特許 7481704 圧力制御システム、圧力制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-01

(45)【発行日】2024-05-13

(54)【発明の名称】圧力制御システム、圧力制御方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04746 20160101AFI20240502BHJP

   F17C 11/00 20060101ALI20240502BHJP

   F17C 13/02 20060101ALI20240502BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20240502BHJP

   H01M 8/0432 20160101ALI20240502BHJP

   H01M 8/0438 20160101ALI20240502BHJP

   H01M 8/043 20160101ALI20240502BHJP

   H01M 8/04701 20160101ALI20240502BHJP

   H01M 8/04664 20160101ALI20240502BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04746

F17C11/00 C

F17C13/02 301A

H01M8/04 J

H01M8/0432

H01M8/0438

H01M8/043

H01M8/04701

H01M8/04664

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2020079430

(22)【出願日】2020-04-28

(65)【公開番号】P2021174728

(43)【公開日】2021-11-01

【審査請求日】2023-01-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000002299

【氏名又は名称】清水建設株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】301021533

【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100161506

【弁理士】

【氏名又は名称】川渕 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(72)【発明者】

【氏名】瀬川 裕太

(72)【発明者】

【氏名】下田 英介

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 成輝

(72)【発明者】

【氏名】前田 哲彦

【審査官】大内 俊彦

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－５２７４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３２４８６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２９５３３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１２０６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－１０７６６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２２３９３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／０４－ ８／０６６８

Ｆ１７Ｃ １１／００，１３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水素吸蔵合金を内蔵し、水素を吸蔵可能な第１水素吸蔵合金タンクと、
水素吸蔵合金を内蔵し、非常時用に水素を吸蔵可能な第２水素吸蔵合金タンクと、
通電時に、前記第１水素吸蔵合金タンクと前記第２水素吸蔵合金タンクとのうち少なくとも一方へ、水素供給源から水素を供給する第１流路と、
通電時に、前記第１水素吸蔵合金タンクと前記第２水素吸蔵合金タンクとのうち少なくとも一方から、燃料電池へ水素を供給する第２流路と、
非常時に、前記第２水素吸蔵合金タンクから前記燃料電池へ水素を供給する第３流路と、
通電時に、前記第２水素吸蔵合金タンク外部の気温予測値である外気温予測値に基づいて、前記第２水素吸蔵合金タンクの圧力変化を予測し、予測した前記第２水素吸蔵合金タンクの圧力に基づいて、前記第２水素吸蔵合金タンクの圧力が、前記燃料電池が運転を継続できる最低圧力よりも大きい圧力値である第１圧力値以上、かつ、前記第１圧力値より大きい所定の圧力値である第２圧力値未満になるように制御する制御装置と、
を備える圧力制御システム。

【請求項2】

前記制御装置は、前記第２水素吸蔵合金タンクの圧力が前記第１圧力値以上かつ前記第２圧力値未満の場合に、前記第２水素吸蔵合金タンクから前記燃料電池へ水素を供給すること、
を特徴とする請求項１に記載の圧力制御システム。

【請求項3】

前記第１流路及び前記第２流路のそれぞれには、複数の制御弁が備えられており、
前記制御装置は、通電時に、前記複数の制御弁の開閉を制御することにより、前記非常時に前記第１流路及び前記第２流路を遮断するとともに、前記通電時に、前記第２水素吸蔵合金タンクの圧力が、前記第１圧力値以上かつ前記第２圧力値未満になるように制御すること、
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧力制御システム。

【請求項4】

前記第３流路は、手動バルブを有し、前記手動バルブを閉鎖した場合に遮断され、開放された場合に、前記第２水素吸蔵合金タンクから前記燃料電池へ水素を供給すること、
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の圧力制御システム。

【請求項5】

前記燃料電池の排熱を用いて、前記第１水素吸蔵合金タンク又は前記第２水素吸蔵合金タンクを加熱する加熱部を備えること、
を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の圧力制御システム。

【請求項6】

前記第２圧力値は、高圧ガス保安法で高圧ガスとならない圧力であること、
を特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の圧力制御システム。

【請求項7】

前記外気温予測値は、天気予報が提供する当日から所定の期間中の気温予報値であり、
前記制御装置は、前記外気温予測値と、前記第２水素吸蔵合金タンクの水素貯蔵量とに基づき、前記水素吸蔵合金のＰＣＴ曲線を参照して、当該所定の期間中の前記第２水素吸蔵合金タンクの圧力変化を予測すること、
を特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の圧力制御システム。

【請求項8】

前記制御装置は、前記第１水素吸蔵合金タンクの圧力と前記第２水素吸蔵合金タンクの圧力をそれぞれ検出し、予測した前記第２水素吸蔵合金タンクの圧力が前記第１圧力値未満の場合に、
前記第１流路を介して、前記水素供給源から前記第２水素吸蔵合金タンクへ水素を供給するか、もしくは、
検出した前記第１水素吸蔵合金タンクの圧力が検出した前記第２水素吸蔵合金タンクの圧力よりも大きければ、前記第２流路を介して、前記第１水素吸蔵合金タンクから前記第２水素吸蔵合金タンクへ水素を供給し、
前記第２水素吸蔵合金タンクの圧力を前記第１圧力値以上かつ前記第２圧力値以下になるように制御すること、
を特徴とする請求項１に記載の圧力制御システム。

