氢气系统和氢气系统的运行方法技术方案

一种氢气系统，具备压缩器和第1除去器，压缩器使从供给到阳极的阳极流体中取出的质子经由电解质膜向阴极移动，生成被压缩了的氢气，第1除去器包含透水膜、阴极气体流路和容纳部，阴极气体流路设置在透水膜的一侧的主面上，供从压缩器的阴极排出的阴极气体流通，容纳部设置在透水膜的另一侧的主面上，充满压力比阴极气体低的液体，第1除去器用于除去阴极气体中所含的水分。气体中所含的水分。气体中所含的水分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氢气系统和氢气系统的运行方法


[0001]本公开涉及氢气系统和氢气系统的运行方法。

技术介绍

[0002]近年来，由于全球变暖等环境问题、石油资源枯竭等能源问题，氢作为替代化石燃料的清洁的替代能源而受到关注。氢气即使燃烧基本上也只释放出水，不会排出导致全球变暖的二氧化碳，并且也几乎不会排出氮氧化物等，因此作为清洁能源备受期待。另外，作为高效利用氢作为燃料的装置，例如有燃料电池，燃料电池的开发和普及正在向汽车用电源、家庭用自发电发展。
[0003]在将要到来的氢社会中，除了制造氢以外，还要求开发能够高密度地存储氢、并以小容量且低成本地输送或利用氢的技术。特别是为了促进成为分散型的能源的燃料电池的普及，需要配备燃料供给基础设施。
[0004]因此，为了利用燃料供给基础设施稳定地供给氢，提出了各种将高纯度的氢精制和升压的方案。
[0005]例如，专利文献1中公开了一种水电解装置，其一边进行水的电解，一边生成高压的氢气。在此，通过水电解生成的氢气含有水分。因此，在将这样的氢气储藏于罐等氢气储藏器时，假如氢气中所含的水分多，则氢气储藏器内的氢气量会由于氢气储藏器内存在水分而减少，从而导致效率低。另外，还存在氢气中所含的水分会在氢气储藏器内冷凝的问题。因此，期望将储藏于氢气储藏器时的氢气的水分量降低至例如约5ppm程度以下。因此，该专利文献1中提出一种氢气生成系统，在水电解装置与氢气储藏器之间的供氢气流动的路径上，设置有用于将氢气与水分离的气液分离器、以及用于从氢气中将水分吸附除去的吸附塔。
[0006]另外，例如专利文献2中提出了一种系统，通过将吸附除去高压氢气中的水分的吸附塔构成为变压吸附式精制器(PSA)，从而稳定地除去氢气中的水分。
[0007]在先技术文献
[0008]专利文献1：日本特开2009-179842号公报
[0009]专利文献2：日本特表2017-534435号公报

