JP6492131B2 - Gas production method - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to a hydrogen gas production facility including an electrolysis cell that electrolyzes water to generate hydrogen gas, and a hydrogen gas production method for producing hydrogen gas using such a hydrogen gas production facility.
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。
In recent years, an opportunity to use hydrogen gas as a clean energy source has expanded, and a method for generating hydrogen gas by electrolyzing water has been widely known as a method for obtaining such hydrogen gas.
In such a method for producing gas such as hydrogen and oxygen using electrolysis of water, hydrogen gas generated from the electrolysis cell usually contains a large amount of moisture, so these gases are treated gases. A dehumidifying process is performed on the gas to be processed.
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）。
For this type of dehumidification treatment, an adsorption cylinder containing an adsorbent such as zeolite is used.
While zeolite can adsorb moisture, it can recover the adsorption performance by releasing the adsorbed moisture by heating after moisture adsorption.
For this reason, conventionally, when producing hydrogen gas, a plurality of adsorption cylinders containing a resorbable adsorbent such as zeolite are used, and the desorption treatment of hydrogen gas is performed in the first adsorption cylinder among the plurality of adsorption cylinders. In parallel with this, the adsorbent is regenerated in the second adsorption cylinder, and the hydrogen gas supply destination is regenerated from the first adsorption cylinder before the water adsorption amount in the first adsorption cylinder is saturated. A method is adopted in which the desorption process is continued with the second adsorption cylinder after switching to the second adsorption cylinder (see Patent Document 1 below).
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。
In recent years, opportunities to use electric power obtained from renewable energy such as sunlight, wind power, tidal power, geothermal heat, and the like are expanding.
If electrolysis of water is performed using such electric power, it is possible to reduce the environmental load when producing hydrogen gas.
However, the amount of electric power generated from renewable energy is not sufficiently stable. For example, the electric power obtained by solar power generation is reduced only by the sun being blocked by clouds or the like.
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。
In a hydrogen gas production facility that produces hydrogen gas by electrolyzing water, the hydrogen gas after the necessary treatment such as dehumidification is finally stored in a gas tank for storage, and supply of the produced hydrogen gas Is carried out via a storage gas tank.
This storage gas tank usually has a sufficiently large capacity with respect to the amount of hydrogen generated in the electrolysis cell.
For this reason, from the viewpoint of the supply and demand balance of hydrogen gas, even if the amount of hydrogen gas generated in the electrolysis cell changes instantaneously, it is particularly a problem if the daily or weekly variation in the amount of hydrogen gas generated is slight. Does not occur.
For this reason, it is considered that there is no particular problem in producing hydrogen gas using renewable energy.
However, as a result of studies by the present inventor, it has been found that when hydrogen gas is produced using renewable energy, a problem may occur in the dehumidification process.
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。
Specifically, when the amount of hydrogen gas generated in the electrolysis cell is reduced, the adsorption performance of the adsorption cylinder is reduced when the pressure of hydrogen gas passing through the adsorption cylinder is reduced due to the consumption of hydrogen gas for regeneration of the adsorption cylinder. The inventor has found that problems can arise.
This point will be described in more detail. The amount of hydrogen gas accommodated in the storage gas tank in the case where 0.6 MPa hydrogen gas is dehumidified in 1 m 3 and in the case where 0.3 MPa hydrogen gas is dehumidified with 2 m 3 As a result, when water vapor is contained in a saturated state, the amount of water adsorbed by the adsorption cylinder is larger in the latter as the volume is larger.
For this reason, when water is electrolyzed using renewable energy in the hydrogen gas production facility as described above, the moisture adsorption power in the adsorption cylinder is unexpectedly reduced, and in some cases, breakthrough may occur. It may occur.
In addition, when the adsorbent is regenerated, not only the adsorbent is heated but also dehumidified hydrogen gas is circulated in the adsorption cylinder to release the moisture released by the adsorbent to the outside of the adsorption cylinder. ing.
For this reason, if the amount of hydrogen gas generated from the electrolytic cell suddenly decreases, there is a risk that the hydrogen gas for regenerating the adsorbent will be insufficient and the regeneration of the adsorbent will be insufficient.
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。 Then, this invention makes it a subject to maintain the adsorption | suction performance of an adsorption | suction cylinder favorably, implementing electrolysis of water using renewable energy.
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。 In order to solve the above problems, the present invention implements a dehumidification process using an electrolysis unit including an electrolysis cell that electrolyzes water to generate hydrogen gas, and hydrogen gas supplied from the electrolysis unit as a gas to be treated. A dehumidifying unit that obtains hydrogen gas having a moisture content lower than that of the gas to be treated as a treated gas after the dehumidifying treatment, and a first gas that conveys the gas to be treated from the electrolytic unit to the dehumidifying unit. A transport unit; and a second transport unit that transports the treated gas from the dehumidification unit toward a use point, and the electrolysis unit uses the electric power obtained from renewable energy to The electrolytic cell in which decomposition is performed is provided, and the dehumidifying unit has an adsorption cylinder that adsorbs moisture contained in the gas to be treated in order to perform the dehumidification treatment, and the first adsorption as the adsorption cylinder At least two of the cylinder and the second adsorption cylinder The adsorbent accommodated in the adsorption cylinder is a renewable adsorbent that releases moisture adsorbed by being heated, and the dehumidifying part is the first adsorption cylinder. And the second adsorbing cylinder is configured to be able to carry out the dehumidifying treatment in the other adsorption cylinder while regenerating the adsorbent accommodated in one of the adsorption cylinders, and the dehumidifying section is Supplying the treated gas obtained by the dehumidification treatment in the other adsorption cylinder to the use point side through the second transport unit and distributing a part of the treated gas to the one adsorption cylinder The dehumidifying unit is configured to be used for regeneration of the adsorbent, and a buffer tank for temporarily storing the gas to be treated introduced through the first transport unit upstream of the adsorption cylinder; From the buffer tank to the adsorption cylinder A valve that regulates the supply of the gas to be processed, and the dehumidifying unit opens the valve when the pressure of the gas to be processed in the buffer tank is higher than a reference value. A hydrogen gas production facility is provided in which the gas to be treated in a buffer tank is supplied to the adsorption cylinder.
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。 In order to solve the above problems, the present invention also provides an electrolysis unit having an electrolysis cell that electrolyzes water to generate hydrogen gas, and dehumidification treatment using the hydrogen gas supplied from the electrolysis unit as a gas to be treated. A dehumidifying unit that obtains hydrogen gas having a moisture content lower than that of the gas to be processed as a processed gas after the dehumidifying treatment is performed, and the gas to be processed is transported from the electrolytic unit to the dehumidifying unit. A hydrogen gas production method for producing hydrogen gas using a hydrogen gas production facility comprising: a first conveyance unit; and a second conveyance unit that conveys the treated gas from the dehumidification unit toward a use point. The electrolysis unit includes the electrolysis cell in which the electrolysis is performed using electric power obtained from renewable energy, and the dehumidification unit supplies the gas to be treated to perform the dehumidification process. Absorbs moisture An adsorption cylinder that has at least two adsorption cylinders, a first adsorption cylinder and a second adsorption cylinder, and the adsorbent accommodated in the adsorption cylinder is heated. A buffer tank for temporarily storing the gas to be treated introduced through the first transport unit on the upstream side of the adsorption cylinder; And a valve that regulates the supply of the gas to be processed from the buffer tank to the adsorption cylinder, and the dehumidifying section uses the first adsorption cylinder and the second adsorption cylinder. The desorption process is performed in the other adsorption cylinder while regenerating the adsorbent accommodated in one of the adsorption cylinders, and the treated gas obtained by the dehumidification process in the other adsorption cylinder is used. Youth point through the second transport section And a part of the treated gas is distributed to the one adsorption cylinder to be used for regeneration of the adsorbent, and the pressure of the gas to be treated in the buffer tank is lower than a reference value. Provided is a hydrogen gas production method in which when the temperature is high, the valve is opened and the gas to be treated in the buffer tank is supplied to the adsorption cylinder to perform the dehumidification treatment.
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。
In the present invention, a buffer tank for temporarily storing hydrogen gas generated in the electrolysis cell on the upstream side of the adsorption cylinder is provided. Therefore, even if the amount of hydrogen generated from the electrolysis cell decreases, hydrogen for adsorbent regeneration Gas can be supplied from the buffer tank.
In addition, in the present invention, a valve for regulating the supply of the gas to be processed between the buffer tank and the adsorption cylinder is provided, and this valve is opened when the pressure in the buffer tank is higher than a reference value. Thus, the gas to be treated in the buffer tank is supplied to the adsorption cylinder, so that it is possible to prevent hydrogen gas having a low pressure from being supplied in large quantities to the adsorption cylinder and breakthrough of the adsorption cylinder at an early stage.
Therefore, according to the present invention, it is possible to satisfactorily maintain the adsorption performance of the adsorption cylinder while performing electrolysis of water using renewable energy.
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。
Below, the hydrogen gas production facility of preferable embodiment of this invention is demonstrated.
Here, an embodiment of the present invention will be described by taking as an example a hydrogen gas production facility that uses sunlight as renewable energy.
As shown in FIG. 1, a hydrogen gas production facility 100 according to this embodiment includes an electrolysis unit 1 including an electrolysis cell 11 that electrolyzes water to generate hydrogen gas.
Further, the hydrogen gas production facility 100 according to the present embodiment includes a power generation unit 2 for generating electric power used for electrolysis of water in the electrolysis cell 11.
The power generation unit 2 includes a solar power generation panel 21 for converting solar energy into electric power.
And the said electrolytic cell 11 in this embodiment is distribute | arranged to the hydrogen gas manufacturing equipment 100 so that electric power supply may be received from the said photovoltaic power generation panel 21, and the electrolysis of water may be implemented.
Note that the hydrogen gas production facility in the present embodiment uses pure water such as ion-exchanged water or distilled water as the water that is a raw material for hydrogen gas.
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。
The hydrogen gas production facility 100 according to the present embodiment performs a dehumidification process using the hydrogen gas supplied from the electrolysis unit 1 as a process gas, and contains more moisture than the process gas as a processed gas after the dehumidification process. A dehumidifying unit 3 for obtaining a low amount of hydrogen gas is further provided.
The hydrogen gas WH2 supplied from the electrolysis unit 1 to the dehumidification unit 3 generally contains water vapor in a saturated state.
Therefore, the dehumidifying unit 3 in the present embodiment introduces the hydrogen gas WH2 as a gas to be processed, and supplies the hydrogen gas DH2 that has been dried by the dehumidifying process as a processed gas to the processing downstream side. Function.
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。
The hydrogen gas production facility 100 according to the present embodiment includes a first transport unit 4 that transports the gas to be treated from the electrolysis unit 1 to the dehumidification unit 3, and a use point X from the dehumidification unit 3 to the treated gas. And a second transport unit 5 for transporting toward the head.
The 1st conveyance part 4 and the 2nd conveyance part 5 in this embodiment are comprised by piping members, such as a pipe, a joint, and a valve, and are not equipped with conveyance motive power, such as a pump.
That is, the 1st conveyance part 4 and the 2nd conveyance part 5 are comprised so that hydrogen gas can move automatically by the pressure inside pipes.
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。
The hydrogen gas production facility 100 of this embodiment may be stationary or mobile.
When the hydrogen gas production facility 100 is mobile, for example, the necessary equipment such as an electrolytic cell is mounted in the cargo compartment of a van-type cargo truck, and the photovoltaic power generation panel 21 is mounted on the ceiling of the cargo compartment. It can be set as an aspect.
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。
The electrolysis unit 1 constituting the hydrogen gas production facility 100 of the present embodiment includes a pure water tank 12 that stores pure water supplied to the electrolysis cell 11.
The electrolysis cell 11 provided in the electrolysis unit 1 includes a water supply port for introducing pure water supplied from a pure water tank 12 into the inside, and includes a solid polymer electrolyte membrane therein.
In the electrolytic cell 11, the pure water is circulated on the anode surface side of the solid polymer electrolyte membrane, and oxygen gas and hydrogen ions are generated by electrolysis, and the hydrogen ions move from the anode surface side to the cathode surface side. It moves through the molecular electrolyte membrane and generates hydrogen gas on the cathode side.
Moreover, in the electrolytic cell 11, a small amount of pure water permeates to the cathode side because water molecules move accompanying the moving hydrogen ions.
The electrolysis cell 11 has two discharge ports, a first discharge port through which hydrogen gas generated by electrolysis is discharged together with permeated water in a gas-liquid mixed water state, and oxygen gas is gas-liquid with water. And a second discharge port that is discharged in a mixed water state.
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。
The electrolysis unit 1 further includes two gas separation tanks 13 and 14 for gas-liquid separation of the gas-liquid mixed water discharged from the cathode side and the anode side of the electrolysis cell 11, respectively, Water (pure water) after gas-liquid separation is returned to the pure water tank 12 from the gas separation tank 14 for gas-liquid separation of the contained gas-liquid mixed water.
In the electrolysis unit 1, the gas-liquid mixed water containing hydrogen gas is separated in the gas separation tank 13 for hydrogen gas, and the hydrogen gas containing a large amount of water vapor after gas-liquid separation is directed toward the dehumidifying unit 3. Supplied.
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。
The dehumidifying unit 3 includes, for example, two adsorption cylinders in which an adsorbent capable of adsorbing moisture such as synthetic zeolite particles, silica gel particles, and activated alumina particles is accommodated in a container. 32 is arranged in parallel so that the dehumidification treatment of the hydrogen gas separated in the gas separation tank 13 can be carried out in any adsorption cylinder.
That is, the hydrogen gas production facility 100 according to this embodiment is configured to supply the supply destination of the gas to be processed (hydrogen gas WH2 containing a lot of water vapor) generated in the electrolysis cell 11 to the inside of the two adsorption cylinders 31 and 32. The first adsorption cylinder 31 and the second adsorption cylinder 32 different from the first adsorption cylinder 31 can be switched.
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。
The adsorbent is a reusable adsorbent capable of adsorbing moisture and releasing moisture adsorbed by heating to recover the moisture adsorption performance. These are configured so that they can be regenerated while containing the adsorbent therein.
Specifically, the two adsorption cylinders 31 and 32 have heaters 31a and 32a, respectively, and heat the adsorbent that has adsorbed moisture by energizing the heaters 31a and 32a. The adsorbent can be regenerated by releasing moisture from the adsorbent.
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。
As described above, the dehumidifying unit 3 supplies the processing target gas to the first adsorption cylinder 31 and performs dehumidification processing of the processing target gas, and then switches the supply destination of the processing target gas to the second adsorption cylinder 32. The second adsorption cylinder 32 is configured to continue the dehumidification process of the gas to be processed, and includes a switching device (not shown) that switches the supply destination of the gas to be processed.
The dehumidifying unit performs the dehumidifying process on the other adsorption cylinder while regenerating the adsorbent accommodated in one of the first adsorption cylinder 31 and the second adsorption cylinder 32. Configured to get.
In addition, the dehumidifying unit supplies the treated gas obtained by the dehumidifying process in the other adsorption cylinder to the use point side through the second transport unit 5 and a part of the treated gas is adsorbed on the one side. It is configured to be distributed to a cylinder and used for regeneration of the adsorbent, and includes a distribution device (not shown) for distributing the treated gas.
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。 The dehumidifying unit 3 includes a buffer tank 33 for temporarily storing the gas to be treated introduced through the first transport unit 4 on the upstream side of the adsorption cylinders 31 and 32, and the buffer tank 33 to the adsorption cylinder 31. , 32 is further provided with a valve for restricting the supply of the gas to be processed to the gas to be processed.
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。
More specifically, the valve (hereinafter also referred to as “first valve (V1)”) is provided on the upstream side of two adsorption cylinders 31 and 32 arranged in parallel.
In the dehumidifying section 3 of the present embodiment, another valve (hereinafter also referred to as “second valve (V2)”) is disposed on the downstream side of the adsorption cylinders 31 and 32.
In the dehumidifying unit 3 of the present embodiment, the first gas flow path L1 of the gas to be processed from the buffer tank 33 to the first adsorption cylinder 31 and the gas to be processed from the buffer tank 33 to the second adsorption cylinder 32. The second distribution path L2 and the first distribution path L1 have a common path on the upstream side (buffer tank side).
That is, the first flow path L1 and the second flow path L2 are branched from the buffer tank 33 to the suction cylinders 31 and 32.
The first valve V1 is arranged at this branch point, and is connected to pipes extending to the buffer tank 33, the first adsorption cylinder 31, and the second adsorption cylinder 32, respectively, and is in a closed state. Either the first adsorption cylinder 31 or the second adsorption cylinder 32 is in a mode in which the gas to be treated is not supplied from the buffer tank 33, and the first adsorption cylinder 31 or the second adsorption cylinder 32 is in the open state. On the other hand, the mode can be switched to the mode in which the gas to be processed is supplied from the buffer tank 33.
That is, the first valve V1 is in the closed state, in the open state, in which the gas to be processed is supplied to the first adsorption cylinder 31, and in the open state, the gas to be processed is supplied to the second adsorption cylinder 32. It is possible to switch to three modes of supply mode.
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。
In the present embodiment, the dehumidifying unit 3 includes a third flow path L3 from the first adsorption cylinder 31 to the second conveyance unit 5, and a fourth from the second adsorption cylinder 32 to the second conveyance unit 5. The third distribution path L3 and the fourth distribution path L4 have a common path on the downstream side (second transport unit 5 side).
That is, the third distribution path L3 and the fourth distribution path L4 are in an integrated state from the suction cylinders 31 and 32 to the second transport unit 5.
The second valve V2 is arranged at this integration point, and is connected to pipes extending to the second transport unit 5, the first adsorption cylinder 31, and the second adsorption cylinder 32, respectively. A closed mode in which the processed gas is not supplied to the second transport unit 5 while allowing the gas to be processed to flow between the first adsorption cylinder 32 and the second adsorption cylinder 32, and the first adsorption cylinder 31 and the second adsorption cylinder While allowing the gas to be processed to flow between the cylinders 32, it is possible to switch to a mode in which the gas to be processed is opened and the processed gas can be supplied to the second transfer unit 5.
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。 A valve (hereinafter also referred to as “third valve (V3)”) that allows the pipe to be opened to the atmosphere is provided in the middle of the pipe that connects the first valve and the first adsorption cylinder 31, and the first valve A valve (hereinafter also referred to as “fourth valve (V4)”) capable of opening the pipe to the atmosphere is provided in the middle of the pipe connecting the first adsorption cylinder 32 and the second adsorption cylinder 32.
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。
The buffer tank 33 is connected to a pipe constituting the first transfer unit 4, and an upstream valve Vx for restricting the supply of the gas to be processed to the buffer tank 33 is provided on the upstream side of the buffer tank 33. .
Further, the buffer tank 33 is equipped with a relief valve Vy for releasing a part of the gas to be treated outside the system and keeping the internal pressure below a certain level when the gas to be treated inside becomes higher than a certain pressure. ing.
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。
Among these valves, the first valve V1 is provided to be opened when the pressure of the gas to be processed in the buffer tank is higher than a reference value.
Further, as described above, the first valve V1 functions to switch the supply destination of the gas to be processed supplied from the buffer tank 33 between the first adsorption cylinder 31 and the second adsorption cylinder 32. It is a constituent member.
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。
The opening / closing state of the second valve V2 is changed by the pressure of the gas to be processed in the buffer tank, similarly to the first valve V1.
More specifically, the second valve V2 buffers a second reference value set to a value higher than the reference value (hereinafter also referred to as “first reference value”) that serves as a reference for opening and closing the first valve V1. It is provided to change the supply destination of the processed gas depending on whether the internal pressure of the tank 33 exceeds or does not exceed.
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。
The second valve V2 supplies a treated gas for regeneration of the adsorption cylinders 31 and 32 when the pressure in the buffer tank is higher than the second reference value, and also on the use point side through the second transport unit 5 Supply of the treated gas to the use point, and when the pressure is equal to or lower than the second reference value, the supply of the treated gas to the use point is stopped and the treated gas is regenerated for the adsorption cylinders 31 and 32. The direction of distribution is switched so that it can only be used.
That is, the second valve V2 is a constituent member of the distribution device for changing the distribution state of the processed gas according to the second reference value.
In other words, in the dehumidifying unit 3 of the present embodiment, the distribution state of the processed gas is changed by the second reference value that is higher than the first reference value for the pressure of the gas to be processed in the buffer tank. The distribution device is provided, and when the pressure is higher than the second reference value, supply of the processed gas to the use point side and supply of the processed gas to the adsorption cylinder are performed. And the distribution apparatus which stops supply of the processed gas to the said use point side when the said pressure is below the said 2nd reference value is provided.
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。
The dehumidifying unit 3 of the present embodiment is provided with a control device 34 for controlling the first valve V1 and the second valve V2.
The control device 34 is configured to be able to introduce information regarding the pressure through the first signal line SL1 from the pressure sensor P for monitoring the pressure inside the buffer tank 33, and to the first valve V1. The control signal is transmitted through the second signal line SL2, and the control signal is transmitted to the second valve V2 through the third signal line SL3.
The relief valve Vy can be controlled to be opened / closed by the control device 34, but it is preferable to adopt a valve that can set an opening / closing threshold value for itself.
In this embodiment, the relief valve Vy is controlled to open and close based on a third reference value that is higher than the second reference value, and the pressure of the gas to be processed in the buffer tank is higher than the third reference value. When it is high, the gas to be treated is set to be released from the buffer tank.
In other words, the dehumidifying unit 3 of the present embodiment releases the gas to be processed from the buffer tank by the third reference value that is higher than the second reference value for the pressure of the gas to be processed in the buffer tank. A discharge device is provided for discharging the gas to be processed from the buffer tank when the pressure is higher than the third reference value.
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。 As described above, the hydrogen gas production facility 100 of the present embodiment includes the electrolysis cell 11 on the most upstream side in the hydrogen gas flow direction, and from the electrolysis cell 11 toward the downstream side, the gas separation tank 13 and the buffer tank. 33 and adsorption cylinders 31 and 32 are arranged in order, and the hydrogen gas (processed gas) sufficiently dried through these can be supplied toward the use point X.
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。
Next, a hydrogen gas production method using the hydrogen gas production facility 100 will be described with reference to FIGS.
In the hydrogen gas production method of this embodiment, first, pure water is supplied from the pure water tank 12 to the electrolysis cell 11 provided in the electrolysis unit 1, and the electric power generated by the photovoltaic power generation panel 21 is supplied to the electrolysis cell 11. Receive power and start electrolysis.
At this time, as shown in FIG. 2, since the pressure (P 33 ) inside the buffer tank 33 is equal to or lower than the first reference value (P1), the first valve V1 is closed and the buffer tank 33 is boosted. Let
Then, when the pressure in the buffer tank 33 exceeds the first reference value P1, the gas to be processed (WH2) is supplied to the first adsorption cylinder 31 and the dehumidification processing of the gas to be processed is started.
At this time, it is preferable to start measurement of the accumulated time of the adsorption process performed in the first adsorption cylinder 31 by starting an integration timer.
The treated gas discharged from the first adsorption cylinder 31 is supplied to the second adsorption cylinder 32 and energized to the built-in heater 32a in the second adsorption cylinder 32 to regenerate the adsorbent in the second adsorption cylinder. .
At this time, the treated gas supplied to the second adsorption cylinder 32 is discharged from the fourth valve V4 to the outside with the moisture released from the adsorbent by heating.
As a result, the amount of water inside the second adsorption cylinder 32 is reduced, and the adsorption performance of the adsorbent is recovered.
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。
After that, when the pressure in the buffer tank 33 exceeds the second reference value P2, as shown in FIG. 3, the treated gas (DH2) is supplied to the use point side through the second transfer unit 5 and the treated gas. Is distributed to the second adsorption cylinder 32.
Then, when the accumulated dehumidification processing time of the first adsorption cylinder 31 measured by the integration timer reaches a certain time, it is determined that the adsorption capacity of the first adsorption cylinder 31 is small, and the adsorption used for the dehumidification process Prepare to switch the cylinder to the second adsorption cylinder 32.
That is, at this time, the dehumidification process using the first adsorption cylinder 31 is performed, the energization to the heater 32a of the second adsorption cylinder 32 is stopped, and the processed gas that is circulated through the second adsorption cylinder 32 is used as the first gas. 2 The adsorbent in the adsorption cylinder 32 is cooled.
Then, when the accumulated dehumidification time of the first adsorption cylinder 31 measured by the integration timer reaches a preset switching time, the first valve V1 is operated as shown in FIG. 4 to supply the gas to be processed. The tip is switched from the first suction cylinder 31 to the second suction cylinder 32.
Then, energization to the heater 31a of the first adsorption cylinder 31 is started, and a part of the treated gas obtained by the dehumidification process in the second adsorption cylinder 32 is circulated to the first adsorption cylinder 31 to Regeneration is performed and the remaining portion is supplied to the use point side through the second transport unit 5.
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。
Here, when the solar radiation is shaded due to the influence of clouds, etc., the electromotive force generated by the photovoltaic power generation panel 21 becomes weak and the pressure of the buffer tank 33 becomes equal to or lower than the second reference value, the second valve V2 as shown in FIG. Is operated to stop the supply of the processed gas to the use point side, and the processed gas is used exclusively for regeneration of the adsorption cylinder.
That is, in the present embodiment, the dehumidifying unit 3 changes the distribution state of the processed gas by the second reference value that is higher than the reference value, and the pressure of the gas to be processed in the buffer tank is changed to the first reference value. Supply of the processed gas to the point of use and supply of the processed gas to one of the adsorption cylinders when the pressure is higher than 2 reference values, and the pressure is less than or equal to the second reference value In this case, the supply of the processed gas to the use point side is stopped.
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。
On the contrary, when the solar radiation is strong and the pressure in the buffer tank 33 exceeds the third reference value, the gas to be treated is discharged from the relief valve Vy so that the buffer tank 33 does not become an excessively high pressure state.
That is, in the present embodiment, in the dehumidifying unit, the gas to be processed is extracted from the buffer tank 33 based on the third reference value that is higher than the second reference value for the pressure of the gas to be processed in the buffer tank. When the pressure is higher than the third reference value, the gas to be processed is released from the buffer tank 33.
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。
The first reference value can be selected from the range of 0.5 MPa to 0.9 MPa, depending on the hydrogen gas pressure required at the use point.
The first reference value is preferably selected from a range of 0.6 MPa to 0.8 MPa.
The second reference value is preferably selected from the range of “P1 + 0.01 MPa” to “P1 + 0.15 MPa” when the first reference value is “P1 (MPa)”, and “P1 + 0.03 MPa” to “ More preferably, it is selected from the range of “P1 + 0.12 MPa”.
The third reference value is preferably set to a value less than 1 MPa, and more preferably set to a value less than 0.95 MPa.
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。 The capacity of the buffer tank 33 is a capacity that can secure the amount of gas necessary to regenerate the adsorption cylinder at least once before the pressure in the buffer tank 33 drops from the second reference value to the first reference value. Is desirable. The amount of gas required for one regeneration process varies depending on the hydrogen gas generation capacity, the structure of the dehumidifying unit 3, and the type of adsorbent, but the rated voltage is DC15V to 1,000V and the rated current is 100A to 2,500A. , and the case of the device including the electrolytic cell in which hydrogen gas generation capability during operation at rated voltage and rated current is 1Nm 3 / h~1,000Nm 3 / h, approximately 50% of the hydrogen gas generation capability 200 the percent content, specifically, a hydrogen gas generation capability if apparatus 5 Nm 3 / h, the capacity of the buffer tank 33 becomes 2.5 m 3 through 10m 3.
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。
When the hydrogen gas is produced in this manner, the temperature and pressure of the gas to be processed supplied from the buffer tank 33, that is, the gas to be processed to be dehumidified by the adsorption cylinder are in a relatively stable state. Thus, the amount of moisture adsorbed per unit time can be grasped with relatively high accuracy.
Therefore, it is possible to suppress the suction cylinder from breaking through unexpectedly early.
Moreover, in the hydrogen gas production method of the present embodiment, the adsorption cylinder can be regenerated with the hydrogen gas stored in the buffer tank 33 even if the solar radiation is weakened and the amount of hydrogen gas generated from the electrolytic cell 11 is reduced. Therefore, it is possible to suppress the possibility of causing early breakthrough due to insufficient regeneration of the adsorption cylinder.
Further, by providing the buffer tank 33 on the upstream side of the adsorption cylinder, when the power generation amount is low, that is, when the hydrogen generation amount is low, the amount of the processed gas that is generated by the dehumidification process when the amount of the processed gas used for the regeneration process is low Gas that has been stored on the use point side can be prevented from returning to the dehumidifying unit 3 and being consumed in the regeneration process. It is possible to prevent the net amount from being reduced.
As described above, in the hydrogen gas production method using the hydrogen gas production facility according to the present embodiment, the renewable energy having a large fluctuation can be effectively used for the operation of the electrolysis cell.
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。
In this embodiment, the case where sunlight is used as renewable energy is taken as an example. However, in the present invention, renewable energy other than sunlight can be used for water electrolysis, and in such a case Are within the scope of the present invention.
Further, in the present embodiment, an example in which two suction cylinders are arranged in parallel is illustrated, but in the present invention, three or more suction cylinders may be used.
Furthermore, in this embodiment, a mode in which a valve that regulates the supply of the gas to be processed from the buffer tank to the adsorption cylinder is illustrated on the upstream side of the adsorption cylinder. However, in the present invention, the valve is disposed on the adsorption cylinder. It may be arranged on the downstream side.
Further, although no further detailed description will be given here, technical matters relating to the hydrogen gas production facility and the hydrogen gas production method, and conventionally known matters, the present invention is not limited to the extent that the effects of the present invention are not significantly impaired. It can be employed in the invention.
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） 1: electrolysis unit, 2: power generation unit, 21: solar power generation panel, 3: dehumidification unit, 31: first adsorption cylinder, 32: second adsorption cylinder, 33: buffer tank, 4: first conveyance unit, 5: Second transport unit, V1: Valve (first valve)
Claims (3)
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、
さらに、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水素ガス製造設備。 An electrolysis unit comprising an electrolysis cell that electrolyzes water to generate hydrogen gas;
A dehumidifying unit that performs a dehumidification process using the hydrogen gas supplied from the electrolysis unit as a processing gas, and obtains a hydrogen gas having a lower moisture content than the processing gas as a processed gas after the dehumidification processing; ,
A first transport unit that transports the gas to be treated from the electrolysis unit to the dehumidifying unit;
A second transport unit that transports the treated gas from the dehumidifying unit toward a use point,
The electrolysis unit includes the electrolysis cell in which the electrolysis is performed using electric power obtained from renewable energy,
The dehumidifying section has an adsorption cylinder that adsorbs moisture contained in the gas to be treated in order to perform the dehumidification treatment, and at least two of the first adsorption cylinder and the second adsorption cylinder as the adsorption cylinder Has an adsorption cylinder,
The adsorbent accommodated in the adsorption cylinder is a renewable adsorbent that releases moisture adsorbed by heating,
The dehumidifying unit is configured to perform the dehumidifying process in the other adsorption cylinder while regenerating the adsorbent accommodated in one of the first adsorption cylinder and the second adsorption cylinder. And
The dehumidifying unit supplies the treated gas obtained by the dehumidifying treatment in the other adsorption cylinder to the use point side through the second transport unit, and a part of the treated gas is supplied to the one adsorption cylinder. And can be used for the regeneration of the adsorbent,
The dehumidifying unit includes a buffer tank that temporarily stores the gas to be treated introduced through the first transport unit upstream of the adsorption cylinder, and supply of the gas to be treated from the buffer tank to the adsorption cylinder. And a valve for regulating
In the dehumidifying section, the valve is opened when the pressure of the gas to be treated in the buffer tank is higher than a reference value set in a range of 0.5 MPa to 0.9 MPa, and the buffer tank The gas to be treated is supplied to the adsorption cylinder ,
Furthermore, the dehumidifying part is configured to change the distribution status of the treated gas by a second reference value that is higher than the reference value, and
When the pressure of the gas to be processed in the buffer tank is higher than the second reference value, supply of the processed gas to the use point side and supply of the processed gas to the one adsorption cylinder; When the pressure is higher than the reference value and lower than the second reference value, the processing to the use point side is performed while supplying the processed gas to the one adsorption cylinder. Hydrogen gas production facility configured to stop the supply of spent gas .
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し、
さらに、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水素ガス製造方法。 An electrolysis unit comprising an electrolysis cell that electrolyzes water to generate hydrogen gas;
A dehumidifying unit that performs a dehumidification process using the hydrogen gas supplied from the electrolysis unit as a processing gas, and obtains a hydrogen gas having a lower moisture content than the processing gas as a processed gas after the dehumidification processing; ,
A first transport unit that transports the gas to be treated from the electrolysis unit to the dehumidifying unit;
A hydrogen gas production method for producing hydrogen gas using a hydrogen gas production facility comprising a second conveyance unit that conveys the treated gas from the dehumidification unit toward a use point,
The electrolysis unit includes the electrolysis cell in which the electrolysis is performed using electric power obtained from renewable energy,
The dehumidifying section has an adsorption cylinder that adsorbs moisture contained in the gas to be treated in order to perform the dehumidification treatment, and at least two of the first adsorption cylinder and the second adsorption cylinder as the adsorption cylinder Has an adsorption cylinder,
The adsorbent accommodated in the adsorption cylinder is a renewable adsorbent that releases moisture adsorbed by heating,
The dehumidifying unit includes a buffer tank that temporarily stores the gas to be treated introduced through the first transport unit upstream of the adsorption cylinder, and supply of the gas to be treated from the buffer tank to the adsorption cylinder. And a hydrogen gas production facility further equipped with a valve for regulating
In the dehumidifying part,
Performing the dehumidification process in the other adsorption cylinder while regenerating the adsorbent accommodated in one of the first adsorption cylinder and the second adsorption cylinder;
The treated gas obtained by the dehumidification treatment in the other adsorption cylinder is supplied to the use point side through the second transport unit, and a part of the treated gas is distributed to the one adsorption cylinder Used to regenerate the adsorbent, and
When the pressure of the gas to be treated in the buffer tank is higher than a reference value set within a range of 0.5 MPa to 0.9 MPa, the valve is opened to make the gas to be treated in the buffer tank Is supplied to the adsorption cylinder to perform the dehumidification treatment ,
Further, in the dehumidifying unit, the distribution state of the treated gas is changed by a second reference value that is higher than the reference value,
Supply of the processed gas to the use point when the pressure of the gas to be processed in the buffer tank is higher than the second reference value; supply of the processed gas to the one adsorption cylinder; And when the pressure is higher than the reference value and less than or equal to the second reference value, the treated gas is supplied to the one adsorption cylinder while being supplied to the use point side. A method for producing hydrogen gas, wherein supply of the treated gas is stopped .
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２記載の水素ガス製造方法。 In the dehumidifying unit, the target gas is released from the buffer tank based on a third reference value that is higher than the second reference value.
The method for producing hydrogen gas according to claim 2 , wherein the gas to be treated is released from the buffer tank when the pressure of the gas to be treated in the buffer tank is higher than the third reference value.
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