(57)【要約】    【課題】予定外の運転停止が発生することを抑制し得る水素ガス製造設備を提供する。    【解決手段】電解セルの陰極、陽極のそれぞれに並列に接続した複数本の電線で電解セルへの電力供給を行い、且つ、該電線に流れる電流を監視する監視装置を設ける。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極と陽極とを有し、水を電気分解して陰極側に水素ガスを発生させる電解セルと、
前記電気分解のための電力を前記電解セルに供給するための電線とが備えられている水素ガス製造設備であって、
前記電線として、前記陰極に接続された陰極用電線と、前記陽極に接続された陽極用電線とを有し、
前記陰極に対して互いに並列となるように接続された第１陰極用電線と第２陰極用電線とを含む複数の前記陰極用電線と、
前記陽極に対して互いに並列となるように接続された第１陽極用電線と第２陽極用電線とを含む複数の前記陽極用電線と、が備えられており、
前記電解セルによって前記電気分解が行われる際に、前記第１陰極用電線に流れる電流値と前記第２陰極用電線に流れる電流値との差である陰極側電流値差、及び、前記第１陽極用電線に流れる電流値と前記第２陽極用電線に流れる電流値との差である陽極側電流値差、の少なくとも一方を監視する監視装置が備えられている水素ガス製造設備。
【請求項２】
前記監視装置は、前記陰極側電流値差及び前記陽極側電流値差の内の少なくとも一方に対し、前記電気分解が行われる際に計測されるべき理論値とは乖離した設定値を設定できるように構成されており、且つ、前記陰極側電流値差及び前記陽極側電流値差の内の少なくとも一方が前記設定値に達した際に警告信号を発するように構成されている請求項１記載の水素ガス製造設備。
【請求項３】
前記監視装置は、前記設定値を第１段設定値として設定でき、且つ、該第１段設定値よりも前記理論値と乖離した第２段設定値をさらに設定できるように構成されており、
前記陰極側電流値差及び前記陽極側電流値差の内の少なくとも一方が前記第２段設定値に達した際に前記電解セルへの電力供給を停止する停止信号を発するように構成されている請求項２記載の水素ガス製造設備。
【請求項４】
陰極と陽極とを有し、水を電気分解して陰極側に水素ガスを発生させる電解セルと、
前記電気分解のための電力を前記電解セルに供給するための電線とが備えられている水素ガス製造設備であって、
前記電線として、前記陰極に接続された陰極用電線と、前記陽極に接続された陽極用電線とを有し、
前記陰極に対して互いに並列となるように接続された第１陰極用電線と第２陰極用電線とを含む複数の前記陰極用電線と、
前記陽極に対して互いに並列となるように接続された第１陽極用電線と第２陽極用電線とを含む複数の前記陽極用電線と、が備えられており、
前記電解セルによって前記電気分解が行われる際に、前記第１陰極用電線、前記第２陰極用電線、前記第１陽極用電線、及び、前記第２陽極用電線のそれぞれの前記電線に対して、理論的に流れるべき電流値と実際に流れる電流値との乖離状況を監視する監視装置が備えられている水素ガス製造設備。
【請求項５】
前記電解セルには、
前記第１陰極用電線が接続される第１陰極端子と、
前記第２陰極用電線が接続される第２陰極端子と、
前記第１陽極用電線が接続される第１陽極端子と、
前記第２陽極用電線が接続される第２陽極端子と、が備えられており、
前記第１陰極端子、前記第２陰極端子、前記第１陽極端子、及び、前記第２陽極端子の温度を測定する測温体がさらに備えられている請求項１乃至４の何れか１項に記載の水素ガス製造設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を電気分解して陰極側に水素ガスを発生させる電解セルと、前記電気分解のための電力を前記電解セルに供給するための電線とが備えられている水素ガス製造設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、クリーンなエネルギー源として水素ガスを利用する機会が広がっており、このような水素ガスを得るための方法としては、水を電気分解する方法が広く知られている。
このような水の電気分解を利用した水素ガスの製造においては、陰極と陽極とを有し、水を電気分解して陰極側に水素ガスを発生させる電解セルを備えた設備が利用されている。
水素ガス製造設備で利用される電解セルとしては、例えば、固体高分子電解質膜を有するものが知られており、電解質膜の陽極面側に純水を流通させ、電解により酸素ガスと水素イオンとを生成し、水素イオンを当該陽極面側から陰極面側へと固体高分子電解質膜内を移動させて、陰極面側にて水素ガスを発生させるものなどが知られている。
【０００３】
従来の水素ガス製造設備では、上記のような電気分解を行わせるために前記電解セルに直流電力が供給されるようになっており、該水素ガス製造設備としては商用電源などから供給される交流電力を直流電力へと変換する整流器を有するものが知られている（下記特許文献１（特に段落００６５等）参照）。
該水素ガス製造設備に設けられた整流器と電解セルとは、通常、絶縁被覆電線などによって電気的に接続されており、該絶縁被覆電線などによって電解セルへの給電経路が形成されている。
【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】
水素ガス製造設備に対しては、予定していない形で運転を停止しなければならなくなる事態をできるだけ発生させないことが要望されている。
