特許 7293034 水電解装置及び水電解装置の制御方法

(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】2023-06-09

(45)【発行日】2023-06-19

(54)【発明の名称】水電解装置及び水電解装置の制御方法

(51)【国際特許分類】

   C25B 9/00 20210101AFI20230612BHJP

   C25B 9/15 20210101ALI20230612BHJP

   C25B 9/23 20210101ALI20230612BHJP

   C25B 11/081 20210101ALI20230612BHJP

   C25B 15/02 20210101ALI20230612BHJP

【ＦＩ】

C25B9/00 A

C25B9/15

C25B9/23

C25B11/081

C25B15/02

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2019146522

(22)【出願日】2019-08-08

(65)【公開番号】P2021025116

(43)【公開日】2021-02-22

【審査請求日】2022-02-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【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】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(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】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(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】100124372

【弁理士】

【氏名又は名称】山ノ井 傑

(74)【代理人】

【識別番号】100125151

【弁理士】

【氏名又は名称】新畠 弘之

(72)【発明者】

【氏名】中森 洋二

【審査官】瀧口 博史

(56)【参考文献】

【文献】特開平０３－１７７５９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２９０８７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１０４９５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３４２７７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０５４２６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１８５３８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５０６２８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０２８１３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１６５３８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５１１６９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０９００８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００４／０１０１７２３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２０１１９７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３４０７８９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０８９４０１５１（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２５Ｂ １／００ － １５／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一方の面にアノード極を設置し、他方の面にカソード極を設置した固体高分子電解質膜を用いて前記アノード極に供給された水を電気分解して、水素と酸素を発生する電解セルと、
前記電解セルの供給口から前記アノード極に供給される前記水を排出口側から排水し、前記排出口と前記供給口との間に存在する水の圧力を大気圧に対して負圧にするポンプと、
を備える、水電解装置。

【請求項2】

前記アノード極側の前記供給口との間に接続される第３配管を介して前記水を供給する第１水貯水部と、
前記電解セルの前記カソード極側の排出口との間に接続される第２配管を介して引き込まれた前記水素の水分を貯蔵する第２水貯水部と、
前記第３配管に設けられた第１弁と、前記第２配管に設けられた第２弁と、の開度をより小さくすると共に前記ポンプの出力を上げて前記水の負圧度を上昇させる制御部と、
を更に備える、請求項１に記載の水電解装置。

【請求項3】

前記制御部は、所定量の前記水素を生成するための前記電解セルの電圧が所定の閾値を超えた場合に、前記水の負圧度を上昇させる制御を実行することを特徴とする請求項２に記載の水電解装置。

【請求項4】

前記電解セルは、前記アノード極及び前記カソード極により相互に前記固体高分子電解質膜を相互に挟持し、
前記固体高分子電解質膜の前記アノード極に対向する面に配置されたアノード触媒層と、前記固体高分子電解質膜の前記カソード極に対向する面に配置されたカソード触媒層とを有し、
前記アノード触媒層は、イリジウムを含んで形成される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の水電解装置。

【請求項5】

前記アノード触媒層に含まれる前記イリジウムの重量当りの水蒸気吸着量が２５０～６５０［ｍ^２／ｇＩｒ］の範囲となるように調整されてなる、請求項４に記載の水電解装置。

【請求項6】

前記アノード触媒層のメソ細孔容積（単位：［ｃｍ^３／ｃｍ^３］）に対する、前記アノード触媒層における前記イリジウムの重量当りの水蒸気吸着量に対する比が７００［ｍ^２／ｇＩｒ］／［ｃｍ^３／ｃｍ^３］以上となるように調整されてなる、請求項４に記載の水電解装置。

【請求項7】

前記アノード触媒層のメソ細孔容積に対する、前記アノード触媒層における前記イリジウムの重量当りの窒素吸着量の比が７００［ｍ^２／ｇＩｒ］／［ｃｍ^３／ｃｍ^３］以上となるように調整されてなる、請求項４に記載の水電解装置。

【請求項8】

前記電解セルは、前記アノード極及び前記カソード極により相互に前記固体高分子電解質膜を相互に挟持し、
前記固体高分子電解質膜の前記アノード極に対向する面に配置されたアノード触媒層と、前記固体高分子電解質膜の前記カソード極に対向する面に配置されたカソード触媒層とを有し、
前記カソード触媒層は、白金を含む貴金属触媒担持カーボン粒子及び高分子電解質を含んで形成される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の水電解装置。

