(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水電解セルを含む水電解装置と、
前記水電解装置で生成された水素含有ガスを昇圧する電気化学式水素ポンプと、
前記水電解装置で生成された水素含有ガスを前記電気化学式水素ポンプに供給するガス流路と、
前記水電解セルの排熱を回収した液体の第１熱媒体が流れる第１流路と、を備え、
前記電気化学式水素ポンプは、前記水電解セルの排熱を回収した後の前記第１熱媒体と熱交換可能に構成されている、水素システム。
【請求項２】
前記第１流路は、前記第１熱媒体が前記水電解セル及び前記電気化学式水素ポンプそれぞれと熱交換するように配設され、前記第１熱媒体は、前記水電解セルの排熱を回収した後、前記電気化学式水素ポンプと熱交換する、請求項１に記載の水素システム。
【請求項３】
前記第１熱媒体は、前記水電解装置に供給される水電解用の液水である、請求項１または２に記載の水素システム。
【請求項４】
前記第１熱媒体は、前記水電解セルを冷却する冷却液であり、前記冷却液は、前記水電解装置に供給される水電解用の液水とは異なる、請求項１または２に記載の水素システム。
【請求項５】
前記ガス流路に設けられた、気液分離器を備え、前記第１熱媒体は、前記気液分離器で水素含有ガスから分離された液水であり、前記第１流路の一端は、前記気液分離器内の液水が溜まる貯留部に接続される、請求項１または２に記載の水素システム。
【請求項６】
前記水電解セルの排熱を回収した前記第１熱媒体を、前記電気化学式水素ポンプと熱交換するまでの間に冷却する第１冷却器を備える、請求項２−５のいずれか１項に記載の水素システム。
【請求項７】
前記電気化学式水素ポンプに含まれる電気化学セルの温度が上昇すると、前記第１冷却器の冷却量を増加させる制御器を備える、請求項６に記載の水素システム。
【請求項８】
前記気液分離器よりも上流の前記ガス流路を流れる水素含有ガスまたは前記気液分離器内を流れる水素含有ガスを冷却する第２冷却器を備える、請求項５に記載の水素システム。
【請求項９】
前記電気化学式水素ポンプに含まれる電気化学セルの温度が上昇すると、前記第２冷却器の冷却量を増加させる制御器を備える、請求項８に記載の水素システム。
【請求項１０】
前記水電解セルの排熱を回収した前記第１熱媒体を、前記電気化学式水素ポンプと熱交換するまでの間に冷却する第１冷却器と、前記第１流路から分岐して前記第１冷却器を経由した後、前記第１流路に合流する第１分岐路と、前記第１分岐路へ流れる前記第１熱媒体の流量を制御する第１流量制御器と、を備える、請求項１−５のいずれか１項に記載の水素システム。
【請求項１１】
前記電気化学式水素ポンプに含まれる電気化学セルの温度が上昇すると、前記第１流量制御器を制御して、前記第１分岐路に流れる前記第１熱媒体の流量を増加させる制御器を備える、請求項１０に記載の水素システム。
【請求項１２】
前記気液分離器よりも上流の前記ガス流路から分岐して、前記分岐した箇所よりも下流かつ前記気液分離器よりも上流で前記ガス流路と合流するガス分岐路と、前記ガス分岐路を流れる水素含有ガスを冷却する第２冷却器と、前記ガス分岐路へ流れる水素含有ガスの流量を制御するガス流量制御器と、を備える、請求項５に記載の水素システム。
【請求項１３】
前記電気化学式水素ポンプに含まれる電気化学セルの温度が上昇すると、前記ガス流量制御器を制御して、前記ガス分岐路に流れる前記水素含有ガスの流量を増加させる制御器を備える、請求項１２に記載の水素システム。
【請求項１４】
前記第１流路より分岐して、前記水電解装置へ戻る還流路と、前記還流路への第１熱媒体の流量を制御する還流量制御器と、前記還流量制御器を制御する制御器と、を備える、請求項２−５のいずれか１項に記載の水素システム。
【請求項１５】
前記水電解装置が水電解を実行中で、かつ前記電気化学式水素ポンプの起動前であるとき、前記制御器は、前記還流量制御器を制御して、前記還流路の分岐箇所よりも下流の前記第１流路を流れる第１熱媒体の流量よりも、前記還流路を流れる第１熱媒体の流量を大きくする、請求項１４に記載の水素システム。
【請求項１６】
前記水電解装置が水電解を実行中で、かつ前記電気化学式水素ポンプが起動されると、前記制御器は、前記還流量制御器を制御して、前記還流路の分岐箇所よりも下流の前記第１流路を流れる第１熱媒体の流量を、前記還流路を流れる第１熱媒体の流量よりも大きくする、請求項１４または１５記載の水素システム。
【請求項１７】
前記制御器は、前記電気化学式水素ポンプに含まれる電気化学セルの温度が上昇すると、前記還流量制御器を制御して、前記還流路を流れる第１熱媒体の流量を増加させる、請求項１４または１５に記載の水素システム。
【請求項１８】
前記還流路を流れる第１熱媒体を冷却する第３冷却器を備える、請求項１４−１７のいずれか１項に記載の水素システム。
【請求項１９】
前記水電解セルの排熱を回収した前記第１熱媒体を、前記電気化学式水素ポンプと熱交換するまでの間に冷却する第１冷却器を備え、前記還流路は、前記第１冷却器よりも下流の前記第１流路より分岐する、請求項１４−１７のいずれか１項に記載の水素システム。
【請求項２０】
前記第１冷却器は、前記第１熱媒体から回収した熱を貯える第１蓄熱器である、請求項６に記載の水素システム。
【請求項２１】
前記第１流路に前記第１熱媒体を送出する第１送出器を備え、前記電気化学式水素ポンプの起動時に、前記第１送出器の動作を開始させる、請求項１−５のいずれか１項に記載の水素システム。
【請求項２２】
前記第１熱媒体と液体の第２熱媒体が熱交換する熱交換器と、前記熱交換器で熱交換後に前記電気化学式水素ポンプと熱交換する第２熱媒体が流れる第２流路とを備える、請求項１に記載の水素システム。
【請求項２３】
前記熱交換器は、前記第２熱媒体を貯える第２蓄熱器である、請求項２２に記載の水素システム。
【請求項２４】
前記熱交換器は、第３熱媒体を貯える、第３蓄熱器であり、前記第１流路及び前記第２流路は、前記第３熱媒体と熱交換するよう構成されている、請求項２２に記載の水素システム。
【請求項２５】
前記第２流路に設けられ、前記第２熱媒体を送出する第２送出器と、前記電気化学式水素ポンプの起動時に、前記第２送出器の動作を開始させる制御器と、を備える、請求項２２−２４のいずれか１項に記載の水素システム。
【請求項２６】
前記第１熱媒体が前記熱交換器をバイパスするバイパス流路と、
前記バイパス流路を流れる前記第１熱媒体の流量を制御する第２流量制御器と、
前記電気化学式水素ポンプに含まれる電気化学セルの温度が上昇すると、前記第２流量制御器を制御して、前記バイパス流路を流れる前記第１熱媒体の流量を増加させる制御器と、を備える、請求項２２−２５のいずれか１項に記載の水素システム。
【請求項２７】
前記ガス流路上に設けられ、前記水素含有ガスを貯えるタンクを備える、請求項１−２６のいずれか１項に記載の水素システム。
【請求項２８】
前記電気化学式水素ポンプの下流のガス流路に設けられた燃料電池を備える、請求項１−２７のいずれか１項に記載の水素システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は水素システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、石炭および石油などの化石燃料の枯渇、あるいは二酸化炭素による地球温暖化が問題視されている。そこで、化石燃料の依存を抑制するエネルギー社会を目指す取り組みが活発に行われている。このような取り組みの一つとして、以下の水素システムを導入した水素社会が提案されている。すなわち、水素システムでは、水を電気分解することにより水素を生成する。そして、生成した水素（気体）を圧縮することで水素タンクに貯蔵し、貯蔵した水素を燃料電池システムにより電気に変換して電力需要を賄う。この水素システムは、主に水を電気分解する水電解装置と、生成した水素を圧縮する電気化学式水素ポンプと、水素を電気に変換する燃料電池システム等のデバイスシステムとから構成される。【０００３】
上記した水素システムの一例として、再生可能エネルギーで得られた電力を用いて生成された水素を、燃料電池の燃料に活用する発電システムが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。この発電システムは、既存の系統電力に依存せずに、住宅、ビルなどの消費電力の自給自足を可能とする。【０００４】
ところで、水電解スタックのアノードとカソードとの間に設けられた電解質における、プロトン伝導率の向上および電極触媒の活性の観点から、水電解装置は起動時においてはある程度高温とする必要がある。そこで、特許文献１では、水電解スタックでの電気分解に使用される水と燃料電池を冷却させる熱媒体との間で熱交換する水電解システムが提案されている。この水電解システムでは、燃料電池を停止させて水電解システムを起動させるときに、熱媒体と水とを熱交換させることで水の温度を上げて、水電解スタックの加熱を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１６６４７８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】東芝レビュー Ｖｏｌ．７１ Ｎｏ．５ （２０１６）ｐ．３０−３６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来（特許文献１および非特許文献１）では、水素システムにおける、水電解装置と電気化学式水素ポンプとの間における熱利用については十分な検討がされていなかった。【０００８】
本開示は、一例として、従来よりもエネルギー効率の高い水素システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示に係る水素システムの一態様は、上記した課題を解決するために、水電解セルを含む水電解装置と、前記水電解装置で生成された水素含有ガスを昇圧する電気化学式水素ポンプと、前記水電解装置で生成された水素含有ガスを前記電気化学式水素ポンプに供給するガス流路と、前記水電解セルの排熱を回収した液体の第１熱媒体が流れる第１流路と、を備え、前記電気化学式水素ポンプは、前記水電解セルの排熱を回収した後の前記第１熱媒体と熱交換可能に構成されている。
【発明の効果】
【００１０】
本開示は以上に説明したように構成され、従来よりもエネルギー効率を高くできるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本開示の第１実施形態に係る水素システムの一例を模式的に示すブロック図である。
【図２】図２は、本開示の第１実施形態の変形例に係る水素システムの一例を模式的に示すブロック図である。
【図３】図３は、本開示の第２実施形態に係る水素システムの一例を模式的に示すブロック図である。
【図４】図４は、本開示の第２実施形態に係る水素システムにおける第１熱媒体の温度制御に関する構成の一例を模式的に示すブロック図である。
【図５】図５は、本開示の第３実施形態に係る水素システムの一例を模式的に示すブロック図である。
【図６】図６は、本開示の第３実施形態に係る水素システムにおける第１熱媒体の温度制御に関する構成の一例を模式的に示すブロック図である。
【図７】図７は、本開示の第４実施形態に係る水素システムの一例を模式的に示すブロック図である。
【図８】図８は、本開示の第４実施形態に係る水素システムにおける第１熱媒体の温度制御に関する構成の一例を模式的に示すブロック図である。
【図９】図９は、本開示の第５実施形態に係る水素システムの一例を模式的に示すブロック図である。
【図１０】図１０は、本開示の第５実施形態に係る水素システムにおける第１熱媒体の温度制御に関する構成の一例を模式的に示すブロック図である。
【図１１】図１１は、本開示の第６実施形態に係る水素システムの一例を模式的に示すブロック図である。
【図１２】図１２は、本開示の第７実施形態に係る水素システムにおける第１熱媒体の温度制御に関する構成の一例を模式的に示すブロック図である。
【図１３】図１３は、本開示の第７実施形態の変形例に係る水素システムにおける第１熱媒体の温度制御に関する構成の一例を模式的に示すブロック図である。
【図１４】図１４は、本開示の第８実施形態に係る水素システムの一例を模式的に示すブロック図である。
【図１５】図１５は、本開示の第８実施形態に係る水素システムの一例を模式的に示すブロック図である。
【図１６】図１６は、本開示の第９実施形態に係る水素システムにおける熱媒体の温度制御に関する構成の一例を模式的に示すブロック図である。
【図１７】図１７は、本開示の第１０実施形態に係る水素システムの一例を模式的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（本開示の一形態を得るに至った経緯）
