(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜よりなる水電解セルによって、純水を電気分解して水素を発生させるに際し、
発生させた水素を貯留する水素高圧容器と、酸素を貯留する酸素高圧容器の圧力差を、それら容器内に存在する純水を連通させる配管を用いて、前記各容器内の純水を、いずれか一方側に移動させることによって調整すること
を特徴とする高圧水素製造方法。
【請求項２】
固体高分子電解質膜からなる水電解セルによって、純水を電気分解して水素を発生させるに際し、
発生させた水素を貯留する水素高圧容器と、酸素を貯留する酸素高圧容器の圧力差を、前記各容器の水素圧、酸素圧の調整、及びそれら容器内に存在する純水を連通させる配管を用いて、前記各容器内に存在する純水を、いずれか一方側に移動させることによって制御すること
を特徴とする高圧水素製造方法。
【請求項３】
前記圧力差は、
水電解セルの耐圧以下に抑えること
を特徴とする請求項１又は２に記載の高圧水素製造方法。
【請求項４】
前記純水の移動は、
水素高圧容器と酸素高圧容器を結合する純水配管に接続され、かつ各容器内に設けられた開放弁の操作によって行われること
を特徴とする請求項１又は２に記載の高圧水素製造方法。
【請求項５】
前記開放弁の操作は、
開放弁を容器内の純水中に浸漬させた状態で行なうこと
を特徴とする請求項４に記載の高圧水素製造方法。
【請求項６】
前記純水の移動は、
水素高圧容器と酸素高圧容器を結合する純水配管に設けられた圧力調整器によって、自動的に行われること
を特徴とする請求項１又は２に記載の高圧水素製造方法。
【請求項７】
前記純水の移動は、
水素高圧容器と酸素高圧容器を結合する純水配管に設けられた弁の開閉操作によって行われること
を特徴とする請求項１又は２に記載の高圧水素製造方法。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の高圧水素製造方法において、
前記水素高圧容器内に貯留する純水容積を、酸素高圧容器内に貯留する酸素容積以上に、また、酸素高圧容器内に貯留する純水容積を、水素高圧容器内に貯留する水素容積以上に制御しながら行うこと
を特徴とする高圧水素製造方法。
【請求項９】
請求項１又は２に記載の高圧水素製造方法において、
前記酸素高圧容器内に貯留する酸素量を、水素高圧容器内に貯留する水素量の４％以内に制御しながら行うこと
を特徴とする高圧水素製造方法。
【請求項１０】
固体高分子電解質膜からなる水電解セル、発生する水素と水素に付随する純水を貯留する水素高圧容器、原料及び戻り純水と発生する酸素を貯留する酸素高圧容器、水素高圧容器内の純水と酸素高圧容器内の純水を連通する差圧調整用純水配管、及び水素高圧容器と酸素高圧容器内の水素と酸素の圧力差を感知し、その圧力差を制御するための差圧検知器を具備すること
【請求項１１】
固体高分子電解質膜からなる水電解セル、発生する水素と水素に付随する純水を貯留する水素高圧容器、原料純水と発生する酸素を貯留する酸素高圧容器、水素高圧容器内の純水と酸素高圧容器内の純水とを連通させる差圧調整用純水配管、及び純水配管に設けられ、水素高圧容器の純水と酸素高圧容器の純水との圧力差に応じて摺動する摺動子を内部に有する圧力調整器を具備すること
を特徴とする高圧水素製造装置。
【請求項１２】
前記水電解セルは、
水素高圧容器内又は純水酸素高圧容器内に設置されていること
を特徴とする請求項１０又は１１に記載の高圧水素製造装置。
【請求項１３】
請求項１０又は１１に記載の高圧水素製造装置において、
前記酸素高圧容器上方に高圧純水供給槽及び純水補給槽を具備し、それらの底部を接続する送水ポンプと、イオン交換樹脂筒と、フィルタを有する純水循環送り配管、高圧純水供給槽の上部と純水補給槽上部を接続する純水循環戻り配管、酸素高圧容器上部と高圧純水供給槽上部を接続する酸素供給配管、高圧純水供給槽底部と酸素高圧容器内を接続する純水注入配管が配置されている純水製造・供給システムを併せ具備すること
を特徴とする高圧水素製造装置。
【請求項１４】
前記水素高圧容器内の純水と酸素高圧容器内の純水を連通する純水配管は、
水素高圧容器内に開放弁を設けた配管と、酸素高圧容器内に開放弁を設けた配管の２本からなること
を特徴とする請求項１０に記載の高圧水素製造装置。
【請求項１５】
前記開放弁は、
正面視が三角形状の放出口を有していること
を特徴とする請求項１４に記載の高圧水素製造装置。
【請求項１６】
前記差圧検知器は、
水素高圧容器又は酸素高圧容器の圧力で、軸方向に伸縮するベローズで両端が封止され、内部に非活性流体が充満された非磁性材料の円筒と、前記円筒の内面に密着して移動自在に設けられた内部磁性体と、外面に密着して移動自在に設けられた外部磁性体からなる装置主体と、ベローズの伸縮により変化した前記外部磁性体の位置に基づいて差圧を検知する検出器から構成されるものであること
を特徴とする請求項１０に記載の高圧水素製造装置。
【請求項１７】
前記差圧検出器は、
外部磁性体に連動して動く遮光板と、遮光板で遮光される開口部を有する表示板と、開口部を透過した透過光量を電気信号に変換する光電計から構成されるものであること
を特徴とする請求項１６に記載の高圧水素製造装置。
【請求項１８】
前記差圧検出器は、
外部磁性体に連動して電気抵抗体上を摺動する摺動子を構成要素に有するものであること
を特徴とする請求項１６に記載の高圧水素製造装置。
【請求項１９】
前記圧力調整器は、
一端部が水素高圧容器内純水に連通し、他端部が酸素高圧容器内純水に連通する非磁性材料で作られた中空円筒、両純水を遮断すると共に、中空円筒の内面に密着して滑動する磁性材料で作られた内部滑動子及び中空円筒の外面に密着して滑動する磁性材料で作られた外部滑動子からなる装置主体と、前記外部滑動子の位置を検出する位置検出器から構成されるものであること
を特徴とする請求項１１又は１３に記載の高圧水素製造装置。
【請求項２０】
前記中空円筒は、
両端部にスプリングを有すると共に、内部滑動子が、端部まで滑動したとき、純水を流通させる流路を両端に有するものであること
を特徴とする請求項１９に記載の高圧水素製造装置。
【請求項２１】
前記中空円筒は、
両端部にスプリングを有すると共に、内部滑動子が、端部まで滑動したときに作動する、純水を流通させる配管に設けた遮断弁を開閉するスイッチを両端に有するものである
ことを特徴とする請求項１９に記載の高圧水素製造装置。
【請求項２２】
前記中空円筒は、
水素高圧容器内に貯留される水素量と、酸素高圧容器内に貯留される酸素量とのどちらかの少ないほうの容積と等量、もしくはそれ以下の実質容積を有するものであること
を特徴とする請求項１９に記載の高圧水素製造装置。
【請求項２３】
請求項１０乃至２２のいずれかに記載の高圧水素製造装置において、
中心電極と、中心電極を中心にした円筒状電極とを構成要素とする水面計を併せ有すること
を特徴とする高圧水素製造装置。
【請求項２４】
前記水面計は、
棒状の中心電極の外側に外部電極を同心円上に配置したメイン電極と、先端部以外を電気絶縁性円筒で覆った棒状の中心電極の外側に外部電極を同心円上に配置したサブ電極を有すること
を特徴とする請求項２３に記載の高圧水素製造装置。
【請求項２５】
請求項１０乃至２３のいずれかに記載の高圧水素製造装置において、
