JP2020172405A - 水素生成システムとその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】並列に接続された複数台の電気化学デバイスを用いて水素純度が高い水素含有ガスを生成する水素生成システムにおいて、水素生成動作開始直後の水素純度の低下を抑制する。【解決手段】３台の電気化学デバイス１ａ，１ｂ，１ｃが水素生成動作をしている状態において、水素生成動作を終了させる電気化学デバイス１ａに対して、水素含有ガス経路開閉弁５６ａとカソードガス排出経路開閉弁５８ａとは開状態を維持させたままで、アノードガス排出経路開閉弁５７ａを閉状態とし、電源４０から電気化学デバイス１に水素生成動作時とは逆方向に電流を第１時間（１０分間）流すことで、カソード１３からアノード１２へ移動する精製水素ガスを利用して、アノード１２に滞留する水素含有ガスを、共用水素含有ガス経路５１に排出してから、電流を停止するとともに、水素含有ガス経路開閉弁５６ａとカソードガス排出経路開閉弁５８ａとを閉塞する。【選択図】図１

Description

本発明は、電気化学デバイスを用いて、水素含有ガスから純度の高い水素を生成する水素生成システムに関するものである。

水素生成システムは、水素含有ガスから電気化学反応を利用して、純度の高い水素を生成するシステムである。この水素生成システムは、例えば、水素イオン透過性の電解質膜をアノードとカソードとの間に有する電解質膜−電極接合体を、一対のセパレータによって挟持した電気化学デバイスを備えている（例えば、特許文献１参照）。

アノードに加湿された水素含有ガスを供給して、アノードから電解質膜を介してカソードの方向に電流を流すことで、アノードでは、（化１）に示す水素が水素イオンと電子に解離する酸化反応が起こり、カソードでは、（化２）に示す水素イオンと電子から水素が生成される還元反応が起こる。

以上の反応により、水素生成システムの電気化学デバイスは、アノードに供給された水素含有ガスから、カソードにおいて水素を生成することができる。

このような電気化学デバイスに供給される水素含有ガスは、例えば、燃料改質器によって、都市ガスやプロパンガスなどの炭化水素系の原料を水蒸気改質や部分酸化改質、またはオートサーマル改質して生成される。ここで生成された水素含有ガスには、水素の他に窒素や二酸化炭素、メタン、水分などの不純物が含まれており、水素純度が低くなっている。

特表２０１６−５３０１８８号公報

しかしながら、前記従来の構成では、電気化学デバイスが、水素生成動作を行なっていない間に、アノードとカソードとにそれぞれ滞留する水素含有ガスを構成する各成分ガスが、電解質膜両側の各成分ガスの分圧の差によって、電解質膜を透過する。このとき、アノードに滞留する水素含有ガスに含まれる成分のうち、カソードよりも分圧の高い二酸化炭素やメタンが電解質膜を透過し、カソードへ移動する。

この現象は、並列に接続された複数台の電気化学デバイスを備えた水素生成システムにおいても同様に発生する。このため、並列に接続された複数台の電気化学デバイスを備え
た水素生成システムにおいて、カソードへ移動した二酸化炭素やメタンが次回の水素生成動作開始直後に水素とともに排出される。これにより、次回の水素生成動作開始直後はカソードから水素純度が低い水素含有ガスが排出されるという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、並列に接続された複数台の電気化学デバイスを用いて水素純度が高い精製水素ガスを生成する水素生成システムにおける、水素生成動作終了後の待機状態の電気化学デバイスにおいて、カソードに滞留する精製水素ガスの水素純度が低下していくのを抑制して、次回の電気化学デバイスの水素生成動作開始直後から高純度の精製水素ガスをカソードから排出することができる水素生成システムとその運転方法を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明は、アノードとカソードとの間に電解質膜を有し、アノードに水素含有ガスを供給するとともに、アノードから電解質膜を介してカソードに電流を流すことで、カソードにおいて精製水素ガスを生成する複数の電気化学デバイスと、水素含有ガスを共用水素含有ガス経路に供給するガス供給手段と、複数の電気化学デバイスのそれぞれに個別に設けられ、アノードとカソードとの間に電流を流す複数の電源と、共用水素含有ガス経路の水素含有ガスを、複数の電気化学デバイスのアノードに分配する複数の水素含有ガス経路と、複数の電気化学デバイスのそれぞれのアノードに個別に設けられ、アノードから未利用の水素含有ガスを排出する複数のアノードガス排出経路と、複数の電気化学デバイスのそれぞれのカソードに個別に設けられ、カソードにおいて生成した精製水素ガスを共用カソードガス排出経路に排出する複数のカソードガス排出経路と、複数の水素含有ガス経路のそれぞれに個別に、水素含有ガス経路を開閉可能に設けられ、対応する電気化学デバイスが水素生成動作をしているときに開放している複数の水素含有ガス経路開閉弁と、複数のアノードガス排出経路のそれぞれに個別に、アノードガス排出経路を開閉可能に設けられ、対応する電気化学デバイスが水素生成動作をしているときに開放している複数のアノードガス排出経路開閉弁と、複数のカソードガス排出経路のそれぞれに個別に、カソードガス排出経路を開閉可能に設けられ、対応する電気化学デバイスが水素生成動作をしているときに開放している複数のカソードガス排出経路開閉弁と、制御器と、を水素生成システムに備えている。

そして、制御器が、少なくとも１台の電気化学デバイスの水素生成動作を終了させる場合は、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスに対応する電源に対してアノードから電解質膜を介してカソードに流す電流を止めさせるとともに、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスに対応するアノードガス排出経路開閉弁を閉塞させ、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスのカソードから電解質膜を介してアノードに透過する精製水素ガスによって、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスのアノードに滞留する水素含有ガスを共用水素含有ガス経路に排出してから、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスに対応する水素含有ガス経路開閉弁およびカソードガス排出経路開閉弁を閉塞させることを特徴とするものである。

この水素生成システムは、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスにおいて、アノードガス排出経路開閉弁を閉塞させて、カソードの精製水素ガスを、電解質膜を介してアノードに移動させて、アノードに滞留する水素含有ガスを共用水素含有ガス経路に排出してから、水素含有ガス経路開閉弁およびカソードガス排出経路開閉弁を閉塞するので、次回の水素生成動作開始まで、アノードに滞留するガスを、カソードと同じ精製水素ガスにすることができる。

その結果、アノードとカソードとにそれぞれ滞留する水素含有ガスを構成する各成分ガスが、電解質膜両側の各成分ガスの分圧の差によって、電解質膜を透過する現象は起こら
ないので、水素生成動作終了後の待機状態の電気化学デバイスにおいて、カソードに滞留する精製水素ガスの水素純度が低下していくのを抑制して、次回の電気化学デバイスの水素生成動作開始直後から高純度の精製水素ガスをカソードから排出することができる。

また、同課題を解決するために、別の本発明は、アノードとカソードとの間に電解質膜を有し、アノードに水素含有ガスを供給するとともに、アノードから電解質膜を介してカソードに電流を流すことで、カソードにおいて精製水素ガスを生成する複数の電気化学デバイスと、水素含有ガスを共用水素含有ガス経路に供給するガス供給手段と、複数の電気化学デバイスのそれぞれに個別に設けられ、アノードとカソードとの間に電流を流す複数の電源と、共用水素含有ガス経路の水素含有ガスを、複数の電気化学デバイスのアノードに分配する複数の水素含有ガス経路と、複数の電気化学デバイスのそれぞれのアノードに個別に設けられ、アノードから未利用の水素含有ガスを排出する複数のアノードガス排出経路と、複数の電気化学デバイスのそれぞれのカソードに個別に設けられ、カソードにおいて生成した精製水素ガスを共用カソードガス排出経路に排出する複数のカソードガス排出経路と、複数の水素含有ガス経路のそれぞれに個別に、水素含有ガス経路を開閉可能に設けられ、対応する電気化学デバイスが水素生成動作をしているときに開放している複数の水素含有ガス経路開閉弁と、複数のアノードガス排出経路のそれぞれに個別に、アノードガス排出経路を開閉可能に設けられ、対応する電気化学デバイスが水素生成動作をしているときに開放している複数のアノードガス排出経路開閉弁と、複数のカソードガス排出経路のそれぞれに個別に、カソードガス排出経路を開閉可能に設けられ、対応する電気化学デバイスが水素生成動作をしているときに開放している複数のカソードガス排出経路開閉弁と、複数の電気化学デバイスのそれぞれに個別に設けられ、対応するアノードガス排出経路におけるアノードガス排出経路開閉弁とアノードとの間の経路と、対応するカソードガス排出経路におけるカソードガス排出経路開閉弁とカソードとの間の経路を連通させる複数の還流経路と、複数の還流経路のそれぞれに個別に、還流経路を開閉可能に設けられ、対応する電気化学デバイスが水素生成動作をしているときに閉塞している複数の還流経路開閉弁と、制御器と、を水素生成システムに備えている。

そして、制御器が、少なくとも１台の電気化学デバイスの水素生成動作を終了させる場合は、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスに対応する電源に対してアノードから電解質膜を介してカソードに流す電流を止めさせるとともに、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスに対応するアノードガス排出経路開閉弁を閉塞させた後に、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスに対応する還流経路開閉弁を開放させ、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスの還流経路とアノードガス排出経路を通ってアノードに逆流する精製水素ガスによって、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスのアノードに滞留する水素含有ガスを共用水素含有ガス経路に排出してから、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスに対応する還流経路開閉弁、水素含有ガス経路開閉弁およびカソードガス排出経路開閉弁を閉塞させることを特徴とするものである。

この水素生成システムは、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスにおいて、アノードガス排出経路開閉弁を閉塞させた後に、還流経路開閉弁を開放させることによって、カソードの精製水素ガスを、還流経路とアノードガス排出経路経由でアノードに逆流させて、アノードに滞留する水素含有ガスを共用水素含有ガス経路に排出してから、還流経路開閉弁、水素含有ガス経路開閉弁およびカソードガス排出経路開閉弁を閉塞するので、次回の水素生成動作開始まで、アノードに滞留するガスを、カソードと同じ精製水素ガスにすることができる。

その結果、アノードとカソードとにそれぞれ滞留する水素含有ガスを構成する各成分ガスが、電解質膜両側の各成分ガスの分圧の差によって、電解質膜を透過する現象は起こらないので、水素生成動作終了後の待機状態の電気化学デバイスにおいて、カソードに滞留
する精製水素ガスの水素純度が低下していくのを抑制して、次回の電気化学デバイスの水素生成動作開始直後から高純度の精製水素ガスをカソードから排出することができる。

本発明は、電気化学デバイスの水素生成動作を終了させるときに、カソードの精製水素ガスを使って、アノードに滞留する水素含有ガスを、共用水素含有ガス経路に排出してから、水素含有ガス経路開閉弁およびカソードガス排出経路開閉弁を閉塞するので、水素生成動作終了後の待機状態の電気化学デバイスにおいて、カソードに滞留する精製水素ガスの水素純度が低下していくのを抑制して、次回の電気化学デバイスの水素生成動作開始直後から高純度の精製水素ガスをカソードから排出することができる。

また、共用水素含有ガス経路に排出された水素含有ガスと、カソードからアノードに流した精製水素ガスとは、次回の水素生成または水素生成動作中の他の電気化学デバイスの水素生成に用いることができるので、アノードから排出した水素含有ガスと、アノードから水素含有ガスを排出するために用いた精製水素ガスとを無駄なく再利用できる。そのため、信頼性が高く高効率な水素生成システムを提供することができる。

本発明の実施の形態１における水素生成システムの概略構成図 本発明の実施の形態１における水素生成システムの動作を示すフローチャート 本発明の実施の形態２における水素生成システムの概略構成図 本発明の実施の形態２における水素生成システムの動作を示すフローチャート

第１の発明は、アノードとカソードとの間に電解質膜を有し、アノードに水素含有ガスを供給するとともに、アノードから電解質膜を介してカソードに電流を流すことで、カソードにおいて精製水素ガスを生成する複数の電気化学デバイスと、水素含有ガスを共用水素含有ガス経路に供給するガス供給手段と、複数の電気化学デバイスのそれぞれに個別に設けられ、アノードとカソードとの間に電流を流す複数の電源と、共用水素含有ガス経路の水素含有ガスを、複数の電気化学デバイスのアノードに分配する複数の水素含有ガス経路と、複数の電気化学デバイスのそれぞれのアノードに個別に設けられ、アノードから未利用の水素含有ガスを排出する複数のアノードガス排出経路と、複数の電気化学デバイスのそれぞれのカソードに個別に設けられ、カソードにおいて生成した精製水素ガスを共用カソードガス排出経路に排出する複数のカソードガス排出経路と、複数の水素含有ガス経路のそれぞれに個別に、水素含有ガス経路を開閉可能に設けられ、対応する電気化学デバイスが水素生成動作をしているときに開放している複数の水素含有ガス経路開閉弁と、複数のアノードガス排出経路のそれぞれに個別に、アノードガス排出経路を開閉可能に設けられ、対応する電気化学デバイスが水素生成動作をしているときに開放している複数のアノードガス排出経路開閉弁と、複数のカソードガス排出経路のそれぞれに個別に、カソードガス排出経路を開閉可能に設けられ、対応する電気化学デバイスが水素生成動作をしているときに開放している複数のカソードガス排出経路開閉弁と、制御器と、を備え、制御器が、少なくとも１台の電気化学デバイスの水素生成動作を終了させる場合は、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスに対応する電源に対してアノードから電解質膜を介してカソードに流す電流を止めさせるとともに、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスに対応するアノードガス排出経路開閉弁を閉塞させ、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスのカソードから電解質膜を介してアノードに透過する精製水素ガスによって、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスのアノードに滞留する水素含有ガスを共用水素含有ガス経路に排出してから、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスに対応する
水素含有ガス経路開閉弁およびカソードガス排出経路開閉弁を閉塞させることを特徴とする水素生成システムである。

この水素生成システムは、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスにおいて、アノードガス排出経路開閉弁を閉塞させて、カソードの精製水素ガスを、電解質膜を介してアノードに移動させて、アノードに滞留する水素含有ガスを共用水素含有ガス経路に排出してから、水素含有ガス経路開閉弁およびカソードガス排出経路開閉弁を閉塞するので、電気化学デバイスの内部と、アノードガス排出経路開閉弁、水素含有ガス経路開閉弁およびカソードガス排出経路開閉弁の各開閉弁と電気化学デバイスとの間の経路内は、精製水素ガスで満たされた状態で、密封される。

その結果、次回の水素生成動作開始まで、アノードに滞留するガスを、カソードと同じ精製水素ガスにでき、アノードとカソードとにそれぞれ滞留する水素含有ガスを構成する各成分ガスが、電解質膜両側の各成分ガスの分圧の差によって、電解質膜を透過する現象は起こらない。

したがって、水素生成動作終了後の待機状態の電気化学デバイスにおいて、カソードに滞留する精製水素ガスの水素純度が低下していくのを抑制して、次回の電気化学デバイスの水素生成動作開始直後から高純度の精製水素ガスをカソードから排出することができることになる。

また、共用水素含有ガス経路に排出された水素含有ガスとアノードに移動させた精製水素ガスとは、次回の水素生成または水素生成動作中の他の電気化学デバイスの水素生成に用いることができるので、アノードから排出した水素含有ガスと、アノードから水素含有ガスを排出するために用いた精製水素ガスとを無駄なく再利用できる。

