JP7843512B2 - 処理装置および燃料供給システム - Google Patents

Description

本発明は、水素発生装置から排出される水素および酸素を処理する処理装置、およびそのような処理装置と水素発生装置とを備えて構成された燃料供給システムに関するものである。

例えば、下記の特許文献には、ガスクロマトグラフにおける検出器などの供給対象に水素ガスを供給する水素発生装置の考案が開示されている。この水素発生装置では、給水槽に貯水した純水を電解セルに給水し、この純水を電解セルにおいて電気分解することで水素を発生させる構成が採用されている。

この場合、この種の装置では、電気分解によって発生する水素や酸素と共に電解セルから水が排出される。したがって、この水素発生装置では、電解セルから排出される水分を含んだ水素を水分離部に流入させて水分を分離させ、水分が分離された水素については、乾燥部を通過させた後に供給対象に供給し、分離された水分については、給水槽に戻して給水槽内の水と共に電解セルに再び給水する構成が採用されている。また、この水素発生装置では、電解セルから排出される水分を含んだ酸素を給水槽に流入させて水分を分離させ、水分が分離された酸素については、給水槽から放出し、分離された水分については、給水槽内の水と共に電解セルに再び給水する構成が採用されている。これにより、この水素発生装置では、電解セルから水素や酸素と共に排出される水分を、水素を発生させるための原料として有効利用することが可能となっている。

実公平５－１２２８７号公報（第１－３頁、第１図）

ところが、上記特許文献に開示の水素発生装置には、以下のような解決すべき問題点が存在する。

具体的には、上記特許文献に開示の水素発生装置では、電解セルに給水する純水を貯水する給水槽において電解セルから酸素と共に排出される水分を酸素から分離させると共に、電解セルから水素と共に排出される水分を水分離部において水素から分離させる構成が採用されている。この場合、この水素発生装置では、給水槽および水分離部が別個独立して設置されている。このため、この水素発生装置では、給水槽の設置スペース、および水分離部の設置スペースをそれぞれ確保する必要があり、これに起因して、装置の小型化が困難となっているという問題点が存在する。

また、この種の装置によって水素を供給する供給対象のなかには、水素と共に液相の水分（水滴）が大量に供給されないことが好ましいとしつつも、適度に気相の水分を含んだ状態の水素（好適な湿度の水素）が供給されることが好ましいとしているものがある。一例として、水素と酸素とを反応させて電力を発生させる燃料電池においては、水素と共に液相の水分（水滴）が大量に供給されたときに、水素流路内に流入した水滴の存在に起因して水素の通過抵抗が大きくなり、必要とされる発電量に応じた水素を反応させることができなくなるため、水素と共に液相の水分（水滴）が大量に供給されるのを回避する必要がある。その一方で、低湿度の水素が供給されたときには、ＭＥＡ（膜電極接合体）のドライアップに起因して発電効率の低下を招くため、適度な気相の水分を含んだ状態の水素（好適な湿度の水素）が供給される必要がある。

この場合、上記の水素発生装置では、水分離部において、電解セルから水素と共に排出される液相の水分が分離されると共に、この水分離部に貯水されている水中を通過させられることで、ある程度の量の気相の水分が水素に含まれた状態となる。しかしながら、水分離部から排出される水素の湿度を十分に高めるには、水素が通過させられる水分離部内の水や、水中を通過させられる水素を十分に温度上昇させる必要がある。このため、上記の水素発生装置の構成では、好適な湿度に調整された水素を供給しようとしたときに、水分離部内の水、およびこれを通過させられる水素の少なくとも一方を加熱する電気ヒータ等を別途配設する必要があり、これに起因して、装置の製造コストやランニングコストが高騰するという問題点が存在する

