高圧水電解システム及びその運転方法
【課題】水電解装置の外部に気液分離装置を個別に設ける必要がなく、システム全体の小型化を図ることを可能にする。
【解決手段】高圧水電解システム１０を構成する単位セル１４は、電解質膜・電極構造体３２をアノード側セパレータ３４及びカソード側セパレータ３６により挟持する。電解質膜・電極構造体３２は、固体高分子電解質膜３８の両面にアノード側給電体４０及びカソード側給電体４２を設ける。カソード側セパレータ３６と固体高分子電解質膜３８との間には、皿ばね４６が配設されるカソード側流路６８が形成される。カソード側流路６８の上部には、高圧水素と高圧水とを分離する高圧水素分離排出部７０が設けられる一方、前記カソード側流路６８の下部には、前記高圧水素分離排出部７０で前記高圧水素から分離された前記高圧水を排出する高圧水排出部７２が設けられる。
【解決手段】高圧水電解システム１０を構成する単位セル１４は、電解質膜・電極構造体３２をアノード側セパレータ３４及びカソード側セパレータ３６により挟持する。電解質膜・電極構造体３２は、固体高分子電解質膜３８の両面にアノード側給電体４０及びカソード側給電体４２を設ける。カソード側セパレータ３６と固体高分子電解質膜３８との間には、皿ばね４６が配設されるカソード側流路６８が形成される。カソード側流路６８の上部には、高圧水素と高圧水とを分離する高圧水素分離排出部７０が設けられる一方、前記カソード側流路６８の下部には、前記高圧水素分離排出部７０で前記高圧水素から分離された前記高圧水を排出する高圧水排出部７２が設けられる。
【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高圧水素製造装置を備える高圧水電解システム及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、燃料電池を発電させるための燃料ガスとして、水素ガスが使用されている。一般的に、水素ガスを製造する水素製造装置として、水電解装置が採用されている。この水電解装置は、水を電気分解して水素（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、それぞれ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水電解スタックを用意し、前記水電解スタックの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、水素と共に生成された酸素が、余剰の水を伴って水電解スタックから排出される。
【０００４】
この種の水電解装置として、例えば、特許文献１に開示されている固体高分子膜型水電解装置が知られている。この水電解装置は、図５に示すように、固体高分子電解質膜１によって内部が陽極室２と陰極室３に区画された水電解槽４と、前記陽極室２の前記固体高分子電解質膜１側に電解水を供給する水供給手段５と、水電解により発生した酸素（Ｏ2 ）及び水素（Ｈ2 ）を分離する酸素分離手段（気液分離装置）６及び水素分離手段（気液分離装置）７とを具備している。
【０００５】
水電解槽４は、固体高分子電解質膜１が鉛直方向に沿って立設される一方、水素分離手段７は、前記水電解槽４の上方に水供給タンク８を設置している。そして、水供給タンク８からの水は、循環水として固体高分子電解質膜１に自然循環しつつ供給するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２８５３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の水電解装置では、水電解槽４から排出される水素と水との気液分離を行うための水素分離手段７が、前記水電解槽４の外部に設けられている。このため、システム全体が相当に大型化するという問題がある。
【０００８】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、水素製造装置の外部に気液分離装置を個別に設ける必要がなく、システム全体の小型化を容易に図ることが可能な高圧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】
【０００９】
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高圧水素製造装置を備える高圧水電解システムに関するものである。
【００１０】
この高圧水電解システムでは、高圧水素製造装置は、面方向を鉛直方向に沿って立位姿勢で配置される固体高分子電解質膜と、前記固体高分子電解質膜の左右両側に設けられる電解用のアノード側給電体及びカソード側給電体と、前記アノード側給電体に対向して配置され、水が供給されるとともに、前記水を電気分解して酸素が発生されるアノード側セパレータと、前記カソード側給電体に対向して配置され、前記水を電気分解して前記酸素よりも高圧な水素が発生されるカソード側セパレータと、前記カソード側給電体に積層方向に荷重を付与する弾性部材と、前記カソード側セパレータと前記固体高分子電解質膜との間に形成され、前記弾性部材が配設されるとともに、前記高圧水素が排出されるカソード室と、前記カソード室の上部に連通し、前記高圧水素と高圧水とを分離する高圧水素分離排出部と、前記カソード室の下部に連通し、前記高圧水素分離排出部で前記高圧水素から分離された前記高圧水を排出する高圧水排出部とを備えている。
【００１１】
また、この高圧水電解システムでは、複数の高圧水素製造装置が水平方向に沿って積層される高圧水電解スタックを備え、前記高圧水電解スタックは、積層方向に貫通し、各高圧水素製造装置の高圧水素分離排出部に連通する高圧水素連通孔と、前記積層方向に貫通し、各高圧水素製造装置の高圧水排出部に連通する高圧水連通孔とを設けるとともに、前記高圧水電解システムは、前記高圧水素連通孔に一端が接続され、前記高圧水素を前記高圧水電解スタックから排出する高圧水素排出配管と、前記高圧水連通孔に一端が接続され、前記高圧水を前記高圧水電解スタックから排出する高圧水排出配管と、前記高圧水素排出配管の他端及び前記高圧水排出配管の他端が接続され、前記高圧水電解スタック内の水位を検出する水位検出装置とを備えることが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明は、面方向を鉛直方向に沿って立位姿勢で配置される固体高分子電解質膜と、前記固体高分子電解質膜の左右両側に設けられる電解用のアノード側給電体及びカソード側給電体と、前記アノード側給電体に対向して配置され、水が供給されるとともに、前記水を電気分解して酸素が発生されるアノード側セパレータと、前記カソード側給電体に対向して配置され、前記水を電気分解して前記酸素よりも高圧な水素が発生されるカソード側セパレータと、前記カソード側給電体に積層方向に荷重を付与する弾性部材と、前記カソード側セパレータと前記固体高分子電解質膜との間に形成され、前記弾性部材が配設されるとともに、前記高圧水素が排出されるカソード室と、前記カソード室の上部に連通し、前記高圧水素と高圧水とを分離する高圧水素分離排出部と、前記カソード室の下部に連通し、前記高圧水素分離排出部で前記高圧水素から分離された前記高圧水を排出する高圧水排出部とを備える高圧水素製造装置を組み込む高圧水電解システムの運転方法に関するものである。
