JP6643661B2

JP6643661B2 - 水素供給システム

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Publication number: JP6643661B2
Application number: JP2015238008A
Authority: JP
Inventors: 秀明荻原; 直嗣小足; 井上　貴之; 貴之井上; 崇郎仁平
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2015-12-04
Filing date: 2015-12-04
Publication date: 2020-02-12
Anticipated expiration: 2035-12-04
Also published as: JP2017103186A

Description

本発明は、水素により発電する燃料電池（ＦＣ：ＦｕｅｌＣｅｌｌ）等の発電装置に水素を供給するための水素供給システムに関する。

従来、住宅又は店舗・工場等の施設に設置されている燃料電池設備がこれら外部の施設内の電気設備に電力を供給することが検討されている。

また、燃料電池が搭載された燃料電池自動車（ＦＣＶ：ＦｕｅｌＣｅｌｌＶｅｈｉｃｌｅ）等の移動体に水素を供給したりする水素供給システムが知られている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１では、水素製造装置と、燃料電池設備である発電装置と、制御装置とを備えた水素供給システムが開示されている。水素製造装置は、炭化水素を含む原料から水素を製造し、発電装置と外部とに水素を供給する。発電装置は、停電で外部からの電力供給がなくなった場合に、水素製造装置で製造された水素を用いて発電し、水素製造装置及び水素供給設備に稼動用電力を供給している。制御装置は、水素製造装置及び水素供給設備への稼動用電力の需要の変動に応じて発電装置に供給する水素の量を制御する。

この水素供給システムによれば、電力系統から電力が供給されなくなったとしても、例えば、水素の製造と供給とを継続することができる。

特開２００３−９５６１２号公報

しかしながら、特許文献１に記載された水素供給システムでは、電力系統から電力が供給されなくなった場合に、電力が不足する外部の施設内の電気設備に発電装置から電力を供給する需要が高まることについては考慮されていない。そして、電力系統から電力が供給されなくなった場合において、例えば、外部からの水素の需要と、外部の施設内の電気設備に電力の供給を行う発電装置からの水素の需要とが重なる可能性が考えられる。この場合、水素の需要が水素製造装置の製造能力を大きく上回る状況が発生し易い。このため、この水素供給システムでは、外部への水素の供給が頻繁に起これば、水素製造装置の製造能力を上回ってしまい発電装置に水素が十分に供給されなくなる場合がある。この場合、この水素供給システムでは、発電装置からの電力供給により水素製造装置が水素を製造し、その水素を用いて発電装置が発電するというサイクルが崩れ易い。即ち、発電装置が水素製造装置に供給する電力が不足し、水素製造装置が水素を十分に製造することができなくなる恐れがある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、電力系統から電力が供給されなくなったとしても、発電装置が水素製造装置に安定的に電力を供給しつつ、水素製造装置が発電装置に安定的に水素の供給を行うことができる水素供給システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る水素供給システムは、水素元素を含む原料から水素を製造する水素製造装置と、前記水素製造装置から供給された水素を貯蔵する貯蔵タンクと、前記貯蔵タンクに貯蔵された水素を用いて定期稼働で発電する発電装置と、少なくとも前記発電装置を始動するために必要な始動用電力を供給するバッテリと、前記発電装置と前記水素製造装置とを制御する制御装置とを備え、前記発電装置が停止している状態であり、かつ、電力系統から電力が供給されない場合に、前記制御装置は、少なくとも前記発電装置を前記バッテリが発電した前記始動用電力により起動させ、かつ、前記発電装置が発電した電力を前記水素製造装置に供給し、かつ、水素を供給するように前記水素製造装置を制御して前記貯蔵タンク内の水素量が所定の貯蔵量以上となるまで前記発電装置が発電した電力を前記水素製造装置に供給する。

また、本発明の一態様に係る水素供給システムは、水素元素を含む原料から水素を製造する水素製造装置と、前記水素製造装置から供給された水素を貯蔵する貯蔵タンクと、前記貯蔵タンクに貯蔵された水素を用いて定期稼働で発電する発電装置と、前記発電装置と前記水素製造装置とを制御する制御装置とを備え、前記発電装置が発電している状態であり、かつ、電力系統から電力が供給されない場合に、前記制御装置は、前記発電装置が発電した電力を前記水素製造装置に供給し、かつ、水素を供給するように前記水素製造装置を制御し、前記貯蔵タンク内の水素量が所定の貯蔵量以上となるまで前記発電装置が発電した電力を前記水素製造装置に供給する。

本発明によれば、電力系統から電力が供給されなくなったとしても、発電装置が水素製造装置に安定的に電力を供給し、水素製造装置が発電装置に安定的に水素の供給を行うことができる。

図１は、実施の形態１における水素供給システムの構成を示すブロック図である。図２は、実施の形態１における水素供給システムの動作を示すフローチャートである。図３は、実施の形態１における水素供給システムにおける電力供給の一例を示すブロック図である。図４は、実施の形態１における水素供給システムにおける電力供給の一例を示すブロック図である。図５は、実施の形態１における水素供給システムにおける電力供給及び水素供給の一例を示すブロック図である。図６は、実施の形態２における水素供給システムの動作を示すフローチャートである。図７は、実施の形態２における水素供給システムにおける電力供給及び水素供給の一例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、並びに、ステップ及びステップの順序などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、図面に示される構成要素の大きさ又は大きさの比は、必ずしも厳密ではない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。

（実施の形態１）
図１を参照しながら、実施の形態１に係る水素供給システム１の全体構成について説明する。図１は、実施の形態１における水素供給システムの構成を示すブロック図である。

図１において、太い実線で示す矢印は水素の流れを示している。例えば、各装置間は配管で接続されており、水素は配管で供給される。また、図１において、細い実線で示す矢印は、制御信号線を示しており、有線及び無線のいずれであってもよい。また、図１において、一点鎖線は、電線で電力を供給している状態を示している。そして、図３〜図５においても図１と同様に対応させて表示している。

図１に示すように、水素供給システム１は、水素により発電する燃料電池等の発電装置に水素を供給するシステムである。水素供給システム１は、水素製造装置１０と、貯蔵タンク２０と、第１発電装置（発電装置の一例）３０と、水素供給装置４０と、制御装置５０と、ポンプ７０と、バッテリ８０とを備えている。

水素製造装置１０、貯蔵タンク２０、第１発電装置３０、水素供給装置４０、制御装置５０、ポンプ７０及びバッテリ８０は、外部の施設２００に電力を供給する設備として設置される。施設２００は、例えば、一般家庭等の住宅又は店舗・工場等の施設等である。

水素製造装置１０は、水素元素（Ｈ）を含む原料から水素（Ｈ_２）を製造する装置である。例えば、水素製造装置１０は、都市ガス（メタンガス）等の炭化水素ガスを原料（燃料）として水蒸気改質等の改質を行うことで水素を生成することができる。本実施の形態において、水素製造装置１０が製造する水素は、水素ガスであり、水素リッチガス及び純水素ガスのいずれであってもよい。

なお、水素を製造する方法は、改質法に限るものではない。例えば、アンモニアを分解することによって水素ガスを生成する方法でもよいし、有機ハイドライドから脱水素して水素ガスを生成する方法でもよいし、水（Ｈ_２Ｏ）を電気分解して水素を生成する方法でもよいし、あるいは、触媒に太陽光をあてることによって水を分解して水素を生成する方法でもよい。

貯蔵タンク２０は、水素製造装置１０から供給された水素を貯蔵する。貯蔵タンク２０は、配管９１で水素製造装置１０と接続している。水素製造装置１０から貯蔵タンク２０への水素の供給は、図示しないポンプを用いて行うことができる。このポンプは、水素製造装置１０に設けられていてもいし、貯蔵タンク２０に設けられていてもよいし、配管９１上に設けられていてもよい。

また、貯蔵タンク２０と水素製造装置１０との間には、図示しない圧縮機が設けられていてもよい。この場合、圧縮機は、水素製造装置１０から供給された水素ガスを圧縮して、液体水素にする。圧縮機は、例えば、ピストン型圧縮機、ベーン型圧縮機等の圧縮機を採用する。圧縮機は、水素製造装置１０に内蔵されていてもよいし、配管９１上に設けられていてもよいし、貯蔵タンク２０に内蔵されていてもよい。この場合、圧縮機が水素ガスを圧縮して液体水素として貯蔵するため、水素製造装置１０から供給される水素ガスをそのまま気体として貯蔵する場合に比べ、貯蔵タンク２０を小型化できる。なお、水素製造装置１０から供給される水素ガスをそのまま気体として貯蔵してもよい。

貯蔵タンク２０とポンプ７０とは、配管９２を介して接続している。また、ポンプ７０と第１発電装置３０とは、配管９３を介して接続している。さらに、ポンプ７０と水素供給装置４０とは、ポンプ７０から水素供給装置４０に水素を供給するための配管９４を介して接続している。なお、配管９３と配管９４とは、途中に分岐部を有する１つの配管であってもよいし、別個の２つの配管であってもよい。

ポンプ７０は、配管９２及び配管９３を介し、貯蔵タンク２０内の水素を第１発電装置３０に供給可能である。また、ポンプ７０は、配管９２及び配管９４を介し、貯蔵タンク２０内の水素を水素供給装置４０に供給可能である。なお、ポンプ７０は、貯蔵タンク２０に設けられていてもよい。また、配管９３及び配管９４には、図示しない電磁弁がそれぞれ配置されていてもよい。

第１発電装置３０は、貯蔵タンク２０に貯蔵された水素を用いて定期稼働で発電する。つまり、第１発電装置３０は、利用される頻度が高く、定期的に発電を行っている。第１発電装置３０は、例えば、水素を燃料として発電する燃料電池（ＦＣ）又は水素エンジン等である。第１発電装置３０で発電された電気エネルギー及び発電時に得られた熱エネルギーは、施設２００で利用される。例えば、第１発電装置３０で発電された電気エネルギーは、施設２００の電気機器（電力負荷）に利用される。

また、第１発電装置３０は、第１発電装置３０、水素製造装置１０、水素供給装置４０、制御装置５０及びポンプ７０にも運転するための電力を供給している。また、第１発電装置３０は、ポンプ７０以外にも、水素供給システムを運転するための補器（例えば、配管に配置された電磁弁及び筺体内を換気するファンなど）に電力を供給することができる。

水素供給装置４０は、貯蔵タンク２０に貯蔵された水素を不定期稼働で外部に供給する。つまり、水素供給装置４０は、不定期に訪れる移動体３００に貯蔵タンク２０内の水素を供給する。

また、水素供給装置４０は、図示しないタンクと、図示しないディスペンサーとを有している。タンクには、配管９２、ポンプ７０及び配管９４を介して貯蔵タンク２０からの水素が一時的に保存される。ディスペンサーは、移動体３００に接続することで、タンク内の水素を移動体３００に供給する。なお、水素供給装置４０は、貯蔵タンク２０から供給される水素を一時的に保存するタンクを有さず、ポンプ７０又は水素供給装置４０内のポンプを用いて貯蔵タンク２０から移動体３００に水素を供給する構成であってもよい。

移動体３００は、水素供給装置４０から供給される水素を用いて発電する第２発電装置６０を有する。移動体３００は、例えば、燃料電池自動車（ＦＶＣ）、燃料電池自動二輪車、燃料電池電動アシスト付き自転車である。この場合、第２発電装置６０は、水素を燃料として発電する燃料電池である。第２発電装置６０で発電された電気エネルギーは、燃料電池自動車等の移動体３００で利用される。なお、移動体３００は、水素供給装置４０から供給される水素の熱エネルギーを動力に帰る水素エンジンを有する水素エンジン車であってもよい。

なお、水素供給装置４０は、移動体３００に水素を供給する場合に限るものではなく、不定期に水素を供給するものであれば、例えば水素を購入する人等が運ぶタンクに水素を供給してもよい。つまり、移動体３００は、燃料電池自動車等に限るものではなく、人等であってもよい。

制御装置５０は、水素製造装置１０と第１発電装置３０と水素供給装置４０とを制御する。制御装置５０は、アプリケーションやソフトウェア等のプログラムを記憶しているメモリ、プログラムを実行するプロセッサ等を有している。制御装置５０は、各装置類に含まれるプロセッサがメモリに記憶されたプログラムを実行することにより処理を実行する。

制御装置５０は、第１発電装置３０で発電する電力量及び移動体３００への水素供給量に応じて、水素製造装置１０が製造する水素の量を制御する。つまり、制御装置５０は、第１発電装置３０が発電した電力を施設２００に供給しているか否か、水素供給装置４０が水素を外部に供給しているか否かで水素製造装置１０に製造させる水素の量を制御する。

具体的には、制御装置５０は、第１発電装置３０で発電する電力量に合わせて、貯蔵タンク２０から第１発電装置３０に供給される水素量を変更することができる。例えば、制御装置５０がポンプ７０の稼働量を増やし、貯蔵タンク２０から供給する水素量を増加させ、第１発電装置３０が発電する電力量を大きくすることができる。また、例えば、制御装置５０がポンプ７０の稼働量を減らし、貯蔵タンク２０から供給する水素量を減少させ、第１発電装置３０が発電する電力量を小さくすることができる。

なお、第１発電装置３０の発電量に対して供給される水素の量が不足すると、燃料電池が劣化する又は発電できなくなる恐れがあるため、第１発電装置３０の発電量よりも水素の供給量が上回るよう制御する必要がある。また、第１発電装置３０の発電量よりも水素の供給量が大幅に上回ると、燃料電池の発電効率が低下する。従って、制御装置５０は、第１発電装置３０の発電量に合わせて、供給される水素量を最適に制御する。

また、水素製造装置１０で製造する水素の量は、投入する原料の量を変更したり供給する電力量を変更したりすることで調整できる。例えば、投入する原料の量を多くしたり供給する電力量を大きくしたりすることで、水素製造装置１０から貯蔵タンク２０に供給する水素の量を多くすることができる。一方、投入する原料の量を少なくしたり供給する電力量を小さくしたりすることで、水素製造装置１０から貯蔵タンク２０に供給する水素の量を少なくすることができる。

