(57)【要約】【課題】水素を製造する水電解システムにおいて、陰極側から発生する水素ガス中に、陽極側から発生した酸素ガスが隔膜を通じて混入し、その混合ガスの酸素濃度が上昇したときでも、安全に混合ガスの酸素濃度を低減可能にすることを目的とする。また、酸素が混入することにより純度を満たさなくなった水素ガスが廃棄されるのを防止し、水素の製造効率を向上させることを目的とする。【解決手段】  水電解システムは、水電解槽と、陰極側ガスを流通させる陰極側ガス流路と、陰極側ガス流路における陰極側ガスの水素濃度若しくは酸素濃度、又は、水電解槽への電力供給量の少なくともいずれかを監視する監視装置と、陰極側ガス流路を流通する陰極側ガスの水素濃度を高めるように、水素ガスを供給可能に設けられた水素供給路と、水素供給路から陰極側ガスへ供給される水素ガスの流量を調節する流量調節バルブとを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に陽極が配置され、外部から供給される電力により水を電解して酸素ガスを発生させる陽極室と、内部に陰極が配置され、前記電力により水を電解して水素ガスを発生させる陰極室と、前記陽極室と前記陰極室との間に配置された隔膜とを有する水電解槽と、
前記陰極室から排出され且つ水素ガスを含む陰極側ガスを流通させる陰極側ガス流路と、
前記陰極側ガス流路における陰極側ガスの水素濃度若しくは酸素濃度、又は、前記水電解槽への電力供給量の少なくともいずれかを監視する監視装置と、
前記陰極側ガス流路を流通する陰極側ガスの水素濃度を高めるように、水素ガスを陰極側ガスに供給可能に設けられた水素供給路と、
前記水素供給路から陰極側ガスへ供給される水素ガスの流量を調節する流量調節バルブとを備える、水電解システム。
【請求項２】
前記監視装置による監視結果に基づいて前記流量調節バルブを制御する制御装置を更に備え、
前記制御装置は、前記水素濃度が水素基準濃度よりも高く若しくは前記酸素濃度が酸素基準濃度よりも低く、又は、前記電力供給量が基準電力量よりも高い場合に、陰極側ガスへの水素ガスの供給を停止させ、前記水素濃度が前記水素基準濃度以下若しくは前記酸素濃度が前記酸素基準濃度以上、又は、前記電力供給量が前記基準電力量以下の場合に、陰極側ガスへ水素ガスを供給させるように、前記流量調節バルブを制御する、請求項１に記載の水電解システム。
【請求項３】
陰極側ガスを圧縮する圧縮機を更に備え、
前記水素供給路は、前記陰極側ガス流路の前記圧縮機よりも陰極側ガスの流通方向の上流側に接続されている、請求項１乃至２に記載の水電解システム。
【請求項４】
陰極側ガスに含まれる酸素ガスを除去することにより陰極側ガスから水素ガスを精製する精製器を更に備え、
前記水素供給路は、前記精製器で精製された水素ガスを陰極側ガスに供給する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の水電解システム。
【請求項５】
前記精製器で精製された水素ガスを貯蔵する貯蔵タンクを更に備え、
前記水素供給路は、前記貯蔵タンクに貯蔵された水素ガスを陰極側ガスに供給する、請求項４に記載の水電解システム。
【請求項６】
内部に陽極が配置され、外部から供給される電力により水を電解して酸素ガスを発生させる陽極室と、内部に陰極が配置され、前記電力により水を電解して水素ガスを発生させる陰極室と、前記陽極室と前記陰極室との間に配置された隔膜とを有する水電解槽と、前記陰極室から排出され且つ水素ガスを含む陰極側ガスを流通させる陰極側ガス流路と、前記陰極側ガス流路における陰極側ガスの水素濃度若しくは酸素濃度、又は、前記水電解槽への電力供給量の少なくともいずれかを監視する監視装置と、前記陰極側ガス流路を流通する陰極側ガスの水素濃度を高めるように、水素ガスを陰極側ガスに供給可能に設けられた水素供給路と、前記水素供給路から陰極側ガスへ供給される水素ガスの流量を調節する流量調節バルブとを備える、水電解システムの運転方法であって、
