WO2018033951A1

WO2018033951A1 - 水素エネルギー利用システム及びその制御方法

Info

Publication number: WO2018033951A1
Application number: PCT/JP2016/073854
Authority: WO
Inventors: 洋介渡並; 佐藤　純一
Original assignee: 株式会社東芝; 東芝エネルギーシステムズ株式会社
Priority date: 2016-08-15
Filing date: 2016-08-15
Publication date: 2018-02-22

Abstract

本実施形態に係る水素エネルギー利用システムは、水および水蒸気の内の少なくとも一方を電気分解し、水素ガス及び大気圧よりも高い圧力を有する酸素ガスを生成する電気分解装置と、酸素ガスの圧力エネルギーを用いてガスを圧縮する第１圧縮装置と、を備える。

Description

水素エネルギー利用システム及びその制御方法

　本実施形態は、水素エネルギー利用システム及びその制御方法に関する。

　太陽光、風力、及び地熱などに代表される再生可能エネルギーが、化石燃料によらないエネルギーとして発電に利用されている。これらの再生可能エネルギーを用いた発電電力には時間変動があり、変動により不足する電力を補うエネルギー貯蔵装置が一般に用いられている。

　また、エネルギー貯蔵装置として、水素エネルギーを利用した水素エネルギー利用システムが知られている。この水素エネルギー利用システムでは、再生可能エネルギーを用いた発電で生じた余剰エネルギーを用いて、水の電気分解を行い、水素ガスと酸素ガスとを生成する。この生成された水素ガスは、例えば圧縮器などで圧縮され、貯蔵される。そして、再生可能エネルギーを用いた発電電力が需要電力よりも少ないと、貯蔵された水素が発電に用いられる。ところが、水の電気分解により生じた酸素ガスの圧力エネルギーなどは、一般に水素エネルギー利用システムで利用されていない。

特開２０１３－２２７６３４号公報特許第３０８５７９８号公報

　本発明が解決しようとする課題は、エネルギー利用効率の向上が可能な水素エネルギー利用システム及びその制御方法を提供することである。

　本実施形態に係る水素エネルギー利用システムは、水および水蒸気のいずれかを電気分解し、水素ガス及び大気圧よりも高い圧力を有する酸素ガスを生成する電気分解装置と、前記酸素ガスの圧力エネルギーを用いてガスを圧縮する第１圧縮装置と、を備える。

　本発明の効果は、エネルギー利用効率を向上させることができる。

第１実施形態に係る水素エネルギー利用システムの構成を示すブロック図。第１圧縮装置の構成を示す模式図。ダブルアクションである第１圧縮装置の構成を示す模式図。第２実施形態に係る水素エネルギー利用システムの構成を示すブロック図。ガス利用圧縮部の構成を示すブロック図。水素エネルギー利用システムの変形例１を示すブロック図。第３実施形態に係る水素エネルギー利用システムの構成を示すブロック図。水素エネルギー利用システムの変形例２を示すブロック図。

　以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

（第１実施形態）
　第１実施形態に係る水素エネルギー利用システムは、電気分解装置の電気分解で生成した酸素ガスの圧力エネルギーを用いて、第１圧縮装置が水素貯蔵装置に貯蔵する水素ガスを圧縮することで、水素エネルギー利用システムにおけるエネルギー利用効率の向上を図ったものである。より詳しく、以下に説明する。

　図１に基づき第１実施形態に係る水素エネルギー利用システム１の構成を説明する。図１は、第１実施形態に係る水素エネルギー利用システム１の構成を示すブロック図である。この図１に示すように、水素エネルギー利用システム１は、水を水素ガスと酸素ガスとに電気分解するとともに、電気分解した酸素ガスの圧力エネルギーを利用するシステムである。すなわち、この水素エネルギー利用システム１は、電気分解装置１００と、水素分離装置１０２と、酸素分離装置１０４と、第１圧縮装置１０６と、水素貯蔵装置１０８と、水貯蔵装置１１０と、水供給装置１１２と、を備える。

　電気分解装置１００は、大気圧よりも高い圧力を有する水素ガスと酸素ガスとに、水および水蒸気のいずれかを電気分解する。より具体的には、電気分解装置１００は、下記の化学式１に従い、水または水蒸気を電気分解により分解し、大気よりも高い圧力に加圧された水素ガスと酸素ガスとを生成する。この電気分解では、水素ガスと酸素ガスは２対１の比で同時に生成される。
　２Ｈ_２０　→　２Ｈ_２　＋０_２　　　　　　　　　　　（化学式１）

　また、電気分解装置１００は、例えば、直列接続された複数の水電解セルを備えている。この水電解セルは、隔膜としての電解質膜と、その一方の面に設けられた陽極と、他方の面に設けられた陰極とを有している。電解質膜は、固体高分子電解質膜、及び固体酸化物電解質膜のいずれかなどである。

　各水電解セルの陽極と陰極との間に、電源から電気エネルギーを加えると、陽極側に酸素ガスが発生し、陰極側に水素ガスが発性する。電気分解装置１００では、生成された酸素ガス、及び水素ガスのそれぞれの圧力が、大気圧よりも高くなるように構成されている。また、電解質膜への影響を低減するために、酸素ガス、及び水素ガスのそれぞれは、概ね同圧の状態で生成される。

　水素分離装置１０２は、電気分解装置１００と第１圧縮装置１０６との間に設けられており、これら電気分解装置１００と第１圧縮装置１０６とに接続されている。この水素分離装置１０２は、電気分解装置１００が電気分解して生成した水素ガスに含まれる水分を分離する。より具体的には、水素分離装置１０２は、電気分解装置１００が電気分解して生成した水素ガスに含まれる水分を分離し、水分が分離された状態の水素ガスを第１圧縮装置１０６に供給する。

　酸素分離装置１０４は、電気分解装置１００と第１圧縮装置１０６との間に設けられており、これら電気分解装置１００と第１圧縮装置１０６とに接続されている。この酸素分離装置１０４は、電気分解装置１００が電気分解して生成した酸素ガスに含まれる水分を分離する。より具体的には、酸素分離装置１０４は、電気分解装置１００が電気分解して生成した酸素ガスに含まれる水分を分離し、水分が分離された状態の酸素ガスを第１圧縮装置１０６に供給する。

　第１圧縮装置１０６は、酸素ガスの圧力を用いて気体（ガス）を圧縮する。本実施形態においては、酸素分離装置１０４により水分が分離された酸素ガスの圧力エネルギーを用いて、水素分離装置１０２により水分が分離された水素ガスを圧縮する。そして、第１圧縮装置１０６は、圧縮された水素ガスを水素貯蔵装置１０８に供給する。但し、第１圧縮装置１０６により圧縮された水素ガスは、ガス管を通して需要場所へ供給してもよい。

　水素貯蔵装置１０８は、第１圧縮装置１０６と接続されており、第１圧縮装置１０６により供給された圧縮状態の水素ガスを貯蔵する。水素貯蔵装置１０８に貯蔵された水素ガスは、例えば燃料電池での発電に用いられる。なお、より高圧の水素ガスが必要な場合、さらに不図示の圧縮器を用いて水素ガスを圧縮してもよい。

　水貯蔵装置１１０は、水を貯蔵するためのタンクにより構成されており、水素分離装置１０２、及び酸素分離装置１０４と接続されている。すなわち、水貯蔵装置１１０は、水素分離装置１０２で分離された水分、及び酸素分離装置１０４で分離された水分を貯蔵すると共に、外部から供給される例えば純水を貯蔵する。

　水供給装置１１２は、電気分解装置１００と水貯蔵装置１１０との間に設けられた給水ポンプ等により構成されている。すなわち、水供給装置１１２は、水貯蔵装置１１０から電気分解装置１００に、水を供給する。但し、温度条件や圧力条件等により、水供給装置１１２は電気分解装置１００に水蒸気を供給することもある。

　図２は、第１圧縮装置１０６の構成を示す模式図であり、この図２に基づき、シングルアクションの第１圧縮装置１０６の構成例を説明する。

　この図２に示すように、第１圧縮装置１０６は、所謂、シングルアクションのガスブースタであり、酸素ガスの圧力を用いて水素ガスを圧縮する。すなわち、第１圧縮装置１０６は、シリンダー１１４と、駆動ピストン１１６と、ガス圧縮ピストン１１８と、ロッド１２０と、水素吸込チェックバルブ１２２と、水素吐出チェックバルブ１２４と、酸素吸込チェックバルブ１２６と、酸素吐出チェックバルブ１２８と、を備えて構成されている。

　シリンダー１１４は円筒状の中空構造であり、駆動ピストン１１６は、このシリンダー１１４の中空構造の上部に配置され、上下方向に往復運動を行う。

　ガス圧縮ピストン１１８は、シリンダー１１４の中空構造の下部に配置され、駆動ピストン１１６と連動して、上下方向に往復運動を行う。このガス圧縮ピストン１１８の面積は、駆動ピストン１１６の面積よりも小さく構成されている。ロッド１２０は、駆動ピストン１１６とガス圧縮ピストン１１８とを機械的に連結しており、駆動ピストン１１６が上下方向に往復運動をすると、これに連動して、ガス圧縮ピストン１１８も上下方向に往復運動を行うように構成されている。

　水素吸込チェックバルブ１２２は、水素分離装置１０２と接続されており、水素分離装置１０２から供給された水素ガスを第１圧縮装置１０６内に吸入する。水素吐出チェックバルブ１２４は、圧縮された水素ガスを第１圧縮装置１０６から吐出し、水素貯蔵装置１０８に供給する。

　酸素吸込チェックバルブ１２６は、酸素分離装置１０４と接続されており、酸素分離装置１０４から供給された酸素ガスを、シリンダー１１４の中空構造内に吸入する。酸素吐出チェックバルブ１２８は、水素ガスの圧縮に用いた酸素ガスをシリンダー１１４の中空構造内から吐出する。

　このような第１圧縮装置１０６は、レシプロの駆動ピストン１１６と、この駆動ピストン１１６よりも小さい面積を有するガス圧縮ピストン１１８とが、ロッド１２０により連結され、ガス圧縮ピストン１１８が往復運動を行って水素ガスを圧縮する構造である。例えば、水素吸込チェックバルブ１２２から吸入された水素ガスは、ガス圧縮ピストン１１８により圧縮され、水素吐出チェックバルブ１２４から圧縮水素ガスとして吐出される。この場合、酸素吸込チェックバルブ１２６から駆動ガスである酸素ガスが吸入され、酸素ガスの圧力エネルギーにより駆動ピストン１１６が往復運動を行う。そして、駆動ピストン１１６と連動するガス圧縮ピストン１１８も往復運動を行い、これにより水素ガスが圧縮される。

　これらのことから分かるように、水素ガスの圧縮は、酸素ガスの圧力エネルギーを用いたガス駆動である。このため、水素ガスの圧縮には、電気は用いられていない。これにより、電気駆動を用いる場合と比較して、水素エネルギー利用システム１のエネルギー利用効率がより向上するのである。なお、駆動ガス圧である酸素ガスの圧力は、大気圧以上であればよい。

　図３は、ダブルアクションである第１圧縮装置１０６の構成を示す模式図であり、図３に基づき、ダブルアクションの第１圧縮装置１０６について説明する。この図３に示すように、ここでの第１圧縮装置１０６は、所謂、ダブルアクションのガスブースタであり、酸素ガスの圧力エネルギーを用いて水素ガスを圧縮する。すなわち、第１圧縮装置１０６は、シリンダー１３０と、駆動ピストン１３２と、第１ガス圧縮ピストン１３４と、第２ガス圧縮ピストン１３６と、第１ロッド１３８と、第２ロッド１４０と、第１水素吸込チェックバルブ１４２と、第１水素吐出チェックバルブ１４４と、第２水素吸込チェックバルブ１４６と、第２水素吐出チェックバルブ１４８と、第１酸素吸込チェックバルブ１５０と、第１酸素吐出チェックバルブ１５２と、第２酸素吸込チェックバルブ１５４と、第２酸素吐出チェックバルブ１５６と、を備えて構成されている。

　シリンダー１３０は円筒状の中空構造である。駆動ピストン１３２は、シリンダー１３０内に配置され、往復運動を行う。

　第１ガス圧縮ピストン１３４は、シリンダー１３０内に配置され、駆動ピストン１３２と連動して、往復運動を行う。この第１ガス圧縮ピストン１３４の面積は、駆動ピストン１３２の面積よりも小さく構成されている。

　第２ガス圧縮ピストン１３６は、第１ガス圧縮ピストン１３４と同様の構成であり、シリンダー１３０内に配置され、駆動ピストン１３２と連動して、往復運動を行う。この第２ガス圧縮ピストン１３６の面積は、駆動ピストン１３２の面積よりも小さく構成されている。第１ロッド１３８は、駆動ピストン１３２と第１ガス圧縮ピストン１３４とを機械的に連結している。また、第２ロッド１４０は、駆動ピストン１３２と第２ガス圧縮ピストン１３６とを機械的に連結している。

　第１水素吸込チェックバルブ１４２は、水素分離装置１０２と接続されており、水素ガスを吸入する。第１水素吐出チェックバルブ１４４は、圧縮水素を吐出する。第２水素吸込チェックバルブ１４６は、第１水素吸込チェックバルブ１４２と同等の構成であり、水素分離装置１０２と接続されており、水素ガスを吸入する。第２水素吐出チェックバルブ１４８は、第１水素吐出チェックバルブ１４４と同等の構成であり、圧縮水素ガスを吐出する。

　第１酸素吸込チェックバルブ１５０は、酸素分離装置１０４と接続されており、酸素ガスを吸入する。第１酸素吐出チェックバルブ１５２は、水素ガスの圧縮に用いた酸素ガスを吐出する。第２酸素吸込チェックバルブ１５４は、第１酸素吸込チェックバルブ１５０と同等の構成であり、酸素分離装置１０４と接続されており、酸素ガスを吸入する。第２酸素吐出チェックバルブ１５６は、第１酸素吐出チェックバルブ１５２と同等の構成であり、水素ガスの圧縮に用いた酸素ガスを吐出する。

　このように、第１圧縮装置１０６は、レシプロの駆動ピストン１３２と、駆動ピストン１３２よりも小さい面積を有するガス圧縮ピストン１３４、１３６と、が機械的に連結され、往復運動を行って水素ガスを圧縮する。この場合、第１ガス圧縮ピストン１３４が水素ガスを圧縮する際に、第２ガス圧縮ピストン１３６側のエネルギーが駆動ピストン１３２に与えられる。同様に、第２ガス圧縮ピストン１３６が水素ガスを圧縮する際に、第１ガス圧縮ピストン側のエネルギーが駆動ピストン１３２に与えられる。

　これらのことから分かるように、ダブルアクションでの水素ガスの圧縮も、酸素ガスの圧力エネルギーを用いたガス駆動である。このため、ダブルアクションでの水素ガスの圧縮にも、電気は用いられていない。これにより、電気駆動を用いる場合と比較して、水素エネルギー利用システム１のエネルギー利用効率がより向上するのである。さらに、１サイクルで、シングルアクションの２倍の水素ガスを圧縮できると共に、吸入ガス圧力が駆動に寄与するので、圧縮に用いる酸素ガスの低減が可能である。ダブルアクションの圧縮装置では、水素ガスは、吸引圧＋面積比×駆動ガス圧の吐出圧に圧縮される。

　なお、ダブルアクションの圧縮装置での酸素ガスの圧力は、大気圧以上であればよく、０．７ＭＰａ以上等の高い圧力である必要はない。また、水素ガスと酸素ガスとは、混合されることがなく、混合による爆発の危険性はないように構成されている。さらにまた、加圧された水素ガスが漏洩しないように、配管などは構成されている。

　以上のように、第１実施形態に係る水素エネルギー利用システム１は、電気分解装置１００における電気分解で生成した酸素ガスの圧力エネルギーを用いて水貯蔵装置１１０に貯蔵する水素ガスを圧縮することとした。これにより、水素圧縮に電気分解で生成した酸素ガスの圧力エネルギーを用いることが可能となり、水素エネルギー利用システム１におけるエネルギー利用効率を上げることができる。

　（第２実施形態）
　第２実施形態に係る水素エネルギー利用システムは、電気分解装置の電気分解で生成した酸素ガスの圧力エネルギーを用いて第１圧縮装置がガスを圧縮し、第２圧縮装置が圧縮したガスの圧力エネルギーを用いて水素ガスを圧縮することで、エネルギー利用効率の向上を図ったものである。より詳しく、以下に説明する。

　図４は、第２実施形態に係る水素エネルギー利用システム１の構成を示すブロック図であり、図４に基づき、第２実施形態に係る水素エネルギー利用システム１の全体構成を説明する。第１実施形態に係る水素エネルギー利用システム１と同等の構成には、同一の番号を付して説明を省略する。

　この図４に示すように、ガス利用圧縮部１５８を備えることで第１実施形態に係る水素エネルギー利用システム１と相違する。ガス利用圧縮部１５８は、酸素ガスの圧力エネルギーを用いてガスを圧縮し、圧縮したガスの圧力エネルギーを用いて水素ガスを圧縮する。

　図５は、ガス利用圧縮部１５８の構成を示すブロック図であり、図５に基づき、ガス利用圧縮部１５８の構成例を説明する。この図５に示すように、ガス利用圧縮部１５８は、第１圧縮装置１０６と、第２圧縮装置１６０とを備える。第１圧縮装置１０６は、酸素ガスの圧力エネルギーを用いてガスを圧縮する。第１圧縮装置１０６は、例えば、シングルアクションのガスブースタ、及びダブルアクションのガスブースタのいずれかである。

　第２圧縮装置１６０は、圧縮ガスの圧力エネルギーを用いて、電解装置で電気分解した水素ガスを圧縮する。すなわち、第２圧縮装置１６０は、第１圧縮装置１０６で圧縮されたガスの圧力エネルギーを用いて水素ガスを更に圧縮する。第２圧縮装置１６０は、例えば、シングルアクションのガスブースタ、及びダブルアクションのガスブースタのいずれかである。このように、酸素ガスを用いてガスを圧縮し、更に圧縮したガスを用いて水素ガスを圧縮するので、より高圧の圧縮水素ガスを得ることができる。

　以上のように、第２実施形態に係るに係る水素エネルギー利用システム１は、第１圧縮装置１０６が、電気分解装置１００で生成された酸素ガスの圧力エネルギーを用いてガスを圧縮し、第２圧縮装置１６０が圧縮ガスの圧力エネルギーを用いて水貯蔵装置１１０に貯蔵する水素ガスを圧縮することとした。このため、電気分解で生成した酸素ガスの圧力エネルギーを用いて、圧縮水素ガスの圧力をより高圧にすることが可能である。これにより、より高圧の圧縮水素ガスを生成する場合にも、水素エネルギー利用システム１におけるエネルギー利用効率を上げることができる。

（変形例１）
　変形例１に係る水素エネルギー利用システムは、電気分解装置の電気分解で生成した酸素ガスの圧力エネルギーを水素圧縮、水素除湿、駆動部の駆動の内のいずれかに、水素エネルギー利用システムの利用状況に応じて用いることで、エネルギー利用効率の向上を図ったものである。より詳しく、以下に説明する。

　図６は、水素エネルギー利用システム１の変形例１を示すブロック図であり、図６に基づき、水素エネルギー利用システム１の変形例１を説明する。第２実施形態に係る水素エネルギー利用システム１と同等の構成には、同一の番号を付して説明を省略する。この図６に示すように、変形例１に係る水素エネルギー利用システム１は、水素除湿装置１６２と、ガス貯蔵装置１６４と、ガス圧機器１６６と、ガス配管切替装置１６８と、電動弁１７０、１７２、１７４，１７６、１７８，１８０、１８２とを更に備えることで、第２実施形態に係る水素エネルギー利用システム１と相違する。

　水素除湿装置１６２は、電動弁１７０を介して第１圧縮装置１０６と接続され、電動弁１７２を介して電気分解装置１００と接続されている。すなわち、この水素除湿装置１６２は、第１圧縮装置１０６で圧縮されたガスの圧力エネルギーを用いて電気分解装置１００で生成された水素ガスを除湿する。例えば、水素除湿装置１６２は、膜式の除湿装置であり、圧縮装置で圧縮されたガスの圧力エネルギーを用いて、水素分離装置１０２で分離された水素ガスを除湿する。この場合、ガスとして、露点の低い乾燥したエア等を用いると、水素ガスの除湿の効率をより上げることが可能である。

　ガス貯蔵装置１６４は、電動弁１７４を介して第１圧縮装置１０６と接続されている。すなわち、このガス貯蔵装置１６４は、第１圧縮装置１０６により供給された圧縮状態のガスを貯蔵する。

　ガス圧機器は、電動弁１７６を介してガス貯蔵装置と接続されている。すなわち、このガス圧機器は、ガス貯蔵装置１６４に貯蔵された圧縮状態のガスの圧力エネルギーを用いて駆動部を駆動する。この駆動部は、例えばガス圧のエネルギーで駆動するバルブなどである。また、ガス圧機器は、ガス貯蔵装置１６４で貯蔵されたガスの圧力エネルギーを用いてバルブ等の駆動部を駆動するので、電気分解装置１００が酸素ガスを生成していない時間帯でも駆動部の駆動が可能である。

　ガス配管切替装置１６８は、電動弁１７０、１７２、１７４，１７６、１７８，１８０、１８２の開閉制御を行う。例えば、ガス配管切替装置１６８は、第１圧縮装置１０６から排出されるガスのガス配管を切り替える。すなわち、ガス配管切替装置１６８により、第２圧縮装置１６０、水素除湿装置１６２、ガス貯蔵装置１６４、及びガス圧機器のいずれかを状況に応じて切り替えて使用することが可能である。

　以上のように、変形例１に係る水素エネルギー利用システム１は、ガス配管切替装置１６８が、第１圧縮装置１０６により圧縮された圧縮ガスの供給先を第２圧縮装置１６０、水素除湿装置１６２、ガス貯蔵装置１６４、及びガス圧機器の内のいずれかに、切り換えることとした。これにより、電気分解装置１００で生成された酸素ガスの圧力エネルギーを水素圧縮、水素除湿、駆動部の駆動の内のいずれかに、水素エネルギー利用システム１の利用状況に応じて利用できる。このため、水素エネルギー利用システム１の利用状況に応じて、エネルギー利用効率を上げることができる。

　（第３実施形態）
　第３実施形態に係る水素エネルギー利用システムは、第１圧縮装置が圧縮に用いた酸素ガスの熱エネルギーを水等の熱媒体における昇温に用いることで、水素エネルギー利用システムにおけるエネルギー利用効率の向上を図ったものである。より詳しく、以下に説明する。

　図７に基づき、第３実施形態に係る水素エネルギー利用システム１の全体構成を説明する。図７は、第３実施形態に係る水素エネルギー利用システム１の構成を示すブロック図である。この図７に示すように、熱交換装置１８４を更に備えることで第２実施形態と相違する。第２実施形態に係る水素エネルギー利用システム１と同等の構成には、同一の番号を付して説明を省略する。

　この図７に示すように、熱交換装置１８４は、第１圧縮装置１０６と接続されており、酸素ガスの熱を利用して熱媒体を昇温する。すなわち、熱交換装置１８４は、第１圧縮装置１０６で圧力交換された酸素ガスの熱エネルギーを用いて、水等の熱媒体を昇温する。例えば、熱交換装置１８４は、第１圧縮装置１０６で圧力交換された酸素ガスの熱を用いて、水貯蔵装置１１０への補給水を昇温する。ここでは、不図示の水が熱交換装置１８４に供給されている。

　昇温された熱媒体は、いろいろの用途で利用可能である。例えば、熱交換装置１８４で昇温された熱媒体は、水素貯蔵装置１０８の水素吸蔵合金から水素ガスを放出するために使用される。

　以上のように、第３実施形態に係る水素エネルギー利用システム１は、第１圧縮装置１０６で酸素ガスの圧力エネルギーを用いてガス圧縮を行うと共に、熱交換装置１８４で酸素ガスの熱エネルギーを用いて水等の熱媒体を昇温することとした。これにより、電気分解装置１００で生成された酸素ガスの圧力エネルギーと、熱エネルギーとを用いることが可能で有り、水素エネルギー利用システム１のエネルギー利用効率を上げることができる。

（変形例２）
　図８に基づき、水素エネルギー利用システム１の変形例２を説明する。図８は、水素エネルギー利用システム１の変形例２を示すブロック図である。第３実施形態に係る水素エネルギー利用システム１と同等の構成には、同一の番号を付して説明を省略する。図８に示すように、ガス配管切替装置１６８と、電動弁１８８、１９０と、を更に備えることで、第３実施形態に係る水素エネルギー利用システム１と相違する。すなわち、変形例２に係るガス配管切替装置１６８は、電動弁１８８、１９０と、を更に備える。

　熱交換装置１８４は、第１圧縮装置１０６と接続されており、電動弁１８８を介して酸素分離装置１０４と接続されている。すなわち、熱交換装置１８４は、酸素分離装置１０４で分離された酸素の熱エネルギー、又は、第１圧縮装置１０６で圧力交換された酸素の熱エネルギーを用いて、水等の熱媒体を昇温する。例えば、熱交換装置１８４は、酸素分離装置１０４で分離された酸素の熱エネルギー、又は、第１圧縮装置１０６で圧力交換された酸素の熱エネルギーを用いて、水貯蔵装置１１０への補給水を昇温する。この場合、不図示の水が熱交換装置１８４に熱媒体として供給されている。

　ガス配管切替装置１６８は、第１圧縮装置１０６への配管と、熱交換装置１８４への配管とを切り替える。すなわち、ガス配管切替装置１６８は、酸素分離装置１０４から第１圧縮装置１０６へ酸素を供給する経路と、酸素分離装置１０４から熱交換装置１８４へ酸素を供給する経路とを切り換える。例えば、ガス配管切替装置１６８は、酸素分離装置１０４から第１圧縮装置１０６へ酸素を供給する場合には、電動弁１８８を閉じ、電動弁１９０を開ける。一方で、ガス配管切替装置１６８は、酸素分離装置１０４から熱交換装置１８４へ酸素を供給する場合には、電動弁１９０を閉じ、電動弁１８８を開ける。

　また、変形例２においても、変形例１と同様に、水素除湿装置１６２と、ガス貯蔵装置１６４と、ガス圧機器１６６と、電動弁１７０、１７２、１７４，１７６、１７８，１８０、１８２とを設けることで、電気分解装置１００で生成された酸素の圧力エネルギーを水素圧縮、水素除湿、駆動部の駆動の内のいずれかに、水素エネルギー利用システム１の利用状況に応じて利用可能である。

　以上のように、変形例２に係る水素エネルギー利用システム１は、ガス配管切替装置１６８が、酸素分離装置１０４から第１圧縮装置１０６へ酸素を供給する経路と、酸素分離装置１０４から熱交換装置１８４へ酸素を供給する経路とを切り換えることとした。これにより、第１圧縮装置１０６でのガスの圧縮を行いつつ交換装置で熱媒体を昇温する場合と、第１圧縮装置１０６でのガスの圧縮を行わず熱交換装置１８４での熱媒体の昇温を行う場合とを切り換えることが可能である。

　以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims

　水および水蒸気のうちの少なくとも一方を電気分解し、水素ガス及び大気圧よりも高い圧力を有する酸素ガスを生成する電気分解装置と、
　前記酸素ガスの圧力エネルギーを用いてガスを圧縮する第１圧縮装置と、
　を備える水素エネルギー利用システム。
　前記第１圧縮装置は、前記水素ガスを圧縮する請求項１に記載の水素エネルギー利用システム。
　前記第１圧縮装置で圧縮された前記ガスの圧力エネルギーを用いて前記水素ガスを圧縮する第２圧縮装置を、
　更に備える請求項１に記載の水素エネルギー利用システム。
　前記第１圧縮装置で圧縮された前記ガスの圧力エネルギーを用いて前記水素ガスを除湿する水素除湿装置を、
　更に備える請求項１に記載の水素エネルギー利用システム。
　前記第１圧縮装置で圧縮された前記ガスの圧力エネルギーを用いて駆動部を駆動するガス圧機器を、
　更に備える請求項１に記載の水素エネルギー利用システム。
　前記酸素ガスの熱エネルギーを利用する熱交換装置を、
　更に備える請求項１に記載の水素エネルギー利用システム。
　水および水蒸気のうちの少なくとも一方を電気分解して水素ガス及び大気圧よりも高い圧力を有する酸素ガスを生成し、
　前記酸素ガスの圧力エネルギーを用いてガスを圧縮する水素エネルギー利用システムの制御方法。