JP5425956B2 - Hydrogen gas supply system - Google Patents
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Description
本発明は、複数の系統に対して水素ガスを供給する水素ガス供給システムに関する。 The present invention relates to a hydrogen gas supply system that supplies hydrogen gas to a plurality of systems.
従来、例えば商業用の火力発電機では、熱伝導率が高く冷却効率のよい水素ガス冷却が用いられている。水素ガスを用いて被冷却部を冷却した場合、炭酸ガス等が発生することから、水素ガスの純度が徐々に低下する。ここで、密閉空間において水素ガスの純度が低下すると爆発する可能性があるため、安全管理上水素ガス冷却では水素ガスの純度を適切に管理する必要がある。 Conventionally, for example, commercial thermal power generators use hydrogen gas cooling with high thermal conductivity and good cooling efficiency. When the portion to be cooled is cooled using hydrogen gas, carbon dioxide gas or the like is generated, so that the purity of the hydrogen gas gradually decreases. Here, since there is a possibility of explosion if the purity of the hydrogen gas is lowered in the sealed space, it is necessary to appropriately manage the purity of the hydrogen gas in the hydrogen gas cooling for safety management.
水素ガス純度を管理する方法としては、例えば、純度更新時に通常よりも多くの水素ガスを供給する一方で、供給した水素ガスを放出する放出弁にオリフィスを設けることで、放出する水素ガスの量を調整する方法が知られている(特許文献1)。 As a method for managing the purity of hydrogen gas, for example, while supplying more hydrogen gas than usual when the purity is updated, the amount of released hydrogen gas is provided by providing an orifice in the release valve that discharges the supplied hydrogen gas. There is known a method of adjusting the above (Patent Document 1).
特許文献1に記載された方法によれば、水素ガス純度の更新期間を短縮することができるものの、更なる改良の余地がある。即ち、水素ガスを供給する供給系統が連結された複数の発電機に対して水素ガス冷却を行う場合には、水素ガス純度の更新のために放出弁を開放すると、他の発電機の供給系統にも影響がでてしまい、水素ガス純度の更新期間が長期化するおそれがある。
According to the method described in
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、複数の系統に対して冷却用の水素ガスを供給する水素供給システムにおいて水素ガス純度の更新期間を短縮することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a problem, and it aims at shortening the renewal period of hydrogen gas purity in the hydrogen supply system which supplies the hydrogen gas for cooling with respect to several system | strains.
(1) 複数の発電機系統に対して冷却用の水素ガスを供給する水素供給システムであって、水素ガスを貯蔵する水素ガス供給装置と、前記水素ガス供給装置に貯蔵された水素ガスを第1の圧力で複数の前記発電機系統に供給する通常用水素供給系統と、前記水素ガス供給装置に貯蔵された水素ガスを前記第1の圧力よりも高い第2の圧力で前記発電機系統に供給する純度更新用水素ガス供給系統と、複数の前記発電機系統の夫々における水素ガス純度を測定するセンサ部と、前記センサ部が測定した前記水素ガス純度が複数の前記発電機系統の夫々において所定値を超えるであることを条件に、前記通常用水素供給系統を用いて複数の前記発電機系統の夫々に水素ガスを供給し、前記センサ部が測定した前記水素ガス純度が何れかの前記発電機系統において所定値以下であることを条件に、当該発電機系統以外の発電機系統に水素ガスを供給することなく当該発電機系統に対して前記純度更新用水素ガス供給系統を用いて水素ガスを供給する制御装置と、を備える水素ガス供給システム。 (1) A hydrogen supply system that supplies hydrogen gas for cooling to a plurality of generator systems, the hydrogen gas supply device storing hydrogen gas, and the hydrogen gas stored in the hydrogen gas supply device A normal hydrogen supply system that supplies a plurality of generator systems at a pressure of 1 and a hydrogen gas stored in the hydrogen gas supply device to the generator system at a second pressure higher than the first pressure. Hydrogen gas supply system for purity update to be supplied, sensor unit for measuring hydrogen gas purity in each of the plurality of generator systems, and the hydrogen gas purity measured by the sensor unit in each of the plurality of generator systems On the condition that it exceeds a predetermined value, hydrogen gas is supplied to each of the plurality of generator systems using the normal hydrogen supply system, and the hydrogen gas purity measured by the sensor unit is any of the above Departure Hydrogen gas is supplied to the generator system using the hydrogen gas supply system for renewal of purity without supplying hydrogen gas to a generator system other than the generator system, provided that it is below a predetermined value in the machine system. A hydrogen gas supply system comprising:
(2) 前記複数の発電機系統は連結されており、前記制御装置は、前記純度更新用水素ガス供給系統を用いて水素ガスを供給する場合、前記複数の発電機系統の連結を解除する、(1)に記載の水素ガス供給システム。 (2) The plurality of generator systems are connected, and the control device releases the connection of the plurality of generator systems when supplying hydrogen gas using the hydrogen gas supply system for purity update. The hydrogen gas supply system according to (1).
