特許 7568225 熱媒体供給システム及び熱媒体供給方法

(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】2024-10-07

(45)【発行日】2024-10-16

(54)【発明の名称】熱媒体供給システム及び熱媒体供給方法

(51)【国際特許分類】

   F17C 11/00 20060101AFI20241008BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20241008BHJP

   H01M 8/0438 20160101ALI20241008BHJP

   H01M 8/04746 20160101ALI20241008BHJP

   C01B 3/00 20060101ALI20241008BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20241008BHJP

【ＦＩ】

F17C11/00 C

H01M8/04 J

H01M8/0438

H01M8/04746

C01B3/00 Z

H01M8/10 101

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2021001709

(22)【出願日】2021-01-07

(65)【公開番号】P2022106596

(43)【公開日】2022-07-20

【審査請求日】2023-11-09

(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】前田 哲彦

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 成輝

【審査官】佐藤 正宗

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－１７９４４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５６７８４１０（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２００１－２９５９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１８７２８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－２６５２３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－２６５２８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０３３４１８５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１７Ｃ １１／００

Ｈ０１Ｍ ８／０４

Ｈ０１Ｍ ８／０４３８

Ｈ０１Ｍ ８／０４７４６

Ｃ０１Ｂ ３／００

Ｈ０１Ｍ ８／１０

Ｆ２８Ｆ ２３／００

Ｆ２５Ｂ １７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１水素吸蔵合金タンクと第２水素吸蔵合金タンクとに熱媒体を供給可能な熱媒体供給システムであり、
第１水素吸蔵合金タンクを加熱する場合に、第１水素吸蔵合金タンクに熱媒体を供給し、前記第１水素吸蔵合金タンクから排出される熱媒体を第２水素吸蔵合金タンクに供給することで前記第２水素吸蔵合金タンクを予熱し、
水素を放出する水素吸蔵合金タンクを、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に切り替える場合に、前記第１水素吸蔵合金タンクと水素を放出する経路との間に設けられる第１放出バルブを開いている状態において、前記第２水素吸蔵合金タンクと前記水素を放出する経路との間に設けられる第２放出バルブを開いた後、前記第１放出バルブを閉じる
熱媒体供給システム。

【請求項2】

前記第２水素吸蔵合金タンクを経由せず前記第１水素吸蔵合金タンクに熱媒体を供給する経路である第１経路を経由して熱媒体を供給し、前記第１水素吸蔵合金タンクから水素を放出している場合において、前記第１水素吸蔵合金タンク内の圧力が第１閾値以下であるか否かを判定し、前記第１閾値以下である場合に、
前記第１水素吸蔵合金タンクに熱媒体を供給し当該第１水素吸蔵合金タンクから排出される熱媒体を前記第２水素吸蔵合金タンクに供給する経路である第２経路に切り替える
請求項１に記載の熱媒体供給システム。

【請求項3】

前記第２経路を経由して熱媒体を供給し、前記第１水素吸蔵合金タンクから水素を放出している場合において、前記第１水素吸蔵合金タンク内の圧力が第１閾値よりも低い第２閾値以下であるか否かを判定し、前記第２閾値以下である場合に、
前記第１水素吸蔵合金タンクを経由せず前記第２水素吸蔵合金タンクに熱媒体を供給する経路である第３経路に切り替え、
前記第２水素吸蔵合金タンクから水素を放出させる
請求項２に記載の熱媒体供給システム。

【請求項4】

前記第１放出バルブと前記第２放出バルブの開閉状態を検出する検出部を有し、
前記第１放出バルブが開であることが検出されている状態において、前記第２放出バルブが開となったことを検出した後に、前記第１放出バルブを閉じる
請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の熱媒体供給システム。

【請求項5】

第１水素吸蔵合金タンクと第２水素吸蔵合金タンクとに熱媒体を供給可能な熱媒体供給システムであり、
第１水素吸蔵合金タンクを冷却する場合に、第１水素吸蔵合金タンクに熱媒体を供給し、前記第１水素吸蔵合金タンクから排出される熱媒体を第２水素吸蔵合金タンクに供給することで前記第２水素吸蔵合金タンクを予冷し、
水素を充填する水素吸蔵合金タンクを、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に切り替える場合に、前記第１水素吸蔵合金タンクと前記充填される水素が供給される経路との間に設けられる第１充填バルブを開いている状態において、前記第２水素吸蔵合金タンクと前記充填される水素が供給される経路との間に設けられる第２充填バルブを開いた後、前記第１充填バルブを閉じる
熱媒体供給システム。

【請求項6】

前記第２水素吸蔵合金タンクを経由せず前記第１水素吸蔵合金タンクに熱媒体を供給する経路である第１経路を経由して熱媒体を供給し、前記第１水素吸蔵合金タンクに水素を充填している場合において、前記第１水素吸蔵合金タンク内の圧力が第３閾値以上であるか否かを判定し、前記第３閾値以上である場合に、
前記第１水素吸蔵合金タンクに熱媒体を供給し当該第１水素吸蔵合金タンクから排出される熱媒体を前記第２水素吸蔵合金タンクに供給する経路である第２経路に切り替える
請求項５に記載の熱媒体供給システム。

【請求項7】

前記第２経路を経由して熱媒体を供給し、前記第１水素吸蔵合金タンクに水素を充填している場合において、前記第１水素吸蔵合金タンク内の圧力が第３閾値よりも高い第４閾値以上であるか否かを判定し、前記第４閾値以上である場合に、
前記第１水素吸蔵合金タンクを経由せず前記第２水素吸蔵合金タンクに熱媒体を供給する経路である第３経路に切り替え、
前記第２水素吸蔵合金タンクに水素を充填させる
請求項６に記載の熱媒体供給システム。

【請求項8】

前記第１充填バルブと前記第２充填バルブの開閉状態を検出する検出部を有し、
前記第１充填バルブが開であることが検出されている状態において、前記第２充填バルブが開となったことを検出した後に、前記第１充填バルブを閉じる
請求項５から請求項７のうちいずれか１項に記載の熱媒体供給システム。

【請求項9】

前記第１水素吸蔵合金タンクから熱媒体が排出される経路と前記第２水素吸蔵合金タンクに熱媒体を供給する経路との間にバイパス用バルブが設けられ、
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に熱媒体を供給する場合に、前記バイパス用バルブを開く
請求項１から請求項８のうちいずれか１項に記載の熱媒体供給システム。

【請求項10】

第１水素吸蔵合金タンクと第２水素吸蔵合金タンクとに熱媒体を供給可能な熱媒体供給システムであり、
第１水素吸蔵合金タンクを加熱する場合に、第１水素吸蔵合金タンクに熱媒体を供給し、前記第１水素吸蔵合金タンクから排出される熱媒体を第２水素吸蔵合金タンクに供給することで前記第２水素吸蔵合金タンクを予熱し、
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に熱媒体を供給する場合に、前記第１水素吸蔵合金タンクから熱媒体が排出される経路と前記第２水素吸蔵合金タンクに熱媒体を供給する経路との間に設けられたバイパス用バルブを開く
熱媒体供給システム。

【請求項11】

第１水素吸蔵合金タンクと第２水素吸蔵合金タンクとに熱媒体を供給可能な熱媒体供給システムであり、
第１水素吸蔵合金タンクを冷却する場合に、第１水素吸蔵合金タンクに熱媒体を供給し、前記第１水素吸蔵合金タンクから排出される熱媒体を第２水素吸蔵合金タンクに供給することで前記第２水素吸蔵合金タンクを予冷し、
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に熱媒体を供給する場合に、前記第１水素吸蔵合金タンクから熱媒体が排出される経路と前記第２水素吸蔵合金タンクに熱媒体を供給する経路との間に設けられたバイパス用バルブを開く
熱媒体供給システム。

【請求項12】

第１水素吸蔵合金タンクと第２水素吸蔵合金タンクとに熱媒体を供給する熱媒体供給方法であり、
第１水素吸蔵合金タンクを加熱する場合に、第１水素吸蔵合金タンクに熱媒体を供給する工程と、
前記第１水素吸蔵合金タンクから排出される熱媒体を第２水素吸蔵合金タンクに供給することで前記第２水素吸蔵合金タンクを予熱する工程と、
水素を放出する水素吸蔵合金タンクを、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に切り替える場合に、前記第１水素吸蔵合金タンクと水素を放出する経路との間に設けられる第１放出バルブを開いている状態において、前記第２水素吸蔵合金タンクと前記水素を放出する経路との間に設けられる第２放出バルブを開いた後、前記第１放出バルブを閉じる工程と
を含む熱媒体供給方法。

【請求項13】

第１水素吸蔵合金タンクと第２水素吸蔵合金タンクとに熱媒体を供給可能な熱媒体供給システムであり、
第１水素吸蔵合金タンクを冷却する場合に、第１水素吸蔵合金タンクに熱媒体を供給する工程と、
前記第１水素吸蔵合金タンクから排出される熱媒体を第２水素吸蔵合金タンクに供給することで前記第２水素吸蔵合金タンクを予冷する工程と、
水素を充填する水素吸蔵合金タンクを、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に切り替える場合に、前記第１水素吸蔵合金タンクと前記充填される水素が供給される経路との間に設けられる第１充填バルブを開いている状態において、前記第２水素吸蔵合金タンクと前記充填される水素が供給される経路との間に設けられる第２充填バルブを開いた後、前記第１充填バルブを閉じる工程と
を含む熱媒体供給方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱媒体供給システム及び熱媒体供給方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、水素吸蔵合金タンクに水素を貯蔵しておき、必要に応じて、水素吸蔵合金タンクから水素を取り出し、燃料電池にて発電するシステムが一般的に知られている。そして、このようなシステムにおける水素吸蔵合金タンクの運用方法について検討が行われている。

【0003】

水素吸蔵合金は水素を放出する際に吸熱反応を起こす。したがって、水素吸蔵合金タンクから水素を継続して取り出し、燃料電池で発電を行うためには、水素吸蔵合金タンクを加熱して昇圧させる必要がある。また、水素吸蔵合金は、水素を吸蔵する際に発熱反応を起こす。したがって、水素吸蔵合金タンクへ水素を充填する際には、水素吸蔵合金タンクを冷却することで減圧する必要がある。

【0004】

水素吸蔵合金タンクの加熱及び冷却には、例えば特許文献１に記載されているように、水等の熱媒体を循環させるような循環系が用いられている。また、このときの熱媒体の加熱には、燃料電池排熱を利用する方法が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【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】

【0006】

例えば特許文献１に示されているシステムでは、水素吸蔵合金タンクを複数台用意し、複数台の水素吸蔵合金タンクを切り替えて使用している。このように、複数台の水素吸蔵合金タンクを切り替えて使用する場合、タンク切り替え時に、水素を継続的に充填又は放出することが困難になるという問題が生じてくる。

【0007】

例えば２台の水素吸蔵合金タンクを用い、水素を放出するタンクを切り替えて発電する場合を想定する。この場合、まず、一方の水素吸蔵合金タンクを加熱し、水素吸蔵合金タンクからの水素を燃料電池に送って発電を行う。そして、この水素吸蔵合金タンクの圧力が所定値以下まで低下したら、他方の水素吸蔵合金タンクに切り替え、他方の水素吸蔵合金タンクから水素を燃料電池に送って発電を行う。

【0008】

しかしながら、一方の水素吸蔵合金タンクから他方の水素吸蔵合金タンクに水素を取り出すタンクを切り替える際に、他方の水素吸蔵合金タンクの圧力が低い場合には、水素を燃料電池へ供給できず、燃料電池の運転継続が困難である。同様に、一方の水素吸蔵合金タンクから他方の水素吸蔵合金タンクに水素を充填するタンクを切り替える場合には、他方の水素吸蔵合金タンクの圧力が高い場合には、他方の水素吸蔵合金タンクに水素を充填するのが困難である。

【0009】

上述の課題を鑑み、本発明は、複数の水素吸蔵合金タンクを切り替えて使用する際に、水素吸蔵合金タンクを継続して充填又は放出できる熱媒体供給システム及び熱媒体供給方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の一態様に係る熱媒体供給システムは、第１水素吸蔵合金タンクと第２水素吸蔵合金タンクとに熱媒体を供給可能な熱媒体供給システムであり、第１水素吸蔵合金タンクを加熱する場合に、第１水素吸蔵合金タンクに熱媒体を供給し、前記第１水素吸蔵合金タンクから排出される熱媒体を第２水素吸蔵合金タンクに供給することで前記第２水素吸蔵合金タンクを予熱し、水素を放出する水素吸蔵合金タンクを、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に切り替える場合に、前記第１水素吸蔵合金タンクと水素を放出する経路との間に設けられる第１放出バルブを開いている状態において、前記第２水素吸蔵合金タンクと前記水素を放出する経路との間に設けられる第２放出バルブを開いた後、前記第１放出バルブを閉じるものである。

【0011】

本発明の他の態様に係る熱媒体供給システムは、第１水素吸蔵合金タンクと第２水素吸蔵合金タンクとに熱媒体を供給可能な熱媒体供給システムであり、第１水素吸蔵合金タンクを冷却する場合に、第１水素吸蔵合金タンクに熱媒体を供給し、前記第１水素吸蔵合金タンクから排出される熱媒体を第２水素吸蔵合金タンクに供給することで前記第２水素吸蔵合金タンクを予冷し、水素を充填する水素吸蔵合金タンクを、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に切り替える場合に、前記第１水素吸蔵合金タンクと前記充填される水素が供給される経路との間に設けられる第１充填バルブを開いている状態において、前記第２水素吸蔵合金タンクと前記充填される水素が供給される経路との間に設けられる第２充填バルブを開いた後、前記第１充填バルブを閉じるものである。
本発明の他の態様に係る熱媒体供給システムは、第１水素吸蔵合金タンクと第２水素吸蔵合金タンクとに熱媒体を供給可能な熱媒体供給システムであり、第１水素吸蔵合金タンクを加熱する場合に、第１水素吸蔵合金タンクに熱媒体を供給し、前記第１水素吸蔵合金タンクから排出される熱媒体を第２水素吸蔵合金タンクに供給することで前記第２水素吸蔵合金タンクを予熱し、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に熱媒体を供給する場合に、前記第１水素吸蔵合金タンクから熱媒体が排出される経路と前記第２水素吸蔵合金タンクに熱媒体を供給する経路との間に設けられたバイパス用バルブを開くものである。
本発明の他の態様に係る熱媒体供給システムは、第１水素吸蔵合金タンクと第２水素吸蔵合金タンクとに熱媒体を供給可能な熱媒体供給システムであり、第１水素吸蔵合金タンクを冷却する場合に、第１水素吸蔵合金タンクに熱媒体を供給し、前記第１水素吸蔵合金タンクから排出される熱媒体を第２水素吸蔵合金タンクに供給することで前記第２水素吸蔵合金タンクを予冷し、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に熱媒体を供給する場合に、前記第１水素吸蔵合金タンクから熱媒体が排出される経路と前記第２水素吸蔵合金タンクに熱媒体を供給する経路との間に設けられたバイパス用バルブを開くものである。

【0012】

本発明の一態様に係る熱媒体供給方法は、第１水素吸蔵合金タンクと第２水素吸蔵合金タンクとに熱媒体を供給する熱媒体供給方法であり、第１水素吸蔵合金タンクを加熱する場合に、第１水素吸蔵合金タンクに熱媒体を供給する工程と、前記第１水素吸蔵合金タンクから排出される熱媒体を第２水素吸蔵合金タンクに供給することで前記第２水素吸蔵合金タンクを予熱する工程と、水素を放出する水素吸蔵合金タンクを、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に切り替える場合に、前記第１水素吸蔵合金タンクと水素を放出する経路との間に設けられる第１放出バルブを開いている状態において、前記第２水素吸蔵合金タンクと前記水素を放出する経路との間に設けられる第２放出バルブを開いた後、前記第１放出バルブを閉じる工程とを含む。

【0013】

本発明の他の態様に係る熱媒体供給方法は、第１水素吸蔵合金タンクと第２水素吸蔵合金タンクとに熱媒体を供給可能な熱媒体供給システムであり、第１水素吸蔵合金タンクを冷却する場合に、第１水素吸蔵合金タンクに熱媒体を供給する工程と、前記第１水素吸蔵合金タンクから排出される熱媒体を第２水素吸蔵合金タンクに供給することで前記第２水素吸蔵合金タンクを予冷する工程と、水素を充填する水素吸蔵合金タンクを、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に切り替える場合に、前記第１水素吸蔵合金タンクと前記充填される水素が供給される経路との間に設けられる第１充填バルブを開いている状態において、前記第２水素吸蔵合金タンクと前記充填される水素が供給される経路との間に設けられる第２充填バルブを開いた後、前記第１充填バルブを閉じる工程とを含む。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、複数の水素吸蔵合金タンクを切り替えて使用する際に、水素を充填又は放出に利用している水素吸蔵合金タンクとは別のタンクを予熱又は予冷しておくことで、水素吸蔵合金タンク内の圧力を調整し、利用する水素吸蔵合金タンクを速やかに切り替えられる。これにより、複数の水素吸蔵合金タンクを切り替えて使用する際に、水素吸蔵合金タンクを継続して充填又は放出をすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施形態に係る電源供給システムの概要の説明図である。

【図2】本発明の実施形態に係る熱媒体供給システムの概要の説明図である。

【図3】本発明の実施形態で設定できる熱媒体の経路の説明図である。

【図4】本発明の実施形態で設定できる熱媒体の経路の説明図である。

【図5】本発明の実施形態で設定できる熱媒体の経路の説明図である。

【図6】本発明の実施形態で設定できる熱媒体の経路の説明図である。

【図7】本発明の実施形態において各経路に設定する際の圧力閾値の一例である。

【図8】本発明の実施形態における水素配管の説明図である。

【図9A】本発明の実施形態においてタンクの切り替えを行う際のバルブの開閉操作の説明図である。

【図9B】本発明の実施形態においてタンクの切り替えを行う際のバルブの開閉操作の説明図である。

【図9C】本発明の実施形態においてタンクの切り替えを行う際のバルブの開閉操作の説明図である。

【図9D】本発明の実施形態においてタンクの切り替えを行う際のバルブの開閉操作の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る電源供給システム１の概要の説明図である。図１において、水素製造装置１１は、再生可能エネルギー電源や余剰電源から水素を製造する。水素製造装置１１としては、例えば固体高分子形水電解により水素を製造するものが用いられる。

【0017】

水素貯蔵装置１２は、水素吸蔵合金を用いて水素を貯蔵する。本実施形態では、水素貯蔵装置１２は、２台の水素吸蔵合金タンク２１及び２２から構成されている。水素吸蔵合金としては、例えばチタン・鉄系合金等が用いられる。

【0018】

燃料電池１３は、水素を利用して発電を行う。燃料電池１３としては、例えば固体高分子形燃料電池が用いられる。

【0019】

熱媒体循環系１４は、熱媒体を循環させ、熱交換を行い、各部の加熱や冷却を行う。熱媒体循環系１４は、図示していないが、熱媒体を冷却するラジエータや、燃料電池１３の発熱を利用して熱媒体を加熱する熱交換器等を含んでいる。熱媒体としては、例えば水が用いられる。

【0020】

監視システム１５は、電源供給システム１とともに、空調、配電、照明、換気などの設備を総合的に管理する上位システムである。監視システム１５は、例えばＢＥＭＳ（Building and Energy Management System）である。

【0021】

図２は、本発明の実施形態に係る熱媒体供給システム５０の概要の説明図である。本発明の実施形態に係る熱媒体供給システム５０は、図１に示した電源供給システム１において、水素貯蔵装置１２内の水素吸蔵合金タンク２１（第１水素吸蔵合金タンク）及び水素吸蔵合金タンク２２（第２水素吸蔵合金タンク）の水素放出時及び水素充填時の加熱及び冷却に用いることができる。

【0022】

図２において、配管５１は、熱媒体循環系１４から循環されてきた熱媒体を水素貯蔵装置１２に供給する。配管５２は、水素貯蔵装置１２からの熱媒体を排出して、熱媒体循環系１４に循環させる。

【0023】

配管６１は、配管５１を介して送られてきた熱媒体を水素吸蔵合金タンク２１に供給する。配管６１中には、操作バルブ７１が設けられる。配管６２は、水素吸蔵合金タンク２１からの熱媒体を配管５２へ排出する。配管６２中には、操作バルブ７２が設けられる。

【0024】

配管６３は、配管５１を介して送られてきた熱媒体を水素吸蔵合金タンク２２に供給する。配管６３中には、操作バルブ７３が設けられる。配管６４は、水素吸蔵合金タンク２２からの熱媒体を配管５２へ排出する。配管６４中には、操作バルブ７４が設けられる。

【0025】

配管６５は、配管６２と配管６３とを連結しており、水素吸蔵合金タンク２１から排出される熱媒体を水素吸蔵合金タンク２２に送るバイパス用の経路を形成する。配管６５中には、操作バルブ７５が設けられる。

【0026】

配管６６は、配管６４と配管６１とを連結しており、水素吸蔵合金タンク２２から排出される熱媒体を水素吸蔵合金タンク２１に送るバイパス用の経路を形成する。配管６６中には、操作バルブ７６が設けられる。

【0027】

操作バルブ７１～７６は、監視システム１５からの指示に基づいて、適宜、開閉される。本実施形態では、操作バルブ７１～７６の開閉により、以下のような４つの熱媒体の経路（経路ＳＴ１～ＳＴ４）を容易に設定できる。

【0028】

経路ＳＴ１：水素吸蔵合金タンク２１のみを加熱又は冷却する。
経路ＳＴ２：水素吸蔵合金タンク２２のみを加熱又は冷却する。
経路ＳＴ３：水素吸蔵合金タンク２１を加熱又は冷却しながら水素吸蔵合金タンク２２を予熱又は予冷する。
経路ＳＴ４：水素吸蔵合金タンク２２を加熱又は冷却しながら水素吸蔵合金タンク２１を予熱又は予冷する。

【0029】

図３～図６は、本発明の実施形態で設定できる熱媒体の経路の説明図である。なお、図３～図６において、白抜きで示すバルブは開状態であることを示し、黒塗りで示すバルブは閉状態であることを示している。

【0030】

まず、経路ＳＴ１について説明する。図３は、経路ＳＴ１に設定されている場合を示す。図３に示すように、経路ＳＴ１では、操作バルブ７１及び操作バルブ７２は開状態とし、操作バルブ７３～７６は閉状態とする。

【0031】

図３に示すように、循環されてきた熱媒体は、配管５１から供給される。操作バルブ７３が閉状態、操作バルブ７１が開状態であることから、配管５１からの熱媒体は、操作バルブ７１を介して配管６１を伝わり、水素吸蔵合金タンク２１に供給される。水素吸蔵合金タンク２１から排出された熱媒体は、配管６２から操作バルブ７２を介して配管５２に排出される。

【0032】

このように、経路ＳＴ１では、水素吸蔵合金タンク２１にのみ熱媒体が送られることになる。ここで、熱媒体として温水が使用されると、水素吸蔵合金タンク２１のみ加熱されることになる。また、熱媒体として冷水が使用されると、水素吸蔵合金タンク２１のみ冷却されることになる。

【0033】

次に、経路ＳＴ２について説明する。図４は、経路ＳＴ２に設定されている場合を示す。図４に示すように、経路ＳＴ２では、操作バルブ７３及び操作バルブ７４は開状態とし、操作バルブ７１及び７２、操作バルブ７５及び７６は閉状態とする。

【0034】

図４に示すように、循環されてきた熱媒体は、配管５１から供給される。操作バルブ７１が閉状態、操作バルブ７３が開状態であることから、配管５１からの熱媒体は、操作バルブ７３を介して配管６３を伝わり、水素吸蔵合金タンク２２に供給される。水素吸蔵合金タンク２２から排出された熱媒体は、配管６４から操作バルブ７４を介して配管５２に排出される。

【0035】

このように、経路ＳＴ２では、循環されてきた熱媒体は、水素吸蔵合金タンク２２にのみ送られることになる。ここで、熱媒体として温水が使用されると、水素吸蔵合金タンク２２のみ加熱されることになる。また、熱媒体として冷水が使用されると、水素吸蔵合金タンク２２のみ冷却されることになる。

【0036】

次に、経路ＳＴ３について説明する。図５は、経路ＳＴ３に設定されている場合を示す。図５に示すように、経路ＳＴ３では、操作バルブ７１及び操作バルブ７４は開状態とするとともに、操作バルブ７５は開状態とする。また、操作バルブ７２及び７３、操作バルブ７６は閉状態とする。

【0037】

循環されてきた熱媒体は、配管５１から供給される。操作バルブ７３が閉状態、操作バルブ７１が開状態であることから、配管５１からの熱媒体は、操作バルブ７１を介して配管６１に伝わり、水素吸蔵合金タンク２１に供給される。操作バルブ７２が閉状態、操作バルブ７５が開状態であることから、水素吸蔵合金タンク２１から排出された熱媒体は、配管６５を介して、配管６３に送られ、水素吸蔵合金タンク２２に供給される。水素吸蔵合金タンク２２から排出された熱媒体は、配管６４から操作バルブ７４を介して配管５２に排出される。

【0038】

このように、経路ＳＴ３では、循環されてきた熱媒体は、水素吸蔵合金タンク２１に送られた後、水素吸蔵合金タンク２２に送られる。ここで、熱媒体として温水が使用されると、水素吸蔵合金タンク２１がその熱媒体で加熱された後、水素吸蔵合金タンク２１から排出された熱媒体で、水素吸蔵合金タンク２２を予熱できる。また、熱媒体として冷水が使用されると、水素吸蔵合金タンク２１がその熱媒体で冷却された後、水素吸蔵合金タンク２１から排出された熱媒体で、水素吸蔵合金タンク２２を予冷できる。

【0039】

次に経路ＳＴ４について説明する。図６は、経路ＳＴ４に設定されている場合を示す。図６に示すように、経路ＳＴ４では、操作バルブ７２及び操作バルブ７３は開状態とするとともに、操作バルブ７６は開状態とする。また、操作バルブ７１及び７４、操作バルブ７５は閉状態とする。

【0040】

循環されてきた熱媒体は、配管５１から供給される。操作バルブ７１が閉状態、操作バルブ７３が開状態であることから、配管５１からの熱媒体は、操作バルブ７３を介して配管６３に伝わり、水素吸蔵合金タンク２２に供給される。操作バルブ７４が閉状態、操作バルブ７６が開状態であることから、水素吸蔵合金タンク２２から排出された熱媒体は、配管６６を介して配管６１に送られ、水素吸蔵合金タンク２１に供給される。水素吸蔵合金タンク２１から排出された熱媒体は、配管６２から操作バルブ７２を介して配管５２に排出される。

