CN109280932A - 水电解系统及其运转停止方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水电解系统及其运转停止方法。水电解系统(10)具有水电解装置(12)、水供给通道(38)、氢气供给通道(46)、气液分离器(48)、第一排水通道(60)、第一排水阀(62)、第二排水阀(64)、判定部(94)和阀控制部(96)。在水电解系统(10)的运转停止方法中，在排水工序中，在判定部(94)判定为水电解装置(12)的运转已停止的情况下，通过将第一排水阀(62)控制为开阀状态来将液态水从气液分离器(48)排出到第一排水通道(60)。据此，能够通过简易的结构来抑制在水电解装置的运转停止时液态水在气液分离器内冻结。

Description

水电解系统及其运转停止方法

技术领域

本发明涉及一种通过电解所供给的水来产生氧气和氢气的水电解系统及其运转停止方法(water electrolysis system and method of stopping operation thereof)。

背景技术

一般而言，使用氢气作为燃料电池的发电反应(power generation reaction)中所使用的燃料气体。该氢气例如通过日本发明专利公开公报特开2012-67343号所示的水电解系统来制造。该水电解系统具有通过电解水(纯水)来产生氧气和氢气的水电解装置。

由水电解装置生成的氢气与若干纯水一起被送至气液分离器。在气液分离器中将液态水(纯水)从氢气中分离出来并将其储存。在该气液分离器的下部连接有排水管道(drain piping)，在排水管道上配设有排水阀。

发明内容

在上述水电解系统中，在水电解装置的运转停止时，将水电解装置的氢气卸压，另一方面，从氢气中分离出来的液态水存在于气液分离器内。因此，为了防止在寒冷地区或冬季等在水电解装置的运转停止时液态水在气液分离器内冻结，这种水电解系统有时还具有用于对气液分离器进行保温的加热器。然而，当使用这种加热器时，存在结构复杂化的问题。

本发明是考虑这样的技术问题而完成的，其目的在于，提供一种能够通过简易的结构来抑制在水电解装置的运转停止时液态水在气液分离器内冻结的水电解系统及其运转停止方法。

为了实现上述目的，本发明所涉及的水电解系统的特征在于，具有水电解装置、水供给通道、氢气供给通道、气液分离器、排水通道、排水阀和控制部，其中，所述水电解装置通过电解所供给的水来产生氧气和氢气；所述水供给通道用于向所述水电解装置供给所述水；所述氢气供给通道用于将在所述水电解装置中产生的所述氢气向氢气储存装置供给；所述气液分离器被配设于所述氢气供给通道，将所述氢气气液分离；所述排水通道用于排出从所述氢气中分离出来并被储存于所述气液分离器内的液态水；所述排水阀能够切换为将所述排水通道开放的开阀状态和将所述排水通道封闭的闭阀状态；所述控制部具有判定部和阀控制部，其中，所述判定部判定所述水电解装置的运转是否已停止；在所述判定部判定为所述水电解装置的运转已停止的情况下，所述阀控制部将所述排水阀控制为开阀状态。

根据这样的结构，由于能在水电解装置的运转停止时将气液分离器内的液态水排出到排水通道，因此能够通过简易的结构来抑制液态水在气液分离器内冻结。

在上述水电解系统中，也可以为：从所述水电解装置产生的所述氢气的压力比大气压高，所述排水通道具有相互并列设置的第一液流通道(first flow passage)和第二液流通道(second flow passage)，所述排水阀具有第一排水阀和第二排水阀，其中，所述第一排水阀能够切换为将所述第一液流通道开放的开阀状态和将所述第一液流通道封闭的闭阀状态；所述第二排水阀能够切换为将所述第二液流通道开放的开阀状态和将所述第二液流通道封闭的闭阀状态，所述第二液流通道的压损设定得比所述第一液流通道的压损小，在所述判定部判定为所述水电解装置的运转已停止的情况下，所述阀控制部在将所述第一排水阀控制为开阀状态并且将所述第二排水阀控制为闭阀状态之后，将所述第二排水阀控制为开阀状态。

根据这样的结构，能够在水电解装置的运转刚停止之后(气液分离器内的压力比较高时)，将气液分离器内的液态水一边在第一液流通道中降压一边将其排出。另外，能够在气液分离器内的压力下降时，将气液分离器内的液态水顺畅地排出到第二液流通道。

在上述水电解系统中，也可以为：具有水封器、水封器排水通道、卸压通道和卸压阀(pressure relief valve)，其中，所述水封器能够储存从所述第一液流通道和所述第二液流通道导入的所述液态水；所述水封器排水通道用于排出所述水封器内的所述液态水；所述卸压通道将所述氢气供给通道或所述气液分离器与所述水封器相互连接；所述卸压阀能够切换为将所述卸压通道开放的开阀状态和将所述卸压通道封闭的闭阀状态，在所述判定部判定为所述水电解装置的运转已停止的情况下，所述阀控制部在经由所述排水通道将所述气液分离器内的所述液态水导入所述水封器内之后，将所述卸压阀控制为开阀状态。

根据这样的结构，能够经由卸压通道将氢气供给通道内的氢气导入到水封器内，因此能够提高水封器内的压力。据此，能够使用水封器内的氢气将水封器内的液态水顺畅地排出到水封器排水通道。

