特許 7257933 水電解装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-06

(45)【発行日】2023-04-14

(54)【発明の名称】水電解装置

(51)【国際特許分類】

   C25B 15/08 20060101AFI20230407BHJP

   B01D 19/00 20060101ALI20230407BHJP

   C02F 1/42 20230101ALI20230407BHJP

   C25B 9/00 20210101ALI20230407BHJP

【ＦＩ】

C25B15/08 304

B01D19/00 H

C02F1/42 A

C25B9/00 A

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019196573

(22)【出願日】2019-10-29

(65)【公開番号】P2021070836

(43)【公開日】2021-05-06

【審査請求日】2022-01-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000005119

【氏名又は名称】日立造船株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】八巻 昌宏

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 祐介

(72)【発明者】

【氏名】石▲崎▼ 裕輔

【審査官】池ノ谷 秀行

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５６－１２７７８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５６－１０８８８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－１１９９０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０６７６８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１４３７７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１７０６４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００２－５１６７５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０７３８７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０９７８５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１３１９５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０４－０５６７５８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】登録実用新案第３２０９４３０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１６－００４９３７９（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｄ １９／００

Ｃ０２Ｆ １／４２

Ｃ２５Ｂ １／００ － １５／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高分子電解質膜を用いて水を電解し、陰極に水素を発生させる水電解槽と、
前記陰極において発生した水素と水とを分離する水素気液分離器と、
前記水素気液分離器によって分離された水に含まれる、少なくとも水素を含む気体を除去する除去装置と、
前記除去装置を透過した水を貯水する貯水タンクと、
を備え、
前記除去装置は、
表面側に供給された水を透過させつつ、該表面で前記気体を捕捉するフィルタと、
前記フィルタを収容するハウジングと、
前記フィルタによって捕捉された前記気体を前記ハウジングの内部から排出する機構と、を備え、
前記水が前記フィルタを透過する方向と、前記フィルタによって捕捉された前記気体が排出される方向とが、交差していることを特徴とする水電解装置。

【請求項2】

高分子電解質膜を用いて水を電解し、陰極に水素を発生させる水電解槽と、
前記水電解槽にて電解される純水を蓄える貯水タンクと、
前記貯水タンクの上流に配置され、該貯水タンクへ供給される水に含まれるイオン成分をイオン交換して前記純水とするイオン交換樹脂と、
前記イオン交換樹脂の上流に配置され、該イオン交換樹脂へ供給される水に含まれる、少なくとも酸素を含む気体を除去する除去装置と、
を備え、
前記除去装置は、
表面側に供給された水を透過させつつ、該表面で前記気体を捕捉するフィルタと、
前記フィルタを収容するハウジングと、
前記フィルタによって捕捉された前記気体を前記ハウジングの内部から排出する機構と、を備え、
前記水が前記フィルタを透過する方向と、前記フィルタによって捕捉された前記気体が排出される方向とが、交差していることを特徴とする水電解装置。

【請求項3】

前記フィルタは、前記気体を捕捉すると共に、前記水に含まれる固形物を捕捉することを特徴とする請求項１または２に記載の水電解装置。

【請求項4】

前記フィルタは、前記固形物として、前記水に含まれるカーボン粉末を捕捉することを特徴とする請求項３に記載の水電解装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水を電解して水素と酸素とを発生させる水電解装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、自然エネルギーを一次エネルギーとする水素の製造技術が開発されており、その１つに、固体高分子型水電解装置が知られている（特許文献１）。この種の水電解装置では、水電解槽の陰極にて発生した水素と水とを分離する水素気液分離器から放出される水素ブロー水（分離水）は貯水タンクに戻され、水素の製造に再利用され得る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００２－１７３７８８号公報（２００２年６月２１日公開）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、固体高分子型水電解装置の運転中は、水素気液分離器が加圧されている。そのため、水素気液分離器から貯水タンクへ供給される水素ブロー水には水素が溶存している。対して、貯水タンクの圧力は低いため、貯水タンクの内部で水素ブロー水に溶存する水素が気化して水素ガスが発生する。そのため、安全上、水素ブロー水の水素対策が必要となる。

