JPH10330978A - 水電解装置 - Google Patents

水電解装置

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JPH10330978A
JPH10330978A JP9158027A JP15802797A JPH10330978A JP H10330978 A JPH10330978 A JP H10330978A JP 9158027 A JP9158027 A JP 9158027A JP 15802797 A JP15802797 A JP 15802797A JP H10330978 A JPH10330978 A JP H10330978A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】イオン交換膜の両面に接合した、イオン交換膜
―触媒電極接合体を基本ユニットとする水電解槽におい
て、触媒電極の異常な消耗により、水電解槽の寿命が予
想以上に短くなるという問題があった。 【解決手段】 イオン交換膜の両面に白金族金属電極を
接合した、イオン交換膜―触媒電極接合体を基本ユニッ
トとする水電解槽と、前記水電解槽の陽極より発生する
酸素と水とを分ける気液分離タンク又は/及び前記水電
解槽の陰極より発生する水素と水とを分ける気液分離タ
ンクと、前記気液分離タンク又は気液分離タンクと水電
解槽とを接続する配管に設けられた圧力信号出力手段
と、圧力信号出力手段からの信号により前記水電解槽へ
の供給電力を増減する制御回路とを備えており、前記供
給電力の最低電圧が、基本ユニット1個あたり、1.2
〜1.7Vであることを特徴とする水電解装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、イオン交換膜の両
面に白金族金属電極を接合した、イオン交換膜―触媒電
極接合体を基本ユニットとする水電解槽を用いる水電解
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の水電解装置は、イオン交換膜の両
面に白金族金属電極を接合した、イオン交換膜―触媒電
極接合体を基本ユニットとする水電解槽を用い、前記水
電解槽の陽極より発生する酸素と水を分ける気液分離タ
ンク(O)または、前記水電解槽の陰極より発生する水
素と水を分ける気液分離タンク(H)のいずれか一つを
少なくとも有し、それら気液分離タンクまたは気液分離
タンクに接続する配管に圧力信号発振器を設け、この圧
力信号発振器からの信号によりスイッチンク゛方式などの直流
電源から前記水電解槽への供給電力を増減する制御回路
を有する。
【0003】この従来の水電解装置は、供給量の増減に
伴い変動しようとする気液分離タンク(OまたはH)の
ガス圧を一定に保つよう水電解槽への供給電力を増減
し、一定の圧力に制御された水素又は酸素を、必要なと
きに必要な量を必要な場所に提供する装置である。
【0004】このような水電解装置は、ボンベの運搬が
困難な僻地等の半導体工場や、高圧ガスの使用が禁止さ
れている住宅地等で用いられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】イオン交換膜―触媒電
極接合体を基本ユニットとする水電解槽を用い、前記水
電解槽の陽極より発生する酸素と水を分ける気液分離タ
ンク又は前記水電解槽の陰極より発生する水素と水を分
ける気液分離タンクのいずれか一つを少なくとも有し、
それら気液分離タンク、又は気液分離タンクに接続する
配管に圧力信号発振器を設け、この圧力信号発振器から
の信号により直流電源から前記水電解槽への供給電力を
増減する制御回路を持つ従来の水電解装置において、そ
の制御回路がオン、オフ制御である場合、たとえガスの
供給量が一定していても直流電源から水電解槽への電力
供給自体、頻繁にオン、オフが繰り返される。
【0006】しかし、このオフ時毎に直流電源の出力が
停止し、直流電源の電圧がダウンするために水電解槽の
起電力による逆電流が発生する。そのためイオン交換膜
の両面に接合した触媒電極が消耗し、水電解槽の寿命が
予想以上に短くなる。
【0007】また、その制御回路が比例制御であって