【0041】

このように、経路ＳＴ４では、循環されてきた熱媒体は、水素吸蔵合金タンク２２に送られた後、水素吸蔵合金タンク２１に送られる。ここで、熱媒体として温水が使用されると、水素吸蔵合金タンク２２がその熱媒体で加熱された後、水素吸蔵合金タンク２２から排出された熱媒体で、水素吸蔵合金タンク２１を予熱できる。また、熱媒体として冷水が使用されると、水素吸蔵合金タンク２２がその熱媒体で冷却された後、水素吸蔵合金タンク２２から排出された熱媒体で、水素吸蔵合金タンク２１を予冷できる。

【0042】

次に、本発明の実施形態に係る熱媒体供給システム５０の運用例について説明する。なお、図７は、本発明の実施形態において各経路に設定する際の圧力閾値の一例である。

【0043】

まず、燃料電池１３に水素を放出して行く際に、水素吸蔵合金タンク２１から水素吸蔵合金タンク２２にタンクを切り替える際の運用方法について説明する。

【0044】

水素吸蔵合金タンク２１から水素を放出しているときには、図３に示したように、経路ＳＴ１となるように、各操作バルブ７１～７６が設定される。この間、水素吸蔵合金タンク２１から燃料電池１３に水素が送られ、燃料電池１３により発電が行われる。水素吸蔵合金タンク２１から水素を放出して、燃料電池１３により発電する場合、水素吸蔵合金タンク２１の圧力及び温度は、水素を放出するにつれて低下していく。このため、水素吸蔵合金タンク２１を加熱して昇圧させる必要がある。水素吸蔵合金タンク２１から水素を放出しているときには、図３に示した経路ＳＴ１となるように各操作バルブ７１～７６を設定している。このため、熱媒体として温水を流すことで、水素吸蔵合金タンク２１だけを加熱していくことができる。

【0045】

水素吸蔵合金タンク２１からの水素の放出を続けていくと、水素吸蔵合金タンク２１の圧力は低下していき、水素吸蔵合金タンク２１から水素吸蔵合金タンク２２への切り替えが必要になる。このため、監視システム１５は、水素吸蔵合金タンク２１の圧力が第１の閾値Ｐ１以下まで下がったか否かを判定し、水素吸蔵合金タンク２１の圧力が第１の閾値Ｐ１以下まで下がったら、図５に示した経路ＳＴ３になるように、各操作バルブ７１～７６を設定する。

【0046】

経路ＳＴ３に設定されると、図５に示したように、水素吸蔵合金タンク２１を加熱しつつ、水素吸蔵合金タンク２２を予熱することができる。水素吸蔵合金タンク２２を予熱することで水素吸蔵合金タンク２２を昇圧し、水素吸蔵合金タンク２１から水素吸蔵合金タンク２２への切り替えを行った際に、継続して水素を放出できる。

【0047】

そして、監視システム１５は、水素吸蔵合金タンク２１の圧力が第２の閾値Ｐ２以下まで下がったか否かを判定し、水素吸蔵合金タンク２１の圧力が第２の閾値Ｐ２以下まで下がったら、使用するタンクを水素吸蔵合金タンク２２に切り替え、図４に示した経路ＳＴ２となるように、各操作バルブ７１～７６を設定する。

【0048】

燃料電池１３に水素を供給するためには、水素吸蔵合金タンク内の圧力は０．０７０ＭＰａＧ以上必要である。このため、第２の閾値Ｐ２は、図７に示すように、（０．０７０≦Ｐ２≦０．５００）の範囲に設定される。また、第１の閾値Ｐ１は、第２の閾値Ｐ２より高い（０．１００≦Ｐ１≦０．５００）の範囲に設定される。

【0049】

次に、水素製造装置１１からの水素を充填していく際に、水素吸蔵合金タンク２１から水素吸蔵合金タンク２２にタンクを切り替える際の運用方法について説明する。

【0050】

水素吸蔵合金タンク２１に水素を充填しているときには、図３に示したように、経路ＳＴ１となるように、各操作バルブ７１～７６が設定される。水素吸蔵合金タンク２１の圧力及び温度は、水素を充填するにつれて上昇していく。このため、水素吸蔵合金タンク２１を冷却して減圧させる必要がある。水素吸蔵合金タンク２１から水素を充填しているときには、経路ＳＴ１となるように各操作バルブ７１～７６を設定している。このため、熱媒体として冷水を流すことで、水素吸蔵合金タンク２１だけを冷却していくことができる。

【0051】

水素吸蔵合金タンク２１への水素の充填を続けていくと、水素吸蔵合金タンク２１の圧力は更に上昇していき、水素の充填を続けていくことが難しくなる。このため、水素吸蔵合金タンク２１から水素吸蔵合金タンク２２への切り替えが必要になる。このため、監視システム１５は、水素吸蔵合金タンク２１の圧力が第３の閾値Ｐ３以上まで上がったか否かを判定し、水素吸蔵合金タンク２１の圧力が第３の閾値Ｐ３以上まで上がったら、図５に示す経路ＳＴ３になるように、各操作バルブ７１～７６を設定する。

【0052】

経路ＳＴ３に設定されると、図５に示したように、水素吸蔵合金タンク２１を冷却しつつ、水素吸蔵合金タンク２２を予冷することができる。水素吸蔵合金タンク２２を予冷することで水素吸蔵合金タンク２２を減圧し、水素吸蔵合金タンク２１から水素吸蔵合金タンク２２への切り替えを継続して行うことができる。

