JP2019123899A - 水電解システム - Google Patents

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Abstract

【課題】複数の水電解セルの間の温度差を小さくすることによって各水電解セルの性能及び耐久性のばらつきを抑えることができる水電解システムを提供する。【解決手段】水電解システム10は、水電解スタック12、気液分離器48、水供給路50、水導入部22、水導出部24、水排出路52及び循環ポンプ54を備える。水導出部24は、水電解スタック12に設けられた第1水導出部26と第2水導出部28とを有する。水導入部22は、積層方向において第1水導出部26と第2水導出部28との間に位置するとともに複数の水電解セル14のうち積層方向の両端の間に位置する水電解セル14に設けられている。【選択図】図1

Description

本発明は、水を電気分解することにより水素及び酸素を発生させる複数の水電解セルが互いに積層された水電解スタックを備える水電解システムに関する。
この種の水電解システムにおいて、特許文献1には、水電解スタックにおける水電解セルの積層方向の端部に位置するエンドプレートに水を供給する構成が開示されている。
特開2015−113496号公報
ところで、水電解セルは、水の電気分解により発熱する。そのため、水電解スタックの運転時において、複数の水電解セルにおける積層方向の中央部に位置する水電解セル(以下、中央水電解セルという。)が端部に位置する水電解セルよりも高温になり易い。
しかしながら、上述した従来技術では、エンドプレートに水を供給しているため、中央水電解セルを効果的に冷却することができない。従って、複数の水電解セルの間の温度差が大きくなり、各水電解セルの性能及び耐久性にばらつきが発生するおそれがある。
本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、複数の水電解セルの間の温度差を小さくすることによって各水電解セルの性能及び耐久性のばらつきを抑えることができる水電解システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る水電解システムは、水導入部と水導出部とが設けられ水を電気分解することにより水素及び酸素を発生させる複数の水電解セルが互いに積層された水電解スタックと、気液分離器に貯留された水が水供給路を介して前記水導入部から前記水電解スタック内に供給されるとともに前記水電解スタック内の電気分解されなかった未反応の水が前記水導出部から水排出路を介して前記気液分離器に排出されるように水を循環させる循環ポンプと、を備えた水電解システムであって、前記水導出部は、前記水電解セルの積層方向における前記水電解スタックの一端側に設けられた第1水導出部と、前記積層方向における前記水電解スタックの他端側に設けられた第2水導出部と、を有し、前記水導入部は、前記積層方向において前記第1水導出部と前記第2水導出部との間に位置するとともに複数の前記水電解セルのうち前記積層方向の両端の間に位置する前記水電解セルに設けられていることを特徴とする。
このような構成によれば、水導入部から複数の水電解セルにおける積層方向の端部の間に位置する水電解セルに水が導入されるため、中央水電解セルを効果的に冷却することができる。また、各水電解セルの電気分解に伴う熱を受けた電気分解されなかった未反応の水を水電解スタックの積層方向の両端側に位置する第1水導出部及び第2水導出部から導出させることができる。よって、複数の水電解セルの間の温度差を小さくすることができるため、各水電解セルの性能及び耐久性のばらつきを抑えることができる。
上記の水電解システムにおいて、前記水導入部は、複数の前記水電解セルのうち前記積層方向の中央領域に位置する前記水電解セルに設けられていてもよい。
このような構成によれば、複数の水電解セルの間の温度差を一層小さくすることができる。
上記の水電解システムにおいて、各前記水電解セルには、前記水導入部から導入された水を前記積層方向に流通させる水導入連通孔と、電気分解されなかった未反応の水を前記積層方向に流通させて前記第1水導出部及び前記第2水導出部に導く水導出連通孔と、が形成されていてもよい。
このような構成によれば、各水電解セルに水を効率的に流通させることができる。
上記の水電解システムにおいて、前記第1水導出部及び前記第2水導出部のそれぞれは、前記水導入部に対して前記水電解スタックの周方向に180°だけ位相がずれた位置に設けられていてもよい。
このような構成によれば、各水電解セルに水を一層効率的に流通させることができる。
