JP7165229B2 - 水電解・発電システム - Google Patents

Description

本発明は、水電解・発電システムに関する。

例えば、特許文献１には、電解質膜を第１電極と第２電極とで挟持したＭＥＡと、第１電極に水及び酸化剤ガスを供給するための第１流体流路と、第２電極に水素ガスを供給するための第２流体流路とを有するセル部材を備えた水電解・発電システムが開示されている。この水電解・発電システムは、第１電極に供給された水を電気分解して第２電極に生成水素ガスを発生させる水電解モードと、第１電極に供給された酸化剤ガスと第２電極に供給された水素ガスとの電気化学反応により発電する発電モードとに切り換え可能である。

特開２０１５－１９１８４６号公報

本発明は、上述した従来技術に関連してなされたものであり、簡単な構成で小型化及び製造コストの低廉化を図ることができる水電解・発電システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、電解質膜を第１電極と第２電極とで挟持したＭＥＡと、前記第１電極に水及び酸化剤ガスを供給するための第１流体流路と、前記第２電極に水素ガスを供給するための第２流体流路とを有するセル部材を備え、前記第１電極に供給された前記水を電気分解して前記第２電極に生成水素ガスを発生させる水電解モードと、前記第１電極に供給された前記酸化剤ガスと前記第２電極に供給された前記水素ガスとの電気化学反応により発電する発電モードとに切り換え可能な水電解・発電システムであって、前記第１流体流路に連通する入口ポート部に接続された供給流路と、前記第１流体流路に連通する出口ポート部に接続されて前記水電解モードの際に前記生成水素ガスを含むガス含有水が導出される導出流路と、前記水を前記供給流路に導入する水導入流路と、前記酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流路と、前記酸化剤ガス流路を流通する前記酸化剤ガスを前記供給流路に導入する酸化剤ガス導入流路と、前記導出流路から導かれた前記ガス含有水を気液分離する気液分離器と、前記酸化剤ガス流路を流通する前記酸化剤ガスを希釈ガスとして前記気液分離器に導く希釈流路と、を備える、水電解・発電システムである。

本発明によれば、水電解モードの際に水導入流路から供給流路を介して入口ポート部に水を供給し、発電モードの際に酸化剤ガス流路から酸化剤ガス導入流路及び供給流路を介して入口ポート部に酸化剤ガスを供給することができる。すなわち、供給流路は、水供給用の流路と酸化剤ガス供給用の流路との両方を兼ねている。換言すれば、水電解モードと発電モードとで供給流路を共有することができる。これにより、水供給用の流路と酸化剤ガス供給用の流路とのそれぞれをセル部材に接続する場合と比較して、コンパクトな構成になる。

また、水電解モードの際に酸化剤ガス流路を流通する酸化剤ガスを気液分離器の希釈ガスとしても利用することができる。これにより、セル部材に酸化剤ガスを供給するためのデバイスと気液分離器に希釈ガスを供給するためのデバイスとを別々に設けた場合と比較して、コンパクトな構成になる。よって、簡単な構成で小型化及び製造コストの低廉化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る水電解・発電システムと水素ステーションとを示す模式図である。 図１の水電解・発電システムの概略構成説明図である。 図２のセル部材の一部省略断面説明図である。 図２のシステムＥＣＵのブロック図である。 水電解・発電システムの水電解モードを説明するフローチャートである。 水電解モードの動作説明図である。 第１除湿吸着部と第２除湿吸着部の除湿の切り換えの説明図である。 水電解・発電システムの発電モードを説明するフローチャートである。 発電モードの動作説明図である。 水電解モードから発電モードへの切り換えを説明するフローチャートである。 図１０のパージ工程を説明するフローチャートである。 パージ工程の動作説明図である。 図１０の発電準備工程を説明するフローチャートである。 図１４Ａは、発電モードから水電解モードへの切り換えを説明するフローチャートであり、図１４Ｂは、図１４Ａの発電停止工程を説明するフローチャートである。 図１４Ａの水電解準備工程を説明するフローチャートである。

以下、本発明に係る水電解・発電システムについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

本発明の一実施形態に係る水電解・発電システム１０は、再生可能エネルギー等の電力（余剰電力）を用いて水素ガスを製造し、電力が必要な場合に水素ガスを用いて発電するシステムである。水電解・発電システム１０は、図１に示すように、例えば、水素ステーション４００に対して低圧水素パイプライン４０２を介して接続されている。

水素ステーション４００は、水電解システム４０４、水素昇圧システム４０６及び水素タンク４０８を備える。水電解システム４０４は、再生可能エネルギー等の電力を用いて水を電気分解することにより水素ガスを製造する。水素昇圧システム４０６は、水電解システム４０４で製造された水素ガスを昇圧して水素タンク４０８に貯蔵する。水素タンク４０８には、他の工場等で製造されて輸送された水素ガス（副生水素ガスを含む）が貯蔵されてもよい。

低圧水素パイプライン４０２は、水素ステーション４００の水素タンク４０８に貯蔵されている水素ガス又は水電解システム４０４で製造された水素ガスを水電解・発電システム１０に供給する。また、低圧水素パイプライン４０２は、水電解・発電システム１０で製造された水素ガス（蓄圧していない水素ガス）を水素タンク４０８に貯蔵するために水素昇圧システム４０６に供給する。低圧水素パイプライン４０２は、水素ガスを貯蔵するタンクとしても機能する。つまり、本実施形態において、水素タンク４０８及び低圧水素パイプライン４０２は、水素貯蔵部４１０を形成する。

図２において、水電解・発電システム１０は、セル部材１２、第１装置１４、第２装置１６、冷却装置１８を備える。

図３に示すように、セル部材１２は、複数のセル２０が積層されたスタックとして形成されている。各セル２０は、ＭＥＡ２２（電解質膜・電極構造体）を第１セパレータ２４と第２セパレータ２６とで挟持して形成される。ＭＥＡ２２は、電解質膜２８と、電解質膜２８の一方の面２８ａに配設された第１電極３０と、電解質膜２８の他方の面２８ｂに配設された第２電極３２とを有する。電解質膜２８は、例えば、固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）である。固体高分子電解質膜は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である。

第１電極３０は、電解質膜２８の一方の面２８ａに接合された第１電極触媒層３４と、第１電極触媒層３４に積層された第１ガス拡散層３６とを有する。第２電極３２は、電解質膜２８の他方の面２８ｂに接合された第２電極触媒層３８と、第２電極触媒層３８に積層された第２ガス拡散層４０とを有する。

第１電極触媒層３４は、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が、イオン導電性高分子バインダとともに第１ガス拡散層３６の表面に一様に塗布されて形成される。第２電極触媒層３８は、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が、イオン導電性高分子バインダとともに第２ガス拡散層４０の表面に一様に塗布されて形成される。第１ガス拡散層３６及び第２ガス拡散層４０は、カーボンペーパ又はカーボンクロス等から形成される。

第１セパレータ２４及び第２セパレータ２６は、金属薄板、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、或いはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属薄板の断面を波形にプレス成形して形成される。第１セパレータ２４と第２セパレータ２６とは、図示しない複数の接合ラインにより互いに接合されて接合セパレータ４２を形成する。

第１セパレータ２４のＭＥＡ２２に向かう面２４ａには、第１流体流路４４が形成されている。第２セパレータ２６のＭＥＡ２２に向かう面２６ａには、第２流体流路４６が形成されている。互いに接合される第１セパレータ２４の面２４ｂと第２セパレータ２６の面２６ｂとの間には、冷却媒体が流通する冷媒流路４８が形成されている。冷媒流路４８は、第１流体流路４４が形成された第１セパレータ２４の裏面形状と第２流体流路４６が形成された第２セパレータ２６の裏面形状とが重なり合って形成される。

図２において、セル部材１２には、直流電源である電解電源５０が電気的に接続されている。このようなセル部材１２を備えた水電解・発電システム１０は、第１電極３０に供給された水を電気分解して第２電極３２に生成水素ガスを発生させる水電解モードと、第１電極３０に供給された酸化剤ガスと第２電極３２に供給された水素ガスとの電気化学反応により発電する発電モード（燃料電池モード）とに切り換え可能に形成されている。詳細な図示は省略するが、セル部材１２で発電された電力は、例えば、図示しないバッテリ等に充電される。なお、セル部材１２で発電された電力は、交流変換して系統電源網へ供給されてもよい。

セル部材１２には、インピーダンス計測部５２とセル電圧計測部５４とが設けられている。インピーダンス計測部５２は、図示しない交流電源により第１電極３０と第２電極３２とを通電させてセル電圧からセル部材１２の直流抵抗成分を計測する。セル電圧計測部５４は、発電時の各セル２０のセル電圧を計測する。

セル部材１２には、第１入口ポート部５６ａ、第１出口ポート部５６ｂ、第２入口ポート部５８ａ、第２出口ポート部５８ｂ、冷媒入口ポート部６０ａ及び冷媒出口ポート部６０ｂが設けられている。第１入口ポート部５６ａ及び第１出口ポート部５６ｂは、セル部材１２の第１流体流路４４（図３参照）に連通するとともに第１装置１４が接続している。第１入口ポート部５６ａには、水電解モードの際に第１装置１４から水が供給され、発電モードの際に第１装置１４から酸化剤ガスが供給される。第１出口ポート部５６ｂには、水電解モードの際に第１流体流路４４から生成水素ガス及び副生酸素を含むガス含有水が導出され、発電モードの際に第１流体流路４４から生成水を含む酸化剤排ガスが導出される。

第２入口ポート部５８ａ及び第２出口ポート部５８ｂは、セル部材１２の第２流体流路４６（図３参照）に連通するとともに第２装置１６が接続している。第２入口ポート部５８ａには、水電解モードの際に第２装置１６から何も供給されず、発電モードの際に第２装置１６から水素ガスが供給される。第２出口ポート部５８ｂには、水電解モードの際に第２流体流路４６から水分を含んだ生成水素ガスが導出され、発電モードの際に第２流体流路４６から水分を含んだ水素排ガスが導出される。

冷媒入口ポート部６０ａ及び冷媒出口ポート部６０ｂは、セル部材１２の冷媒流路４８（図３参照）に連通するとともに冷却装置１８が接続している。

第１装置１４は、純水供給部６２、水循環部６４、酸化剤ガス装置６６及び熱交換装置６８を備える。純水供給部６２は、水循環部６４に水（純水）を供給するための水供給流路７０を有する。水供給流路７０には、上流側から水循環部６４に向かって、市水供給弁７２、純水製造部７４、純水調整弁７６及び逆止弁７８がこの順序で設けられている。

市水供給弁７２は、水供給流路７０を開放及び閉塞する開閉弁であって、純水製造部７４に供給される市水の量を調整する。図示は省略するが、純水製造部７４は、例えば、市水を活性炭フィルタ、イオン交換樹脂（イオン交換樹脂塔）及び中空糸フィルタに流通させることにより純水を製造する。純水調整弁７６は、水供給流路７０を開放及び閉塞する開閉弁であって、純水製造部７４によって製造された純水の水循環部６４への供給量を調整する。逆止弁７８は、純水製造部７４から水循環部６４への純水の流通を許可し、水循環部６４から純水製造部７４への流体の流通を阻止する。

水循環部６４は、第１気液分離器８０、第１気液分離器８０に接続された水導入流路８１と、水導入流路８１と第１入口ポート部５６ａとを結ぶ第１供給流路８２と、第１出口ポート部５６ｂと第１気液分離器８０とを結ぶ第１導出流路８４とを備える。

第１気液分離器８０は、セル部材１２から導出された流体を気液分離する。具体的に、第１気液分離器８０は、水電解モードの際にセル部材１２の第１出口ポート部５６ｂから導出されるガス含有水を気液分離する。また、第１気液分離器８０は、発電モードの際にセル部材１２の第１出口ポート部５６ｂから導出される酸化剤排ガスを気液分離する。さらに、第１気液分離器８０は、発電モードの際に第２出口ポート部５８ｂから第２装置１６を介して導かれる水素排ガスを気液分離する。

第１気液分離器８０は、水を貯留可能な第１貯留部８６を有する。第１貯留部８６には、純水供給部６２から純水が供給される。また、第１貯留部８６には、セル部材１２から導出された流体から分離された水が貯留される。そのため、第１貯留部８６には、純水供給部６２から導かれた純水と、セル部材１２から導出された流体から分離された水との混合水が貯留される。

第１貯留部８６には、第１貯留部８６内の水面よりも上側を第１室８６ａと第２室８６ｂとに仕切る仕切壁８８が設けられている。仕切壁８８は、第１貯留部８６の底面から離間している。仕切壁８８の一部は、第１貯留部８６内の水に漬かっている。第１貯留部８６の第１室８６ａ側には、水供給流路７０が接続されている。第１貯留部８６の第２室８６ｂ側には、セル部材１２から導出された流体が導入される。

第１気液分離器８０では、第２室８６ｂに導かれた流体のガス成分は、水中（仕切壁８８と第１貯留部８６の底面との間）を通り第１室８６ａに導かれる。第１室８６ａに導かれたガス成分は、第１貯留部８６の第１室８６ａ側の上部に設けられた排気流路９０を介して外部に排出される。排気流路９０には、ガス成分中の水素ガス濃度を検出するための水素センサ９１が設けられている。排気流路９０は、地上から５ｍ以上の位置でガス成分（水素ガス）を拡散するための図示しない拡散管を含む。