前記水素濃度が水素基準濃度よりも高く若しくは前記酸素濃度が酸素基準濃度よりも低く、又は、前記水電解槽への電力供給量が基準電力量よりも高い場合に、陰極側ガスへの水素ガスの供給を停止させ、前記水素濃度が前記水素基準濃度以下若しくは前記酸素濃度が前記酸素基準濃度以上、又は、前記電力供給量が前記基準電力量以下の場合に、陰極側ガスへ水素ガスを供給させるように、前記流量調節バルブを制御する、水電解システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水電解システム及び水電解システムの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、風力等の再生可能エネルギーから水素を製造することにより、再生可能エネルギーを貯蔵し、再生可能エネルギーを安定して利用可能にする水電解システムが知られている。水電解システムは、水電解槽を備える。水電解槽は、水を電解して酸素ガスを発生させる陽極室と、水を電解して水素ガスを発生させる陰極室と、陽極室と陰極室との間に配置された隔膜とを有する。
【０００３】
ここで特許文献１には、水素ガス或いは酸素ガスが隔膜を透過して、両方のガスが混合されることを防止し得る水素・酸素ガス発生装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１３１９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、水素・酸素ガス発生装置で水素ガス及び酸素ガスが混合された場合の対応については検討されていない。
【０００６】
本発明は、水素を製造する水電解システムにおいて、陰極側から発生する水素ガス中に、陽極側から発生した酸素ガスが隔膜を通じて混入し、その混合ガスの酸素濃度が上昇したときでも、安全に混合ガスの酸素濃度を低減可能にすることを目的としている。また、酸素が混入することにより純度を満たさなくなった水素ガスが廃棄されるのを防止し、水素の製造効率を向上させることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る水電解システムは、内部に陽極が配置され、外部から供給される電力により水を電解して酸素ガスを発生させる陽極室と、内部に陰極が配置され、前記電力により水を電解して水素ガスを発生させる陰極室と、前記陽極室と前記陰極室との間に配置された隔膜とを有する水電解槽と、前記陰極室から排出され且つ水素ガスを含む陰極側ガスを流通させる陰極側ガス流路と、前記陰極側ガス流路における陰極側ガスの水素濃度若しくは酸素濃度、又は、前記水電解槽への電力供給量の少なくともいずれかを監視する監視装置と、前記陰極側ガス流路を流通する陰極側ガスの水素濃度を高めるように、水素ガスを陰極側ガスに供給可能に設けられた水素供給路と、前記水素供給路から陰極側ガスへ供給される水素ガスの流量を調節する流量調節バルブとを備える。
【０００８】
上記構成によれば、例えば、陰極側ガス流路を流通する陰極側ガスの水素濃度が水素基準濃度以下若しくは酸素濃度が酸素基準濃度以上、又は、水電解槽への電力供給量が基準電力量以下であることを監視装置の監視結果より確認した場合、流量調節バルブを開放して、陰極側ガスに水素ガスを供給できる。また例えば、前記水素濃度が水素基準濃度よりも高く若しくは前記酸素濃度が酸素基準濃度よりも低く、又は、前記電力供給量が基準電力量よりも高いことを監視装置の監視結果より確認した場合、流量調節バルブを閉塞して、陰極側ガスへの水素ガスの供給を停止できる。
【０００９】
よって水電解システムにおいて、陰極側から発生し且つ水素ガスを含む陰極側ガス中に、陽極側から発生した酸素ガスが隔膜を通じて混入し、陰極側ガスの酸素濃度が上昇したときでも、安全に陰極側ガスの酸素濃度を低減できる。
【００１０】
