專利名稱：水電解裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固體電解質(zhì)型水電解裝置。
背景技術(shù)：
近年來，使用固體聚合物電解質(zhì)膜的高效水電解越來越受到人們的關(guān)注。作為該固體聚合物電解質(zhì)水電解裝置，已知的有例如圖5所示的裝置。在圖5中，電解池41由串聯(lián)連接的多個固體聚合物電解質(zhì)膜單元42和配置在兩端的通電用的端部電極板43、43構(gòu)成。上述固體聚合物電解質(zhì)膜單元42主要由固體聚合物電解質(zhì)膜44，和設(shè)在該固體聚合物電解質(zhì)膜44兩側(cè)的多孔質(zhì)給電體45、45，和設(shè)在該多孔質(zhì)給電體45、45外側(cè)的復(fù)極式電極板46、46構(gòu)成。上述固體聚合物電解質(zhì)膜44一般為由質(zhì)子導(dǎo)電性材料構(gòu)成的高分子膜。上述復(fù)極式電極板46在上述端部電極板43、43間加電壓時，一面為陰極，另一面為陽極。如果看一個復(fù)極式電極板46，其為與左右兩側(cè)的固體聚合物電解質(zhì)膜單元42、42共通的構(gòu)成部件。
圖6為一個固體聚合物電解質(zhì)膜單元42的分解斷面圖，在固體聚合物電解質(zhì)膜44的兩面設(shè)置有由鉑族金屬組成的多孔質(zhì)催化劑層47。在固體聚合物電解質(zhì)膜44的兩側(cè)，通過該固體聚合物電解質(zhì)膜44、復(fù)極式電極板46和環(huán)狀墊圈48，形成了被圍成封閉狀的空間，該空間分別成為了后述的陰極室A及陽極室B(圖6中用兩點點劃線表示)。多孔質(zhì)給電體45容納在上述陰極室A及陽極室B中。上述固體聚合物電解質(zhì)膜優(yōu)選陽離子交換膜(例如氟樹脂系磺酸陽離子交換膜、杜邦公司制ナフィオン 117、ナフィオン 115等)。
接下來對上述以往的水電解裝置的運行進行說明。如圖5所示，在端部電極板43、43間通入電流以使圖5中左側(cè)為陽極，右側(cè)為陰極，此時，各復(fù)極式電極板46左側(cè)部成為一個單元42的陰極，且右側(cè)部成為另一個單元42的陽極。即，一個復(fù)極式電極板46在該復(fù)極式電極板的圖中左側(cè)的固體聚合物電解質(zhì)膜單元42中成為陰極側(cè)49的構(gòu)成部件，在圖中右側(cè)的固體聚合物電解質(zhì)膜單元42中成為陽極側(cè)50的構(gòu)成部件。這樣，如圖6所示，在各固體聚合物電解質(zhì)膜單元42中，形成了位于固體聚合物電解質(zhì)膜44右側(cè)的陰極室A和位于固體聚合物電解質(zhì)膜44左側(cè)的陽極室B。
在該狀態(tài)下，如果通過純水供給通路51(參照圖5)將純水供給陽極室B，在陽極室B，發(fā)生如下反應(yīng)
產(chǎn)生了氧氣。在陽極室B生成的質(zhì)子伴隨著少量水在具有質(zhì)子傳導(dǎo)性的固體高分子電解質(zhì)膜44內(nèi)移動，到達陰極室A。在陰極室A，該到達的質(zhì)子引發(fā)了下述反應(yīng)，產(chǎn)生了氫氣
在固體聚合物電解質(zhì)型水電解裝置中，氫氣及氧氣的生成過程大致如上所述，在該過程中產(chǎn)生的氫和氧按照例如圖7所示的流動路線，被供給到各使用點。即，在圖7中，在電解池52生成的氫氣，經(jīng)管線53，在氫分離罐54中與水分離后，經(jīng)除濕器55被供給到各使用點。另一方面，在電解池52生成的氧氣，經(jīng)管線56，在氧分離罐57中與水分離后，被排放到大氣中。
在規(guī)定的電壓下，通入規(guī)定的電流進行水電解，為了減少水電解時消耗的電力，優(yōu)選提高能量效率(電壓效率×電流效率)。
