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公開番号2025027342
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-27
出願番号2023132075
出願日2023-08-14
発明の名称水素ガス製造システム及び水素ガス製造方法
出願人大陽日酸株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類C25B 15/08 20060101AFI20250219BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】大掛かりな装置を用いることなく、高い回収率で高純度の水素ガスを回収することで、低コストで高純度の水素ガスを製造することが可能な水素ガス製造システム及び水素ガス製造方法を提供する。
【解決手段】原料水を脱気する脱気装置20と、前記脱気装置20にて脱気された前記原料水を電気分解して水素ガスを発生させる電気分解装置30と、前記脱気装置20と前記電気分解装置30とを連結し、前記原料水が前記脱気装置20から前記電気分解装置30に送液される流路を区画する配管62と、前記脱気装置20に脱気用ガスとして酸素ガスを供給する第1の酸素ガス供給装置40と、を有する水素ガス製造システム100。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
原料水を脱気する脱気装置と、
前記脱気装置にて脱気された前記原料水を電気分解して水素ガスを発生させる電気分解装置と、
前記脱気装置と前記電気分解装置とを連結し、前記原料水が前記脱気装置から前記電気分解装置に送液される流路を区画する配管と、
前記脱気装置に脱気用ガスとして酸素ガスを供給する第１の酸素ガス供給装置と、
を有する水素ガス製造システム。
続きを表示（約 610 文字）【請求項２】
前記電気分解装置が、陽極を収容する陽極室と陰極を収容する陰極室とがイオン交換膜を介して隣り合う電気分解セルを有し、
前記陽極室に酸素ガスを供給する第２の酸素ガス供給装置をさらに有する、請求項１に記載の水素ガス製造システム。
【請求項３】
前記原料水が重水を含み、
前記電気分解装置で発生する前記水素ガスが重水素ガスを含む、請求項１又は２に記載の水素ガス製造システム。
【請求項４】
脱気装置にて原料水を脱気する脱気工程と、
その後、配管を介して前記原料水を前記脱気装置から電気分解装置に送液する工程と、
前記脱気工程において脱気された前記原料水を、前記電気分解装置にて電気分解して水素ガスを発生させる電気分解工程と、
を有し、
前記脱気工程において、酸素ガスを用いて前記原料水を脱気する、水素ガス製造方法。
【請求項５】
前記電気分解装置が、陽極を収容する陽極室と陰極を収容する陰極室とがイオン交換膜を介して隣り合う電気分解セルを有し、
前記電気分解工程では、前記陽極室を酸素ガスでパージする、請求項４に記載の水素ガス製造方法。
【請求項６】
前記原料水が重水を含み、
前記電気分解工程で発生する前記水素ガスが重水素ガスを含む、請求項４又は５に記載の水素ガス製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を電気分解することにより水素ガスを製造する水素ガス製造システム及び水素ガス製造方法に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、半導体関連分野等の各種工業分野に利用されている水素ガスを製造する方法として、部分酸化法、水蒸気改質法、電気分解法等の各種方法が行われている。特に、電気分解法としては、水を電気分解して酸素ガスと水素ガスとを発生させる電気分解装置がよく用いられている。
【０００３】
一般的な電気分解装置で得られる水素ガスは、原料水に溶存している空気成分（酸素ガス、窒素ガス、アルゴンガス、炭酸ガス）や水分等の不純物を含んでおり、電気分解後に精製装置によって不純物を除去精製する必要があった。不純物ガスの除去精製装置は吸着精製を行うことが多く、吸着精製装置は一定の運転時間後に再生工程が必要であり、この再生工程に発生させた水素ガスを使用するため、発生した水素ガスをロスすることとなっていた。特に重水素ガスを製造する場合、高価なガスを再生に使用することになるため、製造コストが高くなっていた。
【０００４】
そこで、電気分解後の精製を行わずに高純度水素ガスを得ることが可能な技術として、以下のようなものが知られている。特許文献１には、電気分解に供する原料水を予め減圧下でフラッシュ蒸発させ、原料水中の空気成分を除去する水素ガスの製造方法が記載されている。また、特許文献２には、電気分解で製造した水素ガスの一部を原料水と接触させることで原料水を脱気し、原料水中の空気成分を除去する水素ガスの製造方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特公平３－２２３７号公報
特開２００６－２０６９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の方法では、減圧下でのフラッシュ蒸発に大掛かりな装置が必要であり、製造コストが高くなるという課題があった。また、特許文献２の方法では、製造した水素ガスの一部を脱気に用いるところ、脱気後の水素ガスは原料水中に含まれていた空気成分を含むため廃棄せざるを得ず、製造した水素ガスの回収率が低くなるという課題があった。
【０００７】
上記課題を鑑みて、本発明は、大掛かりな装置を用いることなく、高い回収率で高純度の水素ガスを回収することで、低コストで高純度の水素ガスを製造することが可能な、水素ガス製造システム及び水素ガス製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討した結果、以下の知見を得た。電気分解する原料水を酸素ガスを用いて脱気することで、原料水に溶存していた不純物ガス（窒素ガス、アルゴンガス、炭酸ガス等）を除去することができ、高純度の水素ガスを製造することができる。なお、原料水に溶存した酸素ガスは、電気分解の過程で水に変換されるため、水素ガスに含まれることはない。上記のように酸素ガスを用いて脱気を行うことで、精製装置の設置が不要となり、精製装置の再生で使用する水素ガスのロスを抑えることができる。さらに、上記方法は、減圧フラッシュ蒸発装置のような大掛かりな前処理設備が不要であり、設備の小型化が可能で製造コストを低く抑えることができる。また、本発明は、原料水の脱気の際に、製造した水素ガスを使用しないため、水素ガスの回収率が高く、これも製造コストの低下に寄与する。
【０００９】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
【００１０】
［１］原料水を脱気する脱気装置と、
前記脱気装置にて脱気された前記原料水を電気分解して水素ガスを発生させる電気分解装置と、
前記脱気装置と前記電気分解装置とを連結し、前記原料水が前記脱気装置から前記電気分解装置に送液される流路を区画する配管と、
前記脱気装置に脱気用ガスとして酸素ガスを供給する第１の酸素ガス供給装置と、
を有する水素ガス製造システム。
（【００１１】以降は省略されています）

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