【請求項9】

前記制御装置は、予測した前記第２水素吸蔵合金タンクの圧力が前記第２圧力値以上の場合に、
前記第２流路を介して、前記第２水素吸蔵合金タンクから前記燃料電池へ水素を供給するか、もしくは、
検出した前記第１水素吸蔵合金タンクの圧力が検出した前記第２水素吸蔵合金タンクの圧力よりも小さければ、前記第２流路を介して、前記第２水素吸蔵合金タンクから前記第１水素吸蔵合金タンクへ水素を供給し、
前記第２水素吸蔵合金タンクの圧力を前記第１圧力値以上かつ前記第２圧力値以下になるように制御すること、
を特徴とする請求項８に記載の圧力制御システム。

【請求項10】

前記制御装置は、前記燃料電池の運用のために前記第２水素吸蔵合金タンクを加熱する場合に、加熱温度下での前記第２水素吸蔵合金タンクの圧力が第２圧力値未満となるように制御すること、
を特徴とする請求項１に記載の圧力制御システム。

【請求項11】

前記制御装置は、前記第１水素吸蔵合金タンクの圧力と前記第２水素吸蔵合金タンクの圧力をそれぞれ検出し、検出した前記第２水素吸蔵合金タンクの圧力が前記第１圧力値未満の場合に、
前記第１流路を介して、前記水素供給源から前記第２水素吸蔵合金タンクへ水素を供給するか、もしくは、
検出した前記第１水素吸蔵合金タンクの圧力が検出した前記第２水素吸蔵合金タンクの圧力よりも大きければ、前記第２流路を介して、前記第１水素吸蔵合金タンクから前記第２水素吸蔵合金タンクへ水素を供給し、
前記第２水素吸蔵合金タンクの圧力を前記第１圧力値以上かつ前記第２圧力値以下になるように制御すること、
を特徴とする請求項１に記載の圧力制御システム。

【請求項12】

前記制御装置は、検出した前記第２水素吸蔵合金タンクの圧力が前記第２圧力値以上の場合に、
前記第２流路を介して、前記第２水素吸蔵合金タンクから前記燃料電池へ水素を供給するか、もしくは、
検出した前記第１水素吸蔵合金タンクの圧力が検出した前記第２水素吸蔵合金タンクの圧力よりも小さければ、前記第２流路を介して、前記第２水素吸蔵合金タンクから前記第１水素吸蔵合金タンクへ水素を供給し、
前記第２水素吸蔵合金タンクの圧力を前記第１圧力値以上かつ前記第２圧力値以下になるように制御すること、
を特徴とする請求項１１に記載の圧力制御システム。

【請求項13】

前記外気温予測値は、前記第２水素吸蔵合金タンクが屋内に設置されている場合には、空調設定温度であり、
前記制御装置は、前記外気温予測値と、前記第２水素吸蔵合金タンクの水素貯蔵量とに基づき、前記水素吸蔵合金のＰＣＴ曲線を参照して前記第２水素吸蔵合金タンクの圧力変化を予測すること、
を特徴とする請求項１に記載の圧力制御システム。

【請求項14】

水素吸蔵合金を内蔵し、水素を吸蔵可能な第１水素吸蔵合金タンクと、
水素吸蔵合金を内蔵し、非常時用に水素を吸蔵可能な第２水素吸蔵合金タンクと、
通電時に、前記第１水素吸蔵合金タンクと前記第２水素吸蔵合金タンクとのうち少なくとも一方へ、水素供給源から水素を供給する第１流路と、
通電時に、前記第１水素吸蔵合金タンクと前記第２水素吸蔵合金タンクとのうち少なくとも一方から、燃料電池へ水素を供給する第２流路と、
非常時に、前記第２水素吸蔵合金タンクから前記燃料電池へ水素を供給する第３流路と、
を備える圧力制御システムの圧力制御方法であって、
制御装置が、通電時に、前記第２水素吸蔵合金タンク外部の気温予測値である外気温予測値に基づいて、前記第２水素吸蔵合金タンクの圧力変化を予測し、前記制御装置が予測した前記第２水素吸蔵合金タンクの圧力に基づいて、前記第２水素吸蔵合金タンクの圧力が、前記燃料電池が運転を継続できる最低圧力よりも大きい圧力値である第１圧力値以上、かつ、前記第１圧力値より大きい所定の圧力値である第２圧力値未満になるように制御する圧力制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧力制御システム、および、圧力制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

水素を燃料に発電する技術として、燃料電池が知られている。燃料電池を利用する際は大量の水素が必要となるため、水素貯蔵技術の開発は重要な課題とされている。これまでに、水素貯蔵技術の一つとして、大量の水素を安全に貯蔵することができる水素吸蔵合金を用いた方法が提案されている（例えば、特許文献１又は特許文献２）。

【0003】

水素吸蔵合金は、水素雰囲気の圧力もしくは雰囲気温度に応じて水素の吸蔵・放出を行う。水素雰囲気の圧力を水素平衡圧力（水素吸蔵合金の平衡圧力）よりも低くするか、加熱して雰囲気温度を高くすれば、水素吸蔵合金は、水素平衡圧力を維持しようとして水素を放出する。一方、水素雰囲気の圧力を水素平衡圧力よりも高くするか、冷却して雰囲気温度を低くすれば、水素吸蔵合金は、水素平衡圧力を維持しようとして水素を吸蔵する。
このような水素吸蔵合金の特性を利用して、特許文献１では、異なる種類の水素吸蔵合金を組み合わせることにより、水素吸蔵タンクの水素貯蔵量を最大化する方法が記載されている。また、特許文献２では、複数の水素吸蔵合金タンクを組み合わせることにより、水素吸蔵合金から吸蔵・放出される水素を最大限活用する方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１１－５２７４２号公報

