(57)【要約】【課題】簡単な構成及び工程で、高圧水が作用する弁の制御回数を可及的に削減し、前記弁の耐久性を向上させることを可能にする。【解決手段】水電解システム１０は、水を電気分解して酸素と前記酸素よりも高圧な高圧水素とを発生させる水電解装置１２と、前記水電解装置１２で製造されて導出される前記高圧水素を、気液分離する高圧気液分離装置２２と、前記高圧気液分離装置２２で分離された高圧な液状水を排出する高圧排水ライン２６と、前記高圧排水ライン２６に配設されるオリフィス９４と、コントローラ２８とを備える。コントローラ２８は、水電解装置１２から導出される透過水量が、オリフィス９４の設定水量となるように調整する透過水量可変機構９８を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード側に供給される水を電気分解し、前記アノード側に酸素を、カソード側に前記酸素よりも高圧な高圧水素を、それぞれ発生させる水電解装置と、
前記水電解装置から導出される前記高圧水素を、気液分離する高圧気液分離装置と、
前記高圧気液分離装置で分離された高圧な液状水を排出する排水ラインと、
前記排水ラインに配設され、圧力損失を付与することにより、一定流量の前記液状水を通流させる圧力損失部と、
を備える水電解システムであって、
前記水電解装置の前記アノード側から前記カソード側に透過する水量を変更可能な透過水量可変機構を設けるとともに、
前記透過水量可変機構は、前記水電解装置から排出される透過水量が、前記圧力損失部の設定水量となるように調整す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、前記水電解装置の温度を検知する温度検知機構と、
前記水電解装置に印加する電流を可変可能な電流可変機構と、
を備え、
前記透過水量可変機構は、前記温度検知機構により検知された温度に基づいて、前記電流可変機構を制御することにより、前記水電解装置から排出される透過水量を調整することを特徴とする水電解システム。
【請求項３】
請求項１又は２記載の水電解システムにおいて、前記排水ラインには、前記圧力損失部の下流に位置して開閉弁が配設されるとともに、
前記高圧気液分離装置には、該高圧気液分離装置の水位を検出する水位検出機構が設けられることを特徴とする水電解システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の水電解システムにおいて、前記圧力損失部は、オリフィスを備えることを特徴とする水電解システム。
【請求項５】
請求項３又は４記載の水電解システムにおいて、前記排水ラインには、前記圧力損失部と前記開閉弁との間から分岐する分岐排水ラインが設けられるとともに、
前記分岐排水ラインには、前記圧力損失部よりも大きな圧力損失を付与することにより、一定流量の前記液状水を通流させる下流側圧力損失部と、
前記下流側圧力損失部の下流に位置する下流側開閉弁と、
が配設されることを特徴とする水電解システム。
【請求項６】
請求項５記載の水電解システムにおいて、前記下流側圧力損失部は、オリフィスを備えることを特徴とする水電解システム。
【請求項７】
アノード側に供給される水を電気分解し、前記アノード側に酸素を、カソード側に前記酸素よりも高圧な高圧水素を、それぞれ発生させる水電解装置と、
前記水電解装置から導出される前記高圧水素を、気液分離する高圧気液分離装置と、
前記高圧気液分離装置で分離された高圧な液状水を排出する排水ラインと、
前記排水ラインに配設され、圧力損失を付与することにより、一定流量の前記液状水を通流させる圧力損失部と、
を備える水電解システムの運転方法であって、
前記水電解装置により前記高圧水素を発生させながら、前記水電解装置の温度を検知する工程と、
検知された前記温度に基づいて、前記水電解装置に印加される電流を可変させることにより、前記水電解装置から排出される透過水量が、前記圧力損失部の設定水量となるように調整する工程と、
を有することを特徴とする水電解システムの運転方法。
【請求項８】
請求項７記載の運転方法において、検知された前記温度が低い程、前記水電解装置に印加される電流値が小さくなるように制御することを特徴とする水電解システムの運転方法。
【請求項９】
請求項７又は８記載の運転方法において、前記排水ラインには、前記圧力損失部の下流に位置して開閉弁が配設されるとともに、前記高圧気液分離装置には、該高圧気液分離装置の水位を検出する水位検出機構が設けられ、
前記水電解装置から排出される透過水量が、前記圧力損失部の設定水量となるように調整された際、前記開閉弁を開弁する一方、
前記水位検出機構により、前記高圧気液分離装置の水位が下限閾値を下回っていると判断された際、前記開閉弁を閉弁することを特徴とする水電解システムの運転方法。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれか１項に記載の運転方法において、前記圧力損失部は、オリフィスを備えることを特徴とする水電解システムの運転方法。
【請求項１１】
請求項９又は１０記載の運転方法において、前記排水ラインには、前記圧力損失部と前記開閉弁との間から分岐する分岐排水ラインが設けられるとともに、
前記分岐排水ラインには、前記圧力損失部よりも大きな圧力損失を付与することにより、一定流量の前記液状水を通流させる下流側圧力損失部と、
前記下流側圧力損失部の下流に位置する下流側開閉弁と、
が配設され、
前記水電解装置から排出される透過水量が、前記圧力損失部の設定水量となるように調整された際、前記下流側開閉弁を開弁する一方、
前記水位検出機構により、前記高圧気液分離装置の水位が上限閾値を上回っていると判断された際、前記開閉弁を開弁することを特徴とする水電解システムの運転方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の運転方法において、前記下流側圧力損失部は、オリフィスを備えることを特徴と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、高圧水素を発生させる水電解装置と、前記高圧水素を気液分離する高圧気液分離装置と、前記高圧気液分離装置で分離された高圧な液状水を排出する排水ラインと、前記排水ラインに配設され、圧力損失を付与することにより、一定流量の前記液状水を通流させる圧力損失部とを備える水電解システム及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、燃料電池の発電反応に使用される燃料ガスとして、水素が使用されている。この水素は、例えば、水電解装置により製造されている。水電解装置は、水を分解して水素（及び酸素）を発生させるため、固体高分子電解質膜（イオン交換膜）を用いている。固体高分子電解質膜の両面には、電極触媒層が設けられて電解質膜・電極構造体が構成されるとともに、前記電解質膜・電極構造体の両側には、給電体を配設して単位セルが構成されている。
【０００３】
そこで、複数の単位セルが積層されたセルユニットには、積層方向両端に電圧が付与されるとともに、アノード側の給電体に水が供給される。このため、電解質膜・電極構造体のアノード側では、水が分解されて水素イオン（プロトン）が生成され、この水素イオンが固体高分子電解質膜を透過してカソード側に移動し、電子と結合して水素が製造される。一方、アノード側では、水素と共に生成された酸素が、余剰の水を伴ってセルユニットから排出される。
【０００４】
例えば、特許文献１に開示されている水電解装置は、純水補給ラインから電解セルに達した純水を該電解セルにおいて電解して水素ガスと酸素ガスを生成し、該水素ガスと酸素ガスを、それぞれ水素分離タンクと酸素分離タンクを経て外部に排出している。
【０００５】
そして、酸素分離タンクに純水を補給する純水補給ラインには、熱交換器が設置され、前記酸素分離タンクから電解セルを経て該酸素分離タンクに至る純水循環ラインが形成されている。さらに、電解セルから水素分離タンクに至る水素供給ラインが設けられるとともに、前記水素分離タンクの底部から延びる純水排出ラインは、熱交換器を経て系外に達している。この純水排出ラインには、流量制御弁が配設されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１５２３７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記の水電解装置では、水素分離タンクの底部から延びる純水排出ラインには、流量制御弁が配設されており、前記水素分離タンク内の液状水は、前記流量制御弁を介して排水制御されている。
【０００８】
しかしながら、電解セルで高圧水素（例えば、３５ＭＰａ以上の水素）が製造される場合、水素分離タンクから高圧の水が排出されるため、流量制御弁の入口側と出口側との圧力差が相当に大きくなってしまう。これにより、水位調整を行うために流量制御弁が開度調整される際、キャビテーション等が惹起され易く、前記流量制御弁が損傷して寿命が低下するという問題がある。
【０００９】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成及び工程で、高圧水が作用する弁の制御回数を可及的に削減し、前記弁の耐久性を向上させることが可能な水電解システム及びその運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、アノード側に供給される水を電気分解し、前記アノード側に酸素を、カソード側に前記酸素よりも高圧な高圧水素を、それぞれ発生させる水電解装置と、前記水電解装置から導出される前記高圧水素を、気液分離する高圧気液分離装置と、前記高圧気液分離装置で分離された高圧な液状水を排出する排水ラインと、前記排水ラインに配設され、圧力損失を付与することにより、一定流量の前記液状水を通流させる圧力損失部とを備える水電解システム及びその運転方法に関するものである。
【００１１】
この水電解システムでは、水電解装置のアノード側からカソード側に透過する水量を変更可能な透過水量可変機構を設けるとともに、前記透過水量可変機構は、前記水電解装置から排出される透過水量が、圧力損失部の設定水量となるように調整している。
【００１２】
また、この水電解システムでは、水電解装置の温度を検知する温度検知機構と、前記水電解装置に印加する電流を可変可能な電流可変機構とを備え、透過水量可変機構は、前記温度検知機構により検知された温度に基づいて、前記電流可変機構を制御することにより、前記水電解装置から排出される透過水量を調整することが好ましい。
【００１３】
さらに、この水電解システムでは、排水ラインには、圧力損失部の下流に位置して開閉弁が配設されるとともに、高圧気液分離装置には、前記高圧気液分離装置の水位を検出する水位検出機構が設けられることが好ましい。
【００１４】
さらにまた、この水電解システムでは、圧力損失部は、オリフィスを備えることが好ましい。
【００１５】
また、この水電解システムでは、排水ラインには、圧力損失部と開閉弁との間から分岐する分岐排水ラインが設けられるとともに、前記分岐排水ラインには、前記圧力損失部よりも大きな圧力損失を付与することにより、一定流量の液状水を通流させる下流側圧力損失部と、前記下流側圧力損失部の下流に位置する下流側開閉弁とが配設されることが好ましい。
【００１６】
さらに、この水電解システムでは、下流側圧力損失部は、オリフィスを備えることが好ましい。
【００１７】
さらにまた、この運転方法では、水電解装置により高圧水素を発生させながら、前記水電解装置の温度を検知する工程と、検知された前記温度に基づいて、前記水電解装置に印加される電流を可変させることにより、前記水電解装置から排出される透過水量が、圧力損失部の設定水量となるように調整する工程とを有している。
【００１８】
また、この運転方法では、検知された温度が低い程、水電解装置に印加される電流値が小さくなるように制御することが好ましい。
【００１９】
さらに、この運転方法では、排水ラインには、圧力損失部の下流に位置して開閉弁が配設されるとともに、高圧気液分離装置には、前記高圧気液分離装置の水位を検出する水位検出機構が設けられ、水電解装置から排出される透過水量が、前記圧力損失部の設定水量となるように調整された際、前記開閉弁を開弁する一方、前記水位検出機構により、前記高圧気液分離装置の水位が下限閾値を下回っていると判断された際、前記開閉弁を閉弁することが好ましい。
【００２０】
さらにまた、この運転方法では、圧力損失部は、オリフィスを備えることが好ましい。
【００２１】
また、この運転方法では、排水ラインには、圧力損失部と開閉弁との間から分岐する分岐排水ラインが設けられるとともに、前記分岐排水ラインには、前記圧力損失部よりも大きな圧力損失を付与することにより、一定流量の液状水を通流させる下流側圧力損失部と、前記下流側圧力損失部の下流に位置する下流側開閉弁とが配設され、水電解装置から排出される透過水量が、前記圧力損失部の設定水量となるように調整された際、前記下流側開閉弁を開弁する一方、水位検出機構により、高圧気液分離装置の水位が上限閾値を上回っていると判断された際、前記開閉弁を開弁することが好ましい。
【００２２】
さらに、この運転方法では、下流側圧力損失部は、オリフィスを備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、水電解装置から排出される透過水量は、圧力損失部の設定水量となるように調整されている。このため、高圧気液分離装置から排水ラインには、定常的に排水を行うことができ、例えば、前記排水ラインに配設された弁は、常時、開状態に維持すればよく、前記弁の開閉制御が不要になる。従って、簡単な構成及び工程で、高圧水が作用する弁の制御回数を可及的に削減し、前記弁の耐久性を向上させることが可能になる。
【００２４】
また、本発明によれば、水電解装置の運転中に検知された前記水電解装置の温度に基づいて、前記水電解装置に印加される電流を可変させている。このため、水電解装置から排出される透過水量は、圧力損失部の設定水量となるように調整されている。これにより、簡単な構成及び工程で、高圧水が作用する弁の制御回数を可及的に削減させることができ、前記弁の耐久性を良好に向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の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】印加される電流値と温度との関係から透過水量を算出するためマップの説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る運転方法を説明するフローチャートである。
【図４】電流値と透過水量との関係説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る運転方法を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る運転方法が適用される水電解システムの概略構成説明図である。
【図７】前記運転方法を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る水電解システム１０は、水（純水）を電気分解することによって酸素及び高圧水素（常圧である酸素圧力よりも高圧、例えば、１ＭＰａ〜７０ＭＰａの水素）を製造する差圧式水電解装置（高圧水素製造装置）１２と、前記水電解装置１２から排出される前記酸素及び余剰の水を分離し、前記水を貯留する水貯留装置１４と、前記水貯留装置１４に貯留される前記水を、前記水電解装置１２に循環させる水循環装置１６と、前記水貯留装置１４に市水から生成された純水を供給する水供給装置１８と、前記水電解装置１２から高圧水素配管２０に導出される前記高圧水素に含まれる液状水を除去（気液分離）する高圧気液分離装置２２と、前記高圧気液分離装置２２から液状水が分離された前記高圧水素を導出する高圧水素導出ライン２４と、前記高圧気液分離装置２２から高圧な液状水を排出する高圧排水ライン２６と、コントローラ（制御装置）２８とを備える。
【００２７】
水電解装置１２は、複数の単位セル３０を積層したセルユニットを備える。単位セル３０の積層方向一端には、ターミナルプレート３２ａ、絶縁プレート３４ａ及びエンドプレート３６ａが外方に向かって、順次、配設される。単位セル３０の積層方向他端には、同様にターミナルプレート３２ｂ、絶縁プレート３４ｂ及びエンドプレート３６ｂが外方に向かって、順次、配設される。エンドプレート３６ａ、３６ｂ間は、一体的に締め付け保持される。
【００２８】
ターミナルプレート３２ａ、３２ｂの側部には、端子部３８ａ、３８ｂが外方に突出して設けられる。端子部３８ａ、３８ｂは、配線３９ａ、３９ｂを介して電解電源４０に電気的に接続される。
【００２９】
単位セル３０は、例えば、円盤状の電解質膜・電極構造体４２と、この電解質膜・電極構造体４２を挟持するアノード側セパレータ４４及びカソード側セパレータ４６とを備える。アノード側セパレータ４４及びカソード側セパレータ４６は、円盤状を有するとともに、例えば、カーボン部材等で構成され、又は、鋼板、ステンレス鋼板、チタン板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板をプレス成形して、あるいは切削加工した後に防食用の表面処理を施して構成される。
【００３０】
電解質膜・電極構造体４２は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜４８と、前記固体高分子電解質膜４８の両面に設けられるアノード側給電体５０及びカソード側給電体５２とを備える。
【００３１】
固体高分子電解質膜４８の両面には、アノード電極触媒層５０ａ及びカソード電極触媒層５２ａが形成される。アノード電極触媒層５０ａは、例えば、Ｒｕ（ルテニウム）系触媒を使用する一方、カソード電極触媒層５２ａは、例えば、白金触媒を使用する。
【００３２】
単位セル３０の外周縁部には、積層方向に互いに連通して、水（純水）を供給するための水供給連通孔５６と、反応により生成された酸素及び未反応の水（混合流体）を排出するための排出連通孔５８と、反応により生成された水素を流すための水素連通孔６０とが設けられる。
【００３３】
アノード側セパレータ４４の電解質膜・電極構造体４２に対向する面には、水供給連通孔５６及び排出連通孔５８に連通する第１流路６４が設けられる。この第１流路６４は、アノード側給電体５０の表面積に対応する範囲内に設けられるとともに、複数の流路溝や複数のエンボス等で構成される。第１流路６４には、反応により生成された酸素及び使用済みの水が流通する。
【００３４】
カソード側セパレータ４６の電解質膜・電極構造体４２に向かう面には、水素連通孔６０に連通する第２流路６８が形成される。この第２流路６８は、カソード側給電体５２の表面積に対応する範囲内に設けられるとともに、複数の流路溝や複数のエンボス等で構成される。第２流路６８には、反応により生成された高圧水素が流通する。
【００３５】
水循環装置１６は、水電解装置１２の水供給連通孔５６に連通する循環配管７２を備え、この循環配管７２は、循環ポンプ７４を配置して水貯留装置１４を構成するタンク部７６の底部に接続される。
【００３６】
タンク部７６の上部には、ブロア７８及び戻り配管８０の一端部が連通するとともに、前記戻り配管８０の他端は、水電解装置１２の排出連通孔５８に連通する。戻り配管８０の一端部は、タンク部７６内に貯留される水の中で、常時、開口する位置に設定される。
【００３７】
タンク部７６には、水供給装置１８に接続された純水供給配管８４と、前記タンク部７６で純水から分離された酸素を排出するための酸素排気配管８６とが連結される。
【００３８】
水電解装置１２の水素連通孔６０には、高圧水素配管２０の一端が接続され、この高圧水素配管２０の他端が高圧気液分離装置２２に接続される。高圧気液分離装置２２で水分が除去された高圧水素は、ドライ水素として高圧水素導出ライン２４に導出される。高圧水素導出ライン２４には、規定圧力値（例えば、３５ＭＰａ）に設定された背圧弁８８が設けられる。
【００３９】
高圧気液分離装置２２は、水を貯留するためのタンク部９０を備える。タンク部９０には、前記タンク部９０内の水位ＷＳを検出する水位検出機構、例えば、水位検出センサ（ＬＳ）９２が設けられる。水位検出センサ９２の検出信号は、コントローラ２８に入力される。
【００４０】
高圧気液分離装置２２の下部には、高圧排水ライン２６が接続され、前記高圧排水ライン２６には、圧力損失を付与することにより、設定水量ＱＳＥＴの液状水を通流させる圧力損失部、例えば、オリフィス９４が配設される。高圧排水ライン２６には、オリフィス９４の下流に位置して開閉弁、例えば、電磁弁９６が配設される。
【００４１】
コントローラ２８は、水電解装置１２のアノード側からカソード側に透過する水量を変更可能な透過水量可変機構９８としての機能、及び水電解装置１２に印加する電流を可変可能な電流可変機構１００としての機能を有する。
【００４２】
水電解装置１２には、前記水電解装置１２の温度を検知する温度センサ（温度検知機構）１０２と、前記水電解装置１２に印加する電流を検知する電流計１０４とが設けられる。温度センサ１０２による検知温度及び電流計１０４による検知電流は、コントローラ２８に送られる。
【００４３】
このように構成される水電解システム１０の動作について、第１の実施形態に係る運転方法との関連で、以下に説明する。
【００４４】
先ず、水電解装置１２の水電解時において、印加される電流値と温度との関係から前記水電解装置１２におけるアノード側からカソード側への透過水量を測定し、図２に示すマップが得られた。
【００４５】
図２から了解されるように、同一電流値において、水電解装置１２の温度が低い時（例えば、起動時）には、前記水電解装置１２の温度が高い時（例えば、定常運転時）に比べて、透過水量Ｑが多量に発生している。従って、検知される温度が低い程、印加電流値が小さくなるように制御する。
【００４６】
次いで、図３のフローチャートに示すように、水電解システム１０がアイドリング運転（起動に必要な最小限の運転）を行っており（ステップＳ１）、前記水電解システム１０の起動開始が判断されると（ステップＳ２中、ＹＥＳ）、ステップＳ３の準備工程に進む。
【００４７】
ステップＳ３では、例えば、水供給装置１８を介して市水から生成された純水が、水貯留装置１４を構成するタンク部７６に供給される。そして、ステップＳ４に進んで、水電解システム１０による電解通常運転が開始される。
【００４８】
図１に示すように、水循環装置１６では、循環ポンプ７４の作用下に、タンク部７６内の水が循環配管７２を介して水電解装置１２の水供給連通孔５６に供給される。一方、ターミナルプレート３２ａ、３２ｂの端子部３８ａ、３８ｂには、電気的に接続されている電解電源４０を介して電圧が付与される。
【００４９】
このため、各単位セル３０では、水供給連通孔５６からアノード側セパレータ４４の第１流路６４に水が供給され、この水がアノード側給電体５０内に沿って移動する。
【００５０】
従って、水は、アノード電極触媒層５０ａで電気により分解され、水素イオン、電子及び酸素が生成される。この陽極反応により生成された水素イオンは、固体高分子電解質膜４８を透過してカソード電極触媒層５２ａ側に移動し、電子と結合して水素が得られる。
【００５１】
これにより、カソード側セパレータ４６とカソード側給電体５２との間に形成される第２流路６８に沿って水素が流動する。この水素は、水供給連通孔５６よりも高圧に維持されており、水素連通孔６０を流れて水電解装置１２の外部に取り出し可能となる。
【００５２】
一方、第１流路６４には、反応により生成した酸素と、未反応の水とが流動しており、これらの混合流体が排出連通孔５８に沿って水循環装置１６の戻り配管８０に排出される。この未反応ガスの水及び酸素は、タンク部７６に導入されて分離された後、水は、循環ポンプ７４を介して循環配管７２を通って水供給連通孔５６に導入される。水から分離された酸素は、酸素排気配管８６から外部に排出される。
【００５３】
水電解装置１２内に生成された水素は、高圧水素配管２０を介して高圧気液分離装置２２に送られる。この高圧気液分離装置２２では、水素に含まれる液状水が、この水素から分離されてタンク部９０に貯留される一方、前記水素は、高圧水素導出ライン２４に導出される。
【００５４】
上記の電解運転時において、温度センサ１０２により水電解装置１２の温度が検知され（ステップＳ５）、検知された前記温度は、コントローラ２８の透過水量可変機構９８に送られる。透過水量可変機構９８では、図２に示すマップから、検知された温度に対応する電流値が算出される。
【００５５】
すなわち、オリフィス９４は、設定水量ＱＳＥＴの液状水を通流させるように設定されており、水電解装置１２から排出される透過水量Ｑを、前記設定水量ＱＳＥＴに調整するために、検知された温度に対応する電流値が算出される。そして、電流可変機構１００は、算出された電流値になるように、すなわち、検知された水電解装置１２の温度が低い程、前記水電解装置１２に印加される電流値が小さくなるように、電解電源４０を制御する（ステップＳ６）。
【００５６】
水電解装置１２からの透過水量Ｑが、オリフィス９４の設定水量ＱＳＥＴと同量であると判断されると（ステップＳ７中、ＹＥＳ）、ステップＳ８に進んで、電磁弁９６が開放される。このため、水電解装置１２から高圧気液分離装置２２に排出される透過水量Ｑは、高圧排水ライン２６から排出される設定流量ＱＳＥＴと同量となり、前記高圧気液分離装置２２内の水位ＷＳは、一定位置に維持される。従って、水電解装置１２による電解運転中、電磁弁９６は、開放状態（開弁状態）に保持されている。
