JP3335555B2 - Hydrogen oxygen generator and its cooled gas-liquid separator - Google Patents
Hydrogen oxygen generator and its cooled gas-liquid separatorInfo
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Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は水素酸素発生装置お
よびその冷却式気液分離器（以下、単に気液分離器とい
う）に関する。さらに詳しくは、構成が簡素化され且つ
発生ガスから効率的に水分を除去しうる水素酸素発生装
置およびこの水素酸素発生装置に好適に用いられる気液
分離器に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hydrogen oxygen generator and a cooled gas-liquid separator (hereinafter simply referred to as a gas-liquid separator). More specifically, the present invention relates to a hydrogen oxygen generator having a simplified configuration and capable of efficiently removing moisture from generated gas, and a gas-liquid separator suitably used in the hydrogen oxygen generator.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、水の電気分解によって高純度の水
素ガスおよび酸素ガスを得るための水素酸素発生装置で
は、発生した前記ガスに多量の水分を含むため、一般に
この水分を除去する機構を備えている。2. Description of the Related Art Conventionally, a hydrogen-oxygen generator for obtaining high-purity hydrogen gas and oxygen gas by electrolysis of water contains a large amount of water in the generated gas. Have.
【０００３】図５に示すのは高圧型の水素酸素発生装置
５１であり、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、発生した水
素ガスＨ2 から液分（水分）を除去するための水素ガス
用気液分離タンク５５と、酸素ガス用除湿器５６と、水
素ガス用除湿器５７とを主要構成機器としている。酸素
ガス用気液分離タンクが設けられていないのは、酸素ガ
スは純水タンク５３内の純水中を通過してから一旦気相
（酸素ガス）を通って取り出されるため、純水タンク５
３内で水分が分離されるからである。５８は純水製造装
置である。電解セル５２で発生した水素ガスは純水とと
もに水素ガス用気液分離タンク５５へその上部から注入
される。FIG. 5 shows a high-pressure type hydrogen / oxygen generator 51, which is a hydrogen / oxygen generating tank (hereinafter simply referred to as pure water tank) accommodating a pure water electrolysis cell (hereinafter simply referred to as electrolysis cell) 52. 53, a pure water supply tank 54 for supplying pure water W in the pure water tank 53, from the hydrogen gas H 2 generated hydrogen gas gas-liquid separation tank 55 for removing liquid component (water) , An oxygen gas dehumidifier 56 and a hydrogen gas dehumidifier 57 are main components. The reason that the gas-liquid separation tank for oxygen gas is not provided is that the oxygen gas passes through the pure water in the pure water tank 53 and is once taken out through the gas phase (oxygen gas).
This is because the water is separated in 3. 58 is a pure water production device. The hydrogen gas generated in the electrolysis cell 52 is injected into the gas-liquid separation tank 55 for hydrogen gas together with pure water from above.
【０００４】そして、水素ガス用除湿器５７において除
去された水分は水素ガス用気液分離タンク５５に戻され
るかまたは排水される。また、水素ガス用気液分離タン
ク５５において分離され蓄積される水分は純水供給タン
ク５４に戻されて再使用される。酸素ガス用除湿器５６
において除去された水分は純水供給タンク５４に戻され
て再使用されるかまたは排水される。。[0004] The water removed in the hydrogen gas dehumidifier 57 is returned to the gas-liquid separation tank 55 for hydrogen gas or drained. The water separated and accumulated in the gas-liquid separation tank 55 for hydrogen gas is returned to the pure water supply tank 54 and reused. Oxygen gas dehumidifier 56
Is returned to the pure water supply tank 54 for reuse or drainage. .
【０００５】なお、前記電解セル５２は、正負両電極板
のあいだに固体電解質膜によって仕切られた陽極室（酸
素発生室）と陰極室（水素発生室）とを有し、この陽極
室と陰極室とがその周囲をガスケット等の部材によって
囲まれたものである。The electrolytic cell 52 has an anode chamber (oxygen generation chamber) and a cathode chamber (hydrogen generation chamber) separated by a solid electrolyte membrane between the positive and negative electrode plates. The chamber is surrounded by a member such as a gasket.
【０００６】図６に示すのは低圧型の水素酸素発生装置
６１であり、純水タンクは設けられていない。電解セル
６２が一個の容器を構成し、そこに供給された純水が電
気分解され、発生した酸素ガスおよび水素ガスはともに
電解セル６２からガス取り出し管６３によって直接気液
分離タンク６４に導かれる。両ガスはそこで水分が分離
された後、ともに除湿器６５で除湿され、収集される。
６６は純水供給タンクであり、６７は純水製造装置であ
る。FIG. 6 shows a low-pressure type hydrogen / oxygen generator 61 without a pure water tank. The electrolytic cell 62 constitutes one container, the pure water supplied thereto is electrolyzed, and the generated oxygen gas and hydrogen gas are both led from the electrolytic cell 62 to the gas-liquid separation tank 64 directly by the gas extraction pipe 63. . The two gases are then dehumidified by a dehumidifier 65 and collected after moisture is separated therefrom.
66 is a pure water supply tank, and 67 is a pure water production device.
【０００７】そして、各除湿器６５において除去された
水分は各気液分離タンク６４に戻されるかまたは排水さ
れる。また、各気液分離タンク６４において分離され蓄
積される水分は純水供給タンク６６に戻されて再使用さ
れる。The moisture removed in each dehumidifier 65 is returned to each gas-liquid separation tank 64 or drained. The water separated and accumulated in each gas-liquid separation tank 64 is returned to the pure water supply tank 66 and reused.
