(57)【要約】      （修正有）【課題】水の電気分解によって水素ガスを製造し、吸着筒を使って水素ガスの除湿を行う設備において再生可能エネルギーを利用して水の電気分解を実施しつつも吸着筒の吸着性能を良好に維持させる水素ガス製造設備の提供。【解決手段】電解セル１１を備えた電解部１と、電解部１から供給される水素ガスの除湿部３と、水素ガスを電解部１から除湿部３へと搬送する第１搬送部４と、処理済水素ガスを除湿部３からユースポイントＸに向けて搬送する第２搬送部５とを備えており、除湿部３の吸着筒３１、３２の上流側にバッファータンク３３を設け、バッファータンク３３と吸着筒３１、３２との間の水素ガスの流通を制御するバルブＶ１を設けバルブＶ１をバッファータンク３３の圧力に基づいて開閉する、水素ガス製造設備１００。【選択図】図１
2019023328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を電気分解して水素ガスを発生する電解セルを備えた電解部と、
前記電解部から供給される水素ガスを被処理ガスとして除湿処理を実施し、該除湿処理がされた後の処理済ガスとして前記被処理ガスよりも水分含有量の低い水素ガスを得る除湿部と、
前記被処理ガスを前記電解部から前記除湿部へと搬送する第１搬送部と、
前記処理済ガスを前記除湿部からユースポイントに向けて搬送する第２搬送部と、を備えており、
前記電解部には、再生可能エネルギーから得られる電力を利用して前記電気分解が実施される前記電解セルが備えられ、
前記除湿部は、前記除湿処理を実施すべく前記被処理ガスに含まれている水分を吸着する吸着筒を有し、該吸着筒として第１吸着筒と第２吸着筒との少なくとも２台の吸着筒を有しており、
該吸着筒に収容されている吸着剤は、加熱されることで吸着した水分を放出する再生可能な吸着剤であり、
該除湿部は、前記第１吸着筒及び前記第２吸着筒の内の一方の吸着筒に収容されている前記吸着剤を再生しつつ他方の吸着筒で前記除湿処理を実施し得るように構成されており、且つ、
該除湿部は、前記他方の吸着筒での前記除湿処理によって得られた前記処理済ガスを前記第２搬送部を通じてユースポイント側に供給するとともに該処理済ガスの一部を前記一方の吸着筒に分配して前記吸着剤の再生に利用し得るように構成されており、
該除湿部には、前記第１搬送部を通じて導入される前記被処理ガスを前記吸着筒よりも上流側で一時貯留するバッファータンクと、該バッファータンクから前記吸着筒への前記被処理ガスの供給を規制するバルブと、がさらに備えられ、
該除湿部では、前記バッファータンク内の前記被処理ガスの圧力が基準値よりも高い場合に前記バルブが開状態になって前記バッファータンク内の前記被処理ガスが前記吸着筒に供給される水素ガス製造設備。
【請求項２】
前記除湿部は、前記基準値よりも値が高い第２基準値によって前記処理済ガスの分配状況を変更し得るように構成されており、且つ、
前記バッファータンク内の前記被処理ガスの圧力が該第２基準値よりも高い場合には前記ユースポイント側への前記処理済ガスの供給と前記一方の吸着筒への前記処理済ガスの供給と、を実施し、前記圧力が前記第２基準値以下の場合には前記ユースポイント側への前記処理済ガスの供給を停止するよう構成されている請求項１記載の水素ガス製造設備。
【請求項３】
水を電気分解して水素ガスを発生する電解セルを備えた電解部と、
前記電解部から供給される水素ガスを被処理ガスとして除湿処理を実施し、該除湿処理がされた後の処理済ガスとして前記被処理ガスよりも水分含有量の低い水素ガスを得る除湿部と、
前記被処理ガスを前記電解部から前記除湿部へと搬送する第１搬送部と、
前記処理済ガスを前記除湿部からユースポイントに向けて搬送する第２搬送部と、を備えている水素ガス製造設備を用いて水素ガスを製造する水素ガス製造方法であって、
前記電解部には、再生可能エネルギーから得られる電力を利用して前記電気分解が実施される前記電解セルが備えられ、
前記除湿部は、前記除湿処理を実施すべく前記被処理ガスに含まれている水分を吸着する吸着筒を有し、該吸着筒として第１吸着筒と第２吸着筒との少なくとも２台の吸着筒を有しており、
該吸着筒に収容されている吸着剤は、加熱されることで吸着した水分を放出する再生可能な吸着剤であり、
該除湿部には、前記第１搬送部を通じて導入される前記被処理ガスを前記吸着筒よりも上流側で一時貯留するバッファータンクと、該バッファータンクから前記吸着筒への前記被処理ガスの供給を規制するバルブと、がさらに備えられている水素ガス製造設備を用い、
該除湿部では、
前記第１吸着筒及び前記第２吸着筒の内の一方の吸着筒に収容されている前記吸着剤を再生しつつ他方の吸着筒で前記除湿処理を実施し、
前記他方の吸着筒での前記除湿処理によって得られた前記処理済ガスを前記第２搬送部を通じてユースポイント側に供給するとともに該処理済ガスの一部を前記一方の吸着筒に分配して前記吸着剤の再生に利用し、且つ、
前記バッファータンク内の前記被処理ガスの圧力が基準値よりも高い場合に前記バルブを開状態にして前記バッファータンク内の前記被処理ガスを前記吸着筒に供給して前記除湿処理を実施する、水素ガス製造方法。
【請求項４】
前記除湿部では、前記基準値よりも値が高い第２基準値によって前記処理済ガスの分配状況を変更し、
前記バッファータンク内の前記被処理ガスの圧力が前記第２基準値よりも高い場合に前記ユースポイント側への前記処理済ガスの供給と、前記一方の吸着筒への前記処理済ガスの供給と、を実施し、且つ、前記圧力が前記第２基準値以下の場合には前記ユースポイント側への前記処理済ガスの供給を停止する請求項３記載の水素ガス製造方法。
【請求項５】
前記除湿部では、前記第２基準値よりも値が高い第３基準値に基づいて前記バッファータンクから前記被処理ガスの放出を実施し、
前記バッファータンク内の前記被処理ガスの圧力が前記第３基準値よりも高い場合にバッファータンクから前記被処理ガスを放出する請求項４記載の水素ガス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を電気分解して水素ガスを発生させる電解セルを備えた水素ガス製造設備と、このような水素ガス製造設備を用いて水素ガスを製造する水素ガス製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、クリーンなエネルギー源として水素ガスを利用する機会が広がっており、このような水素ガスを得るための方法として水を電気分解して前記水素ガスを発生させる方法が従来広く知られている。
このような水の電気分解を利用した水素や酸素といったガスの製造方法においては、電解セルから発生する水素ガスに通常多くの水分が含まれていることからこれらのガスを被処理ガスとして、当該被処理ガスに対する除湿処理が実施されたりしている。
【０００３】
この種の除湿処理には、ゼオライトなどの吸着剤を収容した吸着筒が利用されている。
ゼオライトは、水分を吸着可能でありながら、水分吸着後には加熱することによって吸着した水分を放出して吸着性能を回復することができる。
このため、従来、水素ガスの製造に際しては、ゼオライトのように再生可能な吸着剤を収容した吸着筒を複数使用し、複数の吸着筒の内の第１の吸着筒で水素ガスの除湿処理を実施し、これと並行して第２の吸着筒では吸着剤の再生を実施し、第１の吸着筒での水分吸着量が飽和する手前で水素ガスの供給先を第１の吸着筒から再生処理の終わった第２の吸着筒へと切り替えて第２の吸着筒で除湿処理を継続実施するような方法が採用されている（下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２４９４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、太陽光、風力、潮力、地熱などの再生可能エネルギーによって得られた電力を利用する機会が拡大している。
このような電力を使って水の電気分解を実施すれば、水素ガスを製造する際の環境への負荷の低減を図り得る。
しかしながら再生可能エネルギーから発生する電力量は十分安定しておらず、例えば、太陽光発電で得られる電力は雲などによって日光が遮られるだけで低下する。
【０００６】
水を電気分解して水素ガスを製造する水素ガス製造設備では、除湿処理などの必要な処理が施された後の水素ガスが最終的に貯蔵用のガスタンクに貯留され、作製した水素ガスの供給が貯蔵用ガスタンクを介して行われる。
この貯蔵用ガスタンクは、通常、電解セルでの水素発生量に対して十分大きな容量を有している。
このため水素ガスの需給バランスの観点からは、電解セルでの水素ガスの発生量が瞬間的に変化しても日平均や週平均での水素ガス発生量の変動が僅かであれば特に大きな問題は生じない。
そのようなことから、再生可能エネルギーを利用して水素ガスを製造することに特に大きな問題は無いものと思われている。
しかしながら、本発明者が検討したところ、再生可能エネルギーを利用して水素ガスを製造する際には、除湿処理において問題を発生させるおそれがあることを見出した。
【０００７】
具体的には、電解セルでの水素ガス発生量が低下した場合、吸着筒の再生のための水素ガスの消費により吸着筒を通過する水素ガスの圧力が低下する場合に吸着筒の吸着性能に問題が生じうることを本発明者は見出した。
この点についてより詳しく説明すると、０．６ＭＰａの水素ガスを１ｍ３除湿処理した場合と、０．３ＭＰａの水素ガスを２ｍ３除湿処理した場合とでは、貯蔵用ガスタンクに収容される水素ガスの量は結果的に略同じになるが、これらに水蒸気が飽和状態で含まれている場合、吸着筒で吸着される水分量は体積が大きい分だけ後者の方が多くなる。
そのため、前記のような水素ガス製造設備において再生可能エネルギーを利用して水の電気分解を実施すると吸着筒での水分吸着力が予想外に早期に低下してしまい、場合によっては、破過が生じてしまうおそれがある。
また、吸着剤の再生の際には、単に吸着剤を加熱するだけでなく吸着筒内に除湿済みの水素ガスを流通させて吸着剤が放出した水分を吸着筒外に放出させることが行われている。
そのため、電解セルからの水素ガスの発生量が急に低下したりすると吸着剤の再生のための水素ガスが不足し、吸着剤の再生が不十分になるおそれを有する。
【０００８】
