JP7660461B2 - Hydrogen and Oxygen Supply System - Google Patents
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Description
本発明は、水素及び酸素供給システムに関する。 The present invention relates to a hydrogen and oxygen supply system.
近年、燃料電池自動車、家庭用燃料電池など、水素をエネルギーとして利用する技術開発が進められている。このような背景において、化石燃料に頼らない風力や太陽電池による再生可能エネルギーから水素を製造して利用するため、主に水電解水素発生装置（以下、単に、「水電解装置」ともいう）が使用されている（特許文献１を参照）。 In recent years, technological developments have been progressing to use hydrogen as an energy source, such as in fuel cell vehicles and household fuel cells. In this context, water electrolysis hydrogen generation devices (hereinafter simply referred to as "water electrolysis devices") are mainly used to produce and use hydrogen from renewable energy sources such as wind power and solar cells, which do not rely on fossil fuels (see Patent Document 1).
水電解水素発生装置では、水を電気分解して水素を製造する際に酸素ガスも製造されるが、再生エネルギー関連設備の実用化が進むにつれ経済性が課題となり、副生酸素の有効利用が求められている。 In water electrolysis hydrogen generation equipment, oxygen gas is also produced when electrolyzing water to produce hydrogen, but as renewable energy-related facilities become more widely used, economic efficiency has become an issue, and there is a demand for effective use of the by-product oxygen.
しかしながら、水電解水素発生装置の近傍では、酸素ガスの需要が少ない事例が多く、従来の水電解水素発生装置から副生される酸素ガスは有効利用されずに大気放出されるという課題があった。また、水電解水素発生装置から発生する酸素ガスは、圧力がないために貯蔵（保存）しづらいという課題があった。 However, there are many cases where there is little demand for oxygen gas near water electrolysis hydrogen generation devices, and the oxygen gas by-produced by conventional water electrolysis hydrogen generation devices is released into the atmosphere without being effectively used, which is an issue. In addition, there is an issue that the oxygen gas generated by water electrolysis hydrogen generation devices is difficult to store (preserve) because it is not pressurized.
特許文献２には、水電解水素発生装置により発生させた水素と酸素のうち、副生された酸素を圧縮してボンベに充填し、吸引用酸素として有効利用する例が開示されている。
しかしながら、特許文献２に開示された方法以外にも、副生される酸素ガスの有効利用が望まれているのが実情であった。
However, in reality, there is a demand for effective use of the by-produced oxygen gas other than the method disclosed in
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、水電解水素発生装置によって副生する酸素ガスの有効利用が可能な、水素及び酸素供給システムを提供することを課題とする。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a hydrogen and oxygen supply system that can effectively utilize the oxygen gas by-produced by a water electrolysis hydrogen generation device.
上記の課題を達成するために、本発明は以下の構成を採用する。
［１］ 水を電気分解して発生させた水素ガス及び酸素ガスを供給する、水素及び酸素供給システムであって、
水を電気分解して水素ガス及び酸素ガスを発生させる水電解装置と、
前記水電解装置から前記水素ガスを導出する水素ガス導出経路と、
前記水電解装置から前記酸素ガスを導出する酸素ガス導出経路と、
前記酸素ガス導出経路に位置する冷却装置と、を備える、水素及び酸素供給システム。
［２］ 前記冷却装置が、
前記酸素ガス導出経路に位置する冷却槽と、
前記冷却槽の内側に位置し、前記酸素ガスを冷却する冷却ヘッドと、
前記冷却ヘッドに冷熱を供給する冷凍機と、を有する、［１］に記載の水素及び酸素供給システム。
［３］ 液化水素貯槽と、
前記液化水素貯槽から液化水素を供給する液化水素供給経路と、をさらに備え、
前記冷却装置が、
前記酸素ガス導出経路と前記液化水素供給経路とに亘って位置する熱交換器である、［１］に記載の水素及び酸素供給システム。
［４］ 前記酸素ガス導出経路の前記熱交換器の二次側に位置し、液化酸素の温度を測定する第１温度測定手段と、
前記酸素ガス導出経路の前記熱交換器の一次側に位置し、酸素ガスの流量を調整する第１流量調整手段と、
前記液化酸素の温度に応じて前記酸素ガスの流量を調整する第１制御手段と、を備える、［３］に記載の水素及び酸素供給システム。
［５］ 前記液化水素供給経路の前記熱交換器の二次側に位置し、水素ガスの温度を測定する第２温度測定手段と、
前記液化水素供給経路の前記第２温度測定手段の二次側に位置し、水素ガスの流量を調整する第２流量調整手段と、
前記水素ガスの温度に応じて前記水素ガスの流量を調整する第２制御手段と、を備える、［３］又は［４］に記載の水素及び酸素供給システム。
［６］ 前記液化水素供給経路が、前記第２流量調整手段の二次側で前記水素ガス導出経路と合流する、［５］に記載の水素及び酸素供給システム。
［７］ 液化酸素貯留槽をさらに備える、［１］乃至［６］のいずれかに記載の水素及び酸素供給システム。
［８］ 前記液化酸素貯留槽から酸素ガス利用施設に酸素ガスをオンサイト供給する、［７］に記載の水素及び酸素供給システム。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following configuration.
[1] A hydrogen and oxygen supply system that supplies hydrogen gas and oxygen gas generated by electrolyzing water,
A water electrolysis device that electrolyzes water to generate hydrogen gas and oxygen gas;
a hydrogen gas outlet path through which the hydrogen gas is discharged from the water electrolysis apparatus;
an oxygen gas discharge path through which the oxygen gas is discharged from the water electrolysis apparatus;
a cooling device located in the oxygen gas outlet path.
[2] The cooling device is
A cooling tank located in the oxygen gas outlet path;
a cooling head located inside the cooling tank and cooling the oxygen gas;
The hydrogen and oxygen supply system according to [1], further comprising a refrigerator that supplies cold heat to the cooling head.
[3] a liquefied hydrogen storage tank;
A liquefied hydrogen supply path for supplying liquefied hydrogen from the liquefied hydrogen storage tank,
The cooling device comprises:
The hydrogen and oxygen supply system according to
[4] A first temperature measuring means is located on the secondary side of the heat exchanger in the oxygen gas discharge path and measures the temperature of the liquefied oxygen;
a first flow rate adjusting means for adjusting a flow rate of the oxygen gas, the first flow rate adjusting means being located on the primary side of the heat exchanger in the oxygen gas discharge path;
and a first control means for adjusting the flow rate of the oxygen gas in accordance with the temperature of the liquefied oxygen.
[5] A second temperature measuring means is located on the secondary side of the heat exchanger of the liquefied hydrogen supply path and measures the temperature of the hydrogen gas;
A second flow rate adjusting means is located on the secondary side of the second temperature measuring means in the liquefied hydrogen supply path and adjusts the flow rate of hydrogen gas;
and a second control means for adjusting the flow rate of the hydrogen gas in accordance with the temperature of the hydrogen gas.
[6] The hydrogen and oxygen supply system according to [5], wherein the liquefied hydrogen supply path merges with the hydrogen gas discharge path on the secondary side of the second flow rate adjustment means.
[7] The hydrogen and oxygen supply system according to any one of [1] to [6], further comprising a liquefied oxygen storage tank.
[8] The hydrogen and oxygen supply system according to [7], which supplies oxygen gas on-site from the liquefied oxygen storage tank to an oxygen gas utilization facility.
本発明の水素及び酸素供給システムは、水電解水素発生装置によって副生する酸素ガスの有効利用が可能である。 The hydrogen and oxygen supply system of the present invention makes it possible to effectively utilize the oxygen gas by-produced by the water electrolysis hydrogen generation device.
以下、本発明を適用した一実施形態である水素及び酸素供給システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。 The following describes in detail a hydrogen and oxygen supply system according to one embodiment of the present invention with reference to the drawings. Note that the drawings used in the following description may show characteristic parts in an enlarged scale for the sake of clarity, and the dimensional ratios of each component may not necessarily be the same as in reality.
＜第１実施形態＞
先ず、本発明を適用した第１実施形態である水素及び酸素供給システムの構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明を適用した第１実施形態の水素及び酸素供給システム１を示す系統図である。
図１に示すように、本実施形態の水素及び酸素供給システム１は、水電解装置２、水素ガス導出経路Ｌ１、酸素ガス導出経路Ｌ２、冷却装置３、及び液化酸素貯留槽４を備えて概略構成されている。
First Embodiment
First, the configuration of a hydrogen and oxygen supply system according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 1. Fig. 1 is a system diagram showing a hydrogen and
As shown in FIG. 1, the hydrogen and
水電解装置（水電解水素発生装置）２は、水を電気分解して水素ガス及び酸素ガスを発生させる装置である。水電解装置２としては、公知の装置、設備を用いることができる。また、水電解装置２を用いた水の電気分解では、化石燃料に頼らない風力や太陽電池による再生可能エネルギーを用いることが好ましい。
The water electrolysis device (water electrolysis hydrogen generation device) 2 is a device that electrolyzes water to generate hydrogen gas and oxygen gas. Publicly known devices and facilities can be used as the
水素ガス導出経路Ｌ１は、水素電解装置２と、図示略の水素ガスの利用施設や利用設備（以下、単に「水素ガス利用施設」と称する）との間に位置し、水電解装置２から導出された水素ガスを水素ガス利用施設へ供給するための経路である。水素ガス導出経路Ｌ１としては、水素透過性が低く、耐圧性に優れた材質からなる配管を適用できる。
The hydrogen gas discharge path L1 is located between the
酸素ガス導出経路Ｌ２は、経路Ｌ２Ａ、経路Ｌ２Ｂ、及び経路Ｌ２Ｃを含む。具体的には、酸素ガス導出経路Ｌ２は、分岐点Ｐにおいて経路Ｌ２Ａと経路Ｌ２Ｂとに分岐する。さらに、経路Ｌ２Ａは、分岐点Ｑにおいて経路Ｌ２Ｃと分岐する。酸素ガス導出経路Ｌ２としては、酸素透過性が低く、耐圧性に優れた材質からなる配管を適用できる。 The oxygen gas discharge path L2 includes paths L2A, L2B, and L2C. Specifically, the oxygen gas discharge path L2 branches into paths L2A and L2B at a branch point P. Furthermore, path L2A branches into path L2C at a branch point Q. As the oxygen gas discharge path L2, a pipe made of a material with low oxygen permeability and excellent pressure resistance can be used.
酸素ガス導出経路Ｌ２には、バッファタンク５及び圧縮機６が位置する。酸素ガス導出経路Ｌ２にバッファタンク５及び圧縮機６が設けられることで、分岐点Ｐの後段（二次側）の経路Ｌ２Ａあるいは経路Ｌ２Ｂに、酸素ガスを安定して供給できる。なお、水素電解装置２によって生成される酸素ガスの供給量が充分である場合、バッファタンク５及び圧縮機６は省略することもできる。
A
経路Ｌ２Ａは、水電解装置２から導出された酸素ガスを酸素ガスの利用施設や利用設備（以下、単に「酸素ガス利用施設」と称する）へ供給するための経路である。経路Ｌ２Ａには、開閉弁Ｖ１、圧力計７、及び開閉弁Ｖ３が位置する。
Path L2A is a path for supplying oxygen gas derived from the
経路Ｌ２Ｂは、酸素ガス導出経路Ｌ２の分岐点Ｐと冷却装置３との間に位置し、水素電解装置２から導出された酸素ガスを冷却装置３へ供給するための経路である。具体的には、経路Ｌ２Ｂは、一端が分岐点Ｐで酸素ガス導出経路Ｌ２及び経路Ｌ２Ａと連通し、他端が後述する冷却槽８の内側に開放する。経路Ｌ２Ｂには、開閉弁Ｖ２が位置する。
Path L2B is located between branch point P of oxygen gas discharge path L2 and
経路Ｌ２Ｃは、経路Ｌ２Ａの分岐点Ｑと冷却装置３との間に位置し、経路Ｌ２Ａを流れる酸素ガスを冷却装置３へ供給するための経路である。具体的には、経路Ｌ２Ｃは、一端が分岐点Ｑで経路Ｌ２Ａと連通し、他端が後述する冷却槽８の内側に開放する。
Path L2C is located between branch point Q of path L2A and
冷却装置３は、酸素ガス導出経路Ｌ２に位置し、酸素ガス導出経路Ｌ２内の酸素ガスを冷却して液化酸素を生成する酸素液化器である。具体的には、冷却装置３は、冷却槽８、冷却ヘッド９、及び冷凍機１０を有する。
The
冷却槽８は、酸素ガス導出経路Ｌ２に位置し、酸素ガス導出経路Ｌ２を流れる酸素ガスを冷却して液化酸素を生成し、一時的に貯留する容器である。具体的には、冷却槽８は、酸素ガス導出経路Ｌ２を構成する経路Ｌ２Ｂ及びＬ２Ｃとそれぞれ連通する。
The
冷却槽８としては、酸素ガスを冷却する際に外部からの熱の影響を受けにくくするため、断熱構造を有するものが好ましく、真空断熱構造であることがより好ましい。
The
冷却槽８の内側には、冷却によって生成した液化酸素が一時的に貯留される。冷却槽８内の液化酸素の貯蔵量は、図示略の重量計又は液面計によって管理、制御してもよい。
The liquefied oxygen produced by cooling is temporarily stored inside the
冷却ヘッド９は、冷却槽８の内側に位置し、酸素ガスを冷却する。具体的には、冷却ヘッド９は、冷却槽８の内側の空間の上方に位置し、冷却槽８の内側に位置する経路Ｌ２Ｂ及び経路Ｌ２Ｃ内の酸素ガスを冷却して液化する。生成した液化酸素は、経路Ｌ２Ｂ及び経路Ｌ２Ｃの先端から冷却槽８の内側に導出されて、冷却槽８の底部に貯留される。
The cooling
冷凍機１０は、冷却槽８の外側に位置し、冷却ヘッド９に冷熱を供給する装置である。冷凍機１０は、酸素の液化温度以下に冷却可能であれば、特に限定されない。冷凍機１０としては、公知のＧＭ冷凍機やヘリウム冷凍機等を適用できる。
The
液化酸素導出経路Ｌ３は、冷却装置３と液化酸素貯留槽４との間に位置し、冷却装置３から液化酸素貯留槽４に液化酸素を移送するための経路である。具体的には、液化酸素導出経路Ｌ３は、一端が冷却槽８の内側（液化酸素貯留時の液相）に開放されており、他端が液化酸素貯留槽４と接続されている。液化酸素貯留槽４には、開閉弁Ｖ４が位置する。
The liquefied oxygen discharge path L3 is located between the cooling
液化酸素貯留槽４は、液化酸素を貯留する容器である。液化酸素貯留槽４としては、外部からの熱の影響を受けにくくするため、断熱構造を有するものが好ましく、真空断熱構造であることがより好ましい。また、液化酸素貯留槽４としては、水素及び酸素供給システム１が酸素ガス利用施設の付近であればコールドエバポレータ（ＣＥ）を用いてもよいし、酸素ガス利用施設が遠隔地であれば、既存（産業ガス）の可搬容器を用いてもよい。なお、液化酸素を貯蔵した可搬容器の輸送は、既存のロジスティクスを使用可能である。
The liquefied
本実施形態の水素及び酸素供給システム１は、水を電気分解して発生させた水素ガス及び酸素ガスを所要の水素ガス利用施設や酸素ガス利用施設に供給する。