【請求項9】

前記カソード触媒層に含まれる前記白金の重量当りの水蒸気吸着量が２００～５００［ｍ^２／ｇＰｔ］の範囲となるように調整されてなる、請求項８に記載の水電解装置。

【請求項10】

前記カソード触媒層に含まれる前記白金の重量当りの窒素吸着量が２５０～６５０［ｍ^２／ｇＰｔ］の範囲となるように調整されてなる、請求項８に記載の水電解装置。

【請求項11】

前記カソード触媒層のメソ細孔容積（単位：［ｃｍ^３／ｃｍ^３］）に対する、前記カソード触媒層における前記白金の重量当りの水蒸気吸着量の比が６００［ｍ^２／ｇＰｔ］／［ｃｍ^３／ｃｍ^３］以上となるように調整されてなる、請求項８に記載の水電解装置。

【請求項12】

前記カソード触媒層のメソ細孔容積に対する、前記カソード触媒層における前記白金の重量当りの窒素吸着量の比が７００［ｍ^２／ｇＰｔ］／［ｃｍ^３／ｃｍ^３］以上となるように調整されてなる、請求項８に記載の水電解装置。

【請求項13】

一方の面にアノード極を設置し、他方の面にカソード極を設置した固体高分子電解質膜を用いて前記アノード極に供給された水を電気分解して、水素と酸素を発生する電解セルと、
前記電解セルの供給口から前記アノード極に供給される前記水を排出口側から排水し、前記排出口と前記供給口との間に存在する水の圧力を大気圧に対して負圧にするポンプと、
前記アノード極側の前記供給口との間に接続される第３配管を介して前記水を供給する第１貯水部と、
前記電解セルの前記カソード極側の排出口との間に接続される第２配管を介して引き込まれた前記水素の水分を貯蔵する第２貯水部と、
を備える水電解装置の制御方法であって、
前記電解セルの電圧が所定の閾値を超えた場合に、前記第３配管に設けられた第１弁と、前記第２配管に設けられた第２弁と、の開度を小さくすると共に前記ポンプの出力を上げる水電解装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、水電解装置及び水電解装置の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

固体高分子電解質膜を用いた水電解装置では、ポンプを電解セルの上流に設置し、加圧して水を電解セルのアノード極側に供給する。ところが、電解セルの運転時には、水の電気分解により発生したアノード極側の微小な酸素ガスが留まることがある。この微小な酸素ガスが留まった領域では水が触媒に到達できず一時的に機能が損なわれる。酸素ガスがさらに溜まり続けると、他の部位でも触媒機能が損なわれていき、電解セルのセル性能電圧が大きくなることで、電解効率が低下する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－１８５３８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

発明が解決しようとする課題は、電解効率の低下を抑制可能な水電解装置及び水電解装置の制御方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本実施形態によれば、水電解装置は、電解セルと、ポンプと、を備える。電解セルは、方の面にアノード極を設置し、他方の面にカソード極を設置した固体高分子電解質膜を用いてアノード極に供給された水を電気分解して、水素と酸素を発生する。ポンプは、電解セルの供給口からアノード極に供給される水を排出口側から排水し、水の圧力を大気圧に対して負圧にする。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】水電解装置の構成を示すブロック図。

【図2】電解セルの構成を示す図。

【図3】第２実施形態に係る水電解装置の構成図。

【図4】回復制御の一例を説明するフロチャート。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、本発明の実施形態に係る水電解装置及び水電解装置の制御方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。また、本実施形態で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号又は類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。

【0008】

（第１実施形態）
図１は、水電解装置１の構成を示すブロック図である。この図１に示すように、本実施形態に係る水電解装置１は、固体高分子電解質膜を用いて水素と酸素を発生する水電解装置の一例である。水電解装置１は、電解セル１０と、ポンプ２０と、水タンク３０と、熱交換器４０と、イオン交換樹脂部５０と、ドレンタンク６０と、給電部７０と、制御部８０と、水素計測部ｍ１０と、を備えて構成される。図１には更に、配管ｐ２～ｐ１２と、排出口ｅ２、ｅ６、ｅ１０と、供給口ｅ４、ｅ８と、が図示されている。水平面に平行で互いに垂直なＸ方向およびＹ方向と、この水平面に垂直なＺ方向とを示している。本明細書では、＋Ｚ方向を鉛直上方向として取り扱い、－Ｚ方向を鉛直下方向として取り扱う。

