JP2021070849A - Cell module for water electrolysis - Google Patents

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Abstract

To provide a water electrolysis cell module that makes it easier to replace and maintain the water electrolysis cell by improving the arrangement of the water electrolysis cell, and to extend the life of the water electrolysis cell by improving the use (operation) method and configuration of the water electrolysis cell.SOLUTION: The present invention provides a cell module 10 for water electrolysis and a method for operating the cell module 10 for water electrolysis, in which the cell module 10 for water electrolysis is constituted by three-dimensionally arranging water electrolysis stack cells 9 formed by laminating two or more water electrolysis stack cells when a structure sandwiching both sides of a polymer electrolyte membrane (PEM) 5 by water electrolysis electrodes 2 is used as a single cell 1 for water electrolysis, wherein a pause time for interrupting application voltage for water electrolysis so as not to flow an electrolytic current is provided for each water electrolysis stack cell 9, or for each two-dimensional water electrolysis stack cell group 11 composed of two-dimensional arrangement parts of the water electrolysis stack cells 9, or for each of the entire cell modules 10 for water electrolysis.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、水電解用セルモジュールに関するものであり、更に詳しくは、水電解用単セルを積層してなる水電解用スタックセルを、2次元又は3次元に配列してなる水電解用セルモジュールに関するものであり、また、該水電解用セルモジュールの運転方法に関するものである。 The present invention relates to a cell module for water electrolysis, and more specifically, a cell module for water electrolysis formed by stacking single cells for water electrolysis and arranging stack cells for water electrolysis in two or three dimensions. It also relates to a method of operating the cell module for water electrolysis.

水素は、燃料電池の燃料として用いられる等、種々の用途が存在し、酸素も種々の用途が存在する。そしてそれらは、多くは水の電気分解から得られている。
高分子電解質膜(PEM)の両側を電極で挟んだ構造を有し、水の電気分解(水電解)用に用いられるセルが知られている。該セルには水が供給され、電圧を印加して電流を流すことによって、該セルからは水素と酸素が取り出せる。
Hydrogen has various uses such as being used as a fuel for fuel cells, and oxygen also has various uses. And they are mostly derived from the electrolysis of water.
A cell having a structure in which both sides of a polymer electrolyte membrane (PEM) are sandwiched between electrodes and used for electrolysis of water (water electrolysis) is known. Water is supplied to the cell, and hydrogen and oxygen can be extracted from the cell by applying a voltage and passing an electric current.

このような水電解用セル、及び、それを複数組み合わせた又は複数集合させた装置も知られている。 Such water electrolysis cells and devices in which a plurality of the cells are combined or assembled are also known.

特許文献1には、水供給装置と、水電解セルに供給される電流値のセンサーと、該センサーの出力信号に基づいて水の供給量を制御する制御部とを備える水電解装置が記載されている。 Patent Document 1 describes a water electrolysis device including a water supply device, a sensor of a current value supplied to the water electrolysis cell, and a control unit that controls a water supply amount based on an output signal of the sensor. ing.

また、特許文献2には、水電解槽と、陰極側ガスの水素濃度若しくは酸素濃度、又は、該水電解槽への電力供給量を監視する監視装置と、水素供給路と、水素ガスの流量を調節する流量調節バルブとを備える水電解システムが記載されている。 Further, Patent Document 2 describes a water electrolysis tank, a monitoring device for monitoring the hydrogen concentration or oxygen concentration of the gas on the cathode side, or the amount of power supplied to the water electrolysis tank, a hydrogen supply path, and a flow rate of hydrogen gas. A water electrolysis system with a flow control valve for adjusting the amount of water is described.

特許文献3には、水電解セルを備えた水電解装置と、直流電源と、該水電解セルに急激な電位変動等が生じた時に、それを緩和する緩和装置とを備えた電解システムが記載されている。 Patent Document 3 describes an electrolysis system including a water electrolysis device provided with a water electrolysis cell, a DC power supply, and a relaxation device for alleviating a sudden potential fluctuation or the like in the water electrolysis cell. Has been done.

特許文献4には、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該水電解スタック内に供給され、未反応の水が水排出路を介して該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が記載されている。 In Patent Document 4, a water electrolysis stack in which a plurality of water electrolysis cells are laminated on each other and water stored in a gas-liquid separator are supplied into the water electrolysis stack via a water supply path, and unreacted water. Described is a water electrolysis system comprising a circulation pump that circulates water so that the water is discharged to the gas-liquid separator via a water discharge path.

しかしながら、これらの技術は、何れも水電解用セルの使用方法によって該水電解用セル自体の寿命を延ばすと言ったものではなかった。
また、水電解用セルを用いた装置の改良ではあるが、該セルの使用方法(運転方法)や、メンテナンスのし易さ等に着目したものでもなかった。
すなわち、水電解用セルの交換やメンテナンスを、該水電解用セルのモジュール化に着目し、該水電解用セルの運転方法や使用方法を改良したものではなかった。
However, none of these techniques has been said to extend the life of the water electrolysis cell itself depending on how the water electrolysis cell is used.
Further, although it is an improvement of the device using the water electrolysis cell, it does not pay attention to the usage method (operation method) of the cell, the ease of maintenance, and the like.
That is, the replacement and maintenance of the water electrolysis cell focused on the modularization of the water electrolysis cell, and the operation method and usage method of the water electrolysis cell were not improved.

近年、水素の需要が拡大してきていることに伴い、優れた水の電気分解の技術が要求されているが、水電解用セル自体の構成や使用する化学材料の改良以外に、該水電解用セルの運転(使用)方法、メンテナンス(交換)方法の改良を盛り込んだ水電解用モジュールの改良等については従来技術では十分ではなく、性能、耐久性、運転方法等に関して優れた技術が望まれていた。 In recent years, as the demand for hydrogen has expanded, excellent water electrolysis technology is required. In addition to improving the composition of the water electrolysis cell itself and the chemical materials used, it is used for water electrolysis. The conventional technology is not sufficient for the improvement of the water electrolysis module, which incorporates the improvement of the cell operation (use) method and maintenance (replacement) method, and excellent technology in terms of performance, durability, operation method, etc. is desired. It was.

特開2018−028134号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-028134 特開2018−135580号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-135580 特開2019−099905号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-099905 特開2019−123899号公報JP-A-2019-123899

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その課題は、水電解用単セルの集合や配列の改良等から、好適にモジュール化を達成し、該水電解用セルの交換やメンテナンスをやり易くした水電解用セルモジュールを提供することである。
また、該水電解用(単)セルの使用(運転)方法や構成等の改良から、該水電解用(単)セルの寿命を延ばした水電解用セルモジュールを提供することである。
The present invention has been made in view of the above, and the problem is to achieve suitable modularization by improving the assembly and arrangement of single cells for water electrolysis, and to replace and maintain the cells for water electrolysis. It is to provide an easy-to-use cell module for water electrolysis.
Another object of the present invention is to provide a water electrolysis cell module having an extended life of the water electrolysis (single) cell by improving the method and configuration of using (operating) the water electrolysis (single) cell.

本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、水電解用単セルを積層して水電解用スタックセルを形成させ、更に、該水電解用スタックセルを2次元又は3次元に配列して水電解用セルモジュールを構成させた上で、該水電解用セルモジュールを構成する(部分)単位毎にセルの交換やセルのメンテナンス等を行えば、該水電解用セルモジュールの連続運転を確保しつつ、セル交換やメンテナンス等が効率的にできることを見出した。 As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventor has laminated single cells for water electrolysis to form a stack cell for water electrolysis, and further, the stack cell for water electrolysis is two-dimensional or three-dimensional. After arranging in a dimension to form a cell module for water electrolysis, if the cell is replaced or the cell is maintained for each (partial) unit constituting the cell module for water electrolysis, the cell module for water electrolysis can be obtained. It was found that cell replacement and maintenance can be performed efficiently while ensuring continuous operation.

また、ある一定時間毎に(定期的に)印加電圧をオフにすることで、著しくセル寿命が延びることを見出した。
そして、「上記セル交換やメンテナンス等」と「上記定期的な遮断(オフ)」の「時期的タイミング」と、「該交換と該オフの対象となる水電解用スタックセルの単位」を統一させることで、更に効率的な運転ができることを見出して本発明を完成するに至った。
It has also been found that turning off the applied voltage at regular intervals (regularly) significantly extends the cell life.
Then, the "timing timing" of "the cell replacement and maintenance, etc." and "the periodic shutoff (off)" and "the unit of the stack cell for water electrolysis to be replaced and the off" are unified. As a result, we have found that more efficient operation is possible and have completed the present invention.

すなわち、本発明は、高分子電解質膜(Polymer Electrolyte Membrane(PEM))の両側を水電解用電極で挟んだ構造を水電解用単セルとしたときに、該水電解用単セルを2個以上積層してなる水電解用スタックセルを、2次元に配列してなる水電解用セルモジュールであって、
該水電解用スタックセルごとに、又は、該水電解用セルモジュール全体ごとに、水電解用の印加電圧を遮断して電解電流を流さない休止時間を設ける構成になっていることを特徴とする水電解用セルモジュールを提供するものである。
これは、水電解用スタックセルが2次元に配列された水電解用セルモジュールの発明である。
That is, in the present invention, when a structure in which both sides of a polymer electrolyte membrane (Polymer Electrolyte Membrane (PEM)) are sandwiched between electrodes for water electrolysis is a single cell for water electrolysis, two or more single cells for water electrolysis are used. A cell module for water electrolysis in which stacked stack cells for water electrolysis are arranged in two dimensions.
Each of the water electrolysis stack cells or the entire water electrolysis cell module is configured to have a pause time in which the applied voltage for water electrolysis is cut off and no electrolysis current flows. It provides a cell module for water electrolysis.
This is an invention of a cell module for water electrolysis in which stack cells for water electrolysis are arranged two-dimensionally.

また、本発明は、高分子電解質膜(Polymer Electrolyte Membrane(PEM))の両側を水電解用電極で挟んだ構造を水電解用単セルとしたときに、該水電解用単セルを2個以上積層してなる水電解用スタックセルを、3次元に配列してなる水電解用セルモジュールであって、
該水電解用スタックセルごとに、又は、該水電解用スタックセルの2次元的な配列部分よりなる2次元水電解用スタックセル群ごとに、又は、該水電解用セルモジュール全体ごとに、水電解用の印加電圧を遮断して電解電流を流さない休止時間を設ける構成になっていることを特徴とする水電解用セルモジュールを提供するものである。
これは、水電解用スタックセルが3次元に配列された水電解用セルモジュールの発明である。
Further, in the present invention, when a structure in which both sides of a polymer electrolyte membrane (Polymer Electrolyte Membrane (PEM)) are sandwiched between electrodes for water electrolysis is a single cell for water electrolysis, two or more single cells for water electrolysis are used. A cell module for water electrolysis in which stacked stack cells for water electrolysis are arranged in three dimensions.
Water for each stack cell for water electrolysis, or for each stack cell group for two-dimensional water electrolysis consisting of two-dimensional array portions of the stack cell for water electrolysis, or for each cell module for water electrolysis. The present invention provides a cell module for water electrolysis, which is characterized in that it is configured to cut off an applied voltage for electrolysis and provide a pause time in which an electrolysis current does not flow.
This is an invention of a cell module for water electrolysis in which stack cells for water electrolysis are arranged three-dimensionally.

また、本発明は、上記2次元水電解用スタックセル群を構成する水電解用スタックセルの全体が、1個の載置ボードに載置されていて、該載置ボートの単位で移動できるようになっていて、該2次元水電解用スタックセル群ごとに水電解用セルモジュールから引き出せるようになっている上記の水電解用セルモジュールを提供するものである。
これは、3次元の水電解用セルモジュールにおいて、その一部である「2次元水電解用スタックセル群」ごとに載置ボートで移動できるようになっている発明である。
Further, in the present invention, the entire water electrolysis stack cell constituting the two-dimensional water electrolysis stack cell group is mounted on one mounting board and can be moved in units of the mounting boat. The above-mentioned water electrolysis cell module is provided so that the two-dimensional water electrolysis stack cell group can be pulled out from the water electrolysis cell module.
This is an invention in which a three-dimensional water electrolysis cell module can be moved by a mounting boat for each "two-dimensional water electrolysis stack cell group" which is a part of the module.

また、本発明は、上記休止時間に同期させて、気体及び/又は水のバルブの開閉制御ができるようになっている上記の水電解用セルモジュールを提供するものである。 The present invention also provides the above-mentioned water electrolysis cell module capable of controlling the opening and closing of gas and / or water valves in synchronization with the above-mentioned pause time.

