JP6795440B2 - Compressed hydrogen production system - Google Patents
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Description
本発明は、圧縮水素製造システムに関する。 The present invention relates to a compressed hydrogen production system.
圧縮水素を製造する装置として、電気化学的水素圧縮機（ＥＨＣ：Electric Hydrogen Compressor）が知られている。ＥＨＣは、電解質膜と触媒付き電極を有し、電流を流すことによりアノードへ供給された水素がイオン化されてカソードへ移動し、カソードで水素を出力させることができる。アノードに水素と電流を流し続ければ、アノードからカソードへの水素の移動が続き、カソードの出口背圧を制御することで、高圧の水素を得ることができる（特許文献１参照）。 An electrochemical hydrogen compressor (EHC) is known as an apparatus for producing compressed hydrogen. The EHC has an electrolyte membrane and an electrode with a catalyst, and by passing an electric current, hydrogen supplied to the anode is ionized and moved to the cathode, and hydrogen can be output at the cathode. If hydrogen and current are continuously passed through the anode, the transfer of hydrogen from the anode to the cathode continues, and high-pressure hydrogen can be obtained by controlling the outlet back pressure of the cathode (see Patent Document 1).
ＥＨＣで圧縮水素を製造する場合、電解質膜でのイオン伝導に起因する抵抗を下げるため加湿されたガスをアノードに流すため、アノードからカソードへ水が移動し、圧縮水素に水が混在する場合がある。そこで、特許文献１では、カソードから出力されたカソードガスから水を分離し、圧縮水素を得ることが行われている。 When compressed hydrogen is produced by EHC, water is transferred from the anode to the cathode because humidified gas is passed through the anode in order to reduce the resistance caused by ion conduction in the electrolyte membrane, and water may be mixed with the compressed hydrogen. is there. Therefore, in Patent Document 1, water is separated from the cathode gas output from the cathode to obtain compressed hydrogen.
ところで、前述のように、圧縮水素に混在した水を分離させた場合、高圧下で分離した高圧水の中には水素が溶存している。したがって、この高圧水を外部に排出すると、水素が無駄になる。また、特許文献１では、当該高圧水を、水素を含む燃料ガスを生成する装置（ＦＰＳ：Fuel Processing System）へ、改質用の水として供給している。この場合、溶存水素は、ＦＰＳ内に放出され、改質された水素と共に出力されるが、炭化水素などの燃料ガスに水素が混入するため、水蒸気改質反応の平衡がずれ、水素への転化率低下が懸念される。また、高圧水がＦＰＳへ投入されると、急激に溶存水素が放出されることにより、燃料ガス供給ブロアの流量変動や供給圧力変動、ＦＰＳの内部温度変化などが生じることが懸念される。 By the way, as described above, when water mixed with compressed hydrogen is separated, hydrogen is dissolved in the high-pressure water separated under high pressure. Therefore, when this high-pressure water is discharged to the outside, hydrogen is wasted. Further, in Patent Document 1, the high-pressure water is supplied as water for reforming to a device (FPS: Fuel Processing System) for generating a fuel gas containing hydrogen. In this case, the dissolved hydrogen is released into the FPS and output together with the reformed hydrogen, but since hydrogen is mixed in the fuel gas such as hydrocarbon, the steam reforming reaction is out of balance and converted to hydrogen. There is concern that the rate will decline. Further, when high-pressure water is introduced into the FPS, the dissolved hydrogen is rapidly released, which may cause fluctuations in the flow rate and supply pressure of the fuel gas supply blower, changes in the internal temperature of the FPS, and the like.
本発明は、上記事実を考慮してなされたものであり、ＥＨＣにて生成される圧縮水素から分離された水に溶存する水素を、システムへの影響を小さくしつつ、無駄にすることなく利用することができる圧縮水素製造システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above facts, and hydrogen dissolved in water separated from compressed hydrogen generated by EHC is used without waste while reducing the influence on the system. It is an object of the present invention to provide a compressed hydrogen production system capable of producing hydrogen.
請求項１に係る圧縮水素製造システムは、電解質膜を挟んで一方側にアノード、他方側にカソードが形成され、電流を流すことにより前記アノードから前記カソードへ水素が移動する電気化学的水素圧縮機と、前記カソードから送出された圧縮水素から水を分離する水分離部と、前記水分離部で分離された水を減圧し、前記水中に溶存する水素を回収する水素回収部と、を備えている。 The compressed hydrogen production system according to claim 1 is an electrochemical hydrogen compressor in which an anode is formed on one side and a cathode is formed on the other side of an electrolyte membrane, and hydrogen is transferred from the anode to the cathode by passing a current. A water separation unit that separates water from compressed hydrogen delivered from the cathode, and a hydrogen recovery unit that decompresses the water separated by the water separation unit and recovers hydrogen dissolved in the water. There is.
請求項１に係る圧縮水素製造システムは、電気化学的水素圧縮機を有している。電気化学的水素圧縮機は、電解質膜を挟んで一方側にアノード、他方側にカソードが形成され、電流を流す。アノードへは原料となる水素を含む燃料が供給され、アノードへ供給された水素がイオン化されてカソードへ移動し、カソードから圧縮水素を出力させることができる。このとき、水素と共に水もカソードへ移動することから、この水を水分離部で分離する。そして、水素回収部で、分離された水を減圧し、水中に溶存している水素を放出させて、水と水素を分離して回収する。 The compressed hydrogen production system according to claim 1 includes an electrochemical hydrogen compressor. In an electrochemical hydrogen compressor, an anode is formed on one side and a cathode is formed on the other side of an electrolyte membrane, and an electric current is passed through the compressor. Fuel containing hydrogen as a raw material is supplied to the anode, and the hydrogen supplied to the anode is ionized and moved to the cathode, so that compressed hydrogen can be output from the cathode. At this time, since water moves to the cathode together with hydrogen, this water is separated by the water separation section. Then, in the hydrogen recovery unit, the separated water is depressurized, the hydrogen dissolved in the water is released, and the water and hydrogen are separated and recovered.
このようにして、ＥＨＣにて生成される圧縮水素に混在する水に溶存する水素を回収することにより、圧縮水素製造システム内で生成される水素を無駄にすることなく利用することができる。 In this way, by recovering the hydrogen dissolved in the water mixed with the compressed hydrogen generated by the EHC, the hydrogen generated in the compressed hydrogen production system can be utilized without wasting it.
請求項２に係る圧縮水素製造システムは、前記水素回収部で回収された水素を、前記水分離部で水が分離された後の圧縮水素と合流させる圧縮水素供給部、を備えている。 The compressed hydrogen production system according to claim 2 includes a compressed hydrogen supply unit that merges the hydrogen recovered by the hydrogen recovery unit with the compressed hydrogen after the water is separated by the water separation unit.
請求項２に係る圧縮水素製造システムでは、前記水素回収部で回収された水素を、水分離部で水が分離された後の圧縮水素と合流させることにより、圧縮水素に混在する水に溶存する水素を、ＥＨＣで得られる通常の圧縮水素と共に利用することができる。 In the compressed hydrogen production system according to claim 2, the hydrogen recovered by the hydrogen recovery unit is dissolved in the water mixed with the compressed hydrogen by merging with the compressed hydrogen after the water is separated by the water separation unit. Hydrogen can be used with the usual compressed hydrogen obtained from EHC.
請求項１に係る圧縮水素製造システムは、前記水素回収部で回収された水素を、アノードへ導入するアノード導入部、を備えている。 The compressed hydrogen production system according to claim 1 includes an anode introduction unit that introduces hydrogen recovered by the hydrogen recovery unit into the anode.
請求項１に係る圧縮水素製造システムでは、水素回収部で回収された水素を、アノードへ導入することにより、圧縮水素に混在する水に溶存する水素を、ＥＨＣへ戻し、再利用することができる。 In the compressed hydrogen production system according to claim 1 , by introducing the hydrogen recovered by the hydrogen recovery unit into the anode, the hydrogen dissolved in the water mixed with the compressed hydrogen can be returned to EHC and reused. ..
請求項３に係る圧縮水素製造システムは、原料ガスを改質して、水素を含む燃料ガスを生成する燃料処理装置と、前記燃料処理装置で生成された燃料ガスを前記アノードへ供給する燃料ガス供給路と、を備えている。 The compressed hydrogen production system according to claim 3 is a fuel treatment apparatus that reforms a raw material gas to generate a fuel gas containing hydrogen, and a fuel gas that supplies the fuel gas generated by the fuel treatment apparatus to the anode. It has a supply channel.
請求項３に係る圧縮水素製造システムでは、燃料処理装置で生成された燃料ガスをＥＨＣで精製して水素を得ることができる。また、同時に、圧縮水素も生成することができる。 In the compressed hydrogen production system according to claim 3 , hydrogen can be obtained by purifying the fuel gas produced by the fuel processing apparatus with EHC. At the same time, compressed hydrogen can also be generated.