そこで本発明は、再生可能エネルギーを利用して水の電気分解を実施しつつも吸着筒の吸着性能を良好に維持させることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前記課題を解決すべく、水を電気分解して水素ガスを発生する電解セルを備えた電解部と、前記電解部から供給される水素ガスを被処理ガスとして除湿処理を実施し、該除湿処理がされた後の処理済ガスとして前記被処理ガスよりも水分含有量の低い水素ガスを得る除湿部と、前記被処理ガスを前記電解部から前記除湿部へと搬送する第１搬送部と、前記処理済ガスを前記除湿部からユースポイントに向けて搬送する第２搬送部と、を備えており、前記電解部には、再生可能エネルギーから得られる電力を利用して前記電気分解が実施される前記電解セルが備えられ、前記除湿部は、前記除湿処理を実施すべく前記被処理ガスに含まれている水分を吸着する吸着筒を有し、該吸着筒として第１吸着筒と第２吸着筒との少なくとも２台の吸着筒を有しており、該吸着筒に収容されている吸着剤は、加熱されることで吸着した水分を放出する再生可能な吸着剤であり、該除湿部は、前記第１吸着筒及び前記第２吸着筒の内の一方の吸着筒に収容されている前記吸着剤を再生しつつ他方の吸着筒で前記除湿処理を実施し得るように構成されており、且つ、該除湿部は、前記他方の吸着筒での前記除湿処理によって得られた前記処理済ガスを前記第２搬送部を通じてユースポイント側に供給するとともに該処理済ガスの一部を前記一方の吸着筒に分配して前記吸着剤の再生に利用し得るように構成されており、該除湿部には、前記第１搬送部を通じて導入される前記被処理ガスを前記吸着筒よりも上流側で一時貯留するバッファータンクと、該バッファータンクから前記吸着筒への前記被処理ガスの供給を規制するバルブと、がさらに備えられ、該除湿部では、前記バッファータンク内の前記被処理ガスの圧力が基準値よりも高い場合に前記バルブが開状態になって前記バッファータンク内の前記被処理ガスが前記吸着筒に供給される水素ガス製造設備を提供する。
【００１０】
本発明は、また、前記課題を解決すべく、水を電気分解して水素ガスを発生する電解セルを備えた電解部と、前記電解部から供給される水素ガスを被処理ガスとして除湿処理を実施し、該除湿処理がされた後の処理済ガスとして前記被処理ガスよりも水分含有量の低い水素ガスを得る除湿部と、前記被処理ガスを前記電解部から前記除湿部へと搬送する第１搬送部と、前記処理済ガスを前記除湿部からユースポイントに向けて搬送する第２搬送部と、を備えている水素ガス製造設備を用いて水素ガスを製造する水素ガス製造方法であって、前記電解部には、再生可能エネルギーから得られる電力を利用して前記電気分解が実施される前記電解セルが備えられ、前記除湿部は、前記除湿処理を実施すべく前記被処理ガスに含まれている水分を吸着する吸着筒を有し、該吸着筒として第１吸着筒と第２吸着筒との少なくとも２台の吸着筒を有しており、該吸着筒に収容されている吸着剤は、加熱されることで吸着した水分を放出する再生可能な吸着剤であり、該除湿部には、前記第１搬送部を通じて導入される前記被処理ガスを前記吸着筒よりも上流側で一時貯留するバッファータンクと、該バッファータンクから前記吸着筒への前記被処理ガスの供給を規制するバルブと、がさらに備えられている水素ガス製造設備を用い、該除湿部では、前記第１吸着筒及び前記第２吸着筒の内の一方の吸着筒に収容されている前記吸着剤を再生しつつ他方の吸着筒で前記除湿処理を実施し、前記他方の吸着筒での前記除湿処理によって得られた前記処理済ガスを前記第２搬送部を通じてユースポイント側に供給するとともに該処理済ガスの一部を前記一方の吸着筒に分配して前記吸着剤の再生に利用し、且つ、前記バッファータンク内の前記被処理ガスの圧力が基準値よりも高い場合に前記バルブを開状態にして前記バッファータンク内の前記被処理ガスを前記吸着筒に供給して前記除湿処理を実施する、水素ガス製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明においては、電解セルで発生した水素ガスを吸着筒の上流側で一時貯留するバッファータンクが設けられているために、電解セルからの水素発生量が低下したとしても吸着剤再生用の水素ガスを当該バッファータンクから供給し得る。
しかも、本発明においては、バッファータンクから吸着筒への間の被処理ガスの供給を規制するバルブが設けられており、バッファータンク内の圧力が基準値よりも高い場合にこのバルブが開状態となってバッファータンク内の被処理ガスが吸着筒に供給されるため、圧力の低い水素ガスが大量に吸着筒に供給されて吸着筒が早期に破過することを抑制できる。
従って、本発明によれば、再生可能エネルギーを利用して水の電気分解を実施しつつも吸着筒の吸着性能を良好に維持させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態に係る水素ガス製造設備の概略的な構成図。
【図２】同実施形態の水素ガス製造設備における除湿部の一運転状況を示す概略図。
【図３】同実施形態の水素ガス製造設備における除湿部の他運転状況を示す概略図。
【図４】同実施形態の水素ガス製造設備における除湿部の他運転状況を示す概略図。
【図５】同実施形態の水素ガス製造設備における除湿部の他運転状況を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の好ましい実施の形態の水素ガス製造設備について説明する。
ここでは、再生可能エネルギーとして太陽光を利用する水素ガス製造設備を例に本発明の実施形態について説明する。
