(57)【要約】【課題】水素ガスを安価に精製可能な水素精製装置を実現する。【解決手段】本開示の一形態に係る水素精製装置１は、水素ガスを含む混合ガスから水素ガスを精製する装置であって、混合ガスが流れる第１の配管２と、第１の配管２が貫通する第１の密閉チャンバー３と、第１の密閉チャンバー３内で第１の配管２から分岐し、第１の密閉チャンバー３内で開放されている第２の配管４と、第２の配管４に設けられ、閉じた状態で水素ガスがリーク可能であって、且つ他のガスは遮断可能な第１のバルブ５と、第１の配管２の下流側の端部が接続され、上下方向で仕切られた複数の部屋を有する第２の密閉チャンバー６と、第２の密閉チャンバー６内を複数の部屋に仕切る仕切り部６ａに設けられ、開いた状態で複数の部屋を連通させる第２のバルブ７と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガスを含む混合ガスから前記水素ガスを精製する装置であって、
前記混合ガスが流れる第１の配管と、
前記第１の配管が貫通する第１の密閉チャンバーと、
前記第１の密閉チャンバー内で前記第１の配管から分岐し、前記第１の密閉チャンバー内で開放されている第２の配管と、
前記第２の配管に設けられ、閉じた状態で水素ガスがリーク可能であって、且つ他のガスは遮断可能な第１のバルブと、
前記第１の配管の下流側の端部が接続され、上下方向で仕切られた複数の部屋を有する第２の密閉チャンバーと、
前記第２の密閉チャンバー内を前記複数の部屋に仕切る仕切り部に設けられ、開いた状態で前記複数の部屋を連通させる第２のバルブと、
を備える、水素精製装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、水素精製装置に関し、例えば、水素ガスを含む混合ガスから当該水素ガスを精製する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に水素ガスを精製する場合は、特許文献１に開示されているようなパラジウムなどの金属を担持した分離膜に水素ガスを含む混合ガスを透過させ、混合ガスから水素ガスを精製している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１７７０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本出願人は、以下の課題を見出した。水素社会の実現のために、水素ガスを安価に精製できることが好ましい。しかしながら、特許文献１の分離膜は、パラジウムなどの金属を担持した構成であるため高価であり、水素ガスを精製する際のコストが嵩む課題を有する。
【０００５】
本開示は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、水素ガスを安価に精製可能な水素精製装置を実現する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様に係る水素精製装置は、水素ガスを含む混合ガスから前記水素ガスを精製する装置であって、
前記混合ガスが流れる第１の配管と、
前記第１の配管が貫通する第１の密閉チャンバーと、
前記第１の密閉チャンバー内で前記第１の配管から分岐し、前記第１の密閉チャンバー内で開放されている第２の配管と、
前記第２の配管に設けられ、閉じた状態で水素ガスがリーク可能であって、且つ他のガスは遮断可能な第１のバルブと、
前記第１の配管の下流側の端部が接続され、上下方向で仕切られた複数の部屋を有する第２の密閉チャンバーと、
前記第２の密閉チャンバー内を前記複数の部屋に仕切る仕切り部に設けられ、開いた状態で前記複数の部屋を連通させる第２のバルブと、
を備える。
このような構成により、特許文献１の高価な分離膜を用いて混合ガスから水素ガスを精製する必要がなく、混合ガスから安価に水素ガスを精製することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、水素ガスを安価に精製可能な水素精製装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態の水素精製装置を模式的に示す図である。
【図２】実施の形態の水素精製装置を用いて水素ガスを精製する流れを示すフローチャート図である。
【図３】実施の形態の水素精製装置における第１のバルブの他の形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本開示が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１０】
先ず、本実施の形態の水素精製装置の構成を説明する。図１は、本実施の形態の水素精製装置を模式的に示す図である。図１に示すように、本実施の形態の水素精製装置１は、第１の配管２、第１の密閉チャンバー３、第２の配管４、第１のバルブ５、第２の密閉チャンバー６及び第２のバルブ７を備えている。
【００１１】
第１の配管２は、第１の配管２に水素ガスを含む混合ガスが流れ、第１の密閉チャンバー３を介して混合ガスを第２の密閉チャンバー６に導く。詳細には、第１の配管２は、第１の密閉チャンバー３を貫通するように配置されている。
【００１２】
第１の配管２の一方の端部（上流側の端部）は、混合ガスを排出する設備１０に接続され、第１の配管２の他方の端部（下流側の端部）は、第２の密閉チャンバー６に接続されている。
【００１３】
設備１０は、水素ガスを含む混合ガスを排気する設備であればよく、例えば、浸炭炉やリフロー炉である。但し、水を電気分解した後の混合ガスや水素タンクリークチャック後の混合ガスを第１の配管２に流入させてもよい。つまり、第１の配管２に水素ガスを含む混合ガスを流入させることができるように構成されていればよい。
【００１４】
第１の密閉チャンバー３には、詳細は後述するが、混合ガスから精製した水素ガスを貯蔵する。そのため、第１の密閉チャンバー３は、精製した水素ガスを貯蔵可能な密閉空間を形成できればよい。
【００１５】
第１の密閉チャンバー３は、精製した水素ガスを利用するリフロー炉などの設備（図示を省略）と第３の配管１１を介して接続されている。このとき、第３の配管１１には、閉じた状態で水素ガスのリークを防ぐことができるバルブが設けられているとよい。
【００１６】
第２の配管４は、第１の密閉チャンバー３の内部で第１の配管２から分岐している。つまり、第２の配管４の根元部分は、第１の密閉チャンバー３の内部で第１の配管２に接続されている。そして、第２の配管４の先端部分は、第１の密閉チャンバー３の内部で開放されている。
【００１７】
第１のバルブ５は、第２の配管４に設けられており、閉じた状態で水素ガスをリーク可能であり、且つ他のガスを遮断可能である。第１のバルブ５としては、ダイヤフラムバルブ、バタフライバルブ又はボールバルブなどの一般的なエアーバルブを用いることができる。
【００１８】
このとき、水素ガスの分子は、他のガス（例えば、酸素や窒素など）の分子に比べて小さいため、上述のような一般的なエアーバルブを第１のバルブ５として用いた場合、第１のバルブ５を閉じた状態でシール部分から水素ガスがリークし、且つ他のガスが遮断される。つまり、第１のバルブ５は、第１のバルブ５を閉じた状態で、シール部分で水素ガスの分子より大きく、且つ酸素ガスや窒素ガスの分子より小さい隙間が生じるバルブであればよい。
【００１９】
第２の密閉チャンバー６は、第２の配管４を介して流入した混合ガスを比重分離する。第２の密閉チャンバー６は、上下方向で仕切り部６ａによって複数の部屋（図示例では、３つの部屋Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）に仕切られており、混合ガスを比重分離した際に、上層の部屋Ｒ３に水素ガスのみが流れ込むように、上層の部屋Ｒ３の高さなどが設定されている。
【００２０】
第２の密閉チャンバー６の上層の部屋Ｒ３は、精製した水素ガスを利用する水素バーナなどの設備（図示を省略）と第４の配管１２を介して接続されている。このとき、第４の配管１２には、閉じた状態で水素ガスのリークを防ぐことができるバルブが設けられているとよい。
【００２１】
ここで、図示例では、第２の配管４の他方の端部が第２の密閉チャンバー６の下層の部屋Ｒ１に接続されているが、第２の配管４の他方の端部が接続される第２の密閉チャンバー６の部屋はいずれでもよい。