【0005】

この水素ブロー水の水素対策として、例えば、以下の方法が考えられる。希釈用空気を貯水タンク上部に導入し水素ガスを希釈する方法、または、水素気液分離器と同様に、水素ブロー水から、水素ブロー水に含まれる水素ガスを、気体と液体の比重差を利用し、重力により気液分離して水素ガスを大気へ放出する方法である。

【0006】

しかしながら、水素ガスを希釈用空気で希釈する場合、水素ガスを安全な濃度とするためには、膨大な量の希釈用空気を供給する装置が別途必要となる。

【0007】

また、水素気液分離器と同様に水素ブロー水から、水素ブロー水に含まれる水素ガスを、気体と液体の比重差を利用し、重力により気液分離する場合、水素ブロー水に含まれる水素ガスが微細気泡であるため、水素ブロー水の流速を遅くする必要性がある。水素ブロー水の水量は、発生する水素量に比例するため、大型の固体高分子型水電解装置では水素ブロー水の配管径を非常に大きくすることが必要となる。

【0008】

本発明は、前記従来の問題点に鑑みなされたものであって、水電解装置の大型化を伴わずに液体中に含まれる気体を除去することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る水電解装置は、高分子電解質膜を用いて水を電解し、陰極に水素を発生させる水電解槽と、前記陰極において発生した水素と水とを分離する水素気液分離器と、前記水素気液分離器によって分離された水に含まれる、少なくとも水素を含む気体を除去する除去装置と、前記除去装置を透過した水を貯水する貯水タンクと、を備えることを特徴とする。

【0010】

前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る水電解装置は、高分子電解質膜を用いて水を電解し、陰極に水素を発生させる水電解槽と、前記水電解槽にて電解される純水を蓄える貯水タンクと、前記貯水タンクの上流に配置され、該貯水タンクへ供給される水に含まれるイオン成分をイオン交換して前記純水とするイオン交換樹脂と、前記イオン交換樹脂の上流に配置され、該イオン交換樹脂へ供給される水に含まれる、少なくとも酸素を含む気体を除去する除去装置と、を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明の一態様によれば、水電解装置の大型化を伴わずに液体中に含まれる気体を除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施形態に係る水電解装置の概略構成を示すブロック図である。

【図2】図１に示されるフィルタ装置の周辺構成を示す模式図である。

【図3】図２に示されるフィルタ装置本体の構成例を示す図であり、Ｌ１はフィルタ装置本体の正面図を示し、Ｌ２はフィルタ装置本体の断面図を示す。

【図4】前記フィルタ装置本体が備えるフィルタの機能を説明する模式図である。

【図5】図２に示される空気抜き弁の構成例を示す縦断面図である。

【図6】前記フィルタ装置本体の変形例の断面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の一実施形態について、図１から図５に基づいて詳細に説明する。

【0014】

（水電解装置の構成）
図１は、本発明の実施形態に係る水電解装置１００の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、水電解装置１００は、水電解槽１０と、直流電源１１と、水素気液分離器１２と、酸素気液分離器１３と、貯水タンク１５と、フィルタ装置（除去装置）３０とを含む。

【0015】

水電解槽１０は、高分子電解質膜を用いて水を電解（電気分解）し、陽極に酸素、陰極に水素（気体）を発生させる。水電解槽１０には直流電源１１が接続される。水の電解に必要な電力は直流電源１１から水電解槽１０へ供給される。

【0016】

水電解槽１０の陰極において発生した水素は、電解されずに残った水と共に気液混合水の状態で、水電解槽１０から水素気液分離器１２へ供給される。また、水電解槽１０の陽極において発生した酸素（気体）は、電解されずに残った水と共に気液混合水の状態で、水電解槽１０から酸素気液分離器１３へ供給される。

【0017】

水素気液分離器１２は、水電解槽１０から供給される水素を含んだ気液混合水を、水素と水とに気液分離する。気液分離後の水素（水素ガス）は、水分を多く含んだ湿潤水素である。そのため、気液分離後の水素は、図示しない除湿装置などへ供給されて水分が除去される。一方、気液分離後の水は水素ブロー水（分離水、液体）として、水電解装置１００の水素ライン１９を通って貯水タンク１５へ供給される。

