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公開番号2024088075
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-02
出願番号2022203057
出願日2022-12-20
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 20210101AFI20240625BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】酸素側経路(給水側経路)への水素の混入を抑制することができる水電解装置を提供する。
【解決手段】水電解セルに水を供給するとともに電圧を付加して水素及び酸素を得る水電解をする装置であって、水電解セルが積層された水電解スタックと、水電解スタックに水を供給する給水側経路と、水電解スタックから生じた水素を回収する水素側経路と、水電解スタックに電圧を付加する電源と、電源の印加電圧を制御する制御器と、を備え、制御器は、装置の起動時及び停止時において、装置の定常運転時の電流密度の半分以下の電流密度となる領域では、定常運転時の電流密度の半分より大きい電流密度の領域よりも、電流密度の平均変化率が大きくなるように電源の電圧を制御する。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
水電解セルに水を供給するとともに電圧を付加して水素及び酸素を得る水電解をする装置であって、
前記水電解セルが積層された水電解スタックと、
前記水電解スタックに水を供給する給水側経路と、
前記水電解スタックから生じた水素を回収する水素側経路と、
前記水電解スタックに前記電圧を付加する電源と、
前記電源の印加電圧を制御する制御器と、を備え、
前記制御器は、
前記装置の起動時及び停止時において、前記装置の定常運転時の電流密度の半分以下の電流密度となる領域では、前記定常運転時の電流密度の半分より大きい電流密度の領域よりも、電流密度の平均変化率が大きくなるように前記電源の電圧を制御する、
水電解装置。
続きを表示（約 900 文字）【請求項２】
水電解セルに水を供給するとともに電圧を付加して水素及び酸素を得る水電解をする装置であって、
前記水電解セルが積層された水電解スタックと、
前記水電解スタックに水を供給する給水側経路と、
前記水電解スタックから生じた水素を回収する水素側経路と、
前記水電解スタックに前記電圧を付加する電源と、
前記電源の印加電圧を制御する制御器と、を備え、
前記制御器は、
前記装置の起動時及び停止時において、電流密度が０．４Ａ／ｃｍ
２
以下となる領域の平均の電流密度変化率が、電流密度が０．４Ａ／ｃｍ
２
より大きく前記装置の定常運転時の電流密度までの領域における平均の電流密度変化率が大きくなるように前記電源を制御する、
水電解装置。
【請求項３】
水電解セルに水を供給するとともに電圧を付加して水素及び酸素を得る水電解をする装置であって、
前記水電解セルが積層された水電解スタックと、
前記水電解スタックに水を供給する給水側経路と、
前記水電解スタックから生じた水素を回収する水素側経路と、
前記水電解スタックに前記電圧を付加する電源と、
前記電源の印加電圧を制御する制御器と、を備え、
前記制御器は、
前記装置の起動時には５秒以内に電流密度が０．４Ａ／ｃｍ
２
に達し、前記装置の停止時には電流密度が０．４Ａ／ｃｍ
２
に達してから５秒以内に停止状態となるように前記電源を制御する、
水電解装置。
【請求項４】
前記装置は前記水素側経路の水素圧力を減ずる弁を有し、
前記制御器は、さらに、前記装置の停止時において、前記電流密度を下げる前に、又は、前記電流密度を下げ始めた後で前記電流密度が０．４Ａ／ｃｍ
２
に達する前に前記弁を作動させて前記水素側経路の水素圧力を減ずる制御を行う、請求項１～３のいずれか１項に記載の水電解装置。

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 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
水電解装置の起動・停止時に、排気する酸素ガス中の水素濃度が上昇することがある。
特許文献１には水電解装置の運転停止後のカソード減圧処理において、アノード側にリークした高圧水素が滞留することを抑制するために、カソードからの水素供給が停止されてからカソード圧力がアノード圧力と同圧になるまで（もしくは所定時間経過するまで）水素が発生しない低い電圧を印加することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１０－２３６０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、低い電圧を印加して低電流での電解反応が行われるため、クロスリーク（水電解セルの酸素極側への水素の混入）の割合が多くなってしまう。
【０００５】
本開示は従来技術に鑑み、酸素側経路（給水側経路）への水素の混入を抑制す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】
【０００６】
発明者は鋭意検討の結果、水電解装置の起動時及び停止時のうち、特に低い電流密度のときにクロスリークの割合が大きくなる知見を得て、問題を以下のような具体的手段により解決した。
【０００７】
本願は、水電解セルに水を供給するとともに電圧を付加して水素及び酸素を得る水電解をする装置であって、水電解セルが積層された水電解スタックと、水電解スタックに水を供給する給水側経路と、水電解スタックから生じた水素を回収する水素側経路と、水電解スタックに電圧を付加する電源と、電源の印加電圧を制御する制御器と、を備え、制御器は、装置の起動時及び停止時において、装置の定常運転時の電流密度の半分以下の電流密度となる領域では、定常運転時の電流密度の半分より大きい電流密度の領域よりも、電流密度の平均変化率が大きくなるように電源の電圧を制御する、水電解装置を開示する。
【０００８】
本願は、水電解セルに水を供給するとともに電圧を付加して水素及び酸素を得る水電解をする装置であって、水電解セルが積層された水電解スタックと、水電解スタックに水を供給する給水側経路と、水電解スタックから生じた水素を回収する水素側経路と、水電解スタックに電圧を付加する電源と、電源の印加電圧を制御する制御器と、を備え、制御器は、装置の起動時及び停止時において、電流密度が０．４Ａ／ｃｍ
２
以下となる領域の平均の電流密度変化率が、電流密度が０．４Ａ／ｃｍ
２
より大きく装置の定常運転時の電流密度までの領域における平均の電流密度変化率が大きくなるように電源を制御する、水電解装置を開示する。
【０００９】
本願は、水電解セルに水を供給するとともに電圧を付加して水素及び酸素を得る水電解をする装置であって、水電解セルが積層された水電解スタックと、水電解スタックに水を供給する給水側経路と、水電解スタックから生じた水素を回収する水素側経路と、水電解スタックに電圧を付加する電源と、電源の印加電圧を制御する制御器と、を備え、制御器は、装置の起動時には５秒以内に電流密度が０．４Ａ／ｃｍ
２
に達し、装置の停止時には電流密度が０．４Ａ／ｃｍ
２
に達してから５秒以内に停止状態となるように電源を制御する、水電解装置を開示する。
【００１０】
上記装置は水素側経路の水素圧力を減ずる弁を有し、制御器は、さらに、装置の停止時において、電流密度を下げる前に、又は、電流密度を下げ始めた後で電流密度が０．４Ａ／ｃｍ
２
に達する前に弁を作動させて水素側経路の水素圧力を減ずる制御を行うようにしてもよい。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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