[发明专利]水电解系统及其运转方法

说明书

技术领域

本发明涉及具备对水进行电解使之产生氧和比所述氧更高压的高压氢的水电解装置、和配设在从所述水电解装置排出所述高压氢的氢配管并对所述高压氢中含有的水分进行分离的气液分离装置的水电解系统及其运转方法。

背景技术

一般而言，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。水电解装置为了对水进行分解来产生氢(以及氧)，而采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置电极催化剂层从而能够得到电解质膜-电极结构体，并且在所述电解质膜-电极结构体的两侧配设供电体而形成了单位电池(unit cell)。

对层叠了多个单位电池的电池单元(cell unit)在层叠方向两端施加电压，并且对阳极侧的供电体供给水。因此，在电解质膜-电极结构体的阳极侧，水被分解而产生氢离子(质子)，该氢离子透过固体高分子电解质膜而向阴极侧移动，并与电子结合而制造出氢。另一方面，在阳极侧，与氢一起生成的氧，随着剩余的水而从电池单元中被排出。

在上述的水电解装置中制造了含有水分的氢，为了得到干燥状态，例如为了得到水分量为5ppm以下的氢(以下也称作干燥氢)，需要从所述氢中将水分去除。

此时，在阴极侧能够得到比氧更高压(例如1MPa以上)的氢的差压式高压氢制造装置中，用于从高压氢中去除水分的气液分离装置大型化。

因此，例如，已知在日本特开2006-347779号中公开的气液分离装置。如图24所示，该气液分离装置具备：连接了氢导管1的耐压容器2；对所述耐压容器2内的水位进行检测的水位传感器3；作为与所述耐压容器2的顶部相连接的氢取出机构4的氢取出导管4a；以及作为与所述耐压容器2的底部相连接的排水机构5的排水导管(排水管路)5a。

氢取出导管4a具备第1背压阀6，并且在所述第1背压阀6的下游侧具备电磁阀7。排水导管5a具备第2背压阀8。

第1背压阀6被设定成例如以35MPa进行开阀，第2背压阀8被设定成以比所述第1背压阀6更高的压力、例如36MPa进行开阀。电磁阀7接收水位传感器3的检测信号而工作，当所述水位传感器3所检测出的水位处于规定的低水位时开阀，当处于规定的高水位时闭阀。

然后，当电磁阀7被闭阀时，由于高压氢气从氢取出导管4a的取出被强制性地停止，因此耐压容器2内的压力超过作为第1背压阀6的设定压力的35MPa而变高。其结果是，第2背压阀8，每当耐压容器2内的压力达到作为其设定压力的36MPa时开阀，液体的水经由所述第2背压阀8而从排水导管5a断续地被排出。

然而，在上述的水电解系统中，在第2背压阀8开阀，液体的水通过所述第2背压阀8而从排水导管5a被排出时，所述水的压力一次性被减压。因此，对第2背压阀8施加的负荷容易变大。此时，在背压阀8等高压设备中，差压越大，则溶存氢的气泡发生量越多，因此耐久时间显著降低。由此，若背压阀8中产生大的差压，则会对所述背压阀8的密封部造成损伤，该背压阀8的耐久性降低。

并且，若在高压氢状态下进行排水，则在该排水过程中溶存很多氢。因而，在高压水的排水时，会排出大量的氢，是不经济的。

发明内容

本发明是为了解决这种问题而作，其目的在于提供一种能够有效地使排水中的溶存氢减少，阻止向排水管路排出高压水，能够使配置于所述排水管路的设备的耐久性提高的水电解系统及其运转方法。

本发明涉及一种水电解系统，其具备：水电解装置，其对水进行电解来产生氧和比所述氧更高压的高压氢；气液分离装置，其被配设于从所述水电解装置排出所述高压氢的氢配管，并对所述高压氢中所含的水分进行分离；高压氢导出配管，其从所述气液分离装置中导出分离出水后的所述高压氢；以及排水管路，其从所述气液分离装置中将水排出。

在该水电解系统中，在气液分离装置设置气相减压管路，该气相减压管路用于在从所述气液分离装置向排水管路进行排水之前，进行所述气液分离装置内的除气。

另外，本发明涉及一种水电解系统的运转方法，其中该水电解系统具备：水电解装置，其对水进行电解来产生氧和比所述氧更高压的高压氢；气液分离装置，其被配设于从所述水电解装置中排出所述高压氢的氢配管，并对所述高压氢中所含的水分进行分离；高压氢导出配管，其从所述气液分离装置中导出分离出水后的所述高压氢；排水管路，其从所述气液分离装置中将水排出；以及气相减压管路，其用于在从所述气液分离装置向所述排水管路进行排水之前，进行所述气液分离装置内的除气。