[发明专利]水电解系统及其运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及具备高压氢制造装置和氢提供配管的水电解系统及其运行方法，其中，高压氢制造装置将水电分解，在阳极侧产生氧且在阴极侧产生氢，氢提供配管用于提供由所述高压氢制造装置所生成的所述氢。

背景技术

一般，作为在燃料电池的发电反应中使用的燃料气体，使用氢。该氢例如由水电解装置来制造。水电解装置为了将水分解而产生氢(以及氧)，使用固体高分子电解质膜(离子交换膜)。在固体高分子电解质膜的两面设有电极催化层来构成电解质膜/电极构造体，并且在所述电解质膜/电极构造体的两侧，配设供电体来构成单位电解槽(unit cell)。

由此，对层叠了多个单位电解槽而成的电解槽构件，在层叠方向两端赋予电压，并且，向电解质膜/电极构造体中的阳极侧的供电体提供水。因此，在阳极侧，水被分解而生成氢离子(质子)，该氢离子透过固体高分子电解质膜而向阴极侧移动，与电子结合来制造氢。另一方面，在阳极侧，与氢一起生成的氧伴随着剩余的水而从电解槽构件中排出。

在上述的水电解装置中，制造了含有水分的氢。制品的氢在例如提供给燃料电池汽车等时，要求是希望的干燥状态(水分浓度)、例如水含量5ppm以下的氢(下面也称作干燥氢)。

以除去氢中所含的水分为目的，例如，已知特开2004-149890号所公开的除湿机构。该除湿机构具备如图23所示的除湿装置6，该除湿装置6具备：将进行非处理气体的除湿的除湿剂收纳于内部的容器主体2；和设于所述容器主体2的上下两端侧的氢气提供用配管3a以及氢气排出用配管3b。另外，除湿装置6具备：为了使冷却用气体导通而在容器主体2的外表面上以大致均等的间隔螺旋盘绕的冷却路线4；和与所述冷却路线4平行且相邻、配设于所述冷却路线4之间的电热线5。

然后，在除湿机构中，利用电分解而生成的氢气被送往位于除湿工序的除湿装置6，从容器主体2的下部的氢气提供用配管3a向所述容器主体2内进行供给。因此，氢气通过除湿剂1而被除湿到规定的露点之后，从上部的氢气排出用配管3b排出到容器主体2之外，例如提供给氢罐等的氢贮存装置。

另外，除湿装置6的再生工序由通过对除湿剂1加热而除去水分的加热工序、和将加热的除湿剂1冷却到常温程度的冷却工序构成。具体地，在加热工序中，通过电热线5，对容器主体2的整体进行加热。进而，在冷却工序中，使冷却用气体在冷却路线4中导通，对除湿剂1进行冷却，直到恢复规定的除湿功能。

但是，在上述的除湿机构中，由于再生工序具有加热工序和冷却工序，因此伴随温度变化的工序整体有可能会长时间化。而且，提供给电热线5的电力的消耗量较大，与此相伴，具备该除湿机构的水电解系统的运转效率就会降低。

另外，水电解系统的初期运作时(起动时)或维护之后，附着于配置于除湿装置6的下游的氢气排出用配管3b内的水分容易脱离。由此，脱离的水分被导入到氢贮存装置中，在所述氢贮存装置内，贮存的氢中所含的水分就会超过水含量5ppm。

发明内容

本发明的一般的目的在于提供一种水电解系统，尽可能地抑制对氢进行除湿时的能量消耗，并且能谋求经济型以及便利性的提高，还能提高运转效率。

另外，本发明的其它目的在于，提供一种水电解系统的运行方法，即使在氢贮存装置中导入了水分，也能以简单的工序将所述氢贮存装置内的水分量抑制在阈值以下。

本发明涉及一种水电解系统，具备：高压氢制造装置，其将水电分解，在正极侧产生氧且在负极侧产生压力比所述氧高的高压氢；气液分离装置，其配设于从所述高压氢制造装置排出所述高压氢的氢配管，用于分离所述高压氢中含有的水分；和氢提供配管，其将分离了水分后的所述高压氢从所述气液分离装置中导出。

在该水电解系统中，在氢提供配管设有为了调整高压氢的湿度而可变地控制所述高压氢的温度的冷却装置。

根据本发明，在水电解系统中，由于能可变地控制高压氢的温度，因此能有效且确实地对所述高压氢进行除湿。并且，在对氢进行除湿时不会无谓消耗电能，能谋求经济性以及便利性的提升。由此，能容易地以简单且经济的构成来谋求水电解系统的整体运转效率的提升。

另外，本发明涉及水电解系统的运行方法，所述水电解系统具备：高压氢制造装置，其将水电分解在正极侧产生氧且在负极侧产生氢；氢贮存装置，其贮存从所述高压氢制造装置排出的所述氢；氢提供配管，其将由所述高压氢制造装置所生成的所述氢提供给所述氢贮存装置；和水分吸附装置，其与所述氢提供配管连接，吸附由所述高压氢制造装置生成的所述氢中的水分。