技术实现思路

[0010]专利技术要解决的课题
[0011]本公开中作为一例，其课题在于提供与以往相比能够更有效地除去从压缩器的阴极排出的阴极气体中所含的水分的氢气系统和氢气系统的运行方法。
[0012]用于解决课题的手段
[0013]为解决上述课题，本公开的一个技术方案(aspect)中的氢气系统，具备压缩器和第1除去器，所述压缩器使从供给到阳极的阳极流体中取出的质子经由电解质膜向阴极移动，生成被压缩了的氢气，所述第1除去器包含透水膜、阴极气体流路和容纳部，所述阴极气
体流路设置在所述透水膜的一侧的主面上，供从所述压缩器的阴极排出的阴极气体流通，所述容纳部设置在所述透水膜的另一侧的主面上，充满压力比所述阴极气体低的液体，所述第1除去器用于除去阴极气体中所含的水分。
[0014]本公开的一个技术方案中的氢气系统的运行方法，具备：使从供给到阳极的阳极流体中取出的质子经由电解质膜向阴极移动，生成被压缩了的氢气的步骤；和使水分从包含被压缩了的氢气的阴极气体中经由透水膜向充满容纳部内的低压的液体移动的步骤。
[0015]专利技术的效果
[0016]本专利技术的一个技术方案中的氢气系统和氢气系统的运行方法，具有与以往相比能够更有效地除去从压缩器的阴极排出的阴极气体中所含的水分的效果。
附图说明
[0017]图1是表示用于评价透水膜的透水性的测定装置的一例的图。
[0018]图2A是表示透水膜的LLP的测定结果的一例的图。
[0019]图2B是表示透水膜的LVP的测定结果的一例的图。
[0020]图3是表示水分的化学势的一例与相对湿度的关系的图。
[0021]图4是表示第1实施方式的氢气系统的一例的图。
[0022]图5是表示第1实施方式的第1实施例的氢气系统的一例的图。
[0023]图6是表示第1实施方式的第3实施例的氢气系统的一例的图。
[0024]图7是表示第1实施方式的第3实施例的氢气系统的一例的图。
[0025]图8是表示第1实施方式的第3实施例的氢气系统的一例的图。
[0026]图9是表示第2实施方式的氢气系统的一例的图。
[0027]图10是表示第2实施方式的实施例的氢气系统的一例的图。
[0028]图11是表示第2实施方式的实施例的氢气系统的一例的图。
[0029]图12是表示第3实施方式的氢气系统的一例的图。
[0030]图13是表示第4实施方式的氢气系统的一例的图。
[0031]图14是表示第4实施方式的实施例的氢气系统的一例的图。
具体实施方式
[0032]在作为上述压缩机的一例的使用固体高分子电解质膜(以下称为电解质膜)的电化学式氢气泵中，使向阳极供给的含氢气体等阳极流体中的氢气(H2)质子化并移动到阴极，通过阴极使质子(H
+
)恢复为氢气(H2)，从而使氢气高压化。此时，通常电解质膜在高温和高加湿条件(例如向电解质膜供给的含氢气体的温度和露点约为60℃左右)下，质子传导率提高，从而使电化学式氢气泵的氢气压缩效率提高。与此相对，如上所述期望将从电化学式氢气泵的阴极排出的高压的氢气(以下称为阴极气体)储藏于氢气储藏器时的阴极气体中的水分量降低至例如约5ppm程度以下，但多数情况下难以有效除去这样的阴极气体中的水分。
[0033]例如，如专利文献1和专利文献2所公开的吸附塔那样，能够通过沸石等多孔质吸附材料吸附氢气中的水分。但是，吸附材料的水分吸附性能是有限的。吸附塔的运行时间取决于输送到吸附塔的水量，因此在氢气中的水分量多的条件下使用吸附塔时，需要使吸附
塔大型化。另外，由于在吸附塔内流通高压氢气，因此需要使吸附塔的容器成为能够耐高压的结构，有可能会导致吸附塔的进一步大型化。另外，如专利文献2所述，使用变压吸附式的精制器能够降低吸附材料的填充量。但是，该情况下，存在构成供氢气流动的流路的构件的复杂化、在吸附材料的再生时需要处理与水分一起吸附于吸附材料中的氢气之类的问题等，仍有改善的空间。
[0034]因此，本公开的专利技术人如下所述进行了认真研究，结果发现通过使用透水膜，能够将从电化学式氢气泵的阴极排出的阴极气体中的水分从阴极气体中有效地除去。再者，专利文献1中提出了通过气液分离器将从水电解装置排出的氢气中的水分从氢气分离，但关于在气液分离器设置上述透水膜没有进行研究。
[0035]因此，在以下的测定装置中，将透水膜组入装置内，对透水膜的透水性进行评价。
[0036]＜测定装置＞
[0037]图1是表示用于评价透水膜的透水性的测定装置的一例的图。
[0038]测定装置的单元800具备透水膜805、低压侧的收纳部800L以及高压侧的收纳部800H。
[0039]收纳部800L和收纳部800H分别构成为圆柱状，在俯视观察时层叠有圆形的隔膜和气体扩散层。再者，隔膜由钛金属构成，收纳部800L的气体扩散层由钛粉末烧结体构成，收纳部800H的气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种氢气系统，具备压缩器和第1除去器，所述压缩器使从供给到阳极的阳极流体中取出的质子经由电解质膜向阴极移动，生成被压缩了的氢气，所述第1除去器包含透水膜、阴极气体流路和容纳部，所述阴极气体流路设置在所述透水膜的一侧的主面上，供从所述压缩器的阴极排出的阴极气体流通，所述容纳部设置在所述透水膜的另一侧的主面上，充满压力比所述阴极气体低的液体，所述第1除去器用于除去所述阴极气体中所含的水分。2.根据权利要求1所述的氢气系统，在所述第1除去器具备将所述容纳部内的液体排出的排出通路。3.根据权利要求1或2所述的氢气系统，所述容纳部是供所述液体流动的流路。4.根据权利要求1～3中任一项所述的氢气系统，所述液体的温度比流入所述第1除去器的所述阴极气体的温度低。5.根据权利要求1～4中任一项所述的氢气系统，所述液体包含水。6.根据权利要求1～5中任一项所述的氢气系统，具备用于将从所述第1除去器排出的所述液体再次向所述第1除去器供给的再循环流路。7.根据权利要求1～4和6中任一项所述的氢气系统，所述液体包含水，所述阳极流体是含氢气体，所述氢气系统具备供给通路，所述供给通路将从所述第1除去器排出的所述液体供给到向所述阳极供给的所述含氢气体。8.根据权利要求1～7中任一项所述的氢气系统，所述透水膜是包含磺酸基的高分子膜。9.根据权利要求1～8中任一项所述的氢气系统，不对所述透水膜通电。10.根据权利要求3所述的氢气系统，在所述第1除去器内的所述液...

【专利技术属性】
技术研发人员：胁田英延，镰田智也，酒井修，鹈饲邦弘，可儿幸宗，山本惠一，万家美纱，
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：