JP2022529285A - 水素貯蔵システム - Google Patents
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Abstract
Description
- 再供給の最大圧力P_max、例えば、電解槽によって配送される圧力又は水素供給ライン内の圧力又は任意の他の水素源の圧力を規定する、
- システムの動作の最大温度を規定する、
- システムの最大動作温度における材料の平衡平坦圧力が、再供給の最大圧力にできるだけ近く、しかしこの値を超えないようにLPSMを選択する、
- 水素消費体によって必要とされる最小圧力p_minを規定する、
- p_minを維持しながら、LPSMからの水素の脱着に必要なシステムの最小温度T_min_LPSMを計算する、
- T_min_LPSMにおける材料の圧力がP_maxにできるだけ近く、しかしこの値を超えないようHPSMを選択する。
- HPSM: La0.5Ce0.5Ni5、25℃における平衡圧力=8.6bar
- LPSM: La0.9Ce0.1Ni5、25℃における平衡圧力=2.2bar
1. 水素源、例えば入口ポート11に接続された電解槽2が、例えば10~20barの範囲内、例えば16barの燃料供給圧力PSにおいて水素を供給する。
2. 高圧貯蔵タンク6b内の圧力PHPが、(入口)圧力センサPによって測定され、電子制御システムのマイクロプロセッサによって燃料供給圧力PSと比較される。
3. 高圧貯蔵タンク6b内の圧力PHPが燃料供給圧力PSより低い場合、高圧入口弁V1biが、制御システムからの制御コマンドによって開かれ、高圧貯蔵タンク6bが充填される。
4. 高圧貯蔵タンク6b内の圧力PHPが燃料供給圧力PSより高い場合、低圧入口弁V1aiが、制御システムからのコマンドによって開かれ、低圧貯蔵タンク6aが充填される。高圧入口弁V1biは、このステップの間は閉じられる。
1. 水素消費体、例えば出口ポート11bに接続された水素燃料電池システムなどの発電機が、例えば1~10barの範囲内、例えば1.5barの消費圧力PCにおいて水素を受ける。
2. 低圧貯蔵タンク6a内の圧力PLPが、(出口)圧力センサPによって測定され、制御システムのマイクロプロセッサによって消費圧力PCと比較される。
3. 低圧貯蔵タンク6a内の圧力PLPが消費圧力PCより高い場合、低圧出口弁V1aoが、制御システムからのコマンドによって開かれ、LPSM貯蔵タンク6aが放出される。
4. 低圧貯蔵タンク6a内の圧力PLPが消費圧力PCより低い場合、高圧出口弁V1boが、制御システムからのコマンドによって開かれ、HPSM貯蔵タンク6bが放出される。低圧出口弁V1aoは、このステップの間は閉じられる。
1. 現在チャージ又はディスチャージされている少なくとも貯蔵タンク6、6a、6b内の温度が測定され、測定値が制御システムに送信される。幾つかの温度の点が取られている場合、平均が電子制御システムのマイクロプロセッサによって計算され、温度測定値として使用される。
2. 現在チャージ又はディスチャージされている前記少なくとも貯蔵タンク6、6a、6b内の圧力が測定され、測定値が制御システムに送信される。
3. 圧力-温度測定値対(pressure - temperature measurement couple)が、制御システムのメモリに記憶されている圧力組成等温線(pcI)プロット(例えば、図1a、図1b、図1cに示す)の内部データベースと、制御システムのマイクロプロセッサによって比較される。
4. 所与の温度に対して、図1cに示すように、圧力Pmin<P<Pmaxのドメインが規定される。
5. 上記の情報から、対応する貯蔵タンクの以下のチャージ状態が、制御システム内に設定され得る。
a. P<Pmin: タンクはフルの10%未満であると見なされ、制御システムのメモリのチャージ状態レジスタ内で「空」に設定される。
b. Pmin<P<Pmax: タンクはフルの半分と見なされ、制御システム内のチャージ状態レジスタ内で、例えばフルの50%として設定される。
c. Pmax<P: タンクは90%を超えると見なされ、制御システムのチャージ状態レジスタ内で「フル」に設定される。
6. この手順は、所与の間隔で、例えば10秒ごとに又は1分に一度繰り返され得る。
7. 好ましくは、上記のステップは、現在チャージ又はディスチャージされている貯蔵タンクのみでなく、貯蔵タンクの各々(すなわち、すべて)に対して実行される。しかしながら、貯蔵タンクは、順番にチャージ、ディスチャージそれぞれを行われ得るので、測定手順は、必ずしも、同時に又は同じ間隔ですべての貯蔵タンクに対して実行される必要があるとは限らず、閉じられて現在動作していない完全にフル又は完全に空のタンクのチャージの状態は、制御システムのチャージレジスタ内で知られており、記録されている。それにもかかわらず、信頼性のために、上記で説明したように一定間隔で(例えば、10秒ごとに)すべての貯蔵タンクのチャージの状態を測定することが望ましい。
8. チャージ状態レジスタ内に記録されている上記で説明した設定に基づいて、システム全体のチャージの状態が、(1/N)*100%の精度で制御システムのマイクロプロセッサによって計算され得、ここでNは貯蔵タンク6、6a、6bの数である。例えば、10個の貯蔵タンクを有するシステムは、約10%の精度でシステムのチャージの状態を決定することができる。
2 水素発生器
3 発電機
4 水素貯蔵システム
6 貯蔵タンク
6a 低圧貯蔵タンク
6b 高圧貯蔵タンク
7 水タンク
8 ガス流回路
8a H2入口回路
8b H2出口回路
9 コアチューブ
10 水素入口
11 入口又は出口ポート
11a 入口
11b 出口
12 水素出口
V、V1、V2、V3...Vn 弁
P 圧力センサ
T 温度センサ
Claims (24)
- 各々が少なくとも1つの金属水素化物(MH)貯蔵材料を含有する複数の水素貯蔵タンク(6、6a、6b)と、前記水素貯蔵タンクに接続された水素ガス流回路(8)と、各水素貯蔵タンク内の圧力及び温度を測定するために配置された圧力センサ(P)及び温度センサ(T)を含む制御システムとを含み、前記水素ガス流回路は、前記複数の貯蔵タンクを水素貯蔵システムの入口(10)、出口(12)それぞれに結合する弁(V、V1...Vn)を含み、前記入口及び出口は共通であっても別々であってもよい、水素貯蔵システム(4)であって、少なくとも第1の材料貯蔵タンクが第1の組成の第1の金属水素化物(MH1)を含みかつ少なくとも第2の材料貯蔵タンクが第2の組成の第2の金属水素化物(MH2)を含み、前記第1の金属水素化物が、最小動作圧力(P2)から最大動作圧力(P1)までの圧力動作範囲に対応する第1の最小動作温度(TLP1)から第1の最大動作温度(TLP2)までの温度動作範囲を有し、前記第2の金属水素化物が、前記最小動作圧力(P2)から前記最大動作圧力(P1)までの前記圧力動作範囲に対応する第2の最小動作温度(THP1)から第2の最大動作温度(THP2)までの温度動作範囲を有し、前記第1の最大動作温度は前記第2の最大動作温度より大きく(TLP2>THP2)、前記第2の最小動作温度は前記第1の最小動作温度より小さく(THP1<TLP1)、前記第2の最大動作温度は前記第1の最小動作温度より大きく(THP2>TLP1)、前記第1の材料貯蔵タンク及び前記第2の材料貯蔵タンクは、前記最小動作圧力(P2)から前記最大動作圧力(P1)までの圧力動作範囲に対応する前記第2の最小動作温度(THP1)から前記第1の最大動作温度(TLP2)まで前記水素貯蔵システムのチャージ及びディスチャージを動作させる方式で、前記入口又は出口圧力に応じて前記第1の材料貯蔵タンク及び前記第2の材料貯蔵タンク(6a、6b)の間を切り替えるために配置された少なくとも1つの弁(Vnai、Vnbi、Vnao、Vnbo)を介して並列に一緒に結合されることを特徴とする、水素貯蔵システム。
- 前記弁の作動が、電気制御システムによって制御される、先の請求項に記載の水素貯蔵システム。
- 前記弁は電磁弁である、先の請求項に記載の水素貯蔵システム。
- 前記弁は、各貯蔵タンクに接続された機械式圧力開放弁であり、各貯蔵タンクの前記機械式圧力開放弁は、異なる圧力において作動するために異なる開放圧力において較正される、請求項1に記載の水素貯蔵システム。
- 前記第1の材料貯蔵タンク及び前記第2の材料貯蔵タンクは、貯蔵タンクのグループに組み合わされ、前記水素貯蔵タンクのグループは前記グループの順番に充填及び放出されるように構成され、貯蔵タンクの異なるグループの前記弁は、前記水素ガス流回路によって前記弁に及ぼされる異なる圧力(弁開放圧力)において開放すること、前記水素ガス流回路によって前記弁に及ぼされる異なる圧力(弁閉止圧力)において閉止することのそれぞれを行い、一連のそれらの対応する弁開放圧力で貯蔵タンクの前記グループを充填するように、及び一連のそれらの対応する弁閉止圧力で貯蔵タンクの前記グループを放出するように動作可能であり、前記制御システムは、フルとして測定されるか又は空として測定される前記水素貯蔵タンクの合計の、貯蔵タンクの総数に対する割合に基づいて前記水素貯蔵システムのチャージの状態を計算するように構成される、先の請求項のいずれか一項に記載の水素貯蔵システム。
- 貯蔵タンクの異なるグループの前記弁は、より高い動作圧力を有する前記水素貯蔵タンクを最初に充填するという優先度の順番に貯蔵タンクの前記グループを充填するように、及びより低い動作圧力を有する前記水素貯蔵タンクを最初に放出するという優先度の順番に貯蔵タンクの前記グループを放出するように動作可能であり、一方で、幾つかの弁が貯蔵のチャージの間に同時に開いている場合、前記より高い圧力を有する前記水素貯蔵タンクはフルであって水素をそれ以上吸収できず、幾つかの弁がディスチャージの間に同時に開いている場合、前記より低い圧力を有する前記水素貯蔵タンクは空である、先の請求項に記載の水素貯蔵システム。
- 各グループは、1つの第1の材料貯蔵タンク及び1つの第2の材料貯蔵タンクによって構成されるペアである、先の請求項に記載の水素貯蔵システム。
- 前記第1の金属水素化物(MH1)は、主に、ファミリーAB5タイプの金属合金を含むか又はそれらから構成され、ここでAは、セリウム、ネオジム及び/又はプラセオジムで部分的に置換され得るランタンであり、Bは、コバルト、アルミニウム、マンガン及び鉄から成るグループから選択される少なくとも1つの成分又は複数の成分で部分的に置換され得るニッケルである、先の請求項のいずれか一項に記載の水素貯蔵システム。
- 前記第1の金属水素化物(MH1)は、主に、LaNi5及び随意にCe、Co、Mnから成るグループから選択される追加の元素を含むか又はそれらから構成される、先の請求項に記載の水素貯蔵システム。
- 前記第1の金属水素化物(MH1)はAB5タイプであり、ランタンの割合は0.5から1まで変化し、Niは置換されない、請求項8又は9に記載の水素貯蔵システム。
- 前記第1の金属水素化物(MH1)は、主に、ファミリーAB2タイプの金属合金を含むか又はそれらから構成され、ここでAは、ジルコニウムで部分的に置換されてもされなくてもよいチタンであり、Bは、バナジウム、マンガン、鉄、コバルト及びニッケルから成るグループから選択される複数の成分を含む、請求項1から7のいずれか一項に記載の水素貯蔵システム。
- 前記第1の金属水素化物(MH1)は、主に、ZrV2及び随意にクロム、マンガン及びコバルトから成るグループから選択される追加の元素を含むか又はそれらから構成される、先の請求項に記載の水素貯蔵システム。
- 前記第2の金属水素化物(MH2)は、ファミリーAB5タイプの金属合金を含むか又はそれらから構成され、ここでAは、セリウム、ネオジム及び/又はプラセオジムで部分的に置換され得るランタンであり、Bは、コバルト、アルミニウム、マンガン及び鉄から成るグループから選択される少なくとも1つの成分又は複数の成分で部分的に置換され得るニッケルである、先の請求項のいずれか一項に記載の水素貯蔵システム。
- 前記第2の金属水素化物(MH2)はAB5タイプであり、ランタンの割合は0.9から1まで変化し、Niは置換されない、先の請求項に記載の水素貯蔵システム。
- 前記第1の金属水素化物(MH1)はLa0.5Ce0.5Ni5であり、前記第2の金属水素化物(MH2)はLa0.9Ce0.1Ni5である、請求項8から10及び13から14に記載の水素貯蔵システム。
- 各々が少なくとも1つの金属水素化物(MH)貯蔵材料を含有する複数の水素貯蔵タンク(6、6a、6b)と、前記水素貯蔵タンクに接続された水素ガス流回路(8)と、各貯蔵タンク内の圧力及び温度を測定するために配置された圧力センサ(P)及び温度センサ(T)を含む制御システムとを含み、前記水素ガス流回路は、前記複数の貯蔵タンクを水素貯蔵システムの入口(10)、出口(12)それぞれに結合する弁(V、V1...Vn)を含み、前記入口及び出口は共通であっても別々であってもよい水素貯蔵システム(4)であって、前記複数の貯蔵タンクは、各々が対応する専用の弁(Vn)を介して前記水素貯蔵システムの前記入口(10)、前記出口(12)のそれぞれに結合された貯蔵タンクを含み、異なる貯蔵タンクの前記弁は、前記水素ガス流回路によって前記弁に及ぼされる異なる圧力(弁開放圧力)において開放すること、前記水素ガス流回路によって前記弁に及ぼされる異なる圧力(弁閉止圧力)において閉止することのそれぞれを行い、一連のそれらの対応する弁開放圧力で前記水素貯蔵タンクを充填するように、及び一連のそれらの対応する弁閉止圧力で前記水素貯蔵タンクを放出するように動作可能であり、前記制御システムは、フルとして測定されるか又は空として測定される前記水素貯蔵タンクの合計の、貯蔵タンクの総数に対する割合に基づいて前記水素貯蔵システムのチャージの状態を計算するように構成されることを特徴とする、水素貯蔵システム。
- 前記制御システムは、各個別の前記水素貯蔵タンクのチャージの前記状態を、前記水素貯蔵タンクの圧力測定値が規定された最小貯蔵圧力(Pmin)の10%未満である場合に空として、及び前記水素貯蔵タンクの前記圧力測定値が規定された最大貯蔵圧力(Pmax)の90%を超える場合にフルとして計算するように構成される、先の請求項又は請求項5に記載の水素貯蔵システム。
- 前記制御システムは、各個別の前記水素貯蔵タンクのチャージの前記状態を、前記水素貯蔵タンクの前記圧力測定値が、規定された前記最小貯蔵圧力(Pmin)の10%と規定された前記最大貯蔵圧力(Pmax)の90%との間である場合にフルの半分として計算するように構成される、先の請求項に記載の水素貯蔵システム。
- 前記温度センサは、各貯蔵タンクのコンテナ内に延在するコアチューブ(9)に挿入され、前記コンテナの内側から密封された少なくとも1つの温度センサを含む、先の請求項のいずれか一項に記載の水素貯蔵システム。
- 前記圧力センサは、各貯蔵タンクの前記入口、前記出口それぞれに搭載された少なくとも1つの圧力センサを含む、請求項16から19のいずれか一項に記載の水素貯蔵システム。
- 前記弁の作動が、電気制御システムによって制御される、請求項16から20のいずれか一項に記載の水素貯蔵システム。
- 前記弁は電磁弁である、請求項16から21に記載の水素貯蔵システム。
- 前記弁は、各貯蔵タンクに接続された機械式圧力開放弁であり、各貯蔵タンクの前記機械式圧力開放弁は、異なる圧力において作動するために異なる開放圧力において較正される、請求項16から20のいずれか一項に記載の水素貯蔵システム。
- 請求項1から15のうちの任意の1つ又は複数の追加の特徴を含む、請求項16から23のいずれか一項に記載の水素貯蔵システム。
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