本発明は、かかる解決すべき問題点に鑑みてなされたものであり、小型化を図りつつ、好適な湿度に調整された水素を低コストで供給可能とする処理装置および燃料供給システムを提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく、請求項１記載の処理装置は、外側筒状部材と、前記外側筒状部材内に配設された内側筒状部材と、前記外側筒状部材の一端側開口部および前記内側筒状部材の一端側開口部を閉塞する第１の閉塞部材と、前記外側筒状部材の他端側開口部および前記内側筒状部材の他端側開口部を閉塞する第２の閉塞部材とを備え、前記第１の閉塞部材が前記第２の閉塞部材よりも下方に位置するように設置した状態において、前記外側筒状部材と前記内側筒状部材との間の第１の空間および当該内側筒状部材内の第２の空間のいずれか一方の空間が、原料の水を電気分解して水素を発生させる水素発生装置から酸素と共に排出される水を当該酸素から分離させて貯水する第１の分離槽として機能し、かつ当該第１の空間および当該第２の空間のいずれか他方の空間が、当該水素発生装置から当該水素と共に排出される水を当該水素から分離させて貯水する第２の分離槽として機能するように構成されると共に、当該第１の分離槽内の水と当該第２の分離槽内の水とが当該内側筒状部材を介して熱交換可能に構成され、前記第１の分離槽は、貯水した水を前記原料の水として前記水素発生装置に給水する給水用配管を接続可能に構成され、前記第２の分離槽は、貯水した水のなかを当該水素が浮上するように構成されている。

請求項２記載の処理装置は、請求項１記載の処理装置において、前記第１の空間が前記第１の分離槽として機能すると共に、前記第２の空間が前記第２の分離槽として機能するように構成されている。

請求項３記載の処理装置は、請求項１記載の処理装置において、前記第２の分離槽に貯水された水を前記第１の分離槽に送水可能な送水路を備えている。

請求項４記載の燃料供給システムは、請求項１から３のいずれかに記載の処理装置と、前記水素発生装置とを備え、前記水素発生装置から排出されて前記処理装置における前記第２の分離槽を通過させた前記水素を供給対象に対して供給可能に構成されている。

請求項１記載の処理装置では、外側筒状部材と、外側筒状部材内に配設された内側筒状部材と、外側筒状部材の一端側開口部および内側筒状部材の一端側開口部を閉塞する第１の閉塞部材と、外側筒状部材の他端側開口部および内側筒状部材の他端側開口部を閉塞する第２の閉塞部材とを備え、第１の閉塞部材が第２の閉塞部材よりも下方に位置するように設置した状態において、外側筒状部材と内側筒状部材との間の第１の空間および内側筒状部材内の第２の空間のいずれか一方の空間が水素発生装置から酸素と共に排出される水を酸素から分離させて貯水する第１の分離槽として機能し、かつ第１の空間および第２の空間のいずれか他方の空間が水素発生装置から水素と共に排出される水を水素から分離させて貯水する第２の分離槽として機能するように構成されると共に、第１の分離槽内の水と第２の分離槽内の水とが内側筒状部材を介して熱交換可能に構成され、第１の分離槽が、貯水した水を原料の水として水素発生装置に給水する給水用配管を接続可能に構成され、第２の分離槽が、貯水した水のなかを水素が浮上するように構成されている。

また、請求項４記載の燃料供給システムでは、上記の処理装置と、水素発生装置とを備え、水素発生装置から排出されて処理装置における第２の分離槽を通過させた水素を供給対象に対して供給可能に構成されている。

したがって、請求項１記載の処理装置、および請求項４記載の燃料供給システムによれば、水素発生装置に給水する水を貯水する容器および水素発生装置から酸素と共に排出される水を分離させる分離槽（前述の特許文献に開示の構成における給水槽）と、水素発生装置から水素と共に排出される水を水素から分離させる分離槽（前述の特許文献に開示の構成における水分離部）とを別個に配設した構成と比較して、二重管構造によって形成された第１の空間および第２の空間を第１の分離槽や第２の分離槽として機能させることで、両分離槽による占有スペースを小さくして燃料供給システムを十分に小型化することができる。また、水素を加湿するための第２の分離槽内の水を、電気ヒータ等の加熱源を使用せずに、第１の分離槽内の水との熱交換によって加熱することができるため、燃料供給システムの製造コストおよび運用コストを十分に低減しつつ、好適な湿度の水素を供給対象に対して供給することができる。

また、請求項２記載の処理装置では、第１の空間が第１の分離槽として機能すると共に、第２の空間が第２の分離槽として機能するように構成されている。したがって、請求項２記載の処理装置、およびそのような処理装置を備えた燃料供給システムによれば、第２の分離槽の周囲全体が第１の分離槽で囲まれた状態となっていることで、第１の分離槽内の水と第２の分離槽内の水とを好適に熱交換することができる。これにより、第２の分離槽内の水の温度を十分に上昇させることができる結果、供給対象に対して供給する水素の湿度を確実に好適な湿度まで高めることができる。また、第１の分離槽内の水が有する熱を、外側筒状部材を介して大気中に放熱させることができるため、水素発生装置に給水する水の温度が過剰に高くなる事態を回避して、水素発生装置による水素の生成効率の低下を好適に回避することができる。

