JP2013231213A - 水電解システム及び水電解システムの動作方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】水電解にて得られる酸素及び水素に含まれる飽和蒸気圧の水分をできるだけ除去する。
【解決手段】水電解システムは、水電解装置３０と乾燥装置６０とを具備している。水電解装置３０は、水電解を行い、水蒸気を含む水素と水蒸気を含む酸素とを送出する。乾燥装置６０は、その酸素及びその水素から水蒸気を除去する。乾燥装置６０は、陽極側にその酸素を、陰極側にその水素をそれぞれ供給され、水電解を行う水電解スタック５１と、水電解スタック５１に電圧を印加し、電流を流す電源部５５とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、水電解システム及び水電解システムの動作方法に関し、特に電解質膜を隔膜として用いる水電解システム及び水電解システムの動作方法に関する。

水電解装置として、固体高分子膜のような電解質膜を隔膜として用いる装置が知られている。その水電解装置は、水電解スタックを備えている。水電解スタックは、複数の水電解セルを含んでいる。水電解セルは、電解質膜と、陽極（＋極又はアノード）と、陰極（−極又はカソード）とを有している。電解質膜は、水電解における隔膜として用いられる。陽極は、電解質膜の一方の面に設けられている。陰極は、電解質膜の他方の面に設けられている。水電解用の電圧は、各水電解セルの陽極と陰極との間に印加される。

電解質膜がプロトン導電体膜（カチオン膜）の場合、陽極側の水が電気分解されて、陽極側に酸素（ガス）が生成され、電解質膜内を移動したＨ^＋イオンにより陰極側に水素（ガス）が生成される。陽極側の酸素は、余剰水と共に配管を介して外部へ送出される。陰極側の水素は、隔膜を透過した水と共に配管を介して外部へ送出される。一方、電解質膜がＯＨ⁻イオン導電体膜（アニオン膜）の場合、陰極側の水が電気分解されて、陰極側に水素（ガス）が生成され、電解質膜内を移動したＯＨ⁻イオンにより陽極側に酸素（ガス）及び水が生成される。陰極側の水素は、余剰水と共に配管を介して外部へ送出される。陽極側の酸素及び水は、配管を介して外部へ送出される。

このようにして水電解にて得られる酸素及び水素は、水と共に存在している。すなわち、それらの酸素や水素は飽和蒸気圧の水分を含んでいる。したがって、それらの水素や酸素を利用するためには、用途によっては、それらの水素や酸素を乾燥する装置が必要である。

水素や酸素を乾燥する装置として、特許文献１（特開２００９−１３８２５３号公報）に電気分解装置及びこれを利用する燃料電池発電システムが開示されている。この燃料電池発電システムは、除水装置を備えている。除水装置は、燃料電池本体から排出されて水が混在する酸素ガスの混合体及び燃料電池本体から排出されて水が混在する水素ガスの混合体の少なくとも一方の当該混合体から当該水を取り除く。その除水装置は、隔離体と、混合体流通手段と、水溶液流通手段とを備えている。隔離体は、陽イオン交換樹脂又は陰イオン交換樹脂からなる。混合体流通手段は、前記隔離体の一方側に前記混合体を接触させるように流通させる。水溶液流通手段は、前記隔離体の他方側に除水用水溶液を接触させるように流通させる。燃料電池本体に供給される水素及び酸素は、電気分解装置での水の電気分解により生成される。前記電気分解装置の固体高分子電解質体が陽イオン交換樹脂からなるとき、前記除水装置の前記隔離体も陽イオン交換樹脂からなる。前記電気分解装置の前記固体高分子電解質体が陰イオン交換樹脂からなるとき、前記除水装置の前記隔離体も陰イオン交換樹脂からなる。前記除水装置の前記除水用水溶液が前記電気分解装置の前記原料水である。

また、水素や酸素を乾燥する装置として、特許文献２（特開２００９−１３６８５１号公報）に除水装置及びこれを利用する燃料電池発電システムが開示されている。この除水装置は、ガスに水が混在する混合体から当該水を取り除く。この除水装置は、隔離体と、混合体流通手段と、水溶液流通手段とを備えている。隔離体は、陽イオン交換樹脂又は陰イオン交換樹脂からなる。混合体流通手段は、前記隔離体の一方側に前記混合体を接触させるように流通させる。水溶液流通手段は、前記隔離体の他方側に除水用水溶液を接触させるように流通させる。前記隔離体が陽イオン交換樹脂からなるとき、前記除水用水溶液が、陽イオンとしてプロトンを生じる化合物を含有するものである。前記隔離体が陰イオン交換樹脂からなるとき、前記除水用水溶液が、陰イオンとしてヒドロキシイオンを生じる化合物を含有するものである。

特開２００９−１３８２５３号公報 特開２００９−１３６８５１号公報

上述のように、水電解にて得られる酸素及び水素は、飽和蒸気圧の水分を含んでいる。したがって、その水素や酸素を利用するために、その飽和蒸気圧の水分を除去し、その水素や酸素を乾燥する技術が望まれている。

したがって、本発明の目的は、水電解にて得られる酸素及び水素に含まれる飽和蒸気圧の水分をできるだけ除去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。また、本発明の他の目的は、乾燥した酸素及び水素を供給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。

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。

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。

本発明の水電解システムは、水電解を行い、水蒸気を含む水素と水蒸気を含む酸素とを送出する水電解装置（３０）と、酸素及び水素から水蒸気を除去する乾燥装置（６０）とを具備している。乾燥装置（６０）は、水電解スタック（５１）と電源部（５５）とを備えている。水電解スタック（５１）は、酸素を陽極側に、水素を陰極側にそれぞれ供給され、含有される水蒸気で水電解を行う。電源部（５５）は、水電解スタック（５１）に電圧を印加し、電流を流す。

上記の水電解システムにおいて、水電解スタック（５１）は、スタックの処理するガス量に応じて電気的に直列に接続された複数の水電解セル（５３）を含んでいる。電源部（５５）は、複数の水電解セル（５３）全体に印加する電圧を増加して、電流を増加させて行き、複数の水電解セル（５３）の全ての電圧が第１閾値電圧（Ｖ_Ｌｏｗ）以上（つまり乾いている）になった場合、電圧の増加（つまり電流上昇）を停止することが好ましい。

上記の水電解システムにおいて、電源部（５５）は、電圧を増加して、電流を増加させて行くとき、複数の水電解セル（５３）のいずれか一つの電圧が第２閾値電圧（Ｖ_Ｈｉｇｈ）以上になった場合、又は、電流が第１閾値電流（Ｉ_Ｈｉｇｈ）以上になった場合、電圧の増加を停止することが好ましい。通過するガス全体に対して必要な乾燥度を得られないと判断して警報を発することがより好ましい。
高湿度のとき電解質膜の電気抵抗は小さいため低電圧／大電流となる。一方、低湿度になると電解質膜の電気抵抗が大きくなり高電圧／小電流となる。従って、除湿ができないほどの水分があると、電圧が閾値を超える前に電流が増えすぎて第１閾値電流（Ｉ_Ｈｉｇｈ）以上になる。そうなると、除湿不足のガスを送出してしまうおそれがある。また、乾燥状態がスタック内でばらつくと、全部の水電解セル（５３）が第１閾値電圧（Ｖ_Ｌｏｗ）を超える前に、いずれかの水電解セル（５３）が乾燥し過ぎて第２閾値電圧（Ｖ_Ｈｉｇｈ）以上になる。そうなると、水電解セル（５３）が乾燥しているのに電流を増やすとセルが破損してしまうおそれがある。本水電解システムでは、これらを防止することができる。

上記の水電解システムにおいて、乾燥装置（６０）は、複数の水電解スタック（５１）から構成しても良い。複数の水電解スタック（５１）は、必要に応じて酸素及び水素に関して直列及び／又は並列に接続される。例えば、高い除湿性能を望む場合には直列に接続され、大容量性能（大流量の水素や酸素を処理すること）を望む場合には、並列に接続される。電源部（５５）はスタック１つにつき１つであっても良く、またスタックの直列接続数と同じ個数用意し、並列に接続された複数のスタック群に対して１つずつ接続しても良く、また全体で１つと電源部を節約しても構成可能である。

上記の水電解システムにおいて、スタックの直列接続数に応じた数の電源部（５５）を用意する場合、乾燥装置（６０）は、電源部（５５−１、５５−２）がスタック数より少ない複数個あることとなる。その場合、複数の水電解スタック（５１）の少なくとも一部としての複数の第１水電解スタック（５１−１−１、５１−１−２）が、酸素及び水素に関して並列に接続され、同様に複数の第２、第３の水電解スタック（５１−２−１、５１−２−２、５１−３−１、５１−３−２）が、それぞれ酸素及び水素に関して並列に接続されていることが好ましい。加えて、複数の第１水電解スタック（５１−１−１、５１−１−２）と複数の第２、第３水電解スタック（５１−２−１、５１−２−２、５１−３−１、５１−３−２）とは、酸素及び水素に関して直列に接続されていることが好ましい。更に、複数の第１水電解スタック（５１−１−１、５１−１−２）が、複数の電源部（５５）の一つとしての第１電源部（５５−１）に対して直列に接続されていることが好ましい。更に、複数の第２、第３水電解スタック（５１−２−１、５１−２−２、５１−３−１、５１−３−２）が、複数の電源部（５５）の一つとしての第２、第３電源部（５５−２、５５−３）に対してそれぞれ直列に接続されることが好ましい。
このとき、電源部（５５−１）の個数はスタック１つにつき１つの場合に比較して削減され、寸法・重量・コスト等でのメリットが生じる。

上記の水電解システムにおいて、第１電源部（５５−１）は、複数の第１水電解スタック（５１−１−１、５１−１−２）全体に印加する電圧を増加して、電流を増加させて行き、複数の第１水電解スタック（５１−１−１、５１−１−２）内の複数の水電解セル（５３）の全ての電圧が第１閾値電圧（Ｖ_Ｌｏｗ）以上になった場合、電圧の増加を停止することが好ましい。

ただし、第１電源部（５５−１）は、電圧を増加して、電流を増加させて行くとき、複数の水電解セル（５３）のいずれか一つが第２閾値電圧（Ｖ_Ｈｉｇｈ）以上になった場合、もしくは、電流値が第１閾値電流（Ｉ_Ｈｉｇｈ）以上になった場合は、電圧の増加を停止し、通過するガス全体に対して必要な乾燥度を得られないと判断して警報を発することが好ましい。

ここで、この閾値電圧Ｖ_Ｌｏｗは、複数の第１水電解スタック（５１−１−１、５１−１−２）で構成される並列に接続されたスタック群（グループ）と異なる複数の第２、第３の水電解スタック（５１−２−１、５１−２−２、５１−３−１、５１−３−２）で構成される並列に接続されたスタック群（グループ）等が複数個直列に接続された場合には、その直列接続の数に応じて、その直列接続内の各群（グループ）の位置によってＶ_Ｌｏｗ ^ｎ（ｎは直列接続上のグループ位置を表す）と規定することが好ましい。同様に第２閾値電圧Ｖ_Ｈｉｇｈ、閾値電流Ｉ_Ｈｉｇｈも直列接続の数とその直列接続内の各群（グループ）の位置によってＶ_Ｈｉｇｈ ^ｎ、Ｉ_Ｈｉｇｈ ^ｎ（ｎは直列接続上のグループ位置を表す）と規定されることが好ましい。

すなわち、上記の水電解システムにおいて、第２、第３電源部（５５−２、５５−３）は、複数の第２、第３水電解スタック群（５１−２−１、５１−２−２、５１−３−１、５１−３−２）それぞれの群に印加する電圧を増加して、電流を増加させて行き、複数の第２、第３水電解スタック群（５１−２−１、５１−２−２、５１−３−１、５１−３−２）内の複数の水電解セル（５３）の全ての電圧が、その群に関してそれぞれ設定される第１閾値電圧（Ｖ_Ｌｏｗ ²、Ｖ_Ｌｏｗ ³）以上になった場合、電圧の増加を停止することが好ましい。

ただし、第２、第３電源部（５５−２、５５−３）は、電圧を増加して、電流を増加させて行くとき、複数の水電解セル（５３）のいずれか一つがその群に関してそれぞれ設定される第２閾値電圧（Ｖ_Ｈｉｇｈ ²、Ｖ_Ｈｉｇｈ ³）以上になった場合、もしくは、電流値がその群に関してそれぞれ設定される第１閾値電流（Ｉ_Ｈｉｇｈ ²、Ｉ_Ｈｉｇｈ ³）以上になった場合は、電圧の増加を停止し、通過するガス全体に対して必要な乾燥度を得られないと判断して警報を発することが好ましい。

ガスの乾燥状態により、最初の第１水電解スタック（５１−１−１、５１−１−２）に対しては湿度が高いガス用に各閾値を設定し、後の第２、第３水電解スタック（５１−２−１、５１−２−２、５１−３−１、５１−３−２）等に対しては湿度が低下したガス用に各閾値を設定することができる。すなわち、供給されるガスに応じた電圧／電流制御を行うことができる。

上記の水電解システムにおいて、第１水電解スタック（５１−１−１、５１−１−２）についての第１閾値電圧（Ｖ_Ｌｏｗ ^１）、第２閾値電圧（Ｖ_Ｈｉｇｈ ^１）及び第１閾値電流（Ｉ_Ｈｉｇｈ ^１）と、第２水電解スタック（５１−２−１、５１−２−２）についての第１閾値電圧（Ｖ_Ｌｏｗ ²）、第２閾値電圧（Ｖ_Ｈｉｇｈ ²）及び第１閾値電流（Ｉ_Ｈｉｇｈ ²）とが異なっていても良い。

