物の混入のおそれ、また、例えば、10〜30kg/cm2の高圧
に耐え得る特別なクーラ、ポリシャー、フィルターを準
備しなければならず、コスト高となり問題があった。
【００１１】一方、水電解セルを純水容器内に浸した構
造であり、電気分解反応が進むにしたがって、純水容器
内の純水が消費されていくので、補充水を補充する必要
があるが、この場合、高圧で操業しているので、純水容
器内も10〜30kg/cm2 程度の圧力を有するため、通常
は、純水補充タンクからの純水を高圧ポンプなどで予め
昇圧する必要がある。しかしながら、このように高圧ポ
ンプなどを用いた場合には、高圧ポンプなどの構成部品
の潤滑オイル等による不純物が混入するおそれがあり、
そのため、高純度の水素ガス、酸素ガスを必要とする半
導体製造分野においては好ましくなかった。
造であり、電気分解反応が進むにしたがって、純水容器
内の純水が消費されていくので、補充水を補充する必要
があるが、この場合、高圧で操業しているので、純水容
器内も10〜30kg/cm2 程度の圧力を有するため、通常
は、純水補充タンクからの純水を高圧ポンプなどで予め
昇圧する必要がある。しかしながら、このように高圧ポ
ンプなどを用いた場合には、高圧ポンプなどの構成部品
の潤滑オイル等による不純物が混入するおそれがあり、
そのため、高純度の水素ガス、酸素ガスを必要とする半
導体製造分野においては好ましくなかった。
【００１２】本発明は、このような実情を考慮して、電
気分解反応が進むにしたがっても、純水容器内の純水の
温度が上昇することなく、固体電解質膜などの性能も低
下せず、また、純水容器内の純水が減少して不純物が濃
縮してしまい水質が低下するおそれもない、電気分解の
効率に優れた水素・酸素発生装置を提供することを目的
とする。
気分解反応が進むにしたがっても、純水容器内の純水の
温度が上昇することなく、固体電解質膜などの性能も低
下せず、また、純水容器内の純水が減少して不純物が濃
縮してしまい水質が低下するおそれもない、電気分解の
効率に優れた水素・酸素発生装置を提供することを目的
とする。
【００１３】また、本発明は、構成部品の潤滑オイル等
による不純物が混入するおそれのある高圧ポンプなどの
動力源を用いることなく、純水容器内の高圧を維持した
まま、純水容器内の純水のガス発生に消費された純水
を、補充水として容易に補充可能で、しかも高圧、高純
度の水素ガス、酸素ガスを得ることのできる水素・酸素
発生装置を提供することを目的とする。
による不純物が混入するおそれのある高圧ポンプなどの
動力源を用いることなく、純水容器内の高圧を維持した
まま、純水容器内の純水のガス発生に消費された純水
を、補充水として容易に補充可能で、しかも高圧、高純
度の水素ガス、酸素ガスを得ることのできる水素・酸素
発生装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述したよう
な従来技術における課題及び目的を達成するために発明
なされたものであって、下記の（１）〜（８）を、その
構成要旨とするものである。
な従来技術における課題及び目的を達成するために発明
なされたものであって、下記の（１）〜（８）を、その
構成要旨とするものである。
【００１５】（１）固体高分子電解質膜等の電解質膜を
隔膜として用いて、陽極側と陰極側とに分離して、純水
を陽極側に供給しながら純水を電気分解して、陽極側か
ら酸素ガスを、陰極側から水素ガスをそれぞれ発生する
ように構成され、且つ純水容器内に収容された水電解セ
ルを備えた水素・酸素発生器と、水素・酸素発生器の純
水容器内に純水を補給するために補給水経路を介して水
素・酸素発生器の純水容器に接続された補給水タンク
と、補給水タンクに純水を供給するために、純水供給経
路を介して補給水タンクに接続された純水タンクとから
構成した水素・酸素発生装置において、純水容器内の純
水を純水タンクに循環する純水循環経路を設けるととも
に、該純水循環経路に純水容器からの純水を減圧する減
圧装置と、冷却装置と、浄化装置とを接続したことを特
徴とする水素・酸素発生装置。
隔膜として用いて、陽極側と陰極側とに分離して、純水
を陽極側に供給しながら純水を電気分解して、陽極側か
ら酸素ガスを、陰極側から水素ガスをそれぞれ発生する
ように構成され、且つ純水容器内に収容された水電解セ
ルを備えた水素・酸素発生器と、水素・酸素発生器の純
水容器内に純水を補給するために補給水経路を介して水
素・酸素発生器の純水容器に接続された補給水タンク
と、補給水タンクに純水を供給するために、純水供給経
路を介して補給水タンクに接続された純水タンクとから
構成した水素・酸素発生装置において、純水容器内の純
水を純水タンクに循環する純水循環経路を設けるととも
に、該純水循環経路に純水容器からの純水を減圧する減
圧装置と、冷却装置と、浄化装置とを接続したことを特