【００１３】
この運転方法は、高圧水素分離排出部の水位を検出する工程と、前記高圧水素分離排出部の水位が上限値を超えるか否かを判断する工程と、前記高圧水素分離排出部の水位が前記上限値を超えると判断された際、電解電流値を下げることにより、前記高圧水素分離排出部の水位を前記上限値以下に制御する工程と有している。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高圧水素が生成されるカソード室は、弾性部材が配設されるために比較的広い空間を有している。そして、この空間の上部には、カソード室に排出された高圧水素と高圧水とを分離する高圧水素分離排出部が設けられている。
【００１５】
従って、高圧水素製造装置の内部には、気液分離装置としての機能を兼用する高圧水素分離排出部が設けられている。これにより、高圧水素製造装置の外部には、気液分離装置を個別に設ける必要がなく、システム全体の小型化を図ることが可能になる。
【００１６】
また、本発明によれば、高圧水素分離排出部の水位が上限値を超えると判断された際、電解電流値を下げることにより、前記高圧水素分離排出部の水位を前記上限値以下に制御している。このため、固体高分子電解質膜は、常時、湿潤状態を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る高圧水電解システムの概略説明図である。
【図２】前記高圧水電解システムを構成する単位セルの分解斜視説明図である。
【図３】前記単位セルの図２中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線一部省略断面説明図である。
【図４】前記高圧水電解システムの運転方法を説明するフローチャートである。
【図５】特許文献１に開示されている水電解装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る高圧水電解システム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、１ＭＰａ〜７０ＭＰａの水素）を製造する差圧式水電解装置（高圧水素製造装置）１２を備える。
【００１９】
水電解装置１２は、複数の単位セル１４を積層した高圧水電解スタックを備える。単位セル１４の積層方向一端には、ターミナルプレート１６ａ、絶縁プレート１８ａ及びエンドプレート２０ａが外方に向かって、順次、配設される。単位セル１４の積層方向他端には、同様にターミナルプレート１６ｂ、絶縁プレート１８ｂ及びエンドプレート２０ｂが外方に向かって、順次、配設される。
【００２０】
エンドプレート２０ａ、２０ｂ間は、複数本のタイロッド２２を介して一体的に締め付け保持される。なお、水電解装置１２は、エンドプレート２０ａ、２０ｂを端板として含む箱状ケーシング（図示せず）により一体的に保持される構成を採用してもよい。また、水電解装置１２は、全体として略円柱体形状を有しているが、立方体形状等の種々の形状に設定可能である。
【００２１】
ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの側部には、端子部２４ａ、２４ｂが外方に突出して設けられる。端子部２４ａ、２４ｂは、電解電源２６に電気的に接続される。
【００２２】
図２及び図３に示すように、単位セル１４は、略円盤状の電解質膜・電極構造体３２と、この電解質膜・電極構造体３２を挟持するアノード側セパレータ３４及びカソード側セパレータ３６とを備える。アノード側セパレータ３４及びカソード側セパレータ３６は、略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。
【００２３】
電解質膜・電極構造体３２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３８と、前記固体高分子電解質膜３８の両面に設けられる円形状のアノード側給電体４０及びカソード側給電体４２とを備える。固体高分子電解質膜３８の外形寸法は、アノード側給電体４０及びカソード側給電体４２の外径寸法よりも大径に設定される。
【００２４】
固体高分子電解質膜３８の両面には、アノード電極触媒層４０ａ及びカソード電極触媒層４２ａが形成される。アノード電極触媒層４０ａ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４２ａは、例えば、白金触媒を使用する。
【００２５】
アノード側給電体４０及びカソード側給電体４２は、例えば、球状アトマイズチタン粉末の焼結体（多孔質導電体）により構成される。アノード側給電体４０及びカソード側給電体４２は、研削加工後にエッチング処理される平滑表面部を設けるとともに、空隙率が１０％〜５０％、より好ましくは、２０％〜４０％の範囲内に設定される。
【００２６】
カソード側給電体４２には、プレート部材４４が積層されるとともに、前記プレート部材４４とカソード側セパレータ３６との間には、弾性部材、例えば、複数枚の皿ばね４６が配設される。プレート部材４４は、例えば、チタン製のパンチングプレートにより構成され、複数の孔部４４ａが形成される。皿ばね４６は、皿ばねホルダであるプレート部材４４を介してカソード側給電体４２に荷重を付与する。なお、皿ばね４６に代えて、例えば、コイルスプリング等を使用してもよい。
【００２７】
図２に示すように、単位セル１４の外周部には、セパレータ面方向外方に突出する第１突出部４８ａ、第２突出部４８ｂ、第３突出部４８ｃ及び第４突出部４８ｄが形成される。第１突出部４８ａ、第３突出部４８ｃ、第２突出部４８ｂ及び第４突出部４８ｄは、単位セル１４の外周部に等角度間隔ずつ離間して設けられる。
【００２８】
第１突出部４８ａには、積層方向である矢印Ａ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５０が設けられる。第２突出部４８ｂには、矢印Ａ方向に互いに連通して、反応により生成された酸素及び未使用の水を排出するための水排出連通孔５２が設けられる。