在上述水电解系统中，也可以为：具有水供给用气液分离器、排气通道、氢气检测部和水封器排水阀，其中，所述水供给用气液分离器被配设于所述水供给通道，并且被从所述水封器排水通道导入所述液态水；所述排气通道将所述水供给用气液分离器内的气体排出；所述氢气检测部被配设于所述排气通道，用于检测所述排气通道内的氢气；所述水封器排水阀能够切换为将所述水封器排水通道开放的开阀状态和将所述水封器排水通道封闭的闭阀状态，所述阀控制部在所述卸压阀的开阀状态下将所述水封器排水阀控制为开阀状态，且在由所述氢气检测部检测到氢气时将所述水封器排水阀控制为闭阀状态。

根据这样的结构，在卸压阀的开阀状态下使水封器排水阀成为开阀状态，因此，水封器内的所有液态水被导入水供给用气液分离器内之后，水封器内的氢气被导入水供给用气液分离器内。并且，在由氢气检测部检测到氢气时使水封器排水阀成为闭阀状态，因此能够将水封器内的所有液态水可靠地排出到水供给用气液分离器内。因此，能够通过简易的结构，来抑制在水电解装置的运转停止时液态水在气液分离器内和排水系统(排水通道、水封器和水封器排水通道)内冻结。另外，能够抑制氢气向外部泄露。

在上述水电解系统中，也可以为：具有第一电源和第二电源，其中，所述第一电源用于向所述水电解装置施加电解电压；所述第二电源能够在所述第一电源停电时向所述控制部供给电功率，所述判定部在所述第一电源停电时判定为所述水电解装置的运转已停止。

根据这样的结构，即使在第一电源停电的情况下，也能够将气液分离器内的液态水排出到排水通道。

在上述水电解系统中，也可以为：在所述第一液流通道上设置有第一压损体，在所述第二液流通道上设置有第二压损体，所述第二压损体的压损设定得比所述第一压损体的压损小。

本发明所涉及的水电解系统的运转停止方法中，所述水电解系统具有水电解装置、水供给通道、氢气供给通道、气液分离器、排水通道和排水阀，其中，所述水电解装置通过电解所供给的水来产生氧气和氢气；所述水供给通道用于向所述水电解装置供给所述水；所述氢气供给通道用于将在所述水电解装置中产生的所述氢气向氢气储存装置供给；所述气液分离器被配设于所述氢气供给通道，将所述氢气气液分离；所述排水通道用于排出从所述氢气中分离出来并被储存于所述气液分离器内的液态水；所述排水阀能够切换为将所述排水通道开放的开阀状态和将所述排水通道封闭的闭阀状态，所述水电解系统的运转停止方法的特征在于：水电解系统的运转停止方法进行判定工序和排水工序，其中，在所述判定工序中，判定所述水电解装置的运转是否已停止；在所述排水工序中，当在所述判定工序中判定为所述水电解装置的运转已停止时，通过使所述排水阀成为开阀状态来将所述液态水从所述气液分离器排出到所述排水通道。

在上述水电解系统的运转停止方法中，也可以为：从所述氢气供给通道产生的所述氢气的压力比大气压高，所述排水通道具有相互并列设置的第一液流通道和第二液流通道，所述排水阀具有第一排水阀和第二排水阀，其中，所述第一排水阀能够切换为将所述第一液流通道开放的开阀状态和将所述第一液流通道封闭的闭阀状态；所述第二排水阀能够切换为将所述第二液流通道开放的开阀状态和将所述第二液流通道封闭的闭阀状态，所述第二液流通道的压损设定得比所述第一液流通道的压损小，在所述排水工序中进行第一排水工序和第二排水工序，其中，在所述第一排水工序中，当通过所述判定工序判定为所述水电解装置的运转已停止时，通过使所述第一排水阀成为开阀状态并且使所述第二排水阀成为闭阀状态来将所述液态水从所述气液分离器排出到所述第一液流通道；在所述第二排水工序中，在所述第一排水工序之后通过使所述第二排水阀成为开阀状态来将所述液态水从所述气液分离器排出到所述第二液流通道。

在上述水电解系统的运转停止方法中，也可以为：所述水电解系统具有水封器、水封器排水通道、卸压通道和卸压阀，其中，所述水封器能够储存从所述第一液流通道和所述第二液流通道导入的所述液态水；所述水封器排水通道用于排出所述水封器内的所述液态水；所述卸压通道将所述氢气供给通道或所述气液分离器与所述水封器相互连接；所述卸压阀能够切换为将所述卸压通道开放的开阀状态和将所述卸压通道封闭的闭阀状态，在所述排水工序中进行卸压工序和第三排水工序，其中，在所述卸压工序中，在所述第二排水工序之后通过使所述卸压阀成为开阀状态来将所述氢气导入所述水封器内；在所述第三排水工序中，通过在所述卸压工序中被导入所述水封器内的所述氢气来将所述液态水从所述水封器排出到所述水封器排水通道。

在上述水电解系统的运转停止方法中，也可以为：所述水电解系统具有水供给用气液分离器、排气通道、氢气检测部和水封器排水阀，其中，所述水供给用气液分离器被配设于所述水供给通道，并且被从所述水封器排水通道导入所述液态水；所述排气通道将所述水供给用气液分离器内的气体排出；所述氢气检测部被配设于所述排气通道，用于检测所述排气通道内的氢气；所述水封器排水阀能够切换为将所述水封器排水通道开放的开阀状态和将所述水封器排水通道封闭的闭阀状态，在所述第三排水工序中，通过在所述卸压阀的开阀状态下使所述水封器排水阀成为开阀状态来将所述液态水从所述水封器经由所述水封器排水通道引导至所述水供给用气液分离器，在所述第三排水工序之后，在通过所述氢气检测部检测到氢气时进行使所述水封器排水阀成为闭阀状态的排水停止工序。

