水電解システム及びその運転方法
【課題】水電解処理を継続しながら、弁装置の洗浄作業を容易且つ迅速に遂行することを可能にする。
【解決手段】水電解システム１０は、純水を電気分解することによって高圧水素を製造する水電解装置１２と、前記水電解装置１２から高圧水素配管２０に導出される前記高圧水素に含まれる水分を除去する気液分離装置２２と、前記気液分離装置２２から水を排出する排水配管２４に配設される弁装置２６と、コントローラ２８と、前記弁装置２６に水の詰まりが発生するか否かを判断する検知装置１５０と、減圧弁９８に直接装着され、前記検知装置１５０により前記減圧弁９８に前記水の詰まりが発生すると判断された際に、前記減圧弁９８の洗浄を行うために駆動される超音波振動子１０４とを備える。
【解決手段】水電解システム１０は、純水を電気分解することによって高圧水素を製造する水電解装置１２と、前記水電解装置１２から高圧水素配管２０に導出される前記高圧水素に含まれる水分を除去する気液分離装置２２と、前記気液分離装置２２から水を排出する排水配管２４に配設される弁装置２６と、コントローラ２８と、前記弁装置２６に水の詰まりが発生するか否かを判断する検知装置１５０と、減圧弁９８に直接装着され、前記検知装置１５０により前記減圧弁９８に前記水の詰まりが発生すると判断された際に、前記減圧弁９８の洗浄を行うために駆動される超音波振動子１０４とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を電気分解して酸素と前記酸素よりも高圧な高圧水素とを発生させる水電解装置と、前記高圧水素に含まれる水分を分離する気液分離装置と、少なくとも減圧弁を含む弁装置とを備える水電解システム及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、燃料ガスである水素ガスを製造するために、水電解装置が採用されている。この水電解装置は、水を分解して水素（及び酸素）を発生させるため、固体高分子電解質膜（イオン交換膜）を用いている。固体高分子電解質膜の両面には、電極触媒層が設けられて電解質膜・電極構造体が構成されるとともに、前記電解質膜・電極構造体の両側には、アノード側給電体及びカソード側給電体を配設してユニットが構成されている。
【０００３】
そこで、複数のユニットが積層された状態で、積層方向両端に電圧が付与されるとともに、アノード側給電体に水が供給される。このため、電解質膜・電極構造体のアノード側では、水が分解されて水素イオン（プロトン）が生成され、この水素イオンが固体高分子電解質膜を透過してカソード側に移動し、電子と結合して水素が製造される。一方、アノード側では、水素イオン（プロトン）と共に生成された酸素が、余剰の水を伴ってユニットから排出される。
【０００４】
この種の水電解システムでは、カソード側に高圧（例えば、３５ＭＰａ）の水素を生成する高圧水電解システムが採用されている。例えば、特許文献１に開示されている水素生成システムは、水を電気分解して高圧水素を生成する水電解部と、生成された前記高圧水素に含まれる水分を除去する気液分離部とを備えている。
【０００５】
この水素生成システムでは、気液分離部は、液水を排出する排水ラインと、水分が除去された高圧水素を送出する水素ラインとを備えるとともに、前記排水ラインには、少なくとも１つの減圧弁と開閉弁とが、排水流れ方向に沿って順次配設されている。
【０００６】
これにより、生成された高圧水素に含まれる水を良好に除去するとともに、円滑且つ確実な排水処理を遂行することが可能になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１９１３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記の水電解システムでは、ゴムシールや触媒等から発生する塵埃が、排水ラインに排出される場合がある。ここで、排水ラインに配設されている各種弁の中、特に通路開口寸法が、システム流路内で最も狭小な寸法に設定されている減圧弁では、水通路に塵埃が付着堆積し、前記水通路が閉塞されて水の詰まりが惹起されるおそれがある。
【０００９】
その際、水電解システムの運転を停止するとともに、減圧弁を排水ラインから一旦取り外して洗浄処理を施した後、前記減圧弁を前記排水ラインに再度取り付ける作業が必要となっている。従って、減圧弁の洗浄作業が相当に煩雑化するとともに、水電解システムの運転効率が低下するという問題がある。
【００１０】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、水電解処理を継続しながら、弁装置の洗浄作業を容易且つ迅速に遂行することが可能な水電解システム及びその運転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】
【００１１】
本発明は、水を電気分解して酸素と前記酸素よりも高圧な高圧水素とを発生させる水電解装置と、前記水電解装置から前記高圧水素を排出する水素配管に配設され、前記高圧水素に含まれる水分を分離する気液分離装置と、前記気液分離装置から水を排出する排水配管に配設され、少なくとも減圧弁を含む弁装置とを備える水電解システム及びその運転方法に関するものである。
【００１２】
この水電解システムは、水素配管から排水配管の間に配置され、弁装置に水の詰まりが発生するか否かを判断する検知装置と、少なくとも減圧弁に直接装着され、前記検知装置により前記弁装置に前記水の詰まりが発生すると判断された際に、前記減圧弁内の水通路の洗浄を行うために駆動される超音波振動子とを備えている。
【００１３】
また、この水電解システムでは、検知装置は、少なくとも水素配管又は排水配管に配置される圧力センサを備えることが好ましい。
【００１４】
さらに、この水電解システムでは、検知装置は、気液分離装置に配置され、前記気液分離装置内の水位が設定高さであるか否かを検出する水位検出部を備えることが好ましい。
【００１５】
さらにまた、この運転方法は、水電解システムの運転中に、弁装置に水の詰まりが発生するか否かを判断する工程と、前記弁装置に前記水の詰まりが発生すると判断された際、前記水電解システムの運転を行いながら、少なくとも減圧弁に直接装着された超音波振動子を駆動して、少なくとも前記減圧弁内の水通路を洗浄する工程とを有している。
【００１６】
また、この運転方法では、少なくとも水素配管又は排水配管に配置される圧力センサにより、弁装置に水の詰まりが発生するか否かを判断することが好ましい。
【００１７】
さらに、この運転方法では、気液分離装置内の水位が設定高さであるか否かを検出することにより、弁装置に水の詰まりが発生するか否かを判断することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、検知装置により弁装置に水の詰まりが発生すると判断された際、少なくとも減圧弁に直接装着されている超音波振動子が駆動されることにより、少なくとも前記減圧弁内の水通路の洗浄が行われている。
【００１９】
従って、水電解システムの運転を行いながら、弁装置の洗浄作業を行うことができる。これにより、弁装置の洗浄作業を容易且つ迅速に遂行することが可能になるとともに、水電解システムの運転効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る水電解システムの概略構成説明図である。
【図２】前記水電解システムを構成する減圧弁の断面説明図である。
【図３】前記水電解システムを構成する流量制御弁の断面説明図である。
【図４】前記水電解システムを構成する圧力センサにより検出圧力の説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る水電解システムの概略構成説明図である。
【図６】前記水電解システムを構成する圧力センサにより検出圧力の説明図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る水電解システムの概略構成説明図である。
【図８】前記水電解システムを構成する水位検出センサによる検出水位の説明図である。
【図９】本発明の第４の実施形態に係る水電解システムの概略構成説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る水電解システム１０は、水（純水）を電気分解することによって酸素及び高圧水素（常圧である酸素圧力よりも高圧、例えば、〜３５ＭＰａ）を製造する水電解装置１２と、前記水電解装置１２から排出される前記酸素及び余剰の水を分離し、前記水を貯留する水貯留装置１４と、前記水貯留装置１４に貯留される前記水を、前記水電解装置１２に循環させる水循環装置１６と、前記水貯留装置１４に市水から生成された純水を供給する水供給装置１８と、前記水電解装置１２から高圧水素配管２０に導出される前記高圧水素に含まれる水分を除去する気液分離装置２２と、前記気液分離装置２２から水を排出する排水配管２４に配設される弁装置２６と、コントローラ２８とを備える。
【００２２】
水電解装置１２は、複数の単位セル３０を積層する。単位セル３０の積層方向一端には、ターミナルプレート３２ａ、絶縁プレート３４ａ及びエンドプレート３６ａが外方に向かって、順次、配設される。単位セル３０の積層方向他端には、同様にターミナルプレート３２ｂ、絶縁プレート３４ｂ及びエンドプレート３６ｂが外方に向かって、順次、配設される。エンドプレート３６ａ、３６ｂ間は、一体的に締め付け保持される。
【００２３】
ターミナルプレート３２ａ、３２ｂの側部には、端子部３８ａ、３８ｂが外方に突出して設けられる。端子部３８ａ、３８ｂは、配線３９ａ、３９ｂを介して電源４０に電気的に接続される。
【００２４】
単位セル３０は、円盤状の電解質膜・電極構造体４２と、この電解質膜・電極構造体４２を挟持するアノード側セパレータ４４及びカソード側セパレータ４６とを備える。アノード側セパレータ４４及びカソード側セパレータ４６は、円盤状を有するとともに、例えば、カーボン部材等で構成され、又は、鋼板、ステンレス鋼板、チタン板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板をプレス成形して、あるいは切削加工した後に防食用の表面処理を施して構成される。
【００２５】
電解質膜・電極構造体４２は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜４８と、前記固体高分子電解質膜４８の両面に設けられるアノード側給電体５０及びカソード側給電体５２とを備える。
【００２６】
固体高分子電解質膜４８の両面には、アノード電極触媒層５０ａ及びカソード電極触媒層５２ａが形成される。アノード電極触媒層５０ａは、例えば、Ｒｕ（ルテニウム）系触媒を使用する一方、カソード電極触媒層５２ａは、例えば、白金触媒を使用する。
【００２７】
単位セル３０の外周縁部には、積層方向に互いに連通して、水（純水）を供給するための水供給連通孔５６と、反応により生成された酸素及び未反応の水（混合流体）を排出するための排出連通孔５８と、反応により生成された水素を流すための水素連通孔６０とが設けられる。
【００２８】
水循環装置１６は、水電解装置１２の水供給連通孔５６に連通する循環配管７２を備え、この循環配管７２は、循環ポンプ７４及びイオン交換器７６を配置して水貯留装置１４を構成するタンク部７８の底部に接続される。
【００２９】
タンク部７８の上部には、戻り配管８０の一端部が連通するとともに、前記戻り配管８０の他端は、水電解装置１２の排出連通孔５８に連通する。戻り配管８０の一端部は、タンク部７８内に貯留される水の中で、常時、開口する位置に設定される。
【００３０】
タンク部７８には、水供給装置１８に接続された純水供給配管８４と、前記タンク部７８で純水から分離された酸素を排出するための酸素排気配管８６とが連結される。
【００３１】
水電解装置１２の水素連通孔６０には、高圧水素配管２０の一端が接続され、この高圧水素配管２０の他端が気液分離装置２２に接続される。気液分離装置２２で水分が除去された高圧水素は、ドライ水素としてドライ水素配管８８に排出される。
【００３２】
気液分離装置２２は、水を貯留するためのタンク部９０を備える。タンク部９０には、前記タンク部９０内の水位ＷＳが設定高さであるか否かを検出する水位検出部、例えば、水位検出センサ９２ａ〜９２ｄが設けられる。水位検出センサ９２ａ〜９２ｄの検出信号は、コントローラ２８に入力される。
【００３３】
水位検出センサ９２ａは、水位ＷＳが設定下方位置（Ｌ）に低下したか否かを検出し、水位検出センサ９２ｂは、前記水位ＷＳが設定上方位置（Ｈ）に上昇したか否かを検出し、水位検出センサ（下限水位検出部）９２ｃは、前記水位ＷＳが下限設定高さ（ＬＬ）に低下したか否かを検出し、水位検出センサ９２ｄは、前記水位ＷＳが上限設定高さ（ＨＨ）に上昇したか否かを検出する。
【００３４】
気液分離装置２２の下部には、排水配管２４が接続され、前記排水配管２４には、フィルタ９４が設けられるとともに、前記フィルタ９４の下流には、弁装置２６が配設される。弁装置２６は、排水の流れ方向に沿って上流側から下流側に向かって順次配置される背圧弁９６、減圧弁９８、流量制御弁１００及び電磁弁１０２を備える。
【００３５】
弁装置２６では、少なくとも減圧弁９８、好ましくは、前記減圧弁９８及び流量制御弁１００に超音波振動子１０４が直接取り付けられる。超音波振動子１０４は、発振器１０６に接続されるとともに、前記発振器１０６が電源１０８に接続される。
【００３６】
減圧弁９８は、図２に示すように、本体部１１０を備え、この本体部１１０には、入口ポート１１２と出口ポート１１４とが形成される。本体部１１０内には、スプリング１１６が収容され、前記スプリング１１６の一端が調整キャップ部材１１８に当接する一方、他端がピストン１２０に当接する。
【００３７】
ピストン１２０に設けられたロッド１２２は、固定筒１２４内を進退するとともに、前記ロッド１２２の先端がテーパ部材１２６に当接する。テーパ部材１２６は、スプリング１２８によりピストン１２０側に付勢されており、このテーパ部材１２６の先端と固定筒１２４との間には、微細な水通路１３０が形成される。入口ポート１１２と出口ポート１１４とは、水通路１３０を介して連通自在である。
【００３８】
本体部１１０の底部には、取り付けホルダ１３２がねじ１３４を介して固定される。超音波振動子１０４は、取り付けホルダ１３２により、本体部１１０に直接取り付けられる。
【００３９】
流量制御弁１００は、図３に示すように、本体部１３６を備え、この本体部１３６には、入口ポート１３８と出口ポート１４０とが形成される。本体部１３６内には、水通路１４２が形成されるとともに、前記水通路１４２には、テーパステム１４４が配置される。テーパステム１４４は、ステムねじ１４６を螺回することにより上下して水通路１４２との間隙を調整する。
【００４０】
