水電解システム
【課題】水分を含有する高圧な水素を良好に気液分離するとともに、十分強度を有し且つ水位を正確に測定することを可能にする。
【解決手段】水電解システムを構成する気液分離装置１８は、ブロック体４０を備える。ブロック体４０の内部には、それぞれ上下方向に延在して気液分離用開口部５４及び水位検出用開口部５６が形成されるとともに、前記気液分離用開口部５４及び前記水位検出用開口部５６の各下端位置は、前記ブロック体４０の内部で終端し且つ排水配管５０に一体に連通する。水位検出用開口部５６の上端位置は、ブロック体４０の内部で終端し且つ気液分離用開口部５４の上部側に連結される。導入孔部４８は、水位検出用開口部５６に設けられる上端水位用検出部５８Ｈよりも上方に位置する。
【解決手段】水電解システムを構成する気液分離装置１８は、ブロック体４０を備える。ブロック体４０の内部には、それぞれ上下方向に延在して気液分離用開口部５４及び水位検出用開口部５６が形成されるとともに、前記気液分離用開口部５４及び前記水位検出用開口部５６の各下端位置は、前記ブロック体４０の内部で終端し且つ排水配管５０に一体に連通する。水位検出用開口部５６の上端位置は、ブロック体４０の内部で終端し且つ気液分離用開口部５４の上部側に連結される。導入孔部４８は、水位検出用開口部５６に設けられる上端水位用検出部５８Ｈよりも上方に位置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を電気分解して酸素と該酸素よりも高圧な水素とを発生させる高圧水電解装置と、前記高圧水電解装置から排出され、水分を含有する前記水素を気液分離するとともに、前記水分が除去された前記水素を水素充填部に連なる水素配管に供給する一方、分離された水を排水配管に排出する気液分離装置とを備える水電解システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、固体高分子型燃料電池を発電させるために、燃料ガスとして水素ガスが使用されている。一般的に、水素ガスを製造する際に、水電解装置が採用されている。この水電解装置は、水を分解して水素（及び酸素）を発生させるため、固体高分子電解質膜（イオン交換膜）を用いている。固体高分子電解質膜の両面には、電極触媒層が設けられて電解質膜・電極構造体が構成されるとともに、前記電解質膜・電極構造体の両側にアノード側給電体及びカソード側給電体が配設されて、ユニットが構成されている。
【０００３】
そこで、複数のユニットが積層された状態で、積層方向両端に電圧が付与されるとともに、アノード側給電体に水が供給される。このため、電解質膜・電極構造体のアノード側では、水が分解されて水素イオン（プロトン）が生成され、この水素イオンが固体高分子電解質膜を透過してカソード側に移動し、電子と結合して水素が製造される。一方、アノード側では、水素と共に生成された酸素が、余剰の水を伴ってユニットから排出される。
【０００４】
上記の水電解装置では、水分を含んだ水素が製造されており、乾燥状態、例えば、５ｐｐｍ以下の水素（以下、ドライ水素ともいう）を得るために、前記水素から水分を除去する必要がある。そこで、例えば、特許文献１に開示されている水電解装置の気液分離装置が知られている。
【０００５】
この気液分離装置は、図７に示すように、第１気液分離タンク１ａと第２気液分離タンク１ｂとを備えている。第１気液分離タンク１ａの上部には、気体・液体導入管２ａを介して水電解装置（電解セル）３の陽極室に連通されている。水電解装置３の陽極側から発生した酸素と、前記水電解装置３の陽極室供給された純水とは、混合された状態、気体・液体導入管２ａを経て第１気液分離タンク１ａに輸送されている。
【０００６】
第１気液分離タンク１ａの上部と第２気液分離タンク１ｂの上部との間には、酸素用の気体連通管２ｂが接続されており、前記第１気液分離タンク１ａ内で気液分離された酸素ガスが、前記第２気液分離タンク１ｂに流入するように構成されている。第１気液分離タンク１ａの下部と第２気液分離タンク１ｂの下部との間には、純水用の液体連通管２ｃが接続されており、前記１気液分離タンク１ａ内で気液分離された純水が、前記第２気液分離タンク１ｂに流入するように構成されている。
【０００７】
第２気液分離タンク１ｂには、第１気液分離タンク１ａによって分離された液体成分の液面を制御するために、タンクの上下方向に壁面に沿って、コの字状のバイパス経路１ｄが設けられている。バイパス経路１ｄの外側には、液面制御のための光センサ４ａ、４ｂが、第２気液分離タンク１ｂの予め設定された液面の上限位置と下限位置に対応する位置に、１個ずつ配設されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−１４４０７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、水電解装置では、カソード側に高圧（例えば、３５ＭＰａ）の水素を生成する高圧水電解システムが採用されている。その際、水電解装置のカソード側に接続されている気液分離装置には、水分が含有された高圧水素が導入されている。
【００１０】
しかしながら、上記の特許文献１では、常圧（〜１ＭＰａ程度）における気液分離しか想定しておらず、高圧用気液分離装置に用いることができない。特に、第２気液分離タンク１ｂの下部に液体連通管２ｃを介して高圧な水が導入されるため、前記第２気液分離タンク１ｂに連通するバイパス経路１ｄには、気泡やしぶき等が発生し易くなる。従って、光センサ４ａ、４ｂによる液面の検出精度が相当に低下するという問題がある。しかも、特許文献１では、第１気液分離タンク１ａ及び第２気液分離タンク１ｂが高圧水素による圧力に耐えることができないおそれがある。
【００１１】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、水分を含有する高圧な水素を良好に気液分離するとともに、十分な強度を有し且つ水位を正確に測定することが可能な気液分離装置を備える水電解システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、水を電気分解して酸素と該酸素よりも高圧な水素とを発生させる高圧水電解装置と、前記高圧水電解装置から排出された水分を含有する前記水素を気液分離するとともに、前記水分が除去された前記水素を水素充填部に連なる水素配管に供給する一方、分離された水を排水配管に排出する気液分離装置とを備える水電解システムに関するものである。
【００１３】
この水電解システムでは、気液分離装置は、ブロック体を備え、前記ブロック体の内部には、それぞれ上下方向に延在して気液分離用開口部及び水位検出用開口部が形成されている。
【００１４】
気液分離用開口部及び水位検出用開口部の各下端部位は、ブロック体の下方側側部に設けられる排水配管に一体に連通している。一方、水位検出用開口部の上端部位は、気液分離用開口部の上部側に連結されてブロック体の上部に設けられる水素配管に連通している。
