JP6721537B2 - Electrolyte tank for hydrogen electrolysis production, electrolysis device for hydrogen electrolysis production, and hydrogen production system - Google Patents

Electrolyte tank for hydrogen electrolysis production, electrolysis device for hydrogen electrolysis production, and hydrogen production system Download PDF

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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Description

本発明の実施形態は、水素電解製造用電解液タンク、水素電解製造用電解装置、および水素製造システムに関する。 Embodiments of the present invention, hydrogen electrolysis for producing electrolytic solution tank, hydrogen electrolysis for producing electrolytic apparatus, and a hydrogen production system.

近年、再生可能エネルギーを利用した水素ガスの製造が試みられている。再生可能エネルギーとは、風力および太陽光等の自然界によって永続的に補充されるエネルギーをいう。再生可能エネルギーを利用した風力発電機や太陽電池パネルなどの発電施設は、例えば、山間部や砂漠などにも設置が可能である。そのため、そのような発電施設の近傍に水素製造システムを設置し、水素製造システムにおいて発電施設から供給された電力を用いて水を電気分解することで水素ガスを製造することができる。製造された水素ガスはエネルギー消費地（例えば、都会）に運搬され、水素ガスが燃料電池や燃料電池車などに供給される。このようなエネルギーシステムを確立すれば、再生可能エネルギーを有効に収集することができる。また、電力を一旦水素ガスに変換することにより、エネルギーの貯蔵が可能となったり、発電地とエネルギー消費地とを一致させる必要がなくなったりする。 In recent years, production of hydrogen gas using renewable energy has been attempted. Renewable energy refers to energy permanently replenished by the natural world, such as wind and sunlight. Power generation facilities such as wind power generators and solar cell panels that use renewable energy can be installed in, for example, mountainous areas and deserts. Therefore, a hydrogen production system can be installed in the vicinity of such a power generation facility, and hydrogen gas can be produced by electrolyzing water using electric power supplied from the power generation facility in the hydrogen production system. The produced hydrogen gas is transported to an energy consuming region (for example, an urban area), and the hydrogen gas is supplied to a fuel cell, a fuel cell vehicle or the like. If such an energy system is established, renewable energy can be effectively collected. Further, once the electric power is converted into hydrogen gas, it becomes possible to store energy, or it becomes unnecessary to make the power generation site and the energy consumption site coincide.

ここで、水素製造システムにおいては、電解液の温度が高くなりすぎても低くなりすぎても水素ガスの製造効率が低下するという問題がある。そのため、水素製造システムには、電解液の温度を制御するために、加熱装置（ヒータ）および冷却装置（チラー）が設けられている。
ところが、加熱装置および冷却装置を動作させるためには電力が必要となる。
そこで、消費電力を抑えながら、水素ガスの製造効率を向上させることができる技術の開発が望まれていた。 Here, in the hydrogen production system, there is a problem that the production efficiency of hydrogen gas is lowered if the temperature of the electrolytic solution becomes too high or too low. Therefore, the hydrogen production system is provided with a heating device (heater) and a cooling device (chiller) in order to control the temperature of the electrolytic solution.
However, electric power is required to operate the heating device and the cooling device.
Therefore, it has been desired to develop a technique capable of improving the production efficiency of hydrogen gas while suppressing the power consumption.

特開２０１５−１１７４０７号公報JP, 2015-117407, A

本発明が解決しようとする課題は、消費電力を抑えながら、水素ガスの製造効率を向上させることができる水素電解製造用電解液タンク、水素電解製造用電解装置、および水素製造システムを提供することである。 An object of the present invention is to provide, while reducing power consumption, hydrogen electrolysis for producing electrolytic solution tank capable of improving the manufacturing efficiency of the hydrogen gas, hydrogen electrolysis for producing electrolytic apparatus, and to provide a hydrogen production system Is.

実施形態に係る水素電解製造用電解液タンクは、電解液が通過可能な複数の第３の容器を備え、前記複数の第３の容器の少なくとも１つは、前記第３の容器の前記電解液の供給側に設けられた第１の切替部、および、前記第３の容器の前記電解液の排出側に設けられた第２の切替部の少なくともいずれかを有する。
 Hydrogen electrolysis for producing an electrolytic solution tank according to implementation embodiments includes a third container of the plurality passable electrolytic solution, at least one of said plurality of third container, the electrolyte of the third container It has at least one of a first switching unit provided on the liquid supply side and a second switching unit provided on the electrolytic solution discharge side of the third container .

本実施の形態に係る水素製造システムを例示するための模式斜視図である。It is a schematic perspective view for illustrating the hydrogen production system according to the present embodiment. 水素製造システムを例示するためのブロック図である。It is a block diagram for illustrating a hydrogen production system. 本実施の形態に係る電解装置を例示するためのブロック図である。It is a block diagram for illustrating the electrolysis device concerning this embodiment. 比較例に係る容器を例示するための模式図である。It is a schematic diagram for illustrating the container which concerns on a comparative example. 本実施の形態に係る電解液タンクを例示するための模式図である。It is a schematic diagram for illustrating the electrolytic solution tank according to the present embodiment. 他の実施形態に係る第２の容器を例示するための模式図である。It is a schematic diagram for illustrating the 2nd container concerning other embodiments. 他の実施形態に係る電解液タンクを例示するための模式図である。It is a schematic diagram for illustrating an electrolyte solution tank according to another embodiment. （ａ）、（ｂ）は、他の実施形態に係る電解液タンクを例示するための模式図である。(A), (b) is a schematic diagram for illustrating the electrolytic solution tank which concerns on other embodiment. （ａ）、（ｂ）は、他の実施形態に係る電解液タンクを例示するための模式図である。(A), (b) is a schematic diagram for illustrating the electrolytic solution tank which concerns on other embodiment.

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。 Embodiments will be exemplified below with reference to the drawings. In the drawings, the same components are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be appropriately omitted.

まず、本実施の形態に係る水素製造システム１について例示をする。
本実施の形態に係る水素製造システム１は、電解方式により水を電気分解することで水素ガス（Ｈ２）を製造するシステムである。また、本実施の形態では、水素製造システム１が、再生可能エネルギーを利用して稼動する場合や、既存の電力系統に接続されて稼動する場合を含む。ここでは一例として、水素製造システム１に設けられた複数の構成要素（例えば、整流装置１１、電解装置１２、制御装置１４など）の少なくともいずれかに、再生可能エネルギーを利用した発電施設１００によって生成された電力が供給可能となっているものを示す。 First, the hydrogen production system 1 according to the present embodiment will be exemplified.
The hydrogen production system 1 according to the present embodiment is a system for producing hydrogen gas (H 2 ) by electrolyzing water by an electrolysis method. In addition, the present embodiment includes a case where the hydrogen production system 1 operates using renewable energy, and a case where the hydrogen production system 1 is connected to an existing power system to operate. Here, as an example, at least one of a plurality of components (for example, the rectifying device 11, the electrolyzing device 12, the control device 14, etc.) provided in the hydrogen production system 1 is generated by the power generation facility 100 using renewable energy. Indicates that the supplied power can be supplied.

図１は、本実施の形態に係る水素製造システム１を例示するための模式斜視図である。 なお、図１においては、比較的大型の構成要素のみ図示し、小型の構成要素および配管などは図示を省略している。
図２は、水素製造システム１を例示するためのブロック図である。
図３は、本実施の形態に係る電解装置１２を例示するためのブロック図である。
なお、図３においては、電流および信号の流れを二点鎖線で表し、気体の流れを一点鎖線で表し、液体の流れを実線で表している。 FIG. 1 is a schematic perspective view for illustrating a hydrogen production system 1 according to this embodiment. It should be noted that in FIG. 1, only relatively large components are shown, and small components, piping, etc. are omitted.
FIG. 2 is a block diagram for illustrating the hydrogen production system 1.
FIG. 3 is a block diagram for illustrating the electrolysis device 12 according to the present embodiment.
In FIG. 3, the flow of current and signal is represented by a two-dot chain line, the flow of gas is represented by a one-dot chain line, and the flow of liquid is represented by a solid line.

図１および図２に示すように、水素製造システム１には、整流装置１１、電解装置１２、水素タンク１３、および制御装置１４が設けられている。
図２に示すように、水素製造システム１は、発電施設１００の近くに設置することができる。発電施設１００は、再生可能エネルギーを利用して発電を行う施設である。発電施設１００は、例えば、風力発電施設や太陽光発電施設などである。発電施設１００は、例えば、山間部、砂漠、離島などに設置が可能である。そのため、水素製造システム１は、例えば、既存の電力系統に接続されていない、都会などのエネルギー消費地から遠く離れた土地に設置される場合がある。発電施設１００は、交流電力Ｐ１を水素製造システム１に供給する。 As shown in FIGS. 1 and 2, the hydrogen production system 1 is provided with a rectifier 11, an electrolyzer 12, a hydrogen tank 13, and a controller 14.
As shown in FIG. 2, the hydrogen production system 1 can be installed near the power generation facility 100. The power generation facility 100 is a facility that generates electricity using renewable energy. The power generation facility 100 is, for example, a wind power generation facility or a solar power generation facility. The power generation facility 100 can be installed, for example, in a mountain area, a desert, a remote island, or the like. Therefore, the hydrogen production system 1 may be installed, for example, on a land far away from an energy consumption area such as a city, which is not connected to the existing electric power system. The power generation facility 100 supplies the AC power P1 to the hydrogen production system 1.

整流装置１１は、発電施設１００と電気的に接続されている。整流装置１１は、発電施設１００から供給された交流電力Ｐ１を、直流電力Ｐ２および交流電力Ｐ３に変換する。整流装置１１は、例えば、整流器および変圧器などを備えたものとすることができる。整流器は、供給された交流電力Ｐ１の一部を直流電力Ｐ２に変換して出力する。また、整流装置１１に蓄電池を設け、変換された直流電力Ｐ２を蓄積することもできる。変圧器は、供給された交流電力Ｐ１の一部を所定の電圧の交流電力Ｐ３に変換して出力する。交流電力Ｐ３の電圧は、例えば、２００Ｖである。 The rectifier 11 is electrically connected to the power generation facility 100. The rectifier 11 converts the AC power P1 supplied from the power generation facility 100 into DC power P2 and AC power P3. The rectifying device 11 may include, for example, a rectifier and a transformer. The rectifier converts a part of the supplied AC power P1 into DC power P2 and outputs it. A storage battery may be provided in the rectifying device 11 to store the converted DC power P2. The transformer converts a part of the supplied AC power P1 into AC power P3 having a predetermined voltage and outputs the AC power P3. The voltage of the AC power P3 is, for example, 200V.

電解装置１２は、整流装置１１と電気的に接続されている。また、電解装置１２は、配管を介して水素タンク１３と接続されている。またさらに、電解装置１２は、配管を介して外部に設けられた水源と接続されている。水源は、例えば、上水道、地下水源、外部から搬入された水を収納したタンクなどである。以下、上水道水、地下水、外部から搬入された水などを総称して「一般水」という。
電解装置１２は、整流装置１１から供給された直流電力Ｐ２を用いて電解液Ｓに含まれている水を電気分解することで水素ガスを製造する。この際、水素ガスと共に製造された酸素ガス（Ｏ２）は、例えば、外部に排気することができる。整流装置１１から供給された交流電力Ｐ３は、電解装置１２に設けられたポンプ３６などの駆動に用いられる。 The electrolysis device 12 is electrically connected to the rectification device 11. Further, the electrolysis device 12 is connected to the hydrogen tank 13 via a pipe. Furthermore, the electrolysis device 12 is connected to a water source provided outside via a pipe. The water source is, for example, a water supply, a groundwater source, or a tank that stores water carried in from the outside. Hereinafter, tap water, ground water, and water brought in from outside are collectively referred to as “general water”.
The electrolyzer 12 produces hydrogen gas by electrolyzing the water contained in the electrolytic solution S using the DC power P2 supplied from the rectifier 11. At this time, the oxygen gas (O 2 ) produced together with the hydrogen gas can be exhausted to the outside, for example. The AC power P3 supplied from the rectifying device 11 is used to drive the pump 36 and the like provided in the electrolysis device 12.