在上述水电解系统的运转停止方法中，也可以为：所述水电解系统具有第一电源和第二电源，其中，所述第一电源用于向所述水电解装置施加电解电压；所述第二电源能够在所述第一电源停电时供给电功率，在所述判定工序中，在所述第一电源停电时判定为所述水电解装置的运转已停止，在所述排水工序中通过从所述第二电源供给的电功率来控制所述排水阀。

在上述水电解系统的运转停止方法中，也可以为：在所述第一排水工序中所述气液分离器内的所述液态水的水位达到排水极限点之后进行所述第二排水工序。

在上述水电解系统的运转停止方法中，也可以为：在所述气液分离器内的水位达到下限值而所述水封器内的水位不再上升之后进行所述卸压工序。

根据本发明，由于能够在水电解装置的运转停止时将气液分离器内的液态水排出到排水通道，因此能够通过简易的结构来抑制液态水在气液分离器内冻结。

根据参照附图对以下实施方式进行的说明，上述的目的、特征和优点应易于被理解。

附图说明

图1是本发明一实施方式所涉及的水电解系统的概略结构说明图。

图2是说明本发明一实施方式所涉及的水电解系统的运转停止方法的流程图。

图3是说明图2的排水工序的流程图。

图4是用于说明水电解系统的运转停止方法的时序图。

图5是图1的水电解系统的第一排水工序的动作说明图。

图6是表示气液分离器内的压力与排水速度的关系的曲线图。

图7是图1的水电解系统的第二排水工序的动作说明图。

图8是图1的水电解系统的卸压工序的动作说明图。

图9是图1的水电解系统的第三排水工序的动作说明图。

图10是图1的水电解系统的排水停止工序的动作说明图。

具体实施方式

下面，列举优选的实施方式，一边参照附图一边对本发明所涉及的水电解系统及其运转停止方法进行说明。

如图1所示，本发明一实施方式所涉及的水电解系统10构成为差压式高压水电解系统，具有水电解装置12、水供给系统14、氢气供给系统16、排水系统18、卸压系统(pressure relief system)20和控制部22。

水电解装置12是通过电解所供给的水(纯水)来产生氧气和高压氢气的差压式高压水电解器(differential pressure type high pressure water electrolysers)。另外，所谓高压氢气是指压力比大气压高的氢气。具体而言，所谓高压氢气是指压力比作为常压的氧气压力高，例如1MPa～70MPa的氢气。

水电解装置12包括相互层叠的多个水分解单元24、和被配设于水分解单元24的层叠方向两端的端板(end plate)26a、26b。在水电解装置12上电连接有作为直流电源的第一电源28。

虽然省略详细的图示，但水分解单元24具有由阳极侧隔板(anode-sideseparator)和阴极侧隔板(cathode-side separator)夹持膜电极组件(MEA)的结构。膜电极组件例如具有全氟磺酸的薄膜中含浸水的固体高分子电解质膜(离子交换膜)。在固体高分子电解质膜的一侧的表面上设置有阳极侧供电体，在固体高分子电解质膜的另一侧的表面上设置有阴极侧供电体。

在端板26a上设置有用于向阳极侧供电体供给水的阳极侧入口30a。在端板26b上设置有阳极侧出口30b和阴极侧出口30c，其中，阳极侧出口30b用于导出通过反应而产生的氧气和未反应的水，阴极侧出口30c用于导出通过反应而产生的氢气。

水供给系统14具有纯水制造装置32、纯水导入通道34、水供给用气液分离器36、水供给通道38、循环泵40、排出通道42和排气通道44。

纯水制造装置32由自来水等制造纯水。纯水导入通道34是用于将由纯水制造装置32制造的纯水导入水供给用气液分离器36的通道。水供给用气液分离器36构成为能够储存水。

水供给通道38是用于将储存于水供给用气液分离器36内的水向水电解装置12引导的通道。水供给通道38与端板26a的阳极侧入口30a连接。循环泵40配设于水供给通道38，将水供给用气液分离器36内的水向水电解装置12输送。

排出通道42是将端板26b的阳极侧出口30b和水供给用气液分离器36的上部相互连接的通道。排出通道42将通过反应而产生的氧气和未反应的水向水供给用气液分离器36引导。排气通道44与水供给用气液分离器36的上部连接。排气通道44是用于将水供给用气液分离器36内的气体(氧气和氢气)向外部排出的通道。

氢气供给系统16具有氢气供给通道46和设置于氢气供给通道46的气液分离器48。氢气供给通道46是用于将由水电解装置12产生的氢气向氢气储存装置200供给的通道。氢气供给通道46包括第一氢气供给通道50和第二氢气供给通道52。第一氢气供给通道50将阴极侧出口30c和气液分离器48相互连接。第二氢气供给通道52将气液分离器48和氢气储存装置200相互连接。在第二氢气供给通道52上设置有被设定为规定压力值(例如，70MPa)的背压阀(back pressure valve)54。

气液分离器48将从第一氢气供给通道50导入的氢气气液分离。气液分离器48构成为能够储存从氢气中分离出来的液态水。在气液分离器48的上部分别连接有第一氢气供给通道50和第二氢气供给通道52。在气液分离器48中被除去水分的氢气(高压氢气)经由第二氢气供给通道52向氢气储存装置200供给。

