特許 7573569 水素製造設備用の制御装置、水素製造設備、水素製造設備の制御方法及び水素製造設備用の制御プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-17

(45)【発行日】2024-10-25

(54)【発明の名称】水素製造設備用の制御装置、水素製造設備、水素製造設備の制御方法及び水素製造設備用の制御プログラム

(51)【国際特許分類】

   C25B 15/02 20210101AFI20241018BHJP

   C25B 9/00 20210101ALI20241018BHJP

   C25B 1/04 20210101ALI20241018BHJP

【ＦＩ】

C25B15/02

C25B9/00 A

C25B1/04

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2022104240

(22)【出願日】2022-06-29

(65)【公開番号】P2024004580

(43)【公開日】2024-01-17

【審査請求日】2023-11-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】ＳＳＩＰ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】一ノ瀬 光留

【審査官】太田 一平

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第５０３７５１８（ＵＳ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１３８９７６２０（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３２６３２７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１６５３８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２５Ｂ １５／０２

Ｃ２５Ｂ ９／００

Ｃ２５Ｂ １／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１つの水電解装置を含む水素製造設備の運転を制御するための制御装置であって、
前記水電解装置に要求される水素生成量である必要水素流量を取得するように構成された必要水素流量取得部と、
前記必要水素流量を、前記水電解装置で前記必要水素流量の水素を生成するために必要な電流に変換して暫定必要電流を取得するように構成された変換部と、
前記必要水素流量と、前記水電解装置での実際の水素生成量である実水素流量との差分に基づく第１補正項を用いて前記暫定必要電流を補正することで前記水電解装置に与える電流指令値を取得するように構成された第１補正部と、
を備える水素製造設備用の制御装置。

【請求項2】

前記第１補正部は、前記第１補正項を前記暫定必要電流に加算して前記電流指令値を取得するように構成された
請求項１に記載の水素製造設備用の制御装置。

【請求項3】

前記第１補正部は、前記必要水素流量と前記実水素流量との差分に基づいて比例及び積分演算をすることにより前記第１補正項を算出するように構成された
請求項１又は２に記載の水素製造設備用の制御装置。

【請求項4】

前記必要水素流量取得部は、
前記水電解装置で生成された水素が貯留される貯留部から水素が供給される水素消費設備での水素の消費流量を取得するように構成された消費流量取得部と、
予め定められた前記貯留部の設定圧力と、前記貯留部の実圧力との差分に基づく第２補正項を用いて前記消費流量を補正することで前記必要水素流量を取得するように構成された第２補正部と、
を含む
請求項１又は２に記載の水素製造設備用の制御装置。

【請求項5】

前記第２補正部は、前記第２補正項を前記消費流量に加算して前記必要水素流量を取得するように構成された
請求項４に記載の水素製造設備用の制御装置。

【請求項6】

前記第２補正部は、前記貯留部の前記設定圧力と前記実圧力との差分に基づいて比例及び積分演算をすることにより前記第２補正項を算出するように構成された
請求項４に記載の水素製造設備用の制御装置。

【請求項7】

前記少なくとも１つの水電解装置は、複数の水電解装置を含み、
前記必要水素流量を前記複数の水電解装置の台数で除して前記水電解装置１台あたりの必要水素流量を取得するように構成された除算部を備え、
前記変換部は、前記水電解装置１台当たりの前記必要水素流量を変換して前記水電解装置１台あたりの暫定必要電流を取得するように構成され、
前記第１補正部は、前記複数の水電解装置ごとに算出される前記第１補正項を前記水電解装置１台当たりの前記暫定必要電流に加算して、前記複数の水電解装置ごとの電流指令値を取得するように構成された
請求項１又は２に記載の水素製造設備用の制御装置。

【請求項8】

少なくとも１つの水電解装置と、
前記少なくとも１つの水電解装置の運転を制御するように構成された請求項１又は２に記載の制御装置と、
を備える水素製造設備。

【請求項9】

少なくとも１つの水電解装置を含む水素製造設備の運転を制御するための制御方法であって、
前記水電解装置に要求される水素生成量である必要水素流量を取得するステップと、
前記必要水素流量を、前記水電解装置で前記必要水素流量の水素を生成するために必要な電流に変換して暫定必要電流を取得するステップと、
前記必要水素流量と、前記水電解装置での実際の水素生成量である実水素流量との差分に基づく第１補正項を用いて前記暫定必要電流を補正することで前記水電解装置に与える電流指令値を取得するステップと、
を備える水素製造設備の制御方法。