本体部１３６の底部には、取り付けホルダ１４８がねじ１４９を介して固定される。超音波振動子１０４は、取り付けホルダ１４８により、本体部１３６に直接取り付けられる。
【００４１】
図１に示すように、水電解システム１０は、弁装置２６に水の詰まりが発生するか否かを判断する検知装置１５０を備える。この検知装置１５０は、減圧弁９８と流量制御弁１００との間に位置して排水配管２４に配置される圧力センサ１５２を設ける。この圧力センサ１５２による検出信号は、コントローラ２８に送られる。
【００４２】
このように構成される水電解システム１０の動作について、第１の実施形態に係る運転方法との関連で、以下に説明する。
【００４３】
先ず、水電解システム１０の始動時には、水供給装置１８を介して市水から生成された純水が、水貯留装置１４を構成するタンク部７８に供給される。
【００４４】
水循環装置１６では、循環ポンプ７４の作用下に、タンク部７８内の水が循環配管７２を介して水電解装置１２の水供給連通孔５６に供給される。一方、ターミナルプレート３２ａ、３２ｂの端子部３８ａ、３８ｂには、電気的に接続されている電源４０を介して電圧が付与される。
【００４５】
このため、各単位セル３０では、水供給連通孔５６からアノード側セパレータ４４の第１流路６４に水が供給され、この水がアノード側給電体５０内に沿って移動する。
【００４６】
従って、水は、アノード電極触媒層５０ａで電気により分解され、水素イオン、電子及び酸素が生成される。この陽極反応により生成された水素イオンは、固体高分子電解質膜４８を透過してカソード電極触媒層５２ａ側に移動し、電子と結合して水素が得られる。
【００４７】
これにより、カソード側セパレータ４６とカソード側給電体５２との間に形成される第２流路６８に沿って水素が流動する。この水素は、水供給連通孔５６よりも高圧に維持されており、水素連通孔６０を流れて水電解装置１２の外部に取り出し可能となる。
【００４８】
一方、第１流路６４には、反応により生成した酸素と、未反応の水とが流動しており、これらの混合流体が排出連通孔５８に沿って水循環装置１６の戻り配管８０に排出される。この未反応ガスの水及び酸素は、タンク部７８に導入されて分離された後、水は、循環ポンプ７４を介して循環配管７２からイオン交換器７６を通って水供給連通孔５６に導入される。水から分離された酸素は、酸素排気配管８６から外部に排出される。
【００４９】
水電解装置１２内に生成された水素は、高圧水素配管２０を介して気液分離装置２２に送られる。この気液分離装置２２では、水素に含まれる水蒸気が、この水素から分離されてタンク部９０に貯留される一方、前記水素は、ドライ水素配管８８に導入される。
【００５０】
タンク部９０では、前記タンク部９０内の水位ＷＳが設定高さであるか否かを検出するために、水位検出センサ９２ａ〜９２ｄを備えている。
【００５１】
具体的には、水位検出センサ９２ａは、水位ＷＳが設定下方位置（Ｌ）に低下したか否かを検出する。コントローラ２８は、水位ＷＳが設定下方位置（Ｌ）に低下したと判断した際には、タンク部９０から排水配管２４への排水の停止を指示する。すなわち、電磁弁１０２を閉塞させる。
【００５２】
一方、水位検出センサ９２ｂは、水位ＷＳが設定上方位置（Ｈ）に上昇したか否かを検出する。コントローラ２８は、水位ＷＳが設定上方位置（Ｈ）に上昇したと判断した際には、電磁弁１０２を開放させて排水配管２４への排水を指示する。
【００５３】
また、水位検出センサ９２ｃは、水位ＷＳが下限設定高さ（ＬＬ）に低下したか否かを検出する一方、水位検出センサ９２ｄは、水位ＷＳが上限設定高さ（ＨＨ）に上昇したか否かを検出する。コントローラ２８は、水位ＷＳが下限設定高さ（ＬＬ）に低下したと判断した際、及び水位ＷＳが上限設定高さ（ＨＨ）まで上昇したと判断した際には、システム異常として水電解システム１０を停止させる。
【００５４】
この場合、弁装置２６では、背圧弁９６によりこの背圧弁９６の上流側の水圧を、高圧水素の圧力と同等の圧力（例えば、３５ＭＰａ）に維持しており、減圧弁９８は、例えば、略１０ＭＰａまで大幅に減圧している。従って、図２に示すように、入口ポート１１２と出口ポート１１４とを連通する水通路１３０は、システム流路内（水電解スタック１２から電磁弁１０２までの流路間）で最も狭小な開口寸法に設定されている。このため、水通路１３０は、塵埃の堆積によって水の詰まりが発生し易い。
【００５５】
また、弁装置２６では、減圧弁９８の下流に流量制御弁１００が配置されている。この流量制御弁１００では、図３に示すように、入口ポート１３８と出口ポート１４０とを連通する水通路１４２は、テーパステム１４４を介して相当に狭小な間隙を形成している。これにより、水通路１４２は、塵埃の堆積によって水の詰まりが発生し易い。
【００５６】
そこで、第１の実施形態では、排水配管２４に、減圧弁９８と流量制御弁１００との間に位置して検知装置１５０を構成する圧力センサ１５２に配置されている。この圧力センサ１５２は、減圧弁９８により減圧された水圧を検出しており、コントローラ２８に検出圧力信号を送る。その検出結果は、図４に示されている。
【００５７】
コントローラ２８は、水電解システム１０の運転中に、圧力センサ１５２からの検出圧力信号に基づいて、弁装置２６に、具体的には、減圧弁９８に水の詰まりが発生するか否かを判断する。
【００５８】
コントローラ２８は、図４に示すように、予め水の詰まりが発生する閾値Ｐ０を設定しており、検出圧力と閾値Ｐ０とを比較する。そして、コントローラ２８は、検出圧力が閾値Ｐ０を超えたと判断した際、すなわち、減圧弁９８に水の詰まりが発生すると判断し際、水電解システム１０の運転を行いながら、少なくとも前記減圧弁９８に直接装着されている超音波振動子１０４を駆動させる。
【００５９】
超音波振動子１０４は、発振器１０６で発生する電気振動を機械振動に変換して、減圧弁９８の本体部１１０に直接伝達する。このため、本体部１１０内の入口ポート１１２、水通路１３０及び出口ポート１１４に充填されている水が振動される。従って、特に狭小な水通路１３０では、微小な気泡の破壊による衝撃力を介し、体積している塵埃が容易且つ確実に剥離され、水の詰まりが良好に解消される。
【００６０】
コントローラ２８は、圧力センサ１５２による検出圧力が閾値Ｐ０以下になるまで、超音波振動子１０４を駆動させた後、前記超音波振動子１０４の駆動を停止させる。これにより、減圧弁９８内の水通路１３０の洗浄作業が終了する。
【００６１】
一方、流量制御弁１００では、図３に示すように、本体部１３６に超音波振動子１０４が直接取り付けられている。このため、減圧弁９８の洗浄作業と同時に、流量制御弁１００内の水通路１４２の洗浄作業が遂行される。なお、流量制御弁１００の洗浄作業は、必要に応じて行ってもよい。
【００６２】
この場合、第１の実施形態では、検知装置１５０により弁装置２６に水の詰まりが発生すると判断された際、少なくとも減圧弁９８に直接装着されている超音波振動子１０４が駆動されることにより、前記減圧弁９８内の水通路１３０の洗浄が行われている。
【００６３】
従って、水電解システム１０の運転を行いながら、弁装置２６の洗浄作業を行うことができる。これにより、弁装置２６の洗浄作業を容易且つ迅速に遂行することが可能になるとともに、水電解システム１０の運転効率の向上を図ることができるという効果が得られる。
【００６４】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る水電解システム１６０の概略構成説明図である。
【００６５】
なお、第１の実施形態に係る水電解システム１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３の実施形態以降においても同様に、その詳細な説明は省略する。
【００６６】
水電解システム１６０は、弁装置２６に水の詰まりが発生するか否かを判断する検知装置１６２を備える。この検知装置１６２は、高圧水素配管２０に配置される圧力センサ１６４を設け、この圧力センサ１６４による検出信号は、コントローラ２８に送られる。
【００６７】
このように構成される第２の実施形態では、水電解システム１６０の運転中に、圧力センサ１６４が高圧水素配管２０内の水素圧力を検出している。コントローラ２８は、圧力センサ１６４からの検出圧力信号に基づいて、弁装置２６に水の詰まりが発生するか否かを判断する。
【００６８】
圧力センサ１６４による検出圧力は、図６に示すように、電磁弁１０２が開放されて気液分離装置２２から排水配管２４に排水されることにより、変動する。通常時には、気液分離装置２２から排水配管２４に排出された水は、弁装置２６で減圧された後、所望の流量に調整されて排出されるため、圧力センサ１６４の検出圧力が一旦、低下する。
【００６９】
その際、減圧弁９８や流量制御弁１００に水の詰まりが発生すると、排水配管２４から電磁弁１０２を介して排水が行われない。従って、圧力センサ１６４による検出圧力が、一定時間を経過しても低下しないため、コントローラ２８は、弁装置２６に水の詰まりが発生すると判断する。
【００７０】
これにより、超音波振動子１０４が駆動されて、減圧弁９８及び必要に応じて流量制御弁１００の洗浄作業が行われる。なお、弁装置２６に水の詰まりが発生すると判断した際には、水電解装置１２では、電源４０の出力を低下させることにより、気液分離装置２２への水の蓄積を防止することが好ましい。
【００７１】
このように、第２の実施形態では、水電解システム１６０の運転を行いながら、弁装置２６の洗浄作業を行うことができ、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００７２】
図７に示すように、本発明の第３の実施形態に係る水電解システム１７０は、弁装置２６に水の詰まりが発生するか否かを判断する検知装置１７２を備える。この検知装置１７２は、気液分離装置２２を構成するタンク部９０に配置される水位検出センサ９２ａ〜９２ｄを備える。
【００７３】
このように構成される第３の実施形態では、コントローラ２８は、水位検出センサ９２ｂにより水位ＷＳが設定上方位置（Ｈ）に上昇したと判断した際には、電磁弁１０２を開放させて排水配管２４への排水を指示している。従って、排水配管２４に排出された水は、電磁弁１０２を通って排水されるため、タンク部９０内の水位ＷＳが低下する。そして、図８に示すように、所定の時間が経過すると、水位検出センサ９２ａを介して水位ＷＳが設定下方位置（Ｌ）に低下したことが検出される。
【００７４】
一方、弁装置２６に水の詰まりが発生すると、排水配管２４から電磁弁１０２を介して排水が行われない。このため、水位ＷＳが設定上方位置（Ｈ）に上昇したと判断してから所定の時間だけ経過しても、前記水位ＷＳが設定下方位置（Ｌ）に低下したことが検出されない。
【００７５】
これにより、コントローラ２８は、弁装置２６に水の詰まりが発生すると判断し、水電解装置１２の出力を抑制しながら、水位検出センサ９２ａを介して水位ＷＳが設定下方位置（Ｌ）に低下したことが検出されるまで、超音波振動子１０４を駆動させる。従って、第３の実施形態では、上記の第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【００７６】
図９に示すように、本発明の第４の実施形態に係る水電解システム１８０は、弁装置２６に水の詰まりが発生するか否かを判断する検知装置１５０、１６２及び１７２を備える。
【００７７】
このため、コントローラ２８は、検知装置１５０、１６２及び１７２の少なくともいずれか１つが、弁装置２６の水詰まりを検出すると、水電解システム１８０の運転を行いながら、超音波振動子１０４を駆動させて、前記弁装置２６の洗浄作業が行われる。これにより、第４の実施形態では、上記の第１〜第３の実施形態と同様の効果が得られる。
【００７８】
なお、検知装置１５０、１６２及び１７２は、それぞれ単独に備える第１〜第３の実施形態と、全てを備える第４の実施形態の他、任意の２つを組み合わせて使用することも可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１０、１６０、１７０、１８０…水電解システム
１２…水電解装置 １４…水貯留装置
１６…水循環装置 １８…水供給装置
２０…高圧水素配管 ２２…気液分離装置
２４…排水配管 ２６…弁装置
２８…コントローラ ３０…単位セル
４２…電解質膜・電極構造体 ４４…アノード側セパレータ
４６…カソード側セパレータ ４８…固体高分子電解質膜
５０…アノード側給電体 ５２…カソード側給電体
５６…水供給連通孔 ５８…排出連通孔
６０…水素連通孔 ９０…タンク部
９２ａ〜９２ｄ…水位検出センサ ９６…背圧弁
９８…減圧弁 １００…流量制御弁
１０２…電磁弁 １０４…超音波振動子
１０６…発振器 １０８…電源
１３０、１４２…水通路 １５０、１６２、１７２…検知装置
１５２、１６４…圧力センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を電気分解して酸素と前記酸素よりも高圧な高圧水素とを発生させる水電解装置と、前記高圧水素に含まれる水分を分離する気液分離装置と、少なくとも減圧弁を含む弁装置とを備える水電解システム及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、燃料ガスである水素ガスを製造するために、水電解装置が採用されている。この水電解装置は、水を分解して水素（及び酸素）を発生させるため、固体高分子電解質膜（イオン交換膜）を用いている。固体高分子電解質膜の両面には、電極触媒層が設けられて電解質膜・電極構造体が構成されるとともに、前記電解質膜・電極構造体の両側には、アノード側給電体及びカソード側給電体を配設してユニットが構成されている。
【０００３】
そこで、複数のユニットが積層された状態で、積層方向両端に電圧が付与されるとともに、アノード側給電体に水が供給される。このため、電解質膜・電極構造体のアノード側では、水が分解されて水素イオン（プロトン）が生成され、この水素イオンが固体高分子電解質膜を透過してカソード側に移動し、電子と結合して水素が製造される。一方、アノード側では、水素イオン（プロトン）と共に生成された酸素が、余剰の水を伴ってユニットから排出される。
【０００４】
この種の水電解システムでは、カソード側に高圧（例えば、３５ＭＰａ）の水素を生成する高圧水電解システムが採用されている。例えば、特許文献１に開示されている水素生成システムは、水を電気分解して高圧水素を生成する水電解部と、生成された前記高圧水素に含まれる水分を除去する気液分離部とを備えている。
【０００５】
この水素生成システムでは、気液分離部は、液水を排出する排水ラインと、水分が除去された高圧水素を送出する水素ラインとを備えるとともに、前記排水ラインには、少なくとも１つの減圧弁と開閉弁とが、排水流れ方向に沿って順次配設されている。
【０００６】