【0053】

そして、監視システム１５は、水素吸蔵合金タンク２１の圧力が第４の閾値Ｐ４以上まで上がったか否かを判定し、水素吸蔵合金タンク２１の圧力が第４の閾値Ｐ４以上まで上がったら、使用するタンクを水素吸蔵合金タンク２２に切り替え、図４に示す経路ＳＴ２となるように、各操作バルブ７１～７６を設定する。

【0054】

水素吸蔵合金タンク２１の圧力は、高圧ガス保安法上の高圧ガスに該当しないためには、１ＭＰａＧ以下に抑える必要がある。このため、図７に示すように、第４の閾値Ｐ４は、（０．７００≦Ｐ４≦１．０００）の範囲に設定される。また、第３の閾値Ｐ３は、第４の閾値Ｐ４よりも低い値に設定される。

【0055】

次に、燃料電池１３に水素を放出して行く際に、水素吸蔵合金タンク２２から水素吸蔵合金タンク２１にタンクを切り替える際の運用方法について説明する。

【0056】

水素吸蔵合金タンク２２から水素吸蔵合金タンク２１にタンクを切り替える際の運用方法は、前述した水素吸蔵合金タンク２１から水素吸蔵合金タンク２２にタンクを切り替える際の運用方法と同様である。すなわち、水素吸蔵合金タンク２２から水素を放出しているときには、図４に示したように、経路ＳＴ２となるように、各操作バルブ７１～７６が設定される。水素吸蔵合金タンク２２からの水素の放出を続けていくと、水素吸蔵合金タンク２２の圧力は低下していき、水素吸蔵合金タンク２２から水素吸蔵合金タンク２１への切り替えが必要になる。監視システム１５は、水素吸蔵合金タンク２２の圧力が第１の閾値Ｐ１以下まで下がったか否かを判定し、水素吸蔵合金タンク２２の圧力が第１の閾値Ｐ１以下まで下がったら、図６に示す経路ＳＴ４になるように、各操作バルブ７１～７６を設定する。経路ＳＴ４に設定されると、図６に示したように、水素吸蔵合金タンク２２を加熱しつつ、水素吸蔵合金タンク２１を予熱することができる。そして、監視システム１５は、水素吸蔵合金タンク２２の圧力が第２の閾値Ｐ２以下まで下がったか否かを判定し、水素吸蔵合金タンク２２の圧力が第２の閾値Ｐ２以下まで下がったら、使用するタンクを水素吸蔵合金タンク２１に切り替え、図３に示す経路ＳＴ１となるように、各操作バルブ７１～７６を設定する。

【0057】

次に、水素製造装置１１からの水素を充填していく際に、水素吸蔵合金タンク２２から水素吸蔵合金タンク２１にタンクを切り替える際の運用方法について説明する。

【0058】

水素吸蔵合金タンク２２から水素吸蔵合金タンク２１にタンクを切り替える際の運用方法は、前述した水素吸蔵合金タンク２１から水素吸蔵合金タンク２２にタンクを切り替える際の運用方法と同様である。すなわち、水素吸蔵合金タンク２２から水素を充填しているときには、図４に示したように、経路ＳＴ２となるように、各操作バルブ７１～７６が設定される。水素吸蔵合金タンク２２への水素の充填を続けていくと、水素吸蔵合金タンク２２の圧力は更に上昇していき、水素の充填を続けていくことが難しくなる。監視システム１５は、水素吸蔵合金タンク２２の圧力が第３の閾値Ｐ３以上まで上がったか否かを判定し、水素吸蔵合金タンク２２の圧力が第３の閾値Ｐ３以上まで上がったら、図６に示す経路ＳＴ４になるように、各操作バルブ７１～７６を設定する。経路ＳＴ４に設定されると、図６に示したように、水素吸蔵合金タンク２２を冷却しつつ、水素吸蔵合金タンク２１を予冷することができる。そして、監視システム１５は、水素吸蔵合金タンク２２の圧力が第４の閾値Ｐ４以上まで上がったか否かを判定し、水素吸蔵合金タンク２１の圧力が第４の閾値Ｐ４以上まで上がったら、使用するタンクを水素吸蔵合金タンク２１に切り替え、図３に示す経路ＳＴ１となるように、各操作バルブ７１～７６を設定する。

【0059】

以上説明したように、本発明の実施形態では、水素吸蔵合金タンク２１のみを加熱又は冷却する経路（経路ＳＴ１）や水素吸蔵合金タンク２２のみを加熱又は冷却する経路（経路ＳＴ２）だけでなく、水素吸蔵合金タンク２１を加熱又は冷却しながら水素吸蔵合金タンク２２を予熱又は予冷する経路（経路ＳＴ３）や水素吸蔵合金タンク２２を加熱又は冷却しながら水素吸蔵合金タンク２１を予熱又は予冷する経路（経路ＳＴ４）が設定できる。これにより、水素吸蔵合金タンク２１と水素吸蔵合金タンク２２とのタンクの切り替えの際に水素の吸蔵又は放出を連続して行うことができる。

【0060】

次に、水素吸蔵合金タンク２１と水素吸蔵合金タンク２２とを切り替えて水素を充填や放出する場合の水素放出及び水素充填バルブの操作について説明する。図８は、本発明の実施形態における水素配管の説明図である。

【0061】

図８に示すように、水素吸蔵合金タンク２１からは水素配管８１が導出される。水素配管８１は、水素吸蔵合金タンク２１に水素が充填又は放出される水素経路を形成している。水素配管８１には、バルブ９１が設けられる。