また、陰極側ガスに水素ガスを添加することで陰極側ガスの酸素濃度を低減できるため、陰極側ガスを廃棄しなくてもよい。また、水電解システムで製造する水素と同じ成分のガスを陰極側ガスに添加するので、水素ガスを陰極側ガスに添加した際に水電解システムにおける水素の製造が停止されるのを抑制でき、水電解システムの運転稼働範囲を拡大できる。従って、水電解システムの水素の製造効率を向上できる。
【００１１】
前記監視装置による監視結果に基づいて前記流量調節バルブを制御する制御装置を更に備え、前記制御装置は、前記水素濃度が水素基準濃度よりも高く若しくは前記酸素濃度が酸素基準濃度よりも低く、又は、前記電力供給量が基準電力量よりも高い場合に、陰極側ガスへの水素ガスの供給を停止させ、前記水素濃度が前記水素基準濃度以下若しくは前記酸素濃度が前記酸素基準濃度以上、又は、前記電力供給量が前記基準電力量以下の場合に、陰極側ガスへ水素ガスを供給させるように、前記流量調節バルブを制御してもよい。
【００１２】
上記構成によれば、流量調節バルブを制御装置により自動制御できるので、オペレータの手動による操作負担を軽減しながら、水素の製造効率が低下するのを防止できると共に、陰極側ガス中の酸素濃度を低減できる。
【００１３】
陰極側ガスを圧縮する圧縮機を更に備え、前記水素供給路は、前記陰極側ガス流路の前記圧縮機よりも陰極側ガスの流通方向の上流側に接続されていてもよい。これにより、圧縮機を用いて陰極側ガスを圧縮加熱する前に陰極側ガスの水素濃度を高めることができ、システムの安全性を一層向上させることができる。
【００１４】
陰極側ガスに含まれる酸素ガスを除去することにより陰極側ガスから水素ガスを精製する精製器を更に備え、前記水素供給路は、前記精製器で精製された水素ガスを陰極側ガスに供給してもよい。また、前記精製器で精製された水素ガスを貯蔵する貯蔵タンクを更に備え、前記水素供給路は、前記貯蔵タンクに貯蔵された水素ガスを陰極側ガスに供給してもよい。これにより、別途の水素供給源を設けなくても、陰極側ガス中の酸素ガスを効率よく除去できる。
【００１５】
本発明の別態様に係る水電解システムの運転方法は、内部に陽極が配置され、外部から供給される電力により水を電解して酸素ガスを発生させる陽極室と、内部に陰極が配置され、前記電力により水を電解して水素ガスを発生させる陰極室と、前記陽極室と前記陰極室との間に配置された隔膜とを有する水電解槽と、前記陰極室から排出され且つ水素ガスを含む陰極側ガスを流通させる陰極側ガス流路と、前記陰極側ガス流路における陰極側ガスの水素濃度若しくは酸素濃度、又は、前記水電解槽への電力供給量の少なくともいずれかを監視する監視装置と、前記陰極側ガス流路を流通する陰極側ガスの水素濃度を高めるように、水素ガスを陰極側ガスに供給可能に設けられた水素供給路と、前記水素供給路から陰極側ガスへ供給される水素ガスの流量を調節する流量調節バルブとを備える、水電解システムの運転方法であって、前記水素濃度が水素基準濃度よりも高く若しくは前記酸素濃度が酸素基準濃度よりも低く、又は、前記水電解槽への電力供給量が基準電力量よりも高い場合に、陰極側ガスへの水素ガスの供給を停止させ、前記水素濃度が前記水素基準濃度以下若しくは前記酸素濃度が前記酸素基準濃度以上、又は、前記電力供給量が前記基準電力量以下の場合に、陰極側ガスへ水素ガスを供給させるように、前記流量調節バルブを制御する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、水素を製造する水電解システムにおいて、陰極側から発生する水素ガス中に、陽極側から発生した酸素ガスが隔膜を通じて混入し、その混合ガスの酸素濃度が上昇したときでも、安全に混合ガスの酸素濃度を低減できる。また、酸素が混入することにより純度を満たさなくなった水素ガスが廃棄されるのを防止し、水素の製造効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、実施形態に係る水電解システムの概略構成図である。
