CN111826668B - 水电解系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水电解系统及其控制方法。水电解系统(10)制造与氧气相比为高压的氢气。帕尔贴冷却器(84)设置在氢气流路(18)中的气液分离器(80)与背压阀(20)之间，将氢气冷却来除湿。温度传感器(86)测定帕尔贴冷却器(84)的周边温度并输出温度测定值。压力传感器(78)测定氢气流路(18)中的阴极(14)与背压阀(20)之间的氢气的压力并输出压力测定值。控制部(22)控制帕尔贴冷却器(84)的冷却温度，使得温度测定值成为超过与压力测定值对应的水的凝固点的目标温度。压力测定值越高则目标温度的至少一部分越低。

Description

水电解系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及具备水电解装置的水电解系统及其控制方法，该水电解装置具有将水电解来产生氧气的阳极和产生氢气的阴极。

背景技术

通常，氢气作为用于燃料电池的发电反应的燃料气体而被使用。该氢气例如能够由具备水电解装置的水电解系统来制造。水电解装置为了将水分解来产生氢气(和氧气)，使用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两面设置电极催化剂层和供电体来构成电解质膜-电极结构体，在该电解质膜-电极结构体的两侧配设隔板来构成电解单体(日文：単位セル)。由固体高分子电解质膜的一方的电极催化剂层和供电体构成阳极，由另一方的电极催化剂层和供电体构成阴极。

在层叠多个电解单体而成的电解单元(日文：セルユニット)中，对层叠方向两端施加电压，并且向阳极侧的供电体供给水。因此，在阳极侧的电极催化剂层中，水被分解而产生氢离子(质子)和氧气，该氢离子透过固体高分子电解质膜向阴极侧移动，并在阴极侧的电极催化剂层来与电子结合，由此产生氢气。另一方面，在阳极产生的氧气伴随着剩余(未反应)的水从电解单元被排出。

在上述的水电解装置的阴极中，产生含有水分的氢气(以下也称为非处理氢气)，但例如向燃料电池汽车等供给的制品氢气要求期望的干燥状态(水浓度)、例如水分量为5ppm以下。因而，例如在专利文献1提出了从水电解装置产生的非处理氢气分离出水分来制造除湿氢气的水电解系统。该水电解系统具备将非处理氢气冷却的冷却装置，由该冷却装置将非处理氢气冷却来使其饱和水蒸气量降低，由此从非处理氢气分离出水分来制造除湿氢气。

另外，在该水电解系统中，在用于将制造出的除湿氢气供给至外部的供给口与水电解装置的阴极之间且在比冷却装置靠后级设置背压阀。因此，阴极与背压阀之间的氢气的压力伴随着在水电解装置中持续地产生氢气而上升至背压阀开阀的设定压力。在冷却装置中会有非处理氢气越是高压则其饱和水蒸气量越减少的倾向，因此即使是少的冷却量也能够将非处理氢气除湿至规定的水分浓度。

因而，根据非处理氢气的压力来调整施加于冷却装置的电流值，使得冷却装置消耗的电力成为能够将非处理氢气除湿至规定的水分浓度的最小限度的大小。即，非处理氢气的压力越大则施加于冷却装置的电流值设得越小。由此，例如与使用消耗电力容易增大的温度变动吸附方法(TSA)、设备复杂且容易规模大型化的压力变动吸附方法(PSA)、需要频繁地维护的交换式的吸附剂的方法等不同，能够尽可能地抑制消耗电力，并且利用小型且简单的结构来经济性地对非处理氢气进行除湿。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开第2013-49906号公报

发明内容

发明所要解决的问题

本发明是与该种技术相关联而做出的，目的在于提供能够使用小型且简单的结构来将氢气有效果地除湿的水电解系统及其控制方法。

用于解决问题的方案

本发明的一实施方式涉及水电解系统，具备：水电解装置，其具有将水电解来产生氧气的阳极和产生氢气的阴极；以及背压阀，其设置于用于使在所述阴极产生的所述氢气流通的氢气流路，所述水电解系统制造与所述氧气相比为高压的所述氢气，所述水电解系统具备：气液分离器，其设置在所述氢气流路中的所述阴极与所述背压阀之间，从所述氢气分离出水分；帕尔贴冷却器，其设置在所述氢气流路中的所述气液分离器与所述背压阀之间且在比所述气液分离器高的位置，由帕尔贴元件将被所述气液分离器分离了水分的所述氢气冷却，由此将该氢气所含的水分进一步分离；温度传感器，其测定所述帕尔贴冷却器的温度或者该帕尔贴冷却器的周边的温度并输出温度测定值；压力传感器，其测定所述氢气流路中的所述阴极与所述背压阀之间的所述氢气的压力并输出压力测定值；以及控制部，其基于所述压力测定值和所述温度测定值，控制所述帕尔贴冷却器的冷却温度，使得所述温度测定值成为超过与所述压力测定值对应的水的凝固点的目标温度，所述压力测定值越高则所述目标温度的至少一部分越低。