【００２２】
第２のバルブ７は、第２の密閉チャンバー６の各々の仕切り部６ａに設けられており、第２のバルブ７が開いた状態で３つの部屋Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を連通させる。第２のバルブ７としては、一般的なエアーバルブを用いることができる。
【００２３】
次に、本実施の形態の水素精製装置１を用いて水素ガスを精製する流れを説明する。図２は、本実施の形態の水素精製装置を用いて水素ガスを精製する流れを示すフローチャート図である。
【００２４】
先ず、第１のバルブ５及び第２のバルブ７を閉じた状態にし、図２に示すように、設備１０から排出された水素ガスを含む混合ガスを第１の配管２に流入させる（Ｓ１）。このとき、第１の配管２を流れる混合ガスの圧力が大気圧よりも高くなるように、例えば、ポンプにより昇圧された混合ガスを第１の配管２に流入させるとよい。または、第１の配管２の内部で混合ガスの圧力が大気圧よりも高くなるように、第１の配管２における第１の密閉チャンバー３と第２の密閉チャンバー６との間にバルブが設けられているとよい。
【００２５】
但し、リフロー炉などから排出される混合ガスの圧力は、既に大気圧よりも高い状態であるので、混合ガスの圧力を昇圧したり、第１の配管２における第１の密閉チャンバー３と第２の密閉チャンバー６との間のバルブを閉じて混合ガスの圧力を昇圧したり、しなくてもよい。
【００２６】
第１の配管２に流入した混合ガスは、第１の配管２を流れつつ、第２の配管４にも流入する。このとき、第２の配管４に流入した混合ガスの水素ガスは第１のバルブ５からリークし、第１の密閉チャンバー３に貯蔵される（Ｓ２）。一方、第２の配管４に流入した混合ガスの他のガスは第１のバルブ５で遮断される。これにより、一般的なエアーバルブを用いて混合ガスから水素ガスを精製することができる。
【００２７】
このとき、上述のように第１の配管２の内部で混合ガスの圧力が大気圧よりも高い場合、混合ガスが第２の配管４の内部にも流入しやすく、第１のバルブ５を介して混合ガスから水素ガスを積極的に精製することができる。
【００２８】
第１の配管２を流れる混合ガスは、第２の密閉チャンバー６の下層の部屋Ｒ１に導かれる。そして、第２のバルブ７を開放すると、混合ガスが比重分離される（Ｓ３）。これにより、混合ガスの水素ガスが上層の部屋Ｒ３に流れ込み、混合ガスの水素ガスよりも重く、且つ二酸化炭素ガスよりも軽い酸素ガスや窒素ガスが中層の部屋Ｒ２に流れ込み、混合ガスの最も重い二酸化炭素ガスなどが下層の部屋Ｒ１に留まる。この状態で、第２のバルブ７を閉じると、混合ガスから水素ガスを精製することができる。
【００２９】
このように本実施の形態の水素精製装置１は、水素の特性を利用して、一般的なエアーバルブを用いて混合ガスから水素ガスを精製することができる。そのため、特許文献１の高価な分離膜を用いて混合ガスから水素ガスを精製する必要がなく、混合ガスから安価に水素ガスを精製することができる。
【００３０】
本開示は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【００３１】
例えば、本実施の形態の第１のバルブ５は、一般的なエアーバルブで構成したが、この限りでない。例えば、第１のバルブ５は、図３に示すように、シリコーンなどで構成された膜材で構成してもよい。つまり、第１のバルブ５は、水素ガスの分子よりも大きく、酸素ガスや窒素ガスなどの分子より小さい孔を有する樹脂製の膜材で構成してもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１  水素精製装置
２  第１の配管
３  第１の密閉チャンバー
４  第２の配管
５  第１のバルブ
６  第２の密閉チャンバー、６ａ  仕切り部
７  第２のバルブ
１０  設備
１１  第３の配管
１２  第４の配管
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３  部屋
【図１】
2020079164.tif 000003
【図２】
2020079164.tif 000004
【図３】
2020079164.tif 000005