徴とする水素・酸素発生装置。
【００１６】（２）前記水素・酸素発生器に接続された
水素ガス気液分離装置から、分離された純水を純水タン
クに循環する水素側純水循環経路を設けたことを特徴と
する前述の（１）に記載の水素・酸素発生装置。
水素ガス気液分離装置から、分離された純水を純水タン
クに循環する水素側純水循環経路を設けたことを特徴と
する前述の（１）に記載の水素・酸素発生装置。
【００１７】（３）前記浄化装置が、ポリシャーとフィ
ルターから構成されていることを特徴とする前述の
（１）又は（２）に記載の水素・酸素発生装置。
ルターから構成されていることを特徴とする前述の
（１）又は（２）に記載の水素・酸素発生装置。
【００１８】（４）前記水素側純水循環経路に、溶解水
素分離装置を接続するとともに、前記純水循環経路に溶
解酸素分離装置を接続したことを特徴とする前述の
（１）から（３）のいずれかに記載の水素・酸素発生装
置。
素分離装置を接続するとともに、前記純水循環経路に溶
解酸素分離装置を接続したことを特徴とする前述の
（１）から（３）のいずれかに記載の水素・酸素発生装
置。
【００１９】（５）前記補給水タンクが、水素・酸素発
生器の純水容器よりも高水平位置に配設され、補給水タ
ンク上方に配設されたガス抜き経路を備え、前記純水タ
ンクが、補給水タンクよりも高水平位置に配設され、水
素・酸素発生器の純水容器上部と補給水タンクの上部を
連通する連通経路を備え、純水タンク、補給水タンク、
及び純水容器の水位差によって、純水タンクから補給水
タンクを介して、水素・酸素発生器の純水容器内に補給
するように構成したことを特徴とする前述の（１）から
（４）のいずれかに記載の水素・酸素発生装置。
生器の純水容器よりも高水平位置に配設され、補給水タ
ンク上方に配設されたガス抜き経路を備え、前記純水タ
ンクが、補給水タンクよりも高水平位置に配設され、水
素・酸素発生器の純水容器上部と補給水タンクの上部を
連通する連通経路を備え、純水タンク、補給水タンク、
及び純水容器の水位差によって、純水タンクから補給水
タンクを介して、水素・酸素発生器の純水容器内に補給
するように構成したことを特徴とする前述の（１）から
（４）のいずれかに記載の水素・酸素発生装置。
【００２０】（６）水素・酸素発生器の純水容器には、
純水容器の液面位置を検出するための純水容器液面検知
装置が設けられており、純水容器液面検知装置によって
検知された純水容器液面位置が、予め設定されたレベル
より低い場合に、補給水経路及び連通経路を閉止した状
態で、純水供給経路及びガス抜き経路を開放して、純水
タンクと補給水タンクとの水位差によって、純水タンク
より補給水タンクに補給水を供給するように構成され、
補給水タンクには、補給水タンクの液面位置を検出する
ための補給水タンク液面検知装置が設けられており、補
給水タンク液面検知装置によって検知された補給水タン
ク液面位置が予め設定されたレベルよりも高い場合に、
純水供給経路及びガス抜き経路を閉止するとともに、連
通経路を開放して、補給水タンク内と水素・酸素発生器
の純水容器内を同圧力とするように構成され、補給水タ
ンク内と水素・酸素発生器の純水容器内が同圧力となっ
た後に、補給水経路を開放して、補給水タンクと水素・
酸素発生器の純水容器との水位差によって、補給水を補
給水タンクから純水容器に供給するように構成されてい
ることを特徴とする前述の（５）に記載の水素・酸素発
生装置。
純水容器の液面位置を検出するための純水容器液面検知
装置が設けられており、純水容器液面検知装置によって
検知された純水容器液面位置が、予め設定されたレベル
より低い場合に、補給水経路及び連通経路を閉止した状
態で、純水供給経路及びガス抜き経路を開放して、純水
タンクと補給水タンクとの水位差によって、純水タンク
より補給水タンクに補給水を供給するように構成され、
補給水タンクには、補給水タンクの液面位置を検出する
ための補給水タンク液面検知装置が設けられており、補
給水タンク液面検知装置によって検知された補給水タン
ク液面位置が予め設定されたレベルよりも高い場合に、
純水供給経路及びガス抜き経路を閉止するとともに、連
通経路を開放して、補給水タンク内と水素・酸素発生器
の純水容器内を同圧力とするように構成され、補給水タ
ンク内と水素・酸素発生器の純水容器内が同圧力となっ
た後に、補給水経路を開放して、補給水タンクと水素・
酸素発生器の純水容器との水位差によって、補給水を補
給水タンクから純水容器に供給するように構成されてい
ることを特徴とする前述の（５）に記載の水素・酸素発
生装置。
【００２１】（７） 補給水タンク液面位置の予め設定
されたレベルが、満水レベルとなるように設定されてい
ることを特徴とする前述の（６）に記載の水素・酸素発
生装置。
されたレベルが、満水レベルとなるように設定されてい
ることを特徴とする前述の（６）に記載の水素・酸素発
