JP2022133348A5 - 水電解装置、水電解方法、水電解システム、水電解・燃料電池装置、水電解・燃料電池運転方法及び水電解・燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、固体高分子形の水電解セルを用いた水電解装置、水電解方法、水電解システム、並びに、固体高分子形の水電解燃料電池一体型セルを用いた水電解・燃料電池装置、水電解・燃料電池運転方法及び水電解・燃料電池システムに関するものである。

前記目的を達成するため、本発明は、電解質膜の両側に給電体を配置してさらにセパレータを各給電体の外側に配置した固体高分子形の水電解セルを、複数積層した水電解装置であって、前記固体高分子形の水電解セルは長方形であって、かつ当該水電解セルは横長かつ鉛直方向に配置され、かつ水平方向に積層されており、前記長方形の各水電解セルの下側の長辺側に沿って、水供給のための連通口が配置され、各水電解セルの上側の長辺側に沿って、電解水と酸素ガスの排出用の連通口が配置されていることを特徴としている。

別な観点による本発明は、前記した水電解装置を用いて水を電気分解する方法であって、前記長方形の水電解セルの下側の長辺側から上側の長辺側に向けて、原料水を水電解セル内に供給することを特徴としている。

またさらに別な観点によれば、本発明は、前記した水電解装置を用いた水電解システムであって、当該水電解装置に対して（直接的には、電解質膜の両側に給電体に対して）直流電力を供給する電源装置と、前記水電解装置に原料水を供給する原料水供給路と、前記水電解装置で発生した水素ガスをシステム外に放出する水素ガス放出路と、前記水電解装置で発生した酸素ガスをシステム外に放出する酸素ガス放出路と、を有することを特徴としている。

さらに前記した水電解装置、水電解方法、水電解システムで採用した水電解セルの特徴に鑑み、さらに以下の発明を提案できる。

まず、電解質膜の両側に給・集電体を配置してさらにセパレータを各給・集電体の外側に配置した、固体高分子形の水電解燃料電池一体型セルを、複数積層した水電解・燃料電池装置であって、前記固体高分子形の水電解燃料電池一体型セルは長方形であって、かつ当該水電解燃料電池一体型セルは横長かつ鉛直方向に配置され、かつ水平方向に積層されており、前記長方形の各水電解燃料電池一体型セルの下側の長辺側に沿って、水電解運転の際の原料水供給のための連通口、及び冷却水供給のための連通口が配置され、各水電解燃料電池一体型セルの上側の長辺側に沿って、水電解運転の際の電解水と酸素ガスの排出用の連通口が配置され、各水電解燃料電池一体型セルの短辺側に、水電解運転の際の水素ガス排出用の連通口、及び燃料電池運転の際の水素ガス供給用の連通口、及び空気または酸素ガス供給用の連通口が形成されていることを特徴とする、水電解・燃料電池装置。

また別な観点によれば、前記した水電解・燃料電池装置を用いて水電解運転と燃料電池運転を切り替えて行う方法であって、水電解運転の際には、前記長方形の水電解燃料電池一体型セルの下側の長辺側から上側の長辺側に向けて、原料水を水電解燃料電池一体型セル内に供給し、燃料電池運転の際には、前記長方形の水電解燃料電池一体型セルの短辺側から対向する短辺側に向けて、原料ガスを水電解燃料電池一体型セル内に供給することを特徴とする、水電解・燃料電池運転方法が提案できる。

前記した水電解・燃料電池装置を用いた水電解・燃料電池システムとして、例えば次のようなものを提案できる。すなわち、前記水電解・燃料電池装置に直流電力を供給する電源装置と、前記水電解・燃料電池装置に原料水を供給する原料水供給路と、前記水電解・燃料電池装置で発生した水素ガスをシステム外に放出する水素ガス放出路と、前記水電解・燃料電池装置で発生した酸素ガスをシステム外に放出する酸素ガス放出路と、前記水電解・燃料電池装置に水素ガスを供給する水素ガス供給路と、前記水電解・燃料電池装置に酸素ガスまたは空気を供給するガス供給路と、前記水電解・燃料電池装置で発生した水をシステム外に放出する酸素ガス放出路と、を有することを特徴とする、水電解・燃料電池システムである。

Claims (8)