また、本発明は、上記水電解用単セルが、高分子電解質膜(PEM)の両側を水電解用電極で挟んだ構造をしており、
該水電解用電極は、触媒が多孔質基体自体の表面から内部にかけて担持されている多孔質基体で構成されているものであり、かつ、アイオノマーが該多孔質基体の表面から内部に向かって充填されているものである上記の水電解用セルモジュールを提供するものである。
Further, in the present invention, the single cell for water electrolysis has a structure in which both sides of a polymer electrolyte membrane (PEM) are sandwiched between electrodes for water electrolysis.
The electrode for water electrolysis is composed of a porous substrate in which a catalyst is supported from the surface of the porous substrate itself to the inside, and an ionomer fills the porous substrate from the surface to the inside. It provides the above-mentioned cell module for water electrolysis, which is the one that has been used.

また、本発明は、上記の水電解用セルモジュールの運転方法であって、
上記水電解用スタックセルごとに、若しくは、該水電解用スタックセルの2次元的な配列部分よりなる2次元水電解用スタックセル群ごとに、上記休止時間を設ける、又は、水電解用スタックセルを点検若しくは交換をして、連続運転を途切れさせないようにすることを特徴とする水電解用セルモジュールの運転方法を提供するものである。
Further, the present invention is a method for operating the above-mentioned cell module for water electrolysis.
The rest time is provided for each of the water electrolysis stack cells, or for each of the two-dimensional water electrolysis stack cell groups consisting of the two-dimensional arrangement portion of the water electrolysis stack cell, or the water electrolysis stack cell. Provided is an operation method of a cell module for water electrolysis, which is characterized in that continuous operation is not interrupted by inspecting or replacing the cell module.

セル電圧(印加電圧)が十分に低い水電解用単セルを使用すれば、それを複数個積層して直列に結合して水電解用スタックセルとしたとしても、該スタックセルは十分に低い印加電圧で駆動が可能である。従って、水電解用スタックセル単位で、印加電圧・電流、供給水、及び、発生する気体(水素と酸素)の制御が可能となる。
すなわち、「気体や水の配管と電気配線が結合している単位を、上記水電解用スタックセルとすることによって、好適に交換等のメンテナンスができるようになる。
If a single cell for water electrolysis having a sufficiently low cell voltage (applied voltage) is used, even if a plurality of single cells for water electrolysis are stacked and combined in series to form a stack cell for water electrolysis, the stack cell has a sufficiently low application. It can be driven by voltage. Therefore, it is possible to control the applied voltage / current, the supplied water, and the generated gas (hydrogen and oxygen) for each stack cell for water electrolysis.
That is, "By using the stack cell for water electrolysis as the unit in which the gas or water pipe and the electric wiring are connected, maintenance such as replacement can be preferably performed.

以下、「水電解用」を省略して、「水電解用単セル」を「単セル」と、「水電解用スタックセル」を「スタックセル」と、「水電解用セルモジュール」を「セルモジュール」と略記することがある。
また、「単セル」と「スタックセル」とを総称して、単に「セル」と略記することがある。
Hereinafter, "for water electrolysis" is omitted, "single cell for water electrolysis" is referred to as "single cell", "stack cell for water electrolysis" is referred to as "stack cell", and "cell module for water electrolysis" is referred to as "cell". It may be abbreviated as "module".
In addition, "single cell" and "stack cell" may be collectively abbreviated as "cell".

本発明によれば、前記問題点と上記課題を解決し、スタックセルを2次元又は3次元に配列してなるセルモジュールを用い、「該スタックセル」ごとに交換やメンテナンス(特に交換)を行うことによって、セル交換等の作業が効率的にでき、しかもその間、連続運転を維持できる。 According to the present invention, the above-mentioned problems and the above-mentioned problems are solved, and replacement and maintenance (particularly replacement) are performed for each "stack cell" by using a cell module in which stack cells are arranged two-dimensionally or three-dimensionally. As a result, operations such as cell replacement can be performed efficiently, and continuous operation can be maintained during that time.

以下、「スタックセルを2次元に配列してなるセルモジュール」を、単に「2次元セルモジュール」と略記する場合がある。
また、「スタックセルを3次元に配列してなるセルモジュール」を、単に「3次元セルモジュール」と略記する場合がある。
Hereinafter, "a cell module formed by arranging stack cells in two dimensions" may be simply abbreviated as "two-dimensional cell module".
Further, the "cell module formed by arranging stack cells in three dimensions" may be simply abbreviated as "three-dimensional cell module".

更に、「該スタックセルを3次元に配列してなるセルモジュール」の場合には、特に、その中の一部である「スタックセルの2次元的な配列部分よりなる2次元スタックセル群」ごとに交換やメンテナンス(特に交換)を行えば、連続運転を維持しつつ、更に効率的に、その作業が可能となる。 Further, in the case of "a cell module in which the stack cells are arranged in three dimensions", in particular, for each "two-dimensional stack cell group consisting of a two-dimensional array part of the stack cells" which is a part of the "cell module". If replacement and maintenance (especially replacement) are performed, the work can be performed more efficiently while maintaining continuous operation.

該3次元セルモジュールの一部である上記「スタックセルの2次元的な配列部分よりなる2次元スタックセル群」を、単に「2次元スタックセル群」と略記する場合がある。 The above-mentioned "two-dimensional stack cell group consisting of a two-dimensional array portion of stack cells" which is a part of the three-dimensional cell module may be abbreviated as "two-dimensional stack cell group".

また、本発明において、セル自体の態様(層構成、各層の態様、セルの(部分)形状、そこで使用する材料の種類等)の改良以外にも、印加電圧を遮断して電解電流を流さない休止時間を設ける構成とすることで、セル寿命を延長させられることを見出した。
以下、「水電解用の印加電圧を遮断して電解電流を流さない休止時間」を、単に「休止時間」と略記することがある。
Further, in the present invention, in addition to improving the mode of the cell itself (layer structure, mode of each layer, (partial) shape of the cell, type of material used therein, etc.), the applied voltage is cut off and the electrolytic current is not passed. It was found that the cell life can be extended by providing a pause time.
Hereinafter, the "pause time in which the applied voltage for water electrolysis is cut off and the electrolysis current is not passed" may be simply abbreviated as "pause time".

従って、特定の単位ごとに休止時間を設ける構成になっている本発明のセルモジュールは、更に効率的な運転が可能である。
具体的には、本発明のセルモジュールでは、特に3次元セルモジュールの場合に、そこに含まれる2次元スタックセル群ごとに休止時間を設ける構成になっているので、休止時間によるセルの延命とセルの交換の効率化とが相乗的に達成される。
Therefore, the cell module of the present invention, which is configured to provide a pause time for each specific unit, can be operated more efficiently.
Specifically, in the cell module of the present invention, especially in the case of a three-dimensional cell module, a pause time is provided for each two-dimensional stack cell group included therein, so that the life of the cell can be extended by the pause time. Efficiency of cell replacement is synergistically achieved.

すなわち、上記した「セルの交換やメンテナンス」と上記した「寿命延長のための休止時間」の、「時期的タイミング(時刻)」と「該交換と該休止時間の対象となるスタックセルの単位」を統一させることで、作業量と時間の節約、大電流のON−OFF動作の頻度減少、セル寿命到達時期を統一して次の交換時に「寿命の来ていないスタックセル」まで交換してしまうリスク回避等、極めて効率的な運転ができる。 That is, the "timing timing (time)" and the "unit of the stack cell subject to the replacement and the pause time" of the above-mentioned "cell replacement and maintenance" and the above-mentioned "pause time for extending the life". By unifying, the amount of work and time can be saved, the frequency of ON-OFF operation of large currents can be reduced, and the time when the cell life is reached is unified, and the "stack cell that has not reached the end of its life" will be replaced at the next replacement. Extremely efficient operation such as risk avoidance is possible.

水電解用単セルの概略展開斜視図である。 (a)触媒担持多孔質基体(水電解用電極、気体拡散層)を使用した概略展開斜視図 (b)膜電極接合体(MEA)と気体拡散層を使用した水電解用セルの概略展開斜視図It is a schematic development perspective view of the single cell for water electrolysis. (A) Schematic development perspective view using a catalyst-supported porous substrate (electrode for water electrolysis, gas diffusion layer) (b) Schematic development perspective of a cell for water electrolysis using a membrane electrode assembly (MEA) and a gas diffusion layer Figure 水電解用単セルを2個積層してなる水電解用スタックセルの概略展開斜視図である。It is a schematic development perspective view of the stack cell for water electrolysis which is formed by stacking two single cells for water electrolysis. 水電解用スタックセルの概略図である。 (a)配線と配管が接続されているスタックセルの斜視図 (b)陰極側の「水素出口」と、陽極側の「水入口」と「水出口兼酸素排出口」を示す概略断面図 (c)配線と配管を省略したスタックセルの斜視図It is the schematic of the stack cell for water electrolysis. (A) Perspective view of a stack cell in which wiring and piping are connected (b) Schematic cross-sectional view showing a "hydrogen outlet" on the cathode side, a "water inlet" and a "water outlet / oxygen discharge port" on the anode side () c) Perspective view of stack cell without wiring and piping 水電解用スタックセルを2次元に配列させてなる本発明の水電解用セルモジュールの概略斜視図である。It is a schematic perspective view of the cell module for water electrolysis of this invention which has the stack cell for water electrolysis arranged two-dimensionally. 水電解用スタックセルを3次元に配列させてなる本発明の水電解用セルモジュールの概略斜視図である。It is a schematic perspective view of the cell module for water electrolysis of this invention which has the stack cell for water electrolysis arranged three-dimensionally. スタックセル又は2次元スタックセル群ごとに、水素、酸素及び水の流量と、印加電圧(電解電圧)の制御がされている本発明のセルモジュールのシステムの概略図である。It is a schematic diagram of the system of the cell module of this invention which controls the flow rate of hydrogen, oxygen and water, and the applied voltage (electrolytic voltage) for each stack cell or two-dimensional stack cell group. 休止時間を設けた「スタックセルの動作電流制御」の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of "the operating current control of a stack cell" which provided the pause time. 触媒担持多孔質基体(水電解用電極でもあり気体拡散層でもある)が、高分子電解質膜(PEM)を挟んでなる水電解用単セルの概略部分拡大断面図である(図1(a)の単セルの態様)。FIG. 1 (a) is a schematic partially enlarged cross-sectional view of a single cell for water electrolysis in which a catalyst-supported porous substrate (which is both an electrode for water electrolysis and a gas diffusion layer) sandwiches a polymer electrolyte membrane (PEM). Single cell aspect). 水素検出器、緊急停止機構(印加電圧と水素バルブの遮断)、パージライン等を示す相略図である。It is a schematic diagram which shows a hydrogen detector, an emergency stop mechanism (the applied voltage and the hydrogen valve shut off), a purge line and the like. パージラインで外部に排出される配管の流れ (a)本発明の場合 (b)従来の場合Flow of piping discharged to the outside by the purge line (a) In the case of the present invention (b) In the conventional case

以下、本発明について説明するが、本発明は、以下の具体的形態に限定されるものではなく、技術的思想の範囲内で任意に変形することができる。 Hereinafter, the present invention will be described, but the present invention is not limited to the following specific forms, and can be arbitrarily modified within the scope of the technical idea.

<2次元に配列された水電解用セルモジュール>
本発明は、高分子電解質膜(PEM)の両側を水電解用電極で挟んだ構造を水電解用単セルとしたときに、該水電解用単セルを2個以上積層してなる水電解用スタックセルを、2次元に配列してなる水電解用セルモジュールであって(例えば、図4参照)、
該水電解用スタックセルごとに、又は、該水電解用セルモジュール全体ごとに、水電解用の印加電圧を遮断して電解電流を流さない休止時間を設ける構成になっていることを特徴とする水電解用セルモジュールである。
すなわち、言い換えれば、本発明の2次元セルモジュールは、スタックセルごとに、又は、セルモジュール全体ごとに、休止時間を設ける構成になっていることを特徴とする。
<Cell modules for water electrolysis arranged in two dimensions>
According to the present invention, when a structure in which both sides of a polymer electrolyte membrane (PEM) are sandwiched between electrodes for water electrolysis is a single cell for water electrolysis, two or more single cells for water electrolysis are laminated for water electrolysis. A cell module for water electrolysis in which stack cells are arranged in two dimensions (see, for example, FIG. 4).
Each of the water electrolysis stack cells or the entire water electrolysis cell module is configured to have a pause time in which the applied voltage for water electrolysis is cut off and no electrolysis current flows. It is a cell module for water electrolysis.
That is, in other words, the two-dimensional cell module of the present invention is characterized in that a pause time is provided for each stack cell or for each cell module.

