特許 7541204 水電解システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-19

(45)【発行日】2024-08-27

(54)【発明の名称】水電解システム

(51)【国際特許分類】

   C25B 9/00 20210101AFI20240820BHJP

   C25B 1/04 20210101ALI20240820BHJP

   C25B 15/023 20210101ALI20240820BHJP

   C25B 15/027 20210101ALI20240820BHJP

【ＦＩ】

C25B9/00 A

C25B1/04

C25B15/023

C25B15/027

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2024015572

(22)【出願日】2024-02-05

【審査請求日】2024-02-05

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000220262

【氏名又は名称】東京瓦斯株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】坂野 亮太

【審査官】隅川 佳星

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－１７３７８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２０－５１８７２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０６３２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／００６８９７５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２３／０２８７５８４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】欧州特許出願公開第０３６４７４６８（ＥＰ，Ａ１）

【文献】欧州特許出願公開第０４１０８８０８（ＥＰ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１１６４９７３９９（ＣＮ，Ａ）

(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】

水電解セルスタックと、
前記水電解セルスタックと接続され、前記水電解セルスタックから排出された水を気体から分離する水分離器と、
水循環ポンプが設けられ、前記水分離器で分離された水を循環させる水循環路と、
前記水循環路と別経路とされて水供給ポンプが設けられ、前記水電解セルスタックへ水を供給する水供給路と、
前記水循環路に設けられたイオン交換樹脂と、
前記水循環路の前記イオン交換樹脂よりも上流側に設けられ、前記水供給路から前記水電解セルスタックへ供給される水の温度に基づいて、前記水循環路の水を冷却する熱交換器と、
を備え、
前記水供給ポンプで前記水電解セルスタックへ供給する水の流量を一定とし、前記イオン交換樹脂へ供給される水の温度がイオン交換樹脂適温となるように前記水循環ポンプで前記水循環路を循環させる水の流量を制御する、
水電解システム。

【請求項2】

水電解セルスタックと、
前記水電解セルスタックと接続され、前記水電解セルスタックから排出された水を気体から分離する水分離器と、
水循環ポンプが設けられ、前記水分離器で分離された水を循環させる水循環路と、
前記水循環路と別経路とされて水供給ポンプが設けられ、前記水電解セルスタックへ水を供給する水供給路と、
前記水循環路に設けられたイオン交換樹脂と、
前記水循環路の前記イオン交換樹脂よりも上流側に設けられ、前記水供給路から前記水電解セルスタックへ供給される水の温度に基づいて、前記水循環路の水を冷却する熱交換器と、
を備え、
前記水電解セルスタックで生成される水素の流量に応じて前記水供給ポンプで前記水電解セルスタックへ供給する水の流量を制御し、前記イオン交換樹脂へ供給される水の温度がイオン交換樹脂適温となるように前記水循環ポンプで前記水循環路を循環させる水の流量を制御する、
水電解システム。

【請求項3】

水電解セルスタックと、
前記水電解セルスタックと接続され、前記水電解セルスタックから排出された水を気体から分離する水分離器と、
水循環ポンプが設けられ、前記水分離器で分離された水を循環させる水循環路と、
前記水循環路と別経路とされて水供給ポンプが設けられ、前記水電解セルスタックへ水を供給する水供給路と、
前記水循環路に設けられたイオン交換樹脂と、
前記水循環路の前記イオン交換樹脂よりも上流側に設けられ、前記水供給路から前記水電解セルスタックへ供給される水の温度に基づいて、前記水循環路の水を冷却する熱交換器と、
を備え、
前記水電解セルスタックへ供給される水の温度と前記水電解セルスタックから排出された水の温度差に応じて前記水供給ポンプで前記水電解セルスタックへ供給する水の流量を制御し、前記イオン交換樹脂へ供給される水の温度がイオン交換樹脂適温となるように前記水循環ポンプで前記水循環路を循環させる水の流量を制御する、
水電解システム。

