(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】2024-11-01
(45)【発行日】2024-11-12
(54)【発明の名称】電解システム及び電解システムの制御方法
(51)【国際特許分類】
C25B 15/08 20060101AFI20241105BHJP
C25B 15/023 20210101ALI20241105BHJP
C25B 1/042 20210101ALI20241105BHJP
C25B 9/00 20210101ALI20241105BHJP
【ＦＩ】
C25B15/08 302
C25B15/023
C25B1/042
C25B9/00 A
【請求項の数】
12
(21)【出願番号】P 2023059553
(22)【出願日】2023-03-31
(65)【公開番号】P2024146570
(43)【公開日】2024-10-15
【審査請求日】2023-12-13
(73)【特許権者】
【識別番号】000006208
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100112737
【弁理士】
【氏名又は名称】藤田 考晴
(74)【代理人】
【識別番号】100136168
【弁理士】
【氏名又は名称】川上 美紀
(74)【代理人】
【識別番号】100172524
【弁理士】
【氏名又は名称】長田 大輔
(72)【発明者】
【氏名】田村 憲
(72)【発明者】
【氏名】加藤 雅之
(72)【発明者】
【氏名】吉本 俊純
【審査官】萩原 周治
(56)【参考文献】
【文献】特開２００６－１２４７７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】韓国公開特許第１０－２０２２－００５１０４４（ＫＲ，Ａ）
【文献】特開２０１１－１６２８６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２２－１８０３０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０２３／０２１６７８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１８－１９０６４９（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】
酸素極と水素極とを有し、前記水素極に供給された水蒸気を電気分解することで、前記水素極で水素を生成するとともに前記酸素極で酸素を生成する電解モジュールと、前記水素極に前記水蒸気を供給する水蒸気供給系統と、
前記水素極に供給された前記水蒸気および前記水素極で生成された前記水素を含む水素混合ガスを回収する水素回収系統と、
前記酸素極に空気を供給する空気供給系統と、
前記酸素極に供給された前記空気および前記酸素極で生成された前記酸素を含む酸素混合ガスを回収する酸素回収系統と、
前記水素回収系統から大気中へ前記水素混合ガスを放出する第１放出系統と、
前記酸素回収系統から大気中へ前記酸素混合ガスを放出する第２放出系統と、
前記第１放出系統に配置される第１放出弁と、
前記第２放出系統に配置される第２放出弁と、
前記電解モジュールを停止させる場合に、前記第１放出弁および前記第２放出弁が開状態となるように制御する制御部と、を備え、
前記水素回収系統は、前記水素回収系統の前記水素混合ガスの第１圧力と前記酸素回収系統の前記酸素混合ガスの第２圧力との圧力差を検出する差圧検出部を有し、
前記制御部は、前記電解モジュールを停止させる場合に、前記差圧検出部が検出する前記圧力差が所定範囲となるように、前記第１放出弁の第１開度および前記第２放出弁の第２開度を制御する電解システム。
【請求項2】
複数の前記電解モジュールを備え、前記空気供給系統は、複数の前記電解モジュールのそれぞれに単位時間あたりに同一の流量の前記空気を供給する流量調整装置を備える請求項１に記載の電解システム。
【請求項3】
前記空気供給系統に接続されるとともに注入部から注入される大気中の前記空気を前記空気供給系統に導く空気注入系統を備え、前記空気注入系統は、前記電解モジュールよりも下方に配置されており、
前記酸素回収系統に接続された前記第２放出系統が前記酸素混合ガスを大気中へ放出する排空気放出部は、前記電解モジュールよりも上方に配置されている請求項１に記載の電解システム。
【請求項4】
前記制御部は、前記酸素回収系統の前記酸素混合ガスの圧力が大気圧近傍に到達したことに応じて、自然通風により注入された前記空気を前記空気注入系統から前記電解モジュール内を流通した後、前記酸素回収系統を経由して前記第２放出系統から大気へ放出可能とするよう、空気注入流量調整弁、空気注入遮断弁及び前記第２放出弁を操作する請求項３に記載の電解システム。
【請求項5】
前記空気注入系統に配置されるブロワと、前記ブロワに電力を供給する電力供給部と、を備える請求項４に記載の電解システム。
【請求項6】
前記制御部は、前記酸素回収系統の前記酸素混合ガスの圧力が大気圧に到達したことに応じて、前記空気注入系統から前記空気供給系統へ前記空気を供給する前記ブロワを起動する請求項５に記載の電解システム。
【請求項7】
電解システムの制御方法であって、前記電解システムは、
酸素極と水素極とを有し、前記水素極に供給された水蒸気を電気分解することで、前記水素極で水素を生成するとともに前記酸素極で酸素を生成する電解モジュールと、
前記水素極に前記水蒸気を供給する水蒸気供給系統と、
前記水素極に供給された前記水蒸気および前記水素極で生成された前記水素を含む水素混合ガスを回収する水素回収系統と、
前記酸素極に空気を供給する空気供給系統と、
前記酸素極に供給された前記空気および前記酸素極で生成された前記酸素を含む酸素混合ガスを回収する酸素回収系統と、
前記水素回収系統から大気中へ前記水素混合ガスを放出する第１放出系統と、
前記酸素回収系統から大気中へ前記酸素混合ガスを放出する第２放出系統と、
前記第１放出系統に配置される第１放出弁と、
前記第２放出系統に配置される第２放出弁と、を有し、
前記電解モジュールを停止させる場合に、前記第１放出弁および前記第２放出弁が開状態となるように制御する放出工程と、
前記水素回収系統の前記水素混合ガスの第１圧力と前記酸素回収系統の前記酸素混合ガスの第２圧力との圧力差を検出する差圧検出工程を備え、
前記放出工程は、前記電解モジュールを停止させる場合に、前記差圧検出工程が検出する前記圧力差が所定範囲となるように、前記第１放出弁の第１開度および前記第２放出弁の第２開度を制御する電解システムの制御方法。
【請求項8】
前記電解システムは、複数の前記電解モジュールを備え、前記空気供給系統は、複数の前記電解モジュールのそれぞれに単位時間あたりにほぼ同一の流量の前記空気を供給する請求項７に記載の電解システムの制御方法。
【請求項9】
前記電解システムは、前記空気供給系統に接続されるとともに注入部から注入される大気中の前記空気を前記空気供給系統に導く空気注入系統を備え、前記空気注入系統は、前記電解モジュールよりも下方に配置されており、
前記酸素回収系統に接続された前記第２放出系統が前記酸素混合ガスを大気中へ放出する排空気放出部は、前記電解モジュールよりも上方に配置されている請求項７に記載の電解システムの制御方法。
【請求項10】
前記放出工程は、前記酸素回収系統の前記酸素混合ガスの圧力が大気圧近傍に到達したことに応じて、自然通風により注入された前記空気を前記空気注入系統から前記電解モジュール内を流通した後、前記酸素回収系統を経由して前記第２放出系統から大気へ放出可能とするよう、空気注入流量調整弁、空気注入遮断弁及び前記第２放出弁を操作する請求項９に記載の電解システムの制御方法。
【請求項11】
前記電解システムは、前記空気注入系統に配置されるブロワと、
前記ブロワに電力を供給する電力供給部と、を備える請求項１０に記載の電解システムの制御方法。
【請求項12】
前記酸素回収系統の前記酸素混合ガスの圧力が大気圧近傍に到達したことに応じて、前記空気注入系統から前記空気供給系統へ前記空気を供給するよう前記ブロワを起動するブロワ起動工程を備える請求項１１に記載の電解システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、電解システム及び電解システムの制御方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
水を電気化学的に分解して水素および酸素を製造する電解モジュールは二酸化炭素の排出を伴わない水素製造法であり優れた環境特性を有している。このうち、固体酸化物形電解モジュール（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ Ｃｅｌｌ：ＳＯＥＣ）は、電解質としてイットリア安定化ジルコニアなどのセラミックスが用いられ、高温の水蒸気を原料とするため他の電解モジュールに比べ高い効率で水素の製造が可能である。また、脱炭素化を目的として二酸化炭素（ＣＯ２）を原料とし電解水素を還元剤として利用し、直接一酸化炭素（ＣＯ）を製造する共電解も可能である。
【0003】
水を電気化学的に分解して水素を製造するシステムとして、例えば、特許文献１のシステムが知られている。特許文献１には、酸素を含む酸素極入口供給ガスを電気化学セルの酸素極に供給する酸素極入口供給ラインと、製造された酸素を含む酸素極出口ガスを排出する酸素極側出口ラインと、を備えるシステムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２００８－１１５４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ＳＯＥＣは、例えば、内部の圧力が大気圧～約３ＭＰa、内部の温度が大気温度～約５５０℃で運用される。通常運転時にＳＯＥＣを停止させる場合、通常運転時に電解モジュールに空気および水蒸気を供給するための装置を動作させ、内部の圧力を大気圧に降下させるとともに内部の温度を空気および水蒸気の温度まで低下させる。