【００５７】
さらに、ステップＳ９に進んで、水電解装置１２による電解運転が停止されると（ステップＳ９中、ＹＥＳ）、ステップＳ１０に進んで、電磁弁９６が閉塞（閉弁）される。その後、ステップＳ１に戻って、上記の処理が行われる。
【００５８】
この場合、第１の実施形態では、水電解装置１２から排出される透過水量Ｑは、オリフィス９４の設定水量ＱＳＥＴとなるように調整されている。このため、高圧気液分離装置２２から高圧排水ライン２６には、定常的に排水を行うことができる。従って、高圧排水ライン２６に配設された電磁弁９６は、常時、開状態に維持されており、前記電磁弁９６の開閉制御が不要になる。
【００５９】
これにより、簡単な構成及び工程で、高圧水が作用する電磁弁９６の制御回数を可及的に削減することができ、前記電磁弁９６の耐久性を良好に向上させることが可能になるという効果が得られる。
【００６０】
また、第１の実施形態では、予め図２に示すマップが用意され、水電解装置１２の運転中に検知された前記水電解装置１２の温度に基づいて、前記水電解装置１２に印加される電流値を可変させている。
【００６１】
具体的には、図４に示すように、温度センサ１０２により検知される水電解装置１２の温度Ｔが温度Ｔ１であるとする。その際、電流計１０４による検知電流値Ａが電流値Ａ１であると、透過水量Ｑが設定水量ＱＳＥＴよりも少なくなるため、電流値Ａ１を上げる制御が行われている。一方、電流計１０４による検知電流値Ａが電流値Ａ２であると、透過水量Ｑが設定水量ＱＳＥＴよりも多くなるため、電流値Ａ２を下げる制御が行われている。
【００６２】
これにより、水電解装置１２から排出される透過水量Ｑが、オリフィス９４の設定水量ＱＳＥＴとなるように調整されている。このため、簡単な構成及び工程で、高圧水が作用する電磁弁９６の制御回数を可及的に削減し、前記電磁弁９６の耐久性を向上させることが可能になるという効果が得られる。
【００６３】
次いで、本発明の第２の実施形態に係る運転方法について、図５に示すフローチャートに沿って、以下に説明する。
【００６４】
なお、第１の実施形態に係る運転方法と同一の工程については、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３の実施形態に係る運転方法においても、同様にその詳細な説明は省略する。
【００６５】
水電解システム１０では、アイドリング運転（ステップＳ１０１）から起動が行われた後（ステップＳ１０２）、水電解装置１２からの透過水量Ｑが、オリフィス９４の設定水量ＱＳＥＴと同量となるように制御される（ステップＳ１０３〜ステップＳ１０７）。さらに、電磁弁９６が開弁された後（ステップＳ１０８）、ステップＳ１０９に進んで、高圧気液分離装置２２内の水位ＷＳが検出される。
【００６６】
高圧気液分離装置２２に設けられている水位検出センサ９２の検出信号は、コントローラ２８に入力され、前記コントローラ２８では、検出された水位ＷＳが下限閾値を下回っているか否かを判断する。そして、検出された水位ＷＳが、下限閾値以上であると判断されると（ステップＳ１０９中、ＹＥＳ）、ステップＳ１１０以降の処理に進む。
【００６７】
一方、検出された水位ＷＳが、下限閾値を下回っていると判断されると（ステップＳ１０９中、ＮＯ）、ステップＳ１１２に進む。ステップＳ１１２では、電磁弁９６が一定時間だけ閉弁されるため、高圧気液分離装置２２からの排水が規制される。従って、例えば、オリフィス９４が損傷して初期設定流量ＱＳＥＴ以上の水が通過している際にも、高圧気液分離装置２２内の水が必要以上に排出されることがない。
【００６８】
図６は、本発明の第３の実施形態に係る運転方法が適用される水電解システム１１０の概略構成説明図である。なお、水電解システム１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００６９】
水電解システム１１０では、高圧排水ライン２６には、オリフィス９４と電磁弁９６との間から分岐する分岐高圧排水ライン２６ａが設けられる。分岐高圧排水ライン２６ａには、オリフィス９４よりも大きな圧力損失を付与することにより、一定流量の液状水を通流させる下流側圧力損失部、例えば、下流側オリフィス９４ａと、前記下流側オリフィス９４ａの下流に位置する下流側開閉弁、例えば、下流側電磁弁９６ａとが配設される。
【００７０】
このように構成される水電解システム１１０の運転方法について、図７に示すフローチャートに沿って、以下に説明する。
【００７１】
第３の実施形態では、オリフィス９４の設定水量ＱＳＥＴと下流側オリフィス９４ａの設定水量Ｑ１ＳＥＴとの和が、高圧気液分離装置２２からの排出水量となる。このため、コントローラ２８では、水電解装置１２から排出される透過水量Ｑを、設定水量ＱＳＥＴ＋設定水量Ｑ１ＳＥＴに調整する制御が行われる。また、オリフィス９４と下流側オリフィス９４ａとでは、設定水量ＱＳＥＴ＞設定水量Ｑ１ＳＥＴの関係を有している。
【００７２】
そこで、水電解システム１１０では、アイドリング運転（ステップＳ２０１）から起動が行われた後（ステップＳ２０２）、ステップＳ２０３〜ステップＳ２０６の処理が行われる。さらに、ステップＳ２０７では、水電解装置１２からの透過水量Ｑが、オリフィス９４の設定水量ＱＳＥＴ＋下流側オリフィス９４ａの設定水量Ｑ１ＳＥＴと同量となるように制御される。
【００７３】
透過水量Ｑが、設定水量ＱＳＥＴ＋設定水量Ｑ１ＳＥＴと同量であると判断されると（ステップＳ２０７中、ＹＥＳ）、ステップＳ２０８に進んで、下流側電磁弁９６ａが開弁される。このため、高圧気液分離装置２２から高圧排水ライン２６に排出された水は、直列配置の圧力損失部であるオリフィス９４及び下流側オリフィス９４ａを流通して減圧された後、下流側電磁弁９６ａを介して排出される。
【００７４】
さらに、ステップＳ２０９に進んで、高圧気液分離装置２２内の水位ＷＳが検出される。検出された水位ＷＳが、上昇していると判断されると（ステップＳ２０９中、ＹＥＳ）、ステップＳ２１０に進んで、電磁弁９６が開弁される。従って、高圧気液分離装置２２から排出される水は、高圧排水ライン２６及び分岐高圧排水ライン２６ａから同時に排出される。そして、高圧気液分離装置２２内の水位ＷＳが減少したと判断されると（ステップＳ２１１中、ＹＥＳ）、ステップＳ２１２に進んで、電磁弁９６が閉弁される。
【００７５】
このように第３の実施形態では、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。しかも、オリフィス９４と下流側オリフィス９４ａとが直列に配置されており、前記オリフィス９４及び前記下流側オリフィス９４ａの各入口と出口との圧力差が低減される。これにより、圧力差によるキャビテーションの影響を可及的に抑制することができるという利点がある。
【符号の説明】
【００７６】
１０、１１０…水電解システム        １２…水電解装置
１４…水貯留装置                    １６…水循環装置
１８…水供給装置                    ２０…高圧水素配管
２２…高圧気液分離装置              ２４…高圧水素導出ライン
２６…高圧排水ライン                ２６ａ…分岐高圧排水ライン
２８…コントローラ                  ３０…単位セル
４０…電解電源                      ４２…電解質膜・電極構造体
４４…アノード側セパレータ          ４６…カソード側セパレータ
４８…固体高分子電解質膜            ５０…アノード側給電体
５２…カソード側給電体              ５６…水供給連通孔
５８…排出連通孔                    ６０…水素連通孔
７６、９０…タンク部                ８８…背圧弁
９２…水位検出センサ                ９４…オリフィス
９４ａ…下流側オリフィス            ９６…電磁弁
９６ａ…下流側電磁弁                ９８…透過水量可変機構
１００…電流可変機構                １０２…温度センサ
１０４…電流計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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