【0018】

水素ライン１９は、水素気液分離器１２から貯水タンク１５へ水素ブロー水を供給する。水素ライン１９には、上流側から電動弁２０およびフィルタ装置３０が配置される。この水素ライン１９は、フィルタ装置３０の下流側の分岐点で分岐した水素排気ライン１９ａを含む。この水素排気ライン１９ａには、逆止弁（逆流防止機構）７０が配置される。

【0019】

電動弁（圧力調整機構）２０は、貯水タンク１５側の圧力と水素気液分離器１２の圧力差を利用し、弁開度を調整することで水素ライン１９を流れる水素ブロー水の流量を調整する。また、電動弁２０は、弁開度を調整することで、水素ライン１９を流れる水素ブロー水を減圧し、貯水タンク１５側の圧力を水素気液分離器１２側の圧力よりも減少させる。

【0020】

ここで、水電解槽１０の運転中、水素気液分離器１２は加圧されている。そのため、水素気液分離器１２から分離された水素ブロー水は圧力が高く、高圧の水素ブロー水には水素が溶存する。したがって、水素気液分離器１２によって放出された水素ブロー水には水素が含まれる。水素ライン１９を流れる水素ブロー水が電動弁２０によって減圧されることにより、溶存していた水素が水素ブロー水中で微細気泡状となる。

【0021】

フィルタ装置３０は、液体中に含まれる気体を除去する除去装置である。本実施形態では、フィルタ装置３０は、水素ブロー水に含まれる水素を除去する。フィルタ装置３０は、水素ブロー水から水素を除去するフィルタ４１を備えるフィルタ装置本体４０と、フィルタ４１によって除去された水素を排出するガス抜き弁（排出機構）５０とを含む。なお、フィルタ装置３０の詳細は後述する。

【0022】

酸素気液分離器１３は、水電解槽１０から供給される酸素を含んだ気液混合水を、酸素と水とに気液分離する。気液分離後の酸素（酸素ガス）は例えば大気へ放出される。一方、気液分離後の水は、酸素側循環水として、水電解装置１００の酸素側循環ライン１７を通って水電解槽１０へ供給される。酸素側循環ライン１７は、酸素気液分離器１３から水電解槽１０へ酸素側循環水を供給する。酸素側循環ライン１７には、酸素気液分離器１３から水電解槽１０へ酸素側循環水を送り出すポンプ１４が配置される。

【0023】

貯水タンク１５は、水電解槽１０で電解される水を貯水する。貯水タンク１５には、純水が供給される。また、貯水タンク１５には、フィルタ４１を透過した水素ブロー水が供給される。貯水タンク１５に貯水された水は、水電解装置１００の水供給ライン１８を通って酸素気液分離器１３へ供給される。水供給ライン１８は、貯水タンク１５から酸素気液分離器１３へ水を供給する。水供給ライン１８には、貯水タンク１５から酸素気液分離器１３へ水を送り出すポンプ１６が配置される。貯水タンク１５から酸素気液分離器１３へ供給された水は、酸素側循環ライン１７を通って、水電解槽１０へ供給される。

【0024】

（フィルタ装置の詳細）
図２は、図１に示されるフィルタ装置３０の周辺構成を示す模式図である。図２は、図１の一点破線枠囲み内の構成を示す。図２に示すように、フィルタ装置３０は、水素ライン１９の水平配管に配置される。具体的には、フィルタ装置３０は、貯水タンク１５の液面Ｌよりも高い位置に設置された水素ライン１９の水平配管に配置される。これにより、フィルタ４１の設置高さが、貯水タンク１５の液面Ｌよりも高くなっている。

【0025】

フィルタ装置３０の上流側には電動弁２０が配置され、下流側にはＴ型に分岐するチーズ管（気液分離機構）６０が配置される。チーズ管６０において、水素ライン１９から水素排気ライン１９ａが分岐する。

【0026】

フィルタ装置３０は、水素ライン１９を流れる水素ブロー水に含まれる水素を除去する。本実施形態では、フィルタ装置３０は、電動弁２０によって微細気泡状となった水素ブロー水に含まれる水素を除去する。フィルタ装置３０は、フィルタ４１および該フィルタ４１を収容するハウジング４２を含むフィルタ装置本体４０と、該フィルタ装置本体に接続されたガス抜き弁５０とを備える。