【文献】特許第５３６０７６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、水素吸蔵合金タンク内の圧力は、水素吸蔵合金がタンク内の水素を吸蔵するにつれて低下する。従って、非常時（非通電時）に水素吸蔵合金タンクから水素を取り出すためには、水素吸蔵合金タンクの圧力を昇圧させるか、もしくは常に高く維持しておく必要がある。水素吸蔵合金タンクを昇圧させるには、水素吸蔵合金を加熱して水素を放出させる必要がある。しかしながら、上述した従来技術では、非常時に加熱源を得ることが困難であり、さらに、水素吸蔵合金の平衡圧力は雰囲気温度や水素貯蔵量に依存して変化するため、水素吸蔵合金タンクの圧力を一定に保つことは困難であった。
このように、上述したような従来技術では、非常時に水素吸蔵合金タンクから水素を供給できるように、当該タンク内の圧力を制御する方法は十分に考えられていない。

【0006】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、非常時に水素吸蔵合金タンクから水素を供給できるように、水素吸蔵合金タンクの圧力を制御する圧力制御システム、および、圧力制御方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述した課題を解決するために、本発明の一態様は、水素吸蔵合金を内蔵し、水素を吸蔵可能な第１水素吸蔵合金タンクと、水素吸蔵合金を内蔵し、非常時用に水素を吸蔵可能な第２水素吸蔵合金タンクと、通電時に、前記第１水素吸蔵合金タンクと前記第２水素吸蔵合金タンクとのうち少なくとも一方へ、水素供給源から水素を供給する第１流路と、通電時に、前記第１水素吸蔵合金タンクと前記第２水素吸蔵合金タンクとのうち少なくとも一方から、前記燃料電池へ水素を供給する第２流路と、非常時に、前記第２水素吸蔵合金タンクから前記燃料電池へ水素を供給する第３流路と、通電時に、前記第２水素吸蔵合金タンク外部の気温予測値である外気温予測値に基づいて、前記第２水素吸蔵合金タンクの圧力変化を予測し、予測した前記第２水素吸蔵合金タンクの圧力に基づいて、前記第２水素吸蔵合金タンクの圧力が、前記燃料電池が運転を継続できる最低圧力よりも大きい圧力値である第１圧力値以上、かつ、前記第１圧力値より大きい所定の圧力値である第２圧力値未満になるように制御する制御装置と、を備える圧力制御システムである。

【0008】

また、本発明の一態様は、水素吸蔵合金を内蔵し、水素を吸蔵可能な第１水素吸蔵合金タンクと、水素吸蔵合金を内蔵し、非常時用に水素を吸蔵可能な第２水素吸蔵合金タンクと、通電時に、前記第１水素吸蔵合金タンクと前記第２水素吸蔵合金タンクとのうち少なくとも一方へ、水素供給源から水素を供給する第１流路と、通電時に、前記第１水素吸蔵合金タンクと前記第２水素吸蔵合金タンクとのうち少なくとも一方から、燃料電池へ水素を供給する第２流路と、非常時に、前記第２水素吸蔵合金タンクから前記燃料電池へ水素を供給する第３流路と、を備える圧力制御システムの圧力制御方法であって、制御装置が、通電時に、前記第２水素吸蔵合金タンク外部の気温予測値である外気温予測値に基づいて、前記第２水素吸蔵合金タンクの圧力変化を予測し、前記制御装置が予測した前記第２水素吸蔵合金タンクの圧力に基づいて、前記第２水素吸蔵合金タンクの圧力が、前記燃料電池が運転を継続できる最低圧力よりも大きい圧力値である第１圧力値以上、かつ、前記第１圧力値より大きい所定の圧力値である第２圧力値未満になるように制御する圧力制御方法である。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、非常時に水素吸蔵合金タンクから水素を供給できるように、水素吸蔵合金タンクの圧力を制御することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態に係る圧力制御システム１の構成の概要を示す図である。

【図2】本発明の実施形態に係る制御装置２００の構成を示すブロック図である。

【図3】温度の異なるＰＣＴ曲線図を模式的に示した図である。

【図4】本実施形態で使用される水素吸蔵合金のＰＣＴ曲線を示した図である。

【図5】本発明の実施形態に係る圧力制御システム１の通電時における運用手順を示すフローチャートである。

【図6】非常時に手動弁８１を解放した場合のタンク１２ａの圧力の時間変化を説明した図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態による圧力制御システムについて説明する。

【0012】

（圧力制御システムの構成例）
図１は、本発明の実施形態に係る圧力制御システム１の構成の概要を示す図である。
図１に示すように、圧力制御システム１は、燃料電池１０と、蓄電池１１と、タンク１２ａと、タンク１２ｂと、第１流路２１と、第２流路２２と、第３流路２３と、水素供給源３０と、加熱部５０と、制御装置２００とを備える。

【0013】

燃料電池１０は、第２流路２２または第３流路２３を介して供給される水素を燃料として、水素と酸素を反応させて電気を発生し、発電した電力を図示していない電気負荷へ供給する。蓄電池１１は、停電時に、燃料電池１０の始動に必要な電力を供給する。

【0014】

タンク１２ａ（第１水素吸蔵合金タンクの一例）は、水素吸蔵合金を内蔵し、水素を吸蔵可能な水素吸蔵合金タンクである。タンク１２ａは、第１流路２１を介して水素供給源３０に接続され、第２流路２２を介して燃料電池１０に接続されている。
タンク１２ｂ（第２水素吸蔵合金タンクの一例）は、水素吸蔵合金を内蔵し、非常時用に水素を吸蔵可能な水素吸蔵合金タンクである。タンク１２ｂは、第１流路２１を介して水素供給源３０に接続され、第２流路２２と第３流路２３とを介して燃料電池１０に接続されている。

【0015】

また、タンク１２ａとタンク１２ｂは、タンク内の圧力を検出する圧力計、例えば、圧力センサをそれぞれ備え、検出した圧力を制御装置２００（後述する、取得部２２０）に送信する。
なお、タンク１２ａとタンク１２ｂは、ほぼ同様の水素吸蔵合金タンクとすることができる。すなわち、水素吸蔵合金を同一または同種とすることができる。また、タンク形状も同一とすることができる。本実施形態において、タンク１２ａとタンク１２ｂを特に区別しない場合には、タンク１２として説明する。

【0016】

水素供給源３０は、水電界装置または外部からの水素供給源であり、第１流路２１を介してタンク１２ａとタンク１２ｂに接続されている。水素供給源３０は、通電時に、第１流路２１を介してタンク１２ａまたはタンク１２ｂに水素を供給する場合に、図示していない制御装置２００（後述する、水素供給源制御部２５０）によって稼働される。

【0017】

加熱部５０は、排熱回収部５１と、タンク加熱部５２ａと、タンク加熱部５２ｂとを備える。排熱回収部５１は、燃料電池１０の排熱を回収する。タンク加熱部５２ａは、タンク１２ａに設けられ、排熱回収部５１が回収した排熱を利用してタンク１２ａを加熱する。タンク加熱部５２ｂは、タンク１２ｂに設けられ、排熱回収部５１が回収した排熱を利用してタンク１２ｂを加熱する。なお、加熱部５０は、ポンプ、ブロア等の電力で動作する構成を含んでいてもよいし、自然対流を利用した構成のみを含んでいてもよい。

【0018】

第１流路２１は、タンク１２ａとタンク１２ｂの少なくとも一方へ水素供給源３０から水素を供給する。第１流路２１は、水素供給源３０の水素の排出口とタンク１２ａの水素の受入口との間、または、水素供給源３０の水素の排出口とタンク１２ｂの水素の受入口との間に配置されて水素を輸送する管４１と、管４１に設けられた流量計６１、６２、６３と、逆止弁７１と、電磁弁（制御弁の一種）１０１、１０２とを備える。
流量計６１は、水素供給源３０から第１流路２１を介してタンク１２ａとタンク１２ｂの少なくとも一方へ供給される水素の流量を計測する。流量計６２は、水素供給源３０から第１流路２１を介してタンク１２ｂへ供給される水素の流量を計測する。流量計６３は、水素供給源３０から第１流路２１を介してタンク１２ａへ供給される水素の流量を計測する。逆止弁７１は、タンク１２ａまたはタンク１２ｂから水素供給源３０への水素の逆流を防止する。電磁弁１０１と電磁弁１０２とは、電磁石と弁とを有し、通電時に開放され、非通電時に閉鎖されるバルブであり、水素供給源３０から水素が供給される場合に、制御装置２００（後述する、電磁弁制御部２４０）によって通電される。

【0019】

第２流路２２は、通電時に、タンク１２ａもしくはタンク１２ｂから燃料電池１０へ水素を供給する。また、第２流路２２ａと２２ｂは、通電時に、タンク１２ａとタンク１２ｂとの間で水素をやり取りする。
第２流路２２は、タンク１２ａの水素の排出口と燃料電池１０の水素の受入口との間、または、タンク１２ｂの水素の排出口と燃料電池１０の水素の受入口との間に配置されて水素を輸送する管４２と、管４２に設けられた流量計６４、６５、６６と、減圧弁９１と、電磁弁１０３、１０４、１０５とを備える。
流量計６４は、タンク１２ｂから第２流路２２を介して燃料電池１０へ供給される水素の流量を計測する。流量計６４は、第２流路２２ａと第２流路２２ｂを介して、タンク１２ａとタンク１２ｂとの間でやり取りされる水素の流量を計測する。流量計６５は、タンク１２ａから第２流路２２を介して燃料電池１０へ供給される水素の流量を計測する。また、流量計６５は、第２流路２２ａと第２流路２２ｂを介して、タンク１２ａとタンク１２ｂとの間でやり取りされる水素の流量を計測する。流量計６６は、タンク１２ａまたはタンク１２ｂから第２流路２２を介して燃料電池１０へ供給される水素の流量を計測する。
減圧弁９１は、タンク１２ａまたはタンク１２ｂから放出された水素の圧力を所定の圧力（以下、減圧弁の圧力値ともいう）、例えば、０．１ＭＰａまで減少させて燃料電池１０側へ通過させる。
電磁弁１０３、１０４、１０５は、電磁弁１０１および１０２と同様に、電磁石と弁とを有し、通電時に開放され、非通電時に閉鎖されるバルブであり、水素供給源３０から水素が供給される際に、図示していない制御装置２００によって通電され、開放される。