さらに、請求項３記載の処理装置では、第２の分離槽に貯水された水を第１の分離槽に送水可能な送水路を備えている。したがって、請求項３記載の処理装置、およびそのような処理装置を備えた燃料供給システムによれば、水素発生装置から酸素と共に排出される水だけでなく、水素発生装置から水素と共に排出される水についても、水素発生装置における電気分解の原料として有効利用することができる。

水素供給システム１の構成を示す構成図である。 処理装置３の構成を示す構成図である。

以下、添付図面を参照して、処理装置および燃料供給システムの実施の形態について説明する。

図１に示す水素供給システム１は、「燃料供給システム」の一例であって、「供給対象」の一例である燃料電池ユニットＸに対して水素ガス（水素）Ｇを供給可能に構成されている。この水素供給システム１は、水素発生装置２、処理装置３、後処理装置４、配管５，６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂ、開閉弁８ａ，８ｂおよび制御装置９を備えている。

この場合、配管５は、「給水用配管」の一例であって、後述するように、処理装置３に貯水された水Ｗを「電気分解によって水素を発生させる原料の水」として水素発生装置２に給水可能に接続されている。また、配管６ａは、水素発生装置２から水Ｗ１を含んで排出される酸素Ｏを処理装置３に流入させ、配管６ｂは、処理装置３から排出される酸素Ｏを後処理装置４に流入させるようにそれぞれ接続されている。また、配管７ａは、水素発生装置２から水Ｗ２を含んで排出される水素ガスＧを処理装置３に流入させ、配管７ｂは、処理装置３から排出される水素ガスＧを燃料電池ユニットＸに供給可能にそれぞれ接続されている。

一方、水素発生装置２は、「原料の水を電気分解して水素を発生させる水素発生装置」の一例であって、前述の特許文献に開示の水素発生装置における電解セルと同様にして、処理装置３から配管５を介して給水された水Ｗ（純水）を電気分解処理して水素ガスＧを発生させることができるように構成されている。なお、水素発生装置２の構成および電解処理の手順等については、前述の電解セルなどの公知の構成およびその処理手順と同様のため、詳細な説明を省略する。なお、水素発生装置２が原料として使用する水Ｗの温度が高過ぎると電気分解の効率が低下して水素ガスＧの生成効率が低下するため、後述するように処理装置３から水素発生装置２に水Ｗを給水する配管５については、通過する水Ｗの温度を低下させることができるように高熱伝導率素材（放熱性が高い素材）で形成するのが好ましい。

処理装置３は、「処理装置」の一例であって、後述するようにして、水素発生装置２から排出される水素ガスＧや酸素Ｏを処理して、水素ガスＧを燃料電池ユニットＸに供給し、かつ酸素Ｏを後処理装置４に排出する構成が採用されている。この処理装置３は、図２に示すように、外側筒状部材１１、内側筒状部材１２、下方閉塞部材１３、上方閉塞部材１４、水位センサ１５、配管１６および開閉弁１７を備えている。

外側筒状部材１１は、「外側筒状部材」に相当し、一例として、円筒状に形成されている。また、内側筒状部材１２は、「内側筒状部材」に相当し、一例として、外側筒状部材１１よりも小径の円筒状に形成されて、外側筒状部材１１内に配設されている。この場合、本例の処理装置３では、外側筒状部材１１および内側筒状部材１２の双方が金属（一例として、表面処理を施したアルミニウム）などの高熱伝導率素材によって形成されている。また、本例の処理装置３では、外側筒状部材１１における内面および外面の少なくとも一方（一例として、双方）に凸部（フィン：図示せず）が設けられて表面積が拡大されると共に、内側筒状部材１２における内面および外面の少なくとも一方（一例として、双方）に凸部（フィン：図示せず）が設けられて表面積が拡大されている。

また、下方閉塞部材１３は、「第１の閉塞部材」の一例であって、外側筒状部材１１の一端部（下端部）および内側筒状部材１２の一端部（下端部）を閉塞可能に構成されている。また、上方閉塞部材１４は、「第２の閉塞部材」の一例であって、外側筒状部材１１の他端部（上端部）および内側筒状部材１２の他端部（上端部）を閉塞可能に構成されている。この場合、本例の処理装置３では、下方閉塞部材１３および上方閉塞部材１４の双方が樹脂材料（一例として、アクリル樹脂、または塩化ビニル樹脂）などの低熱伝導率素材（放熱性が低い素材：外側筒状部材１１や内側筒状部材１２を構成する素材よりも熱伝導率が低い素材）によって形成されている。