【図２】図１の水電解システムの制御フローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、実施形態について各図を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は、実施形態に係る水電解システム１の概略構成図である。水電解システム１は、水電解槽２、ガス純度分析計３、圧縮機４、精製器５、貯蔵タンク６、制御装置７、陽極側ガス流路Ｒ１、陰極側ガス流路Ｒ２、水素供給路Ｒ３、窒素供給路Ｒ４、陰極側ガス排出路Ｒ５、流量調節バルブＶ１〜Ｖ４、及び排出口１１，１２を備える。
【００２０】
水電解槽２には、外部から電力（直流電力）が供給される。この電力は、一例として、風力等の再生可能エネルギーから発電した電力であるが、これに限定されない。水電解槽２は、陽極８、陰極９、及び隔膜１０を有する。また水電解槽２は、陽極室２ａと陰極室２ｂとを有する。陽極室２ａは、内部に陽極８が配置され、外部から供給される電力により、水を電解して酸素ガスを発生させる。陽極室２ａからは、酸素ガスを含む陽極側ガスが排出される。陰極室２ｂは、内部に陰極９が配置され、前記電力により、水を電解して水素ガスを発生させる。陰極室２ｂからは、水素ガスを含む陰極側ガスが排出される。隔膜１０は、陽極室２ａと陰極室２ｂとの間に配置されている。
【００２１】
本実施形態の水電解槽２は、一例としてアルカリ水電解型であって、陽極室２ａと陰極室２ｂとには、水酸化カリウム（ＫＯＨ）を含む電解液が貯留される。水電解システム１の稼働時には、隔膜１０を通じて、電解液中の電解質が陽極室２ａと陰極室２ｂとを移動し、水が電解される。
【００２２】
なお水電解槽２は、アルカリ水電解型に限定されず、その他の形式、例えば、固体高分子型であってもよい。また図１では、水電解槽２を模式的に示すため、陽極室２ａと陰極室２ｂとを１つずつ示しているが、陽極室２ａと陰極室２ｂとの数は限定されない。水電解槽２では、例えば、複数の陽極室２ａと複数の陰極室２ｂとを、複数の隔膜１０を介して交互に配置してもよい。
【００２３】
陽極側ガス流路Ｒ１は、陽極室２ａから排出され且つ酸素ガスを含む陽極側ガスを流通させる。陽極側ガス流路Ｒ１の上流端部は、陽極室２ａに接続されている。陽極側ガス流路Ｒ１の下流端部には、排出口１１が設けられている。陽極側ガスは、電解液と分離され、陽極側ガス流路Ｒ１を流通した後、排出口１１を介して水電解システム１の外部に排出される。
【００２４】
陰極側ガス流路Ｒ２は、陰極室２ｂから排出され且つ水素ガスを含む陰極側ガスを流通させる。陰極側ガス流路Ｒ２の上流端部は、陰極室２ｂに接続されている。陰極側ガス流路Ｒ２の下流端部は、貯蔵タンク６に接続されている。陰極側ガスは、電解液と分離され、陰極側ガス流路Ｒ２を流通する。
【００２５】
ガス純度分析計３は、陰極側ガス流路Ｒ２の圧縮機４よりも陰極側ガスの流通方向の上流側（以下、単に上流側と称する。）を流通する陰極側ガスの水素純度を分析する。具体的にガス純度分析計３は、電解液と分離されて陰極側ガス流路Ｒ２の圧縮機４よりも上流側を流通する陰極側ガスの水素濃度及び酸素濃度の少なくとも一方（ここでは一例として水素濃度）を測定する。ガス純度分析計３の測定結果は、制御装置７に送信される。
【００２６】
圧縮機４は、陰極側ガスを圧縮する。本実施形態では、圧縮機４は、陰極側ガスを圧縮加熱する。精製器５は、陰極側ガス流路Ｒ２の圧縮機４よりも陰極側ガスの流通方向の下流側（以下、単に下流側と称する。）に配置されている。精製器５は、陰極側ガスに含まれる酸素ガスを除去することにより、陰極側ガスから水素ガスを精製する。
【００２７】
貯蔵タンク６は、陰極側ガス流路Ｒ２の精製器５よりも下流側に配置されている。貯蔵タンク６は、精製器５で精製された水素ガスを貯蔵する。貯蔵タンク６は、液体水素を貯蔵してもよい。この場合、陰極側ガス流路Ｒ２の精製器５と貯蔵タンク６との間に、液化器を設ける必要がある。
【００２８】
窒素供給路Ｒ４は、陰極側ガス流路Ｒ２を流通する陰極側ガスに窒素ガスを供給可能に設けられる。窒素供給路Ｒ４の上流端部は、窒素源１３に接続されている。窒素供給路Ｒ４の下流端部は、陰極側ガス流路Ｒ２のガス純度分析計３よりも上流側に接続されている。