本发明的另一实施方式涉及水电解系统的控制方法，该水电解系统具备：水电解装置，其具有将水电解来产生氧气的阳极和产生氢气的阴极；以及背压阀，其设置于用于使在所述阴极产生的所述氢气流通的氢气流路，所述水电解系统制造与所述氧气相比为高压的所述氢气，所述水电解系统的控制方法包括：水电解工序，开始由所述水电解装置对水进行电解；压力测定工序，测定所述氢气流路中的所述阴极与所述背压阀之间的所述氢气的压力来获得压力测定值；以及冷却温度控制工序，控制所述帕尔贴冷却器的冷却温度，使得测定在所述氢气流路中的所述阴极与所述背压阀之间设置的帕尔贴冷却器的温度或者所述帕尔贴冷却器的周边的温度而获得的温度测定值成为超过与所述压力测定值对应的水的凝固点的目标温度，所述压力测定值越高则所述目标温度的至少一部分越低。

发明的效果

氢气所含的水的凝固点会根据该氢气的压力而变化，氢气越是处于高压则水的凝固点越下降，氢气越是处于低压则水的凝固点越上升。在该水电解系统的帕尔贴冷却器中，将氢气冷却使得温度测定值成为超过与氢气的压力测定值对应的水的凝固点的目标温度。压力测定值越高则目标温度的至少一部分越低。因此，如上述那样将氢气冷却，由此能够在氢气所含的水分不冻结的范围内，使该氢气靠近凝固点，来使饱和水蒸气量有效果地减少。其结果是，能够以使用了帕尔贴冷却器的、小型并且简单的结构，将氢气有效果地除湿。

参照附图说明以下的实施方式的说明，从而容易地理解上述的目的、特征以及优点。

附图说明

图1是本发明的实施方式涉及的水电解系统的概要结构说明图。

图2是表示氢气压力、水的凝固点、接通温度、断开温度、下限温度以及上限温度之间的关系的映射图。

图3是说明本发明的实施方式涉及的水电解系统的控制方法的流程图。

具体实施方式

举出优选的实施方式并参照附图详细说明本发明涉及的水电解系统及其控制方法。而且，在以下的图中，有时对相同或者发挥同样的功能和效果的结构要素标注相同的附图标记并省略重复的说明。

如图1所示，本实施方式涉及的水电解系统10具备：水电解装置16，其具有将水(纯水)电解来产生氧气的阳极12和产生氢气的阴极14；背压阀20，其设置于用于使在阴极14产生的氢气流通的氢气流路18；以及对系统整体进行控制的控制部22，该水电解系统10是制造与阳极12的氧气(正常压力)相比为高压的氢气的压差式水电解系统。

水电解装置16具备将多个电解单体24层叠而成的电解单元。在电解单体24的层叠方向一端，朝向外方依次配设接线板26a、绝缘板28a以及端板30a。在电解单体24的层叠方向另一端，同样地朝向外方依次配设接线板26b、绝缘板28b以及端板30b。端板30a、30b之间被紧固保持为一体。在端子板26a、26b的侧部，向外方突出地设置端子部32a、32b。端子部32a、32b经由布线34a、34b来与电解电源36电连接。

电解单体24例如具备圆盘状的电解质膜-电极结构体38、夹持该电解质膜-电极结构体38的圆盘状的阳极侧隔板40和阴极侧隔板42。电解质膜-电极结构体38例如具备在全氟磺酸的薄膜含浸水而成的固体高分子电解质膜46、在固体高分子电解质膜46的两面设置的阳极12和阴极14。

阳极12虽均为未图示，但具有在固体高分子电解质膜46的一方的面形成的阳极电极催化剂层、阳极侧供电体。阴极14虽均为未图示，但具有在固体高分子电解质膜46的另一方的面形成的阴极电极催化剂层、阴极侧供电体。阳极电极催化剂层例如使用Ru(钌)系催化剂，另一方面阴极电极催化剂层例如使用白金催化剂。