<3次元に配列された水電解用セルモジュール>
また、本発明は、高分子電解質膜(PEM)の両側を水電解用電極で挟んだ構造を水電解用単セルとしたときに、該水電解用単セルを2個以上積層してなる水電解用スタックセルを、3次元に配列してなる水電解用セルモジュールであって(例えば、図5参照)、
該水電解用スタックセルごとに、又は、「該水電解用スタックセルの2次元的な配列部分よりなる2次元水電解用スタックセル群」ごとに、又は、該水電解用セルモジュール全体ごとに、水電解用の印加電圧を遮断して電解電流を流さない休止時間を設ける構成になっていることを特徴とする水電解用セルモジュールである。
すなわち、言い換えれば、本発明の3次元セルモジュールは、スタックセルごとに、又は、2次元スタックセル群ごとに、又は、該セルモジュール全体ごとに、休止時間を設ける構成になっていることを特徴とする。
<Cell modules for water electrolysis arranged in three dimensions>
Further, in the present invention, when a structure in which both sides of a polymer electrolyte membrane (PEM) are sandwiched between electrodes for water electrolysis is a single cell for water electrolysis, water formed by laminating two or more single cells for water electrolysis. A cell module for water electrolysis in which electrolysis stack cells are arranged in three dimensions (see, for example, FIG. 5).
For each of the water electrolysis stack cells, or for each "two-dimensional water electrolysis stack cell group consisting of two-dimensional arrangement portions of the water electrolysis stack cells", or for each of the water electrolysis cell modules. The cell module for water electrolysis is characterized in that it has a configuration in which an applied voltage for water electrolysis is cut off and a pause time is provided so that an electrolysis current does not flow.
That is, in other words, the three-dimensional cell module of the present invention is characterized in that a pause time is provided for each stack cell, each two-dimensional stack cell group, or each cell module. And.

<<水電解用単セル>>
「本発明のセルモジュール10を構成するスタックセル9」は、単セルが2個以上積層してなるものである。そして、本発明における単セル1は、水の電解用のものであり、例えば、図1(a)又は図1(b)に示したように、高分子電解質膜(Polymer Electrolyte Membrane(PEM))の両側を水電解用電極2で挟んだ構造を有しているものであれば、特に限定はない。
以下、「高分子電解質膜(PEM)」を、単に「PEM」と略記することがある。
<< Single cell for water electrolysis >>
The "stack cell 9 constituting the cell module 10 of the present invention" is formed by stacking two or more single cells. The single cell 1 in the present invention is for electrolysis of water, and for example, as shown in FIG. 1 (a) or FIG. 1 (b), the polymer electrolyte membrane (PEM). There is no particular limitation as long as it has a structure in which both sides of the above are sandwiched between the water electrolysis electrodes 2.
Hereinafter, the "polymer electrolyte membrane (PEM)" may be simply abbreviated as "PEM".

すなわち、具体的には、本発明における単セル1は、図1(a)に示したように、電極2と気体拡散層の機能を有する触媒担持多孔質基体3で、1個のPEM5を挟んだ構造を有するものであってもよいし、また、図1(b)に示したように、触媒を有する膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly(MEA))を気体拡散層で挟んだ構造を有するものであってもよい。
図1(a)又は図1(b)に示したように、単セル1は、「PEMの両側を電極2で挟んだ構造体」の両側の外側に、陰極側も陽極側も、それぞれ、ガスケット、給電体6、樹脂槽体7等を有している。
That is, specifically, as shown in FIG. 1A, the single cell 1 in the present invention sandwiches one PEM 5 between the electrode 2 and the catalyst-supporting porous substrate 3 having the functions of a gas diffusion layer. However, it may have a structure, and as shown in FIG. 1 (b), it has a structure in which a membrane electrode assembly (MEA) having a catalyst is sandwiched between gas diffusion layers. It may be a thing.
As shown in FIG. 1 (a) or FIG. 1 (b), the single cell 1 is on the outside of both sides of the "structure in which both sides of the PEM are sandwiched between the electrodes 2", both on the cathode side and the anode side, respectively. It has a gasket, a feeding body 6, a resin tank body 7, and the like.

本発明における単セル1は、上記した通り特に限定はなく、例えば、図1(a)(b)に示したもの等が挙げられるが、図1(a)に示した構造を有するものが、単セルへの印加電圧の低さ、触媒の脱落抑制、構成素材同士の接触性、後述する休止時間を設けることの効果の大きさ、耐久性等の点から好ましい。 As described above, the single cell 1 in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include those shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b). It is preferable from the viewpoints of low voltage applied to a single cell, suppression of catalyst dropout, contactability between constituent materials, magnitude of effect of providing a rest time described later, durability, and the like.

単セル1の基本構造としては、図1(a)に示した構造の中で、例えば、図8に概略断面拡大図を示したような構造を有するものが、上記効果を特に好適に奏するために特に好ましい。
本発明は、特に限定されるものではないが、図8に示したように、単セル1は、高分子電解質膜(PEM)5の両側を水電解用電極2で挟んだ構造をしており、該水電解用電極2は、触媒が多孔質基体自体の表面から内部にかけて担持されている多孔質基体で構成されているものであり、かつ、アイオノマー4が該多孔質基体の表面から内部に向かって充填されているものであることが好ましい。本発明は、そのような水電解用電極2を有する上記の水電解用セルモジュール10であることが好ましい。
As the basic structure of the single cell 1, among the structures shown in FIG. 1A, for example, a structure having a structure as shown in a schematic cross-sectional enlarged view in FIG. 8 exerts the above effect particularly preferably. Is particularly preferable.
Although the present invention is not particularly limited, as shown in FIG. 8, the single cell 1 has a structure in which both sides of the polymer electrolyte membrane (PEM) 5 are sandwiched between water electrolysis electrodes 2. The water electrolysis electrode 2 is composed of a porous substrate in which a catalyst is supported from the surface of the porous substrate itself to the inside, and an ionomer 4 is provided from the surface of the porous substrate to the inside. It is preferable that the material is filled toward the surface. The present invention preferably is the above-mentioned water electrolysis cell module 10 having such a water electrolysis electrode 2.

すなわち、PEM5を挟んで触媒が担持された多孔質基体が存在しており、該多孔質基体は、PEM5に接触して陰極又は陽極を構成し、気体拡散層としても機能する構造を有している。そして、該触媒は、「該多孔質基体が有している孔の側面又は該多孔質基体を形成している繊維の側面」に担持されて、該多孔質基体自体の表面から内部にかけて存在している。該触媒は、膜状でもよいし、図8に示したように粒子状でもよい。 That is, there is a porous substrate on which a catalyst is supported across the PEM5, and the porous substrate has a structure in which it comes into contact with the PEM5 to form a cathode or an anode and also functions as a gas diffusion layer. There is. Then, the catalyst is supported on "the side surface of the pores of the porous substrate or the side surface of the fiber forming the porous substrate" and exists from the surface to the inside of the porous substrate itself. ing. The catalyst may be in the form of a film or in the form of particles as shown in FIG.

そして、アイオノマー4が、該触媒に接触しつつ、該多孔質基体の表面から内部に向かって、該多孔質基体の厚み方向に濃度勾配を有しながら充填されていることがより好ましい(図8参照)。
また、該アイオノマー4の濃度勾配については、少なくともPEM5に近い側が濃くなっていて、内部に向かって薄くなっていることが特に好ましい(図8参照)。
更に、PEM5に近い側が濃くなっていると共に、給電体6側も濃くなっていることも好ましい(図示せず)。すなわち、該アイオノマー4は、PEM5側と給電体6側が濃くなっており、多孔質基体の厚み方向の真ん中近傍は薄くなっている形態も好ましい。
すなわち、言い換えれば、多孔質基体の両側からアイオノマー4が濃度勾配を有しながら充填されている態様も好ましい。
Then, it is more preferable that the ionomer 4 is filled in contact with the catalyst from the surface of the porous substrate toward the inside while having a concentration gradient in the thickness direction of the porous substrate (FIG. 8). reference).
Further, regarding the concentration gradient of the ionomer 4, it is particularly preferable that the ionomer 4 is thicker at least on the side close to PEM5 and becomes thinner toward the inside (see FIG. 8).
Further, it is also preferable that the side close to PEM 5 is dark and the power feeding body 6 side is also dark (not shown). That is, the ionomer 4 is preferably in a form in which the PEM5 side and the feeding body 6 side are thickened, and the vicinity of the center in the thickness direction of the porous substrate is thinned.
That is, in other words, it is also preferable that the ionomer 4 is filled from both sides of the porous substrate while having a concentration gradient.

ここで、「アイオノマー」とは、陽イオン交換ポリマー、側鎖に強酸基を有するポリマー、プロトン伝導性ポリマー、イオン伝導性ポリマー等とも言われているものを言う。 Here, the "ionomer" refers to a polymer that is also called a cation exchange polymer, a polymer having a strong acid group in a side chain, a proton conductive polymer, an ion conductive polymer, or the like.

限定はされないが、上記特に好ましい触媒担持多孔質基体3は、焼成前の多孔質基体が有している孔の側面、又は、焼成前の多孔質基体を形成している繊維の側面に、金属触媒又は金属触媒前駆体を付着させて焼成する工程を有して得られるものであることが、上記効果を特に好適に奏するために好ましい(図8参照)。
触媒担持多孔質基体3においては、上記触媒が、多孔質基体自体の表面のみに触媒層として堆積されているものではなく、上記多孔質基体が有している孔の側面、又は、上記多孔質基体を形成している繊維の側面に担持されて、上記多孔質基体自体の表面から内部にかけて存在していることが、上記効果を特に好適に奏するために好ましい(図8参照)。
Although not limited, the catalyst-supported porous substrate 3 particularly preferable is a metal on the side surface of the pores of the porous substrate before firing or the side surface of the fiber forming the porous substrate before firing. It is preferable that it is obtained by having a step of attaching a catalyst or a metal catalyst precursor and firing it, in order to exert the above effect particularly favorably (see FIG. 8).
In the catalyst-supported porous substrate 3, the catalyst is not deposited only on the surface of the porous substrate itself as a catalyst layer, but on the side surface of the pores of the porous substrate or the porous substrate. It is preferable that the porous substrate is supported on the side surface of the fiber forming the substrate and exists from the surface to the inside of the porous substrate itself in order to particularly preferably exert the above effect (see FIG. 8).

上記触媒は、限定はないが、白金(Pt)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、パラジウム(Pd)、タンタル(Ta)、及び、ニッケル(Ni)よりなる群から選ばれる、1種以上の金属又は金属含有化合物であることが好ましい。 The catalyst is not limited to one or more, but is selected from the group consisting of platinum (Pt), ruthenium (Ru), iridium (Ir), palladium (Pd), tantalum (Ta), and nickel (Ni). Is preferably a metal or a metal-containing compound.

上記多孔質基体の材質は、電子伝導性があれば特に限定はないが、チタン族の金属、チタン族の金属の合金、若しくは、チタン族の金属の化合物、又は、炭素(C)であることが好ましい。 The material of the porous substrate is not particularly limited as long as it has electron conductivity, but it is a titanium group metal, a titanium group metal alloy, a titanium group metal compound, or carbon (C). Is preferable.

ここで、「チタン族の金属」とは、チタン、ジルコニウム又はハフニウムのことを言う。すなわち、チタン族の基体としては、チタン基体、ジルコニウム基体、ハフニウム基体、チタン合金基体、ジルコニウム合金基体、又は、ハフニウム合金基体が挙げられる。
また、「チタン族の金属の化合物」としては、例えば、窒化チタン(チタンナイトライド(TiN))、炭化チタン(チタンカーバイド(TiC))、ホウ化チタン(チタンジボライド(TiB))等が挙げられる。
Here, the "titanium group metal" refers to titanium, zirconium or hafnium. That is, examples of the titanium group substrate include a titanium substrate, a zirconium substrate, a hafnium substrate, a titanium alloy substrate, a zirconium alloy substrate, and a hafnium alloy substrate.
Examples of the "titanium group metal compound" include titanium nitride (titanium nitride (TiN)), titanium carbide (titanium carbide (TiC)), titanium boride (titanium diboride (TiB 2 )), and the like. Can be mentioned.

セル電圧が低く、触媒粒子が電極基材から脱離することが好適に防止されることから、チタン族の金属又は合金としては、チタン又はチタン合金がより好ましく、チタンが特に好ましい。
また、炭素(C)としては、グラファイト構造(グラフェンの構造)を有するものが好ましい。
As the titanium group metal or alloy, titanium or a titanium alloy is more preferable, and titanium is particularly preferable, because the cell voltage is low and the catalyst particles are preferably prevented from desorbing from the electrode base material.
Further, as the carbon (C), one having a graphite structure (graphene structure) is preferable.

上記多孔質基体は、チタン繊維若しくはチタン合金繊維の集合体、又は、炭素繊維の集合体であることが、上記効果を特に好適に奏するために好ましい。 The porous substrate is preferably an aggregate of titanium fibers or titanium alloy fibers, or an aggregate of carbon fibers in order to particularly preferably exert the above effect.

