JP5378624B1 - 高圧水素製造システム、および、高圧水素製造システムの運転方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】高圧水素製造システム110は、水素を製造する水素製造装置210と、水素製造装置によって製造された水素を昇圧する第1の圧縮機(低圧圧縮機230)と、第1の圧縮機によって昇圧された水素を貯留する第1の蓄圧器(低圧蓄圧器240)および第2の蓄圧器(可変圧蓄圧器270)と、第1の蓄圧器の圧力が第1閾値を上回ると、水素製造装置を制御して水素製造装置による水素の製造を停止する停止処理を開始し、第1の蓄圧器の圧力が第1閾値より大きい第2閾値以上になると、水素製造装置によって製造された水素であって第1の圧縮機によって昇圧された水素を第2の蓄圧器に貯留させる制御部290とを備える。
【選択図】図1
Description
図1は、本実施形態にかかる水素ステーション100を説明するための図である。図1に示すように、水素ステーション100は、高圧水素製造システム110と、プレクーラー120と、ディスペンサー130とを含んで構成される。なお、図1中、水素の流れを実線で示し、信号の流れを破線の矢印で示す。
高圧水素製造システム110は、水素製造装置210と、サクションタンク220と、低圧圧縮機230(第1の圧縮機)と、低圧蓄圧器240(第1の蓄圧器)と、高圧圧縮機250(第2の圧縮機)と、高圧蓄圧器260(第3の蓄圧器)と、可変圧蓄圧器270(第2の蓄圧器)と、圧力測定部280と、制御部290と、バルブV1、V2、V3と、減圧弁V4とを含んで構成される。
続いて、低圧圧縮機230、高圧圧縮機250の圧力設計について説明する。燃料電池自動車の水素タンクの圧力は70MPaが世界基準となっているため、当該水素タンクに水素を差圧充填するためには、供給元の水素の圧力を、70MPaを上回る値(例えば、82MPa)とする必要がある。しかし、水素製造装置210で製造された水素の圧力は、0.7MPaと低いため、水素製造装置210で製造された水素をそのまま燃料電池自動車に供給することはできない。そこで、本実施形態の高圧水素製造システム110は、水素製造装置210で製造された水素を82MPaまで昇圧する。
続いて、高圧水素製造システム110における可変圧蓄圧器270の効果について説明する。ここでは、まず、比較例における低圧蓄圧器の個数の設計について説明し、次に、高圧水素製造システム110における可変圧蓄圧器270の効果について説明する。
X=A/{(Pmax−Pth1)×10×D/z}…式(1)
ここで、Aは停止処理期間に製造される水素量(m3)、Pmaxは低圧蓄圧器12の上限圧力(MPa)、Pth1は停止処理を開始するトリガとなる低圧蓄圧器12の圧力(MPa)、Dは1個あたりの低圧蓄圧器12の容量(m3)、zは水素の圧縮係数を示す。
Y=B/{(Pth2−Pmin)×10×D/z}…式(2)
ここで、Bは開始処理期間に製造される水素量と燃料電池自動車に供給される水素量との差分(m3)、Pminは低圧蓄圧器12の下限圧力(MPa)、すなわち、高圧圧縮機250の入口の圧力の下限値、Pth2は開始処理の遂行を開始するトリガとなる低圧蓄圧器12の圧力(MPa)、Dは1個あたりの低圧蓄圧器12の容量(m3)、zは水素の圧縮係数を示す。
図4は、通常運転時および開始処理時の高圧水素製造システム110の運転処理を説明するための図である。なお、図4中、水素の流れを実線の矢印で示す。図4に示すように、通常運転時において、制御部290は、バルブV1を閉状態に維持するとともに、バルブV2、V3を開状態に維持し、水素製造装置210に通常運転させて、低圧圧縮機230、高圧圧縮機250を駆動させる。
図5は、停止処理時の高圧水素製造システム110の運転処理を説明するための図である。なお、図5中、水素の流れを実線の矢印で示す。高圧水素製造システム110が通常運転中であり、圧力測定部280が測定した低圧蓄圧器240の圧力が、第1閾値(例えば、37MPa)を上回ると、制御部290は、水素製造装置210を制御して停止処理を開始する。
上記停止処理が遂行され、高圧水素製造システム110が停止状態となり、この間に燃料電池自動車への水素の供給が行われ、圧力測定部280が測定した低圧蓄圧器240の圧力が、第1閾値(例えば、37MPa)未満になると、水素製造装置210を制御して開始処理を遂行し、水素製造装置210によって製造された水素を低圧圧縮機230に払い出し、低圧圧縮機230で水素を昇圧して、低圧蓄圧器240に貯留させる(図4参照)。
続いて、高圧水素製造システム110における低圧蓄圧器240、可変圧蓄圧器270の個数について説明する。
Lh={(Pmax−Pth1)×10×D/z}×C…式(3)
ここで、Pmaxは低圧蓄圧器240の上限圧力(MPa)、Pth1は停止処理を開始するトリガとなる低圧蓄圧器240の圧力(MPa)、Dは1個あたりの低圧蓄圧器240の容量(m3)、Cは低圧蓄圧器240の個数(ここでは、11個)、zは水素の圧縮係数を示す。
M=E/{(Qmax−Qmin)×10×F/z}…式(4)
ここで、Eは、停止処理期間に製造される水素量(m3)と、水素量Lh(m3)の差分(m3)、Qmaxは可変圧蓄圧器270の上限圧力(MPa)、Qminは可変圧蓄圧器270の下限圧力(MPa)、Fは1個あたりの可変圧蓄圧器270の容量(m3)、zは水素の圧縮係数を示す。