排水系统18具有第一排水通道60(排水通道)、第一排水阀62、第二排水阀64、水封器66、第二排水通道68(水封器排水通道)和第三排水阀70(水封器排水阀)。

第一排水通道60是用于将气液分离器48内的液态水向水封器66引导的通道。第一排水通道60包括导出通道61、第一液流通道63、第二液流通道65和连接通道67。导出通道61与气液分离器48的下部连接。第一液流通道63和第二液流通道65相互并列设置，并将导出通道61和连接通道67相互连接。连接通道67与水封器66连接。

在第一液流通道63上，沿液态水的流动方向(从气液分离器48流向水封器66的方向)配设有第一排水阀62和第一压损体(pressure loss body unit)72。第一排水阀62是能够切换为将第一液流通道63开放的开阀状态和将第一液流通道63封闭的闭阀状态的双位阀(电磁阀)。第一压损体72是将经第一液流通道63流通的液态水减压的减压部件，其被构成为管状。第一压损体72也可以是节流孔(orifice)或减压阀。

在第二液流通道65上，沿液态水的流动方向(从气液分离器48流向水封器66的方向)配设有第二排水阀64和第二压损体74。第二排水阀64是能够切换为将第二液流通道65敞开开放的开阀状态和将第二液流通道65封闭的闭阀状态的双位阀(电磁阀)。第二压损体74是将经第二液流通道65流通的液态水减压的减压部件，其被构成为管状。第二压损体74也可以是节流孔或减压阀。第二压损体74的压损设定得比第一压损体72的压损小。即，第二液流通道65的压损小于第一液流通道63的压损。

水封器66构成为能够储存从第一排水通道60导入的液态水。在水封器66的上部设置有排出水封器66内的气体(氢气)的气体排出通道76。在气体排出通道76上配设有作为压力保持机构的背压阀78。具体而言，背压阀78被设定为压力比水供给用气液分离器36内的压力(例如20kPa)高的压力(例如70kPa)。另外，压力保持机构也可以是止回阀。

第二排水通道68是用于将水封器66内的液态水导入水供给用气液分离器36内的通道。第二排水通道68将水封器66的下部和水供给用气液分离器36的上部相互连接。第三排水阀70是能够切换为将第二排水通道68开放的开阀状态和将第二排水通道68封闭的闭阀状态的双位阀(电磁阀)。

卸压系统20在水电解装置12的运转停止时将水电解装置12的阴极侧的氢气(高压氢气)卸压。卸压系统20具有卸压通道80、减压阀82和卸压阀84。卸压通道80将第一氢气供给通道50的中途和水封器66的上部相互连接。在卸压通道80上，沿着氢气的流动方向(从第一氢气供给通道50流向水封器66的方向)配设有减压阀82和卸压阀84。减压阀82的出口压力设定为比水供给用气液分离器36内的压力高的压力。卸压阀84是能够切换为将卸压通道80开放的开阀状态和将卸压通道80封闭的闭阀状态的双位阀(电磁阀)。

第二电源86与控制部22电连接。第二电源86构成为能在第一电源28停电时向控制部22供给电功率(electric power)。

控制部22中被输入第一压力计88a、第二压力计88b、第三压力计88c、第一水位检测传感器90a、第二水位检测传感器90b和氢气检测传感器92(氢气检测部)的输出信号。

第一压力计88a检测从水电解装置12导出的氢气的压力(第一压力PT1)，被设置在第一氢气供给通道50上的水电解装置12附近。但是，第一压力计88a的位置能够任意变更。

即，第一氢气供给通道50经由气液分离器48内与第二氢气供给通道52连通。因此，第一氢气供给通道50内的压力是与气液分离器48内的压力和第二氢气供给通道52中的比背压阀54靠上游侧的压力相同的压力。因此，第一压力计88a可以设置在第二氢气供给通道52上的比背压阀54靠上游侧(气液分离器48侧)的位置，也可以设置在气液分离器48上。

第二压力计88b检测水封器66内的压力(第二压力PT2)，被设置在水封器66上。第三压力计88c检测卸压通道80的减压阀82与卸压阀84之间的区间内的压力(第三压力PT3)。

第一水位检测传感器90a设置在气液分离器48上，检测气液分离器48内的液态水的水位(第一水位LS1)。第二水位检测传感器90b设置在水封器66上，检测水封器66内的液态水的水位(第二水位LS2)。氢气检测传感器92设置在排气通道44上，检测排气通道44内的氢气浓度HS1。

控制部22是包括微型计算机的计算机，具有CPU(中央处理装置)、作为存储器的ROM、RAM等，通过由CPU读出并执行存储于ROM的程序来作为各种功能实现部(功能实现机构)发挥功能。另外，各种功能实现部还能够由作为硬件的功能实现器来构成。

控制部22进行水电解系统10整体的运转控制。控制部22具有判定部94和阀控制部96。判定部94判定水电解装置12的运转是否已停止。详细而言，在电功率从第一电源28向水电解装置12的供给停止时，判定部94判定为水电解装置12的运转已停止。阀控制部96将第一排水阀62、第二排水阀64、第三排水阀70和卸压阀84分别切换为开阀状态和闭阀状态。另外，即使在第一电源28停电时，阀控制部96也能够利用第二电源86的电功率将第一排水阀62、第二排水阀64、第三排水阀70和卸压阀84切换为开阀状态和闭阀状态。

