(57)【要約】【課題】簡単な構成及び工程で、高圧水が作用する開閉弁の制御回数を可及的に削減し、前記開閉弁の耐久性を向上させることを可能にする。【解決手段】水電解システム１０は、高圧水素を発生させる高圧水電解装置１２と、前記高圧水素を気液分離する高圧気液分離装置２２と、分離された高圧液状水を排出する高圧排水ライン２６と、前記高圧排水ライン２６に配設される可変圧損発生部９４及び電磁弁９６と、コントローラ２８とを備える。コントローラ２８は、液状水の注水速度を検知する注水速度検知機構９８、前記液状水の排水速度を設定する排水速度設定機構１００、及び可変圧損発生部９４の開度を調整する開度調整機構１０２とを有する。【選択図】図１
2014105347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード側に供給される水を電気分解し、前記アノード側に酸素を、カソード側に前記酸素よりも高圧な高圧水素を、それぞれ発生させる高圧水電解装置と、
前記高圧水電解装置から導出される前記高圧水素を、気液分離する高圧気液分離装置と、
前記高圧気液分離装置で分離された液状水を排出する排水ラインと、
前記排水ラインに配設され、開度が調整されることにより排水流量を可変させる可変圧損発生部と、
前記排水ラインに、前記可変圧損発生部よりも下流に配設される開閉弁と、
を備える水電解システムであって、
前記高圧水電解装置から前記高圧気液分離装置に注水される前記液状水の注水速度を検知する注水速度検知機構と、
検知された前記注水速度に基づいて、前記高圧気液分離装置から排出される前記液状水の排水速度を設定する排水速度設定機構と、
設定された前記排水速度に基づいて、前記可変圧損発生部の開度を調整する開度調整機構と、
を備えることを特徴とする水電解システム。
【請求項２】
アノード側に供給される水を電気分解し、前記アノード側に酸素を、カソード側に前記酸素よりも高圧な高圧水素を、それぞれ発生させる高圧水電解装置と、
前記高圧水電解装置から導出される前記高圧水素を、気液分離する高圧気液分離装置と、
前記高圧気液分離装置で分離された液状水を排出する排水ラインと、
前記排水ラインに配設され、開度が調整されることにより排水流量を可変させる可変圧損発生部と、
前記排水ラインに、前記可変圧損発生部よりも下流に配設される開閉弁と、
を備える水電解システムの排水方法であって、
前記高圧水電解装置から前記高圧気液分離装置に注水される前記液状水の注水速度を検知する注水速度検知工程と、
検知された前記注水速度に基づいて、前記高圧気液分離装置から排出される前記液状水の排水速度を設定する排水速度設定工程と、
設定された前記排水速度に基づいて、前記可変圧損発生部の開度を調整する開度調整工程と、
前記可変圧損発生部の開度が調整された後、前記開閉弁を開弁して前記高圧気液分離装置からの排水を行うとともに、水電解を継続する排水及び水電解工程と、
を有することを特徴とする水電解システムの排水方法。
【請求項３】
請求項２記載の排水方法において、前記注水速度検知工程は、前記高圧水電解装置の前記アノード側から前記カソード側に透過する透過水量に基づいて、前記注水速度を検知することを特徴とする水電解システムの排水方法。
【請求項４】
請求項２又は３記載の排水方法において、前記開度調整工程は、前記注水速度と前記排水速度とが同一速度になるように、前記開度を調整することを特徴とする水電解システムの排水方法。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項に記載の排水方法において、前記高圧気液分離装置内の水位を検知する水位検知工程を有し、
前記排水及び水電解工程では、前記水位検知工程により前記水位が変化していると検知された際、前記開度を再度調整する開度再調整工程に移行することを特徴とする水電解システムの排水方法。
【請求項６】
請求項５記載の排水方法において、前記水位検知工程により前記水位が減少していると検知された際、該水位の減少速度を算出する水位減少速度算出工程に移行するとともに、