上記の水電解システムにおいて、乾燥装置（６０）は、複数の水電解スタック（５１）の少なくとも一部としての複数の水電解スタック（５１−１、５１−２）が、酸素及び水素に関して直列に接続されていても良い。電源部（５５）は、複数の水電解スタック（５１−１、５１−２）全体に印加する電圧を増加し、電流を増加させて行き、複数の水電解スタック（５１−１、５１−２）のうちの水電解装置（３０）から最も遠いもの（５１−２）の複数の水電解セル（５３）の全ての電圧が第１閾値電圧（Ｖ_ＬＯＷ）以上になった場合、電圧の増加を停止する。

ただし、電源部（５５）は、電圧を増加して、電流を増加させて行くとき、複数の水電解スタック（５１−１、５１−２）に含まれる水電解セル（５３）のいずれか一つが第２閾値電圧（Ｖ_Ｈｉｇｈ）以上になった場合、もしくは、電流値が第１閾値電流（Ｉ_Ｈｉｇｈ）以上になった場合は、電圧の増加を停止し、通過するガス全体に対して必要な乾燥度を得られないと判断して警報を発することが好ましい。

この場合、水素及び酸素に関して直列に接続されている複数の水電解スタック（５１−１、５１−２）に対して、一つの電源部（５５）であっても、除湿不足のガスを送出してしまうおそれや、水電解セル（５３）が破損してしまうおそれをより的確に防止することができる。

本発明の水電解システムの動作方法は、水電解を行い、水蒸気を含む水素と水蒸気を含む酸素とを送出するステップと、酸素及び水素から水蒸気を除去するステップとを具備している。水蒸気を除去するステップは、水電解スタック（５１）の陽極側に酸素を、陰極側に水素をそれぞれ供給して、水電解スタック（５１）により水電解を行うステップを備えている。

上記の水電解システムの動作方法において、水電解スタック（５１）は、複数の水電解セル（５３）を含んでいることが好ましい。水蒸気を除去するステップは、複数の水電解セル（５３）に印加する電圧を増加して行くステップと、複数の水電解セル（５３）の全てが第１閾値電圧（Ｖ_Ｌｏｗ）以上（つまり乾いている）になった場合、電圧の増加（つまり電流上昇）を停止するステップとを備えていることが好ましい。

上記の水電解システムの動作方法において、水蒸気を除去するステップは、電圧を増加して、電流を増加させて行くとき、複数の水電解セル（５３）のいずれか一つの電圧が第２閾値電圧（Ｖ_ＨＩＧＨ）以上になった場合、又は、電流が第１閾値電流（Ｉ_Ｈｉｇｈ）以上になった場合、電圧の増加を停止することが好ましい。更に、通過するガス全体に対して必要な乾燥度を得られないと判断して警報を発することがより好ましい。
すなわち、電圧を上げて（つまり電流を上げて）局部的に電圧が上がってしまったり（局部的にはカラカラに乾いている）、電流が増えるのに電圧が上がらなかったり（びしょびしょに濡れていてどうにも乾かせない）という場合には、電圧の増加を停止したり、警報を出したりする。

上記の水電解システムの動作方法において、水蒸気を除去するステップは、水電解スタック（５１）を含み互いに直列に接続された複数の水電解スタック（５１）により水電解を行うステップを複数回行うことが好ましい。

本発明により、水電解にて得られる酸素及び水素に含まれる飽和蒸気圧の水分をできるだけ除去することが可能となる。乾燥した酸素及び水素を供給することが可能となる。

図１は、本発明の第１の実施に係る水電解システムの構成例を模式的に示すブロック図である。 図２Ａは、水電解スタック５１の接続形態の変形例を示すブロック図である。 図２Ｂは、水電解スタック５１の接続形態の他の変形例を示すブロック図である。 図３は、水電解スタック５１と計測装置５６との関係を示すブロック図である。 図４は、本発明の実施の形態に係る水電解システムの乾燥装置の動作方法を示すフローチャートである。 図５は、本発明の第２の実施に係る水電解システムの乾燥装置の構成例を模式的に示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態に係る水電解システム及び水電解システムの動作方法に関して、添付図面を参照して説明する。

（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の実施に係る水電解システムの構成例を模式的に示すブロック図である。水電解システム１は、水電解装置３０と、乾燥装置６０と、制御部８とを具備している。水電解装置３０は、水電解を行い、水蒸気を含む水素と水蒸気を含む酸素とを送出する。乾燥装置６０は、水電解装置３０で生成された酸素及び水素から水蒸気を除去する。制御部８は、水電解装置３０及び乾燥装置６０の動作を制御する。以下、水電解システム１について更に説明する。

水電解装置３０は、酸素気液分離部２と、水素気液分離部３と、水電解スタック４と、ポンプ５と、ポンプ６と、電力供給部７と、熱交換器２２、２３と、ドレインタンク２４、２５とを具備している。

酸素気液分離部２は、水供給装置（図示されず）から供給された水電解用の水を貯蔵する。酸素気液分離部２は、その水を、配管１１を介して、水電解スタック４の各水電解セル（後述）の陽極（＋極又はアノード）側に供給する。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、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、配管１３を介して外部へ送出される。

ポンプ５は、配管１１の途中に設けられている。ポンプ５は、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。ポンプ５は、酸素系（水電解スタック４の陽極）の水を強制的に循環させている。

水素気液分離部３は、水供給装置（図示されず）から供給された水電解用の水を貯蔵する。水素気液分離部３は、その水を、配管１６を介して、水電解スタック４の各水電解セル（後述）の陰極（−極又はカソード）側に供給される。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、配管１７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、配管１８を介して外部へ送出される。

ポンプ６は、配管１６の途中に設けられている。ポンプ６は、配管１６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。ポンプ６は、水素系（水電解スタック４の陰極）の水を強制的に循環させている。なお、配管１６及びポンプ６は無くても良い。

水電解スタック４は、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、陽極（＋極又はアノード）と、陰極（−極又はカソード）とを備えている。電解質膜は、水電解における隔膜として用いられる。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。陽極は、電解質膜の一方の面に設けられている。陰極は、電解質膜の他方の面に設けられている。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。なお、本実施の形態では、水電解スタック４の電解質膜がプロトン導電体膜（カチオン膜）の場合について説明するが、本発明はその例に限定されるものではなく、電解質膜がＯＨ⁻イオン導電体膜（アニオン膜）の場合であっても同様に適用可能である。

電力供給部７は、水電解用の電圧を、各水電解セルの陽極と陰極との間に印加する。それにより、各水電解セルにおいて、陽極側の水が電気分解されて、陽極側に酸素（ガス）が生成され、陰極側に水素（ガス）が生成される。陽極側の酸素と未反応の水（余剰水）とは、配管１２を介して、酸素気液分離部２へ送出される。陰極側の水素と隔膜を透過した水及び供給された水（余剰水）とは、配管１７を介して水素気液分離部３へ送出される。

