JP2021124140A - Hydrogen supply system and integrated heat control system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、水電解装置での水素製造及び製造した水素を水素出荷設備や水素利用設備に供給する水素供給システムおよび前記水素供給システムの熱コントロールを行う統合型熱コントロールシステムに関する。 The present invention relates to a hydrogen supply system that produces hydrogen in a water electrolyzer and supplies the produced hydrogen to a hydrogen shipping facility or a hydrogen utilization facility, and an integrated heat control system that controls the heat of the hydrogen supply system.
従来、水電解装置などの水素発生装置で製造した水素を供給する際に、水素貯蔵装置に水素を一旦貯蔵して、水素出荷設備や水素利用設備に供給している。水素出荷設備としては、水素ガスキャニスター、水素ガスシリンダー、水素ガスカードル、水素ガストレーラー、パイプライン及び二次的な出荷設備としての水素ステーションなどが挙げられる。水素利用設備としては、ボイラー、燃料電池、産業用プロセス利用、二次的な出荷設備を介した燃料電池自動車、水素動力船、水素動力航空機、建設機械などが挙げられる。
従来この種の装置では、エネルギー効率を向上させるための工夫がされている。例えば、特許文献1では、水素発生装置、水素貯蔵装置、燃料電池発電装置、貯湯タンクから構成された電力供給システムが提案されており、燃料電池発電装置で発生した排熱を貯湯タンクに供給し、その熱を水素貯蔵装置からの水素放出に利用している。また、貯湯タンクの温度制御に低温熱負荷や高温熱負荷、ヒートポンプなどを使用している。
また、特許文献2では、水電解装置と、この水電解装置により生じる熱を貯蔵する貯蔵装置と、この貯蔵装置に接続された、 熱源を必要とする機器とを具備する熱利用システムで、貯蔵装置で貯蔵した熱を前記機器で使用することを可能としている。
Conventionally, when hydrogen produced by a hydrogen generator such as a water electrolyzer is supplied, hydrogen is temporarily stored in a hydrogen storage device and supplied to a hydrogen shipping facility or a hydrogen utilization facility. Examples of hydrogen shipping equipment include hydrogen gas canisters, hydrogen gas cylinders, hydrogen gas curdles, hydrogen gas trailers, pipelines, and hydrogen stations as secondary shipping equipment. Hydrogen utilization equipment includes boilers, fuel cells, industrial process utilization, fuel cell vehicles via secondary shipping equipment, hydrogen powered ships, hydrogen powered aircraft, construction machinery and the like.
Conventionally, this type of device has been devised to improve energy efficiency. For example,
Further, in Patent Document 2, storage is performed in a heat utilization system including a water electrolyzer, a storage device for storing heat generated by the water electrolyzer, and a device connected to the storage device that requires a heat source. The heat stored in the device can be used in the device.
提案されている特許文献1、2では、水電解装置もしくは燃料電池の排熱を有効に利用することでエネルギー効率を高めているが、水素供給システムの中核をなす水素発生装置に効率的に熱を供給し、最終的にはシステム全体のエネルギー効率を高めることは意図されていない。水を電気分解することにより水素を発生する水電解装置が必要とするエネルギーは、電気エネルギーと熱エネルギーの複合によるものであることが知られており、従来の水電解装置は、スタック内部で発生する各種の電気抵抗による発熱を熱源として利用する。したがって、変動する電力を利用する場合や間欠運転を行う場合、低電力運転を継続する場合、もしくは発熱の少ない高性能電解槽を使用する場合には発熱量が減少するため、水素発生システムの効率が低下している。
従来のシステムはこの水電解による排熱を利用し、水電解装置以外の周辺機器の効率を高めようとするものであり、水電解装置自体の高効率化には触れていない。また、外部から熱を供給するシステムを提案することは可能であるが、追加となる費用及びエネルギー消費に課題がある。
In the proposed
The conventional system uses the exhaust heat generated by water electrolysis to improve the efficiency of peripheral devices other than the water electrolysis device, and does not mention the improvement of the efficiency of the water electrolysis device itself. It is possible to propose a system that supplies heat from the outside, but there are problems with additional costs and energy consumption.
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、水素供給システムおよび、水電解装置、水素貯蔵装置、出荷装置及びその関連機器等から生じる熱及び熱を用いた水素の圧力までも統合的にコントロールし、さらに水電解装置の水電解スタックの高効率な運転に必要な熱を熱効率の高いヒートポンプをシステム内部の熱を利用することで最適に運用し、水素供給システムの効率を最大化する統合型熱コントロールシステムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in the context of the above circumstances, and integrates heat generated from a hydrogen supply system, a water electrolyzer, a hydrogen storage device, a shipping device, and related equipment, and even the pressure of hydrogen using heat. Optimal operation of the heat required for the highly efficient operation of the water electrolysis stack of the water electrolysis device by using the heat inside the system with a heat pump with high heat efficiency to maximize the efficiency of the hydrogen supply system. The purpose is to provide an integrated thermal control system.
すなわち、本発明の水素供給システムのうち第1の形態は、
水素を、水素出荷/利用設備に供給する水素供給システムであって、
水素を製造するための水電解装置と、
水素を貯蔵・放出するための水素貯蔵装置と、
水素貯蔵装置から放出された水素を払出するための出荷装置と、
熱媒を貯蔵する温熱槽と、
冷媒を貯蔵する冷熱槽と、
温熱槽の加温と冷熱槽の冷却に用いられるヒートポンプと、
前記熱媒と前記冷媒を、前記温熱槽および前記冷熱槽と各装置との間で移動させる媒体移動部と、
前記水素供給システムを制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、少なくとも、前記水電解装置が動作時に所定の温度になるようにし、さらに、前記水素貯蔵装置における水素の吸収、放出に対応するように、前記熱媒および前記冷媒の移動を制御することを特徴とする。
That is, the first form of the hydrogen supply system of the present invention is
A hydrogen supply system that supplies hydrogen to hydrogen shipping / utilization equipment.
A water electrolyzer for producing hydrogen,
A hydrogen storage device for storing and releasing hydrogen,
A shipping device for discharging the hydrogen released from the hydrogen storage device,
A heating tank that stores the heat medium and
A cold tank for storing refrigerant and
The heat pump used to heat the hot tank and cool the cold tank,
A medium moving unit that moves the heat medium and the refrigerant between the hot tank, the cold heat tank, and each device.
It has a control unit that controls the hydrogen supply system, and has
The control unit controls the movement of the heat medium and the refrigerant so as to at least bring the water electrolyzer to a predetermined temperature during operation and to correspond to the absorption and release of hydrogen in the hydrogen storage device. It is characterized by doing.
第2の形態の水素供給システムは、前記形態の発明において、前記出荷装置が、圧縮装置、メタネーション装置およびアンモニア生成装置のいずれか1つまたは2つ以上であることを特徴とする。 The hydrogen supply system of the second aspect is characterized in that, in the invention of the above-described embodiment, the shipping device is any one or more of a compression device, a methanation device, and an ammonia generating device.
第3の形態の水素供給システムは、前記形態の発明において、前記水電解装置が、固体高分子形水電解装置である。 In the invention of the third embodiment, the water electrolyzer is a solid polymer type water electrolyzer.
第4の形態の水素供給システムは、前記形態の発明において、前記温熱槽の熱媒は、少なくとも、前記水電解装置の高温状態を保存する。 In the invention of the fourth embodiment, the heat medium of the heating tank stores at least the high temperature state of the water electrolyzer.
第5の形態の水素供給システムは、前記形態の発明において、前記温熱槽の熱媒は、前記水電解装置のスタックを加熱する。 In the invention of the fifth embodiment, the heat medium of the heating tank heats the stack of the water electrolyzer.
第6の形態の水素供給システムは、前記形態の発明において、前記温熱槽の温度が所定の温度に維持されることを特徴とする。 The hydrogen supply system of the sixth aspect is characterized in that, in the invention of the above-described embodiment, the temperature of the heating tank is maintained at a predetermined temperature.
第7の形態の水素供給システムは、前記形態の発明において、前記ヒートポンプは、水素供給システムに必要な温熱、冷熱を同時に製造できるダブルバンドルヒートポンプであり、該ダブルバンドルヒートポンプは、前記温熱槽を加熱し、前記冷熱槽を冷却する。 The hydrogen supply system of the seventh embodiment is a double-bundle heat pump capable of simultaneously producing hot and cold heat required for the hydrogen supply system in the invention of the above-described embodiment, and the double-bundle heat pump heats the heating tank. Then, the cooling / heating tank is cooled.
第8の形態の水素供給システムは、前記形態の発明において、前記水電解装置に供給される電力に対する整流を行う整流器を有し、
前記整流器の排熱を利用して、前記冷熱槽の加熱を可能にする。
The hydrogen supply system of the eighth embodiment has, in the invention of the embodiment, a rectifier that rectifies the electric power supplied to the water electrolyzer.
The exhaust heat of the rectifier is utilized to enable heating of the cold bath.
第9の形態の水素供給システムは、前記形態の発明において、前記水電解装置が純水の給水及びろ過のための循環水経路を有し、前記循環水経路は、前記水電解装置による自己加熱が可能である。 In the hydrogen supply system of the ninth aspect, in the invention of the above-described embodiment, the water electrolyzer has a circulating water path for supplying and filtering pure water, and the circulating water path is self-heating by the water electrolyzer. Is possible.
第10の形態の水素供給システムは、前記形態の発明において、前記水電解装置で発生した水素の除湿を行う水素除湿塔を有し、
前記水素除湿塔の再生工程に使用する水素を回収する水素再生圧縮機を有する。
The hydrogen supply system of the tenth aspect includes the hydrogen dehumidifying tower for dehumidifying the hydrogen generated in the water electrolyzer in the invention of the said embodiment.
It has a hydrogen regeneration compressor that recovers hydrogen used in the regeneration step of the hydrogen dehumidification tower.
第11の形態の水素供給システムは、前記形態の発明において、前記水素再生圧縮機は、吸着式の除湿塔が飽和した際に行う除湿塔の再生工程に利用する乾燥水素を回収し、再度、水電解装置側に環流することを特徴とする。 In the invention of the eleventh embodiment, the hydrogen regeneration compressor recovers dry hydrogen used in the dehumidifying tower regeneration step performed when the adsorption type dehumidifying tower is saturated, and again. It is characterized in that it is recirculated to the water electrolyzer side.
第12の形態の水素供給システムは、前記形態の発明において、前記制御部は、前記熱媒によって前記水電解装置が動作時の上限温度を超えないように前記水電解装置に対する前記熱媒および前記冷媒の移動を制御することを特徴とする。 In the invention of the twelfth aspect, the control unit uses the heat medium for the water electrolyzer and the heat medium for the water electrolyzer so that the water electrolyzer does not exceed the upper limit temperature during operation. It is characterized by controlling the movement of the refrigerant.
第13の形態の水素供給システムは、前記形態の発明において、前記媒体移動部では、比較的低温の熱媒を前記温熱槽の下部側に戻し、水電解装置の状態に応じて温度が異なる熱媒を前記温熱槽の中間部に戻し、比較的高温の熱媒を前記温熱槽の上部側に戻すことを特徴とする。 In the invention of the thirteenth embodiment, in the invention of the above-described embodiment, in the medium moving portion, a relatively low temperature heat medium is returned to the lower side of the heating tank, and heat having a temperature different depending on the state of the water electrolyzer. The medium is returned to the middle portion of the heating tank, and the relatively high temperature heat medium is returned to the upper side of the heating tank.
第14の形態の水素供給システムは、前記形態の発明において、前記制御部は、前記水素貯蔵装置における水素放出に際し、予め定めた所定の温度で前記水素貯蔵装置を熱駆動することを特徴とする。 In the invention of the fourteenth aspect, the control unit thermally drives the hydrogen storage device at a predetermined temperature at the time of hydrogen release in the hydrogen storage device. ..
第15の形態の水素供給システムは、前記形態の発明において、前記温度は、前記出荷装置として圧縮装置を備える場合、前記圧縮装置の圧縮能力に対応して前記水素貯蔵装置に収納されている水素吸蔵合金で定められる平衡水素圧で使用される温度よりも高い温度に設定されている。 In the invention of the fifteenth aspect, the temperature is the hydrogen stored in the hydrogen storage device corresponding to the compression capacity of the compression device when the compression device is provided as the shipping device. The temperature is set higher than the temperature used at the equilibrium hydrogen pressure defined by the storage alloy.
第16の形態の水素供給システムは、前記形態の発明において、前記制御部は、前記水素貯蔵装置に貯蔵されている水素残量が所定の範囲内となるように水素の吸蔵と、放出とを行うことを特徴とする。 In the invention of the 16th embodiment, the control unit stores and releases hydrogen so that the remaining amount of hydrogen stored in the hydrogen storage device is within a predetermined range. It is characterized by doing.
第17の形態の水素供給システムは、前記形態の発明において、前記制御部は、前記水素貯蔵装置に貯蔵されている水素残量を基に、少なくとも、水電解装置の動作と、水素貯蔵装置の動作と、圧縮装置の動作と、を制御することを特徴とする。 In the hydrogen supply system of the seventeenth aspect, in the invention of the above-described embodiment, the control unit is based on at least the operation of the water electrolyzer and the operation of the hydrogen storage device based on the remaining amount of hydrogen stored in the hydrogen storage device. It is characterized by controlling the operation and the operation of the compressor.
第18の形態の水素供給システムは、前記形態の発明において、水電解装置と水素貯蔵装置との間に設けられた第1水素経路と、前記圧縮装置を介して前記水素貯蔵装置と水素出荷/利用設備との間に設けられた第2水素経路と、前記水素貯蔵装置を迂回して、前記第1水素経路と前記圧縮装置の上流側に位置している前記第2水素経路とを連結するバイパス経路と、を有することを特徴とする。 In the invention of the above-described embodiment, the hydrogen supply system of the eighteenth embodiment includes a first hydrogen path provided between the water electrolyzer and the hydrogen storage device, and the hydrogen storage device and hydrogen shipment / via the compression device. The second hydrogen path provided between the facility to be used and the second hydrogen path located on the upstream side of the compression device are connected by bypassing the hydrogen storage device. It is characterized by having a bypass route.
第19の形態の水素供給システムは、前記形態の発明において、前記制御部は、前記水電解装置の稼働状態と前記出荷装置/利用設備の稼働状態と前記水素貯蔵装置の水素残量とに基づいて、前記バイパス経路を介して前記水電解装置で発生する水素のみを前記出荷装置に供給する第1供給工程と、前記バイパス経路を介して前記水電解装置で発生する水素と前記水素貯蔵装置で放出される水素とを前記出荷装置に供給する第2供給工程と、前記水電解装置における水素発生を停止して、前記水素貯蔵装置で放出される水素のみを前記出荷装置に供給する第3供給工程と、を実行させることを特徴とする。 In the invention of the nineteenth aspect, the control unit is based on the operating state of the water electrolyzer, the operating state of the shipping device / utilization facility, and the remaining amount of hydrogen in the hydrogen storage device. In the first supply step of supplying only hydrogen generated in the water electrolyzer through the bypass path to the shipping device, and in the hydrogen generated in the water electrolyzer and the hydrogen storage device via the bypass path. A second supply step of supplying the released hydrogen to the shipping device, and a third supply of stopping hydrogen generation in the water electrolyzer and supplying only the hydrogen released in the hydrogen storage device to the shipping device. It is characterized by executing a process.
第20の形態の水素供給システムは、前記形態の発明において、前記制御部は、前記第3供給工程の後工程として、前記出荷装置の稼働を停止して、所定の水素貯蔵量になるまで水電解装置で生成した水素を前記水素貯蔵装置に貯蔵させることを特徴とする。 The hydrogen supply system of the twentieth aspect is the invention of the above-mentioned embodiment, in which the control unit stops the operation of the shipping apparatus as a subsequent step of the third supply step and water until a predetermined hydrogen storage amount is reached. The hydrogen generated by the electrolyzer is stored in the hydrogen storage device.
第21の形態の水素供給システムは、前記形態の発明において、前記水電解装置は、再生可能エネルギーによる電力を用いて稼働するものである。 In the invention of the 21st embodiment, the water electrolyzer is operated by using electric power generated by renewable energy.
第22の形態の水素供給システムは、前記形態の発明において、前記圧縮装置によって生じる排熱を回収した温水が前記温熱槽に送り込まれることを特徴とする。 The hydrogen supply system of the 22nd embodiment is characterized in that, in the invention of the embodiment, hot water recovered from the exhaust heat generated by the compression device is sent to the heating tank.
本発明の統合型熱コントロールシステムのうち、第1の形態は、前記各形態のいずれかの水素供給システムを構成する水電解装置、水素貯蔵装置、出荷装置の全て、または水電解装置を含めて2つ以上の装置が必要とする温熱と冷熱の供給を制御して供給する。 Among the integrated thermal control systems of the present invention, the first embodiment includes all of the water electrolyzers, hydrogen storage devices, shipping devices, or water electrolyzers that constitute the hydrogen supply system of any of the above-described embodiments. The supply of hot and cold heat required by two or more devices is controlled and supplied.
他の形態の統合型熱コントロールシステムの発明は、前記形態において、前記水素供給システムで水素供給の制御を行う水素供給システム制御部とは独立して、前記温熱と冷熱の供給を制御する統合型熱コントロールシステム制御部を有する。 The invention of another form of the integrated heat control system is an integrated type that controls the supply of hot and cold heat independently of the hydrogen supply system control unit that controls the hydrogen supply in the hydrogen supply system. It has a thermal control system control unit.
本発明によれば、熱媒、冷媒を利用して、少なくとも、水電解装置の稼働効率が向上し、水素供給システムの電力から水素へのエネルギー変換効率を向上させることができる。 According to the present invention, it is possible to improve at least the operating efficiency of the water electrolyzer and improve the energy conversion efficiency from electric power to hydrogen of the hydrogen supply system by using the heat medium and the refrigerant.
以下に、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態である水素供給システム1の概略を示している。
水素供給システム1には、水電解装置60を有しており、水電解装置60には、電力供給路91を介して、電力系90Aが接続された整流器10が接続されている。整流器10は、水電解装置60に供給される電力に対し、整流を行う。また、整流器10は、水素供給システム制御部100Aの制御により出力側である水電解装置60に任意の電力を供給するよう制御する。
電力系90Aには、外部の電力系統が接続されていてもよく、また、太陽光、風車などの再生可能エネルギー発電設備から出力される電力が供給されるものであってもよい。この実施形態では、太陽光発電や風力発電など自然エネルギー発電装置から発生される電力もしくは電力系統の不安定化に起因する電力を用いるものとする。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows an outline of a
The
An external power system may be connected to the
この水素供給システム1では、システム外に電力設備を有するものとして説明しているが、再生可能エネルギー発電設備などが水素供給システム1に組み込まれているものであってもよい。また、電力系90Aには、外部の電力系統と、再生可能エネルギー発電設備の両方から電力が供給可能とされるものであってもよい。
この実施形態では、水電解装置60として、固体高分子形電解装置が好適に用いられるが純水を閉鎖系において用いる水電解すなわち、閉鎖系の内圧が高圧ガスにならない循環水の温度である約180℃以下で動作する水電解装置に適用することができる。
Although the
In this embodiment, a solid polymer electrolyzer is preferably used as the
水素供給システム1には、水素貯蔵装置70を有しており、内部に収容された水素吸蔵合金によって水素の貯蔵、放出を行うことができる。この実施形態では、水素貯蔵装置70は、熱駆動によって動作する。水素吸蔵合金には適宜の材料を用いることができるが、水電解装置60における熱媒温度と水素吸蔵合金における熱媒温度、水素吸蔵合金の平衡水素圧と、後述する、この実施形態では、出荷装置として圧縮装置80を有しており、水素を圧縮する圧縮装置80の1次圧力などを考慮して、水素吸蔵合金の材料を選定することができる。
水電解装置60と水素貯蔵装置70の間には、水素を移送する水素移送路92が接続されている。この実施形態では、水素移送路92は、本発明の第1水素経路に相当する。水素移送路92には、開閉弁92Aが設けられており、開閉弁92Aによって水素移送路92における水素移動が制御される。
The
A
水素貯蔵装置70には、水素貯蔵合金の温度を測定する温度計75、水素貯蔵装置70内の圧力を測定する圧力計76、水素貯蔵装置70内の水素残量を測定する水素残量計77が設けられており、それぞれの測定結果は、後述する制御部100の統合型熱交換コントロールシステム制御部100Bに送信される。
The
水素貯蔵装置70の水素送出側には、水素移送路93が接続されており、水素移送路93の他端側が圧縮装置80に接続されている。この実施形態では、水素移送路93は、本発明の第2水素経路に相当する。水素移送路93には、開閉弁93Aが設けられており、開閉弁93Aによって水素移送路93における水素移動が制御される。
A
圧縮装置80には、コンプレッサが用いられ、導入される水素が圧縮されて、水素移送路95を介して水素出荷設備または水素利用設備に払い出される。水素移送路95には開閉弁95Aが設けられており、水素移送路95を流れる水素の移動を調整する。
また、水電解装置60と、圧縮装置80との間には、水素貯蔵装置70をバイパスするバイパス移送路94が接続されている。バイパス移送路94は、開閉弁93Aの水素貯蔵装置70側において水素移送路93と接続されており、開閉弁93Aによって水電解装置60と水素貯蔵装置70の水素圧力を調整し圧縮装置80に移送する。
なお、この実施形態では、出荷装置として圧縮装置80を用いているが、出荷装置がこれに限定されるものではなく、メタネーション装置やメタン発生装置などを出荷装置として備えるものであってもよく、複数の装置を直列または並列に接続しても良く、また、複数の出荷装置を設け、これらの1つまたは2つ以上を選択して稼働させるものとしてもよい。
A compressor is used in the
Further, a
In this embodiment, the
また、水素供給システム1には、熱媒として温水を貯蔵する温熱槽40と、冷媒として冷水を貯蔵する冷熱槽50とを有している。この実施形態では、熱媒、冷媒には、水が用いられている。ただし、本発明としては水以外の物質により熱媒、冷媒を構成するものであってもよい。
Further, the
整流器10では、整流の動作により熱が発生し、排熱を回収するので、冷熱槽50に対する経路(63、64)を有している。
水電解装置60は、起動時は加温、定常時は加熱・冷却する必要があるので、以下に説明するように、それぞれの槽への経路(61〜64)を有している。
水素貯蔵装置70は、水素の吸収時は冷却、水素の放出時は加熱する必要があるので、それぞれの槽への経路(71〜74)を有している。
圧縮装置80は、発生する排熱を冷熱槽および温熱槽に送るとともに、定常時は冷却する必要があるので、それぞれの槽への経路(82〜84)を有している。
以下、詳細に説明する。
Since the
Since the
Since the
The
Hereinafter, a detailed description will be given.
温熱槽40には、ヒートポンプ20が、温熱槽ヒートポンプ往きライン41と、温熱槽ヒートポンプ還りライン42により接続されており、温熱槽40から送られる水をヒートポンプ20により加温する。ヒートポンプ20は、加熱部に相当する。
温熱槽ヒートポンプ往きライン41には、開閉弁41Aが設けられており、温熱槽40とヒートポンプ20間の水の移動が制御される。温熱槽ヒートポンプ往きライン41は、温熱槽40の下部側に接続され、温熱槽ヒートポンプ還りライン42は、温熱槽40の上部側に接続されている。これにより温熱槽40下部側であって比較的温度が低くなっている温水を取り出してヒートポンプ20によって効果的に加温することができ、これを温熱槽40の上部側に戻すことで、温熱槽40の上部側の温度を所定温度などの比較的高い温度に維持することができる。ヒートポンプ20は、ダブルバンドルにより冷熱槽50の水を冷却することができるが、その詳細は、図2に基づいて後述する。
A
An on-off
また、想定外の高熱の除去を目的としたクーリングタワー30が、冷熱槽クーリングタワー往きライン51と、冷熱槽クーリングタワー還りライン52により接続されており、冷熱槽50から送られる水をクーリングタワー30により冷却する。
冷熱槽クーリングタワー往きライン51には、開閉弁51Aが設けられており、冷熱槽50とクーリングタワー30間の水の移動が制御される。冷熱槽クーリングタワー往きライン51は、冷熱槽50の上部側に接続され、冷熱槽クーリングタワー還りライン52は、冷熱槽50の下部側に接続されている。これにより冷熱槽50上部側であって比較的温度が高くなっている冷水を取り出してクーリングタワー30によって効果的に冷却することができ、これを冷熱槽50の下部側に戻すことで、冷熱槽50の下部側をより低温に維持することができる。
Further, the
An on-off
温熱槽40の上部側には、温熱槽水電解装置往きライン61が接続されており、温熱槽水電解装置往きライン61の他端側は、水電解装置60に接続されている。温熱槽水電解装置往きライン61には、開閉弁61Aが設けられており、温熱槽水電解装置往きライン61内の温水の移動が開閉弁61Aで制御される。
A hot tank water
水電解装置60内では、温熱槽水電解装置往きライン61で送られた温水が熱交換され、水電解装置60の温度が低い状態(稼働開始時など)では温水の熱が伝熱されて水電解装置60が加温される。水電解装置60には、温熱槽水電解装置還りライン62が接続されており、水電解装置60内で熱交換された温水が移動する。温熱槽水電解装置還りライン62の他端側は、温熱槽40の中央高さ近傍、すなわち中間部に接続されている。
水電解装置60への供給温水を高温で安定した温水を供給するように構成することで、水電解装置60を高効率に運転できる効果がある。
In the
By configuring the hot water supplied to the
温熱槽水電解装置還りライン62には開閉弁62Aが設けられており、温熱槽水電解装置還りライン62を流れる温水の流れが制御される。温熱槽40に対する上記ラインの接続によって、比較的高い温度の温水が温熱槽40の上部側にあり、比較的低い温度の温水が温熱槽40の中央高さ付近にあって、温熱槽40内の温水の温度低下を抑制する。
温熱槽水電解装置往きライン61、開閉弁61A、温熱槽水電解装置還りライン62、開閉弁62Aは、本発明の媒体移動部の一部を構成する。これらのラインには、図示しないポンプを有している。
An on-off
The hot tank water electrolyzer
さらに温熱槽40の比較的上部側には、温熱槽水素貯蔵装置往きライン71が接続されており、温熱槽水素貯蔵装置往きライン71の他端側は、水素貯蔵装置70に接続されている。温熱槽水素貯蔵装置往きライン71には、下流側に開閉弁71Aが設けられており、温熱槽水素貯蔵装置往きライン71内の温水の移動が開閉弁71Aで制御される。
Further, a heating tank hydrogen storage
温熱槽水素貯蔵装置往きライン71で送られた温水は、水素貯蔵装置70内で熱交換されて水素吸蔵合金を加熱し、水素が貯蔵されている水素吸蔵合金からの水素放出を促す。水素貯蔵装置70には、温熱槽水素貯蔵装置還りライン72が接続されており、水素貯蔵装置70内で熱交換された温水が移動する。温熱槽水素貯蔵装置還りライン72の他端側は、温熱槽40の比較的下部側に接続されている。温熱槽水素貯蔵装置還りライン72の下流側には開閉弁72Aが接続されている。温熱槽水素貯蔵装置還りライン72内の温水の移動が開閉弁72Aで制御される。
温熱槽40に対するラインの接続によって、比較的高い温度の温水が温熱槽40の上部側にあり、比較的低い温度の温水が温熱槽40の下部側にあって、温熱槽40内の温水の温度低下を抑制する。
温熱槽水素貯蔵装置往きライン71、開閉弁71A、温熱槽水素貯蔵装置還りライン72、開閉弁72A、本発明の媒体移動部の一部を構成する。これらのラインには、図示しないポンプを有している。
Hot tank hydrogen storage device The hot water sent by the
Due to the connection of the line to the
The heating tank hydrogen storage
次に、冷熱槽50では、冷熱槽50の下部側に、冷熱槽水電解装置往きライン63が接続されており、冷熱槽水電解装置往きライン63の他端側は、水電解装置60に接続されている。冷熱槽水電解装置往きライン63には、開閉弁63Aが設けられており、冷熱槽水電解装置往きライン63内の冷水の移動が開閉弁63Aで制御される。
また、冷熱槽水電解装置往きライン63は、開閉弁63Aの下流側で分岐して整流器10に接続されている。
Next, in the cold /
Further, the cooling / heating tank water