第１貯留部８６内の水量は、仕切壁８８の一部が常に水に漬かるように管理されている。そのため、第１貯留部８６は、逆火を防止するための水封器としても機能する。すなわち、第１貯留部８６は、例えば、排気流路９０が被雷した場合に排気流路９０から第２室８６ｂへの火炎伝搬を防止する。また、第１貯留部８６は、例えば、セル部材１２の第１出口ポート部５６ｂが着火した場合に第１出口ポート部５６ｂから排気流路９０への火炎伝搬を防止する。

仕切壁８８は、気液分離の際に第２室８６ｂ側の水面の波が第１室８６ａ側の水面に伝わることを抑える消波板としても機能する。これにより、第１室８６ａ側の水位の安定化を図ることができる。第１貯留部８６の第１室８６ａ側には、第１貯留部８６内の水量を取得するための第１水位センサＬＳ１（第１水位取得部）が設けられている。

水導入流路８１の一端は、第１貯留部８６に接続されている。水導入流路８１には、第１気液分離器８０から第１供給流路８２に向かって、ストレーナ９２、水ポンプ９４、第１熱交換器９６、純水処理部９８、純水供給弁１００がこの順序で設けられている。

ストレーナ９２は、第１貯留部８６から導かれた水から異物（粒子浮遊物）を除去する。水ポンプ９４は、第１貯留部８６内の水を水導入流路８１、第１供給流路８２、セル部材１２（第１流体流路４４）及び第１導出流路８４を流通して第１貯留部８６に戻すための水電解用の電動水ポンプである。第１熱交換器９６は、水ポンプ９４から移送された水を所望の温度に調節するためのものである。第１熱交換器９６は、例えば、水冷インタークーラとして構成されている。

純水処理部９８は、第１熱交換器９６から導かれた水を純水処理する。これにより、第１気液分離器８０でセル部材１２から導出された流体から分離された水を再利用することができるため、水電解モードの際の生成水素ガスの単位量当たりの市水の使用量を少なくすることができる。また、市水を純水にするための純水製造部７４の部品（活性炭フィルタ、イオン交換樹脂、中空糸フィルタ等）の交換サイクルを長期化できるため、水電解・発電システム１０の運用コスト及びメンテナンスコストの削減を図ることができる。また、セル部材１２に供給される水を常時純水にすることができるため、水電解に必要な液絡抵抗と地絡抵抗を確実に管理することができる。

純水処理部９８は、例えば、複数のイオン交換器１０２とメッシュフィルタ１０４とを有する。複数のイオン交換器１０２は、互いに並列に配置されている。これにより、複数のイオン交換器１０２を直列に配置する場合と比較して、水がイオン交換器１０２を流通する際の圧損を低減することができる。イオン交換器１０２は、例えば、交換可能なカートリッジ型のものが好ましい。メッシュフィルタ１０４は、イオン交換器１０２を流通した水から異物を除去する。純水供給弁１００は、第１流体流路４４を開放及び閉塞する開閉弁である。

第１供給流路８２は、水導入流路８１から導かれた水（純水）を第１入口ポート部５６ａに導入する。第１導出流路８４は、第１貯留部８６の第２室８６ｂ側に接続されている。

酸化剤ガス装置６６は、酸化剤ガス流路１０６、酸化剤ガス導入流路１０８、希釈流路１１０及び酸化剤ガス導出流路１１２を有する。酸化剤ガス流路１０６には、上流側から下流側に向かって、エアフィルタ１１４、エアポンプ１１６、エアフローメータ１１８（酸化剤ガス流量取得部）、インタークーラ１２０、第２熱交換器１２２及び加湿器１２４がこの順序で設けられている。

エアフィルタ１１４は、空気（酸化剤ガス）中の異物を除去する。エアポンプ１１６は、エアフィルタ１１４を通過して清浄化された酸化剤ガスを過給（圧縮）する。エアポンプ１１６としては、例えば、容積型電動モータターボポンプが用いられる。酸化剤ガス流路１０６には、エアポンプ１１６が１つのみ設けられている。

エアフローメータ１１８は、エアポンプ１１６から導かれた酸化剤ガスの流量を取得する。インタークーラ１２０は、エアポンプ１１６で過給されることにより昇温された酸化剤ガスを冷却する。インタークーラ１２０は、例えば、空冷式のものが用いられる。すなわち、インタークーラ１２０は、図示しないファンの回転数を制御することにより酸化剤ガスの温度を調節する。

第２熱交換器１２２は、インタークーラ１２０で冷却された酸化剤ガスを所望の温度に調節するものである。第２熱交換器１２２は、例えば、水冷インタークーラとして構成されている。加湿器１２４は、第２熱交換器１２２から導かれた酸化剤ガスを加湿する。

酸化剤ガス流路１０６には、加湿器１２４を迂回する第１バイパス流路１２６が設けられている。第１バイパス流路１２６の一端（上流側の端）は、流量調節弁１２８を介して酸化剤ガス流路１０６における加湿器１２４と第２熱交換器１２２との間に連結している。第１バイパス流路１２６の他端（下流側の端）は、酸化剤ガス流路１０６における加湿器１２４よりも下流側に連結している。

流量調節弁１２８は、加湿器１２４に導かれる酸化剤ガスの流量と第１バイパス流路１２６に導かれる酸化剤ガスの流量との比率を調節する。流量調節弁１２８としては、例えば、電動可変三方弁が好適に用いられる。

酸化剤ガス流路１０６の下流側の端には、第１流路切換弁１３０を介して酸化剤ガス導入流路１０８と希釈流路１１０とが連結されている。第１流路切換弁１３０は、酸化剤ガス導入流路１０８の流通状態と希釈流路１１０の流通状態とに切り換え可能に形成されている。

第１流路切換弁１３０は、酸化剤ガス導入流路１０８の流通状態で、酸化剤ガス流路１０６から酸化剤ガス導入流路１０８への酸化剤ガスの流通を許可するとともに酸化剤ガス流路１０６から希釈流路１１０への酸化剤ガスの流通を阻止する。第１流路切換弁１３０は、希釈流路１１０の流通状態で、酸化剤ガス流路１０６から希釈流路１１０への酸化剤ガスの流通を許可するとともに酸化剤ガス流路１０６から酸化剤ガス導入流路１０８への酸化剤ガスの流通を阻止する。第１流路切換弁１３０としては、例えば、三方弁が好適に用いられる。

酸化剤ガス導入流路１０８は、酸化剤ガス流路１０６を流通した酸化剤ガスを第１供給流路８２に導く。第１供給流路８２は、酸化剤ガス導入流路１０８から導かれた酸化剤ガスを第１入口ポート部５６ａに導入する。つまり、第１供給流路８２は、水電解モードの際に水導入流路８１から導かれた水を第１入口ポート部５６ａに導入し、発電モードの際に酸化剤ガス導入流路１０８から導かれた酸化剤ガスを第１入口ポート部５６ａに導入する。換言すれば、水電解・発電システム１０は、水電解モードと発電モードとで第１供給流路８２を共有している。

酸化剤ガス導入流路１０８には、第１流路切換弁１３０側から第１供給流路８２への酸化剤ガスの流通を許可し、第１供給流路８２から第１流路切換弁１３０への流体（水）の流通を阻止する逆止弁１３２が設けられている。

希釈流路１１０は、酸化剤ガス流路１０６を流通した酸化剤ガス（希釈ガス）を第１貯留部８６の第２室８６ｂに導く。希釈流路１１０には、第１流路切換弁１３０から第１貯留部８６への酸化剤ガスの流通を許可し、第１貯留部８６から第１流路切換弁１３０への流体の流通を阻止する逆止弁１３４が設けられている。

酸化剤ガス導出流路１１２は、発電モードの際にセル部材１２の第１出口ポート部５６ｂから第１導出流路８４に導出された酸化剤排ガスを第１貯留部８６の第２室８６ｂに導く。

酸化剤ガス導出流路１１２は、第２流路切換弁１３６を介して第１導出流路８４に連結されている。つまり、第１導出流路８４は、第２流路切換弁１３６よりも上流側の上流側導出流路８４ａと、第２流路切換弁１３６よりも下流側の下流側導出流路８４ｂとを含む。第２流路切換弁１３６は、酸化剤ガス導出流路１１２の流通状態と下流側導出流路８４ｂの流通状態とに切り換え可能に形成されている。

第２流路切換弁１３６は、酸化剤ガス導出流路１１２の流通状態で、上流側導出流路８４ａから酸化剤ガス導出流路１１２への流体（酸化剤排ガス）の流通を許可するとともに上流側導出流路８４ａから下流側導出流路８４ｂへの流体（酸化剤排ガス）の流通を阻止する。第２流路切換弁１３６は、下流側導出流路８４ｂの流通状態で、上流側導出流路８４ａから下流側導出流路８４ｂへの流体（ガス含有水）の流通を許可するとともに上流側導出流路８４ａから酸化剤ガス導出流路１１２への流体（ガス含有水）の流通を阻止する。第２流路切換弁１３６としては、例えば、三方弁が好適に用いられる。

酸化剤ガス導出流路１１２には、第１導出流路８４から第１貯留部８６に向かって、加湿器１２４、第１背圧弁１３８及び逆止弁１４０がこの順序で設けられている。つまり、加湿器１２４は、酸化剤ガス導入流路１０８と酸化剤ガス導出流路１１２とに跨るように設けられている。加湿器１２４は、酸化剤ガス導出流路１１２を流通する酸化剤排ガス（生成水を含む）により酸化剤ガス流路１０６を流通する酸化剤ガスを加湿する。第１背圧弁１３８は、酸化剤ガス導出流路１１２を流通する酸化剤排ガスの流量を調節する。第１背圧弁１３８としては、例えば、ダイヤフラム弁が好適に用いられる。逆止弁１４０は、第１背圧弁１３８から第１貯留部８６への酸化剤排ガスの流通を許可し、第１貯留部８６から第１背圧弁１３８への流体の流通を阻止する。

熱交換装置６８は、熱媒体が流通する熱媒体循環流路１４２を備える。熱交換装置６８では、熱媒体として不凍液を用いるのが好ましい。不凍液としては、比熱及び粘度を考慮して、例えば、エチレングリコール５０％の希釈液（クーラント）が好適に用いられる。ただし、熱媒体は、適宜の流体を採用してよい。

熱媒体循環流路１４２には、熱媒体ポンプ１４４、熱媒体ラジエータ１４６、第１熱交換器９６及び第２熱交換器１２２が設けられている。熱媒体ポンプ１４４は、熱媒体循環流路１４２に熱媒体を循環させる。熱媒体ラジエータ１４６は、熱媒体循環流路１４２における熱媒体ポンプ１４４の下流側に位置する。熱媒体ラジエータ１４６は、熱媒体と大気との間で熱交換を行う。熱媒体ラジエータ１４６は、図示しないファンの回転数を調節することにより熱媒体の温度を調節する。

第１熱交換器９６は、熱媒体循環流路１４２における熱媒体ラジエータ１４６よりも下流側に設けられている。第１熱交換器９６は、水導入流路８１を流通する水と熱媒体との間で熱交換を行う。第２熱交換器１２２は、熱媒体循環流路１４２における熱媒体ラジエータ１４６と第１熱交換器９６との間に設けられている。つまり、第２熱交換器１２２は、熱媒体循環流路１４２における第１熱交換器９６よりも上流側に位置する。第２熱交換器１２２は、酸化剤ガス流路１０６を流通する酸化剤ガスと熱媒体との間で熱交換を行う。

図示は省略するが、熱交換装置６８は、熱媒体循環流路１４２内の熱媒体の流量を調節するための熱媒体タンク及び調圧弁等をさらに有する。

第２装置１６は、給排流路１５０、第２供給流路１５４及び水素導出部１５６を備える。給排流路１５０は、低圧水素パイプライン４０２に連通している。第２供給流路１５４は、低圧水素パイプライン４０２から給排流路１５０に導かれた水素ガスをセル部材１２の第２入口ポート部５８ａに導く。

第２供給流路１５４には、給排流路１５０から第２入口ポート部５８ａに向かって、水素ガス供給弁１５８、逆止弁１６０及びエジェクタ１６２がこの順序で設けられている。水素ガス供給弁１５８は、第２供給流路１５４を開放及び閉塞する遮断弁である。逆止弁１６０は、給排流路１５０から第２入口ポート部５８ａへの水素ガスの流通を許可し、第２入口ポート部５８ａから給排流路１５０への流体の流通を阻止する。エジェクタ１６２には、発電モードの際にセル部材１２の第２出口ポート部５８ｂから導出された水素排ガスを第２供給流路１５４に戻すための水素排ガス循環流路１７６が連結されている。エジェクタ１６２は、給排流路１５０から導かれた水素ガスにより水素排ガス循環流路１７６の水素排ガスを吸い込み、水素ガスに混合して下流側に吐出する。

第２供給流路１５４には、エジェクタ１６２を迂回するように設けられた第２バイパス流路１６６が設けられている。第２バイパス流路１６６の一端（上流側の端）は、第２供給流路１５４における逆止弁１６０とエジェクタ１６２との間に連結している。第２バイパス流路１６６の他端は、第２供給流路１５４におけるエジェクタ１６２よりも下流側に連結している。

第２バイパス流路１６６には、インジェクタ１６８が設けられている。つまり、エジェクタ１６２とインジェクタ１６８とは、互いに並列に設けられている。インジェクタ１６８は、第２バイパス流路１６６を流通する水素ガスの流量を調節可能な電磁弁である。

水素導出部１５６は、第２導出流路１７０、第２気液分離器１７２、中間導出流路１７４、水素排ガス循環流路１７６、除湿流路１７８及び貯蔵流路１８０を有する。第２導出流路１７０は、第２出口ポート部５８ｂと第２気液分離器１７２とを互いに接続する。第２導出流路１７０には、水電解モードの際に第２出口ポート部５８ｂから生成水素ガスが導出され、発電モードの際に水素排ガスが導出される。

第２導出流路１７０には、発電モードの際に水素排ガスを第１貯留部８６の第２室８６ｂに導くためのパージ流路１８２が接続されている。パージ流路１８２には、第２導出流路１７０から第１貯留部８６に向かって、パージ弁１８４及び逆止弁１８６がこの順序で設けられている。パージ弁１８４は、パージ流路１８２を開放及び閉塞する開閉弁である。逆止弁１８６は、第２導出流路１７０から第１貯留部８６への水素排ガスの流通を許可し、第１貯留部８６から第２導出流路１７０への流体の流通を阻止する。

第２気液分離器１７２は、第２導出流路１７０から導かれた生成水素ガス及び水素排ガスを気液分離するとともに分離された水を貯留する第２貯留部１８８を有する。第２貯留部１８８内には、第２貯留部１８８内に導入された生成水素ガス及び水素排ガスに渦状の流れを発生させるための図示しないスワールガイドが設けられている。これにより、第２貯留部１８８内に導入された生成水素ガス及び水素排ガスの気液分離が効率的に行われる。

第２貯留部１８８には、第２貯留部１８８内の水量を取得するための第２水位センサＬＳ２（第２水位取得部）が設けられている。第２貯留部１８８の底面には、第２貯留部１８８内の水を排出するためのドレン流路１９０が接続されている。ドレン流路１９０は、パージ流路１８２におけるパージ弁１８４と逆止弁１８６との間に接続されている。ドレン流路１９０には、ドレン流路１９０を開放及び閉塞するドレン弁１９２が設けられている。

第２貯留部１８８の上部には、第２貯留部１８８内で水分が分離された生成水素ガス及び水素排ガスが導出される中間導出流路１７４が接続されている。中間導出流路１７４には、第３流路切換弁１９４を介して水素排ガス循環流路１７６と除湿流路１７８とが接続されている。第３流路切換弁１９４は、水素排ガス循環流路１７６の流通状態と除湿流路１７８の流通状態とに切り換え可能に形成されている。

第３流路切換弁１９４は、水素排ガス循環流路１７６の流通状態で、中間導出流路１７４から水素排ガス循環流路１７６への水素排ガスの流通を許可するとともに中間導出流路１７４から除湿流路１７８への水素排ガスの流通を阻止する。第３流路切換弁１９４は、除湿流路１７８の流通状態で、中間導出流路１７４から除湿流路１７８への生成水素ガスの流通を許可するとともに中間導出流路１７４から水素排ガス循環流路１７６への生成水素ガスの流通を阻止する。第３流路切換弁１９４としては、例えば、三方弁が好適に用いられる。

水素排ガス循環流路１７６は、第３流路切換弁１９４とエジェクタ１６２とを互いに接続する。水素排ガス循環流路１７６には、第３流路切換弁１９４からエジェクタ１６２への水素排ガスの流通を許可するとともにエジェクタ１６２から第３流路切換弁１９４への水素ガスの流通を阻止する逆止弁１９６が設けられている。

除湿流路１７８は、第３流路切換弁１９４と貯蔵流路１８０とを互いに接続する。除湿流路１７８には、除湿冷却部１９８、第１除湿吸着部２００ａ、第２除湿吸着部２００ｂ及び除湿切換部２０２が設けられている。

除湿冷却部１９８は、生成水素ガスの冷却により除湿する。第１除湿吸着部２００ａは、除湿流路１７８における除湿冷却部１９８よりも下流に設けられている。第２除湿吸着部２００ｂは、除湿流路１７８における第１除湿吸着部２００ａよりも下流に設けられている。第１除湿吸着部２００ａ及び第２除湿吸着部２００ｂは、ゼオライト等の吸着剤を有する除湿吸着塔であって、吸着剤の吸着機能を回復させるための図示しないヒータを有する。すなわち、第１除湿吸着部２００ａ及び第２除湿吸着部２００ｂは、生成水素ガスを除湿するとともに除湿機能を回復可能に形成されている。

除湿切換部２０２は、第１除湿吸着部２００ａと第２除湿吸着部２００ｂの生成水素ガスを流す順番が変更されるように生成水素ガスの流通方向を変更する。除湿切換部２０２は、第４流路切換弁２０４、第１切換流路２０６、第１開閉弁２０８、第２切換流路２１０、第２開閉弁２１２を含む。

第４流路切換弁２０４は、除湿流路１７８における除湿冷却部１９８と第１除湿吸着部２００ａとの間に設けられている。除湿流路１７８は、第４流路切換弁２０４よりも上流側の除湿上流流路１７８ａと、第４流路切換弁２０４よりも下流側の除湿下流流路１７８ｂとを含む。第４流路切換弁２０４には、第１切換流路２０６が接続されている。

第４流路切換弁２０４は、除湿下流流路１７８ｂの流通状態と第１切換流路２０６の流通状態とに切り換え可能に形成されている。第４流路切換弁２０４は、除湿下流流路１７８ｂの流通状態で、除湿上流流路１７８ａから除湿下流流路１７８ｂへの生成水素ガスの流通を許可するとともに除湿上流流路１７８ａから第１切換流路２０６への生成水素ガスの流通を阻止する。第４流路切換弁２０４は、第１切換流路２０６の流通状態で、除湿上流流路１７８ａから第１切換流路２０６への生成水素ガスの流通を許可するとともに除湿上流流路１７８ａから除湿下流流路１７８ｂへの生成水素ガスの流通を阻止する。第４流路切換弁２０４としては、例えば、三方弁が好適に用いられる。

第１切換流路２０６は、除湿下流流路１７８ｂにおける第２除湿吸着部２００ｂよりも下流側に接続している。第１開閉弁２０８は、除湿下流流路１７８ｂにおける第１切換流路２０６との接続部よりも下流側に設けられている。第１開閉弁２０８は、除湿下流流路１７８ｂを開放及び閉塞する。第２切換流路２１０の一端は、除湿下流流路１７８ｂにおける第１除湿吸着部２００ａよりも上流側に接続している。第２切換流路２１０の他端は、除湿下流流路１７８ｂにおける第１開閉弁２０８よりも下流側に接続している。第２開閉弁２１２は、第２切換流路２１０を開放及び閉塞する。

貯蔵流路１８０は、除湿流路１７８から導かれた除湿された生成水素ガスを給排流路１５０に導く。貯蔵流路１８０には、除湿流路１７８から給排流路１５０に向かって、メッシュフィルタ２１４及び第２背圧弁２１６がこの順序で設けられている。メッシュフィルタ２１４は、生成水素ガス中の異物を除去する。第２背圧弁２１６は、貯蔵流路１８０を流通する生成水素ガスの流量を調節する。第２背圧弁２１６としては、例えば、ダイヤフラム弁が好適に用いられる。

貯蔵流路１８０のうちメッシュフィルタ１０４及び第２背圧弁２１６よりも上流側には、除湿流路１７８から導かれた生成水素ガスを排気流路９０に排出するためのベント流路２１８が接続されている。ベント流路２１８には、貯蔵流路１８０から排気流路９０に向かって、ベント弁２２０と逆止弁２２２とがこの順序で設けられている。ベント弁２２０は、ベント流路２１８を開放及び閉塞する。逆止弁２２２は、貯蔵流路１８０から排気流路９０への生成水素ガスの流通を許可するとともに排気流路９０から貯蔵流路１８０への流体の流通を阻止する。

冷却装置１８は、発電モードの際にセル部材１２の冷媒流路４８（図３参照）に冷媒を流通させてセル部材１２を冷却するためのものである。冷媒としては、例えば、エチレングリコール水溶液が好適に用いられる。

冷却装置１８は、冷媒供給流路２２４、冷媒導出流路２２６及び冷媒ラジエータ２２８を有する。冷媒供給流路２２４は、冷媒ラジエータ２２８と冷媒入口ポート部６０ａとを互いに接続する。冷媒供給流路２２４には、冷媒ポンプ２３０が設けられている。冷媒ポンプ２３０は、冷媒供給流路２２４の冷媒を冷媒入口ポート部６０ａに向かって吐出する。冷媒導出流路２２６は、冷媒出口ポート部６０ｂと冷媒ラジエータ２２８とを互いに接続する。

冷媒導出流路２２６には、冷媒導出流路２２６を流通する冷媒の流量を調節する第３背圧弁２３２が設けられている。第３背圧弁２３２としては、例えば、ダイヤフラム弁が好適に用いられる。冷媒ラジエータ２２８は、冷媒と大気との間で熱交換を行う。冷媒ラジエータ２２８は、図示しないファンの回転数を調節することにより冷媒の温度を調節する。

図示は省略するが、冷却装置１８は、冷媒供給流路２２４、冷媒導出流路２２６及び冷媒流路４８内の冷媒の流量を調節するための冷媒タンク及び調圧弁等をさらに有する。

水電解・発電システム１０は、ガスメータ２３４（流量取得部）及びシステムＥＣＵ２３６をさらに備える。ガスメータ２３４は、給排流路１５０に設けられている。ガスメータ２３４は、給排流路１５０から低圧水素パイプライン４０２への生成水素ガスの流通量（水素ガスの販売量）と低圧水素パイプライン４０２から給排流路１５０への水素ガスの流通量（水素ガスの購入量）を取得する。

図４に示すように、ガスメータ２３４が取得した情報は、ゲートウェイサーバ２３８に送信される。ゲートウェイサーバ２３８は、タイムスタンプを付与した取引情報（水素ガスの販売量及び水素ガスの購入量）をＶＰＰサーバ２４０（バーチャルパワープラントサーバ）に送信する。システムＥＣＵ２３６は、ゲートウェイサーバ２３８を介してＶＰＰサーバ２４０と通信可能である。ＶＰＰサーバ２４０は、ゲートウェイサーバ２３８を介してシステムＥＣＵ２３６に対して、水電解モードの運転要求、発電モードの運転要求、モード切換の要求、運転停止の要求等を送信する。

システムＥＣＵ２３６は、第１水位センサＬＳ１、第２水位センサＬＳ２、インピーダンス計測部５２、セル電圧計測部５４及び水素センサ９１の取得情報を受信する。また、システムＥＣＵ２３６には、セル部材１２、第１装置１４、第２装置１６及び冷却装置１８に設けられた圧力センサ、温度センサ、比抵抗計、水素センサ、流量計等の各種センサの取得情報を受信する。

システムＥＣＵ２３６は、演算部２４２（処理部）と記憶部２４６とを備える。演算部２４２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサ、すなわち、処理回路によって構成され得る。演算部２４２は、弁制御部２４８、ポンプ制御部２５０、インジェクタ制御部２５２、判定部２５４、カウンタ２５６を有する。演算部２４２の各要素（弁制御部２４８等）は、記憶部２４６に記憶されているプログラムが演算部２４２によって実行されることによって実現され得る。

演算部２４２の各要素（弁制御部２４８等）の少なくとも一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の集積回路によって実現されるようにしてもよい。また、演算部２４２の各要素（弁制御部２４８等）の少なくとも一部は、ディスクリートデバイスを含む電子回路によって構成されるようにしてもよい。

記憶部２４６は、揮発性メモリと不揮発性メモリとによって構成され得る。揮発性メモリとしては、例えば、ＲＡＭ（Random Acces Memory）等が挙げられる。不揮発性メモリとしては、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ等が挙げられる。記憶部２４６の少なくとも一部は、上述したようなプロセッサ、集積回路等に設けられてもよい。

弁制御部２４８は、各種弁の動作を制御する。ポンプ制御部２５０は、各種ポンプ（水ポンプ９４、エアポンプ１１６、熱媒体ポンプ１４４、冷媒ポンプ２３０）の動作を制御する。インジェクタ制御部２５２は、インジェクタ１６８の開弁及び閉弁の制御を行う。カウンタ２５６は、時間を計測する。

次に、水電解・発電システム１０の運転方法について説明する。

まず、水電解・発電システム１０の水電解モードの運転について説明する。水電解・発電システム１０は、ＶＰＰサーバ２４０からゲートウェイサーバ２３８を介してシステムＥＣＵ２３６に水電解モードの運転要求があった場合、水電解モードの運転を行う。

具体的に、図５に示すように、水電解モードの運転では、市水から純水を製造する（ステップＳ１）。つまり、弁制御部２４８は、市水供給弁７２を開く。そうすると、図６に示すように、市水は、水供給流路７０を通り純水製造部７４に導入される。純水製造部７４では、図示しない、活性炭フィルタ、イオン交換樹脂及び中空糸フィルタを流通して純水が製造される。純水製造部７４で製造された純水は、純水調整弁７６を介して第１貯留部８６内に導入される。第１貯留部８６内に供給された純水は、第１貯留部８６内においてセル部材１２の水電解時に使用された水と混合される。