【0020】

第３流路２３は、非通電時に、タンク１２ｂから燃料電池１０に水素を供給する。
第３流路２３は、タンク１２ｂの水素の排出口と燃料電池１０の水素の受入口との間に配置されて水素を輸送する管４３と、管４３に設けられた流量計６７と、手動弁８１（手動バルブ）と、減圧弁９２とを備える。
流量計６７は、タンク１２ｂから第３流路２３を介して燃料電池１０へ供給される水素の流量を計測する。手動弁８１は、通電時には閉鎖されていて、非常時に手動操作によって解放されるバルブである。減圧弁９２は、減圧弁９１と同様に、タンク１２ｂから放出された水素の圧力を減圧弁の圧力値まで減少させて燃料電池１０側へ通過させる。

【0021】

制御装置２００は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を含み、通電時に、電磁弁１０１～１０５と、水素供給源３０と、燃料電池１０とを無線もしくは有線により包括的に制御する。さらに、制御装置２００は、通電時に、タンク１２ｂ外部の気温予測値である外気温予測値に基づいて、タンク１２ｂの圧力変化を予測するとともに、予測したタンク１２ｂの圧力に基づいて、タンク１２ｂの圧力が、燃料電池１０が運転を継続できる最低圧力よりも大きい圧力値である第１圧力値以上、かつ、前記第１圧力値より大きい所定の圧力値である第２圧力値未満になるように制御する。

【0022】

ここで、図２を参照して、制御装置２００の構成の詳細について説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る制御装置２００の構成を示すブロック図である。図２に示すように、制御装置２００は、記憶部２１０と、取得部２２０と、タンク圧力制御部２３０と、電磁弁制御部２４０と、水素供給源制御部２５０と、燃料電池制御部２６０とを備える。

【0023】

記憶部２１０は、制御装置２００が利用する各種データを記憶する。記憶部２１０は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ ｒｅａｄ／ｗｒｉｔｅ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などの記憶媒体など、又は、これらの記憶媒体の任意の組み合わせによって構成される。また、記憶部２１０として、例えば、不揮発性メモリを用いることができる。
図２に示すように、記憶部２１０は、外気温予測データ記憶部２１１と、ＰＣＴ特性データ記憶部２１２とを備える。

【0024】

外気温予測データ記憶部２１１は、外気温予測データとして、タンク１２ｂの外気温予測値を記憶する。本実施形態では、タンク１２ｂの外気温予測値は、天気予報が提供する当日から翌週までの期間中の気温予報値である。
水素吸蔵合金タンクを一定時間使用しない場合、当該タンクの雰囲気温度は外気温とほぼ等しくなるという性質がある。本実施形態では、詳しくは後述するように、この性質と外気温予測データ記憶部２１１の外気温予測データを利用してタンク１２ｂの圧力を制御する。

【0025】

ＰＣＴ特性データ記憶部２１２は、ＰＣＴ特性データとして、タンク１２ａとタンク１２ｂに内蔵される水素吸蔵合金の特性を表すＰＣＴ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）曲線を記憶する。

【0026】

ＰＣＴ曲線は、一定の雰囲気温度下における、水素吸蔵合金中の水素吸蔵量と、水素吸蔵合金が置かれている雰囲気の水素平衡圧力との関係を表す。
ここで、図３を参照して、ＰＣＴ曲線の詳細について説明する。図３は、異なる雰囲気温度下のＰＣＴ曲線図を模式的に示した図である。図３において、横軸は水素吸蔵合金中の水素吸蔵量（ｍａｓｓパーセント）を示し、縦軸は水素吸蔵合金が置かれている雰囲気の水素平衡圧力（ＭＰａＧ）を示す。特性Ｃ１は温度Ｔ１（℃）での特性を示し、特性Ｃ２は温度Ｔ１より低温の温度Ｔ２（℃）での特性を示す。
例えば、温度Ｔ１（℃）のときの特性Ｃ１の点Ｑ１の状態から、温度Ｔ２（℃）に冷却すると、特性Ｃ２の点Ｑ２の状態に移り、水素吸蔵が進行する。すなわち、冷却により水素は水素吸蔵合金に吸蔵され、水素吸蔵合金タンク内の圧力が圧力Ｐ１から圧力Ｐ２に低下する。一方、温度Ｔ２（℃）のときの特性Ｃ２の点Ｑ２の状態から、温度Ｔ１（℃）に加熱すると、特性Ｃ１の点Ｑ１の状態に移り、水素放出が進行する。すなわち、加熱により、水素吸蔵合金は水素を放出し、水素吸蔵合金タンク内の圧力が圧力Ｐ２から圧力Ｐ１に上昇する。

【0027】

ＰＣＴ特性データ記憶部２１２は、ＰＣＴ特性データとして、このようなＰＣＴ曲線を複数の雰囲気温度について記憶する。
図４は、本実施形態で使用される水素吸蔵合金のＰＣＴ曲線の一例を示した図である。図４において、横軸は水素吸蔵合金中の水素吸蔵量（ｍａｓｓパーセント）を示し、縦軸は水素吸蔵合金が置かれている雰囲気の水素平衡圧力（ＭＰａＧ）を示す。また、実線は、一定の雰囲気温度下で、水素平衡圧力を上昇させたときのＰＣＴ曲線であり、水素吸蔵合金の水素吸蔵時の特性を示す。点線は、一定の雰囲気温度下で、水素平衡圧力を下降させたときのＰＣＴ曲線であり、水素吸蔵合金の水素放出時の特性を示す。なお、雰囲気温度は、上述したように、タンク１２の外気温とほぼ等しいと考えてよい。

