特開 2023-117843 水素製造システム及び水素製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023117843

(43)【公開日】2023-08-24

(54)【発明の名称】水素製造システム及び水素製造方法

(51)【国際特許分類】

   C25B 9/00 20210101AFI20230817BHJP

   C25B 1/042 20210101ALI20230817BHJP

   C25B 15/08 20060101ALI20230817BHJP

   C25B 15/00 20060101ALI20230817BHJP

   C25B 15/021 20210101ALI20230817BHJP

   B01D 46/00 20220101ALI20230817BHJP

   B01D 47/00 20060101ALI20230817BHJP

   B01D 50/60 20220101ALI20230817BHJP

   B01D 50/00 20220101ALI20230817BHJP

   C02F 1/04 20230101ALI20230817BHJP

【ＦＩ】

C25B9/00 A

C25B1/042

C25B15/08 302

C25B15/00 304

C25B15/021

B01D46/00 E

B01D47/00 Z

B01D50/60

B01D50/00 501L

B01D50/00 501A

C02F1/04 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022020625

(22)【出願日】2022-02-14

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100150717

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 和也

(74)【代理人】

【識別番号】100198029

【弁理士】

【氏名又は名称】綿貫 力

(72)【発明者】

【氏名】茂木 理子

(72)【発明者】

【氏名】塚田 侑香

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 悠介

(72)【発明者】

【氏名】松本 純平

(72)【発明者】

【氏名】長田 憲和

(72)【発明者】

【氏名】藤田 己思人

(72)【発明者】

【氏名】宮本 真哉

(72)【発明者】

【氏名】山下 雄生

(72)【発明者】

【氏名】土屋 直実

(72)【発明者】

【氏名】田嶋 彩花

【テーマコード（参考）】

4D032

4D034

4D058

4K021

【Ｆターム（参考）】

4D032AC07

4D032BA01

4D034AA01

4D034CA12

4D058JA01

4D058JB05

4D058JB22

4D058SA15

4D058TA01

4D058UA01

4K021AA01

4K021BA02

4K021BC01

4K021CA08

4K021DC01

4K021DC03

4K021EA06

(57)【要約】

【課題】水蒸気中の海水不純物の濃度を低減する。
【解決手段】実施の形態による水素製造システムは、海水を蒸発させて水蒸気を生成する蒸発器と、蒸発器から供給される水蒸気を電気分解して水素を製造する電解装置と、蒸発器と電解装置との間に設けられ、水蒸気から海水成分を除去する除去機構と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

海水を蒸発させて水蒸気を生成する蒸発器と、
前記蒸発器から供給される前記水蒸気を電気分解して水素を製造する電解装置と、
前記蒸発器と前記電解装置との間に設けられ、前記水蒸気から海水成分を除去する除去機構と、を備える、水素製造システム。

【請求項2】

前記除去機構は、前記水蒸気に随伴する海水の液滴を除去することによって、前記水蒸気から前記海水成分を除去する、請求項１に記載の水素製造システム。

【請求項3】

前記除去機構は、前記液滴を捕集するフィルタを含む、請求項２に記載の水素製造システム。

【請求項4】

前記除去機構は、前記液滴に対して霧状の液体を噴射するスプレー装置を含む、請求項２または３に記載の水素製造システム。

【請求項5】

前記除去機構は、前記液滴を加熱して蒸発させる加熱装置を含む、請求項２～４のいずれか一項に記載の水素製造システム。

【請求項6】

前記加熱装置は、３００℃以上１０００℃以下の範囲内の温度で前記液滴を加熱する、請求項５に記載の水素製造システム。

【請求項7】

前記蒸発器の上流側に設けられ、前記蒸発器に供給される海水をろ過するろ過機構を更に備える、請求項１～６のいずれか一項に記載の水素製造システム。

【請求項8】

前記電解装置は、固体酸化物型または溶融炭酸塩型の電解セルを含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の水素製造システム。

【請求項9】

海水から水素を製造する水素製造方法であって、
海水を蒸発させて水蒸気を生成する蒸発工程と、
前記蒸発工程の後、前記水蒸気から海水成分を除去する除去工程と、
前記除去工程の後、前記水蒸気を電気分解して水素を製造する電解工程と、を備える、水素製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施の形態は、水素製造システム及び水素製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