【００２９】
窒素供給路Ｒ４の途中には、流量調節バルブＶ１が設けられている。流量調節バルブＶ１は、窒素供給路Ｒ４から陰極側ガスへ供給される窒素ガスの流量を調節する。流量調節バルブＶ１が開放されると、窒素ガスが陰極側ガス流路Ｒ２を流通する陰極側ガスに供給され、陰極側ガスの水素濃度及び酸素濃度が低減される。これにより、陰極側ガスを不活性化でき、水電解システム１のメンテナンス作業等を安全に行うことができる。
【００３０】
陰極側ガス排出路Ｒ５は、陰極側ガス流路Ｒ２を流通する陰極側ガスを水電解システム１の外部に排出可能に設けられる。陰極側ガス排出路Ｒ５の上流端部は、陰極側ガス流路Ｒ２のガス純度分析計３が設けられた位置よりも下流側且つ圧縮機４よりも上流側に接続されている。陰極側ガス排出路Ｒ５の下流端部には、排出口１２が設けられている。
【００３１】
陰極側ガス排出路Ｒ５の途中には、流量調節バルブＶ２が設けられている。流量調節バルブＶ２は、陰極側ガス排出路Ｒ５を流通する陰極側ガスの流量を調節する。流量調節バルブＶ２が開放されると、陰極側ガス排出路Ｒ５を流通した陰極側ガスは、排出口１２を介して水電解システム１の外部に排出される。
【００３２】
水素供給路Ｒ３は、陰極側ガス流路Ｒ２を流通する陰極側ガスの水素濃度を高めるように、水素ガスを陰極側ガスに供給可能に設けられる。水素供給路Ｒ３を流通する水素ガスは、一例として、貯蔵タンク６に貯蔵された水素ガスである。水素供給路Ｒ３は、陰極側ガス流路Ｒ２の圧縮機４よりも上流側に接続されている。本実施形態では、水素供給路Ｒ３の上流端部は、貯蔵タンク６に接続されている。水素供給路Ｒ３の下流端部は、陰極側ガス流路Ｒ２のガス純度分析計３が設けられた位置よりも上流側に接続されている。
【００３３】
水素供給路Ｒ３の途中には、流量調節バルブＶ３，Ｖ４が設けられている。流量調節バルブＶ３，Ｖ４は、水素供給路Ｒ３から陰極側ガスへ供給される水素ガスの流量を調節する。流量調節バルブＶ３は、水素供給路Ｒ３の途中に設けられている。流量調節バルブＶ４は、水素供給路Ｒ３の流量調節バルブＶ３よりも水素ガスの流通方向の下流側に設けられている。流量調節バルブＶ３，Ｖ４が開放されると、水素ガスが陰極側ガス流路Ｒ２を流通する陰極側ガスに供給され、陰極側ガスの酸素濃度が低下する。
【００３４】
一例として、流量調節バルブＶ１〜Ｖ３は電磁流量調節バルブであり、流量調節バルブＶ４は減圧流量調節バルブであるが、流量調節バルブＶ１〜Ｖ４の種類・形式は限定されない。また、水素供給路Ｒ３に設ける流量調節バルブの個数は限定されず、例えば流量調節バルブＶ３，Ｖ４のうち、いずれか一方のみを水素供給路Ｒ３に設けてもよい。また、水素供給路Ｒ３に流通させる水素ガスは、例えば、水電解システム１にて製造した水素でもよいし、水素ボンベから供給される水素ガスでもよい。
【００３５】
ここで水電解システム１は、監視装置を備える。監視装置は、陰極側ガス流路Ｒ２における陰極側ガスの水素濃度（以下、単に水素濃度とも称する。）若しくは酸素濃度（以下、単に酸素濃度とも称する。）、又は、水電解槽２への電力供給量（以下、単に電力供給量とも称する。）の少なくともいずれか（本実施形態では水素濃度及び電力供給量）を監視する。一例として監視装置は、陰極側ガス流路Ｒ２の圧縮機４よりも上流側における陰極側ガスの水素濃度を監視する。また監視装置は、水素濃度をガス純度分析計３の測定結果により監視する。また監視装置は、電力供給量を水電解システム１に設けられた電力計の測定値により監視する。
【００３６】
制御装置７には、ガス純度分析計３と流量調節バルブＶ１〜Ｖ４とが接続されている。制御装置７は、所定のタイミングで流量調節バルブＶ１，Ｖ２を制御する。また制御装置７は、監視装置による監視結果に基づいて、流量調節バルブＶ３，Ｖ４を制御する。本実施形態では、一例として制御装置７が監視装置を兼ねている。監視装置は、制御装置７とは別に設けられていてもよい。
【００３７】
