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(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】P2024064381
(43)【公開日】2024-05-14
(54)【発明の名称】水電解システム
(51)【国際特許分類】
C25B 9/00 20210101AFI20240507BHJP
C25B 1/04 20210101ALI20240507BHJP
C25B 9/13 20210101ALI20240507BHJP
C25B 15/08 20060101ALI20240507BHJP
C25B 9/19 20210101ALN20240507BHJP
【ＦＩ】
C25B9/00 A
C25B1/04
C25B9/13
C25B15/08 304
C25B9/19
【審査請求】未請求
【請求項の数】1
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022172936
(22)【出願日】2022-10-28
(71)【出願人】
【識別番号】000004695
【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ
(71)【出願人】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100104499
【弁理士】
【氏名又は名称】岸本 達人
(74)【代理人】
【識別番号】100101203
【弁理士】
【氏名又は名称】山下 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100129838
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 典輝
(72)【発明者】
【氏名】加藤 育康
(72)【発明者】
【氏名】藤田 敬祐
【テーマコード（参考）】
4K021
【Ｆターム（参考）】
4K021AA01
4K021BA02
4K021BC02
4K021BC03
4K021BC04
4K021CA11
4K021DB06
4K021DB16
4K021DB53
(57)【要約】
【課題】水電解効率を向上させることができる水電解システムを提供する。
【解決手段】水の電気分解によって酸素と水素を生成する水電解システムであって、膜電極接合体を含み、水を電気分解する水電解セルと、前記水電解セルに水を供給する水供給部と、生成された水素を排出する水素排出部と、生成された酸素を排出する酸素排出部と、を備え、前記水素排出部において、水電解により生成された水蒸気を含んだ水素から水蒸気を取り除く乾燥装置と、生成された水素を加圧する加圧ポンプと、前記加圧された水素を貯蔵する水素加圧タンクと、を備え、さらに、前記水電解セルの水素極流路上流部に乾燥ガスを供給する乾燥ガス供給部を備えることを特徴とする水電解システム。
【選択図】図６
【解決手段】水の電気分解によって酸素と水素を生成する水電解システムであって、膜電極接合体を含み、水を電気分解する水電解セルと、前記水電解セルに水を供給する水供給部と、生成された水素を排出する水素排出部と、生成された酸素を排出する酸素排出部と、を備え、前記水素排出部において、水電解により生成された水蒸気を含んだ水素から水蒸気を取り除く乾燥装置と、生成された水素を加圧する加圧ポンプと、前記加圧された水素を貯蔵する水素加圧タンクと、を備え、さらに、前記水電解セルの水素極流路上流部に乾燥ガスを供給する乾燥ガス供給部を備えることを特徴とする水電解システム。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
水の電気分解によって酸素と水素を生成する水電解システムであって、
膜電極接合体を含み、水を電気分解する水電解セルと、前記水電解セルに水を供給する水供給部と、生成された水素を排出する水素排出部と、生成された酸素を排出する酸素排出部と、を備え、
前記水素排出部において、水電解により生成された水蒸気を含んだ水素から水蒸気を取り除く乾燥装置と、生成された水素を加圧する加圧ポンプと、前記加圧された水素を貯蔵する水素加圧タンクと、を備え、
さらに、前記水電解セルの水素極流路上流部に乾燥ガスを供給する乾燥ガス供給部を備えることを特徴とする水電解システム。