また、制御装置５０には、電力系統１００から電力が供給されない状態（停電）を検知する図示しない停止検知部が接続されている。具体的には、停止検知部は、電力系統１００から電力が供給されない状態であることを検出する検出回路であり、電力系統１００からの交流電力の供給が絶たれたことを検知する。停止検知部による停電検知の方法は、例えば、電力系統１００から定期的に送られてくる交流電力が定期的に供給されない場合に、停電であると判定する等、いかなるものでもよい。なお、停電は、災害による停電、計画による停電等である。

バッテリ８０は、図示しないコンバータを介して制御装置５０に電気的に接続している。具体的には、制御装置５０は、電力系統１００から電力が供給されない状態になると、第１発電装置３０及びポンプ７０などの補器を始動するのに必要なバッテリ８０の始動用電力を供給する。バッテリ８０は、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の２次電池でもよく、これらのバッテリセルを複数組み込んだ２次電池でもよい。なお、バッテリ８０は、水素製造装置１０に電気的に接続され、水素製造装置１０を始動するのに必要な始動用電力を供給してもよい。

また、制御装置５０は、バッテリ８０の始動用電力を第１発電装置３０及びポンプ７０などの補器に供給して始動させ、第１発電装置３０が貯蔵タンク２０に貯蔵された水素を用いて発電し、発電した電力を用いて水素製造装置１０を始動させる。これらが始動した後に、制御装置５０は、第１発電装置３０の電力をバッテリ８０に充電してもよい。具体的には、第１発電装置３０では、水素製造装置１０で使用される電力よりも第１発電装置３０が発電した電力の方が大きい場合は、余剰の電力が発生する。この場合、第１発電装置３０から余剰の電力をバッテリ８０に充電する。これにより、一度、バッテリ８０を使用しても、バッテリ８０が充電されれば、バッテリ８０が始動用電力を再び第１発電装置３０、ポンプ７０等に供給することができる。

以上のように構成される水素供給システム１の動作について説明する。

図２は、実施の形態１における水素供給システム１の動作を示すフローチャートである。図２は、水素供給システム１が停止状態から始動した状態を示している。図３は、実施の形態１における水素供給システムにおける電力供給の一例を示すブロック図である。図３は、水素供給システム１が始動している状態を示している。

図２及び図３に示すように、電力系統１００から電力が供給されなくなると、制御装置５０に接続している停止検知部は、電力の供給が断たれたことを検知する。停止検知部は、電力系統１００から電力が供給されていないことを示す停止信号を制御装置５０に入力する。制御装置５０は、停止検知部からの停止信号により、ポンプ７０及び第１発電装置３０を起動させる（Ｓ１）。

具体的には、制御装置５０は、バッテリ８０からの始動用電力を、ポンプ７０及び第１発電装置３０に供給させ、ポンプ７０及び第１発電装置３０を起動させる。ポンプ７０は、貯蔵タンク２０に貯蔵された水素を第１発電装置３０に供給する。第１発電装置３０は、始動後、貯蔵タンク２０から供給される水素と図示しない空気供給器から供給される空気中の酸素とを用いて発電を行う。そして、制御装置５０は、第１発電装置３０が発電を行うと、バッテリ８０の電力から第１発電装置３０の電力に、制御装置５０に組み込まれている切替回路が切替える。なお、制御装置５０は、バッテリ８０から水素製造装置１０を始動するのに必要な始動用電力を供給し、水素製造装置１０を起動させてもよい。

制御装置５０は、第１発電装置３０が発電した電力を水素製造装置１０に優先して供給させる。具体的には、制御装置５０は、第１発電装置３０を起動させ、第１発電装置３０が発電した電力により水素製造装置１０を起動させ、水素製造装置１０に水素を製造させる（Ｓ２）。つまり、電力系統１００から電力が供給されない状態において、水素供給システム１が始動する場合は、第１発電装置３０が発電した電力を優先して水素製造装置１０に供給する。この際、ポンプ７０及び第１発電装置３０にも第１発電装置３０が発電した電力を供給する。そして、水素製造装置１０は、配管９１を介し、製造した水素を貯蔵タンク２０に供給する。こうして、この水素供給システム１では、水素供給システム１が停止状態であっても、制御装置５０が電力系統１００から電力供給の停止を検知して起動し、発電と水素の製造とを行っていく。

制御装置５０は、水素を供給するように水素製造装置１０を起動させて、貯蔵タンク２０内の水素量が所定の貯蔵量以上となるまで、第１発電装置３０が発電した電力を水素製造装置１０に優先して供給する。そして、制御装置５０は、貯蔵タンク２０内の水素量が所定の貯蔵量以上になったか否かを判断する（Ｓ３）。所定の貯蔵量以上になったか否かの判断は、例えば、貯蔵タンク２０に供給される水素量と排出される水素量との差から計算した貯蔵量に基づいて判断してもよい等、いかなるものでもよい。なお、貯蔵タンク２０内における水素量の所定の貯蔵量は、例えば、貯蔵タンク２０の満充填の１／４、１／３、２／３、３／４等、適宜設定することができる。