なお、カソードの精製水素ガスを、電解質膜を介してアノードに移動させる方法としては、水素生成動作を行わせる電流を停止すると、カソードの精製水素ガスが、アノードとカソードの圧力差によって、電解質膜を透過してアノードに移動する現象を利用できる。

また、水素生成動作を行わせる電流を停止して、水素生成動作時とは逆方向の電流を流せば、電解質膜のガス透過の特性に頼らずに、確実に、精製水素ガスをカソードからアノードへ移動させることができ、逆方向の電流を流さない場合よりも、精製水素ガスのカソードからアノードへ移動する流量を多くでき、逆方向の電流の大きさを調節することによって、精製水素ガスのカソードからアノードへ移動する流量を調節できる。

また、カソードガス排出経路開閉弁は、アノードに滞留する水素含有ガスを共用水素含有ガス経路に排出してから、閉塞するので、カソードガス排出経路におけるカソードガス排出経路開閉弁よりも下流側の精製水素ガスと、水素生成動作を行っている他の電気化学デバイスのカソードにおいて生成された精製水素ガスの両方の精製水素ガスを、カソードの精製水素ガスをアノードに移動させるのに利用できる。

第２の発明は、特に、第１の発明の水素生成システムにおいて、制御器が、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスにおいて、精製水素ガスによって、アノードに滞留する水素含有ガスを共用水素含有ガス経路に排出するときに、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスに対応する電源に対してカソードから電解質膜を介してアノードに電流を流させ、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスに対応する水素含有ガス経路開閉弁およびカソードガス排出経路開閉弁を閉塞させるときに、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスに対応する電源に対して電流を流すのを止めさせることを特徴とするものである。

これによって、新規なデバイスや経路を追加することなく、水素生成動作時とは逆方向の電流を流すことにより、確実に、精製水素ガスをカソードからアノードへ移動させることができる。

また、逆方向の電流の大きさを調節することによって、精製水素ガスのカソードからアノードへ移動する流量を調節できる。また、新規なデバイスや経路を追加する必要が無いので、水素生成システムの大型化、高コスト化を防ぐことが可能となる。

第３の発明は、アノードとカソードとの間に電解質膜を有し、アノードに水素含有ガスを供給するとともに、アノードから電解質膜を介してカソードに電流を流すことで、カソードにおいて精製水素ガスを生成する複数の電気化学デバイスと、水素含有ガスを共用水素含有ガス経路に供給するガス供給手段と、複数の電気化学デバイスのそれぞれに個別に設けられ、アノードとカソードとの間に電流を流す複数の電源と、共用水素含有ガス経路の水素含有ガスを、複数の電気化学デバイスのアノードに分配する複数の水素含有ガス経路と、複数の電気化学デバイスのそれぞれのアノードに個別に設けられ、アノードから未利用の水素含有ガスを排出する複数のアノードガス排出経路と、複数の電気化学デバイスのそれぞれのカソードに個別に設けられ、カソードにおいて生成した精製水素ガスを共用カソードガス排出経路に排出する複数のカソードガス排出経路と、複数の水素含有ガス経路のそれぞれに個別に、水素含有ガス経路を開閉可能に設けられ、対応する電気化学デバイスが水素生成動作をしているときに開放している複数の水素含有ガス経路開閉弁と、複数のアノードガス排出経路のそれぞれに個別に、アノードガス排出経路を開閉可能に設けられ、対応する電気化学デバイスが水素生成動作をしているときに開放している複数のアノードガス排出経路開閉弁と、複数のカソードガス排出経路のそれぞれに個別に、カソードガス排出経路を開閉可能に設けられ、対応する電気化学デバイスが水素生成動作をしているときに開放している複数のカソードガス排出経路開閉弁と、複数の電気化学デバイスのそれぞれに個別に設けられ、対応するアノードガス排出経路におけるアノードガス排出経路開閉弁とアノードとの間の経路と、対応するカソードガス排出経路におけるカソードガス排出経路開閉弁とカソードとの間の経路を連通させる複数の還流経路と、複数の還流経路のそれぞれに個別に、還流経路を開閉可能に設けられ、対応する電気化学デバイスが水素生成動作をしているときに閉塞している複数の還流経路開閉弁と、制御器とを備え、制御器が、少なくとも１台の電気化学デバイスの水素生成動作を終了させる場合は、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスに対応する電源に対してアノードから電解質膜を介してカソードに電流を流すのを止めさせるとともに、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスに対応するアノードガス排出経路開閉弁を閉塞させた後に、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスに対応する還流経路開閉弁を開放させ、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスの還流経路とアノードガス排出経路を通ってアノードに逆流する精製水素ガスによって、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスのアノードに滞留する水素含有ガスを共用水素含有ガス経路に排出してから、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスに対応する還流経路開閉弁、水素含有ガス経路開閉弁およびカソードガス排出経路開閉弁を閉塞させることを特徴とする水素生成システムである。

この水素生成システムは、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスにおいて、アノードガス排出経路開閉弁を閉塞させた後に、還流経路開閉弁を開放させることによって、カソードの精製水素ガスを、還流経路を利用して、アノードガス排出経路からアノードに流入させることができる。

そして、アノードガス排出経路からアノードに流入するカソードの精製水素ガスによって、アノードに滞留する水素含有ガスを共用水素含有ガス経路に排出してから、還流経路開閉弁、水素含有ガス経路開閉弁およびカソードガス排出経路開閉弁を閉塞するので、
電気化学デバイスの内部と、アノードガス排出経路開閉弁、還流経路開閉弁、水素含有ガス経路開閉弁およびカソードガス排出経路開閉弁の各開閉弁と電気化学デバイスとの間の経路内は、精製水素ガスで満たされた状態で、密封される。

その結果、次回の水素生成動作開始まで、アノードに滞留するガスを、カソードと同じ精製水素ガスにでき、アノードとカソードとにそれぞれ滞留する水素含有ガスを構成する各成分ガスが、電解質膜両側の各成分ガスの分圧の差によって、電解質膜を透過する現象は起こらない。

したがって、水素生成動作終了後の待機状態の電気化学デバイスにおいて、カソードに滞留する精製水素ガスの水素純度が低下していくのを抑制して、次回の電気化学デバイスの水素生成動作開始直後から高純度の精製水素ガスをカソードから排出することができることになる。

また、共用水素含有ガス経路に排出された水素含有ガスと、還流経路を利用してアノードガス排出経路からアノードに流入させた精製水素ガスとは、次回の水素生成または水素生成動作中の他の電気化学デバイスの水素生成に用いることができるので、アノードから排出した水素含有ガスと、アノードから水素含有ガスを排出するために用いた精製水素ガスとを無駄なく再利用できる。

また、還流経路を用いて、精製水素ガスで、アノードに滞留する水素含有ガスを共用水素含有ガス経路に排出すので、電解質膜のガス透過の特性に頼らずに、確実に、精製水素ガスをカソードからアノードへ移動させることができ、還流経路開閉弁を開状態にするための消費電力が、精製水素ガスをカソードからアノードへ移動させるために逆方向の電流を流す場合の消費電力よりも小さい場合は、逆方向の電流を流す場合よりも、省エネになる。

また、カソードガス排出経路開閉弁は、アノードに滞留する水素含有ガスを共用水素含有ガス経路に排出してから、閉塞するので、カソードガス排出経路におけるカソードガス排出経路開閉弁よりも下流側の精製水素ガスと、水素生成動作を行っている他の電気化学デバイスのカソードにおいて生成された精製水素ガスの両方の精製水素ガスを、カソードの精製水素ガスをアノードに移動させるのに利用できる。

第４の発明は、特に、第１から第３のいずれかの発明の水素生成システムにおいて、制御器が、少なくとも１台の電気化学デバイスが、水素生成動作の終了動作を開始してから終了動作を完了するまでの間は、他の少なくとも１台の電気化学デバイスに水素生成動作を行わせることを特徴とするものである。

これによって、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスから共用水素含有ガス経路に排出された、アノードの水素含有ガス及びカソードの精製水素ガスを、水素生成動作をしている他の電気化学デバイスのアノードに供給して、水素生成に有効利用できる。

第５の発明は、アノードとカソードとの間に電解質膜を有し、アノードに水素含有ガスを供給するとともに、アノードから電解質膜を介してカソードに電流を流すことで、カソードにおいて精製水素ガスを生成する複数の電気化学デバイスと、水素含有ガスを共用水素含有ガス経路に供給するガス供給手段と、複数の電気化学デバイスのそれぞれに個別に設けられ、アノードとカソードとの間に電流を流す複数の電源と、共用水素含有ガス経路の水素含有ガスを、複数の電気化学デバイスのアノードに分配する複数の水素含有ガス経路と、複数の電気化学デバイスのそれぞれのアノードに個別に設けられ、アノードから未利用の水素含有ガスを排出する複数のアノードガス排出経路と、複数の電気化学デバイス
のそれぞれのカソードに個別に設けられ、カソードにおいて生成した精製水素ガスを共用カソードガス排出経路に排出する複数のカソードガス排出経路と、複数の水素含有ガス経路のそれぞれに個別に、水素含有ガス経路を開閉可能に設けられ、対応する電気化学デバイスが水素生成動作をしているときに開放している複数の水素含有ガス経路開閉弁と、複数のアノードガス排出経路のそれぞれに個別に、アノードガス排出経路を開閉可能に設けられ、対応する電気化学デバイスが水素生成動作をしているときに開放している複数のアノードガス排出経路開閉弁と、複数のカソードガス排出経路のそれぞれに個別に、カソードガス排出経路を開閉可能に設けられ、対応する電気化学デバイスが水素生成動作をしているときに開放している複数のカソードガス排出経路開閉弁と、を備えた水素生成システムにおいて、少なくとも１台の電気化学デバイスの水素生成動作を終了させる場合の運転方法であって、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスのアノードから電解質膜を介してカソードに流れる電流を止めるとともに、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスに対応するアノードガス排出経路開閉弁を閉塞し、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスのカソードから電解質膜を介してアノードに透過する精製水素ガスによって、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスのアノードに滞留する水素含有ガスを共用水素含有ガス経路に排出してから、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスに対応する水素含有ガス経路開閉弁およびカソードガス排出経路開閉弁を閉塞することを特徴とする水素生成システムの運転方法である。

この水素生成システムの運転方法は、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスにおいて、アノードガス排出経路開閉弁を閉塞させて、カソードの精製水素ガスを、電解質膜を介して、アノードに移動させて、アノードに滞留する水素含有ガスを共用水素含有ガス経路に排出してから、水素含有ガス経路開閉弁およびカソードガス排出経路開閉弁を閉塞するので、電気化学デバイスの内部と、アノードガス排出経路開閉弁、水素含有ガス経路開閉弁およびカソードガス排出経路開閉弁の各開閉弁と電気化学デバイスとの間の経路内は、精製水素ガスで満たされた状態で、密封される。

その結果、次回の水素生成動作開始まで、アノードに滞留するガスを、カソードと同じ精製水素ガスにでき、アノードとカソードとにそれぞれ滞留する水素含有ガスを構成する各成分ガスが、電解質膜両側の各成分ガスの分圧の差によって、電解質膜を透過する現象は起こらない。

したがって、水素生成動作終了後の待機状態の電気化学デバイスにおいて、カソードに滞留する精製水素ガスの水素純度が低下していくのを抑制して、次回の電気化学デバイスの水素生成動作開始直後から高純度の精製水素ガスをカソードから排出することができることになる。

また、共用水素含有ガス経路に排出された水素含有ガスとアノードに移動させた精製水素ガスとは、次回の水素生成または水素生成動作中の他の電気化学デバイスの水素生成に用いることができるので、アノードから排出した水素含有ガスと、アノードから水素含有ガスを排出するために用いた精製水素ガスとを無駄なく再利用できる。

なお、カソードの精製水素ガスを、電解質膜を介してアノードに移動させる方法としては、水素生成動作を行わせる電流を停止すると、カソードの精製水素ガスが、アノードとカソードの圧力差によって、電解質膜を透過してアノードに移動する現象を利用できる。

また、水素生成動作を行わせる電流を停止して、水素生成動作時とは逆方向の電流を流せば、電解質膜のガス透過の特性に頼らずに、確実に、精製水素ガスをカソードからアノードへ移動させることができ、逆方向の電流を流さない場合よりも、精製水素ガスのカソードからアノードへ移動する流量を多くでき、逆方向の電流の大きさを調節することによ
って、精製水素ガスのカソードからアノードへ移動する流量を調節できる。

また、カソードガス排出経路開閉弁は、アノードに滞留する水素含有ガスを共用水素含有ガス経路に排出してから、閉塞するので、カソードガス排出経路におけるカソードガス排出経路開閉弁よりも下流側の精製水素ガスと、水素生成動作を行っている他の電気化学デバイスのカソードにおいて生成された精製水素ガスの両方の精製水素ガスを、カソードの精製水素ガスをアノードに移動させるのに利用できる。

第６の発明は、アノードとカソードとの間に電解質膜を有し、アノードに水素含有ガスを供給するとともに、アノードから電解質膜を介してカソードに電流を流すことで、カソードにおいて精製水素ガスを生成する複数の電気化学デバイスと、水素含有ガスを共用水素含有ガス経路に供給するガス供給手段と、複数の電気化学デバイスのそれぞれに個別に設けられ、アノードとカソードとの間に電流を流す複数の電源と、共用水素含有ガス経路の水素含有ガスを、複数の電気化学デバイスのアノードに分配する複数の水素含有ガス経路と、複数の電気化学デバイスのそれぞれのアノードに個別に設けられ、アノードから未利用の水素含有ガスを排出する複数のアノードガス排出経路と、複数の電気化学デバイスのそれぞれのカソードに個別に設けられ、カソードにおいて生成した精製水素ガスを共用カソードガス排出経路に排出する複数のカソードガス排出経路と、複数の水素含有ガス経路のそれぞれに個別に、水素含有ガス経路を開閉可能に設けられ、対応する電気化学デバイスが水素生成動作をしているときに開放している複数の水素含有ガス経路開閉弁と、複数のアノードガス排出経路のそれぞれに個別に、アノードガス排出経路を開閉可能に設けられ、対応する電気化学デバイスが水素生成動作をしているときに開放している複数のアノードガス排出経路開閉弁と、複数のカソードガス排出経路のそれぞれに個別に、カソードガス排出経路を開閉可能に設けられ、対応する電気化学デバイスが水素生成動作をしているときに開放している複数のカソードガス排出経路開閉弁と、複数の電気化学デバイスのそれぞれに個別に設けられ、対応するアノードガス排出経路におけるアノードガス排出経路開閉弁とアノードとの間の経路と、対応するカソードガス排出経路におけるカソードガス排出経路開閉弁とカソードとの間の経路を連通させる複数の還流経路と、複数の還流経路のそれぞれに個別に、還流経路を開閉可能に設けられ、対応する電気化学デバイスが水素生成動作をしているときに閉塞している複数の還流経路開閉弁と、を備えた水素生成システムにおいて、少なくとも１台の電気化学デバイスの水素生成動作を終了させる場合の運転方法であって、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスのアノードから電解質膜を介してカソードに流れる電流を止めるとともに、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスに対応するアノードガス排出経路開閉弁を閉塞した後に、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスに対応する還流経路開閉弁を開放し、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスの還流経路とアノードガス排出経路を通ってアノードに逆流する精製水素ガスによって、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスのアノードに滞留する水素含有ガスを共用水素含有ガス経路に排出してから、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスに対応する還流経路開閉弁、水素含有ガス経路開閉弁およびカソードガス排出経路開閉弁を閉塞することを特徴とする水素生成システムの運転方法である。

