JP7036650B2 - 水素供給装置 - Google Patents
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Description
本発明の他の局面に係る水素供給装置は、水を電気分解し水蒸気を含有する原料水素ガスを生成するガス生成部と、前記原料水素ガスに含まれる前記水蒸気を吸着する吸着剤が格納された格納部を有し、圧力変動吸着法の下で前記吸着剤に前記水蒸気を吸着させる吸着処理を行うことにより前記水蒸気の量が低減された製品水素ガスを生成する除湿部と、前記格納部内で前記吸着処理を行う吸着工程と、前記吸着工程の後の前記格納部内の圧力を低減する減圧工程と、前記圧力が低減された前記格納部へ前記製品水素ガスを供給するとともに前記吸着剤の吸着性能の回復のために用いられた前記製品水素ガスを前記格納部から放出するパージ工程と、前記パージ工程後の前記格納部に前記製品水素ガスを供給し、前記格納部内の前記圧力を上昇させる昇圧工程と、における前記除湿部に対する制御を定めた制御シーケンスに従って前記除湿部を制御する制御部と、を備えている。前記除湿部は、前記吸着処理の後の前記吸着剤の前記吸着性能を回復するために前記製品水素ガスを前記格納部へ案内する案内経路を含んでいる。前記制御部は、前記吸着工程において前記水が電気分解されることによって生成された前記原料水素ガス又は酸素の量を検出するガス検出部を含んでおり、前記ガス検出部によって検出された前記原料水素ガス又は前記酸素の量の減少に応じて、前記パージ工程において前記案内経路を通じて前記格納部へ送り込まれる前記製品水素ガスの量を低減するように前記除湿部を制御する。
図1は例示的な水素供給装置100の概略図である。図1を参照して、水素供給装置100が説明される。
図2は除湿部120の動作を表す概略図である。図1及び図2を参照して、除湿部120の概略的な動作が説明される。
図3は除湿部120を制御する制御部を表す概略的なブロック図である。図1乃至図3を参照して、除湿部120を制御する制御部が説明される。
水素ステーション101及び水素供給装置100が起動される。この結果、電力生成部112は自然エネルギを電力に変換する。電力は電力生成部112からガス生成部111へ供給される。ガス生成部111は供給された電力を用いて水を電気分解し、原料水素ガスを生成する。原料水素ガスは水素分離タンク113を通じて除湿部120へ供給される。原料水素ガスの供給が開始されると、ステップS120が実行される。
原料水素ガスの生成のために電力生成部112からガス生成部111へ供給される電力「P」は、電力検出部151によって検出される。電力検出部151は、検出された電力「P」を表す電力通知信号を生成する。電力通知信号は電力検出部151から制御装置152の選択部153へ出力される。選択部153は電力通知信号が表す電力「P」を参照し、電力「P」が属する電力範囲を見出す。電力「P」が電力閾値「P1」を上回っているならば、選択部153は電力「P」が第1範囲に属すると判定する。電力「P」が電力閾値「P1」以下であり且つ電力閾値「P2」を上回っているならば、選択部153は電力「P」が第2範囲に属すると判定する。電力「P」が電力閾値「P2」以下であり且つ電力閾値「P3」を上回っているならば、選択部153は電力「P」が第3範囲に属すると判定する。電力「P」が電力閾値「P3」以下であり且つ電力閾値「P4」を上回っているならば、選択部153は電力「P」が第4範囲に属すると判定する。電力「P」が電力閾値「P4」以下であるならば、選択部153は電力「P」が第5範囲に属すると判定する。電力範囲の判定の後、ステップS130が実行される。
電力範囲の判定結果に対応する制御シーケンスが選択部153によって選択される。ステップS120において電力「P」が第1範囲に属すると判定されているならば、選択部153は第1制御シーケンスを選択する。ステップS120において電力「P」が第2範囲に属すると判定されているならば、選択部153は第2制御シーケンスを選択する。ステップS120において電力「P」が第3範囲に属すると判定されているならば、選択部153は第3制御シーケンスを選択する。ステップS120において電力「P」が第4範囲に属すると判定されているならば、選択部153は第4制御シーケンスを選択する。ステップS120において電力「P」が第5範囲に属すると判定されているならば、選択部153は第5制御シーケンスを選択する。選択された制御シーケンスは選択部153から弁制御部155へ出力される。その後、ステップS140が実行される。
弁制御部155は選択部153から出力された制御シーケンスを実行する(図3を参照)。弁制御部155は図4を参照して説明されたステップ1~ステップ8を順次実行し、制御弁131~139を開いたり閉じたりする(図2を参照)。図4を参照して説明されたステップ8の実行の後、ステップS150が実行される。
図4を参照して説明されたステップ8の実行の後、選択部153は運転を継続するか否かを決定する。たとえば、バッファタンク123の内圧が所定の圧力閾値を上回っていないならば選択部153は運転を継続することを決定してもよい。この場合、ステップS120が実行される。バッファタンク123の内圧が上述の圧力閾値を上回っているならば、運転を停止することを決定してもよい。この場合、水素供給装置100の運転は停止される。
パージガスとしてバッファタンク123に貯留された製品水素ガスの一部が利用される。したがって、パージガスの使用量が小さいならば製品水素ガスの回収率は高くなる。一方、パージガスの使用量が大きいならば製品水素ガスの回収率は低くなる。製品水素ガスの回収率は以下の数式によって定義されてもよい。
制御シーケンスは、水素供給装置100に要求される様々な条件に適合するように設計される。他の制御シーケンスが以下に説明される。
111・・・・・・・・・・・・・・・ガス生成部
120・・・・・・・・・・・・・・・除湿部
121・・・・・・・・・・・・・・・第1タンク(格納部)
122・・・・・・・・・・・・・・・第2タンク(格納部)
135~137・・・・・・・・・・・制御弁
140・・・・・・・・・・・・・・・主管(案内経路)
141・・・・・・・・・・・・・・・第1副管(案内経路)
142・・・・・・・・・・・・・・・第2副管(案内経路)
151・・・・・・・・・・・・・・・電力検出部(制御部)
152・・・・・・・・・・・・・・・制御装置(制御部)
153・・・・・・・・・・・・・・・選択部
Claims (8)
- 水を電気分解し水蒸気を含有する原料水素ガスを生成するガス生成部と、
前記原料水素ガスに含まれる前記水蒸気を吸着する吸着剤が格納された格納部を有し、圧力変動吸着法の下で前記吸着剤に前記水蒸気を吸着させる吸着処理を行うことにより前記水蒸気の量が低減された製品水素ガスを生成する除湿部と、
前記格納部内で前記吸着処理を行う吸着工程と、前記吸着工程の後の前記格納部内の圧力を低減する減圧工程と、前記圧力が低減された前記格納部へ前記製品水素ガスを供給するとともに前記吸着剤の吸着性能の回復のために用いられた前記製品水素ガスを前記格納部から放出するパージ工程と、前記パージ工程後の前記格納部に前記製品水素ガスを供給し、前記格納部内の前記圧力を上昇させる昇圧工程と、における前記除湿部に対する制御を定めた制御シーケンスに従って前記除湿部を制御する制御部と、を備え、
前記除湿部は、前記吸着処理の後の前記吸着剤の前記吸着性能を回復するために前記製品水素ガスを前記格納部へ案内する案内経路を含み、
前記制御部は、前記吸着工程において前記水を電気分解するために前記ガス生成部へ供給された電力を検出する電力検出部を含んでおり、前記電力検出部によって検出された前記電力の減少に応じて、前記パージ工程において前記案内経路を通じて前記格納部へ送り込まれる前記製品水素ガスの量を低減するように前記除湿部を制御する、水素供給装置。 - 水を電気分解し水蒸気を含有する原料水素ガスを生成するガス生成部と、
前記原料水素ガスに含まれる前記水蒸気を吸着する吸着剤が格納された格納部を有し、圧力変動吸着法の下で前記吸着剤に前記水蒸気を吸着させる吸着処理を行うことにより前記水蒸気の量が低減された製品水素ガスを生成する除湿部と、
前記格納部内で前記吸着処理を行う吸着工程と、前記吸着工程の後の前記格納部内の圧力を低減する減圧工程と、前記圧力が低減された前記格納部へ前記製品水素ガスを供給するとともに前記吸着剤の吸着性能の回復のために用いられた前記製品水素ガスを前記格納部から放出するパージ工程と、前記パージ工程後の前記格納部に前記製品水素ガスを供給し、前記格納部内の前記圧力を上昇させる昇圧工程と、における前記除湿部に対する制御を定めた制御シーケンスに従って前記除湿部を制御する制御部と、を備え、
前記除湿部は、前記吸着処理の後の前記吸着剤の前記吸着性能を回復するために前記製品水素ガスを前記格納部へ案内する案内経路を含み、
前記制御部は、前記吸着工程において前記水が電気分解されることによって生成された前記原料水素ガス又は酸素の量を検出するガス検出部を含んでおり、前記ガス検出部によって検出された前記原料水素ガス又は前記酸素の量の減少に応じて、前記パージ工程において前記案内経路を通じて前記格納部へ送り込まれる前記製品水素ガスの量を低減するように前記除湿部を制御する、水素供給装置。 - 前記制御部は、前記吸着工程と、前記減圧工程と、前記パージ工程と、前記昇圧工程と、における前記除湿部に対する制御をそれぞれ定めた前記制御シーケンスを含む複数の制御シーケンスのうち1つを選択するとともに、前記選択された制御シーケンスに従って前記除湿部を制御し、
前記複数の制御シーケンスは、前記パージ工程において前記格納部へ供給される前記製品水素ガスの前記量において互いに相違するように構築されている
