JP7779166B2 - Water electrolysis system and method for controlling the water electrolysis system - Google Patents

Water electrolysis system and method for controlling the water electrolysis system

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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。 The present invention relates to a water electrolysis system and a method for controlling a water electrolysis system.

従来から、電解質膜を用いた水の電気分解(電解)により水素を生成する水電解システムが知られている。例えば、特許文献1,2には、電解質膜において未反応であった水を、水電解システム内に循環させて電解質膜に再度供給する水電解システムが開示されている。これら水電解システムにおいては、酸素気液分離器と水電解セルとの間を循環する循環水の導電率の計測結果から循環水に含まれる不純物濃度を特定し、不純物濃度が高い場合には、フィルターやイオン交換樹脂等で不純物を取り除く制御を行っている。 Water electrolysis systems that generate hydrogen through the electrolysis of water using an electrolyte membrane have been known for some time. For example, Patent Documents 1 and 2 disclose water electrolysis systems in which water that has not reacted in the electrolyte membrane is circulated within the water electrolysis system and resupplied to the electrolyte membrane. In these water electrolysis systems, the concentration of impurities in the circulating water is determined from the results of measuring the conductivity of the circulating water circulating between the oxygen gas-liquid separator and the water electrolysis cell, and if the impurity concentration is high, controls are implemented to remove the impurities using filters, ion exchange resins, etc.

また、水電解システムの破損劣化を防止する技術についても、従来から提案されている。例えば、特許文献3には、水素側気液分離タンクと酸素側気液分離タンクとを接続する圧力調整流路を設けることにより、水電解運転の停止時に水電解装置内が負圧になることを防止する水電解システムが開示されている。特許文献4には、水電解反応を停止させている間、電解質膜の劣化を防止するために停止動作用の電圧を印加する水電解装置が開示されている。特許文献5には、水電解装置に適用される給電体として、電流を分散させて高温に起因する電解質膜の破損を防止する給電体が開示されている。特許文献6には、触媒層を多孔質体で覆うことにより、カソード電極触媒層側とアノード電極触媒層側との差圧の増大時に電解質膜に加わる荷重を吸収する水電解装置が開示されている。 Technologies for preventing damage and deterioration of water electrolysis systems have also been proposed. For example, Patent Document 3 discloses a water electrolysis system that prevents negative pressure within the water electrolysis device when water electrolysis operation is stopped by providing a pressure adjustment channel connecting the hydrogen-side gas-liquid separation tank and the oxygen-side gas-liquid separation tank. Patent Document 4 discloses a water electrolysis device that applies a shutdown voltage to prevent deterioration of the electrolyte membrane while the water electrolysis reaction is stopped. Patent Document 5 discloses a power supply used in a water electrolysis device that disperses current to prevent damage to the electrolyte membrane due to high temperatures. Patent Document 6 discloses a water electrolysis device that absorbs the load applied to the electrolyte membrane when the pressure difference between the cathode electrode catalyst layer side and the anode electrode catalyst layer side increases by covering the catalyst layer with a porous material.

特開2015-48506号公報JP 2015-48506 A 特開2003-105578号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-105578 特開2021-46602号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2021-46602 特開2013-199697号公報JP 2013-199697 A 特開2011-127215号公報JP 2011-127215 A 特開2019-157213号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2019-157213

しかし、特許文献3~6には、いずれも水電解システムの破損劣化を防止する内容が開示されているに留まり、電解質膜の状態を検出することについては何ら考慮されていない。また、特許文献1,2では、循環水の導電率を計測しているが、この循環水は水電解セルでの電解反応に用いられる水であり、その純度を保つために新規の純水によって適宜希釈されている。そのため、この循環水の導電率等の水質を計測しても、電解質膜の状態を示す指標は検出されにくいことから、電解質膜の状態の変化を早期に検出できない虞がある。このため、電解質膜の状態の変化を早期に検出できる水電解システムの開発が望まれていた。 However, Patent Documents 3 to 6 only disclose methods for preventing damage and deterioration of water electrolysis systems, and do not give any consideration to detecting the state of the electrolyte membrane. Furthermore, Patent Documents 1 and 2 measure the conductivity of circulating water, but this circulating water is the water used in the electrolysis reaction in the water electrolysis cell, and is appropriately diluted with new pure water to maintain its purity. Therefore, even if the water quality of this circulating water, such as the conductivity, is measured, it is difficult to detect indicators of the state of the electrolyte membrane, and there is a risk that changes in the state of the electrolyte membrane cannot be detected early. Therefore, there is a need for the development of a water electrolysis system that can detect changes in the state of the electrolyte membrane early.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。 The present invention has been made to solve at least some of the above-mentioned problems, and can be realized in the following forms.

(1)本発明の一形態によれば、水電解システムが提供される。この水電解システムは、電解質膜を用いた水の電気分解により酸素及び水素を生成する水電解部と、前記水電解部で生成された水素と水との混合物を水素と水とに分離する水素気液分離部と、前記水素気液分離部で分離された水である水素分離水の水質を計測する計測部と、前記水電解システムを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記計測部による計測結果に応じて前記電解質膜の状態を推定し、前記電解質膜の状態に応じて、前記水電解部による酸素及び水素の生成を制御する。 (1) According to one aspect of the present invention, a water electrolysis system is provided. The water electrolysis system includes a water electrolysis unit that produces oxygen and hydrogen by electrolyzing water using an electrolyte membrane; a hydrogen-gas-liquid separation unit that separates the mixture of hydrogen and water produced in the water electrolysis unit into hydrogen and water; a measurement unit that measures the water quality of hydrogen-separated water, which is water separated in the hydrogen-gas-liquid separation unit; and a control unit that controls the water electrolysis system. The control unit estimates the state of the electrolyte membrane based on the measurement results by the measurement unit, and controls the production of oxygen and hydrogen by the water electrolysis unit based on the state of the electrolyte membrane.

この構成によれば、水素気液分離部で分離された水である水素分離水の水質が計測され、その計測結果から推定される電解質膜の状態に応じて、水電解部による酸素及び水素の生成が制御される。水素分離水の水質は、電解質膜の状態の変化に伴って変化することから、この構成によれば、電解質膜の状態を適正に判定することができる。また、水素気液分離部内の水は希釈されることなく、電解質の状態を示す情報(例えば溶出物)は水素分離水に直接反映されることから、電解質膜の状態の変化を高感度で判定することができる。すなわち、電解質の状態に変化が発生し始めた時点でその変化が検出可能であることから、電解質膜の状態の変化を早期に検出できる。 With this configuration, the quality of the hydrogen-separated water, which is water separated in the hydrogen-gas-liquid separation unit, is measured, and the production of oxygen and hydrogen by the water electrolysis unit is controlled according to the state of the electrolyte membrane estimated from the measurement results. Because the quality of the hydrogen-separated water changes in accordance with changes in the state of the electrolyte membrane, this configuration allows for accurate determination of the state of the electrolyte membrane. Furthermore, because the water in the hydrogen-gas-liquid separation unit is not diluted and information indicating the state of the electrolyte (e.g., eluates) is directly reflected in the hydrogen-separated water, changes in the state of the electrolyte membrane can be determined with high sensitivity. In other words, because changes in the state of the electrolyte can be detected as soon as they begin to occur, changes in the state of the electrolyte membrane can be detected early.

(2)上記形態の水電解システムにおいて、前記電解質膜の状態は、前記電解質の損傷の有無を含み、前記制御部は、前記電解質膜に損傷が生じている場合、前記水電解部による酸素及び水素の生成の停止、または、前記水電解部による酸素及び水素の生成速度の低下を実行してもよい。
この構成によれば、電解質膜の状態として、電解質膜の損傷の有無を推定することができる。そして、電解質膜に損傷が生じている場合、水電解部による酸素及び水素の生成の停止、または、生成速度を低下させることから、電解質膜の損傷が拡大するのを抑制することができる。
(2) In the water electrolysis system of the above aspect, the state of the electrolyte membrane may include whether or not the electrolyte is damaged. If the electrolyte membrane is damaged, the control unit may stop the production of oxygen and hydrogen by the water electrolysis unit or slow down the rate at which oxygen and hydrogen are produced by the water electrolysis unit.
With this configuration, the state of the electrolyte membrane can be estimated as the presence or absence of damage to the electrolyte membrane. If the electrolyte membrane is damaged, the production of oxygen and hydrogen by the water electrolysis unit is stopped or the production rate is reduced, thereby preventing the damage to the electrolyte membrane from spreading.

(3)上記形態の水電解システムにおいて、さらに、前記水電解部で生成された酸素と水との混合物を酸素と水とに分離する酸素気液分離部と、前記水素気液分離部から前記酸素気液分離部へ前記水素分離水を供給する還流路と、前記酸素気液分離部から前記水電解部へ前記水素分離水を含んだ水を供給する供給路と、を備えてもよい。
この構成によれば、水素気液分離部から酸素気液分離部へ水素分離水が供給されるとともに、酸素気液分離部から水電解部へ水素分離水を含んだ水が供給される。このため、電解質膜において未反応であったために水素気液分離部に送られた水を水電解部に供給して、水の電解反応に再利用することができる。したがって、水の電解反応による酸素及び水素の生成コストを低減することができる。
(3) The water electrolysis system of the above aspect may further include an oxygen-gas-liquid separation unit that separates a mixture of oxygen and water produced in the water electrolysis unit into oxygen and water; a reflux path that supplies the hydrogen-separated water from the hydrogen-gas-liquid separation unit to the oxygen-gas-liquid separation unit; and a supply path that supplies water containing the hydrogen-separated water from the oxygen-gas-liquid separation unit to the water electrolysis unit.
With this configuration, hydrogen-separated water is supplied from the hydrogen-gas-liquid separation unit to the oxygen-gas-liquid separation unit, and water containing hydrogen-separated water is supplied from the oxygen-gas-liquid separation unit to the water electrolysis unit. Therefore, water that was sent to the hydrogen-gas-liquid separation unit because it did not react in the electrolyte membrane can be supplied to the water electrolysis unit and reused for the water electrolysis reaction. This reduces the cost of producing oxygen and hydrogen through the water electrolysis reaction.

(4)上記形態の水電解システムにおいて、前記還流路に設けられ、前記酸素気液分離部への前記水素分離水の供給を遮断可能な遮断弁を備え、前記電解質膜の状態は、前記電解質の損傷の有無を含み、前記制御部は、前記電解質膜に損傷が生じている場合、前記遮断弁を閉弁して前記酸素気液分離部への前記水素分離水の供給を停止させてもよい。
この構成によれば、電解質膜に損傷が生じている場合、電解質膜の損傷で生じた溶出物等が水素分離水に含まれていることから、そのような水素分離水が酸素気液分離部を介して、水電解システム内に流通するのを抑制することができる。
(4) In the water electrolysis system of the above aspect, a shut-off valve may be provided in the return path and capable of shutting off the supply of the hydrogen-separated water to the oxygen-gas-liquid separation unit, the state of the electrolyte membrane may include whether or not the electrolyte is damaged, and if the electrolyte membrane is damaged, the control unit may close the shut-off valve to stop the supply of the hydrogen-separated water to the oxygen-gas-liquid separation unit.
According to this configuration, if the electrolyte membrane is damaged, the hydrogen-separated water contains eluted materials and the like resulting from the damage to the electrolyte membrane, and therefore such hydrogen-separated water can be prevented from circulating within the water electrolysis system via the oxygen-gas-liquid separation section.

(5)上記形態の水電解システムにおいて、複数の前記水電解部と、前記水電解部の各々に対応して設けられ、前記水電解部の各々で生成された水素と水との混合物を水素と水とに分離する複数の前記水素気液分離部と、前記水素気液分離部の各々に対応して設けられ、前記水素気液分離部の各々で分離された前記水素分離水の水質を計測する複数の前記計測部と、前記計測部の各々による計測結果に応じて前記水電解部の各々の前記電解質膜の状態を推定し、前記電解質膜の状態に応じて、前記水電解部の各々による酸素及び水素の生成を制御する、前記制御部と、前記酸素気液分離部と、前記水素気液分離部の各々から前記酸素気液分離部へ前記水素分離水を供給する複数の前記還流路と、前記酸素気液分離部から前記水電解部の各々へ前記水素分離水を含んだ水を供給する前記供給路と、を備えてもよい。
この構成によれば、水素気液分離部の各々から酸素気液分離部へ水素分離水が供給されるとともに、酸素気液分離部から水電解部へ水素分離水を含んだ水が供給される。このため、電解質膜において未反応であったために水素気液分離部の各々に送られた水を電解質膜に供給して、水の電解反応に再利用することができる。したがって、水の電解反応による酸素及び水素の生成コストを低減することができる。
(5) The water electrolysis system of the above aspect may include a plurality of the water electrolysis units; a plurality of hydrogen-gas-liquid separation units provided corresponding to the water electrolysis units, each separating a mixture of hydrogen and water produced in the water electrolysis units into hydrogen and water; a plurality of measurement units provided corresponding to the hydrogen-gas-liquid separation units, each measuring a water quality of the hydrogen-separated water separated in the hydrogen-gas-liquid separation unit; the control unit estimating a state of the electrolyte membrane in each of the water electrolysis units based on measurement results by each of the measurement units and controlling production of oxygen and hydrogen by each of the water electrolysis units based on the state of the electrolyte membrane; the oxygen-gas-liquid separation unit; a plurality of return paths for supplying the hydrogen-separated water from each of the hydrogen-gas-liquid separation units to the oxygen-gas-liquid separation unit; and the supply path for supplying water containing the hydrogen-separated water from the oxygen-gas-liquid separation unit to each of the water electrolysis units.
With this configuration, hydrogen-separated water is supplied from each hydrogen-gas-liquid separation unit to the oxygen-gas-liquid separation unit, and water containing hydrogen-separated water is supplied from the oxygen-gas-liquid separation unit to the water electrolysis unit. Therefore, water that was sent to each hydrogen-gas-liquid separation unit because it was unreacted in the electrolyte membrane can be supplied to the electrolyte membrane and reused for the water electrolysis reaction. This reduces the cost of producing oxygen and hydrogen through the water electrolysis reaction.

(6)上記形態の水電解システムにおいて、前記電解質膜の状態は、前記電解質の損傷の有無を含み、前記制御部は、前記電解質膜に損傷が生じている前記水電解部が存在する場合、当該水電解部による酸素及び水素の生成の停止、または、前記水電解部による酸素及び水素の生成速度の低下を実行してもよい。
この構成によれば、電解質膜に損傷が生じている水電解部が存在する場合、その水電解部による酸素及び水素の生成の停止、または、生成速度を低下させることから、電解質膜の損傷が拡大するのを抑制することができる。
(6) In the water electrolysis system of the above aspect, the state of the electrolyte membrane may include whether or not the electrolyte is damaged. If any of the water electrolysis units has damaged electrolyte membranes, the control unit may stop the water electrolysis unit from producing oxygen and hydrogen or reduce the rate at which the water electrolysis unit produces oxygen and hydrogen.
According to this configuration, if there is a water electrolysis unit with damaged electrolyte membrane, the production of oxygen and hydrogen by that water electrolysis unit is stopped or the production rate is reduced, thereby preventing the damage to the electrolyte membrane from spreading.

(7)上記形態の水電解システムにおいて、さらに、前記還流路の各々に設けられ、前記酸素気液分離部への前記水素分離水の供給を遮断可能な複数の遮断弁を備え、前記制御部は、前記電解質膜に損傷が生じている前記水電解部が存在する場合、当該水電解部に由来する前記水素分離水を流す前記還流路の前記遮断弁を閉弁して前記酸素気液分離部への前記水素分離水の供給を停止させてもよい。
この構成によれば、電解質膜に損傷が生じている水電解部が存在する場合、その水電解部に由来する水素分離水には、電解質膜の損傷を示す情報である溶出物等が水素分離水に含まれていることから、そのような水素分離水が酸素気液分離部を介して、水電解システム内に流通するのを抑制することができる。
(7) The water electrolysis system of the above aspect may further include a plurality of shut-off valves provided in the return paths, each capable of shutting off the supply of the hydrogen-separated water to the oxygen-gas-liquid separation unit, and when a water electrolysis unit with damaged electrolyte membrane is present, the control unit may close the shut-off valve in the return path through which the hydrogen-separated water originating from the water electrolysis unit flows, thereby stopping the supply of the hydrogen-separated water to the oxygen-gas-liquid separation unit.
According to this configuration, if a water electrolysis unit with damaged electrolyte membrane is present, the hydrogen-separated water derived from that water electrolysis unit will contain leachables, etc., which are information indicating damage to the electrolyte membrane. Therefore, such hydrogen-separated water can be prevented from circulating within the water electrolysis system via the oxygen-gas-liquid separation unit.

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、水電解システムの制御方法、水電解システムにおける水の電気分解を制御するコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを配布するためのサーバ装置、そのコンピュータプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等などの形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various forms, such as a method for controlling a water electrolysis system, a computer program for controlling the electrolysis of water in a water electrolysis system, a server device for distributing the computer program, and a non-transitory storage medium storing the computer program.

第1実施形態の水電解システムの構成を例示した説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating the configuration of a water electrolysis system according to a first embodiment. 第2実施形態の水電解システムの構成を例示した説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating the configuration of a water electrolysis system according to a second embodiment. 第3実施形態の水電解システムの構成を例示した説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating the configuration of a water electrolysis system according to a third embodiment. 第4実施形態の水電解システムの構成を例示した説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating the configuration of a water electrolysis system according to a fourth embodiment.

<第1実施形態>
図1は、本発明の一実施形態としての水電解システム1の構成を例示した説明図である。水電解システム1は、水の電気分解により酸素及び水素を生成するシステムである。水電解システム1は、貯蔵タンク5と、酸素気液分離部10と、水電解部11と、DC電源13と、熱交換器15o,15h,17と、イオン交換ユニット19と、水素気液分離部20と、制御部40と、を備える。
First Embodiment
1 is an explanatory diagram illustrating the configuration of a water electrolysis system 1 according to one embodiment of the present invention. The water electrolysis system 1 is a system that produces oxygen and hydrogen by electrolysis of water. The water electrolysis system 1 includes a storage tank 5, an oxygen-gas-liquid separation unit 10, a water electrolysis unit 11, a DC power supply 13, heat exchangers 15o, 15h, and 17, an ion exchange unit 19, a hydrogen-gas-liquid separation unit 20, and a control unit 40.

貯蔵タンク5は、純水を貯蔵するタンクである。流路F1は、貯蔵タンク5と酸素気液分離部10とを接続する流路である。流路F1を形成している配管には、遮断弁S1と、給水ポンプR1と、が設けられている。遮断弁S1は、開閉度合に応じて、流路F1を形成している配管内の流量を調整可能であるとともに、配管内の流通を遮断可能でもある。以降、遮断弁S1と異なる符号の遮断弁についても、同様の機能を有するものとする。給水ポンプR1は、酸素気液分離部10への給水を行う。酸素気液分離部10には、貯蔵タンク5から流路F1を介して純水が供給される。酸素気液分離部10は、後述する水電解部11にて生成された酸素と水との混合物を酸素と水とに分離する。分離された酸素は、流路F2を介して、水電解システム1の外部に送られる。分離された水を水電解システム1の外部に送る際には、流路F3を形成している配管に設けられた遮断弁S2が開弁される。水位センサL1は、酸素気液分離部10内の水位を検出する。 The storage tank 5 stores pure water. Flow path F1 connects the storage tank 5 to the oxygen-gas-liquid separation unit 10. A shutoff valve S1 and a water supply pump R1 are provided in the piping forming flow path F1. The shutoff valve S1 can adjust the flow rate in the piping forming flow path F1 and shut off the flow in the piping depending on the degree of opening and closing. Hereinafter, shutoff valves with different reference numerals from the shutoff valve S1 will be considered to have the same function. The water supply pump R1 supplies water to the oxygen-gas-liquid separation unit 10. Pure water is supplied to the oxygen-gas-liquid separation unit 10 from the storage tank 5 via flow path F1. The oxygen-gas-liquid separation unit 10 separates the mixture of oxygen and water generated in the water electrolysis unit 11 (described below) into oxygen and water. The separated oxygen is sent to the outside of the water electrolysis system 1 via flow path F2. When the separated water is sent to the outside of the water electrolysis system 1, a shutoff valve S2 provided in the piping forming flow path F3 is opened. The water level sensor L1 detects the water level in the oxygen gas-liquid separation unit 10.

流路F4は、酸素気液分離部10において分離された水を水電解部11へ供給するための流路である。流路F4を形成している配管には、遮断弁S3と、循環ポンプR2と、圧力センサP1と、温度センサT1と、遮断弁S4と、が設けられている。循環ポンプR2は、酸素気液分離部10から水電解部11へ水を送出する。圧力センサP1及び温度センサT1は、流路F4を形成している配管内の圧力及び温度を検出する。以降、圧力センサP1及び温度センサT1と異なる符号の圧力センサ及び温度センサについても、同様の機能を有するものとする。流路F5は、流路F4から分岐した流路であり、内部を通過する水の温度を低下させる熱交換器17に接続されている。流路F5を形成している配管に遮断弁S5が設けられている。イオン交換ユニット19は、流路F6を介して、熱交換器17に接続され、内部を通過する水の導電率をイオン交換によって低下させる。イオン交換ユニット19を通過した水は、流路F7を介して、酸素気液分離部10に送られる。遮断弁S5が開弁している際には、酸素気液分離部10から流路F4へ送り出される水のうちの少なくとも一部が、熱交換器17及びイオン交換ユニット19を通過して、酸素気液分離部10に循環される。バイパス流路B1は、流路F4から分岐した流路であり、水電解部11と熱交換器15oとを接続する流路F8に接続されている。バイパス流路B1を形成している配管には、遮断弁S6が設けられている。流路F8を形成している配管には、圧力センサP2と、温度センサT2と、が設けられている。 Flow path F4 is a flow path for supplying water separated in the oxygen-gas-liquid separation unit 10 to the water electrolysis unit 11. The piping forming flow path F4 is provided with a shut-off valve S3, a circulation pump R2, a pressure sensor P1, a temperature sensor T1, and a shut-off valve S4. The circulation pump R2 sends water from the oxygen-gas-liquid separation unit 10 to the water electrolysis unit 11. The pressure sensor P1 and the temperature sensor T1 detect the pressure and temperature within the piping forming flow path F4. Hereinafter, pressure sensors and temperature sensors with different reference numbers from the pressure sensor P1 and the temperature sensor T1 will be considered to have the same functions. Flow path F5 is a flow path branching off from flow path F4 and connected to a heat exchanger 17, which lowers the temperature of the water passing through it. The piping forming flow path F5 is provided with a shut-off valve S5. The ion exchange unit 19 is connected to the heat exchanger 17 via flow path F6 and lowers the conductivity of the water passing through it by ion exchange. Water that has passed through the ion exchange unit 19 is sent to the oxygen-gas-liquid separation unit 10 via flow path F7. When the shut-off valve S5 is open, at least a portion of the water sent from the oxygen-gas-liquid separation unit 10 to flow path F4 passes through the heat exchanger 17 and the ion exchange unit 19 and is circulated to the oxygen-gas-liquid separation unit 10. The bypass flow path B1 branches off from flow path F4 and is connected to flow path F8, which connects the water electrolysis unit 11 and the heat exchanger 15o. The piping forming the bypass flow path B1 is provided with a shut-off valve S6. The piping forming flow path F8 is provided with a pressure sensor P2 and a temperature sensor T2.

水電解部11は、電解質膜を用いた純水の電気分解(電解)により酸素及び水素を生成する。上述したように、電解反応に用いられる水は、流路F4を介して、酸素気液分離部10から供給される。水電解部11にて生成された酸素と水との混合物は、流路F8を介して熱交換器15oに送られて冷却されたのち、流路F9を介して酸素気液分離部10に送られる。一方、水電解部11にて生成された水素と水との混合物は、流路F10を介して熱交換器15hに送られて冷却されたのち、流路F11を介して水素気液分離部20に送られる。 The water electrolysis unit 11 produces oxygen and hydrogen by electrolysis of pure water using an electrolyte membrane. As described above, the water used in the electrolysis reaction is supplied from the oxygen-gas-liquid separation unit 10 via flow path F4. The mixture of oxygen and water produced in the water electrolysis unit 11 is sent to the heat exchanger 15o via flow path F8, where it is cooled, and then sent to the oxygen-gas-liquid separation unit 10 via flow path F9. Meanwhile, the mixture of hydrogen and water produced in the water electrolysis unit 11 is sent to the heat exchanger 15h via flow path F10, where it is cooled, and then sent to the hydrogen-gas-liquid separation unit 20 via flow path F11.

水素気液分離部20は、水電解部11にて生成された水素と水との混合物を水素と水とに分離する。分離された水素は、流路F12を介して、水電解システム1の外部に送られる。水位センサL2は、水素気液分離部20内の水位を検出する。流路F13は、水素気液分離部20に接続された流路である。水素気液分離部20で分離された水を水電解システム1の外部に送る際には、流路F13を形成している配管に設けられた遮断弁S7が開弁される。 The hydrogen-gas-liquid separation unit 20 separates the mixture of hydrogen and water produced in the water electrolysis unit 11 into hydrogen and water. The separated hydrogen is sent to the outside of the water electrolysis system 1 via flow path F12. The water level sensor L2 detects the water level in the hydrogen-gas-liquid separation unit 20. Flow path F13 is a flow path connected to the hydrogen-gas-liquid separation unit 20. When the water separated in the hydrogen-gas-liquid separation unit 20 is sent to the outside of the water electrolysis system 1, the shut-off valve S7 provided in the piping forming flow path F13 is opened.

流路F14は、流路F13から分岐した流路であり、酸素気液分離部10に接続されている。流路F14は、水素気液分離部20で分離された水である水素分離水を水素気液分離部20から酸素気液分離部10へ供給する還流路である。流路F14を形成している配管には、送水ポンプR3と、遮断弁S8と、計測部M1と、が設けられている。送水ポンプR3は、水素気液分離部20から酸素気液分離部10へ水を送出する。遮断弁S8は、酸素気液分離部10への水素分離水の供給を遮断可能な遮断弁である。計測部M1は、水素分離水の水質を計測する。本実施形態では、計測部M1は、水の伝導率を計測する伝導率計である。 Flow path F14 is a flow path branching off from flow path F13 and connected to the oxygen-gas-liquid separation unit 10. Flow path F14 is a return flow path that supplies hydrogen-separated water, which is water separated in the hydrogen-gas-liquid separation unit 20, from the hydrogen-gas-liquid separation unit 20 to the oxygen-gas-liquid separation unit 10. The piping that forms flow path F14 is provided with a water pump R3, a shutoff valve S8, and a measurement unit M1. The water pump R3 sends water from the hydrogen-gas-liquid separation unit 20 to the oxygen-gas-liquid separation unit 10. The shutoff valve S8 is a shutoff valve that can shut off the supply of hydrogen-separated water to the oxygen-gas-liquid separation unit 10. The measurement unit M1 measures the water quality of the hydrogen-separated water. In this embodiment, the measurement unit M1 is a conductivity meter that measures the conductivity of water.

流路F14を介して酸素気液分離部10へ供給された水素分離水は、酸素気液分離部10内において、酸素と水との混合物から分離された水や貯蔵タンク5から供給された純水と混和されたのち、流路F4を介して、水電解部11へ供給される。すなわち、流路F4は、酸素気液分離部10から水電解部11へ水素分離水を含んだ水を供給する供給路である。 The hydrogen-separated water supplied to the oxygen-gas-liquid separation unit 10 via flow path F14 is mixed with water separated from the oxygen-water mixture and pure water supplied from the storage tank 5 within the oxygen-gas-liquid separation unit 10, and then supplied to the water electrolysis unit 11 via flow path F4. In other words, flow path F4 is a supply path that supplies water containing hydrogen-separated water from the oxygen-gas-liquid separation unit 10 to the water electrolysis unit 11.

