JPH07243077A - 水素ガス生成装置 - Google Patents

水素ガス生成装置

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JPH07243077A
JPH07243077A JP6037461A JP3746194A JPH07243077A JP H07243077 A JPH07243077 A JP H07243077A JP 6037461 A JP6037461 A JP 6037461A JP 3746194 A JP3746194 A JP 3746194A JP H07243077 A JPH07243077 A JP H07243077A
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JP
Japan
Prior art keywords
hydrogen gas
hydrogen
chamber
electrolytic solution
cathode electrode
Prior art date
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Pending
Application number
JP6037461A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuaki Yamazaki
和昭 山崎
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】外部電源を用いずに水の電気分解を行い、しか
も不純物を殆ど含まない高純度の水素ガスを生成して貯
蔵できるようにした水素ガス生成装置を提供する。 【構成】水素透過性金属(Feなど)の薄板2で形成し
たシェルを隔壁として処理槽1に電解液室4と水素ガス
生成室5を仕切るとともに、金属薄板をカソード電極と
して、腐食電位が前記金属よりも「卑」であるアノード
電極10をカソード電極に導電接続して電解液室内に配
置し、電解液室に供給した電解液(pH7程度の淡水,
海水など)からカソード電極表面に還元析出して水素ガ
ス生成室内に透過した水素ガスを、水素ガス生成室に連
なる槽外の水素ガス貯蔵室7に充填した水素吸蔵合金1
2に吸着させて貯蔵する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、外部電源を用いずに水
などの電解液を電気分解して高純度の水素ガスを生成,
貯蔵するようにした水素ガス生成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】水を電気分解して水素ガスを生成する装
置として、従来では、水電解槽内に隔壁を挟んで一対の
アノード,カソード電極を水中に浸漬配備するととも
に、アノード電極とカソード電極の間に外部の直流電源
を接続し、水電解によりカソード電極側に発生した水素
ガスの気泡を水面上で捕集するような方式のものが一般
に採用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記した従
来の水素ガス生成法では、水電解のために外部電源を必
要とする。また、電解槽内で生成した水素ガスは、気泡
となって水中を通過した後に、水電解槽の水面上で水を
充満した別な捕集容器定に取り込んで捕集するようにし
ている。このために、捕集容器で捕集した水素ガスは、
飽和水蒸気圧に依存する量の水分子,および水中の不純
物を含んでいて純度が低下する。
【0004】本発明は上記の点にかんがみなされたもの
であり、その目的は外部電源を用いずに水の電気分解を
行い、しかも不純物を殆ど含まない高純度の水素ガスを
生成して貯蔵できるようにした水素ガス生成装置を提供
することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の水素ガス生成装置は次記のように構成する
ものとする。 (1)水素透過性金属の薄板を隔壁として処理槽内に電
解液室と水素ガス生成室を仕切るとともに、前記金属薄
板をカソード電極として、腐食電位が水素透過性金属よ
りも「卑」であるアノード電極をカソード電極に導電接
続して電解液室内に配置し、電解液室内で電解液からカ
ソード電極表面に還元析出した水素を水素ガス生成室側
に透過させて水素ガスを生成し、この水素ガスを水素ガ
ス生成室に連なる槽外の水素ガス貯蔵室に送り込んで貯
蔵するよう構成する。
【0006】そして、前記の水素透過性金属はFe,ス
テンレス,Ni,インコネル,ハステロイ,Tiのいず
れか、アノード電極はZn,Alのいずれかを採用し、
電解液としてはpH7程度である淡水,海水などの中性
電解液を用いるのがよい。 (2)酸性の電解液中で水素発生型の腐食形態を示す水
素透過性金属の薄板を隔壁として処理槽内に電解液室と
水素ガス生成室を仕切り、電解液室内で酸性の電解液か
らカソード電極表面に還元析出した水素を水素ガス生成
室側に透過させて水素ガスを生成し、この水素ガスを水
素ガス生成室に連なる槽外の水素ガス貯蔵室に送り込ん
で貯蔵するよう構成する。
【0007】そして、前記の水素透過性金属ははFe,
Alのいずれかを採用し、かつ酸性の電解液としてはH
Cl,H2 SO4 ,HNO3 ,H2 CO3 ,CH3 CO
OH,H3 PO4 のいずれかの水溶液を用いるのがよ
い。また、前項(1),(2)において、処理槽で生成し
た水素ガスの貯蔵効率を高めるために、水素ガス貯蔵槽
の槽内に水素吸蔵合金を充填して実施することができ
る。
【0008】
【作用】上記のうち、(1)項の構成においては、腐食
電位が「貴」であるカソード電極と「卑」であるアノー
ド電極とを電気的に接続して電解液中に浸漬すると、両
電極間に電池が形成され、アノード電極がアノード分極
するとともに、カソード電極の表面には電解液中の水素
イオンが水素原子として還元析出する。ここで、カソー
ド電極は水素透過性金属の薄板として電解液室と水素ガ
ス生成室(事前に真空引きしておく)との間を仕切るよ
うに配備されているので、水素原子は水素透過性金属の
薄板を透過して水素ガス生成室側に拡散し、前記金属薄
板の表面で水素ガスとなった後、水素ガス生成室よりガ
ス導管を通じて槽外の水素ガス貯蔵室内に貯蔵される。
この場合に、水素ガス生成室内で生成した水素ガスは水
素透過性金属を透過するので不純物を殆ど含まない高純
度の水素ガスとなる。また、水素ガス貯蔵室内に水素吸
蔵合金を充填しておくことにより、多量の生成水素ガス
を水素吸蔵合金に吸収して効率よく貯蔵することができ
る。
【0009】また、(2)項の構成においては、酸性の
電解液中で水素発生型の腐食形態を示す水素透過性金属
薄板の表面で酸性電解液中の水素イオンが水素原子とし
て還元析出され、前記(1)項と同様に水素ガス生成室
側に拡散して水素ガスを生成する。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。まず、図1は本発明の請求項1に対応する実施例
を示すものである。図において、1は処理槽(水電解
槽)であり、該処理槽1の内部には水素透過性金属薄板
2で作られたシェルを仕切隔壁として、その外周側には
ポンプ3を経て電解液が導入される電解液室4が、内周
側には水素ガス生成室5が画成されており、かつ水素ガ
ス生成室5はガス導管6を介して槽外に備えた水素ガス
貯蔵室7に連通接続されている。なお、8はガス導管6
に接続した真空ポンプである。また、電解液室4には水
素透過性金属薄板2をカソード電極として、該カソード
電極に導電線9を介して電気的に接続したアノード電極
10が電解液中に浸漬配備されている。
【0011】ここで、電解液室4には、電解液としてp
H=7前後の中性液である淡水,海水などを供給するも
のとする。一方、カソード電極としての水素透過性金属
薄板2は、前記の電解液中での腐食電位が「貴」で、か
つ水素の透過による脆性を起こし難い材料として、F
e,ステンレス(SUS304.SUS316),N
i,インコネル,ハステロイ,Tiのいずれかが使用さ
れる。また、その板厚は高い水素ガス透過性を確保する
ためにできる限り薄くし、例えば金属材料がハステロイ
Cである場合には板厚を50〜100μm程度とするの
がよく、さらに電解液との接触面積を大きくするように
シェルの表面を凹凸状に成形して表面積を大きくするの
がよい。
【0012】これに対してアノード電極10は、その腐
食電位がカソード電極の水素透過性金属2よりも「卑」
である金属とし、例えばZn,Alのいずれかを採用す
る。また、アノード電極10は電流を多く流すために表
面積が大きくし、かつアノード分極反応の進行に伴って
金属が電解液中に溶出して消費されるので、電極を交換
し易いように取付けておく。
【0013】また、処理槽1,および処理槽1に接続し
た電解液の配管系は、電極反応への影響を与えないため
に、非導電材料,または非導電材料で被覆して金属材料
を用いるか、または図示のように絶縁物11でアノー
ド,カソード電極と電気的に絶縁する。あるいは、腐食
電位がカソード電極よりも「卑」で、かつアノード電極
よりも「貴」である金属材料を採用することもできる。
【0014】さらに、水素ガス貯蔵室7には、LaNi
5 ,FeTi,Mg2 Niなどの水素吸蔵合金12を充
填しておくものとする。かかる構成で、水素ガス生成工
程に入る前に、真空ポンプ8を運転して水素ガス生成室
5,水素ガス貯蔵室7をあらかじめ真空状態にしてお
く。ここで、処理槽1の電解液室4に淡水,海水などの
電解液を導入すると、アノード電極10と水素透過性金
属薄板2のカソード電極との間に電池が形成され、アノ
ード電極がアノード分極するとともに、カソード電極の
表面には電解液中の水素イオンが水素原子として還元析
出する。そして、水素原子はシェル状の水素透過性金属
薄板2を透過して水素ガス生成室5に拡散し、金属薄板
2の表面で水素ガスとなった後、水素ガス生成室5より
ガス導管6を通じて水素ガス貯蔵室内7に充填した水素
吸蔵合金12に吸着して貯蔵される。
【0015】次に、図1に示した実施例の応用実施例を
図3〜図7に示す。まず、図3の構成では、処理槽1に
対して、水素透過性金属薄板2で形成したシェルの内方
を電解液室4としてここに水素透過性金属薄板(カソー
ド電極)2と導電接続したアノード電極10を配置し、
シェルの外側に水素ガス生成室5を画成して水素ガス貯
蔵室7と連通接続している。つまり、図1の構成に比べ
て電解液室4と水素生成室5との配置が逆になってい
る。
【0016】また、図4は水素透過性金属薄板2で作っ
たシェルをパイプとして処理槽1の中に蛇行配管した上
で、そのパイプの内方を水素ガス生成室5として水素ガ
ス貯蔵室7に連通接続し、パイプの外側を電解液室4と
してここにアノード電極10を対向配置したものであ
る。また、図5の構成では、図4と同様に水素透過性金
属薄板2で作ったシェルをパイプとして処理槽1の中に
蛇行配管するとともに、図4の構成とは逆に、パイプの
内方を電解液室4としてアノード電極10をパイプ内に
設置し、パイプの外方を水素ガス生成室5として使用す
るようにレイアウトしている。
【0017】さらに、図6,図7の構成では、水素透過
性金属薄板2で作ったシェルを平行に並べた複数本のパ
イプと、これらパイプの両端に接続した連通パイプとで
構成して処理槽1の中に組み込む。そして、図6ではシ
ェルの内方を水素ガス生成室5として水素ガス貯蔵室7
に接続し、シェルの外方を電解液室4として使用する。
また、図7は図6と逆にシェルの内方を電解液室4と
し、外方を水素ガス生成室5と使用する。
【0018】なお、図3〜図7の各実施例においても、
水素ガスの生成,貯蔵は図1と同様に行われる。また、
水素透過性金属薄板2のシェルを図示のようにパイプ状
に形成することにより、電解液との接触面積が増して水
素ガス生成速度の向上化が図れる。次に、本発明の請求
項2に対応する実施例を図2に示す。この実施例は電解
液としてpH7以下の酸性電解液を使用するものとし、
かつ処理槽1内に電解液室4と水素ガス生成室5を仕切
るシェル状の水素透過性金属薄板2として、特に酸性溶
液中で水素発生型の腐食形態を示す金属を採用する。な
お、水素透過性金属薄板2に対向するアノード電極はな
く、その他の構成は先記した図1と同様である。
【0019】そして、酸性の電解液としては、HCl,
2 SO4 ,HNO3 ,H2 CO3,CH3 COOH,
3 PO4 などの溶液を用いる。一方、水素透過性金属
2は、前記の酸性溶液中で水素発生型の腐食形態を示
し、かつ腐食電位がより「卑」であるのがことましく、
具体的にはFe,Alなどが好適である。また、処理槽
1を含む電解液の配管系は、使用する酸性の電解液中で
十分な耐蝕性を有する材料で構成する。
【0020】かかる構成で、あらかじめ真空ポンプ8を
運転して水素ガス生成室5,水素ガス貯蔵室7を真空引
きした上で、電解液室4に酸性電解液を供給すると、シ
ェル状の水素透過性金属薄板2の表面で電解液中の水素
イオンが水素原子として還元析出し、水素透過性金属薄
板2を透過して水素ガス生成室側の表面で水素ガスを生
成する。また、ここで生成した水素ガスは水素ガス生成
室5からガス導管6を通じて水素ガス貯蔵室7の水素吸
蔵合金12に吸着して貯蔵される。
【0021】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の水素ガス生
成装置によれば、外部電源を必要とせずに水(電解液)
を電気分解して水素ガスを生成することができる。しか
も、電解液室側で還元析出した水素が水素透過性金属薄
板を透過して水素ガス生成室側に拡散するようにしたの
で、不純物を含まない高純度な水素ガスを生成,貯蔵す
ることができる。また、水素ガス貯蔵室に水素吸蔵合金
を充填しておくことにより、水素ガスの貯蔵効率が向上
するほか、水素ガス貯蔵室の付替えなどの操作も簡便に
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の請求項1に対応する実施例の構成図
【図2】本発明の請求項2に対応する実施例の構成図
【図3】図1の応用実施例の構成図
【図4】図3と異なる別な応用実施例の構成図
【図5】図4と異なる別な応用実施例の構成図
【図6】図5と異なる別な応用実施例の構成図
【図7】図6と異なる別な応用実施例の構成図
【符号の説明】
1 処理槽 2 水素透過性金属薄板(カソード) 4 電解液室 5 水素生成室 6 ガス導管 7 水素ガス貯蔵室 9 導電線 10 アノード電極 12 水素吸蔵合金

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】水素透過性金属の薄板を隔壁として処理槽
    内に電解液室と水素ガス生成室を仕切るとともに、前記
    金属薄板をカソード電極として、腐食電位が水素透過性
    金属よりも「卑」であるアノード電極をカソード電極に
    導電接続して電解液室内に配置し、電解液室内で電解液
    からカソード電極表面に還元析出した水素を水素生成室
    側に透過させて水素ガスを生成し、この水素ガスを水素
    ガス生成室に連なる槽外の水素ガス貯蔵室に送り込んで
    貯蔵するよう構成したことを特徴とする水素ガス生成装
    置。
  2. 【請求項2】酸性の電解液中で水素発生型の腐食形態を
    示す水素透過性金属の薄板を隔壁として処理槽内に電解
    液室と水素ガス生成室を仕切り、電解液室内で酸性の電
    解液からカソード電極表面に還元析出した水素を水素ガ
    ス生成室側に透過させて水素ガスを生成し、この水素ガ
    スを水素ガス生成室に連なる槽外の水素ガス貯蔵室に送
    り込んで貯蔵するよう構成したことを特徴とする水素ガ
    ス生成装置。
  3. 【請求項3】請求項1記載の水素ガス生成装置におい
    て、水素透過性金属がFe,ステンレス,Ni,インコ
    ネル,ハステロイ,Tiのいずれか、アノード電極がZ
    n,Alのいずれかであり、かつ電解液としてpH7程
    度の中性電解液を用いることを特徴とする水素ガス生成
    装置。
  4. 【請求項4】請求項2記載の水素ガス生成装置におい
    て、水素透過性金属がFe,Alのいずれかであり、か
    つ酸性電解液としてHCl,H2 SO4 ,HNO3 ,H
    2 CO3 ,CH3 COOH,H3 PO4 のいずれかの水
    溶液を用いることを特徴とする水素ガス生成装置。
  5. 【請求項5】請求項1または3記載の水素ガス生成装置
    において、水素ガス貯蔵槽の槽内に水素吸蔵合金を充填
    したことを特徴とする水素ガス生成装置。
JP6037461A 1994-03-09 1994-03-09 水素ガス生成装置 Pending JPH07243077A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002544395A (ja) * 1999-05-12 2002-12-24 スチュアート エナーヂ システムズ コーポレーシヨン 水電解槽の圧力制御システム
JP2008031040A (ja) * 2005-02-14 2008-02-14 Kyushu Institute Of Technology 原子状水素吸着除去方法およびその装置

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002544395A (ja) * 1999-05-12 2002-12-24 スチュアート エナーヂ システムズ コーポレーシヨン 水電解槽の圧力制御システム
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