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JP2017002345A - Water electrolyzer - Google Patents

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JP2017002345A JP2015115408A JP2015115408A JP2017002345A JP 2017002345 A JP2017002345 A JP 2017002345A JP 2015115408 A JP2015115408 A JP 2015115408A JP 2015115408 A JP2015115408 A JP 2015115408A JP 2017002345 A JP2017002345 A JP 2017002345A
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勝之助 島田
Katsunosuke Shimada
勝之助 島田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a water electrolyzer applicable to a domestic hydrogen station.SOLUTION: A water electrolyzer for electrolyzing water includes: a cylindrical pressure tank into which water is charged; a plurality of plate-shaped partitions which are arranged radially from the center to the outer wall of the pressure tank when viewed from above the pressure tank and partition the inside of the pressure tank into parts having the same volume; a cylindrical partition which is concentrically arranged with the pressure tank when viewed from above the pressure tank and partitions the inside of the pressure tank so that the ratio of its outer volume to its inner volume is 2:1; a plurality of negative electrodes which are respectively arranged in each space outside the cylindrical partition; a plurality of positive electrodes which are respectively arranged in each space inside the cylindrical partition; and an orifice and a pressure control valve which are provided as outlets of hydrogen gas and oxygen gas generated from the negative electrode and the positive electrode, respectively.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、家庭用水素ステーションに適用可能な水の電気分解装置に関する。   The present invention relates to a water electrolysis apparatus applicable to a domestic hydrogen station.

最近、家庭用電源として定置型燃料電池を設置するケースが増えており、また燃料電池自動車の実用化も図られている。これらの燃料電池は水素ガスを燃料としていることから、家庭で水素ガスを製造・貯蔵する装置への関心が高まっている。   Recently, there have been an increasing number of cases where stationary fuel cells are installed as household power sources, and fuel cell vehicles have been put into practical use. Since these fuel cells use hydrogen gas as a fuel, there is an increasing interest in devices that produce and store hydrogen gas at home.

特許文献1には、以下の発明が記載されている。
1.含水素燃料を改質して改質ガスを得る改質装置と、前記改質ガスから不要物を除去して高純度の水素ガスを精製する水素精製装置と、前記水素ガスを貯蔵するとともに、定置型燃料電池に前記水素ガスを供給するための第1水素貯蔵装置と、前記水素ガスを貯蔵するとともに、燃料電池車両に前記水素ガスを供給するための第2水素貯蔵装置と、前記水素ガスの供給先を前記第1水素貯蔵部と前記第2水素貯蔵部とに切り替え制御する制御装置と、を備えることを特徴とする水素ガス製造発電システム。
2.含水素燃料を改質して改質ガスを得る改質装置と、前記改質ガスから不要物を除去して高純度の水素ガスを精製する水素精製装置と、前記水素ガスを貯蔵するとともに、定置型燃料電池に前記水素ガスを供給するための第1水素貯蔵装置と、前記水素ガスを貯蔵するとともに、燃料電池車両に前記水素ガスを供給するための第2水素貯蔵装置とを備える水素ガス製造発電システムの運転方法であって、前記水素精製装置で精製される前記水素ガスの濃度を検出する工程と、前記検出された水素濃度が所定値未満である際に、前記第1水素貯蔵装置に前記水素ガスを供給する工程と、前記検出された水素濃度が所定値以上である際に、前記第2水素貯蔵装置に前記水素ガスを供給する工程と、を有することを特徴とする水素ガス製造発電システムの運転方法。
Patent Document 1 describes the following invention.
1. A reformer for reforming the hydrogen-containing fuel to obtain a reformed gas, a hydrogen purifier for purifying high-purity hydrogen gas by removing unnecessary substances from the reformed gas, and storing the hydrogen gas, A first hydrogen storage device for supplying the hydrogen gas to a stationary fuel cell; a second hydrogen storage device for storing the hydrogen gas and supplying the hydrogen gas to a fuel cell vehicle; and the hydrogen gas And a control device that controls switching between the first hydrogen storage unit and the second hydrogen storage unit.
2. A reformer for reforming the hydrogen-containing fuel to obtain a reformed gas, a hydrogen purifier for purifying high-purity hydrogen gas by removing unnecessary substances from the reformed gas, and storing the hydrogen gas, Hydrogen gas comprising a first hydrogen storage device for supplying the hydrogen gas to a stationary fuel cell, and a second hydrogen storage device for storing the hydrogen gas and supplying the hydrogen gas to a fuel cell vehicle A method of operating a production power generation system, the step of detecting the concentration of the hydrogen gas purified by the hydrogen purifier, and the first hydrogen storage device when the detected hydrogen concentration is less than a predetermined value Supplying the hydrogen gas to the second hydrogen storage device when the detected hydrogen concentration is equal to or higher than a predetermined value. Manufacturing power generation system The method of operation.

