氢气发电系统的制作方法

1.本发明涉及氢气发电系统。


背景技术：

2.在过去，已知有在地震等灾害的场合不需要商用电源而进行电力供给的独立式氢气发电系统。
3.作为这样的氢气发电系统，在专利文献1中公开了将氢气生成装置(b)和饮用水供给装置(a)一体连结而成的系统，上述氢气生成装置(b)包括氢气制造装置3，上述饮用水供给装置(a)包括储存氢气制造装置3制造的氢气的储氢合金7以及使用从储氢合金7释放的氢气来进行发电的燃料电池8。另外，标号是专利文献1中的标号。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：jp特开2017－103198号公报


技术实现要素：

7.发明要解决的问题
8.然而，在上述结构中，储氢合金7始终与氢气制造装置3和燃料电池8连接，于是存在无法同时进行由氢气制造装置3制造的氢气的储存和由燃料电池8进行的发电的问题。
9.因此，为了提供一种能够高效地实施氢气的储存以及使用氢气的发电的氢气发电系统，产生了应该解决的技术问题，本发明的目的在于解决该问题。
10.用于解决问题的技术方案
11.为了实现上述目的，本发明的氢气发电系统为下述的氢气发电系统，其包括：氢气生成装置，该氢气生成装置通过水的反应生成氢气；发电装置，该发电装置使用上述氢气进行发电；以及筒式氢气储存装置，该筒式氢气储存装置与上述氢气生成装置或发电装置以能拆卸的方式连接，储存由上述氢气生成装置生成的氢气，并且可向上述发电装置供给氢气。
12.按照该结构，能够适当地断开筒式氢气储存装置与氢气生成装置或发电装置的连接，能够高效地实施氢气的储存和使用氢气的发电。
13.另外，在本发明涉及的氢气发电系统中，最好，上述筒式氢气储存装置包括储存上述氢气的罐体、与上述罐体相接触的金属制的护套、以及收纳上述护套的外壳。
14.此外，在本发明涉及的氢气发电系统中，最好，上述护套以与上述罐体的外周以及底面相接触的方式形成为大致圆筒状。
15.还有，在本发明涉及的氢气发电系统中，最好，上述筒式氢气储存装置还包括与上述护套接合而对上述护套进行温度调节的温度调节部件。
16.另外，在本发明涉及的氢气发电系统中，最好，还包括冷却装置，该冷却装置向形成于上述温度调节部件内的冷水路径供给冷水而使上述护套冷却。
17.再有，在本发明涉及的氢气发电系统中，最好，上述筒式氢气储存装置还包括埋设于上述温度调节部件中并对上述护套加热的加热器。
18.另外，在本发明涉及的氢气发电系统中，最好，在上述罐体内收纳有储氢合金。
19.此外，在本发明涉及的氢气发电系统中，最好，上述氢气生成装置是通过水的电解生成氢气的水电解堆。
20.还有，在本发明涉及的氢气发电系统中，最好，上述氢气生成装置还包括：可再生能源发电装置、对由上述可再生能源发电装置生成的电力进行蓄电的二次电池。
21.再有，在本发明涉及的氢气发电系统中，最好，上述发电装置是燃料电池，上述氢气发电系统还包括排热再利用机构，该排热再利用机构利用上述燃料电池的排热而对吸入上述燃料电池中的外部空气进行加热。
22.进而，在本发明涉及的氢气发电系统中，最好，收纳上述燃料电池的外壳经由在上述外壳内流动的空气的流动方向上相对于上述燃料电池设置于排气侧的排气侧开口和相对于上述燃料电池设置于进气侧的进气侧开口而与回流管道连通；上述排热再利用机构包括：温度传感器，该温度传感器测量吸入上述燃料电池中的外部空气的温度；风门，该风门能够对上述排气侧开口进行开闭，上述排气侧开口允许或阻断空气经由上述排气侧开口而从上述外壳向上述回流管道的流入；风扇，该风扇经由上述进气侧开口而将上述回流管道内的空气向上述外壳输送；以及控制器，该控制器在上述外部空气的温度为规定温度以下的场合，以使由上述燃料电池的排热进行加热后的空气返回到上述外部空气的方式打开上述风门并驱动上述风扇。
23.发明效果
24.本发明能够适当地断开筒式氢气储存装置与氢气生成装置或发电装置的连接，能够高效地实施氢气的储存和使用氢气的发电。
附图说明
25.图1为表示本发明的一个实施方式的氢气发电系统的结构的示意图；
