JP2019035479A - 水素貯蔵システム、制御プログラムおよびエネルギー供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】水素貯蔵システムにおいて装置構成を簡略にする。【解決手段】水素吸蔵合金が収容される水素吸蔵合金容器と、水素吸蔵合金容器内に外部から水素を導入する水素導入路と、水素吸蔵合金容器内から外部に水素を移送する水素移送路と、水素吸蔵合金容器に一部が設置され、水素吸蔵合金との伝熱が行われる熱媒体が移動する熱媒体移動路と、熱媒体移動路で移動する熱媒体の温度調整を行う温度調整部とを備え、温度調整部が、熱媒体の冷却を行う熱媒体冷却部と、熱媒体の加熱を行う熱媒体加熱部とを有する。【選択図】図１

Description

この発明は、熱媒体を用いて、水素吸蔵合金に対する水素の貯蔵と放出とを行う水素貯蔵システム、制御プログラムおよびエネルギー供給システムに関するものである。

例えば、水素を利用したエネルギー供給として、再生可能エネルギーの電力を利用して製造された水素を水素吸蔵合金に貯蔵し、必要なときに水素吸蔵合金から水素を放出させるなどして燃料電池などに水素を供給する水素貯蔵システムが考えられている。この再生可能エネルギーにおいては、太陽光あるいは風力などの自然エネルギーは、出力変動があり安定して電力を供給することができない。このため、余剰となる電力で水素を製造し水素吸蔵合金に蓄えておく必要がある。
水素吸蔵合金を用いたシステムでは、燃料電池などに水素を供給（放出）するときは、温水ユニットなどから温水を水素吸蔵合金容器に流して水素吸蔵合金を加熱して容器圧を高める必要がある。一方、水電解装置などから水素を吸収するときは、冷水チラー（冷却器）などを運転して冷水を水素吸蔵合金容器に流して水素吸蔵合金を冷却し容器圧を低くする必要がある。
従来のシステムでは、熱媒体を２種類準備し、水素吸蔵合金の冷却と加熱とでは、熱媒体を切り替えるために熱媒体の経路に設けた電動弁で、それぞれの熱媒体が移動する経路を切り替えて、異なる熱媒体を使用するようにしている。

このシステムの概略を図１２に基づいて説明する。
システムでは、複数の水素吸蔵合金容器７０…７Ｘが並列設置されており、それぞれの水素吸蔵合金容器７０…７Ｘに水素導入路８０と水素移送路８１とが並列して接続されており、下流側でそれぞれの水素導入路８０が合流し、同じく下流側でそれぞれの水素移送路８１が合流している。さらに水素吸蔵合金容器７０…７Ｘには、それぞれに熱媒体移動路が接続されており、それぞれの入側熱媒体移動路６０Ｂ、６１Ｂ…６ＸＢが合流して、電磁弁５８、ポンプ５４を介して冷水タンク５１に接続され、同じく電磁弁５９、ポンプ５５を介して温水タンク５２に接続されている。
さらに水素吸蔵合金容器７０…７Ｘには、それぞれの出側熱媒体移動路６０Ａ…６ＸＡが合流して、電磁弁５６を介して冷水タンク５１に接続され、同じく電磁弁５７を介して温水タンク５２に接続されている。

冷水タンク５１では、冷却器５０が接続され、温水タンク５２ではヒーター５２Ａが設けられて、それぞれ熱媒体の冷却、加熱を行うことができる。
水素吸蔵合金容器７０…７Ｘで水素吸蔵を行う場合、水素導入路８０によって各水素吸蔵合金容器に水素を導入するとともに、電磁弁５６、５８およびポンプ５４を動作させて熱媒体として冷水を用いて、冷水タンク５１と各水素吸蔵合金容器との間で熱媒体を循環させる。一方、水素吸蔵合金容器７０…７Ｘで水素放出を行う場合、水素移送路８１によって各水素吸蔵合金容器からの水素放出を可能にするとともに、電磁弁５７、５９およびポンプ５５を動作させて熱媒体として温水を用いて、温水タンク５２と各水素吸蔵合金容器との間で熱媒体を循環させる。上記動作によって、水素の吸収、放出を繰り返し行うことが可能になる。

また、上記のようなシステムでは、水素放出の制御が必要になる。例えば、水素吸蔵合金容器の内圧が耐圧容器の許容圧力を超えないことが必要である。特許文献１では、水素吸蔵合金容器の内圧が所定圧力を越えたときに、水素吸蔵合金容器内への熱交換媒体の流通を制御して水素吸蔵合金容器の内圧を低下させる手段を講じている。具体的には、熱交換媒体流通経路内の熱交換媒体の流量を絞るとともに、微小量の熱交換媒体を連続的に流通させ、水素吸蔵合金からの水素の急激な放出を抑制するものとしている。

特開平５−１８２５９号公報

しかし、従来技術では、熱媒体を２種類用意して、水素の吸収と放出で熱媒体の経路を切り替えて使用する構成が必要なため、異なる熱媒体を流すそれぞれのポンプ、熱媒体を切り替える電動弁、熱媒体経路などが必要となりシステムが複雑になり、機器コストも高くなってしまう問題がある。
さらに、温度が大きく異なる熱媒体を移動させる経路がそれぞれ必要であり、熱媒体の切り替えに際し顕熱の損失が大きいという問題がある。

この発明は上記のような従来のものの問題を解決するためになされたものであり、装置構成を簡略にして効率的な水素の吸蔵、放出を行うことが可能な水素貯蔵システム、制御プログラムおよびエネルギー供給システムを提供することを目的の一つとする。

すなわち、本発明の水素貯蔵システムのうち第１の形態は、水素吸蔵合金が収容される水素吸蔵合金容器と、前記水素吸蔵合金容器内に外部から水素を導入する水素導入路と、
前記水素吸蔵合金容器内から外部に水素を移送する水素移送路と、前記水素吸蔵合金容器に一部が設置され、前記水素吸蔵合金との伝熱が行われる熱媒体が移動する熱媒体移動路と、前記熱媒体移動路で移動する熱媒体の温度調整を行う温度調整部と、を備え、
前記温度調整部が、熱媒体の冷却を行う熱媒体冷却部と、熱媒体の加熱を行う熱媒体加熱部とを有することを特徴とする。

他の形態の水素貯蔵システムの発明は、前記形態の本発明において、前記熱媒体移動路が循環路で構成されていることを特徴とする。

他の形態の水素貯蔵システムの発明は、前記形態の本発明において、前記熱媒体移動路が一系統で構成されていることを特徴とする。

他の形態の水素貯蔵システムの発明は、前記形態の本発明において、前記水素吸蔵合金容器内の圧力を測定する圧力測定部を備えることを特徴とする。

他の形態の水素貯蔵システムの発明は、前記形態の本発明において、前記圧力測定部の測定結果を受け、前記測定結果に基づいて前記温度調整部の動作を制御する制御部を備えることを特徴とする。

他の形態の水素貯蔵システムの発明は、前記形態の本発明において、前記制御部は、前記圧力測定部で測定された圧力が第１の所定圧力を下回ると前記温度調整部によって熱媒体の温度を加熱する制御を行い、前記圧力が前記第１の所定圧力よりも大きい第２の所定圧力を超えると、前記温度調整部によって熱媒体の温度を冷却する制御を行うことを特徴とする。

他の形態の水素貯蔵システムの発明は、前記形態の本発明において、前記制御部は、熱媒体の加熱後、前記圧力測定部で測定された圧力が第１の所定圧力よりも高く、第２の所定圧力よりも低い第３の所定圧力よりも高い圧力になると、熱媒体の加熱を停止し、熱媒体の冷却後、前記圧力測定部で測定された圧力が第２の所定圧力よりも低く、第３の所定圧力よりも高い第４の所定圧力よりも低い圧力になると、熱媒体の冷却を停止することを特徴とする。

他の形態の水素貯蔵システムの発明は、前記形態の本発明において、前記熱媒体は、±１０℃の温度範囲内に動作温度が設定されることを特徴とする。

他の形態の水素貯蔵システムの発明は、前記形態の本発明において、前記熱媒体の温度を測定する熱媒体温度測定部を有することを特徴とする。

他の形態の水素貯蔵システムの発明は、前記形態の本発明において、前記熱媒体温度測定部の測定結果を受け、前記測定結果に基づいて前記温度調整部の動作を制御する制御部を備えることを特徴とする。

他の形態の水素貯蔵システムの発明は、前記形態の本発明において、前記水素導入路と前記水素移送路にそれぞれ独立して動作する作動弁が設けられており、前記作動弁の動作により、水素の導入と水素の移送とを、同時に行うことが可能であることを特徴とする。

他の形態の水素貯蔵システムの発明は、前記形態の本発明において、前記水素導入路は、再生可能エネルギーによって水素発生を行う水素発生装置に接続されることを特徴とする。

本発明の制御プログラムの発明は、水素吸蔵合金が収容される水素吸蔵合金容器と、前記水素吸蔵合金容器内に外部から水素を導入する水素導入路と、前記水素吸蔵合金容器内から外部に水素を移送する水素移送路と、前記水素吸蔵合金容器に一部が設置され、前記水素吸蔵合金との伝熱が行われる熱媒体が移動する熱媒体移動路と、前記熱媒体移動路で移動する熱媒体の温度調整を行う温度調整部と、前記水素吸蔵合金容器内の圧力を測定する圧力測定部を備える水素貯蔵システムを制御する制御部で実行される制御プログラムであって、
圧力測定部で測定された圧力を取得するステップと、
測定圧力と、第１の所定圧力および第１の所定圧力よりも大きい第２の所定圧力とを比較するステップと、
比較の結果、測定圧力が第２の所定圧力を超えると温度調整部によって熱媒体を冷却し、測定圧力が第１の所定圧力を下回ると温度調整部によって熱媒体を加熱する制御を行うステップと、を備えることを特徴とする。

本発明のエネルギー供給システムの発明は、
再生可能エネルギーを利用したエネルギー供給源と、
前記エネルギー供給源で得られたエネルギーを用いて水素を発生する水素発生装置と、前記水素発生装置で発生した水素を利用する、いずれかの形態の前記水素貯蔵システムと、前記水素貯蔵システムで貯蔵された水素を用いた燃料電池発電装置とを備え、
前記エネルギー供給源と、前記燃料電池発電装置とによって得られるエネルギーを負荷側に供給可能とする。

以上説明したように本発明によれば、熱媒体移動路において熱媒体の温度調整を行うことができ、熱媒体毎に経路を引き回して装置を構成する必要がなく、装置構成の簡略化が達成される効果がある。

本発明の一実施形態における水素貯蔵システム１の概略構成を示す図である。 同じく、実施形態に用いる水素吸蔵合金の一例におけるＰＣＴ線図を示す。 同じく、水素の吸放出における熱媒体の温度調整の制御手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態におけるエネルギー供給システム１５０の概略を示す図である。 本発明の実施例における水素貯蔵システム１の概略構成を示す図である。 同じく、水素放出試験における熱媒体の移動と水素の移動を説明する図である。 同じく、水素放出試験における水素圧力、水素流量、温度の時間変化を示すグラフである。 同じく、水素吸収試験における熱媒体の移動と水素の移動を説明する図である。 同じく、水素吸収試験における水素圧力、水素流量、温度の時間変化を示すグラフである。 同じく、水素放出と水素吸収を並行して行う試験における熱媒体の移動と水素の移動を説明する図である。 同じく、水素放出と水素吸収を並行して行う試験における水素圧力、水素流量、温度の時間変化を示すグラフである。 従来の水素貯蔵システムの概略構成を示す図である。

以下に、本発明の一実施形態の水素貯蔵システム１について説明する。
水素貯蔵システム１は、複数の水素吸蔵合金容器１１、１２…１Ｘを備えており、それぞれの容器に水素吸蔵合金が収容される。この実施形態では、水素吸蔵合金としては、ＡＢ_５系の合金のＭｍＮｉＭｎＣｏが用いられている。ただし、本発明では、水素吸蔵合金の組成がＡＢ_５合金に限られるものではなく、適宜材料を用いることができ、例えば、ＡＢ_２，ＢＣＣ系などを用いることができる。
水素吸蔵合金容器１１、１２…１Ｘでは、収容されている水素吸蔵合金の温度を測定する合金温度測定部１１Ａ、１２Ａ…１ＸＡが設けられており、合金温度測定部の１１Ａ、１２Ａ…１ＸＡの測定結果は制御部１００に送信される。各容器の弁２０１，２０２・・・２０Ｘ、３０１，３０２・・・３０Ｘは常に開にしておき、圧力測定部３０によって容器内の圧力が測定されている。
各水素吸蔵合金容器１１、１２…１Ｘには、熱媒体移動路の入側熱媒体移動路９Ａと出側熱媒体移動路９Ｂとが接続されており、入側熱媒体移動路９Ａによって移動する熱媒体によって、各水素吸蔵合金容器１１、１２…１Ｘに収納されている水素吸蔵合金と熱媒体との間で熱交換可能とされている。熱交換が行われた熱媒体は、出側熱媒体移動路９Ｂを通して水タンク３に移動する。

各水素吸蔵合金容器１１、１２…１Ｘの入側熱媒体移動路９Ａは、合流してポンプ４を介して水タンク３の排出側に接続されている。合流した熱媒体移動路には、熱媒体移動路を移動する熱媒体の温度を測定する媒体温度測定部６が設けられており、媒体温度測定部６は制御部１００に測定結果を送信する。媒体温度測定部６では例えば熱電対を用いることができる。ただし、本発明としては媒体温度測定部の構成が特定のものに限定されるものではなく、例えば測定結果を電気信号で得られるものであればよい。以下の媒体温度測定部においても同様である。
また、水タンク３内には、水タンク３内の水を加熱するヒーター３Ａが備えられており、ヒーター３Ａは制御部１００に制御可能に接続されている。さらに、入側熱媒体移動路９Ａには、ＦＣ排熱を用いる熱交換器１０が介設されており、入側熱媒体移動路９Ａを通る水を必要に応じて加熱することができる。なお、本実施形態では、熱交換器１０を備えないものとしてもよい。

一方、出側熱媒体移動路９Ｂは、合流して冷却塔７に接続されている。合流した出側熱媒体移動路９Ｂでは、熱媒体移動路を移動する熱媒体の温度を測定する媒体温度測定部８が設けられており、媒体温度測定部８は制御部１００に測定結果を送信できるように接続されている。冷却塔７では、出側熱媒体移動路９Ｂが熱交換可能に配置されており、他端側が延伸して媒体流量計５を介して水タンク３の導入側に接続されている。媒体流量計５は、測定結果を制御部１００に送信することができる。
この実施形態では、水素吸蔵合金容器を加熱冷却する熱媒体温度を同じ温度あるいは±１０℃程度の温度差とし、水タンク、ポンプを１台で兼用する。なお、ポンプは、複数台を共通して使用するものであってもよい。熱媒体温度は水タンクのヒーターと配管ラインに組み込む冷却器を運転・停止して温度制御できるように機器を設けることができる。

また、各水素吸蔵合金容器１１、１２…１Ｘでは、外部の水素発生装置に接続された水素導入路４０が分岐して内部空間に連通するように接続されており、分岐路にはそれぞれ弁２０１、２０２…２０Ｘが設けられている。水素発生装置としては、太陽電池、風力発電などによって得られる再生可能エネルギーによって稼働する水電解装置などが挙げられる。なお、水素発生装置は水電解装置に限定されるものではなく、天然ガスの改質装置などの適宜の装置を用いることができる。

水素導入路４０には、作動弁３１、逆止弁３２が介設され、水素導入路４０内の圧力を測定する圧力測定部３０が設けられている。作動弁３１は、制御部１００に制御可能に接続されており、圧力測定部３０は、測定結果を制御部１００に送信できるように制御部１００に電気的に接続されている。なお、各容器の弁２０１，２０２・・・２０Ｘ、３０１，３０２・・・３０Ｘは常に開にしておき、圧力測定部３０によって容器内の圧力が測定されている。
作動弁３１は、開度調整などによって水素導入路４０における水素導入量を制御する。逆止弁３２は、水素発生側に水素が逆流するのを阻止する。

さらに、各水素吸蔵合金容器１１、１２…１Ｘでは、水素移送路４１が分岐して内部空間に連通するように接続されており、分岐路にはそれぞれ弁３０１、３０２…３０Ｘが設けられている。水素移送路４１は、水素を消費する燃料電池施設などに接続されて水素の消費がなされる。なお、水素移送路４１の接続先は特定のものに限定されるものではなく、貯蔵や燃焼などに用いられるものであってもよい。

水素移送路４１では、水素吸蔵合金容器に近い側から順にフィルター３３、作動弁３４、減圧弁３５、逆止弁３６が介設されており、水素移送路４１には、水素移送路４１内の圧力を測定する圧力測定部３７が設けられており、測定結果は制御部１００に送信される。フィルター３３は、水素移送路４１の供給先に異物などが送られないように異物を捕集する。作動弁３４は、開度調整などによって水素移送路４１における水素移送量を制御する。減圧弁３５は、供給する水素の圧力を減圧して供給側に水素を安定して供給する。逆止弁３7は、水素吸蔵合金容器側への水素の逆流を阻止する。

また、各水素吸蔵合金容器１１、１２…１Ｘでは、リリーフガス排出路４２が接続されておりそれぞれにリリーフ弁４０１、４０２…４０Ｘが介設されている。リリーフガス排出路４２は合流して下流側のリリーフ先に延伸している。リリーフガス排出路４２は、水素吸蔵合金容器内が所定の圧力を超えたような場合に、容器内の水素をリリーフして水素吸蔵合金容器の損傷などを防止する。
制御部１００は、各種器具の動作制御や各測定部の測定結果を受けて水素貯蔵システム全体の制御を行う。制御部１００は、ＣＰＵとＣＰＵ上で動作する制御プログラム、ＲＯＭ、各種設定内容などを保持する不揮発メモリ、作業領域となるＲＡＭなどを有している。なお、この実施形態では、制御部１００が水素貯蔵システムに組み込まれているものとして説明したが、水素貯蔵システムには制御部を含まず、水素貯蔵システムにネットワークなどで接続された形態で外部の制御部によって水素貯蔵システムを制御するものとすることも可能である。

次に、上記水素貯蔵システムの動作について説明する。
図２は、各水素吸蔵合金容器１１、１２…１Ｘに収容される水素吸蔵合金のＰＣＴ線図を示すものであり、水素貯蔵システム１では、水素吸蔵合金容器内圧力がＰａとＰｄの範囲内となる領域で水素の吸収と放出とが行われる。

次に、水素の吸収と放出の際の動作について説明する。
水素の吸収を行う場合、水素導入路の作動弁３１を動作させ、外部から水素を各水素吸蔵合金容器１１、１２…１Ｘに導入する。このときの水素圧力は圧力測定部３０によって測定され、制御部１００に送信される。水素の吸収に伴って水素吸蔵合金が昇温するため、必要に応じて冷却塔７を動作させ、熱媒体としての水を冷却する。冷却塔７の動作は、制御部１００により制御される。この際に水の温度は例えば２０℃を下限にして冷却するように設定することができる。水は、出側熱媒体移動路９Ｂ、入側熱媒体移動路９Ａを通り、水素吸蔵合金容器１１、１２…１Ｘに導入され、昇温した水素吸蔵合金を冷却して水素の吸収効率を高める。このとき、水タンク３のヒーター３Ａは動作オフとする。

一方、水素吸蔵合金から水素を放出する場合は、作動弁３４を動作させ、水素の放出を可能にする。この際には、必要に応じて水タンク３のヒーター３Ａを動作させ、熱媒体である水を加熱する。この際に水の温度は例えば２５℃を上限にして加熱するように設定することができる。水は、出側熱媒体移動路９Ｂ、入側熱媒体移動路９Ａを通り、水素吸蔵合金容器１１、１２…１Ｘに導入され、水素吸蔵合金を加熱して水素の放出効率を高める。このとき、冷却塔７は動作オフとする。

また、この実施形態では、水素の吸蔵と、水素の放出とを並行して行うことが可能になる。
この際には、水素導入路の作動弁３１を動作させ、水素を各水素吸蔵合金容器１１、１２…１Ｘに導入するとともに、作動弁３４を動作させ、弁３０１、３０２…３０Ｘを開き、水素の放出を可能にする。各容器の弁（２０１，２０２・・・２０Ｘ、３０１，３０２・・・３０Ｘ）は常に開にしておき、圧力計Ｐ（圧力測定部３０）により容器内圧力を測定する。
上記動作では、必要に応じて冷却塔７の動作と水タンク３のヒーター３Ａの動作を切り替えて水素の吸蔵と放出とを制御する。

上記動作では、主とする制御として水素吸蔵合金容器内の圧力に基づいて熱媒体である水の温度を制御する。以下に制御内容を図３のフローチャートに基づいて説明する。以下の手順は制御部１００の制御によって実行される。
処理の開始（Ａ）後、水素の容器内の測定圧力Ｐが所定の圧力Ｐａよりも大きいか判定する（ステップＳ１）。測定圧力がＰａよりも大きい場合（ステップＳ１、Ｙ）、冷水供給として冷却器の動作ＯＮ、ポンプの動作ＯＮにし、水素吸蔵合金の冷却を行い、ステップＳ３に移行する。測定圧力Ｐが所定の圧力Ｐａよりも大きくない場合（ステップＳ１、Ｎ）、ステップＳ２を経ることなくステップＳ３に移行する。所定の圧力Ｐａは本発明の第２の所定圧力に相当する。

ステップＳ３では、測定圧力Ｐが所定の圧力Ｐｂよりも低いかを判定する（ステップＳ３）。測定圧力が所定の圧力Ｐｂよりも低ければ（ステップＳ３、Ｙ）、冷水供給を停止するため、水冷却ＯＦＦ、ポンプＯＦＦに設定し（ステップＳ４）、ステップＳ５に移行する。測定圧力Ｐが所定の圧力Ｐｂよりも低くない場合（ステップＳ３、Ｎ）、ステップＳ４を経ることなくステップＳ５に移行する。所定の圧力Ｐｂは、本発明の第４の所定圧力に相当する。

次に、測定圧力Ｐが所定の圧力Ｐｄよりも低いかを判定する（ステップＳ５）。測定圧力Ｐが所定の圧力Ｐｄよりも低ければ（ステップＳ５、Ｙ）、温水を供給するため、ヒーターＯＮ、ポンプＯＮにして（ステップＳ６）、ステップＳ７に移行する。測定圧力Ｐが所定の圧力Ｐｄよりも低くない場合（ステップＳ５、Ｎ）、ステップＳ６を経ることなくステップＳ７に移行する。所定の圧力Ｐｄは本発明の第１の所定圧力に相当する。

次に、測定圧力Ｐが所定の圧力Ｐｃよりも高いかを判定する（ステップＳ７）。測定圧力Ｐが所定の圧力Ｐｃよりも高い場合（ステップＳ７、Ｙ）、温水供給を停止するため、ポンプＯＦＦ、ヒーターＯＦＦをしてＡに移行する（ステップＳ８）。測定圧力Ｐが所定の圧力Ｐｃよりも高くない場合、ステップｓ８を経ることなくＡに移行する。所定の圧力Ｐｃは、本発明の第３の所定圧力に相当する。

この制御方法は、図２のＰＣＴ線図と図３のフローチャートに基づいて、圧力によりポンプ、ヒーターおよび冷却器を制御する。圧力は容器内圧力を使用し、水素吸収するときは圧力Ｐａ、Ｐｂの範囲で冷却器を制御し、水素放出するときは、圧力Ｐｃ、Ｐｄの範囲でヒーターを制御する。これにより、水素吸収のみの運転、水素放出のみの運転、あるいは水素吸収と水素放出を同時に行う運転のときでも、媒体を切り替える必要はなくシステムを簡素化でき制御を単純化することができる。
本実施形態では、制御を容器圧力によりポンプ、ヒーターおよび冷却器を制御することでシステムを簡略化し、水素貯蔵タンクへの水素吸収、水素貯蔵タンクからの水素放出、あるいは水素吸収と放出を並行に行うことも可能となる水素貯蔵システムを提供することができる。

なお、上記説明では、水素圧力によって熱媒体の温度調整を行うものとして説明したが、上記測定圧力の測定結果に加えて、熱媒体の温度の測定結果、水素吸蔵合金の温度の測定結果、水素の放出流量の測定結果などの一つ以上によって熱媒体の温度調整を行うようにしてもよい。

以上のように、この実施形態によれば、以下の効果がある。
・この制御方法により、加熱時のヒーター電力、冷却時の冷却器動力を最小限に抑えることができる。
・媒体切替用の電動弁が不要となりシステムを簡素化にでき、かつ設備コストの低減になる。
・熱媒体の温度差がなくなり、水素吸蔵合金容器の顕熱ロスを最小限に抑えることができる。
・制御方法が簡単になる。
・熱媒体ラインに熱交換器を組み込み、ＦＣ排熱を取り入れることも可能。

次に、上記水素貯蔵システムを用いたエネルギー供給システム１５０について、図４に基づいて説明する。
この実施形態のエネルギー供給システム１５０は、再生エネルギーを利用するエネルギー供給源として風力発電装置１１０Ａと太陽発電装置１１０Ｂとを有している。本発明としては、エネルギー供給源はいずれか一方でもよく、また、これらに限定されず、その他のバイオマス、水力発電などの適宜のエネルギー供給源を用いることができ、その数も特に限定されない。
風力発電装置１１０Ａと太陽発電装置１１０Ｂで得られたエネルギーは電力として、負荷側１４０と水素製造装置１２０とに供給される。負荷側１４０としては、都市、工場、農場などの適宜のものに適用することができ、本発明としては特定のものに限定されるものではない。
水素製造装置１２０は、例えば水の電解によって水素を生成する。水素製造装置１２０で得られた水素は、水素貯蔵システム１に供給されて貯蔵される。水素貯蔵システムは、水素貯蔵システム１に限定されるものではなく、適宜の構成に変更することができる。
水素貯蔵システム１で貯蔵された水素は、燃料電池発電装置１３０に供給されて発電がされ、負荷側１４０に供給することができる。
風力発電装置１１０Ａ、太陽発電装置１１０Ｂ、燃料電池発電装置１３０で得られた電力は、それぞれの供給電力を調整して負荷側１４０に供給することができる。

次に、本発明の水素貯蔵システムの実施例を詳細に説明するため、図５に示す水素貯蔵システム１Ａを用意した。
なお、上記実施形態と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。なお、この図では、水素吸蔵合金容器を二つの水素吸蔵合金容器１１、１２とし、水素吸蔵合金容器１１、１２に接続された水素の導入路と移送路とを便宜上同一のラインで記載し、水素の導入と移送で使用する弁を共通して５０１、５０２とした。
試験用の容器仕様を想定される実機と対比して表１に示した。試験に使用した容器は実機容器の１／４０程度の規模となり、１基の水素貯蔵量が約１Ｎｍ^３の容器を２基使用している。なお、本発明における水素吸蔵合金容器が試験容器、実機容器のいずれにも制約されるものではなく、これらは一例にすぎない。

先ず、水素放出試験例を図６、７に基づいて説明する。この際に、水素吸蔵合金には水素が吸蔵されているものとする。
水素吸蔵合金容器１１、１２では、水素移送用の弁５０１、５０２を開放し、水素移送路４１における水素移送を可能にする。水素放出流量を５ＮＬ／ｍｉｎとして放出すると、容器圧および合金温度が下がってきて、容器圧力が０．２ＭＰａＧ（Ｐｄ）を下回ったらポンプ４を起動し、ヒーター３ＡをＯＮにして２５℃設定で加熱する。すると容器圧力および合金温度が上昇し、容器圧力が０．３５ＭＰａＧ（Ｐｃ）を超えたら媒体ポンプおよびヒーターを停止する。このように容器圧により媒体を流したり止めたりすることで、放出に必要な圧力をキープして水素を連続的に放出する。

次に、水素の吸収試験例を図８、９に基づいて説明する。
水素吸蔵合金容器１１、１２では、水素導入用の弁５０１、５０２を開放し、水素導入路４０における水素導入を可能にし、具体的には１０ＮＬ／ｍｉｎの水素導入を行った。
水素導入を開始すると、容器圧および合金温度が上昇してきて、容器圧力が０．６ＭＰａＧ（Ｐａ）を上回ると、冷却器７ＡをＯＮ（２０℃設定）にし、ポンプ４によって冷水を出側熱媒体移動路９Ｂ、入側熱媒体移動路９Ａで循環させ、水素吸蔵合金を冷却した。容器圧力および合金温度が降下し、容器圧力が０．４ＭＰａＧ（Ｐｂ）を下回ると、ポンプ４および冷却器７Ａを停止する。このように容器圧により媒体を流したり止めたりすることで、吸収に必要な圧力差をキープして水素を連続的に吸収する。

次に、水素吸収と水素放出を並行して行う試験例を図１０、１１に基づいて説明する。
この試験例では、水素吸蔵合金容器１１、１２において、水素導入用と水素移送用の弁５０１、５０２を開放し、水素導入路４０における水素導入および水素移送路４１における水素移送を可能にした。具体的には１０ＮＬ／ｍｉｎの水素導入を行いつつ、水素吸収流量を５ＮＬ／ｍｉｎと一定にして吸収した。一方、水素放出は水素放出流量を２．５、３．５、４．６ＮＬ／ｍｉｎとして１時間ごとに流量を上げて放出した。
試験初期は吸収流量の方が多いため容器圧は上昇していき、２時間後より放出流量が多くなるため不足分は水素吸蔵合金容器から放出されることから容器圧が降下していく。この場合でも、容器圧だけをみて、圧力０．４ＭＰａＧ（Ｐｂ）と０．６ＭＰａＧ（Ｐａ）の間で媒体ポンプ、冷却器を制御し、放出が上回ると圧力０．２ＭＰａＧ（Ｐｄ）と０．３５ＭＰａＧ（Ｐｃ）の間でポンプ４、ヒーター３Ａを制御し、連続的に水素吸収と水素放出を運転することができた。

以上、本発明について上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明の範囲を逸脱しない限りは実施形態に対する適宜の変更が可能である。

１ 水素貯蔵システム
１Ａ 水素貯蔵システム
３ 水タンク
３Ａ ヒーター
４ ポンプ
５ 媒体流量計
６ 媒体温度測定部
７ 冷却塔
７Ａ 冷却器
８ 媒体温度測定部
１１、１２…１Ｘ 水素吸蔵合金容器
３０ 圧力測定部
３７ 圧力測定部
４０ 水素導入路
４１ 水素移送路

Claims (14)

1. 水素吸蔵合金が収容される水素吸蔵合金容器と、
   前記水素吸蔵合金容器内に外部から水素を導入する水素導入路と、
   前記水素吸蔵合金容器内から外部に水素を移送する水素移送路と、
   前記水素吸蔵合金容器に一部が設置され、前記水素吸蔵合金との伝熱が行われる熱媒体が移動する熱媒体移動路と、
   前記熱媒体移動路で移動する熱媒体の温度調整を行う温度調整部と、を備え、
   前記温度調整部が、熱媒体の冷却を行う熱媒体冷却部と、熱媒体の加熱を行う熱媒体加熱部とを有することを特徴とする水素貯蔵システム。
2. 前記熱媒体移動路が循環路で構成されていることを特徴とする請求項１記載の水素貯蔵システム。
3. 前記熱媒体移動路が一系統で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の水素貯蔵システム。
4. 前記水素吸蔵合金容器内の圧力を測定する圧力測定部を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の水素貯蔵システム。
5. 前記圧力測定部の測定結果を受け、前記測定結果に基づいて前記温度調整部の動作を制御する制御部を備えることを特徴とする請求項４記載の水素貯蔵システム。
6. 前記制御部は、前記圧力測定部で測定された圧力が第１の所定圧力を下回ると前記温度調整部によって熱媒体の温度を加熱する制御を行い、前記圧力が前記第１の所定圧力よりも大きい第２の所定圧力を超えると、前記温度調整部によって熱媒体の温度を冷却する制御を行うことを特徴とする請求項５記載の水素貯蔵システム。
7. 前記制御部は、熱媒体の加熱後、前記圧力測定部で測定された圧力が第１の所定圧力よりも高く、第２の所定圧力よりも低い第３の所定圧力よりも高い圧力になると、熱媒体の加熱を停止し、熱媒体の冷却後、前記圧力測定部で測定された圧力が第２の所定圧力よりも低く、第３の所定圧力よりも高い第４の所定圧力よりも低い圧力になると、熱媒体の冷却を停止することを特徴とする請求項６記載の水素貯蔵システム。
8. 前記熱媒体は、±１０℃の温度範囲内に動作温度が設定されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の水素貯蔵システム。
9. 前記熱媒体の温度を測定する熱媒体温度測定部を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の水素貯蔵システム。
10. 前記熱媒体温度測定部の測定結果を受け、前記測定結果に基づいて前記温度調整部の動作を制御する制御部を備えることを特徴とする請求項９記載の水素貯蔵システム。
11. 前記水素導入路と前記水素移送路にそれぞれ独立して動作する作動弁が設けられており、前記作動弁の動作により、水素の導入と水素の移送とを、同時に行うことが可能であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の水素貯蔵システム。
12. 前記水素導入路は、再生可能エネルギーによって水素発生を行う水素発生装置に接続されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の水素貯蔵システム。
13. 水素吸蔵合金が収容される水素吸蔵合金容器と、前記水素吸蔵合金容器内に外部から水素を導入する水素導入路と、前記水素吸蔵合金容器内から外部に水素を移送する水素移送路と、前記水素吸蔵合金容器に一部が設置され、前記水素吸蔵合金との伝熱が行われる熱媒体が移動する熱媒体移動路と、前記熱媒体移動路で移動する熱媒体の温度調整を行う温度調整部と、前記水素吸蔵合金容器内の圧力を測定する圧力測定部を備える水素貯蔵システムを制御する制御部で実行される制御プログラムであって、
    圧力測定部で測定された圧力を取得するステップと、
    測定圧力と、第１の所定圧力および第１の所定圧力よりも大きい第２の所定圧力とを比較するステップと、
    比較の結果、測定圧力が第２の所定圧力を超えると温度調整部によって熱媒体を冷却し、測定圧力が第１の所定圧力を下回ると温度調整部によって熱媒体を加熱する制御を行うステップと、を備えることを特徴とする制御プログラム。
14. 再生可能エネルギーを利用したエネルギー供給源と、
    前記エネルギー供給源で得られたエネルギーを用いて水素を発生する水素発生装置と、前記水素発生装置で発生した水素を利用する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の水素貯蔵システムと、
    前記水素貯蔵システムで貯蔵された水素を用いた燃料電池発電装置とを備え、
    前記エネルギー供給源と、前記燃料電池発電装置とによって得られるエネルギーを負荷側に供給可能とするエネルギー供給システム。

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