以上のように、酸素系の水は、酸素気液分離部２−配管１１−水電解スタック４の陽極側（一部水電解で消失）−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。また、水素系の水は、水素気液分離部３−配管１６−水電解スタック４の陰極側（一部隔膜を透過した水が付加）−配管１７−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。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。

熱交換器２２は、配管１３を介して供給された酸素を熱交換により低温にする。熱交換器２２は、低温化した酸素を、配管１４を介して送出する。ドレインタンク２４は、配管１４の途中に設けられている。熱交換器２２で低温化した酸素から凝縮水を気液分離する。熱交換器２３は、配管１８を介して供給された水素を熱交換により低温にする。熱交換器２３は、低温化した水素を、配管１９を介して送出する。ドレインタンク２５は、配管１９の途中に設けられている。熱交換器２３で低温化した水素から凝縮水を気液分離する。

なお、上記水電解装置３０は、一例であり、水電解により酸素及び水素を生成可能であれば、上記構成に限定されるものではない。

乾燥装置６０は、複数の水電解スタック５１（５１−１、５１−２、…）と、複数の電源部５５（５５−１、５５−２、…）とを備えている。ここでは、図１に例示されるように、水電解スタック５１が２個（５１−１、５１−２）、電源部５５が２個（５５−１、５５−２）の場合について説明する。

水電解スタック５１−１は、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、陽極（＋極又はアノード）と、陰極（−極又はカソード）とを備えている。電解質膜は、水電解における隔膜として用いられる。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。陽極は、電解質膜の一方の面に設けられている。陰極は、電解質膜の他方の面に設けられている。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。なお、本実施の形態では、水電解スタック５１−１の電解質膜がプロトン導電体膜（カチオン膜）の場合について説明するが、本発明はその例に限定されるものではなく、電解質膜がＯＨ⁻イオン導電体膜（アニオン膜）の場合であっても同様に適用可能である。また、水電解スタック４の電解質膜と水電解スタック５１−１の電解質膜とが同じ種類の導電膜である必要はなく、異なっていても良い。

電源部５５−１は、水電解スタック５１−１の各水電解セルの陽極と陰極との間に水電解用の電圧を印加する。ここで、陽極側には、水電解装置３０で生成された酸素が、配管１４を介して供給されている。一方、陰極側には、水電解装置３０で生成された水素が、配管１９を介して供給されている。これら酸素及び水素は、飽和蒸気圧の水分を含んでいる。上記水電解用の電圧の印加により、各水電解セルにおいて、陽極側の飽和蒸気圧の水分が電気分解されて、陽極側に酸素（ガス）が生成され、陰極側に水素（ガス）が生成される。陽極側の酸素は、配管４１−１を介して水電解スタック５１−２へ送出される。陰極側の水素は、配管４３−１を介して水電解スタック５１−２へ送出される。

このとき、水電解スタック５１−１の陽極側から送出される酸素は、陽極側に供給された酸素と、陽極側の飽和蒸気圧の水分の水電解で生成された酸素と、水電解されなかった水蒸気とを含んでいる。その陽極側の水蒸気の濃度（蒸気圧）は、陽極側の飽和蒸気圧の水分が水分解されたことにより低下している。すなわち、陽極側の酸素は、除湿されている。

一方、水電解スタック５１−１の陰極側から送出される水素は、陰極側に供給された水素と、陽極側の飽和蒸気圧の水分の水電解で生成された水素と、水蒸気とを含んでいる。通常、水電解スタック４では、陽極側から十分な水が供給されるため、陰極側から供給された水は電解に寄与しない。しかし、この水電解スタック５１−１では、陰極側に供給された水素中の飽和蒸気圧の水分には、蒸気以外の水が供給されていないため、水電解スタック５１−１の水電解セルの電解質膜が常に水分の不足した状態となっている。したがって、陰極側に供給された水素中の飽和蒸気圧の水分は、電解質膜へ浸透して行く。そして、その大部分は陽極において水分解される。このように、陰極側の水蒸気の濃度（蒸気圧）は、電解質膜へ浸透すること等により非常に低下している。すなわち、陰極側の水素は、除湿されている。

水電解スタック５１−２及び電源部５５−２の構成は、水電解スタック５１−１及び電源部５５−１と同じである。電源部５５−２は、水電解スタック５１−２の各水電解セルの陽極と陰極との間に水電解用の電圧を印加する。ここで、陽極側には、水電解スタック５１−１により水蒸気が減少した酸素が、配管４１−１を介して供給されている。一方、陰極側には、水電解スタック５１−１により水蒸気が減少した水素が、配管４３−１を介して供給されている。これら酸素及び水素は、まだ少し水蒸気を含んでいる。上記水電解用の電圧の印加により、各水電解セルにおいて、陽極側の水蒸気が電気分解されて、陽極側に酸素（ガス）が更に生成され、陰極側に水素（ガス）が更に生成される。陽極側の酸素は、配管４１−２を介して外部へ送出される。陰極側の水素は、配管４３−２を介して外部へ送出される。

このとき、水電解スタック５１−２の陽極側から送出される酸素は、陽極側に供給された酸素と、陽極側の水蒸気の水電解で生成された酸素とを含んでいるが、水蒸気はほとんど含んでいない。その陽極側の水蒸気の濃度（蒸気圧）は、陽極側の水蒸気水分解されたことにより更に低下している。すなわち、陽極側の酸素は、更に除湿されている。

一方、水電解スタック５１−２の陰極側から送出される水素は、陰極側に供給された水素と、陽極側の水蒸気の水電解で生成された水素とを含んでいるが、水蒸気はほとんど含んでいない。しかも、水電解スタック５１−１と同様に、水電解スタック５１−２でも、蒸気以外の水が供給されていないため、水電解スタック５１−２の水電解セルの電解質膜が常に水分の不足した状態となっている。したがって、陰極側に供給された水素中の水分は、電解質膜へ浸透して行く。そして、その大部分は陽極において水分解される。このように、陰極側の水蒸気の濃度（蒸気圧）は、電解質膜へ浸透すること等により更に非常に低下している。すなわち、陰極側の水素は、更に除湿されている。

なお、この図の例では、水電解スタック５１及び電源部５５の数は２個ずつであるが、本実施の形態はこの例に限定されるものではない。すなわち、水電解装置３０から供給される酸素及び水素の蒸気圧や、水電解スタック５１の能力などに応じて適宜変更してよく、１個ずつであっても、３個以上ずつであってもよい。また、この図の例では、複数の水電解スタック５１は酸素及び水素の経路に関して直列に接続されている。しかし、本実施の形態はこの例に限定されるものではない。すなわち、水電解装置３０から供給される酸素及び水素の蒸気圧や、水電解スタック５１の能力などに応じて適宜変更してよく、複数の水電解スタック５１は酸素及び水素の経路に関して並列に接続されていてもよし、並列及び直列接続されていても良い。例えば、水電解スタック５１の数については、酸素や水素のガスの処理量を増やすのであれば、並列に接続する水電解スタック５１の数を増やすことで対応できる。一方、酸素や水素のガスの除湿度を上げるのであれば、直列に接続する水電解スタックの数を増やすことで対応できる。もちろん、並列数と直列数とを同時に増減することも可能である。電源部５５の数は水電解スタック５１の数と同じであっても良いし、少なくしても良い。

例えば、図２Ａは、水電解スタック５１の接続形態の変形例を示すブロック図である。この乾燥装置６０では、水電解スタック（５１−１−１、５１−１−２）の群（グループ）と、水電解スタック（５１−２−１、５１−２−２）の群（グループ）と、水電解スタック（５１−３−１、５１−３−２）の群（グループ）とは、酸素及び水素の経路に関して直列に接続されている。更に、水電解スタック５１−１−１と水電解スタック５１−１−２とは酸素及び水素の経路に関して並列に接続されている。同様に、水電解スタック５１−２−１と水電解スタック５１−２−２とは並列に接続され、水電解スタック５１−３−１と水電解スタック５１−３−２とは並列に接続されている。すなわち、並列に接続された水電解スタックの群が３段直列に接続されている。そして、各水電解スタック５１−１−１、５１−１−２、５１−２−１、５１−２−２、５１−３−１、５１−３−２に対して、各電源部５５−１−１、５５−１−２、５５−２−１、５５−２−２、５５−３−１、５５−３−２が対応して設けられている。

また、例えば、図２Ｂは、水電解スタック５１の接続形態の他の変形例を示すブロック図である。この乾燥装置６０では、水電解スタック５１−１−１、５１−１−２、…の構成は、図２Ａと同様である。ただし、電源部５５は、水電解スタックの群ごとに１個設けられている。すなわち、各水電解スタック（５１−１−１、５１−１−２）の群、（５１−２−１、５１−２−２）の群、（５１−３−１、５１−３−２）の群に対して、各電源部５５−１、５５−２、５５−３が設けられている。言い換えると、酸素及び水素の経路に関して並列に接続された水電解スタック５１−１−１、５１−１−２は、電源部５５−１に対して直列に接続されている。同様に、酸素及び水素の経路に関して並列に接続された水電解スタック５１−２−１、５１−２−２は、電源部５５−２に対して直列に接続されている。更に、酸素及び水素の経路に関して並列に接続された水電解スタック５１−３−１、５１−３−２は、電源部５５−３に対して直列に接続されている。

図１、図２Ａ、図２Ｂのように、直列接続された水電解スタック５１又は水電解スタック５１の群における直列接続中の位置を第ｎ段目と呼ぶことにする。例えば、図１では、水電解スタック５１−１は第１段目の水電解スタックであり、水電解スタック５１−２は第２段目の水電解スタックである。図２Ａや図２Ｂでは、各水電解スタック（５１−１−１、５１−１−２）の群、（５１−２−１、５１−２−２）の群、（５１−３−１、５１−３−２）の群は、それぞれ第１段目の水電解スタック群、第２段目の水電解スタック群、第３段目の水電解スタック群である。

この場合、図１、図２Ａ、図２Ｂでは、電源部５５が段ごとに少なくとも１個設けられている。このようにすることで、水素や酸素のガスの乾燥状態に応じて、段ごとに水電解スタック５１に流れる電流を設定することができる。例えば、最初の段はガスの湿度が高いので水電解スタック５１に流す電流を高く設定する。一方、最後の段はガスの湿度が低いので水電解スタック５１に流す電流を低く設定する。すなわち、第１閾値電圧（Ｖ_Ｌｏｗ ^ｎ）をそれぞれの段に応じて設定することができる。同様に第２閾値電圧（Ｖ_Ｈｉｇｈ ^ｎ）、第１閾値電流（Ｉ_Ｈｉｇｈ ^ｎ）もそれぞれの段に応じて設定できる。

なお、図２Ａ及び図２Ｂの場合にも、水電解スタック５１の並列数は３個以上であっても良い。水電解スタック５１の直列数は４個以上であっても良い。

制御部８は、ポンプ５、ポンプ６、電力供給部７及び電源部５５−１、５５−２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、コンピュータに例示される。コンピュータのＣＰＵは、例えば記憶媒体からインターフェースを介してＨＤＤに読み込まれた、本実施の形態に係る水電解装置の動作方法のコンピュータプログラムをＲＡＭに展開する。そして、展開されたコンピュータプログラムを実行し、必要に応じて記憶装置や入出力装置やポンプ５やポンプ６や電力供給部７や源部５５−１、５５−２のようなハードウエアを制御して、当該コンピュータプログラムの情報処理を実現する。

乾燥装置６０は、更に、水電解スタック５１毎に、計測装置５６を備えている。図３は、水電解スタック５１と計測装置５６との関係を示すブロック図である。計測装置５６は、水電解スタック５１における各水電解セルの電圧を計測する。水電解スタック５１は、複数の水電解セル５３とそれらを挟持する複数のセパレータ５２とを備えている。図２の例では、水電解スタック５１は、水電解セル５３−１〜５３−４及びセパレータ５２−１〜５２−５を備えている。各水電解セル５３は、セパレータ５２に挟持されている。すなわち、水電解セル５３−１は、セパレータ５２−１とセパレータ５２−２に挟持されている。水電解セル５３−２は、セパレータ５２−２とセパレータ５２−３に挟持されている。水電解セル５３−３は、セパレータ５２−３とセパレータ５２−４に挟持されている。水電解セル５３−４は、セパレータ５２−４とセパレータ５２−５に挟持されている。一方、計測装置５６は、端子５７−１〜５７−５を備えている。端子５７−１〜５７−５は、それぞれセパレータ５２−１〜５２−５と接続されている。それにより、計測装置５６は、水電解セル５３−１〜５３−４の各々の電圧を計測することができる。すなわち、水電解セル５３−１の電圧は、端子５７−１と端子５７−２との電圧差から計測できる。水電解セル５３−２の電圧は、端子５７−２と端子５７−３との電圧差から計測できる。水電解セル５３−３の電圧は、端子５７−３と端子５７−４との電圧差から計測できる。水電解セル５３−４の電圧は、端子５７−４と端子５７−５との電圧差から計測できる。計測装置５６は、各水電解セル５３の電圧を電源部５５へ出力する。電源部５５は、その電圧に応じて、水電解スタック５１に供給する電圧を制御する。計測装置５６は、電源部５５に含まれていても良い。

水電解セル５３では、電解質膜の含水率が高いと電解電圧は低くなり、電解質膜の含水率が低いと電解電圧は高くなる。したがって、酸素や水素が十分な乾燥度を得るためには、電解質膜の含水率が相対的に低いほど、電源部５５は相対的に高い電解電圧を水電解スタック５１に印加する必要がある。特に、水電解スタック５１を多段にした場合（例示：５１−１、５１−２、…）、後段になるにしたがって、印加電圧を高くする（例示：最終段の電圧が２．０Ｖ／ｃｅｌｌ以上）。

次に、本発明の第１の実施の形態に係る水電解システムの動作方法について説明する。図４は、本発明の第１の実施の形態に係る水電解システムの動作方法を示すフローチャートである。図４は特に乾燥装置６０の動作を示している。

水電解装置３０は、通常の運転動作をする。
ポンプ５は、制御部８の制御により、所定の流量で、酸素気液分離部２の水を水電解スタック４へ供給している。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ている。その水の流量は、水電解反応により酸素と水素とに分解される水の量よりも多くする。それにより、陽極において未反応の水（余剰水）が残り、酸素気液分離部２へ戻る。すなわち、ポンプ５は、制御部８の制御により、酸素気液分離部２の水を酸素系の循環経路に強制的に循環させている、ということができる。陽極からは生成された酸素が強制的に排除される。

また、ポンプ６は、制御部８の制御により、所定の流量で、水素気液分離部３の水を水電解スタック４へ供給している。それにより、水電解スタック４の各水電解セルの陰極にも水が供給されている。それにより、陰極において電解質膜を透過した水及び供給された水（余剰水）が、水素気液分離部３へ戻る。すなわち、ポンプ６は、制御部８の制御により、水素気液分離部３の水を水素系の循環経路に強制的に循環させている、ということができる。陰極からは生成された水素が強制的に排除される。

電力供給部７は、制御部８の制御により、水電解用の所定の電圧を、水電解スタック４に供給している。水電解スタック４は、供給された電圧を各水電解セルの陽極と陰極との間に印加し、陽極側に供給された水を電気分解する。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。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、配管１２を介して、酸素気液分離部２へ送出される。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、配管１７を介して水素気液分離部３へ送出される。

熱交換器２２は、配管１３を介して供給された酸素を熱交換により低温にする。熱交換器２２は、低温化した酸素を、配管１４を介して送出する。ドレインタンク２４は、熱交換器２２で低温化し、配管１４を介して供給された酸素から凝縮水を気液分離する。そして、乾燥装置６０へ送出する。この酸素は、飽和蒸気圧の水分を含んでいる。熱交換器２３は、配管１８を介して供給された水素を熱交換により低温にする。熱交換器２３は、低温化した水素を、配管１９を介して送出する。ドレインタンク２５は、熱交換器２３で低温化し、配管１９を介して供給された水素から凝縮水を気液分離する。そして、乾燥装置６０へ送出する。この水素は、飽和蒸気圧の水分を含んでいる。

乾燥装置６０における水電解スタック５１−１及び電源部５５−１の動作は以下のようになる。

まず、印加電圧増減ステップＳ１１について説明する。
第１段目の水電解スタック５１である水電解スタック５１−１（の各水電解セル５３）の陽極側には、水電解装置３０で生成された酸素が、配管１４を介して供給される。一方、その水電解スタック５１−１（の各水電解セル５３）の陰極側には、水電解装置３０で生成された水素が、配管１９を介して供給される。電源部５５−１は、水電解スタック５１−１の各水電解セル５３の陽極と陰極との間に水電解用の電圧を印加する。電源部５５−１は、制御部８の制御に基づいて、計測装置５６により各水電解セル５３の電圧を計測する。そして、電源部５５−１は、制御部８の制御に基づいて、水電解スタック５５−１内の水電解セル５３の全てが、予め設定された第１閾値電圧Ｖ_Ｌｏｗ以上か否かを判断する（ステップＳ０１）。ただし、もし、図２Ａや図２Ｂの乾燥装置６０を用いていたならば、第１段目の水電解スタック５１の群（並列接続された水電解スタック５１−１−１と５１−１−２）内の水電解セル５３の全てが電圧の計測の対象となる。

水電解スタック５５−１内の水電解セル５３の少なくとも一つが、第１閾値電圧Ｖ_Ｌｏｗ以上になっていない場合（ステップＳ０１：Ｎｏ）、電源部５５−１は、制御部８の制御に基づいて、徐々に電圧を増加させていく（ステップＳ０２）。一方、水電解スタック５５−１内の水電解セル５３の全てが、第１閾値電圧Ｖ_Ｌｏｗ以上になっている場合（ステップＳ０１：Ｙｅｓ）、電源部５５−１は、制御部８の制御に基づいて、電圧を増加している場合には電圧の増加を停止する（ステップＳ０３）。

各水電解セル５３の陽極と陰極との間に水電解用の所望の電圧（例示：第１閾値電圧Ｖ_Ｌｏｗ以上）が印加されることにより、各水電解セル５３において、陽極側の飽和蒸気圧の水分が電気分解されて、陽極側に酸素（ガス）が生成され、陰極側に水素（ガス）が生成される。陽極側の酸素は、配管４１−１を介して水電解スタック５１−２へ送出される。陽極側の酸素の水蒸気の濃度（蒸気圧）は、上述したように、水電解スタック５１−１により低下している。陰極側の水素は、配管４３−１を介して水電解スタック５１−２へ送出される。陰極側の水素の水蒸気の濃度（蒸気圧）は、上述したように、水電解スタック５１−１により低下している。

次に、異常判断ステップＳ１２について説明する。
電源部５５−１は、制御部８の制御に基づいて、水電解スタック５５−１への電流が予め設定された第１閾値電流Ｉ_Ｈｉｇｈ以上か否かを判断する（ステップＳ０４）。水素や酸素のガスが高湿度のとき、電解質膜の電気抵抗が小さいため大電流／低電圧となる。そのことから、除湿が困難なほどの水分がガス中に含まれていると、電圧が第１閾値電圧Ｖ_Ｌｏｗを超える前に電流が増えすぎて第１閾値電流Ｉ_Ｈｉｇｈ以上になる。このステップは、除湿が困難なほどの水分がガス中に含まれているか否かを検出することができる。

水電解スタック５５−１への電流が第１閾値電流Ｉ_Ｈｉｇｈ以上ではない場合（ステップＳ０４：Ｎｏ）、電源部５５−１は、制御部８の制御に基づいて、水電解スタック５５−１内の水電解セル５３の少なくとも一つの電圧が予め設定された第２閾値電圧Ｖ_Ｈｉｇｈ以上か否かを判断する（ステップＳ０５）。水素や酸素のガスが低湿度のとき、電解質膜の電気抵抗が上がるため低電流／高電圧となる。そのことから、乾燥状態が水電解スタック５５−１内でばらつくと、全部の水電解セル５３が第１閾値電圧Ｖ_Ｌｏｗ以上になる前に、どこかの水電解セル５３が乾燥し過ぎて第２閾値電圧Ｖ_Ｈｉｇｈ以上になる。そのような乾燥している水電解セル５３の電流を増やすと水電解セル５３が破損してしまう。このステップは、乾燥して破損するおそれのある水電解セル５３を検出することができる。