在电解单体24的外周缘部，设置将该电解单体24分别在层叠方向连通的、水供给连通孔50、排出连通孔52以及氢气连通孔54。在阳极侧隔板40的与电解质膜-电极结构体38相向的面，设置与水供给连通孔50和排出连通孔52连通的第一流路56。该第一流路56设置在与阳极侧供电体的表面积对应的范围内，并且由多个流路槽、多个压花等构成。水(纯水)经由水供给连通孔50被供给至第一流路56。另外，第一流路56将在阳极12产生的包含氧气和剩余水的阳极排出流体向排出连通孔52排出。

在阴极侧隔板42的朝向电解质膜-电极结构体38的面，形成与氢气连通孔54连通的第二流路58。该第二流路58设置在与阴极侧供电体的表面积对应的范围内，并且由多个流路槽、多个压花等构成。第二流路58将在阴极14产生的氢气向氢气连通孔54排出。

水电解系统10具有与水供给连通孔50连通的水供给流路60、与排出连通孔52连通的阳极排出流路62以及与氢气连通孔54连通的氢气流路18。水经由水供给流路60和水供给连通孔50被供给至水电解装置16的阳极12。在阳极12产生的阳极排出流体经由排出连通孔52流入至阳极排出流路62。在阴极14产生的氢气经由氢气连通孔54流入至氢气流路18。

在水供给流路60，设置水供给装置64、水贮存装置66以及水循环装置68。水供给装置64例如用自来水等来生成纯水并供给至水贮存装置66。水贮存装置66具有将从水供给装置64供给的纯水贮存的罐部70。另外，经由阳极排出流路62对水贮存装置66供给阳极排出流体，将该阳极排出流体分离为水和氧气。从阳极排出流体分离出的水和上述的纯水贮存于罐部70，从阳极排出流体分离出的氧气流入至氧气流路72。

水循环装置68具有循环泵74和离子交换器76。循环泵74经由水供给流路60和阳极排出流路62，使水在水贮存装置66与水电解装置16之间循环。离子交换器76从被供给至水供给连通孔50之前的水中去除杂质。

在氢气流路18，除了设置背压阀20以外，还设置压力传感器78、气液分离器80、卸压阀82、帕尔贴冷却器84以及温度传感器86。背压阀20在其关闭时，使氢气流路18中的阴极14与该背压阀20之间的氢气的压力(以下也称为氢气压力)升压至设定压力，当该氢气压力达到设定压力时背压阀20打开。因此，向氢气流路18中的比背压阀20靠后级，供给达到设定压力的高压的氢气。而且，设定压力例如能够设定在1MPa～90MPa的范围内。另外，优选为，在将由水电解系统10制造的制品氢气例如供给至燃料电池汽车的氢罐等的情况下，将设定压力设定在70MPa～85MPa的范围内。

压力传感器78测定氢气压力并向控制部22输出压力测定值。而且，在本实施方式中，压力传感器78配设在氢气流路18中的阴极14与气液分离器80之间。但是，压力传感器78如果能够测定阴极14与背压阀20之间的氢气压力，则可以设置在氢气流路18中的任何部位。

气液分离器80设置在氢气流路18中的阴极14与背压阀20之间，从在阴极14产生的氢气(以下也称为非处理氢气)分离水分，来制成第一除湿氢气。从非处理氢气分离出的水分能够经由气液分离器80的液体排出口88流入至排水流路90。排水流路90由排水用阀92进行开闭。

在本实施方式中，在气液分离器80，设置分别与氢气流路18连通的两个气体排出口94a、94b来作为排出第一除湿氢气的排出口。因此，氢气流路18分支为与气液分离器80的一方的气体排出口94a连通的第一氢气流路18a、与另一方的气体排出口94b连通的第二氢气流路18b。而且，在以下中，将第一氢气流路18a和第二氢气流路18b也统称为氢气流路18。

在第一氢气流路18a，从氢气的流通方向的上游侧朝向下游侧，依次设置有帕尔贴冷却器84、温度传感器86、背压阀20。另外，在第二氢气流路18b设置卸压阀82。即，卸压阀82设置在氢气流路18中的阴极14与帕尔贴冷却器84之间，在除该卸压阀82处于开阀状态时之外，使第一除湿氢气流入至第一氢气流路18a。另一方面，在卸压阀82处于打开状态时，第一除湿氢气经由第二氢气流路18b被排出，由此能够对氢气流路18中的阴极14与背压阀20之间进行卸压。

帕尔贴冷却器84设置在氢气流路18(第一氢气流路18a)中的气液分离器80与背压阀20之间且在比气液分离器80高的位置，由帕尔贴元件96将第一除湿氢气冷却来使其饱和水蒸气量降低。由此，帕尔贴冷却器84将第一除湿氢气所含的水分进一步分离，来制成期望的干燥状态(水分量)的第二除湿氢气。从第一除湿氢气分离出的水分因重力而在第一氢气流路18a内下降并流入至气液分离器80，能够和如上述那样从非处理氢气分离出的水分一起经由液体排出口88流入至排水流路90。而且，将非处理氢气、第一除湿氢气、第二除湿氢气也仅简称为氢气。

经由背压阀20从水电解系统10被排出的第二除湿氢气、即升压至设定压力并且被除湿至期望的水分量的第二除湿氢气为由水电解系统10制造的制品氢气。在将该制品氢气例如供给至燃料电池汽车的氢罐等的情况下，优选为将第二除湿氢气的期望的水分量设为5ppm以下。

在本实施方式中，帕尔贴冷却器84除了具备帕尔贴元件96，还具备使向帕尔贴元件96的冷却方向供给的驱动电流接通或者断开的开关单元98。而且，在帕尔贴元件96中，向冷却方向供给驱动电流，由此该帕尔贴元件96的与第一除湿氢气热交换的部分的温度降低。另一方面，在帕尔贴元件96中，向与冷却方向相反的加热方向供给驱动电流，由此该帕尔贴元件96的与第一除湿氢气热交换的部分的温度上升。另外，帕尔贴冷却器84虽均未图示，但也可以具备用于使帕尔贴元件96的高温侧的热散出的散热器和风扇、或者使帕尔贴元件96的高温侧与制冷剂体进行热交换的制冷剂用配管等。

温度传感器86设置在氢气流路18中的帕尔贴冷却器84(帕尔贴元件96)的附近，测定该帕尔贴冷却器84的周边的温度并向控制部22输出温度测定值。而且也可以设为，温度传感器86设置于帕尔贴冷却器84(帕尔贴元件96)，测定该帕尔贴冷却器84的温度并输出温度测定值。

控制部22构成为具备未图示的CPU、存储器等的微型计算机，该CPU遵照控制程序执行规定的运算，来进行关于水电解系统10的各种处理、控制。另外，控制部22控制帕尔贴冷却器84的冷却温度，使得温度传感器86的温度测定值成为超过与压力传感器78的压力测定值对应的水的凝固点的目标温度。压力测定值越高则目标温度的至少一部分越低。

具体来讲，基于图2所示的映射图，控制部22用开关单元98来对向帕尔贴元件96的冷却方向供给的驱动电流进行接通、断开的控制。也就是说，在图2中，目标温度被设定在由虚线示出的使驱动电流断开的判断温度(以下也称为断开温度)的附近与由实线示出的使驱动电流接通的判断温度(以下也称为接通温度)的附近之间的范围。

被帕尔贴冷却器84所冷却的氢气包含的水的凝固点会根据氢气压力而变化。也就是说，氢气压力越高则水的凝固点越下降，氢气压力越低则水的凝固点越上升。因此，设定为根据与氢气压力相应的水的凝固点的变化而目标温度也变化，在本实施方式中，氢气压力越高则目标温度的整体越低、氢气压力越低则目标温度的整体越高。而且也可以是，例如设定为目标温度在设定压力等规定的氢气压力以上为固定。

另外，目标温度例如设定为，在由控制部22控制冷却温度时，即使在产生了控制误差或者温度测定值包含了温度传感器86的测定误差的情况下，也要避免帕尔贴冷却器84的周边的温度(测定温度)、进而被帕尔贴冷却器84冷却的氢气的温度成为水的凝固点以下，并且尽可能地靠近水的凝固点。这样设定目标温度，由此能够抑制第一除湿氢气所含的水分冻结，并且使第一除湿氢气的饱和水蒸气量尽可能地降低。因此，能够获得被有效果地除湿为期望的水分量的第二除湿氢气。而且，如图2所示，例如在氢气压力为背压阀20的设定压力以上时，优选为，目标温度设定为0℃以下。

另外，在温度测定值低于下限温度的情况下或者在高于上限温度的情况下，图1所示的控制部22打开卸压阀82。如在图2用两点划线所示的那样，下限温度被设定为比目标温度低。当温度测定值低于下限温度时，根据上述的控制误差、测定误差的大小，会产生如下担忧：氢气达到凝固点而氢气所含的水分发生冻结。因此，在温度测定值低于下限温度的情况下，控制部22打开卸压阀82，来抑制向帕尔贴冷却器84供给氢气。由此，能够避免氢气流路18等被冻结了的水分堵塞等。

