JP2022190065A - 自然エネルギーを利用した圧縮空気供給システム及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本圧縮ガス供給システムは、自然エネルギー発電部と、同発電部で生成された電力によって、水から水素及び酸素を生成する電気分解部と、生成された電力によって、水素と酸素及び窒素を含むガスとを圧縮した高圧状態にするガス圧縮部と、これら高圧状態のガスから電力を生成し、高圧状態の排ガスを出力する燃料電池部と、この排ガスを、純度の高い窒素ガスにする排ガス処理部と、生成された電力を蓄積し、この電力をガス圧縮部に供給可能な蓄電池部と、電気分解部及びガス圧縮部の各々へ電力を供給可能な供給元であって自然エネルギー発電部及び蓄電池部を含む供給元のうちから少なくとも1つを決定し、決定した供給元から電力を電気分解部及びガス圧縮部の各々へ供給させる制御部とを有する。
【選択図】図1
Description
太陽光、風力及び水力のうちの少なくとも1つによって電力を生成する自然エネルギー発電部と、
自然エネルギー発電部の生成した電力によって、供給対象のガスを圧縮した状態にして供給可能なガス圧縮部と、
自然エネルギー発電部の生成した電力を蓄積可能であって、蓄積した当該電力をガス圧縮部に供給可能な蓄電池部と、
所定の条件又は予めの設定に基づいて、ガス圧縮部に電力を供給可能な供給元であって自然エネルギー発電部及び蓄電池部を含む供給元のうちから少なくとも1つを決定し、決定した供給元から電力をガス圧縮部へ供給させる制御部と
を有する圧縮ガス供給システムが提供される。
制御部は、所定の条件又は予めの設定に基づいて、ガス圧縮部に電力を供給可能な供給元であって自然エネルギー発電部、蓄電池部及び燃料電池部を含む供給元のうちから少なくとも1つを決定し、決定した供給元から電力をガス圧縮部へ供給させることも好ましい。
制御部は、所定の条件又は予めの設定に基づいて、ガス圧縮部に電力を供給可能な供給元であって自然エネルギー発電部、蓄電池部及び燃料電池部を含む供給元のうちから少なくとも1つを決定し、決定した供給元から電力を前記ガス圧縮部へ供給させ、
ガス圧縮部は、燃料電池部から排出されたガスを圧縮し、圧縮した当該ガスを供給することも好ましい。
太陽光、風力及び水力のうちの少なくとも1つによって電力を生成する自然エネルギー発電部と、
自然エネルギー発電部の生成した電力によって、供給対象のガスを圧縮した状態にして供給可能なガス圧縮部と、
自然エネルギー発電部の生成した電力を蓄積可能であって、蓄積した当該電力をガス圧縮部に供給可能な蓄電池部と、
所定の条件又は予めの設定に基づいて、ガス圧縮部に電力を供給可能な供給元であって自然エネルギー発電部及び蓄電池部を含む供給元のうちから少なくとも1つを決定し、決定した供給元から電力をガス圧縮部へ供給させる制御部と
を有する圧縮ガス供給装置が提供される。
図1は、本発明による圧縮ガス供給システムの一実施形態を示す模式図である。
(A)太陽光、風力及び水力のうちの少なくとも1つによって電力を生成する自然エネルギー発電ユニット(発電U)10と、
(B)自然エネルギー発電ユニット10の生成した電力によって、供給対象である空気を圧縮した状態にして供給可能なガス圧縮部としてのコンプレッサ12と、
(C)自然エネルギー発電ユニット10の生成した電力を蓄積可能であって、蓄積した当該電力をコンプレッサ12に供給可能な蓄電池部11と、
(D)「所定の条件又は予めの設定」に基づいて、コンプレッサ12に電力を供給可能な「供給元」であって自然エネルギー発電ユニット10及び蓄電池部11を含む「供給元」のうちから少なくとも1つを決定し、決定した「供給元」から電力をコンプレッサ12へ供給させる制御部1aと
を有している。
(a)自然エネルギー発電ユニット10の発電量が所定閾値以上であるならば、「供給元」を自然エネルギー発電ユニット10とし、
(b)自然エネルギー発電ユニット10の発電量が所定閾値未満である場合(例えば太陽電池発電であるケースで夜間や曇天等である場合)に、蓄電池部11での蓄電量が所定閾値以上であるならば、「供給元」を蓄電池部11とし、一方、蓄電池部11での蓄電量が所定閾値未満であるならば、「供給元」を商用電力としてもよい(ここで、蓄電池部11にも商用電力を供給し蓄電させることも好ましい)。
