CN1706988B

CN1706988B - 氢燃料制造系统、氢燃料制造方法

Info

Publication number: CN1706988B
Application number: CN2005100044231A
Authority: CN
Inventors: 能岛雅史; 板桥武之; 石川敬郎; 兼元大
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-06-10
Filing date: 2005-01-17
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2025-01-17
Also published as: US20050276749A1; JP4899294B2; DE102005006774A1; JP2005350299A; US7527660B2; CN1706988A

Abstract

本发明涉及氢燃料制造系统、氢燃料制造方法以及氢燃料制造程序。提供一种氢燃料制造系统，其特征是，包括：制造氢的氢制造装置、将通过氢制造装置制造的氢改变成作为燃料使用的燃料形态而制造氢燃料的二个以上氢燃料制造装置，且用氢燃料制造装置制造的燃料形态是二种以上。另外，具备接收有关氢燃料制造量的氢燃料制造量接收装置，且基于所述氢燃料制造量接收装置接收到的有关氢燃料制造量的信息，控制所述氢燃料制造装置制造的氢燃料的制造量。由此，可根据需求量，高效地制造各氢燃料。

Description

氢燃料制造系统、氢燃料制造方法

技术领域

本发明涉及氢燃料制造系统、氢燃料制造方法以及氢燃料制造程序。

背景技术

近年来，地球资源的枯竭和环境破坏成为了举世瞩目的问题，人们越来越希望能构筑基于可再生能源的零污染排放社会。为解决该问题，人们努力进行风力或者太阳光等自然能源的利用、以及对自然界存在的尚未利用的未利用能源的高效使用。此外，自然界中无限存在的氢的利用也被人们所关注。氢是可贮存的能源，关注其作为化石燃料的替代能源。

但是，上述的自然能源的有效利用还没有广泛普及，而且还是依靠将排出大量二氧化碳(CO₂)的化石燃料作为原料发电。其理由之一分析如下：由于利用自然能源发电的发电量被自然环境所左右，因此很难进行与需求相匹配的电力的经常供给。而且，随着对环境破坏的抑制的推行，消费者要求使用清洁能源的情况也逐渐增多。

因此，为了解决能源问题，人们期待着氢能源以及使用它的燃料电池能被引进到汽车或家庭中。氢通过与氧反应放出能量，仅生成水。该反应中不生成除水以外的其他任何物质。可以使用水的电解、化石能或者甲醇重整等各种方法制造氢，而作为原料使用。而且，可贮存在高压罐、液化罐或者氢包藏合金中，通过化学变化成有机氢化物(hydrid)、甲醇等而作为氢燃料贮存供给。

但是，根据供给形态的不同，能量有可能损失显著提高；或者，出于是否合算的考虑，高压氢等使用的设备投资必须是小规模，但如果采用小规模设备，则有可能无法顺畅地进行供给，因此这些情况会带来氢能价格上升。

另外，一般认为氢是危险物质，因此为了对机器设备施行充分的安全措施，需要高额的初期运转成本。因此有必要对氢加入附加值再销售。

为解决上述问题，特开2002-315111号公报(以下的专利文献1)和特开2003-130295号公报(以下的专利文献2)中公开了以下内容，即，通过使氢车辆具备通信功能，并将燃料消费者的燃料消耗信息传达到氢供给站，对估计来到氢供给站的氢车辆的必要氢量准确把握，并设定氢供给站向各氢车辆填充氢的计划。由此，即使是小规模的氢供给站，也可以有计划地制造氢，从而能顺畅且稳定地填充氢，进而实现设备费用的低价格化，降低了氢的价格。

然而，根据各供给形态，氢在填充密度、安全、是否使用化石燃料等方面存在问题，氢的供给形态还未确定。因此认为，在向社会开始作为能量供给氢的初创期，根据消费者各不相同，氢的供给形态不会被统一。从而，在某些氢燃料普及后，生产出各种氢燃料，而争夺作为原料的氢，并由此会由市场的供需原理提高氢的价格，进而也很可能提高氢燃料价格。

发明内容

本发明鉴于上述的事实，其目的在于提供一种可以根据需求量高效地生产和运用各种氢燃料，进而能促进作为地球环保能源的氢的普及的复合氢燃料供给系统和氢燃料供给方法。

本发明提供一种氢燃料制造系统，其特征是，包括：制造氢的氢制造装置、利用所述氢制造装置制造氢时排出的剩余能量从通过氢制造装置制造的氢制造氢燃料的二个以上氢燃料制造装置，且用氢燃料制造装置制造的氢燃料的燃料形态是二种以上，所述燃料形态是高压氢、氢包藏金属、液化氢或者有机氢化物，基于所述剩余能量的能量种类以及能量大小，来控制氢燃料制造量。

另外，本发明提供一种氢燃料制造方法，其特征是，包括：用氢制造装置制造氢的氢制造工序、利用所述氢制造装置制造氢时排出的剩余能量通过二个以上氢制造装置从所述氢制造装置制造的氢制造氢燃料的氢燃料制造工序，且在所述氢燃料制造工序中用所述氢燃料制造装置制造的燃料形态是二种以上，所述燃料形态是高压氢、氢包藏金属、液化氢或者有机氢化物，基于所述剩余能量的能量种类以及能量大小，来控制氢燃料制造量。

另外，本发明的另一个特征是，使计算机具有：用氢制造装置制造氢的氢制造机构、将用氢制造装置制造的氢改变成作为燃料使用的燃料形态而制造氢燃料的氢燃料的二个以上氢燃料制造机构、的功能，且用所述氢燃料制造装置制造的燃料形态是二种以上。

另外，本发明的其他特征在以下记载中详细说明。

根据本发明，即使在采用多种氢供给形态的情况下，也能高效地制造氢燃料。

附图说明

图1是表示实施例一的氢燃料供给系统的结构的图。

图2是表示实施例一的氢燃料制造贮存管理装置图。

图3是表示实施例一的氢制造方法的图。

图4是表示实施例二的氢制造方法的图。

图5是表示实施例二的氢溶液贮存罐的结构的图。

图6是表示实施例二的氢制造量控制方法的图。

图7是表示实施例二的燃料管理表的图。

图8是表示各消费者的燃料使用量数据的结构的图(其一)。

图9是表示各消费者的燃料使用量数据的结构的图(其二)。

图10是表示实施例二的气体重点评价方法的图。

图11是表示实施例三的氢燃料供给系统的图。

图12是表示实施例三的氢燃料制造方法的图。

图中：101-氢制造装置，102-氢燃料制造贮存管理装置，103-氢燃料A制造装置，104-氢燃料A贮存装置，201-氢燃料制造贮存管理装置，202-筐体，204-氢流量传感器，205-通信装置，402-风力发电装置，403-配电设备，404-电解装置，405-氢燃料制造贮存管理装置，406-氢燃料制造贮存管理服务器，407-氢高压化装置，408-氢添加装置，502-氢化物贮存部，503-废液回收部，1101-氢燃料供给站，1103-氢燃料制造贮存管理装置，1105-氢制造管理服务器。

具体实施方式

本发明涉及复合氢燃料供给系统和氢燃料供给方法中的基本结构。

(实施例一)

图1表示本实施方式的复合氢燃料供给系统的结构。如图所示，复合氢燃料供给系统将由氢制造装置生产的氢通过配管流到氢燃料A制造装置。在氢燃料A制造装置103、氢燃料A贮存装置104中，分别设置有用于向氢燃料消费者供给燃料的供给装置。在氢制造装置101和氢燃料A制造装置、氢燃料A贮存装置104之间，设置有构成本系统核心的氢燃料制造贮存管理装置102，而该氢燃料制造贮存管理装置102由控制该装置动作的控制装置或者控制用管理服务器构成。在本实施方式中，氢制造装置和氢燃料制造贮存管理装置102是一台，氢燃料制造贮存装置和氢燃料制造装置、氢燃料供给装置是二台以上的多台。氢燃料A制造装置103最好设置在同一用地内，但即使如图1所示的那样分离的情况下，只要共有氢制造装置101，则还是能满足本实施例。

在本方式中，氢制造装置101具体表示使用核能的剩余电力或者风力发电的电解装置、碳化氢气体重整器、生物氢制造装置、化工厂副产氢等，但并不限定于此。

氢燃料制造装置、氢燃料贮存装置在将氢作为燃料使用的时候，将其变化成各种形态而贮存。具体地说，可以采用以下方法，即：可采用物理方法贮存，例如，对氢施加高压并导入到高压罐再进行供给的方法、将能够将氢吸收进金属中的氢包藏合金置入罐中再供给的方法、冷却氢使之液化并贮存在低温冷却保持装置(低温恒温箱)中的方法等；或者可以用使用化学贮存方法，例如作为保存含有氢原子的化合物来贮存氢的化学贮存方法，该含有氢原子的化合物例如为十氢萘、环己烷、甲苯、石油、煤油、DME(二甲醚)等，但并不限定于此。在化学贮存方法中，氢必须通过与苯环进行化学反应等来加工。在使用物理方法贮存的时候，由于贮存需要提供能量，因此在长时间贮存的时候，会引起能量损失。另外，由于是直接加工、贮存爆炸可能性高的氢的方法，因此是风险大的方法。另一方面，在使用化学贮存方法的情况下，虽然氢燃料的氢的损失和能量损失都很少，但是由于放出氢时需要很多热能，因此很可能只用于局限的用途上。另外，与物理贮存方法相比，化学贮存方法的爆炸可能性小，因此是风险低的贮存方法。在本实施方式中，可以将上述多个氢燃料供给设施设定成安全而风险低的状态，且可以在与进行氢燃料制造贮存的机构的同一用地内设置多个该设施。在本实施例中，氢燃料制造装置和氢贮存装置的所在地并不一定在同一场所，而在此情况下，在氢燃料制造装置的设置场所和氢贮存场所之间，由卡车、油罐车、管路等输送氢燃料。

例如，可以采用对制造高压气体的高压氢供给和爆炸可能性低的有机氢化物进行组合而在同一用地内供给的方法，或者在同一线路上供给液体氢和高压氢的方法。由此，可以降低设备费用和用地面积，从而能以低价格供给氢。

氢燃料制造贮存管理装置具备了将由氢制造装置生产的氢向各氢燃料制造装置分配的功能。图2具体地表示了氢燃料制造贮存管理装置。

在本实施例中，氢燃料制造贮存管理装置201，在将由氢制造装置制造的氢向氢燃料制造装置分流的筐体202、和与各氢燃料装置相连的配管的之间由氢流量传感器204、控制装置206、存储器构成，氢流量传感器204设在带电子控制功能的阀门以及阀门下游侧；控制装置206，从与氢流量传感器204或者阀门以有线或者无线方式连接的传感器获得信息并根据该信息对阀门进行操作；存储器，记录/存储来自氢流量传感器204的信息。在该控制装置上安装通信装置，也可以从外部进行控制，在进行该外部控制时，经由该通信装置进行与管理服务器之间的信息发送接收。氢燃料制造贮存管理装置201例如以图3所示的流向，向各氢燃料制造装置供给氢。首先启动系统(301)。由此，控制装置获得来自传感器的氢流量信息，确认氢流量是零(302)。氢流量为零，这表明此时阀门处于完全关闭状态。此时存在于氢燃料制造贮存管理装置中的所有传感器和控制装置都进行更新。以下也是全部同等地与全部传感器进行更新。接着，向各燃料制造者要求输入各氢燃料制造量(303)。在这里，输入的量希望是各氢燃料的必要的制造量或者与必要的氢燃料制造量相对应的必要的氢量。在输入各氢燃料的必要的制造量的情况下，希望在存储器中存储表示与某氢燃料有关的必要的氢量等的、氢燃料制造贮存管理装置的明细数据。

输入氢燃料制造量之后，用控制装置控制阀门来流通氢(304)。此时，氢传感器管理氢燃料的流量，在不足时以调小其他阀门开度等方式进行调整。另外，氢传感器每隔t秒测定氢流量，并将该结果输送至控制装置，控制装置再将该结果记录/存储在存储器内(305)。此时，存储器内记录有每隔t秒的氢流量f、0～t秒间的总流量F(t)。

当F(t)达到规定量，则控制装置关闭该阀门。

另外，通过使控制装置具备通信装置，而可以与管理服务器之间进行信息的发送接收，则可以实现外部操作或者外部数据显示。管理服务器可以将存储器的信息整理成表形式或文本化而存储一连串的氢流量信息。以上，通过用一连串的流程将燃料从氢制造装置分配给氢燃料制造贮存管理装置，能够以适应于消费者的燃料消耗量的方式，高效地制造氢燃料。

另外，通过使管理服务器具备：管理多个消费者的氢燃料消耗信息、电力需求信息、气象信息、日期时间等信息的数据库，以及基于来自该数据库的数据计算出或者统计地预测多个氢燃料消耗量或者必要量的氢燃料制造贮存计划管理系统，从而可以预知消费者的氢燃料消耗量。

另外，通过在消费者的氢贮存装置上安装传感器，用始终用服务器管理消费者的氢燃料消耗信息或者氢燃料剩余量，而可以预知消费者的氢燃料消耗量。

这里，说明本实施例与专利文献1的不同点。专利文献1，在氢站点之间仅用通信线路连在一起，通过读取在站点注册的汽车的氢消耗状态，运算出向各氢站点供给的氢量，但是对供给的氢的状态却没进行任何考虑。本实施例，是基于以下背景而提出的，即，考虑到今后氢的供给形态有如高压气体、液体、化合物等各种形态，从而需要一边考虑其分配一边高效地制造氢燃料。在本实施例中，由于能制造多种燃料形态的氢，因此能够利用仅有的氢，以适应需要的形态高效地制造氢燃料。另外，本实施例的主要考虑在一个场所供给多种氢燃料。因此，氢燃料制造源不仅需要剩余量、还需要燃料种类。从而，不必在氢站点之间用数据线路连接，而需要进行将从一个氢制造装置供给的氢分配成多个氢燃料的运算。从需求量预测该分配。由此，可以利用仅有的氢，高效地制造氢燃料。

(实施例二)

对于实施例一的基本结构，本实施例根据图4说明氢燃料制造方法。在这里，氢的制造采用了使用风力发电装置的电力的电解装置；作为氢燃料，制造了高压氢、有机氢化物；在同一用地内的氢站点进行供给。由于使用风力等自然能的电源很难有计划地发电，因此如果作为一次性保存电力的二次能量贮存，则不仅可以有效利用电力，还不会给系统电力带去逆潮等不良影响。

因此，可以采用一方面向系统电力供给一定量的发电电力、而另一方面将剩余电力变换成氢燃料再供给消费者的有效方法。在本实施例中，由以下各部分构成：分散电源所有者所具有的发电电量管理服务器、风力发电装置402以及配电设备403；氢燃料供给者具备的电解装置404、氢燃料制造贮存管理装置405、氢燃料制造贮存管理服务器406、制造氢燃料的氢高压化装置407以及氢添加装置408、供给氢燃料的氢燃料供给站(氢站点)；消费者具备的燃料罐、燃料电池。另外，氢燃料供给站归燃料供给者所有。

电力变换装置和配电装置在发电装置发出规定值以上的电量的时候，能将电力流向电解装置404。消费者具备的配电装置和氢制造者具备的配电装置优选用专用线进行连接。

分散电源所有者具备的发电设备中的发电电量管理服务器，每隔一定时间输入或者算出分散电源发出的电量和消费者消耗的电量，并存储到服务器内的数据库中。同时，在消费者消耗的电量中设定任意的预备电量，使发电电量和消费者消耗的电量以及预备电量和剩余电量之间满足以下关系，再将存储在服务器中的数据代入该式，得出剩余电量。

剩余电量＝深夜电量-(消耗电量+预备电量) ……(1)

求出的剩余电量通过因特网等通信网发送，而被设置在氢燃料制造者的服务器接收，存储在其服务器内的数据库中。

氢燃料制造者获得来自系统以及分散电源的剩余电力信息后，以将剩余电量部分或相应少的电力输送至氢燃料供给者具备的电解装置的方式，控制设置在各处的配电装置。

氢燃料制造者通过电解水和电解液(例如NaOH等碱性电解液)，产生氢和氧。氢燃料制造贮存管理服务器406接收来自发电电量管理服务器的剩余电量数据，并估算由该剩余电量要产生的氢量。产生的氢被输送至氢燃料制造贮存管理装置405，并基于氢燃料制造贮存管理装置接收的产生氢量和各氢燃料消耗信息，决定各氢燃料制造量，再向各氢燃料制造贮存管理装置405进行分配。此时，作为输送方式，最好向尽可能近的场所用配管输送。另外，优选压缩后用高压罐存储、或者液化后用低温保持装置存储，再输送。在使用高压罐的情况下，需要在电解装置和氢贮存装置之间设置向氢外加高压的装置。另外，在采用低温保持装置的情况下，由于需要使用液化器，因此，比用配管输送时成本更高。

在本实施例中，氢以高压气体、有机氢化物形态，供给消费者。

另外，还考虑了氢燃料制造者是多个的情况。在由多种氢燃料制造者制造多种燃料的情况下，有必要设置总体上管理制造量的设备。

接着，关于所述的氢燃料制造者决定各燃料制造量的方法进行说明。

消耗氢燃料量可由存储在氢燃料制造贮存管理服务器中的氢燃料消耗预测系统来预知，并以各燃料使用量、气候、气温、消费者、燃料种类、风向、湿度为独立变量进行重回归分析，预测各氢燃料需要情况，决定基于剩余氢的氢燃料制造量。通过该预测函数，预测剩余量变零的时期，并对每个消费者求出在该时期，决定氢燃料制造计划。

另外，在本实施例中，还可以根据消费者具有的氢燃料剩余量信息，决定燃料制造量比例。燃料剩余量信息可由能量消费者用个人电脑直接报告，也可以在燃料罐等上安装传感器，实现自动化。例如，下面说明有机氢化物的剩余量管理方法。在采用有机氢化物的情况下，由于必须进行废液的回收，因此通过如图5所示在溶液贮存罐中设置遮蔽板501，并用遮蔽板将罐的内部分隔成氢化物贮存部502、废液回收部503，而可以有效利用罐。为测定该罐的遮蔽板的位置，通过在遮蔽板或能测定遮蔽板的位置处之间安装位置传感器等，可以测定废液或者有机氢化物的剩余量。在此情况下，为了将传感器信息报告至能量消费者或者燃料监视中心，还必须设置无线或者有线的信息通信机构。此时，发送的信息可以是在任意时间的遮蔽板距罐底面的位置等数据。因此，如图5所示，需要在罐上附带位置传感器或者传感器数据管理装置。传感器数据管理装置以有线或者无线方式从传感器接收信息，并以表格的形式或者文本形式存储数据，并在需要时将该信息发送给用户。另外，还可以定期发送数据。通过使每个传感器具备固有的识别号，而可以与这些数据一样总体上管理及来自多个传感器的数据。发送的信息被发电电量管理服务器、消费者服务器、氢燃料制造贮存管理服务器中的任何一个以上的服务器所接收，存储到终端内。信息的显示图像根据消费者、发电电量管理服务器、氢燃料制造贮存管理服务器而不同。对于消费者，随时显示燃料剩余量数据。燃料剩余量数据是根据由传感器获得的燃料罐内的有机氢化物的液面的高度和罐的截面积预计的燃料量。由各自的服务器以及专用终端或者燃料罐附带的传感器数据管理装置，对预计的燃料量进行处理，并与传感器数据一同进行发送。由此，能以符合消费者所希望的形态的方式，高效地供给氢。

另一方面，在发电电量管理服务器、氢燃料制造贮存管理服务器中，不仅要显示与消费者相同的当前燃料剩余量、还要显示每隔一段时间的燃料消耗量。通过剖析这些数据，可以有计划地进行燃料补给。

关于高压氢材料，采用以下方法。作为燃料的供给方法，高压氢采用以高压罐一次贮存供给的方法。高压罐内部具备了温度传感器以及压力传感器，并以无线或者有线方式，将压力、温度数据报告给消费者、氢燃料制造者或者燃料监视中心。另外，与所述的一样，各传感器用传感器数据管理装置进行数据的发送接收。传感器数据根据理想气体方程式，算出氢分子量n mol。在这里，如果P表示罐内压力、V表示罐容积、T表示罐内温度、R表示气体常数，则n可由下式表示。

n＝PV/RT ……(2)

由各自的服务器以及专用终端或者燃料罐附带的传感器数据管理装置，进行(2)的计算，并与传感器数据一同进行发送。发送的信息被消费者、燃料监视中心、或者制造燃料的从业者接收，并存储到各自具备的服务器以及专用终端内。

信息的显示图像与所述贮存罐时一样，根据消费者、氢燃料制造贮存管理服务器而不同，且可以对消费者仅发送剩余量图像，对其他的对象也发送除此之外的信息。接着，氢燃料制造贮存管理服务器接收来自各站的剩余电量数据、燃料剩余量数据，决定各氢燃料制造量。图6流程图表示了该过程的实施例的流程。在本实施例中，对这些流程进行系统化。

氢燃料制造贮存管理服务器接收来自消费者的燃料剩余量信息(601)。接收的信息输入到如图7所示的燃料管理表中，存储到服务器中(602)。以每消费者为单位存储信息。如图7所示，燃料管理，基于燃料剩余量的时间变化，以小时为单位进行管理。另外，如图8所示，该信息以天为单位记录。另外，如图8下部所示，最好算出每天、每年的使用量(603)。

记录这些燃料使用量，则能够以画面形式向管理者如同图9所示的那样显示一年间、每天、每小时的燃料使用状况。由此，可以将燃料使用状况的履历一目了然地传达给管理者。接着，识别燃料的种类。关于燃料的种类，由发送的信息中包含的各传感器的个体识别信息，进行罐的种类识别，并进行燃料种类识别。这里，各服务器中具有传感器个体ID、罐种类、拥有罐的消费者信息、罐的设置场所、罐的容量、燃料种类等信息。

进行了燃料种类识别后，基于剩余量信息，确认消费者的燃料量是否低于消费者或者燃料监视中心的系统内设定的规定值。由于会出现燃料耗尽或者燃料没有向电源供给等危险情况，因此最好在消费者和燃料供给者之间通过契约决定规定值。将规定值设定为K时，与当前燃料剩余量k相比，如果K＜k，则进行对象燃料的制造。氢燃料制造贮存管理服务器从燃料使用状况等来预知燃料补给预测日。例如，作为预测方法采用将燃料使用量、天气、气温、消费者、燃料种类、风向、湿度等作为从属变量的重回归分析法。各信息是与上述一样在罐或者消费者的燃料消费场所设置传感器、而以线或者无线方式输入的。另外，一部分信息还可以引入因特网等的信息点的数据。由此，大概预测燃料剩余量变成零的时间。氢燃料制造者还可以基于该燃料剩余量数据和消费者的各种数据，支援燃料供给的优化。以下说明其具体方法。

这里，对燃料供给者移动到家庭或者工厂等氢燃料供给位置供给燃料的情况进行说明。这种情况下，输送的氢燃料适合使用有机氢化物等比较安全的燃料。需要尽量高效地输送燃料，以防止出现燃料供给中的燃料中断现象，而减少输送成本。在氢燃料制造贮存管理服务器中，对各消费者的燃料剩余量、各氢燃料变为零的预定日、从燃料罐设置位置的送达日和送达路线进行优化。作为优化算法的一例，首先根据燃料剩余量，进行等级分类。该设定等级是根据罐容量、燃料剩余量、规定值K、燃料消费履历等设定的。以该等级作为基准，氢燃料制造贮存管理服务器向超过规定以上等级的消费者制造氢燃料。

另外，此时氢燃料制造贮存管理服务器还采用使访问各消费者之间的送达路线的距离最小化的方法。这里，由于各消费者的氢燃料使用状况不同，因此预计达到规定等级的日程有很大不同。因此，预测氢燃料变成零的那一日，并在某消费者的氢燃料变成零的那一日或者该日的前日送达氢燃料，而这样，此时，即使等级低，也由于进行了在送达路线上具有消费者的罐的情况下的送达的优化，因此在这种情况下虽然风险提高了，但由于一次能向多个消费者输送，因此可以节省输送成本。在这里，氢燃料制造贮存管理服务器对送达线路上的消费者制造量进行调整，最终算出优化的氢燃料量，并向氢燃料装置分配氢。

另一方面，在对于车的燃料用高压氢等消费者能移动到燃料供给者的氢燃料供给场所进行补给的情况下，从消费者罐具备的传感器向氢燃料制造贮存管理服务器发送消费者识别ID以及燃料剩余量信息。另外，燃料供给者或者氢燃料制造者通过GPS或者传感器位置信息确定消费者的位置，并报告消费者可供给燃料的场所以及最佳场所。作为该报告方法，优选将邮件、语音向导、汽车导航系统的协同作用，作为车专用系统装配在车上。

消费者从燃料供给者指定的多个燃料补给场所中选择燃料供给场所，并前往该场所，接受补给。汽车用燃料罐经由气密连接管线而与可从外部进入的接管嘴连接，且所述接管嘴配置在汽车外部。

在汽车用燃料罐内壁上具备一个以上的带数据发送功能的传感器，且传感部上安装有压力传感器和温度传感器，并通过使用这些而测定燃料罐内的值，求出罐内的瞬间压力和瞬间温度。传感器网络中具备所述的无线通信功能，并通过无线方式将由传感器检测出的测定值发送给氢燃料制造贮存管理服务器。

基于来自传感器的数据，对应燃料剩余量进行燃料剩余量管理的等级分类。设定等级也与上述相同，基于罐容量、燃料剩余量、规定值K、燃料消费履历等设定。以该等级作为基准，氢燃料制造贮存管理服务器向超过规定以上等级的消费者制造氢燃料。另外，该等级是与所述的家庭用氢燃料共有的，且利用氢燃料制造贮存管理服务器在考虑各氢燃料的剩余量管理之后，决定制造量。

另外，在由氢燃料供给站供给汽车用氢燃料时，利用安装在燃料罐的传感器。以下说明其一例。

氢燃料供给站由燃料供给机、贮存燃料用气体的燃料贮存单元构成。氢燃料供给机由以下各部分构成：具备接收来自传感器网络的数据的天线的燃料供给喷嘴；处理传送过来的数据来决定阀门开度的CPU；存储传送的数据和CPU处理结果的存储器；根据CPU处理结果控制阀门的阀门控制单元；由控制单元的控制驱动的阀门。

通过将燃料供给喷嘴经由汽车的接管嘴和气密连接管线插入到燃料罐，进行气体补给。此时天线也同时进入燃料罐内。在插入燃料供给喷嘴后紧接着或者经过某些操作之后，燃料供给机用天线接收由传感器发送的数据，并由CPU对该数据进行评价、或者在存储到存储器之后再用CPU评价存储器内的数据。

在本实施例的气体填充评价方法中，可根据传感器发送的值，求出燃料罐内的瞬间填充状态。作为评价方法，将罐内的气体摩尔数作为参数使用。下面依据图10的流程图，进行详细说明。

其结果，能够以使注入到燃料罐内的气体的临界量不受周围温度等的影响的方式进行注入。

燃料罐内的摩尔数n利用配置在燃料罐内的传感器的测定值以及个体识别信息求得。这里，传感器的个体识别号码是对各车体类别或者各罐类别分别考虑设定的，且由传感器网络发送该号码，并经由天线，由燃料补给机接收，而当CPU识别该号码，则通过将由存储在存储器中的车体或者罐表格发送的识别号码作为钥匙码，这时获得罐的容积V(一定值)或者罐注入燃料种类。

基于理想气体方程式(2)式成立。在这里，P、T分别表示燃料罐内压力和温度、R表示气体常数。从而，通过用压力和温度传感器测定燃料罐内压力P和温度T，可求出燃料罐内气体的摩尔数n。

根据该方法，在将燃料供给喷嘴插入到罐内的时候，接收来自传感器的数据(初始压力P₀、初始温度T₀、罐容积V)，并由该数据评价罐内的气体剩余量n₀。

接着，开始向罐内注入气体。此时，根据气体剩余量n₀，阀门控制单元打开燃料补给机的阀门，使气体从燃料贮存单元放出，开始向罐内填充燃料。在填充燃料的过程中，压力和温度传感器始终或者每隔一定时间向燃料补给机发送燃料罐内的压力P_k和温度数据T_k。燃料补给机每次接收数据之后，算出罐的填充度n_k，而改变阀门开度。

另外，此时通过在从气体燃料贮存单元到燃料供给喷嘴的配管线路中的某处安装流量传感器，可以尽快感应出气体泄漏或者流通异常等。以下给出了在本实施例中用质量流量计测定流量的实例。

用质量流量计测定流动的气体质量m_g。

由气体式可知，流动的气体移动量n_g如下。

n_g＝m_g·z＝P_k·V/RT_k

作为异常检测法，设定异常阈值D。即，每单位时间的气体供给量n_g相对燃料罐内的气体量n_k-n_k-1为D以上时停止供给。由此能安全地向燃料罐供给燃料。

接着，对停止向燃料罐供给燃料的方法进行说明。通过指定传感器的个体识别信息或者任意供给量，停止燃料供给。这里，个体识别信息将由传感器网络发送来自传感器的号码，经由天线，用燃料补给机接收，而当CPU识别该号码，则通过将由存储在存储器中的车体或者罐表格发送的识别号码作为钥匙码，并这种情况下获得的罐规定的填充量n_e。另外，通过在燃料补给机侧进行某些操作，可以设定任意的供给量n_e。n_e＝n_k，则完全关闭阀门而停止燃料供给。

在上述方法中，是在燃料补给机内进行了所有处理，但也可以通过在燃料补给机外部设置服务器，并在该服务器中存储这些控制或者信息。

在上述的方法中，在存储器内或者服务器内存储每一车种或者罐的燃料注入量控制程序，并根据来自传感器网络的识别信息，CPU判断车种以及罐，并实行该程序，并由此安全迅速地进行燃料补给。

接着，参照附图，详细说明用作汽车的罐内燃料剩余量计测和显示装置的情况进行说明。通过在接管嘴或者加油口盖上安装天线以及具备无线通信功能的装置，实现与罐内的传感器网络之间的信息的发送接收。另一方面，该天线以及具备无线通信功能的装置能与设置在燃料残余量可视化装置进行有线或者无线通信。其中，燃料残余量可视化装置由以下各部分构成：接收来自传感器网络的信号的无线通信机；将传感器的值作为罐剩余量计算接收的信号而给出将计算结果显示在罐剩余量信息可视化装置上的命令的CPU；表示来自CPU的信息的罐剩余量信息可视化装置；记录CPU计算结果的存储器。

在根据本实施例的罐内燃料剩余量计测以及表示方法中，可由来自传感器的值，求出燃料罐内的瞬间填充状态。作为评价方法，与所述实施例相同，将汽车燃料罐内的气体的摩尔数作为参数使用。

燃料罐内的摩尔数n使用配置在燃料罐内的传感器的测定值以及个体识别信息。这里，传感器的个体识别号码是考虑到各车体类别或者各罐类别而分别设定的，且由传感器网络发送该号码，并以有线或天线间的无线方式，由罐残余量信息可视化装置接收，而当输入来自传感器的压力以及温度信息后，CPU就算出罐内燃料剩余量n摩尔。算出的摩尔数可置换成任何单位系，表示在可视化装置上。下面依照图10的流程图，进行详细说明。

打开车的电源成ON状态(1001)的同时，将燃料罐内的初始压力和温度发送到罐剩余量可视化装置(1002)，并用所述的理想气体方程式由CPU算出气体的剩余量n(1003)，其结果表示在可视化装置上。在进行可视化时，n的值可以直接显示，也可以表示与罐被装满时的摩尔数n_f之间的比值，n/n_f、或者用其他单位系表示。

启动发动机，则罐内的燃料会减少。在发动机工作期间，压力和温度传感器始终或者每隔一定时间t向罐剩余量可视化装置发送燃料罐内的压力P_k和温度数据T_k(1004)。罐剩余量可视化装置每次接收数据之后，算出罐的填充度n_k。

另外，此时通过在从燃料气体的燃料罐到连接发动机的配管线路中的某处安装流量传感器，可以尽快感应出气体泄漏或者流通异常等。以下给出了在本实施例中用质量流量计测定流量的实例。

用质量流量计测定流动的气体质量m_g。

由气体式可知，流动的气体移动量n_g如下。

n_g＝m_g·z＝P_k·V/RT_k

接着，对停止向燃料罐供给燃料的方法进行说明。通过指定传感器的个体识别信息或者任意供给量，停止燃料供给。在这里，个体识别信息将由传感器网络发送来自传感器的号码，经由天线，用燃料补给机接收，而当CPU识别该号码，则通过将由存储在存储器中的车体或者罐表格发送的识别号码作为钥匙码，并在这种情况下获得罐规定的填充量n_e。另外，通过在燃料补给机侧进行某些操作，可以设定任意的供给量n_e。n_e＝n_k，则完全关闭阀门而停止燃料供给。

由此，消费者可从燃料供给者那里接受任意的燃料补给。由此可以不经由人就能向汽车补给燃料。这样，将由传感器等获得的氢燃料消费信息发送给氢燃料制造贮存管理服务器，在该氢燃料制造贮存管理服务器内进行处理，拟定氢燃料制造计划，决定氢燃料制造量，并用燃料制造贮存管理装置向各氢燃料制造装置分配由氢制造装置制造的氢。由此，可以将多种氢燃料顺畅高效地供给消费者。

(实施例三)

本实施方式涉及复合氢燃料供给系统以及氢燃料供给方法的基本构成。

图11表示了本实施方式的复合氢燃料供给系统的结构。如图所示，复合氢燃料供给系统具备多个氢燃料供给站1101，且各氢燃料供给站1101具有一个或一个以上的氢燃料制造贮存装置。各氢燃料制造贮存装置分别设置有用于向氢燃料消费者供给燃料的供给装置。

本实施例示出在氢制造站和复合氢燃料供给站相邻时预计能提高氢燃料的制造效率的例子。

下面说明本实施例的构成。其基本上由氢制造管理服务器以及氢燃料制造量管理装置或者氢燃料制造量管理服务器构成，氢制造管理服务器，在氢制造装置管理氢的制造量，氢燃料制造量管理装置或者氢燃料制造量管理服务器，在位于氢制造装置和氢燃料制造贮存装置之间的氢燃料制造贮存管理装置1103具有控制氢燃料制造量。

在本实施例中，作为氢制造方法列举出化工厂或者电子材料工厂的副产氢、例如半导体工厂的硅退火工序的排气气体中获得的副产氢，利用核能发电的剩余电力的电解装置，对天然气进行重整的水蒸气重整器，但并不限定于此。

将各氢制造所中产生的氢送往氢燃料制造贮存管理装置，以氢燃料制造贮存管理服务器接收的产生氢量以及各氢燃料消费信息为基础，决定各氢燃料制造量，向各氢燃料制造贮存装置进行分配。

这时，对由各制造站制造的氢施加有压力或者热等各种能量。在本实施例中，有效利用了这些能量，提高了氢燃料制造效率。

从化工厂制造的氢，附带有压力、热能。在供给方法是采用高压罐的形式的情况下，氢制造装置和氢贮存装置之间必须设置能向氢施加高压的装置。在这种情况下，也可以利用副产氢产生时施加的压力，降低由高压施加装置向副产氢施加的压力量，提高施加压力时的能量效率。例如，在向氢施加了100Mpa压力时，通常需要串联连接多个压缩机，并通过多级压缩才能达到目标压力。但此时，向副产氢施加的压力部分、施加能量，都可以很少。然而，在用罐供给的情况下，移动时的压缩损失会变大，或者输送费会增多。因此，优选用配管连接氢燃料供给站来制造氢燃料。由此，可以有效利用在产生副产氢时向氢施加的压力或者热能。此时，出于提高效率的考虑，有必要进行氢制造方法、氢输送路或者氢燃料制造的优化。例如，考虑到向从化工厂放出的氢中施加有热或者压力，在制造氢燃料时优选需要压力的高压氢制造线、在制造中优选需要热的有机氢化物等。在电解过程中，可以对制造氢排出量、热或者压力进行调整，并根据必要的氢燃料种类的量，控制电解器，从而控制氢燃料制造。

对这些氢制造到氢燃料制造进行组合，并考虑到需要量或者各装置、工厂的运转率，进行控制，而可进一步提高氢燃料效率。

在本实施例中，氢以高压气体、有机氢化物、液体氢的形态供给消费者。接着，图12表示从氢制造到氢燃料制造的流程。首先，在所述的过程中，利用氢制造管理服务器，从各服务器接收剩余电量以及工厂运转率的信息。基于该信息，在氢制造管理服务器内算出各氢制造量。

另一方面，将氢制造量和必要氢量进行比较，并在氢制造量＝必要氢量的情况下，由氢燃料制造贮存管理服务器对氢燃料制造贮存管理装置进行控制，分配必要的氢燃料量部分的氢，制造各氢燃料。此时，由制造氢时向氢施加的压力或者温度的信息来决定液体氢、有机氢化物、或者高压氢的各制造量分配量。

另外，当氢制造量＞必要氢量的情况下，出现如何管理剩余氢量的问题。这里，由氢制造管理装置或者氢燃料制造贮存管理服务器接收来自消费者等的各燃料使用量、气候、气温、消费者、燃料种类、风向、湿度等信息，并以该信息作为独立变量进行重回归分析，预测各氢燃料需要情况，决定基于剩余氢的氢燃料制造量。由此，决定各时期的氢燃料制造量，首先制造需求量多的燃料或者制造量变动大的燃料。

另一方面，由于根据剩余电力或者由化工厂制造氢时的氢的制造量多数情况下是预先规定的，因此有时出现氢制造量＜必要氢量的情况。在该情况下，使用天然气水蒸气重整器，制造不足部分的氢量。另外，对通常电力和天然气的成本进行比较时，如果电力成本＜天然气，则可以进行CO₂排出量更少的氢制造。

另外，在本实施例中，对氢燃料制造贮存管理服务器和氢制造管理服务器进行统一、或者仅保留一方，使其具备双方的功能，也没有问题。

如上所述，在氢制造管理服务器中基于氢制造量信息拟定氢燃料制造计划，发送给氢燃料制造贮存管理服务器，在该氢燃料制造贮存管理服务器内对该信息进行处理，决定氢燃料制造量，再由氢燃料制造贮存管理装置将由氢制造装置制造的氢分配给各氢燃料制造装置，则可以顺畅高效地向消费者供给多种氢燃料，且还能进行考虑到环境的氢燃料制造。另外，还可以在计算机上由程序实现所述功能。

Claims

1.一种氢燃料制造系统，其特征是：

具备：制造氢的氢制造装置、利用所述氢制造装置制造氢时排出的剩余能量从所述氢制造装置制造的氢制造氢燃料的二个以上氢燃料制造装置，

并且，所述氢燃料制造装置制造的氢燃料的燃料形态是二种以上，所述燃料形态是高压氢、氢包藏金属、液化氢或者有机氢化物，

基于所述剩余能量的能量种类以及能量大小，来控制氢燃料制造量。

2.如权利要求1所述的氢燃料制造系统，其特征是：

具备接收有关氢燃料制造量的氢燃料制造量接收装置，且基于所述氢燃料制造量接收装置接收到的有关氢燃料制造量的信息，来控制所述氢燃料制造装置制造的氢燃料的制造量。

3.如权利要求1所述的氢燃料制造系统，其特征是：

还具备：从所述氢制造装置向所述氢燃料制造装置供给氢的配管、配置在所述配管上的阀门、检测在所述配管内通过的氢的流量的氢流量传感器、接收有关所述氢燃料的制造量的信息的氢燃料制造量接收装置，

并且，基于所述氢燃料制造量接收装置接收到的有关氢燃料制造量的信息，来控制所述阀门的开度。

4.如权利要求1所述的氢燃料制造系统，其特征是：

还具备：接收有关消费者的氢燃料使用量的信息的氢燃料使用量接收装置、且基于所述氢燃料使用量接收装置接收到的有关氢燃料使用量的信息，控制所述氢燃料制造装置的氢燃料制造量。

5.一种氢燃料制造方法，其特征是：

包括：用氢制造装置制造氢的氢制造工序、利用所述氢制造装置制造氢时排出的剩余能量通过二个以上氢燃料制造装置从所述氢制造装置制造的氢制造氢燃料的氢燃料制造工序，

并且，在所述氢燃料制造工序中，所述氢燃料制造装置制造的燃料形态是二种以上，所述燃料形态是高压氢、氢包藏金属、液化氢或者有机氢化物，基于所述剩余能量的能量种类以及能量大小，来控制氢燃料制造量。

6.如权利要求5所述的氢燃料制造方法，其特征是：

还包括由氢燃料制造量接收装置接收有关氢燃料制造量的信息的氢燃料制造量接收工序，且在所述氢燃料制造工序中，基于所述氢燃料制造量接收装置接收到的有关氢燃料制造量的信息，来控制所述氢燃料制造装置制造的氢燃料的制造量。

7.如权利要求5所述的氢燃料制造方法，其特征是：

还包括：检测在所述配管内通过的氢的流量的氢流量检测工序、由氢燃料接收装置接收有关所述氢燃料制造量的信息的氢燃料制造量接收工序、

并且，基于所述氢燃料制造量接收装置接收到的有关氢燃料制造量的信息，来控制设置在所述氢制造装置和所述氢燃料供给装置之间的配管上的阀门的开度。