図１に示すように本実施形態に係る水素ガス製造設備１００は、水を電気分解して水素ガスを発生させる電解セル１１を備えた電解部１を有している。
また、本実施形態に係る水素ガス製造設備１００は、前記電解セル１１での水の電気分解に利用する電力を発生させるための発電部２を備えている。
該発電部２は、太陽光のエネルギーを電力へと変換するための太陽光発電パネル２１を備えている。
そして、本実施形態での前記電解セル１１は、前記太陽光発電パネル２１から電力供給を受けて水の電気分解を実施し得るように水素ガス製造設備１００に配されている。
なお、本実施形態での水素ガス製造設備は、水素ガスの原料となる前記水としてイオン交換水や蒸留水などの純水を用いている。
【００１４】
本実施形態に係る水素ガス製造設備１００は、前記電解部１から供給される水素ガスを被処理ガスとして除湿処理を実施し、該除湿処理後の処理済ガスとして前記被処理ガスよりも水分含有量の低い水素ガスを得る除湿部３をさらに備えている。
電解部１から除湿部３に供給される水素ガスＷＨ２は、概ね水蒸気を飽和状態で含んでいる。
そのため本実施形態での除湿部３は、この水素ガスＷＨ２を被処理ガスとして導入し、除湿処理が実施されて乾燥状態となった水素ガスＤＨ２を処理済ガスとして処理下流側へと供給すべく機能する。
【００１５】
本実施形態に係る水素ガス製造設備１００は、前記被処理ガスを前記電解部１から前記除湿部３へと搬送する第１搬送部４と、前記処理済ガスを前記除湿部３からユースポイントＸに向けて搬送する第２搬送部５とをさらに備えている。
本実施形態での第１搬送部４並びに第２搬送部５は、パイプ、継ぎ手、バルブ等の配管部材によって構成されており、ポンプ等の搬送動力は備えられていない。
即ち、第１搬送部４や第２搬送部５は、パイプ等の内部を圧力によって水素ガスが自動的に移動し得るように構成されている。
【００１６】
本実施形態の水素ガス製造設備１００は、据置式であっても移動式であってもよい。
水素ガス製造設備１００は、移動式とする場合、例えば、バン型貨物トラックの貨物室内に電解セルなどの必要機器を搭載し、貨物室の天井部に太陽光発電パネル２１を搭載するような実施態様とすることができる。
【００１７】
本実施形態の水素ガス製造設備１００を構成する前記電解部１は、前記電解セル１１に供給する純水を貯留する純水タンク１２を備えている。
前記電解部１に備えられた電解セル１１は、純水タンク１２から供給される純水を内部に導入する給水口を備え、内部に固体高分子電解質膜を備えている。
該電解セル１１では、固体高分子電解質膜の陽極面側に前記純水が流通され、電解により酸素ガスと水素イオンとが生成し、水素イオンは該陽極面側から陰極面側へと固体高分子電解質膜内を移動し、陰極面側にて水素ガスが発生する。
また、電解セル１１では、移動する水素イオンに同伴して水分子が移動するため少量の純水が陰極側へと透過する。
電解セル１１は、２つの排出口を備えており、電気分解によって生じた水素ガスが、透過した水とともに気液混合水の状態で排出される第１排出口と、酸素ガスが水とともに気液混合水の状態で排出される第２排出口とを備えている。
【００１８】
前記電解部１は、前記電解セル１１の陰極側及び陽極側から排出される気液混合水をそれぞれ気液分離するための２台のガス分離タンク１３，１４がさらに備えており、酸素ガスを含んだ気液混合水を気液分離するガス分離タンク１４からは、気液分離後の水（純水）が前記純水タンク１２に返送されるようになっている。
また、前記電解部１では、水素ガスを含んだ気液混合水が水素ガス用のガス分離タンク１３で分離され、気液分離後の水蒸気を多く含んだ水素ガスが前記除湿部３に向けて供給される。
【００１９】
前記除湿部３は、例えば、合成ゼオライト粒子、シリカゲル粒子、活性アルミナ粒子等といった水分を吸着可能な吸着剤が容器内に収容されている吸着筒を２台備えており、これらの吸着筒３１，３２が並列配置されてガス分離タンク１３で分離された水素ガスの除湿処理をいずれの吸着筒でも実施することができるように構成されている。
即ち、本実施形態の水素ガス製造設備１００は、前記電解セル１１で発生させた被処理ガス（水蒸気を多く含んだ水素ガスＷＨ２）の供給先を、２台の前記吸着筒３１，３２の内の第１吸着筒３１と、該第１吸着筒３１とは別の第２吸着筒３２とに切り替え可能に構成されている。
【００２０】
前記の吸着剤は、水分を吸着可能で且つ加熱されることで吸着した水分が放出されて水分吸着性能が回復する再生可能な吸着剤となっており、本実施形態の吸着筒３１，３２は内部に吸着剤を収容したままこれらを再生し得るように構成されている。
具体的には、この２台の吸着筒３１，３２は、それぞれヒーター３１ａ，３２ａが内蔵されており、前記ヒーター３１ａ，３２ａに通電することによって水分を吸着した吸着剤を加熱し、該加熱された吸着剤から水分を放出させて該吸着剤の再生を実施しうるよう構成されている。
【００２１】
前記の通り該除湿部３は、前記被処理ガスを第１吸着筒３１に供給して被処理ガスの除湿処理を実施した後に前記被処理ガスの供給先を第２吸着筒３２に切り替えて該第２吸着筒３２で被処理ガスの除湿処理を継続し得るように構成されており、前記被処理ガスの供給先を切り替える切替装置（図示せず）を備えている。
そして、前記除湿部は、前記第１吸着筒３１及び前記第２吸着筒３２の内の一方の吸着筒に収容されている前記吸着剤を再生しつつ他方の吸着筒で前記除湿処理を実施し得るように構成されている。
