JPH10330980A - 水電解セルを用いたガス発生装置の使用方法 - Google Patents
水電解セルを用いたガス発生装置の使用方法Info
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- JPH10330980A JPH10330980A JP9154596A JP15459697A JPH10330980A JP H10330980 A JPH10330980 A JP H10330980A JP 9154596 A JP9154596 A JP 9154596A JP 15459697 A JP15459697 A JP 15459697A JP H10330980 A JPH10330980 A JP H10330980A
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- water
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- exchange membrane
- electrolysis cell
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
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- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 長期間停止することにより、エネルギー変換
効率の低下が生じる。 【解決手段】 イオン交換膜の両面に触媒電極が接合さ
れた、イオン交換膜−触媒電極接合体を基本ユニットと
する水電解セルの陽極又は陽極と陰極とに純水を供給し
て両極間に直流電圧を印加することにより、水素ガス又
は／及び酸素ガスを発生させるガス発生装置の使用方法
において、電解停止後、水電解セルの陽極室のみに一定
時間純水を供給し続けることを特徴とする。
効率の低下が生じる。 【解決手段】 イオン交換膜の両面に触媒電極が接合さ
れた、イオン交換膜−触媒電極接合体を基本ユニットと
する水電解セルの陽極又は陽極と陰極とに純水を供給し
て両極間に直流電圧を印加することにより、水素ガス又
は／及び酸素ガスを発生させるガス発生装置の使用方法
において、電解停止後、水電解セルの陽極室のみに一定
時間純水を供給し続けることを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はイオン交換膜を電解質と
する水電解セルを用い、水素ガス及び酸素ガスを供給す
る装置の使用方法に関するものである。
する水電解セルを用い、水素ガス及び酸素ガスを供給す
る装置の使用方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】イオン交換膜型水電解セルを用いている
水素ガス、酸素ガス発生装置は図６のように、イオン交
換膜１の両面に白金族金属等の触媒電極２，３を接合し
た、イオン交換膜−触媒電極接合体を基本ユニットとす
る水電解セルを用い、その陽極、または陽極及び陰極に
純水を供給しながら両極間に直流電圧を印加し、陰極で
水素ガス、陽極で酸素ガスを生成し、各ガスを供給する
装置である。
水素ガス、酸素ガス発生装置は図６のように、イオン交
換膜１の両面に白金族金属等の触媒電極２，３を接合し
た、イオン交換膜−触媒電極接合体を基本ユニットとす
る水電解セルを用い、その陽極、または陽極及び陰極に
純水を供給しながら両極間に直流電圧を印加し、陰極で
水素ガス、陽極で酸素ガスを生成し、各ガスを供給する
装置である。
【０００３】イオン交換膜型水電解セルを用いた水素ガ
ス、酸素ガス発生装置には、次のようないくつもの優れ
た特長がある。イオン交換膜１が電解質として働くた
め、純水の直接電解が可能となる。イオン交換膜１が
隔膜として働くため、陰極から発生した水素ガスと陽極
から発生した酸素ガスが混合せず、純度の高いガスが得
られる。電解質として働くイオン交換膜の厚みが０．
１〜０．２ｍｍと非常に薄く膜抵抗が小さいため、電解
電圧が低く高エネルギー変換効率で水素ガスと酸素ガス
を供給できる。この中でもの高エネルギー変換効率に
注目して最近では、イオン交換膜型水電解セルを用いた
水素ガス、酸素ガス発生装置を太陽電池とに組み合わ
せ、高効率で太陽エネルギーを水素ガスに変換し、水素
エネルギーを有効に活用しようとする動きがでている。