上記の水電解システムにおいて、前記第1水導出部は、複数の前記水電解セルのうち前記積層方向の一端に位置する前記水電解セルに設けられ、前記第2水導出部は、複数の前記水電解セルのうち前記積層方向の他端に位置する前記水電解セルに設けられていてもよい。
このような構成によれば、複数の水電解セルの間の温度差をより一層小さくすることができる。
上記の水電解システムにおいて、前記水排出路の最下部に接続されたドレン流路と、前記ドレン流路を開閉する開閉弁と、を備え、前記水電解スタックは、前記積層方向が鉛直方向に沿うように設置され、前記第2水導出部は、前記第1水導出部及び前記水導入部よりも下方に位置していてもよい。
このような構成によれば、開閉弁を開けることによりドレン流路を介して水電解スタック内の水を水電解システムの外部に排出することができる。これにより、水電解システムの運転停止時に、水電解スタック内の水が凍結して水電解スタックが破損することを抑制することができる。
上記の水電解システムにおいて、前記第2水導出部は、前記気液分離器、前記水供給路及び前記循環ポンプのそれぞれよりも下方に位置していてもよい。
このような構成によれば、開閉弁を開けることによりドレン流路を介して気液分離器、水供給路、循環ポンプ及び水排出路(以下、水循環回路という。)の水を水電解システムの外部に排出することができる。これにより、水電解システムの運転停止時に、水循環回路内の水が凍結して水循環回路を構成する部材が破損することを抑制することができる。
上記の水電解システムにおいて、前記開閉弁は、電磁弁であり、前記気液分離器に空気を供給するための空気供給路と、前記空気供給路に設けられた空気供給装置と、前記水電解システム内の水の凍結を予測する凍結予測部と、前記電磁弁及び前記空気供給装置を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記水電解システムの運転停止処理を行う際に前記凍結予測部によって前記水電解システム内の水が凍結する可能性が有ると予測された場合、前記ドレン流路が開放されるように前記電磁弁を制御し、且つ前記空気供給路を介して前記気液分離器に空気が供給されるように前記空気供給装置を駆動制御してもよい。
このような構成によれば、空気供給装置から供給される空気によってドレン流路を介して水循環回路及び水電解スタック内の水を水電解システムの外部に効率的に排出することができる。また、水電解システムの運転停止処理時間を短縮することができる。
本発明によれば、水導入部から複数の水電解セルのうち積層方向の両端の間に位置する水電解セルに水が導入されるため、複数の水電解セルの間の温度差を小さくすることができ、各水電解セルの性能及び耐久性のばらつきを抑えることができる。
本発明の一実施形態に係る水電解システムの概略構成説明図である。 水電解システムの運転停止時の凍結防止動作を説明するフローチャートである。 前記水電解システムの動作説明図である。
以下、本発明に係る水電解システムについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。なお、図1及び図3において、矢印A1方向は重力方向を示し、矢印A2方向は重力方向とは反対方向を示す。
図1に示すように、本発明の一実施形態に係る水電解システム10は、純水(以下、単に水ともいう。)を電気分解することにより酸素(常圧)及び水素(酸素よりも高圧)を製造する水電解スタック12を備える。
水電解スタック12は、互いに積層された複数の水電解セル14を有する。水電解セル14は、例えば、円板状に形成されている。詳細な図示は省略するが、水電解セル14は、電解質膜・電極構造体と、電解質膜・電極構造体の両側に配設されるアノードセパレータ及びカソードセパレータとを備える。電解質膜・電極構造体は、固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜の両面に設けられるアノード給電体及びカソード給電体とを含む。
水電解スタック12は、水電解セル14の積層方向が鉛直方向(矢印A方向)に沿うように設置されている。水電解スタック12には、直流電源である電解電源16が接続されている。複数の水電解セル14の積層方向の両端には、エンドプレート18a、18bが配設されている。上方のエンドプレート18aには、各水電解セル14のカソード側(高圧水素発生側)に連通する水素導出路20が接続されている。
水電解スタック12には、水導入部22及び水導出部24が設けられている。水導入部22には、水電解スタック12内に水を導入するための水導入口22aが形成されている。水導入口22aは、水電解セル14を積層方向に貫通するように設けられた水導入連通孔25に連通する。水導入連通孔25は、水導入部22の水導入口22aから導かれた水を積層方向に流通させる。水導入連通孔25は、各水電解セル14のアノード入口側(水供給入口側)に連通する。
水導入部22は、複数の水電解セル14のうち積層方向の両端の間(中間)に位置する水電解セル14に設けられている。具体的には、水導入部22は、複数の水電解セル14のうち積層方向の中央領域に位置する水電解セル14に設けられている。中央領域は、例えば、複数の水電解セル14を積層方向に3等分した真ん中の領域をいう。ただし、中央領域は、例えば、複数の水電解セル14を積層方向に1:2:1の比率で3分割した真ん中の領域であってもよい。
水導出部24は、第1水導出部26と第2水導出部28とを有する。第1水導出部26は、複数の水電解セル14のうち積層方向の上端(一端)に位置する水電解セル14(水電解スタック12の上端側)に設けられている。すなわち、第1水導出部26は、水導入部22よりも上方(矢印A2方向)に位置している。第1水導出部26には、水電解スタック12内から電気分解されなかった未反応の水(余剰の水)を導出させるための第1水導出口26aが形成されている。
第2水導出部28は、複数の水電解セル14のうち積層方向の下端(他端)に位置する水電解セル14(水電解スタック12の下端部)に設けられている。すなわち、第2水導出部28は、水導入部22及び第1水導出部26よりも下方(矢印A1方向)に位置している。第2水導出部28には、水電解スタック12内から電気分解されなかった未反応の水(余剰の水)を導出させるための第2水導出口28aが形成されている。
第1水導出部26及び第2水導出部28のそれぞれは、水導入部22に対して水電解スタック12の周方向に180°だけ位相がずれた位置に設けられている。第1水導出口26a及び第2水導出口28aのそれぞれは、水電解セル14を積層方向に貫通するように設けられた水導出連通孔30に連通する。水導出連通孔30は、各水電解セル14のアノード出口側(水及び酸素排出側)に連通し、電気分解されなかった未反応の水を積層方向に流通させて第1水導出部26及び第2水導出部28に導く。
水電解システム10は、純水製造装置32、純水供給路34、水循環回路36、エアブロア38、空気供給路40、空気排出路42、ドレン流路44及び開閉弁46を備える。
純水製造装置32は、市水から純水を製造する。純水供給路34は、純水製造装置32で製造された純水を水循環回路36に導く。水循環回路36は、気液分離器48、水供給路50、水排出路52及び循環ポンプ54を有する。気液分離器48の上部には、純水供給路34が接続されている。気液分離器48は、水を貯留するタンクとして機能する。
水供給路50は、気液分離器48の底部と水導入部22とを互いに接続する。水供給路50は、気液分離器48内に貯留された水を水導入部22に導く。水排出路52は、第1水導出部26及び第2水導出部28のそれぞれと気液分離器48の上部とを互いに接続する。水排出路52は、電気分解されなかった未反応の水と反応により発生した酸素とカソード側からアノード側に透過した水素とが混合した混合流体を気液分離器48内に導く。
水排出路52は、第1水導出部26から延出した第1流路部52aと、第2水導出部28から延出した第2流路部52bと、第1流路部52a及び第2流路部52bのそれぞれが連結した第3流路部52cとを含む。第2流路部52bは、第1流路部52a及び第3流路部52cよりも下方に位置している。換言すれば、第2流路部52bは、水排出路52の最下方に位置している。
循環ポンプ54は、水供給路50に設けられている。循環ポンプ54は、気液分離器48に貯留された水が水供給路50を介して水導入部22から前記水電解スタック12内に供給されるとともに水電解スタック12内の電気分解されなかった未反応の水が水導出部24から水排出路52を介して気液分離器48に排出されるように水を循環させる。
このような水循環回路36において、第2水導出部28は、気液分離器48、水供給路50及び循環ポンプ54のそれぞれよりも下方に位置するとともに水排出路52の最下部(第2流路部52b)に接続されている。
エアブロア38は、空気供給路40を介して気液分離器48内に希釈用の空気を導くための空気供給装置である。空気供給路40及び空気排出路42は、気液分離器48の上部に接続されている。空気排出路42には、気液分離器48内の酸素及び水素がエアブロア38から導かれた空気とともに排出される。
ドレン流路44は、水循環回路36及び水電解スタック12内の水を外部に排出するための流路であって、水排出路52の最下部(第2流路部52b)に接続されている。開閉弁46は、ドレン流路44を開閉する電磁弁として構成されている。
