(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
純水を電気分解して酸素と水素を製造する水電解部と、
前記水電解部から送出された純水である第１純水と前記水素とを貯蔵する水素貯蔵タンクと、
前記水素貯蔵タンクの圧力を測定し水素圧力測定値を出力する水素圧力計と、
前記水電解部から送出された純水である第２純水と前記酸素とを貯蔵する酸素貯蔵タンクと、
前記酸素貯蔵タンクの圧力を測定し酸素圧力測定値を出力する酸素圧力計と、
前記水素圧力測定値と前記酸素圧力測定値とに基づいて、前記水素貯蔵タンクの圧力と前記酸素貯蔵タンクの圧力との差を無くすように、前記第１純水の水位である第１水位及び前記第２純水の水位である第２水位の内、少なくとも一方を制御する制御部と、
前記第１純水を排出可能な第１排水弁と、
前記第２純水を排出可能な第２排水弁と
を具備し、
前記制御部は、前記第１水位を前記第１排水弁で制御し、前記第２水位を前記第２排水弁で制御する
ガス発生装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記水素圧力測定値と前記酸素圧力測定値との差の絶対値を、予め設定された基準値以下にするように前記第１水位及び前記第２水位の内、少なくとも一方を制御する、
請求項１に記載のガス発生装置。
【請求項３】
前記水素貯蔵タンクへ純水である第３純水を供給可能な第１給水弁と、
を更に具備し、
前記制御部は、更に、前記第１排水弁に加えて、前記第１給水弁で前記第１水位を制御する、
請求項１又は２に記載のガス発生装置。
【請求項４】
前記酸素貯蔵タンクへ純水である第４純水を供給可能な第２給水弁と、
を更に具備し、
前記制御部は、更に、前記第２排水弁に加えて、前記第２給水弁で前記第２水位を制御する、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のガス発生装置。
【請求項５】
前記水素貯蔵タンクへ純水である第３純水を供給可能な第１給水弁と、
前記第１水位を計測する第1液面計と、
を更に具備し、
前記制御部は、予め設定された前記第１水位の許容範囲である第１許容水位範囲に前記第１水位が入り、前記水素圧力測定値と前記酸素圧力測定値との差を予め設定された基準値以下にするように、前記第１排水弁、前記第２排水弁、前記第１給水弁の内、少なくとも一つを制御する、
請求項１に記載のガス発生装置。
【請求項６】
前記第２水位を計測する第２液面計と、
を更に具備し、
前記制御部は、予め設定された前記第２水位の許容範囲である第２許容水位範囲に前記第２水位が入り、前記第１許容水位範囲に前記第１水位が入り、前記水素圧力測定値と前記酸素圧力測定値との差を前記基準値以下にするように、前記第１排水弁、前記第２排水弁、前記第１給水弁及び前記第２給水弁の内、少なくとも一つを制御する、
請求項５に記載のガス発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水の電気分解を用いたガス発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
クリーンなシステムとして注目されている燃料電池や、水素エンジンには、水素ガスあるいは酸素ガスが必要である。水の電気分解（以下、「水電解」と記す）により水素ガス及び酸素ガスを製造するガス発生装置（固体高分子電解質膜を用いた装置）は、比較的容易に無公害で水素ガス及び酸素ガスを製造することが可能である。特に、太陽光や風力などの自然エネルギーを用いれば、環境に負荷を与えないガス発生装置とすることが出来る。
【０００３】
従来の技術でのガス発生装置について、添付図面を用いて説明する。
図５は、従来技術でのガス発生装置の構成を示す図である。ガス発生装置は、水電解部１０１、水素貯蔵タンク１０２、酸素貯蔵タンク１０３、水素圧力計１０６、酸素圧力計１０７、第１排水弁１０８、第２排水弁１０９、第１排水ラインＡ１１２−１、第１排水ラインＢ１１２−２、第２排水ラインＡ１１３−１、第２排水ラインＢ１１３−２、水給水ライン１１４、水素生成ライン１１６、酸素生成ライン１１７、制御部１１８、水素制御弁１２１、酸素制御弁１２２、水素排気ラインＡ１２３−１、水素排気ラインＢ１２３−２、酸素排気ラインＡ１２４−１、酸素排気ラインＢ１２４−２を具備する。
【０００４】