そのため、上記のような水素ガス製造設備では、電解セルの異常を検知する機構が設けられており、いち早く異常を検知して早期に対処するように工夫がされている。
その一方で、電解セル以外の構成部材の異常を検知するような取り組みは、これまで殆ど行われていないのが実情である。
そのようなことから、水素ガス製造設備では、予定外の運転停止が発生することを十分に抑制することが難しい状況になっている。
本発明は、このような状況においてなされたものであり、予定外の運転停止が発生することをこれまで以上に抑制し得る水素ガス製造設備を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決すべく本発明者が鋭意検討したところ、これまであまり考慮されることがなかった電解セルへの給電経路の健全性を確保することが上記課題の解決に有効であることを見出した。
そして、本発明者は、電解セルでは、一般的な電気機器よりも高電流な運転がされるため、電線の電気抵抗が僅かに変化しただけでも測定誤差と呼べる範囲を超えて電流値に変化が生じる点に着目して鋭意検討を行い本発明を完成させるに至った。
【０００７】
本発明は、陰極と陽極とを有し、水を電気分解して陰極側に水素ガスを発生させる電解セルと、前記電気分解のための電力を前記電解セルに供給するための電線とが備えられている水素ガス製造設備であって、前記電線として、前記陰極に接続された陰極用電線と、前記陽極に接続された陽極用電線とを有し、前記陰極に対して互いに並列となるように接続された第１陰極用電線と第２陰極用電線とを含む複数の前記陰極用電線と、前記陽極に対して互いに並列となるように接続された第１陽極用電線と第２陽極用電線とを含む複数の前記陽極用電線と、が備えられており、前記電解セルによって前記電気分解が行われる際に、前記第１陰極用電線に流れる電流値と前記第２陰極用電線に流れる電流値との差である陰極側電流値差、及び、前記第１陽極用電線に流れる電流値と前記第２陽極用電線に流れる電流値との差である陽極側電流値差、の少なくとも一方を監視する監視装置が備えられている水素ガス製造設備を提供する。
【０００８】
また、本発明は、陰極と陽極とを有し、水を電気分解して陰極側に水素ガスを発生させる電解セルと、前記電気分解のための電力を前記電解セルに供給するための電線とが備えられている水素ガス製造設備であって、前記電線として、前記陰極に接続された陰極用電線と、前記陽極に接続された陽極用電線とを有し、前記陰極に対して互いに並列となるように接続された第１陰極用電線と第２陰極用電線とを含む複数の前記陰極用電線と、前記陽極に対して互いに並列となるように接続された第１陽極用電線と第２陽極用電線とを含む複数の前記陽極用電線と、が備えられており、前記電解セルによって前記電気分解が行われる際に、前記第１陰極用電線、前記第２陰極用電線、前記第１陽極用電線、及び、前記第２陽極用電線のそれぞれの電線に対して、理論的に流れるべき電流値と実際に流れる電流値との乖離状況を監視する監視装置が備えられている水素ガス製造設備を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、陰極と陽極とにそれぞれ並列に接続された複数本の電線によって電解セルへ電力が供給され、しかも、個々の電線の電流値や、陰極側や陽極側で電線間の電流値の差を監視する監視装置が設けられているため異常が疑われる電線を特定することができる。また、本発明によれば異常の程度も把握し得ることから、早急な対処が必要でない場合には、異常が疑われる電線の点検や取り替えを一日の運転が終わった後や定期点検中に行うことが可能になる。従って、本発明よれば水素ガス製造設備に予定外の運転停止が発生することを抑制させ得る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態に係る水素ガス製造設備の外観の状況を示した概略正面図。
【図２】水素ガス製造設備の内部の装置類の配置を示した概略正面図。
【図３】水素ガス製造設備に配されている電解セルを示した概略平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の好ましい実施形態に係る水素ガス製造設備について説明する。
図１に示すように本実施形態に係る水素ガス製造設備は、当該水素ガス製造設備を構成する複数の装置や機器が筐体に収納されてなるものである。
即ち、本実施形態の水素ガス製造設備１００は、複数の装置類を収容する筐体１を備えている。
本実施形態の前記筐体１は、直方体形状を有している。
本実施形態の前記筐体１は、奥行方向の寸法が高さ方向の寸法よりも小さく、且つ、奥行方向の寸法が横幅方向の寸法よりも小さい扁平形状を有している。
【００１２】
図２、３に示すように本実施形態の水素ガス製造設備１００の前記筐体１に収容されている機器類としては、例えば、水を電気分解して陰極側に水素ガスを発生させる電解セル２、該電解セル２に直流電力を供給するための整流器３、該整流器３や前記電解セル２などの運転を制御するための制御盤４、電解セル２に供給する純水を製造する純水製造装置５、該純水製造装置５で作製された純水を貯留する純水タンク６などが挙げられる。
本実施形態の純水製造装置５は、外部から供給された水から不純物を除去するための逆浸透膜ろ過装置５１と、活性炭ろ過装置５２とを有している。
【００１３】
尚、本実施形態における前記電解セル２は、陰極と陽極とを有し、水を電気分解して陰極側に水素ガスを発生させるとともに陽極側に酸素ガスを発生させるものであり、陽極側に純水を流通させ、電解により酸素ガスと水素イオンとを生成し、水素イオンを当該陽極側から陰極側へと移動させ、陰極側にて水素ガスを発生させるものである。
