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公開番号2025121620
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-20
出願番号2024017171
出願日2024-02-07
発明の名称水電解システム及び水の電解によるガスの製造方法
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人弁理士法人快友国際特許事務所
主分類C25B 9/00 20210101AFI20250813BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】水の電解によって製造される水素又は酸素を含有するガス中の不純物を取り除いて高純度のガスを供給する技術を提供する。
【解決手段】水電解システム2は、水の電解によって生成された所定のガス成分を含むガスを、前記ガス成分の沸点以上の高い第1冷却温度に冷却して、第1冷却温度よりも高い沸点を有する第1不純物を分離可能に液化する第1冷却装置10と、ガスから第1冷却装置10で液化された第1不純物を分離する気液分離装置20と、第1不純物が分離されたガスを、ガス成分の沸点よりも低い第2冷却温度に冷却して、第2冷却温度よりも低い沸点を有する第2不純物をガスとして分離可能に前記ガス成分を液化する第2冷却装置30と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
水電解システムであって、
水の電解によって生成された所定のガス成分を含むガスを、前記ガス成分の沸点以上の高い第１冷却温度に冷却して、前記第１冷却温度よりも高い沸点を有する第１不純物を液体として分離可能に液化する第１冷却装置と、
前記ガスから前記第１冷却装置で液化された前記第１不純物を分離する気液分離装置と、
前記第１不純物が分離されたガスを、前記ガス成分の沸点よりも低い第２冷却温度に冷却して、前記第２冷却温度よりも低い沸点を有する第２不純物をガスとして分離可能に前記ガス成分を液化する第２冷却装置と、
を備える、システム。
続きを表示（約 700 文字）【請求項２】
前記ガス成分は、水素又は酸素である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ガス成分は、水素であり、
前記第１冷却温度は、水素の沸点以上であって酸素の沸点よりも低い温度であり、前記第２冷却温度は、水素の沸点よりも低い温度である、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記ガス成分は、酸素であり、
前記第１冷却温度は、酸素の沸点以上の温度であり、前記第２冷却温度は、酸素の沸点よりも低い温度であり水素の沸点以上の温度である、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１冷却装置は、第１熱交換器と前記第１熱交換器を冷却する冷却器とを含み、
前記第２冷却装置は、第２熱交換器と、前記第２熱交換器を冷却する冷却器とを、含む、請求項１～４のいずれかに記載のシステム。
【請求項６】
水の電解による液体材料の製造方法であって、
電解装置から供給される水が電解されたガスであって、ガス化されている前記液体材料を含む前記ガスを、前記液体材料の沸点以上の第１冷却温度に冷却して、前記第１冷却温度よりも高い沸点を有する第１不純物を液体として分離可能に液化する第１冷却工程と、
前記ガスから前記第１不純物を気液分離する工程と、
前記第１不純物が分離されたガスを、前記液体材料の沸点よりも低い第２冷却温度に冷却して、前記第２冷却温度より低い沸点を有する第２不純物をガスとして分離可能に前記ガス化されている液体材料を液化する第２冷却工程と、
を備える、方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書は、水電解システム及び水の電解によるガスの製造方法に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
この種の水電解システムは、水を電気分解して、水素又は酸素をガス成分とする成分ガスを製造し、燃料電池等に供給する。水電解システムでは、乾燥剤及び冷媒との熱交換による冷却などの除湿装置で成分ガス中の水分を系外に排出している（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２３－０１９０６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
除湿器を用いることでガスから水を除去できる。しかしながら、水素ガスからは、水電解装置の電解質膜を介して酸素極側から水素極側にリークする酸素という不純物を除去できない。また、酸素ガスからは、水素極側から酸素極側にリークする水素を除去できない。
【０００５】
本明細書は、水の電解によって製造される水素又は酸素を含有するガス中の不純物を取り除いて高純度のガスを供給する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書に開示される技術は、水電解システムに具現化される。水電解システムは、水の電解によって生成された所定のガス成分を含むガスを、前記ガス成分の沸点以上の第１冷却温度に冷却し、前記第１冷却温度より高い沸点を有する第１不純物を前記ガス成分から分離可能に液化する第１冷却装置と、前記ガスから前記第１冷却装置で液化された第１不純物を分離する気液分離装置と、前記第１不純物が分離されたガスを、前記ガス成分の沸点よりも低い第２冷却温度に冷却して、前記第２冷却温度より低い沸点を有する第２不純物をガスとして分離可能に前記ガス成分を液化する第２冷却装置と、を備える。
【０００７】
この水電解システムによれば、第１冷却装置によって、前記第１冷却温度よりも高い沸点を有する第１不純物が存在すれば液化されて分離される。第２冷却装置によって、前記第２冷却温度より低い沸点を有する第２不純物が存在すればガス化されて分離される。ガスから、第１不純物及び第２不純物が除去されるため、高純度に所定のガス成分を含むガスを製造できる。
【０００８】
例えば、所定のガス成分が水素であるとき、水素の沸点（－２５３℃）以上の第１冷却温度に冷却する。これにより、第１冷却温度より高い沸点を有する、例えば、水（沸点：１００℃）や酸素（沸点：－１８３℃）が液化される。液化された水や酸素は、水素から分離される。次いで、水及び酸素が分離されたガスを、水素の沸点よりも低い第２冷却温度に冷却する。これにより、水素が液化され、第２冷却温度より低い沸点を有する不純物が存在すれば、これはガスとして残留する。ガスとして残留した不純物は、液体水素から分離される。
【０００９】
また例えば、所定のガス成分が酸素であるとき、酸素の沸点以上の第１冷却温度まで冷却する。これにより、第１冷却温度より高い沸点を有する、例えば、水などが液化される。液化された水は、酸素から分離される。次いで、水が分離されたガスを、酸素の沸点よりも低い第２冷却温度まで冷却する。これにより、酸素が液化され、水素などの第２冷却温度より低い沸点を有する不純物が存在すれば、これはガスとして残留する。ガスとして残留する水素などは、液体酸素から分離される。
【００１０】
また、本明細書に開示される技術は、水の電解による液体材料の製造方法に具現化される。この製造方法は、電解装置から供給される水が電解されたガスであって、ガス化されている前記液体材料を含むガスを、前記液体材料の沸点以上の第１冷却温度に冷却して、前記第１冷却温度より高い沸点を有する第１不純物を液化する第１冷却工程と、前記ガスから前記第１不純物を気液分離する工程と、前記第１不純物が分離されたガスを、前記液体材料の沸点よりも低い第２冷却温度に冷却して、前記第２冷却温度より低い沸点を有する第２不純物をガスとして分離可能に前記ガス成分を液化する第２冷却工程と、を備える。
（【００１１】以降は省略されています）

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