JP7705635B2 - Hydrogen storage system, control method, and pressure reducing valve control device - Google Patents
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Description
本発明は、水素貯蔵システム、制御方法、および減圧弁制御装置に関する。 The present invention relates to a hydrogen storage system, a control method, and a pressure reducing valve control device.
水素吸蔵合金に水素を吸蔵させるときは、反応熱が発生するため、水素吸蔵合金を冷却する必要がある(例えば、特許文献1参照)。例えば移動式の水素カードルから水素吸蔵合金に水素充填する際には、大量の反応熱が発生する。 When hydrogen is absorbed into a hydrogen storage alloy, reaction heat is generated, so the hydrogen storage alloy must be cooled (see, for example, Patent Document 1). For example, when hydrogen is filled into a hydrogen storage alloy from a mobile hydrogen cartridge, a large amount of reaction heat is generated.
しかしながら、水素吸蔵合金は温度が上昇すると、吸蔵できる水素の量が減少してしまうため、水素カードルなどから水素吸蔵合金タンクに大量の水素を貯蔵させる場合においては、大量の反応熱を取り除くために、大きな冷却能力を有する水素吸蔵合金タンクの冷却システムが必要になってしまうという問題がある。 However, as the temperature of a hydrogen storage alloy rises, the amount of hydrogen that can be absorbed decreases. Therefore, when storing a large amount of hydrogen from a hydrogen storage alloy tank, such as from a hydrogen cartridge, a cooling system with a large cooling capacity is required to remove the large amount of reaction heat.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、必要とする冷却能力を抑えることができる水素貯蔵システム、制御方法、および減圧弁制御装置を提供する。 The present invention was made in consideration of these circumstances, and provides a hydrogen storage system, a control method, and a pressure reducing valve control device that can reduce the required cooling capacity.
この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明の一態様は、水素吸蔵合金に水素ガスを吸蔵させる水素貯蔵システムであって、前記水素吸蔵合金に吸蔵させる水素ガスを減圧する減圧弁と、前記水素吸蔵合金に吸蔵させる水素ガスの流量が閾値以下になると、前記減圧弁の二次側圧力を上げる制御を繰り返す減圧弁制御装置とを備える水素貯蔵システムである。 This invention has been made to solve the above-mentioned problems, and one aspect of the invention is a hydrogen storage system that causes a hydrogen storage alloy to absorb hydrogen gas, the hydrogen storage system comprising a pressure reducing valve that reduces the pressure of the hydrogen gas to be absorbed in the hydrogen storage alloy, and a pressure reducing valve control device that repeatedly controls to increase the secondary pressure of the pressure reducing valve when the flow rate of the hydrogen gas to be absorbed in the hydrogen storage alloy falls below a threshold value.
また、本発明の他の態様は、上述した水素貯蔵システムであって、前記減圧弁制御装置は、前記減圧弁の二次側圧力を上げる制御の後、前記流量が前記閾値以下になるまで、前記二次側圧力を段階的に下げる制御を行う。 In another aspect of the present invention, the hydrogen storage system is such that, after increasing the secondary pressure of the pressure reducing valve, the pressure reducing valve control device controls the secondary pressure to be gradually decreased until the flow rate becomes equal to or less than the threshold value.
また、本発明の他の態様は、水素吸蔵合金に水素ガスを吸蔵させる水素貯蔵システムであって、前記水素吸蔵合金に吸蔵させる水素ガスを減圧する減圧弁と、前記減圧弁の二次側圧力と合金タンク圧力の内圧との圧力差が閾値以下になると、前記減圧弁の二次側圧力を上げる制御を繰り返す減圧弁制御装置とを備える水素貯蔵システムである。 Another aspect of the present invention is a hydrogen storage system for storing hydrogen gas in a hydrogen storage alloy, the hydrogen storage system comprising a pressure reducing valve for reducing the pressure of the hydrogen gas stored in the hydrogen storage alloy, and a pressure reducing valve control device for repeatedly controlling the secondary pressure of the pressure reducing valve to increase when the pressure difference between the secondary pressure of the pressure reducing valve and the internal pressure of the alloy tank falls below a threshold value.
また、本発明の他の態様は、上述した水素貯蔵システムであって、前記減圧弁制御装置は、前記減圧弁の二次側圧力を上げる制御の後、前記減圧弁の二次側圧力と合金タンク圧力の内圧との圧力差が前記閾値以下になるまで、前記二次側圧力を段階的に下げる制御を行う。 In another aspect of the present invention, the hydrogen storage system is such that, after increasing the secondary pressure of the pressure reducing valve, the pressure reducing valve control device controls the secondary pressure to be gradually decreased until the pressure difference between the secondary pressure of the pressure reducing valve and the internal pressure of the alloy tank becomes equal to or less than the threshold value.
また、本発明の他の態様は、上述した水素貯蔵システムであって、供給される水素ガスの圧力が第1の圧力のときに、前記水素吸蔵合金を冷却するための熱媒を循環させる第1のポンプと、前記供給される水素ガスの圧力が前記第1の圧力のときに、前記熱媒を冷却する第1の冷却部と、前記供給される水素ガスの圧力が前記第1の圧力より高い第2の圧力のときに、前記水素吸蔵合金を冷却するための前記熱媒を循環させる第2のポンプと、前記供給される水素ガスの圧力が前記第2の圧力のときに、前記熱媒を冷却する第2の冷却部とを備える。 Another aspect of the present invention is the hydrogen storage system described above, which includes a first pump that circulates a heat medium for cooling the hydrogen storage alloy when the pressure of the supplied hydrogen gas is a first pressure, a first cooling unit that cools the heat medium when the pressure of the supplied hydrogen gas is the first pressure, a second pump that circulates the heat medium for cooling the hydrogen storage alloy when the pressure of the supplied hydrogen gas is a second pressure higher than the first pressure, and a second cooling unit that cools the heat medium when the pressure of the supplied hydrogen gas is the second pressure.
また、本発明の他の態様は、上述した水素貯蔵システムであって、前記水素吸蔵合金を格納する吸蔵合金タンクの外周と、前記水素吸蔵合金を貫通する管路と、を前記熱媒が通る。 Another aspect of the present invention is the hydrogen storage system described above, in which the heat transfer medium passes through the outer periphery of the storage alloy tank that stores the hydrogen storage alloy and through a pipe that penetrates the hydrogen storage alloy.
また、本発明の他の態様は、水素吸蔵合金に水素ガスを吸蔵させる水素貯蔵システムにおける制御方法であって、前記水素吸蔵合金に吸蔵させる水素ガスの流量が、閾値以下になると、前記水素吸蔵合金に吸蔵させる水素ガスを減圧する減圧弁の二次側圧力を上げる制御を繰り返す、制御方法である。 Another aspect of the present invention is a control method for a hydrogen storage system in which hydrogen gas is absorbed in a hydrogen storage alloy, and when the flow rate of the hydrogen gas to be absorbed in the hydrogen storage alloy falls below a threshold value, the control method repeats control to increase the secondary pressure of a pressure reducing valve that reduces the pressure of the hydrogen gas to be absorbed in the hydrogen storage alloy.
また、本発明の他の態様は、水素吸蔵合金に吸蔵させる水素ガスの流量が、閾値以下になると、前記水素吸蔵合金に吸蔵させる水素ガスを減圧する減圧弁の二次側圧力を上げる制御を繰り返す、減圧弁制御装置である。 Another aspect of the present invention is a pressure reducing valve control device that, when the flow rate of hydrogen gas to be absorbed in the hydrogen storage alloy falls below a threshold value, repeats control to increase the secondary pressure of a pressure reducing valve that reduces the pressure of the hydrogen gas to be absorbed in the hydrogen storage alloy.
