(57)【要約】【課題】簡易な構成により、水電解装置の運転停止時に気液分離器や配管等で液状水が凍結することを抑えることができる水電解システム及びその運転停止方法を提供する。【解決手段】水電解システム１０は、水電解装置１２、水供給路３８、水素供給路４６、気液分離器４８、第１排水路６０、排水弁（第１排水弁６２、第２排水弁６４）、判定部９４及び弁制御部９６を備える。水電解システム１０の運転停止方法では、排水工程において、水電解装置１２の運転が停止されたと判定部９４が判定した場合に、排水弁を開弁状態に制御することにより液状水を気液分離器４８から排水路に排水する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給される水を電気分解することにより酸素と水素とを発生させる水電解装置と、
前記水電解装置に前記水を供給するための水供給路と、
前記水電解装置で発生した前記水素を水素貯蔵装置に供給するための水素供給路と、
前記水素供給路に配設されて前記水素を気液分離する気液分離器と、
前記水素から分離されて前記気液分離器内に貯留された液状水を排出するための排水路と、
前記排水路を開放する開弁状態と前記排水路を閉塞する閉弁状態とに切り換え可能な排水弁と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記水電解装置の運転が停止されたか否かを判定する判定部と、
前記水電解装置の運転が停止されたと前記判定部が判定した場合に、前記排水弁を開弁状態に制御する弁制御部と、を備える、
ことを特徴とする水電解システム。
【請求項２】
請求項１記載の水電解システムにおいて、
前記水電解装置から発生する前記水素は、大気圧よりも高圧であり、
前記排水路は、
互いに並列に設けられた第１流路及び第２流路を有し、
前記排水弁は、
前記第１流路を開放する開弁状態と前記第１流路を閉塞する閉弁状態とに切り換え可能な第１排水弁と、
前記第２流路を開放する開弁状態と前記第２流路を閉塞する閉弁状態とに切り換え可能な第２排水弁と、を有し、
前記第２流路の圧損は、前記第１流路の圧損よりも小さく設定され、
前記弁制御部は、前記水電解装置の運転が停止されたと前記判定部が判定した場合に、前記第１排水弁を開弁状態に制御するとともに前記第２排水弁を閉弁状態に制御した後で、前記第２排水弁を開弁状態に制御する、
ことを特徴とする水電解システム。
【請求項３】
請求項２記載の水電解システムにおいて、
前記第１流路及び前記第２流路から導かれた前記液状水を貯留可能な水封器と、
前記水封器内の前記液状水を排出するための水封器排水路と、
前記水素供給路又は前記気液分離器と前記水封器とを互いに接続する脱圧路と、
前記脱圧路を開放する開弁状態と前記脱圧路を閉塞する閉弁状態とに切り換え可能な脱圧弁と、を備え、
前記弁制御部は、前記水電解装置の運転が停止されたと前記判定部が判定した場合に、前記排水路を介して前記気液分離器内の前記液状水を前記水封器内に導入した後で、前記脱圧弁を開弁状態に制御する、
ことを特徴とする水電解システム。
【請求項４】
請求項３記載の水電解システムにおいて、
前記水供給路に配設されるとともに前記水封器排水路から前記液状水が導かれる水供給用気液分離器と、
前記水供給用気液分離器内の気体を排気する排気路と、
前記排気路に配設されて前記排気路内の水素を検出する水素検出部と、
前記水封器排水路を開放する開弁状態と前記水封器排水路を閉塞する閉弁状態とに切り換え可能な水封器排水弁と、を備え、
前記弁制御部は、前記脱圧弁の開弁状態で前記水封器排水弁を開弁状態に制御し、前記水素検出部にて水素が検出された際に、前記水封器排水弁を閉弁状態に制御する、
ことを特徴とする水電解システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の水電解システムにおいて、
前記水電解装置に電解電圧を印加するための第１電源と、
前記第１電源の停電時に前記制御部に電力を供給可能な第２電源と、を備え、
前記判定部は、前記第１電源が停電した時に、前記水電解装置の運転が停止されたと判定する、
ことを特徴とする水電解システム。
【請求項６】
供給される水を電気分解することにより酸素と水素とを発生させる水電解装置と、
前記水電解装置に前記水を供給するための水供給路と、
前記水電解装置で発生した前記水素を水素貯蔵装置に供給するための水素供給路と、
前記水素供給路に配設されて前記水素を気液分離する気液分離器と、
前記水素から分離されて前記気液分離器内に貯留された液状水を排出するための排水路と、
前記排水路を開放する開弁状態と前記排水路を閉塞する閉弁状態とに切り換え可能な排水弁と、を備えた水電解システムの運転停止方法であって、
前記水電解装置の運転が停止されたか否かを判定する判定工程と、
前記判定工程で前記水電解装置の運転が停止されたと判定された際、前記排水弁を開弁状態にすることにより前記液状水を前記気液分離器から前記排水路に排水する排水工程と、を行う、
ことを特徴とする水電解システムの運転停止方法。
【請求項７】
請求項６記載の水電解システムの運転停止方法において、
前記水素供給路から発生する前記水素は、大気圧よりも高圧であり、
前記排水路は、
互いに並列に設けられた第１流路及び第２流路を有し、
前記排水弁は、
前記第１流路を開放する開弁状態と前記第１流路を閉塞する閉弁状態とに切り換え可能な第１排水弁と、
前記第２流路を開放する開弁状態と前記第２流路を閉塞する閉弁状態とに切り換え可能な第２排水弁と、を有し、
前記第２流路の圧損は、前記第１流路の圧損よりも小さく設定され、
前記排水工程では、
前記判定工程にて前記水電解装置の運転が停止されたと判定された際、前記第１排水弁を開弁状態にするとともに前記第２排水弁を閉弁状態にすることにより前記液状水を前記気液分離器から前記第１流路に排水する第１排水工程と、
