(57)【要約】    【課題】水素ガス製造方法における更なる省エネルギー化を図ること。    【解決手段】再生工程で吸着筒から排出される排出ガスの水分含有量を測定する。【選択図】  図１
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【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させる電解工程と、
前記水素ガスを被処理ガスとして吸着剤による除湿処理を行う除湿工程と、
該除湿工程に用いられた前記吸着剤を再生する再生工程と、が実施され、
前記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の少ない水素ガスが製造される水素ガス製造方法であって、
前記除湿工程では、加熱されることで吸着した水分を放出して再生される吸着剤が用いられ、該吸着剤が収容されている吸着筒を前記被処理ガスが通過することによって前記除湿処理が実施され、
前記除湿工程に用いられた後の前記吸着筒で前記再生工程を実施し、該吸着筒で再び前記除湿工程を実施するまで別の吸着筒で前記除湿工程を実施し得るように前記吸着筒が複数用いられ、
前記再生工程では、前記吸着筒に収容されている前記吸着剤が加熱されるとともに水素ガスが再生用ガスとして該吸着筒に供給され、前記吸着剤から放出された水分を含む前記再生用ガスが該吸着筒から排出ガスとして排出され、且つ、該排出ガスの単位体積当たりの水分含有量が測定される水素ガス製造方法。
【請求項２】
前記処理済ガスの一部が前記再生用ガスとして利用される請求項１記載の水素ガス製造方法。
【請求項３】
前記排出ガスから熱回収され、該熱回収によって得られた熱で前記再生工程に用いる前記再生用ガスが加熱される請求項１又は２記載の水素ガス製造方法。
【請求項４】
前記再生工程では、前記吸着剤の加熱が開始された後の経過時間がさらに測定される請求項１乃至３の何れか１項に記載の水素ガス製造方法。
【請求項５】
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電解部と、
前記電解部から供給される前記水素ガスを被処理ガスとして吸着筒による除湿処理が行われる除湿部と、を備え、
前記除湿部で除湿処理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の少ない水素ガスが製造される水素ガス製造設備であって、
前記吸着筒には、加熱することによって、吸着した水分を放出させて再生させることができる吸着剤が収容されており、
該除湿部は、前記除湿処理に用いられた後の前記吸着筒に収容されている除湿剤を再生して該吸着筒で再び前記除湿処理を実施するまでの間、別の吸着筒で前記除湿処理を実施し得るように複数の前記吸着筒が備えられており、
前記吸着筒の前記再生では、前記吸着筒に収容されている前記吸着剤が加熱されるとともに水素ガスが再生用ガスとして該吸着筒に供給され、前記吸着剤から放出された水分を含む前記再生用ガスが該吸着筒から排出ガスとして排出され、
前記除湿部には、前記排出ガスの単位体積当たりの水分含有量を測定するための水分量測定装置がさらに備えられている水素ガス製造設備。
【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工程と、前記水素ガスを被処理ガスとして吸着剤による除湿処理を行う除湿工程と、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の少ない水素ガスが製造される水素ガス製造方法と、この種の水素ガスの製造に用いられる水素ガス製造設備とに関する。
【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は、水を電気分解して前記水素ガスを発生させる方法が広く知られている。
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発生した水素ガスを被処理ガスとして除湿処理が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を除湿する工程を実施し、これと並行して第２の吸着筒では吸着剤を再生する工程を実施し、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の吸着筒から再生工程の終了した第２の吸着筒へと切り替えて第２の吸着筒で除湿工程を継続して実施させ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】