また、本発明の他の態様は、水素吸蔵合金に水素ガスを吸蔵させる水素貯蔵システムにおける制御方法であって、前記水素吸蔵合金が格納された合金タンクと、水素供給源と、の間に設けられた減圧弁の二次側圧力と、前記合金タンク圧力の内圧との圧力差が、閾値以下になると、前記水素吸蔵合金に吸蔵させる水素ガスを減圧する減圧弁の二次側圧力を上げる制御を繰り返す、制御方法である。 Another aspect of the present invention is a control method for a hydrogen storage system in which hydrogen gas is absorbed in a hydrogen storage alloy, in which, when the pressure difference between the secondary pressure of a pressure reducing valve provided between an alloy tank containing the hydrogen storage alloy and a hydrogen supply source and the internal pressure of the alloy tank becomes equal to or less than a threshold value, the control method repeats control to increase the secondary pressure of the pressure reducing valve that reduces the pressure of the hydrogen gas to be absorbed in the hydrogen storage alloy.
また、本発明の他の態様は、水素吸蔵合金が格納された合金タンクと、水素供給源と、の間に設けられた減圧弁の二次側圧力と、前記合金タンク圧力の内圧との圧力差が、閾値以下になると、前記水素吸蔵合金に吸蔵させる水素ガスを減圧する減圧弁の二次側圧力を上げる制御を繰り返す減圧弁制御装置である。 Another aspect of the present invention is a pressure reducing valve control device that, when the pressure difference between the secondary pressure of a pressure reducing valve provided between an alloy tank storing a hydrogen storage alloy and a hydrogen supply source and the internal pressure of the alloy tank, falls below a threshold value, repeatedly controls to increase the secondary pressure of the pressure reducing valve that reduces the pressure of the hydrogen gas to be stored in the hydrogen storage alloy.
この発明によれば、水素貯蔵システムが必要とする冷却能力を抑えることができる。 This invention reduces the cooling capacity required by the hydrogen storage system.
<第1の実施形態>
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図1は、この発明の第1の実施形態による水素貯蔵システム10の構成を示す概略ブロック図である。本実施形態における水素貯蔵システム10は、水素供給源K1からの水素ガスを、水素吸蔵合金に吸蔵させて貯蔵する。水素貯蔵システム10は、吸蔵合金タンクT1を含む水素供給ユニットと、吸蔵合金タンクT1の加熱・冷却ユニットと、を備える。
(水素供給ユニット)
First Embodiment
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Fig. 1 is a schematic block diagram showing the configuration of a
(Hydrogen supply unit)
水素供給ユニットは、吸蔵合金タンクT1、流量計F1、減圧弁R1、減圧弁制御装置E1、を備え、図1中の太線で示す水素の流路により、水素供給源K1から吸蔵合金タンクT1へ水素を供給可能としている。水素供給源K1は、水素カードル、水電解装置などであり、水素貯蔵システム10に貯蔵する水素ガスを供給する。水素カードルに貯蔵されている水素ガスは、例えば、20MPaGであるのに対し、水電解装置から供給される水素ガスは、例えば、1MPaG程度であり、これらの圧力は大きく異なる。本明細書では、供給される水素ガスの圧力が水電解装置から供給される水素ガスの圧力、具体的には1MPaGを超える、水素カードルなどからの充填を「急速充填」と呼び、供給される水素ガスの圧力が1MPaG以下である水電解装置などからの充填を「通常充填」と呼ぶ。
The hydrogen supply unit includes an alloy storage tank T1, a flowmeter F1, a pressure reducing valve R1, and a pressure reducing valve control device E1, and is capable of supplying hydrogen from the hydrogen supply source K1 to the alloy storage tank T1 via the hydrogen flow path shown by the thick line in FIG. 1. The hydrogen supply source K1 is a hydrogen cardle, a water electrolysis device, or the like, and supplies hydrogen gas to be stored in the
水素供給ユニットにおいて、水素供給源K1から供給された水素は、減圧弁R1、流量計F1を順次、経て、吸蔵合金タンクT1に供給され、吸蔵合金タンクT1の水素吸蔵合金T31に吸蔵される(図2)。流量計F1は、吸蔵合金タンクT1に流入する水素の流量を計測するものである。減圧弁R1は、吸蔵合金タンクT1へ供給される水素の圧力を減圧するものである。減圧弁R1としては、直動式減圧弁やパイロット作動形式減圧弁など、種々の減圧弁の他、二次側の圧力を所定の値とすることができる調節弁や電磁弁を用いることができる。本実施例に係る水素供給ユニットでは、減圧弁制御装置E1を備える。後ほど減圧弁制御装置E1による、吸蔵合金タンクT1へ供給する水素ガスの供給量を調整する構成について、詳細に説明を行う。
(加熱・冷却ユニット)
In the hydrogen supply unit, hydrogen supplied from the hydrogen supply source K1 is supplied to the storage alloy tank T1 through the pressure reducing valve R1 and the flow meter F1 in sequence, and is stored in the hydrogen storage alloy T31 of the storage alloy tank T1 (FIG. 2). The flow meter F1 measures the flow rate of hydrogen flowing into the storage alloy tank T1. The pressure reducing valve R1 reduces the pressure of the hydrogen supplied to the storage alloy tank T1. As the pressure reducing valve R1, various pressure reducing valves such as direct acting pressure reducing valves and pilot operated pressure reducing valves, as well as control valves and solenoid valves that can set the secondary pressure to a predetermined value can be used. The hydrogen supply unit according to this embodiment is equipped with a pressure reducing valve control device E1. The configuration for adjusting the supply amount of hydrogen gas supplied to the storage alloy tank T1 by the pressure reducing valve control device E1 will be described in detail later.
(heating/cooling unit)
加熱・冷却ユニットは、バルブV1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、ポンプP1、P2、加熱部H1、第1冷却部C1、第2冷却部C2、吸蔵合金タンクT1で構成され、図1中の細線で示す熱媒の流路により、熱媒が循環可能とされている。なお、この熱媒としては、水あるいは不凍液を用いてもよい。
吸蔵合金タンクT1は、水素を吸蔵する水素吸蔵合金T31を格納している(図2)。吸蔵合金タンクT1内の水素吸蔵合金T31は、ポンプP1またはポンプP2が循環させている熱媒により、水素放出時は加熱され、水素充填時は冷却される。ポンプP1は、通常充填時、あるいは、水素放出時に、熱媒を循環させるものである。またポンプP2は、ポンプP1と並列に配置されており、急速充填時に、熱媒を循環させるものである。ポンプP2は、時間当たりの吐出流量が、例えば、ポンプP1の10倍など、ポンプP1よりも大きいポンプである。加熱部H1は、吸蔵合金タンクT1から水素ガスを放出させる場合に、吸蔵合金タンクT1を加熱すべく、熱媒を加熱するためのものである。
The heating and cooling unit is composed of valves V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, pumps P1, P2, a heating section H1, a first cooling section C1, a second cooling section C2, and a storage alloy tank T1, and the heat medium can be circulated by a heat medium flow path shown by a thin line in Figure 1. Note that water or antifreeze liquid may be used as this heat medium.
The storage alloy tank T1 contains a hydrogen storage alloy T31 that absorbs hydrogen (FIG. 2). The hydrogen storage alloy T31 in the storage alloy tank T1 is heated by a heat medium circulated by the pump P1 or pump P2 when hydrogen is released, and is cooled when hydrogen is filled. The pump P1 circulates the heat medium when normal filling or when hydrogen is released. The pump P2 is arranged in parallel with the pump P1, and circulates the heat medium when rapid filling. The pump P2 has a discharge flow rate per hour that is greater than that of the pump P1, for example, 10 times that of the pump P1. The heating section H1 heats the heat medium to heat the storage alloy tank T1 when hydrogen gas is released from the storage alloy tank T1.
