特許 7596256 水素ガス供給システム及び水素ガス供給方法

(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】2024-11-29

(45)【発行日】2024-12-09

(54)【発明の名称】水素ガス供給システム及び水素ガス供給方法

(51)【国際特許分類】

   F17C 13/00 20060101AFI20241202BHJP

   F17C 5/06 20060101ALI20241202BHJP

   C01B 3/00 20060101ALI20241202BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20241202BHJP

【ＦＩ】

F17C13/00 301Z

F17C5/06

C01B3/00 Z

H02J3/38 120

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021211292

(22)【出願日】2021-12-24

(65)【公開番号】P2023095415

(43)【公開日】2023-07-06

【審査請求日】2023-10-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(73)【特許権者】

【識別番号】504358148

【氏名又は名称】株式会社コベルコＥ＆Ｍ

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100137143

【弁理士】

【氏名又は名称】玉串 幸久

(72)【発明者】

【氏名】兼井 直史

(72)【発明者】

【氏名】野一色 公二

(72)【発明者】

【氏名】今用 浩司

(72)【発明者】

【氏名】藤澤 彰利

(72)【発明者】

【氏名】三浦 真一

(72)【発明者】

【氏名】清水 邦彦

(72)【発明者】

【氏名】松岡 亮

【審査官】佐藤 正宗

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１３７９１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０２４０６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１１６２０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０７０３０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０８５７５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１３９４７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１７４１５２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】独国特許出願公開第１００３５０５６（ＤＥ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－０５１５６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２１０９７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－４９６００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１７Ｃ １３／００

Ｆ１７Ｃ ５／０６

Ｃ０１Ｂ ３／００

Ｈ０２Ｊ ３／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

再生可能エネルギーから得られた電力を用いて水素ガスを生成する水素製造装置と、
液体水素を溜めるタンクと、
気化器と加温器で構成され、前記タンクに溜められた液体水素を気化させる気化ユニットと、
前記水素製造装置から送られる水素ガスと、前記気化ユニットから送られる水素ガスとを溜めるバッファタンクと、
前記バッファタンクに溜められた水素ガスを需要先に送る供給管と、を備えている水素ガス供給システムであって、
前記水素製造装置を前記バッファタンクに接続する第１水素ガス管と、
前記気化ユニットを前記バッファタンクに接続する第２水素ガス管と、
前記第１水素ガス管に設けられ、前記第１水素ガス管を流れる水素ガスの流量を測定する流量計と、
前記第２水素ガス管に設けられ、前記第２水素ガス管を流れる水素ガスの流量を測定する流量計と、
前記各流量計から出力された測定流量を示す信号が入力されるコントローラと、をさらに備え、
前記コントローラの機能には、
前記需要先から水素ガスの要求量を示す要求量情報を取得する第１取得部と、
前記第１水素ガス管に設けられた前記流量計からの前記信号に基づいて、前記水素製造装置から前記バッファタンクへの水素ガスの供給量を示す供給量情報を取得する第２取得部と、
前記第１取得部によって取得された前記要求量情報が示す水素ガスの前記要求量と前記第２取得部によって取得された前記供給量情報が示す水素ガスの前記供給量との差分に基づいて、前記気化ユニットから流出させる水素ガス量又は前記タンクから流出させる液体水素量を制御する調整制御部と、が含まれている水素ガス供給システム。

【請求項2】

再生可能エネルギーから得られた電力を用いて水素ガスを生成する水素製造装置と、
液体水素を溜めるタンクと、
気化器と加温器で構成され、前記タンクに溜められた液体水素を気化させる気化ユニットと、
前記水素製造装置から送られる水素ガスと、前記気化ユニットから送られる水素ガスとを溜めるバッファタンクと、
前記バッファタンクに溜められた水素ガスを需要先に送る供給管と、を備えている水素ガス供給システムであって、
前記水素製造装置を前記バッファタンクに接続する第１水素ガス管と、
前記気化ユニットを前記バッファタンクに接続する第２水素ガス管と、
前記第１水素ガス管に設けられ、前記第１水素ガス管を流れる水素ガスの流量を測定する流量計と、
前記第２水素ガス管に設けられ、前記第２水素ガス管を流れる水素ガスの流量を測定する流量計と、
前記各流量計から出力された測定流量を示す信号が入力されるコントローラと、をさらに備え、
前記コントローラの機能には、流量取得部と決定部と調整制御部とが含まれ、
前記流量取得部は、前記第１水素ガス管に設けられた前記流量計からの前記信号に基づいて、前記水素製造装置から前記バッファタンクへの水素ガスの供給流量を示す供給流量情報を取得し、
前記決定部は、前記流量取得部によって取得された供給流量情報に含まれる供給流量に基づいて、前記気化ユニットから流出させる水素ガスの流量又は前記タンクから流出させる液体水素の流量を決定し、
前記調整制御部は、前記決定部によって決定された流量に基づいて、前記気化ユニットから流出させる水素ガス流量又は前記タンクから流出させる液体水素の流量を制御する水素ガス供給システム。