水電解システム10は、水電解システム10の全体の運転制御を行うコントローラ55を備える。コントローラ55は、マイクロコンピュータを含む計算機であり、CPU(中央処理装置)、メモリであるROM、RAM、等を有しており、CPUがROMに記憶されているプログラムを読み出し実行することで各種機能実現部(機能実現手段)として機能する。なお、各種機能実現部は、ハードウエアとしての機能実現器により構成することもできる。
コントローラ55には、システム環境温度を検出する温度検出部56(温度センサ)からの出力信号が入力される。温度検出部56は、例えば、水供給路50内の水の温度を検出する。ただし、温度検出部56は、気液分離器48内に貯留している水の温度を検出してもよい。
コントローラ55は、制御部58、凍結予測部60及び排水判定部62を備える。制御部58は、循環ポンプ54の駆動及び停止を制御し、エアブロア38の駆動及び停止を制御し、開閉弁46の開閉動作を制御する。凍結予測部60は、温度検出部56から検出された温度に基づいて水電解システム10内の水が凍結する可能性が有るか否かを予測する。排水判定部62は、水循環回路36及び水電解スタック12内の全ての水が排水されたか否かを判定する。
このように構成される水電解システム10は、以下のように動作する。
循環ポンプ54の作用下に、気液分離器48内の純水が水供給路50を介して水導入部22(積層方向の略中央に位置する水電解セル14内)に供給される。水導入部22に供給された純水は、水導入連通孔25に流入して上方及び下方(積層方向)に流通して各水電解セル14のアノード入口側に分配される。
その際、水電解スタック12には、電気的に接続されている電解電源16を介して電圧が印加される。このため、各水電解セル14では、アノード側で純水が電気分解され、水素イオン、電子及び酸素が生成される。従って、カソード側では、水素イオンが電子と結合して水素が得られ、この水素は、水素導出路20に取り出され、ドライ水素(製品水素)となって、図示しない燃料電池電気自動車等に供給される。
一方、アノード出口側では、反応により生成した酸素、電気分解されなかった未反応の水、さらに透過した水素が流動しており、これらの混合流体は、水導出連通孔30に導出されて上方及び下方(積層方向)に流通する。水導出連通孔30を上方に流通した混合流体は、第1水導出部26を介して第1流路に導かれる。水導出連通孔30を下方に流通した混合流体は、第2水導出部28を介して第2流路部52bに導かれる。
第1流路部52aの混合流体と第2流路部52bの混合流体とは、第3流路部52cで合流して気液分離器48の上部に導かれて液体(水)と気体(酸素及び水素)に分離される。なお、この際、開閉弁46は、ドレン流路44を閉塞している。
混合流体から分離された水は、気液分離器48内に貯留されて循環ポンプ54の作用によって水供給路50に導かれる。混合流体から分離された酸素及び水素は、エアブロア38の作用によって空気排出路42から外部に排出される。
次いで、水電解システム10の運転停止時の凍結防止の動作について図2に示すフローチャートに沿って以下に説明する。
ステップS1において、コントローラ55が水電解スタック12の運転停止の信号を受信する。そうすると、コントローラ55は、水電解スタック12への電圧の印加を停止する。また、ステップS2において、凍結予測部60は、水電解システム10内の水が凍結する可能性があるか否かを判定する。具体的には、凍結予測部60は、温度検出部56によって検出された温度(検出温度)が所定温度(例えば、4℃)未満である場合に凍結の可能性が有ると判定し、検出温度が所定温度以上である場合に凍結の可能性は無いと判定する。
水電解システム10内の水が凍結する可能性は無いと凍結予測部60が判断した場合(ステップS3:NO)には、今回の水電解システム10の運転停止処理を終了する。水電解システム10内の水が凍結する可能性が有ると凍結予測部60が判断した場合(ステップS3:YES)には、制御部58は、開閉弁46を開け(ステップS4)、エアブロア38を駆動させる(ステップS5)。これにより、水循環回路36及び水電解スタック12内に存在している水は、エアブロア38から導かれた空気によって、ドレン流路44を介して外部に排出される。
その後、ステップS6において、排水判定部62は、水循環回路36及び水電解スタック12内の全ての水が排出されたか否かを判定する。具体的には、排水判定部62は、例えば、ドレン流路44に図示しない流量計を設けておき、この流量計によって検出された水の流量がゼロになった際に全ての水が排出されたと判定する。ただし、排水判定部62は、排水処理を開始してから(ステップS4及びステップS5の処理を開始してから)、所定時間を経過した時に全ての水が排出されたと判定してもよい。