この水素生成システムの運転方法は、水素生成動作を終了させる電気化学デバイスにおいて、アノードガス排出経路開閉弁を閉塞させた後に、還流経路開閉弁を開放させることによって、カソードの精製水素ガスを、還流経路を利用して、アノードガス排出経路からアノードに流入させることができる。

そして、アノードガス排出経路からアノードに流入するカソードの精製水素ガスによって、アノードに滞留する水素含有ガスを共用水素含有ガス経路に排出してから、還流経路開閉弁、水素含有ガス経路開閉弁およびカソードガス排出経路開閉弁を閉塞するので、
電気化学デバイスの内部と、アノードガス排出経路開閉弁、還流経路開閉弁、水素含有ガ
ス経路開閉弁およびカソードガス排出経路開閉弁の各開閉弁と電気化学デバイスとの間の経路内は、精製水素ガスで満たされた状態で、密封される。

その結果、次回の水素生成動作開始まで、アノードに滞留するガスを、カソードと同じ精製水素ガスにでき、アノードとカソードとにそれぞれ滞留する水素含有ガスを構成する各成分ガスが、電解質膜両側の各成分ガスの分圧の差によって、電解質膜を透過する現象は起こらない。

したがって、水素生成動作終了後の待機状態の電気化学デバイスにおいて、カソードに滞留する精製水素ガスの水素純度が低下していくのを抑制して、次回の電気化学デバイスの水素生成動作開始直後から高純度の精製水素ガスをカソードから排出することができることになる。

また、共用水素含有ガス経路に排出された水素含有ガスと、還流経路を利用してアノードガス排出経路からアノードに流入させた精製水素ガスとは、次回の水素生成または水素生成動作中の他の電気化学デバイスの水素生成に用いることができるので、アノードから排出した水素含有ガスと、アノードから水素含有ガスを排出するために用いた精製水素ガスとを無駄なく再利用できる。

また、還流経路を用いて、精製水素ガスで、アノードに滞留する水素含有ガスを共用水素含有ガス経路に排出するので、電解質膜のガス透過の特性に頼らずに、確実に、精製水素ガスをカソードからアノードへ移動させることができ、還流経路開閉弁を開状態にするための消費電力が、精製水素ガスをカソードからアノードへ移動させるために逆方向の電流を流す場合の消費電力よりも小さい場合は、逆方向の電流を流す場合よりも、省エネになる。

また、カソードガス排出経路開閉弁は、アノードに滞留する水素含有ガスを共用水素含有ガス経路に排出してから、閉塞するので、カソードガス排出経路におけるカソードガス排出経路開閉弁よりも下流側の精製水素ガスと、水素生成動作を行っている他の電気化学デバイスのカソードにおいて生成された精製水素ガスの両方の精製水素ガスを、カソードの精製水素ガスをアノードに移動させるのに利用できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって、本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における水素生成システムの概略構成図である。図２は本実施の形態１における水素生成システムの動作を示すフローチャートである。

以下、本実施の形態の水素生成システムについて、その構成を、図１を参照しながら具体的に説明する。

図１に示すように、本実施の形態における水素生成システム１００は、３台の電気化学デバイス１ａ，１ｂ，１ｃと、３つの温度調節器３０ａ，３０ｂ，３０ｃと、３台の電源４０ａ，４０ｂ，４０ｃと、ガス供給手段５０と、共用水素含有ガス経路５１と、３つの水素含有ガス経路５２ａ，５２ｂ，５２ｃと、３つのアノードガス排出経路５３ａ，５３ｂ，５３ｃと、３つのカソードガス排出経路５４ａ，５４ｂ，５４ｃと、共用カソードガス排出経路５５と、３つの水素含有ガス経路開閉弁５６ａ，５６ｂ，５６ｃと、３つのアノードガス排出経路開閉弁５７ａ，５７ｂ，５７ｃと、３つのカソードガス排出経路開閉弁５８ａ，５８ｂ，５８ｃと、制御器７０と、を備える。

ここで、これらの構成要素の符号の添え字について、３台の電気化学デバイス１ａ，１ｂ，１ｃを例に挙げて説明する。符号の１ａを用いた場合は、１つ目の電気化学デバイスを指し、同様に、符号の１ｃを用いた場合は、３つ目の電気化学デバイスを指している。いずれの電気化学デバイスでもよい場合を説明するときには、符号の１を用いて、単に電気化学デバイス１と記述する。

電気化学デバイス１は、電解質膜１１の一方の主面にアノード１２を設けるとともに、他方の主面にカソード１３を設けた（アノード１２とカソード１３との間に電解質膜１１を有する）電解質膜−電極接合体２１を、アノードセパレータ１４およびカソードセパレータ１５によって挟持した構成となっており、アノード１２に水素含有ガスを供給するとともに、アノード１２から電解質膜１１を介してカソード１３に電流を流すことで、カソード１３において精製水素ガスを生成する。

ここで、電解質膜１１には、スルホン酸基を有するパーフルオロカーボンスルホン酸系の高分子電解質膜を用いる。アノード１２とカソード１３は、白金を担持したカーボン触媒をカーボン製フェルト上に塗布形成したものを用いる。アノードセパレータ１４およびカソードセパレータ１５は、ガス透過性のない導電性部材である圧縮カーボンによって構成されている。

アノードセパレータ１４には、アノード１２と当接する面に水素含有ガスが流れる溝状のアノード流路１６と、一端がアノード１２と当接する面とは反対側の面に開口し他端がアノード流路１６の上流端と連通してアノード流路１６に水素含有ガスを供給するためのアノード側入口１８と、一端がアノード１２と当接する面とは反対側の面に開口し他端がアノード流路１６の下流端と連通してアノード流路１６から残余の水素含有ガス（アノードオフガス）を排出するためのアノード側出口１９とが設けられている。

一方、カソードセパレータ１５には、カソード１３と当接する面にカソード１３で生成した精製水素ガスが流れる溝状のカソード流路１７と、一端がカソード１３と当接する面とは反対側の面に開口し他端がカソード流路１７の下流端と連通してカソード流路１７から水素を排出するためのカソード側出口２０とが設けられている。

ガス供給手段５０は、制御器７０によって制御され、都市ガスから改質反応を利用して生成した水素含有ガスを、共用水素含有ガス経路５１と水素含有ガス経路５２を介して、アノード側入口１８に供給する燃料改質器である。ガス供給手段５０が生成する水素含有ガスは、加湿された（水蒸気を含んだ）水素と二酸化炭素からなる。

ガス供給手段５０における水素含有ガスの排出口には、共用水素含有ガス経路５１の上流端が接続されており、ガス供給手段５０は水素含有ガスを共用水素含有ガス経路５１に供給する。

電気化学デバイス１ａは、電解質膜−電極接合体２１ａがアノードセパレータ１４ａとカソードセパレータ１５ａとの間に配置された構成である。電気化学デバイス１ｂは、電解質膜−電極接合体２１ｂがアノードセパレータ１４ｂとカソードセパレータ１５ｂとの間に配置された構成である。電気化学デバイス１ｃは、電解質膜−電極接合体２１ｃがアノードセパレータ１４ｃとカソードセパレータ１５ｃとの間に配置された構成である。

水素含有ガス経路５２ａは、一端が共用水素含有ガス経路５１の下流端に接続され、他端が電気化学デバイス１ａのアノード側入口１８ａに接続され、経路の途中に水素含有ガス経路５２ａを開閉する水素含有ガス経路開閉弁５６ａを備えている。水素含有ガス経路
開閉弁５６ａは、制御器７０によって制御され、電気化学デバイス１ａが水素生成動作をしているときは水素含有ガス経路５２ａを開放している。

水素含有ガス経路５２ｂは、一端が共用水素含有ガス経路５１の下流端に接続され、他端が電気化学デバイス１ｂのアノード側入口１８ｂに接続され、経路の途中に水素含有ガス経路５２ｂを開閉する水素含有ガス経路開閉弁５６ｂを備えている。水素含有ガス経路開閉弁５６ｂは、制御器７０によって制御され、電気化学デバイス１ｂが水素生成動作をしているときは水素含有ガス経路５２ｂを開放している。

水素含有ガス経路５２ｃは、一端が共用水素含有ガス経路５１の下流端に接続され、他端が電気化学デバイス１ｃのアノード側入口１８ｃに接続され、経路の途中に水素含有ガス経路５２ｃを開閉する水素含有ガス経路開閉弁５６ｃを備えている。水素含有ガス経路開閉弁５６ｃは、制御器７０によって制御され、電気化学デバイス１ｃが水素生成動作をしているときは水素含有ガス経路５２ｃを開放している。

アノードガス排出経路５３ａは、未利用の水素含有ガスをアノード側出口１９ａから排出するための経路であり、上流端がアノード側出口１９ａに接続され、経路の途中にアノードガス排出経路５３ａを開閉するアノードガス排出経路開閉弁５７ａを備えている。アノードガス排出経路開閉弁５７ａは、制御器７０によって制御され、電気化学デバイス１ａが水素生成動作をしているときはアノードガス排出経路５３ａを開放している。

アノードガス排出経路５３ｂは、未利用の水素含有ガスをアノード側出口１９ｂから排出するための経路であり、上流端がアノード側出口１９ｂに接続され、経路の途中にアノードガス排出経路５３ｂを開閉するアノードガス排出経路開閉弁５７ｂを備えている。アノードガス排出経路開閉弁５７ｂは、制御器７０によって制御され、電気化学デバイス１ｂが水素生成動作をしているときはアノードガス排出経路５３ｂを開放している。

アノードガス排出経路５３ｃは、未利用の水素含有ガスをアノード側出口１９ｃから排出するための経路であり、上流端がアノード側出口１９ｃに接続され、経路の途中にアノードガス排出経路５３ｃを開閉するアノードガス排出経路開閉弁５７ｃを備えている。アノードガス排出経路開閉弁５７ｃは、制御器７０によって制御され、電気化学デバイス１ｃが水素生成動作をしているときはアノードガス排出経路５３ｃを開放している。

カソードガス排出経路５４ａは、カソード１３ａにおいて生成した精製水素ガスを共用カソードガス排出経路５５に排出するための経路であり、一端がカソード側出口２０ａに接続され、他端が共用カソードガス排出経路５５に接続され、経路の途中にカソードガス排出経路５４ａを開閉するカソードガス排出経路開閉弁５８ａを備えている。カソードガス排出経路開閉弁５８ａは、制御器７０によって制御され、電気化学デバイス１ａが水素生成動作をしているときはカソードガス排出経路５４ａを開放している。

カソードガス排出経路５４ｂは、カソード１３ｂにおいて生成した精製水素ガスを共用カソードガス排出経路５５に排出するための経路であり、一端がカソード側出口２０ｂに接続され、他端が共用カソードガス排出経路５５に接続され、経路の途中にカソードガス排出経路５４ｂを開閉するカソードガス排出経路開閉弁５８ｂを備えている。カソードガス排出経路開閉弁５８ｂは、制御器７０によって制御され、電気化学デバイス１ｂが水素生成動作をしているときはカソードガス排出経路５４ｂを開放している。

カソードガス排出経路５４ｃは、カソード１３ｃにおいて生成した精製水素ガスを共用カソードガス排出経路５５に排出するための経路であり、一端がカソード側出口２０ｃに接続され、他端が共用カソードガス排出経路５５に接続され、経路の途中にカソードガス
排出経路５４ｃを開閉するカソードガス排出経路開閉弁５８ｃを備えている。カソードガス排出経路開閉弁５８ｃは、制御器７０によって制御され、電気化学デバイス１ｃが水素生成動作をしているときはカソードガス排出経路５４ｃを開放している。

共用カソードガス排出経路５５は、水素利用機器（図示せず）へ精製水素ガスを供給するための経路であり、水素利用機器が接続される。

電源４０ａは、アノード１２ａとカソード１３ａとの間に直流電流を流す直流電源であり、一対の端子の一方の端子がアノード１２ａに接続されているとともに、他方の端子がカソード１３ａに接続されている。

また、電源４０ａは、制御器７０によって制御され、電気化学デバイス１ａが水素生成動作をしているときには、アノード１２ａから電解質膜１１ａを介してカソード１３ａに直流電流を流しており、電気化学デバイス１ａの水素生成動作の終了後にカソード１３ａの精製水素ガスでアノード１２ａに滞留する水素含有ガスを共用水素含有ガス経路５１に排出するときには、カソード１３ａから電解質膜１１ａを介してアノード１２ａに直流電流を流している。

電源４０ｂは、アノード１２ｂとカソード１３ｂとの間に直流電流を流す直流電源であり、一対の端子の一方の端子がアノード１２ｂに接続されているとともに、他方の端子がカソード１３ｂに接続されている。

また、電源４０ｂは、制御器７０によって制御され、電気化学デバイス１ｂが水素生成動作をしているときには、アノード１２ｂから電解質膜１１ｂを介してカソード１３ｂに直流電流を流しており、電気化学デバイス１ｂの水素生成動作の終了後にカソード１３ｂの精製水素ガスでアノード１２ｂに滞留する水素含有ガスを共用水素含有ガス経路５１に排出するときには、カソード１３ｂから電解質膜１１ｂを介してアノード１２ｂに直流電流を流している。

電源４０ｃは、アノード１２ｃとカソード１３ｃとの間に直流電流を流す直流電源であり、一対の端子の一方の端子がアノード１２ｃに接続されているとともに、他方の端子がカソード１３ｃに接続されている。

また、電源４０ｃは、制御器７０によって制御され、電気化学デバイス１ｃが水素生成動作をしているときには、アノード１２ｃから電解質膜１１ｃを介してカソード１３ｃに直流電流を流しており、電気化学デバイス１ｃの水素生成動作の終了後にカソード１３ｃの精製水素ガスでアノード１２ｃに滞留する水素含有ガスを共用水素含有ガス経路５１に排出するときには、カソード１３ｃから電解質膜１１ｃを介してアノード１２ｃに直流電流を流している。

温度調節器３０ａは、制御器７０によって制御され、電気化学デバイス１ａが動作をしているときに電気化学デバイス１ａの温度を動作に適した温度にするものであり、温度調節器３０ａには、電源４０ａからの電流によって発熱する電気化学デバイス１ａと熱交換する冷却水の流量を変えて、設定された一定の温度に保つ熱交換器を用いる。

温度調節器３０ｂは、制御器７０によって制御され、電気化学デバイス１ｂが動作をしているときに電気化学デバイス１ｂの温度を動作に適した温度にするものであり、温度調節器３０ｂには、電源４０ｂからの電流によって発熱する電気化学デバイス１ｂと熱交換する冷却水の流量を変えて、設定された一定の温度に保つ熱交換器を用いる。

温度調節器３０ｃは、制御器７０によって制御され、電気化学デバイス１ｃが動作をしているときに電気化学デバイス１ｃの温度を動作に適した温度にするものであり、温度調節器３０ｃには、電源４０ｃからの電流によって発熱する電気化学デバイス１ｃと熱交換する冷却水の流量を変えて、設定された一定の温度に保つ熱交換器を用いる。

制御器７０は、温度調節器３０と、電源４０と、ガス供給手段５０と、水素含有ガス経路開閉弁５６と、アノードガス排出経路開閉弁５７と、カソードガス排出経路開閉弁５８とを制御可能に構成されている。

以上のように構成された本実施の形態の水素生成システム１００について、以下、全ての電気化学デバイス１に水素生成動作を行わせてから、電気化学デバイス１ａだけ水素生成動作を終了させて、電気化学デバイス１ｂ，１ｃは水素生成動作を継続する場合の動作を、図１と図２とを用いて、具体的に説明する。

以下の動作は、制御器７０が、水素生成システム１００の温度調節器３０と、電源４０と、ガス供給手段５０と、水素含有ガス経路開閉弁５６と、アノードガス排出経路開閉弁５７と、カソードガス排出経路開閉弁５８とを制御することによって行われる。

水素生成システム１００が水素生成動作を開始する前（図２のフローチャートのスタートの時点）は、全ての電気化学デバイス１に対応する、水素含有ガス経路開閉弁５６とアノードガス排出経路開閉弁５７とカソードガス排出経路開閉弁５８は全て閉状態であり、電源４０は電流を流しておらず、ガス供給手段５０はガスを供給していない。

そして、全ての電気化学デバイス１に水素生成動作の開始命令が入ると、まず、制御器７０は、全ての電気化学デバイス１に対応する、水素含有ガス経路開閉弁５６とアノードガス排出経路開閉弁５７とカソードガス排出経路開閉弁５８を、それぞれ開放（閉状態から開状態に）する（Ｓ００１）。

次に、制御器７０は、ガス供給手段５０に、加湿された水素含有ガス（二酸化炭素の含有比率が３０％で水素の含有比率が７０％のガス）を、共用水素含有ガス経路５１と水素含有ガス経路５２を介して、アノード１２に供給させる供給動作を開始させ、全ての電気化学デバイス１の温度が７０℃となるように、温度調節器３０の熱交換器の冷却水の流量を制御する（Ｓ００２）。

次に、全ての電気化学デバイス１に対応する電源４０に対して、アノード１２から電解質膜１１を介してカソード１３へと流れる方向の電流の供給動作を開始させて、全ての電気化学デバイス１の水素生成動作を開始させる（Ｓ００３）。

これにより、全ての電気化学デバイス１では、アノード１２に存在する水素含有ガスの水素が水素イオンと電子に解離し、電解質膜１１を透過してカソード１３に移動した水素イオンと、電源４０を経由してカソード１３に移動した電子とが、結びついて、カソード１３で、水素が生成される。

なお、電解質膜１１が、わずかにガスを透過する高分子で構成されるために、わずかではあるが、アノード１２に存在する水素含有ガスに含まれる二酸化炭素が、電解質膜１１を透過して、カソード１３へ移動する。

このため、カソード１３で生成された水素に微量の二酸化炭素が含まれた水素純度が９９．９７％の精製水素ガス（水素含有ガス）が、カソードガス排出経路５４と、共用カソードガス排出経路５５とを介して、水素利用機器へ供給される。

次に、外部から制御器７０の信号入力部に、電気化学デバイス１ａに対して水素生成動作の終了命令が入ったか否かを判定する（Ｓ００４）。このとき、終了命令が入っていないと判定すれば、終了命令が入るまでＳ００４の判定を繰り返し、Ｓ００４で終了命令が入ったと判定すればＳ００５へ移行する。

Ｓ００４で終了命令が入ったと判定すれば、制御器７０は、電気化学デバイス１ａに対して、以下の水素生成動作を終了させるための動作を行わせる。

まず、制御器７０は、電源４０ａに電気化学デバイス１ａへの電流を停止させ、カソードガス排出経路開閉弁５８ａと水素含有ガス経路開閉弁５６ａとは開状態を維持させたままで、アノードガス排出経路開閉弁５７ａを閉塞する（Ｓ００５）。

このとき、電気化学デバイス１ａが終了動作を始めた後も水素生成動作を継続する電気化学デバイス１ｂ，１ｃに対応する水素含有ガス経路開閉弁５６ｂ，５６ｃとアノードガス排出経路開閉弁５７ｂ，５７ｃとカソードガス排出経路開閉弁５８ｂ，５８ｃの開状態は、維持される。

次に、制御器７０は、カソード１３ａから電解質膜１１ａを介してアノード１２ａへと流れる方向（水素生成動作時とは逆方向）に、電源４０ａから電気化学デバイス１ａに対して電流を流す（Ｓ００６）。

水素生成動作時とは逆方向の電流が電気化学デバイス１ａに流れると、カソード１３ａに存在する精製水素ガス（水素含有ガス）の水素が水素イオンと電子に解離し、電解質膜１１を透過してアノード１２ａに移動した水素イオンと、電源４０ａを経由してアノード１２ａに移動した電子とが、結びついて、アノード１２ａで、水素が生成される。

なお、アノード１２ａから電解質膜１１ａを介してカソード１３ａへと流れる方向の電流が停止した直後は、カソード１３ａの精製水素ガスの圧力が、アノード１２ａの水素含有ガスの圧力よりも高いため、この電解質膜１１ａの両側のガスの圧力差によっても、カソード１３ａの精製水素ガスに含まれる水素の一部が、電解質膜１１ａを透過してアノード１２ａに移動する。

その結果、アノード１２ａの水素含有ガスの水素純度が上昇するとともに、アノード１２ａの水素含有ガスの圧力が高くなる。このとき、アノードガス排出経路開閉弁５７ａによってアノードガス排出経路５３ａが閉塞されているので、アノード側入口１８ａから水素含有ガス経路５２ａにアノード１２ａの水素含有ガスが排出される。

アノード側入口１８ａから水素含有ガス経路５２ａに排出された水素含有ガスは、水素含有ガス経路５２ａから共用水素含有ガス経路５１と水素含有ガス経路５２ｂ，５２ｃを介して、他の水素生成動作を行っている電気化学デバイス１ｂ，１ｃに対応するアノード１２ｂ，アノード１２ｃに供給される。

次に、電源４０ａにより、カソード１３ａから電解質膜１１ａを介してアノード１２ａへと流れる方向の電流を電気化学デバイス１ａに流し始めた時刻から第１時間経過したか否かを判定する（Ｓ００７）。Ｓ００７の判定で第１時間経過していない場合は、第１時間経過するまでＳ００７の判定を繰り返し実行する。Ｓ００７で第１時間経過したと判定した場合は、Ｓ００８に移行する。

ここで、第１時間は、アノード１２ａに滞留する水素含有ガスの水素純度が所定の純度
９９．９７％に達する時間（カソード１３ａから電解質膜１１ａを介してアノード１２ａへと流れる方向の電流を電気化学デバイス１ａに流す直前にアノード１２ａに滞留していた水素含有ガスを水素含有ガス経路５２ａから共用水素含有ガス経路５１に排出する、パージ動作に要する時間）として実験的に取得した時間であり、本実施の形態では第１時間を１０分としている。

Ｓ００７で第１時間経過したと判定すると、制御器７０は、電源４０ａからの電気化学デバイス１ａへの電流を停止し、温度調節器３０ａによる電気化学デバイス１ａの温度調節（温度調節器３０ａの熱交換器への冷却水の流入）を停止し、電源４０ａからの電気化学デバイス１ａへの電流を停止する。さらに、水素含有ガス経路開閉弁５６ａとカソードガス排出経路開閉弁５８ａとを閉塞して（Ｓ００８）、動作を終了する。

このとき、水素生成動作を継続している電気化学デバイス１ｂ，１ｃに対応する水素含有ガス経路開閉弁５６ｂ，５６ｃと、アノードガス排出経路開閉弁５７ｂ，５７ｃと、カソードガス排出経路開閉弁５８ｂ，５８ｃは、それぞれ開状態を維持している。

そして、電気化学デバイス１ａの内部と、アノードガス排出経路開閉弁５７ａ、水素含有ガス経路開閉弁５６ａおよびカソードガス排出経路開閉弁５８ａの各開閉弁と電気化学デバイス１ａとの間の経路内は、それぞれ精製水素ガスで満たされた状態で密封される。

そのため、次に電気化学デバイス１ａで水素生成動作を行うときは、電気化学デバイス１ａで水素生成動作を行う動作を開始したとき（カソードガス排出経路開閉弁５８ａを開放したとき）から、電気化学デバイス１ａの水素純度が高い精製水素ガスを供給することができる。

以上のように、本実施の形態においては、電気化学デバイス１ａの水素生成動作を終了させるための動作において、電源４０ａから電気化学デバイス１ａに水素生成動作時とは逆方向に電流を流すことによって、水素純度の高い精製水素ガスをカソード１３ａからアノード１２ａへ供給する。

この逆方向の電流を１０分間（第１時間が経過するまで）電気化学デバイス１ａに流すことにより、カソード１３ａに存在する精製水素ガス中の水素をアノード１２ａに移動させて、アノード１２ａに滞留する二酸化炭素やメタンを含む水素含有ガスを、アノード側入口１８ａから水素含有ガス経路５２ａを介して共用水素含有ガス経路５１に（少なくとも、水素含有ガス経路５２ａにおける水素含有ガス経路開閉弁５６ａよりも上流側の経路に）排出することができる。

そして、電気化学デバイス１ａから共用水素含有ガス経路５１に排出された水素含有ガスは、水素生成動作を行っている電気化学デバイス１ｂ，１ｃのアノード１２ｂ，１２ｃに供給されることになる。

これにより、水素生成動作終了後の電気化学デバイス１ａのアノード１２ａは水素純度の高い水素含有ガスが存在しており、水素生成動作終了後の待機状態に、二酸化炭素やメタンがアノード１２ａからカソード１３ａに透過するのを抑制できる。

以上のことから、次回の電気化学デバイス１ａの水素生成動作開始直後のカソード１３ａの水素純度の低下を抑制することができる。

これに加えて、電気化学デバイス１ａのアノード１２ａから排出された水素含有ガスを再度、電気化学デバイス１ｂ，１ｃの水素生成動作に用いることができる。そのため、水
素生成システム１００から水素利用機器に供給する水素含有ガス量がパージ動作によって減少することを無くすことができる。

以上説明したように本実施の形態の水素生成システム１００は、アノード１２とカソード１３との間に電解質膜１１を有し、アノード１２に水素含有ガスを供給するとともに、アノード１２から電解質膜１１を介してカソード１３に電流を流すことで、カソード１３において精製水素ガスを生成する電解質膜−電極接合体２１から成る３台の電気化学デバイス１と、水素含有ガスを共用水素含有ガス経路５１に供給するガス供給手段５０と、３台の電気化学デバイス１のそれぞれに個別に設けられ、アノード１２とカソード１３との間に正逆両方向に直流電流を流すことが可能に構成された３つの電源４０と、共用水素含有ガス経路５１の水素含有ガスを３台の電気化学デバイス１のアノード１２に分配する３つの水素含有ガス経路５２と、３台の電気化学デバイス１のそれぞれのアノード１２に個別に設けられ、アノード１２から未利用の水素含有ガスを排出する３つのアノードガス排出経路５３と、３台の電気化学デバイス１のそれぞれのカソード１３に個別に設けられ、カソード１３において生成した精製水素ガスを共用カソードガス排出経路５５に排出する３つのカソードガス排出経路５４と、３つの水素含有ガス経路５２のそれぞれに個別に水素含有ガス経路５２を開閉可能に設けられ、対応する電気化学デバイス１が水素生成動作をしているときに開放している３つの水素含有ガス経路開閉弁５６と、３つのアノードガス排出経路５３のそれぞれに個別にアノードガス排出経路５３を開閉可能に設けられ、対応する電気化学デバイス１が水素生成動作をしているときに開放している３つのアノードガス排出経路開閉弁５７と、３つのカソードガス排出経路５４のそれぞれに個別にカソードガス排出経路５４を開閉可能に設けられ、対応する電気化学デバイス１が水素生成動作をしているときに開放している３つのカソードガス排出経路開閉弁５８と、制御器７０とを備えている。

そして、制御器７０が、電気化学デバイス１ａの水素生成動作を終了させる場合は、電気化学デバイス１ａに対応する電源４０ａに対してアノード１２ａから電解質膜１１ａを介してカソード１３ａに流す電流を止めさせるとともに、電気化学デバイス１ａに対応するアノードガス排出経路開閉弁５７ａを閉塞させ、電気化学デバイス１ａのカソード１３ａから電解質膜１１ａを介してアノード１２ａに透過する精製水素ガスによって、電気化学デバイス１ａのアノード１２ａ（アノード流路１６ａを含む）に滞留する水素含有ガスを共用水素含有ガス経路５１に排出してから、電気化学デバイス１ａに対応する水素含有ガス経路開閉弁５６ａとカソードガス排出経路開閉弁５８ａを閉塞させるのである。

この水素生成システム１００は、水素生成動作を終了させる電気化学デバイス１ａにおいて、アノードガス排出経路開閉弁５７ａを閉塞（アノードガス排出経路開閉弁５７ａによってアノードガス排出経路５３ａを閉塞）させて、カソード１３ａ（カソード流路１７ａを含む）の精製水素ガスを、電解質膜１１ａを介してアノード１２ａ（アノード流路１６ａを含む）に移動させて、アノード１２ａ（アノード流路１６ａを含む）に滞留する水素含有ガスを共用水素含有ガス経路５１に排出してから、水素含有ガス経路開閉弁５６ａおよびカソードガス排出経路開閉弁５８ａを閉塞（水素含有ガス経路開閉弁５６ａおよびカソードガス排出経路開閉弁５８ａによって水素含有ガス経路５２ａおよびカソードガス排出経路５４ａを閉塞）するので、電気化学デバイス１ａの内部と、アノードガス排出経路開閉弁５７ａ、水素含有ガス経路開閉弁５６ａおよびカソードガス排出経路開閉弁５８ａの各開閉弁と電気化学デバイス１ａとの間の経路内は、精製水素ガスで満たされた状態で、密封される。

その結果、次回の電気化学デバイス１ａの水素生成動作開始まで、アノード１２ａ（アノード流路１６ａを含む）に滞留するガスを、カソード１３ａ（カソード流路１７ａを含む）と同じ精製水素ガスにでき、アノード１２ａ（アノード流路１６ａを含む）とカソー
ド１３ａ（カソード流路１７ａを含む）とにそれぞれ滞留する水素含有ガスを構成する各成分ガスが、電解質膜１１ａの両側の各成分ガスの分圧の差によって、電解質膜１１ａを透過する現象は起こらない。

したがって、水素生成動作終了後の待機状態の電気化学デバイス１ａにおいて、カソード１３ａ（カソード流路１７ａを含む）に滞留する精製水素ガスの水素純度が低下していくのを抑制して、次回の電気化学デバイス１ａの水素生成動作開始直後から高純度の精製水素ガスをカソード１３ａ（カソード流路１７ａを含む）から排出することができることになる。

また、共用水素含有ガス経路５１に排出された水素含有ガスとアノード１２ａ（アノード流路１６ａを含む）に移動させた精製水素ガスとは、次回の電気化学デバイス１ａの水素生成または水素生成動作中の他の電気化学デバイス１ｂ，１ｃの水素生成に用いることができるので、アノード１２ａ（アノード流路１６ａを含む）から排出した水素含有ガスと、アノード１２ａ（アノード流路１６ａを含む）から水素含有ガスを排出するために用いた精製水素ガスとを無駄なく再利用できる。

なお、カソード１３ａ（カソード流路１７ａを含む）の精製水素ガスを、電解質膜１１ａを介してアノード１２ａ（アノード流路１６ａを含む）に移動させる方法としては、水素生成動作を行わせる電源４０ａからの電流を停止すると、カソード１３ａ（カソード流路１７ａを含む）の精製水素ガスが、アノード１２ａ（アノード流路１６ａを含む）とカソード１３ａ（カソード流路１７ａを含む）の圧力差によって、電解質膜１１ａを透過してアノード１２ａ（アノード流路１６ａを含む）に移動する現象も利用できる。

また、水素生成動作を行わせるアノード１２ａから電解質膜１１ａを介してカソード１３ａへと流れる正方向の電流を停止して、水素生成動作時とは逆方向のカソード１３ａから電解質膜１１ａを介してアノード１２ａへと流れる電流を電源４０ａによって流せば、電解質膜１１ａのガス透過の特性に頼らずに、確実に、精製水素ガスをカソード１３ａ（カソード流路１７ａを含む）からアノード１２ａ（アノード流路１６ａを含む）へ移動させることができ、逆方向の電流を流さない場合よりも、精製水素ガスのカソード１３ａ（カソード流路１７ａを含む）からアノード１２ａ（アノード流路１６ａを含む）へ移動する流量を多くでき、逆方向の電流の大きさを調節することによって、精製水素ガスのカソード１３ａ（カソード流路１７ａを含む）からアノード１２ａ（アノード流路１６ａを含む）へ移動する流量を調節できる。

また、カソードガス排出経路開閉弁５８ａ（カソードガス排出経路５４ａ）は、アノード１２ａ（アノード流路１６ａを含む）に滞留する水素含有ガスを共用水素含有ガス経路５１に排出してから、閉塞するので、カソードガス排出経路５４ａにおけるカソードガス排出経路開閉弁５８ａよりも下流側の精製水素ガスと、水素生成動作を行っている他の電気化学デバイス１ｂ，１ｃのカソード１３ｂ，１３ｃにおいて生成された精製水素ガスの両方の精製水素ガスを、カソード１３ａ（カソード流路１７ａを含む）の精製水素ガスをアノード１２ａ（アノード流路１６ａを含む）に移動させるのに利用できる。

また、本実施の形態の水素生成システム１００は、制御器７０が、水素生成動作を終了させる電気化学デバイス１ａにおいて、精製水素ガスによって、アノード１２ａ（アノード流路１６ａを含む）に滞留する水素含有ガスを共用水素含有ガス経路５１に排出す（パージ動作をする）ときに、電気化学デバイス１ａに対応する電源４０ａに対してカソード１３ａから電解質膜１１ａを介してアノード１２ａへと流れる水素生成動作時とは逆方向の電流を流させ、電気化学デバイス１ａに対応する水素含有ガス経路開閉弁５６ａおよびカソードガス排出経路開閉弁５８ａを閉塞（水素含有ガス経路開閉弁５６ａおよびカソー
ドガス排出経路開閉弁５８ａによって水素含有ガス経路５２ａおよびカソードガス排出経路５４ａを閉塞）させるときに、電気化学デバイス１ａに対応する電源４０ａに対して電流を流すのを止めさせるものである。

これによって、新規なデバイスや経路を追加することなく、水素生成動作時とは逆方向の電流を流すことにより、確実に、精製水素ガスをカソード１３ａ（カソード流路１７ａを含む）からアノード１２ａ（アノード流路１６ａを含む）へ移動させることができ、逆方向の電流の大きさを調節することによって、精製水素ガスのカソード１３ａ（カソード流路１７ａを含む）からアノード１２ａ（アノード流路１６ａを含む）へ移動する流量を調節できる。また、新規なデバイスや経路を追加する必要が無いので、水素生成システム１００の大型化、高コスト化を防ぐことが可能となる。

また、本実施の形態の水素生成システム１００の制御器７０は、電気化学デバイス１ａが、水素生成動作の終了動作を開始してから終了動作を完了するまでの間は、他の２台の電気化学デバイス１ｂ，１ｃに水素生成動作を行わせているので、水素生成動作を終了させる電気化学デバイス１ａから共用水素含有ガス経路５１に排出された、アノード１２ａ（アノード流路１６ａを含む）の水素含有ガス及びカソード１３ａ（カソード流路１７ａを含む）の精製水素ガスを、水素生成動作をしている他の電気化学デバイス１ｂ，１ｃのアノード１２ｂ，１２ｃに供給して、電気化学デバイス１ｂ，１ｃの水素生成に有効利用できる。

なお、本実施の形態の水素生成システム１００の電気化学デバイス１の台数は、３台であったが、これに限定されるものではなく、電気化学デバイス１の台数は、２台以上であれば良い。

なお、本実施の形態では、３台の電気化学デバイス１のうちの１台の電気化学デバイス１にパージ動作を行わせたが、これに限定されるものではなく、３台の電気化学デバイス１のうちの１台の電気化学デバイス１が水素生成動作を行っている間に、他の２台の電気化学デバイス１にパージ動作を行わせても構わない。

また、本実施の形態では、３台の電気化学デバイス１のうちの２台の電気化学デバイス１が水素生成動作を行っている間に、残りの１台の電気化学デバイス１にパージ動作を行わせたが、３台の電気化学デバイス１のうちの１台の電気化学デバイス１が水素生成動作を行っている間に、他の２台のうちの１台の電気化学デバイス１にパージ動作を行わせ、残りの１台の電気化学デバイス１を休止させても構わない。

水素生成システム１００の電気化学デバイス１の台数が２台の場合は、１台の電気化学デバイス１が水素生成動作を行っている間に、残りの１台の電気化学デバイス１にパージ動作を行わせる。

水素生成システム１００の電気化学デバイス１の台数が４台の場合は、３台の電気化学デバイス１が水素生成動作を行っている間に、残りの１台の電気化学デバイス１にパージ動作を行わせる、または、２台の電気化学デバイス１が水素生成動作を行っている間に、残りの２台の電気化学デバイス１にパージ動作を行わせる、または、１台の電気化学デバイス１が水素生成動作を行っている間に、残りの３台の電気化学デバイス１にパージ動作を行わせる、２台の電気化学デバイス１が水素生成動作を行っている間に、他の２台のうちの１台の電気化学デバイス１にパージ動作を行わせ、残りの１台の電気化学デバイス１を休止させる、１台の電気化学デバイス１が水素生成動作を行っている間に、他の３台のうちの２台の電気化学デバイス１にパージ動作を行わせ、残りの１台の電気化学デバイス１を休止させる、１台の電気化学デバイス１が水素生成動作を行っている間に、他の３台
のうちの１台の電気化学デバイス１にパージ動作を行わせ、残りの２台の電気化学デバイス１を休止させる、のいずれかを行うことができる。

なお、本実施の形態では、１台の電気化学デバイス１にパージ動作を行わせたが、少なくとも１台以上の電気化学デバイス１に水素生成動作を行わせている間は、同時にパージ動作をさせる電気化学デバイス１の台数は、これに限定されるものではない。

なお、本実施の形態では、水素生成システム１００に備えられた全て電気化学デバイス１に水素生成動作を同時に行わせたが、水素生成動作を同時に行わせる電気化学デバイス１が少なくとも２台以上であれば、これに限定されるものではない。

なお、本実施の形態では、電気化学デバイス１ａに対して、水素生成動作を行わせた後にパージ動作を行わせたが、パージ動作が終了した後の電気化学デバイス１ａに対して再び水素生成動作を行わせてもよい。

なお、本実施の形態では、Ｓ００７の第１時間の１０分を、予め実験的に取得し決定したが、水素含有ガス経路５２に設置した流量計で、通過した水素含有ガスの積算流量をモニタリングして設定してもよい。

また、本実施の形態では、アノード１２とカソード１３との間に正逆両方向に直流電流を流すことが可能に構成された電源４０を用いたが、電源４０のプラス側端子とマイナス側端子を電源４０側で切り替えずに、電源４０と電気化学デバイス１との間に、電源４０のプラス側端子をアノード１２とカソード１３のどちらか一方に選択的に接続するとともに、電源４０のマイナス側端子をアノード１２とカソード１３のどちらか他方に選択的に接続する切換器を設けて、電流の向きを変えるときに制御器７０が切換器を制御するようにしても構わない。

水素含有ガス経路開閉弁５６は、水素含有ガス経路５２における共用水素含有ガス経路５１に近接した位置に設けると、水素含有ガス経路５２におけるアノード側入口１８に近接した位置に設ける場合よりも、バージ動作で移動させたガスを水素生成動作中の他の電気化学デバイス１の水素生成に有効利用できるとともに、次回の電気化学デバイス１の水素生成動作開始直後から高純度の精製水素ガスをカソード１３から排出するのに都合が良い。

また、アノードガス排出経路開閉弁５７とアノード側出口１９との間のアノードガス排出経路５３に存在する水素含有ガスは、アノード１２（アノード流路１６を含む）に存在する水素含有ガスよりも、パージ動作で水素含有ガス経路５２（共用水素含有ガス経路５１）に排出し難いので、アノードガス排出経路開閉弁５７は、アノードガス排出経路５３におけるアノード側出口１９に近接した位置に設ける方が、アノードガス排出経路５３におけるアノード側出口１９から離れた位置に設ける場合よりも、アノードガス排出経路開閉弁５７とアノード側出口１９との間のアノードガス排出経路５３に存在する水素含有ガスの影響を少なくできるので好ましい。

（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２における水素生成システムの概略構成図である。図３は本実施の形態２における水素生成システムの動作を示すフローチャートである。

なお、図３に示す実施の形態２の水素生成システム２００において、図１に示す実施の形態１の水素生成システム１００と同一構成については、同一符号を付して、重複する説明を省略する場合がある。

本発明の実施の形態２の水素生成システム２００は、図１に示す実施の形態の水素生成システム１００において、アノードガス排出経路５３におけるアノードガス排出経路開閉弁５７とアノード側出口１９との間の経路と、カソードガス排出経路５４におけるカソードガス排出経路開閉弁５８とカソード側出口２０との間の経路を連通させる還流経路５９と、制御器７０に制御されて、対応する電気化学デバイス１が水素生成動作中は還流経路５９を閉塞し、対応する電気化学デバイス１がパージ動作中は還流経路５９を開放する還流経路開閉弁６０と、を追加して、パージ動作中の電気化学デバイス１に逆方向の電流を流さないようにしたものに相当する。

以下、本実施の形態の水素生成システムについて、その構成を、図３を参照しながら具体的に説明する。

図３に示すように、本実施の形態における水素生成システム２００は、３台の電気化学デバイス１ａ，１ｂ，１ｃと、３つの温度調節器３０ａ，３０ｂ，３０ｃと、３台の電源４０ａ，４０ｂ，４０ｃと、ガス供給手段５０と、共用水素含有ガス経路５１と、３つの水素含有ガス経路５２ａ，５２ｂ，５２ｃと、３つのアノードガス排出経路５３ａ，５３ｂ，５３ｃと、３つのカソードガス排出経路５４ａ，５４ｂ，５４ｃと、共用カソードガス排出経路５５と、３つの水素含有ガス経路開閉弁５６ａ，５６ｂ，５６ｃと、３つのアノードガス排出経路開閉弁５７ａ，５７ｂ，５７ｃと、３つのカソードガス排出経路開閉弁５８ａ，５８ｂ，５８ｃと、還流経路５９ａ，５９ｂ，５９ｃと、還流経路開閉弁６０ａ，６０ｂ，６０ｃと、制御器７０と、を備える。

還流経路５９ａは、アノードガス排出経路５３ａにおけるアノードガス排出経路開閉弁５７ａとアノード側出口１９ａとの間の経路と、カソードガス排出経路５４ａにおけるカソードガス排出経路開閉弁５８ａとカソード側出口２０ａとの間の経路と、を連通させる経路である。

還流経路５９ａは、カソードガス排出経路５４ａの精製水素ガスをアノード側出口１９ａからアノード１２ａ（アノード流路１６ａを含む）に流すための経路であり、カソードガス排出経路５４ａにおけるカソードガス排出経路開閉弁５８ａとカソード側出口２０ａとの間の経路から分岐し、アノードガス排出経路５３ａにおけるアノードガス排出経路開閉弁５７ａとアノード側出口１９ａとの間の経路に合流する経路である。

還流経路５９ａは、一端がアノードガス排出経路５３ａにおけるアノードガス排出経路開閉弁５７ａとアノード側出口１９ａとの間の経路に接続され、他端がカソードガス排出経路５４ａにおけるカソードガス排出経路開閉弁５８ａとカソード側出口２０ａとの間の経路に接続され、経路の途中に還流経路５９ａを開閉する還流経路開閉弁６０ａを備えている。

還流経路開閉弁６０ａは、制御器７０によって制御され、電気化学デバイス１ａが水素生成動作をしているときは還流経路５９ａを閉塞しており、電気化学デバイス１ａのパージ動作をするときに、アノードガス排出経路開閉弁５７ａの閉塞後に、還流経路５９ａを開放し、電気化学デバイス１ａのパージ動作中は開状態を維持し、電気化学デバイス１ａのパージ動作を終了させるときに、還流経路５９ａを閉塞する。

還流経路５９ｂは、アノードガス排出経路５３ｂにおけるアノードガス排出経路開閉弁５７ｂとアノード側出口１９ｂとの間の経路と、カソードガス排出経路５４ｂにおけるカソードガス排出経路開閉弁５８ｂとカソード側出口２０ｂとの間の経路と、を連通させる経路である。

還流経路５９ｂは、カソードガス排出経路５４ｂの精製水素ガスをアノード側出口１９ｂからアノード１２ｂ（アノード流路１６ｂを含む）に流すための経路であり、カソードガス排出経路５４ｂにおけるカソードガス排出経路開閉弁５８ｂとカソード側出口２０ｂとの間の経路から分岐し、アノードガス排出経路５３ｂにおけるアノードガス排出経路開閉弁５７ｂとアノード側出口１９ｂとの間の経路に合流する経路である。

還流経路５９ｂは、一端がアノードガス排出経路５３ｂにおけるアノードガス排出経路開閉弁５７ｂとアノード側出口１９ｂとの間の経路に接続され、他端がカソードガス排出経路５４ｂにおけるカソードガス排出経路開閉弁５８ｂとカソード側出口２０ｂとの間の経路に接続され、経路の途中に還流経路５９ｂを開閉する還流経路開閉弁６０ｂを備えている。

還流経路開閉弁６０ｂは、制御器７０によって制御され、電気化学デバイス１ｂが水素生成動作をしているときは還流経路５９ｂを閉塞しており、電気化学デバイス１ｂのパージ動作をするときに、アノードガス排出経路開閉弁５７ｂの閉塞後に、還流経路５９ｂを開放し、電気化学デバイス１ｂのパージ動作中は開状態を維持し、電気化学デバイス１ｂのパージ動作を終了させるときに、還流経路５９ｂを閉塞する。

還流経路５９ｃは、アノードガス排出経路５３ｃにおけるアノードガス排出経路開閉弁５７ｃとアノード側出口１９ｃとの間の経路と、カソードガス排出経路５４ｃにおけるカソードガス排出経路開閉弁５８ｃとカソード側出口２０ｃとの間の経路と、を連通させる経路である。

還流経路５９ｃは、カソードガス排出経路５４ｃの精製水素ガスをアノード側出口１９ｃからアノード１２ｃ（アノード流路１６ｃを含む）に流すための経路であり、カソードガス排出経路５４ｃにおけるカソードガス排出経路開閉弁５８ｃとカソード側出口２０ｃとの間の経路から分岐し、アノードガス排出経路５３ｃにおけるアノードガス排出経路開閉弁５７ｃとアノード側出口１９ｃとの間の経路に合流する経路である。

還流経路５９ｃは、一端がアノードガス排出経路５３ｃにおけるアノードガス排出経路開閉弁５７ｃとアノード側出口１９ｃとの間の経路に接続され、他端がカソードガス排出経路５４ｃにおけるカソードガス排出経路開閉弁５８ｃとカソード側出口２０ｃとの間の経路に接続され、経路の途中に還流経路５９ｃを開閉する還流経路開閉弁６０ｃを備えている。

還流経路開閉弁６０ｃは、制御器７０によって制御され、電気化学デバイス１ｃが水素生成動作をしているときは還流経路５９ｃを閉塞しており、電気化学デバイス１ｃのパージ動作をするときに、アノードガス排出経路開閉弁５７ｃの閉塞後に、還流経路５９ｃを開放し、電気化学デバイス１ｃのパージ動作中は開状態を維持し、電気化学デバイス１ｃのパージ動作を終了させるときに、還流経路５９ｃを閉塞する。

電源４０ａは、アノード１２ａとカソード１３ａとの間に、アノード１２ａから電解質膜１１ａを介してカソード１３ａへと流れる、直流電流を流す直流電源であり、プラス側端子がアノード１２ａに接続されているとともに、マイナス側端子がカソード１３ａに接続されている。

また、電源４０ａは、制御器７０によって制御され、電気化学デバイス１ａが水素生成動作をしているときには、アノード１２ａから電解質膜１１ａを介してカソード１３ａに直流電流を流しており、電気化学デバイス１ａが水素生成動作をしていないときには、ア
ノード１２ａとカソード１３ａとの間に直流電流を流していない。

電源４０ｂは、アノード１２ｂとカソード１３ｂとの間に、アノード１２ｂから電解質膜１１ｂを介してカソード１３ｂへと流れる、直流電流を流す直流電源であり、プラス側端子がアノード１２ｂに接続されているとともに、マイナス側端子がカソード１３ｂに接続されている。

また、電源４０ｂは、制御器７０によって制御され、電気化学デバイス１ｂが水素生成動作をしているときには、アノード１２ｂから電解質膜１１ｂを介してカソード１３ｂに直流電流を流しており、電気化学デバイス１ｂが水素生成動作をしていないときには、アノード１２ｂとカソード１３ｂとの間に直流電流を流していない。

電源４０ｃは、アノード１２ｃとカソード１３ｃとの間に、アノード１２ｃから電解質膜１１ｃを介してカソード１３ｃへと流れる、直流電流を流す直流電源であり、プラス側端子がアノード１２ｃに接続されているとともに、マイナス側端子がカソード１３ｃに接続されている。

また、電源４０ｃは、制御器７０によって制御され、電気化学デバイス１ｃが水素生成動作をしているときには、アノード１２ｃから電解質膜１１ｃを介してカソード１３ｃに直流電流を流しており、電気化学デバイス１ｃが水素生成動作をしていないときには、アノード１２ｃとカソード１３ｃとの間に直流電流を流していない。

制御器７０は、温度調節器３０と、電源４０と、ガス供給手段５０と、水素含有ガス経路開閉弁５６と、アノードガス排出経路開閉弁５７と、カソードガス排出経路開閉弁５８と、還流経路開閉弁６０と、を制御可能に構成されている。

以上のように構成された本実施の形態の水素生成システム２００について、以下、全ての電気化学デバイス１に水素生成動作を行わせてから、電気化学デバイス１ｂ，１ｃの水素生成動作を終了させて、電気化学デバイス１ａは、水素生成動作を継続する場合の動作を、図３と図４とを用いて、具体的に説明する。

以下の動作は、制御器７０が、水素生成システム２００の温度調節器３０と、電源４０と、ガス供給手段５０と、水素含有ガス経路開閉弁５６と、アノードガス排出経路開閉弁５７と、カソードガス排出経路開閉弁５８と、還流経路開閉弁６０とを制御することによって行われる。

水素生成システム２００が水素生成動作を開始する前（図４のフローチャートのスタートの時点）は、全ての電気化学デバイス１に対応する、水素含有ガス経路開閉弁５６とアノードガス排出経路開閉弁５７とカソードガス排出経路開閉弁５８と還流経路開閉弁６０は全て閉状態であり、電源４０は電流を流しておらず、ガス供給手段５０はガスを供給していない。

そして、全ての電気化学デバイス１に水素生成動作の開始命令が入ると、まず、制御器７０は、還流経路開閉弁６０は閉状態を維持させたままで、全ての電気化学デバイス１に対応する、水素含有ガス経路開閉弁５６とアノードガス排出経路開閉弁５７とカソードガス排出経路開閉弁５８を、それぞれ開放（閉状態から開状態に）する（Ｓ０１１）。

次に、制御器７０は、ガス供給手段５０に、加湿された水素含有ガス（二酸化炭素の含有比率が３０％で水素の含有比率が７０％のガス）を、共用水素含有ガス経路５１と水素含有ガス経路５２を介して、アノード１２に供給させる供給動作を開始させ、全ての電気
化学デバイス１の温度が７０℃となるように、温度調節器３０の熱交換器の冷却水の流量を制御する（Ｓ０１２）。

次に、全ての電気化学デバイス１に対応する電源４０に対して、アノード１２から電解質膜１１を介してカソード１３へと流れる方向の電流の供給動作を開始させて、全ての電気化学デバイス１の水素生成動作を開始させる（Ｓ０１３）。

これにより、全ての電気化学デバイス１では、アノード１２に存在する水素含有ガスの水素が水素イオンと電子に解離し、電解質膜１１を透過してカソード１３に移動した水素イオンと、電源４０を経由してカソード１３に移動した電子とが、結びついて、カソード１３で、水素が生成される。

なお、電解質膜１１が、わずかにガスを透過する高分子で構成されるために、わずかではあるが、アノード１２に存在する水素含有ガスに含まれる二酸化炭素が、電解質膜１１を透過して、カソード１３へ移動する。

このため、カソード１３で生成された水素に微量の二酸化炭素が含まれた水素純度が９９．９７％の精製水素ガス（水素含有ガス）が、カソードガス排出経路５４と、共用カソードガス排出経路５５とを介して、水素利用機器へ供給される。

次に、外部から制御器７０の信号入力部に、電気化学デバイス１ｂ，１ｃに対して水素生成動作の終了命令が入ったか否かを判定する（Ｓ０１４）。このとき、終了命令が入っていないと判定すれば、終了命令が入るまでＳ０１４の判定を繰り返し、Ｓ０１４で終了命令が入ったと判定すればＳ０１５へ移行する。

Ｓ０１４で終了命令が入ったと判定すれば、制御器７０は、電気化学デバイス１ｂ，１ｃに対して、以下の水素生成動作を終了させるための動作を行わせる。

まず、制御器７０は、電源４０ｂ，４０ｃに電気化学デバイス１ｂ，１ｃへの電流を停止させ、カソードガス排出経路開閉弁５８ｂ，５８ｃと水素含有ガス経路開閉弁５６ｂ，５６ｃとは開状態を維持させたままで、アノードガス排出経路開閉弁５７ｂ，５７ｃを閉塞する（Ｓ０１５）。

このとき、電気化学デバイス１ｂ，１ｃが終了動作を始めた後も水素生成動作を継続する電気化学デバイス１ａに対応する水素含有ガス経路開閉弁５６ａとアノードガス排出経路開閉弁５７ａとカソードガス排出経路開閉弁５８ａの開状態は、維持される。

次に、制御器７０は、温度調節器３０ｂ，３０ｃによる電気化学デバイス１ｂ，１ｃの温度調節（温度調節器３０ｂ，３０ｃの熱交換器への冷却水の流入）を停止し、還流経路開閉弁６０ｂ，６０ｃを開放する（Ｓ０１６）。

終了命令が入って電源４０ｂ，４０ｃが電気化学デバイス１ｂ，１ｃへの電流を停止するまで、電気化学デバイス１ｂ，１ｃが水素生成動作をしていたことにより、カソード１３ｂ，１３ｃ（カソード流路１７ｂ，１７ｃを含む）側の精製水素ガスの圧力がアノード１２ｂ，１２ｃ（アノード流路１６ｂ，１６ｃを含む）側の水素含有ガスの圧力よりも高圧になっているために、還流経路開閉弁６０ｂ，６０ｃを開放すると、カソード１３ｂ，１３ｃ（カソード流路１７ｂ，１７ｃを含む）の精製水素ガスと共用カソードガス排出経路５５の精製水素ガスが、カソードガス排出経路５４ｂ，５４ｃから、還流経路５９ｂ，５９ｃを通って、アノードガス排出経路５３ｂ，５３ｃに流入し、さらに、アノード側出口１９ｂ，１９ｃからアノード１２ｂ，１２ｃ（アノード流路１６ｂ，１６ｃを含む）に
流入する。

そして、アノード側出口１９ｂ，１９ｃからアノード１２ｂ，１２ｃ（アノード流路１６ｂ，１６ｃを含む）に流入する精製水素ガスによって、アノード１２ｂ，１２ｃ（アノード流路１６ｂ，１６ｃを含む）に滞留していた水素含有ガスは、共用水素含有ガス経路５１に排出され、アノード１２ｂ，１２ｃ（アノード流路１６ｂ，１６ｃを含む）のガスの水素純度が上昇する。

そして、共用水素含有ガス経路５１に排出された水素含有ガスは、共用水素含有ガス経路５１から水素含有ガス経路５２ａを通って、水素生成動作を継続している電気化学デバイス１ａに対応するアノード１２ａへ供給される。

次に、還流経路開閉弁６０ｂ，６０ｃを開放した時刻から第２時間経過したか否か判定する（Ｓ０１７）。Ｓ０１７の判定で第２時間経過していない場合は、第２時間経過するまでＳ０１７の判定を繰り返し実行する。Ｓ０１７で第２時間経過したと判定した場合には、Ｓ０１８に移行する。

ここで、第２時間は、アノード１２ｂ，１２ｃに滞留する水素含有ガスの水素純度が所定の純度９９．９７％に達する時間（還流経路開閉弁６０ｂ，６０ｃを開放する直前にアノード１２ｂ，１２ｃ（アノード流路１６ｂ，１６ｃを含む）に滞留していた水素含有ガスを水素含有ガス経路５２ｂ，５２ｃから共用水素含有ガス経路５１に排出する、パージ動作に要する時間）として実験的に取得した時間であり、本実施の形態では第２時間を３分としている。

そして、Ｓ０１７で第２時間経過したと判定すると、制御器７０は、還流経路開閉弁６０ｂ，６０ｃと、水素含有ガス経路開閉弁５６ｂ，５６ｃと、カソードガス排出経路開閉弁５８ｂ，５８ｃとを、それぞれ閉塞して（Ｓ０１８）、動作を終了する。

このとき、水素生成動作を継続している電気化学デバイス１ａに対応する水素含有ガス経路開閉弁５６ａと、アノードガス排出経路開閉弁５７ａと、カソードガス排出経路開閉弁５８ａは、それぞれ開状態を維持し、還流経路開閉弁６０ａは閉状態を維持している。

そして、電気化学デバイス１ｂ，１ｃの内部と、アノードガス排出経路開閉弁５７ｂ，５７ｃ、水素含有ガス経路開閉弁５６ｂ，５６ｃおよびカソードガス排出経路開閉弁５８ｂ，５８ｃａの各開閉弁と電気化学デバイス１ｂ，１ｃとの間の経路内は、それぞれ精製水素ガスで満たされた状態で密封される。

そのため、次に電気化学デバイス１ｂ，１ｃで水素生成動作を行うときは、電気化学デバイス１ｂ，１ｃで水素生成動作を行う動作を開始したとき（カソードガス排出経路開閉弁５８ｂ，５８ｃを開放したとき）から、電気化学デバイス１ｂ，１ｃの水素純度が高い精製水素ガスを供給することができる。

以上のように、本実施の形態においては、電気化学デバイス１ｂ，１ｃの水素生成動作を終了させるための動作において、還流経路開閉弁６０ｂ，６０ｃを開放して、還流経路５９ｂ，５９ｃによって、アノードガス排出経路開閉弁５７ｂ，５７ｃとアノード側出口１９ｂ，１９ｃとの間のアノードガス排出経路５３ｂ，５３ｃと、カソードガス排出経路開閉弁５８ｂ，５８ｃとカソード側出口２０ｂ，２０ｃとの間のカソードガス排出経路５４ｂ，５４ｃとを連通させて、水素純度の高い精製水素ガスを、カソード１３ｂ，１３ｃ側からアノード１２ｂ，１２ｃ側へ供給する。

この還流経路５９ｂ，５９ｃを用いたカソード１３ｂ，１３ｃ側からアノード１２ｂ，１２ｃ側への精製水素ガスの供給を３分間（第２時間が経過するまで）継続することにより、カソード１３ｂ，１３ｃに存在する精製水素ガスを、アノード側出口１９ｂ，１９ｃ側からアノード１２ｂ，１２ｃに供給して、アノード１２ｂ，１２ｃに滞留する二酸化炭素やメタンを含む水素含有ガスを、アノード側入口１８ｂ，１８ｃから水素含有ガス経路５２ｂ，５２ｃを介して共用水素含有ガス経路５１に（少なくとも、水素含有ガス経路５２ｂ，５２ｃにおける水素含有ガス経路開閉弁５６ｂ，５６ｃよりも上流側の経路に）排出することができる。

そして、電気化学デバイス１ｂ，１ｃから共用水素含有ガス経路５１に排出された水素含有ガスは、水素生成動作を行っている電気化学デバイス１ａのアノード１２ａに供給されることになる。

これにより、水素生成動作終了後の電気化学デバイス１ｂ，１ｃのアノード１２ｂ，１２ｃは水素純度の高い水素含有ガスが存在しており、水素生成動作終了後の待機状態に、二酸化炭素やメタンがアノード１２ｂ，１２ｃからカソード１３ｂ，１３ｃに透過するのを抑制できる。

以上のことから、次回の電気化学デバイス１ｂ，１ｃの水素生成動作開始直後のカソード１３ｂ，１３ｃの水素純度の低下を抑制することができる。

これに加えて、電気化学デバイス１ｂ，１ｃのアノード１２ｂ，１２ｃから排出された水素含有ガスを再度、電気化学デバイス１ａの水素生成動作に用いることができる。そのため、水素生成システム２００から水素利用機器に供給する水素含有ガス量がパージ動作によって減少することを無くすことができる。

以上説明したように本実施の形態の水素生成システム２００は、アノード１２とカソード１３との間に電解質膜１１を有し、アノード１２に水素含有ガスを供給するとともに、アノード１２から電解質膜１１を介してカソード１３に電流を流すことで、カソード１３において精製水素ガスを生成する電解質膜−電極接合体２１から成る３台の電気化学デバイス１と、水素含有ガスを共用水素含有ガス経路５１に供給するガス供給手段５０と、３台の電気化学デバイス１のそれぞれに個別に設けられ、アノード１２とカソード１３との間に正逆両方向に直流電流を流すことが可能に構成された３つの電源４０と、共用水素含有ガス経路５１の水素含有ガスを３台の電気化学デバイス１のアノード１２に分配する３つの水素含有ガス経路５２と、３台の電気化学デバイス１のそれぞれのアノード１２に個別に設けられ、アノード１２から未利用の水素含有ガスを排出する３つのアノードガス排出経路５３と、３台の電気化学デバイス１のそれぞれのカソード１３に個別に設けられ、カソード１３において生成した精製水素ガスを共用カソードガス排出経路５５に排出する３つのカソードガス排出経路５４と、３つの水素含有ガス経路５２のそれぞれに個別に水素含有ガス経路５２を開閉可能に設けられ、対応する電気化学デバイス１が水素生成動作をしているときに開放している３つの水素含有ガス経路開閉弁５６と、３つのアノードガス排出経路５３のそれぞれに個別にアノードガス排出経路５３を開閉可能に設けられ、対応する電気化学デバイス１が水素生成動作をしているときに開放している３つのアノードガス排出経路開閉弁５７と、３つのカソードガス排出経路５４のそれぞれに個別にカソードガス排出経路５４を開閉可能に設けられ、対応する電気化学デバイス１が水素生成動作をしているときに開放している３つのカソードガス排出経路開閉弁５８と、３台の電気化学デバイス１のそれぞれに個別に設けられ、対応するアノードガス排出経路５３におけるアノードガス排出経路開閉弁５７とアノード１２との間の経路と、対応するカソードガス排出経路５４におけるカソードガス排出経路開閉弁５８とカソード１３との間の経路を連通させる３つの還流経路５９と、３つの還流経路５９のそれぞれに個別に、還流経路５９
を開閉可能に設けられ、対応する電気化学デバイス１が水素生成動作をしているときに閉塞している３つの還流経路開閉弁６０と、制御器７０とを備えている。

そして、制御器７０が、電気化学デバイス１ｂ，１ｃの水素生成動作を終了させる場合は、電気化学デバイス１ｂ，１ｃに対応する電源４０ｂ，４０ｃに対して、アノード１２ｂ，１２ｃから電解質膜１１ｂ，１１ｃを介してカソード１３ｂ，１３ｃへ電流を流すのを止めさせるとともに、電気化学デバイス１ｂ，１ｃに対応するアノードガス排出経路開閉弁５７ｂ，５７ｃを閉塞させた後に、電気化学デバイス１ｂ，１ｃに対応する還流経路開閉弁６０ｂ，６０ｃを開放させて、電気化学デバイス１ｂ，１ｃの還流経路５９ｂ，５９ｃとアノードガス排出経路５３ｂ，５３ｃを通って（アノード側出口１９ｂ，１９ｃから）アノード１２ｂ，１２ｃ（アノード流路１６ｂ，１６ｃを含む）に逆流する精製水素ガスによって、電気化学デバイス１ｂ，１ｃのアノード１２ｂ，１２ｃ（アノード流路１６ｂ，１６ｃを含む）に滞留する水素含有ガスを共用水素含有ガス経路５１に排出してから、電気化学デバイス１ｂ，１ｃに対応する還流経路開閉弁６０ｂ，６０ｃ、水素含有ガス経路開閉弁５６ｂ，５６ｃおよびカソードガス排出経路開閉弁５８ｂ，５８ｃを閉塞させるのである。

この水素生成システム２００は、水素生成動作を終了させる電気化学デバイス１ｂ，１ｃにおいて、アノードガス排出経路開閉弁５７ｂ，５７ｃを閉塞（アノードガス排出経路開閉弁５７ｂ，５７ｃによって、アノードガス排出経路５３ｂ，５３ｃを閉塞）させた後に、還流経路開閉弁６０ｂ，６０ｃを開放させることによって、カソード１３ｂ，１３ｃ（カソード流路１７ｂ，１７ｃを含む）の精製水素ガスを、還流経路５９ｂ，５９ｃを利用して、アノードガス排出経路５３ｂ，５３ｃからアノード１２ｂ，１２ｃ（アノード流路１６ｂ，１６ｃを含む）に流入させることができる。

そして、アノードガス排出経路５３ｂ，５３ｃ（アノード側出口１９ｂ，１９ｃ）からアノード１２ｂ，１２ｃ（アノード流路１６ｂ，１６ｃを含む）に流入するカソード１３ｂ，１３ｃ（カソード流路１７ｂ，１７ｃを含む）の精製水素ガスによって、アノード１２ｂ，１２ｃ（アノード流路１６ｂ，１６ｃを含む）に滞留する水素含有ガスを、共用水素含有ガス経路５１に排出してから、還流経路開閉弁６０ｂ，６０ｃ、水素含有ガス経路開閉弁５６ｂ，５６ｃおよびカソードガス排出経路開閉弁５８ｂ，５８ｃを閉塞（還流経路開閉弁６０ｂ，６０ｃ、水素含有ガス経路開閉弁５６ｂ，５６ｃおよびカソードガス排出経路開閉弁５８ｂ，５８ｃによって、還流経路５９ｂ，５９ｃ、水素含有ガス経路５２ｂ，５２ｃおよびカソードガス排出経路５４ｂ，５４ｃを閉塞）するので、電気化学デバイス１ｂ，１ｃの内部と、アノードガス排出経路開閉弁５７ｂ，５７ｃ、還流経路開閉弁６０ｂ，６０ｃ、水素含有ガス経路開閉弁５６ｂ，５６ｃおよびカソードガス排出経路開閉弁５８ｂ，５８ｃの各開閉弁と電気化学デバイス１ｂ，１ｃとの間の経路内は、精製水素ガスで満たされた状態で、密封される。

その結果、次回の電気化学デバイス１ｂ，１ｃの水素生成動作開始まで、アノード１２ｂ，１２ｃ（アノード流路１６ｂ，１６ｃを含む）に滞留するガスを、カソード１３ｂ，１３ｃ（カソード流路１７ｂ，１７ｃを含む）と同じ精製水素ガスにできる。

そのため、アノード１２ｂ，１２ｃ（アノード流路１６ｂ，１６ｃを含む）とカソード１３ｂ，１３ｃ（カソード流路１７ｂ，１７ｃを含む）にそれぞれ滞留する水素含有ガスを構成する各成分ガスが、電解質膜１１ｂ，１１ｃの両側の各成分ガスの分圧の差によって、電解質膜１１ｂ，１１ｃを透過する現象は起こらない。

したがって、水素生成動作終了後の待機状態の電気化学デバイス１ｂ，１ｃにおいて、カソード１３ｂ，１３ｃ（カソード流路１７ｂ，１７ｃを含む）に滞留する精製水素ガス
の水素純度が低下していくのを抑制して、次回の電気化学デバイス１ｂ，１ｃの水素生成動作開始直後から高純度の精製水素ガスを、カソード１３ｂ，１３ｃ（カソード流路１７ｂ，１７ｃを含む）から排出することができることになる。

また、共用水素含有ガス経路５１に排出された水素含有ガスと、還流経路５９ｂ，５９ｃを利用してアノードガス排出経路５３ｂ，５３ｃ（アノード側出口１９ｂ，１９ｃ）からアノード１２ｂ，１２ｃ（アノード流路１６ｂ，１６ｃを含む）に流入させた精製水素ガスとは、次回の電気化学デバイス１ｂ，１ｃの水素生成または水素生成動作中の他の電気化学デバイス１ａの水素生成に用いることができる。

そのため、アノード１２ｂ，１２ｃ（アノード流路１６ｂ，１６ｃを含む）から排出した水素含有ガスと、アノード１２ｂ，１２ｃ（アノード流路１６ｂ，１６ｃを含む）から水素含有ガスを排出するために用いた精製水素ガスと、を無駄なく再利用できる。

また、還流経路５９ｂ，５９ｃを用いて、精製水素ガスで、アノード１２ｂ，１２ｃ（アノード流路１６ｂ，１６ｃを含む）に滞留する水素含有ガスを共用水素含有ガス経路５１に排出すので、電解質膜１１ｂ，１１ｃのガス透過の特性に頼らずに、確実に、精製水素ガスをカソード１３ｂ，１３ｃ（カソード流路１７ｂ，１７ｃを含む）からアノード１２ｂ，１２ｃ（アノード流路１６ｂ，１６ｃを含む）へ移動させることができる。

また、還流経路開閉弁６０ｂ，６０ｃを開状態にする（還流経路開閉弁６０ｂ，６０ｃの開状態を維持する）ための消費電力が、精製水素ガスをカソード１３ｂ，１３ｃ（カソード流路１７ｂ，１７ｃを含む）からアノード１２ｂ，１２ｃ（アノード流路１６ｂ，１６ｃを含む）へ移動させるために逆方向の電流を流す場合の消費電力よりも小さい場合には、実施の形態１のように逆方向の電流を流す場合よりも、省エネになる。

また、カソードガス排出経路開閉弁５８ｂ，５８ｃは、アノード１２ｂ，１２ｃ（アノード流路１６ｂ，１６ｃを含む）に滞留する水素含有ガスを共用水素含有ガス経路５１に排出してから、閉塞するので、カソードガス排出経路５４ｂ，５４ｃにおけるカソードガス排出経路開閉弁５８ｂ，５８ｃよりも下流側の精製水素ガスと、水素生成動作を行っている他の電気化学デバイス１ａのカソード１３ａにおいて生成された精製水素ガスの両方の精製水素ガスを、カソード１３ｂ，１３ｃ（カソード流路１７ｂ，１７ｃを含む）の精製水素ガスをアノード１２ｂ，１２ｃ（アノード流路１６ｂ，１６ｃを含む）に移動させるのに利用できる。

本実施の形態の水素生成システム２００の制御器７０は、電気化学デバイス１ｂ，１ｃが、水素生成動作の終了動作を開始してから終了動作を完了するまでの間は、他の電気化学デバイス１ａに水素生成動作を行わせているので、水素生成動作を終了させる電気化学デバイス１ｂ，１ｃから共用水素含有ガス経路５１に排出された、アノード１２ｂ，１２ｃ（アノード流路１６ｂ，１６ｃを含む）の水素含有ガス及びカソード１３ｂ，１３ｃ（カソード流路１７ｂ，１７ｃを含む）の精製水素ガスを、水素生成動作をしている他の電気化学デバイス１ａのアノード１２ａに供給して、電気化学デバイス１ａの水素生成に有効利用できる。

なお、本実施の形態の水素生成システム２００の電気化学デバイス１の台数は、３台であったが、これに限定されるものではなく、電気化学デバイス１の台数は、２台以上であれば良い。

なお、本実施の形態では、３台の電気化学デバイス１のうちの２台の電気化学デバイス１にパージ動作を行わせたが、これに限定されるものではなく、３台の電気化学デバイス
１のうちの２台の電気化学デバイス１が水素生成動作を行っている間に、他の１台の電気化学デバイス１にパージ動作を行わせても構わない。

また、本実施の形態では、３台の電気化学デバイス１のうちの１台の電気化学デバイス１が水素生成動作を行っている間に、残りの２台の電気化学デバイス１にパージ動作を行わせたが、３台の電気化学デバイス１のうちの１台の電気化学デバイス１が水素生成動作を行っている間に、他の２台のうちの１台の電気化学デバイス１にパージ動作を行わせ、残りの１台の電気化学デバイス１を休止させても構わない。

水素生成システム２００の電気化学デバイス１の台数が２台の場合は、１台の電気化学デバイス１が水素生成動作を行っている間に、残りの１台の電気化学デバイス１にパージ動作を行わせる。

水素生成システム１００の電気化学デバイス１の台数が４台の場合は、３台の電気化学デバイス１が水素生成動作を行っている間に、残りの１台の電気化学デバイス１にパージ動作を行わせる、または、２台の電気化学デバイス１が水素生成動作を行っている間に、残りの２台の電気化学デバイス１にパージ動作を行わせる、または、１台の電気化学デバイス１が水素生成動作を行っている間に、残りの３台の電気化学デバイス１にパージ動作を行わせる、２台の電気化学デバイス１が水素生成動作を行っている間に、他の２台のうちの１台の電気化学デバイス１にパージ動作を行わせ、残りの１台の電気化学デバイス１を休止させる、１台の電気化学デバイス１が水素生成動作を行っている間に、他の３台のうちの２台の電気化学デバイス１にパージ動作を行わせ、残りの１台の電気化学デバイス１を休止させる、１台の電気化学デバイス１が水素生成動作を行っている間に、他の３台のうちの１台の電気化学デバイス１にパージ動作を行わせ、残りの２台の電気化学デバイス１を休止させる、のいずれかを行うことができる。

なお、本実施の形態では、２台の電気化学デバイス１にパージ動作を行わせたが、少なくとも１台以上の電気化学デバイス１に水素生成動作を行わせている間は、同時にパージ動作をさせる電気化学デバイス１の台数は、これに限定されるものではない。

なお、本実施の形態では、水素生成システム２００に備えられた全て電気化学デバイス１に水素生成動作を同時に行わせたが、水素生成動作を同時に行わせる電気化学デバイス１が少なくとも２台以上であれば、これに限定されるものではない。

なお、本実施の形態では、電気化学デバイス１ｂ，１ｃに対して、水素生成動作を行わせた後にパージ動作を行わせたが、パージ動作が終了した後の電気化学デバイス１ｂ，１ｃに対して再び水素生成動作を行わせてもよい。

なお、本実施の形態では、Ｓ０１７の第２時間の３分を、予め実験的に取得し決定したが、水素含有ガス経路５２または還流経路５９に設置した流量計で、通過した水素含有ガスの積算流量をモニタリングして設定してもよい。

水素含有ガス経路開閉弁５６は、水素含有ガス経路５２における共用水素含有ガス経路５１に近接した位置に設けると、水素含有ガス経路５２におけるアノード側入口１８に近接した位置に設ける場合よりも、バージ動作で移動させたガスを水素生成動作中の他の電気化学デバイス１の水素生成に有効利用できるとともに、次回の電気化学デバイス１の水素生成動作開始直後から高純度の精製水素ガスをカソード１３から排出するのに都合が良い。

