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公開番号2025112835
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-01
出願番号2024007332
出願日2024-01-22
発明の名称水電解水素生成方法及び水電解水素生成装置
出願人株式会社神戸製鋼所
代理人弁理士法人三協国際特許事務所
主分類C25B 15/02 20210101AFI20250725BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】電解スタックへの負荷変動を抑制して電解スタックの長期劣化を抑制できるようにする。
【解決手段】再生可能エネルギー電源PSで得られる電力及び水素需要がともに所定の閾値よりも低い状況において、電力貯蔵部14から電解スタック16に電力を供給して水素の生成を行い、得られた水素を水素貯蔵部20に貯蔵する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
固体電解質膜を有する電解スタックで水素を生成する水電解水素生成方法であって、
前記電解スタックに印可する電流値の下限値が設けられており、
再生可能エネルギー電源からの電流値が前記下限値を下回る状況において、第２の電力供給源から前記下限値以上の電流値の電力を前記電解スタックに供給し続けて水素の生成を行う、水電解水素生成方法。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
固体電解質膜を有する電解スタックと電力貯蔵部と水素貯蔵部とを備える水電解水素生成装置により、水素を生成する水電解水素生成方法であって、
再生可能エネルギー電源で得られる電力及び水素需要がともに所定の閾値よりも低い状況において、前記電力貯蔵部から前記電解スタックに電力を供給して水素の生成を行い、
得られた水素を前記水素貯蔵部に貯蔵する、水電解水素生成方法。
【請求項３】
前記水素貯蔵部が、水素吸蔵合金容器で構成されている、請求項２に記載の水電解水素生成方法。
【請求項４】
固体電解質膜を有する電解スタックで水素を生成する水電解水素生成装置であって、
前記電解スタックと、
水素貯蔵部と、
前記電解スタックへの電力供給元を再生可能エネルギー電源及び第２の電力供給源の間で切り替える切替部と、
前記電解スタックに印可する電流値の下限値が設けられており、前記再生可能エネルギー電源からの電流値が前記下限値を下回る状況において、前記第２の電力供給源から前記下限値以上の電流値の電力が前記電解スタックに供給されるように前記切替部を制御する制御部と、
を備えている、水電解水素生成装置。
【請求項５】
固体電解質膜を有する電解スタックで水素を生成する水電解水素生成装置であって、
前記電解スタックと、
電力貯蔵部と、
水素貯蔵部と、
前記電解スタックへの電力供給元を再生可能エネルギー電源及び前記電力貯蔵部の間で切り替える切替部と、
前記再生可能エネルギー電源で得られる電力及び水素需要がともに所定の閾値よりも低い状況において、前記電力貯蔵部からの電力が前記電解スタックに供給されるように前記切替部を制御する制御部と、
を備え、
前記水素需要が前記所定の閾値よりも低い状況において前記電解スタックで得られた水素が前記水素貯蔵部に貯蔵される、水電解水素生成装置。
【請求項６】
前記水素貯蔵部が水素吸蔵合金容器で構成されている、請求項５に記載の水電解水素生成装置。
【請求項７】
前記電解スタックと前記水素吸蔵合金容器とが共通の冷却機構に接続されている、請求項６に記載の水電解水素生成装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、水電解水素生成方法及び水電解水素生成装置に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、環境を考慮して、水素を発電や自動車等の燃料として用いることが考えられており、水素の需要が増大している。また、電力から水素を生成する水電解装置がエネルギーの貯蔵及び変換という観点から着目されている。例えば下記の特許文献１には、再生可能エネルギーを用いた発電部から供給される電力を用いて水電解により水素を生成する水電解部と、水電解部で得られた水素を貯める水素タンクと、水素を用いて発電する燃料電池とを備え、発電部からの電力を水素に変換して貯蔵するシステムが開示されている。不安定に発生する再生可能電力に対応し、日単位の電力変動を吸収することが特徴とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第６１１４７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
水電解により水素を生成するには、例えば、電力負荷変動への追従が容易な固体高分子電解質膜（ＰＥＭ）を有する水電解装置を用いることが可能である。ＰＥＭ水電解は確立している技術であるが、その特性として直流電源を必要とする。また、直流電力で水素を生成する電解スタックは低い電圧で動作することから、多数の電解スタックを集積させた構成となっているため、水電解装置には大きな電流を供給する必要がある。負荷変動に追従が容易であるＰＥＭ水電解装置ではあるが、運転パターンとして投入する電力を０として完全に水素を発生させない状態と、電力が投入されて電解を行っている状態とが繰り返し行われると、電解スタックの温度、電場、発生ガスの状態などに大きな変化が生じる。このため、電解スタックの中心的な部材である電極触媒や電解質膜などに大きな電気的、機械的な変動負荷がかかることになるため、電解スタックの長期劣化の要因となる懸念がある。
【０００５】
そこで、本発明は、前記従来技術を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電解スタックへの負荷変動を抑制して電解スタックの長期劣化を抑制できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するため、本発明に係る水電解水素生成方法は、固体電解質膜を有する電解スタックで水素を生成する水電解水素生成方法であって、前記電解スタックに印可する電流値の下限値が設けられており、再生可能エネルギー電源からの電流値が前記下限値を下回る状況において、第２の電力供給源から前記下限値以上の電流値の電力を前記電解スタックに供給し続けて水素の生成を行う。
【０００７】
本発明に係る水電解水素生成方法では、固体電解質膜を有する電解スタックが再生可能エネルギー電源からの電力を受けて水素を生成する。再生可能エネルギー電源からの供給電力量が低く、電解スタックが受ける電流値が下限値を下回るときには、第２の電力供給源から当該下限値以上の電力が電解スタックに供給される。したがって、再生可能エネルギー電源からの供給電力量が低い場合においても、電解スタックにおいて水素の生成が継続して行われる。すなわち、下限値以上の電流値が電解スタックに供給されるため、電解スタックにおいて水素の生成が継続される。このため、電解スタックには水素を生成できる電力が常時供給され続けることになるため、電解スタック内の電極触媒や固体電解質膜に電気的又は機械的な負荷変動がかかることが防止される。したがって、電解スタックが劣化することを抑制できる。
【０００８】
また、本発明に係る水電解水素生成方法は、固体電解質膜を有する電解スタックと電力貯蔵部と水素貯蔵部とを備える水電解水素生成装置により、水素を生成する水電解水素生成方法であって、再生可能エネルギー電源で得られる電力及び水素需要がともに所定の閾値よりも低い状況において、前記電力貯蔵部から前記電解スタックに電力を供給して水素の生成を行い、得られた水素を前記水素貯蔵部に貯蔵する。
【０００９】
本発明に係る水電解水素生成方法では、固体電解質膜を有する電解スタックが再生可能エネルギー電源からの電力を受けて水素を生成する。再生可能エネルギー電源からの供給電力量が低いときには、電力貯蔵部からの電力が電解スタックに供給されて、水素の生成が行われる。したがって、再生可能エネルギー電源からの供給電力量が低い場合においても、電解スタックにおいて水素の生成が継続して行われる。このため、電解スタック内の電極触媒や固体電解質膜に電気的又は機械的な負荷変動がかかることを防止でき、それによって電解スタックが劣化することを抑制できる。しかも、水素需要が低い状況下においても水素の生成が継続されるため、生成された水素が余剰になりやすいが、得られた水素を水素貯蔵部に貯めておく。このため、継続して電解スタックにおいて水素を生成したとしても水素が無駄になることはない。
【００１０】
前記水素貯蔵部は、水素吸蔵合金容器で構成されていてもよい。この態様では、効率的に水素を貯めておくことができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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