<<水電解用スタックセル>>
本発明における「水電解用スタックセル9」は、上記単セル1を2個以上積層してなる(図3、(a)(c)参照)。
図2は、単セル1を2個連結したスタックセル9を示すものであり、双極板8を挟んで、右側と左側に1個ずつの単セル1が存在している。図2では、たまたま単セル1を2個積層しているが、本発明におけるスタックセル9は、「単セルが2個積層されたもの」には限定されない。
なお、本発明で使用されるスタックセル9においては、図2に示したものの他に、他の層や他の部材・構造体等の併用(存在)を排除するものではない。
<< Stack cell for water electrolysis >>
The "stack cell 9 for water electrolysis" in the present invention is formed by stacking two or more of the above single cells 1 (see FIGS. 3, (a) and (c)).
FIG. 2 shows a stack cell 9 in which two single cells 1 are connected, and one single cell 1 is present on the right side and one on the left side with the bipolar plate 8 interposed therebetween. In FIG. 2, two single cells 1 happen to be stacked, but the stack cell 9 in the present invention is not limited to "a stack of two single cells".
In the stack cell 9 used in the present invention, in addition to the one shown in FIG. 2, the combined use (existence) of other layers and other members / structures is not excluded.

本発明において、スタックセル9は、単セル1を2個以上積層してなるが、好ましくは3個以上10個以下積層してなり、特に好ましくは4個以上6個以下積層してなる。
積層個数が少な過ぎると、水電解効率(水素発生効率)が悪くなる場合があり、一方、積層個数が多過ぎると、水電解に要する電圧が大きくなる場合がある。
In the present invention, the stack cell 9 is formed by stacking two or more single cells 1, preferably three or more and ten or less, and particularly preferably four or more and six or less.
If the number of layers is too small, the water electrolysis efficiency (hydrogen generation efficiency) may deteriorate, while if the number of layers is too large, the voltage required for water electrolysis may increase.

特に、単セル1の電解電圧(セル電圧)が、低い場合には(低くても駆動するような単セルの場合には)、単セル1を複数個直列に連結しても、スタックセル9の陰極と陽極の間に印加する電解電圧を小さくできる。従って、前記したような特に好ましい単セル1の態様は、単セル1の電解電圧(セル電圧)が低いので、スタックセル9に対する電解電圧(セル電圧)も低くでき、本発明の「スタックセル9を2次元又は3次元に配列してなるセルモジュール10」に特に好適である。 In particular, when the electrolytic voltage (cell voltage) of the single cell 1 is low (in the case of a single cell that drives even if it is low), even if a plurality of single cells 1 are connected in series, the stack cell 9 The electrolytic voltage applied between the cathode and the anode can be reduced. Therefore, in the particularly preferable mode of the single cell 1 as described above, since the electrolytic voltage (cell voltage) of the single cell 1 is low, the electrolytic voltage (cell voltage) with respect to the stack cell 9 can also be low, and the "stack cell 9" of the present invention can be made low. Is particularly suitable for a cell module 10 "arranged in two or three dimensions.

本発明の水電解用スタックセル9には、更に、図3(a)(b)に示したように、陰極配線、陽極配線と言った電気配線;水素排出配管等が設置されていることが好ましい。言い換えれば、本発明のセルモジュール10においては、スタックセル9ごとに、電気配線(陰極配線と陽極配線)と気体配管(水素配管及び/又は酸素配管)が設置されていることが好ましい。
電圧(電流)、気体(水素及び/又は酸素)、及び、電解される水は、当然、単セル1に供給され単セル1から得られるものであるが、本発明においては、図3(a)に示したように、スタックセル9ごとに集約して、それらの供給及び取り出しを行うことが好ましい。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the water electrolysis stack cell 9 of the present invention is further provided with electrical wiring such as cathode wiring and anode wiring; hydrogen discharge piping and the like. preferable. In other words, in the cell module 10 of the present invention, it is preferable that electrical wiring (cathode wiring and anode wiring) and gas piping (hydrogen piping and / or oxygen piping) are installed for each stack cell 9.
The voltage (current), gas (hydrogen and / or oxygen), and water to be electrolyzed are naturally supplied to the single cell 1 and obtained from the single cell 1, but in the present invention, FIG. 3 (a). ), It is preferable to aggregate each stack cell 9 and supply and take out them.

本発明のセルは、図3(a)(b)に示したように、電解に用いる水は、陽極の水入口から入って、陽極の水出口(兼、酸素排出口)から出ていくようになっている。また、電解で得られた水素は、陰極の水素出口から出ていき、電解で得られた酸素は、陰極の酸素排出口(兼、水出口)から出ていくようになっている。 In the cell of the present invention, as shown in FIGS. 3A and 3B, the water used for electrolysis enters from the water inlet of the anode and exits from the water outlet (also the oxygen outlet) of the anode. It has become. Further, the hydrogen obtained by electrolysis goes out from the hydrogen outlet of the cathode, and the oxygen obtained by electrolysis goes out from the oxygen discharge port (also the water outlet) of the cathode.

複数のスタックセル9を配列させてセルモジュール10とする場合には、水タンク(図6では「純水供給源」)から供給配管を通して、各スタックセル9に水を分岐して供給し、各スタックセル9から排出される水は合流させた後に、該水タンクに還流させることが好ましい。 When a plurality of stack cells 9 are arranged to form a cell module 10, water is branched and supplied to each stack cell 9 from a water tank (“pure water supply source” in FIG. 6) through a supply pipe, and each is supplied. It is preferable that the water discharged from the stack cell 9 is merged and then returned to the water tank.

また、各スタックセル9に水を供給するための配管の取り外しは、ワンタッチで取り外しができ、取り外した後には、供給配管が自動的に閉鎖されるような構造になっていることが好ましい。
ここで供給される水(使用する水)は、イオン交換水等の純水であることが好ましい。通常の塩素系の消毒剤等の不純物は、フィルターや吸着カラム等で、ろ過又は除去する。特に、塩素を含んだ水を電気分解すると、分解によって発生した塩素が電極材料を腐食させる原因になるため、除去することが好ましい。
Further, it is preferable that the pipe for supplying water to each stack cell 9 can be removed with one touch, and the supply pipe is automatically closed after the removal.
The water supplied here (water used) is preferably pure water such as ion-exchanged water. Impurities such as ordinary chlorine-based disinfectants are filtered or removed with a filter, adsorption column, or the like. In particular, when water containing chlorine is electrolyzed, chlorine generated by the decomposition causes corrosion of the electrode material, so it is preferable to remove it.

<<複数のスタックセルの運転方法>>
本発明の水電解用セルモジュール10は、複数のスタックセル9が配列されてなるものである。このように、「複数のスタックセル9」の単位で、又は、後記する3次元セルモジュール10の場合の「2次元スタックセル群11」単位で、セルの交換・メンテナンスを行ったり、後記する寿命延長のための休止時間を設けたりして運転を行えば、システム全体の停止期間をなくすことができる。
<< How to operate multiple stack cells >>
The cell module 10 for water electrolysis of the present invention is formed by arranging a plurality of stack cells 9. In this way, cells can be replaced / maintained in units of "plurality of stack cells 9" or in units of "two-dimensional stack cell group 11" in the case of the three-dimensional cell module 10 described later, and the lifespan described later. If the operation is performed by providing a pause for extension, the down period of the entire system can be eliminated.

図6に、本発明のセルモジュール10の運転方法を示す。本発明のセルモジュール10は、一定単位ごとにシステムが区切られていることが特徴である。
また、図6では、該単位ごとのバルブと電源の遮断に合わせて、セル交換やメンテナンスができるようになっている。
スタックセル9又は2次元スタックセル群11ごとに、水素、酸素又は水の流量と、印加電圧の制御がなされていて、セルの交換やメンテナンス(点検)のときに、連続運転が維持できるようになっている。
FIG. 6 shows an operation method of the cell module 10 of the present invention. The cell module 10 of the present invention is characterized in that the system is divided into fixed units.
Further, in FIG. 6, cell replacement and maintenance can be performed according to the shutoff of the valve and the power supply for each unit.
The flow rate of hydrogen, oxygen, or water and the applied voltage are controlled for each stack cell 9 or two-dimensional stack cell group 11, so that continuous operation can be maintained during cell replacement or maintenance (inspection). It has become.

<<水電解用セルモジュール>>
本発明のセルモジュール10は、図4に示したような、スタックセル9を2次元に配列してなる2次元セルモジュール10、又は、図5に示したような、スタックセル9を3次元に配列してなる3次元セルモジュール10である。
2次元セルモジュール10では、前記したスタックセル9ごとに、又は、該水電解用セルモジュール10全体ごとに、水電解用の印加電圧を遮断して電解電流を流さない休止時間を設ける構成になっている。
<< Cell module for water electrolysis >>
The cell module 10 of the present invention is a two-dimensional cell module 10 formed by arranging stack cells 9 in two dimensions as shown in FIG. 4, or a stack cell 9 as shown in FIG. 5 in three dimensions. It is a three-dimensional cell module 10 formed by arranging.
The two-dimensional cell module 10 is configured to provide a pause time in which the applied voltage for water electrolysis is cut off and no electrolytic current flows for each of the stack cells 9 or the entire cell module 10 for water electrolysis. ing.

また、3次元セルモジュール10では、「前記したスタックセル9」ごとに、又は、「該スタックセル9の2次元的な配列部分よりなる2次元スタックセル群11」(2次元スタックセル群11)ごとに、又は、「該セルモジュール全体」ごとに、水電解用の印加電圧を遮断して電解電流を流さない休止時間を設ける構成になっている。このような構成にすることで、セル寿命を延ばすことができる。 Further, in the three-dimensional cell module 10, each "stack cell 9 described above" or "two-dimensional stack cell group 11 composed of a two-dimensional array portion of the stack cell 9" (two-dimensional stack cell group 11). Each cell or "the entire cell module" is configured to have a pause time in which the applied voltage for water electrolysis is cut off and the electrolysis current is not passed. With such a configuration, the cell life can be extended.

<休止時間>
例えば、図7に示したように、水電解用の印加電圧を遮断して電解電流を流さない休止時間を設けることによって、セルの寿命を延ばすことができる。該効果を見出したこと等により本発明はなされた。
そして、セル寿命を延ばすための該休止時間の設定単位(単セル単位、スタックセル単位、2次元スタックセル群単位、セルモジュール単位)を、好適な単位にすることによって、後述する優れたセルモジュール10の構成に至った。
<Pause time>
For example, as shown in FIG. 7, the life of the cell can be extended by cutting off the applied voltage for water electrolysis and providing a pause time in which the electrolysis current does not flow. The present invention has been made by finding the effect and the like.
Then, by setting the unit for setting the pause time (single cell unit, stack cell unit, two-dimensional stack cell group unit, cell module unit) for extending the cell life to an appropriate unit, an excellent cell module described later will be used. We have reached 10 configurations.

図7は、単セル1個当たりの好ましい電流値の時間変化をグラフ化したものである。
例えば、約1.25L/分の水素を発生させる「単セル5個を積層したスタックセル」の場合、連続運転を行うと使用している単セルの電解質膜が徐々に劣化して、電極と電極の間の電界が強い部分で電解集中が起こり、セルの動作が不良になり易い。
本発明において、制御回路等を用いて、ある一定時間ごとに電流を切ることによって、すなわち休止時間を設けることによって、電解質膜の劣化が抑制できることが判明した。
FIG. 7 is a graph showing the time change of the preferable current value per single cell.
For example, in the case of a "stack cell in which five single cells are stacked" that generates hydrogen of about 1.25 L / min, the electrolyte membrane of the single cell used gradually deteriorates when continuous operation is performed, and the electrode and the electrode Electrolytic concentration occurs in the part between the electrodes where the electric field is strong, and the operation of the cell tends to be poor.
In the present invention, it has been found that deterioration of the electrolyte membrane can be suppressed by cutting off the current at regular time intervals using a control circuit or the like, that is, by providing a pause time.

この休止時間を設けることによって、セルの寿命が約2倍になることが、本発明によって確認されている。具体的には、例えば、セル寿命を、1000時間から2000時間に延命化できることが確認されている。 It has been confirmed by the present invention that the life of the cell is doubled by providing this rest period. Specifically, for example, it has been confirmed that the cell life can be extended from 1000 hours to 2000 hours.

上記「延命のための休止時間」は、特に限定はないが、1時間以上100時間以下の運転時間ごとに、定期的に1回設けることが好ましく、2時間以上70時間以下の運転時間ごとに1回設けることがより好ましく、5時間以上50時間以下の運転時間ごとに1回設けることが更に好ましく、10時間以上30時間以下の運転時間ごとに1回設けることが特に好ましい。
例えば、図7では、24時間(1日)ごとに休止時間を設けている。
The above-mentioned "pause time for prolonging life" is not particularly limited, but is preferably provided once every 1 hour or more and 100 hours or less of operation time, and every 2 hours or more and 70 hours or less of operation time. It is more preferably provided once, more preferably once every operation time of 5 hours or more and 50 hours or less, and particularly preferably once every operation time of 10 hours or more and 30 hours or less.
For example, in FIG. 7, a rest time is provided every 24 hours (1 day).

