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JP2005126792A - Hydrogen production equipment - Google Patents

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JP2005126792A
JP2005126792A JP2003365405A JP2003365405A JP2005126792A JP 2005126792 A JP2005126792 A JP 2005126792A JP 2003365405 A JP2003365405 A JP 2003365405A JP 2003365405 A JP2003365405 A JP 2003365405A JP 2005126792 A JP2005126792 A JP 2005126792A
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water electrolysis
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power
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裕司 佐々木
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隆司 真島
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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide hydrogen production equipment capable of widening an ordinary operation range without enlarging cell stacks, and also using a generator having satisfactory energy efficiency as an electric power source. <P>SOLUTION: The hydrogen production equipment is provided with: a water electrolysis apparatus 3 having a plurality of cell stacks C1 to C4 composed of a plurality of water electrolysis cells; wherein the cell stacks C1 to C4 are mutually connected in series or in parallel electrically; a power supply means of supplying power to the water electrolysis apparatus 3; a voltage control part 16 of variably controlling the voltage of the power fed to the water electrolysis apparatus 3; and a stack number control part 17 of selecting the number of the stacks in the water electrolysis apparatus 3 in such a manner that the voltage and electric current acted on each cell stack C1 to C4 are controlled to prescribed ranges in accordance with the power supplied to the water electrolysis apparatus 3. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、発電機による発電電力を電源として水素を発生させる水電解装置を備えた水素製造設備に関する。   The present invention relates to a hydrogen production facility provided with a water electrolysis device that generates hydrogen using power generated by a generator as a power source.

自動車等に用いられる無公害の燃料として水素が注目されており、水素を得る手段として水を電気分解して水素を発生させる水電解装置が使用される。水電解装置の電解部は、水電解セルを所定数積層したセルスタックにより構成される。図5は、水電解装置のIV特性を示す図である。この図から分かるように、水電解装置は、その印加する電圧を高くする程、電流が多く流れる。そして、電流の大きさに比例して発生する水素量(出力)も増大する。しかしながら、電流を多くして高出力を得ようとすると、水電解装置の電解部でのジュール熱の発生量が増大するため、その分、水電解装置のエネルギー効率が低下すると同時に、水電解セルに対する負荷が高くなりすぎて水電解セルの寿命低下ないし損傷を招く。そのため水電解装置は、できるだけ高エネルギー効率で水素を製造できるよう、図の実線で示す常用範囲内となるように電圧・電流の範囲を制限して運転している。なお、水電解セル1つ当たりでは、1.5〜2.0Vの電圧範囲で運転するのが一般的である。   Hydrogen is attracting attention as a non-polluting fuel used in automobiles and the like, and a water electrolysis device that generates hydrogen by electrolyzing water is used as a means for obtaining hydrogen. The electrolysis unit of the water electrolysis apparatus is configured by a cell stack in which a predetermined number of water electrolysis cells are stacked. FIG. 5 is a diagram illustrating IV characteristics of the water electrolysis apparatus. As can be seen from this figure, in the water electrolysis apparatus, the higher the applied voltage, the more current flows. The amount of hydrogen (output) generated in proportion to the magnitude of the current also increases. However, if high current is obtained by increasing the current, the amount of Joule heat generated in the electrolysis part of the water electrolysis device increases, and accordingly, the energy efficiency of the water electrolysis device decreases, and at the same time, the water electrolysis cell As a result, the life of the water electrolysis cell is reduced or damaged. Therefore, the water electrolysis apparatus is operated by limiting the voltage / current range so that it can be within the normal range shown by the solid line in the figure so that hydrogen can be produced with as high energy efficiency as possible. In addition, it is common to operate | move in the voltage range of 1.5-2.0V per water electrolysis cell.

ところで、近年、水素製造設備の高効率運転に関し、太陽電池の出力を高効率で水電解システムの運転に利用する技術が下記特許文献1により提案されている。特許文献1の「水電解システムの運転方法」は図6に示すように構成されており、複数の水電解セル31〜38よりなるセル群を有する水電解装置30と、そのセル群の電源である太陽電池40とを備えた水電解システムを運転するに当たり、太陽電池40の出力をセル群に直接供給し得るように、太陽電池40とセル群とを電気的に接続し、太陽電池40の最大出力を利用し得るように水電解セル31〜38の使用数を選定することを特徴としたものである。太陽電池のIV特性は、その温度によって異なり、また、水電解装置のIV特性は、セル群において直列に接続される水電解セルの数により異なる。そこで、太陽電池温度を温度検出部21により検知し、その温度における太陽電池のIV特性に対応させて、最も効率の良い水電解セルの使用数を制御装置22により選定し、制御装置22によりスイッチを操作して所望数の水電解セルからなる水電解装置を構成するようにしたものである。   By the way, in recent years, with respect to high-efficiency operation of hydrogen production facilities, a technique for utilizing the output of a solar cell with high efficiency for operation of a water electrolysis system has been proposed in Patent Document 1 below. The “operating method of the water electrolysis system” of Patent Document 1 is configured as shown in FIG. 6, and includes a water electrolysis device 30 having a cell group including a plurality of water electrolysis cells 31 to 38, and a power source for the cell group. In operating a water electrolysis system including a certain solar cell 40, the solar cell 40 and the cell group are electrically connected so that the output of the solar cell 40 can be directly supplied to the cell group. The number of water electrolysis cells 31 to 38 used is selected so that the maximum output can be used. The IV characteristics of the solar cell vary depending on the temperature, and the IV characteristics of the water electrolysis apparatus vary depending on the number of water electrolysis cells connected in series in the cell group. Accordingly, the temperature of the solar cell is detected by the temperature detection unit 21, the number of the most efficient water electrolysis cells used is selected by the control device 22 according to the IV characteristics of the solar cell at that temperature, and the switch is switched by the control device 22. Is configured to constitute a water electrolysis apparatus comprising a desired number of water electrolysis cells.

特開2001−335982号公報JP 2001-335982 A

水電解セル1つ当たりに作用する電圧を常用範囲内とするために、水電解セルの積層数を多くしたり、セル面積を大きくすることでセルスタック自体を大型化したりして運転範囲を拡大させる手法が考えられる。しかしながら、セルスタック自体を大型化すると、スタックの中央部に位置する水電解セルの冷却が困難となり、また、各水電解セルに作用する電圧をバランスさせることが困難となるという問題がある。   In order to keep the voltage acting on each water electrolysis cell within the normal range, the number of water electrolysis cells can be increased or the cell stack itself can be enlarged by increasing the cell area. A method to make it possible is considered. However, when the cell stack itself is enlarged, it is difficult to cool the water electrolysis cell located at the center of the stack, and it is difficult to balance the voltage acting on each water electrolysis cell.

一方、特許文献1の「水電解質システムの運転方法」では、専ら太陽電池の出力を効率良く利用することに着目し、水電解装置のエネルギー効率については考慮されていない。また、特許文献1の発明は、温度により出力特性が変化する太陽電池の出力を利用した水素製造技術であるところ、風力発電などの発電機により発電する場合には、その発電出力の出力電圧制御が可能であることから、太陽電池の場合とはその概念が異なる。また、特許文献1の発明は、使用するセルユニットの選定に際し、その使用数を決定するのみで、どのセルユニットを使用するかについては考慮されていない。そのため、特定のセルユニットに負荷が集中すると、そのセルユニットの寿命低下を招くという問題があった。   On the other hand, in “Operation Method of Water Electrolyte System” of Patent Document 1, the energy efficiency of the water electrolysis apparatus is not taken into consideration, focusing on the efficient use of the output of the solar cell exclusively. The invention of Patent Document 1 is a hydrogen production technology that uses the output of a solar cell whose output characteristics change depending on temperature. When power is generated by a generator such as wind power generation, output voltage control of the generated output is performed. Therefore, the concept is different from that of solar cells. The invention of Patent Document 1 only determines the number of cells used when selecting the cell units to be used, and does not consider which cell unit is used. Therefore, when the load is concentrated on a specific cell unit, there is a problem that the life of the cell unit is reduced.

本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、セルスタックを大型化することなく、常用運転範囲を広くすることができ、かつエネルギー効率の良い、発電機を電力源とした水素製造設備を提供することにある。   The present invention has been developed to solve the above-described problems. That is, an object of the present invention is to provide a hydrogen production facility using a generator as a power source, which can widen the normal operation range without enlarging the cell stack and is energy efficient.