例えば、固体高分子電解質膜（以下、電解質膜）による電気化学式水素ポンプでは、アノード側の水素（Ｈ２）をプロトン化して電解質膜を介してカソード側に移動させる。そして、プロトン（Ｈ＋）をカソードで水素（Ｈ２）に戻すことで水素（Ｈ２）が高圧化される。このとき、一般的に、電解質膜は、高温および高加湿の条件（例えば、約６０℃）でプロトン伝導率があがり、電気化学式水素ポンプの水素圧縮動作の効率が向上する。
【００１３】
そこで、複数の膜／電極接合体（ＭＥＡ）を積層させてなる電気化学式水素ポンプスタックは、適宜、熱源により加熱される構成となっており、このため、この熱源に所望のエネルギーを付与する必要がある。特に電気化学式水素ポンプは、起動時において熱源で消費するエネルギー量が増加することを本開示者らは見出した。
【００１４】
また、上記したように水電解装置は、プロトン伝導率の向上および電極触媒の活性の観点から、起動時においてある程度高温とする必要がある。そこで、特許文献１では、水電解装置の起動時において、水電解スタックでの電気分解に使用される水と燃料電池を冷却する熱媒体（冷媒）との間で熱交換し、水電解スタックを加熱する水電解システムが提案されている。
【００１５】
しかしながら、水電解装置では、水電解時において過電圧に起因して熱が発生する。このため、水電解装置を構成する水電解スタックの水電解効率と耐久性との観点から、水電解装置が室温からある程度の温度（例えば、１００℃）まで上昇すると、水電解装置から生じる熱をとり除く必要がある。
【００１６】
そこで、本開示者らは、水電解時において生じた排熱を水電解装置から回収し、電気化学式水素ポンプに与えることで、従来よりもエネルギー効率の高い水素システムを実現できることを見出し、本開示に至った。つまり、水電解装置から回収した排熱を、電気化学式水素ポンプに与える構成とすることで、この排熱を、電気化学式水素ポンプスタックを加熱する熱源として利用できる。また、電気化学式水素ポンプスタックを加熱する熱源として、例えば電気ヒーターが設けられた構成の場合は、電気ヒーターにより電気化学式水素ポンプスタックに与える熱量を低減させることができる。このため、電気ヒーターで消費するエネルギー量を抑制することができる。
【００１７】
なお、特許文献１に開示された水電解システムでは、このような水電解装置と電気化学式水素ポンプとの間における熱利用については考慮されてない。
【００１８】
ここで、本開示の第１の態様に係る水素システムは、水電解セルを含む水電解装置と、前記水電解装置で生成された水素含有ガスを昇圧する電気化学式水素ポンプと、前記水電解装置で生成された水素含有ガスを前記電気化学式水素ポンプに供給するガス流路と、前記水電解セルの排熱を回収した液体の第１熱媒体が流れる第１流路と、を備え、前記電気化学式水素ポンプは、前記水電解セルの排熱を回収した後の前記第１熱媒体と熱交換可能に構成されている。
【００１９】
上記構成によると、電気化学式水素ポンプが水電解セルの排熱を回収した後の第１熱媒体と熱交換可能に構成されているため、水電解セルの排熱を利用して電気化学式水素ポンプを加熱することができる。それゆえ、水素システムにおいて従来よりもエネルギー効率を高めることができる。
【００２０】
また、本開示の第２の態様に係る水素システムは、上記した第１の態様において、前記第１流路は、前記第１熱媒体が前記水電解装置及び前記電気化学式水素ポンプそれぞれと熱交換するよう配設され、前記第１熱媒体は、前記水電解セルの排熱を回収した後、前記電気化学式水素ポンプと熱交換するように構成されていてもよい。
【００２１】
上記構成によると、第１熱媒体が水電解装置及び電気化学式水素ポンプと熱交換するように、第１流路が配設されているため、第１熱媒体によって、水電解セルから排熱を回収し、この回収した排熱を利用して電気化学式水素ポンプを加熱することができる。
【００２２】
また、本開示の第３の態様に係る水素システムは、上記した第１の態様または第２の態様において、第１熱媒体は、前記水電解装置に供給される水電解用の液水であってもよい。
【００２３】
また、本開示の第４の態様に係る水素システムは、上記した第１の態様または第２の態様において、前記第１熱媒体は、前記水電解セルを冷却する冷却液であり、前記冷却液は、前記水電解装置に供給される水電解用の液水とは異なるものであってもよい。
【００２４】
また、本開示の第５の態様に係る水素システムは、上記した第１の態様または第２の態様において、前記ガス流路に設けられた、気液分離器を備え、前記第１熱媒体は、前記気液分離器で水素含有ガスから分離された液水であり、前記第１流路の一端は、前記気液分離器内の液水が溜まる貯留部に接続されていてもよい。
【００２５】
上記構成によると、水素システムには、ガス流路に気液分離器が設けられているので、気液分離器において、水電解装置で生成された水素含有ガスから分離した液水を第１熱媒体として有効に利用することができる。
【００２６】
また、本開示の第６の態様に係る水素システムは、上記した第２の態様から第５の態様のいずれか一つにおいて、前記水電解セルの排熱を回収した前記第１熱媒体を、前記電気化学式水素ポンプと熱交換するまでの間に冷却する第１冷却器を備える構成であってもよい。
【００２７】
上記構成によると、第１冷却器を備えるため、水電解セルで発生した排熱を回収した第１熱媒体を、第１冷却器によって最適な温度まで低下させることができる。そして、最適な温度まで低下させた第１熱媒体と電気化学式水素ポンプとの間で熱交換することができるため、電気化学式水素ポンプが過昇温となることを防ぎつつ、電気化学式水素ポンプを最適な温度となるように加熱することができる。
【００２８】
また、本開示の第７の態様に係る水素システムは、上記した第６の態様において、前記電気化学式水素ポンプに含まれる電気化学セルの温度が上昇すると、前記第１冷却器の冷却量を増加させる制御器を備える構成であってもよい。
【００２９】
上記構成によると、上記の制御器（後述の第１制御器１０）を備えるため、電気化学式水素ポンプから受信した温度の上昇に基づき、制御器により第１冷却器の冷却量を増加させることができる。換言すると、電気化学式水素ポンプに含まれる電気化学セルの温度上昇に応じて、第１熱媒体の温度を低減させることができる。
【００３０】
したがって、電気化学式水素ポンプを高効率で運転するのに最適な温度となるように、第１熱媒体の温度を制御することができる。
【００３１】
また、本開示の第８の態様に係る水素システムは、上記した第５の態様において、前記気液分離器よりも上流の前記ガス流路を流れる水素含有ガスまたは前記気液分離器内を流れる水素含有ガスを冷却する第２冷却器を備える構成であってもよい。
【００３２】
上記構成によると、水素システムには、ガス流路に気液分離器が設けられているので、気液分離器において、水電解装置で生成された水素含有ガスから分離した液水を第１熱媒体として有効に利用することができる。
【００３３】
また、水電解セルで発生した排熱を回収した水素含有ガスを、第２冷却器によって最適な温度まで低下させることができる。そして、最適な温度まで低下させた水素含有ガスと電気化学式水素ポンプとの間で熱交換することができるため、電気化学式水素ポンプが過昇温となることを防ぎつつ、電気化学式水素ポンプを最適な温度となるように加熱することができる。
【００３４】
また、本開示の第９の態様に係る水素システムは、上記した第８の態様において、前記電気化学式水素ポンプに含まれる電気化学セルの温度が上昇すると、前記第２冷却器の冷却量を増加させる制御器を備える構成であってもよい。
【００３５】
上記構成によると、上記の制御器（後述の第２制御器１２）を備えるため、電気化学式水素ポンプから受信した温度の上昇に基づき、制御器により第２冷却器の冷却量を増加させることができる。換言すると、電気化学式水素ポンプに含まれる電気化学セルの温度上昇に応じて、水素含有ガスの温度を所望の値に低減させることができる。
【００３６】
したがって、電気化学式水素ポンプを高効率で運転するのに最適な温度となるように、水素含有ガスの温度を制御することができる。
【００３７】
また、本開示の第１０の態様に係る水素システムは、上記した第１の態様から第５の態様のいずれか一つにおいて、前記水電解セルの排熱を回収した第１熱媒体を、前記電気化学式水素ポンプと熱交換するまでの間に冷却する第１冷却器と、前記第１流路から分岐して前記第１冷却器を経由した後、前記第１流路に合流する第１分岐路と、前記第１分岐路へ流れる前記第１熱媒体の流量を制御する第１流量制御器と、を備えるように構成してもよい。
【００３８】
上記構成によると、第１冷却器により冷却されることなく第１流路を流通する第１熱媒体と、第１流路から分岐して第１分岐路を流通して第１冷却器により冷却された第１熱媒体とが第１流路で合流する構成となっている。このため、電気化学式水素ポンプを高効率で運転するのに最適な温度となるように、第１熱媒体の温度を制御することができる。
【００３９】
また、本開示の第１１の態様に係る水素システムは、上記した第１０の態様において、前記電気化学式水素ポンプに含まれる電気化学セルの温度が上昇すると、前記第１流量制御器を制御して、前記第１分岐路に流れる第１熱媒体の流量を増加させる制御器を備える構成であってもよい。
【００４０】
上記構成によると、上記の制御器（後述の第３制御器１４）を備えるため、電気化学式水素ポンプに含まれる電気化学セルの温度の上昇に応じて、第１分岐路に流れる第１熱媒体の流量を第１流量制御器によって増加させることができる。このため、電気化学式水素ポンプにおける発熱量の増加に応じて、第１冷却器により第１熱媒体の温度を低下させることができる。したがって、電気化学式水素ポンプを高効率で運転するのに最適な温度となるように、第１熱媒体の温度を制御することができる。
【００４１】
また、本開示の第１２の態様に係る水素システムは、上記した第５の態様において、前記気液分離器よりも上流の前記ガス流路から分岐して、前記分岐した箇所よりも下流かつ前記気液分離器よりも上流で前記ガスと合流するガス分岐路と、前記ガス分岐路を流れる水素含有ガスを冷却する第２冷却器と、前記ガス分岐路へ流れる水素含有ガスの流量を制御するガス流量制御器と、を備える構成であってもよい。
【００４２】
上記構成によると、第２冷却器により冷却されることなくガス流路を流通する水素含有ガスと、ガス流路から分岐してガス分岐路を流通して第２冷却器により冷却された水素含有ガスとがガス流路で合流する構成となっている。このため、電気化学式水素ポンプを高効率で運転するのに最適な温度となるように、水素含有ガスの温度を制御することができる。
【００４３】
また、本開示の第１３の態様に係る水素システムは、上記した第１２の態様において、前記電気化学式水素ポンプに含まれる電気化学セルの温度が上昇すると、前記ガス流量制御器を制御して、前記ガス分岐路に流れる前記水素含有ガスの流量を増加させる制御器を備える構成であってもよい。
【００４４】
上記構成によると、制御器（後述の第４制御器１７）を備えるため、電気化学式水素ポンプに含まれる電気化学セルの温度の上昇に応じて、ガス分岐路に流れる水素含有ガスの流量をガス流量制御器によって増加させることができる。このため、電気化学式水素ポンプにおける発熱量の増加に応じて、第２冷却器により水素含有ガスの温度を低下させることができる。したがって、電気化学式水素ポンプを高効率で運転するのに最適な温度となるように、水素含有ガスの温度を制御することができる。
【００４５】
また、本開示の第１４の態様に係る水素システムは、上記した第２の態様から第５の態様のいずれか一つにおいて、前記第１流路より分岐して、前記水電解装置へ戻る還流路と、前記還流路への第１熱媒体の流量を制御する還流量制御器と、前記還流量制御器を制御する制御器と、を備える構成であってもよい。
【００４６】
上記構成によると、上記の制御器（後述の第５制御器２０）を備えるため、電気化学式水素ポンプ及び水電解装置の使用状態に応じて、還流路に流れる第１熱媒体の流量を還流量制御器によって適切に増減させることができる。
【００４７】
また、本開示の第１５の態様に係る水素システムは、上記した第１４の態様において、前記水電解装置が水電解を実行中で、かつ前記電気化学式水素ポンプの起動前であるとき、前記制御器は、前記還流量制御器を制御して、前記還流路の分岐箇所よりも下流の前記第１流路を流れる第１熱媒体の流量よりも、前記還流路を流れる第１熱媒体の流量を大きくしてもよい。
【００４８】
上記構成によると、水電解装置が水電解を実行中であって電気化学式水素ポンプの起動前であるときは、還流量制御器によって、還流路に流れる第１熱媒体の流量を、還流路の分岐箇所よりも下流の第１流路を流れる第１熱媒体の流量に比べて大きくすることで、電気化学式水素ポンプへの無駄な熱供給が抑制される。
【００４９】
また、本開示の第１６の態様に係る水素システムは、上記した第１４の態様または第１５の態様において、前記水電解装置が水電解を実行中で、かつ前記電気化学式水素ポンプが起動されると、前記制御器は、前記還流量制御器を制御して、前記還流路の分岐箇所よりも下流の前記第１流路を流れる第１熱媒体の流量を、前記還流路を流れる第１熱媒体の流量よりも大きくしてもよい。
【００５０】
