特許 7591994 水電解装置および制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-21

(45)【発行日】2024-11-29

(54)【発明の名称】水電解装置および制御方法

(51)【国際特許分類】

   C25B 9/00 20210101AFI20241122BHJP

   C25B 1/04 20210101ALI20241122BHJP

   C25B 15/08 20060101ALI20241122BHJP

   C25B 15/023 20210101ALI20241122BHJP

   C25B 15/00 20060101ALI20241122BHJP

   B01D 19/00 20060101ALI20241122BHJP

   B01D 61/00 20060101ALI20241122BHJP

   C02F 1/44 20230101ALI20241122BHJP

【ＦＩ】

C25B9/00 A

C25B1/04

C25B15/08 304

C25B15/023

C25B15/00 302Z

B01D19/00 G

B01D61/00

C02F1/44 A

C02F1/44 H

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021136648

(22)【出願日】2021-08-24

(65)【公開番号】P2023031133

(43)【公開日】2023-03-08

【審査請求日】2023-12-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000005119

【氏名又は名称】カナデビア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】八巻 昌宏

【審査官】祢屋 健太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－１９１３３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２１３１４２２１３（ＣＮ，Ｕ）

【文献】特開２００６－１３１９５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２４１２０７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２５Ｂ ９／００

Ｃ２５Ｂ １／００

Ｃ２５Ｂ １５／００

Ｂ０１Ｄ １９／００

Ｂ０１Ｄ ６１／００

Ｃ０２Ｆ １／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高分子電解質膜を用いて水を分解し、陰極に水素を発生させる水電解槽と、
前記陰極において発生した水素と水とを分離して、該水を分離水として放出する水素気液分離器と、
前記水素気液分離器から放出された前記分離水に含まれるイオン成分を除去する逆浸透膜を含むフィルタ装置と、
前記逆浸透膜を透過した透過水を貯水する貯水タンクと、
を備える水電解装置。

【請求項2】

前記フィルタ装置と前記貯水タンクとの間に配置され、前記透過水の流れを調整する第１調整機構をさらに備える請求項１に記載の水電解装置。

【請求項3】

前記第１調整機構は、前記水素気液分離器の液面レベルに基づいて前記透過水の流れを調整する請求項２に記載の水電解装置。

【請求項4】

前記第１調整機構の下流側に配置され、前記透過水に含まれる水素を分離する第１分離機構をさらに備える請求項２または３に記載の水電解装置。

【請求項5】

前記分離水が前記逆浸透膜を透過することなく濃縮された結果生じた濃縮水を前記フィルタ装置から排水する排水ラインと、
前記排水ラインに配置され、前記濃縮水の流れを調整する第２調整機構と、
をさらに備える請求項１から４のいずれか１項に記載の水電解装置。

【請求項6】

前記第２調整機構は、前記水素気液分離器の液面レベルに基づいて、または前記濃縮水が定期的に排水されるように、前記排水ラインにおける前記濃縮水の流れを調整する請求項５に記載の水電解装置。

【請求項7】

前記第２調整機構の下流側に配置され、前記濃縮水に含まれる水素を分離する第２分離機構をさらに備える請求項５または６に記載の水電解装置。

【請求項8】

水電解装置の制御方法であって、
高分子電解質膜を用いて水を分解し、陰極に水素を発生させる工程と、
前記陰極において発生した水素と水とを水素気液分離器によって分離して、該水を分離水として放出する工程と、
前記分離水に含まれるイオン成分を除去する逆浸透膜を含むフィルタ装置の前記逆浸透膜を透過した透過水の流れを、前記水素気液分離器の液面レベルに基づいて調整する工程と、
前記透過水を貯水タンクに貯水する工程と、
を含む水電解装置の制御方法。

【請求項9】

前記水電解装置は、前記分離水が前記逆浸透膜を透過することなく濃縮された結果生じた濃縮水を前記フィルタ装置から排水する排水ラインをさらに備え、
前記水素気液分離器の液面レベルに基づいて、または前記濃縮水が定期的に排水されるように、前記排水ラインにおける前記濃縮水の流れを調整する工程をさらに含む請求項８に記載の水電解装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水を電解して水素と酸素とを発生させる水電解装置およびその制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、自然エネルギーを一次エネルギーとする水素の製造技術が開発されており、その１つに、固体高分子型水電解装置が知られている（特許文献１）。この種の水電解装置では、水電解槽の陰極にて発生した水素と水とを分離する水素気液分離器から放出される水素ブロー水（分離水）は貯水タンクに戻され、水素の製造に再利用されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００２－１７３７８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

これまで、水素ブロー水は純水と考えられていた。しかしながら、水素ブロー水にはイオン性の不純物が含まれ、このイオン性の不純物の影響により電気伝導度が高くなることを本発明の発明者が明らかにした。このような電気伝導度が高い水素ブロー水を水素の製造に再利用した場合、水電解槽が劣化する等の問題が生じる。

【0005】

そのため、系内の純水を維持するためには、水素ブロー水を全量廃棄して新たな純水を補給することが考えられるが、この場合、大量の純水が必要となる。

【0006】

本発明は、イオン成分を低減した水素ブロー水を水素の製造に再利用可能な水電解装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記課題を解決するために、本発明の一態様に係る水電解装置は、高分子電解質膜を用いて水を分解し、陰極に水素を発生させる水電解槽と、前記陰極において発生した水素と水とを分離して、該水を分離水として放出する水素気液分離器と、前記水素気液分離器から放出された前記分離水に含まれるイオン成分を除去する逆浸透膜を含むフィルタ装置と、前記逆浸透膜を透過した透過水を貯水する貯水タンクと、を備える。

【0008】

前記課題を解決するために、本発明の一態様に係る水電解装置の制御方法は、水電解装置の制御方法であって、高分子電解質膜を用いて水を分解し、陰極に水素を発生させる工程と、前記陰極において発生した水素と水とを水素気液分離器によって分離して、該水を分離水として放出する工程と、前記分離水に含まれるイオン成分を除去する逆浸透膜を含むフィルタ装置の前記逆浸透膜を透過した透過水の流れを、前記水素気液分離器の液面レベルに基づいて調整する工程と、を含む。

【発明の効果】

【0009】

本発明の一態様によれば、イオン成分を低減した水素ブロー水を水素の製造に再利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態に係る水電解装置の概略構成を示すブロック図である。

【図2】図１に示される粗フィルタ装置およびＲＯフィルタ装置の周辺構成を示す模式図である。

【図3】図２に示される粗フィルタ装置本体の構成例を示す図であり、３００１は粗フィルタ装置本体の正面図を示し、３００２は粗フィルタ装置本体の断面図を示す。

【図4】前記粗フィルタ装置本体が備える粗フィルタの機能を説明する模式図である。

【図5】図２に示される空気抜き弁の構成例を示す縦断面図である。

【図6】前記ＲＯフィルタ装置が備える逆浸透膜の機能を説明する模式図である。

【図7】前記水電解装置における透過水の流量制御の一例を示すフローチャートである。

【図8】前記水素気液分離器の内部構造を示す断面図である。

【図9】前記水電解装置における濃縮水の排水制御の一例を示すフローチャートである。

【図10】前記水電解装置における異常判定制御の一例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】

【0011】

以下、本発明の一実施形態について、図１から図１０に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は本発明に係る水電解装置およびその制御方法の一例であり、本発明の技術的範囲は図示例に限定されるものではない。

【0012】

〔水電解装置の構成〕
図１は、本発明の実施形態に係る水電解装置１００の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、水電解装置１００は、水電解槽１０と、直流電源１１と、水素気液分離器１２と、酸素気液分離器１３と、貯水タンク１５と、粗フィルタ装置３０と、ＲＯフィルタ装置（フィルタ装置）８０とを含む。水電解装置１００の各部の動作は、制御部２０によって制御される。

【0013】

水電解槽１０は、高分子電解質膜（固体高分子膜）を用いて水を電解（電気分解）し、陽極に酸素、陰極に水素（気体）を発生させる。水電解槽１０には直流電源１１が接続される。水の電解に必要な電力は直流電源１１から水電解槽１０へ供給される。

【0014】

水電解槽１０の陰極において発生した水素は、電解されずに残った水（高分子電解質膜を透過した水）と共に気液混合水の状態で、水電解槽１０から水素気液分離器１２へ供給される。また、水電解槽１０の陽極において発生した酸素（気体）は、電解されずに残った水と共に気液混合水の状態で、水電解槽１０から酸素気液分離器１３へ供給される。

【0015】

水素気液分離器１２は、水電解槽１０から供給される水素を含んだ気液混合水を、水素と水とに気液分離する。気液分離後の水素（水素ガス）は、水分を多く含んだ湿潤水素である。そのため、気液分離後の水素は、図示しない除湿装置等へ供給されて水分が除去される。一方、気液分離後の水は水素ブロー水（分離水、液体）として、水電解装置１００の水素ライン１９を通って貯水タンク１５へ供給される。

【0016】

水素気液分離器１２は、水素気液分離器１２の液面レベルを検出するレベルセンサを含む。水素気液分離器１２は、レベルセンサによって検出した水素気液分離器１２内の液面レベルを信号線ＳＬ１を介して制御部２０へ出力する。

【0017】

水素ライン１９は、水素気液分離器１２から貯水タンク１５へ水素ブロー水を供給する。水素ライン１９には、上流側から、粗フィルタ装置３０と、ＲＯフィルタ装置８０と、制御弁（第１調整機構）９１と、第１分離器（第１分離機構）９２とが配置される。

【0018】

水素ライン１９は、第１分離器９２で分岐した水素排気ライン１９ａを含む。この水素排気ライン１９ａには、逆止弁（逆流防止機構）７０が配置される。また、水素ライン１９は、ＲＯフィルタ装置８０で分岐した排水ライン１９ｂを含む。この排水ライン１９ｂには、上流側から、開閉弁（第２調整機構）９３と、調整弁（第２調整機構）９４と、第２分離器（第２分離機構）９５とが配置される。排水ライン１９ｂは、逆浸透膜８１を透過せずに濃縮された水素ブロー水（以下、濃縮水と称する場合がある）をＲＯフィルタ装置８０から排出し、系外へ排水する。

【0019】

ここで、水電解槽１０の運転中、水素気液分離器１２は加圧されている。そのため、水素気液分離器１２から分離された水素ブロー水は圧力が高く、高圧の水素ブロー水には水素が溶存する。従って、水素気液分離器１２によって放出された水素ブロー水には微細気泡状の水素が含まれ得る。

【0020】

粗フィルタ装置３０は、液体中に含まれる気体、およびカーボン粉末等の水素ブロー水に含まれる異物（固形物）を除去する。本実施形態では、粗フィルタ装置３０は、水素ブロー水に含まれる水素およびカーボン粉末を主に除去する。粗フィルタ装置３０は、水素ブロー水から水素を除去する粗フィルタ４１を備える粗フィルタ装置本体４０と、粗フィルタ４１によって除去された水素を排出するガス抜き弁（排出機構）５０とを含む。なお、粗フィルタ装置３０の詳細は後述する。

【0021】

ＲＯフィルタ装置８０は、液体中に含まれるイオン成分を除去する。本実施形態では、ＲＯフィルタ装置８０は、水素ブロー水に含まれるイオン成分を除去する。ＲＯフィルタ装置８０は、水素ブロー水からイオン成分を除去する逆浸透膜８１を含む。なお、ＲＯフィルタ装置８０の詳細は後述する。

【0022】

制御弁９１は、ＲＯフィルタ装置８０と貯水タンク１５との間に配置され、ＲＯフィルタ装置８０を透過した水素ブロー水（以下、透過水と称する場合がある）の流れを調整する。具体的には、制御弁９１は、水素気液分離器１２側の圧力（高圧）と貯水タンク１５側の圧力（低圧）との圧力差を利用し、弁開度を０％以上１００％以下の範囲で調整することで水素ライン１９を流れる透過水の流量を調整する。制御弁９１の弁開度の調整は、信号線ＳＬ３を介して制御部２０によって制御される。

【0023】

第１分離器９２は、制御弁９１の下流側に配置され、透過水に含まれる水素を分離する。水素ライン１９を流れる透過水が制御弁９１によって減圧されることにより、透過水に溶存していた水素の一部が気化する。第１分離器９２は、この気化した水素を透過水から分離する。第１分離器９２は水素排気ライン１９ａに接続されており、第１分離器９２によって分離された水素は、水素排気ライン１９ａを通って排気される。

【0024】

開閉弁９３および調整弁９４は、排水ライン１９ｂに配置され、濃縮水の流れを調整する。具体的には、開閉弁９３は、弁の開閉を切り替えることで排水ライン１９ｂを流れる濃縮水の排水タイミングを制御する。制御弁９１の弁の開閉の切り換えは、信号線ＳＬ４を介して制御部２０によって制御される。

【0025】

開閉弁９３の下流側に配置される調整弁９４は、弁開度が一定になっており、排水ライン１９ｂを流れる濃縮水の流量を調整する。排水ライン１９ｂに調整弁９４を配置することにより、濃縮水の排水時における排水量が調整される。

【0026】

このように、本実施形態では、開閉弁９３の開閉を切り替えることによって濃縮水の排水タイミングを制御し、その下流側に弁開度が一定である調整弁９４を配置することにより、排水タイミングおよび排水量を調整している。ただし、開閉弁９３および調整弁９４に代えて、弁開度を電気的またが電磁的に調整可能な制御弁を排水ライン１９ｂに配置してもよい。これにより、制御部２０が制御弁の弁開度を調整することにより、濃縮水の排水タイミングおよび排水量を制御することができる。

【0027】

第２分離器９５は、調整弁９４の下流側に配置され、濃縮水に含まれる水素を分離する。排水ライン１９ｂを流れる濃縮水が調整弁９４によって減圧されることにより、濃縮水に溶存していた水素の一部が気化する。第１分離器９２は、この気化した水素を濃縮水から分離する。第２分離器９５は水素排気ライン１９ａに接続されており、第２分離器９５によって分離された水素は、水素排気ライン１９ａを通って排気される。

【0028】

酸素気液分離器１３は、水電解槽１０から供給される酸素を含んだ気液混合水を、酸素と水とに気液分離する。気液分離後の酸素（酸素ガス）は例えば大気へ排気される。一方、気液分離後の水は、酸素側循環水として、水電解装置１００の酸素側循環ライン１７を通って水電解槽１０へ供給される。酸素側循環ライン１７は、酸素気液分離器１３から水電解槽１０へ酸素側循環水を供給する。酸素側循環ライン１７には、酸素気液分離器１３から水電解槽１０へ酸素側循環水を送り出すポンプ１４が配置される。

【0029】

酸素気液分離器１３は、酸素気液分離器１３内の液面レベルを検出するレベルセンサを含む。酸素気液分離器１３は、レベルセンサによって検出した酸素気液分離器１３の液面レベルを、信号線ＳＬ２を介して制御部２０へ出力する。

【0030】

貯水タンク１５は、水電解槽１０で電解される水を貯水する。貯水タンク１５には、純水が供給される。また、貯水タンク１５には、粗フィルタ４１および逆浸透膜８１を透過した透過水が供給される。貯水タンク１５に貯水された水は、水電解装置１００の水供給ライン１８を通って酸素気液分離器１３へ供給される。貯水タンク１５から酸素気液分離器１３へ水を供給する水供給ライン１８には、貯水タンク１５から酸素気液分離器１３へ水を送り出すポンプ１６が配置される。貯水タンク１５から酸素気液分離器１３へ供給された水は、酸素側循環ライン１７を通って、酸素気液分離器１３から水電解槽１０へ供給される。

【0031】

制御部２０は、水電解装置１００の各部の動作を制御する。制御部２０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサによって構成されるか、または、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路によって構成される。

【0032】

制御部２０は、直流電源１１から水電解槽１０への電力の供給を制御し、水電解槽１０の運転を制御する。また、制御部２０は、水素気液分離器１２の液面レベルに基づいて制御弁９１を制御することで、透過水の流量制御を実行する。また、制御部２０は、水素気液分離器１２の液面レベルに基づいて、または濃縮水が定期的に排水されるように、開閉弁９３を制御することで、濃縮水の排水制御を実行する。さらに、制御部２０は、水素気液分離器１２および酸素気液分離器１３への流入水量、逆浸透膜８１の透過水量に関する水電解槽１０の運転状況、制御弁９１の弁開度等に基づいて、水電解装置１００に異常が生じている可能性があるか否を判定する異常判定制御を実行する。

【0033】

図２は、図１に示される粗フィルタ装置３０およびＲＯフィルタ装置８０の周辺構成を示す模式図である。図２は、図１の一点破線枠囲み内の構成を示す。図２に示すように、粗フィルタ装置３０およびＲＯフィルタ装置８０は、水素ライン１９の水平配管に配置される。具体的には、ＲＯフィルタ装置８０は、貯水タンク１５の液面レベルＬ１よりも高い位置に設置された水素ライン１９の水平配管に配置される。これにより、粗フィルタ装置３０およびＲＯフィルタ装置８０の設置高さが、貯水タンク１５の液面レベルＬ１よりも高くなっている。

【0034】

ＲＯフィルタ装置８０の上流側には粗フィルタ装置３０が配置され、下流側には制御弁９１およびＴ型に分岐するチーズ管で構成される第１分離器９２が配置される。第１分離器９２において、水素ライン１９から水素排気ライン１９ａが分岐する。第１分離器９２において、透過水に残存する水素が水素ガスとなって水素排気ライン１９ａへ流入し、排気される。一方、第１分離器９２において水素が分離された後の透過水は、貯水タンク１５へ供給水される。

【0035】

また、ＲＯフィルタ装置８０のハウジング８２には排水ライン１９ｂが接続される。開閉弁９３の下流側には、調整弁９４およびＴ型に分岐するチーズ管で構成される第２分離器９５が配置される。第２分離器９５において、濃縮水に残存する水素が水素ガスとなって水素排気ライン１９ａへ流入し、排気される。一方、第２分離器９５において、水素が分離された後の濃縮水は、系外へ排水される。なお、図示していないが、排水ライン１９ｂにおける第２分離器９５の下流側（排水側）に、例えばＵ字管、Ｓ字管等で構成される水封機構を配置してもよい。排水ライン１９ｂに水封機構を配置することにより、排水ライン１９ｂの排水側の端部からの大気の流入を防止することができる。

【0036】

なお、水電解装置１００の運転中は水素気液分離器１２が加圧されており、上述した通り、貯水タンク１５側よりも水素気液分離器１２側が高圧になっている。仮に水素気液分離器１２とＲＯフィルタ装置８０との間（すなわち、ＲＯフィルタ装置８０の上流側）に制御弁９１を配置した場合、制御弁９１によってＲＯフィルタ装置８０へ流入する水素ブロー水の圧力低下が生じる可能性がある。水電解装置１００では、ＲＯフィルタ装置８０と貯水タンク１５との間、つまりＲＯフィルタ装置８０の下流側に制御弁９１が配置されているため、上述したＲＯフィルタ装置８０へ流入する水素ブロー水の圧力低下を回避することができる。

【0037】

（粗フィルタ装置の詳細）
図３は、図２に示される粗フィルタ装置本体４０の構成例を示す図であり、図３の３００１は粗フィルタ装置本体４０の正面図を示し、図３の３００２は粗フィルタ装置本体４０の断面図を示す。

【0038】

図３に示すように、粗フィルタ装置３０は、粗フィルタ４１および該粗フィルタ４１を収容するハウジング４２を含む粗フィルタ装置本体４０と、該粗フィルタ装置本体４０に接続されたガス抜き弁５０とを備える。粗フィルタ装置本体４０が備える粗フィルタ４１およびハウジング４２は、例えば円筒状である。粗フィルタ４１の中心軸とハウジング４２の中心軸とが略一致するように、カートリッジ式の粗フィルタ４１がハウジング４２に収容される。

