JP4842585B2

JP4842585B2 - Operation method of water electrolysis system

Info

Publication number: JP4842585B2
Application number: JP2005231929A
Authority: JP
Inventors: 聡田口; 真佐人喜多; 栄次針生
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2005-08-10
Filing date: 2005-08-10
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2025-08-10
Also published as: JP2007046110A

Description

本発明は、水電解セルが積層される水電解スタックと、少なくとも太陽電池を有して前記水電解スタックに電力を供給する電源装置とを備える水電解システムの運転方法に関する。 The present invention relates to a method for operating a water electrolysis system including a water electrolysis stack in which water electrolysis cells are stacked, and a power supply device having at least a solar battery and supplying power to the water electrolysis stack.

近年、水素を燃料として電力又は動力を供給するシステム、例えば、燃料電池システムが提案されている。燃料である水素を製造する水電解装置は、水を分解して水素（及び酸素）を発生させるため、一般的に固体高分子電解膜を用いている。 In recent years, a system for supplying electric power or power using hydrogen as a fuel, for example, a fuel cell system has been proposed. A water electrolysis apparatus for producing hydrogen as a fuel generally uses a solid polymer electrolyte membrane in order to decompose water and generate hydrogen (and oxygen).

固体高分子電解質膜の両面には、電極触媒層が設けられて電解質膜・電極構造体が構成されるとともに、前記電解質膜・電極構造体の両側には、給電体が配設されてユニット（水電解セル）が形成されている。すなわち、ユニットは、実質的には、上記の燃料電池と同様に構成されている。 Electrode catalyst layers are provided on both sides of the solid polymer electrolyte membrane to form an electrolyte membrane / electrode structure, and power supply bodies are disposed on both sides of the electrolyte membrane / electrode structure. Water electrolysis cell) is formed. That is, the unit is configured substantially in the same manner as the above fuel cell.

そこで、複数のユニットが積層された状態で、積層方向両端に電圧が付与されるとともに、アノード側給電体に純水が供給される。このため、電解質膜・電極構造体のアノード側では、水が分解されて水素イオン（プロトン）が生成され、この水素イオンが固体高分子電解質膜を透過してカソード側に移動し、電子と結合して水素が製造される。一方、アノード側では、水素と共に生成された酸素が、余剰の水を伴ってユニットから排出される。 Therefore, in a state where a plurality of units are stacked, a voltage is applied to both ends in the stacking direction, and pure water is supplied to the anode-side power feeder. For this reason, water is decomposed and hydrogen ions (protons) are generated on the anode side of the electrolyte membrane / electrode structure, and the hydrogen ions permeate the solid polymer electrolyte membrane and move to the cathode side to bond with electrons. Thus, hydrogen is produced. On the other hand, on the anode side, oxygen produced together with hydrogen is discharged from the unit with excess water.

上記の水電解装置では、例えば、太陽電池や風力発電機等の電圧変動電源を電力源として用い、この電圧変動電源の出力を高効率で水電解システムの運転に利用する技術が提案されている。例えば、特許文献１に開示されている水電解蓄電池は、図６に示すように、太陽電池パネル１からなる太陽光発電装置を備え、この太陽電池パネル１で発生した電力は、電力線２を介して水電解層３に直接供給されている。 In the above water electrolysis apparatus, for example, a technique has been proposed in which a voltage fluctuation power source such as a solar battery or a wind power generator is used as a power source, and the output of the voltage fluctuation power source is used for operation of the water electrolysis system with high efficiency. . For example, as shown in FIG. 6, a water electrolysis storage battery disclosed in Patent Document 1 includes a solar power generation device including a solar battery panel 1, and the electric power generated by the solar battery panel 1 is transmitted via a power line 2. And is directly supplied to the water electrolysis layer 3.

燃料電池４で生成された温水は、配管５を介して水電解層３を包むウォータジャケット６に供給されるとともに、貯留タンク７に貯留されている。水電解層３の電解により発生する水素は、水素貯蔵タンク８に送られる一方、酸素は、大気中に放出されている。 Hot water generated by the fuel cell 4 is supplied to a water jacket 6 that encloses the water electrolysis layer 3 via a pipe 5 and is stored in a storage tank 7. Hydrogen generated by electrolysis of the water electrolysis layer 3 is sent to the hydrogen storage tank 8, while oxygen is released into the atmosphere.