The hydrogen and
本実施形態の水素及び酸素供給システム１は、水素ガス利用施設に近接して設けることが好ましい。水素ガス利用施設に本実施形態の水素及び酸素供給システム１を併設することで、水素ガス利用施設に必要な水素をオンサイトで供給できる。
The hydrogen and
水素ガス利用施設としては、特に限定されないが、産業用フォークリフト用燃料電池、トラック・バスなどの大型燃料電池車両、架線のない線路を走るディーゼル車両代替の鉄道用燃料電池車両に対して必要な水素を供給する水素ステーションが挙げられる。 Facilities that utilize hydrogen gas include, but are not limited to, hydrogen stations that supply the necessary hydrogen to fuel cells for industrial forklifts, large fuel cell vehicles such as trucks and buses, and rail fuel cell vehicles that replace diesel vehicles that run on tracks without overhead lines.
本実施形態の水素及び酸素供給システム１は、酸素ガス利用施設に近接して設けることが好ましい。酸素ガス利用施設に本実施形態の水素及び酸素供給システム１を併設することで、液化酸素貯留槽４から酸素ガス利用施設に必要な酸素をオンサイトで供給できる。また、本実施形態の水素及び酸素供給システム１は、液化酸素貯留槽４として可搬容器を備える場合、酸素ガス利用施設が遠隔地であってもよい。
The hydrogen and
酸素ガス利用施設は、酸素を有効に消費可能であれば、特に限定されない。酸素ガス利用施設としては、閉鎖循環型の陸上養殖設備や、好気性菌の培養などを目的とした培養工場などが挙げられる。 There are no particular limitations on the oxygen gas utilization facility, so long as it can effectively consume oxygen. Examples of oxygen gas utilization facilities include closed circulation land-based aquaculture facilities and culture factories for cultivating aerobic bacteria.
次に、本実施形態の水素及び酸素供給システム１の運転方法について、図１を参照しながら説明する。
先ず、本実施形態の水素及び酸素供給システム１は、水電解装置２により、水を電気分解して水素ガス及び酸素ガスを発生させる。
ここで、発生した水素ガスは、水素ガス導出経路Ｌ１によって、図示略の水素ガス利用施設に供給される。
Next, a method of operating the hydrogen and
First, the hydrogen and
The hydrogen gas generated here is supplied to a hydrogen gas utilization facility (not shown) via a hydrogen gas discharge path L1.
一方、発生した酸素ガスは、圧縮機６により酸素ガス導出経路Ｌ２に圧送されて導出される。
図示略の酸素ガス利用施設において、酸素ガスを利用（消費）する場合、経路Ｌ２Ａの開閉弁Ｖ１及びＶ３を開放状態とし、経路Ｌ２Ｂの開閉弁Ｖ２を閉止状態とする。これにより、酸素ガスは、経路Ｌ２Ａを介して図示略の酸素ガス利用施設へ供給される。
On the other hand, the generated oxygen gas is pressure-fed by the
When oxygen gas is consumed in an oxygen gas utilization facility (not shown), the on-off valves V1 and V3 of the path L2A are opened and the on-off valve V2 of the path L2B is closed. As a result, oxygen gas is supplied to the oxygen gas utilization facility (not shown) via the path L2A.
