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公開番号2024151185
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-24
出願番号2023064377
出願日2023-04-11
発明の名称電解装置
出願人旭化成株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類C25B 15/02 20210101AFI20241017BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】安定して動作する堅牢性の高い電解装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本開示に係る電解装置1は、電解槽2と、ガス気液分離タンク31と、ガスを圧縮して吐出する圧縮機32と、第1の配管34と、第1の弁35と、第2の配管36と、第2の弁37と、第1の制御部51と、第2の制御部52と、を備え、第1の制御部51は、制御が行われない場合に比べて、内圧P₀(t)の変動が小さくなるように、電流(t)に基づく第1のフィードフォワード制御と、内圧P₀(t)に基づく第1のフィードバック制御により第1の弁35の開度u₁(t)を制御し、第2の制御部52は、制御が行われない場合に比べて、前段圧力P₁(t)の変動が小さくなるように、第1の水素流量f₁(t)に基づく第2のフィードフォワード制御と、前段圧力P₁(t)に基づく第2のフィードバック制御とにより、第2の弁37の開度u₂(t)を制御する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
電流が供給されることによって分解されてガスを発生させる液体を収容する電解槽と、
前記電解槽から流出されたガス及び液体を分離するガス気液分離タンクと、
前記ガスを圧縮して吐出する圧縮機と、
前記ガス気液分離タンクと前記圧縮機の入口とを連通させる第１の配管と、
前記第１の配管を流れる前記ガスの流量である第１のガス流量を調整する第１の弁と、
前記圧縮機の出口と該圧縮機の入口とを前記圧縮機の外部において連通させる第２の配管と、
前記第２の配管を流れる前記ガスの流量であるスピルバック流量を調整する第２の弁と、
前記第１の弁の開度を制御する第１の制御部と、
前記第２の弁の開度を制御する第２の制御部と、を備え、
前記第１の制御部は、制御が行われない場合に比べて、前記ガス気液分離タンクの内圧の変動が小さくなるように、前記電流に基づく第１のフィードフォワード制御と、前記内圧に基づく第１のフィードバック制御とにより前記第１の弁の開度を制御し、
前記第２の制御部は、制御が行われない場合に比べて、前記圧縮機の入口の圧力である前段圧力の変動が小さくなるように、前記第１のガス流量に基づく第２のフィードフォワード制御と、前記前段圧力に基づく第２のフィードバック制御とにより、前記第２の弁の開度を制御する、電解装置。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
前記第１の制御部は、前記前段圧力にさらに基づく前記第１のフィードフォワード制御により、前記第１の弁の開度を制御する、請求項１に記載の電解装置。
【請求項３】
前記第２の制御部は、前記圧縮機が吐出したガスの流量である吐出ガス流量と、前記圧縮機の出口の圧力である後段圧力とにさらに基づく前記第２のフィードフォワード制御により、前記第２の弁の開度を制御する、請求項１に記載の電解装置。
【請求項４】
前記第２の制御部は、前記電流から前記第１のガス流量を推定し、推定された前記第１のガス流量に基づく前記第２のフィードフォワード制御により、前記第２の弁の開度を制御する、請求項１に記載の電解装置。
【請求項５】
前記第１の制御部は、前記ガス気液分離タンクへ流入する流入ガス流量、及び前記第１のガス流量に基づく前記内圧の特性を示す伝達関数と、前記電流に基づく前記流入ガス流量の特性を示す伝達関数と、前記第１の弁の開度に基づく前記第１のガス流量の特性を示す伝達関数と、前記前段圧力に基づく前記第１のガス流量の特性を示す伝達関数とを用いて前記内圧の変動を表す第１の数式における、前記電流を含む項と前記前段圧力を含む項との１つ以上が０あるいは漸近的に０になるように前記第１の弁の開度を制御し、
前記第２の制御部は、前記第１のガス流量、前記吐出ガス流量、及び前記スピルバック流量に基づく前記前段圧力の特性を示す伝達関数と、前記第２の弁の開度に基づく前記スピルバック流量の特性を示す伝達関数と、前記圧縮機の出口の圧力である後段圧力に基づく前記スピルバック流量の特性を示す伝達関数とを用いて前記前段圧力の変動を表す第２の数式における、前記第１のガス流量を含む項と、前記吐出ガス流量を含む項と、前記後段圧力を含む項との１つ以上が０あるいは漸近的に０になるように前記第２の弁の開度を制御する、
請求項３に記載の電解装置。
【請求項６】
前記圧縮機から吐出された前記ガスを収容するユーザ取合タンクと、
前記圧縮機と前記ユーザ取合タンクとを連通させる第３の配管と、
前記第３の配管に設けられた第３の弁と、
前記第３の弁の開度を制御する第３の制御部と、をさらに備え、
前記第３の制御部は、制御が行われない場合に比べて、前記圧縮機の出口の圧力である後段圧力の変動が小さくなるように、前記スピルバック流量に基づく第３のフィードフォワード制御と、前記後段圧力に基づく第３のフィードバック制御とにより、前記第３の弁の開度を制御する、請求項１から５のいずれか一項に記載の電解装置。
【請求項７】
前記第３の制御部は、前記圧縮機が吐出したガスの流量である吐出ガス流量と、前記ユーザ取合タンクの内圧とにさらに基づく前記第３のフィードフォワード制御により、前記第３の弁の開度を制御する、請求項６に記載の電解装置。
【請求項８】
前記第３の制御部は、前記圧縮機から前記第３の弁までを流れるガスの流量である第２のガス流量、及び前記第３の弁から前記ユーザ取合タンクまでを流れるガスの流量である第３のガス流量に基づく前記後段圧力の特性を示す伝達関数と、前記第３の弁の開度に基づく前記第３のガス流量の特性を示す伝達関数と、前記ユーザ取合タンクの内圧に基づく前記第３のガス流量の特性を示す伝達関数とを用いて前記後段圧力を表す第３の数式における、前記吐出ガス流量を含む項と、前記スピルバック流量を含む項と、前記ユーザ取合タンクの内圧を含む項との１つ以上が０あるいは漸近的に０になるように前記第３の弁の開度を制御する、請求項７に記載の電解装置。
【請求項９】
前記第３の制御部は、前記電流から前記スピルバック流量を推定し、推定された前記スピルバック流量に基づく前記第３のフィードフォワード制御により、前記第３の弁の開度を制御する、請求項６に記載の電解装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、電解装置に関する。
続きを表示（約 3,600 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、電解膜を用いて水を電気分解して、電解膜の一方の面側に酸素を発生させ、他方の面側に水素を発生させる水電解装置が提案されている。例えば、特許文献１には、このような水電解装置における電解膜の破損を防止するため、酸素気液分離タンクと外部とを連通させる酸素用配管に設けられた酸素圧力制御弁と、水素気液分離タンクと外部とを連通させる水素用配管に設けられた水素圧力制御弁とを制御する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
国際公開第２０２０／０３６１２８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような水電解装置のような電解装置が安定して動作することにより、電解装置の堅牢性を向上させることが求められている。
【０００５】
かかる事情に鑑みてなされた本開示の目的は、安定して動作する堅牢性の高い電解装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本発明は以下の通りである。
［１］
電流が供給されることによって分解されてガスを発生させる液体を収容する電解槽と、
前記電解槽から流出されたガス及び液体を分離するガス気液分離タンクと、
前記ガスを圧縮して吐出する圧縮機と、
前記ガス気液分離タンクと前記圧縮機の入口とを連通させる第１の配管と、
前記第１の配管を流れる前記ガスの流量である第１のガス流量を調整する第１の弁と、
前記圧縮機の出口と該圧縮機の入口とを前記圧縮機の外部において連通させる第２の配管と、
前記第２の配管を流れる前記ガスの流量であるスピルバック流量を調整する第２の弁と、
前記第１の弁の開度を制御する第１の制御部と、
前記第２の弁の開度を制御する第２の制御部と、を備え、
前記第１の制御部は、制御が行われない場合に比べて、前記ガス気液分離タンクの内圧の変動が小さくなるように、前記電流に基づく第１のフィードフォワード制御と、前記内圧に基づく第１のフィードバック制御とにより前記第１の弁の開度を制御し、
前記第２の制御部は、制御が行われない場合に比べて、前記圧縮機の入口の圧力である前段圧力の変動が小さくなるように、前記第１のガス流量に基づく第２のフィードフォワード制御と、前記前段圧力に基づく第２のフィードバック制御とにより、前記第２の弁の開度を制御する、電解装置。
［２］
前記第１の制御部は、前記前段圧力にさらに基づく前記第１のフィードフォワード制御により、前記第１の弁の開度を制御する、［１］に記載の電解装置。
［３］
前記第２の制御部は、前記圧縮機が吐出したガスの流量である吐出ガス流量と、前記圧縮機の出口の圧力である後段圧力とにさらに基づく前記第２のフィードフォワード制御により、前記第２の弁の開度を制御する、［１］又は［２］に記載の電解装置。
［４］
前記第２の制御部は、前記電流から前記第１のガス流量を推定し、推定された前記第１のガス流量に基づく前記第２のフィードフォワード制御により、前記第２の弁の開度を制御する、［１］から［３］のいずれかに記載の電解装置。
［５］
前記第１の制御部は、前記ガス気液分離タンクへ流入する流入ガス流量、及び前記第１のガス流量に基づく前記内圧の特性を示す伝達関数と、前記電流に基づく前記流入ガス流量の特性を示す伝達関数と、前記第１の弁の開度に基づく前記第１のガス流量の特性を示す伝達関数と、前記前段圧力に基づく前記第１のガス流量の特性を示す伝達関数とを用いて前記内圧の変動を表す第１の数式における、前記電流を含む項と前記前段圧力を含む項との１つ以上が０あるいは漸近的に０になるように前記第１の弁の開度を制御し、
前記第２の制御部は、前記第１のガス流量、前記吐出ガス流量、及び前記スピルバック流量に基づく前記前段圧力の特性を示す伝達関数と、前記第２の弁の開度に基づく前記スピルバック流量の特性を示す伝達関数と、前記圧縮機の出口の圧力である後段圧力に基づく前記スピルバック流量の特性を示す伝達関数とを用いて前記前段圧力の変動を表す第２の数式における、前記第１のガス流量を含む項と、前記吐出ガス流量を含む項と、前記後段圧力を含む項との１つ以上が０あるいは漸近的に０になるように前記第２の弁の開度を制御する、［４］に記載の電解装置。
［６］
前記圧縮機から吐出された前記ガスを収容するユーザ取合タンクと、
前記圧縮機と前記ユーザ取合タンクとを連通させる第３の配管と、
前記第３の配管に設けられた第３の弁と、
前記第３の弁の開度を制御する第３の制御部と、をさらに備え、
前記第３の制御部は、制御が行われない場合に比べて、前記圧縮機の出口の圧力である後段圧力の変動が小さくなるように、前記スピルバック流量に基づく第３のフィードフォワード制御と、前記後段圧力に基づく第３のフィードバック制御とにより、前記第３の弁の開度を制御する、
［１］から［５］のいずれかに記載の電解装置。
［７］
前記第３の制御部は、前記圧縮機が吐出したガスの流量である吐出ガス流量と、前記ユーザ取合タンクの内圧とにさらに基づく前記第３のフィードフォワード制御により、前記第３の弁の開度を制御する、
［６］に記載の電解装置。
［８］
前記第３の制御部は、前記圧縮機から前記第３の弁までを流れるガスの流量である第２のガス流量、及び前記第３の弁から前記ユーザ取合タンクまでを流れるガスの流量である第３のガス流量に基づく前記後段圧力の特性を示す伝達関数と、前記第３の弁の開度に基づく前記第３のガス流量の特性を示す伝達関数と、前記ユーザ取合タンクの内圧に基づく前記第３のガス流量の特性を示す伝達関数とを用いて前記後段圧力を表す第３の数式における、前記吐出ガス流量を含む項と、前記スピルバック流量を含む項と、前記ユーザ取合タンクの内圧を含む項との１つ以上が０あるいは漸近的に０になるように前記第３の弁の開度を制御する、
［７］に記載の電解装置。
［９］
前記第３の制御部は、前記電流から前記スピルバック流量を推定し、推定された前記スピルバック流量に基づく前記第３のフィードフォワード制御により、前記第３の弁の開度を制御する、
［６］から［８］のいずれかに記載の電解装置。
【発明の効果】
【０００７】
本開示に係る電解装置によれば、安定して動作することにより、堅牢性を向上させことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
第１の実施形態に係る電解装置の一例を示す概略図である。
図１に示す電解装置における圧力の特性と水素流量の特性との関係を表すモデルを示す図である。
図２に示すモデルを伝達関数で表した図である。
図１に示す電解装置における水素気液分離タンクの内圧の一例を示す図である。
図１に示す電解装置における前段圧力の一例を示す図である。
第２の実施形態に係る電解装置の一例を示す概略図である。
図５に示す電解装置における圧力の特性と水素流量の特性との関係を表すモデルを示す図である。
図６に示すモデルを伝達関数で表した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜＜第１の実施形態＞＞
図１を参照して第１の実施形態の電解装置１について説明する。図１は、第１の実施形態に係る電解装置１の一例を示す概略図である。
【００１０】
図１に示すように、第１の実施形態に係る電解装置１は、電解槽２と、水素気液分離タンク（ガス気液分離タンク）３１と、圧縮機３２と、ユーザ取合タンク３３と、第１の水素用配管（第１の配管）３４と、第１の水素用弁（第１の弁）３５と、第２の水素用配管（第２の配管）３６と、第２の水素用弁（第２の弁）３７と、第３の水素用配管（第３の配管）３８と、第３の水素用弁（第３の弁）３９と、酸素気液分離タンク４１と、酸素用配管４２と、酸素用弁４３と、制御装置５とを備えている。電解装置１は、１つの電解槽２を備えてもよいし、複数の電解槽２を備えてもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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