生装置。
【００２２】（８） 補給水経路、ガス抜き経路、純水
供給経路及び連通経路の開閉を、それぞれの経路に設け
た開閉弁によって行うように構成されていることを特徴
とする前述の（６）又は（７）に記載の水素・酸素発生
装置。
供給経路及び連通経路の開閉を、それぞれの経路に設け
た開閉弁によって行うように構成されていることを特徴
とする前述の（６）又は（７）に記載の水素・酸素発生
装置。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいてより詳細に説明する。
づいてより詳細に説明する。
【００２４】図１は、本発明の水素・酸素発生装置の全
体の概略図である。
体の概略図である。
【００２５】図１において、１は全体で水素・酸素発生
器を示しており、水素・酸素発生器１は、水電解セル２
を備え、この水電解セル２は純水容器３内に収納されて
おり、純水容器３内には純水が充填されており、水電解
セル２の陽極側に通じる開口24から水電解セル２内に純
水が供給されて、純水容器３の外部に設けられた電源
（図示せず）から、陽極側と陰極側に電圧が印可され
て、電気分解が行われ、陽極側から酸素ガスが、陰極側
から水素ガスがそれぞれ発生するようになっている。な
お、水電解セル２の内部構造は図示を省略するが、これ
は図２に示したように、固体高分子電解質膜等の電解質
膜を隔膜として用いて、陽極側と陰極側とに分離して、
純水を陽極側に供給しながら純水を電気分解して、陽極
側から酸素ガスを、陰極側から水素ガスをそれぞれ発生
するように構成されたものである。このような水電解セ
ルの構造として、本発明者等が既に出願した特願平7-24
737号「水素・酸素ガス発生装置」に開示したものが使
用可能である。
器を示しており、水素・酸素発生器１は、水電解セル２
を備え、この水電解セル２は純水容器３内に収納されて
おり、純水容器３内には純水が充填されており、水電解
セル２の陽極側に通じる開口24から水電解セル２内に純
水が供給されて、純水容器３の外部に設けられた電源
（図示せず）から、陽極側と陰極側に電圧が印可され
て、電気分解が行われ、陽極側から酸素ガスが、陰極側
から水素ガスがそれぞれ発生するようになっている。な
お、水電解セル２の内部構造は図示を省略するが、これ
は図２に示したように、固体高分子電解質膜等の電解質
膜を隔膜として用いて、陽極側と陰極側とに分離して、
純水を陽極側に供給しながら純水を電気分解して、陽極
側から酸素ガスを、陰極側から水素ガスをそれぞれ発生
するように構成されたものである。このような水電解セ
ルの構造として、本発明者等が既に出願した特願平7-24
737号「水素・酸素ガス発生装置」に開示したものが使
用可能である。
【００２６】そして、水電解セル２の陽極側から発生し
た酸素ガスは、純水容器３の上方に形成された酸素ガス
気液分離室４に溜まり、図示しない圧力制御装置の制御
によって、酸素ガス気液分離室４から所定の圧力になっ
た際に、酸素ガス取り出しライン５を介して、貯蔵タン
クなどのユースポイントに供給されるようになってい
る。
た酸素ガスは、純水容器３の上方に形成された酸素ガス
気液分離室４に溜まり、図示しない圧力制御装置の制御
によって、酸素ガス気液分離室４から所定の圧力になっ
た際に、酸素ガス取り出しライン５を介して、貯蔵タン
クなどのユースポイントに供給されるようになってい
る。
【００２７】一方、水電解セル２の陰極側から発生した
水素ガスは、水素取り出し管６を介して、純水容器３の
外部に配設された水素ガス気液分離装置７に導入されて
気液分離された後、図示しない圧力制御装置の制御によ
って、水素ガス気液分離装置７から所定の圧力になった
際に、水素ガス取り出しライン８を介して、貯蔵タンク
などのユースポイントに供給されるようになっている。
水素ガスは、水素取り出し管６を介して、純水容器３の
外部に配設された水素ガス気液分離装置７に導入されて
気液分離された後、図示しない圧力制御装置の制御によ
って、水素ガス気液分離装置７から所定の圧力になった
際に、水素ガス取り出しライン８を介して、貯蔵タンク
などのユースポイントに供給されるようになっている。
【００２８】さらに、純水容器３には、酸素ガス気液分
離室４の液面位置を検出するための純水容器液面検知装
置９が設けられており、この純水容器液面検知装置９
は、酸素ガス気液分離室４の側部に配設された水面計10
と水面センサ11と水面検出制御装置12とから構成されて
いる。
離室４の液面位置を検出するための純水容器液面検知装
置９が設けられており、この純水容器液面検知装置９
は、酸素ガス気液分離室４の側部に配設された水面計10
と水面センサ11と水面検出制御装置12とから構成されて
いる。
【００２９】さらに、電気分解反応が進むにしたがっ
て、純水容器内の純水が消費されていくので、補給水タ