従って、本実施形態における前記電解セル２は、陽極側から相対的に大量の水とともに酸素ガスを排出し、陰極側から相対的に少量の水とともに水素ガスを排出するものとなっている。
【００１４】
上記のようなことから、本実施形態の水素ガス製造設備１００の前記筐体１には、前記純水を陽極側で循環させるためのポンプ７と、前記電解セル２の陽極側から排出される酸素ガスと純水との気液混合液を気液分離するための気液分離装置８と、前記ポンプ７によって循環される純水をろ過するためのフィルター９と、前記フィルター９を通過した後の水に含まれているイオンを除去するためのポリッシャー１０と、これらを通るように純水の循環経路を形成するための配管１１などがさらに収容されている。
さらに、本実施形態の水素ガス製造設備１００の前記筐体１には、前記電解セルで製造された水素ガスから水分を除去するための装置類が収容されており、前記電解セル２の陰極側から排出される水素ガスを冷却して水蒸気の状態で含まれている水分を凝縮水とするための熱交換器１２と、該熱交換器１２で冷却された後の水素ガスから前記凝縮水などの水分を除去するための気液分離装置１３と、該気液分離装置１３で水分が除去された後の水素ガスからさらに水分を除去すべく吸着剤を使った除湿処理が行われる除湿器１４と、が収容されている。
本実施形態の水素ガス製造設備１００には、除湿器１４を通過した後の水素ガスの流量を測定するための流量計１５と、前記電解セル２などからの水素ガスの漏えいを検知するためのガス検知器１６とがさらに備えられている。
【００１５】
本実施形態の水素ガス製造設備１００は、前記整流器３と前記電解セル２とを電気的に接続し、前記電気分解のための電力を前記電解セルに供給するための複数本の電線が更に備えられており、該電線も前記筐体１に収容されている。
本実施形態の水素ガス製造設備１００では、前記整流器３が前記電解セル２の上方に配置されており、前記電線は上下方向に延在するように配されている。
そして、本実施形態の水素ガス製造設備１００は、この電線を流れる電流を監視するための監視装置Ａと、前記電線と前記電解セル２との接続部分の温度を測定する測温体（図示せず）が前記筐体１に収容されている。
【００１６】
本実施形態の水素ガス製造設備１００は、優れたメンテナンス性を発揮すべく構成されている。
具体的には、前記筐体１がいくつかのパーツに分解可能であるとともに前記の装置類の配置がこれらへのアクセスを考慮したものになっている。
前記筐体１は、前面側に開口部１ｘを有する筐体本体１１０と、該筐体本体１１０の開口部を開閉するための前扉１２０とを有する。
前記筐体１は、前記筐体本体１１０の下側に移動用のキャスター１３０を備えている。
【００１７】
前記筐体本体１１０は、前後に開口した矩形枠状の枠体１１１と、該枠体１１１の奥側の開口を閉塞する奥壁１１２とで構成され、該枠体１１１の前側が前記前扉１２０によって閉塞される開口部１ｘとなっている。
前記奥壁１１２は、枠体１１１に対して着脱自在となって枠体１１１の後方側に固定されている。
前記前扉１２０は、枠体１１１に対して開閉自在となって枠体１１１の前側に設けられている。
【００１８】
前記枠体１１１は、平面視における形状が横長な長方形となる輪郭形状を有する底壁１１１ａと、該底壁１１１ａと共通する形状を有し、且つ、底壁１１１ａと対向するように底壁１１１ａの垂直方向上方に配された天井壁１１１ｂと、該天井壁１１１ｂと前記底壁１１１ａとを正面視左側において接続する第１の側壁１１１ｃと右側において接続する第２の側壁１１１ｄとで構成されている。
本実施形態の前記装置類は、全て前記筐体本体１１０の内部に収容されている。
前記筐体１に収容されている装置類は、該枠体１１１及び前記奥壁１１２に固定されて筐体本体１１０の内部に収容されている。
【００１９】
前記電解セル２は、監視装置Ａや測温体で異常が検知された際に点検容易であることが好ましい。
そのため、本実施形態の電解セル２は、筐体１の底壁１１１ａの上に配された低い台２１の上に固定されており、前記台２１は、係止具によって底壁１１１ａに固定されているとともに、前記係止具を外して前方に引き出し可能になっている。
即ち、本実施形態の電解セル２は、前記整流器３の下方において固定された第１の状態と、前後にスライド可能となる第２の状態とに切り替え可能に配されており、前記台２１とともに前方にスライド移動させて点検作業ができるようになっている。
該電解セル２は、点検作業を容易に実施し得るように前記筐体１の開口部１ｘとなっている前方に向かって移動する際に遮るものが無いように配されている。
そして、本実施形態の水素ガス製造設備１００は、筐体２に収容されている他の装置類に対してもメンテナンス性を考慮した配置がなされている。
【００２０】
具体的には、前記筐体本体１１０の内部では、前記整流器３、前記制御盤４、及び、前記ガス検知器１６が相対的に上方に配され、前記電解セル２、前記ポンプ７、前記フィルター９、前記ポリッシャー１０、及び、前記除湿器１４が相対的に下方に配されており、且つ、該下方に配されたものの内、前記電解セル２、前記フィルター９、及び、前記ポリッシャー１０は相対的に前方に配され、前記ポンプ７、及び、前記除湿器１４は相対的に後方に配されている。
【００２１】
水素ガス製造設備１００は、前扉１２０を開けた際に前記整流器３と前記制御盤４とに直接アクセスできるように構成されている。
本実施形態の前記制御盤４は、水素ガス製造設備１００の一日の運転開始時刻や運転終了時刻を設定したり、電解セル２での電気分解に先だってポンプ７による水の循環を開始させるタイミングを設定したり、水素ガスの消費量などに基づく電解セル２の運転状況を調整したりするためのプログラミングがされたシーケンサを有しており、プログラミングを変更する必要が生じたときに前扉１２０を開けて操作することが容易な位置に配されている。
また、水素ガス製造設備１００は、前扉１２０を開けるだけで前記フィルター９や前記ポリッシャー１０に対しても直接アクセスできるように構成されている。
即ち、前記電解セル２が筐体１の開口部１ｘとなっている前方に向かって移動するのに遮るものが無いように配されているのと同様に内部のろ材の交換頻度が高いフィルター９も前方に遮るものが無いように配されている。
また、内部のイオン交換樹脂の交換頻度が高いポリッシャー１０も同様に配されており、前方への移動において他の装置類によって移動が妨げられないように配されている。
このようなメンテナンス性をさらに向上させるべく、純水の流通経路やガスの流通経路を構成する配管の少なくとも一部は、コルゲート管のような可とう性を有する管材で構成させてもよい。
【００２２】
本実施形態の水素ガス製造設備１００は、上記のようにメンテナンス性に優れるとともに何等かの異常が生じた際にいち早く検知し得るように構成されている。
以下にこの点について詳述する。
【００２３】
本実施形態の水素ガス製造設備１００は、前記電線として、前記陰極に接続された陰極用電線Ｃ１と、前記陽極に接続された陽極用電線Ｃ２とを有し、前記陰極に対して互いに並列となるように接続された第１陰極用電線Ｃ１１と第２陰極用電線Ｃ１２とを含む複数の前記陰極用電線Ｃ１と、前記陽極に対して互いに並列となるように接続された第１陽極用電線Ｃ２１と第２陽極用電線Ｃ２２とを含む複数の前記陽極用電線Ｃ２と、が備えられている。
【００２４】
本実施形態の水素ガス製造設備１００は、前記電解セル２によって前記電気分解が行われる際に、前記第１陰極用電線Ｃ１１、前記第２陰極用電線Ｃ１２、前記第１陽極用電線Ｃ２１、及び、前記第２陽極用電線Ｃ２２のそれぞれの電線に対して、理論的に流れるべき電流値と実際に流れる電流値との乖離状況を監視する監視装置Ａが備えられている。
前記監視装置Ａは、上記のように各電線（Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２）を実際に流れる電流値と、理論的に流れるべき電流値との差を監視するという第１の機能とは別の第２の機能を有するものであってもよい。
より詳しくは、前記監視装置Ａは、前記電解セル２によって前記電気分解が行われる際に、前記第１陰極用電線Ｃ１１に流れる電流値と前記第２陰極用電線Ｃ１２に流れる電流値との差である陰極側電流値差、及び、前記第１陽極用電線Ｃ２１に流れる電流値と前記第２陽極用電線Ｃ２２に流れる電流値との差である陽極側電流値差、の少なくとも一方を監視するという第２の機能を有するものであってもよい。
即ち、前記監視装置Ａは、第１の機能と第２の機能との内、少なくとも、一方の機能を有していればよい。
前記監視装置Ａは、第１の機能と第２の機能との両方の機能を有していることが好ましい。
前記監視装置Ａは、前記第２の機能を有する場合、陰極側電流値差と陽極側電流値差との両方を監視する機能を有していることが好ましい。
【００２５】
本実施形態での前記監視装置Ａは、上記のような機能を発揮させるべく、各電線（Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２）を流れる電流値を測定するための４つの電流計Ａ１と、該電流計Ａ１で得られた電流値に基づいて各種制御を行う制御器Ａ２とを備えている。
即ち、前記制御器Ａ２では、各電線（Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２）に実際に流れる電流値と理論的に流れるべき電流値との差がモニタリングされるとともに陰極側電流値差、及び、陽極側電流値差がモニタリングされる。
尚、本実施形態において用いられる電流計としては、非接触型のものが好ましく、ホール素子を備えたクランプメータなどが好適である。
【００２６】
本実施形態における前記監視装置Ａは、前記陰極側電流値差及び前記陽極側電流値差の内の少なくとも一方に対し、前記電気分解が行われる際に計測されるべき理論値とは乖離した設定値を設定できるように構成されており、且つ、前記陰極側電流値差及び前記陽極側電流値差の内の少なくとも一方が前記設定値に達した際に前記制御器Ａ２から警告信号を発するように構成されている。
【００２７】
本実施形態における前記監視装置Ａは、前記設定値を第１段設定値として設定でき、且つ、該第１段設定値よりも前記理論値と乖離した第２段設定値を設定できるように構成されており、前記陰極側電流値差及び前記陽極側電流値差の内の少なくとも一方が前記第２段設定値に達した際に前記電解セル２への電力供給を停止する停止信号を前記制御器Ａ２から発するように構成されている。
【００２８】
本実施形態における前記監視装置Ａは、各電線（Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２）に流れる電流値についても、理論的に流れるべき電流値とは乖離した第１段設定値を各電線ごとに設定できるように構成されており、且つ、各電線（Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２）の内の１つの電線の電流値が第１段設定値に達した際に前記制御器Ａ２から警告信号を発するように構成されている。
