阅读说明：本技术 氢气生成系统以及氢气的生成方法 (Hydrogen generation system and method for generating hydrogen ) 是由 近藤俊行 周布正之介 音窪健太郎 佐佐慎治 安藤广树 于 2019-07-03 设计创作，主要内容包括：本发明涉及氢气生成系统以及氢气的生成方法,提供抑制了压缩所需要的成本的氢气的生成技术。氢气生成系统具备：水的电解用的一对电极,配置于水中的预先决定的水深,并与电源连接；气体储藏室,配置于上述水深,具有周围的水能够流入的连通孔的气体储藏室,并储藏通过电解而在一对电极中的阴极产生的氢气；氢回收装置,配置于比水深靠上方的位置；以及管,将气体储藏室内的氢气导入氢回收装置。(The invention relates to a hydrogen generation system and a hydrogen generation method, and provides a hydrogen generation technology which can restrain the cost required by compression. The hydrogen generation system is provided with: a pair of electrodes for electrolyzing water, which are disposed at a predetermined depth in water and connected to a power supply; a gas storage chamber which is arranged at the depth of the water, has a communication hole into which the surrounding water can flow, and stores hydrogen gas generated by electrolysis at the cathode of the pair of electrodes; a hydrogen recovery device disposed above the water depth; and a pipe for introducing the hydrogen gas in the gas storage chamber into the hydrogen recovery device.)

氢气生成系统以及氢气的生成方法

技术领域

本发明涉及氢气的生成。

背景技术

作为为了燃料电池的发电而使用的燃料、或作为工业用原料，氢的需求正在增高。存在通过氢制造设备等制造出的氢气在氢制造设备或者氢气站被压缩之后储藏至容器，并经由分配器供给至燃料电池车辆等燃料消耗装置的情况。专利文献1中公开了一种由气体制造装置制造出的氢气在压缩机中被压缩并暂时存积于蓄压器，之后经由分配器被填充至车辆的结构。

专利文献1：日本特开2017－131862号公报

一般在如专利文献1那样储藏氢气时，为了储藏大量的气体，例如将氢气压缩到成为70MPa(兆帕斯卡)这一高压气体。因此，需要压缩机，存在氢气供给的压缩成本大这一问题。鉴于此，希望有一种能够抑制氢气的压缩所需要的成本的氢气的生成技术。

发明内容

本发明能够作为以下的方式来实现。

(1)根据本发明的一个方式，提供一种氢气生成系统。该氢气生成系统具备：水的电解用的一对电极，被配置于水中的预先决定的水深，并与电源连接；气体储藏室，配置于上述水深，具有周围的水能够流入的连通孔，并储藏通过电解而在上述一对电极中的阴极产生的氢气；氢回收装置，配置于比上述水深靠上方的位置；以及管，将上述气体储藏室内的氢气导入上述氢回收装置。

根据该方式的氢气生成系统，由于通过由在水中配置于预先决定的水深的一对电极进行的水的电解来产生氢气，所以能够生成相当于该水深的水压的压力的氢气。因此，与在比该水深靠上方的位置生成氢气的结构相比，能够不使用压缩机等设备就生成高压的氢气，能够抑制氢气的压缩所需要的成本来生成氢气。并且，由于将所生成的氢气储藏至周围的水流入的气体储藏室，所以能够保持着相当于该水深的水压的压力的氢气来储藏氢气。因此，无需能够承受氢气的压力的程度的大型设备，能够抑制氢气的储藏成本。因此，由于无需为了氢气的储藏而可以承受高压的储藏设备，所以能够抑制氢气的储藏所需要的成本。

(2)在上述方式的氢气生成系统中，上述电源位于比上述水深靠上方的位置，还具备将上述电源与上述一对电极电连接的布线；上述布线沿着上述管配置，至少一部分被固定于上述管。根据该方式的氢气生成系统，由于将电源与一对电极电连接的布线沿着将气体储藏室内与氢回收装置连通的管配置，且至少一部分被固定于上述管，所以与布线在水中没有任何支承来设置的结构相比，能够抑制布线的位移，并抑制由该位移引起的布线的损伤。

(3)在上述方式的氢气生成系统中，上述气体储藏室具有外壁部和隔壁部，上述外壁部形成上述气体储藏室的外廓，上述隔壁部从上述外壁部中的上方壁面向上述气体储藏室内突出，并将上述气体储藏室内的上方的空间划分为氢储藏部和氧储藏部，上述一对电极中的上述阴极配置于上述氢储藏部的下方；上述一对电极中的阳极配置于上述氧储藏部的下方；上述管与上述氢储藏部连通。根据该方式的氢气生成系统，由于气体储藏室将气体储藏室内的上方的空间划分为氢储藏部和氧储藏部，另外，阴极配置于氢储藏部的下方，阳极配置于氧储藏部的下方，管与氢储藏部连通，所以能够抑制通过水的电解而从阳极产生的氧气经由管导入至氢回收装置，能够将高浓度的氢气导入氢回收装置。

本发明也能够以各种方式来实现。例如，能够以氢气储藏系统、氢气生成方法、氢气压缩方法、氢气储藏方法等方式来实现。

附图说明

图1是表示作为本发明的一个实施方式的氢气生成系统的示意结构的说明图。

图2是表示氢气生成处理的步骤的工序图。

具体实施方式

A.实施方式：

A1.系统结构：

图1是表示作为本发明的一个实施方式的氢气生成系统100的示意结构的说明图。氢气生成系统100通过在海中进行水的电解，来生成相当于水压的压力下的氢气并储藏。氢气生成系统100具备一对电极10、气体储藏室20、氢回收装置30、管40、以及布线50。

一对电极10具备阴极11和阳极12。一对电极10被用于水的电解。一对电极10被配置于规定的水深D1的海底B1的附近，暴露于周围的水中。在本实施方式中，水深D1约为7000m(米)。一对电极10被配置于气体储藏室20内。经由布线50从后述的电源装置510向一对电极10供给直流电力。由此，在阴极11发生下述式(1)所示的化学反应，产生氢气。另外，在阳极12发生下述式(2)所示的化学反应，产生氧气。

2H₂O+2e^－→H₂+2OH^－···(1)

2OH－→1/2O₂+H₂O+2e^－···(2)

气体储藏室20被固定设置于海底B1。气体储藏室20对通过电流流入一对电极10中的阴极11而在阴极11产生的氢气，换言之通过水的电解而在阴极11产生的氢气进行储藏。气体储藏室20具有外壁部21和隔壁部22。外壁部21以及隔壁部22均由耐腐蚀性优异的树脂，例如聚乙烯(PE)形成。如后所述，气体储藏室20的内部与外部连通，气体储藏室20的内压与外压的差压很小。因此，作为气体储藏室20的材料，不需要可承受水深D1的水压程度的耐久性。

外壁部21形成气体储藏室20的外壳。在本实施方式中，外壁部21具有大致圆筒状的下方部211、和连接于下方部211的上方的上方部212。上方部212具有中空的圆锥状的外观形状。在下方部211中的海底B1的附近，形成有沿周向相互分离规定的距离的并排的多个连通孔26。这样的连通孔26形成为贯通下方部211的厚度方向的贯通孔。因此，周围的海水经由这样的连通孔26流入到气体储藏室20内。换言之，气体储藏室20的内部与外部连通。

隔壁部22由从上方部212的上方壁面29朝向气体储藏室20内向垂直下方突出的板状部件形成。隔壁部22将气体储藏室20内的上方划分为一对气体储藏部23。一对气体储藏部23具备氢储藏部24和氧储藏部25。氢储藏部24是对应于阴极11的储藏室。具体而言，氢储藏部24位于阴极11的上方，储藏在阴极11生成的氢气。氧储藏部25是对应于阳极12的储藏室。具体而言，氧储藏部25位于阳极12的上方，储藏在阳极12生成的氧气。

如上述那样，由于气体储藏室20内与周围的水连通，所以在气体储藏室20内通过上述式(1)的化学反应而产生的氢气是相当于水深D1的水压的压力亦即大约70.9MPa(兆帕斯卡)下的氢气。因此，在氢储藏部24中储藏大约70.9MPa(兆帕斯卡)的氢气。

其中，在气体储藏室20的外壁部21形成有用于将一对电极10分别固定于与各储藏部24、25对应的位置的未图示的支承部。此外，也可以将该支承部构成为与外壁部21独立的部件并配置于海底B1。

在外壁部21的上方部212中的与氧储藏部25对应的区域形成有排气口27。排气口27形成为贯通上方部212的厚度方向的贯通孔。因此，氧储藏部25构成为周围的水能够经由连通孔26以及排气口27流入。排气口27将通过上述式(2)的化学反应而在阳极12产生并积聚于气体储藏室20的氧气排出至气体储藏室20的外部。

氢回收装置30被搭载于船500，来回收经由管40输送的氢气。氢回收装置30具备截止阀31和氢处理部32。截止阀31是电磁阀，基于来自未图示的控制装置的控制信号来进行管40的开闭。氢处理部32对经由管40从气体储藏室20输送来的氢气进行处理。作为这样的处理，例如可举出氢气的检查处理、向未图示的氢气罐填充氢气的处理等。

管40将气体储藏室20内与氢回收装置30连通，将气体储藏室20内的氢气导向氢回收装置30。管40的大部分在海中沿着垂直方向配置。管40的一端通过未图示的固定配件被固定于气体储藏室20，另一端与截止阀31连接。管40的内部与氢储藏部24连通。管40被设计为可承受内压与外压的差压。具体而言，管40的内压与气体储藏室20内的氢气的压力一致，大约为70.9MPa。与此相对，管40的外压在水面上最小约为0.1MPa，在气体储藏室20的设置部分最大约为70.9MPa。因此，管40被设计为可承受最大差压亦即70.9MPa与0.1MPa的差压(70.8MPa)。在本实施方式中，管40由含有镍以及钛的合金形成。管40例如可以将多个部分管接合而形成。

布线50将电源装置510与一对电极10电连接。布线50沿着管40配置，在多个位置通过紧固件45被固定于管40。通过这样的结构，能够抑制由潮流、波浪引起的位移造成布线50损伤。布线50由耐腐蚀性优异的材料、例如聚乙烯的覆盖层覆盖。电源装置510是搭载于船500的直流电源。

在船500不处于图1所示的位置、未进行基于氢气生成系统100的氢气的生成的状况(以下，称为“氢气非生成状况”)下，布线50中的和与一对电极10连接的一侧相反侧的端部不与电源装置510连接。另外，在氢气非生成状况下，管40的和与气体储藏室20连接的一侧相反侧的端部不与截止阀31连接。布线50中的应与电源装置510连接的端部和管40中的应与截止阀31连接的端部在氢气非生成状况下，相互通过紧固件45被固定，并且固定于浮于海面的浮体。

A2.氢气生成处理：

图2是表示氢气生成处理的步骤的工序表。为了生成大约70.9MPa的高压氢气而执行该氢气生成处理。

将与电源连接的一对电极10以暴露于周围的水中的方式配置于规定的水深D1(工序P105)。该工序P105包含多个工序。具体而言，包含在海底B1配置气体储藏室20和一对电极10的工序；将管40与气体储藏室20连接的工序；沿着管40配置布线50，并且通过多个紧固件45将布线50固定于管40的工序；将管40的海上侧的端部和布线50的海上侧端部安装于未图示的浮标的工序；将装载有电源装置510以及氢回收装置30的船500配置于气体储藏室20的上方的位置的工序；将安装于浮标的布线50的端部连接于电源装置510的工序；以及将安装于浮标的管40的端部连接于截止阀31的工序。其中，这些工序中的多个工序例如可以利用具有作业臂的潜水艇来进行。

通过使电流流入一对电极10，由此从阴极11产生氢气(工序P110)。将通过工序P110产生的氢气储藏至气体储藏室20，更详细而言，储藏至氢储藏部24(工序P115)。使用管40将气体储藏室20内储藏的氢气导入氢回收装置30(工序P120)。这样，将在配置于水深D1的一对电极10中的阴极11产生的大约70.9MPa的氢气储藏至气体储藏室20，另外，经由管40导入氢处理部32。

根据以上说明的实施方式的氢气生成系统100，由于通过在海中配置于预先决定的水深D1的一对电极10对水电解来生成氢气，所以能够产生该水深D1的水压、即大约70.9MPa的压力的氢气。因此，与在比这样的水深D1靠上方生成氢气的结构相比，能够不使用压缩机等设备就生成高压的氢气，能够抑制氢气的压缩所需要的成本来生成氢气。并且，由于将所生成的氢气储藏至周围的水流入的气体储藏室20，所以能够保持着相当于该水深的水压的压力的氢气来储藏氢气。因此，无需能够承受氢气的压力的程度的大型设备，能够抑制氢气的储藏成本。因此，由于无需为了氢气的储藏而能够承受高压的储藏设备，所以能够抑制氢气的储藏所需要的成本。

另外，由于将电源装置510与一对电极10电连接的布线50沿着将气体储藏室20内和氢回收装置30连通的管40配置，并在多处位置被固定于管40，所以与布线50在海中没有任何支承而设置的结构相比，能够抑制由潮流、波浪引起的位移而抑制布线50的损伤。

另外，由于气体储藏室20将气体储藏室20内的上方的空间划分为氢储藏部24和氧储藏部25，而且，阴极11被配置于氢储藏部24的下方，阳极12被配置于氧储藏部25的下方，管40与氢储藏部24连通，所以能够抑制经由管40将通过水的电解而从阳极12产生的氧气导入氢回收装置30，能够将高浓度的氢气导入氢回收装置30。

B.其它实施方式：

B1.其它实施方式1：

在上述实施方式中，电源装置510被载置于船500，但本公开并不限于此。例如，也可以装载于用于从海底油田钻探原油的钻具、平台、或用于氢气制造的专用的钻具、平台。另外，例如电源装置510也可以配置于陆地上。在这样的结构中，可以将连接电源装置510与一对电极10的布线沿着海底B1配置到接近陆地的位置，并在电源装置510的配置位置附近垂直地配置并与电源装置510连接。另外，例如也可以将电源装置510配置于海中。在这样的结构中，可以通过二次电池等构成电源装置510，并将充电后的电源装置510配置于海底B1。在这样的结构中，也可以将电源装置510构成为具备螺旋桨、舵的潜水艇，在蓄电量变为规定的阈值以下的情况下，使这样的电源装置510漂浮到海上。然后，可以使充电后的电源装置510沉降到气体储藏室20的附近。

B2.其它实施方式2：

在上述实施方式中，也可以省略隔壁部22。在这样的结构中，也可以省略排气口27。在这样的结构中，氢气和氧气双方的气体被储藏到气体储藏室20内。但是，由于氢气的比重比氧气轻，所以在气体储藏室20的内部氢气被靠上方储藏。另外，管40与气体储藏室20中的上方部212连接。因此，即使在这样的结构中，也能够将气体储藏室20中储藏的氢气比氧气优先地经由管40导入氢回收装置30。

B3.其它实施方式3：

在上述实施方式中，通过水的电解生成了氢气，但也可以通过其它方法来生成氢气。例如，也可以向具备在水深D1的水压下被打开的排气口的隔热容器填充液体氢，并将这样的隔热容器从船500朝向气体储藏室20投下而使其沉降。另外，在这样的结构中，也可以预先准备以使隔热容器朝向气体储藏室20内的方式进行引导的部件。在这样的结构中，若到达海底B1则沉降的隔热容器的排气口打开。此时，被填充至隔热容器内的液体氢快速气化而产生氢气并被排出至隔热容器的外部。在隔热容器被引导至气体储藏室20内的结构中，从隔热容器排出的氢气被存积至气体储藏室20内。其中，作为隔热容器，例如可以使用由可承受大约70.9MPa的压力(差压)的材料形成的双层结构的容器。另外，也可以使这样的容器的外观形状成大致球状的外观形状。根据这样的结构，能够使隔热容器可承受更高压。另外，作为在水深D1的水压下被打开的排气口，例如也可以构成为具备阀装置的排气口，该阀装置具有阀体、以及将该阀体从隔热容器的内侧朝向外侧推压的弹簧部件。在这样的结构中，通过将弹簧部件的作用力设定为比水深D1处的水压小，能够在水深D1的水压下打开排气口。

B4.其它实施方式4：

在上述实施方式中，气体储藏室20固定设置于海底B1，但也可以代替于此而使气体储藏室20为移动式的房间。具体而言，可以在通常时将气体储藏室20装载于船500，在氢气生成处理的工序P105中，将气体储藏室20从船500上投入海中，并使其沉降到海底B1附近。此时，可以将管40作为引导部件来利用而使气体储藏室20沉降。例如，可以在上方部212与排气口27分立地预先形成有贯通孔，并将管40***该贯通孔，保持着该状态一边通过管40进行引导一边使气体储藏室20沉降。在该结构中，可以将管40的端部形成为大的凸缘状，以便在气体储藏室20沉降到最底的状态下，管40不会从贯通孔脱离。另外，在这样的结构中，也可以将一对电极10预先固定于气体储藏室20，使其与气体储藏室20一同沉降。

B5.其它实施方式5：

在各实施方式中，气体储藏室20被配置于水深7000m的海底，但本公开并不限于此。例如，可以配置于水深10m～8000m的范围内的任意水深。更优选可以配置于水深100m～7000m的范围内的任意水深。在该结构中，该水深的位置也可以不是海底。进一步，并不局限于海，也可以配置于湖泊、沼泽等任意的水环境。

B6.其它实施方式6：

上述实施方式中的氢气生成系统100的结构只是一个例子，能够进行各种变更。例如，也可以在不省略隔壁部22的状态下仅省略排气口27。另外，氢回收装置30被装载于船500，但也可以代替于此而配置于陆地上或者海中。在氢回收装置30被配置于海中的结构中，通过配置于比配置有一对电极10的水深靠上方的位置，与在这样的水深产生氢气的结构相比，能够回收压力更高的氢气。另外，在上述实施方式中，外壁部21以及隔壁部22由聚乙烯形成，但也可以代替聚乙烯而由其它任意种类的树脂、金属、以及陶瓷等任意的材料来形成。另外，也可以是氢回收装置30具备压缩机的结构。在这样的结构中，例如在将气体储藏室20配置于比水深7000m浅的水深的位置的情况下，能够使用压缩机将比70.9MPa低的压力的氢气进一步压缩到70.9MPa。在这样的结构中，与将比该水深的压力低的压力的氢气压缩到70.9MPa的结构相比，例如会起到能够省略进行多级压缩的多个压缩机中的一部分，或者能够抑制压缩所需要的电力的效果。另外，在上述实施方式中，也可以省略工序P120。即，可以从氢气生成处理中省略回收工序，并作为其它处理而执行回收处理。另外，在上述实施方式中，氢回收装置30也可以具备用于将气体储藏室20内的氢气经由管40积极地输送至氢处理部32的泵。另外，在上述实施方式中，也可以将海水中的布线50的整体固定于管40。

本发明并不限于上述实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内以各种结构来实现。例如，对于与发明内容一栏所记载的各方式中的技术特征对应的实施方式中的技术的特征而言，为了解决上述课题的一部分或者全部、或为了实现上述效果的一部分或者全部，能够适当地进行替换、组合。另外，若该技术特征在本说明书中不是作为必需的结构来说明的，则能够适当地删除。

附图标记说明

10…一对电极，11…阴极，12…阳极，20…气体储藏室，21…外壁部，22…隔壁部，23…一对气体储藏部，24…氢储藏部，25…氧储藏部，26…开口，27…排气口，29…上方壁面，30…氢回收装置，31…截止阀，32…氢处理部，40…管，45…紧固件，50…布线，100…氢气生成系统，211…下方部，212…上方部，500…船，510…电源装置，B1…海底，D1…水深。