【0006】
一方、停電等でＳＯＥＣへ供給される電力が遮断される場合、通常運転時に電解モジュールに空気および水蒸気を供給するための装置が動作しない状態となり、水素回収系統と空気供給系統の差圧を管理しながら内部の圧力を降下させることや、内部の温度を低下させることができなくなる問題が発生する。この問題を解決するため、電解モジュールに空気および水蒸気を供給するための装置に電力を供給するための非常用電源設備を設けることが考えられる。しかしながら、停電等でＳＯＥＣへ供給される電力が遮断される場合に備えて非常用電源設備を設けることは設備経済性を悪化させる要因となる。
【0007】
本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、設備経済性を悪化させることなく、停電等で電力供給が遮断される場合に水素回収系統と空気供給系統の差圧を管理しながら、電解モジュールの内部の圧力および温度を適切に低下させることが可能な電解システム及び電解システムの制御方法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】
【0008】
上記課題を解決するために、本開示の電解システム及び電解システムの運転方法は以下の手段を採用する。
本開示の一態様に係る電解システムは、酸素極と水素極とを有し、前記水素極に供給された水蒸気を電気分解することで、前記水素極で水素を生成するとともに前記酸素極で酸素を生成する電解モジュールと、前記水素極に前記水蒸気を供給する水蒸気供給系統と、前記水素極に供給された前記水蒸気および前記水素極で生成された前記水素を含む水素混合ガスを回収する水素回収系統と、前記酸素極に空気を供給する空気供給系統と、前記酸素極に供給された前記空気および前記酸素極で生成された前記酸素を含む酸素混合ガスを回収する酸素回収系統と、前記水素回収系統から大気中へ前記水素混合ガスを放出する第１放出系統と、前記酸素回収系統から大気中へ前記酸素混合ガスを放出する第２放出系統と、前記第１放出系統に配置される第１放出弁と、前記第２放出系統に配置される第２放出弁と、前記電解モジュールを停止させる場合に、前記第１放出弁および前記第２放出弁が開状態となるように制御する制御部と、を備え、前記水素回収系統は、前記水素回収系統の前記水素混合ガスの第１圧力と前記酸素回収系統の前記酸素混合ガスの第２圧力との圧力差を検出する差圧検出部を有し、前記制御部は、前記電解モジュールを停止させる場合に、前記差圧検出部が検出する前記圧力差が所定範囲となるように、前記第１放出弁の第１開度および前記第２放出弁の第２開度を制御する。
本開示の一態様に係る電解システムは、酸素極と水素極とを有し、前記水素極に供給された水蒸気を電気分解することで、前記水素極で水素を生成するとともに前記酸素極で酸素を生成する電解モジュールと、前記水素極に前記水蒸気を供給する水蒸気供給系統と、前記水素極に供給された前記水蒸気および前記水素極で生成された前記水素を含む水素混合ガスを回収する水素回収系統と、前記酸素極に空気を供給する空気供給系統と、前記酸素極に供給された前記空気および前記酸素極で生成された前記酸素を含む酸素混合ガスを回収する酸素回収系統と、前記水素回収系統から大気中へ前記水素混合ガスを放出する第１放出系統と、前記酸素回収系統から大気中へ前記酸素混合ガスを放出する第２放出系統と、前記第１放出系統に配置される第１放出弁と、前記第２放出系統に配置される第２放出弁と、前記電解モジュールを停止させる場合に、前記第１放出弁および前記第２放出弁が開状態となるように制御する制御部と、を備え、前記水素回収系統は、前記水素回収系統の前記水素混合ガスの第１圧力と前記酸素回収系統の前記酸素混合ガスの第２圧力との圧力差を検出する差圧検出部を有し、前記制御部は、前記電解モジュールを停止させる場合に、前記差圧検出部が検出する前記圧力差が所定範囲となるように、前記第１放出弁の第１開度および前記第２放出弁の第２開度を制御する。
【0009】
本開示の一態様に係る電解システムの制御方法において、前記電解システムは、酸素極と水素極とを有し、前記水素極に供給された水蒸気を電気分解することで、前記水素極で水素を生成するとともに前記酸素極で酸素を生成する電解モジュールと、前記水素極に前記水蒸気を供給する水蒸気供給系統と、前記水素極に供給された前記水蒸気および前記水素極で生成された前記水素を含む水素混合ガスを回収する水素回収系統と、前記酸素極に空気を供給する空気供給系統と、前記酸素極に供給された前記空気および前記酸素極で生成された前記酸素を含む酸素混合ガスを回収する酸素回収系統と、前記水素回収系統から大気中へ前記水素混合ガスを放出する第１放出系統と、前記酸素回収系統から大気中へ前記酸素混合ガスを放出する第２放出系統と、前記第１放出系統に配置される第１放出弁と、前記第２放出系統に配置される第２放出弁と、を有し、前記電解モジュールを停止させる場合に、前記第１放出弁および前記第２放出弁が開状態となるように制御する放出工程を備え、前記放出工程は、前記電解モジュールを停止させる場合に、前記差圧検出工程が検出する前記圧力差が所定範囲となるように、前記第１放出弁の第１開度および前記第２放出弁の第２開度を制御する。
【発明の効果】
【0010】
本開示によれば、設備経済性を悪化させることなく、停電等で電力供給が遮断される場合に水素回収系統と空気供給系統の差圧を管理しながら、電解モジュールの内部の圧力を大気圧に降下させるとともに内部の温度を適切に低下させることが可能な電解システム及び電解システムの制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本開示の第１実施形態に係る電気化学セルスタックの一態様を示す断面図である。
【図2】本開示の第１実施形態に係る電気化学セルモジュールの一態様を示す斜視図である。
【図3】本開示の第１実施形態に係る電気化学セルカートリッジの一態様を示す断面図である。
【図4】本開示の第１実施形態に係る電解システムを示す概略構成図である。
【図5】本開示の第１実施形態に係る電解システムの制御方法を示すフローチャートである。
【図6】本開示の第２実施形態に係る電解システムを示す概略構成図である。
【図7】本開示の第２実施形態に係る電解システムの制御方法を示すフローチャートである。
【図8】本開示の第３実施形態に係る電解システムを示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
〔第１実施形態〕
以下に、本開示の第１実施形態に係る電解システム及び電解システムの運転方法について、図面を参照して説明する。
まず、本開示の第１実施形態に係る電解システムに設けられる固体酸化物形電解モジュール（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ Ｃｅｌｌ：ＳＯＥＣ）について、図１から図３を参照して説明する。
以下に、本開示の第１実施形態に係る電解システム及び電解システムの運転方法について、図面を参照して説明する。
まず、本開示の第１実施形態に係る電解システムに設けられる固体酸化物形電解モジュール（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ Ｃｅｌｌ：ＳＯＥＣ）について、図１から図３を参照して説明する。
【0013】
以下においては、説明の便宜上、紙面を基準として「上」及び「下」の表現を用いて説明した各構成要素の位置関係は、各々鉛直上方側、鉛直下方側を示すものである。また、本実施形態では、上下方向と水平方向で同様な効果を得られるものは、紙面における上下方向が必ずしも鉛直上下方向に限定することなく、例えば鉛直方向に直交する水平方向に対応してもよい。
【0014】
また、以下においては、固体酸化物形電気化学セルのセルスタックとして筒状の円筒形固体酸化物形電解モジュール(ＳＯＥＣ)を例として説明するが、必ずしもこの限りである必要はなく、例えば平板形のセルスタックであってもよい。基体上に電気化学セルを形成するが、基体ではなく電極（水素極１０９もしくは酸素極１１３）が厚く形成されて、基体を兼用したものでも良い。
【0015】
まず、図１を参照して本実施形態に係る一例として、基体管を用いる円筒形セルスタックについて説明する。基体管を用いない場合は、例えば水素極１０９を厚く形成して基体管を兼用してもよく、基体管の使用に限定されることはない。また、本実施形態での基体管は円筒形状を用いたもので説明するが、基体管は筒状であればよく、必ずしも断面が円形に限定されなく、例えば楕円形状でもよい。円筒の周側面を垂直に押し潰した扁平円筒（Ｆｌａｔ
ｔｕｂｕｌａｒ）等のセルスタックでもよい。
ｔｕｂｕｌａｒ）等のセルスタックでもよい。
【0016】
ここで、図１は、実施形態に係るセルスタックの一態様を示すものである。セルスタック１０１は、一例として円筒形状の基体管１０３と、基体管１０３の外周面に複数形成された電気化学単セル１０５と、隣り合う電気化学単セル１０５の間に形成されたインターコネクタ１０７とを備える。電気化学単セル１０５は、水素極１０９と固体電解質膜１１１と酸素極１１３とが積層して形成されている。
【0017】
また、セルスタック１０１は、基体管１０３の外周面に形成された複数の電気化学単セル１０５の内、基体管１０３の軸方向において最も端の一端に形成された電気化学単セル１０５の酸素極１１３に、インターコネクタ１０７を介して電気的に接続されたリード膜１１５を備え、最も端の他端に形成された電気化学単セル１０５の水素極１０９に電気的に接続されたリード膜１１５を備える。
【0018】
基体管１０３は、多孔質材料からなり、例えば、ＣａＯ安定化ＺｒＯ２（ＣＳＺ）、ＣＳＺと酸化ニッケル（ＮｉＯ）との混合物（ＣＳＺ＋ＮｉＯ）、又はＹ２Ｏ３安定化ＺｒＯ２（ＹＳＺ）、又はＭｇＡｌ２Ｏ４などを主成分とされる。この基体管１０３は、電気化学単セル１０５とインターコネクタ１０７とリード膜１１５とを支持すると共に、基体管１０３の内周面に供給される水蒸気を基体管１０３の細孔を介して基体管１０３の外周面に形成される水素極１０９に拡散させるものである。