該休止時間を設ける頻度が短過ぎると、例えば、数百Aという極めて大電流を流すための印加電圧を遮断する負担が増えることになる、無駄な作業が増える、運転効率(水素取得効率等)が悪くなる、それ以上のセル寿命の延長が見込めない等の場合がある。
一方、該休止時間を設ける頻度が長過ぎると、セル寿命の延長が見込めない等の場合がある。
If the frequency of providing the pause time is too short, for example, the burden of cutting off the applied voltage for passing an extremely large current of several hundred A will increase, wasteful work will increase, operating efficiency (hydrogen acquisition efficiency, etc.). In some cases, the cell life may be worsened, or the cell life may not be extended any further.
On the other hand, if the frequency of providing the pause time is too long, the cell life may not be expected to be extended.

また、上記休止時間は、特に限定はないが、1秒以上120分以下の連続した時間であることが好ましい。すなわち、1回の休止時間は、1秒以上120分以下であることが好ましい。
1回の休止時間は、より好ましくは1分以上90分以下であり、特に好ましくは5分以上60分以下である。
The rest time is not particularly limited, but is preferably a continuous time of 1 second or more and 120 minutes or less. That is, one rest time is preferably 1 second or more and 120 minutes or less.
The rest time of one time is more preferably 1 minute or more and 90 minutes or less, and particularly preferably 5 minutes or more and 60 minutes or less.

1回の休止時間(1回の連続した時間)が短過ぎると、セル寿命の延長が見込めない等の場合がある。
一方、1回の休止時間(1回の連続した時間)が長過ぎると、無駄な作業時間が増える、運転効率(水素取得効率等)が悪くなる、それ以上のセル寿命の延長が見込めない等の場合がある。
If one pause time (one continuous time) is too short, the cell life may not be expected to be extended.
On the other hand, if one pause time (one continuous time) is too long, wasteful work time increases, operating efficiency (hydrogen acquisition efficiency, etc.) deteriorates, and further extension of cell life cannot be expected. In some cases.

通常は、延命のための休止時間の長さやその頻度は、スタックセルの交換やメンテナンスを行う時間の長さやその頻度より、短い又は多い。
従って、後述するように、該休止時間と同時に、又は、該休止時間を利用して、スタックセルの交換やメンテナンスを行う場合は、上記「休止時間の長さやその頻度」の好ましい範囲の限りではない。
すなわち、スタックセルの交換やメンテナンスを行うための時間は、上記より長くてもよく、そのための頻度は上記より少なくてもよい。
Usually, the length and frequency of pauses for life extension are shorter or greater than the length and frequency of stack cell replacement and maintenance.
Therefore, as will be described later, when the stack cell is replaced or maintained at the same time as the pause time or by using the pause time, as long as the above-mentioned "length of pause time and its frequency" is preferable. Absent.
That is, the time for replacing or maintaining the stack cell may be longer than the above, and the frequency for that may be less than the above.

また、本発明によって、上記休止時間を設けると共に、更に、セルに流す電流値として、最大可能電流値の約80%程度とすることによって、3倍以上の長寿命化が可能になった。具体的には、休止時間も電流値の抑制もない場合に、セル寿命1000時間のものが、3000時間以上に長寿命化が可能になった。
上記「電流値の%」は、50%以上90%以下が好ましく、60%以上80%以下が特に好ましい。
「電流値の%」が小さ過ぎると(0%に近いと)、それ以上の更なる長寿命化が図れないにもかかわらず、得られる水素等が少なくなる場合、運転効率が落ちる場合等がある。
一方、「電流値の%」が大き過ぎると(100%に近いと)、セル寿命が延長しない(長寿命化が図れない)場合等がある。
Further, according to the present invention, by providing the above-mentioned pause time and further setting the current value to be passed through the cell to about 80% of the maximum possible current value, it is possible to extend the life by three times or more. Specifically, when there is no pause time or suppression of the current value, the cell life of 1000 hours can be extended to 3000 hours or more.
The "% of the current value" is preferably 50% or more and 90% or less, and particularly preferably 60% or more and 80% or less.
If the "% of the current value" is too small (close to 0%), the hydrogen, etc. that can be obtained may decrease, or the operating efficiency may decrease, even though the service life cannot be further extended. is there.
On the other hand, if the "% of the current value" is too large (close to 100%), the cell life may not be extended (the life cannot be extended).

なお、後述する、スタックセル9の交換、2次元スタックセル群11の交換、セルモジュール10の交換等、セルの交換やメンテナンス(点検)に伴う(同時に行う作業に伴う)、電圧(電流)の停止時間や、1回のバルブの開閉制御の期間は、上記した「セルの長寿命化」のための(より、特に)好ましい1回の休止時間より長くなっても構わない。
電流の制御方法は、制御回路を用いて、一定時間毎に休止時間を入れるようにしてもよいが、交換やメンテナンスでセルを使用しない場合には、(手動等で)電圧の印加を中止してもよい。
It should be noted that the voltage (current) associated with cell replacement and maintenance (inspection), such as replacement of the stack cell 9, replacement of the two-dimensional stack cell group 11, replacement of the cell module 10, etc., which will be described later. The stop time and the period of one valve opening / closing control may be longer than the (more particularly) preferable one stop time for "extending the cell life" described above.
As a current control method, a control circuit may be used to insert a pause time at regular intervals, but when the cell is not used for replacement or maintenance, the application of voltage is stopped (manually, etc.). You may.

<<休止時間を設ける単位、セルモジュールの構成、及び、その運転方法>>
3次元セルモジュール10においては、好ましくは、「前記したスタックセル9」ごとに、又は、「2次元スタックセル群11」ごとに、休止時間を設ける構成になっていることであり、特に好ましくは、「2次元スタックセル群11」ごとに、休止時間を設ける構成になっていることである。
<< Unit for providing pause time, cell module configuration, and its operation method >>
The three-dimensional cell module 10 is preferably configured to provide a pause time for each "stack cell 9" or for each "two-dimensional stack cell group 11", and is particularly preferable. , The pause time is provided for each "two-dimensional stack cell group 11".

また、上記休止時間に同期させて、気体及び/又は水のバルブの開閉制御ができるようになっていることが好ましい。「休止時間」と「気体及び/又は水のバルブの開閉制御」の同期は、作業者(運転者)が(半)手動で行っても、自動的にできるようになっていてもよい。 Further, it is preferable that the opening / closing control of the gas and / or water valve can be controlled in synchronization with the above-mentioned pause time. The synchronization of the "pause time" and the "open / close control of the gas and / or water valve" may be performed (semi-) manually by the operator (driver) or may be automatically performed.

数百Aという極めて大電流のON/OFFは、大規模な運転・操作なので、一旦、セル寿命アップのための休止時間を設けたならば(印加電圧をOFFにしたならば)、そのついでに、スタックセル9に寿命が来ている場合は、載置ボード12ごと(図5では、9個のスタックセルごと)、新品に交換すると効率的である。 ON / OFF of an extremely large current of several hundred A is a large-scale operation / operation, so once a pause time is provided to extend the cell life (when the applied voltage is turned OFF), then, When the stack cell 9 has reached the end of its life, it is efficient to replace it with a new one for each mounting board 12 (for each of the nine stack cells in FIG. 5).

3次元セルモジュール10において、最も好ましい態様は、2次元スタックセル群11ごとに、電解電流のON/OFF制御(すなわち休止時間の設定)と、バルブの開閉制御とを行うことである。
3次元セルモジュール10において、2次元スタックセル群11ごとに、セル寿命アップのための休止時間の設定と、それに同期させたバルブの開閉制御とを行うことによって、後述する「2次元スタックセル群11が載置されている載置ボード12」ごとに、電源制御とバルブの開閉制御ができることになり、同一の載置ボード12内に載置されたスタックセル9の寿命を(バラツキの範囲内でほぼ)同一にでき、寿命が来てスタックセル9を交換する場合、載置ボード12ごとに行えばよく、そのために該交換が極めて簡便になる。
In the three-dimensional cell module 10, the most preferable embodiment is to perform ON / OFF control of the electrolytic current (that is, setting of the pause time) and valve open / close control for each of the two-dimensional stack cell group 11.
In the three-dimensional cell module 10, the pause time for increasing the cell life is set for each two-dimensional stack cell group 11, and the opening / closing control of the valve synchronized with the setting is performed, so that the "two-dimensional stack cell group" described later will be described. Power control and valve opening / closing control can be performed for each mounting board 12 on which 11 is mounted, and the life of the stack cells 9 mounted in the same mounting board 12 can be extended (within the range of variation). When the stack cells 9 have reached the end of their useful life, the stack cells 9 may be replaced for each mounting board 12, which makes the replacement extremely simple.

すなわち、一度、載置ボード12内に載置されたスタックセル9全体を新品に交換した場合、それらのスタックセル9は全てほぼ同時期に寿命を迎えるので、二度目の交換も、載置ボード12ごと行えばよいので、交換作業が容易となると共に、寿命がまだあるスタックセル9を交換してしまうリスクを減らせることができる。 That is, once the entire stack cell 9 mounted in the mounting board 12 is replaced with a new one, all of the stack cells 9 reach the end of their life at about the same time, so that the second replacement is also the mounting board. Since it is sufficient to perform every 12 steps, the replacement work can be facilitated, and the risk of replacing the stack cell 9 having a limited life can be reduced.

セル寿命アップのための休止時間の設定時刻は、システム全体の停止を避けるために載置ボード12ごとにずれているので(ずらすことが好ましいので)、上記のようにすれば、1個の載置ボード12上のスタックセル9の交換時に、別の載置ボード12上のスタックセル9まで、そのためにOFFにしなくてもすむ。 Since the set time of the pause time for increasing the cell life is shifted for each mounting board 12 in order to avoid stopping the entire system (preferably shifted), one mounting can be performed as described above. When the stack cell 9 on the mounting board 12 is replaced, it is not necessary to turn off the stack cell 9 on another mounting board 12 for that purpose.

図5では、前面の9個のスタックセル9からなる2次元スタックセル群11の載置ボード12だけを図示したものであるが、奥のほうにある2次元スタックセル群11も、同様に、2次元スタックセル群11ごとに1個の載置ボード12に載置されていることが好ましい。
本発明は、2次元水電解用スタックセル群を構成する水電解用スタックセル9の全体が、1個の載置ボード12に載置されていて、該載置ボートの単位で移動できるようになっていて、該2次元水電解用スタックセル群ごとに水電解用セルモジュール10から引き出せるようになっている上記の水電解用セルモジュール10であることが好ましい。
In FIG. 5, only the mounting board 12 of the two-dimensional stack cell group 11 composed of the nine stack cells 9 on the front side is shown, but the two-dimensional stack cell group 11 on the back side is also shown in the same manner. It is preferable that each two-dimensional stack cell group 11 is mounted on one mounting board 12.
In the present invention, the entire water electrolysis stack cell 9 constituting the two-dimensional water electrolysis stack cell group is mounted on one mounting board 12, and can be moved in units of the mounting boat. It is preferable that the above-mentioned water electrolysis cell module 10 is designed so that each of the two-dimensional water electrolysis stack cell groups can be drawn out from the water electrolysis cell module 10.

また、本発明は、上記2次元水電解用スタックセル群の単位で、そこに配列された水電解用スタックセル9の全部を点検若しくは交換できるような構成になっている上記の水電解用セルモジュール10であることが好ましい。 Further, the present invention is a unit of the above-mentioned two-dimensional water electrolysis stack cell group, and the above-mentioned water electrolysis cell is configured so that all of the water electrolysis stack cells 9 arranged therein can be inspected or replaced. The module 10 is preferable.

本発明が3次元セルモジュール10の場合には、その運転方法は、「上記した水電解用スタックセル9」ごとに、若しくは、「該水電解用スタックセル9の2次元的な配列部分よりなる2次元水電解用スタックセル群」ごとに、「上記休止時間を設ける、又は、水電解用スタックセル9を点検若しくは交換をする」ことにして、連続運転を途切れさせないようにすることが好ましい。 When the present invention is a three-dimensional cell module 10, the operation method comprises "the above-mentioned stack cell 9 for water electrolysis" or "a two-dimensional arrangement portion of the stack cell 9 for water electrolysis". It is preferable that the continuous operation is not interrupted by "providing the above-mentioned pause time or inspecting or replacing the stack cell 9 for water electrolysis" for each "two-dimensional water electrolysis stack cell group".

前記は、本発明が3次元セルモジュール10の場合を想定しているが、本発明が2次元セルモジュール10の場合には、その運転方法は、上記水電解用スタックセル9ごとに、上記休止時間を設ける、又は、該水電解用スタックセル9ごとに、点検若しくは交換をして、連続運転を途切れさせないようにすることが好ましい。 The above assumes the case where the present invention is a three-dimensional cell module 10, but when the present invention is a two-dimensional cell module 10, the operation method is the above-mentioned pause for each of the above-mentioned stack cells 9 for water electrolysis. It is preferable to allow time or to inspect or replace each of the water electrolysis stack cells 9 so as not to interrupt the continuous operation.