この場合、本例の処理装置３では、下方閉塞部材１３が上方閉塞部材１４よりも下方に位置するように設置した状態（一例として、外側筒状部材１１および内側筒状部材１２の筒長方向が垂直方向と一致するよう直立させた状態）で、外側筒状部材１１と内側筒状部材１２との間の外側空間Ｓ１（「第１の空間」の一例）において、水素発生装置２から酸素Ｏと共に排出される水Ｗ１を酸素Ｏから分離させる構成が採用されている（「第１の空間および第２の空間のいずれか一方の空間」としての「第１の空間」が「第１の分離槽」として機能する構成の一例）。また、本例の処理装置３では、内側筒状部材１２内の内側空間Ｓ２（「第２の空間」の一例）において、水素発生装置２から水素ガスＧと共に排出される水Ｗ２を水素ガスＧから分離させる構成が採用されている（「第１の空間および第２の空間のいずれか他方の空間」としての「第２の空間」が「第２の分離槽」として機能する構成の一例）。

また、本例の処理装置３では、水素発生装置２に対して給水する電気分解用の水Ｗを外側空間Ｓ１内に貯水可能に構成されると共に、この外側空間Ｓ１内に貯水した水Ｗを水素発生装置２に給水するための上記の配管５が接続されている。また、本例の処理装置３では、水素ガスＧから分離させた水Ｗ２を内側空間Ｓ２内に貯水可能に構成されると共に、この内側空間Ｓ２内に貯水した水Ｗ２のなかを水素ガスＧが浮上するように構成されている。また、外側空間Ｓ１と内側空間Ｓ２とが内側筒状部材１２だけで隔てられている本例の処理装置３では、内側筒状部材１２を介して、外側空間Ｓ１内の水Ｗ１と内側空間Ｓ２内の水Ｗ２とを相互に熱交換させることが可能となっている（「第１の分離槽内の水と第２の分離槽内の水とが内側筒状部材を介して熱交換可能に構成されている」との構成の一例）。

水位センサ１５は、内側空間Ｓ２に貯水された水Ｗ２の貯水量を検出し、検出信号を制御装置９に出力する。この場合本例の処理装置３では、一例として、水位センサ１５がフロートセンサで構成されており、水Ｗ２の貯水量が予め規定された量に達したときに、制御装置９に対して検出信号を出力する構成が採用されている。配管１６は、「第２の分離槽に貯水された水を第１の分離槽に送水可能な送水路」を構成する配管であって、その一端部が内側空間Ｓ２に連通させられ、かつ他端部が外側空間Ｓ１に連通させられると共に、制御装置９によって開閉制御される開閉弁１７が配設されている。

後処理装置４は、一例として、処理装置３から排出される酸素Ｏを大気と混合させることで予め規定された酸素濃度まで希釈して大気中に放出する処理を実行可能に構成されている。なお、大気中への酸素Ｏの直接放出が許容される環境下においては、この後処理装置４を不要とすることもできる。また、この後処理装置４に代えて、水素発生装置２から排出される酸素Ｏを燃料として燃料電池ユニットＸに対して供給する構成を採用することもできる。開閉弁８ａは、制御装置９によって開閉制御されることで処理装置３から水素発生装置２への水Ｗの給水を許容／規制する。開閉弁８ｂは、制御装置９によって開閉制御されることで処理装置３から燃料電池ユニットＸへの水素ガスＧの供給を許容／規制する。

制御装置９は、水素供給システム１を総括的に制御する。具体的には、制御装置９は、水素発生装置２による水素ガスＧの生成（水Ｗの電気分解）、開閉弁８ａの開閉制御による水素発生装置２への水Ｗの給水、開閉弁８ｂの開閉制御による燃料電池ユニットＸへの水素ガスＧの供給、および水位センサ１５からの検出信号に基づく開閉弁１７の開閉制御による内側空間Ｓ２から外側空間Ｓ１への水Ｗ２の送水などを制御する。