前記水位減少速度算出工程により算出された前記減少速度が、閾値以上である際、水電解を停止する緊急停止工程に移行することを特徴とする水電解システムの排水方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧水素を発生させる高圧水電解装置と、前記高圧水素を気液分離する高圧気液分離装置と、前記高圧気液分離装置で分離された液状水を排出する排水ラインと、前記排水ラインに配設され、開度が調整されることにより排水流量を可変させる可変圧損発生部と、前記排水ラインに、前記可変圧損発生部よりも下流に配設される開閉弁と、を備える水電解システム及びその排水方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、燃料電池の発電反応に使用される燃料ガスとして、水素が使用されている。この水素は、例えば、水電解装置により製造されている。水電解装置は、水を分解して水素（及び酸素）を発生させるため、固体高分子電解質膜（イオン交換膜）を用いている。固体高分子電解質膜の両面には、電極触媒層が設けられて電解質膜・電極構造体が構成されるとともに、前記電解質膜・電極構造体の両側には、給電体を配設して単位セルが構成されている。
【０００３】
そこで、複数の単位セルが積層されたセルユニットには、積層方向両端に電圧が付与されるとともに、アノード側の給電体に水が供給される。このため、電解質膜・電極構造体のアノード側では、水が電気分解されて水素イオン（プロトン）が生成され、この水素イオンが固体高分子電解質膜を透過してカソード側に移動し、電子と結合して水素が製造される。一方、アノード側では、水素と共に生成された酸素が、余剰の水を伴ってセルユニットから排出される。
【０００４】
例えば、特許文献１に開示されている水電解装置は、純水補給ラインから電解セルに達した純水を該電解セルにおいて電解して水素ガスと酸素ガスを生成し、該水素ガスと酸素ガスを、それぞれ水素分離タンクと酸素分離タンクを経て外部に排出している。
【０００５】
そして、酸素分離タンクに純水を補給する純水補給ラインには、熱交換器が設置され、前記酸素分離タンクから電解セルを経て該酸素分離タンクに至る純水循環ラインが形成されている。さらに、電解セルから水素分離タンクに至る水素供給ラインが設けられるとともに、前記水素分離タンクの底部から延びる純水排出ラインは、熱交換器を経て系外に達している。この純水排出ラインには、流量制御弁が配設されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１５２３７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記の水電解装置では、水素分離タンクの底部から延びる純水排出ラインには、流量制御弁が配設されており、前記水素分離タンク内の液状水は、前記流量制御弁を介して排水制御されている。
【０００８】
しかしながら、電解セルで高圧水素（例えば、７０ＭＰａ以上の水素）が製造される場合、水素分離タンクから高圧の水が排出されるため、流量制御弁の入口側と出口側との圧力差が相当に大きくなってしまう。これにより、水位調整を行うために流量制御弁が開度調整される際、キャビテーション等が惹起され易く、前記流量制御弁が損傷して寿命が低下するという問題がある。
【０００９】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単な構成及び工程で、高圧水が作用する開閉弁の制御回数を可及的に削減し、前記開閉弁の耐久性を向上させることが可能な水電解システム及びその排水方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、アノード側に供給される水を電気分解し、前記アノード側に酸素を、カソード側に前記酸素よりも高圧な高圧水素を、それぞれ発生させる高圧水電解装置と、前記高圧水電解装置から導出される前記高圧水素を、気液分離する高圧気液分離装置と、前記高圧気液分離装置で分離された液状水を排出する排水ラインと、前記排水ラインに配設され、開度が調整されることにより排水流量を可変させる可変圧損発生部と、前記排水ラインに、前記可変圧損発生部よりも下流に配設される開閉弁と、を備える水電解システム及びその排水方法に関するものである。
【００１１】
この水電解システムでは、高圧水電解装置から高圧気液分離装置に注水される液状水の注水速度を検知する注水速度検知機構と、検知された前記注水速度に基づいて、前記高圧気液分離装置から排出される前記液状水の排水速度を設定する排水速度設定機構と、設定された前記排水速度に基づいて、可変圧損発生部の開度を調整する開度調整機構と、を備えている。
【００１２】