【００２９】
本実施形態における前記監視装置Ａは、各電線（Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２）に流れる電流値についても、前記第１段設定値と、該第１段設定値よりも前記理論電流値と乖離した第２段設定値とを各電線ごとに設定できるように構成されており、且つ、各電線（Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２）の内の１つの電線の電流値が第２段設定値に達した際に前記電解セル２への電力供給を停止する停止信号を前記制御器Ａ２から発するように構成されている。
【００３０】
尚、各電線（Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２）に流れるべき理論的な電流値は、通常、整流器３の陰極から、陰極用電線Ｃ１、電解セル２、及び、陽極用電線Ｃ２を通って整流器３の陽極へと至る経路の全体の電気抵抗値（Ｒ0）と整流器３によって陽極−陰極間に印加される電圧（Ｖ）とによって求められる総電流値（Ｉ0＝Ｖ／Ｒ0）に基づいて求めることができる。
即ち、陰極用電線Ｃ１では、前記第１陰極用電線Ｃ１１の電気抵抗値を「Ｒ11」、前記第１陰極用電線Ｃ１１の理論電流値を「Ｉi11」、前記第２陰極用電線Ｃ１２の電気抵抗値を「Ｒ12」、前記第２陰極用電線Ｃ１２の理論電流値を「Ｉi12」とした場合、第１陰極用電線Ｃ１１と第２陰極用電線Ｃ１２の長さが同等であれば、それぞれの電気抵抗値も同等なので、これらの間には次の関係が成り立つ。
Ｒ11×Ｉi11  ＝  Ｒ12×Ｉi12  ・・・・（１）
Ｉi11＋Ｉi12  ＝  Ｉ0  ・・・・（２） 
同様に、前記第１陽極用電線Ｃ２１の電気抵抗値を「Ｒ21」、前記第１陽極用電線Ｃ２１の理論電流値を「Ｉi21」、前記第２陽極用電線Ｃ２２の電気抵抗値を「Ｒ22」、前記第２陽極用電線Ｃ２２の理論電流値を「Ｉi22」とした場合、第１陽極用電線Ｃ２１と第２陽極用電線Ｃ２２に異常がなく、各電線の長さが同等であれば、それぞれの電気抵抗値も同等なので、これらの間には次の関係が成り立つ。
Ｒ21×Ｉi21  ＝  Ｒ22×Ｉi22  ・・・・（３）
Ｉi21＋Ｉi22  ＝  Ｉ0  ・・・・（４） 
【００３１】
ここで前記第１陰極用電線Ｃ１１にキンクが生じたり、端子部における屈曲などで素線が何本か断線したりして前記第１陰極用電線Ｃ１１の電気抵抗値が「Ｒ’11（＝Ｒ11＋ΔＲ）」に変化したとすると、全体的な電気抵抗値が上がり、総電流値は低下する。
そして、第１陰極用電線Ｃ１１の抵抗値が変化した後の第１陰極用電線Ｃ１１、第２陰極用電線Ｃ１２、第１陽極用電線Ｃ２１、及び、第２陽極用電線Ｃ２２のそれぞれの電流値を「Ｉr11」、「Ｉr12」、「Ｉr21」、及び、「Ｉr22」とすると、それぞれの変化は下記のようになる。
第１陰極用電線Ｃ１１  ：  「Ｉr11」＜＜「Ｉi11」
第２陰極用電線Ｃ１２  ：  「Ｉr12」＞＞「Ｉi12」
第１陽極用電線Ｃ２１  ：  「Ｉr21」 ＜ 「Ｉi21」
第２陽極用電線Ｃ２２  ：  「Ｉr22」 ＜ 「Ｉi22」

【００３２】
尚、第１陰極用電線Ｃ１１の抵抗値の変化が僅かであれば、陽極用電線Ｃ２における電流値の変化も小さくなるとみられる。
この場合、陰極側電流値差（ΔＩ1）は、「Ｉi11−Ｉi12」から「Ｉr11−Ｉr12」へと大きく変化するのに対し、陽極側電流値差（ΔＩ2）の変化は小さい。
具体的には、第１陰極用電線Ｃ１１の抵抗値が変化した事で総電流値が「Ｉ0」から「Ｉ’0」に変化したとすると変化後の陽極用電線Ｃ２のそれぞれの電流値は、元の電流値に「Ｉ’0/Ｉ0」を乗じた値となる。
即ち、陽極側電流値差（ΔＩ2）は、「Ｉ’0/Ｉ0」倍に変化するだけである。
このとき、第１陽極用電線Ｃ２１と第２陽極用電線Ｃ２２との電気抵抗値が殆ど同じ値で陽極側電流値差（ΔＩ2）が実質的にゼロであれば、第１陰極用電線Ｃ１１の抵抗値が変化したとしても陽極側電流値差はゼロのままである。
【００３３】
上記のような事態とは別に、第１陰極用電線Ｃ１１の絶縁被覆に傷付きが生じるなどして、僅かな漏電が生じた場合、第１陰極用電線Ｃ１１以外の電線を流れる電流値は実質的に変化しないが、第１陰極用電線Ｃ１１にセットされた電流計により測定される電流値が増大する分だけ総電流値は、値が増大する。
また、陽極側電流値差（ΔＩ2）は、変化しないが、陰極側電流値差（ΔＩ1）は、変化することになる。
【００３４】
このようにして、総電流値の変化などから断線や漏電といった異常のモードをある程度把握することができ、理論的な電流値と実際の電流値との乖離状況などによってどの電線に異常が生じているかを把握することができる。
また、陰極側電流値差や陽極側電流値差についても理論値との乖離状況を把握することでどの電線に異常が生じているかを把握することができる。
【００３５】
ここで、電解セル２への給電は、一般的な電気機器に比べて低電圧で高電流なものとなっているため、僅かな抵抗値の変化であっても測定誤差と呼べるレベルを超えた電流値の変化を観測することができる。
即ち、本実施形態の水素ガス製造設備１００では、一般的な電線の使用状況から考えると無視できるような僅かな劣化でも、いち早く見つけることができ、問題が顕在化する前に電線を取り替えるなどして問題が発生することを未然に防ぐことができる。
【００３６】
尚、本実施形態の水素ガス製造設備１００では、電線の異常検知にダブルチェックを加える意味において、電解セル２の端子の温度を測定する測温体がさらに備えられている。
本実施形態の水素ガス製造設備１００の前記電解セル２には、図３に示すように前記第１陰極用電線Ｃ１１が接続される第１陰極端子Ｔ１１と、前記第２陰極用電線Ｃ１２が接続される第２陰極端子Ｔ１２と、前記第１陽極用電線Ｃ２１が接続される第１陽極端子Ｔ２１と、前記第２陽極用電線Ｃ２２が接続される第２陽極端子Ｔ２２と、が備えられている。
本実施形態の水素ガス製造設備１００は、前記第１陰極端子Ｔ１１、前記第２陰極端子Ｔ１２、前記第１陽極端子Ｔ２１、及び、前記第２陽極端子Ｔ２２のそれぞれの温度を測定する測温体が備えられている。
該測温体としては、例えば、熱電対、白金測温抵抗体、サーミスタなどが挙げられる。
前記測温体は、サーモラベルなどと称される温度によって色調が変化するラベルであってもよい。
また、前記測温体としては、サーモグラフのような非接触式のものであってもよく赤外線センサーなどを利用したものであってもよい。
【００３７】
本実施形態の水素ガス製造設備１００は、前記第１陰極端子Ｔ１１と、前記第２陰極端子Ｔ１２と、が電解セル２の中心部を間に挟んで対向する位置にそれぞれ設けられている。
また、前記第１陽極端子Ｔ２１と、前記第２陽極端子Ｔ２２と、が電解セル２の中心部を間に挟んで対向する位置にそれぞれ設けられている。
前記のように第１陰極用電線Ｃ１１の素線が断線し、該第１陰極用電線Ｃ１１の導体抵抗が増大したとすると、電線の電流値が変化する。
特に、陰極用電線Ｃ１においては、第１陰極用電線Ｃ１１と第２陰極用電線Ｃ１２に流れる電流値に偏りが生じる。
そのため、端子部におけるジュール熱による発熱状況も変化を生じる。
そして、本実施形態においてはこのようにして生じる端子の温度変化からも電線の異常を検知することができる。
即ち、上記のような状況下では、第１陰極端子Ｔ１１の温度が低下して第２陰極端子Ｔ１２の温度が上昇することになるため、第１陰極端子Ｔ１１の温度低下から第１陰極用電線Ｃ１１に異常が生じたことを検知することができる。
本実施形態においては、前記第１陰極端子Ｔ１１と、前記第２陰極端子Ｔ１２とが互いに離れた位置にそれぞれ設けられているため、熱伝達によって温度差が低下することが防止され得る。
前記第１陰極用電線Ｃ１１とは別の電線において異常が生じた場合においても上記と同様の現象が起きるため、異常が生じたと思われる電線と異常のモードとが特定され得る。
ここでは、電線の本数として、陰極用が２本、陽極用が２本の事例を挙げているが、水素ガス製造設備の仕様に応じて、電線の本数を増減させることができる。
【００３８】
本実施形態の電解セル２は、前記のように筐体１に収容されるため、設置スペースが過大なものとならないことが好ましい。
そこで、本実施形態の電解セル２は、第１陰極端子Ｔ１１と第２陰極端子Ｔ１２とを結ぶ線分Ｌ１と、第１陽極端子Ｔ２１と第２陽極端子Ｔ２２とを結ぶ線分Ｌ２とがなす角度θが９０度未満（例えば、３０度〜６０度）になるように構成されている。
即ち、本実施形態の電解セル２は、外向きに突出する端子が前後左右の全ての方向に突出した状態にならないように構成されており、筐体内での設置スペースが過大にならないように構成されている。
【００３９】
尚、本実施形態の水素ガス製造設備１００では、前記ガス検知器１６が前記電解セル２からの水素ガスのリークを感度よく検知し得るように配されている。
本実施形態における前記整流器３は、冷却ファンを備えた強制空冷式整流器であり、前記冷却ファンは、前記整流器３の内部に吸引される空気による第１の気流Ｗ１と、前記整流器３から排出される空気による第２の気流Ｗ２とを形成すべく配され、前記整流器３が  、前記電解セル２の上方に配されており、前記第１の気流Ｗ１及び前記第２の気流Ｗ２の内の少なくとも一方の気流が通過する位置に水素ガスを検知するための前記ガス検知器１６が設けられている。
より詳しくは、本実施形態における前記整流器３は、全波整流を行うように構成された回路基板と、該回路基板を覆うカバーとを有し、前記回路基板に備えられた半導体素子からの発熱を外部に排出するための冷却ファン（以下「排気ファン」ともいう）を備えている。
前記カバーは前記奥壁１１２と平行するように設けられた回路基板との間に一定の距離を設けて回路基板よりも前方に配され、前記回路基板の前面側と両側面との３方を覆うように配されている。
前記整流器３は、前記回路基板の上方側と下方側とに開口を有し、下方に吸気口を有するとともに上部に排気口を有しており、該排気口に前記排気ファンが装着されている。
【００４０】
上記のように前記整流器３は、内部を上昇気流となって空気が通過するように構成されており、前記第１の気流Ｗ１を当該整流器３よりも下方から前記排気ファンへと至る区間に形成させるとともに前記第２の気流Ｗ２を前記排気ファンから当該整流器３よりも上方の区間に形成し得るように構成されている。
このことにより、前記整流器３の内部には煙突効果によって加勢された上昇気流が形成され前記半導体素子が発する熱が素早く取り除かれる環境が形成されている。
しかも、この気流は、電解セル２の上方の空気を吸引することによって形成されるものである。
この前記第１の気流Ｗ１や前記第２の気流Ｗ２は、電解セル２の上部の空気を排気ファンで捕集することによって形成されるため、これらの気流が通過する位置に前記ガス検知器１６が設けられることで電解セル２から水素ガスが漏えいした際に感度良く水素ガスを検知することができる。
【００４１】