この水素供給システム１による燃料電池ユニットＸに対する水素ガスＧの供給に際しては、図２に示すように、水素発生装置２における電気分解の原料として給水する十分な量の水Ｗを外側空間Ｓ１に貯水させると共に、水素ガスＧの加湿に必要な少量の水Ｗを内側空間Ｓ２に貯水させる。この状態において、制御装置９が開閉弁８ａ，８ｂをそれぞれ閉状態から開状態に移行させると共に、水素発生装置２を制御して水素ガスＧの生成を開始させる。これにより、処理装置３の外側空間Ｓ１から配管５を介して水素発生装置２に原料の水Ｗが給水され、この水Ｗが水素発生装置２において電気分解されることで水素発生装置２から水素ガスＧおよび酸素Ｏが排出される。

この際に、水素発生装置２から排出される酸素Ｏを処理装置３に案内する配管６ａには、酸素Ｏと共に水Ｗ１が排出される。この酸素Ｏと水Ｗ１との気液混合流体は、処理装置３の下方閉塞部材１３に接続されている配管６ａから外側空間Ｓ１内に流入させられ、処理装置３の上方閉塞部材１４に接続されている配管６ｂに向かって外側空間Ｓ１内を上昇させられる際に酸素Ｏと水Ｗ１とに分離される。また、分離された酸素Ｏは、外側空間Ｓ１から配管６ｂに排出されて後処理装置４に流入させられる。これにより、前述したように、後処理装置４において予め規定された酸素濃度となるように大気と混合させられた酸素Ｏが大気に放出される。また、分離された水Ｗ１は、原料として水素発生装置２に給水可能に外側空間Ｓ１内に貯水され、配管５を介して水素発生装置２に給水されて電気分解される。

また、水素発生装置２から排出される水素ガスＧを処理装置３に案内する配管７ａには、水素ガスＧと共に水Ｗ２が排出される。この水素ガスＧと水Ｗ２との気液混合流体は、処理装置３の下方閉塞部材１３に接続されている配管７ａから内側空間Ｓ２内に流入させられ、処理装置３の上方閉塞部材１４に接続されている配管７ｂに向かって内側空間Ｓ２内を上昇させられる際に水素ガスＧと水Ｗ２とに分離される。また、分離された水素ガスＧは、内側空間Ｓ２から配管７ｂに排出されて燃料電池ユニットＸに供給される。これにより、燃料電池ユニットＸにおいて、水素供給システム１から供給された水素ガスＧと大気（酸素）とが反応させられて発電される。また、分離された水Ｗ２は、内側空間Ｓ２内に貯水される。

この場合、上記のように水素発生装置２から排出されて配管６ａを介して外側空間Ｓ１に流入させられる酸素Ｏと水Ｗ１との気液混合流体は、水素発生装置２から排出されて配管７ａを介して内側空間Ｓ２に流入させられる水素ガスＧと水Ｗ２との気液混合流体よりも高温となっている。また、水素発生装置２による水素ガスＧの生成に際しては、酸素Ｏと共に排出される水Ｗ１の単位時間あたりの排出量が、水素ガスＧと共に排出される水Ｗ２の単位時間あたりの排出量よりも多量となっている。また、前述したように、本例の処理装置３では、外側空間Ｓ１と内側空間Ｓ２とが内側筒状部材１２だけで隔てられており、外側空間Ｓ１内の水Ｗ（水Ｗ１）と、内側空間Ｓ２内の水Ｗ（水Ｗ２）とが内側筒状部材１２を介して相互に熱交換させられる構成が採用されている。

したがって、上記のように酸素Ｏと水Ｗ１との気液混合流体が外側空間Ｓ１に流入させられ、かつ水素ガスＧと水Ｗ２との気液混合流体が内側空間Ｓ２に流入させられている状態が継続されているときには、内側空間Ｓ２内の水Ｗ２が、外側空間Ｓ１内の水Ｗ１との熱交換によって十分に加熱された状態となる。この場合、本例の処理装置３では、前述したように、内側筒状部材１２が高熱伝導率素材で形成されると共に、その内面および外面の双方に凸部（フィン）が設けられて内側筒状部材１２の表面積が拡大されている。したがって、この内側筒状部材１２によって隔てられた外側空間Ｓ１内の水Ｗ１と内側空間Ｓ２内の水Ｗ２とが好適に熱交換されて、内側空間Ｓ２内の水Ｗ２が十分に温度上昇させられる。これにより、内側空間Ｓ２に貯水されている水Ｗ２内を浮上させられる水素ガスＧが十分な気相の水分を含んで十分な湿度となり、その状態において配管７ｂを介して燃料電池ユニットＸに供給されることで、ＭＥＡのドライアップが生じる事態が確実に回避される。