ス、酸素ガス発生装置には、次のようないくつもの優れ
た特長がある。イオン交換膜１が電解質として働くた
め、純水の直接電解が可能となる。イオン交換膜１が
隔膜として働くため、陰極から発生した水素ガスと陽極
から発生した酸素ガスが混合せず、純度の高いガスが得
られる。電解質として働くイオン交換膜の厚みが０．
１〜０．２ｍｍと非常に薄く膜抵抗が小さいため、電解
電圧が低く高エネルギー変換効率で水素ガスと酸素ガス
を供給できる。この中でもの高エネルギー変換効率に
注目して最近では、イオン交換膜型水電解セルを用いた
水素ガス、酸素ガス発生装置を太陽電池とに組み合わ
せ、高効率で太陽エネルギーを水素ガスに変換し、水素
エネルギーを有効に活用しようとする動きがでている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、イオン
交換膜型水電解セルを用いた水素ガス、酸素ガス発生装
置は高エネルギー変換効率という優れた特長を持つが、
イオン交換膜型水電解セルに用いているイオン交換膜の
含水率には細心の注意をはらう必要がある。なぜなら
ば、このイオン交換膜は含水率が高い時は膜抵抗が小さ
いため、電解電圧も低く、高エネルギー変換効率に大き
く寄与するが、含水率が低下すると膜抵抗が増大するた
めに、イオン交換膜型ガス発生装置の高エネルギー変換
効率という特長を失うことになる。
交換膜型水電解セルを用いた水素ガス、酸素ガス発生装
置は高エネルギー変換効率という優れた特長を持つが、
イオン交換膜型水電解セルに用いているイオン交換膜の
含水率には細心の注意をはらう必要がある。なぜなら
ば、このイオン交換膜は含水率が高い時は膜抵抗が小さ
いため、電解電圧も低く、高エネルギー変換効率に大き
く寄与するが、含水率が低下すると膜抵抗が増大するた
めに、イオン交換膜型ガス発生装置の高エネルギー変換
効率という特長を失うことになる。
【０００５】従来の装置は、電解停止と同時に水電解セ
ルへの純水の供給も停止していたため、図７のように、
水電解セル内の陰極室５に水素ガス、陽極室４に酸素ガ
スが残留する。この状態で放置すると水素ガス、酸素ガ
スの両方と接する水電解セル上部のイオン交換膜の含水
率が低下し、膜抵抗が増大する。そのため、再度電解を
行う際の電解電圧が高くなり、エネルギー変換効率が低
下してしまう。
ルへの純水の供給も停止していたため、図７のように、
水電解セル内の陰極室５に水素ガス、陽極室４に酸素ガ
スが残留する。この状態で放置すると水素ガス、酸素ガ
スの両方と接する水電解セル上部のイオン交換膜の含水
率が低下し、膜抵抗が増大する。そのため、再度電解を
行う際の電解電圧が高くなり、エネルギー変換効率が低
下してしまう。
【０００６】一度、含水率が低下したイオン交換膜を正
常な状態に回復させるには、ガス発生装置より水電解セ
ルを取り外し、水電解セル内に塩酸を投入したり、水電
解セルを分解してイオン交換膜を取り出し、イオン交換
膜を純水で煮沸するなど大変面倒な処置を施さなければ
ならない。
常な状態に回復させるには、ガス発生装置より水電解セ
ルを取り外し、水電解セル内に塩酸を投入したり、水電
解セルを分解してイオン交換膜を取り出し、イオン交換
膜を純水で煮沸するなど大変面倒な処置を施さなければ
ならない。
【０００７】しかしながら、従来の装置ではこの問題点
に関して何等考慮されていなかった。
に関して何等考慮されていなかった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、イオン交換膜
の両面に純水を満たさなくても、どちらか一方の面に純
水を満たしておけば、イオン交換膜の含水率は充分保た
れるということに着目してなされたものであり、従来の
ように水電解セルへの純水供給を電解停止と同時に停止
することなく、電解停止後、水電解セルの陽極へのみ一
定時間、純水を供給し続けることにより上述の課題を解
決するものである。
の両面に純水を満たさなくても、どちらか一方の面に純
水を満たしておけば、イオン交換膜の含水率は充分保た
れるということに着目してなされたものであり、従来の
ように水電解セルへの純水供給を電解停止と同時に停止
することなく、電解停止後、水電解セルの陽極へのみ一
定時間、純水を供給し続けることにより上述の課題を解
決するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明は、電解停止後も水電解セ
ルの陽極へのみ一定時間純水を供給し続けることによ
り、水電解セル内の陽極室に残留する酸素ガスを取り除
き、陽極室が満水状態となるので、陰極室に水素ガスが
残留していてもイオン交換膜の含水率は低下しない。そ
のため、長期間停止後に再度電解を開始しても電解電圧
は、その停止直後と同等であり、エネルギー変換効率が
低下しない。
ルの陽極へのみ一定時間純水を供給し続けることによ
り、水電解セル内の陽極室に残留する酸素ガスを取り除
き、陽極室が満水状態となるので、陰極室に水素ガスが
残留していてもイオン交換膜の含水率は低下しない。そ
のため、長期間停止後に再度電解を開始しても電解電圧
は、その停止直後と同等であり、エネルギー変換効率が
低下しない。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の適切な実施例を用いて説明す
る。
る。
【００１１】図１は、本発明の一実施例に係るイオン交
換膜型水素ガス、酸素ガス発生装置を簡略化した流路図
である。
換膜型水素ガス、酸素ガス発生装置を簡略化した流路図
である。
【００１２】同図において、ポンプ７により酸素分離タ
ンク６から流路１４を経て強制的に水電解セル８の陽極
に純水を供給し、水電解セル８は直流電源９から与えら
れた電力により純水を電気分解し、水電解セル８の陽極
で酸素ガスを、陰極で水素ガスを発生させる。この時、
酸素ガスは電気分解されなかった余剰水とともに酸素分
離タンク６に戻る。一方、水素ガスは電気分解に伴い陽
極から陰極へ移動したわずかな水とともに水素分離タン
ク１０へ送り込まれる。これらのガスは、その比重の差
により酸素分離タンク６と水素分離タンク１０で分離さ
れ、それぞれ供給される。
ンク６から流路１４を経て強制的に水電解セル８の陽極
に純水を供給し、水電解セル８は直流電源９から与えら
れた電力により純水を電気分解し、水電解セル８の陽極
で酸素ガスを、陰極で水素ガスを発生させる。この時、
酸素ガスは電気分解されなかった余剰水とともに酸素分
離タンク６に戻る。一方、水素ガスは電気分解に伴い陽
極から陰極へ移動したわずかな水とともに水素分離タン
ク１０へ送り込まれる。これらのガスは、その比重の差
により酸素分離タンク６と水素分離タンク１０で分離さ
れ、それぞれ供給される。
【００１３】また、水素分離タンク１０の下方に分離さ
れた水は、液面センサ１１が感知するレベルまで到達す
ると、液面センサ１１の信号により連動して開閉する電
磁弁１２を途中に設けた流路１５を経て、水素分離タン
ク１０より酸素分離タンク６に戻る。また、水素分離タ
ンク１０内の圧はニードルバルブ１３を用いて酸素分離
タンク６内の圧より高くする必要がある。
れた水は、液面センサ１１が感知するレベルまで到達す
ると、液面センサ１１の信号により連動して開閉する電
磁弁１２を途中に設けた流路１５を経て、水素分離タン
ク１０より酸素分離タンク６に戻る。また、水素分離タ
ンク１０内の圧はニードルバルブ１３を用いて酸素分離
タンク６内の圧より高くする必要がある。
【００１４】ここでスイッチのＯＮ／ＯＦＦに連動する
直流電源９とポンプ７の動きについて述べる。直流電源
９とポンプ７とのシーケンスを図２に示す。本実施例
は、オフディレイタイマ１６（ａ）（ｂ）の採用によ
り、メインスイッチ１７をＯＦＦにして装置を停止した
際、直流電源９は瞬時に停止して電解は停止するもの
の、オフディレイタイマの設定を１５秒にしているた
め、ポンプ７はその後も１５秒間稼働し続ける。これに
より、図３のように陽極室内４の酸素ガスがなくなり、
純水で満たされることになる。
直流電源９とポンプ７の動きについて述べる。直流電源
９とポンプ７とのシーケンスを図２に示す。本実施例
は、オフディレイタイマ１６（ａ）（ｂ）の採用によ
り、メインスイッチ１７をＯＦＦにして装置を停止した
際、直流電源９は瞬時に停止して電解は停止するもの
の、オフディレイタイマの設定を１５秒にしているた
め、ポンプ７はその後も１５秒間稼働し続ける。これに
より、図３のように陽極室内４の酸素ガスがなくなり、
純水で満たされることになる。
【００１５】本発明の効果を確認するため、以下の実験
を行った。
を行った。
【００１６】すなわち、水電解セル（ａ）を用い、本装
置を初期運転のため７日間稼働させ、水電解セル（ａ）
の電流−電圧特性及びエネルギー変換効率特性を測定し
た後に停止する。そして、３０日間放置後に再度電流−
電圧特性及びエネルギー変換効率特性を測定する。
置を初期運転のため７日間稼働させ、水電解セル（ａ）
の電流−電圧特性及びエネルギー変換効率特性を測定し
た後に停止する。そして、３０日間放置後に再度電流−
電圧特性及びエネルギー変換効率特性を測定する。
【００１７】この結果を図４、５に示す。なお、図４、
５には、従来のガス発生装置においても、水電解セル
（ａ）と同等の特性である水電解セル（ｂ）を用いて同
様の実験を行った。その結果も比較のためにあわせてプ
ロットした。
５には、従来のガス発生装置においても、水電解セル
（ａ）と同等の特性である水電解セル（ｂ）を用いて同
様の実験を行った。その結果も比較のためにあわせてプ
ロットした。
【００１８】ただし、（Ａ）は７日間の初期運転後の水
電解セル（ａ）を示し、（Ｂ）は７日間の初期運転後に
本発明の方法で運転を停止し、３０日間放置後の水電解
セル（ａ）を示す。また、（Ｃ）は７日間の初期運転後
の水電解セル（ｂ）を示し、（Ｄ）は７日間の初期運転
後に従来の方法で運転を停止し、３０日間放置後の水電
解セル（ｂ）を示す。
電解セル（ａ）を示し、（Ｂ）は７日間の初期運転後に
本発明の方法で運転を停止し、３０日間放置後の水電解
セル（ａ）を示す。また、（Ｃ）は７日間の初期運転後
の水電解セル（ｂ）を示し、（Ｄ）は７日間の初期運転
後に従来の方法で運転を停止し、３０日間放置後の水電
解セル（ｂ）を示す。
【００１９】図４、５より、本発明を用いた装置（ａ）
は、長期間停止後も水電解セルの特性を維持し続けてい
るが、従来法の装置（ｂ）では停止後の電解電圧が上昇
し、エネルギー変換効率が低下していることがわかっ
た。
は、長期間停止後も水電解セルの特性を維持し続けてい
るが、従来法の装置（ｂ）では停止後の電解電圧が上昇
し、エネルギー変換効率が低下していることがわかっ
た。
【００２０】
【発明の効果】以上述べたように、本発明を用いた水素
ガス、酸素ガス発生装置は、電解停止後も水電解セル８
の陽極室４に純水を一定時間供給し続けることにより、
陽極室４に残留した酸素ガスを除去し、陽極側４を満水
状態にする。
ガス、酸素ガス発生装置は、電解停止後も水電解セル８
の陽極室４に純水を一定時間供給し続けることにより、
陽極室４に残留した酸素ガスを除去し、陽極側４を満水
状態にする。
【００２１】これにより、水素ガス、酸素ガス発生装置
を長期間停止してもイオン交換膜の含水率低下による、
水電解セルの電解電圧の増大がないため、エネルギー変
換効率が低下しない。従って、本発明は工業上、寄与す
ること大である。
を長期間停止してもイオン交換膜の含水率低下による、
水電解セルの電解電圧の増大がないため、エネルギー変
換効率が低下しない。従って、本発明は工業上、寄与す
ること大である。
【図１】本発明の一実施例で用いた、水素ガス、酸素ガ
ス発生装置の簡略化した流路図である。
ス発生装置の簡略化した流路図である。
【図２】本発明の一実施例で用いた停止方法に必要な電
気回路の簡略図である。
気回路の簡略図である。
【図３】本発明の一実施例における装置を停止させた時
の水電解セル内の状態を示す図である。
の水電解セル内の状態を示す図である。
【図４】各条件による水電解セルの電流−電圧特性を示
す図である。
す図である。
【図５】各条件による電気エネルギーから水素ガスへの
エネルギー変換効率を示す図である。
エネルギー変換効率を示す図である。
【図６】イオン交換膜型水素ガス、酸素ガス発生装置に
よる水素ガス、酸素ガスの発生メカニズムを示す図であ
る。
よる水素ガス、酸素ガスの発生メカニズムを示す図であ
る。
【図７】従来の停止方法で運転を停止した時の水電解セ
ル内の状態とイオン交換膜の含水率が低下した部分とを
示す説明図である。
ル内の状態とイオン交換膜の含水率が低下した部分とを
示す説明図である。
１ イオン交換膜 ２ 触媒電極（陽極） ３ 触媒電極（陰極） ４ 陽極室 ５ 陰極室 ６ 酸素分離タンク ７ ポンプ ８ 水電解セル ９ 直流電源 １０ 水素分離タンク １１ 液面センサ １２ 電磁弁 １３ ニードルバルブ １４ 純水流路 １５ 純水流路 １６（ａ） オフディレイタイマ（接点） １６（ｂ） オフディレイタイマ（コイル） １７ メインスイッチ
Claims (1)
- 【請求項１】 イオン交換膜の両面に触媒電極が接合さ
れたイオン交換膜−触媒電極接合体を基本ユニットとす
る水電解セルの陽極又は陽極と陰極とに純水を供給し、
両極間に直流電圧を印加することにより、水素ガス又は
／及び酸素ガスを発生させるガス発生装置の使用方法に
おいて、 電解停止後、水電解セルの陽極室のみに一定時間純水を
供給し続けることを特徴とするガス発生装置の使用方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9154596A JPH10330980A (ja) | 1997-05-28 | 1997-05-28 | 水電解セルを用いたガス発生装置の使用方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9154596A JPH10330980A (ja) | 1997-05-28 | 1997-05-28 | 水電解セルを用いたガス発生装置の使用方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10330980A true JPH10330980A (ja) | 1998-12-15 |
Family
ID=15587650
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9154596A Pending JPH10330980A (ja) | 1997-05-28 | 1997-05-28 | 水電解セルを用いたガス発生装置の使用方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10330980A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006131957A (ja) * | 2004-11-05 | 2006-05-25 | Kobelco Eco-Solutions Co Ltd | 水素・酸素ガス発生装置とその運転方法 |
| JP2014062311A (ja) * | 2012-09-24 | 2014-04-10 | Honda Motor Co Ltd | 高圧水電解システム及びその起動方法 |
| WO2020085434A1 (ja) * | 2018-10-26 | 2020-04-30 | 三菱重工業株式会社 | 水素及び酸素生成システム並びに水素及び酸素生成方法 |
| US20210262101A1 (en) * | 2018-07-27 | 2021-08-26 | Tokuyama Corporation | Gas production apparatus and gas production method |
-
1997
- 1997-05-28 JP JP9154596A patent/JPH10330980A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006131957A (ja) * | 2004-11-05 | 2006-05-25 | Kobelco Eco-Solutions Co Ltd | 水素・酸素ガス発生装置とその運転方法 |
| JP2014062311A (ja) * | 2012-09-24 | 2014-04-10 | Honda Motor Co Ltd | 高圧水電解システム及びその起動方法 |
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| US11505872B2 (en) * | 2018-07-27 | 2022-11-22 | Tokuyama Corporation | Gas production apparatus and gas production method |
| WO2020085434A1 (ja) * | 2018-10-26 | 2020-04-30 | 三菱重工業株式会社 | 水素及び酸素生成システム並びに水素及び酸素生成方法 |
| JP2020066796A (ja) * | 2018-10-26 | 2020-04-30 | 三菱重工業株式会社 | 水素及び酸素生成システム並びに水素及び酸素生成方法 |
| US11618958B2 (en) | 2018-10-26 | 2023-04-04 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Hydrogen-oxygen generation system and hydrogen-oxygen generation method |
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