特開 2025-155353 電解システムの制御方法及び電解システム

(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】P2025155353

(43)【公開日】2025-10-14

(54)【発明の名称】電解システムの制御方法及び電解システム

(51)【国際特許分類】

   C25B 15/00 20060101AFI20251006BHJP

   C25B 9/00 20210101ALI20251006BHJP

   C25B 1/04 20210101ALN20251006BHJP

【ＦＩ】

C25B15/00 303

C25B9/00 A

C25B1/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024059154

(22)【出願日】2024-04-01

(71)【出願人】

【識別番号】000000033

【氏名又は名称】旭化成株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100165951

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 憲悟

(74)【代理人】

【識別番号】100203264

【弁理士】

【氏名又は名称】塩川 未久

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 伸司

(72)【発明者】

【氏名】藤本 則和

(72)【発明者】

【氏名】永田 大

【テーマコード（参考）】

4K021

【Ｆターム（参考）】

4K021AA01

4K021BA02

4K021BC06

4K021DC03

4K021EA06

(57)【要約】

【課題】製品としての水素の品質が低下してしまうことを抑制しつつ、陽極及び陰極を保護する。
【解決手段】電解システムは、陽極を有する陽極室及び陰極を有する陰極室を備える電解槽と、電解槽の電解液の電気分解が進む通電方向に陽極及び陰極に電流を供給可能な整流器とを含む。電解システムの制御方法は、電解システムの運転停止中、通電方向に陽極及び陰極に保護電流を整流器によって供給することと、電解システムの運転停止中、陰極室に水素ガスを供給し、陽極室に酸素ガスを供給することとを含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

陽極を有する陽極室及び陰極を有する陰極室を備える電解槽と、前記電解槽の電解液の電気分解が進む通電方向に前記陽極及び前記陰極に電流を供給可能な整流器とを含む電解システムの制御方法であって、
前記電解システムの運転停止中、前記通電方向に前記陽極及び前記陰極に保護電流を前記整流器によって供給することと、
前記電解システムの運転停止中、前記陰極室に水素ガスを供給し、前記陽極室に酸素ガスを供給することと、を含む、電解システムの制御方法。

【請求項2】

前記電解システムは、前記電解槽の電解液の電気分解によって発生した水素ガスを貯留する水素タンクをさらに備え、
前記電解システムの運転停止中、前記陰極室に水素ガスを供給することは、前記水素タンクに貯留された水素ガスを前記陰極室に供給することを含む、請求項１に記載の電解システムの制御方法。

【請求項3】

前記電解システムは、前記電解槽の電解液の電気分解によって発生した酸素ガスを貯留する酸素タンクをさらに備え、
前記電解システムの運転停止中、前記陽極室に酸素ガスを供給することは、前記酸素タンクに貯留された酸素ガスを前記陽極室に供給することを含む、請求項１に記載の電解システムの制御方法。

【請求項4】

前記電解システムの運転停止中、前記陰極室に水素ガスを供給することは、
前記陰極室における水素ガスの水素中酸素濃度を検出することと、
検出した水素ガスの水素中酸素濃度が第１閾値を超えるか否かを判定することと、
前記検出した水素ガスの水素中酸素濃度が第１閾値を超えると判定した場合、前記陰極室に水素ガスが供給されるように制御することと、を含む、請求項１に記載の電解システムの制御方法。

【請求項5】

前記陰極室に水素ガスを供給した後、前記陰極室の気圧を調整することをさらに含む、請求項４に記載の電解システムの制御方法。

【請求項6】

前記電解システムの運転停止中、前記陽極室に酸素ガスを供給することは、
前記陽極室における酸素ガスの酸素中水素濃度を検出することと、
検出した酸素ガスの酸素中水素濃度が第２閾値を超えるか否かを判定することと、
前記検出した酸素ガスの酸素中水素濃度が第２閾値を超えると判定した場合、前記陽極室に酸素ガスが供給されるように制御することと、を含む、請求項１に記載の電解システムの制御方法。

【請求項7】

前記陽極室に酸素ガスを供給した後、前記陽極室の気圧を調整することをさらに含む、請求項６に記載の電解システムの制御方法。

【請求項8】

電解システムであって、
陽極を有する陽極室及び陰極を有する陰極室を備える電解槽と、
前記電解槽の電解液の電気分解が進む通電方向に前記陽極及び前記陰極に電流を供給可能な整流器と、
前記電解システムの運転停止中、前記通電方向に前記陽極及び前記陰極に保護電流が前記整流器によって供給されるように制御する制御装置と、を含み、
前記制御装置は、前記電解システムの運転停止中、前記陰極室に水素ガスが供給され、前記陽極室に酸素ガスが供給されるように制御する、電解システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電解システムの制御方法及び電解システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、脱炭素社会を実現させるために、風力又は太陽光等の再生可能エネルギーを利用した発電が盛んに行われている。また、このような再生可能エネルギーを利用した発電の電力によって水を電気分解し、水素及び酸素を製造する電解システムが注目されている。商業用の電解システムでは、水素及び酸素を製造する際、数千から数万アンペアの電流を流している。

【0003】

ここで、再生可能エネルギーを利用した発電は、再生エネルギーが常に変動することにより、停止する場合がある。例えば、太陽光を利用した太陽光発電は、夜間に停止する。また、風力を利用した風力発電は、強風時に停止する。このように再生可能エネルギーを利用した発電が停止すると、電解システムの運転を停止させることが求められる。しかしながら、電解システムの運転を停止させると、電解システムの陽極及び陰極に逆電流が生じることがある。このような逆電流が生じると、陽極及び陰極が劣化する虞がある。

【0004】

そこで、電解システムの運転停止中、陽極及び陰極に保護電流を供給して陽極及び陰極の電位を理論分解電圧以上に維持することにより、陽極及び陰極に逆電流を生じさせない方法が知られている。例えば、特許文献１には、電気分解を停止するのに先立ち、電気分解が停止しない範囲で電流密度を０Ａ／ｃｍ^２超かつ電気分解の工程における電流密度未満の範囲にまで低下させる水素ガスの製造方法が記載されている。さらに、特許文献１に記載の水素ガスの製造方法では、少なくとも水素発生極にガスを導入しながら電流密度を１秒以上保持し、電流密度を電気分解が起こらない値にまで下げることによって電気分解を停止させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開２０２２／２１０５７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、特許文献１には、水素発生極に導入するガスが窒素及び希ガスからなる群より選ばれる少なくとも一種であることが記載されている。窒素ガス等を水素発生極に導入すると、製品としての水素の濃度が低下してしまい、製品としての水素の品質が低下してしまう場合がある。

【0007】

かかる点に鑑みてなされた本開示の目的は、製品としての水素の品質が低下してしまうことを抑制しつつ、陽極及び陰極を保護することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

すなわち、本開示は、以下の通りである。
［１］
陽極を有する陽極室及び陰極を有する陰極室を備える電解槽と、前記電解槽の電解液の電気分解が進む通電方向に前記陽極及び前記陰極に電流を供給可能な整流器とを含む電解システムの制御方法であって、
前記電解システムの運転停止中、前記通電方向に前記陽極及び前記陰極に保護電流を前記整流器によって供給することと、
前記電解システムの運転停止中、前記陰極室に水素ガスを供給し、前記陽極室に酸素ガスを供給することと、を含む、電解システムの制御方法。
［２］
前記電解システムは、前記電解槽の電解液の電気分解によって発生した水素ガスを貯留する水素タンクをさらに備え、
前記電解システムの運転停止中、前記陰極室に水素ガスを供給することは、前記水素タンクに貯留された水素ガスを前記陰極室に供給することを含む、［１］に記載の電解システムの制御方法。
［３］
前記電解システムは、前記電解槽の電解液の電気分解によって発生した酸素ガスを貯留する酸素タンクをさらに備え、
前記電解システムの運転停止中、前記陽極室に酸素ガスを供給することは、前記酸素タンクに貯留された酸素ガスを前記陽極室に供給することを含む、［１］又は［２］に記載の電解システムの制御方法。
［４］
前記電解システムの運転停止中、前記陰極室に水素ガスを供給することは、
前記陰極室における水素ガスの水素中酸素濃度を検出することと、
検出した水素ガスの水素中酸素濃度が第１閾値を超えるか否かを判定することと、
前記検出した水素ガスの水素中酸素濃度が第１閾値を超えると判定した場合、前記陰極室に水素ガスが供給されるように制御することと、を含む、［１］から［３］までの何れか１つに記載の電解システムの制御方法。
［５］
前記陰極室に水素ガスを供給した後、前記陰極室の気圧を調整することをさらに含む、［１］から［４］までの何れか１つに記載の電解システムの制御方法。
［６］
前記電解システムの運転停止中、前記陽極室に酸素ガスを供給することは、
前記陽極室における酸素ガスの酸素中水素濃度を検出することと、
検出した酸素ガスの酸素中水素濃度が第２閾値を超えるか否かを判定することと、
前記検出した酸素ガスの酸素中水素濃度が第２閾値を超えると判定した場合、前記陽極室に酸素ガスが供給されるように制御することと、を含む、［１］から［５］までの何れか１つに記載の電解システムの制御方法。
［７］
前記陽極室に酸素ガスを供給した後、前記陽極室の気圧を調整することをさらに含む、［１］から［６］までの何れか１つに記載の電解システムの制御方法。
［８］
陽極を有する陽極室及び陰極を有する陰極室を備える電解槽と、
前記電解槽の電解液の電気分解が進む通電方向に前記陽極及び前記陰極に電流を供給可能な整流器と、
前記電解システムの運転停止中、前記通電方向に前記陽極及び前記陰極に保護電流が前記整流器によって供給されるように制御する制御装置と、を含み、
前記制御装置は、前記電解システムの運転停止中、前記陰極室に水素ガスが供給され、前記陽極室に酸素ガスが供給されるように制御する、電解システム。

【発明の効果】

【0009】

本開示の一実施形態によれば、製品としての水素の品質が低下してしまうことを抑制しつつ、陽極及び陰極を保護することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本開示の一実施形態に係る電解システムの構成を示すブロック図である。

【図2】図１に示す電解槽の側面図である。

【図3】図２に示す電解槽の斜視図である。

【図4】図２に示す電解槽の平面図である。

【図5】本開示の一実施形態に係る電解システムの制御方法の手順例を示すフローチャートである。

【図6】シミュレーション結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本開示に係る実施形態について、図面を参照して説明する。

【0012】

（電解システムの構成）
図１に示すように、本実施形態に係る電解システム１は、電解槽２と、陽極タンク３と、センサ４と、酸素タンク５と、ファン６と、陰極タンク７と、センサ８と、スクラバー９と、圧縮器１０と、水素ガス精製装置１１と、水素タンク１２とを含む。さらに、電解システム１は、整流器１３と、制御装置１６とを含む。電解システム１は、電解槽２に電解液を送液する送液ポンプ等を含んでもよい。

【0013】

電解槽２は、後述の図２及び図３に示すように、陽極２１ａを有する陽極室２７ａと、陰極２１ｃを有する陰極室２７ｃとを備える。陽極室２７ａ及び陰極室２７ｃには、電解液が通過する。電解液は、例えば、アルカリ塩が溶解されたアルカリ性の水溶液である。電解液の一例として、ＮａＯＨ水溶液又はＫＯＨ水溶液等が挙げられる。陽極２１ａ及び陰極２１ｃには、整流器１３から電流が供給される。陽極２１ａ及び陰極２１ｃに電流が供給されると、陽極室２７ａ及び陰極室２７ｃの電解液が電気分解される。電解液が電気分解されると、陰極室２７ｃに水素ガスが発生し、陽極室２７ａに酸素ガスが発生する。

【0014】

陽極タンク３は、後述の図３に示す陽極電解液出口２７ａｏ及び陽極用集液管ヘッダー３０Ｏａｏを介して、電解槽２の陽極室２７ａに接続される。陽極タンク３には、電解槽２の陽極室２７ａから、電解液及び酸素ガスが供給される。陽極タンク３は、供給された電解液と酸素ガスとを分離する。分離後の酸素ガスは、酸素タンク５に供給される。

【0015】

センサ４は、陽極タンク３から酸素タンク５への酸素ガスの供給経路に配置される。供給経路は、例えば、配管及び弁を含んで構成される。

【0016】

センサ４は、濃度センサを含んで構成される。センサ４は、陽極タンク３から酸素タンク５への供給経路における酸素ガスの酸素中水素濃度を検出する。センサ４は、酸素中水素濃度の検出結果を制御装置１６に送信する。

【0017】

センサ４は、気圧センサを含んで構成される。センサ４は、陽極タンク３から酸素タンク５への酸素ガスの供給経路における気圧を検出する。センサ４は、気圧の検出結果を制御装置１６に送信する。

【0018】

酸素タンク５には、陽極タンク３から酸素ガスが供給される。酸素タンク５は、酸素ガスを貯留する。

【0019】

酸素タンク５は、供給経路を介して後述の図３に示す陽極用集液管ヘッダー３０Ｏａoに接続される。供給経路は、後述のファン６、配管及び弁を含んで構成される。電解システム１の運転停止中、酸素タンク５に貯留された酸素ガスは、制御装置１６の制御に基づいて、後述の図３に示す陽極用集液管ヘッダー３０Ｏａｏを介して電解槽２に供給される。

【0020】

ファン６は、酸素タンク５から電解槽２への酸素ガスの供給経路に配置される。ファン６は、制御装置１６から受信する制御信号に基づいて、回転する。ファン６が回転すると、酸素タンク５から電解槽２へ酸素ガスが供給される。

【0021】

陰極タンク７は、後述の図３に示す陰極電解液出口２７ｉｏ及び陰極用集液管ヘッダー３０Ｏｃｏを介して、電解槽２の陰極室２７ｃに接続される。陰極タンク７には、電解槽２の陰極室２７ｃから、電解液及び水素ガスが供給される。陰極タンク７は、電解液と水素ガスとを分離する。分離後の水素ガスは、スクラバー９に供給される。

【0022】

センサ８は、陰極タンク７からスクラバー９への水素ガスの供給経路に配置される。供給経路は、例えば、配管及び弁を含んで構成される。

【0023】

センサ８は、濃度センサを含んで構成される。センサ８は、陰極タンク７からスクラバー９への供給経路における水素ガスの水素中酸素濃度を検出する。センサ８は、水素中酸素濃度の検出結果を制御装置１６に送信する。

【0024】

センサ８は、気圧センサを含んで構成される。センサ８は、陰極タンク７からスクラバー９への水素ガスの供給経路における気圧を検出する。センサ８は、気圧の検出結果を制御装置１６に送信する。

【0025】

スクラバー９には、陰極タンク７から水素ガスが供給される。スクラバー９は、電解システム１の運転中、水素ガスに含まれるミストを除去する。スクラバー９は、ミストが除去された後の水素ガスを圧縮器１０に供給する。後述するように、電解システム１の運転停止中、電極保護整流器１５によって電解槽２の陽極２１ａ及び陰極２１ｃに保護電流が供給される。スクラバー９は、電解システム１の運転停止中に電解槽２の陽極２１ａ及び陰極２１ｃに保護電流が供給されている間、水素ガスを大気に放出する。

【0026】

圧縮器１０には、スクラバー９から水素ガスが供給される。圧縮器１０は、水素ガスを所定気圧まで圧縮する。所定気圧は、水素タンク１２の容量等に基づいて設定されてよい。圧縮器１０は、圧縮後の水素ガスを水素ガス精製装置１１に供給する。

【0027】

水素ガス精製装置１１には、圧縮器１０から水素ガスが供給される。水素ガス精製装置１１は、供給された水素ガスから不純物成分を除去して、水素ガスを精製する。水素ガス精製装置１１は、精製後の水素ガスを水素タンク１２に供給する。

【0028】

水素タンク１２には、水素ガス精製装置１１から水素ガスが供給される。水素タンク１２は、水素ガスを貯留する。水素タンク１２に貯留された水素ガスは、製品として出荷される。

【0029】

水素タンク１２は、供給経路を介して後述の図３に示す陰極用集液管ヘッダー３０Ｏｃoに接続される。供給経路は、配管及び弁を含んで構成される。電解システム１の運転停止中、水素タンク１２に貯留された水素ガスは、制御装置１６の制御に基づいて、後述の図３に示す陰極用集液管ヘッダー３０Ｏｃoを介して電解槽２に供給される。

【0030】

整流器１３は、電解槽２の電解液の電気分解が進む通電方向に、電解槽２の陽極２１ａ及び陰極２１ｃに電流を供給可能に構成される。整流器１３は、主整流器１４と、電極保護整流器１５とを含む。

【0031】

主整流器１４は、電解システム１の運転中、制御装置１６から受信する制御信号に基づいて、電解槽２の電解液の電気分解が進む通電方向に、電解槽２の陽極２１ａ及び陰極２１ｃに電流を供給する。主整流器１４が供給する電流は、後述の図２に示す電解槽２の陽極ターミナルエレメント２５ａ及び陰極ターミナルエレメント２５ｃを介して陽極２１ａ及び陰極２１ｃに供給される。主整流器１４は、電解システム１の運転停止中、電解槽２の陽極２１ａ及び陰極２１ｃへの電流の供給を停止する。

【0032】

電極保護整流器１５は、電解システム１の運転停止中、制御装置１６から受信する制御信号に基づいて、電解槽２の電解液の電気分解が進む通電方向に、電解槽２の陽極２１ａ及び陰極２１ｃに保護電流を供給する。電極保護整流器１５が供給する保護電流は、後述の図２に示す電解槽２の陽極ターミナルエレメント２５ａ及び陰極ターミナルエレメント２５ｃを介して陽極２１ａ及び陰極２１ｃに供給される。保護電流は、電解槽２の陽極２１ａ及び陰極２１ｃを保護するための電流である。保護電流の大きさは、電解システム１の運転中に主整流器１４から陽極２１ａ及び陰極２１ｃに供給される電流の大きさと比較すると、微小である。保護電流の大きさは、陽極２１ａ及び陰極２１ｃの電位を理論分解電圧以上に維持することができる程度であってよい。電解システム１の運転停止中、陽極２１ａ及び陰極２１ｃに保護電流を供給することにより、陽極２１ａ及び陰極２１ｃに逆電流が生じることを抑制することができる。陽極２１ａ及び陰極２１ｃに逆電流が生じることを抑制することにより、陽極２１ａ及び陰極２１ｃが劣化することを抑制することができる。

【0033】

制御装置１６は、例えば、コンピュータである。制御装置１６は、電解システム１の各構成要素を制御する。制御装置１６は、通信部１７と、記憶部１８と、制御部１９とを備える。

【0034】

通信部１７は、電解システム１の各構成要素と通信可能な少なくとも１つの通信モジュールを含んで構成される。通信モジュールは、制御装置１６と電解システム１の各構成要素との間の通信の規格に対応してよい。制御装置１６と電解システム１の各構成要素との間の通信は、有線であってもよいし、無線であってもよい。

【0035】

記憶部１８は、少なくとも１つの半導体メモリ、少なくとも１つの磁気メモリ、少なくとも１つの光メモリ又はこれらのうちの少なくとも２種類の組み合わせを含んで構成される。半導体メモリは、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）又はＲＯＭ（Read Only Memory）等である。ＲＡＭは、例えば、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）又はＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等である。ＲＯＭは、例えば、ＥＥＰＲＯＭ(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)等である。記憶部１８は、主記憶装置、補助記憶装置又はキャッシュメモリとして機能してよい。記憶部１８には、制御装置１６の動作に用いられるデータと、制御装置１６の動作によって得られたデータとが記憶される。

【0036】

制御部１９は、少なくとも１つのプロセッサ、少なくとも１つの専用回路又はこれらの組み合わせを含んで構成される。プロセッサは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）若しくはＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等の汎用プロセッサ又は特定の処理に特化した専用プロセッサである。専用回路は、例えば、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）又はＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等である。制御部１９は、制御装置１６の各部を制御しながら、制御装置１６の動作に関わる処理を実行する。

【0037】

制御部１９は、電解システム１の運転を制御する。制御部１９の処理の詳細は、後述される。

【0038】

（電解槽の構成）
図２に示すように、本実施形態に係る電解槽２は、複極式である。ただし、電解槽２は、複極式に限定されない。電解槽２は、単極式であってもよい。

【0039】

複極式とは、多数のセルを電源に接続する方法の１つである。本実施形態に係る複極式は、図２に示すように、複数の複極式エレメント２０を同じ向きに並べて直接接続し、その両端のみを電源にすなわち本実施形態では整流器１３に接続する方法である。複極式エレメント２０に含まれる２つの面のうち、一方の面が陽極２１ａとなり、他方の面が陰極２１ｃとなる。

【0040】

複極式の電解槽２は、整流器１３等の電源設備の電流を小さくすることができる。また、複極式の電解槽２は、電解により化合物又は所定の物質等を短時間で大量に製造することができる。電源設備は、その出力が同じであれば、低電流及び高電圧の方が安価でコンパクトになる。そのため、工業的には、単極式よりも複極式の方が好ましい。

【0041】

本実施形態に係る電解槽２では、図２に示すように、複数の複極式エレメント２０が隔膜２４を挟んで重ね合わされている。

【0042】

（複極式エレメントの構成）
本実施形態に係る複極式エレメント２０は、図２に示すように、陽極２１ａと、陰極２１ｃと、隔壁２２と、外枠２３とを備える。隔壁２２は、陽極２１ａと陰極２１ｃとを隔離する。隔壁２２は、導電性を有する。外枠２３は、隔壁２２を縁取る。外枠２３は、隔壁２２の外縁に沿って隔壁２２を取り囲むように設けられている。

【0043】

複極式エレメント２０は、図３及び図４に示すように、隔壁２２に沿う所定方向Ｄ１が鉛直方向となるように用いられてよい。つまり、図４に示すように隔壁２２の平面視形状が長方形である場合、複極式エレメント２０は、図３及び図４に示すように、隔壁２２に沿う所定方向Ｄ１が向かい合う２組の辺のうちの１組の辺の方向と同じ方向になるように、用いられてよい。

【0044】

図２に示すように、複極式の電解槽２は、複極式エレメント２０を必要数積層させることにより構成される。電解槽２の積層構造では、電解槽２の一端からファストヘッド２５ｇ、絶縁板２５ｉ及び陽極ターミナルエレメント２５ａがこの順番に並べて配置される。さらに、電解槽２では、陽極側ガスケット部分２６、隔膜２４、陰極側ガスケット部分２６及び複極式エレメント２０が、この順番で並べて配置される。このとき、複極式エレメント２０は、その陰極２１ｃが陽極ターミナルエレメント２５ａ側を向くように配置される。陽極側ガスケット部分２６から複極式エレメント２０までは、設計生産量に必要な数だけ繰り返し配置される。陽極側ガスケット部分２６から複極式エレメント２０までを必要数だけ繰り返し配置した後、再度、陽極側ガスケット部分２６、隔膜２４、陰極側ガスケット部分２６がこの順番に並べて配置される。最後に、陰極ターミナルエレメント２５ｃ、絶縁板２５ｉ及びルーズヘッド２５ｇがこの順番に並べて配置される。電解槽２は、その全体をタイロッド方式２５ｒ（図２参照）又は油圧シリンダー方式等の締め付け機構により締め付けることによりー体化される。

【0045】

電解槽２の積層構造は、陽極２１ａ側からでも陰極２１ｃ側からでも任意に選択することができる。電解槽２の積層構造における各要素の配置は、上述した順序に限定されない。

【0046】

図２に示すように、電解槽２では、複極式エレメント２０が陽極ターミナルエレメント２５ａと陰極ターミナルエレメント２５ｃとの間に配置されている。隔膜２４は、陽極ターミナルエレメント２５ａと複極式エレメント２０との間、隣接して並ぶ複極式エレメント２０同士の間、及び、複極式エレメント２０と陰極ターミナルエレメント２５ｃとの間に配置されている。

【0047】

図３及び図４に示すように、電解槽２では、隔壁２２と外枠２３と隔膜２４とにより電極室２７が画成されている。電極室２７には、電解液が通過する。電極室２７は、陽極室２７ａ又は陰極室２７ｃである。

【0048】

以下、電解槽２における、隣接する２つの複極式エレメント２０間の互いの隔壁２２間における部分、及び、隣接する複極式エレメント２０とターミナルエレメントとの間の互いの隔壁２２間における部分は、「電解セル２８」と記載される。

【0049】

電解セル２８は、隣接する２つの複極式エレメント２０のうちの、一方の複極式エレメント２０の隔壁２２、陽極室２７ａ及び陽極２１ａと、他方の複極式エレメント２０の陰極２１ｃ、陰極室２７ｃ及び隔壁２２とを含む。電解セル２８には、ゼロギャップ構造Ｚが採用される。ゼロギャップ構造Ｚは、隔膜２４と電極２１との隙間を実質的に無くした構造である。電極２１は、陽極２１ａ又は陰極２１ｃである。

【0050】

電極室２７は、外枠２３との境界において、電解液入口２７ｉと、電解液出口２７ｏとを有する。電解液入口２７ｉは、電極室２７に電解液を導入する。電解液出口２７ｏは、電極室２７から電解液を導出する。例えば、陽極室２７ａは、陽極室２７ａに電解液を導入する陽極電解液入口２７ａｉと、陽極室２７ａから導出する電解液を導出する陽極電解液出口２７ａｏとを有する。同じ又は類似に、陰極室２７ｃは、陰極室２７ｃに電解液を導入する陰極電解液入口２７ｃｉと、陰極室２７ｃから導出する電解液を導出する陰極電解液出口２７ｃｏとを有する。

【0051】

陽極室２７ａ及び陰極室２７ｃは、電解液を電解槽２内部で、電極面内に均一に分配するための内部ディストリビュータを有してもよい。また、電極室２７は、電解槽２内部での液の流れを制限する機能を備えるバッフル板を有してもよい。さらに、陽極室２７ａ及び陰極室２７ｃは、電解槽２内部での電解液の濃度又は温度の均一化、及び、電極２１又は隔膜２４に付着するガスの脱泡の促進のために、カルマン渦を作るための突起物を有してもよい。

【0052】

図３及び図４に示すように、本実施形態に係る電解槽２は、外枠３の外方に、導管ホース２９を備える。導管ホース２９は、電極室２７に連通する。

【0053】

図３及び図４に示す例では、電解槽２には、ガス又は電解液を配液する又は集液する管である導管ホース２９が取り付けられる。導管ホース２９は、電極室２７に電解液を入れるための入口導管ホースと、電極室２７からガス又は電解液を出すための出口導管ホースとを含んで構成される。

【0054】

一例として、電解槽２は、隔壁２２の端縁にある外枠２３の下方に、陽極入口導管ホース２９Ｏａｉと、陰極入口導管ホース２９Ｏｃｉとを備える。陽極入口導管ホース２９Ｏａｉは、陽極室２７ａに電解液を入れる。陰極入口導管ホース２９Ｏｃｉは、陰極室２７ｃに電解液を入れる。同じ又は類似に、電解槽２は、隔壁２２の端縁にある外枠２３の側方に、陽極出口導管ホース２９Ｏａｏと、陰極出口導管ホース２９Ｏｃｏとを備える。陽極出口導管ホース２９Ｏａｏは、陽極室２７ａから電解液を出す。陰極出口導管ホース２９Ｏｃｏは、陰極室２７ｃから電解液を出す。

【0055】

他の例として、入口導管ホースと出口導管ホースとは、陽極室２７ａ及び陰極室２７ｃにおいて電極室２７の中央部を挟んで向かい合うように設けられてもよい。

【0056】

本実施形態に係る電解槽２では、外部ヘッダー３０Ｏ型が採用される。外部ヘッダー３０Ｏ型は、電解槽２と外部ヘッダー３０とが独立している形式である。

【0057】

図４には、本実施形態の外部ヘッダー３０О型の電解槽２の一例の平面図を示す。ただし、電解槽２には、内部ヘッダー型のヘッダーが取り付けられてもよい。

【0058】

図３及び図４に示す例では、導管ホース２９には、外部ヘッダー３０が取り付けられている。外部ヘッダー３０は、導管ホース２９に配液又は集液されたガス又は電解液を集める管である。外部ヘッダー３０は、入口導管ホースに連通する配液管と、出口導管ホースに連通する集液管とを含んで構成される。

【0059】

一例として、電解槽２は、外枠２３のうちの下方に、陽極用配液管ヘッダー３０Ｏａｉと陰極用配液管ヘッダー３０Ｏｃｉとを備える。陽極用配液管ヘッダー３０Ｏａｉは、陽極入口導管ホース２９Ｏａｉに連通する。陰極用配液管ヘッダー３０Ｏｃｉは、陰極入口導管ホース２９Ｏｃｉに連通する。同じ又は類似に、電解槽２は、外枠２３のうちの側方に、陽極出口導管ホース２９Ｏａｏに連通する陽極用集液管ヘッダー３０Ｏａｏと、陰極出口導管ホース２９Ｏｃｏに連通する陰極用集液管ヘッダー３０Ｏｃｏとを備える。

【0060】

本実施形態では、陽極室２７ａ及び陰極室２７ｃにおいて、入口導管ホースと出口導管ホースとは、水電解効率の観点から、離れた位置に設けられることが好ましい。また、入口導管ホースと出口導管ホースとは、電極室２７の中央部を挟んで向かい合うように設けられることが好ましい。また、入口導管ホースと出口導管ホースとは、図３及び図４に示すように隔壁２２の平面視形状が長方形である場合、長方形の中心に関して対称となるように設けられることが好ましい。

【0061】

図３及び図４に示すように、陽極入口導管ホース２９Ｏａｉ、陰極入口導管ホース２９Ｏｃｉ、陽極出口導管ホース２９Ｏａｏ及び陰極出口導管ホース２９Ｏｃｏは、通常、各電極室２７に１つずつ設けられている。ただし、本実施形態では、これに限定されない。例えば、これらの要素は、各電極室２７にそれぞれ複数設けられていてもよい。

【0062】

図３及び図４に示すように、陽極用配液管ヘッダー３０Ｏａｉ、陰極用配液管ヘッダー３０Ｏｃｉ、陽極用集液管ヘッダー３０Ｏａｏ及び陰極用集液管ヘッダー３０Ｏｃｏは、通常、各電極室２７に１つずつ設けられている。ただし、本実施形態では、これに限定されない。例えば、これらの要素は、複数の電極室２７で兼用されていてもよい。

【0063】

ここで、図示される例では、平面視で長方形形状の隔壁２２と平面視で長方形形状の隔膜２４とが平行に配置され、また隔壁２２の端縁に設けられる直方体形状の外枠の隔壁２２側の内面が隔壁２２に垂直になっている。そのため、電極室２７の形状が直方体となっている。ただし、本開示において、電極室２７の形状は、図示した例の直方体に限定されない。電極室２７の形状は、本開示の効果が得られる限り、いかなる形状であってもよい。電極室２７の形状は、隔壁２２若しくは隔膜２４の平面視形状、又は、外枠２３の隔壁２２側の内面と隔壁２２とのなす角度等により、適宜変形されてよい。

【0064】

本実施形態では、電極室２７と導管ホース２９との間の位置関係は、特に限定されない。図３及び図４に示すように、複極式エレメント２０を隔壁２２に沿う所定方向Ｄ１が鉛直方向となるように用いた場合、入口導管ホースは、電極室２７に対して下方又は側方に（図示では、下方に）位置してよい。また、出口導管ホースは、電極室２７に対して上方又は側方に（図示では、側方に）位置してよい。また、入口導管ホースに連通する配液管ヘッダーは、電極室２７に対して下方又は側方に（図示では、下方に）位置してよい。また、出口導管ホースに連通する集液管ヘッダーは、電極室２７に対して上方又は側方に（図示では、側方に）位置してよい。

【0065】

本実施形態では、導管ホース２９の延在方向は、特に限定されない。

【0066】

本実施形態では、外部ヘッダー３０の延在方向は、特に限定されない。ただし、図３及び図４に示すように、配液管（陽極用配液管ヘッダー３０Ｏａｉ及び陰極用配液管ヘッダー３０Ｏｃｉ）及び集液管（陽極用集液管ヘッダー３０Ｏａｏ及び陰極用集液管ヘッダー３０Ｏｃｏ）は、ぞれぞれ、隔壁２２に垂直な方向に延びることが好ましい。ヘッダー３０の何れもが、隔壁２２に垂直な方向に延びることがさらに好ましい。

【0067】

図４に示すように、本実施形態に係る電解槽２は、複数の整流板３１を備えもよい。整流板３１は、隔壁２２に沿う所定方向Ｄ１に対して平行に配置されている。このような整流板３１によって、電極室２７内における気液の流れの乱れによって電極室２７に生じる対流を低減することができる。その結果、局所的な電解液の温度の上昇を抑制することができる。

【0068】

（電解システムの制御）
制御装置１６は、電解システム１を制御する。制御部１９は、電解システム１の制御として、電解システム１の運転を制御する。つまり、制御部１９は、電解システム１の運転制御と、電解システム１の運転停止制御とを実行する。

【0069】

＜電解システムの運転制御＞
制御部１９は、例送液ポンプに制御信号を通信部１７によって送信することにより、送液ポンプによって電解液が電解槽２に送液されるように制御する。つまり、制御部１９は、送液ポンプによって、電解液が陽極入口導管ホース２９Ｏａｉを介して陽極室２７ａに送液され、電解液が陰極入口導管ホース２９Ｏｃｉを介して陰極室２７ｃに送液されるように制御する。

【0070】

制御部１９は、主整流器１４に制御信号を通信部１７によって送信することにより、電解槽２の電解液の電気分解が進む通電方向に陽極２１ａ及び陰極２１ｃに電流を主整流器１４によって供給する。このような構成により、陽極室２７ａに酸素ガスが発生し、陰極室２７ｃに水素ガスが発生する。

【0071】

＜電解システムの運転停止制御＞
制御部１９は、電解システム１の運転停止中、電解槽２の電解液の電気分解が進む通電方向に陽極２１ａ及び陰極２１ｃに保護電流を電極保護整流器１５によって供給する。このような構成により、上述したように、陽極２１ａ及び陰極２１ｃに逆電流が生じることを抑制することができ、陽極２１ａ及び陰極２１ｃが劣化することを抑制することができる。

【0072】

ところで、電極保護整流器１５からの保護電流は、複極式の電解槽２では、図２に示すような両端の陽極ターミナルエレメント２５ａ及び陰極ターミナルエレメント２５ｃにそれぞれ供給される。陽極ターミナルエレメント２５ａは、図３に示すような導管ホース２９を介して、陽極用集液管ヘッダー３０Ｏａｏ及び陽極用配液管ヘッダー３０Ｏａｉのそれぞれに接続される。また、陰極ターミナルエレメント２５ｃは、図３に示すような導管ホース２９を介して、陰極用集液管ヘッダー３０Ｏｃｏ及び陰極用配液管ヘッダー３０Ｏｃｉのそれぞれに接続される。

【0073】

ここで、導管ホース２９は、導管ホース２９内を電解液が流れることにより、導電性を有する。また、外部ヘッダー３０は、接地（アース）される。一方、陽極ターミナルエレメント２５ａ、陰極ターミナルエレメント２５ｃ及び各複極式エレメント２０のそれぞれの電位は、０［Ｖ］以外の電位となる。このような構成により、陽極ターミナルエレメント２５ａ、陰極ターミナルエレメント２５ｃ及び各複極式エレメント２０のそれぞれと外部ヘッダー３０との間には、電位差が生じる。このような電位差が生じることにより、陽極ターミナルエレメント２５ａ、陰極ターミナルエレメント２５ｃ及び各複極式エレメント２０のそれぞれとヘッダー３０との間には、リーク電流が流れる。このリーク電流は、上述したように導管ホース２９が導電性を有することにより、各複極式エレメント２０内の電解反応面を流れる電流から分配される。このようなリーク電流が流れることにより、電解反応面を流れる電流は、電解槽２の中央部分では、小さくなる。

【0074】

また、電解槽２の陽極ターミナルエレメント２５ａ及び陰極ターミナルエレメント２５ｃのそれぞれの電位は、保護電流が供給されることにより、理論分解電圧以上となる。そのため、陽極ターミナルエレメント２５ａ及び陰極ターミナルエレメント２５ｃのそれぞれとヘッダー３０との間の電位差は、例えば、複極式エレメント２０が３００対である場合、陽極ターミナルエレメント２５ａで＋１８０［Ｖ］程度となる。また、陰極ターミナルエレメント２５ｃで－１８０［Ｖ］程度となる。これにより、電解槽２の中央部の電位は、０［Ｖ］となる。

【0075】

ここで、上述したリーク電流は、保護電流として電解反応面に供給される電流から、各複極式エレメント２０と外部ヘッダー３０との間の電位差に比例して、分配及び流出される。そのため、電極保護整流器１５からの保護電流は、電解槽２の中央部分で小さくなる。このような構成により、電解槽２の中央部分では、電解反応面を流れる電流に対して、その複極式エレメント２０のリーク電流が相対的に大きくなる。

【0076】

このように電解槽２の中央部分では、電解反応面を流れる電流に対してその複極式エレメント２０のリーク電流が相対的に大きくなる。その結果、陽極室２７ａにおいて酸素中水素濃度が高くなり、陰極室２７ｃにおいて水素中酸素濃度が高くなる。そのため、電解システム１の運転停止中、電極保護整流器１５からの保護電流の値を大きくしないと、爆鳴気を発生させてしまう虞がある。しかしながら、電極保護整流器１５からの保護電流の値は、装置コストの低減又は再生可能エネルギーを有効利用する観点から、小さいことが望ましい。電極保護整流器１５からの保護電流の値を小さくしつつ、爆鳴気の発生を抑制する方法として、電解システム１の運転停止中に窒素ガスを電解槽２に供給する方法が考えられる。しかしながら、窒素ガスを電解槽２に供給すると、製品としての水素の濃度が低下してしまい、製品としての水素の品質が低下してしまう場合がある。そのため、水素ガス中の窒素濃度が予め設定された規定内になるまで、水素ガスを廃棄しなければならない。

【0077】

そこで、制御部１９は、電解システム１の運転停止中、電解槽２の電解液の電気分解が進む通電方向に陽極２１ａ及び陰極２１ｃに保護電流を電極保護整流器１５によって供給しつつ、陰極用集液管ヘッダー３０Ｏｃoに水素ガスを供給し、陽極用集液管ヘッダー３０Ｏａｏに酸素ガスを供給する。電解システム１の運転停止中に陰極用集液管ヘッダー３０Ｏｃoに水素ガスを供給することにより、陰極室２７ｃで発生する酸素ガスを希釈することができる。また、電解システム１の運転停止中に陽極用集液管ヘッダー３０Ｏａｏに酸素ガスを供給することにより、陽極室２７ａで発生する水素ガスを希釈することができる。このように陰極室２７ｃで発生する酸素ガスを希釈し、且つ陽極室２７ａで発生する水素ガスを希釈することにより、窒素ガスを電解槽２に供給しなくても、また電極保護整流器１５からの保護電流を大きくしなくても、爆鳴気の発生を抑制することができる。このような構成により、本実施形態では、製品としての水素の品質が低下してしまうことを抑制しつつ、陽極２１ａ及び陰極２１ｃを保護することができる。以下、制御部１９の処理例について、図５を参照しながら説明する。

【0078】

図５は、本開示の一実施形態に係る電解システム１の制御方法の手順例を示すフローチャートである。制御部１９は、例えば外部装置から電解システム１の運転停止指示の信号を通信部１７によって受信すると、ステップＳ１の処理を開始する。

【0079】

制御部１９は、電極保護整流器１５に制御信号を通信部１７によって送信することにより、電解槽２の電解液の電気分解が進む通電方向に陽極２１ａ及び陰極２１ｃに保護電流を電極保護整流器１５によって供給する（ステップＳ１）。保護電流の最大値は、電解システム１の運転中に主整流器１４から陽極２１ａ及び陰極２１ｃに供給される電流の値よりも小さい。保護電流の最小値は、電解槽２の電解セル２８の構造又は複極式エレメント２０の積層数等に基づいて、予め設定されてよい。

【0080】

制御部１９は、センサ８から、水素ガスの水素中酸素濃度の検出結果を通信部１７によって受信する（ステップＳ２）。この水素ガスの水素中酸素濃度の検出結果は、陰極タンク７からスクラバー９へ水素ガスの供給経路における水素中酸素濃度の検出結果である。この水素ガスの水素中酸素濃度の検出結果は、陰極室２７ｃにおける水素ガスの水素中酸素濃度が変化すると変化する。そのため、この水素ガスの水素中酸素濃度の検出結果は、陰極室２７ｃにおける水素ガスの水素中酸素濃度の検出結果として扱うことができる。

【0081】

制御部１９は、ステップＳ２の処理で受信した水素ガスの水素中酸素濃度が第１閾値を超えるか否かを判定する（ステップＳ３）。第１閾値は、電極保護整流器１５からの保護電流の最大値に基づいて設定されてよい。例えば、電極保護整流器１５からの保護電流が大きいほど、上述した電解槽２の中央部分におけるリーク電流の寄与が小さくなり、リーク電流による陰極室２７ｃにおける酸素ガスの発生を低減することができる。そのため、第１閾値は、電極保護整流器１５からの保護電流が大きいほど、小さく設定されてよい。

【0082】

制御部１９は、水素ガスの水素中酸素濃度が第１閾値を超えると判定した場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、ステップＳ４の処理に進む。一方、制御部１９は、水素ガスの水素中酸素濃度が第１閾値以下であると判定した場合（ステップＳ３：ＮＯ）、ステップＳ６の処理に進む。

【0083】

ステップＳ４の処理では、制御部１９は、水素タンク１２に貯留された水素ガスが陰極室２７ｃに供給されるように制御する。例えば、上述したように、水素タンク１２は、配管及び弁を含んで構成される供給経路を介して、陰極用集液管ヘッダー３０Ｏｃoに接続される。そこで、制御部１９は、例えば弁に制御信号を通信部１７によって送信することにより、弁が開くように制御する。弁が開くと、水素タンク１２に貯留された圧縮された水素ガスが陰極用集液管ヘッダー３０Ｏｃoに供給される。これにより、発生した酸素ガスを水素ガスによって希釈することができる。陰極室２７ｃに供給する水素ガスの流量は、電解槽２の構造等に応じて予め設定されてよい。

【0084】

ここで、ステップＳ４の処理で水素ガスを陰極室２７ｃに供給すると、陰極室２７ｃの気圧が増加する。そこで、制御部１９は、ステップＳ５の処理を実行する。

【0085】

ステップＳ５の処理では、制御部１９は、陰極室２７ｃの気圧を調整する。本実施形態では、制御部１９は、スクラバー９に制御信号を通信部１７によって送信することにより、スクラバー９に水素ガスを大気中に放出させる。スクラバー９によって大気中に放出させる水素ガスの量は、例えば、ステップＳ４の処理で陰極室２７ｃに供給した水素ガスの量と、ステップＳ１の処理で保護電流を供給したことにより陰極室２７ｃで発生した水素ガスの量とを合わせた量である。このようなステップＳ５の処理によってスクラバー９の気圧制御システムを利用して水素ガスを大気中に放出させることにより、陰極室２７ｃの気圧を制御する。

【0086】

ステップＳ４，Ｓ５の処理において、制御部１９は、センサ８から、陰極タンク７からスクラバー９への水素ガスの供給経路における気圧の検出結果を通信部１７によって受信してもよい。制御部１９は、受信した気圧の検出結果に基づいて、陰極室２７ｃに供給する水素ガスの流量を調整してもよい。制御部１９は、スクラバー９によって大気中に放出させる水素ガスの流量を調整することにより、陰極室２７ｃに供給する水素ガスの流量を調整してもよい。

【0087】

ステップＳ６の処理では、制御部１９は、センサ４から、酸素ガスの酸素中水素濃度の検出結果を通信部１７によって受信する。この酸素ガスの酸素中水素濃度は、陽極タンク３から酸素タンク５への酸素ガスの供給経路における酸素中水素濃度である。この酸素ガスの酸素中水素濃度の検出結果は、陽極室２７ａにおける酸素ガスの酸素中水素濃度が変化すると変化する。そのため、この酸素ガスの酸素中水素濃度の検出結果は、陽極室２７ａにおける酸素ガスの酸素中水素濃度の検出結果として扱うことができる。

【0088】

ステップＳ７の処理では、制御部１９は、ステップＳ６の処理で受信した酸素ガスの酸素中水素濃度が第２閾値を超えるか否かを判定する。第２閾値は、保護電流の最大値に基づいて設定されてよい。例えば、電極保護整流器１５からの保護電流が大きいほど、上述した電解槽２の中央部分におけるリーク電流の寄与が小さくなり、リーク電流による陽極室２７ａにおける水素ガスの発生を低減することができる。そのため、第２閾値は、電極保護整流器１５からの保護電流が大きいほど、小さく設定されてよい。

【0089】

制御部１９は、酸素ガスの酸素中水素濃度が第２閾値を超えると判定した場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、ステップＳ８の処理に進む。一方、制御部１９は、酸素ガスの酸素中水素濃度が第２閾値以下であると判定した場合（ステップＳ７：ＮＯ）、ステップＳ２の処理に戻る。

【0090】

ステップＳ８の処理では、制御部１９は、酸素タンク５に貯留された酸素ガスが陽極室２７ａに供給されるように制御する。例えば、上述したように、酸素タンク５は、配管及び弁を含んで構成される供給経路を介して、陽極用集液管ヘッダー３０Ｏａｏに接続される。そこで、制御部１９は、例えば弁に制御信号を通信部１７によって送信することにより、弁が開くように制御する。さらに、制御部１９は、ファン６に制御信号を通信部１７によって送信することにより、ファン６を回転させる。弁が開き、且つファン６が回転すると、酸素タンク５に貯留された酸素ガスが陽極用集液管ヘッダー３０Ｏａoに供給される。このように酸素ガスが供給されることにより、発生した水素ガスを酸素ガスによって希釈することができる。陽極室２７ａに供給する酸素ガスの流量は、電解槽２の構造等に応じて予め設定されてよい。

【0091】

ここで、ステップＳ８の処理で酸素ガスを陽極室２７ａに供給すると、陽極室２７ａの気圧が増加する。そこで、制御部１９は、ステップＳ９の処理を実行する。

【0092】

ステップＳ９の処理では、制御部１９は、陽極室２７ａの気圧を調整する。本実施形態では、制御部１９は、酸素タンク５に制御信号を通信部１７によって送信することにより、酸素タンク５に酸素ガスを大気中に放出させる。酸素タンク５から大気中に放出させる酸素ガスの量は、例えば、ステップＳ８の処理で陽極室２７ａに供給した酸素ガスの量と、ステップＳ１の処理で保護電流を供給したことにより陽極室２７ａで発生した酸素ガスの量とを合わせた量である。このようなステップＳ９の処理によって酸素タンク５の気圧制御システムを利用して酸素ガスを大気中に放出させることにより、陽極室２７ａの気圧を制御する。