特開2005−293959号公報JP 2005-293959 A

燃料電池自動車には、一回の水素ガス補給で走行できる距離を確保するために水素ガスを高圧で充填する高圧タンクが設けられている。水素ガスは消費されることから、この高圧タンクに水素ガスを供給する手段も必要であり、自前で水素ガスを製造可能な水の電気分解装置を用いることが好ましい。水の電気分解装置では、通常、酸性水溶液、アルカリ性水溶液、又は中性水溶液を用いるが、電気分解されるのは水であるので、一般の家庭で手軽に補給することができる。   A fuel cell vehicle is provided with a high-pressure tank that is filled with hydrogen gas at a high pressure in order to secure a distance that can be traveled with a single replenishment of hydrogen gas. Since hydrogen gas is consumed, a means for supplying hydrogen gas to this high-pressure tank is also required, and it is preferable to use an electrolyzer for water that can produce hydrogen gas by itself. In an electrolysis apparatus for water, an acidic aqueous solution, an alkaline aqueous solution, or a neutral aqueous solution is usually used. However, since water is electrolyzed, it can be easily replenished in a general household.

しかし、家庭用水素ステーションを一般家庭(特に離島や山村)で設置することは、設備費用や規模の面において難しく、そのための水の電気分解装置の開発も遅れているのが現状である。   However, it is difficult to install a domestic hydrogen station in a general household (especially a remote island or a mountain village) in terms of facility cost and scale, and development of a water electrolysis apparatus for that purpose is also delayed.

そこで、本発明は、家庭用水素ステーションに適用可能な水の電気分解装置を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the electrolyzer of water applicable to a domestic hydrogen station.

本発明は、水を電気分解する装置であって、
内部に水が投入される円筒状の圧力タンクと、
前記圧力タンクの上から見て中心から外壁に向かって放射状に配置され、各容積が同一となるように前記圧力タンクの内部を仕切る複数の板状仕切りと、
前記圧力タンクの上から見て同心円状に配置され、その外側:内側の容積が2:1となるように前記圧力タンクの内部を仕切る円筒状仕切りと、
前記円筒状仕切りの外側であって、前記板状仕切りで仕切られた各空間にそれぞれ配置された複数の−電極と、
前記円筒状仕切りの内側であって、前記板状仕切りで仕切られた各空間にそれぞれ配置された複数の+電極と、
前記−電極から発生した水素ガスの出口として設けられた水素ガス用オリフィスと、
前記+電極から発生した酸素ガスの出口として設けられた酸素ガス用オリフィスと、
前記水素ガス用オリフィスを通過した水素ガスを排出する水素ガス用圧力調整バルブと、
前記酸素ガス用オリフィスを通過した酸素ガスを排出する酸素ガス用圧力調整バルブと
を有する水の電気分解装置である。
The present invention is an apparatus for electrolyzing water,
A cylindrical pressure tank into which water is introduced;
A plurality of plate-like partitions that are arranged radially from the center toward the outer wall as viewed from above the pressure tank and partition the inside of the pressure tank so that the respective volumes are the same;
A cylindrical partition arranged concentrically when viewed from above the pressure tank, and partitioning the inside of the pressure tank so that the outer volume: inner volume is 2: 1;
A plurality of -electrodes disposed outside each of the cylindrical partitions and in each space partitioned by the plate-shaped partition;
A plurality of + electrodes arranged inside each of the cylindrical partitions and each space partitioned by the plate-shaped partition;
An orifice for hydrogen gas provided as an outlet for hydrogen gas generated from the electrode;
An orifice for oxygen gas provided as an outlet for oxygen gas generated from the + electrode;
A hydrogen gas pressure regulating valve for discharging the hydrogen gas that has passed through the hydrogen gas orifice;
It is an electrolyzer for water having an oxygen gas pressure regulating valve for discharging oxygen gas that has passed through the oxygen gas orifice.