膜電極接合体を含み、水を電気分解する水電解セルと、前記水電解セルに水を供給する水供給部と、生成された水素を排出する水素排出部と、生成された酸素を排出する酸素排出部と、を備え、
前記水素排出部において、水電解により生成された水蒸気を含んだ水素から水蒸気を取り除く乾燥装置と、生成された水素を加圧する加圧ポンプと、前記加圧された水素を貯蔵する水素加圧タンクと、を備え、
さらに、前記水電解セルの水素極流路上流部に乾燥ガスを供給する乾燥ガス供給部を備えることを特徴とする水電解システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、水電解システムに関する。
【背景技術】
【0002】
水電解システムに関して様々な技術が提案されている。
例えば特許文献１には、高電流密度で水電解するときには、水不足による効率の低下や劣化が懸念されるため、電気分解される水量を推定することにより水不足を発生させないように水の供給量を制御する技術が開示されている。
例えば特許文献１には、高電流密度で水電解するときには、水不足による効率の低下や劣化が懸念されるため、電気分解される水量を推定することにより水不足を発生させないように水の供給量を制御する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２０－１４３３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記特許文献１では、水不足発生状態に対して水不足を発生させない時の水電解効率の向上を示している。しかしながら、より高電流密度で高効率に水電解し、且つ、小型化したいという要求に対して、水不足無しの状態からの水電解効率の向上ができていない。
【0005】
本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、水電解効率を向上させることができる水電解システムを提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示においては、水の電気分解によって酸素と水素を生成する水電解システムであって、
膜電極接合体を含み、水を電気分解する水電解セルと、前記水電解セルに水を供給する水供給部と、生成された水素を排出する水素排出部と、生成された酸素を排出する酸素排出部と、を備え、
前記水素排出部において、水電解により生成された水蒸気を含んだ水素から水蒸気を取り除く乾燥装置と、生成された水素を加圧する加圧ポンプと、前記加圧された水素を貯蔵する水素加圧タンクと、を備え、
さらに、前記水電解セルの水素極流路上流部に乾燥ガスを供給する乾燥ガス供給部を備えることを特徴とする水電解システムを提供する。
膜電極接合体を含み、水を電気分解する水電解セルと、前記水電解セルに水を供給する水供給部と、生成された水素を排出する水素排出部と、生成された酸素を排出する酸素排出部と、を備え、
前記水素排出部において、水電解により生成された水蒸気を含んだ水素から水蒸気を取り除く乾燥装置と、生成された水素を加圧する加圧ポンプと、前記加圧された水素を貯蔵する水素加圧タンクと、を備え、
さらに、前記水電解セルの水素極流路上流部に乾燥ガスを供給する乾燥ガス供給部を備えることを特徴とする水電解システムを提供する。
【発明の効果】
【0007】
本開示の水電解システムは、水電解効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本開示の水電解システムの一例を示すシステム構成図である。
【図2】本開示の水電解セルの一例を示す概略模式図である。
【図3】本開示の水素極セパレータを平面視したときの一例を示す概略模式図である。
【図4】電源２１にて水電解に必要な水電解スタック２０の両極間にかける電流量と、電圧との関係の一例を示すグラフである。
【図5】本開示の水電解システムの別の一例を示すシステム構成図である。
【図6】本開示の水電解システムの別の一例を示すシステム構成図である。
【図7】従来の水電解システムの一例を示すシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本開示による実施の形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本開示の実施に必要な事柄（例えば、本開示を特徴付けない水電解システムの一般的な構成および製造プロセス）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本開示は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