【0028】

図４に示すように、特性Ｃ２０ａは温度２０（℃）での水素吸蔵時の特性を示し、特性Ｃ３０ａは温度３０（℃）での水素吸蔵時の特性を示し、特性Ｃ４０ａは温度４０（℃）での水素吸蔵時の特性を示す。また、特性Ｃ２０ｂは温度２０（℃）での水素放出時の特性を示し、特性Ｃ３０ｂは温度３０（℃）での水素放出時の特性を示し、特性Ｃ４０ｂは温度４０（℃）での水素放出時の特性を示す。ここで、水素平衡圧力は、水素吸蔵時の方が水素放出時よりも大きく、また、水素吸蔵量が同じであれば雰囲気温度が高いほど大きいという特徴を示す。

【0029】

取得部２２０は、外気温予測値（ここでは、当日から翌週までの期間中の気温予報値）を、インターネットを介して気象庁等のデータサーバから自動的に取得するか、もしくは、キーボード等の入力装置を介してユーザの操作入力によって取得し、外気温予測データ記憶部２１１に記憶させる。

【0030】

タンク圧力制御部２３０は、タンク１２ｂの水素貯蔵量と外気温予測データ記憶部２１１の外気温予測データとに基づき、ＰＣＴ特性データ記憶部２１２のＰＣＴ特性データを参照して、タンク１２ｂの圧力が外気温変化に応じてどのように変化するかを予測する。さらに、タンク圧力制御部２３０は、タンク１２ｂの圧力が、燃料電池が運転を継続できる最低圧力よりも大きい圧力値である第１圧力値（例えば、０．５０ＭＰａＧ）以上、かつ、第１圧力値より大きい所定の圧力値である第２圧力値未満になるように制御する。ここで、第２圧力値は、高圧ガス保安法で高圧ガスとならない圧力（例えば、０．９５ＭＰａＧ）である。なお、タンク１２ｂの圧力制御処理の詳細については後述する。

【0031】

また、タンク圧力制御部２３０は、タンク１２ａから送信されるタンク１２ａの圧力と、タンク１２ｂから送信されるタンク１２ｂの圧力とを受信する。さらに、タンク圧力制御部２３０は、タンク１２ａとタンク１２ｂの水素吸蔵量をそれぞれ取得する。

【0032】

電磁弁制御部２４０は、電磁弁１０１～１０５の通電および開閉を制御する。
水素供給源制御部２５０は、水素供給源３０の通電を制御する。
燃料電池制御部２６０は、燃料電池１０と、加熱部５０の動作を制御する。

【0033】

次に、図５を参照して、通電時のタンク１２ｂの圧力制御処理について説明する。
図５は、本発明の実施形態に係る圧力制御システム１の通電時における運用手順を示すフローチャートである。

【0034】

（通電時の運用手順）
通電時には、電磁弁１０１～１０５は通電状態となり解放されるが、手動弁８１は閉鎖される。従って、以下に説明するように、タンク１２ａまたはタンク１２ｂから第２流路２２を介して燃料電池１０へ水素が供給される。

【0035】

取得部２２０は、当日から翌週までの期間中の気温予報値である外気温予測値を取得し、外気温予測データとして外気温予測データ記憶部２１１に記憶させる（ステップＳ３０１）。

【0036】

タンク圧力制御部２３０は、検出したタンク１２ｂの水素貯蔵量と、外気温予測データ記憶部２１１の外気温予測データとに基づき、ＰＣＴ特性データ記憶部２１２のＰＣＴ特性データを参照して、外気温変化に伴うタンク１２ｂの圧力変化を予測する（ステップＳ３０２）。なお、燃料電池運用のためにタンク１２ｂを加熱する場合には、タンク圧力制御部２３０は、検出したタンク１２ｂの水素貯蔵量と加熱温度とに基づき、ＰＣＴ特性データ記憶部２１２のＰＣＴ特性データを参照して、この観閲温度下でのタンク１２ｂの圧力変化を予測する。

【0037】

タンク圧力制御部２３０は、外気温予測値が最大となる予測最高気温時、もしくは、燃料電池運用のためにタンク１２ｂを加熱する運用加熱時に、タンク１２ｂの圧力の予測値が第２圧力値以上になるか否かを判定する（ステップＳ３０３）。タンク圧力制御部２３０は、この予測値が第２圧力値以上になると判定した場合に（ステップＳ３０３－ＹＥＳ）、処理をステップＳ３０４へ進め、第２圧力値未満になると判定した場合に（ステップＳ３０３－ＮＯ）、処理をステップＳ３０５へ進める。

【0038】

ステップＳ３０４において、タンク圧力制御部２３０は、タンク１２ｂの圧力の予測値が第１圧力値以上、かつ、第２圧力値未満となるように制御し、処理をステップＳ３０７へ進める。
具体的には、第２流路２２ｂを介して、タンク１２ｂから燃料電池１０へ水素を供給し、燃料電池１０を発電させて水素を消費することにより、タンク１２ｂの圧力を、第１圧力値以上、かつ、第２圧力値未満となるように減圧する。このとき、電磁弁制御部２４０は、電磁弁１０３と１０５を開放し、電磁弁１０１、１０２、１０４を閉鎖する。また、燃料電池制御部２６０は、燃料電池１０を通電して稼働させる。もしくは、タンク１２ｂの圧力がタンク１２ａの圧力よりも高い場合には、第２流路２２を介して、タンク１２ｂからタンク１２ａへ水素を移し替えることにより、タンク１２ｂの圧力を、第１圧力値以上、かつ、第２圧力値未満となるように減圧する。このとき、電磁弁制御部２４０は、電磁弁１０３と１０４を開放し、電磁弁１０１、１０２、１０５を閉鎖する。

【0039】

ステップＳ３０５において、タンク圧力制御部２３０は、外気温予測データ記憶部２１１の外気温予測データが最小となる予測最低気温時に、タンク１２ｂの圧力の予測値が第１圧力値未満になるか否かを判定する。タンク圧力制御部２３０は、この予測値が第１圧力値以上になると判定した場合に（ステップＳ３０５－ＮＯ）、処理をステップＳ３０７へ進め、第１圧力値未満になると判定した場合に（ステップＳ３０５－ＹＥＳ）、処理をステップＳ３０６へ進める。

【0040】

ステップＳ３０６において、タンク圧力制御部２３０は、タンク１２ｂの圧力の予測値が第１圧力値以上、かつ、第２圧力値未満となるように制御し、処理をステップＳ３０７へ進める。
具体的には、第１流路２１を介して、水素供給源３０からタンク１２ｂへ水素を供給し、タンク１２ｂの圧力を、第１圧力値以上、かつ、第２圧力値未満となるように昇圧する。このとき、電磁弁制御部２４０は、電磁弁１０１と１０２を開放し、電磁弁１０３、１０４、１０５を閉鎖する。また、水素供給源制御部２５０は、水素供給源３０を通電して稼働させる。もしくは、タンク１２ａの圧力がタンク１２ｂの圧力よりも高い場合には、第２流路２２を介して、タンク１２ａからタンク１２ｂへ水素を移し替えることにより、タンク１２ｂの圧力を、第１圧力値以上、かつ、第２圧力値未満となるように昇圧する。このとき、電磁弁制御部２４０は、電磁弁１０３と１０４を開放し、電磁弁１０１、電磁弁１０２、電磁弁１０５を閉鎖する。

【0041】

ステップＳ３０７において、タンク圧力制御部２３０は、タンク１２ｂの圧力を取得するとともに、取得した圧力が第１圧力値未満か否かを判定する（ステップＳ３０７）。タンク圧力制御部２３０は、タンク１２ｂの圧力が第１圧力値以上であると判定した場合に（ステップＳ３０７－ＮＯ）、処理をステップＳ３０９へ進める。一方、タンク圧力制御部２３０が、タンク１２ｂの圧力が第１圧力値未満であると判定した場合（ステップＳ３０７－ＹＥＳ）、処理をステップＳ３０８へ進める。

【0042】

ステップＳ３０８において、タンク圧力制御部２３０は、タンク１２ｂの圧力の予測値が第１圧力値以上、かつ、第２圧力値未満となるように制御する。
具体的には、第１流路２１を介して、水素供給源３０からタンク１２ｂへ水素を供給し、タンク１２ｂの圧力を、第１圧力値以上、かつ、第２圧力値未満となるように昇圧する。このとき、電磁弁制御部２４０は、電磁弁１０１と１０２を開放し、電磁弁１０３、１０４、１０５を閉鎖する。また、水素供給源制御部２５０は、水素供給源３０を通電して稼働させる。もしくは、タンク１２ａの圧力がタンク１２ｂの圧力よりも高い場合には、第２流路２２を介して、タンク１２ａからタンク１２ｂへ水素を移し替えることにより、タンク１２ｂの圧力を、第１圧力値以上、かつ、第２圧力値未満となるように昇圧する。このとき、電磁弁制御部２４０は、電磁弁１０３と１０４を開放し、電磁弁１０１、電磁弁１０２、電磁弁１０５を閉鎖する。

【0043】

燃料電池制御部２６０が燃料電池１０を稼働し、タンク１２ａもしくはタンク１２ｂから第２流路２２を介して燃料電池１０へ水素が供給される（ステップＳ３０９）。
タンク圧力制御部２３０は、タンク１２ｂの圧力を取得するとともに、取得した圧力が第１圧力値未満か否かを判定する（ステップＳ３１０）。

【0044】

タンク圧力制御部２３０は、タンク１２ｂの圧力が第１圧力値以上であると判定した場合に（ステップＳ３１０－ＮＯ）、処理をステップＳ３０９に戻し、燃料電池１０への水素供給を継続する。一方、タンク圧力制御部２３０が、タンク１２ｂの圧力が第１圧力値未満であると判定した場合（ステップＳ３１０－ＹＥＳ）、電磁弁制御部２４０は、電磁弁１０３を閉鎖して第２流路２２ｂを遮断する。この場合、タンク１２ａから第２流路２２を介して燃料電池１０へ水素が供給される（ステップＳ３１１）。

【0045】

タンク１２ａから燃料電池１０へ水素が供給されている間、電磁弁制御部２４０は、電磁弁１０２を閉鎖し、水素供給源３０とタンク１２ａとの間の流路を閉鎖する。その後、水素供給源制御部２５０が水素供給源３０を稼働すると、水素供給源３０は、第１流路２１を介してタンク１２ｂへ水素を供給する（ステップＳ３１２）。ステップＳ３１２の後、タンク圧力制御部２３０は処理を３１０に戻し、以降の処理を繰り返す。

【0046】

（非常時の運用手順）
非常時において、電磁弁１０１～１０５は非通電状態となるので閉鎖される。
また、非常時となったときには、手動弁８１が閉鎖されている。そのため、第２流路２２と第３流路２３は遮断されており、タンク１２ａとタンク１２ｂの水素は燃料電池１０へ供給されない。ここで、ユーザが手動弁８１を解放すると、タンク１２ｂの圧力が減圧弁９２の圧力値（例えば、０．１ＭＰａＧ）より大きい場合に、タンク１２ｂから第３流路２３を介して燃料電池１０へ水素が供給される。なお、タンク１２ｂの圧力は、通電時に、第１圧力値以上、かつ、第２圧力値未満に調整されているので、非常時には手動弁８１を開くだけて当該タンクから水素を取り出すことができる。タンク１２ｂから第３流路２３を介して燃料電池１０へ水素が供給されると、燃料電池１０は発電する。

【0047】

ここで、図６を参照して、非常時におけるタンク１２ｂの圧力の時間変化の概要について説明する。図６は、非常時に手動弁８１を解放した場合のタンク１２ｂの圧力の時間変化を説明した図である。図６において、横軸は時間、縦軸はタンク１２ｂの圧力を表す。また、波形Ｗ１は、非常時に手動弁８１を解放した場合のタンク１２ｂの圧力の時間変化の一例を示している。

【0048】

時刻ｔ１において、非常時に手動弁８１が解放されると、タンク１２ｂから燃料電池１０へ水素が供給され、燃料電池１０は水素を燃料として発電を行う。このとき、タンク１２ｂの圧力は水素放出により初期圧力Ｐｉｎｉｔから低下する。なお、低下の傾きは燃料電池１０の出力に依存する。次に、時刻ｔ２において、燃料電池１０が発熱すると、排熱回収部５１は排熱を回収し、タンク加熱部５２ｂは排熱回収部５１が回収した排熱を利用してタンク１２ｂの加熱を開始する。
次に、時刻ｔ３において、タンク１２ｂが加熱されると、水素吸蔵合金から水素が放出されて、タンク１２ｂの圧力は、時刻ｔ４以降において上昇する。なお、タンク１２ｂの熱容量等に対応させて加熱部５０を適切に構成することで、燃料電池１０が運転継続できる最低圧力Ｐｍｉｎを下回らずに、燃料電池１０の稼働を継続することができる。また、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間ＴＲ１は、タンク１２ｂの熱容量に依存する。

【0049】

以上説明したように、本実施形態による圧力制御システム１は、水素吸蔵合金を内蔵し、水素を吸蔵可能なタンク１２ａと、水素吸蔵合金を内蔵し、非常時用に水素を吸蔵可能なタンク１２ｂと、第１流路２１と、第２流路２２と、第３流路と、制御装置２００とを備える。第１流路２１は、通電時に、タンク１２ａとタンク１２ｂとのうち少なくとも一方へ、水素供給源３０から水素を供給する。第２流路２２は、通電時に、タンク１２ａとタンク１２ｂとのうち少なくとも一方から、燃料電池１０へ水素を供給する。第３流路２３は、非常時に、タンク１２ｂから燃料電池１０へ水素を供給する。制御装置２００は、通電時に、タンク１２ｂ外部の気温予測値である外気温予測値に基づいて、タンク１２ｂの圧力変化を予測し、予測したタンク１２ｂの圧力が、燃料電池１０が運転を継続できる最低圧力よりも大きい圧力値である第１圧力値以上、かつ、第１圧力値より大きい所定の圧力値である第２圧力値未満になるように制御する。
これにより、非常時にタンク１２ｂから水素を供給できるように、タンク１２ｂの圧力を制御することができる。

【0050】

また、本実施形態に係る第３流路は、手動弁８１を有し、手動弁８１を閉鎖した場合には遮断され、開放された場合にはタンク１２ｂから燃料電池１０へ水素を供給する。
これにより、非常時に、手動弁８１を開放するだけでいつでもタンク１２ｂから燃料電池１０へ水素を供給することができる。

【0051】

また、本実施形態による圧力制御方法は、水素吸蔵合金を内蔵し、水素を吸蔵可能なタンク１２ａと、水素吸蔵合金を内蔵し、非常時用に水素を吸蔵可能なタンク１２ｂと、通電時に、タンク１２ａとタンク１２ｂとのうち少なくとも一方へ、水素供給源３０から水素を供給する第１流路と、通電時に、タンク１２ａとタンク１２ｂとのうち少なくとも一方から、燃料電池１０へ水素を供給する第２流路と、非常時に、タンク１２ｂから前記燃料電池へ水素を供給する第３流路と、を備える圧力制御システムの圧力制御方法である。制御装置２００は、通電時に、タンク１２ｂ外部の気温予測値である外気温予測値に基づいて、タンク１２ｂの圧力変化を予測し、予測したタンク１２ｂの圧力に基づいて、タンク１２ｂの圧力が、燃料電池１０が運転を継続できる最低圧力よりも大きい圧力値である第１圧力値以上、かつ、第１圧力値より大きい所定の圧力値である第２圧力値未満になるように制御する。
これにより、本実施形態による圧力制御方法は、上述した圧力制御システム１と同様の効果を奏し、非常時にタンク１２ｂから水素を供給できるように、タンク１２ｂの圧力を制御することができる。

【0052】

なお、上記実施形態において、圧力制御システム１が屋外設置である例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、室内設置であってもよい。この場合には、外気温予測データ記憶部２１１は、外気温予測値として、空調設定温度を記憶すればよい。

【0053】

上述した実施形態における圧力制御処理をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録してこの記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

【0054】

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

【符号の説明】

【0055】

１…圧力制御システム、１０…燃料電池、１２、１２ａ、１２ｂ…タンク、２１…第１流路、２２、２２ａ、２２ｂ…第２流路、２２ａ…第２流路、２２ｂ…第２流路、２３…第３流路、３０…水素供給源、５０…加熱部、２００…制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】