請求項1又は2に記載の水素供給装置。 - 前記除湿部は、前記制御部の制御下で前記案内経路を開いたり閉じたりする制御弁を含み、
前記制御部は、前記パージ工程において前記制御弁が前記案内経路を開いている開期間が前記原料水素ガスの前記減少に応じて短縮されるように前記複数の制御シーケンスのうち1つを選択する
請求項3に記載の水素供給装置。 - 前記除湿部は、前記制御部の制御下で前記案内経路を開いたり閉じたりする制御弁を含み、
前記制御部は、前記パージ工程における前記制御弁の開度が前記原料水素ガスの前記減少に応じて低減されるように前記複数の制御シーケンスのうち1つを選択する
請求項3に記載の水素供給装置。 - 水を電気分解し水蒸気を含有する原料水素ガスを生成するガス生成部と、
前記原料水素ガスに含まれる前記水蒸気を吸着する吸着剤が格納された格納部を有し、圧力変動吸着法の下で前記吸着剤に前記水蒸気を吸着させる吸着処理を行うことにより前記水蒸気の量が低減された製品水素ガスを生成する除湿部と、
前記格納部内で前記吸着処理を行う吸着工程と、前記吸着工程の後の前記格納部内の圧力を低減する減圧工程と、前記圧力が低減された前記格納部へ前記製品水素ガスを供給するとともに前記吸着剤の吸着性能の回復のために用いられた前記製品水素ガスを前記格納部から放出するパージ工程と、前記パージ工程後の前記格納部に前記製品水素ガスを供給し、前記格納部内の前記圧力を上昇させる昇圧工程と、における前記除湿部に対する制御をそれぞれ定めた複数の制御シーケンスのうち1つを前記ガス生成部の動作状態に応じて選択するとともに前記選択された制御シーケンスに従って前記除湿部を制御する制御部と、を備え、
前記除湿部は、前記吸着処理の後の前記吸着剤の前記吸着性能を回復するために前記製品水素ガスを前記格納部へ案内する案内経路を含み、
前記制御部は、前記案内経路を通じて前記格納部へ送り込まれる前記製品水素ガスの量を前記ガス生成部によって生成された前記原料水素ガスの減少に応じて低減するように前記除湿部を制御し、
前記複数の制御シーケンスは、前記パージ工程において前記格納部へ供給される前記製品水素ガスの前記量において互いに相違するように構築されており、
前記制御部は、前記水を電気分解するために前記ガス生成部へ供給された電力を前記ガス生成部の前記動作状態として検出する電力検出部と、前記電力検出部によって検出された前記電力に基づいて前記複数の制御シーケンスのうち1つを選択する選択部と、を含んでいる、水素供給装置。 - 水を電気分解し水蒸気を含有する原料水素ガスを生成するガス生成部と、
前記原料水素ガスに含まれる前記水蒸気を吸着する吸着剤が格納された格納部を有し、圧力変動吸着法の下で前記吸着剤に前記水蒸気を吸着させる吸着処理を行うことにより前記水蒸気の量が低減された製品水素ガスを生成する除湿部と、
前記格納部内で前記吸着処理を行う吸着工程と、前記吸着工程の後の前記格納部内の圧力を低減する減圧工程と、前記圧力が低減された前記格納部へ前記製品水素ガスを供給するとともに前記吸着剤の吸着性能の回復のために用いられた前記製品水素ガスを前記格納部から放出するパージ工程と、前記パージ工程後の前記格納部に前記製品水素ガスを供給し、前記格納部内の前記圧力を上昇させる昇圧工程と、における前記除湿部に対する制御をそれぞれ定めた複数の制御シーケンスのうち1つを前記ガス生成部の動作状態に応じて選択するとともに前記選択された制御シーケンスに従って前記除湿部を制御する制御部と、を備え、
前記除湿部は、前記吸着処理の後の前記吸着剤の前記吸着性能を回復するために前記製品水素ガスを前記格納部へ案内する案内経路を含み、
前記制御部は、前記案内経路を通じて前記格納部へ送り込まれる前記製品水素ガスの量を前記ガス生成部によって生成された前記原料水素ガスの減少に応じて低減するように前記除湿部を制御し、
前記複数の制御シーケンスは、前記パージ工程において前記格納部へ供給される前記製品水素ガスの前記量において互いに相違するように構築されており、
前記制御部は、前記水が電気分解されることによって生成された前記原料水素ガス又は酸素の量を前記ガス生成部の前記動作状態として検出するガス検出部と、前記ガス検出部によって検出された前記原料水素ガス又は前記酸素の前記量に基づいて前記複数の制御シーケンスのうち1つを選択する選択部と、を含んでいる、水素供給装置。 - 前記制御部は、前記複数の制御シーケンスのうち1つによって定められた前記吸着工程、前記減圧工程、前記パージ工程及び前記昇圧工程が実行された後に前記ガス生成部の前記動作状態を確認し、前記確認された動作状態に対応する制御シーケンスを前記複数の制御シーケンスから選択する
請求項6又は7に記載の水素供給装置。
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