(57)【要約】【課題】水電解装置に供給する水を効率的に冷却し、且つ水の凍結を効果的に抑制することができる水電解システムの運転方法及び水電解システムを提供する。【解決手段】水電解システム１０は、水電解装置１２と、水循環ポンプ３２を有する水循環回路部２６と、不凍液循環ポンプ７２を有する不凍液循環回路部６０と、水循環回路部２６及び不凍液循環回路部６０の間で熱交換を行う熱交換器５２とを備える。また、水電解システム１０の制御装置５４は、水電解装置１２による水電解開始前に、水循環ポンプ３２を動作させて水を循環させる一方で、不凍液循環ポンプ７２を動作停止状態とする。【選択図】図１
2019203174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水電解装置と、
水循環ポンプを有し、前記水電解装置との間で水を循環させる水循環回路部と、
不凍液循環ポンプを有し、ラジエータとの間で不凍液を循環させる不凍液循環回路部と、
前記水循環回路部及び前記不凍液循環回路部の間で熱交換を行う熱交換器と、
前記水循環ポンプ及び前記不凍液循環ポンプの動作を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記水電解装置による水電解開始前に、前記水循環ポンプを動作させて前記水を循環させる一方で、前記不凍液循環ポンプを動作停止状態とする、
水電解システムの運転方法。
【請求項２】
請求項１記載の水電解システムの運転方法において、
前記水電解装置及び前記水循環回路部は、ハウジング内に収容され、
前記不凍液循環回路部は、少なくとも前記ラジエータを前記ハウジングの外部に配置している、
水電解システムの運転方法。
【請求項３】
請求項２記載の水電解システムの運転方法において、
前記ハウジング内には、加熱器が設けられ、
前記制御装置は、前記ハウジングの室温が低い場合に、前記加熱器による加熱を行う、
水電解システムの運転方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の水電解システムの運転方法において、
前記水循環回路部の水温を検出する水温検出器を有し、
前記制御装置は、前記水電解装置による水電解開始後に、前記水温検出器により検出された前記水温がポンプ動作開始閾値以上となるまで、前記不凍液循環ポンプの動作停止状態を維持する、
水電解システムの運転方法。
【請求項５】
請求項４記載の水電解システムの運転方法において、
前記制御装置は、前記水温が前記ポンプ動作開始閾値以上の場合に、前記不凍液循環ポンプの動作を制御して、前記不凍液の循環量を前記水温に応じて変化させる
水電解システムの運転方法。
【請求項６】
請求項５記載の水電解システムの運転方法において、
前記制御装置は、前記水温が、前記ポンプ動作開始閾値以上となった後に前記ポンプ動作開始閾値よりも低いポンプ動作停止閾値より低くなると、前記不凍液循環ポンプの回転を停止する、
水電解システムの運転方法。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか１項に記載の水電解システムの運転方法において、
前記ラジエータは、前記不凍液を冷却するラジエータファンを有し、
前記制御装置は、前記水温が前記ポンプ動作開始閾値よりも高いファン動作開始閾値以上になると、前記ラジエータファンの回転を開始する、
水電解システムの運転方法。
【請求項８】
請求項７記載の水電解システムの運転方法において、
前記制御装置は、前記ラジエータファンの回転開始後に、前記ラジエータファンの回転速度を前記水温に応じて変化させる、
水電解システムの運転方法。
【請求項９】
請求項４〜８のいずれか１項に記載の水電解システムの運転方法において、
前記水温検出器は、前記水電解装置の下流側近傍位置に設けられる
水電解システムの運転方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の水電解システムの運転方法において、
前記制御装置は、前記水電解装置の排熱が水電解時よりも低い待機モードにおいて、前記水循環ポンプ及び前記不凍液循環ポンプを動作停止状態とする
水電解システムの運転方法。
【請求項１１】
水電解装置と、
水循環ポンプを有し、前記水電解装置との間で水を循環させる水循環回路部と、
不凍液循環ポンプを有し、ラジエータとの間で不凍液を循環させる不凍液循環回路部と、
前記水循環回路部及び前記不凍液循環回路部の間で熱交換を行う熱交換器と、
前記水循環ポンプ及び前記不凍液循環ポンプの動作を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記水電解装置による水電解開始前に、前記水循環ポンプを動作させて前記水を循環させる一方で、前記不凍液循環ポンプを動作停止状態とする、
水電解システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を電気分解して酸素と水素とを発生させる水電解システムの運転方法及び水電解システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、水を電気分解して酸素と水素とを発生させる水電解装置を有する水電解システムが開示されている。この種の水電解システムは、水電解装置の電解中の触媒活性化のため、水電解装置の排熱（水温）を適切に管理する必要がある。そのため、水電解システムは、水電解装置との間で水を循環させる水循環回路部を備えると共に、水電解装置に供給する水の冷却を行う水温調整装置を備える。
【０００３】
水温調整装置は、例えば、夏場において水電解の排熱を効果的に行うため、冷却性能が高いものが求められる一方で、冬場において周囲温度が低下した際に水の凍結を防止する構造であることが求められる。水が凍結すると、水電解装置の異常発熱やイオン交換膜の破損等が生じるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−４８５０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の水電解システムの技術に関連してなされたものであって、水電解装置に供給する水を効率的に冷却し、且つ水の凍結を効果的に抑制することができる水電解システムの運転方法及び水電解システ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】
【０００６】
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の運転方法及び水電解システムは、水電解装置と、水循環ポンプを有し、前記水電解装置との間で水を循環させる水循環回路部と、不凍液循環ポンプを有し、ラジエータとの間で不凍液を循環させる不凍液循環回路部と、前記水循環回路部及び前記不凍液循環回路部の間で熱交換を行う熱交換器と、前記水循環ポンプ及び前記不凍液循環ポンプの動作を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記水電解装置による水電解開始前に、前記水循環ポンプを動作させて前記水を循環させる一方で、前記不凍液循環ポンプを動作停止状態とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、水電解システムの運転方法及び水電解システムは、熱交換器により水循環回路部の水と不凍液循環回路部の不凍液が熱交換を行うことで、水循環回路部の水の温度をより適切に調整することができる。特に、水電解システムの運転時には、水電解開始前に、水循環ポンプを動作させる一方で、不凍液循環ポンプを動作停止状態とするので、水電解装置には、不凍液循環回路部からの伝熱を抑制した水が水循環回路部により供給される。例えば、不凍液循環回路部の不凍液が冬場の周囲温度（外気等）によって低温になっていても水循環回路部の水の凍結が抑えられ、水電解装置の水電解を良好に実施することが可能となる。また、水電解システムは、水電解開始前に不凍液循環ポンプを不要に駆動させないことで、エネルギ消費を抑制することもできる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る水電解システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】水電解システムの水温調整装置の機能を示す説明図である。
【図３】水電解システムの動作時の制御装置の機能を示すブロック図である。
【図４】水電解システムの動作のモード順を示すフローチャートである。
【図５】水電解システムの待機モードから水電解モードに移行する際のタイムチャートである。
【図６】水電解システムの水電解モード及び停止モードのタイムチャートである。
【図７】水電解システムの水電解モードにおいてラジエータファンを回転する際のタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
本発明の一実施形態に係る水電解システム１０は、図１に示すように、水（純水）を電気分解することにより、水素及び酸素を製造する水電解装置１２（差圧式水電解装置）を備える。また、水電解システム１０は、水電解装置１２に供給する水の凍結を抑制するために、システムの大部分の構成を生成施設（以下、ハウジング１４という）の内部に収容している。
【００１１】
水電解システム１０の水電解装置１２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１２は常圧水素を生成する構成でもよい。例えば、水電解装置１２は、複数の水電解セル１６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１８を備えると共に、積層方向他端に第２エンドプレート２０を備える。また、水電解セル１６の積層体には、直流電源である電解電源２２が接続されている。
【００１２】
第１エンドプレート１８には、水供給ポート１８ａが設けられており、第２エンドプレート２０には、水排出ポート２０ａ及び水素導出ポート２０ｂが設けられている。水素導出ポート２０ｂには、高圧水素配管２４の一端部が接続される。水電解装置１２は、高圧水素配管２４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、図示しない水素タンクに貯留される。
【００１３】
一方、水電解装置１２の水供給ポート１８ａ及び水排出ポート２０ａには、水電解装置１２との間で水を循環させる水循環回路部２６が接続される。水循環回路部２６には、水循環配管２８、酸素気液分離装置３０、水循環ポンプ３２及びイオン交換装置３４が設けられている。
【００１４】
水循環配管２８は、水供給ポート１８ａに接続される水供給配管３６と、水排出ポート２０ａに接続される水排出配管３８と、を有する。水供給配管３６は、酸素気液分離装置３０の底部に接続され、酸素気液分離装置３０から水電解装置１２に水を供給する。一方、水排出配管３８は、酸素気液分離装置３０の天井部に接続され、水電解装置１２から酸素気液分離装置３０に水電解で使用した水を供給（排出）する。
【００１５】
酸素気液分離装置３０は、水電解装置１２の上流側の水供給配管３６に設置されている。酸素気液分離装置３０は、水電解装置１２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３０は、水供給配管３６及び水排出配管３８の他に、酸素供給配管４０、純水供給配管４２及び排気配管４４が接続されている。酸素供給配管４０には、酸素気液分離装置３０にエアを供給するブロア４６が接続されている。
【００１６】
純水供給配管４２には、酸素気液分離装置３０に純水を供給する純水製造装置４８が接続されている。純水製造装置４８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４８ａを備え、市水に含まれる塩素等を除去する。
【００１７】
排気配管４４は、酸素気液分離装置３０において水から分離した気体（酸素、水素等）をハウジング１４の外部に排出する。そして、酸素気液分離装置３０は、気体から分離された水を水供給配管３６に流出する。
【００１８】
水循環ポンプ３２は、酸素気液分離装置３０の下流側の水供給配管３６に設置されている。水循環ポンプ３２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、水循環回路部２６の水循環配管２８には、水循環ポンプ３２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。
【００１９】
そして、水循環ポンプ３２の下流側の水供給配管３６には、水温調整装置５０の一部を構成する熱交換器５２が設置されている。水温調整装置５０は、水電解装置１２に供給される水循環回路部２６の水の温度（水温）を調整する。この水温調整装置５０は、水電解装置１２の水電解に伴って上昇する水温を充分に低下可能な冷却性能を有するように構成される。さらに、本実施形態に係る水温調整装置５０は、水電解システム１０の待機時や水電解装置１２による水電解開始前等において、水の凍結を防止する機能を備える。この水温調整装置５０の構成については、後に詳述する。
【００２０】
熱交換器５２の下流側の水供給配管３６には、イオン交換装置３４が設置されている。イオン交換装置３４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。
【００２１】
また、水電解システム１０は、システム全体の動作を制御する制御装置５４（ＥＣＵ）と、水循環回路部２６（水循環配管２８内の水）の水温を検出する水温検出器５６と、ハウジング１４内の室温を検出する室温検出器５８と、を備える。なお図１に示すように、水電解システム１０は、イオン交換装置３４と水電解装置１２との間の水供給配管３６に、水の導電率を検知する導電率計５９ａ（又は硬度を検出する硬度計）、及び水循環配管２８の水の流量を検出する流量計５９ｂ等を備えていてもよい。
【００２２】
制御装置５４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）として構成される。詳細には、制御装置５４は、水電解システム１０の運転において、水電解を行う水電解モード、水電解を行わない待機モード、水電解開始前の起動モード、及び水電解を停止する停止モード等を適宜切り替えて動作制御を行う。
【００２３】
水電解モードでは、水電解装置１２に対し水を循環させて、水電解装置１２にて水電解を実施し、生成した水素を水素タンクに貯留していく。一方、待機モードは、電解電源２２から水電解装置１２への電力供給を停止することで、水電解を停止する。このため、待機モードでは、水電解装置１２から排出される水温（水電解装置１２の排熱）が、水電解モードの水温よりも低くなる。
【００２４】
例えば、制御装置５４は、水素タンクに充分な水素が貯留されることで、水素の生成が必要なくなったことを判定し、この判定に基づき水電解モードから停止モードに移行し、停止モード後に待機モードを実施する。また、制御装置５４は、水素タンクの水素の貯留量が少なくなったことを判定し、この判定に基づき待機モードから起動モードに移行し、起動モード後に水電解モードを実施する。
【００２５】
また、制御装置５４は、各モードの実施において、水温検出器５６が検出する水循環回路部２６の水温に基づき水温調整装置５０の動作を制御する。次に、水電解システム１０の水温調整装置５０について、具体的に説明していく。
【００２６】
図１及び図２に示すように、水温調整装置５０は、上述した熱交換器５２を有すると共に、水循環回路部２６の一部と、ラジエータ６２との間で不凍液を循環させる不凍液循環回路部６０と、を含んで構成される。熱交換器５２は、水循環回路部２６及び不凍液循環回路部６０の間で熱交換を行う。さらに、水温調整装置５０には、ハウジング１４内の換気を行うと共に、ハウジング１４内の室温を調整する庫内用第１ファン６４、庫内用第２ファン６６及び加熱器６８が含まれる。
【００２７】
水温調整装置５０を構成する水循環回路部２６としては、上述した水循環配管２８及び水循環ポンプ３２があげられる。水循環ポンプ３２が駆動して水循環配管２８内を水が流動するだけでも、水温を変化させることができるからである。つまり、水温調整装置５０は、水循環回路部２６と不凍液循環回路部６０とが互いに閉ループを構成して、これら２系統の閉ループ間で熱交換を行う冷却システムに構成されている。
【００２８】
そして、水温調整装置５０の不凍液循環回路部６０は、不凍液循環配管７０、不凍液循環ポンプ７２及び上記のラジエータ６２を備える。不凍液循環配管７０は、不凍液の循環流路を内部に有する。不凍液循環配管７０に充填される不凍液は、特に限定されるものではないが、ハウジング１４の外部の気温が−２０℃程度となることを想定して、濃度５０％以上のエチレングリコール水溶液を適用するとよい。
【００２９】
不凍液循環配管７０は、一部がハウジング１４の内部に収容され、他部がハウジング１４の外部に露出される。そして、ハウジング１４の内部の不凍液循環配管７０に熱交換器５２及び不凍液循環ポンプ７２が設けられており、ハウジング１４の外部の不凍液循環配管７０にラジエータ６２が設けられている。また、不凍液循環配管７０は、ハウジング１４の外部の露出部分よりもハウジング１４内の収容部分の方に充分な量の不凍液が存在するように、その配管の長さ（沿面距離）と内径（断面積）が適切に設定される。
【００３０】
不凍液循環回路部６０の不凍液循環ポンプ７２は、水循環ポンプ３２と同様に構成することができる。不凍液循環ポンプ７２は、例えば、図示しないフィンを有する遠心ポンプに構成され、制御装置５４によりその回転速度が制御されることで、不凍液循環配管７０を流動する不凍液の流動量を増減させる。
【００３１】
不凍液循環回路部６０のラジエータ６２は、ハウジング１４の外部において外気との間で不凍液の熱交換を行う。ラジエータ６２の近傍位置には、ラジエータファン７４が設けられている。ラジエータファン７４は、制御装置５４により回転が制御されることで、その回転速度の変化に基づきラジエータ６２に向かう空気の流量を変化させる。
【００３２】
そして、水温調整装置５０の熱交換器５２は、水と不凍液の間で液−液熱交換を行う。一例として、熱交換器５２は、水循環配管２８と不凍液循環配管７０の間を連結する複数の伝熱プレート（不図示）を有し、複数の伝熱プレートを介して熱の移動を行う構成を採ることができる。これにより水循環配管２８を流動する水は、不凍液循環配管７０の不凍液へ熱を放熱する一方で、不凍液から熱を受熱する。逆に言えば、不凍液循環配管７０の不凍液は、水循環配管２８の水へ熱を放熱する一方で、水から熱を受熱する。なお、熱交換器５２の構成は、特に限定されないことは勿論である。
【００３３】
また図２に示すように、水温調整装置５０の庫内用第１及び第２ファン６４、６６は、ハウジング１４に複数形成された吸気口１４ａ付近にそれぞれ設けられる。各ファン６４、６６は、回転に伴い外気をハウジング１４内に取り込むと共に、ハウジング１４に複数形成された排気口１４ｂから気体を排出する。さらに、加熱器６８は、庫内用第１ファン６４の近傍位置に設けられる。この加熱器６８は、電熱ヒータを適用することができ、制御装置５４の制御下に加熱を行うことで、ハウジング１４の室内や庫内用第１ファン６４により吸気された空気を加熱する。
【００３４】
制御装置５４は、メモリに記憶されている図示しないプログラムをプロセッサが実行することで、上記の水温調整装置５０を含む水電解システム１０の動作を制御する。具体的には図３に示すように、制御装置５４内に、モード設定部７６、水電解制御部７８及び温度制御部８０等の機能ブロックが構築される。
【００３５】
モード設定部７６は、上述した水電解システム１０のモード（待機モード、起動モード、水電解モード、停止モード）を設定する。モード設定部７６は、例えば、水素タンク等に設けられた図示しない圧力センサの圧力値に基づき水素量を算出する。そして、モード設定部７６は、水素量に応じて待機モード、水電解モードの切り替えを行い、待機モードから水電解モードに移行する際に起動モードを行い、水電解モードから待機モードに移行する際に停止モードを行う。
【００３６】
水電解制御部７８は、モード設定部７６の水電解モードの設定に基づき、水電解装置１２を動作させて水電解を実施する。つまり、電解電源２２から水電解装置１２に適宜の電力を供給することで、水電解セル１６内の水を電気分解して水素及び酸素を生成する。
【００３７】
そして、温度制御部８０は、モード設定部７６及び水電解制御部７８と連動して水温調整装置５０の動作制御を行う。温度制御部８０の内部には、モード取得部８２、水温取得部８４、室温取得部８６、動作処理部８８、水循環ポンプ指令部９０、不凍液循環ポンプ指令部９２、ラジエータファン指令部９４、第１ファン指令部９６、第２ファン指令部９８及び加熱器指令部１００が構築される。
【００３８】
モード取得部８２は、モード設定部７６が設定したモードの情報を取得して動作処理部８８に提供する。水温取得部８４は、水温検出器５６が検出した水電解装置１２から排出される水温の情報を取得して動作処理部８８に提供する。室温取得部８６は、室温検出器５８が検出したハウジング１４の室温の情報を取得して動作処理部８８に提供する。
【００３９】
動作処理部８８は、各取得部から提供されたモード、水温、室温の情報に基づき、水循環ポンプ３２、不凍液循環ポンプ７２、ラジエータファン７４、庫内用第１ファン６４、庫内用第２ファン６６、加熱器６８の動作内容を設定し、設定した動作内容を各指令部に送信する。
【００４０】
水循環ポンプ指令部９０は、動作処理部８８の動作内容に基づき水循環ポンプ３２を駆動する水循環ポンプドライバ（不図示）に水循環ポンプ指令を出力する。例えば、水循環ポンプ指令は、水循環ポンプ３２のファンの回転数を示す回転数指令値、又は水循環ポンプ３２の供給電力パルス幅を示す水循環ポンプＤｕｔｙ指令値を有する。これにより水循環ポンプ３２は、水循環ポンプ指令に応じた回転数で回転する。
【００４１】
不凍液循環ポンプ指令部９２は、動作処理部８８の動作内容に基づき不凍液循環ポンプ７２を駆動する不凍液循環ポンプドライバ（不図示）に不凍液循環ポンプ指令を出力する。例えば、不凍液循環ポンプ指令は、不凍液循環ポンプ７２のファンの回転数を示す回転数指令値、又は不凍液循環ポンプ７２の供給電力パルス幅を示す不凍液循環ポンプＤｕｔｙ指令値を有する。これにより不凍液循環ポンプ７２は、不凍液循環ポンプ指令に応じた回転速度で回転する。
【００４２】
ラジエータファン指令部９４は、動作処理部８８の動作内容に基づきラジエータファン７４を駆動するラジエータファンドライバ（不図示）にラジエータファン指令を出力する。例えば、ラジエータファン指令は、ラジエータファン７４の回転数を示す回転数指令値、又はラジエータファン７４の供給電力パルス幅を示すラジエータファンＤｕｔｙ指令値である。これによりラジエータファン７４は、ラジエータファン指令に応じた回転速度で回転する。
【００４３】
同様に、第１ファン指令部９６は、動作処理部８８の動作内容に基づき庫内用第１ファン６４を回転させる。第２ファン指令部９８は、動作処理部８８の動作内容に基づき庫内用第２ファン６６を回転させる。さらに、加熱器指令部１００は、動作処理部８８の動作内容に基づき加熱器６８を加熱させる。
【００４４】
なお、上記の各指令部は、指令対象の装置との間でフィードバック制御を実施する構成であるとよい。また、制御装置５４は、上記の指令部と共に各ドライバを装置内に備えることで、水循環ポンプ３２、不凍液循環ポンプ７２、庫内用第１ファン６４、庫内用第２ファン６６、加熱器６８及びラジエータファン７４に電力供給して駆動制御を行う構成でもよい。例えば、水循環ポンプ３２による水の循環流量は、水電解装置１２に水を供給する水循環回路部２６の上流側に設けた流量計５９ｂの検出流量と、目標流量との差から水循環ポンプ３２の回転数指令値を導出して制御を行う構成でもよい。
【００４５】
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、次にその運転方法について説明する。また以下では、図４に示すように、待機モード（ステップＳ１）、起動モード（ステップＳ２）、水電解モード（ステップＳ３）、停止モード（ステップＳ４）の順に実施した動作内容を述べていく。
【００４６】
水電解システム１０の制御装置５４は、水素タンクの水素量が所定以上となっている場合に、モード設定部７６により水素の生成を停止する待機モードが設定されている。この待機モードの実施に伴い、水電解制御部７８は、電解電源２２から水電解装置１２への電力供給を遮断して、水電解を停止する。また、温度制御部８０は、モード設定部７６から待機モードの情報を取得すると、図５に示すように、水循環ポンプ３２及び不凍液循環ポンプ７２を動作停止状態とする。これにより、待機モードでは、一方の閉ループを構成している水循環回路部２６の水が循環しなくなり、また他方の閉ループを構成している不凍液循環回路部６０の不凍液が循環しなくなる。
【００４７】
ここで、待機モードにおいて、水循環回路部２６の水は、ハウジング１４の外部の外気から水循環回路部２６への伝熱が防止され、また水電解装置１２からの排熱もないので、ハウジング１４内の室温の影響を受ける。つまり水温は、室温に応じて緩やかに変化する。
【００４８】
そして、本実施形態に係る制御装置５４は、ハウジング１４内の雰囲気温度を１℃以上に保つように制御を行う。このため、温度制御部８０は、室温取得部８６により室温検出器５８から室温の情報を取得し、動作処理部８８により室温に基づき庫内用第１ファン６４、庫内用第２ファン６６及び加熱器６８の動作内容を決定する。
【００４９】
例えば、動作処理部８８は、室温が所定の低温閾値（１℃等）以下となることを判定すると、庫内用第１ファン６４を回転させると共に、加熱器６８を加熱してハウジング１４内に温風を流す（ハウジング１４内を温める）動作内容を設定する。或いは、動作処理部８８は、室温が所定の高温閾値以上となった場合に、加熱器６８を停止した状態で、庫内用第１ファン６４及び庫内用第２ファン６６の少なくとも一方又は両方を回転させ、ハウジング１４内の排熱（換気等）を行う。なお、動作処理部８８は、室温検出器５８による室温の検出によらず水温検出器５６が検出する水温に基づき、庫内用第１ファン６４、庫内用第２ファン６６及び加熱器６８の動作を行う構成でもよい。
【００５０】
水電解システム１０は、待機モードでもハウジング１４内を１℃以上に保つことで、例えば、外気（周囲温度）が氷点下以下になっても水循環回路部２６の水の凍結を防ぐことができる。なお、制御装置５４は、他のモードでもハウジング１４の室温を１℃以上に保つために庫内用第１及び第２ファン６４、６６、加熱器６８を動作させてもよい。また制御装置５４は、待機モードにおいて、不凍液循環ポンプ７２を停止させる一方で、水循環ポンプ３２を動作させる（水循環回路部２６の水を循環させる）構成であってもよい。
【００５１】
図５に示すように、水電解システム１０は、時点ｔ０においてモード設定部７６により水素の生成開始を判定すると、水電解の準備段階として起動モードを実施する。起動モードにおいて、動作処理部８８は、水循環ポンプ３２の動作を設定する。その一方で、動作処理部８８は、不凍液循環回路部６０（不凍液循環ポンプ７２、ラジエータファン７４）の動作停止状態の維持を設定する。水循環ポンプ指令部９０は、動作処理部８８の動作設定に基づき、水循環ポンプ３２の回転数を徐々に上昇させて一定の回転数（例えば、５０００ｒｐｍ）とする水循環ポンプ指令を出力する。これにより起動モードにおいて、水循環回路部２６の水が定格流量（水電解装置１２の水電解に必要な循環流量）で循環する。
【００５２】
水循環回路部２６の水は、循環中に水循環ポンプ３２から熱を受けるものの、水の循環に伴い水循環配管２８（又は水循環配管２８に接しているデバイス）を介して放熱がなされる。さらに水循環回路部２６の水量に応じて酸素気液分離装置３０を介して純水製造装置４８から給水が行われることで、水循環回路部２６の水温が低下する。従って、起動モードでは、低温の水が水電解装置１２に供給される。
【００５３】
制御装置５４のモード設定部７６は、起動モードの実施時に実施時間（又は水の流量）を測定し、所定時間経過した（又は所定の流量となった）時点ｔ１において、起動モードから水電解モードに移行する。水電解モードが設定されると、水電解制御部７８は、電解電源２２から水電解装置１２に電力供給を行う。水電解装置１２は、複数の水電解セル１６内に供給された水を電気分解することで、水素及び酸素を生成し、この際の反応熱を水に伝熱（排熱）する。そのため、水排出配管３８の水温検出器５６は、徐々に上昇する水温を検出する。
【００５４】
ここで、動作処理部８８は、不凍液循環回路部６０（不凍液循環ポンプ７２、ラジエータファン７４）の運転内容を設定する閾値として、低温から高温に向かって段階的に高くなる第１〜第１０温度閾値Ｔ１〜Ｔ１０を有している。動作処理部８８は、取得した水温と第１〜第１０温度閾値Ｔ１〜Ｔ１０とを定常的に比較し、例えば、水温が第４温度閾値Ｔ４以上に上昇するまで、不凍液循環ポンプ７２の動作停止状態を維持する。つまり水電解モードの初期段階では、一方の閉ループ（水循環回路部２６）のみが液体の循環を行い、また純水製造装置４８から水循環回路部２６に給水がなされることで、水の冷却が促される。
【００５５】
図６に示すように、動作処理部８８は、時点ｔ２において水温が第４温度閾値Ｔ４以上となることを判定すると、不凍液循環ポンプ７２の動作を開始する。すなわち第４温度閾値Ｔ４は、不凍液循環ポンプ７２を停止状態から動作状態とするポンプ動作開始閾値にあたる。なお、時点ｔ２の段階では、ラジエータファン７４は動作停止状態のままである。
【００５６】
そして、動作処理部８８は、不凍液循環ポンプ７２の動作を開始すると、不凍液循環ポンプ７２の回転速度を水温に応じて段階的に変化させる制御を行う。具体的には、水温が第４温度閾値Ｔ４以上となった際に、不凍液循環ポンプ指令部９２から不凍液循環ポンプ指令として第１段階ポンプ指令を不凍液循環ポンプドライバに出力させる。本実施形態において、第１段階ポンプ指令は、不凍液循環ポンプ７２を第１回転速度（１０００ｒｐｍ等）で回転させる不凍液循環ポンプＤｕｔｙ指令値である。これにより不凍液循環ポンプ７２は、第１回転速度に応じた流動力を不凍液に付与して、不凍液を流動させる。
【００５７】
不凍液が不凍液循環回路部６０内を循環すると、ハウジング１４の外部（ラジエータ６２を含む）において、不凍液から外気への放熱が行われ、不凍液の温度を低下させる。また、ハウジング１４内の熱交換器５２は、不凍液循環回路部６０の不凍液と水循環回路部２６の水との熱交換（放熱及び受熱）を行い、水を冷却する。なお、動作処理部８８は、不凍液循環ポンプ７２を一旦回転させた後、水温が第４温度閾値Ｔ４以下に低下しても、第３温度閾値Ｔ３以下にならなければ第１回転速度を維持する。
【００５８】
水循環回路部２６の水は、不凍液の熱交換により温度が低下しても、水電解装置１２の水電解能力が高ければ水電解に伴う排熱によって再び上昇する。そのため、動作処理部８８は、時点ｔ３において水温が第５温度閾値Ｔ５以上になることを判定すると、不凍液循環ポンプ指令部９２から第２段階ポンプ指令（不凍液循環ポンプＤｕｔｙ指令値）を出力させる。これにより、不凍液循環ポンプ７２は、第２回転速度（３０００ｒｐｍ等）で回転し、不凍液の流動量を増加させる。つまり水温調整装置５０は、不凍液循環回路部６０による水循環回路部２６の冷却性能を高めることができる。
【００５９】
そして上記と同様に、動作処理部８８は、水温が第６温度閾値Ｔ６以上になった時点ｔ４において、不凍液循環ポンプ指令部９２から第３段階ポンプ指令を出力させ、不凍液循環ポンプ７２を第３回転速度（４０００ｒｐｍ等）で回転させる。また、動作処理部８８は、水温が第７温度閾値Ｔ７以上になった時点ｔ５において、第４段階ポンプ指令を出力させ、不凍液循環ポンプ７２を第４回転速度（５０００ｒｐｍ等）で回転させる。従って、水電解装置１２の水電解能力が充分に高い場合には、不凍液循環ポンプ７２が不凍液の流動量を４段階にわたって変化させ、これに伴い水循環回路部２６の水温は、上下に振幅を繰り返しつつ上昇していく。
【００６０】
動作処理部８８は、時点ｔ６において、水温が第８温度閾値Ｔ８以上となることを判定すると、この時点でラジエータファン７４の回転を開始する。これにより、水温調整装置５０は、ラジエータファン７４がラジエータ６２に外気を送風して、ラジエータ６２内の不凍液を冷却する空冷制御を行う。この空冷制御でも、動作処理部８８は、図７に示すように、ラジエータファン７４の回転速度を水温に応じて段階的に変化させる制御を行う。
【００６１】
具体的には、水温が第８温度閾値Ｔ８以上となった際に、動作処理部８８は、ラジエータファン指令部９４に動作開始を指示する。ラジエータファン指令部９４は、第１段階ラジエータファン指令として２０％のラジエータファンＤｕｔｙ指令値をラジエータファンドライバに出力する。これにより、ラジエータファンドライバは、２０％のパルス幅の電力をラジエータファン７４に供給し、ラジエータファン７４はこのパルス幅に応じた第１回転量（回転速度）で回転し、ラジエータ６２に外気を流動させる。その結果、ラジエータ６２内で不凍液が大幅に冷却され、熱交換器５２では、この不凍液が水と熱交換することで、ラジエータファン７４の回転前に比べて水をより冷却することができる。例えば、水循環回路部２６の水温は、第６温度閾値Ｔ６を下回る位まで低下する。
【００６２】
このため、動作処理部８８は、第１段階ラジエータファン指令を出力して水温が第６温度閾値Ｔ６以下となった後に、再び第６温度閾値Ｔ６以上となることを判定する（時点ｔ７参照）。これにより動作処理部８８は、ラジエータファン指令部９４から第２段階ラジエータファン指令（４０％のＤｕｔｙ指令値）を出力させ、ラジエータファン７４は、４０％のパルス幅に応じた第２回転量で回転する。或いは、動作処理部８８は、ラジエータファン７４の回転後に所定時間経過しても水温が第６温度閾値Ｔ６以上の場合に、第２段階ラジエータファン指令を出力するとよい。
【００６３】
同様に、動作処理部８８は、水温が第７温度閾値Ｔ７以上となった時点ｔ８において、ラジエータファン指令部９４から第３段階ラジエータファン指令（６０％のＤｕｔｙ指令値）を出力させラジエータファン７４を第３回転量で回転させる。さらに、水温が第８温度閾値Ｔ８以上となった時点ｔ９において、第４段階ラジエータファン指令（８０％のＤｕｔｙ指令値）により第４回転量で回転させ、水温が第９温度閾値Ｔ９以上となった時点ｔ１０において、第５段階ラジエータファン指令（１００％のＤｕｔｙ指令値）により第５回転量で回転させる。
【００６４】
また、動作処理部８８は、ラジエータファン７４を第５回転量で回転させた後、水温が所定の温度閾値（例えば、第７温度閾値Ｔ７）よりも低くなった時点ｔ１１において、所定のＤｕｔｙ指令値（第２段階ラジエータファン指令）とする。これによりラジエータファン７４は、第５回転量から第２回転量に速度低下する。つまりラジエータファン７４を第５回転量で一旦回転させると、水温がある程度低下しても（第８温度閾値Ｔ８以下となっても）第５回転量を維持することで、冷却性能を維持する。
【００６５】
動作処理部８８は、さらに水温が第６温度閾値Ｔ６よりも低くなった時点ｔ１２において、第１段階ラジエータファン指令を出力して、ラジエータファン７４を第１回転量で回転させる。またさらに動作処理部８８は、水温が第５温度閾値Ｔ５よりも低くなった時点ｔ１３において、ラジエータファン７４を停止して（０％のＤｕｔｙ指令値として）、空冷制御を停止する。
【００６６】
なお、動作処理部８８が判定に使用する複数の温度閾値のうち第１０温度閾値Ｔ１０は、水循環回路部２６内の水温の上昇限界値を規定するものである。すなわち、動作処理部８８は、ラジエータファン７４を第５回転量で回転させた後、さらに水温が上昇して第１０温度閾値Ｔ１０以上となった時点ｔ１０’において、水電解モードを緊急停止する。ラジエータファン７４が第５回転量で回転している場合には、水循環回路部２６の水をこれ以上冷却する手段がないにもかかわらず水温が上昇していることになり、水電解システム１０の安全性を確保することが望ましいからである。緊急停止の制御では、水電解装置１２への電力供給を停止して、さらに水循環ポンプ３２、不凍液循環ポンプ７２及びラジエータファン７４の回転を停止する。これにより水循環回路部２６の水温が低下することになる。なお、制御装置５４は、緊急停止時にユーザに緊急停止を報知する構成であるとよい。
【００６７】
図６に戻り、動作処理部８８は、不凍液循環ポンプ７２が第４回転速度（５０００ｒｐｍ）まで上昇した後に、水温が第３温度閾値Ｔ３よりも低くなるまで第４回転速度を維持する制御を行う。水電解モード中に水温が第３温度閾値Ｔ３より低くなった場合には、不凍液循環ポンプ７２の回転速度を所定の速度（例えば、第２回転速度）まで低下させる。
【００６８】
そして水電解システム１０（モード設定部７６）は、例えば、水素が水素タンクに充分に貯留される等した場合に、水電解モードから停止モードに移行する。停止モードにおいて、水電解制御部７８は水電解装置１２への電力供給を停止する。このため水電解装置１２からの排熱がなくなり、水循環回路部２６の水温が低下していく。
【００６９】
動作処理部８８は、水温が第３温度閾値Ｔ３よりも低くなった時点ｔ１４において、所定の不凍液循環ポンプＤｕｔｙ指令値（本実施形態では第２段階ポンプ指令：３０００ｒｐｍ等）を出力させ、不凍液循環ポンプ７２を第２回転速度で回転させる。さらに動作処理部８８は、水温が第２温度閾値Ｔ２よりも低くなった時点ｔ１５において、第１回転速度で不凍液循環ポンプ７２を回転させる。そして、動作処理部８８は、水温が第１温度閾値Ｔ１よりも低くなった時点ｔ１６において、不凍液循環ポンプ７２の回転を停止する。これにより、制御装置５４は、水循環回路部２６の水温低下に連動して不凍液の循環状態をスムーズに変化させることができる。また図示は省略するが停止モードにおいて、動作処理部８８は、不凍液循環ポンプ７２を停止してある程度時間が経過した後（水温がさらに低下した後等）に、水循環ポンプ３２の動作を停止するとよい。
【００７０】
上述した水電解システム１０及び水電解システム１０の運転方法は、以下の効果を奏する。
【００７１】
水電解システム１０は、水循環回路部２６及び不凍液循環回路部６０を熱交換器５２で熱交換することで、水循環回路部２６の水温をより適切に調整することができる。特に、水電解システム１０の運転において、水電解開始前に、水循環ポンプ３２を動作させる一方で、不凍液循環ポンプ７２を動作停止状態とするので、水電解装置１２は、不凍液循環回路部６０からの伝熱が抑制された水が水循環回路部２６から供給されて、水電解の準備が整う。例えば、水電解システム１０は、不凍液循環回路部６０の不凍液が冬場の周囲温度（外気等）によって低温になっていても水循環回路部２６の水の凍結が抑えられるので、水電解装置１２の水電解を良好に実施することが可能となる。さらに、水電解システム１０は、不凍液循環ポンプ７２を不要に駆動させないことで、エネルギ消費を抑制することもできる。
【００７２】
また、不凍液循環回路部６０は、ハウジング１４の外部にラジエータ６２を配置している。従って、ハウジング１４の外部の外気により不凍液を効果的に放熱することができる。その一方で、水電解装置１２及び水循環回路部２６は、ハウジング１４内に収容されているので、ハウジング１４内の室温によって水の温度変化を緩やかにすることができる。
【００７３】
さらに、ハウジング１４内には、加熱器６８が設けられ、制御装置５４は、ハウジング１４の室温が低い場合に、加熱器６８による加熱を行う。これにより、ハウジング１４の室温を所定の温度に保つことが可能となり、例えば、ハウジング１４の周囲温度が氷点下以下になったとしても、水循環回路部２６の水の凍結を防止することができる。
【００７４】
制御装置５４は、水電解装置１２による水電解開始後に、水温検出器５６により検出された水温がポンプ動作開始閾値（第４温度閾値Ｔ４）以上となるまで、不凍液循環ポンプ７２の動作停止状態を維持する。従って、不凍液との熱交換において水の凍結を確実に生じさせないようにすることができる。
【００７５】
制御装置５４は、水温がポンプ動作開始閾値（第４温度閾値Ｔ４）以上の場合に、不凍液循環ポンプ７２の動作を制御して、不凍液の循環量を水温に応じて変化させる。これにより、水循環回路部２６の水温をより適切に制御して、上昇等を抑制することができる。
【００７６】
制御装置５４は、水温がポンプ動作開始閾値（第４温度閾値Ｔ４）以上となった後にポンプ動作開始閾値よりも低いポンプ動作停止閾値（第１温度閾値Ｔ１）より低くなると、不凍液循環ポンプ７２の回転を停止する。これにより水電解システム１０は、不凍液循環ポンプ７２の駆動と駆動停止を繰り返す動作を抑制することができる。
【００７７】
制御装置５４は、水温がポンプ動作開始閾値（第４温度閾値Ｔ４）よりも高いファン動作開始閾値（第８温度閾値Ｔ８）以上になると、ラジエータファン７４の回転を開始する。これにより、不凍液循環回路部６０の冷却性能を高めることができ、不凍液循環回路部６０と熱交換する水循環回路部２６の水をより良好に冷却することができる。
【００７８】
制御装置５４は、ラジエータファン７４の回転開始後に、ラジエータファン７４の回転速度を水温に応じて変化させる。これにより、不凍液の温度が適切に下げられて、不凍液との熱交換により水循環回路部２６の水温の上昇を効果的に抑制することが可能となる。
【００７９】
水温検出器５６は、水電解装置１２の下流側近傍位置に設けられる。これにより、水電解装置１２の水電解による水温の上昇を直ちに検出することができ、水電解システム１０は、水温の変化をリアルタイムに反映した動作制御を行うことが可能となる。
【００８０】
制御装置５４は、水電解装置１２の排熱が水電解時よりも低い待機モードにおいて、水循環ポンプ３２及び不凍液循環ポンプ７２を動作停止状態とする。これにより、水電解システム１０は、エネルギ消費が抑制され、さらに不凍液の循環が停止するので、水循環回路部２６の水の温度低下を抑制して、水の凍結を防ぐことができる。
【００８１】
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。
【符号の説明】
【００８２】
１０…水電解システム                    １２…水電解装置
１４…ハウジング                        ２６…水循環回路部
３２…水循環ポンプ                      ５０…水温調整装置
５２…熱交換器                          ５４…制御装置
５６…水温検出器                        ６０…不凍液循環回路部
６２…ラジエータ                        ６８…加熱器
７２…不凍液循環ポンプ                  ７４…ラジエータファン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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