酸素ガス利用施設において、酸素ガスの利用（消費）が停止した場合、先ず、経路Ｌ２Ａの開閉弁Ｖ３を閉止する。これにより、酸素ガスは、経路Ｌ２Ｃを介して冷却槽８へ導入される。冷却槽８の内側において、経路Ｌ２Ｃ内の酸素ガスは、冷却ヘッド９を介して冷凍機１０の冷熱と熱交換（冷却）される。生成した液化酸素は、冷却槽８の底部に貯留される。
When the use (consumption) of oxygen gas is stopped in an oxygen gas utilization facility, first, the on-off valve V3 of the path L2A is closed. This causes the oxygen gas to be introduced into the
次に、経路Ｌ２Ａの開閉弁Ｖ１を閉止し、経路Ｌ２Ｂの開閉弁Ｖ２を開放する。これにより、酸素ガスは、経路Ｌ２Ｂを介して冷却槽８へ導入される。冷却槽８の内側において、経路Ｌ２Ｂ内の酸素ガスは、冷却ヘッド９を介して冷凍機１０の冷熱と熱交換（冷却）される。生成した液化酸素は、冷却槽８の底部に貯留される。
Next, the on-off valve V1 of the path L2A is closed, and the on-off valve V2 of the path L2B is opened. This allows the oxygen gas to be introduced into the
冷却槽８の底部に貯留された液化酸素は、重量または液面で管理できる。液量あるいは液面が所要の閾値を超えた場合、液化酸素導出経路Ｌ３を介して冷却槽８から液化酸素貯留槽４に液化酸素を移送する。さらに、液化酸素貯留槽４として可搬容器を用いる場合、本実施形態の水素及び酸素供給システム１から遠隔地の酸素ガス利用施設に搬送して使用できる。
The liquefied oxygen stored at the bottom of the
本実施形態の水素及び酸素供給システム１は、酸素ガス利用施設において需要がある場合、酸素ガスをオンサイトで供給できる。また、酸素ガス利用施設において需要がない場合、貯留用の液化酸素を生成し、貯蔵できる。
The hydrogen and
以上説明したように、本実施形態の水素及び酸素供給システム１によれば、水電解装置（水電解水素発生装置）２によって副生する酸素ガスを有効に利用できる。
As described above, the hydrogen and
また、本実施形態の水素及び酸素供給システム１によれば、水電解装置２によって副生する酸素ガスを圧縮ガスとしてではなく液化酸素として貯蔵するため、簡便な装置構成となり、メンテナンスも容易となる。さらに、小型化が可能であり、省スペース化が図れる。
In addition, according to the hydrogen and
また、本実施形態の水素及び酸素供給システム１によれば、水電解装置２によって副生する酸素ガスを液化酸素として貯蔵する際、酸素中の水分が液化時に分離除去されるため、水分除去設備が不要となる。
In addition, according to the hydrogen and
また、本実施形態の水素及び酸素供給システム１によれば、酸素ガス利用施設を併設した場合、液化酸素を貯蔵する液化酸素貯留槽４を用いたバックアップが可能となり、従来、廃棄していた酸素の有効利用が可能となる。例えば、酸素の利用において陸上養殖設備で酸素を利用する際、液化酸素として液化酸素貯留槽４に貯留することで、停電時であっても確実に酸素を供給可能となる。
In addition, according to the hydrogen and
＜第２実施形態＞
次に、本発明を適用した第２実施形態である水素及び酸素供給システムの構成について説明する。図２は、本発明を適用した第２実施形態の水素及び酸素供給システム２１を示す系統図である。本実施形態では、第１実施形態の水素及び酸素供給システム１とは、冷却装置の構成が異なっている。このため、図２を用いて本実施形態の水素及び酸素供給システムについて説明する。なお、本実施形態の水素及び酸素供給システムについては、第１実施形態と同一の構成部分については同じ符号を付すると共に説明を省略する。
Second Embodiment
Next, the configuration of a hydrogen and oxygen supply system according to a second embodiment of the present invention will be described. Fig. 2 is a system diagram showing a hydrogen and
図２に示すように、本実施形態の水素及び酸素供給システム２１は、水電解装置２、水素ガス導出経路Ｌ２１、酸素ガス導出経路Ｌ２２、熱交換器（冷却装置）２３、液化酸素貯留槽４、液化水素貯槽２５、及び液化水素供給経路Ｌ２４を備えて概略構成されている。
As shown in FIG. 2, the hydrogen and
水素ガス導出経路Ｌ２１は、水素電解装置２と、図示略の水素ガス利用施設との間に位置し、水電解装置２から導出された水素ガスを水素ガス利用施設へ供給するための経路である。水素ガス導出経路Ｌ２１は、合流点Ｒにおいて液化水素供給経路Ｌ２４と合流し、合流点Ｓにおいて水素ガス供給経路Ｌ２５と合流する。水素ガス導出経路Ｌ２１としては、水素透過性が低く、耐圧性に優れた材質からなる配管を適用できる。
The hydrogen gas discharge path L21 is located between the
水素ガス導出経路Ｌ２１には、バッファタンク２６及び圧縮機２７が位置する。水素ガス導出経路Ｌ２１にバッファタンク２６及び圧縮機２７が設けられることで、図示略の水素ガス利用施設に、水素ガスを安定して供給できる。なお、水素電解装置２によって生成される水素ガスの供給量及び供給圧が充分である場合、バッファタンク２６及び圧縮機２７は省略してもよい。
A
酸素ガス導出経路Ｌ２２は、水素電解装置２と液化酸素貯留槽４との間に位置し、水素電解装置２から導出された酸素ガスを液化した後、液化酸素貯留槽４へ供給するための経路である。酸素ガス導出経路Ｌ２２としては、酸素透過性が低く、耐圧性に優れた材質からなる配管を適用できる。
The oxygen gas discharge path L22 is located between the
酸素ガス導出経路Ｌ２２には、バッファタンク２８、流量調整器（第１流量調整手段）２９、熱交換器２３、及び温度計（第１温度測定手段）３０が位置する。酸素ガス導出経路Ｌ２２にバッファタンク２８が設けられることで、酸素ガスを安定して供給できる。なお、水素電解装置２によって生成される酸素ガスの供給量が充分である場合、バッファタンク２８は省略することもできる。
The oxygen gas discharge path L22 is provided with a
流量調整器２９は、酸素ガス導出経路Ｌ２２の熱交換器２３の一次側に位置し、熱交換器２３に供給される酸素ガスの流量を調整（制御）する。流量調整器２９は、後述する制御装置（第１制御手段）３３と有線又は無線によって電気的に接続されており、制御装置３３からの制御信号を受信して、酸素ガスの流量を調整可能とされている。
The
温度計３０は、酸素ガス導出経路Ｌ２２の熱交換器２３の二次側に位置し、熱交換器２３を通過した直後の酸素ガス導出経路Ｌ２２内の液化酸素の温度を測定する。温度計３０は、後述する制御装置３３と有線又は無線によって電気的に接続されており、液化酸素の温度の測定値を電気信号として制御装置３３に送信可能とされている。
The
液化水素貯槽２５は、液化水素を貯留する容器である。液化水素貯槽２５としては、外部からの熱の影響を受けにくくするため、断熱構造を有するものが好ましく、真空断熱構造であることがより好ましい。液化水素貯槽２５には、液化水素供給経路Ｌ２４と水素ガス供給経路Ｌ２５とが接続されている。
The liquefied
液化水素供給経路Ｌ２４は、液化水素貯槽２５と水素ガス導出経路Ｌ２１の合流点Ｒとの間に位置し、液化水素貯槽２５内の液化水素を導出する。具体的には、液化水素供給経路Ｌ２４は、一端が液化水素貯槽２５の液相と連通しており、他端が合流点Ｒにおいて水素ガス導出経路Ｌ２１と連通する。換言すると、液化水素供給経路Ｌ２４は、後述する流量調整器（第２流量調整手段）３２の二次側で、水素ガス導出経路Ｌ２１と合流する。
The liquefied hydrogen supply path L24 is located between the liquefied
液化水素供給経路Ｌ２４には、熱交換器２３、温度計（第２温度測定手段）３１、及び流量調整器（第２流量調整手段）３２が位置する。
The liquefied hydrogen supply path L24 is located with a
温度計３１は、液化水素供給経路Ｌ２４の熱交換器２３の二次側に位置し、熱交換器２３を通過した直後の液化水素供給経路Ｌ２４内の水素ガスの温度を測定する。温度計３１は、後述する制御装置（第２制御手段）３３と有線又は無線によって電気的に接続されており、水素ガスの温度の測定値を電気信号として制御装置３３に送信可能とされている。
The thermometer 31 is located on the secondary side of the
流量調整器３２は、液化水素供給経路Ｌ２４の温度計３１の二次側に位置し、熱交換器２３に供給される液化水素の流量を調整（制御）する。流量調整器３２は、後述する制御装置３３と有線又は無線によって電気的に接続されており、制御装置３３からの制御信号を受信して、液化水素の流量を調整可能とされている。
The
水素ガス供給経路Ｌ２５は、液化水素貯槽２５と水素ガス導出経路Ｌ２１の合流点Ｓとの間に位置し、液化水素貯槽２５内の水素ガスを水素ガス導出経路Ｌ２１に供給する。具体的には、水素ガス供給経路Ｌ２５は、一端が液化水素貯槽２５の気相と連通しており、他端が合流点Ｓにおいて水素ガス導出経路Ｌ２１と連通する。換言すると、水素ガス供給経路Ｌ２５は、水素ガス導出経路Ｌ２１と合流する。
The hydrogen gas supply path L25 is located between the liquefied
熱交換器（冷却装置）２３は、酸素ガス導出経路Ｌ２２と液化水素供給経路Ｌ２４とに亘って設けられている。熱交換器２３は、酸素ガス導出経路Ｌ２２内の酸素ガスを温熱源とし、液化水素供給経路Ｌ２４内の液化水素を冷熱源として熱交換する。酸素ガス導出経路Ｌ２２内の酸素ガスは、熱交換器２３において冷却されて液化する。液化水素供給経路Ｌ２４内の液化水素は、熱交換器２３において加熱されて気化する。
The heat exchanger (cooling device) 23 is provided between the oxygen gas discharge path L22 and the liquefied hydrogen supply path L24. The
制御装置（第１制御手段、第２制御手段）３３は、流量調整器２９、温度計３０、温度計３１、及び流量調整器３２と、有線又は無線によってそれぞれ電気的に接続されており、測定値を電気信号として受信し、制御信号を送信する。これにより、制御装置３３は、酸素ガス導出経路Ｌ２２において、熱交換器２３を通過後の液化酸素の温度に応じて酸素ガス導出経路Ｌ２２内の酸素ガスの流量（供給量）を調整（制御）できる。また、制御装置３３は、液化水素供給経路Ｌ２４において、熱交換器２３を通過後の水素ガスの温度に応じて液化水素供給経路Ｌ２４内の液化水素の流量（供給量）を調整（制御）できる。
The control device (first control means, second control means) 33 is electrically connected to the
制御装置３３としては、特に限定されないが、設備の制御をつかさどるシーケンサなどのコントローラを用いることができる。
The
次に、本実施形態の水素及び酸素供給システム２１の運転方法について、図２を参照しながら説明する。
先ず、本実施形態の水素及び酸素供給システム２１は、水電解装置２により、水を電気分解して水素ガス及び酸素ガスを発生させる。
ここで、発生した水素ガスは、水素ガス導出経路Ｌ２１によって、図示略の水素ガス利用施設に供給される。
Next, a method of operating the hydrogen and
First, in the hydrogen and
The hydrogen gas generated here is supplied to a hydrogen gas utilization facility (not shown) via a hydrogen gas discharge path L21.
また、発生した酸素ガスは、酸素ガス導出経路Ｌ２に導出される。酸素ガス導出経路Ｌ２２では、温度計３０によって熱交換器２３の出口温度を測定し、流量調整器２９によって流量を制御しながら酸素ガスを熱交換器２３に導入する。これにより、酸素ガスを冷却し、液化酸素として液化酸素貯留槽４に貯蔵する。
The generated oxygen gas is also discharged to the oxygen gas discharge path L2. In the oxygen gas discharge path L22, the outlet temperature of the
一方、酸素ガスの冷却に用いる液化水素は、液化水素供給経路Ｌ２４において、温度計３１によって熱交換器２３の出口温度を測定し、流量調節器３２によって流量を制御しながら液化水素を熱交換器２３に導入する。
本実施形態の水素及び酸素供給システム２１によれば、熱交換器２３の出口における酸素および水素の温度を計測しながら流量を制御するため、必要量の液化水素を用いた熱交換により、確実に液化酸素を生成できる。
On the other hand, the liquefied hydrogen used to cool the oxygen gas is introduced into the
According to the hydrogen and
以上説明したように、本実施形態の水素及び酸素供給システム２１によれば、上述した第１実施形態の水素及び酸素供給システム１と同様の効果を奏することができる。
As described above, the hydrogen and
また、本実施形態の水素及び酸素供給システム２１によれば、液化水素と酸素ガスとの熱交換により、酸素ガスを冷却して液化酸素を生成するとともに、液化水素が気化して得られた水素ガスを、水素ガス利用施設において有効に利用できる。
In addition, according to the hydrogen and
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。例えば、上述した水素及び酸素供給システム１，２１では、液化酸素貯留槽４を備える構成を一例として説明したが、これに限定されない。本発明の水素及び酸素供給システムは、酸素ガスあるいは液化酸素を使用する酸素ガス利用施設が隣接する場合では、液化酸素貯留槽４を省略した構成であってもよい。これにより、システムの小型化や輸送コストの低減をはかることができる。
Although an embodiment of the present invention has been described above in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and designs within the scope of the gist of the present invention are also included. For example, in the above-mentioned hydrogen and
また、上述した水素及び酸素供給システム１，２１では、酸素ガス導出経路Ｌ２２及び液化水素供給経路Ｌ２４の流量制御を共用の制御装置３３を用いる構成を一例として説明したが、それぞれに個別の制御装置を設ける構成としてもよい。あるいは、温度計や流量調節器が制御機構を有する場合には、そちらを利用し、制御装置を省略する構成としてもよい。
In addition, in the above-mentioned hydrogen and
１，２１ 水素及び酸素供給システム
２ 水電解装置
３ 冷却装置
４ 液化酸素貯留槽
８ 冷却槽
９ 冷却ヘッド
１０ 冷凍機
２３ 熱交換器（冷却装置）
２５ 液化水素貯槽
２９ 流量調整器（第１流量調整手段）
３０ 温度計（第１温度測定手段）
３１ 温度計（第２温度測定手段）
３２ 流量調整器（第２流量調整手段）
３３ 制御装置（第１制御手段、第２制御手段）
Ｌ１ 水素ガス導出経路
Ｌ２ 酸素ガス導出経路
Ｌ２Ａ 経路
Ｌ２Ｂ 経路
Ｌ２Ｃ 経路
Ｌ２１ 水素ガス導出経路
Ｌ２２ 酸素ガス導出経路
Ｌ２４ 液化水素供給経路
1, 21 Hydrogen and
25 Liquefied
30 Thermometer (first temperature measuring means)
31 Thermometer (second temperature measuring means)
32 Flow rate regulator (second flow rate adjustment means)
33 Control device (first control means, second control means)
L1 Hydrogen gas discharge path L2 Oxygen gas discharge path L2A Path L2B Path L2C Path L21 Hydrogen gas discharge path L22 Oxygen gas discharge path L24 Liquefied hydrogen supply path
Claims (6)
水を電気分解して水素ガス及び酸素ガスを発生させる水電解装置と、
前記水電解装置から前記水素ガスを導出する水素ガス導出経路と、
前記水電解装置から前記酸素ガスを導出する酸素ガス導出経路と、
前記酸素ガス導出経路に位置する冷却装置と、を備える、水素及び酸素供給システムであり、
前記水素及び酸素供給システムは、液化水素貯槽と、
前記液化水素貯槽から液化水素を供給する液化水素供給経路と、をさらに備え、
前記冷却装置が、
前記酸素ガス導出経路と前記液化水素供給経路とに亘って位置する熱交換器であり、
前記水素及び酸素供給システムは、前記酸素ガス導出経路の前記熱交換器の二次側に位置し、液化酸素の温度を測定する第１温度測定手段と、
前記酸素ガス導出経路の前記熱交換器の一次側に位置し、酸素ガスの流量を調整する第１流量調整手段と、
前記液化酸素の温度に応じて前記酸素ガスの流量を調整する第１制御手段と、を備える、水素及び酸素供給システム。 A hydrogen and oxygen supply system that supplies hydrogen gas and oxygen gas generated by electrolyzing water,
A water electrolysis device that electrolyzes water to generate hydrogen gas and oxygen gas;
a hydrogen gas outlet path through which the hydrogen gas is discharged from the water electrolysis apparatus;
an oxygen gas discharge path through which the oxygen gas is discharged from the water electrolysis apparatus;
a cooling device located in the oxygen gas outlet path ,
The hydrogen and oxygen supply system includes a liquefied hydrogen storage tank and