新エネルギーの一つとして、水素が挙げられる。この水素の製造方法として、電解装置を用いて水を電気分解する方法が挙げられる。水の電気分解による水素製造方法は、温度域や、使用する材料や燃料の種類等に応じて、固体高分子型、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体酸化物型等に分類される。固体高分子型及びリン酸型は、低温で運転される低温型の水素製造方法である。低温型の水素製造方法では、液体の状態の原料水を電気分解して水素を製造する。溶融炭酸塩型及び固体酸化物型は、高温で運転される高温型の水素製造方法である。高温型の水素製造方法では、水蒸気を電気分解して水素を製造する。低温型の水素製造方法は高温型の水素製造方法よりも開発が進んでおり、現状製品として用いられる水の電気分解による水素製造システムのほとんどは、この低温型の水素製造方法が用いられている。

【0003】

ところで、従来、水の電気分解による水素製造方法では、原料水として淡水が用いられてきた。そのため、水素製造システムを設置可能な立地は、淡水が得られる場所に限られていた。また、淡水は今後ますます希少化し、価格が高騰することが予想されており、原料水のコストは今後上昇し続けていくと考えられる。

【0004】

そこで、原料水として海水を用いることが考えられる。これにより、離島、船上、砂漠等、淡水の入手が困難な地域にも水素製造システムを設置することが可能となり、適用可能エリアを大幅に広げることができる。また、海水は淡水とは異なり潤沢に存在するため、将来的にも原料水を安価に入手し続けることができると考えられる。このように、水素製造の原料水として海水を用いることには大きなメリットがある。

【0005】

しかしながら、水素製造の原料水として海水を用いる場合には多くの課題が存在する。まず、上述したように、低温型の水素製造方法は高温型の水素製造方法よりも開発が進んでおり技術的にも確立されているため、第一選択肢として、低温型の水素製造システムを海水の電気分解に適用することが考えられる。しかしながら、低温型の水素製造システムにおいて海水を電気分解した場合、大量の塩素が発生する。塩素は有毒かつ腐食性があるため、その処理に大きなコストがかかる。また、電気分解の触媒部への海水成分の析出による効率低下も起こり得る。さらに、海水に接触するすべての部分で腐食が起こり得るため、腐食対策を施した高価な部品を用いるか、あるいは短期間で部品を交換することが求められる。あらかじめ海水を精製して淡水化すればこれらの問題は解決できるが、その精製には大きなコストがかかる。

【0006】

一方、高温型の水素製造システムを適用した場合、海水を蒸発させて水蒸気を生成し、その水蒸気を電気分解して水素を製造するため、海水の水蒸気化の際に海水中に含まれる塩化ナトリウム等の海水成分（以下、海水不純物と称する）を取り除くことができる。しかしながら、それでもなお、微量の海水不純物が水蒸気中に含まれ得る。海水を水蒸気化した際の水蒸気中の海水不純物の濃度は最大で数百ｐｐｍ程度であり、これは高温型の水素製造システムにおいて水蒸気を電気分解する際の許容濃度を上回っている。このため、水蒸気中の海水不純物の濃度を低減することが望まれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】国際公開第２００２／１６２８９号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

実施の形態は、このような点を考慮してなされたものであり、水蒸気中の海水不純物の濃度を低減することができる水素製造システム及び水素製造方法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】

【0009】

実施の形態による水素製造システムは、海水を蒸発させて水蒸気を生成する蒸発器と、蒸発器から供給される水蒸気を電気分解して水素を製造する電解装置と、蒸発器と電解装置との間に設けられ、水蒸気から海水成分を除去する除去機構と、を備える。

【0010】

また、実施の形態による水素製造方法は、海水から水素を製造する水素製造方法であって、海水を蒸発させて水蒸気を生成する蒸発工程と、蒸発工程の後、水蒸気から海水成分を除去する除去工程と、除去工程の後、水蒸気を電気分解して水素を製造する電解工程と、を備える。

【発明の効果】

【0011】

実施の形態によれば、水蒸気中の海水不純物の濃度を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、第１の実施の形態による水素製造システムの概略図である。

【図2】図２は、第２の実施の形態による水素製造システムの概略図である。

【図3】図３は、図２に含まれる除去機構の概略構成を示す断面図である。

【図4】図４は、第３の実施の形態による水素製造システムの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態による水素製造システム及び水素製造方法について説明する。