【0019】
水素極１０９は、Ｎｉとジルコニア系電解質材料との複合材の酸化物で構成され、例えば、Ｎｉ／ＹＳＺが用いられる。水素極１０９の厚さは５０μｍ～２５０μｍであり、水素極１０９はスラリーをスクリーン印刷して形成されてもよい。この場合、水素極１０９は、水素極１０９の成分であるＮｉが水蒸気に対して触媒作用を備える。この触媒作用は、基体管１０３を介して供給された水蒸気（Ｈ２Ｏ）を反応させ、水素分子（Ｈ２）と酸素イオン（Ｏ２－）とに電気分解するものである。
【0020】
固体電解質膜１１１は、ガスを通しにくい気密性と、高温で高い酸素イオン導電性とを備えるセラミックス酸化物(例えばＹＳＺ)が主として用いられる。この固体電解質膜１１１は、水素極１０９で生成される酸素イオン（Ｏ２－）を酸素極１１３に移動させるものである。水素極１０９の表面上に位置する固体電解質膜１１１の膜厚は１０μｍ～１００μｍであり固体電解質膜１１１はスラリーをスクリーン印刷して形成されてもよい。
【0021】
酸素極１１３は、例えば、ＬａＳｒＭｎＯ３系酸化物、又はＬａＣｏＯ３系酸化物で構成され、酸素極１１３はスラリーをスクリーン印刷またはディスペンサを用いて塗布される。この酸素極１１３は、固体電解質膜１１１との界面付近において、水素極１０９から固体電解質膜１１１を通過して移動した酸素イオンが電解反応により電子を放出し、酸素原子が結合して酸素を生成する。
【0022】
酸素極１１３で生成された酸素は反応室２１５（図３参照）を流通する酸化性ガス（冷却用流体）と合流し、酸素の向上した酸化性ガスを生成することができる。
酸化性ガスとは、酸素を略１５％～３０％含むガスであり、代表的には空気が好適であるが、空気以外にも燃焼排ガスと空気の混合ガスや、酸素と空気の混合ガスなどが使用可能である。
酸化性ガスとは、酸素を略１５％～３０％含むガスであり、代表的には空気が好適であるが、空気以外にも燃焼排ガスと空気の混合ガスや、酸素と空気の混合ガスなどが使用可能である。
【0023】
インターコネクタ１０７は、ＳｒＴｉＯ３系などのＭ１－ｘＬｘＴｉＯ３（Ｍはアルカリ土類金属元素、Ｌはランタノイド元素）で表される導電性ペロブスカイト型酸化物から構成され、スラリーをスクリーン印刷する。インターコネクタ１０７は、水蒸気と酸化性ガスとが混合しないように緻密な膜となっている。
【0024】
また、インターコネクタ１０７は、酸化雰囲気と還元雰囲気との両雰囲気下で安定した耐久性と電気導電性を備える。このインターコネクタ１０７は、隣り合う電気化学単セル１０５において、一方の電気化学単セル１０５の酸素極１１３と他方の電気化学単セル１０５の水素極１０９とを電気的に接続し、隣り合う電気化学単セル１０５同士を直列に接続するものである。
【0025】
リード膜１１５は、電子伝導性を備えること、及びセルスタック１０１を構成する他の材料との熱膨張係数が近いことが必要であることから、Ｎｉ／ＹＳＺ等のＮｉとジルコニア系電解質材料との複合材やＳｒＴｉＯ３系などのＭ１－ｘＬｘＴｉＯ３（Ｍはアルカリ土類金属元素、Ｌはランタノイド元素）で構成されている。このリード膜１１５は、インターコネクタ１０７により直列に接続される複数の電気化学単セル１０５に電解反応に必要な電力を供給するものである。
【0026】
水素極１０９、固体電解質膜１１１及びインターコネクタ１０７のスラリーの膜が形成された基体管１０３を、大気中にて共焼結する。焼結温度は、例えば１３５０℃～１４５０℃とされる。つぎに、共焼結された基体管１０３上に、酸素極１１３のスラリーの膜が形成された基体管１０３が、大気中にて焼結される。焼結温度は、例えば１１００℃～１２５０℃とされる。ここでの焼結温度は、基体管１０３～インターコネクタ１０７を形成した後の共焼結温度よりも低温とされる。
【0027】
次に、図２と図３とを参照して本実施形態に係る電気化学セルカートリッジ及び電気化学セルモジュールについて説明する。ここで、図２は、本実施形態に係る固体酸化物形電解モジュール（ＳＯＥＣ）モジュールの一態様を示す斜視図である。また、図３は、本実施形態に係る固体酸化物形電解モジュール（ＳＯＥＣ）カートリッジの一態様を示す断面図である。
【0028】
ＳＯＥＣモジュール（電気化学セルモジュール）２０１は、図２に示すように、例えば、複数のＳＯＥＣカートリッジ（電気化学セルカートリッジ）２０３と、これら複数のＳＯＥＣカートリッジ２０３を収納するモジュール容器２０５とを備える。なお、図２には円筒形のＳＯＥＣのセルスタック１０１を例示しているが、必ずしもこの限りである必要はなく、例えば平板形のセルスタックであってもよい。
【0029】
また、ＳＯＥＣモジュール２０１は、水蒸気供給管２０７と複数の水蒸気供給枝管２０７ａ及び水蒸気排出管２０９と複数の水蒸気排出枝管２０９ａとを備える。また、ＳＯＥＣモジュール２０１は、酸化性ガス供給管（不図示）と酸化性ガス供給枝管（不図示）及び酸化性ガス排出管（不図示）と複数の酸化性ガス排出枝管（不図示）とを備える。
【0030】
水蒸気供給管２０７は、モジュール容器２０５の内部に設けられ、ＳＯＥＣモジュール２０１の電解量に対応して所定流量の水蒸気を供給する水蒸気供給部に接続されると共に、複数の水蒸気供給枝管２０７ａに接続されている。この水蒸気供給管２０７は、上述の水蒸気供給部から供給される所定流量の水蒸気Ｇを、複数の水蒸気供給枝管２０７ａに分岐して導くものである。
【0031】
また、水蒸気供給枝管２０７ａは、水蒸気供給管２０７に接続されると共に、複数のＳＯＥＣカートリッジ２０３に接続されている。この水蒸気供給枝管２０７ａは、水蒸気供給管２０７から供給される水蒸気を複数のＳＯＥＣカートリッジ２０３に略均等の流量で導き、複数のＳＯＥＣカートリッジ２０３の電解性能を略均一化させるものである。
【0032】
水蒸気排出枝管２０９ａは、複数のＳＯＥＣカートリッジ２０３に接続されると共に、水蒸気排出管２０９に接続されている。この水蒸気排出枝管２０９ａは、ＳＯＥＣカートリッジ２０３から排出される水素が富化された水蒸気（以下、「排水蒸気」と称する。）を水蒸気排出管２０９に導くものである。
【0033】
また、水蒸気排出管２０９は、複数の水蒸気排出枝管２０９ａに接続されると共に、一部がモジュール容器２０５の外部に配置されている。この水蒸気排出管２０９は、水蒸気排出枝管２０９ａから略均等の流量で導出される排水蒸気をモジュール容器２０５の外部に導くものである。
【0034】
モジュール容器２０５は、内部の圧力が大気圧～約３ＭＰa、内部の温度が大気温度～約５５０℃で運用されるので、耐圧性と酸化性ガス中に含まれる酸素などの酸化剤に対する耐食性を保有する材質が利用される。例えばＳＵＳ３０４などのステンレス系材が好適である。
【0035】
ここで、本実施形態においては、複数のＳＯＥＣカートリッジ２０３が集合化されてモジュール容器２０５に収納される態様について説明しているが、これに限られず例えば、ＳＯＥＣカートリッジ２０３が集合化されずにモジュール容器２０５内に収納される態様とすることもできる。
【0036】
ＳＯＥＣカートリッジ２０３は、図３に示す通り、複数のセルスタック１０１と、反応室２１５と、水蒸気供給ヘッダ２１７と、水蒸気排出ヘッダ２１９と、酸化性ガス供給ヘッダ（空気供給ヘッダ）２２１と、酸化性ガス排出ヘッダ２２３とを備える。また、ＳＯＥＣカートリッジ２０３は、上部管板２２５ａと、下部管板２２５ｂと、上部断熱体２２７ａと、下部断熱体２２７ｂとを備える。
【0037】
なお、本実施形態においては、ＳＯＥＣカートリッジ２０３は、水蒸気供給ヘッダ２１７と水蒸気排出ヘッダ２１９と酸化性ガス供給ヘッダ２２１と酸化性ガス排出ヘッダ２２３とが図３のように配置されることで、水蒸気と酸化性ガスとがセルスタック１０１の内側と外側とを対向して流れる構造となっているが、必ずしもこの必要はなく、例えば、セルスタック１０１の内側と外側とを平行して流れる、または酸化性ガスがセルスタック１０１の長手方向と直交する方向へ流れるようにしても良い。
【0038】
反応室２１５は、上部断熱体２２７ａと下部断熱体２２７ｂとの間に形成された領域である。この反応室２１５は、セルスタック１０１の電気化学単セル１０５が配置された領域であり、水蒸気を電気化学的に反応させて電解を行う領域である。また、この反応室２１５のセルスタック１０１長手方向の中央部付近での温度を、温度計測部（温度センサや熱電対など）で監視してもよく、ＳＯＥＣモジュール２０１の定常運転時に、およそ７００℃～１０００℃の高温雰囲気となる。
【0039】
水蒸気供給ヘッダ２１７は、ＳＯＥＣカートリッジ２０３の上部ケーシング２２９ａと上部管板２２５ａとに囲まれた領域であり、上部ケーシング２２９ａの上部に設けられた水蒸気供給孔２３１ａによって、水蒸気供給枝管２０７ａと連通されている。また、複数のセルスタック１０１は、上部管板２２５ａとシール部材２３７ａにより接合されており、水蒸気供給ヘッダ２１７は、水蒸気供給枝管２０７ａから水蒸気供給孔２３１ａを介して供給される水蒸気を、複数のセルスタック１０１の基体管１０３の内部に略均一流量で導き、複数のセルスタック１０１の電解性能を略均一化させるものである。
【0040】
水蒸気排出ヘッダ２１９は、ＳＯＥＣカートリッジ２０３の下部ケーシング２２９ｂと下部管板２２５ｂとに囲まれた領域であり、下部ケーシング２２９ｂに備えられた水蒸気排出孔２３１ｂによって、図示しない水蒸気排出枝管２０９ａと連通されている。また、複数のセルスタック１０１は、下部管板２２５ｂとシール部材２３７ｂにより接合されており、水蒸気排出ヘッダ２１９は、複数のセルスタック１０１の基体管１０３の内部を通過して水蒸気排出ヘッダ２１９に供給される排水蒸気を集合して、水蒸気排出孔２３１ｂを介して水蒸気排出枝管２０９ａに導くものである。
【0041】
