特許 7563256 水電解システム、水電解システムの制御方法、および水電解方法

(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】2024-09-30

(45)【発行日】2024-10-08

(54)【発明の名称】水電解システム、水電解システムの制御方法、および水電解方法

(51)【国際特許分類】

   C25B 15/02 20210101AFI20241001BHJP

   C25B 1/04 20210101ALI20241001BHJP

   C25B 9/00 20210101ALI20241001BHJP

【ＦＩ】

C25B15/02

C25B1/04

C25B9/00 A

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021040316

(22)【出願日】2021-03-12

(65)【公開番号】P2022139785

(43)【公開日】2022-09-26

【審査請求日】2023-03-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100160691

【弁理士】

【氏名又は名称】田邊 淳也

(74)【代理人】

【識別番号】100144510

【弁理士】

【氏名又は名称】本多 真由

(72)【発明者】

【氏名】植田 忠伸

(72)【発明者】

【氏名】村田 元

(72)【発明者】

【氏名】関 純太郎

【審査官】萩原 周治

(56)【参考文献】

【文献】特表２０２０－５１８７１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１４３３４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１９４９１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５９－１７０２８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０３１７８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１２３９５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２７７０８９（ＪＰ，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】

水電解システムであって、
アノードと、アノード室と、カソードと、カソード室と、を備え、水を電気分解することで、前記アノードで酸素を生成し、前記カソードで水素を生成する水電解槽と、
前記水電解槽の前記アノード室内を、アノード第１方向に流れるように前記水を供給可能であり、かつ、前記アノード第１方向と略逆方向のアノード第２方向に流れるように前記水を供給可能である、水供給部と、
前記水供給部を制御して、前記水電解槽の前記アノード室における前記水の流れ方向を、前記アノード第１方向と、前記アノード第２方向と、に切替える制御部と、
を備え、
前記水電解槽は、
前記水が入出する第１アノード口部と、
前記第１アノード口部に対して、前記アノード室を介して略対向する位置に配置され、前記水が入出する第２アノード口部と、
を備え、
前記制御部は、
前記第１アノード口部を前記水の入口とし、前記第２アノード口部を前記水の出口とする第１条件と、前記第２アノード口部を前記水の入口とし、前記第１アノード口部を前記水の出口とする第２条件とを切替えさせることにより、前記水の流れ方向を前記アノード第１方向と、前記アノード第２方向と、に切替えさせ、
前記水電解システムは、
前記第１アノード口部内の温度を測定する第１温度測定部と、
前記第２アノード口部内の温度を測定する第２温度測定部と、
を、さらに備え、
前記制御部は、
前記第１温度測定部および前記第２温度測定部による測定結果を用いて、前記第１アノード口部の温度と、前記第２アノード口部の温度と、が時間的に略均一になるように、前記アノード室の前記水の流れ方向を切り替える、
水電解システム。

【請求項2】

水電解システムであって、
アノードと、アノード室と、カソードと、カソード室と、を備え、水を電気分解することで、前記アノードで酸素を生成し、前記カソードで水素を生成する水電解槽と、
前記水電解槽の前記アノード室内を、アノード第１方向に流れるように前記水を供給可能であり、かつ、前記アノード第１方向と略逆方向のアノード第２方向に流れるように前記水を供給可能である、水供給部と、
前記水供給部を制御して、前記水電解槽の前記アノード室における前記水の流れ方向を、前記アノード第１方向と、前記アノード第２方向と、に切替える制御部と、
前記アノード室の内部の温度を測定する内部温度測定部と、
を備え、
前記制御部は、
前記内部温度測定部による測定結果を用いて、前記アノード室の内部の温度が時間的に略均一になるように、前記アノード室の前記水の流れ方向を切り替える、
水電解システム。

【請求項3】

請求項２に記載の水電解システムであって、
前記水電解槽は、
前記水が入出する第１アノード口部と、
前記第１アノード口部に対して、前記アノード室を介して略対向する位置に配置され、前記水が入出する第２アノード口部と、
を備え、
前記制御部は、
前記第１アノード口部を前記水の入口とし、前記第２アノード口部を前記水の出口とする第１条件と、前記第２アノード口部を前記水の入口とし、前記第１アノード口部を前記水の出口とする第２条件とを切替えさせることにより、前記水の流れ方向を前記アノード第１方向と、前記アノード第２方向と、に切替えさせる、
水電解システム。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずか一項に記載の水電解システムであって、
前記水電解槽の前記カソード室内を、カソード第１方向に流れるように、前記カソードで生成された水素を排出させることが可能であり、かつ、前記カソード第１方向と略逆方向のカソード第２方向に流れるように前記水素を排出させることが可能である、水素排出部を備え、
前記制御部は、
前記水素排出部を制御して、前記水電解槽の前記カソード室における前記水素の流れ方向を、前記カソード第１方向と、前記カソード第２方向と、に切替える、
水電解システム。

【請求項5】

請求項４に記載の水電解システムであって、
前記アノード室の前記水の流れ方向と、前記カソード室の前記水素の流れ方向は、対向している、
水電解システム。

【請求項6】

水電解システムであって、
アノードと、アノード室と、カソードと、カソード室と、を備え、水を電気分解することで、前記アノードで酸素を生成し、前記カソードで水素を生成する水電解槽と、
前記水電解槽の前記アノード室内を、アノード第１方向に流れるように前記水を供給可能であり、かつ、前記アノード第１方向と略逆方向のアノード第２方向に流れるように前記水を供給可能である、水供給部と、
前記水供給部を制御して、前記水電解槽の前記アノード室における前記水の流れ方向を、前記アノード第１方向と、前記アノード第２方向と、に切替える制御部と、
前記水電解槽の前記カソード室内を、カソード第１方向に流れるように、前記カソードで生成された水素を排出させることが可能であり、かつ、前記カソード第１方向と略逆方向のカソード第２方向に流れるように前記水素を排出させることが可能である、水素排出部と、を備え、
前記制御部は、
さらに、前記水素排出部を制御して、前記水電解槽の前記カソード室における前記水素の流れ方向を、前記カソード第１方向と、前記カソード第２方向と、に切替え、
前記アノード室の前記水の流れ方向と、前記カソード室の前記水素の流れ方向は、対向している、
水電解システム。

【請求項7】

請求項６に記載の水電解システムであって、
前記水電解槽は、
前記水が入出する第１アノード口部と、
前記第１アノード口部に対して、前記アノード室を介して略対向する位置に配置され、前記水が入出する第２アノード口部と、
を備え、
前記制御部は、
前記第１アノード口部を前記水の入口とし、前記第２アノード口部を前記水の出口とする第１条件と、前記第２アノード口部を前記水の入口とし、前記第１アノード口部を前記水の出口とする第２条件とを切替えさせることにより、前記水の流れ方向を前記アノード第１方向と、前記アノード第２方向と、に切替えさせる、
水電解システム。

【請求項8】

請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の水電解システムであって、
前記制御部は、
前記アノード室の前記水の流れ方向の切替と、前記カソード室の前記水素の流れ方向の切替と、を同期させる、
水電解システム。

【請求項9】

水電解システムの制御方法であって、
前記水電解システムは、アノードと、アノード室と、カソードと、カソード室と、を備え、水を電気分解することで、前記アノードで酸素を生成し、前記カソードで水素を生成する水電解槽と、
前記水電解槽の前記アノード室内を、アノード第１方向に流れるように前記水を供給可能であり、かつ、前記アノード第１方向と略逆方向のアノード第２方向に流れるように前記水を供給可能である、水供給部と、を備え、
前記水電解槽は、
前記水が入出する第１アノード口部と、
前記第１アノード口部に対して、前記アノード室を介して略対向する位置に配置され、前記水が入出する第２アノード口部と、
を備え、
前記水電解システムは、
前記第１アノード口部内の温度を測定する第１温度測定部と、
前記第２アノード口部内の温度を測定する第２温度測定部と、
を、さらに備えており、
前記水供給部を制御して、前記水電解槽の前記アノード室における前記水の流れ方向を、前記アノード第１方向と、前記アノード第２方向と、に切替える際に、
前記第１アノード口部を前記水の入口とし、前記第２アノード口部を前記水の出口とする第１条件と、前記第２アノード口部を前記水の入口とし、前記第１アノード口部を前記水の出口とする第２条件とを切替えさせることにより、前記水の流れ方向を前記アノード第１方向と、前記アノード第２方向と、に切替え、
前記第１温度測定部および前記第２温度測定部による測定結果を用いて、前記第１アノード口部の温度と、前記第２アノード口部の温度と、が時間的に略均一になるように、前記アノード室の前記水の流れ方向を切り替える、
水電解システムの制御方法。

【請求項10】

水電解方法であって、
アノードと、アノード室と、カソードと、カソード室と、を備え、水を電気分解することで、前記アノードで酸素を生成し、前記カソードで水素を生成する水電解槽に対して、
前記水電解槽の前記アノード室内を、アノード第１方向に流れるように、前記水を供給する第１水供給工程と、
前記水電解槽に対して、前記水電解槽の前記アノード室内を、前記アノード第１方向と略逆方向のアノード第２方向に流れるように前記水を供給する第２水供給工程と、を備え、
前記水電解槽は、
前記水が入出する第１アノード口部と、
前記第１アノード口部に対して、前記アノード室を介して略対向する位置に配置され、前記水が入出する第２アノード口部と、
を備え、
前記第１水供給工程において、前記第１アノード口部を前記水の入口とし、前記第２アノード口部を前記水の出口とする方向を前記アノード第１方向とし、
前記第２水供給工程において、前記第２アノード口部を前記水の入口とし、前記第１アノード口部を前記水の出口とする方向を前記アノード第２方向とし、
前記第１アノード口部の温度と、前記第２アノード口部の温度と、が時間的に略均一になるように、前記アノード室の前記水の流れ方向を切り替える、
水電解方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水電解システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、水の電気分解によって水素と酸素を生成する水電解槽を備える水電解システムが知られている。水の電気分解には過電圧が必要であるため、水電解槽において発熱が生じる。複数の水電解セルが互いに積層された水電解槽を備える水電解システムにおいて、水電解槽の運転時において、複数の水電解セルにおける積層方向の中央部に位置する水電解セルが端部に位置する水電解セルよりも高温になり易いという問題がある。これに対し、水電解槽の各セルへの供給水量が一定となるように設計することにより、複数の水電解セルの間の温度差を小さくする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－１２３８９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

水電解システムにおいて、水電解槽に対して比較的低温の水が供給されると、上述の通り、水電解における過電圧により発熱するため、水電解セル内では、水の流れの下流ほど水温が高くなる。水電解セル内において、このような温度分布が生じると、高温部分において電極触媒が溶出し、耐久性が低下する虞がある。特許文献１記載の技術によれば、複数の水電解セル間の温度差を小さくすることができるものの、各水電解セル内での温度分布（温度差）は回避できない。

【0005】

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、水電解システムにおいて、水電解セル（水電解槽）内の温度分布（温度差）を抑制する技術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】

【0006】

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

【0007】

（１）本発明の一形態によれば、水電解システムが提供される。この水電解システムは、アノードと、アノード室と、カソードと、カソード室と、を備え、水を電気分解することで、前記アノードで酸素を生成し、前記カソードで水素を生成する水電解槽と、前記水電解槽の前記アノード室内を、アノード第１方向に流れるように前記水を供給可能であり、かつ、前記アノード第１方向と略逆方向のアノード第２方向に流れるように前記水を供給可能である、水供給部と、前記水供給部を制御して、前記水電解槽の前記アノード室における前記水の流れ方向を、前記アノード第１方向と、前記アノード第２方向と、に切替える制御部と、を備える。

【0008】

この構成によれば、アノード室内の水の流れ方向を、アノード第１方向と、アノード第１方向と略逆方向のアノード第２方向に切替えることができる。水電解では、過電圧や電流集中により、発熱が生じるため、アノード室の水温が上昇するものの、アノード室内の水の流れが変更されることにより、供給水による冷却と温度上昇がバランスして、アノード室内の温度差が抑制され、局所的な高温部の形成が抑制される。そのため、アノード室内の水の温度上昇によるアノード触媒の腐食を抑制することができ、水電解システムの耐久性を向上させることができる。

【0009】

（２）上記形態の水電解システムであって、前記水電解槽は、前記水が入出する第１アノード口部と、前記第１アノード口部に対して、前記アノード室を介して略対向する位置に配置され、前記水が入出する第２アノード口部と、を備え、前記制御部は、前記第１アノード口部を前記水の入口とし、前記第２アノード口部を前記水の出口とする第１条件と、前記第２アノード口部を前記水の入口とし、前記第１アノード口部を前記水の出口とする第２条件とを切替えさせることにより、前記水の流れ方向を前記アノード第１方向と、前記アノード第２方向と、に切替えさせてもよい。このようにすると、水の流れ方向を、容易に、アノード第１方向と、アノード第２方向とに、切替えることができる。

【0010】

（３）上記形態の水電解システムであって、前記制御部は、前記アノード室の前記水の流れ方向を、時間に応じて切り替えてもよい。このようにすると、アノード室内の流れ方向の切替の制御を簡単にすることができ、演算資源を小さくすることができる。そのため、水電解システムの構成の簡易化、小型化に資することができる。

【0011】

（４）上記形態の水電解システムであって、前記第１アノード口部内の温度を測定する第１温度測定部と、前記第２アノード口部内の温度を測定する第２温度測定部と、を、さらに備え、前記制御部は、前記第１温度測定部および前記第２温度測定部による測定結果を用いて、前記第１アノード口部の温度と、前記第２アノード口部の温度と、が時間的に略均一になるように、前記アノード室の前記水の流れ方向を切り替えてもよい。このようにすると、より精度よく、アノード室内の温度差を抑制することができる。

【0012】

（５）上記形態の水電解システムであって、前記アノード室の内部の温度を測定する内部温度測定部を、さらに備え、前記制御部は、前記内部温度測定部による測定結果を用いて、前記アノード室の内部の温度が時間的に略均一になるように、前記アノード室の前記水の流れ方向を切り替えてもよい。このようにしても、より精度よく、アノード室内の温度差を抑制することができる。

【0013】

（６）上記形態の水電解システムであって、前記水電解槽の前記カソード室内を、カソード第１方向に流れるように、前記カソードで生成された水素を排出させることが可能であり、かつ、前記カソード第１方向と略逆方向のカソード第２方向に流れるように前記水素を排出させることが可能である、水素排出部を備え、前記制御部は、前記水素排出部を制御して、前記水電解槽の前記カソード室における前記水素の流れ方向を、前記カソード第１方向と、前記カソード第２方向と、に切替えてもよい。このようにすると、水電解槽のカソード側においても、カソード室内を、水素がカソード第１方向と、カソード第１方向と略逆方向のカソード第２方向と、に切替えることができる。そのため、カソード室内の温度差が抑制され、カソード触媒の腐食も抑制することができる。

【0014】

（７）上記形態の水電解システムであって、前記アノード室の前記水の流れ方向と、前記カソード室の前記水素の流れ方向は、対向していてもよい。このようにすると、アノード室の温度分布とカソード室の温度分布が逆になり、アノード室とカソード室との間で熱交換が行われることにより、効率よくアノード室およびカソード室の温度差を抑制することができる。

【0015】

（８）上記形態の水電解システムであって、前記制御部は、前記アノード室の前記水の流れ方向の切替と、前記カソード室の前記水素の流れ方向の切替と、を同期させてもよい。このようにすると、さらに効率よく、アノード室およびカソード室の温度差を抑制することができる。

【0016】

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、水電解システムの制御方法、水電解方法、水電解システムの制御をコンピュータに実行させるコンピュータプログラム、コンピュータプログラムを配布するためのサーバ装置、コンピュータプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等などの形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】第１実施形態の水電解システムの概略構成を示す説明図である。

【図2】水電解槽の概略構成を概念的に示す説明図である。

【図3】第１実施形態の水電解処理を示すフローチャートである。

【図4】第１実施形態の水電解処理のステップＳ１０４～Ｓ１０６における水の流通状態を示す説明図である。

【図5】第１実施形態の水電解処理のステップＳ１１０～Ｓ１１２における水の流通状態を示す説明図である。

【図6】アノード室内の温度分布を概念的に示す説明図である。

【図7】第２実施形態における水電解システムの概略構成を示す説明図である。

【図8】第３実施形態における水電解システムの概略構成を示す説明図である。

【図9】第４実施形態における水電解システムの概略構成を示す説明図である。

【図10】第５実施形態の水電解槽におけるアノード口部の配置と流路内温度分布を概念的に示す説明図である。

【図11】第６実施形態の水電解槽におけるアノード口部の配置と流路内温度分布を概念的に示す説明図である。

【図12】第７実施形態の水電解槽におけるアノード口部の配置と流路内温度分布を概念的に示す説明図である。

【図13】第８実施形態の水電解槽におけるアノード口部の配置と流路内温度分布を概念的に示す説明図である。

【図14】第９実施形態の水電解システムの概略構成を示す説明図である。

【図15】第９実施形態おけるアノード口部の選択条件の切替処理を示すフローチャートである。

【図16】第１０実施形態の水電解システムの概略構成を示す説明図である。

【図17】第１０実施形態の水電解システムの概略構成を示す説明図である。

【図18】第１０実施形態におけるアノード口部の条件の切替処理を示すフローチャートである。

【図19】第１０実施形態におけるアノード口部の条件の切替処理を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の水電解システム１００の概略構成を示す説明図である。本実施形態の水電解システム１００では、水電解槽１０において水を電気分解することで酸素と水素を生成する。水電解システム１００は、水電解槽１０と、水供給部２０と、酸素排出部４０と、水素排出部５０と、制御部３０と、を備える。

【0019】

図２は、水電解槽１０の概略構成を概念的に示す説明図である。水電解槽１０は、ＰＥＭ（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ：固体高分子電解質膜）型水電解槽であって、膜電極接合体（以下、「ＭＥＡ」という）１１を有する。ＭＥＡ１１は、プロトン（Ｈ⁺）と水を通すことが可能な電解質膜１１ａの両面に、水を分解し酸素とプロトン（水素イオン）を生成するアノード１１ｂと、水素イオンから水素を生成するカソード１１ｃと、が接合されたものである。本実施形態において、水電解槽１０は、複数の水電解セルを直列に積層した複極式電解モジュールである。水電解槽１０では、ＭＥＡ１１と電極板１４（「複極板」ともいう）で仕切られたアノード室１２とカソード室が交互に並ぶ。アノード室１２およびカソード室１３内には、溝や多孔質部材の細孔などの流路が形成されている。また、アノード室１２およびカソード室１３内には、金属メッシュ等の給電体が設けられている。

【0020】

アノード室１２には、第１アノード口部１２１と第２アノード口部１２２が形成されており、第１アノード口部１２１には第１流路６１が接続され、第２アノード口部１２２には第２流路６２が接続されている。一方、カソード室１３には第１カソード口部１３１と第２カソード口部１３２が形成されており、第１カソード口部１３１には第１カソード流路５１が接続されており、第２カソード口部１３２には第２カソード流路５２が接続されている。各流路については、後述する。

【0021】

水電解槽１０の両端には、端子電極１５が設けられている。二つの端子電極１５には、電源１９が接続されており、水電解槽１０に電力を供給することができる。

【0022】

水電解槽１０では、水供給部２０が供給する水がアノード室１２を流れている状態において、電源１９から電力が供給されると、アノード１１ｂにおいて水が電気分解され、酸素と水素イオンが生成される。生成された酸素は、電気分解されなかった水の一部とともに酸素排出部４０に排出される（図１）。アノード１１ｂで生成された水素イオンは、水（随伴水）とともに、アノード室１２からカソード室１３に移動し、カソード１１ｃにおいて電子と結合することで水素になる。カソード１１ｃにおいて生成された水素は、電解質膜を透過した透過水、および随伴水とともに、水素排出部５０に排出される。

【0023】

水供給部２０は、水電解槽１０（図１）のアノード室１２（図２）に水を供給する。水供給部２０は、水タンク２１と、第１供給路２２と、第２供給路２３と、三方弁２６と、第３供給路２４と、供給ポンプ２５と、を備える。第１供給路２２は、アノード室１２の第１アノード口部１２１（図２）に第１流路６１を介して接続され、第２供給路２３は、アノード室１２の第２アノード口部１２２に第２流路６２を介して接続されている。第３供給路２４は、水タンク２１に接続されるとともに、第１供給路２２および第２供給路２３と、三方弁２６を介して接続されている。供給ポンプ２５は、第３供給路２４上に配置され、水タンク２１内の水を水電解槽１０に供給する。

【0024】

本実施形態において、水タンク２１には、不純物が少ない純度が高められた純水が貯留されている。そのため、本実施形態の水電解システム１００では、水素と酸素を効率的にかつ高純度で生成することができる。他の実施形態では、水タンク２１に貯留される水は、純水でなくてもよい。

【0025】

三方弁２６は、制御部３０からの指示に従い、第３供給路２４の接続先を、第１供給路２２と第２供給路２３との間で切替える。第３供給路２４と第１供給路２２とが接続されると、水タンク２１内の水は、第３供給路２４、第１供給路２２、第１流路６１を介して水電解槽１０のアノード室１２に供給される（図１において、水の流れを破線矢印で示している）。一方、第３供給路２４と第２供給路２３とが接続されると、水は、第３供給路２４、第２供給路２３、第２流路６２を介して水電解システム１００に供給される（図１において、水の流れを一点鎖線矢印で示している）。本実施形態における三方弁２６を、「供給切替部」とも呼ぶ。

【0026】

酸素排出部４０は、水電解槽１０において生成された酸素を、未反応の水と共に水電解槽１０から排出させる。以降、水電解槽１０において生成された酸素を含む未反応の水を、「含酸素水」とも呼ぶ。酸素排出部４０は、第１排出路４１と、第２排出路４２と、三方弁４４と、第３排出路４３と、を備える。第１排出路４１は、アノード室１２の第１アノード口部１２１に第１流路６１を介して接続され、第２排出路４２は、アノード室１２の第２アノード口部１２２に第２流路６２を介して接続されている。第３排出路４３は、第１排出路４１および第２排出路４２と三方弁４４を介して接続されている。

【0027】

三方弁４４は、制御部３０からの指示に従い、第３排出路４３の接続先を、第１排出路４１と第２排出路４２との間で切替える。第３排出路４３と第１排出路４１とが接続されると、含酸素水は、第１流路６１、第１排出路４１、および第３排出路４３を流れる（図１において、含酸素水の流れを一点鎖線矢印で示している）。一方、第３排出路４３と第２排出路４２とが接続されると、含酸素水は、第２流路６２、第２排出路４２、および第３排出路４３を流れる（図１において、含酸素水の流れを破線矢印で示している）。本実施形態における三方弁４４を、「排出切替部」とも呼ぶ。

【0028】

本実施形態において、三方弁２６と三方弁４４とは、連動して制御され、第３供給路２４と第１供給路２２とが接続されるとき、第３排出路４３と第２排出路４２とが接続される。すなわち、水タンク２１内の水が、第３供給路２４、第１供給路２２、第１流路６１を介して水電解槽１０に供給されると、水電解槽１０において生成された酸素と共に、供給された水の一部が、第２流路６２、第２排出路４２、および第３排出路４３を流れる。このとき、水電解槽１０のアノード室１２（図２）内を、水が第１アノード口部１２１から第２アノード口部１２２の方向に流れる。本実施形態において、アノード室１２における第１アノード口部１２１から第２アノード口部１２２への水の流れ方向を「アノード第１方向ＤＡ１」といい、図２において破線矢印で図示している。

【0029】

一方、第３供給路２４と第２供給路２３とが接続されるとき、第３排出路４３と第１排出路４１とが接続される。すなわち、水タンク２１内の水が、第３供給路２４、第２供給路２３、第２流路６２を介して水電解槽１０に供給されると、水電解槽１０において生成された酸素と共に、供給された水の一部が、第１流路６１、第１排出路４１、および第３排出路４３を流れる。このとき、水電解槽１０のアノード室１２（図２）内を、水が第２アノード口部１２２から第１アノード口部１２１の方向に流れる。本実施形態において、アノード室１２における第２アノード口部１２２から第１アノード口部１２１への水の流れ方向を「アノード第２方向ＤＡ２」といい、図２において一点鎖線矢印で図示している。

【0030】

水素排出部５０は、水電解槽１０において生成された水素を、未反応の水（随伴水、透過水）と共に水電解槽１０から排出させる。以降、水電解槽１０において生成された水素を含む未反応の水（随伴水、透過水）を、「含水素水」とも呼ぶ。水素排出部５０は、第１カソード流路５１と、第２カソード流路５２と、三方弁５４と、第３カソード流路５３と、を備える。第１カソード流路５１は、カソード室１３の第１カソード口部１３１に接続され、第２カソード流路５２は、カソード室１３の第２カソード口部１３２に接続されている。第３カソード流路５３は、第１カソード流路５１および第２カソード流路５２と三方弁５４を介して接続されている。以降の説明において、「含酸素水」および「含水素水」を、単に「水」とも呼ぶ。