【0009】

図２は、電解セル１０の構成を示す図である。電解セル１０は、一方の面にアノード極１１０を設置し、他方の面にカソード極１１２を設置した固体高分子（ＰＥＭ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ）電解質膜１００を用いてアノード極１１０に供給された水を電気分解して、水素と酸素を発生する。

【0010】

電解セル１０は、固体高分子電解質膜１００と、アノード触媒層１０２と、カソード触媒層１０４と、アノード側多孔質給電体１０６と、カソード側多孔質給電体１０８と、アノード極１１０と、カソード極１１２と、を有する。アノード触媒層１０２、アノード側多孔質給電体１０６、及びアノード極１１０をアノードと呼び、カソード触媒層１０４、カソード側多孔質給電体１０８、及びカソード極１１２をカソードと呼ぶ場合がある。

【0011】

固体高分子電解質膜１００は、例えばスルホン酸基を有するフッ素系高分子を含んで構成される。固体高分子電解質膜１００は、アノード極１１０及びアノード極１１０により相互に挟持される。

【0012】

アノード触媒層１０２は、固体高分子電解質膜１００のアノード極１１０に対向する面に配置される。カソード触媒層１０４は、固体高分子電解質膜１００のカソード極１１２に対向する面に配置される。アノード触媒層１０２及びカソード触媒層１０４の詳細は後述する。

【0013】

アノード側多孔質給電体１０６は、アノード触媒層１０２とアノード極１１０との間に配置される。アノード側多孔質給電体１０６は、多孔質材で構成される。

【0014】

カソード側多孔質給電体１０８は、カソード触媒層１０４とカソード極１１２との間に配置される。カソード側多孔質給電体１０８は、多孔質材で構成される。

【0015】

アノード極１１０は、給電部７０の陽極に接続され、カソード極１１２は、給電部７０の陰極に接続される。これにより、固体高分子電解質膜１００の中を水素イオンが移動して、供給口ｅ８から供給された水Ｈ_２Ｏが電解される。このとき、アノード極１１０では、Ｈ_２Ｏ→２Ｈ^＋＋２ｅ^－＋１／２Ｏ_２の反応が起き、酸素Ｏ_２と未反応の水Ｈ_２Ｏが排出口ｅ２から排出される。

【0016】

一方で、カソード極１１２では、２Ｈ^＋＋２ｅ^－→Ｈ_２の反応が起き、水素Ｈ_２が排出口ｅ１０から排出される。このように電解セル１０内では、Ｈ_２Ｏ→Ｈ_２＋１／２Ｏ_２の反応が起きる。

【0017】

図１に示すように、電解セル１０の排出口ｅ２と水タンク３０との間には第１配管ｐ２が配置される。電解セル１０で発生した酸素と未反応の水とが第１配管ｐ２を介して水タンク３０に供給される。

【0018】

ポンプ２０は、第１配管ｐ２に配置され、電解セル１０の供給口ｅ８からアノード極１１０に供給される水を排出口ｅ２側から排水し、水の圧力を大気圧に対して負圧にする。すなわち、ポンプ２０は、電解セル１０の下流側から第１配管ｐ２を介して、電解セル１０で発生した酸素と未反応の水とを吸引し、水タンク３０に供給する。

【0019】

水タンク３０は、電解セル１０に供給する水を貯水する。また、水タンク３０の排出口ｅ６と、電解セル１０の供給口ｅ８とは、配管ｐ４で接続される。これから分かるように、ポンプ２０で第１配管ｐ２を介して、水を引っ張ることにより、水タンク３０から水を、配管ｐ４を介して電解セル１０のアノード極に供給する。このとき、電解セル１０の排出口ｅ２と供給口ｅ８との間に存在する水の圧力は、大気圧に対して負圧となる。なお、本実施形態に係る水タンク３０が第１水貯水部に対応し、配管ｐ４が第３配管に対応する。