【0027】

図３は、図２に示されるフィルタ装置本体４０の構成例を示す図であり、図３のＬ１はフィルタ装置本体４０の正面図を示し、図３のＬ２はフィルタ装置本体４０の断面図を示す。図３に示すように、フィルタ装置本体４０が備えるフィルタ４１およびハウジング４２は、何れも円筒状である。フィルタ４１の中心軸とハウジング４２の中心軸とが略一致するように、カートリッジ式のフィルタ４１がハウジング４２に収容される。

【0028】

ハウジング４２は、フィルタ４１を収容する筐体である。ハウジング４２は、フィルタ４１を収容する一端が開口した胴部４２ａと、胴部４２ａの開口を塞ぐように着脱可能に取り付けられる蓋部４２ｂとを含む。蓋部４２ｂには、導入口４３と、排出口４４と、弁接続口（排出機構）４５とが配置される。

【0029】

導入口４３および排出口４４は、蓋部４２ｂの上部側面に、ハウジング４２の中心軸に対して略垂直な位置に互いに対向して配置される。導入口４３は、上流側の水素ライン１９に接続され、水素ブロー水をハウジング４２の内部へ導入する。排出口４４は、下流側の水素ライン１９に接続され、フィルタ４１を透過した水素ブロー水をハウジング４２の外部へ排出する。弁接続口４５は、蓋部４２ｂの上面に配置される。この弁接続口４５には、後述するガス抜き弁５０が接続される。

【0030】

フィルタ４１は、水素ブロー水を濾過して、水素ブロー水に含まれる水素を除去する。フィルタ４１は水素ブロー水（液体）が流入する表面で微細水素気泡（気体）を捕捉する。フィルタ４１としては、水素ブロー水に含まれる微細水素気泡をその表面で捕捉する表面濾過型のフィルタが好適に用いられる。円筒状のフィルタ４１は、表面４１ａ側（外周面側）がフィルタ４１の１次側となり、内面４１ｂ側（内周面側または中心軸側）がフィルタ４１の２次側となる。

【0031】

図４は、フィルタ４１の機能を説明する模式図である。図４に示すように、水素ブロー水は、フィルタ４１の表面４１ａ側に供給される（供給工程）。表面４１ａ側に供給された水素ブロー水は、フィルタ４１の表面４１ａからフィルタ４１の内面４１ｂへフィルタ４１を透過する。水素ブロー水がフィルタ４１を透過する際、水素ブロー水に含まれる微細水素気泡Ｈ_２－１がフィルタ４１の表面４１ａで捕捉される（捕捉工程）。フィルタ４１の表面４１ａで捕捉された微細水素気泡Ｈ_２－１は、該表面４１ａで結合して大きくなり水素気泡Ｈ_２－２となる。これにより、水素気泡Ｈ_２－２の浮力が増加し、フィルタ４１の表面４１ａに沿って水素気泡Ｈ_２－２が浮上する。浮上した水素気泡Ｈ_２－２は、弁接続口４５を通ってガス抜き弁５０へ流入する。つまり、フィルタ４１によって捕捉された微細水素気泡Ｈ_２－１は、水素気泡Ｈ_２－２となりフィルタ４１を収容するハウジング４２の内部から排出される（排出工程）。

【0032】

また、水素ブロー水がフィルタ４１を透過（通過）する透過方向Ｄ１と、フィルタ４１によって捕捉された微細水素気泡Ｈ_２－１が排出される排出方向（フィルタ４１によって捕捉された微細水素気泡Ｈ_２－１の移動方向）Ｄ２とは交差（クロスフロー）している。

【0033】

より詳しくは、ハウジング４２は、導入口４３および排出口４４が鉛直上側になるように、水素ライン１９の水平配管に取り付けられる（図３参照）。そのため、円筒状のフィルタ４１の中心軸が鉛直方向と略平行になるように、フィルタ４１が水素ライン１９に配置される。言い換えると、フィルタ４１の表面４１ａが略鉛直方向に延伸するように、フィルタ４１が水素ライン１９に配置される。これにより、図４に示すように、フィルタ４１の表面４１ａで捕捉された微細水素気泡Ｈ_２－１は、鉛直方向上側に向かって移動する。その結果、水素ブロー水がフィルタ４１を透過する透過方向Ｄ１と、フィルタ４１によって捕捉された微細水素気泡Ｈ_２－１が排出される排出方向Ｄ２とは、略直交する。