【００２９】
第３突出部４８ｃには、矢印Ａ方向に互いに連通して、反応により生成された高圧水素を流すための高圧水素連通孔５４が設けられる。第４突出部４８ｄには、矢印Ａ方向に互いに連通して、高圧水素から分離された高圧水を排出するための高圧水連通孔５６が設けられる。
【００３０】
水供給連通孔５０及び水排出連通孔５２は、開口断面長円形状を有するとともに、互いに点対称の位置に配置される。高圧水素連通孔５４及び高圧水連通孔５６は、開口断面円形状を有するとともに、互いに点対称の位置に配置される。
【００３１】
アノード側セパレータ３４には、水供給連通孔５０に連通する水供給通路５８と、水排出連通孔５２に連通する水排出通路６０とが設けられる。アノード側セパレータ３４の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３４ａには、水供給通路５８及び水排出通路６０に連通するアノード側流路６２が設けられる。
【００３２】
図２及び図３に示すように、カソード側セパレータ３６には、高圧水素連通孔５４に連通する水素排出通路６４と、高圧水連通孔５６に連通する高圧水排出通路６６とが設けられる。カソード側セパレータ３６の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３６ａには、水素排出通路６４及び高圧水排出通路６６に連通するとともに、高圧水素が排出されるカソード側流路（カソード室）６８が設けられる。
【００３３】
水素排出通路６４は、気液分離して気泡が水を押し上げない径に設定される。水素排出通路６４の径は、高圧水排出通路６６の径よりも大径に構成されることが好ましい。
【００３４】
図３に示すように、カソード側流路６８の上部には、高圧水素と高圧水とを分離する高圧水素分離排出部７０が連通する。カソード側流路６８の下部には、高圧水素分離排出部７０で高圧水素から分離された高圧水を排出する高圧水排出部７２が連通する。
【００３５】
図２及び図３に示すように、アノード側セパレータ３４の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３４ａには、複数のシール部材７４を配設するための複数のシール溝７６が形成される。カソード側セパレータ３６の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３６ａには、複数のシール部材７８を配設するための複数のシール溝８０が形成される。シール部材７４、７８は、例えば、Ｏリングである。
【００３６】
図１に示すように、エンドプレート２０ａには、高圧水素連通孔５４に連通する配管マニホールド８２及び高圧水連通孔５６に連通する配管マニホールド８４が接続される。エンドプレート２０ｂには、水供給連通孔５０に連通する配管マニホールド８６及び水排出連通孔５２に連通する配管マニホールド８８が接続される。
【００３７】
配管マニホールド８２には、高圧水素連通孔５４に連通して高圧水素を水電解装置１２から排出する高圧水素排出配管９０の一端が接続される。高圧水素排出配管９０から分岐配管９０ａが分岐するとともに、前記分岐配管９０ａは、水電解装置１２内の水位を検出するための水位検出装置９２の上部に接続される。高圧水素排出配管９０には、第１背圧弁９４が配設される。高圧水素排出配管９０の他端は、図示しないが、水素ガス貯留部又は燃料電池車両の水素ガスタンク等の高圧水素供給部に接続されて前記高圧水素供給部に高圧水素を充填可能である。
【００３８】
配管マニホールド８４には、高圧水連通孔５６に連通して高圧水を水電解装置１２から排出する高圧水排出配管９６の一端が接続される。高圧水排出配管９６の他端は、水位検出装置９２の下部に接続される。
【００３９】
水位検出装置９２には、内部の水位を検出するための水位センサ部９８が設けられるとともに、前記水位検出装置９２の下部側には、排水配管１００が接続される。排水配管１００には、第２背圧弁１０２と開閉弁（電磁弁）１０４とが配設される。第２背圧弁１０２は、第１背圧弁９４よりも低い圧力値に設定される。
【００４０】
配管マニホールド８６には、水供給連通孔５０に水（純水）を供給するための水供給配管１０６が接続される。配管マニホールド８８には、水排出連通孔５２から酸素及び未使用の水を排出するための水排出配管１０８が接続される。
【００４１】
このように構成される高圧水電解システム１０の動作について、以下に説明する。
【００４２】
図１に示すように、水供給配管１０６から配管マニホールド８６を通って水電解装置１２の水供給連通孔５０に水が供給されるとともに、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの端子部２４ａ、２４ｂに電気的に接続されている電解電源２６を介して電解電圧が付与される。
【００４３】
このため、図２に示すように、各単位セル１４では、水供給連通孔５０からアノード側セパレータ３４のアノード側流路６２に水が供給され、この水がアノード側給電体４０内に沿って移動する。従って、水は、アノード電極触媒層４０ａ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３８を透過してカソード電極触媒層４２ａ側に移動し、電子と結合して水素が得られる。
【００４４】
このため、図２及び図３に示すように、カソード側給電体４２の内部、プレート部材４４の孔部４４ａ及びカソード側流路６８に沿って、水素が流動する。この水素は、水供給連通孔５０よりも高圧に維持されており、高圧水素連通孔５４を流れて水電解装置１２の外部に取り出し可能となる。一方、アノード側流路６２には、反応により生成した酸素と、使用済みの水とが流動しており、これらが水排出連通孔５２から水排出配管１０８に沿って水電解装置１２の外部に排出される。
【００４５】
この場合、本実施形態では、図３に示すように、高圧水素が生成されるカソード側流路６８は、皿ばね４６が配設されるために比較的広い空間を有している。そして、この空間の上部には、高圧水素と高圧水とを分離するための高圧水素分離排出部７０が設けられている。
【００４６】
従って、高圧水素分離排出部７０で高圧水が分離された高圧水素は、高圧水素連通孔５４を流れて水電解装置１２から高圧水素排出配管９０に排出される。さらに、高圧水素は、高圧水素排出配管９０を通って高圧水素供給部に供給可能になる。また、高圧水素の一部は、分岐配管９０ａを通って水位検出装置９２に供給される。
【００４７】
一方、高圧水素分離排出部７０で高圧水素から分離された高圧水は、高圧水連通孔５６を流れて水電解装置１２から高圧水排出配管９６に排出される。この高圧水は、水位検出装置９２に供給される。
【００４８】
このように、本実施形態では、水電解装置１２の内部に、気液分離装置としての機能を兼用する高圧水素分離排出部７０が設けられている。このため、水電解装置１２の外部に気液分離装置を個別に設ける必要がなく、高圧水電解システム１０全体の小型化を図ることが可能になるという効果が得られる。
【００４９】
しかも、高圧水素分離排出部７０は、各単位セル１４毎に設けられている。従って、各高圧水素分離排出部７０で分離するための流量は、単一の気液分離装置を用いる場合に比べて大幅に削減され（１／単位セル数）、高圧水素と高圧水との分離が容易且つ確実に遂行される。
【００５０】
さらに、図２に示すように、第１突出部４８ａ、第３突出部４８ｃ、第２突出部４８ｂ及び第４突出部４８ｄが、単位セル１４の外周部に等角度間隔ずつ離間して設けられている。これにより、アノード側セパレータ３４及びカソード側セパレータ３６は、高圧水素の圧力により偏り荷重を受けることがなく、所望のシール性を確保することが可能になる。
【００５１】
次いで、高圧水電解システム１０の運転方法について、図４に示すフローチャートに沿って、以下に説明する。
【００５２】
上記のように、水電解処理が行われている際（ステップＳ１）、水位検出装置９２には、高圧水排出配管９６から高圧水が供給されるとともに、高圧水素排出配管９０から分岐配管９０ａを介して高圧水素による圧力が付与されている。すなわち、水位検出装置９２は、水電解装置１２のカソード側流路６８と同一の条件に維持されている。
【００５３】
水位検出装置９２では、水位センサ部９８を介して前記水位検出装置９２内に貯留されている水の水位が検出される（ステップＳ２）。そして、検出された水位が、予め設定された上限値を超えるか否かが判断される（ステップＳ３）。ここで、水位検出装置９２により制御される水位範囲は、図３に示すように、単位セル１４の水素排出通路６４と高圧水素連通孔５４との境界部位から下方に高さＴの範囲である。
【００５４】
検出された水位が、上限値を超えると判断されると（ステップＳ３中、ＹＥＳ）、ステップＳ４に進んで、電解電源２６から印加される電解電流を低下させる。このため、カソード側流路６８に透過する水分量が減少し、水位が低下する。従って、各単位セル１４では、カソード側流路６８の水位が所定の水位範囲である高さＴの範囲内に制御される。この処理は、水電解処理が終了するまで、継続される（ステップＳ５）。なお、水位が所定水位以上になった時、開閉弁１０４を開弁して排水を開始する。
【００５５】
これにより、各単位セル１４では、カソード側流路６８を、常時、水により満たすことができ、固体高分子電解質膜３８は、常時、所望の湿潤状態に維持することが可能になる。
【符号の説明】
【００５６】
１０…高圧水電解システム １２…水電解装置
１４…単位セル ２６…電解電源
３２…電解質膜・電極構造体 ３４…アノード側セパレータ
３６…カソード側セパレータ ３８…固体高分子電解質膜
４０…アノード側給電体 ４２…カソード側給電体
４４…プレート部材 ４６…皿ばね
５０…水供給連通孔 ５２…水排出連通孔
５４…高圧水素連通孔 ５６…高圧水連通孔
５８…水供給通路 ６０…水排出通路
６２…アノード側流路 ６４…水素排出通路
６６…高圧水排出通路 ６８…カソード側流路
７０…高圧水素分離排出部 ７２…高圧水排出部
９０…高圧水素排出配管 ９２…水位検出装置
９６…高圧水排出配管 ９８…水位センサ部
【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高圧水素製造装置を備える高圧水電解システム及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、燃料電池を発電させるための燃料ガスとして、水素ガスが使用されている。一般的に、水素ガスを製造する水素製造装置として、水電解装置が採用されている。この水電解装置は、水を電気分解して水素（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、それぞれ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水電解スタックを用意し、前記水電解スタックの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、水素と共に生成された酸素が、余剰の水を伴って水電解スタックから排出される。
【０００４】
この種の水電解装置として、例えば、特許文献１に開示されている固体高分子膜型水電解装置が知られている。この水電解装置は、図５に示すように、固体高分子電解質膜１によって内部が陽極室２と陰極室３に区画された水電解槽４と、前記陽極室２の前記固体高分子電解質膜１側に電解水を供給する水供給手段５と、水電解により発生した酸素（Ｏ2 ）及び水素（Ｈ2 ）を分離する酸素分離手段（気液分離装置）６及び水素分離手段（気液分離装置）７とを具備している。
【０００５】
水電解槽４は、固体高分子電解質膜１が鉛直方向に沿って立設される一方、水素分離手段７は、前記水電解槽４の上方に水供給タンク８を設置している。そして、水供給タンク８からの水は、循環水として固体高分子電解質膜１に自然循環しつつ供給するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２８５３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の水電解装置では、水電解槽４から排出される水素と水との気液分離を行うための水素分離手段７が、前記水電解槽４の外部に設けられている。このため、システム全体が相当に大型化するという問題がある。
【０００８】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、水素製造装置の外部に気液分離装置を個別に設ける必要がなく、システム全体の小型化を容易に図ることが可能な高圧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】
【０００９】
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高圧水素製造装置を備える高圧水電解システムに関するものである。
【００１０】