上記構成によると、水電解装置が水電解を実行中であって電気化学式水素ポンプの起動したときは、還流量制御器によって、還流路の分岐箇所よりも下流の第１流路を流れる第１熱媒体の流量を、還流路に流れる第１熱媒体の流量に比べて大きくすることで、水電解セルの排熱を利用して電気化学式水素ポンプを加熱しやすくなる。
【００５１】
また、本開示の第１７の態様に係る水素システムは、上記した第１４の態様または第１５の態様において、前記制御器は、前記電気化学式水素ポンプに含まれる電気化学セルの温度が上昇すると、前記還流量制御器を制御して、前記還流路を流れる第１熱媒体の流量を増加させてもよい。
【００５２】
上記構成によると、電気化学式水素ポンプにおける発熱量の増加に応じて、還流路に流れる第１熱媒体の流量を増加させることで、還流路に分岐する箇所より下流の第１流路を流れる第１熱媒体による電気化学式水素ポンプの加熱量を低下させることができる。したがって、電気化学式水素ポンプを高効率で運転するのに最適な温度となるように、電気化学式水素ポンプに流入する第１熱媒体の流量を制御することができる。
【００５３】
また、本開示の第１８の態様に係る水素システムは、上記した第１４の態様から第１７の態様のいずれか一つにおいて、前記還流路を流れる第１熱媒体を冷却する第３冷却器を備える構成であってもよい。
【００５４】
上記構成によると、第１熱媒体が還流路を流れるときに、第１熱媒体を第３冷却器によって適切に冷却することができるので、還流路を流れる第１熱媒体の温度制御により、水電解装置の温度を適温に維持することができる。
【００５５】
また、本開示の第１９の態様に係る水素システムは、上記した第１４の態様から第１７の態様のいずれか一つにおいて、前記水電解セルの排熱を回収した前記第１熱媒体を、前記電気化学式水素ポンプと熱交換するまでの間に冷却する第１冷却器を備え、前記還流路は、前記第１冷却器よりも下流の前記第１流路より分岐してもよい。
【００５６】
上記構成によると、第１熱媒体が、還流路の分岐箇所よりも上流の第１流路を流れるときに、第１熱媒体を第１冷却器によって適切に冷却することができる。このため、電気化学式水素ポンプにおける発熱量の増加に応じて、第１冷却器の冷却量を増加させることで、第１熱媒体の温度を低下させることができる。したがって、電気化学式水素ポンプを高効率で運転するのに最適な温度となるように、第１熱媒体の温度を制御することができる。
【００５７】
また、本開示の第２０の態様に係る水素システムは、上記した第６の態様において、前記第１冷却器は、第１熱媒体から回収した熱を貯える第１蓄熱器であってもよい。
【００５８】
上記構成によると、第１熱媒体により水電解装置から回収した排熱を第１蓄熱器に蓄えることができるので、第１蓄熱器からの熱を、必要に応じて適時に、水素システムで利用することができる。
【００５９】
また、本開示の第２１の態様に係る水素システムは、上記した第１の態様から第５の態様のいずれか一つにおいて、前記第１流路に前記第１熱媒体を送出する第１送出器を備え、前記電気化学式水素ポンプの起動時に、前記第１送出器の動作を開始させてもよい。
【００６０】
上記構成によると、第１送出器を備えるため、電気化学式水素ポンプの起動にあわせて第１流路において第１熱媒体を流通させることができる。このため、電気化学式水素ポンプの起動時に、水電解セルの排熱を回収した第１熱媒体の熱を利用して、電気化学式水素ポンプを最適な温度となるように加熱することができる。
【００６１】
また、本開示の第２２の態様に係る水素システムは、上記した第１の態様において、前記第１熱媒体と液体の第２熱媒体が熱交換する熱交換器と、前記熱交換器で熱交換後に、前記電気化学式水素ポンプと熱交換する第２熱媒体が流れる第２流路を備える構成であってもよい。
【００６２】
上記構成によると、第２流路を備えるため、第２熱媒体を介して第１熱媒体により水電解装置から回収した排熱の一部を電気化学式水素ポンプに与えることができる。このため、水電解セルの排熱を利用して電気化学式水素ポンプを加熱することができ、水素システムにおいて従来よりもエネルギー効率を高めることができる。
【００６３】
また、本開示の第２３の態様に係る水素システムは、上記した第２２の態様において、前記熱交換器は、前記第２熱媒体を貯える第２蓄熱器であってもよい。
【００６４】
上記構成によると、水電解セルの排熱を回収した第２熱媒体を第２蓄熱器に蓄えることができるので、第２熱媒体を循環させることで、第２蓄熱器内の第２熱媒体が有する熱を、必要に応じて適時に、電気化学式水素ポンプの加熱に利用することができる。
【００６５】
また、本開示の第２４の態様に係る水素システムは、上記した第２２の態様において、前記熱交換器は、第３熱媒体を貯える、第３蓄熱器であり、前記第１流路及び前記第２流路は、前記第３熱媒体と熱交換するよう構成されていてもよい。
【００６６】
上記構成によると、水電解セルの排熱を回収した第３熱媒体を第３蓄熱器に蓄えることができるので、第３熱媒体を循環させることで、第３蓄熱器内の第３熱媒体が有する熱を、必要に応じて適時に、電気化学式水素ポンプの加熱に利用することができる。
【００６７】
また、本開示の第２５の態様に係る水素システムは、上記した第２２の態様から第２４態様のいずれか一つにおいて、前記第２流路に設けられ、前記第２熱媒体を送出する第２送出器と、前記電気化学式水素ポンプの起動時に、前記第２送出器の動作を開始させる制御器と、を備える構成であってもよい。
【００６８】
上記構成によると、第２送出器および制御器（後述の第６制御器２５）を備えるため、電気化学式水素ポンプの起動にあわせて第２流路において第２熱媒体を流通させることができる。このため、電気化学式水素ポンプの起動時に、第２熱媒体は、第１熱媒体との熱交換により得た熱を利用して電気化学式水素ポンプを最適な温度となるように加熱することができる。このため、電気化学式水素ポンプの昇圧動作時において高効率な運転が可能となる温度まで、電気化学式水素ポンプの温度を上昇させることができる。
【００６９】
また、本開示の第２６の態様に係る水素システムは、上記した第２２の態様から第２５態様のいずれか一つにおいて、前記第１熱媒体が前記熱交換器をバイパスするバイパス流路と、前記バイパス流路を流れる前記第１熱媒体の流量を制御する第２流量制御器と、前記電気化学式水素ポンプに含まれる電気化学セルの温度が上昇すると、前記第２流量制御器を制御して、前記バイパス流路を流れる第１熱媒体の流量を増加させる制御器と、を備える構成としてもよい。
【００７０】
上記構成によると、バイパス流路と第２流量制御器とを備えるため、バイパス流路を流れる第１熱媒体の流量を調整することで第１熱媒体の有する熱量を調整することができる。また、制御器（後述の第６制御器２５）を備えるため、電気化学式水素ポンプに含まれる電気化学セルの温度の上昇に応じて、第２流量制御器によってバイパス流路を流れる第１熱媒体の流量を増加させることができる。つまり、換言すると電気化学式水素ポンプの温度上昇に応じて、第２熱媒体が熱交換器を介して第１熱媒体から得られる熱量を低減させることができる。
【００７１】
したがって、電気化学式水素ポンプの高効率な運転が可能となる温度となるように電気化学式水素ポンプを加熱することができる。
【００７２】
また、本開示の第２７の態様に係る水素システムは、上記した第１の態様から第２６態様のいずれか一つにおいて、ガス流路上に設けられ、水素含有ガスを貯えるタンクを備える構成であってもよい。
【００７３】
上記構成によると、水電解装置で生成された水素含有ガスをタンクに貯えることで、水素含有ガスを、必要に応じて適時に電気化学式水素ポンプに供給することができる。
【００７４】
また、本開示の第２８の態様に係る水素システムは、上記した第１の態様から第２７態様のいずれか一つにおいて、前記電気化学式水素ポンプの下流のガス流路に設けられた燃料電池を備える構成であってもよい。
【００７５】
上記構成によると、電気化学式水素ポンプからの水素含有ガスを用いて、必要に応じて適時に燃料電池で発電することができる。
【００７６】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一または対応する構成部材には同一の参照符号を付してその説明については省略する場合がある。
【００７７】
［第１実施形態］
まず、図１を参照して、本開示の第１実施形態に係る水素システム１００を説明する。図１は、本開示の第１実施形態に係る水素システム１００の一例を模式的に示すブロック図である。図１では、水素システム１００を構成する水電解装置１と、電気化学式水素ポンプ３との間における熱媒体（第１熱媒体）の流れを実線矢印で示しており、水電解装置１により水の電気分解で発生した水素含有ガスの流れを破線矢印で示している。なお、水電解装置１により電気分解される水の流れについては省略している。
【００７８】
水素システム１００は、図１に示すように、水電解セルを含む水電解装置１と、電気化学式水素ポンプ３と、水電解セルの排熱を回収した液体の第１熱媒体が流れる第１流路５と、水電解装置１で生成された水素含有ガスを電気化学式水素ポンプ３に供給するガス流路６と、を備える。
【００７９】
水電解装置１は、複数枚の水電解セルを積層して構成された水電解スタック２を備える。水電解スタック２は、電圧印加器（不図示）から所定の電圧以上の電圧を印加することにより、系外から供給された水を電気分解し、カソードより水素含有ガス、アノードより酸素含有ガスを発生させるデバイスである。なお、水電解装置１において実施される水電解技術は特に限定されるものではなく、例えば、アルカリ水電解、固体高分子水電解、または高温水電解などが例示できる。水電解スタック２は、カソードで発生させた水素含有ガスを、ガス流路６を通じて電気化学式水素ポンプ３に供給する。
【００８０】
電気化学式水素ポンプ３は、水電解装置１で生成された水素含有ガスを昇圧するデバイスである。電気化学式水素ポンプ３は、複数枚の電気化学セルを積層して構成された電気化学式水素ポンプスタック４を備える。例えば、電気化学式水素ポンプ３は、電解質膜による電気化学式の昇圧器であってもよい。この場合、電気化学式水素ポンプスタック４は、電圧印加器（不図示）から電圧印加することにより、水電解スタック２から供給された水素含有ガスの水素（Ｈ２）をプロトン化してアノードから電解質を通じてカソードへ移動させ、プロトン（Ｈ＋）をカソードで水素（Ｈ２）化することで水素含有ガスを圧縮して高圧化する。
【００８１】
なお、電圧印加器は、バッテリ、太陽電池、燃料電池などの直流電源と接続されているときはＤＣ／ＤＣコンバータを備え、商用電源などの交流電源と接続されているときはＡＣ／ＤＣコンバータを備える。また、電圧印加器は、例えば、電気化学式水素ポンプ３に供給する電力が所定の設定値となるように、アノードおよびカソード間に印加する電圧、アノードおよびカソード間を流れる電流を調整可能とする電力型電源であってもよい。
【００８２】
第１流路５は、水電解装置１における水電解セルの排熱を回収する第１熱媒体が流れる流路である。本開示の第１実施形態に係る水素システム１００では、第１流路５は、第１熱媒体が水電解装置１における水電解スタック２及び電気化学式水素ポンプ３における電気化学式水素ポンプスタック４それぞれと熱交換するよう配設されている。そして、第１流路５を流通する第１熱媒体が、水電解装置１における水電解セルの排熱を回収した後、電気化学式水素ポンプ３における電気化学式水素ポンプスタック４と熱交換し、電気化学式水素ポンプスタック４を加熱する。
【００８３】
なお、第１熱媒体と電気化学式水素ポンプスタック４との熱交換は、例えば、第１熱媒体が電気化学式水素ポンプスタック４のセル間を流れ、第１熱媒体と電気化学式水素ポンプスタック４との間で直接的に行ってもよい。また、第１熱媒体とは別の熱媒体を介して、第１熱媒体と電気化学式水素ポンプスタック４とが間接的に熱交換される構成であってもよい。
【００８４】
第１熱媒体は、第１送出器７によって送出され、第１流路５内を流通する。第１送出器７は、例えば、マスフローコントローラ、昇圧器等の流体の流量を制御するデバイスであってもよいし、第１熱媒体に元圧が与えられている構成の場合は、流量調整弁であってもよい。第１熱媒体は、水電解装置１に供給される水電解用の液水であってもよいし、この水電解される水とは別の液体であってもよい。例えば、第１熱媒体は、水電解セルを冷却する冷却液であり、冷却液は、水電解装置１に供給される水電解用の液水とは異なる液体であってもよい。このような冷却液として、例えば、水を挙げることができる。
【００８５】
なお、水電解セルの排熱を回収するために第１熱媒体を水電解スタック２に送出させるタイミングは、水電解スタック２において水電解が実施され水電解スタック２が所定の温度まで上昇したタイミングとすることができる。また、排熱を回収した第１熱媒体と電気化学式水素ポンプスタック４とが熱交換するタイミングは、例えば、電気化学式水素ポンプ３の起動時とすることができる。この場合、電気化学式水素ポンプ３の起動時に、第１送出器７の動作を開始させる。これにより、電気化学式水素ポンプ３の起動にあわせて第１流路５において第１熱媒体を流通させることができる。このため、電気化学式水素ポンプ３の起動時に、水電解セルの排熱を回収した第１熱媒体の熱を利用して、電気化学式水素ポンプ３を最適な温度となるように加熱することができる。
