JP7694604B2 - 水電解装置 - Google Patents
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Description
<1> 電源と、
正極、負極、前記電源及び前記正極に接続する正極端子、前記電源及び前記負極に接続する負極端子、並びに水を含む電解液を有するセルと、
前記セルにかかる電圧を検知する電圧センサ、及び前記電解液の温度を検知する温度センサの少なくとも一方と、
前記電解液の水位を検知する水位センサと、
前記電解液に水を注入する水注入部と、
前記水注入部からの前記水の注入量を制御する制御部と、
を有し、
水電解反応を生じさせてH2ガスを取り出す水電解装置であって、
下記(a)及び(b)の少なくとも一方を満たす際に、前記水位センサで検知した前記電解液の水位が、前記正極と前記正極端子との境界線及び前記負極と前記負極端子との境界線より低い場合には、前記水注入部からの前記水の注入量を増量し、前記電解液の水位が前記境界線より高い場合には、前記水注入部からの前記水の注入量を減量するよう、前記制御部により制御する、水電解装置。
(a)前記電圧センサで検知した前記電圧が1.7V超となった際
(b)前記温度センサで検知した前記電解液の温度が50℃超となった際
<2> 前記セルがニッケル水素蓄電池である、<1>に記載の水電解装置。
<3> 前記ニッケル水素蓄電池が、使用済みの蓄電池である、<2>に記載の水電解装置。
<4> 前記電解液の水位が、前記境界線と一致する場合を100%とした場合に、80%以上の水位となるよう、前記制御部により前記水の注入量が制御される、<1>~<3>のいずれか1項に記載の水電解装置。
<5> 前記水注入部から前記電解液に前記水が注入される際に、前記正極端子及び前記負極端子に前記水が接触しないように注入が行われる、<1>~<4>のいずれか1項に記載の水電解装置。
本開示の実施形態に係る水電解装置は、水電解反応を生じさせてH2ガスを取り出す装置である。なお、さらにO2ガスを取り出すこともできる。
そして、水電解装置は、下記(a)及び(b)の少なくとも一方を満たす際に、水位センサで検知した電解液の水位が、正極と正極端子との境界線及び負極と負極端子との境界線より低い場合には、水注入部からの水の注入量を増量し、電解液の水位が境界線より高い場合には、水注入部からの水の注入量を減量するよう、制御部により制御する。
(a)電圧センサで検知した電圧が1.7V超となった際
(b)温度センサで検知した電解液の温度が50℃超となった際
図1は、本開示の実施形態における水電解装置を例示する概略斜視図である。図1に示す水電解装置100は、電源1、及びセル2を有する。セル2では、正極20、負極22、電源1及び正極20に接続する正極端子200、電源1及び負極22に接続する負極端子220、並びに水(H2O)32を含む電解液24が、筐体26に収容されている。なお、図1に示すセル2は、正極20、負極22、正極端子200、負極端子220及び電解液24を収容する筐体26を6つ並べた6連のセルである。正極端子200は正極20に対して重力方向の上方に配置され、また負極端子220は負極22に対して重力方向の上方に配置される。図1に示すセル2では、正極20及び負極22が電解液24に浸漬され、一方正極端子200及び負極端子220は電解液24に浸漬されておらず、つまり電解液24の水位が、正極20と正極端子200及び負極22と負極端子220の境界線Xと等しい高さに調整されている。
(正極)OH-→1/2H2O+1/4O2+e-
(負極)H2O+e-→1/2H2+OH-
このニッケル水素蓄電池は、使用済みのニッケル水素蓄電池であってよい。なお、使用済みとは、充電容量が製造直後の電池より低下していることをさす。
(a)電圧センサで検知した電圧が1.7V超となった際
(b)温度センサで検知した電解液の温度が50℃超となった際
以上の点より、セルの電圧の上昇および電解液の温度の上昇の少なくとも一方を検知することで、電解液の水位の変化の指標とすることができることを見出した。
また、前記(b)を満たす場合、発熱が生じてセルが高温となることをより抑制し且つより高いH2ガスの発生効率を達成する観点から、温度センサで検知した電解液の温度が30℃超となった際に制御部による水の注入量を上記の方法によって制御することが好ましい。
図1に示す水電解装置100と同じ構成であり、セル及び電解液として以下のものを用いた水電解装置を準備した。
セル:使用済みのニッケル水素畜電池であり、正極、負極、正極端子、及び負極端子を1つずつ収容し、さらに電解液を収容する筐体を6つ並べた6連のセル
電解液:水酸化カリウム(KOHaq、pH15)であって、水(H2O)を質量比で64%含む電解液
なお、筐体が6つ並べられた6連のセルにおける各正極端子及び各負極端子を、直列で電源(電子負荷の機能が内蔵されたもの)に接続した。
水電解装置によって水電解反応を生じさせる際、電圧センサでセルの電圧を検知し且つ検知された電圧を電圧モニタリング装置でモニタリングし、セルの電圧が1.7V超となった際に、制御装置による水の注入量を制御した。具体的には、セルの電圧が1.7V超となった際に、水位センサで検知した電解液の水位が、正極と正極端子及び負極と負極端子の境界線より低い場合には、制御装置によって水注入管からの水の注入量を増量するよう制御し、一方水位センサで検知した電解液の水位が境界線より高い場合には、制御装置によって水注入管からの水の注入量を減量するよう制御した。
水電解装置によって水電解反応を生じさせる際、電圧センサでセルの電圧を検知し、セルの電圧が1.6V超となった際に、制御装置による水の注入量を制御したこと以外は、実施例1-1と同様にして水電解反応を生じさせた。結果を表1に示す。
水電解装置によって水電解反応を生じさせる際、電圧センサでセルの電圧を検知し、セルの電圧が1.5V超となった際に、制御装置による水の注入量を制御したこと以外は、実施例1-1と同様にして水電解反応を生じさせた。結果を表1に示す。
水電解装置によって水電解反応を生じさせる際、温度センサで電解液の温度を検知し且つ検知された温度を温度モニタリング装置でモニタリングし、電解液の温度が50℃超となった際に、制御装置による水の注入量を制御した。具体的には、電解液の温度が50℃超となった際に、水位センサで検知した電解液の水位が、正極と正極端子及び負極と負極端子の境界線より低い場合には、制御装置によって水注入管からの水の注入量を増量するよう制御し、一方水位センサで検知した電解液の水位が境界線より高い場合には、制御装置によって水注入管からの水の注入量を減量するよう制御した。
水電解装置によって水電解反応を生じさせる際、温度センサで電解液の温度を検知し、電解液の温度が30℃超となった際に、制御装置による水の注入量を制御したこと以外は、実施例2-1と同様にして水電解反応を生じさせた。結果を表1に示す。
水電解装置によって水電解反応を生じさせる際、電圧センサでセルの電圧を検知し、セルの電圧が2.0V超となった際に、制御装置による水の注入量を制御したこと以外は、実施例1-1と同様にして水電解反応を生じさせた。結果を表1に示す。
水電解装置によって水電解反応を生じさせる際、温度センサで電解液の温度を検知し、電解液の温度が70℃超となった際に、制御装置による水の注入量を制御したこと以外は、実施例2-1と同様にして水電解反応を生じさせた。結果を表1に示す。
また、セルの電圧の検知及び電解液の温度の検知のいずれも実施せずに、単純に電解液の水位が前記境界線より低い状態に保ち続けた場合、例えば電解液の水位が境界線と一致する場合を100%とした場合に50%の水位のまま保持され続けるように、水注入管からの水の注入量を設定した場合には、セルの温度が急上昇して電解液が沸騰し、最終的には液枯れに至るものと推測される。
Claims (5)
- 電源と、
正極、負極、前記電源及び前記正極に接続する正極端子、前記電源及び前記負極に接続する負極端子、並びに水を含む電解液を有するセルと、
前記セルにかかる電圧を検知する電圧センサ、及び前記電解液の温度を検知する温度センサの少なくとも一方と、
前記電解液の水位を検知する水位センサと、
前記電解液に水を注入する水注入部と、
前記水注入部からの前記水の注入量を制御する制御部と、
を有し、
水電解反応を生じさせてH2ガスを取り出す水電解装置であって、
下記(a)及び(b)の少なくとも一方を満たす際に、前記水位センサで検知した前記電解液の水位が、前記正極と前記正極端子との境界線及び前記負極と前記負極端子との境界線より低い場合には、前記水注入部からの前記水の注入量を増量し、前記電解液の水位が前記境界線より高い場合には、前記水注入部からの前記水の注入量を減量するよう、前記制御部により制御する、水電解装置。
(a)前記電圧センサで検知した前記電圧が1.7V超となった際
(b)前記温度センサで検知した前記電解液の温度が50℃超となった際 - 前記セルがニッケル水素蓄電池である、請求項1に記載の水電解装置。
- 前記ニッケル水素蓄電池が、使用済みの蓄電池である、請求項2に記載の水電解装置。
- 前記電解液の水位が、前記境界線と一致する場合を100%とした場合に、80%以上の水位となるよう、前記制御部により前記水の注入量が制御される、請求項1に記載の水電解装置。
- 前記水注入部から前記電解液に前記水が注入される際に、前記正極端子及び前記負極端子に前記水が接触しないように注入が行われる、請求項1に記載の水電解装置。
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