本発明によれば、家庭用水素ステーションに適用可能な水の電気分解装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electrolyzer of water applicable to a domestic hydrogen station can be provided.

本発明に係る水の電気分解装置の構成例を示すAA線断面図である。It is AA sectional view taken on the line which shows the structural example of the electrolysis apparatus of the water which concerns on this invention. 本発明に係る水の電気分解装置の構成例を示すBB線断面図である。It is a BB line sectional view showing the example of composition of the water electrolysis device concerning the present invention. 図1の装置において水素ガスと酸素ガスに圧力差が生じた状態を示すAA線断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA showing a state where a pressure difference is generated between hydrogen gas and oxygen gas in the apparatus of FIG. 1.

本発明は、水を電気分解する装置である。水の電気分解装置では、通常、酸性水溶液、アルカリ性水溶液、又は中性水溶液を用いるが、なかでもアルカリ性水溶液を用いることが好ましい。以下、アルカリ性水溶液を用いた水の電気分解装置として説明する。   The present invention is an apparatus for electrolyzing water. In an electrolysis apparatus for water, an acidic aqueous solution, an alkaline aqueous solution, or a neutral aqueous solution is usually used, and among these, an alkaline aqueous solution is preferably used. Hereinafter, it demonstrates as an electrolysis apparatus of water using alkaline aqueous solution.

図1及び図2に、本発明に係る水の電気分解装置の構成例を示す。この水の電気分解装置は、筐体1及び上蓋2からなる圧力タンクと、その中に配置された−電極10a及び+電極10bとを有する。そして、アルカリ性水溶液を圧力タンクの内部に存在させた状態で−電極10a及び+電極10bを通電することで、水を電気分解することができる。   1 and 2 show a configuration example of a water electrolysis apparatus according to the present invention. This electrolyzer for water has a pressure tank composed of a housing 1 and an upper lid 2, and a negative electrode 10a and a positive electrode 10b disposed therein. Then, water can be electrolyzed by energizing the negative electrode 10a and the positive electrode 10b with the alkaline aqueous solution present inside the pressure tank.

圧力タンクの筐体1内は、図2に示すように、圧力タンクの上から見て中心から外壁に向かって放射状に配置された複数の板状仕切り11により、各容積が同一となるように仕切られている。板状仕切り11の枚数は、適宜設定することができるが、4〜12枚とすることが好ましく、6〜10枚とすることがより好ましく、例えば図2に示すように8枚とすることができる。   As shown in FIG. 2, the inside of the pressure tank casing 1 has a plurality of plate-like partitions 11 arranged radially from the center to the outer wall as viewed from above the pressure tank so that the respective volumes are the same. It is partitioned. The number of the plate-like partitions 11 can be appropriately set, but is preferably 4 to 12, more preferably 6 to 10, for example, 8 as shown in FIG. it can.

圧力タンクの筐体1内は、図2に示すように、圧力タンクの上から見て同心円状に円筒状仕切り12が配置される。この仕切りにより、圧力タンクの筐体1内は、水の電気分解により水素ガスが発生する−電極10a側と、酸素ガスが発生する+電極10b側に分離することができる。円筒状仕切り12を配置する位置は、円筒状仕切り12の外側:内側の容積が2:1となる位置とする。こうすることで、円筒状仕切り12の外側:内側の容積が、発生する水素ガスと酸素ガスの体積比と同一になり、理論上は、円筒状仕切り12の外側と内側のガス圧力が同一となり、水位も同一となる。   In the casing 1 of the pressure tank, as shown in FIG. 2, a cylindrical partition 12 is disposed concentrically when viewed from above the pressure tank. By this partitioning, the inside of the housing 1 of the pressure tank can be separated into a negative electrode 10a side where hydrogen gas is generated by water electrolysis and a positive electrode 10b side where oxygen gas is generated. The position where the cylindrical partition 12 is arranged is a position where the outside volume of the cylindrical partition 12: the inside volume is 2: 1. By doing so, the volume of the outside: inside of the cylindrical partition 12 becomes the same as the volume ratio of the generated hydrogen gas and oxygen gas, and the gas pressures outside and inside the cylindrical partition 12 are theoretically the same. The water level will be the same.

そして、板状仕切り11及び円筒状仕切り12で仕切られた各空間に、電極が配置される。具体的には、−電極10aは、円筒状仕切り12の外側で、かつ板状仕切り11で仕切られた各空間に配置され、+電極10bは、円筒状仕切り12の内側で、かつ板状仕切り11で仕切られた各空間に配置される。   Electrodes are arranged in the spaces partitioned by the plate-like partition 11 and the cylindrical partition 12. Specifically, the negative electrode 10a is disposed outside the cylindrical partition 12 and in each space partitioned by the plate partition 11, and the positive electrode 10b is disposed inside the cylindrical partition 12 and the plate partition. 11 is arranged in each space partitioned by 11.

板状仕切り11及び円筒状仕切り12は、内部を仕切ることができる材料で形成されていればよいが、水の電気分解を行うことから、少なくとも−電極10aと+電極10bに挟まれた位置に存在する円筒状仕切り12は、多孔質状の隔膜13で形成されていることが好ましい。   The plate-like partition 11 and the cylindrical partition 12 need only be formed of a material that can partition the inside. However, since the water is electrolyzed, the plate-like partition 11 and the cylindrical partition 12 are at least sandwiched between the -electrode 10a and the + electrode 10b. The existing cylindrical partition 12 is preferably formed of a porous diaphragm 13.

−電極10a及び+電極10bは、圧力タンクの筐体1の内部に水平に設置された基板30に固定されており、基板30は、保持棒を介して上蓋1に連結されていることが好ましい。保持棒は1種類でも構わないが、−電極用保持棒31aと+電極用保持棒31bに分けられていることが好ましい。こうすることで、−電極用保持棒31aと+電極用保持棒31bを各電極への配線としても使用することができ、外部からの電力を受電する受電端子(不図示)を経て、−電極10a及び+電極10bに電力を供給することができる。また、同一極の電極間の板状仕切り11の保持にも使用することができる。保持棒の数は、適宜設定することができるが、−電極10aと同数の−電極用保持棒31a、及び+電極10bと同数の+電極用保持棒31bを用いることで、一対一対応させることができる。   The -electrode 10a and the + electrode 10b are fixed to a substrate 30 installed horizontally inside the casing 1 of the pressure tank, and the substrate 30 is preferably connected to the upper lid 1 via a holding rod. . The holding rod may be of one type, but is preferably divided into a negative electrode holding rod 31a and a positive electrode holding rod 31b. By doing so, the -electrode holding bar 31a and the + electrode holding bar 31b can be used as wiring to each electrode, and the -electrode is passed through a power receiving terminal (not shown) for receiving power from the outside. Power can be supplied to the 10a and + electrodes 10b. It can also be used to hold the plate-like partition 11 between electrodes of the same polarity. The number of holding rods can be set as appropriate, but it is made to correspond one-to-one by using the same number of -electrode holding rods 31a as the -electrodes 10a and the same number of + electrode holding rods 31b as the + electrodes 10b. Can do.

図1に示すように、−電極10a及び+電極10bが固定された基板30が、圧力タンクの筐体1の内部に多段状に配置されていることが好ましい。こうすることで、圧力タンクの内径を小さくすることができる。この場合、基板30には、下方の−電極10a及び+電極10bから発生する水素ガス及び酸素ガスが通過するための隙間が設けられていることが好ましい。さらに、下方の−電極10a及び+電極10bから発生する水素ガス及び酸素ガスを、基板に設けられた隙間に導くガイド32が設けられていることが好ましい。なお、ガイド32には、基板を保持する役割を持たせることもできる。   As shown in FIG. 1, it is preferable that the board | substrate 30 with which-electrode 10a and + electrode 10b were fixed is arrange | positioned in the inside of the housing | casing 1 of a pressure tank in multiple steps. By doing so, the inner diameter of the pressure tank can be reduced. In this case, the substrate 30 is preferably provided with a gap through which hydrogen gas and oxygen gas generated from the lower -electrode 10a and + electrode 10b pass. Furthermore, it is preferable to provide a guide 32 that guides hydrogen gas and oxygen gas generated from the lower -electrode 10a and + electrode 10b to a gap provided in the substrate. The guide 32 can also have a role of holding the substrate.

圧力タンクの筐体1には、圧力タンクの内部を加熱する加熱設備5が設けられていることが好ましい。こうすることで、圧力タンクの内部に存在するアルカリ性水溶液を一定温度にコントロールすることができ、またアルカリ性水溶液を対流させることができる。   The casing 1 of the pressure tank is preferably provided with a heating facility 5 for heating the inside of the pressure tank. By carrying out like this, the alkaline aqueous solution which exists in the inside of a pressure tank can be controlled to fixed temperature, and alkaline aqueous solution can be made to convect.

圧力タンクの筐体1には、圧力タンクの内部に水を補給する水補給口3が設けられていることが好ましい。こうすることで、圧力タンク内で水の電気分解を行うことで減少する水を補給することができる。なお、酸性水溶液、アルカリ性水溶液、及び中性水溶液のいずれを用いた場合でも、電気分解されるのは水であるので、一般の家庭で手軽に補給することができる。   The casing 1 of the pressure tank is preferably provided with a water supply port 3 for supplying water to the inside of the pressure tank. By carrying out like this, the water reduced by electrolyzing water in a pressure tank can be replenished. In addition, even if it uses any of acidic aqueous solution, alkaline aqueous solution, and neutral aqueous solution, since it is water that is electrolyzed, it can be easily replenished in a general household.

また、圧力タンクの筐体1の内部に存在する水の量を検知し、所定の量まで水が減った段階で圧力タンクの内部に水を自動的に補給する機構を有することが好ましい。例えば、圧力タンクの総重量をリアルタイムで測定し、水の減少量が限界ライン(−電極10a及び+電極10bが露出してしまう直前)に達した場合に、定量の水を補給する機構とすることができる。   Further, it is preferable to have a mechanism for detecting the amount of water present inside the casing 1 of the pressure tank and automatically replenishing the inside of the pressure tank when the water is reduced to a predetermined amount. For example, the total weight of the pressure tank is measured in real time, and when the amount of water reduction reaches a limit line (immediately before the −electrode 10a and the + electrode 10b are exposed), a mechanism for supplying a fixed amount of water is used. be able to.

−電極10aから発生した水素ガスの出口として、水素ガス用オリフィス21aが設けられていて、さらに水素ガス用オリフィス21aを通過した水素ガスを排出する水素ガス用圧力調整バルブ22aが設けられている。そして、水素ガス用圧力調整バルブ22aが閉まっている状態で水素ガスが溜まっていき、水素ガスの圧力が設定圧力に達したときに水素ガス用圧力調整バルブ22aが開いて水素ガス分離槽20aに導かれて、水素ガスと水に分離される。一方、+電極10bから発生した酸素ガスの出口として、酸素ガス用オリフィス21bが設けられていて、さらに酸素ガス用オリフィス21bを通過した酸素ガスを排出する酸素ガス用圧力調整バルブ22bが設けられている。そして、酸素ガス用圧力調整バルブ22bが閉まっている状態で酸素ガスが溜まっていき、酸素ガスの圧力が設定圧力に達したときに酸素ガス用圧力調整バルブ22bが開いて酸素ガス分離槽20bに導かれて、酸素ガスと水に分離される。水素ガス及び酸素ガスは、通常30気圧、最高圧50気圧まで加圧できるようにすることが好ましい。   A hydrogen gas orifice 21a is provided as an outlet for hydrogen gas generated from the electrode 10a, and a hydrogen gas pressure adjusting valve 22a for discharging the hydrogen gas that has passed through the hydrogen gas orifice 21a is provided. Then, hydrogen gas accumulates in a state where the hydrogen gas pressure adjustment valve 22a is closed, and when the hydrogen gas pressure reaches a set pressure, the hydrogen gas pressure adjustment valve 22a opens and enters the hydrogen gas separation tank 20a. Guided and separated into hydrogen gas and water. On the other hand, an oxygen gas orifice 21b is provided as an outlet for oxygen gas generated from the + electrode 10b, and an oxygen gas pressure adjusting valve 22b for discharging oxygen gas that has passed through the oxygen gas orifice 21b is provided. Yes. Then, oxygen gas accumulates with the oxygen gas pressure regulating valve 22b closed, and when the oxygen gas pressure reaches the set pressure, the oxygen gas pressure regulating valve 22b opens and enters the oxygen gas separation tank 20b. Guided and separated into oxygen gas and water. It is preferable that hydrogen gas and oxygen gas can be pressurized to 30 atm and a maximum pressure of 50 atm.