水電解部１０１は、水給水ライン１１４経由で、純水を正極側に供給され、電気分解により水素ガス（負極側）及び酸素ガス（正極側）を生成する。固体高分子電解質膜を用いている。生成した水素ガスは、負極側に浸透した純水と共に、水素生成ライン１１６へ送出される。また、生成した酸素ガスは、供給された純水の残りと共に、酸素生成ライン１１７へ送出される。
水素貯蔵タンク１０２は、水素生成ライン１１６経由で、生成した水素ガス及び純水を受け取り、貯蔵する。水素貯蔵タンク１０２の圧力は、水素圧力計１０６により計測され、計測結果は、制御部１１８へ出力される。
酸素貯蔵タンク１０３は、酸素生成ライン１１７経由で、生成した酸素ガス及び純水を受け取り、貯蔵する。酸素貯蔵タンク１０３の圧力は、酸素圧力計１０７により計測され、計測結果は、制御部１１８へ出力される。
制御部１１８は、水素圧力計１０６及び酸素圧力計１０７の測定結果を比較し、水素貯蔵タンク１０２と酸素貯蔵タンク１０３の間で圧力差が発生しないように、水素制御弁１２１及び酸素制御弁１２２を制御する。これは、圧力差が生じた場合、水電解部の電解質膜の損傷（圧力差による破れ）が起こるからである。制御方法は、例えば、水素貯蔵タンク１０２の圧力が酸素貯蔵タンク１０３の圧力より高い場合、水素制御弁１２１の弁を開き、水素排気ラインＡ１２３−１及び水素排気ラインＢ１２３−２を介して水素ガスを外部へ排気する。これにより、水素貯蔵タンク１０２の圧力と酸素貯蔵タンク１０３の圧力とを等しくできる。酸素貯蔵タンク１０３のガスが高圧の場合には、酸素制御弁１２２の弁を開き、酸素排気ラインＡ１２４−１及び酸素排気ラインＢ１２４−２を介して酸素ガスを外部へ排気する。
【０００５】
従来の技術においては、上述のように、圧力差の発生による水電解部の電解質膜の損傷を防止するために、僅かな圧力差を検知した時点で、高圧側のガスの一部を排気して、同圧になるように制御していた。このため、水素ガスと酸素ガスとを製造しながら同時に貯蔵する場合には、いずれかのガスに無駄が生じていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、水素ガス及び酸素ガスを製造しながら同時に貯蔵する場合、ガスの無駄を発生させずに両ガスとも同圧にすることが可能なガス発生装置を提供することである。
【０００７】
また、本発明の別の目的は、水素ガス及び酸素ガスを製造しながら同時に貯蔵する場合、電解質膜に影響を与えることなく安定的に運転が可能なガス発生装置を提供することである。
【０００８】
また、本発明の更に別の目的は、水素ガス及び酸素ガスを製造しながら同時に貯蔵する場合、低コストで両ガス共に同圧にすることが出来るガス発生装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１０】
従って、上記課題を解決するための本発明のガス発生装置は、純水を電気分解して酸素と水素を製造する水電解部（１）と、前記水電解部（１）から送出された純水である第１純水と前記水素とを貯蔵する水素貯蔵タンク（２）と、前記水素貯蔵タンク（２）の圧力を測定し水素圧力測定値を出力する水素圧力計（６）と、前記水電解部（１）から送出された純水である第２純水と前記酸素とを貯蔵する酸素貯蔵タンク（３）と、前記酸素貯蔵タンク（３）の圧力を測定し酸素圧力測定値を出力する酸素圧力計（７）と、前記水素圧力測定値と前記酸素圧力測定値とに基づいて、前記水素貯蔵タンク（２）の圧力と前記酸素貯蔵タンク（３）の圧力との差を無くすように、前記第１純水の水位である第１水位及び前記第２純水の水位である第２水位の内、少なくとも一方を制御する制御部（１８）とを具備する。
【００１１】
また、本発明のガス発生装置は、前記第１純水を排出可能な第１排水弁（８）と、前記第２純水を排出可能な第２排水弁（９）とを更に具備する。そして、前記制御部（１８）は、前記第１水位を前記第１排水弁（８）で制御する。また、前記制御部（１８）は、前記第２水位を前記第２排水弁（９）で制御する。
【００１２】
更に、本発明のガス発生装置は、前記制御部（１８）が、前記水素圧力測定値と前記酸素圧力測定値との差の絶対値を、予め設定された基準値以下にするように前記第１水位及び前記第２水位の内、少なくとも一方を制御する。
【００１３】