【0062】

また、水素吸蔵合金タンク２２からは水素配管８２が導出される。水素配管８２は、水素吸蔵合金タンク２２に水素が充填又は放出される水素経路を形成している。水素配管８２には、バルブ９２が設けられる。水素吸蔵合金タンク２１又は２２から水素を放出し、燃料電池１３に供給する場合には、水素吸蔵合金タンク２１又は２２から水素は水素配管８１又は８２を介して燃料電池１３に送られる。このとき、バルブ９１及びバルブ９２は、水素放出に使用するタンクを水素吸蔵合金タンク２１と水素吸蔵合金タンク２２とで切り替える第１及び第２の放出バルブとなる。また、水素製造装置１１からの水素を水素吸蔵合金タンク２１又は２２に充填する場合には、水素製造装置１１からの水素は、水素配管８１又は８２を介して水素吸蔵合金タンク２１又は２２に送られる。このとき、バルブ９１及びバルブ９２は、水素充填に使用するタンクを水素吸蔵合金タンク２１と水素吸蔵合金タンク２２とで切り替える第１及び第２の充填バルブとなる。

【0063】

バルブ９１及び９２の開閉は、検出部９０により検出されている。検出部９０の検出結果は、監視システム１５に送られる。

【0064】

図９Ａ～図９Ｄは、本発明の実施形態においてタンクの切り替えを行う際のバルブの開閉操作の説明図である。

【0065】

図９Ａは、水素吸蔵合金タンク２１から水素吸蔵合金タンク２２に水素放出するタンクを切り替える場合のバルブ操作を示している。図９Ａに示すように、水素吸蔵合金タンク２１が水素を放出している状態のときには、バルブ９１のみが開状態に設定され、バルブ９２は閉じられている。水素吸蔵合金タンク２１から水素吸蔵合金タンク２２に切り替える遷移期間で、監視システム１５は、検出部９０の検出信号からバルブ９１及びバルブ９２の開閉を判定し、バルブ９２が開状態となったのを確認した後、バルブ９１を閉じ、バルブ９２のみを開状態に設定する。

【0066】

図９Ｂは、水素吸蔵合金タンク２１から水素吸蔵合金タンク２２に水素吸蔵するタンクを切り替える場合のバルブ操作を示している。図９Ｂに示すように、水素吸蔵合金タンク２１が水素を吸蔵している状態のときには、バルブ９１のみが開状態に設定され、バルブ９２は閉じられている。水素吸蔵合金タンク２１から水素吸蔵合金タンク２２に切り替える遷移期間で、監視システム１５は、検出部９０の検出信号からバルブ９１及びバルブ９２の開閉を判定し、バルブ９２が開状態となったのを確認した後、バルブ９１を閉じ、バルブ９２のみを開状態に設定する。

【0067】

図９Ｃは、水素吸蔵合金タンク２２から水素吸蔵合金タンク２１に水素放出するタンクを切り替える場合のバルブ操作を示している。図９Ａに示した水素吸蔵合金タンク２１から水素吸蔵合金タンク２２に水素放出するタンクを切り替える場合と同様に、監視システム１５は、水素吸蔵合金タンク２２から水素吸蔵合金タンク２１に水素放出するタンクを切り替える場合、バルブ９２のみを開いた状態から、遷移期間でバルブ９１が開状態となったのを確認した後、バルブ９２を閉じ、バルブ９１のみを開状態に設定する。

【0068】

図９Ｄは、水素吸蔵合金タンク２２から水素吸蔵合金タンク２１に水素吸蔵するタンクを切り替える場合のバルブ操作を示している。図９Ｂに示した水素吸蔵合金タンク２２から水素吸蔵合金タンク２１に水素吸蔵するタンクを切り替える場合と同様に、監視システム１５は、水素吸蔵合金タンク２２から水素吸蔵合金タンク２１に水素吸蔵するタンクを切り替える場合、バルブ９２のみを開いた状態から、遷移期間でバルブ９１が開状態となったのを確認した後、バルブ９２を閉じ、バルブ９１のみを開状態に設定する。

【0069】

このように、水素吸蔵合金タンク２２と水素吸蔵合金タンク２１とのタンクの切り替えを行う際には、バルブ９１の開閉タイミングとバルブ９２の開閉タイミングをずらしている。これにより、連続した水素の充填或いは放出を可能としている。

【0070】

例えば、燃料電池１３の運転中、水素吸蔵合金タンク２１と水素吸蔵合金タンク２２との切り替えを行うとする。このとき、バルブ９１を閉状態にして水素吸蔵合金タンク２１からの水素の供給を遮断するのと同時に、バルブ９２を開状態にして水素吸蔵合金タンク２２からの水素を燃料電池１３に送るように設定したとしても、瞬間的に燃料電池１３への水素供給ができなくなる期間が生じ、燃料電池１３の発電継続が困難となる。

【0071】

これに対して、本実施形態では、図９Ａに示したように、水素吸蔵合金タンク２１から水素吸蔵合金タンク２２に水素放出するタンクを切り替える場合には、監視システム１５は、バルブ９１とバルブ９２とが共に開状態となる期間を設定し、例えば０．５秒以上経過したことを確認した後に、バルブ９１を閉じ、バルブ９２のみを開状態に設定している。これにより、燃料電池１３への水素供給を連続的に行うことができる。

【0072】

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】

【0073】

２１，２２…水素吸蔵合金タンク、５１，５２，６１～６６…配管、７１～７６…操作バルブ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図9D】