JP6924099B2 - Hydrogen storage system, control program and energy supply system - Google Patents
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Description
この発明は、熱媒体を用いて、水素吸蔵合金に対する水素の貯蔵と放出とを行う水素貯蔵システム、制御プログラムおよびエネルギー供給システムに関するものである。 The present invention relates to a hydrogen storage system, a control program and an energy supply system that stores and releases hydrogen in a hydrogen storage alloy using a heat medium.
例えば、水素を利用したエネルギー供給として、再生可能エネルギーの電力を利用して製造された水素を水素吸蔵合金に貯蔵し、必要なときに水素吸蔵合金から水素を放出させるなどして燃料電池などに水素を供給する水素貯蔵システムが考えられている。この再生可能エネルギーにおいては、太陽光あるいは風力などの自然エネルギーは、出力変動があり安定して電力を供給することができない。このため、余剰となる電力で水素を製造し水素吸蔵合金に蓄えておく必要がある。
水素吸蔵合金を用いたシステムでは、燃料電池などに水素を供給(放出)するときは、温水ユニットなどから温水を水素吸蔵合金容器に流して水素吸蔵合金を加熱して容器圧を高める必要がある。一方、水電解装置などから水素を吸収するときは、冷水チラー(冷却器)などを運転して冷水を水素吸蔵合金容器に流して水素吸蔵合金を冷却し容器圧を低くする必要がある。
従来のシステムでは、熱媒体を2種類準備し、水素吸蔵合金の冷却と加熱とでは、熱媒体を切り替えるために熱媒体の経路に設けた電動弁で、それぞれの熱媒体が移動する経路を切り替えて、異なる熱媒体を使用するようにしている。
For example, as an energy supply using hydrogen, hydrogen produced using the power of renewable energy is stored in a hydrogen storage alloy, and hydrogen is released from the hydrogen storage alloy when necessary for fuel cells and the like. A hydrogen storage system that supplies hydrogen is being considered. In this renewable energy, natural energy such as solar power or wind power has output fluctuations and cannot stably supply electric power. Therefore, it is necessary to produce hydrogen with surplus electric power and store it in a hydrogen storage alloy.
In a system using a hydrogen storage alloy, when supplying (releasing) hydrogen to a fuel cell or the like, it is necessary to flow hot water from a hot water unit or the like into a hydrogen storage alloy container to heat the hydrogen storage alloy and increase the container pressure. .. On the other hand, when absorbing hydrogen from a water electrolyzer or the like, it is necessary to operate a cold water chiller (cooler) or the like to flow cold water into a hydrogen storage alloy container to cool the hydrogen storage alloy and lower the container pressure.
In the conventional system, two types of heat media are prepared, and in cooling and heating of the hydrogen storage alloy, an electric valve provided in the heat medium path to switch the heat medium switches the path through which each heat medium moves. I try to use different heat media.
このシステムの概略を図12に基づいて説明する。
システムでは、複数の水素吸蔵合金容器70…7Xが並列設置されており、それぞれの水素吸蔵合金容器70…7Xに水素導入路80と水素移送路81とが並列して接続されており、下流側でそれぞれの水素導入路80が合流し、同じく下流側でそれぞれの水素移送路81が合流している。さらに水素吸蔵合金容器70…7Xには、それぞれに熱媒体移動路が接続されており、それぞれの入側熱媒体移動路60B、61B…6XBが合流して、電磁弁58、ポンプ54を介して冷水タンク51に接続され、同じく電磁弁59、ポンプ55を介して温水タンク52に接続されている。
さらに水素吸蔵合金容器70…7Xには、それぞれの出側熱媒体移動路60A…6XAが合流して、電磁弁56を介して冷水タンク51に接続され、同じく電磁弁57を介して温水タンク52に接続されている。
The outline of this system will be described with reference to FIG.
In the system, a plurality of hydrogen
Further, the respective outlet side heat
冷水タンク51では、冷却器50が接続され、温水タンク52ではヒーター52Aが設けられて、それぞれ熱媒体の冷却、加熱を行うことができる。
水素吸蔵合金容器70…7Xで水素吸蔵を行う場合、水素導入路80によって各水素吸蔵合金容器に水素を導入するとともに、電磁弁56、58およびポンプ54を動作させて熱媒体として冷水を用いて、冷水タンク51と各水素吸蔵合金容器との間で熱媒体を循環させる。一方、水素吸蔵合金容器70…7Xで水素放出を行う場合、水素移送路81によって各水素吸蔵合金容器からの水素放出を可能にするとともに、電磁弁57、59およびポンプ55を動作させて熱媒体として温水を用いて、温水タンク52と各水素吸蔵合金容器との間で熱媒体を循環させる。上記動作によって、水素の吸収、放出を繰り返し行うことが可能になる。
A
When hydrogen storage is performed in the hydrogen
また、上記のようなシステムでは、水素放出の制御が必要になる。例えば、水素吸蔵合金容器の内圧が耐圧容器の許容圧力を超えないことが必要である。特許文献1では、水素吸蔵合金容器の内圧が所定圧力を越えたときに、水素吸蔵合金容器内への熱交換媒体の流通を制御して水素吸蔵合金容器の内圧を低下させる手段を講じている。具体的には、熱交換媒体流通経路内の熱交換媒体の流量を絞るとともに、微小量の熱交換媒体を連続的に流通させ、水素吸蔵合金からの水素の急激な放出を抑制するものとしている。
Further, in the above system, it is necessary to control the hydrogen release. For example, it is necessary that the internal pressure of the hydrogen storage alloy container does not exceed the allowable pressure of the pressure resistant container. In
しかし、従来技術では、熱媒体を2種類用意して、水素の吸収と放出で熱媒体の経路を切り替えて使用する構成が必要なため、異なる熱媒体を流すそれぞれのポンプ、熱媒体を切り替える電動弁、熱媒体経路などが必要となりシステムが複雑になり、機器コストも高くなってしまう問題がある。
さらに、温度が大きく異なる熱媒体を移動させる経路がそれぞれ必要であり、熱媒体の切り替えに際し顕熱の損失が大きいという問題がある。
However, in the prior art, it is necessary to prepare two types of heat media and switch the path of the heat medium for absorption and release of hydrogen. Therefore, each pump for flowing different heat media and an electric motor for switching the heat medium. There is a problem that a valve, a heat medium path, etc. are required, the system becomes complicated, and the equipment cost increases.