電解装置１２には、電解槽３２、陰極ガス気液分離室３３、陽極ガス気液分離室３４、電解液タンク３５、ポンプ３６、エアポンプ３７、純水製造装置３８、洗浄塔４１、ポンプ４２、洗浄液タンク４３、バッファタンク４４、コンプレッサ４５、チラー４６、ドライヤ４７、スイッチ回路４８が設けられている。 The electrolysis device 12 includes an electrolysis tank 32, a cathode gas gas-liquid separation chamber 33, an anode gas gas-liquid separation chamber 34, an electrolytic solution tank 35, a pump 36, an air pump 37, a pure water producing device 38, a cleaning tower 41, a pump 42, A cleaning liquid tank 43, a buffer tank 44, a compressor 45, a chiller 46, a dryer 47, and a switch circuit 48 are provided.

電解槽３２は、電解液Ｓを電気分解する。電解槽３２は、電解液Ｓを収納可能な液密構造を有している。電解液Ｓは、例えば、アルカリ性水溶液または酸性水溶液などとすることができる。アルカリ性水溶液は、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液や水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液などである。酸性水溶液は、例えば、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）水溶液や硝酸（ＨＮＯ３）水溶液などである。この場合、電解液Ｓは、電気抵抗が低く、電気分解の際に発生する副生成物の量が少なく、一般的な材料を用いた陰極電極および陽極電極に与える損傷が少ないものとすることが好ましい。そのため、電解液Ｓは、酸性水溶液とするよりもアルカリ性水溶液とすることが好ましい。この場合、電解液Ｓを水酸化カリウム水溶液とすれば、電解液Ｓのコストを低減させることができる。水酸化カリウム水溶液における水酸化カリウムの濃度は、例えば、２５質量％程度とすることができる。 The electrolytic bath 32 electrolyzes the electrolytic solution S. The electrolytic bath 32 has a liquid-tight structure capable of containing the electrolytic solution S. The electrolytic solution S can be, for example, an alkaline aqueous solution or an acidic aqueous solution. The alkaline aqueous solution is, for example, a potassium hydroxide (KOH) aqueous solution or a sodium hydroxide (NaOH) aqueous solution. The acidic aqueous solution is, for example, a sulfuric acid (H 2 SO 4 ) aqueous solution or a nitric acid (HNO 3 ) aqueous solution. In this case, the electrolytic solution S may have a low electric resistance, a small amount of by-products generated during electrolysis, and a small damage to the cathode electrode and the anode electrode using a general material. preferable. Therefore, the electrolytic solution S is preferably an alkaline aqueous solution rather than an acidic aqueous solution. In this case, if the electrolytic solution S is a potassium hydroxide aqueous solution, the cost of the electrolytic solution S can be reduced. The concentration of potassium hydroxide in the aqueous potassium hydroxide solution can be, for example, about 25 mass %.

電解槽３２の内部は、複数のセル７０に区画することができる。また、各セル７０は、図示しない隔膜によって、陰極側空間と陽極側空間とに区画されている。隔膜は、水は通過させるが気体はあまり通過させない膜である。隔膜は、例えば、ＰＥＴ（PolyEthylene Terephthalate）からなる高分子フィルムの両面に高分子不織布を貼り合わせた膜とすることができる。陰極側空間内には図示しない陰極電極が設けられている。陽極側空間内には図示しない陽極電極が設けられている。各セル７０は密閉されており、陰極側空間の天井部分には、水素管５１の一端が接続されている。陽極側空間の天井部分には、酸素管５２の一端が接続されている。
整流装置１１から陰極電極および陽極電極に直流電力Ｐ２が供給されると、電解槽３２の内部において電解液Ｓに含まれている水が電気分解され、水素ガスおよび酸素ガスが生成される。なお、電解液Ｓの電気分解には既知の技術を適用することができるので詳細な説明は省略する。 The inside of the electrolytic cell 32 can be divided into a plurality of cells 70. Further, each cell 70 is partitioned into a cathode side space and an anode side space by a diaphragm (not shown). A diaphragm is a membrane that allows water to pass through but does not allow gas to pass through very much. The diaphragm can be, for example, a film in which a polymer nonwoven fabric is attached to both surfaces of a polymer film made of PET (PolyEthylene Terephthalate). A cathode electrode (not shown) is provided in the cathode side space. An anode electrode (not shown) is provided in the anode side space. Each cell 70 is hermetically sealed, and one end of the hydrogen pipe 51 is connected to the ceiling portion of the cathode side space. One end of the oxygen pipe 52 is connected to the ceiling portion of the anode side space.
When the DC power P2 is supplied from the rectifying device 11 to the cathode electrode and the anode electrode, the water contained in the electrolytic solution S is electrolyzed inside the electrolytic cell 32 to generate hydrogen gas and oxygen gas. Since a known technique can be applied to the electrolysis of the electrolytic solution S, detailed description thereof will be omitted.

陰極ガス気液分離室３３は、水素管５１の他方の端部に接続されている。陰極ガス気液分離室３３には、電解槽３２の各セル７０から水素管５１を介して、水素ガスおよび電解液Ｓが混合した状態で流入する。水素ガスと電解液Ｓは、陰極ガス気液分離室３３内で分離される。すなわち、電解液Ｓは陰極ガス気液分離室３３の下部に集まり、水素ガスは陰極ガス気液分離室３３の上部に集まる。 The cathode gas-liquid separation chamber 33 is connected to the other end of the hydrogen pipe 51. The hydrogen gas and the electrolytic solution S are mixed with each other and flow into the cathode gas-gas separation chamber 33 from each cell 70 of the electrolytic cell 32 through the hydrogen pipe 51. The hydrogen gas and the electrolytic solution S are separated in the cathode gas gas-liquid separation chamber 33. That is, the electrolytic solution S gathers in the lower part of the cathode gas gas-liquid separation chamber 33, and the hydrogen gas gathers in the upper part of the cathode gas gas-liquid separation chamber 33.

陽極ガス気液分離室３４は、酸素管５２の他方の端部に接続されている。陽極ガス気液分離室３４には、電解槽３２の各セル７０から酸素管５２を介して、酸素ガスおよび電解液Ｓが混合した状態で流入する。酸素ガスと電解液Ｓは、陽極ガス気液分離室３４内で分離される。すなわち、電解液Ｓは陽極ガス気液分離室３４の下部に集まり、酸素ガスは陽極ガス気液分離室３４の上部に集まる。
陽極ガス気液分離室３４の上部（例えば天井部分）には、酸素管６９の一端が接続されている。酸素管６９の他端は、電解装置１２の外部において開口しており、排気口となっている。 The anode gas gas-liquid separation chamber 34 is connected to the other end of the oxygen pipe 52. Oxygen gas and the electrolytic solution S are mixed and flow into the anode gas gas-liquid separation chamber 34 from each cell 70 of the electrolytic cell 32 through the oxygen pipe 52. The oxygen gas and the electrolytic solution S are separated in the anode gas gas-liquid separation chamber 34. That is, the electrolytic solution S gathers in the lower part of the anode gas gas-liquid separation chamber 34, and the oxygen gas gathers in the upper part of the anode gas gas-liquid separation chamber 34.
One end of an oxygen pipe 69 is connected to an upper portion (for example, a ceiling portion) of the anode gas gas/liquid separation chamber 34. The other end of the oxygen pipe 69 is opened outside the electrolysis device 12 and serves as an exhaust port.

電解液タンク３５は、第１の容器３５ａと、第１の容器３５ａよりも表面積が大きい第２の容器３５ｂとを有する。第１の容器３５ａおよび第２の容器３５ｂは電解液Ｓが通過可能となっている。なお、第１の容器３５ａおよび第２の容器３５ｂに関する詳細は後述する。 The electrolytic solution tank 35 has a first container 35a and a second container 35b having a surface area larger than that of the first container 35a. The electrolytic solution S can pass through the first container 35a and the second container 35b. The details regarding the first container 35a and the second container 35b will be described later.

電解液管５３の一端は、陰極ガス気液分離室３３および陽極ガス気液分離室３４のそれぞれの下部（例えば底面）に接続されている。電解液管５３の他端は、切替部５３ａを介して、第１の容器３５ａおよび第２の容器３５ｂのそれぞれに接続されている。
電解液管５５の一端は、切替部５５ａを介して、第１の容器３５ａおよび第２の容器３５ｂのそれぞれの下部（例えば底面）に接続されている。電解液管５５の他端は、ポンプ３６を介して電解槽３２に接続されている。 One end of the electrolytic solution pipe 53 is connected to the lower portion (for example, the bottom surface) of each of the cathode gas gas-liquid separation chamber 33 and the anode gas gas-liquid separation chamber 34. The other end of the electrolytic solution pipe 53 is connected to each of the first container 35a and the second container 35b via the switching unit 53a.
One end of the electrolytic solution pipe 55 is connected to the lower portion (for example, the bottom surface) of each of the first container 35a and the second container 35b via the switching unit 55a. The other end of the electrolytic solution pipe 55 is connected to the electrolytic bath 32 via a pump 36.

ポンプ３６は、電解液タンク３５と電解槽３２との間で電解液Ｓを循環させる。例えば、ポンプ３６は、第１の容器３５ａまたは第２の容器３５ｂの内部にある電解液Ｓを電解槽３２に供給する。電解槽３２に供給された電解液Ｓは、電解液Ｓから陰極ガス気液分離室３３および陽極ガス気液分離室３４に供給される。陰極ガス気液分離室３３および陽極ガス気液分離室３４に供給された電解液Ｓは、陰極ガス気液分離室３３および陽極ガス気液分離室３４から、第１の容器３５ａまたは第２の容器３５ｂに供給される。 The pump 36 circulates the electrolytic solution S between the electrolytic solution tank 35 and the electrolytic bath 32. For example, the pump 36 supplies the electrolytic solution S in the first container 35a or the second container 35b to the electrolytic cell 32. The electrolytic solution S supplied to the electrolytic bath 32 is supplied from the electrolytic solution S to the cathode gas gas-liquid separation chamber 33 and the anode gas gas-liquid separation chamber 34. The electrolyte S supplied to the cathode gas gas-liquid separation chamber 33 and the anode gas gas-liquid separation chamber 34 is transferred from the cathode gas gas-liquid separation chamber 33 and the anode gas gas-liquid separation chamber 34 to the first container 35a or the second container 35a. It is supplied to the container 35b.

すなわち、ポンプ３６および切替部５３ａ、５５ａが動作することにより、（第１の容器３５ａ→電解槽３２→陰極ガス気液分離室３３および陽極ガス気液分離室３４→第１の容器３５ａ）、または、（第２の容器３５ｂ→電解槽３２→陰極ガス気液分離室３３およ陽極ガス気液分離室３４→第２の容器３５ｂ）の経路で、電解液Ｓが循環する。 That is, by operating the pump 36 and the switching units 53a and 55a (first container 35a→electrolytic cell 32→cathode gas gas-liquid separation chamber 33 and anode gas gas-liquid separation chamber 34→first container 35a), Alternatively, the electrolytic solution S circulates in the path of (second container 35b→electrolytic cell 32→cathode gas gas/liquid separation chamber 33 and anode gas gas/liquid separation chamber 34→second container 35b).

エアポンプ３７の吸入口は、大気に開放されている。エアポンプ３７の排気口は、空気管５６を介して第１の容器３５ａおよび第２の容器３５ｂに接続されている。
この場合、空気管５７の一端は、第１の容器３５ａおよび第２の容器３５ｂのそれぞれの上部（例えば天井部分）に接続されている。空気管５７の他端は、外部に配置されている。
エアポンプ３７が動作すると、第１の容器３５ａおよび第２の容器３５ｂ内の空気が排出され、新しい空気と入れ替わる。 The suction port of the air pump 37 is open to the atmosphere. The exhaust port of the air pump 37 is connected to the first container 35a and the second container 35b via the air pipe 56.
In this case, one end of the air pipe 57 is connected to the upper portion (for example, the ceiling portion) of each of the first container 35a and the second container 35b. The other end of the air tube 57 is arranged outside.
When the air pump 37 operates, the air in the first container 35a and the second container 35b is discharged and replaced with new air.