(3) 前記制御装置は、前記純度更新用水素ガス供給系統を用いて水素ガスを供給する場合、供給対象の発電機系統の最下部に設けられた純度更新用放出弁を開放する、(1)又は(2)に記載の水素ガス供給システム。 (3) When supplying the hydrogen gas using the purity renewal hydrogen gas supply system, the control device opens a purity renewal release valve provided at the lowest part of the generator system to be supplied. ) Or the hydrogen gas supply system according to (2).
(4) 前記制御装置は、前記純度更新用水素ガス供給系統を用いて水素ガスを供給する場合、供給対象の発電機系統における水素ガス圧力が特定値以下となることを条件に、前記純度更新用放出弁を閉止する、(3)に記載の水素ガス供給システム。 (4) When supplying the hydrogen gas using the purity update hydrogen gas supply system, the control device updates the purity on condition that the hydrogen gas pressure in the generator system to be supplied is equal to or lower than a specific value. The hydrogen gas supply system according to (3), wherein the discharge valve is closed.
本発明によれば、複数の発電機系統における水素ガスの純度を更新する際に、対象となる発電機系統のみに水素ガスを供給するため、その他の発電機系統に影響を与えることがなく、水素ガス純度の更新期間を短縮することができる。 According to the present invention, when hydrogen gas purity in a plurality of generator systems is updated, hydrogen gas is supplied only to the target generator system without affecting other generator systems, The renewal period of the hydrogen gas purity can be shortened.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。初めに、図1を参照して、本発明の水素ガス供給システム1について説明する。水素ガス供給システム1は、水素ガス供給系統10と、制御装置30と、を含んで構成される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the hydrogen
水素ガス供給系統10は、タービン軸等の冷却対象の被冷却部142,152に対して冷却用の水素ガスを供給する供給系統であり、水素ガス供給装置11と、通常用系統12と、純度更新用系統13と、1次発電機系統14と、2次発電機系統15と、を含んで構成される。
The hydrogen
水素ガス供給装置11は、ボンベ等により構成され、冷却用の水素ガスを貯蔵する。ここで、水素ガス供給装置11は、高圧の水素ガス(1.8MPa)を貯蔵する。水素ガス供給装置11に貯蔵された高圧の水素ガスは、図示しない弁が開放されると、通常用系統12又は純度更新用系統13に流入し、その後所定の圧力まで減圧され、1次発電機系統14及び(又は)2次発電機系統15に供給される。
The hydrogen
通常用系統12は、1次発電機系統14及び2次発電機系統15における水素ガス純度が適正(例えば、98%以上)である場合に、1次発電機系統14及び2次発電機系統15の双方に水素ガスを供給するために用いられ、通常用減圧前弁121と通常用減圧弁122とを含む。
When the hydrogen gas purity in the
通常用減圧前弁121は、通常用減圧弁122への水素ガスの供給を規制する。即ち、通常用減圧前弁121が開放されている状態では、水素ガス供給装置11の水素ガスが通常用減圧弁122に供給され、その後、通常用減圧弁122において第1の圧力まで減圧される。他方、通常用減圧前弁121が閉止されている状態では、水素ガス供給装置11の水素ガスが通常用減圧弁122に供給されることがない。
The normal
通常用減圧弁122は、水素ガス供給装置11から供給された高圧の水素ガスを、第1の圧力(例えば、0.39MPa)まで減圧する。なお、通常用減圧弁122は、複数の減圧弁により構成することとしてもよい。即ち、高圧の水素ガスを大まかに減圧する第1減圧弁と、大まかに減圧した水素ガスの圧力を微調整する第2減圧弁と、により構成することとしてもよい。
The normal
純度更新用系統13は、水素ガス純度が適正でない(例えば、97%以下)1次発電機系統14又は2次発電機系統15に水素ガスを供給するために用いられ、純度更新用減圧前弁131と純度更新用減圧弁132とを含む。
The
純度更新用減圧前弁131は、通常用減圧前弁121と同様に純度更新用減圧弁132への水素ガスの供給を規制する。
純度更新用減圧弁132は、水素ガス供給装置11から供給された高圧の水素ガスを、第2の圧力(例えば、0.4MPa)まで減圧する。なお、純度更新用減圧弁132は、通常用減圧弁122と同様に複数の減圧弁により構成することとしてもよい。
The purity renewal pre-reduction
The purity renewal
1次発電機系統14は、1次発電機(プライマリ)に対して冷却用の水素ガスを供給する供給系統であり、水素ガス供給弁141と、被冷却部142と、放出弁143と、センサ部144と、を含んで構成される。
The
水素ガス供給弁141は、1次発電機系統14への水素ガスの供給を規制する。即ち、水素ガス供給弁141が開放されている状態では、通常用系統12や純度更新用系統13において所定の圧力まで減圧された水素ガスが1次発電機系統14に供給される。他方、水素ガス供給弁141が閉止されている状態では、通常用系統12や純度更新用系統13からの水素ガスが1次発電機系統14に供給されることがない。
The hydrogen
被冷却部142は、水素ガスを用いて冷却する対象であり、例えば、発電設備におけるタービン軸等が該当する。発電設備が稼動している状態で被冷却部142に水素ガスが供給されると、熱交換により暖められ炭酸ガス等が発生する結果、水素ガスの純度が低下する。
The cooled
放出弁143は、1次発電機系統14に供給された水素ガスや発生した炭酸ガス等を大気に放出する。より詳細には、放出弁143は、水素ガスの純度を更新する際に開放され、純度の低下した水素ガスを大気に放出する。ここで、放出弁143は、1次発電機系統14における最下部に設けることが好ましい。水素ガスは、比重が小さく軽いため、放出弁を最下部に設けることでより重い炭酸ガス等が優先して大気に放出されることになり、水素ガス純度の更新期間を短縮できるためである。
The
センサ部144は、1次発電機系統14内における水素ガスの純度を測定する純度センサや、1次発電機系統14内における水素ガスの圧力を測定する圧力センサにより構成される。センサ部144により測定された測定結果(水素ガス純度、水素ガス圧力)は、制御装置30に適宜送信される。
The
2次発電機系統15は、2次発電機(セカンダリ)に対して冷却用の水素ガスを供給する供給系統であり、水素ガス供給弁151と、被冷却部152と、放出弁153と、センサ部154と、を含んで構成される。
なお、2次発電機系統15の水素ガス供給弁151乃至センサ部154は、1次発電機系統14の水素ガス供給弁141乃至センサ部144と基本的に同一であるため、詳細な説明を省略する。
The
Since the hydrogen
ところで、1次発電機系統14及び2次発電機系統15は、図1に示すように連結されている。水素ガス供給弁141及び水素ガス供給弁151は、この1次発電機系統14及び2次発電機系統15の連結を解除するためにも用いられる。即ち、水素ガス供給弁141又は水素ガス供給弁151が閉止されると、1次発電機系統14及び2次発電機系統15の連結が解除される。
このとき、水素ガス供給弁141,151を閉止した1次発電機系統14又は2次発電機系統15には、通常用系統12や純度更新用系統13からの水素ガスが供給されなくなる。そのため、水素ガスの純度を更新する際には、純度を更新する対象の発電系統以外の発電系統の水素ガス供給弁、即ち、1次発電機系統14の水素ガスの純度を更新する際には、(1次発電機系統14の水素ガス供給弁141は開放したまま)2次発電機系統15の水素ガス供給弁151を閉止する。この場合において、2次発電機系統15には新たな水素ガスが供給されなくなるものの、水素ガスの純度や圧力は急激に低下するものではないため、水素ガスの純度や圧力を適正な値に保つことができる。
By the way, the
At this time, hydrogen gas from the
制御装置30は、所定の処理部及び記憶部を備えた演算装置であって、センサ部144,154から供給された測定結果に基づいて、水素ガス供給系統10を制御する。
ここで、図2を参照して、制御装置30による水素ガス供給系統10の制御について説明する。図2(1)は、通常運転時の制御装置30による水素ガス供給系統10の制御を示し、図2(2)は、純度更新運転時の制御装置30による水素ガス供給系統10の制御を示す。
The
Here, the control of the hydrogen
制御装置30は、センサ部144,154から供給された測定結果が適正である場合(例えば、1次発電機系統14及び2次発電機系統15の双方において、水素ガス純度が98%以上、水素ガス圧力が0.38MPa以上)、図2(1)に示す通常運転を行う。
通常運転では、制御装置30は、純度更新用系統13の純度更新用減圧前弁131を閉止する一方で、通常用系統12の通常用減圧前弁121を開放する。これにより、水素ガス供給装置11からの高圧(1.8MPa)の水素ガスは、通常用減圧弁122を介して第1の圧力(0.39MPa)まで減圧され、1次発電機系統14及び2次発電機系統15に供給される。
このとき、制御装置30は、放出弁143,153を閉止した状態で、1次発電機系統14及び2次発電機系統15に水素ガスを供給する。これにより、水素ガスが大気に放出することがないため、水素ガスの圧力を維持することができる。
When the measurement results supplied from the
In the normal operation, the
At this time, the
他方、制御装置30は、センサ部144,154から供給された測定結果が適正でない場合(例えば、1次発電機系統14及び2次発電機系統15の何れかにおいて、水素ガス純度が97%以下)、図2(2)に示す純度更新運転を行う。なお、図2(2)では、1次発電機系統14に対する純度更新運転を行っている。
純度更新運転では、制御装置30は、通常用系統12の通常用減圧前弁121を閉止する一方で、純度更新用系統13の純度更新用減圧前弁131を開放する。これにより、水素ガス供給装置11からの高圧(1.8MPa)の水素ガスは、純度更新用減圧弁132を介して第2の圧力(0.4MPa)まで減圧され、1次発電機系統14に供給される。ここで、純度更新運転で用いる水素ガスの第2の圧力は、通常運転で用いる水素ガスの第1の圧力よりも高いため、高純度の新たな水素ガスを適切に1次発電機系統14に供給することができる。このとき、制御装置30は、純度の低い水素ガスを大気に放出するべく、1次発電機系統14の放出弁143を開放する。
このように純度更新運転では、通常時よりも高圧の水素ガスを供給することで純度が低下した1次発電機系統14内の水素ガスの純度を更新するため、水素ガス純度の更新期間を短縮することができる。特に、水素ガス供給システム1では、1次発電機系統14の最下部に放出弁143を設けることとしているため、水素ガス以外の他のガスを優先して大気に放出することができ、水素ガス純度の更新期間を短縮することができる。
On the other hand, when the measurement result supplied from the
In the purity update operation, the
Thus, in the purity renewal operation, the hydrogen gas purity renewal period is shortened in order to renew the purity of the hydrogen gas in the
ところで、放出弁143から大気にガスが放出されると、1次発電機系統14内の水素ガスの圧力が低下する。このとき、1次発電機系統14と2次発電機系統15とが連結されている状態では、1次発電機系統14における放出弁143の開放に伴い、2次発電機系統15内の水素ガスの圧力も低下してしまう。このような場合には、2次発電機系統15に水素ガスを供給し、圧力を上昇させなければならず、水素ガス純度の更新期間の長期化につながってしまう。
そこで、純度更新運転では、純度を更新する対象の1次発電機系統14と、純度更新の対象でない2次発電機系統15と、の連結を解除することとしている。具体的には、制御装置30は、2次発電機系統15の水素ガス供給弁151を閉止し、1次発電機系統14と2次発電機系統15との連結を解除する。これにより、1次発電機系統14において放出弁143が開放されても、2次発電機系統15内の水素ガスの圧力は維持される。
その結果、純度更新運転では、1次発電機系統14にのみ水素ガスを供給すれば足り、水素ガス純度の更新期間を短縮することができる。
By the way, when gas is released from the
Therefore, in the purity update operation, the connection between the
As a result, in the purity renewal operation, it is sufficient to supply hydrogen gas only to the
以上、水素ガス供給システム1の構成について説明した。続いて、図3を参照して、水素ガス供給システム1における純度更新処理について説明する。
The configuration of the hydrogen
ステップS1において、制御装置30は、センサ部144,154からの測定結果に基づいて、1次発電機系統14及び2次発電機系統15における水素ガス純度及び水素ガス圧力を取得する。続いて、ステップS2において、制御装置30は、1次発電機系統14及び2次発電機系統15の夫々について、取得した水素ガス純度が97%以下であり、かつ、取得した水素ガス圧力が0.38MPa以上であるか否かを判別する。
このとき、1次発電機系統14及び2次発電機系統15の何れかにおいてこの判別がYESのときは、ステップS3の処理に移る。なお、ステップS3以降の処理においてYESと判別された発電機系統が対象の発電機系統となり、それ以外の発電機系統が対象外の発電機系統となる。他方、1次発電機系統14及び2次発電機系統15の何れにおいてもこの判別がNOのときは、処理を終了する。即ち、制御装置30は、図2(1)に示す通常運転で、1次発電機系統14及び2次発電機系統15に対して水素ガスを供給する。
In step S1, the
At this time, if this determination is YES in either the
ステップS2においてYESと判別されると、制御装置30は、ステップS3,4の純度更新運転を行う。即ち、制御装置30は、対象外の発電機系統の水素ガス供給弁を閉止するとともに、対象の発電機系統の放出弁を開放する(ステップS3)。また、制御装置30は、通常用減圧前弁121を閉止し、純度更新用減圧前弁131を開放する(ステップS4)。これにより、対象の発電機系統には、第2の圧力の水素ガスが供給され、また、1次発電機系統14及び2次発電機系統15の連結が解除された上で、対象の発電機系統から不要なガスが放出される。
When it is determined YES in step S2,
その後、制御装置30は、対象の発電機系統における水素ガス純度及び水素ガス圧力を取得し、続いて、ステップS5において、制御装置30は、取得した水素ガス純度が98以上、又は、取得した水素ガス圧力が0.375MPa以下であるか否かを判別する。この判別がYESのときは、制御装置30は、純度更新処理を終了し、ステップS6の処理に移る。他方、この判別がNOのときは、制御装置30は、純度更新運転を継続する。即ち、制御装置30は、純度更新運転の結果、対象の発電機系統における水素ガスの純度が適切な値まで上昇した場合、又は対象の発電機系統において水素ガスの圧力が不適切な値まで下がってしまった場合に、純度更新運転を終了する。
Thereafter, the
ステップS5においてYESと判別されると、制御装置30は、対象の発電機系統の放出弁を閉止するとともに、対象外の発電機系統の水素ガス供給弁を開放する(ステップS6)。また、制御装置30は、純度更新用減圧前弁131を閉止し、通常用減圧前弁121を開放し(ステップS7)、処理を終了する。これにより、純度更新運転から通常運転に移行する。
If YES is determined in step S5, the
以上、本実施形態の水素ガス供給システム1について説明した。このような水素ガス供給システム1によれば、水素ガス純度を更新する対象でない発電機系統については、水素ガス供給弁を閉止し、更新対象の発電機系統との連結を解除する。これにより、純度更新運転において放出弁を開放しても、更新対象でない発電機系統の水素ガス圧力を維持することができる。その結果、水素ガス供給システム1では、更新対象でない発電機系統の水素ガスを供給する必要がなくなり、水素ガス純度の更新期間を短縮することができ、また、少量の水素ガスで、水素ガス純度を更新することができる。
また、水素ガス供給システム1の純度更新運転では、通常運転よりも高圧で水素ガスを供給する。これにより、高純度の新たな水素ガスを効率よく供給できる。また、水素ガス供給システム1の純度更新運転では、最下部に設けた放出弁を開放するため、純度を低下させている比重の大きいガスを優先して大気に放出することができる。
また、水素ガス供給システム1では、純度更新運転中に対象の発電機系統内の水素ガス圧力が低下した場合には、純度更新運転を中断する。これにより、発電機系統内の水素ガス圧力を適切に管理することができる。
The hydrogen
Further, in the purity update operation of the hydrogen
Further, in the hydrogen
以上、実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。 Although the embodiments have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
1 水素ガス供給システム
10 水素ガス供給系統
11 水素ガス供給装置
12 通常用系統
121 通常用減圧前弁
122 通常用減圧弁
13 純度更新用系統
131 純度更新用減圧前弁
132 純度更新用減圧弁
14 1次発電機系統
15 2次発電機系統
141,151 水素ガス供給弁
142,152 被冷却部
143,153 放出弁
144,154 センサ部
30 制御装置
DESCRIPTION OF
Claims (4)
水素ガスを貯蔵する水素ガス供給装置と、
前記水素ガス供給装置に貯蔵された水素ガスを第1の圧力で複数の前記発電機系統に供給する通常用水素供給系統と、
前記水素ガス供給装置に貯蔵された水素ガスを前記第1の圧力よりも高い第2の圧力で前記発電機系統に供給する純度更新用水素ガス供給系統と、
複数の前記発電機系統の夫々における水素ガス純度を測定するセンサ部と、
前記センサ部が測定した前記水素ガス純度が複数の前記発電機系統の夫々において所定値を超えるであることを条件に、前記通常用水素供給系統を用いて複数の前記発電機系統の夫々に水素ガスを供給し、前記センサ部が測定した前記水素ガス純度が何れかの前記発電機系統において所定値以下であることを条件に、当該発電機系統以外の発電機系統に水素ガスを供給することなく当該発電機系統に対して前記純度更新用水素ガス供給系統を用いて水素ガスを供給する制御装置と、
を備える水素ガス供給システム。 A hydrogen supply system that supplies hydrogen gas for cooling to a plurality of generator systems,
A hydrogen gas supply device for storing hydrogen gas;
A normal hydrogen supply system for supplying hydrogen gas stored in the hydrogen gas supply device to the plurality of generator systems at a first pressure;
A purity updating hydrogen gas supply system for supplying the hydrogen gas stored in the hydrogen gas supply device to the generator system at a second pressure higher than the first pressure;
A sensor unit for measuring the hydrogen gas purity in each of the plurality of generator systems;
On the condition that the hydrogen gas purity measured by the sensor unit exceeds a predetermined value in each of the plurality of generator systems, hydrogen is supplied to each of the plurality of generator systems using the normal hydrogen supply system. Supplying gas and supplying hydrogen gas to a generator system other than the generator system on the condition that the hydrogen gas purity measured by the sensor unit is not more than a predetermined value in any of the generator systems A control device for supplying hydrogen gas to the generator system using the hydrogen gas supply system for purity update,
A hydrogen gas supply system comprising:
前記制御装置は、前記純度更新用水素ガス供給系統を用いて水素ガスを供給する場合、前記複数の発電機系統の連結を解除する、
請求項1に記載の水素ガス供給システム。 The plurality of generator systems are connected,
The control device, when supplying hydrogen gas using the hydrogen gas supply system for purity update, to disconnect the plurality of generator systems,
The hydrogen gas supply system according to claim 1.
請求項1又は2に記載の水素ガス供給システム。 When supplying hydrogen gas using the hydrogen gas supply system for purity update, the control device opens a release valve provided at the lowest part of the generator system to be supplied,
The hydrogen gas supply system according to claim 1 or 2.
請求項3に記載の水素ガス供給システム。 When supplying hydrogen gas using the hydrogen gas supply system for purity update, the control device closes the discharge valve on condition that the hydrogen gas pressure in the generator system to be supplied is a specific value or less. ,
The hydrogen gas supply system according to claim 3.
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