ンク14は、純水容器３内に純水を補給するために、純水
容器３よりも高い水平位置に配設され、且つ補給水経路
13を介して純水容器３の酸素ガス気液分離室４に接続さ
れている。なお、補給水経路13には補給水経路開閉弁Ｄ
が設けられるとともに、補給水タンク14の上部には、ガ
ス抜き経路15が設けられ、ガス抜き弁Ａが配設されてい
る。また、補給水タンク14には、補給水タンク14の液面
位置を検出するための補給水タンク液面検知装置16が設
けられており、この補給水タンク液面検知装置16は、補
給水タンク14の側部に配設された水面計17と水面センサ
18と水面検出制御装置19とから構成されている。
て、純水容器内の純水が消費されていくので、補給水タ
ンク14は、純水容器３内に純水を補給するために、純水
容器３よりも高い水平位置に配設され、且つ補給水経路
13を介して純水容器３の酸素ガス気液分離室４に接続さ
れている。なお、補給水経路13には補給水経路開閉弁Ｄ
が設けられるとともに、補給水タンク14の上部には、ガ
ス抜き経路15が設けられ、ガス抜き弁Ａが配設されてい
る。また、補給水タンク14には、補給水タンク14の液面
位置を検出するための補給水タンク液面検知装置16が設
けられており、この補給水タンク液面検知装置16は、補
給水タンク14の側部に配設された水面計17と水面センサ
18と水面検出制御装置19とから構成されている。
【００３０】一方、補給水タンク14上部と純水容器３の
酸素ガス気液分離室４の上部は、連通経路22を介して連
通されるとともに、連通経路22には連通経路開閉弁Ｂが
設けられている。
酸素ガス気液分離室４の上部は、連通経路22を介して連
通されるとともに、連通経路22には連通経路開閉弁Ｂが
設けられている。
【００３１】また、純水タンク21は、補給水タンク14に
純水を供給するために、補給水タンクよりも高い水平位
置に配設され、且つ純水供給経路20を介して補給水タン
ク上部に接続される。また、前記純水供給経路20には純
水供給経路開閉弁Ｃが設けられている。
純水を供給するために、補給水タンクよりも高い水平位
置に配設され、且つ純水供給経路20を介して補給水タン
ク上部に接続される。また、前記純水供給経路20には純
水供給経路開閉弁Ｃが設けられている。
【００３２】さらに、純水容器３内で電気分解の進行に
伴って、純水容器３中の純水の温度が上昇して、固体電
解質膜などの性能が低下し、純水容器内の純水が減少し
て不純物が濃縮してしまい水質が低下するのを防止する
ために、純水容器３内の純水を純水タンク21に循環する
純水循環経路30が設けられている。この純水循環経路30
は、例えば、10〜30kg/cm2の純水容器３からの純水を減
圧するための減圧装置である減圧弁32を介して、2kg/cm
2程度にまで減圧した後、純水中の酸素ガス溶解度が低
下するので、溶解酸素分離タンク34を介して、酸素ガス
排出経路35を介して純水中の酸素ガスが排出されるよう
になっている。そして、酸素ガスが分離された純水は、
純水を10℃前後冷却するための冷却装置であるクーラ36
と、鉄、クロム、ニッケルなどのイオンを浄するための
浄化装置であるポリシャー38を通過した後、最終的に濁
度成分を除去するためのフィルター39を通過し、浄化さ
れ、冷却された純水が純水タンク21に循環されるように
なっている。なお、図中、C1、C2は開閉弁、C3は安全弁
である。
伴って、純水容器３中の純水の温度が上昇して、固体電
解質膜などの性能が低下し、純水容器内の純水が減少し
て不純物が濃縮してしまい水質が低下するのを防止する
ために、純水容器３内の純水を純水タンク21に循環する
純水循環経路30が設けられている。この純水循環経路30
は、例えば、10〜30kg/cm2の純水容器３からの純水を減
圧するための減圧装置である減圧弁32を介して、2kg/cm
2程度にまで減圧した後、純水中の酸素ガス溶解度が低
下するので、溶解酸素分離タンク34を介して、酸素ガス
排出経路35を介して純水中の酸素ガスが排出されるよう
になっている。そして、酸素ガスが分離された純水は、
純水を10℃前後冷却するための冷却装置であるクーラ36
と、鉄、クロム、ニッケルなどのイオンを浄するための
浄化装置であるポリシャー38を通過した後、最終的に濁
度成分を除去するためのフィルター39を通過し、浄化さ
れ、冷却された純水が純水タンク21に循環されるように
なっている。なお、図中、C1、C2は開閉弁、C3は安全弁
である。
【００３３】なお、このクーラ36としては、例えば、プ
レート式の熱交換機（「超小型プレート式熱交換機 UX-
005」（株）日阪製作所）が、ポリシャー38としては、
例えば、カチオン樹脂及びアニオン樹脂を用いたポリシ
ャー（「非再生ポリシャUPGS1-602」神鋼パンテツク
（株））が、フィルター39としては、例えば、ポリテト