水電解スタック５５−１内の水電解セル５３の少なくとも一つに流れる電流が第１閾値電流Ｉ_Ｈｉｇｈ以上の場合（ステップＳ０４：Ｙｅｓ）、除湿が困難なほどの水分がガス中に含まれているとして、アラーム（警報）を発する（ステップＳ０６）。そして、水電解スタック５１−１に問題があるとして、制御部８の制御に基づいて、電圧の増加を停止する。乾燥装置６０は水電解装置３０と共に運転を中止するようにしても良い。また、水電解スタック５５−１内の水電解セル５３の少なくとも一つの電圧が第２閾値電圧Ｖ_Ｈｉｇｈ以上の場合（ステップＳ０５：Ｙｅｓ）、乾燥して破損するおそれのある水電解セル５３があるとして、アラーム（警報）を発する（ステップＳ０６）。そして、水電解スタック５１−１に問題があるとして、制御部８の制御に基づいて、電圧の増加を停止する。乾燥装置６０は水電解装置３０と共に運転を中止するようにしても良い。

次に、運転継続停止判断ステップＳ１３について説明する。
水電解スタック５５−１内の水電解セル５３の全ての電圧が第２閾値電圧Ｖ_Ｈｉｇｈ以上ではない場合（ステップＳ０５：Ｎｏ）、制御部８は、水電解システム１（又は、乾燥装置６０）の運転、すなわちガス製造を継続するか否かを判断する（ステップＳ０７）。ガス製造を継続か否かの判断は、ユーザ入力により行われても良いし、予め設定された製造時間や製造量に達したか否かで判断しても良い。ガス製造を継続する場合（ステップＳ０７：Ｙｅｓ）、ステップＳ０１に戻り水電解システム１（又は、乾燥装置６０）の運転を継続する。

乾燥装置６０における第２段目の水電解スタック５１である水電解スタック５１−２及び電源部５５−２の動作は、酸素及び水素が水電解スタック５１−１から供給される他は、第１段目の水電解スタック５１である水電解スタック５１−１の場合と同様である。

ここで、後段（例示：第２段目）の水電解スタック５１（例示：５１−２）の第１閾値電圧Ｖ_Ｌｏｗは、前段（例示：第１段目）の水電解スタック５１（例示：５１−１）の第１閾値電圧Ｖ_Ｌｏｗと比較して、高くなるようにする。第１閾値電圧Ｖ_Ｌｏｗを後段になるほど高くするのは、電解質膜の含水率が後段になるほど低くなることに対応させて、酸素や水素を十分に乾燥させるためである。

また、後段の水電解スタック５１の第２閾値電圧Ｖ_Ｈｉｇｈは、前段の水電解スタック５１の第２閾値電圧Ｖ_Ｈｉｇｈと比較して、高くなるようにする。第２閾値電圧Ｖ_Ｈｉｇｈを後段になるほど高くするのは、電解質膜の含水率が後段になるほど低くなることに対応させて、除湿が困難なほどの水分がガス中に含まれているか否かの判断を的確に行うためである。

また、後段の水電解スタック５１の第１閾値電流Ｉ_Ｈｉｇｈは、前段の水電解スタック５１の第１閾値電流Ｉ_Ｈｉｇｈと比較して、低くなるようにする。第１閾値電流Ｉ_Ｈｉｇｈを後段になるほど低くするのは、電解質膜の含水率が後段になるほど低くなることに対応させて、電解質膜の含水率が後段になるほど低くなることに対応させて、電解質膜を損傷から的確に保護するためである。

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システムの動作が実施される。

なお、ただし、ステップＳ０１の判断は、最後段の水電解スタック５１（例示：５１−２）でのみ実施しても良い。

以上のように、本実施の形態では、水電解により生成された酸素及び水素を用いて、更に水電解を行っている。これら酸素及び水素は、飽和蒸気圧の水分を含んでいる。したがって、その飽和蒸気圧の水分が水電解されて、更に酸素と水素とを生成することになる。その結果、酸素及び水素に含まれる水分を著しく減少させることができる。更に、水電解を多段で行うことにより、酸素及び水素に含まれる水分をほとんどなくすことができる。すなわち、水電解にて得られる酸素及び水素に含まれる飽和蒸気圧の水分をできるだけ除去することが可能となる。乾燥した酸素及び水素を供給することが可能となる。

（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システムの構成について説明する。図５は、本発明の第２の実施に係る水電解システムの乾燥装置の構成例を模式的に示すブロック図である。本実施の形態の水電解システムは、乾燥装置６０ａの構成が、第１の実施の形態の乾燥装置６０の構成と相違している。以下では、第１の実施の形態との相違点について主に説明する。

乾燥装置６０ａは、複数の水電解スタック５１（５１−１、５１−２、…）と、１個の電源部５５とを備えている。図５の例では、水電解スタック５１が２個（５１−１、５１−２）、電源部５５が１個（５５−１、５５−２）の場合について説明する。

水電解スタック５１−１と水電解スタック５１−２とは、電源部５５に対して直列に接続されている。例えば、電源部５５の一方の端子が、水電解スタック５１−１の一方の端部（の陰極）に接続されている。水電解スタック５１−１の他方の端部（の陽極）が、水電解スタック５１−２の一方の端部（の陰極）に接続されている。水電解スタック５１−２の他方の端部（の陽極）が、電源部５５の他方の端子に接続されている。それにより、電源部５５は、水電解スタック５１−１の各水電解セルの陽極と陰極との間、及び水電解スタック５１−１の各水電解セルの陽極と陰極との間にそれぞれ水電解用の電圧を印加する。

水電解スタック５１−１及び水電解スタック５１−２に関わる配管１４、４１−１、４１−２及び配管１９、４３−１、４３−１については、第１の実施の形態の場合と同様である。

その結果、第１の実施の形態の場合と同様にして、水電解スタック５１−１、５１−２は、水電解装置３０で生成された酸素及び水素を用いて水電解することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る水電解システムの動作方法について説明する。本実施の形態の水電解システムの動作方法については、基本的に第１の実施の形態に係る水電解システムの動作方法と同様である。ただし、ステップＳ０１の判断は、最後段の水電解スタック５１でのみ実施する。また、ステップＳ０４、Ｓ０５の判断は、全段の水電解スタック５１の全水電解セル５３に対して実施する。

以上のようにして、本発明の第２の実施の形態に係る水電解システムの動作が実施される。

上記の例では、複数の水電解スタック５１と１個の電源部５５との組が一つの場合を示しているが、本実施の形態はこの例に限定されるものではない。例えば、複数の水電解スタック５１と１個の電源部５５との組が複数あるような組み合わせであっても良い。

本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。加えて、電源部５５を共通化できるので、装置コストを低減できる。

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。また、各実施の形態の技術は、矛盾の発生しない限り、他の実施の形態に適用可能である。