1. 電解質膜の両側に給電体を配置してさらにセパレータを各給電体の外側に配置した固体高分子形の水電解セルを、複数積層した水電解装置であって、
   前記固体高分子形の水電解セルは長方形であって、かつ当該水電解セルは横長かつ鉛直方向に配置され、かつ水平方向に積層されており、
   前記長方形の各水電解セルの下側の長辺側に沿って、水供給のための連通口が配置され、各水電解セルの上側の長辺側に沿って、電解水と酸素ガスの排出用の連通口が配置されていることを特徴とする、水電解装置。
2. 前記水供給のための連通口は、前記水電解セルの電極部分の長手方向全体に亘って形成され、
   前記電解水と酸素ガスの排出用の連通口は、前記電極部分の長手方向全体に亘って形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の水電解装置。
3. 請求項１または２のいずれか一項に記載の水電解装置を用いて水を電気分解する方法であって、
   前記長方形の水電解セルの下側の長辺側から上側の長辺側に向けて、原料水を水電解セル内に供給することを特徴とする、水電解方法。
4. 請求項１または２のいずれか一項に記載の水電解装置を用いた水電解システムであって、
   前記水電解装置に直流電力を供給する電源装置と、
   前記水電解装置に原料水を供給する原料水供給路と、
   前記水電解装置で発生した水素ガスをシステム外に放出する水素ガス放出路と、
   前記水電解装置で発生した酸素ガスをシステム外に放出する酸素ガス放出路と、
   を有することを特徴とする、水電解システム。
5. 電解質膜の両側に給・集電体を配置してさらにセパレータを各給・集電体の外側に配置した、固体高分子形の水電解燃料電池一体型セルを、複数積層した水電解・燃料電池装置であって、
   前記固体高分子形の水電解燃料電池一体型セルは長方形であって、かつ当該水電解燃料電池一体型セルは横長かつ鉛直方向に配置され、かつ水平方向に積層されており、
   前記長方形の各水電解燃料電池一体型セルの下側の長辺側に沿って、水電解運転の際の原料水供給のための連通口、及び冷却水供給のための連通口が配置され、
   各水電解燃料電池一体型セルの上側の長辺側に沿って、水電解運転の際の電解水と酸素ガスの排出用の連通口が配置され、
   各水電解燃料電池一体型セルの短辺側に、水電解運転の際の水素ガス排出用の連通口、及び燃料電池運転の際の水素ガス供給用の連通口、及び空気または酸素ガス供給用の連通口が形成されていることを特徴とする、水電解・燃料電池装置。
6. 前記原料水供給のための連通口は、前記水電解燃料電池一体型セルの電極部分の長手方向全体に亘って形成され、
   前記電解水と酸素ガスの排出用の連通口は、前記電極部分の長手方向全体に亘って形成されていることを特徴とする、請求項５に記載の水電解・燃料電池装置。
7. 請求項５または６のいずれか一項に記載の水電解・燃料電池装置を用いて水電解運転と燃料電池運転を切り替えて行う方法であって、
   水電解運転の際には、前記長方形の水電解燃料電池一体型セルの下側の長辺側から上側の長辺側に向けて、原料水を水電解燃料電池一体型セル内に供給し、
   燃料電池運転の際には、前記長方形の水電解燃料電池一体型セルの短辺側から対向する短辺側に向けて、原料ガスを水電解燃料電池一体型セル内に供給することを特徴とする、水電解・燃料電池運転方法。
8. 請求項５または６のいずれか一項に記載の水電解・燃料電池装置を用いた水電解・燃料電池システムであって、
   前記水電解・燃料電池装置に直流電力を供給する電源装置と、
   前記水電解・燃料電池装置に原料水を供給する原料水供給路と、
   前記水電解・燃料電池装置で発生した水素ガスをシステム外に放出する水素ガス放出路と、
   前記水電解・燃料電池装置で発生した酸素ガスをシステム外に放出する酸素ガス放出路と、
   前記水電解・燃料電池装置に水素ガスを供給する水素ガス供給路と、
   前記水電解・燃料電池装置に酸素ガスまたは空気を供給するガス供給路と、
   前記水電解・燃料電池装置で発生した水をシステム外に放出する酸素ガス放出路と、を有することを特徴とする、水電解・燃料電池システム。