【請求項4】

水電解セルスタックと、
前記水電解セルスタックと接続され、前記水電解セルスタックから排出された水を気体から分離する水分離器と、
水循環ポンプが設けられ、前記水分離器で分離された水を循環させる水循環路と、
前記水循環路と別経路とされて水供給ポンプが設けられ、前記水電解セルスタックへ水を供給する水供給路と、
前記水循環路に設けられたイオン交換樹脂と、
前記水循環路の前記イオン交換樹脂よりも上流側に設けられ、前記水供給路から前記水電解セルスタックへ供給される水の温度に基づいて、前記水循環路の水を冷却する熱交換器と、
を備え、
前記水電解セルスタックへ供給される水の温度と前記水電解セルスタックから排出された水の温度差に応じて前記水供給ポンプで前記水電解セルスタックへ供給する水の流量を制御し、前記水循環路を循環する流量と前記水供給路における流量との比が一定になるように前記水循環ポンプで前記水循環路を循環させる水の流量を制御する、
水電解システム。

【請求項5】

水電解セルスタックと、
前記水電解セルスタックと接続され、前記水電解セルスタックから排出された水を気体から分離する水分離器と、
水循環ポンプが設けられ、前記水分離器で分離された水を循環させる水循環路と、
前記水循環路と別経路とされて水供給ポンプが設けられ、前記水電解セルスタックへ水を供給する水供給路と、
前記水循環路に設けられたイオン交換樹脂と、
前記水循環路の前記イオン交換樹脂よりも上流側に設けられ、前記水供給路から前記水電解セルスタックへ供給される水の温度に基づいて、前記水循環路の水を冷却する熱交換器と、
を備え、
前記水循環路を循環する流量と前記水供給路における流量との比が一定になるように前記水供給ポンプで前記水電解セルスタックへ供給する水の流量を制御し、前記イオン交換樹脂へ供給される水の温度がイオン交換樹脂適温となるように前記水循環路を循環する水の流量を制御する、
水電解システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水を電気分解して水素と酸素を発生させる水電解システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、固体高分子電解質膜を使用した水電解セルスタックで水を水素と酸素に電気分解する水分解システムが提案されている。当該水分解システムでは、水電解セルスタックから排出される水を循環させて利用する場合、純度の高い水を維持するために、イオン交換樹脂を用いて循環水中のイオンが除去される。

【0003】

一般的に、イオン交換樹脂を効率的に機能させる温度は、水電解セルスタックの効率的な作動温度よりも低く、水温について工夫が求められる。例えば、特許文献１では、常温の純水を供給して一部の循環水を排出することにより、イオン交換樹脂を用いることなく循環水の純度を維持している。

【0004】

しかしながら、循環水を一部排出するため、無駄が生じてしまう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許４３４７９７２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、上記事実を考慮してなされたものであり、循環水を無駄にすることなく、効率よく水電解セルスタックを作動させることが可能な水電解システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

第１の態様の水電解システムは、水電解セルスタックと、前記水電解セルスタックと接続され、前記水電解セルスタックから排出された水を気体から分離する水分離器と、水循環ポンプが設けられ、前記水分離器で分離された水を循環させる水循環路と、前記水循環路と別経路とされて水供給ポンプが設けられ、前記水電解セルスタックへ水を供給する水供給路と、前記水循環路に設けられたイオン交換樹脂と、前記水循環路の前記イオン交換樹脂よりも上流側に設けられ、前記水供給路から前記水電解セルスタックへ供給される水の温度に基づいて、前記水循環路の水を冷却する熱交換器と、を備えている。

【0008】

第１の態様の水電解システムでは、水分離器により水電解セルスタックから排出された水を気体から分離する。水分離器で分離された水を循環させる水循環路と、水電解セルスタックへ水を供給する水供給路とは別経路とされ、水循環路にイオン交換樹脂が設けられている。そして、水循環路のイオン交換樹脂よりも上流側に熱交換器が設けられ、熱交換器により、水供給路から水電解セルスタックへ供給される水の温度に基づいて、水循環路の水が冷却される。このように、水電解セルスタックへ水を供給する水供給路とイオン交換樹脂が設けられた水循環路を別経路とし、熱交換器により水循環路の水を冷却することにより、水供給路と水循環路の水温を異ならせることができる。そして、水供給路から水電解セルスタックへ供給される水の温度に基づいて、水循環路の水を冷却することにより、水電解セルスタックを効率的に作動させる水温に調整することができると共に、イオン交換樹脂へ供給される水を冷却することができる。これにより、循環水を排出せずにイオン交換を行いつつ、効率よく水電解セルスタックを作動させることができる。

【0009】

第２の態様の水電解システムは、前記水供給ポンプで前記水電解セルスタックへ供給する水の流量を一定とし、前記イオン交換樹脂へ供給される水の温度がイオン交換樹脂適温となるように前記水循環ポンプで前記水循環路を循環させる水の流量を制御する。

【0010】

第２の態様の水電解システムによれば、水供給ポンプを一定流量となるように作動させ、水循環ポンプをイオン交換樹脂へ供給される水の温度がイオン交換樹脂適温となるように流量制御することにより、簡易な制御で水電解セルスタックへ安定して水の供給を行うことができる。

【0011】

第３の態様の水電解システムは、前記水電解セルスタックで生成される水素の流量に応じて前記水供給ポンプで前記水電解セルスタックへ供給する水の流量を制御し、前記イオン交換樹脂へ供給される水の温度がイオン交換樹脂適温となるように前記水循環ポンプで前記水循環路を循環させる水の流量を制御する。

【0012】

第３の態様の水電解システムによれば、水供給ポンプを水電解セルスタックで生成される水素の流量に応じて流量制御し、水循環ポンプをイオン交換樹脂へ供給される水の温度がイオン交換樹脂適温となるように流量制御することにより、簡易な制御でイオン交換樹脂を効率的に機能させることができる。

【0013】

第４の態様の水電解システムは、前記水電解セルスタックへ供給される水の温度と前記水電解セルスタックから排出された水の温度差に応じて前記水供給ポンプで前記水電解セルスタックへ供給する水の流量を制御し、前記イオン交換樹脂へ供給される水の温度がイオン交換樹脂適温となるように前記水循環ポンプで前記水循環路を循環させる水の流量を制御する。

【0014】

第４の態様の水電解システムによれば、水供給ポンプを水電解セルスタックへ供給される水の温度と水電解セルスタックから排出された水の温度差に応じて流量制御し、水循環ポンプをイオン交換樹脂へ供給される水の温度がイオン交換樹脂適温となるように流量制御することにより、簡易な制御でイオン交換樹脂を効率的に機能させることができる。

【0015】

第５の態様の水電解システムは、前記水電解セルスタックへ供給される水の温度と前記水電解セルスタックから排出された水の温度差に応じて前記水供給ポンプで前記水電解セルスタックへ供給する水の流量を制御し、前記水循環路を循環する流量と前記水供給路における流量との比が一定になるように前記水循環ポンプで前記水循環路を循環させる水の流量を制御する。

【0016】

第５の態様の水電解システムによれば、水供給ポンプを水電解セルスタックへ供給される水の温度と水電解セルスタックから排出された水の温度差に応じて流量制御し、水循環ポンプを水循環路を循環する流量と水供給路における流量との比が一定になるように流量制御する。これにより、水電解セルスタックへ安定して水を供給することができる。

【0017】

第６の態様の水電解システムは、前記水循環路を循環する流量と前記水供給路における流量との比が一定になるように前記水供給ポンプで前記水電解セルスタックへ供給する水の流量を制御し、前記イオン交換樹脂へ供給される水の温度がイオン交換樹脂適温となるように前記水循環路を循環する水の流量を制御する。