上記目的を達成するため、本発明の水素製造設備は、複数の水電解セルが積層されてなるセルスタックを複数有し該セルスタックが互いに電気的に直列又は並列に接続されて構成された水電解装置と、該水電解装置に電力を供給する電力供給手段と、前記水電解装置に供給する電力の電圧を可変制御する電圧制御部と、前記水電解装置に供給する電力に応じて、各セルスタックに作用する電圧及び電流が所定範囲内となるように前記水電解装置におけるセルスタックの使用数を選定するスタック数制御部とを備える、ことを特徴としている。   In order to achieve the above object, the hydrogen production facility of the present invention has a plurality of cell stacks in which a plurality of water electrolysis cells are stacked, and the cell stacks are electrically connected to each other in series or in parallel. An electrolyzer, power supply means for supplying power to the water electrolyzer, a voltage control unit for variably controlling the voltage of power supplied to the water electrolyzer, and the power supplied to the water electrolyzer, And a stack number control unit that selects the number of cell stacks used in the water electrolysis apparatus so that the voltage and current acting on the cell stack are within a predetermined range.

上記構成によれば、電解装置に供給する電力に応じて、各セルスタックに作用する電圧、電流が所定範囲内となるように水電解装置におけるセルスタックの使用数を選定するので、各セルスタックに作用する電圧、電流を常用範囲内とすることができる。これにより、ジュール損失の増大を抑制してエネルギー効率の低下を防止することができるとともに、運転ポイントの自由度が拡張され、柔軟性の高い運転が可能となる。
また、水電解装置を複数のセルスタックからなる構成とすることにより各セルスタックをユニット化したので、ユニットの交換作業が容易となる。また、水電解装置の運転中においてもユニット交換が可能である。
According to the above configuration, the number of cell stacks used in the water electrolysis device is selected so that the voltage and current acting on each cell stack are within a predetermined range according to the power supplied to the electrolysis device. The voltage and current acting on can be set within the normal range. As a result, an increase in Joule loss can be suppressed to prevent a decrease in energy efficiency, and the degree of freedom of operation points can be expanded, so that highly flexible operation is possible.
Further, since each cell stack is unitized by configuring the water electrolysis apparatus to include a plurality of cell stacks, the unit replacement operation is facilitated. Further, the unit can be replaced even during operation of the water electrolysis apparatus.

また、上記本発明の水電解設備において、好ましくは、前記スタック数制御部は、セルスタックの使用数をNからN+1に増加させるときの電力が、セルスタックの使用数をN+1からNに減少させるときの電力より高くなるようなヒステリシス特性を持たせた制御を行う。   In the water electrolysis facility of the present invention, preferably, the stack number control unit reduces the number of used cell stacks from N + 1 to N when the number of used cell stacks is increased from N to N + 1. Control is performed with a hysteresis characteristic that is higher than the current power.

セルスタックの使用数を増減させるに際し、このようなヒステリシス特性を持たせることにより、頻繁なスイッチングを回避して、スイッチ回路及びセルスタックに対する過度の負担を抑制できる。   By giving such a hysteresis characteristic when increasing or decreasing the number of cell stacks used, frequent switching can be avoided and an excessive burden on the switch circuit and the cell stack can be suppressed.

また、上記本発明の水素製造設備において、好ましくは、前記スタック数制御部は、セルスタックの使用数を減少させるときに、その運転状態の間で最も運転時間の長いセルスタックの運転を停止させる制御を行う。また、上記本発明の水電解設備において、好ましくは、前記スタック数制御部は、セルスタックの使用数を増加させるときに、その運転状態の間で最も停止時間の長い水電解ユニットを運転させる制御を行う。   In the hydrogen production facility of the present invention, preferably, the stack number control unit stops the operation of the cell stack having the longest operation time during the operation state when the number of use of the cell stack is decreased. Take control. In the water electrolysis facility of the present invention, preferably, the stack number control unit controls the water electrolysis unit having the longest stop time during the operation state when the number of use of the cell stack is increased. I do.

これにより、特定のセルスタックに負担が集中せず、各セルスタックの運転時間が平均化されるため、セルスタックの寿命低下を防止することができる。   As a result, the load is not concentrated on a specific cell stack, and the operation time of each cell stack is averaged, so that it is possible to prevent a decrease in the life of the cell stack.