制御装置７は、一例として、ＣＰＵ、ＲＡＭ、及びＲＯＭを有するコンピュータである。ＲＯＭには、所定の制御プログラムが格納されている。ＣＰＵは、制御プログラムにより、水素濃度及び電力供給量を監視すると共に、流量調節バルブＶ３，Ｖ４を制御する。
【００３８】
水電解システムでは、陰極側から発生し且つ水素ガスを含む陰極側ガス中に、陽極側から発生した酸素ガスが隔膜を通じて混入し、陰極側ガスが混合ガスとなることがあり、精製器を用いて、陰極側ガス中の酸素ガスが除去される。陰極側ガスの酸素濃度は、電力供給量が低下するにつれて上昇し、電力供給量がある程度よりも低下すると、急激に上昇することがある。従来では、陰極側ガスの酸素濃度が規定値を超えた場合、例えば、陰極側ガスに窒素ガスを添加して陰極側ガスの酸素濃度を低下させることで、陰極側ガスの安全性が高められる。
【００３９】
しかしながら、混合された水素ガスと窒素ガスとを分離することは困難であるため、窒素ガスが添加された陰極側ガスは、水電解システムの外部に排出される。この排出により、製造された水素の一部が廃棄される。また、陰極側ガスに窒素ガスを添加した場合、電力供給量が回復しても、陰極側ガス流路内に残留する窒素ガスが十分に排除されるまでは、水電解システムにおいて水素の製造を再開することが困難となる。
【００４０】
また再生可能エネルギーを利用した発電では、発電量は、天候等の条件により変動し易いため、再生可能エネルギーを用いて水電解システムを稼働させる場合、電力供給量が規定値以下になり易く、それに伴って陰極側ガスの酸素濃度が規定値を超える状態になり易い。これにより、窒素ガスが添加されて廃棄される水素量が増大するおそれがある。
【００４１】
これに対して水電解システム１では、以下に示すように、水素濃度が、予め定められた水素基準濃度よりも高く若しくは酸素濃度が予め定められた酸素基準濃度よりも低く、又は、水電解槽２への電力供給量が、予め定められた基準電力量よりも高い場合に、陰極側ガスへの水素ガスの供給を停止させ、水素濃度が水素基準濃度以下若しくは酸素濃度が酸素基準濃度以上、又は、水電解槽２への電力供給量が基準電力量以下の場合には、陰極側ガスへ水素ガスを供給させるように、流量調節バルブＶ３，Ｖ４を制御する。陰極側ガスに含まれる酸素ガスは、精製器５で除去される。これにより水電解システム１では、窒素ガスが添加されて廃棄される水素量を低減して、高い製造効率で水素を製造することが可能である。
【００４２】
以下、水電解システム１の制御フローについて例示する。図２は、図１の水電解システムの制御フローを示す図である。稼働中の水電解システム１において、制御装置７は、水電解槽２への電力供給量が、基準電力量よりも高いか否かを判定する（Ｓ１）。制御装置７は、Ｓ１において、水電解槽２への電力供給量が、基準電力量よりも高いと判定した場合、次に、水素濃度が水素基準濃度よりも高いか否かを判定する（Ｓ３）。ここで、基準電力量及び水素基準濃度の各値は、オペレータにより予め設定されており、適宜設定が可能である。
【００４３】
制御装置７は、Ｓ１において、水電解槽２への電力供給量が、基準電力量よりも高くない（すなわち、水電解槽２への電力供給量が基準電力量以下である）と判定した場合、又はＳ３において、水素濃度が水素基準濃度よりも高くない（すなわち、水素濃度が水素基準濃度以下である）と判定した場合、流量調節バルブＶ３，Ｖ４を一定時間開放して、陰極側ガス流路Ｒ２の圧縮機４よりも上流側（ここではガス純度分析計３よりも上流側）における陰極側ガスに、一定量の水素ガスを供給する（Ｓ２）。これにより、陰極側ガスの酸素濃度が低下させられる。
【００４４】
制御装置７は、Ｓ１において、水電解槽２への電力供給量が、基準電力量よりも高いと判定し、且つ、Ｓ３において、水素濃度が水素基準濃度よりも高いと判定するまで、Ｓ１〜Ｓ３を繰り返し行う。制御装置７は、Ｓ３において、水素濃度が水素基準濃度よりも高いと判定した場合、次に、流量調節バルブＶ３，Ｖ４を閉塞して、陰極側ガスへの水素ガスの供給を停止する（Ｓ４）。