在這里，電流效率與溫度無關(guān)，其在大約90～98％的范圍內(nèi)。另一方面，電壓效率由于表示為理論運轉(zhuǎn)電壓/實際電解電壓，因此具有溫度依存性。即，如果不將電解溫度維持在較高的值，則上述實際電解電壓上升，其結(jié)果導(dǎo)致電壓效率降低。伴隨著電解池的高性能化，以往最高限度為80％左右的電壓效率，如果電解溫度維持在80～120℃，則可以提高到96％左右。
但是，在以往的水電解裝置中，由于下述原因需要在45℃的較低的電解溫度下進行水電解，其結(jié)果是上述能量效率約為55％左右。
從費用等觀點出發(fā)考慮，供給水電解的純水被循環(huán)使用。為了將該水電解用純水的純度保持一定，防止對固體聚合物電解質(zhì)膜污染，良好地進行水電解，需要將上述純水中所含有的離子除去。一般地，目前作為該離子的去除手段，進行使用離子交換樹脂的方法，但該離子交換樹脂的耐熱溫度低(約為55℃)，因此以往的電解溫度被設(shè)定在較低的溫度-45℃左右。
更具體說，在以往的水電解裝置中，如圖7所示，在氧分離罐57中，與氧氣分離的純水通過管線65及純水循環(huán)泵69被供給到管線59。在該管線59中設(shè)置有熱交換器60，利用流經(jīng)管線61而被供給的冷卻水將流經(jīng)該管線59的純水冷卻到45℃左右。其后，將通過用在上述管線59中設(shè)置的離子交換樹脂的非再生制造超純水用離子交換裝置62去除離子的高純度的純水，經(jīng)過過濾器63及管線64，供給到電解池52。在圖7中，符號58表示純水罐，符號70表示用于從純水罐70向氧分離罐57供給補給用純水的純水補給用泵。
另一方面，在氫分離罐54中，與氫氣分離的純水經(jīng)管線66被導(dǎo)入氣體洗滌器67中，在氣體洗滌器67中，放出溶存于純水中的氫氣后返回純水罐58。在上述氫分離罐54中與純水分離的氫氣，通過除濕器55除濕后，被供給到使用點。為了實現(xiàn)在上述除濕器55中氫氣除濕的高效化，在圖7所示的水電解裝置中，將上述經(jīng)過管線61被供給的冷卻水經(jīng)過管線68，導(dǎo)入上述除濕器55中，這樣便實現(xiàn)了該除濕器55的低溫化。
這樣，在以往的水電解裝置中，僅僅考慮降低被循環(huán)的純水的溫度(一般約為85～120℃)，或者降低含濕氫氣的的溫度(一般約為85～120℃)，而對于從上述氧分離罐57、氫分離罐54排出的純水以及從氫分離罐54中排出的含濕氫氣的溫度能量的利用則均沒有予以考慮。
如上所述，近年來，為了減少水電解時消耗的電力，人們希望使其能量效率得以提高。針對該要求，需要將水電解時的溫度保持得較高，從而防止溫度依存性高的電壓效率的降低。例如，將電壓效率維持在96％，確保最大能量效率為94％時，如上所述，需要保持約為80～120℃左右的電解溫度。針對這一要求，在以往的水電解裝置中，由于離子交換樹脂的耐熱溫度(約為55℃左右)的原因，無法在該高溫下進行水電解。
本發(fā)明是鑒于以往技術(shù)的問題而完成的，其目的在于，提供一種不使用離子交換樹脂，能夠降低供給到電解池的純水中的離子濃度并且能將電解溫度保持在高溫的水電解裝置。
發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明為了達到上述目的，通過將純度低(離子濃度高)的一部分純水從純水的循環(huán)管線中排出到系統(tǒng)外，與此同時通過純水補給管線補給一定量的高純度純水，提供了一種能夠使在純水循環(huán)管線中循環(huán)的純水(以下稱為“循環(huán)純水”)的離子濃度降低，同時在排出到體系外的溫度高的純水與補給的純水間進行熱交換，使補給到循環(huán)純水中的純水溫度升高，使電解溫度保持在高溫的水電解裝置。
在本發(fā)明的一個形態(tài)中，提供了一種在電解池中電解純水、產(chǎn)生氫氣及氧氣的水電解裝置，其具有貯存供給到上述電解池的純水的氧分離罐、和將純水從上述氧分離罐供給到上述電解池并且將電解后殘余的純水返回氧分離罐而構(gòu)成的純水循環(huán)管線、和向上述氧分離罐或純水循環(huán)管線補給純水的純水補給管線、和設(shè)置在上述純水補給管線中的第一熱交換器、和基端部與上述氧分離罐或純水循環(huán)管線相連通且先端部經(jīng)上述第一熱交換器而延伸至系統(tǒng)外的第一純水排出管線，在上述第一熱交換器中，經(jīng)上述純水補給管線補給的純水和經(jīng)第一純水排出管線排出到系統(tǒng)外的純水之間進行熱交換。
在這樣構(gòu)成的水電解裝置中，經(jīng)第一純水排出管線將在純水循環(huán)管線中流動的一部分純水排出的同時，經(jīng)純水補給管線將高純度的純水補給到純水循環(huán)管線中，因此能夠在不使用離子交換樹脂的情況下，將在純水循環(huán)管線中流動的循環(huán)純水的離子濃度降低。進而，由于從第一純水排出管線排出的高溫(約為85～120℃)的純水與經(jīng)純水補給管線補給的純水間進行著熱交換，因此可以提高經(jīng)純水循環(huán)管線供給到電解池的補給純水的溫度，能夠確保電解池中的高能量效率。
優(yōu)選地，其構(gòu)成還可以進一步包含接收在上述電解池中產(chǎn)生的氫氣的氫分離罐、和基端部與上述氫分離罐連接的氫排出管線、和設(shè)置在上述氫排出管線中的預(yù)熱交換器，在上述預(yù)熱交換器中，經(jīng)純水補給管線補給的純水與經(jīng)氫排出管線排出的含濕氫氣間進行熱交換。
在該構(gòu)成中，能夠更有效地利用廢棄的熱能，能夠進一步提高水電解時的能量效率。進而，在預(yù)熱交換器中，從氫分離罐排出的高溫(約為85～120℃)的含濕氫氣利用在純水補給管線中流動的補給純水而被冷卻，這樣凝結(jié)水便從含濕氫氣中生成，因此可以減少進入配置在后段的除濕器的水分量，可以使該除濕器中的除濕變得容易，實現(xiàn)除濕器自身的小型化。
更優(yōu)選地，其構(gòu)成還可以進一步包含接收在上述電解池中產(chǎn)生的氫氣的氫分離罐、和基端部與上述氫分離罐連接且先端部經(jīng)上述第一熱交換器延伸至系統(tǒng)外的第二純水排出管線，在上述第一熱交換器中，經(jīng)上述純水補給管線補給的純水與經(jīng)第一及第二純水排出管線排出到系統(tǒng)外的純水間進行熱交換。
根據(jù)該構(gòu)成，能夠進一步提高通過純水補給管線供給電解池的純水的溫度，進一步容易地確保水電解時的高能量效率。
此外，經(jīng)第一及第二純水排出管線而被排出到系統(tǒng)外的高溫純水與經(jīng)純水補給管線補給的純水間的熱交換可以不在同一熱交換器中進行，而分別在不同的熱交換器中進行。
根據(jù)該構(gòu)成，由于從第一及第二純水排出管線向各熱交換器排出的純水的流量控制可以分別進行，因此可以使流量控制穩(wěn)定地進行。
具體地說，其構(gòu)成還可以進一步包含接收在上述電解池中產(chǎn)生的氫氣的氫分離罐、和基端部與上述氫分離罐連通且先端部延伸至系統(tǒng)外的第二純水排出管線、和設(shè)置在上述第二排出管線中的第二熱交換器，在上述第二熱交換器中，經(jīng)上述純水補給管線補給的純水與經(jīng)第二純水排出管線而排出到系統(tǒng)外的純水之間進行熱交換。
更優(yōu)選地，還可以有如下的構(gòu)成在上述第一熱交換器及第二熱交換器的前段側(cè)使上述純水補給管線分支，在上述第一熱交換器中，一部分在純水補給管線中流動的純水與在第一純水排出管線中流動的純水間進行熱交換，在上述第二熱交換器中，其它在純水補給管線中流動的純水與在第二純水排出管線中流動的純水間進行熱交換。
根據(jù)該構(gòu)成，可以使從在第一排出管線及第二排出管線中流動的排出純水向在純水循環(huán)管線流動的純水的熱交換更高效的進行。
