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公開番号2025141637
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-29
出願番号2024041656
出願日2024-03-15
発明の名称水電解システム、水電解システムにおける水電解セルの差圧調整方法
出願人三菱重工業株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類C25B 9/00 20210101AFI20250919BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】水素と酸素の圧力変動を速やかに検出し、水電解セルにおける、水電解セルの差圧調整を、高い応答性で実施する。
【解決手段】水電解システムは、陰極、陽極、および陰極と陽極との間に配置されたイオン交換膜を備え、陰極とイオン交換膜との間の陰極室に供給された電解液から、水素および水酸化物イオンを生成し、陽極とイオン交換膜との間の陽極室に供給された電解液、およびイオン交換膜を通過した水酸化物イオンから、酸素を生成する水電解セルと、陰極室と陽極室との差圧を検出する差圧検出部と、差圧検出部で検出された差圧に基づいて、陰極室と陽極室との差圧を調整する差圧調整部と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
陰極、陽極、および前記陰極と前記陽極との間に配置されたイオン交換膜を備え、前記陰極と前記イオン交換膜との間の陰極室に供給された電解液から、水素および水酸化物イオンを生成し、前記陽極と前記イオン交換膜との間の陽極室に供給された電解液、および前記イオン交換膜を通過した前記水酸化物イオンから、酸素を生成する水電解セルと、
前記陰極室と前記陽極室との差圧を検出する差圧検出部と、
前記差圧検出部で検出された差圧に基づいて、前記陰極室と前記陽極室との差圧を調整する差圧調整部と、を備える、水電解システム。
続きを表示（約 990 文字）【請求項２】
前記陰極室で生成された水素ガスを前記電解液から気液分離する陰極側気液分離器と、
前記陽極室で生成された酸素ガスを前記電解液から気液分離する陽極側気液分離器と、をさらに備え、
前記差圧調整部は、
前記陰極側気液分離器から送出される水素ガスの流量を調整する陰極側ガス流量調整弁と、
前記陽極側気液分離器から送出される酸素ガスの流量を調整する陽極側ガス流量調整弁と、の少なくとも一方の開度を、前記差圧検出部で検出された差圧に基づいて調整する
請求項１に記載の水電解システム。
【請求項３】
前記差圧調整部は、
前記陰極室から送出される前記水素を含む電解液の流量を調整する陰極側電解液流量調整弁と、
前記陽極室から送出される前記酸素を含む電解液の流量を調整する陽極側電解液流量調整弁と、の少なくとも一方の開度を、前記差圧検出部で検出された差圧に基づいて調整する
請求項１に記載の水電解システム。
【請求項４】
前記陰極室で生成された水素ガスを前記電解液から気液分離する陰極側気液分離器と、
前記陽極室で生成された酸素ガスを前記電解液から気液分離する陽極側気液分離器と、をさらに備え、
前記差圧調整部は、
前記陰極側気液分離器から前記陰極室に前記電解液を供給する陰極側ポンプと、
前記陽極側気液分離器から前記陽極室に前記電解液を供給する陽極側ポンプと、の少なくとも一方の回転数を、前記差圧検出部で検出された差圧に基づいて調整する
請求項１に記載の水電解システム。
【請求項５】
前記差圧調整部は、
前記差圧検出部で検出された差圧が、予め設定された閾値に達した場合に、前記陰極室と前記陽極室との差圧を調整する差圧制御部、をさらに備える
請求項１または２に記載の水電解システム。
【請求項６】
請求項１または２に記載の水電解システムにおける水電解セルの差圧調整方法であって、
前記陰極室と前記陽極室との差圧を検出するステップと、
検出された差圧に基づいて、前記陰極室と前記陽極室との差圧を調整するステップと、を含む、水電解システムにおける水電解セルの差圧調整方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、水電解システム、水電解システムにおける水電解セルの差圧調整方法に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、陽イオン交換膜として固体高分子電解質膜を用いた水電解槽で純水の電気分解を行う水電解装置が開示されている。この水電解装置では、電気分解により、水電解槽の陰極室で水素と純水の混合物が生じ、陽極室で酸素と純水の混合物とが生じる。固体高分子電解質膜を用いた水電解装置においては、固体高分子電解質膜の破損を防止するために、固体高分子電解質膜で隔てられた陰極室と陽極室との差圧を小さく抑える必要がある。