また、この水電解システムの排水方法は、高圧水電解装置から高圧気液分離装置に注水される液状水の注水速度を検知する注水速度検知工程と、検知された前記注水速度に基づいて、前記高圧気液分離装置から排出される前記液状水の排水速度を設定する排水速度設定工程と、設定された前記排水速度に基づいて、可変圧損発生部の開度を調整する開度調整工程と、前記可変圧損発生部の開度が調整された後、開閉弁を開弁して前記高圧気液分離装置からの排水を行うとともに、水電解を継続する排水及び水電解工程と、を有している。
【００１３】
さらに、この排水方法では、注水速度検知工程は、高圧水電解装置のアノード側からカソード側に透過する透過水量に基づいて、注水速度を検知することが好ましい。
【００１４】
さらにまた、この排水方法では、開度調整工程は、注水速度と排水速度とが同一速度になるように、開度を調整することが好ましい。
【００１５】
また、この排水方法では、高圧気液分離装置内の水位を検知する水位検知工程を有し、排水及び水電解工程では、前記水位検知工程により前記水位が変化していると検知された際、開度を再度調整する開度再調整工程に移行することが好ましい。
【００１６】
さらに、この排水方法では、水位検知工程により水位が減少していると検知された際、前記水位の減少速度を算出する水位減少速度算出工程に移行するとともに、前記水位減少速度算出工程により算出された前記減少速度が、閾値以上である際、水電解を停止する緊急停止工程に移行することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、高圧気液分離装置に注水される液状水の注水速度に基づいて、前記高圧水電解装置から排出される前記液状水の排水速度が設定され、この排水速度に基づいて、可変圧損発生部の開度が調整されている。このため、高圧気液分離装置内の水位の調整が容易に遂行されるとともに、高圧な液状水が開閉弁のみにより直接排水されることを抑制することが可能になる。従って、キャビテーションの発生を抑制することができ、開閉弁の耐久性を向上させることが可能になる。
【００１８】
しかも、排水ラインに配設された開閉弁は、開閉回数を低減させることができる。これにより、簡単な構成及び工程で、高圧水が作用する開閉弁の制御回数を可及的に削減し、前記開閉弁の耐久性を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１以降の実施形態に係る排水方法が適用される水電解システムの概略構成説明図である。
【図２】第１の実施形態に係る排水方法を説明するフローチャートである。
【図３】前記排水方法を説明する水位変動と電磁弁の開閉状態の関係図である。
【図４】可変圧損発生部の開度と排水速度との関係説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る排水方法を説明するフローチャートである。
【図６】前記排水方法を説明する水位変動と電磁弁の開閉状態の関係図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る排水方法を説明するフローチャートである。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る排水方法を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１に示すように、本発明の第１以降の実施形態に係る排水方法が適用される水電解システム１０は、水（純水）を電気分解することによって酸素及び高圧水素（常圧である酸素圧力よりも高圧、例えば、１ＭＰａ〜７０ＭＰａの水素）を製造する高圧水電解装置（差圧式水電解装置）１２と、前記高圧水電解装置１２から排出される前記酸素及び余剰の水を分離し、前記水を貯留する水貯留装置１４と、前記水貯留装置１４に貯留される前記水を、前記高圧水電解装置１２に循環させる水循環装置１６と、前記水貯留装置１４に市水から生成された純水を供給する水供給装置１８と、前記高圧水電解装置１２から高圧水素配管２０に導出される前記高圧水素に含まれる液状水を除去（気液分離）する高圧気液分離装置２２と、前記高圧気液分離装置２２から液状水が分離された前記高圧水素を導出する高圧水素導出ライン２４と、前記高圧気液分離装置２２から高圧な液状水を排出する高圧排水ライン２６と、コントローラ（制御装置）２８とを備える。
【００２１】
高圧水電解装置１２は、複数の単位セル３０を積層したセルユニットを備える。単位セル３０の積層方向一端には、ターミナルプレート３２ａ、絶縁プレート３４ａ及びエンドプレート３６ａが外方に向かって、順次、配設される。単位セル３０の積層方向他端には、同様にターミナルプレート３２ｂ、絶縁プレート３４ｂ及びエンドプレート３６ｂが外方に向かって、順次、配設される。エンドプレート３６ａ、３６ｂ間は、一体的に締め付け保持される。
【００２２】
ターミナルプレート３２ａ、３２ｂの側部には、端子部３８ａ、３８ｂが外方に突出して設けられる。端子部３８ａ、３８ｂは、配線３９ａ、３９ｂを介して電解電源４０に電気的に接続される。
【００２３】
単位セル３０は、電解質膜・電極構造体４２と、この電解質膜・電極構造体４２を挟持するアノード側セパレータ４４及びカソード側セパレータ４６とを備える。電解質膜・電極構造体４２は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜４８と、前記固体高分子電解質膜４８の両面に設けられるアノード側給電体５０及びカソード側給電体５２とを備える。
【００２４】
固体高分子電解質膜４８の両面には、アノード電極触媒層５０ａ及びカソード電極触媒層５２ａが形成される。アノード電極触媒層５０ａは、例えば、Ｒｕ（ルテニウム）系触媒を使用する一方、カソード電極触媒層５２ａは、例えば、白金触媒を使用する。
【００２５】
単位セル３０の外周縁部には、積層方向に互いに連通して、水（純水）を供給するための水供給連通孔５６と、反応により生成された酸素及び未反応の水（混合流体）を排出するための排出連通孔５８と、反応により生成された水素を流すための水素連通孔６０とが設けられる。
【００２６】
アノード側セパレータ４４の電解質膜・電極構造体４２に対向する面には、水供給連通孔５６及び排出連通孔５８に連通する第１流路６４が設けられる。この第１流路６４は、アノード側給電体５０の表面積に対応する範囲内に設けられるとともに、複数の流路溝や複数のエンボス等で構成される。第１流路６４には、反応により生成された酸素及び使用済みの水が流通する。
【００２７】
カソード側セパレータ４６の電解質膜・電極構造体４２に向かう面には、水素連通孔６０に連通する第２流路６８が形成される。この第２流路６８は、カソード側給電体５２の表面積に対応する範囲内に設けられるとともに、複数の流路溝や複数のエンボス等で構成される。第２流路６８には、反応により生成された高圧水素が流通する。
【００２８】
水循環装置１６は、高圧水電解装置１２の水供給連通孔５６に連通する循環配管７２を備え、この循環配管７２は、循環ポンプ７４を配置して水貯留装置１４を構成するタンク部７６の底部に接続される。
【００２９】
タンク部７６の上部には、ブロア７８及び戻り配管８０の一端部が連通するとともに、前記戻り配管８０の他端は、高圧水電解装置１２の排出連通孔５８に連通する。戻り配管８０の一端部は、タンク部７６内に貯留される水の中で、常時、開口する位置に設定される。
【００３０】
タンク部７６には、水供給装置１８に接続された純水供給配管８４と、前記タンク部７６で純水から分離された酸素を排出するための酸素排気配管８６とが連結される。
【００３１】
高圧水電解装置１２の水素連通孔６０には、高圧水素配管２０の一端が接続され、この高圧水素配管２０の他端が高圧気液分離装置２２に接続される。高圧気液分離装置２２で水分が除去された高圧水素は、ドライ水素として高圧水素導出ライン２４に導出される。高圧水素導出ライン２４には、規定圧力値（例えば、７０ＭＰａ）に設定された背圧弁８８が設けられる。
【００３２】
高圧気液分離装置２２は、水を貯留するためのタンク部９０を備える。タンク部９０には、前記タンク部９０内の水位ＷＳを検出する水位検出機構、例えば、水位検出センサ（ＬＳ）９２が設けられる。水位検出センサ９２の検出信号は、コントローラ２８に入力される。
【００３３】
高圧気液分離装置２２の下部には、高圧排水ライン２６が接続され、前記高圧排水ライン２６には、開度が調整されることにより排水流量を可変させる可変圧損発生部９４が配設される。可変圧損発生部９４としては、例えば、ボールバルブ、調整弁又は可変オリフィス等が使用される。高圧排水ライン２６には、可変圧損発生部９４の下流に位置して開閉弁、例えば、電磁弁９６が配設される。
【００３４】
コントローラ２８は、高圧水電解装置１２から高圧気液分離装置２２に注水される液状水の注水速度を検知する注水速度検知機構９８としての機能、検知された前記注水速度に基づいて、前記高圧気液分離装置２２から排出される前記液状水の排水速度を設定する排水速度設定機構１００としての機能、及び設定された前記排水速度に基づいて、可変圧損発生部９４の開度を調整する開度調整機構１０２としての機能を有する。
【００３５】