接着，对使用本实施方式所涉及的水电解系统10向氢气储存装置200供给氢气的动作进行说明。

当开始水电解系统10的运转时，在循环泵40的作用下，水供给用气液分离器36内的水经由水供给通道38被向水电解装置12的阳极侧入口30a供给。另一方面，通过电连接的第一电源28对水电解装置12施加电压。因此，在各水分解单元24中，纯水在阳极侧被电解，生成氢离子、电子和氧气。因此，在阴极侧，氢离子与电子结合而得到氢气，该氢气经由阴极侧出口30c而被抽出至第一氢气供给通道50。

另一方面，在阳极侧出口30b，通过反应而生成的氧气和未反应的水流动，这些混合流体被排出到排出通道42。氧气和未反应的水被导入水供给用气液分离器36而相互分离。分离后的水被储存于水供给用气液分离器36内。分离后的氧气从排气通道44向外部排出。

在水电解装置12内生成的氢气经由第一氢气供给通道50被输送至气液分离器48。在该气液分离器48中，液态水从氢气中分离出来而被储存于气液分离器48内。分离液态水后的氢气被向第二氢气供给通道52导出。氢气被升压至背压阀54的设定压力(例如，70MPa)后，被未图示的除湿装置等除湿而成为干燥氢气(产品氢气)，向燃料电池电动汽车等的氢气储存装置200供给。

接着，对水电解系统10的运转停止方法进行说明。另外，在进行水电解系统10的运转停止方法的初始阶段，第一排水阀62、第二排水阀64、第三排水阀70和卸压阀84分别为闭阀状态。

如图2所示，首先，在步骤S1中，进行判定工序。在判定工序中，判定部94判定水电解装置12的运转是否已停止。具体而言，在电功率从第一电源28向水电解装置12的供给停止时，判定部94判定为水电解装置12的运转已停止。

在本实施方式中，控制部22以在氢气储存装置200的氢气的注入完成时停止从第一电源28向水电解装置12供给电功率的方式来控制第一电源28。但是，控制部22也可以以根据用户对未图示的开关进行的操作来停止从第一电源28向水电解装置12供给电功率的方式来控制第一电源28。另外，在第一电源28停电的情况下，也停止从第一电源28向水电解装置12供给电功率。

接着，在步骤S2中，进行排水工序。在排水工序中，首先在图3的步骤S10中进行第一排水工序。

在第一排水工序中，如图4的时刻t1和图5所示，阀控制部96将第一排水阀62控制为开阀状态。据此，气液分离器48内的液态水经由导出通道61、第一液流通道63和连接通道67而被排出到水封器66内。此时，液态水通过流经第一压损体72而减压。

在第一排水工序中，气液分离器48内的液态水的排水速度(排水流量)由第一压损体72规定，因此依赖于气液分离器48内的氢气的压力。即，气液分离器48内的水位下降而气液分离器48内的氢气的压力越低，则气液分离器48内的液态水的排水速度越低(参照图6中的曲线图的单点划线)。因此，在将气液分离器48内的液态水向第一液流通道63排出的情况下，存在气液分离器48内的水位几乎不下降(无法排水)的排水极限点。

因此，在图3的步骤S11中，控制部22判定是否达到第一液流通道63的排水极限点。具体而言，在由第一水位检测传感器90a检测出的气液分离器48内的第一水位LS1已有规定时间没有下降时，控制部22判定为达到排水极限点。但是，控制部22也可以在由第一压力计88a检测出的压力变为低于基准压力时判定为达到排水极限点。

在控制部22判定为未达到排水极限点的情况下(步骤S11：否)，再次进行步骤S11。此时，继续进行第一排水工序。另一方面，在控制部22判定为达到排水极限点的情况下(步骤S11：是)，在步骤S12中进行第二排水工序。

如图4的时刻t2和图7所示，在第二排水工序中，阀控制部96将第一排水阀62控制为闭阀状态，并且将第二排水阀64控制为开阀状态。据此，气液分离器48内的液态水经由导出通道61、第二液流通道65和连接通道67排出到水封器66内。此时，液态水通过流经第二压损体74而减压。

在第二排水工序中，气液分离器48内的液态水的排水流量被第二压损体74规定。并且，第二压损体74的压损比第一压损体72的压损小。因此，即使在气液分离器48内的压力下降的状态下，也能够得到比较快的排水速度(参照图6的曲线图的实线)。据此，气液分离器48内的液态水经由第二液流通道65顺畅地排出到水封器66内。

另外，如图4所示，在从开始第一排水工序到第二排水工序结束的期间(从时刻t1到时刻t3的期间)，控制部22以使水封器66内的第二水位LS2位于规定范围内的方式进行调整。

具体而言，在水封器66内的第二水位LS2达到第一基准水位LS2H时，控制部22将第三排水阀70控制为开阀状态。第一基准水位LS2H是水电解系统10的通常运转过程中的第二水位LS2的上限值。据此，水封器66内的液态水经由第二排水通道68向水供给用气液分离器36排出。

另外，在水封器66内的第二水位LS2达到第二基准水位LS2L时，控制部22将第三排水阀70控制为闭阀状态。第二基准水位LS2L是水电解系统10的通常运转过程中的第二水位LS2的下限值。据此，停止从水封器66向水供给用气液分离器36排出液态水。即，在进行第一排水工序和第二排水工序期间，水封器66内的第二水位LS2保持在水位上限值与水位下限值之间的水位。

