JP6117838B2 - High pressure hydrogen production system and method for operating high pressure hydrogen production system - Google Patents

High pressure hydrogen production system and method for operating high pressure hydrogen production system Download PDF

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Description

本発明は、高圧水素を製造して燃料電池自動車等の供給先に供給する高圧水素製造システム、および、高圧水素製造システムの運転方法に関する。   The present invention relates to a high-pressure hydrogen production system that produces high-pressure hydrogen and supplies it to a supplier such as a fuel cell vehicle, and an operation method of the high-pressure hydrogen production system.

近年、燃料電池を搭載した自動車(FCV:Fuel Cell Vehicle、以下、「燃料電池自動車」と称する。)が開発されている。燃料電池自動車では、水素と酸素(空気)とを化学反応させて電力を生成する燃料電池を動力源としているため、燃料電池自動車には水素を供給する必要がある。つまり、ガソリンエンジンを動力源とするガソリン自動車に対するガソリンが、燃料電池自動車に対する水素に相当する。したがって、燃料電池自動車は、ガソリン自動車用のガソリンスタンドに相当する、燃料電池自動車用の水素ステーションで水素の受け入れを行い、水素ステーションから供給された水素は、燃料電池自動車に設けられた水素タンクに貯留されることとなる。   In recent years, vehicles equipped with fuel cells (FCV: Fuel Cell Vehicle, hereinafter referred to as “fuel cell vehicles”) have been developed. Since the fuel cell vehicle uses a fuel cell that generates electric power by chemically reacting hydrogen and oxygen (air) as a power source, it is necessary to supply hydrogen to the fuel cell vehicle. That is, gasoline for a gasoline vehicle powered by a gasoline engine corresponds to hydrogen for a fuel cell vehicle. Therefore, the fuel cell vehicle receives hydrogen at the hydrogen station for the fuel cell vehicle, which corresponds to a gasoline station for the gasoline vehicle, and the hydrogen supplied from the hydrogen station is stored in a hydrogen tank provided in the fuel cell vehicle. It will be stored.

上記水素ステーションは、水素製造装置(例えば、特許文献1)と、水素製造装置によって製造された水素を貯留する蓄圧器とを含んで構成され、蓄圧器に貯留された水素が燃料電池自動車に供給されることとなる。   The hydrogen station includes a hydrogen production apparatus (for example, Patent Document 1) and a pressure accumulator that stores hydrogen produced by the hydrogen production apparatus, and hydrogen stored in the pressure accumulator is supplied to the fuel cell vehicle. Will be.

特開2011−132103号公報JP 2011-132103 A

上記水素ステーションでは、水素の消費量(燃料電池自動車に供給される水素量、つまり、燃料電池自動車が訪れる数)が変動するため、水素の消費量に応じて水素製造装置を停止したり、起動したりする必要がある。水素製造装置は、停止や起動を繰り返す頻度が高いと不具合が生じるおそれがあるため、水素製造装置の効率的な運転制御の開発が希求されている。   At the above hydrogen station, the hydrogen consumption (the amount of hydrogen supplied to the fuel cell vehicle, that is, the number of fuel cell vehicles visited) fluctuates, so the hydrogen production system is stopped or started according to the hydrogen consumption. It is necessary to do. Since the hydrogen production apparatus has a possibility of malfunction if the frequency of stopping and starting is high, development of efficient operation control of the hydrogen production apparatus is desired.

本発明は、水素製造装置を効率よく運転させることが可能な高圧水素製造システム、および、高圧水素製造システムの運転方法を提供することを目的としている。   An object of the present invention is to provide a high-pressure hydrogen production system capable of efficiently operating a hydrogen production apparatus and a method for operating the high-pressure hydrogen production system.

上記課題を解決するために、本発明の高圧水素製造システムは、水素を製造して出力するとともに、水素の出力を増加させる出力増加処理と、水素の出力を低下させる出力低下処理とを少なくとも遂行する水素製造装置と、前記水素製造装置から出力された水素を昇圧する圧縮機と、前記圧縮機によって昇圧された水素を貯留する第1の蓄圧器および第2の蓄圧器と、前記第1の蓄圧器の圧力が第1閾値以上になると、前記水素製造装置から出力された水素であって前記圧縮機によって昇圧された水素を前記第2の蓄圧器に貯留させ、該第1の蓄圧器の圧力が該第1閾値未満になると、該水素製造装置から出力された水素および該第2の蓄圧器に貯留された水素のいずれか一方または双方を、該圧縮機によって昇圧させて、該第1の蓄圧器に貯留させ、該第2の蓄圧器の圧力が第2閾値を上回ると、前記出力低下処理を開始させ、該第2の蓄圧器の圧力が該第2閾値より小さい値である第3閾値未満であると、該水素製造装置を制御して、前記出力増加処理を遂行させる制御部と、を備え、前記第2の蓄圧器は、停止状態から所定の出力まで水素の出力を増加させる開始処理が遂行される期間に前記第1の蓄圧器から送出される水素量の最大値と該開始処理が遂行される期間に出力される水素量との差分、および、前記停止状態に至るまで水素の出力を低下させる停止処理が遂行される期間に出力される水素量を少なくとも貯留可能な容量であり、前記第2閾値は、前記停止処理が遂行される期間に出力される水素量に基づいて設定され、前記第3閾値は、前記開始処理が遂行される期間に前記第1の蓄圧器から送出される水素量の最大値と、該開始処理が遂行される期間に出力される水素量とに基づいて設定されることを特徴とする。   In order to solve the above problems, the high-pressure hydrogen production system of the present invention produces and outputs hydrogen, and at least performs an output increase process for increasing the hydrogen output and an output decrease process for decreasing the hydrogen output. A hydrogen production apparatus, a compressor that boosts the hydrogen output from the hydrogen production apparatus, a first pressure accumulator and a second pressure accumulator that store hydrogen boosted by the compressor, and the first When the pressure of the pressure accumulator becomes equal to or higher than the first threshold value, the hydrogen output from the hydrogen production apparatus and pressurized by the compressor is stored in the second pressure accumulator, and the first pressure accumulator When the pressure becomes less than the first threshold value, one or both of hydrogen output from the hydrogen production apparatus and hydrogen stored in the second pressure accumulator is increased by the compressor, and the first To the accumulator And when the pressure of the second pressure accumulator exceeds the second threshold value, the output reduction process is started, and the pressure of the second pressure accumulator is less than the third threshold value which is smaller than the second threshold value. A control unit that controls the hydrogen production apparatus to perform the output increase process, and the second pressure accumulator performs a start process for increasing the hydrogen output from a stopped state to a predetermined output. The difference between the maximum value of the amount of hydrogen delivered from the first pressure accumulator during the period to be performed and the amount of hydrogen output during the period during which the start process is performed, and the output of hydrogen until the stop state is reached The second threshold value is set based on the amount of hydrogen output during the period during which the stop process is performed. The third threshold is equal to the start process. The maximum value of the amount of hydrogen transmitted from the first accumulator to the period, characterized in that it is set on the basis of the amount of hydrogen that is output during a period in which the start processing is performed.

また、前記制御部は、前記第2の蓄圧器の圧力が前記第2閾値を上回ると、前記水素製造装置を制御し、前記停止処理を開始させるとしてもよい。   Moreover, the said control part is good also as controlling the said hydrogen production apparatus, and starting the said stop process, if the pressure of a said 2nd pressure accumulator exceeds the said 2nd threshold value.

上記課題を解決するために、本発明の高圧水素製造システムは、水素を製造して出力するとともに、水素の出力を増加させる出力増加処理と、水素の出力を低下させる出力低下処理を少なくとも遂行する水素製造装置と、前記水素製造装置から出力された水素を昇圧する圧縮機と、前記圧縮機によって昇圧された水素を貯留する第1の蓄圧器および第2の蓄圧器と、前記第1の蓄圧器の圧力が第1閾値以上になると、前記水素製造装置から出力された水素であって前記圧縮機によって昇圧された水素を前記第2の蓄圧器に貯留させ、該第1の蓄圧器の圧力が該第1閾値未満になると、該水素製造装置から出力された水素および該第2の蓄圧器に貯留された水素のいずれか一方または双方を、該圧縮機によって昇圧させて、該第1の蓄圧器に貯留させる制御部と、を備え、前記第2の蓄圧器は、停止状態から所定の出力まで水素の出力を増加させる開始処理が遂行される期間に前記第1の蓄圧器から送出される水素量の最大値と該開始処理が遂行される期間に出力される水素量との差分、および、前記停止状態に至るまで水素の出力を低下させる停止処理が遂行される期間に出力される水素量を少なくとも貯留可能な容量であり、前記制御部は、前記第2の蓄圧器の圧力が、前記停止処理が遂行される期間に出力される水素量に基づいて設定された第2閾値を上回ると、該第2の蓄圧器の圧力に応じて該水素製造装置による水素の出力を調整することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the high-pressure hydrogen production system of the present invention produces and outputs hydrogen, and at least performs an output increase process for increasing the hydrogen output and an output decrease process for decreasing the hydrogen output. Hydrogen production apparatus, compressor for boosting the hydrogen output from the hydrogen production apparatus, first and second pressure accumulators for storing hydrogen boosted by the compressor, and the first pressure accumulation When the pressure of the reactor becomes equal to or higher than the first threshold value, the hydrogen output from the hydrogen production apparatus and pressurized by the compressor is stored in the second accumulator, and the pressure of the first accumulator Is less than the first threshold, either one or both of the hydrogen output from the hydrogen production apparatus and the hydrogen stored in the second pressure accumulator is boosted by the compressor, and the first Store in pressure accumulator And a control unit for the second pressure accumulator, the amount of hydrogen transmitted from the first accumulator during the start process of increasing the output of the hydrogen from the stop state to a predetermined output is performed The difference between the maximum value and the amount of hydrogen output during the period during which the start process is performed, and the amount of hydrogen output during the period during which the stop process for reducing the output of hydrogen until the stop state is performed are at least When the pressure of the second pressure accumulator exceeds a second threshold set based on the amount of hydrogen output during the period during which the stop process is performed, the control unit The hydrogen output by the hydrogen production apparatus is adjusted according to the pressure of the second pressure accumulator.

また、前記制御部は、前記第2の蓄圧器の圧力が、前記第2閾値より小さい第3閾値未満になると、前記水素製造装置を制御して、前記出力増加処理を遂行させるとしてもよい。 Further, the prior SL controller, the second accumulator pressure is equal to or less than the second threshold value smaller than the third threshold value, and controls the hydrogen production device may be to perform the output increasing process .

また、前記第3閾値は、停止状態から所定の出力まで水素の出力を増加させる開始処理が遂行される期間に前記第1の蓄圧器から送出される水素量の最大値と、該開始処理が遂行される期間に出力される水素量とに基づいて設定されるとしてもよい。   The third threshold value is a maximum value of the amount of hydrogen delivered from the first pressure accumulator during a period in which the start process for increasing the hydrogen output from the stop state to a predetermined output is performed, and the start process It may be set based on the amount of hydrogen output during the period to be performed.

