JP2002371396A - Electrolysis apparatus and electrolysis method - Google Patents
Electrolysis apparatus and electrolysis methodInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】必要量の電解ガスを、電解効率の悪化を招くこ
と無く低コストで且つ安定して生成可能にする。
【解決手段】陽極電極板12と陰極電極板13を備えた電解
セル1に、被電解体を供給すると共に、各電極板間に電
流を供給して各極板側にそれぞれ陽極ガスと陰極ガスを
生成する電解装置100であり、電解セルへの供給電流量
を調整する電流調整機構72と、電解セルへ被電解体を供
給する被電解体供給機構6と、電解セルへ供給される被
電解体の温度を調節する被電解体温度調節機構JTと、電
流調整機構と被電解体温度調節機構を制御するコントロ
ーラ8とを備え、コントローラは、予め記憶した少なく
とも1日以上の所定期間の電気料金の変動データに基づ
き、該所定期間の需要量を満たすガスを生成するに際し
使用電気料金が最小となる作動条件を設定すると共に、
該作動条件に従い電流調整機構を制御し且つ被電解体の
温度が適正範囲となるように前記機構JTを制御する。
(57) [Summary] [PROBLEMS] To stably generate a required amount of electrolytic gas at low cost without deteriorating electrolysis efficiency. An object to be electrolyzed is supplied to an electrolytic cell 1 having an anode electrode plate 12 and a cathode electrode plate 13, and a current is supplied between the electrode plates to supply an anode gas and a cathode gas to each electrode plate side. An electrolysis apparatus 100 for generating an electrolysis cell, a current adjustment mechanism 72 for adjusting the amount of current supplied to the electrolysis cell, an electrolysis object supply mechanism 6 for supplying an electrolysis object to the electrolysis cell, and an electrolysis target supplied to the electrolysis cell. The apparatus includes an object temperature control mechanism JT for adjusting the temperature of disassembly, and a controller 8 for controlling the current adjustment mechanism and the object temperature control mechanism. Based on the fluctuation data, when generating a gas that satisfies the demand for the predetermined period, and set the operating condition that minimizes the electricity charge used,
The current adjusting mechanism is controlled according to the operating conditions, and the mechanism JT is controlled so that the temperature of the object to be electrolyzed is within an appropriate range.
Description
【発明の属する技術分野】本発明は、電解装置及び電解
方法に関する。より詳しくは、必要量の水素ガス及び/
又は酸素ガスなどを、安価に生成し得る電解装置及び電
解方法に関し、例えば、燃料電池自動車に水素ガスを供
給するための水素ステーションや家庭用の水電解装置な
どに適用される。[0001] The present invention relates to an electrolysis apparatus and an electrolysis method. More specifically, the required amount of hydrogen gas and / or
Also, the present invention relates to an electrolysis apparatus and an electrolysis method capable of inexpensively generating oxygen gas and the like, and is applied to, for example, a hydrogen station for supplying hydrogen gas to a fuel cell vehicle, a home water electrolysis apparatus, and the like.
【0001】[0001]
【従来の技術】図5は従来における電解装置の一つであ
る水素・酸素生成システムPSの構成概要図、図6は水
素・酸素生成システムPSにおける電解セル1に供給す
る電力量の変化のさせ方の一例を示す図である。図5に
示すように、水素・酸素生成システムPSは、水素ステ
ーションに設置され、電解部DK、純水補給部3A、水
素ガス搬送部4A、酸素ガス搬送部5A、純水供給部6
A、熱交換器62及び電力供給部7Aから構成される。2. Description of the Related Art FIG. 5 is a schematic diagram showing the structure of a hydrogen / oxygen generating system PS which is one of conventional electrolytic devices, and FIG. 6 shows how the amount of power supplied to the electrolytic cell 1 in the hydrogen / oxygen generating system PS varies. It is a figure showing an example of one. As shown in FIG. 5, the hydrogen / oxygen generation system PS is installed in a hydrogen station, and has an electrolysis unit DK, a pure water supply unit 3A, a hydrogen gas transport unit 4A, an oxygen gas transport unit 5A, and a pure water supply unit 6.
A, a heat exchanger 62 and a power supply unit 7A.
【0002】電解部DKは、電解セル1及び電解タンク
2を備える。電解セル1は、電解タンク2の中に配さ
れ、陽極電極板12及び陰極電極板13を備える。そし
て、陽極電極板12と陰極電極板13との間には、両面
に電極触媒層が設けられた固体高分子電解質膜11が配
される。陽極電極板12及び陰極電極板13と固体高分
子電解質膜11との間には、それぞれ該固体高分子電解
質膜11を挟持すべく陽極側給電体14及び陰極側給電
体15が設けられる。電解セル1には純水流路12w、
酸素ガス通路12s及び水素ガス通路13hが設けられ
る。[0002] The electrolysis section DK includes an electrolysis cell 1 and an electrolysis tank 2. The electrolytic cell 1 is provided in an electrolytic tank 2 and includes an anode electrode plate 12 and a cathode electrode plate 13. Then, between the anode electrode plate 12 and the cathode electrode plate 13, a solid polymer electrolyte membrane 11 having an electrode catalyst layer provided on both surfaces is disposed. An anode-side power feeder 14 and a cathode-side power feeder 15 are provided between the anode electrode plate 12 and the cathode electrode plate 13 and the solid polymer electrolyte membrane 11 so as to sandwich the solid polymer electrolyte membrane 11, respectively. The electrolytic cell 1 has a pure water channel 12w,
An oxygen gas passage 12s and a hydrogen gas passage 13h are provided.
【0003】純水補給部3Aは、配管部材30、純水タ
ンク31及び純水補給ポンプ32を備える。水素ガス搬
送部4Aは、配管部材40,40'、水素分離タンク4
1及び除湿器42を備える。酸素ガス搬送配管部5A
は、配管部材50を備える。純水供給部6Aは、配管部
材60a、純水供給ポンプ61及びイオン交換装置63
を備える。電力供給部7Aは、商用電源71及び整流器
72を備える。電解タンク2には、各配管部材50,6
0bが接続される。水素ガス搬送部4Aの配管部材40
は、水素ガス通路13hに接続される。配管部材60c
は、純水流路12wに接続される。[0003] The pure water supply section 3A includes a piping member 30, a pure water tank 31, and a pure water supply pump 32. The hydrogen gas transfer section 4A includes piping members 40 and 40 ', a hydrogen separation tank 4
1 and a dehumidifier 42. Oxygen gas transfer piping section 5A
Includes a piping member 50. The pure water supply unit 6A includes a piping member 60a, a pure water supply pump 61, and an ion exchange device 63.
Is provided. The power supply unit 7A includes a commercial power supply 71 and a rectifier 72. Each of the piping members 50, 6 is provided in the electrolytic tank 2.
0b is connected. Piping member 40 of hydrogen gas transfer section 4A
Is connected to the hydrogen gas passage 13h. Piping member 60c
Is connected to the pure water channel 12w.
【0004】このような水素・酸素生成システムPSに
おいて、電解セル1の陽極側に純水流路12wから純水
を供給して、電極板12,13に対して通電することに
より、陽極側触媒層で純水が分解され、酸素ガスが発生
する。そして、酸素ガスと同時に生成されたH+イオン
は、電場の働きよって、プロトン移動性の固体高分子電
解質膜11内を移動するため、陰極側触媒層においては
電子を得て、水素ガスが発生する。陽極側に発生した酸
素ガスは、酸素ガス通路12sを通って電解タンク2内
の純水の液面上方に溜まり、配管部材50へと流れ込
む。一方、陰極側に発生した水素ガスは、水素ガス通路
13hを通って配管部材40へと流れ込み、水素分離タ
ンク41の中に溜まる。そして、配管部材40'を通っ
て除湿器42で除湿された後、燃料電池自動車の駆動用
ガスなどに利用される。In such a hydrogen / oxygen generating system PS, pure water is supplied to the anode side of the electrolytic cell 1 from the pure water flow path 12w, and electricity is supplied to the electrode plates 12 and 13, so that the anode side catalyst layer Decomposes pure water to generate oxygen gas. The H + ions generated simultaneously with the oxygen gas move in the proton-transporting solid polymer electrolyte membrane 11 by the action of an electric field, so that electrons are obtained in the cathode-side catalyst layer, and hydrogen gas is generated. I do. The oxygen gas generated on the anode side accumulates above the level of pure water in the electrolytic tank 2 through the oxygen gas passage 12 s and flows into the piping member 50. On the other hand, the hydrogen gas generated on the cathode side flows into the piping member 40 through the hydrogen gas passage 13h and accumulates in the hydrogen separation tank 41. Then, after being dehumidified by the dehumidifier 42 through the pipe member 40 ', the dehumidifier 42 is used for driving gas of a fuel cell vehicle.
【0005】電解タンク2内の純水は、電解セル1中の
固体高分子電解質膜11の損傷等を防止するため、電気
分解で消費される以上の量が純水供給ポンプ61によっ
て吸出され、まず熱交換器62で冷却され、次にイオン
交換装置63で脱イオンされた後、電解セル1に供給さ
れる。そして、電解セル1で消費されなかった純水は、
酸素ガス通路12sを通って、電解セル1の外側に再び
戻される。熱交換器62には一定量の冷却水が流れる。
また、電気分解で消費される量に応じて、純水を、純水
補給ポンプ32によって純水タンク31から純水供給部
6Aに供給している。Pure water in the electrolytic tank 2 is sucked by the pure water supply pump 61 in an amount larger than that consumed by electrolysis in order to prevent damage to the solid polymer electrolyte membrane 11 in the electrolytic cell 1 and the like. First, it is cooled by the heat exchanger 62, then deionized by the ion exchange device 63, and then supplied to the electrolytic cell 1. And the pure water not consumed in the electrolytic cell 1 is
It is returned again to the outside of the electrolytic cell 1 through the oxygen gas passage 12s. A fixed amount of cooling water flows through the heat exchanger 62.
Further, pure water is supplied from the pure water tank 31 to the pure water supply unit 6A by the pure water supply pump 32 in accordance with the amount consumed in the electrolysis.
【0006】ところで、電力提供業者は、季節毎に1日
の中で時間帯に応じて電気料金を変化させている。その
目的は、電力需要の少ない時間帯の電力使用を促進する
ことにある。例えば、夏季において、所定量以上の電力
の使用に際し、午前8時から午前10時までと午後5時
から午後10時までとを電力需要が比較的多い昼間時間
帯(中負荷時間帯)とし、午前10時から午後5時まで
を電力需要が極めて多い重負荷時間帯とし、午後10時
から翌朝の8時までを電力需要が少ない夜間時間帯(低
負荷時間帯)として、次のような電気料金の設定をして
いる。即ち、昼間時間帯の電気料金を基準として、重負
荷時間帯では昼間時間帯の約1.4倍、夜間時間帯では
昼間時間帯の約0.6倍程度の値段としている。[0006] By the way, the electric power provider changes the electricity rate according to the time zone during the day in each season. Its purpose is to promote the use of power during periods of low power demand. For example, in the summer season, when using a predetermined amount or more of electric power, 8:00 am to 10:00 am and 5:00 pm to 10:00 pm are set as daytime hours (medium load time zones) in which power demand is relatively large, From 10:00 am to 5:00 pm, a heavy load time zone in which power demand is extremely high, and from 10:00 pm to 8:00 in the next morning, a night time zone (low load time zone) in which power demand is low, the following electricity is used. Set the price. That is, based on the electricity rate in the daytime, the price is about 1.4 times the daytime in the heavy load time zone and about 0.6 times the daytime time in the nighttime time.
【0007】従って、水素・酸素生成システムPSにお
いて、少なくとも一日以上の所定期間に生成すべき量
(需要量)の水素ガスを生成するに際し、常時一定の大
きさの電力供給量で運転するよりも、例えば、図6に示
すように、電気料金の安い低負荷時間帯には電力供給量
を大きくし、電気料金の高い重負荷時間帯には電力供給
量を小さくするのが好ましい。[0007] Therefore, in the hydrogen / oxygen generation system PS, when generating an amount (demand amount) of hydrogen gas to be generated in a predetermined period of at least one day, the system is always operated with a constant power supply amount. However, for example, as shown in FIG. 6, it is preferable to increase the power supply amount during a low load time period when the electricity rate is low, and to decrease the power supply amount during a heavy load time period when the electricity rate is high.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電解セ
ル1に供給された電力の全てが電気分解(ガス発生)の
ために消費されるわけではなく、電力の一部は熱として
も消費される。このため、水素・酸素生成システムPS
において、上述のような変動する電気料金に合わせて、
単純に、低コストの運転を行なった場合には、次のよう
な問題が生じる。However, not all of the electric power supplied to the electrolytic cell 1 is consumed for electrolysis (gas generation), and a part of the electric power is also consumed as heat. Therefore, the hydrogen / oxygen generation system PS
In accordance with the fluctuating electricity rates as described above,
Simply operating at low cost causes the following problems.
【0009】即ち、低負荷時間帯において単純に電力供
給量を大きくすると、電解セル1の発熱量が大きくな
り、純水温度が上昇する。該純水温度の上昇は、固体高
分子電解質膜11の損傷を招く恐れがある。また、重負
荷時間帯において単純に電力供給量を下げる又はゼロと
すると、発熱量が小又はゼロになるため純水温度が低下
する。斯かる純水温度の低下は、電解効率の悪化を招
く。That is, when the power supply amount is simply increased in the low load time zone, the calorific value of the electrolytic cell 1 increases, and the temperature of pure water increases. The increase in the temperature of pure water may cause damage to the solid polymer electrolyte membrane 11. Further, if the power supply amount is simply reduced or set to zero during the heavy load time zone, the calorific value becomes small or zero, so that the pure water temperature decreases. Such a decrease in the temperature of pure water causes deterioration of the electrolytic efficiency.
【0010】本発明は、このような問題を解決するため
になされたものであり、必要量の電解ガス、例えば水素
ガス及び/又は酸素ガスなどを、電解効率の悪化を招く
こと無く低コストで且つ安定して生成し得る電解方法及
び電解装置を提供することを目的とする。The present invention has been made to solve such a problem, and a required amount of an electrolytic gas, for example, a hydrogen gas and / or an oxygen gas, can be produced at low cost without deteriorating the electrolytic efficiency. It is another object of the present invention to provide an electrolysis method and an electrolysis apparatus that can be stably formed.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するべ
く本発明に係る電解装置は、陽極電極板12及び陰極電
極板13を備えた電解セル1に、被電解体を供給すると
共に、前記陽極電極板12及び陰極電極板13間に電流
を供給して陽極板側及び陰極板側にそれぞれ陽極ガス及
び陰極ガスを生成する電解装置100であって、前記電
解セル1への供給電流の大きさを調整する電流調整機構
72と、前記電解セル1へ前記被電解体を供給するため
の被電解体供給機構6と、前記電解セル1へ供給される
被電解体の温度を調節する被電解体温度調節機構JT
と、前記電流調整機構72及び前記被電解体温度調節機
構JTを制御するコントローラ8とを備え、前記コント
ローラ8は、予め記憶した少なくとも1日以上の所定期
間における電気料金の変動データに基づいて、前記所定
期間の需要量を満たす陽極ガス又は陰極ガスを生成する
に際し使用電気料金が最小となるような作動条件を設定
すると共に、該作動条件に従って前記電流調整機構72
を制御し、且つ、前記被電解体の温度が適正範囲となる
ように前記被電解体温度調節機構JTを制御するように
構成されている。In order to solve the above-mentioned problems, an electrolysis apparatus according to the present invention supplies an object to be electrolyzed to an electrolysis cell 1 provided with an anode electrode plate 12 and a cathode electrode plate 13, and An electrolysis apparatus 100 that supplies current between an anode electrode plate 12 and a cathode electrode plate 13 to generate anode gas and cathode gas on the anode plate side and the cathode plate side, respectively. A current adjusting mechanism 72 for adjusting the temperature, an object supply mechanism 6 for supplying the object to be supplied to the electrolytic cell 1, and a power supply for adjusting the temperature of the object supplied to the electrolytic cell 1. Demolition temperature control mechanism JT
And a controller 8 for controlling the current adjusting mechanism 72 and the electrolyzed object temperature adjusting mechanism JT. The controller 8 is configured to perform a control based on fluctuation data of electricity rates in a predetermined period of at least one day stored in advance. When generating an anode gas or a cathode gas that satisfies the demand for the predetermined period, operating conditions are set such that the electric charge used is minimized, and the current adjusting mechanism 72 is set in accordance with the operating conditions.
Is controlled, and the object temperature control mechanism JT is controlled so that the temperature of the object is within an appropriate range.
【0012】本発明に係る電解装置によると、前記コン
トローラ8は、所定期間の需要量を満たす陽極ガス又は
陰極ガスを生成するに際し使用電気料金が最小となるよ
うな作動条件を設定すると共に、該作動条件に従って前
記電流調整機構72を制御するので、必要量の電解ガス
を低コストで生成し得る。また、前記コントローラ8
は、被電解体の温度が適正範囲となるように前記被電解
体温度調節機構JTを制御するので、必要量の電解ガス
を電解効率の悪化を招くこと無く安定して生成し得る。According to the electrolysis apparatus according to the present invention, the controller 8 sets the operating conditions such that the electric charge used is minimum when generating the anode gas or the cathode gas satisfying the demand for a predetermined period, and Since the current adjusting mechanism 72 is controlled according to the operating conditions, a required amount of the electrolytic gas can be generated at low cost. The controller 8
Controls the object temperature control mechanism JT such that the temperature of the object is within an appropriate range, so that a required amount of electrolytic gas can be generated stably without deteriorating the electrolysis efficiency.
【0013】また、本発明に係る電解装置においては、
前記被電解体温度調節機構JTは、前記被電解体の温度
を測定する温度センサー66を有することが好ましい。
これにより、前記被電解体の温度を正確に検出すること
ができる。Further, in the electrolysis apparatus according to the present invention,
It is preferable that the object temperature control mechanism JT has a temperature sensor 66 for measuring the temperature of the object.
Thereby, the temperature of the object to be electrolyzed can be accurately detected.
【0014】また、本発明に係る電解装置においては、
前記被電解体温度調節機構JTは、前記被電解体を冷却
又は加熱するための熱交換器62と、該熱交換器62へ
導入される冷熱媒体の量を制御するための冷熱媒体量制
御機構64とを有し、前記コントローラ8は、前記温度
センサー66で測定された被電解体の温度に応じて、前
記熱交換器62に流れる冷熱媒体の量が増減するように
前記冷熱媒体量制御機構64を制御してなる構成が好ま
しい。Further, in the electrolysis apparatus according to the present invention,
The object temperature control mechanism JT includes a heat exchanger 62 for cooling or heating the object, and a cooling medium amount control mechanism for controlling the amount of the cooling medium introduced into the heat exchanger 62. 64, and the controller 8 is configured to control the cooling medium amount control mechanism so that the amount of the cooling medium flowing through the heat exchanger 62 increases or decreases according to the temperature of the object to be measured measured by the temperature sensor 66. 64 is preferable.
【0015】この好ましい構成によれば、前記温度セン
サー66で測定された被電解体の温度に応じて、前記熱
交換器62に流れる冷熱媒体の量が増減する。例えば、
供給電流の値が変更された結果、電解セル1への被電解
体の温度が設定温度の適正範囲より高くなった場合には
冷却水の供給量が増加する。これにより、被電解体の冷
却の度合いが大きくなるので、電解セル1の構成品、例
えば固体高分子電解質膜の損傷を防止することができ
る。また、電解セル1への被電解体の温度が設定温度の
適正範囲より低くなった場合には、冷却水の供給量を減
少させたり、または加熱水を供給させたりする。これに
より、被電解体の冷却の度合いが小さくなり、または被
電解体の温度が上昇するので、電解効率を適切に維持で
きる。According to this preferred configuration, the amount of the cooling medium flowing through the heat exchanger 62 increases or decreases according to the temperature of the object to be measured measured by the temperature sensor 66. For example,
As a result of the change in the value of the supply current, when the temperature of the body to be electrolyzed to the electrolytic cell 1 becomes higher than the appropriate range of the set temperature, the supply amount of the cooling water increases. This increases the degree of cooling of the body to be electrolyzed, thereby preventing damage to components of the electrolytic cell 1, for example, a solid polymer electrolyte membrane. When the temperature of the body to be electrolyzed to the electrolysis cell 1 becomes lower than the appropriate range of the set temperature, the supply amount of the cooling water is reduced or the heating water is supplied. As a result, the degree of cooling of the body to be electrolyzed is reduced or the temperature of the body to be electrolyzed is increased, so that the electrolysis efficiency can be appropriately maintained.
【0016】また、本発明に係る電解装置においては、
前記被電解体温度調節機構JTは、前記電解セル1から
の余剰被電解体を前記被電解体供給機構6へ戻す循環回
路60bと、前記被電解体供給機構6によって供給され
る被電解体の量を調節する供給量調節機構65をさらに
有し、前記コントローラ8は、前記温度センサー66で
測定された被電解体の温度に応じて、前記被電解体供給
機構6に流れる被電解体量が増減するように前記供給量
調節機構65を制御してなる構成が好ましい。Further, in the electrolysis apparatus according to the present invention,
The target temperature control mechanism JT includes a circulating circuit 60b that returns the surplus target object from the electrolytic cell 1 to the target supply mechanism 6, and a circulation circuit 60b that supplies the target object supplied by the target supply mechanism 6. The controller 8 further includes a supply amount adjusting mechanism 65 for adjusting the amount, and the controller 8 adjusts the amount of the object flowing through the object supplying mechanism 6 according to the temperature of the object measured by the temperature sensor 66. It is preferable that the supply amount adjusting mechanism 65 is controlled so as to increase or decrease.
【0017】この好ましい構成によれば、温度センサー
66で測定された被電解体の温度に応じて、前記被電解
体供給機構6に流れる被電解体量が増減する。即ち、温
度センサー66で測定された被電解体の温度が適正温度
よりも高い場合には被電解体の供給量が増加し、且つ、
適正温度よりも低い場合には被電解体の供給量が減少す
る。これにより、前述の構成と同様に、電解セル1の構
成品、例えば固体高分子電解質膜の損傷を防止すること
ができると共に、電解効率を適切に維持できる。According to this preferred configuration, the amount of the subject flowing into the subject supply mechanism 6 increases or decreases in accordance with the temperature of the subject measured by the temperature sensor 66. That is, when the temperature of the object to be measured measured by the temperature sensor 66 is higher than the appropriate temperature, the supply amount of the object to be measured increases, and
If the temperature is lower than the appropriate temperature, the supply amount of the electrolysis target decreases. Thereby, similarly to the above-described configuration, damage to components of the electrolytic cell 1, for example, the solid polymer electrolyte membrane, can be prevented, and the electrolysis efficiency can be appropriately maintained.
【0018】また、本発明に係る電解装置においては、
前記陽極ガス又は陰極ガスの生成量を検出する生成量検
出手段44をさらに備え、前記コントローラ8は、前記
生成量検出手段44からの信号に基づき、前記作動条件
を再設定するように構成されることが好ましい。Further, in the electrolysis apparatus according to the present invention,
The controller 8 further includes a generation amount detection unit 44 that detects the generation amount of the anode gas or the cathode gas, and the controller 8 is configured to reset the operating condition based on a signal from the generation amount detection unit 44. Is preferred.
【0019】この好ましい構成によれば、少なくとも1
日以上の所定期間の需要量を確実に生成することができ
る。According to this preferred configuration, at least one
It is possible to reliably generate a demand amount for a predetermined period of a day or more.
【0020】また、本発明に係る電解装置においては、
前記陽極ガス又は陰極ガスの使用量を検出する使用量検
出手段46を備え、前記コントローラ8は、前記使用量
検出手段46からの信号に基づき、前記需要量を設定す
るように構成されることが好ましい。Further, in the electrolysis apparatus according to the present invention,
The controller 8 includes a usage amount detecting unit 46 for detecting the usage amount of the anode gas or the cathode gas, and the controller 8 is configured to set the demand amount based on a signal from the usage amount detecting unit 46. preferable.
【0021】この好ましい構成によれば、現在の実測デ
ータ(使用量)に基づいて将来の需要量が自動的に予測
されるので、生成されるガス量が過剰になることや、反
対に不足することが防止される。According to this preferred configuration, the future demand amount is automatically predicted based on the present actually measured data (usage amount), so that the generated gas amount becomes excessive or conversely becomes insufficient. Is prevented.
【0022】また、本発明に係る電解装置においては、
前記電解セル1は、前記陽極電極板12と前記陰極電極
板13との間に固体高分子電解膜11を備えるようにす
ることも可能である。In the electrolysis apparatus according to the present invention,
The electrolytic cell 1 may include a solid polymer electrolyte membrane 11 between the anode electrode plate 12 and the cathode electrode plate 13.
【0023】さらに、本発明に係る電解方法は、陽極電
極板12及び陰極電極板13を備えた電解セル1に、被
電解体を供給すると共に、前記陽極電極板12及び陰極
電極板13間に電流を供給して陽極板側及び陰極板側に
それぞれ陽極ガス及び陰極ガスを生成する電解方法であ
って、前記電解セル1への供給電流の大きさを調整する
電流調整機構72と、前記電解セル1へ前記被電解体を
供給するための被電解体供給機構6と、前記電解セル1
へ供給される被電解体の温度を調節する被電解体温度調
節機構JTと、前記電流調整機構72及び前記被電解体
温度調節機構JTを制御すると共に、少なくとも1日以
上の所定期間における電気料金の変動データを記憶可能
なコントローラ8とを含み、前記コントローラ8によっ
て設定される前記所定期間の需要量を満たす陽極ガス又
は陰極ガスを生成する際の使用電気料金最小作動条件に
従って、前記電流調整機構72が制御され、且つ、前記
被電解体の温度が適正範囲となるように前記被電解体温
度調節機構JTが制御される。なお、本明細書でいう被
電解体とは、電気分解の対象となる液体又は気体を意味
する。Further, in the electrolysis method according to the present invention, an object to be electrolyzed is supplied to the electrolysis cell 1 having the anode electrode plate 12 and the cathode electrode plate 13 and the space between the anode electrode plate 12 and the cathode electrode plate 13 is provided. An electrolytic method for supplying an electric current to generate an anode gas and a cathode gas on the anode plate side and the cathode plate side, respectively, wherein the current adjusting mechanism 72 adjusts a magnitude of a current supplied to the electrolytic cell 1; An electrolysis object supply mechanism 6 for supplying the electrolysis object to the cell 1;
A temperature control mechanism JT for controlling the temperature of the object to be supplied to the battery, an electric charge for controlling the current adjustment mechanism 72 and the temperature control mechanism for the object JT for at least one day or more for a predetermined period. And a controller 8 capable of storing the fluctuation data of the current adjustment mechanism according to the minimum operating condition of the electricity rate used when generating the anode gas or the cathode gas that satisfies the demand for the predetermined period set by the controller 8. 72 is controlled, and the object temperature control mechanism JT is controlled such that the temperature of the object falls within an appropriate range. It should be noted that the object to be electrolyzed in this specification means a liquid or a gas to be electrolyzed.
【0024】[0024]
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の実施形態について説明する。図1は、本発明に係る
電解装置の一例である水素・酸素生成システム100の
構成概要図である。なお、水素・酸素生成システム10
0において、図5で示した従来の水素・酸素生成システ
ムPSと同一の構成要素については同一の符号を付して
ある。図1に示すように、水素・酸素生成システム10
0は、電解部DK、純水補給部3、水素ガス搬送部4、
酸素ガス搬送部5、純水供給部6、純水温度調節部J
T、電力供給部7及びコントローラ8を備えている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a hydrogen / oxygen generation system 100 which is an example of the electrolysis apparatus according to the present invention. The hydrogen / oxygen generation system 10
At 0, the same components as those of the conventional hydrogen / oxygen generating system PS shown in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals. As shown in FIG. 1, a hydrogen / oxygen generation system 10
0 is an electrolysis unit DK, a pure water supply unit 3, a hydrogen gas transfer unit 4,
Oxygen gas transport section 5, pure water supply section 6, pure water temperature control section J
T, a power supply unit 7 and a controller 8.
【0025】電解部DKは、電解セル1及び電解タンク
2を備える。電解セル1は、電解タンク2の中に配さ
れ、陽極電極板12及び陰極電極板13を備える。そし
て、陽極電極板12と陰極電極板13との間には、両面
に電極触媒層が設けられた固体高分子電解質膜11が配
される。固体高分子電解質膜11としては、例えばスル
フォン酸基を有するフッ素樹脂系カチオン交換膜が挙げ
られ、具体的には例えばデュボン社製の商品名「ナフィ
オン」等が挙げられる。また、貴金属多孔質層を形成す
る貴金属としては、白金等の白金族金属、その合金、酸
化物が挙げられる。陽極電極板12及び陰極電極板13
と固体高分子電解質膜11との間には、それぞれ該固体
高分子電解質膜11を挟持すべく陽極側給電体14及び
陰極側給電体15が設けられる。陽極電極板12には純
水流路12w及び酸素ガス通路12sが設けられ、陰極
電極板13には水素ガス通路13hが設けられる。The electrolytic section DK includes an electrolytic cell 1 and an electrolytic tank 2. The electrolytic cell 1 is provided in an electrolytic tank 2 and includes an anode electrode plate 12 and a cathode electrode plate 13. Then, between the anode electrode plate 12 and the cathode electrode plate 13, a solid polymer electrolyte membrane 11 having an electrode catalyst layer provided on both surfaces is disposed. Examples of the solid polymer electrolyte membrane 11 include a fluorinated resin-based cation exchange membrane having a sulfonic acid group, and specifically include, for example, a trade name “Nafion” manufactured by Dubon. Examples of the noble metal forming the noble metal porous layer include a platinum group metal such as platinum, an alloy thereof, and an oxide. Anode electrode plate 12 and cathode electrode plate 13
An anode-side power feeder 14 and a cathode-side power feeder 15 are provided between and the solid polymer electrolyte membrane 11 so as to sandwich the solid polymer electrolyte membrane 11 respectively. The anode electrode plate 12 is provided with a pure water channel 12w and an oxygen gas passage 12s, and the cathode electrode plate 13 is provided with a hydrogen gas passage 13h.
【0026】純水補給部3は、配管部材30、純水タン
ク31及び純水補給ポンプ32を備える。純水補給部3
は、電解タンク2の水位が一定以下になると、電解タン
ク2に純水を所定水位まで補給するようになっている。
なお、図1では、配管部材30は純水供給部6に接続さ
れているが、純水供給部6に接続せずに電解タンク2に
接続してもよい。純水供給部6は、配管部材60a、純
水供給ポンプ61及びイオン交換装置63を備える。純
水供給部6は、本発明の被電解体供給機構を構成する。
純水温度調節部JTは、熱交換器62、冷熱媒体量制御
機構64、ポンプ制御機構65及び温度センサー66を
備える。純水温度調節部JTは、本発明の被電解体温度
調節機構を構成する。ポンプ制御機構65は、本発明の
供給量調節機構としても作用する。水素ガス搬送部4
は、配管部材40,40'、水素分離タンク41、除湿
器42、ディスペンサ43、水素流量計44,46、及
び生成ガス貯留部45を備える。酸素ガス搬送配管部5
は、配管部材50を備える。電力供給部7は、商用電源
71及び整流器72を備える。整流器72は、本発明の
電流調整機構を構成する。電解タンク2には、各配管部
材50,60bが接続される。水素ガス搬送部4の配管
部材40は、水素ガス通路13hに接続される。配管部
材60cは、純水流路12wに接続される。The pure water supply section 3 includes a piping member 30, a pure water tank 31, and a pure water supply pump 32. Pure water supply section 3
When the water level in the electrolysis tank 2 falls below a certain level, pure water is supplied to the electrolysis tank 2 up to a predetermined water level.
In FIG. 1, the pipe member 30 is connected to the pure water supply unit 6, but may be connected to the electrolytic tank 2 without connecting to the pure water supply unit 6. The pure water supply unit 6 includes a piping member 60a, a pure water supply pump 61, and an ion exchange device 63. The pure water supply unit 6 constitutes an electrolysis subject supply mechanism of the present invention.
The pure water temperature controller JT includes a heat exchanger 62, a cooling medium control mechanism 64, a pump control mechanism 65, and a temperature sensor 66. The pure water temperature control section JT constitutes the temperature control mechanism of the object to be electrolyzed according to the present invention. The pump control mechanism 65 also functions as the supply amount adjusting mechanism of the present invention. Hydrogen gas transfer section 4
Is provided with piping members 40 and 40 ', a hydrogen separation tank 41, a dehumidifier 42, a dispenser 43, hydrogen flow meters 44 and 46, and a product gas storage unit 45. Oxygen gas transfer piping section 5
Includes a piping member 50. The power supply unit 7 includes a commercial power supply 71 and a rectifier 72. The rectifier 72 constitutes the current adjusting mechanism of the present invention. The piping members 50 and 60b are connected to the electrolytic tank 2. The piping member 40 of the hydrogen gas transport unit 4 is connected to the hydrogen gas passage 13h. The piping member 60c is connected to the pure water channel 12w.
【0027】水素・酸素生成システム100において
も、水素・酸素生成システムPSと同様に、電解セル1
の陽極側に酸素ガスが発生し、陰極側に水素ガスが発生
する。陰極側に発生した水素ガスは、水素ガス通路13
hを通って配管部材40へと流れ込み、そして、配管部
材40'を通って除湿器42で除湿された後、ディスペ
ンサ43から出力される。In the hydrogen / oxygen generation system 100, as in the hydrogen / oxygen generation system PS, the electrolytic cell 1
Oxygen gas is generated on the anode side and hydrogen gas is generated on the cathode side. The hydrogen gas generated on the cathode side passes through the hydrogen gas passage 13
After flowing through the pipe member 40 ′ through the pipe member 40 ′ and being dehumidified by the dehumidifier 42 through the pipe member 40 ′, it is output from the dispenser 43.
【0028】水素・酸素生成システム100において、
従来の水素・酸素生成システムPSに対して付加された
各構成要素について説明する。ポンプ制御機構65は、
例えばインバータからなり、コントローラ8からの信号
によって純水供給ポンプ61の回転速度を変化させるこ
とができる。冷熱媒体量制御機構64は、例えば可変バ
ルブからなり、コントローラ8からの信号によって、冷
却水の流量を変化させることができる。温度センサー6
6は、イオン交換装置63と電解タンク2との間の配管
部材60cに設けられ、電解セル1に供給される純水の
温度を測定する。なお、温度センサー66の取付け位置
は、上記以外の配管部材、例えば配管部材60a、60
b或は電解タンク2としてもよい。In the hydrogen / oxygen generation system 100,
Each component added to the conventional hydrogen / oxygen generation system PS will be described. The pump control mechanism 65
For example, the rotation speed of the pure water supply pump 61 can be changed by a signal from the controller 8 by an inverter. The cooling / heating medium amount control mechanism 64 includes, for example, a variable valve, and can change the flow rate of the cooling water according to a signal from the controller 8. Temperature sensor 6
Numeral 6 is provided on the piping member 60c between the ion exchange device 63 and the electrolytic tank 2, and measures the temperature of pure water supplied to the electrolytic cell 1. The mounting position of the temperature sensor 66 is determined by a piping member other than the above, for example, the piping members 60a and 60a.
b or the electrolytic tank 2.
【0029】生成ガス貯留部45は、電解セル1によっ
て生成された水素ガスを貯留する。該貯留部45として
は、高圧ガス容器(ボンベ)や水素吸蔵合金容器などが
使用される。該貯留部45の後段には、ディスペンサ4
3が設けられており、エンドユーザは該ディスペンサ4
3を介して水素を使用するようになっている。より詳細
には、前記生成ガス貯留部45は、水素分離タンク41
から水素ガス搬送配管部40' を介して除湿器42の後
段に接続されている。除湿器42と生成ガス貯留部45
との間には、生成量検出手段としての水素流量計44が
設けられ、電解セル1において生成された水素ガス量を
測定し得るようになっている。さらに、生成ガス貯留部
45とディスペンサ43との間には、使用量検出手段と
しての水素流量計46が設けられており、生成ガス貯留
部45から引き出された使用量を測定し得るようになっ
ている。温度センサー66及び水素流量計44,46で
の測定値は、コントローラ8に送られる。[0029] The generated gas storage section 45 stores the hydrogen gas generated by the electrolytic cell 1. As the storage section 45, a high-pressure gas container (bomb), a hydrogen storage alloy container, or the like is used. The dispenser 4 is located downstream of the storage unit 45.
The end user is provided with the dispenser 4.
3 through the use of hydrogen. More specifically, the generated gas storage unit 45 is provided in the hydrogen separation tank 41.
Is connected to the subsequent stage of the dehumidifier 42 via a hydrogen gas transfer piping section 40 '. Dehumidifier 42 and generated gas storage unit 45
A hydrogen flow meter 44 as a generation amount detecting means is provided between the first and second cells so that the amount of hydrogen gas generated in the electrolytic cell 1 can be measured. Further, a hydrogen flow meter 46 is provided between the product gas storage unit 45 and the dispenser 43 as a usage amount detecting means, so that the usage amount drawn from the product gas storage unit 45 can be measured. ing. The values measured by the temperature sensor 66 and the hydrogen flow meters 44 and 46 are sent to the controller 8.
【0030】次に、コントローラ8について説明する。
該コントローラ8は、予め記憶した少なくとも1日以上
の所定期間における電気料金の変動データに基づいて、
前記所定期間の需要量を満たす水素ガス又は酸素ガスを
生成するに際し使用電気料金が最小となるような作動条
件を設定すると共に、該作動条件に従って、整流器72
を制御し、且つ、純水の温度が適正範囲となるように被
電解体温度調節機構JTを制御するように構成されてい
る。Next, the controller 8 will be described.
The controller 8 is configured to perform the following operation based on the electricity rate fluctuation data stored in advance for a predetermined period of at least one day or more.
The operating conditions are set so that the electricity charge used is minimum when generating the hydrogen gas or oxygen gas that satisfies the demand for the predetermined period, and the rectifier 72 is operated in accordance with the operating conditions.
Is controlled, and the temperature control mechanism JT is controlled so that the temperature of pure water falls within an appropriate range.
【0031】より詳しくは、コントローラ8は、少なく
とも1日以上の所定期間における電気料金の変動データ
を予め記憶している。即ち、電力料金は、季節毎及び時
間帯毎に設定されている。例えば、前記所定期間として
1日を例に取ると、午前から午後にかけての重負荷時間
帯が一番電力料金が高く、次いで、重負荷時間帯以外の
昼間時間帯(以下、中負荷時間帯という)が高く、夜間
時間帯(以下、低負荷時間帯という)が一番安くなって
いる。More specifically, the controller 8 stores in advance electricity rate fluctuation data for a predetermined period of at least one day. That is, the electricity rate is set for each season and each time zone. For example, taking one day as an example of the predetermined period, the power rate is highest during a heavy load time period from morning to afternoon, and then during a daytime period other than the heavy load time period (hereinafter referred to as a medium load time period). ) Is high, and the night time (hereinafter referred to as low load time) is the cheapest.
【0032】コントローラ8は、斯かる電気料金変動デ
ータと共に、使用する電解セル1の性能データを有して
いる。該性能データには、使用する電解セル1の好適電
解温度における「供給電流−生成水素ガス及び/又は酸
素ガス量」及び「低負荷時間帯、中負荷時間帯及び重負
荷時間帯ごとの最大可能供給電流値Imax」が含まれ
る。なお、好適電解温度とは、電解セル1自体の性能又
は仕様により適宜設定され、例えば摂氏50度〜80度
程度である。コントローラ8は、前記所定期間内に発生
させるべき水素ガス量及び/又は酸素ガス量(以下、需
要量という)が入力されると、該需要量を生成するに際
し使用電気料金が最少となるような電解セル作動条件を
設定する。The controller 8 has the performance data of the electrolytic cell 1 to be used together with the electricity price fluctuation data. The performance data includes “supply current—produced hydrogen gas and / or oxygen gas amount” and “maximum possible for each of the low load time zone, the medium load time zone, and the heavy load time zone at the suitable electrolysis temperature of the electrolytic cell 1 to be used. The supply current value Imax "is included. The suitable electrolysis temperature is appropriately set depending on the performance or specifications of the electrolysis cell 1 itself, and is, for example, about 50 to 80 degrees Celsius. When the amount of hydrogen gas and / or the amount of oxygen gas to be generated within the predetermined period (hereinafter referred to as a demand amount) is input, the controller 8 generates the demand amount so as to minimize the electric charge used. Set the electrolysis cell operating conditions.
【0033】図2は各時間帯において変化する供給電流
値の一例を示す図、図3は各時間帯において変化する供
給電流値の他の例を示す図である。図2及び図3におい
て、低負荷時間帯は0時から7時、及び23時から24
時である。中負荷時間帯は7時から10時、及び18時
から23時である。重負荷時間帯は10時から18時で
ある。図2において、例えば、前記低負荷時間帯,中負
荷時間帯及び重負荷時間帯における最大可能ガス生成量
が、それぞれ、x1(m3),x2(m3)及びx3(m3)で
あるとする。そして、前記需要量X(m3)が、x1+x
2<X<x1+x2+x3であるとする。斯かる場合、
前記コントローラ8は、低負荷時間帯及び中負荷時間帯
においては、各時間帯ごとの最大可能供給電流Imaxを
供給し、且つ、重負荷時間帯においては、X−(x1+
x2)を生成する為に必要な電流I1(<Imax)を供給
するような電解セル作動条件を設定する。FIG. 2 is a diagram showing an example of the supply current value changing in each time zone, and FIG. 3 is a diagram showing another example of the supply current value changing in each time zone. 2 and 3, the low load time period is from 0:00 to 7:00 and from 23:00 to 24 hours.
It is time. The medium load time period is from 7:00 to 10:00 and from 18:00 to 23:00. The heavy load time zone is from 10:00 to 18:00. In FIG. 2, for example, the maximum possible gas generation amounts in the low load time zone, the medium load time zone, and the heavy load time zone are x1 (m 3 ), x2 (m 3 ), and x3 (m 3 ), respectively. And Then, the demand X (m 3 ) is x1 + x
It is assumed that 2 <X <x1 + x2 + x3. In such a case,
The controller 8 supplies the maximum possible supply current Imax for each time zone in the low load time zone and the medium load time zone, and X- (x1 +
x2) is set so as to supply the current I1 (<Imax) required to generate x2).
【0034】その後、コントローラ8は、前記作動条件
に基づき、整流器72を制御する。これにより、変動す
る電気料金に合わせて、所定期間における需要量を満た
す水素ガス又は酸素ガスの生成コストが最小となるよう
な運転を行なうことができる。Thereafter, the controller 8 controls the rectifier 72 based on the operating conditions. Thus, it is possible to perform the operation such that the generation cost of the hydrogen gas or the oxygen gas that satisfies the demand in the predetermined period is minimized in accordance with the fluctuating electricity rate.
【0035】また、図3において、前記需要量X(m3)
が、x1<X<x1+x2であるとする。斯かる場合、
前記コントローラ8は、低負荷時間帯においては、最大
可能供給電流Imaxを供給し、重負荷時間帯において
は、電流を供給せず、中負荷時間帯においては、X−x
1を生成する為に必要な電流I1’(<Imax)を供給す
るような電解セル作動条件を設定する。In FIG. 3, the demand X (m 3 )
Are x1 <X <x1 + x2. In such a case,
The controller 8 supplies the maximum possible supply current Imax during the low load time period, does not supply the current during the heavy load time period, and X-x during the medium load time period.
The operating conditions of the electrolytic cell are set so as to supply the current I1 '(<Imax) required to generate the value 1.
【0036】その後、コントローラ8は、1番目の例と
同様に、所定期間における需要量を満たす水素ガス又は
酸素ガスの生成コストが最小となるような運転を行なう
ことができる。Thereafter, similarly to the first example, the controller 8 can perform an operation such that the production cost of the hydrogen gas or the oxygen gas that satisfies the demand in the predetermined period is minimized.
【0037】また、コントローラ8は、純水の温度を常
に適正範囲内に収めるために、温度センサー66で測定
された純水の温度に応じて、熱交換器62に流れる冷却
水量が増減するように冷熱媒体量制御機構64を制御す
る。例えば、冷熱媒体量制御機構64は、供給電流の値
が変更された結果、電解セル1への純水の温度が設定温
度の範囲より高くなった場合には冷却水の供給量を増加
させる。そして、前記電解セル1への純水の温度が設定
温度の適正範囲より低くなった場合には、冷却水の供給
量を減少させたり、または加熱水を供給させたりするよ
うに制御する。The controller 8 controls the amount of cooling water flowing through the heat exchanger 62 according to the temperature of the pure water measured by the temperature sensor 66 so as to always keep the temperature of the pure water within an appropriate range. Then, the cooling medium amount control mechanism 64 is controlled. For example, the cooling medium control mechanism 64 increases the supply amount of the cooling water when the temperature of the pure water to the electrolytic cell 1 becomes higher than the set temperature range as a result of the change in the value of the supply current. Then, when the temperature of the pure water to the electrolytic cell 1 becomes lower than the appropriate range of the set temperature, control is performed so as to reduce the supply amount of the cooling water or supply the heating water.
【0038】これに加えて、又はこれに代えて、コント
ローラ8は、温度センサー66で測定された純水の温度
に応じて、純水供給ポンプ61に流れる純水が増減する
ようにポンプ制御機構(供給量調節機構)65を制御す
る。即ち、純水供給ポンプ61は、温度センサー66で
測定された純水の温度が適正温度よりも高い場合には純
水の供給量を増加させ、且つ、適正温度よりも低い場合
には純水の供給量を減少させるように制御される。これ
により、電解セル1への供給電流の如何に拘らず、固体
高分子電解質膜11の損傷を防止すると共に、電解効率
を適切に維持できる。In addition or alternatively, the controller 8 controls the pump control mechanism so that the pure water flowing to the pure water supply pump 61 increases or decreases according to the temperature of the pure water measured by the temperature sensor 66. (Supply control mechanism) 65 is controlled. That is, the pure water supply pump 61 increases the supply amount of the pure water when the temperature of the pure water measured by the temperature sensor 66 is higher than the proper temperature, and increases the pure water supply when the temperature of the pure water is lower than the proper temperature. Is controlled so as to reduce the supply amount. Thereby, regardless of the supply current to the electrolytic cell 1, damage to the solid polymer electrolyte membrane 11 can be prevented, and the electrolysis efficiency can be appropriately maintained.
【0039】即ち、電解セル1へ大電流を供給すると、
電解作用時の発熱量も当然に大きくなる。従って、従来
のように冷却水の供給量及び純水の供給量が一定である
とすると、純水の温度が必要以上に高くなり、場合によ
っては、固体高分子電解質膜11の損傷を招く恐れがあ
る。又、電解セル1への供給電流が小さい又はゼロの場
合、冷却水供給量及び純水供給量が一定であるとする
と、純水の温度が必要以上に下がってしまい、所望の電
解効率が得られなくなる。That is, when a large current is supplied to the electrolytic cell 1,
The amount of heat generated during the electrolytic action naturally increases. Therefore, assuming that the supply amount of the cooling water and the supply amount of the pure water are constant as in the related art, the temperature of the pure water becomes unnecessarily high, and in some cases, the solid polymer electrolyte membrane 11 may be damaged. There is. When the supply current to the electrolysis cell 1 is small or zero, and if the supply amount of cooling water and the supply amount of pure water are constant, the temperature of the pure water drops more than necessary, and a desired electrolytic efficiency is obtained. Can not be.
【0040】これに対し、本実施形態においては、純水
の温度に応じて、純水供給量を増減させている。純水の
温度は、電解セル1への供給電流量に基づく。従って、
電解セル1へ大電流を供給する場合に純水の温度が必要
以上に高くなることが防止され、発熱による損傷が電解
セル1に起こりにくくなる。反対に、電解セル1へ小電
流又はゼロ電流を供給する場合に、純水の温度が必要以
下に低くなることがなく、電解効率が悪化することが防
止される。つまり、電解セル1への供給電流の変化に基
づく純水の温度変動を適正範囲内に収めることができ、
固体高分子電解質膜11の損傷を防止すると共に、電解
効率を適切に維持することができる。On the other hand, in the present embodiment, the amount of pure water supplied is increased or decreased according to the temperature of pure water. The temperature of the pure water is based on the amount of current supplied to the electrolytic cell 1. Therefore,
When a large current is supplied to the electrolytic cell 1, the temperature of the pure water is prevented from becoming unnecessarily high, and damage due to heat generation hardly occurs in the electrolytic cell 1. Conversely, when a small current or zero current is supplied to the electrolytic cell 1, the temperature of the pure water does not become lower than necessary, and the deterioration of the electrolytic efficiency is prevented. That is, the temperature fluctuation of the pure water based on the change of the supply current to the electrolytic cell 1 can be kept within an appropriate range,
The damage to the solid polymer electrolyte membrane 11 can be prevented, and the electrolysis efficiency can be appropriately maintained.
【0041】ここで、本実施の形態におけるランニング
コストについて詳細に説明する。いま、低負荷時間帯、
中負荷時間帯及び重負荷時間帯がそれぞれ同一の時間間
隔(それぞれ8時間)である場合を考える。なお、低負
荷時間帯と中負荷時間帯の最大可能供給電流Imaxは同
じとする。ここで、低負荷時間帯において、最大可能供
給電流Imaxを電解セル1に印加したときの使用電気料
金をC1とする。また、中負荷時間帯において、最大可
能供給電流Imaxを電解セルに印加したときの使用電気
料金を1.5C1とする。そして、重負荷時間帯におい
て、最大可能供給電流Imaxを電解セルに印加したとき
の使用電気料金を2C1とする。Here, the running cost in the present embodiment will be described in detail. Now, during low load hours,
Consider a case in which the medium load time zone and the heavy load time zone have the same time interval (8 hours each). Note that the maximum possible supply current Imax in the low load time period and the medium load time period is the same. Here, in the low load time zone, the electric charge used when the maximum possible supply current Imax is applied to the electrolytic cell 1 is defined as C1. In addition, in the middle load time zone, the electric charge used when the maximum possible supply current Imax is applied to the electrolytic cell is 1.5C1. Then, in the heavy load time zone, the electric charge used when the maximum possible supply current Imax is applied to the electrolytic cell is 2C1.
【0042】先に示した一番目の例によれば、低負荷時
間帯及び中負荷時間帯において供給される電流はImax
であり、重負荷時間帯において供給される電流はI1と
なる。このときの使用電気料金Chは次のようになる。 Ch=C+1.5C+2C×I1/Imax =2.5C+2C×I1/Imax 一方、もし、前記需要量を低負荷時間帯、中負荷時間帯
及び重負荷時間帯で均等に生成させる場合、各時間帯に
供給される電流Iaveは次のようになる。 Iave=(2Imax+I1)/3 このときの電気料金Caveは次のようになる。 Cave=C×Iave/Imax+1.5C×Iave/Imax+2C×Iave/Imax =3C+1.5C×I1/Imax ここで、Ch−Cave=0.5C×(I1/Imax−1)
<0となる。従って、水素・酸素生成システム100に
よれば、電気料金はCh−Caveだけ安価なものとな
る。According to the first example shown above, the current supplied in the low load period and the medium load period is Imax
And the current supplied during the heavy load time period is I1. The electricity charge Ch used at this time is as follows. Ch = C + 1.5C + 2C × I1 / Imax = 2.5C + 2C × I1 / Imax On the other hand, if the demand is generated evenly in the low load time zone, the middle load time zone, and the heavy load time zone, The supplied current Iave is as follows. Iave = (2Imax + I1) / 3 The electricity rate Cave at this time is as follows. Cave = C × Iave / Imax + 1.5C × Iave / Imax + 2C × Iave / Imax = 3C + 1.5C × I1 / Imax where Ch−Cave = 0.5C × (I1 / Imax−1)
<0. Therefore, according to the hydrogen / oxygen generation system 100, the electricity fee is reduced by Ch-Cave.
【0043】さらに好ましくは、コントローラ8は、生
成量検出手段44からの信号に基づき、作動条件を再設
定するように構成され得る。斯かる構成によると、前記
需要量を確実に生成することができる。即ち、コントロ
ーラ8によって当初設定された作動条件に基づき電解し
たにも拘わらず、周囲温度等の影響によって、実際のガ
ス生成量が目標値(需要量)を下回る場合があるが、斯
かる場合には作動条件を再設定するように構成したの
で、前記需要量を確実に生成することができる。More preferably, the controller 8 can be configured to reset the operating conditions based on a signal from the generation amount detecting means 44. According to such a configuration, the demand can be reliably generated. That is, although the electrolysis is performed based on the operating conditions initially set by the controller 8, the actual gas generation amount may be lower than the target value (demand amount) due to the influence of the ambient temperature or the like. Is configured to reset the operating conditions, so that the demand can be reliably generated.
【0044】さらに好ましくは、コントローラ8が、使
用量検出手段46からの信号に基づき、前記需要量を自
動的に設定するように構成することも可能である。該水
素・酸素生成システム100が燃料電池自動車用の水素
ステーションに適用された場合を例にとって説明する。More preferably, the controller 8 may be configured to automatically set the demand based on a signal from the usage detecting means 46. An example in which the hydrogen / oxygen generation system 100 is applied to a hydrogen station for a fuel cell vehicle will be described.
【0045】この場合、コントローラ8は、水素ステー
ションに来ると思われる燃料電池自動車の台数を初期デ
ータとして記憶している。初期データは、例えば、春夏
秋冬について、一週間にわたる各曜日における一時間毎
に作成される。コントローラ8は、水素流量計(使用量
検出手段)46の出力から割り出したある一週間におけ
る燃料電池自動車の台数と、予め記憶された一週間分の
初期データとに基づいて、翌週に来る燃料電池自動車の
台数を予測データとして求め、その台数に見合った需要
量を自動的に設定する。また、翌週には、水素流量計4
6の出力から割り出したその週の燃料電池自動車の台数
と、前記予測データとに基づいて、翌々週に来る燃料電
池自動車の台数を予測し、その台数に見合った需要量を
自動的に設定する。そして、使用電気料金が最小となる
ような電解セル作動条件を設定する。In this case, the controller 8 stores, as initial data, the number of fuel cell vehicles that are expected to come to the hydrogen station. The initial data is created hourly on each day of the week for spring, summer, autumn and winter, for example. Based on the number of fuel cell vehicles in one week calculated from the output of the hydrogen flow meter (usage detecting means) 46 and the initial data for one week stored in advance, the controller 8 The number of vehicles is obtained as prediction data, and a demand amount corresponding to the number is automatically set. The next week, the hydrogen flow meter 4
6, the number of fuel cell vehicles coming in the next two weeks is predicted based on the number of fuel cell vehicles of the week determined from the output of the above and the prediction data, and the demand amount corresponding to the number is automatically set. Then, the operating condition of the electrolytic cell is set such that the electricity charge used is minimized.
【0046】上記予測は、例えば、初期データ又は予測
データと、水素流量計46の出力から割り出した台数と
の平均をとることや、適当な重み付けをすることで自動
的に行なわれる。このように、現在の実測データに基づ
いて将来の需要量が自動的に予測されるので、生成され
るガス量が過剰になることや、反対に不足することが防
止される。The above-mentioned prediction is automatically performed by, for example, averaging the initial data or predicted data and the number determined from the output of the hydrogen flow meter 46, or by giving an appropriate weight. As described above, the future demand is automatically predicted based on the present actual measurement data, so that the amount of generated gas is prevented from being excessive or short.
【0047】さらに、本実施形態においては、電解セル
1を電解タンク(酸素分離タンクとしても機能するタン
ク)2内に収容した、いわゆる「高圧型」の水素・酸素
生成システムについて説明したが、本発明は、この構成
に限定されるものではなく、必要に応じて、「低圧型」
のシステムとして構成してもよい。具体的には、電解セ
ル1を特にタンク等内に収容せずに設置して、電解セル
1の酸素供給側に、酸素分離タンクを設けるように構成
してもよい。Further, in the present embodiment, the so-called “high-pressure type” hydrogen / oxygen generating system in which the electrolytic cell 1 is accommodated in an electrolytic tank (a tank also functioning as an oxygen separation tank) 2 has been described. The present invention is not limited to this configuration, and if necessary, a "low pressure type"
May be configured as a system. Specifically, the electrolytic cell 1 may be installed without being housed in a tank or the like, and an oxygen separation tank may be provided on the oxygen supply side of the electrolytic cell 1.
【0048】ここで、図4は、「低圧型」の水素・酸素
生成システム200の一例を示したものである。水素・
酸素生成システム200において、図1を用いて説明し
た要素と同様のものについては、同様の符号を付してい
る。図4に示された水素・酸素生成システムは、酸素分
離タンク2の外に設けられた電解セル1に対して、配管
部材601を介して純水が供給され、この電解セル1に
対しては、図1を用いて説明した「高圧型」の水素・酸
素生成システム100と同様に、整流器72を介して電
力(電流)が供給される。また、電解セル1にて生成さ
れた水素ガスは、配管部材40を介して、水素分離タン
ク41に搬送される。さらに、電解セル1にて生成され
た酸素ガスは、酸素ガス搬送配管部90を介して、酸素
分離タンク2に搬送される。FIG. 4 shows an example of a "low pressure type" hydrogen / oxygen generating system 200. As shown in FIG. hydrogen·
In the oxygen generation system 200, the same components as those described with reference to FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In the hydrogen / oxygen generating system shown in FIG. 4, pure water is supplied via a piping member 601 to an electrolytic cell 1 provided outside an oxygen separation tank 2. Power (current) is supplied via the rectifier 72 as in the “high pressure type” hydrogen / oxygen generation system 100 described with reference to FIG. Further, the hydrogen gas generated in the electrolytic cell 1 is transferred to the hydrogen separation tank 41 via the piping member 40. Further, the oxygen gas generated in the electrolysis cell 1 is transported to the oxygen separation tank 2 via the oxygen gas transport pipe 90.
【0049】図4に示した「低圧型」の水素・酸素生成
システム200は、以上のように構成されており、電解
セル1がタンク外に設けられている点(およびこれに伴
う酸素ガス搬送配管部90の存在等)を除けば、基本的
には、図1を用いて説明した「高圧型」の水素・酸素生
成システム100と同様の構成を有している。つまり、
この図4に示した「低圧型」についても、「高圧型」の
場合と同様に、コントローラ8により、上述した種々の
制御を実現することが可能となるので、「高圧型」と同
様の効果を得ることができる。The “low pressure type” hydrogen / oxygen generating system 200 shown in FIG. 4 is configured as described above, and the point that the electrolytic cell 1 is provided outside the tank (and the oxygen gas transport associated therewith) is provided. Except for the presence of the piping section 90, the configuration is basically the same as that of the “high pressure type” hydrogen / oxygen generation system 100 described with reference to FIG. That is,
Also in the case of the “low-pressure type” shown in FIG. 4, similarly to the case of the “high-pressure type”, the above-described various controls can be realized by the controller 8. Can be obtained.
【0050】本実施形態においては、固体高分子電解質
膜を用いた純水の電解装置について説明したが、本発明
は、アルカリ溶液の電気分解や高温水蒸気の電気分解を
行なう電解装置にも適用できる。本実施形態において、
電解セルは1段としたが、複数段としてもよい。本実施
形態において、水素・酸素生成システム100,200
の各部の構成は、本発明の主旨に沿って適宜変更しても
よい。In the present embodiment, the pure water electrolysis apparatus using the solid polymer electrolyte membrane has been described. However, the present invention can also be applied to an electrolysis apparatus for electrolysis of an alkaline solution or high temperature steam. . In this embodiment,
Although the electrolytic cell has one stage, it may have a plurality of stages. In the present embodiment, the hydrogen / oxygen generation systems 100 and 200
The configuration of each section may be appropriately changed in accordance with the gist of the present invention.
【0051】[0051]
【発明の効果】本発明によると、必要量の電解ガス、例
えば水素ガス及び/又は酸素ガスなどを、電解効率の悪
化を招くこと無く低コストで且つ安定して生成し得る。
特に、請求項3,4の発明によると、純水の温度変化に
起因する電解効率の低下や電解セルの損傷をより有効に
抑えることができる。請求項5の発明によると、需要量
を確実に生成することができる。請求項6の発明による
と、生成されるガス量が過剰になることや、反対に不足
することが防止される。According to the present invention, a required amount of an electrolytic gas, for example, a hydrogen gas and / or an oxygen gas can be stably produced at low cost without deteriorating the electrolysis efficiency.
In particular, according to the third and fourth aspects of the present invention, it is possible to more effectively suppress a decrease in electrolysis efficiency and damage to the electrolysis cell due to a change in temperature of pure water. According to the invention of claim 5, it is possible to reliably generate the demand amount. According to the sixth aspect of the invention, it is possible to prevent the amount of generated gas from becoming excessive or from being insufficient.
【図1】本発明に係る電解装置の一例である水素・酸素
生成システムの構成概要図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a hydrogen / oxygen generation system which is an example of an electrolysis apparatus according to the present invention.
【図2】各時間帯において変化する供給電流値の一例を
示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a supply current value that changes in each time zone.
【図3】各時間帯において変化する供給電流値の他の例
を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating another example of a supply current value that changes in each time zone.
【図4】本発明に係る電解装置の他の例である水素・酸
素生成システムの構成概要図である。FIG. 4 is a schematic diagram of a configuration of a hydrogen / oxygen generation system as another example of the electrolysis apparatus according to the present invention.
【図5】従来における水素・酸素生成システムの構成概
要図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a conventional hydrogen / oxygen generation system.
【図6】水素・酸素生成システムにおける電解セルに供
給する電力量の変化のさせ方の一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of how to change the amount of power supplied to the electrolytic cell in the hydrogen / oxygen generation system.
1…電解セル、6…純水供給部(被電解体供給機構)、
8…コントローラ、11…固体高分子電解膜、12…陽
極電極板、13…陰極電極板、44…水素流量計(生成
量検出手段)、46…水素流量計(使用量検出手段)、
60b…配管部材(循環回路)、62…熱交換器、64
…冷熱媒体量制御機構、66…温度センサー、72…整
流器(電流調整機構)、100…水素・酸素精製システ
ム(電解装置)、200…水素・酸素精製システム(電
解装置)、JT…被電解体温度調節機構1 ... electrolysis cell, 6 ... pure water supply unit (electrolyte supply mechanism),
Reference numeral 8: controller, 11: solid polymer electrolyte membrane, 12: anode electrode plate, 13: cathode electrode plate, 44: hydrogen flow meter (production amount detection means), 46: hydrogen flow meter (use amount detection means),
60b: piping member (circulation circuit), 62: heat exchanger, 64
... Cooling and heating medium amount control mechanism, 66 ... Temperature sensor, 72 ... Rectifier (current adjustment mechanism), 100 ... Hydrogen / oxygen purification system (electrolysis device), 200 ... Hydrogen / oxygen purification system (electrolysis device), JT ... Electrolyte Temperature control mechanism
Claims (8)
セルに、被電解体を供給すると共に、前記陽極電極板及
び陰極電極板間に電流を供給して陽極板側及び陰極板側
にそれぞれ陽極ガス及び陰極ガスを生成する電解装置で
あって、 前記電解セルへの供給電流の大きさを調整する電流調整
機構と、 前記電解セルへ前記被電解体を供給するための被電解体
供給機構と、 前記電解セルへ供給される被電解体の温度を調節する被
電解体温度調節機構と、 前記電流調整機構及び前記被電解体温度調節機構を制御
するコントローラとを備え、 前記コントローラは、予め記憶した少なくとも1日以上
の所定期間における電気料金の変動データに基づいて、
前記所定期間の需要量を満たす陽極ガス又は陰極ガスを
生成するに際し使用電気料金が最小となるような作動条
件を設定すると共に、該作動条件に従って前記電流調整
機構を制御し、且つ、前記被電解体の温度が適正範囲と
なるように前記被電解体温度調節機構を制御するように
構成されていることを特徴とする電解装置。An electrolytic cell having an anode electrode plate and a cathode electrode plate is supplied with an object to be electrolyzed, and an electric current is supplied between the anode electrode plate and the cathode electrode plate to supply the current to the anode plate side and the cathode plate side. An electrolysis apparatus for generating an anode gas and a cathode gas, respectively, a current adjusting mechanism for adjusting a magnitude of a current supplied to the electrolytic cell, and a supply of an object to supply the object to the electrolytic cell. A mechanism, an object temperature adjusting mechanism for adjusting the temperature of the object to be supplied to the electrolytic cell, and a controller for controlling the current adjusting mechanism and the object temperature adjusting mechanism. Based on the electricity rate fluctuation data stored in advance for a predetermined period of at least one day,
When generating an anode gas or a cathode gas that satisfies the demand for the predetermined period, an operation condition is set such that an electric charge used is minimized, the current regulating mechanism is controlled according to the operation condition, and An electrolysis apparatus characterized in that the electrolysis apparatus is configured to control the temperature control mechanism for the object to be electrolyzed so that the temperature of disassembly falls within an appropriate range.
解体の温度を測定する温度センサーを有することを特徴
とする請求項1に記載の電解装置。2. The electrolytic apparatus according to claim 1, wherein the object temperature control mechanism includes a temperature sensor for measuring a temperature of the object.
解体を冷却又は加熱するための熱交換器と、該熱交換器
へ導入される冷熱媒体の量を制御するための冷熱媒体量
制御機構とを有し、 前記コントローラは、前記温度センサーで測定された被
電解体の温度に応じて、前記熱交換器に流れる冷熱媒体
の量が増減するように前記冷熱媒体量制御機構を制御し
てなることを特徴とする請求項2に記載の電解装置。3. The object temperature control mechanism includes a heat exchanger for cooling or heating the object, and a cooling medium amount for controlling an amount of a cooling medium introduced into the heat exchanger. Having a control mechanism, wherein the controller controls the cooling medium amount control mechanism so that the amount of the cooling medium flowing through the heat exchanger increases or decreases according to the temperature of the object to be measured measured by the temperature sensor. The electrolysis apparatus according to claim 2, wherein the electrolysis apparatus comprises:
セルからの余剰被電解体を前記被電解体供給機構へ戻す
循環回路と、前記被電解体供給機構によって供給される
被電解体の量を調節する供給量調節機構をさらに有し、 前記コントローラは、前記温度センサーで測定された被
電解体の温度に応じて、前記被電解体供給機構に流れる
被電解体量が増減するように前記供給量調節機構を制御
してなることを特徴とする請求項2又は3に記載の電解
装置。4. The object temperature control mechanism includes: a circulation circuit that returns surplus object from the electrolysis cell to the object supply mechanism; and a circulation circuit that supplies an object to be supplied by the object supply mechanism. The apparatus further includes a supply amount adjustment mechanism that adjusts an amount, wherein the controller is configured to increase or decrease the amount of the object flowing through the object supply mechanism according to the temperature of the object measured by the temperature sensor. The electrolytic device according to claim 2 or 3, wherein the supply amount adjusting mechanism is controlled.
出する生成量検出手段をさらに備え、 前記コントローラは、前記生成量検出手段からの信号に
基づき、前記作動条件を再設定するように構成されてい
ることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の
電解装置。5. The apparatus according to claim 1, further comprising: a generation amount detecting unit configured to detect a generation amount of the anode gas or the cathode gas, wherein the controller resets the operating condition based on a signal from the generation amount detecting unit. The electrolytic device according to any one of claims 1 to 4, wherein
出する使用量検出手段を備え、 前記コントローラは、前記使用量検出手段からの信号に
基づき、前記需要量を設定するように構成されているこ
とを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の電解
装置。6. A usage amount detecting means for detecting the usage amount of the anode gas or the cathode gas, wherein the controller is configured to set the demand based on a signal from the usage amount detecting means. The electrolytic device according to any one of claims 1 to 5, wherein
陰極電極板との間に固体高分子電解膜を備えてなること
を特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の電解装
置。7. The electrolysis apparatus according to claim 1, wherein the electrolysis cell includes a solid polymer electrolyte membrane between the anode electrode plate and the cathode electrode plate. .
セルに、被電解体を供給すると共に、前記陽極電極板及
び陰極電極板間に電流を供給して陽極板側及び陰極板側
にそれぞれ陽極ガス及び陰極ガスを生成する電解方法で
あって、 前記電解セルへの供給電流の大きさを調整する電流調整
機構と、前記電解セル1へ前記被電解体を供給するため
の被電解体供給機構と、前記電解セルへ供給される被電
解体の温度を調節する被電解体温度調節機構と、前記電
流調整機構及び前記被電解体温度調節機構を制御すると
共に、少なくとも1日以上の所定期間における電気料金
の変動データを記憶可能なコントローラとを含み、 前記コントローラによって設定される前記所定期間の需
要量を満たす陽極ガス又は陰極ガスを生成する際の使用
電気料金最小作動条件に従って、前記電流調整機構が制
御され、且つ、前記被電解体の温度が適正範囲となるよ
うに前記被電解体温度調節機構が制御されることを特徴
とする電解方法。 【0001】8. An electrolytic cell provided with an anode electrode plate and a cathode electrode plate is supplied with an object to be electrolyzed, and a current is supplied between the anode electrode plate and the cathode electrode plate to supply the current to the anode plate side and the cathode plate side. An electrolysis method for generating an anode gas and a cathode gas, respectively, comprising: a current adjusting mechanism for adjusting a magnitude of a current supplied to the electrolytic cell; and an electrolytic object for supplying the electrolytic object to the electrolytic cell 1. A supply mechanism, a target temperature control mechanism for controlling the temperature of the target supplied to the electrolytic cell, and a control for controlling the current control mechanism and the target temperature control mechanism for at least one day or more. A controller capable of storing fluctuation data of electricity rates during a period, and a minimum electricity rate used when generating an anode gas or a cathode gas that satisfies the demand for the predetermined period set by the controller. According dynamic conditions, the current adjustment mechanism is controlled, and, electrolytic process, characterized in that the said object electrolyte body temperature control mechanism such that the temperature of the electrolyte body may have an appropriate range is controlled. [0001]
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