この特許文献１では、燃料電池４から得られる温水を介して水電解層３の温度を高く保持することができ、水電解を効率よく行うことが可能となる、としている。 According to Patent Document 1, the temperature of the water electrolysis layer 3 can be kept high through the hot water obtained from the fuel cell 4, and water electrolysis can be performed efficiently.

特開２０００−５４１７３号公報（図１）JP 2000-54173 A (FIG. 1)

ところで、上記の特許文献１では、太陽電池パネル１の発電量が日射量等によって変動している。そして、太陽電池パネル１の発電量が、水電解層３を運転するための補機運転用に必要な電力量に満たない場合、前記太陽電池パネル１からの発電電力は使用されることがなく、無駄に消費されている。これにより、効率的な水電解処理が有効に遂行されないという問題がある。 By the way, in said patent document 1, the electric power generation amount of the solar cell panel 1 is fluctuate | varied with the solar radiation amount. And when the electric power generation amount of the solar cell panel 1 is less than the electric energy required for the auxiliary machine operation for operating the water electrolysis layer 3, the electric power generation from the solar cell panel 1 is not used. Is consumed in vain. Thereby, there exists a problem that an efficient water electrolysis process is not performed effectively.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、太陽電池の発電電力を有効に活用することができ、効率的な水電解処理を確実に行うことが可能な水電解システムの運転方法を提供することを目的とする。 The present invention solves this type of problem, and provides a method for operating a water electrolysis system that can effectively utilize the power generated by a solar cell and that can reliably perform efficient water electrolysis treatment. The purpose is to do.

本発明は、水電解セルが積層される水電解スタックと、少なくとも太陽電池を有して前記水電解スタックに電力を供給する電源装置とを備える水電解システムの運転方法である。 The present invention is a method of operating a water electrolysis system comprising a water electrolysis stack in which water electrolysis cells are stacked and a power supply device that has at least a solar battery and supplies power to the water electrolysis stack.

先ず、太陽電池からの供給電力量が検出され、この検出された供給電力量が、水電解用補機の運転に必要な電力量を満たすか否かが判断される。そこで、太陽電池からの供給電力量が、水電解用補機の運転に必要な電力量を満たさないと判断されると、前記太陽電池からの供給電力は、水電解スタックを加温するためのヒータに供給されている。 First, the amount of power supplied from the solar cell is detected, and it is determined whether or not the detected amount of supplied power satisfies the amount of power required for the operation of the water electrolysis auxiliary machine. Therefore, when it is determined that the amount of power supplied from the solar cell does not satisfy the amount of power required for the operation of the auxiliary equipment for water electrolysis, the power supplied from the solar cell is used to heat the water electrolysis stack. It is supplied to the heater.

また、太陽電池からの供給電力量が、水電解用補機の運転に必要な電力量を満たすと判断された際、水電解スタックの温度から電解効率が推定される。そして、推定された電解効率に基づいて、水電解スタックをヒータにより加温する、又は電解を開始する、のいずれかが選択されることが好ましい。 Further, when it is determined that the amount of power supplied from the solar cell satisfies the amount of power necessary for the operation of the water electrolysis auxiliary machine, the electrolysis efficiency is estimated from the temperature of the water electrolysis stack. Then, it is preferable to select one of heating the water electrolysis stack with a heater or starting electrolysis based on the estimated electrolysis efficiency.

さらに、検出された供給電力量が、ヒータの稼働に必要な電力量を満たさないと判断された際、太陽電池からの供給電力が、制御回路の駆動用電源として供給されることが好ましい。 Furthermore, when it is determined that the detected power supply amount does not satisfy the power amount necessary for the operation of the heater, it is preferable that the power supply from the solar cell is supplied as a drive power source for the control circuit.

