(57)【要約】    【課題】  必要とする電力を低減でき、しかも、水素リークの生じない水素製造装置を提供することにある。    【解決手段】  電解液貯蔵タンク７に貯蔵された電解液は、電解液加圧ポンプ１１により加圧して電気分解槽１に供給される。電解槽１では、電解液は整流器８から加えられる直流電圧により電気分解される。電気分解により生成された水素は、加圧された状態で生成され、水素貯蔵タンク６に貯蔵される。副次生成物は大気中に放出される。    【選択図】  図１
2005113246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液を電気分解槽により電気分解して水素を製造する水素製造装置において、
前記電気分解槽に供給される前記電解液を加圧する電解液加圧手段を備え、
この電解液加圧手段によって加圧された電解液を前記電気分解槽により電気分解して加圧された水素を製造することを特徴とする水素製造装置。
【請求項２】
請求項１記載の水素製造装置において、
前記電気分解槽は、水素発生時の副次生成物として酸素を発生するものであり、
燃焼により発電する発電設備を備え、
前記発電設傭より発生する電力により前記電気分解槽における電気分解を行い、前記電気分解槽から発生する酸素を前記発電設傭に供給する空気に添加することを特徴とする水素製造装置。
【請求項３】
請求項１記載の水素製造装置において、
前記電気分解槽は、水素発生時の副次生成物として酸素を発生するものであり、
前記電気分解槽により発生した水素および酸素を加圧した状態で貯蔵する水素貯蔵タンクおよび酸素貯蔵タンクと、
前記電気分解槽にて発生した水素および酸素を反応させて電力を発生する燃料電池もしくは前記電気分解槽にて発生した水素および酸素を燃焼させて動力を発生するガスエンジンとを備え、
前記燃料電池もしくはガスエンジンにより発生した水を再度、前記電気分解槽における電解液として利用することを特徴とする水素製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素製造装置に係り、特に、燃料電池車等に水素を供給するに好適な水素製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の水素製造装置では、例えば、特開２００２−１８０９０６号公報に記載されているように、製造された水素は、水素圧縮機によって、水素スタンドの場合３５ＭＰａ〜７５ＭＰａに加圧され、貯蔵タンクに貯蔵される構成となっている。貯蔵された水素は必要に応じて、燃料電池車等へ供給される。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１８０９０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特開２００２−１８０９０６号公報に記載のように、水素圧縮機により加圧する場合、水素は分子量は最も小さいために、複数段に分けて圧縮機と構成する必要があると供に、膨大な電力を必要とするという問題があった。また、水素は分子そのものが小さいために、圧縮機からのリーク生じやすいという問題もあった。また、従来の高圧水素製造装置を用いた水素スタンドの場合、水素加圧に要する電力需要が大きいために、水素の製造コストが増大し、水素販売価格も同時に高くなるという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、必要とする電力を低減でき、しかも、水素リークの生じない水素製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、電解液を電気分解槽により電気分解して水素を製造する水素製造装置において、前記電気分解槽に供給される前記電解液を加圧する電解液加圧手段を備え、この電解液加圧手段によって加圧された電解液を前記電気分解槽により電気分解して加圧された水素を製造するようにしたものである。  
かかる構成により、必要とする電力を低減でき、しかも、水素リークが生じないものとすることができる。
【０００７】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記電気分解槽は、水素発生時の副次生成物として酸素を発生するものであり、燃焼により発電する発電設備を備え、前記発電設傭より発生する電力により前記電気分解槽における電気分解を行い、前記電気分解槽から発生する酸素を前記発電設傭に供給する空気に添加するようにしたものである。
【０００８】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記電気分解槽は、水素発生時の副次生成物として酸素を発生するものであり、前記電気分解槽により発生した水素および酸素を加圧した状態で貯蔵する水素貯蔵タンクおよび酸素貯蔵タンクと、前記電気分解槽にて発生した水素および酸素を反応させて電力を発生する燃料電池もしくは前記電気分解槽にて発生した水素および酸素を燃焼させて動力を発生するガスエンジンとを備え、前記燃料電池もしくはガスエンジンにより発生した水を再度、前記電気分解槽における電解液として利用するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、必要とする電力を低減でき、しかも、水素リークが生じないようにすることができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図１を用いて、本発明の第１の実施形態による水素製造装置の構成について説明する。  
図１は、本発明の第１の実施形態による水素製造装置の構成図である。
【００１１】
本実施形態による水素製造装置は、電解槽１と、水素貯蔵タンク６と、電解液貯蔵タンク７と、整流器８と、電解液加圧ポンプ１１とを備えている。電解槽１は、水素製造部２と、副次生成物製造部３と、水素取出し部４と、副次生成物取出し部５とを備えている。水素製造部２および副次生成物製造部３には電極が備えられ、これらの電極には整流器８から直流電圧を印加される。
【００１２】
電解液貯蔵タンク７には、電解液が貯蔵されている。電解液貯蔵タンク７から供給される電解液は、電解液加圧ポンプ１１にて３５ＭＰａ〜７５ＭＰａに加圧された後に、電解槽１へ供給される。電解槽１の水素製造部２では、電解液が電気分解されて水素が発生し、水素取出し部４から取り出される。ここで、本実施形態では、電解液の状態で既に３５ＭＰａ〜７５ＭＰａに加圧されているために、発生する水素の圧力は既に３５ＭＰａ〜７５ＭＰａである。発生した高圧水素は、貯蔵タンク６に貯蔵される。貯蔵された水素９は必要に応じて、燃料電池車等へ供給される。電解槽１の副次生成物製造部３では、電解液が電気分解されて副次生成物が発生し、副次生成物取出し部５から取り出され、大気中に放出される。
【００１３】
以上説明したように、本実施形態では、電気分解により発生した水素を水素圧縮機で加圧するのではなく、電解槽に供給する電解液を液体状態において必要な３５ＭＰａ〜７５ＭＰａに加圧しておくことにより、電解槽で生成される水素もすでに加圧されているものである。したがって、加圧に要する動力はガスに比して液体状態が圧倒的に少なくできるので、必要な電力を低減できる。また、加圧ポンプは単段で加圧可能であり、設置面積的にも有効である。更に、電気分解槽から水素貯蔵タンクまで水素ガスのリークもなくすことができるので、安全面が向上するものである。
【００１４】
次に、図２を用いて、本発明の第２の実施形態による水素製造装置の構成について説明する。  
図２は、本発明の第２の実施形態による水素製造装置の構成図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００１５】
本実施形態では、図１に示した水素製造装置にマイクロタービンを組合せたものである。そして、図１に示した構成に加えて、マイクロタービン１２と、マイクロタービン１２によって駆動される発電機９と、酸素用減圧弁１３と、マイクロタービン１２ヘの空気供給ダクト１４とを備えている。
【００１６】
電解液貯蔵タンク７から供給される電解液は電解液加圧ポンプ１１にて３５ＭＰａ〜７５ＭＰａに加圧された後に、電解槽１に供給される。この場合、電解液の状態で既に３５ＭＰａ〜７５ＭＰａに加圧されているために、電気分解により発生した水素は、既に３５ＭＰａ〜７５ＭＰａである。発生した高圧水素は、貯蔵タンク６に貯蔵される。貯蔵された水素は必要に応じて、燃料電池車等へ供給される。副次生成物である酸素は、副次生成物取出し口５から取り出されて、減圧弁１３を経て大気圧まで減圧された後、空気供給ダクト１４にて空気中へ混入される。高酸素濃度空気により、マイクロタービンの性能は燃焼ガス温度で決定されるので、高酸素濃度分だけ供給燃料量を低減でき、燃費を向上できる。マイクロタービン１４によって発電機９が駆動され、発生した電力は、整流器８によって整流され、電解槽１における電気分解に用いられる。
【００１７】
以上のようにして、特に水素発生時の副次生成物が酸素である水素製造装置を、燃焼により発電する発電設備と組合せて、発電設備より発生する電力により水素製造装置の電気分解を行い、水素製造装置から発生する酸素を発電設備に供給する空気に添加する。これにより、必要な電力を低減でき、水素ガスのリークもなくすことができるとともに、従来は捨てていた副次生成物である酸素を発電設備に供給する空気に混入させることにより、高酸素雰囲気を作り出し、燃焼ガスの温度を上げることにより、燃費を向上させるものである。これにより、副次生成物の形で無駄に捨てられていた動力を、発電機側で回収することができる。
【００１８】
次に、図３を用いて、本発明の第３の実施形態による水素製造装置の構成について説明する。  
図３は、本発明の第３の実施形態による水素製造装置の構成図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００１９】
本実施形態では、図１に示した水素製造装置にガスエンジンを組合せたものである。そして、図１に示した構成に加えて、酸素用減圧弁１３と、水素用減圧弁１５と、ガスエンジン１６と、ガスエンジン１６により駆動される発電機８と、排ガス凝縮装置１７と、逆止弁１８と、酸素貯蔵タンク１９とを備えている。
【００２０】
電解液貯蔵タンク７から供給される電解液は電解液加圧ポンプ１１にて３５ＭＰａ〜７５ＭＰａに加圧された後に、電解槽１に供給される。この場合、電解液の状態で既に３５ＭＰａ〜７５ＭＰａに加圧されているために、電気分解により発生した水素は、既に３５ＭＰａ〜７５ＭＰａである。発生した高圧水素は、貯蔵タンク６に貯蔵される。貯蔵された水素は必要に応じて、燃料電池車等へ供給される。
【００２１】
副次生成物である酸素は、副次生成物取出し口５から取り出されて、貯蔵タンク１９に貯蔵される。ガスエンジン１６の使用時は、水素は水素用減圧弁１５にて減圧されガスエンジン１６に供給され、酸素は酸素用減圧弁１３にて減圧されて、ガスエンジン１６へ供給され、燃焼させることにより、ガスエンジン１６により動力を取る。ガスエンジン１６からの排ガスである蒸気は、排ガス凝縮装置１７により水に戻された後、逆止弁１８を経て電解液貯蔵タンク７に戻される。これにより、電力を水素及び酸素の形で貯蔵できることになる。ガスエンジン１６によって発電機９が駆動され、発生した電力は、整流器８によって整流され、電解槽１における電気分解に用いられる。なお、ガスエンジン１６に代えて、燃料電池を用いるようにしてもよいものである。
【００２２】
以上のようにして、水素製造装置にて発生した水素及び酸素を加圧した状態、好ましくは３５ＭＰａ〜７５ＭＰａに加圧した状態で貯蔵できるタンクを設置し、水素製造装置の下流に燃料電池やエンジン等を設置し、発生した水素及び酸素を減圧して供給して反応乃至燃焼させ、電力乃至動力を発生させ、反応乃至燃焼により発生した水を再度、水素製造装置の電解液として再利用する。これにより、必要な電力を低減でき、水素ガスのリークもなくすことができるとともに、新たに電解液を追加することなく、燃料電池乃至エンジン等を運転できる。更に、この場合は、水素はシステム内で生成、消費されるために、大気に直接触れる機会が存在しないために、リークなどのリスクを効果的に低減できる。
【００２３】
次に、図４を用いて、本発明の第４の実施形態による水素製造装置の構成について説明する。  
図４は、本発明の第４の実施形態による水素製造装置の構成図である。なお、図２と同一符号は、同一部分を示している。
【００２４】
本実施形態では、図２に示した水素製造装置にマイクロタービンを組合せたものを水素スタンドに適用したものである。そして、図２に示した構成に加えて、燃料タンク２０と、水素供給装置２２とを備えている。
【００２５】
燃料タンク２０から供給された燃料により、マイクロタービン１２は発電する。発電した電力の全量乃至一部は、水素製造装置である電解槽１に必要な電解液加圧ポンプ動力及び電気分解に使用される。余剰電力は、水素スタンドの所内動力等に使用される。水素製造装置である電解槽１から発生した水素は、水素貯蔵タンク６に貯蔵され、必要に応じて水素供給装置２２により燃料電池自動車等に供給される。また、水素製造装置である電解槽１から発生した酸素は、酸素減圧弁１３にて大気圧まで減圧され、空気供給ダクト１４にて空気へ混入され、マイクロタービン２１に供給される。
【００２６】
このように、本実施形態によれば、夜間電力により水素製造及び貯蔵を行い、昼間に燃料電池車などに水素を供給する水素スタンドとすることにより、従来水素圧縮機で加圧する方式に必要であった電力を削減でき、その分水素製造コストを削減でき、水素販売価格を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態による水素製造装置の構成図である。
【図２】本発明の第２の実施形態による水素製造装置の構成図である。
【図３】本発明の第３の実施形態による水素製造装置の構成図である。
【図４】本発明の第４の実施形態による水素製造装置の構成図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…電解槽
２…水素製造部
３…副次生成物製造部
４…水素取出し部
５…副次生成部取出し部
６…水素貯蔵タンク
７…電解液貯蔵タンク
８…整流器
９…発電機
１１…電解液加圧ポンプ
１２…マイクロタービン
１３…酸素用減圧弁
１４…空気供給ダクト
１５…水素用減圧弁
１６…ガスエンジン
１７…排ガス凝縮装置
１８…逆止弁
１９…酸素貯蔵タンク
２０…燃料タンク
２２…水素供給装置
【図１】
2005113246.tif 000003
【図２】
2005113246.tif 000004
【図３】
2005113246.tif 000005
【図４】
2005113246.tif 000006