ラフルオロエチレン(PTFE)メンブランろ材とプロピレン
から構成されたフィルター（「マイクロフローフィルタ
ーカートリッジ」キュノ（株））などの低圧用の安価な
市販品が使用可能である。
レート式の熱交換機（「超小型プレート式熱交換機 UX-
005」（株）日阪製作所）が、ポリシャー38としては、
例えば、カチオン樹脂及びアニオン樹脂を用いたポリシ
ャー（「非再生ポリシャUPGS1-602」神鋼パンテツク
（株））が、フィルター39としては、例えば、ポリテト
ラフルオロエチレン(PTFE)メンブランろ材とプロピレン
から構成されたフィルター（「マイクロフローフィルタ
ーカートリッジ」キュノ（株））などの低圧用の安価な
市販品が使用可能である。
【００３４】一方、水素ガス気液分離タンク７で分離さ
れた純水は、純水タンク２１に循環する水素側純水循環
経路40が設けられている。分離された純水は、溶解水素
分離タンク42を介して、水素ガス排出経路43を介して純
水中の水素ガスが排出された後に、純水タンク21に循環
されるようになっている。これによって、電気分解で発
生する水素側の純水も効率良く再使用できるようになっ
ている。
れた純水は、純水タンク２１に循環する水素側純水循環
経路40が設けられている。分離された純水は、溶解水素
分離タンク42を介して、水素ガス排出経路43を介して純
水中の水素ガスが排出された後に、純水タンク21に循環
されるようになっている。これによって、電気分解で発
生する水素側の純水も効率良く再使用できるようになっ
ている。
【００３５】このように構成される本発明の水素・酸素
発生装置において、純水を純水容器３内に供給する場合
の作動について、以下に説明する。
発生装置において、純水を純水容器３内に供給する場合
の作動について、以下に説明する。
【００３６】水電解セル２の電気分解反応が進むにした
がって、純水容器３内の純水が消費されていくので、純
水容器３の上方に形成された酸素ガス気液分離室４の液
面位置は低くなる。この液面位置が、純水容器液面検知
装置９の水面計10と水面センサ11によって所定のレベル
位置を下回ったと検出された場合に、水面検出制御装置
12から制御信号が出される。この制御信号によって、補
給水経路13の補給水経路開閉弁Ｄ及び連通経路22の連通
経路開閉弁Ｂを閉止した状態で、純水供給経路20の純水
供給経路開閉弁Ｃ及びガス抜き経路15のガス抜き弁Ａを
開放する制御が行われる。この結果、純水タンク21が補
給水タンク14より高水平位置に配置されているので、純
水タンク21と補給水タンク14との水位差によって、補給
水は純水タンク21より補給水タンク14に供給される。
がって、純水容器３内の純水が消費されていくので、純
水容器３の上方に形成された酸素ガス気液分離室４の液
面位置は低くなる。この液面位置が、純水容器液面検知
装置９の水面計10と水面センサ11によって所定のレベル
位置を下回ったと検出された場合に、水面検出制御装置
12から制御信号が出される。この制御信号によって、補
給水経路13の補給水経路開閉弁Ｄ及び連通経路22の連通
経路開閉弁Ｂを閉止した状態で、純水供給経路20の純水
供給経路開閉弁Ｃ及びガス抜き経路15のガス抜き弁Ａを
開放する制御が行われる。この結果、純水タンク21が補
給水タンク14より高水平位置に配置されているので、純
水タンク21と補給水タンク14との水位差によって、補給
水は純水タンク21より補給水タンク14に供給される。
【００３７】そして、補給水タンク液面検知装置16の水
面計17と水面センサ18によって検知された補給水タンク
の液面位置が、予め設定されたレベルよりも高くなる
と、水面検出制御装置19から制御信号が発信される。こ
の制御信号によって、純水供給経路20の純水供給経路開
閉弁Ｃ及びガス抜き経路15のガス抜き弁Ａを閉止すると
ともに、連通経路22の連通経路開閉弁Ｂを開放する弁の
制御が行われる。その結果、補給水タンク14内と純水容
器３内の圧力が同圧力になる。なお、この場合、補給水
タンクの液面位置の予め設定されたレベルを、ガス抜き
弁Ａから補給水がリークしてくるような満水レベル位置
に設定しておけば、補給水タンク14内に気体（酸素ガ
ス）が存在しないので、純水容器３内の圧力が低下する
ことがなく、酸素ガス圧を一定の圧力で酸素ガス取り出
しライン５を介して、貯蔵タンクなどのユースポイント
に供給される。
面計17と水面センサ18によって検知された補給水タンク
の液面位置が、予め設定されたレベルよりも高くなる
と、水面検出制御装置19から制御信号が発信される。こ
の制御信号によって、純水供給経路20の純水供給経路開
閉弁Ｃ及びガス抜き経路15のガス抜き弁Ａを閉止すると
ともに、連通経路22の連通経路開閉弁Ｂを開放する弁の
制御が行われる。その結果、補給水タンク14内と純水容
器３内の圧力が同圧力になる。なお、この場合、補給水
タンクの液面位置の予め設定されたレベルを、ガス抜き
弁Ａから補給水がリークしてくるような満水レベル位置
に設定しておけば、補給水タンク14内に気体（酸素ガ
ス）が存在しないので、純水容器３内の圧力が低下する
ことがなく、酸素ガス圧を一定の圧力で酸素ガス取り出
しライン５を介して、貯蔵タンクなどのユースポイント
に供給される。
【００３８】次に、補給水タンク14内と純水容器３内の
圧力が同圧力となった後に、補給水経路13の補給水経路
開閉弁Ｄを開放すると、補給水タンク14は純水容器３よ
り高水平位置に配置されているので、補給水タンク14と
純水容器３との水位差によって、補給水は補給水タンク
14から純水容器３に供給される。
圧力が同圧力となった後に、補給水経路13の補給水経路
開閉弁Ｄを開放すると、補給水タンク14は純水容器３よ
り高水平位置に配置されているので、補給水タンク14と
純水容器３との水位差によって、補給水は補給水タンク
14から純水容器３に供給される。
【００３９】そして、酸素ガス気液分離室４の液面位置
が、純水容器液面検知装置９の水面計10と水面センサ11
によって所定のレベル位置を上回ったと検出された場合
に、水面検出制御装置12から制御信号が出されて、連通
経路22の連通経路開閉弁Ｂ及び補給水経路13の補給水経
路開閉弁Ｄが閉止されて純水容器３内への補給水の供給
が完了し、次の補給水供給サイクルが順次繰り返し行わ
れるようになっている。
が、純水容器液面検知装置９の水面計10と水面センサ11
によって所定のレベル位置を上回ったと検出された場合
に、水面検出制御装置12から制御信号が出されて、連通
経路22の連通経路開閉弁Ｂ及び補給水経路13の補給水経
路開閉弁Ｄが閉止されて純水容器３内への補給水の供給
が完了し、次の補給水供給サイクルが順次繰り返し行わ
れるようになっている。
【００４０】また、操業中、電気分解が進行するに従っ
て、純水容器３中の純水の温度が上昇して、固体電解質
膜などの性能が低下し、純水容器内の純水が減少して不
純物が濃縮してしまい水質が低下するのを防止するため
に、純水容器中に設けた図示しない温度センサー、不純
物感知センサーなどで、温度が上昇、不純物が増加した
場合に、純水循環経路30が作動して、純水容器３内の純
水を浄化、冷却した後、純水タンク21に循環して、純水
容器３内の純水の純度、温度を保持するように構成され
ている。
て、純水容器３中の純水の温度が上昇して、固体電解質
膜などの性能が低下し、純水容器内の純水が減少して不
純物が濃縮してしまい水質が低下するのを防止するため
に、純水容器中に設けた図示しない温度センサー、不純
物感知センサーなどで、温度が上昇、不純物が増加した
場合に、純水循環経路30が作動して、純水容器３内の純
水を浄化、冷却した後、純水タンク21に循環して、純水
容器３内の純水の純度、温度を保持するように構成され
ている。
【００４１】
【発明の効果】本発明の水素・酸素発生装置によれば、
純水容器内の純水を純水タンクに循環する純水循環経路
を設けるとともに、該純水循環経路に純水容器からの純
水を減圧する減圧装置と、冷却装置と、浄化装置とを接
続したので、高圧の循環ポンプを用いないので、循環ポ
ンプの構成部材に起因する潤滑オイル等による不純物の
混入のおそれがなく、しかも、純水容器内で電気分解の
進行に伴って、純水容器中の純水の温度が上昇して、固
体電解質膜などの性能が低下し、純水容器内の純水が減
少して不純物が濃縮してしまい水質が低下するのを防止
できる。
純水容器内の純水を純水タンクに循環する純水循環経路
を設けるとともに、該純水循環経路に純水容器からの純
水を減圧する減圧装置と、冷却装置と、浄化装置とを接
続したので、高圧の循環ポンプを用いないので、循環ポ
ンプの構成部材に起因する潤滑オイル等による不純物の
混入のおそれがなく、しかも、純水容器内で電気分解の
進行に伴って、純水容器中の純水の温度が上昇して、固
体電解質膜などの性能が低下し、純水容器内の純水が減
少して不純物が濃縮してしまい水質が低下するのを防止
できる。
【００４２】本発明の水素・酸素発生装置によれば、純
水容器液面位置が、予め設定されたレベルより低い場合
に、補給水経路及び連通経路を閉止した状態で、純水供
給経路及びガス抜き経路を開放して、純水タンクと補給
水タンクとの水位差によって、純水タンクより補給水タ
ンクに補給水が供給され、補給水タンク液面位置が予め
設定されたレベルよりも高い場合に、純水供給経路及び
ガス抜き経路を閉止するとともに、連通経路を開放し
て、補給水タンク内と水素・酸素発生器の純水容器内を
同圧力とし、補給水タンク内と水素・酸素発生器の純水
容器内を同圧力となった後に、補給水経路を開放して、
補給水タンクと水素・酸素発生器の純水容器との水位差
によって、補給水を補給水タンクから純水容器に供給す
るように構成したので、高圧ポンプなどの動力源を用い
