电解系统的制作方法

1.本发明涉及一种电解系统(electrolysis system)。


背景技术：

2.近年来，积极推进面向实现低碳社会或者零碳社会的解决措施，正在研究开发有助于能源的高效化的电解系统。
3.在日本发明专利公开公报特开2022-022978号中公开了甲醇和甲烷的联合生产方法。该方法包括电解工序和甲醇合成工序。在电解工序中，通过固体氧化物型电解单元来还原水蒸气与二氧化碳的混合气体，生产包含氢、一氧化碳、二氧化碳和水蒸气的合成气体。在甲醇合成工序中，通过甲醇合成催化剂由合成气体来合成甲醇。


技术实现要素：

4.但是，在日本发明专利公开公报特开2022-022978号中，存在固体氧化物型电解单元中的原料气体的利用率越高则越在燃料极(阴极电极)析出碳的倾向。如果碳析出，则混合气体的电解效率下降。
5.本发明的目的在于解决上述的技术问题。
6.本发明的方式是一种电解系统，该电解系统其具有电解装置和碳氢化合物生成装置(hydrocarbon-generator)，其中，所述电解装置包含电解质膜和夹持所述电解质膜的阴极电极和阳极电极即一对电极，该电解装置用于电解包含二氧化碳气体和水蒸气的混合气体；所述碳氢化合物生成装置基于通过所述电解生成的含氢气体来生成碳氢化合物(hydrocarbon:烃)，所述电解系统具有阀装置(valve gear)、电流计和控制装置，其中，所述阀装置切换是向所述阴极电极供给所述混合气体还是向所述阳极电极供给氧气；所述电流计测量所述一对电极间的电流；在向所述电解装置供给所述混合气体的状态下，当所述电流低于规定的第1阈值时，所述控制装置控制所述阀装置，将对所述电解装置进行的供给从所述混合气体切换为所述氧气，从而使在所述阴极电极析出的碳与所述氧气发生化学反应。
7.根据上述方式，能够减少在阴极电极析出的碳。其结果，能够抑制混合气体的电解效率下降。进而有助于改善能量效率。
8.上述的目的、特征和优点根据参照附图说明的以下的实施方式的说明应易于理解。
附图说明
9.图1是表示第1实施方式的电解系统的结构的概略图。
10.图2是表示执行电解模式的情况下的流体的流向的图。
11.图3是表示执行消耗模式的情况下的流体的流向的图。
12.图4是表示电解控制处理的步骤的流程图。
13.图5是表示消耗控制处理的步骤的流程图。
14.图6是表示第2实施方式的电解系统的结构的概略图。
15.图7是表示电解装置执行电解模式，且第2电解装置执行消耗模式的情况下的流体的流向的图。
16.图8是表示电解装置执行消耗模式，且第2电解装置执行电解模式的情况下的流体的流向的图。
具体实施方式
17.〔第1实施方式〕图1是表示第1实施方式的电解系统10的结构的概略图。电解系统10具有水源12、二氧化碳源14、加热器16、电解装置18和碳氢化合物生成装置20。
18.水源12输出向电解装置18供给的水蒸气源即水。水源12可以是供水装置，也可以是水储罐。另外，水源12也可以是从工厂设备(plant equipment)的废液来提取规定纯度的水的水提取装置。
19.二氧化碳源14输出向电解装置18供给的二氧化碳气体。二氧化碳源14也可以是从大气分离二氧化碳气体的二氧化碳气体分离装置。另外，二氧化碳源14也可以是从工厂设备的废气来提取规定纯度的二氧化碳气体的二氧化碳气体提取装置。另外，二氧化碳气体提取装置可以设置于与上述的水提取装置相同的工厂设备，也可以设置于与该水提取装置不同的工厂设备。
20.加热器16对分别在水流路30、二氧化碳气体流路32和混合气体流路34中流动的流体进行加热。水流路30、二氧化碳气体流路32和混合气体流路34各自的一部分被配置在加热器16的内部。
21.水流路30连接水源12和混合气体流路34。从水源12流入水流路30的水被加热器16加热，通过该加热而气化的水蒸气流入混合气体流路34。
22.二氧化碳气体流路32连接二氧化碳源14和混合气体流路34。从二氧化碳源14流入二氧化碳气体流路32的二氧化碳气体被加热器16加热，且流入混合气体流路34。
23.混合气体流路34连接各流路如水流路30及二氧化碳气体流路32和电解装置18的阴极入口部41。流入混合气体流路34的包含二氧化碳气体和水蒸气的混合气体被加热器16加热，且从阴极入口部41流入电解装置18。
24.电解装置18是电解二氧化碳气体和水蒸气的装置。电解装置18具有阴极入口部41、阴极出口部42、阳极入口部43、阳极出口部44和多个单体电池45。