また、弁制御部２４８は、水電解モードの際に、第１貯留部８６内の水位が所定範囲内に維持されるように第１水位センサＬＳ１により取得された水位に基づいて純水調整弁７６を開閉する。具体的に、弁制御部２４８は、第１水位センサＬＳ１により取得された水位が下限レベルまで低下した場合に純水調整弁７６を開いて純水製造部７４から第１貯留部８６内に純水を供給する。そして、弁制御部２４８は、第１水位センサＬＳ１により取得された水位が基準レベルまで上昇した場合に純水調整弁７６を閉じて純水製造部７４から第１貯留部８６内への純水の供給を停止する。さらに、弁制御部２４８は、第１水位センサＬＳ１により取得された水位が上限レベルまで上昇した場合に第１貯留部８６の底面に接続された図示しないドレン流路に設けられたドレン弁を開いて第１貯留部８６内の水を外部に排出する。

なお、システムＥＣＵ２３６は、第１水位センサＬＳ１により取得された水位が異常水位上限レベルまで上昇した場合にフェール停止処理を行う。また、システムＥＣＵ２３６は、第１水位センサＬＳ１により取得された水位が異常水位下限レベルまで低下した場合にフェール停止処理を行う。第１貯留部８６内の水位の下限レベル、基準レベル、上限レベル、異常上限レベル及び異常下限レベルは、予め記憶部２４６に記憶されている。

続いて、弁制御部２４８は、各種弁を水電解モード状態に制御する（図５のステップＳ２）。具体的に、弁制御部２４８は、純水供給弁１００、第１開閉弁２０８及び第２背圧弁２１６を開き、水素ガス供給弁１５８、パージ弁１８４、ドレン弁１９２、第２開閉弁２１２及びベント弁２２０を閉じる。なお、第１背圧弁１３８及び第３背圧弁２３２は、開いていても閉じていても構わない。

また、弁制御部２４８は、流量調節弁１２８を第１バイパス流路１２６に酸化剤ガスが流通するとともに加湿器１２４に酸化剤ガスが流通しない状態に制御する。さらに、弁制御部２４８は、第１流路切換弁１３０を希釈流路１１０の流通状態に制御し、第２流路切換弁１３６を下流側導出流路８４ｂの流通状態に制御し、第３流路切換弁１９４を除湿流路１７８の流通状態に制御し、第４流路切換弁２０４を除湿下流流路１７８ｂの流通状態に制御する。

そして、ポンプ制御部２５０は、各種ポンプを水電解モード状態に制御する（図５のステップＳ３）。すなわち、ポンプ制御部２５０は、水ポンプ９４、熱媒体ポンプ１４４及びエアポンプ１１６を駆動する。なお、ポンプ制御部２５０は、冷媒ポンプ２３０を駆動しないが、外気が高温環境である（例えば、４５℃以上である）場合等には、冷媒ポンプ２３０を駆動してセル部材１２を冷却してもよい。

そうすると、第１貯留部８６内に貯留されている水は、水導入流路８１を通りストレーナ９２により異物を除去された後で水ポンプ９４によって下流側に過給される。水ポンプ９４によって過給された水は、第１熱交換器９６で熱媒体と熱交換が行われることにより所望の温度に調節される。

第１熱交換器９６を流通した水は、イオン交換器１０２を通り純水処理された後で、メッシュフィルタ１０４により異物が除去される。そして、メッシュフィルタ１０４を流通した水（純水）は、第１供給流路８２を介してセル部材１２の第１入口ポート部５６ａに供給される（図５のステップＳ４）。なお、システムＥＣＵ２３６は、水導入流路８１におけるメッシュフィルタ１０４よりも下流側で測定された水（純水）の比抵抗が下限レベルよりも低下した場合にフェール停止処理を行う。

第１入口ポート部５６ａに導入された純水は、セル部材１２の第１流体流路４４を流通して第１電極３０に導かれる。なお、水電解モードの運転では、水素ガス供給弁１５８が閉じているため、セル部材１２の第２入口ポート部５８ａに水素ガスが導入されることはない。

また、酸化剤ガス流路１０６に流入した酸化剤ガスは、エアフィルタ１１４で異物を除去された後で、エアポンプ１１６によって下流側に過給される。過給により昇温された酸化剤ガスは、エアフローメータ１１８を流通してインタークーラ１２０によって冷却された後で、第２熱交換器１２２によって所望の温度に調節される。

第２熱交換器１２２を流通した酸化剤ガスは、第１バイパス流路１２６を通り希釈流路１１０に導かれる。つまり、水電解モードにおいて、酸化剤ガスは、加湿器１２４を流通しない。そのため、水電解モードの際に、加湿器１２４が酸化剤ガスによってドライアップすることを防止できる。これにより、水電解モード運転から発電モード運転に切り替えた際に発電開始直後において、加湿器１２４による酸化剤ガスの加湿量の調整を効率的に行うことができる。希釈流路１１０に導かれた酸化剤ガスは、第１貯留部８６の第２室８６ｂに導入される。

その後、システムＥＣＵ２３６は、水電解を開始する（図５のステップＳ５）。つまり、システムＥＣＵ２３６は、電解電源５０を駆動してセル部材１２に電圧を付与する。そうすると、各セル２０の第１電極３０では、純水が電気分解され、水素イオン、電子及び酸素ガスが生成される。各セル２０の第２電極３２では、第１電極３０から電解質膜２８を透過した水素イオンと第１電極３０から第２電極３２に導かれた電子とが結合して生成水素ガスが製造される。この際、第２電極３２で製造された生成水素ガスの一部は、電解質膜２８を透過して第１流体流路４４に導かれる。

そのため、第１出口ポート部５６ｂには、反応により生成した酸素ガスと、電気分解されなかった未反応の水と、第２電極３２から電解質膜２８を介して第１電極３０に透過した生成水素ガスとを含むガス含有水が導かれる。また、第２出口ポート部５８ｂには、生成水素ガスが導かれる。なお、生成水素ガスは、第２入口ポート部５８ａにも導かれるが、第２供給流路１５４の逆止弁１６０、１９６により封止される。

セル部材１２の第１出口ポート部５６ｂに導かれたガス含有水は、第１導出流路８４を介して第１気液分離器８０に流入する。具体的に、ガス含有水は、第１貯留部８６の第２室８６ｂ側に流入する。また、第１貯留部８６の第２室８６ｂには、希釈流路１１０から酸化剤ガスが導入される。そのため、第２室８６ｂの酸化剤ガスは、第１貯留部８６に貯留されている水の中を介して（仕切壁８８と第１貯留部８６の底面との間を介して）第１室８６ａに流動する。この際、ガス含有水に含まれているガス成分についても第１室８６ａに導かれる。つまり、ガス含有水から分離されたガス成分が第１室８６ａに流入し、ガス含有水から分離された水（液水）が第１貯留部８６内に貯留される。そして、第１室８６ａに流入したガス成分は、酸化剤ガスによって希釈された状態で排気流路９０を介して外部に排気される。

セル部材１２の第２出口ポート部５８ｂに導かれた生成水素ガスは、第２導出流路１７０を介して第２気液分離器１７２に流入する。この際、パージ弁１８４を閉じているため、第２導出流路１７０を流通する生成水素ガスがパージ流路１８２を介して第１気液分離器８０に導かれることはない。

第２気液分離器１７２に導かれた生成水素ガスは、第２貯留部１８８内を渦状に流動して気液分離される。生成水素ガスから分離した水（液水）は、第２貯留部１８８内に貯留される。水が分離された生成水素ガスは、中間導出流路１７４に導かれる。

中間導出流路１７４に導かれた生成水素ガスは、第３流路切換弁１９４を介して除湿流路１７８に流入して除湿される。具体的に、第３流路切換弁１９４から除湿上流流路１７８ａに流入した生成水素ガスは、除湿冷却部１９８により冷却除湿処理される。その後、生成水素ガスは、除湿上流流路１７８ａから第４流路切換弁２０４を介して除湿下流流路１７８ｂに導かれ、第１除湿吸着部２００ａ及び第２除湿吸着部２００ｂをこの順序で流通して貯蔵流路１８０に流入する。この際、生成水素ガスは、第１除湿吸着部２００ａ及び第２除湿吸着部２００ｂによって吸着除湿処理される。この場合、例えば、生成水素ガスの残留水分量を所定値未満に管理しながら、第１除湿吸着部２００ａ及び第２除湿吸着部２００ｂの吸着機能の回復処理（自己再生）を実施することができる。

貯蔵流路１８０に流入した生成水素ガスは、メッシュフィルタ２１４で異物が除去された後で第２背圧弁２１６及び給排流路１５０を介して低圧水素パイプライン４０２に導出される。なお、弁制御部２４８は、第２背圧弁２１６の上流側の近傍での生成水素ガスの圧力が所定の輸送圧力以上になるように第２背圧弁２１６をフィードバック制御する。

この際、ガスメータ２３４は、給排流路１５０から低圧水素パイプライン４０２に導出された生成水素ガスの流通量（生成水素ガスの販売量）を取得してゲートウェイサーバ２３８を介してＶＰＰサーバ２４０に送信する。これにより、水電解・発電システム１０の水電解モードの説明の一連の動作フローが終了する。

上述した水電解モードの運転において、第１熱交換器９６を流通する熱媒体（不凍液）は、熱媒体ラジエータ１４６で外気と直接熱交換される。換言すれば、第１熱交換器９６において、水ポンプ９４によって移送された水は、外気と直接熱交換されない。そのため、外気が氷点下であっても、第１供給流路８２の水が凍結することを抑えることができる。また、本実施形態において、水循環部６４は、セル部材１２とともに防爆換気・保温機能を有する図示しない筐体内に設置されている。これにより、外気温が氷点下であっても過冷却による水の凍結と温調特性の向上とを図ることができる。

ポンプ制御部２５０は、セル部材１２の第１出口ポート部５６ｂから導出されたガス含有水の温度が所定温度範囲になるように熱媒体ポンプ１４４の回転数（熱媒体の循環流量）をフィードバック制御する。これにより、経年劣化に伴いセル部材１２の過電圧が上昇して発熱量が増加しても、セル部材１２の温度を作動温度上限内にすることができる。なお、システムＥＣＵ２３６は、熱媒体ラジエータ１４６の出口の熱媒体温度が予め設定された下限温度（例えば、－２５℃）よりも低下した場合に、熱媒体ポンプ１４４を起動することなくフェール停止処理を行う。また、システムＥＣＵ２３６は、第１熱交換器９６の出口の水温度が凍結予見温度（例えば、１℃）よりも低下した場合にも同様に、フェール停止処理を行う。これは、外気温が低すぎると、熱媒体の流通量を減らしても第１熱交換器９６内で水を凍結させてしまう可能性があるためである。

また、第２熱交換器１２２を流通する熱媒体は、エアポンプ１１６で過給された酸化剤ガスの排熱により温められた状態で下流側の第１熱交換器９６に導かれるため、外気が氷点下である場合であっても、第１熱交換器９６で第１供給流路８２を流通する水が凍結することを効果的に抑えることができる。

ポンプ制御部２５０は、エアフローメータ１１８で取得された酸化剤ガスの供給流量が、第１貯留部８６の排気流路９０への出口近傍の水素ガス濃度が上限値を超えないような希釈流量になるようにエアポンプ１１６の回転数をフィードバック制御する。

エアポンプ１１６は、水電解モードにおいて希釈用のポンプとして機能する。また、後述するように、エアポンプ１１６は、発電モードにおいて酸化剤ガスの供給用のポンプとしても機能する。この場合、エアポンプ１１６は、最大定格発電時同等の希釈流量を確保できるため、水電解モードにおいて、第１気液分離器８０からの排出水素ガス濃度を確実に上限値未満に制御することができる。なお、システムＥＣＵ２３６は、第１気液分離器８０からの排出水素ガス濃度が上限値以上になった場合に水電解モードの運転を停止する。

弁制御部２４８は、第２水位センサＬＳ２により取得された水位が上限レベルまで上昇した場合にドレン弁１９２を開いて第２貯留部１８８内の水を第１貯留部８６の第２室８６ｂ側に排出する。そして、弁制御部２４８は、第２水位センサＬＳ２により取得された水位が下限レベルまで低下した場合にドレン弁１９２を閉じて第２貯留部１８８の排水処理を停止する。

また、システムＥＣＵ２３６は、第２水位センサＬＳ２により取得された水位が異常水位上限レベルまで上昇した場合にフェール停止処理を行う。さらに、システムＥＣＵ２３６は、第２水位センサＬＳ２により取得された水位が異常水位下限レベルまで低下した場合にフェール停止制御を行う。なお、万一第２貯留部１８８内の生成水素ガスの一部が第１貯留部８６の第２室８６ｂに吹き抜けた場合であっても、第１貯留部８６内に流入した生成水素ガスは、酸化剤ガスによって充分に希釈された状態で大気に放出される。第２貯留部１８８内の水位の下限レベル、上限レベル、異常上限レベル及び異常下限レベルは、予め記憶部２４６に記憶されている。

本実施形態では、第１除湿吸着部２００ａと第２除湿吸着部２００ｂの生成水素ガスを流す順番が変更されるように生成水素ガスの流通を切り換える。具体的に、図７に示すように、水電解モードの運転の途中で、弁制御部２４８は、第４流路切換弁２０４を第１切換流路２０６の流通状態に制御し、第１開閉弁２０８を閉じるとともに第２開閉弁２１２を開く。そうすると、除湿上流流路１７８ａから第４流路切換弁２０４に導かれた生成水素ガスは、第１切換流路２０６に導かれ、第２除湿吸着部２００ｂ及び第１除湿吸着部２００ａをこの順序で流通した後、第２切換流路２１０を介して貯蔵流路１８０に流入する。この際、生成水素ガスは、第２除湿吸着部２００ｂ及び第１除湿吸着部２００ａによって吸着除湿処理される。このように第１除湿吸着部２００ａと第２除湿吸着部２００ｂの生成水素ガスを流す順番を入れ替えることにより、除湿吸着部の交換インターバルの延命が図れる。

続いて、水電解・発電システム１０の発電モードについて説明する。水電解・発電システム１０は、ＶＰＰサーバ２４０からゲートウェイサーバ２３８を介してシステムＥＣＵ２３６に発電モードの運転要求があった場合、発電モードの運転を行う。

具体的に、図８に示すように、弁制御部２４８は、各種弁を発電モード状態に制御する（ステップＳ６）。具体的に、図９に示すように、弁制御部２４８は、第１背圧弁１３８、水素ガス供給弁１５８、パージ弁１８４、ドレン弁１９２、第３背圧弁２３２を開き、純水供給弁１００及び第２背圧弁２１６を閉じる。なお、第１開閉弁２０８、第２開閉弁２１２及びベント弁２２０は、開いていても閉じていても構わない。

また、弁制御部２４８は、流量調節弁１２８を加湿器１２４と第１バイパス流路１２６とに酸化剤ガスが流通する状態に制御する。さらに、弁制御部２４８は、第１流路切換弁１３０を酸化剤ガス導入流路１０８の流通状態に制御し、第２流路切換弁１３６を酸化剤ガス導出流路１１２の流通状態に制御し、第３流路切換弁１９４を水素排ガス循環流路１７６の流通状態に制御する。なお、第４流路切換弁２０４は、どのような状態であっても構わない。

そして、ポンプ制御部２５０は、各種ポンプを発電モード状態に制御する（図８のステップＳ７）。すなわち、ポンプ制御部２５０は、エアポンプ１１６、熱媒体ポンプ１４４及び冷媒ポンプ２３０を駆動する。なお、ポンプ制御部２５０は、水ポンプ９４を駆動しない。また、インジェクタ制御部２５２は、予め設定した負荷条件に合わせた開弁時間及び閉弁時間でインジェクタ１６８を駆動する。

そうすると、酸化剤ガス流路１０６に流入した酸化剤ガスは、エアフィルタ１１４で異物を除去された後で、エアポンプ１１６によって下流側に過給される。過給により昇温された酸化剤ガスは、エアフローメータ１１８を流通してインタークーラ１２０によって冷却された後で、第２熱交換器１２２によって所望の温度に調節される。

第２熱交換器１２２を流通した酸化剤ガスは、流量調節弁１２８で加湿器１２４側と第１バイパス流路１２６とに分かれて流通し、加湿器１２４よりも下流側で合流した後、第１流路切換弁１３０、酸化剤ガス導入流路１０８及び第１供給流路８２を介してセル部材１２の第１入口ポート部５６ａに導入される（図８のステップＳ８）。

また、水素ステーション４００から低圧水素パイプライン４０２を介して給排流路１５０に供給された水素ガスは、水素ガス供給弁１５８及び第２供給流路１５４に導入される。そして、第２供給流路１５４が低圧水素パイプライン４０２の輸送圧相当になるまで保圧され、これにより逆止弁１６０が開放される。この際、ガスメータ２３４は、低圧水素パイプライン４０２から給排流路１５０に供給された水素ガスの流通量（水素ガスの購入量）を取得してゲートウェイサーバ２３８を介してＶＰＰサーバ２４０に送信する。

第２供給流路１５４の逆止弁１６０よりも下流側に導かれた水素ガスは、エジェクタ１６２とインジェクタ１６８とに導かれ、インジェクタ１６８から吐出された水素ガスとエジェクタ１６２から導出された水素ガスとは、互いに混合されて第２入口ポート部５８ａに導入される（図８のステップＳ９）。

セル部材１２では、第１入口ポート部５６ａに導入された酸化剤ガスが第１流体流路４４に供給され、第２入口ポート部５８ａに導入された水素ガスが第２流体流路４６に供給される。そして、各ＭＥＡ２２では、第１電極３０に供給された酸化剤ガスと第２電極３２に供給された水素ガスとが、第１電極触媒層３４及び第２電極触媒層３８内で電気化学反応により消費されて発電が開始される（図８のステップＳ１０）。この際、第１電極３０には、生成水が発生する。また、生成水の一部は、第１電極３０からＭＥＡ２２を介して第２電極３２に拡散する。

第１電極３０側の酸化剤排ガス（生成水を含む）は、第１出口ポート部５６ｂに導出される。第１出口ポート部５６ｂに導出された酸化剤排ガスは、上流側導出流路８４ａ及び第２流路切換弁１３６を介して酸化剤ガス導出流路１１２に導かれる。酸化剤ガス導出流路１１２に導かれた酸化剤排ガスは、加湿器１２４を流通する際に酸化剤ガス流路１０６を流通する酸化剤ガスを加湿した後、第１背圧弁１３８を流通して第１貯留部８６の第２室８６ｂに流入する。

第２電極３２側の水素排ガス（未反応の水素ガスと生成水を含む）は、第２出口ポート部５８ｂに導出される。第２出口ポート部５８ｂに導出された水素排ガスは、第２導出流路１７０を流通してパージ流路１８２と第２気液分離器１７２とに導かれる。パージ流路１８２に導かれた水素排ガスは、逆止弁１８６を通り第１貯留部８６の第２室８６ｂに流入する。第２室８６ｂに流入した水素排ガスは、酸化剤ガス導出流路１１２から第２室８６ｂに流入した酸化剤排ガスに希釈されるとともに仕切壁８８と第１貯留部８６の底面との間（水の中）を介して第１室８６ａに導かれて排気流路９０から外部に排出される。これにより、発電モードの運転時に水電解・発電システム１０から排出される水素ガス濃度を所定値以下に管理することができる。

第２気液分離器１７２の第２貯留部１８８に流入した水素排ガスは、渦状に流動することで気液分離される。第２貯留部１８８内で水分が分離された水素排ガスは、中間導出流路１７４、第３流路切換弁１９４及び水素排ガス循環流路１７６を介してエジェクタ１６２に吸引されることにより、セル部材１２の発電に再利用される。これにより、水素排ガス中の生成水による水素ガスの自己加湿が行われる。また、発電モードの運転において、セル部材１２の単位発電量に対する水素ガスの使用量を少なくすることができる。

冷媒ポンプ２３０により移送された冷媒は、冷媒供給流路２２４からセル部材１２の冷媒入口ポート部６０ａに導入される。冷媒入口ポート部６０ａに導入された冷媒は、冷媒流路４８を流通してセル部材１２を冷却した後で冷媒出口ポート部６０ｂに導出される。冷媒出口ポート部６０ｂに導出された冷媒は、冷媒導出流路２２６を介して冷媒ラジエータ２２８に導かれて大気との間で熱交換（冷却）された後で冷媒供給流路２２４に戻される。これにより、水電解・発電システム１０の発電モードの説明の一連の動作フローが終了する。

上述した発電モードの運転において、システムＥＣＵ２３６は、インタークーラ１２０の出口の酸化剤ガスの温度が所定温度範囲になるようにインタークーラ１２０の図示しないファンの回転数をフィードバック制御する。また、第２熱交換器１２２を流通する熱媒体（不凍液）は、熱媒体ラジエータ１４６で外気と直接熱交換される。換言すれば、第２熱交換器１２２において、エアポンプ１１６によって過給された酸化剤ガスは、外気と直接熱交換されない。そのため、外気が氷点下であっても、熱媒体循環流路１４２を流通する熱媒体の流量を減らすことで、酸化剤ガスの過冷却と温調特性の向上とを図ることができる。また、ポンプ制御部２５０は、第２熱交換器１２２の出口から導出された酸化剤ガスの温度が所定範囲になるように熱媒体ポンプ１４４の回転数（熱媒体の循環流量）をフィードバック制御する。

また、システムＥＣＵ２３６は、水素センサ９１が取得した水素濃度、セル部材１２の出力要求値、インピーダンス計測部５２が取得したセル部材１２の直流抵抗値からセル部材１２内の含水量を算出する。そして、ポンプ制御部２５０は、算出されたセル部材１２内の含水量が所定範囲になり且つエアフローメータ１１８で取得された酸化剤ガスの流量が目標負荷の設定ストイキ以上の流量となるようにエアポンプ１１６の回転数をフィードバック制御する。

さらに、弁制御部２４８は、セル部材１２がドライアップ（電解質膜２８の乾燥による抵抗上昇）しないように、流量調節弁１２８の開度（加湿器１２４を流通する酸化剤ガスと第１バイパス流路１２６を流通する酸化剤ガスの流量比）を制御する。

また、弁制御部２４８は、セル部材１２の第１入口ポート部５６ａの手前の酸化剤ガスの圧力が所定範囲になるように第１背圧弁１３８をフィードバック制御する。

さらに、インジェクタ制御部２５２は、セル部材１２の目標負荷と、第２供給流路１５４における第２入口ポート部５８ａの手前の水素ガスの圧力と、第２供給流路１５４における第２入口ポート部５８ａの手前の水素ガスの温度とから所望のストイキ設定値になるような開弁時間及び閉弁時間（開弁間隔）でインジェクタ１６８を制御する。インジェクタ１６８は、水素ガスをパルス流でセル部材１２の第２入口ポート部５８ａに導入させる。そのため、セル部材１２の第２流体流路４６内の排水に必要な差圧を定常流よりも少ないガス流路で確保することができる。ただし、水素排ガス循環流路１７６に水素排ガスを循環させるためのポンプを設けておき、このポンプによって第２流体流路４６の排水をアシストしてもよい。

また、弁制御部２４８は、第２水位センサＬＳ２により取得された水位が上限レベルまで上昇した場合にドレン弁１９２を開いて第２貯留部１８８内の水を第１貯留部８６の第２室８６ｂ側に排出する。そして、弁制御部２４８は、第２水位センサＬＳ２により取得された水位が下限レベルまで低下した場合にドレン弁１９２を閉じて第２貯留部１８８の排水処理を停止する。また、システムＥＣＵ２３６は、第２水位センサＬＳ２により取得された水位が異常水位上限レベルまで上昇した場合にフェール停止処理を行う。さらに、システムＥＣＵ２３６は、第２水位センサＬＳ２により取得された水位が異常水位下限レベルまで低下した場合にフェール停止制御を行う。

発電モードの運転において、セル部材１２の特定のセル電圧バラツキの偏差が閾値を超えた場合には、第２流体流路４６内での滞留水閉塞と第１流体流路４４から電解質膜２８を透過した空気由来の窒素ガスによる第２電極３２の水素欠乏の可能性がある。なお、セル電圧バラツキの偏差とは、全てのセル２０の平均セル電圧から最も低いセル電圧を減算したものである。この場合、弁制御部２４８は、パージ弁１８４を間欠的に開いて、第２流体流路４６のパージを行う。これにより、発電安定性の回復を図ることができる。この際、インジェクタ制御部２５２及び弁制御部２４８は、第２供給流路１５４の第２入口ポート部５８ａの手前の水素ガスの圧力が予め設定した負荷条件の第２入口ポート部５８ａの作動圧の変動許容偏差幅に収まるような開弁時間及び閉弁時間（開弁間隔）でインジェクタ１６８及びパージ弁１８４をフィードバック制御する。

次に、水電解・発電システム１０の運転方法において、水電解モードから発電モードへの切り換え処理について説明する。

図１０に示すように、ＶＰＰサーバ２４０からゲートウェイサーバ２３８を介してシステムＥＣＵ２３６に水電解モードから発電モードへの切り換え要求があると、水電解停止工程が行われる（ステップＳ１１）。水電解停止工程では、システムＥＣＵ２３６は、電解電源５０によるセル部材１２への電圧の付与を停止する。

その後、第１供給流路８２及びセル部材１２の第１流体流路４４の滞留水を除去するパージ工程が行われる（ステップＳ１２）。

具体的に、パージ工程では、弁制御部２４８は、各種弁を第１切換モードに制御する（図１１のステップＳ１３）。すなわち、図１２に示すように、弁制御部２４８は、純水供給弁１００及び水素ガス供給弁１５８を閉じ、第１背圧弁１３８を全開し、第２背圧弁２１６を全閉する。また、弁制御部２４８は、流量調節弁１２８を第１バイパス流路１２６に酸化剤ガスが流通するとともに加湿器１２４に酸化剤ガスが流通しない状態に制御する。さらに、弁制御部２４８は、第１流路切換弁１３０を酸化剤ガス導入流路１０８の流通状態に制御し、第２流路切換弁１３６を酸化剤ガス導出流路１１２の流通状態に制御する。

そして、ポンプ制御部２５０は、各種ポンプを第１切換モードに制御する（図１１のステップＳ１４）。つまり、ポンプ制御部２５０は、エアポンプ１１６を最大定格流量で駆動する。なお、ポンプ制御部２５０は、水ポンプ９４及び冷媒ポンプ２３０を起動しない。

そうすると、酸化剤ガス流路１０６に流入した酸化剤ガスは、エアフィルタ１１４で異物が除去された後で、エアポンプ１１６によって下流側に過給される。過給により昇温された酸化剤ガスは、エアフローメータ１１８を流通してインタークーラ１２０によって冷却された後で、第２熱交換器１２２によって所望の温度に調節される。

第２熱交換器１２２を流通した酸化剤ガスは、流量調節弁１２８から加湿器１２４を迂回するように第１バイパス流路１２６を通り、第１流路切換弁１３０、酸化剤ガス導入流路１０８及び第１供給流路８２を介してセル部材１２の第１入口ポート部５６ａに導入される。この際、酸化剤ガス導入流路１０８の一部と第１供給流路８２の一部に残留している水（滞留水）を下流側に押し流すことができる。

第１入口ポート部５６ａに導入された酸化剤ガスは、第１流体流路４４の滞留水を押し流しながら第１出口ポート部５６ｂに流れる。この際、酸化剤ガスは、水電解モードの際に水没していた第１ガス拡散層３６（図３参照）を乾燥させる。これにより、第１ガス拡散層３６の揮発性を回復させることができる。第１出口ポート部５６ｂから上流側導出流路８４ａに導出された滞留水を含む酸化剤ガスは、第２流路切換弁１３６、酸化剤ガス流路１０６を介して第１貯留部８６に導かれる。

また、図１１において、エアポンプ１１６を最大定格運転で起動時に、システムＥＣＵ２３６は、カウンタ２５６を起動する（ステップＳ１５）。そして、判定部２５４は、エアフローメータ１１８が取得した酸化剤ガスの流量（酸化剤ガス流量の測定値）が所望の定格流量範囲に達したか否かを判定する（ステップＳ１６）。酸化剤ガス流量の測定値が所望の定格流量範囲に達していない場合（ステップＳ１６：ＮＯ）、ポンプ制御部２５０は、エアポンプ１１６の回転数を増加させる（ステップＳ１７）。その後、再び、ステップＳ１６の処理を行う。

酸化剤ガス流量の測定値が所望の定格流量範囲に達した場合（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、判定部２５４は、カウンタ２５６の計測時間ｔが所定時間ｔ１に達したか否かを判定する（ステップＳ１８）。カウンタ２５６の計測時間ｔが所定時間ｔ１に達していない場合は、ステップＳ１８の処理を再度行う。なお、所定時間ｔ１とは、例えば、１０秒程度の時間を設定するのが好ましい。

カウンタ２５６の計測時間ｔが所定時間ｔ１に達すると（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、インピーダンス計測部５２によるセル部材１２の直流抵抗成分の計測を開始する（ステップＳ１９）。そして、判定部２５４は、インピーダンス計測部５２によって計測された直流抵抗成分（直流抵抗成分の計測値、セル部材１２の含水量）が所定の範囲になったか否かを判定する（ステップＳ２０）。換言すれば、判定部２５４は、直流抵抗成分の計測値を用いてセル部材１２の含水量が所定の範囲になったか否かを判定する。直流抵抗成分の計測値が所定の範囲になっていない場合には、ステップＳ２０の処理を繰り返し行う。

直流抵抗成分の測定値が所定の範囲になると（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、パージ工程を終了し、発電準備工程が行われる（ステップＳ２１）。

発電準備工程では、図１３に示すように、ポンプ制御部２５０は、低負荷条件（発電モードの際の負荷要求値よりも低い負荷条件）でエアポンプ１１６を駆動する（ステップＳ２２）。換言すれば、ポンプ制御部２５０は、エアポンプ１１６の回転数を低下させる。

続いて、弁制御部２４８は、流量調節弁１２８を加湿器１２４と第１バイパス流路１２６とに酸化剤ガスが流通する状態に制御する。これにより、加湿器１２４を流通した酸化剤ガスがセル部材１２に導かれる（ステップＳ２３）。また、弁制御部２４８は、水素ガス供給弁１５８を開く（ステップＳ２４）。これにより、低圧水素パイプライン４０２から給排流路１５０に流入した水素ガスがセル部材１２に導かれる。さらに、インジェクタ制御部２５２は、低負荷条件でインジェクタ１６８を駆動する（ステップＳ２５）。これにより、セル部材１２の各セル２０は、低負荷条件で発電する。

その後、判定部２５４は、発電開始条件を満たしたか否かを判定する（ステップＳ２６）。具体的に、判定部２５４は、セル電圧計測部５４が計測した各セル２０のセル電圧（セル電圧測定値）が所定値以上に到達し、且つセル電圧バラツキの偏差が所定の偏差内になっているか否かを判定する。セル電圧測定値が所定値以上に到達し、且つセル電圧バラツキの偏差が所定の偏差内になっていない場合（ステップＳ２６：ＮＯ）には、ステップＳ２６の処理を繰り返し行う。

セル電圧測定値が所定値以上に到達し、且つセル電圧バラツキの偏差が所定の偏差内になった場合（ステップＳ２６：ＹＥＳ）、システムＥＣＵ２３６は、所定の負荷要求値に基づいてセル部材１２を発電させる発電開始工程を行う（図１０のステップＳ２７）。この際、システムＥＣＵ２３６は、セル部材１２への負荷電流の印加を所定の発電条件になるように傾斜制御（一定の割合で増量）する。また、システムＥＣＵ２３６は、セル部材１２への水素ガスの供給量及び負荷電流を、系統電力の補填に必要な負荷要求値に基づいて決定する。

水電解モードから発電モードへの切り換え時のパージ工程において、インピーダンスの計測は、１ｋＨｚ～１０ｋＨｚの間で設定し、ＡＣインピーダンスの正弦波の重畳電流は±２Ａ程度で行われる。これにより、セル部材１２の含水量を所定の範囲に管理できるため、確実にドライアップ（電解質膜２８の乾燥による抵抗上昇）を防止することができる。特に、第１入口ポート部５６ａの近傍の電解質膜２８が局所乾燥すると、発電開始時にセル電極面内の反応分布が発生して発電が不安定になり易く、乾燥部分の発熱により電解質膜２８の劣化が加速する可能性がある。しかしながら、セル部材１２の含水量を管理することにより、電解質膜２８の局所乾燥による電解質膜２８の劣化を防止することができるとともに発電の安定化を図ることができる。

次に、水電解・発電システム１０の運転方法において、発電モードから水電解モードへの切り換え処理について説明する。

図１４Ａに示すように、ＶＰＰサーバ２４０からゲートウェイサーバ２３８を介してシステムＥＣＵ２３６に発電モードから水電解モードへの切り換え要求があると、発電停止工程が行われる（ステップＳ３０）。具体的に、図１４Ｂにおいて、発電停止工程では、システムＥＣＵ２３６は、ＯＣＶ条件に切り換える（ステップＳ３１）。具体的に、システムＥＣＵ２３６は、セル部材１２に供給する水素ガス及び酸化剤ガスの流量と負荷電流をＯＣＶ条件になるように傾斜制御（一定の割合で減少）させる。

そして、ＯＣＶ条件になったら、インジェクタ制御部２５２は、インジェクタ１６８の駆動を停止し（ステップＳ３２）、ポンプ制御部２５０は、エアポンプ１１６の駆動を停止する（ステップＳ３３）。これにより、セル部材１２への水素ガス及び酸化剤ガスの供給が停止される。

その後、水電解準備工程が行われる（図１４ＡのステップＳ３４）。水電解準備工程では、弁制御部２４８は、各種弁を第２切換モードに制御する（ステップＳ３５）。具体的に、図６に示すように、弁制御部２４８は、純水供給弁１００を開き、水素ガス供給弁１５８及びパージ弁１８４を閉じる。また、弁制御部２４８は、流量調節弁１２８を第１バイパス流路１２６の流通状態に制御し、第１流路切換弁１３０を希釈流路１１０の流通状態に制御し、第２流路切換弁１３６を下流側導出流路８４ｂの流通状態に制御し、第３流路切換弁１９４を除湿流路１７８の流通状態に制御する。

そして、図１５において、ポンプ制御部２５０は、水ポンプ９４を定格流量で駆動する（ステップＳ３６）。そうすると、第１貯留部８６内の水は、第１供給流路８２を介してセル部材１２に供給される。セル部材１２から導出された水は、第１導出流路８４を流通して第１貯留部８６に戻される。

水ポンプ９４を駆動すると、第１供給流路８２、セル部材１２の第１流体流路４４及び第１導出流路８４にエア噛み（空気の混入）が無いか否かを判定する。すなわち、システムＥＣＵ２３６は、純水調整弁７６の閉時間ｔ２（開弁間隔）を計測する（ステップＳ３７）。そして、判定部２５４は、純水調整弁７６の閉時間ｔ２が所定時間ｔ０以上であるか否かを判定する（ステップＳ３８）。純水調整弁７６の閉時間ｔ２が所定時間ｔ０に達していない場合（ステップＳ３８：ＮＯ）には、ステップＳ３７の処理を再び行う。すなわち、第１水位センサＬＳ１で取得された水位が下限レベルよりも低い場合には、純水調整弁７６が開くため、ステップＳ３７の処理を再び行う。

純水調整弁７６の閉時間ｔ２が所定時間ｔ０以上になった場合（ステップＳ３８：ＹＥＳ）、システムＥＣＵ２３６は、第１水位センサＬＳ１が取得した第１貯留部８６内の水位に基づいて第１貯留部８６内の単位時間当たりの水位変動量ΔＭを算出する（ステップＳ３９）。換言すれば、第１水位センサＬＳ１で取得された水位が基準レベルに到達して純水調整弁７６が閉じてから所定時間ｔ０が経過した場合にステップＳ３９が行われる。続いて、判定部２５４は、算出された水位変動量ΔＭが所定の水位変動量ΔＭ０以内であるか否かを判定する（ステップＳ４０）。算出された水位変動量ΔＭが所定の水位変動量ΔＭ０よりも大きい場合、ステップＳ３９以降の処理を再び行う。

算出された水位変動量ΔＭが所定の水位変動量ΔＭ０以内である場合、システムＥＣＵ２３６は、第１供給流路８２、セル部材１２の第１流体流路４４及び第１導出流路８４が水（純水）で置換されたと判定し、水電解開始工程を行う（図１４ＡのステップＳ４１）。つまり、システムＥＣＵ２３６は、電解電源５０を駆動してセル部材１２に電圧を付与する。

本実施形態は、以下の効果を奏する。

水電解・発電システム１０は、第１流体流路４４に連通する第１入口ポート部５６ａに接続された第１供給流路８２と、第１流体流路４４に連通する第１出口ポート部５６ｂに接続されて水電解モードの際に生成水素ガスを含むガス含有水が導出される第１導出流路８４と、水を第１供給流路８２に導入する水導入流路８１と、酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流路１０６と、酸化剤ガス流路１０６を流通する酸化剤ガスを第１供給流路８２に導入する酸化剤ガス導入流路１０８と、第１導出流路８４から導かれたガス含有水を気液分離する第１気液分離器８０と、酸化剤ガス流路１０６を流通する酸化剤ガスを希釈ガスとして第１気液分離器８０に導く希釈流路１１０と、を備える。

このような構成によれば、水電解モードの際に、水導入流路８１から第１供給流路８２を介して第１入口ポート部５６ａに水を供給し、発電モードの際に、酸化剤ガス流路１０６から酸化剤ガス導入流路１０８及び第１供給流路８２を介して第１入口ポート部５６ａに酸化剤ガスを供給することができる。すなわち、第１供給流路８２は、水供給用の流路と酸化剤ガス供給用の流路との両方を兼ねている。これにより、水供給用の流路と酸化剤ガス供給用の流路とのそれぞれをセル部材１２に接続する場合と比較して、コンパクトな構成になる。

また、水電解モードの際に酸化剤ガス流路１０６を流通する酸化剤ガスを第１気液分離器８０の希釈ガスとしても利用することができる。これにより、セル部材１２に酸化剤ガスを供給するためのデバイスと第１気液分離器８０に希釈ガスを供給するためのデバイスとを別々に設けた場合と比較して、コンパクトな構成になる。よって、簡単な構成で小型化及び製造コストの低廉化を図ることができる。

水電解・発電システム１０は、酸化剤ガス流路１０６から酸化剤ガス導入流路１０８への酸化剤ガスへの流通を許可するとともに酸化剤ガス流路１０６から希釈流路１１０への酸化剤ガスの流通を阻止する状態（酸化剤ガス導入流路１０８の流通状態）と、酸化剤ガス流路１０６から酸化剤ガス導入流路１０８への酸化剤ガスの流通を阻止するとともに酸化剤ガス流路１０６から希釈流路１１０への酸化剤ガスの流通を許可する状態（希釈流路１１０の流通状態）とに切り換え可能な第１流路切換弁１３０を備える。

このような構成によれば、水電解モードの際に第１流路切換弁１３０を希釈流路１１０の流通状態にすることにより、酸化剤ガスを第１気液分離器８０に導入し、発電モードの際に第１流路切換弁１３０を酸化剤ガス導入流路１０８の流通状態にすることにより、酸化剤ガスをセル部材１２に導入することができる。

酸化剤ガス流路１０６には、エアポンプ１１６が１つのみ設けられ、エアポンプ１１６から吐出された酸化剤ガスは、水電解モードの際に希釈流路１１０を介して第１気液分離器８０に導かれ、発電モードの際に酸化剤ガス導入流路１０８及び第１供給流路８２を介してセル部材１２の第１流体流路４４に導かれる。

このような構成によれば、発電に用いられる酸化剤ガスと希釈に用いられる酸化剤ガスとを１つのエアポンプ１１６により供給することができるため、デバイスの共有化によるコスト削減を図ることができる。

水電解・発電システム１０は、熱媒体が流通する熱媒体循環流路１４２と、熱媒体循環流路１４２に熱媒体を循環させるための熱媒体ポンプ１４４と、を備える。熱媒体循環流路１４２には、水導入流路８１を流通する水と熱媒体との間で熱交換を行う第１熱交換器９６と、酸化剤ガス流路１０６を流通する酸化剤ガスと熱媒体との間で熱交換を行う第２熱交換器１２２と、が設けられている。

このような構成によれば、第１熱交換器９６で水導入流路８１を流通する水と熱媒体とが熱交換される（第１熱交換器９６で水導入流路８１を流通する水が外気と直接熱交換されない）ため、外気が氷点下である場合でも水導入流路８１の水の凍結を抑えることができる。また、熱媒体循環流路１４２には、第２熱交換器１２２で酸化剤ガスから受熱する熱媒体が循環するため、水導入流路８１の水の凍結を一層抑えることができる。

熱媒体循環流路１４２には、熱媒体を冷却するための熱媒体ラジエータ１４６が設けられ、熱媒体ラジエータ１４６から導出された熱媒体は、第２熱交換器１２２及び第１熱交換器９６をこの順序で流通した後で熱媒体ラジエータ１４６に戻される。

このような構成によれば、酸化剤ガス流路１０６を流通する酸化剤ガスを第２熱交換器１２２で効率的に冷却することができる。また、外気が氷点下である場合には、第２熱交換器１２２で酸化剤ガスから受熱した熱媒体が熱媒体ラジエータ１４６に導かれる前に第１熱交換器９６に流通するため、水導入流路８１の水の凍結をより一層抑えることができる。

酸化剤ガス流路１０６における第２熱交換器１２２よりも下流側には、酸化剤ガスを加湿するための加湿器１２４が設けられ、加湿器１２４では、発電モードの際に、第１出口ポート部５６ｂから導出された酸化剤排ガスにより酸化剤ガスが加湿される。

このような構成によれば、第２熱交換器１２２で温度調節された（冷却された）酸化剤ガスが加湿器１２４に導かれる。そのため、発電モードの際にセル部材１２によって昇温された酸化剤排ガスが加湿器１２４を流通しても、セル部材１２に導入される酸化剤ガスの温度及び湿度が過度に上昇することを抑えることができる。

酸化剤ガス流路１０６には、加湿器１２４の上流側と加湿器１２４の下流側とに連結して加湿器１２４を迂回する第１バイパス流路１２６と、加湿器１２４に導かれる酸化剤ガスの流量と第１バイパス流路１２６に導かれる酸化剤ガスの流量との比率を調節可能な流量調節弁１２８と、が設けられている。

このような構成によれば、水電解モードから発電モードに切り換える際に、第１バイパス流路１２６を流通した、乾燥した酸化剤ガスをセル部材１２に導入することができるため、セル部材１２の第１流体流路４４の滞留水の排水処理（パージ処理）を効率的に行うことができる。

水電解・発電システム１０は、第２流体流路４６に水素ガスを供給する第２供給流路１５４と、水電解モードの際に第２流体流路４６から生成水素ガスが導出され且つ発電モードの際に第２流体流路４６から水素排ガスが導出される第２導出流路１７０と、第２導出流路１７０から導かれた生成水素ガス及び水素排ガスを気液分離する第２気液分離器１７２と、第２気液分離器１７２で気液分離された水素排ガスを第２供給流路１５４に導く水素排ガス循環流路１７６と、第２気液分離器１７２で気液分離された生成水素ガスを水素貯蔵部４１０に導くための貯蔵流路１８０と、を備える。水電解・発電システム１０は、水電解モードと発電モードとで、第２導出流路１７０と第２気液分離器１７２とを共有する。

このような構成によれば、水電解モードと発電モードとで第２導出流路１７０と第２気液分離器１７２とを共有するため、水電解モード用の導出流路及び気液分離器と電解モード用の導出流路及び気液分離器を別々に設ける必要がない。そのため、簡単な構成で小型化及び製造コストの低廉化を図ることができる。

水電解・発電システム１０は、第２気液分離器１７２を流通した生成水素ガス及び水素排ガスが導出される中間導出流路１７４と、中間導出流路１７４を流通する生成水素ガスを除湿して貯蔵流路１８０に導く除湿流路１７８と、水電解モードの際に中間導出流路１７４から水素排ガス循環流路１７６への水素排ガスの流通を許可するとともに中間導出流路１７４から除湿流路１７８への水素排ガスの流通を阻止する状態（除湿流路１７８の流通状態）と、発電モードの際に中間導出流路１７４から除湿流路１７８への生成水素ガスの流通を許可するとともに中間導出流路１７４から水素排ガス循環流路１７６への生成水素ガスの流通を阻止する状態（水素排ガス循環流路１７６の流通状態）と、に切り換え可能な第２流路切換弁１３６と、を備える。

このような構成によれば、水電解モードの際に第２流路切換弁１３６を除湿流路１７８の流通状態にすることにより、第２気液分離器１７２から中間導出流路１７４に導出された生成水素ガスを、除湿流路１７８及び貯蔵流路１８０を介して水素貯蔵部４１０に導くことができる。また、発電モードの際に第２流路切換弁１３６を水素排ガス循環流路１７６の流通状態にすることにより、第２気液分離器１７２から中間導出流路１７４に導出された水素排ガスを、水素排ガス循環流路１７６及び第２供給流路１５４を介してセル部材１２に導入することができる。

除湿流路１７８には、生成水素ガスを除湿するとともに除湿機能を回復可能に形成された第１除湿吸着部２００ａ及び第２除湿吸着部２００ｂと、第１除湿吸着部２００ａ及び第２除湿吸着部２００ｂの生成水素ガスを流す順番が変更されるように生成水素ガスの流通方向を切り換える除湿切換部２０２と、が設けられている。

このような構成によれば、水電解モードの際に第１除湿吸着部２００ａ及び第２除湿吸着部２００ｂを自己再生することができるため、第１除湿吸着部２００ａ及び第２除湿吸着部２００ｂの交換インターバルを長くすることができる。

水電解・発電システム１０は、貯蔵流路１８０の生成水素ガスを水素貯蔵部４１０に導出し、水素貯蔵部４１０の水素ガスを第２供給流路１５４に導入するための給排流路１５０を備え、給排流路１５０には、水素貯蔵部４１０から給排流路１５０への水素ガスの流通量と給排流路１５０から水素貯蔵部４１０への生成水素ガスの流通量とを取得するガスメータ２３４が設けられている。

このような構成によれば、ガスメータ２３４の取得した情報により、水素ガスの導入量及び生成水素ガスの導出量を簡単に管理することができる。

水電解・発電システム１０の運転方法は、水電解モードから発電モードに切り換える際に、セル部材１２による水電解を停止する水電解停止工程と、水電解停止工程の後で、酸化剤ガス流路１０６から酸化剤ガス導入流路１０８、第１供給流路８２及び第１入口ポート部５６ａを介して第１流体流路４４に酸化剤ガスを供給するパージ工程と、パージ工程の後で、所定の負荷要求値に基づいてセル部材１２を発電させる発電開始工程と、を含む。

このような方法によれば、パージ工程により、水電解モードの際に第１供給流路８２とセル部材１２の第１流体流路４４に存在していた水（滞留水）を酸化剤ガスによって第１気液分離器８０に排水することができる。これにより、水電解モードから発電モードへの切り換えを円滑及び確実に行うことができる。また、第１供給流路８２の一部を水供給用の流路とパージ用の流路として利用しているため、水電解・発電システム１０の小型化及び製造コストの低廉化を図ることができる。

パージ工程では、第１流体流路４４を流通する酸化剤ガスによって第１電極３０を乾燥させる。

このような方法によれば、発電開始工程でセル部材１２による発電を円滑に開始することができる。

酸化剤ガス流路１０６には、酸化剤ガスを加湿するための加湿器１２４と、加湿器１２４を迂回するように酸化剤ガス流路１０６における加湿器１２４の上流側と下流側とに接続された第１バイパス流路１２６と、が設けられている。パージ工程では、酸化剤ガスを加湿器１２４に流通させることなく第１バイパス流路１２６に流通させる。

このような方法によれば、パージ工程の際に第１電極３０を効率的に乾燥させることができる。

セル部材１２は、セル２０を複数有し、パージ工程と発電開始工程の間に設けられて、負荷要求値よりも低い低負荷条件でセル部材１２を発電させるとともに各セル２０のセル電圧を取得する発電準備工程を含み、発電開始工程は、発電準備工程で取得した各セル電圧が所定値以上に到達した場合に実施される。

このような方法によれば、発電開始工程で各セル２０を確実に発電させることができる。

発電準備工程では、複数のセル２０のセル電圧の偏差が所定範囲内であるか否かを判定し、発電開始工程は、発電準備工程でセル電圧の偏差が所定範囲内である場合に実施される。

このような方法によれば、発電開始工程で各セル２０をバランスよく発電させることができる。

水電解・発電システム１０の運転方法は、発電モードから水電解モードに切り換える際に、セル部材１２の発電を停止する発電停止工程と、第１気液分離器８０内の水位が所定範囲内にある場合にセル部材１２の水電解を開始する水電解開始工程と、を含む。

このような方法によれば、第１気液分離器８０内の水位が下限レベル以上である場合に水電解を開始するため、水電解開始工程の際にセル部材１２に供給される水に空気が混入することを抑えることができる。これにより、発電モードから水電解モードへの切り換えを円滑に行うことができる。

水電解開始工程では、第１気液分離器８０内の単位時間当たりの水位変動量ΔＭが所定の水位変動量ΔＭ０以下である場合にセル部材１２の水電解を開始する。

このような方法によれば、水電解開始工程の際にセル部材１２に供給される水に空気が混入することを一層抑えることができる。

水電解・発電システム１０の除湿吸着部の数は、２つに限定されず、３つ以上であってもよい。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能である。

以上の実施形態をまとめると、以下のようになる。

上記実施形態は、電解質膜（２８）を第１電極（３０）と第２電極（３２）とで挟持したＭＥＡ（２２）と、前記第１電極に水及び酸化剤ガスを供給するための第１流体流路（４４）と、前記第２電極に水素ガスを供給するための第２流体流路（４６）とを有するセル部材（１２）を備え、前記第１電極に供給された前記水を電気分解して前記第２電極に生成水素ガスを発生させる水電解モードと、前記第１電極に供給された前記酸化剤ガスと前記第２電極に供給された前記水素ガスとの電気化学反応により発電する発電モードとに切り換え可能な水電解・発電システム（１０）であって、前記第１流体流路に連通する入口ポート部（５６ａ）に接続された供給流路（８２）と、前記第１流体流路に連通する出口ポート部（５６ｂ）に接続されて前記水電解モードの際に前記生成水素ガスを含むガス含有水が導出される導出流路（８４）と、前記水を前記供給流路に導入する水導入流路（８１）と、前記酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流路（１０６）と、前記酸化剤ガス流路を流通する前記酸化剤ガスを前記供給流路に導入する酸化剤ガス導入流路（１０８）と、前記導出流路から導かれた前記ガス含有水を気液分離する気液分離器（８０）と、前記酸化剤ガス流路を流通する前記酸化剤ガスを希釈ガスとして前記気液分離器に導く希釈流路（１１０）と、を備える、水電解・発電システムを開示している。

上記の水電解・発電システムにおいて、前記酸化剤ガス流路から前記酸化剤ガス導入流路への前記酸化剤ガスへの流通を許可するとともに前記酸化剤ガス流路から前記希釈流路への前記酸化剤ガスの流通を阻止する状態と、前記酸化剤ガス流路から前記酸化剤ガス導入流路への前記酸化剤ガスの流通を阻止するとともに前記酸化剤ガス流路から前記希釈流路への前記酸化剤ガスの流通を許可する状態とに切り換え可能な流路切換弁（１３０）を備えてもよい。

上記の水電解・発電システムにおいて、前記酸化剤ガス流路には、エアポンプ（１１６）が１つのみ設けられ、前記エアポンプから吐出された前記酸化剤ガスは、前記水電解モードの際に前記希釈流路を介して前記気液分離器に導かれ、前記発電モードの際に前記酸化剤ガス導入流路及び前記供給流路を介して前記セル部材の前記第１流体流路に導かれてもよい。

上記の水電解・発電システムにおいて、熱媒体が流通する熱媒体循環流路（１４２）と、前記熱媒体循環流路に前記熱媒体を循環させるための熱媒体ポンプ（１４４）と、を備え、前記熱媒体循環流路には、前記水導入流路を流通する前記水と前記熱媒体との間で熱交換を行う第１熱交換器（９６）と、前記酸化剤ガス流路を流通する前記酸化剤ガスと前記熱媒体との間で熱交換を行う第２熱交換器（１２２）と、が設けられてもよい。

上記の水電解・発電システムにおいて、前記熱媒体循環流路には、前記熱媒体を冷却するための熱媒体ラジエータ（１４６）が設けられ、前記熱媒体ラジエータから導出された前記熱媒体は、前記第２熱交換器及び前記第１熱交換器をこの順序で流通した後で前記熱媒体ラジエータに戻されてもよい。

上記の水電解・発電システムにおいて、前記酸化剤ガス流路における前記第２熱交換器よりも下流側には、前記酸化剤ガスを加湿するための加湿器（１２４）が設けられ、前記加湿器では、前記発電モードの際に、前記出口ポート部から導出された酸化剤排ガスにより前記酸化剤ガスが加湿されてもよい。

上記の水電解・発電システムにおいて、前記酸化剤ガス流路には、前記加湿器の上流側と前記加湿器の下流側とに連結して前記加湿器を迂回するバイパス流路（１２６）と、前記加湿器に導かれる前記酸化剤ガスの流量と前記バイパス流路に導かれる酸化剤ガスの流量との比率を調節可能な流量調節弁（１２８）と、が設けられてもよい。

上記実施形態は、電解質膜を第１電極と第２電極とで挟持したＭＥＡと、前記第１電極に水及び酸化剤ガスを供給するための第１流体流路と、前記第２電極に水素ガスを供給するための第２流体流路とを有するセル部材を備え、前記第１電極に供給された前記水を電気分解して前記第２電極に生成水素ガスを発生させる水電解モードと、前記第１電極に供給された前記酸化剤ガスと前記第２電極に供給された前記水素ガスとの電気化学反応により発電する発電モードとに切り換え可能な水電解・発電システムであって、前記第２流体流路に前記水素ガスを供給する供給流路（１５４）と、前記水電解モードの際に前記第２流体流路から前記生成水素ガスが導出され且つ前記発電モードの際に前記第２流体流路から水素排ガスが導出される導出流路（１７０）と、前記導出流路から導かれた前記生成水素ガス及び前記水素排ガスを気液分離する気液分離器（１７２）と、前記気液分離器で気液分離された前記水素排ガスを前記供給流路に導く循環流路（１７６）と、前記気液分離器で気液分離された前記生成水素ガスを水素貯蔵部（４１０）に導くための貯蔵流路（１８０）と、を備え、前記水電解モードと前記発電モードとで、前記導出流路及び前記気液分離器を共有する、水電解・発電システムを開示している。

上記の水電解・発電システムにおいて、前記気液分離器を流通した前記生成水素ガス及び前記水素排ガスが導出される中間導出流路（１７４）と、前記中間導出流路を流通する前記生成水素ガスを除湿して前記貯蔵流路に導く除湿流路（１７８）と、前記水電解モードの際に前記中間導出流路から前記循環流路への前記水素排ガスの流通を許可するとともに前記中間導出流路から前記除湿流路への前記水素排ガスの流通を阻止する状態と、前記発電モードの際に前記中間導出流路から前記除湿流路への前記生成水素ガスの流通を許可するとともに前記中間導出流路から前記循環流路への前記生成水素ガスの流通を阻止する状態と、に切り換え可能な流路切換弁（１９４）と、を備えてもよい。

上記の水電解・発電システムにおいて、前記除湿流路には、前記生成水素ガスを除湿するとともに除湿機能を回復可能に形成された複数の除湿吸着部（２００ａ、２００ｂ）と、前記複数の除湿吸着部の前記生成水素ガスを流す順番が変更されるように前記生成水素ガスの流通方向を切り換える除湿切換部（２０２）と、が設けられてもよい。

上記の水電解・発電システムにおいて、前記貯蔵流路の前記生成水素ガスを前記水素貯蔵部に導出し、前記水素貯蔵部の前記水素ガスを前記供給流路に導入するための給排流路（１５０）を備え、前記給排流路には、前記水素貯蔵部から前記給排流路への前記水素ガスの流通量と前記給排流路から前記水素貯蔵部への前記生成水素ガスの流通量とを取得する流量取得部（２３４）が設けられてもよい。

上記実施形態は、電解質膜を第１電極と第２電極とで挟持したＭＥＡと、前記第１電極に水及び酸化剤ガスを供給するための第１流体流路と、前記第２電極に水素ガスを供給するための第２流体流路とを有するセルを含むセル部材を備え、前記第１電極に供給された水を電気分解して前記第２電極に生成水素ガスを発生させる水電解モードと、前記第１電極に供給された酸化剤ガスと前記第２電極に供給された水素ガスとの電気化学反応により発電する発電モードとに切り換え可能な水電解・発電システムの運転方法であって、前記水電解・発電システムは、前記第１流体流路に連通する入口ポート部に接続された供給流路と、前記第１流体流路に連通する出口ポート部に接続されて前記水電解モードの際に前記生成水素ガスを含むガス含有水が導出される導出流路と、前記水を前記供給流路に導入する水導入流路と、前記酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流路と、前記酸化剤ガス流路を流通する前記酸化剤ガスを前記供給流路に導入する酸化剤ガス導入流路と、前記導出流路から導かれた前記ガス含有水を気液分離する気液分離器と、を備え、前記水電解・発電システムの運転方法は、前記水電解モードから前記発電モードに切り換える際に、前記セル部材による水電解を停止する水電解停止工程と、前記水電解停止工程の後で、前記酸化剤ガス流路から前記酸化剤ガス導入流路、前記供給流路、前記入口ポート部、前記第１流体流路、前記出口ポート部及び前記導出流路を介して前記気液分離器に流通させるパージ工程と、前記パージ工程の後で、所定の負荷要求値に基づいて前記セル部材を発電させる発電開始工程と、を含む、水電解・発電システムの運転方法を開示している。

上記の水電解・発電システムの運転方法において、前記パージ工程では、前記第１流体流路を流通する前記酸化剤ガスによって前記第１電極を乾燥させてもよい。

上記の水電解・発電システムの運転方法において、前記酸化剤ガス流路には、前記酸化剤ガスを加湿するための加湿器と、前記加湿器を迂回するように前記酸化剤ガス流路における前記加湿器の上流側と下流側とに接続されたバイパス流路と、が設けられ、前記パージ工程では、前記酸化剤ガスを前記加湿器に流通させることなく前記バイパス流路に流通させてもよい。

上記の水電解・発電システムの運転方法において、前記セル部材は、前記セルを複数有し、前記パージ工程と前記発電開始工程の間に設けられて、前記負荷要求値よりも低い低負荷条件で前記セル部材を発電させるとともに各前記セルのセル電圧を取得する発電準備工程を含み、前記発電開始工程は、前記発電準備工程で取得した各前記セル電圧が所定値以上に到達した場合に実施されてもよい。

上記の水電解・発電システムの運転方法において、前記発電準備工程では、複数の前記セルの前記セル電圧の偏差が所定範囲内であるか否かを判定し、前記発電開始工程は、前記発電準備工程で前記セル電圧の偏差が前記所定範囲内である場合に実施されてもよい。

上記実施形態は、電解質膜を第１電極と第２電極とで挟持したＭＥＡと、前記第１電極に水及び酸化剤ガスを供給するための第１流体流路と、前記第２電極に水素ガスを供給するための第２流体流路とを有するセル部材を備え、前記第１電極に供給された水を電気分解して前記第２電極に生成水素ガスを発生させる水電解モードと、前記第１電極に供給された酸化剤ガスと前記第２電極に供給された水素ガスとの電気化学反応により発電する発電モードとに切り換え可能な水電解・発電システムの運転方法であって、前記水電解・発電システムは、前記第１流体流路に連通する入口ポート部に前記水を供給するための水導入流路と、前記第１流体流路に連通する出口ポート部に接続されて前記水電解モードの際に前記生成水素ガスを含むガス含有水が導出される導出流路と、前記水を貯留可能に形成されるとともに前記水導入流路が接続されて前記導出流路から導かれた前記ガス含有水を気液分離する気液分離器と、を備え、前記水電解・発電システムの運転方法は、前記発電モードから前記水電解モードに切り換える際に、前記セル部材の発電を停止する発電停止工程と、前記気液分離器内の水位が下限レベル以上である場合に前記セル部材による水電解を開始する水電解開始工程と、を含む、水電解・発電システムの運転方法を開示している。

上記の水電解・発電システムの運転方法において、前記水電解開始工程は、前記気液分離器内の単位時間当たりの水位変動量が所定の水位変動量以下である場合に前記セル部材の水電解を開始してもよい。

１０…水電解・発電システム １２…セル部材
２２…ＭＥＡ ２８…電解質膜
３０…第１電極 ３２…第２電極
４４…第１流体流路 ４６…第２流体流路
５６ａ…第１入口ポート部 ５６ｂ…第１出口ポート部
５８ａ…第２入口ポート部 ５８ｂ…第２出口ポート部
８０…第１気液分離器 ８１…水導入流路
８２…第１供給流路 ８４…第１導出流路
９６…第１熱交換器 １０６…酸化剤ガス流路
１０８…酸化剤ガス導入流路 １１６…エアポンプ
１１０…希釈流路 １２２…第２熱交換器
１２４…加湿器 １２６…第１バイパス流路
１２８…流量調節弁 １３０…第１流路切換弁
１４２…熱媒体循環流路 １４４…熱媒体ポンプ
１４６…熱媒体ラジエータ １５０…給排流路
１５４…第２供給流路 １７０…第２導出流路
１７２…第２気液分離器 １７４…中間導出流路
１７６…水素排ガス循環流路 １７８…除湿流路
１８０…貯蔵流路 １９４…第３流路切換弁
２００ａ…第１除湿吸着部 ２００ｂ…第２除湿吸着部
２０２…除湿切換部 ２３４…ガスメータ（流量取得部）
４１０…水素貯蔵部

Claims (7)

1. 電解質膜を第１電極と第２電極とで挟持したＭＥＡと、前記第１電極に水及び酸化剤ガスを供給するための第１流体流路と、前記第２電極に水素ガスを供給するための第２流体流路とを有するセル部材を備え、
   前記第１電極に供給された前記水を電気分解して前記第２電極に生成水素ガスを発生させる水電解モードと、前記第１電極に供給された前記酸化剤ガスと前記第２電極に供給された前記水素ガスとの電気化学反応により発電する発電モードとに切り換え可能な水電解・発電システムであって、
   前記第１流体流路に連通する入口ポート部に接続された供給流路と、
   前記第１流体流路に連通する出口ポート部に接続されて前記水電解モードの際に前記生成水素ガスを含むガス含有水が導出される導出流路と、
   前記水を前記供給流路に導入する水導入流路と、
   前記酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流路と、
   前記酸化剤ガス流路を流通する前記酸化剤ガスを前記供給流路に導入する酸化剤ガス導入流路と、
   前記導出流路から導かれた前記ガス含有水を気液分離する気液分離器と、
   前記酸化剤ガス流路を流通する前記酸化剤ガスを希釈ガスとして前記気液分離器に導く希釈流路と、を備える、水電解・発電システム。
2. 請求項１記載の水電解・発電システムであって、
   前記酸化剤ガス流路から前記酸化剤ガス導入流路への前記酸化剤ガスへの流通を許可するとともに前記酸化剤ガス流路から前記希釈流路への前記酸化剤ガスの流通を阻止する状態と、前記酸化剤ガス流路から前記酸化剤ガス導入流路への前記酸化剤ガスの流通を阻止するとともに前記酸化剤ガス流路から前記希釈流路への前記酸化剤ガスの流通を許可する状態とに切り換え可能な流路切換弁を備える、水電解・発電システム。
3. 請求項１又は２に記載の水電解・発電システムであって、
   前記酸化剤ガス流路には、エアポンプが１つのみ設けられ、
   前記エアポンプから吐出された前記酸化剤ガスは、
   前記水電解モードの際に前記希釈流路を介して前記気液分離器に導かれ、
   前記発電モードの際に前記酸化剤ガス導入流路及び前記供給流路を介して前記セル部材の前記第１流体流路に導かれる、水電解・発電システム。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の水電解・発電システムであって、
   熱媒体が流通する熱媒体循環流路と、
   前記熱媒体循環流路に前記熱媒体を循環させるための熱媒体ポンプと、を備え、
   前記熱媒体循環流路には、
   前記水導入流路を流通する前記水と前記熱媒体との間で熱交換を行う第１熱交換器と、
   前記酸化剤ガス流路を流通する前記酸化剤ガスと前記熱媒体との間で熱交換を行う第２熱交換器と、が設けられている、水電解・発電システム。
5. 請求項４記載の水電解・発電システムであって、
   前記熱媒体循環流路には、前記熱媒体を冷却するための熱媒体ラジエータが設けられ、
   前記熱媒体ラジエータから導出された前記熱媒体は、前記第２熱交換器及び前記第１熱交換器をこの順序で流通した後で前記熱媒体ラジエータに戻される、水電解・発電システム。
6. 請求項４又は５に記載の水電解・発電システムであって、
   前記酸化剤ガス流路における前記第２熱交換器よりも下流側には、前記酸化剤ガスを加湿するための加湿器が設けられ、
   前記加湿器では、前記発電モードの際に、前記出口ポート部から導出された酸化剤排ガスにより前記酸化剤ガスが加湿される、水電解・発電システム。
7. 請求項６記載の水電解・発電システムであって、
   前記酸化剤ガス流路には、前記加湿器の上流側と前記加湿器の下流側とに連結して前記加湿器を迂回するバイパス流路と、
   前記加湿器に導かれる前記酸化剤ガスの流量と前記バイパス流路に導かれる酸化剤ガスの流量との比率を調節可能な流量調節弁と、が設けられている、水電解・発電システム。

Images