この高圧水電解システムでは、高圧水素製造装置は、面方向を鉛直方向に沿って立位姿勢で配置される固体高分子電解質膜と、前記固体高分子電解質膜の左右両側に設けられる電解用のアノード側給電体及びカソード側給電体と、前記アノード側給電体に対向して配置され、水が供給されるとともに、前記水を電気分解して酸素が発生されるアノード側セパレータと、前記カソード側給電体に対向して配置され、前記水を電気分解して前記酸素よりも高圧な水素が発生されるカソード側セパレータと、前記カソード側給電体に積層方向に荷重を付与する弾性部材と、前記カソード側セパレータと前記固体高分子電解質膜との間に形成され、前記弾性部材が配設されるとともに、前記高圧水素が排出されるカソード室と、前記カソード室の上部に連通し、前記高圧水素と高圧水とを分離する高圧水素分離排出部と、前記カソード室の下部に連通し、前記高圧水素分離排出部で前記高圧水素から分離された前記高圧水を排出する高圧水排出部とを備えている。
【００１１】
また、この高圧水電解システムでは、複数の高圧水素製造装置が水平方向に沿って積層される高圧水電解スタックを備え、前記高圧水電解スタックは、積層方向に貫通し、各高圧水素製造装置の高圧水素分離排出部に連通する高圧水素連通孔と、前記積層方向に貫通し、各高圧水素製造装置の高圧水排出部に連通する高圧水連通孔とを設けるとともに、前記高圧水電解システムは、前記高圧水素連通孔に一端が接続され、前記高圧水素を前記高圧水電解スタックから排出する高圧水素排出配管と、前記高圧水連通孔に一端が接続され、前記高圧水を前記高圧水電解スタックから排出する高圧水排出配管と、前記高圧水素排出配管の他端及び前記高圧水排出配管の他端が接続され、前記高圧水電解スタック内の水位を検出する水位検出装置とを備えることが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明は、面方向を鉛直方向に沿って立位姿勢で配置される固体高分子電解質膜と、前記固体高分子電解質膜の左右両側に設けられる電解用のアノード側給電体及びカソード側給電体と、前記アノード側給電体に対向して配置され、水が供給されるとともに、前記水を電気分解して酸素が発生されるアノード側セパレータと、前記カソード側給電体に対向して配置され、前記水を電気分解して前記酸素よりも高圧な水素が発生されるカソード側セパレータと、前記カソード側給電体に積層方向に荷重を付与する弾性部材と、前記カソード側セパレータと前記固体高分子電解質膜との間に形成され、前記弾性部材が配設されるとともに、前記高圧水素が排出されるカソード室と、前記カソード室の上部に連通し、前記高圧水素と高圧水とを分離する高圧水素分離排出部と、前記カソード室の下部に連通し、前記高圧水素分離排出部で前記高圧水素から分離された前記高圧水を排出する高圧水排出部とを備える高圧水素製造装置を組み込む高圧水電解システムの運転方法に関するものである。
【００１３】
この運転方法は、高圧水素分離排出部の水位を検出する工程と、前記高圧水素分離排出部の水位が上限値を超えるか否かを判断する工程と、前記高圧水素分離排出部の水位が前記上限値を超えると判断された際、電解電流値を下げることにより、前記高圧水素分離排出部の水位を前記上限値以下に制御する工程と有している。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高圧水素が生成されるカソード室は、弾性部材が配設されるために比較的広い空間を有している。そして、この空間の上部には、カソード室に排出された高圧水素と高圧水とを分離する高圧水素分離排出部が設けられている。
【００１５】
従って、高圧水素製造装置の内部には、気液分離装置としての機能を兼用する高圧水素分離排出部が設けられている。これにより、高圧水素製造装置の外部には、気液分離装置を個別に設ける必要がなく、システム全体の小型化を図ることが可能になる。
【００１６】
また、本発明によれば、高圧水素分離排出部の水位が上限値を超えると判断された際、電解電流値を下げることにより、前記高圧水素分離排出部の水位を前記上限値以下に制御している。このため、固体高分子電解質膜は、常時、湿潤状態を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る高圧水電解システムの概略説明図である。
【図２】前記高圧水電解システムを構成する単位セルの分解斜視説明図である。
【図３】前記単位セルの図２中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線一部省略断面説明図である。
【図４】前記高圧水電解システムの運転方法を説明するフローチャートである。
【図５】特許文献１に開示されている水電解装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る高圧水電解システム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、１ＭＰａ〜７０ＭＰａの水素）を製造する差圧式水電解装置（高圧水素製造装置）１２を備える。
【００１９】
水電解装置１２は、複数の単位セル１４を積層した高圧水電解スタックを備える。単位セル１４の積層方向一端には、ターミナルプレート１６ａ、絶縁プレート１８ａ及びエンドプレート２０ａが外方に向かって、順次、配設される。単位セル１４の積層方向他端には、同様にターミナルプレート１６ｂ、絶縁プレート１８ｂ及びエンドプレート２０ｂが外方に向かって、順次、配設される。
【００２０】
エンドプレート２０ａ、２０ｂ間は、複数本のタイロッド２２を介して一体的に締め付け保持される。なお、水電解装置１２は、エンドプレート２０ａ、２０ｂを端板として含む箱状ケーシング（図示せず）により一体的に保持される構成を採用してもよい。また、水電解装置１２は、全体として略円柱体形状を有しているが、立方体形状等の種々の形状に設定可能である。
【００２１】
ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの側部には、端子部２４ａ、２４ｂが外方に突出して設けられる。端子部２４ａ、２４ｂは、電解電源２６に電気的に接続される。
【００２２】
図２及び図３に示すように、単位セル１４は、略円盤状の電解質膜・電極構造体３２と、この電解質膜・電極構造体３２を挟持するアノード側セパレータ３４及びカソード側セパレータ３６とを備える。アノード側セパレータ３４及びカソード側セパレータ３６は、略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。
【００２３】
電解質膜・電極構造体３２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３８と、前記固体高分子電解質膜３８の両面に設けられる円形状のアノード側給電体４０及びカソード側給電体４２とを備える。固体高分子電解質膜３８の外形寸法は、アノード側給電体４０及びカソード側給電体４２の外径寸法よりも大径に設定される。