前記ガス検知器１６は、内蔵する水素ガスセンサーが、熱線型半導体タイプのものでも、気体熱伝導タイプのものでも、接触燃焼タイプのものでもよい。
これらの中では感度に優れる点で熱線型半導体タイプのものが好ましい。
前記ガス検知器１６は、吸気側となる整流器３の下方に配されても、排気側となる整流器３の上方に配されてもよく、要すれば、整流器３に内蔵されるように配されてもよい。
前記ガス検知器１６は、吸気側に配された方が、排気側に配されるよりも水素ガスの漏えいを早期に検知することができる。
その一方で、前記のような水素ガスセンサーは、センサー部の温度を２００℃以上の高温に維持しなければならないものが多く、センサー部の温度を適切な温度に維持させ易いという意味においては吸気側よりも温度の高い空気が排出される排気側に配置されることが好ましい。
【００４２】
本実施形態における前記筐体１は、ルーバーやスリットなどによって内外を連通する１以上の連通箇所が設けられていてもよいが、この連通箇所から誘引された外気が前記第１の気流Ｗ１や前記第２の気流Ｗ２に混入するとガス検知器１６による検知感度を鈍化させるおそれがある。
従って、第１の側壁１１１ｃにルーバーやスリットなどの通気口が形成されているような場合は、このような連通箇所を閉塞部材を使って閉塞させることが好ましく、例えば、アルミテープなどの閉塞部材で目張りを施すことが好ましい。
また、本実施形態における前記筐体１は、枠体１１１や奥壁１１２などの複数の部材で構成されているため、必要に応じて奥壁１１２を取り外して後方側から内部の点検を行うことが可能であるが、その分、枠体１１１と奥壁１１２との間に隙間ができて連通箇所が形成されるおそれがある。
そのため、第１の側壁１１１ｃと奥壁１１２との間に隙間が形成されているような場合も上記と同じ理由からアルミテープなどの閉塞部材を使って当該連通箇所（隙間）を閉塞させることが好ましい。
即ち、本実施形態の水素ガス製造設備は、前記内外を連通する１以上の連通箇所が前記筐体１に設けられていてもよいが、その場合は、前記連通箇所を閉塞する閉塞部材を更に備えさせ、前記ガス検知器１６の周囲における前記連通箇所の１以上を前記閉塞部材で閉塞させることが好ましい。
前記閉塞部材での連通箇所の閉塞は、少なくとも前記電解セル２から前記整流器３の吸気口までの間に設けられた連通箇所に対して実施されることが好ましい。
なお、ここでは例えば電解セル２の上方に純水タンク６が配置されているが、配置位置は逆になっても良い。また、今回のように垂直方向の配置でなくても、例えば水平方向の配置であっても良い。その他の機器についても、配置位置は上記例示に限定されるものではない。
【００４３】
本実施形態に係る水素ガス製造設備１００は、前記監視装置Ａや前記測温体については、当該水素ガス製造設備１００の運転を停止するレベルよりも低いレベルでの異常が検知された際に警告信号が発せられるように設定されるが前記ガス検知器１６によって水素ガスが検知された場合には、直ちに運転を停止して点検を行うことが好ましい。
尚、前記監視装置Ａや前記測温体での異常検知については、警告信号レベルでは経過状況を観察し、停止信号レベルに発展しないようであれば、水素ガス製造設備１００の一日の運転が終了した後に点検することができる。
このことにより、本実施形態に係る水素ガス製造設備１００では、予定外の運転停止が生じることを抑制し得る。
【００４４】
尚、電線については、連続的に流すことができる許容電流値が定められており、一般社団法人日本電線工業会によって定められた規格であるＪＣＳ ０１６８−1：２００４「３３ｋＶ以下電力ケーブルの許容電流計算  第１部：計算式および定数」によって許容電流値が定められている。
例えば、同規格の考え方が反映された内線規程などでは、公称断面積６０ｍｍ２（２ｍｍ×１９本）のより線を導体として備えた一般的なＩＶ線であれば周囲温度３０℃以下での許容電流値が２１７Ａなどに定められたりしている。
本実施形態における水素ガス製造設備も、陰極用電線や陽極用電線の個々の電線を流れる電流が当該許容電流値内となるように運転されることが好ましい。
従って、本実施形態における水素ガス製造設備は、１以上の電線に「許容電流値×１２０％」以上の電流が流れた際に警報（軽故障）を発報し、「許容電流値×１３０％」以上の電流が流れた際に重故障を発報して電解セルへの通電を即座に停止するよう構成されていることが好ましい。
【００４５】
また、本実施形態においては、複数の陰極用電線や複数の陽極用電線を、少なくとも一方において、長さや導体径を揃えることで流れる電流値が互いに共通する状態（例えば、電流値の差が１％以下）となるようにし、本来電流値が共通するはずである電線の間で電流値の差が生じたときに警報を発生させることが好ましい。
例えば、電流値の差が生じて低い側の電流値（ＩＬ）と高い側の電流値（ＩＨ）とが下記関係式（５）を満たすときに警報（軽故障）を発報させることが好ましい。
ＩＬ×１１０％  ≦  ＩＨ  ≦  ＩＬ×１５０％  ・・・（５）
そして、本実施形態における水素ガス製造設備は、関係式（５）を満たす状態が１０秒以上継続する場合には重故障を発報し、電解セルへの通電を即座に安全停止するよう構成されていることが好ましい。
また、本実施形態における水素ガス製造設備は、高い側の電流値（ＩＨ）が低い側の電流値（ＩＬ）の１．５倍を超えるようなとき（ＩＬ×１５０％＜ＩＨ）にも重故障を発報し、電解セルへの通電を即座に安全停止するよう構成されていることが好ましい。
【００４６】
さらに本実施形態における水素ガス製造設備は、前記測温体によって測定される端子の温度に一定以上の開きが生じた際に警報を発生するように構成されていることが好ましい。
具体的には、本実施形態における水素ガス製造設備は、複数の陰極端子及び複数の陽極端子の内の少なくとも一方において、端子間の温度差が２０℃以上に達すると警報（軽故障）を発報し、３０℃以上に達すれば重故障を発報し、電解セルへの通電を即座に安全停止するよう構成されていることが好ましい。
また、本実施形態における水素ガス製造設備は、各端子の少なくとも１箇所の温度が、例えば６０℃以上になった際に軽故障を発報し、７５℃以上になった際に重故障を発報し、電解セルへの通電を即座に安全停止するよう構成されていることが好ましい。
【００４７】
尚、ここではこれ以上の詳述を行わないが、水素ガス製造設備に係る技術事項で、従来公知の事項については、本発明の効果が著しく損なわれない範囲において本発明に採用が可能である。
即ち、本発明の水素ガス製造設備は、上記例示に何等限定されるものではなく、本発明の効果が著しく損なわれない範囲において上記例示に対して各種変更を加え得るものである。
【符号の説明】
【００４８】
１     筐体
２     電解セル
３     整流器
４     制御盤
５     純水製造装置
６     純水タンク
７     ポンプ
８     気液分離装置
９     フィルター
１０   ポリッシャー
１１   配管
１２   熱交換器
１３   気液分離装置
１４   除湿器
１５   流量計
１６   ガス検知器
２１   台
１００ 水素ガス製造設備
１１０ 筐体本体
１３０ キャスター
Ａ     監視装置
Ａ１   電流計
Ｃ１   陰極用電線
Ｃ１１ 第１陰極用電線
Ｃ１２ 第２陰極用電線
Ｃ２   陽極用電線
Ｃ２１ 第１陽極用電線
Ｃ２２ 第２陽極用電線
Ｔ１１ 第１陰極端子
Ｔ１２ 第２陰極端子
Ｔ２１ 第１陽極端子
Ｔ２２ 第２陽極端子
Ｗ１   気流
Ｗ２   気流
【図１】
2019163522.tif 000003
【図２】
2019163522.tif 000004
【図３】
2019163522.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成30年5月24日(2018.5.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極と陽極とを有し、水を電気分解して陰極側に水素ガスを発生させる電解セルと、
前記電気分解のための電力を前記電解セルに供給するための電線とが備えられている水素ガス製造設備であって、
前記電線として、前記陰極に接続された陰極用電線と、前記陽極に接続された陽極用電線とを有し、
前記陰極用電線として、前記陰極に対して互いに並列となるように接続された第１陰極用電線と第２陰極用電線とを有し、
前記陽極用電線として、前記陽極に対して互いに並列となるように接続された第１陽極用電線と第２陽極用電線とを有し、
前記電解セルによって前記電気分解が行われる際に、前記第１陰極用電線に流れる電流値と前記第２陰極用電線に流れる電流値との差である陰極側電流値差、及び、前記第１陽極用電線に流れる電流値と前記第２陽極用電線に流れる電流値との差である陽極側電流値差、の少なくとも一方を監視する監視装置が備えられている水素ガス製造設備。
【請求項２】
前記監視装置は、前記陰極側電流値差及び前記陽極側電流値差の内の少なくとも一方に対し、前記電気分解が行われる際に計測されるべき理論値とは乖離した設定値を設定できるように構成されており、且つ、前記陰極側電流値差及び前記陽極側電流値差の内の少なくとも一方が前記設定値に達した際に警告信号を発するように構成されている請求項１記載の水素ガス製造設備。
【請求項３】
前記監視装置は、前記設定値を第１段設定値として設定でき、且つ、該第１段設定値よりも前記理論値と乖離した第２段設定値をさらに設定できるように構成されており、
前記陰極側電流値差及び前記陽極側電流値差の内の少なくとも一方が前記第２段設定値に達した際に前記電解セルへの電力供給を停止する停止信号を発するように構成されている請求項２記載の水素ガス製造設備。
【請求項４】
陰極と陽極とを有し、水を電気分解して陰極側に水素ガスを発生させる電解セルと、
前記電気分解のための電力を前記電解セルに供給するための電線とが備えられている水素ガス製造設備であって、
前記電線として、前記陰極に接続された陰極用電線と、前記陽極に接続された陽極用電線とを有し、
前記陰極用電線として、前記陰極に対して互いに並列となるように接続された第１陰極用電線と第２陰極用電線とを有し、
前記陽極用電線として、前記陽極に対して互いに並列となるように接続された第１陽極用電線と第２陽極用電線とを有し、
前記電解セルによって前記電気分解が行われる際に、前記第１陰極用電線、前記第２陰極用電線、前記第１陽極用電線、及び、前記第２陽極用電線のそれぞれの前記電線に対して、理論的に流れるべき電流値と実際に流れる電流値との乖離状況を監視する監視装置が備えられている水素ガス製造設備。
【請求項５】
前記電解セルには、
前記第１陰極用電線が接続される第１陰極端子と、
前記第２陰極用電線が接続される第２陰極端子と、
前記第１陽極用電線が接続される第１陽極端子と、
前記第２陽極用電線が接続される第２陽極端子と、が備えられており、
前記第１陰極端子、前記第２陰極端子、前記第１陽極端子、及び、前記第２陽極端子の温度を測定する測温体がさらに備えられている請求項１乃至４の何れか１項に記載の水素ガス製造設備。