【0034】

なお、フィルタ４１の配置は前記に限らない。フィルタ４１の表面４１ａが水平方向に対して角度を有するように、フィルタ４１が水素ライン１９に配置されていればよい。

【0035】

このように、透過方向Ｄ１と排出方向Ｄ２とが交差していることにより、例えば透過方向Ｄ１と排出方向Ｄ２とが交差していない構成（透過方向Ｄ１と排出方向Ｄ２とが略平行な構成）に比べてフィルタ４１によって処理可能な水素ブロー水の流量が多くなる。これにより、水素ライン１９を流れる多量の水素ブロー水をフィルタ装置３０によって処理することが可能となり、フィルタ装置３０を水電解装置１００に好適に組み込むことができる。

【0036】

また、フィルタ４１は、水電解槽１０で発生するカーボン粉末Ｃなどの水素ブロー水に含まれる異物（固形物）を表面４１ａで捕捉する。つまり、フィルタ４１は、水素ブロー水に含まれる水素（微細水素気泡Ｈ_２－１）と異物（カーボン粉末Ｃ）とを同時に除去することができる。

【0037】

カーボン粉末Ｃは、水電解装置１００内の機器の閉塞等を引き起こすほか、最終的には、水電解槽１０の陽極側で酸化されて炭酸ガスとなり、水電解装置１００内の循環水の劣化に繋がる。そのため、カーボン粉末Ｃをフィルタ４１で除去することができれば、水電解装置１００内の機器の閉塞、および水電解装置１００内の循環水の劣化を防ぐことができる。

【0038】

フィルタ４１としては、０．２μｍ以上１０μｍ以下の孔径を有するものであることが好ましく、フィルタ４１の孔径が１μ程度であることがより好ましい。また、フィルタ４１は、ポリプロピレン製であることが好ましい。このようなフィルタ４１によれば、水素ブロー水に含まれる微細水素気泡を表面４１ａで好適に捕捉し、結合させることができる。

【0039】

また、フィルタ４１としては、特にプリーツフィルタが好適である。フィルタ４１として濾過面積の大きいプリーツフィルタを用いることにより、水素ブロー水に含まれる微細水素気泡および異物を表面４１ａで効率的に捕捉することができる。また、円筒状のプリーツフィルタを用いることにより、フィルタ装置３０を小型化することができる。

【0040】

ガス抜き弁５０は、フィルタ４１によって捕捉された気体をハウジング４２の内部から排出する。図５は、図２に示されるガス抜き弁５０の構成例を示す縦断面図である。図５に示すように、ガス抜き弁５０は、弁体５１と、フロート５２と、ハウジング接続口（排出機構）５３と、排出口５４と、を備える。

【0041】

ガス抜き弁５０は、フィルタ装置本体４０のハウジング４２の上部に接続される。具体的には、ガス抜き弁５０のハウジング接続口５３とハウジング４２の弁接続口４５とを介して、ガス抜き弁５０がハウジング４２の蓋部４２ｂに接続される。

【0042】

ガス抜き弁５０には、フィルタ４１の表面４１ａで捕捉されて水素気泡Ｈ_２－２となった水素を含む水素ブロー水がハウジング接続口５３を介して流入する。水素気泡Ｈ_２－２がガス抜き弁５０の内部に溜まるにつれて、水素ブロー水の液面が低くなりフロート５２が下降する。このフロート５２の下降と連動して弁体５１が開状態となり、ガス抜き弁５０の内部に溜また水素気泡Ｈ_２－２が水素ガスとして排出口５４から排出される。一方、水素が排出されると、ガス抜き弁５０の内部の水素ブロー水の液面が高くなりフロート５２が上昇する。このフロート５２の上昇と連動して弁体５１が閉状態となり、排出口５４からの水素ガスの排出が停止する。

【0043】

ガス抜き弁５０の排出口５４は、水素排気ライン１９ａに接続される（図２参照）。具体的には、排出口５４は、チーズ管６０と逆止弁７０との間の水素排気ライン１９ａに接続される。チーズ管６０において、フィルタ４１を透過した水素ブロー水に残存する水素、すなわち、フィルタ４１によって除去しきれなかった水素が水素ガスとなって水素排気ライン１９ａへ流入する。排出口５４から排出された水素ガスは、チーズ管６０から水素排気ライン１９ａへ流入した水素ガスと共に、水素排気ライン１９ａを通って排気される。

【0044】

このようなガス抜き弁５０を用いることで、フィルタ４１によって水素ブロー水から除去された水素をフィルタ装置本体４０から適宜排出することができる。そのため、フィルタ４１の表面４１ａが水素で詰まるエアロック現象による有効濾過過面積の減少、およびフィルタ４１の圧損増加を防ぐことができる。

【0045】

なお、ガス抜き弁５０は、フィルタ４１を収容するハウジング４２から水素を排出可能な位置に配置されていればよい。ガス抜き弁５０は、例えばハウジング４２の内部に配置されていてもよい。

【0046】

（水電解装置の効果）
以上のように、水電解装置１００は、水素気液分離器１２と貯水タンク１５との間に配置されたフィルタ装置３０を備え、このフィルタ装置３０によって水素ブロー水に含まれる水素を除去する。そのため、従来のように装置の大型化を伴わずに、水素ブロー水から水素を除去することが可能な水電解装置１００を実現することができる。

【0047】

（変形例）
図６は、図３に示されるフィルタ装置本体４０の変形例を示す断面図である。図６に示すフィルタ装置本体４０Ａのように、フィルタ４１は、両端が開口した筒状でなくてもよい。例えば、フィルタ４１は一端が（下端）が閉じられた形状であってもよい。この場合、フィルタ４１は、ハウジング４２の底部に接していなくてもよい。このような構成であっても、フィルタ装置本体４０と同様の効果を奏する。

【0048】

また、水電解装置１００では、フィルタ４１によって水素ブロー水から除去された水素は、ガス抜き弁５０によって排出される。したがって、水電解装置１００によれば、フィルタ装置本体４０のハウジング４２の内部に水素が滞留せず、水素ブロー水に含まれる水素をフィルタ装置３０によって連続して除去することができる。

【0049】

なお、前述した実施形態は一例にすぎず、本発明に係るフィルタ装置３０は、水に含まれる水素以外の気体の除去にも適用可能である。例えば、フィルタ装置３０は、液体中の酸素、窒素、アルゴンなど成分の除去に適用することができる。

【0050】

例えば、水電解装置に配置されるイオン交換樹脂は、貯水タンク１５の上流に配置され、液体中のイオン成分をイオン交換して純水とするものである。具体的には、イオン交換樹脂は、水（市水）をイオン交換して、処理した水（純水）を貯水タンク１５へ供給（補給）する。または、イオン交換樹脂は、水電解装置１００を循環する循環水の一部をイオン交換して、処理した水（純水）を貯水タンク１５へ供給する。イオン交換において、処理対象の液体中に酸素が含まれている場合、以下のような問題が生じ得る。

【0051】

（１）イオン交換樹脂と液体との接触効率が低下し、イオン交換効率が低下する。

【0052】

（２）イオン交換樹脂、特に陰イオン交換樹脂は、イオン交換を行う官能基が化学的に安定でなく、酸化されやすい。そのため、イオン交換樹脂を酸化されやすい環境下に置くと、基材の高分子部分が酸化分解され、イオン交換樹脂が劣化する。

【0053】

（３）イオン交換樹脂は、通常、陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂とを適切な量で混合した混床の樹脂として使用される。陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂とは比重が異なるため、イオン交換樹脂をイオン交換樹脂筒で用いる場合、処理対象の液体をダウンフローでイオン交換樹脂筒に通水することが一般的である。処理対象の液体をダウンフローでイオン交換樹脂筒に通水する際、液体中に酸素などの気泡があると、当該筒内で気相と液相に分かれてしまい、効率よくイオン交換を行えない。

【0054】

そこで、例えばイオン交換樹脂の上流に本発明に係る除去装置を配置し、イオン交換前に処理対象の液体を除去装置に透過させる。これにより、液体中の酸素が除去された液体がイオン交換樹脂へ供給されるため、前述したような問題を回避することができる。

【0055】

また、本発明に係る除去装置は、酸素以外の除去にも適用可能であり、水電解装置以外の除去装置としても適用可能である。

【0056】

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る水電解装置は、高分子電解質膜を用いて水を電解し、陰極に水素を発生させる水電解槽と、前記陰極において発生した水素と水とを分離する水素気液分離器と、前記水素気液分離器によって分離された水に含まれる、少なくとも水素を含む気体を除去する除去装置（フィルタ装置３０）と、前記除去装置を透過した水を貯水する貯水タンクと、を備えることを特徴とする。

【0057】

前記構成では、水素気液分離器によって分離された水（水素ブロー水）は、フィルタ装置によって水素が除去された後、貯水タンクへ供給される。従って、前記構成によれば、従来のように水電解装置の大型化を伴わずに、液体中に含まれる気体（水素）を除去することができる。

【0058】

本発明の態様２に係る水電解装置は、高分子電解質膜を用いて水を電解し、陰極に水素を発生させる水電解槽と、前記水電解槽にて電解される純水を蓄える貯水タンクと、前記貯水タンクの上流に配置され、該貯水タンクへ供給される水に含まれるイオン成分をイオン交換して前記純水とするイオン交換樹脂と、前記イオン交換樹脂の上流に配置され、該イオン交換樹脂へ供給される水に含まれる、少なくとも酸素を含む気体を除去する除去装置（フィルタ装置３０）と、を備えることを特徴とする。

【0059】

前記構成では、イオン交換樹脂へ供給される水は、フィルタ装置によって酸素が除去された後、イオン交換樹脂へ供給される。従って、前記構成によれば、従来のように水電解装置の大型化を伴わずに、液体中に含まれる気体（酸素）を除去することができる。

【0060】

本発明の態様３に係る水電解装置では、前記除去装置は、表面側に供給された水を透過させつつ、該表面で前記気体を捕捉するフィルタと、前記フィルタを収容するハウジングと、前記フィルタによって捕捉された前記気体を前記ハウジングの内部から排出する機構（弁接続口４５、ガス抜き弁５０）と、を備え、前記水が前記フィルタを透過する方向（透過方向Ｄ１）と、前記フィルタによって捕捉された前記気体が排出される方向（排出方向Ｄ２）とが、交差していてもよい。

【0061】

前記構成では、フィルタの表面で捕捉された気体は、排出機構によってハウジングの内部から排出される。したがって、前記構成によれば、ハウジングの内部に気体が滞留せず、水に含まれる気体を連続して除去することができる。

【0062】

また、前記構成では、水がフィルタを透過する方向とフィルタによって捕捉された気体が排出される方向とが交差している。そのため、フィルタによって処理可能な水の流量が多くなる。したがって、前記構成によれば、多量の水を処理する水電解装置に除去装置を好適に組み込むことができる。

【0063】

本発明の態様４に係る水電解装置では、前記フィルタは、前記気体を捕捉すると共に、前記水に含まれる固形物を捕捉してもよい。

【0064】

前記構成によれば、フィルタによって水に含まれる固形物を捕捉するため、水電解装置内の機器の閉塞、および水電解装置内の循環水の劣化を防ぐことができる。

【0065】

本発明の態様５に係る水電解装置では、前記固形物は、カーボン粉末であってもよい。

【0066】

水電解装置で処理される水に含まれる固形物のうち、特にカーボン粉末が水電解装置内の機器の閉塞、および水電解装置内の循環水の劣化の要因となる。したがって、前記構成によれば、水電解装置内の機器の閉塞、および水電解装置内の循環水の劣化を効果的に防ぐことができる。

【0067】

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0068】

１０ 水電解槽
１２ 水素気液分離器
１５ 貯水タンク
３０ フィルタ装置（除去装置）
４１ フィルタ
４１ａ 表面
４２ ハウジング
４５ 弁接続口（排出機構）
５０ ガス抜き弁（排出機構）
５３ ハウジング接続口（排出機構）
１００ 水電解装置
Ｃ カーボン粉末
Ｄ１ 透過方向（透過する方向）
Ｄ２ 排出方向（排出される方向）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】