【００８６】
なお、排熱を回収した第１熱媒体と電気化学式水素ポンプスタック４とが熱交換するタイミングは、必ずしも電気化学式水素ポンプ３の起動時に限定されるものではない。例えば、電気化学式水素ポンプ３の起動前から排熱を回収した第１熱媒体と電気化学式水素ポンプスタック４とが熱交換しており、起動前から電気化学式水素ポンプスタック４を加熱する構成であってもよい。
【００８７】
以上のように、水電解スタック２と熱交換をして排熱を回収した後の第１熱媒体と電気化学式水素ポンプスタック４とが熱交換可能構成となっているため、水電解セルの排熱を利用して電気化学式水素ポンプスタック４を加熱することができる。それゆえ、水素システム１００において従来よりもエネルギー効率を高めることができる。
【００８８】
［第１実施形態の変形例］
次に、図２を参照して本開示の第１実施形態の変形例について説明する。図２は、本開示の第１実施形態の変形例に係る水素システム１００Ａの一例を模式的に示すブロック図である。
【００８９】
本変形例に係る水素システム１００Ａは、第１実施形態に係る水素システム１００の構成において、気液分離器８をさらに備えた構成となっている。具体的には、気液分離器８は、ガス流路６に設けられている。
【００９０】
第１熱媒体は、気液分離器８で水素含有ガスから分離された液水であり、第１流路５の一端は、気液分離器８内の液水が溜まる貯留部８Ａに接続されている。つまり、第１熱媒体は水電解セルと熱交換をして、水電解セルで発生した排熱を回収した、水素含有ガス中の液水及び水蒸気である。その後、排熱を回収した第１熱媒体は、気液分離器８と電気化学式水素ポンプ３とを接続する第１流路５を流通する。
【００９１】
以上により、水素システム１００Ａには、ガス流路６に気液分離器８が設けられているので、気液分離器８において、水電解装置１で生成された水素含有ガスから分離した液水を第１熱媒体として有効に利用することができる。
【００９２】
本変形例に係る水素システム１００Ａは、上記の特徴以外は、第１実施形態に係る水素システムと同様であってもよい。
【００９３】
［第２実施形態］
次に、図３を参照して本開示の第２実施形態について説明する。図３は、本開示の第２実施形態に係る水素システム１０１の一例を模式的に示すブロック図である。図３では、水素システム１０１を構成する水電解装置１と、電気化学式水素ポンプ３との間における熱媒体（第１熱媒体）の流れを実線矢印で示しており、水電解装置１により水の電気分解で発生した水素含有ガスの流れを破線矢印で示している。なお、水電解装置１により電気分解される水の流れについては省略している。
【００９４】
第２実施形態に係る水素システム１０１は、第１実施形態に係る水素システム１００の構成において、冷却器９をさらに備えた構成となっている。具体的には、水素システム１０１では、水電解セルの排熱を回収した第１熱媒体を、電気化学式水素ポンプ３と熱交換するまでの間に冷却する冷却器９が第１流路５上に備えらえている。冷却器９としては、例えばラジエータ（放熱器）またはチラーが例示できるが、これらに限定されない。例えば、冷却器９は、第１熱媒体から回収した熱を貯える蓄熱器であってもよい。すると、第１熱媒体により水電解装置から回収した排熱を蓄熱器に蓄えることができるので、蓄熱器からの熱を、必要に応じて適時に、水素システム１０１で利用することができる。このような蓄熱器として、例えば、第１流路５を構成する配管を備える貯湯タンクなどを挙げることができる。つまり、この配管を流通する第１熱媒体の熱を貯湯タンク内の水に与えることで、第１熱媒体が冷却される。
【００９５】
第１熱媒体は水電解スタック２と熱交換をして、水電解セルで発生した排熱を回収する。その後、排熱を回収した第１熱媒体は、水電解装置１と電気化学式水素ポンプ３とを接続する第１流路５を流通し、第１流路５に設けられた冷却器９を通過する際に冷却される。
【００９６】
ところで、電気化学式水素ポンプ３は、水素を圧縮する圧力が上昇するにつれ、電気化学式水素ポンプスタック４を構成する電気化学セルにおいて生じる過電圧も大きくなっていく。このため、水素を圧縮する圧力が上昇するにつれ、電気化学式水素ポンプスタック４の温度が上昇していく。ここで、電気化学式水素ポンプ３が過昇温となると、電気化学式水素ポンプスタック４のカソード側がドライとなりプロトンの移動が阻害されてしまうという問題が生じる。
【００９７】
このように電気化学式水素ポンプ３では、水素を圧縮する圧力の上昇に伴って温度が上昇していくのに対して、水電解装置１で生じる排熱の熱量は一定である。このため、第１熱媒体の有する熱量を必要に応じて低減させて、この第１熱媒体との熱交換により電気化学式水素ポンプ３を加熱するための熱量を抑制する必要がある。
【００９８】
第２実施形態に係る水素システム１０１では、冷却器９を備えるため、水電解セルで発生した排熱を回収した第１熱媒体を、冷却器９によって最適な温度まで低下させることができる。そして、最適な温度まで低下させた第１熱媒体と電気化学式水素ポンプ３との間で熱交換することができるため、電気化学式水素ポンプ３が過昇温となることを防ぎつつ、電気化学式水素ポンプ３を最適な温度となるように加熱することができる。
【００９９】
次に、図４を参照して第１熱媒体の温度制御について説明する。図４は、本開示の第２実施形態に係る水素システム１０１における第１熱媒体の温度制御に関する構成の一例を模式的に示すブロック図である。図４に示すように、水素システム１０１は、図３に示す構成において、冷却器９による冷却量を制御する第１制御器１０（制御器）をさらに備えた構成となっている。なお、図４においても、図３と同様に、水素システム１０１を構成する水電解装置１と、電気化学式水素ポンプ３との間における熱媒体（第１熱媒体）の流れを実線矢印で示し、水電解装置１により水の電気分解で発生した水素含有ガスの流れを破線矢印で示している。なお、水電解装置１により電気分解される水の流れについては省略している。また、電気化学式水素ポンプ３に含まれる電気化学セルの温度を示す信号および冷却器９へ送信する制御信号の流れについては細い破線の矢印で示している。なお、本例では、温度を検知する検知器の一例として、温度検知器６０を用いているが、これに限定されない。電気化学セルの温度を検知する検知器は、上記温度検知器６０のように電気化学セルの温度を直接検知する検知器であってもよいし、電気化学セルの温度と相関するパラメータを検知する検知器であってもよい。電気化学セルの温度と相関するパラメータを検知する検知器としては、例えば、電気化学式水素ポンプ３の昇圧値を検知する検知器であってもよい。
【０１００】
第１制御器１０は、電気化学式水素ポンプ３に含まれる電気化学セルの温度が上昇すると、冷却器９の冷却量を増加させるように冷却器９を制御する。第１制御器１０は演算処理部と、制御プログラムを記憶する記憶部とを備える。演算処理部としては、例えば、ＭＰＵ、ＣＰＵなどを例示できる。記憶部としては、例えば、メモリなどを例示できる。第１制御器１０は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもいいし、互いに共働して分散制御を行う、複数の制御器から構成されていてもいい。
【０１０１】
なお、電気化学セルの温度は、例えば、温度検知器６０で計測される場合、第１制御器１０は、この温度を温度検知器６０から送信される信号（例えば、電圧）として受信することができる。そして、第１制御器１０は、温度が上昇したと判定すると、冷却器９へ制御信号を送信して冷却器９の冷却量を制御する。
【０１０２】
また、電気化学セルの温度に相関する上記の昇圧値は、電気化学式水素ポンプ３により昇圧された水素の圧力値の情報であり、第１制御器１０は、この昇圧値を、例えば、昇圧された水素の圧力値を計測している検知器から送信される信号（例えば、電圧）として得ることができる。そして、第１制御器１０は、昇圧値が上昇したと判定すると、冷却器９へ制御信号を送信して冷却器９の冷却量を制御する。
【０１０３】
このように、第２実施形態に係る水素システム１０１では、電気化学式水素ポンプ３から受信した温度の上昇に基づき、第１制御器１０により冷却器９の冷却量を増加させることができる。換言すると、電気化学式水素ポンプ３に含まれる電気化学セルの温度上昇に応じて、第１熱媒体の温度を低減させることができる。
【０１０４】
したがって、電気化学式水素ポンプ３を高効率で運転するのに最適な温度となるように、第１熱媒体の温度を制御することができる。
【０１０５】
本実施形態に係る水素システム１０１は、上記の特徴以外は、第１実施形態または第１実施形態の変形例に係る水素システムと同様であってもよい。
【０１０６】
［第３実施形態］
次に、図５を参照して本開示の第３実施形態について説明する。図５は、本開示の第３実施形態に係る水素システム１０２の一例を模式的に示すブロック図である。図５では、水素システム１０２を構成する水電解装置１と、電気化学式水素ポンプ３との間における熱媒体（第１熱媒体）の流れを実線矢印で示しており、水電解装置１により水の電気分解で発生した水素含有ガスの流れを破線矢印で示している。なお、水電解装置１により電気分解される水の流れについては省略している。
【０１０７】
第３実施形態に係る水素システム１０２は、第１実施形態の変形例に係る水素システム１００Ａの構成において、冷却器１１をさらに備えた構成となっている。具体的には、冷却器１１は、気液分離器８よりも上流のガス流路６を流れる水素含有ガスまたは気液分離器８内を流れる水素含有ガスを冷却する装置である。なお、図５（図６も同じ）では、冷却器１１を、気液分離器８内を流れる水素含有ガスを冷却するように図示しているが、冷却器１１は、気液分離器８よりも上流のガス流路６上に設けられていてもよい。冷却器１１としては、例えばラジエータ（放熱器）またはチラーが例示できる。
【０１０８】
第１熱媒体は、冷却器１１が水素含有ガスを冷却することにより、気液分離器８で水素含有ガスから分離された液水であり、第１流路５の一端は、気液分離器８内の液水が溜まる貯留部８Ａに接続されている。つまり、第１熱媒体は水電解セルと熱交換をして、水電解セルで発生した排熱を回収した、水素含有ガス中の液水及び水蒸気である。その後、排熱を回収した第１熱媒体は、気液分離器８と電気化学式水素ポンプ３とを接続する第１流路５を流通する。
【０１０９】
ところで、電気化学式水素ポンプ３は、水素を圧縮する圧力が上昇するにつれ、電気化学式水素ポンプスタック４を構成する電気化学セルにおいて生じる過電圧も大きくなっていく。このため、水素を圧縮する圧力が上昇するにつれ、電気化学式水素ポンプスタック４の温度が上昇していく。ここで、電気化学式水素ポンプ３が過昇温となると、電気化学式水素ポンプスタック４のカソード側がドライとなりプロトンの移動が阻害されてしまうという問題が生じる。
【０１１０】
このように電気化学式水素ポンプ３では、水素を圧縮する圧力の上昇に伴って温度が上昇していくのに対して、水電解装置１で生じる排熱の熱量は一定である。このため、水素含有ガスの有する熱量を必要に応じて低減させて、この水素含有ガスとの熱交換により電気化学式水素ポンプ３を加熱するための熱量を抑制する必要がある。
【０１１１】
そこで、水素システム１０２では、冷却器１１を備えるため、貯留部８Ａに貯えられる液水の温度を、冷却器１１によって最適な温度まで低下させることができる。そして、最適な温度まで低下させた貯留部８Ａに貯えられる液水と電気化学式水素ポンプ３との間で熱交換することができるため、電気化学式水素ポンプ３が過昇温となることを防ぎつつ、電気化学式水素ポンプ３を最適な温度となるように加熱することができる。
【０１１２】
次に、図６を参照して水素含有ガスの温度制御について説明する。図６は、本開示の第３実施形態に係る水素システム１０２における第１熱媒体の温度制御に関する構成の一例を模式的に示すブロック図である。図６に示すように、水素システム１０２は、図５に示す構成において、冷却器１１による冷却量を制御する第２制御器１２（制御器）をさらに備えた構成となっている。図６においても、図５と同様に、水素システム１０２を構成する水電解装置１と、電気化学式水素ポンプ３との間における熱媒体（第１熱媒体）の流れを実線矢印で示し、水電解装置１により水の電気分解で発生した水素含有ガスの流れを破線矢印で示している。なお、水電解装置１により電気分解される水の流れについては省略している。また、電気化学式水素ポンプ３に含まれる電気化学セルの温度を示す信号および冷却器１１へ送信する制御信号の流れについては細い破線の矢印で示している。なお、本例では、温度を検知する検知器の一例として、温度検知器６０を用いているが、これに限定されない。電気化学セルの温度を検知する検知器は、上記温度検知器６０のように電気化学セルの温度を直接検知する検知器であってもよいし、電気化学セルの温度と相関するパラメータを検知する検知器であってもよい。電気化学セルの温度と相関するパラメータを検知する検知器としては、例えば、電気化学式水素ポンプ３の昇圧値を検知する検知器であってもよい。
【０１１３】
第２制御器１２は、電気化学式水素ポンプ３に含まれる電気化学セルの温度が上昇すると、冷却器１１の冷却量を増加させるように冷却器１１を制御する。第２制御器１２は演算処理部と、制御プログラムを記憶する記憶部とを備える。演算処理部としては、例えば、ＭＰＵ、ＣＰＵなどを例示できる。記憶部としては、例えば、メモリなどを例示できる。第２制御器１２は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもいいし、互いに共働して分散制御を行う、複数の制御器から構成されていてもいい。
【０１１４】
なお、電気化学セルの温度は、例えば、温度検知器６０で計測される場合、第２制御器１２は、この温度を温度検知器６０から送信される信号（例えば、電圧）として受信することができる。そして、第２制御器１２は、温度が上昇したと判定すると、冷却器１１へ制御信号を送信して冷却器１１の冷却量を制御する。
【０１１５】
また、電気化学セルの温度に相関する上記の昇圧値は、電気化学式水素ポンプ３により昇圧された水素の圧力値の情報であり、第２制御器１２は、この昇圧値を、例えば、昇圧された水素の圧力値を計測している検知器から送信される信号（例えば、電圧）として得ることができる。そして、第２制御器１２は、昇圧値が上昇したと判定すると、冷却器１１へ制御信号を送信して冷却器１１の冷却量を制御する。
【０１１６】
このように、第３実施形態に係る水素システム１０２では、電気化学式水素ポンプ３から受信した温度の上昇に基づき、第２制御器１２により冷却器１１の冷却量を増加させることができる。換言すると、電気化学式水素ポンプ３に含まれる電気化学セルの温度上昇に応じて、水素含有ガスの温度を低減させることができる。
【０１１７】
したがって、電気化学式水素ポンプ３を高効率で運転するのに最適な温度となるように、水素含有ガスの温度を制御することができる。
【０１１８】
本実施形態に係る水素システム１０２は、上記の特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の変形例および第２実施形態のいずれかに係る水素システムと同様であってもよい。
【０１１９】
［第４実施形態］
次に、図７を参照して本開示の第４実施形態について説明する。図７は、本開示の第４実施形態に係る水素システム１０３の一例を模式的に示すブロック図である。図７では、水素システム１０３を構成する水電解装置１と、電気化学式水素ポンプ３との間における熱媒体（第１熱媒体）の流れを実線矢印で示しており、水電解装置１により水の電気分解で発生した水素含有ガスの流れを破線矢印で示している。なお、水電解装置１により電気分解される水の流れについては省略している。
【０１２０】
第４実施形態に係る水素システム１０３は、第２実施形態に係る水素システム１０１の構成において、第１流量制御器１３と、第１熱媒体が流れる第１流路５と、第１流路５から分岐して冷却器９を経由した後、再び第１流路５に合流する第１分岐路１６と、をさらに備えた構成となっている。
【０１２１】
第１流量制御器１３は、第１分岐路１６へ流れる第１熱媒体の流量を制御する。第１流量制御器１３は、第１分岐路１６へ流れる第１熱媒体の流量を制御することができれば、どのような構成であってもよい。第１流量制御器１３としては、三方弁、二方弁の組合せ、ニードル弁、マスフローコントローラまたは昇圧器等を備えた流量制御デバイスが例示できる。
【０１２２】
例えば、第１流量制御器１３は、第１流路５と第１分岐路１６とが分岐する分岐部上に設けられた、第１熱媒体の分流比が制御可能な流量制御デバイスであってもよい。
【０１２３】
また、例えば、第１流量制御器１３は、第１分岐路１６上、および、上記分岐部より下流であって第１分岐路１６と第１流路５とが合流する合流部よりも上流の第１流路５上のうちのいずれか一方、または、両方に設けられた、第１熱媒体の流量が制御可能な流量制御デバイスであってもよい。
【０１２４】
なお、冷却器９は、第２実施形態に係る水素システム１０１と同様であるので詳細な説明を省略する。
【０１２５】
第１熱媒体は水電解スタック２と熱交換をして、水電解セルで発生した排熱を回収する。その後、排熱を回収した第１熱媒体は、水電解装置１と電気化学式水素ポンプ３とを接続する第１流路５を流通し、第１流路５に設けられた第１流量制御器１３で、第１熱媒体の流量の一部若しくは全量を第１流路５から第１分岐路１６に分流させ、第１分岐路１６に設けられた冷却器９に流入させる。一方、第１分岐路１６に分流されなかった第１熱媒体は、そのまま第１流路５を流通して電気化学式水素ポンプ３に向かう。
【０１２６】
冷却器９へ流入した第１熱媒体の一部若しくは全量は冷却器９により冷却され、第１流路５へ再び合流する。これによって、第１流路５では、例えば、第１熱媒体の一部が、冷却器９へ流入する場合は、冷却器９により冷却された第１熱媒体と、冷却されていない第１熱媒体とが混合し、所望の温度となった第１熱媒体が電気化学式水素ポンプ３に供給される。
【０１２７】
このように、冷却器９により冷却されることなく第１流路５を流通する第１熱媒体と、第１流路５から分岐して第１分岐路１６を流通して冷却器９により冷却された第１熱媒体とが第１流路５で合流する構成となっている。このため、電気化学式水素ポンプ３を高効率で運転するのに最適な温度となるように、第１熱媒体の温度を制御することができる。
【０１２８】
以上のように温度制御された第１熱媒体が第１流路５を流通して電気化学式水素ポンプ３に向かう。このため、最適な温度となるように制御された第１熱媒体と電気化学式水素ポンプ３との間で熱交換することができる。
【０１２９】
次に、図８を参照して第１熱媒体の温度制御について説明する。図８は、本開示の第４実施形態に係る水素システム１０３における第１熱媒体の温度制御に関する構成の一例を模式的に示すブロック図である。水素システム１０３は、上記した図７に示す構成において、第１分岐路１６に流れる第１熱媒体の流量を調整するように第１流量制御器１３を制御する第３制御器１４（制御器）をさらに備えた構成となっている。図８においても、図７と同様に、水素システム１０３を構成する水電解装置１と、電気化学式水素ポンプ３との間における熱媒体（第１熱媒体）の流れを実線矢印で示し、水電解装置１により水の電気分解で発生した水素含有ガスの流れを破線矢印で示している。なお、水電解装置１により電気分解される水の流れについては省略している。また、電気化学式水素ポンプ３に含まれる電気化学セルの温度を示す信号および冷却器９へ送信する制御信号の流れについては細い破線の矢印で示している。なお、本例では、温度を検知する検知器の一例として、温度検知器６０を用いているが、これに限定されない。電気化学セルの温度を検知する検知器は、上記温度検知器６０のように電気化学セルの温度を直接検知する検知器であってもよいし、電気化学セルの温度と相関するパラメータを検知する検知器であってもよい。電気化学セルの温度と相関するパラメータを検知する検知器としては、例えば、電気化学式水素ポンプ３の昇圧値を検知する検知器であってもよい。
【０１３０】
第３制御器１４は、電気化学式水素ポンプ３に含まれる電気化学セルの温度が上昇すると、第１分岐路１６に流れる第１熱媒体の流量を増加させるように第１流量制御器１３を制御する。第３制御器１４は演算処理部と、制御プログラムを記憶する記憶部とを備える。演算処理部としては、例えば、ＭＰＵ、ＣＰＵなどを例示できる。記憶部としては、例えば、メモリなどを例示できる。第３制御器１４は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもいいし、互いに共働して分散制御を行う、複数の制御器から構成されていてもいい。
【０１３１】
なお、電気化学セルの温度は、例えば、温度検知器６０で計測される場合、第３制御器１４は、この温度を温度検知器６０から送信される信号（例えば、電圧）として受信することができる。そして、第３制御器１４は、温度が上昇したと判定すると、第１流量制御器１３へ制御信号を送信して第１分岐路１６へ流れる第１熱媒体の流量を増加させるように第１流量制御器１３を制御する。
【０１３２】
また、電気化学セルの温度に相関する上記の昇圧値は、電気化学式水素ポンプ３により昇圧された水素の圧力値の情報であり、第３制御器１４は、この昇圧値を、例えば、昇圧された水素の圧力値を計測している検知器から送信される信号（例えば、電圧）として受信することができる。そして、第３制御器１４は、昇圧値が上昇したと判定すると、第１流量制御器１３へ制御信号を送信して第１分岐路１６へ流れる第１熱媒体の流量を増加させるように第１流量制御器１３を制御する。
【０１３３】
このように、第４実施形態に係る水素システム１０３では、電気化学式水素ポンプ３から受信した温度に基づき、第３制御器１４が、第１流量制御器１３によって第１分岐路１６に流れる第１熱媒体の流量を制御する。このため、電気化学式水素ポンプ３における発熱量の増加に応じて、冷却器９により第１熱媒体の温度を低下させることができる。したがって、電気化学式水素ポンプ３を高効率で運転するのに最適な温度となるように、第１熱媒体の温度を制御することができる。
【０１３４】
ところで、第１流量制御器１３を備えず、第１分岐路１６を流通する第１熱媒体の流量を一定とする構成とすることもできる。この構成の場合、電気化学式水素ポンプ３における温度の上昇に伴い、発熱量が増加すると、この電気化学式水素ポンプ３の温度を所定の最適な温度に維持するためには冷却器９による冷却量を増加させる必要がある。このため、このような構成では、冷却器９の冷却量を調整可能な構成とする必要があり、冷却器９の構成が複雑となる。
【０１３５】
一方、第４実施形態に係る水素システム１０３では、第３制御器１４が第１流量制御器１３を制御して第１分岐路１６に流れる第１熱媒体の流量を増加させることができる。このため、冷却器９による冷却量を変更させることなく、電気化学式水素ポンプ３を高効率で運転する最適な温度となるように第１熱媒体の温度を制御することが可能となる。
【０１３６】
本実施形態に係る水素システム１０３は、上記の特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の変形例、第２実施形態および第３実施形態のいずれかに係る水素システムと同様であってもよい。例えば、図７及び図８では、気液分離器が、ガス流路６に設けられていないが、第４実施形態に係る水素システム１０３の構成においてさらに気液分離器を備えた構成であってもよい。
【０１３７】
［第５実施形態］
次に、図９を参照して本開示の第５実施形態について説明する。図９は、本開示の第５実施形態に係る水素システム１０４の一例を模式的に示すブロック図である。図９では、水素システム１０４を構成する水電解装置１と、電気化学式水素ポンプ３との間における熱媒体（第１熱媒体）の流れを実線矢印で示しており、水電解装置１により水の電気分解で発生した水素含有ガスの流れを破線矢印で示している。なお、水電解装置１により電気分解される水の流れについては省略している。
【０１３８】
第５実施形態に係る水素システム１０４は、第１実施形態の変形例に係る水素システム１０１Ａの構成において、ガス流量制御器３２、ガス分岐路３０および冷却器３１をさらに備えた構成となっている。具体的には、ガス分岐路３０は、気液分離器８よりも上流のガス流路６から分岐して、分岐した箇所よりも下流かつ気液分離器８よりも上流でガス流路６と合流する経路である。冷却器３１は、ガス分岐路３０を流れる水素含有ガスを冷却する装置である。冷却器３１としては、例えばラジエータ（放熱器）またはチラーが例示できる。
【０１３９】
ガス流量制御器３２は、ガス分岐路３０へ流れる水素含有ガスの流量を制御する装置である。ガス流量制御器３２は、ガス分岐路３０へ流れる水素含有ガスの流量を制御することができれば、どのような構成であってもよい。ガス流量制御器３２としては、三方弁、二方弁の組合せ、ニードル弁、マスフローコントローラまたは昇圧器等を備えた流量制御デバイスが例示できる。
【０１４０】
なお、ガス流量制御器３２の詳細な例示は、第４実施形態の第１流量制御器１３と同様であるので説明を省略する。
【０１４１】
第１熱媒体は、冷却器３１が水素含有ガスを冷却することにより、気液分離器８で水素含有ガスから分離された液水であり、第１流路５の一端は、気液分離器８内の液水が溜まる貯留部８Ａに接続されている。つまり、第１熱媒体は水電解セルと熱交換をして、水電解セルで発生した排熱を回収した、水素含有ガス中の液水及び水蒸気である。その後、排熱を回収した第１熱媒体は、気液分離器８と電気化学式水素ポンプ３とを接続する第１流路５を流通する。
【０１４２】