以上説明したように、本発明によれば、セルスタックを大型化することなく、常用運転範囲を広くすることができ、水電解を高エネルギー効率で行うことができ、セルスタックの交換作業を容易に行うことができ、しかも水電解装置の寿命低下を防止できる等の優れた効果が得られる。   As described above, according to the present invention, the normal operation range can be widened without enlarging the cell stack, water electrolysis can be performed with high energy efficiency, and the cell stack can be easily replaced. In addition, an excellent effect can be obtained such that the life of the water electrolysis apparatus can be prevented from being reduced.

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図1〜4に基づいて詳細に説明する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of the invention will be described in detail with reference to FIGS.

図1は、本発明に係る水素製造設備の概略構成図を示すものである。この図に示すように、本発明に係る水素製造設備は、風力発電機1と、整流器2と、水電解装置3と、制御装置15とを備えている。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a hydrogen production facility according to the present invention. As shown in this figure, the hydrogen production facility according to the present invention includes a wind power generator 1, a rectifier 2, a water electrolysis device 3, and a control device 15.

風力発電機1は、風車1aと発電機1bからなり、発電機1bの回転子は風車1aの軸に接続されており、風車1aが風のエネルギーにより回転すると、発電機1bは風車1aの回転速度に応じ回転子が固定子内で回転し、固定子から交流電力を出力する。発電機1bの固定子には整流器(交直変換器)2が接続されており、発電機1bの発生する交流電力は整流器2により直流電力に変換される。このように、風力発電機1と整流器2により水電解装置に電力を供給する電力供給手段を構成している。なお、発電機の種類は、風力発電機の他、水力発電機、火力発電機などであっても良い。また、交流発電機、直流発電機の別も問わない。   The wind power generator 1 includes a windmill 1a and a power generator 1b. The rotor of the power generator 1b is connected to the shaft of the windmill 1a. When the windmill 1a is rotated by wind energy, the generator 1b rotates the windmill 1a. The rotor rotates in the stator according to the speed, and AC power is output from the stator. A rectifier (AC / DC converter) 2 is connected to the stator of the generator 1b, and the AC power generated by the generator 1b is converted into DC power by the rectifier 2. Thus, the wind power generator 1 and the rectifier 2 constitute power supply means for supplying power to the water electrolysis apparatus. In addition to the wind power generator, the type of the power generator may be a hydroelectric generator, a thermal power generator, or the like. Also, it does not matter whether the generator is an AC generator or a DC generator.

水電解装置3は、整流器2により交流電力から直流電力に変換された発電電力を電源として水素を発生するようになっており、複数の水電解セルが積層されてなるセルスタックC1〜C4を有する構成となっている。セルスタックC1〜C4のプラス端子側とマイナス端子側には、それぞれスイッチS1〜S8が接続されている。スイッチS1〜S4のプラス端子側はそれぞれ整流器2のプラス端子側に導線4を介して接続されており、スイッチS5〜S8のマイナス端子側はそれぞれ整流器2のマイナス端子側に導線5を介して接続されている。また、セルスタックC1のマイナス端子側とセルスタックC2のプラス端子側の間、セルスタックC2のマイナス端子側とセルスタックC3のプラス端子側の間、セルスタックC3のマイナス端子側とセルスタックC4のプラス端子側の間、及びセルスタックC1のプラス端子側とセルスタックC4のマイナス端子側の間には、それぞれ順にスイッチS9、S10、S11、S12が接続されている。各セルスタックC1〜C4は、後述するように、スイッチS1〜S12の開閉の組合わせにより互いに電気的に並列又は直列に接続されることになる。   The water electrolysis apparatus 3 is configured to generate hydrogen using the generated power converted from AC power to DC power by the rectifier 2 as a power source, and has cell stacks C1 to C4 in which a plurality of water electrolysis cells are stacked. It has a configuration. Switches S1 to S8 are connected to the positive terminal side and the negative terminal side of the cell stacks C1 to C4, respectively. The positive terminal side of the switches S1 to S4 is connected to the positive terminal side of the rectifier 2 via the conductor 4, and the negative terminal side of the switches S5 to S8 is connected to the negative terminal side of the rectifier 2 via the conductor 5. Has been. Further, between the minus terminal side of the cell stack C1 and the plus terminal side of the cell stack C2, between the minus terminal side of the cell stack C2 and the plus terminal side of the cell stack C3, between the minus terminal side of the cell stack C3 and the cell stack C4. Switches S9, S10, S11, and S12 are sequentially connected between the positive terminal side and between the positive terminal side of the cell stack C1 and the negative terminal side of the cell stack C4. As will be described later, the cell stacks C1 to C4 are electrically connected to each other in parallel or in series by a combination of opening and closing the switches S1 to S12.

制御装置15は、電圧制御部16と、スタック数制御部17とを有している。電圧制御部16は、水電解装置3に供給する発電電力の電圧を可変制御する機能を有している。この電圧制御は、例えば、発電機1bの励磁機の励磁電圧を調整することにより、あるいは整流器2の点弧角を調整することにより、行うことができる。これにより、水電解装置3に印加する電圧を自在に調整することができる。   The control device 15 includes a voltage control unit 16 and a stack number control unit 17. The voltage control unit 16 has a function of variably controlling the voltage of the generated power supplied to the water electrolysis device 3. This voltage control can be performed, for example, by adjusting the excitation voltage of the exciter of the generator 1b or by adjusting the firing angle of the rectifier 2. Thereby, the voltage applied to the water electrolysis apparatus 3 can be adjusted freely.

スタック数制御部17は、水電解装置に供給する電力に応じて、各セルスタックに作用する電圧と電流が、所定範囲内(各セルスタックにおいて運転可能な電圧及び電流範囲内)となるように水電解装置3におけるセルスタックの使用数を選定する機能を有している。1つのセルスタックにおける運転可能な電圧及び電流範囲は、エネルギー効率、電流密度から求めることができるので、各セルスタックを直列に接続した場合と並列に接続した場合のそれぞれについて、セルスタック使用数ごとに運転可能な電圧及び電流の範囲を求め、ある電力範囲に対応するセルスタック使用数を設定し、スタック数制御部17に記憶させておく。そして、スタック数制御部17では、水電解装置3に供給する電力値と、記憶されたセルスタックの運転可能な電圧、電流範囲とに基づいて、水電解装置3において最適なセルスタック使用数を選定するとともに、このセルスタック使用数を構成するためのスイッチ開閉信号を出力する。スイッチS1〜S12では、スタック数制御部17からのスイッチ開閉信号に基づいて、所定の開閉動作を行う。水電解装置3に供給する電力値が増大し、現在のセルスタック使用数での運転可能な電圧、電流範囲を超えたときは、スイッチ開閉信号を出力してセルスタック使用数を増加するようにスイッチS1〜S12を作動させる。   The stack number control unit 17 causes the voltage and current acting on each cell stack to be within a predetermined range (within the voltage and current range operable in each cell stack) according to the power supplied to the water electrolysis device. It has a function of selecting the number of cell stacks used in the water electrolysis apparatus 3. Since the operable voltage and current range in one cell stack can be obtained from energy efficiency and current density, each cell stack is connected in series and in parallel for each number of used cell stacks. The range of operable voltage and current is obtained, the number of cell stacks used corresponding to a certain power range is set, and stored in the stack number control unit 17. Then, the stack number control unit 17 determines the optimum number of cell stacks used in the water electrolysis device 3 based on the power value supplied to the water electrolysis device 3 and the stored voltage and current range of operation of the cell stack. In addition to selection, a switch open / close signal for configuring the number of used cell stacks is output. The switches S <b> 1 to S <b> 12 perform a predetermined opening / closing operation based on the switch opening / closing signal from the stack number control unit 17. When the power value supplied to the water electrolysis device 3 increases and exceeds the operable voltage and current range with the current number of cell stacks used, a switch open / close signal is output to increase the number of cell stacks used. The switches S1 to S12 are activated.

例えば、セルスタックC1、C2を直列接続で使用する場合には、スイッチS1、S6、S9を閉じ、その他のスイッチを開けるようにスイッチ開閉信号を出力すればよい。そして、セルスタック使用数を増加させるとき、例えばセルスタックC3を追加するときは、スイッチS1、S7、S9、S10を閉じ、その他のスイッチを開けるようにスイッチ開閉信号を出力すればよい。   For example, when the cell stacks C1 and C2 are used in series connection, a switch open / close signal may be output so that the switches S1, S6, and S9 are closed and the other switches are opened. When increasing the number of cell stacks used, for example, when adding a cell stack C3, a switch open / close signal may be output so that the switches S1, S7, S9, S10 are closed and the other switches are opened.

一方、セルスタックC1、C2を並列接続で使用する場合には、スイッチS1、S2、S5、S6を閉じ、その他のスイッチを開ければよい。そして、セルスタック使用数を増加させるとき、例えばセルスタックC3を追加するときは、更にスイッチS3、S7を閉じるようにスイッチ開閉信号を出力すればよい。   On the other hand, when the cell stacks C1 and C2 are used in parallel connection, the switches S1, S2, S5, and S6 may be closed and the other switches may be opened. When increasing the number of cell stacks used, for example, when adding a cell stack C3, a switch open / close signal may be output so as to further close the switches S3 and S7.

図2及び図3は、本発明における水電解装置のIV特性を示すものであり、図2は各セルスタックを直列に接続した場合であり、図3は各セルスタックを並列に接続した場合を示している。両図において、3本のIV曲線(1)〜(3)は、セルスタック使用数ごとのIV曲線を示しており、セルスタック使用数は左から順に1つ、2つ、3つである。また、各IV曲線において、実線部分は各セルスタック数での運転可能な電圧、電流範囲を示し、点線部分はそれ以外の範囲を示している。この図に示すように、例えば、電圧、電流が運転可能な範囲内である点P1にあるときには、スタック数制御部17によるセルスタック数の変更は行われず、専ら電圧制御部16により所望の電圧となるように制御される。そして、電圧及び電流が点P2となり、もはやセルスタック使用数が2つの場合における運転可能範囲を超えるときには、スタック数制御部17によりセルスタック使用数が3つに変更され、運転ポイントが運転可能範囲内に維持される。これにより、水電解装置におけるジュール損失の増大を抑制してエネルギー効率の低下を防止することができるとともに、運転ポイントの自由度が拡張され、柔軟性の高い運転が可能となるという効果が得られる。   2 and 3 show the IV characteristics of the water electrolysis apparatus according to the present invention. FIG. 2 shows the case where the cell stacks are connected in series. FIG. 3 shows the case where the cell stacks are connected in parallel. Show. In both figures, three IV curves (1) to (3) indicate IV curves for each cell stack use number, and the cell stack use number is one, two, and three in order from the left. In each IV curve, the solid line portion indicates the operable voltage and current range for each cell stack number, and the dotted line portion indicates the other range. As shown in this figure, for example, when the voltage and current are at a point P1 within the operable range, the number of cell stacks is not changed by the stack number control unit 17, and the voltage control unit 16 exclusively uses the desired voltage. It is controlled to become. When the voltage and current become point P2 and the operating range is no longer exceeded when the number of used cell stacks is two, the stack number control unit 17 changes the number of used cell stacks to 3, and the operating point is within the operating range. Maintained within. As a result, an increase in Joule loss in the water electrolysis apparatus can be suppressed to prevent a decrease in energy efficiency, and the degree of freedom of the operation point can be expanded and a highly flexible operation can be obtained. .

また、図2及び図3に示すように、スタック数制御部17による制御により、セルスタック使用数の変更に際して、ヒステリシス特性を持たせると良い。すなわち、セルスタックの使用数をN(Nは1以上の整数)からN+1に増加させるときの電力が、セルスタックの使用数をN+1からNに減少させるときの電力より高くなるようなヒステリシス特性を持たせた制御を行ってセルスタック使用数を変更する。このように、セルスタックの使用数を増減させるに際し、ヒステリシス特性を持たせることにより、各スイッチS1〜S12の頻繁なスイッチングを回避して、スイッチS1〜S12、及び各セルスタックC1〜C4に対する過度の負担を抑制できる。   Further, as shown in FIGS. 2 and 3, it is preferable to provide a hysteresis characteristic when changing the number of used cell stacks under the control of the stack number control unit 17. That is, the hysteresis characteristic is such that the power when the number of used cell stacks is increased from N (N is an integer of 1 or more) to N + 1 is higher than the power when the number of used cell stacks is decreased from N + 1 to N. Change the number of used cell stacks by performing the given control. As described above, when the number of cell stacks used is increased or decreased, by providing hysteresis characteristics, frequent switching of the switches S1 to S12 is avoided, and the switches S1 to S12 and the cell stacks C1 to C4 are overloaded. Can be reduced.

図4は、スタック数制御部17により、セルスタック使用数の増減を行う場合の概念図を示すものである。この図において、C1〜C4は、図1におけるセルスタックC1〜C4を示している。また、斜線で装飾されたセルスタックは運転中のものを示し、それ以外の斜線で装飾されていないセルスタックは停止中のものを示す。この図において(a)→(b)→(c)→(d)の順に時間が経過しているものとする。この図に示すように、スタック数制御部17は、セルスタックの使用数を増加させるときに、その運転状態の間で最も停止時間の長い水電解ユニットを運転させるとともに、セルスタックの使用数を減少させるときに、その運転状態の間で最も運転時間の長いセルスタックの運転を停止させる制御を行う。すなわち、図4の例では、初めセルスタックC1、C2を運転させ(a)、次いでセルスタック数を増加させるに際し、セルスタックC3を運転させ(b)、次いでセルスタック数を減少させるに際し、最も運転時間の長いセルスタックC1を停止させ(c)、次いでセルスタック数を増加させるに際し、最も運転時間の短いセルスタックC4を運転させている(d)。このように、セルスタックC1〜C4を循環して運転させているので、各セルスタックの運転時間が平均化される。これにより特定のセルスタックに負担が集中せず、セルスタックの寿命低下を防止することができる。   FIG. 4 shows a conceptual diagram when the stack number control unit 17 increases or decreases the number of cell stack usage. In this figure, C1 to C4 indicate the cell stacks C1 to C4 in FIG. In addition, a cell stack decorated with diagonal lines indicates that it is in operation, and other cell stacks that are not decorated with diagonal lines indicate that it is stopped. In this figure, it is assumed that time has passed in the order of (a) → (b) → (c) → (d). As shown in this figure, when increasing the number of cell stacks used, the stack number control unit 17 operates the water electrolysis unit having the longest stop time during the operation state and sets the number of cell stacks used. When decreasing, control is performed to stop the operation of the cell stack having the longest operation time during the operation state. That is, in the example of FIG. 4, when the cell stacks C1 and C2 are first operated (a) and then the number of cell stacks is increased, the cell stack C3 is operated (b) and then the number of cell stacks is decreased. When the cell stack C1 having a long operation time is stopped (c) and then the number of cell stacks is increased, the cell stack C4 having the shortest operation time is operated (d). Thus, since the cell stacks C1 to C4 are circulated and operated, the operation time of each cell stack is averaged. As a result, the load is not concentrated on a specific cell stack, and the life of the cell stack can be prevented from being reduced.

本発明の水素製造設備によれば、上述した効果のほか、水電解装置3を複数のセルスタックからなる構成とすることにより各セルスタックをユニット化したので、ユニットの交換作業が容易となるとともに、水電解装置の運転中においてもユニット交換が可能であるという効果が得られる。   According to the hydrogen production facility of the present invention, in addition to the above-described effects, each cell stack is unitized by configuring the water electrolysis apparatus 3 to include a plurality of cell stacks, so that the unit replacement operation is facilitated. The effect that the unit can be replaced even during the operation of the water electrolysis apparatus is obtained.

なお、上述した本実施形態では、セルスタックの数はC1〜C4の4つとしているが、これに限定されるものではなく、電力供給手段の電力供給能力の大小や、要求される水素製造能力に応じて、適宜その数を増減し得る。また、スイッチS1〜S12の配置も上述したものに限られず、各セルスタックを互いに電気的に直列又は並列に接続できる範囲で適宜変更を加え得る。   In the present embodiment described above, the number of cell stacks is four (C1 to C4). However, the number of cell stacks is not limited to this, and the power supply capability of the power supply means and the required hydrogen production capability are not limited. The number can be increased or decreased as appropriate. Further, the arrangement of the switches S1 to S12 is not limited to that described above, and can be appropriately changed as long as the cell stacks can be electrically connected in series or in parallel.

