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公開番号2024111616
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-19
出願番号2023016230
出願日2023-02-06
発明の名称水素製造装置
出願人株式会社日立製作所
代理人弁理士法人平木国際特許事務所
主分類C25B 9/00 20210101AFI20240809BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】簡単な構成で個々の水電解スタックの故障、劣化を診断することと、安全、簡便に遮断できる水素製造装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る水素製造装置は、複数の水電解スタックが直列又は並列に接続された水電解スタック群と、水電解スタック群を迂回する、バイパスダイオードと該バイパスダイオードの下流側に直列接続された第2抵抗を含むバイパス回路と、水電解スタックに並列接続された第1ダイオードと、第1ダイオードの下流側に第1ダイオードと直列接続された第1抵抗と、水電解スタックの下流側に水電解スタックと直列接続された第1電流検知機構と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
複数の水電解スタックが直列又は並列に接続された水電解スタック群と、
前記水電解スタック群を迂回する、バイパスダイオードと該バイパスダイオードの下流側に直列接続された第２抵抗を含むバイパス回路と、
前記水電解スタックに並列接続された第１ダイオードと、
前記第１ダイオードの下流側に前記第１ダイオードと直列接続された第１抵抗と、
前記水電解スタックの下流側に前記水電解スタックと直列接続された第１電流検知機構と、を備える、
ことを特徴とする水素製造装置。
続きを表示（約 770 文字）【請求項２】
請求項１に記載の水素製造装置であって、
前記バイパス回路は、前記第２抵抗の下流側に第２電流検知機構を備え、
前記水素製造装置は、前記第１抵抗の下流側に配置された第３電流検知機構をさらに備える、
ことを特徴とする水素製造装置。
【請求項３】
請求項２に記載の水素製造装置であって、
前記第１電流検知機構、前記第２電流検知機構及び前記第３電流検知機構のいずれかは、非接触電流検知器である、
ことを特徴とする水素製造装置。
【請求項４】
請求項３に記載の水素製造装置であって、
前記非接触電流検知器は、磁場検出器である、
ことを特徴とする水素製造装置。
【請求項５】
請求項１に記載の水素製造装置であって、
前記第１電流検知機構はダイオードである、
ことを特徴とする水素製造装置。
【請求項６】
請求項１に記載された水素製造装置であって、
前記水電解スタックの上流側に直列接続された回路遮断機構をさらに備える、ことを特徴とする水素製造装置。
【請求項７】
請求項６に記載の水素製造装置であって、
前記回路遮断機構の上流側に設けられた可変抵抗をさらに備える、
ことを特徴とする水素製造装置。
【請求項８】
請求項７に記載の水素製造装置であって、
前記第１抵抗は可変抵抗である、
ことを特徴する水素製造装置。
【請求項９】
請求項１に記載の水素製造装置であって、
前記水電解スタック群に並列接続され、ダイオードが接続されない第３抵抗をさらに備える、
ことを特徴とする水素製造装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を電気分解することにより水素を製造する水素製造装置に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、世界的な経済発展に伴い、産業、工業、農業等における二酸化炭素（ＣＯ
２
）の排出量が急激に増加している。特に先進国では二酸化炭素の排出量抑制が急務となっており、その中でも発電に伴う二酸化炭素の排出量は非常に多く、大気中の二酸化炭素を増加させないためのエネルギーシステムへの転換が必要となっている。そういった中で、風力発電や太陽光発電に代表される再生可能エネルギーが注目されている。
【０００３】
一方で、再生可能エネルギーは、その出力が天候に大きく左右されるため、変動が大きいことが課題のひとつである。したがって、その変動故に、風力発電や太陽光発電で得られた電力を電力系統へ常時安定して輸送することができないため、電力系統の不安定化が懸念される。
【０００４】
そこで、風力や太陽光などにより発電された電力を貯蔵または輸送可能な形にして利用する仕組みが検討されている。そのひとつとして、風力や太陽光などにより発電された電力で水を電気分解（水電解）し、貯蔵、または輸送可能な水素を発生させ、その水素を直接エネルギー源として使用することや、水素を原料として、メタンや高カロリーな炭化水素燃料を製造することが挙げられる。
【０００５】
水電解には、固体高分子型、アルカリ水電解、高温水蒸気電解等の方法があるが、この中でも、固体高分子型は、電解効率が高い、電流密度範囲が広い、小型化が可能、高純度の水素製造が可能といった点から有望とされている。
【０００６】
この水電解スタックを複数接続し、水素製造装置を構築する際、多数の水電解スタックを多並列で接続すると、多段変圧器を用いることで個々の特性を確認しながら制御することが可能であるが、設置面積が大きくなる問題がある。
【０００７】
一方で、水電解スタックを多直列、または多直多並列で接続した場合、設置面積は多並列の場合に比べて大幅に低減できるものの、多直多並列で接続した場合、高電圧、かつ大電流となるため、配管、配線、各機器の絶縁対策が必要となる。一方で、個々のスタックの特性、故障、劣化を計測および診断するには一般的には個々に電圧計を直接結線する必要があるが、多直多並列システムでは絶縁対策が大規模となり、電圧計を個々に接続するのは現実的ではない。また、高電圧、大電流のため、水電解スタックの遮断の際、安全性確保のため、遮断器は特殊仕様となりコスト高になる課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特許第６９６３７８９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で個々の水電解スタックの故障、劣化を診断することが可能で、故障、劣化が生じた際に安全、簡便に遮断できる水素製造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】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明に係る水素製造装置は、複数の水電解スタックが直列又は並列に接続された水電解スタック群と、水電解スタック群を迂回する、バイパスダイオードと該バイパスダイオードの下流側に直列接続された第２抵抗を含むバイパス回路と、水電解スタックに並列接続された第１ダイオードと、第１ダイオードの下流側に第１ダイオードと直列接続された第１抵抗と、水電解スタックの下流側に水電解スタックと直列接続された第１電流検知機構と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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