請求項４に係る圧縮水素製造システムは、水と混合される前の前記原料ガスに対して、水素を用いて脱硫処理を行う水添脱硫部、及び、前記水素回収部で回収された水素を前記水添脱硫部へ供給する、脱硫用水素供給部、を備えている。 The compressed hydrogen production system according to claim 4 uses a hydrogenated desulfurization unit that desulfurizes the raw material gas before being mixed with water using hydrogen, and hydrogen recovered by the hydrogen recovery unit. It is provided with a hydrogenation hydrogen supply unit for supplying to the hydrogenated desulfurization unit.
請求項４に係る圧縮水素製造システムによれば、圧縮水素に混在する水に溶存する水素を、原料ガスの脱硫用に利用することができる。 According to the compressed hydrogen production system according to claim 4 , hydrogen dissolved in water mixed with compressed hydrogen can be used for desulfurization of the raw material gas.
請求項５に係る圧縮水素製造システムは、前記水素回収部で回収された水素を、原料ガスと共に前記燃料処理装置へ供給する原料水素供給部、を備えている。 The compressed hydrogen production system according to claim 5 includes a raw material hydrogen supply unit that supplies the hydrogen recovered by the hydrogen recovery unit together with the raw material gas to the fuel treatment apparatus.
請求項５に係る圧縮水素製造システムによれば、圧縮水素に混在する水に溶存する水素を、原料ガスと共に燃料処理装置へ供給することにより、システム内で再利用することができる。 According to the compressed hydrogen production system according to claim 5 , hydrogen dissolved in water mixed with compressed hydrogen can be reused in the system by supplying the hydrogen to the fuel treatment apparatus together with the raw material gas.
請求項８に係る圧縮水素製造システムは、前記分離水素送出路に送出された水素を、前記燃料処理装置内のバーナでの燃焼用に供給する燃焼用水素供給部、を備えている。 The compressed hydrogen production system according to claim 8 includes a combustion hydrogen supply unit that supplies hydrogen delivered to the separated hydrogen delivery path for combustion in a burner in the fuel processing apparatus.
請求項８に係る圧縮水素製造システムによれば、圧縮水素に混在する水に溶存する水素を、燃料処理装置内のバーナでの燃焼に供給することにより、システム内で再利用することができる。 According to the compressed hydrogen production system according to claim 8 , hydrogen dissolved in water mixed with compressed hydrogen can be reused in the system by supplying it to combustion in a burner in a fuel treatment apparatus.
請求項９に係る圧縮水素製造システムは、前記燃料処理装置における、前記燃料ガスの出口温度、改質温度、バーナの温度の少なくとも１つに基づいて、前記電気化学的水素圧縮機へ流す電流を制御する電流調整部、を備えている。 The compressed hydrogen production system according to claim 9 applies a current flowing through the electrochemical hydrogen compressor based on at least one of the outlet temperature of the fuel gas, the reforming temperature, and the temperature of the burner in the fuel processing apparatus. It is equipped with a current adjusting unit to control.
請求項９に係る圧縮水素製造システムによれば、電気化学的水素圧縮機のアノードに送出される水素量の変化を、燃料処理装置における、燃料ガスの出口温度、改質温度、バーナの温度の少なくとも１つから推測し、水素量に応じた適切な電流を、電気化学的水素圧縮機へ流すことができる。 According to the compressed hydrogen production system according to claim 9 , the change in the amount of hydrogen delivered to the anode of the electrochemical hydrogen compressor is the temperature of the fuel gas outlet, the reforming temperature, and the burner in the fuel processing apparatus. Inferring from at least one, an appropriate current depending on the amount of hydrogen can be passed through the electrochemical hydrogen compressor.
請求項１０に係る圧縮水素製造システムは、前記燃料処理装置における、前記燃料ガスの出口温度、改質温度、バーナの温度の少なくとも１つに基づいて、前記燃料処理装置へ供給する原料ガスを制御する原料調整部、を備えている。 The compressed hydrogen production system according to claim 10 controls the raw material gas supplied to the fuel processing apparatus based on at least one of the outlet temperature of the fuel gas, the reforming temperature, and the temperature of the burner in the fuel processing apparatus. It is equipped with a raw material adjustment unit.
請求項１０に係る圧縮水素製造システムによれば、電気化学的水素圧縮機のアノードに送出される水素量の変化を、燃料処理装置における、燃料ガスの出口温度、改質温度、バーナの温度の少なくとも１つから推測し、当該推測された水素量の変化に基づいて燃料処理装置へ供給する原料ガスを制御することにより、適切な量の水素を電気化学的水素圧縮機へ供給することができる。 According to the compressed hydrogen production system according to claim 10 , the change in the amount of hydrogen sent to the anode of the electrochemical hydrogen compressor is the temperature of the fuel gas outlet, the reforming temperature, and the burner in the fuel processing apparatus. An appropriate amount of hydrogen can be supplied to the electrochemical hydrogen compressor by estimating from at least one and controlling the raw material gas to be supplied to the fuel processing apparatus based on the estimated change in the amount of hydrogen. ..
請求項６に係る圧縮水素製造システムは、前記水素回収部で回収された水素が送出される流量を検出する流量検出計が設けられ、前記流量検出計で検出された水素の流量に基づいて、前記電気化学的水素圧縮機へ供給する電流を制御する電流調整部、を備えている。 The compressed hydrogen production system according to claim 6 is provided with a flow rate detector that detects the flow rate of hydrogen recovered by the hydrogen recovery unit, and is based on the flow rate of hydrogen detected by the flow rate detector. It is provided with a current adjusting unit that controls the current supplied to the electrochemical hydrogen compressor.
請求項６に係る圧縮水素製造システムによれば、回収された水素が送出された流量を検出し、当該検出された流量に基づいて電気化学的水素圧縮機へ流す電流を制御することにより、水素量の変化に応じて、適切な電流を電気化学的水素圧縮機へ流すことができる。 According to the compressed hydrogen production system according to claim 6 , hydrogen is detected by detecting the flow rate of the recovered hydrogen sent out and controlling the current flowing to the electrochemical hydrogen compressor based on the detected flow rate. Depending on the change in quantity, an appropriate current can be passed through the electrochemical hydrogen compressor.
請求項７に係る圧縮水素製造システムは、前記水素回収部で回収された水素が送出される流量を検出する流量検出計が設けられ、前記流量検出計で検出された水素の流量に基づいて、前記燃料処理装置へ供給する原料ガスを制御する原料調整部、を備えている。 The compressed hydrogen production system according to claim 7 is provided with a flow rate detector that detects the flow rate at which hydrogen recovered by the hydrogen recovery unit is sent out, and is based on the flow rate of hydrogen detected by the flow rate detector. It is provided with a raw material adjusting unit that controls the raw material gas supplied to the fuel processing apparatus.
請求項７に係る圧縮水素製造システムによれば、回収された水素が送出された流量を検出し、当該検出された流量に基づいて燃料処理装置へ供給する原料ガスを制御することにより、水素量の変化に応じて、適切な量の水素を電気化学的水素圧縮機へ供給することができる。 According to the compressed hydrogen production system according to claim 7 , the amount of hydrogen is increased by detecting the flow rate of the recovered hydrogen sent out and controlling the raw material gas supplied to the fuel treatment apparatus based on the detected flow rate. An appropriate amount of hydrogen can be supplied to the electrochemical hydrogen compressor according to the change in hydrogen.
請求項１１に係る圧縮水素製造システムは、前記電気化学的水素圧縮機へ印加される電圧を検出する電圧計を備え、前記電圧計で検出された電圧に基づいて、前記電気化学的水素圧縮機へ供給する電流を制御する電圧検出電流調整部、を備えている。 The compressed hydrogen production system according to claim 11 includes a voltmeter that detects a voltage applied to the electrochemical hydrogen compressor, and the electrochemical hydrogen compressor is based on the voltage detected by the voltmeter. It is equipped with a voltage detection current adjusting unit that controls the current supplied to.
請求項１１に係る圧縮水素製造システムでは、電気化学的水素圧縮機に印加される電圧を検出し、当該検出された電圧に基づいて電気化学的水素圧縮機へ流す電流を制御する。当該電圧は、アノードに供給される水素の量に応じて変化し、例えば、アノードの水素濃度が高くなると、電圧は低下する。そこで、水素量の変化に応じて変化する電圧を検出し、当該電圧に基づいて、適切な電流を電気化学的水素圧縮機へ流すことができる。 In the compressed hydrogen production system according to claim 11 , the voltage applied to the electrochemical hydrogen compressor is detected, and the current flowing through the electrochemical hydrogen compressor is controlled based on the detected voltage. The voltage changes according to the amount of hydrogen supplied to the anode. For example, as the hydrogen concentration of the anode increases, the voltage decreases. Therefore, a voltage that changes according to a change in the amount of hydrogen can be detected, and an appropriate current can be passed through the electrochemical hydrogen compressor based on the voltage.
請求項１２に係る圧縮水素製造システムは、前記電気化学的水素圧縮機へ印加される電圧を検出する電圧計を有し、前記電圧計で検出された電圧に基づいて、前記燃料処理装置へ供給する原料ガスを制御する電圧検出原料調整部、を備えている。 The compressed hydrogen production system according to claim 12 has a voltmeter that detects a voltage applied to the electrochemical hydrogen compressor, and supplies the compressed hydrogen to the fuel processing apparatus based on the voltage detected by the voltmeter. It is equipped with a voltage detection raw material adjusting unit that controls the raw material gas.
請求項１２に係る圧縮水素製造システムでは、電気化学的水素圧縮機に印加される電圧を検出し、当該検出された電圧に基づいて燃料処理装置へ供給する原料ガスを制御する。当該電圧は、アノードに供給される水素の量に応じて変化し、例えば、アノードの水素濃度が高くなると、電圧は低下する。そこで、水素量の変化に応じて変化する電圧を検出し、当該電圧に基づいて、適切な量の原料ガスを燃料処理装置へ供給することで、適切な量の水素を電気化学的水素圧縮機へ供給することができる。 In the compressed hydrogen production system according to claim 12 , the voltage applied to the electrochemical hydrogen compressor is detected, and the raw material gas supplied to the fuel processing apparatus is controlled based on the detected voltage. The voltage changes according to the amount of hydrogen supplied to the anode. For example, as the hydrogen concentration of the anode increases, the voltage decreases. Therefore, a voltage that changes according to a change in the amount of hydrogen is detected, and an appropriate amount of raw material gas is supplied to the fuel treatment device based on the voltage, so that an appropriate amount of hydrogen is supplied to the electrochemical hydrogen compressor. Can be supplied to.
本発明によれば、ＥＨＣにて生成される圧縮水素に混在する水に溶存する水素を、有効に利用する圧縮水素製造システムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a compressed hydrogen production system that effectively utilizes hydrogen dissolved in water mixed with compressed hydrogen generated by EHC.
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づき説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
［第１実施形態］
図１には、本発明の第１実施形態に係る圧縮水素製造システム１０Ａが示されている。圧縮水素製造システム１０Ａは、燃料処理装置１２、水素圧縮機１４、水分離部１６、及び貯水タンク１８を備えている。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows the compressed hydrogen production system 10A according to the first embodiment of the present invention. The compressed hydrogen production system 10A includes a fuel treatment device 12, a hydrogen compressor 14, a water separation unit 16, and a water storage tank 18.
また、図２に示されるように、圧縮水素製造システム１０Ａは、制御部３２を備えている。制御部３２は、圧縮水素製造システム１０Ａの全体を制御するものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、メモリ等を含んで構成されている。メモリには、後述する電流調整処理や、通常運転時の処理に必要なデータや手順等が記憶されている。なお、図２には、制御部３２と本実施形態で特に説明を要する主要な部分との接続のみが示されている。 Further, as shown in FIG. 2, the compressed hydrogen production system 10A includes a control unit 32. The control unit 32 controls the entire compressed hydrogen production system 10A, and includes a CPU, a ROM, a RAM, a memory, and the like. The memory stores data and procedures necessary for the current adjustment process described later and the process during normal operation. Note that FIG. 2 shows only the connection between the control unit 32 and the main parts that require special explanation in the present embodiment.
燃料処理装置１２は、原料ガスを水素へ改質する触媒を有する触媒部１２Ａと、触媒部１２Ａを加熱するバーナ１２Ｂとを有し、水素を含む燃料ガスを生成する装置（ＦＰＳ：Fuel Processing System）である。本実施形態では、一例として水蒸気改質の燃料処理装置１２が使用される。 The fuel processing device 12 has a catalyst unit 12A having a catalyst for reforming the raw material gas into hydrogen and a burner 12B for heating the catalyst unit 12A, and generates a fuel gas containing hydrogen (FPS: Fuel Processing System). ). In this embodiment, the steam reforming fuel treatment apparatus 12 is used as an example.
触媒部１２Ａには、原料ガス管Ｐ１の一端が接続されており、原料ガス管Ｐ１の他端は不図示の原料ガス源と接続されている。原料ガスとしては、一例としてメタンやメタンを主成分とする都市ガス等を用いることができる。原料ガス管Ｐ１には、ブロアＢ１及び逆止弁Ｖ１が設けられている。逆止弁Ｖ１は、ブロアＢ１よりも下流側に設けられている。原料ガスは、ブロアＢ１の駆動により、原料ガス管Ｐ１を通じて触媒部１２Ａへ供給される。ブロアＢ１は、制御部３２と接続されており、制御部３２によりブロアＢ１の出力が制御されている。 One end of the raw material gas pipe P1 is connected to the catalyst portion 12A, and the other end of the raw material gas pipe P1 is connected to a raw material gas source (not shown). As the raw material gas, as an example, methane, city gas containing methane as a main component, or the like can be used. The raw material gas pipe P1 is provided with a blower B1 and a check valve V1. The check valve V1 is provided on the downstream side of the blower B1. The raw material gas is supplied to the catalyst unit 12A through the raw material gas pipe P1 by driving the blower B1. The blower B1 is connected to the control unit 32, and the output of the blower B1 is controlled by the control unit 32.
また、触媒部１２Ａには、水供給管Ｐ２の一端が接続されており、水供給管Ｐ２の他端は、不図示の水源と接続されている。水供給管Ｐ２には、ポンプＢ２が設けられている。改質用の水は、ポンプＢ２の駆動により、水供給管Ｐ２を通じて触媒部１２Ａへ供給される。 Further, one end of the water supply pipe P2 is connected to the catalyst portion 12A, and the other end of the water supply pipe P2 is connected to a water source (not shown). A pump B2 is provided in the water supply pipe P2. The reforming water is supplied to the catalyst unit 12A through the water supply pipe P2 by driving the pump B2.
燃料処理装置１２のバーナ１２Ｂには、空気供給管（図示せず）と、後述するアノードオフガス路２２とが接続されている。バーナ１２Ｂでは、空気供給管を通じて供給された空気と、アノードオフガス路２２を通じて供給された、後述するアノードオフガスとの混合ガスが燃焼し、触媒部１２Ａを加熱する。バーナ１２Ｂからは、排ガス管１２Ｃを通って燃焼排ガスが排出される。 An air supply pipe (not shown) and an anode off-gas passage 22 described later are connected to the burner 12B of the fuel treatment apparatus 12. In the burner 12B, a mixed gas of the air supplied through the air supply pipe and the anode off gas supplied through the anode off gas passage 22 and described later is burned to heat the catalyst unit 12A. Combustion exhaust gas is discharged from the burner 12B through the exhaust gas pipe 12C.
燃料処理装置１２では、原料ガスから、水素ガスを含む燃料ガスが生成される。燃料ガスには、水素の他、例えば水蒸気や二酸化炭素が含まれる。この燃料ガスは、燃料ガスの流路である燃料ガス管Ｐ３を通じて、水素圧縮機１４のアノード１４Ａへ供給される。燃料処理装置１２には、燃料ガスの燃料ガス管Ｐ３への出口に、温度センサＴ１が設けられている。温度センサＴ１は、制御部３２と接続されており、検出した温度を制御部３２へ出力する。 In the fuel processing apparatus 12, a fuel gas containing hydrogen gas is generated from the raw material gas. In addition to hydrogen, the fuel gas includes, for example, water vapor and carbon dioxide. This fuel gas is supplied to the anode 14A of the hydrogen compressor 14 through the fuel gas pipe P3 which is the flow path of the fuel gas. The fuel processing device 12 is provided with a temperature sensor T1 at the outlet of the fuel gas to the fuel gas pipe P3. The temperature sensor T1 is connected to the control unit 32 and outputs the detected temperature to the control unit 32.
水素圧縮機１４は、触媒を配したガス拡散電極であるアノード１４Ａとカソード１４Ｃが、イオン伝導体１４Ｂの両側に夫々設けられた装置であり、電気化学的に水素を精製及び圧縮することができる電気化学的水素圧縮機（ＥＨＣ：Electric Hydrogen Compressor）である。イオン伝導体１４Ｂは、イオン伝導性を有する固体電解質膜（ＰＥＭ：Polymer Electrolyte Membrane）などで形成されている。アノード１４Ａとカソード１４Ｃに、所定の電流が流れると、供給ガス中の水素が一方のガス拡散電極（アノード１４Ａ）上でイオン化される、そして、当該イオンがイオン伝導体１４Ｂを移動し、他方のガス拡散電極（カソード１４Ｃ）上でガスに戻ることにより、他方のガス拡散電極側で精製及び圧縮された圧縮水素を得ることができるようになっている。カソード１４Ｃからは、水素が送出され、アノード１４Ａからは、カソード１４Ｃ側へ移動しなかった燃料ガスが送出される。 The hydrogen compressor 14 is a device in which an anode 14A and a cathode 14C, which are gas diffusion electrodes arranged with a catalyst, are provided on both sides of an ionic conductor 14B, respectively, and can electrochemically purify and compress hydrogen. It is an electrochemical hydrogen compressor (EHC). The ionic conductor 14B is formed of a solid electrolyte membrane (PEM: Polymer Electrolyte Membrane) or the like having ionic conductivity. When a predetermined current flows through the anode 14A and the cathode 14C, hydrogen in the supply gas is ionized on one gas diffusion electrode (anode 14A), and the ions move through the ionic conductor 14B and the other. By returning to the gas on the gas diffusion electrode (cathode 14C), purified and compressed compressed hydrogen can be obtained on the other gas diffusion electrode side. Hydrogen is delivered from the cathode 14C, and fuel gas that has not moved to the cathode 14C side is sent out from the anode 14A.