更に、本発明のガス発生装置は、前記水素貯蔵タンク（２）へ純水である第３純水を供給可能な第１給水弁（１０）とを更に具備する。そして、前記制御部（１８）は、更に、前記第１排水弁（８）に加えて、前記第１給水弁（１０）で前記第１水位を制御する。
【００１４】
更に、本発明のガス発生装置は、前記酸素貯蔵タンク（３）へ純水である第４純水を供給可能な第２給水弁（１１）とを更に具備する。そして、前記制御部（１８）は、更に、前記第２排水弁（９）に加えて、前記第２給水弁（１１）で前記第２水位を制御する。
【００１５】
更に、本発明のガス発生装置は、前記第１純水を排出可能な第１排水弁（８）と、前記第２純水を排出可能な第２排水弁（９）と、前記水素貯蔵タンク（２）へ純水である第３純水を供給可能な第１給水弁（１０）と、前記第１水位を計測する第1液面計（４）とを更に具備する。そして、前記制御部（１８）は、予め設定された前記第１水位の許容範囲である第１許容水位範囲に前記第１水位が入り、前記水素圧力測定値と前記酸素圧力測定値との差を予め設定された基準値以下にするように、前記第１排水弁（８）、前記第２排水弁（９）、前記第１給水弁（１０）の内、少なくとも一つを制御する。
【００１６】
更に、本発明のガス発生装置は、前記第２水位を計測する第２液面計（５）とを更に具備する。そして、前記制御部（１８）は、予め設定された前記第２水位の許容範囲である第２許容水位範囲に前記第２水位が入り、前記第１許容水位範囲に前記第１水位が入り、前記水素圧力測定値と前記酸素圧力測定値との差を前記基準値以下にするように、前記第１排水弁（８）、前記第２排水弁（９）、前記第１給水弁（１０）及び前記第２給水弁（１１）の内、少なくとも一つを制御する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明であるガス発生装置の実施の形態について、添付の図面を用いて説明する。本実施例において、水電解により製造した水素ガス及び酸素ガスを同時に同圧で貯蔵する装置を例に示して説明するが、他の同圧操作が必要なシステムにおいても適用可能である。
【００１８】
（実施例１）
本発明であるガス発生装置の第一の実施の形態について説明する。
本発明であるガス発生装置の第一の実施の形態における構成について、図１を参照して説明する。
図１は、ガス発生装置の実施の形態における構成を示す図である。
ガス発生装置は、水電解部１、水素貯蔵タンク２、酸素貯蔵タンク３、第１液面計４、第２液面計５、水素圧力計６、酸素圧力計７、第１排水弁８、第２排水弁９、第１排水ラインＡ１２−１、第１排水ラインＢ１２−２、第２排水ラインＡ１３−１、第２排水ラインＢ１３−２、純水導入ライン１４、水素生成ライン１６、酸素生成ライン１７、制御部１８を具備する。
【００１９】
本発明のガス発生装置では、製造した水素ガス及び酸素ガスを貯蔵する水素貯蔵タンク及び酸素貯蔵タンクの圧力を同圧にする際、各タンク内にある純水を排水することにより圧力調整を行なう点が従来の技術と異なる。例えば、水素貯蔵タンクの圧力が高い場合には、水素貯蔵タンク内の純水を排出し、水素貯蔵タンク内の純水を減少して、水素ガスの圧力を低下させることにより、両貯蔵タンク内の圧力を同圧化する。この方法により、製造した水素ガスあるいは酸素ガスを無駄にすることなく、水素貯蔵タンクと酸素貯蔵タンクを同圧にすることが可能になる。ひいては、水電解部の電解質膜への損傷を防止することが出来る。
【００２０】
図１の各構成について、以下に説明する。
水電解部１は、電力と純水（「原料水」とも記す）の供給を受けて、水電解（電気化学反応）により水素ガスと酸素ガスを２：１の割合で製造する。固体高分子電解質を用い、負極側で水素ガス、正極側で酸素ガスを発生する。水素ガス及び酸素ガス発生時は、固体高分子電解質及び触媒層での抵抗損等により、発熱する。
【００２１】
水素貯蔵タンク２は、水電解部１により製造された水素ガスを貯蔵する。水電解の際、一部の原料水が固体高分子電解質を負極側へ浸透するため、その純水（第１純水）もまた、水素ガスと共に水素貯蔵タンク２に貯蔵される。水電解で発生するガスの体積比が、水素ガス：酸素ガス＝２：１であることから、概ね、水素貯蔵タンク２の容積：酸素貯蔵タンク３の容積＝２：１とする。
【００２２】
第１液面計４は、水素貯蔵タンク２内に設置され、水素貯蔵タンク２内の純水の水位を計測する。そして、計測した計測結果である第１水位を、制御部１８（後述）へ出力する。
水素圧力計６は、水素貯蔵タンク２に設置され、水素貯蔵タンク２内の気体の圧力を測定する。そして、測定した測定結果である水素圧力測定値を、制御部１８（後述）へ出力する。
第１排水弁８は、水素貯蔵タンク２内の圧力を低下させるために蓄積した水を排出するための配管に設けられた弁である。制御部１８（後述）により、その開閉及び開度が制御される。
【００２３】
酸素貯蔵タンク３は、水電解部１により製造された酸素ガスを貯蔵する。水電解部１へ供給された原料水の内、水電解されなかった残余の純水（第２純水）もまた、製造された酸素ガスと共に酸素貯蔵タンク３に貯蔵される。
【００２４】
第２液面計５は、酸素貯蔵タンク３内に設置され、酸素貯蔵タンク３内の純水の水位を計測する。そして、計測した計測結果である第２水位を、制御部１８（後述）へ出力する。
酸素圧力計７は、酸素貯蔵タンク３に設置され、酸素貯蔵タンク３内の気体の圧力を測定する。そして、測定した測定結果である酸素圧力測定値を、制御部１８（後述）へ出力する。
第２排水弁９は、酸素貯蔵タンク３内の圧力を低下させるために蓄積した水を排出するための配管にもうけられた弁である。制御部１８（後述）により、その開閉及び開度が制御される。
【００２５】
制御部１８は、水素圧力計６からの出力である水素圧力測定値と、酸素圧力計７からの出力である前記酸素圧力測定値とを継続的に監視する。そして、水素圧力測定値と酸素圧力測定値との間に差が発生した場合、その差を無くすように、第１排水弁８又は第２排水弁９の開閉を制御する。例えば、水素圧力測定値＞酸素圧力測定値の場合には、第１排水弁８を開き、水素貯蔵タンク２内の純水を適量排出させることにより、水素貯蔵タンク２内の圧力を低減する。
また、第１液面計からの出力である第１水位と、第２液面計からの出力である第２水位とを継続的に監視する。そして、排出する純水が無くなりそう（予め設定された水位以下）になった場合に、アラーム信号を出力する。
【００２６】
次に、上記各構成を接続する配管について説明する。
純水導入ライン１４は、水電解に必要な純水を水電解部１へ供給するための配管である。一端部を純水の供給部（図示せず）に、他端部を水電解部１に接続している。
水素生成ライン１６は、水電解で製造された水素ガス及び第１純水を水素貯蔵タンク２へ供給するための配管である。一端部を水電解部１に、他端部を水素貯蔵タンク２に接続している。
第１排水ラインＡ１２−１〜第１排水ラインＢ１２−２は、水素貯蔵タンク２の純水を外部へ排出するための配管である。第１排水ラインＡ１２−１は、一端部を水素貯蔵タンク２に、他端部を第１排水弁８に接続している。第１排水ラインＢ１２−２は、一端部を第１排水弁８に、他端部を外部の排水部に接続している。
酸素生成ライン１７は、水電解で製造された酸素ガス及び第２純水を酸素貯蔵タンク３へ供給するための配管である。一端部を水電解部１に、他端部を酸素貯蔵タンク３に接続している。
第２排水ラインＡ１３−１〜第２排水ラインＢ１３−２は、酸素貯蔵タンク３の純水を外部へ排出するための配管である。第２排水ラインＡ１３−１は、一端部を酸素貯蔵タンク３に、他端部を第２排水弁９に接続している。第２排水ラインＢ１３−２は、一端部を第２排水弁９に、他端部を外部の排水部に接続している。
【００２７】
次に、本発明のガス発生装置の第一の実施の形態における動作について、図面を参照して説明する。
図２は、本発明のガス発生装置の第一の実施の形態における動作を示すフロー図である。
開始の段階において、水電解部１は、純水の供給部（図示せず）から純水を供給されている。そして、水電解部１は、電源（図示せず）より電力を投入され、水電解により負極側に水素ガス、正極側に酸素ガスを製造する。負極側では、製造された水素ガスと電解質を浸透して来た純水とが水電解部１から送出され、水素貯蔵タンク２に貯蔵される。また、正極側では、製造された酸素ガスと水電解されなかった純水とが水電解部１から送出され、酸素貯蔵タンク３に貯蔵される。
【００２８】
製造される水素ガスと酸素ガスとの体積比は、２：１である。しかし、負極側に浸透する純水と正極側の水電解されなかった純水との体積比は、必ずしも一定ではなく、水電界の状態により様々な値を取る。従って、その純水の量の相違により、水素貯蔵タンク２の圧力（水電解部１の負極側と同圧）と、酸素貯蔵タンク３の圧力（水電解部１の正極側と同圧）とは、同じ値になるとは限らない。それをそのまま放置すると、負極側と正極側との圧力差が大きくなり、水電解部１の固体高分子電解質膜が破損することになる。