水素高圧容器に常時開型水素緊急放出弁、純水酸素高圧容器に常時開型酸素緊急放出弁、水電解セルの電源に緊急電源遮断スイッチとを併せ設けたこと
を特徴とする高圧水素製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガス圧縮機を用いることなく、固体高分子電解質膜（ＰＥＭ）を用いて、純水の電気分解だけで高圧の水素、すなわち圧縮水素ガスを発生する高圧水素製造装置に関するものであって、水素クリーンエネルギー関連技術に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在エネルギーの主流となっている石炭や石油などの化石燃料は、その使用に伴って排出される二酸化炭素が地球温暖化の原因とされ、加えて、化石燃料の燃焼で排出される窒素酸化物やイオウ酸化物が人の健康を損ね、酸性雨を降らせたりする原因ともなっているとともに、その埋蔵量は無限ではなく、早晩、枯渇するおそれがある等の多くの問題を有している。
【０００３】
これらの問題を解決するため、再生可能で、クリーンな自然エネルギーによって、化石燃料を代替するための技術開発が求められている。そのなかでも、太陽エネルギーは、地球が受ける１時間分のエネルギーが、人類が今日消費している１年分以上のエネルギーに匹敵するもので、太陽エネルギーだけで、人類のエネルギー需要を賄うことも夢ではないものである。
【０００４】
また、自然エネルギーの利用方法としては、太陽光発電や風力発電等が良く知られているように、自然エネルギーは、一般に、電力として取り出され利用されているが、電力は、そのままでは、貯蔵したり、持ち運んだりすることができないので、電池に充電して貯蔵して利用する方法が行われているものの、電池は、きわめて重く、自己放電するので、使用しなくても消耗する等の問題を有している。
【０００５】
そのため、自然エネルギーで得た電力を水電解によって、クリーンな水素エネルギーに効率よく変換し、水素をエネルギーとして使用する水素経済社会への移行が検討されている。さらに、水素を燃料とする燃料電池（ＰＥＦＣ）の開発が盛んに進められ、これを自動車や家庭用の自家発電に広く使用することが検討されているもので、水素経済社会への移行のため、自然エネルギーで効率よく水素を製造することが求められている。
【０００６】
このような要望を受けて、プロトン（水素イオン）伝導性を有する固体高分子電解質膜（以下、ＰＥＭという。）によって、純水を直接電気分解し、水素と酸素にするＰＥＭ水電解が効率よく水素を製造する方法として注目されている。
このＰＥＭ水電解は、変動への追随性に欠け、起動停止が自由に行えないアルカリ水電解とは異なり、起動停止が自由に行えるという特長を有しているため、定常性に乏しい自然エネルギーから得た、変動の激しい電力を水素に変換する手法として最適なものである。
【０００７】
かくして得られた水素を、エネルギーとして利用する際の最大の課題は、気体である水素を如何にして安全に、しかもコンパクトにして持ち運び（輸送）したり、貯蔵したりするかにあるので、気体である水素を、液体水素にすることや吸蔵合金に吸蔵させる手法が検討されてきたが、最近では、高圧水素の安全性が見直されて、水素を３５０気圧又はそれ以上の高圧に圧縮した圧縮水素として、ボンベ等に充填して貯蔵及び輸送する方法が採用される機会が増え、水素経済社会を構成する技術として、広く用いられるようになってきている。
【０００８】
水の電気分解は、それ自身で高圧の水素及び酸素を発生できる昇圧能力を有しているもので、原理的には、コンプレッサー等の昇圧装置を用いないで、電気分解だけで千気圧以上の高圧水素を発生することも夢ではなく、しかも、機械的に昇圧する場合に比べて可動部が無いため、定期的に点検し、消耗部品を取替える等の保守作業の必要がなく、昇圧効率が良いので動力費も少なくて済む等多くの利点を有している。
【０００９】
しかしながら、ＰＥＭを用いた水電解セルによる電気分解では、現状の水電解セルの耐圧が低いため、数気圧〜数１０気圧程度の水素や酸素の発生がせいぜいで、エネルギー利用で必要とされる３５０気圧又はそれ以上の高圧の水素を発生することはできず、しかも、このような高い圧力の昇圧装置は、今日現在、それ自身も開発テーマとされているもので、電気分解だけで高圧水素を発生できる高圧水素製造装置の出現が待たれていた。
【００１０】
この問題を最初に解決した特許第３，２２０，６０７号（米国特許５，６９０，７９７号）は、水電解セルを、純水と酸素を貯留する高圧容器内の純水中に配置して水電解すると、水電解セルに作用する圧力は、発生する水素と酸素の差圧のみであることに着目し、水素と酸素の圧力を等しくなるように制御することで、耐圧の低い水電解セルを使用しても、水電解セルの耐圧を遥かに超える、高圧の水素及び酸素を発生できるようにしたものである。
【００１１】
しかしながら、この発明においては、水電解セルが純水中に浸漬配置されているので、純水の水質が低下して比抵抗が低下すると、水電解セルの電極間での漏電や電解腐食の問題が発生するため、エネルギー利用で必要とされる数１００気圧以上の高圧水素を発生させることが容易であるとは云えないものであった。
【００１２】
特に、純水は、温度の上昇により比抵抗が低下するが、それに加えて、純水に対する容器壁等の溶出が早くなるため、常時、イオン交換樹脂で純水を再生する必要があるが、処理される純水が高圧であると、イオン交換樹脂粒が破壊するということからも、発生させる圧力には限界があり、水素のエネルギー利用で必要とする高圧水素発生は困難であった。
【００１３】
このような問題を防ぐため、水電解セルを絶縁性液体が充満された高圧容器内に収納するという提案（特開２００１−１３０９０１号公報）がなされたが、絶縁性液体として実用的なものが現状では見当たらず、実用性に乏しいことが分かった。
【００１４】
例えば、絶縁性液体としてのＰＣＢは難燃性で、性能的には優れているが、公害等の問題から製造も使用も禁止され、現在、使用できる絶縁油は、全て、可燃性で、酸素が漏洩すると爆発する危険性があるので、結局、純水が絶縁性液体として優れているが、純水には、先に述べたように比抵抗の経時変化等の問題があり、その使用は困難である。
【００１５】
これらの問題を解決するものとして、先に、発明者は特願２００２−０１９７１３号公報で、水電解セルを、発生した水素の貯留部を兼ねる高圧容器内に配置する、すなわち、水電解セルを高圧水素中に配置すると共に、水電解セルを配置した高圧容器の圧力と電解用純水と発生した酸素の貯留部を兼ねる高圧容器の圧力との差圧を水電解セルの耐圧以下の圧力に調整する、という提案を行なった。
【００１６】
この提案は、先の特許第３，２２０，６０７号などで問題とされた、電解腐食や純水比抵抗低下の問題を一気に解決しただけでなく、水電解セルが破損しても純水が酸素と水素を隔離する働きをも兼ねて、爆鳴気の生ずることを防止できる等、安全性を飛躍的に進歩させたものである。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この提案においては、水電解セルに作用する力を水電解セルの耐圧以内にするために、発生する水素と酸素の差圧を水電解セルの耐圧以内に制御するのであるが、水電解セルの耐圧は一定であるので、発生する水素及び酸素の圧力が増せば増すほど、高い制御精度が求められることになり、圧力制御が、結局は、この提案による発生水素圧力の制限要因となることになる。