これにより、生成された高圧水素に含まれる水を良好に除去するとともに、円滑且つ確実な排水処理を遂行することが可能になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１９１３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記の水電解システムでは、ゴムシールや触媒等から発生する塵埃が、排水ラインに排出される場合がある。ここで、排水ラインに配設されている各種弁の中、特に通路開口寸法が、システム流路内で最も狭小な寸法に設定されている減圧弁では、水通路に塵埃が付着堆積し、前記水通路が閉塞されて水の詰まりが惹起されるおそれがある。
【０００９】
その際、水電解システムの運転を停止するとともに、減圧弁を排水ラインから一旦取り外して洗浄処理を施した後、前記減圧弁を前記排水ラインに再度取り付ける作業が必要となっている。従って、減圧弁の洗浄作業が相当に煩雑化するとともに、水電解システムの運転効率が低下するという問題がある。
【００１０】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、水電解処理を継続しながら、弁装置の洗浄作業を容易且つ迅速に遂行することが可能な水電解システム及びその運転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】
【００１１】
本発明は、水を電気分解して酸素と前記酸素よりも高圧な高圧水素とを発生させる水電解装置と、前記水電解装置から前記高圧水素を排出する水素配管に配設され、前記高圧水素に含まれる水分を分離する気液分離装置と、前記気液分離装置から水を排出する排水配管に配設され、少なくとも減圧弁を含む弁装置とを備える水電解システム及びその運転方法に関するものである。
【００１２】
この水電解システムは、水素配管から排水配管の間に配置され、弁装置に水の詰まりが発生するか否かを判断する検知装置と、少なくとも減圧弁に直接装着され、前記検知装置により前記弁装置に前記水の詰まりが発生すると判断された際に、前記減圧弁内の水通路の洗浄を行うために駆動される超音波振動子とを備えている。
【００１３】
また、この水電解システムでは、検知装置は、少なくとも水素配管又は排水配管に配置される圧力センサを備えることが好ましい。
【００１４】
さらに、この水電解システムでは、検知装置は、気液分離装置に配置され、前記気液分離装置内の水位が設定高さであるか否かを検出する水位検出部を備えることが好ましい。
【００１５】
さらにまた、この運転方法は、水電解システムの運転中に、弁装置に水の詰まりが発生するか否かを判断する工程と、前記弁装置に前記水の詰まりが発生すると判断された際、前記水電解システムの運転を行いながら、少なくとも減圧弁に直接装着された超音波振動子を駆動して、少なくとも前記減圧弁内の水通路を洗浄する工程とを有している。
【００１６】
また、この運転方法では、少なくとも水素配管又は排水配管に配置される圧力センサにより、弁装置に水の詰まりが発生するか否かを判断することが好ましい。
【００１７】
さらに、この運転方法では、気液分離装置内の水位が設定高さであるか否かを検出することにより、弁装置に水の詰まりが発生するか否かを判断することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、検知装置により弁装置に水の詰まりが発生すると判断された際、少なくとも減圧弁に直接装着されている超音波振動子が駆動されることにより、少なくとも前記減圧弁内の水通路の洗浄が行われている。
【００１９】
従って、水電解システムの運転を行いながら、弁装置の洗浄作業を行うことができる。これにより、弁装置の洗浄作業を容易且つ迅速に遂行することが可能になるとともに、水電解システムの運転効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る水電解システムの概略構成説明図である。
【図２】前記水電解システムを構成する減圧弁の断面説明図である。
【図３】前記水電解システムを構成する流量制御弁の断面説明図である。
【図４】前記水電解システムを構成する圧力センサにより検出圧力の説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る水電解システムの概略構成説明図である。
【図６】前記水電解システムを構成する圧力センサにより検出圧力の説明図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る水電解システムの概略構成説明図である。
【図８】前記水電解システムを構成する水位検出センサによる検出水位の説明図である。
【図９】本発明の第４の実施形態に係る水電解システムの概略構成説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る水電解システム１０は、水（純水）を電気分解することによって酸素及び高圧水素（常圧である酸素圧力よりも高圧、例えば、〜３５ＭＰａ）を製造する水電解装置１２と、前記水電解装置１２から排出される前記酸素及び余剰の水を分離し、前記水を貯留する水貯留装置１４と、前記水貯留装置１４に貯留される前記水を、前記水電解装置１２に循環させる水循環装置１６と、前記水貯留装置１４に市水から生成された純水を供給する水供給装置１８と、前記水電解装置１２から高圧水素配管２０に導出される前記高圧水素に含まれる水分を除去する気液分離装置２２と、前記気液分離装置２２から水を排出する排水配管２４に配設される弁装置２６と、コントローラ２８とを備える。
【００２２】
水電解装置１２は、複数の単位セル３０を積層する。単位セル３０の積層方向一端には、ターミナルプレート３２ａ、絶縁プレート３４ａ及びエンドプレート３６ａが外方に向かって、順次、配設される。単位セル３０の積層方向他端には、同様にターミナルプレート３２ｂ、絶縁プレート３４ｂ及びエンドプレート３６ｂが外方に向かって、順次、配設される。エンドプレート３６ａ、３６ｂ間は、一体的に締め付け保持される。
【００２３】
ターミナルプレート３２ａ、３２ｂの側部には、端子部３８ａ、３８ｂが外方に突出して設けられる。端子部３８ａ、３８ｂは、配線３９ａ、３９ｂを介して電源４０に電気的に接続される。
【００２４】
単位セル３０は、円盤状の電解質膜・電極構造体４２と、この電解質膜・電極構造体４２を挟持するアノード側セパレータ４４及びカソード側セパレータ４６とを備える。アノード側セパレータ４４及びカソード側セパレータ４６は、円盤状を有するとともに、例えば、カーボン部材等で構成され、又は、鋼板、ステンレス鋼板、チタン板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板をプレス成形して、あるいは切削加工した後に防食用の表面処理を施して構成される。
【００２５】
電解質膜・電極構造体４２は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜４８と、前記固体高分子電解質膜４８の両面に設けられるアノード側給電体５０及びカソード側給電体５２とを備える。
【００２６】
固体高分子電解質膜４８の両面には、アノード電極触媒層５０ａ及びカソード電極触媒層５２ａが形成される。アノード電極触媒層５０ａは、例えば、Ｒｕ（ルテニウム）系触媒を使用する一方、カソード電極触媒層５２ａは、例えば、白金触媒を使用する。
【００２７】
単位セル３０の外周縁部には、積層方向に互いに連通して、水（純水）を供給するための水供給連通孔５６と、反応により生成された酸素及び未反応の水（混合流体）を排出するための排出連通孔５８と、反応により生成された水素を流すための水素連通孔６０とが設けられる。