Further, a path for moving heat media having significantly different temperatures is required, and there is a problem that sensible heat loss is large when the heat medium is switched.
この発明は上記のような従来のものの問題を解決するためになされたものであり、装置構成を簡略にして効率的な水素の吸蔵、放出を行うことが可能な水素貯蔵システム、制御プログラムおよびエネルギー供給システムを提供することを目的の一つとする。 The present invention has been made to solve the problems of the conventional ones as described above, and is a hydrogen storage system, a control program, and an energy capable of efficiently storing and releasing hydrogen by simplifying the device configuration. One of the purposes is to provide a supply system.
すなわち、本発明の水素貯蔵システムのうち第1の形態は、水素吸蔵合金が収容される水素吸蔵合金容器と、前記水素吸蔵合金容器内に外部から水素を導入する水素導入路と、
前記水素吸蔵合金容器内から外部に水素を移送する水素移送路と、前記水素吸蔵合金容器に一部が設置され、前記水素吸蔵合金との伝熱が行われる熱媒体が移動する熱媒体移動路と、前記熱媒体移動路で移動する熱媒体の温度調整を行う温度調整部と、を備え、
前記温度調整部が、熱媒体の冷却を行う熱媒体冷却部と、熱媒体の加熱を行う熱媒体加熱部とを有有し、
1つの水素吸蔵合金に対し、前記水素導入路と前記水素移送路により水素の導入と水素の移送とを、同時に行うことが可能であり、
前記水素吸蔵合金容器内の圧力を測定する圧力測定部を備え、前記圧力測定部の測定結果を受け、前記測定結果に基づいて前記温度調整部の動作を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記圧力測定部で測定された圧力が第1の所定圧力を下回ると前記温度調整部によって熱媒体の温度を加熱する制御を行い、前記圧力が前記第1の所定圧力よりも大きい第2の所定圧力を超えると、前記温度調整部によって熱媒体の温度を冷却する制御を行い、熱媒体の加熱後、前記圧力測定部で測定された圧力が第1の所定圧力よりも高く、第2の所定圧力よりも低い第3の所定圧力よりも高い圧力になると、熱媒体の加熱を停止し、熱媒体の冷却後、前記圧力測定部で測定された圧力が第2の所定圧力よりも低く、第3の所定圧力よりも高い第4の所定圧力よりも低い圧力になると、熱媒体の冷却を停止する制御を行うことを特徴とする。
That is, the first form of the hydrogen storage system of the present invention includes a hydrogen storage alloy container in which a hydrogen storage alloy is housed, a hydrogen introduction path for introducing hydrogen into the hydrogen storage alloy container from the outside, and a hydrogen storage passage.
A hydrogen transfer path for transferring hydrogen from the inside of the hydrogen storage alloy container to the outside, and a heat medium transfer path for which a heat medium that is partially installed in the hydrogen storage alloy container and conducts heat transfer with the hydrogen storage alloy moves. And a temperature adjusting unit for adjusting the temperature of the heat medium moving in the heat medium moving path.
The temperature adjusting unit, and a heat medium cooling unit for cooling the heat medium, a heat medium heating unit for heating the heat medium and leisurely,
It is possible to simultaneously introduce hydrogen and transfer hydrogen to one hydrogen storage alloy through the hydrogen introduction path and the hydrogen transfer path.
A pressure measuring unit for measuring the pressure in the hydrogen storage alloy container is provided, and a control unit for receiving the measurement result of the pressure measuring unit and controlling the operation of the temperature adjusting unit based on the measurement result is provided.
When the pressure measured by the pressure measuring unit falls below the first predetermined pressure, the control unit controls the temperature adjusting unit to heat the temperature of the heat medium, and the pressure is higher than the first predetermined pressure. When a large second predetermined pressure is exceeded, the temperature adjusting unit controls the temperature of the heat medium to be cooled, and after heating the heat medium, the pressure measured by the pressure measuring unit is higher than the first predetermined pressure. When the pressure becomes higher than the third predetermined pressure, which is lower than the second predetermined pressure, the heating of the heat medium is stopped, and after the heat medium is cooled, the pressure measured by the pressure measuring unit becomes the second predetermined pressure. It is characterized in that when the pressure becomes lower than the third predetermined pressure and lower than the fourth predetermined pressure, the cooling of the heat medium is stopped .
他の形態の水素貯蔵システムの発明は、前記形態の本発明において、前記熱媒体移動路が循環路で構成されていることを特徴とする。 The invention of another form of the hydrogen storage system is characterized in that, in the present invention of the above-mentioned form, the heat medium transfer path is composed of a circulation path.
他の形態の水素貯蔵システムの発明は、前記形態の本発明において、前記熱媒体移動路が一系統で構成されていることを特徴とする。 The invention of another form of the hydrogen storage system is characterized in that, in the present invention of the above-mentioned form, the heat medium transfer path is composed of one system.
他の形態の水素貯蔵システムの発明は、前記形態の本発明において、前記熱媒体は、±10℃の温度範囲内に動作温度が設定されることを特徴とする。 Another aspect of the invention of the hydrogen storage system is characterized in that, in the present invention of the above-described embodiment, the operating temperature of the heat medium is set within a temperature range of ± 10 ° C.
他の形態の水素貯蔵システムの発明は、前記形態の本発明において、前記熱媒体の温度を測定する熱媒体温度測定部を有することを特徴とする。 The invention of another form of the hydrogen storage system is characterized in that, in the present invention of the above-described embodiment, it has a heat medium temperature measuring unit for measuring the temperature of the heat medium.
他の形態の水素貯蔵システムの発明は、前記形態の本発明において、前記制御部は、前記熱媒体温度測定部の測定結果を受け、前記測定結果に基づいて前記温度調整部の動作を制御することを特徴とする。 In the invention of the present invention of the other form, the control unit receives the measurement result of the heat medium temperature measuring unit and controls the operation of the temperature adjusting unit based on the measurement result. and wherein and Turkey.
他の形態の水素貯蔵システムの発明は、前記形態の本発明において、前記水素導入路と前記水素移送路にそれぞれ独立して動作する作動弁が設けられており、前記作動弁の動作により、水素の導入と水素の移送とを、同時に行うことが可能であることを特徴とする。 In the invention of another form of the hydrogen storage system, in the present invention of the above-described embodiment, an operating valve that operates independently of the hydrogen introduction path and the hydrogen transfer path is provided, and hydrogen is generated by the operation of the operating valve. It is characterized in that the introduction of hydrogen and the transfer of hydrogen can be performed at the same time.
他の形態の水素貯蔵システムの発明は、前記形態の本発明において、前記水素導入路は、再生可能エネルギーによって水素発生を行う水素発生装置に接続されることを特徴とする。 The invention of another form of the hydrogen storage system is characterized in that, in the present invention of the above form, the hydrogen introduction path is connected to a hydrogen generator that generates hydrogen by renewable energy.
本発明の制御プログラムの発明は、水素吸蔵合金が収容される水素吸蔵合金容器と、前記水素吸蔵合金容器内に外部から水素を導入する水素導入路と、前記水素吸蔵合金容器内から外部に水素を移送する水素移送路と、前記水素吸蔵合金容器に一部が設置され、前記水素吸蔵合金との伝熱が行われる熱媒体が移動する熱媒体移動路と、前記熱媒体移動路で移動する熱媒体の温度調整を行う温度調整部と、前記水素吸蔵合金容器内の圧力を測定する圧力測定部を備え、1つの水素吸蔵合金に対し、前記水素導入路と前記水素移送路により水素の導入と水素の移送とを、同時に行うことが可能である水素貯蔵システムを制御する制御部で実行される制御プログラムであって、
圧力測定部で測定された圧力を取得するステップと、
測定圧力と、第1の所定圧力および第1の所定圧力よりも大きい第2の所定圧力とを比較するステップと、
比較の結果、測定圧力が第2の所定圧力を超えると温度調整部によって熱媒体を冷却し、測定圧力が第1の所定圧力を下回ると温度調整部によって熱媒体を加熱する制御を行うステップと、
熱媒体の加熱後、測定圧力が第1の所定圧力よりも高く、第2の所定圧力よりも低い第3の所定圧力よりも高い圧力になると、熱媒体の加熱を停止し、熱媒体の冷却後、測定圧力が第2の所定圧力よりも低く、第3の所定圧力よりも高い第4の所定圧力よりも低い圧力になると、熱媒体の冷却を停止するステップと、を前記制御部に実行させることを特徴とする。
The invention of the control program of the present invention includes a hydrogen storage alloy container in which a hydrogen storage alloy is housed, a hydrogen introduction path for introducing hydrogen into the hydrogen storage alloy container from the outside, and hydrogen from the inside of the hydrogen storage alloy container to the outside. A hydrogen transfer path for transferring the hydrogen storage alloy, a heat medium transfer path in which a part of the heat medium is installed in the hydrogen storage alloy container and the heat medium for heat transfer to the hydrogen storage alloy moves, and the heat medium transfer path. A temperature control unit that adjusts the temperature of the heat medium and a pressure measurement unit that measures the pressure inside the hydrogen storage alloy container are provided, and hydrogen is introduced into one hydrogen storage alloy by the hydrogen introduction path and the hydrogen transfer path. and transport of hydrogen and, a control program executed by the control unit for controlling the hydrogen storage system Ru can der be performed simultaneously,
Steps to acquire the pressure measured by the pressure measuring unit,
A step of comparing the measured pressure with a first predetermined pressure and a second predetermined pressure greater than the first predetermined pressure.
As a result of the comparison, the measured pressure is the heat medium is cooled by the temperature adjustment unit exceeds the second predetermined pressure, the measured pressure falls below a first predetermined pressure and performing a control of heating the heating medium by the temperature adjustment unit ,
After heating the heat medium, when the measured pressure becomes higher than the first predetermined pressure and lower than the second predetermined pressure and higher than the third predetermined pressure, the heating of the heat medium is stopped and the heat medium is cooled. After that, when the measured pressure becomes lower than the second predetermined pressure and lower than the fourth predetermined pressure higher than the third predetermined pressure, the control unit executes a step of stopping the cooling of the heat medium. It is characterized by letting it.
本発明のエネルギー供給システムの発明は、
再生可能エネルギーを利用したエネルギー供給源と、
前記エネルギー供給源で得られたエネルギーを用いて水素を発生する水素発生装置と、前記水素発生装置で発生した水素を利用する、いずれかの形態の前記水素貯蔵システムと、前記水素貯蔵システムで貯蔵された水素を用いた燃料電池発電装置とを備え、
前記エネルギー供給源と、前記燃料電池発電装置とによって得られるエネルギーを負荷側に供給可能とする。
The invention of the energy supply system of the present invention is
Energy supply sources using renewable energy and
A hydrogen generator that generates hydrogen using the energy obtained from the energy supply source, the hydrogen storage system of any form that utilizes the hydrogen generated by the hydrogen generator, and storage in the hydrogen storage system. Equipped with a fuel cell power generation device that uses hydrogen
The energy obtained by the energy supply source and the fuel cell power generation device can be supplied to the load side.
以上説明したように本発明によれば、熱媒体移動路において熱媒体の温度調整を行うことができ、熱媒体毎に経路を引き回して装置を構成する必要がなく、装置構成の簡略化が達成される効果がある。 As described above, according to the present invention, the temperature of the heat medium can be adjusted in the heat medium moving path, it is not necessary to route the path for each heat medium to configure the device, and the device configuration can be simplified. Has the effect of being.
以下に、本発明の一実施形態の水素貯蔵システム1について説明する。
水素貯蔵システム1は、複数の水素吸蔵合金容器11、12…1Xを備えており、それぞれの容器に水素吸蔵合金が収容される。この実施形態では、水素吸蔵合金としては、AB5系の合金のMmNiMnCoが用いられている。ただし、本発明では、水素吸蔵合金の組成がAB5合金に限られるものではなく、適宜材料を用いることができ、例えば、AB2,BCC系などを用いることができる。
水素吸蔵合金容器11、12…1Xでは、収容されている水素吸蔵合金の温度を測定する合金温度測定部11A、12A…1XAが設けられており、合金温度測定部の11A、12A…1XAの測定結果は制御部100に送信される。各容器の弁201,202・・・20X、301,302・・・30Xは常に開にしておき、圧力測定部30によって容器内の圧力が測定されている。
各水素吸蔵合金容器11、12…1Xには、熱媒体移動路の入側熱媒体移動路9Aと出側熱媒体移動路9Bとが接続されており、入側熱媒体移動路9Aによって移動する熱媒体によって、各水素吸蔵合金容器11、12…1Xに収納されている水素吸蔵合金と熱媒体との間で熱交換可能とされている。熱交換が行われた熱媒体は、出側熱媒体移動路9Bを通して水タンク3に移動する。
Hereinafter, the
The
The hydrogen
The inlet side heat
各水素吸蔵合金容器11、12…1Xの入側熱媒体移動路9Aは、合流してポンプ4を介して水タンク3の排出側に接続されている。合流した熱媒体移動路には、熱媒体移動路を移動する熱媒体の温度を測定する媒体温度測定部6が設けられており、媒体温度測定部6は制御部100に測定結果を送信する。媒体温度測定部6では例えば熱電対を用いることができる。ただし、本発明としては媒体温度測定部の構成が特定のものに限定されるものではなく、例えば測定結果を電気信号で得られるものであればよい。以下の媒体温度測定部においても同様である。
また、水タンク3内には、水タンク3内の水を加熱するヒーター3Aが備えられており、ヒーター3Aは制御部100に制御可能に接続されている。さらに、入側熱媒体移動路9Aには、FC排熱を用いる熱交換器10が介設されており、入側熱媒体移動路9Aを通る水を必要に応じて加熱することができる。なお、本実施形態では、熱交換器10を備えないものとしてもよい。
The inlet heat
Further, the
一方、出側熱媒体移動路9Bは、合流して冷却塔7に接続されている。合流した出側熱媒体移動路9Bでは、熱媒体移動路を移動する熱媒体の温度を測定する媒体温度測定部8が設けられており、媒体温度測定部8は制御部100に測定結果を送信できるように接続されている。冷却塔7では、出側熱媒体移動路9Bが熱交換可能に配置されており、他端側が延伸して媒体流量計5を介して水タンク3の導入側に接続されている。媒体流量計5は、測定結果を制御部100に送信することができる。
この実施形態では、水素吸蔵合金容器を加熱冷却する熱媒体温度を同じ温度あるいは±10℃程度の温度差とし、水タンク、ポンプを1台で兼用する。なお、ポンプは、複数台を共通して使用するものであってもよい。熱媒体温度は水タンクのヒーターと配管ラインに組み込む冷却器を運転・停止して温度制御できるように機器を設けることができる。
On the other hand, the exit side heat
In this embodiment, the heat medium temperature for heating and cooling the hydrogen storage alloy container is set to the same temperature or a temperature difference of about ± 10 ° C., and a water tank and a pump are used in combination. A plurality of pumps may be used in common. The heat medium temperature can be controlled by operating / stopping the heater of the water tank and the cooler incorporated in the piping line.
また、各水素吸蔵合金容器11、12…1Xでは、外部の水素発生装置に接続された水素導入路40が分岐して内部空間に連通するように接続されており、分岐路にはそれぞれ弁201、202…20Xが設けられている。水素発生装置としては、太陽電池、風力発電などによって得られる再生可能エネルギーによって稼働する水電解装置などが挙げられる。なお、水素発生装置は水電解装置に限定されるものではなく、天然ガスの改質装置などの適宜の装置を用いることができる。
Further, in each of the hydrogen
水素導入路40には、作動弁31、逆止弁32が介設され、水素導入路40内の圧力を測定する圧力測定部30が設けられている。作動弁31は、制御部100に制御可能に接続されており、圧力測定部30は、測定結果を制御部100に送信できるように制御部100に電気的に接続されている。なお、各容器の弁201,202・・・20X、301,302・・・30Xは常に開にしておき、圧力測定部30によって容器内の圧力が測定されている。
作動弁31は、開度調整などによって水素導入路40における水素導入量を制御する。逆止弁32は、水素発生側に水素が逆流するのを阻止する。
An operating
The operating
さらに、各水素吸蔵合金容器11、12…1Xでは、水素移送路41が分岐して内部空間に連通するように接続されており、分岐路にはそれぞれ弁301、302…30Xが設けられている。水素移送路41は、水素を消費する燃料電池施設などに接続されて水素の消費がなされる。なお、水素移送路41の接続先は特定のものに限定されるものではなく、貯蔵や燃焼などに用いられるものであってもよい。
Further, in the hydrogen
水素移送路41では、水素吸蔵合金容器に近い側から順にフィルター33、作動弁34、減圧弁35、逆止弁36が介設されており、水素移送路41には、水素移送路41内の圧力を測定する圧力測定部37が設けられており、測定結果は制御部100に送信される。フィルター33は、水素移送路41の供給先に異物などが送られないように異物を捕集する。作動弁34は、開度調整などによって水素移送路41における水素移送量を制御する。減圧弁35は、供給する水素の圧力を減圧して供給側に水素を安定して供給する。逆止弁37は、水素吸蔵合金容器側への水素の逆流を阻止する。
In the
また、各水素吸蔵合金容器11、12…1Xでは、リリーフガス排出路42が接続されておりそれぞれにリリーフ弁401、402…40Xが介設されている。リリーフガス排出路42は合流して下流側のリリーフ先に延伸している。リリーフガス排出路42は、水素吸蔵合金容器内が所定の圧力を超えたような場合に、容器内の水素をリリーフして水素吸蔵合金容器の損傷などを防止する。
制御部100は、各種器具の動作制御や各測定部の測定結果を受けて水素貯蔵システム全体の制御を行う。制御部100は、CPUとCPU上で動作する制御プログラム、ROM、各種設定内容などを保持する不揮発メモリ、作業領域となるRAMなどを有している。なお、この実施形態では、制御部100が水素貯蔵システムに組み込まれているものとして説明したが、水素貯蔵システムには制御部を含まず、水素貯蔵システムにネットワークなどで接続された形態で外部の制御部によって水素貯蔵システムを制御するものとすることも可能である。
Further, in each of the hydrogen
The
次に、上記水素貯蔵システムの動作について説明する。
図2は、各水素吸蔵合金容器11、12…1Xに収容される水素吸蔵合金のPCT線図を示すものであり、水素貯蔵システム1では、水素吸蔵合金容器内圧力がPaとPdの範囲内となる領域で水素の吸収と放出とが行われる。
Next, the operation of the hydrogen storage system will be described.
FIG. 2 shows a PCT diagram of the hydrogen storage alloy contained in the hydrogen
次に、水素の吸収と放出の際の動作について説明する。
水素の吸収を行う場合、水素導入路の作動弁31を動作させ、外部から水素を各水素吸蔵合金容器11、12…1Xに導入する。このときの水素圧力は圧力測定部30によって測定され、制御部100に送信される。水素の吸収に伴って水素吸蔵合金が昇温するため、必要に応じて冷却塔7を動作させ、熱媒体としての水を冷却する。冷却塔7の動作は、制御部100により制御される。この際に水の温度は例えば20℃を下限にして冷却するように設定することができる。水は、出側熱媒体移動路9B、入側熱媒体移動路9Aを通り、水素吸蔵合金容器11、12…1Xに導入され、昇温した水素吸蔵合金を冷却して水素の吸収効率を高める。このとき、水タンク3のヒーター3Aは動作オフとする。
Next, the operation during absorption and release of hydrogen will be described.
When absorbing hydrogen, the operating
一方、水素吸蔵合金から水素を放出する場合は、作動弁34を動作させ、水素の放出を可能にする。この際には、必要に応じて水タンク3のヒーター3Aを動作させ、熱媒体である水を加熱する。この際に水の温度は例えば25℃を上限にして加熱するように設定することができる。水は、出側熱媒体移動路9B、入側熱媒体移動路9Aを通り、水素吸蔵合金容器11、12…1Xに導入され、水素吸蔵合金を加熱して水素の放出効率を高める。このとき、冷却塔7は動作オフとする。
On the other hand, when hydrogen is released from the hydrogen storage alloy, the operating
また、この実施形態では、水素の吸蔵と、水素の放出とを並行して行うことが可能になる。
この際には、水素導入路の作動弁31を動作させ、水素を各水素吸蔵合金容器11、12…1Xに導入するとともに、作動弁34を動作させ、弁301、302…30Xを開き、水素の放出を可能にする。各容器の弁(201,202・・・20X、301,302・・・30X)は常に開にしておき、圧力計P(圧力測定部30)により容器内圧力を測定する。
上記動作では、必要に応じて冷却塔7の動作と水タンク3のヒーター3Aの動作を切り替えて水素の吸蔵と放出とを制御する。
Further, in this embodiment, it becomes possible to store hydrogen and release hydrogen in parallel.
At this time, the operating
In the above operation, the operation of the
上記動作では、主とする制御として水素吸蔵合金容器内の圧力に基づいて熱媒体である水の温度を制御する。以下に制御内容を図3のフローチャートに基づいて説明する。以下の手順は制御部100の制御によって実行される。
処理の開始(A)後、水素の容器内の測定圧力Pが所定の圧力Paよりも大きいか判定する(ステップS1)。測定圧力がPaよりも大きい場合(ステップS1、Y)、冷水供給として冷却器の動作ON、ポンプの動作ONにし、水素吸蔵合金の冷却を行い、ステップS3に移行する。測定圧力Pが所定の圧力Paよりも大きくない場合(ステップS1、N)、ステップS2を経ることなくステップS3に移行する。所定の圧力Paは本発明の第2の所定圧力に相当する。
In the above operation, the temperature of water, which is a heat medium, is controlled based on the pressure in the hydrogen storage alloy container as the main control. The control contents will be described below based on the flowchart of FIG. The following procedure is executed under the control of the
After the start of the treatment (A), it is determined whether the measured pressure P in the hydrogen container is larger than the predetermined pressure Pa (step S1). When the measurement pressure is larger than Pa (steps S1 and Y), the operation of the cooler is turned on and the operation of the pump is turned on as cold water supply, the hydrogen storage alloy is cooled, and the process proceeds to step S3. When the measured pressure P is not larger than the predetermined pressure Pa (steps S1 and N), the process proceeds to step S3 without going through step S2. The predetermined pressure Pa corresponds to the second predetermined pressure of the present invention.
ステップS3では、測定圧力Pが所定の圧力Pbよりも低いかを判定する(ステップS3)。測定圧力が所定の圧力Pbよりも低ければ(ステップS3、Y)、冷水供給を停止するため、水冷却OFF、ポンプOFFに設定し(ステップS4)、ステップS5に移行する。測定圧力Pが所定の圧力Pbよりも低くない場合(ステップS3、N)、ステップS4を経ることなくステップS5に移行する。所定の圧力Pbは、本発明の第4の所定圧力に相当する。 In step S3, it is determined whether the measured pressure P is lower than the predetermined pressure Pb (step S3). If the measured pressure is lower than the predetermined pressure Pb (steps S3 and Y), the water cooling is set to OFF and the pump is set to OFF (step S4) in order to stop the cold water supply, and the process proceeds to step S5. When the measured pressure P is not lower than the predetermined pressure Pb (steps S3 and N), the process proceeds to step S5 without going through step S4. The predetermined pressure Pb corresponds to the fourth predetermined pressure of the present invention.
次に、測定圧力Pが所定の圧力Pdよりも低いかを判定する(ステップS5)。測定圧力Pが所定の圧力Pdよりも低ければ(ステップS5、Y)、温水を供給するため、ヒーターON、ポンプONにして(ステップS6)、ステップS7に移行する。測定圧力Pが所定の圧力Pdよりも低くない場合(ステップS5、N)、ステップS6を経ることなくステップS7に移行する。所定の圧力Pdは本発明の第1の所定圧力に相当する。 Next, it is determined whether the measured pressure P is lower than the predetermined pressure Pd (step S5). If the measured pressure P is lower than the predetermined pressure Pd (steps S5 and Y), the heater is turned on and the pump is turned on (step S6) in order to supply hot water, and the process proceeds to step S7. When the measured pressure P is not lower than the predetermined pressure Pd (steps S5 and N), the process proceeds to step S7 without going through step S6. The predetermined pressure Pd corresponds to the first predetermined pressure of the present invention.
次に、測定圧力Pが所定の圧力Pcよりも高いかを判定する(ステップS7)。測定圧力Pが所定の圧力Pcよりも高い場合(ステップS7、Y)、温水供給を停止するため、ポンプOFF、ヒーターOFFをしてAに移行する(ステップS8)。測定圧力Pが所定の圧力Pcよりも高くない場合、ステップs8を経ることなくAに移行する。所定の圧力Pcは、本発明の第3の所定圧力に相当する。 Next, it is determined whether the measured pressure P is higher than the predetermined pressure Pc (step S7). When the measured pressure P is higher than the predetermined pressure Pc (steps S7 and Y), the pump is turned off and the heater is turned off to stop the hot water supply, and the process proceeds to A (step S8). If the measured pressure P is not higher than the predetermined pressure Pc, the process proceeds to A without going through step s8. The predetermined pressure Pc corresponds to the third predetermined pressure of the present invention.
この制御方法は、図2のPCT線図と図3のフローチャートに基づいて、圧力によりポンプ、ヒーターおよび冷却器を制御する。圧力は容器内圧力を使用し、水素吸収するときは圧力Pa、Pbの範囲で冷却器を制御し、水素放出するときは、圧力Pc、Pdの範囲でヒーターを制御する。これにより、水素吸収のみの運転、水素放出のみの運転、あるいは水素吸収と水素放出を同時に行う運転のときでも、媒体を切り替える必要はなくシステムを簡素化でき制御を単純化することができる。
本実施形態では、制御を容器圧力によりポンプ、ヒーターおよび冷却器を制御することでシステムを簡略化し、水素貯蔵タンクへの水素吸収、水素貯蔵タンクからの水素放出、あるいは水素吸収と放出を並行に行うことも可能となる水素貯蔵システムを提供することができる。
This control method controls the pump, heater and cooler by pressure based on the PCT diagram of FIG. 2 and the flowchart of FIG. The pressure inside the container is used, and the cooler is controlled in the range of pressures Pa and Pb when absorbing hydrogen, and the heater is controlled in the range of pressures Pc and Pd when releasing hydrogen. As a result, even in the operation of hydrogen absorption only operation, hydrogen release only operation, or hydrogen absorption and hydrogen release operation at the same time, it is not necessary to switch the medium, and the system can be simplified and the control can be simplified.
In this embodiment, the control is simplified by controlling the pump, heater and cooler by the container pressure, and hydrogen absorption into the hydrogen storage tank, hydrogen release from the hydrogen storage tank, or hydrogen absorption and release are performed in parallel. It is possible to provide a hydrogen storage system that can also be performed.
なお、上記説明では、水素圧力によって熱媒体の温度調整を行うものとして説明したが、上記測定圧力の測定結果に加えて、熱媒体の温度の測定結果、水素吸蔵合金の温度の測定結果、水素の放出流量の測定結果などの一つ以上によって熱媒体の温度調整を行うようにしてもよい。 In the above description, the temperature of the heat medium is adjusted by the hydrogen pressure, but in addition to the measurement result of the measurement pressure, the measurement result of the temperature of the heat medium, the measurement result of the temperature of the hydrogen storage alloy, and hydrogen. The temperature of the heat medium may be adjusted based on one or more of the measurement results of the discharge flow rate of the heat medium.
以上のように、この実施形態によれば、以下の効果がある。
・この制御方法により、加熱時のヒーター電力、冷却時の冷却器動力を最小限に抑えることができる。
・媒体切替用の電動弁が不要となりシステムを簡素化にでき、かつ設備コストの低減になる。
・熱媒体の温度差がなくなり、水素吸蔵合金容器の顕熱ロスを最小限に抑えることができる。
・制御方法が簡単になる。
・熱媒体ラインに熱交換器を組み込み、FC排熱を取り入れることも可能。
As described above, according to this embodiment, there are the following effects.
-By this control method, the heater power during heating and the cooler power during cooling can be minimized.
-The electric valve for switching media is not required, the system can be simplified, and the equipment cost can be reduced.
-The temperature difference of the heat medium is eliminated, and the sensible heat loss of the hydrogen storage alloy container can be minimized.
・ The control method becomes simple.
-It is also possible to incorporate FC exhaust heat by incorporating a heat exchanger in the heat medium line.
次に、上記水素貯蔵システムを用いたエネルギー供給システム150について、図4に基づいて説明する。
この実施形態のエネルギー供給システム150は、再生エネルギーを利用するエネルギー供給源として風力発電装置110Aと太陽発電装置110Bとを有している。本発明としては、エネルギー供給源はいずれか一方でもよく、また、これらに限定されず、その他のバイオマス、水力発電などの適宜のエネルギー供給源を用いることができ、その数も特に限定されない。
風力発電装置110Aと太陽発電装置110Bで得られたエネルギーは電力として、負荷側140と水素製造装置120とに供給される。負荷側140としては、都市、工場、農場などの適宜のものに適用することができ、本発明としては特定のものに限定されるものではない。
水素製造装置120は、例えば水の電解によって水素を生成する。水素製造装置120で得られた水素は、水素貯蔵システム1に供給されて貯蔵される。水素貯蔵システムは、水素貯蔵システム1に限定されるものではなく、適宜の構成に変更することができる。
水素貯蔵システム1で貯蔵された水素は、燃料電池発電装置130に供給されて発電がされ、負荷側140に供給することができる。
風力発電装置110A、太陽発電装置110B、燃料電池発電装置130で得られた電力は、それぞれの供給電力を調整して負荷側140に供給することができる。
Next, the
The
The energy obtained by the wind
The
The hydrogen stored in the
The electric power obtained by the wind
次に、本発明の水素貯蔵システムの実施例を詳細に説明するため、図5に示す水素貯蔵システム1Aを用意した。
なお、上記実施形態と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。なお、この図では、水素吸蔵合金容器を二つの水素吸蔵合金容器11、12とし、水素吸蔵合金容器11、12に接続された水素の導入路と移送路とを便宜上同一のラインで記載し、水素の導入と移送で使用する弁を共通して501、502とした。
試験用の容器仕様を想定される実機と対比して表1に示した。試験に使用した容器は実機容器の1/40程度の規模となり、1基の水素貯蔵量が約1Nm3の容器を2基使用している。なお、本発明における水素吸蔵合金容器が試験容器、実機容器のいずれにも制約されるものではなく、これらは一例にすぎない。
Next, in order to explain in detail an embodiment of the hydrogen storage system of the present invention, the
The same components as those in the above embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified. In this figure, the hydrogen storage alloy containers are two hydrogen
Table 1 shows the specifications of the test container in comparison with the assumed actual machine. The container used for the test is about 1/40 of the size of the actual container, and two containers with a hydrogen storage capacity of about 1 Nm 3 are used. The hydrogen storage alloy container in the present invention is not limited to either the test container or the actual container, and these are only examples.
先ず、水素放出試験例を図6、7に基づいて説明する。この際に、水素吸蔵合金には水素が吸蔵されているものとする。
水素吸蔵合金容器11、12では、水素移送用の弁501、502を開放し、水素移送路41における水素移送を可能にする。水素放出流量を5NL/minとして放出すると、容器圧および合金温度が下がってきて、容器圧力が0.2MPaG(Pd)を下回ったらポンプ4を起動し、ヒーター3AをONにして25℃設定で加熱する。すると容器圧力および合金温度が上昇し、容器圧力が0.35MPaG(Pc)を超えたら媒体ポンプおよびヒーターを停止する。このように容器圧により媒体を流したり止めたりすることで、放出に必要な圧力をキープして水素を連続的に放出する。
First, an example of a hydrogen release test will be described with reference to FIGS. 6 and 7. At this time, it is assumed that hydrogen is occluded in the hydrogen storage alloy.
In the hydrogen
次に、水素の吸収試験例を図8、9に基づいて説明する。
水素吸蔵合金容器11、12では、水素導入用の弁501、502を開放し、水素導入路40における水素導入を可能にし、具体的には10NL/minの水素導入を行った。
水素導入を開始すると、容器圧および合金温度が上昇してきて、容器圧力が0.6MPaG(Pa)を上回ると、冷却器7AをON(20℃設定)にし、ポンプ4によって冷水を出側熱媒体移動路9B、入側熱媒体移動路9Aで循環させ、水素吸蔵合金を冷却した。容器圧力および合金温度が降下し、容器圧力が0.4MPaG(Pb)を下回ると、ポンプ4および冷却器7Aを停止する。このように容器圧により媒体を流したり止めたりすることで、吸収に必要な圧力差をキープして水素を連続的に吸収する。
Next, an example of a hydrogen absorption test will be described with reference to FIGS. 8 and 9.
In the hydrogen
When hydrogen introduction is started, the container pressure and alloy temperature rise, and when the container pressure exceeds 0.6 MPaG (Pa), the cooler 7A is turned on (20 ° C setting), and cold water is discharged by the
次に、水素吸収と水素放出を並行して行う試験例を図10、11に基づいて説明する。
この試験例では、水素吸蔵合金容器11、12において、水素導入用と水素移送用の弁501、502を開放し、水素導入路40における水素導入および水素移送路41における水素移送を可能にした。具体的には10NL/minの水素導入を行いつつ、水素吸収流量を5NL/minと一定にして吸収した。一方、水素放出は水素放出流量を2.5、3.5、4.6NL/minとして1時間ごとに流量を上げて放出した。
試験初期は吸収流量の方が多いため容器圧は上昇していき、2時間後より放出流量が多くなるため不足分は水素吸蔵合金容器から放出されることから容器圧が降下していく。この場合でも、容器圧だけをみて、圧力0.4MPaG(Pb)と0.6MPaG(Pa)の間で媒体ポンプ、冷却器を制御し、放出が上回ると圧力0.2MPaG(Pd)と0.35MPaG(Pc)の間でポンプ4、ヒーター3Aを制御し、連続的に水素吸収と水素放出を運転することができた。
Next, a test example in which hydrogen absorption and hydrogen release are performed in parallel will be described with reference to FIGS. 10 and 11.
In this test example, in the hydrogen
At the initial stage of the test, the absorption flow rate is higher, so the vessel pressure rises, and after 2 hours, the discharge flow rate increases, and the shortage is released from the hydrogen storage alloy container, so that the vessel pressure decreases. Even in this case, the medium pump and the cooler are controlled between the pressures of 0.4 MPaG (Pb) and 0.6 MPaG (Pa) by looking only at the container pressure, and when the discharge exceeds, the pressures are 0.2 MPaG (Pd) and 0. The
以上、本発明について上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明の範囲を逸脱しない限りは実施形態に対する適宜の変更が可能である。 Although the present invention has been described above based on the above-described embodiment, appropriate changes to the embodiment can be made as long as the invention does not deviate from the scope of the present invention.
1 水素貯蔵システム
1A 水素貯蔵システム
3 水タンク
3A ヒーター
4 ポンプ
5 媒体流量計
6 媒体温度測定部
7 冷却塔
7A 冷却器
8 媒体温度測定部
11、12…1X 水素吸蔵合金容器
30 圧力測定部
37 圧力測定部
40 水素導入路
41 水素移送路
1
Claims (10)
前記水素吸蔵合金容器内に外部から水素を導入する水素導入路と、
前記水素吸蔵合金容器内から外部に水素を移送する水素移送路と、
前記水素吸蔵合金容器に一部が設置され、前記水素吸蔵合金との伝熱が行われる熱媒体が移動する熱媒体移動路と、
前記熱媒体移動路で移動する熱媒体の温度調整を行う温度調整部と、を備え、
前記温度調整部が、熱媒体の冷却を行う熱媒体冷却部と、熱媒体の加熱を行う熱媒体加熱部とを有し、
1つの水素吸蔵合金に対し、前記水素導入路と前記水素移送路により水素の導入と水素の移送とを、同時に行うことが可能であり、
前記水素吸蔵合金容器内の圧力を測定する圧力測定部を備え、前記圧力測定部の測定結果を受け、前記測定結果に基づいて前記温度調整部の動作を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記圧力測定部で測定された圧力が第1の所定圧力を下回ると前記温度調整部によって熱媒体の温度を加熱する制御を行い、前記圧力が前記第1の所定圧力よりも大きい第2の所定圧力を超えると、前記温度調整部によって熱媒体の温度を冷却する制御を行い、熱媒体の加熱後、前記圧力測定部で測定された圧力が第1の所定圧力よりも高く、第2の所定圧力よりも低い第3の所定圧力よりも高い圧力になると、熱媒体の加熱を停止し、熱媒体の冷却後、前記圧力測定部で測定された圧力が第2の所定圧力よりも低く、第3の所定圧力よりも高い第4の所定圧力よりも低い圧力になると、熱媒体の冷却を停止する制御を行うことを特徴とする水素貯蔵システム。 A hydrogen storage alloy container that houses a hydrogen storage alloy,
A hydrogen introduction path for introducing hydrogen from the outside into the hydrogen storage alloy container,
A hydrogen transfer path for transferring hydrogen from the inside of the hydrogen storage alloy container to the outside,
A heat medium moving path in which a part of the heat medium is installed in the hydrogen storage alloy container and the heat medium for heat transfer with the hydrogen storage alloy moves.
A temperature adjusting unit for adjusting the temperature of the heat medium moving in the heat medium moving path is provided.
The temperature adjusting unit, possess a heat medium cooling unit for cooling the heat medium, a heat medium heating unit for heating the heating medium,
It is possible to simultaneously introduce hydrogen and transfer hydrogen to one hydrogen storage alloy through the hydrogen introduction path and the hydrogen transfer path.
A pressure measuring unit for measuring the pressure in the hydrogen storage alloy container is provided, and a control unit for receiving the measurement result of the pressure measuring unit and controlling the operation of the temperature adjusting unit based on the measurement result is provided.
When the pressure measured by the pressure measuring unit falls below the first predetermined pressure, the control unit controls the temperature adjusting unit to heat the temperature of the heat medium, and the pressure is higher than the first predetermined pressure. When a large second predetermined pressure is exceeded, the temperature adjusting unit controls the temperature of the heat medium to be cooled, and after heating the heat medium, the pressure measured by the pressure measuring unit is higher than the first predetermined pressure. When the pressure becomes higher than the third predetermined pressure, which is lower than the second predetermined pressure, the heating of the heat medium is stopped, and after the heat medium is cooled, the pressure measured by the pressure measuring unit becomes the second predetermined pressure. A hydrogen storage system characterized in that control is performed to stop cooling of a heat medium when a pressure lower than a third predetermined pressure and lower than a fourth predetermined pressure is reached.
圧力測定部で測定された圧力を取得するステップと、
測定圧力と、第1の所定圧力および第1の所定圧力よりも大きい第2の所定圧力とを比較するステップと、
比較の結果、測定圧力が第2の所定圧力を超えると温度調整部によって熱媒体を冷却し、測定圧力が第1の所定圧力を下回ると温度調整部によって熱媒体を加熱する制御を行うステップと、
熱媒体の加熱後、測定圧力が第1の所定圧力よりも高く、第2の所定圧力よりも低い第3の所定圧力よりも高い圧力になると、熱媒体の加熱を停止し、熱媒体の冷却後、測定圧力が第2の所定圧力よりも低く、第3の所定圧力よりも高い第4の所定圧力よりも低い圧力になると、熱媒体の冷却を停止するステップと、を前記制御部に実行させることを特徴とする制御プログラム。 A hydrogen storage alloy container in which a hydrogen storage alloy is housed, a hydrogen introduction path for introducing hydrogen into the hydrogen storage alloy container from the outside, a hydrogen transfer path for transferring hydrogen from the inside of the hydrogen storage alloy container to the outside, and the above. A part is installed in the hydrogen storage alloy container, and the temperature is adjusted between the heat medium transfer path through which the heat medium that transfers heat with the hydrogen storage alloy moves and the heat medium that moves in the heat medium transfer path. A unit and a pressure measuring unit for measuring the pressure in the hydrogen storage alloy container are provided, and hydrogen is introduced and hydrogen is transferred to one hydrogen storage alloy at the same time by the hydrogen introduction path and the hydrogen transfer path. it a control program executed by the control unit for controlling the possible der Ru hydrogen storage system,
Steps to acquire the pressure measured by the pressure measuring unit,
A step of comparing the measured pressure with a first predetermined pressure and a second predetermined pressure greater than the first predetermined pressure.
As a result of the comparison, the measured pressure is the heat medium is cooled by the temperature adjustment unit exceeds the second predetermined pressure, the measured pressure falls below a first predetermined pressure and performing a control of heating the heating medium by the temperature adjustment unit ,
After heating the heat medium, when the measured pressure becomes higher than the first predetermined pressure and lower than the second predetermined pressure and higher than the third predetermined pressure, the heating of the heat medium is stopped and the heat medium is cooled. After that, when the measured pressure becomes lower than the second predetermined pressure and lower than the fourth predetermined pressure higher than the third predetermined pressure, the control unit executes a step of stopping the cooling of the heat medium. A control program characterized by being made to.
前記エネルギー供給源で得られたエネルギーを用いて水素を発生する水素発生装置と、前記水素発生装置で発生した水素を利用する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の水素貯蔵システムと、
前記水素貯蔵システムで貯蔵された水素を用いた燃料電池発電装置とを備え、
前記エネルギー供給源と、前記燃料電池発電装置とによって得られるエネルギーを負荷側に供給可能とするエネルギー供給システム。 Energy supply sources using renewable energy and
The hydrogen storage system according to any one of claims 1 to 8 , wherein a hydrogen generator that generates hydrogen using the energy obtained from the energy supply source and a hydrogen storage system that uses the hydrogen generated by the hydrogen generator. ,
It is equipped with a fuel cell power generation device using hydrogen stored in the hydrogen storage system.
An energy supply system capable of supplying the energy obtained by the energy supply source and the fuel cell power generation device to the load side.
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