WO2017154138A1 - 水素漏えい防止システム、水素漏えい防止方法水素製造システム、電力貯蔵システム - Google Patents

水素漏えい防止システム、水素漏えい防止方法水素製造システム、電力貯蔵システム Download PDF

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雅弘 浅山
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    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Definitions

  • the present invention relates to a hydrogen leakage prevention system, a hydrogen leakage prevention method, a hydrogen production system, and a power storage system.
  • steam electrolysis is performed using a solid oxide electrochemical cell group called a stack or a module, in which a plurality of cells are bundled and integrated.
  • the hydrogen production method by high-temperature steam electrolysis is a method for producing hydrogen by electrolyzing water vapor at a high temperature (mainly in a temperature range of 500 to 1000 ° C.) using a solid oxide electrochemical cell.
  • this solid oxide electrochemical cell is mainly disadvantageous in terms of strength as compared with metal materials and the like because it mainly comprises a solid oxide (ceramics). For this reason, it is required to prevent hydrogen and oxygen from diffusing into the surrounding environment from the solid oxide electrochemical cell or cell stack.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a hydrogen leakage prevention system, a hydrogen leakage prevention method, a hydrogen production system, and an electric power storage system that improve safety by stopping the system immediately when hydrogen leaks. That is.
  • a hydrogen leakage prevention system includes: An electrolysis unit that electrolyzes water vapor to produce hydrogen and oxygen; An electric furnace that houses the electrolysis section in a furnace and heats the electrolysis section housed; A supply pipe for supplying water vapor to the electrolysis unit; An outflow pipe for flowing out hydrogen from the electrolysis section; A detection device for detecting a gas component in the furnace of the electric furnace; A determination device for determining the presence or absence of hydrogen leakage in the furnace from the data acquired from the detection device; And a control device that controls the amount of water vapor supplied to the electrolysis unit based on the determination by the determination device.
  • the conceptual diagram which shows the storage container by the 1st form of this invention The conceptual diagram which shows a solid oxide form electrolysis cell.
  • the conceptual diagram which shows the storage container by the 2nd form of this invention The conceptual diagram which shows the storage container by the 3rd form of this invention.
  • the conceptual diagram which shows the storage container by the 4th form of this invention The conceptual diagram which shows the storage container by the 5th form of this invention.
  • the conceptual diagram which shows the storage container by the 7th form of this invention The conceptual diagram which shows the hydrogen production system and electric power storage system by embodiment of this invention.
  • FIG. 1 shows an outline of a preferred specific example of a hydrogen leakage prevention system according to an embodiment of the present invention.
  • the hydrogen leakage prevention system shown in FIG. An electrolysis unit 1 for electrolyzing water vapor to produce hydrogen and oxygen; An electric furnace 2 that houses the electrolysis unit 1 in the furnace and heats the electrolysis unit 1 housed therein; A supply pipe 3 for supplying water vapor to the electrolysis unit 1; An outflow pipe 4 through which hydrogen flows out from the electrolysis unit 1; A detection device 5 for detecting a gas component in the furnace of the electric furnace 2, and A determination device 6 for determining the presence or absence of hydrogen leakage in the furnace from the data acquired from the detection device 5; And a control device 7 for controlling the amount of water vapor supplied to the electrolysis unit based on the determination by the determination device 6.
  • the electrolysis unit 1 uses a solid oxide having ionic conductivity as an electrolyte, and a plurality of electrolysis cells formed by sandwiching the solid oxide electrolyte between a hydrogen electrode and an oxygen electrode. As shown in FIG. 2, one electrolytic cell 10 is configured by sandwiching an electrolyte 10a made of a solid oxide between a hydrogen electrode 10b and an oxygen electrode 10c, and water (H 2 O) is placed on the hydrogen electrode 10b side.
  • the electrolysis unit 1 can be formed by overlapping a plurality of the electrolysis cells 10 (single cells).
  • a separator (not shown) can be further arranged between individual cells as necessary.
  • the electric furnace 2 accommodates the electrolysis unit 1 in the furnace, and a heater 9 is mainly disposed for heating the electrolysis unit 1 accommodated therein.
  • the electric furnace 2 is preferably formed of a heat insulating material.
  • One electric furnace 2 can accommodate one or a plurality of solid oxide electrolytic cell stacks 10.
  • the electrolysis unit 1 includes a supply pipe 3 for supplying water vapor, an outflow pipe 4 for flowing out hydrogen generated in the electrolysis unit 1, and an oxygen outflow pipe for flowing out oxygen generated in the electrolysis unit 1 in some cases (see FIG. (Not shown) is connected.
  • the electrolysis unit 1 is connected to a power supply line (not shown) for supplying power for electrolyzing water vapor.
  • a gas other than water vapor can be supplied to the electrolysis unit 1 together with water vapor as necessary.
  • the gas other than water vapor include nitrogen and air.