【００２８】
水循環装置１６は、水電解装置１２の水供給連通孔５６に連通する循環配管７２を備え、この循環配管７２は、循環ポンプ７４及びイオン交換器７６を配置して水貯留装置１４を構成するタンク部７８の底部に接続される。
【００２９】
タンク部７８の上部には、戻り配管８０の一端部が連通するとともに、前記戻り配管８０の他端は、水電解装置１２の排出連通孔５８に連通する。戻り配管８０の一端部は、タンク部７８内に貯留される水の中で、常時、開口する位置に設定される。
【００３０】
タンク部７８には、水供給装置１８に接続された純水供給配管８４と、前記タンク部７８で純水から分離された酸素を排出するための酸素排気配管８６とが連結される。
【００３１】
水電解装置１２の水素連通孔６０には、高圧水素配管２０の一端が接続され、この高圧水素配管２０の他端が気液分離装置２２に接続される。気液分離装置２２で水分が除去された高圧水素は、ドライ水素としてドライ水素配管８８に排出される。
【００３２】
気液分離装置２２は、水を貯留するためのタンク部９０を備える。タンク部９０には、前記タンク部９０内の水位ＷＳが設定高さであるか否かを検出する水位検出部、例えば、水位検出センサ９２ａ〜９２ｄが設けられる。水位検出センサ９２ａ〜９２ｄの検出信号は、コントローラ２８に入力される。
【００３３】
水位検出センサ９２ａは、水位ＷＳが設定下方位置（Ｌ）に低下したか否かを検出し、水位検出センサ９２ｂは、前記水位ＷＳが設定上方位置（Ｈ）に上昇したか否かを検出し、水位検出センサ（下限水位検出部）９２ｃは、前記水位ＷＳが下限設定高さ（ＬＬ）に低下したか否かを検出し、水位検出センサ９２ｄは、前記水位ＷＳが上限設定高さ（ＨＨ）に上昇したか否かを検出する。
【００３４】
気液分離装置２２の下部には、排水配管２４が接続され、前記排水配管２４には、フィルタ９４が設けられるとともに、前記フィルタ９４の下流には、弁装置２６が配設される。弁装置２６は、排水の流れ方向に沿って上流側から下流側に向かって順次配置される背圧弁９６、減圧弁９８、流量制御弁１００及び電磁弁１０２を備える。
【００３５】
弁装置２６では、少なくとも減圧弁９８、好ましくは、前記減圧弁９８及び流量制御弁１００に超音波振動子１０４が直接取り付けられる。超音波振動子１０４は、発振器１０６に接続されるとともに、前記発振器１０６が電源１０８に接続される。
【００３６】
減圧弁９８は、図２に示すように、本体部１１０を備え、この本体部１１０には、入口ポート１１２と出口ポート１１４とが形成される。本体部１１０内には、スプリング１１６が収容され、前記スプリング１１６の一端が調整キャップ部材１１８に当接する一方、他端がピストン１２０に当接する。
【００３７】
ピストン１２０に設けられたロッド１２２は、固定筒１２４内を進退するとともに、前記ロッド１２２の先端がテーパ部材１２６に当接する。テーパ部材１２６は、スプリング１２８によりピストン１２０側に付勢されており、このテーパ部材１２６の先端と固定筒１２４との間には、微細な水通路１３０が形成される。入口ポート１１２と出口ポート１１４とは、水通路１３０を介して連通自在である。
【００３８】
本体部１１０の底部には、取り付けホルダ１３２がねじ１３４を介して固定される。超音波振動子１０４は、取り付けホルダ１３２により、本体部１１０に直接取り付けられる。
【００３９】
流量制御弁１００は、図３に示すように、本体部１３６を備え、この本体部１３６には、入口ポート１３８と出口ポート１４０とが形成される。本体部１３６内には、水通路１４２が形成されるとともに、前記水通路１４２には、テーパステム１４４が配置される。テーパステム１４４は、ステムねじ１４６を螺回することにより上下して水通路１４２との間隙を調整する。
【００４０】
本体部１３６の底部には、取り付けホルダ１４８がねじ１４９を介して固定される。超音波振動子１０４は、取り付けホルダ１４８により、本体部１３６に直接取り付けられる。
【００４１】
図１に示すように、水電解システム１０は、弁装置２６に水の詰まりが発生するか否かを判断する検知装置１５０を備える。この検知装置１５０は、減圧弁９８と流量制御弁１００との間に位置して排水配管２４に配置される圧力センサ１５２を設ける。この圧力センサ１５２による検出信号は、コントローラ２８に送られる。
【００４２】
このように構成される水電解システム１０の動作について、第１の実施形態に係る運転方法との関連で、以下に説明する。
【００４３】
先ず、水電解システム１０の始動時には、水供給装置１８を介して市水から生成された純水が、水貯留装置１４を構成するタンク部７８に供給される。
【００４４】
水循環装置１６では、循環ポンプ７４の作用下に、タンク部７８内の水が循環配管７２を介して水電解装置１２の水供給連通孔５６に供給される。一方、ターミナルプレート３２ａ、３２ｂの端子部３８ａ、３８ｂには、電気的に接続されている電源４０を介して電圧が付与される。
【００４５】
このため、各単位セル３０では、水供給連通孔５６からアノード側セパレータ４４の第１流路６４に水が供給され、この水がアノード側給電体５０内に沿って移動する。
【００４６】
従って、水は、アノード電極触媒層５０ａで電気により分解され、水素イオン、電子及び酸素が生成される。この陽極反応により生成された水素イオンは、固体高分子電解質膜４８を透過してカソード電極触媒層５２ａ側に移動し、電子と結合して水素が得られる。
【００４７】
これにより、カソード側セパレータ４６とカソード側給電体５２との間に形成される第２流路６８に沿って水素が流動する。この水素は、水供給連通孔５６よりも高圧に維持されており、水素連通孔６０を流れて水電解装置１２の外部に取り出し可能となる。
【００４８】
一方、第１流路６４には、反応により生成した酸素と、未反応の水とが流動しており、これらの混合流体が排出連通孔５８に沿って水循環装置１６の戻り配管８０に排出される。この未反応ガスの水及び酸素は、タンク部７８に導入されて分離された後、水は、循環ポンプ７４を介して循環配管７２からイオン交換器７６を通って水供給連通孔５６に導入される。水から分離された酸素は、酸素排気配管８６から外部に排出される。
【００４９】
水電解装置１２内に生成された水素は、高圧水素配管２０を介して気液分離装置２２に送られる。この気液分離装置２２では、水素に含まれる水蒸気が、この水素から分離されてタンク部９０に貯留される一方、前記水素は、ドライ水素配管８８に導入される。
【００５０】
タンク部９０では、前記タンク部９０内の水位ＷＳが設定高さであるか否かを検出するために、水位検出センサ９２ａ〜９２ｄを備えている。
【００５１】
具体的には、水位検出センサ９２ａは、水位ＷＳが設定下方位置（Ｌ）に低下したか否かを検出する。コントローラ２８は、水位ＷＳが設定下方位置（Ｌ）に低下したと判断した際には、タンク部９０から排水配管２４への排水の停止を指示する。すなわち、電磁弁１０２を閉塞させる。
【００５２】
一方、水位検出センサ９２ｂは、水位ＷＳが設定上方位置（Ｈ）に上昇したか否かを検出する。コントローラ２８は、水位ＷＳが設定上方位置（Ｈ）に上昇したと判断した際には、電磁弁１０２を開放させて排水配管２４への排水を指示する。
【００５３】