ところで、電気化学式水素ポンプ３は、水素を圧縮する圧力が上昇するにつれ、電気化学式水素ポンプスタック４を構成する電気化学セルにおいて生じる過電圧も大きくなっていく。このため、水素を圧縮する圧力が上昇するにつれ、電気化学式水素ポンプスタック４の温度が上昇していく。ここで、電気化学式水素ポンプ３が過昇温となると、電気化学式水素ポンプスタック４のカソード側がドライとなりプロトンの移動が阻害されてしまうという問題が生じる。
【０１４３】
このように電気化学式水素ポンプ３では、水素を圧縮する圧力の上昇に伴って温度が上昇していくのに対して、水電解装置１で生じる排熱の熱量は一定である。このため、水素含有ガスの有する熱量を必要に応じて低減させて、この水素含有ガスとの熱交換により電気化学式水素ポンプ３を加熱するための熱量を抑制する必要がある。
【０１４４】
そこで、水素システム１０４では、冷却器３１を備えるため、貯留部８Ａに貯えられる液水の温度を、冷却器３１によって最適な温度まで低下させることができる。そして、最適な温度まで低下させた液水と電気化学式水素ポンプ３との間で熱交換することができるため、電気化学式水素ポンプ３が過昇温となることを防ぎつつ、電気化学式水素ポンプ３を最適な温度となるように加熱することができる。
【０１４５】
次に、図１０を参照して水素含有ガスの温度制御について説明する。図１０は、本開示の第５実施形態に係る水素システム１０４における第１熱媒体の温度制御に関する構成の一例を模式的に示すブロック図である。図１０に示すように、水素システム１０４は、図９に示す構成において、ガス流量制御器３２を制御する第４制御器１７（制御器）をさらに備えた構成となっている。図１０においても、図９と同様に、水素システム１０４を構成する水電解装置１と、電気化学式水素ポンプ３との間における熱媒体（第１熱媒体）の流れを実線矢印で示し、水電解装置１により水の電気分解で発生した水素含有ガスの流れを破線矢印で示している。なお、水電解装置１により電気分解される水の流れについては省略している。また、電気化学式水素ポンプ３に含まれる電気化学セルの温度を示す信号および冷却器３１へ送信する制御信号の流れについては細い破線の矢印で示している。なお、本例では、温度を検知する検知器の一例として、温度検知器６０を用いているが、これに限定されない。電気化学セルの温度を検知する検知器は、上記温度検知器６０のように電気化学セルの温度を直接検知する検知器であってもよいし、電気化学セルの温度と相関するパラメータを検知する検知器であってもよい。電気化学セルの温度と相関するパラメータを検知する検知器としては、例えば、電気化学式水素ポンプ３の昇圧値を検知する検知器であってもよい。
【０１４６】
第４制御器１７は、電気化学式水素ポンプ３に含まれる電気化学セルの温度が上昇すると、ガス分岐路３０に流れる水素含有ガスの流量を増加させるようにガス流量制御器３２を制御する。第４制御器１７は演算処理部と、制御プログラムを記憶する記憶部とを備える。演算処理部としては、例えば、ＭＰＵ、ＣＰＵなどを例示できる。記憶部としては、例えば、メモリなどを例示できる。第４制御器１７は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもいいし、互いに共働して分散制御を行う、複数の制御器から構成されていてもいい。
【０１４７】
なお、電気化学セルの温度は、例えば、温度検知器６０で計測される場合、第４制御器１７は、この温度を温度検知器６０から送信される信号（例えば、電圧）として受信することができる。そして、第４制御器１７は、温度が上昇したと判定すると、ガス流量制御器３２へ制御信号を送信して、ガス分岐路３０に流れる水素含有ガスの流量を増加させるようにガス流量制御器３２を制御する。
【０１４８】
また、電気化学セルの温度に相関する上記の昇圧値は、電気化学式水素ポンプ３により昇圧された水素の圧力値の情報であり、第４制御器１７は、この昇圧値を、例えば、昇圧された水素の圧力値を計測している検知器から送信される信号（例えば、電圧）として得ることができる。そして、第４制御器１７は、昇圧値が上昇したと判定すると、ガス流量制御器３２へ制御信号を送信して、ガス分岐路３０に流れる水素含有ガスの流量を増加させるようにガス流量制御器３２を制御する。
【０１４９】
このように、第５実施形態に係る水素システム１０４では、電気化学式水素ポンプ３から受信した温度の上昇に基づき、第４制御器１７が、ガス流量制御器３２によってガス分岐路３０に流れる水素含有ガスの流量を制御する。このため、電気化学式水素ポンプ３における発熱量の増加に応じて、冷却器３１により水素含有ガスの温度を低下させることができる。したがって、電気化学式水素ポンプ３を高効率で運転するのに最適な温度となるように、水素含有ガスの温度を制御することができる。
【０１５０】
ところで、ガス流量制御器３２を備えず、ガス分岐路３０を流通する水素含有ガスの流量を一定とする構成とすることもできる。この構成の場合、電気化学式水素ポンプ３における温度の上昇に伴い、発熱量が増加すると、この電気化学式水素ポンプ３の温度を所定の最適な温度に維持するためには冷却器３１による冷却量を増加させる必要がある。このため、このような構成では、冷却器３１の冷却量を調整可能な構成とする必要があり、冷却器３１の構成が複雑となる。
【０１５１】
一方、第５実施形態に係る水素システム１０４では、第４制御器１７がガス流量制御器３２を制御してガス分岐路３０に流れる水素含有ガスの流量を増加させることができる。このため、冷却器３１による冷却量を変更させることなく、電気化学式水素ポンプ３を高効率で運転する最適な温度となるように水素含有ガスの温度を制御することが可能となる。
【０１５２】
本実施形態に係る水素システム１０４は、上記の特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の変形例、第２実施形態、第３実施形態及び第４実施形態のいずれかに係る水素システムと同様であってもよい。
【０１５３】
[第６実施形態]
次に、図１１を参照して本開示の第６実施形態について説明する。図１１は、本開示の第６実施形態に係る水素システム１０５の一例を模式的に示すブロック図である。図１１では、水素システム１０５を構成する水電解装置１と、電気化学式水素ポンプ３との間における熱媒体（第１熱媒体）の流れを実線矢印で示しており、水電解装置１により水の電気分解で発生した水素含有ガスの流れを破線矢印で示している。なお、水電解装置１により電気分解される水の流れについては省略している。
【０１５４】
第６実施形態に係る水素システム１０５は、第１実施形態に係る水素システム１００の構成において、還流路１８と、還流量制御器１９と、第５制御器２０（制御器）と、をさらに備えた構成となっている。還流路１８は、第１流路５より分岐して、水電解装置１へ戻る流路である。還流量制御器１９は、還流路１８への第１熱媒体の流量を制御する装置である。還流量制御器１９は、還流路１８への第１熱媒体の流量を制御することができれば、どのような構成であってもよい。還流量制御器１９としては、三方弁、二方弁の組合せ、ニードル弁、マスフローコントローラまたは昇圧器等を備えた流量制御デバイスが例示できる。
【０１５５】
なお、還流量制御器１９の詳細な例示は、第４実施形態の第１流量制御器１３と同様であるので説明を省略する。
【０１５６】
第１熱媒体は水電解スタック２と熱交換をして、水電解セルで発生した排熱を回収する。その後、排熱を回収した第１熱媒体は、水電解装置１と電気化学式水素ポンプ３とを接続する第１流路５を流通し、第１流路５に設けられた還流量制御器１９で、第１熱媒体の流量の一部若しくは全量を第１流路５から還流路１８に分流させ、水電解装置１へ戻す。一方、還流路１８に分流されなかった第１熱媒体は、そのまま第１流路５を流通して電気化学式水素ポンプ３に向かう。
【０１５７】
第５制御器２０は、還流量制御器１９を制御する。例えば、水電解装置１が水電解を実行中で、かつ電気化学式水素ポンプ３の起動前であるとき、第５制御器２０は、還流路１８の分岐箇所よりも下流の第１流路５を流れる第１熱媒体の流量よりも、還流路１８を流れる第１熱媒体の流量を大きくするように還流量制御器１９を制御する。また、例えば、水電解装置１が水電解を実行中で、かつ電気化学式水素ポンプ３が起動されると、第５制御器２０は、還流路１８の分岐箇所よりも下流の第１流路５を流れる第１熱媒体の流量を、還流路１８を流れる第１熱媒体の流量よりも大きくするように還流量制御器１９を制御する。さらに、例えば、第５制御器２０は、電気化学式水素ポンプ３に含まれる電気化学セルの温度が上昇すると、還流路１８に流れる第１熱媒体の流量を増加させるように還流量制御器１９を制御する。
【０１５８】
第５制御器２０は演算処理部と、制御プログラムを記憶する記憶部とを備える。演算処理部としては、例えば、ＭＰＵ、ＣＰＵなどを例示できる。記憶部としては、例えば、メモリなどを例示できる。第５制御器２０は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもいいし、互いに共働して分散制御を行う、複数の制御器から構成されていてもいい。
【０１５９】
このように、第６実施形態に係る水素システム１０５では、第５制御器２０を備えるため、電気化学式水素ポンプ３及び水電解装置１の使用状態に応じて、還流路１８に流れる第１熱媒体の流量を還流量制御器１９によって適切に増減させることができる。例えば、水電解装置１が水電解を実行中であって電気化学式水素ポンプ３の起動前であるときは、還流量制御器１９によって、還流路１８に流れる第１熱媒体の流量を、還流路１８の分岐箇所よりも下流の第１流路５を流れる第１熱媒体の流量に比べて大きくすることで、電気化学式水素ポンプ３への無駄な熱供給が抑制される。
【０１６０】
また、例えば、水電解装置１が水電解を実行中であって電気化学式水素ポンプ３の起動したときは、還流量制御器１９によって、還流路１８の分岐箇所よりも下流の第１流路５を流れる第１熱媒体の流量を、還流路１８に流れる第１熱媒体の流量に比べて大きくすることで、水電解セルの排熱を利用して電気化学式水素ポンプ３を加熱しやすくなる。
【０１６１】
さらに、電気化学式水素ポンプ３における発熱量の増加に応じて、還流路１８に流れる第１熱媒体の流量を増加させることで、還流路１８に分岐する箇所より下流の第１流路５を流れる第１熱媒体による電気化学式水素ポンプ３の加熱量を低下させることができる。したがって、電気化学式水素ポンプ３を高効率で運転するのに最適な温度となるように、電気化学式水素ポンプ３に流入する第１熱媒体の流量を制御することができる。
【０１６２】
本実施形態に係る水素システム１０５は、上記の特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の変形例、第２実施形態、第３実施形態、第４実施形態及び第５実施形態のいずれかに係る水素システムと同様であってもよい。例えば、図１１では、気液分離器が、ガス流路６に設けられていないが、第６実施形態に係る水素システム１０５の構成においてさらに気液分離器を備えた構成であってもよい。
【０１６３】
[第７実施形態]
次に、図１２を参照して本開示の第７実施形態について説明する。図１２は、本開示の第７実施形態に係る水素システム１０６における第１熱媒体の温度制御に関する構成の一例を模式的に示すブロック図である。図１２では、水素システム１０６を構成する水電解装置１と、電気化学式水素ポンプ３との間における熱媒体（第１熱媒体）の流れを実線矢印で示しており、水電解装置１により水の電気分解で発生した水素含有ガスの流れを破線矢印で示している。なお、水電解装置１により電気分解される水の流れについては省略している。また、電気化学式水素ポンプ３に含まれる電気化学セルの温度を示す信号および還流量制御器１９へ送信する制御信号の流れについては細い破線の矢印で示している。なお、本例では、温度を検知する検知器の一例として、温度検知器６０を用いているが、これに限定されない。電気化学セルの温度を検知する検知器は、上記温度検知器６０のように電気化学セルの温度を直接検知する検知器であってもよいし、電気化学セルの温度と相関するパラメータを検知する検知器であってもよい。電気化学セルの温度と相関するパラメータを検知する検知器としては、例えば、電気化学式水素ポンプ３の昇圧値を検知する検知器であってもよい。
【０１６４】
第７実施形態に係る水素システム１０６は、第６実施形態に係る水素システム１０５の構成において、冷却器４１をさらに備えた構成となっている。具体的には、冷却器４１は、還流路１８を流れる第１熱媒体を冷却する装置である。冷却器４１としては、例えばラジエータ（放熱器）またはチラーが例示できる。
【０１６５】
第１熱媒体は水電解スタック２と熱交換をして、水電解セルで発生した排熱を回収する。その後、排熱を回収した第１熱媒体は、水電解装置１と電気化学式水素ポンプ３とを接続する第１流路５を流通し、第１流路５に設けられた還流量制御器１９で、第１熱媒体の流量の一部を第１流路５から還流路１８に分流させ、還流路１８に設けられた冷却器４１に流入させる。一方、還流路１８に分流されなかった第１熱媒体は、そのまま第１流路５を流通して電気化学式水素ポンプ３に向かう。なお、還流路１８に分流した第１熱媒体は冷却器４１により冷却され、水電解装置１に戻った後、再び第１流路５を流通する。
