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公開番号2024068749
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-21
出願番号2022179318
出願日2022-11-09
発明の名称水電解装置
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類C25B 9/00 20210101AFI20240514BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】水素発生極側の配管の損傷を抑制し、電解性能の低下をおさえることができる水電解装置を提供する。
【解決手段】水電解セルにより水電解をして水素を得る水電解装置であって、複数の水電解セルを有する水電解スタックと、水電解スタックに純水を供給する経路である給水側経路と、水電解スタックで生成した水素を含む水が流れる水素側経路と、水電解装置の運転を制御する制御器と、を備え、制御器は、水電解時に水電解スタックの水素発生極側から排出される水の導電率を得て所定の閾値を超えたときに水電解を停止し、水素側経路に純水を通水して水素を排出した後に、通水する純水に酸素を含む気体を混入し、水電解スタックの前後で酸素濃度を取得し、両者の酸素濃度が略同一となったとき、酸素を含む気体の混入止めて純水のみを通水し、水素側経路中の酸素濃度を取得して酸素濃度が閾値以下であれば通水を停止する、制御を行う。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
水電解セルにより水電解をして水素を得る水電解装置であって、
複数の前記水電解セルを有する水電解スタックと、
前記水電解スタックに純水を供給する経路である給水側経路と、
前記水電解スタックで生成した水素を含む水が流れる水素側経路と、
前記水電解装置の運転を制御する制御器と、を備え、
前記制御器は、
水電解時に前記水電解スタックの水素発生極側から排出される水の導電率を得て所定の閾値を超えたときに水電解を停止し、
前記水素側経路に純水を通水して水素を排出した後に、通水する純水に酸素を含む気体を混入し、
前記水電解スタックの前後で酸素濃度を取得し、両者の酸素濃度が略同一となったとき、酸素を含む気体の混入止めて純水のみを通水し、
前記水素側経路中の酸素濃度を取得して酸素濃度が閾値以下であれば通水を停止する、制御を行う、
水電解装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は水電解装置に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には純水から水素を生成する水電解装置に関する基本的な構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１３－２４９５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の水電解装置において、水素発生極側の配管に損傷が生じるとともに電解性能が低下することがあった。
本発明は水素発生極側の配管の損傷を抑制し、電解性能の低下を抑えることができる水電解装置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】
【０００５】
発明者は、水電解装置の水素発生極側の配管はステンレス等の金属製であり、水電解中に高濃度の水素に晒されるため、保護膜である表面の酸化膜が消失して金属素地が露出することで、純水にステンレスの成分である鉄、ニッケル、クロムなどの金属イオンが溶出して配管に損傷が生じる知見を得た。そして溶出した金属イオンが純水とともに循環し、水電解セルの電解質膜に混入することで電解質膜の水素イオン導電性が低下し、電解性能の低下に影響を与えると考え、この問題を具体的な手段により解決した。
【０００６】
本願は、水電解セルにより水電解をして水素を得る水電解装置であって、複数の水電解セルを有する水電解スタックと、水電解スタックに純水を供給する経路である給水側経路と、水電解スタックで生成した水素を含む水が流れる水素側経路と、水電解装置の運転を制御する制御器と、を備え、制御器は、水電解時に水電解スタックの水素発生極側から排出される水の導電率を得て所定の閾値を超えたときに水電解を停止し、水素側経路に純水を通水して水素を排出した後に、通水する純水に酸素を含む気体を混入し、水電解スタックの前後で酸素濃度を取得し、両者の酸素濃度が略同一となったとき、酸素を含む気体の混入止めて純水のみを通水し、水素側経路中の酸素濃度を取得して酸素濃度が閾値以下であれば通水を停止する、制御を行う、水電解装置を開示する。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、配管の消失した保護膜（酸化膜）が再生され、配管の損傷及び水電解性能低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は水電解装置１０の構成を説明する概念図である。
図２は水電解セル２１の構成を説明する概念図である。
図３はコンピュータ５０（制御器５０）の概念図である。
図４は水電解装置の制御Ｓ１０の流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
１．水電解装置の構成
図１には１つの形態にかかる水電解装置１０を概念的に表した。
本形態で水電解装置１０は、水電解スタック２０、酸素側経路３０、水素側経路４０、及び制御器５０を有している。水電解装置１０では、水電解スタック２０に具備された水電解セル２１に対して酸素側経路３０から純水を供給して通電することで水を水素と酸素とに分解し、水素を得て水素側経路４０に分離する。
【００１０】
１．１．水電解スタック、水電解セル
図２に水電解セル２１の形態を概念的に示した。水電解セル２１は純水を水素と酸素とに分解するための単位要素であり、このような水電解セル２１が複数積層されて水電解スタック２０に配置されている。
水電解セル２１は公知の通りであるが、本形態では複数の層からなり、固体高分子電解質膜２２を挟んで一方が酸素発生極（アノード）、他方が水素発生極（カソード）となる。
固体高分子電解質膜２２を構成する材料は固体高分子材料であり、例えばフッ素系樹脂や炭化水素系樹脂材料等により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜が挙げられる。これは湿潤状態で良好なプロトン伝導性（電気伝導性）を示す。より具体的にはパーフルオロスルホン酸膜であるナフィオン（登録商標）が挙げられる。
（【００１１】以降は省略されています）

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