また、前記除湿部は、前記他方の吸着筒での除湿処理によって得られた処理済ガスを前記第２搬送部５を通じてユースポイント側に供給するとともに該処理済ガスの一部を前記一方の吸着筒に分配して吸着剤の再生に利用し得るように構成されており、前記処理済ガスを分配する分配装置（図示せず）を備えている。
【００２２】
該除湿部３には、前記第１搬送部４を通じて導入された前記被処理ガスを前記吸着筒３１，３２よりも上流側で一時貯留するバッファータンク３３と、該バッファータンク３３から前記吸着筒３１，３２への前記被処理ガスの供給を規制するバルブとがさらに備えられている。
【００２３】
より具体的に説明すると、前記バルブ（以下「第１バルブ（Ｖ１）」ともいう）は、並列配置された２台の吸着筒３１，３２の上流側に備られている。
本実施形態の除湿部３には、吸着筒３１，３２の下流側にも別のバルブ（以下「第２バルブ（Ｖ２）」ともいう）が配置されている。
本実施形態の除湿部３では、前記バッファータンク３３から第１吸着筒３１へと至る被処理ガスの第１の流通経路Ｌ１と、前記バッファータンク３３から第２吸着筒３２へと至る被処理ガスの第２の流通経路Ｌ２とを有しており、該第２の流通経路Ｌ２と前記第１の流通経路Ｌ１とは、上流側（バッファータンク側）において経路が共通している。
即ち、前記第１の流通経路Ｌ１と前記第２の流通経路Ｌ２とは、バッファータンク３３から吸着筒３１，３２までの間で分岐した状態になっている。
そして、前記第１バルブＶ１は、この分岐点に配され、それぞれバッファータンク３３、第１吸着筒３１、及び、第２吸着筒３２へと延びる配管に接続されており、閉状態となって第１吸着筒３１と第２吸着筒３２との何れに対してもバッファータンク３３から被処理ガスを供給させないモードと、開状態となって第１吸着筒３１と第２吸着筒３２との何れか一方に対してバッファータンク３３から被処理ガスを供給するモードとに切り替え可能となっている。
即ち、前記第１バルブＶ１は、前記閉状態となるモード、前記開状態で第１吸着筒３１に被処理ガスを供給するモード、及び、前記開状態で第２吸着筒３２に被処理ガスを供給するモードの３つのモードに切り替え可能になっている。
【００２４】
本実施形態の除湿部３は、第１吸着筒３１から前記第２搬送部５へと至る第３の流通経路Ｌ３と、前記第２吸着筒３２から前記第２搬送部５へと至る第４の流通経路Ｌ４とをさらに有しており、該第３の流通経路Ｌ３と前記第４の流通経路Ｌ４とは、下流側（第２搬送部５側）において経路が共通している。
即ち、前記第３の流通経路Ｌ３と前記第４の流通経路Ｌ４とは、吸着筒３１，３２から第２搬送部５までの間で統合された状態になっている。
そして、前記第２バルブＶ２は、この統合地点に配され、それぞれ第２搬送部５、第１吸着筒３１、及び、第２吸着筒３２へと延びる配管に接続されており、第１吸着筒３１と第２吸着筒３２との間の被処理ガスの流通を可能にしながらも第２搬送部５に対して処理済ガスを供給させない閉状態のモードと、第１吸着筒３１と第２吸着筒３２との間の被処理ガスの流通を可能にしながらも開状態となって第２搬送部５への処理済ガスを供給可能にするモードとに切り替え可能となっている。
【００２５】
前記第１バルブと第１吸着筒３１とを接続する配管の途中には、該配管を大気開放可能にするバルブ（以下「第３バルブ（Ｖ３）」ともいう）が備えられ、前記第１バルブと第２吸着筒３２とを接続する配管の途中には、該配管を大気開放可能にするバルブ（以下「第４バルブ（Ｖ４）」ともいう）が備えられている。
【００２６】
前記バッファータンク３３は、前記第１搬送部４を構成する配管に接続され、該バッファータンク３３の上流側にはバッファータンク３３への被処理ガスの供給を規制する元バルブＶｘが設けられている。
さらにバッファータンク３３には、内部の被処理ガスが一定の圧力よりも高くなった際に被処理ガスの一部を系外に放出して内圧を一定以下に保つためのリリーフバルブＶｙが装着されている。
【００２７】
これらのバルブの内、前記第１バルブＶ１は、前記バッファータンク内の被処理ガスの圧力が基準値よりも高い場合に開状態となるように備えられている。
また、前記のように第１バルブＶ１は、バッファータンク３３から供給される被処理ガスの供給先を第１吸着筒３１と第２吸着筒３２とに切り替えるべく機能するもので、前記切替装置の構成部材となっている。
【００２８】
前記第２バルブＶ２は、第１バルブＶ１と同様にバッファータンク内の被処理ガスの圧力によって開閉状況が変更される。
より詳しくは、前記第２バルブＶ２は、第１バルブＶ１の開閉の基準となる前記基準値（以下、「第１基準値」ともいう）よりも高い値に設定された第２基準値をバッファータンク３３の内圧が超えるか超えないかで処理済ガスの供給先を変更すべく備えられている。
【００２９】
前記第２バルブＶ２は、バッファータンク内の圧力が前記第２基準値よりも高い場合に前記吸着筒３１，３２の再生用に処理済ガスを供給するとともに前記第２搬送部５を通じてユースポイント側への処理済ガスの供給を実施し、前記圧力が前記第２基準値以下の場合に前記ユースポイント側への処理済ガスの供給を停止して処理済ガスを吸着筒３１，３２の再生用にのみ使用すべく流通方向が切り替えられる。
即ち、第２バルブＶ２は、第２基準値によって処理済ガスの分配状況を変更するための前記分配装置の構成部材となっている。
言い換えると、本実施形態の前記除湿部３には、バッファータンク内の被処理ガスの前記圧力についての前記第１基準値よりも値が高い第２基準値によって処理済ガスの分配状況が変更される前記分配装置が備えられており、前記圧力が前記第２基準値よりも高い場合に前記ユースポイント側への処理済ガスの供給と、前記吸着筒への処理済ガスの供給とを実施し、且つ、前記圧力が前記第２基準値以下の場合に前記ユースポイント側への処理済ガスの供給を停止する分配装置が備えられている。
【００３０】
本実施形態の前記除湿部３には、この第１バルブＶ１と第２バルブＶ２とを制御するための制御装置３４が備えられている。
該制御装置３４は、バッファータンク３３の内部の圧力を監視するための圧力センサーＰから第１の信号ラインＳＬ１を通じて前記圧力に関する情報を導入し得るよう構成されているとともに前記第１バルブＶ１に第２の信号ラインＳＬ２を通じて制御信号を発信するとともに前記第２バルブＶ２に第３の信号ラインＳＬ３を通じて制御信号を発信すべく構成されている。
なお、前記リリーフバルブＶｙは、制御装置３４によって開閉を制御させることも可能であるが、それ自身に開閉の閾値を設定できるようになっているものを採用することが好ましい。
該リリーフバルブＶｙは、本実施形態では、前記第２基準値よりも値が高い第３基準値に基づいて開閉が制御され、バッファータンク内の被処理ガスの圧力が前記第３基準値よりも高い場合にバッファータンクから被処理ガスを放出するよう設定される。
言い換えると、本実施形態の前記除湿部３には、バッファータンク内の被処理ガスの前記圧力についての前記第２基準値よりも値が高い第３基準値によってバッファータンクから被処理ガスの放出を行う放出装置が備えられており、前記圧力が前記第３基準値よりも高い場合にバッファータンクから被処理ガスを放出する放出装置が備えられている。
【００３１】
本実施形態の水素ガス製造設備１００は、上記のように水素ガスの流通方向における最上流側に電解セル１１が備えられ、該電解セル１１から下流側に向けて、ガス分離タンク１３、バッファータンク３３、吸着筒３１，３２が順に配されており、これらを通じて十分に乾燥された水素ガス（処理済ガス）をユースポイントＸに向けて供給しうるように構成されている。
【００３２】
次いで、水素ガス製造設備１００を使った水素ガス製造方法について図２〜図５を参照しつつ説明する。
本実施形態の水素ガス製造方法では、まずはじめに前記電解部１に設けられた電解セル１１に純水タンク１２から純水を供給し、該電解セル１１に太陽光発電パネル２１で生じた電力を受電させ、電気分解を開始する。
このとき、図２に示すようにバッファータンク３３の内部の圧力（Ｐ３３）は、第１基準値（Ｐ１）以下となっているため第１バルブＶ１は閉止状態とさせ、バッファータンク３３を昇圧させる。
そして、バッファータンク３３の圧力が第１基準値Ｐ１を超えた時点で被処理ガス（ＷＨ２）を第１吸着筒３１に供給して被処理ガスの除湿処理を開始する。
このとき、積算タイマーをスタートさせるなどして第１吸着筒３１で行われる吸着処理の累積時間の測定を開始させることが好ましい。
そして、第１吸着筒３１から排出される処理済ガスは、第２吸着筒３２に供給するとともに第２吸着筒３２に内臓のヒーター３２ａに通電して第２吸着筒内の吸着剤を再生する。
このとき第２吸着筒３２に供給した処理済ガスは、吸着剤から加熱によって放出された水分を同伴させて第４バルブＶ４から系外に放出する。
このことにより第２吸着筒３２の内部の水分量が低減され吸着剤の吸着性能が回復する。
【００３３】
その後、バッファータンク３３の圧力が第２基準値Ｐ２を超えた時点で、図３に示すように処理済ガス（ＤＨ２）を前記第２搬送部５を通じてユースポイント側へと供給するとともに処理済ガスの一部を第２吸着筒３２に分配する。
そして、前記積算タイマーで測定される第１吸着筒３１の累積除湿処理時間が一定の時間に達した時点で第１吸着筒３１の吸着能力が残り僅かであると判断し、除湿処理に用いる吸着筒を第２吸着筒３２に切り替える準備をする。
即ち、この時点では、第１吸着筒３１を使っての除湿処理を実施しながら第２吸着筒３２のヒーター３２ａへの通電を停止し、該第２吸着筒３２に流通させる処理済ガスで第２吸着筒３２の吸着剤を冷却させる。
そして、前記積算タイマーで測定される第１吸着筒３１の累積除湿処理時間が予め設定した切替時間に達した時点で、図４に示すように第１バルブＶ１を操作して被処理ガスの供給先を第１吸着筒３１から第２吸着筒３２へと切り替える。
そして、第１吸着筒３１のヒーター３１ａに対する通電を開始し、第２吸着筒３２での除湿処理によって得られる処理済ガスの一部を第１吸着筒３１に流通させて第１吸着筒３１の再生を図るとともに残部を前記第２搬送部５を通じてユースポイント側へと供給する。
【００３４】
ここで、雲の影響などによって日射が陰り、太陽光発電パネル２１による起電力が弱くなってバッファータンク３３の圧力が第２基準値以下となった場合、図５に示すように第２バルブＶ２を操作してユースポイント側への処理済ガスの供給を停止し、処理済ガスは吸着筒の再生専用として使用する。
即ち、本実施形態においては、前記除湿部３では、前記基準値よりも値が高い第２基準値によって処理済ガスの分配状況を変更し、前記バッファータンク内の被処理ガスの圧力が前記第２基準値よりも高い場合に前記ユースポイント側への処理済ガスの供給と、一方の吸着筒への処理済ガスの供給と、を実施し、且つ、前記圧力が前記第２基準値以下の場合には前記ユースポイント側への処理済ガスの供給を停止する。
【００３５】
逆に、日射が盛んでバッファータンク３３の圧力が第３基準値を超えた場合はリリーフバルブＶｙより被処理ガスを放出してバッファータンク３３が過度な高圧状態にならないようにする。
即ち、本実施形態においては、前記除湿部では、バッファータンク内の被処理ガスの前記圧力についての前記第２基準値よりも値が高い第３基準値に基づいてバッファータンク３３から被処理ガスの放出を実施し、前記圧力が前記第３基準値よりも高い場合にバッファータンク３３から被処理ガスを放出する。
【００３６】
なお、ユースポイントで必要とされる水素ガスの圧力にもよるが前記第１基準値は、０．５ＭＰａ〜０．９ＭＰａの範囲から選択され得る。
前記第１基準値は、０．６ＭＰａ〜０．８ＭＰａの範囲から選択されることが好ましい。
前記第２基準値は、第１基準値を「Ｐ１（ＭＰａ）」としたときに「Ｐ１＋０．０１ＭＰａ」〜「Ｐ１＋０．１５ＭＰａ」の範囲から選択されることが好ましく、「Ｐ１＋０．０３ＭＰａ」〜「Ｐ１＋０．１２ＭＰａ」の範囲から選択されることがより好ましい。
前記第３基準値は、１ＭＰａ未満の値に設定されることが好ましく、０．９５ＭＰａ未満の値に設定されることがより好ましい。
【００３７】
バッファータンク３３の容量は、バッファータンク３３内の圧力が前記第２基準値から前記第１基準値に下がるまでに吸着筒を１回以上再生処理するのに必要なガス量を確保できる容量とするのが望ましい。１回の再生処理に必要なガス量は、水素ガスの発生能力、除湿部３の構造、吸着剤の種類によって異なるが、定格電圧がＤＣ１５Ｖ〜１，０００Ｖで、定格電流が１００Ａ〜２，５００Ａであり、定格電圧並びに定格電流での運転時における水素ガス発生能力が１Ｎｍ３／ｈ〜１，０００Ｎｍ３／ｈとなる電解セルを備えた装置の場合、概ね水素ガス発生能力の５０％〜２００％分であり、具体的には、水素ガス発生能力が５Ｎｍ３／ｈの装置であれば、バッファータンク３３の容量は２．５ｍ３〜１０ｍ３となる。
【００３８】
このようにして水素ガスを製造すると、バッファータンク３３から供給される被処理ガス、即ち、吸着筒で除湿処理される被処理ガスの温度と圧力とが比較的安定した状態になるため、吸着筒で単位時間当たりに吸着される水分量を比較的精度良く把握することができる。
従って、吸着筒が予想外に早期に破過してしまうことを抑制することができる。
しかも、本実施形態の水素ガス製造方法では、日射が弱まって電解セル１１からの水素ガスの発生量が少なくなってもバッファータンク３３に蓄えられている水素ガスで吸着筒の再生が可能になるため、吸着筒の再生不足を原因とした早期の破過を発生させるおそれも抑制し得る。
また、バッファータンク３３を吸着筒の上流側へ設けることで、発電量が低い、即ち水素発生量が低い場合において、再生処理に使用される処理済ガス量が除湿処理により生成する処理済ガス量を上回り、ユースポイント側に蓄えられている処理済ガスを除湿部３に返送して再生処理に消費せざるを得なくなる事態が生じることを防止でき、ユースポイント側に蓄えられている処理済ガス量が正味で減少する事態を防止することができる。
このように本実施形態の水素ガス製造設備を利用した水素ガス製造方法では、変動の激しい再生可能エネルギーを電解セルの運転に有効活用することができる。
【００３９】
本実施形態においては、再生可能エネルギーとして太陽光を利用する場合を例にしているが、本発明においては太陽光以外の再生可能エネルギーを水の電気分解に利用することができ、そのような場合も本発明として意図する範囲のものである。
また、本実施形態においては、吸着筒を２台並列にした態様を例示しているが、本発明においては３台以上の吸着筒を用いてもよい。
さらに、本実施形態においてはバッファータンクから吸着筒への被処理ガスの供給を規制するバルブを吸着筒の上流側に配した態様を例示しているが、本発明においては前記バルブを吸着筒の下流側に配してもよい。
また、ここではこれ以上の詳述を行わないが、水素ガス製造設備、及び、水素ガス製造方法に係る技術事項で、従来公知の事項については、本発明の効果が著しく損なわれない範囲において本発明に採用が可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１：電解部、２：発電部、２１：太陽光発電パネル、３：除湿部、３１：第１吸着筒，３２：第２吸着筒、３３：バッファータンク、４：第１搬送部、５：第２搬送部、Ｖ１：バルブ（第１バルブ）
【図１】
2019023328.tif 000003
【図２】
2019023328.tif 000004
【図３】
2019023328.tif 000005
【図４】
2019023328.tif 000006
【図５】
2019023328.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成30年11月1日(2018.11.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を電気分解して水素ガスを発生する電解セルを備えた電解部と、