【請求項3】

再生可能エネルギーから得られた電力を用いて水素ガスを生成する水素製造装置と、
液体水素を溜めるタンクと、
気化器と加温器で構成され、前記タンクに溜められた液体水素を気化させる気化ユニットと、
前記水素製造装置から送られる水素ガスと、前記気化ユニットから送られる水素ガスとを溜めるバッファタンクと、
前記バッファタンクに溜められた水素ガスを需要先に送る供給管と、を備えている水素ガス供給システムであって、
前記水素製造装置を前記バッファタンクに接続する第１水素ガス管と、
前記気化ユニットを前記バッファタンクに接続する第２水素ガス管と、
前記バッファタンク内の水素ガスの温度を検出する温度センサと、
前記温度センサから出力された検出温度を示す信号が入力されるコントローラと、をさらに備え、
前記コントローラの機能には、
前記バッファタンクに設けられた前記温度センサによって検出された温度が所定の温度範囲内にあるかどうかを判断する温度判断部と、
前記温度センサによる検出温度に基づいて、前記バッファタンク内から流出させる水素ガスの温度が所定範囲に収まるように、前記気化ユニットから流出させる水素ガスの流量又は前記タンクから流出させる液体水素の流量を決定する決定部と、
前記決定部によって決定された流量になるように、前記タンクから流出させる液体水素の流量又は前記気化ユニットから流出させる水素ガスの流量を制御する調整制御部と、が含まれている水素ガス供給システム。

【請求項4】

再生可能エネルギーから得られた電力を用いて水素ガスを生成する水素製造装置と、
液体水素を溜めるタンクと、
気化器と加温器で構成され、前記タンクに溜められた液体水素を気化させる気化ユニットと、
前記水素製造装置から送られる水素ガスと、前記気化ユニットから送られる水素ガスとを溜めるバッファタンクと、
前記バッファタンクに溜められた水素ガスを需要先に送る供給管と、を備えている水素ガス供給システムであって、
前記水素製造装置を前記バッファタンクに接続する第１水素ガス管と、
前記気化ユニットを前記バッファタンクに接続する第２水素ガス管と、
前記第２水素ガス管から分岐する分岐管と、
前記分岐管に接続され、前記タンクから流出した液体水素の余剰分又は前記気化ユニットから流出した水素ガスの余剰分を溜める補助タンクと、をさらに備えている水素ガス供給システム。

【請求項5】

水素製造装置によって、再生可能エネルギーから得られた電力を用いて水素ガスを生成し、
タンクに溜められた液体水素を前記タンクから流出させるとともに、気化器と加温器で構成された気化ユニットにおいて前記液体水素を気化させ、
前記水素製造装置によって生成された水素ガスと前記気化ユニットで得られた水素ガスとをバッファタンクに溜め、
前記バッファタンクに溜められた水素ガスを需要先に供給する水素ガス供給方法であって、
需要先から水素ガスの要求量を示す要求量情報を第１取得部によって取得し、
前記水素製造装置と前記バッファタンクとを接続する第１水素ガス管を流れる水素ガスの流量を流量計によって測定し、
前記流量計から出力された測定流量を示す信号に基づいて、前記水素製造装置から前記バッファタンクへの水素ガスの供給量を示す供給量情報を第２取得部によって取得し、
前記第１取得部によって取得された前記要求量情報が示す水素ガスの要求量と前記第２取得部によって取得された前記供給量情報が示す水素ガスの供給量との差分に基づいて、前記気化ユニットから流出させる水素ガス量又は前記タンクから流出させる液体水素量を調整し、
前記気化ユニットを前記バッファタンクに接続する第２水素ガス管を流れる水素ガスの流量を流量計によって測定する水素ガス供給方法。

【請求項6】

水素製造装置によって、再生可能エネルギーから得られた電力を用いて水素ガスを生成し、
タンクに溜められた液体水素を前記タンクから流出させるとともに、気化器と加温器で構成された気化ユニットにおいて前記液体水素を気化させ、
前記水素製造装置によって生成された水素ガスと前記気化ユニットで得られた水素ガスとをバッファタンクに溜め、
前記バッファタンクに溜められた水素ガスを需要先に供給する水素ガス供給方法であって、
前記水素製造装置と前記バッファタンクとを接続する第１水素ガス管を流れる水素ガスの流量を流量計によって測定し、
前記流量計から出力された測定流量を示す信号に基づいて、前記水素製造装置から前記バッファタンクへの水素ガスの供給流量を示す供給流量情報を流量取得部によって取得し、
前記流量取得部によって取得された供給流量情報に含まれる供給流量に基づいて、前記気化ユニットから流出させる水素ガスの流量又は前記タンクから流出させる液体水素の流量を決定部によって決定し、
前記決定部によって決定された流量に基づいて、前記気化ユニットから流出させる水素ガスの流量又は前記タンクから流出させる液体水素量を調整し、
前記気化ユニットを前記バッファタンクに接続する第２水素ガス管を流れる水素ガスの流量を流量計によって測定する水素ガス供給方法。

【請求項7】

水素製造装置によって、再生可能エネルギーから得られた電力を用いて水素ガスを生成し、
タンクに溜められた液体水素を前記タンクから流出させるとともに、気化器と加温器で構成された気化ユニットにおいて前記液体水素を気化させ、
前記水素製造装置によって生成された水素ガスと前記気化ユニットで得られた水素ガスとをバッファタンクに溜め、
前記バッファタンクに溜められた水素ガスを需要先に供給するガス供給方法であって、
前記バッファタンク内の水素ガスの温度を温度センサによって検出し、
前記温度センサによる検出温度に基づいて、前記バッファタンク内から流出させる水素ガスの温度が所定範囲に収まるように、前記気化ユニットから流出させる水素ガスの流量又は前記タンクから流出させる液体水素の流量を決定部によって決定し、
前記決定部によって決定された流量になるように、前記タンクから流出させる液体水素の流量又は前記気化ユニットから流出させる水素ガスの流量を調整する水素ガス供給方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水素ガス供給システム及び水素ガス供給方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、下記特許文献１に開示されているように、再生可能エネルギーから得られた電力を用いて水素ガスを生成し、この生成された水素ガスを需要先に供給する水素ガス供給システムが知られている。具体的に、特許文献１に開示された水素ガス供給システムは、再生可能エネルギーを用いて水素ガスを生成する水素製造装置と、水素製造装置によって生成された水素ガスを溜める貯蔵タンクと、を備えている。また、この水素ガス供給システムは、貯蔵タンク内の圧力が下がったときに貯蔵タンクに水素ガスを補給する補給源としてのカードルも備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第６６３７３１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示された水素ガス供給システムでは、再生可能エネルギー由来の水素ガスと補給源としてのカードルからの水素ガスとが貯蔵タンクに溜められ、貯蔵タンクに溜められた水素ガスが需要先に供給される。水素ガスの補給源としてカードルを用いる構成では、貯蔵タンクに補給できる水素ガス量を大きくしようとする場合に、多くのカードルが必要になる。

【0005】

そこで、本発明は、前記従来技術を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、再生可能エネルギー由来の水素ガスを利用するだけでなく、多くのカードルを用いることなく水素ガスを供給できるようにすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記の目的を達成するため、本発明は、再生可能エネルギーから得られた電力を用いて水素ガスを生成する水素製造装置と、液体水素を溜めるタンクと、前記タンクに溜められた液体水素を気化させる気化ユニットと、前記水素製造装置から送られる水素ガスと、前記気化ユニットから送られる水素ガスとを溜めるバッファタンクと、前記バッファタンクに溜められた水素ガスを需要先に送る供給管と、を備えている水素ガス供給システムであって、前記水素製造装置を前記バッファタンクに接続する第１水素ガス管と、前記気化ユニットを前記バッファタンクに接続する第２水素ガス管と、前記第１水素ガス管に設けられ、前記第１水素ガス管を流れる水素ガスの流量を測定する流量計と、前記第２水素ガス管に設けられ、前記第２水素ガス管を流れる水素ガスの流量を測定する流量計と、前記各流量計から出力された測定流量を示す信号が入力されるコントローラと、をさらに備え、前記コントローラの機能には、前記需要先から水素ガスの要求量を示す要求量情報を取得する第１取得部と、前記第１水素ガス管に設けられた前記流量計からの前記信号に基づいて、前記水素製造装置から前記バッファタンクへの水素ガスの供給量を示す供給量情報を取得する第２取得部と、前記第１取得部によって取得された前記要求量情報が示す水素ガスの前記要求量と前記第２取得部によって取得された前記供給量情報が示す水素ガスの前記供給量との差分に基づいて、前記気化ユニットから流出させる水素ガス量又は前記タンクから流出させる液体水素量を制御する調整制御部と、が含まれている。

【0007】

本発明では、水素製造装置において再生可能エネルギーを用いて水素ガスが生成され、この水素ガスがバッファタンクに溜められる。また、タンクに溜められた液体水素が気化ユニットによって気化され、この水素ガスもバッファタンクに溜められる。このため、需要先からの水素ガスの要求量が大きな場合かつ、再生可能エネルギーを用いた水素ガス供給が要求量を満たさない場合であっても、要求量に応じてタンク内の液体水素をガス化すれば、要求量に対応できる。したがって、この水素ガス供給システムは、水素ガスの要求量が大きな需要先に水素ガスを供給するシステムとして有効である。

【0009】

さらに、需要先からの水素ガスの要求量と水素製造装置からバッファタンクへの水素ガスの供給量との差分に応じて、気化ユニットから流出させる水素ガス量又はタンクから流出させる液体水素量を調整するため、液体水素の使用量を必要最小限にすることができる。すなわち、水素製造装置では再生可能エネルギー量に応じて水素ガスの生成量が変動するが、この水素ガスはできるだけ利用し、その上で不足分をタンクからの液体水素由来の水素ガスで補う。したがって、液体水素の使用量を必要最小限にすることができる。

【0010】

本発明は、再生可能エネルギーから得られた電力を用いて水素ガスを生成する水素製造装置と、液体水素を溜めるタンクと、気化器と加温器で構成され、前記タンクに溜められた液体水素を気化させる気化ユニットと、前記水素製造装置から送られる水素ガスと、前記気化ユニットから送られる水素ガスとを溜めるバッファタンクと、前記バッファタンクに溜められた水素ガスを需要先に送る供給管と、を備えている水素ガス供給システムであって、前記水素製造装置を前記バッファタンクに接続する第１水素ガス管と、前記気化ユニットを前記バッファタンクに接続する第２水素ガス管と、前記第１水素ガス管に設けられ、前記第１水素ガス管を流れる水素ガスの流量を測定する流量計と、前記第２水素ガス管に設けられ、前記第２水素ガス管を流れる水素ガスの流量を測定する流量計と、前記各流量計から出力された測定流量を示す信号が入力されるコントローラと、をさらに備え、前記コントローラの機能には、流量取得部と決定部と調整制御部とが含まれ、前記流量取得部は、前記第１水素ガス管に設けられた前記流量計からの前記信号に基づいて、前記水素製造装置から前記バッファタンクへの水素ガスの供給流量を示す供給流量情報を取得し、前記決定部は、前記流量取得部によって取得された供給流量情報に含まれる供給流量に基づいて、前記気化ユニットから流出させる水素ガスの流量又は前記タンクから流出させる液体水素の流量を決定し、前記調整制御部は、前記決定部によって決定された流量に基づいて、前記気化ユニットから流出させる水素ガス流量又は前記タンクから流出させる液体水素の流量を制御する。