【0031】

三方弁５４は、制御部３０からの指示に従い、第３カソード流路５３の接続先を、第１カソード流路５１と第２カソード流路５２との間で切替える。第３カソード流路５３と第１カソード流路５１とが接続されると、含水素水は、第１カソード流路５１および第３カソード流路５３を流れる（図１において、含水素水の流れを破線矢印で示している）。このとき、カソード室１３内の含水素水は、第２カソード口部１３２（図２）から第１カソード口部１３１へ向かう方向に流れる。換言すると、カソード１１ｃで生成された水素は、第２カソード口部１３２から第１カソード口部１３１へ向かう方向に流れる。本実施形態において、第２カソード口部１３２から第１カソード口部１３１へ向かう方向を「カソード第１方向ＤＣ１」といい、図２において破線矢印で図示している。本実施形態における三方弁５４を、「カソード切替部」とも呼ぶ。

【0032】

一方、第３カソード流路５３（図１）と第２カソード流路５２とが接続されると、含水素水は、第２カソード流路５２および第３カソード流路５３を流れる（図１において、含水素水の流れを一点鎖線矢印で示している）。このとき、カソード室１３内の含水素水は、第１カソード口部１３１（図２）から第２カソード口部１３２へ向かう方向に流れる。換言すると、カソード１１ｃで生成された水素は、第１カソード口部１３１から第２カソード口部１３２へ向かう方向に流れる。本実施形態において、第１カソード口部１３１から第２カソード口部１３２へ向かう方向を「カソード第２方向ＤＣ２」といい、図２において一点鎖線矢印で図示している。

【0033】

本実施形態において、三方弁５４は、三方弁２６と連動して制御される。第３供給路２４と第１供給路２２とが接続されるとき、第１カソード流路５１と第３カソード流路５３とが接続される。すなわち、水電解槽１０のアノード室１２（図２）内を、水が第１方向ＤＡ１に流れるとき、水電解槽１０のカソード室１３内を、含水素水がカソード第１方向ＤＣ１に流れる（図２において破線矢印で図示）。一方、第３供給路２４と第２供給路２３とが接続されるとき、第２カソード流路５２と第３カソード流路５３とが接続される。すなわち、水電解槽１０のアノード室１２（図２）内を、水がアノード第２方向ＤＡ２に流れるとき、水電解槽１０のカソード室１３内を、含水素水がカソード第２方向ＤＣ２に流れる（図２において一点鎖線矢印で図示）。このように、本実施形態の水電解システム１００では、アノード室１２内の水の流れとカソード室１３内の水の流れは、対向している。

【0034】

制御部３０は、水電解システム１００の全体の制御を行う電子装置であり、例えば中央演算装置（ＣＰＵ）であってもよい。制御部３０は、３個の三方弁２６、４４、５４と電気的に接続され、各三方弁の切替え制御を行う。

【0035】

図２～図５を用いて、第１実施形態の制御部３０の各三方弁の切替えを含む水電解処理について説明する。図３は、第１実施形態の水電解処理を示すフローチャートである。図４は、第１実施形態の水電解処理のステップＳ１０４～Ｓ１０６における水の流通状態を示す説明図である。図５は、第１実施形態の水電解処理のステップＳ１１０～Ｓ１１２における水の流通状態を示す説明図である。本実施形態の水電解処理では、後述するように、水が水電解槽１０内をアノード第１方向ＤＡ１に流れるように、水を供給する処理と、水が水電解槽１０内をアノード第２方向ＤＡ２に流れるように、水を供給する処理と、を交互に繰り返す。

【0036】

水電解システム１００が起動され、水電解処理開始の指示が入力されると、図３に示すように、制御部３０は、時刻Ｔ＝０に設定する（ステップＳ１０２）。次に、制御部３０は、水電解槽１０のアノード室１２内をアノード第１方向ＤＡ１（図２において、破線矢印で図示）に水が流れるように、各三方弁を設定し、純水を供給させる（ステップＳ１０４）。具体的には、制御部３０は、三方弁２６（図４）を介して第３供給路２４と第１供給路２２を接続させ、三方弁４４を介して第２排出路４２と第３排出路４３を接続させ、三方弁５４を介して第１カソード流路５１と第３カソード流路５３を接続させる。そして、制御部３０は、供給ポンプ２５を制御して、水タンク２１から水電解槽１０へ純水を供給させると共に、電源１９（図２）を制御して、水電解槽１０に電力を供給させる。ステップＳ１０４の工程を、「第１水供給工程」とも呼ぶ。

【0037】

図４において、ステップＳ１０４における水（純水、含酸素水、および含水素水）の流れを、破線矢印で示す。ステップＳ１０４の処理によって、純水は、第３供給路２４、第１供給路２２、第１流路６１を通って、水電解槽１０のアノード室１２の第１アノード口部１２１（図２）から水電解槽１０のアノード室１２に供給される。そして、水の電気分解によって生成された酸素を含む水である含酸素水が、水電解槽１０のアノード室１２中をアノード第１方向ＤＡ１に流れて、第２アノード口部１２２を介して第２流路６２に出る（図２）。第２流路６２（図４）に出てきた含酸素水は、第２排出路４２、第３排出路４３を流れる。すなわち、制御部３０は、ステップＳ１０４において、第１アノード口部１２１を水の入口とし、第２アノード口部１２２を水の出口とする第１条件に設定して、水電解システム１００を運転する。

【0038】

一方、ステップＳ１０４の処理によって、水電解槽１０のカソード１１ｃで生成された水素を含む水（随伴水、透過水）である含水素水は、水電解槽１０のカソード室１３（図２）内を、カソード第１方向ＤＣ１に流れ、第１カソード口部１３１を介して第１カソード流路５１に出る。第１カソード流路５１（図４）に出てきた含水素水は、第１カソード流路５１、第３カソード流路５３を流れる。

【0039】

図３に示すように、制御部３０は、時刻ＴがＴ１１になるまで水電解槽１０のアノード室１２内の水の流れがアノード第１方向ＤＡ１、カソード室１３内の水の流れがカソード第１方向ＤＣ１になるように、水を供給させ続け（ステップＳ１０６：ＮＯ）、時刻ＴがＴ１１になると、時刻Ｔ＝０に設定して（ステップＳ１０８）、ステップＳ１１０へ進む（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）。Ｔ１１は、任意に設定することができる。

【0040】

ステップＳ１１０において、制御部３０は、水電解槽１０のアノード室１２内をアノード第２方向ＤＡ２（図２において、一点鎖線矢印で図示）に水が流れるように、各三方弁を設定し、純水を供給させる。具体的には、制御部３０は、三方弁２６（図５）を介して第３供給路２４と第２供給路２３を接続させ、三方弁４４を介して第１排出路４１と第３排出路４３を接続させ、三方弁５４を介して第２カソード流路５２と第３カソード流路５３を接続させる。そして、制御部３０は、供給ポンプ２５を制御して、水タンク２１から水電解槽１０へ純水を供給させると共に、電源１９（図２）を制御して、水電解槽１０に電力を供給させる。ステップＳ１１０の工程を、「第２水供給工程」とも呼ぶ。

【0041】

図５において、ステップＳ１１０における水（純水、含酸素水、および含水素水）の流れを、一点鎖線矢印で示す。ステップＳ１１０の処理によって、純水は、第３供給路２４、第２供給路２３、第２流路６２を通って、水電解槽１０のアノード室１２の第２アノード口部１２２（図２）から水電解槽１０のアノード室１２に供給される。そして、含酸素水が、水電解槽１０のアノード室１２中をアノード第２方向ＤＡ２に流れて、第１アノード口部１２１を介して第１流路６１に出る（図２）。第１流路６１（図５）に出てきた含酸素水は、第１排出路４１、第３排出路４３を流れる。すなわち、制御部３０は、ステップＳ１１０において、第２アノード口部１２２を水の入口とし、第１アノード口部１２１を水の出口とする第２条件に設定して、水電解システム１００を運転する。

【0042】

一方、ステップＳ１１０の処理によって、含水素水は、水電解槽１０のカソード室１３（図２）内を、カソード第２方向ＤＣ２に流れ、第２カソード口部１３２を介して第２カソード流路５２に出る。第２カソード流路５２（図５）に出てきた含水素水は、第２カソード流路５２、第３カソード流路５３を流れる。

【0043】

図３に示すように、制御部３０は、時刻ＴがＴ１２になるまで水電解槽１０のアノード室１２内の水の流れがアノード第２方向ＤＡ２、カソード室１３内の水の流れがカソード第２方向ＤＣ２になるように、水を供給させ続け（ステップＳ１１２：ＮＯ）、時刻ＴがＴ１２になると、ステップＳ１０２へ戻る（ステップＳ１１２：ＹＥＳ）。Ｔ１２は、任意に設定することができる。Ｔ１１と、Ｔ１２を、同じ時間（例えば、それぞれ、３分）に設定してもよい。また、Ｔ１１とＴ１２を異なる時間に設定してもよい。水電解システム１００は、水電解処理の終了指示が入力されるまで、ステップＳ１０２～Ｓ１１２を、繰り返し実行する。

【0044】

上述の水電解処理を実現するプログラムは、制御部３０に、予め記憶されていてもよい。また、プログラムはプログラム提供者側から通信ネットワークを介して、提供されてもよい。また、プログラムは、市販され、流通している可搬型記憶媒体に格納されていてもよい。この場合、この可搬型記憶媒体は外付け又は内蔵の読取装置にセットされて、制御部３０によってそのプログラムが読み出されて、実行されてもよい。可搬型記憶媒体としてはＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、フレキシブルディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＩＣカード、ＵＳＢメモリ装置など様々な形式の記憶媒体を使用することができる。このような記憶媒体に格納されたプログラムが読取装置によって読み取られる。

【0045】

図６は、アノード室１２内の温度分布を概念的に示す説明図である。図６では、温度の高低を色の濃淡で示しており、温度が高い部分を濃く、温度が低い部分を薄く示している。また、図中、矢印は水の流通方向を示す。図６（Ａ）、（Ｅ）、および（Ｆ）は、水がアノード第１方向ＤＡ１（図２）に流れている際の温度分布を示し、図６（Ｂ）、（Ｃ）、および（Ｄ）は、水がアノード第２方向ＤＡ２（図２）に流れている際の温度分布を示す。白抜き矢印は低温水を示し、黒塗り矢印は高温水を示し、グレーの矢印は中温水を示す。

【0046】

水電解システム１００において水電解処理が開始され、水電解槽１０のアノード室１２内を水がアノード第１方向ＤＡ１（図２）に流れるように水が供給されるとき（図４破線矢印）、低温水が供給される（図６（Ａ））。ここで、低温水は、水タンク２１から供給される水であり、所定の低温になっている。水電解槽１０に電力が供給され、水電解が行われるとき、電解反応には過電圧が必要であるため、発熱が生じる。また、水電解槽１０において、給電体として金属メッシュ等が用いられる場合には導電断面積が小さくなるため、高出力で電解させようとすると局所的な電流集中が生じ、ジュール熱が発生する。そのため、アノード室１２における水の流れの後流側で温度が上昇し、アノード室１２内は、水の流れに沿って温度が高くなる温度分布が生じ、高温水が排出される（図６（Ａ））。

【0047】

アノード第１方向ＤＡ１の水の供給を所定の時間（本実施形態ではＴ１１）行った後、水の供給方向をアノード第２方向ＤＡ２（図２）に切替えたとき（図５一点鎖線矢印）、第２流路６２（図５）内に、高温水が残っているため、最初は高温水が供給される（図６（Ｂ））。そのため、水の供給方向を切り替えた直後は、アノード室１２内の温度分布は略変わらない。アノード第２方向ＤＡ２の水の供給を続けていると、図６（Ｃ）に示すように、低温水の供給によりアノード室１２内の温度が略均一化され、低温水と高温水の間の温度の中温水が排出される。その後さらに、アノード第２方向ＤＡ２の水の供給を続けていると、アノード室１２内は、水の流れに沿って温度が高くなる温度分布が生じる（図６（Ｄ））。

【0048】

アノード第２方向ＤＡ２の水の供給を所定の時間（本実施形態ではＴ１２）行った後、水の供給方向をアノード第１方向ＤＡ１（図２）に切替えたとき（図４）、第１流路６１内に、高温水が残っているため、最初は高温水が供給される（図６（Ｅ））。そのため、水の供給方向を切り替えた直後は、アノード室１２内の温度分布は略変わらない。アノード第１方向ＤＡ１の水の供給を続けていると、図６（Ｆ）に示すように、低温水の供給によりアノード室１２内の温度が略均一化され、中温水が排出される。