【0018】

第６の態様の水電解システムによれば、水供給ポンプを水循環路を循環する流量と水供給路における流量との比が一定になるように流量制御し、水循環ポンプをイオン交換樹脂へ供給される水の温度がイオン交換樹脂適温となるように流量制御する。これにより、水電解セルスタックへ安定して水を供給することができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明に係る水電解システムによれば、循環水を無駄にすることなく、効率よく水電解セルスタックを作動させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】第１実施形態に係る水電解システムの構成を模式的に示すブロック図である。

【図2】第１実施形態に係る水電解システムの制御部との接続を示すブロック図である。

【図3】第２実施形態に係る水電解システムの構成を模式的に示すブロック図である。

【図4】第２実施形態に係る水電解システムの制御部との接続を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づき説明する。

【0022】

［第１実施形態］
図１には、本発明の第１実施形態に係る水電解システム１０Ａが示されている。水電解システム１０Ａは、水電解セルスタック１２、水分離器１４、イオン交換樹脂１６、及び熱交換器２４を備えている。なお、図１、３における点線は、実際の接続関係と異なる機能的な関係を示す場合を含んでいる。

【0023】

水電解セルスタック１２は、電解質膜を挟んでアノードとカソードを形成する水電解セルを積層して形成されている。水電解セルスタック１２では、通電により、アノードに供給された水が電気分解され、アノードに酸素が発生し、カソードに水素が発生する。水電解セルスタック１２は、ＤＣ電源装置ＤＣを介して制御部４０と接続されており、制御部４０により通電量が制御され、水電解量が制御されている。水電解セルスタック１２のアノード側入口には、水供給路３２の一端が接続され、水供給路３２から水が供給される。水電解セルスタック１２のカソード側出口には、水素送出路１２Ａが接続されており、水素送出路１２Ａから水素が送出される。水電解セルスタック１２のアノード側出口には、水酸素送出路１２Ｂの一端が接続されており、水酸素送出路１２Ｂから酸素と水が送出される。水酸素送出路１２Ｂの他端は、水分離器１４に接続されている。

【0024】

水分離器１４は、水酸素送出路１２Ｂからの酸素と水を分離すると共に、分離された水を貯留する。水分離器１４には、酸素送出路１４Ａが接続されており、酸素送出路１４Ａから酸素が送出される。水分離器１４には、水供給路３２の他端が接続されており、水供給路３２には、水供給ポンプ３８が設けられている。水供給ポンプ３８により、水分離器１４から水電解セルスタック１２へ水が供給される。水供給ポンプ３８は、制御部４０と接続され、制御部４０により出力が制御されている。本実施形態では、水供給ポンプ３８は一定流量を流すように設定されている。以下、水供給ポンプ３８で送出する水の流量を「水供給流量Ｆ２」と称する。

【0025】

水分離器１４には、純水供給路２２を介して純水供給装置２０が接続されている。純水供給路２２には調整バルブ２１が設けられている。水分離器１４には水位計２３が設けられており、水位計２３により検知された水位が所定以下となった場合に、調整バルブ２１が開放され、純水供給装置２０から水分離器１４へ純水が供給される。

【0026】

水分離器１４には、水循環路３０の一端及び他端が接続されており、水循環路３０には、水循環ポンプ３６が設けられている。水循環ポンプ３６により、水分離器１４から水が送出され、後述する熱交換器２４、イオン交換樹脂１６を経て、水分離器１４へ水が戻される。以下、水循環ポンプ３６で循環させる水の流量を「水循環流量Ｆ１」と称する。水循環ポンプ３６は、制御部４０と接続され、制御部４０により出力が制御されている。

【0027】

なお、水循環路３０の他端（下流端）は、後述する水供給路３２の水供給ポンプ３８よりも上流側に接続してもよい。

【0028】

水循環路３０の水循環ポンプ３６よりも下流側には、イオン交換樹脂１６が設けられている。イオン交換樹脂１６は、水をイオン交換処理して循環水中の不純物を除去し、電気抵抗率を理論純水の電気抵抗率に近い値に維持する。

【0029】

水循環路３０のイオン交換樹脂１６よりも上流側、且つ、水循環ポンプ３６よりも下流側には、熱交換器２４が設けられている。熱交換器２４は、内部に供給される熱媒体により水循環路３０を流れる水を冷却する。熱交換器２４内へ供給される熱媒体の流量は、流量調整弁２６により調整される。

【0030】

なお、熱交換器２４としては、冷却水を用いる場合だけでなく、ラジエーターのように空気を用いて冷却してもよい。この場合には、ファンの回転数を変えることにより、冷却度を調整することができる。

【0031】

水供給路３２の水供給ポンプ３８よりも下流側には、スタック温度センサ３２Ｔが設けられている。スタック温度センサ３２Ｔは、水電解セルスタック１２へ供給される直前の水供給路３２を流れる水の温度を検知する。スタック温度センサ３２Ｔは、流量調整弁２６と接続されている。流量調整弁２６は、スタック温度センサ３２Ｔで検知された温度に基づいて、熱交換器２４へ供給する熱媒体の流量を制御する。

【0032】

なお、水電解セルスタック１２へ供給される水の温度は、水電解セルスタック１２から排出される水の温度から推定することもできる。

【0033】

具体的には、熱交換器２４内へ供給される熱媒体の流量は、スタック温度センサ３２Ｔで検知される温度を常時フィードバックし、水電解セルスタック１２へ供給される水の温度が水電解適温Ｔ２となるように設定されている。水電解適温Ｔ２は、水電解セルスタック１２の効率的な作動温度（水電解時におけるエネルギー効率を高める温度）として設定されており、７０℃～１００℃の範囲で設定される。スタック温度センサ３２Ｔで検知された温度が水電解適温Ｔ２よりも高ければ、流量調整弁２６の開度を上げて熱交換器２４での熱交換量を増やして循環水をより冷却する。スタック温度センサ３２Ｔで検知された温度が水電解適温Ｔ２よりも低ければ、流量調整弁２６の開度を下げて熱交換器２４での熱交換量を減じて循環水の冷却度を制限する。

【0034】

水循環路３０のイオン交換樹脂１６よりも上流側、且つ熱交換器２４よりも下流側には、イオン交換温度センサ３０Ｔが設けられている。イオン交換温度センサ３０Ｔは、イオン交換樹脂１６へ供給される直前の水循環路３０を流れる水の温度を検知する。イオン交換温度センサ３０Ｔは、水循環ポンプ３６と接続されている。水循環ポンプ３６は、制御部４０からの指示と共に、イオン交換温度センサ３０Ｔで検知された温度に基づいて、水循環ポンプ３６の出力が制御され、水循環路３０を循環する水の流量（水循環流量Ｆ１）を制御する。

【0035】

なお、イオン交換樹脂１６へ供給される水の温度は、イオン交換樹脂１６の下流側での水の温度から推定することもできる。

【0036】

具体的には、イオン交換樹脂１６へ供給される水の温度が、イオン交換樹脂１６での適温であるイオン交換樹脂適温Ｔ１となるように、水循環流量Ｆ１を調整する。イオン交換樹脂適温Ｔ１は、イオン交換樹脂１６を効率的に機能させる温度（イオン交換を促進できる温度）として設定されており、４０℃～７０℃の範囲で設定される。イオン交換温度センサ３０Ｔで検知された温度がイオン交換樹脂適温Ｔ１よりも高ければ、水循環ポンプ３６の出力を下げて、循環水が熱交換器２４内を通過する時間を長くし、熱交換器２４で循環水をより冷却して送出させる。イオン交換温度センサ３０Ｔで検知された温度がイオン交換樹脂適温Ｔ１よりも低ければ、水循環ポンプ３６の出力を上げて、循環水が熱交換器２４内を通過する時間を短くし、熱交換器２４での循環水の冷却度を制限して送出させる。