なお、上記のように内側空間Ｓ２内（水Ｗ２内）を浮上させられる水素ガスＧを好適な湿度に加湿するには、内側空間Ｓ２内に流入する前に水素ガスＧや水Ｗ２の温度が過剰に低下するのを回避するのが好ましい。したがって、水素発生装置２から処理装置３に水素ガスＧおよび水Ｗ２を流入させる配管７ａについては、低熱伝導率素材（放熱性が低い素材）で形成するのが好ましい。また、処理装置３において十分に加湿された水素ガスＧが燃料電池ユニットＸに供給される前にその温度が低下したときには、水素ガスＧに含まれる気相の水分が液相に変化し、水滴となって燃料電池ユニットＸに流入することとなる。このような状態では、液相の水分（水滴）が水素ガスＧの通過抵抗となるおそれがあるため、処理装置３から燃料電池ユニットＸに水素ガスＧを供給する配管７ｂについても、低熱伝導率素材（放熱性が低い素材）で形成するのが好ましい。

一方、上記のように燃料電池ユニットＸに対する水素ガスＧの供給を継続したときには、水素発生装置２から水素ガスＧと共に排出されて内側空間Ｓ２において分離された水Ｗ２の貯水量が徐々に増加する。また、水位センサ１５が、内側空間Ｓ２に対する水Ｗ２の貯水量が予め規定された量に達したことを検出したときには、制御装置９に対して検出信号を出力する。これに応じて、制御装置９は、開閉弁１７を閉状態から開状態に移行させる。この際には、内側空間Ｓ２内の水Ｗ２が配管１６を介して外側空間Ｓ１に送水され、水素発生装置２に対して給水する水Ｗの一部として外側空間Ｓ１に貯水される。なお、内側空間Ｓ２から外側空間Ｓ１への水Ｗ２の送水については、水素ガスＧ等が流入させられることで内側空間Ｓ２に加わっている内圧を利用して液送する構成や、図示しない液相ポンプによって強制的に液送する構成を採用することができる。これにより、水素発生装置２から酸素Ｏと共に排出される水Ｗ１だけでなく、水素ガスＧと共に排出される水Ｗ２についても原料の水Ｗとして有効利用することが可能となっている。

この場合、前述したように、水素発生装置２による水素ガスＧの生成に際して原料として使用される水Ｗの温度が高過ぎると、その水Ｗの電気分解の効率が低下して水素ガスＧの生成効率が低下する。しかしながら、本例の水素供給システム１では、高温の水Ｗ１が、水Ｗ１よりも低温の水Ｗ２との熱交換によって十分に温度低下している。また、本例の水素供給システム１では、上記のように、外側空間Ｓ１内の水Ｗ１に対して内側空間Ｓ２から送水した水Ｗ２を合流させた後に水素発生装置２に供給する構成が採用されている。したがって、本例の水素供給システム１では、外側空間Ｓ１内の水Ｗ１だけを内側空間Ｓ２内の水Ｗ２と熱交換させずに水素ガスＧ生成用の原料として使用する構成とは異なり、電気分解の効率が低下するような過剰に高い温度の水Ｗ（水Ｗ１，Ｗ２）が水素発生装置２に対して給水される事態が好適に回避されている。

また、本例の処理装置３では、前述したように、外側筒状部材１１が高熱伝導率素材で形成されると共に、その内面および外面の双方に凸部（フィン）が設けられて外側筒状部材１１の表面積が拡大されている。したがって、この外側筒状部材１１によって隔てられた外側空間Ｓ１内の水Ｗ１と処理装置３の周囲の大気とが好適に熱交換されて、外側空間Ｓ１内の水Ｗ１が過剰に高い温度となる事態が回避され、これにより、水素発生装置２に対して過剰に高い温度の水Ｗ（水Ｗ１，Ｗ２）が給水される事態が確実に回避されている。

また、燃料電池ユニットＸによる発電を停止させるとき、すなわち、燃料電池ユニットＸに対する水素ガスＧの供給が不要となったときに、制御装置９は、開閉弁８ａ，８ｂを開状態から閉状態に移行させる。この際には、配管５を介しての処理装置３（外側空間Ｓ１）から水素発生装置２への水Ｗの給水が停止すると共に、配管７ｂを介しての処理装置３（内側空間Ｓ２）から燃料電池ユニットＸへの水素ガスＧの供給が停止する。また、開閉弁８ｂが閉状態に移行させられた状態においては、処理装置３（内側空間Ｓ２）内の水Ｗ２が揮発して配管７ｂを介して燃料電池ユニットＸに流入する事態が阻止される。これにより、水素ガスＧの加湿や、水素発生装置２による電気分解の原料として使用される水Ｗ２の不要な消費を回避することが可能となる。

このように、この処理装置３では、外側筒状部材１１と、外側筒状部材１１内に配設された内側筒状部材１２と、外側筒状部材１１の一端側（下端側）開口部および内側筒状部材１２の一端側（下端側）開口部を閉塞する下方閉塞部材１３と、外側筒状部材１１の他端側（上端側）開口部および内側筒状部材１２の他端側（上端側）開口部を閉塞する上方閉塞部材１４とを備え、下方閉塞部材１３が上方閉塞部材１４よりも下方に位置するように設置した状態において、外側筒状部材１１と内側筒状部材１２との間の外側空間Ｓ１（第１の空間）および内側筒状部材１２内の内側空間Ｓ２（第２の空間）のいずれか一方の空間（本例では、外側空間Ｓ１）が水素発生装置２から酸素Ｏと共に排出される水Ｗ１を酸素Ｏから分離させて貯水する「第１の分離槽」として機能し、かつ外側空間Ｓ１および内側空間Ｓ２のいずれか他方の空間（本例では、内側空間Ｓ２）が水素発生装置２から水素ガスＧと共に排出される水Ｗ２を水素ガスＧから分離させて貯水する「第２の分離槽」として機能するように構成されると共に、「第１の分離槽」内の水Ｗ１と「第２の分離槽」内の水Ｗ２とが内側筒状部材１２を介して熱交換可能に構成され、「第１の分離槽」が、貯水した水Ｗ１を「原料の水」として水素発生装置２に給水する配管５を接続可能に構成され、「第２の分離槽」が、貯水した水Ｗ２のなかを水素ガスＧが浮上するように構成されている。

したがって、この処理装置３および水素供給システム１によれば、水素発生装置２に給水する水Ｗを貯水する容器および水素発生装置２から酸素Ｏと共に排出される水Ｗ１を分離させる分離槽（前述の特許文献に開示の構成における給水槽）と、水素発生装置２から水素ガスＧと共に排出される水Ｗ１を水素ガスＧから分離させる分離槽（前述の特許文献に開示の構成における水分離部）とを別個に配設した構成と比較して、二重管構造によって形成された外側空間Ｓ１および内側空間Ｓ２を「第１の分離槽」や「第２の分離槽」として機能させることで、両分離槽による占有スペースを小さくして水素供給システム１を十分に小型化することができる。また、水素ガスＧを加湿するための内側空間Ｓ２内の水Ｗ２を、電気ヒータ等の加熱源を使用せずに、外側空間Ｓ１内の水Ｗ１との熱交換によって加熱することができるため、水素供給システム１の製造コストおよび運用コストを十分に低減しつつ、好適な湿度の水素ガスＧを燃料電池ユニットＸに対して供給することができる。

また、この処理装置３では、外側空間Ｓ１が「第１の分離槽」として機能すると共に、内側空間Ｓ２が「第２の分離槽」として機能するように構成されている。したがって、この処理装置３および水素供給システム１によれば、内側空間Ｓ２（第２の分離槽）の周囲全体が外側空間Ｓ１（第１の分離槽）で囲まれた状態となっていることで、外側空間Ｓ１内の水Ｗと内側空間Ｓ２内の水Ｗとを好適に熱交換することができる。これにより、内側空間Ｓ２内の水Ｗの温度を十分に上昇させることができる結果、燃料電池ユニットＸに対して供給する水素ガスＧの湿度を確実に好適な湿度まで高めることができる。また、「第１の分離槽」内の水Ｗ１が有する熱を、外側筒状部材１１を介して大気中に放熱させることができるため、水素発生装置２に給水する水Ｗ（水Ｗ１，Ｗ２）の温度が過剰に高くなる事態を回避して、水素発生装置２による水素ガスＧの生成効率の低下を好適に回避することができる。

さらに、この処理装置３では、「第２の分離槽」に貯水された水Ｗ２を「第１の分離槽」に送水可能な「送水路（本例では、配管１６）」を備えている。したがって、この処理装置３および水素供給システム１によれば、水素発生装置２から酸素Ｏと共に排出される水Ｗ１だけでなく、水素発生装置２から水素ガスＧと共に排出される水Ｗ２についても、水素発生装置２における電気分解の原料として有効利用することができる。

なお、「処理装置」および「燃料供給システム」の構成は、上記の処理装置３および水素供給システム１の構成の例に限定されない。

例えば、外側筒状部材１１および内側筒状部材１２の筒長方向が垂直方向と一致するように処理装置３を直立させて設置した例について説明したが、「下方閉塞部材１３が上方閉塞部材１４よりも下方に位置する」との条件を満たす範囲内で処理装置３を斜めに傾けて設置することもできる。このような設置姿勢で設置した処理装置３においても、内側空間Ｓ２に流入させられる水素ガスＧが水Ｗ２内を浮上させられる際にその湿度を十分に高めることができる。また、内側空間Ｓ２において水素ガスＧから分離させた水Ｗ２を、配管１６を介して外側空間Ｓ１に送水して、外側空間Ｓ１から水素発生装置２に「原料の水」として給水する構成を例に挙げて説明したが、内側空間Ｓ２内に規定量の水Ｗ２が貯水されたときに、この水Ｗ２を内側空間Ｓ２から水素発生装置２に直接給水する構成を採用することもできる（「送水路」を備えない構成の例：図示せず）。

さらに、外側空間Ｓ１を「第１の分離槽」として機能させると共に、内側空間Ｓ２を「第２の分離槽」として機能させる構成の処理装置３を例に挙げて説明したが、内側空間Ｓ２（第２の空間）を「第１の分離槽」として機能させると共に、外側空間Ｓ１（第１の空間）を「第２の分離槽」として機能させる構成を採用することもできる（図示せず）。加えて、燃料電池ユニットＸに対して水素ガスＧを供給する構成を例に挙げて説明したが、「供給対象」は、「燃料電池ユニット」に限定されず、例えば、「水素燃焼エンジン」などに対して、液送の水分を含まず、かつその湿度が十分に高められた水素ガスＧを供給することもできる。

１ 水素供給システム
２ 水素発生装置
３ 処理装置
４ 後処理装置
５，６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂ，１６ 配管
８ａ，８ｂ，１７ 開閉弁
９ 制御装置
１１ 外側筒状部材
１２ 内側筒状部材
１３ 下方閉塞部材
１４ 上方閉塞部材
１５ 水位センサ
Ｇ 水素ガス
Ｏ 酸素
Ｓ１ 外側空間
Ｓ２ 内側空間
Ｗ，Ｗ１，Ｗ２ 水
Ｘ 燃料電池ユニット

Claims (4)

1. 外側筒状部材と、
   前記外側筒状部材内に配設された内側筒状部材と、
   前記外側筒状部材の一端側開口部および前記内側筒状部材の一端側開口部を閉塞する第１の閉塞部材と、
   前記外側筒状部材の他端側開口部および前記内側筒状部材の他端側開口部を閉塞する第２の閉塞部材とを備え、
   前記第１の閉塞部材が前記第２の閉塞部材よりも下方に位置するように設置した状態において、前記外側筒状部材と前記内側筒状部材との間の第１の空間および当該内側筒状部材内の第２の空間のいずれか一方の空間が、原料の水を電気分解して水素を発生させる水素発生装置から酸素と共に排出される水を当該酸素から分離させて貯水する第１の分離槽として機能し、かつ当該第１の空間および当該第２の空間のいずれか他方の空間が、当該水素発生装置から当該水素と共に排出される水を当該水素から分離させて貯水する第２の分離槽として機能するように構成されると共に、当該第１の分離槽内の水と当該第２の分離槽内の水とが当該内側筒状部材を介して熱交換可能に構成され、
   前記第１の分離槽は、貯水した水を前記原料の水として前記水素発生装置に給水する給水用配管を接続可能に構成され、
   前記第２の分離槽は、貯水した水のなかを当該水素が浮上するように構成されている処理装置。
2. 前記第１の空間が前記第１の分離槽として機能すると共に、前記第２の空間が前記第２の分離槽として機能するように構成されている請求項１記載の処理装置。
3. 前記第２の分離槽に貯水された水を前記第１の分離槽に送水可能な送水路を備えている請求項１記載の処理装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の処理装置と、前記水素発生装置とを備え、
   前記水素発生装置から排出されて前記処理装置における前記第２の分離槽を通過させた前記水素を供給対象に対して供給可能に構成されている燃料供給システム。