以下では、加熱・冷却ユニットについて、詳細な説明を行う。各構成の相対位置については、加熱・冷却ユニットにおいて、熱媒が吸蔵合金タンクT1から出て、戻ってくる流れに着目し、「上流」「下流」の語を用いて説明する。吸蔵合金タンクT1につながる熱媒の流路は、2つに分岐し、それぞれバルブV1、バルブV2につながる。バルブV1は、ポンプP1の上流側に設置されており、ポンプP1への熱媒の流れを制御する。バルブV2は、ポンプP2の上流側に設置されており、ポンプP2への熱媒の流れを制御する。ポンプP2は、ポンプP1に比べて吐出能力が高い。これにより、バルブV1及びバルブV2を選択的にオン/オフすることにより、吸蔵合金タンクT1を流れる熱媒の流量を変えることができるように構成されている。
そして、ポンプP1から排出された熱媒とポンプP2から排出された熱媒は、一度、合流し、一つの流れとなった後、再び2つに分岐し、それぞれバルブV3、バルブV4につながる。バルブV4は、加熱部H1の上流側に設置されており、加熱部H1への熱媒の流れを制御する。一方、バルブV3は、加熱部H1をバイパスするように設置されており、加熱部H1をバイパスする熱媒の流れを制御する。したがって、バルブV3及びバルブV4を選択的にオン/オフすることにより、吸蔵合金タンクT1を流れる熱媒を加熱部H1で加熱される流路とするか、バイパスして加熱しない流路とするか、変更可能とされている。
The heating and cooling unit will be described in detail below. The relative positions of each component will be described using the terms "upstream" and "downstream" with a focus on the flow of the heat medium leaving the storage alloy tank T1 and returning in the heating and cooling unit. The flow path of the heat medium connected to the storage alloy tank T1 branches into two, which are connected to valves V1 and V2, respectively. The valve V1 is installed upstream of the pump P1 and controls the flow of the heat medium to the pump P1. The valve V2 is installed upstream of the pump P2 and controls the flow of the heat medium to the pump P2. The pump P2 has a higher discharge capacity than the pump P1. This allows the flow rate of the heat medium flowing through the storage alloy tank T1 to be changed by selectively turning on and off the valves V1 and V2.
The heat medium discharged from pump P1 and the heat medium discharged from pump P2 join together once to form a single flow, and then branch into two again, which are connected to valves V3 and V4, respectively. Valve V4 is installed upstream of heating unit H1 and controls the flow of heat medium to heating unit H1. Meanwhile, valve V3 is installed so as to bypass heating unit H1 and controls the flow of heat medium bypassing heating unit H1. Therefore, by selectively turning on/off valves V3 and V4, it is possible to change the flow of heat medium flowing through storage alloy tank T1 between a flow path that is heated by heating unit H1 and a flow path that is bypassed and not heated.
加熱部H1から排出された熱媒と、バルブV3を経た熱媒は、再び、合流し、ひとつの流れとなった後、3つに分岐し、それぞれバルブV5、バルブV6、バルブV7につながる。バルブV6は、第1冷却部C1の上流側に設置されており、第1冷却部C1への熱媒の流れを制御する。バルブV7は、第1冷却部C1よりも大きな冷却能力を有する第2冷却部C2の上流側に設置されており、第2冷却部C2への熱媒の流れを制御する。バルブV5は、第1冷却部C1および第2冷却部C2をバイパスするように設置されており、第1冷却部C1および第2冷却部C2をバイパスする熱媒の流れを制御する。したがって、バルブV5、バルブV6、そしてバルブV7を選択的にオン/オフすることにより、吸蔵合金タンクT1を流れる熱媒を必要とされる冷却能力に応じて、第1冷却部C1、第2冷却部C2、いずれかで冷却される流路とするか、それともバイパスして冷却しない流路とするか、変更可能とされている。
第1冷却部C1から排出された熱媒と、第2冷却部C2から排出された熱媒と、バルブV5を経た熱媒は、再び、合流し、ひとつの流れとなり、再び吸蔵合金タンクT1に到達し、吸蔵合金タンクT1を加熱・冷却する。
なお本実施形態では、熱媒が吸蔵合金タンクT1から出て、ポンプP1又はP2を経て、加熱部H1、第1冷却部C1、第2冷却部C2の何れかを経て、戻ってくるものとして説明を行ったものの、これに限らず、逆の経路を辿るものとしてもよい。加えて、本実施形態では、加熱構成と、冷却構成と、を別々とすべく、加熱構成には加熱部H1とバイパス経路、冷却構成には第1冷却部C1、第2冷却部C2に加え、バイパス経路、を備えたものとした。しかしながら、これに限らず、バイパス経路を設けずに、加熱部H1、第1冷却部C1、第2冷却部C2が並列に並んだ加熱・冷却構成を備えたものであってもよい。
The heat medium discharged from the heating section H1 and the heat medium that has passed through the valve V3 are merged again to form one flow, which then branches into three, which are connected to the valves V5, V6, and V7. The valve V6 is installed upstream of the first cooling section C1 and controls the flow of the heat medium to the first cooling section C1. The valve V7 is installed upstream of the second cooling section C2, which has a cooling capacity greater than that of the first cooling section C1, and controls the flow of the heat medium to the second cooling section C2. The valve V5 is installed to bypass the first cooling section C1 and the second cooling section C2, and controls the flow of the heat medium that bypasses the first cooling section C1 and the second cooling section C2. Therefore, by selectively turning on/off the valves V5, V6, and V7, it is possible to change the flow path of the heat medium flowing through the storage alloy tank T1 to one that is cooled by either the first cooling section C1 or the second cooling section C2, or to one that is bypassed and not cooled, depending on the required cooling capacity.
The heat transfer medium discharged from the first cooling section C1, the heat transfer medium discharged from the second cooling section C2, and the heat transfer medium that has passed through valve V5 merge again to become one flow and reach the storage alloy tank T1 again, heating and cooling the storage alloy tank T1.
In this embodiment, the heat medium is assumed to leave the storage alloy tank T1, pass through the pump P1 or P2, pass through the heating section H1, the first cooling section C1, or the second cooling section C2, and return, but this is not limited to the above, and the heat medium may follow the reversed path. In addition, in this embodiment, in order to separate the heating configuration and the cooling configuration, the heating configuration includes the heating section H1 and a bypass path, and the cooling configuration includes the first cooling section C1, the second cooling section C2, and a bypass path. However, this is not limited to the above, and the heating/cooling configuration may include the heating section H1, the first cooling section C1, and the second cooling section C2 arranged in parallel, without providing a bypass path.
ここで、本実施形態で用いた吸蔵合金タンクT1及び吸蔵合金タンクT1の冷却時における冷却構成について説明を行う。図2は、本実施形態における吸蔵合金タンクT1及び吸蔵合金タンクT1の冷却構成の断面を示す模式図である。図2(a)は、吸蔵合金タンクT1の長手方向の断面図であり、図2(b)は図2(a)のX-X断面図における断面図である。
吸蔵合金タンクT1は、図示しない水素供給経路及び水素放出経路につながり、内部に粒子状・砂状の水素吸蔵合金層T31が格納されている。また、吸蔵合金タンクT1の外側にはオイルジャケットT2が被せられている。水素吸蔵合金層T31は、水素供給経路から供給された水素を水素吸蔵合金層T31で吸蔵するとともに、水素吸蔵合金層T31から水素を水素放出経路へ放出することができるようにされている。図2(a)に示す通り、熱媒は管路P31から流入し、吸蔵合金タンクT1の一方の端部から他方の端部へ、吸蔵合金タンクT1に格納された水素吸蔵合金層T31を貫通する熱媒管による管路P33を流れる。つまり図2(a)に示すように管路P31から供給された熱媒は、吸蔵合金タンクT1の一方の端部の空間から水素吸蔵合金層T31内に設けられた管路P33へのみ流れるように構成されている。そして熱媒は、吸蔵合金タンクT1の他方の端部から図2(b)に示す水素吸蔵合金層T31の周囲の領域を流れ、管路P32から排出される。したがって、図2(b)において、管路P33を流れる熱媒の方向と、水素吸蔵合金層T31の周囲の領域を流れる熱媒の方向と、は対向する方向とされている。このように、吸蔵合金タンクT1の内部および外周を熱媒が流れることができるようにされているため、水素吸蔵合金層T31が熱媒と接する面積が広くなり、効率よく水素吸蔵合金層T31を冷却したり、加熱したりすることができる。なお、吸蔵合金タンクT1は、水素吸蔵合金層T31を格納する1つの容器のみからなっていてもよいし、それぞれが水素吸蔵合金層T31を格納する複数の容器からなっていてもよい。
また加熱部H1は、電熱線やヒートポンプ、さらには燃料電池の排熱等により、熱媒を加熱可能なものを用いることができる、本実施例では燃料電池の排熱、ヒートポンプで熱媒を加熱するものとした。
そして第1冷却部C1は、通常充填を行う時に熱媒を冷却するものであり、ラジエータ、ファン、チラーなどを用いることができる。本実施形態においては、水あるいは不凍液からなる熱媒がラジエータ内部を循環し、放熱することで熱媒が冷却される構成とされるとともに、さらにファンでラジエータに送風する構成とすることで、冷却効率を高めた構成としている。
Here, the storage alloy tank T1 used in this embodiment and the cooling configuration when cooling the storage alloy tank T1 will be described. Figure 2 is a schematic diagram showing a cross section of the storage alloy tank T1 and the cooling configuration of the storage alloy tank T1 in this embodiment. Figure 2(a) is a longitudinal cross section of the storage alloy tank T1, and Figure 2(b) is a cross section of the X-X cross section of Figure 2(a).
The storage alloy tank T1 is connected to a hydrogen supply path and a hydrogen release path (not shown), and stores a granular/sand-like hydrogen storage alloy layer T31 inside. An oil jacket T2 is also placed on the outside of the storage alloy tank T1. The hydrogen storage alloy layer T31 is configured to store hydrogen supplied from the hydrogen supply path in the hydrogen storage alloy layer T31 and release hydrogen from the hydrogen storage alloy layer T31 to the hydrogen release path. As shown in FIG. 2(a), the heat medium flows in from the pipe P31 and flows through the pipe P33, which is a heat medium pipe that penetrates the hydrogen storage alloy layer T31 stored in the storage alloy tank T1, from one end of the storage alloy tank T1 to the other end. That is, as shown in FIG. 2(a), the heat medium supplied from the pipe P31 is configured to flow only from the space at one end of the storage alloy tank T1 to the pipe P33 provided in the hydrogen storage alloy layer T31. The heat medium flows from the other end of the storage alloy tank T1 through the area around the hydrogen storage alloy layer T31 shown in Fig. 2(b) and is discharged from the pipe P32. Therefore, in Fig. 2(b), the direction of the heat medium flowing through the pipe P33 and the direction of the heat medium flowing through the area around the hydrogen storage alloy layer T31 are opposite to each other. In this way, the heat medium can flow inside and around the periphery of the storage alloy tank T1, so that the area of contact between the hydrogen storage alloy layer T31 and the heat medium is increased, and the hydrogen storage alloy layer T31 can be cooled or heated efficiently. The storage alloy tank T1 may be composed of only one container that stores the hydrogen storage alloy layer T31, or may be composed of multiple containers each of which stores the hydrogen storage alloy layer T31.
The heating section H1 may be capable of heating the heat medium using an electric heating wire, a heat pump, or even exhaust heat from a fuel cell. In this embodiment, the heat medium is heated using exhaust heat from a fuel cell and a heat pump.
The first cooling section C1 cools the heat medium during normal filling, and may use a radiator, a fan, a chiller, etc. In this embodiment, the heat medium, which is made of water or antifreeze, circulates inside the radiator and dissipates heat, thereby cooling the heat medium. In addition, the cooling efficiency is improved by blowing air to the radiator using a fan.
第2冷却部C2は、第1冷却部C1よりも大きな冷却能力を有し、急速充填を行う時に熱媒を冷却するものであり、チラー、冷水タンクなどを用いることができる。以下では、本実施例で用いた、大きな冷却能力を確保できる第2冷却部C2の構成について、図3を用いて説明を行う。第2冷却部C2は、熱交換器H21、温度計T21、ポンプP21、バルブV21、第1冷水タンクW21、バルブV22、第2冷水タンクW22を備える。第2冷却部C2は、図2中で示す第2の熱媒の流路により、第2冷却部C2内で熱媒が循環可能とされている。なお、第1の熱媒の流路は、図1で示した熱媒の流路である。具体的には、熱交換器H21から出た熱媒は、バルブV21を経由して第1冷水タンクW21を流れる流れと、バルブV22を経由して第2冷水タンクW22を流れる流れと、に分岐した後、再度合流し、ポンプP21、温度計T21を順次経て、熱交換器H21に戻るように構成されている。なお、以下の記載における「上流」及び「下流」とは、熱交換器H21を出て、第1冷水タンクW21または第2冷水タンクW22を経て、熱交換器H21に戻ってくる熱媒の流れにおける「上流」、「下流」を指すものとして説明を行う。熱交換器H21は、吸蔵合金タンクT1を冷却する熱媒と、ポンプP21が循環させている熱媒との間で熱交換を行う。 The second cooling section C2 has a larger cooling capacity than the first cooling section C1 and cools the heat transfer medium when performing rapid filling, and a chiller, a cold water tank, etc. can be used. Below, the configuration of the second cooling section C2 used in this embodiment, which can ensure a large cooling capacity, will be explained using FIG. 3. The second cooling section C2 includes a heat exchanger H21, a thermometer T21, a pump P21, a valve V21, a first cold water tank W21, a valve V22, and a second cold water tank W22. The second cooling section C2 is capable of circulating the heat transfer medium within the second cooling section C2 by the second heat transfer medium flow path shown in FIG. 2. The first heat transfer medium flow path is the heat transfer medium flow path shown in FIG. 1. Specifically, the heat medium leaving the heat exchanger H21 is divided into a flow that flows through the first cold water tank W21 via the valve V21 and a flow that flows through the second cold water tank W22 via the valve V22, and then rejoins the two flows, and returns to the heat exchanger H21 via the pump P21 and the thermometer T21 in sequence. In the following description, "upstream" and "downstream" refer to the "upstream" and "downstream" of the flow of the heat medium that leaves the heat exchanger H21, passes through the first cold water tank W21 or the second cold water tank W22, and returns to the heat exchanger H21. The heat exchanger H21 exchanges heat between the heat medium that cools the storage alloy tank T1 and the heat medium circulated by the pump P21.
熱交換器H21につながる熱媒の流路は、2つに分岐し、それぞれバルブV21、バルブV22につながる。バルブV21は、第1冷水タンクW21の上流側に配置されている。バルブV21は、ポンプP21が循環させている熱媒であって、第1冷水タンクW21に流入する熱媒の流れを制御する。第1冷水タンクW21は、ポンプP21が循環させている熱媒を冷却するための冷水を格納する。一方、バルブV22は、第2冷水タンクW22の上流側に配置されている。バルブV22は、ポンプP21が循環させている熱媒であって、第2冷水タンクW22に流入する熱媒の流れを制御する。第2冷水タンクW22は、第1冷水タンクW21と並列に配置されており、ポンプP21が循環させている熱媒を冷却するための冷水を格納する。
第1冷水タンクW21、第2冷水タンクW22を経た熱媒は、合流し、ポンプP21に供給される。ポンプP21は、吸蔵合金タンクT1を冷却するための熱媒を、熱交換器H21で冷却するため、第1冷水タンクW21、第2冷水タンクW22で冷やした熱媒を熱交換器H21に循環させる。温度計T21は、ポンプP21と熱交換器H21の間に設けられ、ポンプP21で循環させられた熱媒であって、熱交換器H21に流入する熱媒の温度を測定することができるように構成されている。
The flow path of the heat medium connected to the heat exchanger H21 branches into two, which are connected to a valve V21 and a valve V22, respectively. The valve V21 is disposed upstream of the first cold water tank W21. The valve V21 is a heat medium circulated by the pump P21, and controls the flow of the heat medium flowing into the first cold water tank W21. The first cold water tank W21 stores cold water for cooling the heat medium circulated by the pump P21. On the other hand, the valve V22 is disposed upstream of the second cold water tank W22. The valve V22 is a heat medium circulated by the pump P21, and controls the flow of the heat medium flowing into the second cold water tank W22. The second cold water tank W22 is disposed in parallel with the first cold water tank W21, and stores cold water for cooling the heat medium circulated by the pump P21.
The heat medium that has passed through the first cold water tank W21 and the second cold water tank W22 join together and is supplied to the pump P21. The pump P21 circulates the heat medium cooled in the first cold water tank W21 and the second cold water tank W22 to the heat exchanger H21 so that the heat medium for cooling the storage alloy tank T1 is cooled in the heat exchanger H21. The thermometer T21 is provided between the pump P21 and the heat exchanger H21 and is configured to be able to measure the temperature of the heat medium circulated by the pump P21 and flowing into the heat exchanger H21.
例えば、最初は、バルブV21を開け、バルブV22を閉めた状態にし、熱媒が第1冷水タンクW21の方に流入するようにする。そして、第1冷水タンクW21の冷却能力が下がり、温度計T21の測定する温度が、例えば、40℃以上となると、バルブV22を開け、バルブV21を閉めた状態にし、熱媒が第2冷水タンクW22の方に流入するようにする。これにより、第1冷水タンクW21の温度が上がってしまっても、第2冷水タンクW22を用いることで冷却能力を維持することができ、ひいては継続的に高い冷却能力を維持することができる。 For example, initially, valve V21 is opened and valve V22 is closed, allowing the heat transfer medium to flow into the first cold water tank W21. Then, when the cooling capacity of the first cold water tank W21 decreases and the temperature measured by thermometer T21 reaches, for example, 40°C or higher, valve V22 is opened and valve V21 is closed, allowing the heat transfer medium to flow into the second cold water tank W22. In this way, even if the temperature of the first cold water tank W21 rises, the cooling capacity can be maintained by using the second cold water tank W22, and thus a high cooling capacity can be maintained continuously.
なお、第2冷却部C2は、2つの冷水タンク(第1冷水タンクW21、第2冷水タンクW22)を備える構成としたが、冷水タンクの数は複数であればよく、2つ以上備えていても良い。
(水素貯蔵システム10の動作モード)
Although the second cooling section C2 is configured to include two cold water tanks (the first cold water tank W21 and the second cold water tank W22), the number of cold water tanks may be more than one, and may be two or more.
(Operation Modes of Hydrogen Storage System 10)
図4は、本実施形態における水素貯蔵システム10の動作モードを説明する表である。図4では、水電解装置などからの水素ガスを充填する通常充填時と、水素カードルなどからの水素ガスを充填する急速充填時と、水素放出時のそれぞれにおける、加熱・冷却ユニットのポンプP1、P2のON/OFFと、バルブV1、V2、V3、V4、V5、V6、V7の開/閉とを記載している。
Figure 4 is a table explaining the operating modes of the
通常充填時には、ポンプP1を“ON”、ポンプP2を“OFF”、バルブV1を“開”、バルブV2を“閉”、バルブV3を“開”、バルブV4を“閉”、バルブV5を“閉”、バルブV6を“開”、バルブV7を“閉”にする。これにより、熱媒は、ポンプP1により循環され、第1冷却部C1により冷却される。したがって、吸蔵合金タンクT1は、熱媒により冷却される。 During normal filling, pump P1 is "ON", pump P2 is "OFF", valve V1 is "open", valve V2 is "closed", valve V3 is "open", valve V4 is "closed", valve V5 is "closed", valve V6 is "open", and valve V7 is "closed". As a result, the heat transfer medium is circulated by pump P1 and cooled by first cooling section C1. Therefore, storage alloy tank T1 is cooled by the heat transfer medium.
また、急速充填時には、ポンプP1を“OFF”、ポンプP2を“ON”、バルブV1を“閉”、バルブV2を“開”、バルブV3を“開”、バルブV4を“閉”、バルブV5を“閉”、バルブV6を“閉”、バルブV7を“開”にする。これにより、熱媒は、ポンプP1に比べて吐出性能が高いポンプP2により循環され、第1冷却部C1に比べて冷却能力の高い第2冷却部C2により冷却される。したがって、吸蔵合金タンクT1は、熱媒により冷却される。このため、水素カードルなどから水素ガスを充填する急速充填の際も、吸蔵合金タンクT1の上昇を抑えることができる。 During rapid filling, pump P1 is turned "OFF", pump P2 is turned "ON", valve V1 is turned "closed", valve V2 is turned "open", valve V3 is turned "open", valve V4 is turned "closed", valve V5 is turned "closed", valve V6 is turned "closed", and valve V7 is turned "open". As a result, the heat transfer medium is circulated by pump P2, which has a higher discharge performance than pump P1, and is cooled by second cooling section C2, which has a higher cooling capacity than first cooling section C1. Therefore, storage alloy tank T1 is cooled by the heat transfer medium. For this reason, even during rapid filling, in which hydrogen gas is filled from a hydrogen cartridge or the like, the rise in the temperature of storage alloy tank T1 can be suppressed.
水素放出時には、ポンプP1を“ON”、ポンプP2を“OFF”、バルブV1を“開”、バルブV2を“閉”、バルブV3を“閉”、バルブV4を“開”、バルブV5を“開”、バルブV6を“閉”、バルブV7を“閉”にする。これにより、熱媒は、ポンプP1により循環され、加熱部H1により加熱される。したがって、吸蔵合金タンクT1は、熱媒により加熱される。
(水素供給ユニットにおける制御について)
本実施例に係る水素供給ユニットでは、減圧弁制御装置E1を備える。減圧弁制御装置E1は、流量計F1の計測結果を用いて、減圧弁R1を制御する。急速充填時には、減圧弁R1により減圧することで水素ガスを断熱膨張させ、水素ガスの温度が下がるようにし、充填する水素ガスによって吸蔵合金タンクT1内の水素吸蔵合金を冷却する。減圧弁制御装置E1は、水素ガスの温度低下が、より大きくなるように減圧弁R1を制御する。これにより、第2冷却部C2が必要とする冷却能力を抑えることができる。
When releasing hydrogen, pump P1 is "ON", pump P2 is "OFF", valve V1 is "open", valve V2 is "closed", valve V3 is "closed", valve V4 is "open", valve V5 is "open", valve V6 is "closed", and valve V7 is "closed". As a result, the heat medium is circulated by pump P1 and heated by heating section H1. Therefore, storage alloy tank T1 is heated by the heat medium.
(Regarding control of hydrogen supply unit)
The hydrogen supply unit according to this embodiment is equipped with a pressure reducing valve control device E1. The pressure reducing valve control device E1 controls the pressure reducing valve R1 using the measurement results of the flow meter F1. During rapid filling, the hydrogen gas is adiabatically expanded by reducing the pressure using the pressure reducing valve R1, lowering the temperature of the hydrogen gas, and the hydrogen storage alloy in the storage alloy tank T1 is cooled by the hydrogen gas being filled. The pressure reducing valve control device E1 controls the pressure reducing valve R1 so that the temperature drop of the hydrogen gas is greater. This makes it possible to reduce the cooling capacity required by the second cooling section C2.
図5は、本実施形態による減圧弁制御装置E1の動作を説明するフローチャートである。まず、減圧弁制御装置E1は、減圧弁R1の二次側圧力(下流側の圧力)を、予め決められた初期値Piに制御する(ステップS51)。つまり減圧弁R1は開度により二次側圧力を所定の圧力とすることができるため、具体的には二次側圧力を初期値Piとすべく、減圧弁R1を所定の開度とする。次に、減圧弁制御装置E1は、流量計F1が測定した水素ガスの流量、すなわち減圧弁R1の下流側の流量を取得する(S52)。
次に、減圧弁制御装置E1は、ステップS52で取得した流量が、予め決められた閾値Vt以下であるか否かを判定する(ステップS53)。流量が閾値Vt以下でないと判定したときは(ステップS53-No)、減圧弁制御装置E1は、減圧弁R1の開度を調整することで二次側圧力を段階的に下げる制御を行う(ステップS57)。このときの二次側圧力を下げる速度(圧力/時間)は、予め決められたものであってもよいし、流量が大きいほど、下げる速度が大きくなるようにしてもよい。ステップS57の後、減圧弁制御装置E1の処理は、ステップS52に戻る。また、ステップS53において、流量が閾値Vt以下であると判定したときは(ステップS53-Yes)、減圧弁制御装置E1は、減圧弁R1の開度を調整することで二次側圧力を予め決められた値Paだけ上げるように制御する(ステップS54)。
次に、減圧弁制御装置E1は、減圧弁R1の二次側圧力が、予め決められた閾値Pt以上であるか否かを判定する(ステップS55)。具体的には、減圧弁R1の二次側圧力は、減圧弁R1の開度に基づき、算出し、予め決められた閾値Pt以上であるか否かの判定を行う。減圧弁R1の二次側圧力が、閾値Pt以上でないと判定したときは(ステップS55-No)、減圧弁制御装置E1の処理は、ステップS52に戻る。予め決められた閾値Ptは、初期値Piより大きい値で、充填完了時の吸蔵合金タンクT1内の圧力としてもよい。また、ステップS55において、減圧弁R1の二次側圧力が、閾値Pt以上であると判定したときは(ステップS55-Yes)、減圧弁制御装置E1は、減圧弁R1の開度を調整することで二次側圧力を閾値Ptに制御し(ステップS56)、ステップS52に戻る。
5 is a flow chart for explaining the operation of the pressure reducing valve control device E1 according to this embodiment. First, the pressure reducing valve control device E1 controls the secondary pressure (downstream pressure) of the pressure reducing valve R1 to a predetermined initial value Pi (step S51). In other words, the pressure reducing valve R1 can set the secondary pressure to a predetermined pressure depending on the opening degree, so specifically, the pressure reducing valve R1 is set to a predetermined opening degree so that the secondary pressure is set to the initial value Pi. Next, the pressure reducing valve control device E1 obtains the flow rate of hydrogen gas measured by the flowmeter F1, i.e., the flow rate downstream of the pressure reducing valve R1 (S52).
Next, the pressure reducing valve control device E1 judges whether the flow rate acquired in step S52 is equal to or less than a predetermined threshold value Vt (step S53). When it is judged that the flow rate is not equal to or less than the threshold value Vt (step S53-No), the pressure reducing valve control device E1 performs control to gradually reduce the secondary pressure by adjusting the opening degree of the pressure reducing valve R1 (step S57). The speed (pressure/time) at which the secondary pressure is reduced at this time may be a predetermined one, or the speed at which the secondary pressure is reduced may be increased as the flow rate increases. After step S57, the process of the pressure reducing valve control device E1 returns to step S52. Also, when it is judged in step S53 that the flow rate is equal to or less than the threshold value Vt (step S53-Yes), the pressure reducing valve control device E1 controls to increase the secondary pressure by a predetermined value Pa by adjusting the opening degree of the pressure reducing valve R1 (step S54).
Next, the pressure reducing valve control device E1 judges whether the secondary side pressure of the pressure reducing valve R1 is equal to or greater than a predetermined threshold value Pt (step S55). Specifically, the secondary side pressure of the pressure reducing valve R1 is calculated based on the opening degree of the pressure reducing valve R1, and judges whether the secondary side pressure is equal to or greater than the predetermined threshold value Pt. When it is judged that the secondary side pressure of the pressure reducing valve R1 is not equal to or greater than the threshold value Pt (step S55-No), the processing of the pressure reducing valve control device E1 returns to step S52. The predetermined threshold value Pt may be a value greater than the initial value Pi, and may be the pressure in the storage alloy tank T1 at the time of completion of filling. Also, when it is judged in step S55 that the secondary side pressure of the pressure reducing valve R1 is equal to or greater than the threshold value Pt (step S55-Yes), the pressure reducing valve control device E1 adjusts the opening degree of the pressure reducing valve R1 to control the secondary side pressure to the threshold value Pt (step S56), and returns to step S52.
図6は、本実施形態による減圧弁制御装置E1による制御内容を説明するグラフである。図6のグラフは、横軸が時間であり、縦軸が減圧弁R1の二次側圧力の制御値である。まず、図5のステップS51で、減圧弁制御装置E1は、減圧弁R1の開度を所定の開度とし、二次側圧力を初期値Piに制御する。これが、図6のグラフの左端の状態である。この初期値Piが十分に小さければ、水素ガスが吸蔵合金タンクT1に流入していく。このとき、吸蔵合金タンクT1に流入する水素ガスは、減圧弁R1で圧力Piまで断熱膨張をしているため、温度が下がる。 Figure 6 is a graph that explains the control contents by the pressure reducing valve control device E1 according to this embodiment. In the graph of Figure 6, the horizontal axis is time, and the vertical axis is the control value of the secondary pressure of the pressure reducing valve R1. First, in step S51 of Figure 5, the pressure reducing valve control device E1 sets the opening of the pressure reducing valve R1 to a predetermined opening, and controls the secondary pressure to an initial value Pi. This is the state at the left end of the graph in Figure 6. If this initial value Pi is sufficiently small, hydrogen gas flows into the storage alloy tank T1. At this time, the hydrogen gas flowing into the storage alloy tank T1 is adiabatically expanded to pressure Pi by the pressure reducing valve R1, so the temperature drops.
吸蔵合金タンクT1への水素ガスの流量がVt以下の間は、ステップS57により二次側圧力は、下がり続ける。図6のグラフでは、右下がりの線となる。このとき、吸蔵合金タンクT1に流入する水素ガスは、減圧弁R1で圧力Piより低い圧力まで断熱膨張をしているため、二次側圧力がPiのときよりも、さらに温度が下がる。しかし、減圧弁R1の二次側圧力を下げ続けると、吸蔵合金タンクT1内の圧力と二次側圧力との差が小さくなってくる。すると、吸蔵合金タンクT1に流入する水素ガスの流量が小さくなっていく。 While the flow rate of hydrogen gas into the storage alloy tank T1 is below Vt, the secondary pressure continues to decrease in step S57. In the graph of FIG. 6, this is shown as a downward sloping line to the right. At this time, the hydrogen gas flowing into the storage alloy tank T1 is adiabatically expanded by the pressure reducing valve R1 to a pressure lower than pressure Pi, so the temperature drops further than when the secondary pressure is Pi. However, if the secondary pressure of the pressure reducing valve R1 continues to decrease, the difference between the pressure inside the storage alloy tank T1 and the secondary pressure becomes smaller. As a result, the flow rate of hydrogen gas flowing into the storage alloy tank T1 decreases.
吸蔵合金タンクT1に流入する水素ガスの流量が、閾値Vt以下になると、ステップS54で、減圧弁制御装置E1は、二次側圧力をPaだけ上げる。図6のグラフでは、垂直にPaだけ上がる。これにより、吸蔵合金タンクT1内の圧力と二次側圧力との差が十分に大きくなり、吸蔵合金タンクT1に流入する水素ガスの流量がVtを超える値となる。吸蔵合金タンクT1への水素ガスの流量がVt以下の間は、ステップS57により二次側圧力は、下がり続ける。 When the flow rate of hydrogen gas flowing into the storage alloy tank T1 falls below the threshold value Vt, in step S54, the pressure reducing valve control device E1 increases the secondary pressure by Pa. In the graph of FIG. 6, the pressure increases vertically by Pa. This causes the difference between the pressure inside the storage alloy tank T1 and the secondary pressure to become large enough that the flow rate of hydrogen gas flowing into the storage alloy tank T1 exceeds Vt. As long as the flow rate of hydrogen gas into the storage alloy tank T1 is below Vt, the secondary pressure continues to decrease in step S57.
このように、二次側圧力がPtを超えない間は、減圧弁制御装置E1は、二次側圧力を段階的に下げることと、Paだけ上げることとを繰り返す。これにより、水素ガスが断熱膨張する際の圧力差が大きくなるように、すなわち、断熱膨張による温度の低下幅が大きくなるように制御している。これにより、水素ガスそのものによる吸蔵合金タンクT1の冷却能力が上がり、第2冷却部C2に必要な冷却能力を抑えることができる。 In this way, while the secondary pressure does not exceed Pt, the pressure reducing valve control device E1 repeatedly reduces the secondary pressure in stages and increases it by Pa. This controls the pressure difference when the hydrogen gas expands adiabatically, that is, controls the temperature drop due to adiabatic expansion to be larger. This increases the cooling capacity of the hydrogen gas itself for the storage alloy tank T1, and reduces the cooling capacity required for the second cooling section C2.
このように、二次側圧力を段階的に下げる制御と、Paだけ上げる制御とを繰り返していると、Paだけ上げたときに、閾値Ptを超えてしまうようになる。その場合、ステップS56で、減圧弁制御装置E1は、二次側圧力を閾値Ptに制御する。この場合、二次側圧力の上昇幅は、Paよりも小さくなる。このように、二次側圧力の上限を閾値Ptとすることにより、吸蔵合金タンクT1に過剰な圧力がかかることを避けることができる。
(変形例)
なお、上記実施例では、吸蔵合金タンクT1に流入する水素の流量を計測する流量計F1の計測結果に基づき、減圧弁制御装置E1は二次側圧力を変化させるべく減圧弁の開度を制御したものの、これに限らない。例えば、図7に示すように流量計F1の代わりに吸蔵合金タンクT1内の圧力(内圧)を測定する圧力計M1を備える構成としてもよく、このような構成であっても、上記実施例と同様の効果を得ることができる。
この構成では、図8に示す通り、減圧弁制御装置E1は、減圧弁R1の二次側圧力(下流側の圧力)を、予め決められた初期値Piに制御(ステップS51)した後、減圧弁制御装置E1は、圧力計M1が測定した吸蔵合金タンクT1内の圧力を取得する(S58)。
次に、減圧弁制御装置E1は、ステップS58で取得した圧力と、減圧弁R1の開度に応じた二次側圧力と、の差が、予め決められた閾値以上であるか否かを判定する(ステップS59)。圧力差が閾値以上でないと判定したときは(ステップS59-No)、減圧弁制御装置E1は、減圧弁R1の開度を調整することで二次側圧力を段階的に下げる制御を行う(ステップS57)。このときの二次側圧力を下げる速度(圧力/時間)は、予め決められたものであってもよいし、圧力差が小さいほど、下げる速度が大きくなるようにしてもよい。ステップS57の後、減圧弁制御装置E1の処理は、ステップS58に戻る。
また、ステップS59において、圧力差が閾値未満であると判定したときは(ステップS59-Yes)、減圧弁制御装置E1は、減圧弁R1の開度を調整することで二次側圧力を予め決められた値Paだけ上げるように制御する(ステップS54)。ステップS55およびステップS56については、上記実施例と同様とする。
In this way, if the control to gradually lower the secondary pressure and the control to raise it by Pa are repeated, the threshold value Pt will be exceeded when Pa is raised by itself. In that case, in step S56, the pressure reducing valve control device E1 controls the secondary pressure to the threshold value Pt. In this case, the amount of increase in the secondary pressure is smaller than Pa. In this way, by setting the upper limit of the secondary pressure to the threshold value Pt, it is possible to prevent excessive pressure from being applied to the storage alloy tank T1.
(Modification)
In the above embodiment, the pressure reducing valve control device E1 controls the opening of the pressure reducing valve to change the secondary pressure based on the measurement result of the flow meter F1 that measures the flow rate of hydrogen flowing into the storage alloy tank T1, but this is not limited to this. For example, as shown in Figure 7, a pressure meter M1 that measures the pressure (internal pressure) inside the storage alloy tank T1 may be provided instead of the flow meter F1, and even with such a configuration, the same effects as those of the above embodiment can be obtained.
In this configuration, as shown in FIG. 8, the pressure reducing valve control device E1 controls the secondary side pressure (downstream pressure) of the pressure reducing valve R1 to a predetermined initial value Pi (step S51), and then the pressure reducing valve control device E1 acquires the pressure inside the storage alloy tank T1 measured by the pressure gauge M1 (S58).
Next, the pressure reducing valve control device E1 judges whether the difference between the pressure acquired in step S58 and the secondary pressure corresponding to the opening degree of the pressure reducing valve R1 is equal to or greater than a predetermined threshold value (step S59). When it is judged that the pressure difference is not equal to or greater than the threshold value (step S59-No), the pressure reducing valve control device E1 performs control to gradually reduce the secondary pressure by adjusting the opening degree of the pressure reducing valve R1 (step S57). The speed (pressure/time) at which the secondary pressure is reduced at this time may be a predetermined speed, or the smaller the pressure difference, the greater the reduction speed. After step S57, the processing of the pressure reducing valve control device E1 returns to step S58.
Furthermore, when it is determined in step S59 that the pressure difference is less than the threshold value (step S59-Yes), the pressure reducing valve control device E1 controls the opening of the pressure reducing valve R1 to increase the secondary side pressure by a predetermined value Pa (step S54). Steps S55 and S56 are the same as those in the above embodiment.
このように吸蔵合金タンクT1に流入する水素ガスの流量の代わりに、吸蔵合金タンクT1内の圧力と二次側圧力との差に基づき、減圧弁制御装置E1が減圧弁R1の開度を調整することで、上記実施例と同様の吸蔵合金タンクT1の冷却効果を得ることができる。 In this way, instead of using the flow rate of hydrogen gas flowing into the storage alloy tank T1, the pressure reducing valve control device E1 adjusts the opening of the pressure reducing valve R1 based on the difference between the pressure inside the storage alloy tank T1 and the secondary pressure, thereby achieving the same cooling effect for the storage alloy tank T1 as in the above embodiment.
<第2の実施形態>
第1の実施形態では、通常充填時も、急速充填時も、吸蔵合金タンクT1に水素を充填した。第2の実施形態における水素貯蔵システム70では、吸蔵合金タンクを2つ備え、1つは、水素カスケードなどの圧力の高い水素ガスを充填する急速充填専用としており、もう1つは、水電解装置などの、急速充填専用の場合に比べて圧力の低い水素ガスを充填する通常充填専用としている。
Second Embodiment
In the first embodiment, hydrogen was filled into the storage alloy tank T1 during both normal filling and rapid filling. In the
図9は、第2の実施形態における水素貯蔵システム70の構成を示す概略ブロック図である。水素貯蔵システム70は、図1の水素貯蔵システム10と同様に、バルブV1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、ポンプP1、P2、加熱部H1、第1冷却部C1、第2冷却部C2、吸蔵合金タンクT1、流量計F1、減圧弁R1、減圧弁制御装置E1を備える。
Figure 9 is a schematic block diagram showing the configuration of a
水素貯蔵システム70は、これらに加えて、吸蔵合金タンクT1と直列に配置された第2吸蔵合金タンクT72を備える。また、低圧水素供給源K72は、水電解装置などであり、比較的低圧の水素ガスを水素貯蔵システム70の第2吸蔵合金タンクT72に供給する。高圧水素供給源K71は、水素カスケードなどであり、低圧水素供給源K72に比べての高い圧力の水素ガスを水素貯蔵システム70の吸蔵合金タンクT1に供給する。バルブV1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、ポンプP1、P2、加熱部H1、第1冷却部C1、第2冷却部C2、吸蔵合金タンクT1、流量計F1、減圧弁R1、減圧弁制御装置E1は、第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
In addition to these, the
このように、水素貯蔵システム70は、高圧水素供給源K71用の吸蔵合金タンクT1と、低圧水素供給源K72用の第2吸蔵合金タンクT72とを別々に備えていても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、吸蔵合金タンクT1と、第2吸蔵合金タンクT72とのそれぞれに、迂回するバイパスを設けるようにしてもよい。その場合は、該バイパス各々と、吸蔵合金タンクT1の上流側と、第2吸蔵合金タンクT72の上流側とに、バルブを配置して、これらへの熱媒の流入を制御する。これにより、水素放出を、吸蔵合金タンクT1と、第2吸蔵合金タンクT72のいずれか一方のみで行うようにすることができる。
また、第2吸蔵合金タンクT72は、図2に示した吸蔵合金タンクT1と同様に、第2吸蔵合金タンクT72の内部および外周を熱媒が流れるようにしてもよいし、内部のみを熱媒が流れるようにしてもよい。
In this way, even if the
Alternatively, a bypass may be provided for each of the storage alloy tank T1 and the second storage alloy tank T72. In this case, valves are provided on the upstream side of the storage alloy tank T1 and the upstream side of the second storage alloy tank T72 to control the flow of heat transfer medium thereto. This allows hydrogen to be released from only one of the storage alloy tank T1 and the second storage alloy tank T72.
Furthermore, similar to the storage alloy tank T1 shown in FIG. 2, the second storage alloy tank T72 may be configured so that the heat medium flows inside and around the second storage alloy tank T72, or the heat medium may flow only inside the tank.
また、図5のステップS57において、減圧弁制御装置E1は、二次側圧力を段階的に下げる制御をしているが、二次側圧力を変更しなくてもよい。すなわち、減圧弁制御装置E1は、水素吸蔵合金に吸蔵させる水素ガスの流量が、閾値Vt以下になると、減圧弁R1の二次側圧力を上げる制御を繰り返すようにしてもよい。その場合、図6のグラフにおいて、右肩下がりの線の部分は、水平な線になる。
また、図5のステップS54におけるPaは、固定値でなくてもよい。例えば、ステップS57により二次側圧力を段階的に下げる制御をし続けた時間に応じて変えてもよい。具体的には、該時間が長いほど、Paを小さくしてもよい。また、ステップS54で実際に制御する前に、制御結果が閾値Ptを超えるか否かを判定するようにしてもよい。
In step S57 in Fig. 5, the pressure reducing valve control device E1 controls the secondary side pressure to be gradually lowered, but the secondary side pressure does not have to be changed. That is, the pressure reducing valve control device E1 may repeat the control to increase the secondary side pressure of the pressure reducing valve R1 when the flow rate of hydrogen gas to be absorbed in the hydrogen storage alloy falls below the threshold value Vt. In that case, the line sloping downward to the right in the graph in Fig. 6 becomes a horizontal line.
5 does not have to be a fixed value. For example, it may be changed according to the time during which the control for gradually decreasing the secondary pressure in step S57 has been continued. Specifically, the longer the time, the smaller Pa may be. Furthermore, before actually performing the control in step S54, it may be determined whether the control result exceeds a threshold value Pt.
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。 The above describes an embodiment of the present invention in detail with reference to the drawings, but the specific configuration is not limited to this embodiment, and design changes that do not deviate from the gist of the present invention are also included.
10、70…水素貯蔵システム
C1…第1冷却部
C2…第2冷却部
E1…減圧弁制御装置
F1…流量計
H1…加熱部
H21…熱交換器
K1…水素供給源
K71…高圧水素供給源
K72…低圧水素供給源
P1、P2、P21…ポンプ
R1…減圧弁
T1…吸蔵合金タンク
T2…オイルジャケット
T21…温度計
T72…第2吸蔵合金タンク
V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V21、V22…バルブ
W21…第1冷水タンク
W22…第2冷水タンク
Claims (10)
前記水素吸蔵合金に吸蔵させる水素ガスを減圧する減圧弁と、
前記水素吸蔵合金に吸蔵させる水素ガスの流量が閾値以下になると、前記減圧弁の二次側圧力を上げる制御を繰り返す減圧弁制御装置と
を備える水素貯蔵システム。 A hydrogen storage system for storing hydrogen gas in a hydrogen storage alloy, comprising:
a pressure reducing valve for reducing the pressure of the hydrogen gas to be absorbed in the hydrogen storage alloy;
and a pressure reducing valve control device that repeats control to increase the secondary pressure of the pressure reducing valve when the flow rate of hydrogen gas to be absorbed in the hydrogen storage alloy falls below a threshold value.
前記水素吸蔵合金に吸蔵させる水素ガスを減圧する減圧弁と、
前記減圧弁の二次側圧力と合金タンク圧力の内圧との圧力差が閾値以下になると、前記減圧弁の二次側圧力を上げる制御を繰り返す減圧弁制御装置と
を備える水素貯蔵システム。 A hydrogen storage system for storing hydrogen gas in a hydrogen storage alloy, comprising:
a pressure reducing valve for reducing the pressure of the hydrogen gas to be absorbed in the hydrogen storage alloy;
a pressure reducing valve control device that, when a pressure difference between the secondary pressure of the pressure reducing valve and the internal pressure of the alloy tank becomes equal to or less than a threshold value, repeatedly controls to increase the secondary pressure of the pressure reducing valve.
前記供給される水素ガスの圧力が前記第1の圧力のときに、前記熱媒を冷却する第1の冷却部と、
前記供給される水素ガスの圧力が前記第1の圧力より高い第2の圧力のときに、前記水素吸蔵合金を冷却するための前記熱媒を循環させる第2のポンプと、
前記供給される水素ガスの圧力が前記第2の圧力のときに、前記熱媒を冷却する第2の冷却部と
を備える、請求項1ないし4のいずれか1項に記載の水素貯蔵システム。 a first pump for circulating a heat transfer medium for cooling the hydrogen storage alloy when the pressure of the supplied hydrogen gas is a first pressure;
a first cooling unit that cools the heat transfer medium when the pressure of the supplied hydrogen gas is the first pressure;
a second pump that circulates the heat transfer medium for cooling the hydrogen storage alloy when the pressure of the supplied hydrogen gas is a second pressure higher than the first pressure;
The hydrogen storage system according to claim 1 , further comprising: a second cooling unit that cools the heat transfer medium when a pressure of the supplied hydrogen gas is the second pressure.
前記水素吸蔵合金に吸蔵させる水素ガスの流量が、閾値以下になると、前記水素吸蔵合金に吸蔵させる水素ガスを減圧する減圧弁の二次側圧力を上げる制御を繰り返す、
制御方法。 A control method for a hydrogen storage system in which hydrogen gas is absorbed in a hydrogen storage alloy, comprising the steps of:
when the flow rate of the hydrogen gas to be absorbed in the hydrogen storage alloy becomes equal to or less than a threshold value, a control for increasing the secondary pressure of a pressure reducing valve for reducing the pressure of the hydrogen gas to be absorbed in the hydrogen storage alloy is repeated.
Control methods.
前記水素吸蔵合金が格納された合金タンクと、水素供給源と、の間に設けられた減圧弁の二次側圧力と、前記合金タンクの内圧との圧力差が、閾値以下になると、前記水素吸蔵合金に吸蔵させる水素ガスを減圧する減圧弁の二次側圧力を上げる制御を繰り返す、
制御方法。 A control method for a hydrogen storage system in which hydrogen gas is absorbed in a hydrogen storage alloy, comprising the steps of:
when a pressure difference between a secondary pressure of a pressure reducing valve provided between an alloy tank storing the hydrogen storage alloy and a hydrogen supply source and an internal pressure of the alloy tank becomes equal to or less than a threshold value, a control for increasing the secondary pressure of the pressure reducing valve for reducing the pressure of the hydrogen gas to be absorbed in the hydrogen storage alloy is repeated.
Control methods.
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