更優(yōu)選地，可以有如下的構(gòu)成將在上述純水循環(huán)管線中循環(huán)的純水量的3.5％以上排出到系統(tǒng)外，并且通過上述純水補給管線補給至少與排出純水等量的純水。
根據(jù)該構(gòu)成，可以將循環(huán)純水的電阻率維持在5MΩcm或大于5MΩcm，能夠有效地抑制水電解時運轉(zhuǎn)電壓的上升，能夠確保高能量效率。
附圖的簡要說明

圖1為本發(fā)明所涉及的水電解裝置優(yōu)選的實施形態(tài)的流程圖。圖2為表示排出到系統(tǒng)外的純水與補給純水的熱交換方法變形例的部分流程圖。圖3為表示排出到系統(tǒng)外的純水與補給純水的熱交換方法的另一變形例的部分流程圖。圖4為表示通過離子交換樹脂的水量對于全部循環(huán)純水的水量的比率與循環(huán)純水的電阻率之間關(guān)系的圖。圖5為表示用于固體聚合物電解質(zhì)型水電解裝置的電解池的一例的圖。圖6為在圖5所示的電解池中的固體聚合物電解質(zhì)膜單元的分解斷面圖。圖7為以往的水電解裝置的全部流程圖。
本發(fā)明實施的最佳形態(tài)以下參照附圖對本發(fā)明的實施例進行說明。圖1為本發(fā)明所涉及的水電解裝置實施形態(tài)的流程圖。
如圖1所示，本實施形態(tài)所涉及的水電解裝置具有如下構(gòu)成將通過純水補給管線9而被供給到電解池20的純水在該電解池20中進行電解，生成氫氣及氧氣，將該氫氣及氧氣分別通過氫分離罐10及氧分離罐14排出到外部。
進而，該水電解裝置具有如下構(gòu)成包含向上述氧分離罐14補給純水的純水補給管線9、和設(shè)置在該純水補給管線9中的第一熱交換器13、和從上述氧分離罐14經(jīng)電解池20到達該氧分離罐的純水循環(huán)管線15、和從上述電解池20到達上述氫分離罐10的氫供給管線21、和從上述純水循環(huán)管線15產(chǎn)生分支且通過上述第一熱交換器13延伸至系統(tǒng)外的第一純水排出管線22，利用上述第一熱交換器13，使通過純水補給管線9補給的純水與通過第一純水排出管線22排出系統(tǒng)外的純水間進行熱交換。
在上述水電解裝置中進一步包含將在上述電解池20中產(chǎn)生的氫供給到上述氫分離罐10中的氫供給管線21、和用于將在上述氫分離罐10中與純水分離的氫取出的氫排出管線11。
如圖1所示，在上述純水補給管線9中，設(shè)置有預(yù)過濾器1、升壓泵2、第一反滲透膜3、第二反滲透膜4、補給純水罐5、泵6、離子交換裝置7(使用離子交換樹脂的設(shè)備)及終端過濾器8。
優(yōu)選地，可以具有如下的構(gòu)成可以在上述氫排出管線11上設(shè)置預(yù)熱交換器12，使上述純水補給管線9經(jīng)過上述預(yù)熱交換器12及上述第一熱交換器13到達上述氧分離罐14。
上述純水循環(huán)管線15形成無端環(huán)狀，使純水由上述氧分離罐14被供給到上述電解池20的同時，在該電解池20中產(chǎn)生的氧及殘余的純水返回到該氧分離罐14中。圖1中符號16及符號19分別為泵及終端過濾器。該終端過濾器19的設(shè)置依存于純水循環(huán)管線15中純水的純度，因此當(dāng)該純水循環(huán)管線15中的純水沒有異物混入時，可以省略。
為了排出分離氫氣后的純水，第二純水排出管線24連接于上述氫分離罐10，上述第一純水排出管線22，經(jīng)流量指示調(diào)節(jié)計23合流到該第二純水排出管線24后，經(jīng)上述第一熱交換器13到達系統(tǒng)外。
優(yōu)選地，在上述氫排出管線11中，在上述預(yù)熱交換器12的后段部分配置有除濕器25。
圖1中，設(shè)置于各管線的符號26及符號27分別為流量控制閥及開關(guān)閥。
以下對上述水電解裝置的操作進行說明。被供給到上述純水補給管線9的前端部的水道水在上述預(yù)過濾器1中被預(yù)先過濾，經(jīng)開關(guān)閥27，利用升壓泵2升壓，通過第一反滲透膜3及第二反滲透膜4被精制到規(guī)定的高純度后，貯存于補給純水罐5。貯存于該補給純水罐5的純水根據(jù)上述氧分離罐14的水位，經(jīng)純水補給管線9被供給到該氧分離罐14中。
在本實施形態(tài)中，在上述氧分離罐14中設(shè)有用于監(jiān)視水位的水位計28，根據(jù)該水位計28的指示，適當(dāng)調(diào)節(jié)設(shè)置在純水補給管線9中的流量控制閥26的開度。利用泵6而被壓送的補給純水罐5內(nèi)的純水經(jīng)離子交換裝置7及終端過濾器8，被供給到上述預(yù)熱交換器12中。
在該預(yù)熱交換器12中，由上述補給純水罐5供應(yīng)的補給純水與從上述氫分離罐10排出的水電解后的高溫(約為85～120℃)含濕氫氣間進行間接的熱交換。即，上述補給純水從上述高溫含濕氫氣中獲取溫度能量，升高一定溫度，例如，當(dāng)初為15～25℃的補給純水通過上述預(yù)熱交換器12，達到約16～26℃。
另一方面，上述氫排出管線11中的含濕氫氣被上述預(yù)熱交換器12中的補給純水冷卻，因此從該含濕氫氣中生成冷凝水，這樣，進入配置在上述氫排出管線11后段的上述除濕器25的水分含量減少。因此，可以使除濕器25中的除濕量減少，實現(xiàn)除濕器25的小型化。
優(yōu)選地，在構(gòu)成上述氫排出管線11以使上述含濕氫氣從上述預(yù)熱交換器12的下部向上部移動的同時，可以形成上述氫排出管線11以使在上述預(yù)熱交換器中生成的上述冷凝水從該預(yù)熱交換器12向上述氫分離罐10的方向流動。根據(jù)該構(gòu)成，可以實現(xiàn)純水的有效利用。
在上述除濕器25中被除濕后的氫氣，根據(jù)通過監(jiān)視氫分離罐10內(nèi)的壓力而得到的壓力指示調(diào)節(jié)計29的指示，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)設(shè)在氫排出管線11中的流量控制閥26的開度，被供給到使用點。這樣，根據(jù)氫分離罐10的內(nèi)壓，進行氫排出管線11的流量控制，能夠?qū)涔┙o壓力保持在一定值的同時，使電解池中H2側(cè)和O2側(cè)的壓差保持一定，有效地防止固體聚合物電解質(zhì)膜的破損。
在上述預(yù)熱交換器12中升溫到規(guī)定溫度的補給純水與通過上述第一純水排出管線22及第二純水排出管線24排出的高溫(例如，約85～120℃)的純水間，在第一熱交換器13中進行間接的熱交換。這樣，例如利用上述預(yù)熱交換器12達到約16～26℃的純水被升溫到約82～119℃，供給到上述氧分離罐14。
這樣，在本實施形態(tài)所涉及的水電解裝置中，高溫的純水被貯存在成為電解池20的純水供給源的氧分離罐14中。因此，在本實施形態(tài)中，可以不使用離子交換樹脂。因此，在本實施形態(tài)中，采用下述構(gòu)成，可以不使用離子交換樹脂，且不使供給電解池20的純水的純度(電阻率)低于規(guī)定值(例如，5MΩcm)。
即，將通過從上述純水循環(huán)管線15分支的第一純水排出管線22而被排出的純水的量表示為Q1，經(jīng)上述純水補給管線9而補給到氧分離罐14中的純水的量表示為Q2時，適當(dāng)調(diào)節(jié)設(shè)在上述純水補給管線9及第一純水排出管線22中的流量控制閥26的開度，使Q2≥Q1。
在本實施形態(tài)中，對各管線的流量進行控制，以使氧分離罐14的水位達到一定。即調(diào)節(jié)設(shè)在純水補給管線9及第一純水排出管線22中的流量控制閥26的開度，以使經(jīng)過純水補給管線9補給到氧分離罐14的純水的量Q2，與供給到氫分離罐10的純水的量(從固體聚合物電解質(zhì)膜單元42的陽極室B移動到陰極室A的純水的量)Q3與從第一純水排出管線22排出的純水的量Q1的和(Q1+Q3)相等。
在這里，就純水的排出量和補給量的關(guān)系進行詳細(xì)的說明。
使用離子交換樹脂時，純水的電阻率一般被提高到18MΩcm。因此，如果構(gòu)成使得用于水電解的電阻率低的全部純水通過離子交換樹脂，供給到電解池的純水的電阻率就總是保持在18MΩcm。
另一方面，離子交換樹脂的耐熱溫度約為55℃。因此，利用離子交換樹脂維持純水的電阻率時，必需將供給到電解池中的純水的溫度抑制到大約55℃以下。但是，供給電解池的供給純水的溫度如果為約55℃以下，則無法得到足夠的能量效率。
本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過銳意的研究，其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如果確保電解池中被電解的純水的電阻率為5MΩcm或大于5MΩcm，則可以避免水電解時運轉(zhuǎn)電壓的異常上升。
根據(jù)該發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的發(fā)明人為了確保循環(huán)純水的電阻率為5MΩcm，確立了這樣的假設(shè)是不是可以不使用于水電解的全部純水都通過離子交換樹脂而將一部分的純水通過離子交換樹脂。
于是，為了證明該假設(shè)，本發(fā)明的發(fā)明人進行了實驗。即，將用于水電解的純水進行循環(huán)，改變該循環(huán)純水中的通過離子交換樹脂的量，從而調(diào)查離子交換樹脂通過水量的比率與全部循環(huán)純水的電阻率的關(guān)系。該實驗結(jié)果示于圖4。
如圖4所示，可以看到，伴隨著增加離子交換樹脂通過水量相對于循環(huán)純水量的比率，循環(huán)純水的電阻率變高，為了確保循環(huán)純水的電阻率在5MΩcm以上，離子交換樹脂通過水量的比率最好為3.5％以上。
補給純水的電阻率與通過離子交換樹脂的純水的電阻率相同，為18MΩcm。因此，代替將一部分循環(huán)純水通過離子交換樹脂，在將一部分循環(huán)純水排出系統(tǒng)外的同時，向循環(huán)純水中添加至少與所述排出量等量的高純度純水，可以維持循環(huán)純水的電阻率。即，如果將循環(huán)純水全部量的3.5％以上排出系統(tǒng)外，此外向純水循環(huán)管線中補給至少等量的新的高純度純水，在不使用離子交換樹脂的情況下，就可以將循環(huán)純水的電阻率維持在5MΩcm以上。
這樣，在本實施形態(tài)所涉及的水電解裝置中，由于具有能夠從氧分離罐14向電解池20供給純水且將電解池20中殘余的純水返回到氧分離罐20中而構(gòu)成的純水循環(huán)管線15、和將上述氧分離罐14中的一部分純水排出到系統(tǒng)外的第一純水排出管線22、和將高純度的純水供給上述氧分離罐14的純水補給管線9，因此盡管不使用離子交換樹脂，也能降低供給上述電解池20的純水的離子濃度(增加電阻率)。
進而，將含有通過上述第一純水排出管線22、從上述電解池20返回的水電解后的純水的上述氧分離罐14中的一部分純水排出到系統(tǒng)外時，其構(gòu)成使該排出的純水所具有的熱能利用上述第一熱交換器13傳給了經(jīng)上述純水補給管線9供給氧分離罐14的高純度的純水，因此可以將供給上述電解池20的純水的溫度維持在規(guī)定值以上的高溫。因此，在本實施形態(tài)中，能夠?qū)⒏邷?、高純度的純水供給到電解池20中，可以在高能量效率下進行水電解。
如果在上述純水循環(huán)管線15中循環(huán)的純水的溫度達到80℃以上，則作為模件構(gòu)成部件的密封材料的O形環(huán)、密封圈容易產(chǎn)生熱劣化等不良現(xiàn)象，因此，優(yōu)選地，可以使供給上述電解池20的純水的溫度低于80℃。
在本實施形態(tài)中，在上述純水循環(huán)管線15中，在從氧分離罐14至電解池20的部分，設(shè)置有熱交換器17及溫度計18，用流量控制閥26對與上述熱交換器17相連接的冷水供給管線30的流量進行調(diào)節(jié)，以使用該溫度計18測得的純水的溫度在80℃以下。
進而，優(yōu)選地，用壓力指示調(diào)節(jié)計29等對上述氧分離罐14的內(nèi)壓進行測量，當(dāng)該內(nèi)壓超過規(guī)定值時，可以通過流量控制閥26將氧分離罐14內(nèi)的氧排放到大氣中。根據(jù)該構(gòu)成，可以使氧分離罐14內(nèi)的壓力保持在一定值以下，這樣，可以使電解池中H2側(cè)和O2側(cè)的壓差保持一定，并能夠有效防止固體聚合物電解質(zhì)膜的破損。更優(yōu)選地，如圖1所示，在氧放出管線上設(shè)有氫濃度計31，該構(gòu)成使得能夠在氧放出管線中的氫濃度超過規(guī)定值時發(fā)出警報，這樣可以有效地防止由于氫而產(chǎn)生的爆炸等危險。
在本實施形態(tài)中，如圖1所示，其構(gòu)成為第一純水排出管線22內(nèi)的純水與第二純水排出管線24內(nèi)的純水合流后，通過一個熱交換器13，與純水補給管線9內(nèi)的補給純水進行熱交換，此外，也可以配置2臺熱交換器，分別進行熱交換。
作為分別進行熱交換的方法，例如，如圖2所示，其構(gòu)成如下在純水補給管線9的第一熱交換器13的前面設(shè)置第二預(yù)熱交換器32，經(jīng)第二純水排出管線24排出的純水與通過純水補給管線9的純水之間在第二預(yù)熱交換器32中進行間接的熱交換，在第二預(yù)熱交換器32中熱交換后的補給純水與經(jīng)第一純水排出管線22排出的純水間在第一熱交換器13中進行間接的熱交換；或如圖3所示，將純水補給管線9分為兩支，在分支的各管線9a、9b上分別設(shè)置熱交換器33、34，經(jīng)第二純水排出管線24排出的純水與通過分支管線9a的補給純水間的間接的熱交換在熱交換器33中進行，經(jīng)第一純水排出管線22排出的純水與通過分支管線9b的補給純水間的間接的熱交換在熱交換器34中進行。但是，在前者中，由于補給純水在第二預(yù)熱交換器32中溫度已經(jīng)上升了相當(dāng)量，因此恐怕其在第一熱交換器13中無法進行有效的熱交換。因此，從熱交換效率的方面出發(fā)，優(yōu)選后者。
這樣，如果不使第一排出管線22中的排出純水與第二排出管線24中的排出純水合流，而分別將其排出系統(tǒng)外，利用在該第一純水排出管線22中設(shè)置的流量控制閥26和在第二純水排出管線24中設(shè)置的流量控制閥26的背壓不同，可以有效地防止排出流量的混亂，能夠穩(wěn)定地進行流量控制。
無論是否將上述第一排出管線22與第二排出管線24合流，都能夠使在熱交換器中進行熱交換后的排出純水返回到上述補給純水罐5中，這樣可以減少純水的消費量。
在本實施形態(tài)中，其構(gòu)成是使第一純水排出管線22的基端部與上述純水循環(huán)管線15連通，但本發(fā)明不限于該形態(tài)，只要是通過上述第一純水排出管線22將從電解池20返回的電解后的殘余的一部分純水排出到系統(tǒng)外，各種形態(tài)均適用。例如，可以使第一純水排出管線22的基端部與氧分離罐14連通。
權(quán)利要求
1.一種水電解裝置，在電解池中將純水電解生成氫氣和氧氣，其特征在于，具備貯存供給上述電解池的純水的氧分離罐、將純水由上述氧分離罐供給到上述電解池且將電解后的殘余純水返回到氧分離罐而構(gòu)成的純水循環(huán)管線、向上述氧分離罐或純水循環(huán)管線補給純水的純水補給管線、設(shè)置在上述純水補給管線中的第一熱交換器、基端部與上述氧分離罐或純水循環(huán)管線連通且先端部經(jīng)上述第一熱交換器延伸至系統(tǒng)外的第一純水排出管線，在上述第一熱交換器中，經(jīng)上述純水補給管線補給的純水與經(jīng)第一純水排出管線排出到系統(tǒng)外的純水間進行熱交換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1記載的水電解裝置，其特征在于，其還具備接收在上述電解池中產(chǎn)生的氫氣的氫分離罐、基端部與上述氫分離罐連接的氫排出管線、設(shè)置在上述氫排出管線中的預(yù)熱交換器，在上述預(yù)熱交換器中，經(jīng)純水補給管線補給的純水與經(jīng)氫排出管線排出的含濕氫氣間進行熱交換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1記載的水電解裝置，其特征在于，其還具備接收在上述電解池中產(chǎn)生的氫氣的氫分離罐、基端部與上述氫分離罐連通且先端部經(jīng)上述第一熱交換器延伸至系統(tǒng)外的第二純水排出管線，在上述第一熱交換器中，經(jīng)上述純水補給管線補給的純水與經(jīng)第一和第二純水排出管線被排出到系統(tǒng)外的純水間進行熱交換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1記載的水電解裝置，其特征在于，其還具備接收在上述電解池中產(chǎn)生的氫氣的氫分離罐、基端部與上述氫分離罐連通且先端部延伸至系統(tǒng)外的第二純水排出管線、設(shè)置在上述第二排出管線中的第二熱交換器，在上述第二熱交換器中，經(jīng)上述純水補給管線補給的純水與經(jīng)第二純水排出管線排出到系統(tǒng)外的純水間進行熱交換。
5.根據(jù)權(quán)利要求4記載的水電解裝置，其特征在于，上述純水補給管線在上述第一熱交換器及第二熱交換器的前段側(cè)分支，在上述第一熱交換器中，在純水補給管線中流動的一部分純水與在第一純水排出管線中流動的純水間進行熱交換，在上述第二熱交換器中，在純水補給管線中流動的其余純水與在第二純水排出管線中流動的純水間進行熱交換。
6.根據(jù)權(quán)利要求3～5中任何一項記載的水電解裝置，其特征在于，其還具備基端部與上述氫分離罐連接的氫排出管線、設(shè)置在上述氫排出管線中的預(yù)熱交換器，在上述預(yù)熱交換器中，經(jīng)純水補給管線補給的純水與經(jīng)氫排出管線排出的含濕氫氣間進行熱交換。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中任何一項記載的水電解裝置，其特征在于，在上述純水循環(huán)管線中循環(huán)的純水量的3.5％以上被排放到系統(tǒng)外，并且至少有與排出純水等量的純水通過上述純水補給管線被補給。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種水電解裝置，其構(gòu)成如下貯存供給上述電解池的純水的氧分離罐、將純水由上述氧分離罐供給到上述電解池且將電解后的殘余純水返回到氧分離罐的純水循環(huán)管線、向上述氧分離罐或純水循環(huán)管線補給純水的純水補給管線、設(shè)置在上述純水補給管線中的第一熱交換器、基端部與上述氧分離罐或純水循環(huán)管線連通且先端部經(jīng)上述第一熱交換器延伸至系統(tǒng)外的第一純水排出管線，在上述第一熱交換器中，經(jīng)上述純水補給管線補給的純水與經(jīng)第一純水排出管線排出到系統(tǒng)外的純水間進行熱交換。
文檔編號C25B1/00GK1391619SQ00816061
公開日2003年1月15日 申請日期2000年11月8日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月22日
發(fā)明者平井清司, 多井勉, 米澤勝, 三宅明子, 豐島學(xué), 石井豐 申請人:神鋼泛技術(shù)股份有限公司