前記電解部から供給される水素ガスを被処理ガスとして除湿処理を実施し、該除湿処理がされた後の処理済ガスとして前記被処理ガスよりも水分含有量の低い水素ガスを得る除湿部と、
前記被処理ガスを前記電解部から前記除湿部へと搬送する第１搬送部と、
前記処理済ガスを前記除湿部からユースポイントに向けて搬送する第２搬送部と、を備えており、
前記電解部には、再生可能エネルギーから得られる電力を利用して前記電気分解が実施される前記電解セルが備えられ、
前記除湿部は、前記除湿処理を実施すべく前記被処理ガスに含まれている水分を吸着する吸着筒を有し、該吸着筒として第１吸着筒と第２吸着筒との少なくとも２台の吸着筒を有しており、
該吸着筒に収容されている吸着剤は、加熱されることで吸着した水分を放出する再生可能な吸着剤であり、
該除湿部は、前記第１吸着筒及び前記第２吸着筒の内の一方の吸着筒に収容されている前記吸着剤を再生しつつ他方の吸着筒で前記除湿処理を実施し得るように構成されており、且つ、
該除湿部は、前記他方の吸着筒での前記除湿処理によって得られた前記処理済ガスを前記第２搬送部を通じてユースポイント側に供給するとともに該処理済ガスの一部を前記一方の吸着筒に分配して前記吸着剤の再生に利用し得るように構成されており、
該除湿部には、前記第１搬送部を通じて導入される前記被処理ガスを前記吸着筒よりも上流側で一時貯留するバッファータンクと、該バッファータンクから前記吸着筒への前記被処理ガスの供給を規制するバルブと、がさらに備えられ、
該除湿部では、前記バッファータンク内の前記被処理ガスの圧力が、０．５ＭＰａ〜０．９ＭＰａの範囲内で設定される基準値よりも高い場合に前記バルブが開状態になって前記バッファータンク内の前記被処理ガスが前記吸着筒に供給される水素ガス製造設備。
【請求項２】
前記除湿部は、前記基準値よりも値が高い第２基準値によって前記処理済ガスの分配状況を変更し得るように構成されており、且つ、
前記バッファータンク内の前記被処理ガスの圧力が該第２基準値よりも高い場合には前記ユースポイント側への前記処理済ガスの供給と前記一方の吸着筒への前記処理済ガスの供給と、を実施し、前記圧力が前記基準値よりも高く且つ前記第２基準値以下の場合には前記一方の吸着筒への前記処理済ガスの供給を実施しつつ前記ユースポイント側への前記処理済ガスの供給を停止するよう構成されている請求項１記載の水素ガス製造設備。
【請求項３】
水を電気分解して水素ガスを発生する電解セルを備えた電解部と、
前記電解部から供給される水素ガスを被処理ガスとして除湿処理を実施し、該除湿処理がされた後の処理済ガスとして前記被処理ガスよりも水分含有量の低い水素ガスを得る除湿部と、
前記被処理ガスを前記電解部から前記除湿部へと搬送する第１搬送部と、
前記処理済ガスを前記除湿部からユースポイントに向けて搬送する第２搬送部と、を備えている水素ガス製造設備を用いて水素ガスを製造する水素ガス製造方法であって、
前記電解部には、再生可能エネルギーから得られる電力を利用して前記電気分解が実施される前記電解セルが備えられ、
前記除湿部は、前記除湿処理を実施すべく前記被処理ガスに含まれている水分を吸着する吸着筒を有し、該吸着筒として第１吸着筒と第２吸着筒との少なくとも２台の吸着筒を有しており、
該吸着筒に収容されている吸着剤は、加熱されることで吸着した水分を放出する再生可能な吸着剤であり、
該除湿部には、前記第１搬送部を通じて導入される前記被処理ガスを前記吸着筒よりも上流側で一時貯留するバッファータンクと、該バッファータンクから前記吸着筒への前記被処理ガスの供給を規制するバルブと、がさらに備えられている水素ガス製造設備を用い、
該除湿部では、
前記第１吸着筒及び前記第２吸着筒の内の一方の吸着筒に収容されている前記吸着剤を再生しつつ他方の吸着筒で前記除湿処理を実施し、
前記他方の吸着筒での前記除湿処理によって得られた前記処理済ガスを前記第２搬送部を通じてユースポイント側に供給するとともに該処理済ガスの一部を前記一方の吸着筒に分配して前記吸着剤の再生に利用し、且つ、
前記バッファータンク内の前記被処理ガスの圧力が、０．５ＭＰａ〜０．９ＭＰａの範囲内で設定される基準値よりも高い場合に前記バルブを開状態にして前記バッファータンク内の前記被処理ガスを前記吸着筒に供給して前記除湿処理を実施する、水素ガス製造方法。
【請求項４】
前記除湿部では、前記基準値よりも値が高い第２基準値によって前記処理済ガスの分配状況を変更し、
前記バッファータンク内の前記被処理ガスの圧力が前記第２基準値よりも高い場合に前記ユースポイント側への前記処理済ガスの供給と、前記一方の吸着筒への前記処理済ガスの供給と、を実施し、且つ、前記圧力が前記基準値よりも高く且つ前記第２基準値以下の場合には前記一方の吸着筒への前記処理済ガスの供給を実施しつつ前記ユースポイント側への前記処理済ガスの供給を停止する請求項３記載の水素ガス製造方法。
【請求項５】
前記除湿部では、前記第２基準値よりも値が高い第３基準値に基づいて前記バッファータンクから前記被処理ガスの放出を実施し、
前記バッファータンク内の前記被処理ガスの圧力が前記第３基準値よりも高い場合にバッファータンクから前記被処理ガスを放出する請求項４記載の水素ガス製造方法。