【0093】

ステップＳ８，Ｓ９の処理において、制御部１９は、センサ４から、陽極タンク３から酸素タンク５への酸素ガスの供給経路における気圧の検出結果を通信部１７によって受信してもよい。制御部１９は、受信した気圧の検出結果に基づいて、陽極室２７ａに供給する酸素ガスの流量を調整してもよい。制御部１９は、酸素タンク５から大気中に放出させる酸素ガスの流量を調整することにより、陽極室２７ａに供給する酸素ガスの流量を調整してもよい。

【0094】

制御部１９は、ステップＳの処理後、ステップＳ２の処理に戻る。ステップＳ２～Ｓ９の処理において、例えば外部装置から電解システム１の運転指示の信号を通信部１７によって受信すると、ステップＳ２～Ｓ９の処理を停止してよい。制御部１９は、ステップＳ２～Ｓ９の処理を停止すると、電解システム１の運転制御を実行してよい。

【0095】

＜シミュレーション結果＞
発明者らは、本開示の効果を確認するために、シミュレーションを実行した。シミュレーションの条件は、以下の通りである。
電解セル２８の数：３００［セル］
電解セル２８の反応面積：２．７２［ｍ］
陰極入口導管ホース２９Ｏｃｉの抵抗値：４１０［Ω］
陽極入口導管ホース２９Оａｉの抵抗値：４１０［Ω］
陰極出口導管ホース２９Ｏｃｏの抵抗値：１０９５［Ω］
陽極出口導管ホース２９Ｏａｏの抵抗値：１０９５［Ω］
電解液の循環量：２４Ｌ／セル／１時間
電解液のＮａＯＨ濃度：２１［ｗｔ％］
なお、発明者らは、電解セル２８への電圧を理論分解電圧１．２３［Ｖ］に基づいて算出した。

【0096】

図６には、シミュレーション結果を示す。保護電流値が９３［Ａ］以下になる場合、電気分解が行われず、陽極２１ａ及び陰極２１ｃを保護することができない。そのため、保護電流値の下限値は、９３［Ａ］とした。

【0097】

図６に示すように、陰極室２７ｃへの水素ガスの流量すなわち供給量が０［Ｎｍ^３／ｈｒ］であり、陽極室２７ａへの酸素ガスの流量すなわち供給量が０［Ｎｍ^３／ｈｒ］である場合、保護電流値は、１７５［Ａ］であった。これに対し、陰極室２７ｃへの水素ガスの流量すなわち供給量が１．４４［Ｎｍ^３／ｈｒ］であり、陽極室２７ａへの酸素ガスの流量すなわち供給量が５．１２［Ｎｍ^３／ｈｒ］である場合、保護電流値は、９３［Ａ］であった。この結果から、陽極室２７ａに酸素ガスを供給し、且つ陰極室２７ｃに水素ガスを供給すれば、陽極室２７ａに酸素ガスを供給せず、且つ陰極室２７ｃに水素ガスを供給しない場合よりも、保護電流値を半分程度にできることが分かる。

【0098】

このように本実施形態に係る制御装置１６では、制御部１９は、電解システム１の運転停止中、電解槽２の電解液の電気分解が進む通電方向に陽極２１ａ及び陰極２１ｃに保護電流を電極保護整流器１５によって供給する。さらに、制御部１９は、電解システム１の運転停止中、陰極室２７ｃに水素ガスを供給し、陽極室２７ａに酸素ガスを供給する。このような構成により、上述したように、窒素ガスを電解槽２に供給しなくても、爆鳴気の発生を抑制することができる。また、陽極２１ａ及び陰極２１ｃに電極保護整流器１５によって供給する保護電流を大きくしなくても、爆鳴気の発生を抑制することができる。結果として、製品としての水素の品質が低下してしまうことを抑制しつつ、陽極２１ａ及び陰極２１ｃを保護することができる。

【0099】

上述した実施形態は代表的な例として説明したが、本開示の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本開示は、上述した実施形態によって制限するものと解するべきではなく、請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形又は変更が可能である。

【0100】

例えば、上述した実施形態では、水素タンク１２に貯留された水素ガスすなわち電解システム１で生成された水素ガスが電解槽２の陰極室２７ｃに供給されるものとして説明した。ただし、水素ガスを電解槽２の陰極用集液管ヘッダー３０ｃoに供給できれば、水素タンク１２に貯留された水素ガスすなわち電解システム１で生成された水素ガス以外の水素ガスが電解槽２の陰極用集液管ヘッダー３０ｃoに供給されてもよい。他の例として、電解システム１以外の装置等で生成された水素ガスが電解槽２の陰極用集液管ヘッダー３０ｃoに供給されてもよい。

【0101】

例えば、上述した実施形態では、酸素タンク５に貯留された酸素ガスすなわち電解システム１で生成された酸素ガスが電解槽２の陽極用集液管ヘッダー３０ａoに供給されるものとして説明した。ただし、酸素ガスを電解槽２の陽極用集液管ヘッダ―３０ａoに供給できれば、酸素タンク５に貯留された酸素ガスすなわち電解システム１で生成された酸素ガス以外の酸素ガスが電解槽２の陽極用集液管３０ａoに供給されてもよい。他の例として、電解システム１以外の装置等で生成された酸素ガスが電解槽２の陽極用集液管ヘッダー３０ａoに供給されてもよい。

【符号の説明】

【0102】

１：電解システム、２：電解槽、３：陽極タンク、４：センサ、５：酸素タンク、６：ファン、７：陰極タンク、８：センサ、９：スクラバー、１０：圧縮器、１１：水素ガス精製装置、１２：水素タンク、１３：整流器、１４：主整流器１５：電極保護整流器、１６：制御装置、１７：通信部、１８：記憶部、１９：制御部、２０：複極式エレメント、２１：電極、２１ａ：陽極、２１ｃ：陰極、２２：隔壁、２３：外枠、２４：隔膜、２５ａ：陽極ターミナルエレメント、２５ｇ：ファストヘッド、ルーズヘッド、２５ｃ：陰極ターミナルエレメント、２５ｉ：絶縁板、２５ｒ：タイロッド方式、２６：ガスケット部分、２７：電極室、２７ａ：陽極室、２７ｃ：陰極室、２７ａｉ：陽極電解液入口、２７ａｏ：陽極電解液出口、２７ｃｉ：陰極電解液入口、２７ｃｏ：陰極電解液出口、２７ｉ：電解液入口、２７ｏ：電解液出口、２８：電解セル、２９：陽極入口導管ホース、２９Ｏａｉ：陽極入口導管ホース、２９Ｏｃｉ：陰極入口導管ホース、２９Ｏａｏ：陽極出口導管ホース、２９Ｏｃｏ：陰極出口導管ホース、３０：ヘッダー、３０Ｏａｉ：陽極用配液管ヘッダー、３０Ｏｃｉ：陰極用配液管ヘッダー、３０Ｏａｏ：陽極用集液管ヘッダー、３０Ｏｃｏ：陰極用集液管ヘッダー、３１：整流板、Ｚ：ゼロギャップ構造

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】