水電解装置60内では、冷熱槽水電解装置往きライン63で送られた冷水が熱交換され、水電解装置60の温度を冷却する必要がある場合は冷水によって水電解装置60が冷却され、水電解装置60が上限温度を超えないように制御される。水電解装置60には、冷熱槽水電解装置還りライン64が接続されており、水電解装置60内で熱交換された冷水が移動する。冷熱槽水電解装置還りライン64の他端側は、冷熱槽50の比較的上部側に接続されている。
In the
また、整流器10では、開閉弁64Aの下流側で冷熱槽水電解装置還りライン64が分岐して、開閉弁64Bを介して整流器10に接続されている。
整流器10では、開閉弁64Bを開くと、冷熱槽水電解装置往きライン63の冷水が流れ込み、動作時に発生した排熱を回収し、冷熱槽水電解装置還りライン64を通して排熱を回収した冷水が冷熱槽50に送られる。整流器10は、コンパクトにパッケージするために、水冷式を採用するのは一般的であるが、本実施形態においては、後述するダブルハンドルの高効率ヒートポンプにより安定的に熱供給するために必要な冷熱槽50の安定的な熱源として整流器10を利用することとしている。
Further, in the
In the
冷熱槽水電解装置還りライン64には開閉弁64A、開閉弁64Bが設けられており、冷熱槽水電解装置還りライン64を流れる冷水の移動が制御される。
冷熱槽50に対するラインの接続によって、比較的高い温度の冷水が冷熱槽50の上部側にあり、比較的低い温度の冷水が冷熱槽50の下部側にあって、冷熱槽50内の冷水の温度上昇を抑制する。
冷熱槽水電解装置往きライン63、開閉弁63A、冷熱槽水電解装置還りライン64、開閉弁64A、64Bは、本発明の媒体移動部の一部を構成する。これらのラインには、図示しないポンプを有している。
The cold tank water
Due to the connection of the line to the
The cold tank water electrolyzer
さらに冷熱槽50の下部側には、冷熱槽水素貯蔵装置往きライン73が接続されており、冷熱槽水素貯蔵装置往きライン73の他端側は、水素貯蔵装置70に接続されている。冷熱槽水素貯蔵装置往きライン73には、開閉弁73Aが設けられており、冷熱槽水素貯蔵装置往きライン73内の冷水の移動が開閉弁73Aで制御される。
Further, a cold tank hydrogen storage
冷熱槽水素貯蔵装置往きライン73で送られた冷水は、水素貯蔵装置70内で熱交換されて、水素吸収を促すために水素吸蔵合金を冷却する。水素貯蔵装置70には、冷熱槽水素貯蔵装置還りライン74が接続されており、水素貯蔵装置70内で熱交換された冷水が移動する。冷熱槽水素貯蔵装置還りライン74の他端側は、冷熱槽50の比較的上部側に接続されている。冷熱槽水素貯蔵装置還りライン74には開閉弁74Aが設けられており、冷熱槽水素貯蔵装置還りライン74を流れる冷水の移動を制御する。
Cold tank hydrogen storage device The cold water sent by the
冷熱槽50に対するラインの接続によって、比較的高い温度の冷水が冷熱槽50の上部側にあり、比較的低い温度の冷水が冷熱槽50の下部側にあって、冷熱槽50内の冷水の温度上昇を抑制する。
冷熱槽水素貯蔵装置往きライン73、開閉弁73A、冷熱槽水素貯蔵装置還りライン74、開閉弁74Aは、本発明の媒体移動部の一部を構成する。これらのラインには、図示しないポンプを有している。
Due to the connection of the line to the
The cold tank hydrogen storage
さらに、冷熱槽50には、下部側に冷熱槽圧縮装置往きライン82が接続されており、冷熱槽圧縮装置往きライン82の他端側は、圧縮装置80に接続されている。冷熱槽圧縮装置往きライン82には、開閉弁82Aが設けられており、冷熱槽圧縮装置往きライン82内の冷水の移動が開閉弁82Aで制御される。
Further, the cooling / heating tank compression
冷熱槽圧縮装置往きライン82で送られた冷水は、圧縮装置80で熱交換されて圧縮装置80を冷却する。圧縮装置80には、冷熱槽圧縮装置還りライン83が接続されており、圧縮装置80内で熱交換された冷水が移動する。冷熱槽圧縮装置還りライン83の他端側は、冷熱槽50の上部側に接続されている。冷熱槽圧縮装置還りライン83には開閉弁83Aが設けられており、冷熱槽圧縮装置還りライン83を流れる冷水の移動を制御する。
冷熱槽50に対するラインの接続によって、比較的低い温度の冷水が冷熱槽50の下部側にあって、冷熱槽50内の冷水の温度上昇を抑制する。
冷熱槽圧縮装置往きライン82、開閉弁82A、冷熱槽圧縮装置還りライン83、開閉弁83Aは、本発明の媒体移動部の一部を構成する。これらのラインには、図示しないポンプを有している。
The cold water sent by the cold bath
By connecting the line to the cold and
The cold tank compression device
また、圧縮装置80には、圧縮装置温熱槽往きライン84が接続されており、その他端側は、温熱槽40の上部側に接続されている。圧縮装置温熱槽往きライン84には、開閉弁84Aが接続されており、圧縮装置温熱槽往きライン84を流れる温水の移動を制御する。
圧縮装置80では、圧縮装置80によって水素が断熱圧縮されることによる温度上昇とピストン等による機械的な発熱が生じている。このうち前者は、圧縮装置−温熱槽往きライン84によって排熱を回収した温水を温熱槽40に送り込む。後者は、冷熱槽圧縮装置往きライン82と冷熱槽圧縮装置還りライン83を流れる冷水によって冷却される。これにより、圧縮装置80の排熱を効率よく回収することができる。
水素供給システムにおける水素の出荷方法として、本件には圧縮機の断熱圧縮熱を温熱槽の熱源、冷却水を冷熱槽の熱源として利用しているが、水素の出荷方法として、メタネーションもしくはアンモニア製造など廃熱が生じる出荷方法でも同様に施設することができる。
Further, a compression device heating
In the
As a method of shipping hydrogen in a hydrogen supply system, in this case, the adiabatic compression heat of the compressor is used as the heat source of the hot tank and the cooling water is used as the heat source of the cold tank. The same facility can be used for shipping methods that generate waste heat.
さらに、水素供給システム1は、システム全体を制御する制御部100を有している。
制御部100は、CPUとCPU上で動作するプログラム、プログラムや動作パラメータを格納する記憶部などを有している。制御部100は、各装置などと制御可能に接続されており、有線、無線による接続の他、ネットワークを介して各装置などと接続されるものであってもよい。
制御部100には、水素供給システム制御部100Aと統合型熱コントロールシステム制御部100Bとを有している。
Further, the
The
The
制御部100の水素供給システム制御部100Aは、水電解装置60に制御可能に接続されており、水素供給システム制御部100Aは、オンオフを含めて水電解装置60の動作を制御する。また、水素供給システム制御部100Aは、整流器10に制御可能に接続されており、整流器10の動作を制御する。
水素供給システム制御部100Aは、圧縮装置80に制御可能に接続されており、圧縮装置のオンオフを含めて動作を制御する。
The hydrogen supply
The hydrogen supply
制御部100の統合型熱コントロールシステム制御部100Bは、水素貯蔵装置70、ヒートポンプ20、クーリングタワー30、温熱槽40、冷熱槽50に制御可能に接続されており、さらに、各開閉弁61A、62A、63A、64A、64B、71A、71B、73A、74A、82A、83A、84Aに制御可能に接続されている。
また、温熱槽40、冷熱槽50では、図示しない温度計で温水または冷水の温度を測定し、測定結果を統合型熱コントロールシステム制御部100Bに送信することができ、さらに各槽の貯水量をフロートスイッチなどで測定して、統合型熱コントロールシステム制御部100Bに送信することができる。
また、統合型熱交換コントロールシステム制御部100Bは、水素貯蔵装置70における温度計75、圧力計76、水素残量計77の測定結果を取得する。
統合型熱コントロールシステム制御部100Bは、水素貯蔵装置70、ヒートポンプ20、クーリングタワー30のオンオフや各開閉弁の開閉動作、温熱槽40、冷熱槽50を含めて温水、冷水を制御し、各装置間での温水、冷水の移動を制御して効率的な熱管理を行う。
統合型熱コントロールシステム制御部100Bは、水素貯蔵装置70、ヒートポンプ20、クーリングタワー30、各開閉弁、温熱槽40、冷熱槽50、整流器10、水電解装置60、圧縮装置80に温熱と冷熱の供給を制御して供給する統合型熱コントロールシステムを構成している。
The integrated heat control
Further, in the
Further, the integrated heat exchange control
The integrated heat control
The integrated heat control
上記水素供給システム1では、水電解装置60は外部からの電力が入力されて、水素を発生する。水素貯蔵装置70では水素を吸収し、水素を放出する。圧縮装置80では水素を吸入し、必要に応じて水素を吐出、払出する。なお、それぞれの装置は、制御部100で計測、監視および運転・停止で制御が行われている。
上記した水電解装置60、水素貯蔵装置70、圧縮装置80は、これらを統合して動作させ、熱媒、冷媒を移動させることができ、システムのコンパクト化が可能になる。
すなわち、水電解装置やその他装置から発生する排熱を温熱槽40に戻し、制御部100により温熱槽40の温度と水素貯蔵装置70内の水素吸蔵合金の圧力を基に温水を水素貯蔵装置70に供給するようにしている。
なお、この実施形態では、統合型熱コントロールシステム制御部100Bは、水素供給システム制御部100Aとは独立したものとしており、水素供給システム制御部100Aが上位にあって統合型熱コントロールシステム制御部100Bが下位にある関係を有しているが、これらが並立動作するものでよく、さらに、これらを分離せず、制御部100において一体的に動作するものであってもよい。
In the
The
That is, the exhaust heat generated from the water electrolyzer and other devices is returned to the
In this embodiment, the integrated thermal control
以下に、上記動作を図2〜図5に基づいて詳細に説明する。
なお、以下の図では、各ラインの開閉弁は省略し、ラインにポンプを図示して温水、冷水の流れを説明する。図中の数値は一例を示すものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
Hereinafter, the above operation will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 5.
