JP7257467B2 - 水電解システム及び水電解システムの制御方法 - Google Patents
水電解システム及び水電解システムの制御方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7257467B2 JP7257467B2 JP2021139102A JP2021139102A JP7257467B2 JP 7257467 B2 JP7257467 B2 JP 7257467B2 JP 2021139102 A JP2021139102 A JP 2021139102A JP 2021139102 A JP2021139102 A JP 2021139102A JP 7257467 B2 JP7257467 B2 JP 7257467B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cathode
- aqueous solution
- anode
- concentration
- water electrolysis
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
- C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B15/00—Operating or servicing cells
- C25B15/02—Process control or regulation
- C25B15/023—Measuring, analysing or testing during electrolytic production
- C25B15/025—Measuring, analysing or testing during electrolytic production of electrolyte parameters
- C25B15/029—Concentration
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B15/00—Operating or servicing cells
- C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/05—Pressure cells
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
- C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
- C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
- C25B9/23—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms comprising ion-exchange membranes in or on which electrode material is embedded
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Description
本発明は、水電解システム及び水電解システムの制御方法に関する。
従来、例えば、水酸化物イオン（ＯＨ－）を選択的に伝導させるアニオン交換膜による電解質膜と、アノード及びカソードの電極とによって形成される電解質膜・電極構造体を備える水電解装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような水電解装置は、所定のイオン濃度に調整された水酸化物イオンを含む水溶液がカソードに供給されることによって水を電気分解する。
また、従来、例えば、溶液のｐＨを測定するｐＨメータによってイオン濃度を調整する装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
また、従来、例えば、溶液のｐＨを測定するｐＨメータによってイオン濃度を調整する装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
ところで、上記した水電解装置の定常運転時には、起動時等に設定された所定のイオン濃度の水溶液がカソードに供給されることによって、水の電気分解を適正に継続することができる。しかしながら、水電解装置の運転状態が変化すると、アノードに移動する水酸化物イオンの量及びアノードで生成される水分量等が変化する。例えば、カソードの水溶液のイオン濃度が増大すると、電解質膜・電極構造体及び配管等の各種構成部品の腐食が生じて、商品性が悪化するおそれがある。
本発明は、電極に供給される水溶液のイオン濃度を適正に調整することによって、水の電気分解の効率低下及び各種構成部品の腐食による異常の発生を抑制することができる水電解システム及び水電解システムの制御方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係る水電解システム（例えば、実施形態での水電解システム１０）は、電解質膜（例えば、実施形態での固体高分子電解質膜５１）と、前記電解質膜の厚さ方向の両側に設けられるアノード（例えば、実施形態でのアノード５３）及びカソード（例えば、実施形態でのカソード５５）とを有し、前記アノードと前記カソードとの間に電圧が印加されることによって、前記カソードに供給される水溶液（例えば、実施形態でのＫＯＨ水溶液）の水を電気分解するとともに前記カソードでの前記水溶液の圧力よりも高い圧力の酸素を前記アノードに生成する水電解セル（例えば、実施形態での水電解セル４１）と、前記アノードと前記カソードとの間に前記電圧を印加する電源（例えば、実施形態での電源５７）と、前記カソードに所定濃度の水酸化物イオンを含む前記水溶液を供給する水溶液供給源（例えば、実施形態での水供給部１１及びＫＯＨタンク１２）と、前記電圧と前記アノード及び前記カソードの電流と前記水溶液の前記水酸化物イオンの濃度との所定の対応関係の情報に基づいて取得する前記水溶液の前記水酸化物イオンの濃度が所定基準濃度よりも高い場合に、前記カソードへの前記水溶液の供給量を規制しつつ前記電圧を増大させるように変更する制御装置（例えば、実施形態での制御装置１７）と、を備える。
（１）本発明の一態様に係る水電解システム（例えば、実施形態での水電解システム１０）は、電解質膜（例えば、実施形態での固体高分子電解質膜５１）と、前記電解質膜の厚さ方向の両側に設けられるアノード（例えば、実施形態でのアノード５３）及びカソード（例えば、実施形態でのカソード５５）とを有し、前記アノードと前記カソードとの間に電圧が印加されることによって、前記カソードに供給される水溶液（例えば、実施形態でのＫＯＨ水溶液）の水を電気分解するとともに前記カソードでの前記水溶液の圧力よりも高い圧力の酸素を前記アノードに生成する水電解セル（例えば、実施形態での水電解セル４１）と、前記アノードと前記カソードとの間に前記電圧を印加する電源（例えば、実施形態での電源５７）と、前記カソードに所定濃度の水酸化物イオンを含む前記水溶液を供給する水溶液供給源（例えば、実施形態での水供給部１１及びＫＯＨタンク１２）と、前記電圧と前記アノード及び前記カソードの電流と前記水溶液の前記水酸化物イオンの濃度との所定の対応関係の情報に基づいて取得する前記水溶液の前記水酸化物イオンの濃度が所定基準濃度よりも高い場合に、前記カソードへの前記水溶液の供給量を規制しつつ前記電圧を増大させるように変更する制御装置（例えば、実施形態での制御装置１７）と、を備える。
（２）本発明の一態様に係る水電解システム（例えば、実施形態での水電解システム１０）は、電解質膜（例えば、実施形態での固体高分子電解質膜５１）と、前記電解質膜の厚さ方向の両側に設けられるアノード（例えば、実施形態でのアノード５３）及びカソード（例えば、実施形態でのカソード５５）とを有し、前記アノードと前記カソードとの間に電圧が印加されることによって、前記カソードに供給される水溶液（例えば、実施形態でのＫＯＨ水溶液）の水を電気分解するとともに前記カソードでの前記水溶液の圧力よりも高い圧力の酸素を前記アノードに生成する水電解セル（例えば、実施形態での水電解セル４１）と、前記アノードと前記カソードとの間に前記電圧を印加する電源（例えば、実施形態での電源５７）と、前記カソードに所定濃度の水酸化物イオンを含む前記水溶液を供給する水溶液供給源（例えば、実施形態での水供給部１１及びＫＯＨタンク１２）と、前記アノードから排出される酸素の流路で前記酸素の流量を規制する流量規制部（例えば、実施形態でのバルブ２６ａ）と、前記電圧と前記アノード及び前記カソードの電流と前記水溶液の前記水酸化物イオンの濃度との所定の対応関係の情報に基づいて取得する前記水溶液の前記水酸化物イオンの濃度が所定基準濃度よりも高い場合に、前記流量規制部によって前記アノードから排出される前記酸素の流量を規制する制御装置（例えば、実施形態での制御装置１７）と、を備える。
（３）上記（１）又は（２）に記載の水電解システムでは、前記制御装置は、前記水電解セルの所定の運転モードに対応して前記水溶液の前記水酸化物イオンの濃度を設定した後に、前記水電解セルの状態変化に対応して前記水溶液の前記水酸化物イオンの濃度を変更してもよい。
（４）本発明の一態様に係る水電解システムの制御方法は、電解質膜（例えば、実施形態での固体高分子電解質膜５１）と、前記電解質膜の厚さ方向の両側に設けられるアノード（例えば、実施形態でのアノード５３）及びカソード（例えば、実施形態でのカソード５５）とを有し、前記アノードと前記カソードとの間に電圧が印加されることによって、前記カソードに供給される水溶液（例えば、実施形態でのＫＯＨ水溶液）の水を電気分解するとともに前記カソードでの前記水溶液の圧力よりも高い圧力の酸素を前記アノードに生成する水電解セル（例えば、実施形態での水電解セル４１）と、前記アノードと前記カソードとの間に前記電圧を印加する電源（例えば、実施形態での電源５７）と、前記カソードに所定濃度の水酸化物イオンを含む前記水溶液を供給する水溶液供給源（例えば、実施形態での水供給部１１及びＫＯＨタンク１２）と、前記アノードから排出される酸素の流路で前記酸素の流量を規制する流量規制部（例えば、実施形態でのバルブ２６ａ）と、電子機器（例えば、実施形態での制御装置１７）と、を備える水電解システムの前記電子機器が実行する制御方法であって、前記電子機器が、前記電圧と前記アノード及び前記カソードの電流と前記水溶液の前記水酸化物イオンの濃度との所定の対応関係の情報に基づいて、前記電圧及び前記電流の各々の取得値（例えば、実施形態での電流検出値及び電圧検出値）に対応する前記水溶液の前記水酸化物イオンの濃度を取得する取得ステップ（例えば、実施形態でのステップＳ０５）と、前記取得ステップで取得した前記水溶液の前記水酸化物イオンの濃度が、前記電圧及び前記電流の所定の組み合わせに対応する所定基準濃度範囲よりも高い場合に前記カソードへの前記水溶液の供給量を規制しつつ前記電圧を増大させ、又は、前記アノードから排出される酸素の流量を低減させ、又は、前記流量規制部により前記アノードの酸素の圧力を増大させ、前記取得ステップで取得した前記水溶液の前記水酸化物イオンの濃度が前記所定基準濃度範囲よりも低い場合に前記アノードから排出される酸素の流量を増大させるように、前記水電解システムの運転状態を変更する変更ステップ（例えば、実施形態でのステップＳ０６からステップＳ０９）と、を含む。
上記（１）によれば、カソードでの水酸化物イオンの濃度が所定基準濃度よりも高い場合に、カソードへの水溶液の供給量を規制しつつ水電解セルの電圧を増大させる制御装置を備えることにより、カソードでの水酸化物イオンの濃度を適正に調整することができる。制御装置は、水電解セルに供給される水溶液のイオン濃度を適正に調整することによって、水の電気分解の効率低下及び各種構成部品の腐食による異常の発生を抑制することができる。
制御装置は、水電解システムの運転条件を変更することによってカソードでの水酸化物イオンの濃度を調整するので、例えばカソードに供給される水溶液の濃度を、運転状態に合わせて水電解セルの上流に位置する濃度調整装置により濃度調整を行う場合に比べて、より迅速に濃度調整を行うことができる。
制御装置は、水電解セルの電圧及び電流に基づいてカソードでの水酸化物イオンの濃度を取得することができ、例えば水位センサ及びｐＨセンサ等のイオン濃度を測定するための追加的なセンサを必要とせず、システム構成に要する費用が嵩むことを抑制することができる。水電解セルの電圧及び電流に応じた水酸化物イオンの濃度は、カソードの至近での濃度を精度良く示すことができるので、濃度調整の信頼性及び精度を向上させることができる。
制御装置は、水電解セルの電圧及び電流に基づいてカソードでの水酸化物イオンの濃度を取得することができ、例えば水位センサ及びｐＨセンサ等のイオン濃度を測定するための追加的なセンサを必要とせず、システム構成に要する費用が嵩むことを抑制することができる。水電解セルの電圧及び電流に応じた水酸化物イオンの濃度は、カソードの至近での濃度を精度良く示すことができるので、濃度調整の信頼性及び精度を向上させることができる。
上記（２）によれば、カソードでの水酸化物イオンの濃度が所定基準濃度よりも高い場合に、流量規制部によってアノードから排出される酸素の流量を規制する制御装置を備えることにより、カソードでの水酸化物イオンの濃度を適正に調整することができる。制御装置は、水電解セルに供給される水溶液のイオン濃度を適正に調整することによって、水の電気分解の効率低下及び各種構成部品の腐食による異常の発生を抑制することができる。
制御装置は、水電解システムの運転条件を変更することによってカソードでの水酸化物イオンの濃度を調整するので、例えばカソードに供給される水溶液の濃度を、運転状態に合わせて水電解セルの上流に位置する濃度調整装置により濃度調整を行う場合に比べて、より迅速に濃度調整を行うことができる。
制御装置は、水電解セルの電圧及び電流に基づいてカソードでの水酸化物イオンの濃度を取得することができ、例えば水位センサ及びｐＨセンサ等のイオン濃度を測定するための追加的なセンサを必要とせず、システム構成に要する費用が嵩むことを抑制することができる。水電解セルの電圧及び電流に応じた水酸化物イオンの濃度は、カソードの至近での濃度を精度良く示すことができるので、濃度調整の信頼性及び精度を向上させることができる。
制御装置は、水電解セルの電圧及び電流に基づいてカソードでの水酸化物イオンの濃度を取得することができ、例えば水位センサ及びｐＨセンサ等のイオン濃度を測定するための追加的なセンサを必要とせず、システム構成に要する費用が嵩むことを抑制することができる。水電解セルの電圧及び電流に応じた水酸化物イオンの濃度は、カソードの至近での濃度を精度良く示すことができるので、濃度調整の信頼性及び精度を向上させることができる。
上記（３）の場合、例えば定常出力運転等の所定の運転モードから水電解セルの状態変化が生じる場合であっても、水電解セルの状態変化に対応して水酸化物イオンの濃度を適正に変更及び安定させることができる。
上記（４）によれば、カソードでの水酸化物イオンの濃度が所定基準濃度範囲内ではない場合に、水電解システムの運転状態を変更することにより、カソードでの水酸化物イオンの濃度を適正に調整することができる。水電解セルに供給される水溶液のイオン濃度を適正に調整することによって、水の電気分解の効率低下及び各種構成部品の腐食による異常の発生を抑制することができる。
水電解セルの電圧及び電流に基づいてカソードでの水酸化物イオンの濃度を取得することができ、例えば水位センサ及びｐＨセンサ等のイオン濃度を測定するための追加的なセンサを必要とせず、システム構成に要する費用が嵩むことを抑制することができる。水電解セルの電圧及び電流に応じた水酸化物イオンの濃度は、カソードの至近での濃度を精度良く示すことができるので、濃度調整の信頼性及び精度を向上させることができる。
水電解セルの電圧及び電流に基づいてカソードでの水酸化物イオンの濃度を取得することができ、例えば水位センサ及びｐＨセンサ等のイオン濃度を測定するための追加的なセンサを必要とせず、システム構成に要する費用が嵩むことを抑制することができる。水電解セルの電圧及び電流に応じた水酸化物イオンの濃度は、カソードの至近での濃度を精度良く示すことができるので、濃度調整の信頼性及び精度を向上させることができる。
以下、本発明の実施形態の水電解システム及び水電解システムの制御方法について、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、実施形態の水電解システム１０の構成を模式的に示す図である。
図１に示すように、実施形態の水電解システム１０は、例えば、水供給部１１と、ＫＯＨタンク１２と、気液分離器１３と、水素タンク１４と、酸素タンク１５と、水電解装置１６と、制御装置１７とを備える。
図１は、実施形態の水電解システム１０の構成を模式的に示す図である。
図１に示すように、実施形態の水電解システム１０は、例えば、水供給部１１と、ＫＯＨタンク１２と、気液分離器１３と、水素タンク１４と、酸素タンク１５と、水電解装置１６と、制御装置１７とを備える。
水供給部１１は、水供給流路２１によって気液分離器１３に接続されている。水供給部１１は、例えば、水道水等から純水を生成する純水生成器及び気液分離器１３に水を送るポンプ等を備える。水供給部１１は、水供給流路２１に設けられるバルブ２１ａ等を介して、気液分離器１３に水を供給する。
ＫＯＨタンク１２は、ＫＯＨ供給流路２２によって気液分離器１３に接続されている。ＫＯＨタンク１２は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）の水溶液を貯蔵する。ＫＯＨタンク１２は、ＫＯＨ供給流路２２に設けられるバルブ２２ａ等を介して、気液分離器１３に水酸化カリウム（ＫＯＨ）の水溶液を供給する。
ＫＯＨタンク１２は、ＫＯＨ供給流路２２によって気液分離器１３に接続されている。ＫＯＨタンク１２は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）の水溶液を貯蔵する。ＫＯＨタンク１２は、ＫＯＨ供給流路２２に設けられるバルブ２２ａ等を介して、気液分離器１３に水酸化カリウム（ＫＯＨ）の水溶液を供給する。
気液分離器１３は、供給流路２３及び排出流路２４によって水電解装置１６に接続されるとともに、水素供給流路２５によって水素タンク１４に接続されている。
気液分離器１３は、水電解装置１６から供給口１３ａに通じる排出流路２４を介して供給される水素及び未反応水を含む流体を気体成分と液体成分とに分離する。気体成分は、例えば、水素及び水蒸気を含む。液体成分は、例えば、水及び水酸化カリウム（ＫＯＨ）の水溶液を含む。
気液分離器１３は、気液分離によって得られる水及び水酸化カリウム（ＫＯＨ）の水溶液を、水供給部１１及びＫＯＨタンク１２から供給される水及び水酸化カリウム（ＫＯＨ）の水溶液とともに、液体排出口１３ｂに通じる供給流路２３に設けられるポンプ２３ａ等を介して水電解装置１６に供給する。
気液分離器１３は、気液分離によって得られる気体成分の水素及び水蒸気を、例えば気体排出口１３ｃに通じる水素供給流路２５に設けられる水蒸気分離器に供給することによって分離させる。気液分離器１３は、気体成分から分離された水素を、水素供給流路２５に設けられるバルブ２５ａ等を介して水素タンク１４に供給する。
気液分離器１３は、水電解装置１６から供給口１３ａに通じる排出流路２４を介して供給される水素及び未反応水を含む流体を気体成分と液体成分とに分離する。気体成分は、例えば、水素及び水蒸気を含む。液体成分は、例えば、水及び水酸化カリウム（ＫＯＨ）の水溶液を含む。
気液分離器１３は、気液分離によって得られる水及び水酸化カリウム（ＫＯＨ）の水溶液を、水供給部１１及びＫＯＨタンク１２から供給される水及び水酸化カリウム（ＫＯＨ）の水溶液とともに、液体排出口１３ｂに通じる供給流路２３に設けられるポンプ２３ａ等を介して水電解装置１６に供給する。
気液分離器１３は、気液分離によって得られる気体成分の水素及び水蒸気を、例えば気体排出口１３ｃに通じる水素供給流路２５に設けられる水蒸気分離器に供給することによって分離させる。気液分離器１３は、気体成分から分離された水素を、水素供給流路２５に設けられるバルブ２５ａ等を介して水素タンク１４に供給する。
水電解装置１６は、酸素供給流路２６によって酸素タンク１５に接続されている。水電解装置１６は、後述するアノード５３で生成される酸素及び水蒸気を、例えば酸素供給流路２６に設けられる水蒸気分離器に供給することによって分離させる。水電解装置１６は、分離によって得られる酸素を、酸素供給流路２６に設けられるバルブ２６ａ等を介して酸素タンク１５に供給する。
なお、上述した水素供給流路２５及び酸素供給流路２６の各々に設けられる水蒸気分離器は、例えば、冷却又は水分吸着等によって水素及び酸素の各々と水蒸気とを含む流体から水蒸気を分離する。
なお、上述した各流路２１，２２，２５，２６に設けられる各バルブ２１ａ，２２ａ，２５ａ，２６ａは、例えば、電磁弁、電動弁又は空気式弁等であって、制御装置１７によって開閉及び開度等が制御される。
なお、上述した各流路２１，２２，２５，２６に設けられる各バルブ２１ａ，２２ａ，２５ａ，２６ａは、例えば、電磁弁、電動弁又は空気式弁等であって、制御装置１７によって開閉及び開度等が制御される。
水電解装置１６は、例えば、固体高分子型の水電解装置である。水電解装置１６は、水供給流路２１を介して水供給部１１から供給される水を電気分解する。水電解装置１６は、水の電気分解によって発生する水素及び酸素を水素タンク１４及び酸素タンク１５に供給する。
水電解装置１６は、少なくとも１つの水電解スタックを備える。水電解スタックは、積層された複数の水電解セル４１と、複数の水電解セル４１の積層体（セルユニット）を積層方向の両側から挟み込む一対のエンドプレート（図示略）とを備える。
図２は、実施形態での水電解装置１６の水電解セル４１の構成を示す断面図である。
図２に示すように、水電解セル４１は、電解質電極構造体４３と、電解質電極構造体４３を厚さ方向（つまりセルユニットの積層方向）の両側から挟み込むアノード側セパレータ４５及びカソード側セパレータ４７とを備える。
図２は、実施形態での水電解装置１６の水電解セル４１の構成を示す断面図である。
図２に示すように、水電解セル４１は、電解質電極構造体４３と、電解質電極構造体４３を厚さ方向（つまりセルユニットの積層方向）の両側から挟み込むアノード側セパレータ４５及びカソード側セパレータ４７とを備える。
電解質電極構造体４３は、固体高分子電解質膜５１と、固体高分子電解質膜５１を厚さ方向の両側から挟み込むアノード５３及びカソード５５とを備える。
固体高分子電解質膜５１は、例えば、水酸化物イオン（ＯＨ－）等のアニオンを選択的に伝導させるアニオン交換膜を備える。
アノード５３は、例えば、アノード触媒５３ａ及び給電体であるガス拡散層５３ｂ等を備える。
カソード５５は、例えば、カソード触媒５５ａ及び給電体であるガス拡散層５５ｂ等を備える。
アノード５３の給電体であるガス拡散層５３ｂとカソード５５の給電体であるガス拡散層５５ｂとは、例えば、バッテリ等によって構成される電源５７に接続されている。
水電解装置１６は、アノード５３及びカソード５５に流れる電流を検出して検出値（電流検出値）の信号を出力する電流センサ５８と、アノード５３とカソード５５との間に印加される電圧を検出して検出値（電圧検出値）の信号を出力する電圧センサ５９とを備える。
固体高分子電解質膜５１は、例えば、水酸化物イオン（ＯＨ－）等のアニオンを選択的に伝導させるアニオン交換膜を備える。
アノード５３は、例えば、アノード触媒５３ａ及び給電体であるガス拡散層５３ｂ等を備える。
カソード５５は、例えば、カソード触媒５５ａ及び給電体であるガス拡散層５５ｂ等を備える。
アノード５３の給電体であるガス拡散層５３ｂとカソード５５の給電体であるガス拡散層５５ｂとは、例えば、バッテリ等によって構成される電源５７に接続されている。
水電解装置１６は、アノード５３及びカソード５５に流れる電流を検出して検出値（電流検出値）の信号を出力する電流センサ５８と、アノード５３とカソード５５との間に印加される電圧を検出して検出値（電圧検出値）の信号を出力する電圧センサ５９とを備える。
アノード側セパレータ４５は、アノード５３との間にアノード側流路４５ａを形成する。アノード側流路４５ａは、例えば、アノード側セパレータ４５の表面に形成された凹溝と、アノード側セパレータ４５の凹溝の開口端を覆うアノード５３の表面とによって形成されている。アノード側流路４５ａは、後述する酸素排出貫通孔６５に通じている。
カソード側セパレータ４７は、カソード５５との間にカソード側流路４７ａを形成する。カソード側流路４７ａは、例えば、カソード側セパレータ４７の表面に形成された凹溝と、カソード側セパレータ４７の凹溝の開口端を覆うカソード５５の表面とによって形成されている。カソード側流路４７ａは、後述する水供給貫通孔６１及び水素排出貫通孔６３に通じている。
カソード側セパレータ４７は、カソード５５との間にカソード側流路４７ａを形成する。カソード側流路４７ａは、例えば、カソード側セパレータ４７の表面に形成された凹溝と、カソード側セパレータ４７の凹溝の開口端を覆うカソード５５の表面とによって形成されている。カソード側流路４７ａは、後述する水供給貫通孔６１及び水素排出貫通孔６３に通じている。
複数の水電解セル４１を備えるセルユニット及び一対のエンドプレートによって構成される水電解スタックには、積層方向に貫通する水供給貫通孔６１、水素排出貫通孔６３及び酸素排出貫通孔６５が形成されている。
水供給貫通孔６１は、水電解装置１６の外部で供給流路２３に通じるとともに、水電解装置１６の内部でカソード側流路４７ａに通じている。
水素排出貫通孔６３は、水電解装置１６の外部で排出流路２４に通じるとともに、水電解装置１６の内部でカソード側流路４７ａに通じている。
酸素排出貫通孔６５は、水電解装置１６の外部で酸素供給流路２６に通じるとともに、水電解装置１６の内部でアノード側流路４５ａに通じている。
水供給貫通孔６１は、水電解装置１６の外部で供給流路２３に通じるとともに、水電解装置１６の内部でカソード側流路４７ａに通じている。
水素排出貫通孔６３は、水電解装置１６の外部で排出流路２４に通じるとともに、水電解装置１６の内部でカソード側流路４７ａに通じている。
酸素排出貫通孔６５は、水電解装置１６の外部で酸素供給流路２６に通じるとともに、水電解装置１６の内部でアノード側流路４５ａに通じている。
水電解セル４１は、いわゆるカソードフィードによってカソード５５に水が供給されるとともに、電源５７の電圧印加によってアノード５３及びカソード５５に電流が流されることによって、水を電気分解する。水電解セル４１は、例えばカソード５５での水溶液の圧力よりも高い圧力の酸素をアノード５３に生成する。
カソード５５は、水供給貫通孔６１からカソード側流路４７ａに供給される水を電気分解することによって水素及び水酸化物イオン（ＯＨ－）を発生させる。カソード５５で発生した水素は、未反応の水（未反応水）とともにカソード側流路４７ａから水素排出貫通孔６３に排出される。カソード５５で発生した水酸化物イオンは、固体高分子電解質膜５１を伝導してアノード５３へ移動する。
アノード５３は、カソード５５から固体高分子電解質膜５１を伝導した水酸化物イオンによって酸素及び水を生成する。アノード５３で発生した酸素及び水は、アノード側流路４５ａから酸素排出貫通孔６５に排出される。
カソード５５は、水供給貫通孔６１からカソード側流路４７ａに供給される水を電気分解することによって水素及び水酸化物イオン（ＯＨ－）を発生させる。カソード５５で発生した水素は、未反応の水（未反応水）とともにカソード側流路４７ａから水素排出貫通孔６３に排出される。カソード５５で発生した水酸化物イオンは、固体高分子電解質膜５１を伝導してアノード５３へ移動する。
アノード５３は、カソード５５から固体高分子電解質膜５１を伝導した水酸化物イオンによって酸素及び水を生成する。アノード５３で発生した酸素及び水は、アノード側流路４５ａから酸素排出貫通孔６５に排出される。
図１に示すように、制御装置１７は、水電解システム１０の全体を統合的に制御する。制御装置１７は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などのプロセッサによって所定のプログラムが実行されることにより機能するソフトウェア機能部である。ソフトウェア機能部は、ＣＰＵなどのプロセッサ、プログラムを格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）及びタイマーなどの電子回路を備えるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。制御装置１７の少なくとも一部は、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）などの集積回路であってもよい。
制御装置１７は、水電解装置１６による水の電気分解の効率と、水電解セル４１のカソード５５での水酸化物イオン（ＯＨ－）のイオン濃度とが相関することに基づいて、カソード５５での水酸化カリウム（ＫＯＨ）の水溶液の濃度を調整する。水電解装置１６による水の電気分解の効率は、アノード５３及びカソード５５間の電圧（Ｖ）及び電流（Ｉ）の相関、いわゆるＩ－Ｖ特性に応じて記述される。
図３は、実施形態の水電解装置１６でのアノード５３及びカソード５５間の電圧及び電流とカソード５５でのＫＯＨ水溶液の濃度との対応関係の例を示す図である。
図３に示すように、水電解装置１６のＩ－Ｖ特性では、電流の増大に伴って電圧が増大傾向に変化する。例えば、適宜の電流に対して、ＫＯＨ水溶液の濃度（つまり水酸化物イオン（ＯＨ－）のイオン濃度）が大きくなるほど電圧が小さくなることによって電力の効率は大きくなり、ＫＯＨ水溶液の濃度が小さくなるほど電圧が大きくなることによって電力の効率は小さくなる。
制御装置１７は、水電解装置１６のＩ－Ｖ特性とカソード５５での水酸化カリウム（ＫＯＨ）の水溶液の濃度との対応関係の情報を、例えばマップデータ等によって記憶している。
図３は、実施形態の水電解装置１６でのアノード５３及びカソード５５間の電圧及び電流とカソード５５でのＫＯＨ水溶液の濃度との対応関係の例を示す図である。
図３に示すように、水電解装置１６のＩ－Ｖ特性では、電流の増大に伴って電圧が増大傾向に変化する。例えば、適宜の電流に対して、ＫＯＨ水溶液の濃度（つまり水酸化物イオン（ＯＨ－）のイオン濃度）が大きくなるほど電圧が小さくなることによって電力の効率は大きくなり、ＫＯＨ水溶液の濃度が小さくなるほど電圧が大きくなることによって電力の効率は小さくなる。
制御装置１７は、水電解装置１６のＩ－Ｖ特性とカソード５５での水酸化カリウム（ＫＯＨ）の水溶液の濃度との対応関係の情報を、例えばマップデータ等によって記憶している。
制御装置１７は、カソード５５でのＫＯＨ水溶液の濃度に対して所定の基準濃度範囲Ｃを設定している。所定の基準濃度範囲Ｃは、例えば、強アルカリ溶液であるＫＯＨ水溶液の濃度の増大に伴うシステムの各種構成部品の腐食による異常の発生を抑制しながら、所望の水電解効率を確保するために必要な濃度範囲である。制御装置１７は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）の水溶液の所定の基準濃度範囲Ｃに対応する電流及び電圧の組み合わせである基準特性範囲の情報を記憶している。基準特性範囲は、例えば、水電解装置１６のＩ－Ｖ特性での所定の基準特性ＲＣを含む範囲であって基準下限特性ＬＣと基準上限特性ＵＣとの間の範囲である。
制御装置１７は、電流センサ５８及び電圧センサ５９から出力される各検出値を取得して、予め記憶しているＩ－Ｖ特性とＫＯＨ水溶液の濃度との対応関係の情報を参照することによって、電流検出値及び電圧検出値の組み合わせに対応するＫＯＨ水溶液の濃度を取得する。制御装置１７は、電流検出値及び電圧検出値の組み合わせに対応するＫＯＨ水溶液の濃度が所定の基準濃度範囲Ｃ内であるか否かを判定する。例えば、制御装置１７は、電流検出値に対応する基準特性範囲での電圧値（基準電圧値）と電圧検出値との大小を比較、又は、電圧検出値に対応する基準特性範囲での電流値（基準電流値）と電流検出値との大小を比較する。
制御装置１７は、電流検出値及び電圧検出値の組み合わせに対応するＫＯＨ水溶液の濃度が所定の基準濃度範囲Ｃよりも大きい場合には、ＫＯＨ水溶液の濃度（つまり水酸化物イオン（ＯＨ－）のイオン濃度）を低減させるように水電解システム１０を制御する。制御装置１７は、電流検出値及び電圧検出値の組み合わせに対応するＫＯＨ水溶液の濃度が所定の基準濃度範囲Ｃよりも小さい場合には、ＫＯＨ水溶液の濃度（つまり水酸化物イオン（ＯＨ－）のイオン濃度）を増大させるように水電解システム１０を制御する。
例えば、制御装置１７は、電流検出値及び電圧検出値の組み合わせに対応するＫＯＨ水溶液の濃度が所定の基準濃度範囲Ｃよりも大きい場合、カソード５５へのＫＯＨ水溶液の供給量を規制しつつ電圧を増大させるように変更する。制御装置１７は、アノード５３及びカソード５５間の電圧を増大させることによって、通電量の増大に伴う固体高分子電解質膜５１の発熱を促す。制御装置１７は、カソード５５へのＫＯＨ水溶液の供給量を規制（例えば、低減）することによって、ＫＯＨ水溶液による固体高分子電解質膜５１の冷却を抑制する。制御装置１７は、固体高分子電解質膜５１の発熱の促進及び冷却の抑制によって、固体高分子電解質膜５１の膜厚を熱膨張により増大させる。固体高分子電解質膜５１の膜厚の増大に伴い、カソード５５からアノード５３に向かって固体高分子電解質膜５１を伝導する水酸化物イオン（ＯＨ－）の移動量は低下する。制御装置１７は、カソード５５から失われる水分量を低下させることによって、カソード５５での水酸化物イオン（ＯＨ－）のイオン濃度が高くなることを抑制する。
一方、制御装置１７は、電流検出値及び電圧検出値の組み合わせに対応するＫＯＨ水溶液の濃度が所定の基準濃度範囲Ｃよりも小さい場合、カソード５５へのＫＯＨ水溶液の供給量を規制せず（例えば、増大させ）、電圧を低下させるように変更する。
一方、制御装置１７は、電流検出値及び電圧検出値の組み合わせに対応するＫＯＨ水溶液の濃度が所定の基準濃度範囲Ｃよりも小さい場合、カソード５５へのＫＯＨ水溶液の供給量を規制せず（例えば、増大させ）、電圧を低下させるように変更する。
以下に、実施形態での水電解システム１０の制御方法、つまり制御装置１７が実行する制御動作について説明する。
図４は、実施形態での水電解システム１０の制御方法を示すフローチャートである。
図４に示すように、ステップＳ０１からステップＳ０９の一連の処理は、例えば所定周期等の適宜のタイミングで実行される。
図４は、実施形態での水電解システム１０の制御方法を示すフローチャートである。
図４に示すように、ステップＳ０１からステップＳ０９の一連の処理は、例えば所定周期等の適宜のタイミングで実行される。
先ず、ステップＳ０１にて、制御装置１７は、水電解システム１０の運転モードの設定又は変更があるか否かを判定する。運転モードの設定又は変更は、例えば水電解システム１０の起動時又は運転継続時等の適宜のタイミングで実行される。運転モードは、例えば所定の定常出力運転等を含む。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合、制御装置１７は処理をステップＳ０２に進める。一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合、制御装置１７は処理をステップＳ０４に進める。
次に、ステップＳ０２にて、制御装置１７は、実施すべき運転モードに対応して、水電解装置１６のカソード５５に水及びＫＯＨ水溶液を供給する状態でＫＯＨ水溶液の濃度（つまり水酸化物イオン（ＯＨ－）のイオン濃度）を調整する。例えば、制御装置１７は、水電解装置１６のＩ－Ｖ特性とカソード５５での水酸化カリウム（ＫＯＨ）の水溶液の濃度との対応関係の情報に基づいて、アノード５３及びカソード５５間の電圧及び電流を制御する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合、制御装置１７は処理をステップＳ０２に進める。一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合、制御装置１７は処理をステップＳ０４に進める。
次に、ステップＳ０２にて、制御装置１７は、実施すべき運転モードに対応して、水電解装置１６のカソード５５に水及びＫＯＨ水溶液を供給する状態でＫＯＨ水溶液の濃度（つまり水酸化物イオン（ＯＨ－）のイオン濃度）を調整する。例えば、制御装置１７は、水電解装置１６のＩ－Ｖ特性とカソード５５での水酸化カリウム（ＫＯＨ）の水溶液の濃度との対応関係の情報に基づいて、アノード５３及びカソード５５間の電圧及び電流を制御する。
次に、ステップＳ０３にて、制御装置１７は、設定又は変更に応じた運転モードを実施する。
次に、ステップＳ０４にて、制御装置１７は、所定の運転モードの実施中に電流センサ５８及び電圧センサ５９から電流検出値及び電圧検出値を取得する。
次に、ステップＳ０５にて、制御装置１７は、予め記憶しているＩ－Ｖ特性とＫＯＨ水溶液の濃度との対応関係の情報を参照することによって、電流検出値及び電圧検出値の組み合わせに対応するＫＯＨ水溶液の濃度（つまり水酸化物イオン（ＯＨ－）のイオン濃度）を取得する。
次に、ステップＳ０４にて、制御装置１７は、所定の運転モードの実施中に電流センサ５８及び電圧センサ５９から電流検出値及び電圧検出値を取得する。
次に、ステップＳ０５にて、制御装置１７は、予め記憶しているＩ－Ｖ特性とＫＯＨ水溶液の濃度との対応関係の情報を参照することによって、電流検出値及び電圧検出値の組み合わせに対応するＫＯＨ水溶液の濃度（つまり水酸化物イオン（ＯＨ－）のイオン濃度）を取得する。
次に、ステップＳ０６にて、制御装置１７は、電流検出値及び電圧検出値の組み合わせに対応するＫＯＨ水溶液の濃度が所定の基準濃度範囲Ｃよりも大きいか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合、制御装置１７は処理をステップＳ０７に進める。一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合、制御装置１７は処理をステップＳ０８に進める。
そして、ステップＳ０７にて、制御装置１７は、ＫＯＨ水溶液の濃度（つまり水酸化物イオン（ＯＨ－）のイオン濃度）を低減させるように水電解システム１０を制御する。例えば、制御装置１７は、カソード５５へのＫＯＨ水溶液の供給量を規制しつつ電圧を増大させるように変更する。そして、制御装置１７は、処理をエンドに進める。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合、制御装置１７は処理をステップＳ０７に進める。一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合、制御装置１７は処理をステップＳ０８に進める。
そして、ステップＳ０７にて、制御装置１７は、ＫＯＨ水溶液の濃度（つまり水酸化物イオン（ＯＨ－）のイオン濃度）を低減させるように水電解システム１０を制御する。例えば、制御装置１７は、カソード５５へのＫＯＨ水溶液の供給量を規制しつつ電圧を増大させるように変更する。そして、制御装置１７は、処理をエンドに進める。