１ 水電解システム
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
７ 電力供給部
８ 制御部
１１、１２、１３、１４、４１−１、４１−２ 配管
１６、１７、１８、１９、４３−１、４３−２ 配管
３０ 水電解装置
５１−１、５１−２、５１−１−１、５１−１−２、５１−２−１、５１−２−２、５１−３−１、５１−３−２ 水電解スタック
５２、５２−１〜５２−５ セパレータ
５３、５３−１〜５３−４ 水電解セル
５５、５５−１、５５−２、５５−１−１、５５−１−２、５５−２−１、５５−２−２、５５−３−１、５５−３−２ 電源部
５６ 計測装置
５７−１〜５７−５ 端子
６０、６０ａ 乾燥装置

Claims (15)

1. 水電解を行い、水蒸気を含む水素と水蒸気を含む酸素とを送出する水電解装置と、
   前記酸素及び前記水素から水蒸気を除去する乾燥装置と
   を具備し、
   前記乾燥装置は、
   前記酸素を陽極側に、前記水素を陰極側にそれぞれ供給され、含有される水蒸気で水電解を行う水電解スタックと、
   前記水電解スタックに電圧を印加し、電流を流す電源部と
   を備える
   水電解システム。
2. 請求項１に記載の水電解システムにおいて、
   前記水電解スタックは、電気的に直列に接続された複数の水電解セルを含み、
   前記電源部は、
   前記複数の水電解セル全体に印加する電圧を増加し、電流を増加させて行き、
   前記複数の水電解セルの全ての電圧が第１閾値電圧以上になった場合、電圧の増加を停止する
   水電解システム。
3. 請求項２に記載の水電解システムにおいて、
   前記電源部は、前記電圧を増加し、電流を増加させて行くとき、前記複数の水電解セルのいずれか一つの電圧が第２閾値電圧以上になった場合、又は、電流が第１閾値電流以上になった場合、前記電圧の増加を停止する
   水電解システム。
4. 請求項１に記載の水電解システムにおいて、
   前記乾燥装置は、
   前記水電解スタックが複数個あり、
   前記複数の水電解スタックが、前記酸素及び前記水素に関して直列及び／又は並列に接続される
   水電解システム。
5. 請求項４に記載の水電解システムにおいて、
   前記乾燥装置は、
   前記複数の水電解スタックの少なくとも一部としての複数の第１水電解スタックが、前記酸素及び前記水素に関して並列に接続され、
   前記複数の第１水電解スタックが、前記電源部に対して直列に接続される
   水電解システム。
6. 請求項５に記載の水電解システムにおいて、
   前記乾燥装置は、
   前記複数の水電解スタックの各々が、電気的に直列に接続された複数の水電解セルを含み、
   前記電源部が、
   前記複数の第１水電解スタック全体に印加する電圧を増加し、電流を増加させて行き、
   前記複数の第１水電解スタック内の前記複数の水電解セルの全ての電圧が第１閾値電圧以上になった場合、電圧の増加を停止する
   水電解システム。
7. 請求項６に記載の水電解システムにおいて、
   前記電源部は、
   前記電圧の増加し、電流を増加させて行くとき、前記複数の水電解セルのいずれか一つの電圧が第２閾値電圧以上になった場合、又は、電流が第１閾値電流以上になった場合、前記電圧の増加を停止する
   水電解システム。
8. 請求項７に記載の水電解システムにおいて、
   前記乾燥装置は、
   前記電源部が複数個あり、
   前記複数の水電解スタックの少なくとも一部としての複数の第２水電解スタックが、前記酸素及び前記水素に関して並列に接続され、
   前記複数の第１水電解スタックと前記複数の第２水電解スタックとは、前記酸素及び前記水素に関して直列に接続され、
   前記複数の第１水電解スタックが、前記複数の電源部の一つとしての第１電源部に対して直列に接続され、
   前記複数の第２水電解スタックが、前記複数の電源部の一つとしての第２電源部に対して直列に接続される
   水電解システム。
9. 請求項８に記載の水電解システムにおいて、
   前記第１電源部は、前記複数の第１水電解スタックについて、前記電圧が前記第１閾値電圧以上の場合、前記電圧が前記第２閾値電圧以上の場合、及び、前記電流が前記第１閾値電流以上の場合のそれぞれにおいて前記電圧の増加を停止し、
   前記第２電源部は、前記複数の第２水電解スタックについて、前記電圧が前記第１閾値電圧以上の場合、前記電圧が前記第２閾値電圧以上の場合、及び、前記電流が前記第１閾値電流以上の場合、のそれぞれにおいて前記電圧の増加を停止する
   水電解システム。
10. 請求項９に記載の水電解システムにおいて、
    前記第１水電解スタックについての前記第１閾値電圧、前記第２閾値電圧及び前記第１閾値電流と、前記第２水電解スタックについての前記第１閾値電圧、前記第２閾値電圧及び前記第１閾値電流とが異なる
    水電解システム
11. 請求項４に記載の水電解システムにおいて、
    前記乾燥装置は、
    前記水電解スタックは、電気的に直列に接続された複数の水電解セルを含み、
    前記複数の水電解スタックの少なくとも一部としての複数の第３水電解スタックが、前記酸素及び前記水素に関して直列に接続され、
    前記電源部は、
    前記複数の水電解セル全体に印加する電圧を増加し、電流を増加させて行き、
    前記複数の第３水電解スタックのうちの前記水電解装置から最も遠いものの前記複数の水電解セルの全ての電圧が第１閾値電圧以上になった場合、電圧の増加を停止する
    水電解システム。
12. 水電解を行い、水蒸気を含む水素と水蒸気を含む酸素とを送出するステップと、
    前記酸素及び前記水素から水蒸気を除去するステップと
    を具備し、
    前記水蒸気を除去するステップは、
    前記酸素を水電解スタックの陽極側に、前記水素を前記水電解スタックの陰極側にそれぞれ供給して、
    前記水電解スタックにより水電解を行うステップを備える
    水電解システムの動作方法。
13. 請求項１２に記載の水電解システムの動作方法において、
    前記水電解スタックは、複数の水電解セルを含み、
    前記水蒸気を除去するステップは、
    前記複数の水電解セルに印加する電圧を増加して行くステップと、
    前記複数の水電解セルの全てが第１閾値電圧以上になった場合、電圧の増加を停止するステップと
    を備える
    水電解システムの動作方法。
14. 請求項１３に記載の水電解システムの動作方法において、
    前記水蒸気を除去するステップは、
    前記電圧を増加して行くとき、複数の水電解セルのいずれか一つの電圧が第２閾値電圧以上になった場合、又は、電流が第１閾値電流以上になった場合、電圧の増加を停止するステップを備える
    水電解システムの動作方法。
15. 請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載の水電解システムの動作方法において、
    前記水蒸気を除去するステップは、
    前記水電解スタックを含み互いに直列に接続された複数の水電解スタックにより前記水電解を行うステップを複数回行う
    水電解システムの動作方法。

Images