In the following figure, the on-off valve of each line is omitted, and the pump is illustrated on the line to explain the flow of hot water and cold water. The numerical values in the figure show an example and do not limit the scope of the present invention.
図2は、全体の温水、冷水の流れを説明する図であり、統合型熱コントロールが行われている。
温熱槽40は、開放式もしくは密閉式の構造を有し、予め定めた所定の温度以上の温水を貯蔵することを意図している。温熱槽40の下方側から取り出された温水は、温熱槽ヒートポンプ往きライン41でヒートポンプ用ポンプ(H)42Pによりヒートポンプ20に送られ、ヒートポンプ20で予め定めた所定の温度以上に調整され、温熱槽ヒートポンプ還りライン42を介してヒートポンプ用ポンプ(H)42Pで水電解装置の規模に応じた送り量で温熱槽40に戻される。ヒートポンプ20、ヒートポンプ用ポンプ(H)42Pは、必要時期に稼働される。
FIG. 2 is a diagram for explaining the flow of hot water and cold water as a whole, and integrated heat control is performed.
The
冷熱槽50には、ヒートポンプ20が、温熱槽40とダブルバンドルにて接続されており、ヒートポンプ20は、冷却部に相当する。冷熱槽50では、冷水を30℃以下に維持することが意図されており、また、ヒートポンプ20を利用する際に必要となる低温側の熱源として機能するため、温熱槽40に十分な熱量を供給し、各装置の低温の廃熱を活用するために機能する。ヒートポンプ20により冷熱槽50を冷却する際には、ヒートポンプ用ポンプ(C)42P2により冷熱槽50に冷水が送られる。
なお、大量の熱が冷熱槽50に供給された場合の機能として、冷熱槽50の上部側から冷却塔用ポンプ51Pで冷水が冷熱槽クーリングタワー往きライン51に導入される。
A
As a function when a large amount of heat is supplied to the cooling /
また、温熱槽40の下方側に連結されたオーバーフロー管40Fでは、オーバーフローした、比較的温度の低い温水が、冷熱槽50の上部側に導入可能となっている。
また、冷熱槽50では、冷水の温度が低くなりすぎないように、冷水を加熱する冷熱槽ヒーター50Aが設けられており、冷水の温度に応じて冷熱槽ヒーター50Aが稼働される。
Further, in the
Further, in the cold /
水電解装置60における温水、冷水の利用について説明する。
水電解装置60に対する温水、冷水の導入状態は、図3に表示されている。
温熱槽40では、温度調整された温水が、1号ポンプ61Pの動作によって温熱槽水電解装置往きライン61を介して水電解装置60の分岐点Aより水電解装置60内に導入される。温熱槽水電解装置往きライン61は、温熱槽40の上部側に接続されているため、上限温度を有している。1号ポンプ61Pでは、往き温度と還り温度の温度差によってその流量を変更し適量の温水が送られる。水電解装置60は、固体高分子形の水電解装置からなり、スタック60Sを有している。スタック60Sは、高温に保つことで高効率となるが、材料の耐性を超えて高温になると故障すたるため、温水、冷水の導入により適正温度に維持される。
The use of hot water and cold water in the
The state of introduction of hot water and cold water into the
In the
温水は、水電解装置60の熱交換1で熱交換されてスタック60Sの温度を調整する。スタック60Sの温度が低い場合は、温水により加温され、スタック60Sの温度が高い場合は、温水によって除熱状態でスタック60Sの温度が低下する。水電解装置60に導入された温水は熱交換されて、分岐点Bより温熱槽水電解装置還りライン62を介して温熱槽60の中間高さ位置に戻される。
The hot water is heat-exchanged in the
また、水電解装置60では、冷熱槽水電解装置往きライン63が接続されており、30℃以下に温度調整された冷水が、4号ポンプ63Pによって分岐点Cに導入することができる。導入された冷水は、分岐点Dから冷熱槽水電解装置還りライン64によって、冷熱槽50の上部側に戻される。
水電解装置60では、スタック60Sが上限温度を超える状態に移りつつある場合に、熱交換2によって冷水による冷却がなされ、適正温度範囲を維持する。
水電解装置60は、運転設定温度より温度が下の時、温熱槽40から受熱し、水素発生を高効率化し、運転設定温度より温度が上の時温熱槽40へ配熱し、温度低下時の加熱用熱源として保存する。
Further, in the
In the
The
また、水電解装置60では、純水の給水及びろ過のための循環水経路下において運用される純水タンク60Wを有し、スタック60Sとの間で純水循環させている。この際に、純水の冷却が必要である場合は、水電解装置60に導入された前記冷水により熱交換器3を介して冷却を行う。また、循環している純水を加熱する必要がある場合は、スタック60Sの温度を利用して熱交換4により純水を自己加熱することができる。
この実施形態では、上述したように水電解装置60は、固体高分子形水電解装置からなり、スタック60Sにおいて圧力を生じることができる。この圧力を利用することで高圧水素の出荷による損失を低減し、効率の向上を図ることができる。
純水の循環では、温熱槽、冷熱槽の熱はほとんど使用せず、循環ループの起点と終点において、自己加熱、冷却を行う。
Further, the
In this embodiment, as described above, the
In the circulation of pure water, the heat of the heating tank and the cooling tank is hardly used, and self-heating and cooling are performed at the starting point and the ending point of the circulation loop.
水電解装置60で発生した水素は、水素除湿塔60Dで除湿されて、水素再生圧縮機65で圧縮される。
水素除湿塔60Dでは、図示しない気液分離装置を有し、乾燥した再生用の水素をパージする。
水素再生圧縮機65は、吸着式の水素除湿塔60Dが飽和した際に行う水素除湿塔60Dの再生工程に利用する乾燥水素を回収し、再度、水電解装置60側に環流する。水素再生圧縮機65は、除湿塔再生用のパージ水素を気液分離装置の圧力に加圧することで、水素供給システム効率を向上させる。
The hydrogen generated in the
The
The hydrogen regeneration compressor 65 recovers the dry hydrogen used in the regeneration step of the
また、冷熱槽水電解装置往きライン63の冷水は、分岐点Gを介して水素再生圧縮機65の冷却に用いることができる。ポンプ冷却器65Cを介して水素再生圧縮機65を冷却する。冷却に用いられた冷水は、分岐点Hより冷熱槽水電解装置60還りライン64を介して冷熱槽50に戻すことができる。水素再生圧縮機65の排熱は、ダブルバンドルのヒートポンプ20の低温側熱源として、冷熱槽50に配熱することができる。
Further, the cold water in the cold water tank water
また、冷熱槽水電解装置往きライン63の冷水は、図3に示すように、電力系91において用いられる整流器10において、分岐点Mにより整流器冷却器10RCを介して整流器10を冷却することができる。冷却に用いられた冷水は、分岐点Nにより冷熱槽水電解装置60還りライン64を介して冷熱槽50に戻すことができる。
なお、上記の例では、水素再生圧縮機65、整流器10の冷却に際し、冷熱槽水電解装置往きライン62、冷熱槽水電解装置60還りライン64を用いるものとしたが、それぞれ独立したラインを設けるものとしてもよい。
Further, as shown in FIG. 3, the cold water in the cold water
In the above example, when cooling the hydrogen regeneration compressor 65 and the
次に、水素貯蔵装置70における温水、冷水の利用について説明する。
水素貯蔵装置70に対する温水、冷水の導入状態は、図4において示されている。
水素貯蔵装置70で吸蔵されている水素を放出する際には、温熱槽40で温度調整された温水が、2号ポンプ71Pの動作によって温熱槽水素貯蔵装置往きライン71を通じて水素貯蔵装置70の分岐点Iより水素貯蔵装置70内に導入される。温熱槽水素貯蔵装置往きライン71は、温熱槽40の上部側に接続されているため、比較的高い温度を有し、2号ポンプ71Pにより、温水が送られる。水素貯蔵装置70では、導入された温水により収容されている水素吸蔵合金が加熱されて水素の放出がなされる。加熱に用いられた温水は、水素貯蔵装置70の分岐点Jより、温熱槽水素貯蔵装置70還りライン72を通じて温熱槽40の下部側に、戻される。なお、温水流量は容器内圧力あるいは容器入口と出口の温度差を見て流量を制御することもできる。
Next, the use of hot water and cold water in the
The introduction state of hot water and cold water into the
When releasing the hydrogen occluded in the
一方、水素貯蔵装置70で水素を貯蔵する際には、冷熱槽50で予め定めた所定の温度以下に調整された冷水が、3号ポンプ73Pの動作によって冷熱槽水素貯蔵装置往きライン73を通じて水素貯蔵装置70の分岐点Kより水素貯蔵装置70内に導入される。この際には、規模に応じた流量によって、予め定めた所定の温度以下で水素吸蔵合金が冷却され、水素再生圧縮機65で送られる水素を吸蔵する。冷却に用いられた冷水は、水素貯蔵装置70の分岐点Lより、冷熱槽水素貯蔵装置還りライン74を通じて冷熱槽50の上部側に戻る。なお、冷水流量は容器内圧力あるいは容器入口と出口の温度差を見て流量を制御することもできる。
水電解装置やその他装置から発生する排熱を冷熱槽に戻し、統合型熱コントロールシステム制御部により冷熱槽の温度と水素貯蔵装置内の水素吸蔵合金の温度を基に温水を水素貯蔵装置に供給するように構成しており、水素供給システムの総合熱効率を上げることができる。
On the other hand, when hydrogen is stored in the
The exhaust heat generated from the water electrolyzer and other devices is returned to the cold bath, and hot water is supplied to the hydrogen storage device based on the temperature of the cold tank and the temperature of the hydrogen storage alloy in the hydrogen storage device by the integrated heat control system control unit. It is possible to increase the overall thermal efficiency of the hydrogen supply system.
すなわち、水素貯蔵装置70では、
(水素吸収時)
ダブルバンドルのヒートポンプの低温側熱源として、冷温槽に配熱する。
(水素放出時)
温熱槽の熱が飽和している場合には、温熱槽の除熱に利用し、例えば水素の圧力を0.6MPaGに昇圧することで大気圧と比較して圧縮比を1/6に低減し、水素圧縮装置の動力の消費電力を低減する。
温熱槽の熱が不足している場合には、水素供給システム制御部と協調し、水素を圧縮させないことでエネルギー効率を改善する。
(吸収と放出が輪番時)
ダブルバンドルヒートポンプにて、吸収もしくは放出のいずれかに必要な熱を生産する際に、逆方向動作時に必要な熱を生産し、温熱槽もしくは冷熱槽に保存することで水素の吸収・放出に関するエネルギー投入量を低減する。
That is, in the
(At the time of hydrogen absorption)
Heat is distributed to a cold / hot tank as a heat source on the low temperature side of a double bundle heat pump.
(At the time of hydrogen release)
When the heat of the heating tank is saturated, it is used to remove the heat of the heating tank. For example, by increasing the pressure of hydrogen to 0.6 MPaG, the compression ratio is reduced to 1/6 compared to the atmospheric pressure. , Reduce the power consumption of the power of the hydrogen compressor.
When the heat of the heating tank is insufficient, the energy efficiency is improved by coordinating with the hydrogen supply system control unit and not compressing the hydrogen.
(When absorption and release are rotating)
When the double bundle heat pump produces the heat required for either absorption or release, the heat required for reverse operation is produced and stored in a hot or cold tank to generate energy related to hydrogen absorption and release. Reduce the input amount.
次に、圧縮装置80における温水、冷水の利用について説明する。
圧縮装置80に対する温水、冷水の導入状態は、図5において示されている。
冷熱槽50で温度調整された冷水は、5号ポンプ82Pの動作によって冷熱槽圧縮装置往きライン82を通じて圧縮装置80の分岐点Qより圧縮装置80内に導入される。冷熱槽圧縮装置往きライン82は、冷熱槽50の下部側に接続されているため、比較的低い温度を有し、5号ポンプ82Pにより、冷水が送られる。圧縮装置80では、導入された冷水により動作によって昇温している圧縮装置80が冷却されて昇温による効率低下が防止される。冷却に用いられた冷水は、圧縮装置80の分岐点Pより、冷熱槽圧縮装置還りライン83に送られて冷熱槽50の上部側に、戻される。
Next, the use of hot water and cold water in the
The introduction state of hot water and cold water into the
The cold water whose temperature has been adjusted in the cooling /
また、圧縮装置80は、図示しない数段の圧縮シリンダーにより構成されるため、水素ガス圧縮の際の断熱圧縮熱は150℃にもなる。この熱を使って冷却水の排熱一部を特別に加温し、温熱槽上部の温度より高温となる状態で、温熱槽圧縮装置往きライン84を通じて温熱槽40の上部高さ位置に、戻される。
すなわち、圧縮装置80では、温熱槽40の上限を超える温度に断熱圧縮熱を利用し媒体を加温し、温熱槽に配熱することができる。
Further, since the
That is, in the
次に、水電解装置における動作を図6に基づいて説明する。制御上の温度の設定例を温熱槽70℃、スタック最適運転温度80℃とした場合の例を示す。
水電解装置60を起動して温度上昇させる状態および手順について説明する。
1.水電解装置60の起動時、前日の熱を持ち越し、スタックを加温するに十分な温度を維持している。
2.水電解装置60(電解起動)の動作手順に則り温水の循環開始
3.温熱槽40の温度がスタックの顕熱分低下し70℃を下回る。
4.温熱槽40の温度を保つため、ヒートポンプを起動
5.ヒートポンプ動作のために必要な冷熱槽50の熱として水電解装置60と同時に起動する整流器10の廃熱を供給
6.上記ヒートポンプの動作のために必要な冷熱槽50の熱は、水電解装置60の起動と同じくして水素を出荷する際には圧縮装置80の廃熱も供給
7.上記ヒートポンプの動作のために必要な冷熱槽50の熱は、水電解装置60の起動時に圧縮装置80にて水素を出荷しない際には、水素貯蔵装置70内部の水素吸蔵合金の水素吸収による廃熱も供給
8.水電解装置60のスタックの排熱との温度差にて温熱槽40は徐々に昇温
9.水電解装置60のスタックが設定温度以上の排熱開始し、ヒートポンプ停止
10.熱交換1は循環温度の上昇に伴い、吸熱から除熱に受動的に切り替わる。
11.水電解装置60のスタックが高負荷運転を継続すると最終的には設定上限値まで上昇し、熱交換1の除熱効果は失われていくので、熱交換2に切り替える。
12.純水の給水及びろ過のための循環水経路の純水の循環は熱交換4で自己除熱・加温
13.熱交換3で純水系の温度を調整
Next, the operation in the water electrolyzer will be described with reference to FIG. An example of setting the temperature for control is shown when the heating tank is 70 ° C. and the stack optimum operating temperature is 80 ° C.
The state and procedure of starting the
1. 1. When the
2. 3. Start circulation of hot water according to the operation procedure of the water electrolysis device 60 (electrolysis start). The temperature of the
4. 4. Start the heat pump to maintain the temperature of the
11. When the stack of the
12. The circulation of pure water in the circulating water path for water supply and filtration of pure water is self-removing and heating by heat exchange 4. Adjust the temperature of the pure water system with heat exchange 3
次に、定常運転状態の動作について説明する。
1.起動後は、水電解装置用の水素供給システム制御部100Aから任意の指令値により整流器10から水電解装置60のスタックに電力が供給される。
2.水電解装置60を用いて、再生可能エネルギー由来の電力を吸収する場合は、送電線において最大能力で吸収する方式と再生可能エネルギーの近傍や配電線において中間能力にて電力を吸収しつつ電力を増減させることにより変動にも対応する方式が知られている。
3.スタックへの熱の積極的な供給が必要となる上記後者の方式にて説明する。
4.出荷が始まると、1,500kWの規模を想定した場合、平均電力750kWつまり180Nm3/hくらいの水素をスタックが供給しつつ、水素貯蔵装置から200Nm3/hくらい加算して出荷設備の圧縮装置に送る。
5.温熱槽40の温度が70℃を下回るときには、ヒートポンプを高効率に運転することとなるが、水素貯蔵装置70内部の水素吸蔵合金の廃熱を冷熱槽50に供給し、温熱槽40の加温と冷熱槽50の冷却を同時進行させる。これにより、発熱と吸熱が輪番する水素吸蔵合金の基本条件に対し、発熱吸熱のいずれかへの対応が、次に発生する逆方向の動作に必要な熱を作り出すこととなる。
6.温熱槽40の温度が70℃を上回るときには、スタックの発熱を温熱槽40に保存し、将来の自己加温用の熱として備える。
7.圧縮装置80の運転が連続する場合には、水素ガスの断熱圧縮に伴い生じる発熱にてスタック温度より高い温度の供給が可能となる。
8.この熱を温熱槽40に供給することで、水素発生システムにおいて高い温度の熱媒が必要な機器に供給することで高効率化する。
9.統合型熱コントロールシステム制御部100Bは、出荷装置に供給する水素の圧力を最低0.6MPaGに保つため、温熱槽40に蓄えられた熱を利用し制御するが、水素供給システム制御部は、温熱槽40の温度により水素の出荷計画を修正することで高効率化を図る。
10.統合型熱コントロールシステム制御部100Bは、熱媒体、冷熱媒体の行と還りの温度差を絶えず監視して、必要に応じた流量にすることで、各ポンプ動力の低減を図る。
Next, the operation in the steady operation state will be described.
1. 1. After startup, power is supplied from the
2. When the
3. 3. The latter method described above, which requires the active supply of heat to the stack, will be described.
4. When shipment begins, assuming the size of 1,500 kW, average power 750kW clogging 180 Nm 3 / h much hydrogen while supplying a stack, the compressor of loading facilities by adding about 200 Nm 3 / h from the hydrogen storage unit Send to.
5. When the temperature of the
6. When the temperature of the
7. When the
8. By supplying this heat to the
9. The integrated heat control
10. The integrated heat control
次に、上記各状態に応じた水素の移動パターンについて、図7に基づいて説明する。
定常運転、例えば水電解出力1,500kWとした場合に中央値の750kWで平均的に運転する場合は、図7上段にあるように、出荷設備(以下で、圧縮装置とする。)で370Nm3/hの需要があるとして、水電解で185Nm3/hの発生量があり、これを、バイパス経路を通じて圧縮装置に送るとともに、水素貯蔵装置より、185Nm3/hで放出して、圧縮装置に送ることで、圧縮装置の需要に応える。
なお、水電解装置60では、水素圧力として0.8MPaGが得られており、圧力制御弁により0.8MPaGを超える圧力に達した場合はライン94に水素を供給できる。水素貯蔵装置から放出される水素と、水電解で発生した水素とが合わさって、圧力調整弁93Aにて0.6MPaGに調整し圧縮装置に送られる。圧縮装置では、この圧力を一次圧力として水素を圧縮し、二次圧力である19.6MPaGで水素を払い出して水素出荷設備または水素利用設備に水素が供給される。
水素貯蔵装置では、水素残量が下限量になるまで圧縮装置に水素を補充する。水素貯蔵装置では、温度計75、圧力計76、水素残量計77による測定が行われ、これらの測定結果を受ける制御部100で水素貯蔵装置やその他の装置が制御される。すなわち、水素貯蔵装置の温度、圧力に加え、水素残量を基に各機器を運転・停止させるようにしていという特徴を有している。
上記工程は、本発明の第1供給工程に相当する。
Next, the hydrogen transfer pattern according to each of the above states will be described with reference to FIG. 7.