純水製造装置３８は、純水管５８を介して、第１の容器３５ａおよび第２の容器３５ｂのそれぞれと接続されている。前述したように、電解槽３２の内部においては、電解液Ｓに含まれている水が電気分解されて水素ガスおよび酸素ガスが生成される。この場合、電解液Ｓに含まれている水が消費されると電解液Ｓの濃度が高くなる。そのため、純水製造装置３８は、消費された水と同量の水を濃度が高くなった電解液Ｓに加え、所定の濃度を有する電解液Ｓを再生する。再生された電解液Ｓは、電解槽３２に再び供給される。 The pure water producing device 38 is connected to each of the first container 35a and the second container 35b via a pure water pipe 58. As described above, inside the electrolytic bath 32, the water contained in the electrolytic solution S is electrolyzed to generate hydrogen gas and oxygen gas. In this case, when the water contained in the electrolytic solution S is consumed, the concentration of the electrolytic solution S increases. Therefore, the pure water producing apparatus 38 adds the same amount of water as the consumed water to the electrolytic solution S having a high concentration to regenerate the electrolytic solution S having a predetermined concentration. The regenerated electrolytic solution S is supplied again to the electrolytic cell 32.

すなわち、純水製造装置３８は、外部から供給された一般水から純水を生成し、第１の容器３５ａおよび第２の容器３５ｂのそれぞれに供給する。生成された純水の電気伝導度は、例えば、１０μＳ／ｃｍ（マイクロジーメンス毎センチメートル）以下である。なお、第１の容器３５ａおよび第２の容器３５ｂのいずれか一方に純水を供給するために、図示しない切替弁を設けることもできる。 That is, the pure water producing apparatus 38 generates pure water from the general water supplied from the outside and supplies the pure water to each of the first container 35a and the second container 35b. The electrical conductivity of the generated pure water is, for example, 10 μS/cm (microsiemens per centimeter) or less. A switching valve (not shown) may be provided to supply pure water to either one of the first container 35a and the second container 35b.

洗浄塔４１およびポンプ４２は、それぞれ、電解槽３２のセル７０と同数設けられている。なお、煩雑となるのを避けるために、図３においては、洗浄塔４１およびポンプ４２はそれぞれ１つしか描かれていない。陰極ガス気液分離室３３の上部（例えば天井部分）と洗浄塔４１との間は、水素管６１により接続されている。 The washing tower 41 and the pumps 42 are provided in the same number as the cells 70 of the electrolytic cell 32. In order to avoid complication, only one washing tower 41 and one pump 42 are shown in FIG. A hydrogen pipe 61 connects between an upper portion (for example, a ceiling portion) of the cathode gas gas-liquid separation chamber 33 and the cleaning tower 41.

洗浄塔４１は、陰極ガス気液分離室３３によって分離され、水素管６１によって供給された水素ガスに対して、洗浄液Ｃをシャワーにより吹きかけて、電解液Ｓに含まれていた成分（例えば、アルカリ成分や酸成分）を除去する。洗浄液Ｃは、例えば純水である。 The cleaning tower 41 sprays the cleaning liquid C on the hydrogen gas separated by the cathode gas gas-liquid separation chamber 33 and supplied by the hydrogen pipe 61 with a shower to remove a component (for example, an alkali) contained in the electrolytic solution S. Components and acid components) are removed. The cleaning liquid C is pure water, for example.

洗浄液管６２の一端は、洗浄塔４１の下部（例えば床面）に接続されている。洗浄液管６２の他端は、洗浄塔４１の上部（例えば天井部分）に接続されている。洗浄液管６２の途中には、ポンプ４２が設けられている。洗浄塔４１、洗浄液管６２、およびポンプ４２によって、循環経路が構成されている。 One end of the cleaning liquid pipe 62 is connected to the lower portion (for example, the floor surface) of the cleaning tower 41. The other end of the cleaning liquid pipe 62 is connected to the upper part (for example, the ceiling part) of the cleaning tower 41. A pump 42 is provided in the middle of the cleaning liquid pipe 62. The cleaning tower 41, the cleaning liquid pipe 62, and the pump 42 form a circulation path.

ポンプ４２は、洗浄塔４１の下部から洗浄液Ｃを汲み上げ、洗浄塔４１の上部の気相部分に対して洗浄液Ｃを噴射する。すなわち、ポンプ４２は、洗浄塔４１内に収納されている洗浄液Ｃを循環させる。 The pump 42 pumps up the cleaning liquid C from the lower part of the cleaning tower 41, and injects the cleaning liquid C onto the gas phase portion above the cleaning tower 41. That is, the pump 42 circulates the cleaning liquid C stored in the cleaning tower 41.

洗浄液タンク４３は、洗浄液Ｃを収納する。洗浄液タンク４３は、洗浄液管６３を介して洗浄塔４１と接続されている。洗浄液タンク４３は、必要に応じて洗浄塔４１に洗浄液Ｃを供給する。 The cleaning liquid tank 43 stores the cleaning liquid C. The cleaning liquid tank 43 is connected to the cleaning tower 41 via a cleaning liquid pipe 63. The cleaning liquid tank 43 supplies the cleaning liquid C to the cleaning tower 41 as needed.

バッファタンク４４は、製造された水素ガスを一時的に貯蔵する容器である。バッファタンク４４には、入口４４ｉおよび出口４４ｏが設けられている。バッファタンク４４における入口４４ｉから出口４４ｏに向かう方向に対して直交する断面の面積は、水素管６４の流通方向に直交する断面の面積の合計よりも大きい。 The buffer tank 44 is a container that temporarily stores the produced hydrogen gas. The buffer tank 44 is provided with an inlet 44i and an outlet 44o. The area of the cross section of the buffer tank 44 orthogonal to the direction from the inlet 44i to the outlet 44o is larger than the total area of the cross sections orthogonal to the flow direction of the hydrogen pipe 64.

バッファタンク４４の入口４４ｉは、複数の洗浄塔４１の全てに接続されている。洗浄塔４１の上部（例えば天井部分）とバッファタンク４４の入口４４ｉとは、水素管６４により接続されている。水素管６４には、切替弁６５が介在している。切替弁６５の開閉は、制御装置１４によって制御される。 The inlet 44i of the buffer tank 44 is connected to all of the plurality of cleaning towers 41. The hydrogen pipe 64 connects the upper portion (for example, the ceiling portion) of the washing tower 41 and the inlet 44i of the buffer tank 44. A switching valve 65 is interposed in the hydrogen pipe 64. The opening/closing of the switching valve 65 is controlled by the controller 14.

コンプレッサ４５は、洗浄塔４１から排出され、バッファタンク４４を介して供給された水素ガスを圧縮する。コンプレッサ４５には、例えば、モータおよびインバータ回路が設けられており、制御装置１４からの信号によって処理能力を変化させることができる。コンプレッサ４５の吸気口は、水素管６６を介してバッファタンク４４の出口４４ｏと接続されている。 The compressor 45 compresses the hydrogen gas discharged from the cleaning tower 41 and supplied via the buffer tank 44. The compressor 45 is provided with, for example, a motor and an inverter circuit, and the processing capacity can be changed by a signal from the control device 14. The intake port of the compressor 45 is connected to the outlet 44o of the buffer tank 44 via the hydrogen pipe 66.

チラー４６は、コンプレッサ４５を冷却する。
ドライヤ４７は、水素管６７を介してコンプレッサ４５と接続されている。水素管６７の一端はコンプレッサ４５の排気口に接続され、水素管６７の他端はドライヤ４７の吸気口と接続されている。ドライヤ４７は、コンプレッサ４５により圧縮され水素管６７を介して供給された水素ガスを精製する。ドライヤ４７内には、水素ガス中の不純物（例えば、水分）を化学吸着させて取り除くフィルタが設けられている。ドライヤ４７の排気口は、水素管６８を介して電解装置１２の外部に引き出され、水素タンク１３に接続されている。 The chiller 46 cools the compressor 45.
The dryer 47 is connected to the compressor 45 via the hydrogen pipe 67. One end of the hydrogen pipe 67 is connected to the exhaust port of the compressor 45, and the other end of the hydrogen pipe 67 is connected to the intake port of the dryer 47. The dryer 47 purifies the hydrogen gas compressed by the compressor 45 and supplied through the hydrogen pipe 67. Inside the dryer 47, there is provided a filter that chemically adsorbs impurities (for example, water) in the hydrogen gas to remove the impurities. The exhaust port of the dryer 47 is drawn out of the electrolysis device 12 through the hydrogen pipe 68 and connected to the hydrogen tank 13.

スイッチ回路４８は、整流装置１１から供給された直流電力Ｐ２を電解槽３２の各セル７０に供給する。スイッチ回路４８には、セル７０と同数のスイッチと、スイッチの開閉を制御するスタック制御部が設けられている。スタック制御部は、制御装置１４からの信号によって動作する。 The switch circuit 48 supplies the DC power P2 supplied from the rectifier 11 to each cell 70 of the electrolytic cell 32. The switch circuit 48 is provided with the same number of switches as the cells 70 and a stack control unit that controls opening/closing of the switches. The stack control unit operates according to a signal from the control device 14.

電解槽３２の複数のセル７０は、整流装置１１の整流器に対して、直列に接続することができる。例えば、一列に配列された複数のセル７０のうち、片方の端に配置されたセル７０の陽極電極を整流器の正極に接続し、それ以外のセル７０の陽極電極を、隣のセル７０の陰極電極に接続することができる。この場合、隣り合うセル７０間のノードは、スイッチ回路４８に設けられたスイッチの一端に接続される。また、一列に配列された複数のセル７０のうち、他方の端に配置されたセル７０の陰極電極は、スイッチ回路４８に設けられたスイッチの一端に接続される。スイッチ回路４８に設けられた全てのスイッチの他端は、整流器の負極に接続される。 The plurality of cells 70 of the electrolytic cell 32 can be connected in series to the rectifier of the rectifier 11. For example, among a plurality of cells 70 arranged in a line, the anode electrode of the cell 70 arranged at one end is connected to the positive electrode of the rectifier, and the anode electrode of the other cells 70 is connected to the cathode of the adjacent cell 70. It can be connected to electrodes. In this case, the node between the adjacent cells 70 is connected to one end of the switch provided in the switch circuit 48. The cathode electrode of the cell 70 arranged at the other end of the plurality of cells 70 arranged in a line is connected to one end of a switch provided in the switch circuit 48. The other ends of all the switches provided in the switch circuit 48 are connected to the negative electrode of the rectifier.

水素タンク１３は、電解装置１２により製造された水素ガスを貯蔵する。水素タンク１３は、水素管６８を介して電解装置１２のドライヤ４７に接続されている。 The hydrogen tank 13 stores the hydrogen gas produced by the electrolyzer 12. The hydrogen tank 13 is connected to the dryer 47 of the electrolysis device 12 via a hydrogen pipe 68.

制御装置１４は、整流装置１１および電解装置１２の動作を制御する。例えば、制御装置１４は、電解液Ｓの温度に基づいて、電解液タンク３５、３５１、３５２に設けられた切替部５３ａ、５５ａ、３５２ｄを制御する。制御装置１４は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリなどを備えたコンピュータとすることができる。整流装置１１および電解装置１２の動作は、メモリに格納されている動作プログラムに基づいて制御される。また、制御装置１４は、発電施設１００をも制御するようにしてもよい。 The controller 14 controls the operations of the rectifier 11 and the electrolyzer 12. For example, the control device 14 controls the switching units 53a, 55a, 352d provided in the electrolytic solution tanks 35, 351, 352 based on the temperature of the electrolytic solution S. The control device 14 can be, for example, a computer including a CPU (Central Processing Unit), a memory, and the like. The operations of the rectification device 11 and the electrolysis device 12 are controlled based on the operation program stored in the memory. The control device 14 may also control the power generation facility 100.

次に、第１の容器３５ａおよび第２の容器３５ｂについてさらに説明する。
図４は、比較例に係る容器１３５を例示するための模式図である。
なお、図４においては、煩雑となるのを避けるために、陰極ガス気液分離室３３および陽極ガス気液分離室３４を省いて説明する。
図４に示すように、電解液管１５３の一端は電解槽３２に接続され、電解液管１５３の他端は容器１３５に接続されている。また、電解液管１５５の一端は容器１３５に接続され、電解液管１５５の他端はポンプ３６を介して電解槽３２に接続されている。ポンプ３６は、容器１３５内にある電解液Ｓを電解槽３２に供給する。電解槽３２に供給された電解液Ｓは、電解液管１５３を介して容器１３５に供給される。すなわち、ポンプ３６が動作することで、容器１３５→電解槽３２→容器１３５の経路で、電解液Ｓが循環する。 Next, the first container 35a and the second container 35b will be further described.
FIG. 4 is a schematic diagram for illustrating the container 135 according to the comparative example.
In FIG. 4, in order to avoid complication, the cathode gas gas/liquid separation chamber 33 and the anode gas gas/liquid separation chamber 34 will be omitted.
As shown in FIG. 4, one end of the electrolytic solution pipe 153 is connected to the electrolytic bath 32, and the other end of the electrolytic solution pipe 153 is connected to the container 135. Further, one end of the electrolytic solution pipe 155 is connected to the container 135, and the other end of the electrolytic solution pipe 155 is connected to the electrolytic bath 32 via the pump 36. The pump 36 supplies the electrolytic solution S in the container 135 to the electrolytic cell 32. The electrolytic solution S supplied to the electrolytic bath 32 is supplied to the container 135 via the electrolytic solution pipe 153. That is, the operation of the pump 36 causes the electrolytic solution S to circulate in the path of the container 135, the electrolytic cell 32, and the container 135.

ここで、電解液Ｓの電気分解を行うと熱が発生する。発生した熱により、電解液Ｓの温度が高くなりすぎると、水素ガスの製造効率が低下するおそれがある。この場合、電解液Ｓの温度が所定の温度範囲より高くなりすぎても低くなりすぎても水素ガスの製造効率は低下する。例えば、電解液Ｓの温度を８０℃程度とすれば水素ガスの製造効率を向上させることができる。 When the electrolytic solution S is electrolyzed, heat is generated. If the temperature of the electrolytic solution S becomes too high due to the generated heat, the production efficiency of hydrogen gas may decrease. In this case, if the temperature of the electrolytic solution S becomes higher or lower than the predetermined temperature range, the hydrogen gas production efficiency decreases. For example, if the temperature of the electrolytic solution S is set to about 80° C., the production efficiency of hydrogen gas can be improved.

この場合、電解装置を起動した直後などは電解液Ｓの温度が所定の温度範囲よりも低くなりやすい。電解装置の稼働中においては、電気分解の際に発生した熱により電解液Ｓの温度が所定の温度範囲よりも高くなりやすい。また、周囲の雰囲気の温度によっても電解液Ｓの温度が変動する。例えば、夏期においては電解液Ｓの温度が高くなりやすくなり、冬期においては電解液Ｓの温度が低くなりやすくなる。
そのため、一般的には、電解液Ｓを加熱する加熱装置（ヒータ）１５４ａと、電解液Ｓを冷却する冷却装置（チラー）１５４ｂとが設けられている。 In this case, the temperature of the electrolytic solution S is likely to be lower than the predetermined temperature range immediately after the electrolysis apparatus is started. During the operation of the electrolyzer, the temperature of the electrolytic solution S is likely to be higher than a predetermined temperature range due to the heat generated during electrolysis. Further, the temperature of the electrolytic solution S also changes depending on the temperature of the surrounding atmosphere. For example, the temperature of the electrolytic solution S is likely to be high in the summer and the temperature of the electrolytic solution S is likely to be low in the winter.
Therefore, generally, a heating device (heater) 154a for heating the electrolytic solution S and a cooling device (chiller) 154b for cooling the electrolytic solution S are provided.

ところが、加熱装置１５４ａおよび冷却装置１５４ｂを動作させるためには電力が必要となる。そのため、発電施設１００から整流装置１１を介して供給された電力の一部が、加熱装置１５４ａおよび冷却装置１５４ｂを動作させるために用いられる。この場合、発電施設１００による電力供給が安定していたり、供給される電力量に制限がなかったりする場合でも、加熱装置１５４ａおよび冷却装置１５４ｂを動作させると、それだけ水素製造システム１における消費電力が大きくなる。水素製造システムが大型化、さらには、複数の水素製造システムから構成されて大規模化する場合には、それだけ消費電力は増大する。また、電力供給が不安定（例えば、電力量が増減する場合）であったり、供給される電力量に制限があったりする場合には、水素ガスの製造に用いることができる分の電力が少なくなり、水素ガスの製造効率が低くなるという新たな問題が生じる。
本実施の形態によれば、以下に詳述するように、水素製造システム１における消費電力を抑制することができる。また、上述のように電力供給が不安定であったり、供給される電力量に制限があったりする場合には、消費電力を抑制することができるので、水素ガスの製造に必要な電力を減少させることなく確保することも可能となる。
従って、本実施の形態によれば、水素製造システム１において、消費電力を抑えながら電解液を所定の温度範囲に保ち、水素ガスの製造効率を向上させることができる。また、水素製造システムが大型化、さらには、複数の水素製造システムから構成されて大規模化した場合にも、消費電力を抑制して、水素ガスの製造効率を向上させることができる。 However, electric power is required to operate the heating device 154a and the cooling device 154b. Therefore, a part of the electric power supplied from the power generation facility 100 via the rectifying device 11 is used to operate the heating device 154a and the cooling device 154b. In this case, even if the power supply by the power generation facility 100 is stable or the amount of supplied power is not limited, operating the heating device 154a and the cooling device 154b reduces the power consumption in the hydrogen production system 1. growing. When the hydrogen production system becomes large in size, and further, it is composed of a plurality of hydrogen production systems and becomes large in scale, the power consumption increases accordingly. In addition, if the power supply is unstable (for example, when the amount of power increases or decreases) or the amount of power supplied is limited, the amount of power that can be used for hydrogen gas production is low. Therefore, there arises a new problem that the production efficiency of hydrogen gas becomes low.
According to the present embodiment, power consumption in the hydrogen production system 1 can be suppressed, as described in detail below. In addition, as described above, when the power supply is unstable or the amount of power supplied is limited, the power consumption can be suppressed, so the power required for hydrogen gas production can be reduced. It is also possible to secure without doing.
Therefore, according to the present embodiment, in the hydrogen production system 1, it is possible to maintain the electrolyte within a predetermined temperature range while suppressing the power consumption, and improve the production efficiency of hydrogen gas. Further, even when the hydrogen production system is large-sized and further is composed of a plurality of hydrogen production systems and is large-scaled, the power consumption can be suppressed and the hydrogen gas production efficiency can be improved.

図５は、本実施の形態に係る電解液タンク３５を例示するための模式図である。
なお、図５においては、煩雑となるのを避けるために、陰極ガス気液分離室３３および陽極ガス気液分離室３４を省いて描いている。
図５に示すように、電解液タンク３５は、第１の容器３５ａ、第２の容器３５ｂ、切替部５３ａ、および切替部５５ａを有する。
第１の容器３５ａは、箱状を呈し、内部に電解液Ｓが収納される空間を有している。 FIG. 5 is a schematic diagram for illustrating the electrolytic solution tank 35 according to the present embodiment.
Note that, in FIG. 5, the cathode gas gas-liquid separation chamber 33 and the anode gas gas-liquid separation chamber 34 are omitted in order to avoid complication.
As shown in FIG. 5, the electrolytic solution tank 35 has a first container 35a, a second container 35b, a switching unit 53a, and a switching unit 55a.
The first container 35a has a box shape and has a space in which the electrolytic solution S is stored.

第２の容器３５ｂは、第１の容器３５ａよりも表面積が大きい。第２の容器３５ｂは、供給部３５ｂ１、排出部３５ｂ２、および複数の筒体３５ｂ３を有する。供給部３５ｂ１は板状を呈し、内部に電解液Ｓが収納される空間を有している。排出部３５ｂ２は板状を呈し、内部に電解液Ｓが収納される空間を有している。排出部３５ｂ２は供給部３５ｂ１と対峙している。複数の筒体３５ｂ３は、内部を電解液Ｓが通過可能となっている。複数の筒体３５ｂ３は、供給部３５ｂ１と排出部３５ｂ２との間に設けられている。複数の筒体３５ｂ３の一方の端部は供給部３５ｂ１に接続され、複数の筒体３５ｂ３の内部の空間と、供給部３５ｂ１の内部の空間とが接続されている。複数の筒体３５ｂ３の他方の端部は排出部３５ｂ２に接続され、複数の筒体３５ｂ３の内部の空間と、排出部３５ｂ２の内部の空間とが接続されている。そのため、供給部３５ｂ１の内部に供給された電解液Ｓは、複数の筒体３５ｂ３の内部の空間を介して、排出部３５ｂ２の内部に供給可能となっている。複数の筒体３５ｂ３を設ければ、表面積を大きくすることが容易となる。 The second container 35b has a larger surface area than the first container 35a. The second container 35b has a supply unit 35b1, a discharge unit 35b2, and a plurality of cylindrical bodies 35b3. The supply part 35b1 has a plate shape and has a space for storing the electrolytic solution S therein. The discharge part 35b2 has a plate shape and has a space in which the electrolytic solution S is stored. The discharge part 35b2 faces the supply part 35b1. The electrolytic solution S can pass through the insides of the plurality of cylinders 35b3. The plurality of cylinders 35b3 are provided between the supply unit 35b1 and the discharge unit 35b2. One end of each of the plurality of cylinders 35b3 is connected to the supply unit 35b1, and the space inside the plurality of cylinders 35b3 is connected to the space inside the supply unit 35b1. The other ends of the plurality of cylinders 35b3 are connected to the discharge part 35b2, and the spaces inside the plurality of cylinders 35b3 are connected to the spaces inside the discharge part 35b2. Therefore, the electrolytic solution S supplied to the inside of the supply unit 35b1 can be supplied to the inside of the discharge unit 35b2 through the spaces inside the plurality of cylindrical bodies 35b3. Providing a plurality of cylinders 35b3 facilitates increasing the surface area.

供給部３５ｂ１、排出部３５ｂ２、および複数の筒体３５ｂ３の材料は、電解液Ｓに対する耐性を有するものであればよい。供給部３５ｂ１、排出部３５ｂ２、および複数の筒体３５ｂ３の材料は、例えば、ニッケル合金やアルミニウム合金などの金属、樹脂などとすることができる。なお、電解液Ｓと接触する部分に金属を用いると電解腐食が発生する場合がある。そのため、金属を用いる場合には、供給部３５ｂ１、排出部３５ｂ２、および複数の筒体３５ｂ３の内壁を樹脂コーティングすることが好ましい。
また、図５においては、平面視においてマトリクス状に配置された複数の筒体３５ｂ３を例示したが、複数の筒体３５ｂ３の配置はこれに限定されるわけではない。例えば、複数の筒体３５ｂ３は、平面視において同心円上に配置することもできる。
また、円筒状の筒体３５ｂ３を例示したが、角筒状の筒体３５ｂ３などであってもよい。また、筒体３５ｂ３の外側面に板状の放熱フィンを設けることもできる。放熱フィンは複数設けることができる。 The materials of the supply unit 35b1, the discharge unit 35b2, and the plurality of cylinders 35b3 may be any materials that have resistance to the electrolytic solution S. The material of the supply unit 35b1, the discharge unit 35b2, and the plurality of cylinders 35b3 can be, for example, a metal such as a nickel alloy or an aluminum alloy, a resin, or the like. If a metal is used in a portion that comes into contact with the electrolytic solution S, electrolytic corrosion may occur. Therefore, when metal is used, it is preferable to coat the inner walls of the supply unit 35b1, the discharge unit 35b2, and the plurality of cylinders 35b3 with resin.
Further, in FIG. 5, the plurality of cylinders 35b3 arranged in a matrix in a plan view is illustrated, but the arrangement of the plurality of cylinders 35b3 is not limited to this. For example, the plurality of cylinders 35b3 may be arranged on concentric circles in a plan view.
Further, although the cylindrical tubular body 35b3 is illustrated, the tubular tubular body 35b3 may be used. Further, a plate-shaped heat radiation fin may be provided on the outer surface of the cylindrical body 35b3. A plurality of heat radiation fins can be provided.

電解液管５３の一端は、切替部５３ａを介して、第１の容器３５ａおよび第２の容器３５ｂ（供給部３５ｂ１）のそれぞれに接続されている。電解液管５３の他端は電解槽３２に接続されている。電解液管５５の一端は、切替部５５ａを介して、第１の容器３５ａおよび第２の容器３５ｂ（排出部３５ｂ２）のそれぞれに接続されている。また、電解液管５５の他端はポンプ３６を介して電解槽３２に接続されている。そのため、本実施の形態においても、ポンプ３６が動作することで、電解液Ｓが循環する。 One end of the electrolytic solution pipe 53 is connected to each of the first container 35a and the second container 35b (supply unit 35b1) via the switching unit 53a. The other end of the electrolytic solution pipe 53 is connected to the electrolytic bath 32. One end of the electrolytic solution pipe 55 is connected to each of the first container 35a and the second container 35b (discharging part 35b2) via the switching part 55a. The other end of the electrolytic solution pipe 55 is connected to the electrolytic cell 32 via a pump 36. Therefore, also in the present embodiment, the electrolytic solution S is circulated by operating the pump 36.

また、前述した比較例と同様に、本実施の形態においても、電解液Ｓの温度が変化する。そのため、本実施の形態においては、電解液Ｓの温度に応じて、電解液Ｓの循環経路を切り替える。切替部５３ａおよび切替部５５ａの少なくともいずれかは、電解液Ｓの温度に基づいて、第１の容器３５ａへの電解液Ｓの供給と、第２の容器３５ｂへの電解液Ｓの供給と、を切り替える。例えば、電解液Ｓの温度が所定の温度範囲より高い場合には、電解液Ｓが第２の容器３５ｂを介して循環するようにする。第２の容器３５ｂは、第１の容器３５ａよりも表面積が大きいので、電解液Ｓの放熱を促進させることができる。そのため、電解液Ｓを冷却して電解液Ｓの温度が所定の温度範囲内に収まるようにすることができる。また、電解液Ｓを冷却するチラーなどの冷却装置５４ｂを補助的に設ける場合であっても、冷却装置５４ｂを動作させるために必要となる電力を大幅に低減させることができる。 Further, similarly to the comparative example described above, the temperature of the electrolytic solution S also changes in the present embodiment. Therefore, in the present embodiment, the circulation path of the electrolytic solution S is switched according to the temperature of the electrolytic solution S. At least one of the switching unit 53a and the switching unit 55a supplies the electrolytic solution S to the first container 35a and the electrolytic solution S to the second container 35b based on the temperature of the electrolytic solution S. Switch. For example, when the temperature of the electrolytic solution S is higher than the predetermined temperature range, the electrolytic solution S is circulated through the second container 35b. Since the second container 35b has a larger surface area than the first container 35a, heat dissipation of the electrolytic solution S can be promoted. Therefore, it is possible to cool the electrolytic solution S so that the temperature of the electrolytic solution S falls within a predetermined temperature range. Further, even when the cooling device 54b such as a chiller for cooling the electrolytic solution S is additionally provided, the electric power required to operate the cooling device 54b can be significantly reduced.

電解液Ｓの温度が所定の温度範囲より低い場合には、電解液Ｓが第１の容器３５ａを介して循環するようにする。第１の容器３５ａは、第２の容器３５ｂよりも表面積が小さいので、電解液Ｓの放熱を抑制することができる。そのため、電解液Ｓを加熱するヒータなどの加熱装置５４ａを動作させるために必要となる電力を大幅に低減させることができる。
その結果、発電施設１００から整流装置１１を介して供給される電力のうち、電気分解に用いることができる電力を増加させることができるので、水素ガスの製造効率を向上させることができる。 When the temperature of the electrolytic solution S is lower than the predetermined temperature range, the electrolytic solution S is circulated through the first container 35a. Since the first container 35a has a smaller surface area than the second container 35b, heat dissipation of the electrolytic solution S can be suppressed. Therefore, the electric power required to operate the heating device 54a such as a heater for heating the electrolytic solution S can be significantly reduced.
As a result, of the electric power supplied from the power generation facility 100 via the rectifier 11, the electric power that can be used for electrolysis can be increased, so that the hydrogen gas production efficiency can be improved.

なお、電解液Ｓの温度を検出する熱電対などの温度検出器５４ｃは、例えば、ポンプ３６と切替部５５ａとの間の電解液管５５に設けることができる。電解液Ｓを加熱する加熱装置５４ａは、例えば、ポンプ３６と切替部５５ａとの間の電解液管５５に設けることができる。電解液Ｓを冷却する冷却装置５４ｂを補助的に設ける場合には、冷却装置５４ｂは、例えば、ポンプ３６と切替部５５ａとの間の電解液管５５に設けることができる。 The temperature detector 54c such as a thermocouple that detects the temperature of the electrolytic solution S can be provided in the electrolytic solution pipe 55 between the pump 36 and the switching unit 55a, for example. The heating device 54a that heats the electrolytic solution S can be provided in the electrolytic solution pipe 55 between the pump 36 and the switching unit 55a, for example. When the cooling device 54b that cools the electrolytic solution S is additionally provided, the cooling device 54b can be provided, for example, in the electrolytic solution pipe 55 between the pump 36 and the switching unit 55a.

図６は、他の実施形態に係る第２の容器３５ｂａを例示するための模式図である。
図５に例示をした第２の容器３５ｂは、並列接続された複数の筒体３５ｂ３を有している。
図６に例示をする第２の容器３５ｂａは、直列接続された複数の筒体３５ｂ３を有している。複数の筒体３５ｂ３を直列接続しても表面積を大きくすることができるので、前述した第２の容器３５ｂと同様の効果を得ることができる。 FIG. 6 is a schematic diagram for illustrating the second container 35ba according to another embodiment.
The second container 35b illustrated in FIG. 5 has a plurality of cylindrical bodies 35b3 connected in parallel.
The second container 35ba illustrated in FIG. 6 has a plurality of cylindrical bodies 35b3 connected in series. Even if a plurality of cylindrical bodies 35b3 are connected in series, the surface area can be increased, so that the same effect as that of the second container 35b described above can be obtained.

また、複数の筒体３５ｂ３は、アルミニウムなどの金属から形成された放熱板３５ｂａ１と密着させることもできる。この様にすれば、放熱性をさらに向上させることができる。また、複数の筒体３５ｂ３を平面的に配置する場合を例示したが、図５に例示をしたように複数の筒体３５ｂ３を立体的に配置することもできる。 Further, the plurality of cylindrical bodies 35b3 can be brought into close contact with the heat dissipation plate 35ba1 formed of a metal such as aluminum. By doing so, heat dissipation can be further improved. Although the case where the plurality of cylinders 35b3 are arranged in a plane is illustrated, the plurality of cylinders 35b3 can be arranged three-dimensionally as illustrated in FIG.

図７は、他の実施形態に係る電解液タンク３５１を例示するための模式図である。
電解液タンク３５１は、電解液Ｓが接触するタンクの面積（放熱面積）を変化させる方法として、タンク内の電解液Ｓの通過経路の長さを変更し、タンクと電解液Ｓとの接触面積を増減させることで温度調整を行う。
図７に示すように、電解液タンク３５１は、供給部３５ｂ１、排出部３５ｂ２、複数の
第３の容器を有する。
第３の容器は、例えば、前述した筒体３５ｂ３とすることができる。以下においては、第３の容器が筒体３５ｂ３である場合を例に挙げて説明する。 FIG. 7 is a schematic diagram for illustrating an electrolytic solution tank 351 according to another embodiment.
The electrolytic solution tank 351 changes the length of the passage of the electrolytic solution S in the tank as a method of changing the area (heat dissipation area) of the tank in contact with the electrolytic solution S, and the contact area between the tank and the electrolytic solution S is changed. Temperature is adjusted by increasing or decreasing.
As shown in FIG. 7, the electrolytic solution tank 351 includes a supply unit 35b1, a discharge unit 35b2, and a plurality of third containers.
The third container can be, for example, the above-described cylindrical body 35b3. In the following, a case where the third container is the cylindrical body 35b3 will be described as an example.

複数の筒体３５ｂ３の少なくとも１つは、筒体３５ｂ３の電解液Ｓの供給側に設けられた切替部３５ｂ４（第１の切替部の一例に相当する）、および、筒体３５ｂ３の電解液Ｓの排出側に設けられた切替部３５ｂ４（第２の切替部の一例に相当する）の少なくともいずれかを有する。切替部３５ｂ４は、例えば、バタフライバルブなどの開閉弁とすることができる。電解液Ｓの供給側に設けられた切替部３５ｂ４は、筒体３５ｂ３の内部への電解液Ｓの供給と供給の停止を制御する。電解液Ｓの排出側に設けられた切替部３５ｂ４は、筒体３５ｂ３の内部からの電解液Ｓの排出と排出の停止を制御する。
なお、電解液Ｓの供給側に設けられた切替部３５ｂ４、および電解液Ｓの排出側に設けられた切替部３５ｂ４は、少なくともいずれかが設けられていればよい。また、複数の筒体３５ｂ３の一部に、切替部３５ｂ４が設けられていないものがあってもよい。 At least one of the plurality of cylinders 35b3 includes a switching unit 35b4 (corresponding to an example of a first switching unit) provided on the electrolyte S supply side of the cylinder 35b3, and the electrolyte S of the cylinder 35b3. It has at least one of the switching parts 35b4 (corresponding to an example of a second switching part) provided on the discharge side of. The switching unit 35b4 can be, for example, an opening/closing valve such as a butterfly valve. The switching unit 35b4 provided on the supply side of the electrolytic solution S controls the supply and stop of the supply of the electrolytic solution S to the inside of the cylindrical body 35b3. The switching unit 35b4 provided on the discharge side of the electrolytic solution S controls the discharge of the electrolytic solution S from the inside of the cylindrical body 35b3 and the stop of the discharge.
At least one of the switching unit 35b4 provided on the supply side of the electrolytic solution S and the switching unit 35b4 provided on the discharge side of the electrolytic solution S may be provided. Further, some of the plurality of cylinders 35b3 may not be provided with the switching unit 35b4.

この様にすれば、第１の容器３５ａと第２の容器３５ｂを一体に設けることができる。例えば、切替部３５ｂ４を制御して、複数の筒体３５ｂ３の一部において電解液Ｓの供給と排出を行うことで第１の容器３５ａとすることができる。また、切替部３５ｂ４を制御して、全ての筒体３５ｂ３において電解液Ｓの供給と排出を行うことで第２の容器３５ｂとすることができる。 With this configuration, the first container 35a and the second container 35b can be integrally provided. For example, the first container 35a can be obtained by controlling the switching unit 35b4 and supplying and discharging the electrolytic solution S in a part of the plurality of cylindrical bodies 35b3. In addition, the second container 35b can be obtained by controlling the switching unit 35b4 to supply and discharge the electrolytic solution S in all the cylinders 35b3.

また、電解液Ｓの供給側に設けられた切替部３５ｂ４は、前述した切換部５３ａの役割を果たす。電解液Ｓの排出側に設けられた切替部３５ｂ４は、前述した切換部５５ａの役割を果たす。 The switching unit 35b4 provided on the supply side of the electrolytic solution S plays the role of the switching unit 53a described above. The switching unit 35b4 provided on the discharge side of the electrolytic solution S serves as the switching unit 55a described above.

また、電解液Ｓの温度に基づいて、使用する筒体３５ｂ３の数や位置を変更することができる。例えば、電解液Ｓの温度が高くなるほど使用する筒体３５ｂ３の数を増加させ、電解液Ｓの温度が低くなるほど使用する筒体３５ｂ３の数を低減させることができる。また、電解液Ｓの温度が高くなるほど放熱のし易い外側に位置する筒体３５ｂ３を使用し、電解液Ｓの温度が低くなるほど放熱のし難い内側に位置する筒体３５ｂ３を使用することができる。 Further, based on the temperature of the electrolytic solution S, it is possible to change the number and position of the cylindrical bodies 35b3 to be used. For example, it is possible to increase the number of cylinders 35b3 to be used as the temperature of the electrolytic solution S becomes higher, and to reduce the number of cylinders 35b3 to be used as the temperature of the electrolytic solution S becomes lower. Further, as the temperature of the electrolytic solution S becomes higher, the outer tubular body 35b3 that is more likely to radiate heat can be used, and as the temperature of the electrolytic solution S becomes lower, the inner tubular body 35b3 that is less likely to radiate heat can be used. ..

図８（ａ）、（ｂ）は、他の実施形態に係る電解液タンク３５２を例示するための模式図である。
電解液タンク３５２は、電解液Ｓが接触するタンクの面積（放熱面積）を変化させる方法として、タンク内の電解液Ｓの通過経路の長さを変更し、タンクと電解液Ｓとの接触面積を増減させることで温度調整を行う。
図８（ａ）、（ｂ）に示すように、電解液タンク３５２は、容器３５２ａ（第４の容器の一例に相当する）、仕切部３５２ｂ、蓋部３５２ｃ、および切替部３５２ｄを有する。 FIGS. 8A and 8B are schematic views for illustrating an electrolyte solution tank 352 according to another embodiment.
The electrolytic solution tank 352 changes the length of the passage of the electrolytic solution S in the tank as a method of changing the area (heat dissipation area) of the tank in contact with the electrolytic solution S, and the contact area between the tank and the electrolytic solution S is changed. Temperature is adjusted by increasing or decreasing.
As illustrated in FIGS. 8A and 8B, the electrolytic solution tank 352 includes a container 352a (corresponding to an example of a fourth container), a partition part 352b, a lid part 352c, and a switching part 352d.

容器３５２ａは電解液Ｓが通過可能となっている。容器３５２ａは、筒状を呈し、一方の端部が開口し、他方の端部が閉鎖されている。容器３５２ａの底面側には電解液Ｓが排出される排出口３５２ａ１が設けられている。
仕切部３５２ｂは、板状を呈し、容器３５２ａの内部に設けられている。仕切部３５２ｂの一方の端部は容器３５２ａの底面に設けられ、仕切部３５２ｂの側面は容器３５２ａの内側面に設けられている。仕切部３５２ｂは、容器３５２ａの内部を複数の領域に区画する。仕切部３５２ｂは、複数設けることができる。複数の仕切部３５２ｂを設ける場合には、複数の仕切部３５２ｂの高さがそれぞれ異なるようにすることができる。この場合、複数の仕切部３５２ｂの高さは、排出口３５２ａ１に近くなるほど低くなるようにすることができる。 The electrolytic solution S can pass through the container 352a. The container 352a has a tubular shape, one end of which is open and the other end of which is closed. A discharge port 352a1 for discharging the electrolytic solution S is provided on the bottom surface side of the container 352a.
The partition portion 352b has a plate shape and is provided inside the container 352a. One end of the partition 352b is provided on the bottom surface of the container 352a, and the side surface of the partition 352b is provided on the inner side surface of the container 352a. The partition part 352b partitions the inside of the container 352a into a plurality of regions. A plurality of partition parts 352b can be provided. When the plurality of partition portions 352b are provided, the heights of the plurality of partition portions 352b can be different from each other. In this case, the heights of the plurality of partition parts 352b can be made lower as they are closer to the discharge port 352a1.

蓋部３５２ｃは、板状を呈し、容器３５２ａの開口に回転自在に設けられている。蓋部３５２ｃには厚み方向を貫通する孔３５２ｃ１が設けられている。孔３５２ｃ１には、電解液管５３の端部が接続され、容器３５２ａの内部の仕切部３５２ｂにより区画された領域に電解液Ｓを供給できるようになっている。
容器３５２ａ、仕切部３５２ｂ、および蓋部３５２ｃの材料は、電解液Ｓに対する耐性を有するものであればよい。容器３５２ａ、仕切部３５２ｂ、および蓋部３５２ｃの材料は、前述した供給部３５ｂ１、排出部３５ｂ２、および複数の筒体３５ｂ３の材料と同じとすることができる。 The lid portion 352c has a plate shape and is rotatably provided in the opening of the container 352a. The lid 352c is provided with a hole 352c1 penetrating in the thickness direction. The end of the electrolytic solution tube 53 is connected to the hole 352c1 so that the electrolytic solution S can be supplied to the region defined by the partition 352b inside the container 352a.
The materials of the container 352a, the partition portion 352b, and the lid portion 352c may be those having resistance to the electrolytic solution S. The materials of the container 352a, the partition 352b, and the lid 352c can be the same as the materials of the supply unit 35b1, the discharge unit 35b2, and the plurality of cylinders 35b3 described above.

切替部３５２ｄは、回転方向における蓋部３５２ｃの位置、ひいては回転方向における孔３５２ｃ１の位置を移動させる。切替部３５２ｄにより回転方向における孔３５２ｃ１の位置を移動させることで、電解液Ｓを供給する領域を変えることができる。すなわち、切替部３５２ｄは、電解液Ｓの温度に基づいて、複数の領域の少なくとも１つに電解液Ｓを供給可能となっている。 The switching portion 352d moves the position of the lid portion 352c in the rotation direction, and thus the position of the hole 352c1 in the rotation direction. By moving the position of the hole 352c1 in the rotation direction by the switching unit 352d, the region where the electrolytic solution S is supplied can be changed. That is, the switching unit 352d can supply the electrolytic solution S to at least one of the plurality of regions based on the temperature of the electrolytic solution S.

この様にすれば、第１の容器３５ａと第２の容器３５ｂを一体に設けることができる。例えば、切替部３５２ｄを制御して、仕切部３５２ｂにより区画された複数の領域のうち、排出口３５２ａ１に近い領域に電解液Ｓを供給すれば、その領域が第１の容器３５ａとなる。また、排出口３５２ａ１から遠い領域に電解液Ｓを供給し、当該領域から溢れた電解液Ｓを隣接する排出口３５２ａ１に近い領域に供給すれば、当該領域および隣接する領域が第２の容器３５ｂとなる。 With this configuration, the first container 35a and the second container 35b can be integrally provided. For example, by controlling the switching unit 352d and supplying the electrolytic solution S to a region near the discharge port 352a1 among the plurality of regions partitioned by the partitioning unit 352b, the region becomes the first container 35a. Further, if the electrolytic solution S is supplied to a region far from the discharge port 352a1 and the electrolytic solution S overflowing from the region is supplied to a region near the adjacent discharge port 352a1, the region and the adjacent region are the second container 35b. Becomes

また、電解液Ｓの温度に基づいて、使用する領域の数を変更することができる。例えば、電解液Ｓの温度が高くなるほど使用する領域の数を増加させ、電解液Ｓの温度が低くなるほど使用する領域の数を低減させることができる。
例えば、電解液Ｓの温度が低い場合には、図８（ａ）に示すように、排出口３５２ａ１に最も近い領域に電解液Ｓを供給することができる。電解液Ｓの温度が高い場合には、図８（ｂ）に示すように、排出口３５２ａ１から最も遠い領域に電解液Ｓを供給することができる。 Further, the number of regions to be used can be changed based on the temperature of the electrolytic solution S. For example, it is possible to increase the number of regions to be used as the temperature of the electrolytic solution S becomes higher, and to reduce the number of regions to be used as the temperature of the electrolytic solution S becomes lower.
For example, when the temperature of the electrolytic solution S is low, the electrolytic solution S can be supplied to the region closest to the discharge port 352a1 as shown in FIG. 8A. When the temperature of the electrolytic solution S is high, as shown in FIG. 8B, the electrolytic solution S can be supplied to the region farthest from the discharge port 352a1.

なお、回転自在に設けられた蓋部３５２ｃと、回転方向における蓋部３５２ｃの位置を移動させる切替部３５２ｄを例示したが、これに限定されるわけではない。例えば、蓋部３５２ｃは、容器３５２ａの開口に固定することができる。また、蓋部３５２ｃの、仕切部３５２ｂにより区画された複数の領域のそれぞれに対峙する位置に孔３５２ｃ１を設けることができる。複数の孔３５２ｃ１のそれぞれには、電解液管５３の端部を分岐させて接続することができる。そして、切替弁などにより、電解液Ｓを供給する孔３５２ｃ１を選択し、電解液Ｓを供給する領域を変えることができる。 Although the lid portion 352c provided rotatably and the switching portion 352d for moving the position of the lid portion 352c in the rotation direction have been illustrated, the invention is not limited to this. For example, the lid portion 352c can be fixed to the opening of the container 352a. In addition, holes 352c1 can be provided at positions of the lid portion 352c that face each of the plurality of regions partitioned by the partition portion 352b. The end of the electrolytic solution tube 53 can be branched and connected to each of the plurality of holes 352c1. Then, the switching valve or the like can be used to select the hole 352c1 for supplying the electrolytic solution S to change the region for supplying the electrolytic solution S.

図９（ａ）、（ｂ）は、他の実施形態に係る電解液タンク３５３を例示するための模式図である。
図９（ａ）、（ｂ）に示すように、電解液タンク３５３は、容器３５２ａ、仕切部３５３ｂ、蓋部３５２ｃ、および切替部３５２ｄを有する。
仕切部３５３ｂは、筒状を呈し、容器３５２ａの内部に設けられている。仕切部３５３ｂの一方の端部は容器３５２ａの底面に設けられている。仕切部３５３ｂは、容器３５２ａの内部を複数の領域に区画している。仕切部３５３ｂは、複数設けることができる。複数の仕切部３５３ｂを設ける場合には、複数の仕切部３５３ｂの高さがそれぞれ異なるようにすることができる。また、複数の仕切部３５３ｂは、同芯に設けることができる。この場合、容器３５２ａの内側面に近づくほど仕切部３５３ｂの高さが低くなるようにすることができる。
仕切部３５３ｂの材料は、電解液Ｓに対する耐性を有するものであればよい。仕切部３５３ｂの材料は、前述した供給部３５ｂ１、排出部３５ｂ２、および複数の筒体３５ｂ３の材料と同じとすることができる。 9A and 9B are schematic diagrams for illustrating an electrolyte solution tank 353 according to another embodiment.
As shown in FIGS. 9A and 9B, the electrolytic solution tank 353 has a container 352a, a partition portion 353b, a lid portion 352c, and a switching portion 352d.
The partition portion 353b has a tubular shape and is provided inside the container 352a. One end of the partition portion 353b is provided on the bottom surface of the container 352a. The partition part 353b partitions the inside of the container 352a into a plurality of regions. A plurality of partition parts 353b can be provided. When the plurality of partition portions 353b are provided, the heights of the plurality of partition portions 353b can be different from each other. Further, the plurality of partition parts 353b can be provided concentrically. In this case, the height of the partition part 353b can be made lower as it gets closer to the inner surface of the container 352a.
The material of the partition portion 353b may be one having resistance to the electrolytic solution S. The material of the partition part 353b can be the same as the material of the supply part 35b1, the discharge part 35b2, and the plurality of cylinders 35b3 described above.

この様にすれば、第１の容器３５ａと第２の容器３５ｂを一体に設けることができる。例えば、切替部３５２ｄを制御して、仕切部３５３ｂにより区画された複数の領域のうち、容器３５２ａの内側面に近い領域に電解液Ｓを供給すれば、その領域が第１の容器３５ａとなる。また、容器３５２ａの内側面から遠い領域に電解液Ｓを供給し、当該領域から溢れた電解液Ｓを隣接する容器３５２ａの内側面に近い領域に供給すれば、当該領域および隣接する領域が第２の容器３５ｂとなる。 With this configuration, the first container 35a and the second container 35b can be integrally provided. For example, if the switching unit 352d is controlled to supply the electrolytic solution S to a region near the inner side surface of the container 352a among the plurality of regions partitioned by the partitioning unit 353b, the region becomes the first container 35a. .. Further, if the electrolytic solution S is supplied to a region far from the inner surface of the container 352a, and the electrolytic solution S overflowing from the region is supplied to a region close to the inner surface of the adjacent container 352a, the region and the adjacent region become first. It becomes the second container 35b.

また、電解液Ｓの温度に基づいて、使用する領域の数を変更することができる。例えば、電解液Ｓの温度が高くなるほど使用する領域の数を増加させ、電解液Ｓの温度が低くなるほど使用する領域の数を低減させることができる。
例えば、電解液Ｓの温度が低い場合には、図９（ａ）に示すように、容器３５２ａの内側面に最も近い領域に電解液Ｓを供給することができる。電解液Ｓの温度が高い場合には、図９（ｂ）に示すように、容器３５２ａの内側面から最も遠い領域に電解液Ｓを供給することができる。 Further, the number of regions to be used can be changed based on the temperature of the electrolytic solution S. For example, it is possible to increase the number of regions to be used as the temperature of the electrolytic solution S becomes higher, and to reduce the number of regions to be used as the temperature of the electrolytic solution S becomes lower.
For example, when the temperature of the electrolytic solution S is low, the electrolytic solution S can be supplied to the region closest to the inner surface of the container 352a, as shown in FIG. 9A. When the temperature of the electrolytic solution S is high, as shown in FIG. 9B, the electrolytic solution S can be supplied to the region farthest from the inner surface of the container 352a.

なお、回転自在に設けられた蓋部３５２ｃと、回転方向における蓋部３５２ｃの位置を移動させる切替部３５２ｄを例示したが、これに限定されるわけではない。例えば、蓋部３５２ｃは、容器３５２ａの開口に固定することができる。また、蓋部３５２ｃの、仕切部３５３ｂにより区画された複数の領域のそれぞれに対峙する位置に孔３５２ｃ１を設けることができる。複数の孔３５２ｃ１のそれぞれには、電解液管５３の端部を分岐させて接続することができる。そして、切替弁などにより、電解液Ｓを供給する孔３５２ｃ１を選択し、電解液Ｓを供給する領域を変えることができる。 Although the lid portion 352c provided rotatably and the switching portion 352d for moving the position of the lid portion 352c in the rotation direction have been illustrated, the invention is not limited to this. For example, the lid portion 352c can be fixed to the opening of the container 352a. In addition, holes 352c1 can be provided at positions of the lid portion 352c that face each of the plurality of regions partitioned by the partition portion 353b. The end of the electrolytic solution tube 53 can be branched and connected to each of the plurality of holes 352c1. Then, the switching valve or the like can be used to select the hole 352c1 for supplying the electrolytic solution S to change the region for supplying the electrolytic solution S.

次に、水素製造システム１の作用について例示する。
まず、発電施設１００は、再生可能エネルギーを利用して発電を行う。発電により生じた交流電力Ｐ１は、水素製造システム１の整流装置１１に供給される。供給される交流電力Ｐ１は不安定であり、短周期の変動と長周期の変動を含んでいる。例えば、短周期の変動とは周期が１分間未満の変動であり、長周期の変動とは周期が１分間以上の変動である。発電施設１００が風力発電施設である場合には、短周期の変動は刻々と変化する風向きおよび風速による変動であり、長周期の変動は天候の変化、季節の変化等による変動である。また、発電施設１００が太陽光発電施設である場合には、短周期の変動は雲の具合で変化する日照量による変動であり、長周期の変動は昼間と夜間との間の変化、天候の変化、季節の変化等による変動である。 Next, the operation of the hydrogen production system 1 will be illustrated.
First, the power generation facility 100 uses renewable energy to generate power. The AC power P1 generated by the power generation is supplied to the rectifier 11 of the hydrogen production system 1. The supplied AC power P1 is unstable and includes short-cycle fluctuations and long-cycle fluctuations. For example, a short cycle variation is a variation with a cycle of less than 1 minute, and a long cycle variation is a variation with a cycle of 1 minute or more. When the power generation facility 100 is a wind power generation facility, short-cycle fluctuations are fluctuations due to wind direction and wind speed that change from moment to moment, and long-cycle fluctuations are fluctuations due to weather changes, seasonal changes, and the like. Further, when the power generation facility 100 is a solar power generation facility, short-cycle fluctuations are fluctuations due to the amount of sunshine that changes depending on the cloud condition, and long-cycle fluctuations are fluctuations between daytime and nighttime, and weather conditions. Changes due to changes, seasonal changes, etc.

電解装置１２の起動時においては、電解液タンク３５内および電解槽３２内に電解液Ｓが収納されている。電解液Ｓは、例えば、濃度が２５質量％の水酸化カリウム水溶液である。また、純水製造装置３８には、水素製造システム１の外部から一般水、例えば、地下水が供給される。更に、洗浄塔４１内および洗浄液タンク４３内には、洗浄液Ｃが収納されている。 When the electrolysis device 12 is started, the electrolytic solution S is stored in the electrolytic solution tank 35 and the electrolytic bath 32. The electrolytic solution S is, for example, a potassium hydroxide aqueous solution having a concentration of 25 mass %. Further, the pure water producing device 38 is supplied with general water, for example, ground water, from the outside of the hydrogen producing system 1. Further, the cleaning liquid C is stored in the cleaning tower 41 and the cleaning liquid tank 43.

次に、制御装置１４が整流装置１１を動作させる。整流装置１１に供給された交流電力Ｐ１は、整流装置１１に設けられた整流器と変圧器に分配される。整流器に供給された交流電力は、蓄電池を介することにより、短周期の変動が吸収される。そのため、整流器によって、短周期の変動が抑制された直流電力Ｐ２が生成される。一方、変圧器に供給された交流電力は、変圧器によって電圧が調整され、所定の規格電圧を持つ交流電力Ｐ３に変換される。このようにして、整流装置１１は、電解装置１２に対して、直流電力Ｐ２および交流電力Ｐ３を供給力する。 Next, the control device 14 operates the rectifying device 11. The AC power P1 supplied to the rectifying device 11 is distributed to the rectifier and the transformer provided in the rectifying device 11. The AC power supplied to the rectifier passes through the storage battery to absorb short-term fluctuations. Therefore, the rectifier generates the DC power P2 in which short-term fluctuations are suppressed. On the other hand, the voltage of the AC power supplied to the transformer is adjusted by the transformer and converted into AC power P3 having a predetermined standard voltage. In this way, the rectifying device 11 supplies the DC power P2 and the AC power P3 to the electrolysis device 12.

次に、制御装置１４は、電解装置１２の構成要素、例えば、ポンプ３６、切替部５３ａ、５５ａ、ポンプ４２、コンプレッサ４５、チラー４６、電解槽３２、純水製造装置３８などを動作させる。
ポンプ３６および切替部５３ａ、５５ａが動作することにより、（第１の容器３５ａ→電解槽３２→陰極ガス気液分離室３３および陽極ガス気液分離室３４→第１の容器３５ａ）、または、（第２の容器３５ｂ→電解槽３２→陰極ガス気液分離室３３およ陽極ガス気液分離室３４→第２の容器３５ｂ）の経路で、電解液Ｓが循環する。 Next, the control device 14 operates the components of the electrolysis device 12, for example, the pump 36, the switching units 53a and 55a, the pump 42, the compressor 45, the chiller 46, the electrolytic cell 32, the pure water production device 38, and the like.
By operating the pump 36 and the switching units 53a and 55a ((first container 35a→electrolytic cell 32→cathode gas/liquid separation chamber 33 and anode gas gas/liquid separation chamber 34→first container 35a), or The electrolytic solution S circulates in the path of (second container 35b→electrolytic cell 32→cathode gas gas-liquid separation chamber 33 and anode gas gas-liquid separation chamber 34→second container 35b).

ここで、電解装置１２の起動時においては、電解液Ｓの温度が所定の温度範囲より低い。そのため、切替部５３ａ、５５ａにより流路を切り替えることで、電解液Ｓが第１の容器３５ａを介して循環するようにする。また、加熱装置５４ａにより電解液Ｓが加熱され、電解液Ｓの温度が所定の温度範囲内となるようにされる。この場合、第１の容器３５ａは、第２の容器３５ｂよりも表面積が小さいので、電解液Ｓの放熱を抑制することができる。そのため、加熱装置５４ａを動作させるために必要となる電力を大幅に低減させることができる。 Here, when the electrolysis device 12 is started, the temperature of the electrolytic solution S is lower than a predetermined temperature range. Therefore, the electrolytic solution S is circulated through the first container 35a by switching the flow paths by the switching units 53a and 55a. Further, the electrolytic solution S is heated by the heating device 54a so that the temperature of the electrolytic solution S falls within a predetermined temperature range. In this case, since the surface area of the first container 35a is smaller than that of the second container 35b, heat dissipation of the electrolytic solution S can be suppressed. Therefore, the electric power required to operate the heating device 54a can be significantly reduced.

一方、電解装置１２の稼働中において、電気分解の際に発生した熱などにより、電解液Ｓの温度が所定の温度範囲より高くなる場合がある。この場合には、切替部５３ａ、５５ａにより流路を切り替えることで、電解液Ｓが第２の容器３５ｂを介して循環するようにする。第２の容器３５ｂは、第１の容器３５ａよりも表面積が大きいので、電解液Ｓの放熱を促進させることができる。そのため、電解液Ｓを冷却して電解液Ｓの温度が所定の温度範囲内に収まるようにすることができる。また、電解液Ｓを冷却する冷却装置５４ｂを補助的に用いる場合であっても、冷却装置５４ｂを動作させるために必要となる電力を大幅に低減させることができる。
その結果、発電施設１００から整流装置１１を介して供給された電力のうち、電気分解に用いることができる電力を増加させることができるので、水素ガスの製造効率を向上させることができる。 On the other hand, during operation of the electrolysis device 12, the temperature of the electrolytic solution S may be higher than a predetermined temperature range due to heat generated during electrolysis. In this case, the flow paths are switched by the switching units 53a and 55a so that the electrolytic solution S circulates through the second container 35b. Since the second container 35b has a larger surface area than the first container 35a, heat dissipation of the electrolytic solution S can be promoted. Therefore, it is possible to cool the electrolytic solution S so that the temperature of the electrolytic solution S falls within a predetermined temperature range. Further, even when the cooling device 54b that cools the electrolytic solution S is used supplementarily, the electric power required to operate the cooling device 54b can be significantly reduced.
As a result, of the electric power supplied from the power generation facility 100 via the rectifier 11, the electric power that can be used for electrolysis can be increased, so that the hydrogen gas production efficiency can be improved.

また、ポンプ４２が動作することにより、洗浄液Ｃが洗浄塔４１とポンプ４２との間で循環し、洗浄塔４１の上部内において、洗浄液Ｃが気相中に噴射される。コンプレッサ４５が動作することにより、コンプレッサ４５の吸気口に流入した水素ガスが圧縮され排気口から排出される。チラー４６が動作することにより、コンプレッサ４５が冷却される。 Further, by operating the pump 42, the cleaning liquid C circulates between the cleaning tower 41 and the pump 42, and the cleaning liquid C is injected into the gas phase in the upper part of the cleaning tower 41. When the compressor 45 operates, the hydrogen gas flowing into the intake port of the compressor 45 is compressed and discharged from the exhaust port. The compressor 45 is cooled by the operation of the chiller 46.

また、電解槽３２に直流電力Ｐ２が供給されることにより、電解槽３２の陰極電極と陽極電極との間に電流が流れ、電解液Ｓ中の水が電気分解される。水が電気分解されると、陰極電極側に水素ガスが発生すると共に、陽極電極側に酸素ガスが発生する。また、電解槽３２内の電解液Ｓ中の水が消費され、セル７０における陰極側空間の上部に水素ガスが溜まり、セル７０における陽極側空間の上部に酸素ガスが溜まる。 Further, when the DC power P2 is supplied to the electrolytic cell 32, a current flows between the cathode electrode and the anode electrode of the electrolytic cell 32, and the water in the electrolytic solution S is electrolyzed. When water is electrolyzed, hydrogen gas is generated on the cathode electrode side and oxygen gas is generated on the anode electrode side. Further, water in the electrolytic solution S in the electrolytic bath 32 is consumed, hydrogen gas is accumulated in the upper part of the cathode side space in the cell 70, and oxygen gas is accumulated in the upper part of the anode side space in the cell 70.

そして、電解槽３２の各セル７０における陰極側空間の上部から、水素ガスおよび電解液Ｓが押し出される。水素ガスおよび電解液Ｓは、水素管５１を介して陰極ガス気液分離室３３内に流入し、水素ガスと電解液Ｓとに分離される。また、電解槽３２の各セル７０における陽極側空間の上部から、酸素ガスおよび電解液Ｓが押し出されれる。酸素ガスおよび電解液Ｓは、酸素管５２を介して陽極ガス気液分離室３４内に流入し、酸素ガスと電解液Ｓとに分離される。 Then, the hydrogen gas and the electrolytic solution S are extruded from the upper portion of the cathode side space in each cell 70 of the electrolytic bath 32. The hydrogen gas and the electrolytic solution S flow into the cathode gas gas-liquid separation chamber 33 via the hydrogen pipe 51 and are separated into the hydrogen gas and the electrolytic solution S. Further, the oxygen gas and the electrolytic solution S are extruded from the upper part of the anode side space in each cell 70 of the electrolytic bath 32. The oxygen gas and the electrolytic solution S flow into the anode gas gas-liquid separation chamber 34 via the oxygen pipe 52 and are separated into the oxygen gas and the electrolytic solution S.

陰極ガス気液分離室３３および陽極ガス気液分離室３４の内部にある電解液Ｓは、電解液管５３を介して、第１の容器３５ａまたは第２の容器３５ｂの内部に流入する
また、電気分解に伴って電解液Ｓ中の水が減少し、電解液Ｓの濃度が上昇（電解液Ｓの量が減少）した場合には、純水製造装置３８が一般水から純水を製造し、純水管５８を介して電解液Ｓに純水を補充する。すなわち、電解液Ｓの濃度は、常に一定範囲内に維持される。電解液Ｓの濃度は、例えば、ｐＨセンサなどで測定することができる。電解液Ｓの量は、例えば、水位計などで測定することができる。ｐＨセンサや水位計などは、例えば、第２の容器３５ｂなどに設けることができる。 The electrolytic solution S inside the cathode gas gas-liquid separation chamber 33 and the anode gas gas-liquid separation chamber 34 flows into the inside of the first container 35a or the second container 35b via the electrolytic solution pipe 53. When the water in the electrolytic solution S decreases due to the electrolysis and the concentration of the electrolytic solution S increases (the amount of the electrolytic solution S decreases), the pure water producing device 38 produces pure water from ordinary water. The electrolyte S is supplemented with pure water through the pure water pipe 58. That is, the concentration of the electrolytic solution S is always maintained within a fixed range. The concentration of the electrolytic solution S can be measured by, for example, a pH sensor or the like. The amount of the electrolytic solution S can be measured with, for example, a water level gauge. The pH sensor, the water level meter, and the like can be provided in, for example, the second container 35b.

陽極ガス気液分離室３４により分離された酸素ガスは、酸素管６９を介して水素製造システム１の外部に排気される。また、陰極ガス気液分離室３３により分離された水素ガスは、水素管６１を介して洗浄塔４１内に導入される。洗浄塔４１内に導入された水素ガスは、洗浄液Ｃのシャワーを浴び、残留している電解液Ｓに含まれていた成分が洗浄液Ｃ中に溶け込むことで除去される。 The oxygen gas separated in the anode gas gas-liquid separation chamber 34 is exhausted to the outside of the hydrogen production system 1 via the oxygen pipe 69. Further, the hydrogen gas separated by the cathode gas gas-liquid separation chamber 33 is introduced into the cleaning tower 41 via the hydrogen pipe 61. The hydrogen gas introduced into the cleaning tower 41 is removed by taking a shower of the cleaning liquid C and dissolving the components contained in the remaining electrolytic solution S into the cleaning liquid C.

洗浄塔４１により処理された水素ガスは、水素管６４および切替弁６５を介してバッファタンク４４内に蓄積される。そして、バッファタンク４４から水素管６６を介してコンプレッサ４５に送られ、コンプレッサ４５によって、例えば０．８ＭＰａ（メガパスカル）まで圧縮されて、水素管６７を介してドライヤ４７に送られる。ドライヤ４７においては、水素ガスがフィルタを通過することにより水等の不純物が除去される。不純物が除去された水素ガスは、水素管６８を介して水素タンク１３に送られ、水素タンク１３内に貯蔵される。
水素タンク１３に貯蔵された水素ガスは、例えば、水素ローリー車等に充填されて、消費地まで輸送される。 The hydrogen gas processed by the cleaning tower 41 is accumulated in the buffer tank 44 via the hydrogen pipe 64 and the switching valve 65. Then, it is sent from the buffer tank 44 to the compressor 45 via the hydrogen pipe 66, compressed by the compressor 45 to, for example, 0.8 MPa (megapascal), and sent to the dryer 47 via the hydrogen pipe 67. In the dryer 47, hydrogen gas passes through the filter to remove impurities such as water. The hydrogen gas from which the impurities have been removed is sent to the hydrogen tank 13 via the hydrogen pipe 68 and stored in the hydrogen tank 13.
The hydrogen gas stored in the hydrogen tank 13 is, for example, filled in a hydrogen truck or the like, and transported to the place of consumption.

一般的な水素製造システムにおいては、電解槽などにおける電流密度を高くすることで水素の製造量を増やそうとすると、電解槽などにおける抵抗発熱が増大する。そのため、電解液の冷却設備の増設が必要となったり、冷却設備の大型化が必要となったり、水素製造システム全体における消費電力が増大したりする。
また、水素製造システムに供給される電力の減少、または電力の停止が生じる場合が想定される。例えば、再生可能エネルギーを利用する発電施設１００の場合には、天候などの変化により、水素製造システムに供給される電力の減少、または電力の停止が生じることが想定される。電力の減少量や電力の停止期間の長さによっては電解液の温度が下がるため、電解液の温度を上げるための加熱設備の増設が必要となったり、加熱設備の大型化が必要となったりする。そして、そのような場合には、水素製造システム全体における消費電力が増大することになる。
本発明の実施形態に係る水素製造システム１は、電解液が通過する経路を切替ることにより、所定の温度範囲に収まるように、効率よく電解液の温度調整（放熱と保温）を行うことができる。そのため、水素製造システム１では、電解液の冷却設備および加熱設備を削減すること、あるいはこれらの設備自体を不要とすることが可能となり、水素製造システム全体における消費電力を抑制して、水素ガスの製造効率を向上させることができる。 In a general hydrogen production system, if the amount of hydrogen produced is increased by increasing the current density in an electrolytic cell or the like, resistance heating in the electrolytic cell or the like increases. Therefore, it is necessary to increase the cooling equipment for the electrolytic solution, increase the size of the cooling equipment, and increase the power consumption of the entire hydrogen production system.
Further, it is assumed that the electric power supplied to the hydrogen production system may be reduced or the electric power may be stopped. For example, in the case of the power generation facility 100 that uses renewable energy, it is assumed that the power supplied to the hydrogen production system will be reduced or the power will be stopped due to changes in the weather or the like. Depending on the amount of power reduction and the length of the power outage, the temperature of the electrolyte drops, so it is necessary to add heating equipment to increase the temperature of the electrolyte, or to increase the size of the heating equipment. To do. And in such a case, the power consumption in the whole hydrogen production system will increase.
In the hydrogen production system 1 according to the embodiment of the present invention, the temperature of the electrolytic solution (heat dissipation and heat retention) can be efficiently adjusted by switching the path through which the electrolytic solution passes so that the electrolytic solution falls within a predetermined temperature range. it can. Therefore, in the hydrogen production system 1, it is possible to reduce the cooling equipment and the heating equipment for the electrolytic solution, or to eliminate these equipments themselves, thereby suppressing the power consumption in the entire hydrogen production system and reducing the amount of hydrogen gas. Manufacturing efficiency can be improved.

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。 Although some embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof. Further, the above-described respective embodiments can be implemented in combination with each other.

１ 水素製造システム、１１ 整流装置、１２ 電解装置、１３ 水素タンク、１４ 制御装置、３２ 電解槽、３３ 陰極ガス気液分離室、３４ 陽極ガス気液分離室、３５ 電解液タンク、３５ａ 第１の容器、３５ｂ 第２の容器、３５ｂ１ 供給部、３５ｂ２ 排出部、３５ｂ３ 筒体、３５ｂ４ 切替部、３６ ポンプ、３８ 純水製造装置、５３ 電解液管、５３ａ 切替部、５４ａ 加熱装置、５４ｃ 温度検出器、５５ 電解液管、５５ａ 切替部、７０ セル、１００ 発電施設、３５１ 電解液タンク、３５２ 電解液タンク、３５２ａ 容器、３５２ｂ 仕切部、３５２ｃ 蓋部、３５２ｄ 切替部、３５３ 電解液タンク、３５３ｂ 仕切部、Ｓ 電解液 1 Hydrogen Production System, 11 Rectifier, 12 Electrolyzer, 13 Hydrogen Tank, 14 Control Device, 32 Electrolyzer, 33 Cathode Gas/Liquid Separation Chamber, 34 Anode Gas/Liquid Separation Chamber, 35 Electrolyte Tank, 35a Container, 35b second container, 35b1 supply part, 35b2 discharge part, 35b3 cylinder, 35b4 switching part, 36 pump, 38 pure water producing device, 53 electrolytic solution pipe, 53a switching part, 54a heating device, 54c temperature detector , 55 electrolytic solution pipe, 55a switching section, 70 cell, 100 power generation facility, 351 electrolytic solution tank, 352 electrolytic solution tank, 352a container, 352b partition section, 352c lid section, 352d switching section, 353 electrolytic solution tank, 353b partition section , S electrolyte

Claims (7)

電解液が通過可能な複数の第３の容器を備え、
前記複数の第３の容器の少なくとも１つは、前記第３の容器の前記電解液の供給側に設けられた第１の切替部、および、前記第３の容器の前記電解液の排出側に設けられた第２の切替部の少なくともいずれかを有する水素電解製造用電解液タンク。 A plurality of third containers through which the electrolytic solution can pass,
At least one of the plurality of third containers includes a first switching unit provided on the electrolyte solution supply side of the third container, and an electrolyte solution discharge side of the third container. An electrolytic solution tank for hydrogen electrolysis production , comprising at least one of the provided second switching portions. 電解液が通過可能な第４の容器と、
前記第４の容器の内部を複数の領域に区画する仕切部と、
前記電解液の温度に基づいて、前記複数の領域の少なくとも１つに前記電解液を供給可能な切替部と、
を備えた水素電解製造用電解液タンク。 A fourth container through which the electrolytic solution can pass,
A partition part for partitioning the inside of the fourth container into a plurality of regions;
A switching unit capable of supplying the electrolytic solution to at least one of the plurality of regions based on the temperature of the electrolytic solution;
An electrolytic solution tank for hydrogen electrolysis production . 前記第４の容器は、排出口を有し、
前記仕切部は、複数設けられ、
前記複数の仕切部の高さは、前記排出口に近くなるほど低くなっている請求項２記載の水素電解製造用電解液タンク。 The fourth container has a discharge port,
A plurality of the partition sections are provided,
The electrolytic solution tank for hydrogen electrolysis production according to claim 2 , wherein heights of the plurality of partition parts are lower as the positions are closer to the discharge port. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の水素電解製造用電解液タンクと、
電解液を電気分解可能な電解槽と、
前記水素電解製造用電解液タンクと、前記電解槽と、の間において前記電解液を循環可能なポンプと、
を備えた水素電解製造用電解装置。 An electrolytic solution tank for hydrogen electrolysis production according to any one of claims 1 to 5 ,
An electrolytic cell that can electrolyze the electrolytic solution,
An electrolytic solution tank for hydrogen electrolysis production, and a pump capable of circulating the electrolytic solution between the electrolytic cell,
An electrolysis apparatus for hydrogen electrolysis production, comprising: 前記水素電解製造用電解液タンク、および前記電解槽の少なくともいずれかには、再生可能エネルギーを利用した発電施設によって生成された電力が供給可能となっている請求項４記載の水素電解製造用電解装置。 The electrolysis for hydrogen electrolysis production according to claim 4 , wherein electric power generated by a power generation facility using renewable energy can be supplied to at least one of the electrolytic solution tank for hydrogen electrolysis production and the electrolytic cell. apparatus. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の水素電解製造用電解液タンクと、
電解液を電気分解可能な電解槽と、
前記水素電解製造用電解液タンクと、前記電解槽と、の間において前記電解液を循環可能なポンプと、
前記電解液の温度に基づいて、前記水素電解製造用電解液タンクに設けられた切替部を制御可能な制御装置と、
を備えた水素製造システム。 An electrolytic solution tank for hydrogen electrolysis production according to any one of claims 1 to 5 ,
An electrolytic cell that can electrolyze the electrolytic solution,
An electrolytic solution tank for hydrogen electrolysis production, and a pump capable of circulating the electrolytic solution between the electrolytic cell,
Based on the temperature of the electrolytic solution, a control device capable of controlling the switching unit provided in the electrolytic solution tank for hydrogen electrolysis production ,
Hydrogen production system equipped with. 前記水素電解製造用電解液タンク、前記電解槽、前記切替部、および前記制御装置の少なくともいずれかには、再生可能エネルギーを利用した発電施設によって生成された電力が供給可能となっている請求項６記載の水素製造システム。 Electric power generated by a power generation facility using renewable energy can be supplied to at least one of the electrolytic solution tank for hydrogen electrolysis production , the electrolytic cell, the switching unit, and the control device. 6. The hydrogen production system according to 6 .
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