JP7412481B2 - 水電解装置、水電解方法、水電解システム、水電解・燃料電池装置、水電解・燃料電池運転方法及び水電解・燃料電池システム - Google Patents
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Description
まず電磁弁V2を開、それ以外の電磁弁V3、V6、V8、V9を閉とする。タンク51に貯留されている純水は、ポンプ53を起動することで配管52を通って、水電解・燃料電池セルのスタック113の純水入口ポートP1に供給される。純水入口ポートP1は酸素極連通口126a、136a、146aと連通しており、図6に示したように、酸素極側のセパレータ141では、これら酸素極連通口126a、136a、146aから中央の領域142を通って、酸素極連通口126b、136b、146bを経て、純水出口ポートP2から水電解・燃料電池セルのスタック113外へと排出され、配管61からタンク51へと返水される。
次に燃料電池運転の場合について説明する。燃料電池運転時には、電磁弁V8、V9を開、それ以外の電磁弁V2、V3、V6を閉とする。水素側では、調整弁V7で圧力調整された水素が流路151を通って水素入口ポートP4に供給される。水素入口ポートP4に供給された水素は、図7に示したように、連通口123a、中央の電極部分122、水素極連通口123bを通って水素出口ポートP3からセル外に排出される。ここで水素ポンプ154を起動することで、排出された水素ガスは水素ポンプ154に吸い込まれ、再び水電解・燃料電池セルのスタック113に供給される。
ΔP=λ・(L/D)・(ρ・v2/2) ・・・・・式(1)
なお式(1)において、λは管摩擦係数、Lは流路長、Dは流路断面積、ρは流体密度、vは流速である。
2 直流電源
3 外部負荷
10 水電解セル
11、12 エンドプレート
13 水電解セルスタック
21 電極体
22 電極部分
23、24、25、33、34、35、43、44、45 連通口
31 水素極側のセパレータ
32、42 領域
36、37、38、46、47 シール材
41 酸素極側のセパレータ
51、72 タンク
52、59、74 配管
53 ポンプ
P1 純水入口ポート
P2 純水出口ポート
P3 水素出口ポート
P4 水素入口ポート
P5 空気入口ポート
P6 空気出口ポート
P7 冷却水出口ポート
P8 冷却水入口ポート
101 水電解・燃料電池システム101
110 一体型セル
111、112 エンドプレート
113 水電解・燃料電池セルのスタック
121 電極体
122 電極部分
123a、123b、133a、133b、143a、143b 水素極連通口
124a、124b、134a、134b、144a、144b 酸素極連通口
131 水素極側のセパレータ
132、142 領域
137、138、139、147、148、149 シール材
141 酸素極側のセパレータ
151、153、163、165 流路
154 水素ポンプ
Claims (8)
- 電解質膜の両側に給電体を配置してさらにセパレータを各給電体の外側に配置した固体高分子形の水電解セルを、複数積層した水電解装置であって、
前記固体高分子形の水電解セルは長方形であって、かつ当該水電解セルは横長かつ鉛直方向に配置され、かつ水平方向に積層されており、
前記長方形の各水電解セルの下側の長辺側に、水供給のための連通口が配置され、各水電解セルの上側の長辺側に、電解水と酸素ガスの排出用の連通口が配置され、
水素ガス排出用の連通口は、前記水電解セルの下側の長辺側の角部に配置されていることを特徴とする、水電解装置。 - 前記電解水と酸素ガスの排出用の連通口は、前記水電解セルの電極部分の長手方向全体に亘って形成されていることを特徴とする、請求項1に記載の水電解装置。
- 請求項1または2のいずれか一項に記載の水電解装置を用いて水を電気分解する方法であって、
前記長方形の水電解セルの下側の長辺側から上側の長辺側に向けて、原料水を水電解セル内に供給することを特徴とする、水電解方法。 - 請求項1または2のいずれか一項に記載の水電解装置を用いた水電解システムであって、
前記水電解装置に直流電力を供給する電源装置と、
前記水電解装置に原料水を供給する原料水供給路と、
前記水電解装置で発生した水素ガスをシステム外に放出する水素ガス放出路と、
前記水電解装置で発生した酸素ガスをシステム外に放出する酸素ガス放出路と、
を有することを特徴とする、水電解システム。 - 電解質膜の両側に給・集電体を配置してさらにセパレータを各給・集電体の外側に配置した、固体高分子形の水電解燃料電池一体型セルを、複数積層した水電解・燃料電池装置であって、
前記固体高分子形の水電解燃料電池一体型セルは長方形であって、かつ当該水電解燃料電池一体型セルは横長かつ鉛直方向に配置され、かつ水平方向に積層されており、
前記長方形の各水電解燃料電池一体型セルの下側の長辺側に、水電解運転の際の原料水供給のための連通口、及び冷却水供給のための連通口が配置され、
各水電解燃料電池一体型セルの上側の長辺側に、水電解運転の際の電解水と酸素ガスの排出用の連通口が配置され、
各水電解燃料電池一体型セルの短辺側に、水電解運転の際の水素ガス排出用の連通口、及び燃料電池運転の際の水素ガス供給用の連通口、及び空気または酸素ガス供給用の連通口が形成され、
水素ガス排出用の連通口は、前記水電解燃料電池一体型セルの角部に配置されていることを特徴とする、水電解・燃料電池装置。 - 前記水素ガス排出用の連通口は、前記水電解燃料電池一体型セルの下側の長辺側の角部に配置されていることを特徴とする、請求項5に記載の水電解・燃料電池装置。
- 請求項5または6のいずれか一項に記載の水電解・燃料電池装置を用いて水電解運転と燃料電池運転を切り替えて行う方法であって、
水電解運転の際には、前記長方形の水電解燃料電池一体型セルの下側の長辺側から上側の長辺側に向けて、原料水を水電解燃料電池一体型セル内に供給し、
燃料電池運転の際には、前記長方形の水電解燃料電池一体型セルの短辺側から対向する短辺側に向けて、原料ガスを水電解燃料電池一体型セル内に供給することを特徴とする、水電解・燃料電池運転方法。 - 請求項5または6のいずれか一項に記載の水電解・燃料電池装置を用いた水電解・燃料電池システムであって、
前記水電解・燃料電池装置に直流電力を供給する電源装置と、
前記水電解・燃料電池装置に原料水を供給する原料水供給路と、
前記水電解・燃料電池装置で発生した水素ガスをシステム外に放出する水素ガス放出路と、
前記水電解・燃料電池装置で発生した酸素ガスをシステム外に放出する酸素ガス放出路と、
前記水電解・燃料電池装置に水素ガスを供給する水素ガス供給路と、
前記水電解・燃料電池装置に酸素ガスまたは空気を供給するガス供給路と、
前記水電解・燃料電池装置で発生した水をシステム外に放出する酸素ガス放出路と、を有することを特徴とする、水電解・燃料電池システム。
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