(c)自然エネルギー発電ユニット10の発電量が所定閾値以上であって蓄電池部11での蓄電量が所定閾値未満であるならば、自然エネルギー発電ユニット10の生成した電力を蓄電池部11に供給し蓄電させることも好ましい(ここで、自然エネルギー発電ユニット10の発電量が所定閾値未満であって蓄電池部11での蓄電量が所定閾値未満であるならば、商用電力を蓄電池部11に供給し蓄電させることも好ましい)。
ちなみに、以上に述べたような「供給元」の制御は、制御部1aに備えられたコンピュータに搭載された制御プログラム(アプリ)を実行することによって実施されることも好ましい。
図2は、本発明による圧縮ガス供給システムの他の実施形態を示す模式図である。
(a)自然エネルギー発電ユニット20の発電量が所定閾値以上であるならば、「供給元」を自然エネルギー発電ユニット20とし、
(b)自然エネルギー発電ユニット20の発電量が所定閾値未満(例えば太陽電池発電であるケースで夜間や曇天等である場合)である場合に、蓄電池部21での蓄電量が所定閾値以上であるならば、「供給元」を蓄電池部21とし、一方、蓄電池部21での蓄電量が所定閾値未満であるならば、「供給元」を商用電力としてもよい(ここで、蓄電池部21にも商用電力を供給し蓄電させることも好ましい)。
(c)自然エネルギー発電ユニット20の発電量が所定閾値以上であって蓄電池部21での蓄電量が所定閾値未満であるならば、自然エネルギー発電ユニット20の生成した電力を蓄電池部21に供給し蓄電させることも好ましい(ここで、自然エネルギー発電ユニット20の発電量が所定閾値未満であって蓄電池部21での蓄電量が所定閾値未満であるならば、商用電力を蓄電池部21に供給し蓄電させることも好ましい)。
ちなみに、以上に述べたような「供給元」の制御は、制御部2aに備えられたコンピュータに搭載された制御プログラム(アプリ)を実行することによって実施されることも好ましい。
図3は、本発明による圧縮ガス供給システムの更なる他の実施形態を示す模式図である。
図4は、本発明による圧縮ガス供給システムの更なる他の実施形態を示す模式図である。
(a)排ガス中の水蒸気の蒸気圧を、飽和蒸気圧以下に制御する。
(b)排ガスを冷却して排ガス中の水分を除去する。
(c)公知の気水分離器を用い、排ガスに含まれる水蒸気の凝縮水を生成し分離する。
(d)電極反応で生じた液水を外部へ排出するパージ手段を設ける。
(e)電池セルにおけるガス流路の形状を、流入・流出抵抗の小さい形状にする。
(g)多層構造の多孔質体と、この多孔質体における電解質・電極(触媒層)とは反対側の位置に設けられた2種の流体を分離するガス不透過層とを用いて、水分を分離する(特開2008-84703号公報を参照)。
(h)金属多孔質体の孔をガス流路とする燃料電池用セパレータを使用し、この金属多孔質体に直線状の貫通孔を設けて水分の排出を促す(特開2011-14242号公報を参照)。
(a)自然エネルギー発電ユニット40の発電量が所定閾値以上であるならば、「供給元」を自然エネルギー発電ユニット40とし、
(b)自然エネルギー発電ユニット40の発電量が所定閾値未満である場合(例えば太陽電池発電であるケースで夜間や曇天等である場合)に、蓄電池部41での蓄電量が所定閾値以上であるならば、「供給元」を蓄電池部41とし、一方、蓄電池部41での蓄電量が所定閾値未満であるならば、「供給元」を商用電力としてもよい(ここで、蓄電池部21にも商用電力を供給し蓄電させることも好ましい)。
(c)さらに、電気分解ユニット43が動作しており燃料電池ユニット45も水素・酸素を受け取って動作しているならば、「供給元」に燃料電池ユニット45を含めることも好ましい(ここで、蓄電池部21にも燃料電池ユニット45からの電力を供給し蓄電させることも好ましい)。
(d)自然エネルギー発電ユニット40の発電量が所定閾値以上であって蓄電池部41での蓄電量が所定閾値未満であるならば、自然エネルギー発電ユニット40の生成した電力を蓄電池部41に供給し蓄電させることも好ましい(ここで、自然エネルギー発電ユニット40の発電量が所定閾値未満であって蓄電池部41での蓄電量が所定閾値未満であるならば、商用電力を蓄電池部41に供給し蓄電させることも好ましい)。
ちなみに、以上に述べたような「供給元」の制御は、制御部4aに備えられたコンピュータに搭載された制御プログラム(アプリ)を実行することによって実施されることも好ましい。
図5は、本発明による圧縮ガス供給システムの更なる他の実施形態を示す模式図である。
以上、図1~5を用いて本発明による圧縮ガス供給システムにおける種々の実施形態を説明してきたが、以下、当該システム(1,2,3,4,5)の制御部(1a,2a,3a,4a,5a)による供給対象ガスのガス圧制御や、供給対象ガスである水素の貯蔵制御について、より具体的な説明を行う。
(a)供給先で必要とされる所定ガス圧以上であって、
(b)高圧ガス保安法によって取り扱いに規制の生じる圧力である1MPa(約10気圧)未満
に制御することも好ましい(勿論、高圧ガス保安法による管理の下、1MPa(約10気圧)以上とすることも可能である)。
(a)当該電力を蓄電池部に保存させる、及び/又は
(b)当該電力をもって電気分解ユニット(及びコンプレッサ)や高圧電気分解ユニットを動作させて(圧縮)水素を生成させ、この水素を第1ガスタンクに貯蔵する
ことも好ましい。ここで、蓄電池部がフル充電状態である場合に上記(b)の水素貯蔵を行う、といった実施形態をとることも好ましい。
(a)水素吸蔵ボンベを活性化させるための真空引き、
(b)水素充填前の水素導入による水素漏れ有無のチェック、
(c)水素充填/放出の開始/終了のためのボンベバルブの開閉、
(d)水素充填/放出の開始/終了のためのボンベ温度の調節、
(e)内包水素量チェックのための水素吸蔵合金ボンベの重量測定
等が(例えば制御シーケンス項目として)含まれることも好ましい。
図6は、本発明による電力供給システムの一実施形態を示す模式図である。
(a)図2~5に示した圧縮ガス供給システム(装置)2、3、4及び5のうちの1つと、
(b)上記(a)の圧縮ガス供給システムから供給された、少なくとも圧縮酸素を、さらに好ましくは圧縮水素をも用いて電力を生成し供給する燃料電池61と
を有している。
(a)圧縮ガス供給システム(2,3,4,5)と、
(b)燃料電池61、混合気調整部62、空気収容部64、水素調整部63、及び燃料収容部65と、
(c)電気分解部68、水分離部67a、水収容部67b、酸素収容部66a、及び酸素量調整部66bと、
(d)熱交換部69と
を備えている。また、以下に説明するこれらの構成部の個別動作・連携動作を制御する制御部6aを備えている。ちなみに、圧縮ガス供給システム(2,3,4,5)の制御部(2a,3a,4a,5a)は、この制御部6aの支配下にあって制御部6aの制御に従い、圧縮ガス供給システム(2,3,4,5)を制御するものとすることができる。
1a、2a、3a、4a、5a、6a 制御部
10、20、30、40、50 自然エネルギー発電ユニット
11、21、31、41、51 蓄電池部
12、24r、24h、24o、44h、44o、46r、46h、46o、54ro、56r、56h、56o コンプレッサ
13、25r、25h、25o、34h、34o、47r、47h、47o、57r、57h、57o 第1ガスタンク
14、26r、26h、26o、35h、35o、48r、48h、48o、58r、58h、58o 圧力調整部
15、27r、27h、27o、36h、36o、49r、49h、49o、59r、59h、59o 第2ガスタンク
22、32、42、52 純水化処理部
23、43 電気分解ユニット
33、53 高圧電気分解ユニット
45、55 燃料電池ユニット
45a、55a 排ガス処理部
45b、55b、69 熱交換部
6 電力供給システム・装置
61 燃料電池
62 混合気調整部
63 水素調整部
64 空気収容部
65 燃料収容部
66a 酸素収容部
66b 酸素量調整部
67a 水分離部
67b 水収容部
68 電気分解部
太陽光、風力及び水力のうちの少なくとも1つによって電力を生成する自然エネルギー発電部と、
自然エネルギー発電部の生成した電力によって、空気を圧縮空気にして供給可能なガス圧縮部と、
自然エネルギー発電部の生成した電力を蓄積可能であって、蓄積した当該電力をガス圧縮部に供給可能な蓄電池部と、
所定の条件又は予めの設定に基づいて、ガス圧縮部に電力を供給可能な供給元であって自然エネルギー発電部及び蓄電池部を含む供給元のうちから少なくとも1つをガス圧縮部への供給元に決定し、決定したガス圧縮部への供給元から電力をガス圧縮部へ供給させる制御部と
を有する圧縮空気供給システムが提供される。
太陽光、風力及び水力のうちの少なくとも1つによって電力を生成する自然エネルギー発電部と、
自然エネルギー発電部の生成した電力によって、空気を圧縮空気にして供給可能なガス圧縮部と、
自然エネルギー発電部の生成した電力を蓄積可能であって、蓄積した当該電力をガス圧縮部に供給可能な蓄電池部と、
所定の条件又は予めの設定に基づいて、ガス圧縮部に電力を供給可能な供給元であって自然エネルギー発電部及び蓄電池部を含む供給元のうちから少なくとも1つをガス圧縮部への供給元に決定し、決定したガス圧縮部への供給元から電力をガス圧縮部へ供給させる制御部と
を有する圧縮空気供給装置が提供される。
Claims (10)
- 圧縮された窒素ガスを供給可能な圧縮ガス供給システムであって、
太陽光、風力及び水力のうちの少なくとも1つによって電力を生成する自然エネルギー発電部と、
前記自然エネルギー発電部の生成した電力によって、取得した水を電気分解して水素及び酸素を生成する電気分解部と、
前記自然エネルギー発電部の生成した電力によって、生成された水素と酸素及び窒素を含むガスとを圧縮した高圧状態にすることの可能なガス圧縮部と、
高圧状態の当該水素及び高圧状態の当該酸素及び窒素を含むガスから電力を生成し、窒素濃度の高まった高圧状態の排ガスを出力する燃料電池部と、
高圧状態の当該排ガスを、純度の高い窒素ガスにする排ガス処理部と、
前記自然エネルギー発電部の生成した電力を蓄積可能であって、蓄積した当該電力を前記ガス圧縮部に供給可能な蓄電池部と、
所定の条件又は予めの設定に基づいて、前記電気分解部及び前記ガス圧縮部の各々へ電力を供給可能な供給元であって前記自然エネルギー発電部及び前記蓄電池部を含む供給元のうちから少なくとも1つを決定し、決定した供給元から電力を前記電気分解部及び前記ガス圧縮部の各々へ供給させる制御部と
を有することを特徴とする圧縮ガス供給システム。 - 圧縮された窒素ガスを供給可能な圧縮ガス供給システムであって、
太陽光、風力及び水力のうちの少なくとも1つによって電力を生成する自然エネルギー発電部と、
前記自然エネルギー発電部の生成した電力によって、取得した水を電気分解して水素及び酸素を生成する電気分解部であって、電極間に配置された膜を移動した水素イオンがそこで1気圧を超える高圧の水素ガスとなる高圧水素通路を有し、当該高圧水素通路を介して圧縮された高圧状態の水素を供給する電気分解部と、
前記自然エネルギー発電部の生成した電力によって、圧縮された高圧状態の酸素及び窒素を含むガスを供給可能なガス圧縮部と、
高圧状態の当該水素及び高圧状態の当該酸素及び窒素を含むガスから電力を生成し、窒素濃度の高まった高圧状態の排ガスを出力する燃料電池部と、
高圧状態の当該排ガスを、純度の高い窒素ガスにする排ガス処理部と、
前記自然エネルギー発電部の生成した電力を蓄積可能であって、蓄積した当該電力を前記ガス圧縮部に供給可能な蓄電池部と、
所定の条件又は予めの設定に基づいて、前記電気分解部及び前記ガス圧縮部の各々へ電力を供給可能な供給元であって前記自然エネルギー発電部及び前記蓄電池部を含む供給元のうちから少なくとも1つを決定し、決定した供給元から電力を前記電気分解部及び前記ガス圧縮部の各々へ供給させる制御部と
を有することを特徴とする圧縮ガス供給システム。 - 前記排ガス処理部は、高圧状態の当該排ガスを、窒素よりも酸素をより通過させる中空糸膜によって純度の高い窒素ガスにすることを特徴とする請求項1又は2に記載の圧縮ガス供給システム。
- 前記排ガス処理部は、高圧状態の当該排ガスに対し、水蒸気分及び水分の除去処理を施すことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の圧縮ガス供給システム。
- 前記電力を供給可能な供給元は、前記燃料電池部も含むことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の圧縮ガス供給システム。
- 前記自然エネルギー発電部の生成した電力によって、取得した水に対し純水化処理を施し、当該純水化処理を施された当該水を前記電気分解部に供給可能な純水生成部を更に有することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の圧縮ガス供給システム。
- 前記制御部は、所定の条件又は予めの設定に基づいて、前記電気分解部、前記純水生成部及び前記ガス圧縮部の各々へ電力を供給可能な供給元であって、前記自然エネルギー発電部及び前記蓄電池部を含む供給元のうちから少なくとも1つを決定し、決定した供給元から電力を前記電気分解部、前記純水生成部及び前記ガス圧縮部の各々へ供給させることを特徴とする請求項6に記載の圧縮ガス供給システム。
- 前記燃料電池部は、高圧状態の当該水素及び高圧状態の当該酸素及び窒素を含むガスを、タンクを介さずに高圧状態のまま受け取ることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の圧縮ガス供給システム。
- 圧縮された窒素ガスを供給可能な圧縮ガス供給装置であって、
太陽光、風力及び水力のうちの少なくとも1つによって電力を生成する自然エネルギー発電部と、
前記自然エネルギー発電部の生成した電力によって、取得した水を電気分解して水素及び酸素を生成する電気分解部と、
前記自然エネルギー発電部の生成した電力によって、生成された水素と酸素及び窒素を含むガスとを圧縮した高圧状態にすることの可能なガス圧縮部と、
高圧状態の当該水素及び高圧状態の当該酸素及び窒素を含むガスから電力を生成し、窒素濃度の高まった高圧状態の排ガスを出力する燃料電池部と、
高圧状態の当該排ガスを、純度の高い窒素ガスにする排ガス処理部と、
前記自然エネルギー発電部の生成した電力を蓄積可能であって、蓄積した当該電力を前記ガス圧縮部に供給可能な蓄電池部と、
所定の条件又は予めの設定に基づいて、前記電気分解部及び前記ガス圧縮部の各々へ電力を供給可能な供給元であって前記自然エネルギー発電部及び前記蓄電池部を含む供給元のうちから少なくとも1つを決定し、決定した供給元から電力を前記電気分解部及び前記ガス圧縮部の各々へ供給させる制御部と
を有することを特徴とする圧縮ガス供給装置。 - 圧縮された窒素ガスを供給可能な圧縮ガス供給装置であって、
太陽光、風力及び水力のうちの少なくとも1つによって電力を生成する自然エネルギー発電部と、
前記自然エネルギー発電部の生成した電力によって、取得した水を電気分解して水素及び酸素を生成する電気分解部であって、電極間に配置された膜を移動した水素イオンがそこで1気圧を超える高圧の水素ガスとなる高圧水素通路を有し、当該高圧水素通路を介して圧縮された高圧状態の水素を供給する電気分解部と、
前記自然エネルギー発電部の生成した電力によって、圧縮された高圧状態の酸素及び窒素を含むガスを供給可能なガス圧縮部と、
高圧状態の当該水素及び高圧状態の当該酸素及び窒素を含むガスから電力を生成し、窒素濃度の高まった高圧状態の排ガスを出力する燃料電池部と、
高圧状態の当該排ガスを、純度の高い窒素ガスにする排ガス処理部と、
前記自然エネルギー発電部の生成した電力を蓄積可能であって、蓄積した当該電力を前記ガス圧縮部に供給可能な蓄電池部と、
所定の条件又は予めの設定に基づいて、前記電気分解部及び前記ガス圧縮部の各々へ電力を供給可能な供給元であって前記自然エネルギー発電部及び前記蓄電池部を含む供給元のうちから少なくとも1つを決定し、決定した供給元から電力を前記電気分解部及び前記ガス圧縮部の各々へ供給させる制御部と
を有することを特徴とする圧縮ガス供給装置。
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