【００４５】
制御装置７は、次に、水電解システム１の停止指示がなされたか否かを判定する（Ｓ５）。制御装置７は、Ｓ５において、水電解システム１の停止指示がなされたと判定するまで、Ｓ１〜Ｓ５を繰り返し行う。制御装置７は、Ｓ５において、水電解システム１の停止指示がなされたと判定した場合、制御フローを終了する。なお、上記制御フローのＳ１，Ｓ３は、逆の順序で行ってもよいし、いずれか一方のみを行うようにしてもよい。
【００４６】
以上に説明したように、水電解システム１では、例えば、陰極側ガス流路Ｒ２を流通する陰極側ガスの水素濃度が水素基準濃度以下、又は、水電解槽２への電力供給量が基準電力量以下であることを監視装置の監視結果より確認した場合、流量調節バルブＶ３，Ｖ４を開放して、陰極側ガスに水素ガスを供給できる。また例えば、水素濃度が水素基準濃度よりも高く、又は、電力供給量が基準電力量よりも高いことを監視装置の監視結果より確認した場合、流量調節バルブＶ３，Ｖ４を閉塞して、陰極側ガスへの水素ガスの供給を停止できる。
【００４７】
よって水電解システム１において、陰極９側から発生し且つ水素ガスを含む陰極側ガス中に、陽極８側から発生した酸素ガスが隔膜１０を通じて混入して陰極側ガスの酸素濃度が上昇したときでも、安全に陰極側ガスの酸素濃度を低減できる。
【００４８】
また、陰極側ガスに水素ガスを添加することで陰極側ガスの酸素濃度を低減できるため、陰極側ガスを廃棄しなくてもよい。また、水電解システム１で製造する水素と同じ成分のガスを陰極側ガスに添加するので、水素ガスを陰極側ガスに添加した際に水電解システム１における水素の製造が停止されるのを抑制でき、水電解システム１の運転稼働範囲を拡大できる。従って、水電解システム１の水素の製造効率を向上できる。
【００４９】
また水電解システム１では、流量調節バルブＶ３，Ｖ４を制御装置７により自動制御できるので、オペレータの手動による操作負担を軽減しながら、水素の製造効率が低下するのを防止できると共に、陰極側ガス中の酸素濃度を低減できる。
【００５０】
また水素供給路Ｒ３が、陰極側ガス流路Ｒ２の圧縮機４よりも上流側に接続されているので、圧縮機４を用いて陰極側ガスを圧縮加熱する前に陰極側ガスの水素濃度を高めることができ、水電解システム１の安全性を一層向上させることができる。
【００５１】
また水素供給路Ｒ３は、精製器５で精製された水素ガスを陰極側ガスに供給する。具体的に水素供給路Ｒ３は、貯蔵タンク６に貯蔵された水素ガスを陰極側ガスに供給する。これにより、別途の水素供給源を設けなくても、陰極側ガス中の酸素ガスを効率よく除去できる。また、貯蔵タンク６に貯蔵された水素ガスを利用して、陰極側ガスに十分量の水素ガスを供給できる。
【００５２】
なお制御装置７は、Ｓ３において、酸素濃度が予め定められた酸素基準濃度よりも低いか否かを判定してもよい。この場合、制御装置７は、Ｓ１において、水電解槽２への電力供給量が、基準電力量よりも高くないと判定した場合、又はＳ３において、酸素濃度が酸素基準濃度よりも低くない（すなわち、酸素濃度が酸素基準濃度以上である）と判定した場合には、Ｓ２を実行する。また制御装置７は、Ｓ１において、水電解槽２への電力供給量が、基準電力量よりも高いと判定し、且つＳ３において、酸素濃度が酸素基準濃度よりも低いと判定した場合には、Ｓ４を実行する。
【００５３】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、その構成及び方法を変更、追加、又は削除できる。
【符号の説明】
【００５４】
Ｒ２    陰極側ガス流路
Ｒ３    水素供給路
Ｖ３，Ｖ４    流量調節バルブ
１    水電解システム
２    水電解槽
２ａ    陽極室
２ｂ    陰極室
４    圧縮機
５    精製器
６    貯蔵タンク
７    制御装置
８    陽極
９    陰極
１０    隔膜
【図１】
2018135580.tif 000003
【図２】
2018135580.tif 000004