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公開番号2025121687
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-20
出願番号2024017298
出願日2024-02-07
発明の名称電解セルスタック及び電解装置の制御方法
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類C25B 9/07 20210101AFI20250813BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】アノード極へのガスの流入を簡易に抑制できる電解セルスタックの提供。
【解決手段】一実施の形態によれば、電解セルスタック10Aは、アノード極とカソード極との間に隔膜を配置した複数の電解セル11と、複数のセパレータ20とを交互に重ねる。セパレータ20は、アノード極と対面する面にアノード極流路22を有するとともに、カソード極と対面する面にカソード極流路23を有する。電解セルスタック10Aは、アノード流体を受け入れて流通させ、受け入れたアノード流体を各アノード極流路22の上流端に供給するアノード上流側マニホールド41を有する。そして、アノード上流側マニホールド41の上部に気抜き孔41Cが形成され、気抜き孔41Cに気抜きライン46が接続されている。
【選択図】図1A
特許請求の範囲【請求項１】
アノード極とカソード極との間に隔膜を配置した複数の電解セルと、複数のセパレータとを交互に重ね、前記セパレータは、前記アノード極と対面する面にアノード極流路を有するとともに、前記カソード極と対面する面にカソード極流路を有し、少なくとも前記アノード極流路にアノード流体を供給しつつ前記カソード極と前記アノード極との間に電流を印加することにより、電解反応を行う電解セルスタックであって、
前記アノード流体を受け入れて流通させ、受け入れた前記アノード流体を各前記アノード極流路の上流端に供給するアノード上流側マニホールドを有し、
前記アノード上流側マニホールドの上部に気抜き孔が形成され、前記気抜き孔に気抜きラインが接続される、電解セルスタック。
続きを表示（約 780 文字）【請求項２】
各前記アノード極流路の下流端から、前記アノード流体及び／又は前記電解反応により生成される反応生成物を受け入れて流通させるアノード下流側マニホールドをさらに備え、
前記気抜きラインは、前記アノード下流側マニホールドに接続される、請求項１に記載の電解セルスタック。
【請求項３】
前記気抜きラインに、前記アノード極流路よりも圧力損失が大きい狭隘部が設けられる、請求項１に記載の電解セルスタック。
【請求項４】
前記気抜きラインに前記気抜きラインに進入したガスを外部に排気する排気弁が設けられる、請求項１に記載の電解セルスタック。
【請求項５】
前記気抜きラインに、気液分離器が設けられる、請求項１に記載の電解セルスタック。
【請求項６】
前記気液分離器は、気液分離膜を含む、請求項５に記載の電解セルスタック。
【請求項７】
水電解又は二酸化炭素電解を行う、請求項１乃至６のいずれかに記載の電解セルスタック。
【請求項８】
前記電解セルスタックのセル電圧が所定の基準値よりも大きくなった場合に、前記アノード極に供給する前記アノード流体の流量を増加させる、請求項７に記載の電解セルスタック。
【請求項９】
前記電解セルスタックのセル電圧が所定の基準値よりも大きくなった場合に、前記排気弁を開く、請求項４に記載の電解セルスタック。
【請求項１０】
前記アノード極流路の上流側に対する下流側の圧力損失を検出する圧力損失検出部をさらに備え、
前記圧力損失検出部が検出する圧力損失が所定値よりも大きくなった場合に、前記排気弁を開く、請求項４に記載の電解セルスタック。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、電解セルスタック及び電解装置の制御方法に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
水電解装置は水から水素を生成でき、二酸化炭素電解装置は二酸化炭素から例えば一酸化炭素を生成できる。近年、環境問題への関心の高まりとともに、このような電解装置が普及しつつある。
【０００３】
水電解装置により生成される水素は、例えば二酸化炭素を排出しない燃料電池の燃料として利用され得る。そのため、二酸化炭素の排出抑制に寄与する。二酸化炭素電解装置により生成される例えば一酸化炭素は、気体燃料として利用され得るとともに、各種の化合物の製造にも利用され得る。そのため、二酸化炭素の再資源化に寄与する。
【０００４】
水電解装置及び二酸化炭素電解装置は、アノード極とカソード極との間に隔膜を配置する電解セルを備え、電解セルにおいて電解反応を発生させることで反応生成物（水素や、一酸化炭素等）を生成する。
【０００５】
水電解装置で水素を生成する際には、例えば水を含む電解液（アノード流体）をアノード極に供給しつつ、カソード極とアノード極との間に電流を印加する。これにより、アノード極で水が酸化され、水から水素イオン（Ｈ
＋
）と、酸素（Ｏ
２
）とが生成される。水素イオンは、隔膜を介してカソード極に至り、カソード極で電子（ｅ
－
）を受け取る。これにより、カソード極から水素（Ｈ
２
）が生成される。
【０００６】
二酸化炭素電解装置で例えば一酸化炭素を生成する際には、例えば水を含む電解液（アノード流体）をアノード極に供給するとともに二酸化炭素をカソード極に供給し、カソード極とアノード極との間に電流を印加する。これにより、アノード極で水が酸化され、水から水素イオン（Ｈ
＋
）と、酸素（Ｏ
２
）が生成される。水素イオンは、隔膜を介してカソード極に至り、カソード極で、二酸化炭素（ＣＯ
２
）と水素イオン（Ｈ
＋
）と電子（ｅ
－
）とが反応する。これにより、カソード極で二酸化炭素が還元され、一酸化炭素（ＣＯ）が生成されるともに、水（Ｈ
２
Ｏ）が生成される。また、カソード極に至る水素イオンの一部は電子を受け取ることで、カソード極からは水素（Ｈ
２
）も生成され得る。
【０００７】
上述のような水電解装置及び二酸化炭素電解装置には、複数の電解セルを積層させた電解セルスタックを備えるものがある。一般的に電解セルスタックでは、上記電解液等の液体であるアノード流体が、マニホールドと呼ばれる共通の流路部分に流入し、この流路部分から各アノード極に供給される。この際、アノード流体にガスが含まれると、例えば一部のアノード極側に向けてガスが多く流れる等の状況が生じ、各アノード極に供給される電解液の量にばらつきが生じることがある。このようなばらつきが生じると、各電解セルにおける電解反応の状態がばらつく虞がある。その結果、電解性能が不安定になり得る。特にアノード極側に向けてガスが多く流れ、アノード流体が不足した状態になると、当該アノード極では電解性能が低下し、反応阻害により劣化が進行し得る。
【０００８】
したがって、電解装置では、アノード流体中のガスをアノード極への供給前に取り除く対策が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特開２０２１－１４７６８０号公報
特開２０１９－１４５３３４号公報
特開２０１７－１６２６３９号公報
特開２０１０－２７２２３１号公報
実開平５－５０６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、アノード極へのガスの流入を簡易に抑制できる電解セルスタック及び電解装置の制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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