JP7828209B2 - Water electrolysis system - Google Patents

Water electrolysis system

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JP7828209B2 JP2022050095A JP2022050095A JP7828209B2 JP 7828209 B2 JP7828209 B2 JP 7828209B2 JP 2022050095 A JP2022050095 A JP 2022050095A JP 2022050095 A JP2022050095 A JP 2022050095A JP 7828209 B2 JP7828209 B2 JP 7828209B2
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Description

本発明は、水電解システムに関する。 The present invention relates to a water electrolysis system.

従来から、電解質膜を用いた水の電気分解(電解)により水素を生成する水電解システムが知られている。一般に、水の電解反応は高温になるほど効率が良くなることから、反応に用いられる水も高温であるのが好ましい。特許文献1には、太陽熱蓄熱器に蓄えられて太陽光により加熱された水を、水電解セルに供給する水素・酸素ガス製造装置が開示されている。 Water electrolysis systems that generate hydrogen by electrolyzing water using an electrolyte membrane have been known for some time. Generally, the higher the temperature, the more efficient the water electrolysis reaction, so it is preferable that the water used in the reaction is also at a high temperature. Patent Document 1 discloses a hydrogen and oxygen gas production device that supplies water stored in a solar thermal storage device and heated by sunlight to a water electrolysis cell.

特開平9-195076号公報Japanese Patent Application Publication No. 9-195076

しかし、曇りや雨などの悪天候時には太陽光の量は減少することから、特許文献1に記載の装置では、天候によっては、太陽熱蓄熱器に到達する太陽光の量の減少に伴い、加熱した水を水電解セルに供給することができず、水の電解反応の反応効率が低下する場合がある。このため、水の電解反応の反応効率を高く維持することについては、改善の余地があった。 However, because the amount of sunlight decreases during bad weather such as cloudy or rainy days, depending on the weather, the device described in Patent Document 1 may be unable to supply heated water to the water electrolysis cell due to a decrease in the amount of sunlight reaching the solar thermal storage device, resulting in a decrease in the reaction efficiency of the water electrolysis reaction. For this reason, there is room for improvement in maintaining a high reaction efficiency of the water electrolysis reaction.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、加熱した水を水電解部に安定して供給することができる水電解システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve at least some of the above-mentioned problems, and aims to provide a water electrolysis system that can stably supply heated water to the water electrolysis section.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。 The present invention has been made to solve at least some of the above-mentioned problems, and can be realized in the following forms.

(1)本発明の一形態によれば、水電解システムが提供される。この水電解システムは、電解質膜を用いた水の電気分解により酸素及び水素を生成する水電解部と、前記水電解部に水を供給する水供給流路を形成する水供給配管と、前記水電解部で生成された酸素と水との混合物を前記水電解部から送り出す混合物送出流路を形成する混合物送出配管と、前記水供給配管における第1位置から分岐するとともに、前記第1位置より下流側の第2位置において前記水供給配管と合流する第1バイパス配管と、前記混合物送出配管における第3位置から分岐するとともに、前記第3位置より下流側の第4位置において前記混合物送出配管と合流する第2バイパス配管と、前記第1バイパス配管及び前記第2バイパス配管の一部を収容し、前記第1バイパス配管内を流通する水及び前記第2バイパス配管内を流通する前記混合物との熱交換により蓄熱と放熱が可能な蓄熱材を収容する蓄熱器と、前記第1位置から前記第2位置までの水の経路である第1経路を、前記水供給配管と前記第1バイパス配管との間で切り替える第1経路切替部と、前記第3位置から前記第4位置までの前記混合物の経路である第2経路を、前記混合物送出配管と前記第2バイパス配管との間で切り替える第2経路切替部と、前記水電解システムを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記蓄熱器に蓄熱させる蓄熱モードを実行する場合、前記第2経路を前記第2バイパス配管とし、前記蓄熱器に放熱させる放熱モードを実行する場合、前記第1経路を前記第1バイパス配管とする。 (1) According to one aspect of the present invention, a water electrolysis system is provided. The water electrolysis system includes a water electrolysis unit that generates oxygen and hydrogen by electrolyzing water using an electrolyte membrane; a water supply pipe that forms a water supply flow path that supplies water to the water electrolysis unit; a mixture delivery pipe that forms a mixture delivery flow path that delivers a mixture of oxygen and water generated in the water electrolysis unit from the water electrolysis unit; a first bypass pipe that branches off from the water supply pipe at a first position and merges with the water supply pipe at a second position downstream of the first position; a second bypass pipe that branches off from the mixture delivery pipe at a third position and merges with the mixture delivery pipe at a fourth position downstream of the third position; and a water supply pipe that houses a portion of the first bypass pipe and the second bypass pipe and flows through the first bypass pipe. a heat accumulator containing a heat storage material capable of storing and releasing heat by heat exchange with water flowing through the second bypass pipe and the mixture flowing through the second bypass pipe; a first path switching unit that switches a first path, which is a path for water from the first position to the second position, between the water supply pipe and the first bypass pipe; a second path switching unit that switches a second path, which is a path for the mixture from the third position to the fourth position, between the mixture delivery pipe and the second bypass pipe; and a control unit that controls the water electrolysis system, wherein the control unit uses the second path as the second bypass pipe when executing a heat storage mode in which heat is stored in the heat accumulator, and uses the first path as the first bypass pipe when executing a heat release mode in which heat is released from the heat accumulator.

水の電気分解(電解)を実行させるために水電解部に供給される電力のうち一部は、ジュール熱となる。水電解部で生成された酸素と水との混合物は、このジュール熱によって加熱された状態で混合物送出配管内を流通する。この構成によれば、蓄熱モードを実行する場合、第2経路を第2バイパス配管とする。このため、加熱された状態の混合物は、第2バイパス配管内を流通して熱交換により蓄熱材に蓄熱することができる。したがって、水電解部で発生したジュール熱を蓄熱材に蓄熱することから、水電解部を冷却する冷却負荷を低減することができる。一方、この構成によれば、放熱モードを実行する場合、第1経路を第1バイパス配管とする。一般に、水の電解反応は高温になるほど効率が良くなる。放熱モード時において、水電解部に供給される水は、第1バイパス配管内を流通して熱交換により蓄熱材から放熱される熱を受け取ったのちに水電解部による電解反応に用いられることから、電解反応の反応効率を高めることができる。したがって、この構成によれば、水電解部を冷却する冷却負荷の低減と、水電解部による電解反応の反応効率の向上と、を両立することができる。また、水電解部に供給される水を加熱する熱源は、水電解部による電解反応で常時発生するジュール熱であることから、加熱した水を水電解部に安定して供給することができる。したがって、水の電解反応の反応効率を高く維持することもできる。 A portion of the electricity supplied to the water electrolysis unit to perform water electrolysis (electrolysis) becomes Joule heat. The mixture of oxygen and water generated in the water electrolysis unit flows through the mixture delivery pipe in a heated state due to this Joule heat. With this configuration, when the heat storage mode is executed, the second path serves as the second bypass pipe. As a result, the heated mixture flows through the second bypass pipe and can be stored in the heat storage material through heat exchange. Therefore, Joule heat generated in the water electrolysis unit is stored in the heat storage material, thereby reducing the cooling load for cooling the water electrolysis unit. On the other hand, with this configuration, when the heat release mode is executed, the first path serves as the first bypass pipe. Generally, the higher the temperature, the more efficient the water electrolysis reaction. In the heat release mode, the water supplied to the water electrolysis unit flows through the first bypass pipe, receives heat released from the heat storage material through heat exchange, and is then used in the electrolysis reaction by the water electrolysis unit, thereby improving the reaction efficiency of the electrolysis reaction. Therefore, this configuration can reduce the cooling load for cooling the water electrolysis unit while improving the reaction efficiency of the electrolysis reaction in the water electrolysis unit. Furthermore, because the heat source for heating the water supplied to the water electrolysis unit is Joule heat, which is constantly generated during the electrolysis reaction in the water electrolysis unit, heated water can be supplied to the water electrolysis unit stably. Therefore, the reaction efficiency of the water electrolysis reaction can be maintained at a high level.

(2)上記形態の水電解システムにおいて、前記制御部は、前記蓄熱モード時に、前記蓄熱材の温度が蓄熱目標温度以上になった場合、もしくは、前記第2バイパス配管内を流通する前記混合物の温度が蓄熱規定温度未満になった場合、前記第2経路を前記第2バイパス配管から前記混合物送出配管に切り替えてもよい。
蓄熱材が蓄熱目標温度以上になった以降も蓄熱モードを持続させると、蓄熱材が劣化する可能性が高くなる。また、水電解部で発生するジュール熱が減少して第2バイパス配管内を流通する酸素と水との混合物の温度が蓄熱規定温度未満になった場合、そのような混合物は蓄熱材に蓄熱するより蓄熱材から熱を放熱させる可能性が高い。したがって、この構成によれば、蓄熱材が劣化する可能性と、蓄熱モード時にも関わらず蓄熱材から熱が放熱される可能性と、を低減することができる。また、第2経路において、混合物送出配管を経由するより第2バイパス配管を経由する方が圧力損失が大きい場合には、そのような圧力損失を低減できることから、水を流通させるために消費されるエネルギー量を低減することができる。
(2) In the water electrolysis system of the above aspect, the control unit may switch the second path from the second bypass pipe to the mixture delivery pipe when, during the heat storage mode, the temperature of the heat storage material becomes equal to or higher than a heat storage target temperature or when the temperature of the mixture circulating through the second bypass pipe becomes lower than a specified heat storage temperature.
If the heat storage mode is continued even after the heat storage material reaches or exceeds the heat storage target temperature, the heat storage material is likely to deteriorate. Furthermore, if the Joule heat generated in the water electrolysis unit decreases and the temperature of the mixture of oxygen and water circulating through the second bypass piping falls below the specified heat storage temperature, the mixture is more likely to dissipate heat from the heat storage material rather than store it in the heat storage material. Therefore, this configuration can reduce the possibility of the heat storage material deteriorating and the possibility of heat dissipation from the heat storage material even in the heat storage mode. Furthermore, if the pressure loss through the second bypass piping is greater than that through the mixture delivery piping in the second path, the amount of pressure loss can be reduced, thereby reducing the amount of energy consumed to circulate water.

(3)上記形態の水電解システムにおいて、前記制御部は、前記放熱モード時に、前記蓄熱材の温度が放熱規定温度未満になった場合、もしくは、前記第1バイパス配管内を流通する水の温度が放熱目標温度以上になった場合、前記第1経路を前記第1バイパス配管から前記水供給配管に切り替えてもよい。
放熱規定温度未満になると第1バイパス配管内を流通する水から蓄熱材が熱を奪う可能性が高くなる。また、第1バイパス配管内を流通する水の温度が放熱目標温度以上になった以降も放熱モードを持続させると、蓄熱材が放熱規定温度未満になった場合と同様に、第1バイパス配管内を流通する水から蓄熱材が熱を奪う可能性が上がっていく。したがって、この構成によれば、放熱モード時に蓄熱材が第1バイパス配管内を流通する水から熱を奪う可能性を低減することができる。また、第1経路において、水供給配管を経由するより第1バイパス配管を経由する方が圧力損失が大きい場合には、そのような圧力損失を低減できることから、水を流通させるために消費されるエネルギー量を低減することができる。
(3) In the water electrolysis system of the above aspect, the control unit may switch the first path from the first bypass pipe to the water supply pipe when, during the heat release mode, the temperature of the heat storage material becomes lower than a specified heat release temperature or when the temperature of the water circulating through the first bypass pipe becomes equal to or higher than a target heat release temperature.
When the temperature of the water flowing through the first bypass pipe becomes lower than the specified heat dissipation temperature, the heat storage material is more likely to absorb heat from the water flowing through the first bypass pipe. Furthermore, if the heat dissipation mode is continued even after the temperature of the water flowing through the first bypass pipe becomes equal to or higher than the heat dissipation target temperature, the heat storage material is more likely to absorb heat from the water flowing through the first bypass pipe, as in the case where the heat storage material becomes lower than the specified heat dissipation temperature. Therefore, this configuration can reduce the possibility that the heat storage material will absorb heat from the water flowing through the first bypass pipe in the heat dissipation mode. Furthermore, if the pressure loss through the first bypass pipe is greater than that through the water supply pipe in the first path, the amount of energy consumed to circulate the water can be reduced by reducing such pressure loss.

(4)上記形態の水電解システムにおいて、前記蓄熱材は、潜熱蓄熱材もしくは化学蓄熱材であってもよい。
この構成によれば、潜熱蓄熱材もしくは化学蓄熱材の状態変化により、第2バイパス配管内を流通する酸素と水との混合物からの蓄熱及び第1バイパス配管内を流通する水への放熱を実行することができる。
(4) In the water electrolysis system of the above aspect, the heat storage material may be a latent heat storage material or a chemical heat storage material.
According to this configuration, by changing the state of the latent heat storage material or chemical heat storage material, heat can be stored from the mixture of oxygen and water flowing through the second bypass pipe and released to the water flowing through the first bypass pipe.

(5)上記形態の水電解システムにおいて、前記蓄熱材は、物質の吸着及び脱離により放熱及び蓄熱が可能な吸着材であってもよい。
この構成によれば、吸着材による物質の吸着及び脱離により、第2バイパス配管内を流通する酸素と水との混合物からの蓄熱及び第1バイパス配管内を流通する水への放熱を実行することができる。
(5) In the water electrolysis system of the above aspect, the heat storage material may be an adsorbent capable of releasing and storing heat by adsorbing and desorbing a substance.
According to this configuration, by adsorption and desorption of substances by the adsorbent, heat can be stored from the mixture of oxygen and water flowing through the second bypass pipe and released to the water flowing through the first bypass pipe.

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、水電解システムの制御方法、水電解システムにおける水の電気分解を制御するコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを配布するためのサーバ装置、そのコンピュータプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等などの形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various forms, such as a method for controlling a water electrolysis system, a computer program for controlling the electrolysis of water in a water electrolysis system, a server device for distributing the computer program, and a non-transitory storage medium storing the computer program.

第1実施形態の水電解システムの構成を例示した説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating the configuration of a water electrolysis system according to a first embodiment. 蓄熱器の内部の拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of the inside of the heat accumulator. 蓄熱モード時の流通経路を示した説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing a flow path in a heat storage mode. 放熱モード時の流通経路を示した説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing a flow path in a heat dissipation mode.

<第1実施形態>
図1は、本発明の一実施形態としての水電解システム1の構成を例示した説明図である。水電解システム1は、水の電気分解により酸素及び水素を生成するシステムである。水電解システム1は、セルスタック10と、DC電源12と、コンバータ14と、水素気液分離器20と、凝縮器22と、酸素気液分離器30と、凝縮器32と、熱交換器34と、蓄熱器40と、制御部50と、を備える。また、水電解システム1は、第1混合物送出配管P1と、第2混合物送出配管P2と、酸素送出配管P3と、水供給配管P4と、第1バイパス配管B1と、第2バイパス配管B2と、を備える。
First Embodiment
1 is an explanatory diagram illustrating the configuration of a water electrolysis system 1 according to one embodiment of the present invention. The water electrolysis system 1 is a system that produces oxygen and hydrogen by electrolysis of water. The water electrolysis system 1 includes a cell stack 10, a DC power supply 12, a converter 14, a hydrogen gas-liquid separator 20, a condenser 22, an oxygen gas-liquid separator 30, a condenser 32, a heat exchanger 34, a heat accumulator 40, and a controller 50. The water electrolysis system 1 also includes a first mixture delivery pipe P1, a second mixture delivery pipe P2, an oxygen delivery pipe P3, a water supply pipe P4, a first bypass pipe B1, and a second bypass pipe B2.

セルスタック10は、複数の水電解セルが積層されて構成される。各々の水電解セルは、電解質膜を用いた水の電気分解(電解)により酸素及び水素を生成する水電解部である。DC電源12は、セルスタック10の電源である。コンバータ14は、DC電源12から供給される電力を変換して、セルスタック10に供給する。 The cell stack 10 is composed of multiple water electrolysis cells stacked one on top of the other. Each water electrolysis cell is a water electrolysis unit that produces oxygen and hydrogen through the electrolysis of water using an electrolyte membrane. The DC power supply 12 is the power source for the cell stack 10. The converter 14 converts the power supplied from the DC power supply 12 and supplies it to the cell stack 10.

セルスタック10にて生成された水素と水との混合物は、当該混合物をセルスタック10から送り出す混合物送出流路を形成する第1混合物送出配管P1に送られる。第1混合物送出配管P1には、水素気液分離器20及び凝縮器22が設けられている。水素気液分離器20は、セルスタック10にて生成された水素と水との混合物を水素と水とに分離する。凝縮器22は、内部に冷却水が供給されており、水素と水との混合物が内部を通過する際に当該混合物に含まれる水蒸気を凝縮させる。水素気液分離器20及び凝縮器22を経て分離された水素は、第1混合物送出配管P1を通って水電解システム1の外部に送られる。 The mixture of hydrogen and water produced in the cell stack 10 is sent to a first mixture delivery pipe P1, which forms a mixture delivery flow path that delivers the mixture from the cell stack 10. The first mixture delivery pipe P1 is provided with a hydrogen-gas-liquid separator 20 and a condenser 22. The hydrogen-gas-liquid separator 20 separates the mixture of hydrogen and water produced in the cell stack 10 into hydrogen and water. The condenser 22 is supplied with cooling water, and condenses the water vapor contained in the hydrogen and water mixture as it passes through its interior. The hydrogen separated through the hydrogen-gas-liquid separator 20 and the condenser 22 is sent to the outside of the water electrolysis system 1 through the first mixture delivery pipe P1.

セルスタック10にて生成された酸素と水との混合物は、当該混合物をセルスタック10から送り出す混合物送出流路を形成する第2混合物送出配管P2に送られる。第2混合物送出配管P2は、セルスタック10と酸素気液分離器30とを接続している。酸素気液分離器30は、セルスタック10にて生成された酸素と水との混合物を酸素と水とに分離する。なお、酸素気液分離器30には、酸素と水との混合物の他に、図示しないタンクから純水が適宜供給される。また、酸素気液分離器30は、酸素送出配管P3に接続されている。酸素送出配管P3には、凝縮器32が設けられている。凝縮器32は、凝縮器22と同様に、内部に冷却水が供給されており、酸素と水との混合物が内部を通過する際に当該混合物に含まれる水蒸気を凝縮させる。酸素気液分離器30及び凝縮器32を経て分離された酸素は、酸素送出配管P3を通って水電解システム1の外部に送られる。 The mixture of oxygen and water produced in the cell stack 10 is sent to a second mixture delivery pipe P2, which forms a mixture delivery flow path for delivering the mixture from the cell stack 10. The second mixture delivery pipe P2 connects the cell stack 10 to the oxygen-liquid separator 30. The oxygen-liquid separator 30 separates the mixture of oxygen and water produced in the cell stack 10 into oxygen and water. In addition to the oxygen-water mixture, the oxygen-liquid separator 30 is also supplied with purified water from a tank (not shown). The oxygen-liquid separator 30 is connected to an oxygen delivery pipe P3. The oxygen delivery pipe P3 is provided with a condenser 32. Similar to the condenser 22, the condenser 32 is supplied with cooling water and condenses the water vapor contained in the oxygen-water mixture as it passes through its interior. The oxygen separated through the oxygen-liquid separator 30 and the condenser 32 is sent to the outside of the water electrolysis system 1 through the oxygen delivery pipe P3.

水供給配管P4は、セルスタック10に水を供給する水供給流路を形成する配管である。水供給配管P4は、酸素気液分離器30とセルスタック10とを接続している。水供給配管P4内を流通する水は、酸素気液分離器30において分離された水である。水供給配管P4には、循環ポンプPMと、熱交換器34と、が設けられている。循環ポンプPMは、酸素気液分離器30からセルスタック10へ水を送出する。熱交換器34は、内部に水が循環されており、水供給配管P4内を流通する水が比較的高温となっている場合には、その循環水が熱を回収する。 The water supply pipe P4 is a pipe that forms a water supply flow path that supplies water to the cell stack 10. The water supply pipe P4 connects the oxygen-gas-liquid separator 30 and the cell stack 10. The water flowing through the water supply pipe P4 is water that has been separated in the oxygen-gas-liquid separator 30. The water supply pipe P4 is provided with a circulation pump PM and a heat exchanger 34. The circulation pump PM sends water from the oxygen-gas-liquid separator 30 to the cell stack 10. Water is circulated within the heat exchanger 34, and when the water flowing through the water supply pipe P4 is at a relatively high temperature, the circulating water recovers heat.

第1バイパス配管B1は、水供給配管P4における第1位置L1から分岐するとともに、第1位置L1より下流側の第2位置L2において水供給配管P4と合流する配管である。第1バイパス配管B1には、バルブV1が設けられている。バルブV1は、第1位置L1から第1バイパス配管B1を介した第2位置L2への水の流通を遮断可能な遮断弁である。一方、水供給配管P4のうち第1位置L1と第2位置L2との間には、バルブV2が設けられている。バルブV2は、第1位置L1から水供給配管P4を介した第2位置L2への水の流通を遮断可能な遮断弁である。本実施形態において、バルブV1及びバルブV2は、第1位置L1から第2位置L2までの水の経路である第1経路を、水供給配管P4と第1バイパス配管B1との間で切り替える第1経路切替部に相当する。 The first bypass pipe B1 branches off from the water supply pipe P4 at a first position L1 and merges with the water supply pipe P4 at a second position L2 downstream of the first position L1. The first bypass pipe B1 is provided with a valve V1. The valve V1 is a shutoff valve that can block the flow of water from the first position L1 to the second position L2 via the first bypass pipe B1. Meanwhile, the water supply pipe P4 is provided with a valve V2 between the first position L1 and the second position L2. The valve V2 is a shutoff valve that can block the flow of water from the first position L1 to the second position L2 via the water supply pipe P4. In this embodiment, the valves V1 and V2 correspond to a first path switching unit that switches the first path, which is the water path from the first position L1 to the second position L2, between the water supply pipe P4 and the first bypass pipe B1.

第2バイパス配管B2は、第2混合物送出配管P2における第3位置L3から分岐するとともに、第3位置L3より下流側の第4位置L4において第2混合物送出配管P2と合流する配管である。第2バイパス配管B2には、バルブV3が設けられている。バルブV3は、第3位置L3から第2バイパス配管B2を介した第4位置L4への混合物の流通を遮断可能な遮断弁である。一方、第2混合物送出配管P2のうち第3位置L3と第4位置L4との間には、バルブV4が設けられている。バルブV4は、第3位置L3から第2混合物送出配管P2を介した第4位置L4への混合物の流通を遮断可能な遮断弁である。本実施形態において、バルブV3及びバルブV4は、第3位置L3から第4位置L4までの酸素と水との混合物の経路である第2経路を、第2混合物送出配管P2と第2バイパス配管B2との間で切り替える第2経路切替部に相当する。 The second bypass pipe B2 branches off from the second mixture delivery pipe P2 at the third position L3 and merges with the second mixture delivery pipe P2 at the fourth position L4 downstream of the third position L3. The second bypass pipe B2 is provided with a valve V3. The valve V3 is a shutoff valve that can block the flow of the mixture from the third position L3 to the fourth position L4 via the second bypass pipe B2. Meanwhile, the second mixture delivery pipe P2 is provided with a valve V4 between the third position L3 and the fourth position L4. The valve V4 is a shutoff valve that can block the flow of the mixture from the third position L3 to the fourth position L4 via the second mixture delivery pipe P2. In this embodiment, the valves V3 and V4 correspond to a second path switching unit that switches the second path, which is the path for the oxygen and water mixture from the third position L3 to the fourth position L4, between the second mixture delivery pipe P2 and the second bypass pipe B2.

図2は、蓄熱器40の内部の拡大図である。蓄熱器40は、第1バイパス配管B1及び第2バイパス配管B2の一部を収容し、第1バイパス配管B1内を流通する水及び第2バイパス配管B2内を流通する混合物との熱交換により蓄熱と放熱が可能な蓄熱材44を収容している。図2には、蓄熱器40に収容された第1バイパス配管B1及び第2バイパス配管B2の一部が示されている。本実施形態では、蓄熱器40は、断熱材により構成された筐体42内に蓄熱材44としての流体である水を収容している。すなわち、第1バイパス配管B1内に水が流通した際、もしくは、第2バイパス配管B2内に酸素と水との混合物が流通した際には、その水、もしくは、その混合物と蓄熱器40に収容された蓄熱材44である水との間において、熱交換が行われる。 Figure 2 is an enlarged view of the inside of the heat accumulator 40. The heat accumulator 40 accommodates a portion of the first bypass pipe B1 and the second bypass pipe B2 and contains a heat storage material 44 capable of storing and releasing heat through heat exchange with the water circulating in the first bypass pipe B1 and the mixture circulating in the second bypass pipe B2. Figure 2 shows a portion of the first bypass pipe B1 and the second bypass pipe B2 housed in the heat accumulator 40. In this embodiment, the heat accumulator 40 accommodates water, which is a fluid serving as the heat storage material 44, in a housing 42 made of insulating material. That is, when water flows through the first bypass pipe B1 or when a mixture of oxygen and water flows through the second bypass pipe B2, heat exchange occurs between the water or mixture and the water serving as the heat storage material 44 housed in the heat accumulator 40.

図1の説明に戻り、制御部50は、水電解システム1が備える各種センサから得た情報に基づいて、水電解システム1を制御する。制御部50による具体的な制御としては、例えば、バルブV1~V4の開閉制御や、DC電源12からセルスタック10への電力供給の制御が挙げられる。制御部50は、DC電源12からセルスタック10へ電力供給を開始することにより、セルスタック10による電解反応を開始させる。電解反応の開始時、制御部50は、バルブV1を閉弁してバルブV2を開弁するとともに、バルブV3を閉弁してバルブV4を開弁する。また、制御部50は、セルスタック10による電解反応が実行されている間に、水電解システム1が備える図示しない温度センサから得た情報に基づいて、蓄熱器40に蓄熱させる蓄熱モードと、蓄熱器40に放熱させる放熱モードと、のうちいずれかを実行する。温度センサから得られる情報には、第2混合物送出配管P2内や水供給配管P4内の温度、蓄熱器40内の温度、セルスタック10内の温度が含まれる。 Returning to the explanation of FIG. 1, the control unit 50 controls the water electrolysis system 1 based on information obtained from various sensors equipped in the water electrolysis system 1. Specific controls performed by the control unit 50 include, for example, controlling the opening and closing of valves V1 to V4 and controlling the power supply from the DC power supply 12 to the cell stack 10. The control unit 50 starts the supply of power from the DC power supply 12 to the cell stack 10, thereby starting the electrolysis reaction in the cell stack 10. At the start of the electrolysis reaction, the control unit 50 closes valve V1 and opens valve V2, and also closes valve V3 and opens valve V4. Furthermore, while the electrolysis reaction is being carried out in the cell stack 10, the control unit 50 executes either a heat storage mode in which heat is stored in the heat accumulator 40 or a heat release mode in which heat is released from the heat accumulator 40, based on information obtained from a temperature sensor (not shown) equipped in the water electrolysis system 1. Information obtained from the temperature sensors includes the temperatures inside the second mixture delivery pipe P2 and the water supply pipe P4, the temperature inside the heat accumulator 40, and the temperature inside the cell stack 10.

図3は、蓄熱モード時の流通経路を示した説明図である。制御部50は、セルスタック10による電解反応が実行されている際、第2混合物送出配管P2内の温度とセルスタック10内の温度とのうち少なくとも一方が、各々の温度について予め設定された蓄熱設定温度以上となっている(すなわち、蓄熱実行条件を満たしている)場合、蓄熱モードを実行する。蓄熱設定温度は、蓄熱モードを実行できる程度に第2混合物送出配管P2内の温度またはセルスタック10内の温度が高温であるとみなすことができる目安の温度である。このとき、制御部50は、図3に示すように、第1経路(第1位置L1から第2位置L2までの水の経路)を水供給配管P4とするとともに、第2経路(第3位置L3から第4位置L4までの混合物の経路)を第2バイパス配管B2とする。具体的には、制御部50は、バルブV1を閉弁してバルブV2を開弁するとともに、バルブV3を開弁してバルブV4を閉弁する。 FIG. 3 is an explanatory diagram showing the flow paths during the heat storage mode. When the cell stack 10 is performing an electrolysis reaction, the control unit 50 executes the heat storage mode if at least one of the temperature in the second mixture delivery pipe P2 and the temperature in the cell stack 10 is equal to or higher than the predetermined heat storage setting temperature (i.e., the heat storage execution condition is met). The heat storage setting temperature is a reference temperature at which the temperature in the second mixture delivery pipe P2 or the temperature in the cell stack 10 is deemed high enough to execute the heat storage mode. In this case, as shown in FIG. 3, the control unit 50 designates the first path (the water path from the first position L1 to the second position L2) as the water supply pipe P4 and the second path (the mixture path from the third position L3 to the fourth position L4) as the second bypass pipe B2. Specifically, the control unit 50 closes valve V1 and opens valve V2, and opens valve V3 and closes valve V4.

このような状態において、酸素気液分離器30からセルスタック10に向けて送られる水は、図3に示すように、第1バイパス配管B1を経由することなく水供給配管P4全体を通って、セルスタック10に到達する。一方、セルスタック10から酸素気液分離器30に向けて送られる酸素と水との混合物は、図3に示すように、第3位置L3までは第2混合物送出配管P2を通り、第3位置L3から第4位置L4までの間は第2バイパス配管B2を経由したのち、第4位置L4からは再び第2混合物送出配管P2を通って、酸素気液分離器30に到達する。水の電解反応を実行させるためにセルスタック10に供給される電力のうち一部はジュール熱となり、セルスタック10で生成された酸素と水との混合物は、このジュール熱によって加熱された状態でセルスタック10から酸素気液分離器30に向けて送られる。そして、上述したように、第2混合物送出配管P2内の温度とセルスタック10内の温度とのうち少なくとも一方が、各々の温度について予め設定された蓄熱設定温度以上となっていることを要件として蓄熱モードは実行されることから、このとき第2バイパス配管B2内を流通する酸素と水との混合物は、ある程度高温である。したがって、第2バイパス配管B2内を流通する酸素と水との混合物から蓄熱材44に熱が供給されることにより、蓄熱材44による蓄熱が実行される。 In this state, as shown in Figure 3, water sent from the oxygen-gas-liquid separator 30 to the cell stack 10 passes through the entire water supply pipe P4 without passing through the first bypass pipe B1 and reaches the cell stack 10. Meanwhile, the oxygen and water mixture sent from the cell stack 10 to the oxygen-gas-liquid separator 30 passes through the second mixture delivery pipe P2 to the third position L3, passes through the second bypass pipe B2 from the third position L3 to the fourth position L4, and then passes through the second mixture delivery pipe P2 again from the fourth position L4 to reach the oxygen-gas-liquid separator 30. A portion of the power supplied to the cell stack 10 to carry out the water electrolysis reaction becomes Joule heat, and the oxygen and water mixture produced in the cell stack 10 is sent from the cell stack 10 to the oxygen-gas-liquid separator 30 in a heated state due to this Joule heat. As described above, the heat storage mode is executed when at least one of the temperature inside the second mixture delivery pipe P2 and the temperature inside the cell stack 10 is equal to or higher than the predetermined heat storage setting temperature for each temperature. Therefore, the mixture of oxygen and water circulating through the second bypass pipe B2 is at a relatively high temperature. Therefore, heat is supplied to the heat storage material 44 from the mixture of oxygen and water circulating through the second bypass pipe B2, and heat storage by the heat storage material 44 is executed.

また、制御部50は、蓄熱モード時に、蓄熱材44の温度が蓄熱目標温度以上になった場合、もしくは、第2バイパス配管B2内を流通する酸素と水との混合物の温度が蓄熱規定温度未満になった場合、第2経路を第2バイパス配管B2から第2混合物送出配管P2に切り替えて、蓄熱モードを終了させる。蓄熱目標温度は、蓄熱材44が目標とする温度であって、蓄熱材44への蓄熱が十分であるとみなすことができる目安の温度である。蓄熱規定温度は、第2バイパス配管B2内を流通する酸素と水との混合物が蓄熱材44に蓄熱するより蓄熱材44から熱を放熱させる可能性が高くなる目安の温度である。なお、第2バイパス配管B2内を流通する酸素と水との混合物の温度は、第2混合物送出配管P2内の温度から推定されてもよいし、第3位置L3における温度を測定する温度センサを設けてその温度センサから取得されてもよい。 Furthermore, during the heat storage mode, if the temperature of the heat storage material 44 exceeds the heat storage target temperature, or if the temperature of the oxygen-water mixture circulating through the second bypass pipe B2 falls below the heat storage specified temperature, the control unit 50 switches the second path from the second bypass pipe B2 to the second mixture delivery pipe P2 and terminates the heat storage mode. The heat storage target temperature is the target temperature for the heat storage material 44 and is a reference temperature at which it can be assumed that heat has been sufficiently stored in the heat storage material 44. The heat storage specified temperature is a reference temperature at which the oxygen-water mixture circulating through the second bypass pipe B2 is more likely to release heat from the heat storage material 44 than to store heat in it. The temperature of the oxygen-water mixture circulating through the second bypass pipe B2 may be estimated from the temperature in the second mixture delivery pipe P2, or may be obtained from a temperature sensor provided to measure the temperature at the third position L3.

図4は、放熱モード時の流通経路を示した説明図である。制御部50は、セルスタック10による電解反応が実行されている際、水供給配管P4内を流通する水の温度が予め設定された水下限温度未満となっていて、且つ、蓄熱器40内の温度が予め設定された放熱設定温度以上となっている(すなわち、放熱実行条件を満たしている)場合、放熱モードを実行する。なお、上述した蓄熱実行条件と放熱実行条件とのいずれも満たしている場合には、蓄熱モードは実行せず放熱モードのみを実行する。水下限温度は、水電解システム1が置かれている状況が寒冷であるとみなすことができる目安の温度である。放熱設定温度は、放熱モードを実行できる程度に蓄熱材44が蓄熱されているとみなすことができる目安の温度である。このとき、制御部50は、図4に示すように、第1経路を第1バイパス配管B1とするとともに、第2経路(第3位置L3から第4位置L4までの混合物の経路)を第2混合物送出配管P2とする。具体的には、制御部50は、バルブV1を開弁してバルブV2を閉弁するとともに、バルブV3を閉弁してバルブV4を開弁する。 Figure 4 is an explanatory diagram showing the flow paths in the heat release mode. When the electrolysis reaction is being performed in the cell stack 10, the control unit 50 executes the heat release mode if the temperature of the water flowing through the water supply pipe P4 is below a predetermined water lower limit temperature and the temperature in the heat storage device 40 is equal to or higher than a predetermined heat release setting temperature (i.e., the heat release execution condition is met). Note that if both the heat storage execution condition and the heat release execution condition are met, the heat release mode is not executed and only the heat release mode is executed. The water lower limit temperature is a reference temperature at which the water electrolysis system 1 is considered to be in a cold environment. The heat release setting temperature is a reference temperature at which the heat storage material 44 is considered to have stored enough heat to execute the heat release mode. In this case, as shown in Figure 4, the control unit 50 designates the first path as the first bypass pipe B1 and the second path (the mixture path from the third position L3 to the fourth position L4) as the second mixture delivery pipe P2. Specifically, the control unit 50 opens valve V1 and closes valve V2, and also closes valve V3 and opens valve V4.

このような状態において、酸素気液分離器30からセルスタック10に向けて送られる水は、図4に示すように、第1位置L1までは水供給配管P4を通り、第1位置L1から第2位置L2までの間は第1バイパス配管B1を経由したのち、第2位置L2からは再び水供給配管P4を通って、セルスタック10に到達する。一方、セルスタック10から酸素気液分離器30に向けて送られる酸素と水との混合物は、図4に示すように、第2バイパス配管B2を経由することなく第2混合物送出配管P2全体を通って、酸素気液分離器30に到達する。上述したように、水供給配管P4内を流通する水の温度が水下限温度未満となっていることを要件の1つとして放熱モードは実行されることから、このとき第1バイパス配管B1内を流通する水は、ある程度低温である。したがって、第1バイパス配管B1内を流通する水は、蓄熱材44から放熱される熱を受け取ることにより加熱される。 In this state, as shown in FIG. 4 , water sent from the oxygen-gas-liquid separator 30 to the cell stack 10 passes through the water supply pipe P4 up to the first position L1, then passes through the first bypass pipe B1 from the first position L1 to the second position L2, and then passes through the water supply pipe P4 again from the second position L2 to reach the cell stack 10. Meanwhile, as shown in FIG. 4 , the oxygen-water mixture sent from the cell stack 10 to the oxygen-gas-liquid separator 30 passes through the entire second mixture delivery pipe P2 without passing through the second bypass pipe B2, and reaches the oxygen-gas-liquid separator 30. As described above, the heat release mode is executed when one of the conditions is that the temperature of the water flowing through the water supply pipe P4 is below the lower water temperature limit. Therefore, the water flowing through the first bypass pipe B1 is at a relatively low temperature. Therefore, the water flowing through the first bypass pipe B1 is heated by receiving heat released from the heat storage material 44.

また、制御部50は、放熱モード時に、蓄熱材44の温度が放熱規定温度未満になった場合、もしくは、第1バイパス配管B1内を流通する水の温度が放熱目標温度以上になった場合、第1経路を第1バイパス配管B1から水供給配管P4に切り替えて、放熱モードを終了させる。放熱規定温度とは、第1バイパス配管B1内を流通する水に対して蓄熱材44が放熱するより当該水から蓄熱材44が熱を奪う可能性が高くなる目安の温度である。放熱目標温度は、セルスタック10に供給される水が目標とする温度であって、セルスタック10での電解反応における反応効率を高めるための昇温が十分であるとみなすことができる目安の温度である。なお、第1バイパス配管B1内を流通する水の温度は、水供給配管P4内の温度から推定されてもよいし、第1位置L1における温度を測定する温度センサを設けてその温度センサから取得されてもよい。 Furthermore, during the heat release mode, if the temperature of the heat storage material 44 falls below the specified heat release temperature, or if the temperature of the water flowing through the first bypass pipe B1 exceeds the target heat release temperature, the control unit 50 switches the first path from the first bypass pipe B1 to the water supply pipe P4 and terminates the heat release mode. The specified heat release temperature is a reference temperature at which the heat storage material 44 is more likely to absorb heat from the water flowing through the first bypass pipe B1 than to release heat to the water. The target heat release temperature is a target temperature for the water supplied to the cell stack 10, and is a reference temperature at which the temperature rise can be considered sufficient to increase the reaction efficiency of the electrolysis reaction in the cell stack 10. The temperature of the water flowing through the first bypass pipe B1 may be estimated from the temperature in the water supply pipe P4, or may be obtained from a temperature sensor that measures the temperature at the first position L1.

以上説明したように、第1実施形態の水電解システム1によれば、蓄熱モードを実行する場合、第2経路を第2バイパス配管B2とする。このため、加熱された状態の酸素と水との混合物は、第2バイパス配管B2内を流通して熱交換により蓄熱材44に蓄熱することができる。したがって、セルスタック10で発生したジュール熱を蓄熱材44に蓄熱することから、セルスタック10を冷却する冷却負荷を低減することができる。一方、第1実施形態の水電解システム1によれば、放熱モードを実行する場合、第1経路を第1バイパス配管B1とする。一般に、水の電解反応は高温になるほど効率が良くなる。放熱モード時において、セルスタック10に供給される水は、第1バイパス配管B1内を流通して熱交換により蓄熱材44から放熱される熱を受け取ったのちにセルスタック10による電解反応に用いられることから、電解反応の反応効率を高めることができる。したがって、第1実施形態の水電解システム1によれば、セルスタック10を冷却する冷却負荷の低減と、セルスタック10による電解反応の反応効率の向上と、を両立することができる。また、セルスタック10に供給される水を加熱する熱源は、セルスタック10による電解反応で常時発生するジュール熱であることから、加熱した水をセルスタック10に安定して供給することができる。したがって、水の電解反応の反応効率を高く維持することもできる。 As described above, in the water electrolysis system 1 of the first embodiment, when the heat storage mode is performed, the second path is the second bypass pipe B2. Therefore, the heated mixture of oxygen and water flows through the second bypass pipe B2 and can store heat in the heat storage material 44 through heat exchange. Therefore, Joule heat generated in the cell stack 10 is stored in the heat storage material 44, thereby reducing the cooling load for cooling the cell stack 10. On the other hand, in the water electrolysis system 1 of the first embodiment, when the heat release mode is performed, the first path is the first bypass pipe B1. Generally, the higher the temperature, the more efficient the water electrolysis reaction. In the heat release mode, water supplied to the cell stack 10 flows through the first bypass pipe B1, receives heat released from the heat storage material 44 through heat exchange, and is then used in the electrolysis reaction in the cell stack 10. This improves the reaction efficiency of the electrolysis reaction. Therefore, the water electrolysis system 1 of the first embodiment can achieve both a reduction in the cooling load for cooling the cell stack 10 and an improvement in the reaction efficiency of the electrolysis reaction in the cell stack 10. Furthermore, because the heat source for heating the water supplied to the cell stack 10 is Joule heat that is constantly generated by the electrolysis reaction in the cell stack 10, heated water can be stably supplied to the cell stack 10. Therefore, the reaction efficiency of the water electrolysis reaction can also be maintained high.

また、第1実施形態の水電解システム1では、蓄熱モード時に、蓄熱材44の温度が蓄熱目標温度以上になった場合、もしくは、第2バイパス配管B2内を流通する酸素と水との混合物の温度が蓄熱規定温度未満になった場合、第2経路を第2バイパス配管B2から第2混合物送出配管P2に切り替える。蓄熱材44が蓄熱目標温度以上になった以降も蓄熱モードを持続させると、蓄熱材44が劣化する可能性が高くなる。また、セルスタック10で発生するジュール熱が減少して第2バイパス配管B2内を流通する酸素と水との混合物の温度が蓄熱規定温度未満になった場合、そのような混合物は蓄熱材44に蓄熱するより蓄熱材44から熱を放熱させる可能性が高い。したがって、第1実施形態の水電解システム1によれば、蓄熱材44が劣化する可能性と、蓄熱モード時にも関わらず蓄熱材44から熱が放熱される可能性と、を低減することができる。また、第2経路において、第2混合物送出配管P2を経由するより第2バイパス配管B2を経由する方が圧力損失が大きい場合には、そのような圧力損失を低減できることから、水を流通させるために消費されるエネルギー量を低減することができる。ここでいうエネルギー量とは、具体的には、循環ポンプPMによる消費電力量である。 Furthermore, in the water electrolysis system 1 of the first embodiment, if the temperature of the heat storage material 44 exceeds the heat storage target temperature during heat storage mode, or if the temperature of the mixture of oxygen and water circulating through the second bypass pipe B2 falls below the specified heat storage temperature, the second path is switched from the second bypass pipe B2 to the second mixture delivery pipe P2. Continuing the heat storage mode after the heat storage material 44 exceeds the heat storage target temperature increases the likelihood of deterioration of the heat storage material 44. Furthermore, if the Joule heat generated in the cell stack 10 decreases and the temperature of the mixture of oxygen and water circulating through the second bypass pipe B2 falls below the specified heat storage temperature, such a mixture is more likely to radiate heat from the heat storage material 44 than store heat in it. Therefore, the water electrolysis system 1 of the first embodiment can reduce the likelihood of deterioration of the heat storage material 44 and the likelihood of heat radiating from the heat storage material 44 even during heat storage mode. Furthermore, if the pressure loss in the second path is greater when passing through the second bypass pipe B2 than when passing through the second mixture delivery pipe P2, this pressure loss can be reduced, thereby reducing the amount of energy consumed to circulate the water. Specifically, the amount of energy referred to here refers to the amount of power consumed by the circulation pump PM.

また、第1実施形態の水電解システム1では、放熱モード時に、蓄熱材44の温度が放熱規定温度未満になった場合、もしくは、水供給配管P4内を流通する水の温度が放熱目標温度以上になった場合、第1経路を第1バイパス配管B1から水供給配管P4に切り替える。放熱規定温度未満になると第1バイパス配管B1内を流通する水から蓄熱材44が熱を奪う可能性が高くなる。また、第1バイパス配管B1内を流通する水の温度が放熱目標温度以上になった以降も放熱モードを持続させると、蓄熱材44が放熱規定温度未満になった場合と同様に、第1バイパス配管B1内を流通する水から蓄熱材44が熱を奪う可能性が上がっていく。したがって、第1実施形態の水電解システム1によれば、放熱モード時に蓄熱材44が第1バイパス配管B1内を流通する水から熱を奪う可能性を低減することができる。また、第1経路において、水供給配管P4を経由するより第1バイパス配管B1を経由する方が圧力損失が大きい場合には、そのような圧力損失を低減できることから、水の流通に伴うエネルギー消費量を低減することができる。ここでいうエネルギー量とは、上述したように、循環ポンプPMによる消費電力量である。 In addition, in the water electrolysis system 1 of the first embodiment, if the temperature of the heat storage material 44 falls below the specified heat release temperature or if the temperature of the water flowing through the water supply pipe P4 exceeds the specified heat release temperature during heat release mode, the first path is switched from the first bypass pipe B1 to the water supply pipe P4. When the temperature falls below the specified heat release temperature, the heat storage material 44 is more likely to absorb heat from the water flowing through the first bypass pipe B1. Furthermore, if the heat release mode is continued even after the temperature of the water flowing through the first bypass pipe B1 exceeds the target heat release temperature, the heat storage material 44 is more likely to absorb heat from the water flowing through the first bypass pipe B1, as in the case where the heat storage material 44 falls below the specified heat release temperature. Therefore, the water electrolysis system 1 of the first embodiment can reduce the possibility that the heat storage material 44 will absorb heat from the water flowing through the first bypass pipe B1 during heat release mode. Furthermore, if the pressure loss in the first path is greater when passing through the first bypass pipe B1 than when passing through the water supply pipe P4, this pressure loss can be reduced, thereby reducing the amount of energy consumed by the water flow. The amount of energy referred to here refers to the amount of power consumed by the circulation pump PM, as described above.

<第2実施形態>
第2実施形態の水電解システムは、第1実施形態の水電解システム1と比べて、蓄熱器40が筐体42内に収容している蓄熱材44が水ではなく潜熱蓄熱材である点を除いて、第1実施形態の水電解システム1と同じである。潜熱蓄熱材としては、例えば、硝酸ナトリウム、亜硝酸ナトリウム、硝酸カリウムの混合物から成る溶融塩、パラフィン類(飽和炭化水素化合物)、脂肪酸類(脂肪酸エステルを含む)等の有機系化合物が挙げられる。
Second Embodiment
The water electrolysis system of the second embodiment is the same as the water electrolysis system 1 of the first embodiment, except that the heat storage material 44 accommodated in the housing 42 of the heat accumulator 40 is a latent heat storage material instead of water. Examples of latent heat storage materials include molten salts formed from a mixture of sodium nitrate, sodium nitrite, and potassium nitrate, paraffins (saturated hydrocarbon compounds), fatty acids (including fatty acid esters), and other organic compounds.

以上のような第2実施形態の水電解システムによっても、第1実施形態と同様に、セルスタック10を冷却する冷却負荷の低減と、セルスタック10による電解反応の反応効率の向上と、を両立することができる。さらに、第2実施形態の水電解システムによれば、潜熱蓄熱材の状態変化により、第2バイパス配管B2内を流通する酸素と水との混合物からの蓄熱及び第1バイパス配管B1内を流通する水への放熱を実行することができる。 As with the first embodiment, the water electrolysis system of the second embodiment described above can simultaneously reduce the cooling load for cooling the cell stack 10 and improve the reaction efficiency of the electrolysis reaction in the cell stack 10. Furthermore, the water electrolysis system of the second embodiment can store heat from the mixture of oxygen and water flowing through the second bypass pipe B2 and release heat to the water flowing through the first bypass pipe B1 by changing the state of the latent heat storage material.

<本実施形態の変形例>
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
<Modification of this embodiment>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be embodied in various forms without departing from the spirit of the invention. For example, the following modifications are also possible.

[変形例1]
上記実施形態では、バルブV1及びバルブV2は、第1経路を水供給配管P4と第1バイパス配管B1との間で切り替える第1経路切替部に相当していたが、これに限られない。例えば、バルブV1及びバルブV2の代わりに、第1位置L1に設けられた三方弁が第1経路切替部に相当していてもよい。また、同様に、バルブV3及びバルブV4の代わりに、第3位置L3に設けられた三方弁が第2経路切替部に相当していてもよい。
[Modification 1]
In the above embodiment, the valves V1 and V2 correspond to the first path switching unit that switches the first path between the water supply pipe P4 and the first bypass pipe B1. However, this is not limiting. For example, instead of the valves V1 and V2, a three-way valve provided at the first position L1 may correspond to the first path switching unit. Similarly, instead of the valves V3 and V4, a three-way valve provided at the third position L3 may correspond to the second path switching unit.

[変形例2]
上記実施形態では、蓄熱モード時に蓄熱目標温度もしくは蓄熱規定温度を基準として、第2経路を第2バイパス配管から第2混合物送出配管P2に切り換えていたが、これに限られない。例えば、蓄熱モードが実行されてから一定時間経過したのち、第2経路を第2バイパス配管B2から第2混合物送出配管P2に切り換えてもよい。また、同様に、放熱モードが実行されてから一定時間経過したのち、第1経路を第1バイパス配管B1から水供給配管P4に切り換えてもよい。
[Modification 2]
In the above embodiment, the second path is switched from the second bypass pipe to the second mixture delivery pipe P2 based on the heat storage target temperature or the heat storage specified temperature during the heat storage mode, but this is not limited to this. For example, the second path may be switched from the second bypass pipe B2 to the second mixture delivery pipe P2 after a certain time has elapsed since the heat storage mode was executed. Similarly, the first path may be switched from the first bypass pipe B1 to the water supply pipe P4 after a certain time has elapsed since the heat release mode was executed.

[変形例3]
上記実施形態では、放熱モードを実行する要件は、水供給配管P4内を流通する水の温度が予め設定された水下限温度未満となっていて、且つ、蓄熱器40内の温度が予め設定された放熱設定温度以上となっている場合であったが、これに限られない。例えば、放熱モードを実行する要件は、水電解システム1を構成する構成部品の少なくとも1つの温度が予め設定された部品下限温度未満となっていて、且つ、蓄熱器40内の温度が予め設定された放熱設定温度以上となっている場合であってもよい。また、この要件に対してさらに、水供給配管P4内を流通する水の温度が予め設定された水下限温度未満となっていることが追加されてもよい。
[Modification 3]
In the above embodiment, the requirement for executing the heat release mode is that the temperature of the water flowing through the water supply pipe P4 is below a predetermined lower limit water temperature and the temperature in the heat accumulator 40 is equal to or higher than a predetermined heat release setting temperature. However, this is not limited to this. For example, the requirement for executing the heat release mode may be that the temperature of at least one of the components of the water electrolysis system 1 is below a predetermined lower limit component temperature and the temperature in the heat accumulator 40 is equal to or higher than a predetermined heat release setting temperature. Furthermore, a requirement that the temperature of the water flowing through the water supply pipe P4 is below a predetermined lower limit water temperature may be added to this requirement.

[変形例4]
上記実施形態では、蓄熱実行条件と放熱実行条件とのいずれも満たしている場合には、蓄熱モードは実行せず放熱モードのみを実行していたが、これに限られない。例えば、蓄熱実行条件と放熱実行条件とのいずれも満たしている場合には、蓄熱モード及び放熱モードのいずれも実行してもよい。このとき、制御部50は、第1経路を第1バイパス配管B1とするとともに、第2経路を第2バイパス配管B2とする。具体的には、制御部50は、バルブV1を開弁してバルブV2を開弁するとともに、バルブV3を開弁してバルブV4を閉弁する。
[Modification 4]
In the above embodiment, when both the heat storage execution condition and the heat release execution condition are satisfied, only the heat release mode is executed and the heat storage mode is not executed. However, this is not limited to this. For example, when both the heat storage execution condition and the heat release execution condition are satisfied, both the heat storage mode and the heat release mode may be executed. In this case, the control unit 50 sets the first path to the first bypass pipe B1 and the second path to the second bypass pipe B2. Specifically, the control unit 50 opens the valve V1 and the valve V2, and opens the valve V3 and closes the valve V4.

[変形例5]
上記実施形態では、蓄熱材44は水や潜熱蓄熱材であったが、これに限られない。例えば、蓄熱材44は、化学蓄熱材であってもよい。このような形態でも、化学蓄熱材の状態変化により、第2バイパス配管B2内を流通する酸素と水との混合物からの蓄熱及び第1バイパス配管B1内を流通する水への放熱を実行することができる。化学蓄熱材としては、例えば、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、塩化カルシウム、硫酸カルシウムが挙げられる。
[Modification 5]
In the above embodiment, the heat storage material 44 is water or a latent heat storage material, but is not limited to this. For example, the heat storage material 44 may be a chemical heat storage material. Even in this form, heat can be stored from the mixture of oxygen and water flowing through the second bypass pipe B2 and released to the water flowing through the first bypass pipe B1 by changing the state of the chemical heat storage material. Examples of chemical heat storage materials include magnesium hydroxide, calcium hydroxide, calcium chloride, and calcium sulfate.

[変形例6]
また、蓄熱材44は、物質の吸着及び脱離により放熱及び蓄熱が可能な吸着材であってもよい。このような形態でも、吸着材による物質の吸着及び脱離により、第2バイパス配管B2内を流通する酸素と水との混合物からの蓄熱及び第1バイパス配管B1内を流通する水への放熱を実行することができる。吸着剤としては、例えば、活性炭が挙げられる。なお、このような形態では、第2バイパス配管B2内を流通する酸素と水との混合物や第1バイパス配管B1内を流通する水が、蓄熱材44である吸着剤を通過することによって、蓄熱材44との間で熱交換を行う。
[Modification 6]
Furthermore, the heat storage material 44 may be an adsorbent capable of storing and releasing heat by adsorbing and desorbing substances. Even in this configuration, heat can be stored from the mixture of oxygen and water flowing through the second bypass pipe B2 and released to the water flowing through the first bypass pipe B1 by adsorbing and desorbing substances using the adsorbent. Examples of the adsorbent include activated carbon. In this configuration, the mixture of oxygen and water flowing through the second bypass pipe B2 and the water flowing through the first bypass pipe B1 pass through the adsorbent, which is the heat storage material 44, thereby exchanging heat with the heat storage material 44.

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。 This aspect has been described above based on embodiments and variations, but the above-described embodiments are intended to facilitate understanding of this aspect and are not intended to limit this aspect. This aspect may be modified or improved without departing from its spirit or the scope of the claims, and equivalents are included in this aspect. Furthermore, if a technical feature is not described as essential in this specification, it may be deleted as appropriate.

1…水電解システム
10…セルスタック
12…DC電源
14…コンバータ
20…水素気液分離器
22…凝縮器
30…酸素気液分離器
32…凝縮器
34…熱交換器
40…蓄熱器
42…筐体
44…蓄熱材
50…制御部
B1…第1バイパス配管
B2…第2バイパス配管
L1…第1位置
L2…第2位置
L3…第3位置
L4…第4位置
P1…第1混合物送出配管
P2…第2混合物送出配管
P3…酸素送出配管
P4…水供給配管
PM…循環ポンプ
V1~V4…バルブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Water electrolysis system 10...Cell stack 12...DC power supply 14...Converter 20...Hydrogen gas-liquid separator 22...Condenser 30...Oxygen gas-liquid separator 32...Condenser 34...Heat exchanger 40...Heat accumulator 42...Housing 44...Heat storage material 50...Control unit B1...First bypass pipe B2...Second bypass pipe L1...First position L2...Second position L3...Third position L4...Fourth position P1...First mixture delivery pipe P2...Second mixture delivery pipe P3...Oxygen delivery pipe P4...Water supply pipe PM...Circulation pump V1 to V4...Valves

Claims (5)

水電解システムであって、
電解質膜を用いた水の電気分解により酸素及び水素を生成する水電解セルである水電解部と、
前記水電解部に水を供給する水供給流路を形成する水供給配管と、
前記水電解部で生成された酸素と水との混合物を前記水電解部から送り出す混合物送出流路を形成する混合物送出配管と、
前記水供給配管における第1位置から分岐するとともに、前記第1位置より下流側の第2位置において前記水供給配管と合流する第1バイパス配管と、
前記混合物送出配管における第3位置から分岐するとともに、前記第3位置より下流側の第4位置において前記混合物送出配管と合流する第2バイパス配管と、
前記第1バイパス配管及び前記第2バイパス配管の一部を収容し、前記第1バイパス配管内を流通する水及び前記第2バイパス配管内を流通する前記混合物との熱交換により蓄熱と放熱が可能な蓄熱材を収容する蓄熱器と、
前記第1位置から前記第2位置までの水の経路である第1経路を、前記水供給配管と前記第1バイパス配管との間で切り替える第1経路切替部と、
前記第3位置から前記第4位置までの前記混合物の経路である第2経路を、前記混合物送出配管と前記第2バイパス配管との間で切り替える第2経路切替部と、
前記水電解システムを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記蓄熱器に蓄熱させる蓄熱モードを実行する場合、前記第2経路を前記第2バイパス配管とし、
前記蓄熱器に放熱させる放熱モードを実行する場合、前記第1経路を前記第1バイパス配管とする、水電解システム。
A water electrolysis system,
a water electrolysis unit which is a water electrolysis cell that generates oxygen and hydrogen by electrolysis of water using an electrolyte membrane;
a water supply pipe forming a water supply flow path for supplying water to the water electrolysis unit;
a mixture delivery pipe forming a mixture delivery flow path for delivering the mixture of oxygen and water produced in the water electrolysis unit from the water electrolysis unit;
a first bypass pipe that branches off from the water supply pipe at a first position and merges with the water supply pipe at a second position downstream of the first position;
a second bypass pipe branching from the mixture delivery pipe at a third position and joining the mixture delivery pipe at a fourth position downstream of the third position;
a heat storage device that houses a heat storage material that is capable of storing and releasing heat by heat exchange with the water flowing through the first bypass pipe and the mixture flowing through the second bypass pipe; and
a first path switching unit that switches a first path, which is a path of water from the first position to the second position, between the water supply pipe and the first bypass pipe;
a second path switching unit that switches a second path, which is a path of the mixture from the third position to the fourth position, between the mixture delivery pipe and the second bypass pipe;
a control unit that controls the water electrolysis system,
The control unit
When a heat storage mode in which heat is stored in the heat accumulator is executed, the second path is the second bypass pipe,
the water electrolysis system, when a heat release mode in which heat is released to the heat accumulator is executed, the first path serves as the first bypass pipe.
請求項1に記載の水電解システムであって、
前記制御部は、前記蓄熱モード時に、前記蓄熱材の温度が蓄熱目標温度以上になった場合、もしくは、前記第2バイパス配管内を流通する前記混合物の温度が蓄熱規定温度未満になった場合、前記第2経路を前記第2バイパス配管から前記混合物送出配管に切り替える、水電解システム。
The water electrolysis system according to claim 1,
the control unit switches the second path from the second bypass pipe to the mixture delivery pipe when, during the heat storage mode, the temperature of the heat storage material becomes equal to or higher than a heat storage target temperature or when the temperature of the mixture circulating through the second bypass pipe becomes lower than a specified heat storage temperature.
請求項1または請求項2に記載の水電解システムであって、
前記制御部は、前記放熱モード時に、前記蓄熱材の温度が放熱規定温度未満になった場合、もしくは、前記第1バイパス配管内を流通する水の温度が放熱目標温度以上になった場合、前記第1経路を前記第1バイパス配管から前記水供給配管に切り替える、水電解システム。
The water electrolysis system according to claim 1 or 2,
the control unit switches the first path from the first bypass pipe to the water supply pipe when, during the heat release mode, the temperature of the heat storage material becomes lower than a specified heat release temperature or when the temperature of the water circulating through the first bypass pipe becomes equal to or higher than a target heat release temperature.
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の水電解システムであって、
前記蓄熱材は、潜熱蓄熱材もしくは化学蓄熱材である、水電解システム。
The water electrolysis system according to any one of claims 1 to 3,
The water electrolysis system, wherein the heat storage material is a latent heat storage material or a chemical heat storage material.
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の水電解システムであって、
前記蓄熱材は、物質の吸着及び脱離により放熱及び蓄熱が可能な吸着材である、水電解システム。
The water electrolysis system according to any one of claims 1 to 3,
a water electrolysis system, wherein the heat storage material is an adsorbent material capable of storing and releasing heat by adsorption and desorption of a substance;
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