前記第１排水工程の後で、前記第２排水弁を開弁状態にすることにより前記液状水を前記気液分離器から前記第２流路に排水する第２排水工程と、を行う、
ことを特徴とする水電解システムの運転停止方法。
【請求項８】
請求項７記載の水電解システムの運転停止方法において、
前記第１流路及び前記第２流路から導かれた前記液状水を貯留可能な水封器と、
前記水封器内の前記液状水を排出するための水封器排水路と、
前記水素供給路又は前記気液分離器と前記水封器とを互いに接続した脱圧路と、
前記脱圧路を開放する開弁状態と前記脱圧路を閉塞する閉弁状態とに切り換え可能な脱圧弁と、を備え、
前記排水工程では、
前記第２排水工程の後で、前記脱圧弁を開弁状態にすることにより前記水素を前記水封器内に導入する脱圧工程と、
前記脱圧工程で前記水封器内に導入された前記水素により、前記液状水を前記水封器から前記水封器排水路に排水する第３排水工程と、を行う、
ことを特徴とする水電解システムの運転停止方法。
【請求項９】
請求項８記載の水電解システムの運転停止方法において、
前記水供給路に配設されるとともに前記水封器排水路から前記液状水が導かれる水供給用気液分離器と、
前記水供給用気液分離器内の気体を排気する排気路と、
前記排気路に配設されて前記排気路内の水素を検出する水素検出部と、
前記水封器排水路を開放する開弁状態と前記水封器排水路を閉塞する閉弁状態とに切り換え可能な水封器排水弁と、を備え、
前記第３排水工程では、前記脱圧弁の開弁状態で前記水封器排水弁を開弁状態にすることにより前記液状水を前記水封器から前記水封器排水路を介して前記水供給用気液分離器に導き、
前記第３排水工程の後で、前記水素検出部にて水素が検出された際、前記水封器排水弁を閉弁状態にする排水停止工程を行う、
ことを特徴とする水電解システムの運転停止方法。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれか１項に記載の水電解システムの運転停止方法において、
前記水電解システムは、
前記水電解装置に電解電圧を印加するための第１電源と、
前記第１電源の停電時に電力を供給可能な第２電源と、を備え、
前記判定工程では、前記第１電源が停電した時に、前記水電解装置の運転が停止されたと判定し、
前記排水工程では、前記第２電源から供給される電力によって前記排水弁を制御する、
ことを特徴とする水電解システムの運転停止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、供給される水を電気分解することにより酸素と水素とを発生させる水電解システム及びその運転停止方法に関する。
【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、特許文献１に示す水電解システムにより製造されている。この水電解システムは、水（純水）を電気分解することにより酸素と水素ガスとを発生させる水電解装置を備える。
【０００３】
水電解装置により生成された水素ガスは、若干の純水とともに、気液分離器に送られる。気液分離器では、水素ガスから液状水（純水）を分離して貯留する。この気液分離器の下部には、ドレン配管が接続され、ドレン配管には排水用バルブが配設されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−６７３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した水電解システムでは、水電解装置の運転停止時に、水電解装置の水素ガスを脱圧する一方、水素ガスから分離された液状水は、気液分離器内に存在している。そのため、このような水電解システムは、水電解装置の運転停止時に寒冷地や冬季等で液状水が気液分離器内で凍結することを防止するため、気液分離器を保温するためのヒータを備えることがある。しかしながら、このようなヒータを用いると構成が複雑化するという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、簡易な構成により、水電解装置の運転停止時に気液分離器内で液状水が凍結することを抑えることができる水電解システム及びその運転停止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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る水電解システムは、供給される水を電気分解することにより酸素と水素とを発生させる水電解装置と、前記水電解装置に前記水を供給するための水供給路と、前記水電解装置で発生した前記水素を水素貯蔵装置に供給するための水素供給路と、前記水素供給路に配設されて前記水素を気液分離する気液分離器と、前記水素から分離されて前記気液分離器内に貯留された液状水を排出するための排水路と、前記排水路を開放する開弁状態と前記排水路を閉塞する閉弁状態とに切り換え可能な排水弁と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記水電解装置の運転が停止されたか否かを判定する判定部と、前記水電解装置の運転が停止されたと前記判定部が判定した場合に、前記排水弁を開弁状態に制御する弁制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、水電解装置の運転停止時に気液分離器内の液状水を排水路に排水することができるため、簡易な構成により、気液分離器内で液状水が凍結することを抑えることができる。
【０００９】
上記の水電解システムにおいて、前記水電解装置から発生する前記水素は、大気圧よりも高圧であり、前記排水路は、互いに並列に設けられた第１流路及び第２流路を有し、前記排水弁は、前記第１流路を開放する開弁状態と前記第１流路を閉塞する閉弁状態とに切り換え可能な第１排水弁と、前記第２流路を開放する開弁状態と前記第２流路を閉塞する閉弁状態とに切り換え可能な第２排水弁と、を有し、前記第２流路の圧損は、前記第１流路の圧損よりも小さく設定され、前記弁制御部は、前記水電解装置の運転が停止されたと前記判定部が判定した場合に、前記第１排水弁を開弁状態に制御するとともに前記第２排水弁を閉弁状態に制御した後で、前記第２排水弁を開弁状態に制御してもよい。
【００１０】
このような構成によれば、水電解装置の運転が停止された直後（気液分離器内の圧力が比較的高い時）において、気液分離器内の液状水を第１流路で降圧しながら排水することができる。また、気液分離器内の圧力が低下した際には、気液分離器内の液状水を第２流路に円滑に排水することができる。
【００１１】
上記の水電解システムにおいて、前記第１流路及び前記第２流路から導かれた前記液状水を貯留可能な水封器と、前記水封器内の前記液状水を排出するための水封器排水路と、前記水素供給路又は前記気液分離器と前記水封器とを互いに接続する脱圧路と、前記脱圧路を開放する開弁状態と前記脱圧路を閉塞する閉弁状態とに切り換え可能な脱圧弁と、を備え、前記弁制御部は、前記水電解装置の運転が停止されたと前記判定部が判定した場合に、前記排水路を介して前記気液分離器内の前記液状水を前記水封器内に導入した後で、前記脱圧弁を開弁状態に制御してもよい。
【００１２】
このような構成によれば、脱圧路を介して水素供給路内の水素を水封器内に導くことができるため、水封器内の圧力を高めることができる。これにより、水封器内の水素を用いて水封器内の液状水を水封器排水路に円滑に排水することができる。
【００１３】
上記の水電解システムにおいて、前記水供給路に配設されるとともに前記水封器排水路から前記液状水が導かれる水供給用気液分離器と、前記水供給用気液分離器内の気体を排気する排気路と、前記排気路に配設されて前記排気路内の水素を検出する水素検出部と、前記水封器排水路を開放する開弁状態と前記水封器排水路を閉塞する閉弁状態とに切り換え可能な水封器排水弁と、を備え、前記弁制御部は、前記脱圧弁の開弁状態で前記水封器排水弁を開弁状態に制御し、前記水素検出部にて水素が検出された際に、前記水封器排水弁を閉弁状態に制御してもよい。
【００１４】
このような構成によれば、脱圧弁の開弁状態で水封器排水弁を開弁状態にするため、水封器内の全ての液状水が水供給用気液分離器内に導かれた後、水封器内の水素が水供給用気液分離器内に導入される。そして、水素検出部にて水素が検出された際に水封器排水弁を閉弁状態にするため、水封器内の全ての液状水を水供給用気液分離器内に確実に排水することができる。従って、簡易な構成により、水電解装置の運転停止時に気液分離器内及び排水系（排水路、水封器及び水封器排水路）内で液状水が凍結することを抑えることができる。また、水素が外部に漏出することを抑えることができる。
【００１５】
上記の水電解システムにおいて、前記水電解装置に電解電圧を印加するための第１電源と、前記第１電源の停電時に前記制御部に電力を供給可能な第２電源と、を備え、前記判定部は、前記第１電源が停電した時に、前記水電解装置の運転が停止されたと判定してもよい。
【００１６】
このような構成によれば、第１電源が停電した場合であっても、気液分離器内の液状水を排水路に排水することができる。
【００１７】
本発明に係る水電解システムの運転停止方法は、供給される水を電気分解することにより酸素と水素とを発生させる水電解装置と、前記水電解装置に前記水を供給するための水供給路と、前記水電解装置で発生した前記水素を水素貯蔵装置に供給するための水素供給路と、前記水素供給路に配設されて前記水素を気液分離する気液分離器と、前記水素から分離されて前記気液分離器内に貯留された液状水を排出するための排水路と、前記排水路を開放する開弁状態と前記排水路を閉塞する閉弁状態とに切り換え可能な排水弁と、を備えた水電解システムの運転停止方法であって、前記水電解装置の運転が停止されたか否かを判定する判定工程と、前記判定工程で前記水電解装置の運転が停止されたと判定された際、前記排水弁を開弁状態にすることにより前記液状水を前記気液分離器から前記排水路に排水する排水工程と、を行うことを特徴とする。
【００１８】
上記の水電解システムの運転停止方法において、前記水素供給路から発生する前記水素は、大気圧よりも高圧であり、前記排水路は、互いに並列に設けられた第１流路及び第２流路を有し、前記排水弁は、前記第１流路を開放する開弁状態と前記第１流路を閉塞する閉弁状態とに切り換え可能な第１排水弁と、前記第２流路を開放する開弁状態と前記第２流路を閉塞する閉弁状態とに切り換え可能な第２排水弁と、を有し、前記第２流路の圧損は、前記第１流路の圧損よりも小さく設定され、前記排水工程では、前記判定工程にて前記水電解装置の運転が停止されたと判定された際、前記第１排水弁を開弁状態にするとともに前記第２排水弁を閉弁状態にすることにより前記液状水を前記気液分離器から前記第１流路に排水する第１排水工程と、前記第１排水工程の後で、前記第２排水弁を開弁状態にすることにより前記液状水を前記気液分離器から前記第２流路に排水する第２排水工程と、を行ってもよい。
【００１９】
上記の水電解システムの運転停止方法において、前記第１流路及び前記第２流路から導かれた前記液状水を貯留可能な水封器と、前記水封器内の前記液状水を排出するための水封器排水路と、前記水素供給路又は前記気液分離器と前記水封器とを互いに接続した脱圧路と、前記脱圧路を開放する開弁状態と前記脱圧路を閉塞する閉弁状態とに切り換え可能な脱圧弁と、を備え、前記排水工程では、前記第２排水工程の後で、前記脱圧弁を開弁状態にすることにより前記水素を前記水封器内に導入する脱圧工程と、前記脱圧工程で前記水封器内に導入された前記水素により、前記液状水を前記水封器から前記水封器排水路に排水する第３排水工程と、を行ってもよい。
【００２０】
上記の水電解システムの運転停止方法において、前記水供給路に配設されるとともに前記水封器排水路から前記液状水が導かれる水供給用気液分離器と、前記水供給用気液分離器内の気体を排気する排気路と、前記排気路に配設されて前記排気路内の水素を検出する水素検出部と、前記水封器排水路を開放する開弁状態と前記水封器排水路を閉塞する閉弁状態とに切り換え可能な水封器排水弁と、を備え、前記第３排水工程では、前記脱圧弁の開弁状態で前記水封器排水弁を開弁状態にすることにより前記液状水を前記水封器から前記水封器排水路を介して前記水供給用気液分離器に導き、前記第３排水工程の後で、前記水素検出部にて水素が検出された際、前記水封器排水弁を閉弁状態にする排水停止工程を行ってもよい。
【００２１】
上記の水電解システムの運転停止方法において、前記水電解システムは、前記水電解装置に電解電圧を印加するための第１電源と、前記第１電源の停電時に電力を供給可能な第２電源と、を備え、前記判定工程では、前記第１電源が停電した時に、前記水電解装置の運転が停止されたと判定し、前記排水工程では、前記第２電源から供給される電力によって前記排水弁を制御してもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、水電解装置の運転停止時に気液分離器内の液状水を排水路に排水することができるため、簡易な構成により、気液分離器内で液状水が凍結することを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る水電解システムの概略構成説明図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る水電解システムの運転停止方法を説明するフローチャートである。
【図３】図２の排水工程を説明するフローチャートである。
【図４】水電解システムの運転停止方法を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】図１の水電解システムの第１排水工程の動作説明図である。
【図６】気液分離器内の圧力と排水速度との関係を示すグラフである。
【図７】図１の水電解システムの第２排水工程の動作説明図である。
【図８】図１の水電解システムの脱圧工程の動作説明図である。
【図９】図１の水電解システムの第３排水工程の動作説明図である。
【図１０】図１の水電解システムの排水停止工程の動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る水電解システム及びその運転停止方法について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。
【００２５】
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る水電解システム１０は、差圧式高圧水電解システムとして構成されており、水電解装置１２、水供給系１４、水素供給系１６、排水系１８、脱圧系２０及び制御部２２を備える。
【００２６】
水電解装置１２は、供給される水（純水）を電気分解することにより酸素及び高圧水素を発生させる差圧式高圧水電解装置である。なお、高圧水素とは、大気圧よりも高圧である。具体的には、高圧水素とは、常圧である酸素圧力よりも高圧であって、例えば、１ＭＰａ〜７０ＭＰａの水素ガスをいう。
【００２７】
水電解装置１２は、互いに積層された複数の水分解セル２４と、水分解セル２４の積層方向両端に配設されたエンドプレート２６ａ、２６ｂとを含む。水電解装置１２には、直流電源である第１電源２８が電気的に接続されている。
【００２８】
詳細な図示は省略するが、水分解セル２４は、電解質膜・電極構造体をアノード側セパレータとカソード側セパレータとで挟持した構成を備える。電解質膜・電極構造体は、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（イオン交換膜）を有する。固体高分子電解質膜の一方の面にはアノード側給電体が設けられ、固体高分子電解質膜の他方の面にはカソード側給電体が設けられている。
【００２９】
エンドプレート２６ａには、アノード側給電体に水を供給するためのアノード側入口３０ａが設けられている。エンドプレート２６ｂには、反応により発生した酸素及び未反応の水が導かれるアノード側出口３０ｂと、反応により発生した水素が導かれるカソード側出口３０ｃが設けられている。
【００３０】
水供給系１４は、純水製造装置３２、純水導入路３４、水供給用気液分離器３６、水供給路３８、循環ポンプ４０、排出路４２及び排気路４４を有する。
【００３１】
純水製造装置３２は、水道水等から純水を製造する。純水導入路３４は、純水製造装置３２で製造された純水を水供給用気液分離器３６に導入するための通路である。水供給用気液分離器３６は、水を貯留可能に構成されている。
【００３２】
水供給路３８は、水供給用気液分離器３６内に貯留されている水を水電解装置１２に導くための通路である。水供給路３８は、エンドプレート２６ａのアノード側入口３０ａに接続されている。循環ポンプ４０は、水供給路３８に配設されており、水供給用気液分離器３６内の水を水電解装置１２に移送する。
【００３３】
排出路４２は、エンドプレート２６ｂのアノード側出口３０ｂと水供給用気液分離器３６の上部とを互いに接続する通路である。排出路４２は、反応により発生した酸素及び未反応の水を水供給用気液分離器３６に導く。排気路４４は、水供給用気液分離器３６の上部に接続されている。排気路４４は、水供給用気液分離器３６内の気体（酸素及び水素）を外部に排出するための通路である。
【００３４】
水素供給系１６は、水素供給路４６と、水素供給路４６に設けられた気液分離器４８を備える。水素供給路４６は、水電解装置１２で発生した水素を水素貯蔵装置２００に供給するための通路である。水素供給路４６は、第１水素供給路５０と第２水素供給路５２とを含む。第１水素供給路５０は、カソード側出口３０ｃと気液分離器４８とを互いに接続している。第２水素供給路５２は、気液分離器４８と水素貯蔵装置２００とを互いに接続している。第２水素供給路５２には、規定圧力値（例えば、７０ＭＰａ）に設定された背圧弁５４が設けられている。
【００３５】
気液分離器４８は、第１水素供給路５０から導かれた水素を気液分離する。気液分離器４８は、水素から分離された液状水を貯留可能に構成されている。気液分離器４８の上部には、第１水素供給路５０及び第２水素供給路５２のそれぞれが接続されている。気液分離器４８で水分が除去された水素（高圧水素）は、第２水素供給路５２を介して水素貯蔵装置２００に供給される。
【００３６】
排水系１８は、第１排水路６０（排水路）、第１排水弁６２、第２排水弁６４、水封器６６、第２排水路６８（水封器排水路）及び第３排水弁７０（水封器排水弁）を有している。
【００３７】
第１排水路６０は、気液分離器４８内の液状水を水封器６６に導くための通路である。第１排水路６０は、導出路６１、第１流路６３、第２流路６５及び接続路６７を含む。導出路６１は、気液分離器４８の下部に接続されている。第１流路６３及び第２流路６５は、互いに並列に設けられており、導出路６１と接続路６７とを互いに接続している。接続路６７は、水封器６６に接続している。
【００３８】
第１流路６３には、液状水の流れ方向（気液分離器４８から水封器６６に向かう方向）に沿って、第１排水弁６２と第１圧損体７２とが配設されている。第１排水弁６２は、第１流路６３を開放する開弁状態と第１流路６３を閉塞する閉弁状態とに切り換え可能な開閉弁（電磁弁）である。第１圧損体７２は、第１流路６３を流通する液状水を減圧させる減圧部材であって、チューブ状に構成されている。第１圧損体７２は、オリフィスや減圧弁８２であってもよい。
【００３９】
第２流路６５には、液状水の流れ方向（気液分離器４８から水封器６６に向かう方向）に沿って、第２排水弁６４と第２圧損体７４とが配設されている。第２排水弁６４は、第２流路６５を開放する開弁状態と第２流路６５を閉塞する閉弁状態とに切り換え可能な開閉弁（電磁弁）である。第２圧損体７４は、第２流路６５を流通する液状水を減圧させる減圧部材であって、チューブ状に構成されている。第２圧損体７４は、オリフィスや減圧弁８２であってもよい。第２圧損体７４の圧損は、第１圧損体７２の圧損よりも小さく設定されている。すなわち、第２排水路６８の圧損は、第１排水路６０の圧損よりも小さい。
【００４０】
水封器６６は、第１排水路６０から導かれた液状水を貯留可能に構成されている。水封器６６の上部には、水封器６６内の気体（水素）を排出する気体排出路７６が設けられる。気体排出路７６には、圧力保持機構としての背圧弁７８が配設される。具体的には、背圧弁７８は、水供給用気液分離器３６内の圧力（例えば、２０ｋＰａ）よりも高圧（例えば、７０ｋＰａ）に設定される。なお、圧力保持機構は、逆止弁であってもよい。
【００４１】
第２排水路６８は、水封器６６内の液状水を水供給用気液分離器３６内に導くための通路である。第２排水路６８は、水封器６６の下部と水供給用気液分離器３６の上部とを互いに接続している。第３排水弁７０は、第２排水路６８を開放する開弁状態と第２排水路６８を閉塞する閉弁状態とに切り換え可能な開閉弁（電磁弁）である。
【００４２】
脱圧系２０は、水電解装置１２の運転停止時に水電解装置１２のカソード側の水素（高圧水素）を脱圧する。脱圧系２０は、脱圧路８０、減圧弁８２及び脱圧弁８４を有する。脱圧路８０は、第１水素供給路５０の途上と水封器６６の上部とを互いに接続している。脱圧路８０には、水素の流れ方向（第１水素供給路５０から水封器６６に向かう方向）に沿って、減圧弁８２及び脱圧弁８４が配設されている。減圧弁８２の出口圧力は、水供給用気液分離器３６内の圧力よりも高圧に設定される。脱圧弁８４は、脱圧路８０を開放する開弁状態と脱圧路８０を閉塞する閉弁状態とに切り換え可能な開閉弁（電磁弁）である。
【００４３】
制御部２２には、第２電源８６が電気的に接続されている。第２電源８６は、第１電源２８の停電時に制御部２２に電力を供給可能に構成されている。
【００４４】
制御部２２には、第１圧力計８８ａ、第２圧力計８８ｂ、第３圧力計８８ｃ、第１水位検出センサ９０ａ、第２水位検出センサ９０ｂ及び水素検出センサ９２（水素検出部）の出力信号が入力される。
【００４５】
第１圧力計８８ａは、水電解装置１２から導出された水素の圧力（第１圧力ＰＴ１）を検出するものであって、第１水素供給路５０における水電解装置１２の近傍に設けられている。ただし、第１圧力計８８ａの位置は、任意に変更可能である。
【００４６】
つまり、第１水素供給路５０は、気液分離器４８内を介して第２水素供給路５２に連通している。そのため、第１水素供給路５０内の圧力は、気液分離器４８内の圧力と、第２水素供給路５２のうち背圧弁５４よりも上流側の圧力と同圧である。従って、第１圧力計８８ａは、第２水素供給路５２における背圧弁５４よりも上流側（気液分離器４８側）に設けられていてもよいし、気液分離器４８に設けられていてもよい。
【００４７】
第２圧力計８８ｂは、水封器６６内の圧力（第２圧力ＰＴ２）を検出するものであって、水封器６６に設けられている。第３圧力計８８ｃは、脱圧路８０の減圧弁８２と脱圧弁８４との間の区間内の圧力（第３圧力ＰＴ３）を検出するものである。
【００４８】
第１水位検出センサ９０ａは、気液分離器４８に設けられ、気液分離器４８内の液状水の水位（第１水位ＬＳ１）を検出する。第２水位検出センサ９０ｂは、水封器６６に設けられ、水封器６６内の液状水の水位（第２水位ＬＳ２）を検出する。水素検出センサ９２は、排気路４４に設けられ、排気路４４内の水素濃度ＨＳ１を検出する。
【００４９】
制御部２２は、水電解システム１０の全体の運転制御を行う。制御部２２は、判定部９４と弁制御部９６とを備える。判定部９４は、水電解装置１２の運転が停止されたか否かを判定する。詳細には、判定部９４は、第１電源２８から水電解装置１２への電力の供給が停止された時に水電解装置１２の運転が停止されたと判定する。弁制御部９６は、第１排水弁６２、第２排水弁６４、第３排水弁７０及び脱圧弁８４のそれぞれを開弁状態と閉弁状態とに切り換える。なお、弁制御部９６は、第１電源２８の停電時であっても第２電源８６の電力により、第１排水弁６２、第２排水弁６４、第３排水弁７０及び脱圧弁８４を開弁状態と閉弁状態とに切り換え可能である。
【００５０】
次に、本実施形態に係る水電解システム１０を用いて水素貯蔵装置２００に水素を供給する動作について説明する。
【００５１】
水電解システム１０の運転を開始すると、循環ポンプ４０の作用下に、水供給用気液分離器３６内の水が水供給路３８を介して水電解装置１２のアノード側入口３０ａに供給される。一方、水電解装置１２には、電気的に接続されている第１電源２８を介して電圧が付与される。このため、各水分解セル２４では、アノード側で純水が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。従って、カソード側では、水素イオンが電子と結合して水素が得られ、この水素は、カソード側出口３０ｃを介して第１水素供給路５０に取り出される。
【００５２】
一方、アノード側出口３０ｂでは、反応により生成した酸素及び未反応の水が流動しており、これらの混合流体が排出路４２に排出される。酸素及び未反応の水は、水供給用気液分離器３６に導入されて互いに分離される。分離された水は、水供給用気液分離器３６内に貯留される。分離された酸素は、排気路４４から外部に排出される。
【００５３】
水電解装置１２内で生成された水素は、第１水素供給路５０を介して気液分離器４８に送られる。この気液分離器４８では、水素から液状水が分離されて気液分離器４８内に貯留される。液状水が分離された水素は、第２水素供給路５２に導出される。水素は、背圧弁５４の設定圧力（例えば、７０ＭＰａ）に昇圧された後、図示しない除湿装置等により除湿されてドライ水素（製品水素）となり、燃料電池電気自動車等の水素貯蔵装置２００に供給される。
【００５４】
続いて、水電解システム１０の運転停止方法について説明する。なお、水電解システム１０の運転停止方法を行う初期段階において、第１排水弁６２は、第２排水弁６４、第３排水弁７０及び脱圧弁８４のそれぞれは、閉弁状態である。
【００５５】
図２に示すように、まず、ステップＳ１において、判定工程を行う。判定工程では、判定部９４は、水電解装置１２の運転が停止されたか否かを判定する。具体的には、判定部９４は、第１電源２８から水電解装置１２への電力の供給が停止された時に水電解装置１２の運転が停止されたと判定する。
【００５６】
本実施形態では、制御部２２は、水素貯蔵装置２００の水素の充填が完了した時に第１電源２８から水電解装置１２への電力の供給が停止されるように第１電源２８を制御する。ただし、制御部２２は、ユーザによる図示しないスイッチの操作に基づいて第１電源２８から水電解装置１２への電力の供給が停止されるように第１電源２８を制御してもよい。また、第１電源２８が停電した場合にも、第１電源２８から水電解装置１２への電力の供給が停止される。
【００５７】
続いて、ステップＳ２において、排水工程を行う。排水工程では、まず、図３のステップＳ１０において、第１排水工程を行う。
【００５８】
第１排水工程では、図４の時点ｔ１及び図５に示すように、弁制御部９６は、第１排水弁６２を開弁状態に制御する。これにより、気液分離器４８内の液状水は、導出路６１、第１流路６３及び接続路６７を介して水封器６６内に排水される。この際、液状水は、第１圧損体７２を通ることにより減圧される。
【００５９】
第１排水工程において、気液分離器４８内の液状水の排水速度（排水流量）は、第１圧損体７２によって規定されるため、気液分離器４８内の水素の圧力に依存する。すなわち、気液分離器４８内の液状水の排水速度は、気液分離器４８内の水位が低下して気液分離器４８内の水素の圧力が低下するほど低下する（図６のグラフの一点鎖線を参照）。そのため、気液分離器４８内の液状水を第１流路６３に排水する場合、気液分離器４８内の水位がほとんど低下しない（排水することができない）排水限界ポイントが存在する。
【００６０】
そこで、図３のステップＳ１１において、制御部２２は、第１流路６３の排水限界ポイントに到達したか否かを判定する。具体的には、制御部２２は、第１水位検出センサ９０ａにより検出された気液分離器４８内の第１水位ＬＳ１が所定時間低下しなくなった時に排水限界ポイントに到達したと判定する。ただし、制御部２２は、第１圧力計８８ａにより検出された圧力が基準圧力よりも低くなった時に排水限界ポイントに到達したと判定してもよい。
【００６１】
排水限界ポイントに到達したと制御部２２が判定していない場合（ステップＳ１１：ＮＯ）には、ステップＳ１１が再度行われる。この際、第１排水工程は継続して行われる。一方、排水限界ポイントに到達したと制御部２２が判定した場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）には、ステップＳ１２において、第２排水工程を行う。
【００６２】
図４の時点ｔ２及び図７に示すように、第２排水工程では、弁制御部９６は、第１排水弁６２を閉弁状態に制御するとともに第２排水弁６４を開弁状態に制御する。これにより、気液分離器４８内の液状水は、導出路６１、第２流路６５及び接続路６７を介して水封器６６内に排水される。この際、液状水は、第２圧損体７４を通ることにより減圧される。
【００６３】
第２排水工程において、気液分離器４８内の液状水の排水流量は、第２圧損体７４に規定される。そして、第２圧損体７４の圧損は、第１圧損体７２の圧損よりも小さい。そのため、気液分離器４８内の圧力が低下した状態であっても、比較的高い排水速度を得ることができる（図６のグラフの実線参照）。これにより、気液分離器４８内の液状水は、第２流路６５を介して水封器６６内に円滑に排水される。
【００６４】
また、図４に示すように、第１排水工程が開始されてから第２排水工程が終了するまでの間（時点ｔ１から時点ｔ３までの間）、制御部２２は、水封器６６内の第２水位ＬＳ２が所定範囲内に位置するように調整する。
【００６５】
具体的には、制御部２２は、水封器６６内の第２水位ＬＳ２が第１基準水位ＬＳ２Ｈに到達した時に、第３排水弁７０を開弁状態に制御する。第１基準水位ＬＳ２Ｈは、水電解システム１０の通常運転中における第２水位ＬＳ２の上限値である。これにより、水封器６６内の液状水が第２排水路６８を介して水供給用気液分離器３６に排水される。
【００６６】
また、制御部２２は、水封器６６内の第２水位ＬＳ２が第２基準水位ＬＳ２Ｌに到達した時に、第３排水弁７０を閉弁状態に制御する。第２基準水位ＬＳ２Ｌは、水電解システム１０の通常運転中における第２水位ＬＳ２の下限値である。これにより、水封器６６から水供給用気液分離器３６への液状水の排水が停止される。つまり、第１排水工程と第２排水工程を行う間、水封器６６内の第２水位ＬＳ２は、水位上限値と水位下限値との間の水位に維持される。
【００６７】
その後、図３のステップＳ１３において、制御部２２は、第２水位検出センサ９０ｂにより検出された水封器６６内の第２水位ＬＳ２が上昇しなくなったか否かを判定する。水封器６６内の第２水位ＬＳ２が上昇していると制御部２２が判定した場合（ステップＳ１３：ＮＯ）には、ステップＳ１３が再度行われる。この際、第２排水工程は継続して行われる。
【００６８】
一方、気液分離器４８内の第１水位ＬＳ１が第１下限値ＬＳ１Ｅ（図４参照）に到達して、水封器６６内の第２水位ＬＳ２が上昇しなくなったと制御部２２が判定した場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、ステップＳ１４において、脱圧工程を行う。第１下限値ＬＳ１Ｅは、気液分離器４８内の第１水位ＬＳ１がゼロになる水位である。つまり、第１水位ＬＳ１が第１下限値ＬＳ１Ｅに到達すると、気液分離器４８内から液状水が全て排水された状態となる。
【００６９】
図４の時点ｔ３及び図８に示すように、脱圧工程では、制御部２２は、第２排水弁６４を閉弁状態に制御するとともに脱圧弁８４を開弁状態に制御する。そうすると、水電解装置１２、水素供給路４６及び気液分離器４８内に残存していた水素は、脱圧路８０を介して水封器６６内に導入される。すなわち、水電解装置１２が脱圧される。これにより、水封器６６内の第２圧力ＰＴ２が上昇する。なお、余分な水素は、背圧弁７８の開弁作用下に、外部に排出される。
【００７０】
続いて、図３のステップＳ１５において、制御部２２は、第１圧力計８８ａにより検出された第１圧力ＰＴ１と第３圧力計８８ｃにより検出された第３圧力ＰＴ３が規定圧力（例えば、１ＭＰａ）以下になったか否かを判定する。第１圧力ＰＴ１と第３圧力ＰＴ３が規定圧力よりも大きいと判定部９４が判定した場合（ステップＳ１５：ＮＯ）、ステップＳ１５が再度行われる。この際、脱圧工程は継続して行われる。一方、第１圧力ＰＴ１と第３圧力ＰＴ３が規定圧力以下になったと制御部２２が判定した場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、ステップＳ１６において、第３排水工程を行う。
【００７１】
図４の時点ｔ４及び図９に示すように、第３排水工程では、制御部２２は、第３排水弁７０を開弁状態に制御する。そうすると、水封器６６内の液状水は、第２排水路６８を介して水供給用気液分離器３６内に排出される。これにより、水封器６６内の第２水位ＬＳ２が低下する。
【００７２】
また、図３のステップＳ１７において、制御部２２は、水素検出センサ９２により検出される水素濃度ＨＳ１が上昇したか否かを判定する。換言すれば、制御部２２は、水素検出センサ９２によって水素が検出されたか否かを判定する。水素濃度ＨＳ１が上昇していないと制御部２２が判定した場合（ステップＳ１７：ＮＯ）、ステップＳ１７が再度行われる。この際、第３排水工程は継続して行われる。
【００７３】
一方、水封器６６内の第２水位ＬＳ２が第２下限値ＬＳ２Ｅ（図４参照）に到達して水封器６６内の液状水の全てが水供給用気液分離器３６内に排水されると、水封器６６内の水素が第２排水路６８を介して水供給用気液分離器３６内に導入される。第２下限値ＬＳ２Ｅは、水封器６６内の第２水位ＬＳ２がゼロになる水位である。つまり、第２水位ＬＳ２が第２下限値ＬＳ２Ｅに到達すると、水封器６６内から液状水が全て排水された状態となる。
【００７４】
そうすると、水供給用気液分離器３６内の水素は、排気路４４に排出されるため、水素検出センサ９２により水素が検出される。すなわち、水素検出センサ９２により検出される水素濃度ＨＳ１が上昇する。そして、水素濃度ＨＳ１が上昇したと制御部２２が判定した場合（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、図２のステップＳ３において、排水停止工程を行う。
【００７５】
図４の時点ｔ５及び図１０に示すように、排水停止工程では、弁制御部９６は、第３排水弁７０を閉弁状態に制御する。そうすると、水封器６６内の水素の水供給用気液分離器３６内への導入が停止される。その後、制御部２２は、脱圧弁８４を閉弁状態に制御する。この段階でフローチャートが終了する。
【００７６】
この場合、本実施形態に係る水電解システム１０及びその運転停止方法は、以下の効果を奏する。
【００７７】
上記の水電解システム１０によれば、弁制御部９６は、判定部９４にて水電解装置１２の運転が停止されたと判定された場合に、排水弁（第１排水弁６２及び第２排水弁６４）を開弁状態に制御している。これにより、水電解装置１２の運転停止時に気液分離器４８内の液状水を第１排水路６０に排水することができる。よって、簡易な構成により（ヒータを用いることなく）、寒冷地や冬季等であっても、気液分離器４８内で液状水が凍結することを抑えることができる。
【００７８】
第１排水路６０は、互いに並列に設けられた第１流路６３及び第２流路６５を有している。第１排水弁６２は第１流路６３に設けられ、第２排水弁６４は第２流路６５に設けられ、第２流路６５の圧損は第１流路６３の圧損よりも小さく設定されている。
【００７９】
そして、第１排水工程において、弁制御部９６は、水電解装置１２の運転が停止されたと判定部９４が判定した場合に、第１排水弁６２を開弁状態に制御するとともに第２排水弁６４を閉弁状態に制御している。これにより、水電解装置１２の運転が停止された直後（水素供給路４６内の圧力が比較的高い時）において、気液分離器４８内の液状水を第１流路６３で減圧しながら排水することができる。
【００８０】
その後、第２排水工程において、弁制御部９６は、第２排水弁６４を開弁状態に制御している。これにより、気液分離器４８内の圧力が低下した際（排水限界ポイントに到達した際）に、気液分離器４８内の液状水を第２流路６５に円滑に排水することができる。
【００８１】
水電解システム１０は、水封器６６、第２排水路６８（水封器排水路）、脱圧路８０及び脱圧弁８４を備える。そして、弁制御部９６は、判定部９４にて水電解装置１２の運転が停止されたと判定部９４が判定した場合に、気液分離器４８内の液状水を水封器６６内に導入した後で、脱圧弁８４を開弁状態に制御している。
【００８２】
これにより、脱圧路８０を介して水素供給路４６内の水素を水封器６６内に導くことができるため、水封器６６内の圧力を高めることができる。そのため、水封器６６内の水素を用いて水封器６６内の液状水を第２排水路６８に円滑に排水することができる。
【００８３】
水電解システム１０は、水供給用気液分離器３６、排気路４４、水素検出センサ９２（水素検出部）、第３排水弁７０（水封器排水弁）を備える。そして、弁制御部９６は、脱圧弁８４の開弁状態で第３排水弁７０を開弁状態に制御し、水素検出センサ９２にて水素が検出された際に第３排水弁７０を閉弁状態に制御している。
【００８４】
これにより、脱圧弁８４の開弁状態で第３排水弁７０を開弁状態にするため、水封器６６内の全ての液状水が水供給用気液分離器３６内に導かれた後、水封器６６内の水素が水供給用気液分離器３６内に導入される。そして、水素検出センサ９２にて水素が検出された際に第３排水弁７０を閉弁状態にするため、水封器６６内の全ての液状水を水供給用気液分離器３６内に確実に排水することができる。従って、簡易な構成により、水電解装置１２の運転停止時に気液分離器４８内及び排水系１８（第１排水路６０、水封器６６及び第２排水路６８）内で液状水が凍結することを抑えることができる。また、水素が外部に漏出することを抑えることができる。
【００８５】
水電解システム１０は、水電解装置１２に電解電圧を印加するための第１電源２８と、第１電源２８の停電時に制御部２２に電力を供給可能な第２電源８６とを備える。そして、判定部９４は、第１電源２８が停電した時に、水電解装置１２の運転が停止されたと判定する。そのため、第１電源２８が停電した場合であっても、気液分離器４８内の液状水を第１排水路６０に排水することができる。
【００８６】
本発明は、上述した構成に限定されない。第２圧損体７４は省略してもよい。この場合、第２圧損体７４を設ける場合よりも第２流路６５の圧損を低くすることができるため、第２流路６５を介して気液分離器４８内の液状水を水封器６６内に円滑に排水することができる。
【００８７】
また、水供給用気液分離器３６には、水供給用気液分離器３６内の水を外部に排水するための排水機構（排水路及び排水弁）が設けられていてもよい。この場合、水電解装置１２の運転停止時に気液分離器４８から水供給用気液分離器３６に導入された液状水を、排水機構により水供給用気液分離器３６内から外部に排水することができる。従って、簡易な構成により、水供給用気液分離器３６内で液状水が凍結することを抑えることができる。
【００８８】
さらに、第２排水工程では、第１排水弁６２を開弁状態にしたまま（閉弁状態にすることなく）第２排水弁６４を開弁状態にしてもよい。この場合であっても、第２流路６５を介して気液分離器４８内の液状水を水封器６６に円滑に排水することができる。
【００８９】
本発明に係る水電解システム及びその運転停止方法は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【符号の説明】
【００９０】
１０…水電解システム                    １２…水電解装置
３８…水供給路                          ４４…排気路
４６…水素供給路                        ４８…気液分離器
６０…第１排水路（排水路）              ６２…第１排水弁
６３…第１流路                          ６４…第２排水弁
６５…第２流路                          ６６…水封器
６８…第２排水路（水封器排水路）        ７０…第３排水弁（水封器排水弁）
８０…脱圧路                            ８４…脱圧弁
９４…判定部                            ９６…弁制御部
【図１】
2019019386.tif 000003
【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】
2019019386.tif 000010
【図９】
2019019386.tif 000011
【図１０】
2019019386.tif 000012