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公開番号2025120636
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-18
出願番号2024015573
出願日2024-02-05
発明の名称水電解システム
出願人東京瓦斯株式会社
代理人弁理士法人太陽国際特許事務所
主分類C25B 9/00 20210101AFI20250808BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】循環水を無駄にすることなく、効率よく水電解セルスタックを作動させる。
【解決手段】水電解システム10Aは、水電解セルスタック12と、水電解セルスタック12と接続され、水電解セルスタック12から排出された水を気体から分離する水分離器14と、水循環ポンプ36が設けられ、水分離器14で分離された水を循環させる水循環路30と、水循環路30と別経路とされて水供給ポンプ38が設けられ、水電解セルスタック12へ水を供給する水供給路32と、水循環路30に設けられたイオン交換樹脂16と、水循環路30のイオン交換樹脂16よりも上流側に設けられ、水循環路30の水を冷却する第1熱交換器24と、水循環路30に設けられ、イオン交換樹脂16から送出された水と、第1熱交換器24で冷却される前の水との間で熱交換を行う第2熱交換器44と、を備えている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
水電解セルスタックと、
前記水電解セルスタックと接続され、前記水電解セルスタックから排出された水を気体から分離する水分離器と、
水循環ポンプが設けられ、前記水分離器で分離された水を循環させる水循環路と、
前記水循環路と別経路とされて水供給ポンプが設けられ、前記水電解セルスタックへ水を供給する水供給路と、
前記水循環路に設けられたイオン交換樹脂と、
前記水循環路の前記イオン交換樹脂よりも上流側に設けられ、前記水循環路の水を冷却する第１熱交換器と、
前記水循環路に設けられ、前記イオン交換樹脂から送出された水と、前記第１熱交換器で冷却される前の水との間で熱交換を行う第２熱交換器と、
を備えた水電解システム。
続きを表示（約 930 文字）【請求項２】
前記第１熱交換器は、前記水供給路から前記水電解セルスタックへ供給される水の温度に基づいて前記水循環路の水を冷却する、
請求項１に記載の水電解システム。
【請求項３】
前記水供給ポンプで前記水電解セルスタックへ供給する水の流量を一定とし、前記イオン交換樹脂へ供給される水の温度がイオン交換樹脂適温となるように前記水循環ポンプで前記水循環路を循環させる水の流量を制御する、
請求項２に記載の水電解システム。
【請求項４】
前記水電解セルスタックで生成される水素の流量に応じて前記水供給ポンプで前記水電解セルスタックへ供給する水の流量を制御し、前記イオン交換樹脂へ供給される水の温度がイオン交換樹脂適温となるように前記水循環ポンプで前記水循環路を循環させる水の流量を制御する、
請求項２に記載の水電解システム。
【請求項５】
前記水電解セルスタックへ供給される水の温度と前記水電解セルスタックから排出された水の温度差に応じて前記水供給ポンプで前記水電解セルスタックへ供給する水の流量を制御し、前記イオン交換樹脂へ供給される水の温度がイオン交換樹脂適温となるように前記水循環ポンプで前記水循環路を循環させる水の流量を制御する、
請求項２に記載の水電解システム。
【請求項６】
前記水電解セルスタックへ供給される水の温度と前記水電解セルスタックから排出された水の温度差に応じて前記水供給ポンプで前記水電解セルスタックへ供給する水の流量を制御し、前記水循環路を循環する流量と前記水供給路における流量との比が一定になるように前記水循環ポンプで前記水循環路を循環させる水の流量を制御する、
請求項２に記載の水電解システム。
【請求項７】
前記水循環路を循環する流量と前記水供給路における流量との比が一定になるように前記水供給ポンプで前記水電解セルスタックへ供給する水の流量を制御し、前記イオン交換樹脂へ供給される水の温度がイオン交換樹脂適温となるように前記水循環路を循環する水の流量を制御する、
請求項２に記載の水電解システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を電気分解して水素と酸素を発生させる水電解システムに関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、固体高分子電解質膜を使用した水電解セルスタックで水を水素と酸素に電気分解する水分解システムが提案されている。当該水分解システムでは、水電解セルスタックから排出される水を循環させて利用する場合、純度の高い水を維持するために、イオン交換樹脂を用いて循環水中のイオンが除去される。
【０００３】
一般的に、イオン交換樹脂を効率的に機能させる温度は、水電解セルスタックの効率的な作動温度よりも低く、水温について工夫が求められる。例えば、特許文献１では、常温の純水を供給して一部の循環水を排出することにより、イオン交換樹脂を用いることなく循環水の純度を維持している。
【０００４】
しかしながら、循環水を一部排出するため、無駄が生じてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許４３４７９７２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記事実を考慮してなされたものであり、循環水を無駄にすることなく、効率よく水電解セルスタックを作動させることが可能な水電解システム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】
第１の態様の水電解システムは、水電解セルスタックと、前記水電解セルスタックと接続され、前記水電解セルスタックから排出された水を気体から分離する水分離器と、水循環ポンプが設けられ、前記水分離器で分離された水を循環させる水循環路と、前記水循環路と別経路とされて水供給ポンプが設けられ、前記水電解セルスタックへ水を供給する水供給路と、前記水循環路に設けられたイオン交換樹脂と、前記水循環路の前記イオン交換樹脂よりも上流側に設けられ、前記水循環路の水を冷却する第１熱交換器と、前記水循環路に設けられ、前記イオン交換樹脂から送出された水と、前記第１熱交換器で冷却される前の水との間で熱交換を行う第２熱交換器と、を備えている。
【０００８】
第１の態様の水電解システムでは、水分離器により水電解セルスタックから排出された水を気体から分離する。水分離器で分離された水を循環させる水循環路と、水電解セルスタックへ水を供給する水供給路とは別経路とされ、水循環路にイオン交換樹脂が設けられている。水循環路のイオン交換樹脂よりも上流側には、第１熱交換器が設けられており、第１熱交換器では、水循環路の水が冷却される。また、水循環路には、イオン交換樹脂から送出された水と、第１熱交換器で冷却される前の水との間で熱交換を行う第２熱交換器が設けられている。
このように、水電解セルスタックへ水を供給する水供給路とイオン交換樹脂が設けられた水循環路を別経路とし、第１熱交換器により水循環路の水を冷却することにより、水供給路と水循環路の水温を異ならせることができる。これにより、循環水を排出せずにイオン交換を行いつつ、効率よく水電解セルスタックを作動させることができる。また、第２熱交換器でイオン交換樹脂から送出された水と、第１熱交換器で冷却される前の水との間で熱交換を行うので、第１熱交換器へ送出する水を冷却すると共に、水分離器へ戻す水を加熱することができ、熱のロスを少なくすることができる。
【０００９】
第２の態様の水電解システムは、前記第１熱交換器は、前記水供給路から前記水電解セルスタックへ供給される水の温度に基づいて前記水循環路の水を冷却する。
【００１０】
第２の態様の水電解システムによれば、水供給路から水電解セルスタックへ供給される水の温度に基づいて、水循環路の水を冷却することにより、水電解セルスタックを効率的に作動させる水温に調整することができると共に、イオン交換樹脂へ供給される水を冷却することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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