近年の環境負荷軽減に対する要望の高まりによって前記のような水素ガス製造方法においては、消費エネルギーを低減させて省エネルギー化することが求められている。
しかしながら、従来の水素ガス製造方法においては十分な省エネルギー化がなされていない。
そこで、本発明は水を電気分解して水素ガスを製造する水素ガス製造方法において省エネルギー化を図ることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決すべく本発明者が鋭意検討したところ、吸着剤を加熱再生して吸着性能の再利用が図られているような場合においては、この再生のために使用する水素ガスの消費量を削減したり、この再生のためのエネルギーを削減したりすることが省エネルギー化に有効であることを見出した。
そして、本発明者は、従来の吸着筒の再生工程では当該再生工程を完了させるタイミングがタイマー制御となっているために、再生工程時に流す水素ガスが必要以上に消費されていたり、吸着剤が必要以上に加熱されていたりする場合がある点に着目して本発明を完成させるに至った。
【０００７】
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させる電解工程と、前記水素ガスを被処理ガスとして吸着剤による除湿処理を行う除湿工程と、該除湿工程に用いられた前記吸着剤を再生する再生工程と、が実施され、前記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の少ない水素ガスが製造される水素ガス製造方法であって、前記除湿工程では、加熱されることで吸着した水分を放出して再生される吸着剤が用いられ、該吸着剤が収容されている吸着筒を前記被処理ガスが通過することによって前記除湿処理が実施され、前記除湿工程に用いられた後の前記吸着筒で前記再生工程を実施し、該吸着筒で再び前記除湿工程を実施するまで別の吸着筒で前記除湿工程を実施し得るように前記吸着筒が複数用いられ、前記再生工程では、前記吸着筒に収容されている前記吸着剤が加熱されるとともに水素ガスが再生用ガスとして該吸着筒に供給され、前記吸着剤から放出された水分を含む前記再生用ガスが該吸着筒から排出ガスとして排出され、且つ、該排出ガスの単位体積当たりの水分含有量が測定される水素ガス製造方法を提供する。
【０００８】
また、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電解部と、前記電解部から供給される前記水素ガスを被処理ガスとして吸着筒による除湿処理が行われる除湿部と、を備え、前記除湿部で除湿処理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の少ない水素ガスが製造される水素ガス製造設備であって、前記吸着筒には、加熱することによって、吸着した水分を放出させて再生させることができる吸着剤が収容されており、該除湿部は、前記除湿処理に用いられた後の前記吸着筒に収容されている除湿剤を再生して該吸着筒で再び前記除湿処理を実施するまでの間、別の吸着筒で前記除湿処理を実施し得るように複数の前記吸着筒が備えられており、前記吸着筒の前記再生では、前記吸着筒に収容されている前記吸着剤が加熱されるとともに水素ガスが再生用ガスとして該吸着筒に供給され、前記吸着剤から放出された水分を含む前記再生用ガスが該吸着筒から排出ガスとして排出され、前記除湿部には、前記排出ガスの単位体積当たりの水分含有量を測定するための水分量測定装置がさらに備えられている水素ガス製造設備を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、再生工程が実施されている吸着筒から排出される排出ガスに含まれる水分量が把握できるため、当該吸着筒に収容されている吸着剤の再生状況を把握することができ、必要以上に再生用水素ガスが消費されたり、必要以上に吸着剤が加熱されたりすることを抑制させることができる。
即ち、本発明によれば、再生用水素ガスの消費量や、吸着剤の加熱再生に要するエネルギーを従来に比べて抑制させ得る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態に係る水素ガス製造設備の概略的な系統図。
【図２】水素ガス製造設備における除湿部の一つの運転状況を例示した概略図。
【図３】水素ガス製造設備における除湿部の別の運転状況を例示した概略図。
【図４】除湿工程を行っていた吸着筒を再生工程に移行する際の動作を示した概略図。
【図５】除湿工程で得られた水素ガス以外の水素ガスを使って再生工程を行う際の運転状況を例示した概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の好ましい実施形態に係る水素ガス製造方法について説明する。
まず、水素ガス製造方法に用いられる水素ガス製造設備１００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、水素ガス製造設備１００は、前記電解セル１１で電気分解する水を電解部１に供給する水供給部２を有している。
なお、本実施形態での水素ガス製造設備１００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。
【００１２】
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の少な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。
【００１３】
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６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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
前記水供給部２は、水の電気分解によって水が消費されて前記純水タンク１２における水の水位が予め設定した下限以下になった場合に当該純水タンク１２に水を供給すべく構成されている。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
ヒーター３１ａ，３２ａは、筒内で直接的に吸着剤を加熱する直接加熱方式のものであっても、吸着剤を収容したケースの外側から吸着剤を間接的に加熱する間接加熱方式のものであってもよい。
なお、ヒーター３１ａ，３２ａは、電熱線を用いたものに限定されず、オイルなどの熱媒を循環させる方式のものであってもよい。
吸着剤の加熱は、例えば、電気ヒーターやオイルヒーターに限定されず、例えば、マイクロ波を照射するような方法を採用してもよい。
第１吸着筒３１のヒーター３１ａの通電経路には、該ヒーター３１ａを通電状態と非通電状態とに切り替えるための開閉器３１ｓが備えられ、第２吸着筒３２のヒーター３２ａの通電経路には、該ヒーター３２ａを通電状態と非通電状態とに切り替えるための開閉器３２ｓが備えられている。
【００１９】
本実施形態の除湿部３では、後述するように再生工程で吸着剤の再生が行われる吸着筒から排出される排出ガスに対して露点計での水分量測定が実施される。
そして、本実施形態の除湿部３は、この露点計で測定される測定値（露点）について所望の値を設定することが可能な制御装置ＣＴＲが備えられており、前記開閉器３１ｓ，３２ｓの開閉（ｏｎ／ｏｆｆ）や、後述するガス供給先を切り替える切替装置がこの制御装置ＣＴＲで制御されるように構成されている。
【００２０】
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ガス供給切替装置を備えている。
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。
【００２１】
前記除湿部３には、水素ガスの供給先を切り替えるための３つのガス供給切替装置Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が備えられている。
第１のガス供給切替装置Ｃ１（以下「第１切替装置（Ｃ１）」ともいう）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の前記吸着筒３１，３２への供給を制御するためのものである。
より具体的に説明すると、前記第１切替装置Ｃ１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。
第２のガス供給切替装置Ｃ２（以下「第２切替装置（Ｃ２）」ともいう）は、除湿処理がされた後の水素ガスの経路を切り替えるためのものである。