在此之后，在图3的步骤S13中，控制部22判定由第二水位检测传感器90b检测出的水封器66内的第二水位LS2是否不再上升。在控制部22判定为水封器66内的第二水位LS2正在上升的情况下(步骤S13：否)，再次进行步骤S13。此时，继续进行第二排水工序。

另一方面，在气液分离器48内的第一水位LS1达到第一下限值LS1E(参照图4)，且控制部22判定为水封器66内的第二水位LS2不再上升的情况下(步骤S13：是)，在步骤S14中，进行卸压工序。第一下限值LS1E是气液分离器48内的第一水位LS1成为零的水位。即，当第一水位LS1达到第一下限值LS1E时，成为液态水全部被从气液分离器48内排出的状态。

如图4的时刻t3和图8所示，在卸压工序中，控制部22将第二排水阀64控制为闭阀状态，并且将卸压阀84控制为开阀状态。于是，残留在水电解装置12、氢气供给通道46和气液分离器48内的氢气被经由卸压通道80导入到水封器66内。即，水电解装置12被卸压。据此，水封器66内的第二压力PT2上升。另外，多余的氢气在背压阀78的开阀作用下向外部排出。

接着，在图3的步骤S15中，控制部22判定由第一压力计88a检测出的第一压力PT1和由第三压力计88c检测出的第三压力PT3是否成为规定压力(例如1MPa)以下。在判定部94判定为第一压力PT1和第三压力PT3大于规定压力的情况下(步骤S15：否)，再次进行步骤S15。此时，继续进行卸压工序。另一方面，在控制部22判定为第一压力PT1和第三压力PT3成为规定压力以下的情况下(步骤S15：是)，在步骤S16中进行第三排水工序。

如图4的时刻t4和图9所示，在第三排水工序中，控制部22将第三排水阀70控制为开阀状态。于是，水封器66内的液态水经由第二排水通道68排出到水供给用气液分离器36内。据此，水封器66内的第二水位LS2下降。

另外，在图3的步骤S17中，控制部22判定由氢气检测传感器92检测出的氢气浓度HS1是否上升。换言之，控制部22判定是否由氢气检测传感器92检测到氢气。在控制部22判定为氢气浓度HS1没有上升的情况下(步骤S17：否)，再次进行步骤S17。此时，继续进行第三排水工序。

另一方面，当水封器66内的第二水位LS2达到第二下限值LS2E(参照图4)而水封器66内的液态水全部被排出到水供给用气液分离器36内时，水封器66内的氢气经由第二排水通道68被导入到水供给用气液分离器36内。第二下限值LS2E是水封器66内的第二水位LS2成为零的水位。即，当第二水位LS2达到第二下限值LS2E时，成为液态水全部被从水封器66内排出的状态。

于是，水供给用气液分离器36内的氢气被向排气通道44排出，因此，由氢气检测传感器92检测到氢气。即，由氢气检测传感器92检测到的氢气浓度HS1上升。然后，在控制部22判定为氢气浓度HS1上升的情况下(步骤S17：是)，在图2的步骤S3中进行排水停止工序。

如图4的时刻t5和图10所示，在排水停止工序中，阀控制部96将第三排水阀70控制为闭阀状态。于是，水封器66内的氢气向水供给用气液分离器36内的导入停止。在此之后，控制部22将卸压阀84控制为闭阀状态。在该阶段流程图结束。

在该情况下，本实施方式所涉及的水电解系统10及其运转停止方法起到以下效果。

根据上述的水电解系统10，在由判定部94判定为水电解装置12的运转已停止的情况下，阀控制部96将排水阀(第一排水阀62和第二排水阀64)控制为开阀状态。据此，能够在水电解装置12的运转停止时将气液分离器48内的液态水向第一排水通道60排出。因此，通过简单的结构(不使用加热器)，即使在寒冷地区、冬季等，也能够抑制液态水在气液分离器48内冻结。

第一排水通道60具有相互并列设置的第一液流通道63和第二液流通道65。第一排水阀62设置于第一液流通道63，第二排水阀64设置于第二液流通道65，第二液流通道65的压损设定得比第一液流通道63的压损小。

并且，在第一排水工序中，在判定部94判定为水电解装置12的运转已停止的情况下，阀控制部96将第一排水阀62控制为开阀状态，并且将第二排水阀64控制为闭阀状态。据此，在水电解装置12的运转刚停止之后(氢气供给通道46内的压力比较高时)，能够一边将气液分离器48内的液态水在第一液流通道63中减压一边将其排出。

在此之后，在第二排水工序中，阀控制部96将第二排水阀64控制为开阀状态。据此，能够在气液分离器48内的压力下降时(达到排水极限点时)，将气液分离器48内的液态水顺畅地向第二液流通道65排出。

水电解系统10具有水封器66、第二排水通道68(水封器排水通道)、卸压通道80和卸压阀84。并且，在由判定部94判定为水电解装置12的运转已停止的情况下，阀控制部96将气液分离器48内的液态水导入水封器66内后，将卸压阀84控制为开阀状态。

据此，能够经由卸压通道80将氢气供给通道46内的氢气导入到水封器66内，因此能够提高水封器66内的压力。因此，能够使用水封器66内的氢气将水封器66内的液态水顺畅地向第二排水通道68排出。

水电解系统10具有水供给用气液分离器36、排气通道44、氢气检测传感器92(氢气检测部)、第三排水阀70(水封器排水阀)。并且，阀控制部96在卸压阀84的开阀状态下将第三排水阀70控制为开阀状态，在由氢气检测传感器92检测到氢气时将第三排水阀70控制为闭阀状态。

