(57)【要約】【課題】効率の良い水素利用システムを提供する。【解決手段】水素利用システム２００は、再生可能エネルギーの電気を用いて水素を製造する水素製造装置２と、水素製造装置２によって製造された水素を貯蔵可能且つ貯蔵した水素を放出可能な水素吸蔵合金を有する水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３が設けられた水素貯蔵装置３と、水素貯蔵装置３に貯蔵された水素を用いて発電し、電気を放出する燃料電池４と、水素製造装置２又は燃料電池４で生じる温熱を水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３に供給可能に構成された熱媒流路２０２と、水素と電気の供給又は停止、及び熱媒流路２０２における熱媒の流動を制御可能に構成された制御装置と、を備える。３つの水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３の熱容量が互いに異なっている。【選択図】図１
2020184410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
再生可能エネルギーの余剰電力を用いて水素を製造する水素製造装置と、
前記水素製造装置によって製造された水素を貯蔵可能且つ貯蔵した前記水素を放出可能な水素吸蔵合金を有する水素吸蔵合金タンクが複数設けられた水素貯蔵装置と、
前記水素貯蔵装置に貯蔵された水素を用いて発電し、発電した発電電力を放出する燃料電池と、
前記水素製造装置又は前記燃料電池で生じる温熱を複数の前記水素吸蔵合金タンクに供給可能に構成された熱媒流路と、
前記水素、前記余剰電力及び前記発電電力の供給又は停止、及び前記熱媒流路における熱媒の流動を制御可能に構成された制御装置と、
を備え、
複数の前記水素吸蔵合金タンクの熱容量が互いに異なる、
水素利用システム。
【請求項２】
請求項１に記載の水素利用システムにおける熱管理方法であって、
複数の前記水素吸蔵合金タンクに貯蔵される水素の総量が少なくとも所定の貯蔵量に達するまで前記熱容量が小さい前記水素吸蔵合金タンクから順に、前記水素製造装置で製造した水素を前記水素吸蔵合金タンクに供給して前記水素を吸蔵させる水素吸蔵工程と、
全ての前記水素吸蔵合金タンクに前記熱媒を循環させる第１熱媒循環工程と、
を備える、
水素利用システムにおける熱管理方法。
【請求項３】
請求項１に記載の水素利用システムにおける熱管理方法であって、
複数の前記水素吸蔵合金タンクから放出される水素の総量が少なくとも所定の放出量に達するまで前記熱容量が小さい前記水素吸蔵合金タンクから順に、吸蔵していた前記水素を前記燃料電池に放出する水素放出工程と、
前記燃料電池からの排熱が回収可能になるまで全ての前記水素吸蔵合金タンクに前記熱媒を循環させる第２熱媒循環工程と、
前記燃料電池からの排熱が回収可能になってから前記水素を放出している前記水素吸蔵合金タンクと前記燃料電池に前記熱媒を循環させる第３熱媒循環工程と、
を備える、
水素利用システムにおける熱管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素利用システム及び水素利用システムにおける熱管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光発電が急速に普及しているが、太陽光発電の供給電力量が需要電力量を上回る懸念が生じている。その場合、太陽光発電から出力され且つ蓄電池等を用いて捨てられるエネルギーは余剰電力として貯蔵されることが望ましい。余剰電力を貯蔵する方法として、水素吸蔵合金を用いる方法が注目されている。水素吸蔵合金を用いてエネルギーを貯蔵する方法での貯蔵時のエネルギーに対する放出時のエネルギーの変換効率は、蓄電池を用いる方法に比べて低い。しかしながら、水素吸蔵合金を用いてエネルギーを貯蔵する方法は、大容量且つ長期的なエネルギーの貯蔵に適している。
【０００３】
例えば、特許文献１には、電力を使用して水素を製造・貯蔵し、水素で発電する水素利用システムを備えた電力供給システムが開示されている。この電力供給システムでは、電力系統に連系された需要家に、水素製造装置、水素貯蔵装置、燃料電池、負荷モニタ装置、監視制御装置が設けられている。また、特許文献１に開示されている電力供給システムでは、需要予測及び負荷変動に基づき、水素を製造・貯蔵・利用する。
【０００４】
また、特許文献２には、自然エネルギーにより水素を製造・貯蔵・利用する水素利用システムを備えた電力供給システムが開示されている。この電力供給システムは、太陽光パネル等の自然エネルギー発電装置、パワーコンディショナ装置、蓄電池、水素製造装置、水素貯蔵装置、燃料電池を備えている。また、特許文献２に開示されている電力供給システムは、日中の自然エネルギー発電装置の発電量の予測値と施設の電力需要量の予測値とに基づき、蓄電池及び水素製造装置に供給する電力量を決定する。また、この電力供給システムは、夜間に蓄電池から施設に供給する電力量と燃料電池から施設に供給する電力量とを決定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−０６１２５１号公報
【特許文献２】特許第６１８９４４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の特許文献１，２の水素利用システムでは、水素吸蔵合金を用いて効率良く水素を放出させる、即ち燃料電池で発電するためには、水素吸蔵合金が収容されているタンクの内部の圧力が燃料電池の動作圧力より十分に高くなければならない。タンクの内部の圧力が燃料電池の動作圧力より低い場合は、水素吸蔵合金を加温してタンクの内部の圧力を高める必要がある。
【０００７】
水素吸蔵合金を加温する方法としては、燃料電池の排熱を用いる方法が挙げられる。しかしながら、燃料電池の排熱を得るためには、燃料電池を起動するための電力、即ち水素吸蔵合金からの水素放出が必要である。そのため、燃料電池の排熱は、水素吸蔵合金による水素放出の初期段階で使用できず、タンクに加温用の熱源や蓄熱槽を設けなければならない。このことによって、タンクが大型になり、タンクの内部に熱源や蓄熱槽を設置する手間とコストがかかり、水素利用システムの使用効率が低下するという問題があった。
【０００８】
本発明は、使用効率の高い水素利用システム及び水素利用システムにおける熱管理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の水素利用システムは、再生可能エネルギーの余剰電力を用いて水素を製造する水素製造装置と、前記水素製造装置によって製造された水素を貯蔵可能且つ貯蔵した前記水素を放出可能な水素吸蔵合金を有する水素吸蔵合金タンクが複数設けられた水素貯蔵装置と、前記水素貯蔵装置に貯蔵された水素を用いて発電し、発電した発電電力を放出する燃料電池と、前記水素製造装置又は前記燃料電池で生じる温熱を複数の前記水素吸蔵合金タンクに供給可能に構成された熱媒流路と、前記水素、前記余剰電力及び前記発電電力の供給又は停止、及び前記熱媒流路における熱媒の流動を制御可能に構成された制御装置と、を備え、複数の前記水素吸蔵合金タンクの熱容量が互いに異なる。
【００１０】
上述の水素利用システムによれば、水素貯蔵装置は熱容量の互いに異なる水素吸蔵合金タンクを複数備えているので、稼働状況に応じて水素吸蔵合金タンクの総熱容量を変更可能になる。例えば、水素製造装置からの温熱や水素吸蔵合金における水素の吸蔵時の発熱、水素の放出時の吸熱によって複数の水素吸蔵合金タンクが加温・冷却される場合は、全ての水素吸蔵合金タンクを加温・冷却対象とし、水素吸蔵合金タンク（水素吸蔵装置）の総熱容量を大きくすることができる。また、燃料電池からの温熱によって複数の水素吸蔵合金タンクが加温される場合は、水素を放出している水素吸蔵合金タンクのみを加温対象とし、水素吸蔵合金タンクの総熱容量を最小限に抑えることができる。このことによって、水素利用システムの使用効率が高まる。
【００１１】
本発明の水素利用システムにおける熱管理方法は、上述の水素利用システムにおける熱管理方法であって、複数の前記水素吸蔵合金タンクに貯蔵される水素の総量が少なくとも所定の貯蔵量に達するまで前記熱容量が小さい前記水素吸蔵合金タンクから順に、前記水素製造装置で製造した水素を前記水素吸蔵合金タンクに供給して前記水素を吸蔵する水素吸蔵工程と、全ての前記水素吸蔵合金タンクに前記熱媒を循環させる第１熱媒循環工程と、を備える。
【００１２】
上述の水素利用システムにおける熱管理方法によれば、水素吸蔵工程において、熱容量の小さい水素吸蔵合金タンクから順に、水素製造装置で製造された水素が吸蔵される。複数の水素吸蔵合金タンクに亘る水素の吸蔵総量が少なくとも所定の水素の吸蔵量に達した時点で水素吸蔵工程が完了する。第１熱媒循環工程では、水素吸蔵工程で未使用の水素吸蔵合金タンクを含めて全ての水素吸蔵合金タンクに熱媒を循環させるので、水素吸蔵時に発生する反応熱（温熱）は、全ての水素吸蔵合金タンクの加温に用いられる。また、熱容量の大きい水素吸蔵合金タンクは、蓄熱体として機能する。これらのことによって、全ての水素吸蔵合金タンクの水素吸蔵合金が水素を放出可能な温度以上に維持されやすくなり、水素利用システムの使用効率が高まる。
【００１３】
本発明の水素利用システムにおける熱管理方法は、上述の水素利用システムにおける熱管理方法であって、複数の前記水素吸蔵合金タンクから放出される水素の総量が少なくとも所定の放出量に達するまで前記熱容量が小さい前記水素吸蔵合金タンクから順に、吸蔵していた前記水素を前記燃料電池に放出する水素放出工程と、前記燃料電池からの排熱が回収可能になるまで全ての前記水素吸蔵合金タンクに前記熱媒を循環させる第２熱媒循環工程と、前記燃料電池からの排熱が回収可能になってから前記水素を放出している前記水素吸蔵合金タンクと前記燃料電池に前記熱媒を循環させる第３熱媒循環工程と、を備える。
【００１４】
上述の水素利用システムにおける熱管理方法によれば、水素放出工程において、熱容量の小さい水素吸蔵合金タンクから順に、水素吸蔵合金に吸蔵されていた水素が放出される。複数の水素吸蔵合金タンクに亘る水素の放出総量が少なくとも所定の水素の放出量に達した時点で水素放出工程が完了する。第２熱媒循環工程では、例えば水素の吸蔵時に未使用であった水素吸蔵合金タンクを含め、全ての水素吸蔵合金タンクに熱媒を循環させる。このとき、例えば水素の吸蔵時に未使用であった熱容量の大きい水素吸蔵合金タンクからは温熱が供給されると共に、水素を放出している複数の水素吸蔵合金タンクの吸熱が全ての水素吸蔵合金タンクの冷却に寄与する。このことによって、水素の放出に伴う水素吸蔵合金タンクの温度低下が抑えられる。燃料電池からの排熱回収が可能となった時点で、第２熱媒循環工程から、第３熱媒循環工程に移行する。第３熱媒循環工程では、複数の水素吸蔵合金タンクのうち水素を放出している水素吸蔵合金タンクと燃料電池でのみ熱媒を循環させる。このことによって、燃料電池からの温熱による加温対象の水素吸蔵合金タンクの熱容量が最低限に抑えられ、加温対象の水素吸蔵合金タンクが速やかに加温される。したがって、水素利用システムの使用効率が高まる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の水素利用システム及び水素利用システムにおける熱管理方法によれば、水素利用システムの使用効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態の水素利用システムの概略構成図である。
【図２】図１に示す水素利用システムの水素吸蔵合金における水素の吸蔵・放出反応を示す化学式である。
【図３】図１に示す水素利用システムの水素吸蔵合金のＰＣＴ線図の一例である。
【図４】本発明の一実施形態の水素利用システムの熱管理方法を説明するための概略図であり、水素利用システムの動作モードが水素製造・吸蔵モードである状態を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態の水素利用システムの熱管理方法を説明するための概略図であり、水素利用システムの動作モードが水素放出・燃料電池発電モードで動作している状態を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態の水素利用システムの熱管理方法を説明するための概略図であり、水素利用システムの動作モードが水素放出・燃料電池発電モードで動作している状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の水素利用システム及び水素利用システムにおける熱管理方法の好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１８】
［水素利用システムの構成］
本発明の一実施形態の水素利用システムは、不図示の電力供給システムに組み込まれている。前述の電力供給システムは、太陽光や風力、地熱等の再生可能エネルギーの余剰電力を活用し、例えば建物のＺＥＢ（Zero Energy Building）化を実現する。前述の電力供給システムは蓄電池を備え、蓄電池は上述の余剰電力を蓄電し、蓄電した蓄電量に基づいて放電する。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態の水素利用システム２００は、水素製造装置２、水素貯蔵装置３、燃料電池４、熱媒流路２０２、制御装置（図示略）を備えている。
【００２０】
水素製造装置２は、再生可能エネルギーの余剰電力を用いて水素を製造する装置であり、電解槽２１及び熱交換器２２を備えている。図１及び図４に示すように、電解槽２１は、駆動用の電気（発電電力）Ｅ１を供給され、純水ＰＷを電気分解することによって水素Ｈ１を製造する。電解槽２１には、電気供給路２１１、純水供給路２１６、水素供給路２２１、熱媒供給路２３１，２３３が接続されている。電気Ｅ１は、不図示の電力供給システムの蓄電池等から電気供給路２１１を介して電解槽２１に供給される。純水ＰＷは、不図示の純水供給装置から純水供給路２１６を介して電解槽２１へ供給される。電解槽２１で製造された水素Ｈ１は、水素供給路２２１を介して水素貯蔵装置３に供給される。水素供給路２２１には、バルブ２５１が設けられている。
【００２１】
熱交換器２２は、熱媒供給路２３１，２３３を介して電解槽２１に接続され、熱媒供給路２３２を介して第１熱媒流路１１に接続され、熱媒供給路２３４を介して第２熱媒流路１２に接続されている。熱交換器２２は、中温水（熱媒）ＨＣ１と低温水（熱媒）ＨＣ２との熱交換を行う。上述のように水素Ｈ１が製造される際に、電解槽２１が放熱する。電解槽２１の放熱によって温められた純水ＰＷは、中温水ＨＣ１として熱媒供給路２３１を介して熱交換器２２に供給される。低温水ＨＣ２は、第１熱媒流路１１から熱媒供給路２３２を介して熱交換器２２に供給される。熱媒供給路２３２には、バルブ２５２が設けられている。
【００２２】
熱交換によって冷やされた中温水ＨＣ１は、低温水ＨＣ３として熱媒供給路２３３を介して電解槽２１に戻される。熱交換によって温められた低温水ＨＣ２は、中温水ＨＣ４として熱媒供給路２３４を介して第２熱媒流路１２に供給される。熱交換器２２の種類は、例えばプレート式やフィンチューブ式等であるが、中温水ＨＣ１と低温水ＨＣ２との熱交換を行うことが可能であれば特に限定されない。
【００２３】
水素貯蔵装置３は、水素製造装置２によって製造された水素Ｈ１を貯蔵し且つ貯蔵した水素Ｈ１を適時放出する装置であり、３つの水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３を備えている。バルブ２５１より下流側の水素供給路２２１は、３つの水素供給路２２１−１，２２１−２，２２１−３に分岐している。水素製造装置２から供給された水素Ｈ１は、水素Ｈ１−１，Ｈ１−２，Ｈ１−３に分配され、水素供給路２２１−１，２２１−２，２２１−３を介して水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３に供給される。
【００２４】
水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３はそれぞれ、水素Ｈ１−１，Ｈ１−２，Ｈ１−３を貯蔵可能且つ貯蔵した水素Ｈ１−１，Ｈ１−２，Ｈ１−３を水素放出可能な水素吸蔵合金を有する。水素吸蔵合金は、図２に示す可逆的な化学式（１）に従って水素の吸蔵及び放出の一方又は双方を行う。化学式（１）におけるnは、水素吸蔵合金の水素吸蔵量を表す自然数である。自然数ｎが大きい程、水素吸蔵合金の最大水素吸蔵量が多いことを表す。水素吸蔵合金は、例えば水素化マグネシウム（ＭｇＨ２）、水素化チタン（ＴｉＨ２）、水素化バナジウム（ＶＨ２）、水素化ジルコニウム（ＺｒＨ２）であるが、化学式（１）に従って水素の吸蔵及び放出の一方又は双方を行うことができる物質であれば特に限定されない。
【００２５】
水素吸蔵合金タンク３１−Ｚの各水素吸蔵合金における水素の吸蔵特性及び放出特性は、例えば図３に示す圧力−組成等温線図（ＰＣＴ線図）によって表される。本実施形態においてＺは、１から３までの自然数であり、水素吸蔵合金タンクの番号を表す。図３に示すＰＣＴ線図の縦軸は、水素Ｈ１−Ｚのある温度における平衡圧力ＰＨ２を表している。図３に示すＰＣＴ線図の横軸は、水素吸蔵合金タンク３１−Ｚの各水素吸蔵合金における水素の貯蔵量を表し、各水素吸蔵合金における水素濃度［質量％］で表される。
【００２６】
水素吸蔵合金タンク３１−Ｚの水素吸蔵合金の温度をＴ度に保った状態で、水素Ｈ１−Ｚの圧力をゆっくり上げると、水素濃度Ｈ／Ｍは、図３に示すＱ１点からＱ２点までの曲線を描くように上昇する。一方で、Ｑ１点からＱ２点までの範囲では、水素吸蔵合金タンク３１−Ｚの各水素吸蔵合金における金属の表面に吸着していた水素分子（水素）は、平衡圧力ＰＨ２が高まるにつれて解離して水素原子（水素）になり、金属内に溶解して固溶体を形成する。Ｑ１点からＱ２点までの範囲では、固溶限界があるため、水素Ｈ１−Ｚの圧力を高めても水素濃度Ｈ／Ｍはあまり増えない。
【００２７】
水素濃度Ｈ／Ｍが図３に示すＱ２点に達すると、固溶体における金属が固溶していた水素原子と反応して金属水素化物を生成する。図３に示すＱ３点では、水素吸蔵合金タンク３１−Ｚの各水素吸蔵合金の全体が金属水素化物になっている。Ｑ２点からＱ３点までの間では、水素吸蔵合金タンク３１−Ｚの各水素吸蔵合金において固溶体と金属水素化物とが共存し、水素Ｈ１−Ｚの圧力が一定となる。Ｑ２点からＱ３点までの領域は、プラトー領域と呼ばれている。
【００２８】
Ｑ４点から水素Ｈ１−Ｚの圧力を下げると、水素Ｈ１−Ｚの吸蔵時と同様に放出時のプラトー領域が現れる。水素Ｈ１−Ｚの吸蔵時と放出時の各プラトー領域での平衡圧力ＰＨ２にはヒステリシスと呼ばれる差圧が存在する。通常、水素Ｈ１−Ｚの吸蔵時のプラトー領域の平衡圧力ＰＨ２の方が、水素Ｈ１−Ｚの放出時のプラトー領域の平衡圧力ＰＨ２より高い。
【００２９】
図１に示す水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３の熱容量は、互いに異なっている。つまり、図２に示す水素吸蔵合金タンク３１−Ｚのある温度における平衡圧力ＰＨ２は、互いに異なっている。
【００３０】
本実施形態では、水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３の順に、熱容量が小さい。即ち、３つの水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３のうち、水素吸蔵合金タンク３１−１の熱容量が最も小さく、水素吸蔵合金タンク３１−３の熱容量が最も大きい。水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２同士の熱容量の差、及び水素吸蔵合金タンク３１−２，３１−３同士の熱容量の差は、互いに略等しい。具体的には、３１−１，３１−２，３１−３のうち、水素吸蔵合金タンク３１−１の内容積が最も小さく、水素吸蔵合金タンク３１−３の内容積が最も大きい。
【００３１】
水素吸蔵合金タンク３１−Ｚは、水素供給路２２１−Ｚ，２２１を介して電解槽２１に接続され、熱媒供給路２３５−Ｚ，２３５を介して第２熱媒流路１２に接続され、熱媒供給路２３６−Ｚ，２３６を介して第１熱媒流路１１に接続されている。熱媒供給路２３５には、ポンプ２６０が設けられている。ポンプ２６０より下流側の熱媒供給路２３５は、３つの熱媒供給路２３５−１，２３５−２，２３５−３に分岐している。熱媒供給路２３５−１，２３５−２，２３５−３のそれぞれには、バルブ２５３−１，２５３−２，２５３−３が設けられている。ポンプ２６０によって汲み上げられた中温水ＨＣ４は、中温水（熱媒）ＨＣ５として供給され、中温水ＨＣ５−１，ＨＣ５−２，ＨＣ５−３に分配され、水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３に供給される。
【００３２】
熱媒供給路２３６は、３つの熱媒供給路２３６−１，２３６−２，２３６−３に分岐している。水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３の加温等に用いられた中温水ＨＣ５−１，ＨＣ５−２，ＨＣ５−３は、中温の熱媒ＨＣ６−１，ＨＣ６−２，ＨＣ６−３として熱媒供給路２３６−１，２３６−２，２３６−３に供給され、熱媒ＨＣ６に合わせられて熱媒供給路２３６を介して第１熱媒流路１１に供給される。
【００３３】
水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３は、それぞれの熱容量及びそれぞれに供給される中温水の量、水素濃度Ｈ／Ｍ等に応じ、図３に示したＰＣＴ線図で表される特性に従って、水素Ｈ１−１，Ｈ１−２，Ｈ１−３の吸蔵及び放出の一方又は双方のうち何れかの動作を行う。水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３の動作については後述する。
【００３４】
水素吸蔵合金タンク３１−Ｚには、水素供給路２２２−Ｚが接続されている。３つの水素供給路２２２−１，２２２−２，２２２−３は、１つの水素供給路２２２に合流している。水素供給路２２２には、バルブ２５４が設けられている。水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３から放出される水素Ｈ１−１，Ｈ１−２，Ｈ１−３は、水素Ｈ２−１，Ｈ２−２，Ｈ２−３として水素供給路２２２−１，２２２−２，２２２−３及び水素供給路２２２を介して燃料電池４に供給される。分岐位置Ｘには、例えば三方弁等のように水素Ｈ１の送り先を切り替える構成が設けられていてもよい。
【００３５】
燃料電池４は、水素貯蔵装置３に貯蔵されている水素Ｈ１−１，Ｈ１−２，Ｈ１−３が放電されてなる水素Ｈ２−１，Ｈ２−２，Ｈ２−３を用いて発電し、発電した電気（発電電気）Ｅ２を放出する装置であり、スタック４１及び熱交換器４２を備えている。スタック４１は、最小単位構造である板状セル（図示略）を直列に１００枚程度積層して結合した構造体である。板状セルは、セパレータ、アノード、電解質膜、カソード、セパレータをこの順に組み合わせた構造体である。セパレータ、アノード、電解質、及びカソードの各材料は、公知の燃料電池のスタックと同様である。
【００３６】
スタック４１は、供給される水素Ｈ２−１，Ｈ２−２，Ｈ２−３を用いて発電し、発電した電気Ｅ２を放出する。スタック４１には、水素供給路２２２、電気供給路２１２、熱媒供給路２３７，２３９が接続されている。電気Ｅ２は、スタック４１から電気供給路２１２を介して不図示の電力供給システムの電力供給対象の建物等に供給される。
【００３７】
熱交換器４２は、熱媒供給路２３７，２３９を介してスタック４１に接続され、熱媒供給路２３８を介して第１熱媒流路１１に接続され、熱媒供給路２４０を介して第２熱媒流路１２に接続されている。熱交換器４２は、中温水（熱媒）ＨＣ７と低温水（熱媒）ＨＣ８との熱交換を行う。上述のように電気Ｅ２が放出される際に、スタック４１が放熱する。スタック４１の放熱によって温められた中温水ＨＣ７は、熱媒供給路２３７を介して熱交換器４２に供給される。低温水ＨＣ８は、第１熱媒流路１１から熱媒供給路２３８を介して熱交換器４２に供給される。熱媒供給路２３８には、バルブ２５５が設けられている。
【００３８】
熱交換によって冷やされた中温水ＨＣ７は、低温水ＨＣ９として熱媒供給路２３９を介してスタック４１に戻される。熱交換によって温められた低温水ＨＣ８は、中温水ＨＣ１０として熱媒供給路２４０を介して第２熱媒流路１２に供給される。熱交換器４２の種類は、例えばプレート式やフィンチューブ式等であるが、中温水ＨＣ７と低温水ＨＣ８との熱交換を行うことが可能であれば特に限定されない。