26.图2为表示排热再利用机构的结构的示意图；
27.图3为表示mh单元的结构的平面图；
28.图4为沿图3中的a－a线的剖视图；
29.图5为沿图4中的b－b线的剖视图。
具体实施方式
30.基于附图对本发明的实施方式进行说明。另外，以下，在提及构成要素的数、数值、量、范围等的情况下，除了特别明示的情况以及原理上明显限定为特定的数量的情况以外，并不限定于该特定的数量，可以为特定的数量以上，也可以为特定的数量以下。
31.另外，在提及构成要素等的形状、位置关系时，除了特别明示的情况以及原理上认为是明显并非如此的情况等之外，包括实质上与该形状等近似或类似的情况等。
32.还有，附图有时为了容易理解特征而将特征性的部分放大等进行夸张，构成要素的尺寸比率等不一定与实际相同。另外，在剖视图中，为了容易理解构成要素的剖面构造，有时省略一部分的构成要素的剖面线。
33.此外，在本实施方式中，表示上下、左右等方向的表现不是绝对的，在各构成要素为附图中描绘的姿势的情况下是适当的，但在其姿势发生了变化的情况下，应该根据姿势的变化进行变更来解释。
34.本发明的氢气发电系统1高效地进行氢气的生成以及氢气的发电。氢气发电系统1包括氢气生成装置2、作为氢气储存装置的mh单元3、以及作为发电装置的燃料电池4。
35.氢气生成装置2包括水电解堆21和纯水精制装置22。水电解堆21通过向电极通电，使由纯水精制装置22精制后的纯水在阴极发生反应而生成氢气。另外，分解后的氧气排出到大气中。此外，在氢气生成装置2中进行氢气生成后，通过自动进行水电解堆21和纯水精制装置22内的配管以及连接它们的配管的抽水，能够防止残留在配管内部的水冻结。
36.水电解堆21为公知的结构，最好，使用固体高分子水电解装置。水电解堆21例如可以考虑采用电解堆ql-500(shandong saikesaisi hydrogen energy制)。水电解堆21通过来自后述的太阳能电池23的供电而需要400～600w的电力，氢气产生量为1.0l/min(0.35mpa max)。
37.另外，水电解堆21生成氢气时使用的水最好为纯净水，但只要是能够生成氢气的水，则也可以是市场上销售的饮用水、自来水。
38.氢气生成装置2最好包括作为可再生能源发电装置的太阳能电池23和二次电池24。由此，能够利用由太阳能电池23进行发电且由二次电池24已积蓄的电来供应水电解堆21中使用的电。
39.可再生能源发电装置只要是基于通过太阳光、风力、波浪能、小水力、流水、潮汐、地热、生物质等或者这些自然力的组合而稳定地或者反复地补充的能量资源来生成电的发电装置，则可以是任意的发电装置。太阳能电池23例如可以考虑采用cs6p-250p(canadian solar制)的太阳能电池。
40.二次电池24最好使用铅电池、锂离子电池。二次电池24例如可以考虑采用yt-b24r(optima制)等。
41.由水电解堆21生成的氢气依次通过冷却罐25、气水分离机26以及除湿器27。冷却罐25对氢气进行冷却，气水分离机26去除氢气所包含的水分。通过冷却罐25对氢气进行冷却，能够高效地进行气水分离机26中的水分的除去。除湿器27通过使氢气通过填充于内部的硅胶来对氢气进行除湿。在除湿器27中，经由冷却箱25及气水分离机26而除去了水分的氢气通过，因此能够抑制水积存在除湿器27内。这样，能够抑制水积存在后述的mh单元3内。
42.mh单元3是能够储存氢气和释放氢气的筒式氢气储存装置，与氢气生成装置2或燃料电池4以能拆卸的方式连接。关于mh单元3的结构，将在后面描述。
43.经由储存用氢气管线l1而与水电解堆21并联连接的多个mh单元3分别储存水电解堆21所生成的氢气。在水电解堆21可同时连接多个mh单元3。另外，多个mh单元3收容于与外部隔绝的隔离空间内，在该空间内设置有检测氢气泄漏的在图中没有示出的传感器。另外，标号24表示设置于储存用氢气管线l1的防爆规格的电磁阀。
44.氢气发电系统1包括在氢气吸藏时冷却mh单元3的冷却装置5。冷却装置5包括经由冷水管线l2连接到mh单元3并储存提供给mh单元3的冷水的冷水箱51、冷却冷水箱51中的冷水的冷却器52、以及从冷水箱51向mh单元3输送冷水的泵53。
45.燃料电池4通常安装在远离氢气生成装置2的位置。燃料电池4是通过向阳极
(anode)供给氢气且向阴极(cathode)供给氧气，使氢气和氧气在常温或高温环境下反应，从而能够持续地输出电力的发电装置。
46.作为燃料电池4，例如，已知有通过夹着离子交换膜向正极供给氧化剂、作为还原剂的氢气发电的固体高分子型燃料电池。
47.由燃料电池4得到的电能够用作向家用交流电源供给的电。由家用交流电源供给的电力为100～200v。这样的家用交流电源能够用作灾害时所需的便携终端用的电源、家用电视等的家电产品的电源。
48.燃料电池4经由放出用氢气管线l3而与多个mh单元3连接。通过从吸留有氢气的状态的mh单元3释放氢气，燃料电池4进行发电。另外，多个mh单元3收纳于与外部隔绝的隔离空间内。另外，标号41表示设置于放出用氢气管线l3中的防爆规格的电磁阀。
49.另外，燃料电池4在使外部空气所包含的氧气与从mh单元3供给的氢气反应而进行发电时，在多个电池单元4a所获取的外部空气的吸气温度为低温(例如15℃以下)的场合，具有产生可能成为电池单元4a的故障原因的溢流的担心。因此，如图2的(a)、(b)所示的那样，优选设置排热再利用机构42，该排热再利用机构42在进气温度较低的情况下使发电时的排气的至少一部分返回进气侧而对外部空气进行加热。由此，能够抑制溢流。
50.排热再利用机构42包括：测定通过燃料电池4而吸入的外部空气的温度(进气温度)的温度传感器43；可开闭地设置有将外壳c与设置于外壳c的上部的返回管道d连通的排气侧开口h1的风门44；经由将外壳c与返回管道d连通的进气侧开口h2而使返回管道d内的空气返回到外壳c的风扇45；以及对它们进行动作控制的控制器46。
51.排气侧开口h1在外壳c内流动的空气的流动方向上相对于燃料电池4设置于排气侧，进气侧开口h2在外壳c内流动的空气的流动方向上相对于燃料电池4设置于进气侧。另外，标号44a表示使风门44进退移动的驱动马达。
52.在温度传感器43计测出的外部空气温度为规定温度以下的场合，如图2的(a)所示的那样，通过打开风门44并且驱动风扇45，由燃料电池4的排热加热后的空气通过排气侧开口h1、回流管道d以及进气侧开口h2而与外部空气混合，由此对外部空气进行加热。
53.另一方面，在温度传感器43计测出的外部空气温度比规定温度高的场合，如图2的(b)所示的那样，通过关闭风门44并且使风扇45停止，通过燃料电池4的排热加热后的空气直接向外部排出。
54.由此，通过利用燃料电池4的排热对外部空气进行加热，能够不另外设置大规模的配管等而简便地抑制溢流。
55.接着，基于图3～图5对mh单元3的结构进行说明。mh单元3包括两个罐体31、护套32、温度调节部件33以及外壳34。
56.罐体31是收纳有储氢合金的储氢瓶。罐体31的容量例如为500nl。作为储氢合金，已知有例如ab2型、ab5型、bcc固溶体型、ti-fe系、v系、mg合金、pd系、ca系合金等，但不限于此。需要说明的是，氢气储存装置除了上述mh单元3以外，例如，也可以是有机氢化物、液态氢罐、高压氢罐等，但储氢合金在辅助设备少、操作容易的方面是优选的。
57.护套32是铜等的导热性优异的金属制。护套32以与罐体31的外周及底面接触的方式形成为大致圆筒状，收容罐体31。另外，护套32只要至少与罐体31的一部分接触，则可以是任何形态，例如，也可以仅与护套32的外周接触。
58.温度调节部件33配置于两个罐体31之间，与护套32接合。温度调节部件33最好使用热传导率优异的金属，例如，可以考虑使用铝、铁、不锈钢等。
59.在温度调节部件33中形成有从侧面观察时形成为u字状的冷水路径33a。
60.另外，在温度调节部件33中埋设有在放氢时对罐体31进行加热的两个筒式加热器33b。
61.外壳34形成为大致长方体状。在外壳34的内部设置有在垂直方向上分成两半的一对隔热件35a、35b。隔热件35a、35b以在其内部夹入罐体31的方式收容。另外，在外壳34上安装有适于外壳34的搬运的在图中没有示出的把手。
62.在外壳34的上盖部设置有氢用接头34a、冷水输入侧接头34b、冷水输出侧接头34c及加热器用电源接头34d。
63.氢用接头34a与储存用氢气管线l1或放出用氢气管线l3连接，并且经由在图中没有示出的管而与两个罐体31连接。另外，通过替换与氢用接头34a连接的氢气管线，能够切换罐体31与氢气生成装置2或燃料电池4的连接。
64.冷水输入侧接头34b与从冷水箱51供给冷水的冷水管线l2连接，并且经由在图中没有示出的管与冷水路径33a的入口端连接。
65.冷水输出侧接头34c经由在图中没有示出的管与冷水路径33a的出口端连接，并且与使冷水回流至冷水箱51的冷水管线l2连接。
66.冷水输入侧接头34b及冷水输出侧接头34c在氢气吸藏时与冷水管线l2连接，在氢气放出时与冷水管线l2断开。
67.而且，在吸藏氢气生成装置2已生成的氢气时，通过冷水在冷水路径33a内流动，将与温度调节部件33相接触的罐体31直接冷却。进而，通过冷却温度调节部件33，经由护套32间接地冷却罐体31。此外，冷水的温度以氢气吸藏时的罐体31为规定温度(例如15℃)的方式设定。
68.加热器用电源接头34d经由电源线缆61而与加热器用电源6连接，并且经由在图中没有示出的线缆而与筒式加热器33b连接。加热器用电源接头34d在氢气吸藏时从加热器用电源6断开，在释放氢气时与加热器用电源6连接。
69.然后，当启动筒式加热器33b时，将温度调节部件33加热，将与温度调节部件33接触的罐体31直接加热。进而，经由护套32间接地对罐体31进行加热。另外，筒式加热器33b的加热温度以mh单元3释放氢气时的罐体31的温度为规定温度(例如30℃)的方式设定。另外，温度调节部件33的加热并不限定于上述的筒式加热器33b的加热，例如，也可以是使热水在冷水路径33a中流动的结构等。通过在罐体31的加热中使用筒式加热器33b，不需要供温水等流动的配管、泵等的辅助设备，并且与温水等相比能够高效地对罐体31进行加热。
70.像这样，mh单元3在通过隔热件35a、35b而与外部绝热的状态下，通过实施罐体31的冷却或加热，能够不受到外部环境的影响(例如，外部空气温度显著高于冷却温度的情况、或外部空气温度显著低于加热温度等)，高效地进行氢气的吸藏及放出。
71.另外，最好，在mh单元3中设置有监视罐体31的温度的未图示的温度传感器。由此，例如，在罐体31的温度为29℃以下的场合，实施筒式加热器33b的加热，在罐体31的温度达到30℃后，停止筒式加热器33b的温热等，能够将罐体31的温度维持在约30℃左右。
72.像这样，本实施方式涉及的氢气发电系统1能够适当地切断mh单元3与氢气生成装
置2或燃料电池4的连接，能够高效地实施氢气的储存以及使用氢气的发电。
73.本发明只要不脱离本发明的精神就可以进行各种改变，而且，本发明当然也涉及该改变后的发明。
74.标号的说明：
75.标号1表示氢气发电系统；
76.标号2表示氢气生成装置；
77.标号21表示水电解堆；
78.标号22表示纯水精制装置；
79.标号23表示太阳能电池(可再生能源发电装置)；
80.标号24表示二次电池；
81.标号3表示mh单元(筒式氢气储存装置)；
82.标号31表示罐；
83.标号32表示护套；
84.标号33表示温度调节部件；
85.标号33a表示冷水路径；
86.标号33b表示筒式加热器；
87.标号34表示外壳；
88.标号34a表示氢用接头；
89.标号34b表示冷水输入侧接头；
90.标号34c表示冷水输出侧接头；
91.标号34d表示加热器用电源接头；
92.标号35a、35b表示隔热件；
93.标号4表示燃料电池；
94.标号42表示排热再利用机构；
95.标号5表示冷却装置；
96.标号51表示冷水箱；
97.标号52表示冷却器；
98.标号53表示泵；
99.标号6表示加热器用电源；
100.标号61表示电源线缆；
101.符号l1表示储存用氢气管线；
102.符号l2表示冷水管线；
103.符号l3表示放出用氢气管线。