25.各单体电池45具有通过阴极电极47和阳极电极48夹持电解质膜46的膜电极结构体(mea)。电解质膜46是固体氧化物电解质膜。阴极电极47有时被称为燃料极。阳极电极48有时被称为氧极。电源49与阴极电极47和阳极电极48连接。
26.电解装置18对各单体电池45的阴极电极47和阳极电极48施加由电源49供给的电压。另外，电解装置18向各单体电池45的阴极电极47供给由阴极入口部41流入的混合气体。
27.当在对阴极电极47和阳极电极48施加电压的状态下向阴极电极47供给混合气体时，各单体电池45开始电解混合气体所含有的二氧化碳气体和水蒸气。当开始电解二氧化碳气体和水蒸气时，在阴极电极47生成一氧化碳气体和氢气，在阳极电极48生成氧气。
28.电解装置18汇集在各单体电池45生成的氧气，且将该氧气由阳极出口部44输出给氧气流路36。另外，电解装置18汇集在各单体电池45生成的一氧化碳气体和氢气，且将包含该一氧化碳气体和氢气的含氢气体由阴极出口部42输出给含氢气体流路38。含氢气体除了在各单体电池45生成的一氧化碳气体和氢气以外，还包含未被电解的水蒸气和二氧化碳。流入含氢气体流路38的含氢气体经由换热器、除湿器等，流入碳氢化合物生成装置20。
29.碳氢化合物生成装置20通过催化反应，由通过电解装置18生成的含氢气体所含有的一氧化碳气体和氢气生成碳氢化合物。碳氢化合物生成装置20也可以使用费希尔-特罗普希法来生成碳氢化合物。
30.本实施方式的电解系统10还具有氧储罐50、第1泵52、二氧化碳储罐54、第2泵56、阀装置58、电流计60和控制装置62。
31.氧储罐50储存氧气。储存在氧储罐50中的氧气通过电解装置18的电解在阳极电极48生成。氧储罐50内的气压通过气压传感器64来测量。气压传感器64被设置于氧储罐50。
32.氧储罐50被设置在氧气流路36上。氧气流路36连接电解装置18的阳极出口部44和电解装置18的阳极入口部43。氧储罐50与电解装置18的阳极入口部43之间的氧气流路36的一部分被配置于加热器16。由氧储罐50流入氧气流路36的氧气被加热器16加热，且从电解装置18的阳极入口部43流入电解装置18。
33.第1泵52被设置于氧储罐50与电解装置18的阳极出口部44之间的氧气流路36上。第1泵52向氧储罐50供给由电解装置18的阳极出口部44流入氧气流路36的氧气。另外，在氧储罐50内的气压超过规定的上限值的情况下，氧气流路36中的氧气的气压上升。当氧气流路36中的氧气的气压超过规定的气压阈值时，设置于排出(purge)流路37的止逆阀37x打开，由氧气流路36排出氧化剂气体。在本实施方式中，排出流路37连接于氧储罐50与阳极出口部44之间的氧气流路36。
34.二氧化碳储罐54储存含二氧化碳气体。储存在二氧化碳储罐54中的含二氧化碳气体包含二氧化碳气体和氧气。该二氧化碳气体通过在阴极电极47析出的碳与透过电解质膜46的氧离子的化学反应来生成。二氧化碳储罐54内的气压通过气压传感器66来测量。气压传感器66被设置于二氧化碳储罐54。
35.二氧化碳储罐54被设置于第2二氧化碳气体流路39上。第2二氧化碳气体流路39从含氢气体流路38分支，与二氧化碳源14和加热器16之间的二氧化碳气体流路32汇流。从二氧化碳储罐54流入第2二氧化碳气体流路39的含二氧化碳气体被加热器16加热，且由电解装置18的阳极入口部43流入电解装置18。
36.第2泵56被设置于二氧化碳储罐54与含氢气体流路38之间的第2二氧化碳气体流路39上。第2泵56将从电解装置18的阴极出口部42流入含氢气体流路38的含二氧化碳气体向第2二氧化碳气体流路39送出。
37.阀装置58构成为，能够切换是向电解装置18的阴极电极47供给混合气体还是向电解装置18的阳极电极48供给氧气。阀装置58包含第1开闭阀58-1、第2开闭阀58-2、第3开闭阀58-3、第4开闭阀58-4和三通阀58-5。
38.第1开闭阀58-1被设置于水流路30。第2开闭阀58-2被设置于二氧化碳气体流路32。第3开闭阀58-3被设置于氧储罐50与加热器16之间的氧气流路36。第4开闭阀58-4被设置于二氧化碳储罐54与汇流部分mp之间的第2二氧化碳气体流路39。汇流部分mp是第2二氧
化碳气体流路39与二氧化碳气体流路32汇流的部分。三通阀58-5被设置于分支部分bp。分支部分bp是第2二氧化碳气体流路39从含氢气体流路38分支的部分。
39.电流计60连接于由阴极电极47及阳极电极48和电源49形成的闭合电路。电流计60测量阴极电极47与阳极电极48之间的电流。该测量电流可以是多个单体电池45的阴极电极47与阳极电极48之间的电流，也可以是1个单体电池45的阴极电极47与阳极电极48之间的电流。但是，优选为，测量电流是多个单体电池45的阴极电极47与阳极电极48之间的电流。
40.控制装置62在接收到电解系统10的启动指令的情况下，控制加热器16来启动加热器16。在此之后，控制装置62根据通过电流计60测量到的电流，使电解装置18执行电解模式和消耗模式中的任一种模式。电解模式是电解混合气体的模式。消耗模式是消耗在阴极电极47析出的碳的模式。
41.图2是表示执行电解模式的情况下的流体的流向的图。在使电解装置18执行电解模式的情况下，控制装置62控制电源49、阀装置58和第1泵52。在该情况下，控制装置62启动第1泵52，对阴极电极47和阳极电极48施加电压。另外，控制装置62使第1开闭阀58-1、第2开闭阀58-2和第4开闭阀58-4开阀，且使第3开闭阀58-3闭阀。除此以外，控制装置62控制三通阀58-5，使含氢气体流路38导通，且使第2二氧化碳气体流路39闭合(关闭)。
42.另外，控制装置62也可以同时使第2开闭阀58-2和第4开闭阀58-4双方开阀。或者，控制装置62可以在使第4开闭阀58-4开阀之后使第2开闭阀58-2开阀。在该情况下，在通过气压传感器66测量到的二氧化碳储罐54内的气压低于规定的下限值的情况下，控制装置62使第2开闭阀58-2开阀，开始由二氧化碳源14供给二氧化碳气体。
43.当执行电解模式时，通过由水源12输出的水得到的水蒸气和由二氧化碳源14或者二氧化碳储罐54输出的二氧化碳气体从阴极入口部41流入电解装置18。流入电解装置18的水蒸气和二氧化碳气体基于施加给阴极电极47和阳极电极48的电压而被电解。
44.通过电解而在阴极电极47生成的一氧化碳气体和氢气作为含氢气体，从电解装置18的阴极出口部42经由含氢气体流路38被向碳氢化合物生成装置20供给。另外，通过电解而在阳极电极48生成的氧气从电解装置18的阳极出口部44向氧气流路36输出。被输出到氧气流路36的氧气通过第1泵52被供给到氧储罐50，且被储存于该氧储罐50。
45.控制装置62使氧气储存于氧储罐50，直到通过气压传感器64测量到的氧储罐50内的气压达到规定的上限值为止。当气压超过上限值时，控制装置62关闭第1泵52。
46.另外，控制装置62监视在执行电解模式的过程中通过电流计60测量到的电流(电解电流)。当在阴极电极47析出碳时，该碳作为电阻体来发挥作用，由此电解电流下降。因此，碳的析出量越多，则电解电流的下降量越大。在电解电流低于规定的第1阈值的情况下，控制装置62判定为在阴极电极47析出超过规定量的碳。在该情况下，控制装置62停止对阴极电极47和阳极电极48施加电压，而使电解装置18执行消耗模式。
47.另外，在氧储罐50内的气压达到上限值之前，当电流(电解电流)低于第1阈值时，控制装置62停止电压的施加，并且关闭第1泵52。
48.图3是表示执行消耗模式的情况下的流体的流向的图。控制装置62在使电解装置18执行消耗模式的情况下控制第2泵56和阀装置58。在该情况下，控制装置62启动第2泵56。另外，控制装置62使第3开闭阀58-3开阀，且使第1开闭阀58-1、第2开闭阀58-2和第4开闭阀58-4闭阀，据此，将对电解装置18进行的供给从混合气体切换为氧气。除此以外，控制装置
62控制三通阀58-5，使含氢气体流路38闭合，且使第2二氧化碳气体流路39导通。
49.当执行消耗模式时，从氧储罐50输出的氧气由阳极入口部43流入电解装置18。流入电解装置18的氧气被供给到阳极电极48，由该氧气生成的氧离子透过电解质膜46。
50.透过电解质膜46的氧离子与在阴极电极47析出的碳发生化学反应。通过该化学反应生成的二氧化碳气体作为包含未与碳发生化学反应的剩余的氧气的含二氧化碳气体，从电解装置18的阴极出口部42流出到第2二氧化碳气体流路39。流出到第2二氧化碳气体流路39的含二氧化碳气体通过第2泵56被供给到二氧化碳储罐54，且被储存于该二氧化碳储罐54。
51.直到通过气压传感器66测量到的二氧化碳储罐54内的气压达到规定的上限值为止，控制装置62使二氧化碳储罐54储存含二氧化碳气体。当气压超过上限值时，控制装置62关闭第2泵56。