【０００８】叙上のごとく、いずれの装置５１、６１に
あっても、ガスは最初に気液分離タンク等によって予め
水分が除去され、ついで、必要に応じて除湿器によって
湿分（水蒸気）が除去される。これは、発生したガス中
に湿分が多く残存していると、かかるガスを使用する各
種装置に悪影響を及ぼすおそれがあるため、十分に除湿
しておく必要があるからである。気液分離タンクでは、
タンク内上部に網状部材またはハニカム状部材等が配設
されており、当該部材に接した気体中の水分が当該部材
に付着してタンク内底部に落下することにより除去され
る。もちろん、かかる部材を備えないものも用いられ
る。As described above, in any of the devices 51 and 61, the gas is first removed of moisture by a gas-liquid separation tank or the like, and then, if necessary, moisture (steam) is removed by a dehumidifier. Removed. This is because if a large amount of moisture remains in the generated gas, various devices using the gas may be adversely affected. Therefore, it is necessary to sufficiently dehumidify the gas. In the gas-liquid separation tank,
A mesh-like member or a honeycomb-like member is disposed at the upper part in the tank, and the moisture in the gas in contact with the member adheres to the member and drops by dropping to the bottom in the tank to be removed. Of course, a device without such a member is also used.
【０００９】一方、除湿器としては膜除湿式、冷凍式、
シリカゲルモレキュラーシーブまたは活性炭等を用いる
吸湿剤式等の公知のものが用いられる。On the other hand, as a dehumidifier, a membrane dehumidification type, a refrigeration type,
Known materials such as a silica gel molecular sieve or a moisture absorbent using activated carbon or the like are used.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】前記高圧型水素酸素発
生装置５１および低圧型水素酸素発生装置６１における
気液分離タンクと除湿器とが配管されているものでは、
以下のごとき問題が生じる。すなわち、 (1) 除湿器において発生ガスから除去された水分を系外
に排出する場合には、間欠的または連続的な排水操作が
必要となり、操作が煩雑である。In the high-pressure hydrogen oxygen generator 51 and the low-pressure hydrogen oxygen generator 61 in which the gas-liquid separation tank and the dehumidifier are piped,
The following problems occur. That is, (1) when the water removed from the generated gas in the dehumidifier is discharged out of the system, an intermittent or continuous drainage operation is required, and the operation is complicated.
【００１１】(2) 除湿器において発生ガスから除去され
た水分を気液分離タンクに戻す場合には、除湿器と気液
分離タンクとの圧力バランスをとる必要があるため、制
御がやっかいである。水分の重力によって気液分離タン
クに戻す場合には除湿器を気液分離タンクよりも高い位
置に設置するという制約条件が生じ、装置容積も大きく
なる。(2) When returning the water removed from the generated gas in the dehumidifier to the gas-liquid separation tank, it is necessary to balance the pressure between the dehumidifier and the gas-liquid separation tank, so that the control is troublesome. . When returning to the gas-liquid separation tank by the gravity of water, there is a restriction condition that the dehumidifier is installed at a position higher than the gas-liquid separation tank, and the volume of the device also increases.
【００１２】(3) 除湿器の設置により、除湿器における
発生ガスの圧力損失が装置負荷となる。また、そのため
にガス発生部の制御が複雑なものになる。(3) With the installation of the dehumidifier, the pressure loss of the generated gas in the dehumidifier becomes a load on the apparatus. In addition, the control of the gas generating section is complicated.
【００１３】(4) 冷凍式の場合、除湿器の効率を上げる
（処理流量を増加せしめる）ために複雑な加工が施され
た冷却フィンが用いられるが、そのために流路が複雑に
なって除湿器におけるガスパージ性が低下する。(4) In the case of the refrigerating type, cooling fins that have been subjected to complicated processing are used to increase the efficiency of the dehumidifier (increase the processing flow rate). The gas purging performance in the vessel decreases.
【００１４】(5) さらに、一般に発生ガス（水分を含ん
でいる）は電解セルにおける反応熱によって室温より高
くなるが、その結果、気液分離タンクから除湿器へいた
る配管内で冷やされて発生ガス中の水分が凝縮するた
め、配管の腐食の虞が生じる。(5) Further, generally, the generated gas (containing moisture) becomes higher than room temperature due to the heat of reaction in the electrolytic cell. As a result, the generated gas is cooled and generated in the pipe from the gas-liquid separation tank to the dehumidifier. Since moisture in the gas is condensed, there is a risk of corrosion of the piping.
【００１５】本発明はかかる課題を解決するためになさ
れたものであり、冷却式の気液分離タンクを備えること
によって除湿器を除去し、その結果、構成が簡素化され
且つ系内の圧力変動やエネルギ損失が低減され、発生ガ
スからの水分除去が効率的になされうる水素酸素発生装
置を提供することを目的としている。さらに本発明は、
かかる水素酸素発生装置に好適に用いられる冷却式の気
液分離器の提供をも目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and has a cooling type gas-liquid separation tank to eliminate a dehumidifier. As a result, the structure is simplified and the pressure fluctuation in the system is reduced. It is an object of the present invention to provide a hydrogen-oxygen generator capable of efficiently reducing moisture and energy loss and efficiently removing water from generated gas. Furthermore, the present invention
It is another object of the present invention to provide a cooled gas-liquid separator suitably used in such a hydrogen oxygen generator.
【００１６】[0016]
【課題を解決するための手段】本発明の水素酸素発生装
置は、正負の両電極間に固体電解質膜によって仕切られ
た陰極室と陽極室とを有する電解セルと、発生したガス
から液分を除去するための気液分離手段とが備えられた
水素酸素発生装置であって、前記気液分離手段が、その
内部に冷却機構を備えた気液分離容器から構成されてお
り、該気液分離容器が、電解セルから送られて来る発生
ガスを冷却するとともに該発生ガスから水分を分離する
ように構成されていることを特徴としている。A hydrogen oxygen generator according to the present invention comprises: an electrolytic cell having a cathode chamber and an anode chamber separated by a solid electrolyte membrane between positive and negative electrodes; A hydrogen-oxygen generator provided with gas-liquid separation means for removing the gas-liquid separation means, wherein the gas-liquid separation means comprises a gas-liquid separation vessel having a cooling mechanism therein; The container is characterized in that it is configured to cool the generated gas sent from the electrolytic cell and to separate moisture from the generated gas.