【0020】

電解セル１０の排出口ｅ２と供給口ｅ８との間に存在する水が負圧となることで、アノード側多孔質給電体１０６の内部に滞留した酸素ガスの気泡が大きくなる。気泡が大きくなると隣接する気泡と合流してさらに大きな気泡となる。大きくなった気泡は水に引っ張られることによって排出口ｅ２を介して電解セル１０の外部に排出される。これにより、アノード側多孔質給電体１０６の内部で酸素ガスが滞留することを抑制可能となる。このように、酸素ガスの滞留が抑制されるので、アノード触媒層１０２により連続的に水が供給され、水の電気分解をより効率的に生じさせることができる。このとき、水の電気分解の分極は増加しないので、電解効率の低下も抑制できる。

【0021】

水タンク３０の上端部には配管ｐ６が接続され、水タンク３０内の酸素は配管ｐ６を介して供給先に供給される。

【0022】

熱交換器４０は、配管ｐ４内を流れる水の温度を所定値に調整する。また、イオン交換樹脂部５０は、配管ｐ４内を流れる水の不純物を除くことにより純水を生成し、電解セル１０に供給する。

【0023】

電解セル１０の排出口ｅ１０とドレンタンク６０との間には配管ｐ８が接続される。これにより、ドレンタンク６０は、配管ｐ８を介して水素とともに引き込まれた水蒸気を冷却し、生成した水分を貯蔵する。ドレンタンク６０の上端部には配管ｐ１０が接続され、水タンク３０内の酸素は配管ｐ１０を介して供給先に供給される。なお、本実施形態に係る配管ｐ８が第２配管に対応する。

【0024】

また、ドレンタンク６０と水タンク３０との間には、配管ｐ１２が接続される。これにより、ドレンタンク６０からも水タンク３０に水が供給される。なお、本実施形態に係るドレンタンク６０が第２水貯水部に対応する。

【0025】

給電部７０は、直流電源である。上述のように、給電部７０の陽極は、給電部７０のアノード極１１０に接続され、給電部７０の陰極は、カソード極１１２に接続される。

【0026】

制御部８０は、ＣＰＵ等の演算処理部と、各制御動作を実行するためのプログラムを格納した記憶部等から構成される。制御部８０は、水素計測部ｍ１０で計測される水素量に基づき、ポンプ２０の出力と、給電部７０の供給電力とを制御する。例えば、制御部８０は、電解セル１０で生成される水素量が予め定めた量となるように給電部７０が電解セル１０に供給する電圧と電流を制御する。

【0027】

以下にアノード触媒層１０２、及びカソード触媒層１０４の詳細な材料調製例について説明する。
［アノード触媒層１０２の材料調製］
本実施形態のアノード触媒層１０２は、イリジウムＩｒを含んで形成される。本実施形態で用いるイリジウムＩｒは、例えば酸化物ＩｒＯｘである。酸化物ＩｒＯｘは単体の微粒子でも良いが、ＴｉＯｘやＳｎＯｘ等の酸化物に微粒子を担持させても良い。また、イリジウムＩｒを含む物質として、白金、コバルト、パラジウム、ルテニウム、金、ロジウム、オスミウム、イリジウム等の金属、或いは上記金属の２種以上からなる合金、金属酸化物等を挙げることができる。アノード触媒層１０２は、これらの２種以上からなる合金、金属酸化物等を含んで形成してもよい。

【0028】

さらに、アノード触媒層１０２に用いる高分子電解質としては、水素イオン伝導性のスルホン酸基等を導入したフッ素系イオン交換樹脂等が適用可能であり、例えば、デュポン社製のパーフルオロカーボンスルホン酸高分子樹脂（Ｎａｆｉｏｎ）を用いる。また、ポリスルホン樹脂、リン酸基、ホスホン酸基又はカルボン酸基を有する高分子樹脂を用いても良い。

【0029】

続いて、酸化物ＩｒＯｘを含む粒子と、高分子電解質を含む溶液とを、純水或いは更にアルコール等の有機溶媒と共に加え、市販のホモジナイザー等による分散処理を行うことにより、触媒層形成用インクを作製する。ここで、触媒層形成用インクとして、酸化物ＩｒＯｘを含む粒子、高分子電解質を含む溶液、及び純水或いは有機溶媒の各々の組成比を変えて、多数種のインクを用意する。次に、触媒層形成用インクを、アノード側多孔質給電体１０６に塗布し、乾燥させることによってアノード触媒層１０２を形成する。或いは別途用意した塗布基材上に上記触媒層形成用インクを塗布し乾燥させたものを、固体高分子電解質膜１００に転写することによって固体高分子電解質膜１００上にアノード触媒層１０２を形成してもよい。