【００２９】
これを回避するために、制御部１８は、以下の制御を行なう。
ただし、許容し得る水素圧力測定値と酸素圧力測定値との差を示す予め設定された基準値Ｄは、使用する固体高分子電解質の膜の強度に基づいて決定する。すなわち、基準値Ｄで示される圧力差が膜に生じても、膜が損傷しない最大の圧力である。ただし、安全率を考慮し、それ以下の値に設定する場合もある。例えば、膜が損傷しない最大の圧力の１／２に基準値Ｄを設定する。
【００３０】
▲１▼ステップ１（Ｓ１１）：制御部１８は、水素圧力計からの出力である水素圧力測定値（Ａ）と、酸素圧力計からの出力である前記酸素圧力測定値（Ｂ）とを継続的に取得する。
▲２▼ステップ２（Ｓ１２）：制御部１８は、水素圧力測定値（Ａ）と酸素圧力測定値（Ｂ）との差（Ｃ＝Ａ−Ｂ）を計算する。そして、予め設定された基準値Ｄ（例えば、Ｄ＝０．０１気圧）に対して、Ｃ＞Ｄの場合、ステップ３（Ｓ１３）へ進む。Ｃ＜−Ｄの場合、ステップ４（Ｓ１４）へ進む。｜Ｃ｜≦Ｄの場合、ステップ５（Ｓ１５）へ進む。
▲３▼ステップ３（Ｓ１３）：制御部１８は、水素圧力測定値（Ａ）が大き過ぎることから、第１排水弁８を開き、水素貯蔵タンク２内の純水を排出することにより、その圧力を低下させる。そして、ステップ１（Ｓ１１）へ戻る。
▲４▼ステップ４（Ｓ１４）：制御部１８は、酸素圧力測定値（Ｂ）が大き過ぎることから、第２排水弁９を開き、酸素貯蔵タンク３内の純水を排出することにより、その圧力を低下させる。そして、ステップ１（Ｓ１１）へ戻る。
▲５▼ステップ５（Ｓ１５）：制御部１８は、水素圧力測定値（Ａ）と酸素圧力測定値（Ｂ）との圧力差の絶対値が、基準値Ｄ以下であることから、圧力を調整する必要無しと判断する。第１排水弁８及び第２排水弁９の内、開いている弁があれば閉止する。ステップ６（Ｓ１６）へ進む。
▲６▼ステップ６（Ｓ１６）：制御部１８は、水電解部１において、水電解が継続中かどうかを確認する。水電解が継続中の場合には、ステップ１（Ｓ１１）へ戻る。水電解が終了している場合には、圧力制御を終了する。
【００３１】
排水の際、制御部１８は、排水弁の開度を小さくし、圧力測定値の値の変化を確認しながら排水する。両貯蔵タンク内の圧力は常圧以上であり、排水弁が開くと自然に排水される。そして、水素圧力測定値と酸素圧力測定値との間の圧力差の絶対値が基準値Ｄ以下になった時点で、排水弁を閉止する。これにより、圧力計と排水弁だけで圧力差の制御を行うことが可能となる。
【００３２】
また、制御部１８は、第１液面計からの出力である第１水位と、第２液面計からの出力である第２水位とを継続的に監視する。そして、予め設定された基準水位以下になった場合に、アラーム信号を出力する。基準水位は、圧力差の調整の制御に必要と見積もられた純水の水位である。そして、必要に応じて水電解を中止する。これにより、純水不足により圧力制御が出来なくなり、水電解部１の電解質膜が破損することを防止することが出来る。
【００３３】
（実施例２）
本発明であるガス発生装置の第二の実施の形態について説明する。
本発明であるガス発生装置の第二の実施の形態における構成について、図３を参照して説明する。
図３は、ガス発生装置の実施の形態における構成を示す図である。
ガス発生装置は、水電解部１、水素貯蔵タンク２、酸素貯蔵タンク３、第１液面計４、第２液面計５、水素圧力計６、酸素圧力計７、第１排水弁８、第２排水弁９、第１給水弁１０、第２給水弁１１、第１排水ラインＡ１２−１、第１排水ラインＢ１２−２、第２排水ラインＡ１３−１、第２排水ラインＢ１３−２、純水導入ライン１４、第１給水ラインＡ１５−１、第１給水ラインＢ１５−２、第２給水ラインＡ１５−３、第２給水ラインＢ１５−４、水素生成ライン１６、酸素生成ライン１７、制御部１８を具備する。
【００３４】
本発明の本実施例のガス発生装置では、製造した水素ガス及び酸素ガスを貯蔵する水素貯蔵タンク及び酸素貯蔵タンクの圧力を同圧にする際、各タンク内にある純水を排水すること、及び各タンク内に外部から純水を供給することにより圧力調整を行なう点が実施例１の技術と異なる。例えば、水素貯蔵タンクの圧力が高い場合には、水素貯蔵タンク内の純水を排出して水素貯蔵タンク内を減圧するか、あるいは、酸素貯蔵タンク内に外部から純水を供給して酸素貯蔵タンク内を昇圧することにより、両貯蔵タンク内の圧力を同圧化する。この方法により、両貯蔵タンク内の純水が少ない場合でも、同圧化処理が可能となる。
【００３５】
図３の各構成について、以下に説明する。
第１給水弁１０は、水素貯蔵タンク２内の圧力を上昇させるために、水素貯蔵タンク２へ純水を供給する配管に設けられた弁である。制御部１８（後述）により、その開閉及び開度が制御される。
【００３６】
第２給水弁１１は、酸素貯蔵タンク３内の圧力を上昇させるために、酸素貯蔵タンク３へ純水を供給する配管に設けられた弁である。制御部１８（後述）により、その開閉及び開度が制御される。
【００３７】
制御部１８は、水素圧力計からの出力である水素圧力測定値と、酸素圧力計からの出力である前記酸素圧力測定値とを継続的に監視する。そして、水素圧力測定値と酸素圧力測定値との間に差が発生した場合、その差を無くすように、第１排水弁８、第２排水弁９、第１給水弁１０及び第２給水弁１１の開閉を制御する。例えば、水素圧力測定値＞酸素圧力測定値の場合には、第１排水弁８を開き、水素貯蔵タンク２内の純水を適量排出して水素貯蔵タンク２内を減圧する、あるいは、第２給水弁１１を開き、酸素貯蔵タンク３内に外部から純水を適量供給して酸素貯蔵タンク３内を昇圧することにより、両貯蔵タンク間の圧力の差を無くす。
また、第１液面計からの出力である第１水位と、第２液面計からの出力である第２水位とを継続的に監視する。そして、第１水位が、予め設定された第１水位の許容範囲である第１許容水位範囲にあるように、また、第２水位が、予め設定された第２水位の許容範囲である第２許容水位範囲にあるように、上述の圧力差を無くす制御を行なう。
【００３８】
水電解部１、水素貯蔵タンク２、酸素貯蔵タンク３、第１液面計４、第２液面計５、水素圧力計６、酸素圧力計７、第１排水弁８及び第２排水弁９については、実施例１と同様であるのでその説明を省略する。
【００３９】
次に、上記各構成を接続する配管について説明する。
第１給水ラインＡ１５−１及び第１給水ラインＢ１５−２は、水素貯蔵タンク２へ純水を供給するための配管である。第１給水ライン１５−１は、一端部を水素貯蔵タンク２に、他端部を第１給水弁１０に接続している。第１給水ラインＢ１５−２は、一端部を第１給水弁１０に、他端部を外部の純水の供給部に接続している。
第２給水ラインＡ１５−３及び第２給水ラインＢ１５−４は、酸素貯蔵タンク３へ純水を供給するための配管である。第２給水ラインＡ１５−３は、一端部を酸素貯蔵タンク３に、他端部を第２給水弁１１に接続している。第２給水ラインＢ１５−４は、一端部を第２給水弁１１に、他端部を第１給水ライン１５−１の途中に接続している。
【００４０】
第１排水ラインＡ１２−１〜第１排水ラインＢ１２−２、第２排水ラインＡ１３−１〜第２排水ラインＢ１３−２、純水導入ライン１４、水素生成ライン１６、酸素生成ライン１７は、実施例１と同様であるので、その説明を省略する。
【００４１】
次に、本発明のガス発生装置の第二の実施の形態における動作について、図面を参照して説明する。
図４は、本発明のガス発生装置の第二の実施の形態における動作を示すフロー図である。
開始の段階において、水電解部１は、外部の純水の供給部（図示せず）から純水を供給されている。そして、水電解部１は、電源により電力を投入され、水電解により負極側に水素ガス、正極側に酸素ガスを製造する。負極側では、製造された水素ガスと電解質を浸透して来た純水とが水電解部１から送出され、水素貯蔵タンク２に貯蔵される。また、正極側では、製造された酸素ガスと水電解されなかった純水とが水電解部１から送出され、酸素貯蔵タンク３に貯蔵される。
水素貯蔵タンク２の圧力（水電解部１の負極側と同圧）と、酸素貯蔵タンク３の圧力（水電解部１の正極側と同圧）とは、同じ値になるとは限らない。それをそのまま放置すると、負極側と正極側との圧力差が大きくなり、水電解部１の固体高分子電解質膜が破損することになる。
【００４２】
これを回避するために、制御部１８は、以下の制御を行なう。
ただし、第１許容水位範囲は、水素貯蔵タンク２内に存在が許容される純水の上限量と下限量とから求められる水位の範囲である。純水量が多過ぎると水素ガスの貯蔵量が少なくなり過ぎ、純水量が少なすぎると水素ガスの圧力調整が困難になる（出来るだけ純水の排水により圧力調整を行なうことが望ましい）ために設定される。図示しない制御部１８の記憶部に保持される。
第２許容水位範囲は、酸素貯蔵タンク３内に存在が許容される純水の上限量と下限量とから求められる水位の範囲である。図示しない制御部１８の記憶部に保持される。趣旨は第１許容水位範囲と同様である。
また、基準値Ｄは、実施例１に説明した通りなので、その説明を省略する。
【００４３】
（１）ステップ１（Ｓ２１）：制御部１８は、水素圧力計からの出力である水素圧力測定値（Ａ）と、酸素圧力計からの出力である前記酸素圧力測定値（Ｂ）とを継続的に取得する。
（２）ステップ２（Ｓ２２）：制御部１８は、水素圧力測定値（Ａ）と酸素圧力測定値（Ｂ）との差（Ｃ＝Ａ−Ｂ）を計算する。そして、予め設定された基準値Ｄ（例えば、Ｄ＝０．０１気圧）に対して、Ｃ＞Ｄの場合、ステップ３（Ｓ２３）へ進む。Ｃ＜−Ｄの場合、ステップ８（Ｓ２８）へ進む。｜Ｃ｜≦Ｄの場合、ステップ１３（Ｓ３３）へ進む。
（３）ステップ３（Ｓ２３）：制御部１８は、水素圧力測定値（Ａ）が大き過ぎることから、（ａ）第１排水弁８を開き水素貯蔵タンク２の純水を抜くか、（ｂ）第２給水弁１１を開き酸素貯蔵タンク３へ純水を供給するかのどちらかを行う。通常、（ａ）（純水を抜く方法）を優先させる。そのために、第１水位が第１許容水位範囲にあるかどうかを確認する。第１許容水位範囲内であればステップ４（Ｓ２４）へ進む。第１許容水位範囲内でなければステップ５（Ｓ２５）へ進む。
（４）ステップ４（Ｓ２４）：制御部１８は、水素圧力測定値（Ａ）が大き過ぎることから、上記（ａ）（純水を抜く方法）を行なうことにより、その圧力を低下させる。そして、ステップ１（Ｓ２１）へ戻る。
（５）ステップ５（Ｓ２５）：制御部１８は、第１排水弁８の閉止を確認する。開いている場合には、閉止する。ステップ６（Ｓ２６）へ進む。
（６）ステップ６（Ｓ２６）：制御部１８は、第１水位が第１許容水位範囲に無いので、（ｂ）（純水を供給する方法）を行なうために、まず、第２水位が第２許容水位範囲にあるかどうかを確認する。第２許容水位範囲内であればステップ７（Ｓ２７）へ進む。第２許容水位範囲内でなければステップ１５（Ｓ３５）へ進む。
（７）ステップ７（Ｓ２７）：制御部１８は、水素圧力測定値（Ａ）が大き過ぎることから、第２給水弁１１を開き、酸素貯蔵タンク３内へ純水を供給することにより、その圧力を上昇させる。そして、ステップ１（Ｓ２１）へ戻る。
（８）ステップ８（Ｓ２８）：制御部１８は、酸素圧力測定値（Ｂ）が大き過ぎることから、（ｃ）第２排水弁９を開き酸素貯蔵タンク３の純水を抜くか、（ｄ）第１給水弁１０を開き水素貯蔵タンク２へ純水を供給するかのどちらかを行う。通常、（ｃ）（純水を抜く方法）を優先させる。そのために、第２水位が第２許容水位範囲にあるかどうかを確認する。第２許容水位範囲内であればステップ９（Ｓ２９）へ進む。第２許容水位範囲内でなければステップ１０（Ｓ３０）へ進む。
（９）ステップ９（Ｓ２９）：制御部１８は、酸素圧力測定値（Ｂ）が大きいことから、（ｃ）（純水を抜く方法）を行うことにより、その圧力を低下させる。そして、ステップ１（Ｓ２１）へ戻る。
（１０）ステップ１０（Ｓ３０）：制御部１８は、第２排水弁９の閉止を確認する。開いている場合には、閉止する。ステップ１１（Ｓ３１）へ進む。
（１１）ステップ１１（Ｓ３１）：制御部１８は、第２水位が第２許容水位範囲に無いので、（ｄ）（純水を供給する方法）を行なうために、まず、第１水位が第１許容水位範囲にあるかどうかを確認する。第１許容水位範囲内であればステップ１２（Ｓ３２）へ進む。第１許容水位範囲内でなければステップ１５（Ｓ３５）へ進む。
（１２）ステップ１２（Ｓ３２）：制御部１８は、酸素圧力測定値（Ｂ）が大き過ぎることから、第１給水弁１０を開き、水素貯蔵タンク２内へ純水を供給することにより、その圧力を上昇させる。そして、ステップ１（Ｓ２１）へ戻る。
（１３）ステップ１３（Ｓ３３）：制御部１８は、水素圧力測定値（Ａ）と酸素圧力測定値（Ｂ）との間の圧力差の絶対値が、基準値Ｄ未満であることから、圧力を調整する必要無しと判断する。第１排水弁８、第２排水弁９、第１供給弁１０及び第２供給弁１１の内、開いている弁があれば閉止する。ステップ１４（Ｓ３４）へ進む。
（１４）ステップ１４（Ｓ３４）：制御部１８は、水電解部１において、水電解が継続中かどうかを確認する。水電解が継続中の場合には、ステップ１（Ｓ２１）へ戻る。水電解が終了している場合には、圧力制御を終了する。
（１５）ステップ１５（Ｓ３５）：制御部は、第１水位が第１許容水位範囲に無く、且つ第２水位が第２許容水位範囲に無いため、圧力の制御を行なうことが不可能であると判断し、全ての弁（第１排水弁８、第２排水弁９、第１供給弁１０及び第２供給弁１１）を閉止する。ステップ１６（Ｓ３６）へ進む。
（１６）ステップ１６（Ｓ３６）：警報を出力し、運転者あるいは管理者等へ知らせる。また、必要に応じて、水電解の運転を停止する。
【００４４】
排水の場合、制御部１８は、排水弁の開度を小さくし、圧力測定値の値の変化を確認しながら排水する。両貯蔵タンク内の圧力は常圧以上であり、排水弁が開くと自然に排水される。また、給水の場合、制御部１８は、給水弁の開度を小さくし、圧力測定値の値の変化を確認しながら給水する。両貯蔵タンク内の圧力は常圧以上であり、その圧力以上に純水を昇圧して給水を行なう。
そして、水素圧力測定値と酸素圧力測定値との間の圧力差の絶対値が基準値Ｄ以下になった時点で、排水弁又は給水弁を閉止する。これにより、圧力計、液面計、排水弁及び給水弁で圧力差の制御を行うことが出来る。
【００４５】
また、排水による圧力制御だけではなく、給水による圧力制御を行なうことも可能なので、純水不足による圧力制御不能の事態が発生する危険性がほとんど無い。従って、長期間安定的に純水だけによる圧力制御を行なうことが可能となる。
【００４６】
本発明のガス発生装置では、基準値Ｄの値を変化させることにより、固体高分子電解質の膜の強度に併せた制御が可能となる。強い膜を使用するのであれば基準値Ｄを大きくすることにより圧力制御がより容易となる。基準値Ｄは、図示しない制御部１８内の記憶部に保持される。
【００４７】
また、本発明のガス発生装置における水素貯蔵タンク２及び酸素貯蔵タンク３の純水（液相）のレベルを制御することにより、水素側と酸素側との圧力差を制御することが可能となる。従って、製造した水素ガス及び酸素ガスを無駄にせず、有効に使用することが出来る。そして、圧力差がほとんど発生しないため、電解質膜に損傷を与えず、長期間安定的に水電解を継続することが出来る。
【００４８】
【発明の効果】
本発明により、水素ガス及び酸素ガスを製造しながら同時に貯蔵する場合、ガスの無駄を発生させずに水電解部、水素貯蔵タンク及び酸素貯蔵タンクの圧力を等しくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガス発生装置の第一の実施の形態の構成を示す図である。
【図２】本発明のガス発生装置の第一の実施の形態の動作のフローを示す図である。
【図３】本発明のガス発生装置の第二の実施の形態の構成を示す図である。
【図４】本発明のガス発生装置の第二の実施の形態の動作のフローを示す図である。
【図５】従来の技術を示す図である。
【符号の説明】
１    水電解部
２    水素貯蔵タンク
３    酸素貯蔵タンク
４    第１液面計
５    第２液面計
６    水素圧力計
７    酸素圧力計
８    第１排水弁
９    第２排水弁
１０    第１給水弁
１１    第２給水弁
１２−１  第１排水ラインＡ
１２−２  第１排水ラインＢ
１３−１  第２排水ラインＡ
１３−２  第２排水ラインＢ
１４    純水導入ライン
１５−１    第１給水ラインＡ
１５−２    第１給水ラインＢ
１５−３    第２給水ラインＡ
１５−４    第２給水ラインＢ
１６    水素生成ライン
１７    酸素生成ライン
１８    制御部
１０１    水電解部
１０２    水素貯蔵タンク
１０３    酸素貯蔵タンク
１０６    水素圧力計
１０７    酸素圧力計
１０８    第１排水弁
１０９    第２排水弁
１１２−１  第１排水ラインＡ
１１２−２  第１排水ラインＢ
１１３−１  第２排水ラインＡ
１１３−２  第２排水ラインＢ
１１４    水給水ライン
１１６    水素生成ライン
１１７    酸素生成ライン
１１８    制御部
１２１    水素制御弁
１２２    酸素制御弁
１２３−１  水素排気ラインＡ
１２３−２  水素排気ラインＢ
１２４−１  酸素排気ラインＡ
１２４−２  酸素排気ラインＡ
【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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