【００１５】
そして、ブロック体の上方側側部には、高圧水電解装置から高圧な水素が導入される導入孔部が、水位検出用開口部に設けられる上端水位用検出部よりも上方に位置して形成されている。
【００１６】
また、この水電解システムでは、水位検出用開口部には、下端水位用検出部が設けられるとともに、上端水位用検出部及び前記下端水位用検出部は、ブロック体の側面に交差する両面にそれぞれ外部に開口して対向する一対の窓部を有し、各窓部を構成する窓部側壁は、少なくとも底面側に前記水位検出用開口部側に向かって外方に傾斜する傾斜面を有することが好ましい。
【００１７】
さらに、この水電解システムでは、水位検出用開口部には、上端水位用検出部よりも上方に上限水位検出部が設けられるとともに、導入孔部は、前記上限水位検出部と前記上端水位用検出部との間の高さ位置に配置されることが好ましい。ここで、上端水位とは、水位が排水を開始する高さであることをいい、上限水位とは、排水が適切に行われず、限界水位に達してシステム停止が必要な高さであることをいう。
【００１８】
さらにまた、この水電解システムでは、各窓部には、光透過部材を含む透過ブロックが配設されるとともに、ブロック体は、両面に前記透過ブロックを介装して一対のプレート部材間に挟持され、且つ、前記一対のプレート部材間は、複数の締め付けボルトにより締め付け固定されることが好ましい。
【００１９】
また、この水電解システムでは、透過ブロックは、光透過部材である柱状のガラス体と、前記ガラス体を収容する開口部を有する金属ブロック体とを備えることが好ましい。
【００２０】
さらに、この水電解システムでは、少なくとも上端水位用検出部及び下端水位用検出部には、透過型光センサが設けられることが好ましい。
【００２１】
さらにまた、この水電解システムでは、水位検出用開口部には、静電容量式の水位計が配設されることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ブロック体の内部には、それぞれ上下方向に延在して気液分離用開口部及び水位検出用開口部が形成されるため、気液分離装置全体の強度及び剛性が良好に向上する。このため、高圧水素が製造される際にも、ブロック体は、前記高圧水素による圧力に十分に耐えることができる。
【００２３】
しかも、高圧水電解装置から高圧な水素が導入される導入孔部は、水位検出用開口部に設けられる上端水位用検出部よりも上方に位置している。従って、通常運転時には、気液分離用開口部の水位は、導入孔部よりも低い位置に維持されている。これにより、高圧な水素が気液分離用開口部に導入される際、前記気液分離用開口部に貯留されている水中に前記水素が吹き込まれることを阻止することが可能になる。
【００２４】
このため、上端水位用検出部や下端水位用検出部に水滴や気泡等が発生することを良好に抑制することができ、水分を含有する高圧な水素を良好に気液分離するとともに、十分な強度を有し且つ水位を正確に測定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る水電解システムの概略構成説明図である。
【図２】前記水電解システムを構成する気液分離装置の斜視説明図である。
【図３】前記気液分離装置の、図２中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】前記気液分離装置の、図２中、ＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る水電解システムを構成する気液分離装置の斜視説明図である。
【図６】前記気液分離装置の、図５中、ＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】特許文献１に開示された気液分離装置の概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る水電解システム１０は、純水供給装置１２を介して市水から生成された純水が供給され、この純水を電気分解することによって高圧水素（酸素圧よりも高圧、例えば、１ＭＰａ〜７０ＭＰａ）を製造する高圧水電解装置１４を備える。
【００２７】
水電解システム１０は、さらに高圧水電解装置１４から水素導出路１６に導出される水素に含まれる水分を除去する気液分離装置１８と、前記気液分離装置１８から水素配管２０に導出される前記水素に含まれる水分を吸着して除去する水素除湿装置（例えば、水吸着装置）２２と、前記水素除湿装置２２の下流に配設され、前記高圧水電解装置１４で生成される前記水素を高圧に保持する背圧弁２４と、システム全体の制御を行うコントローラ２６とを備える。
【００２８】
高圧水電解装置１４は、複数の水分解セル２８が積層されており、前記水分解セル２８の積層方向両端には、エンドプレート３０ａ、３０ｂが配設される。高圧水電解装置１４には、直流電源である電解電源３２が接続される。
【００２９】
エンドプレート３０ａには、配管３４ａが接続されるとともに、エンドプレート３０ｂには、配管３４ｂ、３４ｃが接続される。配管３４ａ、３４ｂは、循環路３６を介して純水供給装置１２から純水の循環が行われる一方、水素排出口である配管３４ｃは、水素導出路１６から気液分離装置１８に接続される。水素導出路１６には、水素排出路３７が分岐形成されるとともに、前記水素排出路３７には、脱圧用開閉弁３８が配設される。
【００３０】
図２に示すように、気液分離装置１８は、例えば、ＳＵＳ３１６等のステンレス鋼製のブロック体４０を備える。ブロック体４０は、略立方体状を有し、前記ブロック体４０の両面（面積の大きな面）４０ａ、４０ｂに、それぞれ複数の透過ブロック４２ａ、４２ｂを介装して一対のプレート部材４４ａ、４４ｂ間に挟持される。一対のプレート部材４４ａ、４４ｂ間は、複数の締め付けボルト４６により締め付け固定される。
【００３１】
図３に示すように、ブロック体４０の側面４０ｃ（両面４０ａ、４０ｂに交差する面積の小さな面）側の上方側側部には、高圧水電解装置１４から水素導出路１６を通って高圧な水素が導入される導入孔部４８が形成される。ブロック体４０の上部には、水素配管２０が連結されるとともに、前記ブロック体４０の下方側側部には、排水配管５０が接続される。
【００３２】
図１に示すように、排水配管５０には、排水用弁５２が配設される。この排水配管５０は、例えば、純水供給装置１２に接続されるとともに、この純水供給装置１２に水を供給してもよい。
【００３３】
図３に示すように、ブロック体４０の内部には、それぞれ上下方向（鉛直方向）に延在して気液分離用開口部５４及び水位検出用開口部５６が形成される。具体的には、ブロック体４０に穿孔加工が施されることにより、開口断面円形状の長尺孔部である気液分離用開口部５４及び水位検出用開口部５６が、前記ブロック体４０に直接形成される。なお、長尺孔部には、図示しないが、必要に応じて端部閉塞処理が施される。
【００３４】
気液分離用開口部５４及び水位検出用開口部５６は、上下方向に互いに平行して延在しているが、これに限定されるものではない。例えば、気液分離用開口部５４及び水位検出用開口部５６は、互いに所定の角度を有して傾斜していてもよい。
【００３５】
気液分離用開口部５４及び水位検出用開口部５６の各下端位置は、ブロック体４０の内部で終端し且つ連結通路５７を介して排水配管５０に一体に連通する。水位検出用開口部５６の上端位置は、ブロック体４０の内部で終端し且つ気液分離用開口部５４の上部側に連結される。
【００３６】
水位検出用開口部５６には、水位ＷＳが設定下方位置（Ｌ）であるか否かを検出する下端水位用検出部５８Ｌと、前記水位ＷＳが設定上方位置（Ｈ）であるか否かを検出する上端水位用検出部５８Ｈと、前記水位ＷＳが下限設定高さ（ＬＬ）であるか否かを検出する下限水位用検出部５８ＬＬと、前記水位ＷＳが上限設定高さ（ＨＨ）であるか否かを検出する上限水位用検出部５８ＨＨとが設けられる。
【００３７】
図４に示すように、上限水位用検出部５８ＨＨは、両面４０ａ、４０ｂにそれぞれ外部に開口して対向する一対の窓部６０ａ、６０ｂを有する。各窓部６０ａ、６０ｂを構成する窓部側壁は、少なくとも底面側に水位検出用開口部５６側に向かって外方に傾斜する傾斜面６２ａ、６２ｂを有する。傾斜面６２ａ、６２ｂは、水平方向に対して１゜以上の傾斜角度に設定される。
【００３８】
透過ブロック４２ａ、４２ｂは、光透過部材、例えば、略柱状のガラス体６４ａ、６４ｂと、前記ガラス体６４ａ、６４ｂを収容する開口部を６６ａ、６６ｂ有する金属ブロック体６８ａ、６８ｂとを備える。ガラス体６４ａ、６４ｂの底部と開口部６６ａ、６６ｂの底部とは、傾斜部７０ａ、７０ｂにより互いに係合する。なお、傾斜部７０ａ、７０ｂに代えて、ガラス体６４ａ、６４ｂの外周面と開口部６６ａ、６６ｂの内壁面とをテーパ面により接触させてもよい。
【００３９】
下端水位用検出部５８Ｌ、上端水位用検出部５８Ｈ及び下限水位用検出部５８ＬＬは、上記の上限水位用検出部５８ＨＨと同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。
【００４０】
図３に示すように、導入孔部４８は、水位検出用開口部５６に設けられる上端水位用検出部５８Ｈよりも上方に位置している。導入孔部４８は、より具体的には、上端水位用検出部５８Ｈと上限水位用検出部５８ＨＨとの間の高さ位置に配置される。
【００４１】
ブロック体４０には、下端水位用検出部５８Ｌ、上端水位用検出部５８Ｈ、下限水位用検出部５８ＬＬ、及び上限水位用検出部５８ＨＨの両側に位置し且つこれらと高さ位置を異にして複数のボルト挿入用孔部７２が形成される。
【００４２】
図２及び図４に示すように、プレート部材４４ａには、下端水位用検出部５８Ｌ、上端水位用検出部５８Ｈ、下限水位用検出部５８ＬＬ、及び上限水位用検出部５８ＨＨを構成する各窓部６０ａに対向して貫通孔７４ａが形成される。各貫通孔７４ａには、透過型光センサ７６を構成する投光部７８ａが装着される。プレート部材４４ａには、ボルト挿入用孔部７２に対応して複数の孔部８０ａが設けられる。
【００４３】
プレート部材４４ｂには、下端水位用検出部５８Ｌ、上端水位用検出部５８Ｈ、下限水位用検出部５８ＬＬ、及び上限水位用検出部５８ＨＨを構成する各窓部６０ｂに対向して貫通孔７４ｂが形成される。各貫通孔７４ｂには、透過型光センサ７６を構成する受光部７８ｂが装着される。プレート部材４４ｂには、ボルト挿入用孔部７２に対応して複数のボルト孔８０ｂが設けられる。
【００４４】
ボルト４６は、プレート部材４４ａの孔部８０ａからブロック体４０のボルト挿入用孔部７２に挿入されるとともに、プレート部材４４ｂのボルト孔８０ｂにねじ込まれることにより、前記プレート部材４４ａ、４４ｂ間に締め付け荷重が付与される。
【００４５】
透過型光センサ７６は、投光部７８ａを介してガラス体６４ａから窓部６０ａにレーザを照射し、水位検出用開口部５６に貯留されている水を透過した前記レーザを窓部６０ｂからガラス体６４ｂを透過させて受光部７８ｂにより受光する。その際、レーザが水を透過する際の透過強度から、前記水の有無を検出することができる。
【００４６】
図１に示すように、水素除湿装置２２は、水素に含まれる水蒸気（水分）を物理的吸着作用で吸着するとともに、水分を外部に放出して再生される水分吸着材を充填した吸着筒（図示せず）を備える。水素除湿装置２２の下流側（出口側）には、背圧弁２４を介して水素配管２０の一端側が接続され、前記水素配管２０の他端側には、図示しない燃料電池車両の燃料タンクに接続される連結部が設けられる。
【００４７】
このように構成される水電解システム１０の動作について、以下に説明する。
【００４８】
先ず、水電解システム１０の始動時には、純水供給装置１２を介して市水から生成された純水が高圧水電解装置１４に供給される。この高圧水電解装置１４では、電解電源３２から通電されることにより、純水が電気分解されてアノード側に酸素が生成される一方、カソード側に水素が生成される。
【００４９】
高圧水電解装置１４内に生成された水素は、水素導出路１６を介して気液分離装置１８に送られる。この気液分離装置１８では、図３に示すように、ブロック体４０の導入孔部４８から気液分離用開口部５４に水素が供給され、前記水素に含まれる水蒸気は、この水素から分離されるとともに、前記気液分離用開口部５４及び水位検出用開口部５６に水が貯留される。
【００５０】
水蒸気が除去された水素は、水素配管２０に導出されて水素除湿装置２２に送られる。従って、水素除湿装置２２では、水素に含まれる水蒸気が吸着されて乾燥状態の水素（ドライ水素）が得られ、この水素は、背圧弁２４を介して所定圧力の高圧水素に維持される。高圧水素は、図示しないが、燃料電池車両の燃料タンクに供給可能である。
【００５１】
図３に示すように、気液分離装置１８を構成する水位検出用開口部５６には、水位ＷＳが設定下方位置（Ｌ）であるか否かを検出する下端水位用検出部５８Ｌと、前記水位ＷＳが設定上方位置（Ｈ）であるか否かを検出する上端水位用検出部５８Ｈと、前記水位ＷＳが下限設定高さ（ＬＬ）であるか否かを検出する下限水位用検出部５８ＬＬと、前記水位ＷＳが上限設定高さ（ＨＨ）であるか否かを検出する上限水位用検出部５８ＨＨとが設けられている。
【００５２】
そして、コントローラ２６は、下端水位用検出部５８Ｌを介して水位ＷＳが設定下方位置（Ｌ）に低下したと判断した際には、排水用弁５２を閉塞させてブロック体４０から排水配管５０への排水を停止させる。
【００５３】
一方、コントローラ２６は、上端水位用検出部５８Ｈを介して水位ＷＳが設定上方位置（Ｈ）に上昇したと判断した際には、排水用弁５２を開放させて排水配管５０への排水を指示する。
【００５４】
また、コントローラ２６は、下限水位用検出部５８ＬＬを介して水位ＷＳが下限設定高さ（ＬＬ）に低下したと判断した際、及び上限水位用検出部５８ＨＨを介して水位ＷＳが上限設定高さ（ＨＨ）まで上昇したと判断した際には、システム異常として水電解システム１０を停止させる。
【００５５】
この場合、第１の実施形態では、ブロック体４０の内部には、それぞれ上下方向に延在して気液分離用開口部５４及び水位検出用開口部５６が、穿孔加工により直接形成されている。このため、ブロック体４０の強度が有効に向上し、高圧水素が製造される際にも、前記ブロック体４０は、前記高圧水素による圧力に十分に耐えることができるという効果がある。
【００５６】
しかも、ブロック体４０は、両面４０ａ、４０ｂにそれぞれ複数の透過ブロック４２ａ、４２ｂを介装して一対のプレート部材４４ａ、４４ｂ間に挟持されるとともに、前記一対のプレート部材４４ａ、４４ｂ間は、複数の締め付けボルト４６により締め付け固定されている。従って、気液分離装置１８全体の強度及び剛性を良好に向上させることが可能になる。
【００５７】
さらに、高圧水電解装置１４から高圧な水素が導入される導入孔部４８は、水位検出用開口部５６に設けられる上端水位用検出部５８Ｈよりも上方に位置している。これにより、通常運転時には、気液分離用開口部５４の水位は、導入孔部４８よりも低い位置に維持されている。このため、高圧な水素が気液分離用開口部５４に導入される際、前記気液分離用開口部５４に貯留されている水中に水素が吹き込まれることを阻止することが可能になる。
【００５８】
従って、水位検出用開口部５６では、上端水位用検出部５８Ｈや下端水位用検出部５８Ｌ等に、水滴や気泡等が発生することを良好に抑制することができる。これにより、気液分離装置１８は、水分を含有する高圧な水素を良好に気液分離するとともに、十分強度を有し且つ水位を正確に測定することが可能になるという効果が得られる。
【００５９】
さらにまた、各窓部６０ａ、６０ｂを構成する窓部側壁は、水位検出用開口部５６側に向かって外方に傾斜する傾斜面６２ａ、６２ｂを有している。このため、傾斜面６２ａ、６２ｂの底部は、水平方向に対し水位検出用開口部５６側に向かって下方に傾斜しており、前記傾斜面６２ａ、６２ｂに水が滞留することを可及的に阻止することができるという利点がある。
【００６０】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る水電解システムを構成する気液分離装置９０の斜視説明図である。
【００６１】
なお、第１の実施形態に係る水電解システム１０を構成する気液分離装置１８と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００６２】
気液分離装置９０は、ブロック体９２と前記ブロック体９２の両面に直接配置され、複数の締め付けボルト４６により締め付け固定される一対のプレート部材９４ａ、９４ｂとを備える。
【００６３】
図５及び図６に示すように、ブロック体９２の上部には、静電容量式の水位計９６が取り付けされる。水位計９６は、図６に示すように、水位検出用開口部５６内に上下方向に延在して配置される検出部９８を備える。この検出部９８は、下端水位用検出部５８Ｌ、上端水位用検出部５８Ｈ、下限水位用検出部５８ＬＬ及び上限水位用検出部５８ＨＨとしての機能を有する。
【００６４】
気液分離装置９０は、透過ブロック４２ａ、４２ｂを用いておらず、ブロック体９２に窓部６０ａ、６０ｂを不要にするとともに、プレート部材９４ａ、９４ｂに貫通孔７４ａ、７４ｂを形成することがない。
【００６５】
これにより、第２の実施形態では、特に、変動圧運転時に水が飛散しても、水滴による影響を有効に抑制して高精度な水位検出が可能になるという効果が得られる。しかも、構成が簡素化し、製造コストの削減が容易に遂行されるという利点がある。
【符号の説明】
【００６６】
１０…水電解システム １２…純水供給装置
１４…高圧水電解装置 １６…水素導出路
１８、９０…気液分離装置 ２０…水素配管
２２…水素除湿装置 ２４…背圧弁
２６…コントローラ ２８…水分解セル
３２…電解電源 ３４ａ〜３４ｃ…配管
４０、９２…ブロック体 ４２ａ、４２ｂ…透過ブロック
４４ａ、４４ｂ、９４ａ、９４ｂ…プレート部材
４８…導入孔部 ５０…排水配管
５４…気液分離用開口部 ５６…水位検出用開口部
５８Ｌ…下端水位用検出部 ５８Ｈ…上端水位用検出部
５８ＬＬ…下限水位用検出部 ５８ＨＨ…上限水位用検出部
６０ａ、６０ｂ…窓部 ６２ａ、６２ｂ…傾斜面
６４ａ、６４ｂ…ガラス体 ６８ａ、６８ｂ…金属ブロック体
７２…ボルト挿入用孔部 ７４ａ、７４ｂ…貫通孔
７６…透過型光センサ ７８ａ…投光部
７８ｂ…受光部 ８０ａ…孔部
８０ｂ…ボルト孔 ９６…水位計
９８…検出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を電気分解して酸素と該酸素よりも高圧な水素とを発生させる高圧水電解装置と、前記高圧水電解装置から排出され、水分を含有する前記水素を気液分離するとともに、前記水分が除去された前記水素を水素充填部に連なる水素配管に供給する一方、分離された水を排水配管に排出する気液分離装置とを備える水電解システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、固体高分子型燃料電池を発電させるために、燃料ガスとして水素ガスが使用されている。一般的に、水素ガスを製造する際に、水電解装置が採用されている。この水電解装置は、水を分解して水素（及び酸素）を発生させるため、固体高分子電解質膜（イオン交換膜）を用いている。固体高分子電解質膜の両面には、電極触媒層が設けられて電解質膜・電極構造体が構成されるとともに、前記電解質膜・電極構造体の両側にアノード側給電体及びカソード側給電体が配設されて、ユニットが構成されている。
【０００３】
そこで、複数のユニットが積層された状態で、積層方向両端に電圧が付与されるとともに、アノード側給電体に水が供給される。このため、電解質膜・電極構造体のアノード側では、水が分解されて水素イオン（プロトン）が生成され、この水素イオンが固体高分子電解質膜を透過してカソード側に移動し、電子と結合して水素が製造される。一方、アノード側では、水素と共に生成された酸素が、余剰の水を伴ってユニットから排出される。
【０００４】
上記の水電解装置では、水分を含んだ水素が製造されており、乾燥状態、例えば、５ｐｐｍ以下の水素（以下、ドライ水素ともいう）を得るために、前記水素から水分を除去する必要がある。そこで、例えば、特許文献１に開示されている水電解装置の気液分離装置が知られている。
【０００５】
この気液分離装置は、図７に示すように、第１気液分離タンク１ａと第２気液分離タンク１ｂとを備えている。第１気液分離タンク１ａの上部には、気体・液体導入管２ａを介して水電解装置（電解セル）３の陽極室に連通されている。水電解装置３の陽極側から発生した酸素と、前記水電解装置３の陽極室供給された純水とは、混合された状態、気体・液体導入管２ａを経て第１気液分離タンク１ａに輸送されている。
【０００６】
第１気液分離タンク１ａの上部と第２気液分離タンク１ｂの上部との間には、酸素用の気体連通管２ｂが接続されており、前記第１気液分離タンク１ａ内で気液分離された酸素ガスが、前記第２気液分離タンク１ｂに流入するように構成されている。第１気液分離タンク１ａの下部と第２気液分離タンク１ｂの下部との間には、純水用の液体連通管２ｃが接続されており、前記１気液分離タンク１ａ内で気液分離された純水が、前記第２気液分離タンク１ｂに流入するように構成されている。
【０００７】
第２気液分離タンク１ｂには、第１気液分離タンク１ａによって分離された液体成分の液面を制御するために、タンクの上下方向に壁面に沿って、コの字状のバイパス経路１ｄが設けられている。バイパス経路１ｄの外側には、液面制御のための光センサ４ａ、４ｂが、第２気液分離タンク１ｂの予め設定された液面の上限位置と下限位置に対応する位置に、１個ずつ配設されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−１４４０７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、水電解装置では、カソード側に高圧（例えば、３５ＭＰａ）の水素を生成する高圧水電解システムが採用されている。その際、水電解装置のカソード側に接続されている気液分離装置には、水分が含有された高圧水素が導入されている。
【００１０】
しかしながら、上記の特許文献１では、常圧（〜１ＭＰａ程度）における気液分離しか想定しておらず、高圧用気液分離装置に用いることができない。特に、第２気液分離タンク１ｂの下部に液体連通管２ｃを介して高圧な水が導入されるため、前記第２気液分離タンク１ｂに連通するバイパス経路１ｄには、気泡やしぶき等が発生し易くなる。従って、光センサ４ａ、４ｂによる液面の検出精度が相当に低下するという問題がある。しかも、特許文献１では、第１気液分離タンク１ａ及び第２気液分離タンク１ｂが高圧水素による圧力に耐えることができないおそれがある。
【００１１】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、水分を含有する高圧な水素を良好に気液分離するとともに、十分な強度を有し且つ水位を正確に測定することが可能な気液分離装置を備える水電解システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、水を電気分解して酸素と該酸素よりも高圧な水素とを発生させる高圧水電解装置と、前記高圧水電解装置から排出された水分を含有する前記水素を気液分離するとともに、前記水分が除去された前記水素を水素充填部に連なる水素配管に供給する一方、分離された水を排水配管に排出する気液分離装置とを備える水電解システムに関するものである。
【００１３】
この水電解システムでは、気液分離装置は、ブロック体を備え、前記ブロック体の内部には、それぞれ上下方向に延在して気液分離用開口部及び水位検出用開口部が形成されている。
【００１４】
気液分離用開口部及び水位検出用開口部の各下端部位は、ブロック体の下方側側部に設けられる排水配管に一体に連通している。一方、水位検出用開口部の上端部位は、気液分離用開口部の上部側に連結されてブロック体の上部に設けられる水素配管に連通している。
【００１５】
そして、ブロック体の上方側側部には、高圧水電解装置から高圧な水素が導入される導入孔部が、水位検出用開口部に設けられる上端水位用検出部よりも上方に位置して形成されている。
【００１６】
また、この水電解システムでは、水位検出用開口部には、下端水位用検出部が設けられるとともに、上端水位用検出部及び前記下端水位用検出部は、ブロック体の側面に交差する両面にそれぞれ外部に開口して対向する一対の窓部を有し、各窓部を構成する窓部側壁は、少なくとも底面側に前記水位検出用開口部側に向かって外方に傾斜する傾斜面を有することが好ましい。
【００１７】
さらに、この水電解システムでは、水位検出用開口部には、上端水位用検出部よりも上方に上限水位検出部が設けられるとともに、導入孔部は、前記上限水位検出部と前記上端水位用検出部との間の高さ位置に配置されることが好ましい。ここで、上端水位とは、水位が排水を開始する高さであることをいい、上限水位とは、排水が適切に行われず、限界水位に達してシステム停止が必要な高さであることをいう。
【００１８】
さらにまた、この水電解システムでは、各窓部には、光透過部材を含む透過ブロックが配設されるとともに、ブロック体は、両面に前記透過ブロックを介装して一対のプレート部材間に挟持され、且つ、前記一対のプレート部材間は、複数の締め付けボルトにより締め付け固定されることが好ましい。
【００１９】
また、この水電解システムでは、透過ブロックは、光透過部材である柱状のガラス体と、前記ガラス体を収容する開口部を有する金属ブロック体とを備えることが好ましい。
【００２０】
さらに、この水電解システムでは、少なくとも上端水位用検出部及び下端水位用検出部には、透過型光センサが設けられることが好ましい。
【００２１】
さらにまた、この水電解システムでは、水位検出用開口部には、静電容量式の水位計が配設されることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ブロック体の内部には、それぞれ上下方向に延在して気液分離用開口部及び水位検出用開口部が形成されるため、気液分離装置全体の強度及び剛性が良好に向上する。このため、高圧水素が製造される際にも、ブロック体は、前記高圧水素による圧力に十分に耐えることができる。
【００２３】
しかも、高圧水電解装置から高圧な水素が導入される導入孔部は、水位検出用開口部に設けられる上端水位用検出部よりも上方に位置している。従って、通常運転時には、気液分離用開口部の水位は、導入孔部よりも低い位置に維持されている。これにより、高圧な水素が気液分離用開口部に導入される際、前記気液分離用開口部に貯留されている水中に前記水素が吹き込まれることを阻止することが可能になる。
【００２４】
このため、上端水位用検出部や下端水位用検出部に水滴や気泡等が発生することを良好に抑制することができ、水分を含有する高圧な水素を良好に気液分離するとともに、十分な強度を有し且つ水位を正確に測定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る水電解システムの概略構成説明図である。
【図２】前記水電解システムを構成する気液分離装置の斜視説明図である。
【図３】前記気液分離装置の、図２中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】前記気液分離装置の、図２中、ＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る水電解システムを構成する気液分離装置の斜視説明図である。
【図６】前記気液分離装置の、図５中、ＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】特許文献１に開示された気液分離装置の概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る水電解システム１０は、純水供給装置１２を介して市水から生成された純水が供給され、この純水を電気分解することによって高圧水素（酸素圧よりも高圧、例えば、１ＭＰａ〜７０ＭＰａ）を製造する高圧水電解装置１４を備える。
【００２７】
水電解システム１０は、さらに高圧水電解装置１４から水素導出路１６に導出される水素に含まれる水分を除去する気液分離装置１８と、前記気液分離装置１８から水素配管２０に導出される前記水素に含まれる水分を吸着して除去する水素除湿装置（例えば、水吸着装置）２２と、前記水素除湿装置２２の下流に配設され、前記高圧水電解装置１４で生成される前記水素を高圧に保持する背圧弁２４と、システム全体の制御を行うコントローラ２６とを備える。
【００２８】
高圧水電解装置１４は、複数の水分解セル２８が積層されており、前記水分解セル２８の積層方向両端には、エンドプレート３０ａ、３０ｂが配設される。高圧水電解装置１４には、直流電源である電解電源３２が接続される。
【００２９】
エンドプレート３０ａには、配管３４ａが接続されるとともに、エンドプレート３０ｂには、配管３４ｂ、３４ｃが接続される。配管３４ａ、３４ｂは、循環路３６を介して純水供給装置１２から純水の循環が行われる一方、水素排出口である配管３４ｃは、水素導出路１６から気液分離装置１８に接続される。水素導出路１６には、水素排出路３７が分岐形成されるとともに、前記水素排出路３７には、脱圧用開閉弁３８が配設される。
【００３０】
図２に示すように、気液分離装置１８は、例えば、ＳＵＳ３１６等のステンレス鋼製のブロック体４０を備える。ブロック体４０は、略立方体状を有し、前記ブロック体４０の両面（面積の大きな面）４０ａ、４０ｂに、それぞれ複数の透過ブロック４２ａ、４２ｂを介装して一対のプレート部材４４ａ、４４ｂ間に挟持される。一対のプレート部材４４ａ、４４ｂ間は、複数の締め付けボルト４６により締め付け固定される。
【００３１】
図３に示すように、ブロック体４０の側面４０ｃ（両面４０ａ、４０ｂに交差する面積の小さな面）側の上方側側部には、高圧水電解装置１４から水素導出路１６を通って高圧な水素が導入される導入孔部４８が形成される。ブロック体４０の上部には、水素配管２０が連結されるとともに、前記ブロック体４０の下方側側部には、排水配管５０が接続される。
【００３２】
図１に示すように、排水配管５０には、排水用弁５２が配設される。この排水配管５０は、例えば、純水供給装置１２に接続されるとともに、この純水供給装置１２に水を供給してもよい。
【００３３】
図３に示すように、ブロック体４０の内部には、それぞれ上下方向（鉛直方向）に延在して気液分離用開口部５４及び水位検出用開口部５６が形成される。具体的には、ブロック体４０に穿孔加工が施されることにより、開口断面円形状の長尺孔部である気液分離用開口部５４及び水位検出用開口部５６が、前記ブロック体４０に直接形成される。なお、長尺孔部には、図示しないが、必要に応じて端部閉塞処理が施される。
【００３４】
気液分離用開口部５４及び水位検出用開口部５６は、上下方向に互いに平行して延在しているが、これに限定されるものではない。例えば、気液分離用開口部５４及び水位検出用開口部５６は、互いに所定の角度を有して傾斜していてもよい。
【００３５】
気液分離用開口部５４及び水位検出用開口部５６の各下端位置は、ブロック体４０の内部で終端し且つ連結通路５７を介して排水配管５０に一体に連通する。水位検出用開口部５６の上端位置は、ブロック体４０の内部で終端し且つ気液分離用開口部５４の上部側に連結される。
【００３６】
水位検出用開口部５６には、水位ＷＳが設定下方位置（Ｌ）であるか否かを検出する下端水位用検出部５８Ｌと、前記水位ＷＳが設定上方位置（Ｈ）であるか否かを検出する上端水位用検出部５８Ｈと、前記水位ＷＳが下限設定高さ（ＬＬ）であるか否かを検出する下限水位用検出部５８ＬＬと、前記水位ＷＳが上限設定高さ（ＨＨ）であるか否かを検出する上限水位用検出部５８ＨＨとが設けられる。
【００３７】
図４に示すように、上限水位用検出部５８ＨＨは、両面４０ａ、４０ｂにそれぞれ外部に開口して対向する一対の窓部６０ａ、６０ｂを有する。各窓部６０ａ、６０ｂを構成する窓部側壁は、少なくとも底面側に水位検出用開口部５６側に向かって外方に傾斜する傾斜面６２ａ、６２ｂを有する。傾斜面６２ａ、６２ｂは、水平方向に対して１゜以上の傾斜角度に設定される。
【００３８】
透過ブロック４２ａ、４２ｂは、光透過部材、例えば、略柱状のガラス体６４ａ、６４ｂと、前記ガラス体６４ａ、６４ｂを収容する開口部を６６ａ、６６ｂ有する金属ブロック体６８ａ、６８ｂとを備える。ガラス体６４ａ、６４ｂの底部と開口部６６ａ、６６ｂの底部とは、傾斜部７０ａ、７０ｂにより互いに係合する。なお、傾斜部７０ａ、７０ｂに代えて、ガラス体６４ａ、６４ｂの外周面と開口部６６ａ、６６ｂの内壁面とをテーパ面により接触させてもよい。
【００３９】
下端水位用検出部５８Ｌ、上端水位用検出部５８Ｈ及び下限水位用検出部５８ＬＬは、上記の上限水位用検出部５８ＨＨと同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。
【００４０】
図３に示すように、導入孔部４８は、水位検出用開口部５６に設けられる上端水位用検出部５８Ｈよりも上方に位置している。導入孔部４８は、より具体的には、上端水位用検出部５８Ｈと上限水位用検出部５８ＨＨとの間の高さ位置に配置される。
【００４１】
ブロック体４０には、下端水位用検出部５８Ｌ、上端水位用検出部５８Ｈ、下限水位用検出部５８ＬＬ、及び上限水位用検出部５８ＨＨの両側に位置し且つこれらと高さ位置を異にして複数のボルト挿入用孔部７２が形成される。
【００４２】
図２及び図４に示すように、プレート部材４４ａには、下端水位用検出部５８Ｌ、上端水位用検出部５８Ｈ、下限水位用検出部５８ＬＬ、及び上限水位用検出部５８ＨＨを構成する各窓部６０ａに対向して貫通孔７４ａが形成される。各貫通孔７４ａには、透過型光センサ７６を構成する投光部７８ａが装着される。プレート部材４４ａには、ボルト挿入用孔部７２に対応して複数の孔部８０ａが設けられる。
【００４３】
プレート部材４４ｂには、下端水位用検出部５８Ｌ、上端水位用検出部５８Ｈ、下限水位用検出部５８ＬＬ、及び上限水位用検出部５８ＨＨを構成する各窓部６０ｂに対向して貫通孔７４ｂが形成される。各貫通孔７４ｂには、透過型光センサ７６を構成する受光部７８ｂが装着される。プレート部材４４ｂには、ボルト挿入用孔部７２に対応して複数のボルト孔８０ｂが設けられる。
【００４４】
ボルト４６は、プレート部材４４ａの孔部８０ａからブロック体４０のボルト挿入用孔部７２に挿入されるとともに、プレート部材４４ｂのボルト孔８０ｂにねじ込まれることにより、前記プレート部材４４ａ、４４ｂ間に締め付け荷重が付与される。
【００４５】