【0030】

即ち、アノード触媒層１０２の基板として、例えばカーボンペーパーを用いる。カーボンペーパーの面上にカーボン粉とフッ素樹脂粉末を混合して塗布焼成することにより、アノード側多孔質給電体１０６を形成しても良い。また、アノード側多孔質給電体１０６として、例えばチタンメッシュもしくはチタン不織布などのチタン多孔質体を用いてもよい。

【0031】

以下は電解セル１０について、排出口e２と供給口e８との間に存在する水の圧力を大気圧に対して負圧にし、一定の電力を電解セル１０に加えた条件下において、水素計測部m１０の水素製造量が大きくなり水素の生成効率が高くなるアノード触媒層の仕様を示す。

【0032】

例えば、アノード触媒層１０２の水蒸気吸着量が増えるに伴い水素の生成効率が向上する。より具体的には、アノード触媒層に含まれるIr重量当りの水素吸着量が250～650[m²/gIr]の範囲となるように調整すると、水素の生成効率が最も高くなる。

【0033】

また、アノード触媒層１０２のメソ細孔容積(単位：[cm³/cm³])に対する、アノード触媒層１０２のIr重量当りの水蒸気吸着量の比が700[m²/gIr]/[cm³/cm³]以上となるように調整すると、水素の生成効率が最も高くなる。

【0034】

さらにまた、アノード触媒層１０２のメソ細孔容積に対する、触媒層のIr重量当りの窒素吸着量の比が700[m²/gIr]/[cm³/cm³]以上となるように調整すると、水素の生成効率が最も高くなる。

【0035】

［カソード触媒層１０４の材料調製］
本実施形態のカソード触媒層１０４は、白金Ｐｔを含んで形成される。白金ｔを含む貴金属触媒担持カーボン粒子としては、一般的に使用されるものとしてカーボンブラック粉末、例えば、Ｋｅｔｊｅｎ ＥＣ（ケッチェンブラックインターナショナル社製）やＶｕｌｃａｎ（Ｃａｂｏｔ社製）、黒鉛、炭素繊維、活性炭、カーボンナノチューブ等が適用可能である。

【0036】

また、カーボン粒子に担持させる白金Ｐｔを含む貴金属触媒としては、白金Ｐｔに加え、コバルト、パラジウム、ルテニウム、金、ロジウム、オスミウム、イリジウム等の金属、或いは上記金属の２種以上からなる合金、金属酸化物等を挙げることができる。

【0037】

さらに、カソード触媒層１０４に用いる高分子電解質としては、水素イオン伝導性のスルホン酸基等を導入したフッ素系イオン交換樹脂等が適用可能であり、例えば、デュポン社製のパーフルオロカーボンスルホン酸高分子樹脂（Ｎａｆｉｏｎ）を用いる。また、ポリスルホン樹脂、リン酸基、ホスホン酸基又はカルボン酸基を有する高分子樹脂を用いても良い。

【0038】

続いて、白金Ｐｔを含む貴金属触媒担持カーボン粒子と、高分子電解質を含む溶液とを、純水或いは更にアルコール等の有機溶媒と共に加え、市販のホモジナイザー等による分散処理を行うことにより、触媒層形成用インクを作製した。ここで、触媒層形成用インクとして、白金Ｐｔを含む貴金属触媒担持カーボン粒子、高分子電解質を含む溶液、及び純水或いは有機溶媒の各々の組成比を変えて、多数種のインクを用意した。次に、触媒層形成用インクを、カソード側多孔質給電体１０８上に塗布し、乾燥させることによってカソード触媒層１０４を形成する。或いはまた、別途用意した塗布基材上にカソード触媒層１０４形成用インクを塗布し乾燥させたものを、固体高分子電解質膜１００に転写することによって固体高分子電解質膜１００上にカソード触媒層１０４を形成してもよい。

【0039】

カソード触媒層１０４の水蒸気吸着量が増えるに伴い水素の生成効率が向上する。より具体的には、カソード触媒層１０４に含まれる白金Ｐｔの重量当りの水蒸気吸着量が200～500[m²/gPt]の範囲となるように調整すると、水素の生成効率が最も高くなる。