ＳＯＥＣモジュール２０１の電解量に対応して所定ガス組成と所定流量の酸化性ガスを酸化性ガス供給枝管へと分岐して、複数のＳＯＥＣカートリッジ２０３へ供給する。酸化性ガス供給ヘッダ２２１は、ＳＯＥＣカートリッジ２０３の下部ケーシング２２９ｂと下部管板２２５ｂと下部断熱体２２７ｂとに囲まれた領域であり、下部ケーシング２２９ｂの側面に設けられた酸化性ガス供給孔２３３ａによって、図示しない酸化性ガス供給枝管と連通されている。この酸化性ガス供給ヘッダ２２１は、図示しない酸化性ガス供給枝管から酸化性ガス供給孔２３３ａを介して供給される所定流量の酸化性ガスを、後述する酸化性ガス供給隙間２３５ａを介して反応室２１５に導くものである。
【0042】
酸化性ガス排出ヘッダ２２３は、ＳＯＥＣカートリッジ２０３の上部ケーシング２２９ａと上部管板２２５ａと上部断熱体２２７ａとに囲まれた領域であり、上部ケーシング２２９ａの側面に設けられた酸化性ガス排出孔２３３ｂによって、図示しない酸化性ガス排出枝管と連通されている。この酸化性ガス排出ヘッダ２２３は、反応室２１５から、後述する酸化性ガス排出隙間２３５ｂを介して酸化性ガス排出ヘッダ２２３に供給される酸素が富化された酸化性ガス（以下、「排酸化性ガス」と称する。）を、酸化性ガス排出孔２３３ｂを介して図示しない酸化性ガス排出枝管に導くものである。
【0043】
上部管板２２５ａは、上部ケーシング２２９ａの天板と上部断熱体２２７ａとの間に、上部管板２２５ａと上部ケーシング２２９ａの天板と上部断熱体２２７ａとが略平行になるように、上部ケーシング２２９ａの側板に固定されている。また、上部管板２２５ａは、ＳＯＥＣカートリッジ２０３に備えられるセルスタック１０１の本数に対応した複数の孔を有し、該孔にはセルスタック１０１が夫々挿入されている。この上部管板２２５ａは、複数のセルスタック１０１の一方の端部をシール部材２３７ａ及び接着部材のいずれか一方又は両方を介して気密に支持すると共に、水蒸気供給ヘッダ２１７と酸化性ガス排出ヘッダ２２３とを隔離するものである。
【0044】
上部断熱体２２７ａは、上部ケーシング２２９ａの下端部に、上部断熱体２２７ａと上部ケーシング２２９ａの天板と上部管板２２５ａとが略平行になるように配置され、上部ケーシング２２９ａの側板に固定されている。また、上部断熱体２２７ａには、ＳＯＥＣカートリッジ２０３に備えられるセルスタック１０１の本数に対応して、複数の孔が設けられている。この孔の直径はセルスタック１０１の外径よりも大きく設定されている。上部断熱体２２７ａは、この孔の内面と、上部断熱体２２７ａに挿通されたセルスタック１０１の外面との間に形成された酸化性ガス排出隙間２３５ｂを備える。
【0045】
この上部断熱体２２７ａは、反応室２１５と酸化性ガス排出ヘッダ２２３とを仕切るものであり、上部管板２２５ａの周囲の雰囲気が高温化し強度低下や酸化性ガス中に含まれる酸化剤による腐食が増加することを抑制する。また、上部管板２２５ａ等が反応室２１５内の高温に晒されて温度差による上部管板２２５ａ等の熱変形を抑制するために、Ni基合金などの高温耐久性のある金属材料を用いてもよい。また、上部断熱体２２７ａは、反応室２１５を通過して高温に晒された排酸化性ガスを、酸化性ガス排出隙間２３５ｂを通過させて酸化性ガス排出ヘッダ２２３に導くものである。
【0046】
本実施形態によれば、上述したＳＯＥＣカートリッジ２０３の構造により、水蒸気と排酸化性ガスとがセルスタック１０１の内側と外側とを対向して流れるものとなっている。このことにより、排酸化性ガスは、基体管１０３の内部を通って反応室２１５に供給される水蒸気との間で熱交換がなされ、金属材料から成る上部管板２２５ａ等が座屈などの変形をしない温度に冷却されて酸化性ガス排出ヘッダ２２３に供給される。また、水蒸気は、反応室２１５から排出される排酸化性ガスとの熱交換により昇温され、反応室２１５に供給される。その結果、ヒータ等を用いることなく電解に適した温度に予熱昇温された水蒸気を反応室２１５に供給することができる。
【0047】
下部管板２２５ｂは、下部ケーシング２２９ｂの底板と下部断熱体２２７ｂとの間に、下部管板２２５ｂと下部ケーシング２２９ｂの底板と下部断熱体２２７ｂとが略平行になるように下部ケーシング２２９ｂの側板に固定されている。また下部管板２２５ｂは、ＳＯＥＣカートリッジ２０３に備えられるセルスタック１０１の本数に対応した複数の孔を有し、該孔にはセルスタック１０１が夫々挿入されている。この下部管板２２５ｂは、複数のセルスタック１０１の他方の端部をシール部材２３７ｂ及び接着部材のいずれか一方又は両方を介して気密に支持すると共に、水蒸気排出ヘッダ２１９と酸化性ガス供給ヘッダ２２１とを隔離するものである。
【0048】
下部断熱体２２７ｂは、下部ケーシング２２９ｂの上端部に、下部断熱体２２７ｂと下部ケーシング２２９ｂの底板と下部管板２２５ｂとが略平行になるように配置され、下部ケーシング２２９ｂの側板に固定されている。また、下部断熱体２２７ｂには、ＳＯＥＣカートリッジ２０３に備えられるセルスタック１０１の本数に対応して、複数の孔が設けられている。この孔の直径はセルスタック１０１の外径よりも大きく設定されている。下部断熱体２２７ｂは、この孔の内面と、下部断熱体２２７ｂに挿通されたセルスタック１０１の外面との間に形成された酸化性ガス供給隙間２３５ａを備える。
【0049】
この下部断熱体２２７ｂは、反応室２１５と酸化性ガス供給ヘッダ２２１とを仕切るものであり、下部管板２２５ｂの周囲の雰囲気が高温化し強度低下や酸化性ガス中に含まれる酸化剤による腐食が増加することを抑制する。下部管板２２５ｂ等はインコネルなどの高温耐久性のある金属材料から成るが、下部管板２２５ｂ等が高温に晒されて下部管板２２５ｂ等内の温度差が大きくなることで熱変形することを防ぐものである。また、下部断熱体２２７ｂは、酸化性ガス供給ヘッダ２２１に供給される酸化性ガスを、酸化性ガス供給隙間２３５ａを通過させて反応室２１５に導くものである。
【0050】
本実施形態によれば、上述したＳＯＥＣカートリッジ２０３の構造により、排水蒸気と酸化性ガスとがセルスタック１０１の内側と外側とを対向して流れるものとなっている。このことにより、基体管１０３の内部を通って反応室２１５を通過した排水蒸気は、反応室２１５に供給される酸化性ガスとの間で熱交換がなされ、金属材料から成る下部管板２２５ｂ等が座屈などの変形をしない温度に冷却されて水蒸気排出ヘッダ２１９に供給される。また、酸化性ガスは排水蒸気との熱交換により昇温され、反応室２１５に供給される。
【0051】
反応室２１５における電解反応に必要な直流電力は、図示しないパワーコンディショナ等の電力変換装置(インバータなど)により電力供給系統から供給される交流電力が直流電力へ変換後にＳＯＥＣモジュール２０１へ供給される。ＳＯＥＣモジュール２０１には複数のＳＯＥＣカートリッジ２０３が所定の直列数および並列数となるように電気的に接続されており、セルスタック１０１の端部に設けられたリード膜１１５を介して複数の電気化学単セル１０５へ直流電力を供給することができる。
【0052】
次に、本開示の第１実施形態に係る電解システム１００について、図４を用いて説明する。図４は加圧型の電解システムの例を示しているが、これに限定されるものではなく、常圧型のシステムにも適用することができる。
【0053】
図４に示すように、電解システム１００は、電解モジュール１０と、空気供給系統２０と、酸素回収系統３０と、水蒸気供給系統４０と、水素回収系統５０と、水素富化水蒸気放出系統（第１放出系統）６０と、排空気放出系統（第２放出系統）７０と、空気注入系統８０と、非常用電源設備９０と、制御装置（制御部）９５と、を備える。電解モジュール１０は、前述した固体酸化物形電解モジュールである。
【0054】
電解モジュール１０は、図１から図３を用いて説明した固体酸化物形電解モジュールであり、水蒸気供給系統４０を介して供給された水蒸気を電気分解することで、水素と酸素とを生成する。生成された水素と分解されなかった水蒸気を含む水素富化水蒸気（水素混合ガス）は、水素回収系統５０に排出される。
【0055】
図４に示すように、電解モジュール１０には、後述する第２空気供給管２４を介して空気が供給される。電解モジュール１０で生成された酸素と空気を含む排空気（酸素混合ガス）は、後述する第１排空気管３１を介して電解モジュール１０から排出される。排空気は、酸素が富化された空気（酸素富化空気）である。電解モジュール１０から第１排空気管３１に排出される排空気の温度は、供給時よりも高温（例えば、５５０℃～６５０℃程度）である。
【0056】
空気供給系統２０は、電解モジュール１０の酸素極１１３に空気を供給する系統である。空気供給系統２０は、空気供給部２１と、空気供給部２１から供給された空気を圧縮する圧縮機（昇圧部）２２と、空気供給部２１から圧縮機２２へ空気を導く第１空気供給管２３と、圧縮機２２で圧縮された空気を電解モジュール１０へ導く第２空気供給管２４と、を有する。第２空気供給管２４は、圧縮機２２と電解モジュール１０とを接続している。
【0057】
圧縮機２２は、モータ２２ａと接続されており、モータ２２ａの駆動力によって駆動する。圧縮機２２は、空気供給部２１から第１空気供給管２３を介して供給された空気を圧縮する。圧縮機２２は、圧縮した空気を第２空気供給管２４に吐出する。圧縮機２２は、後述するタービン３２と回転軸２２ｂにより連結されている。圧縮機２２は、空気を昇圧（例えば０．２ＭＰａ程度）する。圧縮機２２は、空気を１ＭＰａ以上に昇圧してもよい。第１空気供給管２３は、空気供給部２１と圧縮機２２とを接続している。
【0058】
第２空気供給管２４には、供給空気流量調整弁２５が設けられている。供給空気流量調整弁２５は、流量計測部２５ａが計測する空気の流量が目標流量となるように開度を調整することで第２空気供給管２４内を流通する空気の流量を調整する。供給空気流量調整弁２５は、制御装置９５によって開度を制御される。
【0059】
酸素回収系統３０は、電解モジュール１０から排出される酸素および空気を含む排空気を回収する系統である。酸素回収系統３０は、電解モジュール１０から排出された排空気が流通する第１排空気管３１と、第１排空気管３１の下流端が接続されるタービン３２と、タービン３２から排出された排空気が流通する第２排空気管３３と、第２排空気管３３を流通した排空気が系外に排出される排空気排出部３４と、第２排空気管３３に配置される排空気冷却器３５と、第１排空気管３１に配置される排空気流量調整弁３６と、を有する。第１排空気管３１は、電解モジュール１０とタービン３２とを接続している。
【0060】
タービン３２は、供給された排空気により回転する。タービン３２が回転することで、タービン３２に接続されている回転軸２２ｂも回転する。回転軸２２ｂが回転することで、回転軸２２ｂが接続する圧縮機２２が回転する。このようにタービン３２は、供給された排空気によって圧縮機２２を駆動し、空気を圧縮する動力を低減することができる。第２排空気管３３は、タービン３２と排空気排出部３４とを接続している。
【0061】
排空気冷却器３５は、冷却媒体と熱交換することで、第２排空気管３３を流通する排空気を冷却する装置である。排空気冷却器３５は、排空気に含まれる水蒸気を凝縮させて排空気から除去する。
圧力検出部３７は、電解モジュール１０の酸素極１１３から酸素回収系統３０の第１排空気管３１に供給される排空気の圧力を検出する。
圧力検出部３７は、電解モジュール１０の酸素極１１３から酸素回収系統３０の第１排空気管３１に供給される排空気の圧力を検出する。
【0062】
水蒸気供給系統４０は、水素極１０９に水蒸気を供給する系統である。水蒸気供給系統４０は、水蒸気供給部４１と、水蒸気供給部４１から供給された水蒸気を過熱する過熱器４２と、水蒸気供給部４１から電解モジュール１０の水素極１０９へ水蒸気を導く水蒸気供給管４３と、水蒸気流量調整弁４４と、流量計測部４４ａと、を有する。水蒸気流量調整弁４４は、流量計測部４４ａが計測する水蒸気の流量が目標流量となるように開度を調整することで水蒸気供給管４３内を流通する水蒸気の流量を調整する。水蒸気流量調整弁４４は、制御装置９５によって開度を制御される。水蒸気供給部４１は、水蒸気供給管２０７（図２参照）に接続されている。
【0063】
水素回収系統５０は、水素極１０９に供給された水蒸気および水素極１０９で生成された水素を含む水素富化水蒸気を回収する系統である。水素回収系統５０は、電解モジュール１０の水素極１０９から排出された水素富化水蒸気が流通する水素富化水蒸気管５１と、水素富化水蒸気管５１を流通する水素富化水蒸気が系外に排出される水素富化水蒸気回収部５２と、水素富化水蒸気流量調整弁５３と、差圧検出部５４と、を備える。
【0064】
電解モジュール１０が水蒸気を電気分解して水素極１０９で水素を生成する通常運転時において、制御装置９５は、水素富化水蒸気回収部５２へ所定の流量の水素富化水蒸気が供給されるよう水素富化水蒸気流量調整弁５３の開度を制御する。水素富化水蒸気回収部５２は、水蒸気排出管２０９（図２参照）に接続されている。
【0065】
差圧検出部５４は、水素回収系統５０を流通する水素富化水蒸気の圧力と、電解モジュール１０の酸素極１１３側の空気の圧力との差圧を検出する。電解モジュール１０の酸素極１１３側の空気の圧力は、酸素回収系統３０の排空気の圧力とほぼ等しい。差圧検出部５４が検出する圧力差は、水素回収系統５０を流通する水素富化水蒸気の圧力（第１圧力）と酸素回収系統３０の排空気の圧力（第２圧力）との圧力差であってもよい。
【0066】
水素富化水蒸気放出系統６０は、水素回収系統５０の水素富化水蒸気管５１に接続されるとともに水素回収系統５０から大気中へ水素富化水蒸気を放出する系統である。水素富化水蒸気放出系統６０は、水素富化水蒸気管５１から流入する水素富化水蒸気が流通する放出管６１と、放出管６１を流通する水素富化水蒸気を大気中へ放出する水素富化水蒸気放出部６２と、を有する。放出管６１には、水素富化水蒸気放出弁（第１放出弁）６３が配置される。
【0067】
排空気放出系統７０は、酸素回収系統３０の第１排空気管３１に接続されるとともに酸素回収系統３０から大気中へ排空気を放出する系統である。排空気放出系統７０は、第１排空気管３１から流入する排空気が流通する放出管７１と、放出管７１を流通する排空気を大気中へ放出する排空気放出部７２と、を有する。放出管７１には、排空気放出弁（第２放出弁）７３が配置される。
【0068】
空気注入系統８０は、空気供給系統２０の第２空気供給管２４に接続されるとともに注入部８１から注入される大気中の空気を空気供給系統２０に導く系統である。空気注入系統８０は、注入部８１と、注入部８１から注入される空気が流通する空気注入管８２と、を備える。空気注入管８２には、空気注入流量調整弁８３が配置される。空気注入流量調整弁８３の開度は、制御装置９５により制御される。
【0069】
空気注入系統８０が大気中から空気を取り込む注入部８１は、電解モジュール１０よりも鉛直方向の下方に配置されている。また、排空気放出系統７０が排空気を大気中へ放出する排空気放出部（酸素放出部）７２は、電解モジュール１０よりも上方に配置されている。
【0070】
以上のように、鉛直方向の下方から上方に向けて、注入部８１、電解モジュール１０、排空気放出部７２の順に配置されている。そのため、電解モジュール１０の内部の圧力が大気圧近傍で、かつ電解モジュール１０の内部の温度が大気の温度よりも高い場合、注入部８１、電解モジュール１０、排空気放出部７２の順に流通する流路が連通すると、これらの順に注入部８１から注入される空気が鉛直方向の下方から上方に向けて流れる自然通風が生じる。
【0071】
制御装置９５は、水素富化水蒸気放出弁６３および排空気放出弁７３を含む電解システム１００の各部を制御する装置である。制御装置９５（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：プロセッサ）、主記憶装置（Ｍａｉｎ Ｍｅｍｏｒｙ）、二次記憶装置（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｓｔｏｒａｇｅ：メモリ）等を備えている。更に、制御装置９５は、他の装置と情報の送受信を行うための通信部を備えていてもよい。
【0072】
非常用電源設備９０は、停電等で商用電源から電解システム１００への電力供給が遮断される場合に、電解システム１００に電力を供給する設備である。図４に示すように、非常用電源設備９０は、商用電源から電解システム１００への電力供給が遮断される場合に、水素富化水蒸気放出弁６３と、排空気放出弁７３と、空気注入流量調整弁８３と、差圧検出部５４と、制御装置９５とを含む電解システム１００の一部に電力を供給する。非常用電源設備９０は、商用電源から電解システム１００への電力供給が遮断される場合に、商用電源から電力が供給される電解モジュール１０およびモータ２２ａを含む電解システム１００の他の一部には電力を供給しない。
【0073】
次に、本実施形態に係る電解システム１００の制御方法について説明する。図５は、本開示の第１実施形態に係る電解システム１００の制御方法を示すフローチャートである。制御装置９５が制御プログラムを実行することにより、図５に示す各処理が実行される。図５に示す処理は、電解システム１００の定常運転時に開始される処理である。
【0074】
ステップＳ１０１で、制御装置９５は、電解システム１００を緊急停止させる緊急停止条件が成立したかどうかを判断し、ＹＥＳであればステップＳ１０２に処理を進め、ＮＯであればステップＳ１０１の判断を繰り返す。制御装置９５は、商用電源（図示略）からの電力供給状態を監視し、商用電源からの電力供給が遮断される場合に、緊急停止条件が成立したと判断する。
【0075】
ステップＳ１０１で、緊急停止条件が成立したら、制御装置９５は、非常用電源設備９０から水素富化水蒸気放出弁６３と、排空気放出弁７３と、空気注入流量調整弁８３と、差圧検出部５４と、制御装置９５とを含む電解システム１００の一部への電力供給を開始するように非常用電源設備９０を起動する。(ステップＳ１０２)
【0076】
加圧システムでは定常運転中の電解システム１００を緊急停止させる場合、電解モジュール１０の内部の圧力が大気圧よりも高く、かつ電解モジュール１０の内部の温度が大気の温度よりも高い。そのため大気から圧縮機を用いずに直接冷却用空気を系内に取り込むためにはまず水素回収系統５０および水蒸気供給系統４０と空気供給系統２０の差圧を所定値範囲内に制御しながら内圧を低下させ大気圧にまで圧力を低下させる必要がある。
【0077】
このため、水素回収系統５０および水蒸気供給系統４０においては、電解モジュール１０から水蒸気供給部４１への水蒸気の逆流や水素富化水蒸気回収部５２から電解モジュール１０への水素・水蒸気の逆流を防ぐために、ステップＳ１０３で水蒸気流量調整弁４４を全閉とし、ステップＳ１０４で水素富化水蒸気流量調整弁５３を全閉とする。
【0078】
また空気供給系統２０および酸素回収系統３０においても、空気供給部２６から空気供給系統２０への逆流や酸素供給部３８から酸素回収系統３０への排空気の放出を防ぐために、ステップＳ１０５で供給空気流量調整弁２５を全閉とし、ステップＳ１０６で排空気流量調整弁３６を全閉とする。
【0079】
また、水素富化水蒸気放出弁（第１放出弁）６３および排空気放出弁（第２放出弁）７３はいずれも運転時の全閉状態を維持される。これにより電解システムは一旦封じ込め状態となり、水素富化水蒸気放出弁（第１放出弁）６３および排空気放出弁（第２放出弁）７３による圧力制御が可能となる。
【0080】
なお、空気注入管８２からの空気の逆流は逆止弁により防止できるが、逆止弁を用いずに封止のための空気注入遮断弁(不図示)または空気注入流量調整弁８３を用いてもよく、ステップＳ１０４ではいずれもの弁も運転時の全閉の状態を維持しておく。
【0081】
次にステップＳ１０７で系内容積が大きく圧力の低下速度が遅い空気供給系統２０および酸素回収系統３０の圧力を低下させるため、排空気放出弁（第２放出弁）７３を徐々に開とする。この操作過程では同時に、ステップＳ１０８において差圧検出部５４で水素回収系統５０および水蒸気供給系統４０と、空気供給系統２０および酸素回収系統３０との差圧を計測し、差圧が許容値（例えば１．０ｋＰａ、望ましくは０．５ｋＰａ）以上に拡大しないよう水素富化水蒸気放出弁（第１放出弁）６３の開度を制御する。
【0082】
上記操作によりステップＳ１０９で、制御装置９５は、圧力検出部３７が検出する排空気の圧力が大気圧近傍（例えば、大気圧との差が１ｋＰａ程度）に到達したかどうかを判断し、ＹＥＳであればステップＳ１１０に処理を進め、ＮＯであればステップＳ１０８の操作を継続し、ステップＳ１０９の判断を繰り返す。なお、常圧システムにおいてはステップＳ１０７からステップＳ１０９の操作を省略することが可能である。
【0083】
ステップＳ１１０で、制御装置９５は、差圧制御のため開状態となっていた水素富化水蒸気放出弁(第１放出弁)６３を一旦閉状態とする。水素富化水蒸気放出弁６３を閉状態とするのは、電解モジュール１０の内部に水素が残存する状態を維持して還元雰囲気とすることで、水素極１０９が酸化して損傷することを防止するためである。
【0084】
ステップＳ１１１で、制御装置９５は、外部からの空気の受け入れに備えて、排空気放出弁７３を全開状態とする。ステップＳ１１１で排空気放出弁７３を全開状態とできるのは、差圧検出部５４が検出する差圧が所定範囲となっており、電解モジュール１０が水素富化水蒸気の圧力と排空気の圧力との圧力差で損傷する恐れがないためである。
また、ステップＳ１１２で空気注入遮断弁(不図示)もしくは空気注入流量調整弁８３を全開状態として、空気の流通経路を確立し、自然通風により電解モジュール１０内に滞留している空気の排出を促進する。
また、ステップＳ１１２で空気注入遮断弁(不図示)もしくは空気注入流量調整弁８３を全開状態として、空気の流通経路を確立し、自然通風により電解モジュール１０内に滞留している空気の排出を促進する。
【0085】
水素回収系統５０および水蒸気供給系統４０は系内温度の低下に伴い、ガス容積の縮小及び水蒸気のドレン化により負圧(大気圧以下)となるため、ステップＳ１１３で差圧が許容値以内(例えば１．０ｋＰａ、望ましくは０．５ｋＰａ以内)となるよう水素富化水蒸気放出弁(第１放出弁)６３の開度を制御する。電解モジュール１０の水素極１０９が空気の混入により酸化の恐れがある温度以下で、かつ系内の水蒸気がドレン化する恐れのある温度以上で(例えば１５０～２００℃)に系内を窒素等の不活性ガスまたは空気でパージすることが望ましい。制御装置９５は、ステップＳ１１４において電解モジュールの温度が常温付近(例えば５０℃程度)まで降下したことを検出したことに応じて、本フローチャートの処理を終了させる。
【0086】
以上で説明した本実施形態の電解システム１００によれば、以下の作用および効果を奏する。
本実施形態係る電解システム１００によれば、水素極１０９で生成された水素を含む水素富化水蒸気を回収する水素回収系統５０に水素富化水蒸気放出系統６０が接続され、酸素極１１３で生成された酸素を含む排空気を回収する酸素回収系統３０に排空気放出系統７０が接続される。制御装置９５は、電解システム１００を緊急停止させる場合に、まず水素回収系統５０および水蒸気供給系統４０と、酸素回収系統３０の差圧を許容値内に制御しながら内圧を低下させるため、一旦、水素回収系統５０および水蒸気供給系統４０の流量調整弁と空気供給系統２０および酸素回収系統３０の流量調整弁を全閉とする。その後、排空気放出弁７３を開状態とし、内圧を徐々に低下させる。この際、水素富化水蒸気放出弁６３により水素回収系統５０および水蒸気供給系統４０と、酸素回収系統３０の差圧を許容値内に制御する。大気圧近傍まで圧力が低下した後、排空気放出弁７３及び空気注入流量調整弁８３を全開状態として、系内に自然通風による電解モジュール冷却用空気の導入を行う。
本実施形態係る電解システム１００によれば、水素極１０９で生成された水素を含む水素富化水蒸気を回収する水素回収系統５０に水素富化水蒸気放出系統６０が接続され、酸素極１１３で生成された酸素を含む排空気を回収する酸素回収系統３０に排空気放出系統７０が接続される。制御装置９５は、電解システム１００を緊急停止させる場合に、まず水素回収系統５０および水蒸気供給系統４０と、酸素回収系統３０の差圧を許容値内に制御しながら内圧を低下させるため、一旦、水素回収系統５０および水蒸気供給系統４０の流量調整弁と空気供給系統２０および酸素回収系統３０の流量調整弁を全閉とする。その後、排空気放出弁７３を開状態とし、内圧を徐々に低下させる。この際、水素富化水蒸気放出弁６３により水素回収系統５０および水蒸気供給系統４０と、酸素回収系統３０の差圧を許容値内に制御する。大気圧近傍まで圧力が低下した後、排空気放出弁７３及び空気注入流量調整弁８３を全開状態として、系内に自然通風による電解モジュール冷却用空気の導入を行う。
【0087】
上述の操作において、水素富化水蒸気放出弁６３および排空気放出弁７３を動作させるのに必要な最小限の非常用電源設備９０を設ける必要があるものの、水蒸気供給系統４０から水素極１０９に水蒸気を供給し、かつ空気供給系統２０から酸素極１１３に空気を供給する装置を動作させるのに必要な非常用電源設備は不要である。したがって、本実施形態の電解システム１００によれば、設備経済性を悪化させることなく、停電等で電力供給が遮断される場合に電解モジュール１０の内部の圧力を大気圧に降下させるとともに内部の温度を適切に低下させることができる。
【0088】
また、本実施形態の電解システム１００によれば、制御装置９５は、差圧検出部５４により検出される水素富化水蒸気の圧力（第１圧力）と排空気の圧力（第２圧力）との圧力差が所定範囲となるように水素富化水蒸気放出弁６３の開度（第１開度）および排空気放出弁７３の開度（第２開度）を制御する。水素富化水蒸気の圧力と排空気の圧力との圧力差が所定範囲となるため、この圧力差が所定範囲を超えて電解モジュール１０に損傷が発生することを適切に防止することができる。
【0089】
本実施形態の電解システム１００によれば、排空気放出弁７３を開状態とすることにより、大気よりも高温の排空気が排空気放出部７２から放出され、さらに大気圧近傍まで圧力が低下後は注入部８１から空気注入系統８０に注入される空気の自然通風の流路が形成される。自然通風により、注入部８１から空気注入系統８０に注入された空気が注入部８１より上方に配置される空気供給部２６から電解モジュール１０に供給され、電解モジュール１０内に滞留している高温の空気がパージされる。
【0090】
さらに、自然通風により電解モジュール内に流入した空気は第１排空気管３１に排出され排空気が電解モジュール１０よりも上方に配置される排空気放出部７２から大気中に排出される。自然通風によって注入部８１から注入される空気を電解モジュール１０に供給して排出することにより、空気を供給する動力を用いることなく、電解モジュール１０の降温に要する時間を短縮することができる。
【0091】
〔第２実施形態〕
次に、本開示の第２実施形態に係る電解システム１００Ａについて、図面を参照して説明する。本実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。図６は、本開示の第２実施形態に係る電解システム１００Ａを示す概略構成図である。図７は、本開示の第２実施形態に係る電解システム１００Ａの制御方法を示すフローチャートである。
次に、本開示の第２実施形態に係る電解システム１００Ａについて、図面を参照して説明する。本実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。図６は、本開示の第２実施形態に係る電解システム１００Ａを示す概略構成図である。図７は、本開示の第２実施形態に係る電解システム１００Ａの制御方法を示すフローチャートである。
【0092】
第２実施形態の電解システム１００Ａは、空気注入系統８０に配置されるブロワ８４を備える点で第１実施形態の電解システム１００と異なる。図６に示すように、空気注入系統８０の空気注入管８２に圧縮機に比べ消費動力の少ない低昇圧（例えば５０ｋＰａ程度）のブロワ８４が配置されている。
【0093】
図７に示すフローチャートのステップＳ２０１－Ｓ２１２は、それぞれ図５に示すフローチャートのステップＳ１０１－Ｓ１１２と同様であるため、以下での説明を省略する。以下では、ステップＳ２１３－Ｓ２１６について説明する。
【0094】
ステップＳ２１１、Ｓ２１２で、制御装置９５は、排空気放出弁７３、空気注入遮断弁（不図示）または空気注入流量調整弁８３を開とした後、ステップＳ２１３でブロワ８４を起動する。
【0095】
ステップＳ２１４で、制御装置９５は、差圧検出部５４で水素回収系統５０および水蒸気供給系統４０と、空気供給系統２０および酸素回収系統３０との差圧を計測し、差圧が許容値（例えば１．０ｋＰａ、望ましくは０．５ｋＰａ）以上に拡大しないようブロワ８４の回転数を制御する。制御装置９５は、ステップＳ２１４を実行した後、ステップＳ２１５で電解モジュール１０の内部温度が常温付近まで低下したかどうかを判断する。制御装置９５は、ＹＥＳであればステップＳ２１６に処理を進め、ＮＯであればステップＳ２１４に処理を進める。ステップＳ２１６で、制御装置９５は、ブロワ８４を停止させ、本フローチャートの処理を終了させる。
【0096】
本実施形態の電解システム１００Ａによれば、降圧後、非常用電源設備９０からブロワ８４に電力を供給してブロワ８４を動作させることにより、自然通風では不足する空気を補って電解モジュール１０の温度を確実に低下させることができる。圧力検出部３７が検出する排空気の圧力が大気圧近傍に到達したことに応じて、低昇圧のブロワ８４により空気注入系統８０から空気供給系統２０へ強制的に空気を供給することにより、過剰な非常用電源設備を必要とせず電解モジュール１０の内部の温度を短時間で確実に低下させることができる。
【0097】
〔第３実施形態〕
次に、本開示の第３実施形態に係る電解システム１００Ｂについて、図面を参照して説明する。本実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。図８は、本開示の第３実施形態に係る電解システム１００Ｂを示す概略構成図である。
次に、本開示の第３実施形態に係る電解システム１００Ｂについて、図面を参照して説明する。本実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。図８は、本開示の第３実施形態に係る電解システム１００Ｂを示す概略構成図である。
【0098】
図８に示す電解システム１００Ｂは、電解モジュール１０を複数備える点で第１実施形態の電解システム１００と異なる。図８では、図１に示す電解システム１００における空気供給系統２０、排空気放出系統７０、および空気注入系統８０を除く他の構成の図示を省略している。図８に示すように、電解システム１００Ｂにおいては、第２空気供給管２４から複数の電解モジュール１０のそれぞれに空気が供給される。また、複数の電解モジュール１０から排出される排空気は、酸素回収系統３０の第１排空気管３１に供給される。
【0099】
図８に示すように、第２空気供給管２４から複数の電解モジュール１０のそれぞれに分岐する分岐管２４ａには、流量調整装置２７が配置されている。複数の流量調整装置２７は、空気供給系統２０が複数の電解モジュール１０のそれぞれに単位時間あたりにほぼ同一の流量の空気を供給するように第２空気供給管２４から分岐管２４ａに導かれる空気の流量を調整する装置である。流量調整装置２７は流量調整オリフィスであるいは流量調整用のバルブであってもよい。
【0100】
本実施形態の電解システム１００Ｂによれば、空気供給系統２０から複数の電解モジュール１０のそれぞれに単位時間あたりにほぼ同一の流量の空気が供給される。そのため、停電等で電解システム１００を緊急に停止させる場合に、電解モジュール１０の内部の圧力および温度を低下させるのに必要な時間の各電解モジュール１０間のばらつきを抑制することができる。
【0101】
以上説明した各実施形態に記載の電解システム及び電解システムの運転方法は、例えば以下のように把握される。
本開示の第１態様に係る電解システムは、酸素極と水素極とを有し、前記水素極に供給された水蒸気を電気分解することで、前記水素極で水素を生成するとともに前記酸素極で酸素を生成する電解モジュール（１１）と、前記水素極に前記水蒸気を供給する水蒸気供給系統（４０）と、前記水素極に供給された前記水蒸気および前記水素極で生成された前記水素を含む水素混合ガスを回収する水素回収系統（５０）と、前記酸素極に空気を供給する空気供給系統（２０）と、前記酸素極に供給された前記空気および前記酸素極で生成された前記酸素を含む酸素混合ガスを回収する酸素回収系統（３０）と、前記水素回収系統から大気中へ前記水素混合ガスを放出する第１放出系統（６０）と、前記酸素回収系統から大気中へ前記酸素混合ガスを放出する第２放出系統（７０）と、前記第１放出系統に配置される第１放出弁（６３）と、前記第２放出系統に配置される第２放出弁（７３）と、前記電解モジュールを停止させる場合に、前記第１放出弁および前記第２放出弁の開度が調整可能となるように制御する制御部（９０）と、を備える。
本開示の第１態様に係る電解システムは、酸素極と水素極とを有し、前記水素極に供給された水蒸気を電気分解することで、前記水素極で水素を生成するとともに前記酸素極で酸素を生成する電解モジュール（１１）と、前記水素極に前記水蒸気を供給する水蒸気供給系統（４０）と、前記水素極に供給された前記水蒸気および前記水素極で生成された前記水素を含む水素混合ガスを回収する水素回収系統（５０）と、前記酸素極に空気を供給する空気供給系統（２０）と、前記酸素極に供給された前記空気および前記酸素極で生成された前記酸素を含む酸素混合ガスを回収する酸素回収系統（３０）と、前記水素回収系統から大気中へ前記水素混合ガスを放出する第１放出系統（６０）と、前記酸素回収系統から大気中へ前記酸素混合ガスを放出する第２放出系統（７０）と、前記第１放出系統に配置される第１放出弁（６３）と、前記第２放出系統に配置される第２放出弁（７３）と、前記電解モジュールを停止させる場合に、前記第１放出弁および前記第２放出弁の開度が調整可能となるように制御する制御部（９０）と、を備える。
【0102】
本開示の第１態様に係る電解システムによれば、水素極で生成された水素を含む水素混合ガスを回収する水蒸気回収系統に第１放出系統が接続され、酸素極で生成された酸素を含む酸素混合ガスを回収する酸素回収系統に第２放出系統が接続される。制御部は、電解モジュールを停止させる場合に、第１放出弁および第２放出弁の開度が調整可能となるになるように第１放出弁および第２放出弁を制御する。第１放出弁から水素混合ガスが放出されて電解モジュールの水素極側の圧力および温度が低下し、第２放出弁から酸素混合ガスが放出されて電解モジュールの酸素極側の圧力および温度が低下する。
【0103】
この際、第１放出弁および第２放出弁を動作させるのに必要な非常用電源設備を設ける必要があるものの、水蒸気供給系統から水素極に水蒸気を供給し、かつ空気供給系統から酸素極に空気を供給する装置を動作させるのに必要な非常用電源設備は不要である。したがって、本開示の第１態様に係る電解システムによれば、設備経済性を悪化させることなく、停電等で電力供給が遮断される場合に電解モジュールの内部の圧力を大気圧に降下させるとともに内部の温度を適切に低下させることができる。
【0104】
本開示の第２態様に係る電解システムは、第１態様において、更に以下の構成を備える。すなわち、前記水素回収系統は、前記水素回収系統の前記水素混合ガスの第１圧力と前記酸素回収系統の前記酸素混合ガスの第２圧力との圧力差を検出する差圧検出部（５４）を有し、前記制御部は、前記電解モジュールを停止させる場合に、前記差圧検出部が検出する前記圧力差が所定範囲となるように、前記第１放出弁の第１開度および前記第２放出弁の第２開度を制御する。
【0105】
本開示の第２態様に係る電解システムによれば、制御部は、差圧検出部により検出される水素混合ガスの第１圧力と酸素混合ガスの第２圧力との圧力差が所定範囲となるように第１放出弁の第１開度および第２放出弁の第２開度を制御する。水素混合ガスの第１圧力と酸素混合ガスの第２圧力との圧力差が所定範囲となるため、この圧力差が所定範囲を超えて電解モジュールに損傷が発生することを適切に防止することができる。
【0106】
本開示の第３態様に係る電解システムは、第１態様または第２態様において、更に以下の構成を備える。すなわち、複数の前記電解モジュールを備え、前記空気供給系統は、複数の前記電解モジュールのそれぞれに単位時間あたりにほぼ同一の流量の前記空気を供給する流量調整装置を備える。
【0107】
本開示の第３態様に係る電解システムによれば、空気供給系統から複数の電解モジュールのそれぞれに単位時間あたりにほぼ同一の流量の空気が供給される。そのため、停電等で電解システムを緊急に停止させる場合に、電解モジュールの内部の圧力および温度を低下させるのに必要な時間の各電解モジュール間のばらつきを抑制することができる。
【0108】
本開示の第４態様に係る電解システムは、第１態様から第３態様のいずれかにおいて、更に以下の構成を備える。すなわち、前記空気供給系統に接続されるとともに注入部（８１）から注入される大気中の前記空気を前記空気供給系統に導く空気注入系統（８０）を備え、前記空気注入系統（８０）は、前記電解モジュール（１０）よりも下方に配置されており、第１排空気管（３１）に接続された前記第２放出系統（７０）が前記酸素混合ガスを大気中へ放出する排空気放出部（７２）は、前記電解モジュール（１０）よりも上方に配置されている。
【0109】
本開示の第４態様に係る電解システムによれば、大気圧近傍まで内部圧力が低下後に、第２放出弁を開状態とし、空気流入遮断弁および空気流入流量調整弁を開状態とすることにより、注入部から空気注入系統に注入される空気の自然通風が発生する。自然通風により、注入部から空気注入系統に注入された空気が注入部より上方に配置される空気供給部から電解モジュールに供給され、電解モジュール内に滞留した空気を含む酸素混合ガスを電解モジュール外へパージし、さらに電解モジュールよりも上方に配置される排空気放出部から大気中に排出される。自然通風によって注入部から注入される空気を電解モジュールに供給して排出することにより、空気を供給する動力を用いることなく、電解モジュール内部に滞留した高温の空気を速やかに排出でき、電解モジュールの降温に要する時間を短縮することができる。また、酸素放出部にハイベント方式を採用することで自然通風が促進され、より効果的に電解モジュールの冷却を行うことができる。
【0110】
本開示の第５態様に係る電解システムは、第４態様において、更に以下の構成を備える。すなわち、前記制御部は、前記酸素回収系統の前記酸素混合ガスの圧力が大気圧近傍に到達したことに応じて、自然通風により注入された空気を前記空気注入系統から前記電解モジュール内を流通した後、前記酸素回収系統を経由して前記第２放出系統から大気へ放出可能とするよう、空気注入流量調整弁（８３）、空気注入遮断弁及び第２放出弁(７３)を操作する。
【0111】
本開示の第６態様に係る電解システムは、第４態様において、更に以下の構成を備える。すなわち、前記空気注入系統に配置される圧縮機に比べ消費動力の少ない低昇圧（例えば５０ｋＰａ程度）のブロワ（８４）と、前記ブロワに電力を供給する電力供給部（９５）と、を備える。
【0112】
本開示の第６態様に係る電解システムによれば、電力供給部からブロワに電力を供給してブロワを動作させることにより、自然通風では十分な流量が得られない場合でも不足する空気を補って電解モジュールの内部の温度を確実に低下させることができる。
【0113】
本開示の第７態様に係る電解システムは、第６態様において、更に以下の構成を備える。すなわち、前記制御部は、前記酸素回収系統の前記酸素混合ガスの圧力が大気圧近傍に到達したことに応じて、前記空気注入系統から前記空気供給系統へ前記空気を供給するよう前記ブロワを起動する。
【0114】
本開示の第７態様に係る電解システムによれば、第２圧力が大気圧近傍に到達したことに応じて、低昇圧（例えば５０ｋＰａ程度）のブロワを起動させて空気注入系統から空気供給系統へ強制的に空気を供給することにより、圧縮機より少ない動力で電解モジュールの内部の温度を確実に低下させることができる。
【0115】
本開示の第８態様に係る電解システムの制御方法において、前記電解システムは、酸素極と水素極とを有し、前記水素極に供給された水蒸気を電気分解することで、前記水素極で水素を生成するとともに前記酸素極で酸素を生成する電解モジュールと、前記水素極に前記水蒸気を供給する水蒸気供給系統と、前記水素極に供給された前記水蒸気および前記水素極で生成された前記水素を含む水素混合ガスを回収する水素回収系統と、前記酸素極に空気を供給する空気供給系統と、前記酸素極に供給された前記空気および前記酸素極で生成された前記酸素を含む酸素混合ガスを回収する酸素回収系統と、前記水素回収系統から大気中へ前記水素混合ガスを放出する第１放出系統と、前記酸素回収系統から大気中へ前記酸素混合ガスを放出する第２放出系統と、前記第１放出系統に配置される第１放出弁と、前記第２放出系統に配置される第２放出弁と、を有し、前記電解モジュールを停止させる場合に、前記第１放出弁および前記第２放出弁の開度が調整可能となるように制御する放出工程（Ｓ１０３～Ｓ１０８）を備える。
【0116】
本開示の第８態様に係る電解システムの制御方法によれば、水素極で生成された水素を含む水素混合ガスを回収する水蒸気回収系統に第１放出系統が接続され、酸素極で生成された酸素を含む酸素混合ガスを回収する酸素回収系統に第２放出系統が接続される。放出工程は、電解モジュールを停止させる場合に、第１放出弁および第２放出弁の開度が調整可能となるように第１放出弁および第２放出弁を制御する。第１放出弁から水素混合ガスが放出されて電解モジュールの水素極側の圧力および温度が低下し、第２放出弁から酸素混合ガスが放出されて電解モジュールの酸素極側の圧力および温度が低下する。
【0117】
この際、第１放出弁および第２放出弁を動作させるのに必要な非常用電源設備を設ける必要があるものの、水蒸気系統から水素極に水蒸気を供給し、かつ空気供給系統から酸素極に空気を供給する装置を動作させるのに必要な非常用電源設備は不要である。したがって、本開示の第７態様に係る電解システムの制御方法によれば、設備経済性を悪化させることなく、停電等で電力供給が遮断される場合に電解モジュールの内部の圧力を大気圧に降下させるとともに内部の温度を適切に低下させることができる。
【0118】
本開示の第９態様に係る電解システムの制御方法は、第８態様において、更に以下の構成を備える。すなわち、前記水素回収系統の前記水素混合ガスの第１圧力と前記酸素回収系統の前記酸素混合ガスの第２圧力との圧力差を検出する差圧検出工程（Ｓ１０９）を備え、前記放出工程は、前記差圧検出工程が検出する前記圧力差が所定範囲となるように、前記第１放出弁の第１開度および前記第２放出弁の第２開度を制御する。
【0119】
本開示の第９態様に係る電解システムの制御方法によれば、電解モジュールを停止させる場合に、差圧検出工程により検出される水素混合ガスの第１圧力と酸素混合ガスの第２圧力との圧力差が所定範囲となるように、放出工程により第１放出弁の第１開度および第２放出弁の第２開度が制御される。水素混合ガスの第１圧力と酸素混合ガスの第２圧力との圧力差が所定範囲となるため、この圧力差が所定範囲を超えて電解モジュールに損傷が発生することを適切に防止することができる。
【0120】
本開示の第１０態様に係る電解システムの制御方法は、第８態様または第９態様において、更に以下の構成を備える。すなわち、複数の前記電解モジュールを備え、前記空気供給系統は、複数の前記電解モジュールのそれぞれに単位時間あたりにほぼ同一の流量の前記空気を供給する。
【0121】
本開示の第１０態様に係る電解システムの制御方法によれば、空気供給系統から複数の電解モジュールのそれぞれに単位時間あたりにほぼ同一の流量の空気が供給される。そのため、停電等で電解システムを緊急に停止させる場合に、電解モジュールの内部の圧力および温度を低下させるのに必要な時間の各電解モジュール間のばらつきを抑制することができる。
【0122】
本開示の第１１態様に係る電解システムの制御方法は、第８態様または第９態様において、更に以下の構成を備える。すなわち、前記空気供給系統に接続されるとともに注入部（８１）から注入される大気中の前記空気を前記空気供給系統に導く空気注入系統（８０）を備え、前記空気注入系統（８０）は、前記電解モジュール（１０）よりも下方に配置されており、第１排空気管（３１）に接続された前記第２放出系統（７０）が前記酸素混合ガスを大気中へ放出する排空気放出部（７２）は、前記電解モジュール（１０）よりも上方に配置されている。
【0123】
本開示の第１１態様に係る電解システムの制御方法によれば、第２放出弁を開状態とし、内部圧力が大気圧近傍まで低下後に空気注入遮断弁（不図示）及び空気注入流量調整弁(８３)を開状態とすることにより、注入部から空気注入系統に空気の自然通風が発生する。自然通風により、注入部から空気注入系統に注入された空気が注入部より上方に配置される空気供給部から電解モジュールに供給され、電解モジュール内に滞留した空気を含む酸素混合ガスを電解モジュール外へパージされ、さらに電解モジュールよりも上方に配置される排空気放出部から大気中に排出される。自然通風によって注入部から注入される空気を電解モジュールに供給して排出することにより、空気を供給する動力を用いることなく、電解モジュールの内部の温度を適切に低下させることができる。
【0124】
本開示の第１２態様に係る電解システムの制御方法は、第１１態様において、更に以下の構成を備える。すなわち、前記放出工程は、前記酸素回収系統の前記酸素混合ガスの圧力が大気圧近傍に到達したことに応じて、自然通風により注入された空気を前記空気注入系統から前記電解モジュール内を流通した後、前記酸素回収系統を経由して前記第２放出系統から大気へ放出可能とするよう、空気注入流量調整弁（８３）、空気注入遮断弁及び第２放出弁(７３)を操作する。
【0125】
本開示の第１３態様に係る電解システムの制御方法は、第１１態様において、更に以下の構成を備える。すなわち、前記空気注入系統に配置される低昇圧のブロワと、前記ブロワに電力を供給する電力供給部と、を備える。
【0126】
本開示の第１３態様に係る電解システムの制御方法によれば、電力供給部からブロワに電力を供給してブロワを動作させることにより、自然通風では不足する空気を補って電解モジュールの内部の温度を確実に低下させることができる。
【0127】
本開示の第１４態様に係る電解システムの制御方法は、第１３態様において、更に以下の構成を備える。すなわち、前記第２圧力が大気圧近傍に到達したことに応じて、前記空気注入系統から前記空気供給系統へ前記空気を供給するよう前記ブロワを起動するブロワ起動工程を備える。
【0128】
本開示の第１４態様に係る電解システムの制御方法によれば、前記酸素回収系統の前記酸素混合ガスの圧力が大気圧近傍に到達したことに応じて、低昇圧のブロワを起動させて空気注入系統から空気供給系統へ強制的に空気を供給することにより、自然通風では十分な流量が得られない場合でも不足する空気を補ってより少ない動力で電解モジュールの内部の温度を確実に低下させることができる。
【符号の説明】
【0129】
１０ 電解モジュール
２０ 空気供給系統
２１ 空気供給部
２２ 圧縮機
２３ 第１空気供給管
２４ 第２空気供給管
２５ 供給空気流量調整弁
２５ａ 流量計測部
２６ 空気供給部
２７ 流量調整装置
３０ 酸素回収系統
３１ 第１排空気管
３２ タービン
３３ 第２排空気管
３４ 排空気排出部
３５ 排空気冷却器
３７ 圧力検出部
３８ 酸素供給部
４０ 水蒸気供給系統
４１ 水蒸気供給部
４２ 過熱器
４３ 水蒸気供給管
４４ 水蒸気流量調整弁
４４ａ 流量計測部
５０ 水素回収系統
５１ 水素富化水蒸気管
５２ 水素富化水蒸気回収部
５３ 水素富化水蒸気流量調整弁
５４ 差圧検出部
６０ 水素富化水蒸気放出系統（第１放出系統）
６１ 放出管
６２ 水素富化水蒸気放出部
６３ 水素富化水蒸気放出弁（第１放出弁）
７０ 排空気放出系統（第２放出系統）
７１ 放出管
７２ 排空気放出部
７３ 排空気放出弁（第２放出弁）
８０ 空気注入系統
８１ 注入部
８２ 空気注入管
８３ 空気注入流量調整弁
８４ ブロワ
９０ 非常用電源設備(電力供給部)
９５ 制御装置
１００，１００Ａ，１００Ｂ 電解システム
１０９ 水素極
１１３ 酸素極
２０ 空気供給系統
２１ 空気供給部
２２ 圧縮機
２３ 第１空気供給管
２４ 第２空気供給管
２５ 供給空気流量調整弁
２５ａ 流量計測部
２６ 空気供給部
２７ 流量調整装置
３０ 酸素回収系統
３１ 第１排空気管
３２ タービン
３３ 第２排空気管
３４ 排空気排出部
３５ 排空気冷却器
３７ 圧力検出部
３８ 酸素供給部
４０ 水蒸気供給系統
４１ 水蒸気供給部
４２ 過熱器
４３ 水蒸気供給管
４４ 水蒸気流量調整弁
４４ａ 流量計測部
５０ 水素回収系統
５１ 水素富化水蒸気管
５２ 水素富化水蒸気回収部
５３ 水素富化水蒸気流量調整弁
５４ 差圧検出部
６０ 水素富化水蒸気放出系統（第１放出系統）
６１ 放出管
６２ 水素富化水蒸気放出部
６３ 水素富化水蒸気放出弁（第１放出弁）
７０ 排空気放出系統（第２放出系統）
７１ 放出管
７２ 排空気放出部
７３ 排空気放出弁（第２放出弁）
８０ 空気注入系統
８１ 注入部
８２ 空気注入管
８３ 空気注入流量調整弁
８４ ブロワ
９０ 非常用電源設備(電力供給部)
９５ 制御装置
１００，１００Ａ，１００Ｂ 電解システム
１０９ 水素極
１１３ 酸素極
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