次に、ステップＳ０８にて、制御装置１７は、電流検出値及び電圧検出値の組み合わせに対応するＫＯＨ水溶液の濃度が所定の基準濃度範囲Ｃよりも小さいか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合、制御装置１７は処理をステップＳ０９に進める。一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合、制御装置１７は処理をエンドに進める。
そして、ステップＳ０９にて、制御装置１７は、ＫＯＨ水溶液の濃度（つまり水酸化物イオン（ＯＨ－）のイオン濃度）を増大させるように水電解システム１０を制御する。例えば、制御装置１７は、カソード５５へのＫＯＨ水溶液の供給量を規制せず、電圧を低下させるように変更する。そして、制御装置１７は、処理をエンドに進める。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合、制御装置１７は処理をステップＳ０９に進める。一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合、制御装置１７は処理をエンドに進める。
そして、ステップＳ０９にて、制御装置１７は、ＫＯＨ水溶液の濃度（つまり水酸化物イオン（ＯＨ－）のイオン濃度）を増大させるように水電解システム１０を制御する。例えば、制御装置１７は、カソード５５へのＫＯＨ水溶液の供給量を規制せず、電圧を低下させるように変更する。そして、制御装置１７は、処理をエンドに進める。
上述したように、実施形態の水電解システム１０及び水電解システム１０の制御方法によれば、例えば定常出力運転等の所定の運転モードから水電解セル４１の状態変化が生じる場合であっても、水電解セル４１の状態変化に対応して水酸化物イオンの濃度を適正に変更及び安定させることができる。
例えば、カソード５５でのＫＯＨ水溶液の濃度が所定の基準濃度範囲Ｃよりも高い場合に、カソード５５へのＫＯＨ水溶液の供給量を規制しつつ水電解セル４１の電圧を増大させる制御装置１７を備えることにより、カソード５５での水酸化物イオンの濃度を適正に調整することができる。制御装置１７は、水電解セル４１に供給されるＫＯＨ水溶液の濃度を適正に調整することによって、水の電気分解の効率低下及び各種構成部品の腐食による異常の発生を抑制することができる。
例えば、カソード５５でのＫＯＨ水溶液の濃度が所定の基準濃度範囲Ｃよりも高い場合に、カソード５５へのＫＯＨ水溶液の供給量を規制しつつ水電解セル４１の電圧を増大させる制御装置１７を備えることにより、カソード５５での水酸化物イオンの濃度を適正に調整することができる。制御装置１７は、水電解セル４１に供給されるＫＯＨ水溶液の濃度を適正に調整することによって、水の電気分解の効率低下及び各種構成部品の腐食による異常の発生を抑制することができる。
制御装置１７は、水電解システム１０の運転条件を変更することによってカソード５５での水酸化物イオンの濃度を調整するので、例えばカソード５５に供給されるＫＯＨ水溶液の濃度を、水電解セル４１の上流に位置する濃度調整装置により濃度調整を行う場合に比べて、より迅速に濃度調整を行うことができる。
制御装置１７は、水電解セル４１の電圧及び電流に基づいてカソード５５でのＫＯＨ水溶液の濃度（つまり水酸化物イオンのイオン濃度）を取得することができ、例えば水位センサ及びｐＨセンサ等のイオン濃度を測定するための追加的なセンサを必要とせず、システム構成に要する費用が嵩むことを抑制することができる。水電解セル４１の電圧及び電流に応じた水酸化物イオンの濃度は、カソード５５の至近での濃度を精度良く示すことができるので、濃度調整の信頼性及び精度を向上させることができる。
制御装置１７は、水電解セル４１の電圧及び電流に基づいてカソード５５でのＫＯＨ水溶液の濃度（つまり水酸化物イオンのイオン濃度）を取得することができ、例えば水位センサ及びｐＨセンサ等のイオン濃度を測定するための追加的なセンサを必要とせず、システム構成に要する費用が嵩むことを抑制することができる。水電解セル４１の電圧及び電流に応じた水酸化物イオンの濃度は、カソード５５の至近での濃度を精度良く示すことができるので、濃度調整の信頼性及び精度を向上させることができる。
（変形例）
以下、実施形態の変形例について説明する。なお、上述した実施形態と同一部分については、同一符号を付して説明を省略又は簡略化する。
以下、実施形態の変形例について説明する。なお、上述した実施形態と同一部分については、同一符号を付して説明を省略又は簡略化する。
上述した実施形態では、制御装置１７は、電流検出値及び電圧検出値の組み合わせに対応するＫＯＨ水溶液の濃度が所定の基準濃度範囲Ｃよりも大きい場合、カソード５５へのＫＯＨ水溶液の供給量を規制しつつ電圧を増大させるように変更するとしたが、これに限定されない。
例えば、制御装置１７は、電流検出値及び電圧検出値の組み合わせに対応するＫＯＨ水溶液の濃度が所定の基準濃度範囲Ｃよりも大きい場合、水電解装置１６のアノード５３から排出されて酸素供給流路２６を介して酸素タンク１５に向かう酸素の流量を規制（例えば、低減）してもよい。制御装置１７は、例えば酸素供給流路２６のバルブ２６ａの開度を制御することによって、固体高分子電解質膜５１のアノード５３側の酸素の圧力を増大させる。固体高分子電解質膜５１のアノード５３側とカソード５５側との差圧の増大に伴い、アノード５３で生成された水分がカソード５５に向かって押し戻されるように固体高分子電解質膜５１を伝導する水分の移動量は増大する。制御装置１７は、カソード５５の水分量を増大させることによって、カソード５５での水酸化物イオン（ＯＨ－）のイオン濃度が高くなることを抑制する。
一方、制御装置１７は、電流検出値及び電圧検出値の組み合わせに対応するＫＯＨ水溶液の濃度が所定の基準濃度範囲Ｃよりも小さい場合、水電解装置１６のアノード５３から排出されて酸素供給流路２６を介して酸素タンク１５に向かう酸素の流量を規制せず（例えば、増大させ）、酸素の流量を増大させてもよい。
例えば、制御装置１７は、電流検出値及び電圧検出値の組み合わせに対応するＫＯＨ水溶液の濃度が所定の基準濃度範囲Ｃよりも大きい場合、水電解装置１６のアノード５３から排出されて酸素供給流路２６を介して酸素タンク１５に向かう酸素の流量を規制（例えば、低減）してもよい。制御装置１７は、例えば酸素供給流路２６のバルブ２６ａの開度を制御することによって、固体高分子電解質膜５１のアノード５３側の酸素の圧力を増大させる。固体高分子電解質膜５１のアノード５３側とカソード５５側との差圧の増大に伴い、アノード５３で生成された水分がカソード５５に向かって押し戻されるように固体高分子電解質膜５１を伝導する水分の移動量は増大する。制御装置１７は、カソード５５の水分量を増大させることによって、カソード５５での水酸化物イオン（ＯＨ－）のイオン濃度が高くなることを抑制する。
一方、制御装置１７は、電流検出値及び電圧検出値の組み合わせに対応するＫＯＨ水溶液の濃度が所定の基準濃度範囲Ｃよりも小さい場合、水電解装置１６のアノード５３から排出されて酸素供給流路２６を介して酸素タンク１５に向かう酸素の流量を規制せず（例えば、増大させ）、酸素の流量を増大させてもよい。
上述した実施形態では、水電解システム１０はＫＯＨタンク１２を備えるとしたが、これに限定されない。水電解システム１０は、水供給部１１から供給される水に水酸化物イオン（ＯＨ－）を補充するために水酸化カリウム（ＫＯＨ）の水溶液の代わりに他の水溶液を貯蔵するタンクを備えてもよい。
上述した実施形態では、制御装置１７は、図４に示すステップＳ０２にて、実施すべき運転モードに対応して、アノード５３及びカソード５５間の電圧及び電流を制御することによってＫＯＨ水溶液の濃度を調整するとしたが、これに限定されない。例えば、水電解システム１０は、気液分離器１３に貯蔵される水酸化カリウム（ＫＯＨ）の水溶液の水位及びｐＨ等の各々を検出する水位センサ及びｐＨセンサ等を備えてもよい。例えば、制御装置１７は、水位センサ及びｐＨセンサから出力される検出値の信号に基づいて、気液分離器１３から水電解装置１６のカソード５５に供給される水及びＫＯＨ水溶液の流量を制御する。制御装置１７は、水供給流路２１及びＫＯＨ供給流路２２の各バルブ２１ａ，２２ｂの開度を制御することによって、カソード５５でのＫＯＨ水溶液の濃度（つまり水酸化物イオン（ＯＨ－）のイオン濃度）を調整することが可能である。
従って、実施すべき運転モードに対応して、アノード５３及びカソード５５間の電圧及び電流を制御することによってＫＯＨ水溶液の濃度を調整している間に、気液分離器１３に貯蔵される水酸化カリウム（ＫＯＨ）の水溶液の濃度の再調整を行い、気液分離器１３にて再調整された水酸化カリウム（ＫＯＨ）がカソード５５に供給された段階で、アノード５３及びカソード５５間の電圧及び電流の制御を解除してもよい。
従って、実施すべき運転モードに対応して、アノード５３及びカソード５５間の電圧及び電流を制御することによってＫＯＨ水溶液の濃度を調整している間に、気液分離器１３に貯蔵される水酸化カリウム（ＫＯＨ）の水溶液の濃度の再調整を行い、気液分離器１３にて再調整された水酸化カリウム（ＫＯＨ）がカソード５５に供給された段階で、アノード５３及びカソード５５間の電圧及び電流の制御を解除してもよい。
本発明の実施形態は、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同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
１０…水電解システム、１１…水供給部（水溶液供給源）、１２…ＫＯＨタンク（水溶液供給源）、１３…気液分離器、１４…水素タンク、１５…酸素タンク、１６…水電解装置、１７…制御装置（電子機器）、２６ａ…バルブ（流量規制部）、４１…水電解セル、５１…固体高分子電解質膜（電解質膜）、５３…アノード、５５…カソード、５７…電源。
Claims (4)
- 電解質膜と、前記電解質膜の厚さ方向の両側に設けられるアノード及びカソードとを有し、前記アノードと前記カソードとの間に電圧が印加されることによって、前記カソードに供給される水溶液の水を電気分解するとともに前記カソードでの前記水溶液の圧力よりも高い圧力の酸素を前記アノードに生成する水電解セルと、
前記アノードと前記カソードとの間に前記電圧を印加する電源と、
前記カソードに所定濃度の水酸化物イオンを含む前記水溶液を供給する水溶液供給源と、
前記電圧と前記アノード及び前記カソードの電流と前記水溶液の前記水酸化物イオンの濃度との所定の対応関係の情報に基づいて取得する前記水溶液の前記水酸化物イオンの濃度が所定基準濃度よりも高い場合に、前記カソードへの前記水溶液の供給量を規制しつつ前記電圧を増大させるように変更する制御装置と、
を備える
ことを特徴とする水電解システム。 - 電解質膜と、前記電解質膜の厚さ方向の両側に設けられるアノード及びカソードとを有し、前記アノードと前記カソードとの間に電圧が印加されることによって、前記カソードに供給される水溶液の水を電気分解するとともに前記カソードでの前記水溶液の圧力よりも高い圧力の酸素を前記アノードに生成する水電解セルと、
前記アノードと前記カソードとの間に前記電圧を印加する電源と、
前記カソードに所定濃度の水酸化物イオンを含む前記水溶液を供給する水溶液供給源と、
前記アノードから排出される酸素の流路で前記酸素の流量を規制する流量規制部と、
前記電圧と前記アノード及び前記カソードの電流と前記水溶液の前記水酸化物イオンの濃度との所定の対応関係の情報に基づいて取得する前記水溶液の前記水酸化物イオンの濃度が所定基準濃度よりも高い場合に、前記流量規制部によって前記アノードから排出される前記酸素の流量を規制する制御装置と、
を備える
ことを特徴とする水電解システム。 - 前記制御装置は、
前記水電解セルの所定の運転モードに対応して前記水溶液の前記水酸化物イオンの濃度を設定した後に、前記水電解セルの状態変化に対応して前記水溶液の前記水酸化物イオンの濃度を変更する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水電解システム。 - 電解質膜と、前記電解質膜の厚さ方向の両側に設けられるアノード及びカソードとを有し、前記アノードと前記カソードとの間に電圧が印加されることによって、前記カソードに供給される水溶液の水を電気分解するとともに前記カソードでの前記水溶液の圧力よりも高い圧力の酸素を前記アノードに生成する水電解セルと、
前記アノードと前記カソードとの間に前記電圧を印加する電源と、
前記カソードに所定濃度の水酸化物イオンを含む前記水溶液を供給する水溶液供給源と、
前記アノードから排出される酸素の流路で前記酸素の流量を規制する流量規制部と、
電子機器と、
を備える水電解システムの前記電子機器が実行する制御方法であって、
前記電子機器が、
前記電圧と前記アノード及び前記カソードの電流と前記水溶液の前記水酸化物イオンの濃度との所定の対応関係の情報に基づいて、前記電圧及び前記電流の各々の取得値に対応する前記水溶液の前記水酸化物イオンの濃度を取得する取得ステップと、
前記取得ステップで取得した前記水溶液の前記水酸化物イオンの濃度が、前記電圧及び前記電流の所定の組み合わせに対応する所定基準濃度範囲よりも高い場合に前記カソードへの前記水溶液の供給量を規制しつつ前記電圧を増大させ、又は、前記アノードから排出される酸素の流量を低減させ、又は、前記流量規制部により前記アノードの酸素の圧力を増大させ、
前記取得ステップで取得した前記水溶液の前記水酸化物イオンの濃度が前記所定基準濃度範囲よりも低い場合に前記アノードから排出される酸素の流量を増大させるように、前記水電解システムの運転状態を変更する変更ステップと、
を含む
ことを特徴とする水電解システムの制御方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021139102A JP7257467B2 (ja) | 2021-08-27 | 2021-08-27 | 水電解システム及び水電解システムの制御方法 |
| CN202210995727.2A CN115726004A (zh) | 2021-08-27 | 2022-08-18 | 水电解系统及水电解系统的控制方法 |
| US17/891,168 US20230064835A1 (en) | 2021-08-27 | 2022-08-19 | Water electrolysis system and control method of water electrolysis system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021139102A JP7257467B2 (ja) | 2021-08-27 | 2021-08-27 | 水電解システム及び水電解システムの制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023032789A JP2023032789A (ja) | 2023-03-09 |
| JP7257467B2 true JP7257467B2 (ja) | 2023-04-13 |
Family
ID=85288099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021139102A Active JP7257467B2 (ja) | 2021-08-27 | 2021-08-27 | 水電解システム及び水電解システムの制御方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20230064835A1 (ja) |
| JP (1) | JP7257467B2 (ja) |
| CN (1) | CN115726004A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117776346B (zh) * | 2024-02-28 | 2024-05-28 | 广州市纳爱生物科技有限公司 | 一种改善视觉疲劳的富氢水的制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001246382A (ja) | 2000-03-06 | 2001-09-11 | Kyushu Hitachi Maxell Ltd | 水処理装置 |
| JP2019178356A (ja) | 2018-03-30 | 2019-10-17 | 芝浦メカトロニクス株式会社 | 水素製造装置及び水素製造方法 |
| JP2020510136A (ja) | 2017-03-06 | 2020-04-02 | エヴォクア ウォーター テクノロジーズ エルエルシーＥｖｏｑｕａ Ｗａｔｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ＬＬＣ | 改良された電気化学システム設計用フィードバック制御の実装 |
| CN112921338A (zh) | 2021-01-22 | 2021-06-08 | 阳光电源股份有限公司 | 一种电解制氢装置及电解液补充方法 |
-
2021
- 2021-08-27 JP JP2021139102A patent/JP7257467B2/ja active Active
-
2022
- 2022-08-18 CN CN202210995727.2A patent/CN115726004A/zh active Pending
- 2022-08-19 US US17/891,168 patent/US20230064835A1/en active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001246382A (ja) | 2000-03-06 | 2001-09-11 | Kyushu Hitachi Maxell Ltd | 水処理装置 |
| JP2020510136A (ja) | 2017-03-06 | 2020-04-02 | エヴォクア ウォーター テクノロジーズ エルエルシーＥｖｏｑｕａ Ｗａｔｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ＬＬＣ | 改良された電気化学システム設計用フィードバック制御の実装 |
| JP2019178356A (ja) | 2018-03-30 | 2019-10-17 | 芝浦メカトロニクス株式会社 | 水素製造装置及び水素製造方法 |
| CN112921338A (zh) | 2021-01-22 | 2021-06-08 | 阳光电源股份有限公司 | 一种电解制氢装置及电解液补充方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20230064835A1 (en) | 2023-03-02 |
| JP2023032789A (ja) | 2023-03-09 |
| CN115726004A (zh) | 2023-03-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5217147B2 (ja) | 燃料電池システムおよびその膜含水量調節方法 | |
| JP5394458B2 (ja) | 水電解システムの運転停止方法 | |
| JP6035797B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2009016170A (ja) | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御装置 | |
| US20220166041A1 (en) | Method of controlling hydrogen/oxygen producing system and hydrogen/oxygen producing system | |
| JP7257467B2 (ja) | 水電解システム及び水電解システムの制御方法 | |
| JP5804181B2 (ja) | 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法 | |
| US9147900B2 (en) | Fuel cell apparatus and fuel cell system | |
| JP5858138B2 (ja) | 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法 | |
| WO2012165073A1 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP5872431B2 (ja) | 高圧水電解システム及びその起動方法 | |
| WO2013180080A1 (ja) | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 | |
| JP5186794B2 (ja) | 燃料電池システムおよび燃料電池システムにおけるガス圧力調節方法 | |
| CN111826668B (zh) | 水电解系统及其控制方法 | |
| US11217803B2 (en) | Fuel cell system and method for inferring wet state of fuel cell | |
| JP2008269910A (ja) | 燃料電池システムおよび燃料電池システムにおける不純物排出方法 | |
| JP2006310046A (ja) | 燃料電池の水素循環量制御装置及び燃料電池の水素循環量制御方法 | |
| EP2827419B1 (en) | Fuel cell system | |
| JP3943007B2 (ja) | 燃料電池システムの酸化剤圧力制御方法 | |
| JP4963010B2 (ja) | 燃料電池装置 | |
| JP5273032B2 (ja) | 燃料電池の制御装置および燃料電池システム | |
| WO2013080814A1 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2013241638A (ja) | 水電解システム及びその運転方法 | |
| JP5858137B2 (ja) | 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法 | |
| JP2010080287A (ja) | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220329 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230124 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230220 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230328 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230403 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7257467 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |