CN115398038A - 电解系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明的电解系统的特征在于，包含：电解槽，其包含电极，从所述电极产生气体；以及紧固单元，其根据所述气体的压力对所述电解槽的紧固载荷进行控制。

Description

电解系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及电解系统及其使用方法。

背景技术

以往，作为电解的一例，公知有从阴极产生氢气、从阳极产生氧气的碱性水电解。作为碱性水电解，例如进行了如下改良：在连续运转中，一边对产生的气体的组成进行控制，一边得到纯度高的气体(专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第6594601号公报

发明内容

发明要解决的课题

近年来，为了解决由于二氧化碳等温室效应气体而引起的地球温暖化、化石燃料的埋藏量减少等问题，利用了可再生能源的风力发电、太阳光发电等技术受到关注。

在电解装置中，也正在研究使用从可再生能源发出的电力作为电力供给源。但是，可再生能源的输出依赖于气候条件，其变动非常大，因此，电解装置针对被供给的电力的急剧变动、高频度的启停运转也要求稳定的工作。

特别是当供给电力变动时，从电解槽的电极产生的气体量变动，电解槽内的气压容易变动。当电解槽内的内部气体压力变动时，导致与电解槽的紧固载荷之间的差分即紧固面压力的变动。其结果是，有时产生如下问题：由于紧固面压力的过剩而使密封构造、内部构造损伤，或者由于紧固面压力的松弛而产生各种泄漏。

此外，在连续运转条件的情况下，也由于停电、设备故障等而产生设想外的面压力变动，可能产生同样的问题。

因此，本发明的目的在于，提供如下的电解系统：将电解槽的紧固面压力保持在固定范围内，由此能够实现可靠性高的运转。

用于解决课题的手段

即，本发明如下所述。

[1]

一种电解系统，其特征在于，所述电解系统包含：电解槽，其包含电极，从所述电极产生气体；以及紧固单元，其根据所述气体的压力对所述电解槽的紧固载荷进行控制。

[2]

根据[1]所述的电解系统，其中，所述紧固载荷与所述气体的压力成比例地变化。

[3]

根据[1]或[2]所述的电解系统，其中，在所述气体的压力处于规定范围内时，将所述紧固载荷保持为固定值。

[4]

根据[1]～[3]中的任意一项所述的电解系统，其中，通过参照电解电流值，对所述紧固载荷进行校正控制。

[5]

根据[1]～[4]中的任意一项所述的电解系统，其中，在所述紧固单元中包含储能器。

[6]

根据[5]所述的电解系统，其中，所述储能器的容积为0.1L以上且100L以下。

[7]

根据[1]～[6]中的任意一项所述的电解系统，其中，所述紧固单元为液压式的紧固单元。

[8]

根据[7]所述的电解系统，其中，所述电解槽具有至少1个电解单元和2个压板，所述2个压板以夹着所述至少1个电解单元的方式配置于所述电解槽的两端，所述2个压板中的一方和所述液压式的紧固单元连结，在所述至少1个电解单元与所述2个压板之间当中的、至少与所述液压式的紧固单元连结的压板与所述至少1个电解单元之间具有隔热部件。

[9]

根据[1]～[8]中的任意一项所述的电解系统，其中，所述电解系统为碱性水电解用的电解系统。

[10]

一种[1]～[9]中的任意一项所述的电解系统的使用方法。

发明效果

本发明的电解系统具有上述结构，因此，将电解槽的紧固面压力保持为大致固定，能够实现可靠性高的运转。

附图说明

图1是示出本实施方式的电解系统的一例的概略图。

图2是示出本实施方式的电解系统的一例的概略图。

图3是复极式电解槽的一例的整体的概略图。

图4是示出图3的点划线四边框的部分的电解单元内部的零极距构造部分的截面的概略图。

图5是示出本实施方式的电解系统的紧固单元的一例的概略图。

图6是示出紧固单元中的、与内部气体压力(氢气压力)对应的电解槽紧固液压控制的2个例子的概略图。

图7是实施例中处理的氢气压力的时序变动曲线图。

图8是进行液压控制1的情况下的液压和紧固面压力的变动例。

图9是进行液压控制2的情况下的液压和紧固面压力的变动例。

图10A是针对具备没有储能器的液压式紧固单元的水电解系统的一例、对在运转中发生停电的情况下的液压、紧固面压力和电解槽的温度的变动进行模拟的结果。

图10B是针对具备具有储能器的液压式紧固单元的水电解系统的一例、对在运转中发生停电的情况下的液压、紧固面压力和电解槽的温度的变动进行模拟的结果。

图10C是针对具备具有储能器的液压式紧固单元的水电解系统的一例、对在运转中发生停电的情况下的液压、紧固面压力和电解槽的温度的变动进行模拟的结果。

具体实施方式

下面，对用于实施本发明的方式(以下称为“本实施方式”)进行详细说明。另外，本发明不限于以下的实施方式，能够在其主旨的范围内进行各种变形来实施。

[电解系统]

本实施方式的电解系统包含：电解槽，其包含电极，从所述电极产生气体；以及紧固单元，其根据所述气体的压力对所述电解槽的紧固载荷进行控制。上述电解系统包含上述电解槽和紧固单元，也可以进一步包含电源、整流器、检测器、储能器、辅助电源控制器、电解液循环泵、气液分离罐、电流测定器、电解液控制器、气体精制装置等。

图1示出本实施方式的电解系统的一例。图1是说明对电解槽的紧固载荷进行控制的紧固单元的图。

电解系统70具有电解槽50和对电解槽50的紧固载荷进行控制的紧固单元90。电解系统70也可以进一步具有在从电解槽排出的电解液和气体的混合物中分离电解液和气体的气液分离罐72、以及测定从电解槽的电极产生的气体的压力的压力计78。

这里，以碱性电解槽50为例，使用图5对作用于电解槽的载荷、压力进行说明。

电解运转中的电解槽50以紧固载荷F_c被紧固。而且，设置于电解槽的外框周围的垫片7以紧固面压力P_g被紧固。在电解槽内部作用有基于电解液的平均液头压力P_l和由于从电极产生的气体而引起的内部气体压力P_o。F_c、P_g、P_l、P_o处于以下的关系。

F_c＝P_g×S_g-(P_o+P_l)×S_o

(式中，S_g表示垫片的密封面积，S_o表示气体的受压面积。这些面积与电解槽运转/停止无关，视为固定的。)

此外，为了降低电阻而提高电解效率、并且去除过剩热，通常将电解液控制成保持固定水平。因此，与电解液的水平直接成比例的平均液头压力P_l视为固定的。根据以上的结果，在产生内部气体压力P_o的变动的情况下，当紧固载荷F_c保持固定时，垫片的紧固面压力P_g变动，引起电解槽的紧固不足或紧固过剩。

与此相对，根据本实施方式的电解系统，其特征在于，实时地测定内部气体压力P_o，根据测定出的气体压力值P_o对电解槽的紧固载荷F_c进行控制。其结果是，能够使垫片紧固面压力P_g保持在大致固定的范围内，能够提高电解运转的可靠性。

另外，上面以碱性电解槽为例进行了说明，但是，只要是固体高分子型、固体氧化物型等内部压力变化且具有密封构造的电解槽即可，应用对象是任意的。

(紧固单元)

作为紧固单元90，举出液压式(图1)、气压式、水压式等。其中，优选响应性快、且不容易被温度变化所影响的液压式的紧固单元。

紧固单元90也可以由缸体91(例如液压缸)、截止阀92、释放阀93(例如液压释放阀)、罐94(例如油罐)、泵95(例如液压泵)等形成。例如，也可以根据压力计78的压力值对释放阀93进行控制，对施加给缸体91的力进行控制。

在由于停电等而无法维持压力的情况下，紧固单元90也可以具有储能器(蓄压器)96。

作为储能器96，没有特别限定，能够使用现有公知的储能器。

储能器一般由钢制容器和该容器内收纳的气囊(橡胶制隔膜)构成。容器具有工作流体的连接口和气体的供气口，成为借助气囊使工作流体和气体隔离的构造。工作流体如上所述从油、水等中选定，气体一般选定氮气等惰性气体。

气体的压缩率(受到一样的压力的情况下的体积变化率)远远大于水、油等。因此，气囊的体积对应于工作流体的压力变化而灵活地变化，能够缓和压力变动。

例如，在停电时，泵95停止，因此，即使关闭截止阀92，由于电解槽50的温度降低，缸体91也逐渐伸长。其结果是，无法保持紧固压力，最终可能导致从电解槽50发生的液体泄漏、气体泄漏。

与此相对，通过具有储能器96，根据缸体91的伸长，填充了气体的气囊膨胀，能够长时间保持紧固压力。

储能器96的容积根据电解槽50、紧固单元90的设计而不同，但是，优选为0.1L以上且100L以下，更加优选为1L以上且50L以下，进一步优选为2L以上且20L以下。

优选上述紧固载荷与从电极产生的气体的压力(例如内部气体压力)呈比例地变化。

电解槽50的内部气体压力可以视为与压力计78相同。即，在检测到压力计78的计测值的上升的情况下，紧固单元90进行释放阀93的开度控制而使作用于缸体91的液压增加，由此，能够使电解槽50的紧固面压力保持固定。

作为相对于内部气体压力的增加而使液压增加的比例，例如，相对于内部气体压力的增加，可以使紧固载荷直线地增加(图6的液压控制1)，也可以使紧固载荷曲线地增加。

另一方面，在内部气体压力降低时，使缸体91的液压降低，由此能够使电解槽50的紧固面压力保持固定。

优选上述紧固面压力控制成为0.5MPa～4.0MPa的范围，更加优选为1.0MPa～3.0MPa，进一步优选为1.5MPa～2.5MPa。当面压力低于该范围时，容易产生气体、电解液的泄漏，当面压力高于该范围时，垫片的蠕变发展，容易导致垫片自身、电解槽内部构造的损伤。

作为根据气体压力对电解槽的紧固载荷进行控制的单元，例如考虑如下的反馈控制：将气体压力→液压换算表输入到控制计算机内，根据气体压力的变化而实时地细致地控制释放阀开度，使液压接近换算值。

上述紧固单元通过参照电解电流值，能够对上述紧固载荷进行校正控制。作为更加高级的控制，还能够应用使用电解电流值的前馈控制。即，是利用电解电流值和产生气体量处于比例关系的性质的预读控制。前馈控制对于输出变动速度非常大、且在基于气体压力的前馈控制中产生延迟的电解系统而言是优选的。

在连接了如可再生能源那样难以预测输出变动的电源和电解槽的情况下，在要使电解槽的紧固载荷追随于气体压力的变动时，由于控制的延迟而产生过冲/下冲，有时无法进行适当的紧固。与此相对，关于规定的范围内的气体压力变动，使紧固载荷固定(设置不灵敏区)，由此，容许些许的紧固面压力变动的控制是有效的(图6的液压控制2)。即，在上述气体的压力在规定范围内时，优选上述紧固单元将上述紧固载荷保持为固定值。在图6的例子中，设置在内部气体压力为60～80kPaG时将液压保持为固定值8.3MPaG的不灵敏区。

此外，在将气体压力向大气释放的情况下，为了维持不引起液体泄漏等的最小限度的面压力，还能够采取在低压侧设置不灵敏区的方法。在图6的例子中，设置在气体压力低的情况下将液压设为5.6MPaG的固定值的不灵敏区。

不灵敏区的内部气体压力的范围可以根据电解槽的构造、电力源的种类和规模、产生的气体的种类等来决定。

作为不灵敏区的设定宽度，优选相对于设计面压力为±20％左右，更加优选相对于设计面压力为±10％。

作为在上述不灵敏区内施加的紧固载荷，没有特别限定，例如可以在设置不灵敏区的气压的范围内施加不引起电解液或气体的泄漏、电解槽的紧固过剩的范围的载荷。例如，可以使用相同的电解槽求出上述的F_c、P_g、P_l、和P_o的关系，决定在不灵敏区内施加的紧固载荷。

紧固载荷也根据气体压力的增减而变动，但是，在气体的压力为大气压以下的情况下，最低也必须保持考虑了液头压力的紧固载荷。例如，在气体的压力为大气压附近的情况下，可以将紧固载荷设为固定值，以使考虑了液头压力的紧固压力成为0.5～3MPa的范围。

优选紧固单元90以均匀地对电极周围的垫片施加力的方式进行紧固。

紧固单元90可以从电解槽的一个端部(例如活动头侧的端部)施加紧固载荷(图1、2、5)，也可以从电解槽的两端施加紧固载荷。在从电解槽的阳极和阴极同时产生气体的情况下，优选根据任意较高一方的气体压力对紧固载荷进行控制。但是，如果阳极与阴极的差压不是极大，则也可以将一方的气体压力作为代表值来控制紧固载荷。

