(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発電機系統に対して冷却用の水素ガスを供給する水素供給システムであって、
水素ガスを貯蔵する水素ガス供給装置と、
前記水素ガス供給装置に貯蔵された水素ガスを第１の圧力で複数の前記発電機系統に供給する通常用水素供給系統と、
前記水素ガス供給装置に貯蔵された水素ガスを前記第１の圧力よりも高い第２の圧力で前記発電機系統に供給する純度更新用水素ガス供給系統と、
複数の前記発電機系統の夫々における水素ガス純度を測定するセンサ部と、
前記センサ部が測定した前記水素ガス純度が複数の前記発電機系統の夫々において所定値を超えるであることを条件に、前記通常用水素供給系統を用いて複数の前記発電機系統の夫々に水素ガスを供給し、前記センサ部が測定した前記水素ガス純度が何れかの前記発電機系統において所定値以下であることを条件に、当該発電機系統以外の発電機系統に水素ガスを供給することなく当該発電機系統に対して前記純度更新用水素ガス供給系統を用いて水素ガスを供給する制御装置と、
を備える水素ガス供給システム。
【請求項２】
前記複数の発電機系統は連結されており、
前記制御装置は、前記純度更新用水素ガス供給系統を用いて水素ガスを供給する場合、前記複数の発電機系統の連結を解除する、
請求項１に記載の水素ガス供給システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記純度更新用水素ガス供給系統を用いて水素ガスを供給する場合、供給対象の発電機系統の最下部に設けられた放出弁を開放する、
請求項１又は２に記載の水素ガス供給システム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記純度更新用水素ガス供給系統を用いて水素ガスを供給する場合、供給対象の発電機系統における水素ガス圧力が特定値以下となることを条件に、前記放出弁を閉止する、
請求項３に記載の水素ガス供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の系統に対して水素ガスを供給する水素ガス供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば商業用の火力発電機では、熱伝導率が高く冷却効率のよい水素ガス冷却が用いられている。水素ガスを用いて被冷却部を冷却した場合、炭酸ガス等が発生することから、水素ガスの純度が徐々に低下する。ここで、密閉空間において水素ガスの純度が低下すると爆発する可能性があるため、安全管理上水素ガス冷却では水素ガスの純度を適切に管理する必要がある。
【０００３】
水素ガス純度を管理する方法としては、例えば、純度更新時に通常よりも多くの水素ガスを供給する一方で、供給した水素ガスを放出する放出弁にオリフィスを設けることで、放出する水素ガスの量を調整する方法が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１８２７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された方法によれば、水素ガス純度の更新期間を短縮することができるものの、更なる改良の余地がある。即ち、水素ガスを供給する供給系統が連結された複数の発電機に対して水素ガス冷却を行う場合には、水素ガス純度の更新のために放出弁を開放すると、他の発電機の供給系統にも影響がでてしまい、水素ガス純度の更新期間が長期化するおそれがある。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、複数の系統に対して冷却用の水素ガスを供給する水素供給システムにおいて水素ガス純度の更新期間を短縮することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）  複数の発電機系統に対して冷却用の水素ガスを供給する水素供給システムであって、水素ガスを貯蔵する水素ガス供給装置と、前記水素ガス供給装置に貯蔵された水素ガスを第１の圧力で複数の前記発電機系統に供給する通常用水素供給系統と、前記水素ガス供給装置に貯蔵された水素ガスを前記第１の圧力よりも高い第２の圧力で前記発電機系統に供給する純度更新用水素ガス供給系統と、複数の前記発電機系統の夫々における水素ガス純度を測定するセンサ部と、前記センサ部が測定した前記水素ガス純度が複数の前記発電機系統の夫々において所定値を超えるであることを条件に、前記通常用水素供給系統を用いて複数の前記発電機系統の夫々に水素ガスを供給し、前記センサ部が測定した前記水素ガス純度が何れかの前記発電機系統において所定値以下であることを条件に、当該発電機系統以外の発電機系統に水素ガスを供給することなく当該発電機系統に対して前記純度更新用水素ガス供給系統を用いて水素ガスを供給する制御装置と、を備える水素ガス供給システム。
【０００８】
（２）  前記複数の発電機系統は連結されており、前記制御装置は、前記純度更新用水素ガス供給系統を用いて水素ガスを供給する場合、前記複数の発電機系統の連結を解除する、（１）に記載の水素ガス供給システム。
【０００９】
（３）  前記制御装置は、前記純度更新用水素ガス供給系統を用いて水素ガスを供給する場合、供給対象の発電機系統の最下部に設けられた純度更新用放出弁を開放する、（１）又は（２）に記載の水素ガス供給システム。
【００１０】
（４）  前記制御装置は、前記純度更新用水素ガス供給系統を用いて水素ガスを供給する場合、供給対象の発電機系統における水素ガス圧力が特定値以下となることを条件に、前記純度更新用放出弁を閉止する、（３）に記載の水素ガス供給システム。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複数の発電機系統における水素ガスの純度を更新する際に、対象となる発電機系統のみに水素ガスを供給するため、その他の発電機系統に影響を与えることがなく、水素ガス純度の更新期間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の水素ガス供給システムを示す図である。
【図２】通常運転時の水素ガス供給と純度更新時の水素ガス供給とを示す図である。
【図３】水素ガス供給システムにおける水素ガスの純度を更新する際の処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。初めに、図１を参照して、本発明の水素ガス供給システム１について説明する。水素ガス供給システム１は、水素ガス供給系統１０と、制御装置３０と、を含んで構成される。
【００１４】
水素ガス供給系統１０は、タービン軸等の冷却対象の被冷却部１４２，１５２に対して冷却用の水素ガスを供給する供給系統であり、水素ガス供給装置１１と、通常用系統１２と、純度更新用系統１３と、１次発電機系統１４と、２次発電機系統１５と、を含んで構成される。
【００１５】
水素ガス供給装置１１は、ボンベ等により構成され、冷却用の水素ガスを貯蔵する。ここで、水素ガス供給装置１１は、高圧の水素ガス（１．８ＭＰａ）を貯蔵する。水素ガス供給装置１１に貯蔵された高圧の水素ガスは、図示しない弁が開放されると、通常用系統１２又は純度更新用系統１３に流入し、その後所定の圧力まで減圧され、１次発電機系統１４及び（又は）２次発電機系統１５に供給される。
【００１６】
通常用系統１２は、１次発電機系統１４及び２次発電機系統１５における水素ガス純度が適正（例えば、９８％以上）である場合に、１次発電機系統１４及び２次発電機系統１５の双方に水素ガスを供給するために用いられ、通常用減圧前弁１２１と通常用減圧弁１２２とを含む。
【００１７】
通常用減圧前弁１２１は、通常用減圧弁１２２への水素ガスの供給を規制する。即ち、通常用減圧前弁１２１が開放されている状態では、水素ガス供給装置１１の水素ガスが通常用減圧弁１２２に供給され、その後、通常用減圧弁１２２において第１の圧力まで減圧される。他方、通常用減圧前弁１２１が閉止されている状態では、水素ガス供給装置１１の水素ガスが通常用減圧弁１２２に供給されることがない。
【００１８】
通常用減圧弁１２２は、水素ガス供給装置１１から供給された高圧の水素ガスを、第１の圧力（例えば、０．３９ＭＰａ）まで減圧する。なお、通常用減圧弁１２２は、複数の減圧弁により構成することとしてもよい。即ち、高圧の水素ガスを大まかに減圧する第１減圧弁と、大まかに減圧した水素ガスの圧力を微調整する第２減圧弁と、により構成することとしてもよい。
【００１９】
純度更新用系統１３は、水素ガス純度が適正でない（例えば、９７％以下）１次発電機系統１４又は２次発電機系統１５に水素ガスを供給するために用いられ、純度更新用減圧前弁１３１と純度更新用減圧弁１３２とを含む。
【００２０】
純度更新用減圧前弁１３１は、通常用減圧前弁１２１と同様に純度更新用減圧弁１３２への水素ガスの供給を規制する。
純度更新用減圧弁１３２は、水素ガス供給装置１１から供給された高圧の水素ガスを、第２の圧力（例えば、０．４ＭＰａ）まで減圧する。なお、純度更新用減圧弁１３２は、通常用減圧弁１２２と同様に複数の減圧弁により構成することとしてもよい。
【００２１】
１次発電機系統１４は、１次発電機（プライマリ）に対して冷却用の水素ガスを供給する供給系統であり、水素ガス供給弁１４１と、被冷却部１４２と、放出弁１４３と、センサ部１４４と、を含んで構成される。
【００２２】
水素ガス供給弁１４１は、１次発電機系統１４への水素ガスの供給を規制する。即ち、水素ガス供給弁１４１が開放されている状態では、通常用系統１２や純度更新用系統１３において所定の圧力まで減圧された水素ガスが１次発電機系統１４に供給される。他方、水素ガス供給弁１４１が閉止されている状態では、通常用系統１２や純度更新用系統１３からの水素ガスが１次発電機系統１４に供給されることがない。
【００２３】
被冷却部１４２は、水素ガスを用いて冷却する対象であり、例えば、発電設備におけるタービン軸等が該当する。発電設備が稼動している状態で被冷却部１４２に水素ガスが供給されると、熱交換により暖められ炭酸ガス等が発生する結果、水素ガスの純度が低下する。
【００２４】
放出弁１４３は、１次発電機系統１４に供給された水素ガスや発生した炭酸ガス等を大気に放出する。より詳細には、放出弁１４３は、水素ガスの純度を更新する際に開放され、純度の低下した水素ガスを大気に放出する。ここで、放出弁１４３は、１次発電機系統１４における最下部に設けることが好ましい。水素ガスは、比重が小さく軽いため、放出弁を最下部に設けることでより重い炭酸ガス等が優先して大気に放出されることになり、水素ガス純度の更新期間を短縮できるためである。
【００２５】
センサ部１４４は、１次発電機系統１４内における水素ガスの純度を測定する純度センサや、１次発電機系統１４内における水素ガスの圧力を測定する圧力センサにより構成される。センサ部１４４により測定された測定結果（水素ガス純度、水素ガス圧力）は、制御装置３０に適宜送信される。
【００２６】
２次発電機系統１５は、２次発電機（セカンダリ）に対して冷却用の水素ガスを供給する供給系統であり、水素ガス供給弁１５１と、被冷却部１５２と、放出弁１５３と、センサ部１５４と、を含んで構成される。
なお、２次発電機系統１５の水素ガス供給弁１５１乃至センサ部１５４は、１次発電機系統１４の水素ガス供給弁１４１乃至センサ部１４４と基本的に同一であるため、詳細な説明を省略する。
【００２７】
ところで、１次発電機系統１４及び２次発電機系統１５は、図１に示すように連結されている。水素ガス供給弁１４１及び水素ガス供給弁１５１は、この１次発電機系統１４及び２次発電機系統１５の連結を解除するためにも用いられる。即ち、水素ガス供給弁１４１又は水素ガス供給弁１５１が閉止されると、１次発電機系統１４及び２次発電機系統１５の連結が解除される。
このとき、水素ガス供給弁１４１，１５１を閉止した１次発電機系統１４又は２次発電機系統１５には、通常用系統１２や純度更新用系統１３からの水素ガスが供給されなくなる。そのため、水素ガスの純度を更新する際には、純度を更新する対象の発電系統以外の発電系統の水素ガス供給弁、即ち、１次発電機系統１４の水素ガスの純度を更新する際には、（１次発電機系統１４の水素ガス供給弁１４１は開放したまま）２次発電機系統１５の水素ガス供給弁１５１を閉止する。この場合において、２次発電機系統１５には新たな水素ガスが供給されなくなるものの、水素ガスの純度や圧力は急激に低下するものではないため、水素ガスの純度や圧力を適正な値に保つことができる。
【００２８】
制御装置３０は、所定の処理部及び記憶部を備えた演算装置であって、センサ部１４４，１５４から供給された測定結果に基づいて、水素ガス供給系統１０を制御する。
ここで、図２を参照して、制御装置３０による水素ガス供給系統１０の制御について説明する。図２（１）は、通常運転時の制御装置３０による水素ガス供給系統１０の制御を示し、図２（２）は、純度更新運転時の制御装置３０による水素ガス供給系統１０の制御を示す。