In steady operation, for example, when the water electrolysis output is 1,500 kW and the average operation is performed at the median value of 750 kW, as shown in the upper part of FIG. 7, the shipping equipment (hereinafter referred to as a compression device) is 370 Nm 3. Assuming that there is a demand for / h, there is an amount of 185 Nm 3 / h generated by water electrolysis, which is sent to the compressor through the bypass path and released from the hydrogen storage device at 185 Nm 3 / h to the compressor. By sending, we meet the demand for compression equipment.
In the
In the hydrogen storage device, the compressor is replenished with hydrogen until the remaining amount of hydrogen reaches the lower limit. In the hydrogen storage device, measurements are performed by a
The above step corresponds to the first supply step of the present invention.
水電解を最大運転する場合、図7の2段目に示すように、この例では、水電解出力1500kWにし、水電解で370Nm3/hの水素を発生する。この際の水素圧力は、0.8MPaGとなる。水電解で発生された水素は、水素貯蔵装置をライン94にて迂回し、圧縮装置に0.6MPaGの圧力で水素を供給する。圧縮装置では、水素を圧縮して19.6MPaGの圧力で370Nm3/hの水素が水素出荷設備または水素利用設備に供給される。
この際に、水素貯蔵装置は水素の移動が通過されており、水素の貯蔵はなされていない。
上記工程は、本発明の第2供給工程に相当する。
When the water electrolysis is operated at maximum, as shown in the second stage of FIG. 7, in this example, the water electrolysis output is set to 1500 kW, and hydrogen of 370 Nm 3 / h is generated by the water electrolysis. The hydrogen pressure at this time is 0.8 MPaG. The hydrogen generated by water electrolysis bypasses the hydrogen storage device at
At this time, the hydrogen storage device has passed the hydrogen transfer, and the hydrogen is not stored.
The above step corresponds to the second supply step of the present invention.
最小運転では、図7の3段目に示すように、水電解の出力は0kWとされて水素の発生量は0Nm3/hとなる。水素貯蔵装置では、370Nm3/hで水素が放出され、0.6MPaGの一次圧力で水素が圧縮装置に導入される。水素圧縮装置では水素を圧縮して払い出し、19.6MPaGの圧力、370Nm3/hの水素量で水素出荷設備または水素利用設備に水素が供給される。
上記工程は、本発明の第3供給工程に相当する。
In the minimum operation, as shown in the third stage of FIG. 7, the output of water electrolysis is 0 kW and the amount of hydrogen generated is 0 Nm 3 / h. In the hydrogen storage device, hydrogen is released at 370 Nm 3 / h, and hydrogen is introduced into the compressor at a primary pressure of 0.6 MPaG. In the hydrogen compressor, hydrogen is compressed and discharged, and hydrogen is supplied to the hydrogen shipping facility or the hydrogen utilization facility at a pressure of 19.6 MPaG and an amount of hydrogen of 370 Nm 3 / h.
The above step corresponds to the third supply step of the present invention.
最小運転の後では、図7の4段目に示すように、出荷装置である圧縮装置80の稼働を止め、水電解装置60を出力0〜1500kWの範囲で、0〜370Nm2/hの水素発生量で水素を発生させ、水素彫像装置70で所定の上限量になるまで水素を貯蔵する。
After the minimum operation, as shown in the fourth stage of FIG. 7, the operation of the
次に、本実施形態の必要燃料を評価するため、従来方法として、水電解装置、水素貯蔵装置、圧縮装置を独立で、冷却、加熱した場合の必要熱量と1週間の累積熱量を推定した。この結果を図8に示す。
次に本実施形態において、水電解装置、水素貯蔵装置、圧縮装置を組み合わせて冷却、加熱した場合の必要熱量と1週間の累積熱量を推定した。この結果を図9に示す。
図8、9から明らかなように、この実施形態では、従来方法による図8の結果に比べて冷却に関する必要熱量および加熱に関する必要熱量は大幅に減らすことができる。
Next, in order to evaluate the required fuel of the present embodiment, as a conventional method, the required heat amount when the water electrolyzer, the hydrogen storage device, and the compression device were independently cooled and heated and the cumulative heat amount for one week were estimated. The result is shown in FIG.
Next, in the present embodiment, the required heat amount and the cumulative heat amount for one week when the water electrolyzer, the hydrogen storage device, and the compression device are combined to cool and heat are estimated. The result is shown in FIG.
As is clear from FIGS. 8 and 9, in this embodiment, the amount of heat required for cooling and the amount of heat required for heating can be significantly reduced as compared with the result of FIG. 8 by the conventional method.
具体的には、図8、9は、水電解装置の水素生成速度および水素貯蔵装置の水素吸放出速度を370Nm3/hとして1週間運用した場合のシミュレーション結果を示したものである。図8の例では、1週間当たりの水電解装置の冷却熱量は約5,400kWh、水素貯蔵装置から水素を放出させるために必要な加熱熱量が約2,400kWh、圧縮装置の冷却熱量は約540kWhとなる。これらを、本実施形態の方法を用いて熱交換すると、図9のように冷却熱量が約4,200kWh、加熱熱量が約1,700kWhとなり、それぞれを独立で処理する場合より約30%少ない熱量とすることが可能となる。 Specifically, FIGS. 8 and 9 show the simulation results when the hydrogen production rate of the water electrolyzer and the hydrogen absorption / release rate of the hydrogen storage device are set to 370 Nm 3 / h and operated for one week. In the example of FIG. 8, the amount of heat of cooling of the water electrolyzer per week is about 5,400 kWh, the amount of heat of heating required to release hydrogen from the hydrogen storage device is about 2,400 kWh, and the amount of heat of cooling of the compressor is about 540 kWh. It becomes. When these are heat-exchanged using the method of the present embodiment, the amount of heat for cooling is about 4,200 kWh and the amount of heat for heating is about 1,700 kWh as shown in FIG. 9, which is about 30% less than the case where each is treated independently. It becomes possible to.
図10は、水素貯蔵装置の残量(センサ検知)を基に、各装置の運転、停止をしたときの水素貯蔵装置の水素残量、水素製造量および水素払い出し量を示すものである。
水素の払い出し量は、土日を除いて一定量とされており、水素製造量(破線部)は、水素貯蔵装置からの供給量と合わせて、払い出し量を上限として、実施される。水素貯蔵装置の水素残量は、各日で定められた範囲付近で水素残量を調整する。但し、土日は水素の払い出しがないため、水素残量を可能な範囲で増量する。水素残量に基づいて各装置の運転、停止を行うため、効率的な運転を行うことができる。
制御部でa) 水電解装置への入力電力量を予想、b)各装置の運転状態と水素貯蔵装置の残量を計測し、これらを基に各機器を運転/停止させるように構成しているので、各機器の消費電力を低減し、システムの総合効率を上げることができる。
FIG. 10 shows the remaining amount of hydrogen, the amount of hydrogen produced, and the amount of hydrogen discharged from the hydrogen storage device when each device is operated or stopped based on the remaining amount of the hydrogen storage device (sensor detection).
The amount of hydrogen to be dispensed is fixed except on Saturdays and Sundays, and the amount of hydrogen produced (broken line portion) is carried out up to the amount of hydrogen to be dispensed together with the amount supplied from the hydrogen storage device. The remaining amount of hydrogen in the hydrogen storage device is adjusted in the vicinity of the range specified for each day. However, since hydrogen is not paid out on Saturdays and Sundays, the remaining amount of hydrogen will be increased as much as possible. Since each device is operated and stopped based on the remaining amount of hydrogen, efficient operation can be performed.
The control unit a) predicts the amount of power input to the water electrolyzer, b) measures the operating state of each device and the remaining amount of the hydrogen storage device, and is configured to start / stop each device based on these. Therefore, the power consumption of each device can be reduced and the overall efficiency of the system can be increased.
水素貯蔵装置の水素吸蔵量を温度センサと圧力センサで算出する場合、装置からの水素の吸放出を停止させた状態で計測する必要があるため、手順が煩雑になったり、吸蔵量の誤差が大きくなったり、場合によっては貯蔵容器のガス欠を引き起こす可能性がある。残量センサでは、in−situでの測定が可能であり、また、温度センサと圧力センサを用いた場合より正確に残量が測定できるため、水電解装置による水素製造、コンプレッサによる水素払出を効率的に実施できる。 When calculating the hydrogen storage amount of a hydrogen storage device with a temperature sensor and a pressure sensor, it is necessary to measure with the absorption and release of hydrogen from the device stopped, which complicates the procedure and causes an error in the storage amount. It can grow and, in some cases, cause the storage container to run out of gas. With the remaining amount sensor, in-situ measurement is possible, and since the remaining amount can be measured more accurately than when using a temperature sensor and pressure sensor, hydrogen production by a water electrolyzer and hydrogen discharge by a compressor are efficient. Can be implemented.
図11は、水素吸蔵合金の圧力−組成等温線図(PCT線図)を示す。一般的に水素吸蔵合金は水素の吸放出サイクルの繰り返しにより、水素吸蔵量が低下していく。この要因は合金自体の金属組織構造の変化に起因する内的劣化と水素ガス中の不純物による表面状態の変化に基づく外的劣化に大別されるが、前者については、水素を吸放出させる幅により低下量が大きく変わってくる。図12に、図11記載の3条件での吸放出サイクル数と初期に対する水素吸蔵量の比をプロットしたものを示す。条件2(0〜50%の吸放出幅)と条件3(50〜100%の幅)は、条件1(0〜100%の幅)と比較して吸放出サイクルによる吸蔵量の低下率が小さく、本発明のように水素貯蔵装置を水素残量値のある一定幅(主に30%〜60%)となるように、水素吸収・放出を行えば、水素貯蔵装置の吸放出サイクルによる吸蔵量の低下を低減させることができる。 FIG. 11 shows a pressure-composition isotherm diagram (PCT diagram) of the hydrogen storage alloy. Generally, in a hydrogen storage alloy, the hydrogen storage amount decreases as the hydrogen absorption / release cycle is repeated. This factor is roughly divided into internal deterioration due to changes in the metal structure of the alloy itself and external deterioration due to changes in the surface state due to impurities in hydrogen gas. The amount of decrease changes greatly depending on the situation. FIG. 12 shows a plot of the ratio of the number of absorption / release cycles to the initial stage and the amount of hydrogen storage under the three conditions shown in FIG. Condition 2 (0 to 50% absorption / release width) and condition 3 (50 to 100% width) have a smaller reduction rate of the storage amount due to the absorption / release cycle than condition 1 (0 to 100% width). If hydrogen is absorbed and released so that the hydrogen storage device has a certain range (mainly 30% to 60%) of the remaining hydrogen value as in the present invention, the storage amount by the absorption / release cycle of the hydrogen storage device is performed. Can be reduced.
圧縮装置(コンプレッサ)の消費電力Pは式1で算出でき、水素貯蔵装置からの放出圧力(=コンプレッサの吸入圧力)が上がると補機動力は低減する。本実施形態では、水電解装置の排熱を使用し、水素貯蔵装置からの放出圧力を0.5〜0.7MPaGに上げることにより、コンプレッサの消費電力を約10%の低減させることができる。
P = K×(P_d/P_S )^((θ−1)/(i×θ))……(式1)
Ps:吸入圧力、Pd:吐出圧力、θ:比熱比、i:圧縮段数
制御部(EMS)により、a)水電解装置への入力電力量を予想、b)各機器の運転状態と水素貯蔵装置の水素残量を計測することで、消費電力が最も大きい(水電解装置が停止状態で、水素貯蔵装置から水素を放出、コンプレッサで水素を昇圧、払出)運転をできるだけ減らし、消費電力が小さい(水電解装置が最大運転で水素貯蔵装置を経由し、コンプレッサで水素を昇圧、払出)運転を増やし、システムのエネルギー効率を上昇させることができる。
なお、水素貯蔵装置からの水素放出圧力を平衡圧力よりも高く上げ、圧縮装置の吸入圧力を上げるようにすることでさらに効率を向上させることができる。
The power consumption P of the compressor can be calculated by
P = K × (P_d / P_S) ^ ((θ-1) / (i × θ)) …… (Equation 1)
Ps: suction pressure, Pd: discharge pressure, θ: specific heat ratio, i: number of compression stages The control unit (EMS) predicts a) the amount of input power to the water electrolyzer, b) the operating state of each device and the hydrogen storage device. By measuring the remaining amount of hydrogen, the operation with the highest power consumption (when the water electrolyzer is stopped, hydrogen is released from the hydrogen storage device, hydrogen is boosted and discharged by the compressor) is reduced as much as possible, and the power consumption is small ( The water electrolyzer can go through the hydrogen storage device at maximum operation, and the hydrogen can be boosted and discharged by the compressor) to increase the operation and increase the energy efficiency of the system.
The efficiency can be further improved by raising the hydrogen release pressure from the hydrogen storage device higher than the equilibrium pressure and raising the suction pressure of the compression device.
本実施形態では、水電解装置やその他装置から発生する排熱も再利用することでシステムの総合熱効率を向上することを目的としている。
併せて、
2.水素貯蔵装置の水素残量を基に、水電解装置やその他機器を運転・停止させることにより、余分なエネルギー消費を低減し、システムの総合熱効率を向上させる。
3.水素貯蔵装置からの水素吸収・放出を水素残量値のある一定幅で行うことにより、水素吸蔵合金の吸放出によるサイクル劣化量を低減させる。
4.水素貯蔵装置からの水素放出圧力を上げ、コンプレッサの吸入圧力も上げることにより、コンプレッサの消費電力を低減させ、システムの総合効率を向上させる。
5.外部からの投入エネルギー量を抑えつつ、水素の払出量を最大にする運用方法
6.冷熱槽から供給される温水温度を高温で一定に保持することにより、システムの総合効率を向上させる。
The purpose of this embodiment is to improve the overall thermal efficiency of the system by reusing the exhaust heat generated from the water electrolyzer and other devices.
together,
2. By operating and stopping the water electrolyzer and other equipment based on the remaining amount of hydrogen in the hydrogen storage device, excess energy consumption is reduced and the overall thermal efficiency of the system is improved.
3. 3. By absorbing and releasing hydrogen from the hydrogen storage device within a certain range of the remaining amount of hydrogen, the amount of cycle deterioration due to absorption and release of the hydrogen storage alloy is reduced.
4. By increasing the hydrogen discharge pressure from the hydrogen storage device and the suction pressure of the compressor, the power consumption of the compressor is reduced and the overall efficiency of the system is improved.
5. Operation method that maximizes the amount of hydrogen output while suppressing the amount of energy input from the outside. By keeping the temperature of the hot water supplied from the cold bath constant at a high temperature, the overall efficiency of the system is improved.
上記実施形態では、出荷装置として圧縮装置を用いた例について説明した。出荷装置が圧縮装置に限定されないことは前述したとおりであるが、出荷装置としてメタネーション装置110を用いた例を図13に示す。
メタネーション装置110では、装置稼働によって定まる温度によって排熱を回収することができ、冷熱槽圧縮装置往きライン82に代えて冷熱槽メタネーション装置往きライン182、冷熱槽圧縮装置還りライン83に代えて冷熱槽メタネーション装置還りライン183、圧縮装置−温熱槽往きライン84に代えてメタネーション装置−温熱槽往きライン184のように同等のラインを用いて前記実施形態と同様の動作を行うことができる。
なお、出荷装置が圧縮装置またはメタネーション装置に限定されないことは前述したとおりである。
In the above embodiment, an example in which a compression device is used as the shipping device has been described. As described above, the shipping device is not limited to the compression device, but FIG. 13 shows an example in which the
In the
As described above, the shipping device is not limited to the compression device or the metanation device.
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、本発明の技術的範囲は上記説明の内容に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りは上記実施形態に対する適宜の変更が可能である。 Although the present invention has been described above based on the above-described embodiment, the technical scope of the present invention is not limited to the contents of the above-mentioned description, and the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments as long as it does not deviate from the scope of the present invention. Appropriate changes are possible.
1 水素供給システム
10 整流器
20 ヒートポンプ
30 クーリングタワー
40 温熱槽
41 温熱槽ヒートポンプ往きライン
42 温熱槽ヒートポンプ還りライン
50 冷熱槽
51 冷熱槽クーリングタワー往きライン
52 冷熱槽クーリングタワー還りライン
60 水電解装置
60S スタック
61 温熱槽水電解装置往きライン
62 温熱槽水電解装置還りライン
63 冷熱槽水電解装置往きライン
64 冷熱槽水電解装置還りライン
70 水素貯蔵装置
71 温熱槽水素貯蔵装置往きライン
72 温熱槽水素貯蔵装置還りライン
73 冷熱槽水素貯蔵装置往きライン
74 冷熱槽水素貯蔵装置還りライン
75 温度計
76 圧力計
77 水素残量計
80 圧縮装置
82 冷熱槽圧縮装置往きライン
83 冷熱槽圧縮装置還りライン
84 圧縮装置温熱槽往きライン
91 電力系
92 水素移送路
93 水素移送路
94 バイパス移送路
100 制御部
100A 水素供給システム制御部
100B 統合型熱コントロールシステム制御部
1
Claims (24)
水素を製造するための水電解装置と、
水素を貯蔵・放出するための水素貯蔵装置と、
水素貯蔵装置から放出された水素を払出するための出荷装置と、
熱媒を貯蔵する温熱槽と、
冷媒を貯蔵する冷熱槽と、
温熱槽の加温と冷熱槽の冷却に用いられるヒートポンプと、
前記熱媒と前記冷媒を、前記温熱槽および前記冷熱槽と各装置との間で移動させる媒体移動部と、
前記水素供給システムを制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、少なくとも、前記水電解装置が動作時に所定の温度になるようにし、さらに、前記水素貯蔵装置における水素の吸収、放出に対応するように、前記熱媒および前記冷媒の移動を制御することを特徴とする水素供給システム。 A hydrogen supply system that supplies hydrogen to hydrogen shipping / utilization equipment.
A water electrolyzer for producing hydrogen,
A hydrogen storage device for storing and releasing hydrogen,
A shipping device for discharging the hydrogen released from the hydrogen storage device,
A heating tank that stores the heat medium and
A cold tank for storing refrigerant and
The heat pump used to heat the hot tank and cool the cold tank,
A medium moving unit that moves the heat medium and the refrigerant between the hot tank, the cold heat tank, and each device.
It has a control unit that controls the hydrogen supply system, and has
The control unit controls the movement of the heat medium and the refrigerant so as to at least bring the water electrolyzer to a predetermined temperature during operation and to correspond to the absorption and release of hydrogen in the hydrogen storage device. A hydrogen supply system characterized by
前記整流器の排熱を利用して、前記冷熱槽の加熱を可能にする請求項1〜7のいずれか1項に記載の水素供給システム。 It has a rectifier that rectifies the electric power supplied to the water electrolyzer.
The hydrogen supply system according to any one of claims 1 to 7, which enables heating of the cold bath by utilizing the exhaust heat of the rectifier.
前記水素除湿塔の再生工程に使用する水素を回収する水素再生圧縮機を有する請求項1〜9のいずれか1項に記載の水素供給システム。 It has a hydrogen dehumidifying tower that dehumidifies the hydrogen generated by the water electrolyzer.
The hydrogen supply system according to any one of claims 1 to 9, further comprising a hydrogen regeneration compressor that recovers hydrogen used in the regeneration step of the hydrogen dehumidification tower.
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