【0037】

イオン交換樹脂適温Ｔ１は、水電解適温Ｔ２よりも低温とされており、水循環ポンプ３６で水循環路３０を循環させる水の流量（水循環流量Ｆ１）は、水供給ポンプ３８で水電解セルスタック１２へ供給する水の流量（水供給流量Ｆ２）よりも少なく設定されている。一例として、水電解セルスタック１２へ供給される水の電気抵抗率を、許容範囲内である７ＭΩ・ｃｍ以上とする場合、水電解適温Ｔ２を７０℃～８０℃に設定し、イオン交換樹脂適温Ｔ１を５０℃～６０℃程度に設定すると、水循環流量Ｆ１は、水供給流量Ｆ２の１０％～２０％に設定することができる。

【0038】

制御部４０は、図２に示されるように、ＤＣ電源装置ＤＣ、調整バルブ２１、水位計２３、流量調整弁２６、イオン交換温度センサ３０Ｔ、スタック温度センサ３２Ｔ、水循環ポンプ３６、水供給ポンプ３８と接続されている。制御部４０は、ＤＣ電源装置ＤＣを介して水電解セルスタック１２と接続されている。制御部４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）４２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）４３と、入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）４４と、記憶部４５と、を備えている。

【0039】

ＣＰＵ４１、ＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３、及びＩ／Ｏ４４は、バス４６を介して各々接続されている。Ｉ／Ｏ４４には、記憶部４５を含む各機能部が接続されている。これらの各機能部は、Ｉ／Ｏ４４を介して、ＣＰＵ４１と相互に通信可能とされる。

【0040】

記憶部４５としては、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、フラッシュメモリ等が用いられる。記憶部４５には、水電解システム１０Ａの各部を制御するための制御プログラムや、各種のデータ（一例としてイオン交換樹脂適温Ｔ１、水電解適温Ｔ２、水循環流量Ｆ１、水供給流量Ｆ２）が記憶される。なお、この制御プログラム、各種データは、ＲＯＭ４２に記憶されていてもよい。

【0041】

本実施形態の水電解システム１０Ａによれば、水電解セルスタック１２へ水を供給する水供給路３２とイオン交換樹脂１６が設けられた水循環路３０を別経路とし、熱交換器２４により水循環路の水を冷却している。したがって、水供給路３２と水循環路３０の水温を異ならせることができ、イオン交換樹脂適温Ｔ１を水電解適温Ｔ２よりも低温として、イオン交換樹脂１６を効率的に機能させると共に、水電解セルスタック１２も効率的に作動させることができる。

【0042】

また、本実施形態では、水電解セルスタック１２から排出された水を循環させてイオン交換樹脂１６で不純物を除去しつつ用いるので、水を廃棄する必要がなく、循環水を無駄なく使用することができる。

【0043】

また、本実施形態では、水供給ポンプ３８で送出する水供給流量Ｆ２を一定流量に設定しているので、簡易に安定して水電解セルスタック１２へ水を供給することができる。

【0044】

なお、本実施形態では、水供給ポンプ３８で送出する水供給流量Ｆ２を一定流量に設定したが、水電解セルスタック１２の負荷に応じて水供給流量Ｆ２を変動させてもよい。この場合には、制御部４０に入力された水素発生量に応じて、水供給ポンプ３８で送出する水供給流量Ｆ２を変動させる。

【0045】

［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態では第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して図示し、その詳細な説明は省略する。

【0046】

本実施形態の水電解システム１０Ｂは、図３に示されるように、水酸素送出路１２Ｂに、スタック排出温度センサ３３Ｔが設けられている。スタック排出温度センサ３３Ｔは、水電解セルスタック１２から水酸素送出路１２Ｂへ送出された水及び酸素の混合流体の温度を検知する。スタック排出温度センサ３３Ｔは、スタック温度センサ３２Ｔ及び水供給ポンプ３８と接続されている。スタック排出温度センサ３３Ｔで検知された温度とスタック温度センサ３２Ｔで検知された温度との差分に基づいて、制御部４０からの指示と共に水供給ポンプ３８の出力が制御される。具体的には、スタック排出温度センサ３３Ｔで検知された温度とスタック温度センサ３２Ｔで検知された温度との差分が所定の昇温範囲に維持されるように、水供給流量Ｆ２を変動させる。

