JP2002305015A - Operation method of fuel cell system - Google Patents

Operation method of fuel cell system

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JP2002305015A
JP2002305015A JP2001108034A JP2001108034A JP2002305015A JP 2002305015 A JP2002305015 A JP 2002305015A JP 2001108034 A JP2001108034 A JP 2001108034A JP 2001108034 A JP2001108034 A JP 2001108034A JP 2002305015 A JP2002305015 A JP 2002305015A
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JP
Japan
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hydrogen
fuel cell
hydrogen storage
pressure
storage container
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Application number
JP2001108034A
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Japanese (ja)
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Shinji Otsuka
真志 大塚
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Tokyo Gas Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Gas Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To operate a fuel cell system obtained by combining a hydrogen storage container with a hydrogen manufacturing unit at a high efficiency. SOLUTION: This is an operation method of the fuel cell system in which hydrogen obtained by the reforming of hydrocarbons in a membrane reformer and purified is made to pass through a pair of hydrogen storage containers, to be stored, and the stored hydrogen is released and supplied to the fuel cell. The membrane reformer is operated at a constant output, and the storage and release of hydrogen is operated by switching by means of the pressure in the respective hydrogen storage containers.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、炭化水素をメンブ
レンリフォーマにより改質し且つ精製した水素を水素吸
蔵合金容器によりさらに精製且つ吸蔵し、放出して燃料
電池の燃料として利用するようにしてなる燃料電池シス
テムの運転方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method of reforming a hydrocarbon by a membrane reformer and purifying the purified hydrogen by a hydrogen-absorbing alloy container, further purifying and storing the hydrogen, releasing the hydrogen, and using the hydrogen as a fuel for a fuel cell. The operation method of the fuel cell system.

【0002】[0002]

【従来の技術】水素は、各種用途に供される基礎原料で
あり、燃料電池用の燃料としても利用される。水素の工
業的製造方法の一つである炭化水素の変成法には、水蒸
気改質法や部分燃焼法がある。水蒸気改質法では改質器
が用いられ、メタン、エタン、プロパン、天然ガス、都
市ガス、LPガス等の炭化水素を水蒸気で改質して水素
リッチな改質ガスに変えられる。
2. Description of the Related Art Hydrogen is a basic raw material for various uses and is also used as a fuel for fuel cells. As a method for converting hydrocarbons, which is one of the industrial methods for producing hydrogen, there are a steam reforming method and a partial combustion method. In the steam reforming method, a reformer is used, and hydrocarbons such as methane, ethane, propane, natural gas, city gas, and LP gas are reformed with steam to be converted into a hydrogen-rich reformed gas.

【0003】改質ガスには主成分である水素のほか、C
O、CO2等の副生成分や余剰H2Oが含まれている。こ
のため改質ガスを燃料電池にそのまま使用したのでは電
池性能を阻害してしまう。燃料電池のうちリン酸型燃料
電池(PAFC)で用いる水素ガス中のCOは1%程
度、固体高分子型燃料電池(PEFC)では100pp
m(その燃料極等の構成材料の如何によっては10pp
m)程度が限度であり、これらを越えると電池性能が著
しく劣化する。このためそれらの副生成分は燃料電池へ
導入する前に除去する必要がある。
[0003] In addition to hydrogen as the main component, C
It contains by-products such as O and CO 2 and surplus H 2 O. Therefore, if the reformed gas is used as it is in the fuel cell, the cell performance will be impaired. Among the fuel cells, about 1% of CO is contained in hydrogen gas used in a phosphoric acid fuel cell (PAFC), and 100 pp in a polymer electrolyte fuel cell (PEFC).
m (10 pp depending on the constituent materials such as the fuel electrode)
m) is the limit, and when these are exceeded, the battery performance is significantly deteriorated. Therefore, it is necessary to remove those by-products before introducing them into the fuel cell.

【0004】そのような高純度の水素を得るための水素
の精製法の1つとして水素透過膜法がある。水素透過膜
法による精製は、改質ガスの生成と別個に行ってもよい
が、メンブレンリフォーマ(メンブレンリアクタ)は両
者を1つの装置で行うよう一体化した装置である。図1
はメンブレンリフォーマを模式的に示す図である。都市
ガス等の原料ガスの改質用にバーナでの発生熱が利用さ
れ、原料ガスが触媒層で改質され、水素リッチな改質ガ
スとなる。改質ガス中の水素はPd膜やPd合金膜など
の水素透過膜を選択的に透過して精製水素として取り出
される。
One of the methods for purifying hydrogen to obtain such high-purity hydrogen is a hydrogen permeable membrane method. The purification by the hydrogen permeable membrane method may be performed separately from the generation of the reformed gas, but the membrane reformer (membrane reactor) is an integrated apparatus in which both are performed by one apparatus. FIG.
FIG. 4 is a diagram schematically showing a membrane reformer. The heat generated in the burner is used for reforming the raw material gas such as city gas, and the raw material gas is reformed in the catalyst layer to become a hydrogen-rich reformed gas. Hydrogen in the reformed gas selectively permeates through a hydrogen permeable film such as a Pd film or a Pd alloy film and is extracted as purified hydrogen.

【0005】ところが、メンブレンリフォーマでは、精
製水素の収率を上げるために水素透過膜の表面積が多く
必要であり、このため装置が大型化し、コスト高とな
る。また精製水素の収率を上げるために、膜の1次側と
2次側の圧差を大きくする必要がある。このため1次側
の圧力を高くしたり、2次側にスイープガス(水蒸気)
を流す必要があることから、システムのエネルギー効率
が低下するばかりか、水蒸気の分離装置が必要となる。
図2はこの態様を示す図である。それでも精製された水
素の純度は水素透過膜の品質に依存するため、ピンホー
ルのない高品質な膜を製造しなくてはならず、この点で
もコストアップになる。
However, a membrane reformer requires a large surface area of the hydrogen permeable membrane in order to increase the yield of purified hydrogen, and therefore, the size of the apparatus is increased and the cost is increased. Also, in order to increase the yield of purified hydrogen, it is necessary to increase the pressure difference between the primary side and the secondary side of the membrane. For this reason, the pressure on the primary side is increased, and the sweep gas (water vapor) is
This not only reduces the energy efficiency of the system, but also requires a water vapor separator.
FIG. 2 is a diagram showing this mode. Nevertheless, since the purity of purified hydrogen depends on the quality of the hydrogen-permeable membrane, a high-quality membrane without pinholes must be manufactured, which also increases costs.

【0006】一方、水素透過膜として高分子膜を用いる
場合、耐熱性等の点からメンブレンリフォーマ形式とす
ることはできない。高分子膜法では、1段の精製で90
%程度の水素濃度にしかならず、多段式に行う必要があ
る。また作動圧力として数kG〜150kG/cm2
云うような圧力を要するだけでなく、分離後の水素圧力
が低下する。図3はこの態様を示した図である。
On the other hand, when a polymer membrane is used as the hydrogen permeable membrane, the membrane reformer type cannot be used in terms of heat resistance and the like. In the polymer membrane method, 90 purification steps are required.
%, And it is necessary to carry out in a multistage manner. In addition, not only a pressure such as several kG to 150 kG / cm 2 is required as an operating pressure, but also the hydrogen pressure after separation decreases. FIG. 3 is a diagram showing this mode.

【0007】改質器からの改質ガスは第1の(前段の)
高分子膜に通され、得られた精製ガスは第2の(後段
の)高分子膜に通される。こうして必要数の高分子膜に
通される。このためシステムが複雑となるばかりか、精
製水素の収率は低い。しかも、これら水素透過膜を用い
る方法は、ただ水素の精製のみを行い得るもので、需要
に応じて所定必要量を供給する水素貯蔵機能は有してい
ない。
The reformed gas from the reformer is supplied to the first (previous stage)
The purified gas obtained is passed through a polymer membrane and the resulting purified gas is passed through a second (later) polymer membrane. Thus, it is passed through the required number of polymer membranes. This not only complicates the system, but also reduces the yield of purified hydrogen. Moreover, these methods using a hydrogen permeable membrane can only purify hydrogen and do not have a hydrogen storage function of supplying a predetermined required amount according to demand.

【0008】そこで、本発明者は、炭化水素をメンブレ
ンリフォーマで改質し且つ精製した粗精製水素(なお、
その水素の純度は99.99%以上であるが、水素吸蔵
合金でさらに精製されることから、水素吸蔵合金での精
製前という意味で粗精製水素である)を少なくとも2基
以上の水素吸蔵合金充填容器に交互に通して水素を分離
精製且つ吸蔵させ、該吸蔵水素を放出させて燃料電池の
燃料極に供給するようにしてなる燃料電池システムを先
に開発している(特願平11−144043号)。
Accordingly, the present inventor has proposed a crude purified hydrogen obtained by reforming and purifying hydrocarbon with a membrane reformer (in addition,
Although the purity of the hydrogen is 99.99% or more, since it is further purified by a hydrogen storage alloy, it is roughly purified hydrogen in the sense that it is not purified by the hydrogen storage alloy). A fuel cell system has been previously developed in which hydrogen is separated and purified and stored by passing it alternately through a filling container, and the stored hydrogen is released and supplied to the fuel electrode of the fuel cell (Japanese Patent Application No. 11-110). No. 144043).

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記先の開
発に係る燃料電池システムを前提とし、その運転を自動
化するなど各種工夫を加えることにより、水素収率や発
電効率の面で高効率化できるなど、実用性の高い新規且
つ有用な運転方法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is based on the fuel cell system according to the above-mentioned development, and by adding various measures such as automating the operation of the fuel cell system, it is possible to obtain a high efficiency in terms of hydrogen yield and power generation efficiency. It is an object of the present invention to provide a new and useful driving method with high practicality such as being able to be used.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、炭化水素をメ
ンブレンリフォーマにより改質し且つ精製した水素を一
対の水素吸蔵容器に交互に通して吸蔵し、吸蔵水素を放
出させて燃料電池に供給するようにしてなる燃料電池シ
ステムの運転方法であって、メンブレンリフォーマを一
定出力で運転し、且つ、水素の吸蔵、放出を各水素吸蔵
容器内の圧力をもって切り換えて運転することを特徴と
する燃料電池システムの運転方法を提供する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a fuel cell in which hydrocarbons are reformed by a membrane reformer and purified hydrogen is alternately stored and passed through a pair of hydrogen storage containers to release the stored hydrogen. An operation method of a fuel cell system configured to supply, characterized in that a membrane reformer is operated at a constant output, and hydrogen storage and release are switched by switching the pressure in each hydrogen storage container. The present invention provides a method for operating a fuel cell system.

【0011】また、本発明は、炭化水素をメンブレンリ
フォーマにより改質し且つ精製した水素を一対の水素吸
蔵容器に交互に通して吸蔵し、吸蔵水素を放出させて燃
料電池に供給するようにしてなる燃料電池システムの運
転方法であって、メンブレンリフォーマを一定出力で運
転し、且つ、水素の吸蔵、放出を各水素吸蔵容器内の圧
力をもって切り換えて運転し、その際、吸蔵起動準備時
の水素吸蔵容器内圧力をチェックする設定圧力P1、吸
蔵中の水素吸蔵容器内圧力をチェックする設定圧力
2、放出への移行時の水素貯蔵容器内圧力をチェック
する設定圧力P3、放出から放出停止への移行時の水素
貯蔵容器内圧力をチェックする設定圧力P4を設定し、
これらP1〜P4を基にして各水素吸蔵容器への水素の吸
蔵、各水素吸蔵容器からの水素の放出を行うことを特徴
とする燃料電池システムの運転方法を提供する。
Further, the present invention provides a fuel cell in which hydrocarbons are reformed by a membrane reformer, and purified hydrogen is alternately stored and passed through a pair of hydrogen storage containers, and the stored hydrogen is released and supplied to a fuel cell. Operating the membrane reformer at a constant output, and switching the storage and release of hydrogen with the pressure in each hydrogen storage container, at the time of preparing for storage startup. Set pressure P 1 for checking the pressure inside the hydrogen storage container, set pressure P 2 for checking the pressure inside the hydrogen storage container during storage, set pressure P 3 for checking the pressure inside the hydrogen storage container during transition to release, and release Set pressure P 4 to check the pressure in the hydrogen storage container at the time of transition from
Storage of hydrogen in these P 1 to P 4 and based on the respective hydrogen storage container, a method of operating a fuel cell system which is characterized in that the release of hydrogen from the hydrogen storage container.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】本発明は、炭化水素をメンブレン
リフォーマにより改質し且つ精製した水素を一対の水素
吸蔵容器に交互に通して吸蔵し、吸蔵水素を放出させて
燃料電池に供給するようにしてなる燃料電池システムの
運転方法である。本発明においては、炭化水素をメンブ
レンリフォーマで改質して水素リッチな改質ガスとし且
つ精製する。ここで得られる水素を一対(2基)の水素
吸蔵合金充填容器に交互に通してさらに精製し且つ吸蔵
させる。そして、該吸蔵水素を放出させて燃料電池の燃
料極に供給する。炭化水素としては改質できる炭化水素
であればいずれも用いられるが、好ましくは天然ガスや
都市ガス、あるいは石油ガス等が用いられる。なお、本
明細書中、水素吸蔵合金充填容器、すなわち水素吸蔵合
金を充填した容器を適宜水素吸蔵容器と略称する。燃料
電池としてはPEFC、PAFCのいずれも使用される
が、好ましくはPEFCが用いられる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, hydrocarbons are reformed by a membrane reformer and purified hydrogen is alternately stored and passed through a pair of hydrogen storage containers, and the stored hydrogen is released and supplied to a fuel cell. An operation method of the fuel cell system configured as described above. In the present invention, hydrocarbons are reformed with a membrane reformer to form a hydrogen-rich reformed gas and purified. The hydrogen obtained here is passed through a pair (two) of hydrogen storage alloy filled containers alternately to further purify and occlude. Then, the stored hydrogen is released and supplied to the fuel electrode of the fuel cell. Any hydrocarbon can be used as long as it can be reformed, but preferably natural gas, city gas, or petroleum gas is used. In this specification, a hydrogen storage alloy-filled container, that is, a container filled with a hydrogen storage alloy is abbreviated as a hydrogen storage container. As the fuel cell, both PEFC and PAFC are used, and preferably, PEFC is used.

【0013】前記のとおり、メンブレンリフォーマで高
純度水素の収率を上げるには、装置が大型化し、1次側
の圧力を高くしたり、2次側にスイープガスを流す必要
があるなどの諸問題があった。本発明においては、水素
吸蔵合金を利用することでそれら諸問題を解決し、メン
ブレンリフォーマで得られる水素を水素吸蔵合金により
さらに純度99.999%以上という高純度の水素にし
て貯蔵し、その水素を放出して燃料電池の燃料として使
用する。
As described above, in order to increase the yield of high-purity hydrogen with a membrane reformer, the size of the apparatus is increased, and it is necessary to increase the pressure on the primary side and to flow a sweep gas to the secondary side. There were problems. In the present invention, these problems are solved by using a hydrogen storage alloy, and the hydrogen obtained by the membrane reformer is stored as high-purity hydrogen having a purity of 99.999% or more by the hydrogen storage alloy. Releases hydrogen and uses it as fuel for fuel cells.

【0014】本発明においては、この燃料電池システム
の運転に際して、メンブレンリフォーマ(本明細書中適
宜「水素製造装置」という)を連続的に且つ一定出力で
運転することが重要である。このように水素製造装置を
連続的に且つ一定出力で運転することは、本発明におい
て水素吸蔵合金を利用することで初めて可能としたもの
で、これにより水素製造装置を小型化するとともに、高
効率で運転することができる。
In the present invention, in operating the fuel cell system, it is important to operate the membrane reformer (referred to as "hydrogen production apparatus" in this specification as appropriate) continuously and at a constant output. Such continuous operation of the hydrogen production apparatus at a constant output was made possible for the first time by using the hydrogen storage alloy in the present invention, thereby reducing the size of the hydrogen production apparatus and increasing the efficiency of the hydrogen production apparatus. You can drive with

【0015】本発明における水素吸蔵合金(Hydrogen S
torage Alloy)としては、これらの特性を有するもので
あれば特に限定はなく何れも使用される。その例として
は、例えばTiFe0.9Mn0.1、Mg2Ni、CaNi
S、LaNi5、LaNi4.7Al0.3、MmNi4.5Al
0.5(Mm=ミッシュメタル)、MmNi4.15Fe0.85(M
m=ミッシュメタル)等を挙げることができる。
In the present invention, the hydrogen storage alloy (Hydrogen S)
The torage alloy is not particularly limited as long as it has these characteristics, and any of them can be used. Examples include TiFe 0.9 Mn 0.1 , Mg 2 Ni, CaNi
S, LaNi 5 , LaNi 4.7 Al 0.3 , MmNi 4.5 Al
0.5 (Mm = misch metal), MmNi 4.15 Fe 0.85 (M
m = mish metal).

【0016】図4は、本発明で適用する燃料電池システ
ムの態様例を示す図である。原料ガス(炭化水素ガス)
を水素製造装置により改質し且つ精製する。そして、精
製水素を水素吸蔵容器に通してさらに精製し且つ吸蔵さ
せる。水素製造装置には2基の水素吸蔵容器MA、MB
が連結されている。水素吸蔵容器MA、MBを水素吸蔵
容器MAのグループ、水素吸蔵容器MBのグループとし
て、それぞれ、2個以上の水素吸蔵容器を各グループと
して連結してもよい。水素製造装置では原料ガスから改
質ガスを生成させ、得られた改質ガスをその中の水素透
過膜により精製して精製水素とし、水素吸蔵容器に通さ
れる。
FIG. 4 is a diagram showing an example of an embodiment of a fuel cell system applied to the present invention. Raw material gas (hydrocarbon gas)
Is reformed and purified by a hydrogen production apparatus. Then, the purified hydrogen is passed through a hydrogen storage container to be further purified and stored. The hydrogen production equipment has two hydrogen storage containers MA and MB.
Are connected. The hydrogen storage containers MA and MB may be connected as a group of the hydrogen storage containers MA and a group of the hydrogen storage containers MB, and two or more hydrogen storage containers may be connected as each group. In the hydrogen production apparatus, a reformed gas is generated from a raw material gas, and the obtained reformed gas is purified by a hydrogen permeable membrane therein to obtain purified hydrogen, which is passed through a hydrogen storage container.

【0017】図4には水素吸蔵容器はバッチ式で操作さ
れる場合について示しているが、通気式の場合について
も同様である。水素製造装置からの水素は水素吸蔵容器
MAでさらに精製されて吸蔵される。水素吸蔵容器MB
からは前段階で吸蔵された高純度水素が放出され、PE
FCに供される。切換弁S、Tを切り換えることによ
り、水素製造装置からの水素は水素吸蔵容器MBでさら
に精製されて吸蔵され、水素吸蔵容器MAからは前段階
で吸蔵された高純度水素が放出され、PEFCに供給さ
れる。
FIG. 4 shows a case where the hydrogen storage container is operated in a batch type, but the same applies to a case where the hydrogen storage container is a vented type. Hydrogen from the hydrogen production device is further purified and stored in the hydrogen storage container MA. Hydrogen storage container MB
Releases high-purity hydrogen absorbed in the previous stage,
Provided to FC. By switching the switching valves S and T, the hydrogen from the hydrogen production device is further purified and stored in the hydrogen storage container MB, and the high-purity hydrogen stored in the previous stage is released from the hydrogen storage container MA, and the hydrogen is stored in the PEFC. Supplied.

【0018】本発明においては、上記のように、水素製
造装置と、これに連なる併列に設置された2基の水素吸
蔵容器MA、MBと、これにPEFCを接続した燃料電
池システムを効率的に運転する。図5〜7はその運転の
態様例を示す図である。図5〜7中の各符号は相互に対
応させて記載している。
In the present invention, as described above, a hydrogen production apparatus, two hydrogen storage vessels MA and MB installed in parallel with the hydrogen production apparatus, and a fuel cell system in which a PEFC is connected thereto are efficiently used. drive. 5 to 7 are diagrams showing examples of the mode of operation. Each symbol in FIGS. 5 to 7 is described in correspondence with each other.

【0019】図5は、水素製造装置、PEFC、水素吸
蔵容器等の各装置と水素ガス系配管、熱媒系配管、制御
電気系配線等の配管、配線の配置関係およびその関連を
示す図である。水素製造装置で製造、精製された水素は
導管(水素供給ライン)により水素吸蔵容器MAまたは
MBに導入される。導管の途中にパージ用バルブVAが
設けられ、水素製造開始直後の水素純度の低いガスは、
水素吸蔵容器に導入されず、パージされる。水素吸蔵容
器MAまたはMBへの水素流の切り換えは、電磁弁HV
1−1およびHV1−2の開閉操作により行われる。水
素吸蔵容器MAまたはMBからPEFCへの水素の供給
は、電磁弁HV2−1およびHV2−2の開閉操作によ
り行われる。なお、これらの切り換えは三方弁で行って
もよい。
FIG. 5 is a diagram showing the arrangement of the hydrogen production system, the PEFC, the hydrogen storage container, etc., the hydrogen gas system piping, the heat medium system piping, the control electric system wiring, etc., and the wiring arrangement and their relationships. is there. Hydrogen produced and purified by the hydrogen production device is introduced into the hydrogen storage vessel MA or MB via a conduit (hydrogen supply line). A purge valve VA is provided in the middle of the conduit, and the gas with low hydrogen purity immediately after the start of hydrogen production is
It is purged without being introduced into the hydrogen storage container. Switching of the hydrogen flow to the hydrogen storage container MA or MB is performed by the solenoid valve HV.
This is performed by opening and closing operations of 1-1 and HV1-2. The supply of hydrogen from the hydrogen storage container MA or MB to the PEFC is performed by opening and closing the solenoid valves HV2-1 and HV2-2. In addition, these switching may be performed by a three-way valve.

【0020】水素製造装置がメンブレンリフォーマの場
合、水素の収率を上げるために、水素吸蔵容器におい
て、低圧で水素を吸蔵することが望まれる。このために
は、ある一定の圧力範囲で水素を吸蔵するのが好まし
い。そこで本発明においては、吸蔵の開始および終了を
容器内の圧力をもって判断する。一方、貯蔵した水素を
放出し、PEFCに供給する場合も、ある一定の圧力範
囲で供給する必要がある。そこで本発明においては、放
出の開始および終了も容器内の圧力をもって判断する。
このように、本発明は、それらの圧力を基にする運転で
あるので安全性の面でも非常に有効である。
When the hydrogen production device is a membrane reformer, it is desirable to store hydrogen at a low pressure in a hydrogen storage container in order to increase the yield of hydrogen. For this purpose, it is preferable to store hydrogen in a certain pressure range. Therefore, in the present invention, the start and end of occlusion are determined based on the pressure in the container. On the other hand, when releasing the stored hydrogen and supplying it to the PEFC, it is necessary to supply the hydrogen in a certain pressure range. Therefore, in the present invention, the start and end of the discharge are also determined based on the pressure in the container.
As described above, the present invention is very effective in terms of safety because the operation is based on those pressures.

【0021】ところで、水蒸気改質器やメンブレンリフ
ォーマ等の水素製造装置は、運転温度が500〜700
℃程度と高いので、起動、停止には時間がかかるばかり
か、起動、停止にはエネルギーのロスが生じる。したが
って、水素製造装置は連続運転されることが望ましい。
そこで本発明においては、水素製造装置を連続して運転
する。すなわち、水素製造装置を連続して運転して水素
を製造し、その生成水素を水素貯蔵容器に途切れなく、
且つ、最適な圧力範囲で貯蔵し、そして放出する。
Incidentally, a hydrogen producing apparatus such as a steam reformer or a membrane reformer has an operating temperature of 500 to 700.
Since the temperature is as high as about ° C., it takes time to start and stop, and energy loss occurs when starting and stopping. Therefore, it is desirable that the hydrogen production apparatus be operated continuously.
Therefore, in the present invention, the hydrogen production apparatus is operated continuously. That is, the hydrogen production apparatus is continuously operated to produce hydrogen, and the produced hydrogen is continuously supplied to the hydrogen storage container.
And store and release in an optimal pressure range.

【0022】本発明においては、水素の水素吸蔵容器M
AまたはMBへの吸蔵とPEFCへの水素の供給を水素
吸蔵容器MA内およびMB内の圧力をもって切り換えて
運転することが重要である。このため水素吸蔵容器MA
内の圧力を圧力計1で、水素吸蔵容器MB内の圧力を圧
力計2で測定する。これら容器内の圧力の計測は、それ
ら容器の出口配管で行ってもよく、図5はこの場合を示
している。T1〜T12は各箇所に配置された温度セン
サーである。水素の吸蔵と放出を圧力をもって運転する
ことから、本システムにおける各箇所の温度は、その圧
力に対応して制御される。
In the present invention, the hydrogen storage container M for hydrogen is used.
It is important to operate by switching the storage of A or MB and the supply of hydrogen to the PEFC with the pressure in the hydrogen storage container MA and MB. Therefore, the hydrogen storage container MA
The pressure inside is measured by a pressure gauge 1 and the pressure inside the hydrogen storage container MB is measured by a pressure gauge 2. The measurement of the pressure in these containers may be performed at the outlet piping of those containers, and FIG. 5 shows this case. T1 to T12 are temperature sensors arranged at respective locations. Since the operation of storing and releasing hydrogen is performed with pressure, the temperature of each part in the present system is controlled in accordance with the pressure.

【0023】水素吸蔵容器MAまたはMBから水素を放
出させるには加熱が必要であり、水素吸蔵容器MAまた
はMBに水素を吸蔵させるには冷却が必要である。この
加熱および冷却を熱媒系配管により行う。このため、三
方自動弁V0−1、熱水槽(=温水槽:ヒーターで加熱
される)、循環ポンプM1、自動流量調節弁CV1、流
量計FS1、三方自動弁V1−1を含む加熱系配管と、
三方自動弁V0−2、冷却器、冷却水槽、循環ポンプM
2、自動流量調節弁CV2、流量計FS2、三方自動弁
V1−2を含む冷却系配管との二系統のラインが配置さ
れている。なお、図中、各三方自動弁の下部の符号A、
Bは分岐管で、分岐管Aは温水または冷却水を水素吸蔵
容器MA側へ通す管、分岐管Bは温水または冷却水を水
素吸蔵容器MB側へ通す管である。
Heating is required to release hydrogen from the hydrogen storage vessel MA or MB, and cooling is required to store hydrogen in the hydrogen storage vessel MA or MB. This heating and cooling are performed by a heating medium piping. For this reason, a heating system pipe including a three-way automatic valve V0-1, a hot water tank (= hot water tank: heated by a heater), a circulation pump M1, an automatic flow control valve CV1, a flow meter FS1, and a three-way automatic valve V1-1, ,
Three-way automatic valve V0-2, cooler, cooling water tank, circulation pump M
2. Two lines of cooling system piping including an automatic flow control valve CV2, a flow meter FS2, and a three-way automatic valve V1-2 are arranged. In addition, in the figure, the code | symbol A of the lower part of each three-way automatic valve,
B is a branch pipe, a branch pipe A is a pipe for passing hot water or cooling water to the hydrogen storage container MA side, and a branch pipe B is a pipe for passing hot water or cooling water to the hydrogen storage container MB side.

【0024】それら温水を熱媒として用いる加熱系配管
の各弁操作と冷却水を冷媒として用いる冷却系配管との
各弁操作により、水素吸蔵容器MAまたはMBへ供給す
る熱媒体が切り換えられる。例えば、水素吸蔵容器MB
からの水素の放出時には、三方自動弁V0−1と三方自
動弁V1−1は水素吸蔵容器MB側へ(すなわち、それ
ら各弁からの分岐管B側へ)切り換えられ、水素吸蔵容
器MAへの水素の吸蔵時には、三方自動弁V0−2と三
方自動弁V1−2は水素吸蔵容器MA側へ(すなわち、
それら各弁からの分岐管A側へ)切り換えられる。
The heating medium supplied to the hydrogen storage vessel MA or MB is switched by operating each valve of the heating system pipe using the hot water as a heat medium and operating each valve of the cooling system pipe using the cooling water as a refrigerant. For example, the hydrogen storage container MB
When hydrogen is released from the valve, the three-way automatic valve V0-1 and the three-way automatic valve V1-1 are switched to the hydrogen storage container MB side (that is, to the branch pipe B side from each of these valves), and At the time of storing hydrogen, the three-way automatic valves V0-2 and V1-2 move toward the hydrogen storage container MA (ie,
(To the branch pipe A side from each of these valves).

【0025】制御電気系配線は、以上の運転を自動的に
制御して行うためのものである。この制御はシーケンサ
ー(中央制御装置)により行う。図5中、符号“※1”
はシーケンサーへの入力信号、符号“※2”はシーケン
サーからの出力信号(制御信号)である。シーケンサー
では、各入力信号※1を受け、これを基にして被制御箇
所へ各出力信号※2を発して制御する。これらによる制
御は常法に従って行われる。
The control electric system wiring is for automatically controlling and performing the above operation. This control is performed by a sequencer (central control unit). In FIG. 5, the symbol “* 1”
Is an input signal to the sequencer, and reference numeral “* 2” is an output signal (control signal) from the sequencer. The sequencer receives each input signal * 1 and, based on this, issues each output signal * 2 to a controlled location to control. These controls are performed according to a conventional method.

【0026】図6(a)は、本燃料電池システムにおけ
る、全体制御(S)の各段階S0〜S3における水素製
造装置(H、すなわちH系)、水素貯蔵システム(M、
すなわちM系)(=水素吸蔵容器MA+水素吸蔵容器M
B)およびPEFC(F、すなわちF系)の状態を示し
ている。図6(b)は水素製造装置(H)の各段階H0
〜H4におけるバルブVAの開閉状態を示している。図
5に示すとおり、バルブVAは水素吸蔵容器MAおよび
MBへの水素供給ラインに配置されている。図6(c)
は水素貯蔵システム(M)のうち水素吸蔵容器MAの各
段階MA0〜MA7におけるバルブHV1−1およびH
V2−1の開閉状態、並びに、水素吸蔵容器MAへの冷
却水および温水の流通の有無を示している。水素吸蔵容
器MAでの水素の精製、吸蔵時には冷却水が通され、水
素放出時には温水が通される。それら各熱媒が通される
時はON、通されない時はOFFである。図6(d)は
水素貯蔵システム(M)のうち水素吸蔵容器MBの各段
階MB0〜MB6におけるバルブHV1−2およびHV
2−2の開閉状態、並びに、水素吸蔵容器MBへの冷却
水および温水の流通の有無を示している。水素吸蔵容器
MBでの水素の精製、吸蔵時には冷却水が通され、水素
放出時には温水が通される。それら各熱媒が通される時
はON、通されない時はOFFである。図6(e)はP
EFC(F)の各段階F0〜F5における運転の有無、
すなわちPEFCでの発電停止状態または発電状態を示
している。
FIG. 6 (a) shows the hydrogen production system (H, ie, H system) and the hydrogen storage system (M, M) at each stage S0 to S3 of the overall control (S) in the present fuel cell system.
That is, M system) (= hydrogen storage container MA + hydrogen storage container M
B) and the state of PEFC (F, that is, F-based). FIG. 6B shows each stage H0 of the hydrogen production apparatus (H).
3 shows the open / closed state of the valve VA in H4. As shown in FIG. 5, the valve VA is disposed in a hydrogen supply line to the hydrogen storage containers MA and MB. FIG. 6 (c)
Are valves HV1-1 and HV1-1 in each stage MA0 to MA7 of the hydrogen storage container MA in the hydrogen storage system (M).
It shows the open / closed state of V2-1 and the presence / absence of circulation of cooling water and hot water to the hydrogen storage container MA. Cooling water is passed during purification and storage of hydrogen in the hydrogen storage container MA, and hot water is passed during release of hydrogen. It is ON when the respective heat mediums are passed, and OFF when not passed. FIG. 6D shows valves HV1-2 and HV in each stage MB0 to MB6 of the hydrogen storage container MB in the hydrogen storage system (M).
2-2 shows the open / closed state and the presence / absence of circulation of cooling water and hot water to the hydrogen storage container MB. Cooling water is passed during purification and storage of hydrogen in the hydrogen storage vessel MB, and hot water is passed during release of hydrogen. It is ON when the respective heat mediums are passed, and OFF when not passed. FIG.
The presence or absence of operation in each stage F0 to F5 of EFC (F),
That is, it indicates a power generation stop state or a power generation state in the PEFC.

【0027】図7は、本燃料電池システムにおける、図
6の各段階(各状態)に対応した、全体制御(S)、水
素製造装置(H)、水素吸蔵容器MAおよび水素吸蔵容
器MBからなる水素貯蔵システム(M)、並びに、PE
FC(F)の各段階における、停止から起動、起動から
運転、運転から停止に至る運転制御の過程を示す図であ
る。図7中、“Y”はそこでのチェック基準を満たした
ことを示し、“N”はそこでのチェック基準を満たして
いないことを示している。
FIG. 7 shows the overall control (S), the hydrogen production apparatus (H), the hydrogen storage container MA, and the hydrogen storage container MB corresponding to each step (each state) in FIG. 6 in the present fuel cell system. Hydrogen storage system (M) and PE
It is a figure in each stage of FC (F) which shows the process of the operation control from stop to start, start to operation, and operation to stop. In FIG. 7, "Y" indicates that the check criterion is satisfied, and "N" indicates that the check criterion is not satisfied.

【0028】以下、図5〜7を基にして、本燃料電池シ
ステムの停止から起動、起動から運転、運転から停止に
至る制御態様を順次説明する。燃料発電システム全体と
しては、図6(a)および図7(a)に示すとおり、S
0:初期状態(停止)からS1:起動中へ、S1からS
2:運転中へ、S2からS3:停止へと移行させる。
Hereinafter, control modes of the fuel cell system from stop to start, start to operation, and from operation to stop will be sequentially described with reference to FIGS. As shown in FIG. 6A and FIG. 7A, S
0: From initial state (stop) S1: Starting, S1 to S
2: Shift from S2 to S3: stop during operation.

【0029】本発明においては、水素吸蔵容器MA内お
よび水素吸蔵容器MB内の検出圧力を予め設定した制御
圧力と対比し、これを基に水素の吸蔵および放出を制御
することが重要である。本態様例では、そのための制御
用設定圧力をP1〜P4の圧力に設定する。P1は、水素
吸蔵起動準備時の水素吸蔵容器内圧力をチェックする設
定圧力である。冷却水による冷却により水素吸蔵容器M
A内の圧力PAがP1より小さくなると(すなわちPA
<P1となると)起動準備完了(OK)となる。P2は、
水素吸蔵中の水素吸蔵容器内圧力をチェックする設定圧
力である。例えば水素吸蔵容器MA内の圧力PAが設定
圧力値P2より小さい間(すなわちPA<P2である間)
は、吸蔵状態が続けられ、その圧力PAが設定圧力P2
を超えると吸蔵終了の状態となる。この状態は放出準備
の状態でもある。P3は、水素放出への移行時の水素吸
蔵容器内圧力をチェックする設定圧力である。温水によ
る加熱により水素吸蔵容器MA内の圧力PAが設定圧力
値P3より大きくなると(すなわちPA>P3となると)
放出の状態となる。P4は、水素放出から放出停止への
移行時の水素吸蔵容器内圧力をチェックする設定圧力で
ある。水素吸蔵容器MA内の圧力PAが設定圧力P4
り大きい間(すなわちPA>P4である間)放出が続け
られ、その圧力PAが設定圧力P4を下回った時点で
(すなわちPA<P4となったら)放出終了へ移行す
る。その後、全体制御S系がS3:停止にならない限
り、もう一方の水素吸蔵容器MBの吸蔵が終了するまで
待機する。これらは水素貯蔵容器MBについても同様で
ある。これら設定圧力として、例えばP1=1atm、
2=1atm、P3=1.2atm、P4=1.2at
mとすることができる。
In the present invention, it is important to compare the detected pressure in the hydrogen storage container MA and the detected pressure in the hydrogen storage container MB with a preset control pressure, and to control the storage and release of hydrogen based on the control pressure. In this embodiment example, to set the control set pressure for the pressure of P 1 to P 4. P 1 is the set pressure to check the hydrogen storage container pressure when the hydrogen storage start preparation. Hydrogen storage container M by cooling with cooling water
When the pressure PA in A becomes smaller than P 1 (that is, PA
<P 1 when it comes to) the start-up Ready (OK). P 2 is
This is a set pressure for checking the pressure inside the hydrogen storage container during hydrogen storage. For example the hydrogen storage vessel pressure within MA PA set pressure value P 2 between less than (i.e. between a PA <P 2)
, The occlusion state is continued, and the pressure PA is equal to the set pressure P 2
If it exceeds, the occlusion is completed. This state is also a state of preparation for release. P 3 is a set pressure for checking the pressure in the hydrogen storage container at the time of transition to hydrogen release. When the pressure PA in the hydrogen storage vessel MA is greater than the set pressure value P 3 by heating with hot water (i.e. PA> P 3 become the)
It is in the state of release. P 4 is a set pressure for checking the pressure in the hydrogen storage container at the time of transition from hydrogen release to release stop. Setting the pressure PA in the hydrogen storage vessel MA pressure P 4 between larger (i.e. PA> while P is 4) release is continued, at the time the pressure PA falls below the set pressure P 4 (i.e. PA <P 4 Then, the process moves to the end of release. Thereafter, as long as the overall control S system does not stop at S3, the process waits until the storage of the other hydrogen storage container MB is completed. The same applies to the hydrogen storage container MB. As these set pressures, for example, P 1 = 1 atm,
P 2 = 1 atm, P 3 = 1.2 atm, P 4 = 1.2 at
m.

【0030】燃料電池システムの起動前、すなわちS
0:初期状態の段階では、水素製造装置(H)、水素吸
蔵容器MA、MBからなる水素貯蔵システム(M)およ
びPEFC(F)は共に停止状態である。この状態から
起動を開始し、順次、S1→S2→S3へと移行させ、
これに伴い、水素製造装置(H)、水素吸蔵容器MA、
水素吸蔵容器MB、PEFC(F)を各段階へ移行させ
る。以下、順次、これらの制御、運転について説明す
る。
Before starting the fuel cell system, that is, S
0: In the initial state, the hydrogen production system (H), the hydrogen storage system (M) including the hydrogen storage containers MA and MB, and the PEFC (F) are both in a stopped state. Starting the boot from this state, sequentially shifting from S1 to S2 to S3,
Along with this, hydrogen production equipment (H), hydrogen storage container MA,
The hydrogen storage container MB and PEFC (F) are transferred to each stage. Hereinafter, these controls and operations will be sequentially described.

【0031】〈水素製造装置(H)〉全体制御S(=S
系)は、シーケンサーからの起動指令を受けてS0:初
期状態からS1:起動状態に移行する。これに伴い、水
素製造装置H(=H系)は、H0:停止状態からH1:
起動中へ移行する。この時、バルブVAは開であり、こ
の段階で水素製造装置から排出されるガスはバルブVA
を経てパージされる。起動準備が完了した後、H2:運
転中へ移行する。起動準備完了のチェックは、例えば水
素製造装置の温度が規定値以上となった時や所定量の水
素が発生したのを確認した時点をもって起動準備完了と
する。温度や水素発生は常法に従いセンサー等により行
うことができる。S系がS0からS1に移行した時、同
時に水素吸蔵容器MAは、吸蔵準備を始める。MAがM
A2:吸蔵準備OK(完了)になったら、H2からH
3:水素吸蔵中へ移行し、バルブVAが閉へ切り換えら
れる。この時、HV−1が開となり、水素吸蔵容器MA
に水素が供給される。そして、水素貯蔵システムM系の
制御に従い、水素吸蔵容器MA、MBと順次切り換えら
れながら、水素が供給される。そして、この時の全体制
御S系はS2:運転中に移行する。そして、停止指令が
行われると、全体制御S系はS2からS3:停止に移行
する。これに伴い、H系はH3からH4:停止に移行
し、水素製造装置は停止する。
<Hydrogen production apparatus (H)> Overall control S (= S
The system) receives a start command from the sequencer and shifts from S0: initial state to S1: start state. Accordingly, the hydrogen production apparatus H (= H system) changes from H0: stopped state to H1:
Move to running. At this time, the valve VA is open, and the gas discharged from the hydrogen production device at this stage is the valve VA.
Is purged. After the start preparation is completed, the operation shifts to H2: In operation. The start preparation completion check is performed when the temperature of the hydrogen production apparatus becomes equal to or higher than a specified value or when it is confirmed that a predetermined amount of hydrogen has been generated. Temperature and hydrogen generation can be performed by a sensor or the like according to a conventional method. When the S system shifts from S0 to S1, the hydrogen storage container MA simultaneously starts preparation for storage. MA is M
A2: When storage preparation is OK (completed), H2 to H
3: The process shifts to storing hydrogen, and the valve VA is switched to the closed state. At this time, the HV-1 is opened, and the hydrogen storage container MA is opened.
Is supplied with hydrogen. Then, according to the control of the hydrogen storage system M, hydrogen is supplied while being sequentially switched to the hydrogen storage containers MA and MB. Then, the overall control S system at this time shifts to S2: during operation. When the stop command is issued, the overall control S system shifts from S2 to S3: stop. Accordingly, the H system shifts from H3 to H4: stop, and the hydrogen production apparatus stops.

【0032】〈水素貯蔵システム(M)〉全体制御S
(=S系)が、S0:初期状態からS1:起動状態に移
行すると、水素吸蔵容器MA(=MA系)は、MA0:
停止状態からMA1:(吸蔵)起動準備状態へ移行し、
MAに冷却水が循環供給される。この移行時に図5にお
ける圧力計1により検知した圧力PAが制御用設定圧力
値P1=1atm以下(すなわちPA<P1)になると、
MA2:起動準備OK(完了)となる。さらに、水素製
造装置(H)がH2:運転状態になると、MA3:吸蔵
中すなわち吸蔵状態となる。この時バルブHV1−1が
閉から開となり、水素が吸蔵され始める。
<Hydrogen storage system (M)> Overall control S
When (= S system) shifts from S0: initial state to S1: activation state, the hydrogen storage container MA (= MA system) sets MA0:
Transition from the stop state to MA1: (occlusion) start preparation state,
Cooling water is circulated and supplied to the MA. At this transition, when the pressure PA detected by the pressure gauge 1 in FIG. 5 becomes equal to or less than the set pressure value for control P 1 = 1 atm (that is, PA <P 1 ),
MA2: Start preparation OK (complete). Further, when the hydrogen production apparatus (H) is in the H2: operating state, the MA3 is in the occluded state, that is, in the occluded state. At this time, the valve HV1-1 changes from the closed state to the open state, and hydrogen starts to be stored.

【0033】水素が吸蔵されると、水素吸蔵容器MA内
の圧力が徐々に上昇して行く。水素製造装置からの水素
の収率を維持するためには、水素吸蔵容器MA内の圧力
はある圧力以下にする必要がある。このため、PAがP
2=1atmを超えると(すなわちPA>P2となる
と)、吸蔵を終了し、MA4:吸蔵終了の状態に移行す
る。このMA4の状態は放出準備でもある。この時、も
う一方の水素吸蔵容器MBは、同時に吸蔵状態(図7で
のMB4:吸蔵中)に移行するので、水素製造装置から
の水素は連続的に吸蔵される。水素吸蔵容器MAがMA
4:吸蔵終了の状態に移行すると、温水がMAに循環供
給され、容器内の圧力は上昇する。PAがP3=1.2
atmを超えると、MA5:放出へ移行する。この時H
V2−1が開になり、水素がPEFCへ供給される。
When hydrogen is stored, the pressure in the hydrogen storage container MA gradually increases. In order to maintain the yield of hydrogen from the hydrogen production device, the pressure in the hydrogen storage container MA needs to be lower than a certain pressure. Therefore, if PA is P
Beyond 2 = 1 atm (i.e. PA> P 2 when it comes to), and ends the storage, MA4: shifts to the state of the storage completion. This state of MA4 is also ready for release. At this time, the other hydrogen storage container MB simultaneously shifts to the storage state (MB4 in FIG. 7: during storage), so that hydrogen from the hydrogen production device is continuously stored. The hydrogen storage container MA is MA
4: When the state shifts to the storage end state, warm water is circulated and supplied to the MA, and the pressure in the container rises. PA is P 3 = 1.2
Above atm, transition to MA5: release. At this time H
V2-1 opens and hydrogen is supplied to the PEFC.

【0034】水素を放出すると、水素吸蔵容器MA内の
圧力が徐々に低下する。MA内の圧力がPEFCの運転
が不可能になる圧力になった時点、すなわちPAがP4
を下回った(PA<P4)時点で放出を終了し、MA
6:放出終了の状態に移行する。その後、全体制御系S
がS3:停止にならない限り、もう一方の水素吸蔵容器
MBの貯蔵が終了するまで待機する。この時、すぐに貯
蔵できる状態にしておくために冷却水を循環しておき、
MBがMB5:吸蔵完了の状態になったらすぐにMA
3:吸蔵中の状態に切り換える。こうして、MA6:放
出終了の状態からMA3:吸蔵中の状態へ移行し、MA
3〜MA6のサイクルを繰り返す。水素吸蔵容器MAに
ついても、MAと逆の状態、すなわちMAが吸蔵ならば
MBは放出、MAが放出ならばMBは吸蔵の状態を維持
し、上記MAの場合と同様な制御を行う。
When hydrogen is released, the pressure in the hydrogen storage container MA gradually decreases. When the pressure in the MA becomes a pressure at which the PEFC cannot be operated, that is, when PA becomes P 4
Release (PA <P 4 ), the release is terminated and MA
6: The state shifts to the release end state. Then, the overall control system S
S3: Unless stopped, the process stands by until the storage of the other hydrogen storage container MB is completed. At this time, circulate cooling water to make it ready for storage,
MB is MB5: MA as soon as occlusion is completed
3: Switch to the state during occlusion. In this way, the state of MA6: release completed is shifted to MA3: occluded state,
The cycle from 3 to MA6 is repeated. Also for the hydrogen storage container MA, the state opposite to that of MA, that is, if MA is occluded, MB is released, and if MA is released, MB is occluded, and the same control as in the case of MA is performed.

【0035】〈PEFC(F)〉全体制御S(=S系)
が、S0:初期状態からS1:起動状態に移行すると、
PEFC(F)は、F0:初期状態からF1:発電待機
へ移行する。次に、水素吸蔵容器MBがMB2:放出
(水素放出状態)または水素放出可能状態になると、F
1からF2:発電1の段階へ移行し、発電を行う。この
時、発電で消費される量だけ水素が自動的に水素吸蔵容
器MBから供給される。MBがMB3:放出停止に移行
し、水素放出が終了すると、PEFC(F)は、F3:
発電待機に移行し、一旦発電は停止する。そして、もう
一方の水素吸蔵容器MAがMA5:放出ないし水素放出
可能状態になると、PEFC(F)はF4に移行して発
電を開始し、MAがMA6:放出終了になると、再び発
電を停止する。こうして、全体制御S(=S系)が、S
3:停止にならない限り、これを繰り返す。
<PEFC (F)> Overall control S (= S system)
Moves from the S0: initial state to the S1: activation state,
The PEFC (F) shifts from F0: initial state to F1: power generation standby. Next, when the hydrogen storage container MB enters MB2: release (hydrogen release state) or hydrogen releaseable state, F
1 to F2: Move to the stage of power generation 1 and generate power. At this time, hydrogen is automatically supplied from the hydrogen storage container MB in an amount consumed by power generation. When MB shifts to MB3: release stop and hydrogen release ends, PEFC (F) sets F3:
It shifts to power generation standby, and power generation stops once. Then, when the other hydrogen storage container MA enters the state of MA5: release or release of hydrogen, the PEFC (F) shifts to F4 and starts power generation. When MA becomes MA6: release ends, power generation is stopped again. . Thus, the overall control S (= S system)
3: Repeat this unless stopped.

【0036】このように、二つの水素吸蔵容器MA、M
Bについて、水素の吸蔵、放出を交互に繰り返して運転
する。この場合、MAとMBとで吸蔵と放出が同時に終
了するのが理想である。すなわち、MAが吸蔵を終了す
るのと同時に、MBが放出を終了すると、MAからの放
出が行えることになる。本発明においては、若干、放出
が先に完了するのが好ましい。これは、一方の水素吸蔵
容器、例えばMBからの放出が先に終了すると、もう一
方の水素吸蔵容器、例えばMAでの吸蔵が完了する間
に、MBに冷却水が循環され、吸蔵待機の状態となる。
これにより、吸蔵がMAからMBに切り換えた時点で、
最初からすぐに水素を低圧で吸蔵することができる。こ
れにより、切り換えた時点の当初から高い収率で水素を
吸蔵することができるだけでなく、水素製造装置におい
て製造される水素を途切れなく、連続的に、吸蔵するこ
とができる。一方、水素の放出は連続的でなくなるの
で、PEFCが発電できない時間帯が発生するが、その
ような時には、系統の電力を使用すれば、電力消費に支
障は生じない。また、この切り換えを一日一回にして、
さらにこの切り換えを消費電力の少ない深夜等に行うよ
うにすれば、系統への依存度も低くなる。
Thus, the two hydrogen storage containers MA and M
For B, the operation is performed by alternately repeating the storage and release of hydrogen. In this case, it is ideal that the occlusion and release of MA and MB are simultaneously completed. That is, when the MB ends the release at the same time as the end of the storage of the MA, the release from the MA can be performed. In the present invention, it is preferred that the release is somewhat completed first. This is because, when the release from one hydrogen storage container, for example, MB, is completed first, the cooling water is circulated to the MB while the storage in the other hydrogen storage container, for example, MA is completed, and the storage standby state is established. Becomes
Thus, when the storage is switched from MA to MB,
Hydrogen can be stored at low pressure immediately from the beginning. As a result, not only can hydrogen be absorbed with a high yield from the beginning at the time of switching, but also the hydrogen produced in the hydrogen producing apparatus can be continuously and continuously stored. On the other hand, since hydrogen is not continuously released, a time zone occurs in which the PEFC cannot generate power. In such a case, if power from the system is used, there is no problem in power consumption. Also, make this switch once a day,
Furthermore, if this switching is performed at midnight or the like where power consumption is low, the dependence on the system is reduced.

【0037】本発明においては、上記のような燃料電池
システムの運転制御方法において、前日の燃料電池の総
出力から次の日の出力を予想して水素製造装置による水
素製造量を制御することができる。これにより前日から
今日へ、今日から明日へと連続し、ひいては春夏秋冬を
通して水素製造装置での水素製造量を長期間にわたり制
御して連続的に運転することができる。
In the present invention, in the operation control method of the fuel cell system as described above, the amount of hydrogen produced by the hydrogen producing apparatus is controlled by predicting the output of the next day from the total output of the fuel cell of the previous day. it can. As a result, it is possible to operate continuously from the previous day to the present day, from the present day to the tomorrow, and by controlling the amount of hydrogen produced by the hydrogen producing apparatus for a long period of time in the spring, summer, autumn and winter.

【0038】すなわち、前日の燃料電池の総発電量から
次の日の総発電量を予想し、当該予想総発電量に相当す
る総水素量を、メンブレンリフォーマの運転を一定出力
にして製造するように制御する。つまり、当該次の日に
おけるメンブレンリフォーマを常に一定出力で運転する
ように制御して当該一日の予想総発電量に相当する総水
素量を製造し、燃料電池へ供給する水素は水素吸蔵容器
から電力の需要に応じて供給される。
That is, the total power generation amount of the next day is predicted from the total power generation amount of the fuel cell of the previous day, and the total hydrogen amount corresponding to the predicted total power generation amount is produced by making the operation of the membrane reformer constant. Control. That is, the membrane reformer on the next day is controlled so as to always operate at a constant output to produce a total amount of hydrogen corresponding to the expected total power generation amount for the day, and the hydrogen supplied to the fuel cell is a hydrogen storage container. Is supplied according to power demand.

【0039】図8は、ある一日に、24時間にわたる電
力消費量を経時的に実測したもののうちの一例である。
例えばこのような電力消費パターンのところに、本燃料
電池システムを適用するために最適な各機器の定格出力
を決定することができる。すなわち、本発明において
は、燃料電池において(電力の需要に応じて)必要な水
素を水素吸蔵容器から供給するので、使用するメンブレ
ンリフォーマの単位時間当たりの最大水素製造量を、燃
料電池で消費する単位時間当たりの最大水素消費量より
も小さくすることができる。
FIG. 8 shows an example of the power consumption over 24 hours measured over time in one day.
For example, the rated output of each device optimal for applying the present fuel cell system to such a power consumption pattern can be determined. That is, in the present invention, since the hydrogen required for the fuel cell (according to the power demand) is supplied from the hydrogen storage container, the maximum hydrogen production amount per unit time of the membrane reformer used is consumed by the fuel cell. The maximum hydrogen consumption per unit time.

【0040】例えば、上記一日の電力消費量を15kW
h/dayとする。PEFCで1kW発電するのに必要
な水素量を650L/hとすると、一日に必要な水素量
は650L×15=9750Lとなる。この水素量を常
に一定量で製造すると、9760÷24=406.2L
/hとなる。したがって、水素製造装置の能力は最大で
406.7L/h製造できるものでよいことになる。一
方、図8のとおり、PEFCは最大で2.8kWである
ので、PEFCについても最大出力2.8kWのものを
配置すればよいことになる。
For example, the power consumption per day is 15 kW.
h / day. Assuming that the amount of hydrogen required to generate 1 kW of power by the PEFC is 650 L / h, the amount of hydrogen required per day is 650 L × 15 = 9750 L. If this amount of hydrogen is always produced in a constant amount, 9760 ÷ 24 = 406.2 L
/ H. Therefore, the capacity of the hydrogen production apparatus can be 406.7 L / h at maximum. On the other hand, as shown in FIG. 8, the PEFC has a maximum power of 2.8 kW. Therefore, the PEFC having a maximum output of 2.8 kW may be arranged.

【0041】上記との比較として、本発明では必須であ
る水素吸蔵容器がなく、水素製造装置とPEFCが一対
一で接続される燃料電池システムの場合には、水素製造
装置は最大で650×2.8=1,820L/hの水素
製造能力が必要になり、水素製造装置が大型化する。し
かも、そのような定格値で水素を製造する必要があるの
は一日のうちほんの僅かな間であり、殆どが効率の悪い
部分負荷で運転しなければならない。
As a comparison with the above, in the case of a fuel cell system in which there is no hydrogen storage container which is essential in the present invention and the hydrogen production apparatus and the PEFC are connected one-to-one, the hydrogen production apparatus has a maximum of 650 × 2 .8 = 1,820 L / h of hydrogen production capacity is required, and the hydrogen production apparatus becomes large. Moreover, it is only necessary to produce hydrogen at such a rating for a fraction of a day, most of which must be operated at inefficient partial loads.

【0042】これに対して、本発明によれば、水素製造
装置と燃料電池をそれぞれ最適な、すなわち最小限の定
格出力の装置に設定でき、水素製造装置を常に連続して
定格で運転できる。このため非常に効率よく運転でき、
またそれら機器のコスト面でも低減できるので実用上も
非常に有効である。
On the other hand, according to the present invention, the hydrogen production apparatus and the fuel cell can be set to the optimum, that is, the apparatus having the minimum rated output, and the hydrogen production apparatus can always be continuously operated at the rated power. This allows for very efficient operation,
In addition, since the cost of these devices can be reduced, it is very effective in practical use.

【0043】[0043]

【発明の効果】本発明によれば、水素製造装置に水素吸
蔵容器を組み合わせてなる燃料電池システムを高効率で
運転することができる。また、水素製造装置と燃料電池
をそれぞれ最適な、すなわち最小限の定格出力の装置に
設定できるなど、各種有用な効果が得られる。さらに、
本発明は、圧力を基準にする運転方法であるので安全性
の面でも非常に有効である。
According to the present invention, it is possible to operate a fuel cell system comprising a hydrogen producing apparatus and a hydrogen storage container in combination with high efficiency. In addition, various useful effects can be obtained such that the hydrogen production apparatus and the fuel cell can be respectively set to optimal, ie, minimum rated output apparatuses. further,
Since the present invention is an operation method based on pressure, it is very effective also in terms of safety.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】メンブレンリフォーマを模式的に示す図。FIG. 1 is a diagram schematically showing a membrane reformer.

【図2】メンブレンリフォーマによる水素の製造、精製
態様を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a mode of production and purification of hydrogen by a membrane reformer.

【図3】高分子膜による水素精製の態様を示す図。FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of hydrogen purification using a polymer membrane.

【図4】本発明で適用する高純度水素製造装置の例を示
す図。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a high-purity hydrogen production apparatus applied in the present invention.

【図5】本発明における水素製造装置、PEFC等の各
装置、水素ガス系配管、熱媒系配管及び制御電気系配管
の関連を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship among the hydrogen production apparatus, each apparatus such as PEFC, hydrogen gas system piping, heat medium system piping, and control electric system piping in the present invention.

【図6】本発明における燃料電池システムの停止時から
起動、起動時から運転、運転から停止時に至る制御態様
を説明する図。
FIG. 6 is a diagram illustrating a control mode of the fuel cell system according to the present invention from a stop to a start, a start to a run, and a run to a stop.

【図7】本発明における燃料電池システムの停止時から
起動、起動時から運転、運転から停止時に至る制御態様
を説明する図。
FIG. 7 is a diagram illustrating a control mode of the fuel cell system according to the present invention from a stop to a start, a start to a run, and a run to a stop.

【図8】ある一日、24時間にわたる電力消費量を経時
的に実測した図。
FIG. 8 is a graph showing power consumption over 24 hours over a certain day.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

S、T 切換弁 P1〜P4 制御用設定圧力S, T changeover valve P 1 to P 4 for controlling the set pressure

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】炭化水素をメンブレンリフォーマにより改
質し且つ精製した水素を一対の水素吸蔵容器に交互に通
して吸蔵し、吸蔵水素を放出させて燃料電池に供給する
ようにしてなる燃料電池システムの運転方法であって、
メンブレンリフォーマを一定出力で運転し、且つ、水素
の吸蔵、放出を各水素吸蔵容器内の圧力をもって切り換
えて運転することを特徴とする燃料電池システムの運転
方法。
1. A fuel cell in which hydrocarbons are reformed by a membrane reformer and purified hydrogen is alternately stored and passed through a pair of hydrogen storage containers, and the stored hydrogen is released and supplied to the fuel cell. A method of operating the system,
A method for operating a fuel cell system, comprising: operating a membrane reformer at a constant output, and switching between hydrogen storage and release with the pressure in each hydrogen storage container.
【請求項2】炭化水素をメンブレンリフォーマにより改
質し且つ精製した水素を一対の水素吸蔵容器に交互に通
して吸蔵し、吸蔵水素を放出させて燃料電池に供給する
ようにしてなる燃料電池システムの運転方法であって、
メンブレンリフォーマを一定出力で運転し、且つ、水素
の吸蔵、放出を各水素吸蔵容器内の圧力をもって切り換
えて運転し、その際、吸蔵起動準備時の水素吸蔵容器内
圧力をチェックする設定圧力P1、吸蔵中の水素吸蔵容
器内圧力をチェックする設定圧力P2、放出への移行時
の水素貯蔵容器内圧力をチェックする設定圧力P3、放
出から放出停止への移行時の水素貯蔵容器内圧力をチェ
ックする設定圧力P4を設定し、これらP1〜P4を基に
して各水素吸蔵容器への水素の吸蔵、各水素吸蔵容器か
らの水素の放出を行うことを特徴とする燃料電池システ
ムの運転方法。
2. A fuel cell in which hydrocarbons are reformed by a membrane reformer and purified hydrogen is alternately inserted and stored in a pair of hydrogen storage containers, and the stored hydrogen is released and supplied to the fuel cell. A method of operating the system,
The membrane reformer is operated at a constant output, and the operation of storing and releasing hydrogen is switched according to the pressure in each hydrogen storage container. At this time, a set pressure P for checking the pressure in the hydrogen storage container at the time of preparation for starting storage is set. 1 , a set pressure P 2 for checking the pressure in the hydrogen storage container during storage, a set pressure P 3 for checking the pressure in the hydrogen storage container at the time of transition to release, and a pressure inside the hydrogen storage container at the time of transition from release to release stop fuel cell to set the set pressure P 4 that checks the pressure, and carrying out storage of hydrogen in these P 1 to P 4 based on the respective hydrogen storage container, the release of hydrogen from the hydrogen storage vessel How the system operates.
【請求項3】上記P1〜P4がそれぞれP1=1atm、
2=1atm、P3=1.2atm、P4=1.2at
mである請求項2に記載の燃料電池システムの運転方
法。
Wherein said P 1 to P 4 respectively P 1 = 1 atm,
P 2 = 1 atm, P 3 = 1.2 atm, P 4 = 1.2 at
The operating method of the fuel cell system according to claim 2, wherein m is m.
【請求項4】請求項1〜3のいずれかに記載の燃料電池
システムの運転方法において、前日の燃料電池の総発電
量から次の日の総発電量を予想し、当該予想総発電量に
相当する総水素量を、メンブレンリフォーマの運転を一
定出力にして製造するように制御することを特徴とする
燃料電池システムの運転方法。
4. The method for operating a fuel cell system according to claim 1, wherein a total power generation amount of the next day is predicted from a total power generation amount of the fuel cell of the previous day, and A method for operating a fuel cell system, characterized in that a corresponding total amount of hydrogen is controlled so as to produce a constant output of the membrane reformer.
【請求項5】請求項1〜4のいずれかに記載の燃料電池
システムの運転方法において、使用するメンブレンリフ
ォーマの単位時間当たりの最大水素製造量が、燃料電池
で消費する単位時間当たりの最大水素消費量よりも小さ
いことを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
5. The method for operating a fuel cell system according to claim 1, wherein the maximum amount of hydrogen produced per unit time of the membrane reformer used is the maximum per unit time consumed by the fuel cell. A method for operating a fuel cell system, wherein the method is smaller than hydrogen consumption.
【請求項6】上記燃料電池が固体高分子型燃料電池であ
る請求項1〜5のいずれかに記載の燃料電池システムの
運転方法。
6. The operating method for a fuel cell system according to claim 1, wherein said fuel cell is a polymer electrolyte fuel cell.
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