【0040】

カソード触媒層１０４の窒素吸着量が増えるに伴い水素の生成効率が向上する。カソード触媒層１０４に含まれる白金Ｐｔの重量当りの窒素吸着量が250～650[m²/gPt]の範囲となるように調整すると、水素の生成効率が最も高くなる。

【0041】

また、カソード触媒層１０４のメソ細孔容積(単位：[cm³/cm³])に対する、カソード触媒層１０４のＰｔ重量当りの水蒸気吸着量の比が600[m²/gPt]/[cm³/cm³]以上となるように調整すると、水素の生成効率が最も高くなる。

【0042】

さらにまた、カソード触媒層１０４のメソ細孔容積に対する、カソード触媒層１０４の白金Ｐｔの重量当りの窒素吸着量の比が700[m²/gPt]/[cm³/cm³]以上となるように調整すると、水素の生成効率が最も高くなる。

【0043】

以上説明したように、本実施形態によれば、電解セル１０の供給口ｅ８からアノード極１１０に供給される水を排出口ｅ２側から排水し、水の圧力を大気圧に対して負圧にすることとした。これにより、アノード内部に酸素ガスが滞留することを抑制できる。このとき、水の電気分解の分極は増加しないので、電解効率の低下も抑制できる。

【0044】

（第２実施形態）
第２実施形態に係る水電解装置１は、電解セル１０の水素生成効率が低下した場合に、回復操作させる制御モードを有する点で、第１実施形態と相違する。以下では第１実施形態に係る水電解装置１と相違する点を説明する。

【0045】

図３は、第２実施形態に係る水電解装置１の構成図である。配管ｐ４に弁Ｖ１０を備え、配管ｐ８に弁Ｖ２０を更に備える。なお、本実施形態に係る弁Ｖ１０が第１弁に対応し、弁Ｖ２０が第２弁に対応する。

【0046】

水電解装置１の長期運転によって触媒の変質や不純物の混入によって、アノード触媒層１０２に酸素が溜まりやすくなるリスクがある。それに対応するため、制御部８０は、弁Ｖ１０及び弁Ｖ２０の開度を絞りながら、ポンプ２０の出力を上昇させる回復制御を行う。この回復制御によってアノード内部に滞留した微小な酸素ガスをさらに排出しやすくすることができる。

【0047】

図４は、第２実施形態に係る回復制御の一例を説明するフロチャートである。

【0048】

制御部８０は、水素計測部ｍ１０から水素製造量を取得する（ステップＳ１００）。続けて、制御部８０は、水素製造量が所定範囲内か否かを判定する（ステップＳ１０２）。制御部８０は、水素製造量が所定範囲内でない場合（ステップＳ１０２のＮＯ）、給電部７０が供給する電圧を所定量あげる制御を行う（ステップＳ１０４）。

【0049】

次に、制御部８０は、給電部７０が供給する電圧が所定値以上、例えば初期運転時の１０パーセントを超えたか否かを判定する（ステップＳ１０６）。所定値以上でない場合（ステップＳ１０６のＮＯ）、ステップＳ１００からの処理を繰り返す。一方で、所定値以上である場合（ステップＳ１０６のＹＥＳ）、制御部８０は、弁Ｖ１０及び弁Ｖ２０の開度を絞りながら、ポンプ２０の出力を上昇させる回復動作を行い（ステップＳ１０８）、ステップＳ１００からの処理を繰り返す。

【0050】

また、制御部８０は、水素製造量が所定範囲内である場合（ステップＳ１０２のＹＥＳ）、全体処理を終了するか否かを判定する（ステップＳ１１０）。全体処理を終了しないと判定する場合（ステップＳ１１０のＮＯ）、ステップＳ１００からの処理を繰り返す。一方で、全体処理を終了すると判定する場合（ステップＳ１１０のＹＥＳ）、全体処理を終了する。

【0051】

以上説明したように、本実施形態によれば、制御部８０は、所定量の水素を生成するために給電部７０が供給する電圧が所定値以上となった場合に、弁Ｖ１０及び弁Ｖ２０の開度を絞るとともに、ポンプ２０の出力を上昇させる回復動作をおこなうこととした。これにより、電解セル１０のアノード内部に滞留した微小な酸素ガスをさらに排出しやすくすることができる。

【0052】

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施す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。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、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。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】