続いて、上記高圧水素製造システム110の運転方法について説明する。図6は、水素製造装置210の制御の流れを説明するためのフローチャートであり、図7は、低圧圧縮機230の制御の流れを説明するためのフローチャートであり、図8は、バルブV1、V2、V3の制御の流れを説明するためのフローチャートである。
図6に示すように、まず、制御部290は、低圧蓄圧器240の圧力が第1閾値と等しいか否かを判定する(S310)。低圧蓄圧器240の圧力が第1閾値と等しいと判定すると(S310におけるYES)、制御部290は、水素製造装置210の現在のロードをキープ(維持)する(S312)。
図7に示すように、まず、制御部290は、サクションタンク220の圧力が目標値Psucと等しいか否かを判定する(S410)。サクションタンク220の圧力が目標値Psucと等しいと判定すると(S410におけるYES)、制御部290は、低圧圧縮機230をロード(吸込・吐出量)キープする(S412)。
図8に示すように、まず、制御部290は、低圧蓄圧器240の圧力が第2閾値以上になったか否かを判定する(S510)。低圧蓄圧器240の圧力が第2閾値以上になったと判定すると(S510におけるYES)、制御部290はバルブV1を開き、バルブV2、V3を閉じる(S512)。一方、低圧蓄圧器240の圧力が第2閾値未満になったと判定すると(S510におけるNO)バルブV1を閉じ、バルブV2、V3を開く(S514)。
210 水素製造装置
230 低圧圧縮機(第1の圧縮機)
240 低圧蓄圧器(第1の蓄圧器)
250 高圧圧縮機(第2の圧縮機)
260 高圧蓄圧器(第3の蓄圧器)
270 可変圧蓄圧器(第2の蓄圧器)
290 制御部
Claims (7)
- 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昇圧する第1の圧縮機と、
前記第1の圧縮機によって昇圧された水素を貯留する第1の蓄圧器および第2の蓄圧器と、
前記第1の蓄圧器の圧力が第1閾値を上回ると、前記水素製造装置を制御して該水素製造装置による水素の製造を停止する停止処理を開始し、該第1の蓄圧器の圧力が該第1閾値より大きい第2閾値以上になると、該水素製造装置によって製造された水素であって前記第1の圧縮機によって昇圧された水素を前記第2の蓄圧器に貯留させる制御部と、
を備えたことを特徴とする高圧水素製造システム。 - 前記制御部は、前記第1の蓄圧器の圧力が前記第2閾値未満になると、前記第2の蓄圧器に貯留された水素を、前記第1の圧縮機によって昇圧させて、該第1の蓄圧器に貯留させ、該第1の蓄圧器の圧力が該第1閾値未満になると、前記水素製造装置を制御して該水素製造装置による水素の製造を開始する開始処理を遂行し、該水素製造装置によって製造された水素を、該第1の圧縮機によって昇圧させて、該第1の蓄圧器に貯留させることを特徴とする請求項1に記載の高圧水素製造システム。
- 前記制御部は、前記第1の蓄圧器の圧力が前記第1閾値になると、前記水素製造装置の現在のロードをキープするロードキープ処理、前記停止処理、前記開始処理の群から選択された1の処理を遂行することを特徴とする請求項2に記載の高圧水素製造システム。
- 前記第1の蓄圧器に貯留された水素を昇圧する第2の圧縮機と、
前記第2の圧縮機によって昇圧された水素を貯留する第3の蓄圧器と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の高圧水素製造システム。 - 水素を製造する水素製造装置と、該水素製造装置によって製造された水素を昇圧する第1の圧縮機と、該第1の圧縮機によって昇圧された水素を貯留する第1の蓄圧器および第2の蓄圧器とを備えた高圧水素製造システムの運転方法であって、
前記第1の蓄圧器の圧力が第1閾値を上回ったか否かを判定し、
前記第1の蓄圧器の圧力が前記第1閾値を上回ったと判定すると、前記水素製造装置による水素の製造を停止する停止処理を開始し、
前記第1の蓄圧器の圧力が前記第1閾値より大きい第2閾値以上になったか否かを判定し、
前記第1の蓄圧器の圧力が前記第2閾値以上になったと判定すると、前記水素製造装置によって製造された水素であって前記第1の圧縮機によって昇圧された水素を前記第2の蓄圧器に貯留することを特徴とする高圧水素製造システムの運転方法。 - 前記第1の蓄圧器の圧力が前記第2閾値未満になったと判定すると、前記第2の蓄圧器に貯留された水素を、前記第1の圧縮機によって昇圧させて、該第1の蓄圧器に貯留し、
前記第1の蓄圧器の圧力が前記第1閾値未満になったか否かを判定し、
前記第1の蓄圧器の圧力が前記第1閾値未満になったと判定すると、前記水素製造装置による水素の製造を開始する開始処理を遂行し、
前記水素製造装置によって製造された水素を、前記第1の圧縮機によって昇圧させて、前記第1の蓄圧器に貯留することを特徴とする請求項5に記載の高圧水素製造システムの運転方法。 - 前記第1の蓄圧器の圧力が前記第1閾値になったか否かを判定し、
前記第1の蓄圧器の圧力が前記第1閾値になったと判定すると、前記水素製造装置の現在のロードをキープするロードキープ処理、前記停止処理、前記開始処理の群から選択された1の処理を遂行することを特徴とする請求項6に記載の高圧水素製造システムの運転方法。
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