また、図1において、スイッチの配置構成によっては、直列接続と並列接続とを混在させて各セルスタックを接続することも可能である。また、上述した図4の例は、スタック数制御部17によるセルスタック使用数の増減を概念的に説明するためのものであり、セルスタックの数や、その増減の順序は上述した内容に限定されるものではない。   In FIG. 1, depending on the arrangement of the switches, it is possible to connect each cell stack by mixing serial connection and parallel connection. Further, the example of FIG. 4 described above is for conceptually explaining the increase / decrease in the number of used cell stacks by the stack number control unit 17, and the number of cell stacks and the order of the increase / decrease are limited to the above-described contents. Is not to be done.

その他、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。   In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, Of course, a various change can be added in the range which does not change the summary of this invention.

本発明の実施の形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows embodiment of this invention. セルスタックを直列接続した場合の水電解装置のIV特性を示す図である。It is a figure which shows the IV characteristic of the water electrolysis apparatus at the time of connecting a cell stack in series. セルスタックを並列接続した場合の水電解装置のIV特性を示す図である。It is a figure which shows the IV characteristic of the water electrolysis apparatus at the time of connecting a cell stack in parallel. セルスタック使用数の増減を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating increase / decrease in the number of cell stack use. 一般的な水電解装置のIV特性を示す図である。It is a figure which shows IV characteristic of a general water electrolysis apparatus. 特許文献1記載の発明を示す構成図である。It is a block diagram which shows invention of patent document 1.

符号の説明Explanation of symbols

1 風力発電機
1a 風車
1b 発電機
2 整流器
3 水電解装置
4、5 導線
15 制御装置
16 電圧制御部
17 スタック数制御部
C1〜C4 セルスタック
S1〜S12 スイッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wind generator 1a Windmill 1b Generator 2 Rectifier 3 Water electrolysis apparatus 4, 5 Conductor 15 Control apparatus 16 Voltage control part 17 Stack number control part C1-C4 Cell stack S1-S12 Switch

Claims (4)

複数の水電解セルが積層されてなるセルスタックを複数有し該セルスタックが互いに電気的に直列又は並列に接続されて構成された水電解装置と、
該水電解装置に電力を供給する電力供給手段と、
前記水電解装置に供給する電力の電圧を可変制御する電圧制御部と、
前記水電解装置に供給する電力に応じて、各セルスタックに作用する電圧及び電流が所定範囲内となるように前記水電解装置におけるセルスタックの使用数を選定するスタック数制御部とを備える、ことを特徴とする水素製造設備。
A water electrolysis apparatus comprising a plurality of cell stacks formed by laminating a plurality of water electrolysis cells, the cell stacks being electrically connected to each other in series or in parallel;
Power supply means for supplying power to the water electrolysis device;
A voltage control unit that variably controls the voltage of power supplied to the water electrolysis device;
A stack number control unit that selects the number of cell stacks used in the water electrolysis device so that the voltage and current acting on each cell stack are within a predetermined range in accordance with the power supplied to the water electrolysis device. This is a hydrogen production facility.
前記スタック数制御部は、セルスタックの使用数をNからN+1に増加させるときの電力が、セルスタックの使用数をN+1からNに減少させるときの電力より高くなるようなヒステリシス特性を持たせた制御を行う、ことを特徴とする請求項1記載の水素製造設備。   The stack number control unit has a hysteresis characteristic such that the power when increasing the number of used cell stacks from N to N + 1 is higher than the power when decreasing the number of used cell stacks from N + 1 to N + 1. The hydrogen production facility according to claim 1, wherein control is performed. 前記スタック数制御部は、セルスタックの使用数を減少させるときに、その運転状態の間で最も運転時間の長いセルスタックの運転を停止させる制御を行う、ことを特徴とする請求項1記載の水素製造設備。   The said stack number control part performs control which stops the operation | movement of the cell stack with the longest operation time between the operation states, when reducing the number of use of a cell stack. Hydrogen production facility. 前記スタック数制御部は、セルスタックの使用数を増加させるときに、その運転状態の間で最も停止時間の長いセルスタックを運転させる制御を行う、ことを特徴とする請求項1記載の水素製造設備。
2. The hydrogen production according to claim 1, wherein when the number of used cell stacks is increased, the stack number control unit performs control to operate the cell stack having the longest stop time during the operation state. Facility.
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