另一方面，如在图2用单点划线所示的那样，上限温度被设定为比目标温度高。当温度测定值高于上限温度时，会产生如下担忧：在帕尔贴冷却器84中第一除湿氢气没有被充分地冷却，从而第二除湿氢气没有被除湿至期望的水分量。因此，在温度测定值高于上限温度的情况下控制部22打开卸压阀82，使氢气压力降低，由此将背压阀20设为闭阀状态。由此，能够避免从水电解系统10供给没有被除湿至期望的水分量的制品氢气等。

也可以是，如上述那样，控制部22将作为氢气压力的函数而预先确定的断开温度、接通温度、上限温度以及下限温度以图2所示的映射的状态存储于存储器。

还有，控制部22在使水电解装置16对水的电解(水电解)开始之前，将温度测定值与预先设定的开始温度进行比较，在温度测定值高于开始温度的情况下，将对于帕尔贴冷却器84的冷却方向而言的驱动电流接通来使冷却温度降低。由此在温度测定值达到开始温度之后，将水电解装置16的电解电源36接通来开始水电解。而且也可以是，开始温度如果设定为在开始水电解而产生的氢气到达至帕尔贴冷却器84时在帕尔贴冷却器84中能够将该氢气有效率地冷却至目标温度即可。

本实施方式涉及的水电解系统10基本如上述那样构成。参照图3所示的流程图，说明本实施方式涉及的水电解系统10的控制方法的一个例子。在该控制方法中，作为在水电解装置16中的开始水电解处理之前的准备工序，将温度测定值与开始温度进行比较，在温度测定值高于开始温度的情况下，控制帕尔贴冷却器84的冷却温度，使温度测定值降低至开始温度(步骤S1)。

在准备工序中温度测定值为开始温度以下的情况下，或者通过在准备工序中对冷却温度的控制而温度测定值达到了开始温度的情况下，进行使水电解装置16开始水电解的水电解工序(步骤S2)。在水电解工序中，在图1中，首先由水供给装置64生成纯水并供给至水贮存装置66的罐部70。另外，在水循环装置68的循环泵74的作用下，从罐部70经由离子交换器76向水电解装置16的水供给连通孔50供给水。由此，在各个电解单体24中，水从水供给连通孔50被供给至阳极侧隔板40的第一流路56，该水沿着阳极侧供电体内移动。

这时，借助电解电源36来对接线板26a、26b的端子部32a、32b施加电压。因此，被供给至阳极侧供电体的水在阳极电极催化剂层被电解，由此生成氢离子、电子以及氧气。这样生成的氢离子透过固体高分子电解质膜46而移动至阴极电极催化剂层，并与电子结合而成为氢气。也就是说，在阴极14产生氢气。该氢气沿着在阴极侧隔板42与阴极侧供电体之间形成的第二流路58流动，经由氢气连通孔54向氢气流路18流入。

另一方面，在阳极12产生的氧气与剩余(未反应)的水作为阳极排出流体经由第一流路56和排出连通孔52被排出到阳极排出流路62。经由阳极排出流路62被供给至水贮存装置66的阳极排出流体，被分离为氧气与水，氧气经由氧气流路72被排出到水电解系统10的外部。水贮存于罐部70，并和从水供给装置64供给至罐部70的纯水一起在循环泵74的作用下被离子交换器76去除了杂质，之后再次被导入至水供给连通孔50。即，水经由水供给流路60和阳极排出流路62，在水贮存装置66与水电解装置16之间循环。

如上述那样，由水电解装置16进行水电解处理，当氢气持续地产生时，氢气压力上升直至达到背压阀20的设定压力。进行压力测定工序，由压力传感器78测定该氢气压力来获得压力测定值(图3的步骤S3)。而且也可以是，背压阀20基于由控制部22对压力测定值与设定压力进行比较的结果来进行开闭控制。

然后，进行冷却温度控制工序，控制部22控制帕尔贴冷却器84的冷却温度，使得由温度传感器86获得的温度测定值成为超过与在压力测定工序获得的压力测定值对应的水的凝固点的目标温度(图3的步骤S4)。具体来讲，基于图2所示的映射图，在温度测定值为接通温度以上的情况下，向帕尔贴元件96的冷却方向供给驱动电流来使冷却温度降低。