このため、特許文献１に開示された水電解装置では、水素、および酸素の圧力を圧力計で検出し、圧力制御弁の開度を制御することによって、水素、および酸素の圧力を所定の圧力に調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００４－８４０４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の水電解装置では、圧力計、および圧力制御弁が、水素と純水の混合物を水素ガスと純水とに分離する陰極側気液分離器、酸素と純水の混合物を酸素ガスと純水とに分離する陽極側気液分離器の下流側に、それぞれ設けられている。このため、水電解装置の陰極室、陽極室内で、水素、および酸素の圧力変動が生じてから、陰極側気液分離器、陽極側気液分離器の下流側に設けられた圧力計で、圧力変動が検出されるまでのタイムラグが大きくなってしまう。その結果、圧力計で、水素、および酸素の圧力の変動を圧力計で検出してから、水電解セルの差圧を調整するまでの応答性が低い、という問題があった。
【０００５】
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、水素と酸素の圧力変動を速やかに検出し、水電解セルにおける、水電解セルの差圧調整を、高い応答性で実施することができる水電解システム、水電解システムにおける水電解セルの差圧調整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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本開示に係る水電解システムは、陰極、陽極、および前記陰極と前記陽極との間に配置されたイオン交換膜を備え、前記陰極と前記イオン交換膜との間の陰極室に供給された電解液から、水素および水酸化物イオンを生成し、前記陽極と前記イオン交換膜との間の陽極室に供給された電解液、および前記イオン交換膜を通過した前記水酸化物イオンから、酸素を生成する水電解セルと、前記陰極室と前記陽極室との差圧を検出する差圧検出部と、前記差圧検出部で検出された差圧に基づいて、前記陰極室と前記陽極室との差圧を調整する差圧調整部と、を備える。
【０００７】
本開示に係る水電解システムにおける水電解セルの差圧調整方法は、水電解システムにおける水電解セルの差圧調整方法であって、前記陰極室と前記陽極室との差圧を検出するステップと、検出された差圧に基づいて、前記陰極室と前記陽極室との差圧を調整するステップと、を含む。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の水電解システム、水電解システムにおける水電解セルの差圧調整方法によれば、水素と酸素の圧力変動を速やかに検出し、水電解セルにおける、水電解セルの差圧調整を、高い応答性で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本開示の第一実施形態に係る水電解システムの構成を示す図である。
本開示の実施形態に係る水電解システムの水電解セルの構成を模式的に示す断面図である。
本開示の実施形態に係る水電解システムにおける水電解セルの差圧調整方法の手順の一例を示すフローチャートである。
本開示の第一実施形態に係る水電解システムで、水電解セルの差圧調整を行った場合の、水電解セルの差圧の変化と、陰極側ガス流量調整弁の開度との関係の一例を示す図である。
本開示の第二実施形態に係る水電解システムの構成を示す図である。
本開示の第二実施形態に係る水電解システムで、水電解セルの差圧調整を行った場合の、水電解セルの差圧の変化と、陰極側電解液流量調整弁の開度との関係の一例を示す図である。
本開示の第三実施形態に係る水電解システムの構成を示す図である。
本開示の第三実施形態に係る水電解システムで、水電解セルの差圧調整を行った場合の、水電解セルの差圧の変化と、陰極側ポンプの回転数との関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本開示による水電解システム、水電解システムにおける水電解セルの差圧調整方法を実施するための形態を説明する。しかし、本開示はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。
（水電解システムの構成）
図１に示すように、水電解システム１Ａは、水電解セル２と、陰極側気液分離器３Ａと、陽極側気液分離器３Ｂと、差圧検出部５と、差圧調整部６Ａと、を少なくとも備えている。
（【００１１】以降は省略されています）

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