本発明によれば、太陽電池からの供給電力量が、水電解用補機の運転に必要な電力量を満たさない場合、すなわち、電解開始電力量を満たさない場合、前記太陽電池からの供給電力が、水電解スタックを加温するためのヒータに供給される。このため、水電解スタックの温度が上昇し、電解が開始される際には、水素製造効率が良好に向上する。しかし、太陽電池からの供給電力が無駄に消費されることがなく、経済的である。 According to the present invention, when the amount of power supplied from the solar cell does not satisfy the amount of power required for the operation of the auxiliary equipment for water electrolysis, that is, when the amount of power to start electrolysis is not satisfied, the power supplied from the solar cell Is supplied to a heater for heating the water electrolysis stack. For this reason, when the temperature of a water electrolysis stack rises and electrolysis is started, hydrogen production efficiency improves favorably. However, the power supplied from the solar cell is not wasted and is economical.

図１は、本発明の第１の実施形態に係る運転方法が適用される水電解システム１０の概略構成説明図である。 FIG. 1 is a schematic configuration explanatory diagram of a water electrolysis system 10 to which an operation method according to a first embodiment of the present invention is applied.

水電解システム１０は、純水供給装置１２を介して水道水（市水）から取り出された純水が供給され、この純水を電気分解することによって水素を製造する水電解装置１４と、少なくとも太陽電池１６を有して前記水電解装置１４に電力を供給する電源装置１８とを備える。 The water electrolysis system 10 is supplied with pure water extracted from tap water (city water) via a pure water supply device 12, and electrolyzes the pure water to produce hydrogen by at least a water electrolysis device 14. And a power supply device 18 that has a solar cell 16 and supplies power to the water electrolysis device 14.

純水供給装置１２は、水道水から純水を取り出す純水製造部２０を備え、この純水製造部２０の下流には、製造された純水と、水電解装置１４から水素ライン２１を介して導出される水素及び水蒸気との熱交換を行う熱交換器２２が配設される。この熱交換器２２には、前記熱交換器２２により熱交換を行った水素から液化した水分を分離する水素気液分離器２４が接続される。 The pure water supply device 12 includes a pure water production unit 20 that extracts pure water from tap water. The pure water production unit 20 is provided downstream of the pure water production unit 20 through a hydrogen line 21 from the water electrolysis device 14. A heat exchanger 22 that performs heat exchange with hydrogen and water vapor derived in this manner is provided. The heat exchanger 22 is connected to a hydrogen gas-liquid separator 24 that separates the liquefied water from the hydrogen subjected to heat exchange by the heat exchanger 22.

熱交換器２２により温度が上昇した純水は、酸素気液分離器２６に送られるとともに、この酸素気液分離器２６には、水電解装置１４から酸素を含む純水が導出される純水ライン２８が接続される。酸素気液分離器２６には、水素気液分離器２４で水素から分離された水分を前記酸素気液分離器２６に戻すための純水戻しライン３０が接続される。 The pure water whose temperature has been raised by the heat exchanger 22 is sent to the oxygen gas-liquid separator 26, and pure water containing oxygen is led out from the water electrolysis device 14 to the oxygen gas-liquid separator 26. Line 28 is connected. The oxygen gas / liquid separator 26 is connected to a pure water return line 30 for returning the water separated from hydrogen by the hydrogen gas / liquid separator 24 to the oxygen gas / liquid separator 26.

酸素気液分離器２６と水電解装置１４の純水供給口（図示せず）とには、純水供給ライン３２が接続される。この純水供給ライン３２には、酸素気液分離器２６に滞留する純水を水電解装置１４に供給するためのポンプ３４と、前記水電解装置１４に供給される純水の電気伝導度を下げるためのイオン交換器３６とが配設される。 A pure water supply line 32 is connected to the oxygen gas-liquid separator 26 and a pure water supply port (not shown) of the water electrolysis device 14. The pure water supply line 32 has a pump 34 for supplying pure water staying in the oxygen gas-liquid separator 26 to the water electrolysis device 14, and electric conductivity of the pure water supplied to the water electrolysis device 14. An ion exchanger 36 for lowering is provided.