  • Hydrogen leaking into the gap 8 is detected by a hydrogen detection device 51 installed in the electric furnace 2, and the determination device 61 determines whether or not hydrogen leaks in the furnace from the data acquired from the detection device 51. Based on this, the controller 7 can control the amount of water vapor supplied to the electrolysis unit 1. For example, the hydrogen concentration in the electric furnace 2 is continuously or intermittently measured by the detection device 51, and the determination device 61 determines the presence of hydrogen in the gap 8 based on the measurement data of the detection device 51. When the presence of a small amount of hydrogen is determined (or when the presence of hydrogen of a predetermined concentration or more is determined), the supply of water vapor to the electrolysis unit 1 can be shut off by closing the control valve of the control device 7. Thereby, electrolysis of water vapor in the electrolysis unit 1 is stopped, generation of hydrogen is stopped, leakage of hydrogen into the electric furnace 2 is stopped, and an increase in hydrogen concentration can be suppressed.
  • FIG. 3 shows an outline of a preferable specific example of the hydrogen leakage prevention system according to the embodiment of the present invention.
  • the hydrogen leakage prevention system shown in FIG. 3 uses a “water vapor detection device 52” instead of the hydrogen detection device 51 shown in FIG. Therefore, except for the water vapor detection device 52, the same one as described above can be used for the first embodiment.
  • water vapor present in the furnace of the electric furnace 2 (that is, the gap 8) is detected by the water vapor detection device 52, and the data acquired from the detection device 52 is used in the electric furnace 2.
  • the presence or absence of hydrogen leakage is determined by the determination device 62, and based on the determination, the amount of water vapor supplied to the electrolysis unit 1 is controlled by the control device 7.
  • the water vapor detector 52 detects the leaked hydrogen, oxygen that is also present in the gap 8 (for example, oxygen in the air that is present in the gap 8), and the like. It is possible to detect water vapor which is a reaction product.
  • the determination device 62 can determine the presence or absence of hydrogen leakage by comparing the data acquired from the water vapor detection device 52 with, for example, water vapor data stored in advance when there is no hydrogen leakage.
  • the control valve of the control device 7 can be closed to shut off the supply of water vapor to the electrolysis unit 1. Thereby, electrolysis of water vapor in the electrolysis unit 1 is stopped, generation of hydrogen is stopped, leakage of hydrogen into the electric furnace 2 is stopped, and an increase in hydrogen concentration can be suppressed.
  • FIG. 4 shows an outline of a preferable specific example of the hydrogen leakage prevention system according to the embodiment of the present invention.
  • the hydrogen leakage prevention system shown in FIG. 4 is configured in such a manner that the detection device 51 is disposed in the flow path 11 of the gas component led from the inside of the electric furnace 2 (specifically, the gap 8). This is the same as the first embodiment shown in FIG.
  • the structure 11 can have one end on the electric furnace 2 side opened to the gap 8 and the other end opened to the external space of the electric furnace 2.
  • the flow path 11 may have an elongated tubular shape in which one end on the electric furnace 2 side is opened to the gap 8.
  • the installation position of the gas component flow path 11 and the acquisition position of the gas from the electric furnace 2 are not particularly limited.
  • the gas can be obtained from the inside of the electric furnace 3 through the opening 12 provided above the electric furnace 2 and provided in the ceiling of the electric furnace 2.
  • the opening 12 can be provided with a gas flow rate adjusting mechanism 13 or the like as necessary.
  • a gas flow rate adjusting mechanism 13 for example, when it is not necessary to detect the hydrogen concentration in the flow path 11, the gas flow is blocked by the gas flow rate adjusting mechanism 13, thereby preventing gas from leaking from the other opening of the flow path 11 to the outside. Can do.
  • the gas flow rate is lowered by the gas flow rate adjusting mechanism 13, the temperature drop in the electric furnace 2 accompanying the discharge of the high temperature gas can be suppressed.
  • a gas-permeable woven fabric, knitted fabric, cotton-like material, or the like can be preferably used.
  • the determination device 61 determines whether or not hydrogen leaks in the furnace from the data installed in the flow path 11 and acquired from the water vapor detection device 51, and based on the determination, the control device 7 supplies water vapor to the electrolysis unit 1. The amount can be controlled.
  • the electrolysis of water vapor in the electrolysis unit 1 is stopped, the generation of hydrogen is stopped, the leakage of hydrogen into the electric furnace 2 is stopped, and the increase in the hydrogen concentration is suppressed. be able to.
  • the control device 7 controls the amount of water vapor supplied to the electrolysis unit 1. be able to.
  • FIG. 5 shows an outline of a preferable specific example of the hydrogen leakage prevention system according to the embodiment of the present invention.
  • the hydrogen leakage prevention system of the fourth form shown in FIG. 5 is the same as the third form shown in FIG. 4 except that the combustion catalyst 14 is installed. Therefore, except for the combustion catalyst 14, the third embodiment is the same as described above.
  • the combustion catalyst 14 is not particularly limited in material and shape as long as it has an action of oxidizing hydrogen (here, oxidation includes combustion).
  • oxidation includes combustion
  • the material those containing noble metal components such as Pt and Ru are desirable.
  • the shape may be particulate, cylindrical or honeycomb, but is not particularly limited.
  • the combustion catalyst 14 is installed on the downstream side of the hydrogen detection device 51 in the flow path of the gas component led from the furnace of the electric furnace 2 to the flow path 11. That is, the gas component guided from the gap 8 of the electric furnace 2 to the flow path 11 passes through the combustion catalyst 14 after the hydrogen concentration is measured by the hydrogen detector 51, and is then discharged from the flow path 11 to the outside. It has become so.
  • the determination device 61 determines whether or not hydrogen leaks in the furnace from the data installed in the flow path 11 and acquired from the hydrogen detection device 51, and on the basis of the determination device 61, The amount of water vapor supplied to the electrolysis unit 1 can be controlled.
  • the electrolysis of water vapor in the electrolysis unit 1 is stopped, the generation of hydrogen is stopped, the leakage of hydrogen into the electric furnace 2 is stopped, and the increase in the hydrogen concentration is suppressed. be able to.
  • FIG. 6 shows an outline of a preferable specific example of the hydrogen leakage prevention system according to the embodiment of the present invention.
  • the detection device 5 includes the combustion catalyst 14 and a device 15 for measuring the temperature of the combustion catalyst 14, and the determination device 63.
  • the presence or absence of hydrogen leakage in the electric furnace 2 is determined.
  • the amount of steam supplied can be controlled.
  • the combustion catalyst 14 is not particularly limited in material and shape as long as it has an action of oxidizing hydrogen (here, oxidation includes combustion).
  • oxidation includes combustion
  • the material those containing noble metal components such as Pt and Ru are desirable.
  • the shape may be particulate, cylindrical or honeycomb, but is not particularly limited.
  • the determination device 63 determines whether or not hydrogen leaks in the electric furnace 2 from the data acquired from the device 15, and based on the determination, the control device 7 controls the amount of water vapor supplied to the electrolysis unit 1. it can.
  • FIG. 7 shows an outline of a preferable specific example of the hydrogen leakage prevention system according to the embodiment of the present invention.
  • the detection device 5 has a device 16 for measuring a temperature change in the electric furnace 2
  • the determination device 64 has the above-mentioned Determining whether or not hydrogen leaks in the electric furnace 2 from the temperature data acquired from the device 16 for measuring the temperature change, and based on that, the control device 7 controls the amount of steam supplied to the electrolysis unit 1 It is something that can be done.
  • the “device 16 for measuring the temperature change in the electric furnace 2 provided there” is provided.
  • the presence of hydrogen leaked in the electric furnace 2 and the change (for example, increase) in the amount of hydrogen present can be determined based on the temperature data acquired from “
  • an electric resistor can be preferably used. This is to detect a temperature change from a change in resistance value by utilizing the fact that the resistance value of the electric resistor changes due to the temperature change.
  • the determination device 64 determines the presence or absence of hydrogen leakage in the electric furnace 2 from the data acquired from the device 16, and the control unit 7 controls the amount of water vapor supplied to the electrolysis unit 1 based on the determination. it can.
  • FIG. 8 shows an outline of a preferable specific example of the hydrogen leakage prevention system according to the embodiment of the present invention.
  • the detection device 5 is a heater 9 disposed in the furnace of the electric furnace 2, and the control device is connected to the heater 9.
  • the presence or absence of hydrogen leakage in the electric furnace 2 is determined from the obtained change in the electric resistance value of the heater 9, and based on this, the amount of water vapor supplied to the electrolysis unit 1 is controlled.
  • the heater 9 can be connected to a heater control device 17 that controls the output of the heater 9.
  • a heater control device 17 that controls the output of the heater 9.
  • the control device 7 can control the amount of water vapor supplied to the electrolysis unit 1. .
  • FIG. 9 is a conceptual diagram of the hydrogen production system and the power storage system.
  • the hydrogen production system uses a power generation unit (or electrical energy supply source) A and electric power generated by the power generation unit A to generate hydrogen by decomposing water into hydrogen and oxygen to produce hydrogen.
  • a decomposition part B a decomposition part B.
  • the power storage system includes a power generation unit (or electrical energy supply source) A, an electrolysis unit B that uses the power from the power generation unit A to decompose water into hydrogen and oxygen to produce hydrogen, and an electrolysis unit B.
  • the storage part C which stores the hydrogen manufactured in (1), and the power generation part D which generates electric power using the stored hydrogen as a fuel are provided.
  • generated in the electrolysis part B can be stored in the storage part E as needed, and this oxygen can also be utilized as a fluid-like combustion support substance.
  • the hydrogen production system is a hydrogen production system for producing hydrogen by supplying water vapor and electric energy to the electrolysis unit B, and electrolyzing the water vapor in the electrolysis unit B, and includes a hydrogen leakage prevention system. It is done.
  • the power storage system includes an electrolysis unit B that produces hydrogen by electrolysis of water vapor, a storage unit C that stores hydrogen, and a power generation unit D that generates power using the stored hydrogen as fuel.
  • a system comprising a hydrogen leakage prevention system.
  • the hydrogen leakage prevention system includes those described in the first to seventh embodiments, and these hydrogen leakage prevention systems are also shown in FIGS. 1 to 8. Further, it can be adapted to the periphery of the electrolysis part B.
  • Electrolysis section 2: Electric furnace, 3: Supply pipe, 4: Outflow pipe, 5: Detection device, 6: Determination device, 7: Control device, 8: Air gap, 9: Heater, 10: Solid oxide electrolyte cell 11: flow path, 12: opening, 13: gas flow rate adjusting mechanism, 14: combustion catalyst, 15: device for measuring temperature of combustion catalyst, 16: device for measuring temperature change, 17: heater control device, A: power generation unit, B: electrolysis unit, C: hydrogen storage unit, D: power generation unit, E: oxygen storage unit

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Abstract

　水素が漏洩した場合、早急にシステムを停止することで安全性を向上させた水素漏えい防止システム、水素漏えい防止方法、水素製造システム、電力貯蔵システムを提供する。水蒸気を電気分解して水素及び酸素を生成させる電解部と、前記電解部を炉内に収容し、この収容された前記電解部の加熱を行う電気炉と、前記電解部に水蒸気を供給する供給管と、前記電解部から水素を取り出す流出管と、前記電気炉の炉内のガス成分を検知する検知装置と、前記検知装置から取得されたデータから前記炉内における水素の漏えいの有無を判定する判定装置と、前記判定装置による判定に基づき、前記電解部に供給される水蒸気量を制御する制御装置とを具備する水素漏えい防止システム。

Description

水素漏えい防止システム、水素漏えい防止方法水素製造システム、電力貯蔵システム
　本発明は、水素漏えい防止システム、水素漏えい防止方法、水素製造システム、電力貯蔵システムに関する。
　近年、化石燃料の枯渇、および大気中への二酸化炭素の放出による地球温暖化などの環境問題、エネルギーセキュリティー、などの観点から、太陽光や風力、地熱などに代表される再生可能エネルギーの導入が推進されている。また、二次エネルギーとして、貯蔵や輸送の観点から、水素エネルギーが注目されている。現在、水素の製造方法は、コストや技術の面から、化石燃料を改質する手法が主流となっている。
　また、再生可能エネルギーは、近年導入が拡大しているが、その特質上、出力の安定化や電力需要等に対応するように発電量を任意に調整することが難しいという課題がある。
　そこで、再生可能エネルギーから取得した電気エネルギーにより水の電気分解（電解）による水素製造を行い、この水素を一旦貯蔵し、必要なときにこの貯蔵された水素を燃料として発電を行う手法が検討されている。
　電解による水素製造方法の中で、高効率な手法として、固体酸化物形電気化学セルを用いた高温水蒸気電解がある。なお、通常、水蒸気電解は、スタックあるいはモジュールなどと称されている、複数のセルを束ね統合化した固体酸化物形電気化学セル群を用いて実施されている。
特開２０１０－２３２１６５号公報
　高温水蒸気電解による水素製造方法は、固体酸化物形電気化学セルを用い、高温（主に５００～１０００℃の温度域）で水蒸気を電気分解し、水素を製造する方法である。一般に、この固体酸化物形電気化学セルは、固体酸化物（セラミックス）を主構成としていることから、金属材などと比較して強度的に不利であることが多い。このことから、固体酸化物電気化学セルやセルスタックから水素や酸素が周囲環境に拡散しないようにすることが求められる。
　本発明が解決しようとする課題は、水素が漏洩した場合、早急にシステムを停止することで安全性を向上させた水素漏えい防止システム、水素漏えい防止方法、水素製造システム、電力貯蔵システムを提供することである。
　本発明の実施形態による水素漏えい防止システムは、
水蒸気を電気分解して水素および酸素を生成させる電解部と、
前記電解部を炉内に収容し、この収容された前記電解部の加熱を行う電気炉と、
前記電解部に水蒸気を供給する供給管と、
前記電解部から水素を流出させる流出管と、
前記電気炉の炉内のガス成分を検知する検知装置と、
前記検知装置から取得されたデータから前記炉内における水素の漏えいの有無を判定する判定装置と、
前記判定装置による判定に基づき、前記電解部に供給される水蒸気量を制御する制御装置と
を具備するものである。
　本発明の実施形態によれば、水素が漏洩した場合、早急にシステムを停止することで安全性を向上させることができる。
本発明の第一の形態による収容容器を示す概念図。 固体酸化物形電解セルを示す概念図。 本発明の第二の形態による収容容器を示す概念図。 本発明の第三の形態による収容容器を示す概念図。 本発明の第四の形態による収容容器を示す概念図。 本発明の第五の形態による収容容器を示す概念図。 本発明の第六の形態による収容容器を示す概念図。 本発明の第七の形態による収容容器を示す概念図。 本発明の実施形態による水素製造システムならびに電力貯蔵システム示す概念図。
　＜水素漏えい防止システム＞
　<< 第一の形態 >>
　図１は、本発明の実施形態による水素漏えい防止システムの好ましい一具体例の概要について示すものである。　
　図１に示される水素漏えい防止システムは、
　水蒸気を電気分解して水素および酸素を生成させる電解部１と、
　電解部１を炉内に収容し、この収容された電解部１の加熱を行う電気炉２と、
　電解部１に水蒸気を供給する供給管３と、
　電解部１から水素を流出させる流出管４と、
　電気炉２の炉内のガス成分を検知する検知装置５と、
　検知装置５から取得されたデータから炉内における水素の漏えいの有無を判定する判定装置６と、
　判定装置６による判定に基づき、電解部に供給される水蒸気量を制御する制御装置７と
を具備するものである。
　電解部１は、電解質としてイオン伝導性を持つ固体酸化物を用い、この固体酸化物電解質を水素極と酸素極とで挟んで構成されてなる電解セルが、複数重ね合わされてなるものである。図２に示されるように、一つの電解セル１０は、固体酸化物からなる電解質１０ａを水素極１０ｂと酸素極１０ｃとで挟んで構成されてなり、この水素極１０ｂ側に水（Ｈ２Ｏ）が水蒸気の形態で供給され、水素極１０ｂにおける Ｈ２Ｏ＋２ｅ－ → Ｈ２＋Ｏ２－ の反応によって水素の生成がなされ、一方、酸素極１０ｃにおける Ｏ２－ → 1/2 Ｏ２＋２ｅ－ の反応によって酸素の生成がなされる結果、電解セル１０に供給された水が、水素と酸素へと電気分解されるようになっている。
　この電解セル１０（単セル）が複数個重ね合わせて、電解部１を形成することができる。なお、個々のセルとセルとの間には、必要に応じてさらにセパレータ（図示せず）を配置することができる。
　電気炉２は、前記電解部１を炉内に収容し、主として、この収容された電解部１の加熱を行うためにヒータ９が配置されている。この電気炉２は、断熱性材料で形成されていることが好ましい。一つの電気炉２は、固体酸化物形電解セルスタック１０を１個または複数個収容することができる。
　電解部１には、水蒸気を供給する供給管３と、電解部１で生成された水素を流出させる流出管４と、場合により、電解部１で生成された酸素を流出させる酸素流出管（図示せず）が接続されている。また、この電解部１には、水蒸気の電気分解を行うための電力を供給するための電力供給線（図示せず）が接続される。
　電解部１からの漏えい物（例えば、水素、酸素あるいは水蒸気）がある場合、これらは、電気炉２の内部（即ち、電気炉２の炉の内面２’とこの電気炉２に収容された電解部１との間の空隙８）に漏出することになる。ここで、電解部１には、必要に応じて、水蒸気と共に水蒸気以外のガスを供給することができる。水蒸気以外のガスとしては、例えば窒素、空気を挙げることができる。
　空隙８に漏出した水素は、電気炉２内に設置された水素検知装置５１によって検知され、検知装置５１から取得されたデータから前記炉内における水素の漏えいの有無を判定装置６１にて判定し、それに基づき、制御装置７において、電解部１に供給される水蒸気量を制御することができる。例えば、検知装置５１で電気炉２内の水素濃度を継続的ないし断続的に計測し、この検知装置５１の計測データをもとに、空隙８における水素の存在を判定装置６１が判定し、極微量の水素の存在を判定した場合（もしくは所定濃度以上の水素の存在を判定した場合）に、制御装置７の制御弁を閉じて、電解部１への水蒸気の供給を遮断することができる。これによって、電解部１での水蒸気の電気分解が停止され、水素の生成が停止され、電気炉２内への水素の漏えいが停止され、水素濃度の上昇を抑えることができる。
　以上の本発明の第一の形態による水素漏えい防止システムによれば、水素が電解部から漏洩した場合、早急にシステムを停止することで安全性を向上させることができる。かつ、水素製造効率の低下した状態での運転を避けることができる。
　<< 第二の形態 >>
　図３は、本発明の実施形態による水素漏えい防止システムの好ましい一具体例の概要について示すものである。　
　図３に示される水素漏えい防止システムは、図１に記載された水素検知装置５１の代わりに「水蒸気検知装置５２」を用いるものである。したがって、水蒸気検知装置５２以外は、第一の形態に関して、前記したものと同様なものを用いることができる。
　本発明の第二の形態は、電気炉２の炉内（即ち、空隙８）に存在する水蒸気を、水蒸気検知装置５２で検知し、この検知装置５２から取得されたデータから電気炉２内における水素の漏えいの有無を判定装置６２で判定し、それに基づき、電解部１に供給される水蒸気量を制御装置７で制御するものである。
　この水蒸気検知装置５２は、電解部１から空隙８へ水素の漏出が生じた場合、その漏出した水素と、同じく空隙８に存在する酸素（例えば、空隙８に存在する空気中の酸素）等との反応生成物である水蒸気を検知することができるようになっている。
　判定装置６２では、水蒸気検知装置５２から取得されたデータと、例えば予め蓄積された水素漏えいがない場合の水蒸気データとを対比することによって、水素漏えいの有無を判定することできる。
　判定装置６２が水素の漏えいを判定した場合、制御装置７の制御弁を閉じて、電解部１への水蒸気の供給を遮断することができる。これによって、電解部１での水蒸気の電気分解が停止され、水素の生成が停止され、電気炉２内への水素の漏えいが停止され、水素濃度の上昇を抑えることができる。
　以上の本発明の第二の形態による水素漏えい防止システムによれば、水素が電解部から漏えいした場合、早急にシステムを停止することで安全性を向上させることができる。かつ、水素製造効率の低下した状態での運転を避けることができる。
　<< 第三の形態 >>
　図４は、本発明の実施形態による水素漏えい防止システムの好ましい一具体例の概要について示すものである。　
　図４に示される水素漏えい防止システムは、検知装置５１が、電気炉２の炉内（具体的には、空隙８）から導かれたガス成分の流路１１中に配置されている以外は、図１に示される第一の形態と同様のものである。
　したがって、ガス成分の流路１１が設けられ、電気炉２の炉内から導かれたガス成分を検知できるように水素検知装置５１が設置されている以外は、第一の形態に関して、前記したものと同様なものである。
　ガス成分の流路１１は、そこに水素検知装置５１が設置可能であって、そこに電気炉２の炉内の空隙８に存在するガスを流通しえるようなっているならば、その構造、形態等は特に制限されない。例えば、図４のように、流路１１は、電気炉２側の一端が空隙８に開口し、もう一端が電気炉２の外部空間に開口していることができる。また、流路１１は、電気炉２側の一端が空隙８に開口した細長い管状形態をしていてもよい。
　ガス成分の流路１１の設置位置ならびに電気炉２からのガスの取得位置も特に制限されない。好ましくは、図４のように、電気炉２の上方に設置し、電気炉２の天井部に設けられた開口部１２を通して電気炉３内部からガスを取得することができる。
　なお、この開口部１２には、必要に応じて、ガス流量の調整機構１３等を設けることができる。例えば、流路１１において水素濃度の検知が必要でない時には、このガス流量の調整機構１３でガス流を遮断することによって、流路１１の他方の開口から外部へガスが漏出することを防止することができる。このガス流量の調整機構１３でガス流量を低下させる場合は、高温ガスの排出に伴う、電気炉２内の温度低下を抑制することができる。この場合のガス流量の調整機構１３としては、好ましくは、ガス透過性の織物、編み物、綿状物等を挙げることができる。
　流路１１に設置され水蒸気検知装置５１から取得されたデータから前記炉内における水素の漏えいの有無を判定装置６１にて判定し、それに基づき、制御装置７において、電解部１に供給される水蒸気量を制御することができる。
　これによって、第一の形態と同様に、電解部１での水蒸気の電気分解が停止され、水素の生成が停止され、電気炉２内への水素の漏えいが停止され、水素濃度の上昇を抑えることができる。
　以上の本発明の第三の形態による水素漏えい防止システムによれば、水素が電解部から漏えいした場合、早急にシステムを停止することで安全性を向上させることができる。かつ、水素製造効率の低下した状態での運転を避けることができる。
　また、水素検知装置５１の代わりに水蒸気検知装置５２を用いることによっても、同様に水素の漏えいの有無を判定でき、それに基づき、制御装置７において、電解部１に供給される水蒸気量を制御することができる。
　<< 第四の形態 >>
　図５は、本発明の実施形態による水素漏えい防止システムの好ましい一具体例の概要について示すものである。　
　図５に示される第四の形態の水素漏えい防止システムは、燃焼触媒１４が設置されていること以外は、図４に示される第三の形態と同様なものである。したがって、燃焼触媒１４以外は、第三の形態に関して、前記したものと同様なものである。
　燃焼触媒１４は、水素を酸化（ここでの酸化とは、燃焼を包含する）させる作用を有するものであるならば、材質や形状などは特に問わない。材質に関しては、ＰｔやＲｕなどの貴金属成分を含むものが望ましい。形状についても、粒子状、円筒状、ハニカム状等が挙げられるが、特に問わない。
　この第四の形態においては、電気炉２の炉内から流路１１に導かれたガス成分の流路中の水素検知装置５１の下流側に、燃焼触媒１４が設置されている。即ち、電気炉２の空隙８から流路１１に導かれたガス成分は、水素検知装置５１によって水素濃度が測定された後、燃焼触媒１４を透過し、その後、流路１１から外部へ排出されるようになっている。
　このように燃焼触媒１４が設置されていることによって、電解部２から空隙８へ水素が漏えいしたとしても、漏えいした水素が流路１１から外部へ排出されることが防止されている。
　第三の態様と同様に、流路１１に設置され水素検知装置５１から取得されたデータから前記炉内における水素の漏えいの有無を判定装置６１にて判定し、それに基づき、制御装置７において、電解部１に供給される水蒸気量を制御することができる。
　これによって、第三の形態と同様に、電解部１での水蒸気の電気分解が停止され、水素の生成が停止され、電気炉２内への水素の漏えいが停止され、水素濃度の上昇を抑えることができる。
　以上の本発明の第四の形態による水素漏えい防止システムによれば、水素が電解部から漏洩した場合、早急にシステムを停止することで安全性を向上させることができる。かつ、水素製造効率の低下した状態での運転を避けることができる。さらに、電気炉から周囲環境への水素の漏えいが防止されているので、さらなる安全性の向上が達成されている。
　<< 第五の形態 >>
　図６は、本発明の実施形態による水素漏えい防止システムの好ましい一具体例の概要について示すものである。　
　図６に示される第五の形態の水素漏えい防止システムは、具体的には、検知装置５が、燃焼触媒１４およびこの燃焼触媒１４の温度を計測する装置１５を有し、かつ、判定装置６３が、前記燃焼触媒１４の温度を計測する装置１５から取得された温度データをもとに、電気炉２内における水素の漏えいの有無を判定し、それに基づき、制御装置７において、電解部１に供給される水蒸気量を制御することができるものである。
　燃焼触媒１４は、水素を酸化（ここでの酸化とは、燃焼を包含する）させる作用を有するものであるならば、材質や形状などは特に問わない。材質に関しては、ＰｔやＲｕなどの貴金属成分を含むものが望ましい。形状についても、粒子状、円筒状、ハニカム状等が挙げられるが、特に問わない。
　燃焼触媒１４は、そこでの水素と酸素との反応を受けてその温度が上昇することから、そこに設けられた「燃焼触媒１４の温度を計測する装置（温度センサ）１５」から取得された温度データをもとに、酸化触媒１４における水素（即ち、電気炉２内で漏出した水素）の存在ならびに水素存在量の変化（例えば増大）を検知することができる。
　前記装置１５から取得されたデータから電気炉２内における水素の漏えいの有無を判定装置６３にて判定し、それに基づき、制御装置７において、電解部１に供給される水蒸気量を制御することができる。
　以上の本発明の第五の形態による水素漏えい防止システムによれば、水素が電解部から漏洩した場合、早急にシステムを停止することで安全性を向上させることができる。かつ、水素製造効率の低下した状態での運転を避けることができる。さらに、電気炉から周囲環境への水素の漏えいが防止されているので、さらなる安全性の向上が達成されている。
　<< 第六の形態 >>
　図７は、本発明の実施形態による水素漏えい防止システムの好ましい一具体例の概要について示すものである。　
　図７に示される第六の形態の水素漏えい防止システムは、具体的には、検知装置５が、電気炉２内の温度変化を計測する装置１６を有し、かつ、判定装置６４が、前記温度変化を計測する装置１６から取得された温度データから前記電気炉２内における水素の漏えいの有無を判定し、それに基づき、制御装置７が前記電解部１に供給される蒸気量を制御することができるものである。
　電気炉２内の温度は、水素の漏えいが生じた場合、水素と酸素との反応を受けて温度が上昇することから、そこに設けられた「電気炉２内の温度変化を計測する装置１６」から取得された温度データをもとに、電気炉２内で漏出した水素の存在ならびに水素存在量の変化（例えば増大）を判定することができる。
　温度変化を計測する装置１６としては、好ましくは電気抵抗器を用いることができる。これは、電気抵抗器の抵抗値が温度変化によって変化することを利用して、抵抗値の変化から温度変化を検出するものである。
　前記装置１６から取得されたデータから電気炉２内における水素の漏えいの有無を判定装置６４にて判定し、それに基づき、制御部７において、電解部１に供給される水蒸気量を制御することができる。
　以上の本発明の第六の形態による水素漏えい防止システムによれば、水素が電解部から漏洩した場合、早急にシステムを停止することで安全性を向上させることができる。かつ、水素製造効率の低下した状態での運転を避けることができる。さらに、電気炉から周囲環境への水素の漏えいが防止されているので、さらなる安全性の向上が達成されている。
　<< 第七の形態 >>
　図８は、本発明の実施形態による水素漏えい防止システムの好ましい一具体例の概要について示すものである。　
　図８に示される第七の形態の水素漏えい防止システムは、具体的には、検知装置５が、電気炉２の炉内に配設されたヒータ９であり、制御装置が、前記ヒータ９から取得されたヒータ９の電気抵抗値の変化から電気炉２内における水素の漏えいの有無を判定し、それに基づき、電解部１に供給される水蒸気量を制御するものである。
　ヒータ９には、ヒータ９の出力を制御するヒータ制御装置１７を接続することができる。電気炉２内の温度は、水素の漏えいが生じた場合、水素と酸素との反応を受けて温度が上昇し、これによってヒータ制御装置１７によって制御されたヒータ９の出力低下をもとに、電気炉２内で漏出した水素の存在ならびに水素存在量の変化（例えば増大）を検知することができる。
　ヒータ９から取得されたデータから電気炉２内における水素の漏えいの有無を判定装置６５にて判定し、それに基づき、制御装置７において、電解部１に供給される水蒸気量を制御することができる。
　以上の本発明の第七の形態による水素漏えい防止システムによれば、水素が電解部から漏洩した場合、早急にシステムを停止することで安全性を向上させることができる。かつ、水素製造効率の低下した状態での運転を避けることができる。さらに、電気炉から周囲環境への水素の漏えいが防止されているので、さらなる安全性の向上が達成されている。
　＜水素製造システムおよび電力貯蔵システム＞
　図９は、水素製造システムおよび電力貯蔵システムの概念図である。　
　図９に示されるように、水素製造システムは、発電部（ないし電気エネルギー供給源）Ａと、その発電部Ａで発電した電力を用い、水を水素と酸素に分解して水素を製造する電気分解部Ｂとを具備してなるものである。電力貯蔵システムは、発電部（ないし電気エネルギー供給源）Ａと、この発電部Ａからの電力を用い、水を水素と酸素に分解して水素を製造する電気分解部Ｂと、電気分解部Ｂで製造された水素を貯蔵する貯蔵部Ｃと、貯蔵された水素を燃料として発電を行う発電部Ｄとを具備してなるものである。なお、電気分解部Ｂで生成された酸素は、必要に応じて、貯蔵部Ｅで貯蔵することができるし、この酸素を流体状の支燃性物質として利用することもできる。
　水素製造システムは、電気分解部Ｂに水蒸気および電気エネルギーを供給して、電気分解部Ｂにおいて水蒸気の電気分解を行って、水素の製造を行う水素製造システムであって、水素漏えい防止システムを具備してなるである。
　電力貯蔵システムは、水蒸気の電気分解によって水素を製造する電気分解部Ｂと、水素を貯蔵する貯蔵部Ｃと、貯蔵された水素を燃料として発電を行う発電部Ｄとを具備してなる電力貯蔵システムであって、水素漏えい防止システムを具備してなるものである。
　ここで、水素漏えい防止システムの好ましい具体例には、第一の形態～第七の形態において記載されたものが包含され、これらの水素漏えい防止システムは、図１～図８にも示されるように、電気分解部Ｂの周囲に適応することができる。
　本発明の実施形態による水素製造システムおよび電力貯蔵システムでは、水素が電解部から漏えいした場合、早急にシステムを停止することで安全性を向上させることができる。かつ、水素製造効率の低下した状態での運転を避けることができる。
　以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１：電解部、２：電気炉、３：供給管、４：流出管、５：検知装置、６：判定装置、７：制御装置、８：空隙、９：ヒータ、１０：固体酸化物電解質セル、１１：流路、１２：開口部、１３：ガス流量の調整機構、１４：燃焼触媒、１５：燃焼触媒の温度を計測する装置、１６：温度変化を計測する装置、１７：ヒータ制御装置、Ａ：発電部、Ｂ：電気分解部、Ｃ：水素貯蔵部、Ｄ：発電部、Ｅ：酸素貯蔵部

Claims (9)

  1. 　水蒸気を電気分解して水素および酸素を生成させる電解部と、
    　前記電解部を炉内に収容し、この収容された前記電解部の加熱を行う電気炉と、
    　前記電解部に水蒸気を供給する供給管と、
    　前記電解部から水素を流出させる流出管と、
    　前記電気炉の炉内のガス成分を検知する検知装置と、
    　前記検知装置から取得されたデータから前記炉内における水素の漏えいの有無を判定する判定装置と、
    　前記判定装置による判定に基づき、前記電解部に供給される水蒸気量を制御する制御装置と
    　を具備する水素漏えい防止システム。
  2. 　前記検知装置が、前記電気炉の炉内の水素ガス成分および水蒸気成分の少なくとも一方を検知する請求項１記載の水素漏えい防止システム。
  3. 　前記電気炉の炉内のガス成分が燃焼触媒によって処理される請求項１または請求項２に記載の水素漏えい防止システム。
  4. 　前記検知装置が、前記燃焼触媒の温度を計測する装置を有する請求項３記載の水素漏えい防止システム。
  5. 　前記検知装置が、前記電気炉の炉内の温度変化を計測する装置を有する請求項１記載の水素漏えい防止システム。
  6. 　前記検知装置が、前記電気炉の炉内に配設されたヒータの出力変化を計測する請求項１記載の水素漏えい防止システム。
  7. 　水蒸気を電気分解して水素および酸素を生成させる電解部と、
    　前記電解部を炉内に収容し、この収容された前記電解部の加熱を行う電気炉と、
    　前記電解部に水蒸気を供給する供給管と、
    　前記電解部から水素を流出させる流出管と、
    　前記電気炉の炉内のガス成分を検知する検知装置と、
    　前記電解部に供給される水蒸気量を制御する制御装置とを具備してなる水素製造装置によって水素製造を行う際に、
    　前記検知装置から取得されたデータから前記炉内における水素の漏えいの有無を判定し、それに基づき、前記電解部に供給される水蒸気量を制御する水素漏えい防止方法。
  8. 　電解部に水蒸気および電気エネルギーを供給して、当該電解部において前記水蒸気の電気分解を行って、水素の製造を行う水素製造システムであって、
    　前記請求項１～６のいずれか１項に記載の水素漏えい防止システムを具備してなる水素製造システム。
  9. 　水蒸気の電気分解によって水素を製造する電解部と、前記水素を貯蔵する貯蔵部と、前記貯蔵された水素を燃料として発電を行う発電部とを具備してなる電力貯蔵システムであって、
    　前記請求項１～６のいずれか１項に記載の水素漏えい防止システムを具備してなる電力貯蔵システム。
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