52.另外，控制装置62监视在执行消耗模式的过程中通过电流计60测量到的电流(生成电流)。与被供给到阴极电极47的氧气发生化学反应的碳量越少，则通过该化学反应得到的生成电流的下降量变得越大。在生成电流低于规定的第2阈值的情况下，控制装置62判定为在阴极电极47析出的碳为允许量。在此情况下，控制装置62使电解装置18执行电解模式。通过执行电解模式，相对于电解装置18进行的供给被从混合气体切换为氧气。
53.在二氧化碳储罐54内的气压达到上限值之前，当电流(生成电流)低于第2阈值时，控制装置62关闭第2泵56，使电解装置18执行电解模式。另外，在执行消耗模式的过程中得到的生成电流可以蓄积于蓄电池，也可以作为驱动用电流向电解系统10中的电子设备供给。据此，能够补充电解系统10的能量，因此有助于效率的改善。
54.图4是表示电解控制处理的步骤的流程图。电解控制处理是用于使电解装置18执行电解模式的处理。另外，在图4中省略第1泵52的控制。另外，在图4中示例出第4开闭阀58-4开阀之后第2开闭阀58-2开阀的情况下的例子。
55.在步骤s1中，控制装置62对阴极电极47和阳极电极48施加电压。自此之后，电解控制处理转移到步骤s2。
56.在步骤s2中，控制装置62使第1开闭阀58-1和第4开闭阀58-4开阀，向电解装置18供给二氧化碳气体和水蒸气。当第1开闭阀58-1和第4开闭阀58-4被开阀时，电解控制处理转移到步骤s3。
57.在步骤s3中，控制装置62控制三通阀58-5，使含氢气体流路38导通，且使第2二氧化碳气体流路39闭合。当含氢气体流路38被导通时，电解控制处理转移到步骤s4。
58.在步骤s4中，控制装置62使第3开闭阀58-3闭阀，开始向氧储罐50储存由电解装置18生成的氧气。当第3开闭阀58-3被闭阀时，电解控制处理转移到步骤s5。
59.在步骤s5中，控制装置62将通过电流计60测量到的电流(电解电流)与规定的第1阈值进行比较。在电流为第1阈值以上的情况下(步骤s5：否)，电解控制处理转移到步骤s6。与此相反，在电流低于第1阈值的情况下(步骤s5：是)，电解控制处理转移到步骤s8。
60.在步骤s6中，控制装置62将通过气压传感器66测量到的二氧化碳储罐54内的气压与第1压力阈值进行比较。在气压为第1压力阈值以上的情况下(步骤s6：否)，电解控制处理返回步骤s5。与此相反，在气压低于第1压力阈值的情况下(步骤s6：是)，电解控制处理转移到步骤s7。
61.在步骤s7中，控制装置62使第2开闭阀58-2开阀，开始从二氧化碳源14向电解装置18供给二氧化碳气体。当第2开闭阀58-2被开阀时，电解控制处理返回步骤s5。另外，当第2开闭阀58-2被开阀时，控制装置62停止步骤s6中的与第1压力阈值的比较。在该情况下，电解控制处理停留在步骤s5，直到电流低于第1阈值为止。
62.在步骤s8中，控制装置62停止对阴极电极47和阳极电极48施加电压。在此之后，电解控制处理结束。
63.图5是表示消耗控制处理的步骤的流程图。消耗控制处理是用于使电解装置18执行消耗模式的处理。另外，在图5中省略第2泵56的控制。
64.在步骤s11中，控制装置62使第1开闭阀58-1、第2开闭阀58-2和第4开闭阀58-4闭阀，停止向电解装置18供给二氧化碳气体和水蒸气。另外，在电解模式下，当第2开闭阀58-2没有被开阀时，控制装置62仅使第1开闭阀58-1和第4开闭阀58-4闭阀。当闭阀结束时，消耗控制处理转移到步骤s12。
65.在步骤s12中，控制装置62控制三通阀58-5，使含氢气体流路38闭合，且使第2二氧化碳气体流路39导通。当第2二氧化碳气体流路39被导通时，消耗控制处理转移到步骤s13。
66.在步骤s13中，控制装置62使第3开闭阀58-3开阀，开始向电解装置18供给氧气。当第3开闭阀58-3被开阀时，消耗控制处理转移到步骤s14。
67.在步骤s14中，控制装置62将通过电流计60测量到的电流与规定的第2阈值进行比较。在电流为第2阈值以上的情况下(步骤s14：否)，电解模式停留在步骤s14。与其相反，在电流低于第2阈值的情况下(步骤s14：是)，消耗控制处理结束。
68.如上所述，在第1实施方式中，当通过电解装置18的电解而在阴极电极47及阳极电极48之间产生的电流低于规定的第1阈值时，控制装置62使电解装置18执行消耗模式。在该情况下，控制装置62将向电解装置18供给的气体从混合气体切换为氧气，且使在阴极电极47析出的碳与氧气发生化学反应。据此，能够减少在阴极电极47析出的碳。其结果，能够抑制混合气体的电解效率下降。
69.〔第2实施方式〕图6是表示第2实施方式的电解系统10的结构的概略图。在图6中，对与在第1实施方式中说明的结构要素相同的结构要素标注相同的附图标记。另外，在本实施方式中，省略与第1实施方式重复的说明。
70.在本实施方式的电解系统10中，还设置有第2电解装置18x、第2混合气体流路34x、第2含氢气体流路38x、第3二氧化碳气体流路39x和第3泵56x。
71.第2电解装置18x是独立于第1实施方式的电解装置18的电解装置。该第2电解装置18x的结构与第1实施方式的电解装置18的结构相同。即，第2电解装置18x具有阴极入口部41、阴极出口部42、阳极入口部43、阳极出口部44和多个单体电池45。电源49x与单体电池45的阴极电极47和阳极电极48连接，电流计60x与由电源49和阴极电极47及阳极电极48形成的电路连接。
72.与电解装置18同样，第2电解装置18x电解从阴极入口部41流入的二氧化碳气体和水蒸气。第2电解装置18x将通过电解而在阴极电极47生成的一氧化碳气体和氢气作为含氢气体从阴极出口部42输出。另外，第2电解装置18x将通过电解而在阳极电极48生成的氧气从阳极出口部44输出。
73.另外，与电解装置18同样，第2电解装置18x通过在阴极电极47析出的碳与由阳极入口部43供给的氧气发生化学反应，来消耗在阴极电极47析出的碳。第2电解装置18x将二氧化碳气体作为含二氧化碳气体从阴极出口部42输出，其中所述二氧化碳气体通过在阴极电极47析出的碳与透过电解质膜46的氧离子发生化学反应来生成。
74.第2混合气体流路34x连接第2电解装置18x的阴极入口部41和混合气体流路34。从混合气体流路34流入第2混合气体流路34x的混合气体从第2电解装置18x的阴极入口部41流入电解装置18。在第2混合气体流路34x与混合气体流路34的连接部分cp设置有第2三通阀58-6。
75.第2含氢气体流路38x连接第2电解装置18x的阴极出口部42和含氢气体流路38。从阴极出口部42流入第2含氢气体流路38x的含氢气体被供给到碳氢化合物生成装置20。
76.第3二氧化碳气体流路39x从第2含氢气体流路38x分支，与第2二氧化碳气体流路39汇流。在第3二氧化碳气体流路39x从第2含氢气体流路38x分支的分支部分bpx设置有第3三通阀58-7。另外，在本实施方式的第2二氧化碳气体流路39未设置二氧化碳储罐54。
77.第3泵56x被设置在第3二氧化碳气体流路39x上。第3泵56x将从第2电解装置18x的阴极出口部42流入第2含氢气体流路38x的含二氧化碳气体向第3二氧化碳气体流路39x送出。
78.另外，在本实施方式的电解系统10中，氧气流路36连接第2电解装置18x的阳极出口部44和电解装置18的阳极入口部43。除此以外，氧气流路36连接电解装置18的阳极出口部44和第2电解装置18x的阳极入口部43。因此，氧气经由氧气流路36在电解装置18的阳极电极48与第2电解装置18x的阳极电极48之间循环。在本实施方式的氧气流路36上未设置氧储罐50。另一方面，排出流路37与第1实施方式同样连接于氧气流路36，在该排出流路37设置有止逆阀37x。
79.另外，在本实施方式的电解系统10中，第1开闭阀58-1、第2开闭阀58-2、第3开闭阀58-3和第4开闭阀58-4被去除。即，阀装置58不包含第1开闭阀58-1、第2开闭阀58-2、第3开闭阀58-3和第4开闭阀58-4。本实施方式的阀装置58包含三通阀58-5、第2三通阀58-6和第3三通阀58-7。
80.控制装置62使电解装置18执行电解模式和消耗模式中的一方，使第2电解装置18x执行电解模式和消耗模式中的另一方。用于相互切换电解模式和消耗模式的指标值可以是通过电解装置18的电流计60测量到的电流，也可以是通过第2电解装置18x的电流计60x测量到的电流。
81.即，在通过电解装置18(或者第2电解装置18x)的电流计60测量到的电流(电解电流)低于规定的第1阈值的情况下，控制装置62使电解装置18执行消耗模式。在该情况下，控制装置62使第2电解装置18x执行电解模式。
82.另一方面，在通过电解装置18(或者第2电解装置18x)的电流计60测量到的电流(生成电流)低于规定的第2阈值的情况下，控制装置62使电解装置18执行电解模式。在该情况下，控制装置62使第2电解装置18x执行消耗模式。
83.另外，请注意，用于相互切换电解模式和消耗模式的指标值也可以是电解装置18和第2电解装置18x双方的电流计60。
84.图7是表示电解装置18执行电解模式，且第2电解装置18x执行消耗模式的情况下
的流体的流向的图。在使电解装置18执行电解模式且使第2电解装置18x执行消耗模式的情况下，控制装置62控制电源49、阀装置58和第3泵56x。
85.在该情况下，控制装置62启动第3泵56x，对电解装置18的阴极电极47和阳极电极48施加电压。另外，控制装置62控制三通阀58-5，使含氢气体流路38导通，且使第2二氧化碳气体流路39闭合。另外，控制装置62控制第2三通阀58-6，使混合气体流路34导通，且使第2混合气体流路34x闭合。另外，控制装置62控制第3三通阀58-7，使第3二氧化碳气体流路39x导通，且使第2含氢气体流路38x闭合。
86.当电解装置18执行电解模式且第2电解装置18x执行消耗模式时，由通过水源12输出的水得到的水蒸气和由二氧化碳源14输出的二氧化碳气体从阴极入口部41流入电解装置18。流入电解装置18的水蒸气和二氧化碳气体基于对阴极电极47和阳极电极48施加的电压而被电解。
87.通过电解而在阴极电极47生成的一氧化碳气体和氢气作为含氢气体，从电解装置18的阴极出口部42经由含氢气体流路38而被供给到碳氢化合物生成装置20。
88.另外，通过电解而在阳极电极48生成的氧气从电解装置18的阳极出口部44，经由氧气流路36流入第2电解装置18x的阳极入口部43。从阳极入口部43流入第2电解装置18x的氧气被供给到阳极电极48，且透过电解质膜46而被供给到阴极电极47。
89.被供给到第2电解装置18x的阴极电极47的氧气与在阴极电极47析出的碳发生化学反应。通过该化学反应生成的二氧化碳气体作为包含未与碳发生化学反应的剩余的氧气的含二氧化碳气体，从第2电解装置18x的阴极出口部42向第2含氢气体流路38x流出。向第2含氢气体流路38x流出的含二氧化碳气体通过第3泵56x被向二氧化碳气体流路32供给。被供给到二氧化碳气体流路32的含二氧化碳气体与由二氧化碳源14供给的二氧化碳气体一起，经由混合气体流路34被向电解装置18供给。
90.这样，通过电解装置18的电解得到的氧气被用于与在第2电解装置18x的阴极电极47析出的碳发生化学反应。并且，通过与碳发生化学反应而得到的二氧化碳气体被用于电解装置18的电解。因此，能够抑制向大气中排放氧气和二氧化碳气体，并且能够实现气体的利用高效化。除此以外，能够去除氧储罐50和二氧化碳储罐54，其结果，能够实现电解系统10的小型化。
91.图8是表示电解装置18执行消耗模式，且第2电解装置18x执行电解模式的情况下的流体的流向的图。在使电解装置18执行消耗模式，且使第2电解装置18x执行电解模式的情况下，控制装置62控制电源49、阀装置58、第1泵52和第2泵56。
92.在该情况下，控制装置62开启第1泵52和第2泵56，对第2电解装置18x的阴极电极47和阳极电极48施加电压。另外，控制装置62控制三通阀58-5，使含氢气体流路38闭合，且使第2二氧化碳气体流路39导通。另外，控制装置62控制第2三通阀58-6，使混合气体流路34闭合，且使第2混合气体流路34x导通。另外，控制装置62控制第3三通阀58-7，使第3二氧化碳气体流路39x闭合，且使第2含氢气体流路38x导通。
93.当电解装置18执行消耗模式，且第2电解装置18x执行电解模式时，由通过水源12输出的水得到的水蒸气和由二氧化碳源14输出的二氧化碳气体经由第2混合气体流路34x，从阴极入口部41流入第2电解装置18x。流入第2电解装置18x的水蒸气和二氧化碳气体基于对阴极电极47和阳极电极48施加的电压而被电解。
94.通过电解而在阴极电极47生成的一氧化碳气体和氢气作为含氢气体，从第2电解装置18x的阴极出口部42经由第2含氢气体流路38x被向碳氢化合物生成装置20供给。
95.另一方面，通过电解而在阳极电极48生成的氧气通过第1泵52，从第2电解装置18x的阳极出口部44经由氧气流路36被向电解装置18的阳极入口部43供给。从阳极入口部43流入电解装置18的氧气被向阳极电极48供给，且透过电解质膜46向阴极电极47供给。
96.被供给到电解装置18的阴极电极47的氧气与在阴极电极47析出的碳发生化学反应。通过该化学反应而生成的二氧化碳气体作为包含未与碳发生化学反应的剩余的氧气的含二氧化碳气体，从电解装置18的阴极出口部42向含氢气体流路38流出。向含氢气体流路38流出的含二氧化碳气体通过第2泵56而被供给到二氧化碳气体流路32。被供给到二氧化碳气体流路32的含二氧化碳气体与由二氧化碳源14供给的二氧化碳气体一起，经由第2混合气体流路34x被供给到第2电解装置18x。
97.这样，通过第2电解装置18x的电解得到的氧气被用于与在电解装置18的阴极电极47析出的碳发生化学反应。并且，通过与碳发生化学反应而得到的二氧化碳气体被用于第2电解装置18x的电解。因此，能够抑制向大气中排放氧气和二氧化碳气体，并且能够实现气体的利用高效化。除此以外，能够去除氧储罐50和二氧化碳储罐54，其结果，能够实现电解系统10的小型化。
98.〔变形例〕第1实施方式或者第2实施方式的电解装置18也可以具有多个。在该情况下，各电解装置18的阴极入口部41与混合气体流路34并列连接。同样，各电解装置18的阴极出口部42与含氢气体流路38并列连接。同样，各电解装置18的阳极入口部43及阳极出口部44与氧气流路36并列连接。
99.第2实施方式的第2电解装置18x也可以具有多个。在该情况下，各第2电解装置18x的阴极入口部41与第2混合气体流路34x并列连接。同样，各第2电解装置18x的阴极出口部42与第2含氢气体流路38x并列连接。同样，各第2电解装置18x的阳极入口部43及阳极出口部44与氧气流路36并列连接。
100.〔发明〕下面记载根据以上的记载能掌握的发明和效果。
101.(1)本发明是一种电解系统(10)，该电解系统(10)具有电解装置(18)和碳氢化合物生成装置(20)，其中，所述电解装置(18)包含电解质膜(46)和夹持所述电解质膜的阴极电极(47)和阳极电极(48)即一对电极，该电解装置用于电解包含二氧化碳气体和水蒸气的混合气体；所述碳氢化合物生成装置(20)基于通过所述电解生成的含氢气体来生成碳氢化合物，所述电解系统(10)具有阀装置(58)、电流计(60)和控制装置(62)，其中，所述阀装置(58)切换是向所述阴极电极供给所述混合气体还是向所述阳极电极供给氧气；所述电流计(60)测量所述一对电极间的电流；在向所述电解装置供给所述混合气体的状态下，当所述电流低于规定的第1阈值时，所述控制装置(62)控制所述阀装置，将对所述电解装置进行的供给从所述混合气体切换为所述氧气，从而使在所述阴极电极析出的碳与所述氧气发生化学反应。
102.据此，能够减少在阴极电极析出的碳。其结果，能够抑制混合气体的电解效率下降。
103.(2)在本发明的电解系统中，可以为，在向所述电解装置供给所述氧气的状态下，当所述电流低于规定的第2阈值时，所述控制装置控制所述阀装置，将对所述电解装置进行的供给从所述氧气切换为所述混合气体。据此，能够以在阴极电极析出的碳减少的状态重新开始电解。
104.(3)在本发明的电解系统中，可以为，所述控制装置根据所述电流来使所述电解装置执行电解模式和消耗模式中的任一种模式，其中，所述电解模式是指电解所述混合气体的模式；所述消耗模式是指消耗在所述阴极电极析出的碳的模式。据此，能够抑制电解系统运行时的电解效率的下降。
105.(4)在本发明的电解系统中，可以为，具有二氧化碳储罐(54)，所述二氧化碳储罐(54)储存通过所述化学反应而生成的所述二氧化碳气体，所述阀装置向所述阴极电极供给包含所述二氧化碳气体和所述水蒸气的所述混合气体，所述二氧化碳气体存储在所述二氧化碳储罐中。据此，能够抑制向大气中排出二氧化碳气体，并且能够实现二氧化碳气体的利用高效化。
106.(5)在本发明的电解系统中，可以为，所述阀装置能够从所述二氧化碳储罐和所述二氧化碳储罐以外的二氧化碳源(14)中的至少一方来供给所述混合气体所含的所述二氧化碳气体，在所述二氧化碳储罐内的气压低于规定的下限值的情况下，所述控制装置控制所述阀装置，开始由所述二氧化碳源供给所述二氧化碳气体。据此，能够实现二氧化碳气体的利用高效化。
107.(6)在本发明的电解系统中，可以为，具有氧储罐(50)，所述氧储罐(50)储存通过所述电解而在所述阳极电极生成的所述氧气，所述阀装置由所述氧储罐向所述阴极电极供给所述氧气。据此，能够抑制向大气中排出氧气，并且能够实现氧气的利用高效化。
108.(7)在本发明的电解系统中，可以为，所述控制装置将通过所述电解而在所述阳极电极生成的所述氧气储存于所述氧储罐，直到所述氧储罐内的气压达到规定的上限值为止。据此，能够抑制向氧储罐内过度储存氧气。
109.(8)在本发明的电解系统中，可以为，具有第2电解装置(18x)，所述第2电解装置(18x)包含所述电解质膜和所述一对电极，用于电解所述混合气体，所述阀装置通过向所述第2电解装置的所述阴极电极供给所述混合气体来向所述电解装置的所述阳极电极供给所述氧气。据此，能够抑制向大气排放氧气和二氧化碳气体，并且能够实现气体的利用高效化。除此以外，能够去除氧储罐和二氧化碳储罐，其结果，能够实现电解系统的小型化。
110.另外，本发明并不限定于上述的公开内容，在没有脱离本发明的主旨的范围内能够采用各种结构。

技术特征：
1.一种电解系统(10)，其具有电解装置(18)和碳氢化合物生成装置(20)，其中，所述电解装置(18)包含电解质膜(46)和一对电极，所述一对电极是夹持所述电解质膜的阴极电极(47)和阳极电极(48)，所述电解装置用于电解包含二氧化碳气体和水蒸气的混合气体；所述碳氢化合物生成装置(20)基于通过所述电解生成的含氢气体来生成碳氢化合物，其特征在于，具有阀装置(58)、电流计(60)和控制装置(62)，其中，所述阀装置(58)切换是向所述阴极电极供给所述混合气体还是向所述阳极电极供给氧气；所述电流计(60)测量所述一对电极之间的电流；在向所述电解装置供给所述混合气体的状态下，当所述电流低于规定的第1阈值时，所述控制装置(62)控制所述阀装置，将对所述电解装置进行的供给从所述混合气体切换为所述氧气，从而使在所述阴极电极析出的碳与所述氧气发生化学反应。2.根据权利要求1所述的电解系统，其特征在于，在向所述电解装置供给所述氧气的状态下，当所述电流低于规定的第2阈值时，所述控制装置控制所述阀装置，将对所述电解装置进行的供给从所述氧气切换为所述混合气体。3.根据权利要求2所述的电解系统，其特征在于，所述控制装置根据所述电流来使所述电解装置执行电解模式和消耗模式中的任一种模式，其中，所述电解模式是指电解所述混合气体的模式；所述消耗模式是指消耗在所述阴极电极析出的碳的模式。4.根据权利要求1所述的电解系统，其特征在于，具有二氧化碳储罐(54)，所述二氧化碳储罐(54)储存通过所述化学反应而生成的所述二氧化碳气体，所述阀装置向所述阴极电极供给包含所述二氧化碳气体和所述水蒸气的所述混合气体，其中所述二氧化碳气体被存储于所述二氧化碳储罐。5.根据权利要求3或4所述的电解系统，其特征在于，所述阀装置能够从所述二氧化碳储罐和所述二氧化碳储罐以外的二氧化碳源(14)中的至少一方来供给所述混合气体中所包含的所述二氧化碳气体，在所述二氧化碳储罐内的气压低于规定的下限值的情况下，所述控制装置控制所述阀装置来开始由所述二氧化碳源供给所述二氧化碳气体。6.根据权利要求1所述的电解系统，其特征在于，具有氧储罐(50)，所述氧储罐(50)储存通过所述电解而在所述阳极电极生成的所述氧气，所述阀装置从所述氧储罐向所述阴极电极供给所述氧气。7.根据权利要求6所述的电解系统，其特征在于，所述控制装置使通过所述电解而在所述阳极电极生成的所述氧气储存于所述氧储罐，直到所述氧储罐内的气压达到规定的上限值。8.根据权利要求1所述的电解系统，其特征在于，具有第2电解装置(18x)，所述第2电解装置(18x)包含所述电解质膜和所述一对电极，用于电解所述混合气体，
所述阀装置通过向所述第2电解装置的所述阴极电极供给所述混合气体来向所述电解装置的所述阳极电极供给所述氧气。

技术总结
本发明提供一种电解系统。电解系统(10)具有阀装置(58)、电流计(60)和控制装置(62)，其中，所述阀装置(58)切换是向阴极电极(47)供给混合气体还是向阳极电极(48)供给氧气；所述电流计(60)测量一对电极间的电流；在向电解装置(18)供给混合气体的状态下，当电流低于规定的第1阈值时，所述控制装置(62)控制阀装置(58)，将对电解装置(18)进行的供给从混合气体切换为氧气，从而使在阴极电极析出的碳与氧气发生化学反应。据此，能减少在阴极电极析出的碳。其结果，能抑制混合气体的电解效率下降。进而有助于改善能量效率。助于改善能量效率。助于改善能量效率。


技术研发人员：米田英昭 毛里昌弘 牧美里 柳泽和贵
受保护的技术使用者：本田技研工业株式会社
技术研发日：2023.02.28
技术公布日：2023/9/25