【００２４】
固体高分子電解質膜３８の両面には、アノード電極触媒層４０ａ及びカソード電極触媒層４２ａが形成される。アノード電極触媒層４０ａ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４２ａは、例えば、白金触媒を使用する。
【００２５】
アノード側給電体４０及びカソード側給電体４２は、例えば、球状アトマイズチタン粉末の焼結体（多孔質導電体）により構成される。アノード側給電体４０及びカソード側給電体４２は、研削加工後にエッチング処理される平滑表面部を設けるとともに、空隙率が１０％〜５０％、より好ましくは、２０％〜４０％の範囲内に設定される。
【００２６】
カソード側給電体４２には、プレート部材４４が積層されるとともに、前記プレート部材４４とカソード側セパレータ３６との間には、弾性部材、例えば、複数枚の皿ばね４６が配設される。プレート部材４４は、例えば、チタン製のパンチングプレートにより構成され、複数の孔部４４ａが形成される。皿ばね４６は、皿ばねホルダであるプレート部材４４を介してカソード側給電体４２に荷重を付与する。なお、皿ばね４６に代えて、例えば、コイルスプリング等を使用してもよい。
【００２７】
図２に示すように、単位セル１４の外周部には、セパレータ面方向外方に突出する第１突出部４８ａ、第２突出部４８ｂ、第３突出部４８ｃ及び第４突出部４８ｄが形成される。第１突出部４８ａ、第３突出部４８ｃ、第２突出部４８ｂ及び第４突出部４８ｄは、単位セル１４の外周部に等角度間隔ずつ離間して設けられる。
【００２８】
第１突出部４８ａには、積層方向である矢印Ａ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５０が設けられる。第２突出部４８ｂには、矢印Ａ方向に互いに連通して、反応により生成された酸素及び未使用の水を排出するための水排出連通孔５２が設けられる。
【００２９】
第３突出部４８ｃには、矢印Ａ方向に互いに連通して、反応により生成された高圧水素を流すための高圧水素連通孔５４が設けられる。第４突出部４８ｄには、矢印Ａ方向に互いに連通して、高圧水素から分離された高圧水を排出するための高圧水連通孔５６が設けられる。
【００３０】
水供給連通孔５０及び水排出連通孔５２は、開口断面長円形状を有するとともに、互いに点対称の位置に配置される。高圧水素連通孔５４及び高圧水連通孔５６は、開口断面円形状を有するとともに、互いに点対称の位置に配置される。
【００３１】
アノード側セパレータ３４には、水供給連通孔５０に連通する水供給通路５８と、水排出連通孔５２に連通する水排出通路６０とが設けられる。アノード側セパレータ３４の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３４ａには、水供給通路５８及び水排出通路６０に連通するアノード側流路６２が設けられる。
【００３２】
図２及び図３に示すように、カソード側セパレータ３６には、高圧水素連通孔５４に連通する水素排出通路６４と、高圧水連通孔５６に連通する高圧水排出通路６６とが設けられる。カソード側セパレータ３６の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３６ａには、水素排出通路６４及び高圧水排出通路６６に連通するとともに、高圧水素が排出されるカソード側流路（カソード室）６８が設けられる。
【００３３】
水素排出通路６４は、気液分離して気泡が水を押し上げない径に設定される。水素排出通路６４の径は、高圧水排出通路６６の径よりも大径に構成されることが好ましい。
【００３４】
図３に示すように、カソード側流路６８の上部には、高圧水素と高圧水とを分離する高圧水素分離排出部７０が連通する。カソード側流路６８の下部には、高圧水素分離排出部７０で高圧水素から分離された高圧水を排出する高圧水排出部７２が連通する。
【００３５】
図２及び図３に示すように、アノード側セパレータ３４の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３４ａには、複数のシール部材７４を配設するための複数のシール溝７６が形成される。カソード側セパレータ３６の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３６ａには、複数のシール部材７８を配設するための複数のシール溝８０が形成される。シール部材７４、７８は、例えば、Ｏリングである。
【００３６】
図１に示すように、エンドプレート２０ａには、高圧水素連通孔５４に連通する配管マニホールド８２及び高圧水連通孔５６に連通する配管マニホールド８４が接続される。エンドプレート２０ｂには、水供給連通孔５０に連通する配管マニホールド８６及び水排出連通孔５２に連通する配管マニホールド８８が接続される。
【００３７】
配管マニホールド８２には、高圧水素連通孔５４に連通して高圧水素を水電解装置１２から排出する高圧水素排出配管９０の一端が接続される。高圧水素排出配管９０から分岐配管９０ａが分岐するとともに、前記分岐配管９０ａは、水電解装置１２内の水位を検出するための水位検出装置９２の上部に接続される。高圧水素排出配管９０には、第１背圧弁９４が配設される。高圧水素排出配管９０の他端は、図示しないが、水素ガス貯留部又は燃料電池車両の水素ガスタンク等の高圧水素供給部に接続されて前記高圧水素供給部に高圧水素を充填可能である。
【００３８】
配管マニホールド８４には、高圧水連通孔５６に連通して高圧水を水電解装置１２から排出する高圧水排出配管９６の一端が接続される。高圧水排出配管９６の他端は、水位検出装置９２の下部に接続される。
【００３９】
水位検出装置９２には、内部の水位を検出するための水位センサ部９８が設けられるとともに、前記水位検出装置９２の下部側には、排水配管１００が接続される。排水配管１００には、第２背圧弁１０２と開閉弁（電磁弁）１０４とが配設される。第２背圧弁１０２は、第１背圧弁９４よりも低い圧力値に設定される。
【００４０】
配管マニホールド８６には、水供給連通孔５０に水（純水）を供給するための水供給配管１０６が接続される。配管マニホールド８８には、水排出連通孔５２から酸素及び未使用の水を排出するための水排出配管１０８が接続される。
【００４１】
このように構成される高圧水電解システム１０の動作について、以下に説明する。
【００４２】
