JP2013023717A - Water electrolytic apparatus and method for operating water electrolytic apparatus - Google Patents

Water electrolytic apparatus and method for operating water electrolytic apparatus Download PDF

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康 森
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a water electrolytic apparatus further improved in safety.SOLUTION: The water electrolytic apparatus includes: a water electrolytic stack 4; a first water supply/discharge part 50; a second water supply/discharge part 60; and a vessel 9. The water electrolytic stack 4 electrolyses water to generate oxygen and hydrogen. The first water supply/discharge part 50 supplies water to an anode of the water electrolytic stack 4 and discharges the oxygen and surplus water therefrom. The second water supply/discharge part 60 supplies water to a cathode of the water electrolytic stack 4 and discharges the hydrogen and surplus water therefrom. The vessel 9 submerges the water electrolytic stack 4 to be stored. Pressures in the second water supply/discharge part 60 and the vessel 9 are equalized. When the water electrolytic stack 4 stops, the first water supply/discharge part 50 blocks a pipe supplying/discharging water to/from the water electrolytic stack 4. Pressure in the pipe on a vessel 9 side of the blocked site is equalized to pressure of the vessel 9.

Description

本発明は、水電解装置及び水電解装置の動作方法に関し、特に安全性を向上させた水電解装置及び水電解装置の動作方法に関する。   The present invention relates to a water electrolysis apparatus and a water electrolysis apparatus operating method, and more particularly to a water electrolysis apparatus and a water electrolysis apparatus operating method with improved safety.

水を電気分解して酸素（ガス）と水素（ガス）とを生成する水電解装置が知られている。水電解装置では、支燃性ガスである酸素と可燃性ガスである水素とが同時に比較的高純度で生成される。そのため、水電解装置は、故障や異常事態が発生しても、それらガスによる燃焼や爆発を起こさないような高い安全性が要求されている。特に、近年の水素需要の高まりから、比較的高い圧力で運転される水電解装置が増加しており、安全性の更なる向上が望まれている。   A water electrolysis apparatus that electrolyzes water to generate oxygen (gas) and hydrogen (gas) is known. In the water electrolysis apparatus, oxygen as a combustion-supporting gas and hydrogen as a combustible gas are simultaneously generated with relatively high purity. For this reason, the water electrolysis apparatus is required to have high safety so as not to cause combustion or explosion due to the gas even if a failure or abnormal situation occurs. In particular, due to the recent increase in demand for hydrogen, the number of water electrolyzers operated at a relatively high pressure is increasing, and further improvement in safety is desired.

水電解装置において、過去に発生した事故に関する報告が、非特許文献１（九州大学水素ステーション事故調査／報告書（第３報）要約版）及び非特許文献２（高圧ガス事故概要報告２００５−４１５水素ステーション実証試験設備の爆発）に開示されている。非特許文献１及び非特許文献２において、事故の過程は概ね次のように報告されている。（１）事故は、電解セルの異常により高温高圧が発生して安全弁が作動した過程（第一段階）と、これに伴って発生した高温高圧と物質移動（配管を通じた水、ガス、異物の移動）により最終的に酸素側配管で燃焼と破裂が起きた過程（第二段階）とに分けて整理できる。（２）第一段階：電解セル内のある一部におけるチタン電極の発熱反応、又は、酸素と水素の混合気の発熱反応等により、電解セルの一部で異常反応が開始した。その後、圧力の異常が検知されて、電流が停止された。しかし、電解を停止した後も異常反応は続いた。電解セルの異常反応によって、高温、高圧が発生した。それにより、水素配管、酸素配管において安全弁が作動し、圧力は一旦降下した。（３）第二段階：電解セルの異常反応が続いたため再び系全体の圧力が上昇した。一方、電解セルで異常反応が生じた直後から、反応生成物、電解セルの破壊で生じた破片及び水素が循環水に運ばれ、酸素分離タンクに達し、更に安全弁に至る酸素配管にまで到達した。これらが酸素雰囲気中で燃焼することにより局所的な過大圧力を発生した。さらには圧力波が、先端が閉じた配管内に伝わり急激な圧縮を生じて局所的な過大圧力を発生した。その結果、酸素配管の延性破壊をもたらした。   Non-Patent Document 1 (Kyushu University Hydrogen Station Accident Investigation / Report (3rd Report) Summary Version) and Non-Patent Document 2 (High Pressure Gas Accident Summary Report 2005-415) The explosion of the hydrogen station demonstration test facility). In Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2, the accident process is generally reported as follows. (1) The accident consists of the process in which a safety valve is activated due to the occurrence of high temperature and high pressure due to an abnormality in the electrolysis cell (the first stage), and the high temperature and high pressure and mass transfer that accompanies this process (water, gas, It can be divided into the process (second stage) where combustion and rupture finally occurred in the oxygen side piping. (2) First stage: An abnormal reaction started in a part of the electrolytic cell due to an exothermic reaction of the titanium electrode in a part of the electrolytic cell or an exothermic reaction of a mixture of oxygen and hydrogen. Thereafter, a pressure abnormality was detected and the current was stopped. However, the abnormal reaction continued even after the electrolysis was stopped. High temperature and high pressure were generated by the abnormal reaction of the electrolytic cell. As a result, safety valves were activated in the hydrogen piping and oxygen piping, and the pressure once dropped. (3) Second stage: Since the abnormal reaction of the electrolytic cell continued, the pressure of the entire system rose again. On the other hand, immediately after an abnormal reaction occurred in the electrolysis cell, the reaction product, debris and hydrogen generated by the destruction of the electrolysis cell were carried to the circulating water, reached the oxygen separation tank, and further reached the oxygen piping leading to the safety valve. . When these burned in an oxygen atmosphere, local overpressure was generated. Furthermore, the pressure wave was transmitted into the pipe with the closed end, causing abrupt compression and generating local overpressure. As a result, ductile fracture of the oxygen piping was brought about.

関連する技術として、特許文献１（特開２０１０−１２１１４６号公報）に固体高分子型水電解装置が開示されている。この固体高分子型水電解装置は、水電解槽と、水素気液分離器と、酸素気液分離器と、水循環ラインと、水素取出しラインと、酸素取出しラインと、水素排出ラインと、酸素排出ラインとを備えている。水電解槽は、高分子電解質膜を用いて水を電解し、陽極に酸素、陰極に水素を発生させる。水素気液分離器は、水電解槽の陰極にて発生した水素と水を分離する。酸素気液分離器は、水電解槽の陽極にて発生した酸素と水を分離する。水循環ラインは、水電解槽の陽極側へ水を供給するように水を循環させる循環ポンプを含む。水素取出しラインは、水電解槽と水素気液分離器との間に設けられている。酸素取出しラインは、水電解槽と酸素気液分離器との間に設けられている。水素排出ラインは、水素気液分離器に設けられている。酸素排出ラインは、酸素気液分離器に設けられている。この固体高分子型水電解装置において、水電解槽内の状態を検知するための少なくとも１つの計測機器と、水循環ライン、水素取出しラインおよび酸素取出しラインにそれぞれ設けられた遮断弁と、計測機器からの信号を処理して異常時に遮断弁の閉鎖信号を出力する制御手段とをさらに備えている。   As a related technique, Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-121146) discloses a solid polymer type water electrolysis apparatus. This polymer electrolyte water electrolyzer is composed of a water electrolyzer, a hydrogen gas / liquid separator, an oxygen gas / liquid separator, a water circulation line, a hydrogen take-out line, an oxygen take-out line, a hydrogen discharge line, and an oxygen discharge line. Line. The water electrolyzer uses a polymer electrolyte membrane to electrolyze water to generate oxygen at the anode and hydrogen at the cathode. The hydrogen gas-liquid separator separates hydrogen and water generated at the cathode of the water electrolysis tank. The oxygen gas-liquid separator separates oxygen and water generated at the anode of the water electrolysis tank. The water circulation line includes a circulation pump that circulates water so as to supply water to the anode side of the water electrolyzer. The hydrogen take-out line is provided between the water electrolyzer and the hydrogen gas-liquid separator. The oxygen take-out line is provided between the water electrolyzer and the oxygen gas / liquid separator. The hydrogen discharge line is provided in the hydrogen gas-liquid separator. The oxygen discharge line is provided in the oxygen gas-liquid separator. In this solid polymer type water electrolysis apparatus, from at least one measuring device for detecting the state in the water electrolyzer, a shutoff valve provided in each of the water circulation line, the hydrogen take-out line and the oxygen take-out line, and the measuring device And a control means for outputting a shut-off valve closing signal in the event of an abnormality.

また、気体の水素及び酸素を製造する技術として特許文献２（特開２００５−３３０５１４号公報）に水電解装置及び方法が開示されている。この水電解装置は、浄化層と、仕切り板と、水電解スタックと、水供給管と、第１の送給管と、第２の送給管と、水素排出部と、酸素排出部とを具備してなる。浄化層は、容器本体内に設けられ、循環する循環水を浄化する。仕切り板は、容器本体の頂部から垂下し、容器本体内を第１の部屋と第２の部屋とに分離する。水電解スタックは、容器本体の外部に設けられ、循環水を電気分解して水素と酸素を発生する。水供給管は、水電解スタックに浄化した循環水を供給する。第１の送給管は、水電解スタックから循環水に同伴されてなる水素／水・二層流を容器本体の第１の部屋に送給する。第２の送給管は、水電解スタックから循環水に同伴されてなる酸素／水・二層流を容器本体の第２の部屋に送給する。水素排出部は、第１の部屋から水素を排出する。酸素排出部は、第２の部屋から酸素を排出する。水電解スタックに供給する循環水を浄化しつつ自然循環してなる。すなわち、この水電解装置は、水の電気分解により気体の水素を製造している。   As a technique for producing gaseous hydrogen and oxygen, a water electrolysis apparatus and method are disclosed in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-330514). The water electrolysis apparatus includes a purification layer, a partition plate, a water electrolysis stack, a water supply pipe, a first supply pipe, a second supply pipe, a hydrogen discharge section, and an oxygen discharge section. It has. The purification layer is provided in the container body and purifies circulating water. The partition plate hangs down from the top of the container body, and separates the inside of the container body into a first room and a second room. The water electrolysis stack is provided outside the container body, and electrolyzes the circulating water to generate hydrogen and oxygen. The water supply pipe supplies purified circulating water to the water electrolysis stack. The first feed pipe feeds a hydrogen / water / two-layer flow accompanying the circulating water from the water electrolysis stack to the first chamber of the container body. The second feed pipe feeds the oxygen / water / two-layer flow accompanying the circulating water from the water electrolysis stack to the second chamber of the container body. The hydrogen discharge unit discharges hydrogen from the first room. The oxygen discharge unit discharges oxygen from the second chamber. It is naturally circulated while purifying the circulating water supplied to the water electrolysis stack. That is, this water electrolyzer produces gaseous hydrogen by electrolysis of water.

特開２０１０−１２１１４６号公報JP 2010-121146 A 特開２００５−３３０５１４号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2005-330514

「九州大学水素ステーション事故調査 報告書（第３報）要約版」、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｋｙｕｓｈｕ−ｕ．ａｃ．ｊｐ／ｎｅｗｓ／ｈｙｄｒｏｇｅｎ／ｈｙｄｒｏｇｅｎｓｕｍｍａｒｙ０３３０．ｐｄｆ“Kyushu University Hydrogen Station Accident Investigation Report (3rd Report) Summary”, http: // www. kyushu-u. ac. jp / news / hydrogen / hydrogensummary0330. pdf 「高圧ガス事故概要報告２００５−４１５水素ステーション実証試験設備の爆発」、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｋｈｋ．ｏｒ．ｊｐ／ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ／ｉｎｃｉｄｅｎｔ＿ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ／ｈｐｇ＿ｉｎｃｉｄｅｎｔ／ｐｄｆ／２００５−４１５．ｐｄｆ“Explosion of High Pressure Gas Accident Summary Report 2005-415 Hydrogen Station Demonstration Test Facility”, http: // www. khk. or. jp / activities / incident_investigation / hpg_incident / pdf / 2005-415. pdf

本発明の目的は、安全性を向上させた水電解装置及び水電解装置の動作方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a water electrolysis apparatus and an operation method of the water electrolysis apparatus with improved safety.

本発明の他の目的は、故障や異常事態が発生しても、より安全に停止することが可能な水電解装置及び水電解装置の動作方法を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a water electrolysis apparatus and an operation method of the water electrolysis apparatus that can be stopped more safely even if a failure or abnormal situation occurs.

この発明のこれらの目的とそれ以外の目的と利益とは以下の説明と添付図面とによって容易に確認することができる。   These objects and other objects and benefits of the present invention can be easily confirmed by the following description and the accompanying drawings.

以下に、発明を実施するための形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。   Hereinafter, means for solving the problem will be described using the numbers and symbols used in the embodiments for carrying out the invention. These numbers and symbols are added with parentheses in order to clarify the correspondence between the description of the claims and the mode for carrying out the invention. However, these numbers and symbols should not be used for interpreting the technical scope of the invention described in the claims.

本発明の水電解装置は、水電解スタック（４）と、第１水供給排出部（５０）と、第２水供給排出部（６０）と、容器（９）とを具備している。水電解スタック（４）は、水の電気分解を行い酸素と水素とを生成する。第１水供給排出部（５０）は、水電解スタック（４）の陽極に対して水の供給及び酸素と余剰水の排出を行う。第２水供給排出部（６０）は、水電解スタック（４）の陰極に対して水の供給及び水素と余剰水の排出を行う。容器（９）は、水電解スタック（４）を水没させて格納する。第２水供給排出部（６０）と容器（９）とは均圧化されている。水電解スタック（４）が停止するとき、第１水供給排出部（５０）は、水電解スタック（４）に対して水の供給及び排出を行う配管を遮断する。遮断された箇所より容器（９）側を容器（９）と均圧化する。   The water electrolysis apparatus of the present invention includes a water electrolysis stack (4), a first water supply / discharge section (50), a second water supply / discharge section (60), and a container (9). The water electrolysis stack (4) performs electrolysis of water to generate oxygen and hydrogen. The first water supply / discharge section (50) supplies water and discharges oxygen and excess water to the anode of the water electrolysis stack (4). The second water supply / discharge unit (60) supplies water to the cathode of the water electrolysis stack (4) and discharges hydrogen and surplus water. The container (9) stores the water electrolysis stack (4) submerged. The second water supply / discharge section (60) and the container (9) are equalized. When the water electrolysis stack (4) stops, the first water supply / discharge section (50) shuts off the piping for supplying and discharging water to the water electrolysis stack (4). The container (9) side is equalized with the container (9) from the blocked position.

上記の水電解装置において、第１水供給排出部（５０）は、第１配管（１１）と、第１弁（Ｖ２１）と、第２配管（１２）と、第２弁（Ｖ２２）と、第３配管（１３）と、第３弁（Ｖ２３）とを備えていることが好ましい。第１配管（１１）は、水電解スタック（４）の陽極に水を供給する。第１弁（Ｖ２１）は、第１配管（１１）の途中に設けられている。第２配管（１２）は、陽極の余剰水及び酸素を水電解スタック（４）から排出する。第２弁（Ｖ２２）は、第２配管（１２）の途中に設けられている。第３配管（１３）は、第１弁（Ｖ２１）よりも容器（９）側の第１配管（１１ａ）又は第２弁（Ｖ２２）よりも容器（９）側の第２配管（１２ａ）と容器（９）とを接続する。第３弁（Ｖ２３）は、第３配管（１３）の途中に設けられている。水電解スタック（４）が停止するとき、第１弁（Ｖ２１）及び第２弁（Ｖ２２）を閉止し、閉止後に第３弁（Ｖ２３）を開放し、第１弁（Ｖ２１）よりも容器（９）側の第１配管（１１）及び第２弁（Ｖ２２）よりも容器（９）側の第２配管（１２）を、容器（９）と均圧化することが好ましい。   In the water electrolysis apparatus, the first water supply / discharge section (50) includes a first pipe (11), a first valve (V21), a second pipe (12), and a second valve (V22), It is preferable to include a third pipe (13) and a third valve (V23). The first pipe (11) supplies water to the anode of the water electrolysis stack (4). The first valve (V21) is provided in the middle of the first pipe (11). The second pipe (12) discharges excess water and oxygen from the anode from the water electrolysis stack (4). The second valve (V22) is provided in the middle of the second pipe (12). The third pipe (13) is connected to the first pipe (11a) closer to the container (9) than the first valve (V21) or the second pipe (12a) closer to the container (9) than the second valve (V22). Connect the container (9). The third valve (V23) is provided in the middle of the third pipe (13). When the water electrolysis stack (4) stops, the first valve (V21) and the second valve (V22) are closed, and after closing, the third valve (V23) is opened, and the container ( It is preferable to equalize the pressure of the second pipe (12) on the container (9) side with respect to the container (9) relative to the first pipe (11) and the second valve (V22) on the 9) side.

上記の水電解装置において、第２水供給排出部（６０）は、第４配管（１５）と、第５配管（１６）と、水素気液分離部（３）と、第６配管（１８）とを備えていることが好ましい。第４配管（１５）は、水電解スタック（４）の陰極に水を供給する。第５配管（１６）は、陰極の余剰水及び水素を水電解スタック（４）から排出する。水素気液分離部（３）は、第４配管（１５）と第５配管（１６）とに接続され、余剰水と水素とを気液分離する。第６配管（１８）は、水素気液分離部（３）と容器（９）とを接続する。記第６配管（１８）を介して第２水供給排出部（６０）と容器（９）とは均圧化されることが好ましい。   In the water electrolysis apparatus, the second water supply / discharge part (60) includes the fourth pipe (15), the fifth pipe (16), the hydrogen gas-liquid separation part (3), and the sixth pipe (18). Are preferably provided. The fourth pipe (15) supplies water to the cathode of the water electrolysis stack (4). The fifth pipe (16) discharges excess water and hydrogen from the cathode from the water electrolysis stack (4). The hydrogen gas-liquid separation unit (3) is connected to the fourth pipe (15) and the fifth pipe (16), and gas-liquid separates surplus water and hydrogen. The sixth pipe (18) connects the hydrogen gas / liquid separator (3) and the container (9). The second water supply / discharge section (60) and the container (9) are preferably pressure-equalized via the sixth pipe (18).

上記の水電解装置において、第２水供給排出部（６０）は、第４弁（Ｖ１１）と、第５弁（Ｖ１２）と、第６弁（Ｖ１４）と、第７配管（１７）と、第７弁（Ｖ１３）とを備えていることが好ましい。第４弁（Ｖ１１）は、第４配管（１５）の途中に設けられている。第５弁（Ｖ１２）は、第５配管（１６）の途中に設けられている。第６弁（Ｖ１４）は、第６配管（１８）の途中に設けられている。第７配管（１７）は、第４弁（Ｖ１１）よりも容器（９）側の第４配管（１５ａ）又は第２弁（Ｖ１２）よりも容器（９）側の第５配管（１６ａ）と容器（９）とを接続する。第７弁（Ｖ１３）は、第７配管（１７）の途中に設けられている。水電解スタック（４）が停止するとき、第４弁（Ｖ１１）、第５弁（Ｖ１２）及び第６弁（Ｖ１４）を閉止し、閉止後に第７弁（Ｖ１３）を開放することが好ましい。   In the water electrolysis apparatus, the second water supply / discharge section (60) includes the fourth valve (V11), the fifth valve (V12), the sixth valve (V14), the seventh pipe (17), It is preferable to include a seventh valve (V13). The fourth valve (V11) is provided in the middle of the fourth pipe (15). The fifth valve (V12) is provided in the middle of the fifth pipe (16). The sixth valve (V14) is provided in the middle of the sixth pipe (18). The seventh pipe (17) is connected to the fourth pipe (15a) closer to the container (9) than the fourth valve (V11) or the fifth pipe (16a) closer to the container (9) than the second valve (V12). Connect the container (9). The seventh valve (V13) is provided in the middle of the seventh pipe (17). When the water electrolysis stack (4) stops, it is preferable to close the fourth valve (V11), the fifth valve (V12), and the sixth valve (V14), and open the seventh valve (V13) after closing.

上記の水電解装置において、容器（９）内の水を循環させる容器内水循環部（４１、４２）を更に具備していることが好ましい。   In the above water electrolysis apparatus, it is preferable to further include an in-container water circulation section (41, 42) for circulating the water in the container (9).

上記の水電解装置において、第２水供給排出部（６０）は、第４配管（１５、１５ｂ）と、第６配管（１８ｂ）と、第５配管（１６）と、水素気液分離部（３）とを備えていることが好ましい。第４配管（１５、１５ｂ）は、容器（９）に水を供給する。第６配管（１８ｂ）は、容器（９）の水を水電解スタック（４）の陰極に供給する。第５配管（１６）は、陰極の余剰水及び水素を水電解スタック（４）から排出する。水素気液分離部（３）は、第４配管（１５）と第５配管（１６）とに接続され、余剰水と水素とを気液分離する。第４配管（１５、１５ｂ）又は第６配管（１８ｂ）と水電解スタック（４）の陰極から第５配管（１６）を介して第２水供給排出部（６０）と容器（９）とは均圧化されることが好ましい。   In the water electrolysis apparatus, the second water supply / discharge section (60) includes the fourth pipe (15, 15b), the sixth pipe (18b), the fifth pipe (16), and the hydrogen gas-liquid separation section ( 3). The fourth pipe (15, 15b) supplies water to the container (9). The sixth pipe (18b) supplies the water in the container (9) to the cathode of the water electrolysis stack (4). The fifth pipe (16) discharges excess water and hydrogen from the cathode from the water electrolysis stack (4). The hydrogen gas-liquid separation unit (3) is connected to the fourth pipe (15) and the fifth pipe (16), and gas-liquid separates surplus water and hydrogen. The second water supply / discharge section (60) and the container (9) are connected to the fourth pipe (15, 15b) or the sixth pipe (18b) and the cathode of the water electrolysis stack (4) through the fifth pipe (16). It is preferable that the pressure is equalized.

上記の水電解装置において、第２水供給排出部（６０）は、第４配管（１５ｂ）の途中に設けられた第４弁（Ｖ１１）と、第５配管（１６）の途中に設けられた第５弁（Ｖ１２）とを備えていることが好ましい。水電解スタック（４）が停止するとき、第４弁（Ｖ１１）及び第５弁（Ｖ１２）を閉止することが好ましい。   In said water electrolysis apparatus, the 2nd water supply discharge part (60) was provided in the middle of the 4th valve (V11) provided in the middle of the 4th piping (15b), and the 5th piping (16). It is preferable to include a fifth valve (V12). When the water electrolysis stack (4) stops, it is preferable to close the fourth valve (V11) and the fifth valve (V12).

上記の水電解装置において、第２水供給排出部（６０）は、第４配管（１５）と、第５配管（１６）と、水素気液分離部（３）と、第７配管（１７ｃ）と、第６配管（１８ｃ）とを備えていることが好ましい。第４配管（１５）は、水電解スタック（４）の陰極に水を供給する。第５配管（１６）は、陰極の余剰水及び水素を水電解スタック（４）から排出する。水素気液分離部（３）は、第４配管（１５）と第５配管（１６）とに接続され、余剰水と水素とを気液分離する。第７配管（１７ｃ）は、第４配管（１５）と容器（９）とを接続する。第６配管（１８ｃ）は、水素気液分離部（３）と容器（９）とを接続する。第６配管（１８ｃ）又は第７配管（１７ｃ）を介して第２水供給排出部（６０）と容器（９）とは均圧化されることが好ましい。   In the water electrolysis apparatus, the second water supply / discharge section (60) includes the fourth pipe (15), the fifth pipe (16), the hydrogen gas-liquid separation section (3), and the seventh pipe (17c). And a sixth pipe (18c). The fourth pipe (15) supplies water to the cathode of the water electrolysis stack (4). The fifth pipe (16) discharges excess water and hydrogen from the cathode from the water electrolysis stack (4). The hydrogen gas-liquid separation unit (3) is connected to the fourth pipe (15) and the fifth pipe (16), and gas-liquid separates surplus water and hydrogen. The seventh pipe (17c) connects the fourth pipe (15) and the container (9). The sixth pipe (18c) connects the hydrogen gas-liquid separator (3) and the container (9). The second water supply / discharge section (60) and the container (9) are preferably pressure-equalized through the sixth pipe (18c) or the seventh pipe (17c).

上記の水電解装置において、第２水供給排出部（６０）は、第４弁（Ｖ１１）と、第５弁（Ｖ１２）と、第６弁（Ｖ１４）とを備えていることが好ましい。第４弁（Ｖ１１）は、第４配管（１５ａ）の途中に設けられている。第５弁（Ｖ１２）は、第５配管（１６）の途中に設けられている。第６弁（Ｖ１４）は、第６配管（１８ｃ）の途中に設けられている。水電解スタック（４）が停止するとき、第４弁（Ｖ１１）、第５弁（Ｖ１２）及び第６弁（Ｖ１４）を閉止することが好ましい。   In the above water electrolysis apparatus, the second water supply / discharge section (60) preferably includes a fourth valve (V11), a fifth valve (V12), and a sixth valve (V14). The fourth valve (V11) is provided in the middle of the fourth pipe (15a). The fifth valve (V12) is provided in the middle of the fifth pipe (16). The sixth valve (V14) is provided in the middle of the sixth pipe (18c). When the water electrolysis stack (4) stops, it is preferable to close the fourth valve (V11), the fifth valve (V12), and the sixth valve (V14).

上記の水電解装置において、第２水供給排出部（６０）及び容器（９）のうちの一方若しくは両方に設けられ、第２水供給排出部（６０）及び容器（９）の圧力を降下させる圧力降下弁（ＲＶ）を更に具備することが好ましい。   In said water electrolysis apparatus, it is provided in one or both of a 2nd water supply discharge part (60) and a container (9), and drops the pressure of a 2nd water supply discharge part (60) and a container (9). It is preferable to further comprise a pressure drop valve (RV).

本発明の水電解装置の動作方法において、水電解装置は、水電解スタック（４）と、水電解スタック（４）の陽極に対して水の供給及び酸素と余剰水の排出を行う第１水供給排出部（５０）と、水電解スタック（４）の陰極に対して水の供給及び水素と余剰水の排出を行う第２水供給排出部（６０）と、水電解スタック（４）を水没させて格納する容器（９）とを具備し、第２水供給排出部（６０）と容器（９）とは均圧化されている。水電解装置の動作方法は、水電解スタック（４）が停止するとき、第１水供給排出部（５０）が、水電解スタック（４）に対して水の供給及び排出を行う配管を遮断するステップと、第１水供給排出部（５０）が、遮断された箇所より容器（９）側を容器（９）と均圧化するステップとを具備している。   In the operation method of the water electrolysis apparatus of the present invention, the water electrolysis apparatus includes a water electrolysis stack (4) and a first water that supplies water and discharges oxygen and surplus water to the anode of the water electrolysis stack (4). Submerged the water discharge stack (4), the second water supply discharge (60) for supplying water to the cathode of the water electrolysis stack (4) and discharging hydrogen and surplus water, and the water electrolysis stack (4) And the second water supply / discharge section (60) and the container (9) are pressure-equalized. The operation method of the water electrolysis apparatus is such that when the water electrolysis stack (4) is stopped, the first water supply / discharge section (50) shuts off a pipe for supplying and discharging water to the water electrolysis stack (4). The step and the first water supply / discharge part (50) comprise a step of equalizing the container (9) side with the container (9) from the blocked position.

本発明により、水電解装置の安全性を向上させることができる。また、本発明により、水電解装置に故障や異常事態が発生しても、その水電解装置を安全に停止することが可能となる。   According to the present invention, the safety of the water electrolysis apparatus can be improved. Further, according to the present invention, even if a failure or abnormal situation occurs in the water electrolysis apparatus, the water electrolysis apparatus can be safely stopped.

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る水電解装置の構成を模式的に示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of the water electrolysis apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図２は、本発明の第１の実施の形態に係る水電解装置の動作方法を示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing an operation method of the water electrolysis apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図３は、本発明の第２の実施の形態に係る水電解装置の構成を模式的に示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram schematically showing the configuration of the water electrolysis apparatus according to the second embodiment of the present invention. 図４は、本発明の第３の実施の形態に係る水電解装置の構成を模式的に示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram schematically showing the configuration of the water electrolysis apparatus according to the third embodiment of the present invention. 図５は、本発明の第４の実施の形態に係る水電解装置の構成を模式的に示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram schematically showing the configuration of the water electrolysis apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. 図６は、本発明の第５の実施の形態に係る水電解装置の構成を模式的に示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram schematically showing the configuration of the water electrolysis apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. 図７は、本発明の第６の実施の形態に係る水電解装置の構成を模式的に示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram schematically showing the configuration of the water electrolysis apparatus according to the sixth embodiment of the present invention. 図８は、本発明の第７の実施の形態に係る水電解装置の構成を模式的に示すブロック図である。FIG. 8 is a block diagram schematically showing the configuration of the water electrolysis apparatus according to the seventh embodiment of the present invention.

以下、本発明の実施の形態に係る水電解装置及び水電解装置の動作方法に関して、添付図面を参照して説明する。   Hereinafter, a water electrolysis apparatus and an operation method of the water electrolysis apparatus according to embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る水電解装置の構成について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る水電解装置の構成を模式的に示すブロック図である。水電解装置１は、水を電気分解して気体の水素及び気体の酸素を生成する。水電解装置１は、水電解スタック４と、第１水供給排出部５０と、第２水供給排出部６０と、容器９と、電力供給部７と、制御部８とを具備している。 (First embodiment)
The configuration of the water electrolysis apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of the water electrolysis apparatus according to the first embodiment of the present invention. The water electrolysis apparatus 1 electrolyzes water to generate gaseous hydrogen and gaseous oxygen. The water electrolysis apparatus 1 includes a water electrolysis stack 4, a first water supply / discharge unit 50, a second water supply / discharge unit 60, a container 9, a power supply unit 7, and a control unit 8.

水電解スタック４は、水を電気分解して酸素と水素とを生成する。例えば直列接続された、複数の水電解セルを備えている。水電解セルは、電解質膜と、その一方の面に設けられた陽極（＋極又はアノード）と、他方の面に設けられた陰極（−極又はカソード）とを備えている。電解質膜は、固体高分子電解質膜であり、パーフルオロスルホン酸膜のようなフッ素系電解質膜に例示される。陽極及び陰極は、その電解質膜に適した公知の材料を用いることができる。水電解スタック４は、各水電解セルの陽極と陰極との間に、電力供給部７からの電圧を印加する。それにより、各水電解セルにおいて、陽極側に供給された水が電気分解されて、陽極側に酸素が生成され、陰極側に水素が生成される。各水電解セルの陽極側の酸素と未反応の水（余剰水）とは、第１水供給排出部５０へ送出される。各水電解セルの陰極側の水素と電解質膜を透過した水及び供給された水（余剰水）とは、第２水供給排出部６０へ送出される。   The water electrolysis stack 4 electrolyzes water to generate oxygen and hydrogen. For example, a plurality of water electrolysis cells connected in series are provided. The water electrolysis cell includes an electrolyte membrane, an anode (+ electrode or anode) provided on one surface, and a cathode (−electrode or cathode) provided on the other surface. The electrolyte membrane is a solid polymer electrolyte membrane, and is exemplified by a fluorine-based electrolyte membrane such as a perfluorosulfonic acid membrane. As the anode and the cathode, known materials suitable for the electrolyte membrane can be used. The water electrolysis stack 4 applies a voltage from the power supply unit 7 between the anode and the cathode of each water electrolysis cell. Thereby, in each water electrolysis cell, the water supplied to the anode side is electrolyzed, oxygen is generated on the anode side, and hydrogen is generated on the cathode side. Oxygen on the anode side of each water electrolysis cell and unreacted water (surplus water) are sent to the first water supply / discharge section 50. Hydrogen on the cathode side of each water electrolysis cell, water that has passed through the electrolyte membrane, and supplied water (surplus water) are sent to the second water supply / discharge unit 60.

第１水供給排出部５０は、水電解スタック４の（水電解セルの）陽極に対して水を供給し、及び、生成した酸素と余剰水とを陽極から排出する。第１水供給排出部５０は、第１配管１１と、第１弁Ｖ２１と、第２配管１２と、第２弁Ｖ２２と、第３配管１３と、第３弁Ｖ２３と、酸素気液分離部２と、ポンプ５とを備えている。第１配管１１は、酸素気液分離部２と水電解スタック４（陽極側）とを接続している。水電解スタック４の（水電解セルの）陽極に水を供給する。第１弁Ｖ２１は、第１配管１１の途中に設けられている。通常の運転時には開放され、（緊急）停止時に閉止される。第２配管１２は、水電解スタック４（陽極側）と酸素気液分離部２とを接続している。陽極の酸素及び余剰水を水電解スタック４から排出する。第２弁Ｖ２２は、第２配管１２の途中に設けられている。通常の運転時には開放され、（緊急）停止時に閉止される。第３配管１３は、第１弁Ｖ２１よりも容器９側の第１配管１１ａ又は第２弁Ｖ２２よりも容器９側の第２配管１２ａと、容器９とを接続している。容器９に接続された第１配管１１ａ又は第２配管１２ａと容器９とを均圧化するために使用する。図１では、第１弁Ｖ２１よりも容器９側の第１配管１１ａと、容器９とを接続している。第３弁Ｖ２３は、第３配管１３の途中に設けられている。通常の運転時には閉止され、（緊急）停止時に開放される。酸素気液分離部２は、水供給装置（図示されず）から水電解用の水を供給され、貯蔵する。その水は、水電解スタック４の各水電解セルの陽極側に第１配管１１を介して供給される。酸素気液分離部２は、水電解スタック４の各水電解セルで生成された酸素と余剰水とを第２配管１２を介して受け取る。そして、生成された酸素を水から分離する。分離された酸素は、外部へ送出される。ポンプ５は、第１配管１１の途中に設けられている。第１配管１１を介して、酸素気液分離部２の水を受け取り、水電解スタック４の陽極側へ供給する。   The first water supply / discharge unit 50 supplies water to the anode (of the water electrolysis cell) of the water electrolysis stack 4 and discharges the generated oxygen and excess water from the anode. The first water supply / discharge unit 50 includes a first pipe 11, a first valve V21, a second pipe 12, a second valve V22, a third pipe 13, a third valve V23, and an oxygen gas / liquid separator. 2 and a pump 5. The 1st piping 11 has connected the oxygen gas-liquid separation part 2 and the water electrolysis stack 4 (anode side). Water is supplied to the anode (of the water electrolysis cell) of the water electrolysis stack 4. The first valve V <b> 21 is provided in the middle of the first pipe 11. Open during normal operation and closed during (emergency) stops. The second pipe 12 connects the water electrolysis stack 4 (anode side) and the oxygen gas / liquid separator 2. The anode oxygen and excess water are discharged from the water electrolysis stack 4. The second valve V <b> 22 is provided in the middle of the second pipe 12. Open during normal operation and closed during (emergency) stops. The third pipe 13 connects the container 9 with the first pipe 11a closer to the container 9 than the first valve V21 or the second pipe 12a closer to the container 9 than the second valve V22. It is used to equalize the pressure of the first pipe 11a or the second pipe 12a connected to the container 9 and the container 9. In FIG. 1, the first piping 11 a closer to the container 9 than the first valve V <b> 21 is connected to the container 9. The third valve V <b> 23 is provided in the middle of the third pipe 13. It is closed during normal operation and opened during (emergency) stops. The oxygen gas-liquid separator 2 is supplied with water for water electrolysis from a water supply device (not shown) and stores the water. The water is supplied to the anode side of each water electrolysis cell of the water electrolysis stack 4 via the first pipe 11. The oxygen gas-liquid separator 2 receives oxygen and excess water generated in each water electrolysis cell of the water electrolysis stack 4 via the second pipe 12. The produced oxygen is then separated from the water. The separated oxygen is sent to the outside. The pump 5 is provided in the middle of the first pipe 11. Water from the oxygen gas / liquid separator 2 is received via the first pipe 11 and supplied to the anode side of the water electrolysis stack 4.

第２水供給排出部６０は、水電解スタック４の（水電解セルの）陰極に対して水を供給し、及び、生成した水素と余剰水とを陰極から排出する。第２水供給排出部６０は、第４配管１５と、第５配管１６と、水素気液分離部３と、ポンプ６と、第６配管１８と、気液分離部２１とを備えている。第４配管１５は、水素気液分離部３と水電解スタック４（陰極側）とを接続している。水電解スタック４の（水電解セルの）陰極に水を供給する。第５配管１６は、水電解スタック４（陰極側）と水素気液分離部３とを接続している。陰極の水素及び余剰水を前記水電解スタック４から排出する。水素気液分離部３は、水供給装置（図示されず）から水電解用の水を供給され、貯蔵する。その水は、水電解反応に直接的には寄与しないが、水電解スタック４の各水電解セルの陰極側に第４配管１５を介して供給される。水素気液分離部３は、水電解スタック４の各水電解セルで生成された水素と余剰水とを第５配管１６を介して受け取る。そして、生成された水素を水から分離する。分離された水素は、外部へ送出される。ポンプ６は、第４配管１５の途中に設けられている。第４配管１５を介して、水素気液分離部３の水を受け取り、水電解スタック４の陰極側へ供給する。第６配管１８は、水素気液分離器３と容器９とを接続している。気液分離部２１は、第６配管１８の途中に設けられ、第６配管１８中の気液を分離する。第６配管１８を介して、第２水供給排出部６０と容器９とは均圧化されている。   The second water supply / discharge unit 60 supplies water to the cathode (of the water electrolysis cell) of the water electrolysis stack 4 and discharges the generated hydrogen and excess water from the cathode. The second water supply / discharge unit 60 includes a fourth pipe 15, a fifth pipe 16, a hydrogen gas / liquid separator 3, a pump 6, a sixth pipe 18, and a gas / liquid separator 21. The fourth pipe 15 connects the hydrogen gas-liquid separator 3 and the water electrolysis stack 4 (cathode side). Water is supplied to the cathode (of the water electrolysis cell) of the water electrolysis stack 4. The fifth pipe 16 connects the water electrolysis stack 4 (cathode side) and the hydrogen gas-liquid separation unit 3. The cathode hydrogen and excess water are discharged from the water electrolysis stack 4. The hydrogen gas-liquid separator 3 is supplied with water for water electrolysis from a water supply device (not shown) and stores the water. The water does not contribute directly to the water electrolysis reaction, but is supplied to the cathode side of each water electrolysis cell of the water electrolysis stack 4 via the fourth pipe 15. The hydrogen gas-liquid separation unit 3 receives hydrogen and surplus water generated in each water electrolysis cell of the water electrolysis stack 4 via the fifth pipe 16. The produced hydrogen is then separated from the water. The separated hydrogen is sent to the outside. The pump 6 is provided in the middle of the fourth pipe 15. Water from the hydrogen gas / liquid separator 3 is received via the fourth pipe 15 and supplied to the cathode side of the water electrolysis stack 4. The sixth pipe 18 connects the hydrogen gas-liquid separator 3 and the container 9. The gas-liquid separator 21 is provided in the middle of the sixth pipe 18 and separates the gas-liquid in the sixth pipe 18. The second water supply / discharge unit 60 and the container 9 are pressure-equalized via the sixth pipe 18.

なお、気液分離器２１もしくは水素気液分離部３には、圧力降下弁ＲＶが設けられていることが好ましい。図１では、水素気液分離部３に、当該圧力降下弁が設けられている。この圧力降下弁ＲＶは、容器９（耐圧容器）の安全弁（圧力逃がし弁）として機能する。ただし、容器９の本体に直接設けられていても良い。   The gas / liquid separator 21 or the hydrogen gas / liquid separator 3 is preferably provided with a pressure drop valve RV. In FIG. 1, the hydrogen gas / liquid separator 3 is provided with the pressure drop valve. The pressure drop valve RV functions as a safety valve (pressure relief valve) for the container 9 (pressure vessel). However, it may be provided directly on the main body of the container 9.

容器９は、内部に貯蔵した純水中に水電解スタック４を水没させて格納している。すなわち、水電解スタック４は外部を純水で覆われている。このとき、上述のように、その純水は第６配管１８を介して第２水供給排出部６０と均圧化されている。よって容器９の内部は大気圧よりも高い圧力であり、発生する水素ガスと等しい圧力となっている。   The container 9 stores the water electrolysis stack 4 by submerging it in pure water stored inside. That is, the outside of the water electrolysis stack 4 is covered with pure water. At this time, as described above, the pure water is equalized with the second water supply / discharge section 60 via the sixth pipe 18. Therefore, the inside of the container 9 is at a pressure higher than the atmospheric pressure, and is equal to the generated hydrogen gas.

電力供給部７は、水電解スタック４の各水電解セルの陽極と陰極との間に印加される水電解用の電圧を、水電解スタック４へ供給する。また、電力供給部７は、水電解スタック４の電圧及び電流（及び各水電解セルの電圧及び電流）を計測可能である。   The power supply unit 7 supplies the water electrolysis stack 4 with a voltage for water electrolysis that is applied between the anode and the cathode of each water electrolysis cell of the water electrolysis stack 4. Further, the power supply unit 7 can measure the voltage and current of the water electrolysis stack 4 (and the voltage and current of each water electrolysis cell).

制御部８は、ポンプ５、ポンプ６及び電力供給部７の運転動作や停止動作などを制御する情報処理装置であり、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ：ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）に例示される。ＰＬＣは内蔵するメモリーに書き込まれた、本実施の形態に係る水電解装置の動作方法を記述したシーケンスラダープログラムを実行し、計測や演算を実施してポンプ５やポンプ６や電力供給部７や第１弁Ｖ２１、第２弁Ｖ２２、第３弁Ｖ２３のようなハードウエアを制御する。   The control unit 8 is an information processing device that controls operation and stop operation of the pump 5, the pump 6, and the power supply unit 7, and is exemplified by a programmable logic controller (PLC). The PLC executes a sequence ladder program written in the built-in memory and describing the operation method of the water electrolysis apparatus according to the present embodiment, performs measurement and calculation, and performs the pump 5, the pump 6, the power supply unit 7, The hardware such as the first valve V21, the second valve V22, and the third valve V23 is controlled.

以上のように、第１水供給排出部５０内の水は、酸素気液分離部２−第１配管１１−水電解スタック４（の各水電解セルの陽極）−第２配管１２−酸素気液分離部２の循環経路をポンプ５により循環する。この経路及び水を酸素系の循環経路及び水ともいう。また、第２水供給排出部６０内の水は、水素気液分離部３−第４配管１５−水電解スタック４（の各水電解セルの陰極）−第５配管１６−水素気液分離部３の循環経路をポンプ６により循環する。この経路及び水を水素系の循環経路及び水ともいう。各循環経路には適宜、流量や圧力を調整する弁を設けても良い。両循環経路は、電解質膜への影響を考慮して、概ね同圧になるように制御されることが好ましい。   As described above, the water in the first water supply / discharge unit 50 is oxygen gas-liquid separation unit 2 -first pipe 11 -water electrolysis stack 4 (the anode of each water electrolysis cell) -second pipe 12 -oxygen gas. A circulation path of the liquid separation unit 2 is circulated by a pump 5. This route and water are also referred to as an oxygen-based circulation route and water. Further, the water in the second water supply / discharge unit 60 is divided into a hydrogen gas / liquid separation unit 3-a fourth pipe 15-a water electrolysis stack 4 (a cathode of each water electrolysis cell)-a fifth pipe 16-a hydrogen gas / liquid separation unit. The circulation path 3 is circulated by the pump 6. This route and water are also referred to as a hydrogen-based circulation route and water. Each circulation path may be provided with a valve for adjusting the flow rate and pressure as appropriate. Both circulation paths are preferably controlled so as to have substantially the same pressure in consideration of the influence on the electrolyte membrane.

次に、本発明の第１の実施の形態に係る水電解装置の動作方法に関して説明する。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る水電解装置の動作方法を示すフローチャートである。   Next, the operation method of the water electrolysis apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a flowchart showing an operation method of the water electrolysis apparatus according to the first embodiment of the present invention.

水電解装置１は、通常の運転動作では、水を電気分解して気体の水素及び気体の酸素を生成する。具体的には、以下の動作を行う。酸素気液分離部２の水は、制御部８の制御に基づくポンプ５の運転により、水電解スタック４へ所定の流量で第１配管１１を介して供給される。それにより、水電解スタック４の各水電解セルの陽極に水が供給される。一方、水素気液分離部３の水は、制御部８の制御に基づくポンプ６の運転により、水電解スタック４へ所定の流量で第４配管１５を介して供給される。それにより、水電解スタック４の各水電解セルの陰極に水が供給される。陽極側に供給された水は、水電解スタック４の各水電解セルにおいて、制御部８の制御に基づき電力供給部７から供給され、陽極と陰極との間に印加された電圧により電気分解される。それにより、各水電解セルの陽極側に酸素（ガス）が生成し、陰極側に水素（ガス）が生成される。このとき、各水電解セルの陽極側の酸素は、未反応の水（余剰水）の循環に伴って、酸素気液分離部２へ第２配管１２を介して送出される。各水電解セルの陰極側の水素は、電解質膜を透過した水及び供給された水（余剰水）の循環に伴って、水素気液分離部３へ第５配管１６を介して送出される。余剰水中の酸素は、酸素気液分離部２により余剰水から分離され、外部へ送出される。余剰水中の水素は、水素気液分離部３により余剰水から分離され、外部へ送出される。   In a normal operation, the water electrolysis apparatus 1 electrolyzes water to generate gaseous hydrogen and gaseous oxygen. Specifically, the following operation is performed. The water in the oxygen gas-liquid separation unit 2 is supplied to the water electrolysis stack 4 through the first pipe 11 at a predetermined flow rate by the operation of the pump 5 based on the control of the control unit 8. Thereby, water is supplied to the anode of each water electrolysis cell of the water electrolysis stack 4. On the other hand, the water in the hydrogen gas-liquid separation unit 3 is supplied to the water electrolysis stack 4 through the fourth pipe 15 at a predetermined flow rate by the operation of the pump 6 based on the control of the control unit 8. Thereby, water is supplied to the cathode of each water electrolysis cell of the water electrolysis stack 4. The water supplied to the anode side is supplied from the power supply unit 7 based on the control of the control unit 8 in each water electrolysis cell of the water electrolysis stack 4, and is electrolyzed by the voltage applied between the anode and the cathode. The Thereby, oxygen (gas) is generated on the anode side of each water electrolysis cell, and hydrogen (gas) is generated on the cathode side. At this time, oxygen on the anode side of each water electrolysis cell is sent to the oxygen gas-liquid separation unit 2 through the second pipe 12 as unreacted water (surplus water) circulates. Hydrogen on the cathode side of each water electrolysis cell is sent to the hydrogen gas-liquid separator 3 through the fifth pipe 16 as the water that has permeated through the electrolyte membrane and the supplied water (surplus water) circulate. Oxygen in the surplus water is separated from the surplus water by the oxygen gas-liquid separation unit 2 and sent to the outside. Hydrogen in the surplus water is separated from the surplus water by the hydrogen gas-liquid separation unit 3 and sent to the outside.

水電解装置１は、停止（緊急停止を含む）の運転動作では、水の電気分解を停止するとともに、以下の停止動作を行う。
制御部８は、ユーザによる入力や、各種センサ（例示：各配管や容器９に設けられた圧力センサ、各配管の近傍や容器９に設けられたガスセンサ、各配管や容器９や水電解セルに設けられた温度センサ、水電解セルの電流や電圧を計測する電流計や電圧計；以上、図示されず）の値を参照して、水電解装置１を停止するか否か判定する（ステップＳ０１）。例えば、所定の閾値を超えるような、異常な圧力や温度や電流・電圧を検出した場合や、ガス漏れを検知した場合などにおいて、水電解装置１を停止すべき状態であると判定する。水電解装置１を停止すると判定した場合、電力供給部７は、制御部８の制御に基づいて、水電解スタック４への電力の供給を停止する（ステップＳ０２）。それにより、水の電気分解が停止される。 The water electrolysis apparatus 1 stops the electrolysis of water and performs the following stop operation in the stop (including emergency stop) operation.
The control unit 8 can be input by the user, various sensors (example: pressure sensor provided in each pipe or container 9, gas sensor provided in the vicinity of each pipe or in the container 9, each pipe, container 9 or water electrolysis cell). It is determined whether or not to stop the water electrolysis apparatus 1 with reference to values of the provided temperature sensor, ammeter or voltmeter for measuring the current and voltage of the water electrolysis cell; ). For example, when an abnormal pressure, temperature, current, or voltage exceeding a predetermined threshold is detected, or when a gas leak is detected, it is determined that the water electrolysis apparatus 1 should be stopped. When it determines with stopping the water electrolysis apparatus 1, the electric power supply part 7 stops supply of the electric power to the water electrolysis stack 4 based on control of the control part 8 (step S02). Thereby, the electrolysis of water is stopped.

水の電気分解が停止して所定の時間経過後、ポンプ５及びポンプ６は、制御部８の制御に基づいて、運転を停止する（ステップＳ０３）。水の電気分解が停止しても、ポンプ５及びポンプ６を所定の時間だけ運転することで、陽極近傍の酸素及び陰極近傍の水素を水電解セルから強制的に除去することができる。この場合、できるだけ早期に酸素及び水素を除去するために、水の流量を一時的に大きくするように、ポンプ５及びポンプ６を制御しても良い。   After the electrolysis of water is stopped and a predetermined time has elapsed, the pump 5 and the pump 6 stop the operation based on the control of the control unit 8 (step S03). Even when the electrolysis of water is stopped, the oxygen near the anode and the hydrogen near the cathode can be forcibly removed from the water electrolysis cell by operating the pump 5 and the pump 6 for a predetermined time. In this case, the pump 5 and the pump 6 may be controlled so as to temporarily increase the flow rate of water in order to remove oxygen and hydrogen as early as possible.

次に、第１水供給排出部５０において、制御部８の制御により、第１弁Ｖ２１及び第２弁Ｖ２２（酸素系循環経路の配管遮断用の弁）が閉止される（ステップＳ０４）。これにより、酸素気液分離部２、第１弁Ｖ２１よりも酸素気液分離部２側の第１配管１１、及び第２弁Ｖ２２よりも酸素気液分離部２側の第２配管１２が、水電解スタック４から切り離される。すなわち、酸素系の循環経路（酸素気液分離部２を含む）を水電解スタック４から切り離すことができる。その結果、もし仮に水電解スタック４において燃焼反応などが発生した場合であっても、第１配管１１や第２配管１２を通じた水電解スタック４から酸素系の循環経路への水、ガス、焼損物質などの移動を停止させることができる。   Next, in the first water supply / discharge unit 50, the first valve V21 and the second valve V22 (valves for shutting off the piping of the oxygen-based circulation path) are closed under the control of the control unit 8 (step S04). Thus, the oxygen gas / liquid separation unit 2, the first pipe 11 on the oxygen gas / liquid separation unit 2 side of the first valve V21, and the second pipe 12 on the oxygen gas / liquid separation unit 2 side of the second valve V22, Disconnected from the water electrolysis stack 4. That is, the oxygen-based circulation path (including the oxygen gas-liquid separation unit 2) can be disconnected from the water electrolysis stack 4. As a result, even if a combustion reaction or the like occurs in the water electrolysis stack 4, water, gas, and burnout from the water electrolysis stack 4 through the first pipe 11 and the second pipe 12 to the oxygen-based circulation path. The movement of substances and the like can be stopped.

続いて、第１水供給排出部５０において、制御部８の制御により、第１弁Ｖ２１及び第２弁Ｖ２２の閉止後に第３弁Ｖ２３（均圧化用の弁）が開放される（ステップＳ０５）。これにより、第１弁Ｖ２１よりも容器９側の第１配管１１ａ及び第２弁Ｖ２２よりも容器９側の第２配管１２ａを、容器９と均圧化する。すなわち、第１弁Ｖ２１及び第２弁Ｖ２２よりも容器９側の酸素系の循環経路（酸素気液分離部２を含む）と水素系の循環経路との差圧発生を防止する。その結果、水素系の循環経路から酸素系の循環経路への水、ガス、焼損物質などの移動を停止することができる。また、第１弁Ｖ２１及び第２弁Ｖ２２よりも容器９側の酸素系の循環経路で高圧が発生した場合でも、その高圧を、第１配管１１ａ、第２配管１２ａ及び水電解スタック４の各水電解セルの陽極に閉止することなく、純水で満たされた容器９内に逃がすことができ、かつ水電解セルの陽極と均圧化を図ることができる。   Subsequently, in the first water supply / discharge unit 50, the control of the control unit 8 opens the third valve V23 (pressure equalizing valve) after the first valve V21 and the second valve V22 are closed (step S05). ). Thereby, the first pipe 11a closer to the container 9 than the first valve V21 and the second pipe 12a closer to the container 9 than the second valve V22 are equalized with the container 9. That is, the generation of a differential pressure between the oxygen-based circulation path (including the oxygen gas-liquid separator 2) closer to the container 9 than the first valve V21 and the second valve V22 and the hydrogen-based circulation path is prevented. As a result, the movement of water, gas, burnout substances, etc. from the hydrogen-based circulation path to the oxygen-based circulation path can be stopped. Even when a high pressure is generated in the oxygen-based circulation path on the container 9 side of the first valve V21 and the second valve V22, the high pressure is applied to each of the first pipe 11a, the second pipe 12a, and the water electrolysis stack 4. Without being closed to the anode of the water electrolysis cell, it can escape into the container 9 filled with pure water, and pressure equalization with the anode of the water electrolysis cell can be achieved.

以上のようにして、本発明の第１の実施の形態に係る水電解装置の動作方法が実行される。   As described above, the operation method of the water electrolysis apparatus according to the first embodiment of the present invention is executed.

上記の動作方法において、水電解スタック４及び／又は水素系の循環経路から酸素系の循環経路への水、ガス、焼損物質などの移動を停止する緊急性が高い場合には、（すなわち膜の損傷が生じた兆候すなわち、スタック・セルに関する各部温度上昇、過大な圧力上昇、電圧・電流の急変を検知した場合には、）ステップＳ０３における所定の時間経過を待たずに直ちにポンプを停止して、ステップＳ０４へ移行しても良い。それにより、極めて早期に、水電解スタック４及び／又は水素系の循環経路から酸素系の循環経路への水、ガス、焼損物質などの移動を停止することができる。また、ステップＳ０４とステップＳ０５とは、停止の完了を速めるために、ほぼ同時に行われることが好ましい。   In the above operating method, when there is a high urgency to stop the movement of water, gas, burnout substances, etc. from the water electrolysis stack 4 and / or the hydrogen-based circulation path to the oxygen-based circulation path (that is, the membrane In the event that a sign of damage has occurred, i.e., a temperature increase in each part of the stack cell, an excessive pressure increase, or a sudden change in voltage or current is detected, the pump is stopped immediately without waiting for the predetermined time in step S03. The process may proceed to step S04. Thereby, it is possible to stop the movement of water, gas, burnout substances, etc. from the water electrolysis stack 4 and / or the hydrogen-based circulation path to the oxygen-based circulation path very early. In addition, step S04 and step S05 are preferably performed almost simultaneously to speed up the completion of the stop.

本実施の形態では、（緊急）停止時に、酸素系の循環経路（酸素気液分離部２を含む）を水電解スタック４から切り離すことができる。それにより、もし仮に水電解スタック４において異常が発生した場合であっても、水電解スタック４から酸素系の循環経路への水、ガス、焼損物質などの移動を停止させることができる。さらに、配管遮断用の弁（閉止済み）よりも容器９側の酸素系の循環経路（水電解スタック４の各水電解セルの陰極を含む）と水素系の循環経路との差圧発生を防止することができる。それにより、もし仮に水電解スタック４において異常が発生した場合であっても、差圧による破損の拡大や、水素系の循環経路から酸素系の循環経路への水、ガス、焼損物質などの移動を停止することができる。特に酸素側への物質移動は、非特許文献１、２にあるように、大きな事故につながる場合がある。従って、酸素系循環経路への物質移動が防止された本実施の形態により、故障や異常事態が発生しても、より安全に水電解装置を停止することが可能となる。   In the present embodiment, the oxygen-based circulation path (including the oxygen gas-liquid separation unit 2) can be disconnected from the water electrolysis stack 4 at the time of (emergency) stop. As a result, even if an abnormality occurs in the water electrolysis stack 4, the movement of water, gas, burnout substances, etc. from the water electrolysis stack 4 to the oxygen-based circulation path can be stopped. Furthermore, the pressure difference between the oxygen-based circulation path (including the cathode of each water electrolysis cell of the water electrolysis stack 4) on the container 9 side and the hydrogen-based circulation path is prevented from the piping shut-off valve (closed). can do. As a result, even if an abnormality occurs in the water electrolysis stack 4, the expansion of the damage due to the differential pressure and the transfer of water, gas, burned substances, etc. from the hydrogen-based circulation path to the oxygen-based circulation path Can be stopped. In particular, mass transfer to the oxygen side may lead to a major accident as described in Non-Patent Documents 1 and 2. Therefore, according to the present embodiment in which mass transfer to the oxygen-based circulation path is prevented, the water electrolysis apparatus can be stopped more safely even if a failure or abnormal situation occurs.

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る水電解装置の構成について説明する。図３は、本発明の第２の実施の形態に係る水電解装置の構成を模式的に示すブロック図である。本実施の形態に係る水電解装置１ａは、第１の実施の形態の水電解装置１（図１）と比較して、容器９内の水（純水）を循環する構成を更に具備している点で相違している。以下、第１の実施の形態の水電解装置１と相違する点について主に説明する。 (Second Embodiment)
The configuration of the water electrolysis apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a block diagram schematically showing the configuration of the water electrolysis apparatus according to the second embodiment of the present invention. Compared with the water electrolysis apparatus 1 (FIG. 1) of the first embodiment, the water electrolysis apparatus 1a according to the present embodiment further includes a configuration for circulating water (pure water) in the container 9. Is different. Hereinafter, points different from the water electrolysis apparatus 1 of the first embodiment will be mainly described.

水電解装置１ａは、更に、容器用配管４１と、容器用ポンプ４２とを具備している。容器用配管４１は、気液分離器２１と容器９とを接続している。容器用ポンプ４２は、容器用配管４１の途中に設けられている。容器用ポンプ４２は制御部８に制御される。容器９内の水は、気液分離器２１−容器用配管４１（容器用ポンプ４２）−容器９−第６配管１８（途中まで）−気液分離器２１の循環経路を循環する。この第６配管１８（、気液分離器２１）、容器用配管４１、容器用ポンプ４２は、容器９内の水を循環させる容器内水循環部と見ることができる。   The water electrolysis apparatus 1 a further includes a container pipe 41 and a container pump 42. The container pipe 41 connects the gas-liquid separator 21 and the container 9. The container pump 42 is provided in the middle of the container pipe 41. The container pump 42 is controlled by the control unit 8. The water in the container 9 circulates through the circulation path of the gas-liquid separator 21 -the container pipe 41 (container pump 42) -the container 9-the sixth pipe 18 (until halfway) -the gas-liquid separator 21. The sixth pipe 18 (gas-liquid separator 21), the container pipe 41, and the container pump 42 can be regarded as an in-container water circulation unit that circulates the water in the container 9.

次に、本発明の第２の実施の形態に係る水電解装置の動作方法に関して説明する。本実施の形態に係る水電解装置の動作方法については、通常の運転動作では、上記容器内水循環部を動作させる点、及び、停止（緊急停止を含む）の運転動作では上記容器内水循環部を停止させる点（停止させるタイミングは、ステップＳ０１より後であれば可）、以外は第１の実施の形態の場合と同様である。   Next, an operation method of the water electrolysis apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. Regarding the operation method of the water electrolysis apparatus according to the present embodiment, in the normal operation operation, the water circulation section in the container is operated, and in the operation operation of stop (including emergency stop), the water circulation section in the container is operated. Except for the point of stopping (the timing of stopping is acceptable after step S01), it is the same as in the case of the first embodiment.

本実施の形態についても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
更に、このような容器内水循環部を設けることで、水電解スタック４からガス（酸素又は水素）の微小リークがあった場合、容器９の内部にガス溜まりが出来るのを防止することができる。それにより、予期せぬ燃焼反応等をより確実に防止することができる。また、この容器内水循環部に不純物除去装置（例示：イオン交換樹脂）を設ければ、水電解スタック４を覆う水（純水）の純度を保つことができる。それにより、容器９内の機器や各配管の腐食等をより確実に防止し、安全をより向上させることができる。 Also in this embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
Furthermore, by providing such a container water circulation portion, when there is a minute leak of gas (oxygen or hydrogen) from the water electrolysis stack 4, it is possible to prevent the gas accumulation in the container 9. Thereby, an unexpected combustion reaction etc. can be prevented more reliably. Further, if an impurity removing device (for example, ion exchange resin) is provided in the water circulation section in the container, the purity of water (pure water) covering the water electrolysis stack 4 can be maintained. Thereby, corrosion of the equipment in the container 9 and each piping can be prevented more reliably, and safety can be further improved.

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る水電解装置の構成について説明する。図４は、本発明の第３の実施の形態に係る水電解装置の構成を模式的に示すブロック図である。本実施の形態に係る水電解装置１ｂは、第１の実施の形態の水電解装置１（図１）と比較して、容器９内の水（純水）を循環するようにしている点、水電解セルの陰極に供給する水と容器９内の水とが共通である点で相違している。それに伴い、第２水供給排水部６０の構成が第１の実施の形態と相違している。以下、第１の実施の形態の水電解装置１と相違する点について主に説明する。 (Third embodiment)
The structure of the water electrolysis apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a block diagram schematically showing the configuration of the water electrolysis apparatus according to the third embodiment of the present invention. The water electrolysis apparatus 1b according to the present embodiment circulates water (pure water) in the container 9 as compared with the water electrolysis apparatus 1 (FIG. 1) of the first embodiment, The difference is that the water supplied to the cathode of the water electrolysis cell and the water in the container 9 are common. Accordingly, the configuration of the second water supply / drainage unit 60 is different from that of the first embodiment. Hereinafter, points different from the water electrolysis apparatus 1 of the first embodiment will be mainly described.

第２水供給排出部６０は、水電解スタック４の（水電解セルの）陰極に対して水を供給し、及び、生成した水素と余剰水とを陰極から排出する。第２水供給排出部６０は、第４配管１５、１５ｂと、第６配管１８ｂと、第５配管１６と、水素気液分離部３と、ポンプ６とを備えている。第４配管１５、１５ｂは、水素気液分離部３と容器９とを接続し、容器９に水を供給する。第６配管１８ｂは、容器９と水電解スタック４（陰極側）とを接続し、水電解スタック４の（水電解セルの）陰極に水を供給する。第５配管１６は、水電解スタック４（陰極側）と水素気液分離部３とを接続し、陰極の水素及び余剰水を水電解スタック４から排出する。水素気液分離部３は、水供給装置（図示されず）から水電解用の水を供給され、貯蔵する。その水は、水電解反応に直接的には寄与しないが、水電解スタック４の各水電解セルの陰極側に、第４配管１５、１５ｂ−容器９−第６配管１８ｂの経路を介して供給される。水素気液分離部３は、水電解スタック４の各水電解セルで生成された水素と余剰水とを第５配管１６を介して受け取る。そして、生成された水素を水から分離する。分離された水素は、外部へ送出される。ポンプ６は、第４配管１５の途中に設けられている。第４配管１５を介して、水素気液分離部３の水を受け取り、容器９へ供給する。第４配管１５、１５ｂ又は第６配管１８ｂと水電解スタック４の陰極側と第５配管１６を介して、第２水供給排出部６０と容器９とは均圧化されている。この場合、水素系循環経路の配管内に水電解スタック４を配置していると見ることもできる。   The second water supply / discharge unit 60 supplies water to the cathode (of the water electrolysis cell) of the water electrolysis stack 4 and discharges the generated hydrogen and excess water from the cathode. The second water supply / discharge unit 60 includes fourth pipes 15 and 15 b, a sixth pipe 18 b, a fifth pipe 16, a hydrogen gas-liquid separation unit 3, and a pump 6. The fourth pipes 15 and 15 b connect the hydrogen gas-liquid separation unit 3 and the container 9, and supply water to the container 9. The sixth pipe 18 b connects the container 9 and the water electrolysis stack 4 (cathode side), and supplies water to the cathode (of the water electrolysis cell) of the water electrolysis stack 4. The fifth pipe 16 connects the water electrolysis stack 4 (cathode side) and the hydrogen gas-liquid separator 3, and discharges cathode hydrogen and excess water from the water electrolysis stack 4. The hydrogen gas-liquid separator 3 is supplied with water for water electrolysis from a water supply device (not shown) and stores the water. The water does not directly contribute to the water electrolysis reaction, but is supplied to the cathode side of each water electrolysis cell of the water electrolysis stack 4 via the route of the fourth pipe 15, 15b-vessel 9-sixth pipe 18b. Is done. The hydrogen gas-liquid separation unit 3 receives hydrogen and surplus water generated in each water electrolysis cell of the water electrolysis stack 4 via the fifth pipe 16. The produced hydrogen is then separated from the water. The separated hydrogen is sent to the outside. The pump 6 is provided in the middle of the fourth pipe 15. Water from the hydrogen gas / liquid separator 3 is received via the fourth pipe 15 and supplied to the container 9. The second water supply / discharge section 60 and the container 9 are pressure-equalized through the fourth pipe 15, 15 b or the sixth pipe 18 b, the cathode side of the water electrolysis stack 4, and the fifth pipe 16. In this case, it can be seen that the water electrolysis stack 4 is arranged in the piping of the hydrogen-based circulation path.

以上のように、第２水供給排出部６０内の水は、水素気液分離部３−第４配管１５、１５ｂ−容器９−第６配管１８ｂ−水電解スタック４（の各水電解セルの陰極）−第５配管１６−水素気液分離部３の循環経路をポンプ６により循環する。この経路及び水を水素系の循環経路及び水ともいう。酸素系の循環経路及び水については、第１の実施の形態等同様である。各循環経路には適宜、流量や圧力を調整する弁を設けても良い。両循環経路は、電解質膜への影響を考慮して、概ね同圧になるように制御されることが好ましい。   As described above, the water in the second water supply / discharge unit 60 is separated from the hydrogen gas-liquid separation unit 3 -the fourth pipe 15, 15 b -the container 9 -the sixth pipe 18 b -the water electrolysis stack 4 ( The cathode 6 circulates the circulation path of the fifth pipe 16 and the hydrogen gas-liquid separator 3 by the pump 6. This route and water are also referred to as a hydrogen-based circulation route and water. The oxygen-based circulation path and water are the same as in the first embodiment. Each circulation path may be provided with a valve for adjusting the flow rate and pressure as appropriate. Both circulation paths are preferably controlled so as to have substantially the same pressure in consideration of the influence on the electrolyte membrane.

次に、本発明の第３の実施の形態に係る水電解装置の動作方法に関して説明する。本実施の形態に係る水電解装置の動作方法については、通常の運転動作において、上述した容器９を含む水素系の循環経路の水を水電解スタック４の（各水電解セルの）陰極に供給する点、以外は第１の実施の形態の場合と同様である。   Next, an operation method of the water electrolysis apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described. Regarding the operation method of the water electrolysis apparatus according to the present embodiment, water in the hydrogen-based circulation path including the container 9 described above is supplied to the cathode (of each water electrolysis cell) of the water electrolysis stack 4 in normal operation. Except for this point, the second embodiment is the same as the first embodiment.

本実施の形態についても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
更に、このような水素系の循環経路を設けることで、この水素系の循環経路に不純物除去装置（例示：イオン交換樹脂）を設ければ、水電解スタック４を覆う水（純水）及び陰極に供給される水の純度を保つことができる。それにより、ポンプの数量を増やすことなく、容器９内の機器や各配管の腐食等や陰極や電解質膜の劣化等をより確実に防止し、安全をより向上させることができる。 Also in this embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
Further, by providing such a hydrogen-based circulation path and providing an impurity removing device (eg, ion exchange resin) in the hydrogen-based circulation path, water (pure water) and a cathode covering the water electrolysis stack 4 are provided. The purity of the water supplied to can be kept. Thereby, without increasing the number of pumps, corrosion of equipment in the container 9 and each pipe, deterioration of the cathode and electrolyte membrane, etc. can be prevented more reliably, and safety can be further improved.

（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態に係る水電解装置の構成について説明する。図５は、本発明の第４の実施の形態に係る水電解装置の構成を模式的に示すブロック図である。本実施の形態に係る水電解装置１ｃは、第１の実施の形態の水電解装置１（図１）と比較して、容器９内の水（純水）を循環するようにしている点、水電解セルの陰極に供給する水と容器９内の水とが共通である点で相違している。それに伴い、第２水供給排水部６０の構成が第１の実施の形態と相違している。以下、第１の実施の形態の水電解装置１と相違する点について主に説明する。 (Fourth embodiment)
The structure of the water electrolysis apparatus according to the fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a block diagram schematically showing the configuration of the water electrolysis apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. The water electrolysis apparatus 1c according to the present embodiment circulates water (pure water) in the container 9 as compared with the water electrolysis apparatus 1 (FIG. 1) of the first embodiment, The difference is that the water supplied to the cathode of the water electrolysis cell and the water in the container 9 are common. Accordingly, the configuration of the second water supply / drainage unit 60 is different from that of the first embodiment. Hereinafter, points different from the water electrolysis apparatus 1 of the first embodiment will be mainly described.

第２水供給排出部６０は、水電解スタック４の（水電解セルの）陰極に対して水を供給し、及び、生成した水素と余剰水とを陰極から排出する。第２水供給排出部６０は、第４配管１５、１５ａと、第６配管１８ｃと、第７配管１７ｃ、第５配管１６と、水素気液分離部３と、ポンプ６とを備えている。第４配管１５、１５ａは、水素気液分離部３と水電解スタック４（陰極側）とを接続し、水電解スタック４の（水電解セルの）陰極に水を供給する。第７配管１７ｃは、第４配管１５ａの途中から分岐して容器９に接続され、容器９に水を供給する。第６配管１８ｃは、容器９と水素気液分離部３とを接続し、容器９の水を水素気液分離部３へ送出している。第５配管１６は、水電解スタック４（陰極側）と水素気液分離部３とを接続し、陰極の水素及び余剰水を水電解スタック４から排出する。水素気液分離部３は、水供給装置（図示されず）から水電解用の水を供給され、貯蔵する。その水は、水電解反応に直接的には寄与しないが、水電解スタック４の各水電解セルの陰極側に第４配管１５、１５ａを介して供給される。水素気液分離部３は、水電解スタック４の各水電解セルで生成された水素と余剰水とを第５配管１６を介して受け取る。そして、生成された水素を水から分離する。分離された水素は、外部へ送出される。更に、容器９の水を第６配管１８ｃから受け取る。ポンプ６は、第４配管１５の途中に設けられている。第４配管１５を介して、水素気液分離部３の水を受け取り、水電解スタック４（陰極側）及び容器９へ供給する。第６配管１８ｃ又は第７配管１７ｃを介して、第２水供給排出部６０と容器９とは均圧化されている。   The second water supply / discharge unit 60 supplies water to the cathode (of the water electrolysis cell) of the water electrolysis stack 4 and discharges the generated hydrogen and excess water from the cathode. The second water supply / discharge unit 60 includes fourth pipes 15 and 15 a, a sixth pipe 18 c, a seventh pipe 17 c, a fifth pipe 16, a hydrogen gas-liquid separator 3, and a pump 6. The fourth pipes 15 and 15 a connect the hydrogen gas-liquid separator 3 and the water electrolysis stack 4 (cathode side), and supply water to the cathode (of the water electrolysis cell) of the water electrolysis stack 4. The seventh pipe 17 c branches from the middle of the fourth pipe 15 a and is connected to the container 9 to supply water to the container 9. The sixth pipe 18 c connects the container 9 and the hydrogen gas / liquid separator 3, and sends the water in the container 9 to the hydrogen gas / liquid separator 3. The fifth pipe 16 connects the water electrolysis stack 4 (cathode side) and the hydrogen gas-liquid separator 3, and discharges cathode hydrogen and excess water from the water electrolysis stack 4. The hydrogen gas-liquid separator 3 is supplied with water for water electrolysis from a water supply device (not shown) and stores the water. The water does not directly contribute to the water electrolysis reaction, but is supplied to the cathode side of each water electrolysis cell of the water electrolysis stack 4 via the fourth pipes 15 and 15a. The hydrogen gas-liquid separation unit 3 receives hydrogen and surplus water generated in each water electrolysis cell of the water electrolysis stack 4 via the fifth pipe 16. The produced hydrogen is then separated from the water. The separated hydrogen is sent to the outside. Further, the water in the container 9 is received from the sixth pipe 18c. The pump 6 is provided in the middle of the fourth pipe 15. The water in the hydrogen gas / liquid separator 3 is received via the fourth pipe 15 and supplied to the water electrolysis stack 4 (cathode side) and the container 9. The second water supply / discharge section 60 and the container 9 are pressure-equalized through the sixth pipe 18c or the seventh pipe 17c.

以上のように、第２水供給排出部６０内の水は、水素気液分離部３−第４配管１５、１５ａ−水電解スタック４（の各水電解セルの陰極）−第５配管１６−水素気液分離部３、及び、水素気液分離部３−第４配管１５−第７配管１７ｃ−容器９−第６配管１８ｃ−水素気液分離部３、という二つの並列の循環経路（第４配管１５，１５ａを途中まで共用）をポンプ６により循環する。この経路及び水を水素系の循環経路及び水ともいう。酸素系の循環経路及び水については、第１の実施の形態等同様である。各循環経路には適宜、流量や圧力を調整する弁を設けても良い。両循環経路は、電解質膜への影響を考慮して、概ね同圧になるように制御されることが好ましい。   As described above, the water in the second water supply / discharge unit 60 is separated from the hydrogen gas-liquid separation unit 3 -the fourth piping 15, 15 a -water electrolysis stack 4 (the cathode of each water electrolysis cell) -the fifth piping 16-. Hydrogen gas-liquid separation unit 3, and hydrogen gas-liquid separation unit 3-fourth piping 15-seventh piping 17c-vessel 9-sixth piping 18c-hydrogen gas-liquid separation unit 3 in parallel 4 pipes 15 and 15a are shared halfway). This route and water are also referred to as a hydrogen-based circulation route and water. The oxygen-based circulation path and water are the same as in the first embodiment. Each circulation path may be provided with a valve for adjusting the flow rate and pressure as appropriate. Both circulation paths are preferably controlled so as to have substantially the same pressure in consideration of the influence on the electrolyte membrane.

次に、本発明の第４の実施の形態に係る水電解装置の動作方法に関して説明する。本実施の形態に係る水電解装置の動作方法については、通常の運転動作において、上述した二つの並列した水素系の循環経路の水を水電解スタック４の（各水電解セルの）陰極及び容器９に供給する点、以外は第１の実施の形態の場合と同様である。   Next, an operation method of the water electrolysis apparatus according to the fourth embodiment of the present invention will be described. Regarding the operation method of the water electrolysis apparatus according to the present embodiment, in the normal operation operation, the water in the two parallel hydrogen-based circulation paths described above is used as the cathode and the container (for each water electrolysis cell) of the water electrolysis stack 4. 9 is the same as in the case of the first embodiment except that it is supplied to 9.

本実施の形態についても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
更に、このような水素系の循環経路を設けることで、この水素系の循環経路に不純物除去装置（例示：イオン交換樹脂）を設ければ、水電解スタック４を覆う水（純水）及び陰極に供給される水の純度を保つことができる。それにより、ポンプの数量を増やすことなく容器９内の機器や各配管の腐食等や陰極や電解質膜の劣化等をより確実に防止し、安全をより向上させることができる。 Also in this embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
Further, by providing such a hydrogen-based circulation path and providing an impurity removing device (eg, ion exchange resin) in the hydrogen-based circulation path, water (pure water) and a cathode covering the water electrolysis stack 4 are provided. The purity of the water supplied to can be kept. Thereby, without increasing the number of pumps, it is possible to more reliably prevent the corrosion of the equipment in the container 9 and each pipe, the deterioration of the cathode and the electrolyte membrane, and the like, thereby improving safety.

（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態に係る水電解装置の構成について説明する。図６は、本発明の第５の実施の形態に係る水電解装置の構成を模式的に示すブロック図である。本実施の形態に係る水電解装置１ｄは、第２の実施の形態の水電解装置１ａ（図３）と比較して、水素系の循環経路にも弁が設けられている点で相違している。それに伴い、第２水供給排水部６０の構成が第２の実施の形態と相違している。以下、第２の実施の形態の水電解装置１ａと相違する点について主に説明する。 (Fifth embodiment)
The structure of the water electrolysis apparatus according to the fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a block diagram schematically showing the configuration of the water electrolysis apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. The water electrolysis apparatus 1d according to the present embodiment is different from the water electrolysis apparatus 1a (FIG. 3) according to the second embodiment in that a valve is also provided in the hydrogen-based circulation path. Yes. Accordingly, the configuration of the second water supply / drainage unit 60 is different from that of the second embodiment. Hereinafter, points different from the water electrolysis apparatus 1a of the second embodiment will be mainly described.

第２水供給排出部６０は、水電解スタック４の（水電解セルの）陰極に対して水を供給し、及び、生成した水素と余剰水とを陰極から排出する。第２水供給排出部６０は、第４配管１５、１５ａと、第４弁Ｖ１１と、第５配管１６、１６ａと、第５弁Ｖ１２と、第７配管１７と、第７弁Ｖ１３と、水素気液分離部３と、ポンプ６と、第６配管１８と、第６弁Ｖ１４と、気液分離部２１とを備えている。第４弁Ｖ１１は、第４配管１５の途中に設けられている。通常の運転時には解放され、（緊急）停止時に閉止される。第５弁Ｖ１２は、第５配管１６の途中に設けられている。通常の運転時には解放され、（緊急）停止時に閉止される。第７配管１７は、第４弁Ｖ１１よりも容器９側の第４配管１５ａ又は第５弁Ｖ１２よりも容器９側の第５配管１６ａと、容器９とを接続している。容器９に接続された第４配管１５ａ又は第５配管１６ａと容器９とを均圧化するために使用される。図６では、第４弁Ｖ１１よりも容器９側の第４配管１５ａと、容器９とを接続している。第７弁Ｖ１３は、第７配管１７の途中に設けられている。通常の運転時には閉止され、（緊急）停止時に開放される。第６弁Ｖ１４は、第６配管１８の途中に設けられている。通常の運転時には解放され、（緊急）停止時に閉止される。第４弁Ｖ１１、第５弁Ｖ１２、第７弁Ｖ１３及び第６弁Ｖ１４は、制御部８に制御される。第４配管１５、第５配管１６、第６配管１８、水素気液分離部３、ポンプ６、気液分離部２１については、第２の実施の形態と同様である。第６配管１８を介して、第２水供給排出部６０と容器９とは均圧化されている。なお、本実施の形態では、圧力降下弁ＲＶが、気液分離部２１に設けられている。   The second water supply / discharge unit 60 supplies water to the cathode (of the water electrolysis cell) of the water electrolysis stack 4 and discharges the generated hydrogen and excess water from the cathode. The second water supply / discharge unit 60 includes the fourth pipes 15 and 15a, the fourth valve V11, the fifth pipes 16 and 16a, the fifth valve V12, the seventh pipe 17, the seventh valve V13, and hydrogen. The gas-liquid separator 3, the pump 6, the sixth pipe 18, the sixth valve V <b> 14, and the gas-liquid separator 21 are provided. The fourth valve V <b> 11 is provided in the middle of the fourth pipe 15. It is released during normal operation and closed during (emergency) stops. The fifth valve V <b> 12 is provided in the middle of the fifth pipe 16. It is released during normal operation and closed during (emergency) stops. The seventh pipe 17 connects the container 9 with the fourth pipe 15a on the container 9 side of the fourth valve V11 or the fifth pipe 16a on the container 9 side of the fifth valve V12. The fourth pipe 15a or the fifth pipe 16a connected to the container 9 and the container 9 are used to equalize the pressure. In FIG. 6, the fourth pipe 15 a closer to the container 9 than the fourth valve V <b> 11 is connected to the container 9. The seventh valve V <b> 13 is provided in the middle of the seventh pipe 17. It is closed during normal operation and opened during (emergency) stops. The sixth valve V <b> 14 is provided in the middle of the sixth pipe 18. It is released during normal operation and closed during (emergency) stops. The fourth valve V11, the fifth valve V12, the seventh valve V13, and the sixth valve V14 are controlled by the control unit 8. About the 4th piping 15, the 5th piping 16, the 6th piping 18, the hydrogen gas-liquid separation part 3, the pump 6, and the gas-liquid separation part 21, it is the same as that of 2nd Embodiment. The second water supply / discharge unit 60 and the container 9 are pressure-equalized via the sixth pipe 18. In the present embodiment, the pressure drop valve RV is provided in the gas-liquid separator 21.

次に、本発明の第５の実施の形態に係る水電解装置の動作方法に関して説明する。本実施の形態に係る水電解装置の動作方法については、以下の点以外は第２の実施の形態の場合と同様である。すなわち、通常の運転動作では、第４弁Ｖ１１、第５弁Ｖ１２、第６弁Ｖ１４及び第７弁Ｖ１３が存在し、第４弁Ｖ１１、第５弁Ｖ１２及び第６弁Ｖ１４が開放され、第７弁Ｖ１３が閉止している点である。停止（緊急停止を含む）の運転動作では、ステップＳ０４において、更に第４弁Ｖ１１、第５弁Ｖ１２及び第６弁Ｖ１４（水素系循環経路の配管遮断用の弁）が閉止され、ステップＳ０５において、第７弁Ｖ１３（均圧化用の弁）が開放される点である。   Next, an operation method of the water electrolysis apparatus according to the fifth embodiment of the present invention will be described. The operation method of the water electrolysis apparatus according to the present embodiment is the same as that of the second embodiment except for the following points. That is, in the normal operation, the fourth valve V11, the fifth valve V12, the sixth valve V14, and the seventh valve V13 exist, the fourth valve V11, the fifth valve V12, and the sixth valve V14 are opened, The 7 valve V13 is closed. In the stop (including emergency stop) operation, in step S04, the fourth valve V11, the fifth valve V12, and the sixth valve V14 (valves for shutting off the piping of the hydrogen system circulation path) are further closed, and in step S05 The seventh valve V13 (pressure equalizing valve) is opened.

上記ステップＳ０４の追加の動作により、水素気液分離部３、第４弁Ｖ１１よりも水素気液分離部３側の第４配管１５、及び第５弁Ｖ１２よりも水素気液分離部３側の第５配管１６が、水電解スタック４から切り離される。すなわち、水素系の循環経路を水電解スタック４から切り離すことができる。その結果、もし仮に水電解スタック４において燃焼反応などが発生した場合であっても、第４配管１５や第５配管１６を通じた水電解スタック４から水素系の循環経路（水素気液分離部３を含む）への水、ガス、焼損物質などの移動を停止させることができる。   By the additional operation in step S04, the hydrogen gas / liquid separation unit 3, the fourth pipe 15 on the hydrogen gas / liquid separation unit 3 side with respect to the fourth valve V11, and the hydrogen gas / liquid separation unit 3 side with respect to the fifth valve V12 are provided. The fifth pipe 16 is disconnected from the water electrolysis stack 4. That is, the hydrogen-based circulation path can be disconnected from the water electrolysis stack 4. As a result, even if a combustion reaction or the like occurs in the water electrolysis stack 4, a hydrogen-based circulation path (hydrogen gas-liquid separation unit 3) from the water electrolysis stack 4 through the fourth pipe 15 or the fifth pipe 16. The movement of water, gas, burnout substances, etc. to the

上記ステップＳ０５の動作では、第１弁Ｖ２１よりも容器９側の第１配管１１及び第２弁Ｖ２２よりも容器９側の第２配管１２も、容器９と均圧化する。すなわち、第４弁Ｖ１１及び第５弁Ｖ１２よりも容器９側の水素系の循環経路と酸素系の循環経路との差圧発生を防止する。その結果、差圧による破損の拡大を防止することができる。また、第４弁Ｖ１１及び第５弁Ｖ１２よりも容器９側の水素系の循環経路で高圧が発生した場合でも、第４配管１５ａ、第５配管１６ａ及び水電解スタック４の各水電解セルの陰極に閉止することなく、その高圧を、純水で満たされた容器９内に逃がすことができる。   In the operation of step S05, the first pipe 11 closer to the container 9 than the first valve V21 and the second pipe 12 closer to the container 9 than the second valve V22 are equalized with the container 9. That is, the generation of a differential pressure between the hydrogen-based circulation path and the oxygen-based circulation path closer to the container 9 than the fourth valve V11 and the fifth valve V12 is prevented. As a result, it is possible to prevent the spread of damage due to the differential pressure. Even when a high pressure is generated in the hydrogen-based circulation path on the container 9 side of the fourth valve V11 and the fifth valve V12, the water electrolysis cells of the fourth pipe 15a, the fifth pipe 16a, and the water electrolysis stack 4 are provided. The high pressure can be released into the container 9 filled with pure water without closing to the cathode.

本実施の形態についても、第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
酸素系の循環管路だけでなく、更、水素系の循環管路も水電解スタック４や容器９から遮断されるので、水電解装置１ｄの安全性をより高めることができる。 Also in this embodiment, the same effect as in the second embodiment can be obtained.
Since not only the oxygen-based circulation line but also the hydrogen-based circulation line is cut off from the water electrolysis stack 4 and the container 9, the safety of the water electrolysis apparatus 1d can be further improved.

（第６の実施の形態）
本発明の第６の実施の形態に係る水電解装置の構成について説明する。図７は、本発明の第６の実施の形態に係る水電解装置の構成を模式的に示すブロック図である。本実施の形態に係る水電解装置１ｅは、第３の実施の形態の水電解装置１ｂ（図４）と比較して、水素系の循環経路にも弁が設けられている点で相違している。それに伴い、第２水供給排水部６０の構成が第３の実施の形態と相違している。以下、第３の実施の形態の水電解装置１ｂと相違する点について主に説明する。 (Sixth embodiment)
The structure of the water electrolysis apparatus according to the sixth embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a block diagram schematically showing the configuration of the water electrolysis apparatus according to the sixth embodiment of the present invention. The water electrolysis apparatus 1e according to the present embodiment is different from the water electrolysis apparatus 1b (FIG. 4) according to the third embodiment in that a valve is also provided in the hydrogen-based circulation path. Yes. Accordingly, the configuration of the second water supply / drainage unit 60 is different from that of the third embodiment. Hereinafter, differences from the water electrolysis apparatus 1b of the third embodiment will be mainly described.

第２水供給排出部６０は、水電解スタック４の（水電解セルの）陰極に対して水を供給し、及び、生成した水素と余剰水とを陰極から排出する。第２水供給排出部６０は、第４配管１５、１５ｂと、第４弁Ｖ１１と、第６配管１８ｂと、第５配管１６と、第５弁Ｖ１２と、水素気液分離部３と、ポンプ６とを備えている。第４弁Ｖ１１は、第４配管１５、１５ｂの途中に設けられている。通常の運転時には解放され、（緊急）停止時に閉止される。第５弁Ｖ１２は、第５配管１６の途中に設けられている。通常の運転時には解放され、（緊急）停止時に閉止される。第４弁Ｖ１１と第５弁Ｖ１２は、制御部８に制御される。第４配管１５、１５ｂ、第６配管１８ｂ、第５配管１６、水素気液分離部３及びポンプ６については、第３の実施の形態と同様である。第４配管１５、１５ｂ又は第６配管１８ｂと水電解スタック４の陰極側と第５配管１６を介して、第２水供給排出部６０と容器９とは均圧化されている。この場合、水素系循環経路の配管内に水電解スタック４を配置していると見ることもできる。なお、本実施の形態では、圧力降下弁ＲＶが容器９（耐圧容器）の本体に直接設けられていている。   The second water supply / discharge unit 60 supplies water to the cathode (of the water electrolysis cell) of the water electrolysis stack 4 and discharges the generated hydrogen and excess water from the cathode. The second water supply / discharge unit 60 includes the fourth pipes 15 and 15b, the fourth valve V11, the sixth pipe 18b, the fifth pipe 16, the fifth valve V12, the hydrogen gas-liquid separator 3, and the pump. 6 is provided. The fourth valve V11 is provided in the middle of the fourth pipes 15 and 15b. It is released during normal operation and closed during (emergency) stops. The fifth valve V <b> 12 is provided in the middle of the fifth pipe 16. It is released during normal operation and closed during (emergency) stops. The fourth valve V11 and the fifth valve V12 are controlled by the control unit 8. About the 4th piping 15, 15b, the 6th piping 18b, the 5th piping 16, the hydrogen gas-liquid separation part 3, and the pump 6, it is the same as that of 3rd Embodiment. The second water supply / discharge section 60 and the container 9 are pressure-equalized through the fourth pipe 15, 15 b or the sixth pipe 18 b, the cathode side of the water electrolysis stack 4, and the fifth pipe 16. In this case, it can be seen that the water electrolysis stack 4 is arranged in the piping of the hydrogen-based circulation path. In the present embodiment, the pressure drop valve RV is directly provided on the main body of the container 9 (pressure vessel).

次に、本発明の第６の実施の形態に係る水電解装置の動作方法に関して説明する。本実施の形態に係る水電解装置の動作方法については、以下の点以外は第３の実施の形態の場合と同様である。すなわち、通常の運転動作では、第４弁Ｖ１１及び第５弁Ｖ１２が存在し、第４弁Ｖ１１及び第５弁Ｖ１２が開放されている点である。停止（緊急停止を含む）の運転動作では、ステップＳ０４において、更に第４弁Ｖ１１及び第５弁Ｖ１２（水素系循環経路の配管遮断用の弁）が閉止される点である。   Next, an operation method of the water electrolysis apparatus according to the sixth embodiment of the present invention will be described. The operation method of the water electrolysis apparatus according to the present embodiment is the same as that of the third embodiment except for the following points. That is, in the normal operation, the fourth valve V11 and the fifth valve V12 exist, and the fourth valve V11 and the fifth valve V12 are opened. In the operation of stopping (including emergency stop), the fourth valve V11 and the fifth valve V12 (valves for shutting off the piping of the hydrogen system circulation path) are further closed in step S04.

上記ステップＳ０４の追加の動作により、水素気液分離部３、第４弁Ｖ１１よりも水素気液分離部３側の第４配管１５、及び第５弁Ｖ１２よりも水素気液分離部３側の第５配管１６が、水電解スタック４から切り離される。すなわち、水素系の循環経路（水素気液分離部３を含む）を水電解スタック４から切り離すことができる。その結果、もし仮に水電解スタック４において燃焼反応などが発生した場合であっても、第４配管１５や第５配管１６を通じた水電解スタック４から水素系の循環経路への水、ガス、焼損物質などの移動を停止させることができる。容器９側の水素系の循環経路で高圧が発生した場合は、一旦、耐圧性の容器９内に満たされた純水中に圧力が放出された後に、圧力降下弁ＲＶから排出できる。   By the additional operation in step S04, the hydrogen gas / liquid separation unit 3, the fourth pipe 15 on the hydrogen gas / liquid separation unit 3 side with respect to the fourth valve V11, and the hydrogen gas / liquid separation unit 3 side with respect to the fifth valve V12 are provided. The fifth pipe 16 is disconnected from the water electrolysis stack 4. That is, the hydrogen-based circulation path (including the hydrogen gas-liquid separation unit 3) can be separated from the water electrolysis stack 4. As a result, even if a combustion reaction or the like occurs in the water electrolysis stack 4, water, gas, and burnout from the water electrolysis stack 4 through the fourth pipe 15 and the fifth pipe 16 to the hydrogen-based circulation path. The movement of substances and the like can be stopped. When high pressure is generated in the hydrogen-based circulation path on the container 9 side, the pressure can be discharged from the pressure drop valve RV after the pressure is once released into the pure water filled in the pressure-resistant container 9.

本実施の形態についても、第３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
酸素系の循環管路だけでなく、更、水素系の循環管路も水電解スタック４や容器９から遮断されるので、水電解装置１ｅの安全性をより高めることができる。 Also in this embodiment, the same effect as in the third embodiment can be obtained.
Since not only the oxygen-based circulation line but also the hydrogen-based circulation line is shut off from the water electrolysis stack 4 and the container 9, the safety of the water electrolysis apparatus 1e can be further improved.

（第７の実施の形態）
本発明の第７の実施の形態に係る水電解装置の構成について説明する。図８は、本発明の第７の実施の形態に係る水電解装置の構成を模式的に示すブロック図である。本実施の形態に係る水電解装置１ｆは、第４の実施の形態の水電解装置１ｃ（図５）と比較して、水素系の循環経路にも弁が設けられている点で相違している。それに伴い、第２水供給排水部６０の構成が第４の実施の形態と相違している。以下、第４の実施の形態の水電解装置１ｃと相違する点について主に説明する。 (Seventh embodiment)
The structure of the water electrolysis apparatus according to the seventh embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a block diagram schematically showing the configuration of the water electrolysis apparatus according to the seventh embodiment of the present invention. The water electrolysis apparatus 1f according to the present embodiment differs from the water electrolysis apparatus 1c (FIG. 5) according to the fourth embodiment in that a valve is also provided in the hydrogen-based circulation path. Yes. Accordingly, the configuration of the second water supply / drainage unit 60 is different from that of the fourth embodiment. Hereinafter, differences from the water electrolysis apparatus 1c of the fourth embodiment will be mainly described.

第２水供給排出部６０は、水電解スタック４の（水電解セルの）陰極に対して水を供給し、及び、生成した水素と余剰水とを陰極から排出する。第２水供給排出部６０は、第４配管１５、１５ａと、第４弁Ｖ１１と、第５配管１６と、第５弁Ｖ１２と、第６配管１８ｃと、第６弁Ｖ１４と、第７配管１７ｃと、水素気液分離部３と、ポンプ６とを備えている。第４弁Ｖ１１は、第４配管１５の途中に設けられている。通常の運転時には解放され、（緊急）停止時に閉止される。第５弁Ｖ１２は、第５配管１６の途中に設けられている。通常の運転時には解放され、（緊急）停止時に閉止される。第６弁Ｖ１４は、第６配管１８ｃの途中に設けられている。通常の運転時には解放され、（緊急）停止時に閉止される。第４弁Ｖ１１、第５弁Ｖ１２及び第６弁Ｖ１４は、制御部８に制御される。第４配管１５、１５ａ、第５配管１６、第６配管１８ｃ、第７配管１７ｃ、水素気液分離部３及びポンプ６については、第４の実施の形態と同様である。第６配管１８ｃ又は第７配管１７ｃを介して、第２水供給排出部６０と容器９とは均圧化されている。   The second water supply / discharge unit 60 supplies water to the cathode (of the water electrolysis cell) of the water electrolysis stack 4 and discharges the generated hydrogen and excess water from the cathode. The second water supply / discharge unit 60 includes the fourth pipes 15 and 15a, the fourth valve V11, the fifth pipe 16, the fifth valve V12, the sixth pipe 18c, the sixth valve V14, and the seventh pipe. 17c, a hydrogen gas-liquid separation unit 3, and a pump 6. The fourth valve V <b> 11 is provided in the middle of the fourth pipe 15. It is released during normal operation and closed during (emergency) stops. The fifth valve V <b> 12 is provided in the middle of the fifth pipe 16. It is released during normal operation and closed during (emergency) stops. The sixth valve V14 is provided in the middle of the sixth pipe 18c. It is released during normal operation and closed during (emergency) stops. The fourth valve V11, the fifth valve V12, and the sixth valve V14 are controlled by the control unit 8. The fourth pipes 15 and 15a, the fifth pipe 16, the sixth pipe 18c, the seventh pipe 17c, the hydrogen gas-liquid separator 3 and the pump 6 are the same as those in the fourth embodiment. The second water supply / discharge section 60 and the container 9 are pressure-equalized through the sixth pipe 18c or the seventh pipe 17c.

次に、本発明の第７の実施の形態に係る水電解装置の動作方法に関して説明する。本実施の形態に係る水電解装置の動作方法については、以下の点以外は第４の実施の形態の場合と同様である。すなわち、通常の運転動作では、第４弁Ｖ１１、第５弁Ｖ１２及び第６弁Ｖ１４が存在し、第４弁Ｖ１１、第５弁Ｖ１２及び第６弁Ｖ１４が開放されている点である。停止（緊急停止を含む）の運転動作では、ステップＳ０４において、更に第４弁Ｖ１１、第５弁Ｖ１２及び第６弁Ｖ１４（水素系循環経路の配管遮断用の弁）が閉止される点である。   Next, an operation method of the water electrolysis apparatus according to the seventh embodiment of the present invention will be described. The operation method of the water electrolysis apparatus according to the present embodiment is the same as that of the fourth embodiment except for the following points. That is, in the normal operation, the fourth valve V11, the fifth valve V12, and the sixth valve V14 exist, and the fourth valve V11, the fifth valve V12, and the sixth valve V14 are opened. In the stop (including emergency stop) operation, in step S04, the fourth valve V11, the fifth valve V12, and the sixth valve V14 (the valves for shutting off the piping of the hydrogen circulation path) are further closed. .

上記ステップＳ０４の追加の動作により、水素気液分離部３、第４弁Ｖ１１よりも水素気液分離部３側の第４配管１５ａ、第５弁Ｖ１２よりも水素気液分離部３側の第５配管１６、第６弁Ｖ１４よりも水素気液分離部３側の第６配管１８ｃが、水電解スタック４から切り離される。すなわち、水素系の循環経路（水素気液分離部３を含む）を水電解スタック４から切り離すことができる。その結果、もし仮に水電解スタック４において燃焼反応などが発生した場合であっても、第４配管１５や第５配管１６や第６配管１８ｃを通じた水電解スタック４から水素系の循環経路への水、ガス、焼損物質などの移動を停止させることができる。   By the additional operation in step S04, the hydrogen gas / liquid separation unit 3, the fourth pipe 15a on the hydrogen gas / liquid separation unit 3 side from the fourth valve V11, and the hydrogen gas / liquid separation unit 3 side from the fifth valve V12. The fifth pipe 16 and the sixth pipe 18c closer to the hydrogen gas-liquid separator 3 than the sixth valve V14 are disconnected from the water electrolysis stack 4. That is, the hydrogen-based circulation path (including the hydrogen gas-liquid separation unit 3) can be separated from the water electrolysis stack 4. As a result, even if a combustion reaction or the like occurs in the water electrolysis stack 4, the water electrolysis stack 4 through the fourth pipe 15, the fifth pipe 16, and the sixth pipe 18c to the hydrogen-based circulation path. Movement of water, gas, burnout substances, etc. can be stopped.

本実施の形態についても、第４の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
酸素系の循環管路だけでなく、更、水素系の循環管路も水電解スタック４や容器９から遮断されるので、水電解装置１ｆの安全性をより高めることができる。 Also in this embodiment, the same effect as in the fourth embodiment can be obtained.
Since not only the oxygen-based circulation line but also the hydrogen-based circulation line is shut off from the water electrolysis stack 4 and the container 9, the safety of the water electrolysis device 1f can be further improved.

以上説明されたように、本発明の実施の形態は以下の効果を有する。
本発明の第１〜４の実施の形態では、酸素系の循環管路にのみ遮断弁（第１弁Ｖ２１、第２弁Ｖ２２、第３弁Ｖ２３）が設けられている。そのため、酸素系の循環管路の遮断弁を閉鎖することによって、支燃性が高く物質を選ぶことなく燃焼させる危険な酸素を含む酸素系の循環管路を、水電解スタック４や水素系の循環管路から遮断することができる。 As described above, the embodiment of the present invention has the following effects.
In the first to fourth embodiments of the present invention, the shut-off valves (first valve V21, second valve V22, and third valve V23) are provided only in the oxygen-based circulation line. Therefore, by closing the shutoff valve of the oxygen-based circulation line, the oxygen-based circulation line containing dangerous oxygen that is highly flammable and can be burned without selecting a substance is connected to the water electrolysis stack 4 or the hydrogen-based circulation line. It can be shut off from the circulation line.

加えて、ポンプ５（酸素側）により酸素系の循環管路に水を循環させておくことによって、ガス保有量の少ない水電解スタック４近傍のみで第３弁Ｖ２３を「開」とし、その酸素系の循環管路を水素系の循環管路へ均圧させて、損傷しやすい電解質膜を差圧から保護することが可能となる。ガス保有量が少ない理由はポンプ５で常に発生したガス（酸素）を水電解スタック４近傍から押出しているためである。   In addition, by circulating water through the oxygen-based circulation line by the pump 5 (oxygen side), the third valve V23 is “opened” only in the vicinity of the water electrolysis stack 4 with a small amount of gas, and the oxygen It is possible to equalize the system circulation line to the hydrogen system circulation line to protect the easily damaged electrolyte membrane from the differential pressure. The reason why the amount of gas held is small is that the gas (oxygen) always generated by the pump 5 is extruded from the vicinity of the water electrolysis stack 4.

更に、上記の通り水素側に圧力降下弁ＲＶを設けている。水電解スタック４近傍にて圧力が上昇した場合には比較的安全な水素側から、且つ、一箇所から減圧できる。酸素側から減圧することは、支燃性が高く物質を選ぶことなく燃焼させる危険な酸素を含む酸素系の循環経路中への損傷物の流入などを招き危険である。そのおそれが無い水素側からの減圧により安全性が向上する。また、一系統から減圧することで、水素系と酸素系との差圧発生を防止でき、安全性が向上する。これにより、損傷しやすい電解質膜を差圧から保護することが可能となると同時に、減圧後の差圧による酸素側への焼損物流入も防止できる。   Further, as described above, the pressure drop valve RV is provided on the hydrogen side. When the pressure increases in the vicinity of the water electrolysis stack 4, the pressure can be reduced from a relatively safe hydrogen side and from one place. Depressurization from the oxygen side is dangerous because it causes damage inflow into an oxygen-based circulation path containing oxygen that is highly flammable and burns without selecting a substance. Safety is improved by the reduced pressure from the hydrogen side without the fear. Further, by reducing the pressure from one system, the generation of a differential pressure between the hydrogen system and the oxygen system can be prevented, and safety is improved. As a result, it is possible to protect the easily damaged electrolyte membrane from the differential pressure, and at the same time, it is possible to prevent the inflow of burned material to the oxygen side due to the differential pressure after the pressure reduction.