另一方面，在温度测定值为断开温度以下的情况下，停止对帕尔贴元件96供给驱动电流来使冷却温度上升。由此，能够控制冷却温度使得温度测定值成为设定在接通温度附近与断开温度附近之间的目标温度。其结果是，在帕尔贴冷却器84中，能够根据第一除湿氢气的压力，在第一除湿氢气所含的水分不冻结的范围尽可能地使第一除湿氢气靠近凝固点。由此，能够使第一除湿氢气的饱和水蒸气量有效果地降低，因此能够获得除湿至期望的水分量的第二除湿氢气。

这时，背压阀20关闭，因此氢气压力上升至达到设定在例如70MPa～85MPa的范围内的设定压力。即，在氢气流路18中的比背压阀20靠阴极14侧配设的帕尔贴冷却器84中，将饱和水蒸气量和流速降低了的第一除湿氢气冷却与相比于常温而升压相当的量。由此，能够将第一除湿氢气有效果地除湿。其结果是，在水电解系统10中，能够制造使制成期望的水分量的第二除湿氢气升压至设定压力的制品氢气。

而且，从使第二除湿氢气的水分量有效果地减少的观点来看，优选为，目标温度的至少一部分为0℃以下。因此，例如在冷却温度控制工序中，优选为，在氢气压力达到上述的设定压力以后水电解系统10稳态运转时，将冷却温度控制成为0℃以下的目标温度。在使氢气压力上升至上述的设定压力的情况下，水的凝固点也与该氢气压力相应地下降，因此即使将温度测定值设为0℃以下的目标温度也能够避免氢气所含的水分冻结。

另外，在水电解系统10中，如上述那样，除了因水电解工序不断地产生氢气而导致在氢气压力升压中压力测定值发生变化的情况以外，还存在因水电解装置16产生的氢气的量减少或者停止产生氢气、因其他的一些原因而在氢气压力降压中压力测定值发生变化的情况。在这些中的任一种情况下，如上述那样，将冷却温度控制成为超过与压力测定值对应的水的凝固点的目标温度，由此能够在该第一除湿氢气所含的水分不冻结的范围尽可能地使第一除湿氢气靠近凝固点，来获得有效果地除湿至期望的水分量的第二除湿氢气。

然后，控制部22进行如下卸压判定工序，判定温度测定值是否处于下限温度以上且上限温度以下的范围(图3的步骤S5)。在卸压判定工序中，在判定温度测定值处于下限温度以上且上限温度以下的范围的情况下(图3的步骤S5：是)，返回至步骤S3的压力测定工序。基于在该压力测定工序获得的压力测定值，进行步骤S4的冷却温度控制工序，由此无论压力测定值如何变动，也能够控制冷却温度使得温度测定值成为与压力测定值相应的目标温度，来继续制造期望的水分量的第二除湿氢气。

另一方面，在卸压判定工序中，在判定温度测定值不是处于下限温度以上且上限温度以下的范围的情况下(图3的步骤S5：否)，进行卸压工序，打开卸压阀82，来对氢气流路18中的阴极14与背压阀20之间进行卸压(图3的步骤S6)。打开卸压阀82，由此第一除湿氢气向第二流路58流通，因此能够使被供给至帕尔贴冷却器84的第一除湿氢气的流量减少直至为零。另外，打开卸压阀82，由此氢气压力与设定压力相比降低，因此背压阀20成为闭阀状态。

如上所述，当温度测定值低于下限温度时，会产生氢气所含的水分冻结的担忧。因此，在温度测定值低于下限温度的情况下，打开卸压阀82，来抑制向帕尔贴冷却器84供给氢气，由此能够避免氢气所含的水分被冷却至冻结而氢气流路18等被堵塞等。

另一方面，当温度测定值高于上限温度时，会产生如下担忧：氢气的饱和水蒸气量没有充分地降低，第二除湿氢气没有被除湿至期望的水分量。因此，在温度测定值高于上限温度的情况下，打开卸压阀82，并将背压阀20设为闭阀状态，由此能够避免从水电解系统10供给没有被除湿至规定的水分浓度的制品氢气等。

另外，如上所述，在卸压判定工序中，在判定温度测定值不是处于下限温度以上且上限温度以下的范围的情况下，会担忧帕尔贴冷却器84的冷却温度没有被正常地控制。在该情况下，与水电解装置16异常时、氢气流路18等堵塞时不同，将在水电解系统10设置的电解电源36、各种电磁阀等的电源断开，在阳极12与阴极14产生了压差的状态下强制停止水电解处理或使氢气在氢气流路18向与通常相反方向流通的必要性少。

因此，如上所述，在判定温度测定值不是处于下限温度以上且上限温度以下的范围的情况下，代替强制停止水电解处理、使氢气逆流到水电解装置16等，而进行卸压工序，由此能够容易保护电解质膜等，进而实现水电解装置16的耐久性的提高。

通过卸压工序，在氢气压力降低到规定的压力之后，即在使水电解装置16的阳极12与阴极14的压差充分地减少之后，进行水电解停止工序(图3的步骤S7)，将在水电解系统10设置的电解电源36、各种电磁阀等的电源断开，结束本实施方式涉及的流程。

根据以上，根据本实施方式涉及的水电解系统10及其控制方法，能够根据被帕尔贴冷却器84冷却的氢气的压力，使该氢气所含的水分不冻结并有效果地分离。因此，能够以使用帕尔贴冷却器84的、小型并且简单的结构来将氢气有效果地除湿。

在上述的实施方式涉及的水电解系统10中设为，具备卸压阀82，该卸压阀82设置在氢气流路18中的阴极14与帕尔贴冷却器84之间，能够对氢气流路18中的阴极14与背压阀20之间进行卸压，在温度测定值低于被设定为比目标温度低的下限温度的情况下或者在温度测定值高于被设定为比目标温度高的上限温度的情况下控制部22打开卸压阀82。

另外，在上述的实施方式涉及的水电解系统10的控制方法中设为，在冷却温度控制工序之后进行如下卸压判定工序，判定温度测定值是否处于被设定为比目标温度低的下限温度以上且被设定为比目标温度高的上限温度以下的范围，在卸压判定工序中判定为温度测定值没有处于下限温度以上且上限温度以下的范围的情况下进行如下卸压工序，将在氢气流路18中的阴极14与背压阀20之间设置的卸压阀82打开，对氢气流路18中的阴极14与背压阀20之间进行卸压。

在这些情况下，即使对帕尔贴冷却器84的冷却温度的控制发生了异常的情况下，也能够避免氢气流路18等被冻结的水分堵塞、制造出没有被除湿至规定的水分浓度的制品氢气等。另外，能够避免在阳极12与阴极14产生了压差的状态下强制停止水电解装置16的水电解处理、使氢气在水电解装置16逆流等，因此能够容易地保护固体高分子电解质膜46，提高水电解装置16的耐久性。

而且，除了在温度测定值低于下限温度的情况或者高于上限温度的情况以外，控制部22也能够进行将卸压阀82打开的控制。例如也可以是，在水电解系统10的用户针对控制部22进行了停止水电解系统10的运转的指示的情况下等，进行将卸压阀82打开的卸压工序。由此，能够在使水电解装置16的阳极12与阴极14的压差充分地减少之后，停止水电解系统10，因此能够提高水电解装置16的耐久性。

在上述的实施方式涉及的水电解系统10中设为，控制部22控制冷却温度，在将温度测定值设为预先设定的开始温度之后，开始使水电解装置16对水进行电解。

另外，在上述的实施方式涉及的水电解系统10的控制方法中设为，在进行了控制冷却温度的准备工序使得温度测定值成为预先设定的开始温度之后，进行水电解工序。

在这些情况下，例如即使在盛夏等水电解系统10处于比较高温下的情况下，也能够由帕尔贴冷却器84将氢气良好地冷却，因此能够对氢气有效率地除湿。

在上述的实施方式涉及的水电解系统10及其控制方法中设为，目标温度的至少一部分为0℃以下。在氢气的压力例如处于70MPa～85MPa的设定压力时，即使将目标温度设为0℃以下，也能够避免氢气所含的水分冻结，并且能够使氢气的饱和水蒸气量降低，因此能够将氢气所含的水分有效果地分离。

本发明并不特别地限定于上述的实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变形。

例如在上述的实施方式中设为，帕尔贴冷却器84具备开关单元98，对向帕尔贴元件96的冷却方向的驱动电流进行接通、断开的控制。在该情况下，能够良好地实现帕尔贴冷却器84的简单化。但是，不特别限定于此，也可以是，帕尔贴冷却器84具备未图示的可变电源等，调整向帕尔贴元件96的冷却方向和加热方向中的至少一方供给的驱动电流的大小，由此控制冷却温度。在该情况下，能够更高精度地控制冷却温度。