図１に示すように、水供給配管１０６から配管マニホールド８６を通って水電解装置１２の水供給連通孔５０に水が供給されるとともに、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの端子部２４ａ、２４ｂに電気的に接続されている電解電源２６を介して電解電圧が付与される。
【００４３】
このため、図２に示すように、各単位セル１４では、水供給連通孔５０からアノード側セパレータ３４のアノード側流路６２に水が供給され、この水がアノード側給電体４０内に沿って移動する。従って、水は、アノード電極触媒層４０ａ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３８を透過してカソード電極触媒層４２ａ側に移動し、電子と結合して水素が得られる。
【００４４】
このため、図２及び図３に示すように、カソード側給電体４２の内部、プレート部材４４の孔部４４ａ及びカソード側流路６８に沿って、水素が流動する。この水素は、水供給連通孔５０よりも高圧に維持されており、高圧水素連通孔５４を流れて水電解装置１２の外部に取り出し可能となる。一方、アノード側流路６２には、反応により生成した酸素と、使用済みの水とが流動しており、これらが水排出連通孔５２から水排出配管１０８に沿って水電解装置１２の外部に排出される。
【００４５】
この場合、本実施形態では、図３に示すように、高圧水素が生成されるカソード側流路６８は、皿ばね４６が配設されるために比較的広い空間を有している。そして、この空間の上部には、高圧水素と高圧水とを分離するための高圧水素分離排出部７０が設けられている。
【００４６】
従って、高圧水素分離排出部７０で高圧水が分離された高圧水素は、高圧水素連通孔５４を流れて水電解装置１２から高圧水素排出配管９０に排出される。さらに、高圧水素は、高圧水素排出配管９０を通って高圧水素供給部に供給可能になる。また、高圧水素の一部は、分岐配管９０ａを通って水位検出装置９２に供給される。
【００４７】
一方、高圧水素分離排出部７０で高圧水素から分離された高圧水は、高圧水連通孔５６を流れて水電解装置１２から高圧水排出配管９６に排出される。この高圧水は、水位検出装置９２に供給される。
【００４８】
このように、本実施形態では、水電解装置１２の内部に、気液分離装置としての機能を兼用する高圧水素分離排出部７０が設けられている。このため、水電解装置１２の外部に気液分離装置を個別に設ける必要がなく、高圧水電解システム１０全体の小型化を図ることが可能になるという効果が得られる。
【００４９】
しかも、高圧水素分離排出部７０は、各単位セル１４毎に設けられている。従って、各高圧水素分離排出部７０で分離するための流量は、単一の気液分離装置を用いる場合に比べて大幅に削減され（１／単位セル数）、高圧水素と高圧水との分離が容易且つ確実に遂行される。
【００５０】
さらに、図２に示すように、第１突出部４８ａ、第３突出部４８ｃ、第２突出部４８ｂ及び第４突出部４８ｄが、単位セル１４の外周部に等角度間隔ずつ離間して設けられている。これにより、アノード側セパレータ３４及びカソード側セパレータ３６は、高圧水素の圧力により偏り荷重を受けることがなく、所望のシール性を確保することが可能になる。
【００５１】
次いで、高圧水電解システム１０の運転方法について、図４に示すフローチャートに沿って、以下に説明する。
【００５２】
上記のように、水電解処理が行われている際（ステップＳ１）、水位検出装置９２には、高圧水排出配管９６から高圧水が供給されるとともに、高圧水素排出配管９０から分岐配管９０ａを介して高圧水素による圧力が付与されている。すなわち、水位検出装置９２は、水電解装置１２のカソード側流路６８と同一の条件に維持されている。
【００５３】
水位検出装置９２では、水位センサ部９８を介して前記水位検出装置９２内に貯留されている水の水位が検出される（ステップＳ２）。そして、検出された水位が、予め設定された上限値を超えるか否かが判断される（ステップＳ３）。ここで、水位検出装置９２により制御される水位範囲は、図３に示すように、単位セル１４の水素排出通路６４と高圧水素連通孔５４との境界部位から下方に高さＴの範囲である。
【００５４】
検出された水位が、上限値を超えると判断されると（ステップＳ３中、ＹＥＳ）、ステップＳ４に進んで、電解電源２６から印加される電解電流を低下させる。このため、カソード側流路６８に透過する水分量が減少し、水位が低下する。従って、各単位セル１４では、カソード側流路６８の水位が所定の水位範囲である高さＴの範囲内に制御される。この処理は、水電解処理が終了するまで、継続される（ステップＳ５）。なお、水位が所定水位以上になった時、開閉弁１０４を開弁して排水を開始する。
【００５５】
これにより、各単位セル１４では、カソード側流路６８を、常時、水により満たすことができ、固体高分子電解質膜３８は、常時、所望の湿潤状態に維持することが可能になる。
【符号の説明】
【００５６】
１０…高圧水電解システム １２…水電解装置
１４…単位セル ２６…電解電源
３２…電解質膜・電極構造体 ３４…アノード側セパレータ
３６…カソード側セパレータ ３８…固体高分子電解質膜
４０…アノード側給電体 ４２…カソード側給電体
４４…プレート部材 ４６…皿ばね
５０…水供給連通孔 ５２…水排出連通孔
５４…高圧水素連通孔 ５６…高圧水連通孔
５８…水供給通路 ６０…水排出通路
６２…アノード側流路 ６４…水素排出通路
６６…高圧水排出通路 ６８…カソード側流路
７０…高圧水素分離排出部 ７２…高圧水排出部
９０…高圧水素排出配管 ９２…水位検出装置
９６…高圧水排出配管 ９８…水位センサ部
【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高圧水素製造装置を備える高圧水電解システムであって、
前記高圧水素製造装置は、面方向を鉛直方向に沿って立位姿勢で配置される固体高分子電解質膜と、
前記固体高分子電解質膜の左右両側に設けられる電解用のアノード側給電体及びカソード側給電体と、
前記アノード側給電体に対向して配置され、水が供給されるとともに、前記水を電気分解して酸素が発生されるアノード側セパレータと、
前記カソード側給電体に対向して配置され、前記水を電気分解して前記酸素よりも高圧な水素が発生されるカソード側セパレータと、
前記カソード側給電体に積層方向に荷重を付与する弾性部材と、
前記カソード側セパレータと前記固体高分子電解質膜との間に形成され、前記弾性部材が配設されるとともに、前記高圧水素が排出されるカソード室と、
前記カソード室の上部に連通し、前記高圧水素と高圧水とを分離する高圧水素分離排出部と、
前記カソード室の下部に連通し、前記高圧水素分離排出部で前記高圧水素から分離された前記高圧水を排出する高圧水排出部と、