すなわち、本発明においては、セルモジュール10が2次元であっても3次元であっても、2次元単位で配列されたスタックセル9の全部を点検若しくは交換できるような構成になっていることが好ましい。
このような高効率化の優位点を十分に生かすために、本発明のセルモジュール10は、3次元セルモジュール10であって、2次元水電解用スタックセル群ごとに(好ましくはそれらが載置ボード12に載置されていて)、スタックセル9の交換及び/メンテナンスができるような構成になっていることが好ましい。
That is, in the present invention, regardless of whether the cell module 10 is two-dimensional or three-dimensional, all of the stack cells 9 arranged in two-dimensional units can be inspected or replaced. preferable.
In order to fully utilize such advantages of high efficiency, the cell module 10 of the present invention is a three-dimensional cell module 10, and is placed for each two-dimensional water electrolysis stack cell group (preferably, they are placed). It is preferably mounted on the board 12) so that the stack cell 9 can be replaced and / maintained.

特に、図5に示したように、載置ボード12全体が移動できるようなレール13を設けておけば、該レール13に沿って、載置ボード12に載置された2次元スタックセル群11を全て引き出せるので、「載置ボード12ごとのスタックセル9の交換」又は「スタックセル9が載置された載置ボード12自体の交換」が更に容易になる。
例えば、図5には、3次元セルモジュール10において、2次元スタックセル群11を構成するスタックセル9が載置された載置ボード12が、スライドできるレール13が設けられている。
In particular, as shown in FIG. 5, if a rail 13 is provided so that the entire mounting board 12 can move, the two-dimensional stack cell group 11 mounted on the mounting board 12 is provided along the rail 13. Since all of the above can be pulled out, "replacement of the stack cell 9 for each mounting board 12" or "replacement of the mounting board 12 itself on which the stack cell 9 is mounted" becomes easier.
For example, in FIG. 5, in the three-dimensional cell module 10, a rail 13 on which the mounting board 12 on which the stack cells 9 constituting the two-dimensional stack cell group 11 are mounted can be slid is provided.

一方、小さい単位ごとに、すなわち「スタックセル9」ごとに、セル寿命アップのための上記休止時間を設ける構成になっていることも好ましく、それによって、複数のスタックセル9を同時期に交換することによる「寿命がまだあるスタックセル9を交換してしまうリスク」を防ぐことができる。
しかし、その一方で、複数の載置ボード12に亘って、個別にスタックセル9を交換する必要が生じるため、作業が煩雑となり(又は作業量が増え)、上記した載置ボード12の特長も享受できない場合がある。
On the other hand, it is also preferable that the above-mentioned pause time for increasing the cell life is provided for each small unit, that is, for each "stack cell 9", whereby a plurality of stack cells 9 are exchanged at the same time. This can prevent the "risk of replacing the stack cell 9 which still has a limited life".
However, on the other hand, since it becomes necessary to replace the stack cells 9 individually across the plurality of mounting boards 12, the work becomes complicated (or the amount of work increases), and the above-mentioned features of the mounting boards 12 are also exhibited. You may not be able to enjoy it.

逆に、大きい単位ごとに、すなわち「セルモジュール10」ごとに、セル寿命アップのための上記休止時間を同時刻に設ける構成になっていると、好ましい態様が「セルモジュール10内の全てのスタックセル9を同時に交換すること」になり、3次元セルモジュール10のシステム全体に稼働停止状態が生じる場合がある。すなわち、該休止時間に、セル交換、セル動作確認等を行うため、システムに稼働停止時間が必要となる場合がある。 On the contrary, if the above-mentioned pause time for increasing the cell life is provided at the same time for each large unit, that is, for each "cell module 10", a preferable embodiment is "all stacks in the cell module 10". The cells 9 are replaced at the same time, and the entire system of the three-dimensional cell module 10 may be stopped. That is, the system may require an operation stop time in order to perform cell exchange, cell operation check, and the like during the pause time.

図4は、図3(a)(b)のスタックセル9を、2次元的に、横に3列、縦に3列配列させた本発明の2次元セルモジュール10の概略斜視図である。
スタックセル9とスタックセル9の間には隙間が設けられており、横方向には隙間(1)−(2)が、縦方向には隙間(3)−(6)が設けられている。なお、図面では隙間番号は丸囲字で示されている。
FIG. 4 is a schematic perspective view of the two-dimensional cell module 10 of the present invention in which the stack cells 9 of FIGS. 3 (a) and 3 (b) are two-dimensionally arranged in three rows horizontally and three rows vertically.
A gap is provided between the stack cell 9 and the stack cell 9, with a gap (1)-(2) in the horizontal direction and a gap (3)-(6) in the vertical direction. In the drawings, the gap numbers are shown in circles.

2次元的な配列については、必要な発生水素量に応じて、単セル1のスタック数(スタックセル9の構成)と、縦と横のスタックセル9の個数を、それぞれ変えて調整することが好ましい。 For a two-dimensional array, the number of stacks in a single cell 1 (configuration of stack cells 9) and the number of vertical and horizontal stack cells 9 can be adjusted according to the required amount of hydrogen generated. preferable.

図5は、図3(a)(b)のスタックセル9を、3次元的に、横に3列、縦に3列、奥行き方向に3列配列させた本発明の3次元セルモジュール10の概略斜視図である。すなわち、図5は、第3図(a)(b)のスタックセルを3次元的に配列させたものである。
また、図4を、3次元セルモジュール10における「スタックセルの2次元的な配列部分よりなる2次元スタックセル群11」(2次元スタックセル群11)と見ると、図5は、図4の2次元スタックセル群11を、図面の奥行き方向に積層させた、本発明の3次元水電解用セルモジュール10を示しているとも言える。
FIG. 5 shows the three-dimensional cell module 10 of the present invention in which the stack cells 9 of FIGS. 3 (a) and 3 (b) are three-dimensionally arranged in three rows horizontally, three rows vertically, and three rows in the depth direction. It is a schematic perspective view. That is, FIG. 5 is a three-dimensional arrangement of the stack cells of FIGS. 3A and 3B.
Further, when FIG. 4 is viewed as "a two-dimensional stack cell group 11 composed of a two-dimensional array portion of stack cells" (two-dimensional stack cell group 11) in the three-dimensional cell module 10, FIG. 5 is shown in FIG. It can be said that the cell module 10 for three-dimensional water electrolysis of the present invention in which the two-dimensional stack cell group 11 is laminated in the depth direction of the drawing is shown.

2次元スタックセル群11は、ポリカーボネート等の高分子材料でできた載置ボード12上に配置され、手前の載置ボード12上のスタックセル9と、奥隣の載置ボード12上のスタックセル9との間の(1)−(1)’は、隙間(1)−(2)及び/又は隙間(3)−(6)の何れよりも大きな隙間を有しており、配線と配管の取り外しが行い易いようになっていることが好ましい。なお、図面では隙間番号は丸囲字で示されている。 The two-dimensional stack cell group 11 is arranged on a mounting board 12 made of a polymer material such as polycarbonate, and has a stack cell 9 on the mounting board 12 in the foreground and a stack cell on the mounting board 12 next to the back. (1)-(1)'between 9 has a larger gap than any of the gaps (1)-(2) and / or the gaps (3)-(6), and is used for wiring and piping. It is preferable that it is easy to remove. In the drawings, the gap numbers are shown in circles.

複数のスタックセル9を有する3次元セルモジュール10中の、あるスタックセル又はほぼ全てのスタックセルが、故障した場合や寿命が来た場合には次のように対処する。
スタックセル9を交換する際には、印加電圧を切り、配管のバルブを閉じて、配管の中の水素を、窒素、アルゴン等の不活性ガスを用いてパージラインに流す。
スタックセル9が載置された載置ボード12を、例えば既に設置されたレール13等を用いて、メンテナンス若しくは交換時の位置に移動させて、スタックセル9を交換し、交換及び/メンテナンス完了後に、載置ボード12を使用時の位置に戻し、配線と配管を接続する。
When a certain stack cell or almost all stack cells in the three-dimensional cell module 10 having a plurality of stack cells 9 fails or reaches the end of its life, the following measures are taken.
When replacing the stack cell 9, the applied voltage is turned off, the valve of the pipe is closed, and hydrogen in the pipe is flowed to the purge line using an inert gas such as nitrogen or argon.
After the stack cell 9 is replaced, the stack cell 9 is replaced by moving the mounting board 12 on which the stack cell 9 is mounted to the position at the time of maintenance or replacement by using, for example, the rail 13 already installed, and after the replacement and / maintenance is completed. , Return the mounting board 12 to the position when it was used, and connect the wiring and piping.

<水素検知器、停止機構、アラーム発報機構>
本発明の水電解用セルモジュール10、又は、本発明の水電解用セルモジュールを有するシステム全体は、更に、水素検知器14を備え、該水素検知器14が水素の漏洩を検知したときに、上記スタックセル9ごとに若しくは上記2次元スタックセル群11ごとに、又は、セルモジュール10全体において、水電解用の印加電圧が遮断され、水素配管に設けられた水素バルブが閉じられる構成になっていることが好ましい。
<Hydrogen detector, stop mechanism, alarm alarm mechanism>
The water electrolysis cell module 10 of the present invention, or the entire system having the water electrolysis cell module of the present invention, further includes a hydrogen detector 14, and when the hydrogen detector 14 detects a hydrogen leak, The applied voltage for water electrolysis is cut off and the hydrogen valve provided in the hydrogen pipe is closed for each stack cell 9 or for each of the two-dimensional stack cell group 11 or for the entire cell module 10. It is preferable to have.

図9に、水素検知器14を備え、該水素検知器14が水素の漏洩を検知したときに、印加電圧の遮断と水素バルブが閉じられる構成を示す。
印加電圧と水素バルブの遮断は、手動で行ってもよいが、水素検知器14からの水素検知信号をコンピュータシステムが受信したときに、該システムが自動的に行うようになっていることが好ましい。
FIG. 9 shows a configuration in which a hydrogen detector 14 is provided, and when the hydrogen detector 14 detects a hydrogen leak, the applied voltage is cut off and the hydrogen valve is closed.
The applied voltage and the hydrogen valve may be shut off manually, but it is preferable that the system automatically performs the hydrogen detection signal when the computer system receives the hydrogen detection signal from the hydrogen detector 14. ..

上記スタックセル9ごとに、又は、上記2次元スタックセル群11ごとに、水電解用の印加電圧が遮断され、水素配管に設けられた水素バルブが閉じられる構成になっていると、修理又は交換時に、セルモジュール10全体の稼働を停止しなくてもよく、システムの連続運転が可能となる。 Repair or replacement if the applied voltage for water electrolysis is cut off and the hydrogen valve provided in the hydrogen pipe is closed for each of the stack cells 9 or for each of the two-dimensional stack cell groups 11. Occasionally, it is not necessary to stop the operation of the entire cell module 10, and continuous operation of the system becomes possible.

水電解用セルモジュール全体が、気体を通過させない筐体15で囲まれており、上記水素検知器14が該筐体15の内部に備えられていて、水素が漏洩したときに確実に上記水素検知器14が水素の漏洩を検知できるようになっていることが好ましい。
該筐体15の存在は、危険な水素ガスが外部に漏れ出すことを防止すると共に、漏洩した水素を水素検知器14が確実に検知できると言う効果を奏する。
The entire water electrolysis cell module is surrounded by a housing 15 that does not allow gas to pass through, and the hydrogen detector 14 is provided inside the housing 15 to reliably detect hydrogen when hydrogen leaks. It is preferable that the vessel 14 can detect the leakage of hydrogen.
The presence of the housing 15 has the effect of preventing dangerous hydrogen gas from leaking to the outside and ensuring that the hydrogen detector 14 can detect the leaked hydrogen.

図9において、スタックセル9又は2次元スタックセル群11から出た水素は、それぞれの配管に接続され、該配管にはそれぞれバルブが設置されている。「スタックセル9又は2次元スタックセル群11」が複数の場合、すなわち、該配管が複数の場合には、その個数分のバルブが電磁的に開閉できるようになっている。
そして、その合流先は、バルブを介して、水素を貯め込むタンクに輸送されるようになっている。
In FIG. 9, hydrogen emitted from the stack cell 9 or the two-dimensional stack cell group 11 is connected to each pipe, and a valve is installed in each pipe. When there are a plurality of "stack cells 9 or two-dimensional stack cell group 11", that is, when there are a plurality of the pipes, the number of valves can be electromagnetically opened and closed.
Then, the merging destination is transported to a tank for storing hydrogen via a valve.