【0049】

このように、水電解槽１０のアノード室１２への水の供給方向を一定周期で切り替えることにより、アノード室１２内の温度分布を均一化することができる。なお、図６に示したようなアノード室１２内の温度分布の変化を、予め、実験的に測定し、アノード室１２内の温度分布が均一になる時間が長くなるように、供給方向の切替タイミングであるＴ１１、およびＴ１２を決定することができる。

【0050】

以上説明したように、本実施形態の水電解システム１００は、水電解槽１０のアノード室１２内の水の流れを、アノード第１方向ＤＡ１と、アノード第１方向ＤＡ１と略逆方向のアノード第２方向ＤＡ２と、に切替え可能に構成されている。そして、制御部３０は、水電解処理において、ステップＳ１０４～Ｓ１０６では、水電解槽１０のアノード室１２内をアノード第１方向ＤＡ１に流れるように水を供給させ、ステップＳ１１０～Ｓ１１２では、水電解槽１０のアノード室１２内をアノード第２方向ＤＡ２に流れるように、水を供給させている。

【0051】

上述の通り、水電解では、過電圧や電流集中により、発熱が生じる。アノード室１２内の水が高温になると、ＰＨ（水素イオン指数）が上がり、アノード触媒が溶出する虞がある。また、アノード室１２内の水が高温になると、金属メッシュ等の給電体の電気伝導度が上昇し、さらなる電流集中により酸化が生じやすくなり、給電体の腐食が生じる虞もある。これに対し、本実施形態の水電解システム１００によれば、上述の通り、アノード室１２内をアノード第１方向ＤＡ１と、アノード第２方向ＤＡ２のいずれにも流れるように、水を供給可能に構成されている。そして、周期的に水の供給方向を交互に変動させることにより、供給水による冷却と温度上昇がバランスして、アノード室１２内の温度分布が均一化される。その結果、アノード室１２に局所的な高温がなくなるため、アノード触媒や給電体の腐食（酸化）を抑制することができる。また、仮に、アノード触媒や給電体の腐食が生じたとしても、低いレベルで均一にできる。そのため、水電解システム１００の耐久性を向上させることができる。

【0052】

また、本実施形態の水電解システム１００では、水電解槽１０のカソード側においても、カソード室１３内を、含水素水がカソード第１方向ＤＣ１と、カソード第１方向ＤＣ１と略逆方向のカソード第２方向ＤＣ２と、に切替え可能に構成されている。そして、制御部３０は、水電解処理において、ステップＳ１０４～Ｓ１０６では、水電解槽１０のカソード室１３内をカソード第１方向ＤＣ１に流れるように三方弁５４を制御し、ステップＳ１１０～Ｓ１１２では、水電解槽１０のカソード室１３内をカソード第２方向ＤＣ２に流れるように、三方弁５４を制御している。そのため、カソード室１３内の温度差が抑制され、カソード触媒の腐食（酸化）も抑制することができる。

【0053】

また、本実施形態の水電解システム１００では、水電解槽１０のアノード室１２（図２）内を、水がアノード第１方向ＤＡ１に流れるとき、水電解槽１０のカソード室１３内を、水がカソード第１方向ＤＣ１に流れる（図２において破線矢印で図示）ように、３つの三方弁２６、４４、５４が制御される。一方、水電解槽１０のアノード室１２内を、水がアノード第２方向ＤＡ２に流れるとき、水電解槽１０のカソード室１３内を、水がカソード第２方向ＤＣ２に流れる（図２において一点鎖線矢印で図示）ように、３つの三方弁２６、４４、５４が制御される。図２に示すように、アノード第１方向ＤＡ１とカソード第１方向ＤＣ１は、略逆方向であり、アノード第２方向ＤＡ２とカソード第２方向ＤＣ２は、略逆方向である。すなわち、アノード室１２の水の流れ方向と、カソード室１３の水の流れ方向は、対向している。また、上述の通り、アノード室の水の流れ方向の切替と、カソード室の水の流れ方向の切替と、が同期している。そのため、アノード室１２の温度分布とカソード室１３の温度分布が逆になり、アノード室１２とカソード室１３との間で熱交換が行われることにより、効率よくアノード室１２およびカソード室１３内の温度差を抑制することができる。

【0054】

本実施形態では、制御部３０は、アノード室１２の水の流れ方向を、時間に応じて切り替えている。そのため、例えば、アノード室１２の温度差に応じてアノード室１２の水の流れ方向を切替える構成と比較して、流れ方向の切替の制御を簡単にすることができ、演算資源を小さくすることができる。また、アノード室１２の温度差に応じて制御する場合と比較すると、温度センサを要さないため、水電解システムの部品点数の増加を抑制することができるため、システムの複雑化の抑制、小型化、コスト低減に資することができる。

【0055】

本実施形態の水電解システム１００では、第１供給路２２と第１排出路４１とが第１流路６１を介してアノード室１２の第１アノード口部１２１に接続されており、第２供給路２３と第２排出路４２とが第２流路６２を介してアノード室１２の第２アノード口部１２２に接続されている。すなわち、第１流路６１および第２流路６２は、供給路として機能すると共に排出路としても機能している。そのため、省スペース化することができ、水電解システム１００の小型化に資することができる。

【0056】

＜第２実施形態＞
図７は、第２実施形態における水電解システム１００Ａの概略構成を示す説明図である。水電解システム１００Ａが第１実施形態の水電解システム１００と異なる点は、カソード切替部を備えない点と、供給切替部および排出切替部の構成が異なる点である。第１実施形態と同一の構成には、同一の符号を付して、先行する説明を参照する。

【0057】

本実施形態の水電解システム１００Ａは、供給切替部として、開閉弁２７および開閉弁２８を備える。また、排出切替部として、開閉弁４５および開閉弁４６を備える。また、水素排出部５０Ａは、カソード切替部を備えないため、カソード室１３の水の流れ方向は変更されず、一定である。本実施形態では、例えば、カソード室１３内をカソード第２方向ＤＣ２（図２）に水が流れる。

【0058】

水供給部２０Ａは、水タンク２１と、第１供給路２２と、第１供給路２２上に設けられた開閉弁２７と、第２供給路２３と、第２供給路２３上に設けられた開閉弁２８と、第１供給路２２および第２供給路２３に接続された第３供給路２４と、供給ポンプ２５と、を備える。

【0059】

酸素排出部４０Ａは、第１排出路４１と、第１排出路４１上に設けられた開閉弁４５と、第２排出路４２と、第２排出路４２上に設けられた４６と、第１排出路４１および第２排出路４２に接続された第３排出路４３と、を備える。

【0060】

本実施形態の水電解システム１００Ａにおける水電解処理では、第１実施形態におけるステップＳ１０４（図３）において、制御部３０は、開閉弁２７を開、開閉弁２８を閉にすると共に、開閉弁４５を閉、開閉弁４６を開にする。これにより、図３に示すステップＳ１０６～Ｓ１０８の間、図７に破線で示す流路で水が流れ、第１実施形態と同様に、水電解槽１０のアノード室１２（図２）内をアノード第１方向ＤＡ１（図２において、破線矢印で図示）に水が流れる。このとき、上述の通り、カソード室１３内ではカソード第２方向ＤＣ２（図２）に水が流れる。

【0061】

また、本実施形態では、第１実施形態におけるステップＳ１１０（図３）において、制御部３０は、開閉弁２７を閉、開閉弁２８を開にすると共に、開閉弁４５を開、開閉弁４６を閉にする。これにより、図３に示すステップＳ１１０～Ｓ１１２の間、図７に一点鎖線で示す流路で水が流れ、第１実施形態と同様に、水電解槽１０のアノード室１２（図２）内をアノード第２方向ＤＡ２（図２において、一点鎖線矢印で図示）に水が流れる。このとき、上述の通り、カソード室１３内では、カソード第２方向ＤＣ２（図２）に水が流れる。

【0062】

以上説明したように、本実施形態の水電解システム１００Ａによっても、周期的にアノード室１２の水の流れ方向を交互に変えることができるため、アノード室１２内の温度分布を均一化することができる。その結果、アノード触媒の腐食（酸化）を抑制することができ、水電解システム１００Ａの耐久性を向上させることができる。

【0063】

また、本実施形態の水電解システム１００Ａによれば、供給切替部および排出切替部として、それぞれ、２つの開閉弁を用いている。そのため、供給切替部および排出切替部を水電解槽１０の近くに設けることができる。水電解槽１０へ供給した水は、電解反応後、気体の酸素を伴って水電解槽１０から出てくる。水電解槽１０から開閉弁までの配管が長いと、開閉弁の開閉の切替時に配管内に残存する酸素の体積が大きくなる。気体は圧縮性を有しているため、配管内に残存する酸素の体積が大きくなると、その分圧縮性の容量が増える。開閉弁の切替により、水電解槽１０の水の出口が入口に切替わった際、供給圧と配管内の酸素の圧縮性がバランスするまでは、開閉弁側に水が流れることになり、一時的に、水電解槽１０へ供給される水量が低下する虞がある。本実施形態の水電解システム１００Ａでは、水電解反応を継続したまま、換言すると、発熱を継続したまま、水の経路の切替を行うため、一定の流量で水が供給されることが好ましい。本実施形態の水電解システム１００Ａによれば、水電解槽１０と開閉弁との距離を、第１実施形態の水電解システム１００より短くしているため、配管内の酸素の量を減少させることができ、水電解槽１０への水の早期定量供給が可能になる効果が期待できる。また、本実施形態の水電解システム１００Ａによれば、圧縮性容量を減少させることができるため、水電解槽１０の水の出口と入口とを切替える時の圧力変動を抑制することができる。その結果、水電解槽１０へ供給される水の流量の一定制御を良好に行うことができる。

【0064】

＜第３実施形態＞
図８は、第３実施形態における水電解システム１００Ｂの概略構成を示す説明図である。水電解システム１００Ｂが第１実施形態の水電解システム１００と異なる点は、カソード切替部を備えない点と、排出切替部の構成が異なる点である。第１、２実施形態と同一の構成には、同一の符号を付して、先行する説明を参照する。

【0065】

本実施形態の水電解システム１００Ｂは、排出切替部として、開閉弁４５および開閉弁４６を備える。すなわち、本実施形態の水電解システム１００Ｂにおける酸素排出部４０Ａおよび水素排出部５０Ａは、第２実施形態と同一である。

【0066】

本実施形態の水電解システム１００Ｂにおける水電解処理では、第１実施形態におけるステップＳ１０４（図３）において、制御部３０は、三方弁２６（図８）を介して第３供給路２４と第１供給路２２を接続させると共に、開閉弁４５を閉、開閉弁４６を開にする。これにより、図３に示すステップＳ１０６～Ｓ１０８の間、図８に破線で示す流路で水が流れ、第１実施形態と同様に、水電解槽１０のアノード室１２（図２）内をアノード第１方向ＤＡ１（図２において、破線矢印で図示）に水が流れる。このとき、カソード室１３内では、カソード第２方向ＤＣ２（図２）に水が流れる。

【0067】

また、本実施形態では、第１実施形態におけるステップＳ１１０（図３）において、制御部３０は、三方弁２６（図８）を介して第３供給路２４と第２供給路２３を接続させると共に、開閉弁４５を開、開閉弁４６を閉にする。これにより、図３に示すステップＳ１１０～Ｓ１１２の間、図８に一点鎖線で示す流路で水が流れ、第１実施形態と同様に、水電解槽１０のアノード室１２（図２）内をアノード第２方向ＤＡ２（図２において、一点鎖線矢印で図示）に水が流れる。このとき、カソード室１３内では、カソード第２方向ＤＣ２（図２）に水が流れる。

【0068】

以上説明したように、本実施形態の水電解システム１００Ｂによっても、周期的にアノード室１２の水の流れ方向を交互に変えることができるため、アノード室１２内の温度分布を均一化することができる。その結果、アノード触媒の腐食（酸化）を抑制することができ、水電解システム１００Ｂの耐久性を向上させることができる。

【0069】

＜第４実施形態＞
図９は、第４実施形態における水電解システム１００Ｃの概略構成を示す説明図である。水電解システム１００Ｃが第１実施形態の水電解システム１００と異なる点は、排出切替部およびカソード切替部の構成が異なる点である。第１～３実施形態と同一の構成には、同一の符号を付して、先行する説明を参照する。

【0070】

本実施形態の水電解システム１００Ｃは、排出切替部として、開閉弁４５および開閉弁４６を備え、カソード切替部として開閉弁５５と開閉弁５６とを備える。すなわち、本実施形態の水電解システム１００Ｃにおける酸素排出部４０Ａは、第２実施形態と同一である。

【0071】

水素排出部５０Ｃは、第１カソード流路５１と、第１カソード流路５１上に設けられた開閉弁５５と、第２カソード流路５２と、第２カソード流路５２上に設けられた開閉弁５６と、第１カソード流路５１および第２カソード流路５２に接続された第３カソード流路５３と、を備える。

【0072】

本実施形態の水電解システム１００Ｃにおける水電解処理では、第１実施形態におけるステップＳ１０４（図３）において、制御部３０は、三方弁２６（図９）を介して第３供給路２４と第１供給路２２を接続させると共に、開閉弁４５を閉、開閉弁４６を開にする。また、制御部３０は、開閉弁５５を開、開閉弁５６を閉にする。これにより、図３に示すステップＳ１０６～Ｓ１０８の間、図９に破線で示す流路で水が流れる。すなわち、第１実施形態と同様に、水電解槽１０のアノード室１２（図２）内をアノード第１方向ＤＡ１（図２において、破線矢印で図示）に水が流れ、カソード室１３（図２）内をカソード第１方向ＤＣ１（図２において、破線矢印で図示）に水が流れる。

【0073】

また、本実施形態では、第１実施形態におけるステップＳ１１０（図３）において、制御部３０は、三方弁２６（図９）を介して第３供給路２４と第２供給路２３を接続させると共に、開閉弁４５を開、開閉弁４６を閉にする。また、制御部３０は、開閉弁５５を閉、開閉弁５６を開にする。これにより、図３に示すステップＳ１１０～Ｓ１１２の間、図８に一点鎖線で示す流路で水が流れる。すなわち、第１実施形態と同様に、水電解槽１０のアノード室１２（図２）内をアノード第２方向ＤＡ２（図２において、一点鎖線矢印で図示）に水が流れ、カソード室１３（図２）内をカソード第２方向ＤＣ２（図２において、一点鎖線矢印で図示）に水が流れる。

【0074】

以上説明したように、本実施形態の水電解システム１００Ｃによっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態の水電解システム１００Ｃによれば、カソード切替部としても、２つの開閉弁を用いている。そのため、カソード切替部を水電解槽１０の近くに設けることができる。その結果、水電解槽１０における水素の出口の切替に伴い、配管内に残存する水素の量を低減することができ、水素の排出を良好にすることができる。

【0075】

＜アノード口部の数の検討＞
上記実施形態において、アノード室１２に対する水の入出口として、２つのポート（第１アノード口部１２１と第２アノード口部１２２）を有する例を示したが、アノード口部は、２つ以上であってもよい。２つ以上のアノード口部の配置例と、対応するアノード室内温度（流路内温度）について、図１０～図１３を用いて説明する。図１０～図１３では、図６と同様に、温度の高低を色の濃淡で示しており、温度が高い部分を濃く、温度が低い部分を薄く示している。また、図中、矢印は水の流通方向を示す。白抜き矢印は低温水を示し、黒塗り矢印は高温水を示す。これらの温度は、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）による解析結果である。上述の通り、アノード室１２内には、溝や多孔質部材の細孔などの流路（アノード室内流路とも呼ぶ）が形成されているため、以降の説明において、アノード室内温度として、流路内温度を用いる。

【0076】

＜第５実施形態＞
図１０は、第５実施形態の水電解槽における２つのアノード口部の配置と流路内温度分布を概念的に示す説明図である。本実施形態では、水電解槽は、第１アノード口部１２１と第２アノード口部１２２とを有する。アノード室内流路１２Ｆは、平面形状が長方形状であり、対向する第１短辺Ｓ１および第２短辺Ｓ２の外側に、それぞれ、第１アノード口部１２１と第２アノード口部１２２が設けられている。すなわち、第１アノード口部１２１と第２アノード口部１２２は、アノード室内流路１２Ｆ（アノード室１２）を介して対向している。図１０（Ａ）では、水の流入口として第１アノード口部１２１が選択され、水の流出口として第２アノード口部１２２が選択された第１条件で、水電解システムが運転されているときのアノード室内流路１２Ｆ内の温度分布を示している。アノード室内流路１２Ｆを、「水が流れる流路」とも呼ぶ。

【0077】

図１０（Ｂ）は、各条件に対するアノード室内流路１２Ｆ内の温度分布を示している。ここで、Ｔ１～Ｔ６は、図１０（Ａ）に示す位置である。本実施形態において、制御部は、第１アノード口部１２１を水の入口とし、第２アノード口部１２２を水の出口とする第１条件と、第２アノード口部１２２を水の入口とし、第１アノード口部１２１を水の出口とする第２条件とを切替える。第１条件が選択されているときは、水は、第１アノード口部１２１から第２アノード口部１２２へ向かうアノード第１方向に流れ、第２条件が選択されているときは、水は、第２アノード口部１２２から第１アノード口部１２１へ向かうアノード第２方向に流れる。図１０（Ｂ）では、条件を切替える直前の温度分布を示している。以降に説明する実施形態（図１１～図１３）についても同様である。

【0078】

図１０（Ａ）に示すように、第１アノード口部１２１と第２アノード口部１２２は、それぞれ、第１短辺Ｓ１、Ｓ２の長さの略真ん中に対応する位置に配置されている。第１条件では、アノード室内流路１２Ｆにおいて、水の流入口である第１アノード口部１２１側の第１短辺Ｓ１の近傍（Ｔ１、Ｔ５、Ｔ６）は低温であり、水の流出口である第２アノード口部１２２側の第２短辺Ｓ２に向かって温度が高くなっている。詳しくは、Ｔ２の温度は中高温、Ｔ３およびＴ４の温度は高温である。Ｔ２は、第１アノード口部１２１と第２アノード口部１２２とを結ぶ直線上にあるため、第１アノード口部１２１から第２アノード口部１２２に向かって流れる水の流量が多く、高温の水が滞留しにくいため、Ｔ３およびＴ４より温度が低くなると考えられる。

【0079】

第２条件では、アノード室内流路１２Ｆにおいて、水の流入口である第２アノード口部１２２側の第２短辺Ｓ２の近傍（Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）は低温であり、水の流出口である第１アノード口部１２１側のＳ１に向かって温度が高くなっている。詳しくは、Ｔ１の温度は中高温、Ｔ５およびＴ６の温度は高温である。Ｔ１は、第１アノード口部１２１と第２アノード口部１２２とを結ぶ直線状上あるため、第２アノード口部１２２から第１アノード口部１２１に向かって流れる水の流量が多く、高温の水が滞留しにくいため、Ｔ５およびＴ６より温度が低くなると考えられる。

【0080】

この例では、第１条件と第２条件とを切替えて、水の流れ方向を切替えている。条件を切替えると、比較的温度が高くなっている（中高温）位置が水の流れの上流になるため、条件を切替えることにより、アノード室内の温度を、略均一にすることができる。図１０（Ｂ）に示すように、第１条件では、Ｔ１の温度が低温、Ｔ２の温度が中高温であり、第２条件では、逆に、Ｔ２の温度が低温であり、Ｔ１の温度が中高温である。すなわち、制御部は、アノード室１２の内部の温度が時間的に略均一になるように、アノード室１２の水の流れ方向を切り替えている。

【0081】

＜第６実施形態＞
図１１は、第６実施形態の水電解槽における４つのアノード口部の配置と流路内温度分布を概念的に示す説明図である。本実施形態では、水電解槽は、第１アノード口部１２１と、第２アノード口部１２２と、第３アノード口部１２３と、第４アノード口部１２４と、を有する。アノード室内流路１２Ｆは、第５実施形態と同様に、平面形状が長方形状である。本実施形態では、アノード室内流路１２Ｆに対して、第１アノード口部１２１と第４アノード口部１２４が、第１短辺Ｓ１の外側に設けられており、第２アノード口部１２２と第３アノード口部１２３が、第２短辺Ｓ２の外側に設けられている。

【0082】

第１アノード口部１２１と第２アノード口部１２２は、アノード室内流路１２Ｆの中心Ｃに対して点対称の位置に配置されている。すなわち、第１アノード口部１２１と第２アノード口部１２２は、アノード室内流路１２Ｆ（アノード室１２）を介して略対向している。同様に、第３アノード口部１２３と第４アノード口部１２４も、アノード室内流路１２Ｆの中心Ｃに対して点対称の位置に配置されている。すなわち、第３アノード口部１２３と第４アノード口部１２４も、アノード室内流路１２Ｆ（アノード室１２）を介し略対向している。図１１（Ａ）では、水の流入口として第１アノード口部１２１が選択され、水の流出口として第２アノード口部１２２が選択された第１条件で、水電解システムが運転されているときのアノード室１２内の温度分布を示している。

【0083】

図１１（Ｂ）は、各条件に対するアノード室内流路１２Ｆ内の温度分布を示している。ここで、Ｔ１～Ｔ４は、図１１（Ａ）に示す位置である。本実施形態において、制御部は、第１アノード口部１２１を水の入口とし、第２アノード口部１２２を水の出口とする第１条件と、第３アノード口部１２３を水の入口とし、第４アノード口部１２４を水の出口とする第３条件と、第２アノード口部１２２を水の入口とし、第１アノード口部１２１を水の出口とする第２条件と、第４アノード口部１２４を水の入口とし、第３アノード口部１２３を水の出口とする第４条件とを、その順に切替える。

【0084】

第１条件が選択されているときは、水は、第１アノード口部１２１から第２アノード口部１２２へ向かうアノード第１方向に流れ、第２条件が選択されているときは、水は、第２アノード口部１２２から第１アノード口部１２１へ向かうアノード第２方向に流れる。第３条件が選択されているときは、水は、第３アノード口部１２３から第４アノード口部１２４へ向かうアノード第３方向に流れ、第４条件が選択されているときは、水は、第４アノード口部１２４から第３アノード口部１２３へ向かうアノード第４方向に流れる。アノード第１方向とアノード第２方向とは逆方向であり、アノード第３方向とアノード第４方向とは逆方向である。

【0085】

図１１（Ａ）に示すように、第１アノード口部１２１と第４アノード口部１２４は、第１短辺Ｓ１の両端に対応する位置に配置されており、第２アノード口部１２２と第３アノード口部１２３は、第２短辺Ｓ２の両端に対応する位置に配置されている。

【0086】

第１条件では、水の流れ方向は、第１アノード口部１２１から第２アノード口部１２２へ向かうアノード第１方向である。第１実施形態において図６を用いて説明した通り、水の流れの下流になるに従い温度が高くなる。アノード室内流路１２Ｆにおいて、水の流入口である第１アノード口部１２１の近傍の位置Ｔ１の近傍は低温であり、水の流出口である第２アノード口部１２２の近傍の位置Ｔ２に向かって温度が高くなっている。詳しくは、Ｔ１が低温、Ｔ２が中温、Ｔ３が中高温、Ｔ４が高温である。アノード室内流路１２Ｆにおいて、水の流れの下流になるに従い温度が高くなるものの、Ｔ２では第１アノード口部１２１から第２アノード口部１２２に向かって流れる水の流量が多く、高温の水が滞留しにくいため、若干温度が下がると考えられる。第３アノード口部１２３の近傍の位置Ｔ３と、第４アノード口部１２４の近傍の位置Ｔ４は、水が流れるものの、流量が少なく高温の水が滞留しやすいため、Ｔ２より温度が高いと考えられる。

【0087】

第３条件では、水の流れ方向は、第３アノード口部１２３から第４アノード口部１２４へ向かうアノード第３方向である。第３条件では、第１条件において、中高温となった位置Ｔ３が水の流れの上流になり、第１条件において高温となった位置Ｔ４が水の流れの下流になる。アノード室内流路１２Ｆにおいて、水の流入口である第３アノード口部１２３の近傍の位置Ｔ３は低温であり、水の流出口である第４アノード口部１２４の近傍の位置Ｔ４に向かって温度が高くなっている。詳しくは、Ｔ１が高温、Ｔ２が中高温、Ｔ３が低温、Ｔ４が中温である。上述の通り、水の流れの下流になるに従い温度が高くなるものの、Ｔ４では第３アノード口部１２３から第４アノード口部１２４に向かって流れる水の流量が多く、高温の水が滞留しにくいため、若干温度が下がると考えられる。第２アノード口部１２２の近傍の位置Ｔ２と、第１アノード口部１２１の近傍の位置Ｔ１は、水が流れるものの、流量が少なく高温の水が滞留しやすいため、Ｔ４より温度が高いと考えられる。

【0088】

第２条件では、水の流れ方向は、第２アノード口部１２２から第１アノード口部１２１へ向かうアノード第２方向である。第２条件では、第３条件において、中高温となった位置Ｔ２が水の流れの上流になり、第３条件において高温となった位置Ｔ１が水の流れの下流になる。アノード室内流路１２Ｆにおいて、水の流入口である第２アノード口部１２２の近傍の位置Ｔ２は低温であり、水の流出口である第１アノード口部１２１の近傍の位置Ｔ１に向かって温度が高くなっている。詳しくは、Ｔ２が低温、Ｔ１が中温、Ｔ３が中高温、Ｔ４が高温である。上述の通り、水の流れの下流になるに従い温度が高くなるものの、Ｔ１では第２アノード口部１２２から第１アノード口部１２１に向かって流れる水の流量が多く、高温の水が滞留しにくいため、若干温度が下がると考えられる。第３アノード口部１２３の近傍の位置Ｔ３と、第４アノード口部１２４の近傍の位置Ｔ４は、水が流れるものの、流量が少なく高温の水が滞留しやすいため、Ｔ１より温度が高いと考えられる。

【0089】

第４条件では、水の流れ方向は、第４アノード口部１２４から第３アノード口部１２３へ向かうアノード第４方向である。第４条件では、第２条件において、高温となった位置Ｔ４が水の流れの上流になり、第２条件において中高温となった位置Ｔ３が水の流れの下流になる。アノード室内流路１２Ｆにおいて、水の流入口である第４アノード口部１２４の近傍の位置Ｔ４は低温であり、水の流出口である第３アノード口部１２３の近傍の位置Ｔ３に向かって温度が高くなっている。詳しくは、Ｔ４が低温、Ｔ３が中温、Ｔ１が中高温、Ｔ２が高温である。上述の通り、水の流れの下流になるに従い温度が高くなるものの、Ｔ３では第４アノード口部１２４から第３アノード口部１２３に向かって流れる水の流量が多く、高温の水が滞留しにくいため、若干温度が下がると考えられる。第１アノード口部１２１の近傍の位置Ｔ１と、第２アノード口部１２２の近傍の位置Ｔ２は、水が流れるものの、流量が少なく高温の水が滞留しやすいため、Ｔ３より温度が高いと考えられる。

【0090】

この例では、第１条件、第３条件、第２条件、第４条件を切替えて、水の流れ方向を切替えている。条件を切替える際に、比較的、温度が高くなっている（中高温、高温）位置が水の流れの上流になるように条件を選択しているため、効率よく、アノード室内の温度を時間的に略均一にすることができる。巨視的に見ると、アノード第１方向(第１条件)とアノード第４方向(第４条件）は、第１短辺Ｓ１から第２短辺Ｓ２へ向かう第１方向であり、アノード第２方向(第２条件)とアノード第３方向(第３条件)は第２短辺Ｓ２から第１短辺Ｓ１へ向かう第２方向であり、水の流れ方向を、互いに逆方向である第１方向と第２方向とに、切替えているともいえる。

【0091】

図１１（Ｂ）に示すように、第１条件では、Ｔ１の温度が低温、Ｔ２の温度が中温であり、第２条件では、逆に、Ｔ２の温度が低温であり、Ｔ１の温度が中温である。また、第３条件では、Ｔ３の温度が低温、Ｔ４の温度が中温であり、第４条件では、逆に、Ｔ４の温度が低温であり、Ｔ３の温度が中温である。すなわち、制御部は、アノード室１２の内部の温度が時間的に略均一になるように、アノード室１２の水の流れ方向を切り替えている。

【0092】

＜第７実施形態＞
図１２は、第７実施形態の水電解槽における３つのアノード口部の配置と流路内温度分布を概念的に示す説明図である。本実施形態では、水電解槽は、第１アノード口部１２１と、第２アノード口部１２２と、第３アノード口部１２３と、を有する。アノード室内流路１２Ｆは、第５実施形態と同様に、平面形状が長方形状である。本実施形態では、アノード室内流路１２Ｆに対して、第１アノード口部１２１が、第１短辺Ｓ１の外側に設けられており、第２アノード口部１２２と第３アノード口部１２３が、第２短辺Ｓ２の外側に設けられている。すなわち、第１アノード口部１２１と第２アノード口部１２２は、アノード室内流路１２Ｆ（アノード室１２）を介し略対向しており、第１アノード口部１２１と第３アノード口部１２３も、アノード室内流路１２Ｆ（アノード室１２）を介し略対向している。

【0093】

図１２（Ａ）に示すように、第１アノード口部１２１は、第１短辺Ｓ１の長さの略真ん中に対応する位置に配置されており、第２アノード口部１２２と第３アノード口部１２３は、第２短辺Ｓ２の両端に対応する位置に配置されている。図１２（Ａ）では、水の流入口として第１アノード口部１２１が選択され、水の流出口として第２アノード口部１２２が選択された第１条件で、水電解システムが運転されているときのアノード室１２内の温度分布を示している。

【0094】

図１２（Ｂ）は、各条件に対するアノード室内流路１２Ｆ内の温度分布を示している。ここで、Ｔ１～Ｔ３は、図１２（Ａ）に示す位置である。本実施形態では、制御部は、第１アノード口部１２１を水の入口とし、第２アノード口部１２２を水の出口とする第１条件と、第３アノード口部１２３を水の入口とし、第１アノード口部１２１を水の出口とする第４条件と、第２アノード口部１２２を水の入口とし、第１アノード口部１２１を水の出口とする第２条件と、第１アノード口部１２１を水の入口とし、第３アノード口部１２３を水の出口とする第３条件とを、その順に切替える。

【0095】

第１条件が選択されているときは、水は、第１アノード口部１２１から第２アノード口部１２２へ向かうアノード第１方向に流れ、第２条件が選択されているときは、水は、第２アノード口部１２２から第１アノード口部１２１へ向かうアノード第２方向に流れる。第３条件が選択されているときは、水は、第１アノード口部１２１から第３アノード口部１２３へ向かうアノード第３方向に流れ、第４条件が選択されているときは、水は、第３アノード口部１２３から第１アノード口部１２１へ向かうアノード第４方向に流れる。アノード第１方向とアノード第２方向とは逆方向であり、アノード第３方向とアノード第４方向とは逆方向である。

【0096】

第１条件では、水の流れ方向は、第１アノード口部１２１から第２アノード口部１２２へ向かうアノード第１方向である。上述の通り、水の流れの下流になるに従い温度が高くなる。アノード室内流路１２Ｆにおいて、水の流入口である第１アノード口部１２１の近傍の位置Ｔ１の近傍は低温であり、水の流出口である第２アノード口部１２２の近傍の位置Ｔ２に向かって温度が高くなっている。詳しくは、Ｔ１が低温、Ｔ２が中温、Ｔ３が高温である。アノード室内流路１２Ｆにおいて、水の流れの下流になるに従い温度が高くなるものの、Ｔ２では第１アノード口部１２１から第２アノード口部１２２に向かって流れる水の流量が多く、高温の水が滞留しにくいため、若干温度が下がると考えられる。位置Ｔ３は、水が流れるものの、流量が少なく高温の水が滞留しやすいため、高温になると考えられる。

【0097】

第４条件では、水の流れ方向は、第３アノード口部１２３から第１アノード口部１２１へ向かうアノード第４方向である。第４条件では、第１条件において、高温となった位置Ｔ３が水の流れの上流になり、第１条件において低温となった位置Ｔ１が水の流れの下流になる。アノード室内流路１２Ｆにおいて、水の流入口である第３アノード口部１２３の近傍の位置Ｔ３は低温であり、水の流出口である第１アノード口部１２１の近傍の位置Ｔ１に向かって温度が高くなっている。詳しくは、Ｔ１が中温、Ｔ２が中温、Ｔ３が低温である。上述の通り、水の流れの下流になるに従い温度が高くなるものの、Ｔ１では第３アノード口部１２３から第１アノード口部１２１に向かって流れる水の流量が多く、高温の水が滞留しにくいため、若干温度が下がると考えられる。第２アノード口部１２２の近傍の位置Ｔ２は、低温の水が流れるものの、流量が少ないため条件１のときの温度からあまり変わらないと考えられる。

【0098】

第２条件では、水の流れ方向は、第２アノード口部１２２から第１アノード口部１２１へ向かうアノード第２方向である。第２条件では、第４条件において、中温となった位置Ｔ２が水の流れの上流になり、第４条件において中温となった位置Ｔ１が水の流れの下流になる。アノード室内流路１２Ｆにおいて、水の流入口である第２アノード口部１２２の近傍の位置Ｔ２は低温であり、水の流出口である第１アノード口部１２１の近傍の位置Ｔ１に向かって温度が高くなっている。詳しくは、Ｔ２が低温、Ｔ１が中温、Ｔ３が中温である。上述の通り、水の流れの下流になるに従い温度が高くなるものの、Ｔ１では第２アノード口部１２２から第１アノード口部１２１に向かって流れる水の流量が多く、高温の水が滞留しにくいため、若干温度が下がると考えられる。第３アノード口部１２３の近傍の位置Ｔ３は、低温の水が流れるものの、流量が少ないため、条件２への切替後、ごく短時間では低温であるが、時間が経過すると、温度定常になるため、中温になると考えられる。

【0099】

第３条件では、水の流れ方向は、第１アノード口部１２１から第３アノード口部１２３へ向かうアノード第３方向である。第３条件では、第２条件において、中温となった位置Ｔ１が水の流れの上流になり、第２条件において中となった位置Ｔ３が水の流れの下流になる。アノード室内流路１２Ｆにおいて、水の流入口である第１アノード口部１２１の近傍の位置Ｔ１は低温であり、水の流出口である第３アノード口部１２３の近傍の位置Ｔ３に向かって温度が高くなっている。詳しくは、Ｔ１が低温、Ｔ３が中温、Ｔ２が高温ある。上述の通り、水の流れの下流になるに従い温度が高くなるものの、Ｔ３では第１アノード口部１２１から第３アノード口部１２３に向かって流れる水の流量が多く、高温の水が滞留しにくいため、若干温度が下がると考えられる。第２アノード口部１２２の近傍の位置Ｔ２は、水が流れるものの、流量が少なく高温の水が滞留しやすいため、高温になったと考えられる。

【0100】

この例では、第１条件、第４条件、第２条件、第３条件を、この順に切替えて、水の流れ方向を切替えている。条件を切替える際に、比較的、温度が高くなっている（中温、高温）位置が水の流れの上流になるように条件を選択しているため、効率よく、アノード室内の温度を時間的に略均一にすることができる。巨視的に見ると、アノード第１方向(第１条件)とアノード第３方向(第３条件）は、第１短辺Ｓ１から第２短辺Ｓ２へ向かう第１方向であり、アノード第２方向(第２条件)とアノード第４方向(第４条件)は第２短辺Ｓ２から第１短辺Ｓ１へ向かう第２方向であり、水の流れ方向を、互いに逆方向である第１方向と第２方向とに、切替えているともいえる。

【0101】

図１２（Ｂ）に示すように、第１条件では、Ｔ１の温度が低温、Ｔ２の温度が中温であり、第２条件では、逆に、Ｔ２の温度が低温であり、Ｔ１の温度が中温である。また、第３条件では、Ｔ１の温度が低温、Ｔ３の温度が中温であり、第４条件では、逆に、Ｔ３の温度が低温であり、Ｔ１の温度が中温である。すなわち、制御部は、アノード室１２の内部の温度が時間的に略均一になるように、アノード室１２の水の流れ方向を切り替えている。

【0102】

＜第８実施形態＞
図１３は、第８実施形態の水電解槽における４つのアノード口部の配置と流路内温度分布を概念的に示す説明図である。本実施形態では、水電解槽は、第１アノード口部１２１と、第２アノード口部１２２と、第３アノード口部１２３と、第４アノード口部１２４と、を有する。アノード室内流路１２Ｆは、第５～第７実施形態と異なり、平面形状が正方形状である。本実施形態では、アノード室内流路１２Ｆに対して、第１アノード口部１２１が第１辺Ｓ１１の外側に設けられており、第２アノード口部１２２が、第１辺Ｓ１１と対向する第２辺Ｓ１２の外側に設けられており、第３アノード口部１２３が、第３辺Ｓ１３の外側に設けられており、第４アノード口部１２４が、第３辺Ｓ１３と対向する第４辺Ｓ１４の外側に設けられている。

【0103】

第１アノード口部１２１、第２アノード口部１２２、第３アノード口部１２３、および第４アノード口部１２４は、それぞれ、第１辺Ｓ１１、第２辺Ｓ１２、第３辺Ｓ１３、および第４辺Ｓ１４それぞれの略真ん中に対応する位置に配置されている。すなわち、第１アノード口部１２１と第２アノード口部１２２は、アノード室内流路１２Ｆ（アノード室１２）を介し対向している。同様に、第３アノード口部１２３と第４アノード口部１２４も、アノード室内流路１２Ｆ（アノード室１２）を介し対向している。図１３（Ａ）では、水の流入口として第１アノード口部１２１が選択され、水の流出口として第２アノード口部１２２が選択された第１条件で、水電解システムが運転されているときのアノード室内流路１２Ｆ内の温度分布を示している。