また、還流経路５９がアノードガス排出経路５３に合流する合流点（還流経路５９がア
ノードガス排出経路５３に接続される接続点）とアノードガス排出経路開閉弁５７との間のアノードガス排出経路５３に存在する水素含有ガスは、還流経路５９がアノードガス排出経路５３に合流する合流点（還流経路５９がアノードガス排出経路５３に接続される接続点）とアノード側出口１９との間のアノードガス排出経路５３に存在する水素含有ガスよりも、パージ動作で水素含有ガス経路５２（共用水素含有ガス経路５１）に排出し難いので、アノードガス排出経路開閉弁５７は、アノードガス排出経路５３における還流経路５９がアノードガス排出経路５３に合流する合流点（還流経路５９がアノードガス排出経路５３に接続される接続点）に近接した位置に設ける方が、アノードガス排出経路５３における還流経路５９がアノードガス排出経路５３に合流する合流点（還流経路５９がアノードガス排出経路５３に接続される接続点）から離れた位置に設ける場合よりも、還流経路５９がアノードガス排出経路５３に合流する合流点（還流経路５９がアノードガス排出経路５３に接続される接続点）とアノードガス排出経路開閉弁５７との間のアノードガス排出経路５３に存在する水素含有ガスの影響を少なくできるので好ましい。

以上のように、本発明にかかる水素生成システムは、水素生成動作終了後の待機状態の電気化学デバイスにおいて、カソードに滞留する精製水素ガスの水素純度が低下していくのを抑制して、次回の電気化学デバイスの水素生成動作開始直後から高純度の精製水素ガスをカソードから排出することができるので、並列に接続された複数台の電気化学デバイスを用いて水素純度が高い精製水素ガスを生成する水素生成システム、または、その応用システムに適用できる。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ 電気化学デバイス
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 電解質膜
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ アノード
１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ カソード
１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ アノードセパレータ
１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ カソードセパレータ
１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ アノード流路
１７，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ カソード流路
１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ アノード側入口
１９，１９ａ，１９ｂ，１９ｃ アノード側出口
２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ カソード側出口
２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ 電解質膜−電極接合体
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ 温度調節器
４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ 電源
５０ ガス供給手段
５１ 共用水素含有ガス経路
５２，５２ａ，５２ｂ，５２ｃ 水素含有ガス経路
５３，５３ａ，５３ｂ，５３ｃ アノードガス排出経路
５４，５４ａ，５４ｂ，５４ｃ カソードガス排出経路
５５ 共用カソードガス排出経路
５６，５６ａ，５６ｂ，５６ｃ 水素含有ガス経路開閉弁
５７，５７ａ，５７ｂ，５７ｃ アノードガス排出経路開閉弁
５８，５８ａ，５８ｂ，５８ｃ カソードガス排出経路開閉弁
５９，５９ａ，５９ｂ，５９ｃ 還流経路
６０，６０ａ，６０ｂ，６０ｃ 還流経路開閉弁
７０ 制御器
１００，２００ 水素生成システム

Claims (6)

1. アノードとカソードとの間に電解質膜を有し、前記アノードに水素含有ガスを供給するとともに、前記アノードから前記電解質膜を介して前記カソードに電流を流すことで、前記カソードにおいて精製水素ガスを生成する複数の電気化学デバイスと、
   前記水素含有ガスを共用水素含有ガス経路に供給するガス供給手段と、
   複数の前記電気化学デバイスのそれぞれに個別に設けられ、前記アノードと前記カソードとの間に電流を流す複数の電源と、
   前記共用水素含有ガス経路の前記水素含有ガスを、複数の前記電気化学デバイスの前記アノードに分配する複数の水素含有ガス経路と、
   複数の前記電気化学デバイスのそれぞれの前記アノードに個別に設けられ、前記アノードから未利用の前記水素含有ガスを排出する複数のアノードガス排出経路と、
   複数の前記電気化学デバイスのそれぞれの前記カソードに個別に設けられ、前記カソードにおいて生成した精製水素ガスを共用カソードガス排出経路に排出する複数のカソードガス排出経路と、
   複数の前記水素含有ガス経路のそれぞれに個別に、前記水素含有ガス経路を開閉可能に設けられ、対応する前記電気化学デバイスが水素生成動作をしているときに開放している複数の水素含有ガス経路開閉弁と、
   複数の前記アノードガス排出経路のそれぞれに個別に、前記アノードガス排出経路を開閉可能に設けられ、対応する前記電気化学デバイスが水素生成動作をしているときに開放している複数のアノードガス排出経路開閉弁と、
   複数の前記カソードガス排出経路のそれぞれに個別に、前記カソードガス排出経路を開閉可能に設けられ、対応する前記電気化学デバイスが水素生成動作をしているときに開放している複数のカソードガス排出経路開閉弁と、
   制御器と、を備え、
   前記制御器は、少なくとも１台の前記電気化学デバイスの水素生成動作を終了させる場合は、水素生成動作を終了させる前記電気化学デバイスに対応する前記電源に対して前記アノードから前記電解質膜を介して前記カソードに流す電流を止めさせるとともに、水素生成動作を終了させる前記電気化学デバイスに対応する前記アノードガス排出経路開閉弁を閉塞させ、水素生成動作を終了させる前記電気化学デバイスの前記カソードから前記電解質膜を介して前記アノードに透過する前記精製水素ガスによって、水素生成動作を終了させる前記電気化学デバイスの前記アノードに滞留する前記水素含有ガスを前記共用水素含有ガス経路に排出してから、水素生成動作を終了させる前記電気化学デバイスに対応する前記水素含有ガス経路開閉弁および前記カソードガス排出経路開閉弁を閉塞させることを特徴とする水素生成システム。
2. 前記制御器は、水素生成動作を終了させる前記電気化学デバイスにおいて、前記精製水素ガスによって、前記アノードに滞留する前記水素含有ガスを前記共用水素含有ガス経路に排出するときに、水素生成動作を終了させる前記電気化学デバイスに対応する前記電源に対して前記カソードから前記電解質膜を介して前記アノードに電流を流させ、水素生成動作を終了させる前記電気化学デバイスに対応する前記水素含有ガス経路開閉弁および前記カソードガス排出経路開閉弁を閉塞させるときに、水素生成動作を終了させる前記電気化学デバイスに対応する前記電源に対して電流を流すのを止めさせることを特徴とする請求項１に記載の水素生成システム。
3. アノードとカソードとの間に電解質膜を有し、前記アノードに水素含有ガスを供給するとともに、前記アノードから前記電解質膜を介して前記カソードに電流を流すことで、前記カソードにおいて精製水素ガスを生成する複数の電気化学デバイスと、
   前記水素含有ガスを共用水素含有ガス経路に供給するガス供給手段と、
   複数の前記電気化学デバイスのそれぞれに個別に設けられ、前記アノードと前記カソー
   ドとの間に電流を流す複数の電源と、
   前記共用水素含有ガス経路の前記水素含有ガスを、複数の前記電気化学デバイスの前記アノードに分配する複数の水素含有ガス経路と、
   複数の前記電気化学デバイスのそれぞれの前記アノードに個別に設けられ、前記アノードから未利用の前記水素含有ガスを排出する複数のアノードガス排出経路と、
   複数の前記電気化学デバイスのそれぞれの前記カソードに個別に設けられ、前記カソードにおいて生成した精製水素ガスを共用カソードガス排出経路に排出する複数のカソードガス排出経路と、
   複数の前記水素含有ガス経路のそれぞれに個別に、前記水素含有ガス経路を開閉可能に設けられ、対応する前記電気化学デバイスが水素生成動作をしているときに開放している複数の水素含有ガス経路開閉弁と、
   複数の前記アノードガス排出経路のそれぞれに個別に、前記アノードガス排出経路を開閉可能に設けられ、対応する前記電気化学デバイスが水素生成動作をしているときに開放している複数のアノードガス排出経路開閉弁と、
   複数の前記カソードガス排出経路のそれぞれに個別に、前記カソードガス排出経路を開閉可能に設けられ、対応する前記電気化学デバイスが水素生成動作をしているときに開放している複数のカソードガス排出経路開閉弁と、
   複数の前記電気化学デバイスのそれぞれに個別に設けられ、対応する前記アノードガス排出経路における前記アノードガス排出経路開閉弁と前記アノードとの間の経路と、対応する前記カソードガス排出経路における前記カソードガス排出経路開閉弁と前記カソードとの間の経路を連通させる複数の還流経路と、
   複数の前記還流経路のそれぞれに個別に、前記還流経路を開閉可能に設けられ、対応する前記電気化学デバイスが水素生成動作をしているときに閉塞している複数の還流経路開閉弁と、
   制御器と、を備え、
   前記制御器は、少なくとも１台の前記電気化学デバイスの水素生成動作を終了させる場合は、水素生成動作を終了させる前記電気化学デバイスに対応する前記電源に対して前記アノードから前記電解質膜を介して前記カソードに電流を流すのを止めさせるとともに、水素生成動作を終了させる前記電気化学デバイスに対応する前記アノードガス排出経路開閉弁を閉塞させた後に、水素生成動作を終了させる前記電気化学デバイスに対応する前記還流経路開閉弁を開放させ、水素生成動作を終了させる前記電気化学デバイスの前記還流経路と前記アノードガス排出経路を通って前記アノードに逆流する前記精製水素ガスによって、水素生成動作を終了させる前記電気化学デバイスの前記アノードに滞留する前記水素含有ガスを前記共用水素含有ガス経路に排出してから、水素生成動作を終了させる前記電気化学デバイスに対応する前記還流経路開閉弁、前記水素含有ガス経路開閉弁および前記カソードガス排出経路開閉弁を閉塞させることを特徴とする水素生成システム。
4. 前記制御器は、少なくとも１台の前記電気化学デバイスが、水素生成動作の終了動作を開始してから前記終了動作を完了するまでの間は、他の少なくとも１台の前記電気化学デバイスに前記水素生成動作を行わせることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の水素生成システム。
5. アノードとカソードとの間に電解質膜を有し、前記アノードに水素含有ガスを供給するとともに、前記アノードから前記電解質膜を介して前記カソードに電流を流すことで、前記カソードにおいて精製水素ガスを生成する複数の電気化学デバイスと、
   前記水素含有ガスを共用水素含有ガス経路に供給するガス供給手段と、
   複数の前記電気化学デバイスのそれぞれに個別に設けられ、前記アノードと前記カソードとの間に電流を流す複数の電源と、
   前記共用水素含有ガス経路の前記水素含有ガスを、複数の前記電気化学デバイスの前記アノードに分配する複数の水素含有ガス経路と、
   複数の前記電気化学デバイスのそれぞれの前記アノードに個別に設けられ、前記アノードから未利用の前記水素含有ガスを排出する複数のアノードガス排出経路と、
   複数の前記電気化学デバイスのそれぞれの前記カソードに個別に設けられ、前記カソードにおいて生成した精製水素ガスを共用カソードガス排出経路に排出する複数のカソードガス排出経路と、
   複数の前記水素含有ガス経路のそれぞれに個別に、前記水素含有ガス経路を開閉可能に設けられ、対応する前記電気化学デバイスが水素生成動作をしているときに開放している複数の水素含有ガス経路開閉弁と、
   複数の前記アノードガス排出経路のそれぞれに個別に、前記アノードガス排出経路を開閉可能に設けられ、対応する前記電気化学デバイスが水素生成動作をしているときに開放している複数のアノードガス排出経路開閉弁と、
   複数の前記カソードガス排出経路のそれぞれに個別に、前記カソードガス排出経路を開閉可能に設けられ、対応する前記電気化学デバイスが水素生成動作をしているときに開放している複数のカソードガス排出経路開閉弁と、
   を備えた水素生成システムにおいて、少なくとも１台の前記電気化学デバイスの水素生成動作を終了させる場合の運転方法であって、
   水素生成動作を終了させる前記電気化学デバイスの前記アノードから前記電解質膜を介して前記カソードに流れる電流を止めるとともに、水素生成動作を終了させる前記電気化学デバイスに対応する前記アノードガス排出経路開閉弁を閉塞し、水素生成動作を終了させる前記電気化学デバイスの前記カソードから前記電解質膜を介して前記アノードに透過する前記精製水素ガスによって、水素生成動作を終了させる前記電気化学デバイスの前記アノードに滞留する前記水素含有ガスを前記共用水素含有ガス経路に排出してから、水素生成動作を終了させる前記電気化学デバイスに対応する前記水素含有ガス経路開閉弁および前記カソードガス排出経路開閉弁を閉塞することを特徴とする水素生成システムの運転方法。
6. アノードとカソードとの間に電解質膜を有し、前記アノードに水素含有ガスを供給するとともに、前記アノードから前記電解質膜を介して前記カソードに電流を流すことで、前記カソードにおいて精製水素ガスを生成する複数の電気化学デバイスと、
   前記水素含有ガスを共用水素含有ガス経路に供給するガス供給手段と、
   複数の前記電気化学デバイスのそれぞれに個別に設けられ、前記アノードと前記カソードとの間に電流を流す複数の電源と、
   前記共用水素含有ガス経路の前記水素含有ガスを、複数の前記電気化学デバイスの前記アノードに分配する複数の水素含有ガス経路と、
   複数の前記電気化学デバイスのそれぞれの前記アノードに個別に設けられ、前記アノードから未利用の前記水素含有ガスを排出する複数のアノードガス排出経路と、
   複数の前記電気化学デバイスのそれぞれの前記カソードに個別に設けられ、前記カソードにおいて生成した精製水素ガスを共用カソードガス排出経路に排出する複数のカソードガス排出経路と、
   複数の前記水素含有ガス経路のそれぞれに個別に、前記水素含有ガス経路を開閉可能に設けられ、対応する前記電気化学デバイスが水素生成動作をしているときに開放している複数の水素含有ガス経路開閉弁と、
   複数の前記アノードガス排出経路のそれぞれに個別に、前記アノードガス排出経路を開閉可能に設けられ、対応する前記電気化学デバイスが水素生成動作をしているときに開放している複数のアノードガス排出経路開閉弁と、
   複数の前記カソードガス排出経路のそれぞれに個別に、前記カソードガス排出経路を開閉可能に設けられ、対応する前記電気化学デバイスが水素生成動作をしているときに開放している複数のカソードガス排出経路開閉弁と、
   複数の前記電気化学デバイスのそれぞれに個別に設けられ、対応する前記アノードガス排出経路における前記アノードガス排出経路開閉弁と前記アノードとの間の経路と、対応
   する前記カソードガス排出経路における前記カソードガス排出経路開閉弁と前記カソードとの間の経路を連通させる複数の還流経路と、
   複数の前記還流経路のそれぞれに個別に、前記還流経路を開閉可能に設けられ、対応する前記電気化学デバイスが水素生成動作をしているときに閉塞している複数の還流経路開閉弁と、
   を備えた水素生成システムにおいて、少なくとも１台の前記電気化学デバイスの水素生成動作を終了させる場合の運転方法であって、
   水素生成動作を終了させる前記電気化学デバイスの前記アノードから前記電解質膜を介して前記カソードに流れる電流を止めるとともに、水素生成動作を終了させる前記電気化学デバイスに対応する前記アノードガス排出経路開閉弁を閉塞した後に、水素生成動作を終了させる前記電気化学デバイスに対応する前記還流経路開閉弁を開放し、水素生成動作を終了させる前記電気化学デバイスの前記還流経路と前記アノードガス排出経路を通って前記アノードに逆流する前記精製水素ガスによって、水素生成動作を終了させる前記電気化学デバイスの前記アノードに滞留する前記水素含有ガスを前記共用水素含有ガス経路に排出してから、水素生成動作を終了させる前記電気化学デバイスに対応する前記還流経路開閉弁、前記水素含有ガス経路開閉弁および前記カソードガス排出経路開閉弁を閉塞することを特徴とする水素生成システムの運転方法。

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