ることなく、純水容器内の高圧を維持したまま、純水容
器内の純水のガス発生に消費された純水を、補充水とし
て容易に補充可能であり、高圧ポンプなどの構成部品の
潤滑オイル等による不純物が混入するおそれがなく、高
純度で且つ高圧の酸素ガス、水素ガスを提供できる。
水容器液面位置が、予め設定されたレベルより低い場合
に、補給水経路及び連通経路を閉止した状態で、純水供
給経路及びガス抜き経路を開放して、純水タンクと補給
水タンクとの水位差によって、純水タンクより補給水タ
ンクに補給水が供給され、補給水タンク液面位置が予め
設定されたレベルよりも高い場合に、純水供給経路及び
ガス抜き経路を閉止するとともに、連通経路を開放し
て、補給水タンク内と水素・酸素発生器の純水容器内を
同圧力とし、補給水タンク内と水素・酸素発生器の純水
容器内を同圧力となった後に、補給水経路を開放して、
補給水タンクと水素・酸素発生器の純水容器との水位差
によって、補給水を補給水タンクから純水容器に供給す
るように構成したので、高圧ポンプなどの動力源を用い
ることなく、純水容器内の高圧を維持したまま、純水容
器内の純水のガス発生に消費された純水を、補充水とし
て容易に補充可能であり、高圧ポンプなどの構成部品の
潤滑オイル等による不純物が混入するおそれがなく、高
純度で且つ高圧の酸素ガス、水素ガスを提供できる。
【図１】図１は、本発明の水素・酸素発生装置の全体の
概略図である。
概略図である。
【図２】図２は、水電解セルの構成を示す概略図であ
る。
る。
【図３】図３は、従来の水浸漬式の水素・酸素発生装置
の概略図である。
の概略図である。
【図４】図４は、従来の水浸漬式の純水容器内の純水を
冷却、浄化する装置を備えた水素・酸素発生装置の概略
図である。
冷却、浄化する装置を備えた水素・酸素発生装置の概略
図である。
【図５】図５は、別の従来の水浸漬式の純水容器内の純
水を冷却、浄化する装置を備えた水素・酸素発生装置の
概略図である。
水を冷却、浄化する装置を備えた水素・酸素発生装置の
概略図である。
１・・・水素・酸素発生器 ２・・・水電解セル ３・・・純水容器 ４・・・酸素ガス気液分離室 ５・・・酸素ガス取り出しライン ６・・・水素取り出し管 ７・・・水素ガス気液分離装置 ８・・・水素ガス取り出しライン ９・・・純水容器液面検知装置 １０・・・水面計 １１・・・水面センサ １２・・・水面検出制御装置 １３・・・補給水経路 １４・・・補給水タンク １５・・・ガス抜き経路 １６・・・補給水タンク液面検知装置 １７・・・水面計 １８・・・水面センサ １９・・・水面検出制御装置 ２０・・・純水供給経路 ２１・・・純水タンク ２２・・・連通経路 ２４・・・開口 ３０・・・純水循環経路 ３２・・・減圧弁 ３４・・・溶解酸素分離タンク ３５・・・酸素ガス排出経路 ３６・・・クーラ ３８・・・ポリシャー ３９・・・フィルター ４０・・・水素側純水循環経路 ４２・・・溶解水素分離タンク ４３・・・水素ガス排出経路 Ａ・・・ガス抜き弁 Ｂ・・・連通経路開閉弁 Ｃ・・・純水供給経路開閉弁 Ｄ・・・補給水経路開閉弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 宏子 兵庫県神戸市長田区名倉町５丁目８番11 号 (72)発明者 安井 信一 兵庫県加古郡播磨町野添４丁目108 タ ウニーＳ Ａ202号 (72)発明者 長尾 衛 大阪府大阪市東淀川区井高野２丁目７番 18−102号 (72)発明者 浅利 明 兵庫県神戸市東灘区本山中町４丁目10の 20 (72)発明者 原田 宙幸 東京都練馬区西大泉２−25−43 (56)参考文献 特開 平８−325771（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−319593（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−64569（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C25B 1/00 - 15/08
Claims (8)
- 【請求項１】 固体高分子電解質膜等の電解質膜を隔膜
として用いて、陽極側と陰極側とに分離して、純水を陽
極側に供給しながら純水を電気分解して、陽極側から酸
素ガスを、陰極側から水素ガスをそれぞれ発生するよう
に構成され、且つ純水容器内に収容された水電解セルを
備えた水素・酸素発生器と、 水素・酸素発生器の純水容器内に純水を補給するために
補給水経路を介して水素・酸素発生器の純水容器に接続
された補給水タンクと、 補給水タンクに純水を供給するために、純水供給経路を
介して補給水タンクに接続された純水タンクとから構成
した水素・酸素発生装置において、 純水容器内の純水を純水タンクに循環する純水循環経路
を設けるとともに、該純水循環経路に純水容器からの純