【００３９】
第１熱媒流路１１と第２熱媒流路１２とは、熱媒接続路２４１を介して接続されている。即ち、第１熱媒流路１１に流通する熱媒は、熱媒接続路２４１を介して第２熱媒流路１２に供給可能とされている。熱媒接続路２４１には、バルブ２５６が設けられている。
【００４０】
熱媒流路２０２は、第１熱媒流路１１、第２熱媒流路１２、熱媒供給路２３１〜２４０、熱媒接続路２４１で構成されている。熱媒流路２０２は、詳細を後述するように、水素製造装置２又は燃料電池４で生じる温熱を中温水ＨＣ４，ＨＣ１０として複数の水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３に供給可能に構成されている。
【００４１】
不図示の制御装置は、詳細を後述するように、水素Ｈ１，Ｈ２と電気Ｅ１，Ｅ２の供給又は停止、及び熱媒流路２０２における各熱媒の流動を制御可能に構成されている。例えば、制御装置は、コンピュータで構成されている。
制御装置は、水素Ｈ１，Ｈ２と電気Ｅ１，Ｅ２の供給又は停止、及び熱媒流路２０２における各熱媒の流動を制御する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されてもよい。なお、前述の「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を意味する。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を意味する。さらに、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」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を含んでもよい。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」は、前述のように短時間の間、動的にプログラムを保持するものである場合に、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。また上述のプログラムは、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、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、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。
【００４２】
［水素利用システムにおける熱管理方法］
次いで、本発明の一実施形態の水素利用システムにおける熱管理方法について説明する。本実施形態の水素利用システムにおける熱管理方法では、＜１＞水素製造・吸蔵モード、＜２＞水素吸蔵・放出停止モード、＜３＞水素放出・燃料電池発電モード、の３つの動作モードを制御装置によって管理する。以下、各動作モードの管理について説明する。なお、以下の説明で参照する図４から図７では、稼働している構成のみを示し、稼働している各供給路及び各流路について流通している熱媒又は水素及びそれらの進行方向のみを示している。また、初期状態では各バルブ２５１，２５２，２５３−１，２５３−２，２５３−３，２５４，２５５，２５６は、閉じている。
【００４３】
＜１＞水素製造・吸蔵モード
図１及び図４に示すように、本動作モードでは、水素製造工程と、第１熱媒循環工程と、と、を行う。
【００４４】
水素製造工程では、水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３に貯蔵される水素の総量が少なくとも所定の貯蔵量に達するまで、熱容量が小さい水素吸蔵合金タンク３１−１から順に、水素製造装置２で製造した水素Ｈ１を水素吸蔵合金タンクに供給する。詳細には、制御装置によって、電解槽２１に電気Ｅ１及び純水ＰＷを供給する。電解槽２１は、純水ＰＷを電気分解することにより水素Ｈ１を製造する。このとき、電解槽２１から熱が発生し、水素Ｈ１の製造時に未反応だった純水が加温される。水素製造装置２は、未反応の純水を回収して純水ＰＷに混合し、純水ＰＷの温度を中温程度の４０度〜５０度に上昇させる。純水ＰＷの温度が上昇したら、未反応の純水を中温水ＨＣ１として熱交換器２２に供給する。中温水ＨＣ１から熱交換器２２を介して３０度程度の温熱が取り出される。
【００４５】
次に、バルブ２５２を開け、不図示の電力供給システムの建物等から第１熱媒流路１１及び熱媒供給路２３２を介して、熱交換器２２に低温水ＨＣ２を供給する。前述のように取り出された３０度程度の温熱によって低温水ＨＣ２は加温される。熱交換器２２における中温水ＨＣ１と低温水ＨＣ２との熱交換を繰り返し、低温水ＨＣ３を電解槽２１に戻し、中温水ＨＣ４を第２熱媒流路１２に供給する。
【００４６】
次に、バルブ２５１を開ける。ここで、水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３の各熱容量に応じた各最大水素吸蔵量をＣ３１−１，Ｃ３１−２，Ｃ３１−３とする。また、水素利用システム２００で貯蔵すべき水素Ｈ１の所定の吸蔵量（貯蔵量）をＴＣとする。吸蔵量ＴＣは、合計最大水素吸蔵量｛（Ｃ３１−１）＋（Ｃ３１−２）＋（Ｃ３１−３）｝より小さく、且つ最大水素吸蔵量Ｃ３１−１，Ｃ３１−２，Ｃ３１−３の何れよりも大きい。本動作モードでは、（Ｃ３１−１）＜ＴＣ＜｛（Ｃ３１−１）＋（Ｃ３１−２）｝であると想定する。
【００４７】
バルブ２５１を通った水素Ｈ１は、先ず、水素Ｈ１−１として水素吸蔵合金タンク３１−１に送られる。水素吸蔵合金タンク３１−１は、最大水素吸蔵量Ｃ３１−１と略同量の水素Ｈ１−１を吸蔵する。続いて、バルブ２５１を通った水素Ｈ１は、水素Ｈ１−２として水素吸蔵合金タンク３１−２に送られる。水素吸蔵合金タンク３１−２は、吸蔵量｛ＴＣ−（Ｃ３１−１）｝の水素Ｈ１−２を吸蔵する。この時点で、水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２に吸蔵された水素Ｈ１−１，Ｈ１−２の合計吸蔵量（総量）が所定の吸蔵量ＴＣに達する。水素吸蔵合金タンク３１−３は、使用されない。なお、「水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３に貯蔵される水素の総量が少なくとも所定の貯蔵量ＴＣに達するまで」とは、未使用の水素吸蔵合金タンクが１つ以上あるように水素Ｈ１−１，Ｈ１−２の吸蔵量を貯蔵量ＴＣから増やしてもよいことを意味する。したがって、水素吸蔵合金タンク３１−２は、吸蔵量Ｃ３１−２の水素Ｈ１−２を吸蔵してもよい。
【００４８】
第１熱媒循環工程では、全ての水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３に中温水ＨＣ５を循環させる。具体的には、制御装置によって、ポンプ２６０を作動させ、中温水ＨＣ４を中温水ＨＣ５として熱媒供給路２３５に汲み上げる。バルブ２５３−１，２５３−２，２５３−３を開け、中温水ＨＣ５を中温水ＨＣ５−１，ＨＣ５−２，ＨＣ５−３に分配し、水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３に供給する。水素製造工程で水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２が水素Ｈ１−１，Ｈ１−２を吸蔵している間、水素吸蔵合金が水素Ｈ１−１，Ｈ１−２を吸蔵する際の吸蔵反応によって発生する反応熱を回収して、中温水ＨＣ５−１，ＨＣ５−２を温める。温められた中温水ＨＣ５−１，ＨＣ５−２を水素吸蔵時に未使用の水素吸蔵合金タンク３１−３も含めて全ての水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３に循環させる。このことによって、水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３の各水素吸蔵合金の温度が水素放出可能な所定の温度以上に維持される。
【００４９】
＜２＞水素吸蔵・放出停止モード
本動作モードでは、水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３の何れも水素の吸蔵も放出も行っていない。そのため、水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３は自身の温度とタンク外の空気の環境温度との温度差に応じて自然に冷却される。熱容量の大きい水素吸蔵合金タンクは、熱容量の大きい水素吸蔵合金タンクより冷えにくい。即ち、水素吸蔵合金タンク３１−３，３１−２，３１−１の順に、冷えにくくなっている。
【００５０】
＜３＞水素放出・燃料電池発電モード
図１及び図５に示すように、本動作モードでは、水素放出工程と、第２熱媒循環工程と、と、第３熱媒循環工程とを行う。
【００５１】
水素放出工程では、水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３から放出される水素の総量が少なくとも所定の放出量ＧＣに達するまで、熱容量が小さい水素吸蔵合金タンク３１−１から順に、吸蔵していた水素Ｈ１−１，…を燃料電池４に放出する。ここで、３つの水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３のうち、２つの水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２には最大水素吸蔵量Ｃ３１−１，Ｃ３１−２と略同量の水素Ｈ１−１，Ｈ１−２が吸蔵されていることとする。詳細には、制御装置によって、先ず水素吸蔵合金タンク３１−１は、吸蔵している水素Ｈ１−１のうち、例えば５０質量％以上９０質量％以下の水素Ｈ１−１を水素Ｈ２−１として放出する。続いて、水素吸蔵合金タンク３１−２は、吸蔵している水素Ｈ１−２のうち、例えば５０質量％以上９０質量％以下の水素Ｈ１−２を水素Ｈ２−２として放出する。バルブ２５４を開け、水素Ｈ２−１，Ｈ２−２を合わせて水素Ｈ２とし、水素Ｈ２をスタック４１に供給する。放出された水素Ｈ２−１，Ｈ２−２の総量が所定の放出量ＧＣに達したら、水素放出工程が完了する。
【００５２】
スタック４１は、電気Ｅ２を放出する際に発熱する。中温水ＨＣ７から熱交換器４２を介して３０度程度の温熱が取り出される。続いて、バルブ２５５を開け、不図示の電力供給システムの建物等から第１熱媒流路１１及び熱媒供給路２３８を介して、熱交換器４２に低温水ＨＣ８を供給する。前述のように取り出された３０度程度の温熱によって低温水ＨＣ８は加温される。熱交換器４２における中温水ＨＣ７と低温水ＨＣ８との熱交換を繰り返し、低温水ＨＣ９をスタック４１に戻し、中温水ＨＣ１０を第２熱媒流路１２に供給する。
【００５３】
第２熱媒循環工程は、燃料電池４からの排熱が回収可能になるまで、水素放出工程よりやや先行して行う。第２熱媒循環工程では、全ての水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３に中温水ＨＣ５を循環させる。具体的には、制御装置によって、ポンプ２６０を作動させ、第２熱媒流路１２を介して中温水ＨＣ１０を熱媒供給路２３５に中温水ＨＣ５として汲み上げる。バルブ２５３−１，２５３−２，２５３−３を開け、中温水ＨＣ５を中温水ＨＣ５−１，ＨＣ５−２，ＨＣ５−３に分配し、水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３に供給する。水素放出工程で水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２が水素Ｈ２−１，Ｈ２−２を放出している間、水素吸蔵合金が水素Ｈ２−１，Ｈ２−２を放出する際の放出反応における吸熱によって、中温水ＨＣ５−１，ＨＣ５−２から吸熱される。これと同時に、水素吸蔵時に未使用の水素吸蔵合金タンク３１−３も含めて全ての水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３に中温水ＨＣ５−１，ＨＣ５−２，ＨＣ５−３を循環させる。そのため、水素吸蔵合金タンク３１−３からの温熱を含む中温水ＨＣ５−３が水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３を巡り、水素吸蔵合金タンク３１−３から温熱が吸熱された中温水ＨＣ５−１，ＨＣ５−２に供給される。このことによって、水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３の各水素吸蔵合金の温度が水素放出可能な所定の温度以上に維持される。
【００５４】
スタック４１への水素Ｈ２−１，Ｈ２−２の供給が進むと、スタック４１が電気Ｅ２の放出を開始し、燃料電池４からの排熱が回収可能になる。燃料電池４からの排熱が回収可能になってから、第２熱媒循環工程から第３熱媒循環工程に移行する。
【００５５】
図６に示すように、第３熱媒循環工程では、水素Ｈ２−１，Ｈ２−２を放出している水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２と燃料電池４に中温水ＨＣ５−１，ＨＣ５−２を循環させる。このことによって、スタック４１からの温熱がＨＣ１０として放出され、ＨＣ５−１，ＨＣ５−２を介して水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２を速やかに加温する。
【００５６】
第３熱媒循環工程において、スタック４１からの温熱により水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２の加温が促進され、中温水ＨＣ５−１，ＨＣ５−２に温熱が加わる場合、或いは水素吸蔵合金タンク３１−３からの温熱を水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２の加温に充てなくてもよい場合等は、加温された中温水ＨＣ５−１，ＨＣ５−２の一部や中温水ＨＣ５−３を熱媒ＨＣ６−１，ＨＣ６−２，ＨＣ６−３，ＨＣ６として熱媒供給路２３６−１，２３６−２，２３６−３，２３６を介して、第１熱媒流路１１に供給する。制御装置によって、バルブ２５５を閉じ、バルブ２５６を開け、熱媒接続路２４１を介して熱媒ＨＣ６を第２熱媒流路１２に供給する。さらに、熱媒ＨＣ６を中温水ＨＣ１０と合わせて、ポンプ２６０によって熱媒供給路２３５に中温水ＨＣ５として汲み上げる。このことによって、水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３の各水素吸蔵合金の温度が水素放出可能な所定の温度以上に維持され、水素Ｈ５−１，Ｈ５−２の放出が促進される。
【００５７】
以上説明した本実施形態の水素利用システム２００は、再生可能エネルギーの電気Ｅ１を用いて水素Ｈ１を製造する水素製造装置２と、水素製造装置２によって製造された水素Ｈ１を貯蔵可能且つ貯蔵した水素Ｈ１を放出可能な水素吸蔵合金を有する水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３が設けられた水素貯蔵装置３と、水素貯蔵装置３に貯蔵された水素Ｈ１を用いて発電し、電気Ｅ２を放出する燃料電池４と、水素製造装置２又は燃料電池４で生じる温熱を水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３に供給可能に構成された熱媒流路２０２と、水素Ｈ１，Ｈ２と電気Ｅ１，Ｅ２の供給又は停止、及び熱媒流路２０２における熱媒の流動を制御可能に構成された制御装置と、を備える。また、３つの水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３の熱容量が互いに異なっている。
【００５８】
本実施形態の水素利用システム２００によれば、熱容量の互いに異なる水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３を備えているので、稼働状況に応じて水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３のうちの一部のタンクを活用して水素吸蔵合金タンクの総熱容量を変更できる。例えば、水素製造装置２からの温熱や水素吸蔵合金における水素Ｈ１の吸蔵時の発熱、水素Ｈ２の放出時の吸熱によって複数の水素吸蔵合金タンクを加温・冷却する場合は、全ての水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３を加温・冷却対象とし、水素吸蔵合金タンク（水素吸蔵装置）の総熱容量を大きくすることができる。また、燃料電池４からの温熱によって複数の水素吸蔵合金タンクを加温する場合は、水素Ｈ２−１，Ｈ２−２を放出している水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２のみを加温対象とし、水素吸蔵合金タンクの総熱容量を最小限に抑えることができる。このことによって、水素利用システム２００の使用効率を高めることができる。
【００５９】
本実施形態の水素利用システム２００によれば、熱容量の小さい水素吸蔵合金タンク３１−１から順に水素Ｈ１を吸蔵させる、或いは吸蔵していた水素Ｈ１を放出させることができる。このことによって、水素Ｈ１の吸蔵時や放出時に未使用状態の水素吸蔵合金タンクの総熱容量を大きくすることができる。未使用状態の水素吸蔵合金タンクは蓄熱体として機能するため、全ての水素吸蔵合金タンクを水素Ｈ２−１，Ｈ２−２，Ｈ２−３を放出可能な状態に維持し易くなり、水素利用システム２００の使用効率を高めることができる。
【００６０】
本実施形態の水素利用システム２００における熱管理方法は、水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３に貯蔵される水素Ｈ１−１，Ｈ１−２，Ｈ１−３の総量が少なくとも所定の吸蔵量ＴＣに達するまで熱容量が小さい水素吸蔵合金タンク３１−１から順に、水素製造装置２で製造した水素を水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２に供給して水素Ｈ１−１，Ｈ１−２を吸蔵する水素吸蔵工程と、全ての水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３に中温水ＨＣ５−１，ＨＣ５−２，ＨＣ５−３を循環させる第１熱媒循環工程と、を備える。
【００６１】
本実施形態の水素利用システム２００における熱管理方法によれば、水素吸蔵工程において、熱容量の小さい水素吸蔵合金タンク３１−１から順に、水素製造装置２で製造された水素Ｈ１を吸蔵する。水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２に亘る水素の吸蔵総量が少なくとも所定の水素の吸蔵量ＴＣに達した時点で水素吸蔵工程を完了する。第１熱媒循環工程では、水素吸蔵工程で未使用の水素吸蔵合金タンク３１−３を含めて全ての水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３に中温水ＨＣ５−１，ＨＣ５−２，ＨＣ５−３を循環させる。このとき、水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２で水素吸蔵時に発生する反応熱（温熱）を全ての水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３の加温に用いることができる。また、熱容量の大きい水素吸蔵合金タンク３１−３を蓄熱体として用いることができる。これらのことによって、全ての水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３の水素吸蔵合金を水素Ｈ２−１，Ｈ２−２，Ｈ２−３を放出可能な温度以上に維持し、水素利用システム２００の使用効率を高めることができる。
【００６２】
また、本実施形態の水素利用システム２００における熱管理方法は、水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３から放出される水素Ｈ２−１，Ｈ２−２，Ｈ２−３の総量が少なくとも所定の放出量ＧＣに達するまで熱容量が小さい水素吸蔵合金タンク３１−１から順に、吸蔵していた水素Ｈ１−１，Ｈ１−２を水素Ｈ２−１，Ｈ２−２として、燃料電池４に放出する水素放出工程と、燃料電池４からの排熱が回収可能になるまで全ての水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３に中温水ＨＣ５−１，ＨＣ５−２，ＨＣ５−３を循環させる第２熱媒循環工程と、燃料電池４からの排熱が回収可能になってから水素Ｈ２−１，Ｈ２−２を放出している水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２と燃料電池４に中温水Ｈ５−１，Ｈ５−２を循環させる第３熱媒循環工程と、を備える。
【００６３】
本実施形態の水素利用システム２００における熱管理方法によれば、水素放出工程において、熱容量の小さい水素吸蔵合金タンク３１−１から順に、水素吸蔵合金に吸蔵されていた水素Ｈ２−１，Ｈ２−２が放出される。水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２に亘る水素の放出総量が少なくとも所定の水素の放出量ＧＣに達した時点で水素放出工程を完了する。第２熱媒循環工程では、例えば水素の吸蔵時に未使用であった水素吸蔵合金タンク３１−３を含め、全ての水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３に中温水ＨＣ５−１，ＨＣ５−２，ＨＣ５−３を循環させる。このとき、水素Ｈ２−１，Ｈ２−２を放出している複数の水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２の吸熱が全ての水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３の冷却に寄与するが、例えば水素の吸蔵時に未使用であった熱容量の大きい水素吸蔵合金タンク３１−３からは温熱が供給される。このことによって、水素Ｈ２−１，Ｈ２−２の放出に伴う水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３の温度低下が抑えられる。さらに、燃料電池４からの排熱回収が可能となった時点で、第２熱媒循環工程から、第３熱媒循環工程に移行する。第３熱媒循環工程では、中温水Ｈ５−１，Ｈ５−２を水素Ｈ２−１，Ｈ２−２を放出している水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２と燃料電池４でのみ循環させる。このことによって、燃料電池４からの温熱による加温対象の水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２の総熱容量を最低限に抑え、加温対象の水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２を速やかに加温できる。したがって、水素利用システム２００の使用効率を高めることができる。
【００６４】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は特定の実施形態に限定されない。本発明は、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、変更可能である。
【００６５】
例えば、上述の実施形態では、水素利用システム２００の水素貯蔵装置３は３つの水素吸蔵合金タンク３１−１，３１−２，３１−３を備えているが、水素貯蔵装置３が備える水素吸蔵合金タンクの数は３つに限定されない。吸蔵量ＴＣは、複数の水素吸蔵合金タンクの合計最大水素吸蔵量より小さく、且つ各水素吸蔵合金タンクの最大水素吸蔵量の何れよりも大きければよい。水素利用システム２００では、前述の関係を満足するように、各水素吸蔵合金タンクの最大水素吸蔵量Ｃ３１−Ｚ、及び水素吸蔵合金タンクの設置数が決められる。
【符号の説明】
【００６６】
２  水素製造装置
３  水素貯蔵装置
４  燃料電池
３１−１，３１−２，３１−３  水素吸蔵合金タンク
２００  水素利用システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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