制御部40は、水電解システム1が備える各種センサから得た情報に基づいて、水電解システム1全体の作動を制御する。制御部40による制御としては、例えば、各々の遮断弁の開閉制御や、DC電源13から水電解部11への電力供給の制御が挙げられる。制御部40は、計測部M1による計測結果に応じて水電解部11における電解質膜の状態を推定し、電解質膜の状態に応じて、水電解部11による酸素及び水素の生成を制御する。本実施形態では、電解質膜の状態には、電解質膜の損傷の有無が含まれる。電解質膜が損傷し始めると、電解質膜を構成していた材料が水電解部11内を流通する水に溶出する。電解質膜からの溶出物としては、フッ素イオン、硫酸イオンや硝酸イオン等が例示される。水電解部11から酸素気液分離部10や水素気液分離部20に送られる水に含まれる溶出物の量に応じて、その水の伝導率は変化する。制御部40は、計測部M1による計測結果である水素分離水の伝導率を示す情報を取得し、その伝導率が基準値(伝導率について予め設定された値)より大きいか否かを基準にして、電解質膜に損傷が生じているか否かを推定する。そして、制御部40は、電解質膜に損傷が生じている場合、水電解部11による酸素及び水素の生成の停止を実行する。制御部40は、遮断弁S3,S4を閉弁させるとともにDC電源13から水電解部11への電力供給を停止することによって、水電解部11による酸素及び水素の生成の停止を実行する。なお、生成の停止は、遮断弁S3,S4のいずれかの閉弁と、DC電源13からの電力供給の停止と、のうちいずれか一方によって実行されてもよい。また、制御部40は、電解質膜に損傷が生じている場合、水電解部11による酸素及び水素の生成の停止に加えて、遮断弁S8を閉弁して酸素気液分離部10への水素分離水の供給を停止させる。 The control unit 40 controls the operation of the entire water electrolysis system 1 based on information obtained from various sensors included in the water electrolysis system 1. Examples of control by the control unit 40 include controlling the opening and closing of each shut-off valve and controlling the power supply from the DC power supply 13 to the water electrolysis unit 11. The control unit 40 estimates the state of the electrolyte membrane in the water electrolysis unit 11 based on the measurement results from the measurement unit M1 and controls the production of oxygen and hydrogen by the water electrolysis unit 11 based on the state of the electrolyte membrane. In this embodiment, the state of the electrolyte membrane includes whether or not the electrolyte membrane is damaged. When the electrolyte membrane begins to become damaged, materials constituting the electrolyte membrane leach into the water flowing through the water electrolysis unit 11. Examples of leachates from the electrolyte membrane include fluoride ions, sulfate ions, and nitrate ions. The conductivity of the water sent from the water electrolysis unit 11 to the oxygen gas-liquid separation unit 10 and the hydrogen gas-liquid separation unit 20 changes depending on the amount of leachates contained in the water. The control unit 40 acquires information indicating the conductivity of the hydrogen-separated water, which is the measurement result obtained by the measurement unit M1, and estimates whether the electrolyte membrane is damaged based on whether the conductivity is greater than a reference value (a preset value for conductivity). If the electrolyte membrane is damaged, the control unit 40 stops the production of oxygen and hydrogen by the water electrolysis unit 11. The control unit 40 stops the production of oxygen and hydrogen by the water electrolysis unit 11 by closing the shut-off valves S3 and S4 and stopping the supply of power from the DC power source 13 to the water electrolysis unit 11. Note that the production may be stopped by either closing one of the shut-off valves S3 and S4 or by stopping the supply of power from the DC power source 13. Furthermore, if the electrolyte membrane is damaged, the control unit 40 not only stops the production of oxygen and hydrogen by the water electrolysis unit 11, but also closes the shut-off valve S8 to stop the supply of hydrogen-separated water to the oxygen-gas-liquid separation unit 10.

以上説明したように、第1実施形態の水電解システム1によれば、水素気液分離部20で分離された水である水素分離水の水質が計測され、その計測結果から推定される電解質膜の状態に応じて、水電解部11による酸素及び水素の生成が制御される。水素分離水の水質は、上述したように、電解質膜の状態の変化に伴って変化することから、第1実施形態の水電解システム1によれば、電解質膜の状態を適正に判定することができる。また、水素気液分離部20内の水は希釈されることなく、電解質の状態を示す情報(例えば溶出物)は水素分離水に直接反映されることから、電解質膜の状態の変化を高感度で判定することができる。すなわち、電解質の状態に変化が発生し始めた時点でその変化が検出可能であることから、電解質膜の状態の変化を早期に検出できる。なお、計測部M1による計測において、遮断弁S7,S8の少なくとも一方の開弁時間が長くなるように制御して、水素気液分離部20内の水量が常に少なくなるようにした場合、電解質膜の状態を示す情報の即時性を一層高くして水素分離水に反映させることができる。 As described above, the water electrolysis system 1 of the first embodiment measures the quality of the hydrogen-separated water, which is water separated in the hydrogen-gas-liquid separation unit 20. The production of oxygen and hydrogen by the water electrolysis unit 11 is controlled based on the state of the electrolyte membrane estimated from the measurement results. Because the quality of the hydrogen-separated water changes with changes in the state of the electrolyte membrane, the water electrolysis system 1 of the first embodiment can accurately determine the state of the electrolyte membrane. Furthermore, because the water in the hydrogen-gas-liquid separation unit 20 is not diluted and information indicating the state of the electrolyte (e.g., eluates) is directly reflected in the hydrogen-separated water, changes in the state of the electrolyte membrane can be determined with high sensitivity. In other words, changes in the state of the electrolyte can be detected as soon as they begin to occur, allowing for early detection of changes in the state of the electrolyte membrane. Note that, if the open time of at least one of the shut-off valves S7 and S8 is controlled to be longer during measurement by the measurement unit M1 to constantly reduce the amount of water in the hydrogen-gas-liquid separation unit 20, the information indicating the state of the electrolyte membrane can be reflected in the hydrogen-separated water with even greater immediacy.

酸素気液分離部10と水電解部11との間を循環する循環水の水質(例えば導電率)を計測する場合、この循環水は水電解部11での電解反応に用いられる水であり、その純度を保つために貯蔵タンク5から送られる新規の純水によって適宜希釈されている。そのため、この循環水の水質を計測しても、電解質膜の状態を示す情報も希釈されている可能性が高いため、循環水の計測結果から電解質膜の状態を推定することは難しい。すなわち、この循環水の計測結果を用いて電解質膜の状態の変化を早期に検出することは難しい。電解質膜の状態の変化として、電解質膜の損傷の発生を早期に検出できない場合、損傷が進行して破れた電解質膜から大量の溶出物が発生し、その大量の溶出物が水電解システム内を流通する水によって水電解システム全体に広がって、各所において溶出物の析出や付着などによる汚染を発生させる場合がある。一方、第1実施形態の水電解システム1によれば、電解質膜の状態の変化として、電解質膜の損傷の発生を早期に検出することから、損傷が進行して電解質膜が破れるのを予防できる。したがって、電解質膜から溶出物が大量に水に溶け出すことも未然に防止できる。また、損傷が発生したとしても溶出物が少量であった場合には、水電解システム1全体を簡便な洗浄を施すことによって、水電解システム1を再利用できる可能性が高い。 When measuring the water quality (e.g., conductivity) of the circulating water circulating between the oxygen gas-liquid separation unit 10 and the water electrolysis unit 11, this circulating water is used in the electrolysis reaction in the water electrolysis unit 11 and is appropriately diluted with fresh pure water sent from the storage tank 5 to maintain its purity. Therefore, even if the water quality of this circulating water is measured, it is likely that information indicating the state of the electrolyte membrane is also diluted, making it difficult to estimate the state of the electrolyte membrane from the circulating water measurement results. In other words, it is difficult to detect changes in the state of the electrolyte membrane early using the circulating water measurement results. If damage to the electrolyte membrane cannot be detected early as a change in the state of the electrolyte membrane, the damage may progress and a large amount of leachate may be generated from the ruptured electrolyte membrane. This large amount of leachate may spread throughout the water electrolysis system via the water circulating within the system, causing contamination due to deposition and adhesion of the leachate in various locations. On the other hand, the water electrolysis system 1 of the first embodiment detects damage to the electrolyte membrane early as a change in the state of the electrolyte membrane, thereby preventing the electrolyte membrane from rupturing due to the progression of damage. This prevents a large amount of elution from the electrolyte membrane into the water. Even if damage occurs, if the amount of elution is small, the water electrolysis system 1 can likely be reused by simply cleaning the entire system.

また、第1実施形態の水電解システム1では、電解質膜の状態として、電解質膜の損傷の有無を推定することができる。そして、電解質膜に損傷が生じている場合、水電解部11による酸素及び水素の生成の停止、または、生成速度を低下させることから、電解質膜の損傷が拡大するのを抑制することができる。 Furthermore, in the water electrolysis system 1 of the first embodiment, the state of the electrolyte membrane can be estimated to determine whether the electrolyte membrane is damaged. If the electrolyte membrane is damaged, the production of oxygen and hydrogen by the water electrolysis unit 11 is stopped or the production rate is reduced, thereby preventing the damage to the electrolyte membrane from spreading.

また、第1実施形態の水電解システム1では、水素気液分離部20から酸素気液分離部10へ水素分離水が供給されるとともに、酸素気液分離部10から水電解部11へ水素分離水を含んだ水が供給される。このため、電解質膜において未反応であったために水素気液分離部20に送られた水を水電解部11に供給して、水の電解反応に再利用することができる。水の電解反応において電解質膜を介してプロトンが水素極に移動する際には、プロトン1個あたりに4~5個の水分子が伴って移動することから、比較的多くの量の水が水素気液分離部20に送られる。第1実施形態の水電解システム1では、このような水を再利用することから、水の電解反応による酸素及び水素の生成コストを低減することができる。 In addition, in the water electrolysis system 1 of the first embodiment, hydrogen-separated water is supplied from the hydrogen-gas-liquid separation unit 20 to the oxygen-gas-liquid separation unit 10, and water containing hydrogen-separated water is supplied from the oxygen-gas-liquid separation unit 10 to the water electrolysis unit 11. Therefore, water that was sent to the hydrogen-gas-liquid separation unit 20 because it did not react in the electrolyte membrane can be supplied to the water electrolysis unit 11 and reused for the water electrolysis reaction. When protons move to the hydrogen electrode through the electrolyte membrane during the water electrolysis reaction, four to five water molecules migrate with each proton, so a relatively large amount of water is sent to the hydrogen-gas-liquid separation unit 20. In the water electrolysis system 1 of the first embodiment, this water is reused, thereby reducing the cost of producing oxygen and hydrogen through the water electrolysis reaction.

また、第1実施形態の水電解システム1では、電解質膜に損傷が生じている場合、遮断弁S8を閉弁して酸素気液分離部10への水素分離水の供給を停止させる。電解質膜に損傷が生じている場合、電解質膜の損傷で生じた溶出物等が水素分離水に含まれていることから、そのような水素分離水が酸素気液分離部10を介して、水電解システム1内に流通するのを抑制することができる。 Furthermore, in the water electrolysis system 1 of the first embodiment, if the electrolyte membrane is damaged, the shut-off valve S8 is closed to stop the supply of hydrogen-separated water to the oxygen-gas-liquid separation unit 10. If the electrolyte membrane is damaged, the hydrogen-separated water will contain leachable materials resulting from the damage to the electrolyte membrane, and this makes it possible to prevent such hydrogen-separated water from circulating within the water electrolysis system 1 via the oxygen-gas-liquid separation unit 10.

また、水素分離水の水質を計測する他の利点について、以下に説明する。上述したように、水電解部11から水素気液分離部20へ比較的多くの量の水が送られることから、電解質膜に損傷が生じている場合には、多くの溶出物が水素気液分離部20へ送られることから、水素分離水の水質を計測することで電解質膜の状態の変化を早期に検出できる。また、水素分離水を計測することで、酸素気泡による誤差やエラーを含まずに電解質膜の状態の変化を適正に判定することもできる。 Furthermore, other advantages of measuring the water quality of hydrogen-separated water are described below. As described above, a relatively large amount of water is sent from the water electrolysis unit 11 to the hydrogen-gas-liquid separation unit 20. Therefore, if the electrolyte membrane is damaged, a large amount of eluate will be sent to the hydrogen-gas-liquid separation unit 20. Therefore, by measuring the water quality of the hydrogen-separated water, changes in the state of the electrolyte membrane can be detected early. Furthermore, by measuring the hydrogen-separated water, changes in the state of the electrolyte membrane can be accurately determined without including errors or inaccuracies caused by oxygen bubbles.

<第2実施形態>
図2は、第2実施形態の水電解システム1aの構成を例示した説明図である。第2実施形態の水電解システム1aの構成は、第1実施形態の水電解システム1(図1)の構成と比べて、流路F14を備えていない点と、計測部M2を備える点と、を除いて、第1実施形態の水電解システム1の構成と同じである。
Second Embodiment
2 is an explanatory diagram illustrating the configuration of a water electrolysis system 1a according to a second embodiment. The configuration of the water electrolysis system 1a according to the second embodiment is the same as that of the water electrolysis system 1 according to the first embodiment ( FIG. 1 ), except that the water electrolysis system 1a according to the second embodiment does not include a flow path F14 and includes a measurement unit M2.

水電解システム1aは、流路F14を備えていないことから、流路F14を形成している配管に設けられた計測部M1も備えていない。その計測部M1の代わりに、水電解システム1aは、計測部M2を備える。計測部M2は、流路F13に設けられ、水素分離水の水質を計測する。計測部M2は、第1実施形態の計測部M1と同様、水の伝導率を計測する伝導率計である。制御部40は、計測部M2による計測結果に応じて、水電解部11による酸素及び水素の生成を制御する。 The water electrolysis system 1a does not have a flow path F14, and therefore does not have a measurement unit M1 provided in the piping that forms the flow path F14. Instead of the measurement unit M1, the water electrolysis system 1a has a measurement unit M2. The measurement unit M2 is provided in the flow path F13 and measures the water quality of the hydrogen-separated water. Like the measurement unit M1 in the first embodiment, the measurement unit M2 is a conductivity meter that measures the conductivity of the water. The control unit 40 controls the production of oxygen and hydrogen by the water electrolysis unit 11 according to the measurement results from the measurement unit M2.

以上のような第2実施形態の水電解システム1aによっても、電解質膜の状態の変化を高感度で判定することができるため、電解質膜の状態の変化を早期に検出できる。また、第2実施形態の水電解システム1aは、流路F14を備えていないことから、電解質膜の損傷で溶出物が生じても、その溶出物が含まれた水素分離水が酸素気液分離部10へ供給されることはない。したがって、電解質膜の損傷発生時において酸素気液分離部10へ流入する溶出物の量を低減することができる。 The water electrolysis system 1a of the second embodiment described above can also determine changes in the state of the electrolyte membrane with high sensitivity, allowing for early detection of changes in the state of the electrolyte membrane. Furthermore, because the water electrolysis system 1a of the second embodiment does not include flow path F14, even if leachate is generated due to damage to the electrolyte membrane, hydrogen-separated water containing the leachate is not supplied to the oxygen-gas-liquid separation unit 10. Therefore, the amount of leachate flowing into the oxygen-gas-liquid separation unit 10 when damage to the electrolyte membrane occurs can be reduced.

<第3実施形態>
図3は、第3実施形態の水電解システム1bの構成を例示した説明図である。第3実施形態の水電解システム1bの構成は、第1実施形態の水電解システム1(図1)の構成と比べて、主に、水電解部21と、DC電源23と、熱交換器25o,25hと、水素気液分離部30と、を備える点を除いて、第1実施形態の水電解システム1(図1)の構成と同じである。
Third Embodiment
3 is an explanatory diagram illustrating the configuration of a water electrolysis system 1b according to a third embodiment. The configuration of the water electrolysis system 1b according to the third embodiment is the same as that of the water electrolysis system 1 according to the first embodiment ( FIG. 1 ), except that the water electrolysis system 1b according to the third embodiment mainly includes a water electrolysis unit 21, a DC power supply 23, heat exchangers 25o and 25h, and a hydrogen gas-liquid separation unit 30.

水電解部21は、水電解部11と同様に、純水の電気分解(電解)により酸素及び水素を生成する。電解反応に用いられる水は、流路F4から分岐した流路F15を介して、酸素気液分離部10から供給される。流路F15は、酸素気液分離部10において分離された水を水電解部21へ供給するための流路である。流路F15を形成している配管には、圧力センサP3と、温度センサT3と、遮断弁S9と、が設けられている。バイパス流路B2は、流路F15から分岐した流路であり、水電解部21と熱交換器25oとを接続する流路F16に接続されている。バイパス流路B2を形成している配管には、遮断弁S10が設けられている。流路F16を形成している配管には、圧力センサP4と、温度センサT4と、が設けられている。 Like the water electrolysis unit 11, the water electrolysis unit 21 produces oxygen and hydrogen by electrolysis (electrolysis) of pure water. Water used in the electrolysis reaction is supplied from the oxygen-gas-liquid separation unit 10 via flow path F15, which branches off from flow path F4. Flow path F15 is a flow path for supplying water separated in the oxygen-gas-liquid separation unit 10 to the water electrolysis unit 21. The piping forming flow path F15 is provided with a pressure sensor P3, a temperature sensor T3, and a shut-off valve S9. The bypass flow path B2 branches off from flow path F15 and is connected to flow path F16, which connects the water electrolysis unit 21 and the heat exchanger 25o. The piping forming bypass flow path B2 is provided with a shut-off valve S10. The piping forming flow path F16 is provided with a pressure sensor P4 and a temperature sensor T4.

水電解部21にて生成された酸素と水との混合物は、流路F16を介して熱交換器25oに送られて冷却されたのち、流路F17を介して酸素気液分離部10に送られる。一方、水電解部21にて生成された水素と水との混合物は、流路F18を介して熱交換器25hに送られて冷却されたのち、流路F19を介して水素気液分離部30に送られる。 The mixture of oxygen and water produced in the water electrolysis unit 21 is sent via flow path F16 to heat exchanger 25o, where it is cooled, and then sent via flow path F17 to the oxygen gas-liquid separation unit 10. On the other hand, the mixture of hydrogen and water produced in the water electrolysis unit 21 is sent via flow path F18 to heat exchanger 25h, where it is cooled, and then sent via flow path F19 to the hydrogen gas-liquid separation unit 30.

水素気液分離部30は、水素気液分離部20と同様に、水電解部21にて生成された水素と水との混合物を水素と水とに分離する。分離された水素は、流路F20を介して、水電解システム1bの外部に送られる。水位センサL3は、水位センサL2と同様、水素気液分離部30内の水位を検出する。流路F21は、水素気液分離部30に接続された流路である。水素気液分離部30で分離された水を水電解システム1bの外部に送る際には、流路F21を形成している配管に設けられた遮断弁S11が開弁される。 Like hydrogen-gas-liquid separation unit 20, hydrogen-gas-liquid separation unit 30 separates the mixture of hydrogen and water produced in water electrolysis unit 21 into hydrogen and water. The separated hydrogen is sent to the outside of water electrolysis system 1b via flow path F20. Like water level sensor L2, water level sensor L3 detects the water level in hydrogen-gas-liquid separation unit 30. Flow path F21 is a flow path connected to hydrogen-gas-liquid separation unit 30. When water separated by hydrogen-gas-liquid separation unit 30 is sent to the outside of water electrolysis system 1b, shut-off valve S11 provided in the piping forming flow path F21 is opened.

流路F22は、流路F21から分岐した流路であり、酸素気液分離部10に接続されている。流路F22は、流路F14と同様に、水素分離水を水素気液分離部30から酸素気液分離部10へ供給する還流路である。流路F22を形成している配管には、送水ポンプR4と、遮断弁S12と、計測部M3と、が設けられている。送水ポンプR4は、水素気液分離部30から酸素気液分離部10へ水を送出する。遮断弁S12は、遮断弁S8と同様に、酸素気液分離部10への水素分離水の供給を遮断可能な遮断弁である。計測部M3は、計測部M1と同様に、水素分離水の伝導率を計測する伝導率計である。 Flow path F22 is a flow path branching off from flow path F21 and connected to the oxygen-gas-liquid separation unit 10. Like flow path F14, flow path F22 is a return flow path that supplies hydrogen-separated water from the hydrogen-gas-liquid separation unit 30 to the oxygen-gas-liquid separation unit 10. The piping that forms flow path F22 is provided with a water pump R4, a shut-off valve S12, and a measurement unit M3. The water pump R4 sends water from the hydrogen-gas-liquid separation unit 30 to the oxygen-gas-liquid separation unit 10. Like the shut-off valve S8, the shut-off valve S12 is a shut-off valve that can shut off the supply of hydrogen-separated water to the oxygen-gas-liquid separation unit 10. Like the measurement unit M1, the measurement unit M3 is a conductivity meter that measures the conductivity of the hydrogen-separated water.

流路F14,22を介して酸素気液分離部10へ供給された水素分離水は、酸素気液分離部10内において、酸素と水との混合物から分離された水や貯蔵タンク5から供給された純水と混和されたのち、流路F4,15を介して、水電解部11,21へ供給される。 The hydrogen-separated water supplied to the oxygen gas-liquid separation unit 10 via flow paths F14 and F22 is mixed with water separated from the oxygen-water mixture and pure water supplied from the storage tank 5 within the oxygen gas-liquid separation unit 10, and then supplied to the water electrolysis units 11 and 21 via flow paths F4 and F15.

上述したように、水電解システム1bには、2つの水電解部11,21が設けられているとともに、その水電解部11,21の各々に対応して、水電解部11,21の各々で生成された水素と水との混合物から水素と水とを分離する2つの水素気液分離部20,30が設けられている。また、水電解システム1bには、その2つの水素気液分離部20,30の各々に対応して、水素気液分離部20,30の各々の水素分離水の水質を計測する2つの計測部M1,M3が設けられている。さらに、水電解システム1bには、2つの水素気液分離部20,30の各々から酸素気液分離部10へ水素分離水を供給する流路F14,22と、流路F14,22の各々を遮断可能な遮断弁S8,12と、酸素気液分離部10から水電解部11,21の各々へ水素分離水を含んだ水を供給する流路F4,15と、が設けられている。 As described above, water electrolysis system 1b is provided with two water electrolysis units 11, 21, and two hydrogen-gas-liquid separation units 20, 30 corresponding to each of water electrolysis units 11, 21, which separate hydrogen and water from the mixture of hydrogen and water produced in each of water electrolysis units 11, 21. Water electrolysis system 1b also is provided with two measurement units M1, M3 corresponding to each of the two hydrogen-gas-liquid separation units 20, 30, which measure the quality of the hydrogen-separated water from each of the hydrogen-gas-liquid separation units 20, 30. Water electrolysis system 1b also is provided with flow paths F14, 22 that supply hydrogen-separated water from each of the two hydrogen-gas-liquid separation units 20, 30 to oxygen-gas-liquid separation unit 10, shut-off valves S8, 12 that can shut off each of flow paths F14, 22, and flow paths F4, 15 that supply water containing hydrogen-separated water from the oxygen-gas-liquid separation unit 10 to each of water electrolysis units 11, 21.

制御部40は、計測部M1,M3の各々による計測結果に応じて水電解部11,21の各々の電解質膜の状態を推定し、各々の電解質膜の状態に応じて、水電解部11,21による酸素及び水素の生成を制御する。第2実施時形態においても、第1実施形態と同様に、電解質膜の状態には、電解質膜の損傷の有無を含まれる。そして、制御部40は、電解質膜に損傷が生じている水電解部が存在する場合、その水電解部による酸素及び水素の生成の停止を実行する。 The control unit 40 estimates the state of the electrolyte membrane in each of the water electrolysis units 11 and 21 based on the measurement results from each of the measurement units M1 and M3, and controls the production of oxygen and hydrogen by the water electrolysis units 11 and 21 based on the state of each electrolyte membrane. In the second embodiment, as in the first embodiment, the state of the electrolyte membrane also includes whether or not the electrolyte membrane is damaged. If a water electrolysis unit with damaged electrolyte membrane is present, the control unit 40 stops the production of oxygen and hydrogen by that water electrolysis unit.

水電解部11の電解質膜に損傷が生じている場合には、制御部40は、遮断弁S4の閉弁と遮断弁S6の開弁を実行するとともにDC電源13から水電解部11への電力供給を停止することによって、水電解部11による酸素及び水素の生成の停止を実行する。また、このとき、水電解部11に由来する水素分離水を流す流路F14の遮断弁S8を閉弁して酸素気液分離部10への水素分離水の供給を停止させる。 If the electrolyte membrane of the water electrolysis unit 11 is damaged, the control unit 40 closes the shutoff valve S4 and opens the shutoff valve S6, and stops the supply of power from the DC power supply 13 to the water electrolysis unit 11, thereby stopping the production of oxygen and hydrogen by the water electrolysis unit 11. At this time, the control unit 40 also closes the shutoff valve S8 of the flow path F14, through which the hydrogen-separated water originating from the water electrolysis unit 11 flows, thereby stopping the supply of hydrogen-separated water to the oxygen-gas-liquid separation unit 10.

一方、水電解部21の電解質膜に損傷が生じている場合には、制御部40は、遮断弁S9の閉弁と遮断弁S10の開弁を実行するとともにDC電源23から水電解部21への電力供給を停止することによって、水電解部21による酸素及び水素の生成の停止を実行する。また、このとき、水電解部21に由来する水素分離水を流す流路F22の遮断弁S12を閉弁して酸素気液分離部10への水素分離水の供給を停止させる。さらに、水電解部11,21の少なくとも一方の電解質膜に損傷が生じている場合に、制御部40は、各種ポンプR1~R4による出力を調整してもよい。 On the other hand, if the electrolyte membrane of the water electrolysis unit 21 is damaged, the control unit 40 closes the shutoff valve S9 and opens the shutoff valve S10, and stops the supply of power from the DC power supply 23 to the water electrolysis unit 21, thereby stopping the production of oxygen and hydrogen by the water electrolysis unit 21. At this time, the control unit 40 also closes the shutoff valve S12 of the flow path F22, through which the hydrogen-separated water originating from the water electrolysis unit 21 flows, thereby stopping the supply of hydrogen-separated water to the oxygen-gas-liquid separation unit 10. Furthermore, if the electrolyte membrane of at least one of the water electrolysis units 11, 21 is damaged, the control unit 40 may adjust the output of the various pumps R1 to R4.

以上のような第3実施形態の水電解システム1bによっても、電解質膜の状態の変化を高感度で判定することができるため、電解質膜の状態の変化を早期に検出できる。また、第3実施形態の水電解システム1bでは、水素気液分離部20,30の各々から酸素気液分離部10へ水素分離水が供給されるとともに、酸素気液分離部10から水電解部11,21へ水素分離水を含んだ水が供給される。このため、第1実施形態と同様に、水の電解反応による酸素及び水素の生成コストを低減することができる。 The water electrolysis system 1b of the third embodiment described above can also determine changes in the state of the electrolyte membrane with high sensitivity, allowing for early detection of changes in the state of the electrolyte membrane. Furthermore, in the water electrolysis system 1b of the third embodiment, hydrogen-separated water is supplied from each of the hydrogen-gas-liquid separation units 20, 30 to the oxygen-gas-liquid separation unit 10, and water containing hydrogen-separated water is supplied from the oxygen-gas-liquid separation unit 10 to the water electrolysis units 11, 21. Therefore, as with the first embodiment, the cost of producing oxygen and hydrogen through the water electrolysis reaction can be reduced.

また、第3実施形態の水電解システム1bでは、水電解部11,21の各々で生成された水素と水との混合物は、水素気液分離部20,30の各々に送られているが、水電解部11,21の各々で生成された酸素と水との混合物は、単独の酸素気液分離部10に送られている。すなわち、水電解部11,21の各々に対応して水素気液分離部20,30は設けられているが、酸素気液分離部10は、水電解部11,21の各々に対して1つ設けられている。したがって、複数の水電解部を備え、かつ、その水電解部の各々に対応して1対の水素気液分離部、酸素気液分離部が設けられた水電解システムと比べて、第3実施形態の水電解システム1bでは、酸素気液分離部の数を少なくできることから、水電解システム1bを製造する際のコストを低減することができる。 In addition, in the water electrolysis system 1b of the third embodiment, the mixture of hydrogen and water produced in each of the water electrolysis units 11 and 21 is sent to each of the hydrogen gas-liquid separation units 20 and 30, while the mixture of oxygen and water produced in each of the water electrolysis units 11 and 21 is sent to a single oxygen gas-liquid separation unit 10. That is, a hydrogen gas-liquid separation unit 20 and 30 is provided for each of the water electrolysis units 11 and 21, but only one oxygen gas-liquid separation unit 10 is provided for each of the water electrolysis units 11 and 21. Therefore, compared to a water electrolysis system having multiple water electrolysis units and a pair of hydrogen gas-liquid separation unit and oxygen gas-liquid separation unit for each of the water electrolysis units, the water electrolysis system 1b of the third embodiment can reduce the number of oxygen gas-liquid separation units, thereby reducing the cost of manufacturing the water electrolysis system 1b.

また、第3実施形態の水電解システム1bでは、電解質膜に損傷が生じている水電解部が存在する場合、その水電解部による酸素及び水素の生成の停止、または、生成速度を低下させることから、電解質膜の損傷が拡大するのを抑制することができる。 Furthermore, in the water electrolysis system 1b of the third embodiment, if a water electrolysis unit with damaged electrolyte membrane is present, the production of oxygen and hydrogen by that water electrolysis unit is stopped or the production rate is reduced, thereby preventing the damage to the electrolyte membrane from spreading.

また、第3実施形態の水電解システム1bでは、電解質膜に損傷が生じている水電解部が存在する場合、その水電解部に由来する水素分離水には、電解質膜の損傷を示す情報である溶出物等が水素分離水に含まれていることから、そのような水素分離水が酸素気液分離部10を介して、水電解システム1b内に流通するのを抑制することができる。 Furthermore, in the water electrolysis system 1b of the third embodiment, if a water electrolysis unit with damaged electrolyte membrane is present, the hydrogen-separated water derived from that water electrolysis unit will contain leachables, etc., which are indicative of electrolyte membrane damage. Therefore, such hydrogen-separated water can be prevented from circulating within the water electrolysis system 1b via the oxygen gas-liquid separation unit 10.

<第4実施形態>
図4は、第4実施形態の水電解システム1cの構成を例示した説明図である。第4実施形態の水電解システム1cの構成は、第3実施形態の水電解システム1b(図3)の構成と比べて、流路F14,22を備えていない点と、計測部M4,M5を備える点と、を除いて、第3実施形態の水電解システム1bの構成と同じである。
Fourth Embodiment
4 is an explanatory diagram illustrating the configuration of a water electrolysis system 1c according to a fourth embodiment. The configuration of the water electrolysis system 1c according to the fourth embodiment is the same as that of the water electrolysis system 1b according to the third embodiment ( FIG. 3 ), except that the water electrolysis system 1c does not include flow paths F14 and F22 and includes measuring units M4 and M5.

水電解システム1cは、流路F14,22を備えていないことから、流路F14,22に設けられた計測部M1,M3も備えていない。その計測部M1,M3の代わりに、水電解システム1cは、計測部M4,M5を備える。計測部M4,M5は、それぞれ流路F13,F21に設けられ、水素分離水の水質を計測する。計測部M4,M5は、第1~3実施形態の計測部M1~M3と同様、水の伝導率を計測する伝導率計である。制御部40は、計測部M4,M5による計測結果に応じて、水電解部11,21による酸素及び水素の生成を制御する。 Water electrolysis system 1c does not have flow paths F14 and 22, and therefore does not have measurement units M1 and M3 provided in flow paths F14 and 22. Instead of measurement units M1 and M3, water electrolysis system 1c has measurement units M4 and M5. Measurement units M4 and M5 are provided in flow paths F13 and F21, respectively, and measure the water quality of the hydrogen-separated water. Like measurement units M1 to M3 in the first to third embodiments, measurement units M4 and M5 are conductivity meters that measure the conductivity of water. Control unit 40 controls the production of oxygen and hydrogen by water electrolysis units 11 and 21 based on the measurement results from measurement units M4 and M5.

以上のような第4実施形態の水電解システム1cによっても、電解質膜の状態の変化を高感度で判定することができるため、電解質膜の状態の変化を早期に検出できる。また、第4実施形態の水電解システム1cは、流路F14,22を備えていないことから、電解質膜の損傷で溶出物が生じても、その溶出物が含まれた水素分離水が酸素気液分離部10へ供給されることはない。したがって、電解質膜の損傷発生時において酸素気液分離部10へ流入する溶出物の量を低減することができる。 The water electrolysis system 1c of the fourth embodiment described above can also determine changes in the state of the electrolyte membrane with high sensitivity, allowing for early detection of changes in the state of the electrolyte membrane. Furthermore, because the water electrolysis system 1c of the fourth embodiment does not include flow paths F14, 22, even if leachate is generated due to damage to the electrolyte membrane, hydrogen-separated water containing the leachate is not supplied to the oxygen-gas-liquid separation unit 10. Therefore, the amount of leachate flowing into the oxygen-gas-liquid separation unit 10 when damage to the electrolyte membrane occurs can be reduced.

<本実施形態の変形例>
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
<Modification of this embodiment>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be embodied in various forms without departing from the spirit of the invention. For example, the following modifications are also possible.

[変形例1]
上記実施形態では、計測部M1等が計測する水素分離水の水質は、伝導率であったが、これに限られない。例えば、計測される水素分離水の水質は、抵抗率やpH、もしくは、不純物濃度であってもよい。不純物濃度とは、電解質膜からの溶出物であるフッ素イオン、硫酸イオンや硝酸イオン等の濃度である。
[Modification 1]
In the above embodiment, the water quality of the hydrogen-separated water measured by the measuring unit M1 and the like is conductivity, but this is not limited to this. For example, the water quality of the hydrogen-separated water to be measured may be resistivity, pH, or impurity concentration. The impurity concentration is the concentration of fluoride ions, sulfate ions, nitrate ions, and the like, which are eluted from the electrolyte membrane.

[変形例2]
上記実施形態では、計測部M1等は、流路を形成している配管に設けられていたが、これに限られない。例えば、計測部は、流路を形成している配管に設けられることに加えて、もしくは、流路を形成している配管に設けられることに代えて、水素気液分離部内の水を計測できる位置に設けられていてもよい。
[Modification 2]
In the above embodiment, the measuring unit M1 and the like are provided in the pipe forming the flow path, but this is not limited to this. For example, in addition to or instead of being provided in the pipe forming the flow path, the measuring unit may be provided at a position where it can measure the water in the hydrogen gas-liquid separator.

[変形例3]
上記実施形態では、制御部40は、電解質膜に損傷が生じている場合、水電解部11による酸素及び水素の生成の停止を実行していたが、これに限られない。例えば、制御部40は、電解質膜に損傷が生じている場合、水電解部11による酸素及び水素の生成速度の低下を実行してもよい。この場合、水電解部11の稼働による負荷が軽減されることから、電解質膜の損傷の進行を遅らせることができる。
[Modification 3]
In the above embodiment, the control unit 40 stops the production of oxygen and hydrogen by the water electrolysis unit 11 when the electrolyte membrane is damaged, but this is not limited to this. For example, when the electrolyte membrane is damaged, the control unit 40 may slow down the rate at which oxygen and hydrogen are produced by the water electrolysis unit 11. In this case, the load caused by the operation of the water electrolysis unit 11 is reduced, which can slow the progression of damage to the electrolyte membrane.

[変形例4]
上記実施形態では、電解質膜の状態には、電解質膜の損傷の有無を含まれていたが、これに限られない。例えば、電解質膜の状態には、電解質膜の劣化の有無や、電解質膜の劣化度合いが含まれていてもよく、それら電解質膜の状態に応じて、水電解部による酸素及び水素の生成が制御されてもよい。電解質膜の劣化とは、不純物や反応熱の影響による電解質膜の劣化のことである。また、電解質膜の劣化度合とは、稼働当初の生成効率と比較した現在の生成効率の程度のことである。電解質膜の劣化が生じた場合や、電解質膜の劣化度合に応じて、水素分離水に反映される電解質の状態を示す情報(例えば溶出物)を予め計測しておき、その情報を指標として、電解質膜の劣化や劣化度合を推定してもよい。電解質膜に劣化が生じている場合には、水電解部による酸素及び水素の生成を停止してもよいし、生成速度を低下させてもよい。また、劣化度合が高いほど、DC電源から水電解部への電力供給量を低下させたり、水電解部への水の供給量を低下させたりすることにより、劣化した電解質膜における電解反応に対して過不足の少ない電力及び水の供給を実現してもよい。
[Modification 4]
In the above embodiment, the state of the electrolyte membrane includes whether or not the electrolyte membrane is damaged. However, this is not limiting. For example, the state of the electrolyte membrane may include whether or not the electrolyte membrane is degraded and the degree of degradation of the electrolyte membrane. The production of oxygen and hydrogen by the water electrolysis unit may be controlled based on the state of the electrolyte membrane. Degradation of the electrolyte membrane refers to degradation of the electrolyte membrane due to the influence of impurities or reaction heat. The degree of degradation of the electrolyte membrane refers to the current production efficiency compared to the production efficiency at the beginning of operation. When degradation of the electrolyte membrane occurs or depending on the degree of degradation of the electrolyte membrane, information indicating the state of the electrolyte (e.g., elution) reflected in the hydrogen-separated water may be measured in advance, and the degradation and degree of degradation of the electrolyte membrane may be estimated using this information as an index. When degradation of the electrolyte membrane occurs, the production of oxygen and hydrogen by the water electrolysis unit may be stopped or the production rate may be reduced. Furthermore, the higher the degree of degradation, the more the amount of power supplied from the DC power source to the water electrolysis unit or the amount of water supplied to the water electrolysis unit may be reduced, thereby achieving a supply of power and water that is just enough for the electrolysis reaction in the degraded electrolyte membrane.

[変形例5]
第3,4実施形態の水電解システム1b,1c(図3,4)では、1つの酸素気液分離部10に対して、2つの水電解部11,21と、その水電解部11,21に対応する水素気液分離部20,30と、が設けられていたが、これに限られない。例えば、水電解システムは、1つの酸素気液分離部に対して、3つ以上の水電解部と、それら水電解部に対応する水素気液分離部と、が設けられていてもよい。
[Modification 5]
In the water electrolysis systems 1b and 1c ( FIGS. 3 and 4 ) of the third and fourth embodiments, two water electrolysis units 11 and 21 and hydrogen gas-liquid separation units 20 and 30 corresponding to the water electrolysis units 11 and 21 are provided for one oxygen gas-liquid separation unit 10, but the present invention is not limited to this. For example, the water electrolysis system may be provided with three or more water electrolysis units and hydrogen gas-liquid separation units corresponding to the water electrolysis units for one oxygen gas-liquid separation unit.

[変形例6]
第1,2実施形態の水電解システム1,1a(図1,2)においては、流路F4から分岐した流路F5が設けられ、その流路F5に送られた水は、熱交換器17、流路F6、イオン交換ユニット19、流路F7を経て、酸素気液分離部10に循環していた。一方、第3,4実施形態の水電解システム1b,1cでは、このような流路F5に相当する流路が流路F15から分岐していなかったが、これに限られない。流路F4における流路F5に相当する分岐流路が、流路F15に設けられていてもよい。この分岐流路に送られた水は、熱交換器、イオン交換ユニットを経て、酸素気液分離部10に循環する。
[Modification 6]
In the water electrolysis systems 1 and 1a (FIGS. 1 and 2) of the first and second embodiments, a flow path F5 is provided branching from flow path F4, and water sent to flow path F5 passes through a heat exchanger 17, flow path F6, an ion exchange unit 19, and flow path F7 before circulating to the oxygen-gas-liquid separation unit 10. On the other hand, in the water electrolysis systems 1b and 1c of the third and fourth embodiments, a flow path corresponding to flow path F5 is not branched from flow path F15, but this is not limited thereto. A branch flow path corresponding to flow path F5 in flow path F4 may be provided in flow path F15. Water sent to this branch flow path passes through a heat exchanger and an ion exchange unit before circulating to the oxygen-gas-liquid separation unit 10.

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。 This aspect has been described above based on embodiments and variations, but the above-described embodiments are intended to facilitate understanding of this aspect and are not intended to limit this aspect. This aspect may be modified or improved without departing from its spirit or the scope of the claims, and equivalents are included in this aspect. Furthermore, if a technical feature is not described as essential in this specification, it may be deleted as appropriate.

1,1a~1c…水電解システム
5…貯蔵タンク
10…酸素気液分離部
11…水電解部
13…DC電源
15o,15h…熱交換器
17…熱交換器
19…イオン交換ユニット
20…水素気液分離部
21…水電解部
23…DC電源
25o,25h…熱交換器
30…水素気液分離部
40…制御部
B1,B2…バイパス流路
F1~F22…流路
L1~L3…水位センサ
M1~M5…計測部
P1~P4…圧力センサ
R1…給水ポンプ
R2…循環ポンプ
R3,R4…送水ポンプ
S1~S12…遮断弁
T1~T4…温度センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a to 1c...Water electrolysis system 5...Storage tank 10...Oxygen gas-liquid separation section 11...Water electrolysis section 13...DC power supply 15o, 15h...Heat exchanger 17...Heat exchanger 19...Ion exchange unit 20...Hydrogen gas-liquid separation section 21...Water electrolysis section 23...DC power supply 25o, 25h...Heat exchanger 30...Hydrogen gas-liquid separation section 40...Control section B1, B2...Bypass flow path F1 to F22...Flow path L1 to L3...Water level sensor M1 to M5...Measuring section P1 to P4...Pressure sensor R1...Water supply pump R2...Circulation pump R3, R4...Water supply pump S1 to S12...Shut-off valve T1 to T4...Temperature sensor

Claims (7)

水電解システムであって、
電解質膜を用いた水の電気分解により酸素及び水素を生成する水電解部と、
前記水電解部で生成された水素と水との混合物を水素と水とに分離する水素気液分離部と、
前記水素気液分離部で分離された水である水素分離水の水質を計測する計測部と、
前記水電解システムを制御する制御部と、
前記水電解部で生成された酸素と水との混合物を酸素と水とに分離する酸素気液分離部と、
前記水素気液分離部から前記酸素気液分離部へ前記水素分離水を供給する還流路と、を備え、
前記還流路を形成している配管には、前記計測部が設けられており、
前記制御部は、前記計測部による計測結果に応じて前記電解質膜の状態を推定し、前記電解質膜の状態に応じて、前記水電解部による酸素及び水素の生成を制御する、水電解システム。
A water electrolysis system,
a water electrolysis unit that generates oxygen and hydrogen by electrolysis of water using an electrolyte membrane;
a hydrogen gas-liquid separation unit that separates the mixture of hydrogen and water produced in the water electrolysis unit into hydrogen and water;
a measuring unit that measures the water quality of hydrogen-separated water, which is water separated in the hydrogen-gas-liquid separation unit;
a control unit that controls the water electrolysis system;
an oxygen gas-liquid separation unit that separates the mixture of oxygen and water produced in the water electrolysis unit into oxygen and water;
a return path for supplying the hydrogen-separated water from the hydrogen-gas-liquid separation section to the oxygen-gas-liquid separation section ,
The measuring unit is provided in a pipe forming the return path,
The control unit estimates a state of the electrolyte membrane based on a measurement result by the measurement unit, and controls production of oxygen and hydrogen by the water electrolysis unit based on the state of the electrolyte membrane.
請求項1に記載の水電解システムであって、
前記電解質膜の状態には、前記電解質の損傷の有無が含まれ、
前記制御部は、前記電解質膜に損傷が生じている場合、前記水電解部による酸素及び水素の生成の停止、または、前記水電解部による酸素及び水素の生成速度の低下を実行する、水電解システム。
The water electrolysis system according to claim 1,
The state of the electrolyte membrane includes whether or not the electrolyte is damaged;
When the electrolyte membrane is damaged, the control unit stops the production of oxygen and hydrogen by the water electrolysis unit or reduces the rate at which oxygen and hydrogen are produced by the water electrolysis unit.
請求項1または請求項2に記載の水電解システムであって、さらに
記酸素気液分離部から前記水電解部へ前記水素分離水を含んだ水を供給する供給路と、を備える、水電解システム。
The water electrolysis system according to claim 1 or 2, further comprising :
a supply path for supplying water containing the hydrogen-separated water from the oxygen gas-liquid separation unit to the water electrolysis unit.
請求項3に記載の水電解システムであって、さらに、
前記還流路に設けられ、前記酸素気液分離部への前記水素分離水の供給を遮断可能な遮断弁を備え、
前記電解質膜の状態には、前記電解質の損傷の有無が含まれ、
前記制御部は、前記電解質膜に損傷が生じている場合、前記遮断弁を閉弁して前記酸素気液分離部への前記水素分離水の供給を停止させる、水電解システム。
The water electrolysis system according to claim 3, further comprising:
a shutoff valve provided in the return path and capable of shutting off the supply of the hydrogen-separated water to the oxygen-gas-liquid separation section;
The state of the electrolyte membrane includes whether or not the electrolyte is damaged;
When the electrolyte membrane is damaged, the control unit closes the shutoff valve to stop the supply of the hydrogen-separated water to the oxygen-gas-liquid separation unit.
請求項3に記載の水電解システムであって、
複数の前記水電解部と、
前記水電解部の各々に対応して設けられ、前記水電解部の各々で生成された水素と水との混合物を水素と水とに分離する複数の前記水素気液分離部と、
前記水素気液分離部の各々に対応して設けられ、前記水素気液分離部の各々で分離された前記水素分離水の水質を計測する複数の前記計測部と、
前記計測部の各々による計測結果に応じて前記水電解部の各々の前記電解質膜の状態を推定し、前記電解質膜の状態に応じて、前記水電解部の各々による酸素及び水素の生成を制御する、前記制御部と、
前記酸素気液分離部と、
前記水素気液分離部の各々から前記酸素気液分離部へ前記水素分離水を供給する複数の前記還流路と、
前記酸素気液分離部から前記水電解部の各々へ前記水素分離水を含んだ水を供給する前記供給路と、を備え
前記還流路を形成している配管の各々には、前記計測部の各々が設けられている、水電解システム。
The water electrolysis system according to claim 3,
A plurality of the water electrolysis units;
a plurality of hydrogen gas-liquid separation units provided corresponding to each of the water electrolysis units, the hydrogen gas-liquid separation units separating a mixture of hydrogen and water produced in each of the water electrolysis units into hydrogen and water;
a plurality of measuring units provided corresponding to the hydrogen-gas-liquid separation units, each measuring the quality of the hydrogen-separated water separated by the hydrogen-gas-liquid separation units;
the control unit estimates a state of the electrolyte membrane in each of the water electrolysis units in accordance with a measurement result by each of the measurement units, and controls production of oxygen and hydrogen by each of the water electrolysis units in accordance with the state of the electrolyte membrane;
The oxygen gas-liquid separation unit;
a plurality of return paths for supplying the hydrogen-separated water from each of the hydrogen-gas-liquid separation sections to the oxygen-gas-liquid separation section;
the supply path for supplying water containing the hydrogen-separated water from the oxygen gas-liquid separation unit to each of the water electrolysis units ,
a water electrolysis system, wherein each of the pipes forming the return path is provided with a corresponding one of the measuring units .
請求項5に記載の水電解システムであって、
前記電解質膜の状態には、前記電解質の損傷の有無が含まれ、
前記制御部は、前記電解質膜に損傷が生じている前記水電解部が存在する場合、当該水電解部による酸素及び水素の生成の停止、または、前記水電解部による酸素及び水素の生成速度の低下を実行する、水電解システム。
The water electrolysis system according to claim 5,
The state of the electrolyte membrane includes whether or not the electrolyte is damaged;
When any of the water electrolysis units has damaged electrolyte membranes, the control unit stops the production of oxygen and hydrogen by the water electrolysis unit or reduces the rate at which oxygen and hydrogen are produced by the water electrolysis unit.
請求項6に記載の水電解システムであって、さらに、
前記還流路の各々に設けられ、前記酸素気液分離部への前記水素分離水の供給を遮断可能な複数の遮断弁を備え、
前記制御部は、前記電解質膜に損傷が生じている前記水電解部が存在する場合、当該水電解部に由来する前記水素分離水を流す前記還流路の前記遮断弁を閉弁して前記酸素気液分離部への前記水素分離水の供給を停止させる、水電解システム。
The water electrolysis system according to claim 6, further comprising:
a plurality of shutoff valves provided in each of the return paths and capable of shutting off the supply of the hydrogen-separated water to the oxygen-gas-liquid separation section;
and when the electrolyte membrane of one of the water electrolysis units is damaged, the control unit closes the shut-off valve in the return path through which the hydrogen-separated water originating from the water electrolysis unit flows, thereby stopping the supply of the hydrogen-separated water to the oxygen-gas-liquid separation unit.
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