JP7440057B2 - 水素ガス混合装置 - Google Patents
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Description
図1に示す本実施形態のガス混合装置(水素ガス混合装置)1は、可燃性ガスと非可燃性ガスとを混合し、これらの混合ガスを漏れ検査装置などの各種の装置に供給する。混合ガスは、例えば漏れ検査(リークテスト)における検査用ガスとして用いられる。
酸素経路207は、気液分離器205の上部に接続された配管であり、大気に開放される、あるいは、他の排気ガスが流れる工場の排気管(不図示)に接続される。酸素経路207には、陽極側給電体204において発生した酸素ガスが流通する。
水の電気分解により、陽極側給電体204に水素イオンが生成され、この水素イオンが、固体高分子電解質膜201を通過して、陰極側給電体208に移動する。陰極側給電体208に移動した水素イオンは、電子と結合して水素ガスとなる。陰極側給電体208で発生した水素ガスは、高濃度であり、水素経路209を通して第一混合用経路11(図1参照)に流出する。
希釈ガス経路14の分岐部分には、シャトルバルブ(切換部)52が設けられている。シャトルバルブ52は、水素ガスを希釈するための希釈用ガスとして、混合用ガス供給部3からの窒素ガスと圧力容器51に貯留された窒素ガスとに切り換える。具体的に、シャトルバルブ52は、圧力容器51からの窒素ガス、及び、混合用ガス供給部3からの窒素ガスのうち、圧力が高い方の窒素ガスを排気用経路13に向けて流す。
上記した第一、第二の常閉電磁弁61,62及び第一、第二の常開電磁弁63,64への電力供給の制御は、例えば後述の電気機器7によって行われる。
図1に示すように、第一導入経路15には、酸素流通部20に導入される窒素ガス(希釈用ガス)の流量を計測する第一流量計151が設けられている。
筐体8は、外部に対して完全には密閉されていない。このため、筐体8の内部には、混合用ガス供給部3からの窒素ガスが継続的に導入される。なお、筐体8は、例えば外部に対して完全に密閉されてもよい。
第二導入経路16には、筐体8内部に導入される窒素ガス(希釈用ガス)の流量を計測する第二流量計161が設けられている。なお、第二導入経路16には、第二流量計161の代わりに、第二導入経路16における圧力(気圧)を計測する圧力計が設けられてもよい。
具体的には、第二混合用経路12に設けられた酸素濃度計121によって、混合用ガス供給部3からの窒素ガスに含まれる酸素ガスの濃度を計測する。そして、電気機器7は、酸素濃度計121から出力された計測結果に基づいて水素発生部2における水素ガスの発生を制御する。すなわち、酸素濃度計121において計測される酸素ガスの濃度が所定値以上となった際に、電気機器7は水素発生部2における水素ガスの発生を停止する。
上記した酸素濃度計121は、例えば第一導入経路15や第二導入経路16に設けられてもよい。
具体的には、第一流量計151が、第一導入経路15に流れて酸素流通部20に導入される窒素ガス(希釈用ガス)の流量を計測する。また、第二流量計161が、第二導入経路16に流れて筐体8内部に導入される窒素ガス(非可燃性ガス)の流量を計測する。そして、電気機器7は、第一流量計151、第二流量計161から出力された計測結果に基づいて水素発生部2における水素ガスの発生を制御する。すなわち、第一流量計151や第二流量計161において計測される窒素ガスの流量が所定値以下となった際に、電気機器7は水素発生部2における水素ガスの発生を停止する。
通常時には、水素発生部2に電力が供給されることで、水素発生部2において水素ガス及び酸素ガスが発生する。また、混合用ガス供給部3において窒素ガスが発生する。さらに、通常時には、第一、第二の常閉電磁弁61,62、第一、第二の常開電磁弁63,64にそれぞれ電力が供給される。これにより、第一、第二の常閉電磁弁61,62は、それぞれ第一、第二混合用経路11,12を開く。また、第一、第二の常開電磁弁63,64は、それぞれ排気用経路13、希釈ガス経路14を閉じる。このため、水素発生部2からの水素ガス及び混合用ガス供給部3からの窒素ガスが、それぞれガス混合部4に導かれて混合する。
異常発生時の第一例は、混合用ガス供給部3から酸素流通部20や筐体8の内部に供給される窒素ガスに含まれる酸素ガスの濃度が所定値以上となった時である。この時には、電気機器7が水素発生部2への電力供給を停止して、水素発生部2における水素ガス及び酸素ガスの発生を停止させる。これにより、助燃性ガスである酸素ガスが高い濃度で水素発生部2の外部に放出されることを抑制できる。また、筐体8内部において酸素ガスの濃度が過度に上昇することを抑制することができる。
これにより、酸素流通部20に流通する酸素ガスが高い濃度で水素発生部2の外部に放出されることを防止できる。また、水素発生部2に残存し排気用経路13を通る水素ガスを、希釈ガス経路14を通り排気用経路13に向かう窒素ガス(希釈用ガス)によって希釈した上で、排気ポート131を介して外部に放出することができる。この際、希釈ガス経路14を通り排気用経路13に向かう窒素ガスは、混合用ガス供給部3から供給される窒素ガスであってもよいし、圧力容器51から供給される窒素ガスであってもよい。
また、停電時には、第一、第二の常閉電磁弁61,62、第一、第二の常開電磁弁63,64への電力供給が停止される。このため、第一、第二の常閉電磁弁61,62がそれぞれ第一、第二混合用経路11,12を閉じる、また、第一、第二の常開電磁弁63,64がそれぞれ排気用経路13、希釈ガス経路14を開く。これにより、水素発生部2に残存し排気用経路13を通る水素ガスは、希釈ガス経路14を通り排気用経路13に向かう窒素ガス(希釈用ガス)によって希釈された上で、排気ポート131を介して外部に放出される。
なお、上記の第一例、第二例、第三例のそれぞれにおいては、例えば第一、第二の常閉電磁弁61,62が無くてもよい。すなわち、上記の第一例、第二例、第三例のそれぞれにおいて、第一、第二混合用経路11,12を閉じない状態で、排気用経路13を通る水素ガスが希釈ガス経路14を通る窒素ガスにより希釈されてもよい。
また、窒素ガスを高圧の状態で貯留する圧力容器51は、窒素ガスを大気圧で貯留する容器と比較してコンパクトであるため、ガス混合装置1をコンパクトに構成することもできる。
また、仮に固体高分子電解質膜が破れて水素ガスが酸素流通部20に侵入しても、酸素ガスが窒素ガスによって希釈されていることで、可燃性ガスである水素ガスと助燃性ガスである酸素ガスとが混合した混合ガスの濃度を低く抑えることができる。
また、筐体8内部に導入される窒素ガス(非可燃性ガス)には、水素ガス(可燃性ガス)との混合に用いるガスが利用されている。このため、筐体8内部に導入する非可燃性ガスの供給源を別途用意する場合と比較して、ガス混合装置1の占有領域を小さく抑えたり、製造コストを低く抑えたりすることができる。
Claims (3)
- 水の電気分解により水素ガスと酸素ガスとを発生する水電解部と、
空気から分離して取り出した窒素ガスである混合用ガスを供給する混合用ガス供給部と、
前記水素ガス及び前記混合用ガスを混合するガス混合部と、
を備える水素ガス混合装置において、
通常時には、前記水電解部のうち前記酸素ガスが流通する酸素流通部に前記混合用ガス供給部から供給された前記混合用ガスを導入することで、前記酸素流通部に流通する前記酸素ガスを希釈し、
前記混合用ガスに含まれる酸素ガスの濃度が所定値以上となった異常発生時に、前記水電解部における前記水素ガス及び前記酸素ガスの発生を停止する水素ガス混合装置。 - 希釈用ガスを圧縮した状態で貯留する圧力容器を備え、
前記酸素流通部に前記混合用ガス供給部から供給された前記混合用ガスまたは前記圧力容器から供給される前記希釈用ガスを導入することを特徴とする請求項1に記載の水素ガス混合装置。 - 前記酸素流通部に導入される前記混合用ガスの流量に応じて前記水電解部における前記水素ガス及び酸素ガスの発生を停止する請求項1又は請求項2に記載の水素ガス混合装置。
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