JP7010769B2 - 水電解システム - Google Patents

Description

本発明は、水電解ユニットを筐体内に収容した水電解システムに関する。

特許文献１には、水電解装置が収容されている筐体内に空気（外気）を取り込んで筐体内の換気を行う水電解システムが開示されている。筐体内に取り込まれた空気は、筐体内を流動して漏出された水素を除去すると共に、筐体内に設けられた各種のデバイスを冷却する。

特開２０１６－５６３９７号公報

ところで、特許文献１に開示の水電解システムは、水素の製造状態に応じて換気装置であるファンの動作又は動作停止を切り換えている。そのため、水電解システムは、筐体の外部の気温の影響を受けることで、筐体内の温度が容易に変動することになる。

例えば、夏場等において気温が高くなると、水電解装置の水電解時に水を充分に冷却することができず、また筐体内のデバイスは温度保証範囲を逸脱した状態で動作する可能性がある。逆に、冬場等において気温が氷点下以下になると、水電解ユニットの内部に存在する水が凍結するおそれがある。

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、筐体の外部の気温が変化しても筐体内の温度を適切に調整して、各デバイスの動作環境を良好に保つことができる水電解システムを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明に係る水電解システムは、水電解を行う水電解装置を有する水電解ユニットと、空気が流動する空間を内部に有すると共に、前記水電解ユニットを前記空間に収容する筐体と、前記空間内の前記空気を流動させる換気装置と、前記空気の流動経路上で前記水電解装置よりも上流側に設けられ、前記空気を加熱する加熱装置と、前記空間の前記水電解装置よりも上方に設けられる換気用温度センサと、前記流動経路上で前記加熱装置と前記水電解装置との間に設けられる加熱用温度センサと、前記換気用温度センサが検出した換気用温度情報に基づき前記換気装置の動作を制御すると共に、前記加熱用温度センサが検出した加熱用温度情報に基づき前記加熱装置の動作を制御する制御装置と、を備え、前記加熱用温度センサは、前記加熱装置の下流側近傍位置に設けられる第１加熱用温度センサと、前記水電解装置の上流側近傍位置に設けられる第２加熱用温度センサと、を含み、前記制御装置は、前記第１加熱用温度センサの第１加熱温度情報及び前記第２加熱用温度センサの第２加熱温度情報のいずれかに基づき、前記加熱装置の加熱及び加熱停止を制御する。

本発明によれば、水電解システムは、換気用温度センサ、加熱用温度センサ及び制御装置を有することで、換気装置及び加熱装置の動作を適切に制御することが可能となる。例えば、夏場は、筐体内の温度が上昇し、水電解装置の上方に熱気が集まり易いため、制御装置が換気用温度センサの換気用温度情報に基づき換気風量を増やすことで、筐体内の温度を低下させることができる。また、冬場は、筐体の外部の気温が低下しても、水電解装置と加熱装置の間の流動経路に設けられた加熱用温度センサの加熱用温度情報に基づき加熱装置により空気を加熱することで、水電解ユニットの凍結を回避することができる。すなわち、水電解システムは、一年を通して筐体の外部の気温が変化しても筐体内の温度を適切に調整して、各デバイスの動作環境を良好に保つことができる。

本発明の一実施形態に係る水電解システムを概略的に示す側面断面である。 水電解システムの水電解ユニットを説明する説明図である。 図３Ａは、遮断装置が閉塞した状態の換気装置を示す正面図である。図３Ｂは、遮断装置が開放した状態の換気装置を示す正面図である。 水電解システムの制御装置のブロック図である。 水電解システムの換気制御を示すタイムチャートである。 水電解システムの加熱制御を示すタイムチャートである。

以下、本発明について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

本発明の一実施形態に係る水電解システム１０は、水素供給用施設等に設置される定置型のシステムであり、図１に示すように、水電解を行い水素及び酸素を製造する水電解ユニット１２を備える。この水電解システム１０は、水電解ユニット１２の構成の大部分（又は全部）を筐体１４に収容して構成されている。

水電解システム１０の筐体１４は、空気が流動する空間１４ａを内部に有する。また筐体１４内には、水電解ユニット１２の他に、換気装置１６、加熱装置１８及び制御装置２０が設置されている。

図１及び図２に示すように、水電解ユニット１２は、水素及び酸素を実際に製造する水電解装置２２（差圧式水電解装置）と、水電解装置２２との間で水を循環させる水循環回路部２４と、を有する。

水電解ユニット１２の水電解装置２２は、水電解により、常圧の酸素圧力よりも高圧、例えば、１ＭＰａ～７０ＭＰａの水素（高圧水素）を生成する。なお、水電解装置２２は常圧水素を生成する構成でもよい。例えば、水電解装置２２は、複数の水電解セル２６を積層して構成され、その積層方向一端に第１エンドプレート２８を備えると共に、積層方向他端に第２エンドプレート３０を備える。また、水電解セル２６の積層体には、直流電源である電解電源３２が接続されている。

第１エンドプレート２８には、水供給ポート２８ａが設けられており、第２エンドプレート３０には、水排出ポート３０ａ及び水素導出ポート３０ｂが設けられている。水素導出ポート３０ｂには、高圧水素配管３４の一端部が接続される。水電解装置２２は、高圧水素配管３４の他端部に接続された図示しない高圧水素気液分離装置及び吸着装置に水素を導出する。

高圧水素気液分離装置及び吸着装置は、筐体１４の外部の隣接モジュール（例えば、図示しない隣接筐体）に設置される。高圧水素気液分離装置は水素から水を分離し、吸着装置はさらに水素に含まれる水を吸着して製品水素（ドライ水素）を生成する。生成された水素は、筐体１４の外部に設けられた図示しない水素タンクに貯留される。なお、高圧水素気液分離装置、吸着装置及び水素タンク等は、筐体１４内に設けられてもよい。