【００１８】
すなわち、水電解セルの許容耐圧が４気圧で、水素及び酸素の発生圧力が１０気圧の場合は、圧力制御精度は４／１０、換言すると、４０％以内であればよいので、通常の圧力制御手法により、水電解セルを破損させることなく対応が可能であるが、この水電解セルを用いて４００気圧の水素と酸素を発生する場合を考えると、４／４００、すなわち、１％以上の精密高精度圧力制御が求められ、通常の圧力制御手法では達成が困難で、しかも、今後、必要とされる圧力は、さらに高くなるので、さらに厳しい圧力制御精度が要求されるので、通常の圧力制御手法では不可能に近く、新しい手法が求められている。
【００１９】
さらに、この提案における方法では、純水の液面を測定する水面計にも問題が生じる。
すなわち、電気分解の原料となる純水は、水電解で発生した酸素と共に高圧容器に貯留されるが、標準状態（温度０℃；１気圧）の酸素の密度は、１．４２９×１０−３ｇ／ｃｃで、非常に軽く、容器中では、水が下に、酸素が上になる常識が通用するが、酸素を理想気体と仮定すると、１／１．４２９×１０−３＝７００から、７００気圧の酸素は水と同じ密度になる。
このことは、７００気圧以上では、水が酸素に浮くことになり、ガスは水より軽いとする通常の経験則が通用しなくなる。
【００２０】
幸いなことに、このような密度の逆転は、酸素分子の大きさや分子間力を考慮すると、１０００気圧以上でないと起こらないが、従来広く採用されているフロート式の水面計では、水と酸素の密度差が小さくなると、水流等によりその動作が不安定となり、水面を正確に検知できなくなる。
これに加えて、フロート式水面計に使用するフロートは、見かけの比重を１以下に軽く製造しなければならないので、耐圧性に問題があり、水素のエネルギー利用で必要とされるような、圧力に充分耐えうるフロートの製作が困難とされているので、このような問題が解決でき、高圧下で安定に作動する水面計の開発が先の提案の方法を幅広く、かつ安定に実施するために、強く求められている。
【００２１】
以上のような問題、特に圧力制御精度の問題を解決しない限り、水の電気分解だけで、水素のエネルギー利用で必要とされる３５０気圧又はそれ以上の高圧の水素を安定に製造することは不可能とも言えるもので、発明者は、以上のような問題を解決し、コンプレッサー等の機械的手段を用いないで、エネルギーとして使用するのに必要とされている３５０気圧又はそれ以上の高圧の水素を、水の電気分解だけで安定に、しかも、安全に発生できる高圧水素製造装置を提供することを目的として検討を行ったのである。
【００２２】
その結果、発明者は、発生した水素や酸素を貯留する水素高圧容器、酸素高圧容器のいずれの容器内にも、純水が存在することに着目し、純水を圧力の高い方から低い方に移動させて差圧を解消する方法によって、上記圧力制御の問題が解決でき、また、酸素等の気体と純水との電気伝導率特性が大きく異なっていることを利用して、水面を検知することにより、水面計の問題を解消できることを見出して、この発明を完成させたのである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
すなわち、この発明の請求項１に記載の高圧水素製造方法は、
固体高分子電解質膜よりなる水電解セルによって、純水を電気分解して水素を発生させるに際し、
発生させた水素を貯留する水素高圧容器と、酸素を貯留する酸素高圧容器の圧力差を、それら容器内に存在する純水を連通させる配管を用いて、前記各容器内に存在する純水を、いずれか一方側に移動させることによって調整すること
を特徴とするものである。
【００２４】
また、この発明の請求項２に記載の高圧水素製造方法は、
固体高分子電解質膜からなる水電解セルによって、純水を電気分解して水素を発生させるに際し、
発生させた水素を貯留する水素高圧容器と、酸素を貯留する酸素高圧容器の圧力差を、前記各容器の水素圧、酸素圧の調整、及びそれら容器内に存在する純水を連通させる配管を用いて、前記各容器内に存在する純水を、いずれか一方側に移動させることによって制御すること
を特徴とするものである。
【００２５】
また、この発明の請求項３に記載の発明は、
請求項１又は２に記載の高圧水素製造方法において、
前記圧力差は、
水電解セルの耐圧以下に抑えること
を特徴とするものである。
【００２６】
また、この発明の請求項４に記載の発明は、
請求項１又は２に記載の高圧水素製造方法において、
前記純水の移動は、
水素高圧容器と酸素高圧容器を結合する純水配管に接続され、かつ各容器内に設けられた開放弁の操作によって行われること
を特徴とするものである。
【００２７】
また、この発明の請求項５に記載の発明は、
請求項４に記載の高圧水素製造方法において、
前記開放弁の操作は、
開放弁を容器内の純水中に浸漬させた状態で行なうこと
を特徴とするものである。
【００２８】
また、この発明の請求項６に記載の発明は、
請求項１又は２に記載の高圧水素製造方法において、
前記純水の移動は、
水素高圧容器と酸素高圧容器を結合する純水配管に設けられた圧力調整器によって、自動的に行われること
を特徴とするものである。
【００２９】
また、この発明の請求項７に記載の発明は、
請求項１又は２に記載の高圧水素製造方法において、
前記純水の移動は、
水素高圧容器と酸素高圧容器を結合する純水配管に設けられた弁の開閉操作によって行われること
を特徴とするものである。
【００３０】
また、この発明の請求項８に記載の発明は、
請求項１又は２に記載の高圧水素製造方法において、
前記水素高圧容器内に貯留する純水容積を、酸素高圧容器内に貯留する酸素容積以上に、また、酸素高圧容器内に貯留する純水容積を、水素高圧容器内に貯留する水素容積以上に制御しながら行うこと
を特徴とする高圧水素製造方法である。
【００３１】
また、この発明の請求項９に記載の発明は、
請求項１又は２に記載の高圧水素製造方法において、
前記酸素高圧容器内に貯留する酸素量を、水素高圧容器内に貯留する水素量の４％以内に制御しながら行うこと
を特徴とする高圧水素製造方法である。
【００３２】
さらに、この発明の請求項１０に記載の発明は、
固体高分子電解質膜からなる水電解セル、発生する水素と水素に付随する純水を貯留する水素高圧容器、原料及び戻り純水と発生する酸素を貯留する酸素高圧容器、水素高圧容器内の純水と酸素高圧容器内の純水を連通する差圧調整用純水配管、及び水素高圧容器と酸素高圧容器内の水素と酸素の圧力差を感知し、その圧力差を制御するための差圧検知器を具備すること
を特徴とする高圧水素製造装置である。
【００３３】
また、この発明の請求項１１に記載の発明は、
固体高分子電解質膜からなる水電解セル、発生する水素と水素に付随する純水を貯留する水素高圧容器、原料純水と発生する酸素を貯留する酸素高圧容器、水素高圧容器内の純水と酸素高圧容器内の純水とを連通させる差圧調整用純水配管、及び純水配管に設けられ、水素高圧容器の純水と酸素高圧容器の純水との圧力差に応じて摺動する摺動子を内部に有する圧力調整器を具備すること
を特徴とする高圧水素製造装置である。
【００３４】
また、この発明の請求項１２に記載の発明は、
請求項１０又は１１に記載の高圧水素製造装置において、
前記水電解セルは、
水素高圧容器内又は純水酸素高圧容器内に設置されていること
を特徴とするものである。
【００３５】
また、この発明の請求項１３に記載の発明は、
請求項１０又は１１に記載の高圧水素製造装置において、
前記酸素高圧容器上方に高圧純水供給槽及び純水補給槽を具備し、それらの底部を接続する送水ポンプと、イオン交換樹脂筒と、フィルタを有する純水循環送り配管、高圧純水供給槽の上部と純水補給槽上部を接続する純水循環戻り配管、酸素高圧容器上部と高圧純水供給槽上部を接続する酸素供給配管、高圧純水供給槽底部と酸素高圧容器内を接続する純水注入配管が配置されている純水製造・供給システムを併せ具備すること
を特徴とする高圧水素製造装置である。
【００３６】
また、この発明の請求項１４に記載の発明は、
請求項１０に記載の高圧水素製造装置において、
前記水素高圧容器内の純水と酸素高圧容器内の純水を連通する純水配管は、
水素高圧容器内に開放弁を設けた配管と、酸素高圧容器内に開放弁を設けた配管の２本からなること
を特徴とするものである。
【００３７】
また、この発明の請求項１５に記載の発明は、
請求項１４に記載の高圧水素製造装置において、
前記開放弁は、
正面視が三角形状の放出口を有していること
を特徴とするものである。
【００３８】
また、この発明の請求項１６に記載の発明は、
請求項１０に記載の高圧水素製造装置において、
前記差圧検知器は、
水素高圧容器又は酸素高圧容器の圧力で、軸方向に伸縮するベローズで両端が封止され、内部に非活性流体が充満された非磁性材料の円筒と、前記円筒の内面に密着して移動自在に設けられた内部磁性体と、外面に密着して移動自在に設けられた外部磁性体からなる装置主体と、ベローズの伸縮により変化した前記外部磁性体の位置に基づいて差圧を検知する検出器から構成されるものであること
を特徴とするものである。
【００３９】
また、この発明の請求項１７に記載の発明は、
請求項１６に記載の高圧水素製造装置において、
前記差圧検出器は、
外部磁性体に連動して動く遮光板と、遮光板で遮光される開口部を有する表示板と、開口部を透過した透過光量を電気信号に変換する光電計から構成されるものであること
を特徴とするものである。
【００４０】
また、この発明の請求項１８に記載の発明は、
請求項１６に記載の高圧水素製造装置において、
前記差圧検出器は、
外部磁性体に連動して電気抵抗体上を摺動する摺動子を構成要素に有するものであること
を特徴とするものである。
【００４１】
また、この発明の請求項１９に記載の発明は、
請求項１１に記載の高圧水素製造装置において、
前記圧力調整器は、
一端部が水素高圧容器内純水に連通し、他端部が酸素高圧容器内純水に連通する非磁性材料で作られた中空円筒、両純水を遮断すると共に、中空円筒の内面に密着して滑動する磁性材料で作られた内部滑動子及び中空円筒の外面に密着して滑動する磁性材料で作られた外部滑動子からなる装置主体と、前記外部滑動子の位置を検出する位置検出器から構成されるものであること
を特徴とするものである。
【００４２】
また、この発明の請求項２０に記載の発明は、
請求項１９に記載の高圧水素製造装置において、
前記中空円筒は、
両端部にスプリングを有すると共に、内部滑動子が、端部まで滑動したとき、純水を流通させる流路を両端に有するものであること
を特徴とするものである。
【００４３】
また、この発明の請求項２１に記載の発明は、
請求項１９に記載の高圧水素製造装置において、
前記中空円筒は、
両端部にスプリングを有すると共に、内部滑動子が、端部まで滑動したときに作動する、純水を流通させる配管に設けた遮断弁を開閉するスイッチを両端に有するものである
ことを特徴とするものである。
【００４４】
また、この発明の請求２２に記載の発明は、
請求項１９に記載の高圧水素製造装置において、
前記中空円筒は、
水素高圧容器内に貯留される水素量と、酸素高圧容器内に貯留される酸素量とのどちらかの少ないほうの容積と等量、もしくはそれ以下の実質容積を有するものであること
を特徴とするものである。
【００４５】
また、この発明の請求項２３に記載の発明は、
請求項１０乃至２２のいずれかに記載の高圧水素製造装置において、
中心電極と、中心電極を中心にした円筒状電極とを構成要素とする水面計を併せ有すること
を特徴とする高圧水素製造装置である。
【００４６】
また、この発明の請求項２４に記載の発明は、
請求項２３に記載の高圧水素製造装置において、
前記水面計は、
棒状の中心電極の外側に外部電極を同心円上に配置したメイン電極と、先端部以外を電気絶縁性円筒で覆った棒状の中心電極の外側に外部電極を同心円上に配置したサブ電極を有すること
を特徴とするものである。
【００４７】
さらにまた、この発明の請求項２５に記載の発明は、
請求項１０乃至２３のいずれかに記載の高圧水素製造装置において、
水素高圧容器に常時開型水素緊急放出弁、純水酸素高圧容器に常時開型酸素緊急放出弁、水電解セルの電源に緊急電源遮断スイッチとを併せ設けたこと
を特徴とする高圧水素製造装置である。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の高圧水素製造方法とその装置の好適な実施の形態を、添付の図面に基づいて説明する。
【００４９】
図１は、この発明の高圧水素製造装置の一実施例を示す概略説明図であって、この高圧水素製造装置は、基本的には、水電解セル１が発生した水素雰囲気中に収まるように配設された水素高圧容器２と、電解される原料純水と、戻り純水及び発生した酸素を貯留する酸素高圧容器６２、水素高圧容器２内の純水と、酸素高圧容器６２内の純水を連通する純水配管１６ａ，１６ｂ及び水素高圧容器２と酸素高圧容器６２内の水素と酸素の圧力差を感知し、その圧力差を制御するための差圧検知器５３とで構成されるものである。
【００５０】
図１に示される高圧水素製造装置において、電解される純水は、酸素高圧容器６２からポンプ７により水電解セル１に送られ、電源６１から水電解に必要な電力を供給すると、純水が電気分解して、水素放出口３から水素と純水が水素高圧容器２内に放出され、発生した酸素と未分解の純水は、戻り管４を通って酸素高圧容器６２に送られる。
【００５１】
水素高圧容器２内及び酸素高圧容器６２内は、それぞれ発生した水素及び酸素により昇圧し、所定の圧力、例えば、４００気圧の状態になるが、水素の需要の無い時は、この状態で電解を中止して待機しているもので、水素を必要とする時は、弁５７を開放し、ニードル弁５６を徐々に開くことによって、水素供給口５５から水素が供給される。
【００５２】
水素の供給によって、水素高圧容器２内の圧力が低下することが圧力計５４で計測されると、圧力計５４に連動する制御装置（図示せず）からの指令で、電源６１から水電解セル１に電力の供給が再開され、圧力計５４の圧力が再び元の値に戻るまで電力が供給される。
【００５３】
圧力計５４の圧力が回復すると、ニードル弁５６の開度をさらに増し、圧力計５４の圧力が回復するまで電源６１の電力を増す。このようにして、ニードル弁５６の開度を増しても圧力が低下しなくなるか、または電源６１の供給電力が許容最高電力になれば、その状態を維持して水素の供給を続ける。
【００５４】
純水の電解で水素と共に、水電解セル１で発生する酸素は、酸素高圧容器６２上部の酸素貯留部５２に溜められる。
【００５５】
この酸素貯留部５２に溜められた酸素の圧力と、水素高圧容器２内の水素の圧力との差圧は、電解中及び水素供給中、下記に具体例の一例が示される差圧検知器５３で計測され、この計測信号により、通常、制御装置（図示せず）が弁４４の開閉及びニードル弁４３の開度を制御し、差圧検知器５３からの差圧信号が０になるように酸素放出口４５からの酸素放出量を制御する。
【００５６】
このようにして、水素高圧容器２内の圧力と、純水酸素高圧容器６２内の圧力が等しいように制御されながら、電解が行われ、水素供給口５５からの水素供給が行われる。
【００５７】
従来の高圧水素製造装置においては、上記のように、酸素高圧容器６２と水素高圧容器２の差圧は、酸素及び水素、特に酸素の放出により調整しているが、一般に、水電解セル１の耐圧から期待できる許容圧力は、４気圧程度であるので、前記したように、この水電解セル１を用いて、例えば、４００気圧の水素と酸素を発生させる場合は、１％以上の高精度の圧力制御が求めらる。
【００５８】
そのため、この発明においては、水素供給口５５に接続され、水素供給を受けている装置の水素消費量の変動や、電源６１の供給電力の変動等による圧力制御乱れにより、差圧が水電解セル１の許容耐圧を超える、すなわち、圧力制御乱れによる水電解セル１の許容耐圧以上の差圧発生を回避するため、水素高圧容器２内の純水と、酸素高圧容器６２内の純水を連通する純水配管16ａ，１６ｂと、純水配管16ａ，１６ｂにそれぞれ接続され、差圧に基づいて作動する開放弁８及び１７が設けられている。
【００５９】
したがって、水素高圧容器２内の水素圧力が、酸素高圧容器６２内の酸素圧力より低くなって、その差圧が、セル１の許容圧力値を超えるおそれが出てきた場合には、開放弁８から酸素高圧容器６２内の純水が、水素高圧容器２内に放出され、これにより酸素高圧容器６２内の純水容積が減少し、酸素貯留部５２の酸素容積が増え、酸素高圧容器６２内の酸素圧力が低下すると共に、水素高圧容器２内の圧力は高くなって、許容耐圧以下に差圧が維持される。
【００６０】
その際、水素高圧容器２内の水素容積が２０Ｌ、酸素高圧容器６２内の酸素容積が０．４Ｌ（水素の２％）とし、発生圧力が４００気圧とすると、０．４Ｌの１％である４ｃｃの純水が、酸素高圧容器６２から流出し、水素高圧容器２に流入し、酸素圧力は、４００気圧の１％である４気圧減少し、水素圧力は、０．０８気圧増加するので、合計で４．０８気圧の差圧を、僅か４ｃｃの純水の流出入で効率よく解消させることができる。
【００６１】
酸素高圧容器６２内の水面５１を制御することは、特に３５０気圧以上での水素発生に際しては重要で、この発明においては、後述するような水面計５０を酸素高圧容器６２内に配置し、常時水面５１を計測し、水面５１が所定の位置より低下すると、弁３８を開いて高圧純水供給槽４１内の純水を、その重力を利用して酸素高圧容器６２内に流し込み、高圧純水供給槽４１から酸素高圧容器６２に純水が流入すると、同時に同じ量の酸素が、弁３９を通って高圧純水供給槽４１に流れ込む。
【００６２】
高圧純水供給槽４１内の純水を、酸素高圧容器６２内に重力を利用して流し込むには、高圧純水供給槽４１を酸素高圧容器６２より高い位置に、また、高圧純水供給槽４１に純水を補給する純水補給槽４０も、同位置又はさらに高い位置に設置することが肝要である。
【００６３】
高圧純水供給槽４１への純水補給は、弁３８と３９を閉止して、弁３６と３７を開放して行われる。すなわち、弁３８と３９を閉にして酸素高圧容器６２と分離し、弁３６及び３７を開にして、純水補給槽４０の純水を、ポンプ３２によりイオン交換樹脂筒３３及びフィルタ３４を通して行う。
【００６４】
その際、純水の比抵抗が比抵抗計３５により計測され、比抵抗値が低いと、水電解セル１の触媒電極等が被毒し、水電解セル１の寿命を縮めるので、純水を循環させて、比抵抗値が所定値以上に高くなるまで、イオン交換樹脂筒３３を複数回通過させ、イオン交換処理を行う。
【００６５】
純水補給槽４０が高圧純水供給槽４１の上方に設置されていると、高圧純水供給槽４１内は、純水で満たされ、気泡等も除去できるので、弁３６及び３７を閉止して、弁３８及び３９を開にした時の圧力変動は、純水の体積変化だけで、圧力制御の面では、ほとんど無視できる。
【００６６】
ポンプ３２による純水の循環は、常圧で行われるので、ポンプ３２、イオン交換樹脂筒３３、フィルタ３４及び比抵抗計３５は、全て、常圧で動作する。
このポンプ３２による純水循環の終了は、比抵抗計３５により計測される純水比抵抗値により決められる。
【００６７】
また、高圧純水供給槽４１と同じ機能を有する予備槽を設けることによって、どちらか一方を常に待機させれば、酸素高圧容器６２への純水供給に滞りが生ずることはない。
【００６８】
酸素高圧容器６２内の純水は、水電解セル１に送られて水電解の原料となるので、長期に貯留して純水比抵抗が、例えば、６ＭΩ／ｃｍ２以下というように、水質が低下すると、水電解セル１の触媒電極等が被毒し、水電解セル１の寿命を縮めることがあるので、酸素高圧容器６２内の純水の水質低下を防ぐためには、随時、純水の一部を新鮮な純水と交換することが望ましい。
【００６９】
酸素高圧容器６２内の純水の交換は、弁１８を開いて純水排出槽１９に純水酸素高圧容器６２内の純水を流し込み、弁１８を閉じ、弁２１を開き、純水排出槽１９内の純水を受水槽２３に排出し、その分の純水を、高圧純水供給槽４１から補給することで行われる。
【００７０】
その際、純水交換操作での圧力変動を少なくするため、純水排出槽１９の容積は、酸素貯留部５２の１％程度にすることがよく、純水の交換頻度は、純水の使用量にもよるが、１日当たり１０回程度（１０％程度）で問題ない。
【００７１】
水素高圧容器２には、発生した水素と共に、水電解セル１の陽極から陰極への浸透純水が水素放出口３から放出され、水素高圧容器２内の底部に溜まる。
【００７２】
この純水の貯留量は、酸素高圧容器６２の酸素貯留部５２容積の２倍程度以上にするのがよく、その量の制御は、水面計１０により水面９を検知し、所定量以上に純水が増えると、弁１１を開にして純水受槽１２に流し込む。純水受槽１２の容積は、弁１１を開にし、純水受槽１２に純水を流し込む操作での圧力変動が水電解セル１の耐圧で定まる許容耐圧以下になるように定める。
【００７３】
例えば、水素高圧容器２内の水素の最高発生圧を４００気圧、貯留される水素容積を２０リットル、水電解セル１の許容圧を４気圧とした場合、純水受槽１２の容積を０．２リットル（１％）以下にすると、弁１１を開にして純水を純水受槽１２に流入させる操作での水素圧力変動は、最大でも４００×１％＝４気圧となる。
【００７４】
その際、何らかの要因が重なって、この操作で４気圧以上の差圧が発生することがあっても、開放弁８及び１７の作用で、水電解セル１の耐圧の許容値を超える差圧は発生しない。
【００７５】
なお、図１において、５は水の電気分解で発生した熱を冷却するための熱交換器、６は水電解セル１に供給する純水を所望の温度にするための熱交換器、１３は電気抵抗式の水面計、１５は純水排出管、２０は電気式の水面計、２４はフロート式の水面計、２５は水供給口、２７はポンプ、２８はイオン交換筒、２９はフィルタ、３０は純水比抵抗を計測するための純水比抵抗計、３１はフロート式の水面計、４６は酸素緊急放出口、４７は酸素緊急放出弁、４８は圧力計、４９は酸素中の水素濃度を検知するガス漏洩検知器、５８は水素緊急放出弁、５９は水素緊急放出口、６０は水素中の酸素濃度を計測する漏洩検知器である。
【００７６】
図２は、この発明に使用する差圧検知器の一例を示す部分断面図で、図に示されるように、この差圧検知器５３は、水素高圧容器２又は酸素高圧容器６２の圧力で、軸方向に伸縮するベローズ106，107で両端が封止され、内部に非活性流体が充満された非磁性材料の円筒101と、円筒101の内面に密着して軸方向にスライド自在に設けられた内部磁性体104と、円筒101の外面に密着し、かつ前記内部磁性体104と連動し、軸方向にスライド自在に配置された外部磁性体105からなる装置主体100と、前記ベローズ106，107の伸縮によりスライド移動する外部磁性体105と連動して差圧を検知する検出器120から構成されている。
【００７７】
なお、この検出器120は、外部磁性体105に連動して動く遮光板119と、遮光板119で遮光される開口部117，118を有する表示板116と、開口部117，118を透過した透過光量を電気信号に変換する光電計（図示せず）から構成されるものである。
【００７８】
図２示される差圧検知器５３では、水素配管112で水素高圧容器２内の水素が水素圧力室110に送られ、酸素配管113から酸素高圧容器６２内の酸素が酸素圧力室111に送られると、それらの圧力が、各々、ベローズ106及び107に伝えられる。
【００７９】
ベローズ106と107及び円筒101内には、機械油等の流体が充満されているので、圧力を受けても体積が殆ど変化せず、ベローズ106及び107が水素配管112及び酸素配管113により送られる高圧の水素及び酸素から圧力を受けても、その圧力で押し潰されることはない。
【００８０】
水素配管112及び酸素配管113により送られる水素と酸素の圧力が等しい場合は、ベローズ106と107が水素圧力室110及び酸素圧力室111から押される力が等しいため、内部磁性体104は、円筒101の中央に停止した状態を維持する。
【００８１】
しかしながら、水素配管112で送られる水素の圧力が、酸素配管113で送られる酸素の圧力より高い場合は、その差圧によりスプリング114が伸び、スプリング115が縮み、差圧とスプリング114及び115の伸び縮みによる力がバランスする位置まで、酸素圧力室111側に内部磁性体105が固定棒102及び103で押されて移動する。
【００８２】
内部磁性体104と外部磁性体105は、互いに磁気力を及ぼしあって磁気結合しているので、内部磁性体104の移動に伴って外部磁性体105が移動し、外部磁性体105に固定されている遮光板119が移動し、酸素側の開口部118の一部を覆い、開口部117を透過する光量は変化しないが、開口部118を透過する光量が減少する。
【００８３】
逆に、水素配管112で送られる水素の圧力が、酸素配管113から送られる酸素の圧力より低い場合は、水素側の開口部117の一部が遮光板119で覆われ、開口部117を透過する光量が減少する。
【００８４】
したがって、開口部117及び118を透過する光量を計測することで、水素配管112で送られる水素の圧力と、酸素配管113から送られる酸素の圧力との差圧の大きさと、どちらが高くてどちらが低いかが分かるので、例えば、図１の弁４４とニードル弁４３の開閉を制御して、酸素の放出量を制御することにより、開口部117及び118を透過する光量に差が無いようにし、差圧を０にすることができる。
【００８５】
以上の説明においては、光量計測で内部磁性体104の位置を計測する手法を説明したが、計測はスライド抵抗を用いても行える。すなわち、外部磁性体105に摺動子を固定し、外部磁性体105と一体の滑動子の動きに合わせてスライド抵抗上を摺動子が動くようにすることで、内部磁性体104の移動量を計測することもできる。
【００８６】
図３は、この発明で用いた開放弁８及び１７の構造を示す断面図（ａ）と側面図（ｂ）であって、図示されるように、この開放弁８，１７は、円筒状の弁主体１３０に、純水放出のための放出口１３２を設けるとともに、その内部にシリンダー131と、このシリンダー131と連動するスプリング133とを設け、前記スプリング133を、その付勢力が調整可能なようにネジ135と固定ナット136で固定し、水素高圧容器２内又は酸素高圧容器６２内の純水を移動させる純水配管１６ａ又は１６ｂとの接続配管138と、通気口137を有するものである。
【００８７】
この開放弁８，１７は、固定ナット136を緩めてネジ頭134を回転させ、スプリング133の押える強さを調整することによって、接続配管138により伝えられた純水の圧力で押上げられるシリンダー131が、放出口132より上方に位置し、接続配管138の純水が放出口132より放出する圧力を、所望の圧力（セルの耐圧で定まる許容圧）に設定することが可能なもので、固定ナット136を締めて、設定が変わらないようにすることも可能なものである。
【００８８】
シリンダー131は、弁主体130が置かれている雰囲気の圧力が接続配管138内の純水圧力より高くなると、その差圧でスプリング133が縮み、シリンダー131が上方に移動を開始し、接続配管138内の純水の圧力がさらに増すと、シリンダー131が放出口132を越え、放出口132から接続配管138内の純水が放出されるため、接続配管138内の圧力が低下するものであるが、放出口132の形状を逆三角形の形状とすることで、放出される純水量は、差圧が少ない時は少なく、差圧が大きくなると多くなり、差圧が速やかに解消できる。
【００８９】
図４は、酸素等の気体と、純水との電気伝導率特性が大きく異なっていることを利用した水面計の断面図で、図１における水面計５０であり、棒状の中心電極150aと、この中心電極150aの外側に、同心円上に配置された外部電極150bとからなるメイン電極150と、先端部以外を電気絶縁性円筒で覆った棒状の中心電極151aと、この中心電極151aの外側に、同心円上に配置された外部電極151bとからなるサブ電極151とで構成されている。
【００９０】
なお、図中、152は純水水面、153a及び153bは通気口、154a及び154bは外部電極150b，151bの取付け部、155a及び155bは中心電極150a，150bの取付け部、156a及び156bは絶縁碍子、157a及び157bは外部電極150b，151bの取付け用の固定治具、158は取付け用のフランジ、159a及び159bは固定治具157a及び157bを固定するためのナット、160a及び160bは絶縁板、161a及び161bは座金、162a及び162bはリード線、163a及び163bは座金、164a及び164bは中心電極150a，150bを固定するためのナット、165a〜167bはＯリングである。
【００９１】
かかる構成の水面計５０において、中心電極150aと外部電極150bが純水中に浸漬されると、中心電極150aと外部電極150b間を浸漬している純水の抵抗が、リード線162aとアース間に、電気抵抗計を接続すると計測できるので、この抵抗値をＲｍとする。
【００９２】
一方、リード線162bとアース間の電気抵抗を計測すると、絶縁円筒168で覆われないで露出している中心電極150bの先端部と、外部電極151b間の純水の抵抗が計測できるので、この抵抗値をＲｒとする。
【００９３】
中心電極151aが、絶縁円筒168で覆われていない先端部の長さをＬｒとし、中心電極150aと外部電極150bが、純水で浸漬されている長さをＬｘとすると、
Ｌｘは、下記式（１）により求めることができる。
【００９４】
【式１】
Ｌｘ＝Ｌｒ（Ｒｒ／Ｒｍ）          （１）
【００９５】
上記式（１）によりＬｘが求まると、純水水面152の位置が分かる。
純水比抵抗は、イオン交換樹脂筒を出たところでは、１８ＭΩ／ｃｍ２程度であるが、時間の経過にしたがって、純水容器壁等を溶解してイオン濃度が増えると共に減少するが、純水比抵抗が経時変化しても、その都度、Ｒｒを計測して補正するので、常に正確な水面位置を検知できる。
【００９６】
酸素及び水素等のガスは、電気的に絶縁性であるので、リード線164aとアース間の電気抵抗は、中心電極150aと外部電極150bが浸漬している純水の電気抵抗だけで定まり、酸素又は水素の電気抵抗による影響は無視できる。
【００９７】
また、中心電極150aや外部電極150bをはじめ、全て、耐圧性に優れた構造としているので、材料的にも耐圧性の高い材料が使用可能で、従来のフロート式水面計のような圧力制限を受けることはない。
【００９８】
さらに、水面計５０において、高圧の酸素と水が共存する雰囲気で、電極間に電気を印可するのは、電解腐食を発生させるおそれがあるが、計測をパルス的に行ったり、中心電極150a，151a及び外部電極150b，151b等を、電解腐食に強いチタンや白金等の貴金属メッキを施す等により、それらの問題は回避することができ、さらに、リード線164aとアース間の電気抵抗Ｒｒの計測は、純水比抵抗の計測であるため、純水水質の評価データとしても利用でき、純水酸素高圧容器６２内の純水を交換する頻度も求めることができる。
【００９９】
図５は、この発明にかかる高圧水素製造装置の他の実施例で、上記実施例と同様に、水電解セル１は、水素高圧容器２内に発生した水素雰囲気中に収まるように配設され、電解される原料純水と、戻り純水及び発生した酸素を貯留する酸素高圧容器６２をも同様に具備しているが、差圧検知器５３の代わりに、圧力調整器７０を具備したもので、開放弁８及び１７は除かれている。
【０１００】
この圧力調整器７０は、酸素高圧容器６２と水素高圧容器２との間の純水の圧力差により、両者間の純水を、圧力の高い方から低い方に移動させ、差圧を解消させる機能を有するものである。
【０１０１】
すなわち、酸素高圧容器６２内の圧力が水素高圧容器２内の圧力より高くなると、酸素高圧容器６２内の純水が、圧力調整器７０に流入すると共に、同じ量の純水が圧力調整器７０から水素高圧容器２内に押し戻されるので、酸素高圧容器６２内の圧力は純水量が減少し、酸素貯留部５２の容積が増えるので、圧力は下がり、一方の水素高圧容器２内は純水量が増えるので圧力が上がって、差圧が解消される。
【０１０２】
また、圧力調整器７０は、純水の移動量を検知し、弁４４とニードル弁４３の開閉を制御装置（図示せず）で制御して、水素高圧容器２側に移動した純水を、酸素高圧容器６２に戻すと共に、このような移動が起こらないように、酸素放出口４５から放出する酸素量を調整して、圧力を均等にする機能も有するものである。
【０１０３】
水電解セル１から発生する水素の発生量を、圧力計５４で測定する圧力が、所定の圧力になるよう電源６１から水電解セル１に供給する電流量を制御して行うこと、酸素高圧容器６２への純水補給及び排水と、水素高圧容器２からの排水については、図１に示された実施例の方法と同じであるので、説明は省略する。
【０１０４】
図６（ａ）は、上記の実施例で用いられる具体的な圧力調整器７０の部分断面図で、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＡ−Ａ’に沿った断面図で、この圧力調整器７０は、非磁性材料で作られた中空円筒170と、中空円筒170の内面に密着して滑動する、磁性材料からなる内部滑動子171と、中空円筒170の外面に密着して滑動する、磁性材料で作られた外部滑動子172からなる装置主体190と、外部滑動子172の位置を検出する位置検出器200から構成されるもので、前記の内部滑動子171で二分された中空円筒170の一方には、水素高圧容器２内の純水184が導入され、他方には酸素高圧容器６２内の純水185が導入されるものである。
【０１０５】
水素高圧容器２からの純水184と、酸素高圧容器６２からの純水185は、内部滑動子171によって隔離され、分離されているため、純水184と純水185とが入り交じることは無く、水素高圧容器２内の圧力と、酸素高圧容器６２内の圧力が等しく、それらの間に差圧が発生しない状態では、内部滑動子171は、中空円筒170の中央に位置するように設定してある。
【０１０６】
したがって、水素高圧容器２内の圧力が、酸素高圧容器６２内の圧力より高くなったとすると、配管175から水素高圧容器２内の純水が、中空円筒170に流入して水素高圧容器２内の圧力を下げると共に、内部滑動子171が押されて、中空円筒170に純水が流入して純水184の容積が増え、押されて容積が減った純水185は配管176を通って、純水酸素高圧容器６２に流入して、酸素高圧容器６２内の酸素の容積を小さくするので酸素の圧力が増し、発生した差圧は自動的に解消される。
【０１０７】
この時、内部滑動子171は、中心からスプリング183側にズレた位置に移動し、内部滑動子171と外部滑動子172は磁力で結合しているので、外部滑動子172も同じ位置に移動し、外部滑動子172に固定棒181で固定されている遮光板177も同じように移動して開口部180の一部を覆い、開口部180を透過する光量が減少する。
【０１０８】
したがって、開口部180と開口部179とを透過する光量を比較することで、内部滑動子171がどちらに、どれだけ移動したかが分かるので、この開口部180と開口部179の透過光量比較により、内部滑動子171を元の中央位置に戻すようにニードル弁４３の開度を制御装置（図示せず）で制御する。
【０１０９】
なお、圧力調整器７０の光量比較のための位置検出器200は、差圧検知器５３の検出器120と同様の構成と機能を有するものである。
【０１１０】
このようにして、内部滑動子171が、常に、中央位置にあるようにニードル弁４３の開度を制御して、酸素放出口４５から放出する酸素量又は水素供給口５５から供給する水素量を調整することで、水電解セル１に差圧をかけること無く、高圧の水素が発生できる。
【０１１１】
以上のように制御しても、水素高圧容器２内の圧力が酸素高圧容器６２内の圧力よりも高い状態が続き、内部滑動子171の移動が止められない場合は、内部滑動子171がスプリング183に当たり、スプリング171を押さないと、それ以上内部滑動子171が動けなくなるので、内部滑動子171がこの位置まで動く間は、内部滑動子171の動きに対する制限が無いので、差圧は殆ど発生しない。
【０１１２】
しかしながら、内部滑動子171がスプリング183に当たると、内部滑動子171がスプリング183を押さない限り、それ以上動けなくなる。すなわち、内部滑動子171の移動による差圧調整はできないが、バイパス流路174を設けることにより、それ以上に、差圧が大きくなると、スプリング183が縮んで、水素高圧容器２内の純水がバイパス流路174を経由して、直接、酸素高圧容器６２内に流入し、差圧が一定以上には大きくすることはない。
【０１１３】
水素高圧容器２内の純水がバイパス流路174を経由して、直接、酸素高圧容器６２内に流入するようなことは、何らかの異常が発生し、制御装置（図示せず）によるニードル弁４３の開度制御だけでは、制御できなくなった異常事態を示すので、かかる異常事態の際には、緊急停止して、水電解セル１の電源６１を遮断すると共に、弁５８を除いて全て閉にし、水電解セル１からの水素及び酸素の発生を停止させ、水素高圧容器２の圧力を急速に低下させるよう、緊急遮断スイッチ（図示せず）や緊急放出弁４７、５８が設けてある。
【０１１４】
また、図５には示されていないが、装置を安全に停止するためには、酸素高圧容器６２及び水素高圧容器２内を、窒素ガスによる置換が行われるよう窒素配管が設けられている。
【０１１５】
また、内部滑動子171がスプリング183を押して、バイパス流路173又は174に純水が流入する差圧を、水電解セル１の許容耐圧以内になるようにスプリング182及び183の強さを設定することも、このような緊急停止においても、水電解セル１が耐圧以上の圧力を受けて破損することを防止する一つの手段である。
【０１１６】
また、中空円筒170の容積を、内部滑動子171の体積を除いて酸素高圧容器６２内の酸素貯留部５２の容積に等しくすると、緊急遮断が作動するまでに、±５０％の差圧の解消ができる。
【０１１７】
図７及び図８は、他の圧力調整器７０の部分断面図で、これらの図で示される圧力調整器７０は、先の圧力調整器７０のバイパス流路173又は174の代わりに、圧力調整器７０と並行し、中間に遮断弁220を有する純水配管213と、その開閉を操作するスイッチ211，212が設けられているものである。
【０１１８】
これらの圧力調整器７０においては、差圧が内部滑動子171の移動による調整可能以上に大きくなり、内部滑動子171がスプリング183を縮ませた場合、内部滑動子171が、末端に設けてあるスイッチ211，212により、遮断弁220を開放させ、例えば水素高圧容器２内の純水を純水配管213経由させて、直接、酸素高圧容器６２内に流入させ、差圧が一定以上には大きくすることはないよう機能するものである。
【０１１９】
【発明の効果】
この発明の高圧水素製造方法ならびに装置においては、水素高圧容器と酸素高圧容器内のどちらにも存在する純水を用いて、水素と酸素の差圧が所定の値（水電解セルの耐圧許容圧）を超えないように容器内の圧力を調整するため、圧力制御を容易にするとともに、コンプレッサーを用いること無く、水の電気分解だけで、水素のエネルギー利用に必要な３５０気圧以上の高圧水素の製造を極めて容易にしたものである。
【０１２０】
しかも、圧力調整に使用される純水は、水素高圧容器内に、酸素が発生する陽極側に供給した純水の一部が、水素を発生する陰極側に浸透してくるものであるため、特別に純水を供給しなくても自然に純水が供給されるもので、従来、不要なものとして、処理されていたものを有効に利用するもので、そのために特に格別な装置、操作を必要とするものではなく、しかも、少しの純水放出で効率よく差圧制御ができる効果的な差圧制御手段である。
【０１２１】
さらに、発生する水素及び酸素の圧力が高いほど、少ない純水量で差圧を下げることができるので、水素のエネルギー利用で必要な高圧の水素製造に応用して最適な効果が期待できる。
【０１２２】
また、この発明においては、水素高圧容器内の純水量を、酸素高圧容器内の酸素が貯留されている部分の容積より多くし、また、酸素高圧容器内の純水量を水素高圧容器内の水素が貯留される部分の容積より多くすることで、水素と酸素が混合し、爆鳴気が発生することも確実に防止できるのである。
【０１２３】
さらに、酸素の貯留量を水素の貯留量の４％以下にして、例え混合しても、爆発下限以下にすることも可能で、酸素高圧容器に大量の純水と少量の酸素を、水素高圧容器に少量の純水と大量の水素を、各々貯留することによって、また、水素高圧容器内の純水量を、酸素高圧容器内の酸素が貯留されている部分の容積より多くし、また、酸素高圧容器内の純水量を、水素高圧容器内の水素が貯留される部分の容積より多くすることにより、装置の故障や何らかの不都合の発生によって、酸素高圧容器側の酸素が漏洩して圧力が低下し、水素高圧容器内の純水が酸素高圧容器に流れ込む事故が発生しても、酸素高圧容器内の酸素が、全部漏洩して純水で置換されてからでないと、水素高圧容器内の水素が純水酸素容器内に流入することは起こず、逆に、水素が漏洩して水素高圧容器内の圧力が低下し、酸素高圧容器内の純水が流入しても、水素高圧容器内の水素が全て酸素高圧容器内の純水で置換された後でないと、酸素高圧容器内の酸素が水素高圧容器内に流入することはないので、爆鳴気が生成される事故が回避できる。
【０１２４】
また、この発明においては、従来のフロート式水面計に代えて、酸素等の気体と純水との電気伝導率特性が大きく異なっていることを利用し、水面を検知する水面計を使用することにより、高圧酸素と純水の密度差が小さくなっても、水面を安定に高精度に検知できるようにすると共に、フロートが高圧力の水素や酸素で押し潰されることによる発生圧力の限界を無くした。
【０１２５】
以上説明したように、この発明によって、水電解で発生する水素と酸素の圧力差を自動的に水電解セルの耐圧以内に制御できることが実現でき、これまで強く求められていた水素のエネルギー利用で必要とされる高圧の水素を、機械的なコンプレッサーを用いないで、安全に、安定して、しかも安価に製造でき、その実用上及び経済的効果は計り知れない程大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例である高圧水素製造装置の配置図である。
【図２】この発明で用いられる差圧検知器の構造を示す部分断面図である。
【図３】この発明で用いられる開放弁の構造を示す断面図（ａ）と側面図（ｂ）である。
【図４】この発明で用いられる水面計の構造を示す断面図である。
【図５】この発明の他の実施例である高圧水素製造装置の配置図である。
【図６】この発明で用いられる圧力調整器の部分断面図（ａ）とそのＡ−Ａ’断面図（ｂ）である。
【図７】この発明で用いられる他の圧力調整器圧力調整器部分断面図である。
【図８】この発明で用いられる他の圧力調整器圧力調整器部分断面図である。
【符号の説明】
１              水電解セル
２              水素高圧容器
５，６          熱交換器
８，１７        開放弁
１６ａ、１６ｂ  純水配管
２８，３３      イオン交換樹脂筒
３５            比抵抗計
４０            純水補給槽
４１            高圧純水供給槽
５０            水面計
５３            差圧検知器
６２            酸素高圧容器
７０            圧力調整器
【図１】
0004010185.tif 000002
【図２】
0004010185.tif 000003
【図３】
0004010185.tif 000004
【図４】
0004010185.tif 000005
【図５】
0004010185.tif 000006
【図６】
0004010185.tif 000007
【図７】
0004010185.tif 000008
【図８】
0004010185.tif 000009