高圧水電解装置１２には、前記高圧水電解装置１２の温度を検知する温度センサ（温度検知機構）１０４と、前記高圧水電解装置１２に印加する電流を検知する電流計１０６とが設けられる。温度センサ１０４による検知温度及び電流計１０６による検知電流は、コントローラ２８に送られる。
【００３６】
このように構成される水電解システム１０の動作について、第１の実施形態に係る排水方法との関連で、図２に示すフローチャートに沿って、以下に説明する。
【００３７】
水電解システム１０の運転が開始されると（ステップＳ１）、ステップＳ２の準備工程に進む。準備工程では、例えば、水供給装置１８を介して市水から生成された純水が、水貯留装置１４を構成するタンク部７６に供給される。そして、ステップＳ３に進んで、水電解システム１０による電解通常運転（水素充填）が開始される。
【００３８】
図１に示すように、水循環装置１６では、循環ポンプ７４の作用下に、タンク部７６内の水が循環配管７２を介して高圧水電解装置１２の水供給連通孔５６に供給される。一方、ターミナルプレート３２ａ、３２ｂの端子部３８ａ、３８ｂには、電気的に接続されている電解電源４０を介して電圧が付与される。
【００３９】
このため、各単位セル３０では、水供給連通孔５６からアノード側セパレータ４４の第１流路６４に水が供給され、この水がアノード側給電体５０内に沿って移動する。
【００４０】
従って、水は、アノード電極触媒層５０ａで電気により分解され、水素イオン、電子及び酸素が生成される。この陽極反応により生成された水素イオンは、固体高分子電解質膜４８を透過してカソード電極触媒層５２ａ側に移動し、電子と結合して水素が得られる。
【００４１】
これにより、カソード側セパレータ４６とカソード側給電体５２との間に形成される第２流路６８に沿って水素が流動する。この水素は、水供給連通孔５６よりも高圧に維持されており、水素連通孔６０を流れて高圧水電解装置１２の外部に取り出し可能となる。
【００４２】
一方、第１流路６４には、反応により生成した酸素と、未反応の水とが流動しており、これらの混合流体が排出連通孔５８に沿って水循環装置１６の戻り配管８０に排出される。この未反応ガスの水及び酸素は、タンク部７６に導入されて分離された後、水は、循環ポンプ７４を介して循環配管７２を通って水供給連通孔５６に導入される。水から分離された酸素は、酸素排気配管８６から外部に排出される。
【００４３】
高圧水電解装置１２内に生成された水素は、高圧水素配管２０を介して高圧気液分離装置２２に送られる。この高圧気液分離装置２２では、水素に含まれる液状水が、この水素から分離されてタンク部９０に貯留される一方、前記水素は、高圧水素導出ライン２４に導出される。
【００４４】
上記の電解運転時において、高圧気液分離装置２２内の水位ＷＳが、水位検出センサ９２により検出される（ステップＳ４）。水位検出センサ９２の検出信号は、コントローラ２８に入力される。コントローラ２８では、検出された水位ＷＳが上限水位に至るまでの間、高圧水電解装置１２のアノード側からカソード側に透過した透過水量、実質的には、高圧気液分離装置２２への注水速度が算出される（ステップＳ５）（注水速度検知工程）。注水速度検知機構９８では、具体的には、図３に示すように、タンク部９０内の容量Ｖと注水時間とから、注水速度が算出される。
【００４５】
そして、検出された水位ＷＳが、上限水位に至ったと判断されると（ステップＳ４中、ＹＥＳ）、ステップＳ６に進んで、電磁弁９６が開弁される。このため、高圧気液分離装置２２から高圧排水ライン２６に高圧な液状体が排水され、前記高圧気液分離装置２２内の水位ＷＳが下降する（図３及びステップＳ７）。高圧気液分離装置２２内の水位ＷＳが下限水位に下降するまでの間、排水速度が算出される（ステップＳ８）。排水速度は、図３に示すように、タンク部９０内の容量Ｖと排水時間とから算出される。
【００４６】
検出された水位ＷＳが、下限水位に至ったと判断されると（ステップＳ７中、ＹＥＳ）、ステップＳ９に進んで、電磁弁９６が閉弁される。従って、タンク部９０内に液状水が貯留されて水位ＷＳが上昇する（図３参照）。さらに、ステップＳ１０に進んで、排水速度設定機構１００では、算出された注水速度に基づいて、高圧気液分離装置２２からの排水速度Ｑが設定される（ステップＳ１０）（排水速度設定工程）。排水速度Ｑは、注水速度と同一速度であることが好ましい。
【００４７】
次に、ステップＳ１１に進んで、開度調整機構１０２は、設定された排水速度Ｑに基づいて可変圧損発生部９４の開度を調整する（開度調整工程）。可変圧損発生部９４の開度が調整された後（ステップＳ１１中、ＹＥＳ）、ステップＳ１２に進んで、電磁弁９６が開弁される。
【００４８】
これにより、高圧気液分離装置２２からの排水制御が、高圧水電解装置１２からの注水量に対応して行われる（図３参照）。その際、高圧水電解装置１２による水電解処理が継続されている（排水及び水電解工程）。次いで、電解停止信号が発せられると（ステップＳ１３中、ＹＥＳ）、ステップＳ１４に進んで、水電解システム１０の運転が停止される。
【００４９】
この場合、第１の実施形態では、高圧気液分離装置２２に注水される液状水の注水速度に基づいて、前記高圧気液分離装置２２から排出される前記液状水の排水速度Ｑが設定されている。そして、この排水速度Ｑに基づいて、可変圧損発生部９４の開度が調整されている。
【００５０】
このため、高圧気液分離装置２２内の水位ＷＳの調整が容易に遂行されるとともに、高圧な液状水が電磁弁９６のみにより直接排水されることを抑制することが可能になる。従って、キャビテーションの発生を抑制することができ、電磁弁９６の耐久性を向上させることが可能になる。
【００５１】
しかも、高圧排水ライン２６に配設された電磁弁９６は、開閉回数を大幅に低減させることができる。これにより、簡単な構成及び工程で、高圧水が作用する電磁弁９６の制御回数を可及的に削減し、前記電磁弁９６の耐久性を向上させることが可能になるという効果が得られる。
【００５２】
さらに、高圧水電解装置１２では、排水制御のために、アノード側からカソード側に透過する透過水量を変化させることがない。このため、高圧水電解装置１２による高圧水素の製造量は、排水制御に影響されることがなく、所望の量だけ良好に得ることができ、水素製造作業の効率化を図ることが可能になる。
【００５３】
また、図３に示すように、電磁弁９６には、該電磁弁９６に削れ等が発生して排水速度が速くなり、水位が低下することがある（図３中、一点鎖線参照）（水位検知工程）。ここで、図４に示すように、開度調整機構１０２では、可変圧損発生部９４の開度を狭める方向に再度調整することにより、所望の排水速度Ｑに制御することができる（開度再調整工程）。
【００５４】
一方、電磁弁９６に詰まり等が発生して排水速度Ｑが遅くなった際、すなわち、水位ＷＳが上昇する際には、開度調整機構１０２では、可変圧損発生部９４の開度を広げる方向に再度調整する。これにより、所望の排水速度Ｑに確実に制御される（開度再調整工程）。
【００５５】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る排水方法を説明するフローチャートである。なお、第１の実施形態に係る排水方法と同様の工程について、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３以降の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。
【００５６】
第２の実施形態では、ステップＳ１０１〜ステップＳ１１２までの処理が、第１の実施形態のステップＳ１〜ステップＳ１２と同様に行われる。そして、図６に示すように、水位ＷＳが減少していることが検知されると、ステップＳ１１３に進む。
【００５７】
ステップＳ１１３では、水位ＷＳの減少速度、すなわち、排水速度Ｑが算出され（水位減少速度算出工程）、算出された排水速度Ｑが、予め設定された閾値ＱＮＧと比較される。閾値ＱＮＧは、電磁弁９６の耐久開閉回数から算出された排水速度のＮＧラインである。算出された排水速度Ｑが、閾値ＱＮＧ以上である際（ステップＳ１１３中、ＹＥＳ）ステップＳ１１４に進んで、電磁弁９６が閉弁される。さらに、ステップＳ１１５に進んで、停止シーケンス（及び警告等）が行われる（緊急停止工程）。
【００５８】
これにより、第２の実施形態では、電磁弁９６に使用不能な異常が発生した際、前記電磁弁９６を自動停止させるとともに、所定の停止シーケンスが遂行される。このため、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる他、水電解システム１０を良好に緊急停止させることが可能になる。
【００５９】
図７は、本発明の第３の実施形態に係る排水方法を説明するフローチャートである。
【００６０】
第１の実施形態のステップＳ１〜ステップＳ３と同様に、ステップＳ２０１〜ステップＳ２０３が行われる。そして、ステップＳ２０４に進んで、高圧水電解装置１２のアノード側からカソード側への液状水の透過水量が算出される。ステップＳ２０４では、温度センサ１０４により検知される高圧水電解装置１２の温度と、電流計１０６による検知電流値とに基づいて、透過水量が算出される。算出された透過水量から注水速度が算出される。