【0011】

本発明では、水素製造装置において再生可能エネルギーを用いて水素ガスが生成され、この水素ガスがバッファタンクに溜められる。また、タンクに溜められた液体水素が気化ユニットによって気化され、この水素ガスもバッファタンクに溜められる。このため、需要先からの水素ガスの要求量が大きな場合かつ、再生可能エネルギーを用いた水素ガス供給が要求量を満たさない場合であっても、要求量に応じてタンク内の液体水素をガス化すれば、要求量に対応できる。したがって、この水素ガス供給システムは、水素ガスの要求量が大きな需要先に水素ガスを供給するシステムとして有効である。
さらに、水素製造装置からバッファタンクへの水素ガスの供給流量に基づいて、タンクに溜められた液体水素からの水素ガスの発生量を調整できる。このため、調整制御部による制御により、例えば需要先に所定範囲の流量の水素ガスを供給できるように、水素製造装置からの供給流量が増えるとタンクからの液体水素の流出流量を減らす等、液体水素からの水素ガスの発生量を調整することができる。

【0012】

本発明は、再生可能エネルギーから得られた電力を用いて水素ガスを生成する水素製造装置と、液体水素を溜めるタンクと、気化器と加温器で構成され、前記タンクに溜められた液体水素を気化させる気化ユニットと、前記水素製造装置から送られる水素ガスと、前記気化ユニットから送られる水素ガスとを溜めるバッファタンクと、前記バッファタンクに溜められた水素ガスを需要先に送る供給管と、を備えている水素ガス供給システムであって、前記水素製造装置を前記バッファタンクに接続する第１水素ガス管と、前記気化ユニットを前記バッファタンクに接続する第２水素ガス管と、前記バッファタンク内の水素ガスの温度を検出する温度センサと、前記温度センサから出力された検出温度を示す信号が入力されるコントローラと、をさらに備え、前記コントローラの機能には、前記バッファタンクに設けられた前記温度センサによって検出された温度が所定の温度範囲内にあるかどうかを判断する温度判断部と、前記温度センサによる検出温度に基づいて、前記バッファタンク内から流出させる水素ガスの温度が所定範囲に収まるように、前記気化ユニットから流出させる水素ガスの流量又は前記タンクから流出させる液体水素の流量を決定する決定部と、前記決定部によって決定された流量になるように、前記タンクから流出させる液体水素の流量又は前記気化ユニットから流出させる水素ガスの流量を制御する調整制御部と、が含まれている。

【0013】

本発明では、水素製造装置において再生可能エネルギーを用いて水素ガスが生成され、この水素ガスがバッファタンクに溜められる。また、タンクに溜められた液体水素が気化ユニットによって気化され、この水素ガスもバッファタンクに溜められる。このため、需要先からの水素ガスの要求量が大きな場合かつ、再生可能エネルギーを用いた水素ガス供給が要求量を満たさない場合であっても、要求量に応じてタンク内の液体水素をガス化すれば、要求量に対応できる。したがって、この水素ガス供給システムは、水素ガスの要求量が大きな需要先に水素ガスを供給するシステムとして有効である。
さらに、バッファタンク内から流出させる水素ガスの温度が所定範囲に収まるように、タンクに溜められた液体水素の使用量を調整するため、水素製造装置からの水素ガス量が変動する場合であっても、所定範囲に収まった温度の水素ガスを需要先に供給することができる。

【0014】

本発明は、再生可能エネルギーから得られた電力を用いて水素ガスを生成する水素製造装置と、液体水素を溜めるタンクと、気化器と加温器で構成され、前記タンクに溜められた液体水素を気化させる気化ユニットと、前記水素製造装置から送られる水素ガスと、前記気化ユニットから送られる水素ガスとを溜めるバッファタンクと、前記バッファタンクに溜められた水素ガスを需要先に送る供給管と、を備えている水素ガス供給システムであって、前記水素製造装置を前記バッファタンクに接続する第１水素ガス管と、前記気化ユニットを前記バッファタンクに接続する第２水素ガス管と、前記第２水素ガス管から分岐する分岐管と、前記分岐管に接続され、前記タンクから流出した液体水素の余剰分又は前記気化ユニットから流出した水素ガスの余剰分を溜める補助タンクと、をさらに備えている。

【0015】

本発明では、水素製造装置において再生可能エネルギーを用いて水素ガスが生成され、この水素ガスがバッファタンクに溜められる。また、タンクに溜められた液体水素が気化ユニットによって気化され、この水素ガスもバッファタンクに溜められる。このため、需要先からの水素ガスの要求量が大きな場合かつ、再生可能エネルギーを用いた水素ガス供給が要求量を満たさない場合であっても、要求量に応じてタンク内の液体水素をガス化すれば、要求量に対応できる。したがって、この水素ガス供給システムは、水素ガスの要求量が大きな需要先に水素ガスを供給するシステムとして有効である。
さらに、需要先への水素ガスの供給量に関わらず、タンクから常時、液体水素を流出させる必要がある場合に、余剰分を補助タンクに溜めておくことができる。この補助タンクに溜められた液体水素又は水素ガスは、例えば燃料電池によって電力として再生でき、また、液体水素又は水素ガスを他のエネルギー用途に利用できる。

【0017】

本発明は、水素製造装置によって、再生可能エネルギーから得られた電力を用いて水素ガスを生成し、タンクに溜められた液体水素を前記タンクから流出させるとともに、気化器と加温器で構成された気化ユニットにおいて前記液体水素を気化させ、前記水素製造装置によって生成された水素ガスと前記気化ユニットで得られた水素ガスとをバッファタンクに溜め、前記バッファタンクに溜められた水素ガスを需要先に供給する水素ガス供給方法であって、需要先から水素ガスの要求量を示す要求量情報を第１取得部によって取得し、前記水素製造装置と前記バッファタンクとを接続する第１水素ガス管を流れる水素ガスの流量を流量計によって測定し、前記流量計から出力された測定流量を示す信号に基づいて、前記水素製造装置から前記バッファタンクへの水素ガスの供給量を示す供給量情報を第２取得部によって取得し、前記第１取得部によって取得された前記要求量情報が示す水素ガスの要求量と前記第２取得部によって取得された前記供給量情報が示す水素ガスの供給量との差分に基づいて、前記気化ユニットから流出させる水素ガス量又は前記タンクから流出させる液体水素量を調整し、前記気化ユニットを前記バッファタンクに接続する第２水素ガス管を流れる水素ガスの流量を流量計によって測定する。

【0018】

本発明は、水素製造装置によって、再生可能エネルギーから得られた電力を用いて水素ガスを生成し、タンクに溜められた液体水素を前記タンクから流出させるとともに、気化器と加温器で構成された気化ユニットにおいて前記液体水素を気化させ、前記水素製造装置によって生成された水素ガスと前記気化ユニットで得られた水素ガスとをバッファタンクに溜め、前記バッファタンクに溜められた水素ガスを需要先に供給する水素ガス供給方法であって、前記水素製造装置と前記バッファタンクとを接続する第１水素ガス管を流れる水素ガスの流量を流量計によって測定し、前記流量計から出力された測定流量を示す信号に基づいて、前記水素製造装置から前記バッファタンクへの水素ガスの供給流量を示す供給流量情報を流量取得部によって取得し、前記流量取得部によって取得された供給流量情報に含まれる供給流量に基づいて、前記気化ユニットから流出させる水素ガスの流量又は前記タンクから流出させる液体水素の流量を決定部によって決定し、前記決定部によって決定された流量に基づいて、前記気化ユニットから流出させる水素ガスの流量又は前記タンクから流出させる液体水素量を調整し、前記気化ユニットを前記バッファタンクに接続する第２水素ガス管を流れる水素ガスの流量を流量計によって測定する。

【0019】

本発明は、水素製造装置によって、再生可能エネルギーから得られた電力を用いて水素ガスを生成し、タンクに溜められた液体水素を前記タンクから流出させるとともに、気化器と加温器で構成された気化ユニットにおいて前記液体水素を気化させ、前記水素製造装置によって生成された水素ガスと前記気化ユニットで得られた水素ガスとをバッファタンクに溜め、前記バッファタンクに溜められた水素ガスを需要先に供給する水素ガス供給方法であって、前記バッファタンク内の水素ガスの温度を温度センサによって検出し、前記温度センサによる検出温度に基づいて、前記バッファタンク内から流出させる水素ガスの温度が所定範囲に収まるように、前記気化ユニットから流出させる水素ガスの流量又は前記タンクから流出させる液体水素の流量を決定部によって決定し、前記決定部によって決定された流量になるように、前記タンクから流出させる液体水素の流量又は前記気化ユニットから流出させる水素ガスの流量を調整する。

【発明の効果】

【0020】

以上説明したように、本発明によれば、再生可能エネルギー由来の水素ガスを利用するだけでなく、多くのカードルを用いることなく水素ガスを供給できる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】第１実施形態に係る水素ガス供給システムを概略的に示す図である。

【図2】前記水素ガス供給システムにおける調整弁の開度を調整する際の制御動作を説明するための図である。

【図3】第２実施形態に係る水素ガス供給システムを概略的に示す図である。

【図4】第２実施形態に係る水素ガス供給システムにおける調整弁の開度を調整する際の制御動作を説明するための図である。

【図5】第３実施形態に係る水素ガス供給システムを概略的に示す図である。

【図6】第３実施形態に係る水素ガス供給システムにおける調整弁の開度を調整する際の制御動作を説明するための図である。

【図7】図６のステップＳＴ３４における弁開度の調整制御を説明するための図であう。

【図8】第４実施形態に係る水素ガス供給システムを概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

【0023】

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態に係る水素ガス供給システム１０は、再生可能エネルギーを用いて得られた電力で水素ガスを生成する一方で、液体水素を気化させて水素ガスを生成し、これらの水素ガスを需要先１に供給するように構成されている。具体的に、水素ガス供給システム１０は、水素製造装置１２と、タンク１４と、気化ユニット１６と、バッファタンク１８と、供給管２０とを備えている。

【0024】

水素製造装置１２は、再生可能エネルギーから得られた電力を用いて水素ガスを生成するものであり、例えば水を電気分解して水素ガスを発生させる水電解装置によって構成されている。図例では、水素製造装置１２が、再生可能エネルギーを用いた発電機構２２としての太陽電池パネルに接続されているが、再生可能エネルギーとしては、太陽光に限られるものではなく、風力、水力、波力、潮力、地熱、太陽熱、大気中の熱その他の自然界に存する熱、バイオマスが用いられてもよい。

【0025】

水素製造装置１２は、系統電源２４に接続され、系統電源２４から必要に応じて電力供給を受けてもよい。また水素製造装置１２は、図略の蓄電池に接続されて、発電機構２２からの電力供給が少ないときに、蓄電池から電力供給を受けてもよい。この蓄電池は発電機構２２によって生成された電力の余剰分を蓄電してもよい。

【0026】

タンク１４は、液体水素を溜めるものであり、液体水素管２６を介して気化ユニット１６に接続されている。液体水素管２６には、弁開度を調整可能な調整弁２８が設けられている。調整弁２８は、液体水素管２６を流れる液体水素の流量を調整する。なお、調整弁２８は、後述の第２水素ガス管３２に設けられて、第２水素ガス管３２を流れる水素ガスの流量を調整可能に構成されてもよい。

【0027】

気化ユニット１６は、液体水素を気化させる気化器１６ａと、気化した水素ガスを加温する加温器１６ｂと、を有する。気化器１６ａは、中間媒体を介して熱源流体と液体水素とを熱交換させる中間媒体式の気化器によって構成されている。中間媒体式の熱交換器が用いられる場合には、熱源流体の凍結を抑制できる。ただし、気化器１６ａは、中間媒体式の気化器に限られず、その他のタイプの気化器によって構成されていてもよい。なお、気化ユニット１６は、加温器１６ｂが省略されて気化器１６ａのみで構成されてもよい。

【0028】

水素製造装置１２は第１水素ガス管３１を介してバッファタンク１８に接続され、気化ユニット１６は第２水素ガス管３２を介してバッファタンク１８に接続されている。バッファタンク１８は、水素製造装置１２からの水素ガスと気化ユニット１６からの水素ガスとを混合して溜める。バッファタンク１８に溜められている水素ガスは、供給管２０を通して需要先１に供給される。需要先１としては、例えば水素ガスを燃料として用いる燃焼炉等の工業炉等が挙げられる。工業炉には、炉内温度を一定に保つために、一定流量の水素ガスを要求し続けるものもある。その他、需要先１として、燃料電池車に水素ガスを充填するための水素ステーションも挙げることができる。

【0029】

第１水素ガス管３１には、水素製造装置１２からバッファタンク１８に供給される水素ガスの温度を検出する温度センサ３１ａと、水素製造装置１２からバッファタンク１８に供給される水素ガスの圧力を検出する圧力センサ３１ｂと、水素製造装置１２からバッファタンク１８に供給される水素ガスの流量を測定する流量計３１ｃと、が設けられている。なお、温度センサ３１ａ及び圧力センサ３１ｂは省略することができる。

【0030】

第２水素ガス管３２には、気化ユニット１６からバッファタンク１８に供給される水素ガスの温度を検出する温度センサ３２ａと、気化ユニット１６からバッファタンク１８に供給される水素ガスの圧力を検出する圧力センサ３２ｂと、気化ユニット１６からバッファタンク１８に供給される水素ガスの流量を測定する流量計３２ｃと、が設けられている。なお、これら温度センサ３２ａ、圧力センサ３２ｂ及び流量計３２ｃは省略することができる。

【0031】

バッファタンク１８には、バッファタンク１８内に溜められた水素ガスの温度を検出する温度センサ１８ａと、バッファタンク１８内に溜められた水素ガスの圧力を検出する圧力センサ１８ｂと、が設けられている。なお、これら温度センサ１８ａ及び圧力センサ１８ｂは省略することができる。

【0032】

各温度センサは、検出温度を示す信号を出力し、各圧力センサは、検出圧力を示す信号を出力し、各流量計は、測定した流量を示す信号を出力する。各温度センサ、各圧力センサ及び各流量計から出力された信号は、コントローラ３５に入力される。

【0033】

コントローラ３５は、水素ガス供給システム１０の各種動作を制御するコンピュータであり、このコンピュータの中央演算処理装置（ＣＰＵ；Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）により実行されるコントローラ３５の機能には、第１取得部３５ａと、第２取得部３５ｂと、決定部３５ｃと、調整制御部３５ｄと、が含まれる。

【0034】

第１取得部３５ａは、需要先１から水素ガスの要求量を示す要求量情報を取得するように構成されている。例えば、需要先１は、必要な水素ガスの流量を示す指令をコントローラ３５に送り、コントローラ３５は、この指令を水素ガスの要求量情報として受け付ける。この指令は所定時間毎に需要先１からコントローラ３５に送られる。

【0035】

第２取得部３５ｂは、例えば、第１水素ガス管３１に設けられた流量計３１ｃから出力された信号を、水素製造装置１２からバッファタンク１８に供給される水素ガスの供給量を示す供給量情報として取得する。なお、第２取得部３５ｂは、流量計３１ｃから出力された信号を供給量情報として受け付ける構成に限られない。例えば、水素製造装置１２には、発電機構２２としての太陽電池パネルから供給される電力を検出する電力検出器３７が設けられ、第２取得部３５ｂは、電力検出器３７から出力された電力を示す信号に基づいて、水素製造装置１２から吐出される水素ガスの供給量を示す供給量情報を取得してもよい。この場合、第１水素ガス管３１の流量計３１ｃを省略してもよい。

【0036】

決定部３５ｃは、第１取得部３５ａによって取得された要求量情報が示す水素ガスの要求量と第２取得部３５ｂによって取得された供給量情報が示す水素ガスの供給量との差分に基づいて、タンク１４から流出させる液体水素量（又は気化ユニット１６から流出させる水素ガス量）を決定する。

【0037】

調整制御部３５ｄは、決定部３５ｃによって決定された水素ガス量が得られるように調整弁２８の弁開度を調整する制御を行う。

【0038】

ここで、本実施形態に係る水素ガス供給システム１０による、水素ガス供給方法について説明する。

【0039】

水素製造装置１２において、発電機構２２としての太陽電池パネルから送られた電力を用いて水素ガスを生成する。水素製造装置１２によって生成された水素ガスは、バッファタンク１８に溜められる。一方、タンク１４に溜められた液体水素は、調整弁２８の開度が調整されることにより、液体水素管２６を通して所定流量で気化ユニット１６に流出する。タンク１４から流出した液体水素は、気化ユニット１６の気化器１６ａにおいて気化し、加温器１６ｂにおいて加温される。加温器１６ｂによって加温された水素ガスはバッファタンク１８に溜められる。すなわち、バッファタンク１８には、水素製造装置１２によって生成された水素ガスと気化ユニット１６で得られた水素ガスとが溜められる。バッファタンク１８に溜められた水素ガスは、供給管２０を通して需要先１に供給される。

【0040】

調整弁２８の開度を調整する制御においては、図２に示すように、コントローラ３５の第１取得部３５ａは、需要先１からの水素ガスの要求量Ｆ０を示す要求量情報を需要先１から取得し（ステップＳＴ１１）、コントローラ３５の第２取得部３５ｂは、水素製造装置１２からバッファタンク１８への水素ガスの供給量Ｆ１を示す供給量情報を取得する（ステップＳＴ１２）。供給量情報は、例えば第１水素ガス管３１の流量計３１ｃによって測定された流量から得られる情報である。

【0041】

コントローラ３５の決定部３５ｃは、取得した要求量情報が示す水素ガスの要求量Ｆ０と、取得した供給量情報が示す水素ガスの供給量Ｆ１との差分を計算し（ステップＳＴ１３）、得られた差分値Ｆ０－Ｆ１に基づいて、バッファタンク１８に流入させるべき水素ガス量を決定する（ステップＳＴ１４）。このとき、第２水素ガス管３２に設けられた流量計３２ｃの測定値を参照して水素ガス量を微調整してもよい。そして、調整制御部３５ｄは、決定部３５ｃによって決定された水素ガス量に基づく液体水素の流量が得られるように調整弁２８を制御する（ステップＳＴ１５）。これにより、タンク１４から気化ユニット１６から流出させる水素ガス量が調整される。すなわち、第１実施形態では、水素製造装置１２において、発電機構２２から送られる電力に基づいて水素ガスが製造されるが、この電力に基づく水素ガス量では要求量Ｆ０に対して不足分を生ずることがある。したがって、この不足分をタンク１４からの液体水素で補うようにしている。このため、水素製造装置１２で得られた水素ガスをできるだけ活用しつつ、不足分を液体水素から得るようにしている。

【0042】

以上説明したように、本実施形態では、水素製造装置１２において再生可能エネルギーから得られた電力を用いて水素ガスが生成され、この水素ガスがバッファタンク１８に溜められる。また、タンク１４に溜められた液体水素が気化ユニット１６によって気化され、この水素ガスもバッファタンク１８に溜められる。このため、需要先１から水素ガスの要求量Ｆ０が大きな場合であっても、要求量Ｆ０に応じてタンク１４内の液体水素をガス化すれば、要求量Ｆ０に対応できる。したがって、水素ガス供給システム１０は、水素ガスの要求量Ｆ０が大きな需要先１に水素ガスを供給するシステムとして有効である。

【0043】

また、需要先１からの水素ガスの要求量Ｆ０と水素製造装置１２からバッファタンク１８への水素ガスの供給量Ｆ１との差分に応じて、気化ユニット１６から流出させる水素ガス量を調整するため、液体水素の使用量を必要最小限にすることができる。すなわち、水素製造装置１２では再生可能エネルギー量に応じて水素ガスの生成量が変動するが、この水素ガスはできるだけ利用し、その上で不足分をタンク１４からの液体水素由来の水素ガスで補う。したがって、液体水素の使用量を必要最小限にすることができる。

【0044】

（第２実施形態）
図３は本発明の第２実施形態を示す。なお、ここでは第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0045】

第２実施形態の水素ガス供給システム１０は、需要先１からの要求量を参照するのではなく、バッファタンク１８から一定流量の水素ガスを需要先１に供給するように構成されている。具体的に、コントローラ３５の機能には、流量取得部３５ｅと決定部３５ｃと調整制御部３５ｄとが含まれる。流量取得部３５ｅは、第１水素ガス管３１に配置された流量計３１ｃから、検出流量を示す信号（供給流量情報）を取得する。なお、流量取得部３５ｅは、電力検出器３７から送られる電力値を示す信号に基づいて、水素製造装置１２からバッファタンク１８に送られる水素ガス流量を推定し、それを供給流量情報として取得してもよい。つまり、水素製造装置１２に入力される電力に基づいて水素ガスの供給流量を示す供給流量情報を取得してもよい。

【0046】

決定部３５ｃは、流量取得部３５ｅによって取得された供給流量情報に含まれる供給流量に基づいて、気化ユニット１６から流出させる水素ガスの流量（又はタンク１４から流出させる液体水素の流量）を決定する。例えば、決定部３５ｃは、水素製造装置１２からバッファタンク１８への水素ガスの供給流量と、気化ユニット１６から流出させる水素ガスの供給流量との合計流量が一定流量になるように、気化ユニット１６から流出させる水素ガスの流量（又はタンク１４から流出させる液体水素の流量）を決定する。このため、水素製造装置１２によって生成される水素ガス量が増えるにしたがって、タンク１４から流出させる液体水素の流量が減るように、気化ユニット１６から流出させる水素ガスの流量を決定する。一方、水素製造装置１２によって生成される水素ガス量が減るにしたがって、タンク１４から流出させる液体水素の流量が増えるように、気化ユニット１６から流出させる水素ガスの流量を決定する。

【0047】

第２実施形態の水素ガス供給システム１０では、図４に示すように、流量取得部３５ｅは、第１水素ガス管３１に配置された流量計３１ｃから、検出流量を示す信号（供給流量情報）を取得する（ステップＳＴ２１）。そして、この供給流量情報に含まれる供給流量に基づいて、バッファタンク１８から需要先１に供給される水素ガスの流量が一定になるように、気化ユニット１６から流出させる水素ガスの流量（又はタンク１４から流出させる液体水素の流量）が決定される（ステップＳＴ２２）。これに基づき、調整制御部３５ｄは、調整弁２８の弁開度を調整する（ステップＳＴ２３）。

【0048】

第２実施形態では、水素製造装置１２からバッファタンク１８への水素ガスの供給流量に基づいて、タンク１４に溜められた液体水素からの水素ガスの発生量を調整できるため、例えば需要先１に所定範囲の流量の水素ガスを供給することができる。

【0049】

なお、その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが、第１実施形態の説明を第２実施形態に援用することができる。

【0050】

（第３実施形態）
図５は本発明の第３実施形態を示す。なお、ここでは第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0051】

第３実施形態の水素ガス供給システム１０は、バッファタンク１８から需要先１に所定温度範囲の水素ガスを供給するように構成されている。すなわち、コントローラ３５の機能には、バッファタンク１８に設けられた温度センサ１８ａによって検出された温度が所定の温度範囲内にあるかどうかを判断する温度判断部３５ｆが含まれている。また、コントローラ３５の機能には、温度センサ１８ａによる検出温度に基づいて、バッファタンク１８内から流出させる水素ガスの温度が所定範囲に収まるように、気化ユニット１６から流出させる水素ガスの流量（又はタンク１４から流出させる液体水素の流量）Ｆｃを決定する決定部３５ｇも含まれている。調整制御部３５ｄは、決定部３５ｇによって決定された流量Ｆｃになるように、調整弁２８の弁開度を調整する制御を行うように構成されている。

【0052】

第３実施形態の水素ガス供給システム１０では、図６に示すように、バッファタンク１８に設けられた温度センサ１８ａによって、バッファタンク１８内の水素ガスの温度を検出する（ステップＳＴ３１）。この温度センサ１８ａから出力された信号はコントローラ３５に送られ、コントローラ３５の温度判断部３５ｆは、温度センサ１８ａによる検出温度Ｔ０が予め定められた温度範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳＴ３２）。そして、検出温度Ｔ０がこの温度範囲内にあると判定された場合には、調整弁２８の弁開度を維持する（ステップＳＴ３３）。

【0053】

一方、検出温度Ｔ０が所定温度範囲から外れていると判定された場合には、調整弁２８の弁開度を調整する制御が行われる（ステップＳＴ３４）。ステップＳＴ３４における弁開度の調整制御では、図７に示すように、バッファタンク１８内の水素ガスの圧力Ｐ０、温度Ｔ０が取得され（ステップＳＴ３５）、第１水素ガス管３１を流れる水素ガスの圧力Ｐａ、温度Ｔａ、流量Ｆａが取得され（ステップＳＴ３６）、第２水素ガス管３２を流れる水素ガスの圧力Ｐｂ、温度Ｔｂ、流量Ｆｂが取得される（ステップＳＴ３７）。

【0054】

続いて、コントローラ３５の決定部３５ｇは、取得した圧力Ｐ０，Ｐａ，Ｐｂ、温度Ｔ０，Ｔａ，Ｔｂ、流量Ｆａ，Ｆｂを参照して、バッファタンク１８内から流出させる水素ガスの温度が所定範囲に収まるように、タンク１４から流出させる気化ユニット１６から流出させる水素ガスの流量（又は液体水素の流量）Ｆｃを決定する（ステップＳＴ３８）。調整制御部３５ｄは、決定部３５ｇによって決定された流量Ｆｃが得られるように、調整弁２８の開度を調整する（ステップＳＴ３９）。

【0055】

したがって、本実施形態によれば、バッファタンク１８内から流出させる水素ガスの温度が所定範囲に収まるように、タンク１４に溜められた液体水素の使用量を調整するため、水素製造装置１２からの水素ガス量が変動する場合であっても、所定範囲に収まった温度の水素ガスを需要先１に供給することができる。

【0056】

なお、その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが、第１及び第２実施形態の説明を第３実施形態に援用することができる。

【0057】

（第４実施形態）
図８は本発明の第４実施形態を示す。尚、ここでは第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0058】

第４実施形態では、タンク１４から流出させる液体水素の余剰分を溜める補助タンク４０を備えている。すなわち、タンク１４から流出する液体水素によって気化器１６ａの熱源流体又は中間媒体が凍結するのを防止すべく、液体水素管２６には常時液体水素を流すようにする場合がある。このとき、バッファタンク１８から需要先１に水素ガスの供給が行われなければ、タンク１４から流出させる液体水素のうち少なくとも一部が余剰分となり得る。そこで、第４実施形態では、第２水素ガス管３２から分岐する分岐管４２に接続された補助タンク４０が設けられている。分岐管４２には、開閉弁４３が設けられており、この開閉弁４３は、余剰水素ガスを補助タンク４０に溜めるときに開放される。補助タンク４０に溜められた水素ガスは、例えば、図外の燃料電池に供給されて、発電に供せられてもよく、必要に応じてバッファタンク１８に供給されてもよい。なお、開閉弁４３に代えて開度調整可能な弁を配置してもよい。

【0059】

したがって、本実施形態では、需要先１への水素ガスの供給量に関わらず、タンク１４から常時、液体水素を流出させる必要がある場合に、余剰分を補助タンク４０に溜めておくことができる。この補助タンク４０に溜められた液体水素又は水素ガスは、例えば燃料電池によって電力として再生でき、また、液体水素又は水素ガスを他のエネルギー用途に利用できる。

【0060】

なお、その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが、第１～第３実施形態の説明を第４実施形態に援用することができる。

【符号の説明】

【0061】

１ ：需要先
１０ ：水素ガス供給システム
１２ ：水素製造装置
１４ ：タンク
１６ ：気化ユニット
１８ ：バッファタンク
１８ａ ：温度センサ
２０ ：供給管
３５ａ ：第１取得部
３５ｂ ：第２取得部
３５ｄ ：調整制御部
４０ ：補助タンク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】