圧力タンク内に溜まった水素ガスと酸素ガスに圧力差が生じた場合、それぞれのアルカリ性水溶液の液面に段差が生じ、圧力が低い側のアルカリ性水溶液の液面が上昇してオリフィスに達することも考えられる。例えば、水素ガスの圧力が高くなってしまった場合の状態を図3に示す。しかし、オリフィスは気体を通過させるが液体を通過させないことから、液面が上昇した領域のガス(図3では酸素ガス)の圧力が結果的に高まり、液面が下降した領域に溜まったガス(図3では水素ガス)を押して液面の下降を止めることできる。その結果として、異常な液面に段差による電極露出などを防止することができる。   If there is a pressure difference between the hydrogen gas and oxygen gas accumulated in the pressure tank, there will be a difference in the level of each alkaline aqueous solution, and the level of the alkaline aqueous solution on the lower pressure side will rise and reach the orifice. Conceivable. For example, FIG. 3 shows a state where the pressure of hydrogen gas has increased. However, since the orifice allows gas to pass but not liquid, the pressure of the gas in the region where the liquid level has risen (oxygen gas in FIG. 3) increases as a result, and the gas accumulated in the region where the liquid level has fallen ( In FIG. 3, the lowering of the liquid level can be stopped by pressing hydrogen gas). As a result, it is possible to prevent electrode exposure due to a step on an abnormal liquid surface.

さらに、本発明では、水素ガスが溜まる領域の圧力を逃がす水素ガス領域用安全弁23aと、酸素ガスが溜まる領域の圧力を逃がす酸素ガス領域用安全弁23bとを設けることが好ましい。こうすることで、何らかの異常により内部のガス圧力が高圧になった場合に、各々の領域に設けられた安全弁が開放して、送電をシャットダウンして稼働を停止することができる。   Further, in the present invention, it is preferable to provide a hydrogen gas region safety valve 23a for releasing the pressure in the region where hydrogen gas is accumulated and an oxygen gas region safety valve 23b for releasing the pressure in the region where oxygen gas is accumulated. By doing so, when the internal gas pressure becomes high due to some abnormality, the safety valve provided in each region is opened, power transmission is shut down, and operation can be stopped.

水素ガス用オリフィス21a、酸素ガス用オリフィス21b、水素ガス用圧力調整バルブ22a、酸素ガス用圧力調整バルブ22b、水素ガス用安全弁23a、及び酸素ガス用安全弁23bは、圧力タンクの上蓋2に設けられていることが好ましい。さらに、−電極10a及び+電極10bが固定された基板30も上蓋1に連結されていることで、全ての部品が圧力タンクの上蓋2にユニット化して取り付けられていることになり、修理や寿命による交換が容易となる。   The hydrogen gas orifice 21a, the oxygen gas orifice 21b, the hydrogen gas pressure adjusting valve 22a, the oxygen gas pressure adjusting valve 22b, the hydrogen gas safety valve 23a, and the oxygen gas safety valve 23b are provided on the upper lid 2 of the pressure tank. It is preferable. Further, since the substrate 30 to which the negative electrode 10a and the positive electrode 10b are fixed is also connected to the upper lid 1, all parts are attached to the upper lid 2 of the pressure tank as a unit. It becomes easy to exchange by.

なお、アルカリ性水溶液、水素ガス、及び酸素ガスが接する表面は、いずれも絶縁処理されていることが好ましい。   Note that the surfaces in contact with the alkaline aqueous solution, hydrogen gas, and oxygen gas are preferably all subjected to insulation treatment.

