氢升压系统技术方案

提供一种氢升压系统，其能够比以往更合适地进行从电化学式氢泵的阴极排出的废气的除水和供给到电化学式氢泵的阳极的含氢气体的加湿。该氢升压系统具备电化学式氢泵和气液分离器，电化学式氢泵使供给到阳极的包含水蒸气的含氢气体中的氢经由电解质膜向阴极移动并升压，气液分离器使从电化学式氢泵的阴极排出的废气和供给到阳极的含氢气体隔着透水膜流通。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氢升压系统
本公开涉及氢升压系统。
技术介绍
近年来，由于地球温室化等环境问题、石油资源枯竭等能源问题，氢作为替代化石燃料的清洁性替代能源受到关注。氢即使燃烧也基本上仅排放水，不会排放成为地球温室化原因的二氧化碳，并且基本上不排放氮氧化物等，因此期待其作为清洁能源。另外，作为高效地利用氢作为燃料的装置，有例如燃料电池，面向汽车用电源和家用私人发电，正不断推进燃料电池的开发和普及。在即将到来的氢社会中，除了制造氢以外，还要求开发能够以高密度存储氢并以小容量和低成本运输或利用氢的技术。特别地，要促进作为分散型能源的燃料电池的普及，需要配备燃料供给基础设施。因此，为了向燃料供给基础设施稳定地供给氢，提出了对高纯度氢进行提纯和升压的各种方案。例如，专利文献1公开了一种在进行水电解的同时生成高压状态的氢的水电解装置。在此，由水电解生成的氢包含水分。因而，当将这样的氢存储到罐等的储氢器中时，假设氢所含的水分多的情况下，由于储氢器内存在水而使储氢器内的氢量减少，因此没有效率。另外，还存在氢所含的水分在储氢器内凝固的问题。因此，希望在储氢器中存储时的氢的水分量被降低至例如约5ppm左右以下。因此，该专利文献1中提出了一种氢生成系统，其在水电解装置与储氢器之间的氢流动的路径上设有用于将氢和水分离的气液分离器、以及用于从氢中吸附除去水分的吸附塔。另外，例如专利文献2中提出了一种系统，其通过将高压状态的氢中的水分吸附除去的吸附塔构成为变压吸附式净化器(PSA)，来稳定地除去氢中的水分。现有技术文献专利文献1：日本特开2009-179842号专利文献2：日本特表2017-534435号
技术实现思路
本公开的课题是提供以下的氢升压系统作为一例，其能够与以往相比更合适地进行从电化学式氢泵的阴极排出的废气的除水、以及供给到电化学式氢泵的阳极的含氢气体的加湿。为了解决上述课题，本公开一方案(aspect)的氢升压系统具备电化学式氢泵和气液分离器，所述电化学式氢泵使向阳极供给的包含水蒸气的含氢气体中的氢经由电解质膜向阴极移动并升压，所述气液分离器使从电化学式氢泵的阴极排出的废气与向阳极供给的所述含氢气体隔着透水膜流通。本公开一方案的氢升压系统能够发挥以下效果，即能够与以往相比更合适地进行从电化学氢气泵的阴极排出的废气的除水、以及供给到电化学氢气泵的阳极的含氢气体的加湿。附图说明图1是表示第1实施方式的氢升压系统一例的图。图2A是表示第1实施方式的氢升压系统的电化学式氢泵一例的图。图2B是图2A的电化学式氢泵的B部放大图。图3A是表示第1实施方式的氢升压系统的电化学式氢泵一例的图。图3B是图3A的电化学式氢泵的B部放大图。图4是表示第1实施方式的实施例的氢升压系统的气液分离器一例的图。图5是表示第2实施方式的氢升压系统一例的图。图6是表示第2实施方式的变形例的氢升压系统一例的图。图7是表示第3实施方式的氢升压系统一例的图。具体实施方式当利用气液分离器将由水电解装置排出的氢气中的水从氢气中分离的情况下，已知如专利文献1所述，由气液分离器分离出的水会返回到向水电解装置供给水的供给系统中。但是，专利文献1中，对于从电化学式氢泵的阴极排出的高压状态的氢(以下称为废气)的除水、以及供给到电化学式氢泵的阳极的含氢气体的加湿没有进行研究。再者，在使用固体高分子电解质膜(以下称为电解质膜)的电化学式氢泵中，使供给到阳极的含氢气体中的氢(H2)质子化并向阴极移动，使质子(H+)在阴极恢复为氢(H2)，由此氢被高压化。此时，一般在高温和高加湿的条件(例如约60℃左右)下，电解质膜的质子传导率上升，电化学式氢泵的氢升压动作的效率提高。因此，大多采用对供给到电化学式氢泵的阳极的含氢气体进行加湿的结构。因此，本公开的专利技术人进行了深入研究，结果发现，通过除去从电化学式氢泵的阴极排出的废气中的水分，能够对供给到阳极的含氢气体进行加湿，从而想到了本公开的以下方案。即，本公开第1方式的氢升压系统，具备电化学式氢泵和气液分离器，电化学式氢泵使向阳极供给的包含水蒸气的含氢气体中的氢经由电解质膜向阴极移动并升压，气液分离器使从电化学式氢泵的阴极排出的废气与向阳极供给的所述含氢气体隔着透水膜流通。根据这样的方案，本方式的氢升压系统能够与以往相比更合适地进行从电化学式氢泵的阴极排出的废气的除水、以及供给到电化学式氢泵的阳极的含氢气体的加湿。例如，能够通过气液分离器内的压差，使高压状态的废气所含的水分穿过透水膜向低压状态的含氢气体移动。于是，能够降低废气的水分量。另外，能够通过透过了透水膜的水分来加湿含氢气体。本公开第2方式的氢升压系统，可以在第1方式的氢升压系统中具备设在气液分离器的上游的冷却器，冷却器用于冷却废气。根据该方案，本方式的氢升压系统通过利用冷却器来冷却废气，能够促进废气的除水和含氢气体的加湿。例如，废气的温度越低，废气所含的饱和水蒸气量就越少。因而，当废气中的水蒸气量为饱和水蒸气量的情况下，废气的温度由于冷却器而降低时，能够快速降低废气中的水蒸气量，所以能够促进废气的除水。此时，通过在气液分离器内存在的液态水量增加，液态水与透水膜接触的概率变高。液态水与透水膜接触时，液态水由于气液分离器中的压差而从废气向含氢气体快速移动，所以能够促进含氢气体的加湿。本公开第3方式的氢升压系统，可以在第1方式的氢升压系统中具备用于冷却气液分离器内的废气的冷却器。根据该方案，本方式的氢升压系统通过将气液分离器内的废气进行冷却，能够使气液分离器作为废气的冷凝器发挥作用，所以与流入气液分离器之前的废气被冷却的情况相比，废气路径被冷凝水堵塞的可能性降低，废气路径的压力波动降低。这是由以下原因引起的。在比气液分离器靠上游通过冷却器冷却废气时，由于因冷却器生成的冷凝水，在从冷却器到气液分离器的路径中可能发生堵塞。上述第3方式中，在气液分离器内生成冷凝水，生成的冷凝水原样地经由透水膜向供给到阳极的含氢气体移动，所以废气路径堵塞的可能性降低。再者，本方式的氢升压系统的上述以外的作用效果与第2方式的氢升压系统的作用效果相同，所以省略其说明。本公开第4方式的氢升压系统可以是在第1方式～第3方式中任一项的氢升压系统中，气液分离器中，在废气流动的流路上，以与透水膜接触的方式设有第1多孔性结构体。假设在废气流通的流路中没有设置第1多孔性结构体的情况下，该流路内的废气流动容易变为层流。该情况下，废气中的水分与废气相伴流动，所以例如在远离透水膜的位置存在的废气中的水分接触透水膜的概率低。也就是说，该情况下，透过透水膜的水分可能被限定为沿着透水膜的表面附近流动的废气中的水分。相对于此，本方式的氢升压系统中，通过在废气流动的流路设置第1多孔性结构体，能够将该流路内的废气流动强制性地改变为随机方向。该情况下，存在于流路内的各个位置的废气中的水分都可能与透本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氢升压系统，具备电化学式氢泵和气液分离器，/n所述电化学式氢泵使向阳极供给的包含水蒸气的含氢气体中的氢经由电解质膜向阴极移动并升压，/n所述气液分离器使从所述电化学式氢泵的阴极排出的废气与向阳极供给的所述含氢气体隔着透水膜流通。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181203 JP 2018-2264771.一种氢升压系统，具备电化学式氢泵和气液分离器，
所述电化学式氢泵使向阳极供给的包含水蒸气的含氢气体中的氢经由电解质膜向阴极移动并升压，
所述气液分离器使从所述电化学式氢泵的阴极排出的废气与向阳极供给的所述含氢气体隔着透水膜流通。


2.根据权利要求1所述的氢升压系统，具备设在所述气液分离器的上游的冷却器，所述冷却器用于冷却所述废气。


3.根据权利要求1所述的氢升压系统，具备用于冷却所述气液分离器内的所述废气的冷却器。


4.根据权利要求1～3中任一项所述的氢升压系统，所述气液分离器中，在所述废气流动的流路上，以与所述透水膜接触的方式设有第1多孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：鹈饲邦弘，可儿幸宗，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP