(57)【要約】【課題】  脱水素反応や水素添加反応で発生した熱を有効に活用出来る発電システムを提供する。【解決手段】  発電システム２は、芳香族化合物の水素添加反応を促進させる第１触媒１３ｂを設けた第１通路１３ａを含む水素添加反応器１３と、第１通路１３ａから水素添加反応器１３の外側に伸びる第１排出管１４とを有する水素添加システム１における、第１通路１３ａと第１触媒１３ｂの少なくとも一方を温める電気加熱装置１５と、第１通路１３ａと第１触媒１３ｂと第１排出管１４の少なくとも一方を冷やす熱交換部３５と、熱交換部３５で得られた熱を用いて、発電を行う発電機４６と、発電機４６で得られた電力を貯蔵する蓄電装置４７を備える。電気加熱装置１５は、少なくとも蓄電装置４７からの電力に基づいて駆動する。【選択図】図１
2020078104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
芳香族化合物の水素添加反応を促進させる第１触媒を設けた第１通路を含む水素添加反応器と、前記第１通路から前記水素添加反応器の外側に伸びる第１排出管とを有する水素添加システムにおける、前記第１通路と前記第１触媒の少なくとも一方を温める電気加熱装置と、
前記第１通路と前記第１触媒と前記第１排出管の少なくとも一方を冷やす熱交換部と、
前記熱交換部で得られた熱を用いて、発電を行う発電機と、
前記発電機で得られた電力を貯蔵する蓄電装置とを備え、
前記電気加熱装置は、少なくとも前記蓄電装置からの電力に基づいて駆動する、発電システム。
【請求項２】
電気信号に基づいてオンオフ状態が切り替えられる熱移動装置が、前記第１通路と前記第１触媒の少なくとも一方と、前記熱交換部の間に設けられ、
前記熱移動装置がオン状態かオフ状態のいずれか一方の時に、前記熱移動装置を介して、前記水素添加反応器の熱の前記熱交換部への移動が行われ、
前記熱移動装置がオン状態かオフ状態のいずれか他方の時に、前記熱移動装置を介して、前記水素添加反応器の熱の前記熱交換部への移動が行われない、請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記熱交換部は、前記熱移動装置を介して、前記第１通路と前記第１触媒の少なくとも一方と接触し、前記熱移動装置を介さずに、前記排出管と接続する、請求項２に記載の発電システム。
【請求項４】
前記第１通路の内部における水素添加反応を活性化させるために前記第１触媒を温める第１モードの間は、前記熱交換部を含む熱媒循環路に流れる熱媒の単位時間あたりの流量が０よりも多く且つ第１流量以下になるように前記熱媒循環路のポンプが制御され、且つ前記電気加熱装置が駆動され、且つ前記蓄電装置における充電が停止され、
前記第１通路の内部における水素添加反応が活性化した後の第２モードの間は、前記熱媒循環路に流れる前記熱媒の単位時間あたりの流量が前記第１流量よりも多い第２流量になるように前記熱媒循環路のポンプが制御され、且つ前記電気加熱装置が停止され、且つ前記蓄電装置における充電が行われる、請求項１〜３のいずれかに記載の発電システム。
【請求項５】
前記第１通路の内部における水素添加反応を活性化させるために前記第１触媒を温める第１モードの間は、前記熱交換部を含む熱媒循環路における熱媒の流れが停止するように前記熱媒循環路のポンプが制御され、且つ前記電気加熱装置が駆動され、且つ前記蓄電装置における充電が停止され、
前記第１通路の内部における水素添加反応が活性化した後の第２モードの間は、前記熱媒循環路において熱媒が流れるように前記熱媒循環路のポンプが制御され、且つ前記電気加熱装置が停止され、且つ前記蓄電装置における充電が行われる、請求項１〜３のいずれかに記載の発電システム。
【請求項６】
前記第１モードから前記第２モードへの切り替え制御は、前記第１通路と前記第１触媒の少なくとも一方の温度に関する情報に基づいて行われ、
前記第１通路と前記第２触媒の少なくとも一方の温度が第１温度閾値を超えた場合に、前記第１モードから前記第２モードへの切り替えが行われ、
前記第２モードに切り替えられた後は、前記第１通路と前記第１触媒の少なくとも一方の温度が前記第１温度閾値と同じか前記第１温度閾値よりも低い第２温度閾値に近い状態を維持出来るように、前記熱媒循環路のポンプが制御される、請求項４または５に記載の発電システム。
【請求項７】
前記発電機は、作動媒体循環路に設けられた膨張機と接続されるものであり、
前記作動媒体循環路に設けられた蒸発器を介して、前記熱媒循環路を流れる熱媒は、前記作動媒体樹幹路を流れる作動媒体との間で熱交換が行われ、
前記作動媒体の沸点は、前記熱媒の沸点よりも低い、請求項４〜５のいずれかに記載の発電システム。
【請求項８】
前記蓄電装置の電力を直流から交流に変換するインバーターと、
前記電気加熱装置への電力供給を前記蓄電装置と前記蓄電装置からの電力を補完する商用電源とで切り替える電源切り替えスイッチとを更に備え、
前記電気加熱装置は、誘導加熱で、前記第１通路と前記第１触媒の少なくとも一方を温める、請求項１〜７のいずれかに記載の脱水素システム。
【請求項９】
芳香族化合物の水素添加反応を促進させる第１触媒を設けた第１通路を含む水素添加反応器と、前記第１通路から前記水素添加反応器の外側に伸びる第１排出管とを有する水素添加システムにおける、前記第１通路と前記第１触媒の少なくとも一方を温める電気加熱装置と、前記第１通路と前記第１触媒と前記第１排出管の少なくとも一方を冷やす熱交換部と、前記熱交換部で得られた熱を用いて、発電を行う発電機と、前記発電機で得られた電力を貯蔵する蓄電装置とを有する発電システムの制御方法であって、
前記第１通路の内部における水素添加反応を活性化させるため、前記熱交換部を含む熱媒循環路に流れる熱媒の単位時間あたりの流量が第１流量以下になるように前記熱媒循環路のポンプが制御され、且つ前記蓄電装置からの電力に基づいて前記電気加熱装置が駆動され、且つ前記蓄電装置における充電が停止される第１ステップと、
前記第１通路の内部における水素添加反応が活性化した後、前記熱媒循環路に流れる前記熱媒の単位時間あたりの流量が前記第１流量よりも多い第２流量になるように前記熱媒循環路のポンプが制御され、且つ前記電気加熱装置が停止され、且つ前記蓄電装置における充電が行われる第２ステップとを備える、制御方法。
【請求項１０】
有機ハイドライドの脱水素反応を促進させる第２触媒を設けた第２通路を含む脱水素反応器と、前記第２通路から前記脱水素反応器の外側に伸び気液分離器と接続する第２排出管とを有する脱水素システムにおける、前記第２通路と前記第２触媒の少なくとも一方を温める電気加熱装置と、
前記第２排出管を冷やす熱交換部と、
前記熱交換部で得られた熱を用いて、発電を行う発電機と、
前記発電機で得られた電力を貯蔵する蓄電装置とを備え、
前記電気加熱装置は、少なくとも前記蓄電装置からの電力に基づいて駆動する、発電システム。
【請求項１１】
前記第２通路の内部における脱水素反応を活性化させるために前記第２触媒を温める第１モードの間は、前記熱交換部を含む熱媒循環路に流れる熱媒の単位時間あたりの流量が０よりも多く且つ第１流量以下になるように前記熱媒循環路のポンプが制御され、且つ前記電気加熱装置が駆動され、且つ前記蓄電装置における充電が停止され、
前記第２通路の内部における脱水素反応が活性化した後の第２モードの間は、前記熱媒循環路に流れる前記熱媒の単位時間あたりの流量が前記第１流量よりも多い第２流量になるように前記熱媒循環路のポンプが制御され、且つ前記蓄電装置における充電が行われる、請求項１０に記載の発電システム。
【請求項１２】
前記第２通路の内部における脱水素反応を活性化させるために前記第２触媒を温める第１モードの間は、前記熱交換部を含む熱媒循環路における熱媒の流れが停止するように前記熱媒循環路のポンプが制御され、且つ前記電気加熱装置が駆動され、且つ前記蓄電装置における充電が停止され、
前記第２通路の内部における脱水素反応が活性化した後の第２モードの間は、前記熱媒循環路において熱媒が流れるように前記熱媒循環路のポンプが制御され、且つ前記蓄電装置における充電が行われる、請求項１０に記載の発電システム。
【請求項１３】
前記発電機は、作動媒体循環路に設けられた膨張機と接続されるものであり、
前記作動媒体循環路に設けられた蒸発器を介して、前記熱媒循環路を流れる熱媒は、前記作動媒体樹幹路を流れる作動媒体との間で熱交換が行われ、
前記作動媒体の沸点は、前記熱媒の沸点よりも低い、請求項１１と１２のいずれかに記載の発電システム。
【請求項１４】
前記蓄電装置の電力を直流から交流に変換するインバーターと、
前記電気加熱装置への電力供給を前記蓄電装置と前記蓄電装置からの電力を補完する商用電源とで切り替える電源切り替えスイッチとを更に備え、
前記電気加熱装置は、誘導加熱で、前記第２通路と前記第２触媒の少なくとも一方を温める、請求項１０〜１３のいずれかに記載の発電システム。
【請求項１５】
有機ハイドライドの脱水素反応を促進させる第２触媒を設けた第２通路を含む脱水素反応器と、前記第２通路から前記脱水素反応器の外側に伸び気液分離器と接続する第２排出管とを有する脱水素システムにおける、前記第２通路と前記第２触媒の少なくとも一方を温める電気加熱装置と、前記第２排出管を冷やす熱交換部と、前記熱交換部で得られた熱を用いて、発電を行う発電機と、前記発電機で得られた電力を貯蔵する蓄電装置とを有する発電システムの制御方法であって、
前記第２通路の内部における脱水素反応を活性化させるため、前記熱交換部を含む熱媒循環路に流れる熱媒の単位時間あたりの流量が第１流量以下になるように前記熱媒循環路のポンプが制御され、且つ前記蓄電装置からの電力に基づいて前記電気加熱装置が駆動され、且つ前記蓄電装置における充電が停止される第３ステップと、
前記第２通路の内部における脱水素反応が活性化した後、前記熱媒循環路に流れる前記熱媒の単位時間あたりの流量が前記第１流量よりも多い第２流量になるように前記熱媒循環路のポンプが制御され、且つ前記電気加熱装置が停止され、且つ前記蓄電装置における充電が行われる第４ステップとを備える、制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素添加システムや脱水素システムにおける発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１のように、脱水素システムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許５６３２０５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、脱水素反応で発生した熱が特に有効に用いられていない
【０００５】
したがって本発明の目的は、脱水素反応や水素添加反応で発生した熱を有効に活用出来る発電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る発電システムは、芳香族化合物の水素添加反応を促進させる第１触媒を設けた第１通路を含む水素添加反応器と、第１通路から水素添加反応器の外側に伸びる第１排出管とを有する水素添加システムにおける、第１通路と第１触媒の少なくとも一方を温める電気加熱装置と、第１通路と第１触媒と第１排出管の少なくとも一方を冷やす熱交換部と、熱交換部で得られた熱を用いて、発電を行う発電機と、発電機で得られた電力を貯蔵する蓄電装置とを備え、電気加熱装置は、少なくとも蓄電装置からの電力に基づいて駆動する。
【０００７】
水素添加反応が活性化した状態になった後に発生する熱を、発電機で電気エネルギーに変換する。
かかる電気エネルギーは、蓄電装置に貯蔵された後、次に電気加熱装置を温めるのに使用される。
このため、水素添加反応で発生した熱を有効に活用出来る。特に、水素添加反応器や排出管の冷却と、発電とを同時に実現し、外部からのエネルギーを出来るだけ用いずに、水素反応を実行させることが可能になる。
【０００８】
また、水素添加反応器を温めるためのヒーターとして、電気で駆動する電気加熱装置が用いられる。
このため、水素添加反応器を温めるためのヒーターとして、有機ハイドライドや芳香族化合物を燃焼させる形態と比べて、燃焼による排気ガスの発生などを少なくすることが出来る。
【０００９】
好ましくは、電気信号に基づいてオンオフ状態が切り替えられる熱移動装置が、第１通路と第１触媒の少なくとも一方と、熱交換部の間に設けられ、熱移動装置がオン状態かオフ状態のいずれか一方の時に、熱移動装置を介して、水素添加反応器の熱の熱交換部への移動が行われ、熱移動装置がオン状態かオフ状態のいずれか他方の時に、熱移動装置を介して、水素添加反応器の熱の熱交換部への移動が行われない。
【００１０】
さらに好ましくは、熱交換部は、熱移動装置を介して、第１通路と第１触媒の少なくとも一方と接触し、熱移動装置を介さずに、排出管と接続する。
【００１１】
さらに好ましくは、第１通路の内部における水素添加反応を活性化させるために第１触媒を温める第１モードの間は、熱交換部を含む熱媒循環路に流れる熱媒の単位時間あたりの流量が０よりも多く且つ第１流量以下になるように熱媒循環路のポンプが制御され、且つ電気加熱装置が駆動され、且つ蓄電装置における充電が停止され、第１通路の内部における水素添加反応が活性化した後の第２モードの間は、熱媒循環路に流れる熱媒の単位時間あたりの流量が第１流量よりも多い第２流量になるように熱媒循環路のポンプが制御され、且つ電気加熱装置が停止され、且つ蓄電装置における充電が行われる。
【００１２】
第１モードでは、蓄電装置は、充電を行わずに、電気加熱装置への電力供給に用いられる。
第２モードでは、蓄電装置は、放電を行わずに、発電機で発生した電力の充電に用いられる。
放電と充電とが、時間的に別々に行われるため、同じ時間帯に放電と充電とを行う形態に比べて、蓄電装置の負担を軽減し、蓄電装置の劣化を防止することが出来る。
【００１３】
熱媒が熱媒循環路を流れる状態を維持させることや、作動媒体が作動媒体循環路を流れる状態を維持させることにより、熱媒や作動媒体が循環路内で固化したり滞留したりしにくく出来る。
【００１４】
また、好ましくは、第１通路の内部における水素添加反応を活性化させるために第１触媒を温める第１モードの間は、熱交換部を含む熱媒循環路における熱媒の流れが停止するように熱媒循環路のポンプが制御され、且つ電気加熱装置が駆動され、且つ蓄電装置における充電が停止され、第１通路の内部における水素添加反応が活性化した後の第２モードの間は、熱媒循環路において熱媒が流れるように熱媒循環路のポンプが制御され、且つ電気加熱装置が停止され、且つ蓄電装置における充電が行われる。
【００１５】
第１モードでは、蓄電装置は、充電を行わずに、電気加熱装置への電力供給に用いられる。
第２モードでは、蓄電装置は、放電を行わずに、発電機で発生した電力の充電に用いられる。
放電と充電とが、時間的に別々に行われるため、同じ時間帯に放電と充電とを行う形態に比べて、蓄電装置の負担を軽減し、蓄電装置の劣化を防止することが出来る。
【００１６】
さらに好ましくは、第１モードから第２モードへの切り替え制御は、第１通路と第１触媒の少なくとも一方の温度に関する情報に基づいて行われ、第１通路と第２触媒の少なくとも一方の温度が第１温度閾値を超えた場合に、第１モードから第２モードへの切り替えが行われ、第２モードに切り替えられた後は、第１通路と第１触媒の少なくとも一方の温度が第１温度閾値と同じか第１温度閾値よりも低い第２温度閾値に近い状態を維持出来るように、熱媒循環路のポンプが制御される。
【００１７】
水素添加反応が活性化可能な状態になると直ちに、芳香族化合物や水素を水素添加反応器に供給させることが可能になる。
【００１８】
第１温度閾値よりも低い第２温度閾値まで、触媒の近傍の温度を下げた状態で維持されるように、熱媒循環路の流量が制御される。このため、第１温度閾値で、触媒の近傍の温度が維持される形態に比べて、熱交換部で得られる熱量が多くなり、発電量を多くすることが可能になる。
【００１９】
さらに好ましくは、発電機は、作動媒体循環路に設けられた膨張機と接続されるものであり、作動媒体循環路に設けられた蒸発器を介して、熱媒循環路を流れる熱媒は、作動媒体樹幹路を流れる作動媒体との間で熱交換が行われ、作動媒体の沸点は、熱媒の沸点よりも低い。
【００２０】
温度変化が大きい水素添加反応器や第１排出管の熱を間接的に作動媒体循環路に伝達するので、水素添加反応器や第１排出管の熱を直接的に作動媒体循環路に伝達する形態に比べて、水素添加反応器や第１排出管の温度が高い状態でも低い状態でも、安定して発電を続けることが可能になる。
【００２１】
さらに好ましくは、蓄電装置の電力を直流から交流に変換するインバーターと、電気加熱装置への電力供給を蓄電装置と蓄電装置からの電力を補完する商用電源とで切り替える電源切り替えスイッチとを更に備え、電気加熱装置は、誘導加熱で、第１通路と第１触媒の少なくとも一方を温める。
【００２２】
誘導加熱により脱水素反応器を温めることにより、他の電気加熱方式に比べて、短時間で触媒の近傍の温度を所定の温度（第１温度閾値）に引き上げることが可能になる。
【００２３】
本発明に係る発電システムの制御方法は、芳香族化合物の水素添加反応を促進させる第１触媒を設けた第１通路を含む水素添加反応器と、第１通路から水素添加反応器の外側に伸びる第１排出管とを有する水素添加システムにおける、第１通路と第１触媒の少なくとも一方を温める電気加熱装置と、第１通路と第１触媒と第１排出管の少なくとも一方を冷やす熱交換部と、熱交換部で得られた熱を用いて、発電を行う発電機と、発電機で得られた電力を貯蔵する蓄電装置とを有する発電システムの制御方法であって、第１通路の内部における水素添加反応を活性化させるため、熱交換部を含む熱媒循環路に流れる熱媒の単位時間あたりの流量が第１流量以下になるように熱媒循環路のポンプが制御され、且つ蓄電装置からの電力に基づいて電気加熱装置が駆動され、且つ蓄電装置における充電が停止される第１ステップと、第１通路の内部における水素添加反応が活性化した後、熱媒循環路に流れる熱媒の単位時間あたりの流量が第１流量よりも多い第２流量になるように熱媒循環路のポンプが制御され、且つ電気加熱装置が停止され、且つ蓄電装置における充電が行われる第２ステップとを備える。
【００２４】
本発明に係る発電システムは、有機ハイドライドの脱水素反応を促進させる第２触媒を設けた第２通路を含む脱水素反応器と、第２通路から脱水素反応器の外側に伸び気液分離器と接続する第２排出管とを有する脱水素システムにおける、第２通路と第２触媒の少なくとも一方を温める電気加熱装置と、第２排出管を冷やす熱交換部と、熱交換部で得られた熱を用いて、発電を行う発電機と、発電機で得られた電力を貯蔵する蓄電装置とを備え、電気加熱装置は、少なくとも蓄電装置からの電力に基づいて駆動する。
【００２５】
脱水素反応により高温になった第２排出管の熱を、発電機で電気エネルギーに変換する。
かかる電気エネルギーは、蓄電装置に貯蔵された後、次に電気加熱装置を温めるのに使用される。
このため、脱水素反応で発生した熱を有効に活用出来る。特に、第２排出管の冷却と、発電とを同時に実現し、外部からのエネルギーを出来るだけ用いずに、脱水素反応を実行させることが可能になる。
【００２６】
また、脱水素反応器を温めるためのヒーターとして、電気で駆動する電気加熱装置が用いられる。
このため、脱水素反応器を温めるためのヒーターとして、有機ハイドライドや芳香族化合物を燃焼させる形態と比べて、燃焼による排気ガスの発生などを少なくすることが出来る。
【００２７】
好ましくは、第２通路の内部における脱水素反応を活性化させるために第２触媒を温める第１モードの間は、熱交換部を含む熱媒循環路に流れる熱媒の単位時間あたりの流量が０よりも多く且つ第１流量以下になるように熱媒循環路のポンプが制御され、且つ電気加熱装置が駆動され、且つ蓄電装置における充電が停止され、第２通路の内部における脱水素反応が活性化した後の第２モードの間は、熱媒循環路に流れる熱媒の単位時間あたりの流量が第１流量よりも多い第２流量になるように熱媒循環路のポンプが制御され、且つ蓄電装置における充電が行われる。
【００２８】
第１モードでは、蓄電装置は、充電を行わずに、電気加熱装置への電力供給に用いられる。
第２モードでは、蓄電装置は、放電を行わずに、発電機で発生した電力の充電に用いられる。
放電と充電とが、時間的に別々に行われるため、同じ時間帯に放電と充電とを行う形態に比べて、蓄電装置の負担を軽減し、蓄電装置の劣化を防止することが出来る。
【００２９】
熱媒が熱媒循環路を流れる状態を維持させることや、作動媒体が作動媒体循環路を流れる状態を維持させることにより、熱媒や作動媒体が循環路内で固化したり滞留したりしにくく出来る。
【００３０】
また、好ましくは、第２通路の内部における脱水素反応を活性化させるために第２触媒を温める第１モードの間は、熱交換部を含む熱媒循環路における熱媒の流れが停止するように熱媒循環路のポンプが制御され、且つ電気加熱装置が駆動され、且つ蓄電装置における充電が停止され、第２通路の内部における脱水素反応が活性化した後の第２モードの間は、熱媒循環路において熱媒が流れるように熱媒循環路のポンプが制御され、且つ蓄電装置における充電が行われる。
【００３１】
第１モードでは、蓄電装置は、充電を行わずに、電気加熱装置への電力供給に用いられる。
第２モードでは、蓄電装置は、放電を行わずに、発電機で発生した電力の充電に用いられる。
放電と充電とが、時間的に別々に行われるため、同じ時間帯に放電と充電とを行う形態に比べて、蓄電装置の負担を軽減し、蓄電装置の劣化を防止することが出来る。
【００３２】
さらに好ましくは、発電機は、作動媒体循環路に設けられた膨張機と接続されるものであり、作動媒体循環路に設けられた蒸発器を介して、熱媒循環路を流れる熱媒は、作動媒体樹幹路を流れる作動媒体との間で熱交換が行われ、作動媒体の沸点は、熱媒の沸点よりも低い。
【００３３】
温度変化が大きい第２排出管の熱を間接的に作動媒体循環路に伝達するので、第２排出管の熱を直接的に作動媒体循環路に伝達する形態に比べて、第２排出管の温度が高い状態でも低い状態でも、安定して発電を続けることが可能になる。
【００３４】
さらに好ましくは、蓄電装置の電力を直流から交流に変換するインバーターと、電気加熱装置への電力供給を蓄電装置と蓄電装置からの電力を補完する商用電源とで切り替える電源切り替えスイッチとを更に備え、電気加熱装置は、誘導加熱で、第２通路と第２触媒の少なくとも一方を温める。
【００３５】
誘導加熱により脱水素反応器を温めることにより、他の電気加熱方式に比べて、短時間で触媒の近傍の温度を所定の温度に引き上げることが可能になる。
【００３６】
本発明に係る発電システムの制御方法は、有機ハイドライドの脱水素反応を促進させる第２触媒を設けた第２通路を含む脱水素反応器と、第２通路から脱水素反応器の外側に伸び気液分離器と接続する第２排出管とを有する脱水素システムにおける、第２通路と第２触媒の少なくとも一方を温める電気加熱装置と、第２排出管を冷やす熱交換部と、熱交換部で得られた熱を用いて、発電を行う発電機と、発電機で得られた電力を貯蔵する蓄電装置とを有する発電システムの制御方法であって、第２通路の内部における脱水素反応を活性化させるため、熱交換部を含む熱媒循環路に流れる熱媒の単位時間あたりの流量が第１流量以下になるように熱媒循環路のポンプが制御され、且つ蓄電装置からの電力に基づいて電気加熱装置が駆動され、且つ蓄電装置における充電が停止される第３ステップと、第２通路の内部における脱水素反応が活性化した後、熱媒循環路に流れる熱媒の単位時間あたりの流量が第１流量よりも多い第２流量になるように熱媒循環路のポンプが制御され、且つ電気加熱装置が停止され、且つ蓄電装置における充電が行われる第４ステップとを備える。
【発明の効果】
【００３７】
以上のように本発明によれば、脱水素反応や水素添加反応で発生した熱を有効に活用出来る発電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１実施形態における交流駆動の電気加熱装置を用い、且つ熱媒循環路を用いた、発電システムを含む水素添加システムの構成を示す模式図である。
【図２】第１実施形態及び第２実施形態における第１モード及び第２モードを実行する際の各部の制御手順を示すフローチャートである。
【図３】第１実施形態における直流駆動の電気加熱装置を用い、且つ熱媒循環路を用いた、発電システムを含む水素添加システムの構成を示す模式図である。
【図４】第１実施形態における交流駆動の電気加熱装置を用い、且つ熱媒循環路を省略した、発電システムを含む水素添加システムの構成を示す模式図である。
【図５】第１実施形態における直流駆動の電気加熱装置を用い、熱媒循環路を用い、且つ熱移動装置を用いた、発電システムを含む水素添加システムの構成を示す模式図である。
【図６】第２実施形態における交流駆動の電気加熱装置を用い、且つ熱媒循環路を用いた、発電システムを含む脱水素システムの構成を示す模式図である。
【図７】第２実施形態における直流駆動の電気加熱装置を用い、且つ熱媒循環路を用いた、発電システムを含む脱水素システムの構成を示す模式図である。
【図８】第２実施形態における交流駆動の電気加熱装置を用い、且つ熱媒循環路を省略した、発電システムを含む脱水素システムの構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、第１実施形態（水素添加システム１に設けられた発電システム２）について、図を用いて説明する（図１参照）。
第１実施形態における水素添加システム１は、第１タンク１１、水素添加反応器１３、第１排出管１４、電気加熱装置１５、第１水素タンク１９、第２タンク２１、熱媒循環路３１、熱媒循環路ポンプ３３、熱交換部３５、蒸発器３７、作動媒体循環路４１、作動媒体循環路ポンプ４３、膨張機４５、発電機４６、蓄電装置４７、電源切替スイッチ４８、凝縮器４９、制御部５１を備える。
【００４０】
水素添加システム１における発電システム２は、電気加熱装置１５、熱媒循環路３１、熱媒循環路ポンプ３３、熱交換部３５、蒸発器３７、作動媒体循環路４１、作動媒体循環路ポンプ４３、膨張機４５、発電機４６、蓄電装置４７、電源切替スイッチ４８、凝縮器４９、制御部５１を含む。
【００４１】
第１タンク１１は、トルエンなどの芳香族化合物を貯蔵する。
第１タンク１１における開口部には、第１アクチュエータ１１ａが設けられる。
第１アクチュエータ１１ａは、制御部５１の制御によって、第１タンク１１における開口部の開度を調整する。
第１アクチュエータ１１ａの動作により、第１タンク１１から水素添加反応器１３に供給される芳香族化合物の流量が調整される。
【００４２】
水素添加反応器１３は、第１タンク１１から供給された芳香族化合物について、水素添加反応をさせる。具体的には、芳香族化合物に、水素を添加させ、メチルシクロヘキサンなどの有機ハイドライドを生成する。
水素添加反応器１３における芳香族化合物や水素が通過する第１通路１３ａには、第１触媒１３ｂと第１温度センサー１３ｃが設けられる。
第１触媒１３ｂは、白金などで構成され、水素添加反応を促進させるために使用される。
第１温度センサー１３ｃは、第１通路１３ａと第１触媒１３ｂの少なくとも一方の温度に関する情報として、第１通路１３ａ内、特に第１触媒１３ｂ近傍の温度Ｔｅを検知するために使用される。
水素添加反応器１３には、電気加熱装置１５、及び熱交換部３５が設けられる。
熱交換部３５の詳細については、後述する。
【００４３】
第１排出管１４は、水素添加反応器１３と第２タンク２１の間に設けられる。
水素添加反応器１３から排出された有機ハイドライドなどは、第１排出管１４を介して、第２タンク２１に供給される。
【００４４】
電気加熱装置１５は、第１触媒１３ｂと、第１通路１３ａの少なくとも一方を温める。
電気加熱装置１５は、コイルと、当該コイルの近くに設けられた金属で構成され、誘導加熱により当該金属が発熱する。
ここでいう当該金属は、電気加熱装置１５の一部を構成するものであってもよいし、水素添加反応器１３の一部を構成するものであってもよい。
【００４５】
誘導加熱により水素添加反応器１３を温めることにより、他の電気加熱方式に比べて、短時間で第１触媒１３ｂの近傍の温度Ｔｅを所定の温度（第１温度閾値Ｔｅ１）以上に引き上げることが可能になる。
【００４６】
ただし、電気加熱装置１５は、誘導加熱によるものに限定するものではなく、抵抗加熱など、他のヒーターであってもよい。
【００４７】
電気加熱装置１５は、蓄電装置４７からの電力に基づいて駆動する。
ただし、蓄電装置４７に貯蔵された電力が十分でない場合には、電気加熱装置１５は、蓄電装置４７からの電力を補完する商用電源からの電力に基づいて駆動する。
【００４８】
第１水素タンク１９は、水素添加反応器１３に供給する水素を貯蔵する。
第１水素タンク１９における開口部には、第２アクチュエータ１９ａが設けられる。
第２アクチュエータ１９ａは、制御部５１の制御によって、第１水素タンク１９における開口部の開度を調整する。
第２アクチュエータ１９ａの動作により、第１水素タンク１９から水素添加反応器１３に供給される水素の流量が調整される。
【００４９】
第２タンク２１は、水素添加反応器１３における水素添加反応で得られた有機ハイドライド、及び水素添加反応しきれなかった芳香族化合物を貯蔵する。
【００５０】
熱媒循環路３１を形成する管の内部には、作動媒体循環路４１の作動媒体を加熱するための熱媒（たとえば水）が充填される。
当該熱媒は、熱媒循環路ポンプ３３を介して、熱媒循環路３１内を循環する。
熱媒循環路ポンプ３３は、商用電源からの電力に基づいて駆動する。ただし、熱媒循環路ポンプ３３は、蓄電装置４７からの電力に基づいて駆動する形態であってもよい。
【００５１】
熱媒循環路３１には、水素添加反応器１３（第１通路１３ａ、第１触媒１３ｂ）と第１排出管１４の少なくとも一方と接する箇所（熱交換部３５）が設けられる。
熱媒循環路３１を通る熱媒は、熱交換部３５を通ることで、水素添加反応器１３と第１排出管１４の少なくとも一方から熱を奪い、これにより、熱媒が温められる。
【００５２】
また、熱媒循環路３１には、蒸発器３７が設けられる。
【００５３】
作動媒体循環路４１を形成する管の内部には、ペンタンやアンモニアなど低沸点媒体が作動媒体として充填される。
作動媒体循環路４１を流れる作動媒体の沸点は、熱媒循環路３１を流れる熱媒の沸点よりも低い。
当該作動媒体は、作動媒体循環路ポンプ４３を介して、作動媒体循環路４１内を循環する。
作動媒体循環路ポンプ４３は、商用電源からの電力に基づいて駆動する。ただし、作動媒体循環路ポンプ４３は、蓄電装置４７からの電力に基づいて駆動する形態であってもよい。
【００５４】
作動媒体循環路４１には、蒸発器３７、膨張機４５、凝縮器４９が設けられる。
【００５５】
蒸発器３７は、熱交換装置として機能し、熱媒循環路３１の熱媒によって、作動媒体循環路４１の作動媒体を加熱し蒸発させる。
【００５６】
タービンなどを含む膨張機４５は、作動媒体循環路４１における蒸発器３７の下流に配置される。
膨張機４５は、蒸発器３７で気化した作動媒体を膨張させることによって、タービンを回転させるなど、作動媒体から運動エネルギーを取り出す。
膨張機４５によって、発電機４６が駆動される。
具体的には、膨張機４５の駆動軸４５ａには、発電機４６が接続され、当該運動エネルギーに基づく駆動軸４５ａの回転により、発電機４６が発電する。
発電機４６で得られた電力は、第１コンバーター４７ａで交流から直流に変換され、その後、蓄電装置４７に貯蔵される。
【００５７】
蓄電装置４７に貯蔵された電力は、インバーター４７ｂを介して、直流から交流に変換され、電源切替スイッチ４８を介して、電気加熱装置１５に供給される。
【００５８】
電源切替スイッチ４８は、電気加熱装置１５への電力供給源を、蓄電装置４７と商用電源とで切り替えるためのスイッチで、制御部５１によって制御される。
【００５９】
凝縮器４９は、作動媒体循環路４１における膨張機４５の下流に配置され、作動媒体を凝縮させる。
たとえば、凝縮器４９は、熱交換装置として機能し、不図示の冷媒循環路の冷媒によって、作動媒体循環路４１の作動媒体は冷却される。
冷却により液化した作動媒体は、蒸発器３７に戻り、再び加熱される。
【００６０】
制御部５１は、水素添加システム１の各部（第１アクチュエータ１１ａ、電気加熱装置１５、第２アクチュエータ１９ａ、熱媒循環路ポンプ３３、作動媒体循環路ポンプ４３、発電機４６、蓄電装置４７、電源切替スイッチ４８など）を制御する。
【００６１】
水素添加システム１を稼働させてから水素添加反応器１３における水素添加反応が活性化可能な状態になるまでの間、すなわち第１触媒１３ｂ近傍の温度Ｔｅが、第１温度閾値Ｔｅ１を超えるまでの間は、水素添加システム１が第１モードであるとして、制御部５１は、第１触媒１３ｂの近傍の温度Ｔｅが第１温度閾値Ｔｅ１よりも高くなるように、各部を制御する（第１ステップ、図２のステップＳ１１〜Ｓ１５）。
【００６２】
水素添加反応器１３における水素添加反応が活性化可能な状態になった後、すなわち第１触媒１３ｂの近傍の温度Ｔｅが、第１温度閾値Ｔｅ１を超えた後は、水素添加システム１が第２モードであるとして、制御部５１は、第１触媒１３ｂの近傍の温度Ｔｅが第２温度閾値Ｔｅ２に近い状態を維持出来るように、各部を制御する（第２ステップ、図２のステップＳ１６〜Ｓ１８）。
【００６３】
第１温度閾値Ｔｅ１は、水素添加反応器１３における水素添加反応が活性化可能な状態になるために必要な温度に設定される（例えば、Ｔｅ１＝１５０℃）。
第２温度閾値Ｔｅ２は、水素添加反応が活性化した後、水素添加反応が活性化した状態を維持するために必要な温度に設定される（Ｔｅ１＞Ｔｅ２）。
ただし、第２温度閾値Ｔｅ２を第１温度閾値Ｔｅ１と同じにする形態であってもよい。
【００６４】
第１実施形態における第１モード及び第２モードを実行する際の各部の制御手順について、図２のフローチャートを用いて説明する。
各部の制御は、使用者により水素添加システム１を稼働させる操作が行われてから、当該稼働を停止する操作が行われるまでの間、実行される。
【００６５】
使用者により、水素添加システム１を稼働させる操作が行われると、制御部５１は、ステップＳ１１で、蓄電装置４７が、第１期間Ｔ１の間、電気加熱装置１５を駆動出来る状態であるか否かを判断する。
第１期間Ｔ１は、第１触媒１３ｂが十分に冷えた状態から水素添加反応が活性化可能な状態になる温度まで電気加熱装置１５で温めるのに必要な時間が設定される。
【００６６】
充電が十分にされていて、蓄電装置４７が、第１期間Ｔ１の間、電気加熱装置１５を駆動出来る状態である場合、制御部５１は、ステップＳ１２で、蓄電装置４７から電気加熱装置１５に電力供給が行われるように電源切替スイッチ４８を制御する。
【００６７】
蓄電装置４７に貯蔵された電力が十分でないなど、蓄電装置４７が、第１期間Ｔ１の間、電気加熱装置１５を駆動出来る状態でない場合、制御部５１は、ステップＳ１３で、商用電源から電気加熱装置１５に電力供給がされるように電源切替スイッチ４８を制御する。
【００６８】
第１実施形態では、運転開始直後に蓄電装置駆動か商用電源駆動かを決定し、その後に、電源切り替えを行わない形態を説明するが、運転中も制御部５１が、蓄電装置４７が電気加熱装置１５を駆動出来る状態であるか否かを判断し、蓄電装置４７が電気加熱装置１５を駆動出来る状態でないと判断した時に、制御部５１が、蓄電装置駆動から商用電源駆動になるように電源切替スイッチ４８を制御する形態であってもよい。
【００６９】
制御部５１は、ステップＳ１４で、第１タンク１１の開口を閉じるように第１アクチュエータ１１ａを駆動し、第１水素タンク１９の開口を閉じるように第２アクチュエータ１９ａを駆動し、熱媒循環路ポンプ３３と作動媒体循環路ポンプ４３をオフ状態にし、蓄電装置４７若しくは商用電源によって電気加熱装置１５が駆動され、且つ発電機４６から蓄電装置４７への充電が停止される。
【００７０】
制御部５１は、ステップＳ１５で、第１触媒１３ｂの近傍の温度Ｔｅが第１温度閾値Ｔｅ１よりも高いか否かを判断する。
第１触媒１３ｂの近傍の温度Ｔｅが第１温度閾値Ｔｅ１よりも高い場合は、ステップＳ１６に進められる。
第１触媒１３ｂの近傍の温度Ｔｅが第１温度閾値Ｔｅ１よりも高くない場合は、所定時間（例えば、１分）経過後に、ステップＳ１５が繰り返される。
【００７１】
第１触媒１３ｂが十分に温まると、第１通路１３ａにおける水素添加反応が活性化可能な状態となり、第１モードから第２モードに切り替えられる。
制御部５１は、ステップＳ１６で、第１タンク１１の開口が開くように第１アクチュエータ１１ａを駆動し、第１水素タンク１９の開口が開くように第２アクチュエータ１９ａを駆動し、熱媒循環路ポンプ３３と作動媒体循環路ポンプ４３をオン状態にし、電気加熱装置１５が停止され、且つ発電機４６から蓄電装置４７への充電が行われる。
これにより、水素添加反応器１３と第１排出管１４の少なくとも一方の熱が、熱媒循環路３１を介して、作動媒体循環路４１に伝えられ、当該熱に基づいて、発電機４６が発電する。
【００７２】
制御部５１は、ステップＳ１７で、蓄電装置４７が十分に充電されている状態であるか否かを判断する。
ここでいう十分に充電されている状態は、蓄電装置４７が満充電状態や満充電状態の８割〜９割程度の状態である場合だけでなく、水素添加システム１を停止させて、第１触媒１３ｂが十分に冷えた状態から第１温度閾値Ｔｅ１まで温めるために電気加熱装置１５を駆動するだけ電力が貯蔵されている状態であってもよい。
【００７３】
蓄電装置４７が十分に充電されている状態である場合、制御部５１は、ステップＳ１８で、発電機４６をオフ状態にする、若しくは発電機４６から蓄電装置４７への電力供給（充電）を停止させる。
蓄電装置４７が十分に充電されている状態でない場合、所定時間（例えば、１分）経過後に、ステップＳ１７が繰り返される。
【００７４】
なお、第２モードの間は、発電機４６をオフ状態にする、若しくは発電機４６から蓄電装置４７への電力供給を停止させる場合でも、水素添加反応器１３や第１排出管１４の冷却を続けるため、制御部５１は、熱媒循環路ポンプ３３を動作させ続け、熱媒を熱媒循環路３１で循環させ続ける。
【００７５】
また、第１触媒１３ｂの近傍の温度Ｔｅが、第２温度閾値Ｔｅ２で維持されるように、制御部５１は、熱媒循環路３１の流量を制御する、すなわち熱媒循環路ポンプ３３の出力を制御する。
具体的には、第１触媒１３ｂの近傍の温度Ｔｅが、第２温度閾値Ｔｅ２以上に高くなった場合には、制御部５１は、熱媒循環路ポンプ３３の出力を上げる。
また、第１触媒１３ｂの近傍の温度Ｔｅが、第２温度閾値Ｔｅ２よりも低くなった場合には、制御部５１は、熱媒循環路ポンプ３３の出力を下げる。
【００７６】
また、水素添加反応が活性化可能な状態になり、第１モードから第２モードに切り替わった後も、第１触媒１３ｂの近傍の温度Ｔｅが第２温度閾値Ｔｅ２よりも低くならないようにするため、制御部５１は、熱媒循環路ポンプ３３の制御に代えて（または加えて）、電気加熱装置１５の駆動制御を行ってもよい。
具体的には、第１触媒１３ｂの近傍の温度Ｔｅが、第２温度閾値Ｔｅ２よりも低くなった場合には、制御部５１は、電気加熱装置１５を駆動する。
第１触媒１３ｂの近傍の温度Ｔｅが、第２温度閾値Ｔｅ２以上に高くなった場合には、制御部５１は、電気加熱装置１５を停止させる。
第２モードであって、蓄電装置４７への充電が行われている間、電気加熱装置１５の駆動は、商用電源によって行われるのが望ましい。
【００７７】
第１温度閾値Ｔｅ１よりも低い第２温度閾値Ｔｅ２まで、第１触媒１３ｂの近傍の温度Ｔｅを下げた状態で維持されるように制御部５１は、熱媒循環路３１の流量を制御する。このため、第１温度閾値Ｔｅ１で、第１触媒１３ｂの近傍の温度Ｔｅが維持される形態に比べて、熱交換部３５で得られる熱量が多くなり、発電量を多くすることが可能になる。
【００７８】
水素添加反応器１３は、水素添加反応が活性化した状態になると、水素添加反応により、第１通路１３ａなどの温度が急激に上昇する。しかしながら、水素添加反応が活性化した状態を維持するためには、第１通路１３ａなどの温度を第１温度閾値Ｔｅ１よりも大幅に高くする必要はない。
第１実施形態では、水素添加反応が活性化した状態になった後に発生する熱を、作動媒体循環路４１に伝達し、膨張機４５で回転力に変換し、発電機４６で電気エネルギーに変換する。
かかる電気エネルギーは、蓄電装置４７に貯蔵された後、次に電気加熱装置１５を温めるのに使用される。
このため、水素添加反応で発生した熱を有効に活用出来る。特に、水素添加反応器１３や第１排出管１４の冷却と、発電とを同時に実現し、外部からのエネルギーを出来るだけ用いずに、水素添加反応を実行させることが可能になる。
【００７９】
第１モードでは、蓄電装置４７は、充電を行わずに、電気加熱装置１５への電力供給に用いられる。
第２モードでは、蓄電装置４７は、放電を行わずに、発電機４６で発生した電力の充電に用いられる。
放電と充電とが、時間的に別々に行われるため、同じ時間帯に放電と充電とを行う形態に比べて、蓄電装置４７の負担を軽減し、蓄電装置４７の劣化を防止することが出来る。
【００８０】
なお、制御部５１は、熱媒循環路ポンプ３３と作動媒体循環路ポンプ４３をオフ状態にする形態であってもよいが、弱い出力で熱媒循環路ポンプ３３と作動媒体循環路ポンプ４３の動作を維持させる形態であってもよい。
例えば、第１モードのステップＳ１４で、制御部５１は、熱媒の単位時間あたりの流量及び作動媒体の単位時間あたりの流量が０よりも多く且つ第１流量以下となるように、熱媒循環路ポンプ３３と作動媒体循環路ポンプ４３を制御する。
また、第２モードのステップＳ１６で、制御部５１は、熱媒の単位時間あたりの流量及び作動媒体の単位時間あたりの流量が第１流量よりも多い第２流量になるように、熱媒循環路ポンプ３３と作動媒体循環路ポンプ４３を制御する。
【００８１】
熱媒が熱媒循環路３１を流れる状態を維持させることや、作動媒体が作動媒体循環路４１を流れる状態を維持させることにより、熱媒や作動媒体が循環路内で固化したり滞留したりしにくく出来る。
【００８２】
また、ステップ１５に示すように、第１モードから第２モードへの切り替え判断は、温度情報に基づいて行われる。このため、水素添加反応が活性化可能な状態になると直ちに、芳香族化合物や水素を水素添加反応器１３に供給させることが可能になる。
【００８３】
ただし、第１モードから第２モードへの切り替え判断は、他の情報に基づいて行われる形態であってもよい。
例えば、水素添加反応器１３を稼働させてから第１期間Ｔ１の間は、第１モードであるとして、制御部５１は各部の制御を行い、第１期間Ｔ１の経過後は、第２モードであるとして、制御部５１は各部の制御を行う形態が考えられる。
【００８４】
また、第１実施形態では、電気加熱装置１５が誘導加熱式のヒーターであるなど、交流で駆動するものであるとして説明したが、電気加熱装置１５が抵抗加熱式のヒーターであるなど、直流で駆動するものであってもよい。
この場合には、蓄電装置４７と電源切替スイッチ４８の間のインバーター４７ｂは省略され、商用電源と電源切替スイッチ４８の間に、第２コンバーター５２が設けられる（図３参照）。
【００８５】
また、第１実施形態では、熱媒循環路３１の熱媒を介して、水素添加反応器１３や第１排出管１４の熱が、間接的に、作動媒体循環路４１の作動媒体に伝達される形態を説明した。
温度変化が大きい水素添加反応器１３や第１排出管１４の熱を間接的に作動媒体循環路４１に伝達するので、水素添加反応器１３や第１排出管１４の熱を直接的に作動媒体循環路４１に伝達する形態に比べて、水素添加反応器１３や第１排出管１４の温度が高い状態でも低い状態でも、安定して発電を続けることが可能になる。
【００８６】
ただし、システムを簡素化することを優先して、熱媒循環路３１を省略し、水素添加反応器１３や第１排出管１４の熱が、直接的に、作動媒体循環路４１の作動媒体に伝達される形態であってもよい（図４参照）。
この場合、作動媒体循環路４１には、熱交換部３５に相当するものとして、水素添加反応器１３と第１排出管１４の少なくとも一方と接する箇所（蒸発器３７）が設けられる。
作動媒体循環路４１を通る作動媒体は、蒸発器３７を通ることで、加熱され蒸発する。
【００８７】
また、第１実施形態では、水素添加反応器１３を温めるためのヒーターとして、電気で駆動する電気加熱装置１５が用いられる。
このため、水素添加反応器１３を温めるためのヒーターとして、有機ハイドライドや芳香族化合物を燃焼させる形態と比べて、燃焼による排気ガスの発生などを少なくすることが出来る。
【００８８】
また、水素添加反応を続けるために、第１触媒１３ｂの近傍の温度Ｔｅを所定の温度（第２温度閾値Ｔｅ２）以上に維持する必要がある。
このため、熱媒循環路３１と水素添加反応器１３と接する場合には、熱媒循環路３１の熱交換部３５が直接的に水素添加反応器１３の第１通路１３ａと接するのではなく、必要な時に、電気的な制御により、水素添加反応器１３の熱を熱媒循環路３１の熱交換部３５に移動させる熱移動装置（例えば、ペルティエ素子など）３１ａが、熱媒循環路３１の熱交換部３５と水素添加反応器１３の第１通路１３ａとの間に設けられるのが望ましい（図５参照）。
この場合には、第１温度センサー１３ｃからの情報に基づいて、制御部５１が、熱移動装置３１ａのオンオフ状態の切り替え制御を行う。
【００８９】
具体的には、第１触媒１３ｂの近傍の温度Ｔｅが第２温度閾値Ｔｅ２以上の場合には、熱移動装置３１ａがオン状態にされ、熱移動装置３１ａを介して、水素添加反応器１３の熱の熱媒循環路３１への移動が行われる。
第１触媒１３ｂの近傍の温度Ｔｅが第２温度閾値Ｔｅ２未満の場合には、熱移動装置３１ａがオフ状態にされ、熱移動装置３１ａを介して、水素添加反応器１３の熱の熱媒循環路３１への移動が行わない。
【００９０】
なお、この場合でも、第１排出管１４と熱媒循環路３１の熱交換部３５とは、熱移動装置３１ａを介さずに、直接的に接する形態であってよい。
【００９１】
また、第１実施形態では、１つの熱サイクル（作動媒体循環路４１）若しくは２つの熱サイクル（熱媒循環路３１と作動媒体循環路４１）を用いて発電を行う形態を説明したが、熱交換部３５で得られた熱に基づいて直接的に発電を行う形態であってもよい。
例えば、ペルティエ素子などの熱電変換素子における一方の接触面を水素添加反応器１３や第１排出管１４に接触させ、他方の接触面を外気に接触させるかヒートシンクなどの冷却装置に接触させ、当該一方の接触面と当該他方の接触面の温度差に基づいて発電を行う形態が考えられる。
この場合には、熱電変換素子が、熱交換部３５と発電機４６の両方を兼ねる。
【００９２】
次に、第２実施形態（脱水素システム１０に設けられた発電システム２０）について、説明する。
第２実施形態における脱水素システム１０は、第１０タンク１１０、脱水素反応器１３０、電気加熱装置１５０、気液分離器１７０、第１０水素タンク１９０、第２０タンク２１０、熱媒循環路３１０、熱媒循環路ポンプ３３０、熱交換部３５０、蒸発器３７０、作動媒体循環路４１０、作動媒体循環路ポンプ４３０、膨張機４５０、発電機４６０、蓄電装置４７０、電源切替スイッチ４８０、凝縮器４９０、制御部５１０を備える（図６参照）。
【００９３】
脱水素システム１０における発電システム２０は、電気加熱装置１５０、熱媒循環路３１０、熱媒循環路ポンプ３３０、熱交換部３５０、蒸発器３７０、作動媒体循環路４１０、作動媒体循環路ポンプ４３０、膨張機４５０、発電機４６０、蓄電装置４７０、電源切替スイッチ４８０、凝縮器４９０、制御部５１０を含む。
【００９４】
第１０タンク１１０は、メチルシクロヘキサンなどの有機ハイドライドを貯蔵する。
第１０タンク１１０における開口部には、第１０アクチュエータ１１０ａが設けられる。
第１０アクチュエータ１１０ａは、制御部５１０の制御によって、第１０タンク１１０における開口部の開度を調整する。
第１０アクチュエータ１１０ａの動作により、第１０タンク１１０から脱水素反応器１３０に供給される有機ハイドライドの流量が調整される。
【００９５】
脱水素反応器１３０は、第１０タンク１１０から供給された有機ハイドライドについて、脱水素反応をさせる。
脱水素反応器１３０における有機ハイドライドが通過する第２通路１３０ａには、第２触媒１３０ｂと第２温度センサー１３０ｃが設けられる。
第２触媒１３０ｂは、脱水素反応を促進させるために使用される。
第２温度センサー１３０ｃは、第２通路１３０ａと第２触媒１３０ｂの少なくとも一方の温度に関する情報として、第２通路１３０ａ内、特に第２触媒１３０ｂ近傍の温度Ｔｅを検知するために使用される。
脱水素反応器１３０には、電気加熱装置１５０、及び熱交換部３５０が設けられる。
熱交換部３５０の詳細については、後述する。
【００９６】
電気加熱装置１５０は、第２触媒１３０ｂと、第２通路１３０ａの少なくとも一方を温める。
電気加熱装置１５０は、コイルと、当該コイルの近くに設けられた金属で構成され、誘導加熱により当該金属が発熱する。
ここでいう当該金属は、電気加熱装置１５０の一部を構成するものであってもよいし、脱水素反応器１３０の一部を構成するものであってもよい。
【００９７】
誘導加熱により脱水素反応器１３０を温めることにより、他の電気加熱方式に比べて、短時間で第２触媒１３０ｂの近傍の温度Ｔｅを所定の温度（第３温度閾値Ｔｅ３）に引き上げることが可能になる。
【００９８】
ただし、電気加熱装置１５０は、誘導加熱によるものに限定するものではなく、抵抗加熱など、他のヒーターであってもよい。
【００９９】
電気加熱装置１５０は、蓄電装置４７０からの電力に基づいて駆動する。
ただし、蓄電装置４７０に貯蔵された電力が十分でない場合には、電気加熱装置１５０は、蓄電装置４７０からの電力を補完する商用電源からの電力に基づいて駆動する。
【０１００】
気液分離器１７０は、活性炭や高分子膜などを使って、脱水素反応器１３０から排出された気体（水素）と液体（トルエンなどの芳香族化合物や有機ハイドライド）とを分離し、気体（水素）を第１０水素タンク１９０に排出し、液体（芳香族化合物や有機ハイドライド）を、第２０タンク２１０に排出する。
第１０水素タンク１９０は、脱水素反応器１３０における脱水素反応で得られた水素を貯蔵する。
第２０タンク２１０は、脱水素反応器１３０における脱水素反応で得られた芳香族化合物、及び脱水素反応しきれなかった有機ハイドライドを貯蔵する。
【０１０１】
熱媒循環路３１０を形成する管の内部には、作動媒体循環路４１０の作動媒体を加熱するための熱媒（たとえば水）が充填される。
当該熱媒は、熱媒循環路ポンプ３３０を介して、熱媒循環路３１０内を循環する。
熱媒循環路ポンプ３３０は、商用電源からの電力に基づいて駆動する。ただし、熱媒循環路ポンプ３３０は、蓄電装置４７０からの電力に基づいて駆動する形態であってもよい。
【０１０２】
熱媒循環路３１０には、第２排出管１４０と接する箇所（熱交換部３５０）が設けられる。
熱媒循環路３１０を通る熱媒は、熱交換部３５０を通ることで、第２排出管１４０から熱を奪い、これにより、熱媒が温められる。
【０１０３】
また、熱媒循環路３１０には、蒸発器３７０が設けられる。
【０１０４】
作動媒体循環路４１０を形成する管の内部には、ペンタンやアンモニアなど低沸点媒体が作動媒体として充填される。
作動媒体循環路４１０を流れる作動媒体の沸点は、熱媒循環路３１０を流れる熱媒の沸点よりも低い。
当該作動媒体は、作動媒体循環路ポンプ４３０を介して、作動媒体循環路４１０内を循環する。
作動媒体循環路ポンプ４３０は、商用電源からの電力に基づいて駆動する。ただし、作動媒体循環路ポンプ４３０は、蓄電装置４７０からの電力に基づいて駆動する形態であってもよい。
【０１０５】
作動媒体循環路４１０には、蒸発器３７０、膨張機４５０、凝縮器４９０が設けられる。
【０１０６】
蒸発器３７０は、熱交換装置として機能し、熱媒循環路３１０の熱媒によって、作動媒体循環路４１０の作動媒体を加熱し蒸発させる。
【０１０７】
タービンなどを含む膨張機４５０は、作動媒体循環路４１０における蒸発器３７０の下流に配置される。
膨張機４５０は、蒸発器３７０で気化した作動媒体を膨張させることによって、タービンを回転させるなど、作動媒体から運動エネルギーを取り出す。
膨張機４５０によって、発電機４６０が駆動される。
具体的には、膨張機４５０の駆動軸４５０ａには、発電機４６０が接続され、当該運動エネルギーに基づく駆動軸４５０ａの回転により、発電機４６０が発電する。
発電機４６０で得られた電力は、第１コンバーター４７０ａで交流から直流に変換され、その後、蓄電装置４７０に貯蔵される。
【０１０８】
蓄電装置４７０に貯蔵された電力は、インバーター４７０ｂを介して、直流から交流に変換され、電源切替スイッチ４８０を介して、電気加熱装置１５０に供給される。
【０１０９】
電源切替スイッチ４８０は、電気加熱装置１５０への電力供給源を、蓄電装置４７０と商用電源とで切り替えるためのスイッチで、制御部５１０によって制御される。
【０１１０】
凝縮器４９０は、作動媒体循環路４１０における膨張機４５０の下流に配置され、作動媒体を凝縮させる。
たとえば、凝縮器４９０は、熱交換装置として機能し、不図示の冷媒循環路の冷媒によって、作動媒体循環路４１０の作動媒体は冷却される。
冷却により液化した作動媒体は、蒸発器３７０に戻り、再び加熱される。
【０１１１】
制御部５１０は、脱水素システム１０の各部（第１０アクチュエータ１１０ａ、電気加熱装置１５０、熱媒循環路ポンプ３３０、作動媒体循環路ポンプ４３０、発電機４６０、蓄電装置４７０、電源切替スイッチ４８０など）を制御する。
【０１１２】
脱水素システム１０を稼働させてから脱水素反応器１３０における脱水素反応が活性化可能な状態になるまでの間、すなわち第２触媒１３０ｂ近傍の温度Ｔｅが、第３温度閾値Ｔｅ３を超えるまでの間は、脱水素システム１０が第１モードであるとして、制御部５１０は、第２触媒１３０ｂの近傍の温度Ｔｅが第３温度閾値Ｔｅ３よりも高くなるように、各部を制御する（第３ステップ、図２のステップＳ１１〜Ｓ１５）。
【０１１３】
脱水素反応器１３０における脱水素反応が活性化可能な状態になった後、すなわち第２触媒１３０ｂの近傍の温度Ｔｅが、第３温度閾値Ｔｅ３を超えた後は、脱水素システム１０が第２モードであるとして、制御部５１０は、第２触媒１３０ｂの近傍の温度Ｔｅが第４温度閾値Ｔｅ４に近い状態を維持出来るように、各部を制御する（第４ステップ、図２のステップＳ１６〜Ｓ１８）。
【０１１４】
第３温度閾値Ｔｅ３は、脱水素反応器１３０における脱水素反応が活性化可能な状態になるために必要な温度に設定される（例えば、Ｔｅ３＝２２０℃）。
第４温度閾値Ｔｅ４は、脱水素反応が活性化した後、脱水素反応が活性化した状態を維持するために必要な温度に設定される（Ｔｅ３＞Ｔｅ４）。
ただし、第４温度閾値Ｔｅ４を第３温度閾値Ｔｅ３と同じにする形態であってもよい。
【０１１５】
第２実施形態における第１モード及び第２モードを実行する際の各部の制御手順について、図２のフローチャートを用いて説明する。
すなわち、第１実施形態における制御手順と第２実施形態における制御手順は、略同じである。
各部の制御は、使用者により脱水素システム１０を稼働させる操作が行われてから、当該稼働を停止する操作が行われるまでの間、実行される。
【０１１６】
使用者により、脱水素システム１０を稼働させる操作が行われると、制御部５１０は、ステップＳ１１で、蓄電装置４７０が、第２期間Ｔ２の間、電気加熱装置１５０を駆動出来る状態であるか否かを判断する。
第２期間Ｔ２は、第２触媒１３０ｂが十分に冷えた状態から脱水素反応が活性化可能な状態になる温度まで電気加熱装置１５０で温めるのに必要な時間が設定される。
【０１１７】
充電が十分にされていて、蓄電装置４７０が、第２期間Ｔ２の間、電気加熱装置１５０を駆動出来る状態である場合、制御部５１０は、ステップＳ１２で、蓄電装置４７０から電気加熱装置１５０に電力供給が行われるように電源切替スイッチ４８０を制御する。
【０１１８】
蓄電装置４７０に貯蔵された電力が十分でないなど、蓄電装置４７０が、第２期間Ｔ２の間、電気加熱装置１５０を駆動出来る状態でない場合、制御部５１０は、ステップＳ１３で、商用電源から電気加熱装置１５０に電力供給がされるように電源切替スイッチ４８０を制御する。
【０１１９】
第２実施形態では、運転開始直後に蓄電装置駆動か商用電源駆動かを決定し、その後に、電源切り替えを行わない形態を説明するが、運転中も制御部５１０が、蓄電装置４７０が電気加熱装置１５０を駆動出来る状態であるか否かを判断し、蓄電装置４７０が電気加熱装置１５０を駆動出来る状態でないと判断した時に、制御部５１０が、蓄電装置駆動から商用電源駆動になるように電源切替スイッチ４８０を制御する形態であってもよい。
【０１２０】
制御部５１０は、ステップＳ１４で、第１０タンク１１０の開口を閉じるように第１０アクチュエータ１１０ａを駆動し、熱媒循環路ポンプ３３０と作動媒体循環路ポンプ４３０をオフ状態にし、蓄電装置４７０若しくは商用電源によって電気加熱装置１５０が駆動され、且つ発電機４６０から蓄電装置４７０への充電が停止される。
【０１２１】
制御部５１０は、ステップＳ１５で、第２触媒１３０ｂの近傍の温度Ｔｅが第３温度閾値Ｔｅ３よりも高いか否かを判断する。
第２触媒１３０ｂの近傍の温度Ｔｅが第３温度閾値Ｔｅ３よりも高い場合は、ステップＳ１６に進められる。
第２触媒１３０ｂの近傍の温度Ｔｅが第３温度閾値Ｔｅ３よりも高くない場合は、所定時間（例えば、１分）経過後に、ステップＳ１５が繰り返される。
【０１２２】
第２触媒１３０ｂが十分に温まると、第２通路１３０ａにおける脱水素反応が活性化可能な状態となり、第１モードから第２モードに切り替えられる。
制御部５１０は、ステップＳ１６で、第１０タンク１１０の開口が開くように第１０アクチュエータ１１０ａを駆動し、熱媒循環路ポンプ３３０と作動媒体循環路ポンプ４３０をオン状態にし、且つ発電機４６０から蓄電装置４７０への充電が行われる。
これにより、第２排出管１４０の熱が、熱媒循環路３１０を介して、作動媒体循環路４１０に伝えられ、当該熱に基づいて、発電機４６０が発電する。
【０１２３】
制御部５１０は、ステップＳ１７で、蓄電装置４７０が十分に充電されている状態であるか否かを判断する。
ここでいう十分に充電されている状態は、蓄電装置４７０が満充電状態や満充電状態の８割〜９割程度の状態である場合だけでなく、脱水素システム１０を停止させて、第２触媒１３０ｂが十分に冷えた状態から第３温度閾値Ｔｅ３まで温めるために電気加熱装置１５０を駆動するだけ電力が貯蔵されている状態であってもよい。
【０１２４】
蓄電装置４７０が十分に充電されている状態である場合、制御部５１０は、ステップＳ１８で、発電機４６０をオフ状態にする、若しくは発電機４６０から蓄電装置４７０への電力供給（充電）を停止させる。
蓄電装置４７０が十分に充電されている状態でない場合、所定時間（例えば、１分）経過後に、ステップＳ１７が繰り返される。
【０１２５】
なお、第２モードの間は、発電機４６０をオフ状態にする、若しくは発電機４６０から蓄電装置４７０への電力供給を停止させる場合でも、第２排出管１４０の冷却を続けるため、制御部５１０は、熱媒循環路ポンプ３３０を動作させ続け、熱媒を熱媒循環路３１０で循環させ続ける。
【０１２６】
また、第２触媒１３０ｂの近傍の温度Ｔｅが、第４温度閾値Ｔｅ４で維持されるように、制御部５１０は、電気加熱装置１５０の駆動制御を行う。
具体的には、第２触媒１３０ｂの近傍の温度Ｔｅが、第４温度閾値Ｔｅ４よりも低くなった場合には、制御部５１０は、電気加熱装置１５０を駆動する。
第２触媒１３０ｂの近傍の温度Ｔｅが、第４温度閾値Ｔｅ４以上に高くなった場合には、制御部５１０は、電気加熱装置１５０を停止させる。
第２モードであって、蓄電装置４７０への充電が行われている間、電気加熱装置１５０の駆動は、商用電源によって行われるのが望ましい。
【０１２７】
脱水素反応器１３０は、脱水素反応が活性化した状態になると、脱水素反応により、第２排出管１４０の温度が上昇する。しかしながら、後段の気液分離器１７０で、脱水素反応器１３０から排出された気体（水素）と液体（トルエンなどの芳香族化合物や有機ハイドライド）とを分離するために、気体と液体の混合体が冷えた状態にするのが望ましい。
第２実施形態では、脱水素反応により高温になった第２排出管１４０の熱を、作動媒体循環路４１０に伝達し、膨張機４５０で回転力に変換し、発電機４６０で電気エネルギーに変換する。
かかる電気エネルギーは、蓄電装置４７０に貯蔵された後、次に電気加熱装置１５０を温めるのに使用される。
このため、脱水素反応で発生した熱を有効に活用出来る。特に、第２排出管１４０の冷却と、発電とを同時に実現し、外部からのエネルギーを出来るだけ用いずに、脱水素反応を実行させることが可能になる。
【０１２８】
第１モードでは、蓄電装置４７０は、充電を行わずに、電気加熱装置１５０への電力供給に用いられる。
第２モードでは、蓄電装置４７０は、放電を行わずに、発電機４６０で発生した電力の充電に用いられる。
放電と充電とが、時間的に別々に行われるため、同じ時間帯に放電と充電とを行う形態に比べて、蓄電装置４７０の負担を軽減し、蓄電装置４７０の劣化を防止することが出来る。
【０１２９】
なお、制御部５１０は、熱媒循環路ポンプ３３０と作動媒体循環路ポンプ４３０をオフ状態にする形態であってもよいが、弱い出力で熱媒循環路ポンプ３３０と作動媒体循環路ポンプ４３０の動作を維持させる形態であってもよい。
例えば、第１モードのステップＳ１４で、制御部５１０は、熱媒の単位時間あたりの流量及び作動媒体の単位時間あたりの流量が０よりも多く且つ第１流量以下となるように、熱媒循環路ポンプ３３０と作動媒体循環路ポンプ４３０を制御する。
また、第２モードのステップＳ１６で、制御部５１０は、熱媒の単位時間あたりの流量及び作動媒体の単位時間あたりの流量が第１流量よりも多い第２流量になるように、熱媒循環路ポンプ３３０と作動媒体循環路ポンプ４３０を制御する。
【０１３０】
熱媒が熱媒循環路３１０を流れる状態を維持させることや、作動媒体が作動媒体循環路４１０を流れる状態を維持させることにより、熱媒や作動媒体が循環路内で固化したり滞留したりしにくく出来る。
【０１３１】
また、第１モードから第２モードへの切り替え判断は、温度情報に基づいて行われる。このため、脱水素反応が活性化可能な状態になると直ちに、有機ハイドライドを脱水素反応器１３０に供給させることが可能になる。
【０１３２】
ただし、第１モードから第２モードへの切り替え判断は、他の情報に基づいて行われる形態であってもよい。
例えば、脱水素反応器１３０を稼働させてから第２期間Ｔ２の間は、第１モードであるとして、制御部５１０は各部の制御を行い、第２期間Ｔ２の経過後は、第２モードであるとして、制御部５１０は各部の制御を行う形態が考えられる。
【０１３３】
また、第２実施形態では、電気加熱装置１５０が誘導加熱式のヒーターであるなど、交流で駆動するものであるとして説明したが、電気加熱装置１５０が抵抗加熱式のヒーターであるなど、直流で駆動するものであってもよい。
この場合には、蓄電装置４７０と電源切替スイッチ４８０の間のインバーター４７０ｂは省略され、商用電源と電源切替スイッチ４８０の間に、第２コンバーター５２０が設けられる（図７参照）。
【０１３４】
また、第２実施形態では、熱媒循環路３１０の熱媒を介して、第２排出管１４０の熱が、間接的に、作動媒体循環路４１０の作動媒体に伝達される形態を説明した。
温度変化が大きい第２排出管１４０の熱を間接的に作動媒体循環路４１０に伝達するので、第２排出管１４０の熱を直接的に作動媒体循環路４１０に伝達する形態に比べて、第２排出管１４０の温度が高い状態でも低い状態でも、安定して発電を続けることが可能になる。
【０１３５】
ただし、システムを簡素化することを優先して、熱媒循環路３１０を省略し、第２排出管１４０の熱が、直接的に、作動媒体循環路４１０の作動媒体に伝達される形態であってもよい（図８参照）。
この場合、作動媒体循環路４１０には、熱交換部３５０に相当するものとして、第２排出管１４０と接する箇所（蒸発器３７０）が設けられる。
作動媒体循環路４１０を通る作動媒体は、蒸発器３７０を通ることで、加熱され蒸発する。
【０１３６】
また、第２実施形態では、脱水素反応器１３０を温めるためのヒーターとして、電気で駆動する電気加熱装置１５０が用いられる。
このため、脱水素反応器１３０を温めるためのヒーターとして、有機ハイドライドや芳香族化合物を燃焼させる形態と比べて、燃焼による排気ガスの発生などを少なくすることが出来る。
【０１３７】
また、第２実施形態では、１つの熱サイクル（作動媒体循環路４１０）若しくは２つの熱サイクル（熱媒循環路３１０と作動媒体循環路４１０）を用いて発電を行う形態を説明したが、熱交換部３５０で得られた熱に基づいて直接的に発電を行う形態であってもよい。
例えば、ペルティエ素子などの熱電変換素子における一方の接触面を脱水素反応器１３０や第２排出管１４０に接触させ、他方の接触面を外気に接触させるかヒートシンクなどの冷却装置に接触させ、当該一方の接触面と当該他方の接触面の温度差に基づいて発電を行う形態が考えられる。
この場合には、熱電変換素子が、熱交換部３５０と発電機４６０の両方を兼ねる。
【符号の説明】
【０１３８】
１  水素添加システム
２、２０  発電システム
１０  脱水素システム
１１  第１タンク
１１ａ  第１アクチュエータ
１１０  第１０タンク
１１０ａ  第１０アクチュエータ
１３  水素添加反応器
１３０  脱水素反応器
１３ａ  第１通路
１３０ａ  第２通路
１３ｂ  第１触媒
１３０ｂ  第２触媒
１３ｃ  第１温度センサー
１３０ｃ  第２温度センサー
１４  第１排出管
１４０  第２排出管
１５、１５０  電気加熱装置
１７０  気液分離器
１９  第１水素タンク
１９ａ  第２アクチュエータ
１９０  第１０水素タンク
２１  第２タンク
２１０  第２０タンク
３１、３１０  熱媒循環路
３１ａ  熱移動装置
３３、３３０  熱媒循環路ポンプ
３５、３５０  熱交換部
３７、３７０  蒸発器
４１、４１０  作動媒体循環路
４３、４３０  作動媒体循環路ポンプ
４５、４５０  膨張機
４５ａ、４５０ａ  駆動軸
４６、４６０  発電機
４７、４７０  蓄電装置
４７ａ、４７０ａ  第１コンバーター
４７ｂ、４７０ｂ  インバーター
４８、４８０  電源切替スイッチ
４９、４９０  凝縮器
５１、５１０  制御部
５２、５２０  第２コンバーター
Ｔ１  第１期間
Ｔ２  第２期間
Ｔｅ  触媒の近傍の温度
Ｔｅ１  第１温度閾値
Ｔｅ２  第２温度閾値
Ｔｅ３  第３温度閾値
Ｔｅ４  第４温度閾値
【図１】
2020078104.tif 000003
【図２】
2020078104.tif 000004
【図３】
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【図４】
2020078104.tif 000006
【図５】
2020078104.tif 000007
【図６】
2020078104.tif 000008
【図７】
2020078104.tif 000009
【図８】
2020078104.tif 000010