JP2005041709A

JP2005041709A - Hydrogen supply system

Info

Publication number: JP2005041709A
Application number: JP2003200331A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Yamamoto; 真広山本; Yasukazu Iwasaki; 靖和岩崎; Yasuhiro Numao; 康弘沼尾
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-07-23
Filing date: 2003-07-23
Publication date: 2005-02-17

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydrogen supply system of a high energy efficiency. <P>SOLUTION: The hydrogen supply system comprises a fuel reforming system 2 using a raw material comprising a hydrocarbon fuel and at least either of water and an oxidizing agent gas, a storage tank 3 that stores the hydrogen obtained from the system 2, and a heat recovery means 4 that recovers the heat generated when the hydrogen formed in the system 2 is stored in the storage tank 3. The heat recovered in the heat recovery means 4 is used in the reforming reaction. In one embodiment, the hydrogen supply system further comprises a heating means 5 which allows the recovered heat to be used to heat or vaporize the raw material used in the reforming reaction. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、水素供給システムに関する。特に、水素供給システムのエネルギ効率向上のための構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車輌等の移動体の動力源として、環境対応の観点から望ましく、また高効率のポテンシャルが高い固体高分子電解質型の燃料電池が有力視されている。一般に、固体高分子電解質型の燃料電池では、水素と酸素（空気）を用いて発電を行う。
【０００３】
上記のような燃料電池の駆動用水素供給源として、改質器を移動体に搭載する技術が開発されている。しかし、改質器は、始動後に定常運転に至るまでに所定の時間を要するという問題がある。この問題を解決する方法として、定置の水素供給システム（ステーション）から移動体に搭載した水素貯蔵タンクに水素を供給し、移動体の水素貯蔵タンクより燃料電池に直接水素を供給する方法がある。
【０００４】
従来の水素供給システムとして、移動体に搭載した水素貯蔵タンクに水素を供給する場合に吸・発熱現象を利用したものが知られている。水素を水素供給システムの貯蔵タンクより放出して移動体の貯蔵タンクに吸蔵する場合、水素放出は吸熱反応となり、水素吸蔵は発熱反応となる。水素放出・吸蔵性能を維持するためには、それぞれの吸・発熱反応に対応して加熱・冷却を行う必要がある。そこで、水素吸蔵時の発熱反応で発生した熱を、熱媒体を介して水素放出時の吸熱反応に用いることにより、従来個別に行われていた加熱と冷却工程を省略し、エネルギ効率を向上している。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１６１９９８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとしている問題点】
上述した従来技術においては、水素供給システムの水素貯蔵タンクから移動体の貯蔵タンクへの水素供給時の吸・発熱作用を相互に利用している。しかしながら、水素供給システム内に燃料改質システムを備え、燃料改質システムで得られた水素を水素供給システム内の貯蔵タンクに貯蔵する場合に発生する熱量については、クーラ等を用いて冷却しなければならない。
【０００７】
そこで本発明は、上記の問題を鑑みて、燃料改質システムを備えた水素供給システムにおいて、エネルギ効率を向上することができる構成を提供することを目的とする。
【０００８】
【問題点を解決するための手段】
本発明は、炭化水素系燃料と、水または酸化剤ガスの少なくとも一方を原料とする燃料改質システムと、前記燃料改質システムより得られた水素を貯蔵する貯蔵タンクと、前記燃料改質システムで生成された水素を前記貯蔵タンクに貯蔵する際に発生する熱を回収する熱回収手段と、を備える。前記熱回収手段により回収された熱を前記燃料改質システムの改質反応に使用する。
【０００９】
【作用及び効果】
回収された熱を燃料改質システムの改質反応に使用するので、クーラ等の外部動力エネルギを追加することなく水素貯蔵タンクの温度上昇を抑えることができる。また、燃料改質システムに、システム外部から熱を供給することにより改質効率が向上する。以上の結果より、エネルギ効率の高い水素供給システムを提供することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態に用いる水素供給システム１の概略構成を図１に示す。ここでは水素供給システム１を、移動体に水素ガスを供給するための定置用の水素供給システムとする。
【００１１】
炭化水素系燃料を改質することにより水素を生成する燃料改質システム２を備える。ここでは、燃料改質システム２として、水蒸気改質を行う改質器２ａと、改質器２ａで生成された改質ガス中の水素を分離する水素分離膜２ｂを備える。水蒸気改質により生成した水素ガスを水素分離膜２ｂにより分離して、水素ガスのみを取り出す。なお、改質器２ａと水素分離膜２ｂは一体に形成してもよい。
【００１２】
次に、このような燃料改質システムに用いる改質原料の供給手段について説明する。以下に説明する供給手段により供給される改質原料としては、炭化水素系燃料、または、水、または、炭化水素系燃料および水、のいずれを用いてもよい。ここでは、説明する供給手段により供給される改質原料として炭化水素系燃料を用い、この他に、図示しない水の供給手段を備える。
【００１３】
改質原料の供給手段として、加熱手段５とヒータ６を備える。図示しない原料タンクから、配管５１を通って水素供給システム１に改質原料を導入する。導入した改質原料を、加熱手段５において、後述するように水素吸蔵に伴う熱を用いて加熱する。加熱手段５において加熱された原料は、配管５２を通ってヒータ６に供給される。ヒータ６では、起動時、および、定常運転時に、加熱手段５における原料の加熱量が不足する場合に、その不足熱量を供給する。これにより、改質原料を所定温度まで加熱する。または、改質原料を気化する。このように温度調整、または気化された改質原料を、配管５３を通って燃料改質システム２に供給する。
【００１４】
また、水素供給システム１には、燃料改質システム２で生成された水素を貯蔵する水素貯蔵タンク３を備える。ここでは、水素貯蔵タンク３として水素吸蔵合金を備えた水素貯蔵タンク３ａを備える。燃料改質システム２で生成された水素は、配管８１を通って、水素貯蔵タンク３ａに吸蔵される。この水素の吸蔵は発熱現象である。そのため、水素の吸蔵を効率良く行うために、水素貯蔵タンク３ａおよび水素吸蔵金属を冷却する必要がある。
【００１５】
そこで、水素貯蔵タンク３ａに、水素吸蔵に伴う熱を回収する熱回収手段４を備える。ここでは、熱回収手段４を、水素貯蔵タンク３ａ内に形成された熱媒体の流通路とし、熱媒体を循環させることにより水素貯蔵タンク３ａおよび水素吸蔵金属の熱を除去可能な構成とする。
【００１６】
また、熱回収手段４に熱媒体を供給する配管４２、熱回収手段４において高温となった熱媒体を回収する配管４１を備える。配管４１により回収された高温熱媒体を前述した加熱手段５内を流通し、改質原料と熱媒体との間で熱交換を行うことにより熱媒体の冷却を行う。つまり、水素ガスの吸蔵に伴う熱を熱回収手段４により回収して、改質原料の加熱に用いる。
【００１７】
さらに、水素貯蔵タンク３ａには、水素ガスを図示しない外部の移動体に選択的に供給するための配管７１、バルブ７を備える。バルブ７を開くことで、水素貯蔵タンク３ａ内に貯蔵された水素ガスを、図示しない移動体に供給する。
【００１８】
次に、水素供給システム１の水素生成および貯蔵時における動作について説明する。
【００１９】
起動時においては、配管５１を介して導入された原料は、ヒータ６で所定の温度まで加熱され、配管５３を通り燃料改質システム２に供給される。燃料改質システム２では、原料を改質することにより水素を生成し、配管８１を通って水素貯蔵タンク３ａに供給される。水素貯蔵タンク３ａでは、水素吸蔵合金に水素を吸蔵させる際に発熱する。水素吸蔵に伴う発熱により水素貯蔵タンク３ａ内部および水素吸蔵合金の温度が上昇すると水素吸蔵能力が低下してしまう。そこで、熱回収手段４を流れる熱媒体により熱を回収して、水素貯蔵タンク３ａおよび内部の水素吸蔵合金の冷却を行う。
【００２０】
熱回収手段４により回収された熱により昇温された熱媒体は、配管４１を通って改質原料を加熱する加熱手段５に供給される。熱媒体は、加熱手段５で改質原料を加熱することにより降温され、配管４２を通して、再び水素貯蔵タンク３ａの熱回に使用される。以降、熱媒体は、上記配管４１、４２を循環する。熱回収手段４により回収される熱量が増加して、配管５１より投入された原料が加熱手段５において加熱されるようになると、ヒータ６の出力をカットまたは低下させて、水素生成および貯蔵の定常運転に移行する。
【００２１】
なお、ここでは、燃料改質システム２において、水蒸気改質反応と水素分離により水素を生成しているがこの限りではない。水蒸気改質と酸化反応による改質とを組み合わせたＡＴＲ（ａｕｔｏｔｈｅｒｍａｌｒｅｆｏｒｍｉｎｇ）を行うことにより水素ガスを生成してもよい。例えば、水素貯蔵タンク３に用いる水素吸蔵合金としてＭｍＮｉＡｌ合金を用い、水素圧力０．２ＭＰａの条件下で毎秒１ｍｏｌの水素を吸蔵させる場合の発熱を冷却するための熱交換量は３４〜３９Ｋｗとなる。また、燃料改質システム２で毎秒１ｍｏｌの水素を生成させるために、例えば原料としてガソリン、水、空気を用い、原料を２５℃から４００℃まで昇温させるために必要な熱量は８２Ｋｗとなる。従来、クーラ等を用いて外部動力を加えることにより冷却していた水素吸蔵時の発熱による熱量を回収し、やはり、従来ヒータ等を用いて外部よりエネルギを加えることにより昇温していた燃料改質の原料加熱に回収した熱量を有効に利用する。
【００２２】
また、ここでは水素供給システム１を定置用の水素供給システムとしたがこの限りではない。例えば、移動体に搭載した水素供給システムとしてもよい。これは、移動体に、燃料改質システムと、燃料改質システムで生成した水素ガスを貯蔵する貯蔵タンク（水素貯蔵タンク３ａ）を備えた場合となる。
【００２３】
次に、本実施形態の効果について説明する。
【００２４】
炭化水素系燃料と、水または酸化剤ガスの少なくとも一方を原料とする燃料改質システム２と、燃料改質システム２より得られた水素を貯蔵する貯蔵タンク３と、燃料改質システム２で生成された水素を貯蔵タンク３に貯蔵する際に発生する熱を回収する熱回収手段４と、を備える。熱回収手段４により回収された熱を燃料改質システム２の改質反応に使用する。ここでは加熱手段５を備え、回収された熱を改質反応に用いる原料の加熱または気化に使用する。また、貯蔵タンク３は、定置用タンク、または、移動体に搭載された移動体用タンクの少なくとも一方とする。
【００２５】
これにより、貯蔵タンク３に水素を貯蔵する際に発生する熱を除去するためのクーラ等の外部エネルギを追加することなく、貯蔵タンク３の温度上昇を抑えることができるので、効率良く水素を貯蔵することができる。また、改質反応に用いる熱を燃料改質システム２の外部から供給することにより、改質効率を向上することができる。その結果、エネルギ効率の高い水素供給システム１を提供することができる。
【００２６】
貯蔵タンク３ａとして、水素吸蔵合金を使用したタンクを用いる。従来、クーラ等を用いて外部動力を加えることにより冷却していた水素吸蔵時に生じる熱を回収し、やはり、従来、ヒータ等を用いて外部よりエネルギを加えることにより昇温していた燃料改質の原料加熱に、回収した熱を有効利用することができる。これにより、エネルギ効率の高い水素供給システム１を提供することができる。
【００２７】
また、燃料改質システム２として、水蒸気改質を行う改質器２ａおよび水素分離膜２ｂを用いる。つまり、燃料改質システム２において、水蒸気改質により生成した改質ガス中の水素を水素分離膜２ｂにより分離することにより水素を生成する。水蒸気改質は３００℃〜５００℃程度で行われ、改質反応が吸熱反応のため、貯蔵タンク３ａに供給されるガス温度が比較的低くなる。ここで、貯蔵タンク３ａに水素を貯蔵する場合、貯蔵される水素温度が低いほど効率良く貯蔵することができる。そのため、水蒸気改質を行う改質器２ａを用いることで、貯蔵に適した水素生成を行うことができる。また、水素分離膜２ｂを用いることにより、高濃度の水素を貯蔵タンク３ａに供給することができる。
【００２８】
また、熱回収手段４により回収された熱を燃料改質システム２に用いる原料の昇温または気化の少なくとも一方に使用する。従来、改質反応に用いる原料を昇温・気化するために、外部よりエネルギを供給していたが、熱回収手段４により回収した熱を用いることで、エネルギ効率の高い水素供給システム１を提供することができる。
【００２９】
次に、第２の実施形態について説明する。水素供給システム１の概略構成を図２に示す。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００３０】
熱回収手段４により回収した熱を蓄熱する蓄熱手段１８を備える。ここでは、配管４１の途中に蓄熱手段１８を備える。
【００３１】
水素貯蔵タンク３ａに水素を吸蔵する際に、運転中に改質原料を温めるのに十分な熱量以上の熱が発生した場合、例えば、負荷の過渡急減状態などには、蓄熱手段１８により熱を蓄熱する。これにより、水素貯蔵タンク３ａで生じる熱を十分に除去できる温度に調整された熱媒体を熱回収手段４に循環させる。一方、改質原料量が増加した場合、例えば、負荷の過渡増大時等に、蓄熱手段１８に蓄積した熱を開放して加熱手段５での改質原料の加熱に利用することで熱効率を向上することができる。
【００３２】
また、運転終了時に蓄熱手段１８に蓄熱された熱を、次回の運転開始時に使用する。例えば、暖機運転時に配管５１を通って加熱手段５に供給されるガスに、蓄熱手段１８に蓄えられた熱を熱媒体を介して供給することにより、燃料改質システム２に供給するガスを昇温する。これにより、暖機時のヒータ６に負荷等を抑制することができる。
【００３３】
つまり、熱回収手段４において回収される熱量に対して、加熱手段５における熱交換による熱媒体の温度低下が小さく、全体として熱媒体の温度が上昇する場合に、蓄熱手段１８に熱を蓄える。一方、熱回収手段４において回収される熱量に対して、加熱手段５における熱交換による熱媒体の温度低下が大きい場合には、蓄熱手段１８に蓄えられた熱を熱媒体に開放する。
【００３４】
次に本実施形態の効果について説明する。以下、第１の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【００３５】
熱回収手段４により回収された熱を貯蔵する蓄熱手段１８を備え、蓄熱手段１８に蓄熱された熱を燃料改質システム２の熱が不足する場合に使用する。これにより、燃料改質システム２が停止状態から起動される場合の暖機や、運転過渡期などにおいて、燃料改質システム２の熱の不足を補うことができる。その結果、外部からのエネルギを用いるヒータ６等の負荷を低減することができ、エネルギ効率の高い水素供給システムを提供することができる。
【００３６】
次に、第３の実施形態について説明する。水素供給システム１の概略構成を図３に示す。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００３７】
燃料改質システム２にＡＴＲを採用する。また、燃料改質システム２として、ＡＴＲを行う改質器２１、熱交換器２２、部分酸化反応器２３を備える。改質器２１で生じたＡＴＲ反応により昇温された改質ガスは、改質器２１の出口部で５００℃〜８００℃程度となる。一方、改質器２１の下流に配置する部分酸化反応器２３の作動温度は１５０℃程度である。そのため、改質器２１から部分酸化反応器２３に改質ガスを供給するまでに、改質ガスを冷却する必要がある。そこで、熱交換器２２を備え、改質ガスの冷却を行う。
【００３８】
このとき、熱交換器２２では、改質ガスの廃熱を用いて改質原料の加熱を行う。つまり、熱交換器２２において、改質ガスと改質原料の熱交換を行う。ヒータ６から排出された改質原料を配管５３を介して熱交換器２２に供給する。ここで、改質ガスからの熱を得ることにより所定の温度となった改質原料を、配管５４を介して改質器２１に供給して改質反応を行う。
【００３９】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【００４０】
燃料改質システム２で生成される改質ガスの廃熱を、燃料改質システム２に用いる原料の昇温または気化の少なくとも一方に利用する。ここでは、熱交換器２２において、改質器２１で生成された改質ガスと改質原料との間で熱交換を行う。これにより、改質ガスからの廃熱を改質原料の加熱に利用することができるため、さらにエネルギ効率を向上することができる。
【００４１】
また、燃料改質システム２にＡＴＲを採用する。これにより、改質に必要な熱量を自身の炭化水素系燃料の酸化改質反応により供給できるため、改質効率が高く、水素供給源として好適な燃料改質システム１を提供することができる。
【００４２】
次に、第４の実施形態について説明する。水素供給システム１の概略構成を図４に示す。以下、第３の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００４３】
ここでは、加熱手段５として水タンク５ａを備える。水タンク５ａには熱媒体を流通する流路を備え、熱媒体と水タンク５ａ内の水との間で熱交換可能な構成とする。熱回収手段４において水素貯蔵タンク３ａから回収された熱により昇温した熱媒体は、配管４１を介して水タンク５ａに供給される。ここで、水タンク５ａ内の水と熱媒体との間で熱交換を行うことにより、水タンク５ａ内の水温が上昇する。一方、熱媒体は降温され、配管４２を通して熱回収手段４に再び供給される。これにより、水素貯蔵タンク３で生じる熱は、水タンク５ａ内の水に移動する。
【００４４】
また、水タンク５ａには、配管５５により改質原料の一つである空気が投入される。配管５５の一端は、水タンク５ａ内の水の中に配置される。このとき、水タンク５ａ中の水は、上述したように水素貯蔵タンク３ａから回収した熱により昇温している。よって、配管５５の一端から水タンク５ａ中に空気が投入されることで、昇温した水中に気泡が生成されて空気が加湿される。加湿された空気は、配管５６を介してヒータ６に供給される。
【００４５】
また、図示しない燃料タンクから改質原料である炭化水素系燃料が配管５１を介して投入され、同じくヒータ６に供給される。ヒータ６においては、必要に応じて、改質原料としての炭化水素系燃料および加湿された空気の不足熱量を補う。ヒータ６で昇温された改質原料は配管５３、５７を介して燃料改質システム２内の熱交換器２２に供給される。熱交換器２２において、改質ガスと改質原料との間で熱交換を行うことにより、改質原料を所定の温度まで昇温させたら、配管５４、５８を介して燃料改質システム２内の改質器２１に供給する。
【００４６】
なお、ヒータ６は燃料改質システム２の起動時および定常運転時の改質原料の不足熱量を補うために用いられるため、定常運転時には、出力をカットまたは低下させる。
【００４７】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第３の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【００４８】
熱回収手段４により回収された熱を加湿空気生成に利用し、加湿空気を改質原料の一部とする。ここでは、熱回収手段４において回収された熱を用いて昇温した水に空気を通すことで加湿空気を生成する。これにより、水素を貯蔵する際に生じる熱量が、改質原料の一つである水を沸騰蒸発させる熱量を持たなくとも、加熱された水蒸気を含む加湿空気を取り出すことができる。よって、水素貯蔵に伴う熱を有効に利用することができ、エネルギ効率の高い水素供給システム１を提供することができる。
【００４９】
次に、第５の実施形態について説明する。水素供給システム１の概略構成を図５に示す。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００５０】
水素供給システム１には、燃料改質システム２を備える。ここでは、第１の実施形態と同様に、改質器２ａにおいて水蒸気改質反応を生じることにより生成した水素ガスを水素分離膜２ｂで分離することにより水素ガスを取り出す。または、ＡＴＲにより水素を生成してもよい。
【００５１】
また、燃料改質システム２において生成された水素を加圧するタービン８ａ、８ｂを備える。ここで、タービン８ａ、８ｂにおいて水素を加圧するに伴って熱を生じる。そこで、タービン８ａ、８ｂそれぞれの下流側に、加圧により生じた熱を回収する熱回収手段４ａ、４ｂを備える。
【００５２】
ここでは、燃料改質システム２で生成した水素をタービン８ａに供給して加圧する。加圧した水素を熱回収手段４ａに流通させることにより冷却してから、再びタービン８ｂに供給して加圧する。加圧した水素を熱交換手段４ｂに流通させることにより冷却する。なお、それぞれの間は配管８１〜８５により接続する。
【００５３】
熱回収手段４ａ、４ｂでは、熱媒体を循環させることにより水素と熱交換を行って、水素中の過剰な熱を回収する。配管４２を介して熱回収手段４ａに熱媒体を供給し、さらに配管４１ａを介して熱回収手段４ｂに供給する。配管４１を介して高温となった熱媒体を加熱手段５に供給し、第１の実施形態と同様に改質原料と熱交換を行うことにより冷却する。なお、改質原料の供給手段は、第１の実施形態と同様に、加熱手段５、ヒータ６および配管５１〜５３により構成する。ただし、加熱手段５において改質原料を加熱する熱としては、タービン８ａ、８ｂにおける加圧に伴って生じる熱を利用する。
【００５４】
さらに、タービン８ａ、８ｂにおいて高圧状態とした水素を貯蔵する水素貯蔵タンク３ｂを備える。ここでは、水素貯蔵タンク３として高圧タンクである水素貯蔵タンク３ｂを使用する場合を示す。また、外部の移動体に水素を供給するためのバルブ７とバルブ７１を備える。
【００５５】
次に、本実施形態での水素供給システム１の水素生成および貯蔵時における作動について説明する。
【００５６】
燃料改質システム２の起動時においては、配管５１より投入された原料がヒータ６で所定の温度まで加熱され、配管５３を通り、燃料改質システム２に供給される。燃料改質システム２では供給された原料を改質することにより水素を生成する。水素は配管８１を通り、タービン８ａにて所定の圧力まで加圧される。加圧された水素は発熱昇温する。そこで、水素は、熱回収手段４ａにおいて熱媒体と熱交換を行うことにより冷却される。冷却された水素は、配管８３を通り、タービン８ｂにて所定の圧力まで再び加圧される。タービン８ｂにて、加圧され発熱昇温した水素は、配管８４を通り、熱交換手段４ｂに供給される。熱回収手段４ａにおいて、水素と熱媒体との熱交換を行うことにより水素を冷却する。これにより高圧となった水素ガスを水素貯蔵タンク３ｂに回収する。
【００５７】
一方、熱媒体は、上流側の熱回収手段４ａにおいて熱を回収した後、再び下流側の熱回収手段４ｂにおいて熱を回収し、配管４１を介して加熱手段５に供給される。加熱手段５では、熱媒体と改質原料との間で熱交換を行うことにより、改質原料の加熱を行う。ここでは、改質原料は、第１の実施形態と同様に、配管５１を介して加熱手段５に供給される。同時に熱媒体が冷却されるので、この冷却された熱媒体を配管４２を介して再び熱交換器４ａ、４ｂに供給する。
【００５８】
なお、ここではタービン８を二段階としたがこの限りではなく、貯蔵する際の圧力に応じて設定することができる。例えば、改質器２においてＡＴＲを行い、高圧タンクである水素貯蔵タンク３ｂに水素を貯蔵する際の圧力を３０ＭＰａ、温度を２５℃とし、圧力タービンをたとえばタービン８ａの一段とした場合、毎秒１ｍｏｌの水素を水素貯蔵タンク３ｂに貯蔵させる場合の発熱を冷却するための熱交換量は５１Ｋｗとなる。このように、熱回収手段４により回収した熱量を燃料改質原料の加熱に利用することにより、エネルギ効率の高い水素供給システム１を提供することができる。
【００５９】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１の実施形態とは異なる効果のみを説明する。
【００６０】
水素貯蔵タンク３ｂとして、高圧タンクを備える。このとき、水素を水素貯蔵タンク３ｂに貯蔵する際に生じる熱を熱回収手段４ａ、４ｂにより回収し、燃料改質に用いる改質原料の加熱に利用する。ここでは、高圧タンクである水素貯蔵タンク３ｂに水素を貯蔵するために、圧縮手段（タービン８）で水素を圧縮するのに伴って生じる熱を回収する。これによりエネルギ効率の高い水素供給システム１を提供することができる。
【００６１】
次に、第６の実施形態について説明する。水素供給システム１の概略構成を図６に示す。以下、第５の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００６２】
第３の実施形態と同様に、燃料改質システム２としてＡＴＲ反応を行う改質器２１、熱交換器２２、部分酸化反応器２３を備える。熱交換器２２において、改質器２１のＡＴＲ反応により昇温された５００℃〜８００℃の改質ガスと、改質原料との間で熱交換を行う。ここでは、ヒータ６から排出された改質原料と改質ガスとの間で熱交換を行って所定の温度まで上昇した改質原料を改質器２１に供給する。また、熱交換により所定の温度まで降温した改質ガスを部分酸化反応器２３に供給して改質ガス中のＣＯを選択的に酸化する。
【００６３】
このとき、第５の実施形態と同様に、水素貯蔵タンク３ｂを高圧タンクにより形成し、水素を圧縮する際に生じる熱を改質原料の加熱に用いる。これにより、水素を過度に昇温させるのを避けることができ、水素の圧力増大を抑制することができるので、効率のよい水素の貯蔵を行うことができる。また、回収した熱を改質原料の加熱に用いるので、エネルギ効率の高い水素供給システム１を提供することができる。
【００６４】
次に、第７の実施形態について説明する。水素供給システム１の概略構成を図７に示す。以下、第６の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００６５】
第４の実施形態と同様に、加熱手段５として、熱媒体と熱交換可能な水タンク５ａを備える。熱回収手段４ａ、４ｂにより回収した熱により昇温した熱媒体と、水タンク５ａ中の水との間で熱交換を行うことにより、水を加熱して熱媒体を冷却する。冷却された熱媒体は、再び熱回収手段４ａ、４ｂに供給されて、水素を水素貯蔵タンク３ｂに貯蔵するために圧縮する際に生じる熱を回収する。
【００６６】
一方、熱回収手段４ａ、４ｂで回収した熱により昇温した水タンク５ａ内の水中には、配管５５を介して空気が供給される。配管５５の一端から水タンク５ａ中に空気が投入されることで、昇温した水中に気泡が生成されて空気が加湿される。加湿された空気は、配管５６を介してヒータ６に供給される。
【００６７】
また、配管５１を介して炭化水素系燃料もヒータ６に供給される。ヒータ６で必要に応じて加熱された空気および炭化水素系燃料は、配管５３、５７を通って熱交換器２２に供給され、改質ガスと熱交換を行うことにより所定の温度まで昇温される。さらに配管５４、５８を通って改質器２１に供給される。
【００６８】
このように、水素貯蔵タンク３ｂを高圧タンクにより形成し、水素を圧縮する際に生じる熱を改質原料の加熱に用いる。これにより、水素を過度に昇温させるのを避けることができ、効率のよい水素の貯蔵を行うことができる。また、回収した熱を改質原料の加熱に用いるので、エネルギ効率の高い水素供給システム１を提供することができる。
【００６９】
次に、第８の実施形態について説明する。水素供給システム１の概略構成を図８に示す。以下、第７の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００７０】
ここでは、外部の移動体１００に搭載した、水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵タンク９に水素を貯蔵させる際に生じる熱を回収し、この回収した熱量を、水素供給システム１内の改質原料の加熱に利用する。
【００７１】
図８に、第７の実施形態と同様の水素供給システム１と、その水素供給システムから水素を供給される移動体１００と、を示す。移動体１００には、水素吸蔵合金を有する水素貯蔵タンク９を備える。水素貯蔵タンク９には、予め熱媒体の流通路となる熱回収部１０を備える。
【００７２】
次に、移動体１００への水素供給および貯蔵時における作動について説明する。
【００７３】
水素供給システム１から移動体１００に水素を供給する際には、水素貯蔵タンク９に配管７２を接続する。また、水素供給システム１の外部供給用のバルブ７を開く。水素貯蔵タンク３から移動体１００の水素貯蔵タンク９へ、配管７１、７２を通って水素を供給する。
【００７４】
移動体１００の水素貯蔵タンク９では、水素を吸蔵合金に吸蔵させる際に発熱する。水素吸蔵に伴う発熱により、水素貯蔵タンク９および内部の水素吸蔵合金の温度が上昇すると、水素吸蔵能力が落ちてしまう。このため、熱媒体を用いた熱回収手段１０により水素貯蔵タンク９の熱を奪って、水素貯蔵タンク９および内部の水素吸蔵合金を冷却する。
【００７５】
ここでは、水素供給システム１から移動体１００に水素を供給する際に、熱回収部１０に配管１０１、１０２を接続する。熱回収部１０において高温となった熱媒体を、配管１０１を介して水タンク５ａに循環させる。水タンク５ａにおいて、改質原料を加熱することにより熱媒体は降温され、配管１０２を通して再び水素貯蔵タンク９側の熱回収手段１０に供給される。以降、熱媒体は、上記配管１０１、１０２を循環する。
【００７６】
なお、本実施形態は、第７実施形態で用いた水素供給システム１において、移動体１００に水素を供給する際に生じる熱を改質原料の加熱に用いる構成について説明したが、これは他のいずれの実施形態についても適用することができる。ただし、第１、２、４、５実施形態においては、水タンク５ａを用いていないので、高温となった熱媒体は加熱手段５において冷却される。
【００７７】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１〜６の実施形態の効果とは異なる効果のみを説明する。
【００７８】
移動体１００の水素貯蔵タンク９に水素を吸蔵する際に生じる熱を回収して、水素供給システム１で使用する。ここでは、水素貯蔵タンク９に熱媒体を循環させることにより熱を回収する。また、回収した熱を燃料改質システム２に用いる。例えば改質原料の加熱に用いる。これにより、エネルギ効率のよい水素供給システム１を提供することができる。
【００７９】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内で様々な変更を為し得ることは言うまでもない。
【００８０】
例えば、上記実施形態では、水素を水素貯蔵タンク３に貯蔵する際に発生する熱を回収する熱回収手段４と、熱回収手段４により回収された熱を利用して改質原料を加熱する加熱手段５と、その間を結ぶ配管４１、４１ａ、４１ｂ、４２を備えた。これに対して、配管を省略して、水素を水素貯蔵タンク３に貯蔵する際に発生する熱を、直接改質原料に与える手段を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に用いる水素供給システムの概略図である。
【図２】第２の実施形態に用いる水素供給システムの概略図である。
【図３】第３の実施形態に用いる水素供給システムの概略図である。
【図４】第４の実施形態に用いる水素供給システムの概略図である。
【図５】第５の実施形態に用いる水素供給システムの概略図である。
【図６】第６の実施形態に用いる水素供給システムの概略図である。
【図７】第７の実施形態に用いる水素供給システムの概略図である。
【図８】第８の実施形態に用いる水素供給システムの概略図である。
【符号の説明】
１水素供給システム
２燃料改質システム
２ｂ水素分離膜
３水素貯蔵タンク
４熱回収手段
５加熱手段
８タービン
１８蓄熱手段[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a hydrogen supply system. In particular, the present invention relates to a configuration for improving energy efficiency of a hydrogen supply system.
[0002]
[Prior art]
As a power source for a moving body such as a vehicle, a solid polymer electrolyte type fuel cell that is desirable from the viewpoint of environment and has a high efficiency potential is considered promising. In general, a solid polymer electrolyte fuel cell generates power using hydrogen and oxygen (air).
[0003]
As a hydrogen supply source for driving the fuel cell as described above, a technique for mounting a reformer on a moving body has been developed. However, the reformer has a problem that it takes a predetermined time to reach steady operation after startup. As a method for solving this problem, there is a method in which hydrogen is supplied from a stationary hydrogen supply system (station) to a hydrogen storage tank mounted on a mobile body, and hydrogen is directly supplied to the fuel cell from the hydrogen storage tank of the mobile body.
[0004]
As a conventional hydrogen supply system, there is known a system that utilizes absorption and heat generation when supplying hydrogen to a hydrogen storage tank mounted on a moving body. When hydrogen is released from the storage tank of the hydrogen supply system and stored in the storage tank of the mobile body, the hydrogen release becomes an endothermic reaction, and the hydrogen storage becomes an exothermic reaction. In order to maintain the hydrogen releasing / occluding performance, it is necessary to perform heating / cooling corresponding to each absorption / exothermic reaction. Therefore, by using the heat generated by the exothermic reaction during the hydrogen storage for the endothermic reaction during the hydrogen release through the heat medium, the heating and cooling steps that have been conventionally performed individually can be omitted, improving the energy efficiency. ing.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2002-161998 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described prior art, the absorption and heat generation action at the time of hydrogen supply from the hydrogen storage tank of the hydrogen supply system to the storage tank of the moving body are mutually utilized. However, the amount of heat generated when a fuel reforming system is provided in the hydrogen supply system and the hydrogen obtained by the fuel reforming system is stored in a storage tank in the hydrogen supply system must be cooled using a cooler or the like. I must.
[0007]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a configuration capable of improving energy efficiency in a hydrogen supply system including a fuel reforming system.
[0008]
[Means for solving problems]
The present invention includes a hydrocarbon fuel, a fuel reforming system using at least one of water or oxidant gas as a raw material, a storage tank for storing hydrogen obtained from the fuel reforming system, and the fuel reforming system. And a heat recovery means for recovering heat generated when the hydrogen generated in (1) is stored in the storage tank. The heat recovered by the heat recovery means is used for the reforming reaction of the fuel reforming system.
[0009]
[Action and effect]
Since the recovered heat is used for the reforming reaction of the fuel reforming system, the temperature increase of the hydrogen storage tank can be suppressed without adding external power energy such as a cooler. Also, reforming efficiency is improved by supplying heat to the fuel reforming system from outside the system. From the above results, a hydrogen supply system with high energy efficiency can be provided.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A schematic configuration of the hydrogen supply system 1 used in the first embodiment is shown in FIG. Here, the hydrogen supply system 1 is a stationary hydrogen supply system for supplying hydrogen gas to the moving body.
[0011]
A fuel reforming system 2 that generates hydrogen by reforming a hydrocarbon fuel is provided. Here, the fuel reforming system 2 includes a reformer 2a that performs steam reforming and a hydrogen separation membrane 2b that separates hydrogen in the reformed gas generated by the reformer 2a. The hydrogen gas generated by the steam reforming is separated by the hydrogen separation membrane 2b, and only the hydrogen gas is taken out. The reformer 2a and the hydrogen separation membrane 2b may be integrally formed.
[0012]
Next, a reforming material supply unit used in such a fuel reforming system will be described. As the reforming raw material supplied by the supply means described below, any of hydrocarbon fuel, water, or hydrocarbon fuel and water may be used. Here, a hydrocarbon-based fuel is used as the reforming raw material supplied by the supply means described, and in addition, a water supply means (not shown) is provided.
[0013]
A heating means 5 and a heater 6 are provided as means for supplying the reforming material. A reforming raw material is introduced into the hydrogen supply system 1 from a raw material tank (not shown) through a pipe 51. The introduced reforming material is heated in the heating means 5 using heat accompanying hydrogen storage as will be described later. The raw material heated in the heating means 5 is supplied to the heater 6 through the pipe 52. The heater 6 supplies the insufficient heat amount when the heating amount of the raw material in the heating unit 5 is insufficient at the time of start-up and steady operation. Thereby, the reforming raw material is heated to a predetermined temperature. Alternatively, the reforming raw material is vaporized. The reformed raw material adjusted in temperature or vaporized in this way is supplied to the fuel reforming system 2 through the pipe 53.
[0014]
In addition, the hydrogen supply system 1 includes a hydrogen storage tank 3 that stores hydrogen generated by the fuel reforming system 2. Here, a hydrogen storage tank 3 a provided with a hydrogen storage alloy is provided as the hydrogen storage tank 3. Hydrogen produced in the fuel reforming system 2 passes through the pipe 81 and is stored in the hydrogen storage tank 3a. This occlusion of hydrogen is an exothermic phenomenon. Therefore, in order to efficiently store hydrogen, it is necessary to cool the hydrogen storage tank 3a and the hydrogen storage metal.
[0015]
Therefore, the hydrogen storage tank 3a is provided with heat recovery means 4 for recovering heat associated with hydrogen storage. Here, the heat recovery means 4 is a flow path of a heat medium formed in the hydrogen storage tank 3a, and the heat storage means 4 is configured to be able to remove the heat of the hydrogen storage tank 3a and the hydrogen storage metal by circulating the heat medium.
[0016]
Further, a pipe 42 for supplying a heat medium to the heat recovery means 4 and a pipe 41 for recovering the heat medium having become high temperature in the heat recovery means 4 are provided. The high-temperature heat medium recovered by the pipe 41 is circulated through the heating means 5 described above, and the heat medium is cooled by exchanging heat between the reforming raw material and the heat medium. That is, the heat accompanying the occlusion of hydrogen gas is recovered by the heat recovery means 4 and used for heating the reforming raw material.
[0017]
Furthermore, the hydrogen storage tank 3a includes a pipe 71 and a valve 7 for selectively supplying hydrogen gas to an external moving body (not shown). By opening the valve 7, the hydrogen gas stored in the hydrogen storage tank 3a is supplied to a moving body (not shown).
[0018]
Next, the operation of the hydrogen supply system 1 during hydrogen generation and storage will be described.
[0019]
At startup, the raw material introduced through the pipe 51 is heated to a predetermined temperature by the heater 6 and supplied to the fuel reforming system 2 through the pipe 53. In the fuel reforming system 2, hydrogen is generated by reforming the raw material and supplied to the hydrogen storage tank 3 a through the pipe 81. In the hydrogen storage tank 3a, heat is generated when hydrogen is stored in the hydrogen storage alloy. When the temperature of the hydrogen storage tank 3a and the hydrogen storage alloy rise due to heat generated by the storage of hydrogen, the hydrogen storage capacity decreases. Therefore, heat is recovered by the heat medium flowing through the heat recovery means 4, and the hydrogen storage tank 3a and the internal hydrogen storage alloy are cooled.
[0020]
The heat medium heated by the heat recovered by the heat recovery means 4 is supplied to the heating means 5 for heating the reforming raw material through the pipe 41. The heat medium is cooled by heating the reforming raw material by the heating means 5, and is again used for the hot circulation of the hydrogen storage tank 3a through the pipe. Thereafter, the heat medium circulates through the pipes 41 and 42. When the amount of heat recovered by the heat recovery means 4 increases and the raw material input from the pipe 51 is heated in the heating means 5, the output of the heater 6 is cut or reduced, and the hydrogen generation and storage are steady. Transition to driving.
[0021]
Here, in the fuel reforming system 2, hydrogen is generated by the steam reforming reaction and hydrogen separation, but this is not restrictive. Hydrogen gas may be generated by performing ATR (auto thermal reforming) that combines steam reforming and reforming by an oxidation reaction. For example, when an MmNiAl alloy is used as the hydrogen storage alloy used in the hydrogen storage tank 3 and 1 mol of hydrogen is stored per second under the condition of a hydrogen pressure of 0.2 MPa, the heat exchange amount for cooling the heat generation is 34 to 39 Kw. . Further, in order to generate 1 mol of hydrogen per second in the fuel reforming system 2, for example, gasoline, water, and air are used as raw materials, and the amount of heat necessary to raise the temperature from 25 ° C. to 400 ° C. is 82 Kw. Conventionally, the amount of heat generated by the heat generated during the storage of hydrogen, which was cooled by applying external power using a cooler or the like, was recovered. Effectively use the amount of heat recovered to heat quality raw materials.
[0022]
Here, the hydrogen supply system 1 is a stationary hydrogen supply system, but this is not restrictive. For example, a hydrogen supply system mounted on a moving body may be used. This is a case where the mobile body includes a fuel reforming system and a storage tank (hydrogen storage tank 3a) for storing hydrogen gas generated by the fuel reforming system.
[0023]
Next, the effect of this embodiment will be described.
[0024]
A fuel reforming system 2 that uses at least one of hydrocarbon fuel and water or oxidant gas as a raw material, a storage tank 3 that stores hydrogen obtained from the fuel reforming system 2, and a fuel reforming system 2 And heat recovery means 4 for recovering heat generated when the generated hydrogen is stored in the storage tank 3. The heat recovered by the heat recovery means 4 is used for the reforming reaction of the fuel reforming system 2. Here, the heating means 5 is provided, and the recovered heat is used for heating or vaporizing the raw material used for the reforming reaction. In addition, the storage tank 3 is at least one of a stationary tank and a moving body tank mounted on the moving body.
[0025]
Thereby, the temperature rise of the storage tank 3 can be suppressed without adding external energy such as a cooler for removing heat generated when storing the hydrogen in the storage tank 3, so that the hydrogen can be stored efficiently. can do. Further, by supplying heat used for the reforming reaction from the outside of the fuel reforming system 2, the reforming efficiency can be improved. As a result, the energy supply hydrogen supply system 1 can be provided.
[0026]
A tank using a hydrogen storage alloy is used as the storage tank 3a. Conventionally, the fuel reformed by recovering the heat generated during the storage of hydrogen that had been cooled by applying external power using a cooler, etc., and then increasing the temperature by applying energy from outside using a heater, etc. The recovered heat can be effectively used for heating the raw material. Thereby, the hydrogen supply system 1 with high energy efficiency can be provided.
[0027]
As the fuel reforming system 2, a reformer 2a that performs steam reforming and a hydrogen separation membrane 2b are used. That is, in the fuel reforming system 2, hydrogen is generated by separating hydrogen in the reformed gas generated by steam reforming by the hydrogen separation membrane 2b. Steam reforming is performed at about 300 ° C. to 500 ° C., and the reforming reaction is an endothermic reaction, so that the temperature of the gas supplied to the storage tank 3a is relatively low. Here, when storing hydrogen in the storage tank 3a, the lower the temperature of the stored hydrogen, the more efficiently it can be stored. Therefore, hydrogen generation suitable for storage can be performed by using the reformer 2a that performs steam reforming. Further, by using the hydrogen separation membrane 2b, high concentration hydrogen can be supplied to the storage tank 3a.
[0028]
Further, the heat recovered by the heat recovery means 4 is used for at least one of temperature rise or vaporization of the raw material used in the fuel reforming system 2. Conventionally, energy is supplied from the outside in order to raise the temperature and vaporize the raw material used for the reforming reaction, but by using the heat recovered by the heat recovery means 4, the hydrogen supply system 1 having high energy efficiency is provided. can do.
[0029]
Next, a second embodiment will be described. A schematic configuration of the hydrogen supply system 1 is shown in FIG. Hereinafter, a description will be given centering on differences from the first embodiment.
[0030]
A heat storage means 18 for storing heat recovered by the heat recovery means 4 is provided. Here, the heat storage means 18 is provided in the middle of the pipe 41.
[0031]
When storing hydrogen in the hydrogen storage tank 3a, if heat more than a sufficient amount of heat is generated during operation to heat the reforming raw material, heat is stored by the heat storage means 18 in, for example, a transient sudden decrease state of the load. Stores heat. Thereby, the heat medium adjusted to a temperature at which the heat generated in the hydrogen storage tank 3 a can be sufficiently removed is circulated to the heat recovery means 4. On the other hand, when the amount of the reforming material increases, for example, when the load increases transiently, the heat accumulated in the heat storage unit 18 is released and used for heating the reforming material in the heating unit 5 to improve the thermal efficiency. can do.
[0032]
Further, the heat stored in the heat storage means 18 at the end of the operation is used at the start of the next operation. For example, the gas supplied to the fuel reforming system 2 is supplied to the gas supplied to the heating unit 5 through the pipe 51 during the warm-up operation by supplying the heat stored in the heat storage unit 18 through a heat medium. Raise the temperature. Thereby, load etc. can be suppressed to the heater 6 at the time of warming-up.
[0033]
That is, when the temperature of the heat medium due to heat exchange in the heating means 5 is small with respect to the amount of heat recovered in the heat recovery means 4 and the temperature of the heat medium rises as a whole, heat is stored in the heat storage means 18. On the other hand, when the temperature drop of the heat medium due to heat exchange in the heating means 5 is large with respect to the amount of heat recovered in the heat recovery means 4, the heat stored in the heat storage means 18 is released to the heat medium.
[0034]
Next, the effect of this embodiment will be described. Only the effects different from those of the first embodiment will be described below.
[0035]
A heat storage means 18 for storing the heat recovered by the heat recovery means 4 is provided, and the heat stored in the heat storage means 18 is used when the heat of the fuel reforming system 2 is insufficient. Thereby, insufficiency of heat of the fuel reforming system 2 can be compensated for during warm-up when the fuel reforming system 2 is started from a stopped state or during an operation transition period. As a result, it is possible to reduce the load on the heater 6 or the like that uses energy from the outside, and to provide a hydrogen supply system with high energy efficiency.
[0036]
Next, a third embodiment will be described. A schematic configuration of the hydrogen supply system 1 is shown in FIG. Hereinafter, a description will be given centering on differences from the first embodiment.
[0037]
ATR is adopted for the fuel reforming system 2. The fuel reforming system 2 includes a reformer 21 that performs ATR, a heat exchanger 22, and a partial oxidation reactor 23. The reformed gas heated by the ATR reaction generated in the reformer 21 is about 500 ° C. to 800 ° C. at the outlet of the reformer 21. On the other hand, the operating temperature of the partial oxidation reactor 23 disposed downstream of the reformer 21 is about 150 ° C. Therefore, it is necessary to cool the reformed gas before the reformed gas is supplied from the reformer 21 to the partial oxidation reactor 23. Therefore, a heat exchanger 22 is provided to cool the reformed gas.
[0038]
At this time, the heat exchanger 22 heats the reforming raw material using the waste heat of the reformed gas. That is, the heat exchanger 22 performs heat exchange between the reformed gas and the reformed raw material. The reforming material discharged from the heater 6 is supplied to the heat exchanger 22 through the pipe 53. Here, the reforming raw material that has reached a predetermined temperature by obtaining heat from the reformed gas is supplied to the reformer 21 via the pipe 54 to perform the reforming reaction.
[0039]
Next, the effect of this embodiment will be described. Only the effects different from those of the first embodiment will be described below.
[0040]
The waste heat of the reformed gas generated in the fuel reforming system 2 is used for at least one of temperature increase or vaporization of the raw material used in the fuel reforming system 2. Here, in the heat exchanger 22, heat exchange is performed between the reformed gas generated in the reformer 21 and the reforming raw material. Thereby, since waste heat from the reformed gas can be used for heating the reforming raw material, energy efficiency can be further improved.
[0041]
Further, ATR is adopted for the fuel reforming system 2. As a result, the amount of heat necessary for reforming can be supplied by the oxidation reforming reaction of its own hydrocarbon fuel, so that the fuel reforming system 1 having high reforming efficiency and suitable as a hydrogen supply source can be provided.
[0042]
Next, a fourth embodiment will be described. A schematic configuration of the hydrogen supply system 1 is shown in FIG. Hereinafter, a description will be given centering on differences from the third embodiment.
[0043]
Here, a water tank 5 a is provided as the heating means 5. The water tank 5a is provided with a flow path through which the heat medium flows so that heat can be exchanged between the heat medium and the water in the water tank 5a. The heat medium raised in temperature by the heat recovered from the hydrogen storage tank 3 a in the heat recovery means 4 is supplied to the water tank 5 a via the pipe 41. Here, the water temperature in the water tank 5a rises by exchanging heat between the water in the water tank 5a and the heat medium. On the other hand, the temperature of the heat medium is lowered and supplied again to the heat recovery means 4 through the pipe 42. Thereby, the heat generated in the hydrogen storage tank 3 moves to the water in the water tank 5a.
[0044]
Air, which is one of the reforming raw materials, is introduced into the water tank 5a through the pipe 55. One end of the pipe 55 is disposed in the water in the water tank 5a. At this time, the temperature of the water in the water tank 5a is raised by the heat recovered from the hydrogen storage tank 3a as described above. Therefore, when air is introduced into the water tank 5a from one end of the pipe 55, bubbles are generated in the heated water and the air is humidified. The humidified air is supplied to the heater 6 through the pipe 56.
[0045]
Further, a hydrocarbon-based fuel that is a reforming raw material is supplied from a fuel tank (not shown) through a pipe 51 and supplied to the heater 6 in the same manner. In the heater 6, the deficient heat quantity of the hydrocarbon-based fuel as the reforming raw material and the humidified air is compensated as necessary. The reforming raw material heated by the heater 6 is supplied to the heat exchanger 22 in the fuel reforming system 2 through the pipes 53 and 57. When the temperature of the reforming material is raised to a predetermined temperature by exchanging heat between the reformed gas and the reforming material in the heat exchanger 22, the inside of the fuel reforming system 2 is connected via the pipes 54 and 58. To the reformer 21.
[0046]
The heater 6 is used to compensate for the insufficient heat quantity of the reforming raw material at the time of starting the fuel reforming system 2 and at the time of steady operation, and therefore cuts or reduces the output at the time of steady operation.
[0047]
Next, the effect of this embodiment will be described. Hereinafter, only effects different from those of the third embodiment will be described.
[0048]
The heat recovered by the heat recovery means 4 is used for generating humidified air, and the humidified air is used as a part of the reforming raw material. Here, humidified air is generated by passing air through water heated using the heat recovered by the heat recovery means 4. As a result, even if the amount of heat generated when storing hydrogen does not have the amount of heat for boiling and evaporating water, which is one of the reforming raw materials, humidified air containing heated steam can be taken out. Therefore, the heat accompanying hydrogen storage can be used effectively, and the hydrogen supply system 1 with high energy efficiency can be provided.
[0049]
Next, a fifth embodiment will be described. A schematic configuration of the hydrogen supply system 1 is shown in FIG. Hereinafter, a description will be given centering on differences from the first embodiment.
[0050]
The hydrogen supply system 1 includes a fuel reforming system 2. Here, similarly to the first embodiment, the hydrogen gas generated by causing the steam reforming reaction in the reformer 2a is separated by the hydrogen separation membrane 2b, and the hydrogen gas is taken out. Alternatively, hydrogen may be generated by ATR.
[0051]
In addition, turbines 8 a and 8 b that pressurize hydrogen generated in the fuel reforming system 2 are provided. Here, heat is generated as hydrogen is pressurized in the turbines 8a and 8b. Therefore, heat recovery means 4a and 4b for recovering heat generated by pressurization are provided on the downstream sides of the turbines 8a and 8b.
[0052]
Here, hydrogen generated in the fuel reforming system 2 is supplied to the turbine 8a and pressurized. After the pressurized hydrogen is cooled by circulating it through the heat recovery means 4a, it is supplied again to the turbine 8b and pressurized. The pressurized hydrogen is cooled by flowing through the heat exchange means 4b. In addition, between each, it connects by the piping 81-85.
[0053]
In the heat recovery means 4a and 4b, heat exchange with hydrogen is performed by circulating a heat medium to recover excess heat in hydrogen. A heat medium is supplied to the heat recovery means 4a via the pipe 42, and further supplied to the heat recovery means 4b via the pipe 41a. The heat medium having a high temperature is supplied to the heating means 5 through the pipe 41 and cooled by exchanging heat with the reforming raw material in the same manner as in the first embodiment. The reforming raw material supply means includes the heating means 5, the heater 6, and the pipes 51 to 53, as in the first embodiment. However, as the heat for heating the reforming raw material in the heating means 5, heat generated by pressurization in the turbines 8a and 8b is used.
[0054]
Furthermore, the hydrogen storage tank 3b which stores the hydrogen made into the high pressure state in turbine 8a, 8b is provided. Here, the case where the hydrogen storage tank 3b which is a high-pressure tank is used as the hydrogen storage tank 3 is shown. Further, a valve 7 and a valve 71 for supplying hydrogen to an external moving body are provided.
[0055]
Next, the operation | movement at the time of hydrogen production and storage of the hydrogen supply system 1 in this embodiment is demonstrated.
[0056]
When starting up the fuel reforming system 2, the raw material input from the pipe 51 is heated to a predetermined temperature by the heater 6, passes through the pipe 53, and is supplied to the fuel reforming system 2. The fuel reforming system 2 generates hydrogen by reforming the supplied raw material. Hydrogen passes through the pipe 81 and is pressurized to a predetermined pressure by the turbine 8a. Pressurized hydrogen heats up. Therefore, the hydrogen is cooled by exchanging heat with the heat medium in the heat recovery means 4a. The cooled hydrogen passes through the pipe 83 and is pressurized again to a predetermined pressure by the turbine 8b. The hydrogen that has been pressurized and heated by the turbine 8b passes through the pipe 84 and is supplied to the heat exchange means 4b. In the heat recovery means 4a, the hydrogen is cooled by performing heat exchange between the hydrogen and the heat medium. As a result, the high-pressure hydrogen gas is recovered in the hydrogen storage tank 3b.
[0057]
On the other hand, the heat medium recovers heat in the heat recovery means 4 a on the upstream side, then recovers heat again in the heat recovery means 4 b on the downstream side, and is supplied to the heating means 5 via the pipe 41. In the heating means 5, the reforming material is heated by exchanging heat between the heat medium and the reforming material. Here, the reforming raw material is supplied to the heating means 5 through the pipe 51 as in the first embodiment. Since the heat medium is simultaneously cooled, the cooled heat medium is supplied again to the heat exchangers 4a and 4b via the pipe.
[0058]
Although the turbine 8 has two stages here, the present invention is not limited to this, and it can be set according to the pressure at the time of storage. For example, when ATR is performed in the reformer 2 and the pressure when storing hydrogen in the hydrogen storage tank 3b, which is a high-pressure tank, is 30 MPa, the temperature is 25 ° C., and the pressure turbine is, for example, one stage of the turbine 8a, 1 mol per second The amount of heat exchange for cooling the heat generated when hydrogen is stored in the hydrogen storage tank 3b is 51 Kw. Thus, by using the amount of heat recovered by the heat recovery means 4 for heating the fuel reforming raw material, the hydrogen supply system 1 with high energy efficiency can be provided.
[0059]
Next, the effect of this embodiment will be described. Only the effects different from those of the first embodiment will be described below.
[0060]
A high-pressure tank is provided as the hydrogen storage tank 3b. At this time, the heat generated when hydrogen is stored in the hydrogen storage tank 3b is recovered by the heat recovery means 4a and 4b and used for heating the reforming raw material used for fuel reforming. Here, in order to store hydrogen in the hydrogen storage tank 3b, which is a high-pressure tank, the heat generated as the hydrogen is compressed by the compression means (turbine 8) is recovered. Thereby, the hydrogen supply system 1 with high energy efficiency can be provided.
[0061]
Next, a sixth embodiment will be described. A schematic configuration of the hydrogen supply system 1 is shown in FIG. Hereinafter, a description will be given centering on differences from the fifth embodiment.
[0062]
As in the third embodiment, the fuel reforming system 2 includes a reformer 21 that performs an ATR reaction, a heat exchanger 22, and a partial oxidation reactor 23. In the heat exchanger 22, heat exchange is performed between the reformed gas at 500 ° C. to 800 ° C. that has been heated by the ATR reaction of the reformer 21 and the reforming raw material. Here, heat is exchanged between the reforming material discharged from the heater 6 and the reformed gas, and the reforming material that has been raised to a predetermined temperature is supplied to the reformer 21. In addition, the reformed gas cooled to a predetermined temperature by heat exchange is supplied to the partial oxidation reactor 23 to selectively oxidize CO in the reformed gas.
[0063]
At this time, similarly to the fifth embodiment, the hydrogen storage tank 3b is formed by a high-pressure tank, and heat generated when hydrogen is compressed is used for heating the reforming raw material. Thereby, it is possible to avoid excessively raising the temperature of hydrogen, and it is possible to suppress an increase in the pressure of hydrogen, so that efficient hydrogen storage can be performed. Further, since the recovered heat is used for heating the reforming raw material, it is possible to provide the hydrogen supply system 1 with high energy efficiency.
[0064]
Next, a seventh embodiment will be described. A schematic configuration of the hydrogen supply system 1 is shown in FIG. Hereinafter, a description will be given centering on differences from the sixth embodiment.
[0065]
As in the fourth embodiment, the heating unit 5 includes a water tank 5a that can exchange heat with the heat medium. By performing heat exchange between the heat medium heated by the heat recovered by the heat recovery means 4a and 4b and the water in the water tank 5a, the water is heated to cool the heat medium. The cooled heat medium is supplied again to the heat recovery means 4a and 4b, and recovers the heat generated when the hydrogen is compressed to store it in the hydrogen storage tank 3b.
[0066]
On the other hand, air is supplied through the pipe 55 to the water in the water tank 5 a that has been heated by the heat recovered by the heat recovery means 4 a and 4 b. By introducing air into the water tank 5a from one end of the pipe 55, bubbles are generated in the heated water and the air is humidified. The humidified air is supplied to the heater 6 through the pipe 56.
[0067]
Further, hydrocarbon fuel is also supplied to the heater 6 through the pipe 51. The air and hydrocarbon fuel heated by the heater 6 as needed are supplied to the heat exchanger 22 through the pipes 53 and 57, and are heated to a predetermined temperature by exchanging heat with the reformed gas. The Further, it is supplied to the reformer 21 through the pipes 54 and 58.
[0068]
Thus, the hydrogen storage tank 3b is formed by a high-pressure tank, and the heat generated when hydrogen is compressed is used for heating the reforming raw material. Thereby, it is possible to avoid excessively raising the temperature of hydrogen, and it is possible to efficiently store hydrogen. Further, since the recovered heat is used for heating the reforming raw material, it is possible to provide the hydrogen supply system 1 with high energy efficiency.
[0069]
Next, an eighth embodiment will be described. A schematic configuration of the hydrogen supply system 1 is shown in FIG. Hereinafter, a description will be given centering on differences from the seventh embodiment.
[0070]
Here, the heat generated when hydrogen is stored in the hydrogen storage tank 9 using the hydrogen storage alloy mounted on the external moving body 100 is recovered, and the recovered heat amount is used as the reforming raw material in the hydrogen supply system 1. Used for heating.
[0071]
FIG. 8 shows a hydrogen supply system 1 similar to that of the seventh embodiment, and a moving body 100 to which hydrogen is supplied from the hydrogen supply system. The moving body 100 includes a hydrogen storage tank 9 having a hydrogen storage alloy. The hydrogen storage tank 9 includes a heat recovery unit 10 that serves as a heat medium flow path in advance.
[0072]
Next, the operation at the time of supplying and storing hydrogen to the moving body 100 will be described.
[0073]
When supplying hydrogen from the hydrogen supply system 1 to the moving body 100, a pipe 72 is connected to the hydrogen storage tank 9. Further, the valve 7 for external supply of the hydrogen supply system 1 is opened. Hydrogen is supplied from the hydrogen storage tank 3 through the pipes 71 and 72 to the hydrogen storage tank 9 of the moving body 100.
[0074]
In the hydrogen storage tank 9 of the moving body 100, heat is generated when hydrogen is stored in the storage alloy. When the temperature of the hydrogen storage tank 9 and the internal hydrogen storage alloy rises due to the heat generated by the storage of hydrogen, the hydrogen storage capacity decreases. For this reason, the heat recovery means 10 using a heat medium takes heat of the hydrogen storage tank 9 and cools the hydrogen storage tank 9 and the internal hydrogen storage alloy.
[0075]
Here, when supplying hydrogen from the hydrogen supply system 1 to the moving body 100, the pipes 101 and 102 are connected to the heat recovery unit 10. The heat medium having a high temperature in the heat recovery unit 10 is circulated to the water tank 5 a through the pipe 101. In the water tank 5 a, the heat medium is cooled by heating the reforming raw material, and is supplied again to the heat recovery means 10 on the hydrogen storage tank 9 side through the pipe 102. Thereafter, the heat medium circulates through the pipes 101 and 102.
[0076]
In addition, although this embodiment demonstrated the structure which uses the heat which arises when supplying hydrogen to the mobile body 100 in the hydrogen supply system 1 used in 7th Embodiment for heating of a reforming raw material, Any embodiment can be applied. However, in the first, second, fourth, and fifth embodiments, since the water tank 5 a is not used, the heating medium that has reached a high temperature is cooled by the heating means 5.
[0077]
Next, the effect of this embodiment will be described. Hereinafter, only effects different from the effects of the first to sixth embodiments will be described.
[0078]
Heat generated when the hydrogen is stored in the hydrogen storage tank 9 of the moving body 100 is recovered and used in the hydrogen supply system 1. Here, heat is recovered by circulating a heat medium in the hydrogen storage tank 9. Further, the recovered heat is used in the fuel reforming system 2. For example, it is used for heating the reforming raw material. Thereby, the energy efficient hydrogen supply system 1 can be provided.
[0079]
In addition, this invention is not necessarily limited to the said embodiment, It cannot be overemphasized that a various change can be made within the range of the technical idea as described in a claim.
[0080]
For example, in the above embodiment, the heat recovery means 4 that recovers the heat generated when hydrogen is stored in the hydrogen storage tank 3, and the heating that heats the reforming raw material using the heat recovered by the heat recovery means 4 Means 5 and piping 41, 41a, 41b, and 42 connecting between them were provided. On the other hand, piping may be omitted and a means for directly supplying heat generated when hydrogen is stored in the hydrogen storage tank 3 to the reforming raw material may be used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a hydrogen supply system used in a first embodiment.
FIG. 2 is a schematic view of a hydrogen supply system used in the second embodiment.
FIG. 3 is a schematic view of a hydrogen supply system used in the third embodiment.
FIG. 4 is a schematic view of a hydrogen supply system used in the fourth embodiment.
FIG. 5 is a schematic view of a hydrogen supply system used in the fifth embodiment.
FIG. 6 is a schematic view of a hydrogen supply system used in a sixth embodiment.
FIG. 7 is a schematic view of a hydrogen supply system used in a seventh embodiment.
FIG. 8 is a schematic view of a hydrogen supply system used in an eighth embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Hydrogen supply system
2 Fuel reforming system
2b Hydrogen separation membrane
3 Hydrogen storage tank
4 heat recovery means
5 Heating means
8 Turbine
18 Heat storage means

Claims

炭化水素系燃料と、水または酸化剤ガスの少なくとも一方を原料とする燃料改質システムと、
前記燃料改質システムより得られた水素を貯蔵する貯蔵タンクと、
前記燃料改質システムで生成された水素を前記貯蔵タンクに貯蔵するに伴って発生する熱を回収する熱回収手段と、を備え、
前記熱回収手段により回収された熱を前記燃料改質システムの改質反応に使用することを特徴とする水素供給システム。A hydrocarbon-based fuel, and a fuel reforming system using at least one of water or oxidant gas as a raw material
A storage tank for storing hydrogen obtained from the fuel reforming system;
Heat recovery means for recovering heat generated when the hydrogen generated in the fuel reforming system is stored in the storage tank;
The hydrogen supply system, wherein the heat recovered by the heat recovery means is used for a reforming reaction of the fuel reforming system.

前記貯蔵タンクは、定置用タンク、または、移動体に搭載された移動体用タンクの少なくとも一方である請求項１に記載の水素供給システム。2. The hydrogen supply system according to claim 1, wherein the storage tank is at least one of a stationary tank and a moving body tank mounted on the moving body.

前記貯蔵タンクとして、水素吸蔵合金を使用したタンクを用いる請求項１または２に記載の水素供給システム。The hydrogen supply system according to claim 1, wherein a tank using a hydrogen storage alloy is used as the storage tank.

前記燃料改質システムにおいて、水蒸気改質により生成した改質ガス中の水素を水素分離膜により分離することにより水素を生成する請求項１から３のいずれか一つに記載の水素供給システム。The hydrogen supply system according to any one of claims 1 to 3, wherein in the fuel reforming system, hydrogen is generated by separating hydrogen in the reformed gas generated by steam reforming by a hydrogen separation membrane.

前記熱回収手段により回収された熱を貯蔵する蓄熱手段を備え、
前記蓄熱手段に蓄熱された熱を、前記燃料改質システムの熱が不足する場合に使用する請求項１から４のいずれか一つに記載の水素供給システム。Comprising heat storage means for storing the heat recovered by the heat recovery means,
The hydrogen supply system according to any one of claims 1 to 4, wherein the heat stored in the heat storage means is used when heat of the fuel reforming system is insufficient.

前記熱回収手段により回収された熱を前記燃料改質システムに用いる原料の昇温または気化の少なくとも一方に使用する請求項１から３のいずれか一つに記載の水素供給システム。The hydrogen supply system according to any one of claims 1 to 3, wherein the heat recovered by the heat recovery means is used for at least one of temperature rise and vaporization of a raw material used in the fuel reforming system.

前記熱回収手段により回収された熱を加湿空気生成に使用し、加湿空気を前記原料の一部とする請求項６に記載の水素供給システム。The hydrogen supply system according to claim 6, wherein the heat recovered by the heat recovery means is used to generate humidified air, and the humidified air is part of the raw material.

前記燃料改質システムで生成される改質ガスの廃熱を、前記燃料改質システムに用いる原料の昇温または気化の少なくとも一方に使用する請求項１から７のいずれか一つに記載の水素供給システム。The hydrogen according to any one of claims 1 to 7, wherein the waste heat of the reformed gas generated in the fuel reforming system is used for at least one of temperature rise and vaporization of a raw material used in the fuel reforming system. Supply system.