図9では、セルモジュール10全体又はそのシステム全体が、筐体15で囲まれており、該筐体15の天井部分には、水素を検知するために、例えば100ppm以下の濃度で水素を検知できる水素検知器14が配置されており、システムの中で水素の漏洩があった場合には、コンピュータシステムに水素検知信号送信し、水電解用の印加電圧を緊急停止し、バルブ(電磁弁)を閉じるようになっている。その際、アラームを発報するようになっていることが好ましい。 In FIG. 9, the entire cell module 10 or the entire system thereof is surrounded by a housing 15, and hydrogen can be detected in the ceiling portion of the housing 15 at a concentration of, for example, 100 ppm or less in order to detect hydrogen. A hydrogen detector 14 is arranged, and when hydrogen leaks in the system, a hydrogen detection signal is transmitted to the computer system, the applied voltage for water electrolysis is urgently stopped, and a valve (electromagnetic valve) is opened. It is designed to be closed. At that time, it is preferable that an alarm is issued.

更に、水素漏洩時(緊急時)には、水素のタンクに水素を供給するためのバルブが閉じられて、窒素(N)又はアルゴン(Ar)等の不活性ガス側のバルブが開かれ、窒素又はアルゴン等の不活性ガスにより配管の中の残留水素をパージラインに排出できるようになっていることが好ましい。
該パージラインでは、水素が、酸化性のガスが存在したときに、着火源により着火しても爆発が起こらないように、水素濃度を0.1%未満にし、かつ、パージラインの配管は直接安全な場所に配置されることが好ましい(図9)。
Furthermore, in the event of a hydrogen leak (emergency), the valve for supplying hydrogen to the hydrogen tank is closed, and the valve on the inert gas side such as nitrogen (N 2) or argon (Ar) is opened. It is preferable that the residual hydrogen in the pipe can be discharged to the purge line by an inert gas such as nitrogen or argon.
In the purge line, the hydrogen concentration is less than 0.1%, and the piping of the purge line is set so that hydrogen does not explode even if ignited by the ignition source in the presence of an oxidizing gas. It is preferably placed directly in a safe place (Fig. 9).

システムからパージラインで外部に排出される配管の流れは、図10(a)に示すように、ほぼ直線的で、かつ上方に向かうようになっていることが好ましい。
従来の配管で一部なされていた図10(b)に示すような凹凸のある配管ルートでは、図10(b)に示すような箇所で、水素が滞留し易い(水素だまりができ易い)。
水素だまりができると、酸素等の水素と反応し易い気体が存在している場合には、着火源があると爆発する危険があるため、図10(a)に示すように、下流に向けて曲がった配管部分がないことが好ましい。
As shown in FIG. 10A, it is preferable that the flow of the pipe discharged from the system to the outside by the purge line is substantially linear and upward.
In the uneven piping route as shown in FIG. 10 (b), which has been partially performed in the conventional piping, hydrogen tends to stay at the location shown in FIG. 10 (b) (hydrogen pooling is likely to occur).
If a hydrogen pool is formed, there is a danger of explosion if there is an ignition source in the presence of a gas that easily reacts with hydrogen, such as oxygen. Therefore, as shown in FIG. 10 (a), it is directed downstream. It is preferable that there is no bent piping part.

以下に、実施例及び比較例等を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限りこれらの実施例に限定されるものではない。
以下、特に断りのない限り、比や%に関する値は、質量比や質量%である。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples as long as the gist thereof is not exceeded.
Hereinafter, unless otherwise specified, the values relating to the ratio or% are the mass ratio or the mass%.

調製例1
<単セルの調製>
図1(a)に示した構成の単セル1を製造した。
すなわち、カーボン繊維を集合体化した多孔質基体に、白金(Pt)触媒を含有する塗布液を、スプレーを用いて塗布した。その際、該塗布液が多孔質基体の表面から内部へ浸み込んでいく様子を確認した。
次いで、塗布液の溶媒を揮発させるために、多孔質基体を70℃で加熱して乾燥させ、その後、300℃で熱処理を行った。
Preparation Example 1
<Preparation of single cell>
A single cell 1 having the configuration shown in FIG. 1 (a) was manufactured.
That is, a coating liquid containing a platinum (Pt) catalyst was applied to a porous substrate in which carbon fibers were aggregated by using a spray. At that time, it was confirmed that the coating liquid permeated from the surface of the porous substrate into the inside.
Next, in order to volatilize the solvent of the coating liquid, the porous substrate was heated at 70 ° C. to dry, and then heat-treated at 300 ° C.

得られた触媒担持多孔質基体3を、走査型電子顕微鏡(SEM)で観察したところ、図8に示したように、触媒粒子が、多孔質基体を形成しているカーボン繊維の側面に担持されて、該多孔質基体自体の表面から内部にかけて、粒子状で存在していた。 When the obtained catalyst-supported porous substrate 3 was observed with a scanning electron microscope (SEM), as shown in FIG. 8, the catalyst particles were supported on the side surface of the carbon fiber forming the porous substrate. Therefore, it existed in the form of particles from the surface to the inside of the porous substrate itself.

上記の触媒担持多孔質基体3に、アイオノマー(ナフィオン(Nafion(登録商標)))の分散液を塗布した。その際、この分散液が触媒担持多孔質基体3の表面から内部へ染み込んでいく様子を確認した。
次いで、アイオノマー分散液の分散媒を揮発させ乾燥させた。
A dispersion of ionomer (Nafion (registered trademark)) was applied to the catalyst-supported porous substrate 3. At that time, it was confirmed that the dispersion liquid permeated from the surface of the catalyst-supported porous substrate 3 into the inside.
Then, the dispersion medium of the ionomer dispersion was volatilized and dried.

得られた「アイオノマー充填後の触媒担持多孔質基体3」を、走査型電子顕微鏡(SEM)で観察したところ、図8に示したように、アイオノマー4が、触媒粒子に接触しつつ、多孔質基体の表面から内部に向かって、厚み方向に濃度勾配を有しながら充填されていることを確認した。 When the obtained "catalyst-supported porous substrate 3 after ionomer filling" was observed with a scanning electron microscope (SEM), as shown in FIG. 8, the ionomer 4 was porous while being in contact with the catalyst particles. It was confirmed that the substrate was filled from the surface to the inside with a concentration gradient in the thickness direction.

調製例2
<スタックセルの調製>
図2に示したように、双極板8を挟んで上記単セル1を積層し、その外側に、給電体6、樹脂槽体7を配置した。図2は、2個の単セル1でスタックセル9が構成されているが、5個の単セル1で、同様にしてスタックセル9を調製した。
Preparation Example 2
<Preparation of stack cells>
As shown in FIG. 2, the single cell 1 is laminated with the bipolar plate 8 sandwiched therein, and the feeding body 6 and the resin tank body 7 are arranged on the outside thereof. In FIG. 2, the stack cell 9 is composed of two single cells 1, but the stack cell 9 is prepared in the same manner with the five single cells 1.

次いで、図3(a)(b)に示したように、電気配線(陰極配線及び陽極配線)を行い、陽極側に水の配管(入口及び出口)を行った。更に、気体配管(陰極側に水素及び陽極側に酸素)を行い、1個のスタックセル9を得た。陽極側の水出口と酸素排出口は兼用した。 Next, as shown in FIGS. 3A and 3B, electrical wiring (cathode wiring and anode wiring) was performed, and water piping (inlet and outlet) was performed on the anode side. Further, gas piping (hydrogen on the cathode side and oxygen on the anode side) was performed to obtain one stack cell 9. The water outlet on the anode side and the oxygen outlet are also used.

調製例3
<セルモジュールの調製>
上記で得たスタックセル27個を用いて、図5に示したような3次元セルモジュール10を調製した。
前面に、縦3個×横3個=計9個のスタックセルを配置し、2次元スタックセル群11を形成させ、該2次元スタックセル群11の9個のスタックセルを、1個の載置ボード12に載置させた(図5)。奥の9個のスタックセルよりなる2次元スタックセル群11も、1個の載置ボード12に載置させた(図示せず)。
Preparation Example 3
<Preparation of cell module>
Using the 27 stack cells obtained above, a three-dimensional cell module 10 as shown in FIG. 5 was prepared.
3 vertical × 3 horizontal = 9 stack cells in total are arranged on the front surface to form a two-dimensional stack cell group 11, and nine stack cells of the two-dimensional stack cell group 11 are mounted on one. It was placed on the placement board 12 (FIG. 5). A two-dimensional stack cell group 11 composed of nine stack cells in the back was also mounted on one mounting board 12 (not shown).

この載置ボード12を、該載置ボード12単位でレール13の上に乗せて、「9個のスタックセルよりなる2次元スタックセル群11」を、図5では右側に移動させて、スタックセル9の交換やメンテナンス等が行い易くした。 The mounting board 12 is placed on the rail 13 in units of the mounting board 12, and the "two-dimensional stack cell group 11 composed of nine stack cells" is moved to the right side in FIG. 5, and the stack cells are moved. It is easier to replace and maintain 9.

この3次元セルモジュール10では、図6に示したような、水や水素の配管付属のバルブや電気配線の、一定単位ごとの制御が可能であった(可能にできた)。 In this three-dimensional cell module 10, as shown in FIG. 6, it was possible (possible) to control the valves and electrical wiring attached to the water and hydrogen pipes in fixed unit units.

評価例1
<休止時間の効果>
調製例1で得られた単セルは、0.25L/分の水素を発生させることができたので、調製例2で得られた「単セルが5個積層されたスタックセル9」は、1.25L/分の水素を発生させることができた。
Evaluation example 1
<Effect of rest time>
Since the single cell obtained in Preparation Example 1 was able to generate hydrogen of 0.25 L / min, the “stack cell 9 in which 5 single cells were stacked” obtained in Preparation Example 2 was 1 It was possible to generate hydrogen of .25 L / min.

図7に示したように、スタックセル9ごとに、1日(24時間)ごとに、セル電圧(スタックセル9への印加電圧)を遮断して、すなわち休止時間を設けて、セル寿命が尽きるまで運転を行った。
比較のために、調製例2で同様に得られたスタックセル9を用いて、休止時間を設けずにセル寿命が尽きるまで運転を行った。
なお、運転条件については、上記休止時間以外は、最大可能電流値が流れるように電解電圧を調整して印加し続けた。
As shown in FIG. 7, the cell voltage (voltage applied to the stack cell 9) is cut off for each stack cell 9 every day (24 hours), that is, a pause time is provided, and the cell life is exhausted. I drove to.
For comparison, the stack cell 9 similarly obtained in Preparation Example 2 was used and operated until the cell life was exhausted without any pause time.
Regarding the operating conditions, the electrolytic voltage was adjusted and continuously applied so that the maximum possible current value would flow except during the above-mentioned pause time.

休止時間を設けたスタックセル9の寿命は2000時間であったが、比較のために休止時間を設けなかったスタックセル9の寿命は1000時間であった。
なお、休止時間を同様に設けた上で、最大可能電流値の80%が流れるように電解電圧を調整して印加し続けたところ、スタックセル9の寿命は3000時間であった。
The life of the stack cell 9 with the pause time was 2000 hours, but the life of the stack cell 9 without the pause time was 1000 hours for comparison.
The life of the stack cell 9 was 3000 hours when the electrolytic voltage was adjusted and continuously applied so that 80% of the maximum possible current value would flow after setting the rest time in the same manner.

連続運転を行うと単セル1の高分子電解質膜(PEM)が徐々に劣化して、電極間の電場が強い部分で電解集中が起こり、そのために単セルの寿命(すなわちスタックセル9の寿命)が来ると考えられる。
本発明によって、休止時間を設けることで、高分子電解質膜(PEM)の劣化が抑制できるため、延命が可能になったと推認された。
When continuous operation is performed, the polymer electrolyte membrane (PEM) of the single cell 1 gradually deteriorates, and electrolytic concentration occurs in the portion where the electric field between the electrodes is strong, which causes the life of the single cell (that is, the life of the stack cell 9). Is thought to come.
It is presumed that according to the present invention, the deterioration of the polymer electrolyte membrane (PEM) can be suppressed by providing the rest time, so that the life can be extended.

評価例2
<2次元スタックセル群ごとの、休止時間の設定、スタックセルの交換・メンテナンスの効果等>
調製例3で調製した3次元セルモジュール10は、「9個のスタックセルからなる2次元水電解用スタックセル群」ごとに、図6に示したような、気体や水のバルブと電源の制御が可能であったため、上記した休止時間やスタックセル交換時間を設けても、27個のスタックセルからなる3次元セルモジュール10全体として運転が停止することがなかった。
Evaluation example 2
<Setting of pause time for each 2D stack cell group, effect of stack cell replacement / maintenance, etc.>
The three-dimensional cell module 10 prepared in Preparation Example 3 controls a gas or water valve and a power supply as shown in FIG. 6 for each “two-dimensional water electrolysis stack cell group consisting of nine stack cells”. Therefore, even if the above-mentioned pause time and stack cell replacement time are provided, the operation of the three-dimensional cell module 10 composed of 27 stack cells as a whole did not stop.