【0039】

ハウジング４２は、粗フィルタ４１を収容する筐体である。ハウジング４２は、粗フィルタ４１を収容する一端が開口した胴部４２ａと、胴部４２ａの開口を塞ぐように着脱可能に取り付けられる蓋部４２ｂとを含む。蓋部４２ｂには、導入口４３と、排出口４４と、弁接続口（排出機構）４５とが配置される。

【0040】

導入口４３および排出口４４は、蓋部４２ｂの上部側面に、ハウジング４２の中心軸に対して略垂直な位置に互いに対向して配置される。導入口４３は、上流側の水素ライン１９に接続され、水素ブロー水をハウジング４２の内部へ導入する。排出口４４は、下流側の水素ライン１９に接続され、粗フィルタ４１を透過した水素ブロー水をハウジング４２の外部へ排出する。弁接続口４５は、蓋部４２ｂの上面に配置される。この弁接続口４５には、後述するガス抜き弁５０が接続される。

【0041】

粗フィルタ４１は、水素ブロー水を濾過して、水素ブロー水に含まれる水素を除去する。粗フィルタ４１は水素ブロー水（液体）が流入する表面で微細水素気泡（気体）を捕捉する。粗フィルタ４１としては、水素ブロー水に含まれる微細水素気泡をその表面で捕捉する表面濾過型のフィルタが好適に用いられる。円筒状の粗フィルタ４１は、表面４１ａ側（外周面側）が粗フィルタ４１の１次側となり、内面４１ｂ側（内周面側または中心軸側）が粗フィルタ４１の２次側となる。

【0042】

図４は、粗フィルタ４１の機能を説明する模式図である。図４に示すように、水素ブロー水は、粗フィルタ４１の表面４１ａ側に供給される（供給工程）。表面４１ａ側に供給された水素ブロー水は、粗フィルタ４１の表面４１ａから粗フィルタ４１の内面４１ｂへ粗フィルタ４１を透過する。水素ブロー水が粗フィルタ４１を透過する際、水素ブロー水に含まれる微細水素気泡Ｈ２－１が粗フィルタ４１の表面４１ａで捕捉される（捕捉工程）。粗フィルタ４１の表面４１ａで捕捉された微細水素気泡Ｈ２－１は、該表面４１ａで結合して大きくなり水素気泡Ｈ２－２となる。これにより、水素気泡Ｈ２－２の浮力が増加し、粗フィルタ４１の表面４１ａに沿って水素気泡Ｈ２－２が浮上する。浮上した水素気泡Ｈ２－２は、弁接続口４５を通ってガス抜き弁５０へ流入する。つまり、粗フィルタ４１によって捕捉された微細水素気泡Ｈ２－１は、水素気泡Ｈ２－２となり粗フィルタ４１を収容するハウジング４２の内部から排出される（排出工程）。

【0043】

また、水素ブロー水が粗フィルタ４１を透過（通過）する透過方向Ｄ１と、粗フィルタ４１によって捕捉された微細水素気泡Ｈ２－１が排出される排出方向（粗フィルタ４１によって捕捉された微細水素気泡Ｈ２－１の移動方向）Ｄ２とは交差（クロスフロー）している。

【0044】

より詳しくは、ハウジング４２は、導入口４３および排出口４４が鉛直上側になるように、水素ライン１９の水平配管に取り付けられる（図３参照）。そのため、円筒状の粗フィルタ４１の中心軸が鉛直方向と略平行になるように、粗フィルタ４１が水素ライン１９に配置される。言い換えると、粗フィルタ４１の表面４１ａが略鉛直方向に延伸するように、粗フィルタ４１が水素ライン１９に配置される。これにより、図４に示すように、粗フィルタ４１の表面４１ａで捕捉された微細水素気泡Ｈ２－１は、鉛直方向上側に向かって移動する。その結果、水素ブロー水が粗フィルタ４１を透過する透過方向Ｄ１と、粗フィルタ４１によって捕捉された微細水素気泡Ｈ２－１が排出される排出方向Ｄ２とは、略直交する。

【0045】

なお、粗フィルタ４１の配置は前記に限らない。粗フィルタ４１の表面４１ａが水平方向に対して角度を有するように、粗フィルタ４１が水素ライン１９に配置されていればよい。

【0046】

このように、透過方向Ｄ１と排出方向Ｄ２とが交差していることにより、例えば透過方向Ｄ１と排出方向Ｄ２とが交差していない構成（透過方向Ｄ１と排出方向Ｄ２とが略平行な構成）に比べて粗フィルタ４１によって処理可能な水素ブロー水の流量が多くなる。これにより、水素ライン１９を流れる多量の水素ブロー水を粗フィルタ装置３０によって処理することが可能となり、粗フィルタ装置３０を水電解装置１００に好適に組み込むことができる。

【0047】

また、粗フィルタ４１は、水電解槽１０で発生するカーボン粉末Ｃ等の水素ブロー水に含まれる異物（固形物）を表面４１ａで捕捉する。つまり、粗フィルタ４１は、水素ブロー水に含まれる水素（微細水素気泡Ｈ２－１）と異物（カーボン粉末Ｃ）とを同時に除去することができる。

【0048】

カーボン粉末Ｃは、水電解装置１００内の機器の閉塞等を引き起こすほか、最終的には、水電解槽１０の陽極側で酸化されて炭酸ガスとなり、水電解装置１００内の循環水の劣化に繋がる。そのため、カーボン粉末Ｃを粗フィルタ４１で除去することができれば、水電解装置１００内の機器の閉塞、および水電解装置１００内の循環水の劣化を防ぐことができる。特に水素ライン１９にＲＯフィルタ装置８０を配置した水電解装置１００では、カーボン粉末Ｃが逆浸透膜８１の目詰まり（閉塞）を引き起こす主な原因となり得る。そのため、ＲＯフィルタ装置８０の上流側に粗フィルタ装置３０を配置して水素ブロー水からカーボン粉末Ｃを除去することにより、逆浸透膜８１の目詰まりを効果的に低減することができる。

【0049】

粗フィルタ４１としては、０．２μｍ以上１０μｍ以下の孔径を有するものであることが好ましく、粗フィルタ４１の孔径が１μ程度であることがより好ましい。また、粗フィルタ４１は、ポリプロピレン製であることが好ましい。このような粗フィルタ４１によれば、水素ブロー水に含まれる微細水素気泡を表面４１ａで好適に捕捉し、結合させることができる。

【0050】

また、粗フィルタ４１としては、特にプリーツフィルタが好適である。粗フィルタ４１として濾過面積の大きいプリーツフィルタを用いることにより、水素ブロー水に含まれる微細水素気泡および異物を表面４１ａで効率的に捕捉することができる。また、円筒状のプリーツフィルタを用いることにより、粗フィルタ装置３０を小型化することができる。

【0051】

ガス抜き弁５０は、粗フィルタ４１によって捕捉された気体をハウジング４２の内部から排出する。図５は、図２に示されるガス抜き弁５０の構成例を示す縦断面図である。図５に示すように、ガス抜き弁５０は、弁体５１と、フロート５２と、ハウジング接続口（排出機構）５３と、排出口５４と、を備える。

【0052】

ガス抜き弁５０は、粗フィルタ装置本体４０のハウジング４２の上部に接続される。具体的には、ガス抜き弁５０のハウジング接続口５３とハウジング４２の弁接続口４５とを介して、ガス抜き弁５０がハウジング４２の蓋部４２ｂに接続される。

【0053】

ガス抜き弁５０には、粗フィルタ４１の表面４１ａで捕捉されて水素気泡Ｈ２－２となった水素を含む水素ブロー水がハウジング接続口５３を介して流入する。水素気泡Ｈ２－２がガス抜き弁５０の内部に溜まるにつれて、水素ブロー水の液面が低くなりフロート５２が下降する。このフロート５２の下降と連動して弁体５１が開状態となり、ガス抜き弁５０の内部に溜また水素気泡Ｈ２－２が水素ガスとして排出口５４から排出される。一方、水素が排出されると、ガス抜き弁５０の内部の水素ブロー水の液面が高くなりフロート５２が上昇する。このフロート５２の上昇と連動して弁体５１が閉状態となり、排出口５４からの水素ガスの排出が停止する。

【0054】

ガス抜き弁５０の排出口５４は、水素排気ライン１９ａに接続される（図２参照）。具体的には、排出口５４は、チーズ管６０と逆止弁７０との間の水素排気ライン１９ａに接続される。チーズ管６０において、粗フィルタ４１を透過した水素ブロー水に残存する水素、すなわち、粗フィルタ４１によって除去しきれなかった水素が水素ガスとなって水素排気ライン１９ａへ流入する。排出口５４から排出された水素ガスは、チーズ管６０から水素排気ライン１９ａへ流入した水素ガスと共に、水素排気ライン１９ａを通って排気される。

【0055】

このようなガス抜き弁５０を用いることで、粗フィルタ４１によって水素ブロー水から除去された水素を粗フィルタ装置本体４０から適宜排出することができる。そのため、粗フィルタ４１の表面４１ａが水素で詰まるエアロック現象による有効濾過過面積の減少、および粗フィルタ４１の圧損増加を防ぐことができる。

【0056】

なお、ガス抜き弁５０は、粗フィルタ４１を収容するハウジング４２から水素を排出可能な位置に配置されていればよい。ガス抜き弁５０は、例えばハウジング４２の内部に配置されていてもよい。

【0057】

〔ＲＯフィルタ装置の詳細〕
従来、水素気液分離器１２から放出される水素ブロー水は純水と考えられていた。しかしながら、水素ブロー水中にはイオン性の不純物であるイオン成分が含まれ、このイオン成分の影響により電気伝導度が高くなることを本発明の発明者が明らかにした。このようなイオン成分は粗フィルタ４１では除去することができず、電気伝導度が高い水素ブロー水を水素の製造に再利用した場合、水電解槽１０が劣化する等の問題が生じる。

【0058】

そこで、水電解装置１００では、粗フィルタ装置３０の下流側にＲＯフィルタ装置８０を配置し、逆浸透膜８１によって水素ブロー水に含まれるイオン成分を除去している。

【0059】

図６は、図２に示されるＲＯフィルタ装置８０が備える逆浸透膜８１の機能を説明する模式図である。図６に示すように、ＲＯフィルタ装置８０は、逆浸透膜８１および該逆浸透膜８１を収容するハウジング８２を含む。逆浸透膜８１およびハウジング８２は、例えば円筒状である。逆浸透膜８１の中心軸とハウジング８２の中心軸とが略一致するように、カートリッジ式の逆浸透膜８１がハウジング８２に収容される。

【0060】

逆浸透膜８１は、水素ブロー水に含まれるイオン成分を除去する。逆浸透膜８１は、例えば多数の孔が穿設されたパイプの外周に巻回された状態でハウジング８１内に配置されている。この逆浸透膜８１は、定期的な交換が可能なようにモジュール（デバイス）化されていてもよい。

【0061】

逆浸透膜８１は、架橋による網の目状の高分子膜でできており、この網の目の大きさによって、基本的には水分子のみがこの逆浸透膜８１を透過する。そのため、水素ブロー水からイオン成分が分離され、高い浄化性能を得ることができる。逆浸透膜８１は、濃縮水の電気伝導度に対する透過水の電気伝導度の割合が、例えば１０％以上８０％以下、好ましくは２０％以上２５％以下の範囲となるように水素ブロー水からイオン成分を分離する。

【0062】

ＲＯフィルタ装置８０は、一定の水圧を掛けながら逆浸透膜８１の表面に水素ブロー水を流すことによって、水分子とイオン成分等の不純物とを分離する。ＲＯフィルタ装置８０は、逆浸透膜８１を透過した透過水を純水として取出口８４から取り出し、逆浸透膜８１を透過せずに濃縮された濃縮水を排水口８５から排出する。

【0063】

ハウジング８２は、逆浸透膜８１を収容する略円筒形状の筐体である。ハウジング８２には、粗フィルタ装置３０を透過した水素ブロー水を取り込むための取込口８３と、逆浸透膜８１を透過した透過水を取り出すための取出口８４と、逆浸透膜８１を透過しなかった濃縮水を排水するための排水口８５とが形成される。取込口８３および取出口８４には、水素ライン１９が接続される。また、排水口８５には、濃縮水を系外へ排水する排水ライン１９ｂが接続される。

【0064】

水電解装置１００では、水素気液分離器１２と貯水タンク１５との間に配置された逆浸透膜８１によって水素ブロー水に含まれるイオン成分が除去されるため、透過水に含まれるイオン成分を低減することができる。また、水電解装置１００では、水素気液分離器１２側の圧力（高圧）と貯水タンク１５側の圧力（低圧）との圧力差を利用するため、ポンプ等の動力源を水素ライン１９ヘ追加する必要性がない。従って、水電解装置１００によれば、動力源を追加することなく水素ブロー水に含まれるイオン成分を除去して、イオン成分を低減した透過水を水素の製造に再利用することができる。

【0065】

また、逆浸透膜８１は酸化剤に弱いという特性が一般的に知られているが、水電解装置１００では、水素ライン１９に逆浸透膜８１が配置されている。そのため、水電解装置１００によれば、酸化剤による逆浸透膜８１の劣化を防ぎつつ、水素ブロー水に含まれるイオン成分を除去することができる。

【0066】

〔水電解装置の制御〕
（透過水の流量制御）
図７は、水電解装置１００における透過水の流量制御の一例を示すフローチャートである。制御部２０は、制御弁９１の弁開度を調整することにより、透過水の流量を制御する。水電解装置１００の運転停止時において制御弁９１は閉じられており、水電解装置１００の運転が開始されると制御部２０は図７に示す制御を繰り返し実行する。

【0067】

流量制御が開始されると、制御部２０は、水電解槽１０が運転中か否かを判定する（Ｓ１）。例えば、制御部２０は直流電源１１から水電解槽１０への電力の供給状態等に基づいて水電解槽１０が運転中か否かを判定する。水電解槽１０が運転中であると判定した場合（Ｓ１でＹＥＳ）、制御部２０は、弁開度が初期設定値となるように制御弁９１を開く（Ｓ２）。一方、水電解槽１０が運転中でないと判定した場合（Ｓ１でＮＯ）、制御部２０は制御弁９１が閉じた状態を維持する。

【0068】

次に、制御部２０は、Ｓ２にて制御弁９１を開いた後、水素気液分離器１２の液面レベルＬ２が、基準レベルＣＬよりも高いか否かを判定する（Ｓ３）。

【0069】

図８は、図１に示される水素気液分離器１２の内部構造を示す断面図である。図８に示すように、水素気液分離器１２には、基準となる液面レベルＬ２である基準レベルＣＬ（例えば２００ｍｍ）、基準レベルＣＬよりも液面レベルＬ２が高い調整レベル高ＭＨ（例えば２２０ｍｍ）および基準レベルＣＬよりも液面レベルＬ２が低い調整レベル低ＭＬ（例えば１８０ｍｍ）の３つのレベルが予め設定されている。図８では、水素気液分離器１２の液面レベルＬ２が、基準レベルＣＬと調整レベル高ＭＨとの間に位置する状態を例示している。

【0070】

水素気液分離器１２の液面レベルＬ２が急激に変動した場合、水電解装置１００の酸素側と水素側との圧力バランスが崩れ、高分子電解質膜等が破損する可能性がある。そこで、水電解装置１００では、水素気液分離器１２の液面レベルＬ２に基づいて透過水の流れを調整することにより、酸素側と水素側との圧力バランスを保ちつつ透過水の流量を調整する。

【0071】

具体的には、制御部２０は、信号線ＳＬ１を介して水素気液分離器１２の液面レベルＬ２の計測値を取得し、取得した液面レベルＬ２が基準レベルＣＬよりも高いか否かを判定する。液面レベルＬ２が基準レベルＣＬよりも高いと判定した場合（Ｓ３でＹＥＳ）、制御部２０は、制御弁９１を制御して、弁開度を初期設定値よりも大きくする（Ｓ４）。これにより、制御部２０は、水素ライン１９を流れる透過水の流量を増加させ、基準レベルＣＬに近づくように水素気液分離器１２の液面レベルＬ２を低下させる。一方、液面レベルＬ２が基準レベルＣＬ以下と判定した場合（Ｓ３でＮＯ）、制御部２０は、水素気液分離器１２の液面レベルＬ２が、調整レベル低ＭＬよりも高いか否かを判定する（Ｓ５）。

【0072】

液面レベルＬ２が調整レベル低ＭＬよりも高いと判定した場合（Ｓ５でＹＥＳ）、制御部２０は、制御弁９１を制御して、弁開度を初期設定値よりも小さくする（Ｓ６）。これにより、制御部２０は、水素ライン１９を流れる透過水の流量を減少させ、基準レベルＣＬに近づくように水素気液分離器１２の液面レベルＬ２を上昇させる。一方、液面レベルＬ２が調整レベル低ＭＬ以下と判定した場合（Ｓ５でＮＯ）、制御部２０は、制御弁９１を制御して、弁開度を０にする（Ｓ７）。これにより、制御部２０は、水素ライン１９を流れる透過水の流量を０にし、基準レベルＣＬに近づくように水素気液分離器１２の液面レベルＬ２を上昇させる。

【0073】

このように、制御部２０は、水電解槽１０の運転中、水素気液分離器１２の液面レベルＬ２に基づいて透過水の流量を適宜調整する。これにより、水電解装置１００の酸素側と水素側との圧力バランスを保ちつつ透過水の流れを適切に調整することができる。

【0074】

（濃縮水の排水制御）
図９は、水電解装置１００における濃縮水の排水制御の一例を示すフローチャートである。制御部２０は、開閉弁９３の開閉を切り替えることにより、濃縮水の排水タイミングを制御する。水電解装置１００の運転停止時において開閉弁９３は閉じられており、水電解装置１００の運転が開始されると制御部２０は図９に示す制御を繰り返し実行する。

【0075】

排水制御が開始されると、制御部２０は、水電解槽１０が運転中か否かを判定する（Ｓ１１）。水電解槽１０が運転中であると判定した場合（Ｓ１１でＹＥＳ）、制御部２０はカウンタをリセットし、カウントを開始する（Ｓ１２）。一方、水電解槽１０が運転中でないと判定した場合（Ｓ１１でＮＯ）、制御部２０は、開閉弁９３が閉じた状態を維持する。

【0076】

次に、制御部２０は、カウント開始から所定時間経過したか否かを判定する（Ｓ１３）。カウント開始から所定時間経過したと判定した場合（Ｓ１３でＹＥＳ）、制御部２０は、水素気液分離器１２の液面レベルＬ２が、調整レベル低ＭＬよりも高いか否かを判定する（Ｓ１４）。液面レベルＬ２が調整レベル低ＭＬよりも高いと判定した場合（Ｓ１４でＹＥＳ）、制御部２０は、開閉弁９３を制御して、弁を開く（Ｓ１５）。これにより、排水ライン１９ｂを濃縮水が流れるようになり、ＲＯフィルタ装置８０から排出された濃縮水が系外へ排水される。一方、液面レベルＬ２が調整レベル低ＭＬ以下と判定した場合（Ｓ１４でＮＯ）、制御部２０は、制御弁９１が弁を閉じた状態を維持する。

【0077】

一方、Ｓ１３のカウント開始から所定時間経過していないと判定した場合（Ｓ１３でＮＯ）、つまりカウント開始から所定時間経過するまでの間に、制御部２０は、水素気液分離器１２の液面レベルＬ２が、調整レベル高ＭＨよりも高いか否かを判定する（Ｓ１６）。

【0078】

液面レベルＬ２が調整レベル高ＭＨよりも高いと判定した場合（Ｓ１６でＹＥＳ）、制御部２０は、開閉弁９３を制御して、弁を開く（Ｓ１５）。これにより、排水ライン１９ｂを濃縮水が流れるようになり、ＲＯフィルタ装置８０から排出された濃縮水が系外へ排水される。

【0079】

ここで、Ｓ１２のカウント開始から所定時間経過するまでの間に液面レベルＬ２が調整レベル高ＭＨよりも高くなった場合、逆浸透膜８１の目詰まり、または高分子電解質膜の破損等が生じている可能性がある。そこで、液面レベルＬ２が調整レベル高ＭＨよりも高いと判定した場合（Ｓ１６でＹＥＳ）、水電解装置１００に異常が生じている可能性があるか否を判定する異常判定制御を実行する。なお、異常判定制御の詳細は後述する。

【0080】

次に、制御部２０は、Ｓ１５にて開閉弁９３を開いた後、液面レベルＬ２が調整レベル低ＭＬ以下になったか否かを判定する（Ｓ１７）。液面レベルＬ２が調整レベル低ＭＬ以下でないと判定した場合（Ｓ１７でＮＯ）、制御部２０は液面レベルＬ２が調整レベル低ＭＬ以下になるまで、Ｓ１７を継続する。一方、液面レベルＬ２が調整レベル低ＭＬ以下になっている判定した場合（Ｓ１７でＹＥＳ）、制御部２０は、開閉弁９３を閉じて、濃縮水の排水を終了する（Ｓ１８）。

【0081】

このように、制御部２０は、水素気液分離器の液面レベルＬ２に基づいて、濃縮水の排水タイミングを適宜調整する。これにより、水電解装置１００の酸素側と水素側との圧力バランスを保ちつつ濃縮水の排水を適切に調整することができる。

【0082】

なお、制御部２０は、水素気液分離器の液面レベルＬ２に関わらず、濃縮水が定期的に排水されるように、開閉弁９３の開閉を制御してもよい。このように、濃縮水を定期的に排水することにより、逆浸透膜８１の目詰まりを防止することができる。

【0083】

（異常判定制御）
図１０は、図９に示される異常判定制御の一例を示すフローチャートである。例えば水電解槽１０の運転開始から所定期間内に水素気液分離器１２の液面レベルＬ２が調整レベル高ＭＨよりも急激に高くなった場合、逆浸透膜８１の目詰まり、または高分子電解質膜の破損等が生じている可能性がある。

【0084】

そのため、Ｓ１６にて液面レベルＬ２が調整レベル高ＭＨよりも高いと判定した場合（Ｓ１６でＹＥＳ）、制御部２０は、水電解装置１００に異常が生じている可能性があるか否を判定する異常判定を実行する。

【0085】

異常判定制御では、制御部２０は、水素気液分離器１２および酸素気液分離器１３への流入水量、逆浸透膜８１の透過水量に関する水電解槽１０の運転状況、制御弁９１の弁開度等に基づいて、水電解装置１００に異常が生じている可能性があるか否を判定する（Ｓ２１）。

【0086】

例えば、水素ライン１９を透過水が流れ難くなっている場合、具体的には制御弁９１の弁開度に対する透過水の流量が所定閾値よりも小さい場合、逆浸透膜８１の目詰まりが生じている可能性がある。また、開閉弁９３を開いても水素気液分離器１２の液面レベルＬ２が低下しない場合、具体的には図９に示すＳ１５にて開閉弁９３を開いてから一定時間経過しても液面レベルＬ２が調整レベル高ＭＨ以下にならない場合、高分子電解質膜の破損等が生じている可能性がある。このような場合、制御部２０は、水電解装置１００に異常が生じている可能性があると判定する。

【0087】

なお、透過水の流れ易さ（難さ）には、制御弁９１の弁開度の他、水素ブロー水の水温(粘性)、逆浸透膜８１の前後の圧力差および水電解槽１０における電解電流（高分子電解質膜の透過水量に比例）等の値が影響する。このため、制御部２０は、制御弁９１の弁開度に加えて、これらの値の少なくとも１つを取得し、逆浸透膜８１の目詰まりが生じている可能性があるか否かを判定してもよい。

【0088】

水電解装置１００に異常が生じている可能性があると判定した場合（Ｓ２１でＹＥＳ）、制御部２０は、水電解装置１００に異常が生じている可能性があることを使用者に警告する（Ｓ２２）。警告の方法は特に限定されないが、例えば、警告内容をディスプレイに表示する、警告灯を点灯させる、または警告音を発する等が挙げられる。一方、水電解装置１００に異常が生じている可能性がないと判定した場合（Ｓ２１でＮＯ）、制御部２０は、警告することなく、異常判定制御を終了する。

【0089】

〔水電解装置の効果〕
以上のように、水電解装置１００は、高分子電解質膜を用いて水を分解し、陰極に水素を発生させる水電解槽１０と、陰極において発生した水素と水とを分離して、該水を分離水として放出する水素気液分離器１２と、水素気液分離器１２から放出された水素ブロー水に含まれるイオン成分を除去する逆浸透膜８１を含むＲＯフィルタ装置８０と、逆浸透膜８１を透過した透過水を貯水する貯水タンク１５とを備える。

【0090】

水電解装置１００では、水素気液分離器１２と貯水タンク１５との間に配置された逆浸透膜８１によって水素ブロー水に含まれるイオン成分が除去されるため、透過水に含まれるイオン成分を低減することができる。従って、本実施形態によれば、イオン成分を低減した透過水を水素の製造に再利用可能な水電解装置１００を実現することができる。

【0091】

また、水電解装置１００によれば、イオン成分を低減した水素ブロー水を水素の製造に再利用可能になるため、純水の消費量（補給量）を低減することができる。これにより、持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の達成に貢献できる。

【0092】

〔ソフトウェアによる実現例〕
制御部２０の機能は、当該制御部２０としてコンピュータを機能させるためのプログラムにより実現することができる。

【0093】

この場合、前記装置は、前記プログラムを実行するためのハードウェアとして、少なくとも１つの制御装置（例えばプロセッサ）と少なくとも１つの記憶装置（例えばメモリ）を有するコンピュータを備えている。この制御装置と記憶装置により前記プログラムを実行することにより、前記各実施形態で説明した各機能が実現される。

【0094】

前記プログラムは、一時的ではなく、コンピュータ読み取り可能な、１または複数の記録媒体に記録されていてもよい。この記録媒体は、前記装置が備えていてもよいし、備えていなくてもよい。後者の場合、前記プログラムは、有線または無線の任意の伝送媒体を介して前記装置に供給されてもよい。

【0095】

また、前記各制御ブロックの機能の一部または全部は、論理回路により実現することも可能である。例えば、前記各制御ブロックとして機能する論理回路が形成された集積回路も本発明の範疇に含まれる。

【0096】

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る水電解装置は、高分子電解質膜を用いて水を分解し、陰極に水素を発生させる水電解槽と、前記陰極において発生した水素と水とを分離して、該水を分離水として放出する水素気液分離器と、前記水素気液分離器から放出された前記分離水に含まれるイオン成分を除去する逆浸透膜を含むフィルタ装置と、前記逆浸透膜を透過した透過水を貯水する貯水タンクと、を備える。

【0097】

前記構成では、水素気液分離器と貯水タンクとの間に配置された逆浸透膜によって分離水に含まれるイオン成分が除去されるため、透過水に含まれるイオン成分を低減することができる。従って、前記構成によれば、イオン成分を低減した透過水を水素の製造に再利用することができる。

【0098】

本発明の態様２に係る水電解装置では、前記態様１において、前記フィルタ装置と前記貯水タンクとの間に配置され、前記透過水の流れを調整する第１調整機構をさらに備えてもよい。

【0099】

水電解装置の運転中は水素気液分離器が加圧されており、貯水タンク側よりも水素気液分離器側が高圧になっている。仮に水素気液分離器とフィルタ装置との間（すなわち、フィルタ装置の上流側）に第１調整機構を配置した場合、第１調整機構によってフィルタ装置へ流入する分離水の圧力低下が生じる可能性がある。前記構成によれば、フィルタ装置と貯水タンクとの間、つまりフィルタ装置の下流側に第１調整機構が配置されているため、上述したフィルタ装置へ流入する分離水の圧力低下を回避することができる。

【0100】

本発明の態様３に係る水電解装置では、前記態様２において、前記第１調整機構は、前記水素気液分離器の液面レベルに基づいて前記透過水の流れを調整してもよい。

【0101】

水素気液分離器の液面レベルが急激に変動した場合、水電解装置の酸素側と水素側との圧力バランスが崩れ、高分子電解質膜等が破損する可能性がある。前記構成によれば、水素気液分離器の液面レベルに基づいて透過水の流れを調整することにより、酸素側と水素側との圧力バランスが保ちつつ透過水の流れ（流量）を調整することができる。

【0102】

本発明の態様４に係る水電解装置では、前記態様２または３において、前記第１調整機構の下流側に配置され、前記透過水に含まれる水素を分離する第１分離機構をさらに備えてもよい。

【0103】

第１調整機構の作用によって透過水の圧力低下が生じた場合、透過水に溶存する水素が透過水中で気泡状になる。前記構成によれば、第１調整機構の下流側に第１分離機構を配置することにより、透過水から水素（気泡）を分離することができる。

【0104】

本発明の態様５に係る水電解装置では、前記態様１から４のいずれかにおいて、前記分離水が前記逆浸透膜を透過することなく濃縮された結果生じた濃縮水を前記フィルタ装置から排水する排水ラインと、前記排水ラインに配置され、前記濃縮水の流れを調整する第２調整機構と、をさらに備えてもよい。

【0105】

前記構成によれば、フィルタ装置から濃縮水を排水することにより、逆浸透膜の目詰まり（ファウリング）を防止することができる。また、フィルタ装置から排水される濃縮水の流れを第２調整機構によって調整することにより、排水量または排水タイミングを制御することができる。

【0106】

本発明の態様６に係る水電解装置では、前記態様５において、前記第２調整機構は、前記水素気液分離器の液面レベルに基づいて、または前記濃縮水が定期的に排水されるように、前記排水ラインにおける前記濃縮水の流れを調整してもよい。

【0107】

前記構成によれば、水素気液分離器の液面レベルに基づいて濃縮水の流れを調整することにより、酸素側と水素側との圧力バランスを保ちつつ濃縮水を排水することができる。また、濃縮水を定期的に排水することによりで、逆浸透膜の目詰まりを防止することができる。

【0108】

本発明の態様７に係る水電解装置では、前記態様５または６において、前記第２調整機構の下流側に配置され、前記濃縮水に含まれる水素を分離する第２分離機構をさらに備えてもよい。

【0109】

第２調整機構の作用によって濃縮水の圧力低下が生じた場合、濃縮水に溶存する水素が濃縮水中で気泡状になる。前記構成によれば、第２調整機構の下流側に第２分離機構を配置することにより、濃縮水から水素（気泡）を分離することができる。

【0110】

本発明の態様８に係る水電解装置の制御方法は、水電解装置の制御方法であって、高分子電解質膜を用いて水を分解し、陰極に水素を発生させる工程と、前記陰極において発生した水素と水とを水素気液分離器によって分離して、該水を分離水として放出する工程と、
前記分離水に含まれるイオン成分を除去する逆浸透膜を含むフィルタ装置の前記逆浸透膜を透過した透過水の流れを、前記水素気液分離器の液面レベルに基づいて調整する工程と、を含む。

【0111】

前記方法では、逆浸透膜によって分離水に含まれるイオン成分が除去されるため、透過水に含まれるイオン成分を低減することができる。従って、前記方法によれば、イオン成分を低減した透過水を水素の製造に再利用することができる。

【0112】

また、水素気液分離器の液面レベルが急激に変動した場合、水電解装置の酸素側と水素側との圧力バランスが崩れ、高分子電解質膜等が破損する可能性がある。前記方法によれば、水素気液分離器の液面レベルに基づいて透過水の流れを調整することにより、酸素側と水素側との圧力バランスを保ちつつ透過水の流れを調整することができる。

【0113】

本発明の態様９に係る水電解装置の制御方法では、前記態様８において、前記水電解装置は、前記分離水が前記逆浸透膜を透過することなく濃縮された結果生じた濃縮水を前記フィルタ装置から排水する排水ラインをさらに備え、前記水素気液分離器の液面レベルに基づいて、または前記濃縮水が定期的に排水されるように、前記排水ラインにおける前記濃縮水の流れを調整する工程をさらに含んでもよい。

【0114】

前記方法によれば、水素気液分離器の液面レベルに基づいて濃縮水の流れを調整することにより、酸素側と水素側との圧力バランスを保ちつつ濃縮水を排水することができる。または、前記方法によれば、濃縮水を定期的に排水することにより、逆浸透膜の目詰まりを防止することができる。

【0115】

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0116】

１０ 水電解槽
１２ 水素気液分離器
１５ 貯水タンク
８０ ＲＯフィルタ装置（フィルタ装置）
８１ 逆浸透膜
９１ 制御弁（第１調整機構）
９２ 第１分離器（第１分離機構）
９３ 開閉弁（第２調整機構）
９４ 調整弁（第２調整機構）
９５ 第２分離器（第２分離機構）
１００ 水電解装置
Ｌ２ 液面レベル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】