水を減圧する減圧装置と、冷却装置と、浄化装置とを接
続したことを特徴とする水素・酸素発生装置。 - 【請求項２】 前記水素・酸素発生器に接続された水素
ガス気液分離装置から、分離された純水を純水タンクに
循環する水素側純水循環経路を設けたことを特徴とする
請求項１に記載の水素・酸素発生装置。 - 【請求項３】 前記浄化装置が、ポリシャーとフィルタ
ーから構成されていることを特徴とする請求項１又は２
に記載の水素・酸素発生装置。 - 【請求項４】 前記水素側純水循環経路に、溶解水素分
離装置を接続するとともに、前記純水循環経路に溶解酸
素分離装置を接続したことを特徴とする請求項１から３
のいずれかに記載の水素・酸素発生装置。 - 【請求項５】 前記補給水タンクが、水素・酸素発生器
の純水容器よりも高水平位置に配設され、 補給水タンク上方に配設されたガス抜き経路を備え、 前記純水タンクが、補給水タンクよりも高水平位置に配
設され、 水素・酸素発生器の純水容器上部と補給水タンクの上部
を連通する連通経路を備え、 純水タンク、補給水タンク、及び純水容器の水位差によ
って、純水タンクから補給水タンクを介して、水素・酸
素発生器の純水容器内に補給するように構成したことを
特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の水素・酸
素発生装置。 - 【請求項６】 水素・酸素発生器の純水容器には、純水
容器の液面位置を検出するための純水容器液面検知装置
が設けられており、 純水容器液面検知装置によって検知された純水容器液面
位置が、予め設定されたレベルより低い場合に、補給水
経路及び連通経路を閉止した状態で、純水供給経路及び
ガス抜き経路を開放して、純水タンクと補給水タンクと
の水位差によって、純水タンクより補給水タンクに補給
水を供給するように構成され、 補給水タンクには、補給水タンクの液面位置を検出する
ための補給水タンク液面検知装置が設けられており、 補給水タンク液面検知装置によって検知された補給水タ
ンク液面位置が予め設定されたレベルよりも高い場合
に、純水供給経路及びガス抜き経路を閉止するととも
に、連通経路を開放して、補給水タンク内と水素・酸素
発生器の純水容器内を同圧力とするように構成され、 補給水タンク内と水素・酸素発生器の純水容器内が同圧
力となった後に、補給水経路を開放して、補給水タンク
と水素・酸素発生器の純水容器との水位差によって、補
給水を補給水タンクから純水容器に供給するように構成
されていることを特徴とする請求項５に記載の水素・酸
素発生装置。 - 【請求項７】 補給水タンク液面位置の予め設定された
レベルが、満水レベルとなるように設定されていること
を特徴とする請求項６に記載の水素・酸素発生装置。 - 【請求項８】 補給水経路、ガス抜き経路、純水供給経
路及び連通経路の開閉を、それぞれの経路に設けた開閉
弁によって行うように構成されていることを特徴とする
請求項６又は７に記載の水素・酸素発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7301046A JP3037121B2 (ja) | 1995-11-20 | 1995-11-20 | 水素・酸素発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7301046A JP3037121B2 (ja) | 1995-11-20 | 1995-11-20 | 水素・酸素発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09143779A JPH09143779A (ja) | 1997-06-03 |
| JP3037121B2 true JP3037121B2 (ja) | 2000-04-24 |
Family
ID=17892216
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7301046A Expired - Fee Related JP3037121B2 (ja) | 1995-11-20 | 1995-11-20 | 水素・酸素発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3037121B2 (ja) |
Families Citing this family (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3409996B2 (ja) * | 1997-06-27 | 2003-05-26 | 神鋼プラント建設株式会社 | オゾン水製造装置及びその装置によるオゾン水の製造方法 |
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