(电解槽)

图2示出本实施方式的电解系统的一例。

电解系统70包含电解槽50和对电解槽50的紧固载荷进行控制的紧固单元90，也可以进一步包含供给电源74、电解液循环泵71、气液分离罐72(72h、72o)、浓度计75、76、流量计77、压力计78、热交换器79、配管81、压力控制阀80等。

另外，图1中的箭头是电解液或气体流动的方向。

下面，对本实施方式的电解系统的结构要素进行详细说明。

上述电解槽可以是并联连接至少1个电极元件而成的单极式，也可以是由多个电极元件构成的复极式。

例如，复极式是将多个电极元件与电源连接的方法之一，是如下方法：隔着隔膜4在相同朝向上并排且串联连接一面为阳极2a、一面为阴极2c的多个复极式元件60，仅将两端与电源连接(图3)。作为上述电解槽，例如举出如下的电解槽：在相邻的2个元件(例如阳极端子元件51a、复极式元件60和阴极端子元件51c中的相邻的2个元件等)中，具有至少1个使一个元件的阳极2a和另一个元件的阴极2c隔着隔膜4并排的构造。优选隔膜4设置于电解槽内的所有相邻的2个元件之间。

复极式电解槽具有能够减小电源的电流这样的特征，能够通过电解在短时间内大量地制造化合物、规定的物质等。关于电源设备，如果输出相同，则低电流、高电压的一方廉价且紧凑，因此，在工业上，与单极式相比，复极式是优选的。

图3示出电解槽50的一例。

图3所示的电解槽50是复极式电解槽。电解槽50从一端起依次排列有固定头51h、绝缘板51i、阳极端子元件51a，进而，阳极侧垫片部分7、隔膜4、阴极侧垫片部分7、复极式元件60依次排列配置。此时，复极式元件60配置成使阴极2c朝向阳极端子元件51a侧。从阳极侧垫片部分7起到复极式元件60为止，以设计生产量所需要的数量重复配置。在以所需要的数量重复配置从阳极侧垫片部分7起到复极式元件60为止的部分之后，再次排列配置阳极侧垫片部分7、隔膜4、阴极侧垫片部分7，最后，依次配置阴极端子元件51c、绝缘板51i、活动头51g。

复极式电解槽的整体通过拉杆方式51r(参照图3)、液压缸方式等紧固单元进行紧固而一体化，成为复极式电解槽。

复极式元件60具有阳极2a、阴极2c、使阳极2a和阴极2c隔离的分隔壁1、以及对分隔壁1进行镶边的外框3。各复极式元件60隔着隔膜4而重合。

构成复极式电解槽的配置即能够从阳极2a侧任意选择，也能够从阴极2c侧任意选择，不限于上述的顺序。

在上述电解槽50中，通过分隔壁1、外框3和隔膜4划成供电解液通过的电极室5(图4)。

在本实施方式中，特别地，将复极式电解槽50中的相邻的2个复极式元件60之间的相互的分隔壁1之间的部分、以及相邻的复极式元件60与端子元件之间的相互的分隔壁1之间的部分称为电解单元65(图4)。电解单元65包含一个复极式元件的分隔壁1、阳极室5a、阳极2a和隔膜4、以及另一个复极式元件的阴极2c、阴极室5c、分隔壁1。

另外，从提高阳极和阴极的刚性、成为即使按压2个电极也使变形较少的构造、对在电极室内流动的电解液的方向进行控制的观点来看，电极也可以设置整流板6(肋)(图4)。此外，根据同样的理由，也可以设为如下的至少3层构造：在整流板6(肋)的末端安装集电体2r，在该集电体2r的上表面侧、即与分隔壁1侧相反的一侧安装导电性弹性体2e，进而在其上表面侧、即与导电性弹性体2e相邻而成为隔膜4侧的部分重叠电极2。

为了降低电阻而提高电解效率，电解槽50也可以形成使隔膜4与阳极2a和阴极2c接触而被夹着的零极距构造(图4)。

在上述电解槽中，作为电解单元65的数量，优选为10～400组，更加优选为50～250组。

作为用于使电解液和气体在电解槽中流通的集管的配设方式，代表性地存在内部集管型和外部集管型，但是，也可以采用任意类型。

内部集管型是指电解槽50和集管(对电解液进行配液或集液的管)被一体化的形式。例如，在内部集管型电解槽中，阳极入口集管和阴极入口集管设置于分隔壁1内和/或外框3内的下部，并且设置成在与分隔壁1垂直的方向上延伸，此外，阳极出口集管和阴极出口集管设置于分隔壁1内和/或外框3内的上部，并且设置成在与分隔壁1垂直的方向上延伸。

外部集管型是指电解槽50和集管(对电解液进行配液或集液的管)相独立的形式。例如，外部集管型电解槽以相对于电解槽的通电面在垂直方向上与电解槽并行的形式独立地设置有阳极入口集管和阴极入口集管、阳极出口集管和阴极出口集管。这些集管和各复极式元件通过软管连接。

-电极-

作为上述电极的种类，能够根据电解反应的种类而适当选择。例如，在水电解装置的情况下，能够选择在阳极产生氧气、在阴极产生氢气的电极。此外，在食盐电解装置的情况下，能够选择在阳极产生氯气、在阴极产生氢气的电极。

作为电极，以增加表面面积、且高效地从电极表面去除通过电解而产生的气体等为目的，优选电极基材为多孔体。作为多孔体的例子，举出平织网眼、冲孔金属、膨胀金属、金属发泡体等。其中，从确保作为载体的比表面积且实现脱泡性的观点来看，优选为网眼构造。

上述电极可以设为基材本身，也可以设为在基材的表面具有反应活性高的催化剂层的电极，但是，优选为在基材的表面具有反应活性高的催化剂层的电极。

根据对使用环境的耐性，优选基材的材料为钢、不锈钢、镍、镍基合金，更加优选为包含镍的基材。

作为在基材上形成催化剂层的方法，举出镀敷法、等离子体热喷涂法等热喷涂法、在基材上涂布前驱体层溶液后进行加热的热分解法、使催化剂物质与粘合剂成分混合而固定于基材的方法、以及溅射法等真空成膜法这样的方法。

在碱性水电解的情况下，优选阳极的催化剂层的氧产生能力高，能够使用镍、钴、铁或铂族元素，为了实现期望的活性、耐久性，优选使用金属单体、氧化物等化合物、包含多个金属元素的复合氧化物或合金、或它们的混合物而形成的催化剂层。

此外，优选阴极的催化剂层的氢产生能力高，能够使用镍、钴、铁或铂族元素等。

-分隔壁-

作为分隔壁1的材料，从实现电力的均匀供给的观点来看，优选具有导电性的材料，从耐碱性、耐热性的方面来看，优选镍、不锈钢、镍合金、在钢或镍合金上实施镀镍而得到的材料。

-隔膜-

作为上述隔膜4，为了使离子导通并且使产生的气体(例如在碱性水电解的情况下为氢气和氧气)隔离，优选使用离子透过性的隔膜4。作为该离子透过性的隔膜4，能够使用具有离子交换能力的离子交换膜、能够浸透电解液的多孔膜等。优选该离子透过性的隔膜4的气体透过性低、离子传导率高、强度强。

-垫片-

在电解槽50中，如图3、4所示，优选在对分隔壁1进行镶边的外框3彼此之间夹持着隔膜4和垫片7。垫片用于将复极式元件60与隔膜4之间、复极式元件60之间相对于电解液和产生气体进行密封，能够防止电解液和产生气体向电解槽外的泄漏、以及两极室之间的气体混合。

作为垫片的材质，例如举出EPDM橡胶等橡胶。

这里，特别地，在具备具有储能器96的液压式的紧固单元90的电解系统70(参照图1)中，紧固单元90的液压根据电解单元的温度变化而如下变化，乃至可能丧失垫片7的密封性(参照图5)。

(1)当电解单元的温度由于电解而上升时，紧固单元90的油温也由于热传导而上升，被封入储能器96中的气体的温度也上升。

(2)当被封入储能器96中的气体由于温度上升而膨胀时，液压上升，电解槽50的紧固面压力上升。其结果是，垫片7在紧固方向上被压缩，垫片7向紧固面之外溢出(露出)。

(3)当电解结束而使电解单元的温度降低时，紧固单元90的油温也降低，被封入储能器96中的气体的温度也降低。

(4)当被封入储能器96中的气体由于温度降低而收缩时，液压降低，电解槽50的紧固面压力也降低。但是，依然向外露出的垫片7的电阻大，因此，无法返回原来的电解前的状态，依然成为向外露出的状态。

(5)通过重复(1)～(4)，垫片7的露出发展。当垫片7的露出发展时，丧失密封性，可能产生电解液、产生气体的泄漏。而且，由于垫片7的露出发展，承受紧固载荷的垫片7的受压面积缩小，垫片7的紧固面压力可能过剩。过剩的紧固面压力引起垫片7的破裂，该破裂也成为丧失密封性的要因。

为了防止上述那样的液压变化、乃至垫片7的密封性丧失，电解槽50也可以具有至少1个电解单元和2个压板，这2个压板以夹着该至少1个电解单元的方式配置于电解槽50的两端，2个压板中的一方和液压式紧固单元90连结，在上述至少1个电解单元与2个压板之间的、至少与液压式紧固单元90连结的压板与上述至少1个电解单元之间具有隔热部件。

至少在电解单元和与液压式紧固单元90连结的压板之间具有隔热部件，由此，当在电解中电解单元成为高温时，能够减少从电解槽朝向液压式紧固单元90的热传导。由此，能够减少上述(1)～(4)所记载的那样的液压变化，因此，特别是在使用没有液压自动控制机构的液压式紧固单元90的电解系统中是有效的。此外，在具备具有液压自动控制机构的液压式紧固单元90的电解槽系统中，在停电时等成为仅通过储能器96保持液压的状态的情况下也是有效的。此外，通过减少液压的变化，能够防止垫片7被压缩而向外露出，因此，能够减少垫片7的密封性丧失。

-压板-

压板以夹着电解单元的方式配置于电解槽50的两端，通过来自液压式紧固单元90的紧固载荷对电解槽50赋予紧固面压力。

作为压板，例如，图3的电解槽50中的固定头51h和活动头51g(但是电解槽50的紧固单元从拉杆式变更为液压式)相当于它，此外，例如，图5的活动头51g相当于与液压式紧固单元90连结的压板。

作为压板的材质，没有特别限制，能够使用以往公知的材质。具体而言，举出不锈钢、机械构造用碳钢、镍等。

-隔热部件-

隔热部件配置于电解单元(在连结了多个电解单元的情况下为连结的电解单元堆)与压板之间，减少从电解中的电解单元朝向压板的热传导。由此，当在电解中电解单元成为高温时，能够减少经由压板从电解单元朝向液压式紧固单元90的热传导，能够抑制油温的上升。

隔热部件至少配置于与液压式紧固单元90连结的一个压板与电解单元(在多个的情况下为电解单元堆)之间即可，但是，更加优选配置于两个压板与电解单元(在多个的情况下为电解单元堆)之间。

作为隔热部件的材质，优选热传导率小的材质，例如举出聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯、聚醚醚酮(PEEK)、聚甲醛(POM)等。其中，优选热传导率低、且还能够期待电绝缘性的PTFE、聚氯乙烯。

优选隔热部件在100℃下的热传导率为10W/m·K以下，更加优选为1W/m·K以下，进一步优选为0.5W/m·K以下，更进一步优选为0.3W/m·K以下，特别优选为0.1W/m·K以下。

此外，优选隔热部件的电解温度下的热传导率A小于压板的电解温度下的热传导率B。因为热传导率A小于热传导率B，所以朝向与压板连接的液压式紧固单元90的热传导减少，能够减少油温的上升，因此，能够减少被封入储能器96中的气体的温度上升和膨胀，能够防止液压的上升。

另外，上述热传导率是通过保护热板法等稳态法测定的值。

此外，优选隔热部件为电绝缘性。因此，优选电解温度下的隔热部件的体积电阻率为1kΩ·cm以上，更加优选为1MΩ·cm以上，进一步优选为1GΩ·cm以上。

另外，上述体积电阻率是通过恒压施加/泄漏电流测定方式测定的值。

在隔热部件还具有电绝缘性的情况下，也可以兼作为绝缘板(例如图3的电解槽50中的绝缘板51i，但是电解槽50的紧固单元从拉杆式变更为液压式)。此外，在具有隔热部件和绝缘板双方的情况下，可以按照隔热部件、绝缘板、压板的顺序进行配置，也可以按照绝缘板、隔热部件、压板的顺序进行配置。

(压力计)

压力计78可以设置于电解槽内，也可以设置于电解槽外。但是，电解槽主体被施加电压，因此，有时不适合设置电送式的压力计，因此，一般在电解槽外设置压力计。只要不是在出口配管产生较大压力损失这样的系统，则可以视为电解槽内的气体压力和电解槽下游的气体压力大致相等。

(电解液循环泵)

作为上述电解液循环泵71，没有特别限定，可以适当确定。

通过上述电解液循环泵71，能够使在电解槽50中和配管81中流动的电解液循环。

(气液分离罐)

优选上述气液分离罐72是对电解液和在电解槽中产生的气体进行分离的罐，优选是对在电解槽的阳极产生的气体和电解液进行分离的阳极侧气液分离罐72o、以及对在电解槽的阴极产生的气体和电解液进行分离的阴极侧气液分离罐72h。

例如，在碱性水电解的情况下，在阳极产生氧，在阴极产生氢。该情况下，上述阳极侧气液分离罐72o是氧分离罐，上述阴极侧气液分离罐72h是氢分离罐。

(配管)

作为上述配管81，没有特别限定，可以适当确定。

上述配管81是使电解液向电解槽50外流动的配管。例如，如图1所示，能够连接电解槽50和气液分离罐72、气液分离罐72和电解液循环泵71、电解液循环泵71和电解槽50。

另外，优选由气液分离罐72分离出的气体和压力计78、压力控制阀80、浓度计75、76利用气体用的管进行连接。

(供给电源)

优选上述供给电源是直流电源。

上述供给电源可以是使用通过再生能源等输出变动的能源的发电而得到的电力的电源(变动电源)，也可以是输出大致固定的电源(固定电源)，还可以是它们的组合。其中，从抑制产生温室效应气体等、且容易得到本发明的效果这样的观点来看，更加优选源自从由风力、太阳光、水力、潮汐、波力、海流和地热构成的组中选出的至少一个可再生能源输出的变动电源或固定电源，进一步优选源自太阳光输出的电源或源自风力输出的变动电源。

另外，在停电时、电源停止时等来自供给电源的电力供给停止时等，有时也产生电解槽的紧固的变动，因此，在使用固定电源的情况下，本发明也是有效的。作为上述固定电源，举出通过电力网供给的电力的电力源、蓄电池电源等。通过电力网供给的电力源可以是源自火力、原子力等稳定电力源的电源，也可以是源自可再生能源输出等的变动电源和源自稳定电源的电源的组合。

从上述电源供给的电力也可以在被供给到电解槽之前通过整流器转换为直流。上述整流器可以在电解槽的紧前设置有1个，也可以设置于各电源与电解槽之间。

作为上述电解，举出水电解、食盐电解、无机电解、有机电解等。其中，在针对变动电源的响应性的方面，优选碱性水电解装置、固体高分子水电解装置、离子交换膜法食盐电解装置。

[电解系统的使用方法]

本实施方式的使用方法使用上述的本实施方式的电解系统。

例如，向电解槽供给电力，在电解槽中产生电解反应，根据从电极产生的气体压力对电解槽的紧固载荷进行控制来使用。

作为上述电解系统，例如能够用于碱性水电解、固体高分子水电解、食盐电解。

在为碱性水电解的情况下，作为电解液，可以使用溶解了碱盐的碱性水溶液，也可以使用NaOH水溶液、KOH水溶液等，用于在阴极产生的氢气的制造和/或在阳极产生的氧气的制造。

在为固体高分子水电解的情况下，也可以通过阳极上的水的电解和穿过离子交换膜的质子移动，用于在阴极产生的氢气的制造和/或在阳极产生的氧气的制造。

在为食盐电解的情况下，作为电解液，可以使用盐水和NaOH，用于在阴极产生的氢气的制造和/或在阳极产生的氯气的制造。

实施例

图7示出与水电解装置的启动和变动运转相伴的氢气压力的经时变化曲线图例。从大致大气压(大约2kPaG)起在数分钟内上升到运转压力即大约70kPaG。然后，压力根据输出变动而在±10kPa的范围内上升、下降。

图8、9分别示出针对该气体压力变动应用了图6的2种液压控制方法的模拟结果。在应用了根据氢气压力使紧固装置的液压直线地增加的液压控制1的实施例(图8)中，液压也根据气体压力的变动而细致地上升、下降，但是，紧固面压力为2MPa，几乎没有变动。

另一方面，在应用了设置不灵敏区的液压控制2的实施例(图9)中，可知液压响应于较大的气体压力变动，但是，针对气体压力的细致变动，液压没有反应。其结果是，在紧固面压力中反映了气体压力变动，但是，停留于2MPa±0.2MPa的范围的变动，因此，视为不存在气密性、部件损伤等不良影响。

图10A～10C示出设想了使具有液压式的紧固单元90的水电解系统70(参照图1)在外部气体温度5℃下运转的过程中发生了停电的情况的模拟结果。另外，设电解槽不具有隔热单元。

在发生停电时，液压泵95停止，但是，截止阀92也自动地关闭，发挥保持液压缸91内的液压这样的作用。接着，电解槽50内的氢气、氧气为了安全而自动地释放到大气中。其结果是，垫片7单独地承受液压，垫片7的紧固面压力上升。

当时间进一步过去时，由于没有发热源，因此，电解槽50的温度逐渐降低，电解槽50的长度由于热收缩而变短。其结果是，液压缸91逐渐伸长(例如在图1的情况下，液压缸91的活塞逐渐向右移动)，但是，由于没有液压供给源，因此，液压急剧降低。因此，在使用没有储能器96的液压式紧固单元90的情况下的模拟结果(图10A)中，在大约30小时后，垫片7的紧固面压力达到下限值1.5MPa，进而在长时间停电的情况下，可能达到担心发生电解液泄漏等事态的面压力。

另一方面，在使用具有储能器96的液压式紧固单元90的情况下，被封入储能器96内的气体(气囊)以液压缸91伸长的量进行膨胀，由此，液压能够维持较高水平。因此，在具有储能器96的情况下的模拟结果(图10B和图10C)中，确认了在经过100小时后也保持足够的紧固面压力。另外，图10B是使用容积为5L的储能器96的情况下的模拟结果，图10C是使用容积为10L的储能器96的情况下的模拟结果。

附图标记说明

1 分隔壁

2 电极

2a 阳极

2c 阴极

2e 导电性弹性体

2r 集电体

3 外框

4 隔膜

5 电极室

6 肋

7 垫片

50 电解槽

51h 固定头

51g 活动头

51i 绝缘板

51a 阳极端子元件

51c 阴极端子元件

51r 拉杆

60 复极式元件

65 电解单元

70 电解系统

71 电解液循环泵

72 气液分离罐

72h 阴极侧气液分离罐

72o 阳极侧气液分离罐

74 供给电源

75 浓度计

76 浓度计

77 流量计

78 压力计

79 热交换器

80 压力控制阀

81 配管

90 紧固单元

91 缸体

92 截止阀

93 释放阀

94 罐

95 泵

96 储能器

Z 零极距构造

Claims (10)

1.一种电解系统，其特征在于，所述电解系统包含：

电解槽，其包含电极，从所述电极产生气体；以及

紧固单元，其根据所述气体的压力对所述电解槽的紧固载荷进行控制。

2.根据权利要求1所述的电解系统，其中，

所述紧固载荷与所述气体的压力成比例地变化。

3.根据权利要求1或2所述的电解系统，其中，

在所述气体的压力处于规定范围内时，将所述紧固载荷保持为固定值。

4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的电解系统，其中，

通过参照电解电流值，对所述紧固载荷进行校正控制。

5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的电解系统，其中，

在所述紧固单元中包含储能器。

6.根据权利要求5所述的电解系统，其中，

所述储能器的容积为0.1L以上且100L以下。

7.根据权利要求1～6中的任意一项所述的电解系统，其中，

所述紧固单元为液压式的紧固单元。

8.根据权利要求7所述的电解系统，其中，

所述电解槽具有至少1个电解单元和2个压板，所述2个压板以夹着所述至少1个电解单元的方式配置于所述电解槽的两端，

所述2个压板中的一方和所述液压式的紧固单元连结，

在所述至少1个电解单元与所述2个压板之间当中的、至少与所述液压式的紧固单元连结的压板与所述至少1个电解单元之间具有隔热部件。

9.根据权利要求1～8中的任意一项所述的电解系统，其中，

所述电解系统为碱性水电解用的电解系统。

10.一种权利要求1～9中的任意一项所述的电解系统的使用方法。

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