上記課題を解決するために、本発明の高圧水素製造システムの運転方法は、水素を製造して出力するとともに、水素の出力を増加させる出力増加処理と、水素の出力を低下させる出力低下処理とを少なくとも遂行する水素製造装置と、該水素製造装置から出力された水素を昇圧する圧縮機と、該圧縮機によって昇圧された水素を貯留する第1の蓄圧器および第2の蓄圧器と、を備え、該第2の蓄圧器は、停止状態から所定の出力まで水素の出力を増加させる開始処理が遂行される期間に該第1の蓄圧器から送出される水素量の最大値と該開始処理が遂行される期間に出力される水素量との差分、および、該停止状態に至るまで水素の出力を低下させる停止処理が遂行される期間に出力される水素量を少なくとも貯留可能な容量である高圧水素製造システムの運転方法であって、前記第1の蓄圧器の圧力が第1閾値以上になったか否かを判定し、前記第1の蓄圧器の圧力が前記第1閾値以上になったと判定すると、前記水素製造装置から出力された水素であって前記圧縮機によって昇圧された水素を前記第2の蓄圧器に貯留させ、該第1の蓄圧器の圧力が該第1閾値未満になったと判定すると、該水素製造装置から出力された水素および該第2の蓄圧器に貯留された水素のいずれか一方または双方を、該圧縮機によって昇圧させて、該第1の蓄圧器に貯留させ、前記第2の蓄圧器の圧力が、前記停止処理が遂行される期間に出力される水素量に基づいて設定される第2閾値を上回ったか否かを判定し、前記第2の蓄圧器の圧力が前記第2閾値を上回ったと判定すると、前記水素製造装置を制御して、前記出力低下処理を開始させ、前記第2の蓄圧器の圧力が、前記開始処理が遂行される期間に前記第1の蓄圧器から送出される水素量の最大値と、該開始処理が遂行される期間に出力される水素量とに基づいて設定される、前記第2閾値より小さい第3の閾値未満であるか否かを判定し、前記第2の蓄圧器の圧力が前記第3閾値未満であると判定すると、前記水素製造装置を制御して、前記出力増加処理を遂行させることを特徴とする。   In order to solve the above problems, an operation method of the high-pressure hydrogen production system of the present invention is to produce and output hydrogen, increase output of hydrogen, increase output of hydrogen, and decrease of output of hydrogen. A hydrogen production apparatus that performs at least the above, a compressor that boosts the hydrogen output from the hydrogen production apparatus, and a first pressure accumulator and a second pressure accumulator that store the hydrogen boosted by the compressor, The second pressure accumulator includes a maximum value of the amount of hydrogen delivered from the first pressure accumulator during the period in which the start process for increasing the hydrogen output from the stop state to a predetermined output is performed, and the start process. The capacity to store at least the amount of hydrogen output during the period when the stop process is performed to reduce the output of hydrogen until the stop state is reached. High pressure hydrogen When the pressure of the first pressure accumulator is determined to be equal to or higher than a first threshold, and the pressure of the first pressure accumulator is determined to be equal to or higher than the first threshold. , The hydrogen output from the hydrogen production apparatus and boosted by the compressor is stored in the second pressure accumulator, and it is determined that the pressure of the first pressure accumulator is less than the first threshold value. Then, either one or both of hydrogen output from the hydrogen production device and hydrogen stored in the second pressure accumulator is boosted by the compressor and stored in the first pressure accumulator, It is determined whether or not the pressure of the second pressure accumulator exceeds a second threshold value set based on the amount of hydrogen output during the period in which the stop process is performed, and the pressure of the second pressure accumulator is When it is determined that the second threshold value is exceeded, the hydrogen production device is To control the output reduction process, the pressure of the second pressure accumulator is a maximum value of the amount of hydrogen delivered from the first pressure accumulator during the period when the start process is performed, It is determined whether or not it is less than a third threshold value that is set based on the amount of hydrogen that is output during the period in which the start process is performed, and is less than the second threshold value, and the pressure of the second pressure accumulator is If it is determined that the value is less than the third threshold value, the hydrogen production apparatus is controlled to perform the output increase process.

上記課題を解決するために、本発明の高圧水素製造システムの運転方法は、水素を製造して出力するとともに、水素の出力を増加させる出力増加処理と、水素の出力を低下させる出力低下処理を少なくとも遂行する水素製造装置と、該水素製造装置から出力された水素を昇圧する圧縮機と、該圧縮機によって昇圧された水素を貯留する第1の蓄圧器および第2の蓄圧器と、を備え、該第2の蓄圧器は、停止状態から所定の出力まで水素の出力を増加させる開始処理が遂行される期間に該第1の蓄圧器から送出される水素量の最大値と該開始処理が遂行される期間に出力される水素量との差分、および、該停止状態に至るまで水素の出力を低下させる停止処理が遂行される期間に出力される水素量を少なくとも貯留可能な容量である高圧水素製造システムの運転方法であって、前記第1の蓄圧器の圧力が第1閾値以上になったか否かを判定し、前記第1の蓄圧器の圧力が前記第1閾値以上になったと判定すると、前記水素製造装置から出力された水素であって前記圧縮機によって昇圧された水素を前記第2の蓄圧器に貯留させ、該第1の蓄圧器の圧力が該第1閾値未満になったと判定すると、該水素製造装置から出力された水素および該第2の蓄圧器に貯留された水素のいずれか一方または双方を、該圧縮機によって昇圧させて、該第1の蓄圧器に貯留させ、前記第2の蓄圧器の圧力が、前記停止処理が遂行される期間に出力される水素量に基づいて設定される第2閾値を上回ったか否かを判定し、前記第2の蓄圧器の圧力が前記第2閾値を上回ったと判定すると、該第2の蓄圧器の圧力に応じて該水素製造装置による水素の出力を調整することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the operation method of the high-pressure hydrogen production system of the present invention is to produce and output hydrogen, and to increase the output of hydrogen, and to reduce the output of hydrogen. A hydrogen production apparatus that performs at least the above, a compressor that boosts the hydrogen output from the hydrogen production apparatus, and a first pressure accumulator and a second pressure accumulator that store the hydrogen boosted by the compressor, The second pressure accumulator includes a maximum value of the amount of hydrogen delivered from the first pressure accumulator during the period in which the start process for increasing the hydrogen output from the stop state to a predetermined output is performed, and the start process. The capacity to store at least the amount of hydrogen output during the period when the stop process is performed to reduce the output of hydrogen until the stop state is reached. High pressure hydrogen When the pressure of the first pressure accumulator is determined to be equal to or higher than a first threshold, and the pressure of the first pressure accumulator is determined to be equal to or higher than the first threshold. , The hydrogen output from the hydrogen production apparatus and boosted by the compressor is stored in the second pressure accumulator, and it is determined that the pressure of the first pressure accumulator is less than the first threshold value. Then, either one or both of hydrogen output from the hydrogen production device and hydrogen stored in the second pressure accumulator is boosted by the compressor and stored in the first pressure accumulator, It is determined whether or not the pressure of the second pressure accumulator exceeds a second threshold value set based on the amount of hydrogen output during the period in which the stop process is performed, and the pressure of the second pressure accumulator is When it is determined that the second threshold value is exceeded, the second pressure accumulator And adjusting the output of hydrogen by the hydrogen producing device in accordance with the pressure.

本発明によれば、水素製造装置を効率よく運転させることが可能となる。   According to the present invention, the hydrogen production apparatus can be operated efficiently.

水素ステーションを説明するための図である。It is a figure for demonstrating a hydrogen station. 高圧水素製造システムを説明するための図である。It is a figure for demonstrating a high pressure hydrogen production system. 水素製造装置の具体的な構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the specific structure of a hydrogen production apparatus. 停止状態においても水素を製造している水素製造装置における、通常運転時、停止処理期間、および、開始処理期間の水素の出力量を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the output amount of hydrogen of the hydrogen production apparatus which is producing hydrogen also in a stop state at the time of normal operation, a stop process period, and a start process period. 停止状態において水素の製造を停止する水素製造装置における、通常運転時、停止処理期間、および、開始処理期間の水素の出力量を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the output amount of hydrogen of a hydrogen production apparatus which stops production of hydrogen in a stop state at the time of normal operation, a stop process period, and a start process period. 水素製造装置の制御基準となる可変圧蓄圧器の圧力の設定について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the setting of the pressure of the variable pressure accumulator used as the control reference | standard of a hydrogen production apparatus. 水素製造装置の制御の流れを説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the flow of control of a hydrogen production apparatus. 圧縮機の制御の流れを説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the flow of control of a compressor. バルブの制御の流れを説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the flow of control of a valve | bulb.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating the understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and elements not directly related to the present invention are not illustrated. To do.

(水素ステーション100)
図1は、水素ステーション100を説明するための図である。図1に示すように、水素ステーション100は、高圧水素製造システム110と、プレクーラー120と、ディスペンサー130とを含んで構成される。なお、図1中、水素の流れを実線の矢印で示す。
(Hydrogen station 100)
FIG. 1 is a diagram for explaining the hydrogen station 100. As shown in FIG. 1, the hydrogen station 100 includes a high-pressure hydrogen production system 110, a precooler 120, and a dispenser 130. In FIG. 1, the flow of hydrogen is indicated by solid arrows.

図1に示すように、高圧水素製造システム110は、水素を製造し、製造した水素を、例えば、82MPaに昇圧して貯留する。高圧水素製造システム110に貯留された水素は、プレクーラー120によって冷却され(例えば、−40℃)、ディスペンサー130の充填制御弁を介して、燃料電池自動車に設けられた水素タンクに供給(差圧充填)される。ここで、高圧水素製造システム110から燃料電池自動車の水素タンクへ水素が供給される際に断熱圧縮によって水素が加熱されるため、水素の温度が水素タンクの耐熱温度に達しないように、プレクーラー120が設けられている。以下、高圧水素製造システム110の具体的な構成について説明する。   As shown in FIG. 1, the high-pressure hydrogen production system 110 produces hydrogen, and the produced hydrogen is pressurized to, for example, 82 MPa and stored. The hydrogen stored in the high-pressure hydrogen production system 110 is cooled by the precooler 120 (for example, −40 ° C.) and supplied to the hydrogen tank provided in the fuel cell vehicle via the filling control valve of the dispenser 130 (differential pressure). Filled). Here, since hydrogen is heated by adiabatic compression when hydrogen is supplied from the high-pressure hydrogen production system 110 to the hydrogen tank of the fuel cell vehicle, the precooler is used so that the temperature of the hydrogen does not reach the heat resistant temperature of the hydrogen tank. 120 is provided. Hereinafter, a specific configuration of the high-pressure hydrogen production system 110 will be described.

(高圧水素製造システム110)
図2は、高圧水素製造システム110を説明するための図である。図2に示すように、高圧水素製造システム110は、水素製造装置210と、サクションタンク220と、圧縮機230と、高圧蓄圧器240(第1の蓄圧器)と、可変圧蓄圧器250(第2の蓄圧器)と、圧力測定部260と、制御部270と、バルブV1、V2、V3と、減圧弁RVとを含んで構成される。なお、図2中、水素の流れを実線で示し、信号の流れを破線の矢印で示す。
(High pressure hydrogen production system 110)
FIG. 2 is a diagram for explaining the high-pressure hydrogen production system 110. As shown in FIG. 2, the high pressure hydrogen production system 110 includes a hydrogen production apparatus 210, a suction tank 220, a compressor 230, a high pressure accumulator 240 (first accumulator), and a variable pressure accumulator 250 (first accumulator). 2 pressure accumulator), a pressure measurement unit 260, a control unit 270, valves V1, V2, and V3, and a pressure reducing valve RV. In FIG. 2, the hydrogen flow is indicated by a solid line, and the signal flow is indicated by a dashed arrow.

水素製造装置210は、例えば、都市ガス、液化石油ガス(LPG:Liquefied Petroleum Gas)等の化石燃料から純度の高い水素を製造して出力する。また、水素製造装置210を、水電解装置で構成することもできる。   The hydrogen production apparatus 210 produces and outputs high-purity hydrogen from fossil fuels such as city gas and liquefied petroleum gas (LPG). Moreover, the hydrogen production apparatus 210 can also be comprised with a water electrolysis apparatus.

水素製造装置210は、後述する制御部270による制御指令に応じて、通常運転処理、出力低下処理、出力増加処理を遂行する。ここで、通常運転処理は、所定の出力(例えば、最大出力(100%出力))で水素を製造する処理(ロードキープ)である。また、出力低下処理は、水素の出力を低下させる処理(ロードダウン)である。なお、出力低下処理のうち、特に、停止状態に至るまで水素の出力を低下させる処理、すなわち、水素の出力を所定の出力(ここでは、最小出力)まで低下させ、所定の出力に至った後に出力を停止する処理を停止処理と称する。また、出力増加処理は、水素の出力を増加させる処理(ロードアップ)である。なお、出力増加処理のうち、特に、停止状態から所定の出力(例えば、最大出力(100%出力))まで水素の出力を増加させる処理を開始処理と称する。また、停止状態は、外部に水素を出力しない状態(水素の出力停止中)を指す。   The hydrogen production apparatus 210 performs a normal operation process, an output reduction process, and an output increase process in response to a control command from the control unit 270 described later. Here, the normal operation process is a process (load keep) for producing hydrogen at a predetermined output (for example, maximum output (100% output)). The output reduction process is a process (load down) for reducing the output of hydrogen. Of the output reduction processing, in particular, a process of reducing the hydrogen output until the stop state is reached, that is, after the hydrogen output is reduced to a predetermined output (here, the minimum output) and reaches a predetermined output. Processing for stopping output is referred to as stop processing. The output increase process is a process (load up) for increasing the output of hydrogen. Of the output increase processing, in particular, processing for increasing the hydrogen output from the stop state to a predetermined output (for example, maximum output (100% output)) is referred to as start processing. The stop state refers to a state in which hydrogen is not output to the outside (hydrogen output is stopped).

サクションタンク220は、水素製造装置210と圧縮機230との間に設けられ、クッションタンクとして機能する。   The suction tank 220 is provided between the hydrogen production apparatus 210 and the compressor 230 and functions as a cushion tank.

圧縮機230は、水素製造装置210によって製造された水素(0.7MPa)を圧縮して、例えば、82MPaに昇圧する。   The compressor 230 compresses the hydrogen (0.7 MPa) produced by the hydrogen production apparatus 210 and raises the pressure to 82 MPa, for example.

高圧蓄圧器240は、圧縮機230によって昇圧された水素(82MPa)を貯留する。そして、高圧蓄圧器240に貯留された水素は、プレクーラー120によって冷却され、ディスペンサー130によって、燃料電池自動車に設けられた水素タンクに供給(充填)される(図1参照)。   The high pressure accumulator 240 stores hydrogen (82 MPa) boosted by the compressor 230. Then, the hydrogen stored in the high pressure accumulator 240 is cooled by the precooler 120 and supplied (filled) to a hydrogen tank provided in the fuel cell vehicle by the dispenser 130 (see FIG. 1).

可変圧蓄圧器250は、圧縮機230によって昇圧された水素を貯留する。また、高圧蓄圧器240の圧力が低下した場合に、可変圧蓄圧器250からサクションタンク220を経由して圧縮機230へ水素が払い出され、払い出された水素は、圧縮機230によって圧縮され、高圧蓄圧器240に送出される。なお、本実施形態において、可変圧蓄圧器250の上限圧力(最大許容圧力)は、高圧蓄圧器240の上限圧力(82MPa)と異なってもよく、例えば、40MPaとしてもよい。   The variable pressure accumulator 250 stores hydrogen boosted by the compressor 230. Further, when the pressure of the high pressure accumulator 240 decreases, hydrogen is discharged from the variable pressure accumulator 250 via the suction tank 220 to the compressor 230, and the discharged hydrogen is compressed by the compressor 230. The high pressure accumulator 240 is sent out. In the present embodiment, the upper limit pressure (maximum allowable pressure) of the variable pressure accumulator 250 may be different from the upper limit pressure (82 MPa) of the high pressure accumulator 240, for example, 40 MPa.

圧力測定部260は、サクションタンク220の圧力Psuc、高圧蓄圧器240の圧力Phpa、および、可変圧蓄圧器250の圧力Pvpaを測定する。   The pressure measuring unit 260 measures the pressure Psuc of the suction tank 220, the pressure Phpa of the high pressure accumulator 240, and the pressure Pvpa of the variable pressure accumulator 250.

制御部270は、CPU(中央処理装置)を含む半導体集積回路で構成され、ROMからCPU自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出し、ワークエリアとしてのRAMや他の電子回路と協働して高圧水素製造システム110全体を管理および制御する。   The control unit 270 is composed of a semiconductor integrated circuit including a CPU (central processing unit), reads programs and parameters for operating the CPU itself from the ROM, and cooperates with the RAM as a work area and other electronic circuits. To manage and control the entire high-pressure hydrogen production system 110.

本実施形態において制御部270は、圧縮機230を制御する。具体的に説明すると、制御部270は、圧縮機230の入口の圧力(ここでは、サクションタンク220の圧力Psuc)が目標値TGs(例えば0.55MPa)となるように圧縮機230の起動停止や圧縮容量を制御する。   In the present embodiment, the control unit 270 controls the compressor 230. More specifically, the control unit 270 starts and stops the compressor 230 so that the pressure at the inlet of the compressor 230 (here, the pressure Psuc of the suction tank 220) becomes a target value TGs (for example, 0.55 MPa). Control compression capacity.

また、制御部270は、水素製造装置210の駆動制御(出力制御)、および、バルブV1、V2、V3の開閉制御を実行する。なお、バルブV1は、圧縮機230と高圧蓄圧器240とを接続する配管に設けられ、バルブV2は、圧縮機230と高圧蓄圧器240とを接続する配管における圧縮機230とバルブV1との間から可変圧蓄圧器250に分岐された配管に設けられ、バルブV3は、可変圧蓄圧器250とサクションタンク220とを接続する配管に設けられる。なお、バルブV1、V2、V3は開閉弁で構成される。   The control unit 270 also performs drive control (output control) of the hydrogen production apparatus 210 and opening / closing control of the valves V1, V2, and V3. The valve V1 is provided in a pipe that connects the compressor 230 and the high-pressure accumulator 240, and the valve V2 is between the compressor 230 and the valve V1 in the pipe that connects the compressor 230 and the high-pressure accumulator 240. The valve V3 is provided in a pipe that connects the variable pressure accumulator 250 and the suction tank 220 to the variable pressure accumulator 250. The valves V1, V2, and V3 are constituted by on-off valves.

また、バルブV3とサクションタンク220とを接続する配管には、減圧弁RVが設けられる。なお、減圧弁RVは、可変圧蓄圧器250とバルブV3とを接続する配管に設けてもよい。減圧弁RVの設定圧力は、サクションタンク220の目標値TGsよりも高い圧力とし、例えば0.6MPaとする。かかる水素製造装置210の駆動制御、圧縮機230の駆動制御、および、バルブV1、V2、V3の開閉制御に関しては後述する高圧水素製造システム110の運転方法において詳述する。   Further, a pressure reducing valve RV is provided in a pipe connecting the valve V3 and the suction tank 220. The pressure reducing valve RV may be provided in a pipe connecting the variable pressure accumulator 250 and the valve V3. The set pressure of the pressure reducing valve RV is higher than the target value TGs of the suction tank 220, for example, 0.6 MPa. The drive control of the hydrogen production apparatus 210, the drive control of the compressor 230, and the opening / closing control of the valves V1, V2, and V3 will be described in detail in the operation method of the high-pressure hydrogen production system 110 described later.

(高圧蓄圧器240および可変圧蓄圧器250の容量の設計)
続いて、高圧蓄圧器240および可変圧蓄圧器250の容量の設計について説明する。ここでは、まず、上記水素製造装置210の具体的な構成、および、水素製造装置210の水素出力量について説明し、次に、高圧水素製造システム110における高圧蓄圧器240および可変圧蓄圧器250の容量の設計について説明する。
(Design of capacity of high pressure accumulator 240 and variable pressure accumulator 250)
Next, the design of the capacities of the high pressure accumulator 240 and the variable pressure accumulator 250 will be described. Here, first, a specific configuration of the hydrogen production apparatus 210 and a hydrogen output amount of the hydrogen production apparatus 210 will be described. Next, the high pressure accumulator 240 and the variable pressure accumulator 250 in the high pressure hydrogen production system 110 will be described. The capacity design will be described.

(1.水素製造装置210の具体的な構成)
図3は、水素製造装置210の具体的な構成を説明するための図である。図3(a)に示すように、水素製造装置210は、反応器212と、反応器212を所定の温度(例えば、800℃)に維持する加熱炉214と、反応器212において生成された混合ガスから水素を精製する精製器216とを含んで構成される。
(1. Specific configuration of the hydrogen production apparatus 210)
FIG. 3 is a diagram for explaining a specific configuration of the hydrogen production apparatus 210. As shown in FIG. 3 (a), the hydrogen production apparatus 210 includes a reactor 212, a heating furnace 214 that maintains the reactor 212 at a predetermined temperature (for example, 800 ° C.), and the mixing generated in the reactor 212. And a purifier 216 for purifying hydrogen from the gas.

反応器212は、例えば、都市ガス、液化石油ガス等の化石燃料および水蒸気(以下、化石燃料および水蒸気を「原料ガス」と称する。)を触媒反応させて水素を含む混合ガスを生成する水蒸気改質容器と、当該混合ガス中の一酸化炭素と水蒸気を反応させて水素を生成するシフト反応容器とを含んで構成される。精製器216は、反応器212によって生成された、水素を含む混合ガスから水素を精製する水素分離膜や、圧力スイング吸着装置(PSA:Pressure Swing Adsorption)を含んで構成される。水素製造装置210によって製造される水素(精製器216から出力される水素)の圧力は、例えば、0.7MPaである。   The reactor 212 is, for example, a steam reformer that generates a mixed gas containing hydrogen by catalyzing a fossil fuel such as city gas or liquefied petroleum gas and steam (hereinafter, fossil fuel and steam are referred to as “raw gas”). And a shift reaction vessel for generating hydrogen by reacting carbon monoxide and water vapor in the mixed gas. The purifier 216 includes a hydrogen separation membrane that purifies hydrogen from a mixed gas containing hydrogen generated by the reactor 212 and a pressure swing adsorption device (PSA). The pressure of hydrogen produced by the hydrogen production apparatus 210 (hydrogen output from the purifier 216) is, for example, 0.7 MPa.

水素製造装置210は、通常運転処理を遂行している期間(最大出力(100%出力)での運転時)のみならず、出力低下処理を遂行している期間(停止処理を遂行している期間を含む)、および、出力増加処理を遂行している期間(開始処理を遂行している期間を含む)においても水素を製造している。以下、通常運転処理を遂行している期間を「通常運転時」、出力低下処理を遂行している期間を「出力低下処理期間」、停止処理を遂行している期間を「停止処理期間」、出力増加処理を遂行している期間を「出力増加処理期間」、開始処理を遂行している期間を「開始処理期間」と称する。   The hydrogen production apparatus 210 performs not only the period during which normal operation processing is performed (during operation at the maximum output (100% output)) but also the period during which output reduction processing is performed (period during which stop processing is performed). And during the period during which the power increase process is performed (including the period during which the start process is performed), hydrogen is also produced. Hereinafter, the period during which normal operation processing is performed is `` during normal operation '', the period during which output reduction processing is performed is `` output reduction processing period '', the period during which stop processing is performed is `` stop processing period '', A period in which the output increase process is performed is referred to as an “output increase process period”, and a period in which the start process is performed is referred to as a “start process period”.

水素製造装置210は、停止状態においても水素を製造するタイプ(以下、「水素製造装置210A」と称する。)と、停止状態において水素の製造を停止するタイプ(以下、「水素製造装置210B」と称する。)とに大別される。以下、図3(b)、(c)を用いて、停止状態における水素製造装置210A、210Bの動作について説明する。   The hydrogen production apparatus 210 includes a type that produces hydrogen even in a stopped state (hereinafter referred to as “hydrogen production apparatus 210A”) and a type that stops production of hydrogen in a stopped state (hereinafter referred to as “hydrogen production apparatus 210B”). ). Hereinafter, the operation of the hydrogen production apparatuses 210A and 210B in the stopped state will be described with reference to FIGS.

図3(b)に示すように、水素製造装置210Aは、停止状態においても原料ガスが反応器212に供給され、水素を含む混合ガスが製造される。そして、水素製造装置210Aは、停止状態において、精製器216によって精製された水素を、加熱炉214に導入して反応器212を加熱するための燃料として利用したり、精製器216によって精製せずに、そのまま加熱炉214に導入したりする。このため、水素製造装置210Aでは、停止状態において水素の出力量はゼロとなるものの、水素の製造は継続しているため、開始処理の指令を受けると、直ちに定格の純度の水素を出力することができる。   As shown in FIG. 3B, in the hydrogen production apparatus 210A, the raw material gas is supplied to the reactor 212 even in the stopped state, and a mixed gas containing hydrogen is produced. In the stopped state, the hydrogen production apparatus 210A uses the hydrogen purified by the purifier 216 as fuel for heating the reactor 212 by introducing it into the heating furnace 214, or does not purify it by the purifier 216. In addition, it is introduced into the heating furnace 214 as it is. For this reason, in the hydrogen production apparatus 210A, although the hydrogen output amount is zero in the stop state, the hydrogen production is continued, so that when the start processing command is received, the hydrogen of the rated purity is output immediately. Can do.

一方、水素製造装置210Bは、停止状態では、原料ガスの反応器212への供給を停止し、水素の製造および出力を停止する装置である。水素製造装置210Bの場合、停止状態(原料供給を停止した状態)で開始処理の指令を受けても直ちに水素を出力することはできない。より詳細に説明すると、水素製造装置210Bが停止処理の指令を受けると、水素の出力を徐々に低下させ、最小出力(例えば最大出力の30%)に至った後に、原料ガスの反応器212への供給を停止し、水素の製造および出力を停止する。この際、装置内に残った水分を水素でパージした後に、装置内に残った水素等を装置内に循環しておく例がある。なお、水分をパージしない場合もある。この状態を図3(c)に示す。図3(c)の状態から開始処理の指令を受けた場合、水素の循環を停止し、原料ガスを導入し、水素製造装置210B内の反応器212および精製器216の運転状態(温度、圧力など)を安定させる動作を行った後、水素の最小出力状態に移行する。このように水素製造装置210Bは、図3(c)の状態から水素を出力するまで所定の時間(例えば90分)が必要となる。   On the other hand, the hydrogen production apparatus 210B is an apparatus that, in a stopped state, stops the supply of the source gas to the reactor 212 and stops the production and output of hydrogen. In the case of the hydrogen production apparatus 210B, hydrogen cannot be output immediately even if a start processing command is received in a stopped state (a state where the raw material supply is stopped). More specifically, when the hydrogen production apparatus 210B receives a stop processing command, the hydrogen output is gradually reduced to reach a minimum output (for example, 30% of the maximum output), and then to the source gas reactor 212. The production and output of hydrogen are stopped. At this time, there is an example in which the hydrogen remaining in the apparatus is circulated in the apparatus after the moisture remaining in the apparatus is purged with hydrogen. In some cases, moisture is not purged. This state is shown in FIG. When the start processing command is received from the state of FIG. 3C, the circulation of hydrogen is stopped, the raw material gas is introduced, and the operating state (temperature, pressure) of the reactor 212 and the purifier 216 in the hydrogen production apparatus 210B. Etc.) and then move to the minimum hydrogen output state. As described above, the hydrogen production apparatus 210B requires a predetermined time (for example, 90 minutes) until hydrogen is output from the state of FIG.

(2.水素製造装置210A、210Bにおける、通常運転時、停止処理期間、および、開始処理期間の水素出力量)
水素製造装置210(210A、210B)は、通常運転時(最大出力(100%出力)での運転時)のみならず、停止処理期間、および、開始処理期間においても水素を製造している。
(2. Hydrogen output amount during normal operation, stop processing period, and start processing period in hydrogen production apparatuses 210A and 210B)
The hydrogen production apparatus 210 (210A, 210B) produces hydrogen not only during normal operation (during operation at the maximum output (100% output)) but also during the stop process period and the start process period.

図4は、停止状態においても水素を製造している水素製造装置210Aにおける、通常運転時(出力100%運転時)、停止処理期間、および、開始処理期間の水素の出力量を説明するための図であり、図5は、停止状態において水素の製造を停止する水素製造装置210Bにおける、通常運転時(出力100%運転時)、停止処理期間、および、開始処理期間の水素の出力量を説明するための図である。なお、図4(a)、図5(a)は、出力100%運転時の水素の出力量を説明するための図であり、図4(b)、図5(b)は、停止処理期間の水素の出力量を説明するための図であり、図4(c)、図5(c)は、開始処理期間の水素の出力量を説明するための図である。   FIG. 4 is a diagram for explaining the hydrogen output amount during normal operation (output 100% operation), stop process period, and start process period in hydrogen production apparatus 210A that produces hydrogen even in a stopped state. FIG. 5 is a diagram illustrating the hydrogen output amount during normal operation (output 100% operation), stop process period, and start process period in the hydrogen production apparatus 210B that stops production of hydrogen in the stopped state. It is a figure for doing. 4 (a) and 5 (a) are diagrams for explaining the hydrogen output amount at the time of 100% output operation, and FIGS. 4 (b) and 5 (b) show the stop processing period. FIG. 4C and FIG. 5C are diagrams for explaining the hydrogen output amount in the start processing period.

水素製造装置210A、210Bが出力100%で運転する場合(通常運転時)、例えば、300Nm/hで水素を製造して出力するとする。そうすると、図4(a)、図5(a)に示すように、出力100%で運転している際に、水素製造装置210A、210Bは、常時300Nm/hで水素を製造して出力することになる。 When the hydrogen production apparatuses 210A and 210B are operated at an output of 100% (normal operation), for example, it is assumed that hydrogen is produced and output at 300 Nm 3 / h. Then, as shown in FIGS. 4A and 5A, when operating at an output of 100%, the hydrogen production apparatuses 210A and 210B always produce and output hydrogen at 300 Nm 3 / h. It will be.

ここで、燃料電池自動車への水素の平均供給量(水素製造装置210A、210Bによって供給可能な水素量の平均)について説明すると、燃料電池自動車への水素の平均供給量(Nm/h)は、水素製造装置210A、210Bによる水素の出力能力(Nm/h)に依存する。すなわち、本実施形態にかかる水素ステーション100では、300Nm/hで燃料電池自動車に水素を供給することが可能となる。 Here, the average supply amount of hydrogen to the fuel cell vehicle (the average amount of hydrogen that can be supplied by the hydrogen production apparatuses 210A and 210B) will be described. The average supply amount of hydrogen to the fuel cell vehicle (Nm 3 / h) is , Depending on the hydrogen output capacity (Nm 3 / h) by the hydrogen production apparatuses 210A and 210B. That is, the hydrogen station 100 according to the present embodiment can supply hydrogen to the fuel cell vehicle at 300 Nm 3 / h.

しかし、燃料電池自動車は必ずしも定期的に水素ステーション100に訪れる訳ではないため、水素製造装置210A、210Bによる水素の出力量を調整する必要がある。   However, since the fuel cell vehicle does not necessarily visit the hydrogen station 100 on a regular basis, it is necessary to adjust the amount of hydrogen output from the hydrogen production apparatuses 210A and 210B.

具体的に説明すると、水素ステーション100に訪れる燃料電池自動車の数が少ない期間、すなわち、燃料電池自動車への水素の供給量が水素製造装置210A、210Bの水素の出力量よりも少ない期間において、水素製造装置210A、210Bが出力100%で運転していると、高圧蓄圧器240、可変圧蓄圧器250において水素を貯留しきれなくなる。そこで、制御部270は、高圧蓄圧器240、および、可変圧蓄圧器250において水素を貯留しきれなくなりそうになると、水素製造装置210を制御して停止処理を開始させる。一方、水素製造装置210が停止状態になってから水素ステーション100に燃料電池自動車が多数訪れ、燃料電池自動車に供給するための水素が足りなくなりそうになり、水素製造装置210が停止状態であると、制御部270は、水素製造装置210を制御して開始処理を開始させる。以下、水素製造装置210A、210Bの停止処理期間の水素の出力量、および、開始処理期間の水素の出力量について説明する。   Specifically, in a period in which the number of fuel cell vehicles visiting the hydrogen station 100 is small, that is, in a period in which the amount of hydrogen supplied to the fuel cell vehicles is less than the hydrogen output amount of the hydrogen production apparatuses 210A and 210B. When the manufacturing apparatuses 210A and 210B are operating at an output of 100%, the high pressure accumulator 240 and the variable pressure accumulator 250 cannot store hydrogen. Therefore, when the high pressure accumulator 240 and the variable pressure accumulator 250 are unable to store hydrogen, the control unit 270 controls the hydrogen production apparatus 210 to start the stop process. On the other hand, when the hydrogen production apparatus 210 is stopped, a large number of fuel cell vehicles visit the hydrogen station 100, and it is likely that there is not enough hydrogen to be supplied to the fuel cell vehicle, and the hydrogen production apparatus 210 is in a stopped state. The control unit 270 controls the hydrogen production apparatus 210 to start the start process. Hereinafter, the hydrogen output amount during the stop processing period of the hydrogen production apparatuses 210A and 210B and the hydrogen output amount during the start processing period will be described.

水素製造装置210Aは、停止処理を遂行する場合、図4(b)に示すように、水素の出力を300Nm/hから徐々に下げていき、最終的に、例えば、90Nm/hとして停止状態に移行することとなる。ここでは、停止処理に1時間を要するものとする。 When performing the stop process, the hydrogen production apparatus 210A gradually decreases the hydrogen output from 300 Nm 3 / h as shown in FIG. 4B, and finally stops at, for example, 90 Nm 3 / h. It will shift to the state. Here, it is assumed that the stop process requires one hour.

なお、上述したように、水素製造装置210Aは、停止状態(アイドリング状態)であっても、定格の純度の水素を負荷30%(90Nm/h)で常時製造しており、停止状態においては、水素製造装置210A自体が製造した水素を燃焼させて消費している。つまり、水素製造装置210Aの停止状態においては、水素の出力はない(ゼロである)が、実際には、90Nm/hで水素を製造していることとなる。したがって、停止処理を開始してから1時間経過(停止状態に移行)すると、水素の出力は、90Nm/hから0Nm/hになる。 As described above, the hydrogen production apparatus 210A always produces hydrogen with a rated purity of 30% (90 Nm 3 / h) even in a stopped state (idling state). The hydrogen produced by the hydrogen producing apparatus 210A itself is burned and consumed. That is, in the stop state of the hydrogen production apparatus 210A, there is no hydrogen output (zero), but in reality, hydrogen is produced at 90 Nm 3 / h. Accordingly, 1 hour elapsed from the start of the stop process (transition to the stopped state), the output of hydrogen consists of 90 Nm 3 / h to 0 Nm 3 / h.

このように、水素製造装置210Aでは、停止処理期間においても水素が出力されることとなる。図4(b)に示す例において、水素製造装置210Aによって停止処理期間に製造、出力される水素量、すなわち、停止処理期間において余剰する水素量A(図4(b)中、ハッチングで示す。)は、(300Nm/h+90Nm/h)/2×1h=195Nmとなる。以下、理解を容易にするために、停止処理期間において余剰する水素量Aを、単に、「余剰分A」と称することとする。 Thus, in the hydrogen production apparatus 210A, hydrogen is output even during the stop processing period. In the example shown in FIG. 4B, the amount of hydrogen produced and output by the hydrogen production apparatus 210A during the stop processing period, that is, the surplus hydrogen amount A during the stop processing period (indicated by hatching in FIG. 4B). ) becomes (300Nm 3 / h + 90Nm 3 / h) / 2 × 1h = 195Nm 3. Hereinafter, in order to facilitate understanding, the surplus hydrogen amount A during the stop process period is simply referred to as “surplus A”.

水素製造装置210Aの開始処理について説明すると、上述したように、水素製造装置210Aは、停止状態(アイドリング状態)であっても、定格の純度の水素を負荷30%(90Nm/h)で常時製造している。したがって、水素製造装置210Aの停止状態から開始処理を開始すると、水素製造装置210A自体での水素の燃焼を停止し、直ちに、90Nm/hで水素の出力を開始することとなる。 The start process of the hydrogen production apparatus 210A will be described. As described above, the hydrogen production apparatus 210A always supplies hydrogen with a rated purity at a load of 30% (90 Nm 3 / h) even in a stopped state (idling state). Manufacture. Therefore, when the start process is started from the stop state of the hydrogen production apparatus 210A, the hydrogen production apparatus 210A itself stops the combustion of hydrogen and immediately starts outputting hydrogen at 90 Nm 3 / h.

水素製造装置210Aは、開始処理を遂行する場合、図4(c)に示すように、水素の出力を90Nm/hから徐々に上げていき、最終的に300Nm/hとして出力100%の運転に移行することとなる。ここでは、開始処理に1時間を要するものとする。 When performing the start process, the hydrogen production apparatus 210A gradually increases the hydrogen output from 90 Nm 3 / h as shown in FIG. 4 (c), and finally reaches 300 Nm 3 / h and outputs 100%. It will shift to driving. Here, it is assumed that one hour is required for the start processing.

このように、開始処理期間において水素が出力されることになるが、出力100%の運転と比較して、単位時間当たりの出力量が少ない。このため、当該水素ステーション100における最大供給能力(300Nm/h)での水素供給が必要となる場合に、開始処理期間において水素製造装置210によって製造された水素をすべて供給するとしても、水素が不足してしまう。 As described above, hydrogen is output during the start processing period, but the output amount per unit time is small as compared with the operation of 100% output. For this reason, when it is necessary to supply hydrogen at the maximum supply capacity (300 Nm 3 / h) in the hydrogen station 100, even if all the hydrogen produced by the hydrogen production apparatus 210 is supplied during the start processing period, It will be insufficient.

図4(c)に示す例において、水素製造装置210Aによって開始処理期間に製造、出力される水素量と、開始処理期間において燃料電池自動車に供給される最大の水素量(開始処理期間中に高圧蓄圧器240から送出される水素量の最大値)との差分、すなわち、開始処理期間において不足する水素量B(図4(c)中、クロスハッチングで示す。)は、{300Nm/h−(300Nm/h+90Nm/h)/2}×1h=105Nmとなる。以下、理解を容易にするために、開始処理期間において不足する水素量Bを、単に、「不足分B」と称することとする。 In the example shown in FIG. 4C, the amount of hydrogen produced and output by the hydrogen production apparatus 210A during the start processing period and the maximum amount of hydrogen supplied to the fuel cell vehicle during the start processing period (high pressure during the start processing period). The difference from the maximum hydrogen amount delivered from the pressure accumulator 240, that is, the hydrogen amount B deficient in the start processing period (indicated by cross-hatching in FIG. 4C) is {300 Nm 3 / h− a (300Nm 3 / h + 90Nm 3 / h) / 2} × 1h = 105Nm 3. Hereinafter, in order to facilitate understanding, the amount of hydrogen B deficient in the start processing period is simply referred to as “insufficient B”.

一方、水素製造装置210Bは、停止処理を遂行する場合、図5(b)に示すように、水素の出力を300Nm/hから徐々に下げていき、最終的に、例えば、90Nm/hとなってから停止状態(ホットスタンバイ状態)に移行することとなる。ここでは、停止処理に1時間を要するものとする。 On the other hand, when performing the stop process, the hydrogen production apparatus 210B gradually decreases the hydrogen output from 300 Nm 3 / h as shown in FIG. 5B, and finally, for example, 90 Nm 3 / h. After that, the system shifts to a stopped state (hot standby state). Here, it is assumed that the stop process requires one hour.

なお、上述したように、水素製造装置210Bは、停止状態(ホットスタンバイ状態)に移行してから所定時間は、反応器212に循環させるための水素を所定量製造するものの、停止状態に移行すると、水素の出力を停止する。したがって、停止処理を遂行すると水素の出力は、90Nm/hから0Nm/hになり、1時間経過すると停止状態に移行する。なお、水素製造装置210Bは、停止状態に移行してから所定時間が終了すると、すなわち、循環用の水素の製造が完了すると、水素の製造を停止し、所定量の水素を反応器212に循環させて、反応器212の温度を維持する。 As described above, the hydrogen production apparatus 210B produces a predetermined amount of hydrogen to be circulated to the reactor 212 for a predetermined time after shifting to the stopped state (hot standby state), but shifts to the stopped state. , Stop hydrogen output. Accordingly, the output of hydrogen and performing a stop process consists 90 Nm 3 / h to 0 Nm 3 / h, the process proceeds to the stop state and passes 1 hour. The hydrogen production apparatus 210B stops the production of hydrogen when a predetermined time has elapsed after shifting to the stop state, that is, when the production of hydrogen for circulation is completed, and circulates a predetermined amount of hydrogen to the reactor 212. To maintain the temperature of reactor 212.

水素製造装置210Aと同様に、水素製造装置210Bでも、停止処理期間においても水素が出力されることとなる。図5(b)に示す例において、水素製造装置210Bによって停止処理期間中に出力される水素量、すなわち、余剰分A(図5(b)中、ハッチングで示す。)は、(300Nm/h+90Nm/h)/2×1h=195Nmとなる。 Similarly to the hydrogen production apparatus 210A, the hydrogen production apparatus 210B also outputs hydrogen during the stop processing period. In the example shown in FIG. 5B, the amount of hydrogen output by the hydrogen production apparatus 210B during the stop processing period, that is, the surplus A (indicated by hatching in FIG. 5B) is (300 Nm 3 / the h + 90Nm 3 / h) / 2 × 1h = 195Nm 3.

水素製造装置210Bの開始処理について説明すると、上述したように、水素製造装置210Bは、停止状態(ホットスタンバイ状態)において、水素の製造を停止しているため、図5(c)に示すように、停止状態から開始処理を開始しても、所定時間(ここでは、1.5時間)が経過するまでは、定格の純度の水素を出力できない。したがって、開始処理を開始して所定時間が経過するまでは、水素の出力がゼロであるが、所定時間が経過すると、出力90Nm/hで水素の出力を開始することが可能となる。その後、水素製造装置210Bは、水素の出力を90Nm/hから徐々に上げていき、最終的に300Nm/hとして出力100%の運転に移行することとなる。なお、ここでは、開始処理に2.5時間を要するものとする。 The start process of the hydrogen production apparatus 210B will be described. As described above, since the hydrogen production apparatus 210B has stopped producing hydrogen in the stopped state (hot standby state), as shown in FIG. Even if the start process is started from the stopped state, hydrogen having a rated purity cannot be output until a predetermined time (here, 1.5 hours) elapses. Therefore, the hydrogen output is zero until the predetermined time has elapsed after the start process is started. However, when the predetermined time has elapsed, the hydrogen output can be started at an output of 90 Nm 3 / h. Thereafter, the hydrogen production apparatus 210B gradually increases the hydrogen output from 90 Nm 3 / h, and finally shifts to an operation of 100% output at 300 Nm 3 / h. Here, it is assumed that the start process requires 2.5 hours.

このように、水素製造装置210Aと同様に、水素製造装置210Bでも、開始処理期間において水素が出力されることになるが、出力100%の運転と比較して、単位時間当たりの出力量が少なく、水素ステーション100における最大供給能力(300Nm/h)での水素供給が必要となる場合に、水素が不足してしまう。 As described above, similarly to the hydrogen production apparatus 210A, the hydrogen production apparatus 210B outputs hydrogen during the start processing period, but the output amount per unit time is small compared to the operation of 100% output. When the hydrogen supply at the maximum supply capacity (300 Nm 3 / h) in the hydrogen station 100 is required, the hydrogen becomes insufficient.

図5(c)に示す例において、水素製造装置210Bによって開始処理期間に出力される水素量と、開始処理期間において燃料電池自動車に供給される最大の水素量との差分、すなわち、不足分B(図5(c)中、クロスハッチングで示す。)は、300Nm/h×2.5h−{(300Nm/h+90Nm/h)/2×1h}=555Nmとなる。 In the example shown in FIG. 5C, the difference between the amount of hydrogen output by the hydrogen production apparatus 210B during the start processing period and the maximum amount of hydrogen supplied to the fuel cell vehicle during the start processing period, that is, the shortage B (in FIG. 5 (c), the shown by cross-hatching.) becomes 300Nm 3 /h×2.5h-{(300Nm 3 / h + 90Nm 3 / h) / 2 × 1h} = 555Nm 3.

以上を纏めると、余剰分Aは、水素製造装置210A、210Bとも195Nmとなる。また、不足分Bは、水素製造装置210Aでは105Nmとなり、水素製造装置210Bでは555Nmとなる。 In summary, the surplus A is 195 Nm 3 in both the hydrogen production apparatuses 210A and 210B. Also, the shortage B is a hydrogen production apparatus 210A in 105 Nm 3 next, 555 nm 3 In the hydrogen production apparatus 210B.

(3.本実施形態にかかる高圧水素製造システム110における高圧蓄圧器240および可変圧蓄圧器250の容量の設計)
余剰分Aを廃棄することなく、かつ、不足分Bを補うべく、本実施形態では、不足分Bおよび余剰分Aの双方を可変圧蓄圧器250で貯留し、可変圧蓄圧器250に貯留された水素の量(圧力)に基づいて、水素製造装置210を制御して停止処理や開始処理を遂行させることとする。
(3. Design of capacity of high-pressure accumulator 240 and variable-pressure accumulator 250 in high-pressure hydrogen production system 110 according to the present embodiment)
In this embodiment, both the shortage B and the surplus A are stored in the variable pressure accumulator 250 and stored in the variable pressure accumulator 250 in order to make up for the shortage B without discarding the surplus A. Based on the amount (pressure) of hydrogen, the hydrogen production apparatus 210 is controlled to perform stop processing and start processing.

図6は、水素製造装置210の制御基準となる可変圧蓄圧器250の圧力の設定について説明するための図である。本実施形態では、不足分Bおよび余剰分Aの双方を可変圧蓄圧器250で貯留するため、図6に示すように、可変圧蓄圧器250の容量(上限圧力Qmax−下限圧力Qmin)は、不足分Bと余剰分Aとの合計にバッファ分αを加算した量となる。ここで、バッファ分αは、例えば、700Nm程度(燃料電池自動車12〜15台分を満充填できる程度)である。 FIG. 6 is a diagram for explaining the setting of the pressure of the variable pressure accumulator 250 that is a control reference of the hydrogen production apparatus 210. In this embodiment, since both the shortage B and the surplus A are stored in the variable pressure accumulator 250, the capacity of the variable pressure accumulator 250 (upper limit pressure Qmax−lower limit pressure Qmin) is as shown in FIG. This is an amount obtained by adding the buffer amount α to the sum of the shortage B and the surplus A. Here, the buffer amount α is, for example, about 700 Nm 3 (about 12 to 15 fuel cell vehicles can be fully filled).

燃料電池自動車への水素の供給に伴い、可変圧蓄圧器250から圧縮機230(サクションタンク220)へ水素が供給されると、可変圧蓄圧器250に貯留された水素が減少する。そして、可変圧蓄圧器250内に不足分Bしか残っていない状態になり、水素製造装置210が停止状態であると、水素製造装置210において開始処理を開始する必要がある。そこで、制御部270は、可変圧蓄圧器250の圧力が、下限圧力Qminに不足分Bを加算した圧力PthB未満になったときに、水素製造装置210を制御して開始処理を開始させることとする。   When hydrogen is supplied from the variable pressure accumulator 250 to the compressor 230 (suction tank 220) with the supply of hydrogen to the fuel cell vehicle, the hydrogen stored in the variable pressure accumulator 250 decreases. When the insufficient pressure B remains in the variable pressure accumulator 250 and the hydrogen production apparatus 210 is in a stopped state, the hydrogen production apparatus 210 needs to start a start process. Therefore, when the pressure of the variable pressure accumulator 250 becomes less than the pressure PthB obtained by adding the shortage B to the lower limit pressure Qmin, the control unit 270 controls the hydrogen production apparatus 210 to start the start process. To do.

一方、燃料電池自動車への水素の供給がなく、水素製造装置210から可変圧蓄圧器250へ水素が供給されると、可変圧蓄圧器250に貯留される水素量が増加する。そして、上限圧力Qmaxから余剰分Aを減じた圧力PthAを上回ると、水素製造装置210において停止処理を開始する必要がある。そこで、制御部270は、可変圧蓄圧器250の圧力が、圧力PthAに相当する圧力を上回ったときに、水素製造装置210を制御して停止処理を開始させることとする。   On the other hand, when hydrogen is not supplied to the fuel cell vehicle and hydrogen is supplied from the hydrogen production apparatus 210 to the variable pressure accumulator 250, the amount of hydrogen stored in the variable pressure accumulator 250 increases. When the pressure PthA obtained by subtracting the surplus A from the upper limit pressure Qmax is exceeded, the hydrogen production apparatus 210 needs to start a stop process. Therefore, when the pressure of the variable pressure accumulator 250 exceeds the pressure corresponding to the pressure PthA, the control unit 270 controls the hydrogen production apparatus 210 to start the stop process.

このように、水素製造装置210による停止処理の制御基準となる可変圧蓄圧器250の圧力(第2閾値、以下、「停止圧力PthA」と称する。)は、上限圧力Qmaxから余剰分Aに相当する圧力を減じた圧力となり、開始処理の制御基準となる可変圧蓄圧器250の圧力(第3閾値、以下、「開始圧力PthB」と称する。)は、不足分Bに相当する圧力となる。つまり、開始圧力PthBは、停止圧力PthAより小さい値であり、停止圧力PthAは、可変圧蓄圧器250の最大容量と、余剰分A(停止処理期間において出力される水素量)とに基づいて設定され、開始圧力PthBは、不足分B(開始処理期間において出力される水素量と、開始処理期間において高圧蓄圧器240および可変圧蓄圧器250のいずれか一方または双方から送出される水素量の最大値との差分)に基づいて設定される。   As described above, the pressure of the variable pressure accumulator 250 (second threshold, hereinafter referred to as “stop pressure PthA”), which is a control reference for the stop process by the hydrogen production apparatus 210, corresponds to the surplus A from the upper limit pressure Qmax. The pressure of the variable pressure accumulator 250 (the third threshold, hereinafter referred to as “starting pressure PthB”), which serves as a control reference for the starting process, is a pressure corresponding to the shortage B. That is, the start pressure PthB is smaller than the stop pressure PthA, and the stop pressure PthA is set based on the maximum capacity of the variable pressure accumulator 250 and the surplus A (amount of hydrogen output in the stop processing period). The start pressure PthB is the shortage B (the hydrogen amount output during the start process period and the maximum amount of hydrogen delivered from one or both of the high pressure accumulator 240 and the variable pressure accumulator 250 during the start process period). (Difference with value).

続いて、高圧蓄圧器240の容量の設計について説明すると、上述したように、可変圧蓄圧器250において、不足分Bおよび余剰分Aの双方を貯留可能なように可変圧蓄圧器250の容量を設計する。このため、水素製造装置210Aを採用した場合であっても、水素製造装置210Bを採用した場合であっても、高圧蓄圧器240は、燃料電池自動車1台分を満充填するための水素量を貯留すればよい。したがって、高圧蓄圧器240の容量は、少なくとも燃料電池自動車1台分を満充填するための水素量(例えば、56Nm)があればよいこととなる。 Subsequently, the design of the capacity of the high pressure accumulator 240 will be described. As described above, the variable pressure accumulator 250 has the capacity of the variable pressure accumulator 250 so that both the shortage B and the surplus A can be stored. design. Therefore, regardless of whether the hydrogen production apparatus 210A or the hydrogen production apparatus 210B is employed, the high pressure accumulator 240 uses the amount of hydrogen for fully filling one fuel cell vehicle. It only has to be stored. Therefore, the capacity of the high-pressure accumulator 240 is sufficient if it has at least a hydrogen amount (for example, 56 Nm 3 ) for fully filling one fuel cell vehicle.

(高圧水素製造システム110の運転方法)
続いて、上記高圧水素製造システム110の運転方法について説明する。図7は、水素製造装置210の制御の流れを説明するためのフローチャートであり、図8は、圧縮機230の制御の流れを説明するためのフローチャートであり、図9は、バルブV1、V2、V3の制御の流れを説明するためのフローチャートである。
(Operation method of high-pressure hydrogen production system 110)
Subsequently, an operation method of the high-pressure hydrogen production system 110 will be described. FIG. 7 is a flowchart for explaining the control flow of the hydrogen production apparatus 210, FIG. 8 is a flowchart for explaining the control flow of the compressor 230, and FIG. 9 shows the valves V1, V2, It is a flowchart for demonstrating the flow of control of V3.

(水素製造装置210の駆動制御)
図7に示すように、制御部270は、圧力測定部260によって測定された可変圧蓄圧器250の圧力Pvpaが停止圧力PthA(第2閾値)を上回るか否かを判定する(S110)。可変圧蓄圧器250の圧力Pvpaが停止圧力PthAを上回ると判定すると(S110におけるYES)、制御部270は、水素製造装置210を制御して、停止処理を開始させる(S112)。なお、既に停止処理が開始されている場合には、停止処理の遂行を維持する(出力低下処理を遂行する)。
(Drive control of hydrogen production apparatus 210)
As shown in FIG. 7, the control unit 270 determines whether or not the pressure Pvpa of the variable pressure accumulator 250 measured by the pressure measurement unit 260 exceeds the stop pressure PthA (second threshold) (S110). When it is determined that the pressure Pvpa of the variable pressure accumulator 250 exceeds the stop pressure PthA (YES in S110), the control unit 270 controls the hydrogen production apparatus 210 to start a stop process (S112). If the stop process has already been started, the stop process is maintained (output reduction process is performed).

一方、可変圧蓄圧器250の圧力Pvpaが停止圧力PthA以下である場合(S110におけるNO)、制御部270は、可変圧蓄圧器250の圧力Pvpaが開始圧力PthB(第3閾値)未満であるか否かを判定する(S114)。可変圧蓄圧器250の圧力Pvpaが開始圧力PthB未満であると判定すると(S114におけるYES)、水素製造装置210を制御して、出力増加処理を開始させる(S116)。なお、既に出力増加処理が開始されている場合には、出力増加処理の遂行を維持する。また、可変圧蓄圧器250の圧力Pvpaが開始圧力PthB未満であり(S114におけるYES)、かつ、水素製造装置210が停止状態である場合、水素製造装置210を制御して、開始処理を開始させる。なお、既に開始処理が開始されている場合には、開始処理の遂行を維持する。   On the other hand, when the pressure Pvpa of the variable pressure accumulator 250 is equal to or lower than the stop pressure PthA (NO in S110), the control unit 270 determines whether the pressure Pvpa of the variable pressure accumulator 250 is less than the start pressure PthB (third threshold). It is determined whether or not (S114). If it is determined that the pressure Pvpa of the variable pressure accumulator 250 is less than the start pressure PthB (YES in S114), the hydrogen production apparatus 210 is controlled to start the output increase process (S116). If the output increase process has already been started, the execution of the output increase process is maintained. Further, when the pressure Pvpa of the variable pressure accumulator 250 is less than the start pressure PthB (YES in S114) and the hydrogen production apparatus 210 is in a stopped state, the hydrogen production apparatus 210 is controlled to start the start process. . If the start process has already been started, the start process is maintained.

可変圧蓄圧器250の圧力Pvpaが開始圧力PthB以上であると判定すると(S114におけるNO)、制御部270は、水素製造装置210が通常運転しているか、すなわち、100%出力で運転しているか否かを判定する(S118)。そして、通常運転していると判定すると(S118におけるYES)、制御部270は、現在の出力をキープ(維持)する(S120)。一方、制御部270は、通常運転していないと判定すると(S118におけるNO)、出力増加処理を遂行し(ロードアップし)て、通常運転を遂行する(S122)。   If it is determined that the pressure Pvpa of the variable pressure accumulator 250 is equal to or higher than the start pressure PthB (NO in S114), the control unit 270 is operating normally, that is, whether it is operating at 100% output. It is determined whether or not (S118). If it is determined that the vehicle is operating normally (YES in S118), control unit 270 keeps (maintains) the current output (S120). On the other hand, when determining that the normal operation is not performed (NO in S118), the control unit 270 performs the output increase process (loads up) and performs the normal operation (S122).

(圧縮機230の駆動制御)
図8に示すように、まず、制御部270は、サクションタンク220の圧力Psucが目標値TGsと等しいか否かを判定する(S130)。サクションタンク220の圧力Psucが目標値TGsと等しいと判定すると(S130におけるYES)、制御部270は、圧縮機230をロード(吸込・吐出量)キープする(S132)。
(Drive control of compressor 230)
As shown in FIG. 8, first, the control unit 270 determines whether or not the pressure Psuc of the suction tank 220 is equal to the target value TGs (S130). When it is determined that the pressure Psuc of the suction tank 220 is equal to the target value TGs (YES in S130), the control unit 270 loads (suction / discharge amount) the compressor 230 and keeps it (S132).

一方、サクションタンク220の圧力Psucが目標値TGsと等しくない場合(S130におけるNO)、制御部270は、サクションタンク220の圧力Psucが目標値TGsを上回る圧力であるか否かを判定する(S134)。サクションタンク220の圧力Psucが目標値TGsを上回る圧力であると判定すると(S134におけるYES)、圧縮機230をロードアップする(S136)。一方、サクションタンク220の圧力Psucが目標値TGsを上回る圧力でない、すなわち、目標値TGs未満であると判定すると(S134におけるNO)、圧縮機230をロードダウンする(S138)。   On the other hand, when the pressure Psuc of the suction tank 220 is not equal to the target value TGs (NO in S130), the control unit 270 determines whether or not the pressure Psuc of the suction tank 220 is higher than the target value TGs (S134). ). If it is determined that the pressure Psuc of the suction tank 220 is higher than the target value TGs (YES in S134), the compressor 230 is loaded up (S136). On the other hand, when it is determined that the pressure Psuc of the suction tank 220 is not a pressure higher than the target value TGs, that is, lower than the target value TGs (NO in S134), the compressor 230 is loaded down (S138).

(バルブV1、V2、V3の開閉制御)
図9に示すように、まず、制御部270は、高圧蓄圧器240の圧力Phpaが第1閾値(例えば、81.5MPa)以上になったか否かを判定する(S150)。高圧蓄圧器240の圧力Phpaが第1閾値以上になったと判定すると(S150におけるYES)、制御部270はバルブV2を開弁し、バルブV1、V3を閉弁する(S152)。こうして、高圧蓄圧器240が水素で満たされると、水素製造装置210によって製造された水素は、可変圧蓄圧器250へ送出されることとなる。
(Open / close control of valves V1, V2, and V3)
As shown in FIG. 9, first, the control unit 270 determines whether or not the pressure Phpa of the high pressure accumulator 240 is equal to or higher than a first threshold (for example, 81.5 MPa) (S150). When it is determined that the pressure Phpa of the high pressure accumulator 240 has become equal to or higher than the first threshold (YES in S150), the control unit 270 opens the valve V2 and closes the valves V1 and V3 (S152). Thus, when the high pressure accumulator 240 is filled with hydrogen, the hydrogen produced by the hydrogen production device 210 is sent to the variable pressure accumulator 250.

一方、高圧蓄圧器240の圧力Phpaが第1閾値未満になったと判定すると(S150におけるNO)、バルブV2を閉弁し、バルブV1、V3を開弁する(S154)。こうして、高圧蓄圧器240の水素量が少なくなると、水素製造装置210によって製造された水素および可変圧蓄圧器250に貯留された水素のいずれか一方または双方が高圧蓄圧器240に送出されることとなる。   On the other hand, if it is determined that the pressure Phpa of the high pressure accumulator 240 has become less than the first threshold value (NO in S150), the valve V2 is closed and the valves V1 and V3 are opened (S154). Thus, when the amount of hydrogen in the high pressure accumulator 240 decreases, either one or both of hydrogen produced by the hydrogen production device 210 and hydrogen stored in the variable pressure accumulator 250 are sent to the high pressure accumulator 240. Become.

以上説明したように、本実施形態にかかる高圧水素製造システム110、および、高圧水素製造システム110の運転方法によれば、停止処理の制御基準となる停止圧力PthAと、開始処理の制御基準となる開始圧力PthBとを異ならせることで、水素製造装置210による停止処理や開始処理の頻度を低減することが可能となる。   As described above, according to the high-pressure hydrogen production system 110 and the operation method of the high-pressure hydrogen production system 110 according to the present embodiment, the stop pressure PthA serving as the control reference for the stop process and the control reference for the start process. By making the start pressure PthB different, it is possible to reduce the frequency of stop processing and start processing by the hydrogen production apparatus 210.

停止圧力PthAと開始圧力PthBとを同値にした場合、すなわち、可変圧蓄圧器250の容量が不足分Bと余剰分Aとの合計である構成(バッファ分α=0)を比較例とし、本実施形態の停止圧力PthAと開始圧力PthBとを異ならせ、可変圧蓄圧器250の容量が不足分Bと余剰分Aとの合計にバッファ分α300Nmを加算した量である構成と比較した。なお、ここでは、1台/時間で燃料電池自動車に水素を供給した場合についてシミュレーションを行った。その結果、本実施形態では、比較例に比べて、水素製造装置210の停止処理の回数および開始処理の回数を1/2程度に削減することができることが確認された。 When the stop pressure PthA and the start pressure PthB are set to the same value, that is, the configuration in which the capacity of the variable pressure accumulator 250 is the sum of the shortage B and the surplus A (buffer portion α = 0) is used as a comparative example. The stop pressure PthA and the start pressure PthB of the embodiment were made different, and the capacity of the variable pressure accumulator 250 was compared with a configuration in which the buffer amount α300 Nm 3 was added to the sum of the shortage B and the surplus A. Here, the simulation was performed for the case where hydrogen was supplied to the fuel cell vehicle at one unit / hour. As a result, in this embodiment, it was confirmed that the number of stop processes and the number of start processes of the hydrogen production apparatus 210 can be reduced to about ½ compared to the comparative example.

(第1変形例)
上記実施形態において、可変圧蓄圧器250の圧力Pvpaが停止圧力PthAを上回ると、制御部270は、水素製造装置210を制御して、停止処理を開始させる場合を例に挙げて説明した。しかし、制御部270は、可変圧蓄圧器250の圧力Pvpaが停止圧力PthAを上回ると、水素製造装置210を制御して、水素製造装置210による水素の出力を低下させる出力低下処理(ロードダウン)を開始させてもよい。
(First modification)
In the said embodiment, when the pressure Pvpa of the variable pressure accumulator 250 exceeded the stop pressure PthA, the control part 270 controlled and demonstrated the case where the hydrogen production apparatus 210 was started and a stop process was started. However, when the pressure Pvpa of the variable pressure accumulator 250 exceeds the stop pressure PthA, the control unit 270 controls the hydrogen production device 210 to reduce the output of hydrogen from the hydrogen production device 210 (load down). May be started.

また、例えば、第2閾値より大きい第4閾値(可変圧蓄圧器250の上限圧力Qmax付近の圧力、例えば、39.5MPa)を設定し、制御部270は、可変圧蓄圧器250の圧力Pvpaが、第2閾値を上回ると、出力低下処理を開始させ、最小出力になった時点で第4閾値未満第2閾値以上であると、水素製造装置210を最小出力(例えば、出力30%)でロードキープさせ、第4閾値以上であると停止処理を開始させるとしてもよい。   Further, for example, a fourth threshold value (a pressure in the vicinity of the upper limit pressure Qmax of the variable pressure accumulator 250, for example, 39.5 MPa) larger than the second threshold value is set, and the control unit 270 determines that the pressure Pvpa of the variable pressure accumulator 250 is When the second threshold value is exceeded, the output reduction process is started, and when the minimum output is reached, the hydrogen production apparatus 210 is loaded with the minimum output (for example, 30% output) if the second threshold value is less than the fourth threshold value. The stop process may be started when the value is equal to or greater than the fourth threshold.

(第2変形例)
上記実施形態において、可変圧蓄圧器250の圧力Pvpaが停止圧力PthAを上回ると、制御部270は、水素製造装置210を制御して、停止処理を開始させる場合を例に挙げて説明した。しかし、制御部270は、可変圧蓄圧器250の圧力Pvpaが停止圧力PthAを上回ると、可変圧蓄圧器250の圧力に応じて水素製造装置210による水素の出力を調整してもよい。
(Second modification)
In the said embodiment, when the pressure Pvpa of the variable pressure accumulator 250 exceeded the stop pressure PthA, the control part 270 controlled and demonstrated the case where the hydrogen production apparatus 210 was started and a stop process was started. However, when the pressure Pvpa of the variable pressure accumulator 250 exceeds the stop pressure PthA, the control unit 270 may adjust the hydrogen output from the hydrogen production apparatus 210 according to the pressure of the variable pressure accumulator 250.

例えば、可変圧蓄圧器250の圧力Pvpaが停止圧力PthAを上回ると、制御部270は、可変圧蓄圧器250の圧力に反比例して水素製造装置210の出力を制御してもよい。具体的に説明すると、制御部270は、可変圧蓄圧器250の圧力が高くなるほど、水素の出力を小さくするように水素製造装置210を制御してもよい。   For example, when the pressure Pvpa of the variable pressure accumulator 250 exceeds the stop pressure PthA, the control unit 270 may control the output of the hydrogen production apparatus 210 in inverse proportion to the pressure of the variable pressure accumulator 250. Specifically, the control unit 270 may control the hydrogen production apparatus 210 so that the output of hydrogen decreases as the pressure of the variable pressure accumulator 250 increases.

これにより、水素製造装置210の出力(負荷)を最適値に維持することができ、水素製造装置210による停止処理や開始処理の頻度を大幅に低減することが可能となる。   Thereby, the output (load) of the hydrogen production apparatus 210 can be maintained at an optimum value, and the frequency of stop processing and start processing by the hydrogen production apparatus 210 can be greatly reduced.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.

例えば、上記実施形態において、水素分離膜やPSAを含んで構成される水素製造装置210を例に挙げて説明した。しかし、水素製造装置210の水素製造技術に限定はなく、既存の様々な技術、例えば、水電解装置を利用することができる。   For example, in the above embodiment, the hydrogen production apparatus 210 configured to include a hydrogen separation membrane and PSA has been described as an example. However, the hydrogen production technique of the hydrogen production apparatus 210 is not limited, and various existing techniques such as a water electrolysis apparatus can be used.

また、上記実施形態において、減圧弁RVは、下流圧を機械的に一定に保つバネ式の減圧弁であってもよいし、下流圧を一定に保つ電子式の制御弁であってもよい。   In the above embodiment, the pressure reducing valve RV may be a spring pressure reducing valve that keeps the downstream pressure mechanically constant, or may be an electronic control valve that keeps the downstream pressure constant.

また、上記実施形態において、可変圧蓄圧器の上限圧力が、高圧蓄圧器の上限圧力より低い構成を例に挙げて説明した。しかし、可変圧蓄圧器の上限圧力は、高圧蓄圧器の上限圧力より高くてもよいし、高圧蓄圧器の上限圧力と実質的に等しく(例えば、82MPa)てもよい。   Moreover, in the said embodiment, the upper limit pressure of the variable pressure accumulator was demonstrated and demonstrated as an example the structure lower than the upper limit pressure of a high pressure accumulator. However, the upper limit pressure of the variable pressure accumulator may be higher than the upper limit pressure of the high pressure accumulator, or may be substantially equal to the upper limit pressure of the high pressure accumulator (for example, 82 MPa).

また、上記第2変形例において、可変圧蓄圧器250の容量を、不足分Bと余剰分Aとの合計にバッファ分αを加算した量とし、可変圧蓄圧器250の圧力に応じた水素製造装置210の制御を開始する圧力(停止圧力PthA)と、出力増加処理(開始処理)の制御基準となる開始圧力PthBとを異ならせる構成を例に挙げて説明した。しかし、可変圧蓄圧器の容量を、不足分Bと余剰分Aとの合計とし(バッファ分α=0とし)、可変圧蓄圧器250の圧力に応じた水素製造装置210の制御を開始する圧力と、開始処理の制御基準となる圧力とを同値(この圧力を以下、「トリガ圧力」と称する。)としてもよい。この場合、制御部は、可変圧蓄圧器の圧力Pvpaがトリガ圧力を上回ると、可変圧蓄圧器の圧力に応じて水素製造装置210による水素の出力を調整する。また、可変圧蓄圧器の圧力Pvpaがトリガ圧力未満となると、出力増加処理を遂行させる。なお、可変圧蓄圧器の圧力Pvpaがトリガ圧力未満となり、かつ、水素製造装置210が停止状態にある際には、開始処理を開始させる。さらに、制御部は、可変圧蓄圧器の圧力Pvpaがトリガ圧力と等しいと、水素製造装置210の現在の出力をキープ(維持)するとよい。   In the second modified example, the capacity of the variable pressure accumulator 250 is set to an amount obtained by adding the buffer amount α to the sum of the shortage B and the surplus A, and hydrogen production according to the pressure of the variable pressure accumulator 250 is performed. The configuration in which the pressure at which the control of the apparatus 210 is started (stop pressure PthA) and the start pressure PthB that is the control reference for the output increase process (start process) is described as an example. However, the pressure of the variable pressure accumulator is set to the sum of the shortage B and the surplus A (buffer part α = 0), and the pressure for starting the control of the hydrogen production apparatus 210 according to the pressure of the variable pressure accumulator 250 And the pressure serving as the control reference for the start processing may be the same value (this pressure is hereinafter referred to as “trigger pressure”). In this case, when the pressure Pvpa of the variable pressure accumulator exceeds the trigger pressure, the control unit adjusts the hydrogen output from the hydrogen production apparatus 210 according to the pressure of the variable pressure accumulator. Further, when the pressure Pvpa of the variable pressure accumulator becomes less than the trigger pressure, an output increase process is performed. Note that when the pressure Pvpa of the variable pressure accumulator is less than the trigger pressure and the hydrogen production apparatus 210 is in a stopped state, the start process is started. Further, the control unit may keep (maintain) the current output of the hydrogen production apparatus 210 when the pressure Pvpa of the variable pressure accumulator is equal to the trigger pressure.

本発明は、水素を製造して燃料電池自動車等の供給先に供給する高圧水素製造システム、および、高圧水素製造システムの運転方法に利用することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a high-pressure hydrogen production system that produces hydrogen and supplies it to a supplier such as a fuel cell vehicle, and a method for operating the high-pressure hydrogen production system.

110 高圧水素製造システム
210 水素製造装置
230 圧縮機
240 高圧蓄圧器(第1の蓄圧器)
250 可変圧蓄圧器(第2の蓄圧器)
260 圧力測定部
270 制御部
110 High-pressure hydrogen production system 210 Hydrogen production device 230 Compressor 240 High-pressure accumulator (first accumulator)
250 Variable pressure accumulator (second accumulator)
260 Pressure measurement unit 270 Control unit

Claims (7)

水素を製造して出力するとともに、水素の出力を増加させる出力増加処理と、水素の出力を低下させる出力低下処理とを少なくとも遂行する水素製造装置と、
前記水素製造装置から出力された水素を昇圧する圧縮機と、
前記圧縮機によって昇圧された水素を貯留する第1の蓄圧器および第2の蓄圧器と、
前記第1の蓄圧器の圧力が第1閾値以上になると、前記水素製造装置から出力された水素であって前記圧縮機によって昇圧された水素を前記第2の蓄圧器に貯留させ、該第1の蓄圧器の圧力が該第1閾値未満になると、該水素製造装置から出力された水素および該第2の蓄圧器に貯留された水素のいずれか一方または双方を、該圧縮機によって昇圧させて、該第1の蓄圧器に貯留させ、該第2の蓄圧器の圧力が第2閾値を上回ると、前記出力低下処理を開始させ、該第2の蓄圧器の圧力が該第2閾値より小さい値である第3閾値未満であると、該水素製造装置を制御して、前記出力増加処理を遂行させる制御部と、
を備え、
前記第2の蓄圧器は、停止状態から所定の出力まで水素の出力を増加させる開始処理が遂行される期間に前記第1の蓄圧器から送出される水素量の最大値と該開始処理が遂行される期間に出力される水素量との差分、および、前記停止状態に至るまで水素の出力を低下させる停止処理が遂行される期間に出力される水素量を少なくとも貯留可能な容量であり、
前記第2閾値は、前記停止処理が遂行される期間に出力される水素量に基づいて設定され、
前記第3閾値は、前記開始処理が遂行される期間に前記第1の蓄圧器から送出される水素量の最大値と、該開始処理が遂行される期間に出力される水素量とに基づいて設定されることを特徴とする高圧水素製造システム。
A hydrogen production apparatus that produces and outputs hydrogen, and at least performs an output increase process that increases the output of hydrogen and an output decrease process that decreases the output of hydrogen, and
A compressor for boosting the hydrogen output from the hydrogen production device;
A first accumulator and a second accumulator for storing hydrogen boosted by the compressor;
When the pressure of the first pressure accumulator becomes equal to or higher than the first threshold value, the hydrogen output from the hydrogen production apparatus and increased in pressure by the compressor is stored in the second pressure accumulator. When the pressure of the pressure accumulator becomes less than the first threshold value, either one or both of hydrogen output from the hydrogen production apparatus and hydrogen stored in the second pressure accumulator is boosted by the compressor. When the pressure of the second pressure accumulator is stored in the first pressure accumulator and exceeds the second threshold value, the output reduction process is started, and the pressure of the second pressure accumulator is smaller than the second threshold value. A control unit that controls the hydrogen production apparatus to perform the output increase process when the value is less than a third threshold value,
With
The second pressure accumulator performs the maximum value of the amount of hydrogen delivered from the first pressure accumulator and the start process during a period in which the start process for increasing the hydrogen output from the stop state to a predetermined output is performed. Difference between the amount of hydrogen output during a period of time and a capacity capable of storing at least the amount of hydrogen output during a period of time during which a stop process is performed to reduce the output of hydrogen until reaching the stop state,
The second threshold is set based on the amount of hydrogen output during a period in which the stop process is performed,
The third threshold is based on the maximum amount of hydrogen delivered from the first pressure accumulator during the period when the start process is performed and the amount of hydrogen output during the period when the start process is performed. A high-pressure hydrogen production system characterized by being set.
前記制御部は、前記第2の蓄圧器の圧力が前記第2閾値を上回ると、前記水素製造装置を制御し、前記停止処理を開始させることを特徴とする請求項1に記載の高圧水素製造システム。   2. The high-pressure hydrogen production according to claim 1, wherein when the pressure of the second pressure accumulator exceeds the second threshold value, the control unit controls the hydrogen production device to start the stop process. system. 水素を製造して出力するとともに、水素の出力を増加させる出力増加処理と、水素の出力を低下させる出力低下処理を少なくとも遂行する水素製造装置と、
前記水素製造装置から出力された水素を昇圧する圧縮機と、
前記圧縮機によって昇圧された水素を貯留する第1の蓄圧器および第2の蓄圧器と、
前記第1の蓄圧器の圧力が第1閾値以上になると、前記水素製造装置から出力された水素であって前記圧縮機によって昇圧された水素を前記第2の蓄圧器に貯留させ、該第1の蓄圧器の圧力が該第1閾値未満になると、該水素製造装置から出力された水素および該第2の蓄圧器に貯留された水素のいずれか一方または双方を、該圧縮機によって昇圧させて、該第1の蓄圧器に貯留させる制御部と、
を備え、
前記第2の蓄圧器は、停止状態から所定の出力まで水素の出力を増加させる開始処理が遂行される期間に前記第1の蓄圧器から送出される水素量の最大値と該開始処理が遂行される期間に出力される水素量との差分、および、前記停止状態に至るまで水素の出力を低下させる停止処理が遂行される期間に出力される水素量を少なくとも貯留可能な容量であり、
前記制御部は、前記第2の蓄圧器の圧力が、前記停止処理が遂行される期間に出力される水素量に基づいて設定された第2閾値を上回ると、該第2の蓄圧器の圧力に応じて該水素製造装置による水素の出力を調整することを特徴とする高圧水素製造システム。
A hydrogen production apparatus that produces and outputs hydrogen, and at least performs an output increase process that increases the output of hydrogen and an output decrease process that decreases the output of hydrogen, and
A compressor for boosting the hydrogen output from the hydrogen production device;
A first accumulator and a second accumulator for storing hydrogen boosted by the compressor;
When the pressure of the first pressure accumulator becomes equal to or higher than the first threshold value, the hydrogen output from the hydrogen production apparatus and increased in pressure by the compressor is stored in the second pressure accumulator. When the pressure of the pressure accumulator becomes less than the first threshold value, either one or both of hydrogen output from the hydrogen production apparatus and hydrogen stored in the second pressure accumulator is boosted by the compressor. A control unit for storing in the first pressure accumulator;
With
The second pressure accumulator performs the maximum value of the amount of hydrogen delivered from the first pressure accumulator and the start process during a period in which the start process for increasing the hydrogen output from the stop state to a predetermined output is performed. Difference between the amount of hydrogen output during a period of time and a capacity capable of storing at least the amount of hydrogen output during a period of time during which a stop process is performed to reduce the output of hydrogen until reaching the stop state,
When the pressure of the second pressure accumulator exceeds a second threshold value set based on the amount of hydrogen output during the period during which the stop process is performed, the control unit determines the pressure of the second pressure accumulator. The high-pressure hydrogen production system is characterized in that the hydrogen output from the hydrogen production apparatus is adjusted according to the conditions.
前記制御部は、前記第2の蓄圧器の圧力が、前記第2閾値より小さい第3閾値未満になると、前記水素製造装置を制御して、前記出力増加処理を遂行させることを特徴とする請求項3に記載の高圧水素製造システム。 The control unit controls the hydrogen production apparatus to perform the output increase process when the pressure of the second pressure accumulator becomes less than a third threshold value smaller than the second threshold value. Item 4. The high-pressure hydrogen production system according to Item 3. 前記第3閾値は、停止状態から所定の出力まで水素の出力を増加させる開始処理が遂行される期間に前記第1の蓄圧器から送出される水素量の最大値と、該開始処理が遂行される期間に出力される水素量とに基づいて設定されることを特徴とする請求項4に記載の高圧水素製造システム。   The third threshold value is the maximum value of the amount of hydrogen delivered from the first pressure accumulator during the period in which the start process for increasing the hydrogen output from the stop state to a predetermined output is performed, and the start process is performed. The high-pressure hydrogen production system according to claim 4, wherein the high-pressure hydrogen production system is set based on an amount of hydrogen output during a period. 水素を製造して出力するとともに、水素の出力を増加させる出力増加処理と、水素の出力を低下させる出力低下処理とを少なくとも遂行する水素製造装置と、該水素製造装置から出力された水素を昇圧する圧縮機と、該圧縮機によって昇圧された水素を貯留する第1の蓄圧器および第2の蓄圧器と、を備え、該第2の蓄圧器は、停止状態から所定の出力まで水素の出力を増加させる開始処理が遂行される期間に該第1の蓄圧器から送出される水素量の最大値と該開始処理が遂行される期間に出力される水素量との差分、および、該停止状態に至るまで水素の出力を低下させる停止処理が遂行される期間に出力される水素量を少なくとも貯留可能な容量である高圧水素製造システムの運転方法であって、
前記第1の蓄圧器の圧力が第1閾値以上になったか否かを判定し、
前記第1の蓄圧器の圧力が前記第1閾値以上になったと判定すると、前記水素製造装置から出力された水素であって前記圧縮機によって昇圧された水素を前記第2の蓄圧器に貯留させ、該第1の蓄圧器の圧力が該第1閾値未満になったと判定すると、該水素製造装置から出力された水素および該第2の蓄圧器に貯留された水素のいずれか一方または双方を、該圧縮機によって昇圧させて、該第1の蓄圧器に貯留させ、
前記第2の蓄圧器の圧力が、前記停止処理が遂行される期間に出力される水素量に基づいて設定される第2閾値を上回ったか否かを判定し、
前記第2の蓄圧器の圧力が前記第2閾値を上回ったと判定すると、前記水素製造装置を制御して、前記出力低下処理を開始させ、
前記第2の蓄圧器の圧力が、前記開始処理が遂行される期間に前記第1の蓄圧器から送出される水素量の最大値と、該開始処理が遂行される期間に出力される水素量とに基づいて設定される、前記第2閾値より小さい第3の閾値未満であるか否かを判定し、
前記第2の蓄圧器の圧力が前記第3閾値未満であると判定すると、前記水素製造装置を制御して、前記出力増加処理を遂行させることを特徴とする高圧水素製造システムの運転方法。
A hydrogen production apparatus that produces and outputs hydrogen, and at least performs an output increase process that increases hydrogen output and an output decrease process that decreases hydrogen output, and boosts the hydrogen output from the hydrogen production apparatus And a first pressure accumulator and a second pressure accumulator for storing hydrogen boosted by the compressor, wherein the second pressure accumulator outputs hydrogen from a stopped state to a predetermined output. The difference between the maximum value of the amount of hydrogen delivered from the first pressure accumulator during the period when the start process for increasing the amount of hydrogen is performed and the amount of hydrogen output during the period when the start process is performed, and the stop state An operation method of a high-pressure hydrogen production system having a capacity capable of storing at least the amount of hydrogen output during a period in which a stop process for reducing the output of hydrogen is performed,
Determining whether the pressure of the first pressure accumulator is equal to or greater than a first threshold;
If it is determined that the pressure of the first pressure accumulator is equal to or higher than the first threshold value, the hydrogen output from the hydrogen production apparatus and boosted by the compressor is stored in the second pressure accumulator. When it is determined that the pressure of the first pressure accumulator has become less than the first threshold value, either one or both of hydrogen output from the hydrogen production apparatus and hydrogen stored in the second pressure accumulator, Boosted by the compressor and stored in the first accumulator;
Determining whether or not the pressure of the second pressure accumulator exceeds a second threshold set based on the amount of hydrogen output during the period in which the stop process is performed;
When it is determined that the pressure of the second pressure accumulator has exceeded the second threshold, the hydrogen production apparatus is controlled to start the output reduction process,
The pressure of the second pressure accumulator is the maximum value of the amount of hydrogen delivered from the first pressure accumulator during the period when the start process is performed, and the amount of hydrogen output during the period when the start process is performed. It is determined whether or not it is less than a third threshold smaller than the second threshold set based on
A method for operating a high-pressure hydrogen production system, wherein when the pressure of the second pressure accumulator is determined to be less than the third threshold, the hydrogen production apparatus is controlled to perform the output increase process.
水素を製造して出力するとともに、水素の出力を増加させる出力増加処理と、水素の出力を低下させる出力低下処理を少なくとも遂行する水素製造装置と、該水素製造装置から出力された水素を昇圧する圧縮機と、該圧縮機によって昇圧された水素を貯留する第1の蓄圧器および第2の蓄圧器と、を備え、該第2の蓄圧器は、停止状態から所定の出力まで水素の出力を増加させる開始処理が遂行される期間に該第1の蓄圧器から送出される水素量の最大値と該開始処理が遂行される期間に出力される水素量との差分、および、該停止状態に至るまで水素の出力を低下させる停止処理が遂行される期間に出力される水素量を少なくとも貯留可能な容量である高圧水素製造システムの運転方法であって、
前記第1の蓄圧器の圧力が第1閾値以上になったか否かを判定し、
前記第1の蓄圧器の圧力が前記第1閾値以上になったと判定すると、前記水素製造装置から出力された水素であって前記圧縮機によって昇圧された水素を前記第2の蓄圧器に貯留させ、該第1の蓄圧器の圧力が該第1閾値未満になったと判定すると、該水素製造装置から出力された水素および該第2の蓄圧器に貯留された水素のいずれか一方または双方を、該圧縮機によって昇圧させて、該第1の蓄圧器に貯留させ、
前記第2の蓄圧器の圧力が、前記停止処理が遂行される期間に出力される水素量に基づいて設定される第2閾値を上回ったか否かを判定し、
前記第2の蓄圧器の圧力が前記第2閾値を上回ったと判定すると、該第2の蓄圧器の圧力に応じて該水素製造装置による水素の出力を調整することを特徴とする高圧水素製造システムの運転方法。
A hydrogen production apparatus that produces and outputs hydrogen, and at least performs an output increase process for increasing the hydrogen output and an output reduction process for reducing the hydrogen output, and boosts the hydrogen output from the hydrogen production apparatus And a first pressure accumulator and a second pressure accumulator for storing hydrogen boosted by the compressor, wherein the second pressure accumulator outputs hydrogen from a stopped state to a predetermined output. The difference between the maximum value of the amount of hydrogen delivered from the first pressure accumulator during the period when the start process for increasing the amount of hydrogen is performed and the amount of hydrogen output during the period when the start process is performed, and the stop state An operation method of a high-pressure hydrogen production system having a capacity capable of storing at least the amount of hydrogen output during a period in which a stop process for reducing the output of hydrogen is performed,
Determining whether the pressure of the first pressure accumulator is equal to or greater than a first threshold;
If it is determined that the pressure of the first pressure accumulator is equal to or higher than the first threshold value, the hydrogen output from the hydrogen production apparatus and boosted by the compressor is stored in the second pressure accumulator. When it is determined that the pressure of the first pressure accumulator has become less than the first threshold value, either one or both of hydrogen output from the hydrogen production apparatus and hydrogen stored in the second pressure accumulator, Boosted by the compressor and stored in the first accumulator;
Determining whether or not the pressure of the second pressure accumulator exceeds a second threshold set based on the amount of hydrogen output during the period in which the stop process is performed;
When it is determined that the pressure of the second pressure accumulator exceeds the second threshold value, the output of hydrogen by the hydrogen production device is adjusted according to the pressure of the second pressure accumulator. Driving method.
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