また、図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。
また、図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。
【0010】
本開示の水電解システムは、水素流路の上流側から乾燥ガスを追加供給することにより水電解効率を向上させることが特徴である。
本研究者らは、固体高分子型の水電解セルにおいて、水電解効率向上に向けた種々解析から水素極流路の上流側から乾燥ガスを供給することで、電解質膜の両極間の水濃度差による水透過量が増大し、膜抵抗が減少し水電解効率が向上することを見出した。
本研究者らは、固体高分子型の水電解セルにおいて、水電解効率向上に向けた種々解析から水素極流路の上流側から乾燥ガスを供給することで、電解質膜の両極間の水濃度差による水透過量が増大し、膜抵抗が減少し水電解効率が向上することを見出した。
【0011】
第１実施形態
本開示の第１実施形態においては、水の電気分解によって酸素と水素を生成する水電解システムであって、
膜電極接合体を含み、水を電気分解する水電解セルと、前記水電解セルに水を供給する水供給部と、生成された水素を排出する水素排出部と、生成された酸素を排出する酸素排出部と、を備え、
さらに、前記水電解セルの水素極流路上流部に乾燥ガスを供給する乾燥ガス供給部を備えることを特徴とする水電解システムを提供する。
本開示の第１実施形態においては、水の電気分解によって酸素と水素を生成する水電解システムであって、
膜電極接合体を含み、水を電気分解する水電解セルと、前記水電解セルに水を供給する水供給部と、生成された水素を排出する水素排出部と、生成された酸素を排出する酸素排出部と、を備え、
さらに、前記水電解セルの水素極流路上流部に乾燥ガスを供給する乾燥ガス供給部を備えることを特徴とする水電解システムを提供する。
【0012】
第１実施形態によれば、水素極上流側から乾燥ガスを供給することにより両極間の水濃度差による水移動を促進し、膜抵抗を下げ、水電解効率を向上できる。
【0013】
第２実施形態
本開示の第２実施形態においては、第１実施形態において、前記乾燥ガス供給部において、乾燥ガスタンクを備え、前記乾燥ガスタンク内のガスを乾燥ガスとして供給するものであってもよい。乾燥ガスタンク内のガスは、乾燥窒素ガスであってもよい。
本開示の第２実施形態においては、第１実施形態において、前記乾燥ガス供給部において、乾燥ガスタンクを備え、前記乾燥ガスタンク内のガスを乾燥ガスとして供給するものであってもよい。乾燥ガスタンク内のガスは、乾燥窒素ガスであってもよい。
【0014】
第３実施形態
本開示の第３実施形態においては、第１実施形態において、前記水素排出部に水電解により生成された水蒸気を含んだ水素から水蒸気を取り除く乾燥装置を備え、前記乾燥ガス供給部において、乾燥装置により乾燥された水素を乾燥ガスとして前記水電解セルに供給する循環ポンプを備えてもよい。
乾燥ガスとして生成された水素を活用することで、システムをよりコンパクトな構成とすることができる。
乾燥装置は、除湿器、ドライヤ等であってもよい。水電解により生成された水蒸気を含んだ水素をドライヤに通した後、一部を循環ポンプで循環して水電解セルに供給してもよい。
本開示の第３実施形態においては、第１実施形態において、前記水素排出部に水電解により生成された水蒸気を含んだ水素から水蒸気を取り除く乾燥装置を備え、前記乾燥ガス供給部において、乾燥装置により乾燥された水素を乾燥ガスとして前記水電解セルに供給する循環ポンプを備えてもよい。
乾燥ガスとして生成された水素を活用することで、システムをよりコンパクトな構成とすることができる。
乾燥装置は、除湿器、ドライヤ等であってもよい。水電解により生成された水蒸気を含んだ水素をドライヤに通した後、一部を循環ポンプで循環して水電解セルに供給してもよい。
【0015】
第４実施形態
本開示の第４実施形態においては、水の電気分解によって酸素と水素を生成する水電解システムであって、
膜電極接合体を含み、水を電気分解する水電解セルと、前記水電解セルに水を供給する水供給部と、生成された水素を排出する水素排出部と、生成された酸素を排出する酸素排出部と、を備え、
前記水素排出部において、水電解により生成された水蒸気を含んだ水素から水蒸気を取り除く乾燥装置と、生成された水素を加圧する加圧ポンプと、前記加圧された水素を貯蔵する水素加圧タンクと、を備え、
さらに、前記水電解セルの水素極流路上流部に乾燥ガスを供給する乾燥ガス供給部を備えることを特徴とする水電解システムを提供する。
本開示の第４実施形態においては、水の電気分解によって酸素と水素を生成する水電解システムであって、
膜電極接合体を含み、水を電気分解する水電解セルと、前記水電解セルに水を供給する水供給部と、生成された水素を排出する水素排出部と、生成された酸素を排出する酸素排出部と、を備え、
前記水素排出部において、水電解により生成された水蒸気を含んだ水素から水蒸気を取り除く乾燥装置と、生成された水素を加圧する加圧ポンプと、前記加圧された水素を貯蔵する水素加圧タンクと、を備え、
さらに、前記水電解セルの水素極流路上流部に乾燥ガスを供給する乾燥ガス供給部を備えることを特徴とする水電解システムを提供する。
【0016】
第４実施形態によれば、水電解により生成された水蒸気を含んだ水素から水蒸気を取り除く乾燥装置と、生成された水素を加圧する加圧ポンプと、前記加圧された水素を貯蔵する水素加圧タンクと、を備えることにより、加圧された水素をそのまま乾燥ガスとして水電解セルに供給することができ、コンパクト、且つ、低コストでシステムを構成することができる。
【0017】
第５実施形態
本開示の第５実施形態においては、第４実施形態において、前記乾燥ガス供給部において、前記水素加圧タンク内に貯蔵されている水素を乾燥ガスとして供給してもよい。
本開示おいては水素加圧タンク内の水素を循環して水電解セルに供給してもよい。
本開示の第５実施形態においては、第４実施形態において、前記乾燥ガス供給部において、前記水素加圧タンク内に貯蔵されている水素を乾燥ガスとして供給してもよい。
本開示おいては水素加圧タンク内の水素を循環して水電解セルに供給してもよい。
【0018】
図１は、本開示の水電解システムの一例を示すシステム構成図である。
図１に示す水電解システム１００は、複数の水電解セル１１が積層されて成る水電解スタック２０と、酸素極側の水供給系、酸素と水の排出系、水素極側の乾燥ガス供給系、水素と水の排出系から成る。
酸素極側の水供給系としては、イオン交換器２２、水タンク２３、水ポンプ２４、酸素極側の排出系としては、酸素極気液分離器２５から成る。
水素極側の乾燥ガス供給系としては、窒素ボンベ３０を有し、水素極側の排出系としては、水素極気液分離器２６、除湿器２７、水素分離膜２８、水素タンク２９から成る。
水電解スタック２０の両極間に電源線を介して電源２１が接続されている。
図１に示す水電解システム１００は、複数の水電解セル１１が積層されて成る水電解スタック２０と、酸素極側の水供給系、酸素と水の排出系、水素極側の乾燥ガス供給系、水素と水の排出系から成る。
酸素極側の水供給系としては、イオン交換器２２、水タンク２３、水ポンプ２４、酸素極側の排出系としては、酸素極気液分離器２５から成る。
水素極側の乾燥ガス供給系としては、窒素ボンベ３０を有し、水素極側の排出系としては、水素極気液分離器２６、除湿器２７、水素分離膜２８、水素タンク２９から成る。
水電解スタック２０の両極間に電源線を介して電源２１が接続されている。
【0019】
図２は、本開示の水電解セルの一例を示す概略模式図である。
図２に示す水電解セル１１は、電解質膜１を挟んで水素極触媒層２、酸素極触媒層３、水素極拡散層４、酸素極拡散層５、水素極ガス流路８および冷却水流路１０が形成された水素極セパレータ６、酸素極ガス流路９および冷却水流路１０が形成された酸素極セパレータ７が積層され形成される。
図２に示す水電解セル１１は、電解質膜１を挟んで水素極触媒層２、酸素極触媒層３、水素極拡散層４、酸素極拡散層５、水素極ガス流路８および冷却水流路１０が形成された水素極セパレータ６、酸素極ガス流路９および冷却水流路１０が形成された酸素極セパレータ７が積層され形成される。
【0020】
図３は、本開示の水素極セパレータを平面視したときの一例を示す概略模式図である。
図３に示すように、水素極セパレータ６には、水素極入口マニホールド１２、水素極出口マニホールド１３、酸素極入口マニホールド１４、酸素極出口マニホールド１５、冷却水入口マニホールド１６、冷却水出口マニホールド１７、水素極ガス流路８が形成されている。
図３に示すように、水素極セパレータ６には、水素極入口マニホールド１２、水素極出口マニホールド１３、酸素極入口マニホールド１４、酸素極出口マニホールド１５、冷却水入口マニホールド１６、冷却水出口マニホールド１７、水素極ガス流路８が形成されている。
【0021】
図４は、電源２１にて水電解に必要な水電解スタック２０の両極間にかける電流量と、電圧との関係の一例を示すグラフである。
電源２１は、水電解スタック２０の両極間に図４に示すような電流量と、電圧をかけ、水電解が実行される。
酸素極側の水供給系では、市水がイオン交換器２２に通し水タンク２３に送られる。水タンク２３内の水は水ポンプ２４にて水電解スタック２０の酸素極入口マニホールド１４に供給され、酸素極入口マニホールド１４を介して、各水電解セル１１の酸素極に供給される。
酸素極側の酸素と水の排出系では、水電解スタック２０の酸素極出口マニホールド１５から水電解により生成された酸素と余剰分の水が排出される。酸素と水は酸素極気液分離器２５にて気液分離され、酸素は排気され、水は水タンク２３に戻される。
水素極側の乾燥ガス供給系では、窒素ボンベ３０から窒素ガスが水電解スタック２０の水素極入口マニホールド１２に供給され、水素極入口マニホールド１２を介して、各水電解セル１１の水素極に供給される。
水素極側の水素と水の排出系では、水電解スタック２０の水素極出口マニホールド１３から水電解により生成された水素と、酸素極から電解質膜１を透過してきた水と、水素側の乾燥ガス供給系より供給された窒素が排出される。水素と窒素と水は水素極気液分離器２６にて気液分離され、水素は除湿器２７を通り水蒸気成分を除去され、その後、水素分離膜２８を通り窒素成分を除去され、水素のみが水素タンク２９に供給される。一方、水素極気液分離器２６で分離された水は、水タンク２３に戻される。
水素極側の乾燥ガス供給系から供給された窒素は、水素極側の水を水蒸気として持ち去るため、乾燥ガスを供給しない通常の場合に比べ、より多くの水分量を排出する。また、水素のみの場合に比べてガス量が増えること、ガスの質量が増えることで、液水状態での排出量も増える。水素極側の水分の排出量が増えることで電解質膜１の両極間の水濃度差が大きくなり、水の透過量が増えることで、電解質膜１の抵抗が下がり、過電圧も下がり（図４のＡ→Ｂ）、水電解効率が向上する。
電源２１は、水電解スタック２０の両極間に図４に示すような電流量と、電圧をかけ、水電解が実行される。
酸素極側の水供給系では、市水がイオン交換器２２に通し水タンク２３に送られる。水タンク２３内の水は水ポンプ２４にて水電解スタック２０の酸素極入口マニホールド１４に供給され、酸素極入口マニホールド１４を介して、各水電解セル１１の酸素極に供給される。
酸素極側の酸素と水の排出系では、水電解スタック２０の酸素極出口マニホールド１５から水電解により生成された酸素と余剰分の水が排出される。酸素と水は酸素極気液分離器２５にて気液分離され、酸素は排気され、水は水タンク２３に戻される。
水素極側の乾燥ガス供給系では、窒素ボンベ３０から窒素ガスが水電解スタック２０の水素極入口マニホールド１２に供給され、水素極入口マニホールド１２を介して、各水電解セル１１の水素極に供給される。
水素極側の水素と水の排出系では、水電解スタック２０の水素極出口マニホールド１３から水電解により生成された水素と、酸素極から電解質膜１を透過してきた水と、水素側の乾燥ガス供給系より供給された窒素が排出される。水素と窒素と水は水素極気液分離器２６にて気液分離され、水素は除湿器２７を通り水蒸気成分を除去され、その後、水素分離膜２８を通り窒素成分を除去され、水素のみが水素タンク２９に供給される。一方、水素極気液分離器２６で分離された水は、水タンク２３に戻される。
水素極側の乾燥ガス供給系から供給された窒素は、水素極側の水を水蒸気として持ち去るため、乾燥ガスを供給しない通常の場合に比べ、より多くの水分量を排出する。また、水素のみの場合に比べてガス量が増えること、ガスの質量が増えることで、液水状態での排出量も増える。水素極側の水分の排出量が増えることで電解質膜１の両極間の水濃度差が大きくなり、水の透過量が増えることで、電解質膜１の抵抗が下がり、過電圧も下がり（図４のＡ→Ｂ）、水電解効率が向上する。
【0022】
図５は、本開示の水電解システムの別の一例を示すシステム構成図である。
図５に示す水電解システム２００は、水素極側の乾燥ガス供給系として、水素循環ポンプ３１を有し、水素極側の排出系としては、水素極気液分離器２６、除湿器２７、水素タンク２９から成る。その他は図１と同様である。
水素極側の乾燥ガス供給系では、水素循環ポンプ３１により、水電解により生成された乾燥水素が水素タンク２９の手前から一部引き込まれ、水電解スタック２０の水素極入口マニホールド１２に供給され、水素極入口マニホールド１２を介して、各水電解セル１１の水素極に供給される。
水素極側の水素と水の排出系では、水電解スタック２０の水素極出口マニホールド１３から水電解により生成された水素と、酸素極から電解質膜１を透過してきた水と、水素側の乾燥ガス供給系より供給された水素が排出される。水素と水は水素極気液分離器２６にて気液分離され、水素は除湿器２７を通り水蒸気成分を除去され、水素のみが水素タンク２９に供給される。一方、気液分離器２６で分離された水は、水タンク２３に戻される。
水素極側の乾燥ガス供給系から供給された水素は、水素極側の水を水蒸気として持ち去るため、乾燥ガスを供給しない通常の場合に比べ、より多くの水分量を排出する。また、生成した水素のみの場合に比べてガスの流量が増えることで、液水状態での排出量も増える。水素極側の水分の排出量が増えることで電解質膜１の両極間の水濃度差が大きくなり、水の透過量が増えることで、電解質膜１の抵抗が下がり、過電圧も下がり（図４のＡ→Ｂ）、水電解効率が向上する。
図５に示す水電解システム２００は、水素極側の乾燥ガス供給系として、水素循環ポンプ３１を有し、水素極側の排出系としては、水素極気液分離器２６、除湿器２７、水素タンク２９から成る。その他は図１と同様である。
水素極側の乾燥ガス供給系では、水素循環ポンプ３１により、水電解により生成された乾燥水素が水素タンク２９の手前から一部引き込まれ、水電解スタック２０の水素極入口マニホールド１２に供給され、水素極入口マニホールド１２を介して、各水電解セル１１の水素極に供給される。
水素極側の水素と水の排出系では、水電解スタック２０の水素極出口マニホールド１３から水電解により生成された水素と、酸素極から電解質膜１を透過してきた水と、水素側の乾燥ガス供給系より供給された水素が排出される。水素と水は水素極気液分離器２６にて気液分離され、水素は除湿器２７を通り水蒸気成分を除去され、水素のみが水素タンク２９に供給される。一方、気液分離器２６で分離された水は、水タンク２３に戻される。
水素極側の乾燥ガス供給系から供給された水素は、水素極側の水を水蒸気として持ち去るため、乾燥ガスを供給しない通常の場合に比べ、より多くの水分量を排出する。また、生成した水素のみの場合に比べてガスの流量が増えることで、液水状態での排出量も増える。水素極側の水分の排出量が増えることで電解質膜１の両極間の水濃度差が大きくなり、水の透過量が増えることで、電解質膜１の抵抗が下がり、過電圧も下がり（図４のＡ→Ｂ）、水電解効率が向上する。
【0023】
図６は、本開示の水電解システムの別の一例を示すシステム構成図である。
図６に示す水電解システム３００は、水素極側の排出系として、水素極気液分離器２６、除湿器２７、水素加圧ポンプ３２、水素加圧タンク３３から成り、水素極側の乾燥ガス供給系としては、水素加圧タンク３３から加圧された水素ガスを供給する構成となる。その他は図１と同様である。
水素極側の乾燥ガス供給系では、水電解により生成され加圧された乾燥水素が、水素加圧タンク３３から水電解スタック２０の水素極入口マニホールド１２に供給され、水素極入口マニホールド１２を介して、各水電解セル１１の水素極に供給される。
水素極側の水素と水の排出系では、水電解スタック２０の水素極出口マニホールド１３から水電解により生成された水素と、酸素極から電解質膜１を透過してきた水と、水素側の乾燥ガス供給系より供給された水素が排出される。水素と水は水素極気液分離器２６にて気液分離され、水素は除湿器２７を通り水蒸気成分を除去され、水素のみが水素加圧ポンプ３２により加圧され加圧水素タンク３３に供給される。一方、気液分離器２６で分離された水は、水タンク２３に戻される。
水素極側の乾燥ガス供給系から供給された水素は、水素極側の水を水蒸気として持ち去るため、乾燥ガスを供給しない通常の場合に比べ、より多くの水分量を排出する。また、生成した水素のみの場合に比べてガスの流量が増えることで、液水状態での排出量も増える。水素極側の水分の排出量が増えることで電解質膜１の両極間の水濃度差が大きくなり、水の透過量が増えることで、電解質膜１の抵抗が下がり、過電圧も下がり（図４のＡ→Ｂ）、水電解効率が向上する。
図６に示す水電解システム３００は、水素極側の排出系として、水素極気液分離器２６、除湿器２７、水素加圧ポンプ３２、水素加圧タンク３３から成り、水素極側の乾燥ガス供給系としては、水素加圧タンク３３から加圧された水素ガスを供給する構成となる。その他は図１と同様である。
水素極側の乾燥ガス供給系では、水電解により生成され加圧された乾燥水素が、水素加圧タンク３３から水電解スタック２０の水素極入口マニホールド１２に供給され、水素極入口マニホールド１２を介して、各水電解セル１１の水素極に供給される。
水素極側の水素と水の排出系では、水電解スタック２０の水素極出口マニホールド１３から水電解により生成された水素と、酸素極から電解質膜１を透過してきた水と、水素側の乾燥ガス供給系より供給された水素が排出される。水素と水は水素極気液分離器２６にて気液分離され、水素は除湿器２７を通り水蒸気成分を除去され、水素のみが水素加圧ポンプ３２により加圧され加圧水素タンク３３に供給される。一方、気液分離器２６で分離された水は、水タンク２３に戻される。
水素極側の乾燥ガス供給系から供給された水素は、水素極側の水を水蒸気として持ち去るため、乾燥ガスを供給しない通常の場合に比べ、より多くの水分量を排出する。また、生成した水素のみの場合に比べてガスの流量が増えることで、液水状態での排出量も増える。水素極側の水分の排出量が増えることで電解質膜１の両極間の水濃度差が大きくなり、水の透過量が増えることで、電解質膜１の抵抗が下がり、過電圧も下がり（図４のＡ→Ｂ）、水電解効率が向上する。
【0024】
図７は、従来の水電解システムの一例を示すシステム構成図である。
図７に示す水電解システム４００は、水素極側の乾燥ガス供給系を有さず、水素極側の排出系としては、水素極気液分離器２６、除湿器２７、水素タンク２９から成る。その他は図１と同様である。
乾燥ガスを供給しない通常の場合、水素極側の水分の排出量が増えないため、電解質膜１の両極間の水濃度差が小さく、水の透過量が増えないため、電解質膜１の抵抗が高く、過電圧も下がらず（図４のＡ）、水電解効率が低い。
図７に示す水電解システム４００は、水素極側の乾燥ガス供給系を有さず、水素極側の排出系としては、水素極気液分離器２６、除湿器２７、水素タンク２９から成る。その他は図１と同様である。
乾燥ガスを供給しない通常の場合、水素極側の水分の排出量が増えないため、電解質膜１の両極間の水濃度差が小さく、水の透過量が増えないため、電解質膜１の抵抗が高く、過電圧も下がらず（図４のＡ）、水電解効率が低い。
【符号の説明】
【0025】
１）電解質膜
２）水素極触媒層
３）酸素極触媒層
４）水素極拡散層
５）酸素極拡散層
６）水素極セパレータ
７）酸素極セパレータ
８）水素極ガス流路
９）酸素極ガス流路
１０）冷却水流路
１１）水電解セル
１２）水素極入口マニホールド
１３）水素極出口マニホールド
１４）酸素極入口マニホールド
１５）酸素極出口マニホールド
１６）冷却水入口マニホールド
１７）冷却水出口マニホールド
２０）水電解スタック
２１）電源
２２）イオン交換器
２３）水タンク
２４）水ポンプ
２５）酸素極気液分離器
２６）水素極気液分離器
２７）除湿器・ドライヤ
２８）水素分離膜
２９）水素タンク
３０）窒素ボンベ
３１）水素循環ポンプ
３２）水素加圧ポンプ
３３）水素加圧タンク
１００）水電解システム
２００）水電解システム
３００）水電解システム
４００）水電解システム
２）水素極触媒層
３）酸素極触媒層
４）水素極拡散層
５）酸素極拡散層
６）水素極セパレータ
７）酸素極セパレータ
８）水素極ガス流路
９）酸素極ガス流路
１０）冷却水流路
１１）水電解セル
１２）水素極入口マニホールド
１３）水素極出口マニホールド
１４）酸素極入口マニホールド
１５）酸素極出口マニホールド
１６）冷却水入口マニホールド
１７）冷却水出口マニホールド
２０）水電解スタック
２１）電源
２２）イオン交換器
２３）水タンク
２４）水ポンプ
２５）酸素極気液分離器
２６）水素極気液分離器
２７）除湿器・ドライヤ
２８）水素分離膜
２９）水素タンク
３０）窒素ボンベ
３１）水素循環ポンプ
３２）水素加圧ポンプ
３３）水素加圧タンク
１００）水電解システム
２００）水電解システム
３００）水電解システム
４００）水電解システム
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】