水電解装置１４は、所定数の水電解セルが積層される水電解スタック３８を備える。水電解スタック３８には、この水電解スタック３８を加温するためのヒータ４０が装着される。ヒータ４０としては、水電解スタック３８全体を外部から加温するため、例えば、絶縁されたマット状ヒータやリボン状ヒータ等が使用される。 The water electrolysis apparatus 14 includes a water electrolysis stack 38 on which a predetermined number of water electrolysis cells are stacked. A heater 40 for heating the water electrolysis stack 38 is attached to the water electrolysis stack 38. As the heater 40, for example, an insulated mat heater or ribbon heater is used in order to heat the entire water electrolysis stack 38 from the outside.

水電解スタック３８には、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２が電気的に接続されるとともに、ヒータ４０には、スイッチング機構、例えば、コンタクタ４３が電気的に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ４２及びコンタクタ４３は、制御回路４４に接続される。 A DC / DC converter 42 is electrically connected to the water electrolysis stack 38, and a switching mechanism such as a contactor 43 is electrically connected to the heater 40. The DC / DC converter 42 and the contactor 43 are connected to the control circuit 44.

電源装置１８は、水電解装置１４に電力を供給するための１つの手段として太陽電池１６を備えるとともに、別の手段として商用電源４６を備える。商用電源４６は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４８を介して電源切替器５０に接続される一方、太陽電池１６は、前記電源切替器５０に接続される。電源切替器５０は、水電解装置１４に電力を供給する電力源として、太陽電池１６と商用電源４６とを切り替え操作する。太陽電池１６からの発電電力量を推定するために日射量計５２が設けられ、この日射量計５２は、制御回路４４に接続される。なお、実際の発熱量は、太陽電池１６からの電力供給ラインに取り付けられた電圧及び電流センサ（図示せず）で測定し、制御回路４４に接続される。 The power supply device 18 includes the solar battery 16 as one means for supplying power to the water electrolysis apparatus 14 and a commercial power supply 46 as another means. The commercial power supply 46 is connected to the power switch 50 via the AC / DC converter 48, while the solar cell 16 is connected to the power switch 50. The power switch 50 switches the solar cell 16 and the commercial power source 46 as a power source for supplying power to the water electrolysis device 14. A solar radiation meter 52 is provided for estimating the amount of power generated from the solar cell 16, and this solar radiation meter 52 is connected to the control circuit 44. The actual calorific value is measured by a voltage and current sensor (not shown) attached to the power supply line from the solar cell 16 and connected to the control circuit 44.

電源装置１８には、水電解システム１０の補機５４に電力を供給するための補機電源部５６が設けられる。補機電源部５６は、電源切替器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）５０に接続されるとともに、制御回路４４に接続される。なお、補機５４には、具体的には、純水製造部２０、ポンプ３４、制御回路４４、コンタクタ４３及び図示しない全てのセンサやアクチュエータが含まれる。 The power supply device 18 is provided with an auxiliary machine power supply unit 56 for supplying electric power to the auxiliary machine 54 of the water electrolysis system 10. The auxiliary machine power supply unit 56 is connected to the power switch (DC / DC converter) 50 and also to the control circuit 44. Note that the auxiliary machine 54 specifically includes the pure water production unit 20, the pump 34, the control circuit 44, the contactor 43, and all sensors and actuators (not shown).

水電解スタック３８には、内部温度を検出するための温度センサ６０が取り付けられており、この温度センサ６０の検出信号が制御回路４４によって監視されるとともに、この制御回路４４は、水電解システム１０の運転動作を決定して制御を行う機能を有する。 A temperature sensor 60 for detecting the internal temperature is attached to the water electrolysis stack 38, and a detection signal of the temperature sensor 60 is monitored by the control circuit 44, and the control circuit 44 is connected to the water electrolysis system 10. Has a function of determining and controlling the driving operation.

このように構成される水電解システム１０の動作について、第１の実施形態に係る運転方法との関連で、図２に示すフローチャートに沿って以下に説明する。 The operation of the water electrolysis system 10 configured as described above will be described below along the flowchart shown in FIG. 2 in relation to the operation method according to the first embodiment.

