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公開番号2025165571
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-05
出願番号2024069701
出願日2024-04-23
発明の名称水素発生装置
出願人株式会社神鋼環境ソリューション
代理人弁理士法人藤本パートナーズ
主分類C25B 9/00 20210101AFI20251028BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】熱交換器を用いた水の温度調整での調整精度を高めることが可能な水素発生装置を提供し、水素発生装置での水素ガスの製造効率を向上させる。
【解決手段】水を電気分解して水素を発生させる電解装置と、電解装置を通じて水が循環する水循環経路と、水循環経路でイオンを除去するイオン交換器と、水循環経路の水温を調節する水温調節装置とを有し、水循環経路がイオン交換器通過と電解装置との間で分岐した後に合流し、水温調節装置は、電解装置が排出する水よりも低温の水をイオン交換器に供給し、該水よりも高温の水を電解装置に供給すべく、分岐点から合流点までの間に熱交換器を有し、合流点で合流する水に温度差を設けるよう構成され、合流する水の割合を調整して電解装置に供給する水の温度を調整する温度調整弁を有している水素発生装置を提供する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
水を電気分解して水素を発生させる電解装置と、
前記電解装置を通じて水を循環させるための水循環経路と、
前記水循環経路を流れる水に含まれるイオンを除去するイオン交換器と、
前記水循環経路を流れる水の温度を調節する水温調節装置とを有し、
前記水温調節装置は、
前記電解装置から排出される水よりも温度の低い水を前記イオン交換器に供給し、該イオン交換器に供給される水よりも温度が高い水を前記電解装置に供給するように構成され、前記イオン交換器を通過した後の水と前記電解装置よりも上流側で熱交換する第１の熱交換器を含む１以上の熱交換器を有しており、
前記水循環経路は、
前記イオン交換器から前記第１の熱交換器を通じて前記電解装置へと至る第１経路と、
前記イオン交換器から前記第１の熱交換器までの間で前記第１経路から分岐し、前記第１の熱交換器から前記電解装置までの間に前記第１経路に合流する第２経路と、
前記電解装置から前記イオン交換器へと至る第３経路と、を備え、
前記第１経路は、
前記第２経路との分岐点と、前記第２経路との合流点とによって区切られる３つの区間を有し、該３つの区間が、前記分岐点よりも上流側の第１区間、前記分岐点以降で前記合流点よりも上流側の第２区間、及び、前記合流点以降の第３区間で構成されており、
前記水温調節装置が、
前記第２区間を流れる水の量と前記第２経路を流れる水の量との割合を調整して前記電解装置に供給される水の温度を調整する温度調整弁を有している水素発生装置。
続きを表示（約 630 文字）【請求項２】
前記温度調整弁が、下記の（ａ）、（ｂ）、及び、（ｃ）の内の少なくとも１つに基づいて前記割合を調整するように備えられている請求項１記載の水素発生装置。
（ａ）前記合流点で合流して前記電解装置に供給される水の温度
（ｂ）前記合流点で合流されるそれぞれの水の温度
（ｃ）前記電解装置から排出される水の温度
【請求項３】
前記水温調節装置が、
前記電解装置と前記イオン交換器との間を流れる水から、前記イオン交換器と前記合流点との間を流れる水に熱を移動させることにより前記電解装置から排出される水よりも温度の低い水を前記イオン交換器に供給する熱移動手段を有している請求項１又は２記載の水素発生装置。
【請求項４】
前記水温調節装置が、
前記電解装置と前記イオン交換器との間を流れる水と熱交換する第２の熱交換器をさらに有し、
前記第２の熱交換器から前記第１の熱交換器に熱を移動させて前記第２区間を流れる水に熱を移動させる前記熱移動手段を有している請求項３記載の水素発生装置。
【請求項５】
前記水温調節装置が、
前記電解装置と前記イオン交換器との間を流れる水と熱交換する第２の熱交換器をさらに有し、
前記第１区間を流れる水を前記第２の熱交換器に通過させて該第１区間を流れる水に熱を移動させる前記熱移動手段を有している請求項３記載の水素発生装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は水素発生装置に関し、より詳しくは、水を電気分解して水素を発生させる電解装置を備えた水素発生装置に関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、クリーンなエネルギー源として水素を利用する機会が増えてきている。水素を得るための装置としては、水を電気分解して水素を発生させる水素発生装置が知られている。この種の水素発生装置には水を電気分解する電解装置の陽極側に電気分解される量よりも多くの水を供給し、酸素ガスと分解されずに残った水とを含んだ気液混合液を電解装置から排出させ、気液分離器で該気液混合液を水と酸素とに分離し、分離された水を再び電解装置に供給すべく、電解装置を通じて水を循環させるための循環経路を備えたものが知られている。
【０００３】
この種の水素発生装置では、装置配管内の水に溶出するイオンを捕捉するためにイオン交換樹脂を収容したイオン交換器を循環経路に配置して、循環する水を当該イオン交換器に通してイオン交換させることが行われている。水素発生装置は、水温が高い方が電解装置での電解効率が高くなるが、高温の水をイオン交換器に通すとイオン交換樹脂にダメージを与えてしまう。そのため、水素発生装置としては、イオン交換器に通される前の水を冷却するとともにイオン交換器を通過して電解装置に供給されるまでの間に水を加熱する水温調節装置を設けたものが知られている（下記特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特表２０２０－５１８７１９号公報
特表２０２３－５２９５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水の加熱や冷却のための手段として、例えば、熱交換器が用いられる。電熱ヒーターなどを用いると比較的大きなエネルギー消費を伴うのに対し、熱交換器を用いると他の機器の低温排熱などの未利用エネルギーを活用し易い。また、熱交換器を用いると熱交換によって得られた温熱や冷熱を別の箇所で有効活用することも可能となる。そのため、熱交換器の利用は、省エネルギーの観点では多くのメリットを有する。一方で、電熱ヒーターなどによる水温調整に比べて熱交換器での温度調整は即応性が乏しく、微妙な温度調整が難しい。例えば、電解装置に供給される水の温度に大きな時間変動が生じると、電解効率を十分向上させることが難しくなったり、電解装置内で水が高温になりすぎて水蒸気を発生させることにもなりかねない。そこで、本発明は、熱交換器を用いた水の温度調整での調整精度を高めることが可能な水素発生装置を提供し、延いては水素発生装置での水素ガスの製造効率の向上を図ることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明は、
水を電気分解して水素を発生させる電解装置と、
前記電解装置を通じて水を循環させるための水循環経路と、
前記水循環経路を流れる水に含まれるイオンを除去するイオン交換器と、
前記水循環経路を流れる水の温度を調節する水温調節装置とを有し、
前記水温調節装置は、
前記電解装置から排出される水よりも温度の低い水を前記イオン交換器に供給し、該イオン交換器に供給される水よりも温度が高い水を前記電解装置に供給するように構成され、前記イオン交換器を通過した後の水と前記電解装置よりも上流側で熱交換する第１の熱交換器を含む１以上の熱交換器を有しており、
前記水循環経路は、
前記イオン交換器から前記第１の熱交換器を通じて前記電解装置へと至る第１経路と、
前記イオン交換器から前記第１の熱交換器までの間で前記第１経路から分岐し、前記第１の熱交換器から前記電解装置までの間に前記第１経路に合流する第２経路と、
前記電解装置から前記イオン交換器へと至る第３経路と、を備え、
前記第１経路は、
前記第２経路との分岐点と、前記第２経路との合流点とによって区切られる３つの区間を有し、該３つの区間が、前記分岐点よりも上流側の第１区間、前記分岐点以降で前記合流点よりも上流側の第２区間、及び、前記合流点以降の第３区間で構成されており、
前記水温調節装置が、
前記第２区間を流れる水の量と前記第２経路を流れる水の量との割合を調整して前記電解装置に供給される水の温度を調整する温度調整弁を有している水素発生装置、を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、熱交換器を通って温度調整された水と該熱交換器を通過しない水とが合流される。そして、本発明では、温度調整弁によって合流する水の割合を調整して合流後の水の温度が調整される。そのため、本発明では熱交換器だけで温度調整を行う場合に比べて温度調整の精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、第１実施形態に係る水素発生装置を示す概略構成図である。
図２ａは、分岐点での第１経路と第２経路との接続状況のバリエーションの１つを示した概略図である。
図２ｂは、分岐点での第１経路と第２経路との接続状況のバリエーションの１つ（図２ａとは異なる態様）を示した概略図である。
図２ｃは、分岐点での第１経路と第２経路との接続状況のバリエーションの１つ（図２ａ、図２ｂとは異なる態様）を示した概略図である。
図３は、第２実施形態に係る水素発生装置を示す概略構成図である。
図４は、第２実施形態に係る水素発生装置の改変例を示す概略構成図である。
図５は、第３実施形態に係る水素発生装置を示す概略構成図である。
図６は、第３実施形態に係る水素発生装置の改変例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に図を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
（第１実施形態）
図１に例示の第１実施形態に係る水素発生装置１は、水を電気分解して水素を発生させる電解装置１０と、前記電解装置１０を通じて水を循環させるための水循環経路ＣＬと、該水循環経路ＣＬを通じて水を循環させるためのポンプＣＰとを備えている。水循環経路ＣＬには、当該水循環経路ＣＬを流れる水に含まれるイオンを除去するイオン交換器２０が配されている。第１実施形態に係る水素発生装置１は、前記水循環経路ＣＬを流れる水の温度を調節する水温調節装置ＴＣを有している。
（【００１１】以降は省略されています）

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