本発明に係る水の電気分解装置には、太陽光発電装置など自然エネルギーを使った発電装置が接続され、例えば圧力タンクの上蓋2に設けられた受電端子で受電して各電極に送電可能とすることが好ましい。こうすることで、住宅の屋根等に設置された太陽光パネルに照射された太陽の光エネルギーを利用して、家庭でも水を電気分解することができる。太陽光発電装置の発電能力は、例えば3〜4kW程度で運転することができる。夜間・雨天等で太陽光エネルギーの不足している場合には、効率等を考えて通電する電極を限定し、少量の水素ガス及び酸素ガスを製造することもできる。   The water electrolysis device according to the present invention is connected to a power generation device using natural energy such as a solar power generation device, and can receive power at a power receiving terminal provided on the upper lid 2 of the pressure tank and transmit power to each electrode. It is preferable to do. In this way, water can be electrolyzed even at home using the solar light energy irradiated on the solar panel installed on the roof of the house. The power generation capacity of the solar power generation device can be operated at about 3 to 4 kW, for example. When solar energy is insufficient at night or on rainy days, the electrodes to be energized are limited in consideration of efficiency and the like, and a small amount of hydrogen gas and oxygen gas can be produced.

以上のような本発明によれば、家庭用水素ステーションに適用可能な小型かつ高圧な水の電気分解装置(水素発生装置)を提供することができ、また、家庭でも容易に水素ガス及び酸素ガスの製造が可能となることから、水素ガス及び酸素ガスの利用方法を研究することができる場を提供することもできる。本発明の主な狙いは、燃料電池自動車(FCV車)への水素の補給、及び地方創生のための水素・酸素の活用であり、その活用は、(1)健康社会の実現、(2)野菜・花・果物等の栽培、(3)養殖・畜産など多彩な目的が考えられ、その必要性は充分にある。   According to the present invention as described above, it is possible to provide a small-sized and high-pressure water electrolysis device (hydrogen generation device) that can be applied to a domestic hydrogen station, and hydrogen gas and oxygen gas can be easily used at home. Therefore, it is possible to provide a place for studying how to use hydrogen gas and oxygen gas. The main aim of the present invention is to supply hydrogen to fuel cell vehicles (FCV vehicles) and to utilize hydrogen and oxygen for regional revitalization. The utilization is (1) realization of a healthy society, (2 There are various needs such as)) cultivation of vegetables, flowers, fruits, etc., and (3) aquaculture / livestock production.

1 筐体
2 上蓋
3 水補給口
5 加熱設備
10a −電極
10b +電極
11 板状仕切り
12 円筒状仕切り
13 隔膜
20a 水素ガス分離槽
20b 酸素ガス分離槽
21a 水素ガス用オリフィス
21b 酸素ガス用オリフィス
22a 水素ガス用圧力調整バルブ
22b 酸素ガス用圧力調整バルブ
23a 水素ガス領域用安全弁
23b 酸素ガス領域用安全弁
30 基板
31a −電極用保持棒
31b +電極用保持棒
32 ガイド
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Case 2 Top cover 3 Water supply port 5 Heating equipment 10a-Electrode 10b + Electrode 11 Plate-shaped partition 12 Cylindrical partition 13 Diaphragm 20a Hydrogen gas separation tank 20b Oxygen gas separation tank 21a Hydrogen gas orifice 21b Oxygen gas orifice 22a Hydrogen Gas pressure adjusting valve 22b Oxygen gas pressure adjusting valve 23a Hydrogen gas region safety valve 23b Oxygen gas region safety valve 30 Substrate 31a-Electrode holding rod 31b + Electrode holding rod 32 Guide

Claims (8)