另外，在上述实施方式中设为，在气液分离器80设置与第一氢气流路18a连通的气体排出口94a、与第二氢气流路18b连通的气体排出口94b，并在第二氢气流路18b设置卸压阀82。但不特别限定于此。也可以是，在气液分离器80，仅设置与第一氢气流路18a连通的气体排出口94a。另外也可以是，卸压阀82设置在氢气流路18中的阴极14与帕尔贴冷却器84之间的任何部位。

Claims (8)

1.一种水电解系统，具备：水电解装置(16)，其具有将水电解而产生氧气的阳极(12)和产生氢气的阴极(14)；以及背压阀(20)，其设置于用于使在所述阴极产生的所述氢气流通的氢气流路(18)，所述水电解系统制造与所述氧气相比为高压的所述氢气，所述水电解系统具备：

气液分离器(80)，其设置在所述氢气流路中的所述阴极与所述背压阀之间，从所述氢气分离水分；

帕尔贴冷却器(84)，其设置在所述氢气流路中的所述气液分离器与所述背压阀之间且在比所述气液分离器高的位置，由帕尔贴元件(96)将被所述气液分离器分离了水分的所述氢气冷却，由此将所述氢气所含的水分进一步地分离；

温度传感器(86)，其测定所述帕尔贴冷却器的温度或者该帕尔贴冷却器的周边的温度并输出温度测定值；

压力传感器(78)，其测定所述氢气流路中的所述阴极与所述背压阀之间的所述氢气的压力并输出压力测定值；以及

控制部(22)，其基于所述压力测定值和所述温度测定值，控制所述帕尔贴冷却器的冷却温度，使得所述温度测定值成为超过与所述压力测定值对应的水的凝固点的目标温度，

其中，所述压力测定值越高则所述目标温度的至少一部分越低。

2.根据权利要求1所述的水电解系统，其特征在于，

具备卸压阀(82)，该卸压阀(82)设置在所述氢气流路中的所述阴极与所述帕尔贴冷却器之间，能够对所述氢气流路中的所述阴极与所述背压阀之间进行卸压，

在所述温度测定值低于被设定为比所述目标温度低的下限温度的情况下或者高于被设定为比所述目标温度高的上限温度的情况下，所述控制部打开所述卸压阀。

3.根据权利要求1或2所述的水电解系统，其特征在于，

所述控制部控制所述冷却温度，在将所述温度测定值设为预先设定的开始温度之后，开始由所述水电解装置对水进行电解。

4.根据权利要求1或2所述的水电解系统，其特征在于，

所述目标温度的至少一部分为0℃以下。

5.一种水电解系统的控制方法，该水电解系统具备：水电解装置(16)，其具有将水电解而产生氧气的阳极(12)和产生氢气的阴极(14)；以及背压阀(20)，其设置于用于使在所述阴极产生的所述氢气流通的氢气流路(18)，所述水电解系统制造与所述氧气相比为高压的所述氢气，所述水电解系统(10)的控制方法，包括：

水电解工序，开始由所述水电解装置对水进行电解；

压力测定工序，测定所述氢气流路中的所述阴极与所述背压阀之间的所述氢气的压力来获得压力测定值；以及

冷却温度控制工序，控制帕尔贴冷却器(84)的冷却温度，使得对在所述氢气流路中的所述阴极与所述背压阀之间设置的所述帕尔贴冷却器的温度或者所述帕尔贴冷却器的周边的温度进行测定而获得的温度测定值，成为超过与所述压力测定值对应的水的凝固点的目标温度，

其中，所述压力测定值越高则所述目标温度的至少一部分越低。

6.根据权利要求5所述的水电解系统的控制方法，其特征在于，

在所述冷却温度控制工序之后进行如下卸压判定工序，判定所述温度测定值是否处于被设定为比所述目标温度低的下限温度以上且被设定为比所述目标温度高的上限温度以下的范围，

在所述卸压判定工序中，在判定为所述温度测定值不是处于下限温度以上且上限温度以下的范围的情况下进行如下卸压工序，将在所述氢气流路中的所述阴极与所述背压阀之间设置的卸压阀(82)打开，来对所述氢气流路中的所述阴极与所述背压阀之间进行卸压。

7.根据权利要求5或6所述的水电解系统的控制方法，其特征在于，

在进行控制所述冷却温度的准备工序使得所述温度测定值成为预先设定的开始温度之后，进行所述水电解工序。

8.根据权利要求5或6所述的水电解系统的控制方法，其特征在于，

所述目标温度的至少一部分为0℃以下。

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