も、たとえば、一定サイクルで供給、停止が頻繁に繰り
返されるような使用条件下では、前述のオン、オフ制御
の場合と同様に供給停止時に逆電流が発生し、水電解槽
の寿命が短くなる。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、イオン交換膜
の両面に白金族金属電極を接合した、イオン交換膜―触
媒電極接合体を基本ユニットとする水電解槽と、前記水
電解槽の陽極より発生する酸素と水とを分ける気液分離
タンク又は/及び前記水電解槽の陰極より発生する水素
と水とを分ける気液分離タンクと、前記気液分離タンク
又は気液分離タンクと水電解槽とを接続する配管に設け
られた圧力信号出力手段と、圧力信号出力手段からの信
号により前記水電解槽への供給電力を増減する制御回路
とを備えており、前記供給電力の最低電圧が、基本ユニ
ット1個あたり、1.2〜1.7Vであることを特徴と
することにより、上述のごとき課題を解決するものであ
る。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を好
適な図面を用いて説明する。
【0010】図1は、本発明の実施例にかかる水電解装
置を簡略化した流路図である。同図において、水タンク
1の純水は、ポンプ2により流路9を経て強制的に水電
解槽3に送られる。ここで水電解槽3は、イオン交換膜
―触媒電極接合体からなる基本ユニット13、14を2
つ直列に配している。水電解槽3に送られた水は、スイッチ
ンク゛方式の直流電源4からの供給電力により電解され、
酸素と水素に分解された後、酸素は電解されずにあまっ
た水とともに水タンク1に戻される。
【0011】また、水素は、陽極から電気浸透により移
動したわずかな水とともに流路11を経て気液分離タン
ク7に送られ気液分離される。気液分離された水素は、
圧力信号発振器6および、気液分離タンク7の内部ガス
圧力を上昇させるためのニードルバルブ8を配した流路
12を経て目的地へ供給される。流路12の圧力は、上
記圧力信号発振器6により、制御回路5へを送りられ
る。制御回路5は、流路12内の圧があらかじめ設定さ
れた圧力(1.00kg/cm2G)より高くなると直流電
源4の水電解槽3への電力供給を停止し、流路内の圧が
あらかじめ設定された圧力より0.1kg/cm2G低くな
ると、直流電源4の水電解槽3への電力供給を再開する
オン、オフ制御回路である。
【0012】ここで、流路12内の圧があらかじめ設定
された圧力(1.00kg/cm2G)より高くなり直流電
源4の水電解槽3への電力供給を停止した際でも、水電
解槽には3.4Vの電圧が印加されるように制御回路5
は直流電源4の供給最低電圧を規定しており、その電圧
は、水電解槽3に搭載されているイオン交換膜―触媒電
極接合体である基本ユニット一個あたり1.7Vであ
り、電解停止中も水電解槽3に逆電流が生じず、水電解
も行われない。
【0013】なお、1.2V未満では逆電流が生じ、
1.7Vより大きいと水電解が起こるので、供給最低電
圧を基本ユニット一個あたり1.2〜1.7Vにすれば
飛躍的に水電解装置の寿命を延ばすことが可能となる。
【0014】図2は、本水電解装置を最大水素供給量4
L/minの半分にあたる2L/minの水素発生条件で連
続運転した際の水電解槽の電解時電圧を示す。このと
き、電解停止時の水電解槽への電力供給を完全に停止す
る従来式の水電解装置を同条件で運転した際の電解電圧
も合わせて示す。この運転条件下では、水電解装置は5
秒間水電解した後5秒間水電解を停止するオン、オフ運
転となる。
【0015】図2に示されるように、本発明による水電
解槽は、停止時に逆電流が生じないために、水電解槽の
電解電圧が長期間にわたって安定している。一方、従来
式の水電解槽は、停止時に発生する逆電流のために触媒
電極の消耗が激しく、比較的早く電解電圧が上昇し寿命
(6V)にいたっている。
【0016】図3は、本発明の実施例にかかるもう一つ
の水電解装置を簡略化した流路図である。
【0017】同図において、水タンクaの純水は、ポン
プbにより流路iを経て強制的に水電解槽cに送られる。
ここで水電解槽3は、イオン交換膜―触媒電極接合体か
