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公開番号2025067514
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-24
出願番号2023177559
出願日2023-10-13
発明の名称水素生成システム及びその制御方法
出願人三菱重工業株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類C25B 1/042 20210101AFI20250417BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】水蒸気を除去するために空気や窒素等を用いたガス置換を行わずに停止することができる水素生成システムを提供する。
【解決手段】水素生成システム100は、水素極11、酸素極12及び水素極11と酸素極12との間に配置される電解質層13を有する電解セルを備え、水蒸気を水素極11に供給して水蒸気電解により水素を生成する電解モジュール19と、水素極11が接する水素極空間11aを減圧する水素極側真空ポンプ62と、電解モジュール19による水素の生成を停止する停止制御を行う時に、水素極側真空ポンプ62を動作させて水素極空間11aの圧力を水の飽和蒸気圧よりも低い圧力に制御する制御装置80と、を備えている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
水素極、酸素極及び前記水素極と前記酸素極との間に配置される電解質層を有する電解セルを備え、水蒸気を前記水素極に供給して水蒸気電解により水素を生成する電解モジュールと、
前記水素極が接する水素極空間を減圧する水素極側減圧装置と、
前記電解モジュールによる水素の生成を停止する停止制御を行う時に、前記水素極側減圧装置を動作させて前記水素極空間の圧力を水の飽和蒸気圧よりも低い圧力に制御する制御部と、
を備えている水素生成システム。
続きを表示（約 810 文字）【請求項２】
前記水素極空間の温度を計測する温度センサと、
前記水素極空間の圧力を計測する圧力センサと、
を備え、
前記制御部は、前記温度センサから得られた前記水素極空間の温度が、前記圧力センサから得られた前記水素極空間における水蒸気の飽和温度よりも大きくなるように、前記水素極空間の圧力を減圧する請求項１に記載の水素生成システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記停止制御から次の起動制御の間にわたって、前記水素極空間の圧力を水の飽和蒸気圧よりも低い圧力に維持する請求項１に記載の水素生成システム。
【請求項４】
前記停止制御のときに前記水素極空間から排出した水素を回収する水素回収部を備えている請求項１に記載の水素生成システム。
【請求項５】
前記制御部は、次回の起動制御のときに、前記水素回収部にて回収した水素を前記水素極空間に導く請求項４に記載の水素生成システム。
【請求項６】
前記酸素極が接する酸素極空間を減圧する酸素極側減圧装置を備え、
前記制御部は、前記水素極空間の圧力と同等となるように、前記酸素極側減圧装置を用いて前記酸素極空間の圧力を制御する請求項１に記載の水素生成システム。
【請求項７】
水素極、酸素極及び前記水素極と前記酸素極との間に配置される電解質層を有する電解セルを備え、水蒸気を前記水素極に供給して水蒸気電解により水素を生成する電解モジュールと、
前記水素極が接する水素極空間を減圧する水素極側減圧装置と、
を備えた水素生成システムの制御方法であって、
前記電解モジュールによる水素の生成を停止する停止制御を行う時に、前記水素極側減圧装置を動作させて前記水素極空間の圧力を水の飽和蒸気圧よりも低い圧力に制御する水素生成システムの制御方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、水素生成システム及びその制御方法に関するものである。
続きを表示（約 1,100 文字）【背景技術】
【０００２】
水蒸気電解により水素を生成する水素生成システムとして、固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ：ＳｏｌｉｄＯｘｉｄｅＥｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓＣｅｌｌ）が知られている。近年の脱炭素社会の進展に伴い、ＳＯＥＣの需要が高まると想定され、再生エネルギー電力の増大に伴い、ＳＯＥＣには起動停止を伴う運用が要求されることも想定される。
【０００３】
ＳＯＥＣは、起動時あるいは停止時にセルのセルスタック保護のため、温度が低下してきたら、蒸気のドレン化を防ぐために蒸気を除去する必要がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１では、ＳＯＥＣのセルスタックから蒸気を除去するため、燃料極側を空気によって内部流体を置換するという運転操作を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許第７２８２９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
停止時に燃料極側を空気に置換を要する運用では、空気の導入によって燃料極を冷却してしまうことになる。これでは、次回の起動時に再び加熱する必要があり、迅速な再起動が困難となる。
【０００７】
空気に変えて窒素で置換する場合には、停止のたびに窒素が消費されるので窒素の消費量が膨大になり、起動時には窒素の排出と水蒸気への置換作業が必要となり、非効率的となる。
【０００８】
将来的に大容量の水素製造が必要となった場合には、ＳＯＥＣが大型になるにつれ、ユーティリティとしての窒素量もさらに膨大になるという問題がある。
【０００９】
本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、水蒸気を除去するために空気や窒素等を用いたガス置換を行わずに停止することができる水素生成システム及びその制御方法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】
本開示の一態様に係る水素生成システムは、水素極、酸素極及び前記水素極と前記酸素極との間に配置される電解質層を有する電解セルを備え、水蒸気を前記水素極に供給して水蒸気電解により水素を生成する電解モジュールと、前記水素極が接する水素極空間を減圧する水素極側減圧装置と、前記電解モジュールによる水素の生成を停止する停止制御を行う時に、前記水素極側減圧装置を動作させて前記水素極空間の圧力を水の飽和蒸気圧よりも低い圧力に制御する制御部と、を備えている。
（【００１１】以降は省略されています）

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