水電解システム１０の運転が開始されると、制御回路４４は、先ず、日射量計５２から得られる日射量に基づいて、太陽電池１６の発電電力を推定する（ステップＳ１）。そして、ステップＳ２に進んで、この推定された発電電力が、ヒータ稼働電力Ｗ１（図３参照）以上の電力であるか否かが判断される。 When the operation of the water electrolysis system 10 is started, the control circuit 44 first estimates the generated power of the solar cell 16 based on the amount of solar radiation obtained from the solar radiation meter 52 (step S1). And it progresses to step S2 and it is judged whether this estimated generated electric power is electric power more than heater operating electric power W1 (refer FIG. 3).

その際、推定発電電力が、ヒータ稼働電力Ｗ１に満たないと判断されると、すなわち、図３中、領域Ａ内であると判断されると、ステップＳ１に戻るとともに、太陽電池１６の発電電力が制御回路４４の駆動用電源として供給される。一方、推定発電電力が、ヒータ稼働電力Ｗ１以上であると判断されると（ステップＳ２中、ＹＥＳ）、ステップＳ３に進んで、前記推定発電電力が補機運転電力（水電解可能電力）Ｗ２以上の電力であるか否かが判断される。 At that time, when it is determined that the estimated generated power is less than the heater operating power W1, that is, when it is determined that the estimated generated power is within the region A in FIG. Is supplied as a driving power source for the control circuit 44. On the other hand, if it is determined that the estimated generated power is greater than or equal to the heater operating power W1 (YES in step S2), the process proceeds to step S3, where the estimated generated power is greater than or equal to the auxiliary machine operating power (water electrolysis possible power) W2. It is determined whether or not the power is

ここで、推定発電電力が補機運転電力Ｗ２に満たないと判断されると（ステップＳ３中、ＮＯ）、すなわち、図３中、領域Ｂ内であると判断されると、ステップＳ４に進んで、コンタクタ４３が閉じられてヒータ４０がオンされる。従って、太陽電池１６の発電電力は、ヒータ４０に供給されてこのヒータ４０が駆動（加熱）され、水電解スタック３８の加温が行われる。このため、水電解スタック３８の温度が上昇し、前記水電解スタック３８の水電解効率が上昇する。 Here, if it is determined that the estimated generated power is less than the auxiliary machine operating power W2 (NO in step S3), that is, if it is determined that it is within the region B in FIG. 3, the process proceeds to step S4. The contactor 43 is closed and the heater 40 is turned on. Therefore, the generated power of the solar cell 16 is supplied to the heater 40, and the heater 40 is driven (heated), and the water electrolysis stack 38 is heated. For this reason, the temperature of the water electrolysis stack 38 rises, and the water electrolysis efficiency of the water electrolysis stack 38 rises.

次いで、太陽電池１６の発電電力が、補機運転電力Ｗ２以上であると判断されると（ステップＳ３中、ＹＥＳ）、ステップＳ５に進んで、電解条件の算出が行われる。具体的には、温度センサ６０により水電解スタック３８の温度が検出され、この検出温度から前記水電解スタック３８の水電解効率が算出される。また、その他の電解条件として、例えば、推測される水素発生量や特損等が算出され、これらの条件に基づいて、電解開始可能であるか否かが判断される（ステップＳ６）。 Next, when it is determined that the generated power of the solar cell 16 is equal to or greater than the auxiliary machine operating power W2 (YES in step S3), the process proceeds to step S5, and the electrolysis conditions are calculated. Specifically, the temperature of the water electrolysis stack 38 is detected by the temperature sensor 60, and the water electrolysis efficiency of the water electrolysis stack 38 is calculated from the detected temperature. Further, as other electrolysis conditions, for example, an estimated hydrogen generation amount, special loss, and the like are calculated, and based on these conditions, it is determined whether or not electrolysis can be started (step S6).

水電解スタック３８が所定の水電解効率Ｔ（図３参照）に至り、その他の条件も満たすことが判断されると、電解開始可能であるとして（ステップＳ６中、ＹＥＳ）、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、ヒータ４０がオフであるか否かが判断され、このヒータ４０がオンされていれば（ステップＳ７中、ＮＯ）、ステップＳ８に進んでコンタクタ４３が開放され、前記ヒータ４０がオフされる。 If the water electrolysis stack 38 reaches a predetermined water electrolysis efficiency T (see FIG. 3) and it is determined that other conditions are also satisfied, it is determined that electrolysis can be started (YES in step S6), and the process proceeds to step S7. In step S7, it is determined whether or not the heater 40 is turned off. If the heater 40 is turned on (NO in step S7), the process proceeds to step S8 where the contactor 43 is opened and the heater 40 is turned off. Is done.

ヒータ４０がＯＦＦされた後、又はステップＳ７でヒータ４０がオフであると判断されると（ステップＳ７中、ＹＥＳ）、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２が駆動制御され、水電解スタック３８による水電解処理が開始される（ステップＳ９）。 After the heater 40 is turned off or when it is determined in step S7 that the heater 40 is turned off (YES in step S7), the DC / DC converter 42 is driven and controlled, and the water electrolysis process by the water electrolysis stack 38 is performed. Start (step S9).

一方、ステップＳ６において、太陽電池１６の発電電力が補機運転電力Ｗ２以上であるが、電解開始可能条件を満たしていないと判断されると、すなわち、図３中、領域Ｃ以内であると判断されると、ステップＳ４に戻ってヒータ４０がオンされる。このため、水電解スタック３８は、所望の水電解効率Ｔに至るまで温度上昇が行われた後、ヒータ４０がオフされて水電解スタック３８による水電解処理が開始される。 On the other hand, if it is determined in step S6 that the generated power of the solar cell 16 is equal to or greater than the auxiliary machine operating power W2, but does not satisfy the electrolysis start possible condition, that is, it is determined to be within the region C in FIG. If it does, it will return to step S4 and the heater 40 will be turned ON. For this reason, after the temperature of the water electrolysis stack 38 is increased to the desired water electrolysis efficiency T, the heater 40 is turned off and the water electrolysis process by the water electrolysis stack 38 is started.

この場合、第１の実施形態では、太陽電池１６の発電電力が補機運転電力Ｗ２に満たないと判断されると、この発電電力は、ヒータ４０の駆動用電源として供給されて、このヒータ４０が装着されている水電解スタック３８の温度が上昇する。これにより、水電解スタック３８の水電解効率は、温度上昇に伴って向上し、水素製造効率が良好に向上するという利点が得られる。しかも、太陽電池１６からの供給電力が無駄に消費されることがなく、経済的であるという効果がある。 In this case, in the first embodiment, when it is determined that the generated power of the solar cell 16 is less than the auxiliary machine operating power W2, this generated power is supplied as a driving power source for the heater 40. The temperature of the water electrolysis stack 38 to which is attached increases. Thereby, the water electrolysis efficiency of the water electrolysis stack 38 is improved as the temperature rises, and there is an advantage that the hydrogen production efficiency is improved satisfactorily. In addition, the power supplied from the solar cell 16 is not wasted and there is an effect that it is economical.

さらにまた、第１の実施形態では、水電解スタック３８に設けられた温度センサ６０により、この水電解スタック３８の温度が、常時、検出されている。従って、水電解スタック３８の温度が必要以上に上昇することを防止することができ、前記水電解スタック３８の異常加熱を阻止することが可能になる。 Furthermore, in the first embodiment, the temperature of the water electrolysis stack 38 is always detected by the temperature sensor 60 provided in the water electrolysis stack 38. Therefore, the temperature of the water electrolysis stack 38 can be prevented from rising more than necessary, and abnormal heating of the water electrolysis stack 38 can be prevented.

また、第１の実施形態では、太陽電池１６の発電電力が補機運転電力Ｗ２以上である際にも、水電解スタック３８の温度からヒータ４０による加熱を行う方が効率がよいと判断されると、水電解を開始することがなく、前記ヒータ４０による前記水電解スタック３８の加温処理が行われている。これにより、水電解スタック３８による電解処理が開始される際には、水素製造効率が有効に向上し、水素製造量を良好に増やすことができるという効果がある。 Further, in the first embodiment, it is determined that it is more efficient to perform heating by the heater 40 from the temperature of the water electrolysis stack 38 even when the generated power of the solar cell 16 is equal to or higher than the auxiliary machine operating power W2. Then, the water electrolysis stack 38 is heated by the heater 40 without starting water electrolysis. Thereby, when the electrolysis process by the water electrolysis stack 38 is started, there is an effect that the hydrogen production efficiency is effectively improved and the amount of hydrogen production can be increased favorably.

なお、第１の実施形態では、水電解スタック３８全体を外部から温めるヒータ４０を用いているが、これに限定されるものではない。例えば、純水ライン２８及び純水供給ライン３２を含む電解水循環ラインの配管に、ヒータ（図示せず）を巻き付けて構成したり、電解水が貯留される酸素気液分離器２６内にヒータ（図示せず）を浸漬したりしてもよい。 In the first embodiment, the heater 40 that heats the entire water electrolysis stack 38 from the outside is used. However, the present invention is not limited to this. For example, a heater (not shown) is wound around piping of an electrolytic water circulation line including the pure water line 28 and the pure water supply line 32, or a heater (in the oxygen gas-liquid separator 26 in which the electrolytic water is stored) (Not shown) may be immersed.

図４は、本発明の第２の実施形態に係る運転方法を実施するための水電解システム７０の要部説明図である。なお、第１の実施形態に係る水電解システム１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。また、以下に説明する第３の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。 FIG. 4 is an explanatory view of a main part of a water electrolysis system 70 for carrying out an operation method according to the second embodiment of the present invention. In addition, the same referential mark is attached | subjected to the component same as the water electrolysis system 10 which concerns on 1st Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted. Similarly, in the third embodiment described below, detailed description thereof is omitted.

水電解システム７０を構成する水電解装置７２は、水電解スタック３８にヒータ４０が装着されるとともに、このヒータ４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７４に電気的に接続される。 In the water electrolysis apparatus 72 constituting the water electrolysis system 70, the heater 40 is attached to the water electrolysis stack 38, and the heater 40 is electrically connected to the DC / DC converter 74.

このため、第２の実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ７４は、太陽電池１６の発電電力に合わせてヒータ４０への供給電力を調整することができ、水電解スタック３８の昇温処理が一層良好に遂行されるという効果がある。しかも、ＤＣ／ＤＣコンバータ７４を介して太陽電池１６の最大出力を取り出すＰＰＴ（ＰｅａｋＰｏｗｅｒＴｒａｃｋｉｎｇ）制御が行われる。ＰＰＴ制御が行われると、太陽電池１６の正確な発電量が分かるため、以降の運転切り替え判断は、日射量計５２の推定電力ではなく、電圧及び電流センサ（図示せず）による電力量を使用して高精度の制御が可能になる。 For this reason, in the second embodiment, the DC / DC converter 74 can adjust the power supplied to the heater 40 in accordance with the power generated by the solar cell 16, and the temperature raising process of the water electrolysis stack 38 is even better. It has the effect of being carried out. In addition, PPT (Peak Power Tracking) control for extracting the maximum output of the solar cell 16 through the DC / DC converter 74 is performed. When the PPT control is performed, the accurate power generation amount of the solar cell 16 is known, so that subsequent operation switching determination uses not the estimated power of the solar radiation meter 52 but the power amount by the voltage and current sensor (not shown). Thus, highly accurate control becomes possible.

図５は、本発明の第３の実施形態に係る運転方法を実施するための水電解システム８０の要部構成説明図である。 FIG. 5 is an explanatory view of the main configuration of a water electrolysis system 80 for carrying out an operation method according to the third embodiment of the present invention.

水電解システム８０を構成する水電解装置８２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８４を備えており、このＤＣ／ＤＣコンバータ８４は、コンタクタ８６を介して水電解スタック３８とヒータ４０とに接続先が切り替え可能である。 The water electrolysis apparatus 82 constituting the water electrolysis system 80 includes a DC / DC converter 84, and the connection destination of the DC / DC converter 84 can be switched to the water electrolysis stack 38 and the heater 40 via the contactor 86. It is.

従って、第３の実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ８４がヒータ４０への電力供給と、水電解スタック３８への電力供給とを制御する機能を兼用することができる。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ８４は、太陽電池１６の発電量に応じた電力調整と、ＰＰＴ制御とを行うことが可能である。 Therefore, in the third embodiment, the DC / DC converter 84 can share the function of controlling the power supply to the heater 40 and the power supply to the water electrolysis stack 38. The DC / DC converter 84 can perform power adjustment according to the amount of power generated by the solar cell 16 and PPT control.

本発明の第１の実施形態に係る水電解システムの概略構成説明図である。It is a schematic structure explanatory view of a water electrolysis system concerning a 1st embodiment of the present invention. 前記水電解システムの運転方法を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the operating method of the said water electrolysis system. 太陽電池の発電電圧による制御の説明図である。It is explanatory drawing of the control by the power generation voltage of a solar cell. 本発明の第２の実施形態に係る水電解システムの要部説明図である。It is principal part explanatory drawing of the water electrolysis system which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態に係る水電解システムの要部説明図である。It is principal part explanatory drawing of the water electrolysis system which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 特許文献１の水電解蓄電池の説明図である。It is explanatory drawing of the water electrolysis storage battery of patent document 1. FIG.

Explanation of symbols

１０、７０、８０…水電解システム１２…純水供給装置
１４、７２、８２…水電解装置１６…太陽電池
１８…電源装置２０…純水製造部
２２…熱交換器２４…水素気液分離器
２６…酸素気液分離器３４…ポンプ
３６…イオン交換器３８…水電解スタック
４０…ヒータ
４２、７４、８４…ＤＣ／ＤＣコンバータ
４３、８６…コンタクタ４４…制御回路
４６…商用電源５０…電源切替器
５２…日射量計５４…補機 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 70, 80 ... Water electrolysis system 12 ... Pure water supply apparatus 14, 72, 82 ... Water electrolysis apparatus 16 ... Solar cell 18 ... Power supply device 20 ... Pure water production part 22 ... Heat exchanger 24 ... Hydrogen gas-liquid separator 26 ... Oxygen gas-liquid separator 34 ... Pump 36 ... Ion exchanger 38 ... Water electrolysis stack 40 ... Heaters 42, 74, 84 ... DC / DC converters 43, 86 ... Contactor 44 ... Control circuit 46 ... Commercial power supply 50 ... Power supply switching Instrument 52 ... Solar radiation meter 54 ... Auxiliary equipment

Claims

A method for operating a water electrolysis system comprising: a water electrolysis stack in which water electrolysis cells are stacked; and a power supply device having at least a solar cell and supplying power to the water electrolysis stack,
Detecting the amount of power supplied from the solar cell;
Determining whether the detected amount of supplied power satisfies the amount of power required for operation of a water electrolysis auxiliary machine including at least a pure water production unit, a pump, and a control circuit ;
When it is determined that the amount of power supplied does not satisfy the amount of power required for the operation of the water electrolysis auxiliary machine, the power supplied from the solar cell is supplied to a heater for heating the water electrolysis stack. Process,
Estimating the electrolysis efficiency from the temperature of the water electrolysis stack when the detected power supply amount is determined to satisfy the amount of power necessary for the operation of the water electrolysis auxiliary machine;
And determining whether electrolysis can be started based on the electrolysis efficiency,
If it is determined that electrolysis cannot be started, the water electrolysis stack is heated by the heater,
If it is determined that electrolysis can be started, electrolysis is started.
An operation method of a water electrolysis system characterized by the above.

In operating method of claim 1 Symbol placement, the steps of the detected amount of power supply is, determines whether they meet the amount of power required for operation of the heater,
When it is determined not to satisfy the amount of power required to operate the heater, a step of supplying the electric power supplied from the solar cell, as a driving power source of the control circuit,
A method for operating a water electrolysis system, comprising: