JP2021187698A - Hydrogen system and hydrogen system operation method - Google Patents

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繁 飯山
Shigeru Iiyama
幸宗 可児
Yukimune Kani
智也 鎌田
Tomoya Kamata
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Abstract

To provide a hydrogen system capable of suppressing deterioration of a reforming catalyst of a hydrogen generator more than before.SOLUTION: A hydrogen system comprises: a hydrogen generator which generates a hydrogen-containing gas by a reforming reaction by using a raw material; a compressor which applies a voltage between an anode and a cathode to move and compress hydrogen in the hydrogen-containing gas supplied to the anode to the cathode through an electrolyte membrane; a first flow path which supplies a cathode-off gas discharged from the cathode of the compressor to the hydrogen generator; a first on-off valve provided in the first flow path; and a controller which opens the first on-off valve when the hydrogen system is stopped.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は水素システムおよび水素システムの運転方法に関する。 The present disclosure relates to hydrogen systems and methods of operating hydrogen systems.

近年、地球温暖化などの環境問題、石油資源の枯渇などのエネルギー問題から、化石燃料に代わるクリーンな代替エネルギー源として、水素が注目されている。水素は燃焼しても基本的に水しか生成せず、地球温暖化の原因となる二酸化炭素が排出されずかつ窒素酸化物などもほとんど排出されないので、クリーンエネルギーとして期待されている。また、水素を燃料として高効率に利用する装置として、例えば、燃料電池があり、自動車用電源向け、家庭用自家発電向けに開発および普及が進んでいる。 In recent years, hydrogen has been attracting attention as a clean alternative energy source to replace fossil fuels due to environmental problems such as global warming and energy problems such as depletion of petroleum resources. Even if hydrogen burns, it basically produces only water, carbon dioxide that causes global warming is not emitted, and nitrogen oxides are hardly emitted, so it is expected as a clean energy. Further, as a device that uses hydrogen as a fuel with high efficiency, for example, there is a fuel cell, which is being developed and popularized for a power source for automobiles and a private power generation for home use.

来るべき水素社会では、水素を製造することに加えて、水素を高密度で貯蔵し、小容量かつ低コストで輸送または利用することが可能な技術開発が求められている。特に、分散型のエネルギー源となる燃料電池の普及促進には、水素供給インフラを整備する必要があるので、水素を安定的に供給するために、高純度の水素を製造、精製、高密度貯蔵する様々な検討が行われている。 In the coming hydrogen society, in addition to producing hydrogen, there is a need for technological development that can store hydrogen at high density and transport or utilize it in a small capacity and at low cost. In particular, in order to promote the spread of fuel cells, which are distributed energy sources, it is necessary to develop a hydrogen supply infrastructure. Therefore, in order to stably supply hydrogen, high-purity hydrogen is produced, refined, and stored at high density. Various studies are being conducted.

例えば、特許文献1には、アノードおよびカソード間に電解質膜が設けられ、アノードおよびカソード間に電圧を印加することによって、水素の精製および昇圧が行われる水素精製昇圧システムが記載されている。なお、アノード、電解質膜およびカソードの積層構造体を膜−電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)という。また、特許文献1には、水素精製昇圧システムの停止時に、システム中に残存するガスを窒素でパージすることが開示されている。このとき、アノードに供給される水素は、不純物が混入していてもよい。例えば、水素は、都市ガスを改質器で改質した改質ガスでもよい。 For example, Patent Document 1 describes a hydrogen purification boosting system in which an electrolyte membrane is provided between an anode and a cathode, and hydrogen is purified and boosted by applying a voltage between the anode and the cathode. The laminated structure of the anode, the electrolyte membrane and the cathode is called a membrane-electrode assembly (MEA). Further, Patent Document 1 discloses that when the hydrogen purification pressurization system is stopped, the gas remaining in the system is purged with nitrogen. At this time, the hydrogen supplied to the anode may contain impurities. For example, hydrogen may be a reformed gas obtained by reforming the city gas with a reformer.

ここで、例えば、燃料電池車で使用する水素ガスは、一般的に、数十MPaの高圧で車内の水素タンクに充填される。このとき、燃料電池車の水素タンクに充填するための水素ガスは、国際規格(ISO14687−2)において、水素純度が99.97%以上であることが規定されるととともに、各不純物の上限値が定められている。 Here, for example, the hydrogen gas used in a fuel cell vehicle is generally filled in a hydrogen tank in the vehicle at a high pressure of several tens of MPa. At this time, the international standard (ISO14687-2) stipulates that the hydrogen gas for filling the hydrogen tank of the fuel cell vehicle has a hydrogen purity of 99.97% or more, and the upper limit of each impurity. Is stipulated.

特許第6299027号公報Japanese Patent No. 6299027

本開示は、一例として、水素生成器の改質触媒の劣化を従来よりも抑制し得る水素システムおよび水素システムの運転方法を提供することを課題とする。 It is an object of the present disclosure to provide, as an example, a hydrogen system and a method for operating a hydrogen system, which can suppress deterioration of a reforming catalyst of a hydrogen generator more than before.

本開示の一態様(aspect)の水素システムは、原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する水素生成器と、アノードおよびカソード間に電圧を印加することで、アノードに供給される水素含有ガス中の水素を、電解質膜を介してカソードに移動させ、かつ圧縮する圧縮機と、前記圧縮機のカソードから排出されたカソードオフガスを水素生成器に供給する第1流路と、前記第1流路に設けられた第1開閉弁と、停止時に、前記第1開閉弁を開放させる制御器と、を備える。 The hydrogen system of one aspect of the present disclosure is a hydrogen generator that generates a hydrogen-containing gas by a reforming reaction using a raw material, and hydrogen supplied to the anode by applying a voltage between the anode and the cathode. A compressor that moves hydrogen in the contained gas to the cathode via an electrolyte membrane and compresses the hydrogen, a first flow path that supplies the cathode off gas discharged from the cathode of the compressor to the hydrogen generator, and the first flow path. A first on-off valve provided in one flow path and a controller for opening the first on-off valve when stopped are provided.

本開示の一態様の水素システムの運転方法は、水素生成器で原料を用いた改質反応により生成された水素含有ガスを生成するステップと、圧縮機のアノードおよびカソード間に電圧を印加することで、アノードに供給される水素含有ガス中の水素を、電解質膜を介してカソードに移動させ、かつ圧縮するステップと、停止時に、前記圧縮機のカソードから排出されたカソードオフガスを前記水素生成器に供給するステップと、を備える。 One aspect of the present disclosure is a method of operating a hydrogen system, in which a hydrogen generator is used to generate a hydrogen-containing gas generated by a reforming reaction using a raw material, and a voltage is applied between the anode and cathode of the compressor. Then, the step of moving the hydrogen in the hydrogen-containing gas supplied to the anode to the cathode via the electrolyte membrane and compressing it, and the cathode off gas discharged from the cathode of the compressor at the time of stopping are the hydrogen generator. With a step to supply to.

本開示の一態様の水素システムおよび水素システムの運転方法は、水素生成器の改質触媒の劣化を従来よりも抑制し得る、という効果を奏する。 The hydrogen system of one aspect of the present disclosure and the method of operating the hydrogen system have an effect that deterioration of the reforming catalyst of the hydrogen generator can be suppressed more than before.

図1は、第1実施形態の水素システムの一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the first embodiment. 図1Aは、第1実施形態の実施例の水素システムの一例を示す図である。FIG. 1A is a diagram showing an example of a hydrogen system according to an embodiment of the first embodiment. 図1Bは、第1実施形態の実施例の水素システムの一例を示す図である。FIG. 1B is a diagram showing an example of a hydrogen system according to an embodiment of the first embodiment. 図2は、第2実施形態の水素システムの一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the second embodiment. 図3は、第3実施形態の水素システムの一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the third embodiment. 図4は、第4実施形態の水素システムの一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the fourth embodiment. 図5は、第5実施形態の水素システムの一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the fifth embodiment. 図6は、第6実施形態の水素システムの一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the sixth embodiment. 図7は、第7実施形態の水素システムの一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the seventh embodiment. 図8は、第8実施形態の水素システムの一例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the eighth embodiment. 図9は、第9実施形態の水素システムの一例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the ninth embodiment. 図10は、第10実施形態の水素システムの一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the tenth embodiment. 図11は、第11実施形態の水素システムの一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the eleventh embodiment. 図12は、第12実施形態の水素システムの一例を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the twelfth embodiment. 図13は、第13実施形態の水素システムの一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the thirteenth embodiment. 図14は、第14実施形態の水素システムの一例を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the 14th embodiment. 図15は、第15実施形態の水素システムの一例を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the fifteenth embodiment. 図16は、第17実施形態の水素システムの一例を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the 17th embodiment. 図17は、第18実施形態の水素システムの一例を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the 18th embodiment. 図18は、第19実施形態の水素システムの一例を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the 19th embodiment.

特許文献1では、停止時に、改質器2aの改質触媒が劣化する可能性がある。具体的には、水素精製昇圧システムの運転時、改質器2aにおいては、例えば、水蒸気改質反応、オートサーマル反応などが行われると、停止時には、改質器2a内の水蒸気が存在している。このため、仮に、改質器2a内で水蒸気がそのまま存在した状態で温度が低下すると、かかる水蒸気が凝縮する可能性がある。ここで、一般的に、改質触媒は、水濡れにより劣化する性質を備えるので、改質触媒が、上記の凝縮水に濡れる場合、改質触媒が劣化する。 In Patent Document 1, the reforming catalyst of the reformer 2a may deteriorate when stopped. Specifically, when the hydrogen purification boosting system is in operation, for example, a steam reforming reaction, an autothermal reaction, or the like is performed in the reformer 2a, and when the reformer 2a is stopped, steam in the reformer 2a is present. There is. Therefore, if the temperature drops while the steam remains as it is in the reformer 2a, the steam may condense. Here, in general, the reforming catalyst has a property of being deteriorated by water wetting, so that when the reforming catalyst gets wet with the above-mentioned condensed water, the reforming catalyst deteriorates.

そこで、本開示者らは、このような状況に鑑みて鋭意検討した結果、改質触媒が凝縮水で濡れる前に、低湿度のカソードオフガスを用いて水素生成器内をパージすることで、改質触媒の劣化を抑制し得ることを見出し、以下の本開示の一態様に想到した。 Therefore, as a result of diligent studies in view of such a situation, the present disclosers have improved the hydrogen generator by purging the inside of the hydrogen generator with a low-humidity cathode-off gas before the reforming catalyst gets wet with condensed water. We have found that the deterioration of the quality catalyst can be suppressed, and have conceived the following aspect of the present disclosure.

すなわち、本開示の第1態様の水素システムは、原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する水素生成器と、アノードおよびカソード間に電圧を印加することで、アノードに供給される水素含有ガス中の水素を、電解質膜を介してカソードに移動させ、かつ圧縮する圧縮機と、圧縮機のカソードから排出されたカソードオフガスを水素生成器に供給する第1流路と、第1流路に設けられた第1開閉弁と、停止時に、第1開閉弁を開放させる制御器と、を備える。 That is, the hydrogen system of the first aspect of the present disclosure is a hydrogen generator that generates a hydrogen-containing gas by a reforming reaction using a raw material, and hydrogen supplied to the anode by applying a voltage between the anode and the cathode. A compressor that moves hydrogen in the contained gas to the cathode via an electrolyte membrane and compresses it, a first flow path that supplies the cathode off gas discharged from the cathode of the compressor to the hydrogen generator, and a first flow. It includes a first on-off valve provided on the road and a controller that opens the first on-off valve when stopped.

かかる構成によると、本開示の第1態様の水素システムは、水素生成器の改質触媒の劣化を従来よりも抑制し得る。 According to such a configuration, the hydrogen system of the first aspect of the present disclosure can suppress deterioration of the reforming catalyst of the hydrogen generator more than before.

具体的には、本態様の水素システムは、停止時に、第1開閉弁を開放することで、水素生成器内に存在する高湿度の水素含有ガスを、圧縮機のカソードから供給される低湿度のカソードオフガスで置換することができる。つまり、高湿度の水素含有ガスが、低湿度のカソードオフガスによって水素生成器外へ押し出されるので、水素生成器内に存在するガスが、前者の水素含有ガスから後者のカソードオフガスに置換される。これにより、本態様の水素システムは、水素生成器の温度が低下しても、水素生成器内において水蒸気の凝縮が発生しにくくなる。すると、水素生成器の改質触媒は、水濡れにより劣化する可能性を低減することができる。 Specifically, in the hydrogen system of this embodiment, the high humidity hydrogen-containing gas existing in the hydrogen generator is supplied from the cathode of the compressor by opening the first on-off valve when the system is stopped. Can be replaced with a cathode off gas. That is, since the high-humidity hydrogen-containing gas is pushed out of the hydrogen generator by the low-humidity cathode-off gas, the gas existing in the hydrogen generator is replaced with the latter cathode-off gas from the former hydrogen-containing gas. As a result, in the hydrogen system of this embodiment, even if the temperature of the hydrogen generator is lowered, the condensation of water vapor is less likely to occur in the hydrogen generator. Then, the reforming catalyst of the hydrogen generator can reduce the possibility of deterioration due to water wetting.

本開示の第2態様の水素システムは、第1態様の水素システムにおいて、水素生成器に改質反応のための反応物を供給する第2流路を備え、第1流路は、第2流路に合流してもよい。また、本開示の第3態様の水素システムは、第2態様の水素システムにおいて、反応物は、原料であってもよい。 The hydrogen system of the second aspect of the present disclosure includes a second flow path for supplying a reactant for a reforming reaction to a hydrogen generator in the hydrogen system of the first aspect, and the first flow path is a second flow. You may join the road. Further, in the hydrogen system of the third aspect of the present disclosure, the reaction product may be a raw material in the hydrogen system of the second aspect.

以上の構成によると、本態様の水素システムは、水素生成器において、反応物およびカソードオフガスを導入するための箇所を集約することができる。 According to the above configuration, the hydrogen system of this embodiment can consolidate the points for introducing the reactant and the cathode off gas in the hydrogen generator.

本開示の第4態様の水素システムは、第1態様から第3態様のいずれか一つの水素システムにおいて、圧縮機の上流に設けられ、電圧印加器によりアノードとカソードの間に電圧を印加することにより、水素生成器からアノードに供給された水素含有ガス中の水素を、電解質膜を介してカソードに移動させ、精製された水素含有ガスを生成する水素純化器を備えてもよい。 The hydrogen system of the fourth aspect of the present disclosure is provided upstream of the compressor in any one of the first to third aspects of the hydrogen system, and a voltage is applied between the anode and the cathode by a voltage applyer. A hydrogen purifier may be provided in which hydrogen in the hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen generator to the anode is moved to the cathode via the electrolyte membrane to generate a purified hydrogen-containing gas.

かかる構成によると、本態様の水素システムは、水素純化器を用いて、水素生成器で生成された水素含有ガス中の不純物(例えば、CO、水蒸気、窒素など)を適切に除去することができる。 According to such a configuration, the hydrogen system of this embodiment can appropriately remove impurities (for example, CO 2 , steam, nitrogen, etc.) in the hydrogen-containing gas generated by the hydrogen generator using a hydrogen purifier. can.

ここで、圧縮機においても水素含有ガス中の上記不純物を除去することが可能であるが、本態様の水素システムの如く、圧縮機の前段に水素純化器を設ける理由は、以下の通りである。 Here, it is possible to remove the above-mentioned impurities in the hydrogen-containing gas also in the compressor, but the reason for providing the hydrogen purifier in the front stage of the compressor as in the hydrogen system of this embodiment is as follows. ..

圧縮機において、電解質膜による水素含有ガス中の不純物の除去性能は、一般的に、電解質膜の厚みが厚い程、向上する。このため、圧縮機のカソードに存在する水素を高純度化させるには、圧縮機の電解質膜の厚みを厚くする構成を取るか、あるいは、圧縮機のアノードに供給する水素含有ガスの純度を上げる構成を取る必要がある。 In the compressor, the ability of the electrolyte membrane to remove impurities in the hydrogen-containing gas is generally improved as the thickness of the electrolyte membrane is thicker. Therefore, in order to purify the hydrogen present at the cathode of the compressor, either increase the thickness of the electrolyte film of the compressor or increase the purity of the hydrogen-containing gas supplied to the anode of the compressor. It needs to be configured.

しかし、圧縮機のカソードで水素を高圧(例えば、数十MPa程度)に圧縮する場合を考慮すると、前者の構成は、圧縮機の水素圧縮動作に必要となる消費電力の増加を意味する。 However, considering the case where hydrogen is compressed to a high pressure (for example, about several tens of MPa) at the cathode of the compressor, the former configuration means an increase in power consumption required for the hydrogen compression operation of the compressor.

そこで、本態様の水素システムでは、水素純化器を用いて圧縮機のアノードに供給する水素含有ガスの純度を上げる構成を取ることで、圧縮機の電解質膜の厚みを増すことなく、圧縮機のカソードに存在する水素の高純度化が行われている。その結果、本態様の水素システムは、圧縮機の前段に水素純化器を設けない場合に比べて、圧縮機の水素圧縮動作に必要となる消費電力を削減することができる。 Therefore, in the hydrogen system of this embodiment, the purity of the hydrogen-containing gas supplied to the anode of the compressor is increased by using a hydrogen purifier, so that the thickness of the electrolyte film of the compressor is not increased. The hydrogen present in the cathode has been purified. As a result, the hydrogen system of this embodiment can reduce the power consumption required for the hydrogen compression operation of the compressor as compared with the case where the hydrogen purifier is not provided in front of the compressor.

なお、水素純化器は、カソードおよびアノード間に電圧を印加することにより、水素純化器のカソードで所定圧力にまで水素を圧縮することもできるが、このような所定圧力を適当に設定することで(例えば、数百KPa程度)、水素純化器における消費電力を適切に抑えることが可能である。 The hydrogen purifier can also compress hydrogen to a predetermined pressure at the cathode of the hydrogen purifier by applying a voltage between the cathode and the anode, but by setting such a predetermined pressure appropriately, it is possible. (For example, about several hundred KPa), it is possible to appropriately suppress the power consumption in the hydrogen purifier.

本開示の第5態様の水素システムは、第4態様の水素システムにおいて、制御器は、第1開閉弁を開放しているとき、電圧印加器により上記電圧を印加させてもよい。 In the hydrogen system of the fifth aspect of the present disclosure, in the hydrogen system of the fourth aspect, the controller may apply the above voltage by a voltage applyer when the first on-off valve is open.

かかる構成によると、本態様の水素システムは、停止時に、第1開閉弁を開放するとともに水素純化器のカソードおよびアノード間に電圧を印加することで、水素生成器内の他、水素純化器内、水素生成器と水素純化器との間の流路内および水素純化器と圧縮機との間の流路内に存在する高湿度の水素含有ガスを、圧縮機のカソードから供給される低湿度のカソードオフガスで置換することができる。これにより、水素純化器、水素生成器と水素純化器との間の流路、および水素純化器と圧縮機との間の流路における、凝縮水による流路閉塞(フラッディング)を抑制することができる。 According to such a configuration, in the hydrogen system of this embodiment, when the first on-off valve is opened and a voltage is applied between the cathode and the anode of the hydrogen purifier, the hydrogen system is inside the hydrogen purifier as well as inside the hydrogen purifier. High-humidity hydrogen-containing gas present in the flow path between the hydrogen generator and the hydrogen purifier and in the flow path between the hydrogen purifier and the compressor is supplied from the cathode of the compressor with low humidity. Can be replaced with a cathode off gas. As a result, it is possible to suppress the flow path blockage (flooding) due to condensed water in the flow path between the hydrogen purifier, the hydrogen generator and the hydrogen purifier, and the flow path between the hydrogen purifier and the compressor. can.

本開示の第6態様の水素システムは、第4態様または第5態様の水素システムにおいて、水素純化器から圧縮機のアノードに供給される水素含有ガスが流れる第3流路と、圧縮機のカソードから排出されるカソードオフガスを第3流路に供給する第4流路と、第4流路に設けられた第2開閉弁と、を備え、制御器は、停止時に第1開閉弁および第2開閉弁を開放させてもよい。 The hydrogen system of the sixth aspect of the present disclosure is the third flow path through which the hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen purifier to the anode of the compressor flows in the hydrogen system of the fourth or fifth aspect, and the cathode of the compressor. A fourth flow path for supplying the cathode off gas discharged from the third flow path and a second on-off valve provided in the fourth flow path are provided, and the controller has a first on-off valve and a second on-off valve when stopped. The on-off valve may be opened.

かかる構成によると、本態様の水素システムは、停止時に第1開閉弁を開放するとともに第2開閉弁を開放することで、水素純化器と圧縮機との間の第3流路内に存在する高湿度の水素含有ガスを、圧縮機のカソードから供給される低湿度のカソードオフガスで置換することができる。つまり、本態様の水素システムは、電圧印加器の消費電力効率を改善させながら、水素純化器と圧縮機との間の第3流路におけるフラッディングを抑制することができる。 According to this configuration, the hydrogen system of this embodiment exists in the third flow path between the hydrogen purifier and the compressor by opening the first on-off valve and the second on-off valve when stopped. The high humidity hydrogen-containing gas can be replaced with a low humidity cathode off gas supplied from the cathode of the compressor. That is, the hydrogen system of this embodiment can suppress flooding in the third flow path between the hydrogen purifier and the compressor while improving the power consumption efficiency of the voltage adapter.

本開示の第7態様の水素システムは、第5態様または第6態様の水素システムにおいて、圧縮機のアノードから排出されたアノードオフガスを水素純化器のアノードに供給する第5流路を備えてもよい。 The hydrogen system of the seventh aspect of the present disclosure may include a fifth flow path in the hydrogen system of the fifth or sixth aspect, which supplies the anode off gas discharged from the anode of the compressor to the anode of the hydrogen purifier. good.

水素純化器においては、水素純化器のアノードにおける水素含有ガスの純度が高くなるほど、水素純化器のカソードで精製される水素含有ガスの純度を上げることができる。そして、水素純化器のカソードで精製される水素含有ガスの純度が高いほど、圧縮機で圧縮される水素の高純度化においても有利である。 In the hydrogen purifier, the higher the purity of the hydrogen-containing gas at the anode of the hydrogen purifier, the higher the purity of the hydrogen-containing gas purified at the cathode of the hydrogen purifier. The higher the purity of the hydrogen-containing gas purified at the cathode of the hydrogen purifier, the more advantageous it is in purifying the hydrogen compressed by the compressor.

そこで、本態様の水素システムは、第5流路を用いて、圧縮機のアノードから排出された、高純度のアノードオフガスを水素純化器のアノードに還流させることで、水素純化器のアノードにおける水素含有ガスの純度を上げることができる。その結果、本態様の水素システムは、例えば、圧縮機のカソードで圧縮された水素を水素貯蔵器に供給する場合、水素貯蔵器の水素純度が、上記国際規格を満たすように制御しやすくなる。 Therefore, the hydrogen system of this embodiment uses the fifth flow path to recirculate the high-purity anode off gas discharged from the anode of the compressor to the anode of the hydrogen purifier to generate hydrogen at the anode of the hydrogen purifier. The purity of the contained gas can be increased. As a result, in the hydrogen system of this embodiment, for example, when hydrogen compressed by the cathode of the compressor is supplied to the hydrogen reservoir, the hydrogen purity of the hydrogen reservoir can be easily controlled so as to satisfy the above-mentioned international standard.

本開示の第8態様の水素システムは、第4態様から第7態様のいずれか一つの水素システムにおいて、水素生成器に改質反応のための熱を供給する燃焼器と、水素純化器のアノードから排出されたアノードオフガスを燃焼器に供給する第6流路と、を備えてもよい。 The hydrogen system of the eighth aspect of the present disclosure is a combustor that supplies heat for a reforming reaction to a hydrogen generator and an anode of a hydrogen purifier in any one of the hydrogen systems of the fourth to seventh aspects. A sixth flow path for supplying the anode off gas discharged from the combustor may be provided.

かかる構成によると、本態様の水素システムは、水素純化器のアノードから排出されたアノードオフガスを、水素生成器に改質反応のための熱を供給する燃焼器に供給することができる。 According to such a configuration, the hydrogen system of this embodiment can supply the anode off gas discharged from the anode of the hydrogen purifier to the combustor which supplies heat for the reforming reaction to the hydrogen generator.

本開示の第9態様の水素システムは、第5態様または第6態様の水素システムにおいて、水素生成器に改質反応のための熱を供給する燃焼器と、圧縮機のアノードから排出されたアノードオフガスを燃焼器に供給する第7流路と、を備えてもよい。 The hydrogen system of the ninth aspect of the present disclosure is the combustor that supplies heat for the reforming reaction to the hydrogen generator and the anode discharged from the anode of the compressor in the hydrogen system of the fifth or sixth aspect. A seventh flow path for supplying off-gas to the combustor may be provided.

かかる構成によると、本態様の水素システムは、圧縮機のアノードから排出されたアノードオフガスを、水素生成器に改質反応のための熱を供給する燃焼器に供給することができる。 According to such a configuration, the hydrogen system of this embodiment can supply the anode off gas discharged from the anode of the compressor to the combustor which supplies heat for the reforming reaction to the hydrogen generator.

本開示の第10態様の水素システムは、第8態様または第9態様の水素システムにおいて、燃焼器に燃焼用空気を供給する空気供給器を備え、制御器は、停止時に、空気供給器を動作させ、燃焼器に供給されたアノードオフガスを希釈排気させてもよい。 The hydrogen system of the tenth aspect of the present disclosure comprises an air supply device for supplying combustion air to the combustor in the hydrogen system of the eighth aspect or the ninth aspect, and the controller operates the air supply device when stopped. Then, the anode off gas supplied to the combustor may be diluted and exhausted.

かかる構成によると、本態様の水素システムは、燃焼器においてアノードオフガスと適量の空気とを混合することで、アノードオフガスの可燃成分を適切に希釈した後、燃焼器からアノードオフガスを外部に排気することができる。これにより、本態様の水素システムは、停止時に、燃焼器においてアノードオフガスを燃焼排気する場合に比べて、水素生成器の過昇温を適切に抑制することができる。 According to such a configuration, the hydrogen system of this embodiment mixes the anode off gas and an appropriate amount of air in the combustor to appropriately dilute the combustible component of the anode off gas, and then exhausts the anode off gas from the combustor to the outside. be able to. As a result, the hydrogen system of this embodiment can appropriately suppress the excessive temperature rise of the hydrogen generator as compared with the case where the anode off gas is combusted and exhausted in the combustor when the system is stopped.

本開示の第11態様の水素システムは、第1態様から第10態様のいずれか一つの水素システムにおいて、圧縮機のカソードから排出されるカソードオフガスが流れる第8流路を備え、第1流路は、第8流路より分岐しており、第1流路が分岐する箇所よりも下流の第8流路に、圧縮機のカソードから排出されるカソードオフガスの流れの向きと逆向きの流れを防止する第1逆止弁を備えてもよい。 The hydrogen system of the eleventh aspect of the present disclosure includes an eighth flow path through which the cathode off gas discharged from the cathode of the compressor flows in any one of the hydrogen systems of the first aspect to the tenth aspect, and is the first flow path. Branches from the 8th flow path, and flows in the 8th flow path downstream from the branching point of the 1st flow path in the direction opposite to the direction of the flow of the cathode off gas discharged from the cathode of the compressor. A first check valve for prevention may be provided.

かかる構成によると、本態様の水素システムは、第8流路に第1逆止弁を設けることで、停止時に第1開閉弁を開放しても、第1流路を通過する水素量を適量に制限することができる。 According to such a configuration, in the hydrogen system of this embodiment, by providing the first check valve in the eighth flow path, even if the first on-off valve is opened at the time of stopping, the amount of hydrogen passing through the first flow path is an appropriate amount. Can be limited to.

例えば、圧縮機のカソードで生成される高圧の水素を、第8流路を通じて水素貯蔵器に供給する場合、第8流路に第1逆止弁を設けないと、第1開閉弁を開放するとき、水素貯蔵器内の水素が、第8流路および第1流路の順に、これらの流路を通じて移動する可能性があるが、本態様の水素システムは、第8流路に第1逆止弁を設けることで、このような可能性を低減することができる。これにより、圧縮機の水素圧縮動作の効率低下が抑制される。 For example, when high-pressure hydrogen generated at the cathode of a compressor is supplied to a hydrogen reservoir through an eighth flow path, the first on-off valve is opened unless the first check valve is provided in the eighth flow path. At that time, hydrogen in the hydrogen reservoir may move through the eighth flow path and the first flow path in this order, but the hydrogen system of this embodiment has the first reverse to the eighth flow path. By providing a check valve, such a possibility can be reduced. As a result, the decrease in efficiency of the hydrogen compression operation of the compressor is suppressed.

ここで、第8流路に設けられた適宜の開閉弁を閉めることで、水素貯蔵器内の水素が第1流路に移動することを制限可能である。しかし、仮に、この開閉弁で動作不良が起きると、第1流路への水素の移動を制限しにくくなる。 Here, it is possible to limit the movement of hydrogen in the hydrogen reservoir to the first flow path by closing an appropriate on-off valve provided in the eighth flow path. However, if a malfunction occurs in this on-off valve, it becomes difficult to limit the movement of hydrogen to the first flow path.

これに対して、本態様の水素システムは、構造がシンプルな第1逆止弁を使用することで、上記の不都合を軽減することができる。 On the other hand, in the hydrogen system of this embodiment, the above-mentioned inconvenience can be alleviated by using the first check valve having a simple structure.

本開示の第12態様の水素システムは、第2態様または第3態様の水素システムにおいて、第1流路が合流する箇所よりも上流の第2流路に、反応物源から供給される反応物の流れの向きと逆向きの流れを防止する第2逆止弁を備えてもよい。 The hydrogen system of the twelfth aspect of the present disclosure is a reactant supplied from the reactant source to the second flow path upstream of the point where the first flow path merges in the hydrogen system of the second aspect or the third aspect. A second check valve may be provided to prevent the flow in the direction opposite to the direction of the flow.

かかる構成によると、本態様の水素システムは、第2流路に第2逆止弁を設けることで、停止時に第1開閉弁を開放する際に、圧縮機のカソードから水素生成器に供給する高圧のカソードオフガスが、低圧仕様の反応物供給系に流れ込むことを抑制することができる。これにより、本態様の水素システムは、第2流路に第2逆止弁を設けない場合に比べて、反応物供給系に設けられた低圧仕様の機器などの破損を軽減することができる。 According to this configuration, the hydrogen system of this embodiment is provided with a second check valve in the second flow path, so that when the first on-off valve is opened at the time of stopping, the hydrogen system is supplied from the cathode of the compressor to the hydrogen generator. It is possible to prevent the high-pressure cathode off gas from flowing into the low-pressure reaction product supply system. As a result, the hydrogen system of this embodiment can reduce damage to low-pressure equipment and the like provided in the reactant supply system, as compared with the case where the second check valve is not provided in the second flow path.

ここで、第2流路に設けられた適宜の開閉弁を閉めることで、低圧仕様の反応物供給系への高圧のカソードオフガスの流入を抑制可能である。しかし、仮に、この開閉弁で動作不良が起きると、このようなカソードオフガスの流入を抑制しにくくなる。 Here, by closing an appropriate on-off valve provided in the second flow path, it is possible to suppress the inflow of the high-pressure cathode off gas into the reaction product supply system of the low-pressure specification. However, if a malfunction occurs in this on-off valve, it becomes difficult to suppress the inflow of such cathode off gas.

これに対して、本態様の水素システムは、構造がシンプルな第2逆止弁を使用することで、上記の不都合を軽減することができる。 On the other hand, in the hydrogen system of this embodiment, the above-mentioned inconvenience can be alleviated by using the second check valve having a simple structure.

本開示の第13態様の水素システムは、第7態様の水素システムにおいて、水素生成器から水素純化器に供給される水素含有ガスが流れる第9流路を備え、第5流路は、第9流路と合流しており、第5流路が合流する箇所よりも上流の第9流路に、水素生成器から排出される水素含有ガスの流れの向きと逆向きの流れを防止する第3逆止弁を備えてもよい。 The hydrogen system of the thirteenth aspect of the present disclosure includes a ninth flow path through which a hydrogen-containing gas supplied from a hydrogen generator to a hydrogen purifier flows in the hydrogen system of the seventh aspect, and the fifth flow path is a ninth flow path. A third flow path that is merging with the flow path and prevents the flow of hydrogen-containing gas discharged from the hydrogen generator in the direction opposite to the direction of the flow in the ninth flow path upstream from the point where the fifth flow path joins. A check valve may be provided.

かかる構成によると、本態様の水素システムは、第5流路を用いて、圧縮機のアノードから排出された、高純度のアノードオフガスを水素純化器のアノードに還流させる際、第9流路に第3逆止弁を設けることで、水素生成器へのアノードオフガスの逆流を抑制することができる。これにより、例えば、水素生成器の水素生成動作中に、低温のアノードオフガスが水素生成器に流れ込むと、高温状態の水素生成器の温度が低下するが、本態様の水素システムは、上記の構成により、このような不都合を軽減することができる。 According to this configuration, the hydrogen system of this embodiment uses the fifth flow path to return the high-purity anode off gas discharged from the anode of the compressor to the anode of the hydrogen purifier in the ninth flow path. By providing the third check valve, it is possible to suppress the backflow of the anode off-gas to the hydrogen generator. As a result, for example, if a low-temperature anode off-gas flows into the hydrogen generator during the hydrogen generation operation of the hydrogen generator, the temperature of the high-temperature hydrogen generator drops, but the hydrogen system of this embodiment has the above configuration. Therefore, such inconvenience can be alleviated.

本開示の第14態様の水素システムは、第4態様の水素システムにおいて、水素純化器から圧縮機のアノードに供給される水素含有ガスが流れる第3流路を備え、第3流路に、水素純化器から排出される水素含有ガスの流れの向きと逆向きの流れを防止する第4逆止弁を備えてもよい。 The hydrogen system of the 14th aspect of the present disclosure includes a third flow path through which hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen purifier to the anode of the compressor flows in the hydrogen system of the fourth aspect, and hydrogen is provided in the third flow path. A fourth check valve may be provided to prevent the flow of the hydrogen-containing gas discharged from the purifier in the direction opposite to the direction of the flow.

かかる構成によると、本態様の水素システムは、第3流路に第4逆止弁を設けることで、圧縮機の電解質膜が破損した場合であっても、圧縮機のカソードに存在する高圧の水素が、第3流路を通じて水素純化器に逆流することを防止できるので、水素純化器が故障しにくくなる。 According to this configuration, the hydrogen system of this embodiment is provided with the fourth check valve in the third flow path, so that even if the electrolyte membrane of the compressor is damaged, the high pressure existing at the cathode of the compressor is high. Since hydrogen can be prevented from flowing back to the hydrogen purifier through the third flow path, the hydrogen purifier is less likely to fail.

本開示の第15態様の水素システムは、第7態様の水素システムにおいて、第5流路に、圧縮機のアノードから排出されるアノードオフガスの流れの向きと逆向きの流れを防止する第5逆止弁を備えてもよい。 The hydrogen system of the fifteenth aspect of the present disclosure is the fifth reverse flow of the hydrogen system of the seventh aspect to prevent the flow of the anode off gas discharged from the anode of the compressor in the fifth flow path in the direction opposite to the direction of the flow. A stop valve may be provided.

かかる構成によると、本態様の水素システムは、第5流路に第5逆止弁を設けることで、水素生成器から水素純化器に低純度の水素含有ガスが供給される際に、低純度の水素含有ガスが圧縮機のアノードに流れ込むことが抑制される。 According to this configuration, the hydrogen system of this embodiment is provided with a fifth check valve in the fifth flow path, so that when a low-purity hydrogen-containing gas is supplied from the hydrogen generator to the hydrogen purifier, the purity is low. Hydrogen-containing gas is suppressed from flowing into the anode of the compressor.

本開示の第16態様の水素システムは、第1態様から第15態様のいずれか一つの水素システムにおいて、第1流路に、圧縮機のカソードから排出されるカソードオフガスを減圧する減圧弁を備えてもよい。 The hydrogen system of the 16th aspect of the present disclosure includes a pressure reducing valve for reducing the pressure of the cathode off gas discharged from the cathode of the compressor in the first flow path in any one of the hydrogen systems of the 1st to 15th aspects. You may.

かかる構成によると、本態様の水素システムは、停止時に第1開閉弁を開放しても、減圧弁によって第1流路を介して水素生成器に供給されるカソードオフガスの圧力を低下させることができる。これにより、水素生成器に用いられる部材が破損する可能性を低減することができる。 According to such a configuration, the hydrogen system of this embodiment can reduce the pressure of the cathode off gas supplied to the hydrogen generator through the first flow path by the pressure reducing valve even if the first on-off valve is opened at the time of stopping. can. This makes it possible to reduce the possibility of damage to the members used in the hydrogen generator.

本開示の第17態様の水素システムは、第16態様の水素システムにおいて、減圧弁よりも下流の第1流路に、圧縮機のカソードから排出される水素含有ガスの流れの向きと逆向きの流れを防止する第6逆止弁を備えてもよい。 The hydrogen system of the 17th aspect of the present disclosure is the hydrogen system of the 16th aspect, in which the direction of the flow of the hydrogen-containing gas discharged from the cathode of the compressor is opposite to that in the first flow path downstream of the pressure reducing valve. A sixth check valve may be provided to prevent flow.

かかる構成によると、本態様の水素システムは、第1流路に第6逆止弁を設けることで、反応物源から水素生成器に反応物を供給する際に、反応物が、第1流路に流れ込むことが抑制される。 According to this configuration, in the hydrogen system of this embodiment, by providing the sixth check valve in the first flow path, when the reactant is supplied from the reactant source to the hydrogen generator, the reactant is sent to the first flow. It is suppressed from flowing into the road.

本開示の第18態様の水素システムは、第16態様または第17態様の水素システムにおいて、減圧弁の下流の第1流路にカソードオフガスの流量を調整する第1流量調節器を備えてもよい。 The hydrogen system of the 18th aspect of the present disclosure may be provided with a first flow rate regulator for adjusting the flow rate of the cathode off gas in the first flow path downstream of the pressure reducing valve in the hydrogen system of the 16th or 17th aspect. ..

かかる構成によると、本態様の水素システムは、停止時に第1開閉弁を開放しても、第1流量調節器によって第1流路を流れるカソードオフガスの流量を所望の流量に制限することができる。すると、本態様の水素システムは、上記カソードオフガスの流量を小さくすることで、第1流路を通じてカソードから水素生成器にカソードオフガスを安定に供給することができる。また、本態様の水素システムは、上記カソードオフガスの流量を小さくすることで、低湿度のカソードオフガスが水素生成器を通過する時間を長くすることができる。これにより、水素生成器の改質触媒の水濡れがさらに発生しにくくなる。 According to such a configuration, in the hydrogen system of this embodiment, even if the first on-off valve is opened at the time of stop, the flow rate of the cathode off gas flowing through the first flow path can be limited to a desired flow rate by the first flow rate controller. .. Then, in the hydrogen system of this embodiment, by reducing the flow rate of the cathode off gas, the cathode off gas can be stably supplied from the cathode to the hydrogen generator through the first flow path. Further, in the hydrogen system of this embodiment, by reducing the flow rate of the cathode off gas, the time for the low humidity cathode off gas to pass through the hydrogen generator can be lengthened. This makes it more difficult for the reforming catalyst of the hydrogen generator to get wet.

本開示の第19態様の水素システムは、第6態様の水素システムにおいて、制御器は、起動開始してから圧縮機のカソードオフガスが水素貯蔵器に供給開始されるまでの間に、第1開閉弁を閉止し、第2開閉弁を開放させてもよい。 The hydrogen system of the 19th aspect of the present disclosure is the hydrogen system of the 6th aspect, in which the controller first opens and closes between the start of activation and the start of supply of the cathode off gas of the compressor to the hydrogen reservoir. The valve may be closed and the second on-off valve may be opened.

特許文献1では、水素精製昇圧システムを起動する際、不純物を含むカソードオフガスを水素貯蔵器に供給することで、水素貯蔵器内の水素純度が、上記国際規格を満たさない場合がある。 In Patent Document 1, when the hydrogen purification boosting system is started, the cathode off gas containing impurities is supplied to the hydrogen reservoir, so that the hydrogen purity in the hydrogen reservoir may not satisfy the above international standard.

具体的には、電解質膜には、一般的に、固体高分子膜が使用されており、固体高分子膜は、完全な緻密膜ではない。このため、電解質膜を挟んで配置されるアノードおよびカソードのそれぞれに存在するガスの組成(例えば、不純物成分のガス濃度)が異なると、かかるガスの濃度に起因する化学ポテンシャル差を駆動力として、不純物および水素が、電解質膜を介して相互拡散(クロスリーク)し、最終的にはアノードおよびカソードのガスの組成が同一となる。なお、電解質膜を介してクロスリークするガスの速度は、電解質膜の素材および膜厚に依存する。 Specifically, a solid polymer membrane is generally used for the electrolyte membrane, and the solid polymer membrane is not a perfect dense membrane. Therefore, if the composition of the gas (for example, the gas concentration of the impurity component) existing in each of the anode and the cathode arranged across the electrolyte membrane is different, the chemical potential difference due to the concentration of the gas is used as a driving force. The impurities and hydrogen cross-diffuse (cross-leak) through the electrolyte membrane, and finally the composition of the gas at the anode and the cathode becomes the same. The rate of gas that cross-leaks through the electrolyte membrane depends on the material and film thickness of the electrolyte membrane.

また、水素精製昇圧システムは下記のアノードおよびカソードの反応によって、電圧をアノードおよびカソード間に印加し、電気化学的に水素をアノード側からカソード側に選択的に移動させ、カソード側を封止することで、水素精製昇圧をすることができる。 In addition, the hydrogen purification boosting system applies a voltage between the anode and the cathode by the reaction of the anode and the cathode below, electrochemically selectively moves hydrogen from the anode side to the cathode side, and seals the cathode side. As a result, hydrogen purification and pressurization can be performed.

アノード:H(低圧)→2H+2e
カソード:2H+2e→H(高圧)
水素精製昇圧システムの水素圧縮動作中は、上述のように、電気化学的にアノードからカソードに選択的に移動する水素量が、クロスリークによってカソードからアノードに移動する水素量およびアノードからカソードに移動する不純物の量に比べて十分に大きいため、アノード中の水素含有ガス中に不純物が含まれていたとしても、カソードガス中の水素は、高純度に維持される。これに対して、水素精製昇圧システムの水素圧縮動作の停止中は、アノードからカソードに電気化学的に水素が移動しないので、アノード中の水素含有ガス中に不純物が含まれていた場合、クロスリークによって、アノードからカソードへの不純物の移動またはカソードからアノードへの水素の移動による影響が大きくなり、カソードガス中の水素純度が低下する。この場合、水素精製昇圧システムを起動する際、カソードオフガスをそのまま、水素貯蔵器に供給すると、水素貯蔵器内の水素の純度が低下する可能性がある。
Anode: H 2 (low pressure) → 2H + + 2e
Cathode: 2H + + 2e - → H 2 ( high pressure)
During the hydrogen compression operation of the hydrogen purification booster system, as described above, the amount of hydrogen that is electrochemically selectively transferred from the anode to the cathode is transferred from the cathode to the cathode by the cross leak and from the anode to the cathode. Since it is sufficiently large compared to the amount of impurities to be added, the hydrogen in the cathode gas is maintained at high purity even if the hydrogen-containing gas in the anode contains impurities. On the other hand, when the hydrogen compression operation of the hydrogen purification booster system is stopped, hydrogen does not move electrochemically from the anode to the cathode. Therefore, if the hydrogen-containing gas in the anode contains impurities, a cross leak occurs. As a result, the influence of the transfer of impurities from the anode to the cathode or the transfer of hydrogen from the cathode to the anode becomes large, and the purity of hydrogen in the cathode gas decreases. In this case, if the cathode off gas is supplied to the hydrogen reservoir as it is when the hydrogen purification boosting system is started, the purity of hydrogen in the hydrogen reservoir may decrease.

また、水素精製昇圧システムの水素圧縮動作の停止中に、仮に、カソード内のガス圧力が外気圧以下になると、外部からカソード内に不純物が混入する可能性がある。この場合も、水素精製昇圧システムを起動する際、カソードオフガスをそのまま、水素貯蔵器に供給すると、水素貯蔵器内の水素の純度が低下する可能性がある。 Further, if the gas pressure in the cathode becomes lower than the outside air pressure while the hydrogen compression operation of the hydrogen purification boosting system is stopped, impurities may be mixed in the cathode from the outside. In this case as well, if the cathode off gas is supplied to the hydrogen reservoir as it is when the hydrogen purification boosting system is started, the purity of hydrogen in the hydrogen reservoir may decrease.

そこで、本開示者らは、このような状況に鑑みて鋭意検討した結果、起動開始からカソードオフガスが水素貯蔵器に供給開始されるまでの間に、不純物を含むカソードオフガスを水素貯蔵器とは異なる供給先に排気することで、以上の問題を軽減できることを見出して、上記本開示の第19態様に想到した。 Therefore, as a result of diligent studies in view of such a situation, the present disclosers consider the cathode off gas containing impurities to be a hydrogen reservoir between the start of activation and the start of supply of the cathode off gas to the hydrogen reservoir. We have found that the above problems can be alleviated by exhausting air to different supply destinations, and have arrived at the 19th aspect of the present disclosure.

かかる構成によると、本態様の水素システムは、水素貯蔵器内の水素の純度を従来よりも向上させ得る。 According to such a configuration, the hydrogen system of this embodiment can improve the purity of hydrogen in the hydrogen reservoir as compared with the conventional case.

具体的には、例えば、水素システムの水素圧縮動作の停止中は、アノードからカソードに電気化学的に水素が移動しないので、アノードおよびカソードのそれぞれに存在する不純物のガス濃度に起因する化学ポテンシャル差が小さくなるような不純物クロスリークの影響が大きくなる。この場合、水素システムを起動する際、カソードオフガスをそのまま、水素貯蔵器に供給すると、水素貯蔵器内の水素の純度が低下する可能性がある。 Specifically, for example, when the hydrogen compression operation of the hydrogen system is stopped, hydrogen does not move electrochemically from the anode to the cathode, so that the difference in chemical potential due to the gas concentration of impurities present in each of the anode and the cathode. The effect of the impurity cross leak becomes large. In this case, if the cathode off gas is supplied to the hydrogen reservoir as it is when starting the hydrogen system, the purity of hydrogen in the hydrogen reservoir may decrease.

また、例えば、水素システムの水素圧縮動作の停止中に、仮に、カソード内のガス圧力が外気圧以下になると、外部からカソード内に不純物が混入する可能性がある。この場合も、水素システムを起動する際、カソードオフガスをそのまま、水素貯蔵器に供給すると、水素貯蔵器内の水素の純度が低下する可能性がある。 Further, for example, if the gas pressure in the cathode becomes lower than the outside air pressure while the hydrogen compression operation of the hydrogen system is stopped, impurities may be mixed in the cathode from the outside. In this case as well, if the cathode off gas is supplied to the hydrogen reservoir as it is when starting the hydrogen system, the purity of hydrogen in the hydrogen reservoir may decrease.

しかし、本態様の水素システムは、起動開始からカソードオフガスが水素貯蔵器に供給開始されるまでの間に、第2開閉弁を開放させることにより、不純物を含むカソードオフガスを圧縮機のアノードに排気することができる。これにより、本態様の水素システムは、圧縮機から水素貯蔵器に供給するカソードオフガス(水素)を高純度化させることができる。 However, in the hydrogen system of this embodiment, the cathode off gas containing impurities is exhausted to the anode of the compressor by opening the second on-off valve between the start of activation and the start of supply of the cathode off gas to the hydrogen reservoir. can do. Thereby, the hydrogen system of this embodiment can purify the cathode off gas (hydrogen) supplied from the compressor to the hydrogen reservoir.

また、本態様の水素システムは、上記期間の間に、第2開閉弁を開放させることにより、圧縮機のアノードに存在する高湿度の水素含有ガスを圧縮機のカソードから供給される低湿度のカソードオフガスで置換することができる。これにより、本態様の水素システムは、圧縮機のアノードガス流路のフラディングが発生しにくくなるので、上記第2開閉弁を開放後、水素圧縮動作の効率を適切に維持することができる。 Further, in the hydrogen system of this embodiment, the high humidity hydrogen-containing gas existing in the anode of the compressor is supplied from the cathode of the compressor by opening the second on-off valve during the above period. It can be replaced with a cathode off gas. As a result, in the hydrogen system of this embodiment, flooding of the anode gas flow path of the compressor is less likely to occur, so that the efficiency of the hydrogen compression operation can be appropriately maintained after the second on-off valve is opened.

本開示の第20態様の水素システムは、第6態様の水素システムにおいて、第1流路に、圧縮機のカソードから排出されるカソードオフガスを減圧する減圧弁を備え、第4流路は、減圧弁の下流まで第1流路と共用化された後、分岐していてもよい。 In the hydrogen system of the sixth aspect, the hydrogen system of the twentieth aspect of the present disclosure includes a pressure reducing valve in the first flow path for reducing the pressure of the cathode off gas discharged from the cathode of the compressor, and the fourth flow path is reduced in pressure. It may branch to the downstream of the valve after being shared with the first flow path.

かかる構成によると、本態様の水素システムは、停止時に第2開閉弁を開放しても、減圧弁によって第4流路を介して圧縮機のアノードに供給されるカソードオフガスの圧力を低下させることができる。これにより、圧縮機のアノードに用いられる部材が破損する可能性を低減することができる。 According to such a configuration, in the hydrogen system of this embodiment, even if the second on-off valve is opened at the time of stop, the pressure of the cathode off gas supplied to the anode of the compressor through the fourth flow path by the pressure reducing valve is reduced. Can be done. This makes it possible to reduce the possibility of damage to the member used for the anode of the compressor.

また、本態様の水素システムは、第4流路を減圧弁の下流まで第1流路と共用化させることで、第1流路および第4流路のそれぞれに減圧弁を設ける必要がない。よって、本態様の水素システムは、第1流路および第4流路のそれぞれに減圧弁を設ける場合に比べて、製造コストを低減することができる。 Further, in the hydrogen system of this embodiment, the fourth flow path is shared with the first flow path to the downstream of the pressure reducing valve, so that it is not necessary to provide a pressure reducing valve in each of the first flow path and the fourth flow path. Therefore, in the hydrogen system of this embodiment, the manufacturing cost can be reduced as compared with the case where the pressure reducing valves are provided in each of the first flow path and the fourth flow path.

本開示の第21態様の水素システムは、第20態様の水素システムにおいて、第1流路より分岐した後の第4流路に、第2流量調節器を備えてもよい。 The hydrogen system of the 21st aspect of the present disclosure may be provided with a second flow rate regulator in the 4th flow path after branching from the 1st flow path in the hydrogen system of the 20th aspect.

かかる構成によると、本態様の水素システムは、停止時に第2開閉弁を開放しても、第2流量調節器によって第4流路を流れるカソードオフガスの流量を所望の流量に制限することができる。すると、本態様の水素システムは、上記カソードオフガスの流量を小さくすることで、第4流路を通じて圧縮機のカソードからアノードにカソードオフガスを安定に供給することができる。また、本態様の水素システムは、上記カソードオフガスの流量を小さくすることで、低湿度のカソードオフガスが圧縮機のアノードを通過する時間を長くすることができる。これにより、圧縮機のアノードガス流路のフラディングがさらに発生しにくくなる。 According to such a configuration, in the hydrogen system of this embodiment, even if the second on-off valve is opened at the time of stop, the flow rate of the cathode off gas flowing through the fourth flow path can be limited to a desired flow rate by the second flow rate controller. .. Then, in the hydrogen system of this embodiment, by reducing the flow rate of the cathode off gas, the cathode off gas can be stably supplied from the cathode of the compressor to the anode through the fourth flow path. Further, in the hydrogen system of this embodiment, by reducing the flow rate of the cathode off gas, the time for the low humidity cathode off gas to pass through the anode of the compressor can be lengthened. As a result, flooding of the anode gas flow path of the compressor is less likely to occur.

本開示の第22態様の水素システムは、第9態様の水素システムにおいて、圧縮機のアノードから排出されたアノードオフガスを水素純化器のアノードに供給する第5流路と、第5流路に設けられた第3開閉弁と、第7流路に設けられた第4開閉弁と、を備え、制御器は、運転時に、第3開閉弁を開放させるとともに、第4開閉弁を閉止させ、停止時に、第3開閉弁を閉止させるとともに、第4開閉弁を開放させてもよい。 The hydrogen system of the 22nd aspect of the present disclosure is provided in the 5th flow path and the 5th flow path of supplying the anode off gas discharged from the anode of the compressor to the anode of the hydrogen purifier in the hydrogen system of the 9th aspect. The third on-off valve provided and the fourth on-off valve provided in the seventh flow path are provided, and the controller opens the third on-off valve and closes and stops the fourth on-off valve during operation. Occasionally, the third on-off valve may be closed and the fourth on-off valve may be opened.

上記のとおり、水素純化器においては、水素純化器のアノードにおける水素含有ガスの純度が高くなるほど、水素純化器のカソードで精製される水素含有ガスの純度を上げることができる。 As described above, in the hydrogen purifier, the higher the purity of the hydrogen-containing gas at the anode of the hydrogen purifier, the higher the purity of the hydrogen-containing gas purified at the cathode of the hydrogen purifier.

そこで、本態様の水素システムは、運転時に、第3開閉弁を開放させるとともに、第4開閉弁を閉止させることで、第5流路を用いて、圧縮機のアノードから排出された、純度が高いアノードオフガスを水素純化器のアノードに還流することができる。これにより、本態様の水素システムは、水素純化器のカソードにおける水素含有ガスの純度を上げることができる。その結果、本態様の水素システムは、例えば、圧縮機のカソードで圧縮された水素を水素貯蔵器に供給する場合、水素貯蔵器の水素純度が、上記国際規格を満たすように制御しやすくなる。 Therefore, in the hydrogen system of this embodiment, the purity of the hydrogen system discharged from the anode of the compressor by using the fifth flow path by opening the third on-off valve and closing the fourth on-off valve during operation is achieved. High anode off gas can be refluxed to the anode of the hydrogen purifier. Thereby, the hydrogen system of this embodiment can increase the purity of the hydrogen-containing gas at the cathode of the hydrogen purifier. As a result, in the hydrogen system of this embodiment, for example, when hydrogen compressed by the cathode of the compressor is supplied to the hydrogen reservoir, the hydrogen purity of the hydrogen reservoir can be easily controlled so as to satisfy the above-mentioned international standard.

一方、本態様の水素システムは、停止時に、第3開閉弁を閉止させるとともに、第4開閉弁を開放させることで、第7流路を用いて、圧縮機のアノードから排出されたアノードオフガスを燃焼器に供給することができる。 On the other hand, in the hydrogen system of this embodiment, the third on-off valve is closed and the fourth on-off valve is opened when the system is stopped, so that the anode off gas discharged from the anode of the compressor is discharged by using the seventh flow path. It can be supplied to the combustor.

本開示の第23態様の水素システムの運転方法は、水素生成器で原料を用いた改質反応により生成された水素含有ガスを生成するステップと、圧縮機のアノードおよびカソード間に電圧を印加することで、アノードに供給される水素含有ガス中の水素を、電解質膜を介してカソードに移動させ、かつ圧縮するステップと、停止時に、圧縮機のカソードから排出されたカソードオフガスを水素生成器に供給するステップと、を備える。 The method of operating the hydrogen system according to the 23rd aspect of the present disclosure is a step of generating a hydrogen-containing gas generated by a reforming reaction using a raw material in a hydrogen generator, and applying a voltage between the anode and the cathode of the compressor. As a result, the hydrogen in the hydrogen-containing gas supplied to the anode is moved to the cathode via the electrolyte membrane and compressed, and the cathode off gas discharged from the cathode of the compressor at the time of stop is transferred to the hydrogen generator. It comprises a step of supplying.

以上によると、本態様の水素システムの運転方法は、水素生成器の改質触媒の劣化を従来よりも抑制し得る。なお、かかる作用効果の詳細は、第1態様の水素システムが奏する作用効果の参酌により容易に理解することができるので説明を省略する。 Based on the above, the method of operating the hydrogen system of this embodiment can suppress deterioration of the reforming catalyst of the hydrogen generator more than before. The details of the action and effect can be easily understood by taking into consideration the action and effect of the hydrogen system of the first aspect, and thus the description thereof will be omitted.

本開示の第24態様の水素システムの運転方法は、第23態様の水素システムの運転方法において、停止時に、圧縮機のカソードから排出されたカソードオフガスを、改質反応のための反応物を供給する流路を介して水素生成器に供給してもよい。また、本開示の第25態様の水素システムの運転方法は、第24態様の水素システムの運転方法において、反応物は原料であってもよい。 The method of operating the hydrogen system according to the 24th aspect of the present disclosure is the method of operating the hydrogen system according to the 23rd aspect, in which the cathode off gas discharged from the cathode of the compressor is supplied with a reactant for a reforming reaction when stopped. It may be supplied to the hydrogen generator through the flow path. Further, in the method of operating the hydrogen system according to the 25th aspect of the present disclosure, the reactant may be a raw material in the method of operating the hydrogen system according to the 24th aspect.

これらの態様の水素システムの運転方法が奏する作用効果は、第2態様および第3態様の水素システムが奏する作用効果と同様であるので説明を省略する。 The effects of the hydrogen system operating methods of these embodiments are the same as those of the hydrogen systems of the second and third aspects, and thus the description thereof will be omitted.

本開示の第26態様の水素システムの運転方法は、第23態様から第25態様のいずれか一つの水素システムの運転方法において、圧縮機の上流に設けられた水素純化器のアノードとカソードの間に電圧を印加することにより、水素生成器からアノードに供給された水素含有ガス中の水素を、電解質膜を介してカソードに移動させ、精製された水素含有ガスを生成するステップを備え、停止時に、圧縮機のカソードから排出されたカソードオフガスを、水素生成器を経由して水素純化器のアノードに供給してもよい。 The method of operating the hydrogen system according to the 26th aspect of the present disclosure is the method of operating the hydrogen system according to any one of the 23rd to 25th aspects, between the anode and the cathode of the hydrogen purifier provided upstream of the compressor. By applying a voltage to the hydrogen generator, hydrogen in the hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen generator to the anode is moved to the cathode through the electrolyte membrane to generate a purified hydrogen-containing gas. , The cathode off gas discharged from the cathode of the compressor may be supplied to the anode of the hydrogen purifier via the hydrogen generator.

以上によると、本態様の水素システムの運転方法は、停止時に、圧縮機のカソードから排出されたカソードオフガスを、水素生成器を経由して水素純化器のアノードに供給することで、水素生成器内の他、水素生成器と水素純化器との間の流路内に存在する高湿度の水素含有ガスを、圧縮機のカソードから供給される低湿度のカソードオフガスで置換することができる。これにより、水素生成器および水素生成器と水素純化器との間の流路におけるフラッディングを抑制することができる。なお、本態様の水素システムの運転方法が奏する作用効果は、上記の作用効果以外は、第4態様の水素システムが奏する作用効果と同様である。 Based on the above, the method of operating the hydrogen system of this embodiment is to supply the cathode off gas discharged from the cathode of the compressor to the anode of the hydrogen purifier via the hydrogen generator when the hydrogen system is stopped. In addition to the above, the high-humidity hydrogen-containing gas existing in the flow path between the hydrogen generator and the hydrogen purifier can be replaced with the low-humidity cathode off gas supplied from the cathode of the compressor. This makes it possible to suppress flooding in the hydrogen generator and the flow path between the hydrogen generator and the hydrogen purifier. The action and effect of the method of operating the hydrogen system of the present embodiment is the same as that of the hydrogen system of the fourth aspect, except for the above-mentioned action and effect.

本開示の第27態様の水素システムの運転方法は、第26態様の水素システムの運転方法において、停止時に、水素純化器のアノードとカソードの間に電圧を印加することにより、圧縮機のカソードから排出されたカソードオフガスを、水素生成器および水素純化器を経由して圧縮機のアノードに供給してもよい。 The method of operating the hydrogen system according to the 27th aspect of the present disclosure is the method of operating the hydrogen system according to the 26th aspect, from the cathode of the compressor by applying a voltage between the anode and the cathode of the hydrogen purifier when stopped. The discharged cathode off gas may be supplied to the anode of the compressor via a hydrogen generator and a hydrogen purifier.

本態様の水素システムの運転方法が奏する作用効果は、第5態様の水素システムが奏する作用効果と同様であるので説明を省略する。 Since the action and effect of the operation method of the hydrogen system of the present embodiment is the same as the action and effect of the hydrogen system of the fifth aspect, the description thereof will be omitted.

本開示の第28態様の水素システムの運転方法は、第26態様または第27態様の水素システムの運転方法において、停止時に、圧縮機のカソードから排出されたカソードオフガスを、水素生成器および水素純化器を経由せずに、圧縮機のアノードに供給してもよい。 The method of operating the hydrogen system of the 28th aspect of the present disclosure is the method of operating the hydrogen system of the 26th aspect or the 27th aspect, in which the cathode off gas discharged from the cathode of the compressor at the time of stop is hydrogen-purified with a hydrogen generator. It may be supplied to the anode of the compressor without going through the device.

本態様の水素システムの運転方法が奏する作用効果は、第6態様の水素システムが奏する作用効果と同様であるので説明を省略する。 Since the action and effect of the operation method of the hydrogen system of the present embodiment is the same as the action and effect of the hydrogen system of the sixth aspect, the description thereof will be omitted.

本開示の第29態様の水素システムの運転方法は、第27態様または第28態様の水素システムの運転方法において、停止時に、圧縮機のアノードから排出されたアノードオフガスを水素純化器のアノードに供給するステップを備えてもよい。 The method of operating the hydrogen system according to the 29th aspect of the present disclosure is the method of operating the hydrogen system according to the 27th or 28th aspect, in which the anode off gas discharged from the anode of the compressor is supplied to the anode of the hydrogen purifier when stopped. May be provided with steps to do.

本態様の水素システムの運転方法が奏する作用効果は、第7態様の水素システムが奏する作用効果と同様であるので説明を省略する。 Since the action and effect of the operation method of the hydrogen system of this embodiment is the same as the action and effect of the hydrogen system of the seventh aspect, the description thereof will be omitted.

本開示の第30態様の水素システムの運転方法は、第26態様から第29態様のいずれか一つの水素システムの運転方法において、停止時に、水素純化器のアノードから排出されたアノードオフガスを水素生成器の燃焼器に供給するステップと、燃焼器に燃焼用空気を供給することで、燃焼器に供給されたアノードオフガスを希釈排気するステップと、を備えてもよい。 The method for operating the hydrogen system according to the thirtieth aspect of the present disclosure is the method for operating the hydrogen system according to any one of the 26th to the 29th aspects, in which hydrogen is generated from the anode off gas discharged from the anode of the hydrogen purifier when stopped. It may be provided with a step of supplying to the combustor of the combustor and a step of diluting and exhausting the anode off gas supplied to the combustor by supplying combustion air to the combustor.

本態様の水素システムの運転方法が奏する作用効果は、第10態様の水素システムが奏する作用効果と同様であるので説明を省略する。 Since the action and effect of the method of operating the hydrogen system of this embodiment is the same as that of the hydrogen system of the tenth aspect, the description thereof will be omitted.

本開示の第31態様の水素システムの運転方法は、第26態様から第29態様のいずれか一つの水素システムの運転方法において、停止時に、圧縮機のアノードから排出されたアノードオフガスを水素生成器の燃焼器に供給するステップと、燃焼器に燃焼用空気を供給することで、燃焼器に供給されたアノードオフガスを希釈排気するステップと、を備えてもよい。 In the method of operating the hydrogen system according to the 31st aspect of the present disclosure, in the method of operating the hydrogen system according to any one of the 26th to the 29th aspects, the anode off gas discharged from the anode of the compressor at the time of shutdown is used as a hydrogen generator. A step of supplying combustion air to the combustor and a step of diluting and exhausting the anode off gas supplied to the combustor by supplying combustion air to the combustor may be provided.

本態様の水素システムの運転方法が奏する作用効果は、第10態様の水素システムが奏する作用効果と同様であるので説明を省略する。 Since the action and effect of the method of operating the hydrogen system of this embodiment is the same as that of the hydrogen system of the tenth aspect, the description thereof will be omitted.

以下、添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について説明する。なお、以下で説明する実施形態は、いずれも上記の各態様の一例を示すものである。よって、以下で示される形状、材料、構成要素、および、構成要素の配置位置および接続形態などは、あくまで一例であり、請求項に記載されていない限り、上記の各態様を限定するものではない。また、以下の構成要素のうち、上記の各態様の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面において、同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合がある。図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状および寸法比などについては正確な表示ではない場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, all of the embodiments described below show an example of each of the above-mentioned embodiments. Therefore, the shapes, materials, components, the arrangement positions of the components, the connection form, and the like shown below are merely examples, and do not limit each of the above embodiments unless stated in the claims. .. Further, among the following components, the components not described in the independent claims indicating the top-level concept of each of the above embodiments will be described as arbitrary components. Further, in the drawings, those having the same reference numerals may omit the description. The drawings schematically show each component for the sake of easy understanding, and may not be an accurate display of the shape, dimensional ratio, and the like.

(第1実施形態)
以下の本開示の実施形態では、圧縮装置の一例である電気化学式水素ポンプの構成および動作について説明する。
(First Embodiment)
In the following embodiments of the present disclosure, the configuration and operation of an electrochemical hydrogen pump, which is an example of a compression device, will be described.

[装置構成]
図1は、第1実施形態の水素システムの一例を示す図である。
[Device configuration]
FIG. 1 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the first embodiment.

図1に示す例では、水素システム200は、電気化学式水素ポンプ100と、水素生成器110と、第1流路11と、第1開閉弁21と、制御器50と、を備える。 In the example shown in FIG. 1, the hydrogen system 200 includes an electrochemical hydrogen pump 100, a hydrogen generator 110, a first flow path 11, a first on-off valve 21, and a controller 50.

電気化学式水素ポンプ100のセル(MEA)は、電解質膜30Aと、アノードAN1と、カソードCA1と、を備える。電気化学式水素ポンプ100は、このようなセルを複数個、積層したスタックを備えてもよい。ここで、電気化学式水素ポンプ100は、アノードAN1およびカソードCA1間に電圧を印加することで、アノードAN1に供給される水素含有ガス中の水素を、電解質膜30Aを介してカソードCA1に移動させ、かつ圧縮する装置である。 The cell (MEA) of the electrochemical hydrogen pump 100 includes an electrolyte membrane 30A, an anode AN1, and a cathode CA1. The electrochemical hydrogen pump 100 may include a stack in which a plurality of such cells are stacked. Here, the electrochemical hydrogen pump 100 transfers hydrogen in the hydrogen-containing gas supplied to the anode AN1 to the cathode CA1 via the electrolyte membrane 30A by applying a voltage between the anode AN1 and the cathode CA1. And it is a device that compresses.

ここで、本実施形態の水素システム200では、上記水素含有ガスとして、水素生成器110で生成された水素含有ガス(改質ガス)を用いることができる。 Here, in the hydrogen system 200 of the present embodiment, the hydrogen-containing gas (reformed gas) generated by the hydrogen generator 110 can be used as the hydrogen-containing gas.

なお、スタックの詳細、および、上記電圧を印加するための電圧印加器の詳細は、後で説明する。 The details of the stack and the details of the voltage applyer for applying the above voltage will be described later.

アノードAN1は、電解質膜30Aの一方の主面に設けられている。アノードAN1は、アノード触媒層およびアノードガス拡散層を含む電極である。カソードCA1は、電解質膜30Aの他方の主面に設けられている。カソードCA1は、カソード触媒層およびカソードガス拡散層を含む電極である。これにより、電解質膜30Aは、アノード触媒層およびカソード触媒層のそれぞれと接触するようにして、アノードAN1とカソードCA1とによって挟持されている。 The anode AN1 is provided on one main surface of the electrolyte membrane 30A. The anode AN1 is an electrode including an anode catalyst layer and an anode gas diffusion layer. The cathode CA1 is provided on the other main surface of the electrolyte membrane 30A. The cathode CA1 is an electrode including a cathode catalyst layer and a cathode gas diffusion layer. As a result, the electrolyte membrane 30A is sandwiched between the anode AN1 and the cathode CA1 so as to be in contact with each of the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer.

電解質膜30Aはプロトン伝導性を備える膜であれば、どのような構成であってもよい。例えば、電解質膜30Aとして、フッ素系高分子電解質膜、炭化水素系電解質膜などを挙げることができる。具体的には、電解質膜30Aとして、例えば、Nafion(登録商標、デュポン社製)、Aciplex(登録商標、旭化成株式会社製)などを用いることができるが、これらに限定されない。 The electrolyte membrane 30A may have any structure as long as it has proton conductivity. For example, examples of the electrolyte membrane 30A include a fluorine-based polymer electrolyte membrane, a hydrocarbon-based electrolyte membrane, and the like. Specifically, as the electrolyte membrane 30A, for example, Nafion (registered trademark, manufactured by DuPont), Aciplex (registered trademark, manufactured by Asahi Kasei Corporation) and the like can be used, but the present invention is not limited thereto.

アノード触媒層は、電解質膜30Aの一方の主面に設けられている。アノード触媒層は、触媒金属(例えば、白金)を分散状態で担持することができるカーボンを含むが、これに限定されない。 The anode catalyst layer is provided on one main surface of the electrolyte membrane 30A. The anode catalyst layer contains, but is not limited to, carbon capable of supporting the catalyst metal (eg, platinum) in a dispersed state.

カソード触媒層は、電解質膜30Aの他方の主面に設けられている。カソード触媒層は、触媒金属(例えば、白金)を分散状態で担持することができるカーボンを含むが、これに限定されない。 The cathode catalyst layer is provided on the other main surface of the electrolyte membrane 30A. The cathode catalyst layer contains, but is not limited to, carbon capable of supporting the catalyst metal (eg, platinum) in a dispersed state.

カソード触媒層もアノード触媒層も、触媒の調製方法としては、種々の方法を挙げることができるが、特に限定されない。例えば、カーボン系粉末としては、黒鉛、カーボンブラック、導電性を有する活性炭などの粉末を挙げることができる。カーボン担体に、白金若しくは他の触媒金属を担持する方法は、特に限定されない。例えば、粉末混合または液相混合などの方法を用いてもよい。後者の液相混合としては、例えば、触媒成分コロイド液にカーボンなどの担体を分散させ、吸着させる方法などが挙げられる。白金などの触媒金属のカーボン担体への担持状態は、特に限定されない。例えば、触媒金属を微粒子化し、高分散で担体に担持してもよい。 As for the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer, various methods can be mentioned as a method for preparing the catalyst, but the method is not particularly limited. For example, examples of the carbon-based powder include powders such as graphite, carbon black, and conductive activated carbon. The method of supporting platinum or other catalytic metal on the carbon carrier is not particularly limited. For example, a method such as powder mixing or liquid phase mixing may be used. Examples of the latter liquid phase mixing include a method in which a carrier such as carbon is dispersed in a colloidal liquid as a catalyst component and adsorbed. The supported state of the catalyst metal such as platinum on the carbon carrier is not particularly limited. For example, the catalyst metal may be atomized and supported on a carrier with high dispersion.

カソードガス拡散層は、カソード触媒層上に設けられている。カソードガス拡散層は、多孔性材料で構成され、導電性およびガス拡散性を備える。カソードガス拡散層は、電気化学式水素ポンプ100の動作時にカソードCA1およびアノードAN1間の差圧で発生する構成部材の変位、変形に適切に追従するような弾性を備える方が望ましい。カソードガス拡散層の基材として、例えば、カーボン繊維焼結体などを使用することができるが、これに限定されない。 The cathode gas diffusion layer is provided on the cathode catalyst layer. The cathode gas diffusion layer is made of a porous material and has conductivity and gas diffusivity. It is desirable that the cathode gas diffusion layer has elasticity so as to appropriately follow the displacement and deformation of the constituent members generated by the differential pressure between the cathode CA1 and the anode AN1 during the operation of the electrochemical hydrogen pump 100. As the base material of the cathode gas diffusion layer, for example, a carbon fiber sintered body or the like can be used, but the substrate is not limited thereto.

アノードガス拡散層は、アノード触媒層上に設けられている。アノードガス拡散層は、多孔性材料で構成され、導電性およびガス拡散性を備える。アノードガス拡散層は、電気化学式水素ポンプ100の動作時に、上記の差圧による電解質膜30Aの押し付けに耐え得る程度の剛性を備える方が望ましい。アノードガス拡散層の基材として、例えば、カーボン粒子焼結体、白金などの貴金属でコーティングしたチタン粒子焼結体などを使用することができるが、これらに限定されない。 The anode gas diffusion layer is provided on the anode catalyst layer. The anode gas diffusion layer is made of a porous material and has conductivity and gas diffusivity. It is desirable that the anode gas diffusion layer has a rigidity sufficient to withstand the pressing of the electrolyte membrane 30A due to the above differential pressure during the operation of the electrochemical hydrogen pump 100. As the base material of the anode gas diffusion layer, for example, a carbon particle sintered body, a titanium particle sintered body coated with a noble metal such as platinum, or the like can be used, but the substrate is not limited thereto.

ここで、図1には示されていないが、電気化学式水素ポンプ100の水素圧縮動作において必要となる部材および機器は適宜、設けられる。 Here, although not shown in FIG. 1, members and equipment necessary for the hydrogen compression operation of the electrochemical hydrogen pump 100 are appropriately provided.

例えば、一対のセパレータのそれぞれが、アノードAN1およびカソードCA1のそれぞれを外側から挟んでいてもよい。この場合、アノードAN1に接触するセパレータは、アノードAN1に水素含有ガスを供給するための導電性の板状の部材である。この板状の部材は、アノードAN1に供給する水素含有ガスが流れるサーペンタイン状のガス流路を備える。カソードCA1に接触するセパレータは、カソードCA1から水素を導出するための導電性の板状の部材である。この板状の部材は、カソードCA1から導出した水素が流れるガス流路を備える。 For example, each of the pair of separators may sandwich each of the anode AN1 and the cathode CA1 from the outside. In this case, the separator in contact with the anode AN1 is a conductive plate-shaped member for supplying the hydrogen-containing gas to the anode AN1. This plate-shaped member includes a serpentine-shaped gas flow path through which a hydrogen-containing gas supplied to the anode AN1 flows. The separator in contact with the cathode CA1 is a conductive plate-shaped member for deriving hydrogen from the cathode CA1. This plate-shaped member includes a gas flow path through which hydrogen derived from the cathode CA1 flows.

また、電気化学式水素ポンプ100では、通常、高圧の水素が外部へリークしないように、セルの両側からガスケットなどのシール材が設けられ、電気化学式水素ポンプ100のセルと一体化して予め組み立てられる。そして、このセルの外側には、これを機械的に固定するとともに、隣接するセル同士を互いに電気的に直列に接続するための上記のセパレータが配置されている。 Further, in the electrochemical hydrogen pump 100, sealing materials such as gaskets are usually provided from both sides of the cell so that high-pressure hydrogen does not leak to the outside, and are assembled in advance by being integrated with the cell of the electrochemical hydrogen pump 100. Then, on the outside of this cell, the above-mentioned separator for mechanically fixing the cell and electrically connecting the adjacent cells to each other in series is arranged.

セルとセパレータを交互に重ねて、セルを10〜200個程度、積層して、その積層体(スタック)を、集電板および絶縁板を介して端板で挟み、両端板を締結ロッドで締め付けるのが一般的な積層構造である。なお、この場合、セパレータのそれぞれのガス流路に適量の水素含有ガスを供給するには、セパレータのそれぞれにおいて、適宜の管路から溝状の分岐経路を分岐させ、これらの下流端が、セパレータのそれぞれのガス流路に連結するように構成する必要がある。このような管路のことをマニホールドといい、このマニホールドは、例えば、スタックを構成する部材のそれぞれの適所に設けられた貫通孔の連なりにより構成されている。 Cells and separators are alternately stacked, about 10 to 200 cells are laminated, the laminated body (stack) is sandwiched between end plates via a current collector plate and an insulating plate, and both end plates are tightened with a fastening rod. Is a general laminated structure. In this case, in order to supply an appropriate amount of hydrogen-containing gas to each gas flow path of the separator, a groove-shaped branch path is branched from an appropriate pipeline in each of the separators, and the downstream ends thereof are the separator. It is necessary to configure it so as to be connected to each gas flow path of. Such a pipeline is called a manifold, and the manifold is composed of, for example, a series of through holes provided at appropriate positions of the members constituting the stack.

また、電気化学式水素ポンプ100は、アノードAN1とカソードCA1との間に電圧を印加する電圧印加器を備える。電圧印加器は、アノードAN1とカソードCA1との間に電圧を印加することができれば、どのような構成であってもよい。具体的には、電圧印加器の高電位側端子が、アノードAN1に接続され、電圧印加器の低電位側端子が、カソードCA1に接続されている。そして、電圧印加器として、例えば、DC/DCコンバータ、AC/DCコンバータなどを挙げることができる。DC/DCコンバータは、電圧印加器が、太陽電池、燃料電池、バッテリなどの直流電源と接続された場合に用いられる。AC/DCコンバータは、電圧印加器が、商用電源などの交流電源と接続された場合に用いられる。また、電圧印加器は、例えば、電気化学式水素ポンプ100のセルに供給する電力が所定の設定値となるように、アノードAN1およびカソードCA1間に印加される電圧、アノードAN1およびカソードCA1間に流れる電流が調整される電力型電源であってもよい。 Further, the electrochemical hydrogen pump 100 includes a voltage applyer that applies a voltage between the anode AN1 and the cathode CA1. The voltage applyer may have any configuration as long as a voltage can be applied between the anode AN1 and the cathode CA1. Specifically, the high potential side terminal of the voltage applyer is connected to the anode AN1, and the low potential side terminal of the voltage applyer is connected to the cathode CA1. Examples of the voltage applyer include a DC / DC converter and an AC / DC converter. The DC / DC converter is used when the voltage applyer is connected to a DC power source such as a solar cell, a fuel cell, or a battery. The AC / DC converter is used when the voltage applyer is connected to an AC power supply such as a commercial power supply. Further, the voltage applyer flows between the anode AN1 and the cathode CA1 and the voltage applied between the anode AN1 and the cathode CA1 so that the electric power supplied to the cell of the electrochemical hydrogen pump 100 becomes a predetermined set value, for example. It may be a power supply whose current is adjusted.

さらに、電気化学式水素ポンプ100では、一般的に、電解質膜30Aは、湿潤状態で所望のプロトン伝導性を示す。このため、電気化学式水素ポンプ100の動作効率を所望の値を維持するには、電解質膜30Aを湿潤状態に保つ必要がある。このため、従来から、高湿度の水素含有ガスを電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1に供給することが多い。そこで、水素システム200には、電気化学式水素ポンプ100のセルの温度を検知する温度検知器、セルの温度を調整する温度調整器、電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1に供給される水素含有ガスの露点を調整する露点調整器、高湿度の水素含有ガスが流れる流路を加熱するためのヒーターなどが設けられていてもよい。 Further, in the electrochemical hydrogen pump 100, the electrolyte membrane 30A generally exhibits the desired proton conductivity in a wet state. Therefore, in order to maintain the desired value of the operating efficiency of the electrochemical hydrogen pump 100, it is necessary to keep the electrolyte membrane 30A in a wet state. Therefore, conventionally, a high humidity hydrogen-containing gas is often supplied to the anode AN1 of the electrochemical hydrogen pump 100. Therefore, the hydrogen system 200 includes a temperature detector that detects the temperature of the cell of the electrochemical hydrogen pump 100, a temperature regulator that adjusts the temperature of the cell, and a hydrogen-containing gas supplied to the anode AN1 of the electrochemical hydrogen pump 100. A dew point adjuster for adjusting the dew point, a heater for heating a flow path through which a high-humidity hydrogen-containing gas flows, and the like may be provided.

なお、以上の図示しない部材および機器は例示であって、本例に限定されない。 The members and devices (not shown above) are examples and are not limited to this example.

水素生成器110は、原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する装置である。水素生成器110は、原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成することができれば、どのような構成であってもよい。水素生成器110は、例えば、改質器を備える。つまり、改質器の改質触媒においては、原料の改質反応により、水素含有ガス(改質ガス)が生成される。原料は、メタンを主成分とする都市ガスまたは天然ガスなどの少なくとも炭素および水素から構成される有機化合物を含む炭化水素ガスであってもよいし、液体であってもよい。液体として、メタノールなどのアルコールを挙げることができる。さらに、水素生成器110は、改質ガス中の一酸化炭素(CO)を低減するためのCO低減器を備えていてもよい。 The hydrogen generator 110 is a device that generates a hydrogen-containing gas by a reforming reaction using a raw material. The hydrogen generator 110 may have any configuration as long as it can generate a hydrogen-containing gas by a reforming reaction using a raw material. The hydrogen generator 110 includes, for example, a reformer. That is, in the reforming catalyst of the reformer, hydrogen-containing gas (reforming gas) is generated by the reforming reaction of the raw material. The raw material may be a hydrocarbon gas containing an organic compound composed of at least carbon and hydrogen such as city gas containing methane as a main component or natural gas, or may be a liquid. Examples of the liquid include alcohols such as methanol. Further, the hydrogen generator 110 may be provided with a CO reducer for reducing carbon monoxide (CO) in the reformed gas.

なお、水素生成器110で上記改質反応が行われる際には、改質器の他、例えば、燃焼器、原料供給器、水供給器および各種の検知器(例えば、温度検知器、流量計など)などの様々な機器、デバイスが必要となるが、これらは何れも公知である。燃焼器の詳細については第5実施形態で説明する。燃焼器以外の機器、デバイスについては図示および詳細な説明を省略する。 When the reforming reaction is performed in the hydrogen generator 110, in addition to the reformer, for example, a combustor, a raw material supply device, a water supply device, and various detectors (for example, a temperature detector and a flow meter). Various devices and devices such as) are required, but all of them are known. The details of the combustor will be described in the fifth embodiment. Illustrations and detailed explanations of devices and devices other than combustors will be omitted.

次に、本実施形態の水素システム200の流路構成について説明する。 Next, the flow path configuration of the hydrogen system 200 of the present embodiment will be described.

第1流路11は、電気化学式水素ポンプ100のカソードCA1から排出されたカソードオフガスを水素生成器110に供給するための流路である。 The first flow path 11 is a flow path for supplying the cathode off gas discharged from the cathode CA1 of the electrochemical hydrogen pump 100 to the hydrogen generator 110.

第1流路11の上流端は、電気化学式水素ポンプ100のカソードCA1と連通する箇所であれば、いずれの箇所に接続していてもよい。電気化学式水素ポンプ100が、上記のスタックを備える場合、第1流路11の上流端は、例えば、カソードオフガス導出用のマニホールドに連通していてもよい。第1流路11の下流端は、水素生成器110と連通する箇所であれば、いずれの箇所に接続していてもよい。かかる接続箇所の具体例は実施例で説明する。 The upstream end of the first flow path 11 may be connected to any location as long as it communicates with the cathode CA1 of the electrochemical hydrogen pump 100. When the electrochemical hydrogen pump 100 includes the above stack, the upstream end of the first flow path 11 may communicate with, for example, a cathode off gas lead-out manifold. The downstream end of the first flow path 11 may be connected to any location as long as it communicates with the hydrogen generator 110. Specific examples of such connection points will be described in Examples.

第1開閉弁21は、第1流路11に設けられた弁である。第1開閉弁21は、第1流路11を開閉することができれば、どのような構成であってもよい。第1開閉弁21として、例えば、窒素ガスなどで駆動する駆動弁または電磁弁などを用いることができるが、これらに限定されない。 The first on-off valve 21 is a valve provided in the first flow path 11. The first on-off valve 21 may have any configuration as long as it can open and close the first flow path 11. As the first on-off valve 21, for example, a drive valve or a solenoid valve driven by nitrogen gas or the like can be used, but the first on-off valve 21 is not limited thereto.

制御器50は、停止時に、第1開閉弁21を開放させる。また、制御器50は、水素システム200の全体の動作を制御してもよい。ここで、「停止時」とは、水素生成器110の水素生成動作の停止時のことをいい、例えば、水素生成器110の改質触媒における改質反応に用いる反応物の供給が停止しているときなどを例示することができる。なお、反応物は、原料、水、空気などを例示することができる。例えば、改質反応が、水蒸気改質反応またはオートサーマル反応である場合、上記の反応物として、例えば、原料および水蒸気、または、原料、水蒸気および酸素などを挙げることができる。 The controller 50 opens the first on-off valve 21 when stopped. Further, the controller 50 may control the entire operation of the hydrogen system 200. Here, "when stopped" means when the hydrogen generation operation of the hydrogen generator 110 is stopped, for example, the supply of the reactant used for the reforming reaction in the reforming catalyst of the hydrogen generator 110 is stopped. It is possible to exemplify when there is. Examples of the reaction product include raw materials, water, and air. For example, when the reforming reaction is a steam reforming reaction or an autothermal reaction, examples of the above-mentioned reactants include raw materials and steam, or raw materials, steam and oxygen.

制御器50は、例えば、演算回路(図示せず)と、制御プログラムを記憶する記憶回路(図示せず)と、を備える。演算回路として、例えば、MPU、CPUなどを挙げることができる。記憶回路として、例えば、メモリなどを挙げることができる。制御器50は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。 The controller 50 includes, for example, an arithmetic circuit (not shown) and a storage circuit (not shown) for storing a control program. Examples of the arithmetic circuit include an MPU, a CPU, and the like. Examples of the storage circuit include a memory and the like. The controller 50 may be composed of a single controller that performs centralized control, or may be composed of a plurality of controllers that perform distributed control in cooperation with each other.

[動作]
以下、水素システム200の動作の一例について、図面を参照しながら説明する。以下の動作は、例えば、制御器50の演算回路が、制御器50の記憶回路から制御プログラムを読み出すことにより行われてもよい。ただし、以下の動作を制御器50で行うことは、必ずしも必須ではない。操作者が、その一部の動作を行ってもよい。以下の例では、制御器50により動作を制御する場合について、説明する。
[motion]
Hereinafter, an example of the operation of the hydrogen system 200 will be described with reference to the drawings. The following operation may be performed, for example, by the arithmetic circuit of the controller 50 reading a control program from the storage circuit of the controller 50. However, it is not always essential to perform the following operations on the controller 50. The operator may perform some of the operations. In the following example, the case where the operation is controlled by the controller 50 will be described.

まず、水素生成器110で、原料を用いた改質反応により生成された水素含有ガスを生成する水素生成動作が行われる。例えば、水素生成器110の改質触媒において、原料の水蒸気改質反応またはオートサーマル反応が行われる。なお、このような水蒸気改質反応またはオートサーマル反応による水素生成動作は公知であるので詳細な説明を省略する。 First, the hydrogen generator 110 performs a hydrogen generation operation to generate a hydrogen-containing gas generated by a reforming reaction using a raw material. For example, in the reforming catalyst of the hydrogen generator 110, a steam reforming reaction or an autothermal reaction of the raw material is performed. Since the hydrogen generation operation by such a steam reforming reaction or an autothermal reaction is known, detailed description thereof will be omitted.

次に、電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1に低圧および高湿度の水素含有ガスが供給されるとともに、アノードAN1およびカソードCA1間の電圧が印加される。電圧印加器(図示せず)の電圧が電気化学式水素ポンプ100に給電される。このとき、第1開閉弁21は閉止されている。なお、電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1に供給する水素含有ガスは、水素生成器110で生成された水素含有ガス(改質ガス)を用いることができる。 Next, a low-pressure and high-humidity hydrogen-containing gas is supplied to the anode AN1 of the electrochemical hydrogen pump 100, and a voltage between the anode AN1 and the cathode CA1 is applied. The voltage of the voltage applyer (not shown) is supplied to the electrochemical hydrogen pump 100. At this time, the first on-off valve 21 is closed. As the hydrogen-containing gas supplied to the anode AN1 of the electrochemical hydrogen pump 100, the hydrogen-containing gas (reformed gas) generated by the hydrogen generator 110 can be used.

すると、アノードAN1のアノード触媒層において、水素分子がプロトンと電子とに分離する(式(1))。プロトンは電解質膜30A内を伝導してカソード触媒層に移動する。電子は、電圧印加器(図示せず)を通じてカソード触媒層に移動する。そして、カソード触媒層において、水素分子が再び生成される(式(2))。なお、プロトンが電解質膜30A中を伝導する際に、所定水量の水が、電気浸透水としてアノードAN1からカソードCA1にプロトンと同伴して移動することが知られている。 Then, in the anode catalyst layer of the anode AN1, hydrogen molecules are separated into protons and electrons (formula (1)). Protons conduct in the electrolyte membrane 30A and move to the cathode catalyst layer. Electrons move to the cathode catalyst layer through a voltage applyer (not shown). Then, hydrogen molecules are generated again in the cathode catalyst layer (Equation (2)). It is known that when protons conduct through the electrolyte membrane 30A, a predetermined amount of water moves from the anode AN1 to the cathode CA1 as electroosmotic water along with the protons.

このとき、例えば、電気化学式水素ポンプ100のカソードCA1で生成される水素を含むカソードオフガスが、カソードオフガス流路を通じて水素貯蔵器に供給される場合、カソードオフガス供給流路に設けられた開閉弁などを用いて、カソードオフガス供給流路の圧損を増加させることにより、カソードCA1で水素を圧縮することができる。ここで、カソードオフガス流路の圧損を増加させるとは、上記開閉弁の開度を小さくすることに対応する。上記水素貯蔵器として、例えば、水素タンクを挙げることができる。水素貯蔵器は、水素吸蔵合金などの水素貯蔵材を用いずに水素を直接容器に充填して貯蔵する形態であってもよいし、水素吸蔵合金などの水素貯蔵材を収納する容器に水素を貯蔵する形態であってもよい。 At this time, for example, when the cathode off gas containing hydrogen generated by the cathode CA1 of the electrochemical hydrogen pump 100 is supplied to the hydrogen reservoir through the cathode off gas flow path, an on-off valve provided in the cathode off gas supply flow path or the like. By increasing the pressure loss of the cathode off gas supply flow path, hydrogen can be compressed by the cathode CA1. Here, increasing the pressure loss of the cathode off gas flow path corresponds to reducing the opening degree of the on-off valve. As the hydrogen reservoir, for example, a hydrogen tank can be mentioned. The hydrogen storage device may be in the form of directly filling and storing hydrogen in a container without using a hydrogen storage material such as a hydrogen storage alloy, or hydrogen is stored in a container for storing a hydrogen storage material such as a hydrogen storage alloy. It may be in the form of storage.

アノード:H(低圧)→2H+2e ・・・(1)
カソード:2H+2e→H(高圧) ・・・(2)
このようにして、水素システム200において、電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1およびカソードCA1間に電圧を印加することで、アノードAN1に供給される水素含有ガス中の水素を、電解質膜30Aを介してカソードCA1に移動させ、かつ圧縮する水素圧縮動作が行われる。カソードCA1で生成された高圧の水素は、例えば、水素ステーションに設置されたディスペンサー、水素タンクなどの水素貯蔵器に一時的に貯蔵される。また、水素貯蔵器で貯蔵された水素は、適時に、水素需要体に供給される。水素需要体として、例えば、水素を用いて発電する燃料電池などを挙げることができる。
Anode: H 2 (low pressure) → 2H + + 2e - ··· (1)
Cathode: 2H + + 2e - → H 2 ( high pressure) (2)
In this way, in the hydrogen system 200, by applying a voltage between the anode AN1 and the cathode CA1 of the electrochemical hydrogen pump 100, hydrogen in the hydrogen-containing gas supplied to the anode AN1 is transferred through the electrolyte membrane 30A. A hydrogen compression operation is performed in which the cathode CA1 is moved and compressed. The high-pressure hydrogen generated by the cathode CA1 is temporarily stored in a hydrogen reservoir such as a dispenser or a hydrogen tank installed in a hydrogen station, for example. Further, the hydrogen stored in the hydrogen reservoir is supplied to the hydrogen demander in a timely manner. Examples of hydrogen demanders include fuel cells that generate electricity using hydrogen.

次に、水素生成器110の運転が停止される。例えば、本運転停止では、水素生成器110の改質触媒における改質反応に用いる反応物の供給が停止される。これにより、水素生成器110で水素含有ガスを生成する動作(水素生成動作)が停止する。 Next, the operation of the hydrogen generator 110 is stopped. For example, in this operation stop, the supply of the reactant used for the reforming reaction in the reforming catalyst of the hydrogen generator 110 is stopped. As a result, the operation of generating the hydrogen-containing gas (hydrogen generation operation) in the hydrogen generator 110 is stopped.

ここで、電気化学式水素ポンプ100が、例えば、燃料電池フォークリフト向けの圧縮機である場合、上記の水素生成動作の停止時に、カソードCA1側には、約40MPa程度の高圧かつ低湿度(例えば、約50℃程度で相対湿度が約300ppm程度)の水素が存在する。また、アノードAN1側には、約0.1MPa程度の低圧かつ高湿度(例えば、約50℃程度で相対湿度が約12%程度)の水素含有ガスが存在する。 Here, when the electrochemical hydrogen pump 100 is, for example, a compressor for a fuel cell forklift, when the hydrogen generation operation is stopped, the cathode CA1 side has a high pressure of about 40 MPa and a low humidity (for example, about about 40 MPa). Hydrogen has a relative humidity of about 300 ppm at about 50 ° C.). Further, on the anode AN1 side, there is a hydrogen-containing gas having a low pressure of about 0.1 MPa and a high humidity (for example, about 50 ° C. and a relative humidity of about 12%).

そこで、上記の水素生成動作の停止時に、第1開閉弁21が開放される。すると、カソードCA1で圧縮された高圧の水素をカソードオフガスとして、水素生成器110に供給する動作が行われる。 Therefore, when the hydrogen generation operation is stopped, the first on-off valve 21 is opened. Then, the operation of supplying the high-pressure hydrogen compressed by the cathode CA1 to the hydrogen generator 110 as the cathode off gas is performed.

以上のとおり、本実施形態の水素システム200および水素システム200の運転方法は、水素生成器110の改質触媒の劣化を従来よりも抑制し得る。 As described above, the method of operating the hydrogen system 200 and the hydrogen system 200 of the present embodiment can suppress deterioration of the reforming catalyst of the hydrogen generator 110 more than before.

具体的には、本実施形態の水素システム200および水素システム200の運転方法は、水素生成器110の水素生成動作の停止時に、第1開閉弁21を開放することで、水素生成器110内に存在する高湿度の水素含有ガスを、電気化学式水素ポンプ100のカソードCA1から供給される低湿度のカソードオフガスで置換することができる。つまり、高湿度の水素含有ガスが、低湿度のカソードオフガスによって水素生成器110外へ押し出されるので、水素生成器110内に存在するガスが、前者の水素含有ガスから後者のカソードオフガスに置換される。これにより、本実施形態の水素システム200および水素システム200の運転方法は、水素生成器110の温度が低下しても、水素生成器110内において水蒸気の凝縮が発生しにくくなる。すると、水素生成器110の改質触媒は、水濡れにより劣化する可能性を低減することができる。 Specifically, in the operation method of the hydrogen system 200 and the hydrogen system 200 of the present embodiment, when the hydrogen generation operation of the hydrogen generator 110 is stopped, the first on-off valve 21 is opened to enter the hydrogen generator 110. The existing high humidity hydrogen-containing gas can be replaced with a low humidity cathode off gas supplied from the cathode CA1 of the electrochemical hydrogen pump 100. That is, since the high-humidity hydrogen-containing gas is pushed out of the hydrogen generator 110 by the low-humidity cathode-off gas, the gas existing in the hydrogen generator 110 is replaced with the latter cathode-off gas from the former hydrogen-containing gas. To. As a result, in the operation method of the hydrogen system 200 and the hydrogen system 200 of the present embodiment, even if the temperature of the hydrogen generator 110 is lowered, the condensation of water vapor in the hydrogen generator 110 is less likely to occur. Then, the reforming catalyst of the hydrogen generator 110 can reduce the possibility of deterioration due to water wetting.

(実施例)
図1Aおよび図1Bは、第1実施形態の実施例の水素システムの一例を示す図である。
(Example)
1A and 1B are diagrams showing an example of a hydrogen system according to an embodiment of the first embodiment.

図1Aに示す例では、水素システム200は、電気化学式水素ポンプ100と、水素生成器110と、水素純化器120と、第1流路11Aと、第2流路12Aと、第1開閉弁21と、制御器50と、を備える。 In the example shown in FIG. 1A, the hydrogen system 200 includes an electrochemical hydrogen pump 100, a hydrogen generator 110, a hydrogen purifier 120, a first flow path 11A, a second flow path 12A, and a first on-off valve 21. And a controller 50.

ここで、電気化学式水素ポンプ100、水素生成器110および第1開閉弁21は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。 Here, since the electrochemical hydrogen pump 100, the hydrogen generator 110, and the first on-off valve 21 are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted.

第2流路12Aは、水素生成器110に改質反応のための反応物を供給するための流路である。つまり、第2流路12Aの下流端は、水素生成器110に接続されている。また、第1流路11Aは、第2流路12Aと合流している。つまり、第1流路11Aは、第1流路11Aが第2流路12Aと合流する箇所C1にまで延伸している。 The second flow path 12A is a flow path for supplying the reactant for the reforming reaction to the hydrogen generator 110. That is, the downstream end of the second flow path 12A is connected to the hydrogen generator 110. Further, the first flow path 11A merges with the second flow path 12A. That is, the first flow path 11A extends to the point C1 where the first flow path 11A joins the second flow path 12A.

これにより、水素生成器110の水素生成動作の停止時に、第1開閉弁21が開放されると、電気化学式水素ポンプ100のカソードCA1から排出されたカソードオフガスを、改質反応のための反応物を供給する第2流路12Aを介して水素生成器110に供給する動作が行われる。 As a result, when the first on-off valve 21 is opened when the hydrogen generation operation of the hydrogen generator 110 is stopped, the cathode off gas discharged from the cathode CA1 of the electrochemical hydrogen pump 100 is used as a reactant for the reforming reaction. The operation of supplying the hydrogen generator 110 to the hydrogen generator 110 is performed via the second flow path 12A.

なお、反応物は、上記のとおり、原料、水、空気などを例示することができる。例えば、図1Bに示す如く、反応物が、原料である場合、第2流路12Bは、水素生成器110に改質反応のための原料を供給するための流路である。そして、第1流路11Bは、第2流路12Bと合流している。この場合、第2流路12Bの上流端は、適宜の原料源に接続されている。例えば、原料として、都市ガスを使用する場合、第2流路12Bの上流端は、原料源としての都市ガス元栓に接続されている。 As the reactant, raw materials, water, air and the like can be exemplified as described above. For example, as shown in FIG. 1B, when the reactant is a raw material, the second flow path 12B is a flow path for supplying the raw material for the reforming reaction to the hydrogen generator 110. The first flow path 11B merges with the second flow path 12B. In this case, the upstream end of the second flow path 12B is connected to an appropriate raw material source. For example, when city gas is used as a raw material, the upstream end of the second flow path 12B is connected to the city gas main plug as the raw material source.

以上により、本実施例の水素システム200および水素システム200の運転方法は、水素生成器110において、反応物およびカソードオフガスを導入するための箇所を集約することができる。 As described above, in the operation method of the hydrogen system 200 and the hydrogen system 200 of this embodiment, the points for introducing the reactant and the cathode off gas can be integrated in the hydrogen generator 110.

本実施形態の水素システム200および水素システム200の運転方法は、上記特徴以外は、第1実施形態と同様であってもよい。 The operation method of the hydrogen system 200 and the hydrogen system 200 of the present embodiment may be the same as that of the first embodiment except for the above-mentioned features.

(第2実施形態)
[装置構成]
図2は、第2実施形態の水素システムの一例を示す図である。
(Second Embodiment)
[Device configuration]
FIG. 2 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the second embodiment.

図2に示す例では、水素システム200は、電気化学式水素ポンプ100と、水素生成器110と、水素純化器120と、第1流路11と、第1開閉弁21と、制御器50と、を備える。 In the example shown in FIG. 2, the hydrogen system 200 includes an electrochemical hydrogen pump 100, a hydrogen generator 110, a hydrogen purifier 120, a first flow path 11, a first on-off valve 21, a controller 50, and the like. To prepare for.

ここで、電気化学式水素ポンプ100、水素生成器110、第1流路11および第1開閉弁21は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。 Here, since the electrochemical hydrogen pump 100, the hydrogen generator 110, the first flow path 11 and the first on-off valve 21 are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted.

水素純化器120は、電気化学式水素ポンプ100の上流に設けられ、電圧印加器10によりアノードAN2とカソードCA2の間に電圧を印加することにより、水素生成器110からアノードAN2に供給された水素含有ガス中の水素を、電解質膜30Bを介してカソードCA2に移動させ、精製された水素含有ガスを生成する装置である。 The hydrogen purifier 120 is provided upstream of the electrochemical hydrogen pump 100, and contains hydrogen supplied from the hydrogen generator 110 to the anode AN2 by applying a voltage between the anode AN2 and the cathode CA2 by the voltage applicator 10. This is a device that transfers hydrogen in the gas to the cathode CA2 via the electrolyte membrane 30B to generate a purified hydrogen-containing gas.

図2に示す例では、水素生成器110で生成された低純度の水素含有ガス(改質ガス)が、水素純化器120のアノードAN2に供給されるとともに、水素純化器120で精製された高純度の水素含有ガスが、電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1に供給されている。 In the example shown in FIG. 2, the low-purity hydrogen-containing gas (reformed gas) generated by the hydrogen generator 110 is supplied to the anode AN2 of the hydrogen purifier 120 and is purified by the hydrogen purifier 120. A pure hydrogen-containing gas is supplied to the anode AN1 of the electrochemical hydrogen pump 100.

本実施形態の水素システム200では、水素純化器120は、低圧仕様の電気化学式の水素ポンプで構成されていてもよい。すると、水素純化器120のカソードCA2およびアノードAN2間に電圧を印加することにより、水素純化器120のカソードCA2で、数百KPa程度に水素を圧縮することができる。この場合、水素純化器120のスタックは、積層部材が、低圧仕様の素材および形態であること以外は、電気化学式水素ポンプ100のスタックと同様に構成されていてもよい。また、水素純化器120の電圧印加器10は、電気化学式水素ポンプ100の上記電圧印加器と同様に構成されていてもよい。 In the hydrogen system 200 of the present embodiment, the hydrogen purifier 120 may be composed of an electrochemical hydrogen pump having a low pressure specification. Then, by applying a voltage between the cathode CA2 of the hydrogen purifier 120 and the anode AN2, hydrogen can be compressed to about several hundred KPa by the cathode CA2 of the hydrogen purifier 120. In this case, the stack of the hydrogen purifier 120 may be configured in the same manner as the stack of the electrochemical hydrogen pump 100, except that the laminated member is made of a material and a form having a low pressure specification. Further, the voltage applicator 10 of the hydrogen purifier 120 may be configured in the same manner as the voltage applicator of the electrochemical hydrogen pump 100.

[動作]
以下、水素システム200の動作の一例について、図面を参照しながら説明する。以下の動作は、例えば、制御器50の演算回路が、制御器50の記憶回路から制御プログラムを読み出すことにより行われてもよい。ただし、以下の動作を制御器50で行うことは、必ずしも必須ではない。操作者が、その一部の動作を行ってもよい。以下の例では、制御器50により動作を制御する場合について、説明する。
[motion]
Hereinafter, an example of the operation of the hydrogen system 200 will be described with reference to the drawings. The following operation may be performed, for example, by the arithmetic circuit of the controller 50 reading a control program from the storage circuit of the controller 50. However, it is not always essential to perform the following operations on the controller 50. The operator may perform some of the operations. In the following example, the case where the operation is controlled by the controller 50 will be described.

ここで、水素生成器110の水素生成動作および電気化学式水素ポンプ100の水素圧縮動作は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。 Here, since the hydrogen generation operation of the hydrogen generator 110 and the hydrogen compression operation of the electrochemical hydrogen pump 100 are the same as those of the first embodiment, the description thereof will be omitted.

水素生成器110の水素生成動作が開始すると、水素純化器120のアノードAN2とカソードCA2の間に電圧を印加することにより、水素生成器110からアノードAN2に供給された水素含有ガス中の水素を、電解質膜30Bを介してカソードCA2に移動させ、精製された水素含有ガスを生成する動作が行われる。なお、水素純化器120で精製された高純度の水素含有ガスは、電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1に供給される。これにより、電気化学式水素ポンプ100において、水分量を除き、所定の水素純度以上の水素含有ガスを安定的に継続して得ることができる。なお、所定の水素純度は、上記国際規格(ISO14687−2)で規定されている値を満足している。 When the hydrogen generation operation of the hydrogen generator 110 starts, hydrogen in the hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen generator 110 to the anode AN2 is applied by applying a voltage between the anode AN2 and the cathode CA2 of the hydrogen purifier 120. , It is moved to the cathode CA2 via the electrolyte membrane 30B, and an operation of producing a purified hydrogen-containing gas is performed. The high-purity hydrogen-containing gas purified by the hydrogen purifier 120 is supplied to the anode AN1 of the electrochemical hydrogen pump 100. As a result, in the electrochemical hydrogen pump 100, a hydrogen-containing gas having a predetermined hydrogen purity or higher can be stably and continuously obtained except for the water content. The predetermined hydrogen purity satisfies the value specified in the above international standard (ISO14687-2).

一例として、水素生成器110から供給される水素含有ガスの水素純度は約75%程度であってもよい。また、水素純化器120で精製された水素含有ガスの水素純度を99.97%以上であってもよい。電気化学式水素ポンプ100のカソードCA1で生成される水素の純度は99.99%に設定されていてもよい。ただし、以上の水素純度の値は例示であって、本例に限定されない。 As an example, the hydrogen purity of the hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen generator 110 may be about 75%. Further, the hydrogen purity of the hydrogen-containing gas purified by the hydrogen purifier 120 may be 99.97% or more. The purity of hydrogen produced by the cathode CA1 of the electrochemical hydrogen pump 100 may be set to 99.99%. However, the above hydrogen purity values are examples and are not limited to this example.

次に、水素生成器110の水素生成動作の停止時に、電気化学式水素ポンプ100のカソードCA1から排出されたカソードオフガスを、水素生成器110を経由して水素純化器120のアノードAN2に供給する動作が行われる。 Next, when the hydrogen generation operation of the hydrogen generator 110 is stopped, the cathode off gas discharged from the cathode CA1 of the electrochemical hydrogen pump 100 is supplied to the anode AN2 of the hydrogen purifier 120 via the hydrogen generator 110. Is done.

以上のとおり、本実施形態の水素システム200および水素システム200の運転方法は、水素純化器120を用いて、水素生成器110で生成された水素含有ガス中の不純物(例えば、CO、水蒸気、窒素など)を適切に除去することができる。 As described above, in the operation method of the hydrogen system 200 and the hydrogen system 200 of the present embodiment, impurities (for example, CO 2 , steam, etc.) in the hydrogen-containing gas generated by the hydrogen generator 110 using the hydrogen purifier 120 are used. Nitrogen etc.) can be removed appropriately.

ここで、電気化学式水素ポンプ100においても、水素含有ガス中の上記不純物を除去することが可能であるが、本実施形態の水素システム200の如く、電気化学式水素ポンプ100の前段に水素純化器120を設ける理由は、以下の通りである。 Here, the electrochemical hydrogen pump 100 can also remove the above-mentioned impurities in the hydrogen-containing gas, but as in the hydrogen system 200 of the present embodiment, the hydrogen purifier 120 is placed in front of the electrochemical hydrogen pump 100. The reason for providing is as follows.

電気化学式水素ポンプ100において、電解質膜30Aによる水素含有ガス中の不純物の除去性能は、一般的に、電解質膜30Aの厚みが厚い程、向上する。このため、電気化学式水素ポンプ100のカソードCA1に存在する水素を高純度化させるには、電気化学式水素ポンプ100の電解質膜30Aの厚みを厚くする構成を取るか、あるいは、電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1に供給する水素含有ガスの純度を上げる構成を取る必要がある。 In the electrochemical hydrogen pump 100, the ability of the electrolyte membrane 30A to remove impurities in the hydrogen-containing gas is generally improved as the thickness of the electrolyte membrane 30A is thicker. Therefore, in order to purify the hydrogen existing in the cathode CA1 of the electrochemical hydrogen pump 100, the thickness of the electrolyte membrane 30A of the electrochemical hydrogen pump 100 may be increased, or the electrolytic hydrogen pump 100 may be used. It is necessary to increase the purity of the hydrogen-containing gas supplied to the anode AN1.

しかし、電気化学式水素ポンプ100のカソードCA1で水素を高圧(例えば、数十MPa程度)に圧縮する場合を考慮すると、前者の構成は、電気化学式水素ポンプ100の水素圧縮動作に必要となる消費電力の増加を意味する。 However, considering the case where hydrogen is compressed to a high pressure (for example, about several tens of MPa) by the cathode CA1 of the electrochemical hydrogen pump 100, the former configuration is the power consumption required for the hydrogen compression operation of the electrochemical hydrogen pump 100. Means an increase in.

そこで、本実施形態の水素システム200では、水素純化器120を用いて電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1に供給する水素含有ガスの純度を上げる構成を取ることで、電気化学式水素ポンプ100の電解質膜30Aの厚みを増すことなく、電気化学式水素ポンプ100のカソードCA1に存在する水素の高純度化が行われている。その結果、本実施形態の水素システム200は、電気化学式水素ポンプ100の前段に水素純化器120を設けない場合に比べて、電気化学式水素ポンプ100の水素圧縮動作に必要となる消費電力を低減することができる。 Therefore, in the hydrogen system 200 of the present embodiment, the hydrogen purifier 120 is used to increase the purity of the hydrogen-containing gas supplied to the anode AN1 of the electrochemical hydrogen pump 100, whereby the electrolyte membrane of the electrochemical hydrogen pump 100 is increased. The hydrogen present in the cathode CA1 of the electrochemical hydrogen pump 100 is purified without increasing the thickness of 30A. As a result, the hydrogen system 200 of the present embodiment reduces the power consumption required for the hydrogen compression operation of the electrochemical hydrogen pump 100 as compared with the case where the hydrogen purifier 120 is not provided in front of the electrochemical hydrogen pump 100. be able to.

なお、水素純化器120は、カソードCA2およびアノードAN2間に電圧を印加することにより、水素純化器120のカソードCA2で所定圧力にまで水素を圧縮することもできるが、このような所定圧力を適当に設定することで(例えば、数百KPa程度)、水素純化器120における消費電力を適切に抑えることが可能である。 The hydrogen purifier 120 can compress hydrogen to a predetermined pressure at the cathode CA2 of the hydrogen purifier 120 by applying a voltage between the cathode CA2 and the anode AN2, but such a predetermined pressure is appropriate. By setting to (for example, about several hundred KPa), it is possible to appropriately suppress the power consumption in the hydrogen purifier 120.

また、本実施形態の水素システム200の運転方法は、水素生成器110の水素生成動作の停止時に、電気化学式水素ポンプ100のカソードCA1から排出されたカソードオフガスを、水素生成器110を経由して水素純化器120のアノードAN2に供給することで、水素生成器110内の他、水素生成器110と水素純化器120との間の流路内に存在する高湿度の水素含有ガスを、電気化学式水素ポンプ100のカソードCA1から供給される低湿度のカソードオフガスで置換することができる。これにより、水素生成器110および水素生成器110と水素純化器120との間の流路におけるフラッディングを抑制することができる。 Further, in the operation method of the hydrogen system 200 of the present embodiment, when the hydrogen generation operation of the hydrogen generator 110 is stopped, the cathode off gas discharged from the cathode CA1 of the electrochemical hydrogen pump 100 is passed through the hydrogen generator 110. By supplying to the anode AN2 of the hydrogen purifier 120, the high-humidity hydrogen-containing gas existing in the flow path between the hydrogen generator 110 and the hydrogen purifier 120 as well as in the hydrogen generator 110 is electrochemically expressed. It can be replaced with a low humidity cathode off gas supplied from the cathode CA1 of the hydrogen pump 100. This makes it possible to suppress flooding in the flow path between the hydrogen generator 110 and the hydrogen generator 110 and the hydrogen purifier 120.

本実施形態の水素システム200および水素システム200の運転方法は、上記特徴以外は、第1実施形態または第1実施形態の実施例と同様であってもよい。 The operation method of the hydrogen system 200 and the hydrogen system 200 of the present embodiment may be the same as that of the first embodiment or the first embodiment except for the above-mentioned features.

(実施例)
本実施例の水素システム200および水素システム200の運転方法は、以下に説明する制御器50の制御内容以外は、第2実施形態と同様である。
(Example)
The operation method of the hydrogen system 200 and the hydrogen system 200 of this embodiment is the same as that of the second embodiment except for the control contents of the controller 50 described below.

制御器50は、第1開閉弁21を開放しているとき、電圧印加器10により電圧を印加させる。すると、水素生成器110の水素生成動作の停止時に、水素純化器120のアノードAN2とカソードCA2の間に電圧を印加することにより、電気化学式水素ポンプ100のカソードCA1から排出されたカソードオフガスを、水素生成器110および水素純化器120を経由して電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1に供給する動作が行われる。 When the first on-off valve 21 is open, the controller 50 applies a voltage by the voltage applyr 10. Then, when the hydrogen generation operation of the hydrogen generator 110 is stopped, a voltage is applied between the anode AN2 and the cathode CA2 of the hydrogen purifier 120 to dissipate the cathode off gas discharged from the cathode CA1 of the electrochemical hydrogen pump 100. The operation of supplying to the anode AN1 of the electrochemical hydrogen pump 100 is performed via the hydrogen generator 110 and the hydrogen purifier 120.

以上のとおり、本実施例の水素システム200および水素システム200の運転方法は、水素生成器110の水素生成動作の停止時に、第1開閉弁21を開放するとともに水素純化器120のカソードCA2およびアノードAN2間に電圧を印加することで、水素生成器110内の他、水素純化器120内、水素生成器110と水素純化器120との間の流路内および水素純化器120と電気化学式水素ポンプ100との間の流路内に存在する高湿度の水素含有ガスを、電気化学式水素ポンプ100のカソードCA1から供給される低湿度のカソードオフガスで置換することができる。これにより、水素純化器120、水素生成器110と水素純化器120との間の流路、および水素純化器120と電気化学式水素ポンプ100との間の流路における、フラッディングを抑制することができる。 As described above, in the operation method of the hydrogen system 200 and the hydrogen system 200 of the present embodiment, when the hydrogen generation operation of the hydrogen generator 110 is stopped, the first on-off valve 21 is opened and the cathode CA2 and the anode of the hydrogen purifier 120 are used. By applying a voltage between AN2, in addition to the inside of the hydrogen generator 110, in the hydrogen purifier 120, in the flow path between the hydrogen generator 110 and the hydrogen purifier 120, and in the hydrogen purifier 120 and the electrochemical hydrogen pump. The high humidity hydrogen-containing gas existing in the flow path between the 100 and the 100 can be replaced with the low humidity cathode off gas supplied from the cathode CA1 of the electrochemical hydrogen pump 100. This makes it possible to suppress flooding in the hydrogen purifier 120, the flow path between the hydrogen generator 110 and the hydrogen purifier 120, and the flow path between the hydrogen purifier 120 and the electrochemical hydrogen pump 100. ..

本実施例の水素システム200および水素システム200の運転方法は、上記特徴以外は、第1実施形態、第1実施形態の実施例および第2実施形態のいずれかと同様であってもよい。 The operation method of the hydrogen system 200 and the hydrogen system 200 of this embodiment may be the same as any of the first embodiment, the first embodiment, and the second embodiment except for the above-mentioned features.

(第3実施形態)
[装置構成]
図3は、第3実施形態の水素システムの一例を示す図である。
(Third Embodiment)
[Device configuration]
FIG. 3 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the third embodiment.

図3に示す例では、水素システム200は、電気化学式水素ポンプ100と、水素生成器110と、水素純化器120と、第1流路11と、第3流路13と、第4流路14と、第1開閉弁21と、第2開閉弁22と、制御器50と、を備える。 In the example shown in FIG. 3, the hydrogen system 200 includes an electrochemical hydrogen pump 100, a hydrogen generator 110, a hydrogen purifier 120, a first flow path 11, a third flow path 13, and a fourth flow path 14. A first on-off valve 21, a second on-off valve 22, and a controller 50 are provided.

ここで、電気化学式水素ポンプ100、水素生成器110、第1流路11および第1開閉弁21は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。また、水素純化器120は、第2実施形態と同様であるので説明を省略する。 Here, since the electrochemical hydrogen pump 100, the hydrogen generator 110, the first flow path 11 and the first on-off valve 21 are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted. Further, since the hydrogen purifier 120 is the same as that of the second embodiment, the description thereof will be omitted.

第3流路13は、水素純化器120から電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1に供給される水素含有ガスが流れる流路である。第3流路13の上流端は、水素純化器120のカソードCA2と連通する箇所であれば、いずれの箇所に接続していてもよい。水素純化器120が、上記のスタックを備える場合、第3流路13の上流端は、例えば、水素含有ガス導出用のマニホールドに連通していてもよいが、これに限定されない。第3流路13の下流端は、電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1と連通する箇所であれば、いずれの箇所に接続していてもよい。電気化学式水素ポンプ100が、上記のスタックを備える場合、第3流路13の下流端は、例えば、水素含有ガス導入用のマニホールドに連通していてもよいが、これに限定されない。 The third flow path 13 is a flow path through which the hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen purifier 120 to the anode AN1 of the electrochemical hydrogen pump 100 flows. The upstream end of the third flow path 13 may be connected to any location as long as it communicates with the cathode CA2 of the hydrogen purifier 120. When the hydrogen purifier 120 includes the above stack, the upstream end of the third flow path 13 may communicate with, for example, a manifold for deriving a hydrogen-containing gas, but the present invention is not limited to this. The downstream end of the third flow path 13 may be connected to any location as long as it communicates with the anode AN1 of the electrochemical hydrogen pump 100. When the electrochemical hydrogen pump 100 includes the above stack, the downstream end of the third flow path 13 may communicate with, for example, a manifold for introducing a hydrogen-containing gas, but the present invention is not limited to this.

第4流路14は、電気化学式水素ポンプ100のカソードCA1から排出されるカソードオフガスを第3流路13に供給するための流路である。第4流路14の上流端は、電気化学式水素ポンプ100のカソードCA1と連通する箇所であれば、いずれの箇所に接続していてもよい。第4流路14の下流端は、第3流路13と連通する箇所であれば、いずれの箇所に接続していてもよい。図3に示す例では、第4流路14は、第1開閉弁21よりも上流の第1流路11の箇所B1から分岐して、第4流路14が第3流路13と合流する箇所C2にまで延伸している。これにより、本実施形態の水素システム200は、電気化学式水素ポンプ100において、カソードCA1からカソードオフガスを排出するための箇所、および、アノードAN1に水素含有ガスを導入するための箇所を集約することができる。 The fourth flow path 14 is a flow path for supplying the cathode off gas discharged from the cathode CA1 of the electrochemical hydrogen pump 100 to the third flow path 13. The upstream end of the fourth flow path 14 may be connected to any location as long as it communicates with the cathode CA1 of the electrochemical hydrogen pump 100. The downstream end of the fourth flow path 14 may be connected to any point as long as it communicates with the third flow path 13. In the example shown in FIG. 3, the fourth flow path 14 branches from the portion B1 of the first flow path 11 upstream of the first on-off valve 21, and the fourth flow path 14 merges with the third flow path 13. It extends to location C2. As a result, the hydrogen system 200 of the present embodiment can consolidate the locations for discharging the cathode off gas from the cathode CA1 and the locations for introducing the hydrogen-containing gas into the anode AN1 in the electrochemical hydrogen pump 100. can.

第2開閉弁22は、第4流路14に設けられた弁である。第2開閉弁22は、第4流路14を開閉することができれば、どのような構成であってもよい。第2開閉弁22として、例えば、窒素ガスなどで駆動する駆動弁または電磁弁などを用いることができるが、これらに限定されない。 The second on-off valve 22 is a valve provided in the fourth flow path 14. The second on-off valve 22 may have any configuration as long as it can open and close the fourth flow path 14. As the second on-off valve 22, for example, a drive valve or a solenoid valve driven by nitrogen gas or the like can be used, but the second on-off valve 22 is not limited thereto.

制御器50は、水素生成器110の水素生成動作の停止時に第1開閉弁21および第2開閉弁22を開放させる。 The controller 50 opens the first on-off valve 21 and the second on-off valve 22 when the hydrogen generation operation of the hydrogen generator 110 is stopped.

[動作]
以下、水素システム200の動作の一例について、図面を参照しながら説明する。以下の動作は、例えば、制御器50の演算回路が、制御器50の記憶回路から制御プログラムを読み出すことにより行われてもよい。ただし、以下の動作を制御器50で行うことは、必ずしも必須ではない。操作者が、その一部の動作を行ってもよい。以下の例では、制御器50により動作を制御する場合について、説明する。
[motion]
Hereinafter, an example of the operation of the hydrogen system 200 will be described with reference to the drawings. The following operation may be performed, for example, by the arithmetic circuit of the controller 50 reading a control program from the storage circuit of the controller 50. However, it is not always essential to perform the following operations on the controller 50. The operator may perform some of the operations. In the following example, the case where the operation is controlled by the controller 50 will be described.

ここで、水素生成器110の水素生成動作および電気化学式水素ポンプ100の水素圧縮動作は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。また、水素純化器120における精製された水素含有ガスの生成動作は、第2実施形態と同様であるので説明を省略する。 Here, since the hydrogen generation operation of the hydrogen generator 110 and the hydrogen compression operation of the electrochemical hydrogen pump 100 are the same as those of the first embodiment, the description thereof will be omitted. Further, since the operation of producing the purified hydrogen-containing gas in the hydrogen purifier 120 is the same as that of the second embodiment, the description thereof will be omitted.

水素生成器110の水素生成動作の停止時に、第1開閉弁21および第2開閉弁22が開放される。すると、電気化学式水素ポンプ100のカソードCA1から排出されたカソードオフガスを、水素生成器110および水素純化器120を経由せずに、電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1に供給する動作を行うことができる。 When the hydrogen generation operation of the hydrogen generator 110 is stopped, the first on-off valve 21 and the second on-off valve 22 are opened. Then, the cathode off gas discharged from the cathode CA1 of the electrochemical hydrogen pump 100 can be supplied to the anode AN1 of the electrochemical hydrogen pump 100 without passing through the hydrogen generator 110 and the hydrogen purifier 120. ..

以上のとおり、本実施形態の水素システム200および水素システム200の運転方法は、水素生成器110の水素生成動作の停止時に第1開閉弁21を開放するとともに第2開閉弁22を開放することで、水素純化器120と電気化学式水素ポンプ100との間の第3流路13内に存在する高湿度の水素含有ガスを、電気化学式水素ポンプ100のカソードCA1から供給される低湿度のカソードオフガスで置換することができる。つまり、本実施形態の水素システム200および水素システム200の運転方法は、電圧印加器10の消費電力効率を改善させながら、水素純化器120と電気化学式水素ポンプ100との間の第3流路13におけるフラッディングを抑制することができる。 As described above, the operation method of the hydrogen system 200 and the hydrogen system 200 of the present embodiment is to open the first on-off valve 21 and the second on-off valve 22 when the hydrogen generation operation of the hydrogen generator 110 is stopped. , High-humidity hydrogen-containing gas existing in the third flow path 13 between the hydrogen purifier 120 and the electrochemical hydrogen pump 100 is used as a low-humidity cathode off gas supplied from the cathode CA1 of the electrochemical hydrogen pump 100. Can be replaced. That is, in the operation method of the hydrogen system 200 and the hydrogen system 200 of the present embodiment, the third flow path 13 between the hydrogen purifier 120 and the electrochemical hydrogen pump 100 is improved while improving the power consumption efficiency of the voltage adapter 10. Flooding can be suppressed.

本実施形態の水素システム200および水素システム200の運転方法は、上記特徴以外は、第1実施形態、第1実施形態の実施例、第2実施形態および第2実施形態の実施例のいずれかと同様であってもよい。 The operation method of the hydrogen system 200 and the hydrogen system 200 of the present embodiment is the same as any one of the first embodiment, the first embodiment, the second embodiment, and the second embodiment except for the above-mentioned features. May be.

(第4実施形態)
[装置構成]
図4は、第4実施形態の水素システムの一例を示す図である。
(Fourth Embodiment)
[Device configuration]
FIG. 4 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the fourth embodiment.

図4に示す例では、水素システム200は、電気化学式水素ポンプ100と、水素生成器110と、水素純化器120と、第1流路11と、第5流路15と、第1開閉弁21と、制御器50と、を備える。 In the example shown in FIG. 4, the hydrogen system 200 includes an electrochemical hydrogen pump 100, a hydrogen generator 110, a hydrogen purifier 120, a first flow path 11, a fifth flow path 15, and a first on-off valve 21. And a controller 50.

ここで、電気化学式水素ポンプ100、水素生成器110、第1流路11および第1開閉弁21は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。また、水素純化器120は、第2実施形態と同様であるので説明を省略する。 Here, since the electrochemical hydrogen pump 100, the hydrogen generator 110, the first flow path 11 and the first on-off valve 21 are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted. Further, since the hydrogen purifier 120 is the same as that of the second embodiment, the description thereof will be omitted.

第5流路15は、電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1から排出されたアノードオフガスを水素純化器120のアノードAN2に供給するための流路である。 The fifth flow path 15 is a flow path for supplying the anode off gas discharged from the anode AN1 of the electrochemical hydrogen pump 100 to the anode AN2 of the hydrogen purifier 120.

第5流路15の上流端は、電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1と連通する箇所であれば、いずれの箇所に接続していてもよい。電気化学式水素ポンプ100が、上記のスタックを備える場合、第5流路15の上流端は、例えば、水素含有ガス導出用のマニホールドに連通していてもよいが、これに限定されない。第5流路15の下流端は、水素純化器120のアノードAN2と連通する箇所であれば、いずれの箇所に接続していてもよい。図4に示す例では、第5流路15は、第5流路15が、水素生成器110と水素純化器120との間の流路と合流する箇所C3にまで延伸している。これにより、本実施形態の水素システム200は、水素純化器120において、アノードAN2に水素含有ガスを導入するための箇所を集約することができる。 The upstream end of the fifth flow path 15 may be connected to any location as long as it communicates with the anode AN1 of the electrochemical hydrogen pump 100. When the electrochemical hydrogen pump 100 includes the above stack, the upstream end of the fifth flow path 15 may communicate with, for example, a manifold for deriving a hydrogen-containing gas, but the present invention is not limited to this. The downstream end of the fifth flow path 15 may be connected to any location as long as it communicates with the anode AN2 of the hydrogen purifier 120. In the example shown in FIG. 4, the fifth flow path 15 extends to a point C3 where the fifth flow path 15 joins the flow path between the hydrogen generator 110 and the hydrogen purifier 120. As a result, the hydrogen system 200 of the present embodiment can consolidate the locations for introducing the hydrogen-containing gas into the anode AN2 in the hydrogen purifier 120.

[動作]
以下、水素システム200の動作の一例について、図面を参照しながら説明する。以下の動作は、例えば、制御器50の演算回路が、制御器50の記憶回路から制御プログラムを読み出すことにより行われてもよい。ただし、以下の動作を制御器50で行うことは、必ずしも必須ではない。操作者が、その一部の動作を行ってもよい。以下の例では、制御器50により動作を制御する場合について、説明する。
[motion]
Hereinafter, an example of the operation of the hydrogen system 200 will be described with reference to the drawings. The following operation may be performed, for example, by the arithmetic circuit of the controller 50 reading a control program from the storage circuit of the controller 50. However, it is not always essential to perform the following operations on the controller 50. The operator may perform some of the operations. In the following example, the case where the operation is controlled by the controller 50 will be described.

ここで、水素生成器110の水素生成動作および電気化学式水素ポンプ100の水素圧縮動作は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。また、水素純化器120における精製された水素含有ガスの生成動作は、第2実施形態と同様であるので説明を省略する。 Here, since the hydrogen generation operation of the hydrogen generator 110 and the hydrogen compression operation of the electrochemical hydrogen pump 100 are the same as those of the first embodiment, the description thereof will be omitted. Further, since the operation of producing the purified hydrogen-containing gas in the hydrogen purifier 120 is the same as that of the second embodiment, the description thereof will be omitted.

水素生成器110の水素生成動作の停止時に、電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1から排出されたアノードオフガスを水素純化器120のアノードAN2に供給する動作が行われる。 When the hydrogen generation operation of the hydrogen generator 110 is stopped, the operation of supplying the anode off gas discharged from the anode AN1 of the electrochemical hydrogen pump 100 to the anode AN2 of the hydrogen purifier 120 is performed.

水素純化器120においては、水素純化器120のアノードAN2における水素含有ガスの純度が高くなるほど、水素純化器120のカソードCA2で精製される水素含有ガスの純度を上げることができる。そして、水素純化器120のカソードCA2で精製される水素含有ガスの純度が高いほど、電気化学式水素ポンプ100で圧縮される水素の高純度化においても有利である。 In the hydrogen purifier 120, the higher the purity of the hydrogen-containing gas at the anode AN2 of the hydrogen purifier 120, the higher the purity of the hydrogen-containing gas purified by the cathode CA2 of the hydrogen purifier 120. The higher the purity of the hydrogen-containing gas purified by the cathode CA2 of the hydrogen purifier 120, the more advantageous it is in purifying the hydrogen compressed by the electrochemical hydrogen pump 100.

そこで、本実施形態の水素システム200および水素システム200の運転方法は、第5流路15を用いて、電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1から排出された、高純度のアノードオフガスを水素純化器120のアノードAN2に還流させることで、水素純化器120のアノードAN2における水素含有ガスの純度を上げることができる。その結果、本実施形態の水素システム200は、例えば、電気化学式水素ポンプ100のカソードCA1で圧縮された水素を水素貯蔵器に供給する場合、水素貯蔵器の水素純度が、上記国際規格を満たすように制御しやすくなる。 Therefore, in the method of operating the hydrogen system 200 and the hydrogen system 200 of the present embodiment, the hydrogen purifier 120 uses the fifth flow path 15 to remove the high-purity anode off gas discharged from the anode AN1 of the electrochemical hydrogen pump 100. By refluxing to the anode AN2 of the hydrogen purifier 120, the purity of the hydrogen-containing gas in the anode AN2 of the hydrogen purifier 120 can be increased. As a result, in the hydrogen system 200 of the present embodiment, for example, when hydrogen compressed by the cathode CA1 of the electrochemical hydrogen pump 100 is supplied to the hydrogen reservoir, the hydrogen purity of the hydrogen reservoir satisfies the above international standard. It becomes easier to control.

本実施形態の水素システム200および水素システム200の運転方法は、上記特徴以外は、第1実施形態、第1実施形態の実施例、第2実施形態、第2実施形態の実施例および第3実施形態のいずれかと同様であってもよい。 Except for the above features, the hydrogen system 200 and the operation method of the hydrogen system 200 of the present embodiment include the first embodiment, the first embodiment, the second embodiment, the second embodiment, and the third embodiment. It may be similar to any of the forms.

(第5実施形態)
図5は、第5実施形態の水素システムの一例を示す図である。
(Fifth Embodiment)
FIG. 5 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the fifth embodiment.

図5に示す例では、水素システム200は、電気化学式水素ポンプ100と、水素生成器110と、水素純化器120と、燃焼器130と、第1流路11と、第6流路16と、第1開閉弁21と、制御器50と、を備える。 In the example shown in FIG. 5, the hydrogen system 200 includes an electrochemical hydrogen pump 100, a hydrogen generator 110, a hydrogen purifier 120, a combustor 130, a first flow path 11, and a sixth flow path 16. A first on-off valve 21 and a controller 50 are provided.

ここで、電気化学式水素ポンプ100、水素生成器110、第1流路11および第1開閉弁21は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。また、水素純化器120は、第2実施形態と同様であるので説明を省略する。 Here, since the electrochemical hydrogen pump 100, the hydrogen generator 110, the first flow path 11 and the first on-off valve 21 are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted. Further, since the hydrogen purifier 120 is the same as that of the second embodiment, the description thereof will be omitted.

燃焼器130は、水素生成器110に改質反応のための熱を供給する装置である。つまり、燃焼器130の燃焼熱によって、水素生成器110の改質触媒は、改質反応に適した温度(例えば、約600℃程度)にまで加熱される。 The combustor 130 is a device that supplies heat for the reforming reaction to the hydrogen generator 110. That is, the combustion heat of the combustor 130 heats the reforming catalyst of the hydrogen generator 110 to a temperature suitable for the reforming reaction (for example, about 600 ° C.).

第6流路16は、水素純化器120のアノードAN2から排出されたアノードオフガスを燃焼器130に供給するための流路である。つまり、この場合、燃焼器130の燃料として、水素純化器120のアノードAN2から排出されたアノードオフガスが使用される。 The sixth flow path 16 is a flow path for supplying the anode off gas discharged from the anode AN2 of the hydrogen purifier 120 to the combustor 130. That is, in this case, the anode off gas discharged from the anode AN2 of the hydrogen purifier 120 is used as the fuel for the combustor 130.

第6流路16の上流端は、水素純化器120のアノードAN2と連通する箇所であれば、いずれの箇所に接続していてもよい。電気化学式水素ポンプ100が、上記のスタックを備える場合、第6流路16の上流端は、例えば、水素含有ガス導出用のマニホールドに連通していてもよいが、これに限定されない。 The upstream end of the sixth flow path 16 may be connected to any location as long as it communicates with the anode AN2 of the hydrogen purifier 120. When the electrochemical hydrogen pump 100 includes the above stack, the upstream end of the sixth flow path 16 may communicate with, for example, a manifold for deriving a hydrogen-containing gas, but the present invention is not limited to this.

以上のとおり、本実施形態の水素システム200は、水素純化器120のアノードAN2から排出されたアノードオフガスを、水素生成器110に改質反応のための熱を供給する燃焼器130に供給することができる。これにより、例えば、水素生成器110の運転時には、燃焼器130で発生する燃焼熱により、水素生成器110の改質触媒を改質反応に適した温度に加熱することができる。 As described above, the hydrogen system 200 of the present embodiment supplies the anode off gas discharged from the anode AN2 of the hydrogen purifier 120 to the combustor 130 that supplies heat for the reforming reaction to the hydrogen generator 110. Can be done. Thereby, for example, during the operation of the hydrogen generator 110, the reforming catalyst of the hydrogen generator 110 can be heated to a temperature suitable for the reforming reaction by the combustion heat generated in the combustor 130.

また、本実施形態の水素システム200は、例えば、水素生成器110の水素生成動作の停止時に第1開閉弁21を開放する際には、水素純化器120のアノードAN2から排出されたアノードオフガスは、第6流路16を通じて燃焼器130に供給された後、燃焼器130で適切に排気処理される。 Further, in the hydrogen system 200 of the present embodiment, for example, when the first on-off valve 21 is opened when the hydrogen generation operation of the hydrogen generator 110 is stopped, the anode off gas discharged from the anode AN2 of the hydrogen purifier 120 is used. After being supplied to the combustor 130 through the sixth flow path 16, the combustor 130 appropriately exhausts the hydrogen.

本実施形態の水素システム200および水素システム200の運転方法は、上記特徴以外は、第1実施形態、第1実施形態の実施例、第2実施形態、第2実施形態の実施例、第3実施形態および第4実施形態のいずれかと同様であってもよい。 Except for the above features, the hydrogen system 200 and the operation method of the hydrogen system 200 of the present embodiment are the first embodiment, the first embodiment, the second embodiment, the second embodiment, and the third embodiment. It may be similar to any of the embodiments and the fourth embodiment.

(第6実施形態)
図6は、第6実施形態の水素システムの一例を示す図である。
(Sixth Embodiment)
FIG. 6 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the sixth embodiment.

図6に示す例では、水素システム200は、電気化学式水素ポンプ100と、水素生成器110と、水素純化器120と、燃焼器130と、第1流路11と、第7流路17と、第1開閉弁21と、制御器50と、を備える。 In the example shown in FIG. 6, the hydrogen system 200 includes an electrochemical hydrogen pump 100, a hydrogen generator 110, a hydrogen purifier 120, a combustor 130, a first flow path 11, and a seventh flow path 17. A first on-off valve 21 and a controller 50 are provided.

ここで、電気化学式水素ポンプ100、水素生成器110、第1流路11および第1開閉弁21は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。また、水素純化器120は、第2実施形態と同様であるので説明を省略する。また、燃焼器130は、第5実施形態と同様であるので説明を省略する。 Here, since the electrochemical hydrogen pump 100, the hydrogen generator 110, the first flow path 11 and the first on-off valve 21 are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted. Further, since the hydrogen purifier 120 is the same as that of the second embodiment, the description thereof will be omitted. Further, since the combustor 130 is the same as that of the fifth embodiment, the description thereof will be omitted.

第7流路17は、電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1から排出されたアノードオフガスを燃焼器130に供給するための流路である。つまり、この場合、燃焼器130の燃料として、電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1から排出されたアノードオフガスが使用される。 The seventh flow path 17 is a flow path for supplying the anode off gas discharged from the anode AN1 of the electrochemical hydrogen pump 100 to the combustor 130. That is, in this case, the anode off gas discharged from the anode AN1 of the electrochemical hydrogen pump 100 is used as the fuel for the combustor 130.

第7流路17の上流端は、電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1と連通する箇所であれば、いずれの箇所に接続していてもよい。電気化学式水素ポンプ100が、上記のスタックを備える場合、第7流路17の上流端は、例えば、水素含有ガス導出用のマニホールドに連通していてもよいが、これに限定されない。 The upstream end of the seventh flow path 17 may be connected to any location as long as it communicates with the anode AN1 of the electrochemical hydrogen pump 100. When the electrochemical hydrogen pump 100 includes the above stack, the upstream end of the seventh flow path 17 may communicate with, for example, a manifold for deriving a hydrogen-containing gas, but the present invention is not limited to this.

以上のとおり、本実施形態の水素システム200は、電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1から排出されたアノードオフガスを、水素生成器110に改質反応のための熱を供給する燃焼器130に供給することができる。これにより、例えば、水素生成器110の運転時には、燃焼器130で発生する燃焼熱により、水素生成器110の改質触媒を改質反応に適した温度に加熱することができる。 As described above, the hydrogen system 200 of the present embodiment supplies the anode off gas discharged from the anode AN1 of the electrochemical hydrogen pump 100 to the combustor 130 that supplies heat for the reforming reaction to the hydrogen generator 110. be able to. Thereby, for example, during the operation of the hydrogen generator 110, the reforming catalyst of the hydrogen generator 110 can be heated to a temperature suitable for the reforming reaction by the combustion heat generated in the combustor 130.

また、本実施形態の水素システム200は、例えば、水素生成器110の水素生成動作の停止時に第1開閉弁21を開放する際には、電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1から排出されたアノードオフガスは、第7流路17を通じて燃焼器130に供給された後、燃焼器130で適切に排気処理される。 Further, in the hydrogen system 200 of the present embodiment, for example, when the first on-off valve 21 is opened when the hydrogen generation operation of the hydrogen generator 110 is stopped, the anode off gas discharged from the anode AN1 of the electrochemical hydrogen pump 100 Is supplied to the combustor 130 through the seventh flow path 17, and then appropriately exhausted by the combustor 130.

本実施形態の水素システム200および水素システム200の運転方法は、上記特徴以外は、第1実施形態、第1実施形態の実施例、第2実施形態、第2実施形態の実施例、第3実施形態、第4実施形態および第5実施形態のいずれかと同様であってもよい。例えば、図6の水素システム200において、第3実施形態で説明した第4流路14および第2開閉弁22(図3参照)が設けられていてもよい。そして、本実施形態の水素システム200は、水素生成器110の水素生成動作の停止時に第2開閉弁22を開放してもよい。 Except for the above features, the hydrogen system 200 and the operation method of the hydrogen system 200 of the present embodiment are the first embodiment, the first embodiment, the second embodiment, the second embodiment, and the third embodiment. It may be the same as any one of the embodiment, the fourth embodiment and the fifth embodiment. For example, in the hydrogen system 200 of FIG. 6, the fourth flow path 14 and the second on-off valve 22 (see FIG. 3) described in the third embodiment may be provided. Then, in the hydrogen system 200 of the present embodiment, the second on-off valve 22 may be opened when the hydrogen generation operation of the hydrogen generator 110 is stopped.

(第7実施形態)
[装置構成]
図7は、第7実施形態の水素システムの一例を示す図である。
(7th Embodiment)
[Device configuration]
FIG. 7 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the seventh embodiment.

図7に示す例では、水素システム200は、電気化学式水素ポンプ100と、水素生成器110と、水素純化器120と、燃焼器130と、空気供給器140と、第1流路11と、第6流路16と、第1開閉弁21と、制御器50と、を備える。 In the example shown in FIG. 7, the hydrogen system 200 includes an electrochemical hydrogen pump 100, a hydrogen generator 110, a hydrogen purifier 120, a combustor 130, an air supply device 140, a first flow path 11, and a first channel. It includes 6 flow paths 16, a first on-off valve 21, and a controller 50.

ここで、電気化学式水素ポンプ100、水素生成器110、第1流路11および第1開閉弁21は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。また、水素純化器120は、第2実施形態と同様であるので説明を省略する。また、燃焼器130および第6流路16は、第5実施形態と同様であるので説明を省略する。 Here, since the electrochemical hydrogen pump 100, the hydrogen generator 110, the first flow path 11 and the first on-off valve 21 are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted. Further, since the hydrogen purifier 120 is the same as that of the second embodiment, the description thereof will be omitted. Further, since the combustor 130 and the sixth flow path 16 are the same as those in the fifth embodiment, the description thereof will be omitted.

空気供給器140は、燃焼器130に燃焼用空気を供給する装置である。空気供給器140は、このような燃焼用空気を燃焼器130に供給できれば、どのような構成であってもよい。空気供給器140として、例えば、ファンなどを挙げることができる。 The air supply device 140 is a device that supplies combustion air to the combustor 130. The air supply device 140 may have any configuration as long as such combustion air can be supplied to the combustor 130. As the air supply device 140, for example, a fan or the like can be mentioned.

制御器50は、水素生成器110の水素生成動作の停止時に、空気供給器140を動作させ、燃焼器130に供給されたアノードオフガスを希釈排気させる。 When the hydrogen generation operation of the hydrogen generator 110 is stopped, the controller 50 operates the air supply device 140 to dilute and exhaust the anode off gas supplied to the combustor 130.

[動作]
以下、水素システム200の動作の一例について、図面を参照しながら説明する。以下の動作は、例えば、制御器50の演算回路が、制御器50の記憶回路から制御プログラムを読み出すことにより行われてもよい。ただし、以下の動作を制御器50で行うことは、必ずしも必須ではない。操作者が、その一部の動作を行ってもよい。以下の例では、制御器50により動作を制御する場合について、説明する。
[motion]
Hereinafter, an example of the operation of the hydrogen system 200 will be described with reference to the drawings. The following operation may be performed, for example, by the arithmetic circuit of the controller 50 reading a control program from the storage circuit of the controller 50. However, it is not always essential to perform the following operations on the controller 50. The operator may perform some of the operations. In the following example, the case where the operation is controlled by the controller 50 will be described.

ここで、水素生成器110の水素生成動作および電気化学式水素ポンプ100の水素圧縮動作は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。また、水素純化器120における精製された水素含有ガスの生成動作は、第2実施形態と同様であるので説明を省略する。 Here, since the hydrogen generation operation of the hydrogen generator 110 and the hydrogen compression operation of the electrochemical hydrogen pump 100 are the same as those of the first embodiment, the description thereof will be omitted. Further, since the operation of producing the purified hydrogen-containing gas in the hydrogen purifier 120 is the same as that of the second embodiment, the description thereof will be omitted.

水素生成器110の水素生成動作の停止時に、第1開閉弁21が開放されるとともに、空気供給器140が動作される。すると、水素純化器120のアノードAN2から排出されたアノードオフガスを水素生成器110の燃焼器130に供給する動作と、燃焼器130に燃焼用空気を供給することで、燃焼器130に供給されたアノードオフガスを希釈排気する動作と、を行うことができる。 When the hydrogen generation operation of the hydrogen generator 110 is stopped, the first on-off valve 21 is opened and the air supply device 140 is operated. Then, the anode off gas discharged from the anode AN2 of the hydrogen purifier 120 was supplied to the combustor 130 by the operation of supplying the combustor 130 of the hydrogen generator 110 and the combustion air to the combustor 130. The operation of diluting and exhausting the anode off-gas can be performed.

以上のとおり、本実施形態の水素システム200および水素システム200の運転方法は、燃焼器130においてアノードオフガスと適量の空気とを混合することで、アノードオフガスの可燃成分を適切に希釈した後、燃焼器130からアノードオフガスを外部に排気することができる。これにより、本実施形態の水素システム200および水素システム200の運転方法は、水素生成器110の水素生成動作の停止時に、燃焼器130においてアノードオフガスを燃焼排気する場合に比べて、水素生成器110の過昇温を適切に抑制することができる。 As described above, in the operation method of the hydrogen system 200 and the hydrogen system 200 of the present embodiment, the combustible component of the anode off gas is appropriately diluted by mixing the anode off gas and an appropriate amount of air in the combustor 130, and then the combustion is performed. The anode off gas can be exhausted to the outside from the vessel 130. As a result, in the operation method of the hydrogen system 200 and the hydrogen system 200 of the present embodiment, the hydrogen generator 110 is compared with the case where the anode off gas is burned and exhausted in the combustor 130 when the hydrogen generation operation of the hydrogen generator 110 is stopped. The excessive temperature rise can be appropriately suppressed.

本実施形態の水素システム200および水素システム200の運転方法は、上記特徴以外は、第1実施形態、第1実施形態の実施例、第2実施形態、第2実施形態の実施例、第3実施形態、第4実施形態、第5実施形態および第6実施形態のいずれかと同様であってもよい。例えば、図7の水素システム200において、第6流路16とともに、第6実施形態で説明した第7流路17(図6参照)が設けられていてもよい。これにより、水素生成器110の水素生成動作の停止時に、電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1から排出されたアノードオフガスを水素生成器110の燃焼器130に供給する動作と、燃焼器130に燃焼用空気を供給することで、燃焼器130に供給されたアノードオフガスを希釈排気する動作と、を行うことができる。 Except for the above features, the hydrogen system 200 and the operation method of the hydrogen system 200 of the present embodiment are the first embodiment, the first embodiment, the second embodiment, the second embodiment, and the third embodiment. It may be the same as any one of the embodiment, the fourth embodiment, the fifth embodiment and the sixth embodiment. For example, in the hydrogen system 200 of FIG. 7, the seventh flow path 17 (see FIG. 6) described in the sixth embodiment may be provided together with the sixth flow path 16. As a result, when the hydrogen generation operation of the hydrogen generator 110 is stopped, the operation of supplying the anode off gas discharged from the anode AN1 of the electrochemical hydrogen pump 100 to the combustor 130 of the hydrogen generator 110 and the operation of supplying the combustor 130 for combustion. By supplying air, the operation of diluting and exhausting the anode off gas supplied to the combustor 130 can be performed.

(第8実施形態)
図8は、第8実施形態の水素システムの一例を示す図である。
(8th Embodiment)
FIG. 8 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the eighth embodiment.

図8に示す例では、水素システム200は、電気化学式水素ポンプ100と、水素生成器110と、第1流路11Cと、第8流路18と、第1開閉弁21と、第1逆止弁31と、制御器50と、を備える。 In the example shown in FIG. 8, the hydrogen system 200 includes an electrochemical hydrogen pump 100, a hydrogen generator 110, a first flow path 11C, an eighth flow path 18, a first on-off valve 21, and a first check valve. A valve 31 and a controller 50 are provided.

ここで、電気化学式水素ポンプ100、水素生成器110および第1開閉弁21は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。 Here, since the electrochemical hydrogen pump 100, the hydrogen generator 110, and the first on-off valve 21 are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted.

第8流路18は、電気化学式水素ポンプ100のカソードCA1から排出されるカソードオフガスが流れる流路である。 The eighth flow path 18 is a flow path through which the cathode off gas discharged from the cathode CA1 of the electrochemical hydrogen pump 100 flows.

第8流路18の上流端は、電気化学式水素ポンプ100のカソードCA1と連通する箇所であれば、いずれの箇所に接続していてもよい。電気化学式水素ポンプ100が、上記のスタックを備える場合、第8流路18の上流端は、例えば、カソードオフガス導出用のマニホールドに連通していてもよい。なお、第8流路18は、電気化学式水素ポンプ100のカソードCA1から排出されたカソードオフガス(水素)を水素貯蔵器に供給するように延伸している。 The upstream end of the eighth flow path 18 may be connected to any location as long as it communicates with the cathode CA1 of the electrochemical hydrogen pump 100. When the electrochemical hydrogen pump 100 includes the above stack, the upstream end of the eighth flow path 18 may communicate with, for example, a cathode off gas lead-out manifold. The eighth flow path 18 is extended so as to supply the cathode off gas (hydrogen) discharged from the cathode CA1 of the electrochemical hydrogen pump 100 to the hydrogen reservoir.

図8に示す例では、第1流路11Cは、第8流路18より分岐している。つまり、第1流路11Cは、第1流路11Cが分岐する箇所B2から水素生成器110まで延伸している。これにより、本実施形態の水素システム200は、電気化学式水素ポンプ100において、カソードCA1からカソードオフガスを排出するための箇所を集約することができる。 In the example shown in FIG. 8, the first flow path 11C is branched from the eighth flow path 18. That is, the first flow path 11C extends from the portion B2 where the first flow path 11C branches to the hydrogen generator 110. As a result, the hydrogen system 200 of the present embodiment can consolidate the locations for discharging the cathode off gas from the cathode CA1 in the electrochemical hydrogen pump 100.

第1逆止弁31は、第1流路11Cが分岐する箇所B2よりも下流の第8流路18に設けられ、電気化学式水素ポンプ100のカソードCA1から排出されるカソードオフガスの流れの向きと逆向きの流れを防止する弁である。 The first check valve 31 is provided in the eighth flow path 18 downstream of the branch point B2 where the first flow path 11C branches, and the direction of the flow of the cathode off gas discharged from the cathode CA1 of the electrochemical hydrogen pump 100. A valve that prevents reverse flow.

以上のとおり、本実施形態の水素システム200は、第8流路18に第1逆止弁31を設けることで、水素生成器110の水素生成動作の停止時に第1開閉弁21を開放しても、第1流路11を通過する水素量を適量に制限することができる。 As described above, in the hydrogen system 200 of the present embodiment, by providing the first check valve 31 in the eighth flow path 18, the first on-off valve 21 is opened when the hydrogen generation operation of the hydrogen generator 110 is stopped. Also, the amount of hydrogen passing through the first flow path 11 can be limited to an appropriate amount.

例えば、電気化学式水素ポンプ100のカソードCA1で生成される高圧の水素を、第8流路18を通じて水素貯蔵器に供給する場合、第8流路18に第1逆止弁31を設けないと、第1開閉弁21を開放するとき、水素貯蔵器内の水素が、第8流路18および第1流路11Cの順に、これらの流路を通じて移動する可能性があるが、本実施形態の水素システム200は、第8流路18に第1逆止弁31を設けることで、このような可能性を低減することができる。これにより、電気化学式水素ポンプ100の水素圧縮動作の効率低下が抑制される。 For example, when high-pressure hydrogen generated by the cathode CA1 of the electrochemical hydrogen pump 100 is supplied to the hydrogen reservoir through the eighth flow path 18, the first check valve 31 must be provided in the eighth flow path 18. When the first on-off valve 21 is opened, hydrogen in the hydrogen reservoir may move through the eighth flow path 18 and the first flow path 11C in this order. The system 200 can reduce such a possibility by providing the first check valve 31 in the eighth flow path 18. As a result, the decrease in efficiency of the hydrogen compression operation of the electrochemical hydrogen pump 100 is suppressed.

ここで、第8流路18に設けられた適宜の開閉弁(図示せず)を閉めることで、水素貯蔵器内の水素が第1流路11Cに移動することを制限可能である。しかし、仮に、この開閉弁で動作不良が起きると、第1流路11Cへの水素の移動を制限しにくくなる。 Here, by closing an appropriate on-off valve (not shown) provided in the eighth flow path 18, it is possible to limit the movement of hydrogen in the hydrogen reservoir to the first flow path 11C. However, if a malfunction occurs in this on-off valve, it becomes difficult to limit the movement of hydrogen to the first flow path 11C.

これに対して、本実施形態の水素システム200は、構造がシンプルな第1逆止弁31を使用することで、上記の不都合を軽減することができる。 On the other hand, in the hydrogen system 200 of the present embodiment, the above-mentioned inconvenience can be alleviated by using the first check valve 31 having a simple structure.

本実施形態の水素システム200は、上記特徴以外は、第1実施形態、第1実施形態の実施例、第2実施形態、第2実施形態の実施例、第3実施形態、第4実施形態、第5実施形態、第6実施形態および第7実施形態のいずれかと同様であってもよい。 The hydrogen system 200 of the present embodiment has the first embodiment, the first embodiment, the second embodiment, the second embodiment, the third embodiment, and the fourth embodiment, except for the above-mentioned features. It may be the same as any one of the 5th embodiment, the 6th embodiment and the 7th embodiment.

(第9実施形態)
図9は、第9実施形態の水素システムの一例を示す図である。
(9th Embodiment)
FIG. 9 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the ninth embodiment.

図9に示す例では、水素システム200は、電気化学式水素ポンプ100と、水素生成器110と、第1流路11Bと、第2流路12Bと、第1開閉弁21と、第2逆止弁32と、制御器50と、を備える。 In the example shown in FIG. 9, the hydrogen system 200 includes an electrochemical hydrogen pump 100, a hydrogen generator 110, a first flow path 11B, a second flow path 12B, a first on-off valve 21, and a second check valve. A valve 32 and a controller 50 are provided.

ここで、電気化学式水素ポンプ100、水素生成器110および第1開閉弁21は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。また、第1流路11Bおよび第2流路12Bは、第1実施形態の実施例と同様であるので説明を省略する。 Here, since the electrochemical hydrogen pump 100, the hydrogen generator 110, and the first on-off valve 21 are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted. Further, since the first flow path 11B and the second flow path 12B are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted.

第2逆止弁32は、第1流路11Bが合流する箇所C1よりも上流の第2流路12Bに設けられ、反応物源から供給される反応物の流れの向きと逆向きの流れを防止する弁である。 The second check valve 32 is provided in the second flow path 12B upstream of the point C1 where the first flow path 11B joins, and allows the flow in the direction opposite to the direction of the flow of the reactant supplied from the reaction source. It is a valve to prevent.

以上のとおり、本実施形態の水素システム200は、第2流路12Bに第2逆止弁32を設けることで、水素生成器110の水素生成動作の停止時に第1開閉弁21を開放する際に、電気化学式水素ポンプ100のカソードCA1から水素生成器110に供給する高圧のカソードオフガスが、低圧仕様の反応物供給系に流れ込むことを抑制することができる。これにより、本実施形態の水素システム200は、第2流路12Bに第2逆止弁32を設けない場合に比べて、反応物供給系に設けられた低圧仕様の機器などの破損を軽減することができる。 As described above, in the hydrogen system 200 of the present embodiment, by providing the second check valve 32 in the second flow path 12B, when the first on-off valve 21 is opened when the hydrogen generation operation of the hydrogen generator 110 is stopped. In addition, it is possible to prevent the high-pressure cathode off gas supplied from the cathode CA1 of the electrochemical hydrogen pump 100 to the hydrogen generator 110 from flowing into the reactant supply system of the low-pressure specification. As a result, the hydrogen system 200 of the present embodiment reduces damage to low-pressure equipment and the like provided in the reactant supply system as compared with the case where the second check valve 32 is not provided in the second flow path 12B. be able to.

ここで、第2流路12Bに設けられた適宜の開閉弁(図示せず)を閉めることで、低圧仕様の反応物供給系への高圧のカソードオフガスの流入を抑制可能である。しかし、仮に、この開閉弁で動作不良が起きると、このようなカソードオフガスの流入を抑制しにくくなる。 Here, by closing an appropriate on-off valve (not shown) provided in the second flow path 12B, it is possible to suppress the inflow of high-pressure cathode off gas into the low-pressure reaction product supply system. However, if a malfunction occurs in this on-off valve, it becomes difficult to suppress the inflow of such cathode off gas.

これに対して、本実施形態の水素システム200は、構造がシンプルな第2逆止弁32を使用することで、上記の不都合を軽減することができる。 On the other hand, in the hydrogen system 200 of the present embodiment, the above-mentioned inconvenience can be alleviated by using the second check valve 32 having a simple structure.

本実施形態の水素システム200は、上記特徴以外は、第1実施形態、第1実施形態の実施例、第2実施形態、第2実施形態の実施例、第3実施形態、第4実施形態、第5実施形態、第6実施形態、第7実施形態および第8実施形態のいずれかと同様であってもよい。 The hydrogen system 200 of the present embodiment has the first embodiment, the first embodiment, the second embodiment, the second embodiment, the third embodiment, and the fourth embodiment, except for the above-mentioned features. It may be the same as any one of the 5th embodiment, the 6th embodiment, the 7th embodiment and the 8th embodiment.

(第10実施形態)
図10は、第10実施形態の水素システムの一例を示す図である。
(10th Embodiment)
FIG. 10 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the tenth embodiment.

図10に示す例では、水素システム200は、電気化学式水素ポンプ100と、水素生成器110と、水素純化器120と、第1流路11と、第5流路15と、第9流路19と、第1開閉弁21と、第3逆止弁33と、制御器50と、を備える。 In the example shown in FIG. 10, the hydrogen system 200 includes an electrochemical hydrogen pump 100, a hydrogen generator 110, a hydrogen purifier 120, a first flow path 11, a fifth flow path 15, and a ninth flow path 19. A first on-off valve 21, a third check valve 33, and a controller 50 are provided.

ここで、電気化学式水素ポンプ100、水素生成器110、第1流路11および第1開閉弁21は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。また、水素純化器120は、第2実施形態と同様であるので説明を省略する。 Here, since the electrochemical hydrogen pump 100, the hydrogen generator 110, the first flow path 11 and the first on-off valve 21 are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted. Further, since the hydrogen purifier 120 is the same as that of the second embodiment, the description thereof will be omitted.

第9流路19は、水素生成器110から水素純化器120に供給される水素含有ガスが流れる流路である。第9流路19の下流端は、水素純化器120のアノードAN2と連通する箇所であれば、いずれの箇所に接続していてもよい。水素純化器120が、上記のスタックを備える場合、第9流路19の下流端は、例えば、水素含有ガス導入用のマニホールドに連通していてもよいが、これに限定されない。 The ninth flow path 19 is a flow path through which the hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen generator 110 to the hydrogen purifier 120 flows. The downstream end of the ninth flow path 19 may be connected to any location as long as it communicates with the anode AN2 of the hydrogen purifier 120. When the hydrogen purifier 120 includes the above stack, the downstream end of the ninth flow path 19 may communicate with, for example, a manifold for introducing a hydrogen-containing gas, but is not limited thereto.

図10に示す例では、第5流路15は、第9流路19と合流している。なお、このような第5流路15は、第4実施形態で説明した第5流路15と同様であるので詳細な説明を省略する。 In the example shown in FIG. 10, the fifth flow path 15 merges with the ninth flow path 19. Since the fifth flow path 15 is the same as the fifth flow path 15 described in the fourth embodiment, detailed description thereof will be omitted.

第3逆止弁33は、第5流路15が合流する箇所C3よりも上流の第9流路19に設けられ、水素生成器110から排出される水素含有ガスの流れの向きと逆向きの流れを防止する弁である。 The third check valve 33 is provided in the ninth flow path 19 upstream of the point C3 where the fifth flow path 15 joins, and is in the direction opposite to the direction of the flow of the hydrogen-containing gas discharged from the hydrogen generator 110. It is a valve that prevents flow.

以上のとおり、本実施形態の水素システム200は、第5流路15を用いて、電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1から排出された、高純度のアノードオフガスを水素純化器120のアノードAN2に還流させる際、第9流路19に第3逆止弁33を設けることで、水素生成器110へのアノードオフガスの逆流を抑制することができる。これにより、例えば、水素生成器110の水素生成動作中に、低温(例えば、約50℃〜60℃程度)のアノードオフガスが水素生成器110に流れ込むと、高温状態(例えば、約600℃程度)の水素生成器110の温度が低下するが、本実施形態の水素システム200は、上記の構成により、このような不都合を軽減することができる。 As described above, in the hydrogen system 200 of the present embodiment, the high-purity anode off gas discharged from the anode AN1 of the electrochemical hydrogen pump 100 is returned to the anode AN2 of the hydrogen purifier 120 by using the fifth flow path 15. By providing the third check valve 33 in the ninth flow path 19, it is possible to suppress the backflow of the anode off gas to the hydrogen generator 110. As a result, for example, when the anode off gas at a low temperature (for example, about 50 ° C. to 60 ° C.) flows into the hydrogen generator 110 during the hydrogen generation operation of the hydrogen generator 110, it is in a high temperature state (for example, about 600 ° C.). Although the temperature of the hydrogen generator 110 of the above is lowered, the hydrogen system 200 of the present embodiment can alleviate such inconvenience by the above configuration.

本実施形態の水素システム200は、上記特徴以外は、第1実施形態、第1実施形態の実施例、第2実施形態、第2実施形態の実施例、第3実施形態、第4実施形態、第5実施形態、第6実施形態、第7実施形態、第8実施形態および第9実施形態のいずれかと同様であってもよい。 The hydrogen system 200 of the present embodiment has the first embodiment, the first embodiment, the second embodiment, the second embodiment, the third embodiment, and the fourth embodiment, except for the above-mentioned features. It may be the same as any one of the 5th embodiment, the 6th embodiment, the 7th embodiment, the 8th embodiment and the 9th embodiment.

(第11実施形態)
図11は、第11実施形態の水素システムの一例を示す図である。
(11th Embodiment)
FIG. 11 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the eleventh embodiment.

図11に示す例では、水素システム200は、電気化学式水素ポンプ100と、水素生成器110と、水素純化器120と、第1流路11と、第3流路13と、第1開閉弁21と、第4逆止弁34と、制御器50と、を備える。 In the example shown in FIG. 11, the hydrogen system 200 includes an electrochemical hydrogen pump 100, a hydrogen generator 110, a hydrogen purifier 120, a first flow path 11, a third flow path 13, and a first on-off valve 21. A fourth check valve 34 and a controller 50 are provided.

ここで、電気化学式水素ポンプ100、水素生成器110、第1流路11および第1開閉弁21は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。また、水素純化器120は、第2実施形態と同様であるので説明を省略する。また、第3流路13は、第3実施形態と同様であるので説明を省略する。 Here, since the electrochemical hydrogen pump 100, the hydrogen generator 110, the first flow path 11 and the first on-off valve 21 are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted. Further, since the hydrogen purifier 120 is the same as that of the second embodiment, the description thereof will be omitted. Further, since the third flow path 13 is the same as that of the third embodiment, the description thereof will be omitted.

第4逆止弁34は、第3流路13に設けられ、水素純化器120から排出される水素含有ガスの流れの向きと逆向きの流れを防止する弁である。 The fourth check valve 34 is a valve provided in the third flow path 13 to prevent the flow of the hydrogen-containing gas discharged from the hydrogen purifier 120 in the direction opposite to the flow direction.

以上のとおり、本実施形態の水素システム200は、第3流路13に第4逆止弁34を設けることで、電気化学式水素ポンプ100の電解質膜30Aが破損した場合であっても、電気化学式水素ポンプ100のカソードCA1に存在する高圧の水素が、第3流路13を通じて水素純化器120に逆流することを防止できるので、水素純化器120が故障しにくくなる。 As described above, in the hydrogen system 200 of the present embodiment, by providing the fourth check valve 34 in the third flow path 13, even if the electrolyte membrane 30A of the electrochemical hydrogen pump 100 is damaged, the electrochemical formula is used. Since high-pressure hydrogen existing in the cathode CA1 of the hydrogen pump 100 can be prevented from flowing back to the hydrogen purifier 120 through the third flow path 13, the hydrogen purifier 120 is less likely to fail.

本実施形態の水素システム200は、上記特徴以外は、第1実施形態、第1実施形態の実施例、第2実施形態、第2実施形態の実施例、第3実施形態、第4実施形態、第5実施形態、第6実施形態、第7実施形態、第8実施形態、第9実施形態および第10実施形態のいずれかと同様であってもよい。 The hydrogen system 200 of the present embodiment has the first embodiment, the first embodiment, the second embodiment, the second embodiment, the third embodiment, and the fourth embodiment, except for the above-mentioned features. It may be the same as any one of the 5th embodiment, the 6th embodiment, the 7th embodiment, the 8th embodiment, the 9th embodiment and the 10th embodiment.

(第12実施形態)
図12は、第12実施形態の水素システムの一例を示す図である。
(12th Embodiment)
FIG. 12 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the twelfth embodiment.

図12に示す例では、水素システム200は、電気化学式水素ポンプ100と、水素生成器110と、水素純化器120と、第1流路11と、第5流路15と、第1開閉弁21と、第5逆止弁35と、制御器50と、を備える。 In the example shown in FIG. 12, the hydrogen system 200 includes an electrochemical hydrogen pump 100, a hydrogen generator 110, a hydrogen purifier 120, a first flow path 11, a fifth flow path 15, and a first on-off valve 21. , A fifth check valve 35, and a controller 50.

ここで、電気化学式水素ポンプ100、水素生成器110、第1流路11および第1開閉弁21は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。また、水素純化器120は、第2実施形態と同様であるので説明を省略する。また、第5流路15は、第4実施形態と同様であるので説明を省略する。 Here, since the electrochemical hydrogen pump 100, the hydrogen generator 110, the first flow path 11 and the first on-off valve 21 are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted. Further, since the hydrogen purifier 120 is the same as that of the second embodiment, the description thereof will be omitted. Further, since the fifth flow path 15 is the same as that of the fourth embodiment, the description thereof will be omitted.

第5逆止弁35は、第5流路15に設けられ、電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1から排出されるアノードオフガスの流れの向きと逆向きの流れを防止する弁である。 The fifth check valve 35 is a valve provided in the fifth flow path 15 to prevent the flow of the anode off gas discharged from the anode AN1 of the electrochemical hydrogen pump 100 in the direction opposite to the flow direction.

以上のとおり、本実施形態の水素システム200は、第5流路15に第5逆止弁35を設けることで、水素生成器110から水素純化器120に低純度の水素含有ガスが供給される際に、低純度の水素含有ガスが電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1に流れ込むことが抑制される。 As described above, in the hydrogen system 200 of the present embodiment, by providing the fifth check valve 35 in the fifth flow path 15, low-purity hydrogen-containing gas is supplied from the hydrogen generator 110 to the hydrogen purifier 120. At this time, it is suppressed that the low-purity hydrogen-containing gas flows into the anode AN1 of the electrochemical hydrogen pump 100.

本実施形態の水素システム200は、上記特徴以外は、第1実施形態、第1実施形態の実施例、第2実施形態、第2実施形態の実施例、第3実施形態、第4実施形態、第5実施形態、第6実施形態、第7実施形態、第8実施形態、第9実施形態、第10実施形態および第11実施形態のいずれかと同様であってもよい。 The hydrogen system 200 of the present embodiment has the first embodiment, the first embodiment, the second embodiment, the second embodiment, the third embodiment, and the fourth embodiment, except for the above-mentioned features. It may be the same as any one of the 5th embodiment, the 6th embodiment, the 7th embodiment, the 8th embodiment, the 9th embodiment, the 10th embodiment and the 11th embodiment.

(第13実施形態)
図13は、第13実施形態の水素システムの一例を示す図である。
(13th Embodiment)
FIG. 13 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the thirteenth embodiment.

図13に示す例では、水素システム200は、電気化学式水素ポンプ100と、水素生成器110と、第1流路11と、第1開閉弁21と、減圧弁40と、制御器50と、を備える。 In the example shown in FIG. 13, the hydrogen system 200 includes an electrochemical hydrogen pump 100, a hydrogen generator 110, a first flow path 11, a first on-off valve 21, a pressure reducing valve 40, and a controller 50. Be prepared.

ここで、電気化学式水素ポンプ100、水素生成器110、第1流路11および第1開閉弁21は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。 Here, since the electrochemical hydrogen pump 100, the hydrogen generator 110, the first flow path 11 and the first on-off valve 21 are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted.

減圧弁40は、第1流路11に設けられ、電気化学式水素ポンプ100のカソードから排出されるカソードオフガスを減圧する弁である。 The pressure reducing valve 40 is provided in the first flow path 11 and is a valve for reducing the pressure of the cathode off gas discharged from the cathode of the electrochemical hydrogen pump 100.

以上のとおり、本実施形態の水素システム200は、水素生成器110の水素生成動作の停止時に第1開閉弁21を開放しても、減圧弁40によって第1流路11を介して水素生成器110に供給されるカソードオフガスの圧力を低下させることができる。これにより、水素生成器110に用いられる部材が破損する可能性を低減することができる。 As described above, in the hydrogen system 200 of the present embodiment, even if the first on-off valve 21 is opened when the hydrogen generation operation of the hydrogen generator 110 is stopped, the hydrogen generator is passed through the first flow path 11 by the pressure reducing valve 40. The pressure of the cathode off gas supplied to 110 can be reduced. This makes it possible to reduce the possibility that the member used for the hydrogen generator 110 will be damaged.

なお、図13に示す例では、減圧弁40は、第1開閉弁21よりも上流の第1流路11に設けられている。これにより、本実施形態の水素システム200は、電気化学式水素ポンプ100のカソードCA1に存在する水素が高圧であるとき、第1開閉弁21および減圧弁40の配置を逆にする場合に比べて、第1開閉弁21にかかる圧力を下げることができる。すると、本実施形態の水素システム200は、低圧仕様の安価な弁で第1開閉弁21を構成することができる。 In the example shown in FIG. 13, the pressure reducing valve 40 is provided in the first flow path 11 upstream of the first on-off valve 21. As a result, in the hydrogen system 200 of the present embodiment, when the hydrogen existing in the cathode CA1 of the electrochemical hydrogen pump 100 is high pressure, the arrangement of the first on-off valve 21 and the pressure reducing valve 40 is reversed as compared with the case where the arrangement is reversed. The pressure applied to the first on-off valve 21 can be reduced. Then, in the hydrogen system 200 of the present embodiment, the first on-off valve 21 can be configured by an inexpensive valve having a low pressure specification.

本実施形態の水素システム200は、上記特徴以外は、第1実施形態、第1実施形態の実施例、第2実施形態、第2実施形態の実施例、第3実施形態、第4実施形態、第5実施形態、第6実施形態、第7実施形態、第8実施形態、第9実施形態、第10実施形態、第11実施形態および第12実施形態のいずれかと同様であってもよい。 The hydrogen system 200 of the present embodiment has the first embodiment, the first embodiment, the second embodiment, the second embodiment, the third embodiment, and the fourth embodiment, except for the above-mentioned features. It may be the same as any one of the fifth embodiment, the sixth embodiment, the seventh embodiment, the eighth embodiment, the ninth embodiment, the tenth embodiment, the eleventh embodiment and the twelfth embodiment.

(第14実施形態)
図14は、第14実施形態の水素システムの一例を示す図である。
(14th Embodiment)
FIG. 14 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the 14th embodiment.

図14に示す例では、水素システム200は、電気化学式水素ポンプ100と、水素生成器110と、第1流路11と、第1開閉弁21と、第6逆止弁36と、減圧弁40と、制御器50と、を備える。 In the example shown in FIG. 14, the hydrogen system 200 includes an electrochemical hydrogen pump 100, a hydrogen generator 110, a first flow path 11, a first on-off valve 21, a sixth check valve 36, and a pressure reducing valve 40. And a controller 50.

ここで、電気化学式水素ポンプ100、水素生成器110、第1流路11および第1開閉弁21は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。また、減圧弁40は、第13実施形態と同様であるので説明を省略する。 Here, since the electrochemical hydrogen pump 100, the hydrogen generator 110, the first flow path 11 and the first on-off valve 21 are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted. Further, since the pressure reducing valve 40 is the same as that of the thirteenth embodiment, the description thereof will be omitted.

第6逆止弁36は、減圧弁40よりも下流の第1流路11に設けられ、電気化学式水素ポンプ100のカソードCA1から排出される水素含有ガスの流れの向きと逆向きの流れを防止する弁である。なお、図14に示す例では、第6逆止弁36は、第1開閉弁21よりも下流の第1流路11に設けられている。 The sixth check valve 36 is provided in the first flow path 11 downstream of the pressure reducing valve 40 to prevent the flow of the hydrogen-containing gas discharged from the cathode CA1 of the electrochemical hydrogen pump 100 in the direction opposite to the flow direction. It is a valve to do. In the example shown in FIG. 14, the sixth check valve 36 is provided in the first flow path 11 downstream of the first on-off valve 21.

以上のとおり、本実施形態の水素システム200は、第1流路11に第6逆止弁36を設けることで、反応物源から水素生成器110に反応物を供給する際に、反応物が、第1流路11に流れ込むことが抑制される。 As described above, in the hydrogen system 200 of the present embodiment, the reaction product is provided when the reaction product is supplied from the reaction product source to the hydrogen generator 110 by providing the sixth check valve 36 in the first flow path 11. , The flow into the first flow path 11 is suppressed.

本実施形態の水素システム200は、上記特徴以外は、第1実施形態、第1実施形態の実施例、第2実施形態、第2実施形態の実施例、第3実施形態、第4実施形態、第5実施形態、第6実施形態、第7実施形態、第8実施形態、第9実施形態、第10実施形態、第11実施形態、第12実施形態および第13実施形態のいずれかと同様であってもよい。 The hydrogen system 200 of the present embodiment has the first embodiment, the first embodiment, the second embodiment, the second embodiment, the third embodiment, and the fourth embodiment, except for the above-mentioned features. It is the same as any one of the fifth embodiment, the sixth embodiment, the seventh embodiment, the eighth embodiment, the ninth embodiment, the tenth embodiment, the eleventh embodiment, the twelfth embodiment, and the thirteenth embodiment. You may.

(第15実施形態)
図15は、第15実施形態の水素システムの一例を示す図である。
(15th Embodiment)
FIG. 15 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the fifteenth embodiment.

図15に示す例では、水素システム200は、電気化学式水素ポンプ100と、水素生成器110と、第1流路11と、第1開閉弁21と、第6逆止弁36と、減圧弁40と、第1流量調節器41と、制御器50と、を備える。 In the example shown in FIG. 15, the hydrogen system 200 includes an electrochemical hydrogen pump 100, a hydrogen generator 110, a first flow path 11, a first on-off valve 21, a sixth check valve 36, and a pressure reducing valve 40. A first flow rate controller 41 and a controller 50 are provided.

ここで、電気化学式水素ポンプ100、水素生成器110、第1流路11および第1開閉弁21は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。また、減圧弁40は、第13実施形態と同様であるので説明を省略する。また、第6逆止弁36は、第14実施形態と同様であるので説明を省略する。 Here, since the electrochemical hydrogen pump 100, the hydrogen generator 110, the first flow path 11 and the first on-off valve 21 are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted. Further, since the pressure reducing valve 40 is the same as that of the thirteenth embodiment, the description thereof will be omitted. Further, since the sixth check valve 36 is the same as that of the fourteenth embodiment, the description thereof will be omitted.

第1流量調節器41は、減圧弁40の下流の第1流路11に設けられ、カソードオフガスの流量を調整する装置である。図15に示す例では、第1流量調節器41は、第1開閉弁21から第6逆止弁36までの間の第1流路11に設けられている。第1流量調節器41は、第1流路11を流れるカソードオフガスの流量を調整することができれば、どのような構成であってもよい。第1流量調節器41として、例えば、マスフローコントローラーなどを挙げることができる。なお、本実施形態において、第1開閉弁21を設けず、第1流量調節器41が、第1開閉弁21を兼用する形態であっても構わない。 The first flow rate regulator 41 is a device provided in the first flow path 11 downstream of the pressure reducing valve 40 and adjusts the flow rate of the cathode off gas. In the example shown in FIG. 15, the first flow rate regulator 41 is provided in the first flow path 11 between the first on-off valve 21 and the sixth check valve 36. The first flow rate controller 41 may have any configuration as long as the flow rate of the cathode off gas flowing through the first flow path 11 can be adjusted. As the first flow rate controller 41, for example, a mass flow controller or the like can be mentioned. In this embodiment, the first on-off valve 21 may not be provided and the first flow rate regulator 41 may also serve as the first on-off valve 21.

以上により、本実施形態の水素システム200は、水素生成器110の水素生成動作の停止時に第1開閉弁21を開放しても、第1流量調節器41によって第1流路11を流れるカソードオフガスの流量を所望の流量に制限することができる。すると、本実施形態の水素システム200は、上記カソードオフガスの流量を小さくすることで、第1流路11を通じて、電気化学式水素ポンプ100のカソードCA1から水素生成器110にカソードオフガスを安定に供給することができる。また、本実施形態の水素システム200は、上記カソードオフガスの流量を小さくすることで、低湿度のカソードオフガスが水素生成器110を通過する時間を長くすることができる。これにより、水素生成器110の改質触媒の水濡れがさらに発生しにくくなる。 As described above, in the hydrogen system 200 of the present embodiment, even if the first on-off valve 21 is opened when the hydrogen generation operation of the hydrogen generator 110 is stopped, the cathode off gas flowing through the first flow path 11 by the first flow rate controller 41. The flow rate of can be limited to the desired flow rate. Then, the hydrogen system 200 of the present embodiment stably supplies the cathode off gas from the cathode CA1 of the electrochemical hydrogen pump 100 to the hydrogen generator 110 through the first flow path 11 by reducing the flow rate of the cathode off gas. be able to. Further, in the hydrogen system 200 of the present embodiment, by reducing the flow rate of the cathode off gas, the time for the low humidity cathode off gas to pass through the hydrogen generator 110 can be lengthened. This makes it more difficult for the reforming catalyst of the hydrogen generator 110 to get wet.

本実施形態の水素システム200は、上記特徴以外は、第1実施形態、第1実施形態の実施例、第2実施形態、第2実施形態の実施例、第3実施形態、第4実施形態、第5実施形態、第6実施形態、第7実施形態、第8実施形態、第9実施形態、第10実施形態、第11実施形態、第12実施形態、第13実施形態および第14実施形態のいずれかと同様であってもよい。 The hydrogen system 200 of the present embodiment has the first embodiment, the first embodiment, the second embodiment, the second embodiment, the third embodiment, and the fourth embodiment, except for the above-mentioned features. The fifth embodiment, the sixth embodiment, the seventh embodiment, the eighth embodiment, the ninth embodiment, the tenth embodiment, the eleventh embodiment, the twelfth embodiment, the thirteenth embodiment and the fourteenth embodiment. It may be the same as either.

(第16実施形態)
本実施形態の水素システム200は、以下に説明する制御器50の制御内容以外は、第3実施形態の水素システム200(図3参照)と同様である。
(16th Embodiment)
The hydrogen system 200 of the present embodiment is the same as the hydrogen system 200 of the third embodiment (see FIG. 3) except for the control contents of the controller 50 described below.

制御器50は、起動開始してから電気化学式水素ポンプ100のカソードオフガスが水素貯蔵器に供給開始されるまでの間に、第1開閉弁21を閉止し、第2開閉弁22を開放させる。なお、このとき、電気化学式水素ポンプ100のカソードCA1内のガス圧力が十分でない場合、電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1およびカソードCA1間に電圧を印加してもよい。 The controller 50 closes the first on-off valve 21 and opens the second on-off valve 22 between the start of activation and the start of supply of the cathode off gas of the electrochemical hydrogen pump 100 to the hydrogen reservoir. At this time, if the gas pressure in the cathode CA1 of the electrochemical hydrogen pump 100 is not sufficient, a voltage may be applied between the anode AN1 and the cathode CA1 of the electrochemical hydrogen pump 100.

ここで、「起動開始」とは、水素システム200の起動が開始されることを意味しており、例えば、ユーザーが適宜の起動操作を行うことで水素システム200の起動が開始されてもよいし、所定の起動予定時刻で水素システム200の起動が自動的に開始されてもよい。 Here, "starting up" means that the starting up of the hydrogen system 200 is started, and for example, the starting up of the hydrogen system 200 may be started by the user performing an appropriate starting operation. , The start-up of the hydrogen system 200 may be automatically started at a predetermined start-up time.

以上のとおり、本実施形態の水素システム200は、水素貯蔵器内の水素の純度を従来よりも向上させ得る。 As described above, the hydrogen system 200 of the present embodiment can improve the purity of hydrogen in the hydrogen reservoir as compared with the conventional case.

具体的には、例えば、水素システム200の水素圧縮動作の停止中は、アノードAN1からカソードCA1に電気化学的に水素が移動しないので、アノードAN1およびカソードCA1のそれぞれに存在する不純物のガス濃度に起因する化学ポテンシャル差が小さくなるような不純物クロスリークの影響が大きくなる。この場合、水素システム200を起動する際、カソードオフガスをそのまま、水素貯蔵器に供給すると、水素貯蔵器内の水素の純度が低下する可能性がある。 Specifically, for example, when the hydrogen compression operation of the hydrogen system 200 is stopped, hydrogen does not electrochemically move from the anode AN1 to the cathode CA1, so that the gas concentration of impurities present in each of the anode AN1 and the cathode CA1 is adjusted. The effect of the impurity cross leak that causes a small difference in chemical potential becomes large. In this case, if the cathode off gas is supplied to the hydrogen reservoir as it is when the hydrogen system 200 is started, the purity of hydrogen in the hydrogen reservoir may decrease.

また、例えば、水素システム200の水素圧縮動作の停止中に、仮に、カソードCA1内のガス圧力が外気圧以下になると、外部からカソードCA1内に不純物が混入する可能性がある。この場合も、水素システム200を起動する際、カソードオフガスをそのまま、水素貯蔵器に供給すると、水素貯蔵器内の水素の純度が低下する可能性がある。 Further, for example, if the gas pressure in the cathode CA1 becomes equal to or lower than the outside air pressure while the hydrogen compression operation of the hydrogen system 200 is stopped, impurities may be mixed into the cathode CA1 from the outside. In this case as well, if the cathode off gas is supplied to the hydrogen reservoir as it is when the hydrogen system 200 is started, the purity of hydrogen in the hydrogen reservoir may decrease.

しかし、本実施形態の水素システム200は、起動開始からカソードオフガスが水素貯蔵器に供給開始されるまでの間に、第2開閉弁22を開放させることにより、不純物を含むカソードオフガスを電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1に排気することができる。これにより、本実施形態の水素システム200は、電気化学式水素ポンプ100から水素貯蔵器に供給するカソードオフガス(水素)を高純度化させることができる。 However, in the hydrogen system 200 of the present embodiment, the cathode off gas containing impurities is electrochemically hydrogen by opening the second on-off valve 22 between the start of activation and the start of supply of the cathode off gas to the hydrogen reservoir. It can be exhausted to the anode AN1 of the pump 100. As a result, the hydrogen system 200 of the present embodiment can purify the cathode off gas (hydrogen) supplied from the electrochemical hydrogen pump 100 to the hydrogen reservoir.

また、本実施形態の水素システム200は、上記期間の間に、第2開閉弁22を開放させることにより、電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1に存在する高湿度の水素含有ガスを電気化学式水素ポンプ100のカソードCA1から供給される低湿度のカソードオフガスで置換することができる。これにより、本実施形態の水素システム200は、電気化学式水素ポンプ100のアノードガス流路のフラディングが発生しにくくなる。すると、第2開閉弁22を開放後、水素圧縮動作の効率を適切に維持することができる。 Further, in the hydrogen system 200 of the present embodiment, by opening the second on-off valve 22 during the above period, the high-humidity hydrogen-containing gas existing in the anode AN1 of the electrochemical hydrogen pump 100 is electrochemically hydrogen pumped. It can be replaced with a low humidity cathode off gas supplied from 100 cathode CA1. As a result, in the hydrogen system 200 of the present embodiment, flooding of the anode gas flow path of the electrochemical hydrogen pump 100 is less likely to occur. Then, after opening the second on-off valve 22, the efficiency of the hydrogen compression operation can be appropriately maintained.

本実施形態の水素システム200は、上記特徴以外は、第1実施形態、第1実施形態の実施例、第2実施形態、第2実施形態の実施例、第3実施形態、第4実施形態、第5実施形態、第6実施形態、第7実施形態、第8実施形態、第9実施形態、第10実施形態、第11実施形態、第12実施形態、第13実施形態、第14実施形態および第15実施形態のいずれかと同様であってもよい。 The hydrogen system 200 of the present embodiment has the first embodiment, the first embodiment, the second embodiment, the second embodiment, the third embodiment, and the fourth embodiment, except for the above-mentioned features. 5th Embodiment, 6th Embodiment, 7th Embodiment, 8th Embodiment, 9th Embodiment, 10th Embodiment, 11th Embodiment, 12th Embodiment, 13th Embodiment, 14th Embodiment and It may be the same as any of the fifteenth embodiments.

(第17実施形態)
図16は、第17実施形態の水素システムの一例を示す図である。
(17th Embodiment)
FIG. 16 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the 17th embodiment.

図16に示す例では、水素システム200は、電気化学式水素ポンプ100と、水素生成器110と、水素純化器120と、第1流路11と、第4流路14Aと、第1開閉弁21と、第2開閉弁22Aと、減圧弁40と、制御器50と、を備える。 In the example shown in FIG. 16, the hydrogen system 200 includes an electrochemical hydrogen pump 100, a hydrogen generator 110, a hydrogen purifier 120, a first flow path 11, a fourth flow path 14A, and a first on-off valve 21. A second on-off valve 22A, a pressure reducing valve 40, and a controller 50 are provided.

ここで、電気化学式水素ポンプ100、水素生成器110、第1流路11および第1開閉弁21は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。また、水素純化器120は、第2実施形態と同様であるので説明を省略する。また、減圧弁40は、第13実施形態と同様であるので説明を省略する。 Here, since the electrochemical hydrogen pump 100, the hydrogen generator 110, the first flow path 11 and the first on-off valve 21 are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted. Further, since the hydrogen purifier 120 is the same as that of the second embodiment, the description thereof will be omitted. Further, since the pressure reducing valve 40 is the same as that of the thirteenth embodiment, the description thereof will be omitted.

第4流路14Aは、減圧弁40の下流まで第1流路11と共用化された後、分岐している。図16に示す例では、第4流路14Aは、第1開閉弁21よりも上流であって減圧弁40よりも下流の第1流路11の箇所B3から分岐して、第4流路14Aが第3流路13と合流する箇所C2にまで延伸している。これにより、電気化学式水素ポンプ100において、カソードCA1からカソードオフガスを排出するための箇所、および、アノードAN1に水素含有ガスを導入するための箇所を集約することができる。 The fourth flow path 14A is shared with the first flow path 11 to the downstream of the pressure reducing valve 40, and then branches. In the example shown in FIG. 16, the fourth flow path 14A branches from the portion B3 of the first flow path 11 upstream of the first on-off valve 21 and downstream of the pressure reducing valve 40, and the fourth flow path 14A Extends to the point C2 where it joins the third flow path 13. This makes it possible to consolidate the locations for discharging the cathode off gas from the cathode CA1 and the locations for introducing the hydrogen-containing gas into the anode AN1 in the electrochemical hydrogen pump 100.

第2開閉弁22Aは、第4流路14Aに設けられた弁である。第2開閉弁22Aは、第4流路14Aを開閉することができれば、どのような構成であってもよい。第2開閉弁22Aとして、例えば、窒素ガスなどで駆動する駆動弁または電磁弁などを用いることができるが、これらに限定されない。 The second on-off valve 22A is a valve provided in the fourth flow path 14A. The second on-off valve 22A may have any configuration as long as it can open and close the fourth flow path 14A. As the second on-off valve 22A, for example, a drive valve or a solenoid valve driven by nitrogen gas or the like can be used, but the second on-off valve 22A is not limited thereto.

以上により、本実施形態の水素システム200は、水素生成器110の水素生成動作の停止時に第2開閉弁22Aを開放しても、減圧弁40によって第4流路14Aを介して電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1に供給されるカソードオフガスの圧力を低下させることができる。これにより、電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1に用いられる部材が破損する可能性を低減することができる。 As described above, in the hydrogen system 200 of the present embodiment, even if the second on-off valve 22A is opened when the hydrogen generation operation of the hydrogen generator 110 is stopped, the pressure reducing valve 40 passes through the fourth flow path 14A to provide an electrochemical hydrogen pump. The pressure of the cathode off gas supplied to the anode AN1 of 100 can be reduced. This makes it possible to reduce the possibility of damage to the member used for the anode AN1 of the electrochemical hydrogen pump 100.

また、本実施形態の水素システム200は、第4流路14Aを減圧弁40の下流まで第1流路11と共用化させることで、第1流路11および第4流路14Aのそれぞれに減圧弁40を設ける必要がない。よって、本実施形態の水素システム200は、第1流路11および第4流路14Aのそれぞれに減圧弁40を設ける場合に比べて、製造コストを低減することができる。 Further, in the hydrogen system 200 of the present embodiment, the fourth flow path 14A is shared with the first flow path 11 to the downstream of the pressure reducing valve 40, so that the pressure is reduced in each of the first flow path 11 and the fourth flow path 14A. There is no need to provide a valve 40. Therefore, in the hydrogen system 200 of the present embodiment, the manufacturing cost can be reduced as compared with the case where the pressure reducing valves 40 are provided in each of the first flow path 11 and the fourth flow path 14A.

本実施形態の水素システム200は、上記特徴以外は、第1実施形態、第1実施形態の実施例、第2実施形態、第2実施形態の実施例、第3実施形態、第4実施形態、第5実施形態、第6実施形態、第7実施形態、第8実施形態、第9実施形態、第10実施形態、第11実施形態、第12実施形態、第13実施形態、第14実施形態、第15実施形態および第16実施形態のいずれかと同様であってもよい。 The hydrogen system 200 of the present embodiment has the first embodiment, the first embodiment, the second embodiment, the second embodiment, the third embodiment, and the fourth embodiment, except for the above-mentioned features. A fifth embodiment, a sixth embodiment, a seventh embodiment, an eighth embodiment, a ninth embodiment, a tenth embodiment, an eleventh embodiment, a twelfth embodiment, a thirteenth embodiment, a fourteenth embodiment, It may be the same as any one of the fifteenth embodiment and the sixteenth embodiment.

(第18実施形態)
図17は、第18実施形態の水素システムの一例を示す図である。
(18th Embodiment)
FIG. 17 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the 18th embodiment.

図17に示す例では、水素システム200は、電気化学式水素ポンプ100と、水素生成器110と、水素純化器120と、第1流路11と、第4流路14Aと、第1開閉弁21と、第2開閉弁22Aと、減圧弁40と、第2流量調節器42と、制御器50と、を備える。 In the example shown in FIG. 17, the hydrogen system 200 includes an electrochemical hydrogen pump 100, a hydrogen generator 110, a hydrogen purifier 120, a first flow path 11, a fourth flow path 14A, and a first on-off valve 21. A second on-off valve 22A, a pressure reducing valve 40, a second flow rate regulator 42, and a controller 50 are provided.

ここで、電気化学式水素ポンプ100、水素生成器110、第1流路11および第1開閉弁21は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。また、水素純化器120は、第2実施形態と同様であるので説明を省略する。また、減圧弁40は、第13実施形態と同様であるので説明を省略する。また、第4流路14Aおよび第2開閉弁22Aは、第17実施形態と同様であるので説明を省略する。 Here, since the electrochemical hydrogen pump 100, the hydrogen generator 110, the first flow path 11 and the first on-off valve 21 are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted. Further, since the hydrogen purifier 120 is the same as that of the second embodiment, the description thereof will be omitted. Further, since the pressure reducing valve 40 is the same as that of the thirteenth embodiment, the description thereof will be omitted. Further, since the fourth flow path 14A and the second on-off valve 22A are the same as those in the 17th embodiment, the description thereof will be omitted.

第2流量調節器42は、第1流路11より分岐した後の第4流路14Aに設けられている。図17に示す例では、第2流量調節器42は、第4流路14Aが分岐する箇所B3から第2開閉弁22Aまでの間の第4流路14Aに設けられている。第2流量調節器42は、第4流路14Aを流れるカソードオフガスの流量を調整することができれば、どのような構成であってもよい。第2流量調節器42として、例えば、マスフローコントローラーなどを挙げることができる。なお、本実施形態において、第2開閉弁22Aを設けず、第2流量調節器42が、第2開閉弁22Aを兼用する形態であっても構わない。 The second flow rate regulator 42 is provided in the fourth flow path 14A after branching from the first flow path 11. In the example shown in FIG. 17, the second flow rate regulator 42 is provided in the fourth flow path 14A between the portion B3 where the fourth flow rate 14A branches and the second on-off valve 22A. The second flow rate regulator 42 may have any configuration as long as the flow rate of the cathode off gas flowing through the fourth flow path 14A can be adjusted. As the second flow rate controller 42, for example, a mass flow controller or the like can be mentioned. In this embodiment, the second on-off valve 22A may not be provided, and the second flow rate regulator 42 may also be used as the second on-off valve 22A.

以上により、本実施形態の水素システム200は、水素生成器110の水素生成動作の停止時に第2開閉弁22Aを開放しても、第2流量調節器42によって第4流路14Aを流れるカソードオフガスの流量を所望の流量に制限することができる。すると、本実施形態の水素システム200は、上記カソードオフガスの流量を小さくすることで、第4流路14Aを通じて電気化学式水素ポンプ100のカソードCA1からアノードAN1にカソードオフガスを安定に供給することができる。また、本実施形態の水素システム200は、上記カソードオフガスの流量を小さくすることで、低湿度のカソードオフガスが電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1を通過する時間を長くすることができる。これにより、電気化学式水素ポンプ100のアノードガス流路のフラディングがさらに発生しにくくなる。 As described above, in the hydrogen system 200 of the present embodiment, even if the second on-off valve 22A is opened when the hydrogen generation operation of the hydrogen generator 110 is stopped, the cathode off gas flowing through the fourth flow path 14A by the second flow rate controller 42. The flow rate of can be limited to the desired flow rate. Then, the hydrogen system 200 of the present embodiment can stably supply the cathode off gas from the cathode CA1 of the electrochemical hydrogen pump 100 to the anode AN1 through the fourth flow path 14A by reducing the flow rate of the cathode off gas. .. Further, in the hydrogen system 200 of the present embodiment, by reducing the flow rate of the cathode off gas, the time for the low humidity cathode off gas to pass through the anode AN1 of the electrochemical hydrogen pump 100 can be lengthened. As a result, flooding of the anode gas flow path of the electrochemical hydrogen pump 100 is less likely to occur.

本実施形態の水素システム200は、上記特徴以外は、第1実施形態、第1実施形態の実施例、第2実施形態、第2実施形態の実施例、第3実施形態、第4実施形態、第5実施形態、第6実施形態、第7実施形態、第8実施形態、第9実施形態、第10実施形態、第11実施形態、第12実施形態、第13実施形態、第14実施形態、第15実施形態、第16実施形態および第17実施形態のいずれかと同様であってもよい。 The hydrogen system 200 of the present embodiment has the first embodiment, the first embodiment, the second embodiment, the second embodiment, the third embodiment, and the fourth embodiment, except for the above-mentioned features. A fifth embodiment, a sixth embodiment, a seventh embodiment, an eighth embodiment, a ninth embodiment, a tenth embodiment, an eleventh embodiment, a twelfth embodiment, a thirteenth embodiment, a fourteenth embodiment, It may be the same as any one of the fifteenth embodiment, the sixteenth embodiment and the seventeenth embodiment.

(第19実施形態)
図18は、第19実施形態の水素システムの一例を示す図である。
(19th Embodiment)
FIG. 18 is a diagram showing an example of the hydrogen system of the 19th embodiment.

図18に示す例では、水素システム200は、電気化学式水素ポンプ100と、水素生成器110と、水素純化器120と、燃焼器130と、第1流路11と、第5流路15Aと、第7流路17Aと、第1開閉弁21と、第3開閉弁23と、第4開閉弁24と、制御器50と、を備える。 In the example shown in FIG. 18, the hydrogen system 200 includes an electrochemical hydrogen pump 100, a hydrogen generator 110, a hydrogen purifier 120, a combustor 130, a first flow path 11, and a fifth flow path 15A. A seventh flow path 17A, a first on-off valve 21, a third on-off valve 23, a fourth on-off valve 24, and a controller 50 are provided.

ここで、電気化学式水素ポンプ100、水素生成器110、第1流路11および第1開閉弁21は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。また、水素純化器120は、第2実施形態と同様であるので説明を省略する。また、燃焼器130は、第5実施形態と同様であるので説明を省略する。 Here, since the electrochemical hydrogen pump 100, the hydrogen generator 110, the first flow path 11 and the first on-off valve 21 are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted. Further, since the hydrogen purifier 120 is the same as that of the second embodiment, the description thereof will be omitted. Further, since the combustor 130 is the same as that of the fifth embodiment, the description thereof will be omitted.

第5流路15Aは、電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1から排出されたアノードオフガスを水素純化器120のアノードAN2に供給するための流路である。第7流路17Aは、電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1から排出されたアノードオフガスを燃焼器130に供給するための流路である。図18に示す例では、第5流路15Aと第7流路17Aとは、電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1から両者が分岐する箇所B4まで共用化されている。 The fifth flow path 15A is a flow path for supplying the anode off gas discharged from the anode AN1 of the electrochemical hydrogen pump 100 to the anode AN2 of the hydrogen purifier 120. The seventh flow path 17A is a flow path for supplying the anode off gas discharged from the anode AN1 of the electrochemical hydrogen pump 100 to the combustor 130. In the example shown in FIG. 18, the fifth flow path 15A and the seventh flow path 17A are shared from the anode AN1 of the electrochemical hydrogen pump 100 to the portion B4 where both branches.

第3開閉弁23は、第5流路15Aに設けられた弁である。具体的には、第3開閉弁23は、上記箇所B4よりも下流の第5流路15Aに設けられている。第3開閉弁23は、第5流路15Aを開閉することができれば、どのような構成であってもよい。第3開閉弁23として、例えば、窒素ガスなどで駆動する駆動弁または電磁弁などを用いることができるが、これらに限定されない。 The third on-off valve 23 is a valve provided in the fifth flow path 15A. Specifically, the third on-off valve 23 is provided in the fifth flow path 15A downstream of the above-mentioned location B4. The third on-off valve 23 may have any configuration as long as it can open and close the fifth flow path 15A. As the third on-off valve 23, for example, a drive valve or a solenoid valve driven by nitrogen gas or the like can be used, but the third on-off valve 23 is not limited thereto.

第4開閉弁24は、第7流路17Aに設けられた弁である。具体的には、第4開閉弁24は、上記箇所B4よりも下流の第7流路17Aに設けられている。第4開閉弁24は、第7流路17Aを開閉することができれば、どのような構成であってもよい。第4開閉弁24として、例えば、窒素ガスなどで駆動する駆動弁または電磁弁などを用いることができるが、これらに限定されない。 The fourth on-off valve 24 is a valve provided in the seventh flow path 17A. Specifically, the fourth on-off valve 24 is provided in the seventh flow path 17A downstream of the above-mentioned location B4. The fourth on-off valve 24 may have any configuration as long as it can open and close the seventh flow path 17A. As the fourth on-off valve 24, for example, a drive valve or a solenoid valve driven by nitrogen gas or the like can be used, but the fourth on-off valve 24 is not limited thereto.

制御器50は、水素システム200の運転時に、第3開閉弁23を開放させるとともに、第4開閉弁24を閉止させ、水素生成器110の水素生成動作の停止時に、第3開閉弁23を閉止させるとともに、第4開閉弁24を開放させる。 The controller 50 opens the third on-off valve 23 and closes the fourth on-off valve 24 when the hydrogen system 200 is in operation, and closes the third on-off valve 23 when the hydrogen generation operation of the hydrogen generator 110 is stopped. At the same time, the fourth on-off valve 24 is opened.

上記のとおり、水素純化器120においては、水素純化器120のアノードAN2における水素含有ガスの純度が高くなるほど、水素純化器120のカソードCA2で精製される水素含有ガスの純度を上げることができる。 As described above, in the hydrogen purifier 120, the higher the purity of the hydrogen-containing gas in the anode AN2 of the hydrogen purifier 120, the higher the purity of the hydrogen-containing gas purified by the cathode CA2 of the hydrogen purifier 120.

そこで、本実施形態の水素システム200は、運転時に、第3開閉弁23を開放させるとともに、第4開閉弁24を閉止させることで、第5流路15Aを用いて、電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1から排出された、高純度のアノードオフガスを水素純化器120のアノードAN2に還流することができる。これにより、本実施形態の水素システム200は、水素純化器120のカソードCA2における水素含有ガスの純度を上げることができる。その結果、本実施形態の水素システム200は、例えば、電気化学式水素ポンプ100のカソードCA1で圧縮された水素を水素貯蔵器に供給する場合、水素貯蔵器の水素純度が、上記国際規格を満たすように制御しやすくなる。 Therefore, in the hydrogen system 200 of the present embodiment, the third on-off valve 23 is opened and the fourth on-off valve 24 is closed during operation, so that the fifth flow path 15A is used to open the electrochemical hydrogen pump 100. The high-purity anode off-gas discharged from the anode AN1 can be refluxed to the anode AN2 of the hydrogen purifier 120. Thereby, the hydrogen system 200 of the present embodiment can increase the purity of the hydrogen-containing gas in the cathode CA2 of the hydrogen purifier 120. As a result, in the hydrogen system 200 of the present embodiment, for example, when hydrogen compressed by the cathode CA1 of the electrochemical hydrogen pump 100 is supplied to the hydrogen reservoir, the hydrogen purity of the hydrogen reservoir satisfies the above international standard. It becomes easier to control.

一方、本実施形態の水素システム200は、水素生成器110の水素生成動作の停止時に、第3開閉弁23を閉止させるとともに、第4開閉弁24を開放させることで、第7流路17Aを用いて、電気化学式水素ポンプ100のアノードAN1から排出されたアノードオフガスを燃焼器130に供給することができる。 On the other hand, in the hydrogen system 200 of the present embodiment, when the hydrogen generation operation of the hydrogen generator 110 is stopped, the third on-off valve 23 is closed and the fourth on-off valve 24 is opened to open the seventh flow path 17A. It can be used to supply the anode off gas discharged from the anode AN1 of the electrochemical hydrogen pump 100 to the combustor 130.

本実施形態の水素システム200は、上記特徴以外は、第1実施形態、第1実施形態の実施例、第2実施形態、第2実施形態の実施例、第3実施形態、第4実施形態、第5実施形態、第6実施形態、第7実施形態、第8実施形態、第9実施形態、第10実施形態、第11実施形態、第12実施形態、第13実施形態、第14実施形態、第15実施形態、第16実施形態、第17実施形態および第18実施形態のいずれかと同様であってもよい。 The hydrogen system 200 of the present embodiment has the first embodiment, the first embodiment, the second embodiment, the second embodiment, the third embodiment, and the fourth embodiment, except for the above-mentioned features. A fifth embodiment, a sixth embodiment, a seventh embodiment, an eighth embodiment, a ninth embodiment, a tenth embodiment, an eleventh embodiment, a twelfth embodiment, a thirteenth embodiment, a fourteenth embodiment, It may be the same as any one of the 15th embodiment, the 16th embodiment, the 17th embodiment and the 18th embodiment.

なお、第1実施形態、第1実施形態の実施例、第2実施形態、第2実施形態の実施例、第3実施形態、第4実施形態、第5実施形態、第6実施形態、第7実施形態、第8実施形態、第9実施形態、第10実施形態、第11実施形態、第12実施形態、第13実施形態、第14実施形態、第15実施形態、第16実施形態、第17実施形態、第18実施形態および第19実施形態は、互いに相手を排除しない限り、互いに組み合わせても構わない。 The first embodiment, the first embodiment, the second embodiment, the second embodiment, the third embodiment, the fourth embodiment, the fifth embodiment, the sixth embodiment, and the seventh embodiment. Embodiment, 8th embodiment, 9th embodiment, 10th embodiment, 11th embodiment, 12th embodiment, 13th embodiment, 14th embodiment, 15th embodiment, 16th embodiment, 17th embodiment The embodiment, the 18th embodiment and the 19th embodiment may be combined with each other as long as the other party is not excluded from each other.

上記説明から、当業者にとっては、本開示の多くの改良および他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本開示を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本開示の精神を逸脱することなく、その構造および/または機能の詳細を実質的に変更することができる。例えば、本開示は、水電解装置などの電気化学式水素ポンプ100以外の圧縮機を備える水素システムにも適用することができる。 From the above description, many improvements and other embodiments of the present disclosure will be apparent to those of skill in the art. Accordingly, the above description should be construed as an example only and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art the best aspects of carrying out the present disclosure. The details of its structure and / or function may be substantially modified without departing from the spirit of the present disclosure. For example, the present disclosure can also be applied to a hydrogen system including a compressor other than the electrochemical hydrogen pump 100 such as a water electrolyzer.

本開示の一態様は、水素生成器の改質触媒の劣化を従来よりも抑制し得る水素システムおよび水素システムの運転方法に利用することができる。 One aspect of the present disclosure can be used for a hydrogen system and a method for operating a hydrogen system, which can suppress deterioration of a reforming catalyst of a hydrogen generator more than before.

10 :電圧印加器
11 :第1流路
11A :第1流路
11B :第1流路
11C :第1流路
12 :第2流路
12A :第2流路
12B :第2流路
13 :第3流路
14 :第4流路
14A :第4流路
15 :第5流路
15A :第5流路
16 :第6流路
17 :第7流路
17A :第7流路
18 :第8流路
19 :第9流路
21 :第1開閉弁
22 :第2開閉弁
22A :第2開閉弁
23 :第3開閉弁
24 :第4開閉弁
30A :電解質膜
30B :電解質膜
31 :第1逆止弁
32 :第2逆止弁
33 :第3逆止弁
34 :第4逆止弁
35 :第5逆止弁
36 :第6逆止弁
40 :減圧弁
41 :第1流量調節器
42 :第2流量調節器
50 :制御器
100 :電気化学式水素ポンプ
110 :水素生成器
120 :水素純化器
130 :燃焼器
140 :空気供給器
200 :水素システム
AN1 :アノード
AN2 :アノード
B1 :箇所
B2 :箇所
B3 :箇所
B4 :箇所
C1 :箇所
C2 :箇所
C3 :箇所
CA1 :カソード
CA2 :カソード
10: Voltage applyer 11: 1st flow path 11A: 1st flow path 11B: 1st flow path 11C: 1st flow path 12: 2nd flow path 12A: 2nd flow path 12B: 2nd flow path 13: 1st 3 flow paths 14: 4th flow path 14A: 4th flow path 15: 5th flow path 15A: 5th flow path 16: 6th flow path 17: 7th flow path 17A: 7th flow path 18: 8th flow path Road 19: 9th flow path 21: 1st on-off valve 22: 2nd on-off valve 22A: 2nd on-off valve 23: 3rd on-off valve 24: 4th on-off valve 30A: Electrolyte membrane 30B: Electrolyte membrane 31: 1st reverse Stop valve 32: 2nd check valve 33: 3rd check valve 34: 4th check valve 35: 5th check valve 36: 6th check valve 40: Pressure reducing valve 41: 1st flow regulator 42: Second flow controller 50: Controller 100: Electrochemical hydrogen pump 110: Hydrogen generator 120: Hydrogen purifier 130: Combustor 140: Air supply device 200: Hydrogen system AN1: Anode AN2: Anode B1: Location B2: Location B3: Location B4: Location C1: Location C2: Location C3: Location CA1: Cathode CA2: Cathode

Claims (31)

原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する水素生成器と、
アノードおよびカソード間に電圧を印加することで、アノードに供給される水素含有ガス中の水素を、電解質膜を介してカソードに移動させ、かつ圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機のカソードから排出されたカソードオフガスを前記水素生成器に供給する第1流路と、
前記第1流路に設けられた第1開閉弁と、
停止時に、前記第1開閉弁を開放させる制御器と、を備える、水素システム。
A hydrogen generator that generates hydrogen-containing gas by a reforming reaction using raw materials,
A compressor that moves hydrogen in the hydrogen-containing gas supplied to the anode to the cathode via the electrolyte membrane and compresses it by applying a voltage between the anode and the cathode.
A first flow path for supplying the cathode off gas discharged from the cathode of the compressor to the hydrogen generator, and
The first on-off valve provided in the first flow path and
A hydrogen system comprising a controller that opens the first on-off valve when stopped.
前記水素生成器に改質反応のための反応物を供給する第2流路を備え、
前記第1流路は、前記第2流路に合流する、請求項1に記載の水素システム。
The hydrogen generator is provided with a second flow path for supplying a reactant for the reforming reaction.
The hydrogen system according to claim 1, wherein the first flow path joins the second flow path.
前記反応物は、前記原料である、請求項2に記載の水素システム。 The hydrogen system according to claim 2, wherein the reactant is the raw material. 前記圧縮機の上流に設けられ、電圧印加器によりアノードとカソードの間に電圧を印加することにより、前記水素生成器からアノードに供給された水素含有ガス中の水素を、電解質膜を介してカソードに移動させ、精製された水素含有ガスを生成する水素純化器を備える、請求項1−3のいずれか1項に記載の水素システム。 By applying a voltage between the anode and the cathode by a voltage applyer provided upstream of the compressor, hydrogen in the hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen generator to the anode is transferred to the cathode via the electrolyte membrane. The hydrogen system according to any one of claims 1-3, comprising a hydrogen purifier that is transferred to and produces a purified hydrogen-containing gas. 前記制御器は、前記第1開閉弁を開放しているとき、前記電圧印加器により電圧を印加させる、請求項4に記載の水素システム。 The hydrogen system according to claim 4, wherein the controller applies a voltage by the voltage applyer when the first on-off valve is open. 前記水素純化器から前記圧縮機のアノードに供給される水素含有ガスが流れる第3流路と、
前記圧縮機のカソードから排出されるカソードオフガスを前記第3流路に供給する第4流路と、
前記第4流路に設けられた第2開閉弁と、を備え、
前記制御器は、停止時に前記第1開閉弁および前記第2開閉弁を開放させる、請求項4または5に記載の水素システム。
A third flow path through which hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen purifier to the anode of the compressor flows, and
A fourth flow path that supplies the cathode off gas discharged from the cathode of the compressor to the third flow path, and
A second on-off valve provided in the fourth flow path is provided.
The hydrogen system according to claim 4 or 5, wherein the controller opens the first on-off valve and the second on-off valve when stopped.
前記圧縮機のアノードから排出されたアノードオフガスを前記水素純化器のアノードに供給する第5流路を備える、請求項5または6に記載の水素システム。 The hydrogen system according to claim 5 or 6, further comprising a fifth flow path for supplying the anode off gas discharged from the anode of the compressor to the anode of the hydrogen purifier. 前記水素生成器に改質反応のための熱を供給する燃焼器と、
前記水素純化器のアノードから排出されたアノードオフガスを前記燃焼器に供給する第6流路と、を備える、請求項4−7のいずれか1項に記載の水素システム。
A combustor that supplies heat for the reforming reaction to the hydrogen generator,
The hydrogen system according to any one of claims 4-7, comprising a sixth flow path for supplying the anode off gas discharged from the anode of the hydrogen purifier to the combustor.
前記水素生成器に改質反応のための熱を供給する燃焼器と、
前記圧縮機のアノードから排出されたアノードオフガスを前記燃焼器に供給する第7流路と、を備える、請求項5または6に記載の水素システム。
A combustor that supplies heat for the reforming reaction to the hydrogen generator,
The hydrogen system according to claim 5 or 6, comprising a seventh flow path for supplying the anode off gas discharged from the anode of the compressor to the combustor.
前記燃焼器に燃焼用空気を供給する空気供給器を備え、
前記制御器は、停止時に、前記空気供給器を動作させ、前記燃焼器に供給された前記アノードオフガスを希釈排気させる、請求項8または9に記載の水素システム。
The combustor is equipped with an air supply device that supplies combustion air.
The hydrogen system according to claim 8 or 9, wherein the controller operates the air supply device when stopped to dilute and exhaust the anode off gas supplied to the combustor.
前記圧縮機のカソードから排出されるカソードオフガスが流れる第8流路を備え、
前記第1流路は、第8流路より分岐しており、
前記第1流路が分岐する箇所よりも下流の第8流路に、前記圧縮機のカソードから排出されるカソードオフガスの流れの向きと逆向きの流れを防止する第1逆止弁を備える、請求項1−10のいずれか1項に記載の水素システム。
It is provided with an eighth flow path through which the cathode off gas discharged from the cathode of the compressor flows.
The first flow path is branched from the eighth flow path.
The eighth flow path downstream of the branch of the first flow path is provided with a first check valve for preventing the flow of the cathode off gas discharged from the cathode of the compressor in the direction opposite to the direction of the flow. The hydrogen system according to any one of claims 1-10.
前記第1流路が合流する箇所よりも上流の前記第2流路に、反応物源から供給される反応物の流れの向きと逆向きの流れを防止する第2逆止弁を備える、請求項2または3に記載の水素システム。 A second check valve is provided in the second flow path upstream of the point where the first flow path merges to prevent the flow of the reactants supplied from the reaction source in the direction opposite to the direction of the flow. Item 2. The hydrogen system according to Item 2 or 3. 前記水素生成器から前記水素純化器に供給される水素含有ガスが流れる第9流路を備え、前記第5流路は、前記第9流路と合流しており、
前記第5流路が合流する箇所よりも上流の前記第9流路に、前記水素生成器から排出される水素含有ガスの流れの向きと逆向きの流れを防止する第3逆止弁を備える、請求項7に記載の水素システム。
A ninth flow path through which hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen generator to the hydrogen purifier flows is provided, and the fifth flow path merges with the ninth flow path.
A third check valve for preventing the flow of hydrogen-containing gas discharged from the hydrogen generator in the direction opposite to the direction of the flow is provided in the ninth flow path upstream of the point where the fifth flow path merges. , The hydrogen system according to claim 7.
前記水素純化器から前記圧縮機のアノードに供給される水素含有ガスが流れる第3流路を備え、前記第3流路に、前記水素純化器から排出される水素含有ガスの流れの向きと逆向きの流れを防止する第4逆止弁を備える、請求項4に記載の水素システム。 A third flow path through which hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen purifier to the anode of the compressor flows is provided, and the direction of the flow of the hydrogen-containing gas discharged from the hydrogen purifier is reversed in the third flow path. The hydrogen system according to claim 4, further comprising a fourth check valve that prevents directional flow. 前記第5流路に、前記圧縮機のアノードから排出されるアノードオフガスの流れの向きと逆向きの流れを防止する第5逆止弁を備える、請求項7に記載の水素システム。 The hydrogen system according to claim 7, wherein the fifth flow path includes a fifth check valve for preventing a flow of the anode off gas discharged from the anode of the compressor in the direction opposite to the direction of the flow. 前記第1流路に、前記圧縮機のカソードから排出されるカソードオフガスを減圧する減圧弁を備える、請求項1−15のいずれか1項に記載の水素システム。 The hydrogen system according to any one of claims 1-15, wherein the first flow path includes a pressure reducing valve for reducing the pressure of the cathode off gas discharged from the cathode of the compressor. 前記減圧弁よりも下流の前記第1流路に、前記圧縮機のカソードから排出される水素含有ガスの流れの向きと逆向きの流れを防止する第6逆止弁を備える、請求項16に記載の水素システム。 16. The described hydrogen system. 前記減圧弁の下流の前記第1流路にカソードオフガスの流量を調整する第1流量調節器を備える、請求項16または17に記載の水素システム。 The hydrogen system according to claim 16 or 17, wherein a first flow rate controller for adjusting the flow rate of the cathode off gas is provided in the first flow path downstream of the pressure reducing valve. 前記制御器は、起動開始してから前記圧縮機のカソードオフガスが水素貯蔵器に供給開始されるまでの間に、前記第1開閉弁を閉止し、前記第2開閉弁を開放させる、請求項6に記載の水素システム。 The controller claims to close the first on-off valve and open the second on-off valve between the start of activation and the start of supply of the cathode off gas of the compressor to the hydrogen reservoir. 6. The hydrogen system according to 6. 前記第1流路に、前記圧縮機のカソードから排出されるカソードオフガスを減圧する減圧弁を備え、
前記第4流路は、前記減圧弁の下流まで前記第1流路と共用化された後、分岐している、請求項6に記載の水素システム。
The first flow path is provided with a pressure reducing valve for reducing the pressure of the cathode off gas discharged from the cathode of the compressor.
The hydrogen system according to claim 6, wherein the fourth flow path is shared with the first flow path to the downstream of the pressure reducing valve and then branched.
前記第1流路より分岐した後の前記第4流路に、第2流量調節器を備える請求項20に記載の水素システム。 The hydrogen system according to claim 20, wherein a second flow rate controller is provided in the fourth flow path after branching from the first flow path. 前記圧縮機のアノードから排出されたアノードオフガスを前記水素純化器のアノードに供給する第5流路と、
前記第5流路に設けられた第3開閉弁と、
前記第7流路に設けられた第4開閉弁と、を備え、
前記制御器は、運転時に、前記第3開閉弁を開放させるとともに、前記第4開閉弁を閉止させ、
停止時に、前記第3開閉弁を閉止させるとともに、前記第4開閉弁を開放させる請求項9に記載の水素システム。
A fifth flow path for supplying the anode off gas discharged from the anode of the compressor to the anode of the hydrogen purifier, and
The third on-off valve provided in the fifth flow path and
A fourth on-off valve provided in the seventh flow path is provided.
The controller opens the third on-off valve and closes the fourth on-off valve during operation.
The hydrogen system according to claim 9, wherein the third on-off valve is closed and the fourth on-off valve is opened when the system is stopped.
水素生成器で原料を用いた改質反応により生成された水素含有ガスを生成するステップと、
圧縮機のアノードおよびカソード間に電圧を印加することで、アノードに供給される水素含有ガス中の水素を、電解質膜を介してカソードに移動させ、かつ圧縮するステップと、
停止時に、前記圧縮機のカソードから排出されたカソードオフガスを、前記水素生成器に供給するステップと、を備える、水素システムの運転方法。
A step to generate a hydrogen-containing gas generated by a reforming reaction using raw materials in a hydrogen generator, and
By applying a voltage between the anode and cathode of the compressor, hydrogen in the hydrogen-containing gas supplied to the anode is moved to the cathode via the electrolyte membrane and compressed.
A method of operating a hydrogen system, comprising a step of supplying a cathode off gas discharged from the cathode of the compressor to the hydrogen generator when the compressor is stopped.
停止時に、前記圧縮機のカソードから排出されたカソードオフガスを、改質反応のための反応物を供給する流路を介して前記水素生成器に供給する、請求項23に記載の水素システムの運転方法。 23. The operation of the hydrogen system according to claim 23, wherein when stopped, the cathode off gas discharged from the cathode of the compressor is supplied to the hydrogen generator via a flow path for supplying a reactant for a reforming reaction. Method. 前記反応物は、前記原料である、請求項24に記載の水素システムの運転方法。 The method for operating a hydrogen system according to claim 24, wherein the reactant is the raw material. 前記圧縮機の上流に設けられた水素純化器のアノードとカソードの間に電圧を印加することにより、前記水素生成器からアノードに供給された水素含有ガス中の水素を、電解質膜を介してカソードに移動させ、精製された水素含有ガスを生成するステップを備え、
停止時に、前記圧縮機のカソードから排出されたカソードオフガスを、前記水素生成器を経由して前記水素純化器のアノードに供給する、請求項23−25のいずれか1項に記載の水素システムの運転方法。
By applying a voltage between the anode and the cathode of the hydrogen purifier provided upstream of the compressor, hydrogen in the hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen generator to the anode is transferred to the cathode via the electrolyte membrane. With steps to generate purified hydrogen-containing gas,
The hydrogen system according to any one of claims 23-25, wherein when stopped, the cathode off gas discharged from the cathode of the compressor is supplied to the anode of the hydrogen purifier via the hydrogen generator. how to drive.
停止時に、前記水素純化器のアノードとカソードの間に電圧を印加することにより、前記圧縮機のカソードから排出されたカソードオフガスを、前記水素生成器および前記水素純化器を経由して前記圧縮機のアノードに供給する、請求項26に記載の水素システムの運転方法。 By applying a voltage between the anode and the cathode of the hydrogen purifier when stopped, the cathode off gas discharged from the cathode of the compressor is sent to the compressor via the hydrogen generator and the hydrogen purifier. 26. The method of operating a hydrogen system according to claim 26, which is supplied to the anode of the above. 停止時に、前記圧縮機のカソードから排出されたカソードオフガスを、前記水素生成器および前記水素純化器を経由せずに、前記圧縮機のアノードに供給する、請求項26または27に記載の水素システムの運転方法。 The hydrogen system according to claim 26 or 27, wherein when stopped, the cathode off gas discharged from the cathode of the compressor is supplied to the anode of the compressor without passing through the hydrogen generator and the hydrogen purifier. How to drive. 停止時に、前記圧縮機のアノードから排出されたアノードオフガスを前記水素純化器のアノードに供給するステップを備える、請求項27または28に記載の水素システムの運転方法。 28. The method of operating a hydrogen system according to claim 27 or 28, comprising a step of supplying the anode off gas discharged from the anode of the compressor to the anode of the hydrogen purifier when stopped. 停止時に、前記水素純化器のアノードから排出されたアノードオフガスを前記水素生成器の燃焼器に供給するステップと、
前記燃焼器に燃焼用空気を供給することで、前記燃焼器に供給されたアノードオフガスを希釈排気するステップと、を備える、請求項26−29のいずれか1項に記載の水素システムの運転方法。
The step of supplying the anode off gas discharged from the anode of the hydrogen purifier to the combustor of the hydrogen generator at the time of stopping, and
The method for operating a hydrogen system according to any one of claims 26 to 29, comprising a step of diluting and exhausting the anode off gas supplied to the combustor by supplying combustion air to the combustor. ..
停止時に、前記圧縮機のアノードから排出されたアノードオフガスを前記水素生成器の燃焼器に供給するステップと、
前記燃焼器に燃焼用空気を供給することで、前記燃焼器に供給されたアノードオフガスを希釈排気するステップと、を備える、請求項26−29のいずれか1項に記載の水素システムの運転方法。
A step of supplying the anode off gas discharged from the anode of the compressor to the combustor of the hydrogen generator when the compressor is stopped.
The method for operating a hydrogen system according to any one of claims 26 to 29, comprising a step of diluting and exhausting the anode off gas supplied to the combustor by supplying combustion air to the combustor. ..
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