水素圧縮機１４は、電流を流すことにより、前述のように水素がアノード１４Ａからカソード１４Ｃへ移動するが、その移動量は流される電流に依存する。一方、水素流量に対して過剰な電流を流しても、無駄になる。そこで、アノード１４Ａへ供給される水素流量に対して、高効率、例えば、９０％以上の水素がアノード１４Ａからカソード１４Ｃへ移動するために供給する電流値を、予め制御部３２のメモリに記憶しておく。以下、この電流値を「最適電流」と称する。最適電流をＩとすると、最適電流Ｉは、燃料処理装置１２の触媒部１２Ａへ導入される原料ガス量及び需要水素量から算出される電流をＩ０、反応価数をＺ、後述する流量検出計３０で検出される水素流量をＮａ［ｍｏｌ／ｓ]、ファラデー定数Ｆ［Ｃ／ｍｏｌ］、任意の変数ａとして、式（１）のようにして算出することができる。
Ｉ ＝ Ｉ０ ＋ ＺＮａＦ × ａ … （式１）
In the hydrogen compressor 14, hydrogen moves from the anode 14A to the cathode 14C as described above by passing an electric current, and the amount of the movement depends on the flowing current. On the other hand, it is useless to pass an excessive current with respect to the hydrogen flow rate. Therefore, with respect to the hydrogen flow rate supplied to the anode 14A, a current value supplied for high efficiency, for example, 90% or more of hydrogen to move from the anode 14A to the cathode 14C is stored in advance in the memory of the control unit 32. Keep it. Hereinafter, this current value is referred to as "optimal current". When the optimum current and I, the optimum current I is the current that is calculated from the raw material gas amount and demand hydrogen amount is introduced into the catalytic section 12A of the fuel processor 12 I 0, the reaction valence Z, described later detected flow rate The hydrogen flow rate detected by the total of 30 can be calculated as in the formula (1) with Na [mol / s], Faraday constant F [C / mol], and an arbitrary variable a.
I = I 0 + ZNaF × a… (Equation 1)
水素圧縮機１４に流される電流は、外部から供給することができる。水素圧縮機１４は、制御部３２と接続されており、制御部３２からの信号により流される電流が制御されている。また、水素圧縮機１４には、水素圧縮機１４に印加されている電圧を検出する電圧計３３が設けられている。電圧計３３で検出された電圧は、制御部３２へ送られる。 The current flowing through the hydrogen compressor 14 can be supplied from the outside. The hydrogen compressor 14 is connected to the control unit 32, and the current flowing by the signal from the control unit 32 is controlled. Further, the hydrogen compressor 14 is provided with a voltmeter 33 for detecting the voltage applied to the hydrogen compressor 14. The voltage detected by the voltmeter 33 is sent to the control unit 32.
カソード１４Ｃの出口には、カソード排出路２６の一端が接続されている。カソード排出路２６の他端は水分離部１６の入口と接続されている。水分離部１６は、カソード１４Ｃから排出された高圧のカソードガスから水を回収し、高圧の水素を圧縮水素出力路２４へ送出する。圧縮水素出力路２４へ送出された高圧水素は、不図示の水素タンクへ貯留されたり、燃料電池などの原料として供給されたりして利用される。 One end of the cathode discharge path 26 is connected to the outlet of the cathode 14C. The other end of the cathode discharge path 26 is connected to the inlet of the water separation portion 16. The water separation unit 16 recovers water from the high-pressure cathode gas discharged from the cathode 14C and sends high-pressure hydrogen to the compressed hydrogen output path 24. The high-pressure hydrogen delivered to the compressed hydrogen output path 24 is used by being stored in a hydrogen tank (not shown) or being supplied as a raw material for a fuel cell or the like.
また、水分離部１６の水の出口には、カソード排出水循環路２８の一端が接続され、カソード排出水循環路２８の他端は、貯水タンク１８と接続されている。水分離部１６で回収された水は、カソード排出水循環路２８を介して貯水タンク１８へ送出される。カソード排出水循環路２８には、減圧バルブＶ３が設けられている。減圧バルブＶ３は、制御部３２と接続されている。減圧バルブＶ３は、制御部３２からの制御により、開度が調整される。 Further, one end of the cathode discharge water circulation path 28 is connected to the water outlet of the water separation unit 16, and the other end of the cathode discharge water circulation path 28 is connected to the water storage tank 18. The water collected by the water separation unit 16 is sent to the water storage tank 18 via the cathode discharge water circulation path 28. A pressure reducing valve V3 is provided in the cathode discharge water circulation path 28. The pressure reducing valve V3 is connected to the control unit 32. The opening degree of the pressure reducing valve V3 is adjusted by the control from the control unit 32.
アノード１４Ａの出口には、アノードオフガス路２２の一端が接続されている。アノードオフガス路２２の他端には、燃料処理装置１２のバーナ１２Ｂと接続されている。アノード１４Ａから送出されたアノードオフガスは、アノードオフガス路２２を通ってバーナ１２Ｂへ供給される。 One end of the anode off-gas passage 22 is connected to the outlet of the anode 14A. The other end of the anode off-gas passage 22 is connected to the burner 12B of the fuel processing device 12. The anode off-gas delivered from the anode 14A is supplied to the burner 12B through the anode off-gas passage 22.
貯水タンク１８は、液相の水を貯留可能な液体貯留部１８Ａと、液体貯留部１８Ａと連通した気体貯留部１８Ｂを有している。貯水タンク１８の下側に液体貯留部１８Ａが配置され、貯水タンク１８の上側に液体貯留部１８Ａと連通された気体貯留部１８Ｂが配置される。気体貯留部１８Ｂには、カソード排出水循環路２８から流入した水（液相）に溶存していた水素が放出されて貯留される。気体貯留部１８Ｂには、水素配管Ｐ４の一端が接続されている。水素配管Ｐ４には、逆止弁Ｖ２が設けられている。逆止弁Ｖ２により、原料ガスの逆流が防止されている。また、水素配管Ｐ４には、逆止弁Ｖ２の下流側に流量検出計３０が設けられている。流量検出計３０により、気体貯留部１８Ｂから送出されて燃料処理装置１２へ導入される水素の流量が検出される。流量検出計３０は、制御部３２と接続されている。流量検出計３０で検出された水素流量は、制御部３２へ出力される。 The water storage tank 18 has a liquid storage unit 18A capable of storing liquid phase water and a gas storage unit 18B communicating with the liquid storage unit 18A. The liquid storage unit 18A is arranged below the water storage tank 18, and the gas storage unit 18B communicated with the liquid storage unit 18A is arranged above the water storage tank 18. Hydrogen dissolved in the water (liquid phase) flowing in from the cathode discharge water circulation path 28 is released and stored in the gas storage unit 18B. One end of the hydrogen pipe P4 is connected to the gas storage unit 18B. A check valve V2 is provided in the hydrogen pipe P4. The check valve V2 prevents the backflow of the raw material gas. Further, the hydrogen pipe P4 is provided with a flow rate detector 30 on the downstream side of the check valve V2. The flow rate detector 30 detects the flow rate of hydrogen sent out from the gas storage unit 18B and introduced into the fuel processing apparatus 12. The flow rate detector 30 is connected to the control unit 32. The hydrogen flow rate detected by the flow rate detector 30 is output to the control unit 32.
なお、貯水タンク１８の圧力、すなわち水素配管Ｐ４の圧力は、減圧弁Ｖ３の開度により調整することができる。したがって、水中に溶存していて放出された水素の逆流や、原料ガスの逆流を防止するために、逆止弁Ｖ１、Ｖ２に代えて減圧弁Ｖ３の開度の調整を行ってもよい。 The pressure of the water storage tank 18, that is, the pressure of the hydrogen pipe P4 can be adjusted by the opening degree of the pressure reducing valve V3. Therefore, in order to prevent the backflow of hydrogen dissolved and released in water and the backflow of the raw material gas, the opening degree of the pressure reducing valve V3 may be adjusted instead of the check valves V1 and V2.
水素配管Ｐ４の他端は、原料ガス管Ｐ１の逆止弁Ｖ１よりも下流側と接続されている。逆止弁Ｖ１により、水素配管Ｐ４の水素のブロアＢ１側への流入が阻止されている。気体貯留部１８Ｂからは、水素が燃料処理装置１２の触媒部１２Ａへ供給される。 The other end of the hydrogen pipe P4 is connected to the downstream side of the check valve V1 of the raw material gas pipe P1. The check valve V1 prevents the inflow of hydrogen from the hydrogen pipe P4 to the blower B1 side. Hydrogen is supplied from the gas storage unit 18B to the catalyst unit 12A of the fuel treatment apparatus 12.
次に、本実施形態の圧縮水素製造システム１０Ａの動作について説明する。 Next, the operation of the compressed hydrogen production system 10A of the present embodiment will be described.
圧縮水素製造システム１０Ａでは、ブロアＢ１、ポンプＢ２が駆動され、水素圧縮機１４へ電流が流される。原料ガス管Ｐ１からは燃料処理装置１２の触媒部１２Ａへ原料ガスが供給され、水供給管Ｐ２からは燃料処理装置１２の触媒部１２Ａへ水が供給される。触媒部１２Ａでは、原料ガスの水蒸気改質が行われ、水蒸気を含む燃料ガスが生成される。生成された燃料ガスは、燃料ガス管Ｐ３を通って水素圧縮機１４のアノード１４Ａへ送出される。 In the compressed hydrogen production system 10A, the blower B1 and the pump B2 are driven, and an electric current is passed through the hydrogen compressor 14. The raw material gas pipe P1 supplies the raw material gas to the catalyst section 12A of the fuel treatment device 12, and the water supply pipe P2 supplies water to the catalyst section 12A of the fuel treatment device 12. In the catalyst section 12A, the raw material gas is steam reformed to generate a fuel gas containing steam. The generated fuel gas is sent to the anode 14A of the hydrogen compressor 14 through the fuel gas pipe P3.
制御部３２では、図３に示す電流調整処理が行われ、アノード１４Ａへ流される電流が調整される。まず、ステップＳ１０で、流量検出計３０から検出された水素流量を取得し、ステップＳ１２で、取得した水素流量に基づいて、水素圧縮機１４へ供給する最適電流のデータをメモリから読み出す。そして、ステップＳ１４で、水素圧縮機１４へ供給する電流が最適電流となるように指示を出力する。そして、ステップＳ１０へ戻り、上記の処理を繰り返す。電流調整処理は、圧縮水素製造システム１０Ａの動作中、継続され、最適電流が水素圧縮機１４へ供給されるように、気体貯留部１８Ｂから送出される水素量に基づくフィードバック制御が行われる。 The control unit 32 performs the current adjustment process shown in FIG. 3 to adjust the current flowing through the anode 14A. First, in step S10, the hydrogen flow rate detected from the flow rate detector 30 is acquired, and in step S12, the data of the optimum current supplied to the hydrogen compressor 14 is read from the memory based on the acquired hydrogen flow rate. Then, in step S14, an instruction is output so that the current supplied to the hydrogen compressor 14 becomes the optimum current. Then, the process returns to step S10, and the above process is repeated. The current adjustment process is continued during the operation of the compressed hydrogen production system 10A, and feedback control is performed based on the amount of hydrogen sent from the gas storage unit 18B so that the optimum current is supplied to the hydrogen compressor 14.
アノード１４Ａでは、最適電流が与えられることにより水素がイオン化され、イオン化された水素がイオン伝導体１４Ｂをカソード１４Ｃ側へ移動し、カソード１４Ｃで水素に戻る。カソード１４Ｃの背圧は不図示の背圧制御部により制御されており、カソード１４Ｃからは、水蒸気を含んだ圧縮水素（カソードガス）が、カソード排出路２６を介して水分離部１６へ送出される。 At the anode 14A, hydrogen is ionized by applying an optimum current, and the ionized hydrogen moves the ion conductor 14B to the cathode 14C side and returns to hydrogen at the cathode 14C. The back pressure of the cathode 14C is controlled by a back pressure control unit (not shown), and compressed hydrogen (cathode gas) containing water vapor is sent from the cathode 14C to the water separation unit 16 via the cathode discharge path 26. To.
水分離部１６では、カソードガスから高圧状態で水が分離され、圧縮水素が圧縮水素出力路２４から送出される。一方、分離された水は、カソード排出水循環路２８から送出される。送出された水は、減圧バルブＶ３で減圧され、貯水タンク１８へ供給される。貯水タンク１８では、液相の水が液体貯留部１８Ａに貯留され、水に溶解していた水素が気体貯留部１８Ｂへ放出される。気体貯留部１８Ｂへ放出された水素は燃料処理装置１２の触媒部１２Ａへ供給される。 In the water separation unit 16, water is separated from the cathode gas under a high pressure state, and compressed hydrogen is sent out from the compressed hydrogen output path 24. On the other hand, the separated water is sent out from the cathode discharge water circulation path 28. The delivered water is decompressed by the pressure reducing valve V3 and supplied to the water storage tank 18. In the water storage tank 18, liquid phase water is stored in the liquid storage unit 18A, and hydrogen dissolved in the water is discharged to the gas storage unit 18B. The hydrogen released into the gas storage unit 18B is supplied to the catalyst unit 12A of the fuel processing apparatus 12.
アノード１４Ａからは、アノードオフガスが送出される。アノードオフガスには、カソード１４Ｃへ移動しなかった水蒸気、水素、一酸化炭素、二酸化炭素等が含まれている。アノードオフガスは、アノードオフガス路２２を通って、燃料処理装置１２のバーナ１２Ｂへ供給される。バーナ１２Ｂへ供給されたアノードオフガスは、燃焼に供され、触媒部１２Ａを加熱する。バーナ１２Ｂでの燃焼排ガスは、排ガス管１２Ｃから排出される。 Anode off gas is delivered from the anode 14A. The anode off-gas contains steam, hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, etc. that did not move to the cathode 14C. The anode off gas is supplied to the burner 12B of the fuel processing apparatus 12 through the anode off gas passage 22. The anode off gas supplied to the burner 12B is used for combustion and heats the catalyst unit 12A. The exhaust gas burned by the burner 12B is discharged from the exhaust gas pipe 12C.
本実施形態の圧縮水素製造システム１０Ａでは、水分離部１６で分離された水を減圧し、水中に溶存する水素を回収し、原料ガスと共に燃料処理装置１２の触媒部１２Ａへ再度供給する。したがって、圧縮水素製造システム１０Ａ内で生成される水素を無駄にすることなく有効に利用することができる。また、貯水タンク１８から燃料処理装置１２へ水素を供給するので、水素が常温であっても、通常、原料ガスも常温で供給されるため、水素の供給によるガスの温度低下などの影響を考慮しなくてもよい。 In the compressed hydrogen production system 10A of the present embodiment, the water separated by the water separation unit 16 is depressurized, the hydrogen dissolved in the water is recovered, and the hydrogen is supplied again together with the raw material gas to the catalyst unit 12A of the fuel treatment apparatus 12. Therefore, the hydrogen generated in the compressed hydrogen production system 10A can be effectively used without wasting it. Further, since hydrogen is supplied from the water storage tank 18 to the fuel treatment device 12, even if the hydrogen is at room temperature, the raw material gas is usually supplied at room temperature, so that the influence of the gas temperature drop due to the hydrogen supply is taken into consideration. You don't have to.
また、原料ガス管Ｐ１を通って供給される原料ガスは、常温なので、水素配管Ｐ４から原料ガス管Ｐ１へ導入される水素の逆流を防止する逆止弁Ｖ１として、常温用を用いることができ、コストを抑えることができる。 Further, since the raw material gas supplied through the raw material gas pipe P1 is at room temperature, a check valve V1 for preventing the backflow of hydrogen introduced from the hydrogen pipe P4 into the raw material gas pipe P1 can be used for normal temperature. , Cost can be suppressed.
なお、原料ガスとして都市ガス等の硫黄成分を含むものを用いる場合には、貯水タンク１８から、送出された水素を用いて、改質前に水添脱硫を行うことができる。その場合には、例えば、図４に示されるように、原料ガス管Ｐ１に、脱硫用の触媒を内部に有する水添脱硫部１３を設ける。そして、水素配管Ｐ４を水添脱硫部１３と接続し、水素を供給する。 When a gas containing a sulfur component such as city gas is used as the raw material gas, hydrogenation desulfurization can be performed before reforming by using the hydrogen delivered from the water storage tank 18. In that case, for example, as shown in FIG. 4, a hydrogenated desulfurization unit 13 having a desulfurization catalyst inside is provided in the raw material gas pipe P1. Then, the hydrogen pipe P4 is connected to the hydrogenated desulfurization unit 13 to supply hydrogen.
また、本実施形態では、水分離部１６で分離された水を貯水タンク１８へ貯留し、蒸発した水蒸気を燃料処理装置１２へ供給するので、圧縮水素製造システム１０Ａ内で水を循環させることができ、水を有効利用することができる。 Further, in the present embodiment, the water separated by the water separation unit 16 is stored in the water storage tank 18 and the evaporated water vapor is supplied to the fuel treatment device 12, so that the water can be circulated in the compressed hydrogen production system 10A. And can make effective use of water.
また、本実施形態では、アノード１４Ａから排出されたアノードオフガスを燃料処理装置１２のバーナ１２Ｂへ送出し、燃焼に供するので、アノードオフガス中に含まれる燃料を、有効に利用することができる。 Further, in the present embodiment, since the anode off-gas discharged from the anode 14A is sent to the burner 12B of the fuel processing apparatus 12 and used for combustion, the fuel contained in the anode-off gas can be effectively used.
さらに、本実施形態では、電流調整処理により、回収された水素量に基づいて、水素圧縮機１４に最適電流が供給されるようにフィードバック制御されているので、効率よく水素圧縮機１４で圧縮水素を生成することができる。 Further, in the present embodiment, feedback control is performed so that the optimum current is supplied to the hydrogen compressor 14 based on the amount of recovered hydrogen by the current adjustment process, so that the hydrogen compressor 14 efficiently compresses hydrogen. Can be generated.
なお、本実施形態では、流量検出計３０で回収された水から放出された水素量を検出し、この検出値に基づいて最適電流を決定したが、流量検出計３０に代えて、温度センサＴ１で検知された温度に基づいて、回収された水から放出された水素による燃料処理装置１２の温度変化をとらえ、最適電流を決定してもよい。また、水から放出された水素量は、その他に、圧縮水素圧力と水素配管Ｐ４へ送出される気体圧力の差、減圧バルブＶ３へ導入される高圧水の水量、水温から導かれる溶存水素の量、などにより推定してもよい。 In the present embodiment, the amount of hydrogen released from the water recovered by the flow rate detector 30 is detected, and the optimum current is determined based on this detected value. However, instead of the flow rate detector 30, the temperature sensor T1 The optimum current may be determined by capturing the temperature change of the fuel treatment device 12 due to the hydrogen released from the recovered water based on the temperature detected in. In addition, the amount of hydrogen released from water is the difference between the compressed hydrogen pressure and the gas pressure sent to the hydrogen pipe P4, the amount of high-pressure water introduced into the decompression valve V3, and the amount of dissolved hydrogen derived from the water temperature. , Etc. may be estimated.
この場合、温度センサＴ１で検出される温度に対応させた「最適電流」を予め制御部３２のメモリに記憶にしておく。そして、図５に示されるように、ステップＳ２０で、温度センサＴ１で検出された温度を取得し、ステップＳ２２で、取得した温度に基づいて水素圧縮機１４へ供給する最適電流のデータをメモリから読み出す。そして、ステップＳ２４で、水素圧縮機１４へ流す電流が最適電流となるように指示を出力する。そして、ステップＳ２０へ戻り、上記の処理を繰り返す。 In this case, the "optimal current" corresponding to the temperature detected by the temperature sensor T1 is stored in the memory of the control unit 32 in advance. Then, as shown in FIG. 5, in step S20, the temperature detected by the temperature sensor T1 is acquired, and in step S22, the optimum current data to be supplied to the hydrogen compressor 14 based on the acquired temperature is obtained from the memory. read out. Then, in step S24, an instruction is output so that the current flowing through the hydrogen compressor 14 becomes the optimum current. Then, the process returns to step S20, and the above process is repeated.
また、上記では水素量から最適電流を制御する方法について述べたが、流量検出計３０で回収された水から放出された水素量を検出し、この検出値に基づいて、燃料処理装置１２へ供給する原料ガスの量を調整してもよい。この場合には、流量検出計３０で検出された水素流量に対応して変更する原料ガスの量を予め制御部３２のメモリに記憶にしておく。そして、図６に示されるように、ステップＳ３０で、流量検出計３０で検出された水素流量を取得し、ステップＳ３２で、取得した水素流量に基づいてブロアＢ１で送出する原料ガスのデータをメモリから読み出す。そして、ステップＳ３４で、ブロアＢ１へ読み出した送出流となるように指示を出力する。そして、ステップＳ３０へ戻り、上記の処理を繰り返す。 Further, although the method of controlling the optimum current from the amount of hydrogen has been described above, the amount of hydrogen released from the water recovered by the flow rate detector 30 is detected and supplied to the fuel processing apparatus 12 based on this detected value. The amount of raw material gas to be produced may be adjusted. In this case, the amount of the raw material gas to be changed corresponding to the hydrogen flow rate detected by the flow rate detector 30 is stored in the memory of the control unit 32 in advance. Then, as shown in FIG. 6, in step S30, the hydrogen flow rate detected by the flow rate detector 30 is acquired, and in step S32, the data of the raw material gas transmitted by the blower B1 based on the acquired hydrogen flow rate is stored in the memory. Read from. Then, in step S34, an instruction is output so that the transmission flow is read out to the blower B1. Then, the process returns to step S30 and the above process is repeated.
また、水素圧縮機１４へ印加する電圧が一定となるように、水素圧縮機１４へ流す電流、または、燃料処理装置１２へ供給する原料ガスを調整してもよい。この場合、前述の「最適電流」に代えて、「最適電圧」を予め制御部３２のメモリに記憶しておく。例えば、「最適電圧」は、所定の高効率時（一例として、アノード１４Ａに供給される水素含有ガスの平均的濃度において「最適電流」を流した場合）に印加される電圧に設定することができる。 Further, the current flowing through the hydrogen compressor 14 or the raw material gas supplied to the fuel processing apparatus 12 may be adjusted so that the voltage applied to the hydrogen compressor 14 becomes constant. In this case, instead of the above-mentioned "optimal current", the "optimal voltage" is stored in the memory of the control unit 32 in advance. For example, the "optimal voltage" may be set to the voltage applied at a predetermined high efficiency (for example, when the "optimal current" is passed at the average concentration of the hydrogen-containing gas supplied to the anode 14A). it can.
そして、水素圧縮機１４の電圧に基づく電流調整処理は、図７に示されるように、ステップＳ４０で、電圧計３３で検出された水素圧縮機１４の電圧を取得し、ステップＳ４２で、取得した電圧と最適電圧とを比較して差分値を求め、ステップＳ４４で、差分値が小さくなるように、水素圧縮機１４へ供給する電流調整の指示を出力する。そして、ステップＳ４０へ戻り、上記の処理を繰り返す。この水素圧縮機１４の電圧に基づく電流調整処理についても、圧縮水素製造システム１０Ａの動作中、継続され、最適電圧が水素圧縮機１４へ印加されるように、フィードバック制御が行われる。 Then, in the current adjustment process based on the voltage of the hydrogen compressor 14, as shown in FIG. 7, the voltage of the hydrogen compressor 14 detected by the voltmeter 33 was acquired in step S40, and acquired in step S42. The difference value is obtained by comparing the voltage with the optimum voltage, and in step S44, an instruction for adjusting the current to be supplied to the hydrogen compressor 14 is output so that the difference value becomes small. Then, the process returns to step S40 and the above process is repeated. The current adjustment process based on the voltage of the hydrogen compressor 14 is also continued during the operation of the compressed hydrogen production system 10A, and feedback control is performed so that the optimum voltage is applied to the hydrogen compressor 14.
なお、水素圧縮機１４へ印加する電圧が一定となるように、燃料処理装置１２へ供給する原料ガスを調整する場合には、図８に示されるように、ステップＳ４４に代えて、ステップＳ４６で、差分値が小さくなるよう送出量が調整されるようにブロアＢ１へ指示を出力する。 When adjusting the raw material gas supplied to the fuel processing apparatus 12 so that the voltage applied to the hydrogen compressor 14 becomes constant, in step S46 instead of step S44, as shown in FIG. , An instruction is output to the blower B1 so that the transmission amount is adjusted so that the difference value becomes small.
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態については、第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, the second embodiment of the present invention will be described. Regarding the second embodiment, the same parts as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
本実施形態の圧縮水素製造システム１０Ｂでは、主に、水素配管Ｐ４の他端が、原料ガス管Ｐ１ではなく燃料ガス管Ｐ３と接続されている点が異なっている。 The compressed hydrogen production system 10B of the present embodiment is different in that the other end of the hydrogen pipe P4 is mainly connected to the fuel gas pipe P3 instead of the raw material gas pipe P1.
図５に示されるように、燃料ガス管Ｐ３には、逆止弁Ｖ４が設けられており、逆止弁Ｖ４の下流側に水素配管Ｐ４の他端が接続されている。逆止弁Ｖ４により、水素配管Ｐ４の水素の燃料処理装置１２側への流入が阻止されている。気体貯留部１８Ｂからは、水素が水素圧縮機１４のアノード１４Ａへ供給される。 As shown in FIG. 5, the check valve V4 is provided in the fuel gas pipe P3, and the other end of the hydrogen pipe P4 is connected to the downstream side of the check valve V4. The check valve V4 prevents hydrogen from flowing into the fuel processing device 12 side of the hydrogen pipe P4. Hydrogen is supplied from the gas storage unit 18B to the anode 14A of the hydrogen compressor 14.
なお、貯水タンク１８の圧力、すなわち水素配管Ｐ４の圧力は、減圧弁Ｖ３の開度により調整することができる。したがって、水中に溶存していて放出された水素の逆流や、原料ガスの逆流を防止するために、逆止弁Ｖ２、Ｖ４に代えて減圧弁Ｖ３の開度の調整にを行ってもよい。 The pressure of the water storage tank 18, that is, the pressure of the hydrogen pipe P4 can be adjusted by the opening degree of the pressure reducing valve V3. Therefore, in order to prevent the backflow of hydrogen dissolved and released in water and the backflow of the raw material gas, the opening degree of the pressure reducing valve V3 may be adjusted instead of the check valves V2 and V4.
本実施形態の圧縮水素製造システム１０Ｂも、第１実施形態の圧縮水素製造システム１０Ａと同様に動作が行われる。 The compressed hydrogen production system 10B of the present embodiment also operates in the same manner as the compressed hydrogen production system 10A of the first embodiment.
本実施形態の圧縮水素製造システム１０Ｂでは、水分離部１６で分離された水を減圧し、水中に溶存する水素を回収し、燃料ガスと共に水素圧縮機１４のアノード１４Ａへ再度供給する。したがって、圧縮水素製造システム１０Ｂ内で生成される水素を無駄にすることなく有効に利用することができる。 In the compressed hydrogen production system 10B of the present embodiment, the water separated by the water separation unit 16 is depressurized, hydrogen dissolved in the water is recovered, and the hydrogen is supplied together with the fuel gas to the anode 14A of the hydrogen compressor 14 again. Therefore, the hydrogen generated in the compressed hydrogen production system 10B can be effectively used without wasting it.
また、本実施形態の圧縮水素製造システム１０Ｂでは、回収した水素を燃料処理装置１２へ送出しないので、燃料処理装置１２の温度バランス制御や流量制御を行いやすくすることができる。 Further, in the compressed hydrogen production system 10B of the present embodiment, since the recovered hydrogen is not sent to the fuel processing device 12, it is possible to facilitate temperature balance control and flow rate control of the fuel processing device 12.
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態については、第１、第２実施形態と同様の部分については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. Regarding the third embodiment, the same parts as those of the first and second embodiments are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
本実施形態の圧縮水素製造システム１０Ｃでは、主に、水素配管Ｐ４の他端が、原料ガス管Ｐ１ではなくアノードオフガス路２２と接続されている点が異なっている。 The compressed hydrogen production system 10C of the present embodiment is different in that the other end of the hydrogen pipe P4 is mainly connected to the anode off-gas passage 22 instead of the raw material gas pipe P1.
水素配管Ｐ４の他端は、アノードオフガス路２２と接続されており、気体貯留部１８Ｂからバーナ１２Ｂへ水素が供給されている。アノードオフガス路２２には、水素配管Ｐ４の他端が接続された部分よりも上流側に逆止弁Ｖ５が設けられている。また、逆止弁Ｖ２は、流量検出計３０よりも下流側に設けられている。バーナ１２Ｂへ供給された水素は、アノードオフガスと共に燃焼に供される。 The other end of the hydrogen pipe P4 is connected to the anode off-gas passage 22, and hydrogen is supplied from the gas storage unit 18B to the burner 12B. The anode off-gas passage 22 is provided with a check valve V5 on the upstream side of the portion to which the other end of the hydrogen pipe P4 is connected. Further, the check valve V2 is provided on the downstream side of the flow rate detector 30. The hydrogen supplied to the burner 12B is used for combustion together with the anode off gas.
本実施形態の圧縮水素製造システム１０Ｃも、第１実施形態の圧縮水素製造システム１０Ａと同様に動作が行われる。 The compressed hydrogen production system 10C of the present embodiment also operates in the same manner as the compressed hydrogen production system 10A of the first embodiment.
本実施形態の圧縮水素製造システム１０Ｃでは、水分離部１６で分離された水を減圧し、水中に溶存する水素を回収し、バーナ１２Ｂへ供給して燃焼させる。したがって、圧縮水素製造システム１０Ｃ内で生成される水素を無駄にすることなく有効に利用することができる。 In the compressed hydrogen production system 10C of the present embodiment, the water separated by the water separation unit 16 is depressurized, hydrogen dissolved in the water is recovered, and the hydrogen is supplied to the burner 12B for combustion. Therefore, the hydrogen generated in the compressed hydrogen production system 10C can be effectively used without wasting it.
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態については、第１〜第３実施形態と同様の部分については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. Regarding the fourth embodiment, the same parts as those in the first to third embodiments are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
本実施形態の圧縮水素製造システム１０Ｄでは、主に、水素配管Ｐ４の他端が、原料ガス管Ｐ１ではなく圧縮水素出力路２４と接続されている点が異なっている。 The compressed hydrogen production system 10D of the present embodiment is different in that the other end of the hydrogen pipe P4 is mainly connected to the compressed hydrogen output path 24 instead of the raw material gas pipe P1.
水素配管Ｐ４の他端は、圧縮水素出力路２４と接続されており、気体貯留部１８Ｂからの水素が、水分離部１６からの高圧水素と合流されている。圧縮水素出力路２４で合流された水素は、不図示の水素タンクへ貯留されたり、燃料電池などの原料として供給されたりして利用される。 The other end of the hydrogen pipe P4 is connected to the compressed hydrogen output path 24, and hydrogen from the gas storage unit 18B is merged with high-pressure hydrogen from the water separation unit 16. The hydrogen merged in the compressed hydrogen output path 24 is used by being stored in a hydrogen tank (not shown) or being supplied as a raw material for a fuel cell or the like.
本実施形態の圧縮水素製造システム１０Ｄも、第１実施形態の圧縮水素製造システム１０Ａと同様に動作が行われる。 The compressed hydrogen production system 10D of the present embodiment also operates in the same manner as the compressed hydrogen production system 10A of the first embodiment.
本実施形態の圧縮水素製造システム１０Ｄでは、水分離部１６で分離された水を減圧し、水中に溶存する水素を回収し、高圧水素と合流させる。したがって、圧縮水素製造システム１０Ｄ内で生成される水素を無駄にすることなく有効に利用することができる。 In the compressed hydrogen production system 10D of the present embodiment, the water separated by the water separation unit 16 is depressurized, hydrogen dissolved in the water is recovered, and the hydrogen is merged with the high-pressure hydrogen. Therefore, the hydrogen generated in the compressed hydrogen production system 10D can be effectively used without wasting it.
なお、本実施形態では、水素配管Ｐ４から送出される水素の圧力は、カソード１４Ｃから送出される水素の圧力よりも低くなるので、所定の圧縮水素を得るために、必要に応じてカソード１４Ｃの背圧を高くしてもよい。 In the present embodiment, the pressure of hydrogen sent from the hydrogen pipe P4 is lower than the pressure of hydrogen sent from the cathode 14C. Therefore, in order to obtain a predetermined compressed hydrogen, the pressure of the cathode 14C is required. The back pressure may be increased.
なお、本実施形態でも、回収した水素はアノード１４Ａへ供給されないので、電流調整処理は不要である。 Even in this embodiment, the recovered hydrogen is not supplied to the anode 14A, so that the current adjustment process is unnecessary.
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ 圧縮水素製造システム
１２ 燃料処理装置、 １２Ｂ バーナ
１４ 水素圧縮機、 １４Ａ アノード、 １４Ｂ イオン伝導体（電解質膜）
１４Ｃ カソード、 １６ 水分離部（水分離部）、 １８ 貯水タンク（水素回収部）
２４ 圧縮水素出力路（圧縮水素供給部）
３０ 流量検出計、 ３２ 制御部（電流調整部）、３３ 電圧計
Ｐ４ 水素配管（圧縮水素供給部、アノード導入部、燃焼用水素供給部）
Ｔ１ 温度センサ、 Ｖ３ 減圧バルブ（水素回収部）
10A, 10B, 10C, 10D Compressed Hydrogen Production System 12 Fuel Processing Equipment, 12B Burner 14 Hydrogen Compressor, 14A Anode, 14B Ion Conductor (Electrolyte Membrane)
14C cathode, 16 water separation section (water separation section), 18 water storage tank (hydrogen recovery section)
24 Compressed hydrogen output path (compressed hydrogen supply section)
30 Flow detector, 32 Control unit (current adjustment unit), 33 Voltmeter P4 Hydrogen piping (compressed hydrogen supply unit, anode introduction unit, hydrogen supply unit for combustion)
T1 temperature sensor, V3 pressure reducing valve (hydrogen recovery unit)
Claims (12)
前記カソードから送出された圧縮水素から水を分離する水分離部と、
前記水分離部で分離された水を減圧し、前記水中に溶存する水素を回収する水素回収部と、
前記水素回収部で回収された水素を、前記アノードへ導入するアノード導入部と、
を備えた圧縮水素製造システム。 An electrochemical hydrogen compressor in which an anode is formed on one side and a cathode is formed on the other side across an electrolyte membrane, and hydrogen is transferred from the anode to the cathode by passing an electric current.
A water separator that separates water from compressed hydrogen delivered from the cathode,
A hydrogen recovery unit that decompresses the water separated by the water separation unit and recovers hydrogen dissolved in the water.
An anode introduction unit that introduces hydrogen recovered by the hydrogen recovery unit into the anode, and an anode introduction unit.
Compressed hydrogen production system equipped with.
を備えた、請求項１に記載の圧縮水素製造システム。 A compressed hydrogen supply unit that merges the hydrogen recovered by the hydrogen recovery unit with the compressed hydrogen after the water is separated by the water separation unit.
The compressed hydrogen production system according to claim 1.
前記燃料処理装置で生成された燃料ガスを前記アノードへ供給する燃料ガス供給路と、
を備えた請求項１または請求項２に記載の圧縮水素製造システム。 A fuel treatment device that reforms the raw material gas to generate fuel gas containing hydrogen,
A fuel gas supply path for supplying the fuel gas generated by the fuel processing apparatus to the anode, and
The compressed hydrogen production system according to claim 1 or 2 .
前記カソードから送出された圧縮水素から水を分離する水分離部と、
前記水分離部で分離された水を減圧し、前記水中に溶存する水素を回収する水素回収部と、
原料ガスを改質して、水素を含む燃料ガスを生成する燃料処理装置と、
前記燃料処理装置で生成された燃料ガスを前記アノードへ供給する燃料ガス供給路と、
水と混合される前の前記原料ガスに対して、水素を用いて脱硫処理を行う水添脱硫部、及び、前記水素回収部で回収された水素を前記水添脱硫部へ供給する、脱硫用水素供給部と、
を備えた圧縮水素製造システム。 An electrochemical hydrogen compressor in which an anode is formed on one side and a cathode is formed on the other side across an electrolyte membrane, and hydrogen is transferred from the anode to the cathode by passing an electric current.
A water separator that separates water from compressed hydrogen delivered from the cathode,
A hydrogen recovery unit that decompresses the water separated by the water separation unit and recovers hydrogen dissolved in the water.
A fuel treatment device that reforms the raw material gas to generate fuel gas containing hydrogen,
A fuel gas supply path for supplying the fuel gas generated by the fuel processing apparatus to the anode, and
For desulfurization, a hydrogenated desulfurization unit that performs desulfurization treatment using hydrogen on the raw material gas before being mixed with water, and a hydrogenation desulfurization unit that supplies hydrogen recovered by the hydrogen recovery unit to the hydrogenated desulfurization unit. Hydrogen supply unit and
Compressed hydrogen production system equipped with.
を備えた、請求項３または請求項４に記載の圧縮水素製造システム。 A raw material hydrogen supply unit that supplies the hydrogen recovered by the hydrogen recovery unit together with the raw material gas to the fuel treatment apparatus,
3. The compressed hydrogen production system according to claim 3 or 4 .
前記カソードから送出された圧縮水素から水を分離する水分離部と、
前記水分離部で分離された水を減圧し、前記水中に溶存する水素を回収する水素回収部と、
原料ガスを改質して、水素を含む燃料ガスを生成する燃料処理装置と、
前記燃料処理装置で生成された燃料ガスを前記アノードへ供給する燃料ガス供給路と、
前記水素回収部で回収された水素を、原料ガスと共に前記燃料処理装置へ供給する原料水素供給部と、
前記水素回収部で回収された水素が送出される流量を検出する流量検出計が設けられ、
前記流量検出計で検出された水素の流量に基づいて、前記電気化学的水素圧縮機へ供給する電流を制御する電流調整部と、
を備えた圧縮水素製造システム。 An electrochemical hydrogen compressor in which an anode is formed on one side and a cathode is formed on the other side across an electrolyte membrane, and hydrogen is transferred from the anode to the cathode by passing an electric current.
A water separator that separates water from compressed hydrogen delivered from the cathode,
A hydrogen recovery unit that decompresses the water separated by the water separation unit and recovers hydrogen dissolved in the water.
A fuel treatment device that reforms the raw material gas to generate fuel gas containing hydrogen,
A fuel gas supply path for supplying the fuel gas generated by the fuel processing apparatus to the anode, and
A raw material hydrogen supply unit that supplies the hydrogen recovered by the hydrogen recovery unit together with the raw material gas to the fuel treatment apparatus,
A flow rate detector is provided to detect the flow rate at which the hydrogen recovered by the hydrogen recovery unit is sent out.
A current adjusting unit that controls the current supplied to the electrochemical hydrogen compressor based on the flow rate of hydrogen detected by the flow rate detector.
Compressed hydrogen production system equipped with.
前記カソードから送出された圧縮水素から水を分離する水分離部と、
前記水分離部で分離された水を減圧し、前記水中に溶存する水素を回収する水素回収部と、
原料ガスを改質して、水素を含む燃料ガスを生成する燃料処理装置と、
前記燃料処理装置で生成された燃料ガスを前記アノードへ供給する燃料ガス供給路と、
前記水素回収部で回収された水素を、原料ガスと共に前記燃料処理装置へ供給する原料水素供給部と、
前記水素回収部で回収された水素が送出される流量を検出する流量検出計が設けられ、
前記流量検出計で検出された水素の流量に基づいて、前記燃料処理装置へ供給する原料ガスを制御する原料調整部と、
を備えた圧縮水素製造システム。 An electrochemical hydrogen compressor in which an anode is formed on one side and a cathode is formed on the other side across an electrolyte membrane, and hydrogen is transferred from the anode to the cathode by passing an electric current.
A water separator that separates water from compressed hydrogen delivered from the cathode,
A hydrogen recovery unit that decompresses the water separated by the water separation unit and recovers hydrogen dissolved in the water.
A fuel treatment device that reforms the raw material gas to generate fuel gas containing hydrogen,
A fuel gas supply path for supplying the fuel gas generated by the fuel processing apparatus to the anode, and
A raw material hydrogen supply unit that supplies the hydrogen recovered by the hydrogen recovery unit together with the raw material gas to the fuel treatment apparatus,
A flow rate detector is provided to detect the flow rate at which the hydrogen recovered by the hydrogen recovery unit is sent out.
A raw material adjusting unit that controls the raw material gas supplied to the fuel processing apparatus based on the hydrogen flow rate detected by the flow rate detector.
Compressed hydrogen production system equipped with.
を備えた、請求項３〜請求項７のいずれか１項に記載の圧縮水素製造システム。 A combustion hydrogen supply unit that supplies hydrogen recovered by the hydrogen recovery unit to combustion in a burner in the fuel processing apparatus.
The compressed hydrogen production system according to any one of claims 3 to 7 , further comprising.
を備えた、請求項３〜請求項８のいずれか１項に記載の圧縮水素製造システム。 A current adjusting unit that controls a current flowing through the electrochemical hydrogen compressor based on at least one of the outlet temperature of the fuel gas, the reforming temperature, and the temperature of the burner in the fuel processing apparatus.
The compressed hydrogen production system according to any one of claims 3 to 8 , further comprising.
を備えた、請求項３〜請求項８のいずれか１項に記載の圧縮水素製造システム。 A raw material adjusting unit that controls a raw material gas supplied to the fuel processing device based on at least one of the outlet temperature, the reforming temperature, and the burner temperature of the fuel gas in the fuel processing device.
The compressed hydrogen production system according to any one of claims 3 to 8 , further comprising.
前記電圧計で検出された電圧に基づいて、前記電気化学的水素圧縮機へ供給する電流を制御する電圧検出電流調整部、
を備えた、請求項３〜請求項５のいずれか１項に記載の圧縮水素製造システム。 A voltmeter for detecting the voltage applied to the electrochemical hydrogen compressor is provided.
A voltage detection current adjusting unit that controls the current supplied to the electrochemical hydrogen compressor based on the voltage detected by the voltmeter.
The compressed hydrogen production system according to any one of claims 3 to 5, further comprising .
前記電圧計で検出された電圧に基づいて、前記燃料処理装置へ供給する原料ガスを制御する電圧検出原料調整部、
を備えた、請求項３〜請求項５のいずれか１項に記載の圧縮水素製造システム。 It has a voltmeter that detects the voltage applied to the electrochemical hydrogen compressor.
A voltage detection raw material adjusting unit that controls the raw material gas supplied to the fuel processing apparatus based on the voltage detected by the voltmeter.
The compressed hydrogen production system according to any one of claims 3 to 5, further comprising .
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