【００１７】上述のように、気液分離手段として冷却機
構を備えた気液分離容器を用いるため、発生ガスが冷却
されることによって飽和蒸気圧が大幅に低下し、発生ガ
ス中の湿分が凝縮して効果的に除去される。このように
従来の気液分離タンクに比較して除湿効果が大きく向上
するので、従来気液分離タンクと併用されていた除湿器
が不要となる。その結果、気液分離タンクと除湿器とを
接続する配管も不要となるため、システムとしての構造
および制御が簡単になり、装置容積も縮小することがで
きる。さらに、除湿器設置による流体の圧力損失や圧力
変動の心配がなくなる。As described above, since the gas-liquid separation vessel provided with the cooling mechanism is used as the gas-liquid separation means, the saturated vapor pressure is greatly reduced by cooling the generated gas, and the moisture in the generated gas is reduced. Condensed and removed effectively. As described above, the dehumidifying effect is greatly improved as compared with the conventional gas-liquid separation tank, so that the dehumidifier used in combination with the conventional gas-liquid separation tank becomes unnecessary. As a result, piping for connecting the gas-liquid separation tank and the dehumidifier is not required, so that the structure and control of the system are simplified, and the volume of the apparatus can be reduced. Further, there is no need to worry about pressure loss and pressure fluctuation of the fluid due to the installation of the dehumidifier.
【００１８】従来では、水の電気分解時の反応熱によっ
て温度上昇した分離後の純水を別途配設した外部の熱交
換器によって冷却していたが、本水素酸素発生装置によ
れば、前記気液分離手段によって分離後の純水が冷却さ
れるため、従来の外部設置熱交換器の縮小または除去が
可能となる。Conventionally, the purified pure water whose temperature has been raised by the reaction heat during the electrolysis of water has been cooled by an external heat exchanger separately provided. Since the pure water after separation is cooled by the gas-liquid separation means, the conventional externally installed heat exchanger can be reduced or eliminated.
【００１９】かかる水素酸素発生装置であって、前記気
液分離容器が容器本体内の上部および下部のそれぞれに
冷却機構を備えたものにあっては、発生ガス中の水分と
気体との両方が冷却されたのち、さらに分離された気体
のみが再度冷却されうるため除湿効果が一層向上する。In such a hydrogen / oxygen generator, in which the gas-liquid separation vessel is provided with a cooling mechanism at each of an upper portion and a lower portion in the container body, both the moisture and the gas in the generated gas are reduced. After cooling, only the separated gas can be cooled again, so that the dehumidifying effect is further improved.
【００２０】また、前記気液分離容器の内部が、容器本
体内の上部空間によって互いに連通する二室に画されて
おり、容器本体内の上部空間と前記二室のうちの一室と
にそれぞれ冷却機構を備えており、前記冷却機構を備え
た一室側に発生ガスの入口が形成されてなる水素酸素発
生装置にあっては、発生ガスの入口が形成された一室に
おける、発生ガス流入による水面変動が他の一室には及
ばないため、水位計等によって気液分離容器内の水位を
正確に検知することができる。したがって、気液分離容
器から水分を排出する際の排出弁の開閉等の制御が容易
になる。Further, the interior of the gas-liquid separation container is defined by two chambers communicating with each other by an upper space in the container main body, and the upper space in the container main body and one of the two chambers respectively. In the hydrogen-oxygen generator provided with a cooling mechanism and having an inlet for generated gas formed on one side of the chamber provided with the cooling mechanism, the flow of generated gas into one chamber where the inlet for generated gas is formed is described. Since the water level fluctuation caused by the water level does not reach the other room, the water level in the gas-liquid separation container can be accurately detected by a water level meter or the like. Therefore, control of opening and closing of the discharge valve when discharging moisture from the gas-liquid separation container becomes easy.
【００２１】さらに、如上の水素酸素発生装置におい
て、前記気液分離容器の内部における発生ガスの入口に
散気用のディフューザが配設されたものにあっては、発
生ガスに混在して気液分離容器に流入して蓄積される純
水中に発生ガス中の気体分が分散されるため、前記純水
が冷却されるとともに冷却された純水による気体分の冷
却効果が向上する。その結果、除湿効果も向上する。Further, in the above-mentioned hydrogen / oxygen generator, if a diffuser for diffusing air is provided at the inlet of the generated gas inside the gas-liquid separation vessel, the gas-liquid mixture may be mixed with the generated gas. Since the gas component in the generated gas is dispersed in the pure water flowing into and accumulated in the separation vessel, the pure water is cooled, and the cooling effect of the cooled pure water for the gas component is improved. As a result, the dehumidifying effect is also improved.
【００２２】本発明の水素酸素発生装置用気液分離器
は、容器本体と、該容器本体内の気体出口が形成された
上部空間によって互いに連通する、発生ガス入口が形成
された第一室および水出口が形成された第二室と、前記
上部空間と発生ガス入口が形成された第一室とにそれぞ
れ配設された冷却機構とを備えている。The gas-liquid separator for a hydrogen / oxygen generator according to the present invention comprises a first chamber in which a generated gas inlet is formed, the first chamber having a generated gas inlet, which is communicated with a container main body and an upper space in which a gas outlet is formed in the container main body. A cooling mechanism is provided in each of the second chamber in which the water outlet is formed, and the first chamber in which the upper space and the generated gas inlet are formed.
【００２３】したがって、第一室において分離された純
水が冷却されることにより、発生ガス中の湿分が凝縮し
て効果的に除去されることはもとより、発生ガス中の水
分と気体との両方が冷却されたのち、さらに分離された
気体のみが再度冷却されうるため除湿効果が一層向上す
る。このように従来の気液分離タンクに比較して除湿効
果が大きく向上するので、この気液分離器を用いれば従
来気液分離タンクと併用されていた除湿器が不要とな
る。また、分離後の純水が冷却されるため、従来この分
離後純水を冷却するために外部設置されている熱交換器
の縮小または除去が可能となる。Therefore, by cooling the pure water separated in the first chamber, the moisture in the generated gas is condensed and effectively removed, and the water and the gas in the generated gas are not effectively removed. After both are cooled, only the separated gas can be cooled again, so that the dehumidifying effect is further improved. As described above, the dehumidifying effect is greatly improved as compared with the conventional gas-liquid separation tank. Therefore, if this gas-liquid separator is used, the dehumidifier conventionally used together with the gas-liquid separation tank becomes unnecessary. In addition, since the pure water after the separation is cooled, it is possible to reduce or remove a heat exchanger that is conventionally provided outside for cooling the pure water after the separation.
【００２４】[0024]
【発明の実施の形態】つぎに、添付図面に示された実施
形態を参照しつつ本発明の水素酸素発生装置およびその
気液分離器を説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, a hydrogen oxygen generator and a gas-liquid separator thereof according to the present invention will be described with reference to embodiments shown in the accompanying drawings.
【００２５】図１は本発明の水素酸素発生装置の一実施
形態を示す概略ブロック図、図２は本発明の水素酸素発
生装置に適用される気液分離器の一実施形態を示す断面
図、図３は本発明の水素酸素発生装置の他の実施形態を
示す概略ブロック図、図４は本発明の水素酸素発生装置
に適用される電解セルの一例を示す断面図である。FIG. 1 is a schematic block diagram showing one embodiment of a hydrogen oxygen generator of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing one embodiment of a gas-liquid separator applied to the hydrogen oxygen generator of the present invention. FIG. 3 is a schematic block diagram showing another embodiment of the hydrogen oxygen generator of the present invention, and FIG. 4 is a sectional view showing an example of an electrolytic cell applied to the hydrogen oxygen generator of the present invention.
【００２６】図１に示す水素酸素発生装置１は高圧型の
水素酸素発生装置であり、純水タンク２内の電気分解さ
れるべき純水Ｗが貯水され、この純水Ｗ中に電解セル３
が没入されたものである。純水タンク２に純水を供給す
るための純水供給タンク４、純水供給タンク４に純水を
供給するための純水製造装置５、および電解セル２にお
いて発生した酸素ガスから水分を除去するための酸素ガ
ス用除湿器６が備えられている点は、従来の高圧型水素
酸素発生装置（図５）と同じである。A hydrogen oxygen generator 1 shown in FIG. 1 is a high-pressure type hydrogen oxygen generator, in which pure water W to be electrolyzed in a pure water tank 2 is stored.
Is immersive. Removal of moisture from pure water supply tank 4 for supplying pure water to pure water tank 2, pure water production device 5 for supplying pure water to pure water supply tank 4, and oxygen gas generated in electrolytic cell 2 This is the same as the conventional high-pressure hydrogen / oxygen generator (FIG. 5) in that an oxygen gas dehumidifier 6 is provided.
【００２７】しかし、本水素酸素発生装置１では、従来
の水素ガス用除湿器は備えられておらず、電解セル２に
おいて発生した水素ガスは、電解セル２に接続されて純
水タンク２壁を貫通する水素取り出し管７によって水素
ガス用気液分離タンク８に送られた後ユースポイントに
送られる。そのため、発生水素ガスは前記水素ガス用気
液分離タンク８において十分に水分が除去されるように
構成されている。すなわち、この水素ガス用気液分離タ
ンク８の内部には冷却機構９が装備されており、外部に
設置された冷媒供給装置（図示せず）から冷媒が冷却機
構９に供給されている。そして、水分が混在した発生水
素ガスを水素ガス用気液分離タンク８内で冷却すること
により、水分を凝縮させて除去している。However, the present hydrogen / oxygen generator 1 is not provided with a conventional hydrogen gas dehumidifier, and the hydrogen gas generated in the electrolytic cell 2 is connected to the electrolytic cell 2 to remove the wall of the pure water tank 2. After being sent to the gas-liquid separation tank 8 for hydrogen gas by the hydrogen extraction pipe 7 penetrating, it is sent to the use point. Therefore, the generated hydrogen gas is configured so that the water is sufficiently removed in the gas-liquid separation tank 8 for hydrogen gas. That is, a cooling mechanism 9 is provided inside the gas-liquid separation tank 8 for hydrogen gas, and a cooling medium is supplied to the cooling mechanism 9 from a cooling medium supply device (not shown) provided outside. Then, the generated hydrogen gas mixed with water is cooled in the gas-liquid separation tank 8 for hydrogen gas to condense and remove the water.
【００２８】この水素ガス用気液分離タンク８の詳細は
図２に示されている。なお、この図２に示されるタンク
は、後述の低圧型水素酸素発生装置２１（図３）に備え
られた気液分離タンク２５、２６の構造を示したもので
もある。そこで、以下の図２のタンクの説明では、図１
の水素ガス用気液分離タンク８であるとして行う。水素
ガス用気液分離タンク８は、そこに送られてくる発生水
素ガスは多量の純水を含んでいるため、通常、タンクの
本体１０内の上部空間１１が気相となり、その下の下部
空間１２が液相となることを前提としている。すなわ
ち、本体１０内の上部空間１１によって互いに連通され
るように、上部空間１１の下部空間１２が仕切板１３に
よって二室１２ａ、１２ｂに分けられている。一方の部
屋（水素ガスとともに純水が流入しているため、以下、
注水室という）１２ａの下部には発生水素ガス用の入口
１４が形成され、この入口１４に電解セル３から配管さ
れた前記水素ガス取り出し管７が接続されている。前記
入口１４が注水室１２ａの下部に形成されているのは、
後述するように、注入される水素ガスを注水室１２ａに
蓄積されている純水内を上方に通過させることによって
冷却効果を向上せしめるためである。The details of the gas-liquid separation tank 8 for hydrogen gas are shown in FIG. The tank shown in FIG. 2 shows the structure of gas-liquid separation tanks 25 and 26 provided in a low-pressure hydrogen oxygen generator 21 (FIG. 3) described later. Therefore, in the following description of the tank of FIG.
It is assumed that the gas-liquid separation tank 8 for hydrogen gas is used. In the gas-liquid separation tank 8 for hydrogen gas, since the generated hydrogen gas sent to the tank 8 contains a large amount of pure water, the upper space 11 in the main body 10 of the tank normally becomes a gas phase, and the lower It is assumed that the space 12 becomes a liquid phase. That is, the lower space 12 of the upper space 11 is divided into two chambers 12 a and 12 b by the partition plate 13 so as to communicate with each other by the upper space 11 in the main body 10. One room (because pure water flows along with hydrogen gas,
An inlet 14 for generated hydrogen gas is formed below the water injection chamber 12a, and the inlet 14 is connected to the hydrogen gas take-out pipe 7 provided from the electrolytic cell 3. The inlet 14 is formed at the lower part of the water injection chamber 12a.
This is because the cooling effect is improved by allowing the injected hydrogen gas to pass upward through the pure water stored in the water injection chamber 12a, as described later.
【００２９】また、他方の部屋（以下、貯水室という）
１２ｂの底部には本体１０内に蓄積される純水を純水供
給タンク４（図１）に戻すための取水口１５が形成され
ている。さらに、前記上部空間１１には除湿された水素
ガスを送りだす出口１６が形成されている。符号Ｌは水
位計である。The other room (hereinafter referred to as a water storage room)
A water inlet 15 for returning pure water accumulated in the main body 10 to the pure water supply tank 4 (FIG. 1) is formed at the bottom of 12b. Further, an outlet 16 for sending out dehumidified hydrogen gas is formed in the upper space 11. Symbol L is a water level gauge.
【００３０】前記上部空間１１および注水室１２ａには
それぞれ冷却器１７ａ、１７ｂが配設されている。冷媒
は冷水や代替フロンガス等の公知のものであり、外部に
設置された図示しない冷媒供給装置から循環供給されて
いる。図示する冷却器１７ａ、１７ｂはいずれも模式的
に表現しているが、冷却器の形式は公知のものから適宜
選定することができる。Coolers 17a and 17b are provided in the upper space 11 and the water injection chamber 12a, respectively. The refrigerant is a known one such as cold water or CFC substitute gas, and is circulated and supplied from a refrigerant supply device (not shown) provided outside. Although the illustrated coolers 17a and 17b are schematically illustrated, the type of the cooler can be appropriately selected from known types.
【００３１】前記入口１４には、注水室１２ａ内に向け
て発生水素ガスを散気するためのディフューザ１８が配
設されている。このディフューザ１８によって、注水室
１２ａの純水中に水素ガスが分散されて前記冷却器１７
ｂによる水素ガス冷却効果が向上し、発生水素ガスから
の除湿効果が向上する。それとともに注水室１２ａの純
水も攪拌されて冷却されやすくなる。The inlet 14 is provided with a diffuser 18 for diffusing generated hydrogen gas into the water injection chamber 12a. By this diffuser 18, hydrogen gas is dispersed in pure water in the water injection chamber 12a,
The hydrogen gas cooling effect by b is improved, and the dehumidifying effect from the generated hydrogen gas is improved. At the same time, the pure water in the water injection chamber 12a is also stirred and easily cooled.
【００３２】上部空間１１に至った水素ガスは前記冷却
器１７ａによってさらに冷却され、含まれていた湿分が
凝縮して除去される。なお、貯水室１２ｂは注水室１２
ａから隔てられているため、貯水室１２ｂにおける水面
は安定し、水位計Ｌ等によって気液分離タンク８内の水
位を正確に検知することができる。したがって、気液分
離タンク８から水分を排出する際の排出弁の開閉等の制
御が容易になる。The hydrogen gas that has reached the upper space 11 is further cooled by the cooler 17a, and the contained moisture is condensed and removed. Note that the water storage chamber 12b is
Therefore, the water level in the water storage chamber 12b is stable, and the water level in the gas-liquid separation tank 8 can be accurately detected by the water level gauge L or the like. Therefore, control of opening and closing of the discharge valve when discharging moisture from the gas-liquid separation tank 8 becomes easy.
【００３３】図３に示されるのは低圧型の水素酸素発生
装置２１である。純水タンクは装備されておらず、電解
セル２２に電気分解用の純水が直接供給され、発生酸素
ガスと発生水素ガスとは、直接に電解セル２２から酸素
ガス取り出し管２３および水素ガス取り出し管２４によ
って酸素ガス用気液分離タンク２５および水素ガス用気
液分離タンク２６にそれぞれ送られる点は従来の低圧型
水素酸素発生装置（図６）と同じである。また、電解セ
ル２２に純水を供給するための純水供給タンク２７、お
よび純水供給タンク２７に純水を供給するための純水製
造装置２８が備えられている点も従来の低圧型水素酸素
発生装置（図６）と同じである。FIG. 3 shows a low-pressure type hydrogen oxygen generator 21. A pure water tank is not provided, and pure water for electrolysis is directly supplied to the electrolytic cell 22. The generated oxygen gas and the generated hydrogen gas are directly supplied from the electrolytic cell 22 to the oxygen gas take-out pipe 23 and the hydrogen gas take-out. It is the same as the conventional low-pressure hydrogen / oxygen generator (FIG. 6) in that the gas is sent to the gas-liquid separation tank 25 for oxygen gas and the gas-liquid separation tank 26 for hydrogen gas by the pipe 24, respectively. Further, a point that a pure water supply tank 27 for supplying pure water to the electrolysis cell 22 and a pure water production device 28 for supplying pure water to the pure water supply tank 27 are provided is also provided. It is the same as the oxygen generator (FIG. 6).
【００３４】しかし、本水素酸素発生装置２１には従来
の酸素ガス用除湿器も水素ガス用除湿器（図６）も装備
されていない点、並びに酸素ガス用気液分離タンク２５
および水素ガス用気液分離タンク２６の構造が従来のも
のとは異なる点で従来の低圧型水素酸素発生装置（図
６）とは相違している。すなわち、両タンク２５、２６
にはいずれも、図１に示した高圧型水素酸素発生装置１
における水素ガス用気液分離タンク８と同様に、冷却機
構２９が内装されている。However, the present hydrogen / oxygen generator 21 is not equipped with a conventional oxygen gas dehumidifier or a hydrogen gas dehumidifier (FIG. 6).
Further, the structure of the gas-liquid separation tank 26 for hydrogen gas is different from that of the conventional one in that it is different from the conventional low-pressure hydrogen oxygen generator (FIG. 6). That is, both tanks 25, 26
, The high-pressure hydrogen oxygen generator 1 shown in FIG.
As in the gas-liquid separation tank 8 for hydrogen gas, a cooling mechanism 29 is provided.
【００３５】酸素ガス用気液分離タンク２５および水素
ガス用気液分離タンク２６の構造は、図２に示された前
述の水素ガス用気液分離タンク８と同一であるため、改
めての説明は省略する。The structures of the gas-liquid separation tank 25 for oxygen gas and the gas-liquid separation tank 26 for hydrogen gas are the same as those of the gas-liquid separation tank 8 for hydrogen gas shown in FIG. Omitted.
【００３６】このように、本低圧型水素酸素発生装置２
１にも、冷却式の酸素ガス用気液分離タンク２５および
水素ガス用気液分離タンク２６が備えられているため、
発生した酸素ガスおよび水素ガスからの除湿効果が向上
する。As described above, the present low pressure hydrogen oxygen generator 2
1 also includes a cooled gas-liquid separation tank 25 for oxygen gas and a gas-liquid separation tank 26 for hydrogen gas.
The dehumidifying effect from the generated oxygen gas and hydrogen gas is improved.
【００３７】如上の実施形態に係る水素酸素発生装置
１、２１では、その気液分離タンク８、２５、２６にそ
れぞれ上下二個の冷却器が備えられていたが、とくに二
個に限定されることはなく、一個でも三個以上でもよ
い。さらに、気液分離タンクの内部はとくに仕切り板に
よって複数室に隔てなくてもよい。In the hydrogen / oxygen generators 1 and 21 according to the above embodiments, the gas-liquid separation tanks 8, 25 and 26 are provided with two upper and lower coolers, respectively, but the number is particularly limited to two. It does not matter and one or three or more may be used. Further, the inside of the gas-liquid separation tank does not have to be separated into a plurality of chambers by a partition plate.
【００３８】なお、本実施形態では気液分離タンク８、
２５、２６を設けたが、これに限定されず、たとえば水
素ガスのみを必要とする場合には水素ガス用気液分離タ
ンク８、２６のみを設けてもよい。要するに、必要なガ
ス（水素ガス、酸素ガスまたは両方）に対して本発明の
気液分離タンクを用いればよい。In this embodiment, the gas-liquid separation tank 8,
Although 25 and 26 are provided, the invention is not limited to this. For example, when only hydrogen gas is required, only the gas-liquid separation tanks 8 and 26 for hydrogen gas may be provided. In short, the gas-liquid separation tank of the present invention may be used for necessary gas (hydrogen gas, oxygen gas or both).
【００３９】つぎに、図４を参照しつつ、本実施例の水
素酸素発生装置において水素ガスおよび酸素ガスを発生
させる前記電解セル３を説明する。この電解セル３は高
圧型の水素酸素発生装置（図１参照）に用いられるもの
である。Next, the electrolytic cell 3 for generating hydrogen gas and oxygen gas in the hydrogen-oxygen generator of this embodiment will be described with reference to FIG. The electrolytic cell 3 is used for a high-pressure type hydrogen oxygen generator (see FIG. 1).
【００４０】図示の電解セル３は水素酸素発生装置の主
要構成機器であり、本例のものは円柱形を呈している。
図中、３２は電極板であり、３３は固体電解質膜であ
る。３４は多孔質給電体であり、３５はガスケット、３
６は保護シートである。そして、３７は水素ガス取り出
し経路、３７ａは水素ガス取り出し通路、３８は酸素ガ
ス取り出し経路、３８ａは酸素ガス取り出し通路であ
る。３９ａおよび３９ｂは端板である。本図では純水供
給経路は表されていないが、水素ガス取り出し経路３７
と同様の構成によって形成されている。叙上の各部品類
をボルト４０によって両端板３９ａ、３９ｂ間で挟持す
るように締結すれば電解セル３１となる。なお、多孔質
給電体３４の部分が陽極室および陰極室となる。The illustrated electrolysis cell 3 is a main component of the hydrogen oxygen generator, and this example has a cylindrical shape.
In the figure, 32 is an electrode plate, and 33 is a solid electrolyte membrane. 34 is a porous feeder, 35 is a gasket, 3
6 is a protective sheet. Reference numeral 37 denotes a hydrogen gas takeout path, 37a denotes a hydrogen gas takeout path, 38 denotes an oxygen gas takeout path, and 38a denotes an oxygen gas takeout path. 39a and 39b are end plates. Although the pure water supply path is not shown in this drawing, the hydrogen gas extraction path 37 is not shown.
It is formed by the same configuration as described above. When the above components are fastened by bolts 40 so as to be sandwiched between both end plates 39a and 39b, an electrolytic cell 31 is obtained. The portion of the porous power supply 34 serves as an anode chamber and a cathode chamber.
【００４１】前記固体電解質膜３３としては、固体高分
子電解質を膜状に形成したものの両面に貴金属、とくに
白金族金属からなる多孔質層を化学的に無電解メッキに
よって形成した固体高分子電解質膜を使用するのが好ま
しい。前記固体高分子電解質としては、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であり、た
とえば、デュポン社製「ナフィオン１１７」）が好まし
い。また、この場合、前記多孔質メッキ層としては白金
族金属のうち白金が好ましく、とくに白金とイリジウム
とからなる二層構造とすれば、８０°Ｃにおいて２００
Ａ／ｄｍ2 の高電流密度で四年間の長期にわたって電気
分解することが可能である。As the solid electrolyte membrane 33, a solid polymer electrolyte membrane formed in the form of a solid polymer electrolyte and a porous layer made of a noble metal, particularly a platinum group metal, formed on both surfaces by chemical electroless plating is used. It is preferred to use As the solid polymer electrolyte, a cation exchange membrane (a fluororesin sulfonic acid cation exchange membrane, for example, “Nafion 117” manufactured by DuPont) is preferable. In this case, the porous plating layer is preferably made of platinum among platinum group metals. In particular, if the porous plating layer has a two-layer structure composed of platinum and iridium, it may be 200 ° C. at 80 ° C.
It is possible to electrolyze at a high current density of A / dm 2 over a long period of four years.
【００４２】ところが、従来の、電極を物理的にイオン
交換膜に接触させた構造の固体電解質膜では５０〜７０
Ａ／ｄｍ2 程度の電流密度である。However, in a conventional solid electrolyte membrane having a structure in which an electrode is physically contacted with an ion exchange membrane, 50 to 70
The current density is about A / dm 2 .
【００４３】前記イリジウムの他に、二種類以上の白金
族金属をメッキした多層構造の固体電解質膜も使用する
ことができる。また、叙上のごとく構成された固体電解
質膜では、固体高分子電解質と多孔質メッキ層とのあい
だには水が存在しないので、溶液抵抗やガス抵抗が少な
い。したがって、固体高分子電解質と両多孔質メッキ層
とのあいだの接触抵抗が低くなり、電圧が低くなり、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、高純度の酸素ガスおよ
び水素ガスを効率よく得ることが可能となる。なお、前
記固体高分子電解質膜の他、セラミック膜等の他の固体
電解質膜を使用することも可能である。In addition to the iridium, a solid electrolyte membrane having a multilayer structure plated with two or more kinds of platinum group metals can be used. In the solid electrolyte membrane configured as described above, since there is no water between the solid polymer electrolyte and the porous plating layer, the solution resistance and the gas resistance are low. Therefore, the contact resistance between the solid polymer electrolyte and the two porous plating layers decreases, the voltage decreases, and the current distribution becomes uniform. As a result, high current density, high-temperature water electrolysis, and high-pressure water electrolysis can be performed, and high-purity oxygen gas and hydrogen gas can be efficiently obtained. In addition to the solid polymer electrolyte membrane, other solid electrolyte membranes such as a ceramic membrane can be used.
【００４４】[0044]
【発明の効果】本発明の水素酸素発生装置および冷却式
気液分離器によれば、発生ガスが冷却されることによっ
て飽和蒸気圧が大幅に低下し、発生ガス中の湿分が凝縮
して効果的に除去される。このように従来の気液分離タ
ンクに比較して除湿効果が大きく向上するので、従来気
液分離タンクと併用されていた除湿器が不要となる。そ
の結果、気液分離タンクと除湿器とを接続する配管も不
要となるため、システムとしての構造および制御が簡単
になり、装置容積も縮小することができる。さらに、除
湿器設置による流体の圧力損失や圧力変動の心配がなく
なる。According to the hydrogen oxygen generator and the cooling gas-liquid separator of the present invention, the saturated gas pressure is greatly reduced by cooling the generated gas, and the moisture in the generated gas is condensed. Effectively removed. As described above, the dehumidifying effect is greatly improved as compared with the conventional gas-liquid separation tank, so that the dehumidifier used in combination with the conventional gas-liquid separation tank becomes unnecessary. As a result, piping for connecting the gas-liquid separation tank and the dehumidifier is not required, so that the structure and control of the system are simplified, and the volume of the apparatus can be reduced. Further, there is no need to worry about pressure loss and pressure fluctuation of the fluid due to the installation of the dehumidifier.
【００４５】また、水の電気分解時の反応熱によって温
度上昇した水分を含んだ発生ガスが効率よく冷却される
ため、分離後純水の冷却用に外部に別途配設している従
来の熱交換器を縮小または除去することが可能となる。Further, since the generated gas containing water whose temperature has been increased by the reaction heat at the time of the electrolysis of water is efficiently cooled, a conventional heat source separately provided outside for cooling pure water after separation is used. The exchanger can be reduced or eliminated.
【図１】本発明の水素酸素発生装置の一実施形態を示す
概略ブロック図である。FIG. 1 is a schematic block diagram showing one embodiment of a hydrogen oxygen generator of the present invention.
【図２】本発明の水素酸素発生装置に適用される気液分
離器の一実施形態を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing one embodiment of a gas-liquid separator applied to the hydrogen oxygen generator of the present invention.
【図３】本発明の水素酸素発生装置の一実施形態を示す
概略ブロック図である。FIG. 3 is a schematic block diagram showing one embodiment of a hydrogen oxygen generator of the present invention.
【図４】本発明の水素酸素発生装置に適用される電解セ
ルの一例を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing one example of an electrolysis cell applied to the hydrogen oxygen generator of the present invention.
【図５】気液分離器が備えられた高圧型水素酸素発生装
置の一例を示す概略ブロック図である。FIG. 5 is a schematic block diagram showing an example of a high-pressure hydrogen oxygen generator provided with a gas-liquid separator.
【図６】気液分離器が備えられた低圧型水素酸素発生装
置の一例を示す概略ブロック図である。FIG. 6 is a schematic block diagram showing an example of a low-pressure hydrogen-oxygen generator provided with a gas-liquid separator.
１・・・（高圧型）水素酸素発生装置 ２・・・純水タンク ３、２２・・・電解セル ４、２７・・・純水供給タンク ５、２８・・・純水製造装置 ６・・・酸素ガス用除湿器 ７、２４・・・水素ガス取り出し管 ８、２６・・・水素ガス用気液分離タンク ９・・・冷却機構 １０・・・タンク本体 １１・・・上部空間 １２・・・下部空間 １３・・・仕切り板 １４・・・（発生ガス）入口 １５・・・取水口 １６・・・（発生ガス）出口 １７ａ、１７ｂ・・・冷却器 １８・・・ディフューザ ２１・・・（低圧型）水素酸素発生装置 ２３・・・酸素ガス取り出し管 ２５・・・酸素ガス用気液分離タンク ３２・・・電極板 ３３・・・固体電解質膜 ３４・・・多孔質給電体 ３５・・・ガスケット ３６・・・保護シート ３７・・・水素ガス取り出し経路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... (High pressure type) hydrogen oxygen generator 2 ... Pure water tank 3,22 ... Electrolysis cell 4,27 ... Pure water supply tank 5,28 ... Pure water production apparatus 6 ...・ Oxygen gas dehumidifier 7, 24 ・ ・ ・ Hydrogen gas take-out pipe 8, 26 ・ ・ ・ Hydrogen gas-liquid separation tank 9 ・ ・ ・ Cooling mechanism 10 ・ ・ ・ Tank body 11 ・ ・ ・ Top space 12 ・ ・・ Lower space 13 ・ ・ ・ Partition plate 14 ・ ・ ・ (Emitted gas) inlet 15 ・ ・ ・ Intake 16 ・ ・ ・ ・ ・ ・ (Emitted gas) outlet 17a, 17b ・ ・ ・ Cooler 18 ・ ・ ・ Diffuser 21 ・ ・ ・(Low pressure type) hydrogen / oxygen generator 23 ・ ・ ・ Oxygen gas take-out tube 25 ・ ・ ・ Gas-liquid separation tank for oxygen gas 32 ・ ・ ・ Electrode plate 33 ・ ・ ・ Solid electrolyte membrane 34 ・ ・ ・ Porous feeder 35 ・..Gasket 36 ... Protective sheet 37 ... Hydrogen gas removal Routes
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 森岡 輝行 兵庫県加古川市平岡町土山934−４ (56)参考文献 特開 平８−109489（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−92780（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C25B 1/00 - 15/08 B01D 53/26 Continuation of the front page (72) Inventor Hiroko Kobayashi 5-8-11, Nakura-cho, Nagata-ku, Kobe City, Hyogo Prefecture (72) Inventor Teruyuki Morioka 934-4, Tsuchiyama, Hiraoka-cho, Kakogawa-shi, Hyogo (56) References 8-109489 (JP, A) JP-A-8-92780 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C25B 1/00-15/08 B01D 53/26
Claims (5)
仕切られた陰極室と陽極室とを有する電解セルと、発生
したガスから液分を除去するための気液分離手段とが備
えられた水素酸素発生装置であって、 前記気液分離手段が、その内部に冷却機構を備えた気液
分離容器から構成されており、該気液分離容器が、電解
セルから送られて来る発生ガスを冷却するとともに発生
ガスから水分を分離するように構成されていることを特
徴とする水素酸素発生装置。1. An electrolytic cell having a cathode chamber and an anode chamber separated by a solid electrolyte membrane between both positive and negative electrodes, and a gas-liquid separation means for removing a liquid component from generated gas are provided. A hydrogen oxygen generator, wherein the gas-liquid separation means comprises a gas-liquid separation container provided with a cooling mechanism therein, and the gas-liquid separation container generates generated gas sent from the electrolytic cell. A hydrogen / oxygen generator configured to cool and separate moisture from generated gas.
および下部のそれぞれに冷却機構を備えてなる請求項１
記載の水素酸素発生装置。2. The gas-liquid separation container has a cooling mechanism at each of an upper portion and a lower portion in the container body.
The hydrogen oxygen generator according to claim 1.
の上部空間によって互いに連通する二室に画されてお
り、容器本体内の上部空間と前記二室のうちの一室とに
それぞれ冷却機構を備えており、前記冷却機構を備えた
一室側に発生ガスの入口が形成されてなる請求項１記載
の水素酸素発生装置。3. The interior of the gas-liquid separation container is defined by two chambers communicating with each other by an upper space in the container main body, and each of the two chambers has an upper space in the container main body and one of the two chambers. 2. The hydrogen oxygen generator according to claim 1, further comprising a cooling mechanism, wherein an inlet for generated gas is formed on one chamber side provided with the cooling mechanism.
スの入口に散気用のディフューザが配設されてなる請求
項１〜３のうちのいずれか一の項に記載の水素酸素発生
装置。4. The hydrogen oxygen generator according to claim 1, wherein a diffuser for diffusing air is provided at an inlet of the generated gas inside the gas-liquid separation vessel.
形成された上部空間によって互いに連通する、発生ガス
入口が形成された第一室および水出口が形成された第二
室と、前記上部空間と発生ガス入口が形成された第一室
とにそれぞれ配設された冷却機構とを備えてなる水素酸
素発生装置用の冷却式気液分離器。5. A container body, a first chamber in which a generated gas inlet is formed, and a second chamber in which a water outlet is formed, which are communicated with each other by an upper space in which a gas outlet is formed in the container body; A cooled gas-liquid separator for a hydrogen oxygen generator, comprising: a cooling mechanism provided in each of an upper space and a first chamber in which a generated gas inlet is formed.
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|---|---|---|---|
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- 1997-06-19 JP JP16260597A patent/JP3335555B2/en not_active Expired - Fee Related
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