透過型光センサ７６は、投光部７８ａを介してガラス体６４ａから窓部６０ａにレーザを照射し、水位検出用開口部５６に貯留されている水を透過した前記レーザを窓部６０ｂからガラス体６４ｂを透過させて受光部７８ｂにより受光する。その際、レーザが水を透過する際の透過強度から、前記水の有無を検出することができる。
【００４６】
図１に示すように、水素除湿装置２２は、水素に含まれる水蒸気（水分）を物理的吸着作用で吸着するとともに、水分を外部に放出して再生される水分吸着材を充填した吸着筒（図示せず）を備える。水素除湿装置２２の下流側（出口側）には、背圧弁２４を介して水素配管２０の一端側が接続され、前記水素配管２０の他端側には、図示しない燃料電池車両の燃料タンクに接続される連結部が設けられる。
【００４７】
このように構成される水電解システム１０の動作について、以下に説明する。
【００４８】
先ず、水電解システム１０の始動時には、純水供給装置１２を介して市水から生成された純水が高圧水電解装置１４に供給される。この高圧水電解装置１４では、電解電源３２から通電されることにより、純水が電気分解されてアノード側に酸素が生成される一方、カソード側に水素が生成される。
【００４９】
高圧水電解装置１４内に生成された水素は、水素導出路１６を介して気液分離装置１８に送られる。この気液分離装置１８では、図３に示すように、ブロック体４０の導入孔部４８から気液分離用開口部５４に水素が供給され、前記水素に含まれる水蒸気は、この水素から分離されるとともに、前記気液分離用開口部５４及び水位検出用開口部５６に水が貯留される。
【００５０】
水蒸気が除去された水素は、水素配管２０に導出されて水素除湿装置２２に送られる。従って、水素除湿装置２２では、水素に含まれる水蒸気が吸着されて乾燥状態の水素（ドライ水素）が得られ、この水素は、背圧弁２４を介して所定圧力の高圧水素に維持される。高圧水素は、図示しないが、燃料電池車両の燃料タンクに供給可能である。
【００５１】
図３に示すように、気液分離装置１８を構成する水位検出用開口部５６には、水位ＷＳが設定下方位置（Ｌ）であるか否かを検出する下端水位用検出部５８Ｌと、前記水位ＷＳが設定上方位置（Ｈ）であるか否かを検出する上端水位用検出部５８Ｈと、前記水位ＷＳが下限設定高さ（ＬＬ）であるか否かを検出する下限水位用検出部５８ＬＬと、前記水位ＷＳが上限設定高さ（ＨＨ）であるか否かを検出する上限水位用検出部５８ＨＨとが設けられている。
【００５２】
そして、コントローラ２６は、下端水位用検出部５８Ｌを介して水位ＷＳが設定下方位置（Ｌ）に低下したと判断した際には、排水用弁５２を閉塞させてブロック体４０から排水配管５０への排水を停止させる。
【００５３】
一方、コントローラ２６は、上端水位用検出部５８Ｈを介して水位ＷＳが設定上方位置（Ｈ）に上昇したと判断した際には、排水用弁５２を開放させて排水配管５０への排水を指示する。
【００５４】
また、コントローラ２６は、下限水位用検出部５８ＬＬを介して水位ＷＳが下限設定高さ（ＬＬ）に低下したと判断した際、及び上限水位用検出部５８ＨＨを介して水位ＷＳが上限設定高さ（ＨＨ）まで上昇したと判断した際には、システム異常として水電解システム１０を停止させる。
【００５５】
この場合、第１の実施形態では、ブロック体４０の内部には、それぞれ上下方向に延在して気液分離用開口部５４及び水位検出用開口部５６が、穿孔加工により直接形成されている。このため、ブロック体４０の強度が有効に向上し、高圧水素が製造される際にも、前記ブロック体４０は、前記高圧水素による圧力に十分に耐えることができるという効果がある。
【００５６】
しかも、ブロック体４０は、両面４０ａ、４０ｂにそれぞれ複数の透過ブロック４２ａ、４２ｂを介装して一対のプレート部材４４ａ、４４ｂ間に挟持されるとともに、前記一対のプレート部材４４ａ、４４ｂ間は、複数の締め付けボルト４６により締め付け固定されている。従って、気液分離装置１８全体の強度及び剛性を良好に向上させることが可能になる。
【００５７】
さらに、高圧水電解装置１４から高圧な水素が導入される導入孔部４８は、水位検出用開口部５６に設けられる上端水位用検出部５８Ｈよりも上方に位置している。これにより、通常運転時には、気液分離用開口部５４の水位は、導入孔部４８よりも低い位置に維持されている。このため、高圧な水素が気液分離用開口部５４に導入される際、前記気液分離用開口部５４に貯留されている水中に水素が吹き込まれることを阻止することが可能になる。
【００５８】
従って、水位検出用開口部５６では、上端水位用検出部５８Ｈや下端水位用検出部５８Ｌ等に、水滴や気泡等が発生することを良好に抑制することができる。これにより、気液分離装置１８は、水分を含有する高圧な水素を良好に気液分離するとともに、十分強度を有し且つ水位を正確に測定することが可能になるという効果が得られる。
【００５９】
さらにまた、各窓部６０ａ、６０ｂを構成する窓部側壁は、水位検出用開口部５６側に向かって外方に傾斜する傾斜面６２ａ、６２ｂを有している。このため、傾斜面６２ａ、６２ｂの底部は、水平方向に対し水位検出用開口部５６側に向かって下方に傾斜しており、前記傾斜面６２ａ、６２ｂに水が滞留することを可及的に阻止することができるという利点がある。
【００６０】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る水電解システムを構成する気液分離装置９０の斜視説明図である。
【００６１】
なお、第１の実施形態に係る水電解システム１０を構成する気液分離装置１８と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００６２】
気液分離装置９０は、ブロック体９２と前記ブロック体９２の両面に直接配置され、複数の締め付けボルト４６により締め付け固定される一対のプレート部材９４ａ、９４ｂとを備える。
【００６３】
図５及び図６に示すように、ブロック体９２の上部には、静電容量式の水位計９６が取り付けされる。水位計９６は、図６に示すように、水位検出用開口部５６内に上下方向に延在して配置される検出部９８を備える。この検出部９８は、下端水位用検出部５８Ｌ、上端水位用検出部５８Ｈ、下限水位用検出部５８ＬＬ及び上限水位用検出部５８ＨＨとしての機能を有する。
【００６４】
気液分離装置９０は、透過ブロック４２ａ、４２ｂを用いておらず、ブロック体９２に窓部６０ａ、６０ｂを不要にするとともに、プレート部材９４ａ、９４ｂに貫通孔７４ａ、７４ｂを形成することがない。
【００６５】
これにより、第２の実施形態では、特に、変動圧運転時に水が飛散しても、水滴による影響を有効に抑制して高精度な水位検出が可能になるという効果が得られる。しかも、構成が簡素化し、製造コストの削減が容易に遂行されるという利点がある。
【符号の説明】
【００６６】
１０…水電解システム １２…純水供給装置
１４…高圧水電解装置 １６…水素導出路
１８、９０…気液分離装置 ２０…水素配管
２２…水素除湿装置 ２４…背圧弁
２６…コントローラ ２８…水分解セル
３２…電解電源 ３４ａ〜３４ｃ…配管
４０、９２…ブロック体 ４２ａ、４２ｂ…透過ブロック
４４ａ、４４ｂ、９４ａ、９４ｂ…プレート部材
４８…導入孔部 ５０…排水配管
５４…気液分離用開口部 ５６…水位検出用開口部
５８Ｌ…下端水位用検出部 ５８Ｈ…上端水位用検出部
５８ＬＬ…下限水位用検出部 ５８ＨＨ…上限水位用検出部
６０ａ、６０ｂ…窓部 ６２ａ、６２ｂ…傾斜面
６４ａ、６４ｂ…ガラス体 ６８ａ、６８ｂ…金属ブロック体
７２…ボルト挿入用孔部 ７４ａ、７４ｂ…貫通孔
７６…透過型光センサ ７８ａ…投光部
７８ｂ…受光部 ８０ａ…孔部
８０ｂ…ボルト孔 ９６…水位計
９８…検出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を電気分解して酸素と該酸素よりも高圧な水素とを発生させる高圧水電解装置と、
前記高圧水電解装置から排出された水分を含有する前記水素を気液分離するとともに、前記水分が除去された前記水素を水素充填部に連なる水素配管に供給する一方、分離された水を排水配管に排出する気液分離装置と、
を備える水電解システムであって、
前記気液分離装置は、ブロック体を備え、
前記ブロック体の内部には、それぞれ上下方向に延在して気液分離用開口部及び水位検出用開口部が形成されるとともに、
前記気液分離用開口部及び前記水位検出用開口部の各下端部位は、前記ブロック体の下方側側部に設けられる前記排水配管に一体に連通する一方、
前記水位検出用開口部の上端部位は、前記気液分離用開口部の上部側に連結されて前記ブロック体の上部に設けられる前記水素配管に連通し、
前記ブロック体の上方側側部には、前記高圧水電解装置から前記水素が導入される導入孔部が、前記水位検出用開口部に設けられる上端水位用検出部よりも上方に位置して形成されることを特徴とする水電解システム。
【請求項２】
請求項１記載の水電解システムにおいて、前記水位検出用開口部には、下端水位用検出部が設けられるとともに、
前記上端水位用検出部及び前記下端水位用検出部は、前記ブロック体の側面に交差する両面にそれぞれ外部に開口して対向する一対の窓部を有し、
各窓部を構成する窓部側壁は、少なくとも底面側に前記水位検出用開口部側に向かって外方に傾斜する傾斜面を有することを特徴とする水電解システム。
【請求項３】
請求項２記載の水電解システムにおいて、前記水位検出用開口部には、前記上端水位用検出部よりも上方に上限水位検出部が設けられるとともに、
前記導入孔部は、前記上限水位検出部と前記上端水位用検出部との間の高さ位置に配置されることを特徴とする水電解システム。
【請求項４】
請求項２又は３記載の水電解システムにおいて、各窓部には、光透過部材を含む透過ブロックが配設されるとともに、
前記ブロック体は、前記両面に前記透過ブロックを介装して一対のプレート部材間に挟持され、且つ、前記一対のプレート部材間は、複数の締め付けボルトにより締め付け固定されることを特徴とする水電解システム。
【請求項５】
請求項４記載の水電解システムにおいて、前記透過ブロックは、前記光透過部材である柱状のガラス体と、
前記ガラス体を収容する開口部を有する金属ブロック体と、
を備えることを特徴とする水電解システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の水電解システムにおいて、少なくとも前記上端水位用検出部及び前記下端水位用検出部には、透過型光センサが設けられることを特徴とする水電解システム。
【請求項７】
請求項１記載の水電解システムにおいて、前記水位検出用開口部には、静電容量式の水位計が配設されることを特徴とする水電解システム。
【請求項１】
水を電気分解して酸素と該酸素よりも高圧な水素とを発生させる高圧水電解装置と、
前記高圧水電解装置から排出された水分を含有する前記水素を気液分離するとともに、前記水分が除去された前記水素を水素充填部に連なる水素配管に供給する一方、分離された水を排水配管に排出する気液分離装置と、
を備える水電解システムであって、
前記気液分離装置は、ブロック体を備え、
前記ブロック体の内部には、それぞれ上下方向に延在して気液分離用開口部及び水位検出用開口部が形成されるとともに、
前記気液分離用開口部及び前記水位検出用開口部の各下端部位は、前記ブロック体の下方側側部に設けられる前記排水配管に一体に連通する一方、
前記水位検出用開口部の上端部位は、前記気液分離用開口部の上部側に連結されて前記ブロック体の上部に設けられる前記水素配管に連通し、
前記ブロック体の上方側側部には、前記高圧水電解装置から前記水素が導入される導入孔部が、前記水位検出用開口部に設けられる上端水位用検出部よりも上方に位置して形成されることを特徴とする水電解システム。
【請求項２】
請求項１記載の水電解システムにおいて、前記水位検出用開口部には、下端水位用検出部が設けられるとともに、
前記上端水位用検出部及び前記下端水位用検出部は、前記ブロック体の側面に交差する両面にそれぞれ外部に開口して対向する一対の窓部を有し、
各窓部を構成する窓部側壁は、少なくとも底面側に前記水位検出用開口部側に向かって外方に傾斜する傾斜面を有することを特徴とする水電解システム。
【請求項３】
請求項２記載の水電解システムにおいて、前記水位検出用開口部には、前記上端水位用検出部よりも上方に上限水位検出部が設けられるとともに、
前記導入孔部は、前記上限水位検出部と前記上端水位用検出部との間の高さ位置に配置されることを特徴とする水電解システム。
【請求項４】
請求項２又は３記載の水電解システムにおいて、各窓部には、光透過部材を含む透過ブロックが配設されるとともに、
前記ブロック体は、前記両面に前記透過ブロックを介装して一対のプレート部材間に挟持され、且つ、前記一対のプレート部材間は、複数の締め付けボルトにより締め付け固定されることを特徴とする水電解システム。
【請求項５】
請求項４記載の水電解システムにおいて、前記透過ブロックは、前記光透過部材である柱状のガラス体と、
前記ガラス体を収容する開口部を有する金属ブロック体と、
を備えることを特徴とする水電解システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の水電解システムにおいて、少なくとも前記上端水位用検出部及び前記下端水位用検出部には、透過型光センサが設けられることを特徴とする水電解システム。
【請求項７】
請求項１記載の水電解システムにおいて、前記水位検出用開口部には、静電容量式の水位計が配設されることを特徴とする水電解システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−９２４０２（Ｐ２０１２−９２４０２Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４１５９０（Ｐ２０１０−２４１５９０）
【出願日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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