また、水位検出センサ９２ｃは、水位ＷＳが下限設定高さ（ＬＬ）に低下したか否かを検出する一方、水位検出センサ９２ｄは、水位ＷＳが上限設定高さ（ＨＨ）に上昇したか否かを検出する。コントローラ２８は、水位ＷＳが下限設定高さ（ＬＬ）に低下したと判断した際、及び水位ＷＳが上限設定高さ（ＨＨ）まで上昇したと判断した際には、システム異常として水電解システム１０を停止させる。
【００５４】
この場合、弁装置２６では、背圧弁９６によりこの背圧弁９６の上流側の水圧を、高圧水素の圧力と同等の圧力（例えば、３５ＭＰａ）に維持しており、減圧弁９８は、例えば、略１０ＭＰａまで大幅に減圧している。従って、図２に示すように、入口ポート１１２と出口ポート１１４とを連通する水通路１３０は、システム流路内（水電解スタック１２から電磁弁１０２までの流路間）で最も狭小な開口寸法に設定されている。このため、水通路１３０は、塵埃の堆積によって水の詰まりが発生し易い。
【００５５】
また、弁装置２６では、減圧弁９８の下流に流量制御弁１００が配置されている。この流量制御弁１００では、図３に示すように、入口ポート１３８と出口ポート１４０とを連通する水通路１４２は、テーパステム１４４を介して相当に狭小な間隙を形成している。これにより、水通路１４２は、塵埃の堆積によって水の詰まりが発生し易い。
【００５６】
そこで、第１の実施形態では、排水配管２４に、減圧弁９８と流量制御弁１００との間に位置して検知装置１５０を構成する圧力センサ１５２に配置されている。この圧力センサ１５２は、減圧弁９８により減圧された水圧を検出しており、コントローラ２８に検出圧力信号を送る。その検出結果は、図４に示されている。
【００５７】
コントローラ２８は、水電解システム１０の運転中に、圧力センサ１５２からの検出圧力信号に基づいて、弁装置２６に、具体的には、減圧弁９８に水の詰まりが発生するか否かを判断する。
【００５８】
コントローラ２８は、図４に示すように、予め水の詰まりが発生する閾値Ｐ０を設定しており、検出圧力と閾値Ｐ０とを比較する。そして、コントローラ２８は、検出圧力が閾値Ｐ０を超えたと判断した際、すなわち、減圧弁９８に水の詰まりが発生すると判断し際、水電解システム１０の運転を行いながら、少なくとも前記減圧弁９８に直接装着されている超音波振動子１０４を駆動させる。
【００５９】
超音波振動子１０４は、発振器１０６で発生する電気振動を機械振動に変換して、減圧弁９８の本体部１１０に直接伝達する。このため、本体部１１０内の入口ポート１１２、水通路１３０及び出口ポート１１４に充填されている水が振動される。従って、特に狭小な水通路１３０では、微小な気泡の破壊による衝撃力を介し、体積している塵埃が容易且つ確実に剥離され、水の詰まりが良好に解消される。
【００６０】
コントローラ２８は、圧力センサ１５２による検出圧力が閾値Ｐ０以下になるまで、超音波振動子１０４を駆動させた後、前記超音波振動子１０４の駆動を停止させる。これにより、減圧弁９８内の水通路１３０の洗浄作業が終了する。
【００６１】
一方、流量制御弁１００では、図３に示すように、本体部１３６に超音波振動子１０４が直接取り付けられている。このため、減圧弁９８の洗浄作業と同時に、流量制御弁１００内の水通路１４２の洗浄作業が遂行される。なお、流量制御弁１００の洗浄作業は、必要に応じて行ってもよい。
【００６２】
この場合、第１の実施形態では、検知装置１５０により弁装置２６に水の詰まりが発生すると判断された際、少なくとも減圧弁９８に直接装着されている超音波振動子１０４が駆動されることにより、前記減圧弁９８内の水通路１３０の洗浄が行われている。
【００６３】
従って、水電解システム１０の運転を行いながら、弁装置２６の洗浄作業を行うことができる。これにより、弁装置２６の洗浄作業を容易且つ迅速に遂行することが可能になるとともに、水電解システム１０の運転効率の向上を図ることができるという効果が得られる。
【００６４】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る水電解システム１６０の概略構成説明図である。
【００６５】
なお、第１の実施形態に係る水電解システム１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３の実施形態以降においても同様に、その詳細な説明は省略する。
【００６６】
水電解システム１６０は、弁装置２６に水の詰まりが発生するか否かを判断する検知装置１６２を備える。この検知装置１６２は、高圧水素配管２０に配置される圧力センサ１６４を設け、この圧力センサ１６４による検出信号は、コントローラ２８に送られる。
【００６７】
このように構成される第２の実施形態では、水電解システム１６０の運転中に、圧力センサ１６４が高圧水素配管２０内の水素圧力を検出している。コントローラ２８は、圧力センサ１６４からの検出圧力信号に基づいて、弁装置２６に水の詰まりが発生するか否かを判断する。
【００６８】
圧力センサ１６４による検出圧力は、図６に示すように、電磁弁１０２が開放されて気液分離装置２２から排水配管２４に排水されることにより、変動する。通常時には、気液分離装置２２から排水配管２４に排出された水は、弁装置２６で減圧された後、所望の流量に調整されて排出されるため、圧力センサ１６４の検出圧力が一旦、低下する。
【００６９】
その際、減圧弁９８や流量制御弁１００に水の詰まりが発生すると、排水配管２４から電磁弁１０２を介して排水が行われない。従って、圧力センサ１６４による検出圧力が、一定時間を経過しても低下しないため、コントローラ２８は、弁装置２６に水の詰まりが発生すると判断する。
【００７０】
これにより、超音波振動子１０４が駆動されて、減圧弁９８及び必要に応じて流量制御弁１００の洗浄作業が行われる。なお、弁装置２６に水の詰まりが発生すると判断した際には、水電解装置１２では、電源４０の出力を低下させることにより、気液分離装置２２への水の蓄積を防止することが好ましい。
【００７１】
このように、第２の実施形態では、水電解システム１６０の運転を行いながら、弁装置２６の洗浄作業を行うことができ、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００７２】
図７に示すように、本発明の第３の実施形態に係る水電解システム１７０は、弁装置２６に水の詰まりが発生するか否かを判断する検知装置１７２を備える。この検知装置１７２は、気液分離装置２２を構成するタンク部９０に配置される水位検出センサ９２ａ〜９２ｄを備える。
【００７３】
このように構成される第３の実施形態では、コントローラ２８は、水位検出センサ９２ｂにより水位ＷＳが設定上方位置（Ｈ）に上昇したと判断した際には、電磁弁１０２を開放させて排水配管２４への排水を指示している。従って、排水配管２４に排出された水は、電磁弁１０２を通って排水されるため、タンク部９０内の水位ＷＳが低下する。そして、図８に示すように、所定の時間が経過すると、水位検出センサ９２ａを介して水位ＷＳが設定下方位置（Ｌ）に低下したことが検出される。
【００７４】
一方、弁装置２６に水の詰まりが発生すると、排水配管２４から電磁弁１０２を介して排水が行われない。このため、水位ＷＳが設定上方位置（Ｈ）に上昇したと判断してから所定の時間だけ経過しても、前記水位ＷＳが設定下方位置（Ｌ）に低下したことが検出されない。
【００７５】
これにより、コントローラ２８は、弁装置２６に水の詰まりが発生すると判断し、水電解装置１２の出力を抑制しながら、水位検出センサ９２ａを介して水位ＷＳが設定下方位置（Ｌ）に低下したことが検出されるまで、超音波振動子１０４を駆動させる。従って、第３の実施形態では、上記の第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【００７６】
図９に示すように、本発明の第４の実施形態に係る水電解システム１８０は、弁装置２６に水の詰まりが発生するか否かを判断する検知装置１５０、１６２及び１７２を備える。
【００７７】
このため、コントローラ２８は、検知装置１５０、１６２及び１７２の少なくともいずれか１つが、弁装置２６の水詰まりを検出すると、水電解システム１８０の運転を行いながら、超音波振動子１０４を駆動させて、前記弁装置２６の洗浄作業が行われる。これにより、第４の実施形態では、上記の第１〜第３の実施形態と同様の効果が得られる。
【００７８】
なお、検知装置１５０、１６２及び１７２は、それぞれ単独に備える第１〜第３の実施形態と、全てを備える第４の実施形態の他、任意の２つを組み合わせて使用することも可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１０、１６０、１７０、１８０…水電解システム
１２…水電解装置 １４…水貯留装置
１６…水循環装置 １８…水供給装置
２０…高圧水素配管 ２２…気液分離装置
２４…排水配管 ２６…弁装置
２８…コントローラ ３０…単位セル
４２…電解質膜・電極構造体 ４４…アノード側セパレータ
４６…カソード側セパレータ ４８…固体高分子電解質膜
５０…アノード側給電体 ５２…カソード側給電体
５６…水供給連通孔 ５８…排出連通孔
６０…水素連通孔 ９０…タンク部
９２ａ〜９２ｄ…水位検出センサ ９６…背圧弁
９８…減圧弁 １００…流量制御弁
１０２…電磁弁 １０４…超音波振動子
１０６…発振器 １０８…電源
１３０、１４２…水通路 １５０、１６２、１７２…検知装置
１５２、１６４…圧力センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を電気分解して酸素と前記酸素よりも高圧な高圧水素とを発生させる水電解装置と、
前記水電解装置から前記高圧水素を排出する水素配管に配設され、前記高圧水素に含まれる水分を分離する気液分離装置と、
前記気液分離装置から水を排出する排水配管に配設され、少なくとも減圧弁を含む弁装置と、
を備える水電解システムであって、
前記水素配管から前記排水配管の間に配置され、前記弁装置に水の詰まりが発生するか否かを判断する検知装置と、
少なくとも前記減圧弁に直接装着され、前記検知装置により前記弁装置に前記水の詰まりが発生すると判断された際に、前記減圧弁内の水通路の洗浄を行うために駆動される超音波振動子と、
を備えることを特徴とする水電解システム。
【請求項２】
請求項１記載の水電解システムにおいて、前記検知装置は、少なくとも前記水素配管又は前記排水配管に配置される圧力センサを備えることを特徴とする水電解システム。
【請求項３】
請求項１又は２記載の水電解システムにおいて、前記検知装置は、前記気液分離装置に配置され、該気液分離装置内の水位が設定高さであるか否かを検出する水位検出部を備えることを特徴とする水電解システム。
【請求項４】
水を電気分解して酸素と前記酸素よりも高圧な高圧水素とを発生させる水電解装置と、
前記水電解装置から前記高圧水素を排出する水素配管に配設され、前記高圧水素に含まれる水分を分離する気液分離装置と、
前記気液分離装置から水を排出する排水配管に配設され、少なくとも減圧弁を含む弁装置と、
を備える水電解システムの運転方法であって、
前記水電解システムの運転中に、前記弁装置に水の詰まりが発生するか否かを判断する工程と、
前記弁装置に前記水の詰まりが発生すると判断された際、前記水電解システムの運転を行いながら、少なくとも前記減圧弁に直接装着された超音波振動子を駆動して、少なくとも該減圧弁内の水通路を洗浄する工程と、
を有することを特徴とする水電解システムの運転方法。
【請求項５】
請求項４記載の運転方法において、少なくとも前記水素配管又は前記排水配管に配置される圧力センサにより、前記弁装置に前記水の詰まりが発生するか否かを判断することを特徴とする水電解システムの運転方法。
【請求項６】
請求項４又は５記載の運転方法において、前記気液分離装置内の水位が設定高さであるか否かを検出することにより、前記弁装置に前記水の詰まりが発生するか否かを判断することを特徴とする水電解システムの運転方法。
【請求項１】
水を電気分解して酸素と前記酸素よりも高圧な高圧水素とを発生させる水電解装置と、
前記水電解装置から前記高圧水素を排出する水素配管に配設され、前記高圧水素に含まれる水分を分離する気液分離装置と、
前記気液分離装置から水を排出する排水配管に配設され、少なくとも減圧弁を含む弁装置と、
を備える水電解システムであって、
前記水素配管から前記排水配管の間に配置され、前記弁装置に水の詰まりが発生するか否かを判断する検知装置と、
少なくとも前記減圧弁に直接装着され、前記検知装置により前記弁装置に前記水の詰まりが発生すると判断された際に、前記減圧弁内の水通路の洗浄を行うために駆動される超音波振動子と、
を備えることを特徴とする水電解システム。
【請求項２】
請求項１記載の水電解システムにおいて、前記検知装置は、少なくとも前記水素配管又は前記排水配管に配置される圧力センサを備えることを特徴とする水電解システム。
【請求項３】
請求項１又は２記載の水電解システムにおいて、前記検知装置は、前記気液分離装置に配置され、該気液分離装置内の水位が設定高さであるか否かを検出する水位検出部を備えることを特徴とする水電解システム。
【請求項４】
水を電気分解して酸素と前記酸素よりも高圧な高圧水素とを発生させる水電解装置と、
前記水電解装置から前記高圧水素を排出する水素配管に配設され、前記高圧水素に含まれる水分を分離する気液分離装置と、
前記気液分離装置から水を排出する排水配管に配設され、少なくとも減圧弁を含む弁装置と、
を備える水電解システムの運転方法であって、
前記水電解システムの運転中に、前記弁装置に水の詰まりが発生するか否かを判断する工程と、
前記弁装置に前記水の詰まりが発生すると判断された際、前記水電解システムの運転を行いながら、少なくとも前記減圧弁に直接装着された超音波振動子を駆動して、少なくとも該減圧弁内の水通路を洗浄する工程と、
を有することを特徴とする水電解システムの運転方法。
【請求項５】
請求項４記載の運転方法において、少なくとも前記水素配管又は前記排水配管に配置される圧力センサにより、前記弁装置に前記水の詰まりが発生するか否かを判断することを特徴とする水電解システムの運転方法。
【請求項６】
請求項４又は５記載の運転方法において、前記気液分離装置内の水位が設定高さであるか否かを検出することにより、前記弁装置に前記水の詰まりが発生するか否かを判断することを特徴とする水電解システムの運転方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−３６４５３（Ｐ２０１２−３６４５３Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７８２４０（Ｐ２０１０−１７８２４０）
【出願日】平成２２年８月９日（２０１０．８．９）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月９日（２０１０．８．９）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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