本発明の第５〜７の実施の形態では、酸素系の循環管路だけでなく水素系の循環管路にも遮断弁（第４弁Ｖ１１、第５弁Ｖ１２、第７弁Ｖ１３、第６弁Ｖ１４）が設けられている。すなわち、更に水素系の循環管路の気相と遮断する第４弁Ｖ１１、第５弁１２が遮断した後、第５の実施の形態であれば「開」とした第７弁Ｖ１３を介して、第６の実施の形態であれば第６配管１８ｂを介して、第７の実施の形態であれば、第７配管１７ｃを介して、水素系の循環管路の水電解スタック４近傍（ここもガス保有量は極少）が水に満たされた耐圧容器内に均圧化される。それによって、水電解スタック４近傍にて圧力が上昇した場合に、圧縮されたガスが少なくほとんどが非圧縮性の水で満たされた部位＝水電解スタック４近傍の水素系及び酸素系循環管路や耐圧性の容器９内部から減圧すればよく、容器９に設けた圧力降下弁ＲＶからすばやく安全に減圧することができる。   In the fifth to seventh embodiments of the present invention, the shutoff valves (fourth valve V11, fifth valve V12, seventh valve V13, sixth valve) are installed not only in the oxygen-based circulation line but also in the hydrogen-based circulation line. A valve V14) is provided. That is, after the fourth valve V11 and the fifth valve 12 that shut off the gas phase in the hydrogen-based circulation line are shut off, in the fifth embodiment, through the seventh valve V13 that is “open”. In the sixth embodiment, through the sixth pipe 18b, and in the seventh embodiment, through the seventh pipe 17c, in the vicinity of the water electrolysis stack 4 in the hydrogen-based circulation line (here The gas is held in a pressure-resistant container filled with water. Thereby, when the pressure rises in the vicinity of the water electrolysis stack 4, the portion where the compressed gas is small and most is filled with incompressible water = the hydrogen-based and oxygen-based circulation pipes in the vicinity of the water electrolysis stack 4 The pressure can be reduced from the inside of the pressure-resistant container 9, and the pressure can be quickly and safely reduced from the pressure drop valve RV provided in the container 9.

本発明は上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変形又は変更され得ることは明らかである。各実施の形態の技術は、技術的に矛盾の発生しない限り相互に適用可能である。   The present invention is not limited to the embodiments described above, and it is obvious that the embodiments can be appropriately modified or changed within the scope of the technical idea of the present invention. The techniques of the embodiments can be applied to each other as long as no technical contradiction occurs.

Ｖ２１ 第１弁
Ｖ２２ 第２弁
Ｖ２３ 第３弁
Ｖ１１ 第４弁
Ｖ１２ 第５弁
Ｖ１３ 第７弁
Ｖ１４ 第６弁
ＲＶ 圧力降下弁
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ 水電解装置
２ 酸素気液分離部
３ 水素気液分離部
４ 水電解スタック
５ ポンプ
６ ポンプ
９ 容器
１１ 第１配管
１２ 第２配管
１３ 第３配管
１５、１５ａ、１５ｂ 第４配管
１６、１６ａ 第５配管
１７、１７ｃ 第７配管
１８、１８ｂ、１８ｃ 第６配管
２１ 気液分離部
４１ 容器用配管
４２ 容器用ポンプ
５０ 第１水供給排出部
６０ 第２水供給排出部 V21 1st valve V22 2nd valve V23 3rd valve V11 4th valve V12 5th valve V13 7th valve V14 6th valve RV Pressure drop valve 1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f Water electrolyzer 2 Oxygen Gas-liquid separation unit 3 Hydrogen gas-liquid separation unit 4 Water electrolysis stack 5 Pump 6 Pump 9 Container 11 First pipe 12 Second pipe 13 Third pipe 15, 15a, 15b Fourth pipe 16, 16a Fifth pipe 17, 17c First 7 piping 18, 18b, 18c 6th piping 21 Gas-liquid separation part 41 Container piping 42 Container pump 50 1st water supply discharge part 60 2nd water supply discharge part

Claims (11)

水の電気分解を行い酸素と水素とを生成する水電解スタックと、
前記水電解スタックの陽極に対して水の供給及び前記酸素と余剰水の排出を行う第１水供給排出部と、
前記水電解スタックの陰極に対して水の供給及び前記水素と余剰水の排出を行う第２水供給排出部と、
前記水電解スタックを水没させて格納する容器と
を具備し、
前記第２水供給排出部と前記容器とは均圧化され、
前記水電解スタックが停止するとき、前記第１水供給排出部は、
前記水電解スタックに対して水の供給及び排出を行う配管を遮断し、
前記遮断された箇所より前記容器側を前記容器と均圧化する
水電解装置。 A water electrolysis stack that electrolyzes water to produce oxygen and hydrogen;
A first water supply / discharge unit for supplying water to the anode of the water electrolysis stack and discharging the oxygen and surplus water;
A second water supply / discharge unit for supplying water to the cathode of the water electrolysis stack and discharging the hydrogen and surplus water;
A container for storing the water electrolysis stack in water,
The second water supply / discharge part and the container are pressure-equalized,
When the water electrolysis stack stops, the first water supply / discharge unit is
Shut off the piping for supplying and discharging water to the water electrolysis stack;
A water electrolysis apparatus that equalizes the container side with the container from the blocked location. 請求項１に記載の水電解装置において、
前記第１水供給排出部は、
前記水電解スタックの陽極に水を供給する第１配管と、
前記第１配管の途中に設けられた第１弁と、
前記陽極の余剰水及び前記酸素を前記水電解スタックから排出する第２配管と、
前記第２配管の途中に設けられた第２弁と、
前記第１弁よりも前記容器側の前記第１配管又は前記第２弁よりも前記容器側の前記第２配管と前記容器とを接続する第３配管と、
前記第３配管の途中に設けられた第３弁と
を備え、
前記水電解スタックが停止するとき、
前記第１弁及び前記第２弁を閉止し、
前記閉止後に前記第３弁を開放して、
前記第１弁よりも前記容器側の前記第１配管及び前記第２弁よりも前記容器側の前記第２配管を、前記容器と均圧化する
水電解装置。 The water electrolysis device according to claim 1,
The first water supply / discharge unit includes:
A first pipe for supplying water to the anode of the water electrolysis stack;
A first valve provided in the middle of the first pipe;
A second pipe for discharging excess water of the anode and the oxygen from the water electrolysis stack;
A second valve provided in the middle of the second pipe;
A third pipe connecting the first pipe on the container side with respect to the first valve or the second pipe on the container side with respect to the second valve and the container;
A third valve provided in the middle of the third pipe,
When the water electrolysis stack stops,
Closing the first valve and the second valve;
Open the third valve after the closing,
A water electrolysis apparatus that equalizes the pressure of the first pipe on the container side with respect to the first valve and the second pipe on the container side of the second valve with respect to the container. 請求項２に記載の水電解装置において、
前記第２水供給排出部は、
前記水電解スタックの陰極に水を供給する第４配管と、
前記陰極の余剰水及び前記水素を前記水電解スタックから排出する第５配管と、
前記第４配管と前記第５配管とに接続され、前記余剰水と前記水素とを気液分離する水素気液分離部と、
前記水素気液分離部と前記容器とを接続する第６配管と
を備え、
前記第６配管を介して前記第２水供給排出部と前記容器とは均圧化される
水電解装置。 The water electrolysis device according to claim 2,
The second water supply / discharge section is
A fourth pipe for supplying water to the cathode of the water electrolysis stack;
A fifth pipe for discharging excess water of the cathode and the hydrogen from the water electrolysis stack;
A hydrogen gas-liquid separation unit connected to the fourth pipe and the fifth pipe for gas-liquid separation of the surplus water and the hydrogen;
A sixth pipe connecting the hydrogen gas-liquid separator and the container;
The water electrolysis apparatus in which the second water supply / discharge section and the container are pressure-equalized through the sixth pipe. 請求項３に記載の水電解装置において、
前記第２水供給排出部は、
前記第４配管の途中に設けられた第４弁と、
前記第５配管の途中に設けられた第５弁と、
前記第６配管の途中に設けられた第６弁と、
前記第４弁よりも前記容器側の前記第４配管又は前記第２弁よりも前記容器側の前記第５配管と前記容器とを接続する第７配管と、
前記第７配管の途中に設けられた第７弁と
を備え、
前記水電解スタックが停止するとき、
前記第４弁、前記第５弁及び前記第６弁を閉止し、
前記閉止後に前記第７弁を開放する
水電解装置。 The water electrolysis device according to claim 3,
The second water supply / discharge section is
A fourth valve provided in the middle of the fourth pipe;
A fifth valve provided in the middle of the fifth pipe;
A sixth valve provided in the middle of the sixth pipe;
A seventh pipe for connecting the fourth pipe on the container side with respect to the fourth valve or the fifth pipe on the container side with respect to the second valve and the container;
A seventh valve provided in the middle of the seventh pipe,
When the water electrolysis stack stops,
Closing the fourth valve, the fifth valve and the sixth valve;
A water electrolysis device that opens the seventh valve after the closing. 請求項２乃至４のいずれか一項に記載の水電解装置において、
前記容器内の水を循環させる容器内水循環部を更に具備する
水電解装置。 In the water electrolysis device according to any one of claims 2 to 4,
A water electrolysis apparatus further comprising an in-container water circulation unit for circulating water in the container. 請求項２に記載の水電解装置において、
前記第２水供給排出部は、
前記容器に水を供給する第４配管と、
前記容器の水を前記水電解スタックの陰極に供給する第６配管と、
前記陰極の余剰水及び前記水素を前記水電解スタックから排出する第５配管と、
前記第４配管と前記第５配管とに接続され、前記余剰水と前記水素とを気液分離する水素気液分離部と
を備え、
前記第４配管又は前記第６配管を介して前記第２水供給排出部と前記容器とは均圧化される
水電解装置。 The water electrolysis device according to claim 2,
The second water supply / discharge section is
A fourth pipe for supplying water to the container;
A sixth pipe for supplying water from the container to the cathode of the water electrolysis stack;
A fifth pipe for discharging excess water of the cathode and the hydrogen from the water electrolysis stack;
A hydrogen gas-liquid separation unit that is connected to the fourth pipe and the fifth pipe and separates the surplus water and the hydrogen into a gas and a liquid;
The water electrolysis apparatus in which the second water supply / discharge section and the container are pressure-equalized through the fourth pipe or the sixth pipe. 請求項６に記載の水電解装置において、
前記第２水供給排出部は、
前記第４配管の途中に設けられた第４弁と、
前記第５配管の途中に設けられた第５弁と
を備え、
前記水電解スタックが停止するとき、
前記第４弁及び前記第５弁を閉止する
水電解装置。 The water electrolysis device according to claim 6,
The second water supply / discharge section is
A fourth valve provided in the middle of the fourth pipe;
A fifth valve provided in the middle of the fifth pipe,
When the water electrolysis stack stops,
A water electrolysis device for closing the fourth valve and the fifth valve. 請求項２に記載の水電解装置において、
前記第２水供給排出部は、
前記水電解スタックの陰極に水を供給する第４配管と、
前記陰極の余剰水及び前記水素を前記水電解スタックから排出する第５配管と、
前記第４配管と前記第５配管とに接続され、前記余剰水と前記水素とを気液分離する水素気液分離部と、
前記第４配管と前記容器とを接続する第７配管と、
前記水素気液分離部と前記容器とを接続する第６配管と
を備え、
前記第６配管又は前記第７配管を介して前記第２水供給排出部と前記容器とは均圧化される
水電解装置。 The water electrolysis device according to claim 2,
The second water supply / discharge section is
A fourth pipe for supplying water to the cathode of the water electrolysis stack;
A fifth pipe for discharging excess water of the cathode and the hydrogen from the water electrolysis stack;
A hydrogen gas-liquid separation unit connected to the fourth pipe and the fifth pipe for gas-liquid separation of the surplus water and the hydrogen;
A seventh pipe connecting the fourth pipe and the container;
A sixth pipe connecting the hydrogen gas-liquid separator and the container;
The water electrolysis apparatus in which the second water supply / discharge section and the container are pressure-equalized through the sixth pipe or the seventh pipe. 請求項８に記載の水電解装置において、
前記第２水供給排出部は、
前記第４配管の途中に設けられた第４弁と、
前記第５配管の途中に設けられた第５弁と、
前記第６配管の途中に設けられた第６弁と
を備え、
前記水電解スタックが停止するとき、
前記第４弁、前記第５弁及び前記第６弁を閉止する
水電解装置。 The water electrolysis device according to claim 8,
The second water supply / discharge section is
A fourth valve provided in the middle of the fourth pipe;
A fifth valve provided in the middle of the fifth pipe;
A sixth valve provided in the middle of the sixth pipe,
When the water electrolysis stack stops,
A water electrolysis device that closes the fourth valve, the fifth valve, and the sixth valve. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の水電解装置において、
前記第２水供給排出部及び前記容器のうちの一方若しくは両方に設けられ、前記第２水供給排出部及び前記容器の圧力を降下させる圧力降下弁を更に具備する
水電解装置。 In the water electrolysis device according to any one of claims 1 to 9,
A water electrolysis apparatus further comprising a pressure drop valve that is provided in one or both of the second water supply / discharge section and the container and reduces the pressure of the second water supply / discharge section and the container. 水電解装置の動作方法であって、
ここで、水電解スタックと、
前記水電解スタックの陽極に対して水の供給及び前記酸素と余剰水の排出を行う第１水供給排出部と、
前記水電解スタックの陰極に対して水の供給及び前記水素と余剰水の排出を行う第２水供給排出部と、
前記水電解スタックを水没させて格納する容器と
を具備し、
前記第２水供給排出部と前記容器とは均圧化され、
前記水電解装置の動作方法は、
前記水電解スタックが停止するとき、
前記第１水供給排出部が、前記水電解スタックに対して水の供給及び排出を行う配管を遮断するステップと、
前記第１水供給排出部が、前記遮断された箇所より前記容器側を前記容器と均圧化するステップと
を具備する
水電解装置の動作方法。 A method of operating a water electrolysis device,
Where the water electrolysis stack,
A first water supply / discharge unit for supplying water to the anode of the water electrolysis stack and discharging the oxygen and surplus water;
A second water supply / discharge unit for supplying water to the cathode of the water electrolysis stack and discharging the hydrogen and surplus water;
A container for storing the water electrolysis stack in water,
The second water supply / discharge part and the container are pressure-equalized,
The operation method of the water electrolysis apparatus is:
When the water electrolysis stack stops,
The first water supply and discharge unit shuts off a pipe for supplying and discharging water to and from the water electrolysis stack;
The method for operating a water electrolysis apparatus, comprising: the first water supply / discharge section pressure equalizing the container side with the container from the blocked location.
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