【０１６６】
このように、本実施形態の水素システム１０６では、第１熱媒体が還流路１８を流れるときに、第１熱媒体を冷却器４１によって適切に冷却することができるので、還流路１８を流れる第１熱媒体の温度制御により、水電解装置１の温度を適温に維持することができる。また、還流路１８と第１流路５とが分岐する分岐部よりも下流の第１流路５を流れる第１熱媒体と電気化学式水素ポンプ３とが熱交換するので、この第１熱媒体の流量により電気化学式水素ポンプ３の温度を適切に制御することができる。
【０１６７】
次に、図１２を参照しながら、第１熱媒体の温度制御について説明する。
【０１６８】
第５制御器２０は、電気化学式水素ポンプ３に含まれる電気化学セルの温度が上昇すると、還流路１８に流れる第１熱媒体の流量を増加させるように還流量制御器１９を制御する。
【０１６９】
第５制御器２０は演算処理部と、制御プログラムを記憶する記憶部とを備える。演算処理部としては、例えば、ＭＰＵ、ＣＰＵなどを例示できる。記憶部としては、例えば、メモリなどを例示できる。第５制御器２０は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもいいし、互いに共働して分散制御を行う、複数の制御器から構成されていてもいい。
【０１７０】
なお、電気化学セルの温度は、例えば、温度検知器６０で計測される場合、第５制御器２０は、この温度を温度検知器６０から送信される信号（例えば、電圧）として受信することができる。そして、第５制御器２０は、温度が上昇したと判定すると、還流量制御器１９へ制御信号を送信して還流路１８へ流れる第１熱媒体の流量を増加させるように還流量制御器１９を制御する。
【０１７１】
また、電気化学セルの温度に相関する上記の昇圧値は、電気化学式水素ポンプ３により昇圧された水素の圧力値の情報であり、第５制御器２０は、この昇圧値を、例えば、昇圧された水素の圧力値を計測している検知器から送信される信号（例えば、電圧）として受信することができる。そして、第５制御器２０は、昇圧値が上昇したと判定すると、還流量制御器１９へ制御信号を送信して還流路１８へ流れる第１熱媒体の流量を増加させるように還流量制御器１９を制御する。
【０１７２】
このように、第７実施形態に係る水素システム１０６では、電気化学式水素ポンプ３における発熱量の増加に応じて、還流路１８に流れる第１熱媒体の流量を増加させることで、還流路１８に分岐する箇所より下流の第１流路５を流れる第１熱媒体による電気化学式水素ポンプ３の加熱量を低下させることができる。したがって、電気化学式水素ポンプ３を高効率で運転するのに最適な温度となるように、電気化学式水素ポンプ３に流入する第１熱媒体の流量を制御することができる。
【０１７３】
本実施形態に係る水素システム１０６は、上記の特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の変形例、第２実施形態、第３実施形態、第４実施形態、第５実施形態及び第６実施形態のいずれかに係る水素システムと同様であってもよい。例えば、図１２では、気液分離器が、ガス流路６に設けられていないが、第７実施形態に係る水素システム１０６の構成においてさらに気液分離器を備えた構成であってもよい。
【０１７４】
［第７実施形態の変形例］
次に、図１３を参照して本開示の第７実施形態の変形例について説明する。図１３は、本開示の第７実施形態の変形例に係る水素システム１０６Ａにおける第１熱媒体の温度制御に関する構成の一例を模式的に示すブロック図である。
【０１７５】
第７実施形態の変形例に係る水素システム１０６Ａは、第６実施形態に係る水素システム１０５の構成において、冷却器９をさらに備えた構成となっている。具体的には、還流路１８は、冷却器９よりも下流の第１流路５より分岐している。なお、冷却器９は、第２実施形態に係る水素システム１０１と同様であるので詳細な説明を省略する。
【０１７６】
第１熱媒体は水電解スタック２と熱交換をして、水電解セルで発生した排熱を回収する。その後、排熱を回収した第１熱媒体は、水電解装置１と電気化学式水素ポンプ３とを接続する第１流路５を流通し、第１流路５に設けられた冷却器９を通過する際に冷却される。
【０１７７】
また、第１流路５に設けられた還流量制御器１９で、第１熱媒体の流量の一部を第１流路５から還流路１８に分流させる。一方、還流路１８に分流されなかった第１熱媒体は、そのまま第１流路５を流通して電気化学式水素ポンプ３に向かう。
【０１７８】
本変形例の水素システム１０６Ａでは、冷却器９が、第７実施形態で説明した水電解装置１の温度を適温に維持するための冷却器４１の機能を兼ねることができる。
【０１７９】
また、本変形例の水素システム１０６Ａでは、第７実施形態で説明した、上記分岐部よりも下流の第１流路５を流れる第１熱媒体の流量による電気化学式水素ポンプ３の温度制御に加えて、電気化学式水素ポンプにおける発熱量の増加に応じて、冷却器９の冷却量を調整することで電気化学式水素ポンプ３の温度をさらに適切に制御することができる。
【０１８０】
次に、図１３を参照しながら、第１熱媒体の温度制御について説明する。
【０１８１】
第５制御器２０は、電気化学式水素ポンプ３に含まれる電気化学セルの温度が上昇すると、還流路１８に流れる第１熱媒体の流量を増加させるように還流量制御器１９を制御する。または、第５制御器２０は、電気化学式水素ポンプ３に含まれる電気化学セルの温度が上昇すると、冷却器９の冷却量を増加させる。なお、第５制御器２０の構成及び制御内容の詳細は、第７実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０１８２】
このように、第７実施形態の変形例に係る水素システム１０６Ａでは、電気化学式水素ポンプ３から受信した温度に基づき、第５制御器２０が、還流量制御器１９によって還流路１８に流れる第１熱媒体の流量を制御する。具体的には、電気化学式水素ポンプ３における発熱量の増加に応じて、第１熱媒体が、還流路１８に流れる流量を増加させることで、還流路１８に分岐する箇所より下流の第１流路５を流れる第１熱媒体による電気化学式水素ポンプ３の加熱量を低下させる。また、本変形例における電気化学式水素ポンプ３では、還流路１８の分岐箇所よりも上流の第１流路５を流れるときに、第１熱媒体を冷却器９によって適切に冷却することができる。すると、電気化学式水素ポンプ３における発熱量の増加に応じて、冷却器９の冷却量を増加させることで、第１熱媒体の温度を低下させることができる。したがって、電気化学式水素ポンプ３を高効率で運転するのに最適な温度となるように、第１熱媒体の温度を制御することができる。
【０１８３】
本変形例に係る水素システム１０６Ａは、上記の特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の変形例、第２実施形態、第３実施形態、第４実施形態、第５実施形態、第６実施形態及び第７実施形態のいずれかに係る水素システムと同様であってもよい。例えば、図１３では、気液分離器が、ガス流路６に設けられていないが、第７実施形態の変形例に係る水素システム１０６Ａの構成においてさらに気液分離器を備えた構成であってもよい。
【０１８４】
［第８実施形態］
次に、図１４を参照して、本開示の第８実施形態について説明する。図１４は、本開示の第８実施形態に係る水素システム１０７の一例を模式的に示すブロック図である。図１４では、水素システム１０７を構成する水電解装置１と、電気化学式水素ポンプ３との間における熱媒体（第１熱媒体および第２熱媒体）の流れを実線矢印で示しており、水電解装置１により水の電気分解で発生した水素含有ガスの流れを破線矢印で示している。なお、水電解装置１により電気分解される水の流れについては省略している。
【０１８５】
第８実施形態に係る水素システム１０７は、水電解装置１と熱交換する第１熱媒体が循環するように、第１流路５が配置されていること、第１熱媒体と熱交換した後、電気化学式水素ポンプ３と熱交換する第２熱媒体が循環するように、第２流路２３をさらに配置されること、および、液体の第１熱媒体と液体の第２熱媒体が熱交換する熱交換器２２が設けられていることが、第１実施形態に係る水素システム１００と相違する。
【０１８６】
すなわち、第８実施形態に係る水素システム１０７は、水電解装置１と、電気化学式水素ポンプ３と、水電解セルの排熱を回収する第１熱媒体が流れる第１流路５と、熱交換器２２で第１熱媒体と熱交換した後、電気化学式水素ポンプ３と熱交換する第２熱媒体が流れる第２流路２３と、を備える。第１流路５と第２流路２３とは、熱交換器２２において第１熱媒体と第２熱媒体とが熱交換可能となるように配置されている。
【０１８７】
熱交換器２２は、第１熱媒体と第２熱媒体とが熱交換することができれば、どのような構成であってもよい。
【０１８８】
例えば、第１流路５を構成する配管と第２流路２３を構成する配管とがそれぞれ一部で接するように配置されており、両者が接する配管の部分を熱伝導率が高い材質により構成してもよい。この場合、両配管の接触部分が熱交換器２２を構成する。
【０１８９】
また、熱交換器２２は、第２熱媒体を貯える蓄熱器であってもよい。これにより、水電解セルの排熱を回収した第２熱媒体を蓄熱器に蓄えることができるので、第２熱媒体を循環させることで、蓄熱器内の第２熱媒体が有する熱を、必要に応じて適時に、電気化学式水素ポンプ３の加熱に利用することができる。このような蓄熱器として、例えば、第１流路５を構成する配管を備える貯湯タンクなどを挙げることができる。つまり、この配管を流通する第１熱媒体と貯湯タンク内の水（第２熱媒体）とが、貯湯タンクにおいて熱交換する。
【０１９０】
また、熱交換器２２は、第３熱媒体を貯える蓄熱器であり、第１流路５および第２流路２３は、第３熱媒体と熱交換するよう構成されていてもよい。これにより、水電解セルの排熱を回収した第３熱媒体を蓄熱器に蓄えることができるので、第２熱媒体を循環させることで、蓄熱器内の第３熱媒体が有する熱を、必要に応じて適時に、電気化学式水素ポンプ３の加熱に利用することができる。このような蓄熱器として、例えば、第１流路５を構成する配管と第２流路２３を構成する配管とを備える貯湯タンクなどを挙げることができる。つまり、前者の配管を流れる第１熱媒体と貯湯タンク内の水（第３熱媒体）とが、貯湯タンクにおいて熱交換する。また、後者の配管を流れる第２熱媒体と貯湯タンク内の水（第３熱媒体）とが、貯湯タンクにおいて熱交換する。
【０１９１】
第１熱媒体は、水電解装置１と熱交換した後、第１流路５を流通し、熱交換器２２で第２熱媒体と熱交換する。この第２熱媒体との熱交換により熱が奪われると、第１熱媒体は、再び、水電解装置１に戻る。一方、第２熱媒体は、第１熱媒体との熱交換により第１熱媒体が有する熱を奪い、電気化学式水素ポンプ３と熱交換するように、第２流路２３を流れる。このように、第１熱媒体と熱交換を行った第２熱媒体は、第２流路２３を通じて電気化学式水素ポンプ３に流れ、電気化学式水素ポンプ３と熱交換する。この熱交換により、第２熱媒体は、所定温度まで上昇するように電気化学式水素ポンプ３を加熱するとともに、保有する熱が奪われた状態で、第２流路２３を流れ、その後、第１熱媒体と熱交換を行うように循環する。
【０１９２】
このように、第８実施形態に係る水素システム１０７では、第２流路２３を流通する第２熱媒体を介して、第１熱媒体により水電解装置１から回収した排熱の一部を電気化学式水素ポンプ３に与えることができる。
【０１９３】
さらに、図１５に示すように、第８実施形態に係る水素システム１０８は、図１４に示す構成において、第２送出器２４および第６制御器２５（制御器）をさらに備えた構成としてもよい。図１５は、本開示の第８実施形態に係る水素システム１０８の一例を模式的に示すブロック図である。なお、図１５においても、図１４と同様に、水素システム１０８を構成する水電解装置１と、電気化学式水素ポンプ３との間における熱媒体（第１熱媒体および第２熱媒体）の流れを実線矢印で示しており、水電解装置１により水の電気分解で発生した水素含有ガスの流れを破線矢印で示している。なお、水電解装置１により電気分解される水の流れについては省略している。
【０１９４】
第２送出器２４は、第２流路２３に設けられ、第２熱媒体を送出するデバイスである。第２送出器２４は、例えば、マスフローコントローラ、昇圧器等の流体の流量を制御するデバイスであってもよいし、第２熱媒体に元圧が与えられている構成の場合は、流量調整弁であってもよい。第２流路２３を流通する第２熱媒体としては、例えば水が例示できる。
【０１９５】
第６制御器２５は、電気化学式水素ポンプ３の起動時に、第２送出器２４の動作を開始させるように制御する。第６制御器２５は演算処理部と、制御プログラムを記憶する記憶部とを備える。演算処理部としては、例えば、ＭＰＵ、ＣＰＵなどを例示できる。記憶部としては、例えば、メモリなどを例示できる。第６制御器２５は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもいいし、互いに共働して分散制御を行う、複数の制御器から構成されていてもいい。
【０１９６】
第８実施形態に係る水素システム１０８では、第１送出器７によって送出された第１熱媒体が、水電解セルから排熱を回収して第１流路５を流通する。一方、電気化学式水素ポンプ３の起動時に、第６制御器２５は、第２送出器２４の動作を開始させる。これにより、第２送出器２４によって送出された第２熱媒体が、第２流路２３を流通し、第１熱媒体との熱交換を促進させる。そして、第１熱媒体と熱交換した後の第２熱媒体は第２流路２３を流通し、電気化学式水素ポンプスタック４と熱交換する。このようにして、電気化学式水素ポンプ３の起動時に、電気化学式水素ポンプ３を最適な温度となるように、第２熱媒体によって加熱することができる。
【０１９７】
したがって、第８実施形態に係る水素システム１０８では、電気化学式水素ポンプ３の起動時において、高効率な運転が可能となる温度まで、電気化学式水素ポンプスタック４の温度を短時間に上昇させることができる。また、この電気化学式水素ポンプスタック４を加熱する熱源として水電解装置１における水電解セルの排熱を利用することができる。よって、第８実施形態に係る水素システム１０８では従来よりもエネルギー効率を高めるとともに、電気化学式水素ポンプ３の起動時において高効率な運転が可能となる。
【０１９８】
本実施形態に係る水素システム１０７および水素システム１０８は、上記の特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の変形例、第２実施形態、第３実施形態、第４実施形態、第５実施形態、第６実施形態、第７実施形態及び第７実施形態の変形例のいずれかに係る水素システムと同様であってもよい。例えば、図１４および図１５では、気液分離器が、ガス流路６に設けられていないが、第８実施形態に係る水素システム１０７および水素システム１０８の構成においてさらに気液分離器を備えた構成であってもよい。
【０１９９】
［第９実施形態］
次に図１６を参照して本開示の第９実施形態について説明する。図１６は、本開示の第９実施形態に係る水素システム１０９における熱媒体の温度制御に関する構成の一例を模式的に示すブロック図である。図１６では、水素システム１０９を構成する水電解装置１と、電気化学式水素ポンプ３との間における熱媒体（第１熱媒体および第２熱媒体）の流れを実線矢印で示しており、水電解装置１により水の電気分解で発生した水素含有ガスの流れを破線矢印で示している。なお、水電解装置１により電気分解される水の流れについては省略している。また、電気化学式水素ポンプ３に含まれる電気化学セルの温度を示す信号および第２流量制御器２６へ送信する制御信号の流れについては細い破線の矢印で示している。なお、本例では、温度を検知する検知器の一例として、温度検知器６０を用いているが、これに限定されない。電気化学セルの温度を検知する検知器は、上記温度検知器６０のように電気化学セルの温度を直接検知する検知器であってもよいし、電気化学セルの温度と相関するパラメータを検知する検知器であってもよい。電気化学セルの温度と相関するパラメータを検知する検知器としては、例えば、電気化学式水素ポンプ３の昇圧値を検知する検知器であってもよい。
【０２００】
第９実施形態に係る水素システム１０９は、図１４に示す第８実施形態に係る水素システム１０７の構成において、バイパス流路２７と、第２流量制御器２６と、をさらに備えた構成となっている。
【０２０１】
バイパス流路２７は、第１熱媒体が熱交換器２２をバイパス（迂回）するための流路である。図１６に示すようにバイパス流路２７の一方の端部は、第２流量制御器２６に接続され、他方の端部は、熱交換器２２で第２熱媒体と熱交換した後の第１熱媒体が流通する第１流路５の部分に接続されている。
【０２０２】
第２流量制御器２６は、バイパス流路２７を流れる第１熱媒体の流量を制御するデバイスである。第２流量制御器２６は、バイパス流路２７を流れる第１熱媒体の流量を制御することができれば、どのような構成であってもよい。第２流量制御器２６としては、三方弁、二方弁の組合せ、ニードル弁、マスフローコントローラまたは昇圧器等を備えた流量制御デバイスが例示できる。
【０２０３】
なお、第２流量制御器２６の詳細な例示は、第４実施形態の第１流量制御器１３と同様であるので説明を省略する。
【０２０４】
第６制御器２５は、電気化学式水素ポンプ３に含まれる電気化学セルの温度が上昇すると、第２流量制御器２６を制御して、バイパス流路２７を流れる第１熱媒体の流量を増加させる。
【０２０５】
第１熱媒体は、水電解スタック２と熱交換をして、水電解セルで発生した排熱を回収する。その後、排熱を回収した第１熱媒体は、第１流路５に設けられた第２流量制御器２６によって、第１熱媒体の流量の一部若しくは全量が第１流路５上に設けられた熱交換器２２を流通するように制御される。
【０２０６】
また、熱交換器２２を流通する第１熱媒体以外の残余の第１熱媒体は、第２流量制御器２６によってバイパス流路２７を流れるように制御され、再び、第１流路５を流通する第１熱媒体と合流する。このようにして、熱交換器２２で第２熱媒体と熱交換した後の第１熱媒体と、熱交換を行なわなかった第１熱媒体とが混合される。
【０２０７】
熱交換器２２では、第１流路５を流れる第１熱媒体と、電気化学式水素ポンプ３と熱交換する第２流路２３を流れる第２熱媒体との間で熱交換する。このように熱交換器２２において、第１熱媒体と熱交換し、第１熱媒体が有する熱の一部を得た後、第２熱媒体は、電気化学式水素ポンプ３と熱交換する。これによって、第２熱媒体が第１熱媒体から得た熱を利用して電気化学式水素ポンプ３を加熱することができる。
【０２０８】
また、第６制御器２５は、電気化学式水素ポンプ３に含まれる電気化学セルの温度を受信しており、温度が上昇したと判定すると、第２流量制御器２６を制御して、バイパス流路２７を流れる第１熱媒体の流量を増加させる。これにより、第１流路５を流通して熱交換器２２に向かう第１熱媒体の流量が低減されるため、第１熱媒体との熱交換により第２熱媒体が得られる熱量を低下させることができる。
【０２０９】
以上のように、第９実施形態に係る水素システム１０９では、電気化学式水素ポンプ３に含まれる電気化学セルの温度の上昇に応じて、第２流量制御器２６によってバイパス流路２７を流れる第１熱媒体の流量を増加させることができる。つまり、換言すると電気化学式水素ポンプ３の温度上昇に応じて、第２熱媒体が熱交換器２２を介して第１熱媒体から得られる熱量を低減させることができる。
【０２１０】
したがって、高効率な運転が可能となる温度となるように電気化学式水素ポンプ３を加熱することができる。
【０２１１】
本実施形態に係る水素システム１０９は、上記の特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の変形例、第２実施形態、第３実施形態、第４実施形態、第５実施形態、第６実施形態、第７実施形態、第７実施形態の変形例及び第８実施形態のいずれかに係る水素システムと同様であってもよい。例えば、図１６では、気液分離器が、ガス流路６に設けられていないが、第９実施形態に係る水素システム１０９の構成においてさらに気液分離器を備えた構成であってもよい。
【０２１２】
[第１０実施形態]
次に図１７を参照して本開示の第１０実施形態について説明する。図１７は、本開示の第１０実施形態に係る水素システム１１０の一例を模式的に示すブロック図である。図１７では、水素システム１１０を構成する水電解装置１と、電気化学式水素ポンプ３との間における熱媒体（第１熱媒体）の流れを実線矢印で示しており、水電解装置１により水の電気分解で発生した水素含有ガスの流れを破線矢印で示している。なお、水電解装置１により電気分解される水の流れについては省略している。
【０２１３】
第１０実施形態に係る水素システム１１０は、第１実施形態に係る水素システム１００の構成において、タンク５０と、燃料電池５１と、をさらに備えた構成となっている。
【０２１４】
タンク５０は、ガス流路６上に設けられ、水電解装置１で生成された水素含有ガスを貯える装置である。また、燃料電池５１は、電気化学式水素ポンプ３の下流のガス流路に設けられている。
【０２１５】
以上により、水電解装置１で生成された水素含有ガスをタンク５０に貯えることで、水素含有ガスを、必要に応じて適時に電気化学式水素ポンプ３に供給することができる。そして、電気化学式水素ポンプ３からの水素含有ガスを用いて、必要に応じて適時に燃料電池５１で発電することができる。
【０２１６】
例えば、日中などに、太陽光発電システムで得られた電力のうち、住宅の電力に使用しない余剰電力を用いて水電解装置１で生成された水素含有ガスをタンク５０に貯えるとともに、夜間には、この水素含有ガスを用いて燃料電池５１で発電することで、既存の系統電力に依存しないシステムを構築し得る。
【０２１７】
本実施形態に係る水素システム１０９は、上記の特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の変形例、第２実施形態、第３実施形態、第４実施形態、第５実施形態、第６実施形態、第７実施形態、第７実施形態の変形例、第８実施形態及び第９実施形態のいずれかに係る水素システムと同様であってもよい。
【０２１８】
なお、第１実施形態、第１実施形態の変形例、第２実施形態、第３実施形態、第４実施形態、第５実施形態、第６実施形態、第７実施形態、第７実施形態の変形例、第８実施形態、第９実施形態及び第１０実施形態は、互いに相手を排除しない限り、互いに組み合わせてもよい。
【０２１９】
また、本開示は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうる。例えば、図１４、図１５及び図１６では、第１流路５または第２流路２３において、図中で示されている第１熱媒体または第２熱媒体の流れの向きを逆向きとなるように構成しても良い。つまり、上記説明から、当業者にとっては、本開示の多くの改良及び他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本開示を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本開示の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０２２０】
本開示の水素システムは、水を電気分解する水電解装置と、生成した水素を圧縮する電気化学式水素ポンプと、水素を電気に変換する燃料電池システムとから構成されたシステムにおいて利用することができる。
【符号の説明】
【０２２１】
１        ：水電解装置
２        ：水電解スタック
３        ：電気化学式水素ポンプ
４        ：電気化学式水素ポンプスタック
５        ：第１流路
６        ：ガス流路
７        ：第１送出器
８        ：気液分離器
８Ａ      ：貯留部
９        ：冷却器
１０      ：第１制御器
１１      ：冷却器
１２      ：第２制御器
１３      ：第１流量制御器
１４      ：第３制御器
１６      ：第１分岐路
１７      ：第４制御器
１８      ：還流路
１９      ：還流量制御器
２０      ：第５制御器
２２      ：熱交換器
２３      ：第２流路
２４      ：第２送出器
２５      ：第６制御器
２６      ：第２流量制御器
２７      ：バイパス流路
３０      ：ガス分岐路
３１      ：冷却器
３２      ：ガス流量制御器
４１      ：冷却器
５０      ：タンク
５１      ：燃料電池
６０      ：温度検知器
１００    ：水素システム
１００Ａ  ：水素システム
１０１    ：水素システム
１０１Ａ  ：水素システム
１０２    ：水素システム
１０３    ：水素システム
１０４    ：水素システム
１０５    ：水素システム
１０６    ：水素システム
１０６Ａ  ：水素システム
１０７    ：水素システム
１０８    ：水素システム
１０９    ：水素システム
１１０    ：水素システム
【要約】
水素システムは、水電解セルを含む水電解装置と、水電解装置で生成された水素含有ガスを昇圧する電気化学式水素ポンプと、水電解装置で生成された水素含有ガスを電気化学式水素ポンプに供給するガス流路と、水電解セルの排熱を回収した液体の第１熱媒体が流れる第１流路と、を備える。電気化学式水素ポンプは、水電解セルの排熱を回収した後の第１熱媒体と熱交換可能に構成されている。【図１】
0006761960.tif 000002
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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