全ての水が排出されていないと排水判定部62が判定した場合(ステップS6:NO)には、ステップS6の処理を繰り返し行う。全ての水が排出されたと排水判定部62が判定した場合(ステップS6:YES)、制御部58は、開閉弁46を閉じ(ステップS7)、エアブロア38の駆動を停止させる(ステップS8)。その後、今回の水電解システム10の運転停止処理を終了する。
この場合、本実施形態に係る水電解システム10は、以下の効果を奏する。
第1水導出部26は、水電解スタック12における水電解セル14の積層方向の一端側(上端側)に設けられている。第2水導出部28は、水電解スタック12における水電解セル14の積層方向の他端側(下端側)に設けられている。水導入部22は、積層方向において第1水導出部26と第2水導出部28との間に位置するとともに複数の水電解セル14のうち積層方向の両端の間に位置する水電解セル14に設けられている。
これにより、水導入部22から複数の水電解セル14における積層方向の両端の間に位置する水電解セル14に水が導入されるため、複数の水電解セル14のうち積層方向の中央に位置する水電解セル14(中央水電解セル14)を効果的に冷却することができる。また、各水電解セル14の電気分解に伴う熱を受けた電気分解されなかった未反応の水を水電解スタック12の積層方向の両端側に位置する第1水導出部26及び第2水導出部28から導出させることができる。
よって、複数の水電解セル14の間の温度差を小さくすることができるため、各水電解セル14の性能及び耐久性のばらつきを抑えることができる。
水導入部22は、複数の水電解セル14のうち積層方向の略中央に位置する水電解セル14に設けられている。そのため、複数の水電解セル14の間の温度差を一層小さくすることができる。
各水電解セル14には、水導入部22から導入された水を積層方向に流通させる水導入連通孔25と、電気分解されなかった未反応の水を積層方向に流通させて第1水導出部26及び第2水導出部28に導く水導出連通孔30とが形成されている。これにより、各水電解セル14に水を効率的に流通させることができる。
第1水導出部26及び第2水導出部28のそれぞれは、水導入部22に対して水電解スタック12の周方向に180°だけ位相がずれた位置に設けられている、これにより、各水電解セル14に水を一層効率的に流通させることができる。
第1水導出部26は、複数の水電解セル14のうち積層方向の一端(上端)に位置する水電解セル14に設けられ、第2水導出部28は、複数の水電解セル14のうち積層方向の他端(下端)に位置する水電解セル14に設けられている。これにより、複数の水電解セル14の間の温度差をより一層小さくすることができる。
水電解システム10は、水排出路52の最下部(第2流路部52b)に接続されたドレン流路44と、ドレン流路44を開閉する開閉弁46とを備える。水電解スタック12は、積層方向が鉛直方向(重力方向)に沿うように設置され、第2水導出部28は、第1水導出部26及び水導入部22よりも下方に位置している。
この場合、開閉弁46を開けることによりドレン流路44を介して水電解スタック12内の水を水電解システム10の外部に排出することができる。これにより、水電解システム10の運転停止時に、水電解スタック12内の水が凍結して水電解スタック12が破損することを抑制することができる。
第2水導出部28は、気液分離器48、水供給路50及び循環ポンプ54のそれぞれよりも下方に位置している。この構成によれば、開閉弁46を開けることにより、ドレン流路44を介して気液分離器48、水供給路50、循環ポンプ54及び水排出路52の水(水循環回路36内の水)を水電解システム10の外部に排出することができる。これにより、水電解システム10の運転停止時に、水循環回路36内の水が凍結して水循環回路36を構成する部材が破損することを抑制することができる。
制御部58は、水電解システム10の運転停止処理を行う際に凍結予測部60によって水電解システム10内の水が凍結する可能性が有ると予測された場合、ドレン流路44が開放されるように電磁弁である開閉弁46を制御し、且つ空気供給路40から気液分離器48に空気が供給されるようにエアブロア38を駆動制御する。
これにより、エアブロア38から供給される空気によってドレン流路44を介して水循環回路36及び水電解スタック12内の水を水電解システム10の外部に効率的に排出することができる。また、水電解システム10の運転停止処理時間を短縮することができる。
本発明は、上述した構成に限定されない。第1水導出部26は、上方のエンドプレート18aに設けられていてもよい。第2水導出部28は、下方のエンドプレート18bに設けられていてもよい。第1水導出部26と第2水導出部28とは、水電解セル14の周方向に互いに位相がずれて位置していてもよい。開閉弁46は、電磁弁でなく手動弁であってもよい。水導入部22は、複数の水電解セル14のうち積層方向の中央から上方又は下方にずれた位置にある水電解セル14に設けられていてもよい。つまり、水導入部22は、複数の水電解セル14のうち積層方向の両端以外の水電解セル14に設けられていればよい。
本発明に係る水電解システムは、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
10…水電解システム 12…水電解スタック
14…水電解セル 22…水導入部
24…水導出部 26…第1水導出部
28…第2水導出部 36…水循環回路
38…エアブロア(空気供給装置) 44…ドレン流路
46…開閉弁(電磁弁) 48…気液分離器
50…水供給路 52…水排出路
54…循環ポンプ 58…制御部
60…凍結予測部

Claims (8)

  1. 水導入部と水導出部とが設けられ水を電気分解することにより水素及び酸素を発生させる複数の水電解セルが互いに積層された水電解スタックと、気液分離器に貯留された水が水供給路を介して前記水導入部から前記水電解スタック内に供給されるとともに前記水電解スタック内の電気分解されなかった未反応の水が前記水導出部から水排出路を介して前記気液分離器に排出されるように水を循環させる循環ポンプと、を備えた水電解システムであって、
    前記水導出部は、
    前記水電解セルの積層方向における前記水電解スタックの一端側に設けられた第1水導出部と、
    前記積層方向における前記水電解スタックの他端側に設けられた第2水導出部と、を有し、
    前記水導入部は、前記積層方向において前記第1水導出部と前記第2水導出部との間に位置するとともに複数の前記水電解セルのうち前記積層方向の両端の間に位置する前記水電解セルに設けられている、
    ことを特徴とする水電解システム。
  2. 請求項1記載の水電解システムにおいて、
    前記水導入部は、複数の前記水電解セルのうち前記積層方向の中央領域に位置する前記水電解セルに設けられている、
    ことを特徴とする水電解システム。
  3. 請求項1又は2に記載の水電解システムにおいて、
    各前記水電解セルには、
    前記水導入部から導入された水を前記積層方向に流通させる水導入連通孔と、
    電気分解されなかった未反応の水を前記積層方向に流通させて前記第1水導出部及び前記第2水導出部に導く水導出連通孔と、が形成されている、
    ことを特徴とする水電解システム。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の水電解システムにおいて、
    前記第1水導出部及び前記第2水導出部のそれぞれは、前記水導入部に対して前記水電解スタックの周方向に180°だけ位相がずれた位置に設けられている、
    ことを特徴とする水電解システム。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の水電解システムにおいて、
    前記第1水導出部は、複数の前記水電解セルのうち前記積層方向の一端に位置する前記水電解セルに設けられ、
    前記第2水導出部は、複数の前記水電解セルのうち前記積層方向の他端に位置する前記水電解セルに設けられている、
    ことを特徴とする水電解システム。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の水電解システムにおいて、
    前記水排出路の最下部に接続されたドレン流路と、
    前記ドレン流路を開閉する開閉弁と、を備え、
    前記水電解スタックは、前記積層方向が鉛直方向に沿うように設置され、
    前記第2水導出部は、前記第1水導出部及び前記水導入部よりも下方に位置している、
    ことを特徴とする水電解システム。
  7. 請求項6記載の水電解システムにおいて、
    前記第2水導出部は、前記気液分離器、前記水供給路及び前記循環ポンプのそれぞれよりも下方に位置している、
    ことを特徴とする水電解システム。
  8. 請求項6又は7に記載の水電解システムにおいて、
    前記開閉弁は、電磁弁であり、
    前記気液分離器に空気を供給するための空気供給路と、
    前記空気供給路に設けられた空気供給装置と、
    前記水電解システム内の水の凍結を予測する凍結予測部と、
    前記電磁弁及び前記空気供給装置を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記水電解システムの運転停止処理を行う際に前記凍結予測部によって前記水電解システム内の水が凍結する可能性が有ると予測された場合、前記ドレン流路が開放されるように前記電磁弁を制御し、且つ前記空気供給路を介して前記気液分離器に空気が供給されるように前記空気供給装置を駆動制御する、
    ことを特徴とする水電解システム。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11661663B2 (en) 2020-06-22 2023-05-30 Hyundai Motor Company Water electrolysis system

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108531930B (zh) * 2017-03-06 2020-02-04 林信涌 气体产生器
EP4006207A1 (de) * 2020-11-25 2022-06-01 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Verfahren zum betreiben einer elektrolysevorrichtung und elektrolysevorrichtung
CN113046766B (zh) * 2021-02-04 2022-03-29 海伟环境科技有限公司 一种电解/电晕法复合制备臭氧的装置
KR20230046117A (ko) * 2021-09-29 2023-04-05 현대자동차주식회사 전기 화학 시스템

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH032650B2 (ja) * 1986-10-15 1991-01-16 Fukubi Kagaku Kogyo Kk
JP2015113496A (ja) * 2013-12-12 2015-06-22 本田技研工業株式会社 水電解システム及びその凍結防止方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6458257B1 (en) * 1999-02-09 2002-10-01 Lynntech International Ltd Microorganism control of point-of-use potable water sources
US8142943B2 (en) * 2005-11-16 2012-03-27 Bloom Energy Corporation Solid oxide fuel cell column temperature equalization by internal reforming and fuel cascading
US20090288947A1 (en) * 2008-05-22 2009-11-26 Ostgaard John T Hydrogen generator system
US8894829B2 (en) * 2009-12-21 2014-11-25 Honda Motor Co., Ltd. Water electrolysis apparatus
EP2551380A4 (en) * 2010-03-23 2013-08-28 Honda Motor Co Ltd ELECTROCHEMICAL DEVICE
JP5232271B2 (ja) * 2010-09-24 2013-07-10 本田技研工業株式会社 高圧水電解装置
JP5437968B2 (ja) * 2010-10-14 2014-03-12 本田技研工業株式会社 水電解システム
JP5341862B2 (ja) * 2010-10-28 2013-11-13 本田技研工業株式会社 水電解システム
CN102965686A (zh) * 2011-08-31 2013-03-13 本田技研工业株式会社 水电解系统及其运行方法
JP5715997B2 (ja) * 2012-10-12 2015-05-13 本田技研工業株式会社 高圧水電解システム及びその起動方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH032650B2 (ja) * 1986-10-15 1991-01-16 Fukubi Kagaku Kogyo Kk
JP2015113496A (ja) * 2013-12-12 2015-06-22 本田技研工業株式会社 水電解システム及びその凍結防止方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11661663B2 (en) 2020-06-22 2023-05-30 Hyundai Motor Company Water electrolysis system

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