水循環回路部２４は、水電解装置２２の水供給ポート２８ａ及び水排出ポート３０ａに接続される水循環配管３６を有する。この水循環配管３６上には、酸素気液分離装置３８、水循環ポンプ４０及びイオン交換装置４２が設けられている。

水循環配管３６は、酸素気液分離装置３８から水電解装置２２に水を供給する一方で、水電解装置２２から酸素気液分離装置３８に水電解で使用した水を供給（排出）する。

酸素気液分離装置３８は、水電解装置２２から排出された液体（水）から気体（酸素、水素等）を分離する。この酸素気液分離装置３８は、水循環配管３６の他に、酸素供給配管４４、純水供給配管４６及び排気配管４８が接続されている。酸素供給配管４４には、酸素気液分離装置３８にエアを供給するブロア５０が接続されている。

純水供給配管４６には、酸素気液分離装置３８に純水を供給する純水製造装置５２が接続されている。純水製造装置５２は、例えば、陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂を有するイオン交換部５２ａを備え、市水に含まれる塩素等を除去する。

排気配管４８は、酸素気液分離装置３８において水から分離した気体（酸素、水素等）を、ブロア５０のエア供給下に筐体１４の外部に排出する。そして、酸素気液分離装置３８は、気体から分離された水を水循環配管３６に流出する。

水循環ポンプ４０は、酸素気液分離装置３８の下流側の水循環配管３６に設置されている。水循環ポンプ４０は、例えば、回転速度を設定可能なフィン（不図示）を有する遠心ポンプが適用され、フィンの回転速度に応じた流動力を水に付与する。すなわち、水循環配管３６は、水循環ポンプ４０の回転速度に基づき適宜の流動量に調整された水が循環する。

また、イオン交換装置４２は、水循環ポンプ４０の下流側の水循環配管３６に設置されている。イオン交換装置４２は、イオン交換樹脂等のイオン交換体を内部に備え、水に含まれるイオンとのイオン交換作用を生じさせることで、不純物を除去する。

以上の水電解ユニット１２を収容する筐体１４は、図１に示すように、水電解ユニット１２の収容状態で空間的余裕を充分に有している。詳細には、筐体１４は、水電解ユニット１２が固定設置される基台５４と、基台５４に連結されこの基台５４から水電解ユニット１２の高さよりも充分に高い箱状のケース５６と、を有する。また、本実施形態に係る水電解システム１０は、筐体１４（ケース５６）の上部に屋根ダクト５８が取り付けられている。

筐体１４の基台５４には、フレーム６０が連結固定され、水電解ユニット１２はこのフレーム６０を介して筐体１４内の所定位置に設置されている。ケース５６は、基台５４との組付状態で、筐体１４の外部から空気（外気）を流動可能な空間１４ａを形成する。またケース５６は、空間１４ａに空気を流入させる換気用入口６２と、空間１４ａの空気を外部に流出させる換気用出口６４と、を有する。

換気用入口６２は、ケース５６を構成する４つの側壁６６のうちの一つに設けられ、筐体１４内の空間１４ａと筐体１４の外部と連通している。そして、この換気用入口６２に換気装置１６が取り付けられている。換気装置１６は、その動作に伴い、筐体１４の外部の空気を空間１４ａに流入させる。この換気装置１６の構成については後に詳述する。

換気用出口６４は、ケース５６を構成する天井壁６８に設けられる。また換気用出口６４は、換気用入口６２が設けられている側壁６６から最も離れた位置に配置され、この位置は、水電解装置２２の概ね直上に設定されている。換気用出口６４は、屋根ダクト５８の開口部に重なることで、筐体１４の空間１４ａと屋根ダクト５８の内部空間５８ａとを連通している。

屋根ダクト５８は、ケース５６の天井壁６８を全体的に覆うと共に、所定の容積の内部空間５８ａを有するように構成される。屋根ダクト５８は、太陽の直射日光が上方から筐体１４に当たることを遮断すると共に、内部空間５８ａを介して換気用出口６４から排出された空気を流動させることで、筐体１４の断熱性を高める。

この屋根ダクト５８は、例えば、上述した隣接モジュールの隣接筐体の上方にも延在しており、屋根ダクト５８の内部空間５８ａは隣接筐体に連通するように構成される。すなわち、換気用出口６４から内部空間５８ａに流動した空気は、水素タンク等が収容された隣接筐体に導かれて、隣接筐体の換気を行って外部に排出される（図１中では、便宜的に内部空間５８ａから外部に空気が排出される状態を点線で示している）。

さらに、筐体１４内には、換気用入口６２から空間１４ａに流入した空気の流動経路７０を形成する内壁構造７２が設けられている。具体的には、図１中の側面断面視で、側壁６６に連なると共に換気用入口６２から多少離れた位置を略鉛直上方に延在して所定の上端位置にて水平方向に延在する第１内壁７２ａと、第１内壁７２ａから離間した位置で天井壁６８から鉛直下方に延在する第２内壁７２ｂと、を有する。水電解ユニット１２（水電解装置２２及び主な構成）は、この内壁構造７２の側方且つ下方（つまり内壁構造７２の外部）に設置されている。

換気用入口６２に設けられる換気装置１６は、図３Ａ、図３Ｂに示すように、複数（本実施形態では４つ）のファン７４を備える。具体的には、筐体１４の換気装置１６が設けられている側壁６６を正面視で見た場合に、左から右に向かって順に第１～第４ファン７４Ａ～７４Ｄを有する。第１～第４ファン７４Ａ～７４Ｄは、それぞれ独立的に回転可能、且つ同じプロペラ７５及びモータ等の回転駆動部（不図示）を有する。そのため、第１～第４ファン７４Ａ～７４Ｄは、制御装置２０の制御下に同じ電力量が供給されることで、互いに同じ回転速度で回転して空気を空間１４ａに流入させる。

ここで、第１～第４ファン７４Ａ～７４Ｄのうち中央に設けられた第２及び第３ファン７４Ｂ、７４Ｃは、水電解ユニット１２の動作時（或いは非動作時）に常に回転して空気を流動させる定常用ファン７６となっている。その一方で、第１～第４ファン７４Ａ～７４Ｄのうち両側に設けられた第１及び第４ファン７４Ａ、７４Ｄは、必要に応じて回転して空気の流動量を増加させる追加用ファン７８となっている。すなわち制御装置２０は、筐体１４内の冷却の必要性を判断し、冷却が不要な場合に第１及び第４ファン７４Ａ、７４Ｄを回転停止し、冷却が必要な場合に第１及び第４ファン７４Ａ、７４Ｄを回転する。

また、換気装置１６は、第１及び第４ファン７４Ａ、７４Ｄの回転停止時に、筐体１４の外部に対し第１及び第４ファン７４Ａ、７４Ｄを閉塞状態にして、空気の流動を遮断する遮断装置８０を備える。例えば、遮断装置８０としては、第１及び第４ファン７４Ａ、７４Ｄの上流側に複数の羽板８０ａを並列且つ回転可能に設けたルーバを適用することができる。この遮断装置８０は、制御装置２０によって制御されることで、第１及び第４ファン７４Ａ、７４Ｄの閉塞状態（空気の流動遮断状態）と、第１及び第４ファン７４Ａ、７４Ｄの開放状態（空気の流動許容状態）と、に変形する。

図１に戻り、筐体１４内における流動経路７０は、定常用ファン７６により流入した空気を流動させる定常用流動経路７０ａと、追加用ファン７８により流入した空気を流動させる追加用流動経路７０ｂと、を含む。

定常用流動経路７０ａは、筐体１４内の内壁構造７２に基づき、空気を上方に一旦向かわせた後、第１内壁７２ａの突出端部を横方向且つ下方向に折り返させ、さらに下方側（第２内壁７２ｂの突出端部の下側）に向かわせて内壁構造７２を抜ける経路である。そして、水電解システム１０は、この定常用流動経路７０ａの途中位置に加熱装置１８を備える。

一方、追加用流動経路７０ｂは、追加用ファン７８により流入した空気が加熱装置１８を通らない経路である。例えば、追加用流動経路７０ｂは、図１中の点線の矢印で示すように、追加用ファン７８から制御装置２０に空気を直接又は迂回して向かわせた後、そのまま第２内壁７２ｂの下側に向かわせて内壁構造７２を抜けるように構成される。

また、水電解システム１０は、流動経路７０の上流側に、空間１４ａに流入した空気に含まれるゴミや塵芥等の異物を除去するフィルタ８２を有する。このフィルタ８２は、例えば、定常用流動経路７０ａにおいて空気が上方に向かう箇所、又は追加用ファン７８と制御装置２０の間の追加用流動経路７０ｂの途上等に設けられている。

加熱装置１８は、内壁構造７２内の第２内壁７２ｂの上部寄りに取り付けられている。この加熱装置１８は、第１内壁７２ａの突出端（空気の折り返し位置）を上下に覆う箱体８４を備え、この箱体８４内には空気を流動可能な空洞８４ａが形成されている。空洞８４ａは、箱体８４と第１内壁７２ａの組み合わせによって、空気が流動する定常用流動経路７０ａの一部を構成する。

箱体８４内には、流入した空気を加熱する電熱線８６が複数設けられている。すなわち、加熱装置１８は、電熱線８６に電力が供給されることで、空洞８４ａに流入して第１内壁７２ａを折り返している間の空気を加熱し、定常用流動経路７０ａの加熱装置１８よりも下流に温風を供給する。

水電解システム１０の制御装置２０は、内壁構造７２内の下方側に設置されている。上述したように、内壁構造７２は、筐体１４内において水電解装置２２の側方且つ上方に設けられていることから、制御装置２０も水電解装置２２の上流側且つ側方に位置している。

制御装置２０は、図示しないプロセッサ、メモリ及び入出力インタフェースを有するコンピュータ（マイクロコントローラを含む）として構成され、水電解システム１０全体の動作を制御する。例えば、制御装置２０は、水電解ユニット１２の電解電源３２の電力供給及び水循環ポンプ４０の動作を制御して水電解装置２２による水電解の実施又は非実施（待機）を切り替える。

また、制御装置２０は、水電解システム１０の筐体１４に設けられた換気装置１６及び加熱装置１８の動作を制御する。この換気装置１６及び加熱装置１８の制御のために、筐体１４内には、温度情報を制御装置２０に提供する複数の温度センサと、空気の流動量を制御装置２０に提供する流量センサ９２が設けられている。

複数の温度センサとしては、換気用温度センサ８８と、加熱用温度センサ９０とがあげられる。換気用温度センサ８８及び加熱用温度センサ９０は、それぞれ筐体１４内の適宜の位置に設けられることで、換気装置１６及び加熱装置１８を適切なタイミングで動作可能とする。

詳細には、換気用温度センサ８８は、換気用出口６４の近傍位置、つまり筐体１４内の水電解装置２２の上方に設けられる。換気用温度センサ８８は、水電解システム１０の各デバイス（水電解ユニット１２等）により昇温した空間１４ａの熱気を検出し、温度情報として換気用温度情報を制御装置２０に出力する。

一方、加熱用温度センサ９０は、筐体１４内の水電解装置２２と加熱装置１８の間の空間１４ａ（流動経路７０）に設けられている。また本実施形態において、加熱用温度センサ９０は、筐体１４内に２つ設けられている（以下、２つのセンサをそれぞれ第１加熱用温度センサ９０ａ、第２加熱用温度センサ９０ｂという）。

第１加熱用温度センサ９０ａは、加熱装置１８の下流側近傍位置に設けられ、加熱装置１８から流出する空気の温度を検出し、温度情報として第１加熱用温度情報を制御装置２０に出力する。この第１加熱用温度センサ９０ａにより加熱装置１８の挙動（温風の温度）を良好に監視することができる。また、第２加熱用温度センサ９０ｂは、水電解装置２２の上流側近傍位置に設けられ、内壁構造７２を抜けて水電解装置２２に向かう空気の温度を検出し、温度情報として第２加熱用温度情報を制御装置２０に出力する。この第２加熱用温度センサ９０ｂにより水電解装置２２の加熱不足が生じることを抑制できる。

さらに、流量センサ９２は、筐体１４の換気用出口６４内（又は換気用出口６４の近傍位置）に設けられる。流量センサ９２は、換気用出口６４から流出する空気の流量である換気風量を検出する。

そして、制御装置２０は、メモリに記憶された図示しないプログラムをプロセッサが実行することで、換気装置１６及び加熱装置１８を制御する機能部として、図４に示すように換気制御部９４及び加熱制御部９６を構築する。

より具体的には、換気制御部９４の内部には、換気判定部９８、風量算出部１００、換気内容設定部１０２、定常用ファン指令部１０４、追加用ファン指令部１０６及び遮断装置指令部１０８が形成される。また、加熱制御部９６の内部には、加熱判定部１１０及び加熱装置指令部１１２が形成される。

換気判定部９８は、換気用温度センサ８８が検出した換気用温度情報を取得して、この換気用温度情報と予め保有している温度閾値との比較を行う。換気判定部９８は、温度閾値として、所定の温度値である流量増加開始閾値ＦＴｓと、流量増加開始閾値ＦＴｓよりも低い温度値である流量増加停止閾値ＦＴｅと、を有する。そして、換気判定部９８は、追加用ファン７８の回転停止中に、換気用温度情報と流量増加開始閾値ＦＴｓとを比較して、その結果を換気内容設定部１０２に提供する。また換気判定部９８は、追加用ファン７８の回転中に、換気用温度情報と流量増加停止閾値ＦＴｅとを比較して、その結果を換気内容設定部１０２に提供する。

風量算出部１００は、流量センサ９２が検出した流量情報を取得して、換気用出口６４付近の空気の流量を算出する。流量センサ９２は、流量を瞬時値として検出するため上下に細かく振動する流量情報を出力する（図５、図６等も参照）。このため、風量算出部１００は、取得した流量情報から例えば５～３０ｓｅｃの範囲の移動平均値を算出し、時間軸上で滑らかに変化する算出流量値を換気内容設定部１０２に提供する。

換気内容設定部１０２は、換気判定部９８の比較結果、及び風量算出部１００の算出流量値に基づき換気装置１６（遮断装置８０を含む）の制御内容を決定する。具体的には、換気内容設定部１０２は、換気用温度情報が流量増加開始閾値ＦＴｓ以下の状態で、定常用ファン７６を回転させ、追加用ファン７８を回転停止させる通常換気制御を実施する。そして、換気用温度情報が流量増加開始閾値ＦＴｓ以下の状態から流量増加開始閾値ＦＴｓを超えた場合に、追加用ファン７８を回転させる強制空冷制御を実施する。この換気装置１６の具体的な制御については後述する。

また、換気内容設定部１０２は、回転中の第１～第４ファン７４Ａ～７４Ｄ（図３Ａ、図３Ｂ参照）の回転数（回転速度）を、算出流量に基づき設定する。水電解システム１０では、水電解ユニット１２により水素を製造するため、筐体１４の空間１４ａに水素が存在する可能性がある。このため、筐体１４から水素が確実に排出されて換気防爆が成立するように、流量センサ９２の流量情報をフィードバックして第１～第４ファン７４Ａ～７４Ｄの回転数を所定以上に保つようにしている。また、本実施形態では、定常用ファン７６のみの駆動、及び定常用ファン７６に追加用ファン７８を加えた駆動の両方において、第１～第４ファン７４Ａ～７４Ｄを相互に同じ回転数で回転させる。

定常用ファン指令部１０４は、換気内容設定部１０２の指示下に、定常用ファン７６のドライバ（不図示）に定常用ファン指令を出力して定常用ファン７６の動作を制御する。追加用ファン指令部１０６は、換気内容設定部１０２の指示下に、追加用ファン７８のドライバ（不図示）に追加用ファン指令を出力して追加用ファン７８の動作を制御する。定常用ファン７６及び追加用ファン７８のドライバはＰＩＤ制御を実施して目的の回転速度に沿うように回転駆動を行う。また、遮断装置指令部１０８は、換気内容設定部１０２の指示下に、遮断装置８０のドライバ（不図示）に遮断装置指令を出力して遮断装置８０の動作を制御する。

一方、加熱制御部９６の加熱判定部１１０は、加熱用温度センサ９０が検出した加熱用温度情報を取得して、この加熱用温度情報と予め保有している温度閾値との比較を行う。加熱判定部１１０は、温度閾値として、所定の温度値である加熱開始閾値ＨＴｓと、加熱開始閾値ＨＴｓよりも高い温度値である加熱停止閾値ＨＴｅと、を有する。

また上述したように、水電解システム１０は、加熱用温度センサ９０として第１加熱用温度センサ９０ａ及び第２加熱用温度センサ９０ｂを備える。このため、加熱開始閾値ＨＴｓも、第１加熱用温度センサ９０ａの第１加熱用温度情報と比較するための第１加熱開始閾値ＨＴｓ１と、第２加熱用温度センサ９０ｂの第２加熱用温度情報と比較するための第２加熱開始閾値ＨＴｓ２とが存在する。第１加熱開始閾値ＨＴｓ１は第２加熱開始閾値ＨＴｓ２よりも高い温度値である。同様に、加熱停止閾値ＨＴｅも、第１加熱用温度情報と比較するための第１加熱停止閾値ＨＴｅ１と、第２加熱用温度情報と比較するための第２加熱停止閾値ＨＴｅ２とが存在する。第１加熱停止閾値ＨＴｅ１は第２加熱停止閾値ＨＴｅ２よりも高い温度値である。

加熱装置指令部１１２は、加熱判定部１１０の比較結果に基づき、加熱装置１８のドライバ（不図示）に加熱装置指令を出力して加熱装置１８の加熱又は加熱停止を制御する。ドライバは、加熱装置指令に基づき、電熱線８６の通電と通電停止を切り換えるリレースイッチが適用される。この加熱装置１８の具体的な動作については後述する。

なお、加熱制御部９６は、加熱装置１８の空気の流量に基づき、加熱の許可又は不許可を行う構成でもよい。すなわち、制御装置２０は、空気が所定以上流動していない場合に、加熱装置１８の加熱を許可しないことで、加熱装置１８の加熱を防止することができる。

本実施形態に係る水電解システム１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、以下その動作について説明する。

例えば、夏場等において気温が高くなった場合の水電解システム１０の動作の一例について説明する。水電解システム１０は、周囲の気温が高くなることで、筐体１４内の空間１４ａの温度も高まる。これに加えて、水電解ユニット１２が駆動していれば、水電解装置２２等からの排熱により筐体１４の空間１４ａが温められる。

換気用温度センサ８８は、空間１４ａにおいて熱気が溜まり易い（空間１４ａ内で高い温度となる）水電解装置２２の上方の温度を検出する。空間１４ａの大部分は換気用温度センサ８８付近の温度よりも低いため、水電解システム１０は、換気用温度センサ８８の温度検出によって筐体１４内の温度変化を早期に捉えることができる。

ここで、水電解システム１０は、筐体１４内の換気のため、制御装置２０（換気制御部９４）の制御下に通常換気制御を実施している。通常換気制御では、換気装置１６の第２及び第３ファン７４Ｂ、７４Ｃを常に回転させる。この際、風量算出部１００は、流量センサ９２の流量情報から算出流量を算出し、換気内容設定部１０２は、この算出流量に基づき第２及び第３ファン７４Ｂ、７４Ｃの回転数を設定する。そして、定常用ファン指令部１０４は、設定された回転数の定常用ファン指令を出力して、第２及び第３ファン７４Ｂ、７４Ｃを回転させる。

第２及び第３ファン７４Ｂ、７４Ｃの回転により、筐体１４の外部から空間１４ａに流入した空気は、定常用流動経路７０ａを流動する。すなわち、空気は、非加熱状態の加熱装置１８を通った後、先に内壁構造７２の制御装置２０の周囲を流れ、その後に水電解ユニット１２を含む各デバイスの周囲を流動する。このため、水電解システム１０は、水電解ユニット１２が水素を漏出しても、水素が制御装置２０に向かうことを抑制し、筐体１４の外部に水素を排出する（水素の防爆を行う）ことができる。

また、制御装置２０は、通常換気制御中に、換気用温度センサ８８の換気用温度情報が流量増加開始閾値ＦＴｓ以下の場合に、第１及び第４ファン７４Ａ、７４Ｄの回転を停止し、さらに遮断装置８０により第１及び第４ファン７４Ａ、７４Ｄを閉塞状態としている。このように遮断装置８０が第１及び第４ファン７４Ａ、７４Ｄを閉塞していることで、空間１４ａの空気が第１及び第４ファン７４Ａ、７４Ｄの隙間から抜け出ることが防止される。

そして、制御装置２０の換気判定部９８は、第２及び第３ファン７４Ｂ、７４Ｃのみが回転している状態において、換気用温度センサ８８の換気用温度情報を取得し、換気用温度情報と流量増加開始閾値ＦＴｓとの比較を行う。比較において、換気用温度情報が流量増加開始閾値ＦＴｓ以下の場合には、第２及び第３ファン７４Ｂ、７４Ｃのみ回転を継続して第１及び第４ファン７４Ａ、７４Ｄの回転停止（及び遮断装置８０の閉塞）状態を維持する。そして時点ｔ１において、換気判定部９８により換気用温度情報が流量増加開始閾値ＦＴｓを超えたことを判定すると、通常換気制御から強制空冷制御に切り換える。

詳細には、換気内容設定部１０２は、強制空冷制御の開始時（時点ｔ１）に、まず遮断装置指令部１０８を介して遮断装置８０を動作させて、第１及び第４ファン７４Ａ、７４Ｄを閉塞状態から開放状態に切り替える。

そして、時点ｔ１よりも若干遅い時点ｔ２おいて、換気内容設定部１０２は、第１ファン７４Ａを第４ファン７４Ｄよりも先に回転させる制御を行う。これにより、空間１４ａの空気の流量を段階的に増加させることが可能となる。第１ファン７４Ａは、回転を開始すると、聴覚的に認識し難い回転数増量レートで目標の回転数に向けて回転数を増加していく。また、制御装置２０は、遮断装置８０が開放状態になった後（時点ｔ２）、第２及び第３ファン７４Ｂ、７４Ｃの回転数を一時的に増加させる制御を行う。これにより、第１及び第４ファン７４Ａ、７４Ｄが開放状態になることに伴い、空間１４ａの空気の流動量が低下して水素防爆能力が低下することを防止することができる。

制御装置２０は、第１～第３ファン７４Ａ～７４Ｃの回転数が互いに指令値（騒音レベルを考慮した上限値）に合った時点ｔ３において、第４ファン７４Ｄの回転を開始する。第４ファン７４Ｄも、回転を開始すると、聴覚的に認識し難い回転数増量レートで目標の回転数に向けて回転数を増加していく。結果として、換気装置１６の第１～第４ファン７４Ａ～７４Ｄが全て回転することになり、時点ｔ４の段階で目的の流動量（強制空冷制御の換気風量）の空気が空間１４ａを流動するようになる。この強制空冷制御において、第１～第４ファン７４Ａ～７４Ｄは、互いに回転数が一致して回転し、また第２、第３ファン７４Ｂ、７４Ｃは、通常換気制御よりも増加した回転数で回転する。

強制空冷制御時には、筐体１４内に流入した空気は、定常用流動経路７０ａと追加用流動経路７０ｂの両方を流動して、制御装置２０、水電解ユニット１２等と熱交換を行う。この空気は、水電解装置２２等によって温度が上昇するものの、第１～第４ファン７４Ａ～７４Ｄの回転により多量に流動していることで、空間１４ａの温度を充分に下げることができる。このため、強制空冷制御を実施してある程度時間が経過すると、筐体１４内の上方の温度も下がっていき、換気用温度センサ８８は徐々に低下する換気用温度情報を検出する。

ここで、換気判定部９８は、強制空冷制御中（第１及び第４ファン７４Ａ、７４Ｄの回転中）に、換気用温度センサ８８の換気用温度情報と流量増加停止閾値ＦＴｅとの比較を行っている。強制空冷制御の停止タイミングを計るためである。既述したように、流量増加停止閾値ＦＴｅは、流量増加開始閾値ＦＴｓよりも低い値であり、換気判定部９８は、換気用温度情報が流量増加停止閾値ＦＴｅを超えている場合に、第１及び第４ファン７４Ａ、７４Ｄの回転を継続する。

そして、強制空冷制御を開始してある程度時間を経過した時点ｔ５において、換気判定部９８は、換気用温度情報が流量増加停止閾値ＦＴｅ以下となったことを判定する。換気内容設定部１０２は、この判定に基づき強制空冷制御の停止処理を行う。この停止処理では、まず第４ファン７４Ｄの回転数を徐々に低下させて最終的に回転を停止する。また時点ｔ５において、換気内容設定部１０２は、第２及び第３ファン７４Ｂ、７４Ｃの回転数を一時的に増加する制御を行うことで、筐体１４内の換気防爆に必要な流量を確保する。

換気内容設定部１０２は、第４ファン７４Ｄの回転が停止する時点ｔ６において、第１ファン７４Ａの回転数を徐々に低下させて最終的に回転を停止する。そして第１ファン７４Ａの回転が停止する時点ｔ７において、換気内容設定部１０２は、遮断装置８０を動作して、第１及び第４ファン７４Ａ、７４Ｄを開放状態から閉塞状態に移行する。これにより水電解システム１０は、第２及び第３ファン７４Ｂ、７４Ｃのみが回転して、筐体１４内を換気する通常換気制御に復帰する。

次に図６を参照して、例えば、冬場等において気温が低くなった（氷点下以下になった）場合の水電解システム１０の動作の一例について説明する。この場合、水電解システム１０は、水電解ユニット１２の凍結を防止するために、筐体１４内の温度を所定値（例えば、０℃）以上に保つ制御を行う。

ここで、水電解システム１０は、周囲の気温が低くても、筐体１４内を換気するため、制御装置２０（換気制御部９４）の制御下に、第２及び第３ファン７４Ｂ、７４Ｃを常に回転させる通常換気制御を実施している。第２及び第３ファン７４Ｂ、７４Ｃの回転により空間１４ａに流入した空気は、定常用流動経路７０ａを流動し、加熱装置１８を通過した後に水電解ユニット１２の周囲を通って換気用出口６４に導かれる。

そして、水電解システム１０は、加熱装置１８の下流側近傍位置の第１加熱用温度センサ９０ａ、及び水電解装置２２の上流側近傍位置の第２加熱用温度センサ９０ｂにより、定常用流動経路７０ａを流動する空気の温度を監視している。制御装置２０の加熱制御部９６は、第１及び第２加熱用温度センサ９０ａ、９０ｂの第１及び第２加熱用温度情報に基づき、加熱装置１８を制御する。

具体的には、加熱判定部１１０は、加熱装置１８の動作停止状態において、第１加熱開始閾値ＨＴｓ１、第２加熱開始閾値ＨＴｓ２を読み出す。そして、加熱判定部１１０は、第１比較を実施して第１加熱用温度情報と第１加熱開始閾値ＨＴｓ１を比較し、この第１比較と並行に第２比較を実施して第２加熱用温度情報と第２加熱開始閾値ＨＴｓ２を比較する。これら第１及び第２比較において、各加熱用温度情報が各加熱開始閾値ＨＴｓを超えている場合には、加熱装置１８の動作停止状態を維持する判定を行う。そして第１及び第２比較のうちいずれか一方でも、加熱用温度情報が加熱開始閾値ＨＴｓ以下となった場合には、加熱装置１８の動作を開始する判定を行う。

例えば、図６中の時点ｔ１１において、加熱判定部１１０は、第１加熱温度情報が第１加熱開始閾値ＨＴｓ１以下になったことを判定する。加熱装置指令部１１２は、この加熱判定部１１０の判定に基づき加熱装置１８の駆動を行う指令を出力する。すなわち、水電解システム１０は、加熱装置１８の電熱線８６に通電（電力供給）を行うことで、箱体８４の空洞８４ａを通過する空気を加熱する。この加熱された空気が、加熱装置１８の下流側の水電解装置２２に流れることで、水電解ユニット１２の周囲温度が上昇し、水電解ユニット１２の水が凍結しない温度に保たれることになる。

また、加熱判定部１１０は、加熱装置１８の加熱状態において、第１加熱停止閾値ＨＴｅ１、第２加熱停止閾値ＨＴｅ２を読み出す。そして加熱判定部１１０は、第１比較を実施して第１加熱用温度情報と第１加熱停止閾値ＨＴｅ１を比較し、この第１比較と並行に第２比較を実施して第２加熱用温度情報と第２加熱停止閾値ＨＴｅ２を比較する。これら第１及び第２比較において、各加熱用温度情報が各加熱停止閾値ＨＴｅ以下となっている場合には、加熱装置１８の加熱状態を維持する判定を行う。そして、第１及び第２比較のうちいずれか一方でも、加熱用温度情報が加熱停止閾値ＨＴｅを超えた場合には、加熱装置１８の動作を停止する判定を行う。

例えば、図６中の時点ｔ１２において、加熱判定部１１０は、第１加熱開始閾値ＨＴｓ１よりも高い第１加熱停止閾値ＨＴｅ１を、第１加熱温度情報が超えたと判定する。加熱装置指令部１１２は、この加熱判定部１１０の判定に基づき加熱装置１８による加熱状態を停止する。

さらに例えば、時点ｔ１３において、加熱判定部１１０は、加熱装置１８の加熱停止状態において、第２加熱用温度情報が第２加熱開始閾値ＨＴｓ２以下となったことを判定する。これにより加熱装置指令部１１２は、加熱装置１８による加熱を開始する。そして時点ｔ１４において、加熱判定部１１０は、加熱装置１８の動作状態において、第２加熱用温度情報が第２加熱停止閾値ＨＴｅ２を超えたことを判定する。これにより加熱装置指令部１１２は、加熱装置１８による加熱を停止する。

水電解システム１０は、上記のように第１加熱用温度センサ９０ａ、第２加熱用温度センサ９０ｂの各温度情報に対して閾値による比較を行うことで、筐体１４の空間１４ａに温度ムラがあっても加熱装置１８を適切に動作させることができる。これにより、水電解ユニット１２の凍結を確実に防止することができる。

なお、水電解システム１０は、定常用流動経路７０ａ上に１つの加熱用温度センサ９０を備え、この加熱用温度情報に基づき加熱装置１８の動作を制御する構成でもよい。また水電解システム１０は、複数の加熱用温度センサ９０の加熱用温度情報が各加熱開始閾値ＨＴｓ以下に全てなった場合に、加熱装置１８の加熱を開始し、また各加熱停止閾値ＨＴｅを全て超えた場合に、加熱装置１８の加熱を停止する構成としてもよい。

上述した水電解システム１０は、以下の効果を奏する。

水電解システム１０は、換気用温度センサ８８、加熱用温度センサ９０及び制御装置２０を有することで、換気装置１６及び加熱装置１８の動作を適切に制御することが可能となる。例えば、夏場は、筐体１４内の温度が上昇し、水電解装置２２の上方に熱気が集まり易いため、制御装置２０が換気用温度センサ８８の換気用温度情報に基づき換気風量を増やすことで、筐体１４内の温度を低下させることができる。また、冬場は、筐体１４の外部の気温が低下しても、水電解装置２２と加熱装置１８の間の流動経路７０に設けられた加熱用温度センサ９０の加熱用温度情報に基づき加熱装置１８により空気を加熱することで、水電解ユニット１２の凍結を回避することができる。すなわち、水電解システム１０は、一年を通して筐体１４の外部の気温が変化しても筐体１４内の温度を適切に調整して、各デバイスの動作環境を良好に保つことができる。

水電解システム１０は、換気用出口６４付近の温度である換気用温度情報が流量増加開始閾値ＦＴｓを超えた場合に換気装置１６による空気の流動量を増加させることで、筐体１４内を必要に応じて効果的に冷却することができる。

水電解システム１０は、換気装置１６の定常用ファン７６が常に回転することにより、筐体１４内の水素を排出して防爆を行うと共に、筐体１４内を適度に冷却することができる。そして、換気用温度情報が流量増加開始閾値ＦＴｓを超えた場合に追加用ファン７８が回転することで、換気風量が容易に増えて筐体１４内を大幅に冷却することが可能となる。

水電解システム１０は、追加用ファン７８の回転開始時に、複数の追加用ファン７８のうち一部を先に回転させた後、複数の追加用ファン７８のうち他部を回転させる。これにより筐体１４内の空気をスムーズに流動させながら、空間１４ａの換気風量を増やすことができる。同様に、追加用ファン７８の回転停止時も、空気をスムーズに流動させながら、空間１４ａの換気風量を減らすことができる。

水電解システム１０は、追加用ファン７８の回転停止状態で、追加用ファン７８を閉塞する遮断装置８０を有する。これにより、水電解システム１０は、定常用ファン７６の回転により流動する空気が追加用ファン７８から流出して、筐体１４内の換気風量が低下することを防止することができる。

制御装置２０は、遮断装置８０による追加用ファン７８の閉塞状態と開放状態の移行時に、定常用ファン７６の回転数を増加させる。これにより水電解システム１０は、遮断装置８０の状態変化に伴い空間１４ａから空気が抜けて換気風量が減少することを抑制して、筐体１４内の換気を安定的に行うことができる。

水電解システム１０は、定常用ファン７６が常に送風する空気を定常用流動経路７０ａ上の加熱装置１８に通すことで、冬場等に加熱装置１８の動作に伴い加熱された空気を水電解ユニット１２に導くことができる。また、水電解システム１０は、加熱装置１８を通らない追加用流動経路７０ｂにより、追加用ファン７８が回転した際の空気によって筐体１４内を短時間に冷却することができる。

水電解システム１０は、流量センサ９２が検出した流量情報に基づき定常用ファン７６及び追加用ファン７８の回転数を変化させることで、筐体１４内の換気に必要な流量の空気を確実に流動させることができる。

制御装置２０は、加熱装置１８の加熱停止状態で、加熱用温度情報が加熱開始閾値ＨＴｓ以下となった場合に加熱装置１８の加熱を開始し、加熱装置１８の加熱状態で、加熱停止閾値ＨＴｅを超えた場合に加熱装置１８の加熱を停止する。これにより、加熱用温度センサ９０が設けられる定常用流動経路７０ａの温度が下がった際に、加熱装置１８が適切なタイミングで空気を加熱して、水電解ユニット１２の凍結を防ぐことができる。

制御装置２０は、第１加熱用温度センサ９０ａの第１加熱温度情報及び第２加熱用温度センサ９０ｂの第２加熱温度情報のいずれかに基づき、加熱装置１８の加熱及び加熱停止を制御する。これにより、筐体１４内に温度ムラがあっても、加熱装置１８をより確実に動作させて凍結を防止することができる。

水電解システム１０は、流動経路７０上における水電解装置２２の上流側、且つ水電解装置２２の側方に制御装置２０を設けている。これにより水電解システム１０は、水電解装置２２から水素が漏出しても制御装置２０に水素が向かうことを抑制して、制御装置２０が水素を発火させる不都合を回避することが可能となる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されず、発明の要旨に沿って種々の改変が可能である。例えば、換気装置１６の複数のファン７４の回転数（回転速度）は、適切な空気の流動量が得られれば相互に異なってもよい。この場合の一例としては、風切音の基本周波数が分散するように各ファン７４の回転数を変えることがあげられる。

１０…水電解システム １２…水電解ユニット
１４…筐体 １４ａ…空間
１６…換気装置 １８…加熱装置
２０…制御装置 ２２…水電解装置
６２…換気用入口 ６４…換気用出口
７０…流動経路 ７０ａ…定常用流動経路
７０ｂ…追加用流動経路 ７６…定常用ファン
７８…追加用ファン ８０…遮断装置
８８…換気用温度センサ ９０…加熱用温度センサ
９０ａ…第１加熱用温度センサ ９０ｂ…第２加熱用温度センサ
９２…流量センサ ＦＴｓ…流量増加開始閾値
ＨＴｅ…加熱停止閾値 ＨＴｓ…加熱開始閾値

Claims (10)

1. 水電解を行う水電解装置を有する水電解ユニットと、
   空気が流動する空間を内部に有すると共に、前記水電解ユニットを前記空間に収容する筐体と、
   前記空間内の前記空気を流動させる換気装置と、
   前記空気の流動経路上で前記水電解装置よりも上流側に設けられ、前記空気を加熱する加熱装置と、
   前記空間の前記水電解装置よりも上方に設けられる換気用温度センサと、
   前記流動経路上で前記加熱装置と前記水電解装置との間に設けられる加熱用温度センサと、
   前記換気用温度センサが検出した換気用温度情報に基づき前記換気装置の動作を制御すると共に、前記加熱用温度センサが検出した加熱用温度情報に基づき前記加熱装置の動作を制御する制御装置と、を備え、
   前記加熱用温度センサは、前記加熱装置の下流側近傍位置に設けられる第１加熱用温度センサと、前記水電解装置の上流側近傍位置に設けられる第２加熱用温度センサと、を含み、
   前記制御装置は、前記第１加熱用温度センサの第１加熱温度情報及び前記第２加熱用温度センサの第２加熱温度情報のいずれかに基づき、前記加熱装置の加熱及び加熱停止を制御する、
   水電解システム。
2. 請求項１記載の水電解システムにおいて、
   前記筐体は、前記空間から外部に前記空気を流出可能な換気用出口を備え、
   前記換気用温度センサは、前記換気用出口の近傍位置に設けられ、
   前記制御装置は、流量増加開始閾値を有し、前記換気用温度情報が前記流量増加開始閾値以下の状態から前記流量増加開始閾値を超えた場合に前記換気装置による前記空気の流動量を増加させる、
   水電解システム。
3. 請求項２記載の水電解システムにおいて、
   前記換気装置は、常に回転して前記空気を流動させる定常用ファンを有すると共に、前記換気用温度情報が前記流量増加開始閾値を超えた場合に回転して前記空気の流動量を増加させる追加用ファンを有する、
   水電解システム。
4. 請求項３記載の水電解システムにおいて、
   前記換気装置は、前記追加用ファンを複数備え、
   前記制御装置は、前記追加用ファンの回転開始時に、複数の前記追加用ファンのうち一部を先に回転させた後に、複数の前記追加用ファンのうち他部を回転させ、
   且つ前記追加用ファンの回転停止時に、複数の前記追加用ファンのうち一部を先に回転停止させた後に、複数の前記追加用ファンのうち他部を回転停止させる、
   水電解システム。
5. 請求項３又は４記載の水電解システムにおいて、
   前記換気装置は、前記追加用ファンの回転停止状態で、当該追加用ファンを閉塞する遮断装置を有する、
   水電解システム。
6. 請求項５記載の水電解システムにおいて、
   前記制御装置は、前記遮断装置による前記追加用ファンの閉塞状態と開放状態の移行時に、前記定常用ファンの回転数を増加させる、
   水電解システム。
7. 請求項３～６のいずれか１項に記載の水電解システムにおいて、
   前記流動経路は、前記定常用ファンが前記空気を流動させる定常用流動経路と、前記追加用ファンが前記空気を流動させる追加用流動経路と、を含み、
   前記定常用流動経路は前記加熱装置を通る一方で、追加用流動経路は、前記加熱装置を通らない、
   水電解システム。
8. 請求項３～７のいずれか１項に記載の水電解システムにおいて、
   前記換気用出口の近傍位置に前記空気の流動量を検出する流量センサを備え、
   前記制御装置は、前記流量センサが検出した流量情報に基づき前記定常用ファン及び前記追加用ファンの回転数を変化させる、
   水電解システム。
9. 請求項１～８のいずれか１項に記載の水電解システムにおいて、
   前記制御装置は、加熱開始閾値、及び前記加熱開始閾値よりも高い加熱停止閾値を有し、
   前記加熱装置の加熱停止状態で、前記加熱用温度情報が前記加熱開始閾値以下となった場合に前記加熱装置の加熱を開始し、
   前記加熱装置の加熱状態で、前記加熱停止閾値を超えた場合に前記加熱装置の加熱を停止する、
   水電解システム。
10. 請求項１～９のいずれか１項に記載の水電解システムにおいて、
    前記制御装置は、前記流動経路上における前記水電解装置の上流側、且つ前記水電解装置の側方に設けられる、
    水電解システム。
    
    

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