を備えることを特徴とする高圧水電解システム。
【請求項２】
請求項１記載の高圧水電解システムにおいて、複数の前記高圧水素製造装置が水平方向に沿って積層される高圧水電解スタックを備え、
前記高圧水電解スタックは、積層方向に貫通し、各高圧水素製造装置の前記高圧水素分離排出部に連通する高圧水素連通孔と、
前記積層方向に貫通し、各高圧水素製造装置の前記高圧水排出部に連通する高圧水連通孔と、
を設けるとともに、
前記高圧水電解システムは、前記高圧水素連通孔に一端が接続され、前記高圧水素を前記高圧水電解スタックから排出する高圧水素排出配管と、
前記高圧水連通孔に一端が接続され、前記高圧水を前記高圧水電解スタックから排出する高圧水排出配管と、
前記高圧水素排出配管の他端及び前記高圧水排出配管の他端が接続され、前記高圧水電解スタック内の水位を検出する水位検出装置と、
を備えることを特徴とする高圧水電解システム。
【請求項３】
面方向を鉛直方向に沿って立位姿勢で配置される固体高分子電解質膜と、
前記固体高分子電解質膜の左右両側に設けられる電解用のアノード側給電体及びカソード側給電体と、
前記アノード側給電体に対向して配置され、水が供給されるとともに、前記水を電気分解して酸素が発生されるアノード側セパレータと、
前記カソード側給電体に対向して配置され、前記水を電気分解して前記酸素よりも高圧な水素が発生されるカソード側セパレータと、
前記カソード側給電体に積層方向に荷重を付与する弾性部材と、
前記カソード側セパレータと前記固体高分子電解質膜との間に形成され、前記弾性部材が配設されるとともに、前記高圧水素が排出されるカソード室と、
前記カソード室の上部に連通し、前記高圧水素と高圧水とを分離する高圧水素分離排出部と、
前記カソード室の下部に連通し、前記高圧水素分離排出部で前記高圧水素から分離された前記高圧水を排出する高圧水排出部と、
を備える高圧水素製造装置を組み込む高圧水電解システムの運転方法であって、
前記高圧水素分離排出部の水位を検出する工程と、
前記高圧水素分離排出部の水位が上限値を超えるか否かを判断する工程と、
前記高圧水素分離排出部の水位が前記上限値を超えると判断された際、電解電流値を下げることにより、前記高圧水素分離排出部の水位を前記上限値以下に制御する工程と、
を有することを特徴とする高圧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高圧水素製造装置を備える高圧水電解システムであって、
前記高圧水素製造装置は、面方向を鉛直方向に沿って立位姿勢で配置される固体高分子電解質膜と、
前記固体高分子電解質膜の左右両側に設けられる電解用のアノード側給電体及びカソード側給電体と、
前記アノード側給電体に対向して配置され、水が供給されるとともに、前記水を電気分解して酸素が発生されるアノード側セパレータと、
前記カソード側給電体に対向して配置され、前記水を電気分解して前記酸素よりも高圧な水素が発生されるカソード側セパレータと、
前記カソード側給電体に積層方向に荷重を付与する弾性部材と、
前記カソード側セパレータと前記固体高分子電解質膜との間に形成され、前記弾性部材が配設されるとともに、前記高圧水素が排出されるカソード室と、
前記カソード室の上部に連通し、前記高圧水素と高圧水とを分離する高圧水素分離排出部と、
前記カソード室の下部に連通し、前記高圧水素分離排出部で前記高圧水素から分離された前記高圧水を排出する高圧水排出部と、
を備えることを特徴とする高圧水電解システム。
【請求項２】
請求項１記載の高圧水電解システムにおいて、複数の前記高圧水素製造装置が水平方向に沿って積層される高圧水電解スタックを備え、
前記高圧水電解スタックは、積層方向に貫通し、各高圧水素製造装置の前記高圧水素分離排出部に連通する高圧水素連通孔と、
前記積層方向に貫通し、各高圧水素製造装置の前記高圧水排出部に連通する高圧水連通孔と、
を設けるとともに、
前記高圧水電解システムは、前記高圧水素連通孔に一端が接続され、前記高圧水素を前記高圧水電解スタックから排出する高圧水素排出配管と、
前記高圧水連通孔に一端が接続され、前記高圧水を前記高圧水電解スタックから排出する高圧水排出配管と、
前記高圧水素排出配管の他端及び前記高圧水排出配管の他端が接続され、前記高圧水電解スタック内の水位を検出する水位検出装置と、
を備えることを特徴とする高圧水電解システム。
【請求項３】
面方向を鉛直方向に沿って立位姿勢で配置される固体高分子電解質膜と、
前記固体高分子電解質膜の左右両側に設けられる電解用のアノード側給電体及びカソード側給電体と、
前記アノード側給電体に対向して配置され、水が供給されるとともに、前記水を電気分解して酸素が発生されるアノード側セパレータと、
前記カソード側給電体に対向して配置され、前記水を電気分解して前記酸素よりも高圧な水素が発生されるカソード側セパレータと、
前記カソード側給電体に積層方向に荷重を付与する弾性部材と、
前記カソード側セパレータと前記固体高分子電解質膜との間に形成され、前記弾性部材が配設されるとともに、前記高圧水素が排出されるカソード室と、
前記カソード室の上部に連通し、前記高圧水素と高圧水とを分離する高圧水素分離排出部と、
前記カソード室の下部に連通し、前記高圧水素分離排出部で前記高圧水素から分離された前記高圧水を排出する高圧水排出部と、
を備える高圧水素製造装置を組み込む高圧水電解システムの運転方法であって、
前記高圧水素分離排出部の水位を検出する工程と、
前記高圧水素分離排出部の水位が上限値を超えるか否かを判断する工程と、
前記高圧水素分離排出部の水位が前記上限値を超えると判断された際、電解電流値を下げることにより、前記高圧水素分離排出部の水位を前記上限値以下に制御する工程と、
を有することを特徴とする高圧水電解システムの運転方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−３６０６８（Ｐ２０１３−３６０６８Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７１４９７（Ｐ２０１１−１７１４９７）
【出願日】平成２３年８月５日（２０１１．８．５）
【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２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月５日（２０１１．８．５）
【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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