また、図5に示すように、「9個のスタックセルが配置された2次元水電解用スタックセル群」を1つの載置ボード12に乗せて、該載置ボード12をレール移動できるようにしたので、スタックセル交換・メンテナンスが容易となった。 Further, as shown in FIG. 5, a "two-dimensional water electrolysis stack cell group in which nine stack cells are arranged" is placed on one mounting board 12 so that the mounting board 12 can be moved by rail. As a result, stack cell replacement and maintenance became easier.

しかも、「9個のスタックセルが配置された2次元水電解用スタックセル群」ごとに休止時間を設けることによって、該休止時間を利用して、9個のスタックセル交換・メンテナンスが同時にでき、その結果、水素獲得が高効率になると共に、9個のスタックセルがほぼ同時に寿命が来るので、次回のスタックセル交換・メンテナンスが更に効率的になった。すなわち、寿命がまだ長くあるスタックセルを交換してしまうリスクがなくなった。 Moreover, by providing a pause time for each "two-dimensional water electrolysis stack cell group in which nine stack cells are arranged", the nine stack cells can be replaced and maintained at the same time by using the pause time. As a result, hydrogen acquisition becomes highly efficient, and the nine stack cells reach the end of their life at almost the same time, so that the next stack cell replacement / maintenance becomes more efficient. That is, there is no risk of replacing a stack cell that has a long life.

本発明の水電解用セルモジュールは、印加電圧を遮断する休止時間を設けるようになっているので、セル寿命を延長することができた。また、本発明のセルモジュールの中の一部である「2次元スタックセル群」ごとに交換やメンテナンスを行えるので、システム全体の停止時間をなくせた。更に、それらを組み合わせることで、例えば、それらを同時刻に行うことで、高効率の水電解が可能となった。
そのため、セルモジュールのシステム全体として、連続運転を維持しつつ、効率的に運転・稼働が可能となるため、水素や酸素を必要とするあらゆる分野に広く利用されるものである。
Since the cell module for water electrolysis of the present invention is provided with a pause time for cutting off the applied voltage, the cell life can be extended. In addition, since replacement and maintenance can be performed for each "two-dimensional stack cell group" which is a part of the cell module of the present invention, the down time of the entire system can be eliminated. Furthermore, by combining them, for example, by performing them at the same time, highly efficient water electrolysis became possible.
Therefore, the cell module system as a whole can be operated and operated efficiently while maintaining continuous operation, and is widely used in all fields requiring hydrogen and oxygen.

1 水電解用単セル
2 水電解用電極
3 触媒担持多孔質基体
4 アイオノマー
5 高分子電解質膜(PEM)
6 給電体
7 樹脂槽体
8 双極板
9 水電解用スタックセル
10 水電解用セルモジュール
11 2次元スタックセル群
12 載置ボード
13 レール
14 水素検知器
15 筐体
1 Single cell for water electrolysis 2 Electrode for water electrolysis 3 Catalyst-supported porous substrate 4 Ionomer 5 Polymer electrolyte membrane (PEM)
6 Feeding body 7 Resin tank body 8 Bipolar plate 9 Stack cell for water electrolysis 10 Cell module for water electrolysis 11 Two-dimensional stack cell group 12 Mounting board 13 Rail 14 Hydrogen detector 15 Housing

Claims (12)

高分子電解質膜(PEM)の両側を水電解用電極で挟んだ構造を水電解用単セルとしたときに、該水電解用単セルを2個以上積層してなる水電解用スタックセルを、2次元に配列してなる水電解用セルモジュールであって、
該水電解用スタックセルごとに、又は、該水電解用セルモジュール全体ごとに、水電解用の印加電圧を遮断して電解電流を流さない休止時間を設ける構成になっていることを特徴とする水電解用セルモジュール。
When a structure in which both sides of a polymer electrolyte membrane (PEM) are sandwiched between electrodes for water electrolysis is a single cell for water electrolysis, a stack cell for water electrolysis formed by stacking two or more single cells for water electrolysis is formed. A cell module for water electrolysis arranged in two dimensions.
Each of the water electrolysis stack cells or the entire water electrolysis cell module is configured to have a pause time in which the applied voltage for water electrolysis is cut off and no electrolysis current flows. Cell module for water electrolysis.
高分子電解質膜(PEM)の両側を水電解用電極で挟んだ構造を水電解用単セルとしたときに、該水電解用単セルを2個以上積層してなる水電解用スタックセルを、3次元に配列してなる水電解用セルモジュールであって、
該水電解用スタックセルごとに、又は、該水電解用スタックセルの2次元的な配列部分よりなる2次元水電解用スタックセル群ごとに、又は、該水電解用セルモジュール全体ごとに、水電解用の印加電圧を遮断して電解電流を流さない休止時間を設ける構成になっていることを特徴とする水電解用セルモジュール。
When a structure in which both sides of a polymer electrolyte membrane (PEM) are sandwiched between electrodes for water electrolysis is a single cell for water electrolysis, a stack cell for water electrolysis formed by stacking two or more single cells for water electrolysis is formed. A cell module for water electrolysis arranged in three dimensions.
Water for each stack cell for water electrolysis, or for each stack cell group for two-dimensional water electrolysis consisting of two-dimensional array portions of the stack cell for water electrolysis, or for each cell module for water electrolysis. A cell module for water electrolysis characterized in that a pause time is provided in which an applied voltage for electrolysis is cut off and an electrolysis current does not flow.
上記2次元水電解用スタックセル群を構成する水電解用スタックセルの全体が、1個の載置ボードに載置されていて、該載置ボートの単位で移動できるようになっていて、該2次元水電解用スタックセル群ごとに水電解用セルモジュールから引き出せるようになっている請求項2に記載の水電解用セルモジュール。 The entire stack cell for water electrolysis constituting the stack cell group for two-dimensional water electrolysis is mounted on one mounting board and can be moved in units of the mounting boat. The water electrolysis cell module according to claim 2, wherein each of the two-dimensional water electrolysis stack cell groups can be drawn out from the water electrolysis cell module. 上記2次元水電解用スタックセル群の単位で、そこに配列された水電解用スタックセルの全部を点検若しくは交換できるような構成になっている請求項2又は請求項3に記載の水電解用セルモジュール。 The water electrolysis according to claim 2 or 3, which is a unit of the two-dimensional water electrolysis stack cell group and has a configuration in which all of the water electrolysis stack cells arranged therein can be inspected or replaced. Cell module. 上記休止時間に同期させて、気体及び/又は水のバルブの開閉制御ができるようになっている請求項1ないし請求項4の何れかの請求項に記載の水電解用セルモジュール。 The cell module for water electrolysis according to any one of claims 1 to 4, wherein opening / closing control of a gas and / or water valve can be performed in synchronization with the above-mentioned pause time. 上記休止時間を、1時間以上100時間以下の運転時間ごとに、定期的に1回設ける請求項1ないし請求項5の何れかの請求項に記載の水電解用セルモジュール。 The cell module for water electrolysis according to any one of claims 1 to 5, wherein the rest time is periodically provided once every operation time of 1 hour or more and 100 hours or less. 上記休止時間が、1秒以上120分以下の連続した時間である請求項1ないし請求項6の何れかの請求項に記載の水電解用セルモジュール。 The cell module for water electrolysis according to any one of claims 1 to 6, wherein the pause time is a continuous time of 1 second or more and 120 minutes or less. 上記水電解用単セルが、高分子電解質膜(PEM)の両側を水電解用電極で挟んだ構造をしており、
該水電解用電極は、触媒が多孔質基体自体の表面から内部にかけて担持されている多孔質基体で構成されているものであり、かつ、アイオノマーが該多孔質基体の表面から内部に向かって充填されているものである請求項1ないし請求項7の何れかの請求項に記載の水電解用セルモジュール。
The single cell for water electrolysis has a structure in which both sides of a polymer electrolyte membrane (PEM) are sandwiched between electrodes for water electrolysis.
The electrode for water electrolysis is composed of a porous substrate in which a catalyst is supported from the surface of the porous substrate itself to the inside, and an ionomer fills the porous substrate from the surface to the inside. The water electrolysis cell module according to any one of claims 1 to 7, which is the same as that of the cell module for water electrolysis.
更に、水素検知器を備え、該水素検知器が水素の漏洩を検知したときに、上記水電解用スタックセルごとに若しくは上記2次元スタックセル群ごとに、又は、水電解用セルモジュール全体において、水電解用の印加電圧が遮断され、水素配管に設けられた水素バルブが閉じられる構成になっている請求項1ないし請求項8の何れかの請求項に記載の水電解用セルモジュール。 Further, a hydrogen detector is provided, and when the hydrogen detector detects the leakage of hydrogen, each of the above-mentioned stack cells for water electrolysis, each of the above-mentioned two-dimensional stack cells, or the entire cell module for water electrolysis. The cell module for water electrolysis according to any one of claims 1 to 8, wherein the applied voltage for water electrolysis is cut off and the hydrogen valve provided in the hydrogen pipe is closed. 水電解用セルモジュール全体が、気体を通過させない筐体で囲まれており、上記水素検知器が該筐体の内部に備えられていて、水素が漏洩したときに確実に上記水素検知器が水素の漏洩を検知できるようになっている請求項9に記載の水電解用セルモジュール。 The entire cell module for water electrolysis is surrounded by a housing that does not allow gas to pass through, and the hydrogen detector is provided inside the housing, so that when hydrogen leaks, the hydrogen detector ensures hydrogen. The cell module for water electrolysis according to claim 9, wherein the leakage of hydrogen can be detected. 請求項1、又は、請求項5ないし請求項10の何れかの請求項に記載の水電解用セルモジュールの運転方法であって、
上記水電解用スタックセルごとに、上記休止時間を設ける、又は、該水電解用スタックセルを点検若しくは交換をして、連続運転を途切れさせないようにすることを特徴とする水電解用セルモジュールの運転方法。
The method for operating a cell module for water electrolysis according to claim 1, or any of claims 5 to 10.
A cell module for water electrolysis, which comprises providing the rest time for each stack cell for water electrolysis, or inspecting or replacing the stack cell for water electrolysis so as not to interrupt continuous operation. how to drive.
請求項2ないし請求項10の何れかの請求項に記載の水電解用セルモジュールの運転方法であって、
上記水電解用スタックセルごとに、若しくは、該水電解用スタックセルの2次元的な配列部分よりなる2次元水電解用スタックセル群ごとに、上記休止時間を設ける、又は、水電解用スタックセルを点検若しくは交換をして、連続運転を途切れさせないようにすることを特徴とする水電解用セルモジュールの運転方法。
The method for operating a cell module for water electrolysis according to any one of claims 2 to 10.
The rest time is provided for each of the stack cells for water electrolysis, or for each stack cell group for two-dimensional water electrolysis composed of a two-dimensional array portion of the stack cell for water electrolysis, or a stack cell for water electrolysis. A method of operating a cell module for water electrolysis, which comprises inspecting or replacing the cell module so as not to interrupt the continuous operation.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115029733A (en) * 2022-06-23 2022-09-09 中国船舶重工集团公司第七一八研究所 System and method for regulating and controlling flow of alkaline liquor of many-to-one water electrolysis hydrogen production device
WO2023280678A1 (en) * 2021-07-08 2023-01-12 thyssenkrupp nucera AG & Co. KGaA Electrolyzer with multi-cell elements
EP4227438A1 (en) * 2022-02-11 2023-08-16 Abb Schweiz Ag Method for operating a plurality of electrolyser-stacks

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4406866B2 (en) 2003-10-27 2010-02-03 株式会社Ihi Hydrogen production facility
JP4839855B2 (en) 2006-01-23 2011-12-21 株式会社日立製作所 Fuel cell module
JP2013023717A (en) 2011-07-19 2013-02-04 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Water electrolytic apparatus and method for operating water electrolytic apparatus
JP6782089B2 (en) 2016-04-12 2020-11-11 旭化成株式会社 Catalyst layer, cathode, electrolytic synthesis cell, membrane electrode assembly, organic compound hydrogenator and method for producing hydrogenated organic compound

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023280678A1 (en) * 2021-07-08 2023-01-12 thyssenkrupp nucera AG & Co. KGaA Electrolyzer with multi-cell elements
EP4227438A1 (en) * 2022-02-11 2023-08-16 Abb Schweiz Ag Method for operating a plurality of electrolyser-stacks
WO2023152130A1 (en) * 2022-02-11 2023-08-17 Abb Schweiz Ag Method for operating a plurality of electrolyser-stacks
CN115029733A (en) * 2022-06-23 2022-09-09 中国船舶重工集团公司第七一八研究所 System and method for regulating and controlling flow of alkaline liquor of many-to-one water electrolysis hydrogen production device

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