【0047】

一例として、水電解セルスタック１２へ供給される水の電気抵抗率を、許容範囲内である７ＭΩ・ｃｍ以上とする場合、水電解適温Ｔ２を７０℃～８０℃に設定し、イオン交換樹脂適温Ｔ１を５０℃～６０℃程度に設定すると、水循環流量Ｆ１は、水供給流量Ｆ２の１０％～２０％に設定することができる。

【0048】

水循環ポンプ３６で水循環路３０を循環させる水の流量（水循環流量Ｆ１）は、第１実施形態と同様に、イオン交換温度センサ３０Ｔで検知された温度に基づいて、イオン交換樹脂１６へ供給される水の温度が、イオン交換樹脂適温Ｔ１となるように制御される。また、熱交換器２４内へ供給される熱媒体の流量も、第１実施形態と同様に、スタック温度センサ３２Ｔで検知される温度に基づいて、水電解セルスタック１２へ供給される水の温度が水電解適温Ｔ２となるように制御される。

【0049】

制御部４０は、図４に示されるように、ＤＣ電源装置ＤＣ、調整バルブ２１、水位計２３、流量調整弁２６、イオン交換温度センサ３０Ｔ、スタック温度センサ３２Ｔ、スタック排出温度センサ３３Ｔ、水循環ポンプ３６、水供給ポンプ３８と接続されている。

【0050】

本実施形態の水電解システム１０Ｂによれば、スタック排出温度センサ３３Ｔで検知された温度とスタック温度センサ３２Ｔで検知された温度との差分に基づいて、水供給ポンプ３８の出力を制御して水供給流量Ｆ２を変動させるので、供給水で安定して水電解セルスタック１２を冷却して作動させることができる。

【0051】

なお、本実施形態では、第１実施形態と同様に、イオン交換温度センサ３０Ｔで検知された温度に基づいて、水循環ポンプ３６の出力を制御したが、水循環ポンプ３６の出力を、水循環流量Ｆ１と水供給流量Ｆ２の比が一定となるように制御してもよい。

【0052】

また、第１実施形態と同様に、イオン交換温度センサ３０Ｔで検知された温度に基づいて、イオン交換樹脂１６へ供給される水の温度が、イオン交換樹脂適温Ｔ１となるように水循環ポンプ３６の出力を制御しつつ、水供給ポンプ３８の出力を、水循環流量Ｆ１と水供給流量Ｆ２の比が一定となるように制御してもよい。

【符号の説明】

【0053】

１０Ａ、１０Ｂ 水電解システム
１２ 水電解セルスタック
１４ 水分離器
１６ イオン交換樹脂
２４ 熱交換器
３０ 水循環路
３２ 水供給路
３６ 水循環ポンプ
３８ 水供給ポンプ
４０ 制御部
Ｔ１ イオン交換樹脂適温
Ｔ２ 水電解適温

【要約】

【課題】循環水を無駄にすることなく、効率よく水電解セルスタックを作動させる。
【解決手段】水電解システム１０Ａは、水電解セルスタック１２と、水電解セルスタック１２と接続され、水電解セルスタック１２から排出された水を気体から分離する水分離器１４と、水循環ポンプ３６が設けられ、水分離器１４で分離された水を循環させる水循環路３０と、水循環路３０と別経路とされて水供給ポンプ３８が設けられ、水電解セルスタック１２へ水を供給する水供給路３２と、水循環路３０に設けられたイオン交換樹脂１６と、水循環路３０のイオン交換樹脂１６よりも上流側に設けられ、水供給路３２から水電解セルスタック１２へ供給される水の温度に基づいて、水循環路３０の水を冷却する熱交換器２４と、を備えている。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】