特許7588744水電解システム、水電解システムにおける水電解セルの差圧調整方法
(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】2024-11-14
(45)【発行日】2024-11-22
(54)【発明の名称】水電解システム、水電解システムにおける水電解セルの差圧調整方法
(51)【国際特許分類】
C25B 9/00 20210101AFI20241115BHJP
C25B 1/04 20210101ALI20241115BHJP
C25B 15/023 20210101ALI20241115BHJP
【ＦＩ】
C25B9/00 A
C25B1/04
C25B15/023
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2024041656
(22)【出願日】2024-03-15
【審査請求日】2024-03-15
【早期審査対象出願】
(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】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100162868
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 英輔
(74)【代理人】
【識別番号】100161702
【弁理士】
【氏名又は名称】橋本 宏之
(74)【代理人】
【識別番号】100189348
【弁理士】
【氏名又は名称】古都 智
(74)【代理人】
【識別番号】100196689
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 康一郎
(72)【発明者】
【氏名】中山 嘉貴
(72)【発明者】
【氏名】渡辺 悠太
(72)【発明者】
【氏名】浦下 靖崇
(72)【発明者】
【氏名】弦巻 茂
(72)【発明者】
【氏名】向井 大輔
(72)【発明者】
【氏名】祐延 貴洋
(72)【発明者】
【氏名】塚本 大輔
【審査官】黒木 花菜子
(56)【参考文献】
【文献】特表２００３－５０８６２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２４－０３５７７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１７／０６９０８３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１１７０７０９６３（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２５Ｂ ９／００
Ｃ２５Ｂ １／０４
Ｃ２５Ｂ １５／０２３
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
陰極、陽極、前記陰極と前記陽極との間に配置されたイオン交換膜、前記陰極を前記イオン交換膜と挟むように配置された第一セパレータ、および前記陽極を前記イオン交換膜と挟むように配置された第二セパレータを備え、前記第一セパレータと前記イオン交換膜との間の陰極室に供給された電解液から、水素および水酸化物イオンを生成し、前記第二セパレータと前記イオン交換膜との間の陽極室に供給された電解液、および前記イオン交換膜を通過した前記水酸化物イオンから、酸素を生成する水電解セルと、前記水電解セルの前記陰極室側および前記陽極室側のそれぞれの電解液の供給ラインに接続され、前記陰極室と前記陽極室との差圧を検出する差圧検出部と、
前記差圧検出部で検出された差圧に基づいて、前記陰極室と前記陽極室との差圧を調整する差圧調整部と、
を備える水電解システム。
【請求項2】
前記陰極室で生成された水素ガスを前記電解液から気液分離する陰極側気液分離器と、前記陽極室で生成された酸素ガスを前記電解液から気液分離する陽極側気液分離器と、をさらに備え、
前記差圧調整部は、
前記陰極側気液分離器から送出される水素ガスの流量を調整する陰極側ガス流量調整弁と、
前記陽極側気液分離器から送出される酸素ガスの流量を調整する陽極側ガス流量調整弁と、の少なくとも一方の開度を、前記差圧検出部で検出された差圧に基づいて調整する
請求項１に記載の水電解システム。
【請求項3】
前記差圧調整部は、前記陰極室から送出される前記水素を含む電解液の流量を調整する陰極側電解液流量調整弁と、
前記陽極室から送出される前記酸素を含む電解液の流量を調整する陽極側電解液流量調整弁と、の少なくとも一方の開度を、前記差圧検出部で検出された差圧に基づいて調整する
請求項１に記載の水電解システム。
【請求項4】
前記陰極室で生成された水素ガスを前記電解液から気液分離する陰極側気液分離器と、前記陽極室で生成された酸素ガスを前記電解液から気液分離する陽極側気液分離器と、をさらに備え、
前記差圧調整部は、
前記陰極側気液分離器から前記陰極室に前記電解液を供給する陰極側ポンプと、
前記陽極側気液分離器から前記陽極室に前記電解液を供給する陽極側ポンプと、の少なくとも一方の回転数を、前記差圧検出部で検出された差圧に基づいて調整する
請求項１に記載の水電解システム。
【請求項5】
前記差圧調整部は、前記差圧検出部で検出された差圧が、予め設定された上限閾値に達した場合に、前記陰極室と前記陽極室との差圧を調整し、前記上限閾値に達した後に、予め設定された下限閾値に達したときに差圧の調整を終了するように制御する、
請求項１または２に記載の水電解システム。
【請求項6】
請求項１または２に記載の水電解システムにおける水電解セルの差圧調整方法であって、前記陰極室と前記陽極室との差圧を検出するステップと、
検出された差圧に基づいて、前記陰極室と前記陽極室との差圧を調整するステップと、を含む、水電解システムにおける水電解セルの差圧調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、水電解システム、水電解システムにおける水電解セルの差圧調整方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、陽イオン交換膜として固体高分子電解質膜を用いた水電解槽で純水の電気分解を行う水電解装置が開示されている。この水電解装置では、電気分解により、水電解槽の陰極室で水素と純水の混合物が生じ、陽極室で酸素と純水の混合物とが生じる。固体高分子電解質膜を用いた水電解装置においては、固体高分子電解質膜の破損を防止するために、固体高分子電解質膜で隔てられた陰極室と陽極室との差圧を小さく抑える必要がある。このため、特許文献１に開示された水電解装置では、水素、および酸素の圧力を圧力計で検出し、圧力制御弁の開度を制御することによって、水素、および酸素の圧力を所定の圧力に調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００４－８４０４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献１に記載の水電解装置では、圧力計、および圧力制御弁が、水素と純水の混合物を水素ガスと純水とに分離する陰極側気液分離器、酸素と純水の混合物を酸素ガスと純水とに分離する陽極側気液分離器の下流側に、それぞれ設けられている。このため、水電解装置の陰極室、陽極室内で、水素、および酸素の圧力変動が生じてから、陰極側気液分離器、陽極側気液分離器の下流側に設けられた圧力計で、圧力変動が検出されるまでのタイムラグが大きくなってしまう。その結果、圧力計で、水素、および酸素の圧力の変動を圧力計で検出してから、水電解セルの差圧を調整するまでの応答性が低い、という問題があった。
【0005】
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、水素と酸素の圧力変動を速やかに検出し、水電解セルにおける、水電解セルの差圧調整を、高い応答性で実施することができる水電解システム、水電解システムにおける水電解セルの差圧調整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】
【0006】
上記課題を解決するために、本開示に係る水電解システムは、陰極、陽極、および前記陰極と前記陽極との間に配置されたイオン交換膜を備え、前記陰極と前記イオン交換膜との間の陰極室に供給された電解液から、水素および水酸化物イオンを生成し、前記陽極と前記イオン交換膜との間の陽極室に供給された電解液、および前記イオン交換膜を通過した前記水酸化物イオンから、酸素を生成する水電解セルと、前記陰極室と前記陽極室との差圧を検出する差圧検出部と、前記差圧検出部で検出された差圧に基づいて、前記陰極室と前記陽極室との差圧を調整する差圧調整部と、を備える。
【0007】
本開示に係る水電解システムにおける水電解セルの差圧調整方法は、水電解システムにおける水電解セルの差圧調整方法であって、前記陰極室と前記陽極室との差圧を検出するステップと、検出された差圧に基づいて、前記陰極室と前記陽極室との差圧を調整するステップと、を含む。
【発明の効果】
【0008】
本開示の水電解システム、水電解システムにおける水電解セルの差圧調整方法によれば、水素と酸素の圧力変動を速やかに検出し、水電解セルにおける、水電解セルの差圧調整を、高い応答性で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本開示の第一実施形態に係る水電解システムの構成を示す図である。
【図2】本開示の実施形態に係る水電解システムの水電解セルの構成を模式的に示す断面図である。
【図3】本開示の実施形態に係る水電解システムにおける水電解セルの差圧調整方法の手順の一例を示すフローチャートである。
【図4】本開示の第一実施形態に係る水電解システムで、水電解セルの差圧調整を行った場合の、水電解セルの差圧の変化と、陰極側ガス流量調整弁の開度との関係の一例を示す図である。
【図5】本開示の第二実施形態に係る水電解システムの構成を示す図である。
【図6】本開示の第二実施形態に係る水電解システムで、水電解セルの差圧調整を行った場合の、水電解セルの差圧の変化と、陰極側電解液流量調整弁の開度との関係の一例を示す図である。
【図7】本開示の第三実施形態に係る水電解システムの構成を示す図である。
【図8】本開示の第三実施形態に係る水電解システムで、水電解セルの差圧調整を行った場合の、水電解セルの差圧の変化と、陰極側ポンプの回転数との関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、添付図面を参照して、本開示による水電解システム、水電解システムにおける水電解セルの差圧調整方法を実施するための形態を説明する。しかし、本開示はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。
（水電解システムの構成）
図１に示すように、水電解システム１Ａは、水電解セル２と、陰極側気液分離器３Ａと、陽極側気液分離器３Ｂと、差圧検出部５と、差圧調整部６Ａと、を少なくとも備えている。
（水電解システムの構成）
図１に示すように、水電解システム１Ａは、水電解セル２と、陰極側気液分離器３Ａと、陽極側気液分離器３Ｂと、差圧検出部５と、差圧調整部６Ａと、を少なくとも備えている。
【0011】
（水電解セルの構成）
水電解セル２は、例えば、電解液に含まれる水を電気分解することで水素を生成する装置である。水電解セル２は、例えば、アニオン交換膜（ＡＥＭ：Anion Exchange Membrane）式の電解装置である。図２に示すように、水電解セル２は、第一セパレータ２１と、第二セパレータ２２と、イオン交換膜２３と、陰極触媒層２４と、陰極給電体２５と、陽極触媒層２６と、陽極給電体２７と、を備える。
水電解セル２は、例えば、電解液に含まれる水を電気分解することで水素を生成する装置である。水電解セル２は、例えば、アニオン交換膜（ＡＥＭ：Anion Exchange Membrane）式の電解装置である。図２に示すように、水電解セル２は、第一セパレータ２１と、第二セパレータ２２と、イオン交換膜２３と、陰極触媒層２４と、陰極給電体２５と、陽極触媒層２６と、陽極給電体２７と、を備える。
【0012】
第一セパレータ２１と第二セパレータ２２とは、所定の間隔をあけて配置されている。第一セパレータ２１と第二セパレータ２２との間には、後述する陰極室Ｓａおよび陽極室Ｓｂを含む、水電解セル２の内部空間Ｓが形成される。第一セパレータ２１は、水電解セル２の内部空間Ｓの一方の面を規定する部材である。第一セパレータ２１は、例えば、矩形の板状であり、金属部材で形成される。第一セパレータ２１は、後述する陰極室Ｓａに面する第一面２１ａを有する。第一セパレータ２１は、例えば、直流電源３０からマイナス電圧が印加される。
【0013】
第二セパレータ２２は、内部空間Ｓの他方の面を規定する部材である。第二セパレータ２２は、例えば、矩形の板状であり、金属部材で形成される。第二セパレータ２２は、後述する陽極室Ｓｂに面する第二面２２ａを有する。第二セパレータ２２は、直流電源３０からプラス電圧が印加される。これにより、第一セパレータ２１と第二セパレータ２２との間の内部空間Ｓには、所定の電位差を有した電圧が印加される。第一セパレータ２１と第二セパレータ２２とは、一対のセパレータとして水電解セル２の電解槽を形成する。
【0014】
図２に示すように、第一セパレータ２１の下端部は、供給ライン１０１Ａを介して、後述の陰極側気液分離器３Ａに接続されている。第一セパレータ２１の上端部は、排出ライン１０２Ａを介して、陰極側気液分離器３Ａに接続されている。
【0015】
第二セパレータ２２の下端部は、供給ライン１０１Ｂを介して、後述の陽極側気液分離器３Ｂに接続されている。第二セパレータ２２の上端部は、排出ライン１０２Ｂを介して、陽極側気液分離器３Ｂに接続されている。
【0016】
図２に示すように、イオン交換膜２３は、イオンを選択透過させる膜である。イオン交換膜２３は、例えば、固体高分子電解質膜である。イオン交換膜２３は、例えば、水酸化物イオン伝導性のあるアニオン（陰イオン）交換膜（ＡＥＭ：Anion Exchange Membrane）である。ただし、イオン交換膜２３は、上記例に限定されず、上記例とは異なるタイプのイオン交換膜でもよい。イオン交換膜２３は、例えば、矩形のシート状である。イオン交換膜２３は、第一セパレータ２１と第二セパレータ２２との間に配置され、上述した内部空間Ｓに位置する。内部空間Ｓにおいて、イオン交換膜２３と第一セパレータ２１の第一面２１ａとの間には、陰極室Ｓａが形成される。内部空間Ｓにおいて、イオン交換膜２３と第二セパレータ２２の第二面２２ａとの間には、陽極室Ｓｂが形成される。
【0017】
陰極触媒層２４は、陰極室Ｓａでの化学反応を促進する層である。陰極触媒層２４は、例えば、矩形のシート状である。陰極触媒層２４は、イオン交換膜２３に対して、陰極室Ｓａ側に配置されている。陰極触媒層２４は、第一セパレータ２１および陰極給電体２５を介して直流電源３０からマイナス電圧が印加される。陰極触媒層２４の材質としては、陰極室Ｓａでの化学反応を促進する材質であればよく、種々の材質が利用可能である。
【0018】
陰極給電体２５は、第一セパレータ２１に印加された電圧を陰極触媒層２４に伝える電気接続部である。陰極給電体２５は、陰極室Ｓａに配置されている。陰極給電体２５は、第一セパレータ２１の第一面２１ａと陰極触媒層２４との間に挟み込まれている。陰極給電体２５は、内部を電解液（に含まれる水）とガスが通過可能な構造を有する。陰極給電体２５は、例えば、金属製のメッシュ構造体、焼結体（多孔質体）、またはファイバーなどにより形成される。本開示では、陰極触媒層２４、および陰極給電体２５により、水電解セル２の陰極２０Ａが形成されている。
【0019】
陽極触媒層２６は、陽極室Ｓｂでの化学反応を促進する層である。陽極触媒層２６は、例えば、矩形のシート状である。陽極触媒層２６は、イオン交換膜２３に対して陽極室Ｓｂ側に配置されている。陽極触媒層２６は、第二セパレータ２２および陽極給電体２７を介して直流電源３０からプラス電圧が印加される。陽極触媒層２６の材質としては、陽極室Ｓｂでの化学反応を促進する材質であればよく、種々の材質が利用可能である。
【0020】
陽極給電体２７は、第二セパレータ２２に印加された電圧を陽極触媒層２６に伝える電気接続部である。陽極給電体２７は、陽極室Ｓｂに配置されている。陽極給電体２７は、第二セパレータ２２の第二面２２ａと陽極触媒層２６との間に挟み込まれている。陽極給電体２７は、内部を電解液（に含まれる水）とガスが通過可能な構造を有する。陽極給電体２７は、例えば、金属製のメッシュ構造体、焼結体（多孔質体）、またはファイバーなどにより形成される。本開示では、陽極触媒層２６、および陽極給電体２７により、水電解セル２の陽極２０Ｂが形成されている。
なお、水電解セル２は、上記したような構成を複数組備えたユニットとしてもよい。
なお、水電解セル２は、上記したような構成を複数組備えたユニットとしてもよい。
【0021】
（水電解セルにおける化学反応）
図１に示すように、陰極室Ｓａには、供給ライン１０１Ａを介して、陰極側気液分離器３Ａの液相から電解液Ｅｓが供給される。電解液Ｅｓは、例えば、純水、あるいはアルカリ水溶液である。本開示では、アルカリ水溶液として水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液が採用される。つまり、電解液Ｅｓは、水酸化カリウムと、水（Ｈ２Ｏ）と、を含んでいる。陰極室Ｓａでは、直流電源３０から電圧が印加されることで、電解液Ｅｓから、下式（１）のようにして、水素（Ｈ２）、および水酸化物イオン（ＯＨ－）が生成される。
２Ｈ２Ｏ＋２ｅ－→Ｈ２＋２ＯＨ－ …（１）
陰極室Ｓａで生成された水酸化物イオンは、イオン交換膜２３を通過して陰極室Ｓａから陽極室Ｓｂに移動する。陰極室Ｓａで生成された水素（水素ガス）は、残留した電解液Ｅｓとともに、排出ライン１０２Ａを介して、陰極側気液分離器３Ａの液相に戻される。
図１に示すように、陰極室Ｓａには、供給ライン１０１Ａを介して、陰極側気液分離器３Ａの液相から電解液Ｅｓが供給される。電解液Ｅｓは、例えば、純水、あるいはアルカリ水溶液である。本開示では、アルカリ水溶液として水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液が採用される。つまり、電解液Ｅｓは、水酸化カリウムと、水（Ｈ２Ｏ）と、を含んでいる。陰極室Ｓａでは、直流電源３０から電圧が印加されることで、電解液Ｅｓから、下式（１）のようにして、水素（Ｈ２）、および水酸化物イオン（ＯＨ－）が生成される。
２Ｈ２Ｏ＋２ｅ－→Ｈ２＋２ＯＨ－ …（１）
陰極室Ｓａで生成された水酸化物イオンは、イオン交換膜２３を通過して陰極室Ｓａから陽極室Ｓｂに移動する。陰極室Ｓａで生成された水素（水素ガス）は、残留した電解液Ｅｓとともに、排出ライン１０２Ａを介して、陰極側気液分離器３Ａの液相に戻される。
【0022】
陽極室Ｓｂには、供給ライン１０１Ｂを介して、陽極側気液分離器３Ｂの液相から電解液Ｅｓとして水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液が供給される。陽極室Ｓｂでは、直流電源３０から電圧が印加されることで、陰極室Ｓａから陽極室Ｓｂに移動した水酸化イオンの化学反応により、下式（２）のようにして、酸素（Ｏ２）と水（Ｈ２Ｏ）が生成される。
２ＯＨ－→１／２Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ－ …（２）
水電解セル２では、上式（１）、（２）に基づき、下式（３）のような化学反応が生じている。
Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋１／２Ｏ２ …（３）
陽極室Ｓｂで生成された酸素（酸素ガス）は、残留した電解液Ｅｓとともに、排出ライン１０２Ｂを介して、陽極側気液分離器３Ｂの液相に戻される。
２ＯＨ－→１／２Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ－ …（２）
水電解セル２では、上式（１）、（２）に基づき、下式（３）のような化学反応が生じている。
Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋１／２Ｏ２ …（３）
陽極室Ｓｂで生成された酸素（酸素ガス）は、残留した電解液Ｅｓとともに、排出ライン１０２Ｂを介して、陽極側気液分離器３Ｂの液相に戻される。
【0023】
（気液分離器の構成）
陰極側気液分離器３Ａは、電解液Ｅｓを貯留している。陰極側気液分離器３Ａは、陰極室Ｓａで生成された水素ガスを電解液Ｅｓから分離する。陰極室Ｓａで生成された水素ガスと電解液Ｅｓとの混合物は、排出ライン１０２Ａを介して、陰極側気液分離器３Ａに送り込まれる。陰極側気液分離器３Ａの液相内で、気体である水素ガスが、液体である電解液Ｅｓから分離される。陰極側気液分離器３Ａで分離された水素ガスは、回収ライン１０３Ａを通して、不図示の水素回収部に送り込まれる。一方、陰極側気液分離器３Ａで分離された電解液Ｅｓは、陰極側ポンプ４Ａにより、供給ライン１０１Ａを介して、水電解セル２へと送り込まれる。また、陰極側気液分離器３Ａには、必要に応じて、不図示の電解液供給部から電解液Ｅｓが補充される。
陰極側気液分離器３Ａは、電解液Ｅｓを貯留している。陰極側気液分離器３Ａは、陰極室Ｓａで生成された水素ガスを電解液Ｅｓから分離する。陰極室Ｓａで生成された水素ガスと電解液Ｅｓとの混合物は、排出ライン１０２Ａを介して、陰極側気液分離器３Ａに送り込まれる。陰極側気液分離器３Ａの液相内で、気体である水素ガスが、液体である電解液Ｅｓから分離される。陰極側気液分離器３Ａで分離された水素ガスは、回収ライン１０３Ａを通して、不図示の水素回収部に送り込まれる。一方、陰極側気液分離器３Ａで分離された電解液Ｅｓは、陰極側ポンプ４Ａにより、供給ライン１０１Ａを介して、水電解セル２へと送り込まれる。また、陰極側気液分離器３Ａには、必要に応じて、不図示の電解液供給部から電解液Ｅｓが補充される。
【0024】
陽極側気液分離器３Ｂは、電解液Ｅｓを貯留している。陽極側気液分離器３Ｂは、陽極室Ｓｂで生成された酸素ガスを電解液Ｅｓから分離する。陽極室Ｓｂで生成された酸素ガスと電解液Ｅｓとの混合物は、排出ライン１０２Ｂを介して、陽極側気液分離器３Ｂに送り込まれる。陽極側気液分離器３Ｂの液相内で、気体である酸素ガスが、液体である電解液Ｅｓから分離される。陽極側気液分離器３Ｂで分離された酸素ガスは、回収ライン１０３Ｂを通して、不図示の酸素回収部に送り込まれる。一方、陽極側気液分離器３Ｂで分離された電解液Ｅｓは、陽極側ポンプ４Ｂにより、供給ライン１０１Ｂを介して、水電解セル２へと送り込まれる。また、陽極側気液分離器３Ｂには、必要に応じて、不図示の電解液供給部から電解液Ｅｓが補充される。
【0025】
（差圧検出部の構成）
差圧検出部５は、水電解セル２の陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧を検出する。本開示の実施形態では、差圧検出部５は、水電解セル２の入口側における、陰極側の電解液と陽極側の電解液との差圧を検出する。すなわち、差圧検出部５は、供給ライン１０１Ａにおける水電解セル２への入口近傍と、供給ライン１０１Ｂにおける水電解セル２への入口近傍との差圧を検出する。なお、差圧検出部５は、水電解セル２の出口側における、陰極側の電解液と陽極側の電解液との差圧を検出するようにしてもよい。
差圧検出部５は、水電解セル２の陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧を検出する。本開示の実施形態では、差圧検出部５は、水電解セル２の入口側における、陰極側の電解液と陽極側の電解液との差圧を検出する。すなわち、差圧検出部５は、供給ライン１０１Ａにおける水電解セル２への入口近傍と、供給ライン１０１Ｂにおける水電解セル２への入口近傍との差圧を検出する。なお、差圧検出部５は、水電解セル２の出口側における、陰極側の電解液と陽極側の電解液との差圧を検出するようにしてもよい。
【0026】
（差圧調整部の構成）
差圧調整部６Ａは、差圧検出部５で検出された差圧に基づいて、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧を調整する。本開示の実施形態において、差圧調整部６Ａは、陰極側ガス流量調整弁７Ａと、陽極側ガス流量調整弁７Ｂと、差圧制御部６０と、を備えている。
差圧調整部６Ａは、差圧検出部５で検出された差圧に基づいて、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧を調整する。本開示の実施形態において、差圧調整部６Ａは、陰極側ガス流量調整弁７Ａと、陽極側ガス流量調整弁７Ｂと、差圧制御部６０と、を備えている。
【0027】
陰極側ガス流量調整弁７Ａは、陰極側気液分離器３Ａから送出される水素ガスの流量を調整可能に構成されている。陰極側ガス流量調整弁７Ａは、回収ライン１０３Ａに設けられている。陰極側ガス流量調整弁７Ａは、回収ライン１０３Ａ内の流路を開閉することで、陰極側気液分離器３Ａから送出される水素ガスの流量を調整する。
【0028】
陽極側ガス流量調整弁７Ｂは、陽極側気液分離器３Ｂから送出される酸素ガスの流量を調整可能に構成されている。陽極側ガス流量調整弁７Ｂは、回収ライン１０３Ｂに設けられている。陽極側ガス流量調整弁７Ｂは、回収ライン１０３Ｂ内の流路を開閉することで、陽極側気液分離器３Ｂから送出される酸素ガスの流量を調整する。
【0029】
差圧制御部６０は、は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えたコンピュータである。差圧制御部６０は、差圧検出部５で検出された差圧が、予め設定された閾値に達した場合に、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧を調整する。本開示の実施形態における差圧制御部６０は、差圧検出部５で検出された差圧が、予め設定された閾値に達した場合、陰極側ガス流量調整弁７Ａ、および陽極側ガス流量調整弁７Ｂの少なくとも一方の開度を調整する。
【0030】
水電解セル２においては、水（Ｈ２Ｏ）から、水素（Ｈ２）と酸素（Ｏ２）とを生成する。水素と酸素のうち、水素の方がモル比で多く生成されるため、陰極室Ｓａにおける水素の圧力が、陽極室Ｓｂにおける酸素の圧力よりも高くなりやすい。そこで、本開示の実施形態では、差圧制御部６０は、差圧検出部５で検出された差圧が、予め設定された範囲の上限閾値に達した場合、陰極側ガス流量調整弁７Ａの開度が、陽極側ガス流量調整弁７Ｂの開度よりも大きくなるように、陰極側ガス流量調整弁７Ａ、および陽極側ガス流量調整弁７Ｂの少なくとも一方の開度を調整する。具体的には、例えば、差圧制御部６０は、陰極側ガス流量調整弁７Ａの開度が、陽極側ガス流量調整弁７Ｂの開度よりも大きくなるように、陰極側ガス流量調整弁７Ａ、および陽極側ガス流量調整弁７Ｂの双方の開度を増大させるようにしてもよい。また、例えば、差圧制御部６０は、陽極側ガス流量調整弁７Ｂの開度を固定したまま、陰極側ガス流量調整弁７Ａの開度を増大させてもよい。
差圧制御部６０は、差圧検出部５で検出された差圧が、予め設定された範囲の下限閾値に達した場合に、上記したような陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧の調整を、終了してもよい。
差圧制御部６０は、差圧検出部５で検出された差圧が、予め設定された範囲の下限閾値に達した場合に、上記したような陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧の調整を、終了してもよい。
【0031】
（水電解システムにおける水電解セルの差圧調整方法の手順）
図３に示すように、本開示の実施形態に係る水電解システムにおける水電解セルの差圧調整方法は、差圧を検出するステップＳ１１、差圧が上限閾値に達したか否かを判定するステップＳ１２、差圧を調整するステップＳ１３、差圧を確認するステップＳ１４、および差圧の調整を終了するステップＳ１５を含む。
図３に示すように、本開示の実施形態に係る水電解システムにおける水電解セルの差圧調整方法は、差圧を検出するステップＳ１１、差圧が上限閾値に達したか否かを判定するステップＳ１２、差圧を調整するステップＳ１３、差圧を確認するステップＳ１４、および差圧の調整を終了するステップＳ１５を含む。
【0032】
差圧を検出するステップＳ１１では、予め設定された時間間隔が経過するごとに、差圧検出部５で、水電解セル２の陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧を検出する。
【0033】
差圧が上限閾値に達した否かを判定するステップＳ１２では、差圧制御部６０において、差圧検出部５で検出された差圧が、予め設定された範囲の上限閾値に達したか否かを判定する。その結果、差圧検出部５で検出された差圧が、予め設定された上限閾値に達していなければ（ステップＳ１２：Ｎｏ）、ステップＳ１１に戻り、予め設定された時間間隔が経過するごとに、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧の検出を繰り返す。一方、差圧検出部５で検出された差圧が、予め設定された上限閾値に達していた場合（ステップＳ１２：Ｙｓｅ）、ステップＳ１３に進む。
【0034】
差圧を調整するステップＳ１３では、差圧制御部６０で、陰極側ガス流量調整弁７Ａ、および陽極側ガス流量調整弁７Ｂの少なくとも一方の開度を調整する。本開示の実施形態では、差圧制御部６０では、陽極側ガス流量調整弁７Ｂの開度を固定したまま、陰極側ガス流量調整弁７Ａの開度を、予め設定された開度幅だけ増大させる。これにより、水電解システム１Ａの系内から、水素ガスがより多く排出される。その結果、水素ガスの圧力が低下し、水電解セル２における陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧が小さくなっていく。
【0035】
差圧を確認するステップＳ１４では、差圧を調整するステップＳ１３を終え、予め設定された時間が経過した後に、差圧検出部５で、水電解セル２の陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧を検出する。差圧を確認するステップＳ１４では、ステップＳ１３で差圧を調整したことにより、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧が、予め設定された範囲の下限閾値に到達したか否かを判定する。その結果、差圧検出部５で検出された差圧が、予め設定された下限閾値まで低下していなければ（ステップＳ１４：Ｎｏ）、ステップＳ１３の実施を継続する。一方、差圧検出部５で検出された差圧が、予め設定された下限閾値まで低下していた場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、ステップＳ１５に進む。
【0036】
差圧の調整を終了するステップＳ１５では、差圧を調整するステップＳ１３の実施を終了する。つまり、差圧を調整するステップＳ１３で行っていた、陰極側ガス流量調整弁７Ａ、および陽極側ガス流量調整弁７Ｂの少なくとも一方の開度の調整を終了する。本開示の実施形態では、陽極側ガス流量調整弁７Ｂの開度を固定したまま、予め設定された開度幅だけ増大させていた陰極側ガス流量調整弁７Ａの開度を、元の開度に戻す。
【0037】
図４は、上記したような水電解システムにおける水電解セルの差圧調整方法により、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧に応じて、陽極側ガス流量調整弁７Ｂの開度を調整した場合の一例である。
この図４に示すように、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧が上限閾値Ｐ１に達した時点Ｔ１で、陽極側ガス流量調整弁７Ｂの開度を増大させることで、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧が低下している。その後、陽極側ガス流量調整弁７Ｂの開度を増大させた状態を維持することで、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧が低下し続けている。陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧が、下限閾値Ｐ２に達した時点Ｔ２で、陽極側ガス流量調整弁７Ｂの開度を元の開度に戻している。ここで、本開示の実施形態では、下限閾値Ｐ２を、負の値に設定している。つまり、陰極室Ｓａの圧力が、陽極室Ｓｂの圧力よりも低くなるように、下限閾値Ｐ２を設定している。これにより、差圧の調整を終了するステップＳ１５の後に、再び、酸素ガスによる陽極室Ｓｂの圧力の変化（上昇）に対して、水素ガスによる陰極室Ｓａの圧力の変化（上昇）が大きくなっても、差圧が上限閾値Ｐ１に達するまでに要する時間を長くすることができる。
なお、上限閾値Ｐ１、および下限閾値Ｐ２は、イオン交換膜２３の破損が生じないように設定されている。
この図４に示すように、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧が上限閾値Ｐ１に達した時点Ｔ１で、陽極側ガス流量調整弁７Ｂの開度を増大させることで、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧が低下している。その後、陽極側ガス流量調整弁７Ｂの開度を増大させた状態を維持することで、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧が低下し続けている。陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧が、下限閾値Ｐ２に達した時点Ｔ２で、陽極側ガス流量調整弁７Ｂの開度を元の開度に戻している。ここで、本開示の実施形態では、下限閾値Ｐ２を、負の値に設定している。つまり、陰極室Ｓａの圧力が、陽極室Ｓｂの圧力よりも低くなるように、下限閾値Ｐ２を設定している。これにより、差圧の調整を終了するステップＳ１５の後に、再び、酸素ガスによる陽極室Ｓｂの圧力の変化（上昇）に対して、水素ガスによる陰極室Ｓａの圧力の変化（上昇）が大きくなっても、差圧が上限閾値Ｐ１に達するまでに要する時間を長くすることができる。
なお、上限閾値Ｐ１、および下限閾値Ｐ２は、イオン交換膜２３の破損が生じないように設定されている。
【0038】
（作用効果）
上記構成の水電解システム１Ａでは、差圧検出部５により、水電解セル２の陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧をダイレクトに検出する。そして、差圧調整部６Ａでは、差圧検出部５で差圧の変化を検出した場合、直ちに、検出された差圧に基づいて、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧を調整することができる。その結果、水素と酸素の圧力変動を速やかに検出し、水電解セル２における、水電解セル２の差圧調整を、高い応答性で実施することができる。
上記構成の水電解システム１Ａでは、差圧検出部５により、水電解セル２の陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧をダイレクトに検出する。そして、差圧調整部６Ａでは、差圧検出部５で差圧の変化を検出した場合、直ちに、検出された差圧に基づいて、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧を調整することができる。その結果、水素と酸素の圧力変動を速やかに検出し、水電解セル２における、水電解セル２の差圧調整を、高い応答性で実施することができる。
【0039】
また、差圧調整部６Ａで、陰極側ガス流量調整弁７Ａと、陽極側ガス流量調整弁７Ｂと、の少なくとも一方の開度を、差圧検出部５で検出された差圧に基づいて調整する。これにより、差圧検出部５で検出された差圧に応じて、水電解セル２の差圧調整を容易に行うことができる。
【0040】
また、差圧制御部６０では、水電解セル２の差圧が、予め設定された閾値に達した場合に、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧を調整する。これにより、水電解セル２における、水電解セル２の差圧調整を、検出された差圧に基づいて自動的に行うことができる。
【0041】
上記実施形態の水電解システム１Ａにおける水電解セル２の差圧調整方法は、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧を検出し、検出された差圧に基づいて、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧を調整する。このような構成によれば、水素と酸素の圧力変動を速やかに検出し、水電解セル２における、水電解セル２の差圧調整を、高い応答性で実施することができる。
【0042】
（第二実施形態）
次に、本開示に係る水電解システム、水電解システムにおける水電解セルの差圧調整方法の第二実施形態について説明する。なお、以下に説明する第二実施形態においては、上記第一実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。第二実施形態では、差圧調整部６Ｂとして、陰極側電解液流量調整弁８Ａ、および陽極側電解液流量調整弁８Ｂを備える点で第一実施形態と異なっている。
次に、本開示に係る水電解システム、水電解システムにおける水電解セルの差圧調整方法の第二実施形態について説明する。なお、以下に説明する第二実施形態においては、上記第一実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。第二実施形態では、差圧調整部６Ｂとして、陰極側電解液流量調整弁８Ａ、および陽極側電解液流量調整弁８Ｂを備える点で第一実施形態と異なっている。
【0043】
図５に示すように、水電解システム１Ｂは、水電解セル２と、陰極側気液分離器３Ａと、陽極側気液分離器３Ｂと、差圧検出部５と、差圧調整部６Ｂと、を少なくとも備えている。
【0044】
（差圧調整部の構成）
差圧調整部６Ｂは、差圧検出部５で検出された差圧に基づいて、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧を調整する。本開示の実施形態において、差圧調整部６Ｂは、陰極側電解液流量調整弁８Ａと、陽極側電解液流量調整弁８Ｂと、差圧制御部６０と、を備えている。
差圧調整部６Ｂは、差圧検出部５で検出された差圧に基づいて、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧を調整する。本開示の実施形態において、差圧調整部６Ｂは、陰極側電解液流量調整弁８Ａと、陽極側電解液流量調整弁８Ｂと、差圧制御部６０と、を備えている。
【0045】
陰極側電解液流量調整弁８Ａは、陰極室Ｓａから送出される水素を含む電解液Ｅｓの流量を調整可能に構成されている。陰極側電解液流量調整弁８Ａは、排出ライン１０２Ａに設けられている。陰極側電解液流量調整弁８Ａは、排出ライン１０２Ａ内の流路を開閉することで、陰極室Ｓａから送出される水素ガスの流量を調整する。
【0046】
陽極側電解液流量調整弁８Ｂは、陽極室Ｓｂから送出される酸素を含む電解液Ｅｓの流量を調整可能に構成されている。陽極側電解液流量調整弁８Ｂは、排出ライン１０２Ｂに設けられている。陽極側電解液流量調整弁８Ｂは、排出ライン１０２Ｂ内の流路を開閉することで、陽極室Ｓｂから送出される酸素ガスの流量を調整する。
【0047】
差圧制御部６０は、上記第一実施形態で示した水電解システムにおける水電解セルの差圧調整方法（図３参照）と同様にして、差圧検出部５で検出された差圧が、予め設定された閾値に達した場合に、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧を調整する。本開示の実施形態における差圧制御部６０は、差圧検出部５で検出された差圧が、予め設定された閾値に達した場合、陰極側電解液流量調整弁８Ａ、および陽極側電解液流量調整弁８Ｂの少なくとも一方の開度を調整する。
【0048】
差圧制御部６０は、差圧検出部５で検出された差圧が、予め設定された範囲の上限閾値Ｐ１に達した場合、陰極側電解液流量調整弁８Ａの開度が、陽極側電解液流量調整弁８Ｂの開度よりも大きくなるように、陰極側電解液流量調整弁８Ａ、および陽極側電解液流量調整弁８Ｂの少なくとも一方の開度を調整する。具体的には、例えば、差圧制御部６０は、陰極側電解液流量調整弁８Ａの開度が、陽極側電解液流量調整弁８Ｂの開度よりも大きくなるように、陰極側電解液流量調整弁８Ａ、および陽極側電解液流量調整弁８Ｂの双方の開度を増大させるようにしてもよい。また、例えば、差圧制御部６０は、陽極側電解液流量調整弁８Ｂの開度を固定したまま、陰極側電解液流量調整弁８Ａの開度を増大させてもよい。
差圧制御部６０は、差圧検出部５で検出された差圧が、予め設定された範囲の下限閾値Ｐ２に達した場合に、上記したような陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧の調整を、終了してもよい。
差圧制御部６０は、差圧検出部５で検出された差圧が、予め設定された範囲の下限閾値Ｐ２に達した場合に、上記したような陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧の調整を、終了してもよい。
【0049】
図６は、上記したような水電解システムにおける水電解セルの差圧調整方法により、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧に応じて、陽極側電解液流量調整弁８Ｂの開度を調整した場合の一例である。
この図６に示すように、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧が上限閾値Ｐ１に達した時点Ｔ１で、陽極側電解液流量調整弁８Ｂの開度を増大させることで、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧が低下している。その後、陽極側電解液流量調整弁８Ｂの開度を増大させた状態を維持することで、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧が低下し続けている。陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧が、下限閾値Ｐ２に達した時点Ｔ２’で、陽極側電解液流量調整弁８Ｂの開度を元の開度に戻している。
ここで、陰極側電解液流量調整弁８Ａ、および陽極側電解液流量調整弁８Ｂは、陰極側ガス流量調整弁７Ａ、および陽極側ガス流量調整弁７Ｂに比較すると、水電解セル２に、より近い位置に配置されている。このため、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧が上限閾値Ｐ１に達した時点Ｔ１で、陽極側電解液流量調整弁８Ｂの開度を増大させると、上記第一実施形態に比較し、陽極側電解液流量調整弁８Ｂの開度を増大させてから、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧が低下する際の応答性が高まる。したがって、図６において、上限閾値Ｐ１に達した時点Ｔ１から、下限閾値Ｐ２に達した時点Ｔ２’までの時間間隔が短縮される。
この図６に示すように、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧が上限閾値Ｐ１に達した時点Ｔ１で、陽極側電解液流量調整弁８Ｂの開度を増大させることで、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧が低下している。その後、陽極側電解液流量調整弁８Ｂの開度を増大させた状態を維持することで、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧が低下し続けている。陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧が、下限閾値Ｐ２に達した時点Ｔ２’で、陽極側電解液流量調整弁８Ｂの開度を元の開度に戻している。
ここで、陰極側電解液流量調整弁８Ａ、および陽極側電解液流量調整弁８Ｂは、陰極側ガス流量調整弁７Ａ、および陽極側ガス流量調整弁７Ｂに比較すると、水電解セル２に、より近い位置に配置されている。このため、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧が上限閾値Ｐ１に達した時点Ｔ１で、陽極側電解液流量調整弁８Ｂの開度を増大させると、上記第一実施形態に比較し、陽極側電解液流量調整弁８Ｂの開度を増大させてから、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧が低下する際の応答性が高まる。したがって、図６において、上限閾値Ｐ１に達した時点Ｔ１から、下限閾値Ｐ２に達した時点Ｔ２’までの時間間隔が短縮される。
【0050】
（作用効果）
上記構成の水電解システム１Ｂ、水電解システム１Ｂにおける水電解セル２の差圧調整方法では、上記第一実施形態と同様、水素と酸素の圧力変動を速やかに検出し、水電解セル２における、水電解セル２の差圧調整を、高い応答性で実施することができる。
上記構成の水電解システム１Ｂ、水電解システム１Ｂにおける水電解セル２の差圧調整方法では、上記第一実施形態と同様、水素と酸素の圧力変動を速やかに検出し、水電解セル２における、水電解セル２の差圧調整を、高い応答性で実施することができる。
【0051】
また、差圧調整部６Ｂで、差圧検出部５で検出された差圧に基づいて、陰極側電解液流量調整弁８Ａと、陽極側電解液流量調整弁８Ｂと、の少なくとも一方の開度を調整する。上記第一実施形態のように、陰極側ガス流量調整弁７Ａ、陽極側ガス流量調整弁７Ｂで、水電解セル２の差圧調整を行う構成に比較すれば、水電解セル２における、水電解セル２の差圧調整を、より水電解セル２に近い位置で実施することができる。したがって、水電解セル２の差圧調整を、高い応答性で実施することができる。
【0052】
（第三実施形態）
次に、本開示に係る水電解システム、水電解システムにおける水電解セルの差圧調整方法の第三実施形態について説明する。なお、以下に説明する第三実施形態においては、上記第一実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。第三実施形態では、差圧調整部６Ｃとして、陰極側ポンプ４Ａ、および陽極側ポンプ４Ｂを用いる点で、第一、第二実施形態と異なっている。
次に、本開示に係る水電解システム、水電解システムにおける水電解セルの差圧調整方法の第三実施形態について説明する。なお、以下に説明する第三実施形態においては、上記第一実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。第三実施形態では、差圧調整部６Ｃとして、陰極側ポンプ４Ａ、および陽極側ポンプ４Ｂを用いる点で、第一、第二実施形態と異なっている。
【0053】
図７に示すように、水電解システム１Ｃは、水電解セル２と、陰極側気液分離器３Ａと、陽極側気液分離器３Ｂと、差圧検出部５と、差圧調整部６Ｃと、を少なくとも備えている。
【0054】
（差圧調整部の構成）
差圧調整部６Ｃは、差圧検出部５で検出された差圧に基づいて、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧を調整する。本開示の実施形態において、差圧調整部６Ｃは、陰極側ポンプ４Ａと、陽極側ポンプ４Ｂと、差圧制御部６０と、を備えている。
差圧調整部６Ｃは、差圧検出部５で検出された差圧に基づいて、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧を調整する。本開示の実施形態において、差圧調整部６Ｃは、陰極側ポンプ４Ａと、陽極側ポンプ４Ｂと、差圧制御部６０と、を備えている。
【0055】
陰極側ポンプ４Ａは、陰極側気液分離器３Ａからの電解液Ｅｓを水電解セル２へと送り込む。陰極側ポンプ４Ａは、供給ライン１０１Ａに設けられている。陰極側ポンプ４Ａは、その回転数を調整することで、水電解セル２に送り込む電解液Ｅｓの流量を調整可能である。
【0056】
陽極側ポンプ４Ｂは、陽極側気液分離器３Ｂからの電解液Ｅｓを水電解セル２へと送り込む。陽極側ポンプ４Ｂは、供給ライン１０１Ｂに設けられている。陽極側ポンプ４Ｂは、その回転数を調整することで、水電解セル２に送り込む電解液Ｅｓの流量を調整可能である。
【0057】
差圧制御部６０は、上記第一実施形態で示した水電解システムにおける水電解セルの差圧調整方法（図３参照）と同様にして、差圧検出部５で検出された差圧が、予め設定された閾値に達した場合に、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧を調整する。本開示の実施形態における差圧制御部６０は、差圧検出部５で検出された差圧が、予め設定された閾値に達した場合、陰極側ポンプ４Ａ、および陽極側ポンプ４Ｂの少なくとも一方の回転数を調整する。
【0058】
差圧制御部６０は、差圧検出部５で検出された差圧が、予め設定された範囲の上限閾値Ｐ１に達した場合、陽極側ポンプ４Ｂの回転数が、陰極側ポンプ４Ａの回転数よりも高くなるように、陰極側ポンプ４Ａ、および陽極側ポンプ４Ｂの少なくとも一方の回転数を調整する。具体的には、例えば、差圧制御部６０は、陽極側ポンプ４Ｂの回転数が、陰極側ポンプ４Ａの回転数よりも高くなるように、陰極側ポンプ４Ａ、および陽極側ポンプ４Ｂの双方の回転数を増大させるようにしてもよい。また、例えば、差圧制御部６０は、陰極側ポンプ４Ａの回転数を固定したまま、陽極側ポンプ４Ｂの回転数を増大させてもよい。陽極側ポンプ４Ｂの回転数が、陰極側ポンプ４Ａの回転数よりも高くなると、供給ライン１０１Ｂにおける圧力損失が、供給ライン１０１Ａにおける圧力損失よりも大きくなる。すると、水電解セル２の陰極側に供給される電解液の流量が増大する。これにより、水電解セル２の陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧が小さくなる。
【0059】
差圧制御部６０は、差圧検出部５で検出された差圧が、予め設定された範囲の下限閾値Ｐ２に達した場合に、上記したような陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧の調整を、終了してもよい。
【0060】
図８は、上記したような水電解システムにおける水電解セルの差圧調整方法により、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧に応じて、陽極側ポンプ４Ｂの回転数を調整した場合の一例である。
この図８に示すように、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧が上限閾値Ｐ１に達した時点Ｔ１で、陽極側ポンプ４Ｂの回転数を増大させることで、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧が低下している。その後、陽極側ポンプ４Ｂの回転数を増大させた状態を維持することで、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧が低下し続けている。陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧が、下限閾値Ｐ２に達した時点Ｔ２”で、陽極側ポンプ４Ｂの回転数を元の回転数に戻している。
この図８に示すように、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧が上限閾値Ｐ１に達した時点Ｔ１で、陽極側ポンプ４Ｂの回転数を増大させることで、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧が低下している。その後、陽極側ポンプ４Ｂの回転数を増大させた状態を維持することで、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧が低下し続けている。陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧が、下限閾値Ｐ２に達した時点Ｔ２”で、陽極側ポンプ４Ｂの回転数を元の回転数に戻している。
【0061】
ここで、差圧調整部６Ｃとして、陰極側ポンプ４Ａ、および陽極側ポンプ４Ｂを備えることで、上記第二実施形態のように、差圧調整部６Ｂとして、陰極側電解液流量調整弁８Ａ、および陽極側電解液流量調整弁８Ｂを備える必要がない。このため、水電解システム１Ｃの部品点数の増加、およびコスト増加を抑えることができる。
また、陰極側ポンプ４Ａ、および陽極側ポンプ４Ｂを備えることで、陰極側ガス流量調整弁７Ａ、および陽極側ガス流量調整弁７Ｂに比較すると、水電解セル２に、より近い位置に配置されている。このため、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧が上限閾値Ｐ１に達した時点Ｔ１で、陽極側ポンプ４Ｂの回転数を増大させると、上記第一実施形態に比較し、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧が低下する際の応答性が高まる。したがって、図８において、上限閾値Ｐ１に達した時点Ｔ１から、下限閾値Ｐ２に達した時点Ｔ２”までの時間間隔が短縮される可能性がある。
また、陰極側ポンプ４Ａ、および陽極側ポンプ４Ｂを備えることで、陰極側ガス流量調整弁７Ａ、および陽極側ガス流量調整弁７Ｂに比較すると、水電解セル２に、より近い位置に配置されている。このため、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧が上限閾値Ｐ１に達した時点Ｔ１で、陽極側ポンプ４Ｂの回転数を増大させると、上記第一実施形態に比較し、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧が低下する際の応答性が高まる。したがって、図８において、上限閾値Ｐ１に達した時点Ｔ１から、下限閾値Ｐ２に達した時点Ｔ２”までの時間間隔が短縮される可能性がある。
【0062】
（作用効果）
上記構成の水電解システム１Ｃ、水電解システム１Ｃにおける水電解セル２の差圧調整方法では、上記第一実施形態と同様、水素と酸素の圧力変動を速やかに検出し、水電解セル２における、水電解セル２の差圧調整を、高い応答性で実施することができる。
上記構成の水電解システム１Ｃ、水電解システム１Ｃにおける水電解セル２の差圧調整方法では、上記第一実施形態と同様、水素と酸素の圧力変動を速やかに検出し、水電解セル２における、水電解セル２の差圧調整を、高い応答性で実施することができる。
【0063】
また、差圧調整部６Ｃが、差圧検出部５で検出された差圧に基づいて、陰極側ポンプ４Ａ、および陽極側ポンプ４Ｂと、の少なくとも一方の回転数を調整する。陰極側ガス流量調整弁７Ａ、陽極側ガス流量調整弁７Ｂで、水電解セル２の差圧調整を行う構成に比較すれば、水電解セル２における、水電解セル２の差圧調整を、より水電解セル２に近い位置で実施することができる。したがって、水電解セル２の差圧調整を、高い応答性で実施することができる。
【0064】
（その他の実施形態）
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
なお、上記実施形態では、水電解システム１Ａ～１Ｃにおける水電解セル２の差圧調整方法の手順について説明したが、その手順、判定に用いる閾値等は、適宜変更可能である。
また、上記実施形態では、水電解セル２の構成について例示したが、水電解セル２の構成は、適宜変更可能である。
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
なお、上記実施形態では、水電解システム１Ａ～１Ｃにおける水電解セル２の差圧調整方法の手順について説明したが、その手順、判定に用いる閾値等は、適宜変更可能である。
また、上記実施形態では、水電解セル２の構成について例示したが、水電解セル２の構成は、適宜変更可能である。
【0065】
なお、水電解システム１Ａ～１Ｃにおける水電解セル２の差圧調整方法の全部または一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各機能部による処理を行ってもよい。ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、ＣＤ、ＤＶＤ、ＵＳＢ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。また、このプログラムが通信回線によって差圧制御部６０に配信される場合、配信を受けた差圧制御部６０が当該プログラムをストレージに展開し、上記処理を実行しても良い。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
【0066】
＜付記＞
各実施形態に記載の水電解システム１Ａ～１Ｃ、水電解システム１Ａ～１Ｃにおける水電解セル２の差圧調整方法は、例えば以下のように把握される。
各実施形態に記載の水電解システム１Ａ～１Ｃ、水電解システム１Ａ～１Ｃにおける水電解セル２の差圧調整方法は、例えば以下のように把握される。
【0067】
（１）第１の態様に係る水電解システム１Ａ～１Ｃは、陰極２０Ａ、陽極２０Ｂ、および前記陰極２０Ａと前記陽極２０Ｂとの間に配置されたイオン交換膜２３を備え、前記陰極２０Ａと前記イオン交換膜２３との間の陰極室Ｓａに供給された電解液Ｅｓから、水素および水酸化物イオンを生成し、前記陽極２０Ｂと前記イオン交換膜２３との間の陽極室Ｓｂに供給された電解液Ｅｓ、および前記イオン交換膜２３を通過した前記水酸化物イオンから、酸素を生成する水電解セル２と、前記陰極室Ｓａと前記陽極室Ｓｂとの差圧を検出する差圧検出部５と、前記差圧検出部５で検出された差圧に基づいて、前記陰極室Ｓａと前記陽極室Ｓｂとの差圧を調整する差圧調整部６Ａ～６Ｃと、を備える。
【0068】
この水電解システム１Ａ～１Ｃは、差圧検出部５により、水電解セル２の陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧をダイレクトに検出する。そして、差圧調整部６Ａ～６Ｃでは、差圧検出部５で差圧の変化を検出した場合、直ちに、検出された差圧に基づいて、陰極室Ｓａと陽極室Ｓｂとの差圧を調整することができる。その結果、水素と酸素の圧力変動を速やかに検出し、水電解セル２における、水電解セル２の差圧調整を、高い応答性で実施することができる。
【0069】
（２）第２の態様に係る水電解システム１Ａは、（１）の水電解システム１Ａであって、前記陰極室Ｓａで生成された水素ガスを電解液Ｅｓから気液分離する陰極側気液分離器３Ａと、前記陽極室Ｓｂで生成された酸素ガスを電解液Ｅｓから気液分離する陽極側気液分離器３Ｂと、をさらに備え、前記差圧調整部６Ａは、前記陰極側気液分離器３Ａから送出される水素ガスの流量を調整する陰極側ガス流量調整弁７Ａと、前記陽極側気液分離器３Ｂから送出される酸素ガスの流量を調整する陽極側ガス流量調整弁７Ｂと、の少なくとも一方の開度を、前記差圧検出部５で検出された差圧に基づいて調整する。
【0070】
このような構成によれば、差圧検出部５で検出された差圧に基づいて、差圧調整部６Ａで、陰極側ガス流量調整弁７Ａと、陽極側ガス流量調整弁７Ｂと、の少なくとも一方の開度を、差圧検出部５で検出された差圧に基づいて調整することで、水電解セル２における、水電解セル２の差圧調整を行うことができる。
【0071】
（３）第３の態様に係る水電解システム１Ｂは、（１）の水電解システム１Ｂであって、前記差圧調整部６Ｂは、前記陰極室Ｓａから送出される前記水素を含む電解液Ｅｓの流量を調整する陰極側電解液流量調整弁８Ａと、前記陽極室Ｓｂから送出される前記酸素を含む電解液Ｅｓの流量を調整する陽極側電解液流量調整弁８Ｂと、の少なくとも一方の開度を、前記差圧検出部５で検出された差圧に基づいて調整する。
【0072】
このような構成によれば、差圧調整部６Ｂが、差圧検出部５で検出された差圧に基づいて、陰極側電解液流量調整弁８Ａと、陽極側電解液流量調整弁８Ｂと、の少なくとも一方の開度を調整する。陰極側ガス流量調整弁７Ａ、陽極側ガス流量調整弁７Ｂで、水電解セル２の差圧調整を行う構成に比較すれば、水電解セル２における、水電解セル２の差圧調整を、より水電解セル２に近い位置で実施することができる。したがって、水電解セル２の差圧調整を、高い応答性で実施することができる。
【0073】
（４）第４の態様に係る水電解システム１Ｃは、（１）の水電解システム１Ｃであって、前記差圧調整部６Ｃは、前記陰極側気液分離器３Ａから前記陰極室Ｓａに前記電解液Ｅｓを供給する陰極側ポンプ４Ａと、前記陽極側気液分離器３Ｂから前記陽極室Ｓｂに前記電解液Ｅｓを供給する陽極側ポンプ４Ｂと、の少なくとも一方の回転数を、前記差圧検出部５で検出された差圧に基づいて調整する。
【0074】
このような構成によれば、差圧調整部６Ｃが、差圧検出部５で検出された差圧に基づいて、陰極側ポンプ４Ａ、および陽極側ポンプ４Ｂと、の少なくとも一方の回転数を調整する。陰極側ガス流量調整弁７Ａ、陽極側ガス流量調整弁７Ｂで、水電解セル２の差圧調整を行う構成に比較すれば、水電解セル２における、水電解セル２の差圧調整を、より水電解セル２に近い位置で実施することができる。したがって、水電解セル２の差圧調整を、高い応答性で実施することができる。
【0075】
（５）第５の態様に係る水電解システム１Ａ～１Ｃは、（１）から（４）の何れか一つの水電解システム１Ａ～１Ｃであって、前記差圧調整部６Ａ～６Ｃは、前記差圧検出部５で検出された差圧が、予め設定された閾値に達した場合に、前記陰極室Ｓａと前記陽極室Ｓｂとの差圧を調整する差圧制御部６０、をさらに備える。
【0076】
このような構成によれば、差圧制御部６０で、差圧が、予め設定された閾値に達した場合に、前記陰極室Ｓａと前記陽極室Ｓｂとの差圧を調整することで、水電解セル２における、水電解セル２の差圧調整を自動的に行うことができる。
【0077】
（６）第６の態様に係る水電解システム１Ａ～１Ｃにおける水電解セル２の差圧調整方法は、（１）から（５）の何れか一つの水電解システム１Ａ～１Ｃにおける水電解セル２の差圧調整方法であって、前記陰極室Ｓａと前記陽極室Ｓｂとの差圧を検出するステップＳ１１と、検出された差圧に基づいて、前記陰極室Ｓａと前記陽極室Ｓｂとの差圧を調整するステップＳ１３と、を含む。
【0078】
このような構成によれば、水素と酸素の圧力変動を速やかに検出し、水電解セル２における、水電解セル２の差圧調整を、高い応答性で実施することができる。
【符号の説明】
【0079】
１Ａ～１Ｃ…水電解システム
２…水電解セル
３Ａ…陰極側気液分離器
３Ｂ…陽極側気液分離器
４Ａ…陰極側ポンプ
４Ｂ…陽極側ポンプ
５…差圧検出部
６Ａ～６Ｃ…差圧調整部
７Ａ…陰極側ガス流量調整弁
７Ｂ…陽極側ガス流量調整弁
８Ａ…陰極側電解液流量調整弁
８Ｂ…陽極側電解液流量調整弁
２０Ａ…陰極
２０Ｂ…陽極
２１…第一セパレータ
２１ａ…第一面
２２…第二セパレータ
２２ａ…第二面
２３…イオン交換膜
２４…陰極触媒層
２５…陰極給電体
２６…陽極触媒層
２７…陽極給電体
３０…直流電源
６０…差圧制御部
１０１Ａ、１０１Ｂ…供給ライン
１０２Ａ、１０２Ｂ…排出ライン
１０３Ａ、１０３Ｂ…回収ライン
Ｅｓ…電解液
Ｓ…内部空間
Ｓａ…陰極室
Ｓｂ…陽極室
２…水電解セル
３Ａ…陰極側気液分離器
３Ｂ…陽極側気液分離器
４Ａ…陰極側ポンプ
４Ｂ…陽極側ポンプ
５…差圧検出部
６Ａ～６Ｃ…差圧調整部
７Ａ…陰極側ガス流量調整弁
７Ｂ…陽極側ガス流量調整弁
８Ａ…陰極側電解液流量調整弁
８Ｂ…陽極側電解液流量調整弁
２０Ａ…陰極
２０Ｂ…陽極
２１…第一セパレータ
２１ａ…第一面
２２…第二セパレータ
２２ａ…第二面
２３…イオン交換膜
２４…陰極触媒層
２５…陰極給電体
２６…陽極触媒層
２７…陽極給電体
３０…直流電源
６０…差圧制御部
１０１Ａ、１０１Ｂ…供給ライン
１０２Ａ、１０２Ｂ…排出ライン
１０３Ａ、１０３Ｂ…回収ライン
Ｅｓ…電解液
Ｓ…内部空間
Ｓａ…陰極室
Ｓｂ…陽極室
【要約】
【課題】水素と酸素の圧力変動を速やかに検出し、水電解セルにおける、水電解セルの差圧調整を、高い応答性で実施する。
【解決手段】水電解システムは、陰極、陽極、および陰極と陽極との間に配置されたイオン交換膜を備え、陰極とイオン交換膜との間の陰極室に供給された電解液から、水素および水酸化物イオンを生成し、陽極とイオン交換膜との間の陽極室に供給された電解液、およびイオン交換膜を通過した水酸化物イオンから、酸素を生成する水電解セルと、陰極室と陽極室との差圧を検出する差圧検出部と、差圧検出部で検出された差圧に基づいて、陰極室と陽極室との差圧を調整する差圧調整部と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】水電解システムは、陰極、陽極、および陰極と陽極との間に配置されたイオン交換膜を備え、陰極とイオン交換膜との間の陰極室に供給された電解液から、水素および水酸化物イオンを生成し、陽極とイオン交換膜との間の陽極室に供給された電解液、およびイオン交換膜を通過した水酸化物イオンから、酸素を生成する水電解セルと、陰極室と陽極室との差圧を検出する差圧検出部と、差圧検出部で検出された差圧に基づいて、陰極室と陽極室との差圧を調整する差圧調整部と、を備える。
【選択図】図１
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】