JP7306442B2 - 水電解装置の短絡検知方法、水素製造方法、及び、水電解装置 - Google Patents
水電解装置の短絡検知方法、水素製造方法、及び、水電解装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7306442B2 JP7306442B2 JP2021206003A JP2021206003A JP7306442B2 JP 7306442 B2 JP7306442 B2 JP 7306442B2 JP 2021206003 A JP2021206003 A JP 2021206003A JP 2021206003 A JP2021206003 A JP 2021206003A JP 7306442 B2 JP7306442 B2 JP 7306442B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- water electrolysis
- voltage
- short circuit
- water
- electrolysis device
- 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
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 148
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 title claims description 121
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims description 36
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims description 36
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 33
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title description 29
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 27
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 30
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 30
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 30
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 6
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 5
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 1
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- UQSQSQZYBQSBJZ-UHFFFAOYSA-N fluorosulfonic acid Chemical compound OS(F)(=O)=O UQSQSQZYBQSBJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
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
- C25B15/00—Operating or servicing cells
- C25B15/02—Process control or regulation
- C25B15/023—Measuring, analysing or testing during electrolytic production
-
- 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
- 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
-
- 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
- C25B9/60—Constructional parts of 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
- C25B9/60—Constructional parts of cells
- C25B9/65—Means for supplying current; Electrode connections; Electric inter-cell connections
-
- 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
- C25B9/70—Assemblies comprising two or more 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
- C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
- C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
- C25B9/75—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having bipolar electrodes
-
- 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
- C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
- C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
- C25B9/77—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having diaphragms
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
- G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults
-
- 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)
- Metallurgy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Description
本開示は水分解装置の短絡検知に関する。
特許文献１には、停止状態のスタックについて短絡を検知するプログラムが開示されている。具体的には補助電源を用いて電圧Ｖを印加したときの電流値Ｉからセル抵抗Ｒを求め、このＲが閾値内かどうかで判定するものである。
しかしながら、当該従来技術では水電解装置が稼働中に短絡を検知することができない。すなわち、停止状態のスタックに補助電源により電圧を印加するため、停止状態の異常検知しかできない。
そこで本開示は、水電解装置において、稼働中であっても短絡の検知を可能とすることを目的とする。
そこで本開示は、水電解装置において、稼働中であっても短絡の検知を可能とすることを目的とする。
本願は、複数の水電解セルが配置された水電解装置の水電解セルの短絡を検知する方法であって、複数の水電解セルの各々に対して電圧センサを設置し、水電解装置の稼働中に電圧センサにより水電解セルの電圧を測定して、基準電圧未満であることを検知した場合に短絡であると判定する、水電解装置の短絡検知方法を開示する。
短絡検知のために定常の水電解時における電流密度よりも当該電流密度を低下させて短絡の判定を行ってもよい。
また本願は、複数の水電解セルが配置された水電解装置の水電解セルの短絡を検知する方法であって、水電解セルのｎ枚ごとに電圧センサを設置し、水電解装置の稼働中に電圧センサによりｎ枚の水電解セルの電圧を測定して、定常の水電解電圧をＶｍ、基準電圧をＶｂとしたとき、検知される電圧が、（ｎ－1）Ｖｍ＋Ｖｂ未満となったときに短絡であると判定する、水電解装置の短絡検知方法を開示する。
また本願は、水電解装置により水素を生成しつつ、上記水電解装置の短絡検知方法により短絡検知を行う、水素製造方法を開示する。
また本願は、水電解セルにより水電解をして水素を得る水電解装置であって、複数の水電解セルと、複数の水電解セルの各々に設けられた電圧センサと、電圧センサから電圧を取得する制御器と、を有し、制御器は、水電解セルによる水素の生成中に取得した電圧が基準電圧未満であることを検知した場合に短絡である旨の報知をする、水電解装置を開示する。
制御器は、短絡検知を行うため、定期的に定常の水電解電圧時における電流密度よりも電流密度を低下させて電圧を取得するように構成してもよい。
また本願は、水電解セルにより水電解をして水素を得る水電解装置であって、複数の水電解セルと、複数の水電解セルのｎ枚ごとに設けられた電圧センサと、電圧センサから電圧を取得する制御器と、を有し、制御器は、水電解装置の稼働中に電圧センサによりｎ枚の水電解セルの電圧を測定して、定常の水電解電圧をＶｍ、基準電圧をＶｂとしたとき、ｎ枚の水電解セルについて検知される電圧が、（ｎ－1）Ｖｍ＋Ｖｂ未満となったときに短絡であるとする旨の報知をする、水電解装置を開示する。
本開示によれば、水電解装置の稼働中においても常時短絡を検知可能で短絡を早期に発見することができる。
１．水電解装置
図１には１つの形態にかかる水電解装置１０を概念的に表した。
本形態で水電解装置１０は、水電解スタック２０、酸素側経路３０、水素側経路４０、及び制御器５０を有している。水電解装置１０では、水電解スタック２０に具備された水電解セル２１に対して酸素側経路３０から純水を供給して通電することで水を水素と酸素とに分解し、水素を得て水素側経路４０に分離する。
図１には１つの形態にかかる水電解装置１０を概念的に表した。
本形態で水電解装置１０は、水電解スタック２０、酸素側経路３０、水素側経路４０、及び制御器５０を有している。水電解装置１０では、水電解スタック２０に具備された水電解セル２１に対して酸素側経路３０から純水を供給して通電することで水を水素と酸素とに分解し、水素を得て水素側経路４０に分離する。
１．１．水電解スタック、水電解セル、センサ
図２に水電解セル２１の形態を概念的に示した。水電解セル２１は純水を水素と酸素とに分解するための単位要素であり、このような水分解セル２１が複数積層されて水電解スタック２０に配置されている。
水電解セル２１は公知の通りであるが、本形態では複数の層からなり、固体高分子電解質膜２２を挟んで一方が酸素発生極（アノード）、他方が水素発生極（カソード）となる。
固体高分子電解質膜２２を構成する材料は固体高分子材料であり、例えばフッ素系樹脂や炭化水素系樹脂材料等により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜が挙げられる。これは湿潤状態で良好なプロトン伝導性（電気伝導性）を示す。より具体的にはパーフルオロスルホン酸膜であるナフィオン（登録商標）が挙げられる。
図２に水電解セル２１の形態を概念的に示した。水電解セル２１は純水を水素と酸素とに分解するための単位要素であり、このような水分解セル２１が複数積層されて水電解スタック２０に配置されている。
水電解セル２１は公知の通りであるが、本形態では複数の層からなり、固体高分子電解質膜２２を挟んで一方が酸素発生極（アノード）、他方が水素発生極（カソード）となる。
固体高分子電解質膜２２を構成する材料は固体高分子材料であり、例えばフッ素系樹脂や炭化水素系樹脂材料等により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜が挙げられる。これは湿潤状態で良好なプロトン伝導性（電気伝導性）を示す。より具体的にはパーフルオロスルホン酸膜であるナフィオン（登録商標）が挙げられる。
酸素発生極（アノード）には固体高分子電解質膜２２側から酸素極触媒層２３、酸素極ガス拡散層２４、及び酸素極セパレータ２５をこの順に備えている。
酸素極触媒層２３は、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｉｒ等の貴金属触媒及びその酸化物を少なくとも１つ以上含む電極触媒からなる層である。
酸素極ガス拡散層２４はガス透過性及び導電性を有する部材によって構成されている。具体的には金属繊維又は金属粒子等からなる多孔質導電性部材を挙げることができる。
酸素極セパレータ２５は、酸素極ガス拡散層２４に供給する純水及び分解した酸素が流れる流路２５ａを備える部材である。
酸素極触媒層２３は、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｉｒ等の貴金属触媒及びその酸化物を少なくとも１つ以上含む電極触媒からなる層である。
酸素極ガス拡散層２４はガス透過性及び導電性を有する部材によって構成されている。具体的には金属繊維又は金属粒子等からなる多孔質導電性部材を挙げることができる。
酸素極セパレータ２５は、酸素極ガス拡散層２４に供給する純水及び分解した酸素が流れる流路２５ａを備える部材である。
水素発生極（カソード）は固体高分子電解質膜２２の面のうち酸素発生極が配置された面とは反対側の面に設けられ、固体高分子電解質膜２２側から水素極触媒層２６、水素極ガス拡散層２７、及び水素極セパレータ２８をこの順に備えている。
水素極触媒層２６は例えばＰｔ等を含む層を挙げることができる。
水素極ガス拡散層２７は、ガス透過性及び導電性を有する部材によって構成されている。具体的にはカーボンクロスやカーボンペーパー等の多孔質部材等を挙げることができる。
水素極セパレータ２８は、分離した水素、及び、これに随伴した水が流れる流路２８ａを備える部材である。
水素極触媒層２６は例えばＰｔ等を含む層を挙げることができる。
水素極ガス拡散層２７は、ガス透過性及び導電性を有する部材によって構成されている。具体的にはカーボンクロスやカーボンペーパー等の多孔質部材等を挙げることができる。
水素極セパレータ２８は、分離した水素、及び、これに随伴した水が流れる流路２８ａを備える部材である。
酸素極セパレータ２５の流路２５ａから酸素発生極に供給された純水（Ｈ２Ｏ）は、酸素発生極と水素発生極との間に通電することで、電位がかかった酸素極触媒層２３で酸素、電子及びプロトン（Ｈ＋）に分解される。このときプロトンは固体高分子電解質膜２２を通り水素極触媒層２６に移動する。一方、酸素極触媒層２３で分離された電子は外部回路を通り水素極触媒層２６に達する。そして、水素極触媒層２６にてプロトンが電子を受け取り水素が発生する。発生した水素は水素極セパレータ２８に達して流路２８ａから排出され、水素側経路４０へ移動する。なお、酸素極触媒層２３で分離した酸素は酸素極セパレータ２５に達して流路２５ａから排出され、酸素側経路３０に移動する。
また、水電解スタック２０では、複数配置された水電解セル２１のそれぞれの電圧を測定することができるように構成されている。複数の水電解セル２１のそれぞれの電圧を測定することができれば具体的な形態は特に限定されることないが、例えば本形態のようにそれぞれの水電解セル２１に対してセンサ（電圧センサ）２９を配置することが挙げられる。後述するように各水電解セル２１で得られた電圧の値に基づいて制御器５０が短絡の有無を判定する処理を行う。
なお、水電解中（水素生成中）において、各水電解セル２１は正常であれば（短絡していなければ）、定常電流密度Ｊｍ（Ａ／ｃｍ２）、定常電圧Ｖｍ（Ｖ）で作動している。一方、短絡が生じていると同じ電流密度であっても定常電圧より低い電圧となる。
なお、水電解中（水素生成中）において、各水電解セル２１は正常であれば（短絡していなければ）、定常電流密度Ｊｍ（Ａ／ｃｍ２）、定常電圧Ｖｍ（Ｖ）で作動している。一方、短絡が生じていると同じ電流密度であっても定常電圧より低い電圧となる。
１．２．酸素側経路（給水側経路）
酸素側経路（給水側経路）３０は、水電解スタック２０の水電解セル２１に対して純水を供給し酸素を得る、配管を含む経路である。酸素側経路３０ではポンプ３１により水電解スタック２０に向けて純水を供給し、発生した酸素及び使用されなかった水は水電解スタック２０から排出されて気液分離器３２に供給される。気液分離器３２では純水と酸素とが分離される。分離された酸素は排出され、純水は再度ポンプ３１に供給される。なお、不足した純水はポンプ３３から気液分離器３２に供給される。これらの各機器が配管により接続されている。
酸素側経路（給水側経路）３０は、水電解スタック２０の水電解セル２１に対して純水を供給し酸素を得る、配管を含む経路である。酸素側経路３０ではポンプ３１により水電解スタック２０に向けて純水を供給し、発生した酸素及び使用されなかった水は水電解スタック２０から排出されて気液分離器３２に供給される。気液分離器３２では純水と酸素とが分離される。分離された酸素は排出され、純水は再度ポンプ３１に供給される。なお、不足した純水はポンプ３３から気液分離器３２に供給される。これらの各機器が配管により接続されている。
１．３．水素側経路
水素側経路４０は、水電解スタック２０で分離した水素を取り出す配管を含む経路である。水素側経路４０では水電解スタック２０の水電解セル２１から排出された水素及び水（純水）が気液分離器４１に供給される。気液分離器４１では水と水素とが分離される。分離された水素は集められ、水はポンプ４２で酸素側経路３０の気液分離器３２に送られて再び利用される。これらの各機器が配管により接続されている。
水素側経路４０は、水電解スタック２０で分離した水素を取り出す配管を含む経路である。水素側経路４０では水電解スタック２０の水電解セル２１から排出された水素及び水（純水）が気液分離器４１に供給される。気液分離器４１では水と水素とが分離される。分離された水素は集められ、水はポンプ４２で酸素側経路３０の気液分離器３２に送られて再び利用される。これらの各機器が配管により接続されている。
１．４．制御器
制御器５０は、本開示の水電解装置の短絡検知方法を水電解装置１０で行うための制御器である。制御器５０の態様は特に限定されることはないが、典型的にはコンピュータにより構成することができる。図３に制御器５０としてのコンピュータ５０の構成例を概念的に示した。
制御器５０は、本開示の水電解装置の短絡検知方法を水電解装置１０で行うための制御器である。制御器５０の態様は特に限定されることはないが、典型的にはコンピュータにより構成することができる。図３に制御器５０としてのコンピュータ５０の構成例を概念的に示した。
コンピュータ５０は、プロセッサーであるＣＰＵ（Central Processing Unit）５１、作業領域として機能するＲＡＭ（Random Access Memory）５２、記憶媒体としてのＲＯＭ（Read-Only Memory）５３、有線、無線を問わず情報をコンピュータ５０に受け入れるインターフェイスである受信部５４、及び、有線、無線を問わず情報をコンピュータ５０から外部に送るインターフェイスである出力部５５を備える。
受信部５４には水電解スタック２０に設けられた各センサ２９が電気的に接続され、それぞれの値（電圧）を信号として受信できるように構成されている。
一方、出力部５５には短絡の有無の判定結果を表示するようにモニタが接続されている。
受信部５４には水電解スタック２０に設けられた各センサ２９が電気的に接続され、それぞれの値（電圧）を信号として受信できるように構成されている。
一方、出力部５５には短絡の有無の判定結果を表示するようにモニタが接続されている。
コンピュータ５０には、本開示の水電解装置の短絡検知方法の過程を具体的な指令とし、これを実行するためのコンピュータプログラムが保存されている。コンピュータ５０では、ハードウェア資源としてのＣＰＵ５１、ＲＡＭ５２、及び、ＲＯＭ５３と、コンピュータプログラムとが協働する。具体的には、ＣＰＵ５１が、受信部５４を介して取得したセンサ２９からの圧力を表す信号に基づきＲＯＭ５３に記録されたコンピュータプログラムを作業領域として機能するＲＡＭ５２で実行することによって機能を実現する。ＣＰＵ５１が取得又は生成した情報はＲＡＭ５２に格納される。また、本開示の水電解装置の短絡検知方法の過程に基づき必要に応じて出力部５５を介して短絡の有無をモニタに表示する。
具体的な本開示の水電解装置の短絡検知方法の内容については次に説明する。
具体的な本開示の水電解装置の短絡検知方法の内容については次に説明する。
２．水電解装置の短絡検知方法（第１の態様）
図４に、本開示の第１の形態にかかる、水電解装置の短絡検知方法Ｓ１０（以下、「検知方法Ｓ１０」と記載することがある。）の流れを示す。図４からわかるように、検知方法Ｓ１０は、過程Ｓ１１～過程Ｓ１５を含んでいる。上記した制御器５０に保存されるコンピュータプログラムは当該検知方法Ｓ１０の各過程を実行するための具体的なコンピュータに対する指令により構成されている。
図４に、本開示の第１の形態にかかる、水電解装置の短絡検知方法Ｓ１０（以下、「検知方法Ｓ１０」と記載することがある。）の流れを示す。図４からわかるように、検知方法Ｓ１０は、過程Ｓ１１～過程Ｓ１５を含んでいる。上記した制御器５０に保存されるコンピュータプログラムは当該検知方法Ｓ１０の各過程を実行するための具体的なコンピュータに対する指令により構成されている。
２．１．過程Ｓ１１
過程Ｓ１１では、水分解が行われている状態で、各水電解セル２１に備えられたセンサ２９から各水電解セル２１の電圧を取得する。この時には各水電解セルは図５に示したように定常電流密度Ｊｍ（Ａ／ｃｍ２）とされている。
過程Ｓ１１では、水分解が行われている状態で、各水電解セル２１に備えられたセンサ２９から各水電解セル２１の電圧を取得する。この時には各水電解セルは図５に示したように定常電流密度Ｊｍ（Ａ／ｃｍ２）とされている。
２．２．過程Ｓ１２、過程Ｓ１３、過程Ｓ１４
過程Ｓ１２では複数の水電解セル２１毎に、電圧が基準電圧Ｖｂ未満であるかを判定する。図５に示したように定常電流密度Ｊｍ（Ａ／ｃｍ２）において通常（短絡が無い状態）であれば定常電圧Ｖｍ（Ｖ）となるところ、短絡が生じていると電圧は基準電圧Ｖｂ未満（点Ａ）となる。ここで、基準電圧Ｖｂの具体的な大きさは特に限定されることはないが、例えば１．４８（Ｖ）とすることができる。
過程Ｓ１２で電圧が基準電圧Ｖｂ以上である場合にはＮｏが選択され、過程Ｓ１３に進む。過程Ｓ１３では当該水電解セル２１には短絡がないと判定する。
一方、過程Ｓ１２で電圧が基準電圧Ｖｂ未満である場合にはＹｅｓが選択され、過程Ｓ１４に進む。過程Ｓ１４では当該水電解セル２１には短絡があると判定する。
過程Ｓ１２では複数の水電解セル２１毎に、電圧が基準電圧Ｖｂ未満であるかを判定する。図５に示したように定常電流密度Ｊｍ（Ａ／ｃｍ２）において通常（短絡が無い状態）であれば定常電圧Ｖｍ（Ｖ）となるところ、短絡が生じていると電圧は基準電圧Ｖｂ未満（点Ａ）となる。ここで、基準電圧Ｖｂの具体的な大きさは特に限定されることはないが、例えば１．４８（Ｖ）とすることができる。
過程Ｓ１２で電圧が基準電圧Ｖｂ以上である場合にはＮｏが選択され、過程Ｓ１３に進む。過程Ｓ１３では当該水電解セル２１には短絡がないと判定する。
一方、過程Ｓ１２で電圧が基準電圧Ｖｂ未満である場合にはＹｅｓが選択され、過程Ｓ１４に進む。過程Ｓ１４では当該水電解セル２１には短絡があると判定する。
２．３．過程Ｓ１５
過程Ｓ１５では、過程Ｓ１３、過程Ｓ１４で判定した事項をモニタ等に表示することで報知する。この表示には短絡の有無に加えて、当該有無の判定の対象となった水電解セル２１の位置（積層された複数の水電解セル２１の積層位置等）を合わせて表示してもよい。
過程Ｓ１５では、過程Ｓ１３、過程Ｓ１４で判定した事項をモニタ等に表示することで報知する。この表示には短絡の有無に加えて、当該有無の判定の対象となった水電解セル２１の位置（積層された複数の水電解セル２１の積層位置等）を合わせて表示してもよい。
２．４．効果等
本形態の検知方法Ｓ１０では、通常の水電解による水素製造を行いながら短絡の検知をすることができるため常時短絡の有無を知ることが可能となる。また、モニタの使用量を削減してコンパクト、低コスト化を図ることができる。
本形態の検知方法Ｓ１０では、通常の水電解による水素製造を行いながら短絡の検知をすることができるため常時短絡の有無を知ることが可能となる。また、モニタの使用量を削減してコンパクト、低コスト化を図ることができる。
なお、上記では１つの水電解セルに対して１つの電圧を取得するように構成した。ただしこれに限らず例えば２つの水電解セルを合わせて１つの電圧を取得する、又は、３つ以上（ｎ個）の水電解セルを合わせて１つの電圧を取得してもよい。このときには、過程Ｓ１２における判定は、検知した電圧が基準電圧Ｖｂ未満であるという判定基準に代えて、検知した電圧が、（ｎ－１）・Ｖｍ＋Ｖｂ未満であったとき、ｎのうちのいずれかの水電解セルで短絡があると判定することができる。ただし、ｎの数は少ない方が短絡した水電解セルを特定し易いため好ましい。
３．水電解装置の短絡検知方法（第２の態様）
図６に、本開示の第２の形態にかかる、水電解装置の短絡検知方法Ｓ２０（以下、「検知方法Ｓ２０」と記載することがある。）の流れを示す。図６からわかるように、検知方法Ｓ２０は、過程Ｓ２１～過程Ｓ２６を含んでいる。上記した制御器５０に保存されるコンピュータプログラムは当該検知方法Ｓ２０の各過程を実行するための具体的なコンピュータに対する指令により構成されている。
図６に、本開示の第２の形態にかかる、水電解装置の短絡検知方法Ｓ２０（以下、「検知方法Ｓ２０」と記載することがある。）の流れを示す。図６からわかるように、検知方法Ｓ２０は、過程Ｓ２１～過程Ｓ２６を含んでいる。上記した制御器５０に保存されるコンピュータプログラムは当該検知方法Ｓ２０の各過程を実行するための具体的なコンピュータに対する指令により構成されている。
３．１．過程Ｓ２１
過程Ｓ２１では、水分解が行われている状態で、図７に示したように電流密度をＪｍからＪｌに低下させる（低下電流密度Ｊｌ（Ａ／ｃｍ２））。ただし、電流密度を低下させることにより検知される電圧も低下するが、この低下させた電流密度は検知される電圧が基準電圧Ｖｂより小さくならないようにする。低下電流密度Ｊｌの具体的な大きさは特に限定されることはないが、例えば０．１（Ａ／ｃｍ２）とすることができる。
過程Ｓ２１では、水分解が行われている状態で、図７に示したように電流密度をＪｍからＪｌに低下させる（低下電流密度Ｊｌ（Ａ／ｃｍ２））。ただし、電流密度を低下させることにより検知される電圧も低下するが、この低下させた電流密度は検知される電圧が基準電圧Ｖｂより小さくならないようにする。低下電流密度Ｊｌの具体的な大きさは特に限定されることはないが、例えば０．１（Ａ／ｃｍ２）とすることができる。
３．２．過程Ｓ２２
過程Ｓ２２では、水分解が行われている状態で、各水電解セル２１に備えられたセンサ２９から各水電解セル２１の電圧を取得する。この時には各水電解セルは過程Ｓ２１で、図７に示したように低下電流密度Ｊｌ（Ａ／ｃｍ２）とされている。
過程Ｓ２２では、水分解が行われている状態で、各水電解セル２１に備えられたセンサ２９から各水電解セル２１の電圧を取得する。この時には各水電解セルは過程Ｓ２１で、図７に示したように低下電流密度Ｊｌ（Ａ／ｃｍ２）とされている。
３．３．過程Ｓ２３、過程Ｓ２４、過程Ｓ２５
過程Ｓ２３では複数の水電解セル２１毎に、電圧が基準電圧Ｖｂ未満であるかを判定する。図７に示したように低下電流密度Ｊｌ（Ａ／ｃｍ２）において通常（短絡が無い状態）であれば低下電圧Ｖｌ（Ｖ）となるところ、短絡が生じていると電圧は基準電圧Ｖｂ未満（点Ｂ）となる。ここで、基準電圧Ｖｂの具体的な大きさは特に限定されることはないが、例えば１．４８（Ｖ）とすることができる。
過程Ｓ２３で電圧が基準電圧Ｖｂ以上である場合にはＮｏが選択され、過程Ｓ２４に進む。過程Ｓ２４では当該水電解セル２１には短絡がないと判定する。
一方、過程Ｓ２３で電圧が基準電圧Ｖｂ未満である場合にはＹｅｓが選択され、過程Ｓ２５に進む。過程Ｓ２５では当該水電解セル２１には短絡があると判定する。
過程Ｓ２３では複数の水電解セル２１毎に、電圧が基準電圧Ｖｂ未満であるかを判定する。図７に示したように低下電流密度Ｊｌ（Ａ／ｃｍ２）において通常（短絡が無い状態）であれば低下電圧Ｖｌ（Ｖ）となるところ、短絡が生じていると電圧は基準電圧Ｖｂ未満（点Ｂ）となる。ここで、基準電圧Ｖｂの具体的な大きさは特に限定されることはないが、例えば１．４８（Ｖ）とすることができる。
過程Ｓ２３で電圧が基準電圧Ｖｂ以上である場合にはＮｏが選択され、過程Ｓ２４に進む。過程Ｓ２４では当該水電解セル２１には短絡がないと判定する。
一方、過程Ｓ２３で電圧が基準電圧Ｖｂ未満である場合にはＹｅｓが選択され、過程Ｓ２５に進む。過程Ｓ２５では当該水電解セル２１には短絡があると判定する。
３．４．過程Ｓ２６
過程Ｓ２６では、過程Ｓ２４、過程Ｓ２５で判定した事項をモニタ等に表示することで報知する。この表示には短絡の有無に加えて、当該有無の判定の対象となった水電解セル２１の位置（積層された複数の水電解セル２１の積層位置等）を合わせて表示してもよい。
過程Ｓ２６では、過程Ｓ２４、過程Ｓ２５で判定した事項をモニタ等に表示することで報知する。この表示には短絡の有無に加えて、当該有無の判定の対象となった水電解セル２１の位置（積層された複数の水電解セル２１の積層位置等）を合わせて表示してもよい。
３．５．効果等
本形態の検知方法Ｓ２０では、通常の水電解よりは低下しつつも水電解を行いつつ短絡の検知をすることができるため常時短絡の有無を知ることが可能となる。このとき図５と図７とを対比してもわかるように、短絡がないときに検知される電圧（図５のＶｍ、図７のＶｌ）と基準電圧Ｖｂとの差が検知方法Ｓ２０の方が小さくなる。これにより、検知方法Ｓ２０では検知方法Ｓ１０に比べてわずかの電圧低下で基準電圧Ｖｂに達することから、検知精度が高くなり、さらに早期に短絡検知が可能となる。
本形態の検知方法Ｓ２０では、通常の水電解よりは低下しつつも水電解を行いつつ短絡の検知をすることができるため常時短絡の有無を知ることが可能となる。このとき図５と図７とを対比してもわかるように、短絡がないときに検知される電圧（図５のＶｍ、図７のＶｌ）と基準電圧Ｖｂとの差が検知方法Ｓ２０の方が小さくなる。これにより、検知方法Ｓ２０では検知方法Ｓ１０に比べてわずかの電圧低下で基準電圧Ｖｂに達することから、検知精度が高くなり、さらに早期に短絡検知が可能となる。
検知方法Ｓ２０については、通常の水素製造において定期的に検知方法Ｓ２０の短絡検知を行うようにして水素製造を行うことができる。
１０ 水電解装置
２０ 水電解スタック
２１ 水電解セル
２９ センサ（電圧センサ）
３０ 酸素側経路（給水側経路）
４０ 水素側経路
５０ 制御器
２０ 水電解スタック
２１ 水電解セル
２９ センサ（電圧センサ）
３０ 酸素側経路（給水側経路）
４０ 水素側経路
５０ 制御器
Claims (2)
- 複数の水電解セルが配置された水電解装置の前記水電解セルの短絡を検知する方法であって、
複数の前記水電解セルの各々に対して電圧センサを設置し、前記水電解装置の稼働中に水電解が行われている状態で前記電圧センサにより前記水電解セルの電圧を測定して、基準電圧未満であることを検知した場合に短絡であると判定するものであり、
前記判定は、短絡検知のため、定常の水電解時における電流密度よりも当該電流密度を低下させて行う、
水電解装置の短絡検知方法。 - 水電解セルにより水電解をして水素を得る水電解装置であって、
複数の前記水電解セルと、
前記複数の水電解セルの各々に設けられた電圧センサと、
前記電圧センサから電圧を取得する制御器と、を有し、
前記制御器は、前記水電解装置が稼働しているときの前記水電解セルによる水電解が行われて水素が生成されている状態で、取得した前記電圧が基準電圧未満であることを検知した場合に短絡である旨の報知をするものであり、短絡検知を行う際には、定期的に定常の水電解電圧時における電流密度よりも電流密度を低下させて前記電圧を取得する、
水電解装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021206003A JP7306442B2 (ja) | 2021-12-20 | 2021-12-20 | 水電解装置の短絡検知方法、水素製造方法、及び、水電解装置 |
| DE102022128481.6A DE102022128481A1 (de) | 2021-12-20 | 2022-10-27 | Verfahren zum erkennen eines kurzschlusses in einem wasserelektrolyseur, verfahren zur erzeugung von wasserstoff, und wasserelektrolyseur |
| JP2022173370A JP7468599B2 (ja) | 2021-12-20 | 2022-10-28 | 水電解装置の短絡検知方法、水素製造方法、及び、水電解装置 |
| CN202211376980.6A CN116288519A (zh) | 2021-12-20 | 2022-11-04 | 水电解装置的短路检测方法、氢制造方法以及水电解装置 |
| US18/054,756 US20230193490A1 (en) | 2021-12-20 | 2022-11-11 | Method of detecting short circuit in water electrolyzer, method of generating hydrogen, and water electrolyzer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021206003A JP7306442B2 (ja) | 2021-12-20 | 2021-12-20 | 水電解装置の短絡検知方法、水素製造方法、及び、水電解装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022173370A Division JP7468599B2 (ja) | 2021-12-20 | 2022-10-28 | 水電解装置の短絡検知方法、水素製造方法、及び、水電解装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023091321A JP2023091321A (ja) | 2023-06-30 |
| JP7306442B2 true JP7306442B2 (ja) | 2023-07-11 |
Family
ID=86606628
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021206003A Active JP7306442B2 (ja) | 2021-12-20 | 2021-12-20 | 水電解装置の短絡検知方法、水素製造方法、及び、水電解装置 |
| JP2022173370A Active JP7468599B2 (ja) | 2021-12-20 | 2022-10-28 | 水電解装置の短絡検知方法、水素製造方法、及び、水電解装置 |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022173370A Active JP7468599B2 (ja) | 2021-12-20 | 2022-10-28 | 水電解装置の短絡検知方法、水素製造方法、及び、水電解装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20230193490A1 (ja) |
| JP (2) | JP7306442B2 (ja) |
| CN (1) | CN116288519A (ja) |
| DE (1) | DE102022128481A1 (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040245100A1 (en) | 2003-05-14 | 2004-12-09 | Abouatallah Rami Michel | Method, system and apparatus for testing electrochemical cells |
| CN208949425U (zh) | 2018-01-16 | 2019-06-07 | 北京荣科恒阳整流技术有限公司 | 一种电解槽在线槽电压监控系统 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5130009B1 (ja) * | 1965-09-08 | 1976-08-28 | ||
| JPH07243079A (ja) * | 1994-03-02 | 1995-09-19 | Sumitomo Chem Co Ltd | 電極間電圧測定装置 |
| FI113669B (fi) | 2001-06-25 | 2004-05-31 | Outokumpu Oy | Menetelmä elektrolyysin virtahyötysuhteen parantamiseksi |
| JP4126501B2 (ja) | 2004-11-15 | 2008-07-30 | 株式会社ササクラ | 固体高分子電解質膜式水電解装置及び固体高分子電解質膜のピンホール検出方法 |
| KR101431597B1 (ko) * | 2012-05-22 | 2014-08-22 | (주) 테크로스 | 전기분해장치의 전극 모듈 결선 구조 및 이를 이용한 전극 모듈 불량 판별방법 |
| JP7275868B2 (ja) | 2019-05-30 | 2023-05-18 | 株式会社豊田中央研究所 | 水電解装置異常診断用プログラム及び水電解システム |
-
2021
- 2021-12-20 JP JP2021206003A patent/JP7306442B2/ja active Active
-
2022
- 2022-10-27 DE DE102022128481.6A patent/DE102022128481A1/de active Pending
- 2022-10-28 JP JP2022173370A patent/JP7468599B2/ja active Active
- 2022-11-04 CN CN202211376980.6A patent/CN116288519A/zh active Pending
- 2022-11-11 US US18/054,756 patent/US20230193490A1/en active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040245100A1 (en) | 2003-05-14 | 2004-12-09 | Abouatallah Rami Michel | Method, system and apparatus for testing electrochemical cells |
| CN208949425U (zh) | 2018-01-16 | 2019-06-07 | 北京荣科恒阳整流技术有限公司 | 一种电解槽在线槽电压监控系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP7468599B2 (ja) | 2024-04-16 |
| US20230193490A1 (en) | 2023-06-22 |
| JP2023091738A (ja) | 2023-06-30 |
| JP2023091321A (ja) | 2023-06-30 |
| CN116288519A (zh) | 2023-06-23 |
| DE102022128481A1 (de) | 2023-06-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5326423B2 (ja) | 燃料電池システム、および、燃料電池の状態検知方法 | |
| JP5343509B2 (ja) | 燃料電池システムおよび燃料電池の状態検知方法 | |
| US8241800B2 (en) | Fuel cell system and fuel cell control method | |
| KR20120056848A (ko) | 촉매 층 | |
| US20230194380A1 (en) | Method of detecting leakage in water electrolyzer, method of generating hydrogen, program for detecting leakage in water electolyzer, and water electrolyzer | |
| WO2007018294A1 (ja) | 性能劣化判定装置及びその方法 | |
| JP2019518318A (ja) | 等価回路に基づく燃料電池予測モデル | |
| JP4852854B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2010010085A (ja) | 燃料電池システム | |
| US20070259219A1 (en) | Technique and apparatus to detect and recover from an unhealthy condition of a fuel cell stack | |
| JP2007317437A (ja) | 電池用電極触媒の性能評価方法、探索方法、電池用電極触媒及びその電極触媒を用いた燃料電池 | |
| JP7306442B2 (ja) | 水電解装置の短絡検知方法、水素製造方法、及び、水電解装置 | |
| US20050233186A1 (en) | Liquid-fuel fuel cell, operation monitoring method for monitoring operation thereof, and operation monitoring device | |
| US20230295822A1 (en) | Method of controlling load of water electrolysis stack, method of producing hydrogen, and water electrolysis apparatus | |
| US20070141406A1 (en) | Technique and apparatus to detect carbon monoxide poisoning of a fuel cell stack | |
| EP4421210A1 (en) | Water electrolysis system | |
| JP4972884B2 (ja) | 燃料電池 | |
| US20240240337A1 (en) | Water electrolysis system | |
| JP4770120B2 (ja) | 直接液体燃料形燃料電池システム | |
| JP2024068749A (ja) | 水電解装置 | |
| JP2005129434A (ja) | 燃料電池の活性化方法 | |
| JP2012028185A (ja) | 燃料電池のセル異常検出装置、燃料電池装置、および、燃料電池のセル異常検出方法 | |
| JP2017010620A (ja) | 燃料電池システムおよびその運転方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220623 |
|
| A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20220623 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220830 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20221028 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20221122 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230208 |
|
| A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20230302 |
|
| 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: 20230530 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230612 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7306442 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |