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公開番号2025117981
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-13
出願番号2024013013
出願日2024-01-31
発明の名称水素生成システムおよび水素生成システムの制御方法
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 20210101AFI20250805BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】酸素極の触媒作用による燃料ガスの燃焼で発生する熱が不足する場合であっても、電解モジュールの温度を適切に上昇させる。
【解決手段】水蒸気を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19と、水素極11に水蒸気を供給する水蒸気供給部20と、酸素極12に空気を供給する空気供給部70と、酸素極12に水素を供給する水素供給管43と、電解モジュール19に電力を供給する電力供給部18と、水素生成システム100を制御する制御装置80と、を備え、制御装置80は、電解モジュール19の温度が水素の発火温度よりも低いTemp4を上回ることに応じて電解モジュール19への電力の供給を開始するよう電力供給部18を制御する水素生成システム100を提供する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
水素生成システムであって、
水素極、酸素極、およ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、
前記水素極に前記水蒸気を供給する水蒸気供給部と、
前記酸素極に空気を供給する空気供給部と、
前記酸素極に燃料ガスを供給する燃料ガス系統と、
前記電解モジュールに電力を供給する電力供給部と、
前記水素生成システムを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記電解モジュールの温度が前記燃料ガスの発火温度よりも低い第１所定温度を上回ることに応じて前記電解モジュールへの電力の供給を開始するよう前記電力供給部を制御する水素生成システム。
続きを表示（約 930 文字）【請求項２】
前記制御部は、前記酸素極に供給される前の前記燃料ガスが発火しない濃度となるように前記燃料ガス系統を制御する請求項１に記載の水素生成システム。
【請求項３】
前記第１所定温度は、５００℃以上かつ６００℃未満である請求項１または請求項２に記載の水素生成システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記電解セルが配置される空間において最も高温となる領域の温度に応じて前記酸素極への前記燃料ガスの供給を開始するよう前記燃料ガス系統を制御する請求項１または請求項２に記載の水素生成システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記電解セルが配置される空間において最も低温となる領域の温度が前記第１所定温度を上回ることに応じて前記電解モジュールへの電力の供給を開始するよう前記電力供給部を制御する請求項１または請求項２に記載の水素生成システム。
【請求項６】
前記制御部は、前記電解モジュールの温度が前記第１所定温度よりも高い第２所定温度を上回ることに応じて前記酸素極への前記燃料ガスの供給を停止するよう前記燃料ガス系統を制御する請求項１または請求項２に記載の水素生成システム。
【請求項７】
前記制御部は、前記電解セルが配置される空間において最も高温となる領域の温度が前記第２所定温度を上回ることに応じて前記酸素極への前記燃料ガスの供給を停止するよう前記燃料ガス系統を制御する請求項６に記載の水素生成システム。
【請求項８】
前記第２所定温度は、前記電解モジュールが定格負荷で運転する際の温度よりも低く設定されている請求項６に記載の水素生成システム。
【請求項９】
前記第２所定温度は、７００℃以上かつ８５０℃以下である請求項６に記載の水素生成システム。
【請求項１０】
前記制御部は、前記酸素極に供給される前記燃料ガスの火炎伝播速度が前記酸素極に供給される空気の流通速度よりも低くなるように前記燃料ガス系統および前記空気供給部を制御する請求項１または請求項２に記載の水素生成システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、水素生成システムおよび水素生成システムの制御方法に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、水蒸気電解により水素を生成する水素生成システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示される水素生成システムは、固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ：ＳｏｌｉｄＯｘｉｄｅＥｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓＣｅｌｌ）を有する電解モジュールを備える。特許文献１には、電解モジュールの水素極だけでなく酸素極にも水素を供給することで、酸素極において水素を触媒作用により燃焼させて電解モジュールの温度を上昇させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
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】
【０００４】
しかしながら、酸素極に供給される水素の温度が発火温度を上回って自然発火してしまうと電解モジュールに損傷が生じてしまう可能性がある。酸素極に供給される水素の濃度を低くすることにより水素の自然発火を防止することができるが、酸素極の触媒作用による水素の燃焼で発生する熱が減少してしまう。そのため、電解モジュールの温度の上昇速度が低下して水素生成システムの起動時間が長くなってしまう。
【０００５】
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、酸素極の触媒作用による燃料ガスの燃焼で発生する熱が不足する場合であっても、電解モジュールの温度を適切に上昇させて起動時間を短縮することが可能な水素生成システムおよび水素生成システム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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本開示は以下の手段を採用する。
本開示に係る水素生成システムは、水素極、酸素極、およ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、前記水素極に前記水蒸気を供給する水蒸気供給部と、前記酸素極に空気を供給する空気供給部と、前記酸素極に燃料ガスを供給する燃料ガス系統と、前記電解モジュールに電力を供給する電力供給部と、前記水素生成システムを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記電解モジュールの温度が前記燃料ガスの発火温度よりも低い第１所定温度を上回ることに応じて前記電解モジュールへの電力の供給を開始するよう前記電力供給部を制御する。
【０００７】
本開示に係る水素生成システムの制御方法において、前記水素生成システムは、水素極、酸素極、およ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、前記水素極に前記水蒸気を供給する水蒸気供給部と、前記酸素極に空気を供給する空気供給部と、前記酸素極に燃料ガスを供給する燃料ガス系統と、前記電解モジュールに電力を供給する電力供給部と、を有し、前記電解モジュールの温度が前記燃料ガスの発火温度よりも低い第１所定温度を上回ることに応じて前記電解モジュールへの電力の供給を開始するよう前記電力供給部を制御する制御工程を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、酸素極の触媒作用による燃料ガスの燃焼で発生する熱が不足する場合であっても、電解モジュールの温度を適切に上昇させて起動時間を短縮することが可能な水素生成システムおよび水素生成システムの制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本開示の一実施形態に係る水素生成システムの概略構成を示す図である。
本開示の一実施形態に係る円筒形の電解モジュールの一例を示す部分断面図である。
図１に示す電解モジュールの縦断面図である。
水素生成システムの起動時の動作を示すフローチャートである。
水素生成システムの起動時の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示の一実施形態に係る（水素生成システム）１００について、図１を参照して説明する。図１は、本開示の一実施形態に係る水素生成システム１００の概略構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の水素生成システム１００は、電解モジュール１９と、電力供給部１８と、水蒸気供給部２０と、水素分離設備３０と、水素貯蔵設備（水素供給部）４０と、調整部５０と、空気供給部（加熱媒体供給部）７０と、制御装置（制御部）８０と、を備える。
（【００１１】以降は省略されています）

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