【００２９】
制御装置３０は、センサ部１４４，１５４から供給された測定結果が適正である場合（例えば、１次発電機系統１４及び２次発電機系統１５の双方において、水素ガス純度が９８％以上、水素ガス圧力が０．３８ＭＰａ以上）、図２（１）に示す通常運転を行う。
通常運転では、制御装置３０は、純度更新用系統１３の純度更新用減圧前弁１３１を閉止する一方で、通常用系統１２の通常用減圧前弁１２１を開放する。これにより、水素ガス供給装置１１からの高圧（１．８ＭＰａ）の水素ガスは、通常用減圧弁１２２を介して第１の圧力（０．３９ＭＰａ）まで減圧され、１次発電機系統１４及び２次発電機系統１５に供給される。
このとき、制御装置３０は、放出弁１４３，１５３を閉止した状態で、１次発電機系統１４及び２次発電機系統１５に水素ガスを供給する。これにより、水素ガスが大気に放出することがないため、水素ガスの圧力を維持することができる。
【００３０】
他方、制御装置３０は、センサ部１４４，１５４から供給された測定結果が適正でない場合（例えば、１次発電機系統１４及び２次発電機系統１５の何れかにおいて、水素ガス純度が９７％以下）、図２（２）に示す純度更新運転を行う。なお、図２（２）では、１次発電機系統１４に対する純度更新運転を行っている。
純度更新運転では、制御装置３０は、通常用系統１２の通常用減圧前弁１２１を閉止する一方で、純度更新用系統１３の純度更新用減圧前弁１３１を開放する。これにより、水素ガス供給装置１１からの高圧（１．８ＭＰａ）の水素ガスは、純度更新用減圧弁１３２を介して第２の圧力（０．４ＭＰａ）まで減圧され、１次発電機系統１４に供給される。ここで、純度更新運転で用いる水素ガスの第２の圧力は、通常運転で用いる水素ガスの第１の圧力よりも高いため、高純度の新たな水素ガスを適切に１次発電機系統１４に供給することができる。このとき、制御装置３０は、純度の低い水素ガスを大気に放出するべく、１次発電機系統１４の放出弁１４３を開放する。
このように純度更新運転では、通常時よりも高圧の水素ガスを供給することで純度が低下した１次発電機系統１４内の水素ガスの純度を更新するため、水素ガス純度の更新期間を短縮することができる。特に、水素ガス供給システム１では、１次発電機系統１４の最下部に放出弁１４３を設けることとしているため、水素ガス以外の他のガスを優先して大気に放出することができ、水素ガス純度の更新期間を短縮することができる。
【００３１】
ところで、放出弁１４３から大気にガスが放出されると、１次発電機系統１４内の水素ガスの圧力が低下する。このとき、１次発電機系統１４と２次発電機系統１５とが連結されている状態では、１次発電機系統１４における放出弁１４３の開放に伴い、２次発電機系統１５内の水素ガスの圧力も低下してしまう。このような場合には、２次発電機系統１５に水素ガスを供給し、圧力を上昇させなければならず、水素ガス純度の更新期間の長期化につながってしまう。
そこで、純度更新運転では、純度を更新する対象の１次発電機系統１４と、純度更新の対象でない２次発電機系統１５と、の連結を解除することとしている。具体的には、制御装置３０は、２次発電機系統１５の水素ガス供給弁１５１を閉止し、１次発電機系統１４と２次発電機系統１５との連結を解除する。これにより、１次発電機系統１４において放出弁１４３が開放されても、２次発電機系統１５内の水素ガスの圧力は維持される。
その結果、純度更新運転では、１次発電機系統１４にのみ水素ガスを供給すれば足り、水素ガス純度の更新期間を短縮することができる。
【００３２】
以上、水素ガス供給システム１の構成について説明した。続いて、図３を参照して、水素ガス供給システム１における純度更新処理について説明する。
【００３３】
ステップＳ１において、制御装置３０は、センサ部１４４，１５４からの測定結果に基づいて、１次発電機系統１４及び２次発電機系統１５における水素ガス純度及び水素ガス圧力を取得する。続いて、ステップＳ２において、制御装置３０は、１次発電機系統１４及び２次発電機系統１５の夫々について、取得した水素ガス純度が９７％以下であり、かつ、取得した水素ガス圧力が０．３８ＭＰａ以上であるか否かを判別する。
このとき、１次発電機系統１４及び２次発電機系統１５の何れかにおいてこの判別がＹＥＳのときは、ステップＳ３の処理に移る。なお、ステップＳ３以降の処理においてＹＥＳと判別された発電機系統が対象の発電機系統となり、それ以外の発電機系統が対象外の発電機系統となる。他方、１次発電機系統１４及び２次発電機系統１５の何れにおいてもこの判別がＮＯのときは、処理を終了する。即ち、制御装置３０は、図２（１）に示す通常運転で、１次発電機系統１４及び２次発電機系統１５に対して水素ガスを供給する。
【００３４】
ステップＳ２においてＹＥＳと判別されると、制御装置３０は、ステップＳ３，４の純度更新運転を行う。即ち、制御装置３０は、対象外の発電機系統の水素ガス供給弁を閉止するとともに、対象の発電機系統の放出弁を開放する（ステップＳ３）。また、制御装置３０は、通常用減圧前弁１２１を閉止し、純度更新用減圧前弁１３１を開放する（ステップＳ４）。これにより、対象の発電機系統には、第２の圧力の水素ガスが供給され、また、１次発電機系統１４及び２次発電機系統１５の連結が解除された上で、対象の発電機系統から不要なガスが放出される。
【００３５】
その後、制御装置３０は、対象の発電機系統における水素ガス純度及び水素ガス圧力を取得し、続いて、ステップＳ５において、制御装置３０は、取得した水素ガス純度が９８以上、又は、取得した水素ガス圧力が０．３７５ＭＰａ以下であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳのときは、制御装置３０は、純度更新処理を終了し、ステップＳ６の処理に移る。他方、この判別がＮＯのときは、制御装置３０は、純度更新運転を継続する。即ち、制御装置３０は、純度更新運転の結果、対象の発電機系統における水素ガスの純度が適切な値まで上昇した場合、又は対象の発電機系統において水素ガスの圧力が不適切な値まで下がってしまった場合に、純度更新運転を終了する。
【００３６】
ステップＳ５においてＹＥＳと判別されると、制御装置３０は、対象の発電機系統の放出弁を閉止するとともに、対象外の発電機系統の水素ガス供給弁を開放する（ステップＳ６）。また、制御装置３０は、純度更新用減圧前弁１３１を閉止し、通常用減圧前弁１２１を開放し（ステップＳ７）、処理を終了する。これにより、純度更新運転から通常運転に移行する。
【００３７】
以上、本実施形態の水素ガス供給システム１について説明した。このような水素ガス供給システム１によれば、水素ガス純度を更新する対象でない発電機系統については、水素ガス供給弁を閉止し、更新対象の発電機系統との連結を解除する。これにより、純度更新運転において放出弁を開放しても、更新対象でない発電機系統の水素ガス圧力を維持することができる。その結果、水素ガス供給システム１では、更新対象でない発電機系統の水素ガスを供給する必要がなくなり、水素ガス純度の更新期間を短縮することができ、また、少量の水素ガスで、水素ガス純度を更新することができる。
また、水素ガス供給システム１の純度更新運転では、通常運転よりも高圧で水素ガスを供給する。これにより、高純度の新たな水素ガスを効率よく供給できる。また、水素ガス供給システム１の純度更新運転では、最下部に設けた放出弁を開放するため、純度を低下させている比重の大きいガスを優先して大気に放出することができる。
また、水素ガス供給システム１では、純度更新運転中に対象の発電機系統内の水素ガス圧力が低下した場合には、純度更新運転を中断する。これにより、発電機系統内の水素ガス圧力を適切に管理することができる。
【００３８】
以上、実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３９】
１  水素ガス供給システム
１０  水素ガス供給系統
１１  水素ガス供給装置
１２  通常用系統
１２１  通常用減圧前弁
１２２  通常用減圧弁
１３  純度更新用系統
１３１  純度更新用減圧前弁
１３２  純度更新用減圧弁
１４  １次発電機系統
１５  ２次発電機系統
１４１，１５１  水素ガス供給弁
１４２，１５２  被冷却部
１４３，１５３  放出弁
１４４，１５４  センサ部
３０  制御装置
【図１】
0005425956.tif 000002
【図２】
0005425956.tif 000003
【図３】
0005425956.tif 000004