【請求項10】

少なくとも１つの水電解装置を含む水素製造設備の運転を制御するための制御プログラムであって、
コンピュータに、
前記水電解装置に要求される水素生成量である必要水素流量を取得する手順と、
前記必要水素流量を、前記水電解装置で前記必要水素流量の水素を生成するために必要な電流に変換して暫定必要電流を取得する手順と、
前記必要水素流量と、前記水電解装置での実際の水素生成量である実水素流量との差分に基づく第１補正項を用いて前記暫定必要電流を補正することで前記水電解装置に与える電流指令値を取得する手順と、
を実行させるための水素製造設備用の制御プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、水素製造設備用の制御装置、水素製造設備、水素製造設備の制御方法及び水素製造設備用の制御プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

水素を製造するための装置として、水電解装置が知られている。

【0003】

特許文献１には、固体電解質膜を含む電解セルを有する水電解装置で水を電気分解することで水素を製造するシステムが開示されている。特許文献１のシステムでは、効率的に水素を生成すべく、電解セルで生成される水素の圧力の検出結果に基づいて、電解セルに供給される電流が制御されるようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００２－１２９３７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、従来、水電解装置に供給される電流の制御は、水電解装置で生成された水素ガスが貯留される貯留部（貯蔵ヘッダ等）の圧力に基づき行われることが多い。しかし、貯留部の圧力のみに基づく制御を行う場合、貯留部からの水素の供給先（水素消費設備）での水素消費量の変化が貯留部の圧力変化として現れてからの制御となるため、水電解装置の応答が遅れ、水素消費設備が要する貯留部の圧力を維持できない可能性がある。また、水電解装置における水素発生量と、水電解装置に電流を供給するための整流器の電流値との関係性は、水電解槽の劣化や整流器の制御誤差等の要因によって変化することがある。この場合、水電解装置での水素生成量が想定よりも少なくなり、水素消費設備が要する貯留部の圧力を維持できない可能性がある。

【0006】

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、負荷変化に対する応答の遅れを抑制しながら、必要量の水素を適切に製造することが可能な水素製造設備用の制御装置、水素製造設備、水素製造設備の制御方法及び水素製造設備用の制御プログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の少なくとも一実施形態に係る水素製造設備用の制御装置は、
少なくとも１つの水電解装置を含む水素製造設備の運転を制御するための制御装置であって、
前記水電解装置に要求される水素生成量である必要水素流量を取得するように構成された必要水素流量取得部と、
前記必要水素流量を、前記水電解装置で前記必要水素流量の水素を生成するために必要な電流に変換して暫定必要電流を取得するように構成された変換部と、
前記必要水素流量と、前記水電解装置での実際の水素生成量である実水素流量との差分に基づく第１補正項を用いて前記暫定必要電流を補正することで前記水電解装置に与える電流指令値を取得するように構成された第１補正部と、
を備える。

【0008】

また、本発明の少なくとも一実施形態に係る水素製造設備は、
少なくとも１つの水電解装置と、
前記少なくとも１つの水電解装置の運転を制御するように構成された上述の制御装置と、
を備える。

【0009】

また、本発明の少なくとも一実施形態に係る水素製造設備の制御方法は、
少なくとも１つの水電解装置を含む水素製造設備の運転を制御するための制御方法であって、
前記水電解装置に要求される水素生成量である必要水素流量を取得するステップと、
前記必要水素流量を、前記水電解装置で前記必要水素流量の水素を生成するために必要な電流に変換して暫定必要電流を取得するステップと、
前記必要水素流量と、前記水電解装置での実際の水素生成量である実水素流量との差分に基づく第１補正項を用いて前記暫定必要電流を補正することで前記水電解装置に与える電流指令値を取得するステップと、
を備える。

【0010】

また、本発明の少なくとも一実施形態に係る水素製造設備用の制御プログラムは、
少なくとも１つの水電解装置を含む水素製造設備の運転を制御するための制御プログラムであって、
コンピュータに、
前記水電解装置に要求される水素生成量である必要水素流量を取得する手順と、
前記必要水素流量を、前記水電解装置で前記必要水素流量の水素を生成するために必要な電流に変換して暫定必要電流を取得する手順と、
前記必要水素流量と、前記水電解装置での実際の水素生成量である実水素流量との差分に基づく第１補正項を用いて前記暫定必要電流を補正することで前記水電解装置に与える電流指令値を取得する手順と、
を実行させるように構成される。

【発明の効果】

【0011】

本発明の少なくとも一実施形態によれば、負荷変化に対する応答の遅れを抑制しながら、必要量の水素を適切に製造することが可能な水素製造設備用の制御装置、水素製造設備、水素製造設備の制御方法及び水素製造設備用の制御プログラムが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】一実施形態に係る水素製造設備の概略図である。

【図2】一実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。

【図3】一実施形態に係る水素製造設備の概略図である。

【図4】一実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

【0014】

（水素製造設備の構成）
図１及び図３は、それぞれ、一実施形態に係る制御装置が適用される水素製造設備の概略図である。図１及び図３に示すように、水素製造設備１００は、水素を生成するようにそれぞれ構成された少なくとも１つの水電解装置２（水素製造装置）と、水電解装置２で生成された水素を貯留するための貯留部４と、水電解装置２の運転を制御するための制御装置１０と、を備える。

【0015】

貯留部４には、ガス状の水素が貯留されるようになっている。貯留部４に貯留された水素は、水素消費設備６に供給されるようになっていてもよい。貯留部４は、水素消費設備６への水素の供給に適した特性を有していてもよい。貯留部４は、例えば貯蔵ヘッダ（ヘッダタンク）を含んでもよい。

【0016】

水素消費設備６は特に限定されない。水素消費設備６は、例えば、水素を燃焼するように構成された水素燃焼設備（例えばガスタービン設備又は製鉄設備等）、水素を液化するように構成された水素液化設備、水素を燃料として化学反応により電気を生成する設備（例えばＳＯＦＣ（Solid Oxide Fuel Cell）等の燃料電池を含む発電設備等）、水素を原料として燃料を製造する設備（例えば燃料合成設備等）又は、水素を機器に供給するように構成された水素ガスステーションを含んでもよい。

【0017】

水電解装置２は、水の電気分解により水素を生成するように構成される。水電解装置２のタイプは限定されない。水電解装置２は、例えば、アルカリ型水電解装置、固体高分子膜（Polymer Electrolyte Membrane：PEM）型水電解装置、アニオン交換膜（Anion Exchange Membrane：AEM）型水電解装置、又は、固体酸化物形電解セル（Solid Oxide Electrolysis Cell: SOEC）水電解装置であってもよい。

【0018】

詳しくは図示しないが、水電解装置２は、水を電気分解するための電解槽を含む。電解槽には水が供給されるようになっている。電解槽には、整流器８を介して電流が供給される。これにより、電解槽に設けられた一対の電極間に電圧をかけて電流を流すことで電解槽内の水が電気分解され、陰極側で水素が発生し、陽極側で酸素が発生する。電解槽内には、電解質が溶解した水（電解質溶液）が供給されており、該水（電解質溶液を構成する水）が電気分解されるようになっていてもよい。電解質は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）等のアルカリ性物質であってもよい。

【0019】

陰極側で発生した水素ガスは、気液分離器及び／又は除湿器に導かれて水分が除去された後、貯留部４に導かれる。陽極側で発生した酸素ガスは、気液分離器及び／又は除湿器に導かれて水分が除去された後、酸素消費設備に供給されるようになっていてもよく、あるいは、外部に放出されるようになっていてもよい。

【0020】

なお、図１及び図３において、整流器８には、送電線９２を介して電源９０からの電流が供給されるようになっている。電源９０は電力系統であってもよいし、他の電源（発電装置や電池等）であってもよい。

【0021】

幾つかの実施形態では、水素製造設備１００は、複数の水電解装置２を含んでいてもよい。図３に示す例示的な実施形態では、水素製造設備１００は、複数（具体的には２台）の水電解装置２（２Ａ，２Ｂ）を備えている。複数の水電解装置２（２Ａ，２Ｂ）に対して、複数の整流器８（８Ａ，８Ｂ）からそれぞれ電流が供給されるようになっている。なお、水素製造設備１００に含まれる水電解装置２の台数は問われない。

【0022】

水素製造設備１００は、貯留部４の圧力を計測するように構成された圧力センサ１６を備えていてもよい。

【0023】

水素製造設備１００は、水電解装置２（２Ａ，２Ｂ）で生成される水素の流量を計測するための流量センサ１２（１２Ａ，１２Ｂ）を備えていてもよい。流量センサ１２は、図１及び図３に示すように、水電解装置２からの水素を貯留部４に導くためのラインに設けられていてもよい。

【0024】

水素製造設備１００は、水素消費設備６における水素の消費流量を計測するための流量センサ１４を備えていてもよい。流量センサ１４は、図１及び図３に示すように、貯留部４からの水素を水素消費設備６に導くためのラインに設けられていてもよい。

【0025】

圧力センサ１６、流量センサ１２及び／又は流量センサ１４は、制御装置１０に電気的に接続され、これらのセンサによる計測結果を示す信号が制御装置１０に送られるようになっていてもよい。

【0026】

制御装置１０は、圧力センサ１６、流量センサ１２及び／又は流量センサ１４等から受け取った信号に基づいて、整流器８（水電解装置２）に与える電流の指令値（電流指令値Ｉ）を算出する。そして、水電解装置２に供給される電流が算出した電流指令値Ｉに合致するように、整流器８を制御するように構成される。このようにして、制御装置１０によって水電解装置２に供給される電流の制御が行われる。

【0027】

なお、水素消費設備６による水素の需要を満たすためには、水素消費量に応じた分の水素を水電解装置２で生成して、貯留部４の圧力が所定の設定圧力以上となるように維持することが望まれる。

【0028】

（水素製造設備の制御）
以下、幾つかの実施形態に係る水素製造設備の制御装置及び制御方法について説明する。図２及び図４は、それぞれ、一実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。図２に示すブロック図に係る制御装置は、例えば図１に示す水素製造設備に適用可能である。図４に示すブロック図に係る制御装置は、例えば図２に示す水素製造設備に適用可能である。

【0029】

図２及び図４に示すように、一実施形態に係る制御装置１０は、必要水素流量取得部２０と、変換部３１と、第１補正部３４と、を備えている。

【0030】

必要水素流量取得部２０は、水電解装置２に要求される水素生成量である必要水素流量Ｆ_Ｄを取得するように構成される。

【0031】

必要水素流量取得部２０は、貯留部４から水素が供給される水素消費設備６での水素の消費流量を取得するように構成された消費流量取得部２１を含んでもよい。必要水素流量取得部２０は、消費流量取得部２１で取得される消費流量を必要水素流量Ｆ_Ｄとして取得してもよい。あるいは、必要水素流量取得部２０は、消費流量取得部２１で取得された消費流量を後述する第２補正部２２にて補正したものを、必要水素流量Ｆ_Ｄとして取得してもよい。

【0032】

図２及び図４に示すように、消費流量取得部２１は、水素消費設備６（例えばガスタービン）に供給される燃料流量の指令値である燃料指令値に基づいて、水素の消費流量を算出してもよい。この場合、消費流量取得部２１は、燃料指令値を水素の流量に変換する変換器２４を含んでもよい。変換器２４は、燃料指令値と水素の流量との相関関係を示す関数を用いて、燃料指令値を水素の流量に変換するように構成されていてもよい。消費流量取得部２１は、水素消費設備６を制御するための制御装置から燃料指令値を取得してもよい。

【0033】

あるいは、消費流量取得部２１は、貯留部４から水素消費設備６に供給される水素の流量を消費流量として取得してもよい。この場合、流量センサ１４（図１及び図３参照）による水素流量の計測値を消費流量として取得してもよい。

【0034】

変換部３１は、必要水素流量取得部２０で取得された必要水素流量Ｆ_Ｄを、水電解装置２で該必要水素流量Ｆ_Ｄの水素を生成するために必要な電流に変換して暫定必要電流Ｉ_Ｄを取得するように構成される。変換部３１は、必要水素流量Ｆ_Ｄと、水電解装置２で該必要水素流量Ｆ_Ｄの水素を生成するために必要な電流との相関関係を示す関数を用いて、必要水素流量Ｆ_Ｄを電流値に変換するように構成された変換器３２を含んでもよい。

【0035】

第１補正部３４は、必要水素流量取得部２０で取得された必要水素流量Ｆ_Ｄと水電解装置２での実際の水素生成量である実水素流量Ｆ_Ａとの差分（Ｆ_Ｄ－Ｆ_Ａ）に基づく第１補正項を用いて暫定必要電流Ｉ_Ｄを補正し、これにより、水電解装置２に与える電流指令値Ｉを取得するように構成される。

【0036】

図２及び図４に示す第１補正部３４は、必要水素流量Ｆ_Ｄと実水素流量Ｆ_Ａとの差分（Ｆ_Ｄ－Ｆ_Ａ）を算出するための減算部３６と、該差分（Ｆ_Ｄ－Ｆ_Ａ）に基づき比例及び積分演算をすることにより第１補正項を算出するための比例積分演算器３８と、変換器３２で取得された暫定必要電流Ｉ_Ｄに第１補正項を加算するように構成された加算器４０と、を含む。水電解装置２での実際の水素生成量である実水素流量Ｆ_Ａは、例えば、流量センサ１２（図１及び図３参照）による計測値として取得することができる。

【0037】

上述の実施形態では、水素消費量に対応する必要水素流量Ｆ_Ｄから電流指令値Ｉを算出するようにしたので、例えば貯留部４の圧力のみに基づいて電流指令値を算出する場合に比べて、負荷（水素消費量）の変化に対する応答遅れを小さくすることができる。また、必要水素流量Ｆ_Ｄから算出される暫定必要電流Ｉ_Ｄを、必要水素流量Ｆ_Ｄと実水素流量Ｆ_Ａの差分に基づく第１補正項を用いて補正することで電流指令値Ｉを算出するようにしたので、水電解装置２での水素発生量と水電解装置２に電流を与えるための整流器８の電流値との関係性が電解槽の劣化や整流器８の制御誤差等により変化する場合であっても、この変化に応じた適切な電流指令値Ｉを算出することができる。よって、このように算出された電流指令値Ｉに基づき水電解装置２の電流制御をすることで、負荷変化に対する応答の遅れを抑制しながら、必要量の水素を適切に製造することができる。

【0038】

また、上述の実施形態によれば、負荷変化に対する応答性が良好であるため、水素の需要と供給のミスマッチを抑制し、貯留部４の圧力安定性を向上することができる。このため、例えば、貯留部４の容量を小さくすることができ、設備コストを低減することができる。

【0039】

上述したように、必要水素流量Ｆ_Ｄと実水素流量Ｆ_Ａとの差分に基づいて比例及び積分演算をすることにより第１補正項を算出し、該第１補正項を暫定必要電流Ｉ_Ｄに加算して電流指令値Ｉを取得してもよい。これにより、水電解装置２での水素発生量と水電解装置２に電流を与えるための整流器８の電流値との関係性が変化する場合であっても、この変化に応じた適切な電流指令値Ｉを算出することができる。よって、負荷変化に対する応答の遅れを抑制しながら、必要量の水素を適切に製造することができる。

【0040】

幾つかの実施形態では、上述したように、必要水素流量取得部２０は、消費流量取得部２１で取得された消費流量を第２補正部２２にて補正したものを、必要水素流量Ｆ_Ｄとして取得してもよい。第２補正部２２は、予め定められた貯留部４の設定圧力Ｐ_Ｓと、貯留部４の実際の圧力である実圧力Ｐ_Ａとの差分（Ｐ_Ｓ－Ｐ_Ａ）に基づく第２補正項を用いて、消費流量取得部２１で取得された消費流量を補正することで、必要水素流量Ｆ_Ｄを取得するように構成される。

【0041】

図２及び図４に示す第２補正部２２は、貯留部４の設定圧力Ｐ_Ｓと実圧力Ｐ_Ａとの差分（Ｐ_Ｓ－Ｐ_Ａ）を算出するための減算部２６と、該差分（Ｐ_Ｓ－Ｐ_Ａ）に基づき比例及び積分演算をすることにより第２補正項を算出するための比例積分演算器２８と、消費流量取得部２１で取得された消費流量に第２補正項を加算するように構成された加算器３０と、を含む。貯留部４の設定圧力Ｐ_Ｓは、予め制御装置１０の記憶装置等に記憶されていてもよく、第２補正部２２は、該記憶装置から設定圧力Ｐ_Ｓを取得してもよい。また、第２補正部２２は、圧力センサ１６による計測値を貯留部４の実圧力Ｐ_Ａとして取得してもよい。

【0042】

上述したように、水素消費量に対応する必要水素流量Ｆ_Ｄに基づいて電流指令値Ｉを算出し、該電流指令値Ｉに基づいて水電解装置２を運転することで、消費量と同等量の水素を生成及び供給可能となる。一方、消費に対する供給の遅れがあった場合、貯留部４の圧力は元の値（設定圧力Ｐ_Ｓ）に到達することができなくなる。この点、上述の実施形態では、貯留部４の設定圧力Ｐ_Ｓと実圧力Ｐ_Ａとの差分（Ｐ_Ｓ－Ｐ_Ａ）に基づく第２補正項を用いて、貯留部４から供給先（水素消費設備６）に供給される水素の流量（消費流量）を補正して必要水素流量Ｆ_Ｄを取得するようにしたので、該必要水素流量Ｆ_Ｄに基づき算出される電流指令値Ｉに基づき水電解装置２の電流制御を行うことで、貯留部４の圧力を設定圧力Ｐ_Ｓに近付けることができる。よって、貯留部４の圧力を設定圧力Ｐ_Ｓに維持しやすくしながら、かつ、負荷変化に対する応答の遅れを抑制しながら、必要量の水素を適切に製造することができる。

【0043】

また、上述したように、幾つかの実施形態では、貯留部４の設定圧力Ｐ_Ｓと実圧力Ｐ_Ａとの差分に基づいて比例及び積分演算をすることにより第２補正項が算出され、当該第２補正項を消費流量に加算することにより必要水素流量Ｆ_Ｄが取得される。よって、該必要水素流量Ｆ_Ｄに基づき算出される電流指令値Ｉに基づき水電解装置２の電流制御を行うことで、貯留部４の圧力を設定圧力Ｐ_Ｓに近付けることができる。よって、貯留部４の圧力を設定圧力Ｐ_Ｓに維持しやすくしながら、かつ、負荷変化に対する応答の遅れを抑制しながら、必要量の水素を適切に製造することができる。

【0044】

図４に示す例示的な実施形態では、制御装置１０は、必要水素流量取得部２０からの必要水素流量Ｆ_Ｄを、複数の水電解装置２の台数Ｎで除して、水電解装置２の１台あたりの必要水素流量（Ｆ_Ｄ／Ｎ）を取得するように構成された除算部４２を備えている。

【0045】

この実施形態では、変換部３１は、水電解装置２の１台当たりの必要水素流量（Ｆ_Ｄ／Ｎ）を変換して水電解装置２の１台あたりの暫定必要電流Ｉ_Ｄ＿Ｎを取得する。また、第１補正部３４は、複数の水電解装置２の各々について第１補正項を算出する。即ち、複数の水電解装置２において生成される水素の流量（実水素流量Ｆ_Ａ）をそれぞれ取得して、水電解装置２ごとに異なる実水素流量Ｆ_Ａを用いて、第１補正項を算出する。なお、複数の水電解装置２についての実水素流量Ｆ_Ａは、流量センサ１２Ａ，１２Ｂ（図３参照）を用いて取得することができる。そして、第１補正部３４によって算出された複数の水電解装置２についての第１補正項を、水電解装置２の１台当たりの暫定必要電流Ｉ_Ｄ＿Ｎに加算することで、複数の水電解装置２ごとの電流指令値Ｉ＿Ｎを取得する。

【0046】

水素製造設備１００が複数の水電解装置２を含む場合、電解槽や整流器８の個体差等により、複数の水電解装置２ごとに、水素発生量と整流器８の電流値との関係性の変化のしかたは異なると考えられる。この点、上述の実施形態によれば、必要水素流量Ｆ_Ｄを水電解装置の台数Ｎで除して水電解装置１台あたりの必要水素流量（Ｆ_Ｄ／Ｎ）を取得し、これに基づき水電解装置２の１台あたりの暫定必要電流Ｉ_Ｄ＿Ｎを取得するとともに、水電解装置２ごとに算出される第１補正項を用いて該暫定必要電流Ｉ_Ｄ＿Ｎを補正して水電解装置２ごとの電流指令値Ｉ＿Ｎを得る。これにより、機器の個体差の影響を低減しながら、水電解装置ごとに、水素発生量と整流器８の電流値との関係性の変化に応じた適切な電流指令値を算出することができる。よって、このように算出された電流指令値Ｉ＿Ｎに基づき複数の水電解装置２の電流制御をすることで、負荷変化に対する応答の遅れを抑制しながら、必要量の水素を適切に製造することができる。

【0047】

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

【0048】

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る水素製造設備（１００）用の制御装置（１０）は、
少なくとも１つの水電解装置（２）を含む水素製造設備の運転を制御するための制御装置であって、
前記水電解装置に要求される水素生成量である必要水素流量（Ｆ_Ｄ）を取得するように構成された必要水素流量取得部（２０）と、
前記必要水素流量を、前記水電解装置で前記必要水素流量の水素を生成するために必要な電流に変換して暫定必要電流（Ｉ_Ｄ）を取得するように構成された変換部（３１）と、
前記必要水素流量と、前記水電解装置での実際の水素生成量である実水素流量（Ｆ_Ａ）との差分に基づく第１補正項を用いて前記暫定必要電流を補正することで前記水電解装置に与える電流指令値（Ｉ）を取得するように構成された第１補正部（３４）と、
を備える。

【0049】

上記（１）の構成では、水素消費量に対応する必要水素流量から電流指令値を算出するようにしたので、負荷（水素消費量）の変化に対する応答遅れを小さくすることができる。また、必要水素流量から算出される暫定必要電流を、必要水素流量と実水素流量の差分に基づく第１補正項を用いて補正することで電流指令値を算出するようにしたので、水電解装置での水素発生量と水電解装置に電流を与えるための整流器の電流値との関係性が変化する場合であっても、この変化に応じた適切な電流指令値を算出することができる。よって、このように算出された電流指令値に基づき水電解装置の電流制御をすることで、負荷変化に対する応答の遅れを抑制しながら、必要量の水素を適切に製造することができる。

【0050】

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記第１補正部は、前記第１補正項を前記暫定必要電流に加算して前記電流指令値を取得するように構成される。

【0051】

上記（２）の構成によれば、必要水素流量から算出される暫定必要電流に、必要水素流量と実水素流量の差分に基づく第１補正項を加算することで電流指令値を算出する。よって、水電解装置での水素発生量と水電解装置に電流を与えるための整流器の電流値との関係性が変化する場合であっても、この変化に応じた適切な電流指令値を算出することができる。よって、負荷変化に対する応答の遅れを抑制しながら、必要量の水素を適切に製造することができる。

【0052】

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記第１補正部は、前記必要水素流量と前記実水素流量との差分に基づいて比例及び積分演算をすることにより前記第１補正項を算出するように構成される。

【0053】

上記（３）の構成によれば、必要水素流量と実水素流量との差分に基づいて比例及び積分演算をすることにより第１補正項を算出する。よって、該第１補正項を用いて暫定必要電流を補正することで、水電解装置での水素発生量と水電解装置に電流を与えるための整流器の電流値との関係性が変化する場合であっても、この変化に応じた適切な電流指令値を算出することができる。よって、負荷変化に対する応答の遅れを抑制しながら、必要量の水素を適切に製造することができる。

【0054】

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、
前記必要水素流量取得部は、
前記水電解装置で生成された水素が貯留される貯留部（４）から水素が供給される水素消費設備（６）での水素の消費流量を取得するように構成された消費流量取得部（２１）と、
予め定められた前記貯留部の設定圧力（Ｐ_Ｓ）と、前記貯留部の実圧力（Ｐ_Ａ）との差分に基づく第２補正項を用いて前記消費流量を補正することで前記必要水素流量を取得するように構成された第２補正部（２２）と、
を含む。

【0055】

上記（１）で述べたように水素消費量に対応する必要水素流量に基づいて電流指令値を算出し、該電流指令値に基づいて水電解装置を運転することで、消費量と同等量の水素を生成及び供給可能となる。一方、消費に対する供給の遅れがあった場合、貯留部の圧力は元の値（設定圧力）に到達することができなくなる。この点、上記（４）の構成では、貯留部の設定圧力と実圧力との差分に基づく第２補正項を用いて、貯留部から供給先（水素消費設備）に供給される水素の流量（消費流量）を補正して必要水素流量を取得するようにしたので、該必要水素流量に基づき算出される電流指令値に基づき水電解装置の電流制御を行うことで、貯留部の圧力を設定圧力に近付けることができる。よって、上記（４）の構成によれば、貯留部の圧力を設定圧力に維持しやすくしながら、かつ、負荷変化に対する応答の遅れを抑制しながら、必要量の水素を適切に製造することができる。

【0056】

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、
前記第２補正部は、前記第２補正項を前記消費流量に加算して前記必要水素流量を取得するように構成される。

【0057】

上記（５）の構成によれば、貯留部から供給先（水素消費設備）に供給される水素の流量（消費流量）に、貯留部の設定圧力と実圧力との差分に基づく第２補正項を加算することで必要水素流量を取得する。よって、該必要水素流量に基づき算出される電流指令値に基づき水電解装置の電流制御を行うことで、貯留部の圧力を設定圧力に近付けることができる。よって、貯留部の圧力を設定圧力に維持しやすくしながら、かつ、負荷変化に対する応答の遅れを抑制しながら、必要量の水素を適切に製造することができる。

【0058】

（６）幾つかの実施形態では、上記（４）又は（５）の構成において、
前記第２補正部は、前記貯留部の前記設定圧力と前記実圧力との差分に基づいて比例及び積分演算をすることにより前記第２補正項を算出するように構成される。

【0059】

上記（６）の構成によれば、貯留部の設定圧力の実圧力との差分に基づいて比例及び積分演算をすることにより第２補正項を算出する。よって、該第２補正項を用いて水素の消費流量を補正して必要水素流量を取得するとともに、該必要水素流量に基づき算出される電流指令値に基づき水電解装置の電流制御を行うことで、貯留部の圧力を設定圧力に近付けることができる。よって、貯留部の圧力を設定圧力に維持しやすくしながら、かつ、負荷変化に対する応答の遅れを抑制しながら、必要量の水素を適切に製造することができる。

【0060】

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れかの構成において、
前記少なくとも１つの水電解装置は、複数の水電解装置（２Ａ，２Ｂ）を含み、
前記必要水素流量を前記複数の水電解装置の台数（Ｎ）で除して前記水電解装置１台あたりの必要水素流量を取得するように構成された除算部（４２）を備え、
前記変換部は、前記水電解装置１台当たりの前記必要水素流量を変換して前記水電解装置１台あたりの暫定必要電流（Ｉ_Ｄ＿Ｎ）を取得するように構成され、
前記第１補正部は、前記複数の水電解装置ごとに算出される前記第１補正項を前記水電解装置１台当たりの前記暫定必要電流に加算して、前記複数の水電解装置ごとの電流指令値（Ｉ＿Ｎ）を取得するように構成される。

【0061】

水素製造設備が複数の水電解装置を含む場合、電解槽や整流器の個体差等により、複数の水電解装置ごとに、水素発生量と整流器の電流値との関係性の変化のしかたは異なると考えられる。この点、上記（７）の構成によれば、必要水素流量を水電解装置の台数で除して水電解装置１台あたりの必要水素流量を取得し、これに基づき水電解装置１台あたりの暫定必要電流を取得するとともに、水電解装置ごとに算出される第１補正項を用いて該暫定必要電流を補正して水電解装置ごとの電流指令値を得る。これにより、機器の個体差の影響を低減しながら、水電解装置ごとに、水素発生量と整流器の電流値との関係性の変化に応じた適切な電流指令値を算出することができる。よって、このように算出された電流指令値に基づき複数の水電解装置の電流制御をすることで、負荷変化に対する応答の遅れを抑制しながら、必要量の水素を適切に製造することができる。

【0062】

（８）本発明の少なくとも一実施形態に係る水素製造設備（１００）は、
少なくとも１つの水電解装置（２）と、
前記少なくとも１つの水電解装置の運転を制御するように構成された上記（１）乃至（７）の何れか一項に記載の制御装置（１０）と、
を備える。

【0063】

上記（８）の構成では、水素消費量に対応する必要水素流量から電流指令値を算出するようにしたので、負荷（水素消費量）の変化に対する応答遅れを小さくすることができる。また、必要水素流量から算出される暫定必要電流を、必要水素流量と実水素流量の差分に基づく第１補正項を用いて補正することで電流指令値を算出するようにしたので、水電解装置での水素発生量と水電解装置に電流を与えるための整流器の電流値との関係性が変化する場合であっても、この変化に応じた適切な電流指令値を算出することができる。よって、このように算出された電流指令値に基づき水電解装置の電流制御をすることで、負荷変化に対する応答の遅れを抑制しながら、必要量の水素を適切に製造することができる。

【0064】

（９）本発明の少なくとも一実施形態に係る水素製造設備の制御方法は、
少なくとも１つの水電解装置（２）を含む水素製造設備（１００）の運転を制御するための制御方法であって、
前記水電解装置に要求される水素生成量である必要水素流量（Ｆ_Ｄ）を取得するステップと、
前記必要水素流量を、前記水電解装置で前記必要水素流量の水素を生成するために必要な電流に変換して暫定必要電流（Ｉ_Ｄ）を取得するステップと、
前記必要水素流量と、前記水電解装置での実際の水素生成量である実水素流量（Ｆ_Ａ）との差分に基づく第１補正項を用いて前記暫定必要電流を補正することで前記水電解装置に与える電流指令値（Ｉ）を取得するステップと、
を備える。

【0065】

上記（９）の方法では、水素消費量に対応する必要水素流量から電流指令値を算出するようにしたので、負荷（水素消費量）の変化に対する応答遅れを小さくすることができる。また、必要水素流量から算出される暫定必要電流を、必要水素流量と実水素流量の差分に基づく第１補正項を用いて補正することで電流指令値を算出するようにしたので、水電解装置での水素発生量と水電解装置に電流を与えるための整流器の電流値との関係性が変化する場合であっても、この変化に応じた適切な電流指令値を算出することができる。よって、このように算出された電流指令値に基づき水電解装置の電流制御をすることで、負荷変化に対する応答の遅れを抑制しながら、必要量の水素を適切に製造することができる。

【0066】

（１０）本発明の少なくとも一実施形態に係る水素製造設備用の制御プログラムは、
少なくとも１つの水電解装置（２）を含む水素製造設備（１００）の運転を制御するための制御プログラムであって、
コンピュータに、
前記水電解装置に要求される水素生成量である必要水素流量（Ｆ_Ｄ）を取得する手順と、
前記必要水素流量を、前記水電解装置で前記必要水素流量の水素を生成するために必要な電流に変換して暫定必要電流（Ｉ_Ｄ）を取得する手順と、
前記必要水素流量と、前記水電解装置での実際の水素生成量である実水素流量（Ｆ_Ａ）との差分に基づく第１補正項を用いて前記暫定必要電流を補正することで前記水電解装置に与える電流指令値（Ｉ）を取得する手順と、
を実行させるように構成される。

【0067】

上記（１０）の構成では、水素消費量に対応する必要水素流量から電流指令値を算出するようにしたので、負荷（水素消費量）の変化に対する応答遅れを小さくすることができる。また、必要水素流量から算出される暫定必要電流を、必要水素流量と実水素流量の差分に基づく第１補正項を用いて補正することで電流指令値を算出するようにしたので、水電解装置での水素発生量と水電解装置に電流を与えるための整流器の電流値との関係性が変化する場合であっても、この変化に応じた適切な電流指令値を算出することができる。よって、このように算出された電流指令値に基づき水電解装置の電流制御をすることで、負荷変化に対する応答の遅れを抑制しながら、必要量の水素を適切に製造することができる。

【0068】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

【0069】

本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

【符号の説明】

【0070】

２ 水電解装置
４ 貯留部
６ 水素消費設備
８ 整流器
８Ａ 整流器
８Ｂ 整流器
１０ 制御装置
１２ 流量センサ
１２Ａ 流量センサ
１２Ｂ 流量センサ
１４ 流量センサ
１６ 圧力センサ
２０ 必要水素流量取得部
２１ 消費流量取得部
２２ 第２補正部
２４ 変換器
２６ 減算部
２８ 比例積分演算器
３０ 加算器
３１ 変換部
３２ 変換器
３４ 第１補正部
３６ 減算部
３８ 比例積分演算器
４０ 加算器
４２ 除算部
９０ 電源
９２ 送電線
１００ 水素製造設備

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】