JP2024024259A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

【課題】プラント全体としての稼動期間を長期化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。【解決手段】水素製造設備用の制御装置は、複数の電解セルと、前記複数の電解セルに直流電力をそれぞれ供給するための複数の整流器と、を含む制御装置であって、前記複数の電解セルの劣化の度合いをそれぞれ示す複数の劣化係数を取得するように構成された劣化係数取得部と、総必要電流、及び、個別必要電流算出部と、前記複数の整流器をそれぞれ制御するように構成された制御部と、を備え、前記劣化係数取得部は、前記複数の電解セルの各々について、該電解セルの寿命初期における印加電圧と回路に流れる電流との相関関係を示す第１相関関係、及び、該電解セルの寿命末期における前記相関関係を示す第２相関関係に基づいて前記劣化係数を取得するように構成される。【選択図】図３

Description

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。
水素を製造するための設備として、水や水蒸気を電気分解することで水素を生成する電解装置を含む水素製造設備が知られている。
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。
特開２００２－１２９３７２号公報
ところで、水や水蒸気を電解するための電解セル（電解装置）は、時間経過や運転状況（稼働率等）に応じて劣化して性能が低下する。また、複数の電解セルを同一条件で運転したとしても劣化度合いには個体差がある。
劣化度合いが異なる複数の電解セルを含む水素製造設備において、複数の電解セルを均等な負荷（水素生成量）で運転すると、劣化が進んでいる電解セルについては劣化がより早く進んでしまい、水素製造設備（プラント）全体としての稼動期間（寿命）が短くなってしまう可能性がある。
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、プラント全体としての稼動期間を長期化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。
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、
水又は水蒸気を電気分解するための複数の電解セルと、前記複数の電解セルに直流電力をそれぞれ供給するための複数の整流器と、を含む水素製造設備のための制御装置であって、
前記複数の電解セルの劣化の度合いをそれぞれ示す複数の劣化係数を取得するように構成された劣化係数取得部と、
前記水素製造設備に要求される水素生成量に対応する総必要電流、及び、前記複数の劣化係数に基づいて、前記複数の電解セルに要求される必要電流をそれぞれ示す複数の個別必要電流を算出するように構成された個別必要電流算出部と、
前記複数の個別必要電流に基づき前記複数の整流器をそれぞれ制御するように構成された制御部と、
を備え、
前記劣化係数取得部は、前記複数の電解セルの各々について、該電解セルの寿命初期における該電解セルへの印加電圧と該電解セルを含む回路に流れる電流との相関関係を示す第１相関関係、及び、該電解セルの寿命末期における前記相関関係を示す第２相関関係に基づいて前記劣化係数を取得するように構成される。
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、
水又は水蒸気を電気分解するための複数の電解セルと、
前記複数の電解セルに直流電力をそれぞれ供給するための複数の整流器と、
前記複数の整流器の出力電圧又は出力電流を調節するように構成された上述の制御装置と、
を備える。
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、
水又は水蒸気を電気分解するための複数の電解セルと、前記複数の電解セルに直流電力をそれぞれ供給するための複数の整流器と、を含む水素製造設備を制御するための制御方法であって、
前記複数の電解セルの劣化の度合いをそれぞれ示す複数の劣化係数を取得するステップと、
前記水素製造設備に要求される水素生成量に対応する総必要電流、及び、前記複数の劣化係数に基づいて、前記複数の電解セルに要求される必要電流をそれぞれ示す複数の個別必要電流を算出するステップと、
前記複数の個別必要電流に基づき前記複数の整流器をそれぞれ制御するステップと、
を備え、
前記劣化係数を取得するステップでは、前記複数の電解セルの各々について、該電解セルの寿命初期における該電解セルへの印加電圧と該電解セルを含む回路に流れる電流との相関関係を示す第１相関関係、及び、該電解セルの寿命末期における前記相関関係を示す第２相関関係に基づいて前記劣化係数を取得する。
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、
水又は水蒸気を電気分解するための複数の電解セルと、前記複数の電解セルに直流電力をそれぞれ供給するための複数の整流器と、を含む水素製造設備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、
前記複数の電解セルの劣化の度合いをそれぞれ示す複数の劣化係数を取得する手順と、
前記水素製造設備に要求される水素生成量に対応する総必要電流、及び、前記複数の劣化係数に基づいて、前記複数の電解セルに要求される必要電流をそれぞれ示す複数の個別必要電流を算出する手順と、
前記複数の個別必要電流に基づき前記複数の整流器をそれぞれ制御する手順と、
を実行させるように構成され、
前記劣化係数を取得する手順では、前記複数の電解セルの各々について、該電解セルの寿命初期における該電解セルへの印加電圧と該電解セルを含む回路に流れる電流との相関関係を示す第１相関関係、及び、該電解セルの寿命末期における前記相関関係を示す第２相関関係に基づいて前記劣化係数を取得する。
本発明の少なくとも一実施形態によれば、プラント全体としての稼動期間を長期化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。
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。 一実施形態に係る制御装置の概略構成図である。 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。 一実施形態に係る制御方法の手順を説明するためのグラフである。
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。
（水素製造設備の構成）
図１は、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に示すように、水素製造設備１００は、複数の電解セル２（２Ａ，２Ｂ）と、複数の整流器８（８Ａ，８Ｂ）と、制御装置１０と、を備える。水素製造設備１００は、複数の電解セル２（２Ａ，２Ｂ）で生成された水素を貯留するための貯留部４を備えていてもよい。なお、図１においては、２台の電解セル２及び２台の整流器８が示されているが、水素製造設備１００を構成する電解セル２及び整流器８の台数は限定されない。
複数の電解セル２（２Ａ，２Ｂ）の各々は、直流電圧を印加されて水又は水蒸気を電気分解するように構成される。複数の電解セル２のタイプは限定されない。複数の電解セル２は、例えば、水（液体）を電解するための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、又は、アニオン交換膜（Ａｎｉｏｎ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ：ＡＥＭ）型水電解装置の電解セル（電解槽）であってもよく、あるいは、水蒸気を電気分解するための固体酸化物形電解セル（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ Ｃｅｌｌ：ＳＯＥＣ）電解装置の電解セルであってもよい。
複数の整流器８（８Ａ，８Ｂ）は、複数の電解セル２（２Ａ，２Ｂ）に直流電力をそれぞれ供給するように構成される。複数の整流器８の各々には、送電線９２を介して電源９０から電力（典型的には交流電力）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（例えば発電装置や電力貯蔵装置（電池等））であってもよい。複数の整流器８の各々は、電源９０からの電力を、必要に応じて交流電力から直流電力に変換し、直流電圧として複数の電解セル２にそれぞれ出力する。以下、整流器８から電解セル２に出力される直流電圧（電解セル２への印加電圧）を出力電圧ともいう。また、整流器８は、出力電圧を変化できるように構成される。
各電解セル２は水又は水蒸気が供給されるようになっている。上述したように、各電解セル２には、整流器８を介して直流電力が供給される。整流器８を介して電解セル２に設けられた一対の電極間に直流電圧をかけることで電解セル２内の水又は水蒸気が電気分解され、陰極側で水素が発生し、陽極側で酸素が発生する。電解セル２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。
電解セル２の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。電解セル２の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。
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。
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。
水素製造設備１００は、複数の電解セル２において水が電気分解されるときに複数の電解セル２をそれぞれ含む回路を流れる直流電流を計測するための複数の電流センサ１４（１４Ａ，１４Ｂ）を備えていてもよい。該回路は、整流器８の直流電圧の一対の出力端子と電解セル２の一対の電極間をそれぞれ接続する電線を含む。電流センサ１４（１４Ａ，１４Ｂ）は、整流器８の上述の一対の出力端子の何れかと、電解セル２の一対の電極の何れかとの間に流れる電流を計測するように構成されてもよい。
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１６を備えていてもよい。流量センサ１６は、図１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。
電流センサ１４及び／又は流量センサ１６は制御装置１０に電気的に接続され、電流センサ１４及び／又は流量センサ１６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。
（水素製造設備の制御）
次に、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は、一実施形態に係る制御装置の概略構成図である。図３は、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。以下の説明では、Ｎ台の電解セル２及びＮ台の整流器８を含む水素製造設備１００の制御について説明する。制御装置１０は、電流センサ１４及び／又は流量センサ１６による計測結果等に基づいて、複数の（即ちＮ台の）整流器８を制御するように構成される。
図２及び図３に示すように、一実施形態に係る制御装置１０は、劣化係数取得部２８と、個別必要電流算出部３０と、を備える。また、図２に示すように、制御装置１０は、総必要電流取得部２２、第１相関関係取得部２４、第２相関関係取得部２６、制御部３１及び／又は記憶部３２を備えていてもよい。
制御装置１０は、プロセッサ（ＣＰＵ等）、主記憶装置（メモリデバイス；ＲＡＭ等）、補助記憶装置及びインターフェース等を備えた計算機を含む。制御装置１０は、インターフェースを介して、電流センサ１４及び／又は流量センサ１６からの信号を受け取るようになっている。プロセッサは、このようにして受け取った信号を処理するように構成される。また、プロセッサは、主記憶装置に展開されるプログラムを処理するように構成される。これにより、上述の総必要電流取得部２２、第１相関関係取得部２４、第２相関関係取得部２６、劣化係数取得部２８、個別必要電流算出部３０及び制御部３１の機能が実現される。なお、上述の記憶部３２は、制御装置１０を構成する計算機の主記憶装置又は補助記憶装置を含んでもよい。
制御装置１０での処理内容は、プロセッサにより実行されるプログラムとして実装される。プログラムは、例えば補助記憶装置に記憶されていてもよい。プログラム実行時には、これらのプログラムは主記憶装置に展開される。プロセッサは、主記憶装置からプログラムを読み出し、プログラムに含まれる命令を実行するようになっている。
総必要電流取得部２２は、水素製造設備１００に要求される水素生成量に対応する総必要電流Ｉｔｏｔａｌを取得するように構成される。総必要電流取得部２２は、水素製造設備１００に要求される水素生成量を総必要電流Ｉｔｏｔａｌに変換する変換器２３（図３参照）を含んでもよい。変換器２３は、水素生成量と総必要電流Ｉｔｏｔａｌとの相関関係を示す関数を用いて、水素生成量を総必要電流Ｉｔｏｔａｌに変換するように構成されていてもよい。
総必要電流取得部２２は、例えば、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し、該消費流量に基づいて、水素製造設備１００の総必要電流Ｉｔｏｔａｌを算出するようにしてもよい。総必要電流取得部２２は、水素消費設備６での水素の消費流量として、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取得してもよい。この場合、流量センサ１６（図１参照）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。あるいは、総必要電流取得部２２は、水素消費設備６での水素の消費流量として、水素消費設備６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、総必要電流取得部２２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もよい。
第１相関関係取得部２４は、複数の（Ｎ台の）電解セル２各々について、電解セル２の寿命初期（ＢＯＬ；Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ｏｆ Ｌｉｆｅ）における該電解セル２への印加電圧と該電解セル２を含む回路に流れる電流との相関関係を示す第１相関関係を取得するように構成される。
該第１相関関係は、電解セル２の仕様（設計）によって決まるものであり、予め取得することが可能である。このように予め取得された第１相関関係は、予め記憶部３２に記憶されていてもよい。第１相関関係取得部２４は、記憶部３２に予め記憶された第１相関関係を取得するようにしてもよい。
あるいは、電解セル２の寿命初期における上述の印加電圧及び上述の電流に係る２点以上のデータを計測し、該２点以上のデータに基づいて第１相関関係を算出することもできる。第１相関関係取得部２４は、該２点以上のデータから近似曲線（近似直線等）を算出し、このように算出した近似曲線を第１相関関係として取得してもよい。上述の電流の計測値は、電流センサ１４（図１参照）を用いて取得されるものであってもよい。上述の印加電圧の計測値は、電解セル２の一対の電極間の電圧を計測するように計測された電圧センサ（不図示）の計測値であってもよい。
第２相関関係取得部２６は、複数の（Ｎ台の）電解セル２の各々について、電解セル２の寿命末期（ＥＯＬ；Ｅｎｄ ｏｆ Ｌｉｆｅ）における電解セル２への印加電圧と該電解セルを含む回路に流れる電流との相関関係を示す第２相関関係を取得するように構成される。
該第２相関関係は、電解セル２の仕様（設計）によって決まるものであり、予め取得することが可能である。このように予め取得された第２相関関係は、予め記憶部３２に記憶されていてもよい。第２相関関係取得部２６は、記憶部３２に予め記憶された第２相関関係を取得するようにしてもよい。
あるいは、電解セル２の寿命末期における上述の印加電圧及び上述の電流に係る２点以上のデータを計測し、該２点以上のデータに基づいて第２相関関係を算出することもできる。第２相関関係取得部２６は、該２点以上のデータから近似曲線（近似直線等）を算出し、このように算出した近似曲線を第２相関関係として取得してもよい。上述の電流の計測値は、電流センサ１４（図１参照）を用いて取得されるものであってもよい。上述の印加電圧の計測値は、電解セル２の一対の電極間の電圧を計測するように計測された電圧センサ（不図示）の計測値であってもよい。
第１相関係数及び第２相関係数は、例えば以下のようにして算出することができる。ここで、図４は、一実施形態に係る制御方法の手順を説明するためのグラフである。図４のグラフの縦軸は電解セル２の印加電圧Ｖ（即ち整流器８の出力電圧）を示し、横軸は電解セル２を含む回路の電流Ｉを示す。
ある電解セル２において、水素生成量Ｆａ（例えば定格運転時の４０％）を得るために必要な電流値がＩａであり、該電解セル２において水素生成量Ｆｂ（例えば定格運転時の１００％）を得るために必要な電流値がＩｂである。また、この電解セル２では、寿命初期において電流値Ｉａを得るための印加電圧（設計値）がＶＢＯＬ＿ａであり、寿命初期において電流値Ｉｂを得るための印加電圧（設計値）がＶＢＯＬ＿ｂである。
これらの電流と印加電圧の２点のデータ（すなわち、（Ｉａ，ＶＢＯＬ＿ａ）及び（Ｉｂ，ＶＢＯＬ＿ｂ））から、この電解セル２についての寿命初期における印加電圧ＶＢＯＬと電流Ｉの相関関係（第１相関関係）は、ＶＢＯＬ＝（ＶＢＯＬ＿ｂ－ＶＢＯＬ＿ａ）／（Ｉｂ－Ｉａ）×Ｉ＋αＢＯＬで表せる（ただしαＢＯＬは切片である）。図４において、直線Ｌ１は、この第１相関関係を示す直線である。
また、上述の電解セル２では、寿命末期において電流値Ｉａを得るための印加電圧（設計値）がＶＥＯＬ＿ａであり、寿命末期において電流値Ｉｂを得るための印加電圧（設計値）がＶＥＯＬ＿ｂである。
これらの電流と印加電圧の２点のデータ（すなわち、（Ｉａ，ＶＥＯＬ＿ａ）及び（Ｉｂ，ＶＥＯＬ＿ｂ））から、この電解セル２についての寿命末期における印加電圧ＶＥＯＬと電流Ｉの相関関係（第２相関関係）は、ＶＥＯＬ＝（ＶＥＯＬ＿ｂ－ＶＥＯＬ＿ａ）／（Ｉｂ－Ｉａ）×Ｉ＋αＥＯＬで表せる（ただしαＥＯＬは切片である）。図４において、直線Ｌ２は、この第２相関関係を示す直線である。
劣化係数取得部２８は、第１相関関係取得部２４で取得された第１相関関係、及び、第２相関関係取得部２６で取得された第２相関関係に基づいて、Ｎ台の電解セル２の劣化の度合いをそれぞれ示す複数の（即ちＮ個の）劣化係数Ｄｉ（Ｄ１，Ｄ２，…，ＤＮ）を取得するように構成される。
劣化係数取得部２８は、複数の電解セル２の各々について、該電解セルを含む回路に特定値の電流を流すために現時点で必要な該電解セル２への印加電圧、上述の第１相関関係から求まる該特定値の電流に対応する電圧値、及び、第２相関関係から求まる該特定値の電流に対応する電圧値に基づいて、劣化係数Ｄｉを算出するように構成されてもよい。
一実施形態では、劣化係数Ｄｉは、電解セル２の寿命初期における劣化率（寿命初期において１００％、寿命末期において０％）として算出することができる。
より具体的には、劣化係数Ｄｉ（Ｄ１，Ｄ２，…，ＤＮ）は、例えば以下のようにして計算することができる。劣化係数Ｄｉの計算対象の電解セル２について、該電解セル２を含む回路に特定値の電流Ｉｃを流すために現時点で必要な印加電圧の計測値（運転データ等）がＶｃｕｒ＿ｃだったとする（図４において点Ｐで示す）。また、上述の電流Ｉｃを流すために電解セル２の寿命初期において必要な印加電圧ＶＢＯＬ＿ｃは上述の第１相関関係から算出可能であり、上述の電流Ｉｃを流すために電解セル２の寿命末期において必要な印加電圧ＶＥＯＬ＿ｃは上述の第２相関関係から算出可能である（図４参照）。
この場合、対象の電解セル２について、現時点における劣化係数（劣化率）Ｄｉ（寿命初期において１００％、寿命末期において０％）は、例えば、以下の式（Ａ）で表すことができる。
Ｄｉ＝（ＶＥＯＬ＿ｃ－Ｖｃｕｒ＿ｃ）／（ＶＥＯＬ＿ｃ－ＶＢＯＬ＿ｃ）×１００（％） …（Ａ）
複数の電解セル２について、例えば上記式（Ａ）を用いて、複数の劣化係数Ｄｉ（Ｄ１，Ｄ２，…，ＤＮ）を算出することができる。
個別必要電流算出部３０は、総必要電流取得部２２で取得された総必要電流Ｉｔｏｔａｌ、及び、劣化係数取得部２８で取得された複数の劣化係数Ｄｉ（Ｄ１，Ｄ２，…，ＤＮ）に基づいて、複数の電解セル２に要求される必要電流をそれぞれ示す複数の個別必要電流Ｉｉ（Ｉ１，Ｉ２，…，ＩＮ）を算出するように構成される。
個別必要電流算出部３０は、複数の電解セル２についての劣化係数Ｄｉ（Ｄ１，Ｄ２，…，ＤＮ）の平均ＤＡＶＧに対する前記複数の電解セルの各々の劣化係数Ｄｉの比（Ｄｉ／ＤＡＶＧ）を用いて、複数の電解セル２に対応する複数の個別必要電流Ｉｉ（Ｉ１，Ｉ２，…，ＩＮ）を算出してもよい。なお、複数の劣化係数Ｄｉの平均ＤＡＶＧは、複数の劣化係数Ｄｉの算術平均であってもよい。この場合、複数の劣化係数の平均ＤＡＶＧは、下記式（Ｂ）で表される。
ＤＡＶＧ＝（Ｄ１＋Ｄ２＋…＋ＤＮ）／Ｎ …（Ｂ）
より具体的には、複数の個別必要電流Ｉｉ（Ｉ１，Ｉ２，…，ＩＮ）は、例えば以下のようにして計算することができる。図３に示すように、個別必要電流算出部３０は、総必要電流取得部２２で取得された総必要電流Ｉｔｏｔａｌを、電解セル２の運転台数Ｎで除算し、電解セル２の１台当たりの暫定的な必要電流Ｉｔｏｔａｌ／Ｎを得る。なお、図３に示すように、個別必要電流算出部３０は、総必要電流Ｉｔｏｔａｌを、電解セル２の運転台数Ｎで除算するように構成された除算器３６を含んでもよい。
次に、Ｎ台の電解セル２の各々について、上述の暫定的な必要電流Ｉｔｏｔａｌ／Ｎに対して上述の比（Ｄｉ／ＤＡＶＧ）を乗算することで、各電解セル２に要求される必要電流である個別必要電流Ｉｉ（Ｉ１，Ｉ２，…，ＩＮ）を算出するようにしてもよい。すなわち、下記式（Ｃ）から、各電解セル２についての個別必要電流Ｉｉ（Ｉ１，Ｉ２，…，ＩＮ）を算出してもよい。
Ｉｉ＝Ｉｔｏｔａｌ／Ｎ×（Ｄｉ／ＤＡＶＧ） …（Ｃ）
なお、図３に示すように、個別必要電流算出部３０は、上述の暫定的な必要電流Ｉｔｏｔａｌ／Ｎに対して上述の比（Ｄｉ／ＤＡＶＧ）を乗算することで、必要電流Ｉｔｏｔａｌ／Ｎを個別必要電流Ｉｉに変換するように構成された変換器３８を含んでもよい。
複数の電解セル２について、上記式（Ｃ）を用いて、複数の個別必要電流Ｉｉ（Ｉ１，Ｉ２，…，ＩＮ）を算出することができる。
制御部３１は、個別必要電流算出部３０で算出された複数の個別必要電流Ｉｉ（Ｉ１，Ｉ２，…，ＩＮ）に基づき、複数の（即ちＮ台の）整流器８をそれぞれ制御するように構成される。制御部３１は、各整流器８に対応する各電解セル２を含む回路を流れる電流が個別必要電流Ｉｉ（Ｉ１，Ｉ２，…，ＩＮ）に一致する又は近づくように、各整流器８の出力電圧を調節するように構成されてもよい。
記憶部３２には、予め取得された計測値や設計値、又は、上述の第１相関関係及び／又は第２相関関係等が記憶されていてもよい。
電解セル２の劣化度合いは、運転時のセル電圧に現れ、同一水素発生量に対する（即ち、同一電流に対する）電解セルへの印加電圧（即ち整流器から電解セルへの出力電圧）が高いほど、電解セルの劣化が進んでいることを示す。この点、上述の実施形態によれば、複数の電解セル２の各々について、該電解セル２の寿命初期における該電解セル２への印加電圧と該電解セル２を含む回路に流れる電流との相関関係を示す第１相関関係、及び、該電解セル２の寿命末期における前記相関関係を示す第２相関関係に基づいて、劣化係数Ｄｉを適切に取得することができる。
また、このように取得された複数の電解セル２についての劣化係数Ｄｉ、及び、水素製造設備１００全体に要求される水素生成量に対応する総必要電流Ｉｔｏｔａｌに基づいて、複数の電解セルのそれぞれに要求される個別必要電流を算出するようにしたので、複数の電解セル２の各々の劣化度合いに応じて必要電流を適切に分配することができる。例えば、劣化が比較的進んでいる電解セル２に対しては、個別必要電流Ｉｉが比較的小さくなるように、必要電流を分配することができる。このように算出された複数の個別必要電流Ｉｉに基づき整流器８から各電解セル２に直流電圧を出力することで、例えば劣化が比較的進んでいる電解セル２の劣化を遅らせて、複数の電解セル２の劣化度合いのばらつきを軽減することができる。よって、上述の実施形態によれば、水素製造設備１００全体としての稼動期間（寿命）を長期化することができる。
また、上述したように、幾つかの実施形態では、複数の電解セル２の各々について、該電解セル２を含む回路に特定値の電流を流すために現時点で必要な該電解セル２への印加電圧、上述の第１相関関係から求まる該特定値の電流に対応する電圧値、及び、上述の第２相関関係から求まる該特定値の電流に対応する電圧値に基づいて、上述の劣化係数を取得することができる。よって、複数の電解セル２について、簡易な手法で適切な劣化係数Ｄｉを取得することができる。
また、上述したように、幾つかの実施形態では、複数の電解セル２についての劣化係数の平均ＤＡＶＥに対する複数の電解セル２の各々の劣化係数Ｄｉの比を用いて、複数の電解セル２に対応する複数の個別必要電流Ｉｉをそれぞれ算出する。よって、複数の電解セル２の各々の劣化度合いに応じて必要電流を適切に分配することができる。例えば、劣化が比較的進んでいる電解セル２に対しては、個別必要電流Ｉｉが比較的小さくなるように、必要電流を分配することができる。このように算出される個別必要電流Ｉｉに基づき複数の整流器８を制御することで、複数の電解セル２の劣化度合いのばらつきを軽減しやすくなる。よって、水素製造設備１００全体としての稼動期間を長期化することができる。
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。
（１）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、
水又は水蒸気を電気分解するための複数の電解セル（２）と、前記複数の電解セルに直流電力をそれぞれ供給するための複数の整流器（８）と、を含む水素製造設備（１００）のための制御装置（１０）であって、
前記複数の電解セルの劣化の度合いをそれぞれ示す複数の劣化係数（Ｄｉ）を取得するように構成された劣化係数取得部（２８）と、
前記水素製造設備に要求される水素生成量に対応する総必要電流、及び、前記複数の劣化係数に基づいて、前記複数の電解セルに要求される必要電流をそれぞれ示す複数の個別必要電流（Ｉｉ）を算出するように構成された個別必要電流算出部（３０）と、
前記複数の個別必要電流に基づき前記複数の整流器をそれぞれ制御するように構成された制御部（３１）と、
を備え、
前記劣化係数取得部は、前記複数の電解セルの各々について、該電解セルの寿命初期における該電解セルへの印加電圧と該電解セルを含む回路に流れる電流との相関関係を示す第１相関関係、及び、該電解セルの寿命末期における前記相関関係を示す第２相関関係に基づいて前記劣化係数を取得するように構成される。
電解セルの劣化度合いは、運転時のセル電圧に現れ、同一水素発生量に対する（即ち、同一電流に対する）電解セルへの印加電圧（即ち整流器から電解セルへの出力電圧）が高いほど、電解セルの劣化が進んでいることを示す。この点、上記（１）の構成によれば、複数の電解セルの各々について、該電解セルの寿命初期における該電解セルへの印加電圧と該電解セルを含む回路に流れる電流との相関関係を示す第１相関関係、及び、該電解セルの寿命末期における前記相関関係を示す第２相関関係に基づいて、劣化係数を適切に取得することができる。
また、このように取得された複数の電解セルについての劣化係数、及び、水素製造設備全体に要求される水素生成量に対応する総必要電流に基づいて、複数の電解セルのそれぞれに要求される個別必要電流を算出するようにしたので、複数の電解セルの各々の劣化度合いに応じて必要電流を適切に分配することができる。例えば、劣化が比較的進んでいる電解セルに対しては、個別必要電流が比較的小さくなるように、必要電流を分配することができる。このように算出された複数の個別必要電流に基づき整流器から各電解セルに直流電圧を出力することで、例えば劣化が比較的進んでいる電解セルの劣化を遅らせて、複数の電解セルの劣化度合いのばらつきを軽減することができる。よって、上記（１）の構成によれば、水素製造設備全体としての稼動期間（寿命）を長期化することができる。
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記劣化係数取得部は、前記複数の電解セルの各々について、該電解セルを含む回路に特定値の電流（Ｉｃ）を流すために現時点で必要な該電解セルへの印加電圧（Ｖｃｕｒ＿ｃ）、前記第１相関関係から求まる前記特定値の電流に対応する電圧値（ＶＢＯＬ＿ｃ）、及び、前記第２相関関係から求まる前記特定値の電流に対応する電圧値（ＶＥＯＬ＿ｃ）に基づいて、前記劣化係数を取得するように構成される。
上記（２）の構成によれば、複数の電解セルの各々について、該電解セルを含む回路に特定値の電流を流すために現時点で必要な該電解セルへの印加電圧、上述の第１相関関係から求まる該特定値の電流に対応する電圧値、及び、上述の第２相関関係から求まる該特定値の電流に対応する電圧値に基づいて、上述の劣化係数を取得する。よって、複数の電解セルについて、簡易な手法で適切な劣化係数を取得することができる。
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記制御装置は、
前記複数の電解セルの各々について、該電解セルの寿命初期（ＢＯＬ；Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ｏｆ Ｌｉｆｅ）における、該電解セルへの印加電圧、及び、該電解セルを含む回路に流れる電流の少なくとも２点のデータから、該電解セルの寿命初期における前記印加電圧と前記電流との関係を示す近似曲線を前記第１相関関係として算出するように構成された第１相関関係取得部（２４）を備える。
上記（３）の構成によれば、複数の電解セルの各々について、該電解セルの寿命初期における、該電解セルへの印加電圧、及び、該電解セルを含む回路に流れる電流の少なくとも２点のデータから、該電解セルの寿命初期における前述の印加電圧と前述の電流との関係を示す近似曲線（第１相関関係）を算出する。よって、簡易な手法で第１相関関係を取得することができる。
（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、
前記制御装置は、
前記複数の電解セルの各々について、該電解セルの寿命末期（ＥＯＬ；Ｅｎｄ ｏｆ Ｌｉｆｅ）における、該電解セルへの印加電圧、及び、該電解セルを含む回路に流れる電流の少なくとも２点のデータから、該電解セルの寿命末期における前記印加電圧と前記電流との関係を示す近似曲線を前記第２相関関係として算出するように構成された第２相関関係取得部（２６）を備える。
上記（４）の構成によれば、複数の電解セルの各々について、該電解セルの寿命末期における、該電解セルへの印加電圧、及び、該電解セルを含む回路に流れる電流の少なくとも２点のデータから、該電解セルの寿命末期における前述の印加電圧と前述の電流との関係を示す近似曲線（第２相関関係）を算出する。よって、簡易な手法で第２相関関係を取得することができる。
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、
前記個別必要電流算出部は、前記複数の電解セルについての劣化係数の平均（ＤＡＶＥ）に対する前記複数の電解セルの各々の劣化係数（Ｄｉ）の比（Ｄｉ／ＤＡＶＥ）を用いて、前記複数の電解セルに対応する前記複数の個別必要電流を算出するように構成される。
上記（５）の構成によれば、複数の電解セルについての劣化係数の平均に対する複数の電解セルの各々の劣化係数の比を用いて、複数の電解セルに対応する複数の個別必要電流をそれぞれ算出する。よって、複数の電解セルの各々の劣化度合いに応じて必要電流を適切に分配することができる。例えば、劣化が比較的進んでいる電解セルに対しては、個別必要電流が比較的小さくなるように、必要電流を分配することができる。このように算出される個別必要電流に基づき複数の整流器を制御することで、複数の電解セルの劣化度合いのばらつきを軽減しやすくなる。よって、上記（５）の構成によれば、水素製造設備全体としての稼動期間を長期化することができる。
（６）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、
水又は水蒸気を電気分解するための複数の電解セル（２）と、
前記複数の電解セルに直流電力をそれぞれ供給するための複数の整流器（８）と、
前記複数の整流器の出力電圧又は出力電流を調節するように構成された上記（１）乃至（５）の何れか一項に記載の制御装置（１０）と、
を備える。
上記（６）の構成によれば、複数の電解セルの各々について、該電解セルの寿命初期における該電解セルへの印加電圧と該電解セルを含む回路に流れる電流との相関関係を示す第１相関関係、及び、該電解セルの寿命末期における前記相関関係を示す第２相関関係に基づいて、劣化係数を適切に取得することができる。
また、このように取得された複数の電解セルについての劣化係数、及び、水素製造設備全体に要求される水素生成量に対応する総必要電流に基づいて、複数の電解セルのそれぞれに要求される個別必要電流を算出するようにしたので、複数の電解セルの各々の劣化度合いに応じて必要電流を適切に分配することができる。例えば、劣化が比較的進んでいる電解セルに対しては、個別必要電流が比較的小さくなるように、必要電流を分配することができる。このように算出された複数の個別必要電流に基づき整流器から各電解セルに直流電圧を出力することで、例えば劣化が比較的進んでいる電解セルの劣化を遅らせて、複数の電解セルの劣化度合いのばらつきを軽減することができる。よって、上記（６）の構成によれば、水素製造設備全体としての稼動期間（寿命）を長期化することができる。
（７）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、
水又は水蒸気を電気分解するための複数の電解セル（２）と、前記複数の電解セルに直流電力をそれぞれ供給するための複数の整流器（８）と、を含む水素製造設備（１００）を制御するための制御方法であって、
前記複数の電解セルの劣化の度合いをそれぞれ示す複数の劣化係数を取得するステップと、
前記水素製造設備に要求される水素生成量に対応する総必要電流、及び、前記複数の劣化係数に基づいて、前記複数の電解セルに要求される必要電流をそれぞれ示す複数の個別必要電流を算出するステップと、
前記複数の個別必要電流に基づき前記複数の整流器をそれぞれ制御するステップと、
を備え、
前記劣化係数を取得するステップでは、前記複数の電解セルの各々について、該電解セルの寿命初期における該電解セルへの印加電圧と該電解セルを含む回路に流れる電流との相関関係を示す第１相関関係、及び、該電解セルの寿命末期における前記相関関係を示す第２相関関係に基づいて前記劣化係数を取得する。
上記（７）の方法によれば、複数の電解セルの各々について、該電解セルの寿命初期における該電解セルへの印加電圧と該電解セルを含む回路に流れる電流との相関関係を示す第１相関関係、及び、該電解セルの寿命末期における前記相関関係を示す第２相関関係に基づいて、劣化係数を適切に取得することができる。
また、このように取得された複数の電解セルについての劣化係数、及び、水素製造設備全体に要求される水素生成量に対応する総必要電流に基づいて、複数の電解セルのそれぞれに要求される個別必要電流を算出するようにしたので、複数の電解セルの各々の劣化度合いに応じて必要電流を適切に分配することができる。例えば、劣化が比較的進んでいる電解セルに対しては、個別必要電流が比較的小さくなるように、必要電流を分配することができる。このように算出された複数の個別必要電流に基づき整流器から各電解セルに直流電圧を出力することで、例えば劣化が比較的進んでいる電解セルの劣化を遅らせて、複数の電解セルの劣化度合いのばらつきを軽減することができる。よって、上記（７）の方法によれば、水素製造設備全体としての稼動期間（寿命）を長期化することができる。
（８）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、
水又は水蒸気を電気分解するための複数の電解セル（２）と、前記複数の電解セルに直流電力をそれぞれ供給するための複数の整流器（８）と、を含む水素製造設備（１００）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、
前記複数の電解セルの劣化の度合いをそれぞれ示す複数の劣化係数を取得する手順と、
前記水素製造設備に要求される水素生成量に対応する総必要電流、及び、前記複数の劣化係数に基づいて、前記複数の電解セルに要求される必要電流をそれぞれ示す複数の個別必要電流を算出する手順と、
前記複数の個別必要電流に基づき前記複数の整流器をそれぞれ制御する手順と、
を実行させるように構成され、
前記劣化係数を取得する手順では、前記複数の電解セルの各々について、該電解セルの寿命初期における該電解セルへの印加電圧と該電解セルを含む回路に流れる電流との相関関係を示す第１相関関係、及び、該電解セルの寿命末期における前記相関関係を示す第２相関関係に基づいて前記劣化係数を取得する。
上記（８）のプログラムによれば、複数の電解セルの各々について、該電解セルの寿命初期における該電解セルへの印加電圧と該電解セルを含む回路に流れる電流との相関関係を示す第１相関関係、及び、該電解セルの寿命末期における前記相関関係を示す第２相関関係に基づいて、劣化係数を適切に取得することができる。
また、このように取得された複数の電解セルについての劣化係数、及び、水素製造設備全体に要求される水素生成量に対応する総必要電流に基づいて、複数の電解セルのそれぞれに要求される個別必要電流を算出するようにしたので、複数の電解セルの各々の劣化度合いに応じて必要電流を適切に分配することができる。例えば、劣化が比較的進んでいる電解セルに対しては、個別必要電流が比較的小さくなるように、必要電流を分配することができる。このように算出された複数の個別必要電流に基づき整流器から各電解セルに直流電圧を出力することで、例えば劣化が比較的進んでいる電解セルの劣化を遅らせて、複数の電解セルの劣化度合いのばらつきを軽減することができる。よって、上記（８）のプログラムによれば、水素製造設備全体としての稼動期間（寿命）を長期化することができる。
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。
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。
２（２Ａ，２Ｂ） 電解セル
４ 貯留部
６ 水素消費設備
８（８Ａ，８Ｂ） 整流器
１０ 制御装置
１４（１４Ａ，１４Ｂ） 電流センサ
１６ 流量センサ
２２ 総必要電流取得部
２３ 変換器
２４ 第１相関関係取得部
２６ 第２相関関係取得部
２８ 劣化係数取得部
３０ 個別必要電流算出部
３１ 制御部
３２ 記憶部
３６ 除算器
３８ 変換器
９０ 電源
９２ 送電線
１００ 水素製造設備

Claims (8)

  1. 水又は水蒸気を電気分解するための複数の電解セルと、前記複数の電解セルに直流電力をそれぞれ供給するための複数の整流器と、を含む水素製造設備のための制御装置であって、
    前記複数の電解セルの劣化の度合いをそれぞれ示す複数の劣化係数を取得するように構成された劣化係数取得部と、
    前記水素製造設備に要求される水素生成量に対応する総必要電流、及び、前記複数の劣化係数に基づいて、前記複数の電解セルに要求される必要電流をそれぞれ示す複数の個別必要電流を算出するように構成された個別必要電流算出部と、
    前記複数の個別必要電流に基づき前記複数の整流器をそれぞれ制御するように構成された制御部と、
    を備え、
    前記劣化係数取得部は、前記複数の電解セルの各々について、該電解セルの寿命初期における該電解セルへの印加電圧と該電解セルを含む回路に流れる電流との相関関係を示す第１相関関係、及び、該電解セルの寿命末期における前記相関関係を示す第２相関関係に基づいて前記劣化係数を取得するように構成された
    水素製造設備用の制御装置。
  2. 前記劣化係数取得部は、前記複数の電解セルの各々について、該電解セルを含む回路に特定値の電流を流すために現時点で必要な該電解セルへの印加電圧、前記第１相関関係から求まる前記特定値の電流に対応する電圧値、及び、前記第２相関関係から求まる前記特定値の電流に対応する電圧値に基づいて、前記劣化係数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。
  3. 前記複数の電解セルの各々について、該電解セルの寿命初期における、該電解セルへの印加電圧、及び、該電解セルを含む回路に流れる電流の少なくとも２点のデータから、該電解セルの寿命初期における前記印加電圧と前記電流との関係を示す近似曲線を前記第１相関関係として算出するように構成された第１相関関係取得部を備える
    請求項１又は２に記載の水素製造設備用の制御装置。
  4. 前記複数の電解セルの各々について、該電解セルの寿命末期における、該電解セルへの印加電圧、及び、該電解セルを含む回路に流れる電流の少なくとも２点のデータから、該電解セルの寿命末期における前記印加電圧と前記電流との関係を示す近似曲線を前記第２相関関係として算出するように構成された第２相関関係取得部を備える
    請求項１又は２に記載の水素製造設備用の制御装置。
  5. 前記個別必要電流算出部は、前記複数の電解セルについての劣化係数の平均に対する前記複数の電解セルの各々の劣化係数の比を用いて、前記複数の電解セルに対応する前記複数の個別必要電流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。
  6. 水又は水蒸気を電気分解するための複数の電解セルと、
    前記複数の電解セルに直流電力をそれぞれ供給するための複数の整流器と、
    前記複数の整流器の出力電圧又は出力電流を調節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。
  7. 水又は水蒸気を電気分解するための複数の電解セルと、前記複数の電解セルに直流電力をそれぞれ供給するための複数の整流器と、を含む水素製造設備を制御するための制御方法であって、
    前記複数の電解セルの劣化の度合いをそれぞれ示す複数の劣化係数を取得するステップと、
    前記水素製造設備に要求される水素生成量に対応する総必要電流、及び、前記複数の劣化係数に基づいて、前記複数の電解セルに要求される必要電流をそれぞれ示す複数の個別必要電流を算出するステップと、
    前記複数の個別必要電流に基づき前記複数の整流器をそれぞれ制御するステップと、
    を備え、
    前記劣化係数を取得するステップでは、前記複数の電解セルの各々について、該電解セルの寿命初期における該電解セルへの印加電圧と該電解セルを含む回路に流れる電流との相関関係を示す第１相関関係、及び、該電解セルの寿命末期における前記相関関係を示す第２相関関係に基づいて前記劣化係数を取得する
    水素製造設備の制御方法。
  8. 水又は水蒸気を電気分解するための複数の電解セルと、前記複数の電解セルに直流電力をそれぞれ供給するための複数の整流器と、を含む水素製造設備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、
    前記複数の電解セルの劣化の度合いをそれぞれ示す複数の劣化係数を取得する手順と、
    前記水素製造設備に要求される水素生成量に対応する総必要電流、及び、前記複数の劣化係数に基づいて、前記複数の電解セルに要求される必要電流をそれぞれ示す複数の個別必要電流を算出する手順と、
    前記複数の個別必要電流に基づき前記複数の整流器をそれぞれ制御する手順と、
    を実行させるように構成され、
    前記劣化係数を取得する手順では、前記複数の電解セルの各々について、該電解セルの寿命初期における該電解セルへの印加電圧と該電解セルを含む回路に流れる電流との相関関係を示す第１相関関係、及び、該電解セルの寿命末期における前記相関関係を示す第２相関関係に基づいて前記劣化係数を取得する
    水素製造設備用の制御プログラム。
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