CN113293394B - 水电解系统和水位误差计算装置 - Google Patents

水电解系统和水位误差计算装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种水电解系统(1)，具备：水电解装置(3)，其电解水，生成氧和氢；气液分离装置(4)，其将由水电解装置(3)生成的含氢的生成气体的气相和液相分离；水位检测部(5)，其检测气液分离装置(4)内的水位；压力检测部(9)，其检测气液分离装置(4)内的气相的压力；以及运算部(8a、82)，其基于由压力检测部(9)检测出的气液分离装置(4)内的气相的压力，计算由水位检测部(5)检测出的气液分离装置(4)内的水位的误差。

Description

水电解系统和水位误差计算装置
技术领域
本发明涉及一种电解水来制造氧和氢的水电解系统和基于压力计算水位的检测误差的水位误差计算装置。
背景技术
作为这种系统已知有使用电解质膜电解水来生成氧和氢的系统。例如，专利文献1中记载的系统构成为将透过了电解质膜的水储存于气液分离装置中，当气液分离装置内的水位达到规定的水位时，将其一部分进行排水，气液分离装置内的水位的检测使用静电电容式水位传感器。
然而，在专利文献1所记载的系统中，由于使用静电电容式水位传感器，因此难以计算气液分离装置内的水位的检测误差。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-43615号公报(JP2014-43615A)。
发明内容
作为本发明的一技术方案的水电解系统，具备：水电解装置，其电解水，生成氧和氢；气液分离装置，其将由水电解装置生成的含氢的生成气体的气相与液相分离；水位检测部，其检测气液分离装置内的水位；压力检测部，其检测气液分离装置内的气相的压力；以及运算部，其基于由压力检测部检测出的气液分离装置内的气相的压力，计算由水位检测部检测出的气液分离装置内的水位的误差。
此外，本发明的另一技术方案是计算气液分离装置内的水位的检测误差的水位误差计算装置。水位误差计算装置具备：水位检测部，其检测气液分离装置内的水位；压力检测部，其检测气液分离装置内的气相的压力；以及运算部，其基于由压力检测部检测出的气液分离装置内的气相的压力，计算由水位检测部检测出的气液分离装置内的水位的误差。
附图说明
本发明的目的、特征和优点，通过与附图相关的以下实施方式的说明进一步阐明。
图1是本发明的实施方式的水电解系统的概略构成图。
图2是示出本实施方式的水电解系统的主要部分的概略构成的框图。
图3是示出在图2的控制器的修正系数计算部执行的修正系数计算处理的一例的流程图。
图4是示出图1所示的高压气液分离装置在升压时容器内的实测压力值和计算压力值的特性、基于高压气液分离装置的重量计算出的容器内的水位的特性以及水电解系统所配置的集装箱内的温度的特性的图。
具体实施方式
以下，参照图1至图4说明本发明的一实施方式。本实施方式的水电解系统是整体收容于集装箱等中的所谓封装式水电解系统。集装箱的大小例如为宽度300～400mm、进深200～300mm、高度200～300mm左右。
图1是本实施方式的水电解系统的概略构成图。如图1所示，水电解系统1具备：纯水类气液分离装置2，其储存纯水(以下亦简称为“水”)；高压水电解堆3，其电解水，生成氧和氢；高压气液分离装置4，其将氢进行气液分离；重量传感器5，其检测高压气液分离装置4的重量；高压排水装置6，其将储存于高压气液分离装置4中的水排出；以及低压气液分离装置7，其将由高压排水装置6排出了的水向纯水类气液分离装置2供给。需要说明的是，图1的纯水类气液分离装置2、高压水电解堆3、高压气液分离装置4和低压气液分离装置7是按照重力方向图示的。
在纯水类气液分离装置2的上部分别连接纯水供给线路21的一端部、气体排出线路22的一端部以及循环线路23的一端部。纯水供给线路21的另一端部与制造纯水(水)的纯水制造装置20连接。气体排出线路22的另一端部向大气敞开。循环线路23的另一端部与高压水电解堆3连接。在纯水类气液分离装置2的底部连接供给线路24的一端部，供给线路24的另一端部经由循环水泵25和冷却器26与高压水电解堆3连接。
从纯水制造装置20经由纯水供给线路21向纯水类气液分离装置2供给水，并且从高压水电解堆3经由循环线路23向纯水类气液分离装置2供给氧和氢的混合气体。从高压水电解堆3供给的混合气体在纯水类气液分离装置2内被分离液化了的水分，分离了水分的混合气体经由气体排出线路22被排出到大气中。而且，从混合气体分离出的水分、未反应的水、从纯水制造装置20供给的水储存于纯水类气液分离装置2，借助循环水泵25经由供给线路24供给至高压水电解堆3。
高压水电解堆3将从纯水类气液分离装置2供给的水进行电解，生成氧和氢。更详细而言，在高压水电解堆3连接有作为直流电源的电解电源31，通过由电解电源31对高压水电解堆3施加规定的电解电压，由此规定的电解电流流到高压水电解堆3，水被电解。
高压水电解堆3具备层叠的多个水电解单体30。各水电解单体30形成为例如圆盘状。水电解单体30具有电解质膜-电极结构体以及配设于电解质膜-电极结构体的两侧的阳极隔板和阴极隔板，省略图示。电解质膜-电极结构体具有固体高分子电解质膜以及设置于固体高分子电解质膜的两个面的阳极供电体和阴极供电体。在阳极隔板设置用于使水流通的纯水流路，在阴极隔板设置用于使反应生成的氢流通的氢流路。
高压水电解堆3在铅垂方向上层叠水电解单体30而构成，在层叠方向上的两端配设端板32a、32b。
在下方的端板32a连接供给线路24的另一端部。更详细而言，下方的端板32a具有与在各水电解单体30的阳极隔板设置的纯水流路的入口侧(水供给侧)连通的入口连通部，该入口连通部与供给线路24的另一端部连接。
在上方的端板32b连接循环线路23的另一端部和氢排出线路33的一端部。更详细而言，上方的端板32b具有与在各水电解单体30的阳极隔板设置的纯水流路的出口侧(水排出侧)连通的第1出口连通部，第1出口连通部与循环线路23的另一端部连接。上方的端板32b还具有与在各水电解单体30的阴极隔板设置的氢流路的出口侧(氢排出侧)连通的第2出口连通部，第2出口连通部与氢排出线路33的一端部连接。
从上方的端板32b的第1出口连通部向循环线路23排出含有反应生成的氧和氢的一部分(透过了水电解单体30的氢)的混合气体和未反应的水。从上方的端板32b的第2出口连通部向氢排出线路33排出反应生成的氢气和透过了水电解单体30的水。
高压气液分离装置4从经由氢排出线路33供给的氢气分离水分，并且储存从氢气分离出的水和经由氢排出线路33供给的水。更详细而言，高压气液分离装置4以经由氢排出线路33供给的氢气达到规定量以下(例如，100ppm以下)的水分量的方式从氢气分离水分。在高压气液分离装置4中，通过在高压(例如，35MPa以上)的环境气下液化分离氢气所含的水分，由此氢气的水分量达到规定量以下。从经由氢排出线路33供给的氢气分离出的水分与经由氢排出线路33供给的水一起储存于高压气液分离装置4。
高压气液分离装置4具有上端开口部和下端开口部密封的大致圆筒形状的容器40。容器40在其内部具有在整个高度方向上具有大致相同的截面积的空间，在该空间储存经由氢排出线路33供给且达到规定量以下的水分量的氢气、从氢气分离出的水以及经由氢排出线路33供给的水。
需要说明的是，高压气液分离装置4的容器40的空间的形状并不局限于上述情况，例如，也可以是在高度方向上具有不同截面积的形状。另外，从储存高压氢气的观点出发，高压气液分离装置4的容器40形成为厚壁(例如，比低压气液分离装置7的容器70厚壁)。
在容器40的上部分别连接氢排出线路33的另一端部、高压氢供给线路42的一端部以及泄压线路43的一端部。高压氢供给线路42的另一端部经由背压阀45与未图示的氢气罐连接。氢气罐储存达到规定量以下的水分量(例如，向燃料电池汽车供给的情况下为5ppm以下)的氢气。泄压线路43的另一端部经由减压机构46与低压气液分离装置7连接。在容器40的底部连接排出线路44的一端部，排出线路44的另一端部经由高压排水装置6与低压气液分离装置7连接。
设置于高压氢供给线路42的背压阀45被设定为既定压力值(例如，70MPa)。而且，当容器40的内部压力超过既定压力值时，经由背压阀45向氢气罐供给氢气，容器40的内部压力维持在既定压力值。设置于泄压线路43的减压机构46例如具有减压阀46a和电磁阀46b，所述减压阀46a通过给予压力损失来减压至设定压力。高压排水装置6具有排水减压机构47。排水减压机构47例如具有孔口47b和电磁阀47a，所述孔口47b通过给予压力损失来使设定水量的水通流。排水减压机构47也能够使用例如减压阀来替代孔口47b。
在高压气液分离装置4的底部以与容器40的底部抵接的状态设置重量传感器5。重量传感器5对在重力方向上作用于容器40的载荷即高压气液分离装置4的整体重量进行检测。
低压气液分离装置7储存由高压排水装置6排出了的水和由减压机构46减压了的氢气。更详细而言，低压气液分离装置7具有容器70，该容器70储存减压了的氢气和水。在容器70的上部连接大气线路71的一端部，大气线路71的另一端部敞开。在大气线路71设置背压阀72，通过将容器70内的压力始终保持在大气压以上来防止大气流入容器70。在容器70的下部连接回水线路73的一端部，回水线路73的另一端部经由电磁阀74与纯水类气液分离装置2连接。
对以上的水电解系统1的氢制造动作的一例进行说明。需要说明的是，水电解系统1的各部分由控制器8(图2)控制。在水电解系统1启动运转时，在纯水制造装置20中生成的水经由纯水供给线路21供给至纯水类气液分离装置2。纯水类气液分离装置2内的水通过循环水泵25的驱动经由供给线路24供给至高压水电解堆3。
供给至高压水电解堆3的水被从下方的端板32a向在各水电解单体30的阳极隔板设置的纯水流路的入口侧供给，沿阳极供电体移动。此时，经由电解电源31对高压水电解堆3施加规定的电解电压，水在阳极电极催化剂层因电而分解，生成氢离子、电子和氧。通过该阳极反应生成的氢离子透过固体高分子电解质膜，移动至阴极电极催化剂层侧，与电子结合，得到氢(氢气)。所得到的氢(氢气)被从在阴极隔板设置的氢流路的出口侧(氢排出侧)向氢排出线路33供给。从氢流路的出口侧(氢排出侧)还排出透过了固体高分子电解质膜的水。
此时，背压阀45、减压阀46a和电磁阀47a关闭并且排出线路44的一端部被储存于容器40内的水(以下亦称为“密封水”)密封，由此容器40被封闭。因此，所得到的氢(氢气)和排出了的水经由氢排出线路33供给至容器40内，由此容器40内的压力上升。更详细而言，通过将氢气和水供给至封闭了的容器40，由此容器40、氢排出线路33、至背压阀45为止的高压氢供给线路42和至减压机构46为止的泄压线路43升压至既定压力值(例如，70MPa)。
另一方面，反应生成的氧(氧气)、透过了固体高分子电解质膜的氢(氢气)和未反应的水被从在阳极隔板设置的纯水流路的出口侧(水排出侧)向循环线路23供给。供给至循环线路23的混合气体(氧气、氢气)和未反应的水被供给至纯水类气液分离装置2，在纯水类气液分离装置2从混合气体中将液化了的水分分离出来。分离了水分的混合气体经由气体排出线路22排出到大气中。液化了的水分和未反应的水经由循环水泵25被再次供给至供给线路24。
关于经由氢排出线路33供给至容器40内的氢气，在容器40内，水分因重力被分离而达到规定量以下的水分量，达到规定量以下的水分量的氢气储存于容器40内。同样，经由氢排出线路33供给至容器40内的水与从氢气分离出的水一起储存于容器40内。
此时，基于重量传感器5所检测出的高压气液分离装置4的重量，开闭电磁阀47a，以使容器40内的水位在规定的范围内。更详细而言，当容器40内的水位达到上限水位时，打开电磁阀47a，开始排水；之后当达到下限水位时，关闭电磁阀47a，停止排水，以使储存于容器40内的水不达到满水并且所储存的水不从容器40全部放出。
当达到上限水位时，进行排水，由此能够防止水经由高压氢供给线路42流入氢气罐。并且当达到下限水位时停止排水，由此能够防止失去密封水，从而能够将容器40等的压力维持在既定压力(例如，70MPa)。
从高压气液分离装置4排出了的水经由排出线路44供给至低压气液分离装置7的容器70，与电磁阀74的开闭相对应，经由回水线路73，返回纯水类气液分离装置2。
另一方面，当封闭状态下的容器40升压至既定压力值(例如，70MPa)时，经由氢排出线路33输送至高压气液分离装置4的氢气从在高压氢供给线路42设置的背压阀45排出，由未图示的除湿装置等除湿，成为干氢(氢产品)，供给至氢气罐。
另外，在将高压气液分离装置4降压时(例如，维护时等)，储存于容器40内的氢气在减压机构46被减压，向低压气液分离装置7供给。然后，背压阀72打开，减压了氢气经由大气线路71排出到外部。
如上所述，在本实施方式的水电解系统1中，基于由重量传感器5检测出的高压气液分离装置4的重量，开闭电磁阀47a，调整高压气液分离装置4的容器40内的水位。也就是说，使重量传感器5作为水位检测部发挥功能，调整容器40内的水位。
在该情况下，由于在容器40连接氢排出线路33等，因此由重量传感器5检测出的重量与实际的高压气液分离装置4的重量之间可能产生误差。因此，可能无法将容器40内的水位保持在规定范围内，水位可能超过上限水位而达到满水，或者低于下限水位而失去容器40内的密封水。
为了应对这样的问题，如下构成水电解系统1。图2是示出本实施方式的水电解系统1的主要部分的概略构成的框图。如图2所示，水电解系统1具有控制器8、分别与控制器8可通信地连接的重量传感器5、电磁阀47a以及压力传感器9。
压力传感器9安装于形成氢排出线路33的配管，检测高压气液分离装置4的容器40的内部压力。也就是说，在水电解系统1中，氢排出线路33的内部压力与容器40的内部压力相同，因此通过在氢排出线路33上安装压力传感器9，能够以低成本的构成检测容器40的内部压力。需要说明的是，压力传感器9也可以安装于容器40的内部。
控制器8包括具有CPU(中央处理器)8a和ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)等存储器8b的微型计算机而构成。控制器8具有水位控制部81(排水控制部)和修正系数计算部82(运算部)作为功能性结构，所述水位控制部81(排水控制部)基于由重量传感器5检测出的高压气液分离装置4的重量，控制容器40内的水位，所述修正系数计算部82(运算部)计算用于对由重量传感器5检测出的高压气液分离装置4的重量进行修正的修正系数。也就是说，CPU8a作为水位控制部81(排水控制部)和修正系数计算部82(运算部)发挥功能。
水位控制部81例如当由重量传感器5检测出的当前的高压气液分离装置4的重量达到上限水位的重量时，打开电磁阀47a，当达到下限水位的重量时，关闭电磁阀47a。也就是说，水位控制部81开闭电磁阀47a，实施容器40内的水位控制。并且在由修正系数计算部82计算出修正系数的情况下，水位控制部81使用修正系数修正由重量传感器5检测出的重量，基于使用修正系数修正了的重量，实施水位控制。
需要说明的是，上限水位是用户预先设定的水位(例如，相对于满水为80％的水位)，下限水位是用户预先设定的水位(例如，相对于满水为30％的水位)。上限水位(下限水位)的重量例如使用对上限水位(下限水位)处的容器40内的水的容积和重量进行计算并将计算出的重量与空状态下的高压气液分离装置4的重量相加所得到的值。
图3是示出在图2的控制器8的修正系数计算部82执行的修正系数计算处理的一例的流程图。图3的流程图所示的处理根据来自用户的指令而开始，至修正系数的计算结束为止，以规定周期反复执行。更详细而言，当输入来自用户的指令时，开始由电解电源31施加电解电压，执行图3的流程图所示的处理。
如图3所示，首先，在S1(S：处理步骤)中，读取与高压气液分离装置4相关的各种信号。也就是说，读取由压力传感器9检测出的容器40内的实测压力值、由重量传感器5检测出的当前的高压气液分离装置4的重量等。所读取到的信号存储于存储器8b(例如，ROM)。
接下来，在S2中，判定是否满足修正系数的计算条件。计算条件是用于有效计算修正系数的条件，例如，在由压力传感器9检测出的实测压力值为规定值以上(例如，30MPa以上)时，满足计算条件。因此，在S2中，判定压力传感器9的检测压力是否为规定值以上。
重复执行S2直至肯定为止，当S2为肯定(S2：是)时，进入S3。在S3中，基于由重量传感器5检测出的高压气液分离装置4的重量，计算压力值。压力值的计算如下实施。
首先，使用在电解电源31开始施加电解电压(升压)后高压水电解堆3制造的氢量Q(NL)、预先存在于容器40内的已知的氢量Q1(NL)、已知的饱和水蒸气量S(NL)、从容器40的容积减去水的容积后的内部空间40a的容积V(L)，利用下式(I)计算高压气液分离装置4的容器40的内部压力P(MPa)。
P＝(Q+Q1+S)/V……(I)
由于通过施加电解电压由此与流到高压水电解堆3的电解电流相对应地进行水的电解反应，因此基于已知的电解电流来计算由高压水电解堆3制造的氢量Q。
更详细而言，关于高压水电解堆3的水电解单体30中的水的电解反应，在阳极侧下式(II)成立，在阴极侧下式(III)成立，整体而言下式(IV)成立。
H2O→2H++2e-+1/2O2……(II)
2H++2e-→H2……(III)
H2O→H2+1/2O2……(IV)
在水的电解反应中反应了1摩尔时的电荷量(C/mol)为2×96500(C/mol)，氢量(NL)为1(mol)＝22.4(NL)，因此使用下式(V)计算单位时间在1个单体制造的氢量(NL/sec)。
氢量(NL/sec)＝电流(A)/(2×96500)×22.4……(V)
而且，使用施加电流e(A)、水电解单体30的层叠数n(个)、电解电压的施加时间(升压时间)t〔min〕，利用下式(VI)计算在开始施加电解电压(升压)后高压水电解堆3制造的氢量Q。
Q＝e/(2×96500)×22.4×n×60×t……(VI)
此时，高压水电解堆3制造的氢量Q使用从在高压水电解堆3中实际制造出的氢量减去通过透过而从循环线路23排出的已知的氢量所得到的氢量。高压水电解堆3在额定运转下生成氢，因此能够预先测定通过透过而从循环线路23排出的氢量。另外，在计算容器40的内部压力P时，需要适当地实施基于高压气液分离装置4所配置的场所(例如，集装箱内)的温度T的温度修正和所制造的氢的压缩系数修正。在像集装箱内那样温度T大致恒定的情况下，已知的饱和水蒸气量大致恒定。
接下来，使用容器40的容积V1、容器40内的水的容积V2，利用下式(VII)计算从容器40的容积减去水的容积后的容器40的内部空间40a的容积V。
V＝V1-V2……(VII)
需要说明的是，容器40内的水的容积V2能够使用从重量传感器5测定出的高压气液分离装置4的重量减去预先测定的空状态下的高压气液分离装置4的重量所得到的容器40内的水的重量进行计算。
通过将利用上式(VII)计算出的容积V和利用上式(VI)计算出的氢量Q代入上式(I)，能够计算开始施加电解电压(升压)后的容器40的内部压力P。
接下来，在S4中，使用在S1中存储于存储器8b的实测压力值和在S3中计算出的压力值(计算压力值)计算修正系数。更详细而言，基于计算压力值和由压力传感器9检测出的实测压力值，计算用于对由重量传感器5检测出的高压气液分离装置4的重量进行修正的修正系数。
若将计算压力值定义为Pa，将由重量传感器5检测出的高压气液分离装置4的重量定义为W1a，将实测压力值定义为Pb，将高压气液分离装置4的实际重量定义为W1b，则下式(VIII)成立。
Pa：Pb＝W1a：W1b……(VIII)
由此，针对由重量传感器5检测出的重量的修正系数为Pb/Pa。接下来，在S5中，将在S4中计算出的修正系数(Pb/Pa)存储于存储器8b，结束处理。
当在修正系数计算部82中计算出的修正系数存储于存储器8b时，水位控制部81使用存储于存储器8b的修正系数对由重量传感器5检测出的高压气液分离装置4的重量进行修正，基于使用修正系数修正了的重量实施水位控制。此时，也可以不停止施加电解电压(升压)地进行修正，还可以暂停施加后进行修正，之后再次开始施加。
图4是示出图1所示的高压气液分离装置4在升压时(施加电解电压时)容器40内的实测压力值和计算压力值的特性、基于高压气液分离装置4的重量计算出的容器40内的水位的特性以及水电解系统1所配置的集装箱内的温度的特性的图。
图4的f1示出容器40内的计算压力值随时间变化的特性，f2示出容器40内的实测压力值随时间变化的特性。f3示出基于由重量传感器5测定出的高压气液分离装置4的重量计算出的容器40内的水位随时间变化的特性，f4示出水电解系统1所配置的集装箱内的温度随时间变化的特性。
因随着施加电解电压(升压)而在高压气液分离装置4储存氢气和水，所以实测压力值和基于重量传感器5检测出的水位(高压气液分离装置4的重量)随着时间的经过而缓缓上升(S1)。此时，如图4的特性f4所示，集装箱内的温度T大致恒定地推移，因此已知的饱和水蒸气量大致恒定。而且，如图4的特性f2所示，在开始施加电解电压(开始升压)起t分钟后，实测压力值达到满足修正系数的计算条件的规定值Pb，如图4的特性f1所示，此时的计算压力值为Pa(S3)。
如图4的特性f1和特性f2所示，t分钟后的计算压力值Pa小于实测压力值(例如，规定值Pb)(例如，Pa＜Pb)。也就是说，实际的容器40内的压力比基于由重量传感器5检测出的水位(重量)计算出的容器40内的压力大，实测压力值与计算压力值之间产生误差。因此，由修正系数计算部82计算用于对由重量传感器5检测出的水位(重量)的误差进行修正的修正系数(例如，Pb/Pa)，并将其存储(S4、S5)。然后，将基于重量传感器5检测出的水位Wa(重量W1a)乘以修正系数Pb/Pa，按照修正了的水位(实际的重量W1b)实施水位控制部81的水位控制。
采用本实施方式，能够起到如下作用效果。
(1)水电解系统1具备：高压水电解堆3，其电解水，生成氧和氢；高压气液分离装置4，其将在高压水电解堆3生成的含氢的生成气体进行气液分离；重量传感器5，其检测高压气液分离装置4的重量；压力传感器9，其检测高压气液分离装置4的容器40内的压力；以及控制器8(修正系数计算部82)，其基于由压力传感器9检测出的高压气液分离装置4的容器40内的压力，计算用于对由重量传感器5检测出的高压气液分离装置4的重量的误差进行修正的修正系数(图1)。
采用该结构，能够容易地计算高压气液分离装置4的容器40内的水位的检测误差。另外，无需停止水电解系统1，即在水电解系统1运行过程中，也能够计算高压气液分离装置4的容器40内的水位的检测误差。此外例如，无需在高压气液分离装置4的容器40设置能够从外部确认内部的透明窗、使用中子射线照相术、超声波回声、在容器40内配置多个水位传感器，就能容易地计算高压气液分离装置4的容器40内的水位的误差。也就是说，能够以低成本的构成，检测容器40内的水位的误差。
(2)控制器8基于由高压水电解堆3生成的氢量和由重量传感器5检测出的高压气液分离装置4的重量计算在高压气液分离装置4的容器40内产生的压力，基于该计算压力值和由压力传感器9检测出的实测压力值，计算用于对由重量传感器5检测出的高压气液分离装置4的重量的误差进行修正的修正系数(图2)。由此，能够容易地计算高压气液分离装置4的容器40内的水位的检测误差。
(3)水电解系统1还具备：高压排水装置6，其实施高压气液分离装置4的容器40内的排水；和水位控制部81，其基于由修正系数计算部82计算出的修正系数，修正由重量传感器5检测出的高压气液分离装置4的重量(水位)，基于修正了的重量(水位)对高压排水装置6的电磁阀47a进行开闭控制(图1)。
由此，能够容易且正确地实施控制器8对高压气液分离装置4的容器40内的水位控制。例如，即使在使用重量传感器5检测高压气液分离装置4的容器40内的水位的情况下，也能够正确地实施控制器8对高压气液分离装置4的容器40内的水位控制。因此能够容易地构成低成本且高精度的水电解系统。
(4)重量传感器5构成基于高压气液分离装置4的重量来检测高压气液分离装置4的容器40内的水位的水位检测部(图1)。由此，无需使用静电电容式水位传感器那样的高价的传感器，能够以低成本的构成提供高精度的水电解系统。
(5)水位误差计算装置计算将在电解水而生成氧和氢的高压水电解堆3中生成的含氢的生成气体进行气液分离的高压气液分离装置4内的水位的检测误差。水位误差计算装置具备：重量传感器5，其检测高压气液分离装置4的重量；压力传感器9，其检测高压气液分离装置4的容器40内的压力；以及控制器8(修正系数计算部82)，其基于由压力传感器9检测出的高压气液分离装置4的容器40内的压力，计算用于对由重量传感器5检测出的高压气液分离装置4内的重量的误差进行修正的修正系数(图1)。采用该构成，能够容易地计算高压气液分离装置4的容器40内的水位的检测误差。
在上述实施方式中，使用重量传感器5作为水位检测部进行了说明，但也可以使用水位传感器作为水位检测部，例如，也可以使用静电电容式水位传感器。在该情况下，也可以基于由高压水电解堆3生成的氢量和由水位传感器检测出的高压气液分离装置4的容器40内的水位，计算在容器40内产生的压力，基于该计算压力值和由压力传感器9检测出的实测压力值，计算用于对由水位传感器检测出的容器40内的水位的误差进行修正的修正系数。
在上述实施方式中，当输入来自用户的指令时，开始进行修正系数计算处理，但修正系数计算处理并不局限于来自用户的指令，也可以在水电解系统1起动时开始或者当水电解系统1的运行时间经过规定时间时开始等，在其他时机开始。
在上述实施方式中，作为修正系数计算处理中的修正系数的计算条件，判定由压力传感器9检测出的实测压力值是否为规定值以上，但也可以判定由重量传感器5检测出的高压气液分离装置4的重量是否为规定重量以上、由高压水电解堆3制造的氢量是否为规定量以上等。
在上述实施方式中，在修正系数计算处理中实施对修正系数的计算条件的判定(S2)，但也可以不实施对计算条件的判定，而计算基于高压气液分离装置4的重量的压力值(S3)。也就是说，可以省略对计算条件的判定。在该情况下，可以在存储修正系数后，例如判定是否在开始升压后经过了规定时间，当为否定时，再次计算压力值。
在上述实施方式中，使用升压时(施加电解电压时)的计算压力值和实测压力值计算修正系数，但也可以使用减压时的计算压力值和实测压力值计算修正系数。
能够将上述实施方式与变形例的一个或多个任意组合，也能够组合变形例彼此。
采用本发明，能够容易地计算水电解系统中使用的气液分离装置的水位的检测误差。
以上，结合优选实施方式说明了本发明，但本领域技术人员应理解为能够在不脱离后述权利要求书的公开范围的情况下进行各种修正和变更。

Claims (8)

1.一种水电解系统（1），其特征在于，具备：
水电解装置（3），其电解水，生成氧和氢；
气液分离装置（4），其将由所述水电解装置（3）生成的含氢的生成气体的气相和液相进行分离；
水位检测部（5），其检测所述气液分离装置（4）内的水位；
压力检测部（9），其检测所述气液分离装置（4）内的气相的压力；以及
运算部（8a、82），其基于由所述压力检测部（9）检测出的所述气液分离装置（4）内的气相的压力，计算由所述水位检测部（5）检测出的所述气液分离装置（4）内的水位的误差，
所述气液分离装置（4），具有大致圆筒形状的容器（40），
所述水位检测部（5）以与所述容器（40）的底部抵接的状态设置，是基于所述气液分离装置（4）的重量检测该气液分离装置（4）内的水位的重量传感器，
所述运算部（8a、82）基于由所述水电解装置（3）生成的氢的量和由所述水位检测部（5）检测出的所述气液分离装置（4）内的水位计算所述气液分离装置（4）内的气相的压力，基于所计算出的所述气液分离装置（4）内的气相的压力和由所述压力检测部（9）检测出的所述气液分离装置（4）内的气相的压力，计算由所述水位检测部（5）检测出的所述气液分离装置（4）内的水位的误差。
2.根据权利要求1所述的水电解系统（1），其特征在于，还具备：
排水装置（6），其实施所述气液分离装置（4）内的排水；和
排水控制部（8a、81），其基于由所述运算部（8a、82）计算出的水位的误差，修正由所述水位检测部（5）检测出的所述气液分离装置（4）内的水位，基于修正了的水位，控制所述排水装置（6）。
3.根据权利要求2所述的水电解系统（1），其特征在于，
所述排水控制部（8a、81）以所述气液分离装置（4）内不达到满水并且不变空的方式控制所述排水装置（6）。
4.根据权利要求3所述的水电解系统（1），其特征在于，
所述水位检测部（5）检测所述容器（40）内的水位，
所述压力检测部（9）检测所述容器（40）内的气相的压力。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的水电解系统（1），其特征在于，
所述气液分离装置（4）与所述水电解装置（3）的阴极侧连接并且与设定为规定压力的背压阀（45）连接，
所述气液分离装置（4）内的气相的压力根据在所述水电解装置（3）的阴极侧产生的氢的量，以所述规定压力为上限上升。
6.根据权利要求5所述的水电解系统（1），其特征在于，
所述压力检测部（9）设置于将所述水电解装置（3）的阴极侧与所述气液分离装置（4）连接起来的配管（33）。
7.根据权利要求1到4、６中任一项所述的水电解系统（1），其特征在于，
所述水电解装置（3）、所述气液分离装置（4）、所述水位检测部（5）以及所述压力检测部（9）收容于单一的壳体。
8.一种水位误差计算装置，是计算气液分离装置（4）内的水位的检测误差的水位误差计算装置，其特征在于， 具备：
水位检测部（5），其检测所述气液分离装置（4）内的水位；
压力检测部（9），其检测所述气液分离装置（4）内的气相的压力；以及
运算部（8a、82），其基于由所述压力检测部（9）检测出的所述气液分离装置（4）内的气相的压力，计算由所述水位检测部（5）检测出的所述气液分离装置（4）内的水位的误差，
所述气液分离装置（4）具有大致圆筒形状的容器（40），
所述水位检测部（5）以与所述容器（40）的底部抵接的状态设置，是基于所述气液分离装置（4）的重量检测该气液分离装置（4）内的水位的重量传感器，
所述运算部（8a、82）基于由水电解装置（3）生成的氢的量和由所述水位检测部（5）检测出的所述气液分离装置（4）内的水位计算所述气液分离装置（4）内的气相的压力，基于所计算出的所述气液分离装置（4）内的气相的压力和由所述压力检测部（9）检测出的所述气液分离装置（4）内的气相的压力，计算由所述水位检测部（5）检测出的所述气液分离装置（4）内的水位的误差。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7460718B1 (ja) * 2022-09-26 2024-04-02 本田技研工業株式会社 燃料電池システム

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09273808A (ja) * 1996-04-08 1997-10-21 Gastar Corp 浴槽の水位検知方法
US5690797A (en) * 1995-01-18 1997-11-25 Mitsubishi Corporation Hydrogen and oxygen gas generating system
JP2006348325A (ja) * 2005-06-14 2006-12-28 Yamatake Corp ガス発生貯蔵装置
JP2007265676A (ja) * 2006-03-27 2007-10-11 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2009016151A (ja) * 2007-07-04 2009-01-22 Ihi Corp 燃料電池発電装置のドレン回収装置
CN203376022U (zh) * 2013-07-15 2014-01-01 广东美的暖通设备有限公司 气液分离器液位测量的装置及具有该装置的气液分离器
JP2014043615A (ja) * 2012-08-27 2014-03-13 Honda Motor Co Ltd 水電解システム及びその制御方法
JP2014198880A (ja) * 2013-03-29 2014-10-23 株式会社神鋼環境ソリューション 水素・酸素発生装置及びガス製造方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2340139A1 (fr) * 2001-03-08 2002-09-08 Hydro-Quebec Dispositif d'autoverification d'un appareil de mesure de niveau bulle a bulle
GB0305005D0 (en) * 2003-03-05 2003-04-09 Domnick Hunter Ltd Apparatus for generating gas by electrolysis of a liquid
WO2012011252A1 (ja) * 2010-07-21 2012-01-26 有限会社ターナープロセス ガス生成装置およびガス生成方法ならびにそれらを用いた装置および方法
JP5355623B2 (ja) * 2011-05-23 2013-11-27 本田技研工業株式会社 水電解システム及びその運転方法
US10234353B2 (en) * 2016-04-21 2019-03-19 Honeywell International Inc. Automatic pressure correction for level gauges in storage tanks
JP6599937B2 (ja) * 2017-07-19 2019-10-30 本田技研工業株式会社 水電解システム及びその運転停止方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5690797A (en) * 1995-01-18 1997-11-25 Mitsubishi Corporation Hydrogen and oxygen gas generating system
JPH09273808A (ja) * 1996-04-08 1997-10-21 Gastar Corp 浴槽の水位検知方法
JP2006348325A (ja) * 2005-06-14 2006-12-28 Yamatake Corp ガス発生貯蔵装置
JP2007265676A (ja) * 2006-03-27 2007-10-11 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2009016151A (ja) * 2007-07-04 2009-01-22 Ihi Corp 燃料電池発電装置のドレン回収装置
JP2014043615A (ja) * 2012-08-27 2014-03-13 Honda Motor Co Ltd 水電解システム及びその制御方法
JP2014198880A (ja) * 2013-03-29 2014-10-23 株式会社神鋼環境ソリューション 水素・酸素発生装置及びガス製造方法
CN203376022U (zh) * 2013-07-15 2014-01-01 广东美的暖通设备有限公司 气液分离器液位测量的装置及具有该装置的气液分离器

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