【００６１】
次いで、ステップＳ２０５に進んで、算出された注水速度に基づいて、高圧気液分離装置２２からの排水速度Ｑが設定された後、電磁弁９６が開弁される（ステップＳ２０６）。このため、高圧気液分離装置２２では、高圧水電解装置１２からの注水と高圧排水ライン２６への排水とが行われており、前記高圧気液分離装置２２内の水位ＷＳが検知されている（ステップＳ２０７）。
【００６２】
高圧気液分離装置２２内の水位ＷＳが一定水位に維持されていないと（ステップＳ２０７中、ＮＯ）、ステップＳ２０８に進んで、排水速度Ｑに基づいて可変圧損発生部９４の開度が調整される。従って、電解運転中、高圧気液分離装置２２内の水位ＷＳが一定に維持され（ステップＳ２０７中、ＹＥＳ）、ステップＳ２０９に進む。その際、電解停止信号が発せられると（ステップＳ２０９中、ＹＥＳ）、ステップＳ２１０に進んで、電磁弁９６が閉弁された後、水電解システム１０の運転が停止される（ステップＳ２１１）。
【００６３】
このように、第３の実施形態では、排水制御中において、電磁弁９６は、常時、開弁されたままである。これにより、電磁弁９６の開閉回数が一層削減され、前記電磁弁９６の損傷が可及的に抑制されるという効果が得られる。
【００６４】
図８は、本発明の第４の実施形態に係る排水方法を説明するフローチャートである。
【００６５】
第１の実施形態のステップＳ１〜ステップＳ５と同様に、ステップＳ３０１〜ステップＳ３０５が行われる。そして、ステップＳ３０６に進んで、算出された注水速度に基づいて、高圧気液分離装置２２からの排水速度Ｑ１が設定される。この排水速度Ｑ１は、注水速度よりも大きな速度に設定される。
【００６６】
ステップＳ３０７では、設定された排水速度Ｑ１に基づいて、可変圧損発生部９４の開度が調整される。さらに、電磁弁９６が開弁されることにより（ステップＳ３０８）、高圧気液分離装置２２では、高圧水電解装置１２からの注水と高圧排水ライン２６への排水とが行われる。その際、排水速度Ｑ１は、注水速度よりも大きな速度に設定されており、前記高圧気液分離装置２２内の水位ＷＳが減少する（ステップＳ３０９）。
【００６７】
高圧気液分離装置２２内の水位ＷＳが、下限水位まで減少すると（ステップＳ３０９中、ＹＥＳ）、ステップＳ３１０に進んで、電磁弁９６が閉弁される。電解運転中（ステップＳ３１１中、ＮＯ）は、上記のステップＳ３０４〜ステップＳ３１０の制御が繰り返される。一方、電解停止信号が発せられると（ステップＳ３１１中、ＹＥＳ）、ステップＳ３１２に進んで、水電解システム１０の運転が停止される。
【００６８】
このように、第４の実施形態では、排水制御中において、電磁弁９６の開弁と閉弁とが繰り返されるものの、前記電磁弁９６の開閉回数が良好に削減される。これにより、電磁弁９６の損傷が抑制される等、上記の第１の実施形態等と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００６９】
１０…水電解システム                １２…高圧水電解装置
１４…水貯留装置                    １６…水循環装置
１８…水供給装置                    ２０…高圧水素配管
２２…高圧気液分離装置              ２４…高圧水素導出ライン
２６…高圧排水ライン                ２８…コントローラ
３０…単位セル                      ４０…電解電源
４２…電解質膜・電極構造体          ４４…アノード側セパレータ
４６…カソード側セパレータ          ４８…固体高分子電解質膜
５０…アノード側給電体              ５２…カソード側給電体
５６…水供給連通孔                  ５８…排出連通孔
６０…水素連通孔                    ７６、９０…タンク部
８８…背圧弁                        ９２…水位検出センサ
９４…可変圧損発生部                ９６…電磁弁
９８…注水速度検知機構              １００…排水速度設定機構
１０２…開度調整機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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