該第２切替装置Ｃ２は、吸着筒３１，３２の下流側に配置されている。
第３のガス供給切替装置Ｃ３（以下「第３切替装置（Ｃ３）」ともいう）は、吸着剤の再生に利用されて水分を多く含んだ状態となった水素ガスの経路を切り替えるためのものである。
本実施形態の除湿部３では、前記第１搬送部４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、前記第１搬送部４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、除湿部３への被処理ガスの入り口から吸着筒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切替装置Ｃ１は、この分岐点に配されており、第１吸着筒３１と第２吸着筒３２との内の少なくとも一方に被処理ガスを供給する供給状態、及び、第１吸着筒３１と第２吸着筒３２との何れにも被処理ガスを供給しない非供給状態となるように構成されている。
具体的には、前記第１切替装置Ｃ１は、第１吸着筒３１と第２吸着筒３２との何れに対しても被処理ガスを供給させないモードと、第１吸着筒３１と第２吸着筒３２との何れか一方に対して被処理ガスを供給するモードと、第１吸着筒３１と第２吸着筒３２の両方に対して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切替装置Ｃ１は、前記非供給状態となるモード、前記供給状態で第１吸着筒３１に被処理ガスを供給するモード、前記供給状態で第２吸着筒３２に被処理ガスを供給するモード、及び、前記供給状態で第１吸着筒３１と第２吸着筒３２両方に被処理ガスを供給するモードの４つのモードに切り替え可能になっている。
【００２２】
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切替装置Ｃ２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非供給状態のモードと、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供給状態となって第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。
【００２３】
本実施形態の除湿部３は、前記第１の流通経路Ｌ１から分岐して系外へと向かう経路を構成する第５の流通経路Ｌ５と、前記第２の流通経路Ｌ２から分岐して系外へと向かう経路を構成する第６の流通経路Ｌ６とを備えている。
本実施形態の除湿部３は、前記第１吸着筒３１と前記第２吸着筒３２とを再生する際に、これらの下流側から上流側に向けて再生用ガス（水素ガス）を流通させ得るように構成されている。
そして、前記第５の流通経路Ｌ５と前記第６の流通経路Ｌ６とは、それぞれ再生に用いられた後の水素ガスを排出ガスとして系外に排出すべく用いられるものである。
【００２４】
本実施形態の除湿部３は、前記第５の流通経路Ｌ５を流通する排出ガスと前記第３の流通経路Ｌ３を流通する水素ガスとの間で熱交換を行うための第１熱交換器Ｅ１と、前記第６の流通経路Ｌ６を流通する排出ガスと前記第４の流通経路Ｌ４を流通する水素ガスとの間で熱交換を行うための第２熱交換器Ｅ２とをさらに備えている。
前記第５の流通経路Ｌ５と前記第６の流通経路Ｌ６とは、熱交換器の下流側で接続されて、一つの経路となるように統合されており、前記接続がされている箇所に前記第３切替装置Ｃ３が配されている。
尚、前記第５の流通経路Ｌ５と前記第６の流通経路Ｌ６とが統合された後の前記第３切替装置Ｃ３の下流側の経路は、前記第５の流通経路Ｌ５や前記第６の流通経路Ｌ６とともに水素ガスを系外に排出するための経路を構成するものである。
即ち、第５の流通経路Ｌ５と第６の流通経路Ｌ６には、系外へ排出するガスの排出先を切り替えるべく前記第３切替装置Ｃ３が接続されている。
なお、前記第１吸着筒３１に収容されている吸着剤を加熱再生させる場合、第３切替装置Ｃ３は、その際に発生する排出ガスを系外に排出させるべく機能し、前記第５の流通経路Ｌ５は、この排出ガスの流通経路となるものである。
また、前記第２吸着筒３２に収容されている吸着剤を加熱再生させる場合、第３切替装置Ｃ３は、その際に発生する排出ガスを系外に排出させるべく機能し、前記第６の流通経路Ｌ６は、この排出ガスの流通経路となるものである。
本実施形態の除湿部３は、第３切替装置Ｃ３の下流側の位置において、排出ガスの単位体積当たりの水分含有量を測定するための水分量測定装置として露点計ＤＰ１を備えている。
該露点計ＤＰ１としては、例えば、酸化アルミ式の静電容量式センサーを利用した一般的なものを採用することができる。
【００２５】
前記露点計ＤＰ１で測定される露点は、第５の流通経路Ｌ５や第６の流通経路Ｌ６を流れる排出ガスが大気圧に近い圧力となっているので、通常、排出ガスの露点を大気圧状況下で測定した値と略同じになる。
即ち、前記排出ガスの単位体積当たりの水分含有量及び前記露点は、通常、露点計ＤＰ１が設置されている位置での配管の単位容積あたりに含まれる水分量から一義的に求められる。
【００２６】
本実施形態の除湿部３は、前記露点計ＤＰ１で得られた測定結果に基づいて前記第１吸着筒３１のヒーター３１ａの開閉器３１ｓや記第２吸着筒３２のヒーター３２ａの開閉器３２ｓを制御し得るように構成されている。
具体的には、本実施形態の除湿部３は、露点計ＤＰ１で観測される露点（ＤＰｘ（℃））が前記制御装置ＣＴＲに予め設定した基準値（ＤＰｓ（℃））以下となった場合に制御装置ＣＴＲから発信される制御信号によってヒーター３１ａ，３２ａの通電を規制し得るように構成されており、より具体的には、露点計ＤＰ１で観測される露点が設定値以下となった場合にヒーター３１ａ，３２ａをそれぞれ電源オフの状態にし得るように構成されている。  
なお、露点計ＤＰ１での測定は、連続的であっても定期的なものであってもよい。
【００２７】
本実施形態の除湿部３は、ヒーター３１ａ，３２ａの通電が開始してからの経過時間を測定するためのタイマーＴＭを備えており、第１吸着筒３１及び第２吸着筒３２のそれぞれの吸着剤の再生のための加熱が開始された後の経過時間を測定し得るように構成されている。
本実施形態の水素ガス製造設備１００は、前記タイマーＴＭを備えることでヒーター３１ａ，３２ａの異常などを検知することができる。
例えば、吸着筒での吸着剤の再生に通常要する時間を統計的に調査しておき、該調査に基づいて前記時間の基準値（基準時間（Ｔｓ））を前記制御装置ＣＴＲに設定し、前記タイマーＴＭでカウントされる経過時間（Ｔｘ）が基準時間（Ｔｓ）に到達しても前記露点計ＤＰ１で観測される値（ＤＰｘ（℃））が基準値（ＤＰｓ（℃））に到達しない場合は、ヒーター３１ａ，３２ａなどに異常が生じていると判断できる。
従って、本実施形態の水素ガス製造設備１００には、タイマーＴＭからの信号に基づいて起動するアラームなどを更に備えさせることができる。
尚、ここではこれ以上詳述しないが本実施形態の水素ガス製造設備１００には、従来の水素ガス製造設備と同様の機器類がその構成部材として備えられている。
【００２８】
本実施形態の水素ガス製造設備１００は、上記のように水が電気分解されて水素ガスが発生する電解部１と、前記水素ガスが被処理ガスとなって吸着剤による除湿処理が行われる除湿部と、を備え、該除湿部では前記除湿処理に用いられた前記吸着剤が再生され、前記除湿部には、加熱されることで吸着した水分を放出して再生される前記吸着剤が収容されている吸着筒が備えられている。
本実施形態の水素ガス製造設備１００の前記除湿部では、前記吸着筒を前記被処理ガスが通過することによって前記除湿処理が実施されて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の少ない水素ガスが製造される。
そして、本実施形態の水素ガス製造設備１００の前記除湿部は、前記除湿処理に用いられた後の前記吸着筒を再生して再び該吸着筒で前記除湿処理を実施するまでの間に別の吸着筒で前記除湿処理を実施し得るように第１吸着筒と第２吸着筒とを含む複数の前記吸着筒を備えており、前記第１吸着筒及び前記第２吸着筒に収容されている前記吸着剤を加熱するためのヒーターと、水素ガスを再生用ガスとして前記第１吸着筒及び前記第２吸着筒に供給するための水素ガスの流通経路と、前記吸着剤から放出された水分を含む前記再生用ガスを排出ガスとして前記第１吸着筒及び前記第２吸着筒から排出させるための水素ガスの流通経路とを備え、前記排出ガスの単位体積当たりの水分含有量を測定する水分量測定装置をさらに備えている。
そのため、本実施形態の水素ガス製造設備１００は、良好な乾燥状態となった処理済ガスを、エネルギー消費を抑制しつつ製造することができる。
【００２９】
次いで、このような水素ガス製造設備１００を使った水素ガス製造方法について図２〜４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、水を電気分解して水素ガスを発生させる電解工程と、前記水素ガスを被処理ガスとして吸着剤による除湿処理を行う除湿工程と、該除湿工程に用いられた前記吸着剤を再生する再生工程と、が実施され、前記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の少ない水素ガスが製造される。
本実施形態の水素ガス製造方法における前記除湿工程では、加熱されることで吸着した水分を放出して再生される吸着剤が用いられ、該吸着剤が収容されている吸着筒を前記被処理ガスが通過することによって前記除湿処理が実施される。
また、本実施形態の水素ガス製造方法では、前記除湿工程に用いられた後の前記吸着筒で前記再生工程を実施し、該吸着筒で再び前記除湿工程を実施するまで別の吸着筒で前記除湿工程を実施し得るように前記吸着筒が複数用いられる。
そして、本実施形態の水素ガス製造方法における前記再生工程では、前記吸着筒に収容されている前記吸着剤が加熱されるとともに水素ガスが再生用ガスとして該吸着筒に供給され、前記吸着剤から放出された水分を含む前記再生用ガスが該吸着筒から排出ガスとして排出され、且つ、該排出ガスの単位体積当たりの水分含有量が測定される。
【００３０】
本実施形態の水素ガス製造方法では、前記処理済ガスを得るために前記のように第１吸着筒３１と第２吸着筒３２とを含む複数の吸着筒が用いられる。
従って、原則的には前記第１吸着筒３１で除湿工程を行っている間は、それまで除湿工程を行っていた前記第２吸着筒３２で再生工程が行われ、前記第１吸着筒３１で除湿工程が行われている間に前記第２吸着筒３２での再生工程が完了し、再び該第２吸着筒３２で除湿工程が行われるとともに第１吸着筒３１で再生工程が行われる。
なお、本実施形態においては、２つの吸着筒を用いる場合を例にしているが、３以上の吸着筒を用いてもよい。
その場合は、例えば、「第１：除湿、第２：再生、第３：待機」→「第１：再生、第２：待機、第３：除湿」→「第１：待機、第２：除湿、第３：再生」といったローテーションを行えばよい。
【００３１】
尚、前記電解工程は、例えば、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を通電状態にして前記純水を電気分解することによって実施することができる。
このとき時間経過とともに電解セル１１が温度上昇して電解セル１１から発生する水素ガスは常温（例えば、２３℃）よりも高温（例えば、４０℃〜８０℃）となって水蒸気の状態で多くの水分を含んだ状態となる。
このような水素ガスをそのまま吸着筒に導入すると吸着筒の負荷が過大なものとなるため、該水素ガスは凝縮器などで冷却して凝縮水を除去した状態で吸着筒へ導入させることが好ましい。
【００３２】
前記電解部１で発生した水素ガスＷＨ２は、次いで、除湿部３において除湿処理に供される。
該除湿部３での前記除湿工程及び前記再生工程は、例えば、前記第１吸着筒３１で前記除湿工程を実施する場合、該第１吸着筒３１で前記除湿工程を実施しつつ前記第２吸着筒３２で前記再生工程を実施する。
前記除湿工程は、前記第１切替装置Ｃ１と第３切替装置Ｃ３とによる流路の切替によって電解部１で発生した水素ガスＷＨ２（被処理ガス）を第１の流通経路Ｌ１を経由して第１吸着筒３１に供給し、該被処理ガスを第１吸着筒３１を通過させることによって実施できる。
そして、被処理ガスの除湿処理は、第１吸着筒３１に収容されている吸着剤と被処理ガスとを接触させることによって行うことができる。
第１吸着筒３１への被処理ガスの供給を継続すると、第１吸着筒３１から製品ガスとして十分な乾燥状態になった処理済ガスが排出され、該処理済ガスは、第３の流通経路Ｌ３、第２切替装置Ｃ２、及び、第２搬送部５を通じてユースポイント６へと供給されることになる。
このとき図２に示すように第２切替装置Ｃ２により、処理済ガスの一部を前記第２吸着筒３２の吸着剤を再生するための再生用ガスＲＨ２として第４の流通経路Ｌ４を通じて前記第２吸着筒３２に供給する。
【００３３】
前記第２吸着筒３２での再生工程は、前記ヒーター３２ａに通電して第２吸着筒３２に収容されている前記吸着剤を加熱し、前記被処理ガスよりも水分の少ない水素ガスを再生用ガスＲＨ２として該第２吸着筒３２に供給することで実施される。
該再生工程では、第２吸着筒３２への再生用ガスＲＨ２の供給を継続すると、第２吸着筒３２の前記吸着剤から放出された水分を含む前記再生用ガスが排出ガスＥＨ２となって第２吸着筒３２から押出され、該排出ガスＥＨ２は、第２の流通経路Ｌ２、第６の流通経路Ｌ６、第２熱交換器Ｅ２、及び、第３切替装置Ｃ３を通じて系外に排出されることになる。
【００３４】
前記第２吸着筒３２での吸着剤の加熱温度としては、例えば、吸着剤としてゼオライト粒子を使用する場合には１００〜３５０℃とされ、シリカゲル粒子を使用する場合には１００〜２５０℃、活性アルミナ粒子では１００〜３００℃とされる。
そのため、前記排出ガスＥＨ２は、１００℃以上の温度となって第２吸着筒３２から排出される。
本実施形態における水素ガス製造方法では、前記第２熱交換器Ｅ２を使って前記排出ガスＥＨ２から熱回収が行われ、該熱回収によって得られた熱で前記再生用ガスＲＨ２を前記第２吸着筒３２に供給する前に予め加熱する予熱工程が実施される。
従って、本実施形態においては予熱された再生用ガスＲＨ２の導入により、第２吸着筒内の吸着剤の温度低下が生じることを抑制することができ、前記再生用ガスＲＨ２を加熱温度まで昇温させるために必要なエネルギーを低減できるため、再生工程が終了するまでのヒーター３２ａの消費電力の削減を図ることができる。
【００３５】
第２熱交換器Ｅ２で熱回収がされて温度が低下した排出ガスＥＨ２は、本実施形態においては、前記露点計ＤＰ１によって露点がモニタリングされながら系外へと排出される。
このとき、排出ガスＥＨ２の温度がいまだ高く、露点計ＤＰ１のセンサーに障害を与えるおそれがあるときは、排出ガスＥＨ２をさらに冷却した後に露点計ＤＰ１に導入するようにしてもよい。
この露点計ＤＰ１は、第２吸着筒３２の吸着剤が十分に再生されたかどうかを見極め、再生用ガスＲＨ２の第２吸着筒３２への流通や、第２吸着筒３２でのヒーター３２ａへの通電が必要以上に行われないようにするためのものである。
従って、ヒーター３２ａの電源をオフにする基準となる露点以下とならない範囲であれば第２熱交換器Ｅ２を通過した後の排出ガスＥＨ２の冷却は、当該排出ガスＥＨ２に含まれている水蒸気の凝縮を伴うようなものであってもよい。
但し、露点計ＤＰ１に凝縮水が導入されると誤動作の原因ともなるので、そのような場合はミストトラップなどの凝縮水除去装置を設けることが好ましい。
即ち、本実施形態においては、第２吸着筒３２から排出された排出ガスＥＨ２を冷却する冷却装置と、冷却後の排出ガスＥＨ２から凝縮水を除去するための凝縮水除去装置とを露点計ＤＰ１までの間に設け、第２吸着筒３２から排出された排出ガスＥＨ２を冷却する冷却工程と、該冷却工程後の排出ガスＥＨ２から凝縮水を除去する凝縮水除去工程とを実施し、該凝縮水除去工程後の排出ガスＥＨ２の露点を測定することが好ましい。
そして、前記冷却装置を用いて行う冷却工程は、排出ガスＥＨ２の温度が５℃以上６０℃以下となるように実施することが好ましい。
【００３６】
第２吸着筒３２の吸着剤が十分再生されたと判断できる排出ガスＥＨ２の露点は、例えば、通常、−７０℃程度である。そのため、ヒーター３２ａの電源をオフにする基準となる露点（ＤＰｓ（℃））は、−８０℃〜−７０℃の範囲内の何れかの値に設定されることが好ましい。
【００３７】
本実施形態においては再生工程の終点が前記露点計ＤＰ１によって決定される一方で、前記除湿工程の終点は、運転時間等で決定される。
そのため、図３に示すように除湿工程の運転時間が予め設定した時間を経過しない内に排出ガスＥＨ２の露点（ＤＰｘ（℃））が基準値（ＤＰｓ（℃））以下となった場合は、第２吸着筒３２での再生工程は終了するものの第１吸着筒３１での除湿工程は引き続き実施する。
【００３８】
本実施形態においては、要すれば、第３の流通経路Ｌ３若しくは第４の流通経路Ｌ４、又は、第２搬送部５などに処理済ガスの露点を測定する露点計（ＤＰ２）を設け、該露点計ＤＰ２での測定値に基づいて除湿工程の終点を決定するようにしてもよい（図４参照）。
タイマーなどでの時間制御によって第１吸着筒３１での除湿工程を実施すると、該第１吸着筒３１が吸着性能に余力を残したまま除湿工程を終えることになったり、第１吸着筒３１が破過しているにも関わらず該第１吸着筒３１での除湿工程が継続実施されたりするおそれがあるが、上記のように処理済ガスについても単位体積当たりの水分含有量を測定する方法を採用することでこのような問題が生じることを回避することができる。
この場合、処理済ガスの露点（ＤＰｙ（℃））が基準値（ＤＰｚ（℃））に達するまでの間（図４（ａ）参照）は、通常通りの運転となる。
そして、この間に第２吸着筒３２の再生が完了すると、図３に示したように再生用ガスＲＨ２の供給を停止する。
そして、図４（ｂ）に示すように、処理済ガスの露点（ＤＰｙ（℃））が基準値（ＤＰｚ（℃））以上となった時点で第１切替装置Ｃ１、及び、第３切替装置Ｃ３で水素ガスの経路の切替を行い、被処理ガスの供給先を第１吸着筒３１から第２吸着筒３２へと変更して第２吸着筒３２での除湿工程を開始するとともに第２切替装置Ｃ２による水素ガスの経路の切替、及び、ヒーター３１ａへの通電を行って第１吸着筒３１での再生工程を開始させればよい。
ここで、図５に示すように第２吸着筒３２からの排出ガスＥＨ２の露点（ＤＰｘ）が基準値（ＤＰｓ）に到達しない内に処理済ガスの露点（ＤＰｙ）が除湿工程を終了すべき値（ＤＰｚ）となってしまった場合は、第１切替装置Ｃ１を非供給状態にして第１吸着筒３１での除湿工程を停止させることが好ましい。
但し、そのようにすると第２吸着筒３２に供給する再生用ガスも作製されないことになるため、その場合は、図５（ｂ）に示すように、ユースポイントから乾燥状態の水素ガスを戻してくるか、別途、水素ガスボンベなどを用意しておいて該水素ガスボンベから再生用ガスＲＨ２’を供給させるようにすればよい。
【００３９】
一日の初めに水素ガス製造設備１００の運転を開始した直後の再生工程では、当該運転の直前の運転（前日の運転終了時点）において前記第２吸着筒３２の吸着性能が十分に消費されていないことがある。
第２吸着筒３２は、例えば、吸着可能な最大水分量を１００％とした場合に、一日の運転開始直後の状態では２０〜３０％の吸着水分量となっている場合がある。
このような場合、ヒーター３２ａでの吸着剤の加熱時間は単純計算で通常の２０〜３０％とすることができるはずであるが、従来のタイマー制御では１００％の加熱時間が確保されてしまい、再生工程の後半においては加熱する必要のない吸着剤を加熱している状態になってしまう。
その一方で本実施形態においては、吸着剤が十分に乾燥して再生された時点でヒーター３２ａでの加熱が終了するため従来の同種の水素ガス製造方法に比べてエネルギー消費を削減することができる。
【００４０】
本実施形態においては、電力会社などから供給される商業電力や化石燃料を使って自家発電した安定電源から前記電解セル１１へ電力供給を行ってもよく、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る変動電源から前記電解セル１１へ電力供給を行ってもよい。
なかでも、太陽光発電によって生じた電力を前記電解セル１１に供給するような場合は、除湿工程で用いた吸着筒の水分吸着状態が予測し難く、再生に要するヒーターでの加熱時間が推測し難いため、本発明の効果がより顕著に発揮され得る。
【００４１】
尚、本実施形態においては、再生用ガスの確保のためにカードルなどを用意することを省略し得ることから処理済ガスの一部を前記再生用ガスとして利用する場合を例示しているが、再生用ガスは処理済ガス以外であってもよい。
また、本実施形態においては、ヒーターへの電力供給量をより削減し得る点において排出ガスから熱回収し、該熱回収によって得られた熱で前記再生用ガスを前記吸着筒に供給する前に予め加熱するような態様を例示しているが、必ずしもこのような熱回収を行わなくてもよい。
さらに、本実施形態においては、設備の異常を検知し得るように再生工程では、吸着剤の加熱が開始された後の経過時間をタイマーで測定するようにしているが、必ずしもこのような測定は実施しなくてもよい。
そして、本実施形態においては、排出ガスや処理済ガスの単位体積当たりの水分含有量の測定に露点計を用いる場合を例示しているが、前記水分含有量の測定は露点計以外で行ってもよい。
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】
【００４２】
１：電解部、３：除湿部、１１：電解セル、３１：第１吸着筒，３２：第２吸着筒、４：第１搬送部、５：第２搬送部、ＤＰ１，ＤＰ２：露点計、Ｅ１，Ｅ２：熱交換器、ＥＨ２：排出ガス、ＲＨ２：再生用ガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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