図４は、実施の形態１における水素供給システムにおける電力供給の一例を示すブロック図である。図４は、施設２００に電力を供給している状態を示している。

図２及び図４に示すように、貯蔵タンク２０内の水素量が所定の貯蔵量以上である場合（Ｓ３ではＹＥＳ）に、制御装置５０は、第１発電装置３０が発電した電力を水素製造装置１０及びポンプ７０に供給しつつ、施設２００にもその電力を供給する（Ｓ４）。具体的には、制御装置５０は、水素製造装置１０に優先して供給した電力から水素製造装置１０が使用した電力を差し引いた余剰の電力を施設２００に供給する。言い換えれば、第１発電装置３０における電力の需要に応じて貯蔵タンク２０から水素が供給される。つまり、第１発電装置３０が発電した電力は、水素製造装置１０の次に優先して施設２００に供給される。

一方、制御装置５０は、貯蔵タンク２０内の水素量が所定の貯蔵量以上でないと判断すると（Ｓ３ではＮＯ）、第１発電装置３０が発電した電力を水素製造装置１０に優先して供給させる。例えば、具体的には、余剰の電力がない場合で、貯蔵タンク２０内の水素量が空に近い場合は、施設２００への電力の供給を停止してもよい。そして、ステップＳ３に戻る。

制御装置５０は、電力系統１００から電力が供給されているか否かを判断する（Ｓ５）。制御装置５０は、停止検知部から停止信号が入力されている状態であれば、未だに電力系統１００から電力が供給されていない状態であると判断する（Ｓ５ではＮＯ）。

図５は、実施の形態１における水素供給システムにおける電力供給及び水素供給の一例を示すブロック図である。図５は、施設２００に電力の供給と、移動体３００に水素の供給とを行っている状態を示している。

次に、図２及び図５に示すように、不定期に訪れる移動体３００から水素の需要がある場合に、制御装置５０は、水素製造装置１０で製造された水素から第１発電装置３０に供給する水素を差し引いた余剰の水素があるか否かを判断する（Ｓ６）。余剰の水素がある場合（Ｓ６ではＹＥＳ）に、制御装置５０は、移動体３００に水素を供給することができる状態であると判断する。そして、水素供給装置４０は、貯蔵タンク２０内から水素供給装置４０を介して移動体３００に水素を供給する（Ｓ７）。つまり、水素製造装置１０で製造された水素は、水素製造装置１０及び施設２００で使用する電力を第１発電装置３０が発電するために必要な水素の次に優先して水素供給装置４０に供給される。そして、ステップＳ３に戻る。なお、移動体３００に水素を供給できる状態である場合であっても、余剰の水素が製造される量が少ない場合は、移動体３００に少量の水素を長時間かけて供給してもよく、貯蔵タンク内又は水素供給装置４０内に水素が十分に溜まってから、移動体３００に水素を供給してもよい。

移動体３００の優先度が施設２００よりも低いと考えられる理由は、災害などで停電が起こった場合において施設２００での電力の必要性が高いためである。移動体３００の一例である燃料電池自動車は、一般的に水素タンクを内蔵しており、バッテリで自ら起動できるため、水素タンク内に貯蔵された水素を用いて移動できる。そのため、停電が起こった場合に、移動体３００に対して水素を供給する優先度は、相対的に低いと考えることができる。

なお、移動体３００に水素を供給するタイミングが定期的でないことが想定されるので、水素供給装置４０は不定期稼働すると考えられる。例えば、水素供給装置４０が燃料電池自動車に水素を供給する場合は、燃料電池自動車が不定期に水素供給装置４０に接続されることが考えられる。これは、水素供給装置４０に燃料電池自動車が到来するタイミングは、例えば水素供給装置４０でコントロールすることが困難であり、ユーザの都合と燃料電池自動車の水素残存量などを加味してユーザの判断で決められ、到来のタイミングがランダムとなるからである。このため、不定期に到来する燃料電池自動車に備えて水素を貯蔵する貯蔵タンク２０には、水素量が所定の貯蔵量となるまでを貯蔵する。

一方、余剰の水素がない場合（Ｓ６ではＮＯ）に、制御装置５０は、貯蔵タンク２０内の水素量が少ない可能性があるため、ステップＳ３に戻り、貯蔵タンク２０内の水素量を所定の貯蔵量以上にする。

制御装置５０は、水素供給装置４０が移動体３００に接続されると、水素を供給するように水素供給装置４０を制御する。具体的には、移動体３００が水素供給装置４０に接続されているか否かの判断は、貯蔵タンク２０又は水素供給装置４０内のタンクに貯蔵されている水素の減り方又は流れる水素の流量を見たり、センサ等で移動体３００の存否を検知したりすることで把握することができる。

ステップＳ５において、制御装置５０は、停止検知部から停止信号が入力されなくなると、電力系統１００から電力が供給されていると判断する（Ｓ５ではＹＥＳ）。電力系統１００から電力が供給されていると制御装置５０が判断した場合は、この水素供給システム１のフローを終了する。

以上のステップＳ１〜Ｓ７により、水素供給システム１を設置することで、電力を施設２００に供給したり、移動体３００に水素を供給したりすることができる。

次に、本実施の形態における水素供給システム１の効果について説明する。

上述したように、実施の形態１に係る水素供給システム１は、水素元素を含む原料から水素を製造する水素製造装置１０と、水素製造装置１０から供給された水素を貯蔵する貯蔵タンク２０と、貯蔵タンク２０に貯蔵された水素を用いて定期稼働で発電する第１発電装置３０と、少なくとも第１発電装置３０を始動するために必要な始動用電力を供給するバッテリと、第１発電装置３０と水素製造装置１０とを制御する制御装置５０とを備えている。第１発電装置３０が停止している状態であり、かつ、電力系統１００から電力が供給されない場合に、制御装置５０は、少なくとも第１発電装置３０をバッテリ８０が発電した始動用電力により起動させ、かつ、第１発電装置３０が発電した電力を水素製造装置１０に供給し、かつ、水素を供給するように水素製造装置１０を制御して貯蔵タンク２０内の水素量が所定の貯蔵量以上となるまで第１発電装置３０が発電した電力を水素製造装置１０に供給する。

この構成によれば、水素供給システム１が停止していても、制御装置５０に接続している停止検知部は、電力系統１００から電力が供給されていないこと検知する。制御装置５０は、バッテリ８０の始動用電力から第１発電装置３０及びポンプ７０などの補器を起動した後に、水素製造装置１０を始動させて水素を製造させる。制御装置５０は、貯蔵タンク２０内の水素量が所定の貯蔵量以上となるまで、第１発電装置３０に水素を供給し、かつ、第１発電装置３０が発電した電力を水素製造装置１０に供給する。こうして、水素供給システム１では、第１発電装置３０からの電力供給による水素の製造と、その水素を用いて発電して電力供給するというサイクルができる。すなわち、第１発電装置３０が発電した電力を水素製造装置１０に供給すれば、水素製造装置１０が継続して水素を製造することができる。

また、この水素供給システム１では、貯蔵タンク２０内の水素量が所定の貯蔵量以上となれば、施設２００へ電力を供給したり、移動体３００へ水素を供給したりできる。このため、水素製造装置１０の製造能力を超える水素の需要があったとしても、貯蔵タンク２０内の水素を供給すれば、この需要を満たすことができる。さらに、この水素供給システム１では、貯蔵タンク２０内の水素が減少すれば、制御装置５０が貯蔵タンク２０内の水素量を所定の貯蔵量以上にさせる。その結果、この水素供給システム１では、製造能力を上回る水素の需要があったとしても、水素不足になることなく、第１発電装置３０が発電を継続でき、発電した電力を水素製造装置１０に供給し、水素製造装置１０が水素を製造し続ける。

したがって、この水素供給システム１では、電力系統１００から電力が供給されなくなったとしても、第１発電装置３０が水素製造装置１０に安定的に電力を供給し、水素製造装置１０が第１発電装置３０に安定的に水素の供給を行うことができる。

さらに、実施の形態１に係る水素供給システム１は、貯蔵タンク２０内の水素量が所定の貯蔵量以上となるまで第１発電装置３０が発電した電力を外部よりも水素製造装置１０に優先して供給する。

この構成によれば、第１発電装置３０からの電力供給による水素の製造と、その水素を用いて発電して電力供給するというサイクルができる。このため、この水素供給システム１では、電力系統１００から電力が供給されなくなったとしても、第１発電装置３０が水素製造装置１０により安定的に電力を供給し、水素製造装置１０が第１発電装置３０により安定的に水素の供給を行うことができる。

さらに、実施の形態１に係る水素供給システム１は、貯蔵タンク２０内の水素量が所定の貯蔵量以上となった後に、制御装置５０は、第１発電装置３０が発電した電力を水素製造装置１０に供給させつつ、第１発電装置３０が発電した電力を外部に供給させる。

この構成によれば、制御装置５０は、貯蔵タンク２０内の水素量が所定の貯蔵量以上となると、第１発電装置３０が発電した電力を施設２００に供給させる。このため、電力系統１００から電力が供給されなくなったとしても、施設２００に安定的に電力を供給することができる。その結果、この水素供給システム１では、施設２００に対し、電力の需要を満たすことができる。

さらに、実施の形態１に係る水素供給システム１は、貯蔵タンク２０に貯蔵された水素を不定期稼働で外部に供給する水素供給装置４０を備えている。水素供給装置４０は、貯蔵タンク２０から供給される水素を移動体３００に供給する。第１発電装置３０が発電した電力を外部に供給した後に、制御装置５０は、水素製造装置１０で製造された水素から第１発電装置３０に供給する水素を差し引いた余剰の水素を移動体３００に供給するように水素供給装置４０を制御する。

この構成によれば、水素供給装置４０は、電力系統１００から電力が供給されなくなっても、余剰の水素と貯蔵タンク２０内の水素とを移動体３００に供給することができる。このため、この水素供給システム１では、移動体３００に対し、災害時でも水素の需要を満たすことができる。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２における水素供給システム１について説明する。

実施の形態２における水素供給システム１は、水素供給システム１が稼働中に停電が発生した場合である。実施の形態１における水素供給システム１では、制御装置５０、第１発電装置３０及びポンプ７０に始動用電力を供給するバッテリ８０が設けられているが、実施の形態２における水素供給システム１は、バッテリ８０を有していない。

この水素供給システム１における他の構成は、実施の形態１の水素供給システム１と同様であり、同一の構成については同一の符号を付して構成に関する詳細な説明を省略する。

以上のように構成される水素供給システム１の動作について、図６及び図７を参照しながら説明する。

図６は、実施の形態２における水素供給システムの動作を示すフローチャートである。図７は、実施の形態２における水素供給システムにおける電力供給及び水素供給の一例を示すブロック図である。図６及び図７では、水素供給システム１が稼働状態にある場合を示している。

制御装置５０に接続している停止検知部は、電力系統１００から電力が供給されない状態を検知し（Ｓ１１）、停電したことを示す停止信号を制御装置５０に入力する。

制御装置５０は、貯蔵タンク２０内の水素量が所定の貯蔵量以上であるか否かを判断する（Ｓ１２）。貯蔵タンク２０内の水素量が所定の貯蔵量以上である場合（Ｓ１２ではＹＥＳ）は、第１発電装置３０が施設２００に続けて電力の供給を行う（Ｓ１３）。

一方、制御装置５０は、貯蔵タンク２０内の水素量が所定の貯蔵量以上でないと判断すると（Ｓ１２ではＮＯ）、第１発電装置３０が発電した電力を水素製造装置１０に優先して供給させる。そして、ステップＳ１２に戻る。

次に、制御装置５０は、電力系統１００から電力が供給されているか否かを判断する（Ｓ１４）。制御装置５０は、停止検知部からの停止信号が入力されている状態であれば、未だに電力系統１００から電力が供給されていない状態であると判断する（Ｓ１４ではＮＯ）。

次に、制御装置５０は、水素製造装置１０で製造された水素から第１発電装置３０に供給する水素を差し引いた余剰の水素があるか否かを判断する（Ｓ１５）。余剰の水素がある場合（Ｓ１５ではＹＥＳ）に、制御装置５０は、移動体３００に水素を供給することができる状態であると判断する。そして、貯蔵タンク２０内から水素供給装置４０を介して移動体３００に水素を供給する（Ｓ１６）。つまり、余剰の水素は、施設２００で使用する電力において、第１発電装置３０が発電するために必要な水素の次に優先して供給される。そして、ステップＳ１２に戻る。

ステップＳ１４において、制御装置５０は、停止検知部から停止信号が入力されなくなると、電力系統１００から電力が供給されていると判断する（Ｓ１４ではＹＥＳ）。電力系統１００から電力が供給されていると制御装置５０が判断した場合は、この水素供給システム１のフローを終了する。

以上のステップＳ１１〜Ｓ１６により、水素供給システム１を設置することで、電力を施設２００に供給したり、移動体３００に水素を供給したりすることができる。

次に、本実施の形態２における水素供給システム１の効果について説明する。この水素供給システム１における他の効果は、実施の形態１の水素供給システム１と同様であり、同一の効果については詳細な説明を省略する。

上述したように、実施の形態２に係る水素供給システム１は、水素元素を含む原料から水素を製造する水素製造装置１０と、水素製造装置１０から供給された水素を貯蔵する貯蔵タンク２０と、貯蔵タンク２０に貯蔵された水素を用いて定期稼働で発電する第１発電装置３０と、第１発電装置３０と水素製造装置１０とを制御する制御装置５０とを備えている。第１発電装置３０が発電している状態であり、かつ、電力系統１００から電力が供給されない場合に、制御装置５０は、第１発電装置３０が発電した電力を水素製造装置１０に供給し、かつ、水素を供給するように水素製造装置１０を制御し、貯蔵タンク２０内の水素量が所定の貯蔵量以上となるまで第１発電装置３０が発電した電力を水素製造装置１０に供給する。

この構成によれば、水素供給システム１が起動している状態において電力系統１００から電力が供給されなくなったとしても、第１発電装置３０が発電する電力を用いて、第１発電装置３０を稼働し続けることができる。このため、実施の形態２に係る水素供給システム１でも、第１発電装置３０からの電力供給による水素の製造と、その水素を用いて発電して電力供給するというサイクルにより、水素製造装置１０が水素を製造し続けることができる。

（変形例）
以上、本発明に係る水素供給システムについて、実施の形態１、２に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態１、２に限定されるものではない。

ポンプ７０は、配管９２を介して貯蔵タンク２０と接続されている例として記載したが、これに限定されない。例えば、配管９３及び配管９４にそれぞれポンプが配置されていてもよい。また、第１発電装置３０及び水素供給装置４０にそれぞれポンプが設けられていてもよい。

また、例えば、上記の各実施の形態において、この水素供給システム１では、施設２００及び移動体３００の需要により貯蔵タンク２０内の水素が減少し続け、貯蔵タンク２０内の水素の貯蔵量が所定量以下になれば、移動体３００への水素の供給を停止してもよい。

また、この水素供給システム１では、水素の貯蔵量について、複数の所定量を設定してもよい。例えば、水素の貯蔵量において、第１所定量及び第２所定量を定めた場合に、第１所定量よりも大きい第２所定量以下となれば、移動体３００への水素の供給を停止し、第１所定量以下となれば、施設２００への水素の供給を停止してもよい。また、第１所定量及び第２所定量は、所望の値を任意に定めることができてもよい。

さらに、制御装置５０は、水素製造装置１０、貯蔵タンク２０、第１発電装置３０及び水素供給装置４０のいずれかに搭載されていてもよい。制御装置５０は、水素製造装置１０、貯蔵タンク２０、第１発電装置３０及び水素供給装置４０とは別個の装置（例えばコンピュータ等の情報処理装置）であってもよい。

また、制御装置５０は、回路であってもよい。これらの回路は、全体として１つの回路を構成してもよいし、それぞれ別々の回路でもよい。また、これらの回路は、それぞれ、汎用的な回路でもよいし、専用の回路でもよい。

また、水素供給システム１では、水素製造装置１０と貯蔵タンク２０とが一つの設備として実現されていてもよい。例えば、水素製造装置１０と貯蔵タンク２０とが同じ筐体に収納されていてもよいし、水素製造装置１０に貯蔵タンク２０が内蔵されていてもよい。

また、本発明は、水素供給システムとして実現できるだけでなく、水素供給方法及び水素供給方法をコンピュータに実行させるプログラムとして実現することもできる。

その他に、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

本発明は、水素により発電する燃料電池等の発電装置に水素を供給するための水素供給システムとして有用である。

１水素供給システム
１０水素製造装置
２０貯蔵タンク
３０第１発電装置（発電装置）
４０水素供給装置
５０制御装置
８０バッテリ
１００電力系統
３００移動体

Claims

水素元素を含む原料から水素を製造する水素製造装置と、
前記水素製造装置から供給された水素を貯蔵する貯蔵タンクと、
前記貯蔵タンクに貯蔵された水素を用いて定期稼働で発電する発電装置と、
少なくとも前記発電装置を始動するために必要な始動用電力を供給するバッテリと、
前記発電装置と前記水素製造装置とを制御する制御装置とを備え、
前記発電装置が停止している状態であり、かつ、電力系統から電力が供給されない場合に、前記制御装置は、少なくとも前記発電装置を前記バッテリが発電した前記始動用電力により起動させ、かつ、前記発電装置が発電した電力を前記水素製造装置に供給し、かつ、水素を供給するように前記水素製造装置を制御して前記貯蔵タンク内の水素量が所定の貯蔵量以上となるまで前記発電装置が発電した電力を前記水素製造装置に供給する水素供給システム。
前記貯蔵タンク内の水素量が所定の貯蔵量以上となるまで前記発電装置が発電した電力を外部よりも前記水素製造装置に優先して供給する請求項１に記載の水素供給システム。
前記貯蔵タンク内の水素量が所定の貯蔵量以上となった後に、前記制御装置は、前記発電装置が発電した電力を前記水素製造装置に供給させつつ、前記発電装置が発電した電力を外部に供給させる請求項２に記載の水素供給システム。
さらに、前記貯蔵タンクに貯蔵された水素を不定期稼働で外部に供給する水素供給装置を備え、
前記水素供給装置は、前記貯蔵タンクから供給される水素を移動体に供給し、
前記発電装置が発電した電力を外部に供給した後に、前記制御装置は、前記水素製造装置で製造された水素から前記発電装置に供給する水素を差し引いた余剰の水素を前記移動体に供給するように前記水素供給装置を制御する請求項３に記載の水素供給システム。