A liquefied hydrogen supply path for supplying liquefied hydrogen from the liquefied hydrogen storage tank,
The cooling device comprises:
a heat exchanger located between the oxygen gas outlet path and the liquefied hydrogen supply path,
The hydrogen and oxygen supply system includes a first temperature measuring means located on the secondary side of the heat exchanger in the oxygen gas outlet path, the first temperature measuring means measuring a temperature of the liquefied oxygen;
a first flow rate adjusting means for adjusting a flow rate of the oxygen gas, the first flow rate adjusting means being located on the primary side of the heat exchanger in the oxygen gas discharge path;
A hydrogen and oxygen supply system comprising: a first control means for adjusting the flow rate of the oxygen gas in accordance with the temperature of the liquefied oxygen.
前記液化水素供給経路の前記第２温度測定手段の二次側に位置し、水素ガスの流量を調整する第２流量調整手段と、
前記水素ガスの温度に応じて前記水素ガスの流量を調整する第２制御手段と、を備える、請求項１に記載の水素及び酸素供給システム。 A second temperature measuring means is located on the secondary side of the heat exchanger of the liquefied hydrogen supply path and measures the temperature of the hydrogen gas;
A second flow rate adjusting means is located on the secondary side of the second temperature measuring means in the liquefied hydrogen supply path and adjusts the flow rate of hydrogen gas;
2. The hydrogen and oxygen supply system according to claim 1 , further comprising: a second control means for adjusting the flow rate of the hydrogen gas in accordance with the temperature of the hydrogen gas.
水を電気分解して水素ガス及び酸素ガスを発生させる水電解装置と、A water electrolysis device that electrolyzes water to generate hydrogen gas and oxygen gas;
前記水電解装置から前記水素ガスを導出する水素ガス導出経路と、a hydrogen gas outlet path through which the hydrogen gas is discharged from the water electrolysis apparatus;
前記水電解装置から前記酸素ガスを導出する酸素ガス導出経路と、an oxygen gas discharge path through which the oxygen gas is discharged from the water electrolysis apparatus;
前記酸素ガス導出経路に位置する冷却装置と、を備える、水素及び酸素供給システムであり、a cooling device located in the oxygen gas outlet path,
前記水素及び酸素供給システムは、液化水素貯槽と、The hydrogen and oxygen supply system includes a liquefied hydrogen storage tank and
前記液化水素貯槽から液化水素を供給する液化水素供給経路と、をさらに備え、A liquefied hydrogen supply path for supplying liquefied hydrogen from the liquefied hydrogen storage tank,
前記冷却装置が、The cooling device comprises:
前記酸素ガス導出経路と前記液化水素供給経路とに亘って位置する熱交換器であり、a heat exchanger located between the oxygen gas outlet path and the liquefied hydrogen supply path,
前記水素及び酸素供給システムは、前記液化水素供給経路の前記熱交換器の二次側に位置し、水素ガスの温度を測定する第２温度測定手段と、The hydrogen and oxygen supply system includes a second temperature measuring means located on the secondary side of the heat exchanger in the liquefied hydrogen supply path and measuring a temperature of the hydrogen gas;
前記液化水素供給経路の前記第２温度測定手段の二次側に位置し、水素ガスの流量を調整する第２流量調整手段と、A second flow rate adjusting means is located on the secondary side of the second temperature measuring means in the liquefied hydrogen supply path and adjusts the flow rate of hydrogen gas;
前記水素ガスの温度に応じて前記水素ガスの流量を調整する第２制御手段と、を備える、水素及び酸素供給システム。and a second control means for adjusting the flow rate of the hydrogen gas in accordance with the temperature of the hydrogen gas.
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