【0104】

図１３（Ｂ）は、各条件に対するアノード室内流路１２Ｆ内の温度分布を示している。ここで、Ｔ１～Ｔ４は、図１３（Ａ）に示す位置である。本実施形態では、制御部は、第１アノード口部１２１を水の入口とし、第２アノード口部１２２を水の出口とする第１条件と、第３アノード口部１２３を水の入口とし、第４アノード口部１２４を水の出口とする第３条件と、第２アノード口部１２２を水の入口とし、第１アノード口部１２１を水の出口とする第２条件と、第４アノード口部１２４を水の入口とし、第３アノード口部１２３を水の出口とする第４条件とを、その順に切替える。

【0105】

第１条件が選択されているときは、水は、第１アノード口部１２１から第２アノード口部１２２へ向かうアノード第１方向に流れ、第２条件が選択されているときは、水は、第２アノード口部１２２から第１アノード口部１２１へ向かうアノード第２方向に流れる。第３条件が選択されているときは、水は、第３アノード口部１２３から第４アノード口部１２４へ向かうアノード第３方向に流れ、第４条件が選択されているときは、水は、第４アノード口部１２４から第３アノード口部１２３へ向かうアノード第４方向に流れる。アノード第１方向とアノード第２方向とは逆方向であり、アノード第３方向とアノード第４方向とは逆方向である。また、アノード第１方向およびアノード第２方向と、アノード第３方向およびアノード第４方向と、は略直交する方向である。

【0106】

第１条件では、水の流れ方向は、第１アノード口部１２１から第２アノード口部１２２へ向かうアノード第１方向である。上述の通り、水の流れの下流になるに従い温度が高くなる。アノード室内流路１２Ｆにおいて、水の流入口である第１アノード口部１２１の近傍の位置Ｔ１の近傍は低温であり、水の流出口である第２アノード口部１２２の近傍の位置Ｔ２に向かって温度が高くなっている。詳しくは、Ｔ１が低温、Ｔ２が高温、Ｔ３が中高温、Ｔ４が中温である。

【0107】

第３条件では、水の流れ方向は、第３アノード口部１２３から第４アノード口部１２４へ向かうアノード第３方向である。第３条件では、第１条件において、中温となった位置Ｔ３が水の流れの上流になり、第１条件において中温となった位置Ｔ４が水の流れの下流になる。アノード室内流路１２Ｆにおいて、水の流入口である第３アノード口部１２３の近傍の位置Ｔ３は低温であり、水の流出口である第４アノード口部１２４の近傍の位置Ｔ４に向かって温度が高くなっている。詳しくは、Ｔ３が低温、Ｔ４が高温、Ｔ１が中温、Ｔ２が中温である。

【0108】

第２条件では、水の流れ方向は、第２アノード口部１２２から第１アノード口部１２１へ向かうアノード第２方向である。第２条件では、第３条件において、中温となった位置Ｔ２が水の流れの上流になり、第３条件において中温となった位置Ｔ１が水の流れの下流になる。アノード室内流路１２Ｆにおいて、水の流入口である第２アノード口部１２２の近傍の位置Ｔ２は低温であり、水の流出口である第１アノード口部１２１の近傍の位置Ｔ１に向かって温度が高くなっている。詳しくは、Ｔ２が低温、Ｔ１が高温、Ｔ３が中温、Ｔ４が中温である。

【0109】

第４条件では、水の流れ方向は、第４アノード口部１２４から第３アノード口部１２３へ向かうアノード第４方向である。第４条件では、第２条件において、中温となった位置Ｔ４が水の流れの上流になり、第２条件において中温となった位置Ｔ３が水の流れの下流になる。アノード室内流路１２Ｆにおいて、水の流入口である第４アノード口部１２４の近傍の位置Ｔ４は低温であり、水の流出口である第３アノード口部１２３の近傍の位置Ｔ３に向かって温度が高くなっている。詳しくは、Ｔ４が低温、Ｔ３が高温、Ｔ１が中温、Ｔ２が中温である。

【0110】

本実施形態では、第１条件、第３条件、第２条件、第４条件を、この順に切替えて、水の流れ方向を切替えている。水の流れ方向が逆方向、直交方向に切替えられるため、アノード室内流路１２Ｆの平面形状が正方形の場合に、アノード室内の温度を、時間的に略均一にすることができる。本実施形態では、水の流入口としてのアノード口部を、アノード室内流路１２Ｆの周りに時計回りに選択しているが、他の例では、反時計回りに選択してもよい。

【0111】

図１３（Ｂ）に示すように、第１条件では、Ｔ１の温度が低温、Ｔ２の温度が高温であり、第２条件では、逆に、Ｔ２の温度が低温であり、Ｔ１の温度が高温である。また、第３条件では、Ｔ３の温度が低温、Ｔ４の温度が高温であり、第４条件では、逆に、Ｔ４の温度が低温であり、Ｔ３の温度が低温である。すなわち、制御部は、アノード室１２の内部の温度が時間的に略均一になるように、アノード室１２の水の流れ方向を切り替えている。

【0112】

以下に、アノード口部の切替制御について、第１実施形態と異なる他の例について説明する。

【0113】

＜第９実施形態＞ 図１４は、第９実施形態の水電解システム１００Ｄの概略構成を示す説明図である。水電解システム１００Ｄが第１実施形態の水電解システム１００と異なる点は、第１アノード口部１２１の温度を測定する第１温度測定部７１と、前記第２アノード口部１２２の温度を測定する第２温度測定部７２と、を備える点と、制御部３０による制御である。第１実施形態と同一の構成には、同一の符号を付して、先行する説明を参照する。

【0114】

本実施形態の水電解槽１０は、第１実施形態と同一の構成であり、２つのアノード口部（第１アノード口部１２１、第２アノード口部１２２）を有する。

【0115】

第１温度測定部７１は、第１アノード口部１２１の内部に設けられ、第２温度測定部７２は、第２アノード口部１２２の内部に設けられる。第１温度測定部７１および第２温度測定部７２による温度測定結果は、制御部３０に入力される。第１温度測定部７１と第２温度測定部７２としては、熱電対、ＩＣ(集積回路）温度センサ、サーミスタ、測温抵抗体等、種々の公知の温度センサを用いることができる。

【0116】

制御部３０は、第５実施形態（図１０）に示した第１条件と第２条件とを切替えることにより、アノード室１２内の水の流れ方向を切替える。第５実施形態において示した通り、第１条件では、第１アノード口部１２１が流入口、第２アノード口部１２２が流出口として選択され、第２条件では、第２アノード口部１２２が流入口、第１アノード口部１２１が流出口として選択される。本実施形態において、制御部３０は、第１温度測定部７１および第２温度測定部７２から入力される測定結果を用いて、条件の切替を行う。

【0117】

図１５は、第９実施形態の水電解処理におけるアノード口部の選択条件の切替処理を示すフローチャートである。 水電解システム１００が起動され、水電解処理開始の指示が入力されると、制御部３０は、アノード口部の選択条件の切替処理を開始する。ステップＳ２０２では、制御部３０は、第１条件を選択する。具体的には、制御部３０は、三方弁２６（図１４）を介して第３供給路２４と第１供給路２２を接続させ、三方弁４４を介して第２排出路４２と第３排出路４３を接続させる。そして、供給ポンプ２５を駆動させて水タンク２１から水電解槽１０に対して水を供給させると、第１アノード口部１２１を介して水が流入し、第２アノード口部１２２を介して水が流出する。すなわち、アノード室１２内を第１方向に水が流れる。

【0118】

制御部３０は、ステップＳ２０３では、第１温度測定部７１から第１アノード口部１２１内の温度ｔ１を取得し、ステップＳ２０４では、第２温度測定部７２から第２アノード口部１２２内の温度ｔ２を取得する。

【0119】

ステップＳ２０５では、制御部３０は、温度ｔ１と温度ｔ２との差が変更閾値Δｔｃ以上が否か判定する。温度ｔ１と温度ｔ２との差が変更閾値Δｔｃ以上の場合には（ステップＳ２０５においてＹｅｓ）、制御部３０は、条件を、今の条件と異なる条件に切替える（ステップＳ２０６）。すなわち、第１条件で運転している場合には、第２条件に切替えて、第２条件で運転している場合には、第１条件に切替える。変更閾値Δｔｃは、水の流出口側の温度が、触媒劣化や給電体の腐食が生じない範囲の温度に設定するのが好ましい。例えば、変更閾値Δｔｃは、３０～４０℃に設定することができる。このようにすると、アノード室１２において、水の流出口側の温度が、触媒劣化や給電体の腐食が生じる温度になる前に、水の入出口が切替えられるため、アノード室１２における局所的な温度上昇を抑制することができる。

【0120】

ステップＳ２０６において制御部３０が第２条件を選択するとき、具体的には、下記の制御を行う。制御部３０は、三方弁２６（図１４）を介して第３供給路２４と第２供給路２３を接続させる。また、制御部３０は、三方弁４４を介して第１排出路４１と第３排出路４３を接続させる。そして、供給ポンプ２５を駆動させて水タンク２１から水電解槽１０に対して水を供給させると、第２アノード口部１２２を介して水が流入し、第１アノード口部１２１を介して水が流出する（図１４において、水の流れを一点鎖線で図示している）。すなわち、アノード室１２内を第２方向に水が流れる。

【0121】

制御部３０は、ステップＳ２０７において、切替処理の停止指示の入力がない場合は、ステップＳ２０３およびステップＳ２０４に戻り、切替処理の停止指示が入力されると、切替処理を停止する。切替処理の停止処理は、例えば、水電解処理の停止指示の入力に伴って入力される。図示するように、切替処理の停止指示が入力されるまで、制御部３０は、ステップＳ２０３～ステップＳ２０７を繰り返し実行する。

【0122】

本実施形態の水電解システムの制御方法によれば、第１アノード口部１２１の温度と第２アノード口部１２２の温度を用いて、アノード室１２内の水の流れ方向の切替タイミングを決定しているため、水電解槽１０の運転状況、アノード室１２内の状況に応じて、適切に水の流れ方向を切替えることができる。その結果、適切に、アノード室１２内の温度差を抑制することができ、アノード室１２内の温度を、時間的に略均一化することができる。

【0123】

＜第１０実施形態＞
図１６、図１７は、第１０実施形態の水電解システム１００Ｅの概略構成を示す説明図である。図１６、図１７では、アノード側の構成を明確に示すため、カソード側の構成である水素排出部５０の記載を省略している。水電解システム１００Ｅが第９実施形態の水電解システム１００Ｄと異なる点は、水電解槽１０Ｅが、４つのアノード口部(不図示)を備える点と、第２温度測定部７３および第４温度測定部７４と、第３流路８３および第４流路８４と、四方弁８１および四方弁８２をさらに備える点と、制御部３０による制御である。第９実施形態と同一の構成には、同一の符号を付して、先行する説明を参照する。

【0124】

本実施形態の水電解槽１０Ｅは、図１３に示すように、４つのアノード口部（第１アノード口部１２１、第２アノード口部１２２、第３アノード口部１２３、１２４）を有する。

【0125】

第３温度測定部７３は、第３アノード口部１２３の内部に設けられ、第３アノード口部１２３の内部温度を測定する。第４温度測定部７４は、第４アノード口部１２４の内部に設けられ、第４アノード口部１２４の内部温度を測定する。第３温度測定部７３および第４温度測定部７４による温度測定結果も、第１温度測定部７１および第２温度測定部７２と同様に、制御部３０に入力される。第３温度測定部７３と第４温度測定部７４も、第１温度測定部７１および第２温度測定部７２と同様の温度センサを用いることができる。

【0126】

制御部３０は、第８実施形態（図１３）に示した第１条件と、第３条件と、第２条件と、第４条件とを、この順に切替えることにより、アノード室１２内の水の流れ方向を切替える。第８実施形態において説明した通り、第１条件では、第１アノード口部１２１が流入口、第２アノード口部１２２が流出口として選択され、第２条件では、第２アノード口部１２２が流入口、第１アノード口部１２１が流出口として選択され、第３条件では、第３アノード口部１２３が流入口、第４アノード口部１２４が流出口として選択され、第４条件では、第４アノード口部１２４が流入口、第３アノード口部１２３が流出口として選択される。本実施形態において、制御部３０は、第１温度測定部７１、第２温度測定部７２、第３温度測定部７３、および第４温度測定部７４から入力される測定結果を用いて、条件の切替を行う。

【0127】

図１８、図１９は、第１０実施形態の水電解処理におけるアノード口部の条件の切替処理を示すフローチャートである。
水電解システム１００Ｅが起動され、水電解処理開始の指示が入力されると、制御部３０は、アノード口部の選択条件の切替処理を開始する。ステップＳ３０１では、制御部３０は、切替処理の停止指示の有無を判断する。ステップＳ３０１において、切替処理の停止指示の入力がない場合は、ステップＳ３０２に進む。一方、切替処理の停止指示が入力されると、制御部３０は、切替処理を停止する。

【0128】

ステップＳ３０２において、制御部３０は、第１条件を選択する。具体的には、制御部３０は、三方弁２６（図１６）を介して第３供給路２４と第１供給路２２を接続させると共に、四方弁８１を介して２２と６１を接続させ、三方弁４４を介して第２排出路４２と第３排出路４３を接続させる。そして、供給ポンプ２５を駆動させて水タンク２１から水電解槽１０に対して水を供給させると、第１アノード口部１２１を介して水が流入し、第２アノード口部１２２を介して水が流出する（図１６において、水の流れを破線で図示している）。すなわち、アノード室１２内を第１方向に水が流れる。

【0129】

ステップＳ３０３では、制御部３０は、第１温度測定部７１から第１アノード口部１２１内の温度ｔ１を取得し、第２温度測定部７２から第２アノード口部１２２内の温度ｔ２を取得し、第３温度測定部７３から第３アノード口部１２３内の温度ｔ３を取得し、第４温度測定部７４から第４アノード口部１２４内の温度ｔ４を取得する。

【0130】

ステップＳ３０４では、制御部３０は、温度ｔ１～温度ｔ４のうち、最も高い温度ｔ_MAXと最も低い温度ｔ_MINを決定し、ｔ_MAXとｔ_MINとの差が変更閾値Δｔｃ以上か否か判定する。ｔ_MAXとｔ_MINとの差が変更閾値Δｔｃ以上の場合には（ステップＳ３０４においてＹｅｓ）、制御部３０は、第３条件に切替える（ステップＳ３０５）。変更閾値Δｔｃは、第５実施形態と同様に設定することができる。一方、ｔ_MAXとｔ_MINとの差が変更閾値Δｔｃより小さい場合は、ステップＳ３０２へ戻る。すなわち、条件を変更しない。

【0131】

ステップＳ３０５において制御部３０が第３条件を選択するとき、具体的には、下記の制御を行う。制御部３０は、三方弁２６（図１７）を介して第３供給路２４と第１供給路２２を接続させると共に、四方弁８１を介して第１供給路２２と第３流路８３を接続させる。また、制御部３０は、三方弁４４を介して第２排出路４２と第３排出路４３を接続させると共に、四方弁８２を介して第４流路８４と第２排出路４２とを接続させる。そして、供給ポンプ２５を駆動させて水タンク２１から水電解槽１０に対して水を供給させると、第３アノード口部１２３を介して水が流入し、第４アノード口部１２４を介して水が流出する（図１７において、水の流れを破線で図示している）。すなわち、アノード室１２内を第３方向に水が流れる。

【0132】

ステップＳ３０６では、制御部３０は、第１温度測定部７１から第１アノード口部１２１内の温度ｔ１を取得し、第２温度測定部７２から第２アノード口部１２２内の温度ｔ２を取得し、第３温度測定部７３から第３アノード口部１２３内の温度ｔ３を取得し、第４温度測定部７４から第４アノード口部１２４内の温度ｔ４を取得する。

【0133】

ステップＳ３０７では、制御部３０は、ステップＳ３０４と同様に、ｔ_MAXとｔ_MINとの差が変更閾値Δｔｃ以上か否か判定する。ｔ_MAXとｔ_MINとの差が変更閾値Δｔｃ以上の場合には（ステップＳ３０７においてＹｅｓ）、制御部３０は、第２条件に切替える（図１９：ステップＳ３０８）。一方、ｔ_MAXとｔ_MINとの差が変更閾値Δｔｃより小さい場合は、ステップＳ３０５へ戻る。すなわち、条件を変更しない。

【0134】

ステップＳ３０８において制御部３０が第２条件を選択するとき、具体的には、下記の制御を行う。制御部３０は、三方弁２６（図１６）を介して第３供給路２４と第２供給路２３を接続させると共に、四方弁８１を介して第２供給路２３と第２流路６２を接続させる。また、制御部３０は、三方弁４４を介して第１排出路４１と第３排出路４３を接続させると共に、四方弁８１を介して第１流路６１と第１排出路４１とを接続させる。そして、供給ポンプ２５を駆動させて水タンク２１から水電解槽１０に対して水を供給させると、第２アノード口部１２２を介して水が流入し、第１アノード口部１２１を介して水が流出する（図１６において、水の流れを一点鎖線で図示している）。すなわち、アノード室１２内を第２方向に水が流れる。

【0135】

ステップＳ３０９では、制御部３０は、第１温度測定部７１から第１アノード口部１２１内の温度ｔ１を取得し、第２温度測定部７２から第２アノード口部１２２内の温度ｔ２を取得し、第３温度測定部７３から第３アノード口部１２３内の温度ｔ３を取得し、第４温度測定部７４から第４アノード口部１２４内の温度ｔ４を取得する。

【0136】

ステップＳ３１０では、制御部３０は、ステップＳ３０４と同様に、ｔ_MAXとｔ_MINとの差が変更閾値Δｔｃ以上か否か判定する。ｔ_MAXとｔ_MINとの差が変更閾値Δｔｃ以上の場合には（ステップＳ３１０においてＹｅｓ）、制御部３０は、第４条件に切替える（ステップＳ３１１）。一方、ｔ_MAXとｔ_MINとの差が変更閾値Δｔｃより小さい場合は、ステップＳ３０８へ戻る。すなわち、条件を変更しない。

【0137】

ステップＳ３１１において制御部３０が第４条件を選択するとき、具体的には、下記の制御を行う。制御部３０は、三方弁２６（図１７）を介して第３供給路２４と第２供給路２３を接続させると共に、四方弁８１を介して第２供給路２３と第４流路８４を接続させる。また、制御部３０は、三方弁４４を介して第１排出路４１と第３排出路４３を接続させると共に、四方弁８１を介して第３流路８３と第１排出路４１とを接続させる。そして、供給ポンプ２５を駆動させて水タンク２１から水電解槽１０に対して水を供給させると、第４アノード口部１２４を介して水が流入し、第３アノード口部１２３を介して水が流出する（図１７において、水の流れを一点鎖線で図示している）。すなわち、アノード室１２内を第４方向に水が流れる。

【0138】

ステップＳ３１２では、制御部３０は、ステップＳ３０３と同様に、温度ｔ１～温度ｔ４を取得する。

【0139】

ステップＳ３１３では、制御部３０は、ステップＳ３０４と同様に、ｔ_MAXとｔ_MINとの差が変更閾値Δｔｃ以上か否か判定する。ｔ_MAXとｔ_MINとの差が変更閾値Δｔｃ以上の場合には（ステップＳ３１３においてＹｅｓ）、制御部３０は、ステップＳ３０１(図１８）へ戻る。一方、ｔ_MAXとｔ_MINとの差が変更閾値Δｔｃより小さい場合は、ステップＳ３１１へ戻る。すなわち、条件を変更しない。

【0140】

制御部３０は、ステップＳ３０１において、切替処理の停止指示の入力がない場合は、ステップＳ３０２へ進み、切替処理の停止指示が入力されると、切替処理を停止する。切替処理の停止処理は、例えば、水電解処理の停止指示の入力に伴って入力される。図示するように、切替処理の停止指示が入力されるまで、制御部３０は、ステップＳ３０１～ステップＳ３１３を繰り返し実行する。

【0141】

本実施形態の水電解システム１００Ｅの制御方法によれば、第１アノード口部１２１の温度ｔ１、第２アノード口部１２２の温度ｔ１、第３アノード口部１２３の温度ｔ３、および第４アノード口部１２４の温度ｔ４を用いて、アノード室１２内の水の流れ方向の切替タイミングを決定しているため、水電解槽１０の運転状況、アノード室１２内の状況に応じて、適切に水の流れ方向を切替えることができる。その結果、適切に、アノード室１２内の温度差を抑制することができる。

【0142】

また、アノード室１２における水の流れ方向を、逆行する２方向だけでなく直交する方向を含めた４方向で切り替えているため、より適切に、アノード室１２内の温度を時間的に略均一化することができる。

【0143】

＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

【0144】

・上記実施形態において、水電解槽１０として、ＰＥＭ型水電解槽を例示したが、水電解槽の種類は、上記実施形態に限定されない。例えば、アルカリ水電解槽を用いてもよい。アルカリ水電解槽を用いる場合、水酸化カリウムや水酸化ナトリウムの水溶液（導電性のカリウムイオンやナトリウムイオンを溶かした水）等をアノード室およびカソード室に供給する。このようにしても、水の流れを交互に切替えることにより、電極の劣化を抑制することができる。

【0145】

・上記実施形態において、水電解槽１０として、複数の水電解セルを直列に積層した複極式電解モジュールを例示したが、水電解槽１０として、１つの水電解セルを用いてもよい。

【0146】

・上記実施形態では、供給と排出との両機能を果たす第１流路６１および第２流路６２を備えていたが、供給流路と排出流路とを、全く別個に設けてもよい。このようにしても、供給用の口部と排出用の口部とを適切な位置に配置し、各流路の切替を適切に行うことにより、アノード室１２内の水の流れを略逆方向に切替えることができる。

【0147】

・上記実施形態では、水供給部２０、酸素排出部４０、水素排出部５０それぞれにおいて、流路が分岐、または合流する例を示したが、各部において、それぞれ、２つの流路が別個に設けられてもよい。上記実施形態のように、流路が分岐、または合流する構成にすると、水電解システム１００の構成の複雑化を抑制することができ、また、省スペース化できる。

【0148】

・上記実施形態において、アノード室１２内の水の流れと、カソード室１３内の水の流れの方向が対向する例を示したが、対向しなくてもよい。例えば、アノード室１２内の水の流れと、カソード室１３内の水の流れの方向が一致してもよい。また、アノード室１２内の水の流れと、カソード室１３内の水の流れの方向が略直交等に交差してもよい。

【0149】

・上水の流れ方向を切替える条件は、上記実施形態に限定されない。例えば、アノード室１２から排出される水の温度が所定の閾値以上になったら切り替える構成にしてもよい。

【0150】

・上記第９実施形態および第１０実施形態において、アノード口部内の温度ｔ１を測定する温度測定部を備え、制御部３０が、測定された温度ｔ１を用いて、第１アノード口部１２１の温度ｔ１と、第２アノード口部１２２の温度ｔ１と、が時間的に略均一になるように、アノード室１２の水の流れ方向を切り替える例を示したが、制御方法は、これに限定されない。例えば、水電解システム１００がアノード室１２の内部温度を測定する内部温度測定部を備え、制御部３０が、アノード室１２の内部温度が時間的に略均一になるように、アノード室１２内の水の流れ方向を切替えてもよい。

【0151】

・上記実施形態において、制御部３０が全ての弁を制御する例を示したが、各弁にそれぞれ、制御部が設けられてもよい。このようにしても、各制御部が時間に応じて連動することにより、上記第１実施形態と同様に制御することができる。

【0152】

・上記実施形態において、水電解システム１００がさらに、酸素側処理部、水素側処理部を備えてもよい。例えば、酸素側処理部が気液分離器と酸素タンクを備え、水素側処理部が気液分離器と水素タンクを備える構成にしてもよい。また、水素側処理部がメタン製造装置を備えてもよい。水電解槽１０から排出された水を水タンク２１に戻して再利用する構成にしてもよい。

【0153】

以上、実施形態、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。

【符号の説明】

【0154】

１０、１０Ｅ…水電解槽
１１ａ…電解質膜
１１ｂ…アノード
１１ｃ…カソード
１２…アノード室
１２Ｆ…アノード室内流路
１３…カソード室
１４…電極板
１５…端子電極
１９…電源
２０、２０Ａ…水供給部
２１…水タンク
２２～２４…第１～３供給路
２６、４４、５４…三方弁
２７、２８、４５、４６、５５、５６…開閉弁
３０…制御部
４０、４０Ａ…酸素排出部
４１～４３…第１～３排出路
５０、５０Ａ、５０Ｃ…水素排出部
５１～５３…第１～３カソード流路
６１、６２…第１、２流路
７１～７４…第１～４温度測定部
８１、８２…四方弁
８３、８４…第３、４流路
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ…水電解システム
１２１～１２４…第１～４アノード口部
１３１、１３２…第１、２カソード口部
ＤＡ１…アノード第１方向
ＤＡ２…アノード第２方向
ＤＣ１…カソード第１方向
ＤＣ２…カソード第２方向
Ｓ１、Ｓ２…第１、２短辺
Ｓ１１～Ｓ１４…第１～４辺

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】