らなる基本ユニットm、nを2つ直列に配している。水
電解槽cに送られた水は、スイッチンク゛方式の直流電源dか
らの供給電力により電解された後、酸素と水素とに分解
され、酸素は電解されずにあまった水とともに水タンク
aに戻される。
【0018】また、水素は、陽極から電気浸透により移
動したわずかな水とともに流路kを経て気液分離タンク
gに送られ気液分離される。気液分離された水素は、圧
力信号発振器fおよび、気液分離タンクgの内部ガス圧
力を上昇させるためのニードルバルブhを配した流路l
を経て目的地へ供給される。流路lの圧力は、上記圧力
信号発振器fにより、制御回路eへ送られる。制御回路
eは、流路l内の圧があらかじめ設定された圧力(1.00
kg/cm2G)になるように流路l内の変動に応じて
直流電源dの水電解槽cへの供給電力を増減させる比例
制御回路である。
【0019】ここで、この制御回路eは、ニードルバル
ブhが完全に閉じられたために、水電解槽cへの電力供
給を停止する際でも、水電解槽には3.4Vの電圧が印
加されるように制御回路eは直流電源dの供給最低電圧
を規定しており、その電圧は、水電解槽に搭載されてい
るイオン交換膜―触媒電極接合体である基本ユニット一
つあたり1.7Vであり、電解停止中も水電解槽cに逆
電流が生じず、水電解も行われない。
【0020】図4は、本水電解装置を最大水素供給量4
L/minの運転状態を1分間、ニードルバルブhを完
全に閉じた状態を1分間で一つのサイクルとする、間欠
運転を10000サイクル行なったときの水電解槽cの電解時
電圧を示す。加えて、電解停止時の水電解槽への電力供
給を完全に停止する従来式の水電解装置を同条件で運転
した際の電解電圧を合わせて示す。
【0021】図4に示されるように本発明による水電解
槽は、停止時に逆電流が生じないため、水電解槽の電解
電圧が長期間にわたって安定している。
【0022】一方、従来式の水電解槽は、停止時に発生
する逆電流のために触媒電極の消耗が激しく、比較的早
く電解電圧が上昇し寿命(6V)に至っていることがわ
かった。
【0023】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、従
来の水電解装置に比べ、いかなる運転条件下に於いて
も、水電解槽に逆電流が生じないので、水電解槽の寿命
を飛躍的に延ばせることができる。したがって、その産
業上寄与すること大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例にかかる水電解装置を簡略化し
た流路図である。
【図2】図1に示す水電解装置の電解電圧の経時特性を
示す図である。
【図3】本発明の実施例にかかる水電解装置を簡略化し
た流路図である。
【図4】図2に示す水電解装置の電解電圧の経時特性を
示す図である。
【符号の説明】
1 水タンク 2 ポンプ 3 水電解槽 4 直流電源 5 制御回路 6 圧力信号発振器 7 気液分離タンク 8 ニードルバルブ 14 イオン交換膜−触媒電極接合体

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 イオン交換膜の両面に白金族金属電極を
    接合した、イオン交換膜―触媒電極接合体を基本ユニッ
    トとする水電解槽と、前記水電解槽の陽極より発生する
    酸素と水とを分ける気液分離タンク又は/及び前記水電
    解槽の陰極より発生する水素と水とを分ける気液分離タ
    ンクと、前記気液分離タンク又は気液分離タンクと水電
    解槽とを接続する配管に設けられた圧力信号出力手段
    と、圧力信号出力手段からの信号により前記水電解槽へ
    の供給電力を増減する制御回路とを備えており、 前記供給電力の最低電圧が、基本ユニット1個あたり、
    1.2〜1.7Vであることを特徴とする水電解装置。
  2. 【請求項2】 前記制御回路の制御が、オン、オフ制御
    である請求項1記載の水電解装置。
  3. 【請求項3】 前記制御回路の制御が、比例(PID)制
    御である請求項1記載の水電解装置。
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