JP7306623B2 - Thermal management method in hydrogen utilization system - Google Patents

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Description

本発明は、水素利用システムにおける熱管理方法に関する。 The present invention relates to a method of thermal management in a hydrogen utilization system.

近年、太陽光発電が急速に普及しているが、太陽光発電の供給電力量が需要電力量を上回る懸念が生じている。その場合、太陽光発電から出力され且つ蓄電池等を用いて捨てられるエネルギーは余剰電力として貯蔵されることが望ましい。余剰電力を貯蔵する方法として、水素吸蔵合金を用いる方法が注目されている。水素吸蔵合金を用いてエネルギーを貯蔵する方法での貯蔵時のエネルギーに対する放出時のエネルギーの変換効率は、蓄電池を用いる方法に比べて低い。しかしながら、水素吸蔵合金を用いてエネルギーを貯蔵する方法は、大容量且つ長期的なエネルギーの貯蔵に適している。 In recent years, photovoltaic power generation has spread rapidly, but there is concern that the amount of power supplied by photovoltaic power generation will exceed the amount of power demand. In that case, it is desirable that the energy that is output from the photovoltaic power generation and discarded using a storage battery or the like is stored as surplus power. As a method for storing surplus electric power, a method using a hydrogen storage alloy is attracting attention. In the method of storing energy using a hydrogen storage alloy, the conversion efficiency of energy during release to energy during storage is lower than in the method using a storage battery. However, the method of storing energy using a hydrogen storage alloy is suitable for large-capacity and long-term energy storage.

例えば、特許文献1には、電力を使用して水素を製造・貯蔵し、水素で発電する水素利用システムを備えた電力供給システムが開示されている。この電力供給システムでは、電力系統に連系された需要家に、水素製造装置、水素貯蔵装置、燃料電池、負荷モニタ装置、監視制御装置が設けられている。また、特許文献1に開示されている電力供給システムでは、需要予測及び負荷変動に基づき、水素を製造・貯蔵・利用する。 For example, Patent Literature 1 discloses a power supply system that uses electric power to produce and store hydrogen, and that includes a hydrogen utilization system that generates power using hydrogen. In this power supply system, consumers connected to a power system are provided with a hydrogen production device, a hydrogen storage device, a fuel cell, a load monitor device, and a monitoring control device. Further, in the power supply system disclosed in Patent Document 1, hydrogen is produced, stored, and used based on demand forecast and load fluctuation.

また、特許文献2には、自然エネルギーにより水素を製造・貯蔵・利用する水素利用システムを備えた電力供給システムが開示されている。この電力供給システムは、太陽光パネル等の自然エネルギー発電装置、パワーコンディショナ装置、蓄電池、水素製造装置、水素貯蔵装置、燃料電池を備えている。また、特許文献2に開示されている電力供給システムは、日中の自然エネルギー発電装置の発電量の予測値と施設の電力需要量の予測値とに基づき、蓄電池及び水素製造装置に供給する電力量を決定する。また、この電力供給システムは、夜間に蓄電池から施設に供給する電力量と燃料電池から施設に供給する電力量とを決定する。 Further, Patent Document 2 discloses a power supply system including a hydrogen utilization system that produces, stores, and utilizes hydrogen from natural energy. This power supply system includes a natural energy power generation device such as a solar panel, a power conditioner device, a storage battery, a hydrogen production device, a hydrogen storage device, and a fuel cell. Further, the power supply system disclosed in Patent Document 2 supplies power to the storage battery and the hydrogen production device based on the predicted value of the power generation amount of the natural energy power generation device during the day and the predicted value of the power demand of the facility. Determine quantity. The power supply system also determines the amount of power to be supplied from the storage battery to the facility at night and the amount of power to be supplied from the fuel cell to the facility.

特開2003-061251号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-061251 特許第6189448号公報Japanese Patent No. 6189448

上述の特許文献1,2の水素利用システムでは、水素吸蔵合金を用いて効率良く水素を放出させる、即ち燃料電池で発電するためには、水素吸蔵合金が収容されているタンクの内部の圧力が燃料電池の動作圧力より十分に高くなければならない。タンクの内部の圧力が燃料電池の動作圧力より低い場合は、水素吸蔵合金を加温してタンクの内部の圧力を高める必要がある。 In the hydrogen utilization systems of Patent Documents 1 and 2 described above, in order to efficiently release hydrogen using the hydrogen storage alloy, that is, to generate power with the fuel cell, the pressure inside the tank containing the hydrogen storage alloy is It must be well above the operating pressure of the fuel cell. If the pressure inside the tank is lower than the operating pressure of the fuel cell, it is necessary to heat the hydrogen-absorbing alloy to increase the pressure inside the tank.

水素吸蔵合金を加温する方法としては、燃料電池の排熱を用いる方法が挙げられる。しかしながら、燃料電池の排熱を得るためには、燃料電池を起動するための電力、即ち水素吸蔵合金からの水素放出が必要である。そのため、燃料電池の排熱は、水素吸蔵合金による水素放出の初期段階で使用できず、タンクに加温用の熱源や蓄熱槽を設けなければならない。このことによって、タンクが大型になり、タンクの内部に熱源や蓄熱槽を設置する手間とコストがかかり、水素利用システムの使用効率が低下するという問題があった。 A method of heating the hydrogen storage alloy includes a method of using exhaust heat from the fuel cell. However, in order to obtain exhaust heat from the fuel cell, electric power for starting the fuel cell, that is, hydrogen release from the hydrogen absorbing alloy is required. Therefore, exhaust heat from the fuel cell cannot be used in the initial stage of hydrogen release by the hydrogen storage alloy, and a heat source for heating and a heat storage tank must be provided in the tank. As a result, the tank becomes large, and it takes time and cost to install the heat source and heat storage tank inside the tank.

本発明は、使用効率の高い水素利用システムにおける熱管理方法を提供する。 The present invention provides a heat management method in a hydrogen utilization system with high utilization efficiency.

本発明の水素利用システムは、再生可能エネルギーの余剰電力を用いて水素を製造する水素製造装置と、前記水素製造装置によって製造された水素を貯蔵可能且つ貯蔵した前記水素を放出可能な水素吸蔵合金を有する水素吸蔵合金タンクが複数設けられた水素貯蔵装置と、前記水素貯蔵装置に貯蔵された水素を用いて発電し、発電した発電電力を放出する燃料電池と、前記水素製造装置又は前記燃料電池で生じる温熱を複数の前記水素吸蔵合金タンクに供給可能に構成された熱媒流路と、前記水素、前記余剰電力及び前記発電電力の供給又は停止、及び前記熱媒流路における熱媒の流動を制御可能に構成された制御装置と、を備え、複数の前記水素吸蔵合金タンクの熱容量が互いに異なる。 The hydrogen utilization system of the present invention comprises a hydrogen production device that produces hydrogen using surplus power of renewable energy, and a hydrogen storage alloy that can store the hydrogen produced by the hydrogen production device and can release the stored hydrogen. a hydrogen storage device provided with a plurality of hydrogen storage alloy tanks having a A heat medium flow path configured to be able to supply the heat generated in a plurality of the hydrogen storage alloy tanks, the supply or stop of the hydrogen, the surplus electric power and the generated power, and the flow of the heat medium in the heat medium flow path and a control device configured to be able to control the plurality of hydrogen-absorbing alloy tanks having different heat capacities.

上述の水素利用システムによれば、水素貯蔵装置は熱容量の互いに異なる水素吸蔵合金タンクを複数備えているので、稼働状況に応じて水素吸蔵合金タンクの総熱容量を変更可能になる。例えば、水素製造装置からの温熱や水素吸蔵合金における水素の吸蔵時の発熱、水素の放出時の吸熱によって複数の水素吸蔵合金タンクが加温・冷却される場合は、全ての水素吸蔵合金タンクを加温・冷却対象とし、水素吸蔵合金タンク(水素吸蔵装置)の総熱容量を大きくすることができる。また、燃料電池からの温熱によって複数の水素吸蔵合金タンクが加温される場合は、水素を放出している水素吸蔵合金タンクのみを加温対象とし、水素吸蔵合金タンクの総熱容量を最小限に抑えることができる。このことによって、水素利用システムの使用効率が高まる。 According to the hydrogen utilization system described above, since the hydrogen storage device includes a plurality of hydrogen storage alloy tanks having different heat capacities, the total heat capacity of the hydrogen storage alloy tanks can be changed according to the operating conditions. For example, if multiple hydrogen-absorbing alloy tanks are heated and cooled by the heat from the hydrogen production equipment, the heat generated when absorbing hydrogen in the hydrogen-absorbing alloy, and the heat absorbed by the hydrogen-absorbing alloy, all the hydrogen-absorbing alloy tanks should be The total heat capacity of the hydrogen storage alloy tank (hydrogen storage device) can be increased by heating and cooling. In addition, when multiple hydrogen-absorbing alloy tanks are heated by the heat from the fuel cell, only the hydrogen-absorbing alloy tanks that are releasing hydrogen are to be heated, and the total heat capacity of the hydrogen-absorbing alloy tanks is minimized. can be suppressed. This increases the usage efficiency of the hydrogen utilization system.

本発明の水素利用システムにおける熱管理方法は、上述の水素利用システムにおける熱管理方法であって、複数の前記水素吸蔵合金タンクに貯蔵される水素の総量が少なくとも所定の貯蔵量に達するまで前記熱容量が小さい前記水素吸蔵合金タンクから順に、前記水素製造装置で製造した水素を前記水素吸蔵合金タンクに供給して前記水素を吸蔵する水素吸蔵工程と、全ての前記水素吸蔵合金タンクに前記熱媒を循環させる第1熱媒循環工程と、を備える。 The heat management method in the hydrogen utilization system of the present invention is the heat management method in the above-described hydrogen utilization system, wherein the heat capacity is maintained until the total amount of hydrogen stored in the plurality of hydrogen-absorbing alloy tanks reaches at least a predetermined storage amount. a hydrogen absorbing step of supplying the hydrogen produced by the hydrogen production apparatus to the hydrogen absorbing alloy tanks in order from the hydrogen absorbing alloy tanks with the smallest values to absorb the hydrogen; and a first heat medium circulation step for circulating.

上述の水素利用システムにおける熱管理方法によれば、水素吸蔵工程において、熱容量の小さい水素吸蔵合金タンクから順に、水素製造装置で製造された水素が吸蔵される。複数の水素吸蔵合金タンクに亘る水素の吸蔵総量が少なくとも所定の水素の吸蔵量に達した時点で水素吸蔵工程が完了する。第1熱媒循環工程では、水素吸蔵工程で未使用の水素吸蔵合金タンクを含めて全ての水素吸蔵合金タンクに熱媒を循環させるので、水素吸蔵時に発生する反応熱(温熱)は、全ての水素吸蔵合金タンクの加温に用いられる。また、熱容量の大きい水素吸蔵合金タンクは、蓄熱体として機能する。これらのことによって、全ての水素吸蔵合金タンクの水素吸蔵合金が水素を放出可能な温度以上に維持されやすくなり、水素利用システムの使用効率が高まる。 According to the above-described heat management method in the hydrogen utilization system, in the hydrogen absorption step, hydrogen produced by the hydrogen production apparatus is absorbed in order from the hydrogen absorption alloy tank with the smallest heat capacity. The hydrogen absorbing step is completed when the total amount of hydrogen absorbed in the plurality of hydrogen absorbing alloy tanks reaches at least a predetermined amount of hydrogen absorbed. In the first heat medium circulation step, the heat medium is circulated through all the hydrogen-absorbing alloy tanks including those not used in the hydrogen-absorbing step. Used for heating hydrogen storage alloy tanks. Also, the hydrogen storage alloy tank, which has a large heat capacity, functions as a heat reservoir. As a result, the hydrogen storage alloys in all of the hydrogen storage alloy tanks can be easily maintained at a temperature higher than the temperature at which hydrogen can be released, and the use efficiency of the hydrogen utilization system is increased.

本発明の水素利用システムにおける熱管理方法は、上述の水素利用システムにおける熱管理方法であって、複数の前記水素吸蔵合金タンクから放出される水素の総量が少なくとも所定の放出量に達するまで前記熱容量が小さい前記水素吸蔵合金タンクから順に、吸蔵していた前記水素を前記燃料電池に放出する水素放出工程と、前記燃料電池からの排熱が回収可能になるまで全ての前記水素吸蔵合金タンクに前記熱媒を循環させる第2熱媒循環工程と、前記燃料電池からの排熱が回収可能になってから前記水素を放出している前記水素吸蔵合金タンクと前記燃料電池に前記熱媒を循環させる第3熱媒循環工程と、を備える。 The heat management method in the hydrogen utilization system of the present invention is the heat management method in the above-described hydrogen utilization system, wherein the heat capacity is maintained until the total amount of hydrogen released from the plurality of hydrogen storage alloy tanks reaches at least a predetermined release amount. a hydrogen releasing step of releasing the stored hydrogen to the fuel cell in order from the hydrogen storage alloy tank with a smaller value; a second heat medium circulation step of circulating a heat medium; and circulating the heat medium through the hydrogen-absorbing alloy tank releasing the hydrogen and the fuel cell after exhaust heat from the fuel cell can be recovered. and a third heat medium circulation step.

上述の水素利用システムにおける熱管理方法によれば、水素放出工程において、熱容量の小さい水素吸蔵合金タンクから順に、水素吸蔵合金に吸蔵されていた水素が放出される。複数の水素吸蔵合金タンクに亘る水素の放出総量が少なくとも所定の水素の放出量に達した時点で水素放出工程が完了する。第2熱媒循環工程では、例えば水素の吸蔵時に未使用であった水素吸蔵合金タンクを含め、全ての水素吸蔵合金タンクに熱媒を循環させる。このとき、例えば水素の吸蔵時に未使用であった熱容量の大きい水素吸蔵合金タンクからは温熱が供給されると共に、水素を放出している複数の水素吸蔵合金タンクの吸熱が全ての水素吸蔵合金タンクの冷却に寄与する。このことによって、水素の放出に伴う水素吸蔵合金タンクの温度低下が抑えられる。燃料電池からの排熱回収が可能となった時点で、第2熱媒循環工程から、第3熱媒循環工程に移行する。第3熱媒循環工程では、複数の水素吸蔵合金タンクのうち水素を放出している水素吸蔵合金タンクと燃料電池でのみ熱媒を循環させる。このことによって、燃料電池からの温熱による加温対象の水素吸蔵合金タンクの熱容量が最低限に抑えられ、加温対象の水素吸蔵合金タンクが速やかに加温される。したがって、水素利用システムの使用効率が高まる。 According to the heat management method in the hydrogen utilization system described above, in the hydrogen release step, the hydrogen stored in the hydrogen storage alloy is released in order from the hydrogen storage alloy tank with the smallest heat capacity. The hydrogen releasing step is completed when the total amount of released hydrogen from the plurality of hydrogen storage alloy tanks reaches at least a predetermined amount of released hydrogen. In the second heat medium circulation step, the heat medium is circulated through all the hydrogen-absorbing alloy tanks including, for example, the hydrogen-absorbing alloy tanks that have not been used during hydrogen absorption. At this time, for example, heat is supplied from a hydrogen-absorbing alloy tank with a large heat capacity that was not used when hydrogen was absorbed, and the heat absorption of the plurality of hydrogen-absorbing alloy tanks releasing hydrogen is absorbed by all the hydrogen-absorbing alloy tanks. contributes to the cooling of This suppresses the temperature drop of the hydrogen storage alloy tank due to the release of hydrogen. When it becomes possible to recover exhaust heat from the fuel cell, the second heat medium circulation process is shifted to the third heat medium circulation process. In the third heat medium circulation step, the heat medium is circulated only in the hydrogen storage alloy tank that is releasing hydrogen among the plurality of hydrogen storage alloy tanks and in the fuel cell. As a result, the heat capacity of the hydrogen-absorbing alloy tank to be heated by the heat from the fuel cell is minimized, and the hydrogen-absorbing alloy tank to be heated is quickly heated. Therefore, the usage efficiency of the hydrogen utilization system is enhanced.

本発明の水素利用システムにおける熱管理方法によれば、水素利用システムの使用効率を高めることができる。
According to the heat management method in the hydrogen utilization system of the present invention, the utilization efficiency of the hydrogen utilization system can be enhanced.

本発明の一実施形態の水素利用システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a hydrogen utilization system according to one embodiment of the present invention; FIG. 図1に示す水素利用システムの水素吸蔵合金における水素の吸蔵・放出反応を示す化学式である。2 is a chemical formula showing a hydrogen absorption/desorption reaction in the hydrogen storage alloy of the hydrogen utilization system shown in FIG. 1; 図1に示す水素利用システムの水素吸蔵合金のPCT線図の一例である。2 is an example of a PCT diagram of the hydrogen storage alloy of the hydrogen utilization system shown in FIG. 1. FIG. 本発明の一実施形態の水素利用システムの熱管理方法を説明するための概略図であり、水素利用システムの動作モードが水素製造・吸蔵モードである状態を示す図である。1 is a schematic diagram for explaining a heat management method for a hydrogen utilization system according to one embodiment of the present invention, and shows a state in which the operation mode of the hydrogen utilization system is the hydrogen production/occlusion mode. FIG. 本発明の一実施形態の水素利用システムの熱管理方法を説明するための概略図であり、水素利用システムの動作モードが水素放出・燃料電池発電モードで動作している状態を示す図である。1 is a schematic diagram for explaining a heat management method for a hydrogen utilization system according to one embodiment of the present invention, and shows a state in which the hydrogen utilization system is operating in a hydrogen release/fuel cell power generation mode; FIG. 本発明の一実施形態の水素利用システムの熱管理方法を説明するための概略図であり、水素利用システムの動作モードが水素放出・燃料電池発電モードで動作している状態を示す図である。1 is a schematic diagram for explaining a heat management method for a hydrogen utilization system according to one embodiment of the present invention, and shows a state in which the hydrogen utilization system is operating in a hydrogen release/fuel cell power generation mode; FIG.

以下、本発明の水素利用システム及び水素利用システムにおける熱管理方法の好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。 Preferred embodiments of the hydrogen utilization system and the heat management method in the hydrogen utilization system of the present invention will be described below with reference to the drawings.

[水素利用システムの構成]
本発明の一実施形態の水素利用システムは、不図示の電力供給システムに組み込まれている。前述の電力供給システムは、太陽光や風力、地熱等の再生可能エネルギーの余剰電力を活用し、例えば建物のZEB(Zero Energy Building)化を実現する。前述の電力供給システムは蓄電池を備え、蓄電池は上述の余剰電力を蓄電し、蓄電した蓄電量に基づいて放電する。
[Configuration of hydrogen utilization system]
A hydrogen utilization system according to one embodiment of the present invention is incorporated in a power supply system (not shown). The power supply system described above utilizes surplus power of renewable energy sources such as sunlight, wind power, and geothermal heat, and realizes, for example, ZEB (Zero Energy Building) of buildings. The power supply system described above includes a storage battery, which stores the above-described surplus power and discharges it based on the stored power amount.

図1に示すように、本実施形態の水素利用システム200は、水素製造装置2、水素貯蔵装置3、燃料電池4、熱媒流路202、制御装置(図示略)を備えている。 As shown in FIG. 1, the hydrogen utilization system 200 of this embodiment includes a hydrogen production device 2, a hydrogen storage device 3, a fuel cell 4, a heat medium flow path 202, and a control device (not shown).

水素製造装置2は、再生可能エネルギーの余剰電力を用いて水素を製造する装置であり、電解槽21及び熱交換器22を備えている。図1及び図4に示すように、電解槽21は、駆動用の電気(発電電力)E1を供給され、純水PWを電気分解することによって水素H1を製造する。電解槽21には、電気供給路211、純水供給路216、水素供給路221、熱媒供給路231,233が接続されている。電気E1は、不図示の電力供給システムの蓄電池等から電気供給路211を介して電解槽21に供給される。純水PWは、不図示の純水供給装置から純水供給路216を介して電解槽21へ供給される。電解槽21で製造された水素H1は、水素供給路221を介して水素貯蔵装置3に供給される。水素供給路221には、バルブ251が設けられている。 The hydrogen production device 2 is a device that produces hydrogen using surplus power of renewable energy, and includes an electrolytic cell 21 and a heat exchanger 22 . As shown in FIGS. 1 and 4, the electrolyzer 21 is supplied with driving electricity (generated power) E1, and electrolyzes pure water PW to produce hydrogen H1. An electric supply channel 211 , a pure water supply channel 216 , a hydrogen supply channel 221 , and heat medium supply channels 231 and 233 are connected to the electrolytic cell 21 . The electricity E1 is supplied to the electrolytic cell 21 through an electricity supply path 211 from a storage battery or the like of a power supply system (not shown). The pure water PW is supplied from a pure water supply device (not shown) to the electrolytic cell 21 through the pure water supply channel 216 . Hydrogen H1 produced in the electrolytic cell 21 is supplied to the hydrogen storage device 3 through the hydrogen supply channel 221 . A valve 251 is provided in the hydrogen supply path 221 .

熱交換器22は、熱媒供給路231,233を介して電解槽21に接続され、熱媒供給路232を介して第1熱媒流路11に接続され、熱媒供給路234を介して第2熱媒流路12に接続されている。熱交換器22は、中温水(熱媒)HC1と低温水(熱媒)HC2との熱交換を行う。上述のように水素H1が製造される際に、電解槽21が放熱する。電解槽21の放熱によって温められた純水PWは、中温水HC1として熱媒供給路231を介して熱交換器22に供給される。低温水HC2は、第1熱媒流路11から熱媒供給路232を介して熱交換器22に供給される。熱媒供給路232には、バルブ252が設けられている。 The heat exchanger 22 is connected to the electrolytic cell 21 via heat medium supply paths 231 and 233, is connected to the first heat medium flow path 11 via a heat medium supply path 232, and is connected to the first heat medium flow path 11 via a heat medium supply path 234. It is connected to the second heat medium flow path 12 . The heat exchanger 22 exchanges heat between medium-temperature water (heat medium) HC1 and low-temperature water (heat medium) HC2. When the hydrogen H1 is produced as described above, the electrolytic cell 21 releases heat. The pure water PW warmed by the heat radiation of the electrolytic cell 21 is supplied to the heat exchanger 22 via the heat medium supply path 231 as medium temperature water HC1. The low temperature water HC2 is supplied from the first heat medium flow path 11 to the heat exchanger 22 through the heat medium supply path 232 . A valve 252 is provided in the heat medium supply path 232 .

熱交換によって冷やされた中温水HC1は、低温水HC3として熱媒供給路233を介して電解槽21に戻される。熱交換によって温められた低温水HC2は、中温水HC4として熱媒供給路234を介して第2熱媒流路12に供給される。熱交換器22の種類は、例えばプレート式やフィンチューブ式等であるが、中温水HC1と低温水HC2との熱交換を行うことが可能であれば特に限定されない。 The medium-temperature water HC1 cooled by heat exchange is returned to the electrolytic cell 21 through the heat medium supply path 233 as the low-temperature water HC3. The low-temperature water HC2 warmed by heat exchange is supplied to the second heat medium flow path 12 through the heat medium supply path 234 as medium-temperature water HC4. The type of the heat exchanger 22 is, for example, a plate type, a fin tube type, or the like, but is not particularly limited as long as heat can be exchanged between the medium temperature water HC1 and the low temperature water HC2.

水素貯蔵装置3は、水素製造装置2によって製造された水素H1を貯蔵し且つ貯蔵した水素H1を適時放出する装置であり、3つの水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3を備えている。バルブ251より下流側の水素供給路221は、3つの水素供給路221-1,221-2,221-3に分岐している。水素製造装置2から供給された水素H1は、水素H1-1,H1-2,H1-3に分配され、水素供給路221-1,221-2,221-3を介して水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3に供給される。 The hydrogen storage device 3 is a device that stores the hydrogen H1 produced by the hydrogen production device 2 and releases the stored hydrogen H1 in a timely manner. I have. The hydrogen supply channel 221 on the downstream side of the valve 251 branches into three hydrogen supply channels 221-1, 221-2 and 221-3. The hydrogen H1 supplied from the hydrogen production device 2 is distributed to the hydrogen H1-1, H1-2, H1-3, and the hydrogen storage alloy tank 31 through the hydrogen supply paths 221-1, 221-2, 221-3. -1, 31-2, 31-3.

水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3はそれぞれ、水素H1-1,H1-2,H1-3を貯蔵可能且つ貯蔵した水素H1-1,H1-2,H1-3を水素放出可能な水素吸蔵合金を有する。水素吸蔵合金は、図2に示す可逆的な化学式(1)に従って水素の吸蔵及び放出の一方又は双方を行う。化学式(1)におけるnは、水素吸蔵合金の水素吸蔵量を表す自然数である。自然数nが大きい程、水素吸蔵合金の最大水素吸蔵量が多いことを表す。水素吸蔵合金は、例えば水素化マグネシウム(MgH)、水素化チタン(TiH)、水素化バナジウム(VH)、水素化ジルコニウム(ZrH)であるが、化学式(1)に従って水素の吸蔵及び放出の一方又は双方を行うことができる物質であれば特に限定されない。 Hydrogen storage alloy tanks 31-1, 31-2, and 31-3 are capable of storing hydrogen H1-1, H1-2, and H1-3, respectively, and store hydrogen H1-1, H1-2, and H1-3. It has a hydrogen storage alloy that can be released. A hydrogen storage alloy performs one or both of hydrogen storage and release according to the reversible chemical formula (1) shown in FIG. n in the chemical formula (1) is a natural number representing the hydrogen storage capacity of the hydrogen storage alloy. The larger the natural number n, the greater the maximum hydrogen storage capacity of the hydrogen storage alloy. Hydrogen storage alloys, such as magnesium hydride (MgH 2 ), titanium hydride (TiH 2 ), vanadium hydride (VH 2 ), and zirconium hydride (ZrH 2 ), store hydrogen according to chemical formula (1) and There is no particular limitation as long as it is a substance that can perform one or both of the releases.

水素吸蔵合金タンク31-Zの各水素吸蔵合金における水素の吸蔵特性及び放出特性は、例えば図3に示す圧力-組成等温線図(PCT線図)によって表される。本実施形態においてZは、1から3までの自然数であり、水素吸蔵合金タンクの番号を表す。図3に示すPCT線図の縦軸は、水素H1-Zのある温度における平衡圧力PH2を表している。図3に示すPCT線図の横軸は、水素吸蔵合金タンク31-Zの各水素吸蔵合金における水素の貯蔵量を表し、各水素吸蔵合金における水素濃度[質量%]で表される。 The hydrogen storage characteristics and hydrogen release characteristics of each hydrogen storage alloy of the hydrogen storage alloy tank 31-Z are represented, for example, by the pressure-composition isotherm diagram (PCT diagram) shown in FIG. In this embodiment, Z is a natural number from 1 to 3 and represents the number of the hydrogen storage alloy tank. The vertical axis of the PCT diagram shown in FIG. 3 represents the equilibrium pressure PH2 of hydrogen H1-Z at a certain temperature. The horizontal axis of the PCT diagram shown in FIG. 3 represents the hydrogen storage amount in each hydrogen storage alloy of the hydrogen storage alloy tank 31-Z, and is represented by the hydrogen concentration [mass %] in each hydrogen storage alloy.

水素吸蔵合金タンク31-Zの水素吸蔵合金の温度をT度に保った状態で、水素H1-Zの圧力をゆっくり上げると、水素濃度H/Mは、図3に示すQ1点からQ2点までの曲線を描くように上昇する。一方で、Q1点からQ2点までの範囲では、水素吸蔵合金タンク31-Zの各水素吸蔵合金における金属の表面に吸着していた水素分子(水素)は、平衡圧力PH2が高まるにつれて解離して水素原子(水素)になり、金属内に溶解して固溶体を形成する。Q1点からQ2点までの範囲では、固溶限界があるため、水素H1-Zの圧力を高めても水素濃度H/Mはあまり増えない。 When the pressure of hydrogen H1-Z is slowly increased while the temperature of the hydrogen-absorbing alloy in the hydrogen-absorbing alloy tank 31-Z is maintained at T degrees, the hydrogen concentration H/M changes from point Q1 to point Q2 shown in FIG. It rises to draw a curve of On the other hand, in the range from point Q1 to point Q2, the hydrogen molecules (hydrogen) adsorbed on the surface of the metal in each hydrogen-absorbing alloy of the hydrogen-absorbing alloy tank 31-Z dissociate as the equilibrium pressure PH2 increases. It becomes a hydrogen atom (hydrogen) and dissolves in the metal to form a solid solution. In the range from point Q1 to point Q2, there is a solid solubility limit, so even if the pressure of hydrogen H1-Z is increased, the hydrogen concentration H/M does not increase much.

水素濃度H/Mが図3に示すQ2点に達すると、固溶体における金属が固溶していた水素原子と反応して金属水素化物を生成する。図3に示すQ3点では、水素吸蔵合金タンク31-Zの各水素吸蔵合金の全体が金属水素化物になっている。Q2点からQ3点までの間では、水素吸蔵合金タンク31-Zの各水素吸蔵合金において固溶体と金属水素化物とが共存し、水素H1-Zの圧力が一定となる。Q2点からQ3点までの領域は、プラトー領域と呼ばれている。 When the hydrogen concentration H/M reaches point Q2 shown in FIG. 3, the metal in the solid solution reacts with the dissolved hydrogen atoms to form a metal hydride. At point Q3 shown in FIG. 3, each hydrogen storage alloy in the hydrogen storage alloy tank 31-Z is entirely metal hydride. Between point Q2 and point Q3, the solid solution and the metal hydride coexist in each hydrogen storage alloy in the hydrogen storage alloy tank 31-Z, and the pressure of hydrogen H1-Z is constant. The region from point Q2 to point Q3 is called a plateau region.

Q4点から水素H1-Zの圧力を下げると、水素H1-Zの吸蔵時と同様に放出時のプラトー領域が現れる。水素H1-Zの吸蔵時と放出時の各プラトー領域での平衡圧力PH2にはヒステリシスと呼ばれる差圧が存在する。通常、水素H1-Zの吸蔵時のプラトー領域の平衡圧力PH2の方が、水素H1-Zの放出時のプラトー領域の平衡圧力PH2より高い。 When the pressure of hydrogen H1-Z is lowered from point Q4, a plateau region appears at the time of desorption as well as at the time of absorption of hydrogen H1-Z. There is a differential pressure called hysteresis in the equilibrium pressure PH2 in each plateau region during absorption and release of hydrogen H1-Z. Normally, the equilibrium pressure PH2 in the plateau region during absorption of hydrogen H1-Z is higher than the equilibrium pressure PH2 in the plateau region during release of hydrogen H1-Z.

図1に示す水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3の熱容量は、互いに異なっている。つまり、図2に示す水素吸蔵合金タンク31-Zのある温度における平衡圧力PH2は、互いに異なっている。 The hydrogen storage alloy tanks 31-1, 31-2 and 31-3 shown in FIG. 1 have different heat capacities. That is, the equilibrium pressures PH2 at certain temperatures in the hydrogen storage alloy tank 31-Z shown in FIG. 2 are different from each other.

本実施形態では、水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3の順に、熱容量が小さい。即ち、3つの水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3のうち、水素吸蔵合金タンク31-1の熱容量が最も小さく、水素吸蔵合金タンク31-3の熱容量が最も大きい。水素吸蔵合金タンク31-1,31-2同士の熱容量の差、及び水素吸蔵合金タンク31-2,31-3同士の熱容量の差は、互いに略等しい。具体的には、31-1,31-2,31-3のうち、水素吸蔵合金タンク31-1の内容積が最も小さく、水素吸蔵合金タンク31-3の内容積が最も大きい。 In this embodiment, the hydrogen storage alloy tanks 31-1, 31-2, and 31-3 have smaller heat capacities in that order. That is, among the three hydrogen-absorbing alloy tanks 31-1, 31-2, and 31-3, the hydrogen-absorbing alloy tank 31-1 has the smallest heat capacity, and the hydrogen-absorbing alloy tank 31-3 has the largest heat capacity. The difference in heat capacity between the hydrogen-absorbing alloy tanks 31-1 and 31-2 and the difference in heat capacity between the hydrogen-absorbing alloy tanks 31-2 and 31-3 are substantially equal to each other. Specifically, among the tanks 31-1, 31-2, and 31-3, the hydrogen storage alloy tank 31-1 has the smallest internal volume, and the hydrogen storage alloy tank 31-3 has the largest internal volume.

水素吸蔵合金タンク31-Zは、水素供給路221-Z,221を介して電解槽21に接続され、熱媒供給路235-Z,235を介して第2熱媒流路12に接続され、熱媒供給路236-Z,236を介して第1熱媒流路11に接続されている。熱媒供給路235には、ポンプ260が設けられている。ポンプ260より下流側の熱媒供給路235は、3つの熱媒供給路235-1,235-2,235-3に分岐している。熱媒供給路235-1,235-2,235-3のそれぞれには、バルブ253-1,253-2,253-3が設けられている。ポンプ260によって汲み上げられた中温水HC4は、中温水(熱媒)HC5として供給され、中温水HC5-1,HC5-2,HC5-3に分配され、水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3に供給される。 The hydrogen storage alloy tank 31-Z is connected to the electrolytic cell 21 via the hydrogen supply paths 221-Z, 221, and is connected to the second heat medium flow path 12 via the heat medium supply paths 235-Z, 235, It is connected to the first heat medium flow path 11 via heat medium supply paths 236-Z, 236. A pump 260 is provided in the heat medium supply path 235 . The heat medium supply path 235 on the downstream side of the pump 260 branches into three heat medium supply paths 235-1, 235-2 and 235-3. Valves 253-1, 253-2 and 253-3 are provided in the heat medium supply paths 235-1, 235-2 and 235-3, respectively. Intermediate water HC4 pumped by pump 260 is supplied as intermediate water (heat medium) HC5, distributed to intermediate water HC5-1, HC5-2, HC5-3, and stored in hydrogen storage alloy tanks 31-1, 31-2. , 31-3.

熱媒供給路236は、3つの熱媒供給路236-1,236-2,236-3に分岐している。水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3の加温等に用いられた中温水HC5-1,HC5-2,HC5-3は、中温の熱媒HC6-1,HC6-2,HC6-3として熱媒供給路236-1,236-2,236-3に供給され、熱媒HC6に合わせられて熱媒供給路236を介して第1熱媒流路11に供給される。 The heat medium supply path 236 branches into three heat medium supply paths 236-1, 236-2 and 236-3. Medium-temperature water HC5-1, HC5-2, and HC5-3 used for heating the hydrogen-absorbing alloy tanks 31-1, 31-2, and 31-3 are medium-temperature heat mediums HC6-1, HC6-2, HC6-3 is supplied to the heat medium supply paths 236-1, 236-2, and 236-3, and is combined with the heat medium HC6 and supplied to the first heat medium flow path 11 through the heat medium supply path 236.

水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3は、それぞれの熱容量及びそれぞれに供給される中温水の量、水素濃度H/M等に応じ、図3に示したPCT線図で表される特性に従って、水素H1-1,H1-2,H1-3の吸蔵及び放出の一方又は双方のうち何れかの動作を行う。水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3の動作については後述する。 The hydrogen storage alloy tanks 31-1, 31-2, and 31-3 are represented by the PCT diagram shown in FIG. Either one or both of the absorption and release of hydrogen H1-1, H1-2, H1-3 is performed according to the characteristics to be determined. The operations of the hydrogen storage alloy tanks 31-1, 31-2 and 31-3 will be described later.

水素吸蔵合金タンク31-Zには、水素供給路222-Zが接続されている。3つの水素供給路222-1,222-2,222-3は、1つの水素供給路222に合流している。水素供給路222には、バルブ254が設けられている。水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3から放出される水素H1-1,H1-2,H1-3は、水素H2-1,H2-2,H2-3として水素供給路222-1,222-2,222-3及び水素供給路222を介して燃料電池4に供給される。分岐位置Xには、例えば三方弁等のように水素H1の送り先を切り替える構成が設けられていてもよい。 A hydrogen supply path 222-Z is connected to the hydrogen storage alloy tank 31-Z. The three hydrogen supply channels 222-1, 222-2, 222-3 join one hydrogen supply channel 222. As shown in FIG. A valve 254 is provided in the hydrogen supply path 222 . Hydrogen H1-1, H1-2, and H1-3 released from the hydrogen storage alloy tanks 31-1, 31-2, and 31-3 are converted into hydrogen H2-1, H2-2, and H2-3, and are supplied to the hydrogen supply path 222. −1, 222 - 2 , 222 - 3 and the hydrogen supply line 222 to the fuel cell 4 . The branch position X may be provided with a configuration for switching the destination of the hydrogen H1, such as a three-way valve.

燃料電池4は、水素貯蔵装置3に貯蔵されている水素H1-1,H1-2,H1-3が放電されてなる水素H2-1,H2-2,H2-3を用いて発電し、発電した電気(発電電気)E2を放出する装置であり、スタック41及び熱交換器42を備えている。スタック41は、最小単位構造である板状セル(図示略)を直列に100枚程度積層して結合した構造体である。板状セルは、セパレータ、アノード、電解質膜、カソード、セパレータをこの順に組み合わせた構造体である。セパレータ、アノード、電解質、及びカソードの各材料は、公知の燃料電池のスタックと同様である。 The fuel cell 4 generates electric power using hydrogen H2-1, H2-2, H2-3 obtained by discharging the hydrogen H1-1, H1-2, H1-3 stored in the hydrogen storage device 3. It is a device that emits generated electricity (generated electricity) E2, and includes a stack 41 and a heat exchanger . The stack 41 is a structure in which about 100 plate-like cells (not shown), which are minimum unit structures, are stacked in series and connected. A plate cell is a structure in which a separator, an anode, an electrolyte membrane, a cathode, and a separator are combined in this order. The separator, anode, electrolyte, and cathode materials are similar to known fuel cell stacks.

スタック41は、供給される水素H2-1,H2-2,H2-3を用いて発電し、発電した電気E2を放出する。スタック41には、水素供給路222、電気供給路212、熱媒供給路237,239が接続されている。電気E2は、スタック41から電気供給路212を介して不図示の電力供給システムの電力供給対象の建物等に供給される。 The stack 41 generates electricity using the supplied hydrogen H2-1, H2-2, H2-3 and releases the generated electricity E2. A hydrogen supply path 222 , an electricity supply path 212 , and heat medium supply paths 237 and 239 are connected to the stack 41 . The electricity E2 is supplied from the stack 41 through an electricity supply line 212 to a building or the like to which power is supplied by a power supply system (not shown).

熱交換器42は、熱媒供給路237,239を介してスタック41に接続され、熱媒供給路238を介して第1熱媒流路11に接続され、熱媒供給路240を介して第2熱媒流路12に接続されている。熱交換器42は、中温水(熱媒)HC7と低温水(熱媒)HC8との熱交換を行う。上述のように電気E2が放出される際に、スタック41が放熱する。スタック41の放熱によって温められた中温水HC7は、熱媒供給路237を介して熱交換器42に供給される。低温水HC8は、第1熱媒流路11から熱媒供給路238を介して熱交換器42に供給される。熱媒供給路238には、バルブ255が設けられている。 The heat exchanger 42 is connected to the stack 41 via heat medium supply paths 237 and 239 , connected to the first heat medium flow path 11 via a heat medium supply path 238 , and connected to the first heat medium flow path 11 via a heat medium supply path 240 . 2 is connected to the heat medium flow path 12 . The heat exchanger 42 exchanges heat between medium-temperature water (heat medium) HC7 and low-temperature water (heat medium) HC8. The stack 41 dissipates heat when the electricity E2 is released as described above. The medium-temperature water HC7 warmed by the heat radiation of the stack 41 is supplied to the heat exchanger 42 through the heat medium supply path 237 . The low-temperature water HC8 is supplied from the first heat medium flow path 11 to the heat exchanger 42 through the heat medium supply path 238 . A valve 255 is provided in the heat medium supply path 238 .

熱交換によって冷やされた中温水HC7は、低温水HC9として熱媒供給路239を介してスタック41に戻される。熱交換によって温められた低温水HC8は、中温水HC10として熱媒供給路240を介して第2熱媒流路12に供給される。熱交換器42の種類は、例えばプレート式やフィンチューブ式等であるが、中温水HC7と低温水HC8との熱交換を行うことが可能であれば特に限定されない。 The medium-temperature water HC7 cooled by heat exchange is returned to the stack 41 through the heat medium supply path 239 as the low-temperature water HC9. The low-temperature water HC8 warmed by heat exchange is supplied to the second heat medium flow path 12 through the heat medium supply path 240 as medium-temperature water HC10. The type of the heat exchanger 42 is, for example, a plate type, a fin tube type, or the like, but is not particularly limited as long as it can perform heat exchange between the medium temperature water HC7 and the low temperature water HC8.

第1熱媒流路11と第2熱媒流路12とは、熱媒接続路241を介して接続されている。即ち、第1熱媒流路11に流通する熱媒は、熱媒接続路241を介して第2熱媒流路12に供給可能とされている。熱媒接続路241には、バルブ256が設けられている。 The first heat medium flow path 11 and the second heat medium flow path 12 are connected via a heat medium connection path 241 . That is, the heat medium flowing through the first heat medium flow path 11 can be supplied to the second heat medium flow path 12 via the heat medium connection path 241 . A valve 256 is provided in the heat medium connection path 241 .

熱媒流路202は、第1熱媒流路11、第2熱媒流路12、熱媒供給路231~240、熱媒接続路241で構成されている。熱媒流路202は、詳細を後述するように、水素製造装置2又は燃料電池4で生じる温熱を中温水HC4,HC10として複数の水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3に供給可能に構成されている。 The heat medium flow path 202 is composed of a first heat medium flow path 11, a second heat medium flow path 12, heat medium supply paths 231 to 240, and a heat medium connection path 241. As shown in FIG. As will be described later in detail, the heat medium flow path 202 transfers the heat generated in the hydrogen production device 2 or the fuel cell 4 to the plurality of hydrogen storage alloy tanks 31-1, 31-2, and 31-3 as medium temperature water HC4 and HC10. configured to be supplied.

不図示の制御装置は、詳細を後述するように、水素H1,H2と電気E1,E2の供給又は停止、及び熱媒流路202における各熱媒の流動を制御可能に構成されている。例えば、制御装置は、コンピュータで構成されている。
制御装置は、水素H1,H2と電気E1,E2の供給又は停止、及び熱媒流路202における各熱媒の流動を制御する機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現されてもよい。なお、前述の「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものを意味する。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD-ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置を意味する。さらに、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」は、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するものを含んでもよい。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」は、前述のように短時間の間、動的にプログラムを保持するものである場合に、サーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上述のプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、プログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
A control device (not shown) is configured to be able to control the supply or stop of hydrogen H1, H2 and electricity E1, E2 and the flow of each heat medium in the heat medium flow path 202, as will be described later in detail. For example, the control device is composed of a computer.
The control device records in a computer-readable recording medium a program for realizing the function of controlling the supply or stop of the hydrogen H1, H2 and the electricity E1, E2 and the flow of each heat medium in the heat medium flow path 202. It may also be realized by causing a computer system to read and execute the program recorded on this recording medium. Note that the above-mentioned "computer system" means an OS and hardware such as peripheral devices. A "computer-readable recording medium" means a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, a CD-ROM, and a storage device such as a hard disk incorporated in a computer system. Furthermore, a "computer-readable recording medium" dynamically retains a program for a short period of time like a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. may contain things. In addition, when the "computer-readable recording medium" dynamically retains the program for a short period of time as described above, like the volatile memory inside the computer system that serves as a server or client, It may also include those holding programs for a certain period of time. Further, the above-mentioned program may be for realizing a part of the above-mentioned functions, or may be a program capable of realizing the above-mentioned functions in combination with a program already recorded in the computer system, It may be implemented using a programmable logic device.

[水素利用システムにおける熱管理方法]
次いで、本発明の一実施形態の水素利用システムにおける熱管理方法について説明する。本実施形態の水素利用システムにおける熱管理方法では、<1>水素製造・吸蔵モード、<2>水素吸蔵・放出停止モード、<3>水素放出・燃料電池発電モード、の3つの動作モードを制御装置によって管理する。以下、各動作モードの管理について説明する。なお、以下の説明で参照する図4から図7では、稼働している構成のみを示し、稼働している各供給路及び各流路について流通している熱媒又は水素及びそれらの進行方向のみを示している。また、初期状態では各バルブ251,252,253-1,253-2,253-3,254,255,256は、閉じている。
[Heat management method in hydrogen utilization system]
Next, a heat management method in a hydrogen utilization system according to one embodiment of the present invention will be described. The heat management method in the hydrogen utilization system of this embodiment controls three operation modes: <1> hydrogen production/occlusion mode, <2> hydrogen absorption/release stop mode, and <3> hydrogen release/fuel cell power generation mode. Managed by device. Management of each operation mode will be described below. 4 to 7 referred to in the following description show only the configuration in operation, and only the heat medium or hydrogen circulating in each supply path and each flow path in operation and their traveling directions is shown. In the initial state, each valve 251, 252, 253-1, 253-2, 253-3, 254, 255, 256 is closed.

<1>水素製造・吸蔵モード
図1及び図4に示すように、本動作モードでは、水素製造工程と、第1熱媒循環工程と、と、を行う。
<1> Hydrogen production/occlusion mode As shown in FIGS. 1 and 4, in this operation mode, a hydrogen production process and a first heat medium circulation process are performed.

水素製造工程では、水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3に貯蔵される水素の総量が少なくとも所定の貯蔵量に達するまで、熱容量が小さい水素吸蔵合金タンク31-1から順に、水素製造装置2で製造した水素H1を水素吸蔵合金タンクに供給する。詳細には、制御装置によって、電解槽21に電気E1及び純水PWを供給する。電解槽21は、純水PWを電気分解することにより水素H1を製造する。このとき、電解槽21から熱が発生し、水素H1の製造時に未反応だった純水が加温される。水素製造装置2は、未反応の純水を回収して純水PWに混合し、純水PWの温度を中温程度の40度~50度に上昇させる。純水PWの温度が上昇したら、未反応の純水を中温水HC1として熱交換器22に供給する。中温水HC1から熱交換器22を介して30度程度の温熱が取り出される。 In the hydrogen production process, until the total amount of hydrogen stored in the hydrogen-absorbing alloy tanks 31-1, 31-2, and 31-3 reaches at least a predetermined amount, the hydrogen-absorbing alloy tanks 31-1 with smaller heat capacities are sequentially used. The hydrogen H1 produced by the hydrogen producing device 2 is supplied to the hydrogen storage alloy tank. Specifically, the controller supplies electricity E<b>1 and pure water PW to the electrolytic cell 21 . The electrolytic cell 21 produces hydrogen H1 by electrolyzing the pure water PW. At this time, heat is generated from the electrolytic cell 21 to heat the pure water that has not reacted when the hydrogen H1 is produced. The hydrogen production device 2 recovers unreacted pure water, mixes it with the pure water PW, and raises the temperature of the pure water PW to a medium temperature of 40 to 50 degrees. After the temperature of the pure water PW rises, the unreacted pure water is supplied to the heat exchanger 22 as intermediate water HC1. Heat of about 30° C. is extracted from the intermediate water HC1 through the heat exchanger 22 .

次に、バルブ252を開け、不図示の電力供給システムの建物等から第1熱媒流路11及び熱媒供給路232を介して、熱交換器22に低温水HC2を供給する。前述のように取り出された30度程度の温熱によって低温水HC2は加温される。熱交換器22における中温水HC1と低温水HC2との熱交換を繰り返し、低温水HC3を電解槽21に戻し、中温水HC4を第2熱媒流路12に供給する。 Next, the valve 252 is opened, and the low-temperature water HC2 is supplied to the heat exchanger 22 from the building of the power supply system (not shown) or the like through the first heat medium flow path 11 and the heat medium supply line 232 . The low-temperature water HC2 is heated by the temperature of about 30 degrees taken out as described above. Heat exchange between the medium temperature water HC1 and the low temperature water HC2 in the heat exchanger 22 is repeated, the low temperature water HC3 is returned to the electrolytic cell 21, and the medium temperature water HC4 is supplied to the second heat medium flow path 12.

次に、バルブ251を開ける。ここで、水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3の各熱容量に応じた各最大水素吸蔵量をC31-1,C31-2,C31-3とする。また、水素利用システム200で貯蔵すべき水素H1の所定の吸蔵量(貯蔵量)をTCとする。吸蔵量TCは、合計最大水素吸蔵量{(C31-1)+(C31-2)+(C31-3)}より小さく、且つ最大水素吸蔵量C31-1,C31-2,C31-3の何れよりも大きい。本動作モードでは、(C31-1)<TC<{(C31-1)+(C31-2)}であると想定する。 Next, valve 251 is opened. Here, C31-1, C31-2 and C31-3 are the maximum hydrogen storage amounts corresponding to the respective heat capacities of the hydrogen storage alloy tanks 31-1, 31-2 and 31-3. Also, let TC be a predetermined storage amount (storage amount) of hydrogen H1 to be stored in the hydrogen utilization system 200 . The storage amount TC is smaller than the total maximum hydrogen storage amount {(C31-1)+(C31-2)+(C31-3)} and is any of the maximum hydrogen storage amounts C31-1, C31-2, C31-3. bigger than In this operation mode, it is assumed that (C31-1)<TC<{(C31-1)+(C31-2)}.

バルブ251を通った水素H1は、先ず、水素H1-1として水素吸蔵合金タンク31-1に送られる。水素吸蔵合金タンク31-1は、最大水素吸蔵量C31-1と略同量の水素H1-1を吸蔵する。続いて、バルブ251を通った水素H1は、水素H1-2として水素吸蔵合金タンク31-2に送られる。水素吸蔵合金タンク31-2は、吸蔵量{TC-(C31-1)}の水素H1-2を吸蔵する。この時点で、水素吸蔵合金タンク31-1,31-2に吸蔵された水素H1-1,H1-2の合計吸蔵量(総量)が所定の吸蔵量TCに達する。水素吸蔵合金タンク31-3は、使用されない。なお、「水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3に貯蔵される水素の総量が少なくとも所定の貯蔵量TCに達するまで」とは、未使用の水素吸蔵合金タンクが1つ以上あるように水素H1-1,H1-2の吸蔵量を貯蔵量TCから増やしてもよいことを意味する。したがって、水素吸蔵合金タンク31-2は、吸蔵量C31-2の水素H1-2を吸蔵してもよい。 The hydrogen H1 that has passed through the valve 251 is first sent to the hydrogen storage alloy tank 31-1 as hydrogen H1-1. The hydrogen storage alloy tank 31-1 stores an amount of hydrogen H1-1 substantially equal to the maximum hydrogen storage amount C31-1. Subsequently, the hydrogen H1 that has passed through the valve 251 is sent to the hydrogen storage alloy tank 31-2 as hydrogen H1-2. The hydrogen storage alloy tank 31-2 stores hydrogen H1-2 in the storage amount {TC-(C31-1)}. At this point, the total storage amount (total amount) of hydrogen H1-1 and H1-2 stored in the hydrogen storage alloy tanks 31-1 and 31-2 reaches a predetermined storage amount TC. The hydrogen storage alloy tank 31-3 is not used. Note that "until the total amount of hydrogen stored in the hydrogen storage alloy tanks 31-1, 31-2, and 31-3 reaches at least the predetermined storage amount TC" means that one or more unused hydrogen storage alloy tanks This means that the amount of storage of hydrogen H1-1 and H1-2 may be increased from the storage amount TC. Therefore, the hydrogen storage alloy tank 31-2 may store hydrogen H1-2 in the storage amount C31-2.

第1熱媒循環工程では、全ての水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3に中温水HC5を循環させる。具体的には、制御装置によって、ポンプ260を作動させ、中温水HC4を中温水HC5として熱媒供給路235に汲み上げる。バルブ253-1,253-2,253-3を開け、中温水HC5を中温水HC5-1,HC5-2,HC5-3に分配し、水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3に供給する。水素製造工程で水素吸蔵合金タンク31-1,31-2が水素H1-1,H1-2を吸蔵している間、水素吸蔵合金が水素H1-1,H1-2を吸蔵する際の吸蔵反応によって発生する反応熱を回収して、中温水HC5-1,HC5-2を温める。温められた中温水HC5-1,HC5-2を水素吸蔵時に未使用の水素吸蔵合金タンク31-3も含めて全ての水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3に循環させる。このことによって、水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3の各水素吸蔵合金の温度が水素放出可能な所定の温度以上に維持される。 In the first heat medium circulation step, medium temperature water HC5 is circulated through all the hydrogen storage alloy tanks 31-1, 31-2 and 31-3. Specifically, the controller operates the pump 260 to pump the intermediate water HC4 into the heat medium supply path 235 as the intermediate water HC5. Open the valves 253-1, 253-2, 253-3 to distribute the intermediate water HC5 to the intermediate water HC5-1, HC5-2, HC5-3, the hydrogen storage alloy tanks 31-1, 31-2, 31- 3. While the hydrogen storage alloy tanks 31-1 and 31-2 store hydrogen H1-1 and H1-2 in the hydrogen production process, the storage reaction when the hydrogen storage alloy stores hydrogen H1-1 and H1-2. The heat of reaction generated by is recovered to warm medium-temperature water HC5-1 and HC5-2. The warmed intermediate water HC5-1, HC5-2 is circulated to all the hydrogen absorbing alloy tanks 31-1, 31-2, 31-3 including the unused hydrogen absorbing alloy tank 31-3 during hydrogen absorption. As a result, the temperature of each hydrogen storage alloy in the hydrogen storage alloy tanks 31-1, 31-2, 31-3 is maintained above a predetermined temperature at which hydrogen can be released.

<2>水素吸蔵・放出停止モード
本動作モードでは、水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3の何れも水素の吸蔵も放出も行っていない。そのため、水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3は自身の温度とタンク外の空気の環境温度との温度差に応じて自然に冷却される。熱容量の大きい水素吸蔵合金タンクは、熱容量の大きい水素吸蔵合金タンクより冷えにくい。即ち、水素吸蔵合金タンク31-3,31-2,31-1の順に、冷えにくくなっている。
<2> Hydrogen absorption/desorption stop mode In this operation mode, none of the hydrogen absorption alloy tanks 31-1, 31-2, and 31-3 are absorbing or releasing hydrogen. Therefore, the hydrogen storage alloy tanks 31-1, 31-2, 31-3 are naturally cooled according to the temperature difference between their own temperature and the environmental temperature of the air outside the tanks. A hydrogen-absorbing alloy tank with a large heat capacity is more difficult to cool than a hydrogen-absorbing alloy tank with a large heat capacity. That is, the hydrogen storage alloy tanks 31-3, 31-2, and 31-1 are difficult to cool in this order.

<3>水素放出・燃料電池発電モード
図1及び図5に示すように、本動作モードでは、水素放出工程と、第2熱媒循環工程と、と、第3熱媒循環工程とを行う。
<3> Hydrogen Release/Fuel Cell Power Generation Mode As shown in FIGS. 1 and 5, in this operation mode, a hydrogen release process, a second heat medium circulation process, and a third heat medium circulation process are performed.

水素放出工程では、水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3から放出される水素の総量が少なくとも所定の放出量GCに達するまで、熱容量が小さい水素吸蔵合金タンク31-1から順に、吸蔵していた水素H1-1,…を燃料電池4に放出する。ここで、3つの水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3のうち、2つの水素吸蔵合金タンク31-1,31-2には最大水素吸蔵量C31-1,C31-2と略同量の水素H1-1,H1-2が吸蔵されていることとする。詳細には、制御装置によって、先ず水素吸蔵合金タンク31-1は、吸蔵している水素H1-1のうち、例えば50質量%以上90質量%以下の水素H1-1を水素H2-1として放出する。続いて、水素吸蔵合金タンク31-2は、吸蔵している水素H1-2のうち、例えば50質量%以上90質量%以下の水素H1-2を水素H2-2として放出する。バルブ254を開け、水素H2-1,H2-2を合わせて水素H2とし、水素H2をスタック41に供給する。放出された水素H2-1,H2-2の総量が所定の放出量GCに達したら、水素放出工程が完了する。 In the hydrogen releasing step, until the total amount of hydrogen released from the hydrogen absorbing alloy tanks 31-1, 31-2, and 31-3 reaches at least a predetermined release amount GC, the hydrogen absorbing alloy tanks 31-1 with smaller heat capacities are sequentially released. , releases the stored hydrogen H1-1, . . . Here, of the three hydrogen storage alloy tanks 31-1, 31-2, 31-3, the two hydrogen storage alloy tanks 31-1, 31-2 have maximum hydrogen storage amounts C31-1, C31-2 and It is assumed that approximately the same amount of hydrogen H1-1 and H1-2 are occluded. Specifically, the control device first causes the hydrogen storage alloy tank 31-1 to release, for example, 50% by mass or more and 90% by mass or less of hydrogen H1-1 as hydrogen H2-1 among the stored hydrogen H1-1. do. Subsequently, the hydrogen storage alloy tank 31-2 releases, for example, 50 mass % or more and 90 mass % or less of hydrogen H1-2 as hydrogen H2-2 from the stored hydrogen H1-2. The valve 254 is opened to combine the hydrogens H2-1 and H2-2 into hydrogen H2, which is supplied to the stack 41. When the total amount of released hydrogen H2-1, H2-2 reaches a predetermined release amount GC, the hydrogen releasing process is completed.

スタック41は、電気E2を放出する際に発熱する。中温水HC7から熱交換器42を介して30度程度の温熱が取り出される。続いて、バルブ255を開け、不図示の電力供給システムの建物等から第1熱媒流路11及び熱媒供給路238を介して、熱交換器42に低温水HC8を供給する。前述のように取り出された30度程度の温熱によって低温水HC8は加温される。熱交換器42における中温水HC7と低温水HC8との熱交換を繰り返し、低温水HC9をスタック41に戻し、中温水HC10を第2熱媒流路12に供給する。 The stack 41 generates heat when emitting the electricity E2. Heat of about 30° C. is extracted from the intermediate water HC7 through the heat exchanger 42 . Subsequently, the valve 255 is opened to supply the low-temperature water HC8 to the heat exchanger 42 from the building of the power supply system (not shown) or the like through the first heat medium flow path 11 and the heat medium supply line 238 . The low-temperature water HC8 is heated by the temperature of about 30 degrees taken out as described above. Heat exchange between the medium temperature water HC7 and the low temperature water HC8 in the heat exchanger 42 is repeated, the low temperature water HC9 is returned to the stack 41, and the medium temperature water HC10 is supplied to the second heat medium flow path 12.

第2熱媒循環工程は、燃料電池4からの排熱が回収可能になるまで、水素放出工程よりやや先行して行う。第2熱媒循環工程では、全ての水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3に中温水HC5を循環させる。具体的には、制御装置によって、ポンプ260を作動させ、第2熱媒流路12を介して中温水HC10を熱媒供給路235に中温水HC5として汲み上げる。バルブ253-1,253-2,253-3を開け、中温水HC5を中温水HC5-1,HC5-2,HC5-3に分配し、水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3に供給する。水素放出工程で水素吸蔵合金タンク31-1,31-2が水素H2-1,H2-2を放出している間、水素吸蔵合金が水素H2-1,H2-2を放出する際の放出反応における吸熱によって、中温水HC5-1,HC5-2から吸熱される。これと同時に、水素吸蔵時に未使用の水素吸蔵合金タンク31-3も含めて全ての水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3に中温水HC5-1,HC5-2,HC5-3を循環させる。そのため、水素吸蔵合金タンク31-3からの温熱を含む中温水HC5-3が水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3を巡り、水素吸蔵合金タンク31-3から温熱が吸熱された中温水HC5-1,HC5-2に供給される。このことによって、水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3の各水素吸蔵合金の温度が水素放出可能な所定の温度以上に維持される。 The second heat medium circulation process is performed slightly before the hydrogen release process until exhaust heat from the fuel cell 4 can be recovered. In the second heat medium circulation step, medium temperature water HC5 is circulated through all the hydrogen storage alloy tanks 31-1, 31-2 and 31-3. Specifically, the control device operates the pump 260 to pump the medium-temperature water HC10 to the heat-medium supply path 235 through the second heat-medium flow path 12 as medium-temperature water HC5. Open the valves 253-1, 253-2, 253-3 to distribute the intermediate water HC5 to the intermediate water HC5-1, HC5-2, HC5-3, the hydrogen storage alloy tanks 31-1, 31-2, 31- 3. While the hydrogen storage alloy tanks 31-1 and 31-2 are releasing hydrogen H2-1 and H2-2 in the hydrogen release process, the release reaction when the hydrogen storage alloy releases hydrogen H2-1 and H2-2. Heat is absorbed from medium water HC5-1 and HC5-2 by heat absorption at . At the same time, all the hydrogen storage alloy tanks 31-1, 31-2, 31-3, including the unused hydrogen storage alloy tank 31-3, are filled with medium temperature water HC5-1, HC5-2, HC5-. Cycle 3. Therefore, intermediate water HC5-3 containing heat from the hydrogen-absorbing alloy tank 31-3 circulates through the hydrogen-absorbing alloy tanks 31-1, 31-2, and 31-3, and heat is absorbed from the hydrogen-absorbing alloy tank 31-3. medium-temperature water HC5-1 and HC5-2. As a result, the temperature of each hydrogen-absorbing alloy in the hydrogen-absorbing alloy tanks 31-1, 31-2, 31-3 is maintained above a predetermined temperature at which hydrogen can be released.

スタック41への水素H2-1,H2-2の供給が進むと、スタック41が電気E2の放出を開始し、燃料電池4からの排熱が回収可能になる。燃料電池4からの排熱が回収可能になってから、第2熱媒循環工程から第3熱媒循環工程に移行する。 As the supply of hydrogen H2-1 and H2-2 to the stack 41 progresses, the stack 41 starts releasing electricity E2, and exhaust heat from the fuel cell 4 can be recovered. After exhaust heat from the fuel cell 4 can be recovered, the second heat medium circulation process is shifted to the third heat medium circulation process.

図6に示すように、第3熱媒循環工程では、水素H2-1,H2-2を放出している水素吸蔵合金タンク31-1,31-2と燃料電池4に中温水HC5-1,HC5-2を循環させる。このことによって、スタック41からの温熱がHC10として放出され、HC5-1,HC5-2を介して水素吸蔵合金タンク31-1,31-2を速やかに加温する。 As shown in FIG. 6, in the third heat medium circulation step, medium temperature water HC5-1, Circulate HC5-2. As a result, heat from the stack 41 is released as HC10, and quickly heats the hydrogen storage alloy tanks 31-1 and 31-2 via HC5-1 and HC5-2.

第3熱媒循環工程において、スタック41からの温熱により水素吸蔵合金タンク31-1,31-2の加温が促進され、中温水HC5-1,HC5-2に温熱が加わる場合、或いは水素吸蔵合金タンク31-3からの温熱を水素吸蔵合金タンク31-1,31-2の加温に充てなくてもよい場合等は、加温された中温水HC5-1,HC5-2の一部や中温水HC5-3を熱媒HC6-1,HC6-2,HC6-3,HC6として熱媒供給路236-1,236-2,236-3,236を介して、第1熱媒流路11に供給する。制御装置によって、バルブ255を閉じ、バルブ256を開け、熱媒接続路241を介して熱媒HC6を第2熱媒流路12に供給する。さらに、熱媒HC6を中温水HC10と合わせて、ポンプ260によって熱媒供給路235に中温水HC5として汲み上げる。このことによって、水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3の各水素吸蔵合金の温度が水素放出可能な所定の温度以上に維持され、水素H5-1,H5-2の放出が促進される。 In the third heat medium circulation step, the heating of the hydrogen-absorbing alloy tanks 31-1 and 31-2 is accelerated by the heat from the stack 41, and the medium-temperature water HC5-1 and HC5-2 are heated. If the heat from the alloy tank 31-3 does not have to be used for heating the hydrogen-absorbing alloy tanks 31-1 and 31-2, a part of the heated intermediate water HC5-1 and HC5-2 or Intermediate water HC5-3 is used as heat medium HC6-1, HC6-2, HC6-3, and HC6, and passed through heat medium supply paths 236-1, 236-2, 236-3, and 236 to the first heat medium flow path 11. supply to The controller closes the valve 255 , opens the valve 256 , and supplies the heat medium HC 6 to the second heat medium flow path 12 through the heat medium connection path 241 . Furthermore, the heat medium HC6 is combined with the medium temperature water HC10 and pumped by the pump 260 into the heat medium supply path 235 as the medium temperature water HC5. As a result, the temperature of each hydrogen-absorbing alloy in the hydrogen-absorbing alloy tanks 31-1, 31-2, 31-3 is maintained above a predetermined temperature at which hydrogen can be released, and hydrogen H5-1, H5-2 can be released. Promoted.

以上説明した本実施形態の水素利用システム200は、再生可能エネルギーの電気E1を用いて水素H1を製造する水素製造装置2と、水素製造装置2によって製造された水素H1を貯蔵可能且つ貯蔵した水素H1を放出可能な水素吸蔵合金を有する水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3が設けられた水素貯蔵装置3と、水素貯蔵装置3に貯蔵された水素H1を用いて発電し、電気E2を放出する燃料電池4と、水素製造装置2又は燃料電池4で生じる温熱を水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3に供給可能に構成された熱媒流路202と、水素H1,H2と電気E1,E2の供給又は停止、及び熱媒流路202における熱媒の流動を制御可能に構成された制御装置と、を備える。また、3つの水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3の熱容量が互いに異なっている。 The hydrogen utilization system 200 of the present embodiment described above includes the hydrogen production device 2 that produces hydrogen H1 using electricity E1 of renewable energy, and the hydrogen production device 2 that can store the hydrogen H1 produced by the hydrogen production device 2. Electric power is generated using a hydrogen storage device 3 provided with hydrogen storage alloy tanks 31-1, 31-2, and 31-3 having hydrogen storage alloys capable of releasing H1, and hydrogen H1 stored in the hydrogen storage device 3. , the fuel cell 4 that emits the electricity E2, and the heat medium flow path 202 configured to be able to supply the heat generated by the hydrogen production device 2 or the fuel cell 4 to the hydrogen absorbing alloy tanks 31-1, 31-2, 31-3. and a control device configured to be able to control the supply or stop of the hydrogen H1, H2 and the electricity E1, E2 and the flow of the heat medium in the heat medium flow path 202. Also, the heat capacities of the three hydrogen storage alloy tanks 31-1, 31-2, 31-3 are different from each other.

本実施形態の水素利用システム200によれば、熱容量の互いに異なる水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3を備えているので、稼働状況に応じて水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3のうちの一部のタンクを活用して水素吸蔵合金タンクの総熱容量を変更できる。例えば、水素製造装置2からの温熱や水素吸蔵合金における水素H1の吸蔵時の発熱、水素H2の放出時の吸熱によって複数の水素吸蔵合金タンクを加温・冷却する場合は、全ての水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3を加温・冷却対象とし、水素吸蔵合金タンク(水素吸蔵装置)の総熱容量を大きくすることができる。また、燃料電池4からの温熱によって複数の水素吸蔵合金タンクを加温する場合は、水素H2-1,H2-2を放出している水素吸蔵合金タンク31-1,31-2のみを加温対象とし、水素吸蔵合金タンクの総熱容量を最小限に抑えることができる。このことによって、水素利用システム200の使用効率を高めることができる。 According to the hydrogen utilization system 200 of this embodiment, the hydrogen storage alloy tanks 31-1, 31-2, and 31-3 having different heat capacities are provided. The total heat capacity of the hydrogen storage alloy tank can be changed by utilizing some of the tanks 31-2 and 31-3. For example, when a plurality of hydrogen storage alloy tanks are heated and cooled by the heat from the hydrogen production device 2, the heat generated when the hydrogen storage alloy absorbs hydrogen H1, and the heat absorption when hydrogen H2 is released, all the hydrogen storage alloys By using the tanks 31-1, 31-2, and 31-3 as heating/cooling targets, the total heat capacity of the hydrogen absorbing alloy tank (hydrogen absorbing device) can be increased. When a plurality of hydrogen-absorbing alloy tanks are heated by heat from the fuel cell 4, only the hydrogen-absorbing alloy tanks 31-1 and 31-2 releasing hydrogen H2-1 and H2-2 are heated. Targeted, the total heat capacity of the hydrogen storage alloy tank can be minimized. As a result, the usage efficiency of the hydrogen utilization system 200 can be enhanced.

本実施形態の水素利用システム200によれば、熱容量の小さい水素吸蔵合金タンク31-1から順に水素H1を吸蔵させる、或いは吸蔵していた水素H1を放出させることができる。このことによって、水素H1の吸蔵時や放出時に未使用状態の水素吸蔵合金タンクの総熱容量を大きくすることができる。未使用状態の水素吸蔵合金タンクは蓄熱体として機能するため、全ての水素吸蔵合金タンクを水素H2-1,H2-2,H2-3を放出可能な状態に維持し易くなり、水素利用システム200の使用効率を高めることができる。 According to the hydrogen utilization system 200 of the present embodiment, the hydrogen H1 can be absorbed in order from the hydrogen absorbing alloy tank 31-1 having the smallest heat capacity, or the absorbed hydrogen H1 can be released. As a result, the total heat capacity of the unused hydrogen storage alloy tank can be increased when the hydrogen H1 is stored or released. Since the unused hydrogen-absorbing alloy tank functions as a heat storage medium, it becomes easier to maintain all the hydrogen-absorbing alloy tanks in a state capable of releasing hydrogen H2-1, H2-2, and H2-3, and the hydrogen utilization system 200 can be used more efficiently.

本実施形態の水素利用システム200における熱管理方法は、水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3に貯蔵される水素H1-1,H1-2,H1-3の総量が少なくとも所定の吸蔵量TCに達するまで熱容量が小さい水素吸蔵合金タンク31-1から順に、水素製造装置2で製造した水素を水素吸蔵合金タンク31-1,31-2に供給して水素H1-1,H1-2を吸蔵する水素吸蔵工程と、全ての水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3に中温水HC5-1,HC5-2,HC5-3を循環させる第1熱媒循環工程と、を備える。 In the heat management method in the hydrogen utilization system 200 of the present embodiment, the total amount of hydrogen H1-1, H1-2, H1-3 stored in the hydrogen storage alloy tanks 31-1, 31-2, 31-3 is at least predetermined. The hydrogen produced by the hydrogen production apparatus 2 is supplied to the hydrogen storage alloy tanks 31-1 and 31-2 in order from the hydrogen storage alloy tank 31-1 with the smallest heat capacity until the storage amount TC of H1-1 and H1 is reached. -2, and a first heat medium circulation step of circulating medium-temperature water HC5-1, HC5-2, and HC5-3 in all the hydrogen-absorbing alloy tanks 31-1, 31-2, and 31-3. And prepare.

本実施形態の水素利用システム200における熱管理方法によれば、水素吸蔵工程において、熱容量の小さい水素吸蔵合金タンク31-1から順に、水素製造装置2で製造された水素H1を吸蔵する。水素吸蔵合金タンク31-1,31-2に亘る水素の吸蔵総量が少なくとも所定の水素の吸蔵量TCに達した時点で水素吸蔵工程を完了する。第1熱媒循環工程では、水素吸蔵工程で未使用の水素吸蔵合金タンク31-3を含めて全ての水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3に中温水HC5-1,HC5-2,HC5-3を循環させる。このとき、水素吸蔵合金タンク31-1,31-2で水素吸蔵時に発生する反応熱(温熱)を全ての水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3の加温に用いることができる。また、熱容量の大きい水素吸蔵合金タンク31-3を蓄熱体として用いることができる。これらのことによって、全ての水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3の水素吸蔵合金を水素H2-1,H2-2,H2-3を放出可能な温度以上に維持し、水素利用システム200の使用効率を高めることができる。 According to the heat management method in the hydrogen utilization system 200 of the present embodiment, the hydrogen H1 produced by the hydrogen producing device 2 is absorbed in order from the hydrogen absorbing alloy tank 31-1 with the smallest heat capacity in the hydrogen absorbing process. When the total amount of hydrogen stored in the hydrogen storage alloy tanks 31-1 and 31-2 reaches at least a predetermined hydrogen storage amount TC, the hydrogen storage step is completed. In the first heat medium circulation step, medium-temperature water HC5-1, HC5 is supplied to all the hydrogen-absorbing alloy tanks 31-1, 31-2, 31-3 including the unused hydrogen-absorbing alloy tank 31-3 in the hydrogen-absorbing step. -2, HC5-3 are circulated. At this time, it is possible to use the reaction heat (thermal heat) generated when hydrogen is absorbed in the hydrogen absorbing alloy tanks 31-1 and 31-2 to heat all the hydrogen absorbing alloy tanks 31-1, 31-2 and 31-3. can. Also, a hydrogen storage alloy tank 31-3 having a large heat capacity can be used as a heat storage medium. By these, the hydrogen storage alloys of all the hydrogen storage alloy tanks 31-1, 31-2, 31-3 are maintained above the temperature at which hydrogen H2-1, H2-2, H2-3 can be released, and hydrogen The usage efficiency of the utilization system 200 can be improved.

また、本実施形態の水素利用システム200における熱管理方法は、水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3から放出される水素H2-1,H2-2,H2-3の総量が少なくとも所定の放出量GCに達するまで熱容量が小さい水素吸蔵合金タンク31-1から順に、吸蔵していた水素H1-1,H1-2を水素H2-1,H2-2として、燃料電池4に放出する水素放出工程と、燃料電池4からの排熱が回収可能になるまで全ての水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3に中温水HC5-1,HC5-2,HC5-3を循環させる第2熱媒循環工程と、燃料電池4からの排熱が回収可能になってから水素H2-1,H2-2を放出している水素吸蔵合金タンク31-1,31-2と燃料電池4に中温水H5-1,H5-2を循環させる第3熱媒循環工程と、を備える。 Further, in the heat management method in the hydrogen utilization system 200 of the present embodiment, the total amount of hydrogen H2-1, H2-2, H2-3 released from the hydrogen storage alloy tanks 31-1, 31-2, 31-3 is The stored hydrogen H1-1 and H1-2 are released to the fuel cell 4 as hydrogen H2-1 and H2-2 in order from the hydrogen storage alloy tank 31-1 with the smallest heat capacity until at least a predetermined release amount GC is reached. medium temperature water HC5-1, HC5-2, HC5-3 in all the hydrogen storage alloy tanks 31-1, 31-2, 31-3 until exhaust heat from the fuel cell 4 can be recovered. and the hydrogen storage alloy tanks 31-1 and 31-2 releasing hydrogen H2-1 and H2-2 after exhaust heat from the fuel cell 4 can be recovered. and a third heat medium circulation step of circulating medium-temperature water H5-1, H5-2 in the fuel cell 4.

本実施形態の水素利用システム200における熱管理方法によれば、水素放出工程において、熱容量の小さい水素吸蔵合金タンク31-1から順に、水素吸蔵合金に吸蔵されていた水素H2-1,H2-2が放出される。水素吸蔵合金タンク31-1,31-2に亘る水素の放出総量が少なくとも所定の水素の放出量GCに達した時点で水素放出工程を完了する。第2熱媒循環工程では、例えば水素の吸蔵時に未使用であった水素吸蔵合金タンク31-3を含め、全ての水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3に中温水HC5-1,HC5-2,HC5-3を循環させる。このとき、水素H2-1,H2-2を放出している複数の水素吸蔵合金タンク31-1,31-2の吸熱が全ての水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3の冷却に寄与するが、例えば水素の吸蔵時に未使用であった熱容量の大きい水素吸蔵合金タンク31-3からは温熱が供給される。このことによって、水素H2-1,H2-2の放出に伴う水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3の温度低下が抑えられる。さらに、燃料電池4からの排熱回収が可能となった時点で、第2熱媒循環工程から、第3熱媒循環工程に移行する。第3熱媒循環工程では、中温水H5-1,H5-2を水素H2-1,H2-2を放出している水素吸蔵合金タンク31-1,31-2と燃料電池4でのみ循環させる。このことによって、燃料電池4からの温熱による加温対象の水素吸蔵合金タンク31-1,31-2の総熱容量を最低限に抑え、加温対象の水素吸蔵合金タンク31-1,31-2を速やかに加温できる。したがって、水素利用システム200の使用効率を高めることができる。 According to the heat management method in the hydrogen utilization system 200 of the present embodiment, hydrogen H2-1 and H2-2 that have been occluded in the hydrogen-absorbing alloys are arranged in order from the hydrogen-absorbing alloy tank 31-1 with the smallest heat capacity in the hydrogen releasing process. is emitted. When the total amount of hydrogen released over the hydrogen storage alloy tanks 31-1 and 31-2 reaches at least a predetermined amount of released hydrogen GC, the hydrogen releasing step is completed. In the second heat medium circulation step, medium temperature HC5- 1, HC5-2 and HC5-3 are circulated. At this time, the heat absorption of the plurality of hydrogen-absorbing alloy tanks 31-1, 31-2 releasing hydrogen H2-1, H2-2 causes the heat absorption of all the hydrogen-absorbing alloy tanks 31-1, 31-2, 31-3. Although it contributes to cooling, heat is supplied from, for example, the hydrogen storage alloy tank 31-3, which has a large heat capacity and was not used when hydrogen was stored. This suppresses the temperature drop of the hydrogen storage alloy tanks 31-1, 31-2, 31-3 accompanying the release of hydrogen H2-1, H2-2. Furthermore, when the exhaust heat recovery from the fuel cell 4 becomes possible, the process shifts from the second heat medium circulation process to the third heat medium circulation process. In the third heat medium circulation step, the intermediate water H5-1, H5-2 is circulated only through the hydrogen storage alloy tanks 31-1, 31-2 releasing hydrogen H2-1, H2-2 and the fuel cell 4. . As a result, the total heat capacity of the hydrogen storage alloy tanks 31-1 and 31-2 to be heated by the heat from the fuel cell 4 is minimized, and the hydrogen storage alloy tanks 31-1 and 31-2 to be heated are minimized. can be quickly heated. Therefore, the usage efficiency of the hydrogen utilization system 200 can be enhanced.

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は特定の実施形態に限定されない。本発明は、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、変更可能である。 Although preferred embodiments of the invention have been described in detail above, the invention is not limited to any particular embodiment. The invention can be modified within the scope of the invention described in the claims.

例えば、上述の実施形態では、水素利用システム200の水素貯蔵装置3は3つの水素吸蔵合金タンク31-1,31-2,31-3を備えているが、水素貯蔵装置3が備える水素吸蔵合金タンクの数は3つに限定されない。吸蔵量TCは、複数の水素吸蔵合金タンクの合計最大水素吸蔵量より小さく、且つ各水素吸蔵合金タンクの最大水素吸蔵量の何れよりも大きければよい。水素利用システム200では、前述の関係を満足するように、各水素吸蔵合金タンクの最大水素吸蔵量C31-Z、及び水素吸蔵合金タンクの設置数が決められる。 For example, in the above-described embodiment, the hydrogen storage device 3 of the hydrogen utilization system 200 includes three hydrogen storage alloy tanks 31-1, 31-2, and 31-3. The number of tanks is not limited to three. The storage amount TC should be smaller than the total maximum hydrogen storage amount of the plurality of hydrogen storage alloy tanks and larger than any of the maximum hydrogen storage amounts of the hydrogen storage alloy tanks. In the hydrogen utilization system 200, the maximum hydrogen storage amount C31-Z of each hydrogen storage alloy tank and the number of installed hydrogen storage alloy tanks are determined so as to satisfy the above relationship.

2 水素製造装置
3 水素貯蔵装置
4 燃料電池
31-1,31-2,31-3 水素吸蔵合金タンク
200 水素利用システム
2 Hydrogen production device 3 Hydrogen storage device 4 Fuel cell 31-1, 31-2, 31-3 Hydrogen storage alloy tank 200 Hydrogen utilization system

Claims (2)

再生可能エネルギーの余剰電力を用いて水素を製造する水素製造装置と、
前記水素製造装置によって製造された水素を貯蔵可能且つ貯蔵した前記水素を放出可能な水素吸蔵合金を有する水素吸蔵合金タンクが複数設けられた水素貯蔵装置と、
前記水素貯蔵装置に貯蔵された水素を用いて発電し、発電した発電電力を放出する燃料電池と、
前記水素製造装置又は前記燃料電池で生じる温熱を複数の前記水素吸蔵合金タンクに供給可能に構成された熱媒流路と、
前記水素、前記余剰電力及び前記発電電力の供給又は停止、及び前記熱媒流路における熱媒の流動を制御可能に構成された制御装置と、
を備え、複数の前記水素吸蔵合金タンクの熱容量が互いに異なる水素利用システムにおける熱管理方法であって、
複数の前記水素吸蔵合金タンクに貯蔵される水素の総量が少なくとも所定の貯蔵量に達するまで前記熱容量が小さい前記水素吸蔵合金タンクから順に、前記水素製造装置で製造した水素を前記水素吸蔵合金タンクに供給して前記水素を吸蔵させる水素吸蔵工程と、
全ての前記水素吸蔵合金タンクに前記熱媒を循環させる第1熱媒循環工程と、
を備える、
水素利用システムにおける熱管理方法。
a hydrogen production device that produces hydrogen using surplus power of renewable energy;
a hydrogen storage device provided with a plurality of hydrogen storage alloy tanks capable of storing the hydrogen produced by the hydrogen production device and having the hydrogen storage alloy capable of releasing the stored hydrogen;
a fuel cell that generates power using the hydrogen stored in the hydrogen storage device and releases the generated power;
a heat medium flow path configured to supply heat generated in the hydrogen production device or the fuel cell to a plurality of the hydrogen-absorbing alloy tanks;
a control device configured to be capable of controlling the supply or stop of the hydrogen, the surplus power and the generated power, and the flow of the heat medium in the heat medium flow path;
A heat management method in a hydrogen utilization system in which the plurality of hydrogen storage alloy tanks have different heat capacities,
Hydrogen produced by the hydrogen production apparatus is poured into the hydrogen storage alloy tanks in order from the hydrogen storage alloy tanks with the smaller heat capacities until the total amount of hydrogen stored in the plurality of hydrogen storage alloy tanks reaches at least a predetermined storage amount. a hydrogen absorbing step of supplying and absorbing the hydrogen;
a first heat medium circulation step of circulating the heat medium through all the hydrogen storage alloy tanks;
comprising a
Thermal management method in hydrogen utilization system.
再生可能エネルギーの余剰電力を用いて水素を製造する水素製造装置と、
前記水素製造装置によって製造された水素を貯蔵可能且つ貯蔵した前記水素を放出可能な水素吸蔵合金を有する水素吸蔵合金タンクが複数設けられた水素貯蔵装置と、
前記水素貯蔵装置に貯蔵された水素を用いて発電し、発電した発電電力を放出する燃料電池と、
前記水素製造装置又は前記燃料電池で生じる温熱を複数の前記水素吸蔵合金タンクに供給可能に構成された熱媒流路と、
前記水素、前記余剰電力及び前記発電電力の供給又は停止、及び前記熱媒流路における熱媒の流動を制御可能に構成された制御装置と、
を備え、複数の前記水素吸蔵合金タンクの熱容量が互いに異なる水素利用システムにおける熱管理方法であって、
複数の前記水素吸蔵合金タンクから放出される水素の総量が少なくとも所定の放出量に達するまで前記熱容量が小さい前記水素吸蔵合金タンクから順に、吸蔵していた前記水素を前記燃料電池に放出する水素放出工程と、
前記燃料電池からの排熱が回収可能になるまで全ての前記水素吸蔵合金タンクに前記熱媒を循環させる第2熱媒循環工程と、
前記燃料電池からの排熱が回収可能になってから前記水素を放出している前記水素吸蔵合金タンクと前記燃料電池に前記熱媒を循環させる第3熱媒循環工程と、
を備える、
水素利用システムにおける熱管理方法。
a hydrogen production device that produces hydrogen using surplus power of renewable energy;
a hydrogen storage device provided with a plurality of hydrogen storage alloy tanks capable of storing the hydrogen produced by the hydrogen production device and having the hydrogen storage alloy capable of releasing the stored hydrogen;
a fuel cell that generates power using the hydrogen stored in the hydrogen storage device and releases the generated power;
a heat medium flow path configured to supply heat generated in the hydrogen production device or the fuel cell to a plurality of the hydrogen-absorbing alloy tanks;
a control device configured to be capable of controlling the supply or stop of the hydrogen, the surplus power and the generated power, and the flow of the heat medium in the heat medium flow path;
A heat management method in a hydrogen utilization system in which the plurality of hydrogen storage alloy tanks have different heat capacities,
Hydrogen release in which the stored hydrogen is released to the fuel cell in order from the hydrogen storage alloy tank with the smaller heat capacity until the total amount of hydrogen released from the plurality of hydrogen storage alloy tanks reaches at least a predetermined release amount. process and
a second heat medium circulation step of circulating the heat medium through all of the hydrogen-absorbing alloy tanks until exhaust heat from the fuel cell can be recovered;
a third heating medium circulation step of circulating the heating medium between the hydrogen-absorbing alloy tank that releases the hydrogen after exhaust heat from the fuel cell can be recovered and the fuel cell;
comprising a
Thermal management method in hydrogen utilization system.
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