【0014】

（第１の実施の形態）
まず、図１を参照して、第１の実施の形態による水素製造システム及び水素製造方法について説明する。

【0015】

本実施の形態による水素製造システム１は、原料水として海水Ｗを用い、海水Ｗから水素Ｈ_２を製造する。海水Ｗは、例えば海洋等の水源２から採取される。図１に示すように、水素製造システム１は、ろ過機構３と、蒸発器４と、除去機構５と、電解装置６と、を備えていてもよい。水源２から採取された海水Ｗは、供給管を通って、ろ過機構３に供給される。

【0016】

ろ過機構３は、水源２から採取された海水Ｗをろ過するように構成されている。ろ過機構３は、海水Ｗに含まれる海草等の固形不純物を取り除く。ろ過機構３は、フィルタを含んでいてもよい。ろ過機構３は、フィルタにより固形不純物を捕集することで、海水Ｗから固形不純物を取り除いてもよい。ろ過機構３は、後述する蒸発器４の上流側に設けられており、ろ過機構３によりろ過された海水Ｗは、蒸発器４に供給される。

【0017】

蒸発器４は、ろ過機構３の下流側に設けられている。蒸発器４は、配管を介してろ過機構３と接続されている。蒸発器４は、ろ過機構３から供給される海水Ｗを蒸発させて水蒸気Ｓを生成するように構成されている。蒸発器４は、加熱装置を含んでいてもよい。蒸発器４は、加熱装置により海水Ｗを加熱することで、海水Ｗを水蒸気化させてもよい。加熱装置は、７０℃以上１００℃以下の範囲内の温度で海水Ｗを加熱してもよい。この蒸発器４による海水Ｗの水蒸気化により、海水Ｗ中に含まれる塩化ナトリウム等の海水成分（以下、海水不純物と称する）の大部分（例えば９９％以上）が取り除かれる。蒸発器４は、後述する除去機構５の上流側に設けられており、蒸発器４により生成された水蒸気Ｓは、除去機構５に供給される。

【0018】

除去機構５は、蒸発器４の下流側に設けられている。除去機構５は、蒸発器４と後述する電解装置６との間に設けられている。除去機構５は、配管を介して蒸発器４と接続されている。除去機構５は、蒸発器４から供給される水蒸気Ｓから海水不純物を除去するように構成されている。上述したように、蒸発器４による海水Ｗの水蒸気化により、海水不純物の大部分（例えば９９％以上）が取り除かれる。しかしながら、それでもなお、微量の海水不純物が水蒸気Ｓ中に含まれ得る。蒸発器４により生成された水蒸気Ｓ中の海水不純物の濃度は最大で数百ｐｐｍ程度である。一方、後述する電解装置６により水蒸気Ｓを電気分解する際の水蒸気Ｓ中の海水不純物の許容濃度は数ｐｐｍ～数十ｐｐｍである。このため、蒸発器４により生成された水蒸気Ｓ中の海水不純物の濃度は、電解装置６により水蒸気Ｓを電気分解する際の許容濃度を上回っている。そこで、本実施の形態においては、蒸発器４と電解装置６との間に、水蒸気Ｓから海水不純物を除去する除去機構５が設けられている。

【0019】

本発明者らが鋭意検討した結果、水蒸気Ｓに含まれる海水不純物は、海水Ｗの水蒸気化の際に水とともに気化したものではなく、海水Ｗの水蒸気化の際に微小な海水Ｗの液滴が巻き上げられて運ばれているものであることが明らかになった。そこで、本実施の形態においては、除去機構５は、水蒸気Ｓに随伴する海水Ｗの液滴を除去することによって、水蒸気Ｓから海水不純物を除去する構成とした。

【0020】

本実施の形態においては、除去機構５は、フィルタ５ａを含んでいる。フィルタ５ａは、水蒸気Ｓに随伴する海水Ｗの液滴を捕集するように構成されている。除去機構５は、フィルタ５ａにより水蒸気Ｓに随伴する海水Ｗの液滴を捕集することで、海水Ｗの液滴を除去し、水蒸気Ｓから海水不純物を除去する。

【0021】

フィルタ５ａは、耐熱性が高く、吸湿性が低いものが好ましい。とりわけ、フィルタ５ａの使用環境温度として７０℃～２００℃が想定されるため、フィルタ５ａは、この使用環境温度に耐え得る耐熱性を有していることが好ましい。このようなフィルタとして、例えばホウケイ酸塩からなるガラスフィルタ等が挙げられるが、これに限られることはない。耐熱性の観点から、ガラスフィルタは有機バインダを含まないものであることが好ましい。フィルタ５ａの目の粗さ（保持粒子径）は、捕集効率と圧損との観点から、０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。フィルタ５ａの目の粗さが０．１μｍ以上であることにより、目詰まりや圧損上昇を抑制することができる。フィルタ５ａの目の粗さが１０μｍ以下であることにより、海水不純物の除去性能を確保することができる。また、複数のフィルタ５ａが設けられていてもよい。

【0022】

フィルタ５ａは、蒸発器４の上方に位置していてもよい。蒸発器４とフィルタ５ａとを繋ぐ配管は、鉛直方向に延びていてもよい。このことにより、蒸発器４から供給される水蒸気Ｓがフィルタ５ａに到達する前に、水蒸気Ｓに随伴する海水Ｗの液滴をある程度重力により落下させて除去することができる。また、フィルタ５ａに捕集された海水Ｗの液滴を重力により落下させることができ、フィルタ５ａの目詰まりを抑制することができる。

【0023】

除去機構５は、電解装置６の上流側に設けられており、除去機構５により海水不純物が除去された水蒸気Ｓは、電解装置６に供給される。なお、図示しないが、除去機構５を通過した水蒸気Ｓは、電解装置６に供給される前に、水素や酸素等の水素製造システム１の排ガスとの熱交換により加熱されてもよい。また、水蒸気Ｓは、水素等の他のガスと混合されて電解装置６に供給されてもよい。

【0024】

電解装置６は、蒸発器４及び除去機構５の下流側に設けられている。電解装置６は、配管を介して除去機構５と接続されている。電解装置６は、蒸発器４から除去機構５を通過して供給される水蒸気Ｓを電気分解して水素Ｈ_２を製造するように構成されている。電解装置６は、固体酸化物型の電解セル６ａを含んでいてもよい。すなわち、電解装置６は、固体酸化物型の電解セル６ａを用いて、水蒸気Ｓを電気分解して水素Ｈ_２を製造してもよい。この場合、電解装置６は、６００℃以上１０００℃以下の範囲内の温度で運転される。あるいは、電解装置６は、溶融炭酸塩型の電解セル６ａを含んでいてもよい。すなわち、電解装置６は、溶融炭酸塩型の電解セル６ａを用いて、水蒸気Ｓを電気分解して水素Ｈ_２を製造してもよい。この場合、電解装置６は、６００℃以上７００℃以下の範囲内の温度で運転される。電解装置６は、水素Ｈ_２と共に酸素等の他のガスも製造してもよい。また、電解装置６は、水蒸気Ｓと共に二酸化炭素が供給され、共電解反応を行って、水素Ｈ_２と一酸化炭素の混合ガス（シンガス）を製造してもよい。電解装置６は、後述する貯留タンク７の上流側に設けられており、電解装置６により製造された水素Ｈ_２は、貯留タンク７に供給される。

【0025】

貯留タンク７は、電解装置６の下流側に設けられている。貯留タンク７は、配管を介して電解装置６と接続されている。貯留タンク７は、電解装置６から供給される水素Ｈ_２を貯留するように構成されている。貯留タンク７に貯留された水素Ｈ_２は用途に応じて消費される。

【0026】

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用効果について説明する。ここでは、まず、本実施形態による水素製造方法について説明する。

【0027】

本実施の形態による水素製造方法は、ろ過工程と、蒸発工程と、除去工程と、電解工程と、を備えていてもよい。

【0028】

まず、ろ過工程が実施される。ろ過工程においては、ろ過機構３により、水源２から採取された海水Ｗをろ過する。これにより、海水Ｗから海草等の固形不純物を取り除くことができる。例えば、ろ過機構３のフィルタにより固形不純物を捕集することで、海水Ｗから固形不純物を取り除いてもよい。

【0029】

ろ過工程の後、蒸発工程が実施される。蒸発工程においては、蒸発器４により、ろ過工程でろ過された海水Ｗを蒸発させて水蒸気Ｓを生成する。例えば、蒸発器４の加熱装置により、海水Ｗを７０℃以上１００℃以下の範囲内の温度で加熱することで、海水Ｗを水蒸気化させてもよい。この際、海水Ｗ中に含まれる海水不純物の大部分（例えば９９％以上）が取り除かれる。

【0030】

蒸発工程の後、除去工程が実施される。除去工程においては、除去機構５により、蒸発工程で生成された水蒸気Ｓから海水不純物を除去する。上述したように、蒸発工程で海水不純物の大部分（例えば９９％以上）が取り除かれる。しかしながら、それでもなお、微量の海水不純物が水蒸気Ｓ中に含まれ得る。蒸発工程で生成された水蒸気Ｓ中の海水不純物の濃度は最大で数百ｐｐｍ程度である。一方、後述する電解工程で水蒸気Ｓを電気分解する際の水蒸気Ｓ中の海水不純物の許容濃度は数ｐｐｍ～数十ｐｐｍである。このため、蒸発工程で生成された水蒸気Ｓ中の海水不純物の濃度は、電解工程で水蒸気Ｓを電気分解する際の許容濃度を上回っている。そこで、本実施の形態においては、蒸発工程と電解工程との間に、水蒸気Ｓから海水不純物を除去する除去工程が設けられている。

【0031】

上述したように、本発明者らが鋭意検討した結果、水蒸気Ｓに含まれる海水不純物は、海水Ｗの水蒸気化の際に水とともに気化したものではなく、海水Ｗの水蒸気化の際に微小な海水Ｗの液滴が巻き上げられて運ばれているものであることが明らかになった。そこで、本実施の形態においては、除去工程において、水蒸気Ｓに随伴する海水Ｗの液滴を除去することによって、水蒸気Ｓから海水不純物を除去する。本実施の形態においては、除去機構５のフィルタ５ａにより水蒸気Ｓに随伴する海水Ｗの液滴を捕集することで、海水Ｗの液滴を除去し、水蒸気Ｓから海水不純物を除去する。

【0032】

除去工程の後、電解工程が実施される。電解工程においては、電解装置６により、除去工程で海水不純物が除去された水蒸気Ｓを電気分解して水素Ｈ_２を製造する。例えば、電解装置６に含まれる固体酸化物型の電解セル６ａを用いて、水蒸気Ｓを電気分解して水素Ｈ_２を製造してもよい。電解装置６により、水素Ｈ_２と共に酸素等の他のガスも製造されてもよい。

【0033】

電解工程で製造された水素Ｈ_２は、貯留タンク７に貯留される。貯留タンク７に貯留された水素Ｈ_２は、その後、用途に応じて消費される。

【0034】

このように本実施の形態によれば、蒸発器４と電解装置６との間に、水蒸気Ｓから海水不純物を除去する除去機構５が設けられている。このことにより、電解装置６に供給される水蒸気Ｓ中の海水不純物の濃度を低減することができる。このため、水蒸気Ｓ中の海水不純物の濃度を、電解装置６により水蒸気Ｓを電気分解する際の許容濃度以下にすることができる。この結果、水素製造の原料水として海水を用いた場合に生じ得る、効率の低下や部材の腐食、コストの増大といった問題を解決することができる。

【0035】

また、本実施の形態によれば、除去機構５は、水蒸気Ｓに随伴する海水Ｗの液滴を除去することによって、水蒸気Ｓから海水不純物を除去する。本発明者らが鋭意検討した結果、水蒸気Ｓに含まれる海水不純物は、海水Ｗの水蒸気化の際に水とともに気化したものではなく、海水Ｗの水蒸気化の際に微小な海水Ｗの液滴が巻き上げられて運ばれているものであることが明らかになった。このため、除去機構５により、水蒸気Ｓに随伴する海水Ｗの液滴を除去することによって、水蒸気Ｓから海水不純物を効果的に除去することができる。

【0036】

また、本実施の形態によれば、除去機構５は、水蒸気Ｓに随伴する海水Ｗの液滴を捕集するフィルタ５ａを含んでいる。このようなフィルタ５ａを用いることによって、水蒸気Ｓに随伴する海水Ｗの液滴を除去することができる。このため、水蒸気Ｓから海水不純物を効果的に除去することができる。

【0037】

また、本実施の形態によれば、蒸発器４の上流側に、蒸発器４に供給される海水Ｗをろ過するろ過機構３が設けられている。このことにより、蒸発器４に供給される海水Ｗから、海草等の固形不純物を取り除くことができる。このため、蒸発器４に海水Ｗとともに固形不純物が供給されることを抑制することができ、蒸発器４の故障や効率低下を抑制することができる。

【0038】

また、本実施の形態によれば、電解装置６は、固体酸化物型または溶融炭酸塩型の電解セル６ａを含んでいる。本実施の形態は、とりわけ、このような高温型の水素製造システム１において有用である。すなわち、高温型の水素製造システム１において原料水として海水Ｗを用いた場合、蒸発器４により海水Ｗを蒸発させて水蒸気Ｓを生成し、電解装置６により水蒸気Ｓを電気分解して水素Ｈ_２を製造する。本実施の形態によれば、蒸発器４と電解装置６との間に除去機構５が設けられていることにより、電解装置６に供給される水蒸気Ｓ中の海水不純物の濃度を低減することができる。

【0039】

（第２の実施の形態）
次に、図２及び図３を参照して、第２の実施の形態による水素製造システム及び水素製造方法について説明する。

【0040】

図２及び図３に示す第２の実施の形態においては、除去機構が、水蒸気に随伴する海水の液滴に対して霧状の液体を噴射するスプレー装置を含む点が主に異なり、他の構成は、図１に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図２及び図３において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

【0041】

図２に示すように、本実施の形態においては、除去機構５は、スプレー装置５ｂを含んでいる。スプレー装置５ｂは、水蒸気Ｓに随伴する海水Ｗの液滴に対して霧状の液体Ｍを噴射するように構成されている。除去機構５は、スプレー装置５ｂにより水蒸気Ｓに随伴する海水Ｗの液滴に対して霧状の液体Ｍを噴射することで、海水Ｗの液滴を除去し、水蒸気Ｓから海水不純物を除去する。

【0042】

図３に示すように、スプレー装置５ｂは、筐体５０と、筐体５０内に設けられたスプレーノズル５５と、を備えていてもよい。筐体５０は、鉛直方向に延びる中空の円筒状の構造物であってもよい。筐体５０は、入口部５１と、出口部５２と、液体貯留部５３と、を含んでいてもよい。

【0043】

図３に示すように、入口部５１は、筐体５０の鉛直方向における下方の側面に設けられていてもよい。入口部５１は、配管を介して蒸発器４に接続されており、蒸発器４で生成された水蒸気Ｓは、この入口部５１から筐体５０内に流入する。図３に示すように、出口部５２は、筐体５０の鉛直方向における上方に設けられていてもよい。出口部５２は、配管を介して電解装置６に接続されており、筐体５０内を通った水蒸気Ｓは、この出口部５２から電解装置６に流出する。このような入口部５１及び出口部５２の配置により、入口部５１から流入した水蒸気Ｓは、図３の実線矢印で示すように、筐体５０内を鉛直方向における下方から上方に向かって流れ、出口部５２から流出する。

【0044】

図３に示すように、液体貯留部５３は、筐体５０の鉛直方向における下方に設けられていてもよい。液体貯留部５３は、入口部５１よりも鉛直方向における下方に設けられていてもよい。液体貯留部５３は、後述するスプレーノズル５５よりも鉛直方向における下方に設けられていてもよい。液体貯留部５３は、液体Ｃを貯留するように構成されている。液体Ｃは、例えば水であってもよい。水としては、純水を用いてもよいし、海水を用いていてもよい。液体貯留部５３に貯留された液体Ｃは、供給管Ｌを通って、後述するスプレーノズル５５に供給される。後述するように、スプレーノズル５５は、鉛直方向における下方に向けて霧状の液体Ｍを噴射する。このため、スプレーノズル５５から噴射された霧状の液体Ｍは、液体Ｃとしてこの液体貯留部５３に貯留される。このように、液体Ｃは、液体貯留部５３とスプレーノズル５５との間を循環するようになっている。また、液体Ｃは、後述するように、スプレーノズル５５から噴射された霧状の液体Ｍと衝突して落下した海水Ｗの液滴を含み得る。

【0045】

図３に示すように、スプレーノズル５５は、入口部５１よりも鉛直方向における上方に設けられていてもよい。スプレーノズル５５は、液体貯留部５３よりも鉛直方向における上方に設けられていてもよい。図３に示すように、複数のスプレーノズル５５が設けられていてもよい。スプレーノズル５５は、支持部５６を介して筐体５０に支持されていてもよい。スプレーノズル５５は、液体貯留部５３から供給された液体Ｃを、霧状の液体Ｍにして噴出する。図３に示すように、スプレーノズル５５は、鉛直方向における下方に向けて霧状の液体Ｍを噴射してもよい。上述したように、水蒸気Ｓは、筐体５０内を鉛直方向における下方から上方に向かって流れる。このため、スプレーノズル５５は、水蒸気Ｓに対して、水蒸気Ｓの流れ方向とは反対側の方向に霧状の液体Ｍを噴射する。スプレーノズル５５から噴射された霧状の液体Ｍは、水蒸気Ｓに随伴する海水Ｗの液滴と衝突する。このことにより、水蒸気Ｓに随伴する海水Ｗの液滴は、霧状の液体Ｍと共に下方に落下し、液体貯留部５３に回収される。

【0046】

スプレーノズル５５の噴射角度は、３０度以上１２０度以下の範囲内の角度であってもよい。スプレーノズル５５の噴射角度は、筐体５０の直径等に応じて適宜選択されてもよい。スプレーノズル５５の噴射速度は、１ｍ／ｓｅｃ以下であってもよい。スプレーノズル５５の噴射流量は、３００Ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２以上であってもよく、より好ましくは、４００Ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２以上であってもよい。

【0047】

スプレーノズル５５から噴射される霧状の液体Ｍの平均粒子径は、１００μｍ以上５００μｍ以下であってもよい。水蒸気Ｓに随伴する海水Ｗの液滴の平均粒子径は数μｍ～数十μｍ程度である。このため、霧状の液体Ｍの平均粒子径を１００μｍ以上とすることで、水蒸気Ｓに随伴する海水Ｗの液滴を効果的に落下させることができる。なお、平均粒子径は、レーザー回折・散乱法により測定される体積基準の粒子径分布からメジアン径（Ｄ５０）として算出される。

【0048】

スプレーノズル５５から噴射される霧状の液体Ｍの温度は、蒸発器４の加熱装置による加熱温度（７０℃～１００℃）以上１００℃以下の範囲内の温度であってもよい。霧状の液体Ｍの温度が蒸発器４の加熱装置による加熱温度以上であることにより、水蒸気Ｓが凝縮して水に戻ることを抑制することができる。また、霧状の液体Ｍの温度が１００℃以下であることにより、液体Ｍが揮発することを抑制することができる。

【0049】

スプレー装置５ｂは、蒸発器４の上方に位置していてもよい。蒸発器４とスプレー装置５ｂとを繋ぐ配管は、鉛直方向に延びていてもよい。このことにより、蒸発器４から供給される水蒸気Ｓがスプレー装置５ｂに到達する前に、水蒸気Ｓに随伴する海水Ｗの液滴をある程度重力により落下させて除去することができる。

【0050】

なお、上述した例においては、スプレーノズル５５は、水蒸気Ｓに対して、水蒸気Ｓの流れ方向とは反対側の方向に霧状の液体Ｍを噴射していたが、このことに限られることはない。例えば、スプレーノズル５５は、水蒸気Ｓに対して、水蒸気Ｓの流れ方向と同じ方向に霧状の液体Ｍを噴射してもよいし、水蒸気Ｓの流れ方向と交差する方向（例えば直交する方向）に霧状の液体Ｍを噴射してもよい。

【0051】

本実施の形態においては、水素製造方法の除去工程において、除去機構５のスプレー装置５ｂにより、水蒸気Ｓに随伴する海水Ｗの液滴に対して霧状の液体Ｍを噴射する。スプレー装置５ｂのスプレーノズル５５から噴射された霧状の液体Ｍは、水蒸気Ｓに随伴する海水Ｗの液滴と衝突する。このことにより、水蒸気Ｓに随伴する海水Ｗの液滴は、霧状の液体Ｍと共に下方に落下し、液体貯留部５３に回収される。このようにして、海水Ｗの液滴が除去され、水蒸気Ｓから海水不純物が除去される。

【0052】

このように本実施の形態によれば、除去機構５は、水蒸気Ｓに随伴する海水Ｗの液滴に対して霧状の液体Ｍを噴射するスプレー装置５ｂを含んでいる。このことにより、スプレー装置５ｂから噴射された霧状の液体Ｍによって、水蒸気Ｓに随伴する海水Ｗの液滴を除去することができる。このため、水蒸気Ｓから海水不純物を効果的に除去することができる。

【0053】

（第３の実施の形態）
次に、図４を参照して、第３の実施の形態による水素製造システム及び水素製造方法について説明する。

【0054】

図４に示す第３の実施の形態においては、除去機構が、水蒸気に随伴する海水の液滴を加熱して蒸発させる加熱装置を含む点が主に異なり、他の構成は、図１に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図４において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

【0055】

図４に示すように、本実施の形態においては、除去機構５は、加熱装置５ｃを含んでいる。加熱装置５ｃは、水蒸気Ｓに随伴する海水Ｗの液滴を加熱して蒸発させるように構成されている。加熱装置５ｃにより水蒸気Ｓに随伴する海水Ｗの液滴を加熱して蒸発させることで、海水Ｗの液滴に含まれる海水不純物を、加熱装置５ｃにおいて固体として析出させて除去することができる。すなわち、除去機構５は、加熱装置５ｃにより水蒸気Ｓに随伴する海水Ｗの液滴を加熱して蒸発させることで、水蒸気Ｓから海水不純物を除去する。

【0056】

加熱装置５ｃは、蒸発器４の加熱装置による加熱温度（７０℃～１００℃）よりも高い温度で海水Ｗの液滴を加熱してもよい。例えば、加熱装置５ｃは、３００℃以上１０００℃以下の範囲内の温度で海水Ｗの液滴を加熱してもよい。

【0057】

加熱装置５ｃは、蒸発器４の上方に位置していてもよい。蒸発器４と加熱装置５ｃとを繋ぐ配管は、鉛直方向に延びていてもよい。このことにより、蒸発器４から供給される水蒸気Ｓが加熱装置５ｃに到達する前に、水蒸気Ｓに随伴する海水Ｗの液滴をある程度重力により落下させて除去することができる。

【0058】

本実施の形態においては、水素製造方法の除去工程において、除去機構５の加熱装置５ｃにより、水蒸気Ｓに随伴する海水Ｗの液滴を加熱して蒸発させる。このことにより、海水Ｗの液滴に含まれる海水不純物は、加熱装置５ｃにおいて固体として析出されて除去される。このようにして、水蒸気Ｓから海水不純物が除去される。

【0059】

このように本実施の形態によれば、除去機構５は、水蒸気Ｓに随伴する海水Ｗの液滴を加熱して蒸発させる加熱装置５ｃを含んでいる。このことにより、海水Ｗの液滴に含まれる海水不純物を、加熱装置５ｃにおいて固体として析出させて除去することができる。このため、水蒸気Ｓから海水不純物を効果的に除去することができる。

【0060】

また、本実施の形態によれば、加熱装置５ｃは、３００℃以上１０００℃以下の範囲内の温度で海水Ｗの液滴を加熱する。このことにより、水蒸気Ｓに随伴する海水Ｗの液滴を確実に蒸発させることができる。このため、水蒸気Ｓから海水不純物を効果的に除去することができる。

【0061】

（その他の実施の形態）
上述した各実施の形態は適宜組み合わされてもよい。

【0062】

すなわち、除去機構５は、第１の実施の形態で述べたようなフィルタ５ａ、第２の実施の形態で述べたようなスプレー装置５ｂ及び第３の実施の形態で述べたような加熱装置５ｃのうちの二つ以上を含んでいてもよい。例えば、除去機構５に供給された水蒸気Ｓは、フィルタ５ａやスプレー装置５ｂによって海水不純物が除去された後、加熱装置５ｃによって更に海水不純物が除去されてもよい。このことにより、水蒸気Ｓから海水不純物をより一層効果的に除去することができる。

【0063】

以上述べた実施の形態によれば、水蒸気中の海水不純物の濃度を低減することができる。

【0064】

以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0065】

１：水素製造システム、３：ろ過機構、４：蒸発器、５：除去機構、５ａ：フィルタ、５ｂ：スプレー装置、５ｃ：加熱装置、６：電解装置、６ａ：電解セル、Ｈ_２：水素、Ｓ：水蒸気、Ｗ：海水

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】