据此，在卸压阀84的开阀状态下使第三排水阀70成为开阀状态，因此，在水封器66内的所有液态水均被导入水供给用气液分离器36内之后，水封器66内的氢气被导入水供给用气液分离器36内。并且，在由氢气检测传感器92检测到氢气时使第三排水阀70成为闭阀状态，因此，能够将水封器66内的所有液态水可靠地排出到水供给用气液分离器36内。因此，能够通过简易的结构，来抑制水电解装置12的运转停止时液态水在气液分离器48内和排水系统18(第一排水通道60、水封器66和第二排水通道68)内冻结。另外，能够抑制氢气向外部泄漏。

水电解系统10具有用于向水电解装置12施加电解电压的第一电源28、和能够在第一电源28停电时向控制部22供给电功率的第二电源86。并且，判定部94在第一电源28停电时判定为水电解装置12的运转已停止。因此，即使在第一电源28停电的情况下，也能够将气液分离器48内的液态水向第一排水通道60排出。

本发明不限于上述结构。也可以省略第二压损体74。在该情况下，与设置第二压损体74的情况相比更能够降低第二液流通道65的压损，因此能够经由第二液流通道65将气液分离器48内的液态水顺畅地排出到水封器66内。

另外，还可以在水供给用气液分离器36上设置用于将水供给用气液分离器36内的水向外部排出的排水机构(排水通道和排水阀)。在该情况下，能够通过排水机构将在水电解装置12的运转停止时从气液分离器48导入水供给用气液分离器36的液态水从水供给用气液分离器36内向外部排出。因此，能够通过简单的结构，来抑制液态水在水供给用气液分离器36内冻结。

并且，在第二排水工序中，也可以使第一排水阀62保持开阀状态(不使其成为闭阀状态)而使第二排水阀64成为开阀状态。即使在该情况下也能经由第二液流通道65将气液分离器48内的液态水顺畅地排出到水封器66内。

本发明所涉及的水电解系统及其运转停止方法并不限于上述的实施方式，当然可以在不脱离本发明的主旨的范围内采用各种结构。

Claims (13)

1.一种水电解系统，其特征在于，

具有水电解装置、水供给通道、氢气供给通道、气液分离器、排水通道、排水阀和控制部，其中，

所述水电解装置通过电解所供给的水来产生氧气和氢气；

所述水供给通道用于向所述水电解装置供给所述水；

所述氢气供给通道用于将在所述水电解装置中产生的所述氢气向氢气储存装置供给；

所述气液分离器被配设于所述氢气供给通道，用于将所述氢气气液分离；

所述排水通道用于排出从所述氢气中分离出来并被储存于所述气液分离器内的液态水；

所述排水阀能够切换为将所述排水通道开放的开阀状态和将所述排水通道封闭的闭阀状态，

所述控制部具有判定部和阀控制部，其中，

所述判定部判定所述水电解装置的运转是否已停止；

在所述判定部判定为所述水电解装置的运转已停止的情况下，所述阀控制部将所述排水阀控制为开阀状态。

2.根据权利要求1所述的水电解系统，其特征在于，

从所述水电解装置产生的所述氢气的压力比大气压高，

所述排水通道具有相互并列设置的第一液流通道和第二液流通道，

所述排水阀具有第一排水阀和第二排水阀，其中，

所述第一排水阀能够切换为将所述第一液流通道开放的开阀状态和将所述第一液流通道封闭的闭阀状态；

所述第二排水阀能够切换为将所述第二液流通道开放的开阀状态和将所述第二液流通道封闭的闭阀状态，

所述第二液流通道的压损设定得比所述第一液流通道的压损小，

在所述判定部判定为所述水电解装置的运转已停止的情况下，所述阀控制部在将所述第一排水阀控制为开阀状态并且将所述第二排水阀控制为闭阀状态之后，将所述第二排水阀控制为开阀状态。

3.根据权利要求2所述的水电解系统，其特征在于，

具有水封器、水封器排水通道、卸压通道和卸压阀，其中，

所述水封器能够储存从所述第一液流通道和所述第二液流通道导入的所述液态水；

所述水封器排水通道用于排出所述水封器内的所述液态水；

所述卸压通道将所述氢气供给通道或所述气液分离器与所述水封器相互连接；

所述卸压阀能够切换为将所述卸压通道开放的开阀状态和将所述卸压通道封闭的闭阀状态，

在所述判定部判定为所述水电解装置的运转已停止的情况下，所述阀控制部在经由所述排水通道将所述气液分离器内的所述液态水导入所述水封器内之后，将所述卸压阀控制为开阀状态。

4.根据权利要求3所述的水电解系统，其特征在于，

具有水供给用气液分离器、排气通道、氢气检测部和水封器排水阀，其中，

所述水供给用气液分离器被配设于所述水供给通道，并且被从所述水封器排水通道导入所述液态水；

所述排气通道将所述水供给用气液分离器内的气体排出；

所述氢气检测部被配设于所述排气通道，用于检测所述排气通道内的氢气；

所述水封器排水阀能够切换为将所述水封器排水通道开放的开阀状态和将所述水封器排水通道封闭的闭阀状态，

所述阀控制部在所述卸压阀的开阀状态下将所述水封器排水阀控制为开阀状态，且在由所述氢气检测部检测到氢气时将所述水封器排水阀控制为闭阀状态。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的水电解系统，其特征在于，

具有第一电源和第二电源，其中，

所述第一电源用于向所述水电解装置施加电解电压；

所述第二电源能够在所述第一电源停电时向所述控制部供给电功率，

所述判定部在所述第一电源停电时判定为所述水电解装置的运转已停止。

6.根据权利要求2所述的水电解系统，其特征在于，

在所述第一液流通道上设置有第一压损体，

在所述第二液流通道上设置有第二压损体，

所述第二压损体的压损被设定得比所述第一压损体的压损小。

7.一种水电解系统的运转停止方法，其中所述水电解系统具有水电解装置、水供给通道、氢气供给通道、气液分离器、排水通道和排水阀，其中：

所述水电解装置通过电解所供给的水来产生氧气和氢气；

所述水供给通道用于向所述水电解装置供给所述水；

所述氢气供给通道用于将在所述水电解装置中产生的所述氢气向氢气储存装置供给；

所述气液分离器被配设于所述氢气供给通道，用于将所述氢气气液分离；

所述排水通道用于排出从所述氢气中分离出来并被储存于所述气液分离器内的液态水；

所述排水阀能够切换为将所述排水通道开放的开阀状态和将所述排水通道封闭的闭阀状态，

所述水电解系统的运转停止方法的特征在于：

进行判定工序和排水工序，其中，

在所述判定工序中，判定所述水电解装置的运转是否已停止；

在所述排水工序中，当在所述判定工序中被判定为所述水电解装置的运转已停止时，通过使所述排水阀成为开阀状态来将所述液态水从所述气液分离器排出到所述排水通道。

8.根据权利要求7所述的水电解系统的运转停止方法，其特征在于，

从所述氢气供给通道产生的所述氢气的压力比大气压高，

所述排水通道具有相互并列设置的第一液流通道和第二液流通道，

所述排水阀具有第一排水阀和第二排水阀，其中，

所述第一排水阀能够切换为将所述第一液流通道开放的开阀状态和将所述第一液流通道封闭的闭阀状态；

所述第二排水阀能够切换为将所述第二液流通道开放的开阀状态和将所述第二液流通道封闭的闭阀状态，

所述第二液流通道的压损设定得比所述第一液流通道的压损小，

在所述排水工序中进行第一排水工序和第二排水工序，其中，

在所述第一排水工序中，当通过所述判定工序判定为所述水电解装置的运转已停止时，通过使所述第一排水阀成为开阀状态并且使所述第二排水阀成为闭阀状态来将所述液态水从所述气液分离器排出到所述第一液流通道；

在所述第二排水工序中，在所述第一排水工序之后通过使所述第二排水阀成为开阀状态来将所述液态水从所述气液分离器排出到所述第二液流通道。

9.根据权利要求8所述的水电解系统的运转停止方法，其特征在于，

所述水电解系统具有水封器、水封器排水通道、卸压通道和卸压阀，其中，

所述水封器能够储存从所述第一液流通道和所述第二液流通道导入的所述液态水；

所述水封器排水通道用于排出所述水封器内的所述液态水；

所述卸压通道将所述氢气供给通道或所述气液分离器与所述水封器相互连接；

所述卸压阀能够切换为将所述卸压通道开放的开阀状态和将所述卸压通道封闭的闭阀状态，

在所述排水工序中进行卸压工序和第三排水工序，其中，

在所述卸压工序中，在所述第二排水工序之后通过使所述卸压阀成为开阀状态来将所述氢气导入所述水封器内；

在所述第三排水工序中，通过在所述卸压工序中被导入到所述水封器内的所述氢气来将所述液态水从所述水封器排出到所述水封器排水通道。

10.根据权利要求9所述的水电解系统的运转停止方法，其特征在于，

所述水电解系统具有水供给用气液分离器、排气通道、氢气检测部和水封器排水阀，其中，

所述水供给用气液分离器被配设于所述水供给通道，并且被从所述水封器排水通道导入所述液态水；

所述排气通道将所述水供给用气液分离器内的气体排出；

所述氢气检测部被配设于所述排气通道，用于检测所述排气通道内的氢气；

所述水封器排水阀能够切换为将所述水封器排水通道开放的开阀状态和将所述水封器排水通道封闭的闭阀状态，

在所述第三排水工序中，通过在所述卸压阀的开阀状态下使所述水封器排水阀成为开阀状态来将所述液态水从所述水封器经由所述水封器排水通道引导至所述水供给用气液分离器，

在所述第三排水工序之后，在通过所述氢气检测部检测到氢气时进行使所述水封器排水阀成为闭阀状态的排水停止工序。

11.根据权利要求7～10中任一项所述的水电解系统的运转停止方法，其特征在于，

所述水电解系统具有第一电源和第二电源，其中，

所述第一电源用于向所述水电解装置施加电解电压；

所述第二电源能够在所述第一电源停电时供给电功率，

在所述判定工序中，在所述第一电源停电时判定为所述水电解装置的运转已停止，

在所述排水工序中通过由所述第二电源供给的电功率来控制所述排水阀。

12.根据权利要求8所述的水电解系统的运转停止方法，其特征在于，

在所述第一排水工序中所述气液分离器内的所述液态水的水位达到排水极限点之后进行所述第二排水工序。

13.根据权利要求9所述的水电解系统的运转停止方法，其特征在于，

在所述气液分离器内的水位达到下限值而所述水封器内的水位不再上升之后进行所述卸压工序。