水を電気分解する装置であって、
内部に水が投入される円筒状の圧力タンクと、
前記圧力タンクの上から見て中心から外壁に向かって放射状に配置され、各容積が同一となるように前記圧力タンクの内部を仕切る複数の板状仕切りと、
前記圧力タンクの上から見て同心円状に配置され、その外側:内側の容積が2:1となるように前記圧力タンクの内部を仕切る円筒状仕切りと、
前記円筒状仕切りの外側であって、前記板状仕切りで仕切られた各空間にそれぞれ配置された複数の−電極と、
前記円筒状仕切りの内側であって、前記板状仕切りで仕切られた各空間にそれぞれ配置された複数の+電極と、
前記−電極から発生した水素ガスの出口として設けられた水素ガス用オリフィスと、
前記+電極から発生した酸素ガスの出口として設けられた酸素ガス用オリフィスと、
前記水素ガス用オリフィスを通過した水素ガスを排出する水素ガス用圧力調整バルブと、
前記酸素ガス用オリフィスを通過した酸素ガスを排出する酸素ガス用圧力調整バルブと
を有する水の電気分解装置。
A device for electrolyzing water,
A cylindrical pressure tank into which water is introduced;
A plurality of plate-like partitions that are arranged radially from the center toward the outer wall as viewed from above the pressure tank and partition the inside of the pressure tank so that the respective volumes are the same;
A cylindrical partition arranged concentrically when viewed from above the pressure tank, and partitioning the inside of the pressure tank so that the outer volume: inner volume is 2: 1;
A plurality of -electrodes disposed outside each of the cylindrical partitions and in each space partitioned by the plate-shaped partition;
A plurality of + electrodes arranged inside each of the cylindrical partitions and each space partitioned by the plate-shaped partition;
An orifice for hydrogen gas provided as an outlet for hydrogen gas generated from the electrode;
An orifice for oxygen gas provided as an outlet for oxygen gas generated from the + electrode;
A hydrogen gas pressure regulating valve for discharging the hydrogen gas that has passed through the hydrogen gas orifice;
An electrolyzer for water having an oxygen gas pressure regulating valve for discharging oxygen gas that has passed through the oxygen gas orifice.
さらに、
前記水素ガスが溜まる領域の圧力を逃がす水素ガス領域用安全弁と、
前記酸素ガスが溜まる領域の圧力を逃がす酸素ガス領域用安全弁と
を有する請求項1に記載の水の電気分解装置。
further,
A hydrogen gas region safety valve for releasing the pressure of the region where the hydrogen gas accumulates;
The water electrolysis apparatus according to claim 1, further comprising an oxygen gas region safety valve that relieves pressure in a region where the oxygen gas accumulates.
前記水素ガス用オリフィス、前記酸素ガス用オリフィス、前記水素ガス用圧力調整バルブ、前記酸素ガス用圧力調整バルブ、前記水素ガス用安全弁、及び前記酸素ガス用安全弁が、前記圧力タンクの上蓋に設けられている請求項2に記載の水の電気分解装置。   The hydrogen gas orifice, the oxygen gas orifice, the hydrogen gas pressure regulating valve, the oxygen gas pressure regulating valve, the hydrogen gas safety valve, and the oxygen gas safety valve are provided on an upper lid of the pressure tank. The water electrolyzer according to claim 2. 複数の−電極及び複数の+電極が前記圧力タンクの内部に水平に設置された基板上に固定されており、前記基板は保持棒を介して前記上蓋に連結されている請求項1〜3のいずれか1項に記載の水の電気分解装置。   The plurality of − electrodes and the plurality of + electrodes are fixed on a substrate installed horizontally in the pressure tank, and the substrate is connected to the upper lid via a holding rod. The electrolyzer for water according to any one of the above. 複数の−電極及び複数の+電極が固定された基板が、前記圧力タンクの内部に多段状に配置されている請求項4に記載の水の電気分解装置。   The water electrolysis apparatus according to claim 4, wherein a plurality of substrates on which a plurality of − electrodes and a plurality of + electrodes are fixed are arranged in a multistage manner inside the pressure tank. 前記圧力タンクの周囲には、前記圧力タンクの内部を加熱する加熱設備が設けられている請求項1〜5のいずれか1項に記載の水の電気分解装置。   The water electrolysis apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein a heating facility for heating the inside of the pressure tank is provided around the pressure tank. 前記圧力タンクには、前記圧力タンクの内部に水を補給する水補給口が設けられている請求項1〜6のいずれか1項に記載の水の電気分解装置。   The water electrolysis apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the pressure tank is provided with a water supply port for supplying water to the inside of the pressure tank. 前記圧力タンクの内部に存在する水の量を検知し、所定の量まで水が減った段階で前記圧力タンクの内部に水を補給する機構を有する請求項7に記載の水の電気分解装置。   The water electrolysis apparatus according to claim 7, further comprising a mechanism for detecting the amount of water present in the pressure tank and replenishing the inside of the pressure tank when water is reduced to a predetermined amount.
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