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公開番号2025155353
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-14
出願番号2024059154
出願日2024-04-01
発明の名称電解システムの制御方法及び電解システム
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 15/00 20060101AFI20251006BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】製品としての水素の品質が低下してしまうことを抑制しつつ、陽極及び陰極を保護する。
【解決手段】電解システムは、陽極を有する陽極室及び陰極を有する陰極室を備える電解槽と、電解槽の電解液の電気分解が進む通電方向に陽極及び陰極に電流を供給可能な整流器とを含む。電解システムの制御方法は、電解システムの運転停止中、通電方向に陽極及び陰極に保護電流を整流器によって供給することと、電解システムの運転停止中、陰極室に水素ガスを供給し、陽極室に酸素ガスを供給することとを含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
陽極を有する陽極室及び陰極を有する陰極室を備える電解槽と、前記電解槽の電解液の電気分解が進む通電方向に前記陽極及び前記陰極に電流を供給可能な整流器とを含む電解システムの制御方法であって、
前記電解システムの運転停止中、前記通電方向に前記陽極及び前記陰極に保護電流を前記整流器によって供給することと、
前記電解システムの運転停止中、前記陰極室に水素ガスを供給し、前記陽極室に酸素ガスを供給することと、を含む、電解システムの制御方法。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記電解システムは、前記電解槽の電解液の電気分解によって発生した水素ガスを貯留する水素タンクをさらに備え、
前記電解システムの運転停止中、前記陰極室に水素ガスを供給することは、前記水素タンクに貯留された水素ガスを前記陰極室に供給することを含む、請求項１に記載の電解システムの制御方法。
【請求項３】
前記電解システムは、前記電解槽の電解液の電気分解によって発生した酸素ガスを貯留する酸素タンクをさらに備え、
前記電解システムの運転停止中、前記陽極室に酸素ガスを供給することは、前記酸素タンクに貯留された酸素ガスを前記陽極室に供給することを含む、請求項１に記載の電解システムの制御方法。
【請求項４】
前記電解システムの運転停止中、前記陰極室に水素ガスを供給することは、
前記陰極室における水素ガスの水素中酸素濃度を検出することと、
検出した水素ガスの水素中酸素濃度が第１閾値を超えるか否かを判定することと、
前記検出した水素ガスの水素中酸素濃度が第１閾値を超えると判定した場合、前記陰極室に水素ガスが供給されるように制御することと、を含む、請求項１に記載の電解システムの制御方法。
【請求項５】
前記陰極室に水素ガスを供給した後、前記陰極室の気圧を調整することをさらに含む、請求項４に記載の電解システムの制御方法。
【請求項６】
前記電解システムの運転停止中、前記陽極室に酸素ガスを供給することは、
前記陽極室における酸素ガスの酸素中水素濃度を検出することと、
検出した酸素ガスの酸素中水素濃度が第２閾値を超えるか否かを判定することと、
前記検出した酸素ガスの酸素中水素濃度が第２閾値を超えると判定した場合、前記陽極室に酸素ガスが供給されるように制御することと、を含む、請求項１に記載の電解システムの制御方法。
【請求項７】
前記陽極室に酸素ガスを供給した後、前記陽極室の気圧を調整することをさらに含む、請求項６に記載の電解システムの制御方法。
【請求項８】
電解システムであって、
陽極を有する陽極室及び陰極を有する陰極室を備える電解槽と、
前記電解槽の電解液の電気分解が進む通電方向に前記陽極及び前記陰極に電流を供給可能な整流器と、
前記電解システムの運転停止中、前記通電方向に前記陽極及び前記陰極に保護電流が前記整流器によって供給されるように制御する制御装置と、を含み、
前記制御装置は、前記電解システムの運転停止中、前記陰極室に水素ガスが供給され、前記陽極室に酸素ガスが供給されるように制御する、電解システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、電解システムの制御方法及び電解システムに関する。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、脱炭素社会を実現させるために、風力又は太陽光等の再生可能エネルギーを利用した発電が盛んに行われている。また、このような再生可能エネルギーを利用した発電の電力によって水を電気分解し、水素及び酸素を製造する電解システムが注目されている。商業用の電解システムでは、水素及び酸素を製造する際、数千から数万アンペアの電流を流している。
【０００３】
ここで、再生可能エネルギーを利用した発電は、再生エネルギーが常に変動することにより、停止する場合がある。例えば、太陽光を利用した太陽光発電は、夜間に停止する。また、風力を利用した風力発電は、強風時に停止する。このように再生可能エネルギーを利用した発電が停止すると、電解システムの運転を停止させることが求められる。しかしながら、電解システムの運転を停止させると、電解システムの陽極及び陰極に逆電流が生じることがある。このような逆電流が生じると、陽極及び陰極が劣化する虞がある。
【０００４】
そこで、電解システムの運転停止中、陽極及び陰極に保護電流を供給して陽極及び陰極の電位を理論分解電圧以上に維持することにより、陽極及び陰極に逆電流を生じさせない方法が知られている。例えば、特許文献１には、電気分解を停止するのに先立ち、電気分解が停止しない範囲で電流密度を０Ａ／ｃｍ
２
超かつ電気分解の工程における電流密度未満の範囲にまで低下させる水素ガスの製造方法が記載されている。さらに、特許文献１に記載の水素ガスの製造方法では、少なくとも水素発生極にガスを導入しながら電流密度を１秒以上保持し、電流密度を電気分解が起こらない値にまで下げることによって電気分解を停止させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
国際公開２０２２／２１０５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１には、水素発生極に導入するガスが窒素及び希ガスからなる群より選ばれる少なくとも一種であることが記載されている。窒素ガス等を水素発生極に導入すると、製品としての水素の濃度が低下してしまい、製品としての水素の品質が低下してしまう場合がある。
【０００７】
かかる点に鑑みてなされた本開示の目的は、製品としての水素の品質が低下してしまうことを抑制しつつ、陽極及び陰極を保護することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、本開示は、以下の通りである。
［１］
陽極を有する陽極室及び陰極を有する陰極室を備える電解槽と、前記電解槽の電解液の電気分解が進む通電方向に前記陽極及び前記陰極に電流を供給可能な整流器とを含む電解システムの制御方法であって、
前記電解システムの運転停止中、前記通電方向に前記陽極及び前記陰極に保護電流を前記整流器によって供給することと、
前記電解システムの運転停止中、前記陰極室に水素ガスを供給し、前記陽極室に酸素ガスを供給することと、を含む、電解システムの制御方法。
［２］
前記電解システムは、前記電解槽の電解液の電気分解によって発生した水素ガスを貯留する水素タンクをさらに備え、
前記電解システムの運転停止中、前記陰極室に水素ガスを供給することは、前記水素タンクに貯留された水素ガスを前記陰極室に供給することを含む、［１］に記載の電解システムの制御方法。
［３］
前記電解システムは、前記電解槽の電解液の電気分解によって発生した酸素ガスを貯留する酸素タンクをさらに備え、
前記電解システムの運転停止中、前記陽極室に酸素ガスを供給することは、前記酸素タンクに貯留された酸素ガスを前記陽極室に供給することを含む、［１］又は［２］に記載の電解システムの制御方法。
［４］
前記電解システムの運転停止中、前記陰極室に水素ガスを供給することは、
前記陰極室における水素ガスの水素中酸素濃度を検出することと、
検出した水素ガスの水素中酸素濃度が第１閾値を超えるか否かを判定することと、
前記検出した水素ガスの水素中酸素濃度が第１閾値を超えると判定した場合、前記陰極室に水素ガスが供給されるように制御することと、を含む、［１］から［３］までの何れか１つに記載の電解システムの制御方法。
［５］
前記陰極室に水素ガスを供給した後、前記陰極室の気圧を調整することをさらに含む、［１］から［４］までの何れか１つに記載の電解システムの制御方法。
［６］
前記電解システムの運転停止中、前記陽極室に酸素ガスを供給することは、
前記陽極室における酸素ガスの酸素中水素濃度を検出することと、
検出した酸素ガスの酸素中水素濃度が第２閾値を超えるか否かを判定することと、
前記検出した酸素ガスの酸素中水素濃度が第２閾値を超えると判定した場合、前記陽極室に酸素ガスが供給されるように制御することと、を含む、［１］から［５］までの何れか１つに記載の電解システムの制御方法。
［７］
前記陽極室に酸素ガスを供給した後、前記陽極室の気圧を調整することをさらに含む、［１］から［６］までの何れか１つに記載の電解システムの制御方法。
［８］
陽極を有する陽極室及び陰極を有する陰極室を備える電解槽と、
前記電解槽の電解液の電気分解が進む通電方向に前記陽極及び前記陰極に電流を供給可能な整流器と、
前記電解システムの運転停止中、前記通電方向に前記陽極及び前記陰極に保護電流が前記整流器によって供給されるように制御する制御装置と、を含み、
前記制御装置は、前記電解システムの運転停止中、前記陰極室に水素ガスが供給され、前記陽極室に酸素ガスが供給されるように制御する、電解システム。
【発明の効果】
【０００９】
本開示の一実施形態によれば、製品としての水素の品質が低下してしまうことを抑制しつつ、陽極及び陰極を保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本開示の一実施形態に係る電解システムの構成を示すブロック図である。
図１に示す電解槽の側面図である。
図２に示す電解槽の斜視図である。
図２に示す電解槽の平面図である。
本開示の一実施形態に係る電解システムの制御方法の手順例を示すフローチャートである。
シミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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