JP2000054175A - 固体高分子膜型水電解装置 - Google Patents
固体高分子膜型水電解装置Info
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Landscapes
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 固体高分子電解質膜を使用する水電解槽にお
いて、その電解質膜に作用する差圧の制御を容易にし、
その損傷を防止する。 【解決手段】 固体高分子膜型水電解装置は、固体高分
子電解質膜３によって陽極室１ｂと陰極室１ａに区画さ
れた水電解槽１と、陰極室１ａに連絡し水素／水用セパ
レータ１１と両軸ポンプ４１とを備えた陰極室側循環路
と、陽極室１ｂに連絡し酸素／水用セパレータ２５と両
軸ポンプ４１とを備えた陽極室側循環路と、両循環路に
接続され両者の差圧を一定に保持する自律差圧制御手段
６０とを具備している。
いて、その電解質膜に作用する差圧の制御を容易にし、
その損傷を防止する。 【解決手段】 固体高分子膜型水電解装置は、固体高分
子電解質膜３によって陽極室１ｂと陰極室１ａに区画さ
れた水電解槽１と、陰極室１ａに連絡し水素／水用セパ
レータ１１と両軸ポンプ４１とを備えた陰極室側循環路
と、陽極室１ｂに連絡し酸素／水用セパレータ２５と両
軸ポンプ４１とを備えた陽極室側循環路と、両循環路に
接続され両者の差圧を一定に保持する自律差圧制御手段
６０とを具備している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子電解質
膜を隔膜として用いて純水を電気分解する水電解装置に
関する。
膜を隔膜として用いて純水を電気分解する水電解装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】軽水炉においては、原子炉冷却材として
純水を使用している。而して、冷却材循環系の冷却材中
には、分解酸素が溶存酸素の形で存在しており、これが
冷却材循環系を構成する配管、各種機器等の構成部材に
応力腐食割れを発生させる要因の一つになり得ると考え
られている。この溶存酸素による応力腐食割れを防止す
るため所要の対策が採られている。即ち、図２に示すよ
うな固体高分子型水分解装置を冷却材循環系に接続し、
冷却材中の溶存酸素を低減するようにしている。
純水を使用している。而して、冷却材循環系の冷却材中
には、分解酸素が溶存酸素の形で存在しており、これが
冷却材循環系を構成する配管、各種機器等の構成部材に
応力腐食割れを発生させる要因の一つになり得ると考え
られている。この溶存酸素による応力腐食割れを防止す
るため所要の対策が採られている。即ち、図２に示すよ
うな固体高分子型水分解装置を冷却材循環系に接続し、
冷却材中の溶存酸素を低減するようにしている。
【０００３】図２を参照して従来の固体高分子膜型水分
解装置を説明すると、水電解槽１は固体高分子電解質膜
３により陰極室１aと陽極室１bとに内部が区画されてい
る。ポンプ５によって入口ライン７を通して水電解槽１
に流入する純水は、電気分解され、これにより水素は陰
極室１aに発生する。一方酸素は陽極室１bに発生する。
陰極室１ａからの水素／水二相流は出口ライン９を通っ
てセパレータ１１に入り、気体の水素と水とに分けられ
る。セパレータ１１において分離された水は、戻りライ
ン１３を通ってポンプ５の吸込み側へ至り、ポンプ５に
より再び入口ライン７を通して水電解槽１に供給され
る。一方、分離された水素（気体）は、出口ライン１
５、圧力制御弁１７を順次通過して水素ライン１９に流
出し、適宜な回収装置に向かう。尚、出口ライン１５に
は、圧力逃し弁２１が設けられ、過大な圧力上昇を防止
している。
解装置を説明すると、水電解槽１は固体高分子電解質膜
３により陰極室１aと陽極室１bとに内部が区画されてい
る。ポンプ５によって入口ライン７を通して水電解槽１
に流入する純水は、電気分解され、これにより水素は陰
極室１aに発生する。一方酸素は陽極室１bに発生する。
陰極室１ａからの水素／水二相流は出口ライン９を通っ
てセパレータ１１に入り、気体の水素と水とに分けられ
る。セパレータ１１において分離された水は、戻りライ
ン１３を通ってポンプ５の吸込み側へ至り、ポンプ５に
より再び入口ライン７を通して水電解槽１に供給され
る。一方、分離された水素（気体）は、出口ライン１
５、圧力制御弁１７を順次通過して水素ライン１９に流
出し、適宜な回収装置に向かう。尚、出口ライン１５に
は、圧力逃し弁２１が設けられ、過大な圧力上昇を防止
している。
【０００４】他方、陽極室１ｂからの酸素／水二相流は
出口ライン２３を通ってセパレータ２５に入り、気体の
酸素と水とに分けられる。セパレータ２５において分離
された水は、戻りライン２７を通ってポンプ５の吸込み
側へ至り、ポンプ５により再び入口ライン７を通して水
電解槽１に供給される。一方、分離された酸素（気体）
は、出口ライン２９、圧力制御弁３１を順次通過して酸
素ライン３３に流出し、適宜な回収装置に向かう。尚、
出口ライン２９にも、圧力逃し弁３５が設けられ、過大
な圧力上昇を防止している。更に、出口ライン１５，２
９間の差圧を測定する差圧変換器３７が設けられ、その
差圧信号を用いて圧力制御弁３１を操作し、水電解槽１
内の陰極室１ａと陽極室１bとを微少差圧に保持してい
る。
出口ライン２３を通ってセパレータ２５に入り、気体の
酸素と水とに分けられる。セパレータ２５において分離
された水は、戻りライン２７を通ってポンプ５の吸込み
側へ至り、ポンプ５により再び入口ライン７を通して水
電解槽１に供給される。一方、分離された酸素（気体）
は、出口ライン２９、圧力制御弁３１を順次通過して酸
素ライン３３に流出し、適宜な回収装置に向かう。尚、
出口ライン２９にも、圧力逃し弁３５が設けられ、過大
な圧力上昇を防止している。更に、出口ライン１５，２
９間の差圧を測定する差圧変換器３７が設けられ、その
差圧信号を用いて圧力制御弁３１を操作し、水電解槽１
内の陰極室１ａと陽極室１bとを微少差圧に保持してい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の固
体高分子膜型水電解装置においては、固体高分子電解質
膜３に作用する圧力差を酸素ライン側の圧力制御弁の操
作により所定値に保持しているのであるが、酸素ガス及
び水素ガスの発生量が１対２で等しくないことから、起
動して高圧にするのが容易ではなかった。又、操作不良
や差圧変換器、圧力制御弁等の異常により、差圧が過大
になると固体高分子電解質膜への作用力が大きくなっ
て、品質の維持が困難になるという問題もあった。従っ
て、本発明は圧力差の制御が容易で故障が起こりにくい
固体高分子膜型水電解装置を提供することを課題とす
る。
体高分子膜型水電解装置においては、固体高分子電解質
膜３に作用する圧力差を酸素ライン側の圧力制御弁の操
作により所定値に保持しているのであるが、酸素ガス及
び水素ガスの発生量が１対２で等しくないことから、起
動して高圧にするのが容易ではなかった。又、操作不良
や差圧変換器、圧力制御弁等の異常により、差圧が過大
になると固体高分子電解質膜への作用力が大きくなっ
て、品質の維持が困難になるという問題もあった。従っ
て、本発明は圧力差の制御が容易で故障が起こりにくい
固体高分子膜型水電解装置を提供することを課題とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】如上の課題を解決するた
め、本発明によれば、固体高分子膜型水電解装置は、固
体高分子電解質膜によって陽極室と陰極室に区画された
水電解槽と、前記陰極室に連絡し水素／水セパレータと
第１の循環ポンプとを備えた陰極室側循環路と、前記陽
極室に連絡し酸素／水セパレータと第２の循環ポンプと
を備えた陽極室側循環路と、前記両循環路に接続され両
者の差圧を一定に保持する自律差圧制御手段とを備えて
いる。尚、好適には、第１及び第２の循環ポンプは一基
の両軸ポンプとして構成される。
め、本発明によれば、固体高分子膜型水電解装置は、固
体高分子電解質膜によって陽極室と陰極室に区画された
水電解槽と、前記陰極室に連絡し水素／水セパレータと
第１の循環ポンプとを備えた陰極室側循環路と、前記陽
極室に連絡し酸素／水セパレータと第２の循環ポンプと
を備えた陽極室側循環路と、前記両循環路に接続され両
者の差圧を一定に保持する自律差圧制御手段とを備えて
いる。尚、好適には、第１及び第２の循環ポンプは一基
の両軸ポンプとして構成される。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下添付の図面を参照して本発明
の実施形態を説明する。尚、前述の従来の技術に関する
図面を含め、全図に亙り同一部分には同一の符号を付す
こととする。図１を参照するに、水電解槽１は固体高分
子電解質膜３により陰極室１aと陽極室１bとに内部が区
画されている。両軸ポンプ４１から延びた入口ライン４
３，４５が水電解槽１に連絡している。陰極室１aから
延びた出口ライン９はセパレータ１１に連絡している。
セパレータ１１から延びた水戻りライン４７は、両軸ポ
ンプ４１の吸込み側に連絡すると共にセパレータ１１か
らの水素出口ライン４９は圧力制御弁１７を介して水素
ライン１９に連絡し、これは図示しない適宜な回収装置
に連絡している。尚、水素出口ライン４９には圧力逃し
弁２１が設けられている。
の実施形態を説明する。尚、前述の従来の技術に関する
図面を含め、全図に亙り同一部分には同一の符号を付す
こととする。図１を参照するに、水電解槽１は固体高分
子電解質膜３により陰極室１aと陽極室１bとに内部が区
画されている。両軸ポンプ４１から延びた入口ライン４
３，４５が水電解槽１に連絡している。陰極室１aから
延びた出口ライン９はセパレータ１１に連絡している。
セパレータ１１から延びた水戻りライン４７は、両軸ポ
ンプ４１の吸込み側に連絡すると共にセパレータ１１か
らの水素出口ライン４９は圧力制御弁１７を介して水素
ライン１９に連絡し、これは図示しない適宜な回収装置
に連絡している。尚、水素出口ライン４９には圧力逃し
弁２１が設けられている。
【０００８】一方、陽極室１ｂから延びた出口ライン２
３はセパレータ２５に連絡している。セパレータ２５か
ら延びた水戻りライン５１は、両軸ポンプ４１の他方の
吸込み側に連絡すると共にセパレータ２５からの酸素出
口ライン４９は圧力制御弁１７を介し酸素ライン５３に
連絡し、これは図示しない適宜な回収装置に連絡してい
る。尚、酸素出口ライン５３にも圧力逃し弁３５が設け
られている。
３はセパレータ２５に連絡している。セパレータ２５か
ら延びた水戻りライン５１は、両軸ポンプ４１の他方の
吸込み側に連絡すると共にセパレータ２５からの酸素出
口ライン４９は圧力制御弁１７を介し酸素ライン５３に
連絡し、これは図示しない適宜な回収装置に連絡してい
る。尚、酸素出口ライン５３にも圧力逃し弁３５が設け
られている。
【０００９】水素側の水戻りライン４７に流体的に連絡
した入口ライン４３と酸素側の水戻りライン５１に流体
的に連絡した入口ライン４５との間には、自律差圧制御
手段６０が設けられている。これを詳述すれば、窒素ガ
ス供給系６１に圧力制御弁６３を介して連絡した差圧制
御容器６５は、内部下方が２個の空間に仕切られてい
る。その区画室６３aは連通管６５により入口ライン４
３に連絡し、区画室６３bは連通管６７により入口ライ
ン４５に連絡している。
した入口ライン４３と酸素側の水戻りライン５１に流体
的に連絡した入口ライン４５との間には、自律差圧制御
手段６０が設けられている。これを詳述すれば、窒素ガ
ス供給系６１に圧力制御弁６３を介して連絡した差圧制
御容器６５は、内部下方が２個の空間に仕切られてい
る。その区画室６３aは連通管６５により入口ライン４
３に連絡し、区画室６３bは連通管６７により入口ライ
ン４５に連絡している。
【００１０】以上のような構成の水電解装置において、
水電解槽１の純水は電気分解され、水素は陰極室１aに
発生し、酸素は陽極室１bに発生する。陰極室１ａから
の水素／水二相流は出口ライン９を通ってセパレータ１
１に入り、気体の水素と水とに分けられる。セパレータ
１１において分離された水は、水戻りライン４７を通っ
て両軸ポンプ４１の吸込み側へ至り、この両軸ポンプ４
１により再び入口ライン４３を通して水電解槽１に供給
される。一方、分離された水素（気体）は、出口ライン
４９、圧力制御弁１７を順次通過して水素ライン１９に
流出し、適宜な回収装置に回収される。尚、圧力逃し弁
２１は系統内の過大な圧力上昇を防止している。
水電解槽１の純水は電気分解され、水素は陰極室１aに
発生し、酸素は陽極室１bに発生する。陰極室１ａから
の水素／水二相流は出口ライン９を通ってセパレータ１
１に入り、気体の水素と水とに分けられる。セパレータ
１１において分離された水は、水戻りライン４７を通っ
て両軸ポンプ４１の吸込み側へ至り、この両軸ポンプ４
１により再び入口ライン４３を通して水電解槽１に供給
される。一方、分離された水素（気体）は、出口ライン
４９、圧力制御弁１７を順次通過して水素ライン１９に
流出し、適宜な回収装置に回収される。尚、圧力逃し弁
２１は系統内の過大な圧力上昇を防止している。
【００１１】他方、陽極室１ｂからの酸素／水二相流は
出口ライン２３を通ってセパレータ２５に入り、気体の
酸素と水とに分けられる。セパレータ２５において分離
された水は、水戻りライン５１を通って両軸ポンプ４１
の他方の吸込み側へ至り、両軸ポンプ４１により再び入
口ライン４５を通して水電解槽１に供給される。一方、
分離された酸素（気体）は、出口ライン５３、圧力制御
弁３１を順次通過して酸素ライン３３に流出し、適宜な
回収装置で回収される。尚、圧力逃し弁３５は系統内の
過大な圧力上昇を防止している。
出口ライン２３を通ってセパレータ２５に入り、気体の
酸素と水とに分けられる。セパレータ２５において分離
された水は、水戻りライン５１を通って両軸ポンプ４１
の他方の吸込み側へ至り、両軸ポンプ４１により再び入
口ライン４５を通して水電解槽１に供給される。一方、
分離された酸素（気体）は、出口ライン５３、圧力制御
弁３１を順次通過して酸素ライン３３に流出し、適宜な
回収装置で回収される。尚、圧力逃し弁３５は系統内の
過大な圧力上昇を防止している。
【００１２】そして、差圧制御容器６３の区画室６３a
及び区画室６３bの差圧は、圧力制御弁６３を介して供
給される窒素ガスによって一定に保持されるようになっ
ているから、これらが連通管６５、６７により連絡され
た入口ライン４３、４５の圧力差も一定に保持される。
即ち、水電解槽１の陰極室１ａと陽極室１ｂとの差圧が
一定に保持される。
及び区画室６３bの差圧は、圧力制御弁６３を介して供
給される窒素ガスによって一定に保持されるようになっ
ているから、これらが連通管６５、６７により連絡され
た入口ライン４３、４５の圧力差も一定に保持される。
即ち、水電解槽１の陰極室１ａと陽極室１ｂとの差圧が
一定に保持される。
【００１３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
陰極室と陽極室とに内部が隔離された水電解槽を有する
固体高分子膜型水電解装置において、陰極室と陽極室と
にそれぞれ連絡した陰極室側循環路と陰極室側循環路と
の間に自律差圧制御手段を設けたので、水電解槽の陰極
室と陽極室との間の差圧を容易に一定に保持し、隔膜で
ある固体高分子電解膜の損傷を防止することができる。
陰極室と陽極室とに内部が隔離された水電解槽を有する
固体高分子膜型水電解装置において、陰極室と陽極室と
にそれぞれ連絡した陰極室側循環路と陰極室側循環路と
の間に自律差圧制御手段を設けたので、水電解槽の陰極
室と陽極室との間の差圧を容易に一定に保持し、隔膜で
ある固体高分子電解膜の損傷を防止することができる。
【図１】本発明の実施形態を示す系統図である。
【図２】従来の装置の系統図である。
１ 水電解槽 １ａ 陰極室 １ｂ 陽極室 ３ 固体高分子電解質膜 ９ 出口ライン １１ セパレータ １７ 圧力制御弁 １９ 水素ライン ２３ 出口ライン ２５ セパレータ ３１ 圧力制御弁 ３３ 酸素ライン ４１ 両軸ポンプ ４３，４５ 入口ライン ４７ 水戻りライン ４９ 水素出口ライン ５１ 水戻りライン ５３ 酸素出口ライン ６０ 自律差圧制御手段 ６１ 窒素ガス供給系 ６３ 圧力制御弁 ６３ａ、６３ｂ 区画室 ６５，６７ 連通管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中森 信夫 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 Ｆターム(参考） 4K021 AA01 BA02 CA09 CA10 CA11 CA13 DB28 DC15
Claims (2)
- 【請求項１】 固体高分子電解質膜によって内部が陽極
室と陰極室に区画された水電解槽と、前記陰極室に連絡
し水素／水セパレータと第１の循環ポンプとを備えた陰
極室側循環路と、前記陽極室に連絡し酸素／水セパレー
タと第２の循環ポンプとを備えた陽極室側循環路と、前
記両循環路に接続され両者の差圧を一定に保持する自律
差圧制御手段とを備えてなる固体高分子膜型水電解装
置。 - 【請求項２】前記第１及び第２の循環ポンプを両軸ポン
プで構成した請求項１記載の固体高分子膜型水電解装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10217367A JP2000054175A (ja) | 1998-07-31 | 1998-07-31 | 固体高分子膜型水電解装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10217367A JP2000054175A (ja) | 1998-07-31 | 1998-07-31 | 固体高分子膜型水電解装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000054175A true JP2000054175A (ja) | 2000-02-22 |
Family
ID=16703074
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10217367A Withdrawn JP2000054175A (ja) | 1998-07-31 | 1998-07-31 | 固体高分子膜型水電解装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000054175A (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002038287A (ja) * | 2000-07-26 | 2002-02-06 | Shinko Pantec Co Ltd | 水素・酸素供給システム |
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